JPH03254111A - 薄膜除去装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば半導体素子の製造工程において半導体
基板（ウェハ）の表面に形成されたフォトレジスト等の
薄膜を部分的に除去する際に用いられるＷｉ膜除去装置
に関する。

［従来の技術］ 半導体素子製造の光りソゲラフイエ程では、ウェハの露
光領域に付随して設けられたアライメントマーク（位置
合わせマーク）からの光情報を光電検出することによっ
て、重ね合わせ露光すべきレチクルやマスクとウェハを
アライメントしている。通常、ウェハのアライメントは
、アライメントマークに光を照射し、そのマークからの
反射光散乱光、又は回折光等を充電検出することによっ
て行われる。

しかしながら、露光前のウェハには必然的にレジスト層
が被着されているため、アライメントマークの検出はレ
ジスト層（１〜２μｍの厚さ）を介して行われることに
なる。アライメントを露光装置の投影光学系を介して行
なう場合（ＴＴＬ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓ
）　、投影光学系は強い色収差を有しているのでアライ
メントの際にも露光光と同波長の光を使用する必要があ
るか、当然なから露光光と同波長の光はレジストに吸収
されるため、アライメントマークから発生する光情報か
レジスト層の影響で弱められてしまうという不都合が生
じる。

また、アライメントマークが微少な段差構造をとること
から、マーク周辺でレジスト層の膜厚が不均一になるこ
とは避けられない。このため、薄膜固有の干渉効果がマ
ーク近傍て顕著になったり、あるいはマーク両端でレジ
スト膜厚のムラが非対称になったりすること等によって
アライメント精度が低下してしまう。

更に、パターンの微細化を計るために多層レジストを使
う場合等は、アライメントマークそのものが照明波長の
もとて光学的に見えなくなるといった現象が起こり得る
ため、アライメント精度の確保はなかなか難しい問題と
なっている。

そこて、アライメント動作に先たってエキシマレーザ等
の紫外域の高エネルギーレーザを、マーク上部のレジス
ト層に照射することてレジストを部分的に除去すること
か考えられている。

エキシマレーザのような高強度の紫外光を照射すると、
照射部分か瞬間的にプラズマ発光を伴って分解、飛散す
るＡｂｌａｔｉｖｅ　Ｐｈｏｔｏｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ（ＡＰＤ）反応か起こる。ＡＰＤは有機、無機を
問わず全ての材料て観測される高強度な光照射時、特有
の反応て紫外線を用いた場合の特徴として、 エツチングされる部分の断面かシャープである。

照射部分の熱的な損傷か少ない。

等の利点がある。

前記、レジスト除去はこの紫外線によるＡＰＤ過程に基
づき有機高分子材料からなるレジストの分子結合を分解
し、飛散したレジストの分子を酸化反応によりＣＯ２，
Ｈ、Ｏ等の揮発性物質にＴえてウニへ面上より除去する
ものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記のような従来の技術において、実用的なレ
ジスト等の薄膜の除去速度を得るためには、より大きな
エネルギーのビームをレジストに照射する必要がある。

しかしなから、エキシマレーザ等の高エネルギーレーザ
は数＋ｎ秒程度のパルス状の発光を行なうため、この大
工ネルキーのパルス光がレジスト表面に照射されると表
面部分に急激な温度上昇が生じ、下層部分との熱膨張の
違いから生しる応力のため、表層部のレジストが細片と
なってはじけ飛ぶ現象（ボンピング現象）が起こること
がある。はじけ飛んだレジストの細片はビーム照射領域
の周囲に付着し、レジスト層表面を汚染することとなり
次の製造工程の支障となる。このため、ビームのエネル
ギーの単位面積あたりの大きさには限界がある。

