JP5478145B2

JP5478145B2 - ポリマー除去装置およびポリマー除去方法

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Publication number: JP5478145B2
Application number: JP2009189105A
Authority: JP
Inventors: 健弘新藤; 昌樹近藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-08-18
Also published as: CN101996865A; US8506718B2; KR101647155B1; TWI520200B; KR20110018843A; CN101996865B; TW201120951A; JP2011040670A; US20110041874A1

Description

本発明は、基板の周縁部に環状に付着したポリマーを除去するポリマー除去装置およびポリマー除去方法に関する。

半導体集積回路の製造においては、半導体ウエハ等の被処理基板に対してプラズマエッチングが行われるが、プラズマ中で発生するラジカルやイオンが被処理基板の周縁部のベベル面や裏面に回り込み、ポリマーがベベル面および裏面上に付着し、被処理基板の周縁部に円周状にベベル／バックサイドポリマー（Ｂｅｖｅｌ／ＢａｃｋｓｉｄｅＰｏｌｙｍｅｒ、以下ＢＳＰという）と称される堆積層を形成する。ＢＳＰは、半導体集積回路に対して悪影響を与えるおそれがあるため、これを除去することが求められており、特許文献１にはレーザーとオゾンを用いた熱処理によってＢＳＰを除去する技術が開示されている。

特許文献１に開示された技術では、レーザーはスポット状に照射されるため、被処理基板を回転させることにより、被処理基板上のレーザー照射位置をずらしながら被処理基板の周縁部に円周状に存在するＢＳＰにレーザーを照射するようにしている。

特開２００９−１２３８３１号公報

しかしながら、このように被処理基板とレーザーとを相対移動させて、被処理基板上のレーザー照射位置をずらしながらレーザー照射を行う場合には、ＢＳＰ除去処理に時間がかかり、ＢＳＰ除去処理のスループットが低いものとなってしまう。また、スループットを上昇させるためには、高出力のレーザーを用い、被処理基板を高速で回転させることが考えられるが、高速で回転させる場合には、回転数の加減速に時間がかかるため大きなスループット改善が望めず、逆に雰囲気の攪拌によるパーティクル発生が懸念される。さらに、このように高速回転の被処理基板に高出力レーザーを照射する場合には、レーザー照射位置で急速な加熱および冷却が行われることとなり、熱ストレスによりＢＳＰに剥がれが生じやすく、被処理基板の汚染の原因となってしまう。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、スループットが高く、かつ被処理基板の回転にともなうパーティクルの発生および熱ストレスによるポリマーの剥がれの発生を抑制しつつ被処理基板の周縁部に環状に付着したポリマーを除去することができるポリマー除去装置およびポリマー除去方法を提供することを目的とする。

本発明に係るポリマー除去装置は、円形の被処理基板の裏面の周縁部に環状に付着したポリマーを除去するポリマー除去装置であって、裏面の周縁部に環状にポリマーが付着した被処理基板を収容する処理容器と、前記被処理基板の裏面の周縁部を除く部分を載置する載置台と、前記載置台の中央上方に設けられ、被処理基板の外縁よりも外側部分を通過するように放射状に広がるリング状のレーザー光を射出するレーザー照射部と、前記レーザー照射部から射出されたレーザー光を反射させて、前記被処理基板の裏面に付着したポリマーに向けて反射させる反射部材と、前記被処理基板の裏面の周縁部に環状に付着した前記ポリマーにオゾンガスを供給するオゾンガス供給機構と、オゾンガスを排気する排気機構とを具備し、前記反射部材は、前記載置台を囲繞するように円筒状に設けられ、その上面にすり鉢状の反射面が形成されており、前記載置台は、前記被処理基板の周縁部に対応する部分にテーパー部が形成され、前記オゾンガス供給機構は、前記テーパー部に、円周状に配列するように設けられたオゾンガス吐出口を有し、前記排気機構は、前記載置台および前記反射部材を囲繞するように設けられた排気ユニットを有し、前記排気ユニットは、前記載置台上の被処理基板の外側に円周状に形成されたガス取り込み口を有し、前記レーザー照射部から放射状に射出されたリング状のレーザー光が、前記反射部材の前記反射面で反射して、前記被処理基板の裏面に環状に付着した前記ポリマーに一括照射されるとともに、前記オゾンガス吐出口から前記被処理基板の裏面に環状に付着した前記ポリマーの全体にオゾンガスが供給され、かつ前記ガス取り込み口から反応後のオゾンガスが取り込まれて排気されることを特徴とする。

