高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法及びレジスト除去装置

【課題】本発明は、半導体製造工程で高濃度かつ高エネルギーのイオンを注入したことにより硬化したレジスト膜を容易に剥離することのできる高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明は、基板への高濃度かつ高エネルギーのイオン注入によりレジスト膜に形成された硬化層を常温真空圧下で発生させたプラズマを緩やかに照射してポッピングしないように剥離するプラズマ処理工程と、前記硬化層が除去され非硬化層が残っている状態で常圧下において薬液で洗浄した後に純水で前記薬液を洗い流す薬液処理工程とからなり、前記非硬化層の残留不純物が基板に固着するのを防止することを特徴とする高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法の構成とした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程で高濃度かつ高エネルギーのイオンを注入したことにより硬化したレジスト膜を容易に剥離することのできる高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法及びレジスト除去装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造の前工程において、導電型不純物の添加や拡散層の形成にイオン注入法が用いられる。イオンを注入しない部分はレジスト膜により保護されるが、レジスト膜に高濃度かつ高エネルギーのイオンが注入されると硬化層を形成するため、レジスト膜を剥離するのが困難となる。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、高ドーズのイオン注入等による硬化変質層を有するレジストマスクの高スループットでクリーンかつ低ダメージなアッシング装置及びアッシング方法に関する発明も公開されている。
【特許文献１】特開平０８−１３９００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、ヘリコン波プラズマで硬化変質層をアッシングした後、オゾン中でＵＶ光を照射して未変質層を除去するものであり、ドライアッシングだけでは、レジスト中の不純物が残留する可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、半導体製造工程で高濃度かつ高エネルギーのイオンを注入したことにより硬化したレジスト膜を容易に剥離することのできる高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法及びレジスト除去装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために、基板への高濃度かつ高エネルギーのイオン注入によりレジスト膜に形成された硬化層を常温真空圧下で発生させたプラズマを緩やかに照射してポッピングしないように剥離するプラズマ処理工程と、前記硬化層が除去され非硬化層が残っている状態で常圧下において薬液で洗浄した後に純水で前記薬液を洗い流す薬液処理工程とからなり、前記非硬化層の残留不純物が基板に固着するのを防止することを特徴とする高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法の構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
プラズマ処理だけでレジスト膜を全て除去すると、非硬化層の不純物が残留固着して完全に除去することができないが、非硬化層を残した状態で薬液処理に移行して洗浄することにより完全な清浄面を得ることができる。
【０００８】
プラズマ処理において硬化層の状態を監視し、硬化層の除去を確認できたら、自動的に薬液処理に移行して非硬化層を洗浄することにより、効率的にレジスト膜を剥離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、半導体製造工程で高濃度かつ高エネルギーのイオンを注入したことにより硬化したレジスト膜を容易に剥離するという目的を、レジスト膜に形成された硬化層を常温真空圧下で発生させたプラズマを緩やかに照射してポッピングしないように剥離し、前記硬化層が除去され非硬化層が残っている状態で常圧下において薬液で洗浄した後に純水で前記薬液を洗い流すことで実現した。
【実施例１】
【００１０】
