JP2718092B2 - Ashing apparatus and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Ashing apparatus and method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体装置の製造に用いられるレジスト膜を灰化する
装置及びそれを利用した灰化方法に関し、 200℃以下の低温域における灰化速度の低下を抑える
ことによって低温域での灰化処理を迅速に行うことを可
能とし、以てレジスト膜の灰化による重金属汚染を防止
するとともに生産性の向上をはかることを目的とし、 プラズマ発生部とプラズマ輸送部と加熱支持体とを有
し、前記加熱支持体に支持、加熱された被処理基板の灰
化処理を行う灰化装置であって、前記プラズマ輸送部に
O原子を含むガスを導入するガス導入口を設けて成り、
前記プラズマ発生部で発生したH原子を含むプラズマが
前記プラズマ輸送部を通過する際、前記ガス導入口から
導入されたO原子を含むガスと混合されて前記被処理基
板に到達するように構成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to an apparatus for ashing a resist film used in the manufacture of a semiconductor device and an ashing method using the same, which suppresses a decrease in ashing rate in a low-temperature region of 200 ° C. or lower. The aim is to make it possible to perform ashing process in low temperature range quickly, to prevent heavy metal contamination due to ashing of the resist film and to improve productivity. An ashing apparatus comprising: a heating support; and an ashing apparatus for performing an ashing process on the substrate to be processed, which is supported on the heating support and heated, and wherein a gas introduction port for introducing a gas containing O atoms into the plasma transport unit. Is provided,
When the plasma including H atoms generated in the plasma generation unit passes through the plasma transport unit, the plasma is mixed with the gas including O atoms introduced from the gas inlet and reaches the substrate to be processed. .
本発明は半導体装置の製造に用いられるレジスト膜等
の灰化装置及びそれを使用した灰化方法に関する。The present invention relates to an apparatus for ashing a resist film or the like used for manufacturing a semiconductor device and an ashing method using the same.
第2図は酸素ガスプラズマを用いた従来の灰化装置と
それを用いた灰化方法を説明するための図である。同図
において、11はプラズマ発生部、12はプラズマ輸送部、
13は加熱支持体、20はガス排気口、19は被処理基板であ
って、不要となったレジスト膜等が被着している。ま
た、プラズマ発生部11は、導波管14、石英窓16、ガス導
入口15、プラズマ生成室17、シャワー板18より構成され
ている。FIG. 2 is a diagram for explaining a conventional incinerator using oxygen gas plasma and an incineration method using the same. In the figure, 11 is a plasma generation unit, 12 is a plasma transport unit,
Reference numeral 13 denotes a heating support, reference numeral 20 denotes a gas exhaust port, reference numeral 19 denotes a substrate to be processed, on which an unnecessary resist film or the like is deposited. Further, the plasma generating unit 11 includes a waveguide 14, a quartz window 16, a gas inlet 15, a plasma generating chamber 17, and a shower plate 18.
同図において、ガス導入口15から導入されたO2ガスは
導波管14より導かれたマイクロ(μ)波の交番電界によ
ってプラズマ生成室17においてプラズマ化される。発生
したO2ガスプラズマはシャワー板18を通過してプラズマ
輸送部12内をダウンフローし、被処理基板19上へ到達す
る。そして、O2ガスプラズマに含まれている原子状酸素
(O)が被処理基板19に被着しているレジスト膜と反応
して該レジスト膜を灰化せしめる。反応後のO2ガスプラ
ズマはガス排気口20から排気される。また、上記灰化処
理中、被処理基板19は加熱支持体13により所定の温度に
加熱される。In the figure, O 2 gas introduced from a gas inlet 15 is turned into plasma in a plasma generation chamber 17 by an alternating electric field of micro (μ) waves guided from a waveguide 14. The generated O 2 gas plasma passes through the shower plate 18, flows down in the plasma transport section 12, and reaches the substrate 19 to be processed. Then, the atomic oxygen (O) contained in the O 2 gas plasma reacts with the resist film adhered to the substrate 19 to be ashed. The O 2 gas plasma after the reaction is exhausted from the gas exhaust port 20. During the ashing process, the substrate to be processed 19 is heated to a predetermined temperature by the heating support 13.
