JP6296899B2 - レジスト除去装置及びレジスト除去方法 - Google Patents

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Description

この発明は、半導体ウエハのレジスト除去装置及びレジスト除去方法に関するものである。
オゾン水等のオゾン溶液を供給するノズルを用いて半導体ウエハの表面上に形成されたレジストを除去する従来のレジスト除去装置において、ノズルは半導体ウエハの表面全体を確実に覆うべく、半導体ウエハの表面よりも広い形状の供給面を有する構造を呈し、このノズルの供給面と半導体ウエハの表面との間隔が１．０ｍｍ以下となる範囲での調節を可能としていた。
従来のレジスト除去装置におけるノズルは上述した構造を呈することにより、レジスト除去時における除去レートと均一性とを向上させ、良好にレジストを除去していた。
一方、半導体ウエハの外周部分を数ｍｍ残し、内側のみを研削し、くり貫いた断面凹状構造の半導体ウエハ（以下、「断面凹状ウエハ」として略記）が近年開発されている。断面凹状ウエハは、研磨された凹部となる主要部と、主要部の外周に沿って主要部の表面より高い位置で突出する突出外周部とを有する構造を呈している。このような構造の断面凹状ウエハは例えば特許文献１に「ＴＡＩＫＯ（登録商標）プロセスを用いて製造されたウエハ」として開示されている。
特開２００７−３３５６５９号公報
このような断面凹状ウエハは主要部が実質的なウエハ部分となるため、主要部の表面上にレジストが形成される。したがって、従来のレジスト除去装置を用いて、断面凹状ウエハの主要部の表面上における突出外周部の内側に存在するレジストを除去する場合、突出外周部（高さ０．７２５ｍｍ程度）の存在により、主要部の表面とノズルの供給面との間隔を１．０ｍｍ以下の範囲で調節することが実質不可能となる。なぜならば、ノズルの供給面を断面凹状ウエハの突出外周部に確実に接触することなく、突出外周部の上方（０．５ｍｍ程度上方）に配置する必要があるため、必然的に主要部の表面からの距離が１．０ｍｍより高くなってしまうからである。
したがって、従来のレジスト除去装置では、断面凹状ウエハにおける主要部の表面とノズルの供給面との距離が必然的に１．０ｍｍを超えてしまう結果、断面凹状ウエハの主要部の表面上に形成されたレジストの除去時における除去レート及び面内均一性が低下し、良好にレジストを除去することができないという問題点があった。
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、断面凹状ウエハの主要部表面上に形成されたレジストの除去時における除去レート及び面内均一性を向上させ、良好にレジストを除去することができるレジスト除去装置及びレジスト除去方法を得ることを目的とする。
この発明に係る請求項１記載のレジスト除去装置は、主要部と、前記主要部の外周に沿って形成され前記主要部の表面より高い位置で突出する突出外周部とを有し、前記主要部の表面上にレジストが形成されたウエハに対するレジスト除去装置であって、中心にオゾン溶液の供給口が設けられた供給面を底部に有するノズルを備え、前記ノズルは、前記突出外周部と前記主要部の表面との間に形成されるウエハ内部空間内に前記突出外周部と接触することなく、前記供給面が前記主要部の表面に非接触状態で対向して配置するように形成された、前記供給面を含む供給部構造を有し、前記供給面は、前記主要部の表面より狭く、前記主要部の９０％以上の領域を覆う形状を有することを特徴とする。
この発明に係る請求項５記載のレジスト除去方法は、主要部と、前記主要部の外周に沿って形成され前記主要部の表面より高い位置で突出する突出外周部とを有し、前記主要部の表面上にレジストが形成されたウエハに対するレジスト除去方法であって、(a) 中心にオゾン溶液の供給口が設けられた供給面を有するノズルを準備するステップを備え、前記ノズルは、前記突出外周部と前記主要部の表面との間に形成されるウエハ内部空間内に前記突出外周部と接触することなく、前記供給面が前記主要部の表面に対向して非接触状態で配置するように形成された、前記供給面を含む供給部構造を有し、前記供給面は、前記主要部の表面より狭く、前記主要部の９０％以上の領域を覆う形状を有し、(b) 前記ウエハ内部空間内において、前記供給面と前記主要部の表面との間隔が１．０ｍｍ以下に達するように、前記供給部構造を前記主要部の表面上に配置するステップと、(c) 前記供給口からオゾン溶液を供給して、前記レジストを前記主要部の表面から除去するステップとをさらに備える。