他方、この除去メカニズムの酸化反応を促進するためウ
ェハ全体を加熱しながら、または、高温雰囲気内に於て
エネルギービームを照射することか考えられるか、除去
を必要としない部分のレジストの特性を変えないために
は、レジストの成度を十分な反応速度か得られる様な温
度に設定することか出来ない。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものてあり、薄
膜表面を汚染したり、Ｒｂｉの特性を劣化させたりせす
に、実用に適した速度で薄膜の所望の部分を除去するこ
とのできる薄膜除去装置を提供することを目的とするも
のである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の薄膜除去装置は、支持基板上に被着されたＷ＃
膜の所望の部分をビームの照射によって除去するための
光源を有してなり、上記の課題を達成するために、前記
光源として、薄膜を分解除去する第１ビームを射出する
第１光源と、前記第１ビームによる薄膜の除去反応を促
す第２ビームを射出する第２光源とを備えたものである
。

［作　用］ 本発明においては、ＡＰＤ反応又は薄膜分子のの（分子
）結合の切断、飛散させるための第１光源の他に、Ｆｉ
ｉ膜の除去反応を促進するための第２光源を備えている
。

この第２光源からのビームを第１光源からのビームの照
射に先立って薄膜の除去しようとする部分に照射すれば
、該当部分の薄膜たけか予め加熱され、高温状態に保た
れる。この状態で第１ビームか照射されれば、第１ビー
ムの光子エネルギーによって切断された薄膜分子の酸化
反応か促進され、薄膜分子はＣＯ２、８２０等として速
やかに揮発する。

また、３１０ｎｍ以下の波長域の紫外光をオゾン０３に
照射すると酸素ラジカル０″が発生するが、第２ビーム
をこの波長域のビームとすれは、酸化力の強い酸素ラジ
カル０“が除去しようとする薄膜表面付近に生じること
になり、薄膜分子の酸化反応が一層促進される。また、
オゾン０３から０“を発生させる反応速度は温度の上昇
に伴って指数関数的に増大する。

更に、薄膜分子の切断自体は、主として光子エネルギー
の高い第１ビームによって行なわれるか、第２ビームて
薄膜を成る程度の温度に加熱することによって部分的に
は熱による分子の切断（熱分解）か生し、第１ビームに
よる薄膜の分解か起きやすくなると考えられる。

加えて、予め薄膜の該当部分か上層から下層にわたって
高温に保たれていれは、第１ビームの照射による下層と
上層の熱膨張の差による応力も緩和されるので、ポンピ
ング現象か生しにくいという利点もある。

［実施例コ 以下、本発明実施例による薄膜除去装置を第１図を参照
して説明する。本実施例の薄膜除去装置は、半導体素子
の製造工程においてウェハののアライメントマーク形成
領域等のレジストを除去する場合に好適に用いられるも
のである。

本実施例の薄膜除去装置は、レジストの分子結合を切断
し得る光子エネルギーの高いビーム（第１ビームｌａ）
を射出するエキシマレーザ等のパルス光源からなる第１
光源１と、第１ビーム１ａによるレジストの除去反応を
促進するための第２光源２、及びアライメント用の照明
系２０とか設けられている。

第１ビーム１ａは、レンズ系４．ビームスプリッタ５及
びレンズ系６を介して、ウェハＷのレジスト３を除去す
べき領Ｍ（除去領域３ａ）の大きざを規定するための可
変アパーチャアを均一に照射する。この可変アパーチャ
アの開口像はビームスプリッタ−８を介して縮小光学系
９によりウェハＷの表面に縮小結像される。ウェハＷの
表面には、レジスト層３がコーティングされ、このウェ
ハＷは干渉計等で位置計測されて二次元移動するステー
ジ（図示せず）に載置されている。縮小光学系９はレジ
スト３表面でのビーム１ａのパワー密度を増すためのも
のてあり、その倍率は任意に決められる。縮小光学系９
とウェハＷとの間には、チャンバ１０（後述）に装着さ
れた保護窓１３が配置されており、レジストの除去に伴
う縮小光学系９の汚染が防止されるようになっている。