以下に、添付図面に基づいて、本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法及びレジスト除去装置について詳細に説明する。図１は、本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法の流れを示す図である。
【００１１】
図２は、本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法におけるイオン注入後のレジスト膜の状態を示す断面図である。
【００１２】
図１に示すように、高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法１は、半導体製造の前工程のうち基板７に導電型不純物を添加する工程において、基板７に付着したレジスト膜８を剥離する方法であり、イオン注入２、プラズマ処理３、及び薬液処理４からなる。
【００１３】
イオン注入工程２は、ウエハ等の半導体基板７に高濃度かつ高エネルギーのイオンを注入する。尚、レジスト膜８を塗布して半導体パターンを形成することにより、イオン注入の有無を制御する。
【００１４】
ここで、高濃度とは、１平方センチメートル当たり１０の１０乗から２０乗の範囲のイオン粒子を注入することであり、高エネルギーとは、１ＫｅＶから１００ＫｅＶ、好ましくは１０ＫｅＶから１００ＫｅＶまでの範囲のイオン粒子を注入することである。
【００１５】
イオンを注入しない部分はレジスト膜８により保護されるが、高濃度かつ高エネルギーのイオンを受けたレジスト膜８の表面には、図２に示すような硬化層８ａが形成される。表面が硬化したレジスト膜８は、薬液での洗浄が困難なため、プラズマによりアッシングする。
【００１６】
プラズマ処理工程３は、真空状態にした処理チャンバー内でＲＦ電源を印加することで発生させたプラズマを照射して、基板７へのイオン注入によりレジスト膜８に形成された硬化層８ａを除去する。
【００１７】
発生させるプラズマとしては、ヘリコン波のランダウダンピングによる電子照射によりプラズマを励起するヘリコン波プラズマを用いるが、通常の半導体用プラズマを用いることもできる。
【００１８】
プラズマ発生源は、基板７に影響を与えない範囲で離れており、酸素と他のガス（窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス）などが注入される。また、アッシング率を調整するために、プラズマ発生源と基板７の間に純水（ＤＩＷ）などが注入される。
【００１９】
プラズマを発生させる処理チャンバー内の処理時の圧力は、各種ガスが投入された状態で数ｍＰａから数１０Ｐａの間で減圧を維持する。また、ＲＦ電源は、所定値まである間隔をもって印加されるように制御して、ポッピング現象を防止する。
【００２０】
急速にプラズマを照射すると、内部の非硬化層８ｂが破裂するポッピング現象が発生し、飛び散った残渣は、薬液で洗浄しても除去することが困難となる。そのため、プラズマはレジストの温度を制御しながら緩やかに照射する。
【００２１】
また、プラズマのみのアッシングで非硬化層８ｂまで除去しようとすると、非硬化層８ｂ内の不純物が残留し、基板７に固着してしまう場合があり、固着した残留不純物は薬液で洗浄しても剥離することが困難となる。
【００２２】
そこで、レジスト膜８から硬化層８ａのみが除去され、非硬化層８ｂが残っている状態で、薬液を用いて洗浄することにより、不純物が基板７に固着する前に非硬化層８ｂを洗い流すことが可能となる。
【００２３】
薬液処理工程４は、プラズマアッシングでレジスト膜８の硬化層８ａのみを剥離した基板７について、常圧下で薬液を用いて非硬化層８ｂを洗浄し、その後、純水などを用いて薬液を洗い流し、乾燥させることで、残留不純物のない清浄面を得る。
【００２４】
尚、薬液としては、オゾン水、硫酸＋過酸化水素水や、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、メタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類などの有機溶剤を用いる。また、乾燥は、純水で洗浄した後で回転による遠心力で液体を飛ばすスピンドライ法や、ＩＰＡによる乾燥などの方法で行う。
【実施例２】
【００２５】
プラズマ処理工程３から薬液処理工程４に自動的に移行できるように、プラズマ処理工程３において、レジスト膜８の硬化層８ａの除去を検出し、即座に薬液処理工程４に移動できる手段を設ける。
【００２６】
例えば、プラズマの特定波長をモニターする方法や、質量分析器を備え、処理チャンバー内のイオン種又は原子種によりモニターする方法などがある。
