JPH05109674A - レジスト膜の灰化方法と灰化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】酸素プラズマによるアッシングによるレジスト
膜の灰化方法のように、半導体素子が傷つくということ
はなく、また低圧水銀ランプによる灰化方法のように処
理時間に時間はかかるということはない灰化方法と灰化
装置を提供する。 【構成】レジスト膜を持つウエハ６を、オゾンを雰囲気
の中に配置して、２００〜３００ｎｍの波長範囲に連続
スペクトル発光を持つ紫外線発光ランプ３の放射光によ
って、活性化酸素を作り、この活性化酸素によってレジ
スト膜を灰化する方法と装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レジスト膜の灰化方
法と灰化装置に関する。特にＬＳＩなどの半導体素子を
作るときに、エッチングやイオンの打ち込みを行った後
に、レジスト膜を灰化によって取り除く方法と装置に関
する。

【０００２】

【発明の背景】現在、ＬＳＩなどの半導体素子を作るプ
ロセスでは、レジスト膜を灰化する方法として、酸素プ
ラズマによるアッシングが実用化している。ここでレジ
ストの灰化とは、プラズマにより活性化した酸素によっ
てレジストを酸化、分解して、ウエハから除去すること
をいう。この酸素プラズマによるアッシングの長所は、
レジスト膜を灰化する処理が速いことにある。しかし、
問題点として、プラズマ中の電子やイオンなどの荷電粒
子が、ウエハと衝突して、またそのときの反応熱によっ
て、ウエハが傷ついてしまうことがある。これを一般に
プラズマダメージと言って、特に、半導体素子が高集積
化するなかで、半導体素子が傷ついてしまうと、電気特
性に対する影響が大きくなる。

【０００３】

【従来技術】そこで最近では、半導体素子が傷つかない
ための灰化方法として、紫外線を照射する方法が提案さ
れている。このときの光源としては、低圧水銀ランプを
使っている。この方法は、オゾンを含む雰囲気の中に、
レジスト膜を持つウエハを配置して、低圧水銀ランプか
らの光を照射するものである。この低圧水銀ランプは、
２５３．７ｎｍが強力に放射する輝線スペクトル光源で
ある。そして、オゾンが、２５３．７ｎｍの光と反応す
ると、活性化酸素ができる。この活性化酸素がレジスト
膜に接触すると灰化反応を起こす。この方法によれば、
半導体素子を傷つけるということはなくなるが、逆に処
理速度が、従来の酸素プラズマによるアッシングに比べ
て約１／４と非常に遅くなってしまう。この理由は、波
長２５３．７ｎｍが、オゾンを非常によく吸収するから
である。このことを一般に吸収係数が大きいという。こ
のため、低圧水銀ランプから放射する紫外線、すなわち
波長２５３．７ｎｍの光のほとんどは、光源の近く、も
しくは紫外線の透過窓の近くで、オゾンとすぐに反応し
てしまう。このため、紫外線のほとんどは、ウエハ表面
のレジスト膜まで到達することはできない。また、活性
化酸素は、オゾンやその他のガスと接触すると、脱活性
化してしまう。このため、一般に活性化酸素は、活性化
の状態である時間が非常に短い。すなわち、光源の近
く、もしくは紫外線透過窓の近くで、オゾンと紫外線が
反応して活性化酸素を作っても、この活性化酸素の大部
分は、ウエハ表面のレジスト膜に接触するまえに、脱活
性化してしまう。このため活性化酸素によって、レジス
ト膜の灰化反応をすることは難しくなる。このように、
ウエハ表面では活性化酸素を作ることは難しく、またウ
エハ表面から比較的遠い光源の近く、または紫外線透過
窓の近くで活性化酸素を作っても、それはすぐに脱活性
化してしまう。このようなわけでレジスト膜の灰化は、
非常に遅くなってしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明が解
決しようとする課題は、まず、酸素プラズマによるアッ
シングによるレジスト膜の灰化方法のように、半導体素
子が傷つくということがないようにすることである。次
に、低圧水銀ランプが発光する波長２５３．７ｎｍの光
と、オゾンを反応させて活性化酸素を作り、この活性化
酸素によってレジストを灰化処理する方法のように、処
理時間が非常に遅いという問題を解決することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明によるレジスト
膜の灰化方法と灰化装置は、以上のような課題を解決す
るためのものであって、次のようなものである。すなわ
ち、まずオゾンガスを含む雰囲気の中に、レジスト膜を
持つウエハを配置する。そして、２００〜３００ｎｍの
波長範囲に連続スペクトルを発光する紫外線ランプによ
って、紫外線を放射する。この放射によって、オゾンと
紫外線が反応して活性化酸素ができる。この活性化酸素
によって、レジスト膜を灰化する。そして、灰化装置
は、オゾンガスを含む雰囲気を作る処理室と、この処理
室の中で、レジスト膜を持つウエハを配置させる保持台
と、このレジスト膜に向かって、２００〜３００ｎｍの
波長範囲に連続スペクトル発光を持つ光を放射する紫外
線発光ランプとより構成されている。すなわち、この発
明では、紫外線発光ランプが、波長２５３．７ｎｍに強
い輝線スペクトルを持つ低圧水銀ランプではなく、２０
０〜３００ｎｍの波長範囲で強い連続スペクトルを持つ
ランプを使っている。そして、このランプとしては、例
えば高圧水銀ランプやメタルハライドランプを使うこと
ができる。

