JP2009141028A

JP2009141028A - シャワーヘッド及びレジスト除去装置

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Publication number: JP2009141028A
Application number: JP2007314079A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Miura; 敏徳三浦
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-04
Also published as: JP4968028B2

Abstract

【課題】９０℃以下の低温のもと基板上のレジストを面均一に除去する。
【解決手段】シャワーヘッド１２は基板１６の温度が９０℃以下となるように基板１６が格納された反応系の内圧が大気圧よりも低圧に制御されたもとでオゾンガスと不飽和炭化水素ガスを基板１６に供給して基板１６上のレジスト１７を除去する。シャワーヘッド１２は、オゾンガスを流通させる空間４１と、不飽和炭化水素ガスを流通させる空間４２と、空間４１内のオゾンガスと空間４２内の不飽和炭化水素ガスを個別に基板の表面に散気させる散気板３１とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は半導体素子の製造過程で基板の表面に形成されたレジスト特に高ドーズイオン注入レジストを除去するための技術に関する。

基板上の高ドーズイオン注入レジストを除去するための技術として例えば以下の特許文献に開示されたものがある。

特許文献１のプラズマ処理方法及びその装置は基板バイアス印加手段と基板加熱手段を有するヘリコン波プラズマ処理を用いて基板にプラズマ処理を施している。具体的にはヘリコン波プラズマによる高イオン電流を利用したイオンモード主体のプラズマ処理と非共鳴の誘導結合プラズマによるラジカルモード主体のプラズマ処理とによって基板上のレジストマスクを除去している。

特許文献２のプラズマ処理方法及びその装置はＵＶ光に対し透明な誘電体材料による透明ベルジャを有するヘリコン波プラズマ発生源を有するプラズマ処理装置によって基板のレジストマスクの硬化変質層をアッシングしている。次いで、オゾン中ＵＶ光照射によって前記基板上のレジストマスクの未変質層をアッシングしている。

特許文献３のレジスト除去方法及びその装置は基板を加熱して基板表面上のレジストにポッピング現象を故意に起こさせている。そして、この基板を冷却した後に粘着テープによって前記レジストを剥離し、引き続き酸素プラズマ、オゾン（例えば特許文献４等参照）またはＵＶとオゾンの組合せによりアッシングを行っている。
特開平８−６９８９６号公報（段落００１０〜００１６）特開平８−１３９００４号公報（段落００１１〜００２３）特開平９−２７４７３号公報（段落０００８〜００１１）特開２００６−２９４８４２号公報（段落００１６，００２６）

高ドーズイオン注入レジストは硬化した層が基板の表面に膜状に形成されている。このレジストの下地には柔らかいレジスト（未変質層）があるため、基板を昇温させると例えば２００℃以上まで加熱すると前記下地の未変質層からの脱ガスや熱膨張差で表面がひび割れ吹き飛ぶ所謂ポッピング現象を引き起こす。この吹き飛んだ基板表面の硬化層は基板のみならず基板を格納するチャンバ内も汚染させる。

したがって、特許文献３に例示されるような加熱工程を有する除去方法は基板から得られるデバイスの歩留まりを落とす。また、製造装置のメンテナンス周期も短くしなければならず、基板のスループットに影響を及ぼす。

一方、特許文献１、特許文献２及び特許文献４に例示される処理方法はポッピング現象の抑制は可能となるが、プラズマ発生装置を具備する必要がある。プラズマ発生装置は高価であると共に、これを具備させるとレジストを除去するための装置構成が大型化する。また、レジスト除去する際のエネルギーコストが高くなる。

オゾンと不飽和炭化水素ガスを用いたレジスト除去法は低温で処理可能で、装置構成が簡便だが、従来の方法では不飽和炭化水素ガスをチャンバ側壁から導入し、試料上部から供給された高濃度オゾンとの混合部でレジストを除去するため、近年の大口径化した半導体基板やＦＰＤ（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｉｓｐｌａｙ）では、基板の中央部まで十分な濃度の不飽和炭化水素ガスが到達することができず、レジスト除去速度が落ち面内均一性が悪くなる。