本発明に係るポリマー除去方法は、円形の被処理基板の裏面の周縁部に環状に付着したポリマーを除去するポリマー除去方法であって、裏面の周縁部に環状にポリマーが付着した被処理基板の裏面の周縁部を除く部分を前記被処理基板の周縁部に対応する部分にテーパー部が形成された載置台に載置する工程と、前記載置台の中央上方に設けられたレーザー照射部から、被処理基板の外縁よりも外側部分を通過するように放射状にリング状のレーザー光を射出する工程と、前記載置台を囲繞するように円筒状に反射部材を配置し、その上面のすり鉢状の反射面で前記放射状に射出されたリング状のレーザー光を反射させて、前記被処理基板の裏面に環状に付着した前記ポリマーに一括照射する工程と、前記レーザー光を照射している際に、前記テーパー部に、円周状に配列するように設けられたオゾンガス吐出口から前記被処理基板の裏面の周縁部に環状に付着した前記ポリマーの全体にオゾンガスを供給する工程と、前記載置台および前記反射部材を囲繞するように設けられた排気ユニットの前記載置台上の被処理基板の外側に円周状に形成されたガス取り込み口からオゾンガスを排気する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、載置台に載置された被処理基板に環状に付着したポリマーに対し、リング状レーザー光を一括照射するので、従来のスポット状のレーザーを用いた場合よりもスループットを著しく高くすることができる。このため、レーザー照射部のレーザー光源は低出力のものでよく、スループットを低下させることなく照射部をゆっくり加熱および冷却することができ、高いスループットを確保しつつ熱ストレスを低いものとすることができ、付着したポリマーの剥がれを生じ難くすることができる。また、被処理基板を回転する必要がないので、処理中に雰囲気の攪拌が生じず、パーティクルの発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るポリマー除去装置を示す断面図である。図１のポリマー除去装置に設けられたリング状レーザー光を射出するレーザー照射ユニットの構造を示す図である。本発明の他の実施形態に係るポリマー除去装置を示す断面図である。図３のポリマー除去装置の変形例を示す断面図である。レーザー照射ユニットの他の配置例を説明するための断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るポリマー除去装置を示す断面図である。

このポリマー除去装置１は、被処理基板として周縁部に環状（円周状）にＢＳＰ２が付着した半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）Ｗを収容する容器であるチャンバ１１を備えており、チャンバ１１の底部には、ウエハＷを水平に載置する略円柱状の載置台１２が設けられている。載置台１２の載置面１２ａはウエハＷの周縁部を除いた部分を載置するようになっている。載置台１２は載置面１２ａに達する吸着孔１３が設けられており、この吸着孔１３には真空ポンプ１４が接続されている。そして、真空ポンプ１４を作動させることにより、ウエハＷが載置面１２ａに真空吸着される。すなわち、載置台１２は真空チャックを構成している。

載置台１２の上部のウエハＷの周縁部に対応する部分にはテーパー部１２ｂが形成されており、このテーパー部１２ｂには、ウエハＷの周縁部のＢＳＰ２が付着した部分にオゾンガスを吐出するための複数のオゾンガス吐出孔１５が円周状（放射状）に配列するように設けられている。この複数のオゾンガス吐出孔１５は、載置台１２内部の円盤状のガス拡散空間１６に接続されている。このガス拡散空間１６には載置台１２の底部から延びるガス流路１７が接続され、ガス流路１７にはガス供給配管１８が接続されており、ガス供給配管１８にはオゾンガス供給源１９が接続されている。そして、オゾンガス供給源１９から供給されたオゾンガスは、ガス供給配管１８およびガス流路１７を介してガス拡散空間１６に至り、ガス拡散空間１６から複数のオゾンガス吐出孔１５を介してウエハＷの周縁部のＢＳＰ２が付着した部分に供給されるようになっている。

チャンバ１１の上部には、載置台１２の中央に対応する位置に、リング状レーザー光Ｌを射出するレーザー照射部としてのレーザー照射ヘッド２０が設けられている。レーザー照射ヘッド２０は支持部材２１によりチャンバ１１に支持されている。