【０００６】

【作用効果】このような方法と装置によって、紫外線発
光ランプとしては、２００〜３００ｎｍの波長範囲に連
続スペクトルを発光するものを使う。そして放射光のう
ち、主に２００〜２４０ｎｍ、あるいは２７０〜３００
ｎｍの波長範囲の光は、オゾンの吸収係数が小さいの
で、光源の近く、または紫外線透過窓の近くでオゾンと
反応してしまうことは少ない。このため、この波長範囲
の光は、ウエハ表面のレジスト膜まで到達することがで
きる。そして、ウエハ表面のレジスト膜の近くまで到達
した紫外線は、そこでオゾンガスと反応して活性化酸素
を作る。この活性化酸素は、オゾンやその他のガスと接
触するまえに、レジスト膜と接触して、レジスト膜を灰
化することが十分にできる。すなわち、活性化酸素とレ
ジストが接触することによる反応効率を上げるためにレ
ジスト表面のごく近傍で、オゾンガスから活性化酸素を
作り、そして速やかに反応させることができる。また、
この方法は、オゾンから活性化酸素を作るというような
光化学反応を利用しているので、酸素プラズマによるア
ッシングのように荷電粒子によって半導体素子を傷つけ
るということはない。

【０００７】

【実施例】図に示す実施例によって、この発明を具体的
に説明する。図１は、この発明を行うための灰化装置の
概略説明図である。この灰化反応を行う処理室１には、
紫外線透過窓２がある。この紫外線透過窓２は、紫外線
発光ランプ３の２００〜３００ｎｍの波長範囲に強い連
続スペクトル発光をする光を、効率良く透過するもの
で、例えば石英ガラスでできている。４は紫外線反射用
のミラーである。保持台５に上には、表面にレジスト膜
を持つウエハ６を配置する。この保持台５は、必要に応
じてヒータや水冷パイプなどの温度制御機構を埋設して
いる。オゾンガスを含むガスは、図示略のオゾン発生装
置から、ガス導入パイプ７を介して処理室１の中に供給
する。そして、レジスト膜の灰化処理をした後の排気ガ
スは、排気口１ａから排気する。

【０００８】次に、この灰化装置において、紫外線発光
ランプ３として、発光管に溶融石英ガラスを使った高圧
水銀ランプと、発光管に合成石英ガラスを使った高圧水
銀ランプと、発光管に溶融石英ガラスを使って、マグネ
シウム、スズ、ビスマスのヨウ化物と、水銀を封入した
メタルハライドランプと、さらには比較のため、従来の
装置で使っていた低圧水銀ランプの４種類を使って灰化
処理の速度を実験した。ウエハには、東京応化工業製
（ＴＳＭＲ−８９００）のレジストを１．６５μｍの厚
さに塗ったものを使った。処理室１の中は、オゾン濃度
８％の雰囲気にする。そして、４種類の紫外線発光ラン
プ３は、全て紫外線照度１００ｍＷ／ｃｍ² で放射させ
た。

