WO2006025123A1 - アッシング方法及びアッシング装置 - Google Patents

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Katsuhiro Yamazaki
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Definitions

  • the present invention relates to an ashing apparatus for removing a photoresist used as a mask for forming a circuit on a wafer in a semiconductor wafer process, and in particular, to prevent the ashing rate from being lowered and to increase the lifetime of a plasma generation chamber member.
  • the technology relates to
  • oxygen (O) plasma has been conventionally used.
  • oxygen (O) plasma has been conventionally used.
  • oxygen (O) plasma has been conventionally used.
  • the dielectric constant is significantly increased.
  • a large number of fine pores are exposed (specific surface area is increased), so that the film quality is extremely low in resistance to highly reactive oxygen plasma.
  • Patent Document 1 a technique for preventing deterioration of the low-K film by performing an ashing process with a plasma generated from a mixed gas containing nitrogen and hydrogen that does not contain oxygen.
  • Patent Document 2 Technology for aching by oxygen-free plasma using hydrogen-containing gas and fluorine-containing gas has been developed (see Patent Document 2).
  • Patent Document 1 JP 2002-261092 A
  • Patent Document 2 JP 2001-110775 A Disclosure of the invention
  • ashing gas conditions that are completely different from conventional ones are required, such as hydrogen (H) and nitrogen (N).
  • the present invention has been proposed in order to solve the above-described problems of the prior art.
  • the purpose of the present invention is to use a low-K film (particularly, using a porous material) exposed on the wafer.
  • Another object is to provide an ashing apparatus and an ashing method capable of reliably removing resist from a wafer while preventing deterioration of film quality.
  • “%” representing the quantity ratio is based on mass unless otherwise specified.
  • the present invention introduces a gas into a plasma generation chamber at least partially formed of a dielectric material, excites the gas to generate plasma, and low gas is generated by the gas plasma.
  • a gas into a plasma generation chamber at least partially formed of a dielectric material, excites the gas to generate plasma, and low gas is generated by the gas plasma.
  • a plasma is generated by exciting a reactive gas, and the resist on the object to be processed is removed by the generated hydrogen radicals.
  • the ashing rate with a small change in dielectric constant is also high.
  • an inert gas with H added as an ashing gas the ashing rate is increased while the dielectric is increased.
  • the resist can be surely removed from c.
  • the change of the ashing rate relative to the change of H is within the allowable range in terms of processing capacity, and stable ashing processing is performed. be able to.
  • HO is added to the inert gas to which H is added, plasma is generated by the mixed gas, and the resist on the object to be processed is generated by the generated hydrogen radicals. Remove.
  • H is further added to the inert gas to which H is added.
  • the deactivation of H radicals is remarkably reduced, and as a result, the amount of H radicals reaching the upper limit is increased. it can. Thereby, the remaining peeling can be improved without extending the processing time. Further, as an incidental effect, the dielectric part such as the inner surface of the plasma generation chamber can prevent or reduce the reducing action of other members, thereby contributing to the extension of the life of the plasma generation chamber members.
  • H 2 O is added to the inert gas at a ratio of 0.1% -5%.
  • H ⁇ is added to the inert gas at a ratio of 0.1% -5%.
  • the deactivation of H radicals can be significantly reduced, and as a result, the amount of H radicals reaching the woofer can be increased. As a result, it is possible to improve the peeling residue without extending the processing time. Further, as an incidental effect, the reducing action of other members can be prevented or reduced based on the dielectric portion such as the inner surface of the plasma generating chamber, which can contribute to the longer life of the plasma generating chamber member.
  • O is added to the inert gas to which H is added, plasma is generated by the inert gas, and the resist on the object to be processed is removed by the generated hydrogen radicals. .
  • ⁇ is added to the inert gas,
  • the deactivation of H radicals can be significantly reduced, and as a result, the amount of H radicals reaching the woofer can be increased. As a result, it is possible to improve the peeling residue without extending the processing time.
  • the dielectric part such as the inner surface of the plasma generation chamber
  • the reducing action of other members can be prevented or reduced, which can contribute to the long life of the plasma generation chamber member.
  • the inert gas is supplemented with ⁇ at a ratio of 0.01% —0.1%.
  • the deactivation of H radicals can be remarkably reduced, and as a result, the amount of H radicals that reach 18 can be increased. As a result, it is possible to improve the peeling residue without extending the processing time. Further, as an incidental effect, the reducing action of other members can be prevented or reduced based on the dielectric portion such as the inner surface of the plasma generating chamber, which can contribute to the extension of the life of the plasma generating chamber member.
  • the inert gas is composed of He.
  • He has a high metastable energy, for example, H
  • the ultraviolet light power contained in the plasma is linearly aligned with the object to be processed and the plasma generation chamber so that the object to be processed is not directly irradiated from the plasma generation chamber. It is characterized by the arrangement that is not irradiated.
  • the ultraviolet light contained in the plasma generated inside the plasma generation chamber is removed before reaching the object to be processed, and only radicals are supplied to the surface of the object to be processed. As a result, the increase in the dielectric constant of the object to be processed due to the ultraviolet light hitting the object to be processed can be controlled.
  • a mixed gas of soot and an inert gas is used as the asching gas.
