JPH01233727A - Surface treatment and apparatus therefor - Google Patents

Surface treatment and apparatus therefor

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JPH01233727A
JPH01233727A JP6171988A JP6171988A JPH01233727A JP H01233727 A JPH01233727 A JP H01233727A JP 6171988 A JP6171988 A JP 6171988A JP 6171988 A JP6171988 A JP 6171988A JP H01233727 A JPH01233727 A JP H01233727A
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JP
Japan
Prior art keywords
wafer
surface treatment
nitrous oxide
active oxygen
oxide gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP6171988A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayoshi Oosakatani
大坂谷 隆義
Eisuke Nishitani
英輔 西谷
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01233727A publication Critical patent/JPH01233727A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To shorten the time for a surface treatment of an object to be treated by a method wherein active oxygen obtained by irradiating ultraviolet rays onto nitrous oxide gas is supplied to the surface of the object to be treated and a prescribed surface treatment is executed in order to dissociate active oxygen O (<1>D) of high concentration. CONSTITUTION:A wafer 6 is placed on the surface of a wafer stage 5; the stage 5 is started to turn. When a valve 11 of a nitrous oxide gas supply source 2 is opened, nitrous oxide gas is introduced into a treatment chamber 1 through a pipe 3 and is diffused to the whole surface of the wafer 6 through a slight gap between the surface of the stage 5 and a glass sheet 8. An excitation reaction is caused by ultraviolet rays radiated from a lamp 9, and active oxygen 0 (<1>D) of high concentration is dissociated; accordingly, a resist which has been applied to the surface of the wafer 6 is oxidized and decomposed quickly to a volatile low molecule such as CO2, H2O, N2 or the like. By this setup, the time for a surface treatment of an object to be treated, i.e. the water 6, can be shortened.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は、紫外線の照射によって得られる活性酸素を利
用する表面処理技術に関し、例えば、半導体ウェハのレ
ジスト除去などに適用して有効な技術に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 オゾンガスと紫外線とを利用する半導体ウェハ(以下、
ウェハという)のレジスト除去技術については、例えば
、株式会社工業調査会、昭和56年11月10日発行の
「電子材料・1981年別冊JP137〜P148に説
明がある。 上記レジスト除去技術は、ウェハの表面にホトレジスト
からなるパターンを形成し、これをマスクとして絶縁膜
や金属膜を形成した後−1不要となったレジストを除去
するプロセスである。 レジスト除去の方式としては、従来、レジスト剥離液に
よる湿式法が用いられていたが、近年、ウェハプロセス
のドライ化、超清浄化に伴って、オゾンガスと紫外線と
を利用する方法(以下、オゾンガス/紫外線法という)
あるいはプラズマ法などの乾式法が利用されるようにな
った。 特に、オゾンガス/紫外線法は、プラズマ法などに比べ
て被処理物へのダメージが少ないという利点を有してお
り、レジスト除去のみならず、ウェハの表面洗浄や表面
改質などの用途にも利用されつつある。 オゾンガス/紫外線法によるレジスト除去の機構は、酸
素ガスに波長1849人、2537人の紫外線を照射し
て得られるオゾンガスの励起反応によって解離した活性
酸素0(’D)がレジストを酸化してCO2+ H20
,N 2などの揮発性低分子に分解するものと説明され
ている。 また、このオゾンガス/紫外線法を利用してレジスト除
去を行う装置は、通常、処理室内にウェハを載置するス
テージと紫外線源とを設け、ステージと紫外線源との間
に導入された酸素ガスの一部をオゾンガスに変換し、酸
素ガスとオゾンガスとの励起反応によって得られる活性
酸素をウェハの表面に供給してレジストの酸化分解を行
う構造となっている。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記オゾンガス/紫外線法を用いた従来のレジスト除去
技術においては、処理室に酸素ガスのみを導入してウェ
ハの表面近傍でオゾンガスを発生させていたので、励起
反応によって解離する活性rasの濃度が低く、従って