【０００９】図２は、この４種類の紫外線発光ランプを
使って、灰化処理したときの、処理速度を示す。この処
理速度は、１分間に灰化したウエハ上のレジストの膜厚
を示す。図２から判るように、輝線スペクトルである波
長２５３．７ｎｍの光を強く放射する低圧水銀ランプを
使った場合に比べて、２００〜３００ｎｍの波長範囲の
連続スペクトル発光の紫外線発光ランプを使った３つの
場合は、４〜６倍に処理速度が上がったことが判る。

【００１０】また、発光管に合成石英ガラスを使った高
圧水銀ランプによる灰化速度が、発光管に溶融石英ガラ
スを使った高圧水銀ランプによる灰化速度より大きいの
は、前者のほうが２００〜２３０ｎｍの範囲の波長の紫
外線を強く発光しているためと考えられる。この結果、
合成石英発光管は高価であるが、灰化処理用の紫外線ラ
ンプには適していることがわかる。

【００１１】また、メタルハライドランプは、一般に２
００〜２５０ｎｍの範囲の波長の発光が弱いが、逆に２
５０〜３００ｎｍの範囲の波長の発光が強いため、発光
管や紫外線導入用窓の材質を、波長２５０ｎｍ以下の光
の透過率の悪い、しかも安い石英ガラスにしても灰化速
度は、それほど変わらないという長所があり、経済的で
ある。

【００１２】また、この発明における２００〜３００ｎ
ｍの波長範囲に強い連続スペクトル発光をする紫外線発
光ランプとは、この波長範囲全域に連続スペクトル発光
するという意味ではない。すなわち、この波長範囲の中
で、部分的にでも連続スペクトル発光をしているという
意味である。この場合の連続スペクトル発光とは、分光
測定器で測れないレベルの微小な発光は意味しない。す
なわち、低圧水銀ランプでも、このような微小な連続ス
ペクトル発光をする場合もあるが、これは、この発明の
対象とはならない。

【００１３】図３は、この発明よるレジスト膜の灰化装
置を具体的に示した図である。このレジスト処理装置
は、大きく分けて、光源部１０と処理室２０よりなる。
そして、その間に紫外線透過窓３０がある。光源部１０
には、紫外線発光ランプ１１と、この紫外線発光ランプ
１１からの放射光をウエハＷの方向に向ける反射ミラー
１２よりなる。紫外線発光ランプ１１は、前述のよう
に、２００〜３００ｎｍの波長範囲に連続スペクトル発
光を持つもので、高圧水銀ランプやメタルハライドラン
プを使うことができる。この放射光をウエハＷに照射し
ない時は、シャッター１３を使って、放射光を遮ること
ができる。紫外線発光ランプ１１は、点灯装置１４によ
って点灯制御する。また、点灯装置１４は、冷却ファン
１５とダンパー１６に信号を送って、紫外線発光ランプ
１１を最適な状態で点灯させることができる。

【００１４】処置室２０には、保持台２１がある。この
処理台２１は、例えばアルミニウムや銅でできていて、
ウエハＷとの接触部分には、必要に応じてニッケルとリ
ンの合金メッキや、シリコンカーバイト、アルミナなど
のセラミックコーティングをしたものを使うことができ
る。また、保持台２１には、温度制御機構として、ヒー
タ２１ａや水冷パイプ２１ｂが埋設している。この温度
制御機構によって、ウエハＷを最適な温度で保ちなが
ら、灰化処理をすることができる。また、図示略である
が、保持台２１は、回転駆動機構を設けて回転させるこ
とができる。ウエハＷは、ウエハ搬送機構２２によっ
て、保持台２１の上にセッティングする。このウエハ搬
送機構２２は、半導体の製造工程で、一般に使っている
ものである。例えば搬送用アームを使って、ウエハＷを
つかみ、ふた２２ａを開けて、ウエハ用の出入り口２２
ｂより、ウエハＷを保持台２１まで運ぶ。そして、灰化
処理を終わったあと、同じようにウエハＷを処理室２０
の外に運ぶ。処理室２０の中のオゾンは、オゾン発生装
置２３で作る。このオゾン発生装置は、一般に知られて
いるものでよく、例えば、酸素ガスを無声放電させるこ
とで簡単に作ることができる。オゾンは、ガス導入パイ
プ２４によって、処理室２４に供給している。尚、図示
略であるが、オゾン発生装置２３とは別に、窒素ガス供
給器を使って、ガス導入パイプ２４から処理室２０の中
に、窒素を供給することもできる。この窒素は、灰化処
理をした後に、処理室２０に中のオゾンを置換する。ま
た、オゾンは、オゾン分解装置２５によって、分解もし
ている。そして排気ファン２５ａによって、分解したあ
とのガスを外に排気している。