  • the process chamber 2 includes a vacuum vessel 1 inside a vacuum vessel 1 as shown in FIG.
  • a mounting table 3 is provided in the process chamber 2, and a workpiece S is mounted on the mounting table 3.
  • the mounting table 3 is provided with a temperature adjusting mechanism (not shown) so that the temperature of the workpiece S can be controlled by the temperature adjusting mechanism.
  • the object to be processed includes silicon eno for manufacturing a semiconductor device, a glass substrate for a liquid crystal display device, and the like.
  • An exhaust port 5 is formed in the bottom plate 4 of the vacuum container 1, and an exhaust pipe 6 having one end connected to a vacuum pump (not shown) is attached to the exhaust port 5.
  • a gas introduction port 8 is formed at the center of the upper lid 7 constituting the top plate of the vacuum vessel 1, and a gas introduction tube 9 made of a fluororesin is attached to the gas introduction port 8.
  • a plasma generation chamber member 10 is connected to the gas introduction pipe 9. Quartz (SiO 2), alumina (Al 2 O 3), sapphire, aluminum nitride, or the like can be used as the dielectric that forms the plasma generation chamber member 10.
  • a sealing member 11 is attached to the other end of the plasma generation chamber member 10, and a gas flow path 19 is formed inside the sealing member 11.
  • a gas control unit 20 for supplying ashing gas to the plasma generation chamber member 10 is provided at the other end of the gas transport pipe 18.
  • a radical generator having a microwave waveguide 12 in the middle of the plasma generation chamber member 10 In other words, the plasma generation device 13 is provided so as to surround the plasma generation chamber member 10, and the plasma generation chamber 14 is formed inside the plasma generation chamber member 10 surrounded by the plasma generation device 13. Yes. Thus, the plasma generation chamber 14 is installed outside the vacuum vessel 1.
  • a microwave generator 15 is connected to the microwave waveguide 12.
  • radicals (etching species) introduced into the process chamber 2 through the gas inlet 8 provided in the upper lid 7 (top plate) of the vacuum vessel 1 are spread over the entire surface of the workpiece S.
  • a chamber 17 is provided in the upper part of the process chamber 2 so as to form a gas storage chamber 16.
  • the shower nozzle 17 has a number of gas outlets.
  • the present embodiment is characterized by the component ratio of the ashing gas that is controlled by the gas control unit 20 when ashing is performed using the ashing apparatus as described above and is introduced into the plasma generation chamber member 10. That is, the ashing gas used in this embodiment is an inert gas to which H is added. Plasma is generated by these mixed gases, and the resist is removed by the generated hydrogen radicals. Examples of the inert gas used include helium (He) and argon (Ar).
  • the gas ratio of H in the ashing gas is in the range of 1 to 20% of the total mass flow rate. As shown in FIG. 2, the ashing rate (A / R) is about 5% or more at which it is almost saturated. Is desirable.
  • He has a higher metastable state energy than Ar, so that the ashing rate rises quickly even when a small amount of H is added. Therefore, in the region where the H ratio is around 5%, rate-saturated He is preferable because it has less fluctuation with respect to changes in the H ratio.
  • He is an atom with almost the same mass as H, it can be expected that the ashing distribution in the woofer plane is more uniform in gas diffusion than in the case of using Ar. Therefore, it is more desirable to use He in order to perform stable processing work.
  • the damage (degeneration) to the low-K film has no change in the dielectric constant as shown in FIG. 2 when He or Ar is used as the ashing gas when H is added. Good Results.
  • the ashing rate is high as shown in FIG. 4, but the dielectric constant increases as shown in FIG. If it is significant, it will cause inconvenience.
  • N although there is no damage to the low-K film, there is a problem with the processing capability as a resist removing device.
  • the ashing gas is a mixture of N and 5% H, the ashing rate is He or
  • the force S is equivalent to 5% H added to Ar, and the dielectric constant rises significantly.
  • H is added to an inert gas such as He or Ar.
  • an inert gas such as He or Ar.
  • the ashing gas is added with / 0, the change in the dielectric constant is small.
  • the ashsing rate is also high. In this way, by using a mixed gas of H and He or Ar as the ashing gas, the increase in dielectric constant can be suppressed while increasing the ashing rate, so that the deterioration of the film quality of the porous Low-K film is prevented, and the wafer is The resist can be reliably removed from the substrate.
  • the total flow rate of the ashing gas can be lslm (standard liter / min) or more. Since the ashing rate can be increased as the flow rate increases, it is desirable to use about 7 slm.
  • the processing pressure can be used in the region of 50 Pa-200 Pa.
  • the dielectric constant increases.
  • the ultraviolet light does not strike the workpiece S linearly because it is bent with respect to 8. It is also possible to adopt a configuration that blocks ultraviolet light, such as applying an ultraviolet light absorbing material to the shower nozzle 17. As a result, it is generated inside the plasma generation chamber member 10. The ultraviolet light contained in the plasma is removed before reaching the workpiece S, and only radicals are supplied to the surface of the workpiece S in the process chamber 2 via the shower nozzle 17.
  • a CDE (Chemical Dry Etching) apparatus is described as an example.
  • the shielding structure as described above of the present invention is not limited to this, and for example, a downflow type dry etching shown in FIG.