、レジストを除去するのに長時間を要するという欠点が
あった。 そこで、処理室と酸素ガス供給源とを接続する配管の中
途にオゾン発生装置を接続し、このオゾン発生装置内で
あらかじめ酸素ガスの一部をオゾンガスに変換してから
処理室に導入することによって、高濃度の活性酸素を解
離させる方式が採用されるようになった。 しかしながら、このような方式を採用しても、なおレジ
ストを除去するのに多くの時間を要しており、これがウ
ェハプロセスのスループット向上を妨げる一因となって
いる。 また、ウェハの表面に未分解のレジスト残滓が残ること
があり、これがウェハプロセスの歩留り向上を妨げる一
因となっている。 本発明は、上記した問題点に着目してなされたものであ
り、その目的は、紫外線の照射によって解離する活性酸
素を利用した表面処理技術において、その処理速度を向
上させることのできる技術を提供することにある。 本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴とは、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。 〔課題を解決するための手段〕 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。 すなわち、亜酸化窒素ガスに紫外線を照射して得られる
活性酸素を被処理物の表面に供給して所定の表面処理を
行う表面処理方法である。 また、被処理物が収容される処理室に亜酸化窒素ガス供
給源を連結するとともに、この処理室内に紫外線源を配
°設した表面処理装置構造である。 〔作用〕 上記した手段によれば、紫外線の照射を受けた亜酸化窒
素ガスの励起反応によって活性酸素が生ずるが、この励
起反応の量子収率が酸素/オゾン混合ガスに紫外線を照
射した場合の量子収率よりも高いので、より多くの活性
酸素が得られることになる。 〔実施例〕 第1図は本発明の一実施例であるレジスト除去装置の要
部断面図である。 本実施例の表面処理装置は、半導体装置の製造プロセス
で使用されるレジスト除去装置に適用されたものであり
、その主要部は、処理室1と、亜酸化窒素ガス供給源2
と、これらを連結する配管3とから構成されている。 壁面がアルミナなどの耐食性材料から構成された処理室
lの内部中央には、モータ4によって所定の速度で回転
されるウェハステージ5が設置され、その上面に載置さ
れるウェハ6がウェハステージ5に内蔵されたヒータ(
図示せず)によって所定の温度に加熱されるようになっ
ている。 処理室1の底部には、処理室1の内部のガスを排気する
ための排気管7が接続されている。 ウェハステージ5の上方には、石英ガラスなどからなる
透明なガラス板8が水平に架設され、その中央部に配管
3の開口端が配設されている。 ガラス板8の上方には、多数の低圧水銀ランプ(紫外線
源)9が所定の間隔を置いて配設され、ウェハステージ
5の上面に紫外線が均一に照射されるようになっている
。 処理室1の上部壁面には、反射板10が設置され、上方
に放射された紫外線がウェハステージ5の方向に反射さ
れるようになっている。 フッ素樹脂などの耐食性材料からなる配管3を介して上
記処理室1に連結された亜酸化窒素ガス供給源2には、
例えば、硝酸アンモニウムが充填され、図示しない加熱
源によって硝酸アンモニウムを加熱すると、その熱分解
によって所定量の亜酸化窒素ガス(N20)が発生する
ようになっている。 次に、上記レジスト除去装置を用いたレジスト除去方法
を説明する。 まず、ホトレジストの塗布、露光、現像、エツチングの
各工程を完了したウェハ6が図示しない開口部から処理
室1の内部に搬入され、ホトレジストが被着された面を
上向きにしてウェハステージ5の上面に載置されると、
ウェハステージ5が所定速度で回転を開始する。ここで
、処理室1内では低圧水銀ランプ9が点灯しており、ま
た、ウェハステージ5は所定の温度に加熱されている。 次いで、亜酸化窒素ガス供給源2のバルブ11が解放さ
れると亜酸化窒素ガスが配管3を通って処理室1に導入
され、ウェハステージ5の上面とガラス板8との僅かな
隙間を通ってウェハ6の表面全体に拡散する。 すると、低圧水銀ランプ9から照射される紫外線によっ
て、下記に示すような励起反応が生じ、高濃度の活性酸
素0(’D)が解離するので、ウェハ6の表面に被着さ
れたレジストが速やかにCO,。 N20.N2 などの揮発性低分子に酸化分解される。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a surface treatment technology that utilizes active oxygen obtained by irradiation with ultraviolet rays, and relates to a technology that is effective when applied to, for example, resist removal from semiconductor wafers. [Prior art] Semiconductor wafers (hereinafter referred to as
The resist removal technology for wafers (referred to as wafers) is explained, for example, in "Electronic Materials 1981 Special Issue JP137-P148, published by Kogyo Research Institute Co., Ltd., November 10, 1981. This is a process in which a pattern made of photoresist is formed on the surface, and after forming an insulating film or metal film using this as a mask, the resist that is no longer needed is removed. Conventionally, the resist removal method has been to use a resist stripping solution. A wet method was used, but in recent years, as wafer processes have become drier and ultra-clean, a method that uses ozone gas and ultraviolet rays (hereinafter referred to as the ozone gas/ultraviolet rays method) has been introduced.
