JPH10150026A

JPH10150026A - アッシング装置

Info

Publication number: JPH10150026A
Application number: JP30973396A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Mihara; 智三原; Hironori Araki; 宏典荒木; Toshihide Suehiro; 利英末廣; Yoshiyuki Nozawa; 善幸野沢; Nobuo Okumura; 信夫奥村; Fumiaki Okuno; 文明奥野
Original assignee: Fujitsu Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1998-06-02
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: JP3966932B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アッシング装置に関し、ウェハの処理枚数に影
響せずにアッシングレートを安定させ、さらに口径の大
きなウェハ上で均一なアッシングレートの分布を得るこ
と。【解決手段】マイクロ波を電送する導波室１１と、導波
室１１からのマイクロ波によってガスを放電させるプラ
ズマ発生室１２と、導波室１１とプラズマ発生室１２を
仕切るマイクロ波透過窓１３と、プラズマ発生室１２で
マイクロ波により得られた生成物の流れの下流側にある
アッシング室１４と、アッシング室１４とプラズマ発生
室１２の間に配置された複数の孔１５ａを有する石英板
１５と、アッシング室１４内で前記石英板１５に対向す
る面に半導体ウェハＷを載置するウェハ載置台１６とを
有するアッシング装置において、マイクロ波透過窓１３
と石英板１５の距離は前記マイクロ波の波長の１／１０
以上に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アッシング装置に
関し、より詳しくは、半導体装置の製造過程で使用され
る有機膜をアッシングする装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造に使用される有機物の
アッシングにおいては、アッシングレートを高くする技
術が求められており、しかも低コストで高スループット
が可能なアッシングが求められている。また、アルミニ
ウム配線のパターニングのために用いたレジストをアッ
シングする場合には、アルミニウム配線のアフターコロ
ージョンの発生を防止する処理も行うことが望まれてお
り、その技術として例えばO₂とH₂O のプロセスを用いた
アッシング技術が特開平２−１９７１２２号公報に記載
されている。

【０００３】さらに、有機物を酸素プラズマによってア
ッシングする際に、プラズマから放出される電子、イオ
ンが半導体基板にダメージを与えるので、これを防止す
る必要がある。電子及びイオンを低減できるアッシング
装置として、マイクロ波ダウンフロー型などがある。そ
のようなマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置とし
て、例えば図１４に示すようなものが知られている。こ
のアッシング装置は、マイクロ波（図においてμ波）を
導入するマイクロ波導波管１と、そのマイクロ波によっ
てプラズマを発生させるプラズマ発生室２と、マイクロ
波導波管１とプラズマ発生室２を仕切るセラミック製の
マイクロ波透過窓３と、プラズマ発生室２の下に連続し
て配置されるアッシング室４と、プラズマ発生室２の下
方に配置された多数の孔を有するアルミニウム製のシャ
ワーヘッド５と、アッシング室４内に配置したウェハ載
置台６とを有している。

【０００４】また、プラズマ発生室２にはガス導入管７
が接続されており、ガス導入管７から供給された例えば
酸素をプラズマ発生室２に供給するように構成されてい
る。プラズマ発生室２内では、マイクロ波透過窓３を透
過したマイクロ波によって酸素プラズマが発生し、その
酸素プラズマのうちイオンと電子はシャワーヘッド５に
よって下流への移動が遮られる。

【０００５】なお、図１４において符号８は誘電体板、
９はウェハ載置台６に内蔵されたヒータ、Ｗはウェハを
それぞれ示している。ところで、シャワーヘッド５がア
ルミニウムから形成されている場合には、このシャワー
プヘッド５の表面は、酸素プラズマにょるアッシングの
たびに酸化されて酸化アルミニウムが形成される。酸化
アルミニウムは、アッシングに必要な中性活性種を消滅
させる性質がアルミニウムよりも大きいので、アッシン
グレートを低下させるという問題がある。本発明者等
は、図１４に示すアッシング装置を用いて次の条件でア
ッシングを行なった。

【０００６】その条件は、ガス導入管７からプラズマ発
生室２内に酸素（O₂）を流量１２３５sccm、水（H₂O ）
を６５sccmで導入し、また、アッシング室４内の圧力を
１．０Torrに減圧し、さらに、振動数２．４５ＧＨｚ、
パワー１．４５ｋＷのマイクロ波をマイクロ波導波室１
に導入し、しかも、ウェハ載置台６によるシリコンウェ
ハＷの加熱温度を２００℃とした。

【０００７】また、マイクロ波透過窓３とシャワーヘッ
ド５の距離を２８mm、シャワーヘッド５の厚さを５mm、
シャワーヘッド５の孔５ａの直径を２mm、マイクロ波透
過窓３とシリコンウェハＷとの距離Ｌ2 を６５mm、シャ
ワーヘッド５の直径を２１０mm、誘電体板の厚さを２０
mm、マイクロ波透過窓を３８０mm×３８０mmの矩形状に
した。

【０００８】このような条件で、シャワーヘッド５を新
品に交換した後に、シリコンウェハを５００枚用意して
レジストをアッシングしたところ、各シリコンウェハに
ついて図１５(a) のようにほぼ均一のアッシングレート
が得られた。そして、５００枚のシリコンウェハ上のレ
ジストをアッシングした後に、アッシング装置を２時間
放置し、ついで２５枚のシリコンウェハ表面のレジスト
をアッシングしたところ、図１５(b) に示すようなアッ
シングレートが得られた。図１５(b) によれば、アッシ
ングを行うたびにアッシングレートが低下していること
がわかる。

【０００９】このようなアッシングレートの低下という
問題を解決するために、特開平７−２９８８５号公報に
おいては、アルミニウム製のシャワーヘッドの上面と下
面を石英で覆ったり、或いはシャワーヘッドの上面、下
面及び孔の内面を石英で覆うことが記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平７−
２９８８５号公報で示されているように、アルミニウム
製のシャワーヘッドの孔の内周面を石英で覆うことは、
アッシングレートの低下を防止するためには効果がある
が、そのような構造のシャワーヘッドの製造は難しく、
価格が高くなる。

