JPH02288332A - 半導体ウェーハからパターンが描かれた焼成後のフォトレジスト層を除去する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １匪へＬｌ 本発明は、半導体ウェーハ及び／又はハイブリッド基板
からフォトレジストを剥離するためのシステムに係わる
。本発明は、このような剥離を行う方法にも係わる。

前記剥離操作は、適当なレーザのごとき光源又は他の高
エネルギー源をエネルギー源とする走査技術によって行
う。エネルギーは、基板の電子的特性に悪影響を与える
ことなくフォＩ・レジストを完全に除去できるように作
用させる。

１吐へ１１ 本発明は半導体装置の製造及びハイブリッド回路に係わ
る。半導体装置は近年、電子工学特にコンピューター技
術分野で極めて重要な役割を果たすようになった。この
種の製品の取引額は年間数十億米ドルのオーダーに及ぶ
。半導体ウェーハ及びハイブリッド製造時に繰り返し実
施されるステップの１つはフォトレジストコ−ティング
ある。このコーティングは各ステップが終了する毎に除
去しなければならない。ウェーハの大きさは約２．５ｃ
ｍ〜約２０ｃｍ又はそれ以上である。各Ｍ　３ｍステッ
プにおいてフォトレジストを本質的に完全に除去するこ
とは重要な問題であり、現在は主に２つの方法で実施さ
れている。そのうちの１つは湿式化学プロセスに基づく
方法であり、もう１つはプラズマの使用を基礎とする方
法である。これら既存の方法は、かなり極端な条件を使
用しないとフォトレジストを完全に除去することができ
ないという欠点を有する。このような過激な方法を使用
すると、ウェーハ基板及び／又はウェーハ上のコンポー
ネントに損傷が生じ得る。

このようなウェーハの製造時には、製造過程中に１〜約
１５層又はそれ以上のフォトレジストコーティングが形
成される。

本発明の目的は、化学的溶解並びに酸化雰囲気下プラズ
マ発生器内での反応性気体の使用に基づく既存の方法の
欠点を解消することにある。これら既存の方法ではウェ
ーハの領域の一部分にフォトレジストが残ることが多く
、またプラズマ使用中に損傷が生じることもある。これ
らの現象はいずれも製品の廃棄につながり、従って装置
の製造単価を上げる要因となる。

ル固ｍ 本発明は半導体装置及びハイブリッド回路の製造時にフ
ォトレジストを本質的に完全に除去する方法に係わる。

本発明の方法は、ウェーハ表面を高エネルギービームで
走査することからなる。ウェーハ単位面積当たりのビー
ムのエネルギーは、前述のごとき完全な除去に必要な閾
値エネルギーより大きいが、半導体基板又はウェーハ表
面上のコンポーネンＩ・を損傷し得るエネルギー閾値よ
りは小さい。

このようにして実施されるフォトレジストの除去は本質
的に完全であり、所要時間も短い。高エネルギービーム
としては光ビームを使用し得る。

電磁放射線タイプの別のビームを適当な単位面積当たり
エネルギー量で使用してもよい。

高エネルギービームは短いパルスの形態で使用できる。

連続放射線源を使用してもよい。少なくともウェーハの
寸法の１つに等しい長さの狭くて細長いビームを使用す
るか、又はウェーハ表面を狭くて細長いビームにより複
数のステップで走査すると良好な結果が得られる。単位
面積当たりのｎ置時間は、望ましくはない副作用を伴わ
ずにフォトレジストが完全に除去されるように選択する
。

エネルギー源の波長を１５０ｎｍ〜１１．０００ｎｍの
範囲で変えながら実験を行った。有利には、パルス化レ
ーザをエネルギー源として使用し得る。パルス持続時間
はナノ秒の範囲にする。レーザビームは不活性雰囲気又
は化学反応雰囲気で使用し得る。

