JPH09502646A - 残留物を除去するために励起させたハロゲンを含有するガスでのコーティングした基板の後処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 前に除去処理に露呈されている物質を、５０torr以上の圧力において励起させたハロゲンを含有するガスと接触させることによって基板から除去させる。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称 残留物を除去するために励起させたハロゲンを含有するガスでのコーティングし た基板の後処理技術分野 本発明は、物質（即ち、前に除去処理に露呈されている物質）を除去するため の後処理方法に関するものである。特に、本発明の除去プロセスでは、励起状態 のハロゲンを含有し且つ５０torr以上の圧力にあるガスを使用するものである。 本発明は、特に、ホトレジスト残留物の除去において効果的なものであり、更に は、イオン注入及びエッチング手順によって発生される除去することが困難な残 留物を除去する場合に効果的なものである。背景技術 集積回路の製造において、ホトリソグラフィ技術がしばしば使用される。この 技術を実施する場合に、半導体ウエハをホトレジストでコーティングし、次いで ホトレジストをマスクを介して通過される紫外線照射で露光し、従ってホトレジ スト上に所望のパターンを形成させる。これは、ホトレジストの露光された区域 の溶解度を変化させ、従って、適宜の溶 媒で現像した後に、ウエハ上に所望のパターンが定着され、そのホトレジストは ハードベーク処理を行なって爾後の処理に耐えるものとさせることが可能である 。 このような爾後の処理において、所望のパターンに対応する集積回路構成要素 は、プラズマエッチング又はイオン注入を包含するプロセスによって形成される 。 集積回路の構成要素を形成した後に、ウエハからホトレジストを剥離すること が所望され、この時点において、ホトレジストは既に有用な目的を達成してしま っている。ホトレジストを剥離する場合の相対的な容易性又は困難性は、特定の プラズマエッチング又はイオン注入プロセス期間中にレジスト内に誘起された物 理的及び化学的変化の程度に依存する。従って、一般的に知られていることであ るが、かなりの程度のハードベーク処理及び、より大きな範囲にわたって、プラ ズマエッチング及びイオン注入プロセスはホトレジスト内に物理的及び化学的変 化を誘起させ、従って剥離は特に困難なものである。 実際に、高い歩留まりで有用な装置を製造するためには、可及的に多くのホト レジストを除去することが極めて重要である。ウエハ表面に付着した粒子は装置 構造と干渉し且つ装置の欠陥を発生する場合 がある。更に、ホトレジストとは別個の残留物が存在する場合がある。このよう な残留物は、時折、装置自身を製造するために使用したプロセスから発生するも のである。このような粒子の公知の発生源としては上述した残留物等がある。 残留物問題の２つの例としては、イオン注入残留物と、側壁ポリマ残留物とが ある。イオン注入残留物は、電子的に活性な構造を形成するために、典型的には 砒素、硼素、又は燐である興味のあるドーパント物質でイオン注入したウエハを アッシング即ち灰化処理した後に残存する残留物である。この残留物は、イオン 注入された物質と結合して容易に除去することの不可能な複合有機金属物質を形 成している最初のレジストの断片から構成されている場合がある。 ２番目の例は、所望のエッチング幾何学的形状を形成する場合の助けとして意 図的に形成するか、又は、特に弗素を含有するプラズマ環境においての処理の結 果として無意識的に発生される側壁ポリマ残留物であって、この残留ポリマは容 易に除去することが可能なものではない。この残留物は、過弗素化又はクロロ弗 素化有機物質を含有している場合がある。 従来技術においては、ホトレジストを剥離するた めに使用されている最も一般的な技術は、例えば硫酸−過酸化水素溶液等のウエ ットタイプの酸化性現像剤を使用するもの及びプラズマアッシング技術を使用す るものである。然しながら、これらの従来技術は完全に満足のいくものではない 。何故ならば、ウエット型の酸化性現像剤は使用するのが困難であり且つ危険で あって、表面汚染を発生させる傾向があり、一方プラズマアッシングはその特性 として速度が非常に遅く、且つウエハに対して電気的損傷を発生させる場合があ るからである。 ホトレジスト剥離を行なうための別の技術としては、ホトレジストをオゾンを 含有するガス状雰囲気へ露呈させるものがある。