レーザー照射ヘッド２０は、図２に示すように、レーザー光源３１と光学系３２とからなり、光学系３２は、レーザー光源３１から射出された平行光をリング状に集光する断面が凸レンズ状の曲面レンズ３３と、リング状に集光されたレーザー光をリング状の平行光にするリング状のシリンドリカルレンズ３４と、このリング状の平行光を放射状に広げる凹レンズ３５とを有している。このようなリング状のレーザー光を照射する手段は、例えば特開２００６−２２９０７５号公報の図１０に開示されている。

レーザー照射ヘッド２０から射出されたリング状レーザー光Ｌは放射状に広がって、ウエハＷの外縁よりも外側部分を通過する。なお、レーザー照射ヘッド２０からのレーザー光の照射位置は、反射光を光センサにより受光することにより、またはＣＣＤカメラにより検出することが可能となっており、その位置検出情報に基づいて、照射位置を調節することができるようにレーザー照射ヘッド２０の位置が調節可能となっている。

一方、載置台１２の外側には、上面にすり鉢状のミラー面（反射面）２２ａを有し、円筒状をなすミラー部材２２が載置台１２を囲繞するように設けられている。ミラー部材２２は、レーザー光を反射する反射部材として機能する。すなわち、ミラー部材２２のミラー面（反射面）２２ａは、レーザー照射ヘッド２０から照射されたリング状のレーザー光を反射させて、ウエハＷ周縁部のＢＳＰ２に導くようになっている。したがって、レーザー照射ユニット２０から射出されたリング状レーザー光Ｌは、ミラー部材２２を介してウエハＷ周縁部のＢＳＰ２に一括照射される。

載置台１２に載置されたウエハＷおよびミラー部材２２外側には、これらを囲繞するようにオゾンガスを排気するための排気ユニット２３が設けられている。排気ユニット２３は、ウエハＷの外側に円周状に形成されたガス取り込み口２３ａと、ガス取り込み口２３ａから取り込まれた排ガスをチャンバ１１の底部に導く円環状の排気流路２３ｂとを有している。そして、チャンバ１１の底部において、排気流路２３ｂには複数の排気配管２４が接続されている。排気配管２４は、工場酸排気配管（図示せず）に接続され、主にウエハＷの周縁部に供給されたオゾンガスが、工場酸排気設備（図示せず）により排気ユニット２３および排気配管２４を介して吸引排気されるようになっている。

チャンバ１１の上方には大気を吸引してチャンバ１１の内部に取り入れるためのファン２５と、ファン２５により吸引された大気のパーティクルを除去するためのフィルタ２６が設けられている。これにより、チャンバ１１内には清浄空気のダウンフローが形成されるようになっている。

チャンバ１１の側壁には、ウエハ搬入出口２７が設けられており、ウエハ搬入出口２７はゲートバルブ２８により開閉可能となっている。そして、ウエハＷの搬入出の際には、ゲートバルブ２８が開けられ、載置台１２に突没可能に設けられたリフタピン（図示せず）を突出した状態とし、搬送アーム（図示せず）によりリフタピンに対してウエハＷの授受が行われる。

ポリマー除去装置１は、さらに制御部４０を有している。制御部４０はマイクロプロセッサを有し、主にポリマー除去装置１の各構成部を制御する。

このように構成されるポリマー除去装置においては、まず、ゲートバルブ２８を開にして、図示しない搬送アームによりウエハＷを搬入出口２７を介してチャンバ１１内に搬入し、載置台１２に真空吸着させる。そして、ゲートバルブ２８を閉じ、チャンバ１１を気密にシールする。

次いで、レーザー照射ヘッド２０からリング状レーザー光Ｌを射出し、ミラー部材２２のミラー面（反射面）２２ａに反射させて、ウエハＷ周縁部のＢＳＰ２にリング状レーザー光Ｌを一括照射するとともに、複数のオゾンガス吐出孔１５からＢＳＰ２に向けてオゾンガスを吹き付ける。これにより、レーザー照射による熱とオゾンガスによる酸化によって、ＢＳＰ２が除去される。供給されたオゾンガスは、排気ユニット２３および排気配管２４を介して工場酸排気設備（図示せず）により吸引排気される。このとき、レーザーが所望の位置に当たるように、照射ヘッド２０の位置を調節することができる。