請求項１記載の本願発明のレジスト除去装置におけるノズルは、突出外周部と主要部の表面との間に形成されるウエハ内部空間内に突出外周部と接触することなく、供給面が主要部の表面に非接触状態で対向して配置するように形成された、供給面を含む供給部構造を有することを特徴としている。
請求項１記載の本願発明は上記特徴を有することにより、突出外周部を有するウエハに対しても、主要部の表面に対向して、例えば１．０ｍｍ以下の間隔の至近距離に供給面を配置することができるため、供給口からオゾン溶液を供給してレジストを主要部の表面から除去する際、レジスト除去時における除去レート及び均一性の向上を図ることができる。
請求項５記載の本願発明のレジスト除去方法は、突出外周部を有するウエハに対し、ステップ(b) で主要部の表面から１．０ｍｍ以下の至近距離に供給面を配置して、ステップ(c) でレジストを主要部の表面から除去することにより、ステップ(c) の実行時におけるレジストの除去レート及び均一性の向上を図ることができる。
この発明の実施の形態１であるレジスト除去装置のノズル構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態２であるレジスト除去装置のノズル構造を示す断面図である。 従来のレジスト除去装置の構造を示す断面図である。
＜前提技術＞
図３はオゾン水を供給するノズルを用いて半導体ウエハの表面上に形成されたレジストを除去する従来のレジスト除去装置の構造を示す断面図である。
同図に示すように、従来のレジスト除去装置は、中央に設けられた供給口６１から、オゾン溶液の一つであるオゾン水を供給するノズル５０を有している。一方、レジスト除去対象となる半導体ウエハである断面凹状ウエハ１は、内部の凹部であるウエハ主要部１ａと、ウエハ主要部１ａの外周に沿って形成されウエハ主要部１ａの表面より高い位置で突出して設けられるウエハ外周部１ｂ（突出外周部）とにより構成される。この断面凹状ウエハ１は吸着ステージ４上に配置される。
なお、断面凹状ウエハ１の全体（ウエハ主要部１ａ＋ウエハ外周部１ｂ）は直径が２００ｍｍの平面視円状に形成され、ウエハ主要部１ａは直径が１９４〜１９５ｍｍの平面視円状に形成され、ウエハ主要部１ａの膜厚は０．０４〜０．０５ｍｍに設定され、ウエハ外周部１ｂの形成高さは０．７２５ｍｍに設定される。
一方、従来のレジスト除去装置におけるノズル５０は一般的な半導体ウエハに対する場合と同様、断面凹状ウエハ１の表面全体を確実に覆うべく、断面凹状ウエハ１（ウエハ主要部１ａ＋ウエハ外周部１ｂ）の表面よりも広い形状の供給面６０を有する構造を呈している。
断面凹状ウエハ１はウエハ主要部１ａが実質的なウエハ部分となるため、ウエハ主要部１ａの表面上にレジスト２が選択的に形成されている。また、ウエハ主要部１ａの表面より高い位置で突出してウエハ外周部１ｂが形成されているため、このウエハ外周部１ｂとウエハ主要部１ａの表面との間にウエハ内部空間１０が設けられる。
図３で示した従来のレジスト除去装置を用いて、断面凹状ウエハ１のウエハ主要部１ａの表面上に形成されたレジスト２を除去する場合、ウエハ外周部１ｂの存在により、ウエハ主要部１ａの表面とノズル５０の供給面６０との間隔を１．０ｍｍ以下の範囲で調節することが実質不可能となる。なぜならば、前述したように、ノズル５０の供給面６０を断面凹状ウエハ１のウエハ外周部１ｂに接触することなく配置すべく、ウエハ外周部１ｂの上方（０．５ｍｍ程度上方）に配置する必要があるため、供給面６０をウエハ内部空間１０内に配置することができず、必然的にウエハ主要部１ａの表面から供給面６０までの距離が１．０ｍｍを超えてしまうからである。
＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１であるレジスト除去装置のノズル構造を示す断面図である。実施の形態１のレジスト除去装置は、断面凹状ウエハ１のウエハ主要部１ａの表面上に形成されるレジスト２を除去するために最適化された構造のノズル３Ａを有している。