このような短いパルスを使用すると、フォトレジストが
光エネルギーを吸収してその結果除去されることになる
が、フォトレジストの熱伝導率が低いために樹脂の下側
の層に伝達されるエネルギーは限定され、従って有害な
副作用は生じない。フォトレジストコーティングの厚み
は一般に約１〜１０ミクロンのオーダーであり、通常は
２ミクロン程度である。使用するエネルギーの量は、フ
ォトレジストの厚み及び種類、並びに使用エネルギービ
ームの波長及びフォトレジストによる吸収率に応じて決
定する。必要なエネルギーは、１５０ｎｍ〜１１．００
０ｎｍの波長範囲で通常約１０ｆｆｌＪ〜約１０１００
Ｏ／ａｍ２、好ましくは５０ｍＪ〜３００ｍＪ／ｃ翔２
である。

他のエネルギービームを使用する場合も同程度の単位面
積当たりエネルギーで作用させる必要がある。その場合
に考慮しなければならない点の１つは、フォトレジスＩ
・によるエネルギーの吸収率である。

本発明の方法は乾燥雰囲気下で実施される。ウェーハは
自由雰囲気下におくか、又は内部雰囲気が調節雰囲気で
あり得る適当な容器の中に配置する。

不活性雰囲気が望まれる場合には、不活性ガス又はその
混合物からなる雰囲気を使用し得る。適当なガスはヘリ
ウム、アルゴン、窒素等、又はこれらガスの任意の混合
物である。

本発明の方法は反応性雰囲気、例えば酸素、オゾン、酸
素化合物、四塩化炭素蒸気、三ツ・ソ化窒素等のような
雰囲気下でも実施できる。この反応性雰囲気は照射の前
及び／又は最中又は後で適用する。処理するウェーハに
は外部Ｃ１１ｌ又は別の光源によってエネルギーを作用
させることもでき、このようにすればエネルギービーム
での走査によって作用するエネルギーが節減される。ウ
ェーハの表面をフォトレジストの除去に適した単位面積
当たりのエネルギーに暴露させるためには、エネルギー
ビームをウェーハ表面全体にわたって移動させるか又は
ウェーハをビームに対して移動させればよい。

一例として、パルス持続時間約１０ナノ秒、パルス周波
数１００ＨｚのＥｘｃｉｎｅｒタイプのレーザを使用す
る場合には、３“ｘ３”のウェーハを幅０．５＋ｎ＋ｎ
、波長１９３ｎｍの光ビームにより約７ｍｍ１秒の直線
走査速度で走査すると、ウェーハが面積１ｃｍ２当たり
１００ｍＪ／ｃＩ１１２〜約３００ｍＪ／ａｍ２のエネ
ルギーに暴露されることになる。

本発明は、ウェーハの表面を高エネルギービームに暴露
することによってフォトレジストを除去する装置にも係
わる。有利にはビームを適当な手段によって細い矩形又
は他の幾何学的形態に集束させる。その長さは、エネル
ギービームによって走査すべきウェーハが長さ又は幅の
全長にわたって確実に走査されるように選択する。

光ビームを使用する場合は、通常の光学素子を用いて光
ビームを細い矩形状に集束し得る。前述のごとく、使用
ビームはパルス化ビーム又は連続ビームであってよい。

このエネルギービームの幅は通常約０．２＋ｎｍ〜約１
０＋ａｍ、好ましくは０．３ｎ＋ｍ〜約１ｍｎ＋であり
、長さは約１０ｍｍ〜２００　ｍ　ｍか所望であればそ
れ以上でもよく、走査はビームの長手方向と直交する方
向に行う。ウェーハの全面績は約５〜１００秒又はそれ
以上の時間で走査でき、その結果フォトレジストが本質
的に完全に除去される。

以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発明
をより詳細に説明する。尚、これらの図面は簡単なもの
であり、尺度も正確ではない。

