JPH06101423B2 - 半導体ウエハ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウエハに被着されたフォトレジスト膜
等をオゾンを利用して酸化して除去するアッシング処理
等を行う半導体ウエハ処理装置に関する。

（従来の技術） 半導体集積回路の微細パターンの形成は、一般に露光お
よび現像によって形成された有機高分子のフォトレジス
ト膜をマスクとして用い、半導体ウエハ上に形成された
下地膜をエッチングすることにより行なわれる。

したがって、マスクとして用いられたフォトレジスト膜
は、エッチング過程を経た後には、半導体ウエハの表面
から除去される必要がある。

このような場合のフォトレジスト膜を除去する処理とし
てアッシング処理が行なわれる。

このアッシング処理はレジストの除去、シリコンウエ
ハ、マスクの洗浄を始めインクの除去、溶剤残留物の除
去等にも使用され、半導体プロセスのドライクリーニン
グ処理を行なう場合に適するものである。

フォトレジスト膜除去を行なう半導体ウエハ処理装置と
しては、酸素プラズマを用いたものが一般的である。

酸素プラズマによるフォトレジスト膜のアッシング処理
を行なう半導体ウエハ処理装置は、フォトレジスト膜と
付いた半導体ウエハを処理室に置き、処理室内に導入さ
れた酸素ガスを高周波の電場によりプラズマ化し、発生
した酸素原子ラジカルにより有機物であるフォトレジス
ト膜を酸化して二酸化炭素、一酸化炭素および水に分解
して除去する。

また、紫外線を照射することにより酸素原子ラジカルを
発生させて、バッチ処理でアッシング処理を行なう半導
体ウエハ処理装置がある。

第13図はこのような紫外線照射により酸素原子ラジカル
を発生させる半導体ウエハ処理装置を示すもので、処理
室１には、多数の半導体ウエハ２が所定間隔をおいて垂
直に配置され、処理室１の上部に設置されている紫外線
発光管３からの紫外線を処理室１の上面に設けられた石
英等の透明な窓４を通して照射し、処理室１に充填され
た酸素を励起してオゾンを発生させる。そしてこのオゾ
ン雰囲気から生じる酸素原子ラジカルを半導体ウエハ２
に作用させてアッシング処理を行なう。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記説明の従来の半導体ウエハ処理装置の
うち、酸素プラズマを用いた半導体ウエハ処理装置で
は、プラズマ中に存在する電場によって加速されたイオ
ンや電子を半導体ウエハに照射するため、半導体ウエハ
に損傷を与えるという問題がある。

また、紫外線を用いた半導体ウエハ処理装置では、前記
のプラズマによる損傷を半導体ウエハに与えることはな
いが、アッシング速度が50〜150nm/minと遅く処理に時
間がかかるため、例えば大口径の半導体ウエハの処理に
適した、半導体ウエハを１枚１枚処理する枚葉処理が行
えないという問題がある。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもので、
半導体ウエハに損傷を与えることなく、かつフォトレジ
スト膜のアッシング速度等における処理速度が速く、大
口径半導体ウエハの枚葉処理等に対応することのできる
半導体ウエハ処理装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明は、気密な処理室の内部に設けられ、半
導体ウエハを載置してこの半導体ウエハの温度制御を行
う温度制御装置を内蔵した載置台と、前記半導体ウエハ
に対向配置され、前記半導体ウエハに向けガスを流出す
るガス流出部と、このガス流出部から流出させるガスの
流量を複数に分割された領域毎に調整するガス流量調整
器と、前記処理室の内部を排気する排気装置とを備えて
いることを特徴とする。

（作 用） 本発明の半導体ウエハ処理装置では、半導体ウエハに近
接対向してこの半導体ウエハへ向けてガスを流出させる
ガス流出部が設けられている。このガス流出部から例え
ばオゾンを含む酸素ガス等を流出させることにより、半
導体ウエハ面に新しいオゾンを提供することができ、酸
素原子ラジカルと半導体ウエハに被着された膜との酸化
化学反応を促進させることができる。

