JP2012235130A - アッシング方法およびアッシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポッピングの発生を抑制するとともに、ポッピングが発生してしまった場合には飛散した変質層の破片をも除去することができるアッシング方法およびアッシング装置を提供する。
【解決手段】イオン注入により表面に形成された変質層４とその下の未変質層３とを有するレジストを除去するアッシング方法であって、基板の前記レジストが形成された面を覆うように塗布膜５を形成し、前記レジストと前記塗布膜５とを反応性ガスを用いたプラズマ処理により除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アッシング方法およびアッシング装置に関し、特に、イオン注入時にマスクとして用いられたレジストをアッシングするのに適したアッシング装置およびアッシング方法に関する。

プラズマを利用してレジストを除去するプラズマアッシング処理は、半導体や液晶ディスプレイをはじめとする各種の産業分野において広く利用されている。「アッシング」とは、具体的には、パターンを加工するエッチング時や、イオン注入（ion implantation：以下「インプラ」という）時のマスクとして用いられたレジストを、酸素プラズマなどとの反応により、例えばシリコン基板より分解除去するプロセスである。

ここで、インプラのマスクとしてレジストを用いた場合、当然のことながらレジスト自体にもイオンが注入されることになる。そのため、レジスト内部においては、レジスト表面のイオンが注入された変質層（硬化層）と、変質層の下のイオンが注入されていない未変質層（バルク層）とが存在することになる。

このような変質層は、通常のアッシングプロセスで用いられる酸素プラズマでは分解除去し難い。これは、インプラ時のイオン衝撃によってレジスト中の水素が離脱し、有機高分子が複雑にクロスリンクした構造となっているためである。またさらに、後に詳述する「ポッピング」という現象により、変質層の残渣が残りやすいという問題もある。

そこで、変質層の除去とポッピングの抑制のために、変質層と未変質層とでアッシング条件（処理温度や反応性ガスの成分など）を変える技術が提案されている（特許文献１、２を参照）。

しかしながら、特許文献１に開示された技術のように、ポッピングの発生を抑制するために変質層のアッシング温度を低くすると、アッシングレートが低下して生産性が低下するという新たな問題を生じる。また、特許文献２に開示された技術のように、変質層のアッシング温度を低く抑えてもアッシングレートを高くできるようにフッ素系のガスを添加すると、基板におけるイオン注入層などをもエッチングしてしまうおそれがある。

そのため、変質層を処理して微細孔を形成させることにより、ポッピングの発生を抑制しつつ変質層と未変質層とを同一条件でアッシングする技術が提案されている（特許文献３を参照）。

しかしながら、特許文献１〜３に開示された技術ではポッピングの発生を完全には防止することができず、ポッピングが発生してしまった場合には、基板表面などの上に飛散した変質層の破片が残渣として残るおそれがあった。

また、レジストを分解除去する場合には酸素プラズマを用いるのが一般的であるが、酸素プラズマを用いた場合には、レジストに覆われていないイオンの注入面に酸化層が形成される場合がある。そして、アッシング後にＳＰＭ処理を行う場合には、この酸化層とともにイオン注入層の一部がエッチング除去されてしまい、いわゆる「膜減り」を生じることがある。このような膜減りが生じた場合には、イオン注入層の一部が失われるためにデバイス特性が悪化するという問題が生じるおそれがある。

特開平１１−６７７３８号公報 特開平５−２７５３２６号公報 特開平１１−２３３４８９号公報

本発明は、ポッピングの発生を抑制するとともに、ポッピングが発生してしまった場合には飛散した変質層の破片をも除去することができるアッシング方法およびアッシング装置を提供する。

本発明の一態様によれば、イオン注入により表面に形成された変質層とその下の未変質層とを有するレジストを除去するアッシング方法であって、基板の前記レジストが形成された面を覆うように塗布膜を形成し、前記レジストと前記塗布膜とを反応性ガスを用いたプラズマ処理により除去すること、を特徴とするアッシング方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、基板のレジストが形成された面を覆うように塗布膜を形成する塗布手段と、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマに向けて反応性ガスを導入する反応性ガス供給手段と、前記処理容器内を減圧する排気手段と、を備えることを特徴とするアッシング装置が提供される。

本発明によれば、ポッピングの発生を抑制するとともに、ポッピングが発生してしまった場合には飛散した変質層の破片をも除去することができるアッシング方法およびアッシング装置が提供される。

本発明の第１の実施の形態に係るアッシング方法を例示するための模式工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るアッシング方法を例示するための模式工程断面図である。 インプラによる変質層の形成とポッピングの発生とを例示するための模式工程断面図である。 ポッピングが発生した場合を例示するための模式断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアッシング方法を例示するための模式行程断面図である。 比較例に係るアッシング方法について例示をするための模式行程断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るアッシング装置を例示するための模式断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るアッシング装置を例示するための模式断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係るアッシング装置を例示するための模式断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係るアッシング装置を例示するための模式平面図である。 塗布装置を例示するための模式断面図である。 アッシングのみを行う除去装置を例示するための模式断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。
尚、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１、図２は、本発明の第１の実施の形態に係るアッシング方法を例示するための模式工程断面図であり、図１は塗布工程、図２は除去工程を示している。
図１に示すように、インプラ後のシリコン基板１には、その表面にマスクとして形成されたレジストの未変質層（バルク層）３、インプラによりレジストの表面が変質した変質層４、インプラによりＡｓ（ヒ素）やＰ（リン）などのイオンが注入されたイオン注入層２が形成されている。
本実施の形態においては、まず、図１に示すように、インプラ後のシリコン基板１の表面を覆うように塗布膜５を形成する。すなわち、インプラによる変質層４を有するレジストやイオン注入層２を覆うように塗布膜５を形成する。

しかる後、図２に示すように、フッ素原子を有するガス（例えば、ＣＦ４など）を添加した反応性ガスを用いたプラズマアッシングを行い、高いアッシングレートで迅速なアッシングを行う。