【実施例３】
【００２７】
図３は、本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法で使用するレジスト除去装置の平面図である。
【００２８】
レジスト除去装置１ａは、プラズマ処理工程３を行うプラズマ処理装置５、及び薬液処理工程４を行う薬液処理装置６等からなり、プラズマ処理装置５から薬液処理装置６へ基板７を搬送する手段と、各装置及び各工程を制御する手段も備える。
【００２９】
プラズマ処理装置５は、真空下の処理チャンバーに対し、酸素や純水等の各種ガスを投入し、ＲＦ電源を印加して発生させたプラズマを、基板７上に照射してレジスト膜８をドライアッシングする。
【００３０】
薬液処理装置６は、常圧下の薬液チャンバーに対し、オゾン水などの薬液を供給して基板７を洗浄する機構、薬液を純水で洗い流す機構、及び基板７を回転させて水分を吹き飛ばして乾燥させる機構などが備え付けられ、基板７をウエット洗浄する。
【００３１】
例えば、枚葉式のレジスト除去装置１ａの場合、ロードポートから搬入した基板７を、フロントエンドモジュールにより先ずプラズマ処理装置５に搬送してプラズマ処理工程３を行い、次に薬液処理装置６に搬送して薬液処理工程４を行い、洗浄済みの基板７をアンロードポートから搬出する。
【００３２】
尚、基板７のロード時又はアンロード時の衝撃を緩和するためにフロントエンドモジュールにバッファを設けたり、基板７を反転させるためのマスクフリッパーを設けることもできる。
【００３３】
図４は、本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法で使用するプラズマ処理装置の正面断面図である。プラズマ処理装置５として、ヘリコン波プラズマを使用する装置の例を示す。
【００３４】
処理チャンバー下部に基板７を載置し、減圧手段を用いて処理チャンバー内を真空化する。ガス導入口５ｄからガスノズル５ｅを介して処理チャンバー内に酸素等のガスを注入し、プラズマ発生源にガスを供給する。また、プラズマ発生源と基板７の間には純水を供給する。
【００３５】
処理チャンバーの上部に突出するように石英ベルジャー５ａを設け、周囲にコイル５ｂを配置する。ＲＦ導入口５ｃからＲＦ電源を印加し、プラズマ発生源においてプラズマを発生させ、基板７に照射する。
【００３６】
マッチングボックス等でＲＦ電源を制御し、プラズマが急速に照射されないように調整する。また、ヒーター等で基板７を保温し、冷却水導入口５ｆから冷却水を供給して処理チャンバー内を常温に維持する。
【実施例４】
【００３７】
プラズマ処理装置５に光学式分光装置を設けてプラズマの状態を随時監視し、硬化層８ａの除去が確認できたら即座にプラズマ処理装置５から薬液処理装置６に移動できるようにすることもできる。
【００３８】
また、プラズマ処理装置５に質量分析器を設けて処理チャンバー内の原子種を随時監視し、硬化層８ａの除去が確認できたら即座にプラズマ処理装置５から薬液処理装置６に移動できるようにしても良い。
【００３９】
薬液処理装置６に対しては、洗浄後の基板７の乾燥を補助する目的で、枚葉のベークオーブンを持たせることもできる。
【実施例５】
【００４０】
図５は、本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法で使用するプラズマ処理装置の条件例を示す図である。図６は、本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法で使用する薬液処理装置の条件例を示す図である。
【００４１】
プラズマ処理装置５の条件の例としては、処理時間が２０秒間、酸素の流量が１８０ｓｃｃｍ、水蒸気の流量が６０ｍｇ／ｍｉｎ、真空圧が１０ｍｍＴｏｒｒ、ＲＦ電源が１５０〜１６００Ｗ、コイルの電流が４０〜５０Ａである。
【００４２】
薬液処理装置６の条件の例としては、２２２ｎｍ紫外線＋オゾン水の場合、オゾン水については、オゾン濃度が５０〜２００ｐｐｍ、処理時間が１０分間、流量が毎分１．２リットルであり、純水については、処理時間が１分間、流量が毎分１．２リットルであり、２２２ｎｍ紫外線については、照射距離が１７０ｍｍ、照度が１０ｍＷであり、洗浄及び乾燥時の基板７の回転数は１００ｒｐｍである。
【００４３】
また、ＳＰＭ洗浄の場合、硫酸（９６％）と過酸化水素の割合は３：１で、処理時間は１０分間である。
【００４４】
基板７のサンプルとして、硬化層８ａを形成したレジスト膜８の付いた半導体チップ４枚を用い、レジスト膜８の剥離評価を行った。
【００４５】
