JP4562813B2 - 半導体ウェハー表面のフォトレジストのクリーニング及びストリッピング - Google Patents
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Description
（発明の分野）
本発明は、製造中、半導体ウェハ表面のフォトレジストをクリーニングし、ストリッピングすることに関する。
（発明の背景）
ウェハに多数の半導体デバイスを製造するため、フォトリソグラフィ工程、エッチング、薄膜成膜及びまたはイオン注入工程が交互に行われ、デバイスが形成される。一般に、フォトリソグラフィ工程は、ウェハをフォトレジストで、特に紫外線（ＵＶ）感光性の有機材料で被膜する工程と、マスクを介してフォトレジストを露光する工程と、レジストを現像する工程と、ウェハ表面に一定の露光領域を残すように露光されたレジストをエッチングする工程とを含んでいる。さらに成膜、注入或いはエッチングのような処理工程は露光領域で行われる。
一般に、エッチングは、ウェハをケミカルエッチング剤に浸す湿式エッチング処理でも、ダウンストリーム型マイクロ波プラズマエッチングまたは反応性イオンエッチング（以下、「ＲＩＥ」という。）のような乾式エッチング処理でも行える。フォトレジストの表面にパターンを形成した後、そして露光領域にさらなる処理工程が行われた後、フォトレジストはストリッピングされる
ダウンストリーム型マイクロ波処理は、ウェハが電気的な損傷に耐えられない場合に、レジストをストリップするために、酸素原子を用いて行う。しかしながら、酸素原子は化学反応性が非常に大きいので、酸素原子は、クリーニング及びストリッピング用チャンバに使用されるアルミニウムのような金属表面で急速に再結合する。この反応の特質とその結果に影響を及ぼす要素とはよく理解されておらず、従って、製造者は、酸素原子でダウンストリーム型マイクロ波アッシング（灰化）するためにアルミニウム製チャンバを使用することを避けている。
（発明の概要）
主に酸素と形成ガスとを用いた処理に少量のフッ素が付加されるならば、アッシングレートは高められ、金属表面における処理変化性は除去され、酸素の損失も最小に維持されるということが判った。ここに述べられているものとして、少量とは約０．５％以下、好ましくは約０．１〜０．２％を意味する。この処理には、ダウンストリーム型マイクロ波処理或いはＲＩＥ処理を付加的に組み合わせることができる。
この処理は、アルミニウム製チャンバにおいて、信頼性のある性能で、アルミニウム表面の変化とは無関係に、高いアッシングレートを達成するために使用される。他のものでは使用される石英の代わりにアルミニウムを使用することで、ウェハに到達する前にガス流から帯電したイオンを完全に除去し、従って、ウェハ上のデバイスには、帯電も電気的損傷もない。その他の特徴と利点は、以下の詳細な説明、図面及び請求の範囲の記載から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
図１は、エッチング及びストリッピング用装置の部分ブロック図を、部分的に表したものである。
図２は、種々の処理におけるアッシングレートと酸素損失とを比較するグラフである。
（詳細な説明）
図１を参照して、処理されるべき半導体ウェハ１０は、エッチング及びまたはクリーニング用の密閉処理チャンバ１６内において水平に配置された加熱板（ホットプレート）１２の上方に位置する。一般に平坦かつ円形であり、直径が４〜８インチであるウェハは支持ピン１８に水平に載置され、この支持ピンは、加熱板１２の開口部を通ってかつその厚さ方向に延びている。従って、ウェハ１０と加熱板１２とは平行な水平面に位置する。