以下、本実施の形態のかかるアッシング方法を詳細に説明する前に、変質層４を有するレジストをアッシングした場合に発生する「ポッピング」について説明をする。

図３は、インプラによる変質層の形成とポッピングの発生とを例示するための模式工程断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面にマスクとなるレジスト３ａを所望の形状に形成させる。
次に、図３（ｂ）に示すように、レジスト３ａをマスクとしてインプラによりＡｓ（ヒ素）やＰ（リン）などのイオン６を注入することでイオン注入層２を形成させる。この際、レジスト３ａにもイオン６が注入されることになるので、レジスト３ａの表面が変質して変質層４が形成されることになる。尚、変質層４の下には、未変質なレジストが未変質層３として残っている。

次に、マスクであるレジスト３ａをプラズマアッシング法を用いて除去する。この際、インプラによって変質層４が形成されたレジスト３ａを高温でアッシングすると、レジストベーク温度（およそ１００℃）を超えた時点において変質層４の下の未変質層３でガス９が発生する（図３（ｃ）参照）。発生したガスは変質層４によって逃げ場を塞がれ、未変質層３における圧力が高くなり、やがて図３（ｃ）に示すような爆発を起こす。これが「ポッピング」と呼ばれる現象である。ポッピングが発生すると変質層４の一部が破片４ａとなり周辺に飛び散り付着する。破片４ａは、変質層４の一部であるためアッシングに通常用いられる酸素プラズマによる除去がし難い。そのため、アッシングを続行しても図３（ｄ）に示すように、飛び散った破片４ａの一部が残渣として残る場合がある。

このような残渣がシリコン基板１の表面に残ると半導体装置の製造の歩留まりを低下させる要因となる。また、近年の微細化された回路パターンでは、ポッピング時の衝撃で近接する回路パターンが破壊されて半導体装置の製造の歩留まりを低下させる要因ともなる。

本発明者は検討の結果、インプラ後のシリコン基板の表面を塗布膜で覆い、これをアッシングするようにすれば、その補強効果によりポッピングの発生を抑制することができ、かつ、ポッピングが発生してしまった場合であっても飛散した変質層の破片を残渣として残ることなく除去することができるとの知見を得た。

以下、これらの点について図１、図２を参照しつつ説明する。
本実施の形態に係るアッシング方法においては、まず、図１に示すように、インプラ後のシリコン基板１の表面を覆うように塗布膜５を形成させる。
塗布膜５の材質としては、反応性ガスのプラズマに対する耐性が変質層４と同等またはそれより若干低いものを選択することが好ましい。すなわち、変質層４のアッシングレートと同等またはそれより若干高いものを選択することが好ましい。

反応性ガスのプラズマに対する耐性が高すぎるとレジストが先に除去されてしまうので、イオン注入層２の上に塗布膜５が残ってしまうおそれがある。また、反応性ガスのプラズマに対する耐性が低すぎるとレジストより先に塗布膜５が除去されてしまうので、後述する塗布膜５による補強や飛散した変質層４の破片４ａの除去ができなくなるおそれがある。

ここで、塗布膜５の材質としては、ポリイミド樹脂、ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、シルセスキオキサン樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂などを基本骨格とする高分子材料などを例示することができる。ただし、これらに限定されるわけではなく、反応性ガスのプラズマに対する耐性が変質層４と同等またはそれより若干低いものを適宜選択することができる。

また、塗布膜５の形成方法（塗布法）としては、シリコン基板１を回転させながらシリコン基板１の表面に、例えば、前記の高分子材料を溶媒で溶解させたもの（以下、塗布溶液という）を供給して、遠心力で均一な膜を形成させるスピンコート法、シリコン基板１を低速回転させながらシリコン基板１の外周部分から中心部に向かって、例えば、塗布溶液を霧状に噴霧して均一な薄膜を形成させるスプレーコート法、シリコン基板１の表面を、例えば、塗布溶液に浸漬させてから引き上げるディップコータ法、スリットから、例えば、塗布溶液を押し出してシリコン基板１上に塗布するスリットダイコータ法 、カーテン状に、例えば、塗布溶液を吐出させてシリコン基板１上に塗布するカーテンコータ法、ロールの表面に、例えば、塗布溶液の膜を形成させて、これをシリコン基板１上に転写するロールコータ法、インクジェットにより、例えば、塗布溶液の液滴を吐出させてシリコン基板１上に塗布するインクジェット法などの各種の塗布方法を適用させることができる。

また、シリコン基板１上に、塗布溶液を塗布した後に、これを乾燥させる工程を設けるようにすることもできる。この場合、高温で乾燥させることもできるが、常温下や減圧環境下での乾燥を行うこともできる。このような乾燥工程を設けるものとすれば、塗布膜５の強度を上げることができるので、後述する、塗布膜５による補強効果を向上させることができる。尚、例えば、塗布溶液の性質や塗膜の強度などによっては、乾燥工程を省くようにすることもできる。

次に、図２に示すように、反応性ガスを用いたプラズマアッシングを行う。
まず、図２（ａ）に示す状態（図１と同じ）より、反応性ガスを用いたプラズマアッシングを行い塗布膜５を除去する。この場合、未変質層３や変質層４は塗布膜５により覆われるようにして補強されているので、レジストベーク温度（およそ１００℃）を超えるような高温でアッシングをしてもポッピングが生じるおそれがない。また、イオン注入層２も塗布膜５で覆われ保護されているので、フッ素原子を有するガス（例えば、ＣＦ４など）が添加されたアッシングレートの高い反応性ガスを用いるものとしても、イオン注入層２が損傷するおそれもない。そのため、アッシングレートの高い迅速なアッシングをすることができる。

この場合のアッシングの条件を例示するものとすれば、例えば、基板温度を２００℃程度、圧力を２０Ｐａ程度、反応性ガスを酸素（Ｏ２）ガスとＣＦ４ガスの混合ガスとし、その混合比を酸素（Ｏ２）ガス：ＣＦ４ガス＝２０：１程度とすることができる。ただし、これらのアッシング条件に限定されるわけではなく、適宜変更することができる。

