JPH04225513A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体基板（ウ
エハ）等の支持基板上に被着された薄膜に選択的にエネ
ルギービームを照射することにより、薄膜の所望の部分
を除去する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子製造の光リソグラフィ工程で
は、ウエ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
スクとウエハとを相対的に位置合わせしている。通常、
ウエ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
を光電検出することによって行われる。

【０００３】しかしながら、露光前のウエハには必然的
にレジスト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。ウエハ上のアライメントマークを露
光装置の投影光学系を介して検出する場合（ＴＴＬ：Ｔ
ｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓ方式）、投影光学系は
強い色収差をもっている（露光光の波長のもとで色収差
補正されている）ので、アライメントの際にも露光光を
用いる必要があるが、当然ながら露光光はレジストに吸
収されるため、アライメントマークから発生する光情報
が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。

【０００４】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で顕著になったり、あるいはマーク
両側でレジスト膜厚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。

【０００５】更に、パターンの微細化を図るために多層
レジストを使う場合等は、アライメントマークそのもの
が照明波長のもとで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。

【０００６】そこで、アライメント動作に先だって、エ
キシマレーザ等の紫外域の高エネルギービームをマーク
上部のレジスト層に照射することでレジストを部分的に
除去することが考えられている。このレジスト除去のメ
カニズムは、有機高分子材料からなるレジストにエキシ
マレーザーのような高強度の短パルス紫外光を照射する
と、照射部分のレジストの分子結合が切断されて、分解
・飛散するアブレーション過程に基くものと考えられる
。このアブレーションによる除去においては、除去され
る部分の断面がシャープであり、照射部分の周囲に熱的
な損傷・歪がない等の利点があるとされる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】さて、このようにエキ
シマレーザアブレーションは薄膜の除去方法として優れ
た特徴をもつものではあるが、これによって発生する飛
散粒子の分析やレーザ照射後の薄膜表面、断面の化学組
成の研究が現在もなされている段階であり、不明な点も
多く残っている。

【０００８】アブレーションによって発生する飛散粒子
は、プラズマ化により正、負それぞれの電荷を帯びた粒
子から成ると考えられ、これら飛散粒子の一部はレーザ
照射領域（除去領域）周辺のレジスト表面に堆積するこ
とが予想される。この飛散粒子が、レジスト現像液やレ
ジスト剥離液に不溶である場合や、酸素プラズマアッシ
ング等によるドライ処理に対する耐性が強い場合には、
表面に堆積した飛散粒子がマスクとして作用し、その部
分のレジストが残ってしまう恐れがある。

【０００９】あるいは、プラズマを構成する粒子は高温
であることが予想されるので、これらの粒子の堆積によ
りレジスト表面が熱的に変質し現像液に不溶となり、そ
の後のＩＣプロセスの障害となる不都合がある。更には
、この粒子の飛散範囲がアライメントマークの領域範囲
を越え、本来のＩＣパターンを転写すべき領域にまで達
した場合、飛散粒子が堆積した部分のレジストはパター
ン露光の有無に関わらず現像されずに残ってしまい、所
望のレジストパターンを得ることができない不都合が生
じる。

【００１０】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、エネルギービームの照射によって薄膜の所望
領域を除去する薄膜除去装置において、除去領域周囲の
薄膜表面の汚染を防止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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、エネルギー
ビームを射出する光源を有し、支持基板上に被着された
薄膜にエネルギービームを選択的に照射することにより
、前記薄膜の所望の部分を除去する薄膜除去装置におい
て、前記薄膜表面と対向する位置に配置された電極を有
し該電極と支持基板との間に電界を形成する電界形成手
段を備え、前記エネルギービームの照射により生ずる飛
散粒子の薄膜への付着を防止することによって、上記の
課題を達成している。

【００１２】

【作用】前述した光リソグラフィ工程でアブレーション
によって除去されたレジスト（薄膜）はプラズマ状の飛
散粒子となる。一般に、プラズマ状態は電子と、正に帯
電した粒子の集合体により構成されることから、レジス
ト表面に堆積し、障害の原因となる粒子は、正の電荷を
帯びているものと考えられる。このように堆積を防止す
べき粒子が正に帯電していると想定される場合には、本
発明の電界形成手段によって、レジスト表面から電極へ
向かう方向に電界を形成する。