先ず第１図を参照しながら本発明の装置の原理を説明す
る。この図では光源１１が光ビーム１２を送出し、この
ビームが光学レンズ１３、鏡１４及びレンズ１５を介し
て集束され、ウェーハ１７の表面に細長くて狭いビーム
１６を形成している。ウェーハ１７の一部分にはフォト
レジスト１８が残っているが、残りの部分１９はビーム
１６によって既に走査されており従ってフォトレジスト
が除去されている。走査はビームをウェーハ全体にわた
って移動させるか又はウェーハを矢印２０に従い固定光
ビームに対して移動させることにより実施し得る。これ
ら２種類の操作を組合わせてもよい。

第２図の装置はハウジング２１を含み、その中に光源１
１が配置され、この光源から光ビームが光学素子１３、
Ｍ１４及びレンズ１５を介してウェーハ１７の表面に送
られている。フォトレジスト除去処理にかけられる前の
ウェーハはカセット２１内に貯蔵され、フォトレジスト
除去後のウェーハは右方に符号２２で示すように積重さ
れる。この装置はプロセスパラメータを調整するための
手段２３を含む。

本発明の方法は反応性雰囲気下で実施し得る。

このタイプの方法の原理を第３図に示した。第３図では
光源から送出された光３１が光学素子３２によって細長
い矩形ビーム３３の形状に集束し、シャッタ３４を通っ
てウェーハ３５に送られている。

この方法は反応性雰囲気下で行われる。この場合は光ビ
ームが、気体（蒸気）形態の反応物質を分解させる機能
を果たし、その結果生じた反応性物質がフォトレジスト
に作用することになる。分解生成物はチャンバから除去
される。この操作ではウェーハをビームに対して移動さ
せ得、又はその逆でもよい。

この方法はまた、反応性物質を照射の前及び／又は最中
及び／又は後で導入して、フォトレジストの完全な除去
を促進させるように実施することもてきる。

ここで、ウェーハ／ウェーハコンポーネントに対するエ
ネルギー密度の作用を示す第４図のグラフを参照しなが
ら、この方法の臨界パラメータを説明する。このグラフ
では左方から右方にかけてかなり異なる領域が存在して
いる。フォトレジストの除去はエイ・ルギー閾値４１で
始まり、４２までのエネルギー密度範囲ではウェーハに
有害な影響は与えられない。フォトレジストを完全に除
去するための単位面積当たりのエネルギー密度の最適値
は４３〜４４である。線４５の傾斜はフォトレジストの
除去率を表す。

エイ・ルギー密度が少なくと６４６になるとウェーハ基
板及び／又は電子コンポーネントの損傷が始まり、損傷
率は線４７で示されるように単位面積当たりエネルギー
の増加に伴って増加する。Ｘ軸は光ビームパルス当たり
のエネルギーであり得るが、ウェーハがエネルギービー
ムに暴露される時のウェーハ単位面積当たりの作用エネ
ルギーも示し得る。

え１吐り 直径５０ＩＩＩＩ１１のシリコンウェーハ上に、厚さ１
．８μｍのフォトレジスト層を形成した。この層はプロ
セス後に除去しなければならない層である。この除去操
作は波長１９３ｎｍの光ビームを用いて行った。

光源としてはパルス化Ｅｘｃｉ＋ａｅｒレーザを使用し
、パルス繰り返し数１００パルス／秒、パルス持続時間
約１０ナノ秒で操作した。

この光ビームを長さ７５ｍｍｘ　０．５ｎ＋ｎ＋に集束
させ、この矩形光ビームでウェーハを走査した。走査速
度は４Ｉ／秒にした。

このようにしてウェーハの全面積を約２０Ｃ）ｍＪ／ｃ
ｍ２のエネルギーに暴露した。その結果、ウェーハ又は
ウェーハ上の電子コンポーネントへの悪影響を伴わずに
フォトレジストが完全に除去された。