  • a double structure is formed so that the positions of the holes of the shower nozzle (punching plate) are shifted, thereby preventing direct irradiation of ultraviolet light to the workpiece S.
  • the ashing device in the second embodiment is a modification of the configuration of the ashing gas introduced from the gas control unit 20 in the first embodiment. Specifically, it is configured by adding 0.01% —0.1% O or 115% H 2 O to a mixed gas of H and He. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
  • a peeling residue may occur after ashing.
  • the plasma generation chamber member 10 is composed of SiO as described above, a gas containing H is supplied from the gas control unit 20 to excite hydrogen plasma in the plasma generation chamber 14, and this discharge time is several tens of hours. Then, SiO which is the plasma generation chamber member 10 is reduced to Si.
  • the reduction by hydrogen plasma results in SiO force i, the deactivation of H radicals necessary for ashing becomes significant. For this reason, the ashing rate is usually lowered in several tens of hours, and this causes a peeling residue after ashing. Such peeling residue can be eliminated by extending the processing time, but this reduces the processing efficiency.
  • FIG. 7 shows changes in ashing rate when H 2 O is added and changes in dielectric constant for the low-K film.
  • Fig. 8 as a comparison with HO, the change in the dielectric constant when O is added is also shown.
  • the change in dielectric constant is the same when H is added and when O is added, but the ashing rate is better when O is added.
  • the allowable range for the HO accessory is 0.1-5%.
  • the mixed gas of H and He introduced from the gas control unit 20 is 0.01%-0.1% ⁇ or 0.00. 1—5% HO
  • the dielectric portion such as the inner surface of the plasma generation chamber can be used to prevent or reduce the reducing action of other members, thereby contributing to the extension of the lifetime of the plasma generation chamber member.
  • the ashing apparatus or ashing method in the above embodiment can only be used for resist ashing on a wafer, for example, when directly etching a low-K film or removing a native oxide. It can also be used in an etching apparatus or an etching method.
  • Ar or He is taken up as an example of the inert gas of the present invention, and Ne may be used in place of the force Ar explained that He is particularly suitable.
  • Ne may be used in place of the force Ar explained that He is particularly suitable.
  • the same effect can be expected although the uniformity of the treatment distribution is impaired by using heavy weight, Kr (krypton), Xe (xenon) or Rn (radon).
