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JP3360185B2 - Organic material film peeling method - Google Patents
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JP3360185B2 - Organic material film peeling method - Google Patents

Organic material film peeling method

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JP3360185B2
JP3360185B2 JP33505693A JP33505693A JP3360185B2 JP 3360185 B2 JP3360185 B2 JP 3360185B2 JP 33505693 A JP33505693 A JP 33505693A JP 33505693 A JP33505693 A JP 33505693A JP 3360185 B2 JP3360185 B2 JP 3360185B2
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material film
carbon
film
plasma
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、下地基板上に形成され
たフォトレジスト膜、レジスト膜、保護膜等の有機材料
膜の剥離方法に関する。半導体装置の製造工程、マイク
ロマシニング工程等において、不純物イオンを選択的に
イオン注入する際、または、選択的にドライエッチング
する際には、マスクとして用いたレジスト膜を、その工
程の終了後に完全に除去することが必要である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for removing an organic material film such as a photoresist film, a resist film, and a protective film formed on a base substrate. When selectively implanting impurity ions or selectively performing dry etching in a semiconductor device manufacturing process, a micromachining process, or the like, the resist film used as a mask is completely removed after the process is completed. It is necessary to remove it.

【0002】しかし、イオン注入、ドライエッチング等
の工程におけるイオン照射によってレジスト膜の表面が
炭化したり、注入するドーパントであるりん(P)や硼
素(B)を含むポリマーを形成して変質するため、これ
を除去(剥離)することが困難になる場合がある。
However, the surface of the resist film is carbonized by ion irradiation in steps such as ion implantation and dry etching, or a polymer containing phosphorus (P) or boron (B) as a dopant to be implanted is formed and deteriorated. In some cases, it is difficult to remove (peel) this.

【0003】[0003]

【従来の技術】従来、レジスト膜の剥離方法として、プ
ラズマアッシング装置を用い、酸素(O2 )ガスを主成
分とするプラズマを生成し、レジスト膜が形成された下
地基板を、このプラズマ中のイオンが消滅するに充分な
距離だけ下流に配置してアッシングすることによって、
プラズマ中のイオンの衝撃による下地基板の損傷を低減
し、酸素、水素のラジカルによってレジスト膜を剥離す
るダウンフローアッシング法が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of stripping a resist film, a plasma ashing apparatus is used to generate a plasma mainly composed of an oxygen (O 2 ) gas, and the underlying substrate on which the resist film is formed is removed from the plasma. By ashing and locating downstream enough distance for the ions to disappear,
There is known a downflow ashing method in which damage to an underlying substrate due to bombardment of ions in plasma is reduced and a resist film is peeled off by radicals of oxygen and hydrogen.

【0004】また、このアッシング装置を用い、酸素
(O2 )ガスにフッ素系ガスを添加して、アッシングレ
ートを大きくする方法も知られている。また、RIE装
置等を用いて下地基板上のレジスト膜をプラズマ中で処
理し、イオン照射によって変質レジスト膜の表面をイオ
ンで叩きながらアッシングする方法も提案されている。
There is also known a method of increasing the ashing rate by adding a fluorine-based gas to oxygen (O 2 ) gas using this ashing apparatus. There has also been proposed a method in which a resist film on a base substrate is treated in a plasma using an RIE apparatus or the like, and ashing is performed while hitting the surface of the altered resist film with ions by ion irradiation.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のレジ
スト膜の剥離方法によると、形成されたままで変質して
いないレジスト膜を剥離する際には問題を生じないが、
ドライエッチング工程やイオン注入工程等におけるイオ
ン照射によって表面が炭化したり、注入するドーパント
であるりん(P)や硼素(B)を含むポリマーを形成し
て変質した場合、酸素(O2 )ガスによるアッシングレ
ートが小さいため、炭化または変質したレジスト膜の残
渣が残ってしまうという問題があった。
According to the conventional method for removing a resist film, however, no problem occurs when the resist film that has been formed and is not deteriorated is removed.
When the surface is carbonized by ion irradiation in a dry etching step, an ion implantation step, or the like, or is altered by forming a polymer containing phosphorus (P) or boron (B) as a dopant to be implanted, oxygen (O 2 ) gas is used. Since the ashing rate is low, there is a problem that a residue of the carbonized or altered resist film remains.

【0006】また、フッ素系ガスを添加したアッシング
法によると、アッシングレートは改善されるが、レジス
ト膜の開口内に露出しているウェーハの表面、配線層で
あるポリシリコン(Si)、絶縁材料である二酸化シリ
コン(SiO2 )等(下地基板)に損傷を与えるという
問題があった。また、RIE装置等によるイオン照射を
利用するプラズマアッシング法による場合は、炭化また
は変質したレジスト膜のアッシングレートは改善される
が、下地基板から下地基板材料の粒子がスパッタされて
レジスト膜に再付着して下地基板材料堆積層を生じ、こ
れが後のドライエッチングによって除去されないで残渣
を生じることがわかった。なお、この問題はレジスト膜
だけでなく、一般に保護膜等の有機材料膜のアッシング
やパターニング工程においても同様に生じることがわか
った。
According to the ashing method to which a fluorine-based gas is added, the ashing rate is improved, but the surface of the wafer exposed in the opening of the resist film, polysilicon (Si) as a wiring layer, insulating material There is a problem of damaging silicon dioxide (SiO 2 ) or the like (underlying substrate). In the case of the plasma ashing method using ion irradiation by an RIE apparatus or the like, the ashing rate of the carbonized or altered resist film is improved, but particles of the underlying substrate material are sputtered from the underlying substrate and re-adhered to the resist film. As a result, it was found that an undersubstrate material deposition layer was formed, which was not removed by a later dry etching, and that a residue was formed. It has been found that this problem similarly occurs not only in the resist film but also in the ashing and patterning steps of an organic material film such as a protective film.