そして、図２（ｂ）に示すように、変質層４の上面が露出するまで塗布膜５の除去が行われると、次には、変質層４と塗布膜５との除去が行われる。この場合、塗布膜５の反応性ガスのプラズマに対する耐性は、変質層４と同等または若干低いもの（変質層４のアッシングレートと同等または若干高いもの）とされているため、変質層４と塗布膜５との除去がほぼ同時、あるいは、塗布膜５の方が若干速く進むことになる。

この場合、レジスト側面側の変質層４は塗布膜５により覆われるようにして補強されているので、レジスト側面側にポッピングが発生することはない。
また、アッシングによる熱は、直接的にはレジスト上面側の変質層４から未変質層３に伝わり、レジスト側面側の変質層４からは熱伝達の悪い塗布膜５（例えば、高分子材料など）を介して間接的に未変質層３に伝わることになる。そのため、未変質層３の温度上昇を遅らせることができる。その結果、未変質層３の温度が所定の温度に達する前に変質層４の除去をすることができるので、未変質層３の圧力上昇を抑えることができ、レジスト上面側からのポッピングの発生も抑制することができる。この場合、レジスト上面側の変質層４の一部に孔があく程度に除去が進んだ時点でも、未変質層３の内部で発生したガスを逃がすことができる。

このように、本実施の形態によれば、ポッピングの発生を大幅に抑制することができる。

図４は、ポッピングが発生した場合を例示するための模式断面図である。
尚、図１、図２と同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
図４に示すように、レジスト上面側でポッピングが発生した場合には、変質層４の一部が破片４ａとなり周囲に飛び散る。ところが本実施の形態において、その破片４ａは塗布膜５の上には付着するが、塗布膜５で覆われているイオン注入層２の上には付着することがない。また、破片４ａの下方には厚みの厚い塗布膜５があるので、除去がし難い破片４ａであっても除去（アッシング）に充分な時間をとれることになる。そのため、アッシングを続行することで、飛び散った変質層４の破片４ａを塗布膜５とともに除去することができ残渣が残ることを防止することができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、未変質層３、変質層４、塗布膜５の除去がシリコン基板１の表面近くまで進んだ時点で、シリコン基板１に対する損傷がより少ない反応性ガス（アッシングレートがより低い反応性ガス）に切り替える。このようにすれば、シリコン基板１に対する損傷を抑制することができ、例えば、配線幅の狭い品種であっても製品の歩留まりを向上させることができる。シリコン基板１に対する損傷がより少ない反応性ガスはアッシングレートが低いので、処理時間は長くなる。しかしながら、本実施の形態においては、シリコン基板１の表面近くまでアッシングレートの高い反応性ガスを用いたアッシングをしているので、生産性の低下を最小限に抑制することができる。尚、反応性ガスの切替は、例えば、時間管理により行うことができる。

この場合のアッシングの条件を例示するものとすれば、例えば、基板温度を２００℃程度、圧力を２０Ｐａ程度、反応性ガスを酸素（Ｏ２）ガスとすることができる。ただし、これらのアッシング条件に限定されるわけではなく、適宜変更することができる。

このように、酸素ガスよりもアッシングレートの高いガスを反応性ガスとして用いた第１の工程と、酸素ガスを反応性ガスとして用いた第２の工程とを備えることで、より損傷の少ないアッシングを行うことができる。

尚、反応性ガスの切替は必ずしも必要ではなく、例えば、処理時間の短縮が優先されるような品種においては、前述のフッ素原子を有するガスが添加されたアッシングレートの高い反応性ガスを用いたアッシングを続行することもできる。

次に、図２（ｄ）に示すように、未変質層３、変質層４、塗布膜５の除去がシリコン基板１の表面まで進んだ時点でアッシングを終了させる。この場合、アッシングに伴う分解物などに起因する光の強度の変化などによりアッシングの終点を検出することができる。ただし、終点検出はこれに限定されるわけではなく、例えば、ラジカル濃度の変化、高周波電力などの変化、シリコン基板の温度変化などにより終点を検出するようにすることもできる。

本実施の形態に係るアッシング方法によれば、ポッピングの発生を抑制するとともに、仮にポッピングが発生してしまった場合には飛散した変質層４の破片４ａをも除去することができる。その結果、高温下でアッシングレートの高い反応性ガスを用いたアッシングを行うことが可能となり、製品の歩留まりを向上させつつ生産性をも向上させることができるようになる。
また、シリコン基板１に対する損傷がより少ない反応性ガスはアッシングレートが低いものが多いが、アッシングレートの高いガスを前工程に用いることができるので生産性の低下を抑制しつつ、シリコン基板１に対する損傷を抑制することができる。

次に、本発明の他の実施の形態に係るアッシング方法について説明をする。
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るアッシング方法を例示するための模式行程断面図である。
また、図６は、比較例に係るアッシング方法について例示をするための模式行程断面図である。

まず、図６に例示をする比較例に係るアッシング方法について説明をする。
図６（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面に形成されたレジスト３ａをマスクとしてインプラによりＡｓ（ヒ素）やＰ（リン）などのイオン６を注入することでイオン注入層２を形成させる。この際、レジスト３ａにもイオン６が注入されることになるので、レジスト３ａの表面が変質して変質層４が形成されることになる。尚、変質層４の下には、未変質なレジストが未変質層３として残っている。

次に、図６（ｂ）に示すように、マスクであるレジスト３ａをプラズマアッシング法を用いて除去する。この際、反応性ガスとして酸素原子を含むガスを用いるものとすれば、レジストに覆われていないイオンの注入面に酸化層が形成される。また、レジストに覆われていた部分であっても、レジストが除去された後に酸化層が形成される場合がある。そのため、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面に酸化層１ａが形成されることになる。