  • the present invention is not realized only by these apparatuses.
  • a device capable of performing ashing mainly composed of Nagura radicals is more preferable if it can block ultraviolet light.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing changes in ashing rate when H is added to an inert gas.
  • FIG. 3 is a graph showing a change in dielectric constant when H is added to an inert gas.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in ashing rate when H is added to an inert gas.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view showing the configuration of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing changes in ashing rate when HO is added to a mixed gas of H and He.
  • FIG. 8 is a diagram showing a change in dielectric constant when HO or O is added to a mixed gas of H and He. Explanation of symbols

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Abstract

　ウェーハ上に露出した多孔質Ｌｏｗ−Ｋ膜に対して、膜質の劣化を防ぎ、ウェーハからレジストを確実に除去することのできるアッシング方法及びアッシング装置を提供する。　本発明のアッシング装置は、誘電体プラズマ発生室１４にガスを導入し、当該ガスを励起させてプラズマを生起し、前記ガスプラズマによってＬｏｗ−Ｋ膜を用いた被処理対象物Ｓのプラズマ処理を行うアッシング装置である。ガス制御部２０から導入されるアッシングガスは、Ｈ2を添加した不活性ガスである。これらの混合ガスによるプラズマを生成させ、発生した水素ラジカルによってレジストを除去するように構成される。

Description

明 細 書
アツシング方法及びアツシング装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体ゥヱーハプロセスにおいて、ゥヱーハ上に回路を作るマスクとして 使用するフォトレジストを剥離するアツシング装置に係り、特に、アツシングレートの低 下を防止し、プラズマ発生室部材の長寿命化を図る技術に関する。
背景技術
[0002] 近年、半導体集積回路のなかで、素子数が 1000を超える LSI (Large Scale
Integration,大規模集積回路）のうち、 1チップに収められた素子数が 100万を超え る ULSIなどでは、 1チップ上に 1億個以上の素子が形成されるまでになった。
[0003] このような ULSIでは、従来のような平面的な素子の微細化では対応ができないた め、配線を多層に積み上げる多層配線構造が不可欠となった。ここで、多層配線構 造は、層間容量を増大させ、素子の信号遅延時間の増大をもたらすことから、層間容 量を低減させるベぐ層間絶縁膜として低誘電率層間絶縁膜 (以下、 Low - K膜とい う）が用いられるようになってきている。
[0004] ところで、パターユング後、不要となったレジストマスクを除去するアツシング処理で は、従来、酸素（〇）プラズマを用いていた。し力 ながら、 Low— K膜の場合、酸素
2
プラズマによってアツシングすることにより、誘電率の大幅な上昇を引き起こすこととな る。特に、比誘電率が低い多孔質材料を用いた層間絶縁膜では、多数の微細な空 孔が露出（比表面積増大）するため、反応性の大きい酸素プラズマへの耐性が極め て低ぐ膜質の劣化が容易に起こる等、酸素プラズマによる弊害は顕著であった。
[0005] そこで、例えば、酸素を含まない窒素と水素を含有する混合ガスから生成されるプ ラズマでアツシング処理を行レ、、 Low— K膜の劣化を防止する技術や（特許文献 1参 照）、水素含有ガスとフッ素含有ガスによる無酸素プラズマによりアツシングする技術 が開発されてレ、る（特許文献 2参照)。
特許文献 1 :特開 2002 - 261092号公報
特許文献 2：特開 2001 - 110775号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 上記のように Low— K膜を層間絶縁膜としてレ、るゥヱーハのアツシング処理では、酸 素（O )プラズマを用いた従来のアツシングによるレジスト除去を行うことは適切でない
2
ため、従来とは全く異なったアツシングガス条件が必要とされ、水素（H )や窒素（N )
2 2
、アンモニア（NH )などを用いたプラズマ処理が行われるようになつてきた。しかしな
3
がら、このようなアツシングガス条件では、プラズマ処理装置としての処理能力に問題 があった。
[0007] すなわち、特許文献 1に示されるような窒素と水素との混合ガスでは、例えば、図 4 に示すように、アツシングレートは高いが、図 3に示すように、誘電率の上昇が大きか つた。また、特許文献 2における水素含有ガスとフッ素含有ガスとの混合ガスの場合 でも、誘電率の大幅な上昇を引き起こし、膜質の劣化を起こし得ることとなっていた。
[0008] 本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり 、その目的は、ゥヱーハ上に露出した Low— K膜 (特に、多孔質材料を用いた Low— K膜）に対して、膜質の劣化を防ぎつつ、ゥヱーハからレジストを確実に除去すること のできるアツシング装置及びアツシング方法を提供することである。なお、以下の記載 において量比を表す％は、特に断らない限りは質量基準とする。