【００１３】レジストの除去工程時に電圧を印加して、
上記のような電界を形成すれば、エネルギービーム照射
によって生じる帯電した飛散粒子（帯電粒子）はクーロ
ン力の作用で、レジスト表面から電極へ向かう方向への
力を受け、レジスト表面への堆積が防止される。堆積が
阻止された飛散粒子は、電極に吸着されるか、飛散速度
が加速されて、速やかにレジスト表面近傍から除外され
る。また、飛散粒子が負に帯電している場合には、電界
の方向を前述とは逆にして形成すれば、同様に堆積を防
止することが可能となる。

【００１４】このように、本発明によれば後のＩＣ工程
における障害発生の原因となる飛散粒子のレジスト表面
への堆積を防止でき、上記の課題を解決することができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
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。

【００１６】（第１実施例）図１は、本実施例の薄膜除
去装置の構成を示す図である。レジスト除去用のエキシ
マレーザ光源等の光源１１から射出されたレーザ光ＬＢ
は、可変開口絞り（可変アパーチャ）１２によって所定
のビーム形状に成形された後、シャッタ１３に至る。シ
ャッタ１３はレーザ光ＬＢを通過または遮断させるもの
であり、シャッタ１３を通過したレーザ光ＬＢは、さら
に反射ミラー１４で反射された後、対物レンズ１５に入
射する。可変アパーチャ１２の開口像は対物レンズ１５
により保護板１９を介してウエハ１７上のレジスト１６
表面に縮小結像される。

【００１７】対物レンズ１５とウエハ１７との間にはレ
ーザ照射によって発生する飛散粒子を吸引排気するため
のチャンバ１８が設置されている。このチャンバ１８の
対物レンズ１５と対向する位置に装着された透明な保護
板（石英板）１９は、レーザ照射時の対物レンズ１５の
汚れ（すなわちレジスト１６からの飛散粒子が対物レン
ズ１５に付着すること）を防止する効果がある。

【００１８】この石英板１９は取り外し可能に配置され
ており、清掃もしくは交換が容易にできる構成となって
いる。また、チャンバ１８のウエハ１７側には開口２０
を設けたマスク２１が固設されている。開口２０はレー
ザ光ＬＢが通るのに充分な大きさの寸法で設けられてお
り、マスク２１とウエハ１７との間には適当な間隔が設
けられている。レーザ照射の間、もしくは常時、チャン
バ１８内のガスはトラップ２３を介して排気ポンプ２４
等により吸引される。これによってウエハ１７の表面で
発生したレジストの微粒子は、後述するように開口２０
を介してチャンバ１８内に吸い込まれ、更にトラップ２
３内に取り込まれる。

【００１９】尚、マスク２１は特別に設ける必要はなく
、チャンバ１８を箱型としてその一部に開口を形成する
だけでも良い。

【００２０】ウエハ１７は、コントローラ２５により制
御されてＸ方向とＹ方向とに２次元的に移動するＸＹス
テージ２６上に載置される。ＸＹステージ２６の位置は
レーザ干渉計（不図示）等によって常時検出され、コン
トローラ２５に位置情報としてフィードバックされて、
モータ（不図示）によりＸＹステージ２６が位置決め制
御される。

【００２１】この時、図中に示す如くウエハ１７はＸＹ
ステージ２６を通して接地されている。また、レーザ光
ＬＢの照射位置とウエハ１７（アライメントマーク）の
相対的な位置合わせは後述のマーク検出器２７によって
、例えば２〜３μｍの精度、すなわちマーク領域のレジ
スト除去に対して十分な精度で制御する事ができる。 尚、レーザ光ＬＢとウエハ１７との相対的な位置合わせ
は、ウエハ１７に対してレーザ光ＬＢを走査、振動させ
、マークエッジからの回折光または散乱光を光電検出す
るように構成しても同様な効果が得られる。

【００２２】または、ミラー１４をビームスプリッタ（
またはダイクロイックミラー）とし、かつミラー１４の
上方にマーク観察用の顕微鏡を配置する。そして、レン
ズ１５等によってウエハ１７と共役な面内に配置された
焦点板（指標板）の指標マークとアライメントマークと
を同時に観察して、画像処理により指標マークに対する
アライメントマークのずれ量を求めるように構成しても
、位置合わせを行うことができる。

