JP2002118096A - アッシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表面にレジストが形成された基板を反応炉内に
複数段に重ねて保持し、これら基板のレジストを一括し
て除去するアッシング装置において、反応炉内の温度に
起因して発生するレジストの除去レートの不均一性を抑
止し全ての基板のレジストを均一に除去できるアッシン
グ装置を提供する。 【解決手段】反応炉２と、反応炉２内においてウェーハ
Ｗを縦方向に複数段に重ねて保持し、反応炉２に対して
挿入、引き出しされるボート１１と、ボートに設けられ
たウェーハＷを加熱する加熱手段と、反応炉２内の縦方
向の温度分布を検出する熱電対６１とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、半導体
ウェーハ等の基板上に形成されたレジストを気相中にお
いて除去するアッシング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、導電層
または絶縁膜をパターニングする場合や、半導体装置の
導電層または絶縁膜にイオン注入を行う場合などには、
通常、マスクとしてフォトレジストが用いられる。この
フォトレジストはマスクとして使用された後には除去す
る必要がある。フォトレジストを除去する装置がアッシ
ング装置である。アッシング装置としては、アッシング
処理室に高濃度のオゾンを導入し、オゾンとレジストを
化学反応させて、アッシングを行うオゾンアッシング装
置や、ウェーハ処理室とガス励起室とを分離し、荷電粒
子を取り除いた反応種（ラジカル）のみによりアッシン
グを行うダウンフロー型アッシング装置や、反応性ガス
のプラズマを発生させ、そのプラズマを利用してレジス
トを除去するプラズマアッシング装置等の種々のタイプ
のものが知られている。上記のプラズマアッシング装置
においては、処理効率の観点から一度に複数枚の基板を
処理するいわゆるバッチ処理型のアッシング装置が知ら
れている。このバッチ処理型のアッシング装置では、石
英製の縦型の反応管内に基板を複数段に重ねて保持する
ボートを挿入し、この反応管内に反応ガスを導入し、か
つ、高周波電力を印加することにより反応ガスのプラズ
マを発生させてアッシングを行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のバッ
チ処理型のアッシング装置では、反応管の外部に設けら
れたヒータにより反応管内を所定の温度に加熱してアッ
シング処理を行う必要がある。しかしながら、反応管の
外部に設けられたヒータでは、反応管内の温度分布、特
に、縦方向（鉛直方向）における温度分布を均一にする
ことは難しかった。具体的には、反応管の上側のほうが
下側よりも温度が高くなる。温度条件が異なる状態で、
アッシング処理を行うと、レジストの除去レートにばら
つきが発生し、全ての基板について確実にレジストを除
去するためにはアッシング処理に要する時間がながくな
るという問題が存在した。また、アッシング処理の時間
を長くすると、すでにレジストが除去された基板はプラ
ズマによってアタックされるため、半導体装置の品質や
次工程における膜成長に影響を及ぼす可能性があった。
さらに、アッシング処理における加熱温度は、レジスト
の現像時のベーキング温度以下に設定する必要がある。
ベーキング温度以下で処理しなければ、いわゆるレジス
トポッピング現象が生じ、レジストの表層に形成された
硬化層がアッシング処理によっては除去されず、レジス
ト残渣が発生してしまう可能性がある。加えて、高周波
電力の印加により反応炉内の温度が上昇してまうため、
レジストの表層に形成された硬化層が残存してしまう可
能性がさらに高い。

【０００４】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、表面にレジストが形成された基板を反応炉内
に複数段に重ねて保持し、これら基板のレジストを一括
して除去するアッシング装置において、反応炉内の温度
に起因して発生するレジストの除去レートの不均一性を
抑止し全ての基板のレジストを均一に除去できるアッシ
ング装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のアッシング装置
は、基板上に形成されたレジストをアッシングするアッ
シング装置であって、反応炉と、前記反応炉内において
前記基板を縦方向に複数段に重ねて保持し、前記反応炉
に対して挿入、引き出しされるボートと、前記ボートに
設けられ、当該ボートに保持された複数の前記基板を加
熱する加熱手段とを有する。

【０００６】本発明のアッシング装置は、前記反応炉内
の縦方向の温度分布を検出する温度分布検出手段と、前
記温度分布検出手段の検出した温度分布に基づいて、前
記基板間に発生する温度分布の不均一を補正するように
前記加熱手段を制御する制御手段とをさらに有する。

【０００７】前記加熱手段は、前記ボートの縦方向に沿
って設けられた発熱体を有し、前記発熱体は、前記ボー
トの縦方向に沿って複数に分割されており、分割された
前記各発熱体はそれぞれ独立に発熱量が制御される。