課題を解決するための手段
[0009] 上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも一部が誘電体で形成されたプラズ マ発生室にガスを導入し、当該ガスを励起させてプラズマを生起し、前記ガスプラズ マによって Low— K膜を用いた被処理対象物のプラズマ処理を行うアツシング方法に おいて、前記プラズマ発生室に対して Hを添加した不活性ガスを導入し、この不活
2
性ガスを励起させてプラズマを生成させ、発生した水素ラジカルによって前記被処理 対象物上のレジストを除去することを特徴とする。
[0010] このような態様では、不活性ガスに Hを添加したものをアツシングガスとした場合は
2
誘電率の変化が少なぐアツシングレートも高い。このように、アツシングガスとして不 活性ガスに Hを添加したものを用いることによって、アツシングレートを高めつつ誘電
2
率の上昇を抑えることができるため、多孔質 Low— K膜の膜質の劣化を防ぎ、ゥエー ハからレジストを確実に除去することができる。
[0011] 好ましい実施形態では、前記不活性ガスには、 Hを 1一 20%の割合で添加する。
以上のような態様では、不活性ガスに添加する Hの割合が 1一 20%の領域では、 H 変化に対するアツシングレートの変化が処理能力上の許容範囲内であり、安定した アツシング処理を行うことができる。
[0012] 好ましレ、実施形態では、前記 Hを添加した不活性ガスに H Oを添カ卩し、この混合 ガスによるプラズマを生成させ、発生した水素ラジカルによって前記被処理対象物上 のレジストを除去する。また、好ましい実施形態では、前記 Hを添加した不活性ガス に、さらに H〇が添加されていることを特徴とする。
[0013] これらの態様では、不活性ガスに H〇を添カ卩することによって、 Hラジカルの失活を 著しく減少させ、その結果、ゥヱ一八上に達する Hラジカル量を増大させることができ る。これにより、処理時間を延長させることなく剥離残りを改善することができる。さら に付随効果として、プラズマ発生室内面等の誘電体部分は基より、他の部材の還元 作用も防止又は軽減することができ、プラズマ発生室部材の長寿命化に貢献するこ とができる。
[0014] 好ましい実施形態では、前記不活性ガスには、 H Oを 0. 1 %— 5%の割合で添カロ する。このような態様では、不活性ガスに 0· 1— 5%の H〇を添加することによって、
Hラジカルの失活を著しく減少させ、その結果、ゥヱーハ上に達する Hラジカル量を 増大させることができる。これにより、処理時間を延長させることなく剥離残りを改善す ること力 Sできる。さらに付随効果として、プラズマ発生室内面等の誘電体部分は基より 、他の部材の還元作用も防止又は軽減することができ、プラズマ発生室部材の長寿 命化に貢献することができる。
[0015] 好ましい実施形態では、前記 Hを添加した不活性ガスに〇を添カ卩し、この不活性 ガスによるプラズマを生成させ、発生した水素ラジカルによって前記被処理対象物上 のレジストを除去する。このような態様では、不活性ガスに〇を添カ卩することによって
、 Hラジカルの失活を著しく減少させ、その結果、ゥヱーハ上に達する Hラジカル量を 増大させることができる。これにより、処理時間を延長させることなく剥離残りを改善す ること力 Sできる。さらに付随効果として、プラズマ発生室内面等の誘電体部分は基より 、他の部材の還元作用も防止又は軽減することができ、プラズマ発生室部材の長寿 命化に貢献することができる。
[0016] 好ましい実施形態では、前記不活性ガスには、〇を 0. 01 %— 0. 1 %の割合で添
2
加する。このような態様では、不活性ガスに 0. 01% 0. 1 %の〇を添加することに
2
よって、 Hラジカルの失活を著しく減少させ、その結果、ゥヱ一八上に達する Hラジカ ル量を増大させることができる。これにより、処理時間を延長させることなく剥離残りを 改善すること力 Sできる。さらに付随効果として、プラズマ発生室内面等の誘電体部分 は基より、他の部材の還元作用も防止又は軽減することができ、プラズマ発生室部材 の長寿命化に貢献することができる。
[0017] 好ましい実施形態では、前記不活性ガスは、 Heからなることを特徴とする。このよう な態様では、 Heは、準安定状態のエネルギーが高いことに起因して、例えば、 Hを
2 微量添カ卩した場合においても、アツシングレートの立ち上がりが早い。また、 Heは H
2 とほぼ同質量をもつ原子であるため、ガスの拡散において望ましぐゥヱーハ面内の アツシング処理分布の均一化が期待できる。したがって、安定した処理作業を実行す ること力 sできる。
[0018] 好ましい実施形態では、前記プラズマに含まれる紫外線光力 前記プラズマ発生 室から被処理物上に直接照射されることがないように前記被処理物と前記プラズマ 発生室との位置関係を直線的に照射されない配置としたことを特徴とする。このような 態様では、プラズマ発生室の内部で生成されたプラズマに含まれる紫外線光は、被 処理物に到達する前に除去され、ラジカルのみが被処理物表面に供給される。これ により、被処理物に対して紫外線光が当たることによる被処理物の誘電率の上昇を 卬えること力できるようになる。
発明の効果
[0019] 以上のような本発明では、アツシングガスとして Ηと不活性ガスとの混合ガスを用い
2
ることによって、アツシングレートを高めつつ誘電率の上昇を抑えることができる。その ため、 Low-K膜 (特に多孔質材料を用いた Low-K膜)の膜質の劣化を防ぎ、ゥェ ーハからレジストを確実に除去することができる。また、不活性ガスとして Heを用いる と、誘電率の変化がない良好な結果が得られる。 [0020] さらに、 Hと不活性ガスの混合ガスに H O又は Oを添加することによって、 Hラジカ ルの失活を著しく減少させ、結果、ゥヱーハ上に達する Hラジカル量を増大させること により、同処理時間における剥離残りを改善し、さらには、付随効果として、プラズマ 発生室部材内面の還元を抑制することができ、プラズマ発生室部材の長寿命化に貢 献すること力 Sできる。