第3図の直線30は上記灰化方法による灰化速度の温度
依存性を示したものであり、μ波出力を1.5kw,灰化装置
内の圧力を0.8Torr,O2流量を1SLMとし、被処理基板19上
のレジストをOFPR−800(東京応化製)としたときの特
性を示している。同図から明らかなように、灰化速度は
被処理基板19の温度に強く依存しており、灰化速度を大
きくするためには被処理基板19の温度を高くする必要が
ある。たとえば、温度180℃のとき約4500A/minであった
灰化速度は温度220℃で約15000A/minにまで増加する。The straight line 30 in FIG. 3 shows the temperature dependence of the incineration rate by the above-described incineration method. The microwave output is 1.5 kw, the pressure in the incinerator is 0.8 Torr, the O 2 flow rate is 1 SLM, This shows the characteristics when the resist on the substrate 19 to be processed is OFPR-800 (manufactured by Tokyo Ohka). As is clear from the figure, the incineration rate strongly depends on the temperature of the substrate 19 to be processed, and it is necessary to increase the temperature of the substrate 19 to increase the ashing rate. For example, an incineration rate of about 4500 A / min at a temperature of 180 ° C. increases to about 15000 A / min at a temperature of 220 ° C.
以上説明したO2ダウンフローアッシング(灰化)の他
にオゾンアッシングも知られているが、温度180℃以下
ではO2ダウンフローアッシングと同様に灰化速度が低下
する。また、O2ガスに少量のハロゲンガスを混合したガ
スを用いたダウンフローアッシングでは180℃以下の低
温域においても灰化速度の顕著な低下はないが、被処理
基板をオーバーエッチングするためLSI等の超微細加工
には適していない。Ozone ashing is also known in addition to the above-described O 2 down-flow ashing (ashing), but at a temperature of 180 ° C. or lower, the ashing rate decreases as in the O 2 down-flow ashing. In the case of down-flow ashing using a mixture of O 2 gas and a small amount of halogen gas, the ashing rate does not significantly decrease even in a low temperature range of 180 ° C or less, but since the substrate to be processed is over-etched, LSI and the like are not used. Not suitable for ultra-fine processing.
半導体製造工程においては、生産性等の観点から灰化
処理時間をできるだけ短縮することが望ましい。そのた
め通常は灰化速度を大きくすることのできる200〜250℃
に半導体ウェーハ等の被処理基板を加熱して灰化処理を
行う場合が多い。しかし半導体ウェーハの温度を200℃
以上にすると灰化処理されたレジスト膜に含まれている
重金属たとえば鉄、ニッケル、アルミニウム、銅等が半
導体ウェーハを汚染して結晶欠陥を誘発したり、あるい
はデバイスのリーク電流を増加させる等の弊害をひきお
こし、製造歩留りを低下させる等の問題が生ずる。本発
明は200℃以下の低温域における灰化速度の低下を抑え
ることによって低温域での灰化処理を迅速に行うことを
可能とし、以てレジスト膜の灰化による重金属汚染を防
止するとともに生産性の向上をはかることを目的とす
る。In the semiconductor manufacturing process, it is desirable to shorten the ashing time as much as possible from the viewpoint of productivity and the like. For this reason, usually 200 ~ 250 ℃ which can increase the incineration rate
In many cases, a substrate to be processed such as a semiconductor wafer is heated to perform an ashing process. However, the temperature of the semiconductor wafer is 200 ° C
In this case, heavy metals such as iron, nickel, aluminum, and copper contained in the ashed resist film contaminate the semiconductor wafer to induce crystal defects or increase device leak current. Causes problems such as lowering the production yield. The present invention suppresses a decrease in the ashing rate in a low-temperature region of 200 ° C. or less, thereby enabling a rapid incineration treatment in a low-temperature region, thereby preventing heavy metal contamination due to incineration of a resist film and producing the same. The purpose is to improve the performance.
上記課題は、プラズマ発生部とプラズマ輸送部と加熱
支持体とを有し、前記加熱支持体に支持、加熱された被
処理基板の灰化処理を行う灰化装置であって、前記プラ
ズマ輸送部にO原子を含むガスを導入するガス導入口を
設けて成り、前記プラズマ発生部で発生したH原子を含
むプラスマが前記プラズマ輸送部を通過する際、前記ガ
ス導入口から導入されたO原子を含むガスと混合されて
前記被処理基板に到達するようにしたことを特徴とする
灰化装置、 あるいは、H原子を含むプラズマを発生させ該プラズ
マを被処理基板上へ輸送する途中でO原子を含むガスと
混合し、混合されたガスによって該被処理基板上の被膜
を灰化する行程を含むことを特徴とする半導体装置の製
造方法によって解決される。An object of the present invention is to provide an ashing apparatus that includes a plasma generating unit, a plasma transport unit, and a heating support, and performs an ashing process on a substrate to be processed, which is supported by the heating support and heated. Is provided with a gas inlet for introducing a gas containing O atoms, and when the plasma containing H atoms generated in the plasma generating unit passes through the plasma transport unit, the O atoms introduced from the gas inlet are An incinerator characterized by being mixed with a gas containing the gas to reach the substrate to be processed, or by generating O-containing plasma and transporting the O-atom to the substrate to be processed. A method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the method includes a step of mixing with a gas to be included and ashing a film on the substrate to be processed with the mixed gas.