発明者Ｕｒｙ等の米国特許第４ ，８８５，０４７号の開示内容全体を引用により本明細書に取込むが、そこには 、高い剥離率を達成するオゾンを使用したホトレジスト剥離方法が開示されてい る。その高い剥離率は、レジストを高温状態に保持したまま、狭いギャップを介 してホトレジストの上側にオゾンを通過させることによって達成されている。 米国特許第４，８８５，０４７号に開示されている装置において（図１）、例 えばオゾンと酸素との混合物等の酸化性ガスがウエハの中心におけるポートから 導入される。そのガスはウエハと石英プレー トとによって画定された狭いギャップ内をウエハの端部に向かって半径方向に流 れる。ガスがウエハ上を流れると、ホトレジストが酸化されその際に除去される 。 該先行特許のシステムにおいては、所要の速度でアッシングプロセスを実施す るために充分な量のオゾンを供給するためには、ガス噴流下側のウエハの部分が 冷却されるような速度でガスを導入せねばならないことが判明している。そのよ うな冷却はオゾンが原子状の酸素へ変換することを少なくさせ、従って特に噴流 の近傍においてはアッシング率を低下させる。前述した減少は、アッシング率と 半径方向位置とのグラフにおいてウエハの中心において窪みが存在することによ って証明される。 更に、処理ガスが使い尽くされてしまう。即ち、ウエハの表面上をガスが流れ るにしたがい、原子状酸素、酸素及びオゾンの濃度が減少する。ガスはウエハの 中心において導入されるので、上述した如く除去するための多くの反応を必要と する端部におけるホトレジストは最も効能が低下したガスに露呈されることとな る。 後に、ウエハからレジストを迅速にクリーニングする改良したホトレジスト除 去方法及び装置が発明者Ｍａｔｔｈｅｗｓ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５， ０７１，４８５号に開示されており、その特許は引用により本明細書に取込んで いる。 米国特許第５，０７１，４８５号の発明によれば、ホトレジストの上方に空間 が存在しておりその空間の周辺部にまたがる周辺区域と中央区域との両方を有す る空間が存在する装置が提供されている。酸化用のガスが、ウエハの端部が位置 されている近くの該空間の周辺区域において導入される。そのガスはウエハの端 部から中心へ向かって流され、中心から排気される。 米国特許第４，８８５，０４７号及び第５，０７１，４８５号に開示されてい る除去技術は極めて効果的なものであるが、更なる改良の必要性が未だに存在し ており、例えば上述したイオン注入残留物及び側壁ポリマ残留物等の処理後に残 存する残留物を除去することに関しての改良の必要性が残存している。発明の要約 本発明の１目的とするところは、先行する除去処置の後に残存する物質を基板 の表面から除去するプロセスを提供することである。本発明の別の目的とすると ころは、イオン注入残留物及び側壁ポリマ残留物を包含するホトレジスト残留物 をできるだけ多 く除去することである。 特に、本発明にしたがって判明したことであるが、先行する除去処置の後に残 存する物質の効果的且つ効率的な除去は、表面を５０torr以上の圧力で励起させ たハロゲンを含有するガスで接触させることによって達成される。図面の簡単な説明 図１は本発明を実施するのに適した除去装置のブロック図である。 図２は本発明において使用するのに適したホトレジスト除去装置の一部の断面 図である。 図３は本発明において使用するのに適した除去装置の他の部分を示した部分断 面図である。 図４は両方の部分を有する除去装置を示している。発明を実施するための好適実施形熊 本発明プロセスは励起させたハロゲンを含有するガス状混合物を使用する。使 用される適切なハロゲンの例としては、例えばＣＦ₄，Ｃ₂ Ｆ₈，ＣＨＦ₃，ＣＦ Ｈ₃，Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄，Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂，ＣＨ₂ Ｆ₂，ＣＨ₃ ＣＦ₃，ＳＦ₆，ＮＦ₃等の弗素 含有化合物及び対応する要素含有化合物、臭素含有化合物及び塩素含有化合物等 がある。好適なハロゲンとしては、例えば ＣＦ₄等の弗素含有物質である。 典型的に、励起させたハロゲン含有ガスは、オゾンを発生させるために使用さ れている無声又はコロナ放電型のものとすることの可能なセル１（図１参照）を 介してハロゲンを通過させることによって発生される。例えば、発明者Ｗｏｏｔ ｅｎの米国特許第４，９７０，０５６号に基づいて製造されたフュージョンシス テムズコーポレイションから入手可能なオゾナイザが適している。 