プラズマ処理を約６０秒間行った後、２２２ｎｍ紫外線を照射しながらオゾン水で約１０分間洗浄し、ＳＰＭ洗浄を約１０分間行った場合、紫外線＋オゾン処理により不純物が溶かされ、ＳＰＭ洗浄により除去されるが、ＳＰＭ洗浄時に不純物が固形物となって溶液中に漂っていることから、基板７に付着する可能性がある。
【００４６】
プラズマ処理を９０乃至１２０秒間行った後、２２２ｎｍ紫外線を照射しながらオゾン水で約１０分間洗浄し、ＳＰＭ洗浄を約１０分間行った場合、紫外線＋オゾン処理の時点でほぼレジスト膜８が除去された。
【００４７】
プラズマ処理を約６０秒間行った後、ＳＰＭ洗浄を約１０分間行った場合、完全にレジスト膜８の除去はできず、不純物が基板７の表面に付着し、除去跡のようなものが黒く残ってしまう。
【００４８】
プラズマ処理を９０乃至１２０秒間行った後、ＳＰＭ洗浄を約１０分間行った場合、紫外線＋オゾン処理を行った場合とほとんど違いは見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法の流れを示す図である。
【図２】本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法におけるイオン注入後のレジスト膜の状態を示す断面図である。
【図３】本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法で使用するレジスト除去装置の平面図である。
【図４】本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法で使用するプラズマ処理装置の正面断面図である。
【図５】本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法で使用するプラズマ処理装置の条件例を示す図である。
【図６】本発明である高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法で使用する薬液処理装置の条件例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法
１ａレジスト除去装置
２イオン注入工程
３プラズマ処理工程
４薬液処理工程
５プラズマ処理装置
５ａ石英ベルジャー
５ｂコイル
５ｃＲＦ導入口
５ｄガス導入口
５ｅガスノズル
５ｆ冷却水導入口
６薬液処理装置
７基板
８レジスト膜
８ａ硬化層
８ｂ非硬化層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板への高濃度かつ高エネルギーのイオン注入によりレジスト膜に形成された硬化層を真空圧下で発生させたプラズマを緩やかに照射してポッピングしないように剥離するプラズマ処理工程と、前記硬化層が除去され非硬化層が残っている状態で常圧下において薬液で洗浄した後に純水で前記薬液を洗い流す薬液処理工程とからなり、前記非硬化層の残留不純物が基板に固着するのを防止することを特徴とする高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法。
【請求項２】
プラズマ処理工程でアッシング状況を監視し硬化層の除去を検知したら、自動的に薬液処理工程に移行することを特徴とする請求項１に記載の高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法。
【請求項３】
薬液処理工程でオゾン水、ＳＰＭ又は有機溶剤を使用して洗浄することを特徴とする請求項１又は２に記載の高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法。
【請求項４】
薬液処理工程で洗浄後にスピンドライ法又はＩＰＡ乾燥により乾燥することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高ドーズインプラ工程のレジスト除去方法。
【請求項５】
基板への高濃度かつ高エネルギーのイオン注入によりレジスト膜に形成された硬化層を真空圧下で発生させたプラズマで剥離するプラズマ処理装置と、
前記プラズマ処理装置から基板を移送して常圧下において薬液で洗浄した後に純水で前記薬液を洗い流す薬液処理装置とからなり、前記プラズマ処理装置においてプラズマを緩やかに照射してポッピングを防止する手段と、前記硬化層が除去され非硬化層が残っている状態で前記薬液処理装置に移送する制御手段とを備え、前記非硬化層の残留不純物が基板に固着するのを防止することを特徴とするレジスト除去装置。
【請求項６】
光学式分光装置でプラズマの状態を監視し、硬化層の除去を判別することを特徴とする請求項５に記載のレジスト除去装置。

【図１】