本発明によれば、プラズマ発生部において発生したH2
ガスプラスマはプラズマ輸送部を通って被処理基板上へ
到達する途中で、プラズマ輸送部に設けられたガス導入
口から導入されたO原子を含むガスと混合、反応してOH
基を生ずる。そのため被処理基板上のレジスト膜等とOH
等が還元反応を起こし、従来の原子状酸素との酸化反応
に比べて低温域における灰化速度の低下を抑えることが
可能となる。According to the present invention, H 2 generated in the plasma generation section
On the way to the substrate to be processed through the plasma transport section, the gas plasma mixes with and reacts with the gas containing O atoms introduced from the gas inlet provided in the plasma transport section, and reacts with OH.
Yields a group. Therefore, the resist film etc. on the substrate to be processed and OH
And the like cause a reduction reaction, which makes it possible to suppress a decrease in the ashing rate in a low-temperature region as compared with the conventional oxidation reaction with atomic oxygen.
第1図は本発明の実施例を説明するための灰化装置を
示している。同図において、1はプラズマ発生部、2は
プラズマ輸送部、3は加熱支持体、10はガス排気口、9
は被処理基板であって、不要となったレジスト膜等が被
着している。また、プラズマ発生部1は、導波管4、ガ
ス導入口5、石英窓6、プラズマ生成室7、シャワー板
8より構成されており、プラズマ輸送部2の側壁には、
ガス導入口21が設けられている。FIG. 1 shows an incinerator for explaining an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a plasma generation unit, 2 is a plasma transport unit, 3 is a heating support, 10 is a gas exhaust port, 9
Denotes a substrate to be processed, on which an unnecessary resist film or the like is adhered. The plasma generating unit 1 includes a waveguide 4, a gas inlet 5, a quartz window 6, a plasma generating chamber 7, and a shower plate 8.
A gas inlet 21 is provided.
同図において、プラズマ発生部1のガス導入口5から
導入されたH2ガスは導波管4より導かれたμ波の交番電
界によってプラズマ生成室7においてプラズマ化され
る。発生したH2ガスプラズマはシャワー板8を通過して
プラズマ輸送部2内をダウンフローする際、該プラズマ
輸送部2の側壁に設けられたガス導入口21から導入され
たNO2ガスと混合、反応してOH基を生ずる。そして、該O
H基を含んだH2ガスプラズマが被処理基板9上へ到達
し、レジスト膜と反応してこれを灰化せしめる。反応後
のプラズマはガス排気口10から排気される。また、上記
灰化処理中、被処理基板9は加熱支持体3により所定の
温度に加熱される。In the figure, H 2 gas introduced from a gas inlet 5 of a plasma generator 1 is turned into plasma in a plasma generation chamber 7 by an alternating electric field of a μ-wave guided from a waveguide 4. When the generated H 2 gas plasma passes through the shower plate 8 and flows down in the plasma transport unit 2, it mixes with the NO 2 gas introduced from the gas inlet 21 provided on the side wall of the plasma transport unit 2. Reacts to produce OH groups. And the O
The H 2 gas plasma containing the H group reaches the substrate 9 to be processed, and reacts with the resist film to ash it. The plasma after the reaction is exhausted from the gas exhaust port 10. During the ashing process, the substrate 9 to be processed is heated to a predetermined temperature by the heating support 3.
第3図に示した直線40は以上の灰化法によって得られ
た灰化速度の温度依存性を示したものであり、Arガスで
30%に希釈したH2ガス600SCCMをガス導入口5から導入
し、導波管4から周波数2.45±0.1GHz、電力1.5KWのμ
波を導入し、さらにガス導入口21からNO2ガス600SCCMを
導入したときの特性を示している。酸素ダウンフローを
用いた従来の灰下装置及びそれを使用した灰化法によっ
て得られた直線30で表される特性と比較すれば200℃以
上の低温域における灰化速度を改善されていることが明
らかである。The straight line 40 shown in FIG. 3 shows the temperature dependence of the incineration rate obtained by the above incineration method.
H 2 gas 600SCCM diluted to 30% was introduced from the gas inlet 5, a waveguide 4 frequency 2.45 ± 0.1 GHz, power 1.5KW mu
The graph shows the characteristics when a wave is introduced and when a NO 2 gas of 600 SCCM is introduced from the gas inlet 21. Compared with the conventional incineration device using oxygen downflow and the characteristics represented by the straight line 30 obtained by the incineration method using it, the incineration rate in the low temperature region of 200 ° C or higher has been improved. Is evident.