【００１１】その一方で、シャワープレートの孔からア
ルミニウム面を露出させると、その孔の中のアルミニウ
ム面が酸化されて中性活性種の一部を消滅させてしまう
ので、アッシングレートが十分高くならない。このよう
な欠点を改良したアッシング装置が特開平８−５５６９
８号公報に記載されているが、この装置によれば、プラ
ズマを局所的に発生させているので、ウェハの面積を大
きくした場合にアッシング分布が不均一になるという不
都合がある。

【００１２】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、ウェハの処理枚数に影響せずにアッシン
グレートを安定させ、さらに口径の大きなウェハ上で均
一なアッシングレートの分布を得ることができるアッシ
ング装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

（手段）（１）上記した課題は、図１に例示するように、マイク
ロ波を伝送する導波室１１と、前記導波室１１からのマ
イクロ波によってガスを放電させるプラズマ発生室１２
と、前記導波室１１と前記プラズマ発生室１２を仕切る
マイクロ波透過窓１３と、前記プラズマ発生室１２でマ
イクロ波により得られた生成物の流れの下流側にあるア
ッシング室１４と、前記アッシング室１４と前記プラズ
マ発生室１２の間に配置された複数の孔１５ａを有する
石英板１５と、前記アッシング室１４内で前記石英板１
５に対向する面に半導体ウェハＷを載置するウェハ載置
台１６とを有するアッシング装置において、前記マイク
ロ波透過窓１３と前記石英板１５の距離は前記マイクロ
波の波長の１／１０以上に設定されていることを特徴と
するアッシング装置によって解決する。

【００１４】前記アッシング装置において、前記マイク
ロ波透過窓１３は石英又はアルミナからなることを特徴
とする。前記アッシング装置において、前記プラズマ発
生室１２の一部は前記石英板１５を支持する導電性壁２
０によって区画されており、該導電性壁２０の一部は石
英２４で覆われていることを特徴とする。この場合、前
記導電性壁２０のうち前記マイクロ波透過窓１３に対向
する部分が前記石英２４で覆われていることを特徴とす
る。

【００１５】前記アッシング装置において、前記マイク
ロ波透過窓１３と前記ウェハ載置台１６との距離は、前
記マイクロ波の波長以下であることを特徴とする。（２）上記した課題は、図５に例示するように、マイク
ロ波を伝送する導波室１１と、前記導波室１１からのマ
イクロ波によってガスを放電させるプラズマ発生室１２
と、前記導波管と前記プラズマ発生室１２を仕切るマイ
クロ波透過窓１３と、前記プラズマ発生室１２内で得ら
れた生成物の流れの下流側にあるアッシング室１４と、
前記アッシング室１４と前記プラズマ発生室１２の間に
配置された複数の孔１５ａを有するシャワーヘッド３０
と、前記アッシング室１４内で前記石英板１５に対向す
る面に半導体ウェハＷを載置するウェハ載置台１６とを
有するアッシング装置において、前記シャワーヘッド３
０は、複数の第１の孔３１ａを有する石英層３１と、該
第１の孔３１ａに重なる第２の孔３２ａを有する金属層
３２からなる多層構造を有し、該石英層３１は前記マイ
クロ波透過窓１３に対向し、該金属層３２は前記ウェハ
載置台１６に対向していることを特徴するアッシング装
置によって解決する。

【００１６】前記アッシング装置において、前記第２の
孔３２ａは、図５(a) 、図７又は図９に例示するよう
に、前記第１の孔３１ａと同じかそれよりも大きいこと
を特徴とする。前記アッシング装置において、図７に例
示するように、前記第２の孔３２ａは、前記ウェハ載置
台１６の方向に広がっていることを特徴とする。

【００１７】前記アッシング装置において、図９に例示
するように、前記金属層３２は、前記石英層３１の上に
スパッタ又は蒸着によって形成されたアルミニウム層で
あることを特徴とする。（３）上記した課題は、図１２に例示するように、マイ
クロ波を伝送する導波室１１と、前記導波室１１からの
マイクロ波によってガスを放電させるプラズマ発生室１
２と、前記導波管と前記プラズマ発生室１２を仕切るマ
イクロ波透過窓１３と、前記プラズマ発生室１２でマイ
クロ波により得られた生成物の流れの下流側にあるアッ
シング室１４と、前記アッシング室１４と前記プラズマ
発生室１２の間に配置された複数の孔１５ａを有するシ
ャワーヘッド３３と、アッシング室１４内で前記石英板
１５に対向する面に半導体ウェハＷを載置するウェハ載
置台１６とを有するアッシング装置において、前記シャ
ワーヘッド３３は、前記ウェハ載置台１６側に配置され
る第１のプレート３４と、前記マイクロ波透過窓１３側
に配置され且つ該第１のプレート３４に間隔をおいて対
向する第２のプレート３６とを有し、前記第１のプレー
ト３４は、複数の第１の孔を有する第１の石英層と、該
第１の孔に重なる第２の孔を有する金属層からなる多層
構造を有し、かつ、該第１の金属層は前記ウェハ載置台
に対向し、該第１の石英層は前記第２のプレートに対向
するように配置され、前記第２のプレート３６は、複数
の第３の孔を有する第２の石英層を有していることを特
徴とするアッシング装置によって解決する。

【００１８】前記アッシング装置において、図５(a) 、
図７又は図９に例示するように、前記第２の孔３２ａ
は、前記第１の孔３１ａと同じかそれよりも大きいこと
を特徴とする。前記アッシング装置において、図７に例
示するように、前記第２の孔３２ａは、前記ウェハ載置
台１６の方向に広がっていることを特徴とする。