この保護窓１３は石英等の平板ガラスからなり清掃もし
くは交換が容易にできる構成になっている。

また、第２光源２からの第２ビーム２ａは、シャッター
１５．ミラー１６．　　レンズ系１７．１８を介して第
２ビーム２ａの照射領域を規定する可変アパーチャ１９
を均一に照射される。可変アパーチャ１９て所定の大き
さに絞られた第２ビーム２ａは、前述のビームスブリツ
タ８て反射され、以降、縮小光学系９、保護窓１３を通
して、レジスト３表面を照射する。この際、第２ビーム
２ａの照射領域は第１ビーム１ａの照射領域と同等かや
や大きめに調整されることが望ましい。なお、上述した
可変アパーチャアから縮小光学系９までを薄膜除去装置
の「ヘッド」と言う。

チャンバ１０は、レジストの除去に伴う揮発性物質を外
部に排出するための機構である。レジストの飛散物質等
が対物レンズ９に付着すると、ビームパワーの低下等の
不都合が生じるため、チャンバ１０内の空気を排出口１
２から真空ポンプ等で吸引して減圧し、飛散した物質を
直ちに取り除くようにした。この時、場合によっては、
流入口１１より空気以外に窒素カス、オゾンカスなどを
流入してもよい。窒素カスは、チャンバ１ｏ内の酸素に
ビームか吸収されて弱められるのを防止し、オゾンはレ
ジストの酸化反応を促進するのに効果がある。

また、照明系２０からのアライメント照明光（レジスト
に対して非感光性の広帯域波長光）はビームスプリッタ
２１で反射されて、アライメント用対物レンズ２２に入
射し、ウェハＷの表面を均一に照明する。ウェハＷ上の
マークＷＭからの反射光は対物レンズ２２、ビームスプ
リッタ２１を介してリレー系２３を通って観察系に導か
れる。この対物レンズ２２、ビームスプリッタ２１及び
リレー系２３によって、オフ・アクシス方式のウェハ・
アライメント系が構成され、ウェハのグローバルアライ
メント等を行う。

また、縮小光学系９を介して加工点（除去領域３ａ）を
直接観察する際には、第１光源１を停止した状態で第２
ビーム２ａを加工点に照射すれば、その反射光が縮小光
学系９．ビームスプリッタ８及び可変アパーチャアを通
り、さらにレンズ系６及びビームスプリッタ５を介して
リレー系１４に入射し、観察系に導かれる。ウェハＷと
可変アパーチャアとは共役なのて、レンズ系６を介して
可変アパーチャアの開口像と、ウェハＷ上の加工部とが
同時観察される。

次に、第１図に示された薄膜除去装置の動作について説
明する。まず、オフ・アクシス方式のアライメント系て
ウェハのグロ−バルアライメントを行った後、ヘットあ
るいはウェハＷか載置されたステージが二次元的に移動
し、レジストの除去領域３ａがヘットのビーム照射位置
に来るように位置合わせされる。アライメント後、第２
光源２の点灯、または、シャッター１５の開放により除
去領域３ａへの第２ビーム２ａの照射か開始される。

次いで、領域３ａが充分に加熱された状態て、第１光源
１から第１ビーム１ａが領域３ａに照射され（例えばエ
キシマレーザ光であれば単発〜数発のパルス光）、これ
により、領域３ａのレジスト分子か切断され、更に切断
された分子か酸化されて揮発物質となることにより領域
３ａレジストが除去される。この際、領域３ａは予め高
温になっているので、切断された分子の酸化反応か速や
かに進行する。このようにレジストは酸化反応か促進さ
れて揮発物質となるため、レジスト分子か異物としてウ
ェハ表面に付着することはない。除去されたレジストの
揮発物質は、チャンバ１０の排出口１２を通って排出さ
れる。そして、レジストの除去終了と同時に第２ビーム
２ａの照射も終了する。しかる後、ヘット、ウェハＷを
相対的に移動させて、別の除去領域とビームの照射領域
の位置合わせを行ない、上述したと同様な動作を繰り返
す。