【０００８】前記ボートは、前記基板の下面の一部を保
持する略水平な保持面をもつ保持用溝部を備えた複数の
支持柱を有しており、前記発熱体は、前記支持柱に内蔵
されている。

【０００９】前記発熱体は、前記支持柱の長手方向に沿
って複数に分割されており、それぞれ独立に温度制御さ
れる。

【００１０】前記温度分布検出手段は、前記反応炉内に
縦方向に沿って異なる位置に設けられた複数の熱電対を
有する。

【００１１】本発明のアッシング装置は、前記反応室の
外部から前記反応室内を冷却する冷却手段をさらに有す
る。

【００１２】前記冷却手段は、前記反応炉の縦方向に沿
って、複数に分割されており、分割された前記各冷却手
段は、それぞれ独立に制御される。

【００１３】前記冷却手段は、前記反応炉の外周に周回
され、内部に冷却媒体が導入される冷却用配管を有す
る。

【００１４】本発明のアッシング装置では、レジストが
形成された複数の基板は、ボートに複数段に重ねて保持
された状態で反応炉内に収容される。この状態におい
て、ボートに保持された基板は、ボートに設けられた加
熱手段により直接的に所定温度まで加熱される。このと
き、加熱された各基板間に温度分布の不均一が発生する
と、この温度分布の不均一は制御手段によって加熱手段
が制御されることによって補正される。これにより、複
数段に重ねられた基板には、略同じ温度となり、各基板
に形成されたレジストはアッシング処理により略同じ除
去レートで除去される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明のアッシン
グ装置の一例を示す概略構成図である。図１に示すアッ
シング装置１は、反応炉２、高周波電極４と、ボートス
テージ５、ボートステージ５上に固定されたボート１
１、反応炉２の外周に設けられた冷却用配管５１、反応
炉２内に設けられた熱電対６１、冷却水供給装置５０、
コントローラ３１等の構成要素を有している。なお、ア
ッシング装置１は、バッチ処理式のプラズマアッシング
装置である。

【００１６】反応炉２は、鐘状からなり、たとえば、石
英で形成されている。この反応炉２は、表面にレジスト
が形成された基板としてウェーハＷを内部に収容する空
間を備えており、この反応炉２内においてレジストのア
ッシングが行われる。また、反応炉２は、図示しない支
持機構によって中心軸が鉛直方向に沿うように所定の位
置に支持されている。反応炉２の上部には、反応炉２内
にプロセスガスＧを導入するための導入口３が設けられ
ている。

【００１７】ボート１１は、ボートステージ５上に固定
されており、反応炉２内において処理されるウェーハＷ
を当該反応炉２の縦方向に複数段に重ねて水平に保持す
る。なお、ボート１１の構造については後述する。

【００１８】ボートステージ５は、図示しない昇降機構
によって、図１に示す矢印Ａ１およびＡ２方向に昇降さ
れる。このボートステージ５の昇降動作により、ボート
１１は、反応炉２に挿入され、あるいは、反応炉２から
引き出される。

【００１９】冷却用配管５１は、反応炉２の外周に周回
されており、内部に冷却媒体としての冷却水が供給され
る。この冷却用配管５１は、たとえば、アルミニウム合
金等の金属から形成されており、冷却用配管５１に冷却
水が供給されることによって、反応炉２内が冷却され
る。冷却用配管５１は、反応炉２の縦方向（鉛直方向）
に沿って上部から下部の略全域に設けられとともに、上
部に設けられた上部配管５１ｔと、反応炉２の中部に設
けられた中部配管５１ｍと、反応炉２の下部に設けられ
た下部配管５１ｂとに分割されている。上部配管５１
ｔ、中部配管５１ｍおよび下部配管５１ｂにはそれぞれ
独立に冷却水が供給される。

【００２０】冷却水供給装置５０は、上部配管５１ｔ、
中部配管５１ｍおよび下部配管５１ｂにそれぞれ独立に
冷却水を供給する装置であり、コントローラ３１からの
制御指令５０ｓに応じて、上部配管５１ｔ、中部配管５
１ｍおよび下部配管５１ｂへの冷却水の供給および遮断
を行う。