火１ｍ 反応性雰囲気下でフォトレジストの除去を行った。プロ
セスチャンバ内に酸素化合物又はフッ素化合物のような
反応性物質を装入した。これらの反応性物質はｅｘｅｉ
ｍｅｒレーザ又は外部反応器によって形成した。この場
合は反応性物質の反応とレーザビームの反応とが組合わ
されるため、除去がより促進される。波長１９３及び／
又は２４８ｒ＋ｎ＋のレーザビームを５０〜５００ｍＪ
／ｃｍ２のフラックスで使用すると、フォトレジストが
完全に除去された。適当な化合物はＮＦ、タイプ、ＳＦ
、タイプ、又はフッ素化炭化水素タイプの化合物である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置の基本概念
を示す説明図、第２図は本発明の方法を実施するための
装置の説明図、第３図は反応性雰囲気下でのフォトレジ
ストの除去を示す説明図、第４図は本発明の方法の臨界
パラメータを示すグラフである。 １１・・・・・・光源、１２・・・・・・ビーム、１４
・・・・・・鏡、１７・・・・・・ウェーハ、シスト。 １３．１５・・・・・・レンズ、 １８・・・・・・フォトレ 図面の浄書（内容に変更なし） ＰＩＧ、１ Ｐ工Ｇ２ 手続？１１１正書 （方式） ％式％ ２、発明の名称 半々体・クエーハ及び／又はハイブリッド基板から７オ
トレジストを除去するための方法とその装置 補正をする古 事何との関係 特訂出願人 ガルラム・テクノロジー・インダスト・リーズ・ノミテ
ッド 補正指令の日付 平成１年６月３０日 ６、補正の対像 図 面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェーハ及び／又はハイブリッド基板から
   フォトレジストを本質的に完全に除去するための方法で
   あって、基板又はウェーハ上の素子に悪影響を与えるこ
   となくフォトレジストが除去されるようにウェーハの表
   面を高強度ビームで照射することからなり、ウェーハと
   接触するビームの断面がウェーハ面積の一部分又は全部
   を覆う本質的に線状の形状から矩形もしくは他の幾何学
   的形状に至る様々な形状を有する方法。
2. （２）エネルギービームが波長１５０ｎｍ〜１１，００
   ０ｎｍの光ビームであり、フォトレジストに作用するエ
   ネルギーが半導体ウェーハの面積１ｃｍ＾２当たり約１
   ０ｍＪ〜約１Ｊ、又はそれ以上である請求項１に記載の
   方法。
3. （３）ビームが細い矩形の形をした本質的に矩形の断面
   を有し、このビームでウェーハの面積全体を走査してこ
   のビームをウェーハの表面に作用させることからなり、
   このビームを連続形態又は短いパルスの形態で使用し、
   ウェーハ上のフォトレジストの照射を不活性雰囲気又は
   活性雰囲気下で行い、活性雰囲気は照射の前及び／又は
   最中及び／又は後で適用する請求項１に記載の方法。
4. （４）半導体ウェーハの表面からフォトレジストを本質
   的に完全に除去するためのシステムであって、高エネル
   ギービーム源と、ビームを本質的に矩形又は他の幾何学
   的形状の断面を有するように集束させ且つ集束したビー
   ムをウェーハの表面に作用させるべく送る手段と、フォ
   トレジストの除去に適した、但し望ましくない副作用を
   生じる閾値よりは小さい所定の単位面積当たりエネルギ
   ーが適用されるように前記表面を照射する手段とを含む
   装置。
5. （５）パルス化レーザと、ウェーハの表面に細い光ビー
   ムを形成せしめる光学素子と、フォトレジストに作用す
   る単位面積当たりエネルギーを制御する手段と、楔形の
   断面をもつ光ビームを形成する手段と、ウェーハに所望
   の単位面積当たりエネルギーが適用されるようにウェー
   ハの表面を走査する手段とを含み、前記楔形ビームが頂
   点又はその近傍でウェーハに接触する請求項４に記載の
   装置。