【００１９】前記アッシング装置において、図９に例示
するように、前記金属層３２は、前記石英層３１の上に
スパッタ又は蒸着によって形成されたアルミニウム層で
あることを特徴とする。（４）上記した（１）〜（３）の前記アッシング装置に
おいて、前記マイクロ波導波室１１には誘電体線路１９
が置かれていることを特徴とする。

【００２０】上記した（１）〜（３）の前記アッシング
装置において、前記プラズマ発生室１２には酸素含有ガ
スが導入されることを特徴とする。この場合、前記酸素
含有ガスは、酸素と窒素の混合ガス、又は酸素と水の混
合ガスであることを特徴とする。（作用）次に、本発明の作用について説明する。

【００２１】第１の本発明のマイクロ波ダウンフロー型
アッシング装置によれば、マイクロ波透過窓と石英板の
距離をマイクロ波の波長の１／１０以上に設定してい
る。このような構成を採ると、実験結果から、ウェハの
アッシングの処理枚数が増えてもアッシングレートの低
下は見られず、しかも、アッシングレートを高く維持で
きた。

【００２２】また、プラズマ発生室の一部は、その石英
板を支持する導電性壁によって区画されており、導電性
壁の一部を石英で覆うようにすると、プラズマ発生室内
のプラズマの電位が導電性壁の電位によって安定するの
で、プラズマから生じる電子、イオンなどによってウェ
ハがダメージを受けることがなくなる。また、第２の本
発明のマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置によれ
ば、複数の第１の孔を有する石英層と、該第１の孔に重
なる第２の孔を有する金属層からなる多層構造からシャ
ワーヘッドを構成し、その石英層をマイクロ波透過窓に
対向させ、金属層をウェハ載置台に対向させるようにし
ている。

【００２３】このため、シャワーヘッドのうちプラズマ
発生室内に面する部分にはアルミニウムなどの金属層が
露出しないので、金属層の酸化に伴う中性活性種の減少
は殆どみられず、安定したアッシングレートを得ること
ができる。しかも、マイクロ波が遮断され、プラズマ発
生室のみでプラズマを発生することができるので、プラ
ズマから発生する電子やイオンによる半導体ウェハのダ
メージの発生を防止できる。

【００２４】また、第３の本発明のマイクロ波ダウンフ
ロー型アッシング装置によれば、石英層と金属層の２層
構造の第１のプレートと、石英からなる第２のプレート
とを間隔をおいて配置する構造を有するシャワーヘッド
を採用し、しかも、その第１のプレートの金属層をウェ
ハ載置台に対向させるとともに、第２のプレートをマイ
クロ波透過窓に対向させている。

【００２５】このような構造によれば、実験的に、第１
のプレートと第２のプレートの間に密度の高いプラズマ
が発生してアッシングレートが高くなることがわかっ
た。

【００２６】

【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施形態
を図面に基づいて説明する。（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１実施形態を
示すマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置を示す断
面図である。

【００２７】図１に示すアッシング装置は、マイクロ波
（μ波）を導入するマイクロ波導波室１１と、そのマイ
クロ波によってプラズマを発生させるプラズマ発生室１
２と、マイクロ波導波室１１とプラズマ発生室１２を仕
切る石英製又はアルミナ製のマイクロ波透過窓１３と、
プラズマ発生室１２の下に配置されるアッシング室１４
とを有している。プラズマ発生室１２は、マイクロ波に
よってガスを放電させる領域であり、発光室ともいう。

【００２８】プラズマ発生室１２にはガス導入管１７が
接続されており、ガス導入管１７から供給された酸素な
どのガスをプラズマ発生室１２に供給するように構成さ
れている。プラズマ発生室１２内では、マイクロ波透過
窓１３を透過したマイクロ波によって酸素などのプラズ
マが発生する。また、プラズマ発生室１２とアッシング
室１４の間には、多数の孔１５ａを有する石英からなる
円板状のシャワーヘッド１５が配置され、また、そのシ
ャワーヘッド１５とマイクロ波透過窓１３との距離Ｌ0
は、マイクロ波の波長の１０分の１の長さ（１／１０
倍）よりも大きくなっている。例えば、振動数２．４５
ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波導波室１１に導入する
場合には、その距離Ｌ₀は１２mm以上の大きさとなる。

【００２９】シャワーヘッド１５は、後述するウェハ載
置台１６の上方にあって、接地されたアルミニウム（導
電材）よりなるシャワーヘッド支持具２０によって支持
されている。そのシャワーヘッド支持具２０は、シャワ
ーヘッド１５の周縁を支持する支持部２１と、支持部２
１から上に延びる円筒部２２と、円筒部２２の上端の外
側に形成されたフランジ部２３とを有している。そのフ
ランジ部２３は、マイクロ波透過窓１３上面は薄い石英
板２４で覆われ、石英板２４とマイクロ波透過窓１３と
の距離はＬ0 となっている。

【００３０】シャワーヘッド１５は、プラズマ発生室１
２内のイオンと電子がアッシング室１４に流れることを
防止するとともに、プラズマ発生室１２で生成された中
性活性種を均一にウェハＷに供給するために配置されて
いる。そして、シャワーヘッド１５の下方にあるアッシ
ング室１４内には、ヒータ１８を内蔵したウェハ載置台
１６が取付けられている。

【００３１】マイクロ波導波室１１の中には、マイクロ
波による電界分布を均一にするためにフッ素樹脂（例え
ば、商品名テフロン）からなる誘電体板１９が取付けら
れ、さらにマイクロ波導波室１１にはマイクロ波導波管
２５が接続されている。また、プラズマ発生室１２の下
方には、特に図示しないが排気機構が設けられており、
プラズマ発生室１２及びアッシング室１４内を減圧する
ように構成されている。