従来は、レーザーはスポット状に照射されるため、ウエハを回転させることにより、ウエハ上のレーザー照射位置をずらしながら被処理基板の周縁部に円周状に存在するＢＳＰにレーザーを照射するようにしていたが、この場合にはレーザースポットが小さいため、ＢＳＰ除去処理に時間がかかり、ＢＳＰ除去処理のスループットが低いものとなってしまう。また、スループットを上昇させるために高出力のレーザーを用いてウエハを高速で回転させると、雰囲気の攪拌によるパーティクル発生や、レーザー照射位置で急速な加熱および冷却が行われることによる熱ストレスによるＢＳＰの剥がれが懸念される。

これに対して本実施形態では、リング状レーザー光Ｌを射出するレーザー照射ヘッド２０を用いるので、ウエハＷの周縁部に円周状に形成されたＢＳＰ２の全体にレーザー光を一括照射することができる。したがって、従来のスポット状のレーザーを用いた場合よりもスループットを著しく高くすることができる。このため、レーザー照射ヘッド２０のレーザー光源３１は低出力のものでよく、スループットを低下させることなく照射部をゆっくり加熱および冷却することができ、高いスループットを確保しつつ熱ストレスを低いものとすることができ、ＢＳＰ２の剥がれを生じ難くすることができる。また、ウエハＷを回転する必要がないので、処理中に雰囲気の攪拌が生じず、パーティクルの発生を抑制することができる。

また、載置台１２の周方向に沿って複数のオゾンガス吐出孔１５が放射状に設けられ、これらガス吐出孔１５からウエハＷの周縁部に円周状に形成されたＢＳＰ２の全体にオゾンガスを供給することができるので、リング状のレーザーとガス取り込み口２３ａとの協働作用により速やかにＢＳＰ２を除去することができる。また、排気部材２３のガス取り込み口２３ａがウエハＷの外側に円周状に形成されているので、ＢＳＰ除去反応に寄与した後のオゾンガスを速やかに効率良く排気ユニット２３に導いてほぼ全量排出することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
このようにウエハＷの周縁部にリング状のレーザー光を照射する場合には、ウエハＷ表面（デバイス面）の温度の上昇が問題となる場合がある。本実施形態では、このような場合に対処可能な例について示す。

図３は本発明の他の実施形態に係るポリマー除去装置を示す断面図である。図３のポリマー除去装置１′は、図１のポリマー除去装置にウエハ冷却機構を付加したものであり、図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

このポリマー除去装置１′において、ウエハ冷却機構５０は、レーザー照射ユニット２０の上方に設けられた冷却ガス供給ヘッド５１と、冷却ガス供給ヘッド５１に配管５２を介して接続された冷却ガスを供給する冷却ガス供給源５３とを有しており、冷却ガス供給ヘッド５１には多数の吐出ノズル５４が設けられている。そして、冷却ガス供給源５３から配管５２を介して冷却ガス供給ヘッド５１に供給された冷却ガスを吐出ノズル５４からウエハＷに向けて吹き付けるようになっている。これにより、ウエハＷの表面が冷却されデバイスへの悪影響が回避される。

図４は、図３の変形例を示すものであり、図３の装置とは異なる構成のウエハ冷却機構５０′を有している。このウエハ冷却機構５０′は、排気ユニット２３の上方に、円周状の排気ユニット２３に沿って複数配置された、ウエハＷに冷却ガスを吐出する吐出ノズル５６と、これら複数の吐出ノズル５６の基端側を連結する連結配管５７と、この連結配管５７に配管５８を介して接続された冷却ガス供給源５９とを有している。そして、冷却ガス供給源５９から配管５８および連結配管５７を介して冷却ガスを複数の吐出ノズル５６からウエハＷに向けて吹き付けるようになっている。これによっても、ウエハＷの表面を冷却することができる。

なお、ファン２５から空気を取り入れる代わりに、清浄な冷却ガスを取り入れてチャンバ１１内に冷却ガスのダウンフローを形成することによってもウエハＷの表面を冷却することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、レーザー照射ユニットをウエハの上方位置に配置したが、これに限ることはなく、例えば、図５に示すように、中空でウエハＷの周縁部に対応する位置にリング状のレーザー透過窓７０を有する載置台１２′を設け、その内部にレーザー照射ユニット２０′を設けて、ミラー部材（反射部材）を介さずにウエハＷの周縁部のＢＳＰ２にリング状のレーザー光を照射することもできる。図５では、便宜上、オゾンガス供給手段および排気手段を図示してはいないが、オゾンガス供給手段として円周状のＢＳＰ２に沿って、その下方外側に複数のオゾンガス吐出ノズルを配置したものを用いることができ、排気手段としては図１と同様なものを用いることができる。

