JPH09219391A - レジスト膜の除去方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エッチング底面へのイオン照射を防止し下地ダ
メージを発生させることなくイオン打込み等に使用した
レジストの除去も容易にする。 【解決手段】プラズマを利用してレジストを除去するア
ッシングにおいて、イオン成分を任意の角度から照射す
ることを特徴とするレジスト膜の除去方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体等の処理にお
けるレジスト除去に係わり、高速でダメージレスな処理
を可能とするアッシング処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来においてレジスト除去は、被処理基
板直上にプラズマを発生させ、酸素を中心とした反応ガ
スを供給し、上記ガスをプラズマにより分解後、被処理
基板上にイオン，ラジカルを供給することでレジストを
分解，ガス化することで行われ、レジストの除去速度を
向上させるためのプラズマの高密度化の検討がなされて
きた。しかし、従来方法では被処理基板とプラズマが接
しているため被処理基板に高エネルギイオンが照射され
レジスト除去工程前に実施されているエッチングで開口
した孔を通って下地膜にダメージ層が生じる。そのため
アッシング処理後、ダメージ層を除去する工程として、
例えば、低電力プラズマによるエッチングが付加されて
いた。しかし、ダメージ層は完全に除去することは困難
であり極力イオン等の侵入を除去する必要が生じた。

【０００３】ダメージの発生を防止する手段として、被
処理基板上に金属製のメッシュを設けることで被処理基
板とプラズマを分離し、ラジカルのみを被処理基板上に
供給する方法がある。あるいはプラズマ発生室を被処理
基板と完全に分離する方法が提案された。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記方法は被処理基板
に対してイオンの供給をほぼ完全に除いたため下地膜の
ダメージ発生が防止できるが、イオン打込み等で表面が
変質したレジストの除去が不可能であった。このときの
イオンの役割は、スパッタエッチングによる表面層の物
理的除去，イオンの入射によりスポット的に高温化する
ことによる化学反応の進行等が考えられる。例えば、少
しでもアッシング反応を生じさせようとして処理基板温
度を高温化させると、下地基板との反応が活性化し、残
渣の除去が困難になったり、逆にレジスト膜の変質を助
長する可能性が生じる。

【０００５】表面の変質したレジスト除去方法として、
レジスト塗布面に対してレジスト除去ガスを小角方向か
ら照射することで、レジスト表面だけでなく裏面（レジ
ストと下地膜の界面），側面よりエッチングを行い、こ
の際裏面側からエッチングが完了した時点で残る変質レ
ジスト剥離片は物理的あるいは静電的に除去する方法が
特開平4−75324号公報に記載されている。本方法は変質
レジスト層の除去が通常のプラズマアッシングでは除去
不可能であることを前提としているが、現状ではイオン
の照射があればイオン打込みにより変質したレジストの
除去は可能である。さらに、レジスト面の小角方向より
プラズマ流等を照射することは見込み角が小さく除去速
度を向上させること、特に裏面でのエッチング反応を促
進させることが困難である。

【０００６】従って、イオン打込み後のレジスト除去に
対しては従来のプラズマと被処理基板が接した方式で実
施せざるを得ない。しかし、イオン打込み工程は基板近
傍の素子特性を決める主要部分であり特にダメージ発生
を極力避ける必要がある。今後ますます微細化の進む半
導体素子においては避けるべき方式である。イオン打込
み後のレジスト除去だけをこの方式で実施し、他のアッ
シング工程をプラズマ分離型で実施する方式も考えられ
るが設備をバランス良く使用する観点から望ましいこと
ではない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理基板に
対して均一なラジカルを供給しながら処理基板の法線に
対して一定の角度を有してイオンを任意の時間供給する
ことによって上記課題を解決する。

【０００８】酸素ラジカルを被処理基板に供給すると、
レジストは基板温度に比例して表面レジストと反応し、
ガス化して表面から脱離する。ここでの酸素ラジカルは
電離していない中性状態の分子を指す。このため上記ラ
ジカルは電磁気的な力を受けず、ガス流に沿って入れ換
わる。この状態で、イオンをレジスト表面に供給すると
イオンによるスパッタリング効果あるいはスポット的な
昇温効果によりレジスト表面の状態に関わらずレジスト
除去反応が生じる。

【０００９】イオンが基板法線に対して浅い角度、即ち
垂直に近い角度で入射する場合、直接エッチングで開口
された孔の底面に入射し、下地膜にダメージ層を形成す
る。また、エッチング孔側面と入射イオンが衝突し、反
跳あるいはスパッタリング粒子が生じ、エッチング孔の
底面である下地膜に到達するため、下地膜の結晶性の乱
れ、あるいは下地表面への異物付着を引き起こす。