例えば、被処理基板9の温度が200℃のとき、本発明
に係る灰化装置を用いた場合の灰化速度は約11000A/min
であり、従来の酸素ダウンフローアッシングの灰化速度
約15000A/minに比べて劣っているが、温度160℃のとき
には本発明の灰化速度は約4300A/minであり、従来例の
約2500A/minに比べて約1.7倍となっている。For example, when the temperature of the substrate 9 to be processed is 200 ° C., the incineration rate when the incineration apparatus according to the present invention is used is about 11000 A / min.
It is inferior to the ashing rate of the conventional oxygen downflow ashing of about 15000 A / min, but when the temperature is 160 ° C., the ashing rate of the present invention is about 4300 A / min, which is about 2500 A / min of the conventional example. It is about 1.7 times that of min.
なお、ガス導入項21から導入するガスはNO2ガスに限
られるものではなく、O原子をその構成成分として含む
ものであれば足りる。また、H2ガスをArガスで希釈した
のは、引火爆発等の危険防止のためであり、本発明の効
果の上からは純H2ガスを用いた場合と差異はない。The gas introduced from the gas introduction section 21 is not limited to NO 2 gas, but any gas containing O atoms as a constituent component is sufficient. The reason why the H 2 gas is diluted with the Ar gas is to prevent danger such as a flash explosion, and there is no difference from the case of using pure H 2 gas from the viewpoint of the effect of the present invention.
以上説明したように本発明によれば、H2ガスプラズマ
にO原子を含むガスを混合し、反応せしめたガスを用い
ることにより、重金属汚染の少ない200℃以下の低温域
において灰化速度を大きく低下させることなく被処理基
板を灰化処理することが可能となり、半導体デバイスの
生産性の向上、品質の向上を図ることができる。As described above, according to the present invention, a gas containing O atoms is mixed with H 2 gas plasma, and by using the reacted gas, the ashing rate is increased in a low-temperature region of 200 ° C. or less with less heavy metal contamination. The substrate to be processed can be ashed without lowering, and the productivity and quality of the semiconductor device can be improved.
第1図は本発明の一実施例を示す模式断面図、 第2図は従来例を示す模式断面図、 第3図は灰化速度の温度特性を示す図、 である。 図において、 1、11はプラズマ発生部、 2、12はプラズマ輸送部、 3、13は加熱支持体、 4、14はマイクロ波導波管、 5、15はガス導入口、 6、16は石英窓、 7、17はプラズマ生成室、 8、18はシャワー板、 9、19は被処理基板、 10、20は排気口、 21はガス導入口、 30は従来例に係る灰化速度の温度特性、 40は本発明に係る灰化速度の温度特性、 である。 FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view showing a conventional example, and FIG. In the figure, reference numerals 1 and 11 denote a plasma generating section, 2 and 12 a plasma transport section, 3 and 13 a heating support, 4, 14 a microwave waveguide, 5, 15 a gas inlet, 6, 16 a quartz window. 7 and 17 are plasma generation chambers, 8 and 18 are shower plates, 9 and 19 are substrates to be processed, 10 and 20 are exhaust ports, 21 is a gas inlet port, 30 is a temperature characteristic of an ashing rate according to a conventional example, 40 is the temperature characteristic of the incineration rate according to the present invention.
Claims (2)
持体とを有し、前記加熱支持体に支持、加熱された被処
理基板の灰化処理を行う灰化装置であって、 前記プラズマ輸送部にO原子を含むガスを導入するガス
導入口を設けて成り、前記プラズマ発生部で発生したH
原子を含むプラズマが前記プラズマ輸送部を通過する
際、前記ガス導入口から導入されたO原子を含むガスと
混合されて前記被処理基板に到達するようにしたことを
特徴とする灰化装置。An ashing apparatus, comprising: a plasma generating section, a plasma transport section, and a heating support, wherein the ashing apparatus performs an ashing process on a substrate to be processed which is supported and heated by the heating support. A gas introduction port for introducing a gas containing O atoms in the plasma generating section,
When the plasma containing atoms passes through the plasma transport unit, the plasma is mixed with a gas containing O atoms introduced from the gas inlet and reaches the substrate to be processed.
マを被処理基板上へ輸送する途中でO原子を含むガスと
混合し、混合されたガスによって該被処理基板上の被膜
を灰化する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製
造方法。2. A plasma containing H atoms is generated and mixed with a gas containing O atoms during transportation of the plasma onto a substrate to be processed, and the mixed gas is used to ash a film on the substrate to be processed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of:
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