ここで、プラズマアッシング法によりレジスト３ａが除去された後に、硫酸と過酸化水素水との混合液によるＳＰＭ処理が行われる場合がある。
そして、シリコン基板１の表面に酸化層１ａが形成されたものをＳＰＭ処理した場合には、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板１の表面の酸化層１ａとともにイオン注入層２の酸化層１ａがエッチング除去されてしまい、いわゆる「膜減り」を生じることがある。
このような膜減りが生じた場合には、イオン注入層２の表層が失われるためにデバイス特性が悪化するおそれがある。

次に、図５に戻って本実施の形態にかかるアッシング方法について説明をする。
まず、図５（ａ）に示すように、インプラ後のシリコン基板１の表面を覆うように塗布膜５を形成させる。
次に、反応性ガスを用いたプラズマアッシングを行い塗布膜５を除去する。この場合、図２において説明をしたものと同様に、未変質層３や変質層４は塗布膜５により覆われるようにして補強されているので、レジストベーク温度（およそ１００℃）を超えるような高温でアッシングをしてもポッピングが生じるおそれがない。また、イオン注入層２も塗布膜５で覆われ保護されているので、フッ素原子を有するガス（例えば、ＣＦ４など）が添加されたアッシングレートの高い反応性ガスを用いるものとしても、イオン注入層２が損傷するおそれもない。そのため、アッシングレートの高い迅速なアッシングをすることができる。
尚、ポッピング発生の抑制や、ポッピング発生の際に飛散した変質層の破片を除去できることなどについては、図２や図４において説明をしたものと同様のためこれらの説明は省略する。

この場合のアッシングの条件を例示するものとすれば、例えば、基板温度を２００℃程度、圧力を２０Ｐａ程度、反応性ガスを酸素（Ｏ２）ガスとＣＦ４ガスの混合ガスとし、その混合比を酸素（Ｏ２）ガス：ＣＦ４ガス＝２０：１程度とすることができる。ただし、これらのアッシング条件に限定されるわけではなく、適宜変更することができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、未変質層３、変質層４、塗布膜５の除去がシリコン基板１の表面近くまで進んだ時点で、シリコン基板１に対する損傷がより少なく、かつ、酸化層１ａが形成されにくい反応性ガスに切り替える。このようにすれば、シリコン基板１に対する損傷と酸化層１ａの形成（ひいてはイオン注入層２の膜減り）を抑制することができる。そのため、配線幅の狭い品種であってもデバイス特性を悪化させることがないので、製品の歩留まりを向上させることができる。シリコン基板１に対する損傷がより少なく、かつ、酸化層１ａが形成されにくい反応性ガスはアッシングレートが低いので、処理時間は長くなる。しかしながら、本実施の形態においては、シリコン基板１の表面近くまでアッシングレートの高い反応性ガスを用いたアッシングをしているので、生産性の低下を最小限に抑制することができる。尚、反応性ガスの切替は、例えば、時間管理により行うことができる。
シリコン基板１に対する損傷がより少なく、かつ、酸化層１ａが形成されにくい反応性ガスとしては、例えば、水素原子を含んだガス（例えば、水素ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガス、水素ガスと不活性ガスなどとの混合ガスなど）などを例示することができる。

この場合のアッシングの条件を例示するものとすれば、例えば、基板温度を２００℃程度、圧力を２０Ｐａ程度、反応性ガスを水素原子を含んだガス（例えば、水素ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガス、水素ガスと不活性ガスなどとの混合ガスなど）とすることができる。

このように、酸素ガスよりもアッシングレートの高いガスを反応性ガスとして用いた第１の工程と、シリコン基板１に対する損傷がより少なく、かつ、酸化層１ａが形成されにくい反応性ガスを用いた第２の工程とを備えることで、損傷と酸化層１ａの形成がより少ないアッシングを行うことができる。
なお、シリコン基板１に対する損傷がより少なく、かつ、酸化層１ａが形成されにくい反応性ガス（例えば、水素原子を含んだガス（例えば、水素ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガス、水素ガスと不活性ガスなどとの混合ガスなど））を用いて全行程のアッシングを行うこともできる。そのようにすれば、シリコン基板１に対する損傷を確実に抑制することができる。ただし、生産性の観点からは前述した２段階の工程を行うようにすることが好ましい。

次に、図５（ｃ）に示すように、未変質層３、変質層４、塗布膜５の除去がシリコン基板１の表面まで進んだ時点でアッシングを終了させる。この場合、アッシングに伴う分解物などに起因する光の強度の変化などによりアッシングの終点を検出することができる。
ただし、終点検出はこれに限定されるわけではなく、例えば、ラジカル濃度の変化、高周波電力などの変化、シリコン基板の温度変化などにより終点を検出するようにすることもできる。

本実施の形態に係るアッシング方法によれば、ポッピングの発生を抑制するとともに、仮にポッピングが発生してしまった場合には飛散した変質層４の破片４ａをも除去することができる。その結果、高温下でアッシングレートの高い反応性ガスを用いたアッシングを行うことが可能となる。
また、シリコン基板１に対する損傷がより少なく、かつ、酸化層１ａが形成されにくい反応性ガスを用いたアッシングを行うことで、シリコン基板１の表面に酸化層１ａが形成されることを抑制することができる。そのため、アッシングの後に硫酸と過酸化水素水の混合液によるＳＰＭ処理が行われる場合には、イオン注入層２の膜減りを抑制することができる。この場合、シリコン基板１に対する損傷がより少なく、かつ、酸化層１ａが形成されにくい反応性ガスはアッシングレートが低いものが多いが、アッシングレートの高いガスを前工程に用いることができるので生産性の低下を抑制することができる。
そのため、配線幅のより狭い品種であっても製品の歩留まりを向上させつつ生産性をも向上させることができるようになる。