ここで、゛実施例で用いられた第１及び第２光源につい
て説明する。波長の短い光はど光子エネルギーが大きく
、即ち、レジスト材料の分子を切断して除去する能力は
大きいが、レジスト材料の発熱に寄与する割合が小さい
。従って、熱膨張の差によるボンピング現象を抑えるた
めにも、第１の光源としては遠紫外光源を用いることか
望ましい。

第２図は、半導体素子製造のりソゲラフイエ程等に用い
られるフォトレジストの分光吸収特性の例で、波長光と
吸収度αの関係を表わすものである。図に示されるよう
に、レジストは遠紫外領域はどその吸収度か大きく、可
視から赤外領域にかけては吸収しないという特性を持つ
。そこて、第２のエネルキー光源としては、レジスト材
料の発熱に寄与する割合が大きく、レジスト表面から底
面まで均一、且つ、徐々に加熱するような波長光源とし
て、例えば、水銀ランプ等の連続光か好適に用いられる
。また、波長か３１０ｎｍ以下（２００ｎｍ〜３００ｎ
ｍの範囲という説もある）の紫外線はオゾン０３から酸
素ラジカル０”を生成するため、第２光源としてこの波
長域のものを選択し、０３カスをレジスト表面に導入す
れば、連続的に酸素ラジカルを生成出来るので一層酸化
反応を促進することが出来る。尚、酸素ラジカル０“の
ライフタイムは短いが第２ビーム２ａの照射によりウェ
ハ表面が高温となっているため、特にウェハ表面てオゾ
ン０、から酸素ラジカル０“の生成か促進されて連続的
に０”か発生することになる。発生した酸素ラジカル０
″は、０．との再結合により、そのライフタイムは１ナ
ノ秒程度と極めて短いため、第２の光源による照射領域
以外のレジスト層表面を酸化により揮発させる恐れがな
い。

第１光源と第２光源の組合せの例としては次のようなも
のがある。

例１ 第１光源二波長の短い＾ｒＦレーザ（微量の０３発生効
果がある） 第２光源；０３から０”を発生する低エネルギーのにｒ
Ｆレーザ、または短波長（例えば ２５４　ｎｍ）の低圧水銀ランプ この組合せの場合、０３は外部から流入させても良い。

例２ 第１光源：にｒＦまたはＡｒＦレーザ（高パワーであり
、分子切断効果のみを考える） 第２光源；　１８５ｎｍ　　（０３発生）と２５４ｎｍ
　　（０”発生）の２波長を発生可能な低圧水銀 ランプ（真空紫外光源、市販されて いる） また、例えば、＾ｒＦ　　（＋９：＋ｎｍ）のように０
２から０３を生成てきるか、０３から０１を生成するこ
とはできないビームと、ＫｒＦ　レーザ（２４８ｎｍ　
）のように０３から０“を生成することはてきるが、０
２から０３を生成することてきないビームとを合わせて
第２ビームとして用いれば、外部から０３を流入させな
くとも０゛によって酸化反応を促進できる可能性がある
。

次に、第３図は本発明の別の実施例による薄膜除去装置
の要部の構成図である。図において、第１ビームは、第
２図の場合と同様に、可変アパーチャー７、縮小光学系
９．保護窓１３を通って除去領域３ａに照射されるが、
第２ビーム２ａの光路が第２図の場合と異なっている。

この実施例では、チャンバ１０の肩部には窓部材２６ａ
、２６ｂが設けられるとともに、縮小光学系９の光軸に
対して対称となるようにレンズ系２４及び光電検出器２
５か配置されており、第２ビームはレンズ系２４によっ
て除去紙載３ａに照射され、その反射光は検出器２５に
入射する。

このような構成をとれは、レジスト３とその下のウェハ
Ｗては紫外線（第２ビーム）に対する反射率が異なるの
で、レジストの除去が終了したかどうかを検知すること
が可能である。また、紫外光を照射されたレジスト等の
薄膜は一般に蛍光を発するので、反射光量を検出する代
わりに蛍光量を検出するようにしても、除去領域３ａの
レジストの有無を判断することかできる。このようにし
てレジスト除去の終点を検知すれば、第１ビームを過剰
に照射することによりウェハＷに形成されたアライメン
トマーク等か損傷されるのを防ぐことができる。