Alternatively, dry methods such as plasma methods have come to be used. In particular, the ozone gas/ultraviolet ray method has the advantage of causing less damage to the processed object compared to plasma methods, etc., and can be used not only for resist removal but also for wafer surface cleaning and surface modification. It is being done. The mechanism of resist removal using the ozone gas/ultraviolet method is that the active oxygen 0 ('D) dissociated by the excitation reaction of the ozone gas obtained by irradiating oxygen gas with ultraviolet rays with wavelengths of 1849 and 2537, oxidizes the resist and produces CO2+ H20.
, N2, and other volatile low molecules. Additionally, equipment that uses this ozone gas/ultraviolet light method to remove resist usually has a stage on which the wafer is placed and an ultraviolet source in the processing chamber, and an oxygen gas introduced between the stage and the ultraviolet source. The structure is such that a portion of the resist is converted into ozone gas, and the active oxygen obtained through an excited reaction between oxygen gas and ozone gas is supplied to the surface of the wafer to oxidize and decompose the resist. [Problems to be Solved by the Invention] In the conventional resist removal technology using the ozone gas/ultraviolet light method described above, only oxygen gas was introduced into the processing chamber and ozone gas was generated near the surface of the wafer. The concentration of active RAS dissociated by the method is low, and therefore it takes a long time to remove the resist. Therefore, an ozone generator is connected to the middle of the piping connecting the processing chamber and the oxygen gas supply source, and a portion of the oxygen gas is converted into ozone gas in advance before being introduced into the processing chamber. , a method that dissociates high concentrations of active oxygen has been adopted. However, even if such a method is adopted, it still takes a lot of time to remove the resist, which is one of the reasons for hindering the improvement of the throughput of wafer processing. Furthermore, undecomposed resist residue may remain on the surface of the wafer, which is one of the factors that hinders the improvement of yield in the wafer process. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a technology that can improve the processing speed in surface treatment technology that utilizes active oxygen that is dissociated by irradiation with ultraviolet rays. It's about doing. The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings. [Means for Solving the Problems] A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows. That is, this is a surface treatment method in which active oxygen obtained by irradiating nitrous oxide gas with ultraviolet rays is supplied to the surface of the object to be treated to perform a predetermined surface treatment. Furthermore, the surface treatment apparatus has a structure in which a nitrous oxide gas supply source is connected to a processing chamber in which the object to be processed is accommodated, and an ultraviolet light source is disposed within this processing chamber. [Operation] According to the above-mentioned means, active oxygen is generated by the excitation reaction of nitrous oxide gas irradiated with ultraviolet rays, but the quantum yield of this excitation reaction is the same as that when the oxygen/ozone mixed gas is irradiated with ultraviolet rays. Since it is higher than the quantum yield, more active oxygen can be obtained. [Embodiment] FIG. 1 is a sectional view of a main part of a resist removing apparatus which is an embodiment of the present invention. The surface treatment apparatus of this embodiment is applied to a resist removal apparatus used in the manufacturing process of semiconductor devices, and its main parts include a treatment chamber 1 and a nitrous oxide gas supply source 2.