【００３２】以上のような構造のアッシング装置を用い
てシリコンウェハＷ上のレジスト（有機膜）Ｒをアッシ
ングする実験を行った。その実験では、ガス導入管１７
からプラズマ発生室１２内に酸素（O₂）を流量１２３５
sccm、水（H₂O ）を６５sccmで導入し、また、アッシン
グ室１４内の圧力を１．０Torrに減圧し、さらに、振動
数２．４５ＧＨｚ、パワー１．４５ｋＷのマイクロ波を
マイクロ波導波室１１に導入し、しかも、ウェハ載置台
１６によるシリコンウェハＷの加熱温度を２００℃とし
ている。

【００３３】このような条件でプラズマ発生室１２で発
生する酸素と水のプラズマは、中性活性種のみがシャワ
ーヘッド１５の多数の孔１５ａを通ってアッシング室１
４に導入される。その中性活性種には、酸素（Ｏ）、水
素（Ｈ）の原子、酸素（O2）及び水（H2O ）などの励起
分子が含まれ、さらに、ＯＨ遊離基のような活性種も含
まれている。

【００３４】次に、実験結果の例を以下に説明する。第１例図１に示したアッシング装置において、マイクロ波透過
窓１３とシャワーヘッド１５の距離を２８mm、シャワー
ヘッド１５の厚さを５mm、シャワーヘッド１５の孔１５
ａの直径を２mm、マイクロ波透過窓１３とシリコンウェ
ハＷとの距離Ｌ2 を６５mm、Ｌ1 を５mm、シャワーヘッ
ド１５の直径を２１０mm、誘電体板１９の厚さを２０m
m、マイクロ波透過窓の３８０mm×３８０mmの矩形状に
した。

【００３５】そして、この条件で５００枚の第１のシリ
コンウェハＷを用いて、それらの上のレジストを全てア
ッシングした後に、第２のシリコンウェハＷを２５枚用
意し、第２のシリコンウェハＷのアッシングレートを調
査した。その結果、レジストのアッシングレートは、図
２のようになり、５００枚の第１のシリコンウェハＷを
アッシングした後にもかかわらず、２μｍ／min ±１０
％のアッシングレートが得られた。

【００３６】また、フッ素樹脂製の誘電体板１９の厚さ
を１３mm、距離Ｌ1 を２mm、としたところ、アッシング
レート２μｍ／min ±５％と、アッシングの均一性が高
くなり、これによりアッシングの制御が容易になる。さ
らに、シャワーヘッド１５の直径を１７０mm、フッ素樹
脂製の誘電体板１９の厚さを２０mm、距離Ｌ1 を５mm、
石英製のマイクロ波透過窓１３の大きさを２９０mm×２
９０mmとしたところ、アッシングレートは４μｍ／min
±５％と高くなった。

【００３７】このようにアッシングレート及びアッシン
グ均一性は、誘電体板１９の厚さ、マイクロ波透過窓１
３の大きさ、或いはシャワーヘッド１５の大きさによっ
ても制御が可能である。第２例次に、図１に示す装置において、マイクロ波透過窓１３
とシャワーヘッド１５の間隔を１２mm、２２mm、２８mm
と変化させた、その他の条件を第１例と同じにして、シ
リコンウェハＷにどの程度のチャージが捕獲されている
かを実験した。

【００３８】シリコンウェハＷのチャージ量はＭＮＯＳ
（metal nitride oxide semiconductor)を使用して測定
した。この結果、ＭＮＯＳのゲート電極とシリコン基板
の間の電圧のシフト量ΔＶfbは、表１に示すようになっ
た。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１によれば、マイクロ波透過窓１３とシ
ャワーヘッド１５との間隔が広いほどΔＶfbが小さくな
り、１２mmよりも大きくなるとΔＶfbは零となった。さ
らに、マイクロ波透過窓１３を通るマイクロ波の波長を
約１２cmとしたので、ΔＶfbを零とするためにはマイク
ロ波の波長の１０分の１以上とするのが好ましいことが
わかった。

【００４１】第３例プラズマ発生室１２に導入するガスとして、酸素（O2）
と窒素（N2）を用い、酸素ガス流量を１３５０sccm、窒
素ガス流量を１５０sccmとし、その他の条件は第１例と
同じにした。そして、新しいシャワーヘッド１５を支持
部に取付けてから５００枚のシリコンウェハＷを処理し
た後に、シリコンウェハＷ上のレジストＲのアッシング
を２５枚行ったところ、アッシングレートは図３に示す
ようになり、１．４μｍ／min ±１０％となってアッシ
ングレートの低下は見られなかった。

【００４２】しかも、ＭＮＯＳを用いてチャージ量を測
定したところ、ΔＶfbは零となり、アッシングによるシ
リコンウェハＷでのチャージがないということがわかっ
た。さらに、アッシングレートの温度依存性を調査し、
活性化エネルギーを求めたところ、０．５eVとなり、中
性活性種が主体のアッシングであることがわかった。と
ころで、これら３つの例で示した実験の他に、図４に示
すように、シャワーヘッド支持具２０の円筒部２２の内
側壁を石英２４ａで覆うことによってプラズマ発生室１
２でのアルミニウム面の露出面積比を５％以下にしたと
ころ、アッシングレートは２．５μｍ／min と高くなる
ものの、ＭＮＯＳを用いてシリコンウェハＷのチャージ
量を調べたところ、ΔＶfbが＋２Ｖとなった。

【００４３】したがって、プラズマ発生室１２内でのア
ルミニウム面の殆どを石英で覆うと、プラズマが不安定
になってプラズマがシャワーヘッド１５か下方に洩れて
電子、イオンがウェハＷに到達するためと考えられる。
これに対して、シャワーヘッド支持具２０の円筒部２２
の内側壁のアルミニウム面を１０％露出させると、その
アルミニウム面の導電性によってプラズマの電位が安定
してプラズマがプラズマ発生室１２内だけで発生し、外
部へ電子やイオンが外部に洩れにくくなる。