【0007】図3は、従来のイオン照射を利用した有機
材料膜の剥離方法の説明図であり、(A)〜(C)は各
工程を示している。この図において、41は下地基板、
42はレジスト膜、43は開口、44はレジスト変質
層、45はプラズマ中のイオン、46はレジストの反応
生成物、47はスパッタエッチング粒子、48は下地基
板材料堆積層である。
FIG. 3 is an explanatory view of a conventional method of peeling an organic material film using ion irradiation, and (A) to (C) show each step. In this figure, 41 is a base substrate,
42 is a resist film, 43 is an opening, 44 is a deteriorated resist layer, 45 is ions in plasma, 46 is a reaction product of the resist, 47 is sputter-etched particles, and 48 is a base substrate material deposition layer.

【0008】この説明図によって従来のイオン照射によ
るアッシング法を説明する。
A conventional ashing method using ion irradiation will be described with reference to FIG.

【0009】第1工程(図3(A)参照) 配線層であるポリシリコン(Si)や絶縁材料である二
酸化シリコン(SiO 2 )からなる下地基板41の上に
形成された、開口43をもつレジスト膜42をマスクに
して下地基板41に不純物イオン注入すると、レジスト
膜42の表面が炭化され、あるいは、注入する不純物で
あるりん(P)や硼素(B)を含むポリマーが形成され
て変質層(以下、「レジスト変質層」という)44を生
じる。なお、不純物イオン注入する場合の他、ドライエ
ッチング等のプラズマ処理によっても、レジスト膜42
の表面が炭化される。
First step (refer to FIG. 3A). Polysilicon (Si) as a wiring layer and a silicon (Si) as an insulating material are used.
Silicon oxide (SiO Two) On the underlying substrate 41
Using the formed resist film 42 having the opening 43 as a mask
Implanting impurity ions into the underlying substrate 41
The surface of the film 42 is carbonized, or
A polymer containing phosphorus (P) and boron (B) is formed.
To form an altered layer (hereinafter referred to as “resist altered layer”) 44
I will. In addition to the case of impurity ion implantation,
The resist film 42 can also be formed by plasma processing such as etching.
Is carbonized.

【0010】第2工程(図3(B)参照) ドライエッチングまたはイオン注入が終了した後、この
工程で用いたレジスト膜42をプラズマに曝し、プラズ
マ中のイオン45の物理的なエネルギーを利用してレジ
スト変質層44をアッシングする。このプラズマによっ
てレジスト変質層44をアッシングする工程によって、
レジスト膜42の開口43の底面に露出しているSiや
SiO2 からなる下地基板41の表面も同時にイオンで
叩かれるため、下地基板41を構成する材料からなるス
パッタエッチング粒子47を生じ、このスパッタエッチ
ング粒子47がレジスト変質層44を除去した後のレジ
スト膜42の開口43の側壁に再付着して下地基板材料
堆積層48を生じる。
Second Step (See FIG. 3B) After the dry etching or ion implantation is completed, the resist film 42 used in this step is exposed to plasma, and the physical energy of ions 45 in the plasma is utilized. Ashing the resist altered layer 44. By the step of ashing the deteriorated resist layer 44 by this plasma,
Since the surface of the underlying substrate 41 made of Si or SiO 2 exposed on the bottom surface of the opening 43 of the resist film 42 is also hit with ions at the same time, sputter etching particles 47 made of the material constituting the underlying substrate 41 are generated. The etching particles 47 are re-adhered to the side walls of the opening 43 of the resist film 42 after the removal of the deteriorated resist layer 44, thereby forming a base substrate material deposition layer 48.

【0011】第3工程(図3(C)参照) その後、引き続いてレジスト膜42の酸素ラジカル等に
よるアッシングを継続して、レジスト膜42を二酸化炭
素、水蒸気等のレジストの反応生成物46にして除去す
る。
Third step (see FIG. 3C) Thereafter, ashing of the resist film 42 with oxygen radicals or the like is continued to turn the resist film 42 into a reaction product 46 of the resist such as carbon dioxide and water vapor. Remove.

【0012】この方法によると、レジスト膜42を剥離
するためのアッシングにおいては前工程で生じた下地基
板材料堆積層48のエッチングレートが小さいため、レ
ジスト膜42をアッシングした後に、下地基板材料堆積
層48が下地基板41の上に残留し、その上にさらに絶
縁膜等を形成する際に平坦性が損なわれるという問題が
生じる。
According to this method, in the ashing for removing the resist film 42, since the etching rate of the base substrate material deposition layer 48 generated in the previous process is small, the ashing of the resist film 42 is performed. 48 remains on the base substrate 41, and a problem arises in that flatness is impaired when an insulating film or the like is further formed thereon.