【００１５】保持台２１に埋設された温度調節機構は、
温度調節機構制御装置２６によって制御している。これ
は公知の技術でできるが、例えば温度センサーを使う。
また、保持台２１には、ウエハＷを保持台２１に吸着す
るための真空吸着機構（図示略）がある。そして真空吸
着制御装置２７によって制御する。

【００１６】さらには、紫外線透過窓３０とウエハＷの
表面の間の距離ｄを可変させるために、保持台２１を上
下動させる制御機構２８がある。この距離ｄは、活性化
酸素をウエハの表面で作るためには、正しく設定する必
要がある。この距離は、例えば０．５mm〜７mmである。
紫外線透過窓３０は、例えば石英ガラスでできている。
そして、システムコントローラ４０によって、点灯装置
１４やその他の制御機構を、連動させて制御している。

【００１７】図４は、この発明のレジスト膜の灰化装置
の他の実施例を概略図で示したものである。図３と同じ
番号のものは、同じ部分を示しているので説明は省略す
る。また、図４は、処理室２０を中心に、図３と異なる
部分を示しているので、光源部などは省略している。

【００１８】この装置は、処理室２０にガス導入パイプ
２４とは別に、不活性ガス導入パイプ５０がある。この
不活性ガス導入パイプ５０から供給された不活性ガス
は、紫外線透過窓３０と多孔窓５１で作られた窓パージ
室５０ａに充満する。不活性ガスとしては、例えば窒素
ガスやアルゴンガスを使うことができる。多孔窓５１
は、オゾンガスを含む雰囲気である処理室２０と、窓パ
ージ室５０ａを分けるものである。そして、紫外線透過
窓３０と同じように石英ガラスでできている。この多孔
窓５１には孔５１ａがある。この状態を図５に斜視図で
示す。そして孔５１ａは狭ピッチで多数設けている。こ
のようにすることによって、不活性ガスをウエハＷの表
面に均一に流すことができる。例えば、直径０．４mmの
穴が、４mmピッチの等間隔で設けてある。さらには、保
持台２１は、回転可能にすることによっても、不活性ガ
スやオゾンの供給を均一にすることができる。

【００１９】このような不活性ガスの流れによって、オ
ゾンが、処理室２０から窓パージ室５０ａに流れること
はない。また、穴５１ａから流出する不活性ガスの流れ
により、処理室２０の中では、多孔窓５１の近くで、オ
ゾンの濃度が小さくなる。すなわち、窓パージ室５０ａ
及び多孔室５１の近くでの紫外線の吸収が減ることによ
り、ウエハＷの表面でオゾンと紫外線を反応させて、活
性化酸素を作ることが簡単になる。このため、灰化処理
が速くなる。しかし、不活性ガスの流量が多すぎると、
ウエハＷの表面でのオゾン濃度に影響を与える。このた
め、例えばオゾンの流量が１０リットル／分に対して、
不活性ガスの流量は１リットル／分に設定することがで
きる。この場合、その他の条件は全て同じとしても、図
３の窓パージ室を持たない装置に比べて、灰化速度は２
０％ぐらい上がる。