発明を実施するための最良の形態
[0021] 次に、本発明の実施の形態（以下、実施形態と呼ぶ）について、図面を参照して具 体的に説明する。なお、以下の記載において量比を表す％は、特に断らない限りは 質量基準とする。
[0022] [第 1の実施形態]
本実施形態のアツシング装置は、図 1に示すように真空容器 1の内部にプロセス室 2が真空容器 1を備えている。プロセス室 2には載置台 3が設けられており、この載置 台 3の上には被処理物 Sが載置されている。なお、載置台 3には図示しない温度調節 機構が設けられており、この温度調節機構によって被処理物 Sの温度を制御できるよ うになつている。この被処理物には、半導体装置製造用のシリコンゥエーノ、、液晶表 示装置用のガラス基板等が含まれる。
[0023] 真空容器 1の底板 4には排気口 5が形成されており、この排気口 5には、一端が真 空ポンプ（図示を省略）に接続された排気管 6が取り付けられている。また、真空容器 1の天板を構成する上蓋 7の中央にはガス導入口 8が形成されており、このガス導入 口 8にはフッ素樹脂で形成されたガス導入管 9が取り付けられている。
[0024] このガス導入管 9にはプラズマ発生室部材 10が接続されている。このプラズマ発生 室部材 10を形成する誘電体としては、石英（SiO )、アルミナ (Al O )、サファイア、 窒化アルミニウム等を使用することができる。
[0025] また、このプラズマ発生室部材 10の他端には封止部材 11が取り付けられ、この封 止部材 11の内部にはガス流路 19が形成されている。封止部材 11にはガス輸送管 1
8が接続されており、ガス輸送管 18の他端にはプラズマ発生室部材 10にアツシング ガスを供給するガス制御部 20が設けられている。
[0026] プラズマ発生室部材 10の途中にはマイクロ波導波管 12を備えたラジカル生成手 段、すなわちプラズマ発生装置 13がプラズマ発生室部材 10を取り囲むようにして設 けられており、このプラズマ発生装置 13によって取り囲まれたプラズマ発生室部材 1 0の内部にプラズマ発生室 14が形成されている。このようにプラズマ発生室 14は真 空容器 1の外部に設置されてレ、る。マイクロ波導波管 12にはマイクロ波発生器 15が 接続されている。
[0027] さらに、真空容器 1の上蓋 7 (天板）に設けられたガス導入口 8を介してプロセス室 2 の内部に導入されたラジカル（エッチング種）を、被処理物 Sの表面全体にわたって 均一に供給するために、プロセス室 2の上部にガス貯留室 16を形成するようにしてシ ャヮーノズノレ 17が設けられている。そして、シャワーノズル 17には多数のガス噴出口 が形成されている。
[0028] 本実施形態は、上記のようなアツシング装置を用いてアツシングを行う場合における ガス制御部 20により制御され、プラズマ発生室部材 10に導入されるアツシングガス の成分比に特徴を有する。すなわち、本実施形態において用いられるアツシングガス は、 Hを添加した不活性ガスである。これらの混合ガスによるプラズマを生成させ、発 生した水素ラジカルによってレジストを除去するように構成される。使用する不活性ガ スとしては、例えばヘリウム（He)やアルゴン (Ar)がある。
[0029] アツシングガスにおける Hのガス比は、トータル質量流量の 1一 20%の範囲である 、図 2に示すように、アツシングレート (A/R)がほぼ飽和する 5%程度以上とする のが望ましい。
[0030] また、 Heは、 Arよりも Heの準安定状態のエネルギーが高いことに起因して、 Hの 微量添加においてもアツシングレートの立ち上がりが早レ、。そのため、 H比が 5%前 後の領域においては、レート飽和している Heのほうが H比変化に対する変動が少な く好適である。また、 Heは Hとほぼ同質量をもつ原子であるため、 Arを用いた場合よ りもガスの拡散において望ましぐゥヱーハ面内のアツシング処理分布の均一化が期 待できる。そのため、安定した処理作業を実行するためには、 Heを用いることがより 望ましい。
[0031] このように、 Low— K膜に対するダメージ（変質）は、アツシングガスとして Hを添カロ ガスとした場合、 Heや Ar等を用いると、図 2に示すように、誘電率の変化がない良好 な結果が得られる。これに対して、例えば、 Heに〇を 5%添加したものをアツシング ガスとした場合には、図 4に示すように、アツシングレートは高いが、図 3に示すように 誘電率の上昇が著しいとレ、う不都合を生ずる。
[0032] また、図 3に示すように、 Heに Nを 5%添加したものをアツシングガスとした場合は、 誘電率の変化が少なレ、が、図 4に示すように、アツシングレートは、 Heや Arに Hを 5
%添加したものに比べ半分以下となる。すなわち、 Nの場合は Low— K膜に対する ダメージはないものの、レジスト除去装置としての処理能力に対して問題がある。また 、 Nに Hを 5%添カロしたものをアツシングガスとした場合は、アツシングレートは Heや
Arに Hを 5%添カ卩したものと同等だ力 S、誘電率の上昇が著しい。
[0033] 一方で、図 3に示すように、 Heや Ar等の不活性ガスに Hを 5。/0添加したものをアツ シングガスとした場合は誘電率の変化が少なぐまた、図 4に示すように、アツシンダレ ートも高い。このように、アツシングガスに Hと Heあるいは Arの混合ガスを用いること によって、アツシングレートを高めつつ誘電率の上昇を抑えることができるため、多孔 質 Low— K膜の膜質の劣化を防ぎ、ゥエーハからレジストを確実に除去することがで きる。
[0034] なお、アツシングガス全流量は、 lslm (standard liter/min)以上とすることができる 、大流量ほどアツシングレートを上げることができるため、 7slm程度で用いることが 望ましレ、。また、処理圧力は、 50Pa— 200Paの領域で用いることができる。