【0013】本発明は、基板上に形成された開口をもつ
有機材料膜を完全に剥離することができる有機材料膜の
剥離方法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method for removing an organic material film which can completely remove an organic material film having an opening formed on a substrate.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明に依る有機材料膜
の剥離方法においては、開口をもつ有機材料膜を形成し
た下地基板に、炭素を有する有機化合物ガスを含んだガ
ス中でプラズマ処理を施して該開口内に炭化水素堆積膜
を形成して該下地基板を保護する第1のステップと、酸
素を含んだガス中でプラズマ処理を施して該有機材料膜
と該炭化水素堆積膜とを除去する第2のステップを加え
ることを特徴とする。
In the method of removing an organic material film according to the present invention, in order to solve the problems], the base substrate to form an organic material film having apertures, plasma treatment in a gas containing an organic compound gas containing carbon hydrocarbons deposited film the open mouth provide Reinforced
A first step in protecting the formed and lower ground substrate, the organic material film in an oxygen-containing gas and facilities the plasma treatment
Adding a second step of removing the hydrocarbon deposition film and
It is characterized by that.

【0015】この場合、第1のステップにおいて、炭素
を有する有機化合物ガスを5〜30体積%の範囲で含ま
せたガス中でプラズマ処理を行うことができ、また、こ
の場合、炭素を有する有機化合物ガスとして炭化水素、
または、水酸基、アルデヒド基等の官能基を有するCと
HとOの元素からなる有機化合物ガスを用いることがで
きる。
In this case, in the first step, the plasma treatment can be performed in a gas containing an organic compound gas having carbon in a range of 5 to 30% by volume. Hydrocarbons as compound gases,
Alternatively, an organic compound gas including C, H, and O elements having functional groups such as a hydroxyl group and an aldehyde group can be used.

【0016】また、この場合、第1のステップにおい
て、炭素を有する有機化合物ガスに、酸素、二酸化炭素
の少なくとも1種、あるいは、水素、水蒸気、過酸化水
素のうち少なくとも1種を添加することができる。
In this case, in the first step, at least one of oxygen and carbon dioxide or at least one of hydrogen, steam and hydrogen peroxide may be added to the organic compound gas having carbon. it can.

【0017】また、この場合、第2のステップにおい
て、酸素を含んだガスを流量制御して供給しながらプラ
ズマを発生させ、有機材料膜を有する下地基板をこのプ
ラズマの下流に配置することができる。
In this case, in the second step, plasma can be generated while supplying a gas containing oxygen at a controlled flow rate, and the underlying substrate having the organic material film can be arranged downstream of the plasma. .

【0018】また、これらの場合、有機材料膜をレジス
ト膜とすることができる。
In these cases, the organic material film can be used as a resist film.

【0019】[0019]

【作用】図1は、本発明の有機材料膜の剥離方法の原理
説明図であり、(A)〜(C)は各工程を示している。
この図において、1は下地基板、2はレジスト膜、3は
開口、4はレジスト変質層、5はプラズマ中のイオン、
6は炭化水素堆積膜、7はレジスト反応生成物である。
FIG. 1 is a view for explaining the principle of the method of peeling an organic material film according to the present invention, wherein (A) to (C) show respective steps.
In this figure, 1 is a base substrate, 2 is a resist film, 3 is an opening, 4 is a deteriorated resist layer, 5 is ions in plasma,
6 is a hydrocarbon deposition film, and 7 is a resist reaction product.

【0020】第1工程(図1(A)参照) 配線層であるポリシリコン(Si)や絶縁膜である二酸
化シリコン(SiO2)が形成された基板(下地基板)
1の上に形成された、開口3を有するレジスト膜2をマ
スクにして下地基板1に不純物をイオン注入する場合、
あるいは、下地基板1をドライエッチングする場合に、
レジスト膜2の表面が炭化され、あるいは、注入する不
純物であるりん(P)や硼素(B)を含むポリマーを形
成して変質層4を生じる。
First Step (See FIG. 1A) A substrate (base substrate) on which polysilicon (Si) as a wiring layer and silicon dioxide (SiO 2 ) as an insulating film are formed.
When the impurity is ion-implanted into the underlying substrate 1 using the resist film 2 having the opening 3 formed on the substrate 1 as a mask,
Alternatively, when the base substrate 1 is dry-etched,
The surface of the resist film 2 is carbonized, or a polymer containing phosphorus (P) or boron (B), which is an impurity to be implanted, is formed to form the altered layer 4.

【0021】第2工程(図1(B)参照) イオン注入またはドライエッチングが終了した後、炭素
を有する有機化合物ガスを含んだガスプラズマを用い
て、開口3をもつレジスト膜2が形成された下地基板に
第1のステップの処理を行う。
Second Step (See FIG. 1B) After ion implantation or dry etching is completed, a resist film 2 having an opening 3 is formed by using a gas plasma containing an organic compound gas having carbon. The first step is performed on the underlying substrate.