次に、本実施の形態に係るアッシング方法を用いることができるアッシング装置について説明をする。
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るアッシング装置を例示するための模式断面図である。
図７に示すように、アッシング装置１０には、処理容器１１が設けられている。そして、処理容器１１の天井の中央部付近には開孔１１ａが設けられ、開孔１１ａを覆うようにプラズマ発生手段１２が設けられている。また、プラズマ発生手段１２の近傍には、塗布手段１３が設けられている。

処理容器１１の側壁の上部には、シリコン基板１の搬入搬出をするための開孔１１ｂが設けられ、開孔１１ｂを気密に開閉可能な開閉扉１４が設けられている。また、側壁の下部には、処理容器１１内の排気をするための開孔１１ｃが設けられ、開孔１１ｃを気密に開閉可能な開閉手段１５が設けられている。また、開孔１１ｃは、図示しない真空ポンプなどの排気手段と接続され、処理容器１１内を所望の圧力に減圧可能となっている。

処理容器１１の底面には、塗布後の廃液（例えば、残余の塗布溶液）を排出するための開孔１１ｄが設けられ、開孔１１ｄを気密に開閉可能な開閉手段１６が設けられている。
また、開孔１１ｄは、図示しない廃液タンクなどの廃棄手段と接続され、処理容器１１内の廃液が廃棄可能となっている。

処理容器１１内には、開孔１１ａに対向するように、シリコン基板１を載置するための載置台１７が設けられている。載置台１７の載置面（シリコン基板１が載置される面）と対向する側の面には、回転軸１７ａの一端が固着され、回転軸１７ａの他端は処理容器１１の底面を貫通するようにして処理容器１１の外部に延出するようになっている。そして、回転軸１７ａの他端には、モータなどの回転手段１７ｂが接続され、回転軸１７ａを介して載置台１７が回転可能となっている。尚、載置台１７には、シリコン基板１を保持するための、例えば、静電チャックのような図示しない保持手段、シリコン基板１の温度を調整するための、例えば、ヒータやチラーなどのような図示しない温度調整手段などを設けるようにすることができる。

載置台１７の周囲を覆うように、残余の塗布溶液を受け止めるカップ１８が設けられている。カップ１８の底面の中央部分には開孔１８ａが設けられ、回転軸１７ａを挿通させるとともに残余の塗布溶液を処理容器１１の底面に向けて排出できるようになっている。
尚、カップ１８の底面は開孔１８ａに向けて下り勾配を有しており、塗布溶液の排出が容易となるようになっている。また、カップ１８の側壁の上部には中心方向に向けて屈曲する屈曲部１８ｂが設けられ、上方に飛び散る塗布溶液の捕捉が容易となるようになっている。また、カップ１８の底面には、昇降軸１８ｃの一端が固着され、昇降軸１８ｃの他端は処理容器１１の底面を貫通するようにして処理容器１１の外部に延出するようになっている。そして、昇降軸１８ｃの他端には、エアシリンダなどの昇降手段１８ｄが接続され、昇降軸１８ｃを介してカップ１８が昇降可能となっている。そのため、シリコン基板１の搬入搬出時にはカップ１８を下降させることができ、載置台１７へのシリコン基板１の受け渡しが容易となるようになっている。

プラズマ発生手段１２には、誘電体からなる円筒状のプラズマ発生室１２ａが設けられており、プラズマ発生室１２ａの一端は、開孔１１ａを覆うようにして処理容器１１の天井に気密に接続されている。プラズマ発生室１２ａの他端には、反応性ガスを導入するための開孔が設けられたノズルプレート１２ｂが気密に設けられている。そして、ノズルプレート１２ｂの開孔には、流路の開閉、反応性ガスの圧力や流量の制御などを行うための制御手段１２ｃ（例えば、電磁弁のような開閉弁、減圧弁、マスフローコントローラのような流量制御弁など）を介して高圧ボンベなどの反応性ガス供給手段１２ｄが接続されている。反応性ガスとしては、例えば、酸素ガスや水素ガスが用いられる。また、プラズマ発生室１２ａの周囲には、コイル１２ｅが設けられ、コイル１２ｅには高周波電源１２ｆが接続されている。

塗布手段１３には、シリコン基板１の表面に塗布膜を形成するための塗布溶液を収納する溶液タンク１３ａが設けられている。溶液タンク１３ａの天井部分には、窒素ガスなどのような不活性なガスを導入するための導入管１３ｂが連通されている。導入管１３ｂの他端は、流量や圧力の制御を行う図示しない制御手段を介して、これも図示しない窒素ガスボンベなどの加圧手段と接続されている。

また、溶液タンク１３ａ内に収納された塗布溶液中に一端を浸すようにして送液管１３ｃが設けられている。そして、送液管１３ｃの他端は、処理容器１１の天井に設けられた供給部１３ｄと接続されている。供給部１３ｄには内部に空間が設けられ、この空間と処理容器１１の天井を貫通するようにして設けられたノズル１３ｅとが連通するようになっている。また、ノズル１３ｅの一端を開閉するための開閉手段１３ｆが設けられ、ノズル１３ｅの他端は載置台１７に載置されたシリコン基板１の表面の回転中心に向けて塗布溶液が供給可能となるような向きに傾斜して設けられている。

そのため、窒素ガスなどのような不活性なガスで溶液タンク１３ａの内部を加圧することで、供給部１３ｄを介して、塗布溶液をノズル１３ｅからシリコン基板１の表面に向けて供給することができる。尚、塗布溶液の供給開始と停止は開閉手段１３ｆにより行うことができ、供給量は導入管１３ｂに設けられた流量や圧力の制御を行う図示しない制御手段により行うことができる。

次に、アッシング装置１０の作用について説明をする。
図示しない搬送装置により、その表面にレジストが形成され、かつインプラ処理されたシリコン基板１が、開孔１１ｂから処理容器１１の内部に搬入され、載置台１７に載置、保持される。そして、図示しない搬送装置が処理容器１１の外に退避した後、開閉扉１４が閉じられ処理容器１１が密閉される。