処理ガスはガス源２０から導入管２１を介してチャンバ１６内に導入される。導入管２１内のマイクロ波発生源２２は、導入管にマイクロ波プラズマ２４を生じさせ、高濃度の活性フリーラジカルで反応ガス２６を放電する。ガス２６は、ウェハの上方に取付けられ、かつ援用された特許記載のように形成された対向電極２８の開口部（図示せず）を通過する。適切な条件下では、活性フリーラジカルが、レジストをガスに転化することにより、ウェハ１０上のレジスト膜を分解し、気化する。真空排気系３２は排気管３４を通してこれらのガスを排出し、チャンバを５０〜２０００mTorrの範囲の圧力に維持する。
高周波（ＲＦ）発生源３０は、対向電極２８と基板電極としての役割を果たす加熱板１２とに電気的に接続される。従って、対向電極２８と基板電極１２とが２重のカソードを形成する。高周波発生源３０は、ウェハ１０の上方に高周波プラズマ３２ａを生じさせる高周波（ＲＦ）電圧を供給する。高周波（ＲＦ）プラズマ３２ａは、ウェハ１０からレジストをアッシングする反応性イオンを作る。
透明カバー４８と終点検出器５０とは、高周波プラズマにより生じるアッシングの開始と終了とを検出するために使用される。終点検出器５０はフィルターと光学式検出器とを備え、この光学式検出器は、アッシングの間に、ＯＨラジカルが形成される時、高周波プラズマに放出されるフォトンを検出する。
マイクロ波プラズマから放電された高濃度のフリーラジカルを有する反応性ガス２６を作り出すためにマイクロ波発生源２２の作動中に、ガスはガス源２０から導入される。そうすると、そのフリーラジカルをイオン化するためのマイクロ波発生用反応性ガス２６内に高周波プラズマを生じることができる。例えば、ガス源２０からの処理ガスがＣＦ4及び酸素を含有する場合、マイクロ波プラズマで放電したガスは、ウェハ上方のガス内において高濃度のフッ素及び酸素ラジカルをそれぞれ含有する。その際、高周波プラズマがこの放電するガス内に生じる場合、作り出されたイオンは、マイクロ波放電ガス自体のイオンと、或いはマイクロ波放電のないＣＦ4及び酸素ガスの高周波プラズマのイオンとも相違する。この相違するプラズマが、エッチング及びストリッピングの間に、実質的にアッシングを促進することを知見した。
チャンバ１６は乾式アッシングを行うために使用することができ、この乾式アッシングは、ダウンストリーム型マイクロ波処理、ＲＩＥ処理、同時のこれら両処理、或いは連続的及びまたは交互のこれら両処理を有している。従来、ハロゲン（Ｈａｌ）処理或いはノーハロゲン（ＮｏＨａｌ）処理と称されかつ本発明の譲受人により開発された２つの処理は、ダウンストリーム型マイクロ波プラズマエッチングに使用されていた。
ハロゲン処理の１実施例では、以下の処理パラメータで行われる。
（１）１０００ｓｃｃｍのＯ2
（２）３０〜１５０ｓｃｃｍのＮ2Ｈ2
（３）１０〜１４０ｓｃｃｍのＣＦ4或いはＮＦ3
（４）０．４５Ｔｏｒｒの圧力
（５）１５００Ｗのマイクロ波出力
この処理は、約１００℃或いはそれ以下の温度を意味する「低温」で、或いは少なくとも約１５０℃を意味する「高温」で行われる。約１〜１０％のフッ素は、チャンバから排気できるＨＦを形成するため、レジスト内で水素と反応する。しかし、フッ素と水素の反応はまた、レジスト表面に酸素原子が反応しかつ低温で灰化する反応部を生じる
ノーハロゲン（ＮｏＨａｌ）処理の実施例は、以下の処理パラメータで行われる。
（１）９０００ｓｃｃｍのＯ2
（２）５４０ｓｃｃｍのＮ2Ｈ2
（３）２Ｔｏｒｒの圧力
（４）２０００Ｗのマイクロ波出力
（５）上昇温度、即ち２００℃〜２８０℃の高温
この処理は高温で行われ、他のシリコン化合物の損失なしに灰化する。しかし、チャンバの一部がアルミニウム製である場合、チャンバ内の反応によりいくらかの酸素が失われると考えられる。
本発明の処理は、ローハロゲン（ＬｏＨａｌ）処理と呼ばれ、この処理パラメータは、好ましくは約０．５％より少ない、より好ましくは約０．１〜０．２％であるＣＦ4、ＮＦ3、或いはＳＦ6のような少量のフッ素を含有するガスを使用することを除いては、ノーハロゲン処理のものに類似する。
好ましい処理条件を以下に示す。
（１）９０００ｓｃｃｍのＯ2の混合ガス
（２）５４０ｓｃｃｍのＮ2Ｈ2
（３）５〜２０ｓｃｃｍのＣＦ4
（４）約２０００Ｗのマイクロ波出力