【0022】この第1のステップの処理中に、炭素を有
する有機化合物ガスの炭素と、炭素を有する有機化合物
ガス自身、または、反応ガス、キャリアガス等の水素が
反応して、開口3内のポリシリコン(Si)または二酸
化シリコン(SiO2 )の表面に炭化水素堆積膜6が形
成され、この炭化水素堆積膜6によって配線層または絶
縁膜の表面がイオン照射から保護されるため、ポリシリ
コン(Si)または二酸化シリコン(SiO2 )の表面
が物理的にスパッタエッチングされるのを防ぐことがで
きる。
During the processing of the first step, the carbon of the organic compound gas having carbon and the organic compound gas having carbon itself or hydrogen such as a reaction gas or a carrier gas react with each other to form a gas in the opening 3. A hydrocarbon deposition film 6 is formed on the surface of polysilicon (Si) or silicon dioxide (SiO 2 ), and the surface of the wiring layer or the insulating film is protected from ion irradiation by the hydrocarbon deposition film 6. The surface of Si) or silicon dioxide (SiO 2 ) can be prevented from being physically sputter-etched.

【0023】また、この際、処理ガス中にフッ素、ハロ
ゲン等の下地基板1の単結晶シリコン(Si)、ポリシ
リコン(Si)、二酸化シリコン(SiO2 )等を化学
的にエッチングするガスが含まれていないため、配線層
や絶縁膜がエッチングされて損傷を受け、または厚さが
減少することがない。
At this time, a gas for chemically etching single crystal silicon (Si), polysilicon (Si), silicon dioxide (SiO 2 ), etc. of the base substrate 1 such as fluorine and halogen is contained in the processing gas. Since the wiring layer and the insulating film are not etched, the wiring layer and the insulating film are not damaged or have a reduced thickness.

【0024】一方、レジスト膜の炭化、変質層は、処理
ガスが解離して生じた水素ラジカルまたは酸素ラジカル
とイオン衝撃との相互作用により水蒸気や二酸化炭素等
のレジスト反応生成物7になり除去される。
On the other hand, the carbonized or altered layer of the resist film is removed as a resist reaction product 7 such as water vapor or carbon dioxide due to the interaction of the ion bombardment with hydrogen radicals or oxygen radicals generated by dissociation of the processing gas. You.

【0025】第3工程(図1(C)参照) レジスト膜の炭化、変質層を除去した後に、第2のステ
ップである酸素を主としたガスを用いたプラズマ処理を
行い、レジスト膜2および炭化水素堆積膜6を除去す
る。
Third Step (See FIG. 1C) After the carbonization of the resist film and the altered layer are removed, the second step, a plasma treatment using a gas mainly containing oxygen, is performed to form the resist film 2 and The hydrocarbon deposition film 6 is removed.

【0026】このプラズマ処理として、有機材料膜をも
つ下地基板をプラズマの下流に置くプラズマダウンスト
リーム処理を用い、下地基板の表面のイオン衝撃を低減
することが望ましい。本発明の有機材料膜の剥離方法に
よると、従来の技術において発生していた下地基板材料
堆積層が存在しないため、下地基板上に残渣を残すこと
なくレジスト膜を完全に剥離することができる。
As the plasma treatment, it is desirable to reduce the ion bombardment on the surface of the base substrate by using a plasma downstream process in which a base substrate having an organic material film is placed downstream of the plasma. According to the method for stripping an organic material film of the present invention, the resist film can be completely stripped without leaving a residue on the base substrate because there is no underlying substrate material deposition layer generated in the conventional technique.

【0027】この工程において、炭素を有する有機化合
物ガスに水素を加えると、イオン注入工程中にレジスト
に打ち込まれたりん(P)を含む変質層を揮発性物質に
変換して有効に除去することができる。また、炭素を有
する有機化合物ガスに水蒸気、過酸化水素、酸素、二酸
化炭素を添加すると、レジスト膜を一酸化炭素(CO)
や二酸化炭素(CO2 )等に変換して有効に除去するこ
とができる。
In this step, when hydrogen is added to the organic compound gas having carbon, the altered layer containing phosphorus (P) implanted into the resist during the ion implantation step is converted into a volatile substance to be effectively removed. Can be. Also, when water vapor, hydrogen peroxide, oxygen, and carbon dioxide are added to an organic compound gas having carbon, the resist film becomes carbon monoxide (CO).
And can be effectively removed by converting to carbon dioxide (CO 2 ).

【0028】また、基板上に残ったレジスト膜に酸素を
含んだガス中でプラズマ処理を施す第2のステップにお
いて、酸素を含んだガスを流量制御して供給してプラズ
マの密度を制御することによってアッシングを最適化
し、レジスト膜を有する下地基板をプラズマの下流に配
置してイオンを消滅させるプラズマダウンストリーム処
理を用いることによって、イオン照射による下地基板の
損傷を低減することができる。
In the second step of performing plasma treatment on the resist film remaining on the substrate in a gas containing oxygen, the density of the plasma is controlled by supplying a gas containing oxygen at a controlled flow rate. By optimizing ashing, and using a plasma downstream process in which an underlying substrate having a resist film is disposed downstream of plasma to eliminate ions, damage to the underlying substrate due to ion irradiation can be reduced.

【0029】以上、本発明の有機材料膜の剥離方法を、
レジスト膜を剥離する場合を例にとって説明したが、本
発明は、フォトレジスト膜、レジスト膜、ポリイミド膜
等、広い範囲の有機材料膜をパターニング、あるいは、
剥離する場合に適用することができる。
As described above, the method for removing an organic material film according to the present invention
Although the case where the resist film is stripped has been described as an example, the present invention is directed to a photoresist film, a resist film, a polyimide film, and the like, or patterning a wide range of organic material films, or
It can be applied when peeling.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、まず、
本発明の有機材料膜の剥離方法に用いることができる装
置を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below.
An apparatus that can be used in the method for removing an organic material film of the present invention will be described.