【００４４】ところで、プラズマによって生成された中
性活性種は、シャワーヘッド１５の面に対して垂直方向
に進むのが主であるので、プラズマ発生室１２内でのア
ルミニウムを露出させる領域は図１に示したように円筒
部２２側方にした方が、導電性壁にあたるアルミニウム
部分での中性活性種の消滅が抑えられ、アッシングレー
トを高くすることができる。

【００４５】以上のように、本実施形態では、石英製円
板状のシャワーヘッドの複数個の孔の側壁で荷電粒子を
衝突させて、ウェハにプラズマが到達しないようにして
いる。従って、その孔の口径が大きかったり、厚みが足
りなかったりすると、荷電粒子の衝突確率が小さくなる
ため、プラズマがウェハに到達し易くなる。さらに、本
発明は誘電体板（誘電体線路）を用いたアッシング装置
について述べたが、他のアッシング装置への適用は可能
である。また、本発明は、上記した他の酸素原子含有ガ
スを用いても同様な作用効果が得られる。（第２の実施の形態）第１実施形態では、半導体ウェハ
上にチャージが照射されず、しかもシャワーヘッドの使
用時間によってアッシングレートが殆ど変化しないよう
な、マイクロ波透過窓とシャワーヘッドの距離について
説明した。

【００４６】本実施形態では、さらに別な方法によっ
て、アッシングの際に半導体ウェハに電子やイオンが照
射されることを防止して、半導体ウェハが受けるダメー
ジを低減することについて説明する。図５(a) は、本発
明の第２実施形態に使用するマイクロ波ダウンフロー型
アッシング装置を示す断面図であり、シャワーヘッド３
０の構成を除いて図１とほぼ同様な構造を有している。

【００４７】そのシャワーヘッド３０は、図５(b) に示
すような断面図構造を有する円板状のプレートからな
り、厚さ５mmの石英板３１と厚さ２mmのアルミニウム層
３２を張り合わせた二層構造を有し、そのうちのアルミ
ニウム層３２は、ウェハ載置台１６に対向するようにシ
ャワーヘッド支持具２０に支持されている。その石英板
３１とアルミニウム層３２にはそれぞれ重なるような孔
３１ａ，３２ａが複数個形成されている。石英板３１の
孔３１ａの直径は２mmであり、アルミニウム層３２の１
つの孔３２ａの直径の平均は石英板３１の孔３１ａと同
じか大きくなっている。

【００４８】なお、図５(a) において、図１と同じ符号
は同じ要素を示している。以上のような構成のアッシン
グ装置を用いて次の条件でシリコンウェハＷ上のレジス
トＲをアッシングしたところ、次のような結果が得られ
た。第１例まず、ガス導入管１７からプラズマ発生室１２に導入す
る酸素ガスと水蒸気の流量、アッシング室１４内の圧
力、ウェハ加熱温度、マイクロ波のパワー、周波数、波
長を第を第１実施形態の第１例と同じに設定する。ま
た、シャワーヘッド３０の石英板３１とマイクロ波透過
窓１３との間隔を１２mm、マイクロ波透過窓１３とウェ
ハ載置台１６上のシリコンウェハＷとの距離Ｌ₂を６５
mmに設定する。

【００４９】そして、図５(b) に示すように、アルミニ
ウム層３２の孔３２ａの断面形状を四角にし、その孔３
２ａの直径を３mmとした新しいシャワーヘッド３０を使
用して５００枚のシリコンウェハＷを用意し、それらの
上のレジストＲを順次アッシングした。その後に、試料
として２５枚の８インチのシリコンウェハＷを用意し、
それらの上のレジストＲを順にアッシングしたところ、
図６のようなアッシングレートと処理枚数の関係が得ら
れた。

【００５０】図６の実験結果によれば、処理済みの枚数
が増えてもアッシングレートが２．１μｍ／min ±８％
とほぼ一定になった。しかも、１枚のシリコンウェハＷ
におけるアッシングレートの分布を測定したところ、±
７％程度と誤差が小さかった。さらに、シリコンウェハ
ＷにＭＮＯＳを形成し、そのチャージ量を測定したとこ
ろ、ΔＶfbは零となり、シリコンウェハＷにダメージが
生じないことがわかる。

【００５１】このようにシリコンウェハＷ側のダメージ
が少ないのは、図５(a) 、(b) に示すようにシャワーヘ
ッド３０を構成する石英板３１をプラズマ発生室１２に
向け、アルミニウム層３１をシリコンウェハＷに対向さ
せるとともに、アルミニウム層３２の孔３２ａを石英板
３１の孔３１ａよりも大きくしたからである。即ち、プ
ラズマ発生室１２で生成された中性活性種は、石英板３
１に当たっても減少しにくいので、多くの中性活性種
は、シャワープヘッド３０の孔３１ａ、３２ａから下方
に放出される。また、アルミニウム層３２の孔３２ａは
石英板３１の孔３１ａよりも大きいので、石英板３１の
孔３１ａから出た中性活性種はアルミニウム層３２に照
射する確率は少なくなり、アルミニウム層３２が酸化さ
れたとしても中性活性種が減りにくい。

【００５２】また、アルミニウム層３２は接地されてい
るので、マイクロ波導入室１１から伝達されるマイクロ
波がアルミニウム層３２によって遮られてシャワーヘッ
ド３０よりも下流側に広がることはなく、シャワーヘッ
ド３０より下流でのプラズマの発生が防止される。その
下流でプラズマが発生すると、プラズマからの電子やイ
オンがシリコンウェハＷに照射しやすくなってダメージ
を与える原因になる。