（５）約２．０Ｔｏｒｒの圧力
図２を参照して、約２６０℃で行われた例では、ローハロゲン処理が、約２．５〜３ミクロン／分、再測定でもほぼ３．５ミクロン／分のアッシングレートを有していることが判った。このレートは、類似のノーハロゲン処理におけるレートより約２〜３倍高い。というのは、フッ素量が少ないので、ＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4のような感光フィルムの実質的なエッチングが観測されないからである。これらのテストにおいて、再テストの後であっても、酸素損失が３オングストローム／分より小さい。
酸素ラジカルを測定するための発光をモニターすることによって、少量のフッ素により酸素ラジカル量が増加した。このことは、フッ素により、酸素がチャンバの表面に及びチャンバ内の他の部品に付着することを防止することを示唆している。従って、フッ素はチャンバ内面を保護すると考えられる。
ローハロゲン（ＬｏＨａｌ）処理は、この処理の前後において他の乾式処理と組合わせることができる。例えば、ハロゲン処理、ＲＩＥ処理、或いはＲＩＥ処理を伴うハロゲン処理をローハロゲン処理に引続き行うことができる。
そのような処理の１実施例は、ローハロゲン処理とＲＩＥ処理とを組み合わされたものであり、ダマシン処理に続くエッチング処理用ＣＦ4及びＮＦ3のいずれか１つを有する。このダマシン処理では、金属の堆積に先立ち、微細な金属の輪郭（fine-line metal definition）を得るため、及び従来のアルミニウム金属エッチングの除去処理をなくすために、酸化シリコン内に配線溝（チャネル）がエッチングされる。しかし、酸化チャネルのエッチングにより、溶媒の作用によっても除去が困難である、ポリマー形成によるレジストマスクの汚染が生じる。そのようなレジストを除去する処理によれば、エッチング処理中に、レジスト表面に形成される大いにフッ化された皮を分解しアッシングするために、第１に酸素のＲＩＥプラズマが使用される。この皮が除去されたとき、ローハロゲン処理が、残りの有機材料の除去のために使用される。この残りの反応生成物は、脱イオン水（ＤＩ）で洗い落とされ、クリーンな面を残す。
本発明の上述の実施例により、添付した請求の範囲記載の発明の範囲から逸脱することなしに改良できるのは明らかである。ある種のガスが引用されているが、レジストを除去するために他のガスも使用できる。
本発明は、製造中、半導体ウェハ表面のフォトレジストをクリーニングし、ストリッピングすることに関する。
（発明の背景）
ウェハに多数の半導体デバイスを製造するため、フォトリソグラフィ工程、エッチング、薄膜成膜及びまたはイオン注入工程が交互に行われ、デバイスが形成される。一般に、フォトリソグラフィ工程は、ウェハをフォトレジストで、特に紫外線（ＵＶ）感光性の有機材料で被膜する工程と、マスクを介してフォトレジストを露光する工程と、レジストを現像する工程と、ウェハ表面に一定の露光領域を残すように露光されたレジストをエッチングする工程とを含んでいる。さらに成膜、注入或いはエッチングのような処理工程は露光領域で行われる。
一般に、エッチングは、ウェハをケミカルエッチング剤に浸す湿式エッチング処理でも、ダウンストリーム型マイクロ波プラズマエッチングまたは反応性イオンエッチング（以下、「ＲＩＥ」という。）のような乾式エッチング処理でも行える。フォトレジストの表面にパターンを形成した後、そして露光領域にさらなる処理工程が行われた後、フォトレジストはストリッピングされる
ダウンストリーム型マイクロ波処理は、ウェハが電気的な損傷に耐えられない場合に、レジストをストリップするために、酸素原子を用いて行う。しかしながら、酸素原子は化学反応性が非常に大きいので、酸素原子は、クリーニング及びストリッピング用チャンバに使用されるアルミニウムのような金属表面で急速に再結合する。この反応の特質とその結果に影響を及ぼす要素とはよく理解されておらず、従って、製造者は、酸素原子でダウンストリーム型マイクロ波アッシング（灰化）するためにアルミニウム製チャンバを使用することを避けている。