【0031】図2は、本発明の有機材料膜の剥離方法を
実施するための装置の構成説明図である。この図におい
て、11は第1チャンバー、12はマスフローコントロ
ーラ、13はシャワー型対向電極、14は処理室、15
は排気口、16は圧力制御バルブ、17は真空ポンプ、
18は被処理基板、19はRF装置、20は恒温槽、2
1はRF電源、22は搬送アーム、23は搬送室、24
は第2チャンバー、25は処理ステージ、26はヒータ
ー、27はマスフローコントローラー、28はプラズマ
発生室、29はシャワーヘッド、30はプラズマ処理
室、31は排気口、32は圧力制御バルブ、33は真空
ポンプ、34はμ波電源、35はマグネトロン、36は
導波管、37はμ波透過窓である。
FIG. 2 is an explanatory view of the structure of an apparatus for carrying out the organic material film peeling method of the present invention. In this figure, 11 is a first chamber, 12 is a mass flow controller, 13 is a shower-type counter electrode, 14 is a processing chamber, 15
Is an exhaust port, 16 is a pressure control valve, 17 is a vacuum pump,
18 is a substrate to be processed, 19 is an RF device, 20 is a thermostat, 2
1 is an RF power supply, 22 is a transfer arm, 23 is a transfer chamber, 24
Is a second chamber, 25 is a processing stage, 26 is a heater, 27 is a mass flow controller, 28 is a plasma generation chamber, 29 is a shower head, 30 is a plasma processing chamber, 31 is an exhaust port, 32 is a pressure control valve, and 33 is a vacuum. A pump, 34 is a microwave power supply, 35 is a magnetron, 36 is a waveguide, and 37 is a microwave transmission window.

【0032】この装置は、第1チャンバー11と第2チ
ャンバー24からなる2チャンバー式で、本発明による
2つのステップの処理を行うように構成されている。そ
して、平行板RIE装置である第1チャンバー11に
は、マスフローコントローラ12を通して、処理ガスを
組成するガスがそれぞれ流量制御されて導入される。こ
の処理ガスは、シャワー型対向電極13の格子状、メッ
シュ状等の複数の開口を通して処理室14内に供給さ
れ、排気口15から圧力制御バルブ16によって流量を
調節して処理室14内の圧力を制御しながら真空ポンプ
17によって排気される。
This apparatus is of a two-chamber type including a first chamber 11 and a second chamber 24, and is configured to perform a two-step process according to the present invention. Then, a gas constituting a processing gas is introduced into the first chamber 11, which is a parallel plate RIE apparatus, at a controlled flow rate through a mass flow controller 12. The processing gas is supplied into the processing chamber 14 through a plurality of openings of the shower-type counter electrode 13 in a lattice shape, a mesh shape, or the like. Is exhausted by the vacuum pump 17 while controlling the pressure.

【0033】被処理基板18を載置するRF装置19
は、水冷式であり、冷却用水の水温は恒温槽20によっ
て制御される。そして、RF電極19に、RF電源21
より13.56MHzのRF電力を供給し処理ガスのプ
ラズマを発生させ、被処理基板18に第1ステップの処
理を施す。
RF device 19 on which substrate 18 to be processed is placed
Is a water-cooled type, and the temperature of the cooling water is controlled by a thermostat 20. Then, the RF power source 21 is applied to the RF electrode 19.
13.56 MHz RF power is supplied to generate plasma of a processing gas, and the processing target substrate 18 is subjected to the first step processing.

【0034】第1ステップの処理を終了した後、被処理
基板18は、搬送アーム22によって、減圧された状態
のまま搬送室23を通り、第2チャンバー24であるマ
イクロ波(μ波)ダウンフロー装置に搬送され、ヒータ
ー26により昇温される処理ステージ25に載置され
る。そして、処理ガスを組成するガスは、マスフローコ
ントローラー27によってそれぞれ流量制御されて第2
チャンバー24に導入される。
After the processing of the first step is completed, the substrate to be processed 18 passes through the transfer chamber 23 while being decompressed by the transfer arm 22 and flows down the microwave (μ-wave) in the second chamber 24. The wafer is conveyed to the apparatus and placed on a processing stage 25 heated by a heater 26. Then, the flow rate of the gas constituting the processing gas is controlled by the mass flow controller 27,
It is introduced into the chamber 24.

【0035】この処理ガスは、プラズマ発生室28に導
入され、シャワーヘッド29を通り、プラズマ処理室3
0内に導かれ、排気口31を通り、圧力制御バルブ32
によって、プラズマ発生室28およびプラズマ処理室3
0内の圧力を所定圧力に制御しながら真空ポンプ33に
よって排気される。
This processing gas is introduced into the plasma generation chamber 28, passes through the shower head 29, and passes through the plasma processing chamber 3.
0, passes through the exhaust port 31 and passes through the pressure control valve 32
The plasma generation chamber 28 and the plasma processing chamber 3
It is evacuated by the vacuum pump 33 while controlling the pressure in 0 to a predetermined pressure.