【００２３】ウエハ１７上の特定な位置に形成されたグ
ローバルアライメントマークを検出するためのマーク検
出器２７が、対物レンズ１５と異なる位置に固設され、
オフアクシス方式でウエハ１７のアライメントを行う。 この検出器２７によりウエハ１７上のグローバルアライ
メントマークの中心がとらえられたとき、アライメント
信号が発生し、コントローラ２５に供給される。

【００２４】その発生したときのＸＹステージ２６の位
置をコントローラ２５が基準点として記憶することによ
り、レーザ光ＬＢの照射位置とウエハ１７上の任意の点
との対応付け（グローバルアライメント）が完了する。 これにより、レジストの除去を必要とするファインアラ
イメントマーク（以下、単にマークと称する）領域にレ
ーザ光ＬＢが照射されるようにＸＹステージ２６を移動
することができる。

【００２５】尚、グローバルアライメントを行わなくて
も、レジストを除去すべきアライメントマーク毎にその
マーク位置をマーク検出器２７によって検出し、しかる
後所定距離（レーザ光ＬＢの照射位置とマーク検出器２
７のマーク検出位置との間隔に相当）だけＸＹステージ
２６を駆動しても、レーザ照射位置にアライメントマー
クを正確に位置決めできる。

【００２６】さて、上記のようにグローバルアライメン
トが終了すると、先に記憶した基準点と設計上のアライ
メントマークの位置とに従ってＸＹステージ２６を駆動
することによって、レーザ照射位置にウエハ上のレジス
ト除去をするべき領域が位置決めされるので、レーザ照
射を開始し、マーク上のレジストを除去する。

【００２７】１つのマーク上のレジスト除去が終了した
ら、レーザ照射位置に次のマークが位置するようにＸＹ
ステージ２６によってウエハ１７を移動させ、再びレー
ザ照射を行いマーク上のレジストを除去する。以下、ビ
ームの照射位置とウエハ１７とを相対的に移動させて、
各マークの除去領域とビームの照射領域との位置合わせ
を行い、レジスト除去を繰り返す。

【００２８】ここで、本実施例におけるレジスト除去過
程について、図２（ａ）　〜（ｃ）　により説明する。 レジスト１６にレーザ光ＬＢを照射する（図２（ａ）　
）と、照射されたレーザ光ＬＢはレジスト１６表面で吸
収され、レジスト１６はアブレーション過程に基づきプ
ラズマ状態を形成する粒子に分解され飛散する（図２（
ｂ）　）。一般にプラズマ状態は電子と、正に帯電した
粒子の集合体により構成されており、レジスト表面への
堆積が予想される粒子は、主に正に帯電しているものと
考えられる。これに基づき、正に帯電した飛散粒子の堆
積が防止される場合について以下に説明するが、負に帯
電した粒子の場合には帯電電荷の極性、電極への印加電
圧極性を逆にすれば同様にして説明できる。

【００２９】レーザ光ＬＢを照射してレジスト除去を行
う際に、マスク２１の開口２０の周囲に設けられた電極
２２に電圧を印加し、電極２２とウエハ１７との間に電
界を形成する。飛散粒子が正に帯電している場合、電界
の方向はウエハ１７から電極に向かう方向（図２（ｃ）
　中の矢印で示す）、すなわち電極２２に印加される電
圧がウエハ電位に対して負となるようにする。このとき
、正電荷を帯びた飛散粒子２８は電極２２方向にクーロ
ン力を受けて引き付けられる（図２（ｃ）　）。

【００３０】一方、電子は飛散速度が大きいため、大気
中に拡散し、レジスト表面への再付着はほとんどない。 再付着を妨げられた正電荷を帯びた飛散粒子は、電極２
２に付着するか、または図１のチャンバ１８により開口
２０を通してトラップ２３で捕獲されるようにして排気
除去される。

【００３１】尚、電極２２に対して常時電圧を印加して
いても、またレーザ光ＬＢの照射に同期して電圧を印加
するように構成しても良い。

【００３２】次に本発明の第２の実施例の薄膜除去装置
の構成について図３を用いて説明する。尚、本実施例に
おいて保護板１９より上方（照射光学系）の構成は第１
の実施例（図１）と同一であるものとする。

【００３３】この実施例では図１または図２の電極２２
と同様な第２の電極２９を、電極２２に対しマスク２１
の反対側に設けている。このとき、レジスト表面と電極
２２間の電界Ｅ１、電極２２と電極２９間の電界Ｅ２、
電極２９の上方の電界Ｅ３の方向が、図３の紙面で共に
上向きになるような電圧を電極２２、２９に印加する。