そこで、前記課題を解決するためのシャワーヘッドは、基板の温度が９０℃以下となるように前記基板が格納された反応系の内圧が大気圧よりも低圧に制御されたもとでオゾンガスと不飽和炭化水素ガスを前記基板に供給して前記基板上のレジストを除去するシャワーヘッドであって、オゾンガスを流通させるオゾンガス室と、不飽和炭化水素ガスを流通させる不飽和炭化水素ガス室と、前記オゾンガス室内のオゾンガスと前記不飽和炭化水素ガス室内の不飽和炭化水素ガスを個別に前記基板の表面に散気させる散気部材を備える。

また、前記課題を解決するためのレジスト除去装置は、基板を加熱可能に格納すると共に前記基板の温度が９０℃以下となるように内圧が大気圧よりも低圧に制御されるチャンバと、オゾンガスと不飽和炭化水素ガスを前記チャンバ内の基板に供給して前記基板上のレジストを除去するシャワーヘッドとを備え、前記シャワーヘッドは、前記オゾンガスを流通させるオゾンガス室と、前記不飽和炭化水素ガスを流通させる不飽和炭化水素ガス室と、前記オゾンガス室内のオゾンガスと前記不飽和炭化水素ガス室内の不飽和炭化水素ガスを個別に前記基板の表面に散気させる散気部材を備える。

以上のシャワーヘッド及びレジスト除去装置によれば９０℃以下で基板のレジスト除去を行えるので高ドーズイオン注入レジストの処理でもポッピング現象の発生が防止される。また、大気圧より低圧の減圧状態で基板のレジストを除去するようにしているので爆発の危険を伴う高濃度のオゾンガスが使用されても安全性が確保される。さらに、オゾンガスと不飽和炭化水素ガスとが予め混合されないで個別に基板に供されるのでレジストの除去に寄与する寿命の短いラジカル種の多くが前記レジストの表面付近で効率的に発生し、レジスト除去速度及びその面内均一性が向上する。前記不飽和炭化水素ガスとしてはエチレンに例示される炭素の二重結合を有する炭化水素（アルケン）やアセチレンに例示される炭素の三重結合を有する炭化水素（アルキン）が挙げられる他、ブチレン等の低分子量のものを使用することが考えられる。

前記シャワーヘッド及びレジスト除去装置において、前記オゾンガス室及び不飽和炭化水素ガス室は階層的に配置するようにするとよい。装置構成の小型化が可能となる。

前記シャワーヘッド及びレジスト除去装置において、前記散気部材には前記オゾンガスが吐出される孔と前記不飽和炭化水素ガスが吐出される孔とが複数形成されるようにするとよい。前記基板のレジストを均一に除去できる。

前記シャワーヘッド及びレジスト除去装置において、前記オゾンガスが吐出される孔と前記不飽和炭化水素ガスが吐出される孔は等間隔に配置されるとよい。前記基板のレジスト表面近傍でオゾンガスと不飽和炭化水素ガスとが均等に接触しそして反応しやすくなり、この反応によってレジスト除去に寄与するラジカル種が前記レジスト表面上に均一に生じやすくなる。

前記シャワーヘッド及びレジスト除去装置において、前記オゾンガス室は前記不飽和炭化水素ガス室よりも上段または下段に配置され、前記オゾンガス室及び前記不飽和炭化水素ガス室は仕切り板によって仕切られると共に前記仕切り板には前記オゾンガスまたは不飽和炭化水素ガスが供される配管が接続され、この配管の下端が前記散気部材のオゾンガスまたは不飽和炭化水素ガスが吐出される孔に接続されるようにするとよい。前記シャワーヘッド及びレジスト除去装置はその装置構成がより一層簡略化され小型化が可能となる。