[0035] また、紫外線光が Low— K膜に当たると、誘電率が上昇する。上述のように、紫外線 光の影響よりもガス成分比のほうが影響が大きいが、特に誘電率の低い（K= 2以下） 多孔質材料を用いた Low— Κ膜では、その影響が顕著である。そこで、本実施形態 では、プラズマ生成部からの紫外線光が被処理物上に直接照射されることがないよう に紫外線光を遮光するため、被処理物とプラズマ生成部との位置関係を直線的に照 射されない配置としている。
[0036] 具体的には、図 5に示すように、プラズマ発生室 14とガス導入管 9及びガス導入口
8との間で屈曲しているため、紫外線光が被処理物 Sに直線的に当たることはない。 また、シャワーノズル 17に紫外線光吸収物質を塗布するなど、紫外線光を遮蔽する 構成とすることも可能である。これにより、プラズマ発生室部材 10の内部で生成され たプラズマに含まれる紫外線光は、被処理物 Sに到達する前に除去され、ラジカルの みがシャワーノズノレ 17を経由してプロセス室 2内の被処理物 S表面に供給される。
[0037] なお、本実施形態は、 CDE (ケミカルドライエッチング)装置を例に説明しているが 、本発明の上記のような遮蔽構造はこれに限られず、例えば図 6に示すダウンフロー 型ドライエッチング装置においても、シャワーノズル (パンチングプレート）の穴の位置 がずれるように二重に構成し、これにより、被処理物 Sに対する紫外線光の直接照射 を防止することができる。また、上記同様、シャワーノズルに紫外線光吸収物質を塗 布することによって吸収することも可能である。
[0038] [第 2の実施形態]
第 2の実施形態におけるアツシング装置は、上記第 1の実施形態におけるガス制御 部 20から導入されるアツシングガスの構成に変更をカ卩えたものである。具体的には、 Hと Heとの混合ガスに 0. 01 %— 0. 1%の Oあるいは 1一 5%の H Oを添加して構 成したものである。なお、その他の構成に関しては上記第 1の実施形態と同様である ので説明を省略する。
[0039] 被処理物 S (ゥヱ一ノ、）上に Low— K膜が露出してレ、る場合のレジストアツシングェ 程において、 Hと Heとの混合ガスをアツシングガスとして用いるプロセスでは、アツシ ング後に剥離残りが生ずる場合がある。上記のようにプラズマ発生室部材 10を Si〇 で構成した場合、ガス制御部 20から Hを含むガスが供給されて、プラズマ発生室 14 で水素プラズマが励起され、この放電時間が数十時間となるとプラズマ発生室部材 1 0である Si〇が還元されて Siとなる。水素プラズマによる還元で、 Si〇力 iとなると、 アツシングに必要な Hラジカルの失活が著しくなる。そのため、通常は数十時間でァ ッシングレートの低下が起こってしまい、これによりアツシング後に剥離残りが生ずるこ ととなる。このような剥離残りは、処理時間を延長すれば解消できるが、それでは処理 作業効率が低下してしまう。
[0040] 本実施形態では、このような剥離残りを防ぐために、上記のように Hと Heとの混合 ガスに 1一 5%の H〇を添加した。このように、 H〇を添加すると、プラズマ発生室 14 において酸素プラズマが発生する。そして、この酸素プラズマによりプラズマ発生室 部材 10の誘電体 (放電管や誘電体窓）の還元が防止され再酸化処理がなされる。こ れによって、 Hラジカルの失活を著しく減少させ、結果、ゥヱーハ上に達する Hラジカ ル量を増大させることにより、処理時間を延長することなく剥離残りを改善することが できる。さらに付随効果として、プラズマ発生室部材 10内面等の誘電体部分は基より 、他の部材の還元作用も防止又は軽減することができ、プラズマ発生室部材 10の長 寿命化に貢献することができる。
[0041] 図 7において H Oを添加した場合のアツシングレートの変化と Low— K膜に対する 誘電率の変化を示す。また、図 8において H〇に対する比較として、〇を添加した場 合の誘電率変化も示す。
[0042] 図 7からわカ^)ように、 Hと Heとの混合ガスに H〇を添加することにより、アツシング レートが 1000nm/min以上に上昇していることがわかる。これは前記のようにゥエー ハ上に到達する Hラジカルの量が増大することとあわせて発生した酸素ラジカルの作 用によるものである。これにより、処理時間を延長することなくゥエーハ上の剥離残りを 解消すること力できる。また、図 8に示すように、 H〇の 0· 1— 5%添加においては、 L ow— K膜の誘電率の変化はほとんどなぐ良好な膜質が得られる。
[0043] また、同様に処理時間を延長させることなく剥離残りの解消を狙った〇添加では、 図 8に示すように、 1パーセント程度の微量の Oにおいても Low— K膜に対して変質 を生じさせてしまうが、 0. 1 %程度までの添カ卩量であれば使用することができることが わ力る。
[0044] H〇添加量に比べて、 O添加量の許容範囲が狭い原因は必ずしも明らかにはな つていないが、これは H〇添加と〇添加で発生した〇ラジカルの寿命の差、及び Lo w— K膜に対する活性度合レ、 (反応性)の違レ、が誘電率変化量の差異に影響してレ、 ること力 S考えられる。多孔質材料を使った、より誘電率の低い Low— K膜では、誘電 率変化を引き起こしゃすいことから、 O添加量を 0. 01 %以下の添加とすることがより 望ましい。
[0045] このように、 H〇添加した場合と、 Oを添加した場合とでは、誘電率の変化は同等 であるが、アツシングレートは〇添加のほうが優れている。その反面、 O添加量は微 量に抑える必要があり、誘電率の上昇を起こさない範囲が 0. 01 -0. 1 %とかなり狭 レ、。そのため、実際の処理作業ではわずかな流量変化等があれば誘電率の上昇に 大きな影響をもたらす。これに対して、 H O添カ卩では許容できる範囲が 0. 1— 5%と
2
かなり広いから、実際の処理作業において多少の流量変化等があっても、誘電率の 上昇に与える影響は少なく安定した処理作業が可能となる。
[0046] 以上示したように、本実施形態のアツシング装置によれば、ガス制御部 20から導入 される Hと Heとの混合ガスに、 0. 01 %— 0. 1 %の〇あるいは 0. 1— 5%の H Oを