and a pipe 3 that connects these. A wafer stage 5 rotated at a predetermined speed by a motor 4 is installed at the center of a processing chamber l whose walls are made of a corrosion-resistant material such as alumina, and a wafer 6 placed on the upper surface of the wafer stage 5 is installed. Built-in heater (
(not shown) to a predetermined temperature. An exhaust pipe 7 for exhausting gas inside the processing chamber 1 is connected to the bottom of the processing chamber 1 . A transparent glass plate 8 made of quartz glass or the like is installed horizontally above the wafer stage 5, and the open end of the pipe 3 is disposed in the center thereof. A large number of low-pressure mercury lamps (ultraviolet light sources) 9 are arranged at predetermined intervals above the glass plate 8 so that the upper surface of the wafer stage 5 is uniformly irradiated with ultraviolet light. A reflecting plate 10 is installed on the upper wall surface of the processing chamber 1 so that the ultraviolet rays emitted upward are reflected in the direction of the wafer stage 5. A nitrous oxide gas supply source 2 connected to the processing chamber 1 via a pipe 3 made of a corrosion-resistant material such as fluororesin includes:
For example, when ammonium nitrate is filled and the ammonium nitrate is heated by a heating source (not shown), a predetermined amount of nitrous oxide gas (N20) is generated by its thermal decomposition. Next, a resist removing method using the above resist removing apparatus will be explained. First, the wafer 6 that has undergone the photoresist coating, exposure, development, and etching steps is carried into the processing chamber 1 through an opening (not shown), and is placed on the upper surface of the wafer stage 5 with the photoresist-coated surface facing upward. When placed on the
The wafer stage 5 starts rotating at a predetermined speed. Here, the low-pressure mercury lamp 9 is lit in the processing chamber 1, and the wafer stage 5 is heated to a predetermined temperature. Next, when the valve 11 of the nitrous oxide gas supply source 2 is released, nitrous oxide gas is introduced into the processing chamber 1 through the pipe 3 and passes through the small gap between the top surface of the wafer stage 5 and the glass plate 8. and diffuses over the entire surface of the wafer 6. Then, the ultraviolet rays irradiated from the low-pressure mercury lamp 9 cause an excitation reaction as shown below, and the highly concentrated active oxygen 0 ('D) dissociates, so that the resist deposited on the surface of the wafer 6 is quickly removed. CO,. N20. Oxidatively decomposed into volatile low molecules such as N2.

〔0〕=活性酸素 1/ν1 =λ+<340nm 1/ν2=λz<242nm l/ν3 =λs<310nm このように、本実施例によれば、次の効果を得ることが
できる。 (1)、亜酸化窒素ガスに紫外線を照射した際に引き起
こされる励起反応の量子収率は、酸素/オゾン混合ガス
に紫外線を照射した場合の量子収率よりも高いので、酸
素/オゾン混合ガスを用いた場合よりも高濃度の活性酸
素0CO)を解離させることができる。 (2)、上記(1)により、レジストの酸化分解時間が
短縮されるので、レジスト除去工程のスループットが向
上し、ひいては、半導体装置の製造コスト低減が促進さ
れる。 (3)、上記(1)により、ウェハ6の表面のレジスト
残りを有効に防止することができる。 (4)、上記(3)により、レジスト除去工程の歩留り
が向上し、ひいては、半導体装置の信頼性向上が促進さ
れる。 以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。 例えば、亜酸化窒素ガス中に酸素ガス、オゾンガスある
いは酸素/オゾン混合ガスなどを加えてもよい。 また、実施例では、ウェハに対するレジスト除去方法お
よび装置に適用した場合について説明したが、ウェハな
どの洗浄技術に本発明を適用することもできる。 さらに、上記の説明では主として本発明者によってなさ
れた発明をその背景となった利用分野である半導体ウェ
ハの表面処理に適用した場合について説明したが、これ
に限定されるものではなく、光ディスクの表面処理など
、オゾンガス/紫外線法を用いた他の表面処理技術に広
く適用することができる。 〔発明の効果〕 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。 すなわち、亜酸化窒素ガスに紫外線を照射して得られる
活性酸素を被処理物の表面に供給して所定の表面処理を
行うと、亜酸化窒素ガスに紫外線を照射した際に引き起
こされる励起反応の量子収率が、酸素/オゾン混合ガス
に紫外線を照射した場合の量子収率よりも高いので、高
濃度の活性酸素0(’D)が解離され、これにより、被
処理物の表面処理時間が短縮される。