以下、ノズル３Ａの構造について具体的に説明する。ノズル３Ａは中心にオゾン溶液の一つであるオゾン水を供給するため、中央から下方に従い中心から外側に広がる断面視テーパー構造を有し、かつ、平面視円状の供給口３１が設けられた供給面３０を底面に形成している。
ノズル３Ａは、供給口３１を含む供給面３０を底面とした略円柱構造で全体が形成され、供給面３０は、ウエハ主要部１ａの表面より少し狭く、かつ、ウエハ主要部１ａの表面内に収まる形状を有している。具体的には、断面凹状ウエハ１におけるウエハ主要部１ａの表面形状が直径１９４〜１９５ｍｍの円状で形成されているのに対し、供給面３０の表面形状は供給口３１を含めて直径１９０ｍｍ程度の円状に形成されている。
したがって、ウエハ主要部１ａの中心と供給面３０の中心とを平面視一致させた状態でノズル３Ａをウエハ主要部１ａの表面（レジスト２の形成領域）に近づけることにより、ウエハ内部空間１０内に供給面３０を配置することができる。すなわち、ウエハ外周部１ｂの内面との間に２．０ｍｍ程度の空隙を確保しながら、ウエハ内部空間１０内においてノズル３Ａの供給面３０をウエハ主要部１ａの表面に１．０ｍｍ以下の至近距離に配置することができる。
このように、実施の形態１のレジスト除去装置におけるノズル３Ａはウエハ主要部１ａの表面に非接触状態で対向して至近距離隔てて配置するように形成された、供給面３０含む供給部構造を全体構造として有していることを特徴としている。
次に、図１で示した実施の形態１のレジスト除去装置を用いた、断面凹状ウエハ１のウエハ主要部１ａの表面上に形成されたレジスト２の除去方法である、レジスト除去方法を説明する。なお、以下ではレジスト２は１．０ｍｍに対し無視できるレベル（μｍオーダ）の薄膜であるため、説明の都合上、レジスト２の膜厚を無視して説明する。
まず、ステップ(a) において、中心にオゾン水の供給口３１が設けられた供給面３０を有するノズル３Ａを準備する。このノズル３Ａは、前述したように、ウエハ内部空間１０内にウエハ外周部１ｂと接触することなく、ウエハ主要部１ａの表面に対向して非接触状態で至近距離に供給面３０を配置するように形成された供給部構造を有している。
次に、ステップ(b) において、ウエハ内部空間１０内（図３参照）において、供給面３０の中心とウエハ主要部１ａの中心とを平面視一致させながら、供給面３０とウエハ主要部１ａの表面との間隔が１．０ｍｍ以下に達するように、供給面３０をウエハ主要部１ａの表面上に近接配置する（図１参照）。この際、ウエハ外周部１ｂの（側部）内面とノズル３Ａの（側部）外面との空隙を２．０ｍｍ程度確保できるため、ノズル３Ａとウエハ外周部１ｂとの間の非接触状態を安定性良く保つことができる。なお、ウエハ外周部１ｂの内面とノズル３Ａの外面との空隙は短くとも１．０ｍｍ程度になることが望ましい。
そして、ステップ(c) において、供給口３１からオゾン水を供給して、レジスト２をウエハ主要部１ａの表面から除去する。この際、ウエハ主要部１ａの表面の略全体上にノズル３Ａの供給面３０を配置することができる。例えば、ウエハ主要部１ａの直径が１９４ｍｍで、供給面３０の直径が１９０ｍｍの場合、ウエハ主要部１ａの表面の約９６％の領域上に供給面３０を対向配置することができる。
このように、実施の形態１のレジスト除去装置を用いたレジスト除去方法は、断面凹状ウエハ１に対し、上記ステップ(b)でウエハ主要部１ａの表面から１．０ｍｍ以下の至近距離に供給面３０を配置して、ステップ(c)でオゾン水によりレジスト２をウエハ主要部１ａの表面から除去している。したがって、ステップ(c)の実行によるレジスト２の除去時における除去レート及び面内均一性（均一性良くレジスト２を除去できる）の向上を図ることができる効果を奏する。
したがって、実施の形態１のレジスト除去装置を用いたレジスト除去方法により、ウエハ主要部１ａの表面上に形成されたレジスト２を良好に除去できるため、断面凹状ウエハ１に形成される半導体装置の歩留まりの向上、及び長寿命化を図ることができる。
なお、上記効果を達成するには、供給口３１から供給するオゾン水をレジスト２にほぼ均一に供給すべく、ウエハ主要部１ａの少なくとも９０％以上の領域を供給面３０が覆うノズル３Ａの形状が望まれる。すなわち、供給面３０がウエハ主要部１ａに比べ小さすぎるノズル形状では上記効果を発揮することは実質的に困難となる。