【００１０】イオンが被処理基板面の法線に対して深い
角度、すなわち被処理基板に平行に近い角度で入射する
場合、エッチング孔等の底面にあたる下地膜への影響な
くレジスト表面での反応が期待されるが、立体角が小さ
くなり照射イオン電流量の増加が困難となること、レジ
スト表面同様堅固な膜が生じていると考えられる表面近
傍のエッチング孔側壁部の膜の除去が難しい。

【００１１】ここで、イオン入射角はエッチング孔のレ
ジスト表面から対向する側面のレジストとレジストを塗
布した下地の境界部が臨める角度と近くする。これによ
り照射イオン電流量を極端に低下させずイオン孔側壁を
含めたレジストへのイオン供給がエッチング孔底面への
悪影響を与えることなく可能となる。イオン照射時間は
任意に設定できるが、ダメージ層の影響が強く現われる
工程においてはレジスト表面の変質層が除去できた時点
で中止してもよいし、ダメージ層の影響が小さい工程に
おいてはレジスト除去速度を高速に維持するためレジス
ト除去終了までイオン照射を続けてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明のレジスト除去方法
の原理を示している。エッチング終了後の被処理基板１
の断面形状は、エッチングによって生じたエッチング孔
２の底面３が被エッチング膜４を貫通して下地膜５の表
面に食い込んでおり、下地膜５の表面近傍にはエッチン
グ時のイオン照射によるダメージ層６が一部生じてい
る。エッチング孔２の側壁７にはエッチング保護膜８が
形成されている。

【００１３】レジスト９表面は底面３と同様にエッチン
グ処理中にイオンあるいは様々な波長の電磁波にさらさ
れるため変質層１０が形成される。特に、イオン打込み
時のマスクとして使用したレジストの場合、入射イオン
のエネルギが高いため、変質程度が大きく、レジスト除
去が困難になることが知られている。ここで、変質とは
一般にレジスト膜の重合が過剰に進行した状態を指す。

【００１４】ラジカル１１（ここでは中性のものを指
す）は従来方法と同様に基板に対して供給する。これに
対してイオン１２はレジスト９表面よりエッチング孔２
のレジスト９と被エッチング膜４の境界部を臨む角度よ
り被処理基板１の法線に対して浅い角度で供給する。イ
オン１２はスパッタリング反応あるいはレジスト表面を
加熱するため表面反応を活性化しレジスト除去反応を増
加させる。これによりイオン打込み等で変質したレジス
ト９の除去も可能となる。イオン１２は被エッチング膜
４の側壁７に衝突するより浅い角度で照射するのでイオ
ンが高エネルギの場合でも被エッチング膜４の側壁７を
不要にエッチングし断面形状を変形させることはない。
同様にエッチング孔２の底面３に対してもイオン１２が
侵入することがなくダメージ層６の発生が防止できる。

【００１５】図２は従来方法によるレジスト除去の原理
を示している。プラズマと被処理基板間に生じた電位差
によってイオン１２は加速されるため被処理基板１に対
してほぼ垂直方向からの入射となる。従って、イオン１
２の一部は直接エッチング孔２の底面３に衝突するか、
側壁７に浅い角度で衝突し、反跳するかあるいはスパッ
タリング粒子１３を生成する。その結果、エッチングで
生じたダメージ層６をさらに拡大させたり、不純物１４
を付着させたりする。

【００１６】図３は本方法を実現する装置の一構成であ
る。真空槽１５内に被処理基板１を載置し被処理基板１
の温度制御を行うヒータ１６を内蔵した基板ホルダ１
７，被処理基板１に対向してイオン１２およびラジカル
１１を供給するイオン源１８を有する。イオン源１８は
プラズマ発生室１９と引き出し電極２０より構成され
る。プラズマ発生室１９にはアッシング用のガス供給系
２１とプラズマ発生用の電源２２に接続された電極２３
より構成されている。ここで、プラズマの発生方式は、
平行平板型，ＥＣＲ方式，ヘリコン方式等のいずれかに
限定されないが、一般に高真空で高密度プラズマが生成
される方式が望ましい。高真空ほど空間でのイオン消失
率が低下するためイオン１２の供給効率が増加し、高密
度プラズマはイオン１２，ラジカル１１の生成量を増加
させる。図３では誘導結合方式によるプラズマ発生方法
を示している。