[0] = active oxygen 1/v1 = λ+<340 nm 1/v2 = λz<242 nm l/v3 = λs<310 nm As described above, according to this embodiment, the following effects can be obtained. (1) The quantum yield of the excited reaction caused when nitrous oxide gas is irradiated with ultraviolet light is higher than the quantum yield when oxygen/ozone mixed gas is irradiated with ultraviolet light, so oxygen/ozone mixed gas It is possible to dissociate a higher concentration of active oxygen (0CO) than when using (2) According to the above (1), the oxidative decomposition time of the resist is shortened, so the throughput of the resist removal process is improved, and as a result, the manufacturing cost of semiconductor devices is promoted to be reduced. (3) According to (1) above, it is possible to effectively prevent resist from remaining on the surface of the wafer 6. (4) According to (3) above, the yield of the resist removal process is improved, and as a result, the reliability of the semiconductor device is promoted. As above, the invention made by the present inventor has been specifically explained based on Examples, but the present invention is not limited to the above-mentioned Examples, and it is understood that various changes can be made without departing from the gist thereof. Needless to say. For example, oxygen gas, ozone gas, oxygen/ozone mixed gas, or the like may be added to nitrous oxide gas. Further, in the embodiments, the case where the present invention is applied to a resist removal method and apparatus for wafers has been described, but the present invention can also be applied to cleaning techniques for wafers and the like. Further, in the above explanation, the invention made by the present inventor is mainly applied to the surface treatment of semiconductor wafers, which is the background application field, but the present invention is not limited to this, and the invention is not limited to this. It can be widely applied to other surface treatment techniques using ozone gas/ultraviolet light methods, such as treatment. [Effects of the Invention] The effects obtained by typical inventions disclosed in this application are briefly explained below. In other words, when a specified surface treatment is performed by supplying active oxygen obtained by irradiating nitrous oxide gas with ultraviolet rays to the surface of the workpiece, the excited reaction caused when nitrous oxide gas is irradiated with ultraviolet rays is activated. Since the quantum yield is higher than the quantum yield when ultraviolet rays are irradiated to an oxygen/ozone mixed gas, a high concentration of active oxygen 0 ('D) is dissociated, which shortens the surface treatment time of the object to be treated. be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例であるレジスト除去装置の要
部断面図である。 1・・・処理室、2・・・亜酸化窒素ガス供給源、3・
・・配管、4・・・モータ、5・・・ウェハステージ、
6・・・半導体ウェハ(被処理物)、7・・・排気管、
8・・・ガラス板、9・・・低圧水銀ランプ(紫外線源
)、10・・・反射板、11・・・パルプ。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a resist removing apparatus which is an embodiment of the present invention. 1... Processing chamber, 2... Nitrous oxide gas supply source, 3.
...Piping, 4...Motor, 5...Wafer stage,
6... Semiconductor wafer (processed object), 7... Exhaust pipe,
8...Glass plate, 9...Low pressure mercury lamp (ultraviolet light source), 10...Reflector plate, 11...Pulp.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、亜酸化窒素ガスに紫外線を照射して得られる活性酸
素を被処理物の表面に供給して所定の表面処理を行うこ
とを特徴とする表面処理方法。 2、請求項1記載の亜酸化1素ガスに酸素ガスまたはオ
ゾンガスの少なくとも一方を加えたことを特徴とする表
面処理方法。 3、被処理物が収容される処理室に亜酸化窒素ガス供給
源を連結するとともに、前記処理室内に紫外線源を配設
したことを特徴とする請求項1記載の方法に用いる表面
処理装置。
[Scope of Claims] 1. A surface treatment method characterized by carrying out a predetermined surface treatment by supplying active oxygen obtained by irradiating nitrous oxide gas with ultraviolet rays to the surface of the object to be treated. 2. A surface treatment method characterized in that at least one of oxygen gas and ozone gas is added to the suboxide gas according to claim 1. 3. The surface treatment apparatus used in the method according to claim 1, further comprising a nitrous oxide gas supply source connected to the processing chamber in which the object to be treated is accommodated, and an ultraviolet light source disposed within the processing chamber.
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