【００２１】熱電対６１は、反応炉２内に設けられてお
り、反応炉２内の縦方向の温度分布を検出する。この熱
電対６１は、ボートステージ５上に立設され、ボート１
１の近傍に反応炉２の縦方向に沿って配置されている。
なお、熱電対６１は、ボートステージ５上に固定するの
ではなく、反応炉２内に固定してもよい。熱電対６１
は、反応炉２の縦方向の上部領域の温度を検出する上部
熱電対６１ｔと、中部領域の温度を検出する中部熱電対
６１ｍと、下部領域の温度を検出する下部熱電対６１ｂ
とから構成されている。具体的には、上部熱電対６１ｔ
は、上記の上部配管５１ｔが配設された高さの領域の温
度を検出し、中部熱電対６１ｍは中部配管５１ｍが配設
された高さの領域の温度を検出し、下部熱電対６１ｂ
は、下部配管５１ｂが配設された高さの領域の温度を検
出する。これら上部熱電対６１ｔ、中部熱電対６１ｍお
よび下部熱電対６１ｂは、それぞれ導電線によってコン
トローラ３１に接続されている。

【００２２】高周波電極４は、ボートステージ５上に立
設されており、ボート１１の外周に配置されている。こ
の高周波電極４は、反応炉２内に導入されたプロセスガ
スＧに、たとえば、８００ＭＨｚ程度の高周波を印加す
ることにより、プロセスガスＧをプラズマ化する。

【００２３】図２は、上記したボート１１の外観斜視図
である。図２に示すように、ボート１１は、ボートステ
ージ５上に固定されるベースプレート１２と、このベー
スプレート１２上に立設された複数（４本）の支持柱１
４と、これら支持柱１４の上端部を連結する連結板１３
とを備えており。このボート１１は、たとえば、石英で
形成されている。ボート１１の各支持柱１４には、後述
するように、ウェーハＷの下面の一部を保持する保持用
溝部を各支持柱の長手方向に複数備えており、各支持柱
１４の対応する保持用溝部にウェーハＷを載せることに
よりウェーハＷは支持柱１４に水平に保持される。

【００２４】図３は、ボート１１の支持柱１４の長手方
向の断面図である。図３に示すように、各支持柱１４
は、ウェーハＷの外周縁部に対向する側に複数の保持用
溝部１５を備えており、この保持用溝部１５の保持面１
５ａにウェーハＷの下面が保持される。複数の保持用溝
部１５の保持面１５ａにそれぞれウェーハＷを載せるこ
とにより、ウェーハＷは縦方向（鉛直方向）に複数段に
重ねて保持される。また、図３に示すように、各支持柱
１４の内部は、長手方向に沿って管路１４ａを備えてい
る。この管路１４ａには、ウェーハＷを加熱するための
発熱体としての抵抗加熱ヒータ２１が設けられている。

【００２５】抵抗加熱ヒータ２１は、図４に示すよう
に、支持柱１４の下端部から上端部まで全域をカバーす
るように設けられているとともに、支持柱１４の下部に
設けられた下部ヒータ２１ｂ、支持柱１４の中部に設け
られた中部ヒータ２１ｍおよび支持柱１４の上部に設け
られた上部ヒータ２１ｔにそれぞれ分割されている。各
支持柱１４の管路１４ａに内蔵された下部ヒータ２１
ｂ、中部ヒータ２１ｍおよび上部ヒータ２１ｔは、導電
性によってコントローラ３１に接続されている。なお、
下部ヒータ２１ｂ、中部ヒータ２１ｍおよび上部ヒータ
２１ｔとコントローラ３１とを接続する導電線は、実際
には支持柱１４の管路１４ａ内に配設されており、ベー
スプレート１２を貫通して外部に導かれることによって
コントローラ３１と接続される。

【００２６】上部ヒータ２１ｔ、中部ヒータ２１ｍおよ
び下部ヒータ２１ｂは、ボート１１が反応炉２内に挿入
された状態において、上記した上部配管５１ｔ、中部配
管５１ｍおよび下部配管５１ｂの配設された位置に略対
応する位置に位置している。また、上記の上部熱電対６
１ｔ、中部熱電対６１ｍおよび下部熱電対６１ｂは、上
部ヒータ２１ｔ、中部ヒータ２１ｍおよび下部ヒータ２
１ｂと、上部配管５１ｔ、中部配管５１ｍおよび下部配
管５１ｂとが配設された位置に略対応する位置にある。

【００２７】コントローラ３１は、抵抗加熱ヒータ２１
の上部ヒータ２１ｔ、中部ヒータ２１ｍおよび下部ヒー
タ２１ｂと接続されており、これら上部ヒータ２１ｔ、
中部ヒータ２１ｍおよび下部ヒータ２１ｂの発熱温度を
独立に制御可能となっている。具体的には、上部ヒータ
２１ｔ、中部ヒータ２１ｍおよび下部ヒータ２１ｂに供
給する電力を調整することによって、上部ヒータ２１
ｔ、中部ヒータ２１ｍおよび下部ヒータ２１ｂの発熱量
を制御する。また、コントローラ３１は、上記の熱電対
６１と接続されており、反応管２内の温度分布をモニタ
ーする。