したがって、以上の発明によれば９０℃以下の低温のもとでのレジスト除去が基板上で面内均一に実現し効率的に行える。また、前記低温でレジストを除去できるので、下地の金属類を酸化させない。特に、高ドーズイオン注入レジストをポッピング現象の発生を防止させながら除去できる。さらに、プラズマ等を用いていないので、レジストを除去する際のエネルギーコストの低減と装置構成の単純化が図れる。

図１は発明の実施形態に係るレジスト除去装置の概略構成を示した断面図である。

レジスト除去装置１はチャンバ２と真空ポンプ３とヒータ４とを備える。チャンバ２はレジスト１７の除去に供される基板１６を格納すると共にオゾンガス（Ｏ₃）と不飽和炭化水素ガスを導入する。レジスト１７としては図５に例示されたＡｒＦ用レジスト、ＫｒＦ用レジスト、Ｇ，Ｉ線用レジスト等が挙げられる。

チャンバ２は天井部から不飽和炭化水素ガス及びオゾンガスを導入している。チャンバ２内に導入されたガスは底部から真空ポンプ３によって吸引排出されるようになっている。

不飽和炭化水素ガスとしてはエチレンに例示される炭素の２重結合を有する炭化水素（アルケン）やアセチレンに例示される３重結合を有する炭化水素（アルキン）が挙げられる。不飽和炭化水素ガスはチャンバ２のシャワーヘッド１２に接続された配管５を介してチャンバ２内に導入される。配管５には不飽和炭化水素ガスを充填したガスボンベ６が接続されている。

オゾンガスとしては超高濃度オゾンガスが用いられる。超高濃度オゾンガスは明電舎製のピュアオゾンジェネレータ（ＭＰＯＧ−ＨＭ１Ａ１）に例示されるオゾン発生装置８から配管７を介して導入される。超高濃度オゾンガスは例えばオゾン含有ガスを蒸気圧の差に基づいてオゾンのみを液化分離した後に再び気化して得られる。より具体的には特開２００１−３０４７５６や特開２００３−２０２０９の特許文献に開示されたオゾン生成装置から得られたオゾンガスが挙げられる。前記オゾン生成装置はオゾンと他のガス成分（例えば酸素）の蒸気圧の差に基づきオゾンのみを液化分離して超高濃度（オゾン濃度≒１００％）のオゾンガスを製造している。特に、特開２００３−２０２０９のオゾン供給装置はオゾンのみを液化及び気化させるチャンバを複数備え、これらのチャンバを個別に温度制御することで超高濃度オゾンガスを連続的に供給できるようになっている。そして、この超高濃度オゾンガス連続供給方式に基づく市販のオゾン発生装置として例示されるのが前記ピュアオゾンジェネレータである。

オゾンガスは前記超高濃度オゾンガスに限定されない。例えばオゾン濃度が数十％以上のオゾンガスが挙げられる。これは、大気圧下では反応性が高く危険を伴うが、減圧状態で使用することにより安全に取り扱える。大気圧では１４．３〜３８ｖｏｌ％のオゾン濃度で持続性分解領域、〜４４ｖｏｌ％のオゾン濃度で突燃領域、４４ｖｏｌ％〜のオゾン濃度で爆発領域となる（杉光英俊，オゾンの基礎と応用，光琳社，１９９６，ｐｐ．１８７）。

シャワーヘッド１２は不飽和炭化水素ガス及びオゾンガスを散気する機能と共にチャンバ２を密閉する蓋の機能を有する。シャワーヘッド１２は補助封止部材を介してチャンバ２を封止する。補助封止部材としては例えばフッ素ゴムやシリコンゴムのような耐オゾン性の材料からなるＯリングが採用される。