励起は５０torr以上の圧力において行なわれ、より一般的には少なくとも１０ ０torrの圧力で行なわれ、好適には約５００乃至約８００torrの圧力で行なわれ 、更に好適には約６００乃至約８００torrの圧力で行なわれる。 ハロゲン含有ガスの流量は、典型的には、約０．００１乃至約３０標準リット ル／分（ＳＬＭ）であるが、より典型的には、約０．０６乃至５ＳＬＭである。 処理時間（即ち、ガスと基板とが接触している時間の量）は、典型的に約１０乃 至約３００秒であるが、より典型的には、約４０秒乃至約１２０秒である。 励起させたハロゲンを含有するガスは導管２を介して処理室３へ送給され、そ こにおいて基板の処理を行なう。適切な処理室としては米国特許第４，８ ８５，０４７号及び第５，０７１，４８５号に開示されているものがある。この 処理室は、典型的に、５０torr以上の圧力にあり、より一般的には、少なくとも １００torrの圧力にあり、好適には約５００乃至約８００torrの圧力にあり、更 に好適には約６００乃至約８００torrの圧力にある。 除去されるべき物質が位置されている基板の温度は、典型的に、少なくとも約 １００℃であり、より典型的には、約２００℃乃至約３５０℃であり、更に典型 的には約２５０℃乃至約３５０℃である。 図２乃至４は本発明のプロセスを実施するのに適した処理室を示している。図 ２は処理室の一部を示しており、図３は別の部分を示しており、且つ図４は作業 関係にある２つの部分を示している。 図２を参照すると、ウエハの端部から中心へ向かって半導体ウエハ３０の上の 空間３４を介して処理ガスを通過させることが所望される。空間３４は該空間の 周辺部（ウエハ端部に隣接）にまたがる周辺区域と中心区域とを有している。円 環状オリフィス３２が設けられており、且つガスがこのオリフィスを介して空間 ３４の周辺区域へ供給される。空間３４は、好適には、約４mm以下の狭いギャッ プであり、より好適には２mm以下であり、更に好適には約０．６mm以下である。 環状オリフィスは、ガスがウエハの端 部を丁度越えた加熱されたプラットホーム（図３）に衝突し次いでウエハの端部 へ向けて指向され次いでウエハの中心へ向かって指向されるように方向付けが行 なわれるような直径及び角度的配置とさせることが可能である。環状オリフィス ３２は外側分配プレート４０と内側分配プレート４１によって画定されている。 分配プレート４０，４１は異なる寸法のものと交換することが可能であり、従っ て異なる寸法のウエハを処理することが可能である。更に、オリフィスの角度的 配向状態は、加熱されているプラットホームを最初に衝突させることなしに直接 的にウエハの端部に衝突させることが望ましい場合においては変化させることが 可能である。処理ガスはガスフィッティング４４を介して処理室へ入る。その処 理ガスは環状分配リング４６の周りを流れ次いで環状オリフィス３２を介して流 れる。 環状オリフィスの代わりに、処理室は処理室の周りに環状のリングの状態に配 設した複数個の局所的なオリフィスを有することが可能である。従って、環状分 配リング４６は図示したようなものであるが、環状オリフィスの開口の代わりに 、複数個の個別的な局所的オリフィスとして開口させることが可能である。 入口ガス温度を制御することを可能とするために 水ジャケット５０が設けられている。 空間３４の中央区域において、処理ガス出口導管５４が設けられている。ガス がウエハを横断して移動した後に、それは導管５４の入口部にあるオリフィス５ ６内に流入する。プレート５８が図２に示したチャンバ部分の底部に固定されて おり、且つウエハと共に、狭いギャップを画定しており、そのギャップを介して 処理ガスが流れその場合に除去されるべき物質と反応する。 次に、図３を参照すると、処理室の別の部分が示されている。ウエハ３０は例 えば抵抗加熱器によって加熱されるウエハ支持プラットホーム５０上に保持され ている。ウエハ支持プラットホームは、３５０℃を超える温度までの温度範囲に おいて動作させることが可能であり、プロセスを最適化させるためには高い温度 が望ましい。ウエハ支持プラットホームは可撓性の支持ロッド５２上に支持され ており、且つ支持ロッド５２を介してプラットホームを上げ下げするためにリフ ト機構５４が設けられている。温度制御を行なうためにジャケット５８内に水が 循環されている。 図４は処理室の２つの部分が動作関係にある状態を示している。実際のシステ ムにおいては、底部部分はフレーム上に装着され、一方上部部分は、処理 を行なうために新たなウエハを処理室へ挿入する毎に、底部部分から上昇させ且 つ下降させるための駆動機構へ接続されている。 