また、実施の形態１のレジスト除去装置で用いたノズル３Ａは、供給面３０を底面とした柱構造で全体が形成されているため、比較的簡単な構造で、断面凹状ウエハ１に対し、ウエハ主要部１ａの表面から至近距離に供給面３０を配置することができる。
＜実施の形態２＞
図２はこの発明の実施の形態２であるレジスト除去装置のノズル構造を示す断面図である。実施の形態２のレジスト除去装置は、断面凹状ウエハ１のウエハ主要部１ａの表面上に形成されるレジスト２を除去するために最適化された構造のノズル３Ｂを有している。
以下、ノズル３Ｂの構造について具体的に説明する。ノズル３Ｂは中心にオゾン水の供給口３１が設けられた供給面３２を底面に有している。
ノズル３Ｂは、ノズル３Ａと同様の供給口３１を含む供給面３２を底面とした円柱構造で下部３Ｌが形成され、供給面３２は、実施の形態１の供給面３０と同様、ウエハ主要部１ａの表面より狭く、かつ、ウエハ主要部１ａの表面内に収まる形状を有している。一方、ノズル３Ｂの上部３Ｕは、断面凹状ウエハ１の全体（ウエハ主要部１ａ＋ウエハ外周部１ｂ）の平面形状を上回る平面形状で形成されている。したがって、図２に示すように、ノズル３Ｂは下部３Ｌより上部３Ｕが外周方向に突出した段差を有する断面形状を呈している。
したがって、実施の形態２のレジスト除去装置は、実施の形態１のレジスト除去装置と同様、ウエハ主要部１ａの中心と供給面３２の中心とを平面視一致させた状態でノズル３Ｂをウエハ主要部１ａの表面（レジスト２の形成領域）に近づけることにより、ウエハ内部空間１０内に供給面３２を近接配置することができる。
なお、供給面３２を最もウエハ主要部１ａの表面に近づけた状態においても、ノズル３Ｂの上部３Ｕの底面がウエハ外周部１ｂの先端部分に接触しないようにノズル３Ｂの下部３Ｌの高さが設定されている。例えば、ノズル３Ｂの厚みが１０ｍｍ程度の場合、上部３Ｕ及び下部３Ｌは共に５ｍｍ程度の厚みで形成される。
このように、実施の形態２のレジスト除去装置におけるノズル３Ｂは、ウエハ主要部１ａの表面に非接触状態で対向して配置するように形成されるように形成された、供給面３２を含む供給部構造を下部３Ｌに有することを特徴としている。
図２で示した実施の形態２のレジスト除去装置を用いたレジスト除去方法は、実施の形態１のレジスト除去方法と同様なステップ(a)〜(c)を経て行われる。すなわち、供給面３０を有する供給部構造（ノズル３Ａ全体）が供給面３２を有する供給部構造（ノズル３Ｂの下部３Ｌ）に置き換わる点を除いて、実施の形態１と同様に行われる。
このように、実施の形態２のレジスト除去装置で用いるノズル３Ｂは、供給面３２を底面とした柱構造で下部３Ｌが形成されているため、上部３Ｕの構造を任意に設定しつつ、比較的簡単な構造で、断面凹状ウエハ１に対しても、ウエハ主要部１ａから至近距離に供給面３２を配置することができる。
その結果、実施の形態２のレジスト除去装置は、実施の形態１と同様、レジスト２の除去時における除去レート及び面内均一性の向上を図ることができる。
なお、実施の形態１と実施の形態２とを比較した場合、実施の形態１のノズル３Ａの方が構造が簡単なこと、実施の形態２のように、上部３Ｕのウエハ外周部１ｂ上方の外周領域が経年変化によって損傷もない点で優れている。
＜変形例＞
実施の形態１のレジスト除去装置のノズル３Ａ及び、実施の形態２のレジスト除去装置のノズル３Ｂの材質として一般的には樹脂、石英等が考えられる。
しかしながら、実施の形態１及び実施の形態２では、ノズル３Ａ及びノズル３Ｂの供給面３０及び供給面３２をウエハ主要部１ａの表面におけるレジスト２の形成面に精度良く近接配置することを考慮し、ノズル３Ａ及びノズル３Ｂの材質としてチタンを用いる変形例を採用することが望ましい。
上述したように、実施の形態１及び実施の形態２の変形例として、ノズル３Ａ及びノズル３Ｂの構成材料としてチタンを用いることにより、ウエハ主要部１ａの表面から至近距離にノズル３Ａ（３Ｂ）の供給面３０（３２）を配置に対し、レジスト除去時におけるオゾン水耐性（オゾン溶液耐性）の向上及びノズル３Ａ（３Ｂ），ウエハ主要部１ａ間の正確な間隔制御を図ることができる効果を奏する。