（発明の概要）
主に酸素と形成ガスとを用いた処理に少量のフッ素が付加されるならば、アッシングレートは高められ、金属表面における処理変化性は除去され、酸素の損失も最小に維持されるということが判った。ここに述べられているものとして、少量とは約０．５％以下、好ましくは約０．１〜０．２％を意味する。この処理には、ダウンストリーム型マイクロ波処理或いはＲＩＥ処理を付加的に組み合わせることができる。
この処理は、アルミニウム製チャンバにおいて、信頼性のある性能で、アルミニウム表面の変化とは無関係に、高いアッシングレートを達成するために使用される。他のものでは使用される石英の代わりにアルミニウムを使用することで、ウェハに到達する前にガス流から帯電したイオンを完全に除去し、従って、ウェハ上のデバイスには、帯電も電気的損傷もない。その他の特徴と利点は、以下の詳細な説明、図面及び請求の範囲の記載から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
図１は、エッチング及びストリッピング用装置の部分ブロック図を、部分的に表したものである。
図２は、種々の処理におけるアッシングレートと酸素損失とを比較するグラフである。
（詳細な説明）
図１を参照して、処理されるべき半導体ウェハ１０は、エッチング及びまたはクリーニング用の密閉処理チャンバ１６内において水平に配置された加熱板（ホットプレート）１２の上方に位置する。一般に平坦かつ円形であり、直径が４〜８インチであるウェハは支持ピン１８に水平に載置され、この支持ピンは、加熱板１２の開口部を通ってかつその厚さ方向に延びている。従って、ウェハ１０と加熱板１２とは平行な水平面に位置する。
処理ガスはガス源２０から導入管２１を介してチャンバ１６内に導入される。導入管２１内のマイクロ波発生源２２は、導入管にマイクロ波プラズマ２４を生じさせ、高濃度の活性フリーラジカルで反応ガス２６を放電する。ガス２６は、ウェハの上方に取付けられ、かつ援用された特許記載のように形成された対向電極２８の開口部（図示せず）を通過する。適切な条件下では、活性フリーラジカルが、レジストをガスに転化することにより、ウェハ１０上のレジスト膜を分解し、気化する。真空排気系３２は排気管３４を通してこれらのガスを排出し、チャンバを５０〜２０００mTorrの範囲の圧力に維持する。
高周波（ＲＦ）発生源３０は、対向電極２８と基板電極としての役割を果たす加熱板１２とに電気的に接続される。従って、対向電極２８と基板電極１２とが２重のカソードを形成する。高周波発生源３０は、ウェハ１０の上方に高周波プラズマ３２ａを生じさせる高周波（ＲＦ）電圧を供給する。高周波（ＲＦ）プラズマ３２ａは、ウェハ１０からレジストをアッシングする反応性イオンを作る。
透明カバー４８と終点検出器５０とは、高周波プラズマにより生じるアッシングの開始と終了とを検出するために使用される。終点検出器５０はフィルターと光学式検出器とを備え、この光学式検出器は、アッシングの間に、ＯＨラジカルが形成される時、高周波プラズマに放出されるフォトンを検出する。
マイクロ波プラズマから放電された高濃度のフリーラジカルを有する反応性ガス２６を作り出すためにマイクロ波発生源２２の作動中に、ガスはガス源２０から導入される。そうすると、そのフリーラジカルをイオン化するためのマイクロ波発生用反応性ガス２６内に高周波プラズマを生じることができる。例えば、ガス源２０からの処理ガスがＣＦ4及び酸素を含有する場合、マイクロ波プラズマで放電したガスは、ウェハ上方のガス内において高濃度のフッ素及び酸素ラジカルをそれぞれ含有する。その際、高周波プラズマがこの放電するガス内に生じる場合、作り出されたイオンは、マイクロ波放電ガス自体のイオンと、或いはマイクロ波放電のないＣＦ4及び酸素ガスの高周波プラズマのイオンとも相違する。この相違するプラズマが、エッチング及びストリッピングの間に、実質的にアッシングを促進することを知見した。