本装置の動作においては、ウエハを挿入し且つ上部部分を下降させてウエハと プレート５８との間にギャップを形成させた後に、インレット４４へ処理ガスを 供給する。処理ガスは環状分配リング４６へ流れ且つ環状オリフィス３２を介し て加熱されているプラットホーム５０及びウエハ（不図示）の端部へ向かって流 れ、次いでウエハ上を中心に位置されている出口オリフィス５６へ向かって流れ る。 本発明によって除去されるべき物質は、例えば米国特許第４，８８５，４０７ 号及び第５，０７１，４８５号に開示されているようなウエット剥離、プラズマ アッシング及び好適には非プラズマオゾン処置等の除去処理技術に既に露呈され ている物質である。換言すると、本発明プロセスは後処理プロセスである。基板 が米国特許第４，８８５，０４７号又は米国特許第５，０７１，４８５号に基づ いて処理された場合には、所望により、同一の処理室を両方の処理ステップに対 して使用することが可能である。 半導体処理の場合には、典型的に、例えばナフトキノン等の光活性化合物を含 有するノボラック樹脂をベースとした組成物から構成されるホトレジスト が使用される。典型的に、このようなホトレジストは約０．５乃至５ミクロンの 厚さで所望の基板に付与される。 上述した説明は主にホトレジスト及びそれから残存する残留物についてのもの であるが、本発明はその他の不所望の物質及び汚染物を除去するためにも適用可 能なものである。 除去すべき物質が位置している下側に存在する基板は、シリコンウエハ、多結 晶シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、ガラス、ガリウム砒素等のＩＶ− ＶＩ属半導体基板、及び酸化アルミニウム、アルミニウムシリサイド、窒化アル ミニウム及び炭化シリコン等のセラミックス等がある。 本発明によって必要とされる圧力においてハロゲンを含有するガスを使用して 化学的に活性な物質が得られることは誠に驚くべきことであった。又、下側に存 在する基板又は使用した装置に悪影響を与えることがないような物質が得られる ことは予測不可能なことであった。更に、本発明においては、典型的に約３乃至 ４フィートである励起供給源と反応室との間の経路長が活性物質が著しい再結合 を発生することなしに基板表面に到達することが可能なようなものであることは 予測不可能なものであった。 本発明を更に例示するために以下の非制限的な例 を提供する。例１ ６インチシリコンウエハを１．５ミクロンのＫＴ１８２０ホトレジスト（ポジ 型のノボラック型樹脂）の層でコーティングした。ホトレジストをパターン形成 し次いで紫外線及び加熱に露呈させて通常の製造過程において行なわれるように ホトレジストを硬化させた。次いで、シリコンウエハを８０ＫｅＶ及び５×１０¹⁵ ドーズでＡｓ⁺でイオン注入を行なう。 次いで、レジストでコーティングしたウエハを本明細書の図２乃至４及び米国 特許第５，０７１，４８５号の図２−４に示したようにアッシャ即ち灰化器にお いて第一ステップの処理を行なう。ガスの流れは、コロナ放電オゾン発生器から の２４ＳＬＭのオゾンと酸素の混合物及び０．８ＳＬＭの励起させたＮ₂ Ｏから 構成されていた。処理時間は約１２０秒であり、且つ基板は約３２℃の温度であ る。 処理した基板を、次いで、第一ステップにおいて使用したものと同一のアッシ ャ即ち灰化器において第二ステップにおける後処理を行なう。ガスの流れは、無 声又はコロナ放電セルにおいて活性化されたＩＳＬＭの励起されたＣＦ₄から構 成されていた。処理時間は６０秒であり且つ処理期間中の基板の温度は３２５℃ である。 明部及び暗部光学顕微鏡検査により、第二ステップの後処理は標準的な単一の ステップからなるプロセスを完了した後に残存する残留物を除去するものである ように見えることを示している。走査電子顕微鏡検査によれば、残留物は完全に は除去されていないが実質的に除去されることを示している。この結果は標準的 な単一ステッププロセスと比較して著しい改良を表わしている。例２ シリコンウエハを８０ＫｅＶ及び１×１０¹⁶ドーズでＡｓ⁺をイオン注入する ことを除いて例１を繰返し行なう。得られた結果は例１において得られたものと 同様である。例３ シリコンウエハを８０ＫｅＶ及び１×１０¹⁶ドーズでＢＦ₂でイオン注入する 点を除いて例１を繰返し行なう。得られた結果は例１において得られたものと少 なくとも同じ程度良好なものである。例４ シリコンウエハを１２０ＫｅＶ及び１×１０¹⁶ドーズでＰ⁺でイオン注入する 点を除いて例１を繰返し行なう。