次に、カップ１８を上昇させて載置台１７の周囲を覆うようにする。そして、載置台１７を回転させるとともに、溶液タンク１３ａ内に収納された塗布溶液をシリコン基板１の表面に向けて供給する。シリコン基板１の表面に供給された塗布溶液は、遠心力で均一な膜（塗布膜５）となる（スピンコート法）。この際、残余の塗布溶液は、遠心力によりシリコン基板１の外周からカップ１８の内面に向けてとばされ、開孔１８ａから処理容器１１の底面に向けて排出される。その後、残余の塗布溶液は開孔１１ｄを介して図示しない廃液タンクなどの廃棄手段に送られる。

ここで、シリコン基板１の表面に供給された塗布溶液を乾燥させることもできる。乾燥は、例えば、載置台１７を回転させるなどして常温、大気圧下で乾燥させることもできるし、載置台１７に設けられたヒータなどによりシリコン基板１を加熱して乾燥させることもできる。また、処理容器１１内を減圧して乾燥を行うこともできる。尚、前述したように、乾燥は必ずしも必要ではなく、省くこともできる。
以上の塗布工程は、大気圧下で行うこともできるし、処理容器１１内を減圧して行うこともできる。

次に、プラズマアッシングにより未変質層３、変質層４、塗布膜５を除去する。
まず、処理容器１１内、プラズマ発生室１２ａ内が所定の圧力まで減圧される。そして、反応性ガス供給手段１２ｄから所定量の反応性ガスがプラズマ発生室１２ａ内に導入される。また、コイル１２ｅには高周波電源１２ｆから電力が供給される。そのため、プラズマ発生室１２ａ内にプラズマＰが発生し、プラズマ発生室１２内に導入された反応性ガスが励起、活性化されて中性活性種、イオンなどのプラズマ生成物が生成される。そして、生成されたプラズマ生成物が下降するようにしてシリコン基板１の表面に到達して未変質層３、変質層４、塗布膜５が除去（アッシング）される。また、カップ１８の内面などに付着していた残余の塗布溶液も除去される。

アッシングの終了後においては、処理容器１１内の圧力が大気圧に戻され、カップ１８が下降し、図示しない搬送装置によりシリコン基板１が処理容器１１外に搬出される。

図８は、本発明の第４の実施の形態に係るアッシング装置を例示するための模式断面図である。
アッシング装置１０ｃのプラズマ発生手段１２には、誘電体からなる円筒状のプラズマ発生室１２ａが設けられており、プラズマ発生室１２ａの一端は、開孔１１ａを覆うようにして処理容器１１の天井に気密に接続されている。プラズマ発生室１２ａの他端には、反応性ガスを導入するための開孔が設けられたノズルプレート１２ｂが気密に設けられている。

そして、ノズルプレート１２ｂの開孔には、流路の開閉、反応性ガスの圧力や流量の制御などを行うための制御手段１２ｃ１〜１２ｃ３（例えば、電磁弁のような開閉弁、減圧弁、マスフローコントローラのような流量制御弁など）が３系統設けられている。
そして、制御手段１２ｃ１〜１２ｃ３には、高圧ボンベなどの反応性ガス供給手段１２ｄ１〜１２ｄ３がそれぞれ接続されている。また、プラズマ発生室１２ａの周囲には、コイル１２ｅが設けられ、コイル１２ｅには高周波電源１２ｆが接続されている。

ここで、反応性ガス供給手段１２ｄ１〜１２ｄ３からは、それぞれ異なる種類のガスを供給可能とすることができる。例えば、反応性ガス供給手段１２ｄ１〜１２ｄ３が高圧ボンベなどの場合には、それぞれに異なる種類の反応性ガスを収納し、各工程における処理条件などに応じて適宜供給するようにすることができる。

この場合、反応性ガス供給手段１２ｄ１からはＣＦ４ガス、反応性ガス供給手段１２ｄ２からは水素原子を含んだガス（例えば、水素ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガス、水素ガスと不活性ガスなどとの混合ガスなど）、反応性ガス供給手段１２ｄ３からは酸素（Ｏ２）ガスを供給するようにすることができる。

そして、反応性ガス供給手段１２ｄ１〜１２ｄ３から各反応性ガスを適宜選択して供給することで、例えば、プラズマ発生室１２ａに酸素（Ｏ２）ガスとＣＦ４ガスの混合ガスを供給したり、酸素（Ｏ２）ガスや水素原子を含んだガス（例えば、水素ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガス、水素ガスと不活性ガスなどとの混合ガスなど）を供給したりすることができるようになっている。

そのため、前述したような各工程における反応性ガスが異なるものであっても、反応性ガスの種類を適宜選択して対応することができるようになっている。
尚、３系統の制御手段、反応性ガス供給手段を例示したが、これに限定されるわけではなく系統数は適宜変更することもできる。また、反応性ガスの種類も例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。この場合、複数の反応性ガス供給手段（例えば、複数の高圧ボンベなど）に同種類のガスを収納することもできるし、予め混合された混合ガスを収納することもできる。
なお、図７と同様の部分には同じ符号を付した。

図９は、本発明の第５の実施の形態に係るアッシング装置を例示するための模式断面図である。
本実施の形態においては、シリコン基板１を収納し、また、アッシング装置１０にシリコン基板１を供給するための供給装置２０が設けられている点が異なる。そのため、アッシング装置１０に関する説明は省略する。尚、図９に例示をしたものは、１系統の制御手段、反応性ガス供給手段を備えたものであるが、例えば、図８に例示をしたように、複数系統の制御手段、反応性ガス供給手段を備えたものとすることもできる。