【００５３】第２例まず、ガス導入管１７からプラズマ発生室１２に導入す
る酸素ガスと水蒸気の流量、アッシング室１４内の圧
力、ウェハ加熱温度、マイクロ波のパワー、周波数、波
長を第１実施形態の第１例と同じに設定する。また、シ
ャワーヘッド３０の石英板３１とマイクロ波透過窓１３
との間隔を１２mm、マイクロ波透過窓１３とウェハ載置
台１６上のシリコンウェハＷとの距離を６５mmに設定す
る。

【００５４】また、図７に示すように、アルミニウム層
３２の孔３２ｂの断面形状を逆台形にして石英板３１側
の直径を２mm、その逆側の直径を３mmとした新しいシャ
ワーヘッド３０を使用する。そして、５００枚のシリコ
ンウェハＷを用意し、それらの上のレジストＲを順次ア
ッシングした。その後に、試料として２５枚の８インチ
のシリコンウェハＷを用意し、それらの上のレジストＲ
を順にアッシングしたところ、図８に示すように、処理
済みの枚数が増えてもアッシングレートが落ちる現象は
みれず、２．０μｍ／min ±７％とほぼ一定になった。

【００５５】しかも、１枚のシリコンウェハＷにおける
アッシングレートの分布を測定したところ、±７％程度
と誤差が小さかった。さらに、シリコンウェハＷにＭＮ
ＯＳを形成し、アッシングによるチャージ量を測定した
ところ、ΔＶfbは零となり、シリコンウェハＷにダメー
ジが生じないことがわかる。

【００５６】この第２例においては、石英板３１の孔３
１ａから中性活性種が放出される場合には、扇形に広が
って放出されるので、アルミニウム層３２の孔３２ｂの
断面を逆台形にすると、第１例と同様に、中性活性種は
ほとんどアルミニウム層３２にかからないのでアルミニ
ウム層３２の酸化による中性活性種の消滅が生じにくく
なる。

【００５７】また、シャワーヘッド３０のうちプラズマ
発生室１２に面しない側にアルミニウム層３２を形成
し、これを接地しているので、第１例と同様に、シャワ
ーヘッド３０の下流側へのマイクロ波の伝達がアルミニ
ウム層３２によって遮られるので、プラズマ発生室１２
よりも下流側でのプラズマの発生が防止される。第３例まず、ガス導入管１７からプラズマ発生室１２に導入す
る酸素ガスと水蒸気の流量、アッシング室１４内の圧
力、ウェハ加熱温度、マイクロ波のパワー、周波数、波
長を第１実施形態の第１例と同じに設定する。また、シ
ャワーヘッド３０の石英板３１とマイクロ波透過窓１３
との間隔を１２mm、マイクロ波透過窓１３とウェハ載置
台１６上のシリコンウェハＷとの距離Ｌ2 を６５mmに設
定する。

【００５８】また、図９に示すように、シャワーヘッド
３０のうち石英板３１の厚さを５mmとし、その上に形成
されるアルミニウム層３２をスパッタ法又は蒸着により
１μｍの厚さに形成した。そして、アルミニウム層３２
の孔３２ｃを石英板３１の孔３１ａと同じ大きさにした
新たなシャワーヘッド３０を支持具２０に取り付ける。
そして、５００枚のシリコンウェハＷを用意し、それら
の上のレジストＲを順にアッシングした。その後に、試
料として２５枚の８インチのシリコンウェハＷを用意
し、それらの上のレジストＲを順にアッシングしたとこ
ろ、図１０に示すように、処理済みのシリコンウェハＷ
の枚数が増えてもアッシングレートが落ちてゆく現象は
みれず、２．４μｍ／min ±１０％とほぼ一定になっ
た。しかも、１枚のシリコンウェハＷにおけるアッシ
ングレートの分布を測定したところ、±９％程度と分布
誤差が小さかった。

【００５９】さらに、シリコンウェハＷにＭＮＯＳを形
成し、そのチャージ量を測定したところ、ΔＶfbは零と
なり、シリコンウェハＷにダメージが生じないことがわ
かる。石英板３１の孔３１ａから中性活性種が放出され
る場合には、扇形に広がって放出されるので、アルミニ
ウム層３２を数μｍの厚さにすると、第１例と同様に、
中性活性種はほとんどアルミニウム層３１に接触しない
のでアルミニウム層３１の酸化による中性活性種の消滅
が生じにくくなる。

【００６０】また、シャワーヘッド３０のうちプラズマ
発生室１２に面しない側にアルミニウム層３２を形成
し、これを接地しているので、第１例と同様に、マイク
ロ波の下流側への伝達がアルミニウム層３２によって遮
られるので、プラズマ発生室１２よりも下流側でプラズ
マが発生しなくなる。第４例プラズマ発生室１２に導入するガスとして、酸素（O2）
と窒素（N2）を用い、酸素ガス流量を１３５０sccm、窒
素ガス流量を１５０sccmとし、その他の条件は第１例と
同じにした。

【００６１】そして、シャワーヘッド３０として第１例
と同じものを新たに支持具に取り付けた後に、５００枚
のシリコンウェハを処理し、ついで、２５枚のシリコン
ウェハＷ上のレジストＲを順にアッシングしたところ、
アッシングレートは図１１に示すようになり、ウェハ処
理枚数が加算されても１．５μｍ／min ±１０％となっ
てアッシングレートの低下は見られなかった。

【００６２】また、シリコンウェハＷにＭＮＯＳを形成
し、そのチャージ量を測定したところ、ΔＶfbは零とな
り、シリコンウェハＷにダメージが生じないことがわか
る。さらに、アッシングレートの温度依存性を調査し、
活性化エネルギーを求めると０．５ｅＶとなり中性活性
種が主体のエッチングがなされていることが確かめられ
た。