【0036】処理ガスは、μ波電源34とマグネトロン
35により発生し導波管36、石英製μ波透過窓37を
通りプラズマ発生室28内に導かれるμ波によってプラ
ズマ発生室28内でプラズマ化され、第2ステップの処
理に用いられる。
The processing gas is generated by the microwave power source 34 and the magnetron 35 and is converted into plasma in the plasma generation chamber 28 by the microwaves guided through the waveguide 36 and the quartz transmission window 37 into the plasma generation chamber 28. And used for the processing of the second step.

【0037】この第2ステップの処理によると、シャワ
ーヘッド29により、μ波電界が遮断されるため、プラ
ズマ処理室30内には発生せず、また、イオン、電子は
シャワーヘッド29を通り抜ける段階で、再結合して消
滅してしまうため、被処理基板18へのイオン衝撃がな
く、酸素ラジカル等の電気的に中性な粒子による化学反
応によってアッシングが進む。
According to the processing in the second step, since the microwave electric field is cut off by the shower head 29, the electric field is not generated in the plasma processing chamber 30, and ions and electrons pass through the shower head 29 at the stage of passing through the shower head 29. Since they recombine and disappear, there is no ion bombardment on the substrate 18 to be processed, and ashing proceeds by a chemical reaction of electrically neutral particles such as oxygen radicals.

【0038】本発明の有機材料膜の剥離方法の効果を確
認するために、図2によって説明した装置を用い、炭素
を有する有機化合物ガスとしてメタンを採用し、これに
水素と水蒸気を添加した水素/水蒸気/メタンの混合ガ
ス、および、炭素を有する有機化合物ガスとしてベンゼ
ンを採用し、これに水素と水蒸気を添加した水素/水蒸
気/ベンゼンの混合ガスを用いて実験を行った結果を示
す。
In order to confirm the effect of the method for stripping an organic material film of the present invention, the apparatus described with reference to FIG. 2 was used, methane was used as an organic compound gas having carbon, and hydrogen and steam were added thereto. The results of experiments conducted using a mixed gas of hydrogen / steam / benzene in which benzene was adopted as a mixed gas of / steam / methane and an organic compound gas having carbon, and hydrogen and steam were added thereto.

【0039】これらの実験で使用した試料は、SiO2
が150Å形成された直径6インチのSi基板の上にノ
ボラック樹脂系のポジ型レジストを約1μm塗布し、9
0℃のホットプレートで、90秒ベークした後、りん
(P)をイオンエネルギー70keVで、1×1016
/cm2 のドーズ量でイオン注入したものである。この
Pのイオン注入によって、レジスト膜に表面から約25
00Åの深さの炭化、変質層を生じていた。
The sample used in these experiments was SiO 2
A novolak resin-based positive resist is applied to a thickness of about 1 μm on a 6-inch diameter Si substrate on which 150 ° is formed.
After baking for 90 seconds on a hot plate at 0 ° C., phosphorus (P) was ion-implanted at an ion energy of 70 keV and at a dose of 1 × 10 16 / cm 2 . By this ion implantation of P, about 25% from the surface is formed on the resist film.
A carbonized and altered layer having a depth of 00 ° was generated.

【0040】(第1実施例)レジスト膜が形成された下
地基板を処理室14(図2参照、以下同じ)に搬送し、
第1のチャンバー11に、水素、水蒸気、メタンをそれ
ぞれ400/100/150の割合で導入してプラズマ
を発生させて、第1のステップのアッシング処理を行っ
た。
(First Embodiment) A base substrate on which a resist film is formed is transported to a processing chamber 14 (see FIG. 2, the same applies hereinafter).
Hydrogen, steam, and methane were introduced into the first chamber 11 at a ratio of 400/100/150, respectively, to generate plasma, and the first step of ashing was performed.

【0041】このとき、上記のレジスト膜の変質層のエ
ッチングレートは2100Å/minであった。第1の
ステップの処理によってレジスト膜の炭化、変質層を除
去した後、レジスト膜を有する下地基板18を、μ波ダ
ウンフローチャンバーである第2のチャンバー24に移
し、第2のステップ処理を行った。
At this time, the etching rate of the altered layer of the resist film was 2100 ° / min. After removing the carbonized and altered layer of the resist film by the processing of the first step, the base substrate 18 having the resist film is transferred to the second chamber 24, which is a microwave downflow chamber, and the second step processing is performed. Was.

【0042】アッシングガスはO2 であるが、このとき
の変質していないレジスト膜のアッシングレートは60
00Å/minであった。第1のステップの処理時間を
90秒、第2のステップの処理時間を90秒としたと
き、イオン注入によって炭化、変質したレジスト膜を残
渣を残さない状態で完全に剥離することができた。ま
た、このとき下地基板18のSiO2 膜厚の減少は観察
されなかった。
Although the ashing gas is O 2 , the ashing rate of the unaltered resist film at this time is 60.
00 ° / min. When the processing time of the first step was 90 seconds and the processing time of the second step was 90 seconds, the resist film carbonized and altered by ion implantation could be completely removed without leaving any residue. At this time, no decrease in the SiO 2 film thickness of the base substrate 18 was observed.