供給装置２０には、シリコン基板１の搬送、受け渡しを行うための搬送装置２１、シリコン基板１を収納するための収納装置２２、フレーム２３などが設けられている。搬送装置２１には、関節を有するアーム２１ａが設けられ、アーム２１ａの先端には、シリコン基板１を載置、保持可能な図示しない保持手段が設けられている。また、アーム２１ａが備えられるアーム基台２１ｃは移動手段２１ｂと接続されており、アーム基台２１ｃは図９の紙面と垂直な方向に移動可能となっている。そのため、アーム２１ａを屈曲させるようにして伸縮させ、シリコン基板１をアーム２１ａの先端に載置、保持し、その状態のまま図９の紙面と垂直な方向に移動可能となっている。また、図示しないシリコン基板１の回転方向や上下方向の位置を調整する手段や、アーム２１ａの基部を回転させてアーム２１ａの方向を変換させる手段を設けるようにすることもできる。

収納装置２２は、アッシング処理前、アッシング処理済みのシリコン基板１を収納するためのものであり、例えば、シリコン基板１を積層状（多段状）に収納可能なウェーハキャリアなどを例示することができる。具体的には、ミニエンバイロメント方式の半導体工場で使われるシリコン基板１の搬送、保管を目的とした正面開口式キャリアであるＦＯＵＰ( Front-Opening Unified Pod ) などを挙げることができる。また、収納装置２２の下方にはキャリアスタンド２２ｂが設けられ、キャリアスタンド２２ｂの前面には収納装置２２の正面にある扉を開閉するための開閉装置２２ｃが設けられている。

フレーム２３は、箱状を呈し、その内部には搬送装置２１、開閉装置２２ｃが設けられている。また、収納装置２２の正面とフレーム２３の内部とが連通可能となるように、図示しない開孔が設けられている。そして、アッシング装置１０の開閉扉１４と対向する部分には搬入搬出口２３ａが設けられ、搬入搬出口２３ａを通してシリコン基板１の搬入搬出ができるようになっている。尚、搬入搬出口２３ａに図示しない開閉扉を設けるようにすることもできる。

フレーム２３の天井部分には、フィルタ２３ｂと送風ファン２３ｃとが設けられている。そのため、送風ファン２３ｃによりフィルタ２３ｂを介して外気をフレーム２３の内部に導入させることができる。その結果、フレーム２３の内部の圧力を高めることができ、フレーム２３内へパーティクルなどが侵入することを抑制することができる。

次に、供給装置２０の作用について説明をする。
まず、搬送装置２１のアーム基台２１ｃを所定の収納装置２２の正面まで移動させる。尚、収納装置２２の扉は開閉装置２２ｃにより開かれている。次に、アーム２１ａを屈曲させるようにして収納装置２２の方向に伸ばし、アッシング処理前のシリコン基板１を受け取る。そして、アーム２１ａを屈曲させるようにして縮め収納装置２２からシリコン基板１を取り出す。
次に、アーム２１ａを１８０°回転させ、その向きをアッシング装置１０の方向に向ける。尚、その際、アッシング装置１０の開閉扉１４と対向する位置にアーム基台２１ｃの位置が適宜調整される。

次に、アーム２１ａを屈曲させるようにしてアッシング装置１０の方向に伸ばし、シリコン基板１を開孔１１ｂから処理容器１１の内部に搬入し、載置台１７に載置する。
アッシング処理済みのシリコン基板１を収納装置２２に収納する場合には、前述と逆の手順によりアッシング装置１０から収納装置２２にシリコン基板１を搬送、収納する。この際、アッシング処理前のシリコン基板１が収納されていた場所に、アッシング処理済みの同じシリコン基板１が収納されるようになっている。
本実施の形態においては、先に説明した実施の形態にて有する作用効果に加え、供給装置２０が設けられているので効率的なアッシングを行うことができ、生産性を向上させることができる。

図１０は、本発明の第６の実施の形態に係るアッシング装置を例示するための模式平面図である。
また、図１１は、塗布装置を例示するための模式断面図であり、図１２は、アッシングのみを行う除去装置を例示するための模式断面図である。

図１０に示すように、アッシング装置１００には、シリコン基板１の表面に塗布溶液を供給して塗布を行う塗布装置１０ａと、アッシングのみを行う除去装置１０ｂと、シリコン基板１を収納し、また、塗布装置１０ａと除去装置１０ｂにシリコン基板１を供給するための供給装置２０ａとが備えられている。

図１１に示すように、塗布装置１０ａは、塗布溶液を供給して塗布のみを行う。そのため、プラズマ発生手段１２が設けられていない点を除けば、図７で説明をしたアッシング装置１０と同様のため、同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。また、処理容器１１０ａに関しても、開孔１１ａが設けられていない点を除けば処理容器１１と同様なのでその説明は省略する。尚、塗布を大気圧下で行う場合には、開孔１１ｃ、開閉手段１５、図示しない排気手段を設けないようにすることもできる。

図１２に示すように、除去装置１０ｂは、塗布を行わずにアッシングのみを行う。そのため、塗布手段１３、開閉手段１６が設けられていない点を除けば、図７で説明をしたアッシング装置１０と同様のため、同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
また、処理容器１１０ｂに関しても、開孔１１ｄが設けられていない点を除けば処理容器１１と同様なのでその説明は省略する。尚、載置台１７の載置面（シリコン基板１が載置される面）と対向する側の面には、支持体１７ｃの一端が固着され、支持体１７ｃの他端は処理容器１１０ｂの底面に固着されている。また、図１０、図１２に例示をしたものは、１系統の制御手段、反応性ガス供給手段を備えたものであるが、例えば、図８に例示をしたように、複数系統の制御手段、反応性ガス供給手段を備えたものとすることもできる。

また、供給装置２０ａは、塗布装置１０ａと除去装置１０ｂとを設けた関係上、搬入搬出口２３ａが２箇所となった点を除けば、図９で説明をした供給装置２０と同様なのでその説明は省略する。
また、アッシング装置１００の作用についても、塗布装置１０ａと除去装置１０ｂとを設けた関係上、塗布とアッシングが別々の装置で行われ、搬入搬出先が２箇所となる他は、図７、図９で説明をしたものと同様のためその説明は省略する。