【００２８】コントローラ３１は、上部熱電対６１ｔ、
中部熱電対６１ｍおよび下部熱電対６１ｂが検出した温
度に基づいて、反応炉２内の縦方向の温度分布の不均
一、すなわち、ウェーハＷ間の温度分布の不均一を検出
し、この温度分布の不均一を補正するように、上部ヒー
タ２１ｔ、中部ヒータ２１ｍおよび下部ヒータ２１ｂの
発熱量を独立に制御するとともに、上部配管５１ｔ、中
部配管５１ｍおよび下部配管５１ｂへの冷却水の供給を
それぞれ独立に制御する。

【００２９】次に、上記構成のアッシング装置の動作の
一例について説明する。まず、反応炉２から引き出され
た状態にあるボート１１に、図示しない、移載装置によ
って複数のウェーハＷが移載される。このウェーハＷの
表面には、アッシング処理すべきレジストが形成されて
いる。ウェーハＷのボート１１への移載により、ボート
１１には、縦方向に沿って複数段に重ねてウェーハＷが
保持される。

【００３０】次いで、ウェーハＷを保持した状態にある
ボート１１が反応炉２内に挿入される。ボート１１が反
応炉２に挿入されたら、コントローラ３１から電力が上
部ヒータ２１ｔ、中部ヒータ２１ｍおよび下部ヒータ２
１ｂにそれぞれ供給され、これらが所定温度に発熱し、
ウェーハＷを所定温度、たとえば、１００℃に加熱す
る。

【００３１】このとき、ボート１１の近傍に配置された
上部熱電対６１ｔ、中部熱電対６１ｍおよび下部熱電対
６１ｂによって検出される温度に基づいて、これらの温
度が均一に１００℃となるように上部ヒータ２１ｔ、中
部ヒータ２１ｍおよび下部ヒータ２１ｂへの電力供給量
が制御される。

【００３２】ボート１１の上部領域、中部領域および下
部領域に保持されたウェーハＷの温度がそれぞれ所定の
温度に到達したら、反応炉２内にプロセスガスＧが導入
され、その後、プロセスガスＧに高周波電極４により高
周波が印加されプラズマ化される。これにより、ウェー
ハＷの表面に形成されたレジストのアッシング処理が行
われる。

【００３３】上記ののアッシング処理中に、ボート１１
の上部領域、中部領域および下部領域の温度分布に不均
一が生じた場合には、この温度の不均一が補正されるよ
うに上部ヒータ２１ｔ、中部ヒータ２１ｍおよび下部ヒ
ータ２１ｂが制御される。また、高周波電極４により高
周波を印加することにより、反応炉２内の温度は上昇す
るが、この温度上昇を避けたい場合には、上部ヒータ２
１ｔ、中部ヒータ２１ｍおよび下部ヒータ２１ｂへの電
力供給が制御されるとともに、上部配管５１ｔ、中部配
管５１ｍおよび下部配管５１ｂへの冷却水の供給が行わ
れる。

【００３４】所定のアッシング処理が完了したら、上部
配管５１ｔ、中部配管５１ｍおよび下部配管５１ｂに冷
却水が供給され、反応炉２内は急速に冷却され、ウェー
ハＷも冷却される。ウェーハＷが所定の温度まで冷却さ
れると、ボート１１は、反応炉２から引き出される。

【００３５】以上のように、本実施形態によれば、反応
炉２の外部ではなくウェーハＷを保持するボート１１内
に抵抗加熱ヒータ２１を設けることにより、ウェーハＷ
を所定の温度まで急速に加熱することができ、結果とし
て、アッシング処理に要する時間を短縮することができ
る。また、本実施形態によれば、反応炉２の外周に冷却
用配管５１を設けたことにより、アッシング処理の後
に、反応炉２を急速に冷却することができ、結果とし
て、アッシング処理に要する時間を短縮することができ
る。また、本実施形態によれば、ボート１１の支持柱１
４内に内蔵した抵抗加熱ヒータ２１を縦方向に沿って上
部ヒータ２１ｔ、中部ヒータ２１ｍおよび下部ヒータ２
１ｂに分割し、これらの発熱量を独立に制御することに
より、ボート１１の縦方向に複数段に重ねられたウェー
ハＷ間の温度分布の不均一の発生を抑制することが可能
となり、アッシング処理におけるレジストの除去レート
のウェーハＷ間のばらつきを抑制することができる。こ
の結果、半導体装置の歩留り低下を防止することができ
る。また、ウェーハＷ間のレジストの除去レートを均一
にできるため、レジストが十分に除去されないウェーハ
Ｗに対して余分な処理時間が必要なくなり、アッシング
処理に要する時間を短縮化できる。