【００６３】本実施形態は誘電体板（誘電体線路）を用
いたアッシング装置について述べたが、他のアッシング
装置への適用は可能である。また、本発明は、上記した
他の酸素原子含有ガスを用いても同様な作用効果が得ら
れる。（第３の実施の形態）図１２は、本発明の第３実施形態
に使用するマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置を
示す断面図であり、シャワーヘッドの構成を除いて図１
とほぼ同様な構造を有している。図１２において図１と
同じ符号は同じ要素を示している。

【００６４】図１２に示すアッシング装置のシャワーヘ
ッド３３は、下側のシャワープレート３４と上側のシャ
ワープレート３６がスペーサ３５を介してシャワーヘッ
ド支持具２０に取付けられている。上側のシャワープレ
ート３６は、厚さ５mmの石英板から形成され、直径２mm
の孔が多数形成されている。また、下側のシャワープレ
ート３４は、図５(b) 、図７又は図９に示したと同じ構
造を有し、厚さ５mmの石英板と厚さ２mmのアルミニウム
層の二層構造を有しており、その石英板には直径２mmの
孔が形成され、アルミニウム層には石英板の孔に重なる
直径３mmの孔が形成されている。

【００６５】また、マイクロ波透過窓１３と上側のシャ
ワープレート３６の距離は６mm、上側と下側のシャワー
プレート３４、３６の距離は４mm、マイクロ波透過窓１
３とウェハ載置台１６上のシリコンウェハＷとの距離Ｌ
₂は６５mmとなっている。そして、ガス導入管１７から
プラズマ発生室１２に酸素を１２３５sccm、水蒸気を６
５sccmの流量で導入するとともに、パワー１．４５ｋＷ
のマイクロ波をプラズマ発生室１２内に伝達してプラズ
マ発生室１２内に酸素と水のプラズマを発生させる。ま
た、アッシング室１４内を１．０Torrに減圧し、ウェハ
加熱温度を２００℃とする。

【００６６】このような条件でシリコンウェハＷ上のレ
ジストＲをアッシングすると、プラズマ発生室１２内で
発生した中性活性種が下側のシャワープレート３４の孔
を通ってシリコンウェハＷに供給され、シリコンウェハ
Ｗ上のレジストＲは、中性活性種によってアッシングさ
れることになる。ところで、上記したように２枚のプレ
ート３４、３６からなるシャワーヘッド３３を構成した
ところ、プレート３４、３６間の空間でプラズマが強く
且つ均一分布で発光して図１３に示すような高いアッシ
ングレートが得られた。

【００６７】そして、上側と下側のシャワープレート３
４、３６の新たなものを支持具２０に取り付けた後に、
５００枚のシリコンウェハを処理し、ついで、２５枚の
シリコンウェハＷ上のレジストＲを順にアッシングした
ところ、図１３に示すようなアッシングレートが得られ
た。アッシングレートは、２．８μｍ／min ±１２％と
なって処理枚数によるアッシングレートの低下は見られ
なかった。

【００６８】また、シリコンウェハＷにＭＮＯＳを形成
し、そのチャージ量を測定したところ、ΔＶfbは零とな
り、シリコンウェハＷにダメージが生じないことがわか
る。さらに、１枚のシリコンウェハＷにおけるアッシン
グレートの分布を測定したところ、±１０％程度と分布
に均一性が得られた。なお、シャワーヘッドを構成する
プレートは、上記したように２枚に限るものではなく、
３枚以上、間隔をおいて重ねる構造を採用してもよい。

【００６９】

【発明の効果】以上述べたように第１の本発明のマイク
ロ波ダウンフロー型アッシング装置によれば、マイクロ
波透過窓と石英板の距離をマイクロ波の波長の１／１０
以上に設定したので、ウェハのアッシングの処理枚数が
増えてもアッシングレートの低下は見られず、しかも、
アッシングレートを高く維持できた。

【００７０】また、プラズマ発生室の一部は、その石英
板を支持する導電性壁によって区画されており、導電性
壁の一部を石英で覆うようにすると、プラズマ発生室内
のプラズマの電位が導電性壁の電位によって安定するの
で、プラズマから生じる電子、イオンなどによってウェ
ハがダメージを受けることを防止できる。また、第２の
本発明のマイクロ波ダウンフロー型アッシング装置によ
れば、複数の第１の孔を有する石英層と、該第１の孔に
重なる第２の孔を有する金属層からなる多層構造からシ
ャワーヘッドを構成し、その石英層をマイクロ波透過窓
に対向させ、金属層をウェハ載置台に対向させたので、
シャワーヘッドのうちプラズマ発生室内に面する部分に
はアルミニウムなどの金属層が露出しないので、金属層
の酸化に伴う中性活性種の減少は殆どみられず、安定し
たアッシングレートを得ることができる。しかも、金属
層によってプラズマがアッシング室に広がることが防止
されるので、プラズマから発生する電子やイオンによる
半導体ウェハのダメージの発生を防止できる。

【００７１】また、第３の本発明のマイクロ波ダウンフ
ロー型アッシング装置によれば、石英層と金属層の２層
構造の第１のプレートと、石英からなる第２のプレート
とを間隔をおいて配置する構造を有するシャワーヘッド
を採用し、しかも、その第１のプレートの金属層をウェ
ハ載置台に対向させるとともに、第２のプレートをマイ
クロ波透過窓に対向させたので、第１のプレートと第２
のプレートの間に密度の高いプラズマを発生させてアッ
シングレートを高くできた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態のアッシング装置を示す
断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態のアッシング装置による
アッシングレートと処理枚数の関係を示す図（その１）
である。