シャワーヘッド１２は散気板３１と散気管３２と枠部３３とスペーサ３４と仕切り板３５と仕切り板枠３６と蓋３７とから成る。散気板３１はチャンバ２内の基板１６にオゾンガス及び不飽和炭化水素ガスを個別に散気するための部材である。散気板３１はチャンバ２の上部の開口部を塞ぐように設置されている。散気板３１にはオゾンガスを吐出させる孔３８と不飽和炭化水素ガスを吐出させる孔３９とが複数形成されている。散気板３１の上面の周縁には枠部３６が設置される。枠部３６にはガスボンベ６に連結された配管５が接続されている。枠部３６と散気板３１と仕切り板３５及び仕切り板枠３６とによって形成された空間４１は不飽和炭化水素ガスが流通するガス室として機能する。

孔３８，３９は図２に示されたように散気板３１の面に等間隔に配置されるように形成される。レジスト除去速度の速い箇所は不飽和炭化水素ガスよりもオゾンの流れの影響を受けており、オゾンが吹き付けられた部分で速くなっている。そこで、散気板３１のようにオゾンガスと不飽和炭化水素ガスとを予め混合させないで個別に基板１６に吹きつけることでレジスト１７の除去に寄与する寿命の短いラジカル種（例えば水素ラジカル）の多くが基板１６のレジスト１７の表面付近で効率的に発生し、除去速度が向上する。また、孔３８，３９は等間隔に配置されているので、基板１６のレジスト１７の表面近傍でオゾンガスと不飽和炭化水素ガスとが均等に接触して反応して前記ラジカル種がレジスト１７の表面上に均一に生じやすくなる。

孔３８には散気管３２が接続されている。散気管３２は仕切り板３５上に供給された不飽和炭化水素ガスをチャンバ２内に移行させるための配管である。散気管３２はスペーサ３４によって支持されている。散気管３２は仕切り板３５にはめ込まれている。仕切り板３５の縁部には枠部３３が装着される。仕切り板３５と枠部３６とよって形成された空間４２は蓋３７によって封止される。空間４２は配管７を介してオゾン発生装置８から供給されたオゾンガスが流通するガス室として機能する。配管７は蓋３７の中心部に接続されている。また、スペーサ３４と仕切り板３５との間には図示省略の封止部材が介在することで空間４２内での不飽和炭化水素とオゾンとの反応が防止される。尚、シャワーヘッド１２は上層からオゾンガスを供給し、下層から不飽和炭化水素ガスの供給する形態となっているが、発明に係るガスの供給形態はこれに限定しない。したがって、オゾンガスを下層から供する一方で不飽和炭化水素ガスを上層から供する形態としてもよい。

真空ポンプ３は減圧状態でチャンバ２内のガスを吸引排出する。チャンバ２の底面部にはチャンバ２内のガスを引き抜くための配管９が複数接続されている。配管９は配管５，７よりも大径に設定するか、または複数の配管９をサセプタ４の周辺部でチャンバ２の下部（シャワーヘッド１２とは反対側）の数箇所に均一に配置するようにするとなおよい。チャンバ２内のガス流が適性化すなわち基板１６上のガス流が放射状となりレジスト除去速度の面内均一性が向上する。

真空ポンプ３は配管９の一端に接続されている。真空ポンプ３の上流側には排気バルブ１０及びオゾンキラー１１が設置されている。排気バルブ１０は制御部１４によって開度制御可能である。排気バルブ１０はチャンバ２の内圧が所定の値となるようにチャンバ２内のガス流を制御する。そのためにチャンバ２は内圧を計測するための圧力計１８を備えている。真空ポンプ３にはオゾンに耐性のあるドライポンプを採用するとよい。排気中に多少なりとも含まれる可能性のあるオゾンガスによる性能低下及び劣化による寿命低下を避けるためである。オゾンキラー１１はチャンバ２から引き抜かれたガスに含まれるオゾンを分解する。オゾンキラー１１は半導体製造技術に採用されている既知のオゾン分解装置を適用すればよい。