チャンバ１６は乾式アッシングを行うために使用することができ、この乾式アッシングは、ダウンストリーム型マイクロ波処理、ＲＩＥ処理、同時のこれら両処理、或いは連続的及びまたは交互のこれら両処理を有している。従来、ハロゲン（Ｈａｌ）処理或いはノーハロゲン（ＮｏＨａｌ）処理と称されかつ本発明の譲受人により開発された２つの処理は、ダウンストリーム型マイクロ波プラズマエッチングに使用されていた。
ハロゲン処理の１実施例では、以下の処理パラメータで行われる。
（１）１０００ｓｃｃｍのＯ2
（２）３０〜１５０ｓｃｃｍのＮ2Ｈ2
（３）１０〜１４０ｓｃｃｍのＣＦ4或いはＮＦ3
（４）０．４５Ｔｏｒｒの圧力
（５）１５００Ｗのマイクロ波出力
この処理は、約１００℃或いはそれ以下の温度を意味する「低温」で、或いは少なくとも約１５０℃を意味する「高温」で行われる。約１〜１０％のフッ素は、チャンバから排気できるＨＦを形成するため、レジスト内で水素と反応する。しかし、フッ素と水素の反応はまた、レジスト表面に酸素原子が反応しかつ低温で灰化する反応部を生じる
ノーハロゲン（ＮｏＨａｌ）処理の実施例は、以下の処理パラメータで行われる。
（１）９０００ｓｃｃｍのＯ2
（２）５４０ｓｃｃｍのＮ2Ｈ2
（３）２Ｔｏｒｒの圧力
（４）２０００Ｗのマイクロ波出力
（５）上昇温度、即ち２００℃〜２８０℃の高温
この処理は高温で行われ、他のシリコン化合物の損失なしに灰化する。しかし、チャンバの一部がアルミニウム製である場合、チャンバ内の反応によりいくらかの酸素が失われると考えられる。
本発明の処理は、ローハロゲン（ＬｏＨａｌ）処理と呼ばれ、この処理パラメータは、好ましくは約０．５％より少ない、より好ましくは約０．１〜０．２％であるＣＦ4、ＮＦ3、或いはＳＦ6のような少量のフッ素を含有するガスを使用することを除いては、ノーハロゲン処理のものに類似する。
好ましい処理条件を以下に示す。
（１）９０００ｓｃｃｍのＯ2の混合ガス
（２）５４０ｓｃｃｍのＮ2Ｈ2
（３）５〜２０ｓｃｃｍのＣＦ4
（４）約２０００Ｗのマイクロ波出力
（５）約２．０Ｔｏｒｒの圧力
図２を参照して、約２６０℃で行われた例では、ローハロゲン処理が、約２．５〜３ミクロン／分、再測定でもほぼ３．５ミクロン／分のアッシングレートを有していることが判った。このレートは、類似のノーハロゲン処理におけるレートより約２〜３倍高い。というのは、フッ素量が少ないので、ＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4のような感光フィルムの実質的なエッチングが観測されないからである。これらのテストにおいて、再テストの後であっても、酸素損失が３オングストローム／分より小さい。
酸素ラジカルを測定するための発光をモニターすることによって、少量のフッ素により酸素ラジカル量が増加した。このことは、フッ素により、酸素がチャンバの表面に及びチャンバ内の他の部品に付着することを防止することを示唆している。従って、フッ素はチャンバ内面を保護すると考えられる。
ローハロゲン（ＬｏＨａｌ）処理は、この処理の前後において他の乾式処理と組合わせることができる。例えば、ハロゲン処理、ＲＩＥ処理、或いはＲＩＥ処理を伴うハロゲン処理をローハロゲン処理に引続き行うことができる。
そのような処理の１実施例は、ローハロゲン処理とＲＩＥ処理とを組み合わされたものであり、ダマシン処理に続くエッチング処理用ＣＦ4及びＮＦ3のいずれか１つを有する。このダマシン処理では、金属の堆積に先立ち、微細な金属の輪郭（fine-line metal definition）を得るため、及び従来のアルミニウム金属エッチングの除去処理をなくすために、酸化シリコン内に配線溝（チャネル）がエッチングされる。しかし、酸化チャネルのエッチングにより、溶媒の作用によっても除去が困難である、ポリマー形成によるレジストマスクの汚染が生じる。そのようなレジストを除去する処理によれば、エッチング処理中に、レジスト表面に形成される大いにフッ化された皮を分解しアッシングするために、第１に酸素のＲＩＥプラズマが使用される。この皮が除去されたとき、ローハロゲン処理が、残りの有機材料の除去のために使用される。この残りの反応生成物は、脱イオン水（ＤＩ）で洗い落とされ、クリーンな面を残す。