【図３】本発明の第１実施形態のアッシング装置による
アッシングレートと処理枚数の関係を示す図（その２）
である。

【図４】本発明の第１実施形態のアッシング装置の変形
例を示す断面図である。

【図５】本発明の第２実施形態のアッシング装置と第２
のシャワーヘッドを示す断面図である。

【図６】図５に示した第２のシャワーヘッドを使用した
場合のアッシングレートと処理枚数の関係を示す図であ
る。

【図７】本発明の第２実施形態のアッシング装置に使用
する第２のシャワーヘッドを示す断面図である。

【図８】図７に示した第２のシャワーヘッドを使用した
場合のアッシングレートと処理枚数の関係を示す図であ
る。

【図９】本発明の第２実施形態のアッシング装置に使用
する第３のシャワーヘッドを示す断面図である。

【図１０】図９に示した第３のシャワーヘッドを使用し
た場合のアッシングレートと処理枚数の関係を示す図で
ある。

【図１１】本発明の第２実施形態のアッシング装置にお
いて酸素と窒素のプラズマを使用した場合のアッシング
レートと処理枚数の関係を示す図である。

【図１２】本発明の第３実施形態のアッシング装置を示
す断面図である。

【図１３】本発明の第３実施形態のアッシング装置によ
るアッシングレートと処理枚数の関係を示す図である。

【図１４】従来のアッシング装置を示す断面図である。

【図１５】従来のアッシング装置によるアッシングレー
トと処理枚数の関係を示す図である。

【符号の説明】

１１マイクロ波導波室１２プラズマ発生室１３マイクロ波透過窓１４アッシング室１５シャワーヘッド１６ウェハ載置台１７ガス導入管１８ヒータ１９誘電体板２０支持具３０、３３シャワーヘッド３１石英板３２アルミニウム層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒木宏典大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者末廣利英大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者野沢善幸大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者奥村信夫大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者奥野文明大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波を電送する導波室と、前記導波
室からのマイクロ波によってガスを放電させるプラズマ
発生室と、前記導波室と前記プラズマ発生室を仕切るマ
イクロ波透過窓と、前記プラズマ発生室内で得られた生
成物の流れの下流側にあるアッシング室と、前記アッシ
ング室と前記プラズマ発生室の間に配置された複数の孔
を有する石英板と、前記アッシング室内で前記石英板に
対向する面に半導体ウェハを載置するウェハ載置台とを
有するアッシング装置において、前記マイクロ波透過窓と前記石英板の距離は前記マイク
ロ波の波長の１／１０以上に設定されていることを特徴
とするアッシング装置。
【請求項２】前記マイクロ波透過窓は石英又はアルミナ
からなることを特徴とする請求項１記載のアッシング装
置。
【請求項３】前記プラズマ発生室の一部は前記石英板を
支持する導電性壁によって区画されており、該導電性壁
の一部は石英で覆われていることを特徴とする請求項１
記載のアッシング装置。
【請求項４】前記導電性壁のうち前記マイクロ波透過窓
に対向する部分が前記石英で覆われていることを特徴と
する請求項３記載のアッシング装置。
【請求項５】前記マイクロ波透過窓と前記ウェハ載置台
との距離は、前記マイクロ波の波長以下であることを特
徴とする請求項１記載のアッシング装置。
【請求項６】マイクロ波を伝送する導波室と、前記導波
室からのマイクロ波によってガスを放電させるプラズマ
発生室と、前記導波室と前記プラズマ発生室を仕切るマ
イクロ波透過窓と、前記プラズマ発生室内で得られた生
成物の流れの下流側にあるアッシング室と、前記アッシ
ング室と前記プラズマ発生室の間に配置された複数の孔
を有するシャワーヘッドと、前記アッシング室内で前記
石英板に対向する面に半導体ウェハを載置するウェハ載
置台とを有するアッシング装置において、前記シャワーヘッドは、複数の第１の孔を有する石英層
と、該第１の孔に重なる第２の孔を有する金属層からな
る多層構造を有し、該石英層は前記マイクロ波透過窓に
対向し、該金属層は前記ウェハ載置台に対向しているこ
とを特徴するアッシング装置。
【請求項７】マイクロ波を伝送する導波室と、前記導波
室からのマイクロ波によってガスを放電させるプラズマ
発生室と、前記導波室と前記プラズマ発生室を仕切るマ
イクロ波透過窓と、前記プラズマ発生室内で得られた生
成物の流れの下流側にあるアッシング室と、前記アッシ
ング室と前記プラズマ発生室の間に配置された複数の孔
を有するシャワーヘッドと、前記アッシング室内で前記
石英板に対向する面に半導体ウェハを載置するウェハ載
置台とを有するアッシング装置において、前記シャワーヘッドは、前記ウェハ載置台側に配置され
る第１のプレートと、該第１のプレートに間隔をおいて
対向し且つ前記マイクロ波透過窓側に配置される第２の
プレートとを有し、前記第１のプレートは、複数の第１の孔を有する第１の
石英層と、該第１の孔に重なる第２の孔を有する金属層
からなる多層構造を有し、かつ、該第１の金属層は前記
ウェハ載置台に対向し、該第１の石英層は前記第２のプ
レートに対向するように配置され、前記第２のプレートは、複数の第３の孔を有する第２の
石英層を有していることを特徴とするアッシング装置。
【請求項８】前記第２の孔は、前記第１の孔と同じかそ
れよりも大きいことを特徴とする請求項６又は７記載の
アッシング装置。
【請求項９】前記第２の孔は、前記ウェハ載置台の方向
に広がっていることを特徴とする請求項６又は７記載の
アッシング装置。
【請求項１０】前記金属層は、前記石英層の上にスパッ
タ又は蒸着によって形成されたアルミニウム層であるこ
とを特徴とする請求項６又は７記載のアッシング装置。
【請求項１１】前記マイクロ波導波室には誘電体線路が
置かれていることを特徴とする請求項１、６又は７記載
のアッシング装置。
【請求項１２】前記プラズマ発生室には酸素含有ガスが
導入されることを特徴とする請求項１、６又は７記載の
アッシング装置。
【請求項１３】前記酸素含有ガスは、酸素と窒素の混合
ガス、又は酸素と水の混合ガスであることを特徴とする
請求項１２記載のアッシング装置。