【００２０】このように、ウエハＷの表面で、オゾンと
紫外線を反応させるための手段としては、図４に示すよ
うに、必ず多孔窓や窓パージ室が必要なわけではない。
すなわち、図６に示すように、処理室２０の中に、直
接、不活性ガスを流すことができる。具体的には、紫外
線透過窓と平行にシート状の不活性ガスを、処理室２０
の中に流す。ガス導入パイプ５０は、紫外線透過窓３０
とガス供給パイプ７の間に設けている。そして、ガスノ
ズルを併用すると更に効果が上がる。

【００２１】尚、実施例で説明した装置のように、処理
室外部にオゾン発生装置を設けて、オゾンガスを処理室
に供給するものに限らない。すなわち、ウエハの表面に
単に酸素ガスを供給して、紫外線の照射に寄ってオゾン
を作る。そして、このオゾンから活性化酸素を作る方法
でもできる。

【００２２】また、紫外線透過窓も必ず必要なものでは
ない。すなわち、処理室の中に、紫外線発光ランプを配
置させてもできる。

【００２３】

【発明の効果】この発明によるレジストの灰化方法と灰
化装置では、２００〜３００ｎｍの波長範囲に連続スペ
クトルを発光する紫外線ランプからの放射光のうち、主
に２００〜２４０ｎｍ、あるいは２７０〜３００ｎｍの
波長範囲の光は、オゾンの吸収係数が低いので、光源の
近く、または紫外線透過窓の近くでオゾンと反応してし
まうことは少ない。このため、この波長範囲の光は、ウ
エハ表面のレジスト膜まで到達する。そして、ウエハ表
面のレジスト膜の近くまで到達した紫外線は、そこでオ
ゾンと反応して活性化酸素を作る。この活性化酸素は、
オゾンやその他のガスと接触するまえに、レジスト膜と
接触して、レジスト膜を灰化することが十分できる。す
なわち、活性化酸素とレジストが接触することによる反
応効率を上げるためにレジスト表面のごく近傍で、オゾ
ンから活性化酸素を作り、そして速やかに反応させるこ
とができる。また、この方法は、オゾンから活性化酸素
を作るというような光化学反応を利用しているので、酸
素プラズマによるアッシングのように荷電粒子によって
半導体素子を傷つけるということはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるレジスト膜の灰化装置の概略説
明図である。

【図２】この発明によるレジスト膜の灰化方法による実
験結果を示した図である。

【図３】この発明によるレジスト膜の灰化装置の実施例
を具体的に示した図である。

【図４】この発明によるレジスト膜の灰化装置の他の実
施例を簡単に示した図である。

【図５】この発明によるレジスト膜の灰化装置の他の実
施例を示した斜視図である。

【図６】こん発明によるレジスト膜の灰化装置の他の実
施例を簡単に示した図である。

【符号の説明】

１：処理室 ２：紫外線透過窓 ３：紫外線発光ランプ ６：ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 徹治 神奈川県横浜市緑区元石川町6409番地 ウ シオ電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レジスト膜を持つウエハを、オゾンを含
   む雰囲気の中に配置して、 ２００〜３００ｎｍの波長範囲に連続スペクトル発光を
   持つ紫外線発光ランプの放射光によって活性化酸素を作
   り、 この活性化酸素によって、該レジスト膜を灰化すること
   を特徴とするレジスト膜の灰化方法。
2. 【請求項２】 オゾンを含む雰囲気でなる処理室と、 この処理室の中で、レジスト膜を持つウエハを配置させ
   る保持台と、 このレジスト膜に向かって、紫外線を放射する紫外線発
   光ランプよりなるレジスト膜の灰化装置において、 前記紫外線発光ランプは、２００〜３００ｎｍの波長範
   囲に連続スペクトル発光を持つ光を放射して、前記処理
   室の中に活性化酸素を作り、 この活性化酸素によって、該レジスト膜を灰化すること
   を特徴とするレジスト膜の灰化装置。
3. 【請求項３】 前記紫外線発光ランプには、高圧水銀ラ
   ンプを使うことを特徴とする請求項１と請求項２記載の
   レジスト膜の灰化方法もしくは灰化装置。
4. 【請求項４】 前記紫外線発光ランプには、メタルハラ
   イドランプを使うことを特徴とする請求項１と請求項２
   記載のレジスト膜の灰化方法もしくは灰化装置。