また、第４図は更別の実施例による薄膜除去装置の要部
を示す構成図である。この実施例においても第２ビーム
の照射手段が第２図の場合と異なっている。図において
、光ファイバー２７と光電検出器２５は縮小光学系９の
光軸に対して対称に配置されており、第２ビームは光フ
ァイバー２７の端面から除去領域３ａに斜め方向から照
射され、その反射光は検出器２５に入射する。これによ
り、第３図の場合同様に、レジストの除去が終了したか
否かを判断することかできる。

また、この実施例では第２図、第３図のように縮小光学
系９とウェハＷの間にチャンバか設けられておらず、代
わりにウェハＷ表面の近くに透明な保３ｉ板２９か挿脱
可能に配置されている。保護板２９とウェハＷの間の空
気は吸引ノズル３ｏによって吸引されるので、レジスト
除去の際に発生する揮発物質は速やかに外部に排出され
る。光ファイバー２７及び充電検出器２５は、その端面
及び受光面が保護板２９の上にくるような高さに配置さ
れており、レジストの除去によって汚染されることがな
い。

なお、上記においては、ウェハのアライメントマーク上
のレジストを除去する場合について説明したが、本発明
の薄膜除去装置は、現像なしに直接レジストを所望のパ
ターン形状に形成する光エツチング法にも使用すること
かできることは言うまてもない。また、半導体素子の製
造分野たけてなく、例えはフレキシブルプリント配線板
の基材となるポリイミドフィルム等に微小なスルーホー
ルを形成する際等にも通用することかできる。

［発明の効果］ 以上のように本発明の薄膜除去装置においては、薄膜の
分子結合を切断し得るエネルギーをもつ第１ビームを射
出する第１光源の他に、第１ビームによる薄膜の除去反
応を促進する第２ビームを射出する第２光源を備えてい
るので、ポンピング現象を引き起こしたり、残存する薄
膜の特性を劣化させたり汚染することなく、薄膜の除去
速度を増大させることが可能である。

かかる薄膜除去装置を、例えば半導体素子製造のりソゲ
ラフイエ程に用いれば、効率良くウェハのアライメント
マーク上のレジストだけを除去することができ、スルー
ブツトを低下させることなくアライメント精度の向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例による薄膜除去装置の構成図、第
２図はレジストの分光吸収特性を示すグラフ、第３図及
び第４図はそれぞれ別の実施例による薄膜除去装置の要
部構成図である。 ［主要部分の符号の説明］ １：・・第１光源 １ａ・・・第１ビーム ２・・・第２光源 ２ａ・・・第２ビーム Ｗ・・・ウェハ（支持基板） ３・・・レジスト層（薄膜） ３ａ・・・除去領域 ７・・・可変アパーチャー ９・・・縮小光学系 １０・・・チャンバ １３・・・保護窓 ２５・・・光電検出器 ２７・・・光ファイバー ２９・・・保護板 戯烹赤 第２図 第１図 ６１−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持基板上に被着された薄膜の所望の部分をビー
   ムの照射によって除去するための光源を備えた薄膜除去
   装置において、 前記光源として、前記薄膜を分解して除去する第１ビー
   ムを射出する第１光源と、前記第１ビームによる薄膜の
   除去反応を促す第２ビームを射出する第２光源とを備え
   たことを特徴とする薄膜除去装置。
2. （２）前記第２ビームが、オゾンから酸素ラジカルを発
   生させ得る波長域のビームであることを特徴とする請求
   項１記載の薄膜除去装置。
3. （３）前記第２ビームの薄膜又は支持基板表面からの反
   射光量、もしくは第２ビームの照射により前記薄膜から
   発光される螢光量を検出する検出手段と、該検出手段に
   よる信号から薄膜が除去されたか否かを判断する判断手
   段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の薄膜除去
   装置。