【0043】(第2実施例)レジスト膜が形成された下
地基板18を処理室14に搬送し、第1のチャンバー1
1に水素、水蒸気、ベンゼンをそれぞれ400/100
/50の割合で導入してプラズマを発生させて、第1の
ステップのアッシング処理を行った。
(Second Embodiment) An undersubstrate 18 on which a resist film is formed is transported to the processing chamber 14 and the first chamber 1
Hydrogen, steam, and benzene were added to each of them at 400/100.
The plasma was generated by introducing at a rate of / 50, and the ashing process in the first step was performed.

【0044】このとき、上記レジスト変質層のエッチン
グレートは1800Å/minであった。第1のステッ
プの処理によってレジスト膜の炭化、変質層を除去した
後、被処理基板18を、μ波ダウンフローチャンバーで
ある第2のチャンバー24内に移し、ここで酸素
(O2 )を処理ガスとする第2のステップの処理を行っ
た。このときの変質していないレジスト膜のアッシング
レートは6000Å/minであった。
At this time, the etching rate of the deteriorated resist layer was 1,800 ° / min. After the carbonization and the altered layer of the resist film are removed by the processing of the first step, the substrate to be processed 18 is transferred into the second chamber 24, which is a microwave downflow chamber, where oxygen (O 2 ) is processed. The process of the second step of converting to gas was performed. The ashing rate of the unaltered resist film at this time was 6000 ° / min.

【0045】第1のステップ処理時間を90秒とし、第
2のステップ処理時間を90秒としたとき、イオン注入
レジストを残渣が全く残さなれない状態で完全に剥離す
ることができた。また、このとき下地基板上のSiO2
膜の膜厚の減少は観測されなかった。
When the first step processing time was 90 seconds and the second step processing time was 90 seconds, the ion-implanted resist could be completely removed without leaving any residue. At this time, the SiO 2
No decrease in film thickness was observed.

【0046】第1実施例と第2実施例においては、炭素
を有する有機化合物であるメタンを23体積%、ベンゼ
ンを9体積%含ませたが、炭素を有する有機化合物ガス
を5〜30体積%含ませたとき、下地基板の表面を炭化
水素層によって覆い、プラズマ中のイオン照射によって
下地基板材料がスパッタされるのを防ぐことができ、か
つ、レジスト膜を完全に剥離することができた。炭素を
有する有機化合物が5体積%より少ないと、炭化水素層
の厚さが不足して下地基板の表面を保護することができ
ず、有機化合物が30体積%より多いと、炭化水素層が
過剰に堆積して、その剥離が困難になる。
In the first and second embodiments, 23% by volume of methane, which is an organic compound having carbon, and 9% by volume of benzene are contained, but 5 to 30% by volume of organic compound gas having carbon is contained. When it was included, the surface of the underlying substrate was covered with a hydrocarbon layer to prevent the underlying substrate material from being sputtered by ion irradiation in plasma, and the resist film could be completely removed. When the amount of the organic compound having carbon is less than 5% by volume, the thickness of the hydrocarbon layer is insufficient to protect the surface of the underlying substrate, and when the amount of the organic compound is more than 30% by volume, the hydrocarbon layer becomes excessive. Deposited on the surface, making it difficult to peel off.

【0047】なお、この場合、炭素を有する有機化合物
に添加した酸素、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(C
2 )は、アシッシングする際に、レジスト膜を一酸化
炭素(CO)や二酸化炭素(CO2 )に変換して有効に
除去することができる効果を有し、水素、水蒸気は、レ
ジスト膜のりん(P)を含む変質層を揮発性物質に変換
して有効に除去することができる効果を生じる。
In this case, oxygen, carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (C) added to the organic compound having carbon are used.
O 2 ) has the effect of converting the resist film to carbon monoxide (CO) or carbon dioxide (CO 2 ) and effectively removing the resist film during ashing, and hydrogen and water vapor form the resist film. There is an effect that the altered layer containing phosphorus (P) can be converted into a volatile substance to be effectively removed.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の有機膜の
剥離方法を用いると、下地基板上に形成された配線層、
絶縁膜、素子等に損傷を与えることなく、炭化、変質し
たレジスト膜等の有機材料膜を効果的に剥離することが
でき、半導体装置の製造技術分野、マイクロマシニング
技術分野等において寄与するところが大きい。
As described above, when the organic film peeling method of the present invention is used, the wiring layer formed on the underlying substrate,
An organic material film such as a carbonized or altered resist film can be effectively removed without damaging an insulating film, an element, and the like, and greatly contributes to a semiconductor device manufacturing technology field, a micromachining technology field, and the like. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の有機材料膜の剥離方法の原理説明図で
あり、(A)〜(C)は各工程を示している。
FIG. 1 is a view for explaining the principle of a method for peeling an organic material film of the present invention, wherein (A) to (C) show respective steps.

【図2】本発明の有機材料膜の剥離方法を実施するため
の装置の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view of an apparatus for carrying out the organic material film peeling method of the present invention.