【００３４】このとき、電界Ｅ１によって電極２２の近
傍に引き寄せられた正に帯電した飛散粒子は、電界Ｅ２
によって紙面で上方向に加速されるので、チャンバ１８
によって確実に吸引排気されるようになる。特に、電界
Ｅ２、Ｅ１の強度の絶対値が｜Ｅ２｜》｜Ｅ１｜になる
ようにすれば、電極に付着する飛散粒子の割合が小さく
なり、チャンバ２６によって吸引排気される割合が大き
く増加するため、電極の汚染を防止できる効果がある。 なお、負に帯電した粒子の場合は、第１の実施例の場合
と同様に電界（ここではＥ１、Ｅ２、Ｅ３）の方向を逆
にすれば同様の効果が得られる。

【００３５】以上の実施例でレーザ光ＬＢは縮小レンズ
等により、開口１２の縮小像をレジスト１６表面に照射
するものとした（図１参照）が、図４のようにレジスト
除去を行う領域にレーザ光ＬＢが照射されるような開口
３０が形成されたマスク３１の上方から平行なレーザ光
ＬＢを照射するようにしてもよい。このとき、マスク３
１のレジスト１６と対向する面、あるいは両面に電極（
図中ではウエハとの対向面に電極３２）を設けて、第１
、第２の実施例のごとき電圧をそれぞれの電極に印加し
ても粒子の堆積を防止する効果が得られる。この時、マ
スクの上部に図１のごときチャンバを設けてもよい。

【００３６】尚、電極の材質、大きさ（面積）は任意で
良く、飛散粒子が付着するために交換可能に構成してお
くことが望ましい。また、電極はマスクを介してチャン
バに固設されていたが、チャンバを設けない場合には、
例えば電極が固設された部材（例えば保護板１９の支持
部材）を対物レンズ１５（鏡筒）に一体に固定しても、
また対物レンズ１５の鏡筒に直接固定しても良く、その
固定位置はレーザ照射位置近傍でウエハの上方であれば
どこでも良い。さらにウエハ１７と電極との間隔は任意
で良い。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明においては、薄膜表
面上の空間に電界が形成されるような構成とした。これ
により、レーザ照射時に発生する帯電した飛散粒子に、
電界により発生するクーロン力が作用し、薄膜表面から
遠ざけるように作用させることができ、飛散粒子の薄膜
表面への堆積を防止することができる。従って、除去領
域の周囲も含めて、薄膜表面の飛散粒子による汚染を防
止することができる。

【００３８】かかる薄膜除去装置を半導体素子の製造に
適用すれば、レジスト表面の汚染によってリソグラフィ
工程に支障をきたすことなく、レジストの所望の部分だ
けを除去することが可能であり、例えばウエハのアライ
メントマーク上のレジストを除去することにより、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】

【図１】本発明第１実施例による薄膜除去装置の構成図
である。

【図２】本発明第１実施例によるレジスト除去過程を示
す概念図である。

【図３】本発明の第２実施例によるレジスト除去を示す
概念図である。

【図４】本発明の第１、第２実施例の変形例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１　　エキシマレーザ光源 １２　　可変アパーチャ １５　　対物レンズ １６　　レジスト １７　　ウエハ １８　　チャンバ ２０　　開口 ２１　　マスク ２２、２９、３２　　電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エネルギービームを射出する光源を有
   し、支持基板上に被着された薄膜にエネルギービームを
   選択的に照射することにより、前記薄膜の所望の部分を
   除去する薄膜除去装置において、前記薄膜表面と対向す
   る位置に配置された電極を有し、該電極と支持基板との
   間に電界を形成する電界形成手段を備え、前記エネルギ
   ービームの照射により生ずる飛散粒子の薄膜への付着を
   防止することを特徴とする薄膜除去装置。
2. 【請求項２】　　前記エネルギービームの透過に充分な
   大きさの開口を有し、前記薄膜表面と対向するように配
   置された支持部材と、該支持部材の上面、下面それぞれ
   に、前記支持部材の開口を囲むように設けられた前記電
   極とを備え、上部電極の上方、両電極間、及び下部電極
   と薄膜表面間に電界が形成されることを特徴とする請求
   項１記載の薄膜除去装置。