本実施の形態においては、さらに塗布工程とアッシング工程とを並行して行うことができるので生産性を向上させることができる。
尚、塗布工程とアッシング工程との間に乾燥工程を設ける場合においては、塗布装置１０ａ、除去装置１０ｂの外部にバッファ装置（例えば、多段のウェーハキャリアなど）などを設けることで、塗布装置１０ａ、除去装置１０ｂの停止時間（待機時間）を減少させて生産効率を向上させることもできる。

また、説明の便宜上、塗布をスピンコート法で説明をしたが、これに限定されるわけではなく、例えば、スプレーコート法、ディップコータ法 、スリットダイコータ法、カーテンコータ法、ロールコータ法、インクジェット法などの各種の塗布方法を適用させることができる。この場合、塗布対象物（例えば、シリコン基板１）と塗布手段（例えば、ノズルやインクジェットヘッドなど）との相対的な位置関係を変えながら（例えば、回転、平行移動、揺動、往復など）塗布を行うこともできるし、塗布することができる範囲が広い塗布手段（例えば、広角ノズルなど）を用いて両者の位置関係を変えずに塗布を行うこともできる。
また、説明の便宜上、本発明の実施の形態に係るアッシング方法、アッシング装置をシリコン基板におけるもので説明をしたが、これに限定されるわけではない。例えば、液晶表示装置の製造におけるパターンのエッチング後のアッシング、位相シフトマスクの製造におけるパターンのエッチング後のアッシング、太陽電池の製造における反射防止膜のエッチング後のアッシングなどにおいて、レジスト表面に形成された変質層、硬化層などを有するレジストの除去にも適応が可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

例えば、アッシング装置１０、供給装置２０、アッシング装置１００などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、基板１は、シリコンウェーハには限定されず、その他、各種の化合物半導体からなる基板であってもよく、または、酸化シリコンなどの絶縁基板の表面に半導体層が形成されたものなどであってもよい。

また、例示をしたアッシング方法における反応性ガス、その成分比、圧力、温度などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１ シリコン基板、１ａ 酸化層、２ イオン注入層、３ 未変質層、４ 変質層、４ａ 破片、５ 塗布膜、１０ アッシング装置、１０ａ 塗布装置、１０ｂ 除去装置、１０ｃ アッシング装置、１２ プラズマ発生手段、１３ 塗布手段、１８ カップ、２０ 供給装置、１００ アッシング装置

本発明の一態様によれば、イオン注入により表面に形成された変質層とその下の未変質層とを有するレジストを除去するアッシング方法であって、基板の前記レジストが形成された面を覆うように塗布膜を形成し、前記塗布膜における前記反応性ガスのプラズマに対する耐性が、前記変質層における前記耐性と同等であり、前記レジストと前記塗布膜とを反応性ガスを用いたプラズマ処理により除去すること、を特徴とするアッシング方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、基板のレジストが形成された面を覆うように塗布膜を形成する塗布手段と、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマに向けて反応性ガスを導入する反応性ガス供給手段と、前記処理容器内を減圧する排気手段と、を備え、前記塗布手段は、前記塗布膜における前記反応性ガスのプラズマに対する耐性が、イオン注入により前記レジストの表面に形成された変質層における前記耐性と同等となるような高分子材料を溶媒で溶解させた塗布溶液を前記レジストが形成された面に供給可能とすることを特徴とするアッシング装置が提供される。

Claims (12)

1. イオン注入により表面に形成された変質層とその下の未変質層とを有するレジストを除去するアッシング方法であって、
   基板の前記レジストが形成された面を覆うように塗布膜を形成し、前記レジストと前記塗布膜とを反応性ガスを用いたプラズマ処理により除去すること、を特徴とするアッシング方法。
2. 高分子材料を溶媒で溶解させた塗布溶液を前記レジストが形成された面に供給することで前記塗布膜を形成すること、を特徴とする請求項１記載のアッシング方法。
3. 前記塗布膜における前記反応性ガスのプラズマに対する耐性が、前記変質層における前記耐性と同等またはそれより低いこと、を特徴とする請求項１または２記載のアッシング方法。
4. 前記プラズマ処理は、シリコン基板に対する損傷が少なく、かつ、酸化層が形成されにくいガスを前記反応性ガスとして用いた工程と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のアッシング方法。
5. 前記プラズマ処理は、酸素ガスよりもアッシングレートの高いガスを前記反応性ガスとして用いた第１の工程と、
   シリコン基板に対する損傷が少なく、かつ、酸化層が形成されにくいガスを前記反応性ガスとして用いた第２の工程と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のアッシング方法。
6. 前記シリコン基板に対する損傷が少なく、かつ、酸化層が形成されにくいガスは、水素原子を含むガスであること、を特徴とする請求項４または５に記載のアッシング方法。
7. 前記アッシングレートの高いガスは、フッ素原子を有するガスであること、を特徴とする請求項５記載のアッシング方法。
8. 形成された前記塗布膜を乾燥させた後に、前記レジストと前記塗布膜とをプラズマ処理により除去すること、を特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のアッシング方法。
9. 基板のレジストが形成された面を覆うように塗布膜を形成する塗布手段と、
   大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
   プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
   前記プラズマに向けて反応性ガスを導入する反応性ガス供給手段と、
   前記処理容器内を減圧する排気手段と、
   を備えることを特徴とするアッシング装置。
10. 前記塗布手段は、前記塗布膜における前記反応性ガスのプラズマに対する耐性が、イオン注入によりレジストの表面に形成された変質層における前記耐性と同等またはそれより低くなるような高分子材料を溶媒で溶解させた塗布溶液を前記レジストが形成された面に供給可能とすること、を特徴とする請求項９記載のアッシング装置。
11. 前記基板を前記処理容器内に搬入搬出する搬送装置を備えること、を特徴とする請求項９または１０記載のアッシング装置。
12. 前記塗布手段は、前記処理容器の外部に設けられ、
    前記塗布手段により前記塗布膜が形成された前記基板を前記処理容器内に搬入搬出する搬送装置を備えること、を特徴とする請求項１０または１１記載のアッシング装置。

Images