ヒータ４はチャンバ２内のサセプタ１５を加熱することにより基板１６を加熱する。光源４はチャンバ２の下方に配置されている。ヒータ４は半導体製造技術において加熱手段として採用されている赤外線を発する光源を適用すればよい。ヒータ４は制御部１４によって加熱出力が制御可能となっている。

サセプタ１５はＳｉＣから成り基板１６の形状に応じた形状に形成されている。サセプタ１５はチャンバ２の底部と同心に配置される。サセプタ１５は基板１６の表面が散気板３１の表面と略平行となるように基板１６を保持する。サセプタ１５は熱電対１３に接続されている。熱電対１３はサセプタ１５の温度を制御するために検出したサセプタ１５の熱（温度）を電気信号に変換して制御部１４に供給する。制御部１４は前記電気信号に基づく加熱出力の制御信号をヒータ４に供給する。

図１を参照しながらレジスト除去装置１の動作例について説明する。

排気バルブ１０が全開に設定された状態で真空ポンプ３の吸引力によってガスボンベ６から不飽和炭化水素として例えばエチレンガスが供されると共にオゾン発生装置８からは超高濃度オゾンガス（オゾン濃度≒１００％）がチャンバ２内に供される。基板１６はヒータ４によって加熱されたサセプタ１５によって８０℃以下に保持されている。エチレンガスはシャワーヘッド１２の空間４２内を流通した後に散気板３１の孔３９からチャンバ２内に吐出される。一方、超高濃度オゾンガスはシャワーヘッド１２の空間４１内を流通した後に散気管３８を介して孔３８からチャンバ２内に吐出される。排気バルブ１０は開度が調節されてチャンバ２の内圧（圧力計１８の測定値）が例えば４００Ｐａとなるように制御される。この状態で約５分間処理される。この処理の時間帯では自己発熱によりサセプタ１５上の基板１６の温度は上昇するが９０℃以下に制御される。その後、超高濃度オゾンガスとエチレンガスの供給が停止される。チャンバ２内の反応過程ではレジスト１７が導入された不飽和炭化水素とオゾンとによって発生する水素ラジカルをはじめとする多種のラジカルによって分解される（社団法人日本化学会編，季刊化学総説，Ｎｏ．７，活性酸素の化学，１９９０年４月２０日発行，ｐｐ．３６〜３７）。このような過程で炭化水素から成るレジストの成分は炭酸ガスと水から成る排ガスとなって配管９を介してチャンバ２から排出される。

図３は以上の動作例に基づくサセプタ温度とチャンバ圧力の経時的変化の一例を示す。サセプタ１５の温度は、オゾン発生装置８（オゾンジェネレータＭＰＯＧ−ＨＭ１Ａ１）からの超高濃度オゾンガスの導入前には約８０℃で安定しており、前記オゾンガスを導入した後に反応熱によって昇温したが９０℃未満で終了することが確認された。

図４はレジスト除去装置１の実施例に係るレジスト除去法によって処理された基板表面の外観写真である。具体的にはＰ（リン）を５Ｅ１５個／ｃｍ²（５×１０¹⁵個／ｃｍ²）注入したＫｒＦ用レジストを有するＳｉ基板の表面を図２に示したタイムチャートに基づき処理した場合の外観写真を示す。サセプタ１５の温度が最高温度９０℃程度でポッピング現象は発生しなかった。このような低温での処理は下地への影響が非常に小さい。