2 2 2 添加することによって、 Hラジカルの失活を著しく減少させ、その結果、ゥヱーハ上に 達する Hラジカル量を増大させることができる。これにより、処理時間を延長させること なく剥離残りを改善することができる。さらに付随効果として、プラズマ発生室内面等 の誘電体部分は基より、他の部材の還元作用も防止又は軽減することができ、プラズ マ発生室部材の長寿命化に貢献することができる。
[0047] [他の実施の形態]
なお、上記実施形態におけるアツシング装置あるいはアツシング方法は、ゥヱーハ 上のレジストアツシングに用いることができるだけでなぐ例えば、 Low— K膜を直接的 にエッチングする場合や自生酸化物を除去するような場合のエッチング装置あるい はエッチング方法に用いることも可能である。
[0048] また、上記実施形態においては、本発明の不活性ガスの例として、 Arや Heを取り 上げ、特に Heが好適であることを説明した力 Arの代わりに Neを用いてもよぐまた 、質量の重レ、Kr (クリプトン）、 Xe (キセノン）又は Rn (ラドン）を用いることによって処 理分布の均一性は損なわれるものの、同様の効果が期待できる。
[0049] 上記実施形態においては、本発明が適用される装置として、ケミカルドライエツチン グ装置、ダウンフロー型ドライエッチング装置を用いて説明した力 本発明はこれらの 装置のみで実現されるものではなぐラジカルを主体にしたアツシングを行い得る装 置であれば良ぐ紫外線光を遮断し得るものであればなお好適である。
図面の簡単な説明
[0050] [図 1]本発明の第 1の実施形態を示す構成図。
[図 2]不活性ガスに Hを添加した場合のアツシングレートの変化を示す図。
2
[図 3]不活性ガスに Hを添加した場合の誘電率変化を示す図。
2
[図 4]不活性ガスに Hを添加した場合のアツシングレートの変化を示す図。 [図 5]本発明の第 1の実施形態の構成を示す部分拡大図。
園 6]本発明の第 1の実施形態の変形例を示す部分拡大図。
[図 7]H及び Heの混合ガスに H〇を添加した場合のアツシングレートの変化を示す 図。
[図 8]H及び Heの混合ガスに H〇又は〇を添加した場合の誘電率変化を示す図。 符号の説明
1·· •真空容器
2·· 'プロセス室
3·· •載置台
4·· •底板
5·· •排気口
6·· •排気管
7·· •上蓋
8·· 'ガス導入口
9·· •ガス導入管
10. …プラズマ発生室部材
11. …封止部材
12· …マイクロ波導波管
13· …プラズマ発生装置
14· …プラズマ発生室
15· …マイクロ波発生器
16· …ガス貯留室
17· …シャワーノズノレ
18· …ガス輸送管
19' '··ガス流路
20' '··ガス制御部

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも一部が誘電体で形成されたプラズマ発生室にガスを導入し、当該ガスを 励起させてプラズマを生起し、前記ガスプラズマによって Low— K膜を用いた被処理 対象物のプラズマ処理を行うアツシング方法において、
前記プラズマ発生室に対して Hを添加した不活性ガスを導入し、
この不活性ガスを励起させてプラズマを生成させ、発生した水素ラジカルによって 前記被処理対象物上のレジストを除去することを特徴とするアツシング方法。
[2] 前記不活性ガスには、 Hを 1一 20%の割合で添加することを特徴とする請求項 1 記載のアツシング方法。
[3] 前記 Hを添加した不活性ガスに H〇を添加し、
この混合ガスによるプラズマを生成させ、発生した水素ラジカルによって前記被処 理対象物上のレジストを除去することを特徴とする請求項 1又は 2に記載のアツシング 方法。
[4] 前記不活性ガスには、 H Oを 0· 1 %— 5%の割合で添加することを特徴とする請求 項 3記載のアツシング方法。
[5] 前記 Hを添カ卩した不活性ガスに Oを添カロし、
この不活性ガスによるプラズマを生成させ、発生した水素ラジカルによって前記被 処理対象物上のレジストを除去することを特徴とする請求項 1又は 2に記載のアツシ ング方法。
[6] 前記不活性ガスには、 Oを 0. 01 % 0. 1 %の割合で添加することを特徴とする請 求項 5記載のアツシング方法。
[7] 少なくとも一部が誘電体で形成されたプラズマ発生室にガスを導入し、当該ガスを 励起させてプラズマを生起し、前記ガスプラズマによって Low— K膜を用いた被処理 対象物のプラズマ処理を行うアツシング装置であって、
前記プラズマ発生室に対して導入されるガスは、 Hを添加した不活性ガスであるこ とを特徴とするアツシング装置。
[8] 前記不活性ガスには、 Hを 1一 20%の割合で添加されていることを特徴とする請求 項 7記載のアツシング装置。
[9] 前記 Hを添加した不活性ガスに、さらに H〇が添加されていることを特徴とする請 求項 7又は 8記載のアツシング装置。
[10] 前記添加される H Oは、 0. 1%— 5%の割合であることを特徴とする請求項 9記載 のアツシング装置。
[11] 前記 Hを添加した不活性ガスに、さらに〇が添加されていることを特徴とする請求 項 7又は 8記載のアツシング装置。
[12] 前記添加される〇は、 0. 01% 0. 1 %の割合であることを特徴とする請求項 11 記載のアツシング装置。
[13] 前記不活性ガスは、 Heからなることを特徴とする請求項 7 12のいずれ力、 1項に記 載のアツシング装置。
[14] 前記プラズマに含まれる紫外線光が、前記プラズマ発生室から被処理物上に直接 照射されることがないように前記被処理物と前記プラズマ発生室との位置関係を直線 的に照射されない配置としたことを特徴とする請求項 7— 12のいずれ力 1項に記載の アツシング装置。
[15] 前記不活性ガスは、 Heからなり、
前記プラズマに含まれる紫外線光が、前記プラズマ発生室から被処理物上に直接 照射されることがないように前記被処理物と前記プラズマ発生室との位置関係を直線 的に照射されない配置としたことを特徴とする請求項 7— 12のいずれ力 1項に記載の アツシング装置。
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