【００３６】さらに、本実施形態によれば、加熱手段と
しての抵抗加熱ヒータ２１による加熱動作と、冷却手段
としての冷却水用配管５１による冷却動作を、コントロ
ーラ３１によって連携させることにより、所定温度から
の温度の上昇および下降のいずれに対しても速やかに対
応することが可能となる。また、本実施形態によれば、
ウェーハＷの温度制御が精密に行えるため、いわゆるレ
ジストポッピング現象によるレジストの表層に形成され
た硬化層がアッシング処理によっては除去されない不具
合の発生を抑制することができる。

【００３７】本発明は、上述した実施形態に限定されな
い。上述した実施形態では、上部熱電対６１ｔ、中部熱
電対６１ｍおよび下部熱電対６１ｂにより反応炉２内の
縦方向の温度分布を検出したが、さらに多くの熱電対を
異なる位置に設け、これらの検出した温度の平均値から
反応炉２内の縦方向の温度分布を検出する構成とするこ
とも可能である。また、冷却用配管に供給する冷却媒体
として、冷却水の場合について説明したが、他の冷却媒
体を用いることも可能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明のアッシング装置によれば、表面
にレジストが形成された基板を反応炉内に複数段に重ね
て保持し、これら基板のレジストを一括して除去する場
合に、反応炉内の温度に起因して発生するレジストの除
去レートの不均一性を抑止し全ての基板のレジストを均
一に除去できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るアッシング装置の概
略構成図である。

【図２】ボート１１の外観斜視図である。

【図３】ボート１１の支持柱１４の長手方向の断面図で
ある。

【図４】ボート１１に内蔵された抵抗加熱ヒータおよび
ボート１１の近傍に配設された熱電対の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…アッシング装置、２…反応管、３…導入口、４…高
周波電極、５…ボートステージ、１１…ボート、１４…
支持柱、１５…保持用溝部、１５ａ…保持面、２１…抵
抗加熱ヒータ、３１…コントローラ、５０…冷却水供給
装置、６１…熱電対、Ｗ…ウェーハ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に形成されたレジストをアッシング
   するアッシング装置であって、 反応炉と、 前記反応炉内において前記基板を縦方向に複数段に重ね
   て保持し、前記反応炉に対して挿入、引き出しされるボ
   ートと、 前記ボートに設けられ、当該ボートに保持された複数の
   前記基板を加熱する加熱手段とを有するアッシング装
   置。
2. 【請求項２】前記反応炉内の縦方向の温度分布を検出す
   る温度分布検出手段と、 前記温度分布検出手段の検出した温度分布に基づいて、
   前記基板間に発生する温度分布の不均一を補正するよう
   に前記加熱手段を制御する制御手段とをさらに有する請
   求項１に記載のアッシング装置。
3. 【請求項３】前記加熱手段は、前記ボートの縦方向に沿
   って設けられた発熱体を有し、 前記発熱体は、前記ボートの縦方向に沿って複数に分割
   されており、分割された前記各発熱体はそれぞれ独立に
   発熱量が制御される請求項２に記載のアッシング装置。
4. 【請求項４】前記ボートは、前記基板の下面の一部を保
   持する略水平な保持面をもつ保持用溝部を備えた複数の
   支持柱を有しており、 前記発熱体は、前記支持柱に内蔵されている請求項３に
   記載のアッシング装置。
5. 【請求項５】前記発熱体は、前記支持柱の長手方向に沿
   って複数に分割されており、それぞれ独立に温度制御さ
   れる請求項４に記載のアッシング装置。
6. 【請求項６】前記温度分布検出手段は、前記反応炉内に
   縦方向に沿って異なる位置に設けられた複数の熱電対を
   有する請求項２に記載のアッシング装置。
7. 【請求項７】前記反応室の外部から前記反応室内を冷却
   する冷却手段をさらに有する請求項１に記載のアッシン
   グ装置。
8. 【請求項８】前記冷却手段は、前記反応炉の縦方向に沿
   って、複数に分割されており、 分割された前記各冷却手段は、それぞれ独立に制御され
   る請求項７に記載のアッシング装置。
9. 【請求項９】前記冷却手段は、前記反応炉の外周に周回
   され、内部に冷却媒体が導入される冷却用配管を有する
   請求項７に記載のアッシング装置。