以上の説明から明らかなようにレジスト除去装置１によれば下地の基板１６へのダメージを低減させながらレジスト１７を除去できる。また、レジスト除去装置１ではレジストを除去する過程で水蒸気を用いていないので装置の構成及び取り扱いなどが容易となる。さらに、高ドーズイオン注入レジストの場合はポッピング現象を確実に抑制しながら除去できる。また、下地の基板１６が酸化されやすい物質（例えばＣｕ配線等）があっても、酸化を最小限にとどめることができる。さらに、オゾンガス及び不飽和炭化水素ガスをシャワーヘッド方式で供給しているので大面積基板でも均一に処理できる。そして、サセプタ１５を加熱する手段はヒータ４に限定されることなく例えば赤外光を発する光源や誘導加熱等の種々の加熱手段を用いてもよい。また、チャンバ２内で反応したガスは真空ポンプ３によって排気されるが、チャンバ２の排気ライン（配管９）はチャンバ２の下部の中央またはサセプタ１５周辺下部の数箇所に均等に配置されているので基板上の反応ガスの流れが放射状となり、除去速度の面内均一性の向上に寄与する。

発明の実施形態に係るレジスト除去装置の概略構成を示した断面図。発明の実施形態に係るレジスト除去装置に具備された散気板の孔の配置例を示した平面図。発明の実施形態に係るレジスト除去装置のサセプタ温度とチャンバ圧力の経時的変化。発明の実施例に係るレジスト除去法によって処理された基板表面の外観写真。各種レジストの分子構造。

符号の説明

１…レジスト除去装置
２…チャンバ
３…真空ポンプ
４…ヒータ
６…ガスボンベ
８…オゾン発生装置
１０…排気バルブ
１２…シャワーヘッド、３１…散気板、３２…散気管、３３…枠部、３４…スペーサ、３５…仕切り板、３６…仕切り板枠、３７…蓋、３８，３９…孔
１３…熱電対
１４…制御部
１５…サセプタ
１６…基板、１７…レジスト
１８…圧力計

Claims

基板の温度が９０℃以下となるように前記基板が格納された反応系の内圧が大気圧よりも低圧に制御されたもとでオゾンガスと不飽和炭化水素ガスを前記基板に供給して前記基板上のレジストを除去するシャワーヘッドであって、
オゾンガスを流通させるオゾンガス室と、
不飽和炭化水素ガスを流通させる不飽和炭化水素ガス室と、
前記オゾンガス室内のオゾンガスと前記不飽和炭化水素ガス室内の不飽和炭化水素ガスを個別に前記基板の表面に散気させる散気部材と
を備えたことを特徴とするシャワーヘッド。
前記オゾンガス室及び不飽和炭化水素ガス室は階層的に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
前記散気部材には前記オゾンガスが吐出される孔と前記不飽和炭化水素ガスが吐出される孔とが複数形成されたことを特徴とする請求項２に記載のシャワーヘッド。
前記オゾンガスが吐出される孔と前記不飽和炭化水素ガスが吐出される孔は等間隔に配置されることを特徴とする請求項３に記載のシャワーヘッド。
前記オゾンガス室は前記不飽和炭化水素ガス室よりも上段または下段に配置され、
前記オゾンガス室及び前記不飽和炭化水素ガス室は仕切り板によって仕切られると共に
前記仕切り板には前記オゾンガスまたは不飽和炭化水素ガスが供される配管が接続され、
この配管の下端が前記散気部材のオゾンガスまたは不飽和炭化水素ガスが吐出される孔に接続されたこと
を特徴とする請求項３または４に記載のシャワーヘッド。
基板を加熱可能に格納すると共に前記基板の温度が９０℃以下となるように内圧が大気圧よりも低圧に制御されるチャンバと、
オゾンガスと不飽和炭化水素ガスを前記チャンバ内の基板に供給して前記基板上のレジストを除去するシャワーヘッドと
を備え、
前記シャワーヘッドは、
前記オゾンガスを流通させるオゾンガス室と、
前記不飽和炭化水素ガスを流通させる不飽和炭化水素ガス室と、
前記オゾンガス室内のオゾンガスと前記不飽和炭化水素ガス室内の不飽和炭化水素ガスを個別に前記基板の表面に散気させる散気部材と
を備えたことを特徴とするレジスト除去装置。