また、上記実施形態では、ＢＳＰを除去する例を示したが、被処理基板の周縁部に存在するポリマーを除去する用途全般に適用可能である。さらに、被処理基板として半導体ウエハを用いた例を示したが、これに限るものではなく他の基板であってもよい。

１、１′；ポリマー除去装置
２；ＢＳＰ
１１；チャンバ
１２、１２′；載置台
１５；オゾンガス吐出孔
１９；オゾンガス供給源
２０、２０′；レーザー照射ユニット
２２；ミラー部材（反射部材）
２２ａ；ミラー面（反射面）
２３；排気ユニット
２４；排気配管
４０；制御部
５０、５０′；ウエハ冷却機構
Ｌ；リング状レーザー光
Ｗ；ウエハ

Claims

円形の被処理基板の裏面の周縁部に環状に付着したポリマーを除去するポリマー除去装置であって、
裏面の周縁部に環状にポリマーが付着した被処理基板を収容する処理容器と、
前記被処理基板の裏面の周縁部を除く部分を載置する載置台と、
前記載置台の中央上方に設けられ、被処理基板の外縁よりも外側部分を通過するように放射状に広がるリング状のレーザー光を射出するレーザー照射部と、
前記レーザー照射部から射出されたレーザー光を反射させて、前記被処理基板の裏面に付着したポリマーに向けて反射させる反射部材と、
前記被処理基板の裏面の周縁部に環状に付着した前記ポリマーにオゾンガスを供給するオゾンガス供給機構と、
オゾンガスを排気する排気機構と
を具備し、
前記反射部材は、前記載置台を囲繞するように円筒状に設けられ、その上面にすり鉢状の反射面が形成されており、
前記載置台は、前記被処理基板の周縁部に対応する部分にテーパー部が形成され、
前記オゾンガス供給機構は、前記テーパー部に、円周状に配列するように設けられたオゾンガス吐出口を有し、
前記排気機構は、前記載置台および前記反射部材を囲繞するように設けられた排気ユニットを有し、前記排気ユニットは、前記載置台上の被処理基板の外側に円周状に形成されたガス取り込み口を有し、
前記レーザー照射部から放射状に射出されたリング状のレーザー光が、前記反射部材の前記反射面で反射して、前記被処理基板の裏面に環状に付着した前記ポリマーに一括照射されるとともに、前記オゾンガス吐出口から前記被処理基板の裏面に環状に付着した前記ポリマーの全体にオゾンガスが供給され、かつ前記ガス取り込み口から反応後のオゾンガスが取り込まれて排気されることを特徴とするポリマー除去装置。
前記被処理基板に冷却ガスを供給する冷却ガス供給機構をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のポリマー除去装置。
円形の被処理基板の裏面の周縁部に環状に付着したポリマーを除去するポリマー除去方法であって、
裏面の周縁部に環状にポリマーが付着した被処理基板の裏面の周縁部を除く部分を前記被処理基板の周縁部に対応する部分にテーパー部が形成された載置台に載置する工程と、
前記載置台の中央上方に設けられたレーザー照射部から、被処理基板の外縁よりも外側部分を通過するように放射状にリング状のレーザー光を射出する工程と、
前記載置台を囲繞するように円筒状に反射部材を配置し、その上面のすり鉢状の反射面で前記放射状に射出されたリング状のレーザー光を反射させて、前記被処理基板の裏面に環状に付着した前記ポリマーに一括照射する工程と、
前記レーザー光を照射している際に、前記テーパー部に、円周状に配列するように設けられたオゾンガス吐出口から前記被処理基板の裏面の周縁部に環状に付着した前記ポリマーの全体にオゾンガスを供給する工程と、
前記載置台および前記反射部材を囲繞するように設けられた排気ユニットの前記載置台上の被処理基板の外側に円周状に形成されたガス取り込み口からオゾンガスを排気する工程と
を有することを特徴とするポリマー除去方法。
前記レーザー光を照射している際に、前記被処理基板に冷却ガスを供給する工程をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のポリマー除去方法。