【００１７】トグロ状に巻かれた電極２３がプラズマ発
生室１９と絶縁板２４を介して配置されている。またプ
ラズマ発生室１９の周囲には磁石２５が取付けられ、プ
ラズマの半径方向への壁面損失を防止する。引き出し電
極２０は、３枚の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃより構成
され、各電極間は絶縁物２６を介して配置されている。
引き出し電極２０ａ，２０ｂにはそれぞれ電源２７，２
８が接続される。

【００１８】上記イオン源１８は被処理基板１に対して
任意の角度を有する構造をなしている。

【００１９】真空槽１５内を十分に排気した後、ガス供
給系２１よりイオン源１８の中にレジスト除去用のガス
を供給する。反応ガスは通常酸素ガスを主体としたもの
であり、除去速度の向上のため４フッ化炭素，水分等を
添加する場合もある。また、被処理基板１へのイオン供
給用ガスとしてアルゴンの供給を行い、圧力が安定した
後、電極２３に電源２２より電力を投入することにより
プラズマ２９を点火する。

【００２０】プラズマ２３で励起されたラジカル１１
は、中性のため電位に関わらずガス流の下流側にある引
き出し電極２０を通過し被処理基板１に供給される。一
方、プラズマ２９中のイオン１２は引き出し電極２０に
よって電極面にほぼ垂直に引き出される。ここで、電極
２０ａに対して２０ｂは負電位が印加されておりイオン
は加速される。また、電極２０ｂに対して２０ｃは正電
位が印加されておりイオンは減速されるが、イオン源外
からの電子、例えばイオンがレジストに衝突することで
発生する２次電子がプラズマ発生室１９側に侵入するの
を防いでいる。

【００２１】被処理基板１はイオン源１８の引き出し電
極２０の法線に対して任意の角度を有している。このた
め、イオン１２はレジスト表面にのみ供給されスパッタ
リング反応あるいはレジスト表面近くの温度上昇による
レジスト除去反応の活性化を行う。ここで、被処理基板
１はイオン源１８の引き出し電極２０の法線に対して浅
い角度のため、イオン１２，ラジカル１１の供給とも被
処理基板１に対して大きく片寄らず均一性が大きく低下
することがない。しかし、場合によっては基板ホルダ１
７を回転させることで均一性をより向上させてもよい。

【００２２】レジスト９表面の変質層１０がイオン照射
の効果により除去されたかの確認は、処理時間あるいは
Ｑ−ｍａｓ分析等のモニタ２９により管理する。

【００２３】イオン供給による変質レジスト除去は、単
独のレジスト除去用の処理室で実施されることに限定さ
れず、イオン打込み室内のイオン打込み処理終了後に連
続して実施してもよい。

【００２４】

【発明の効果】エッチング底面へのイオン照射を防止し
下地ダメージを発生させることなくイオン打込み等に使
用したレジストの除去も容易にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアッシング方法の説明図。

【図２】従来のアッシング方法の説明図。

【図３】本発明の一実施例であるアッシング装置の説明
図。

【符号の説明】

１…被処理基板、２…エッチング孔、３…底面、４…被
エッチング膜、５…下地膜、６…ダメージ層、７…側
壁、８…エッチング保護膜、９…レジスト、１０…変質
層、１１…ラジカル、１２…イオン。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマを利用してレジストを除去するア
   ッシングにおいて、イオン成分を任意の角度から照射す
   ることを特徴とするレジスト膜の除去方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記レジストを除去す
   る被処理基板に対してイオンを照射する角度が、被処理
   基板に平行する面とエッチングで開口された孔の底面を
   臨む最小角とに挟まれた角度であるレジスト膜の除去方
   法。
3. 【請求項３】請求項２において、前記レジストを除去す
   る前記被処理基板に対してイオンを照射する角度が、前
   記被処理基板に平行する面とエッチングで開口された孔
   の周とレジストと被エッチング膜の界面がなす角とに挟
   まれた角度であるレジスト膜の除去方法。
4. 【請求項４】請求項２において、前記レジストを除去す
   る前記被処理基板に対してイオンを照射するのが、レジ
   スト除去開始から一定時間あるいは発光等のモニタで一
   定の変動が検出された時間内であるレジスト膜の除去方
   法。
5. 【請求項５】イオン供給手段として被処理基板に対して
   任意の角度で固定された位置にイオン引き出し用電極を
   有するイオン源を配置したことを特徴とするレジスト膜
   の除去装置。
6. 【請求項６】請求項４において、イオン源中にレジスト
   除去用の酸素ガスを導入し同一電極によりレジスト膜の
   除去を一貫して行うレジスト膜の除去装置。
7. 【請求項７】請求項４に記載の前記レジスト膜の除去装
   置を有したレジスト膜の除去装置。