得られた結果は例１において得られたものと同 様である。例５ シリコンウエハが更に二酸化シリコン層を有しており且つ１２０ＫｅＶ及び１ ×１０¹⁶ドーズでＰ⁺でイオン注入する点を除いて例１を繰返し行なう。得られ た結果は例１において得られた結果と同様である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｃ２３Ｆ 1/12 9352−4Ｋ Ｃ２３Ｆ 1/12 4/00 9352−4Ｋ 4/00 Ｅ Ｃ２３Ｇ 5/00 9352−4Ｋ Ｃ２３Ｇ 5/00 Ｇ０３Ｆ 7/36 7055−2Ｈ Ｇ０３Ｆ 7/36 Ｈ０１Ｌ 21/3065 6921−4Ｅ Ｈ０５Ｋ 3/26 Ａ Ｈ０５Ｋ 3/26 9275−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｎ (72)発明者 ミッチナー，ジェームズ，シー. アメリカ合衆国，メリーランド 20872, ダマスカス，キングス バレイ コート 12 (72)発明者 ラウンズ，スチュアート，エヌ. アメリカ合衆国，メリーランド 20874, ジャーマンタウン，ウィロー スプリング サークル 12510 (72)発明者 マシューズ，ジョン，シー. アメリカ合衆国，メリーランド 20871, ガイザースバーグ，スー レーン 17015

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．先行する除去処理の後に残存する物質を基板の表面から除去する方法に おいて、前記表面を５０torr以上の圧力で励起されたハロゲンを含有するガスで 接触させることを特徴とする方法。 ２．請求項１において、前記ハロゲンが弗素を含有するガスであることを特 徴とする方法。 ３．請求項１において、前記ハロゲンがＣＦ₄，Ｃ₂ Ｆ₆，ＣＨＦ₃，ＣＦＨ₃ ，Ｃ₂ Ｈ₂ Ｆ₄，Ｃ₂ Ｈ₄Ｆ₂，ＣＨ₂ Ｆ₂，ＣＨ₃ ＣＦ₃，ＳＦ₆，ＮＦ₃からなる グループから選択したものであることを特徴とする方法。 ４．請求項１において、前記ハロゲンがＣＦ₄であることを特徴とする方法 。 ５．請求項１において、前記圧力が少なくとも１００torrであることを特徴 とする方法。 ６．請求項１において、前記圧力が約５００乃至８００torrであることを特 徴とする方法。 ７．請求項１において、前記圧力が約６００乃至８００torrであることを特 徴とする方法。 ８．請求項１において、前記除去すべき物質がホトレジストからのものであ ることを特徴とする方法。 ９．請求項８において前記ホトレジストがイオ ン注入か又は弗素を含有するプラズマに露呈されていることを特徴とする方法。 10．請求項９において、前記ホトレジストがノボラックポリマ組成物である ことを特徴とする方法。 11．請求項１において、前記基板が処理期間中に少なくとも１００℃の温度 にあることを特徴とする方法。 12．請求項１において、前記基板が処理期間中少なくとも２００℃の温度に あることを特徴とする方法。 13．請求項１において、前記基板が処理期間中２５０℃乃至３５０℃の温度 にあることを特徴とする方法。 14．請求項１において、前記基板がシリコン基板であることを特徴とする方 法。 15．請求項１において、前記ガスがコロナ放電又は無声放電によって励起さ れていることを特徴とする方法。 16．請求項１において、処理期間中に前記基板を維持するために前記基板を 表面上に配置させ且つ前記ガスを前記除去すべき物質の上側に位置した空間を介 して通過させ、前記空間が前記除去すべき物質の上を４mm以下の前記ガスの薄い 層を流させるための狭いギャップを形成していることを特徴とする方法。 17．請求項１において、前記基板を配置させる第一表面を用意し、前記第一 表面から離隔されており両者間に空間を形成させるために第二表面を設け、前記 空間は前記空間の周辺部にまたがる周辺区域と中心区域とを持っており、前記空 間の前記周辺区域へ前記ガスを供給し、前記空間の前記中心区域において前記ガ スを除去し、その際に前記空間の前記周辺区域から前記中心区域にわたって前記 除去すべき物質の上側で前記空間を介しての前記ガスの流れを確立させることを 特徴とする方法。 18．請求項１７において、前記空間が狭いギャップを構成していることを特 徴とする方法。 19．請求項１において、前記処理時間が約１０乃至約３００秒であることを 特徴とする方法。 20．請求項１において、前記変更する除去処理が、非プラズマオゾン処理で あることを特徴とする方法。 21．請求項９において、前記ホトレジストが紫外線で安定化されていること を特徴とする方法。