本発明の上述の実施例により、添付した請求の範囲記載の発明の範囲から逸脱することなしに改良できるのは明らかである。ある種のガスが引用されているが、レジストを除去するために他のガスも使用できる。
Claims (8)
- レジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法において、
（ａ）酸素と、約０．５％より少ないフッ素含有ガスとを有する第１ガスを導入する工程と、
（ｂ）導入される第１ガスからマイクロ波プラズマを形成する工程と、
（ｂ１）このマイクロ波プラズマを形成した第１ガスからデバイスの上方で高周波プラズマを形成する工程とを有し、
工程（ｂ１）が完了した後に、
（ｃ）酸素を含有した第２ガスを導入する工程と、
（ｄ）導入される第２ガスからマイクロ波プラズマを形成し、このマイクロ波プラズマをデバイスに向かわせる工程とを
さらに有し、
第１ガスのフッ素含有ガス量が約０．１〜０．２％であり、第２ガスのフッ素含有ガス量が１〜１０％であり、
前記各フッ素含有ガスが、ＣＦ 4 、ＮＦ 3 及びＳＦ 6 からなるグループから選択されたものである、
レジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。 - 工程（ｄ）が完了した後に、
（ｅ）酸素を含有した第２ガスを導入する工程と、
（ｆ）反応性イオンエッチング処理を行うため、デバイスの上方で第２ガスから高周波プラズマを形成する工程とを
さらに有する、請求の範囲第１項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。 - 工程（ｂ１）が完了した後に、
（ｃｉ）酸素を含有した第２ガスを導入する工程と、
（ｄ１）反応性イオンエッチング処理を行うため、デバイスの上方で第２ガスから高周波プラズマを形成する工程とを
さらに有する、請求の範囲第１項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。 - 工程（ｂ１）の後に、デバイスを脱イオン水で洗浄する工程をさらに有する、請求の範囲第１項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。
- 工程（ｂ１）の後に、約１〜１０％のフッ素含有ガスでダウンストリーム型マイクロ波処理を行う工程をさらに有する、請求の範囲第１項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。
- 工程（ａ）の前に、
（ａ１）酸素を含有した第２ガスを導入する工程と、
（ａ２）反応性イオンエッチング処理を行うため、デバイスの上方で第２ガスから高周波プラズマを形成してアッシングする工程を
さらに有する、請求の範囲第１項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。 - 工程（ｂ１）の後に、
（ｂ２）酸素を含有した第２ガスを導入する工程と、
（ｂ３）反応性イオンエッチング処理を行うために、デバイスの上方で第２ガスから高周波プラズマを形成してアッシングする工程を
さらに有する、請求の範囲第６項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。 - 工程（ａ）の前に、約１〜１０％のフッ素含有ガスを備えた、主に酸素ガスを使用してダウンストリーム型マイクロ波処理によりアッシングする工程をさらに有する、請求の範囲第６項記載のレジスト層を備えたデバイスをアッシングする方法。
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