【図3】従来のイオン照射を利用した有機材料膜の剥離
方法の説明図であり、(A)〜(C)は各工程を示して
いる。
FIG. 3 is an explanatory view of a conventional method of peeling an organic material film using ion irradiation, and (A) to (C) show respective steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 下地基板 2 レジスト膜 3 開口 4 レジスト変質層 5 プラズマ中のイオン 6 炭化水素堆積膜 7 レジストスパッタ粒子 11 第1チャンバー 12 マスフローコントローラ 13 シャワー型対向電極 14 処理室 15 排気口 16 圧力制御バルブ 17 真空ポンプ 18 被処理基板 19 RF装置 20 恒温槽 21 RF電源 22 搬送アーム 23 搬送室 24 第2チャンバー 25 処理ステージ 26 ヒーター 27 マスフローコントローラー 28 プラズマ発生室 29 シャワーヘッド 30 プラズマ処理室 31 排気口 32 圧力制御バルブ 33 真空ポンプ 34 μ波電源 35 マグネトロン 36 導波管 37 μ波透過窓 41 下地基板 42 レジスト膜 43 開口 44 レジスト変質層 45 プラズマ中のイオン 46 下地基板スパッタエッチング粒子 47 基板材料堆積物 48 下地基板材料堆積層 REFERENCE SIGNS LIST 1 base substrate 2 resist film 3 opening 4 resist altered layer 5 ions in plasma 6 hydrocarbon deposition film 7 resist sputtered particles 11 first chamber 12 mass flow controller 13 shower-type counter electrode 14 processing chamber 15 exhaust port 16 pressure control valve 17 vacuum Pump 18 Substrate to be processed 19 RF device 20 Constant temperature bath 21 RF power supply 22 Transfer arm 23 Transfer chamber 24 Second chamber 25 Processing stage 26 Heater 27 Mass flow controller 28 Plasma generation chamber 29 Shower head 30 Plasma processing chamber 31 Exhaust port 32 Pressure control valve Reference Signs List 33 vacuum pump 34 μ power supply 35 magnetron 36 waveguide 37 μ transmission window 41 base substrate 42 resist film 43 opening 44 resist altered layer 45 ions in plasma 46 base substrate sputter etch Grayed particles 47 substrate material deposit 48 underlying substrate material deposition layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 21/027 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/027

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】開口をもつ有機材料膜を形成した下地基板
に、炭素を有する有機化合物ガスを含んだガス中でプラ
ズマ処理を施して該開口内に炭化水素堆積膜を形成して
該下地基板を保護する第1のステップと、酸素を含んだ
ガス中でプラズマ処理を施して該有機材料膜と該炭化水
素堆積膜とを除去する第2のステップを加えることを特
徴とする有機材料膜の剥離方法。
To 1. A base substrate to form an organic material film having an opening, by forming a hydrocarbon deposit film the open mouth and facilities plasma treatment in a gas containing an organic compound gas containing carbon
First step and said organic material film and said carbon Kamizu in containing oxygen gas and facilities the plasma treatment to protect the lower ground substrate
A method for removing an organic material film, comprising adding a second step of removing the element deposited film .
【請求項2】 第1のステップにおいて、炭素を有する
有機化合物ガスを5〜30体積%含ませることを特徴と
する請求項1に記載された有機材料膜の剥離方法。
2. The method for removing an organic material film according to claim 1, wherein the first step includes 5 to 30% by volume of an organic compound gas having carbon.
【請求項3】 第1のステップにおいて、炭素を有する
有機化合物ガスが、炭化水素、または、水酸基、アルデ
ヒド基等の官能基を有するCとHとOの元素からなる有
機化合物ガスであることを特徴とする請求項1または請
求項2に記載された有機材料膜の剥離方法。
3. The method according to claim 1, wherein in the first step, the organic compound gas having carbon is a hydrocarbon or an organic compound gas including C, H, and O elements having functional groups such as a hydroxyl group and an aldehyde group. The method for peeling an organic material film according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 第1のステップにおいて、炭素を有する
有機化合物ガスに酸素、二酸化炭素の少なくとも1種を
添加することを特徴とする請求項1から請求項3までの
いずれか1項に記載された有機材料膜の剥離方法。
4. The method according to claim 1, wherein in the first step, at least one of oxygen and carbon dioxide is added to the organic compound gas having carbon. Method of removing organic material film.
【請求項5】 第1のステップにおいて、炭素を有する
有機化合物ガスに水素を添加することを特徴とする請求
項1から請求項4までのいずれか1項に記載された有機
材料膜の剥離方法。
5. The method for removing an organic material film according to claim 1, wherein hydrogen is added to the organic compound gas having carbon in the first step. .
【請求項6】 第1のステップにおいて、炭素を有する
有機化合物ガスに水蒸気、過酸化水素のうち少なくとも
1種を添加することを特徴とする請求項1から請求項5
までのいずれか1項に記載された有機材料膜の剥離方
法。
6. The method according to claim 1, wherein in the first step, at least one of water vapor and hydrogen peroxide is added to the organic compound gas having carbon.
The method for stripping an organic material film according to any one of the above.
【請求項7】第2のステップにおいて、酸素を含んだガ
スを流量制御して供給しながらプラズマを発生させ、有
機材料膜を有する下地基板を該プラズマの下流に配置す
ることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれ
か1項に記載された有機材料膜の剥離方法。
7. The method according to claim 2, wherein in the second step, plasma is generated while supplying a gas containing oxygen at a controlled flow rate, and a base substrate having an organic material film is disposed downstream of the plasma. The method for stripping an organic material film according to any one of claims 1 to 6.
【請求項8】有機材料膜がレジスト膜であることを特徴
とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載
された有機材料膜の剥離方法。
8. The method for stripping an organic material film according to claim 1, wherein the organic material film is a resist film.
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