以下、この点を詳述する。チタン以外の例えば樹脂をノズル３Ａ及び３Ｂの構成材料として用いた場合、レジスト２の除去時に供給面３０（３２）がオゾン水（オゾン溶液）によってエッチングされたり、酸化されたりすることにより表面形状を一定に保つことができず、変形または変質してしまうという懸念材料がある。しかしながら、オゾン水耐性の高いチタンをノズル３Ａ（３Ｂ）の構成材料とする変形例を採用することにより、上記懸念材料を払拭してオゾン水耐性の向上を図ることができる。なお、オゾン水耐性効果はノズル３Ａの構成材料として石英を用いた場合においても同様に期待できる。
さらに、チタンをノズル３Ａ及び３Ｂの構成材料として用いた場合、チタンは石英等に比べ光透過性に優れているため、ノズル３Ａ（３Ｂ）の供給面３０（３２），ウエハ主要部１ａの表面間における距離（近接距離）を正確に測定することができる。その結果、常に上記近接距離を測定することにより、測定結果に基づき上記近接距離が正確に一定値を保つように制御が行えるため、上記近接距離の正確な間隔制御が行える効果を奏する。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１ 断面凹状ウエハ、１ａ ウエハ主要部、１ｂ ウエハ外周部、２ レジスト、３Ａ，３Ｂ ノズル、４ 吸着ステージ、３０，３２ 供給面、３１ 供給口。

Claims (5)

  1. 主要部と、前記主要部の外周に沿って形成され前記主要部の表面より高い位置で突出する突出外周部とを有し、前記主要部の表面上にレジストが形成されたウエハに対するレジスト除去装置であって、
    中心にオゾン溶液の供給口が設けられた供給面を底部に有するノズルを備え、
    前記ノズルは、前記突出外周部と前記主要部の表面との間に形成されるウエハ内部空間内に前記突出外周部と接触することなく、前記供給面が前記主要部の表面に非接触状態で対向して配置するように形成された、前記供給面を含む供給部構造を有し、
    前記供給面は、前記主要部の表面より狭く、前記主要部の９０％以上の領域を覆う形状を有することを特徴とする、
    レジスト除去装置。
  2. 請求項１記載のレジスト除去装置であって、
    前記ノズルは、前記供給口を含む前記供給面を底面とした柱構造で全体が形成され、
    前記供給部構造は前記ノズルの全体構造を含み、
    前記供給面は、前記主要部の表面内に収まる形状を有する、
    レジスト除去装置。
  3. 請求項１記載のレジスト除去装置であって、
    前記ノズルは、前記供給口を含む前記供給面を底面とした柱構造で下部が形成され、
    前記供給部構造は前記下部の構造を含み、
    前記供給面は、前記主要部の表面内に収まる形状を有する、
    レジスト除去装置。
  4. 請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載のレジスト除去装置であって、
    前記ノズルはチタンを構成材料とすることを特徴とする、
    レジスト除去装置。
  5. 主要部と、前記主要部の外周に沿って形成され前記主要部の表面より高い位置で突出する突出外周部とを有し、前記主要部の表面上にレジストが形成されたウエハに対するレジスト除去方法であって、
    (a) 中心にオゾン溶液の供給口が設けられた供給面を有するノズルを準備するステップを備え、前記ノズルは、前記突出外周部と前記主要部の表面との間に形成されるウエハ内部空間内に前記突出外周部と接触することなく、前記供給面が前記主要部の表面に対向して非接触状態で配置するように形成された、前記供給面を含む供給部構造を有し、前記供給面は、前記主要部の表面より狭く、前記主要部の９０％以上の領域を覆う形状を有し、
    (b) 前記ウエハ内部空間内において、前記供給面と前記主要部の表面との間隔が１．０ｍｍ以下に達するように、前記供給部構造を前記主要部の表面上に配置するステップと、
    (c) 前記供給口からオゾン溶液を供給して、前記レジストを前記主要部の表面から除去するステップとをさらに備える、
    レジスト除去方法。
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