また、複数の領域毎に流出させるオゾンを含有するガス
の流量およびオゾン濃度を調節可能に構成されており、
例えば、縦軸をアッシング速度、横軸を半導体ウエハ中
心からの距離とした第12図のグラフに示すような中心部
と周辺部等の半導体ウエハの部位によるアッシング速度
の違いを、ガスの流量および／またはオゾン濃度によっ
て補正して、半導体ウエハ全体に高速で均一なアッシン
グ速度を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の半導体ウエハ処理装置を図面を参照して
実施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例の半導体ウエハ処理装置を示
すもので、この実施例の半導体ウエハ処理装置では、処
理室11内には、例えば真空チャック等により半導体ウエ
ハ12を吸着保持する載置台13が配置されており、この載
置台13は、温度制御装置14によって制御されるヒータ15
を内蔵し、昇降装置16によって上下に移動可能に構成さ
れている。

載置台13上方には、第２図にも示すように、例えば0.1
〜5mm好ましくは１〜2mm程度の幅を有し、３〜30mm好ま
しくは５〜15mm程度の間隔を隔てて平行する５本の細長
いスリット状の開口17a…17eから構成されるガス流出部
17が配置されており、このガス流出部17は冷却装置18か
ら循環される冷却水等により冷却されている。

また、ガス流出部17の開口17a、17eはガス流量調節器19
aに、開口17b、17dはガス流量調節器19bに、開口17cは
ガス流量調節器19cに接続されており、これらのガス流
量調節器19a、19b、19cは、酸素供給源20に接続された
オゾン発生器21に接続されている。なお処理室11の下部
には、排気口22が設けられており、この排気口22から排
気装置23により排気が行なわれる。

そして上記構成のこの実施例の半導体ウエハ処理装置で
は、次のようにしてアッシングを行なう。

すなわち、まず昇降装置16によって載置台13を下降さ
せ、ガス流出部17との間に図示しないウエハ搬送装置の
アーム等が導入される間隔が設けられ、半導体ウエハ12
がこのウエハ搬送装置等により載置台13上に載置され、
吸着保持される。

この後、昇降装置16によって載置台13を上昇させ、ガス
流出部17の開口17a…17eと、半導体ウエハ12表面との間
隔が例えば0.5〜20mm程度の所定の間隔に設定される。
なおこの場合、ガス流出部17を昇降装置によって上下動
させてもよい。

そして、載置台13に内蔵されたヒータ15を温度制御装置
14により制御し半導体ウエハ12を例えば150℃〜500℃程
度の範囲に加熱し、酸素供給源20およびオゾン発生器21
から供給されるオゾンを含有する酸素ガスをガス流量調
節器19a、19b、19cによって全体の流量が例えば３〜15
/min程度となるよう調節し、開口17a〜17eから半導体
ウエハ12に向けて流出させ、排気装置23により例えば処
理室11内の気体圧力が700〜200Torr程度の範囲になるよ
う排気する。

なお、第３図に矢印で示すようにガス流出部17と半導体
ウエハ12との間には、半導体ウエハ12の中央部から周辺
部へ向かうガスの流れが形成される。このため開口17a
…17eから単位面積当たりの流量を一様にしてオゾンを
含有する酸素ガスを流出させると、特に大口径の半導体
ウエハ12の場合、前述の第12図のグラフに示したように
周辺部でアッシング速度が遅くなる等半導体ウエハ12の
部位によりアッシング速度に差異が生じる。したがって
処理時間が、アッシング速度の遅い部位によって長くな
るので、アッシング速度が一様となるよう開口17a、17e
と、開口17b、17dと、開口17cの単位面積当たりのガス
流出量をガス流量調節器19a、19b、19cにより調節す
る。

また、オゾン発生器21で生成されたオゾンの寿命は、温
度に依存し、縦軸をオゾン分解半減期、横軸をオゾンを
含有するガスの温度とした第４図のグラフに示すよう
に、温度が高くなるとオゾンの寿命は急激に短くなる。
このためガス流出部17の開口の温度は25℃程度以下とす
ることが好ましく、一方、半導体ウエハ12の温度は150
℃程度以上に加熱することが好ましい。

第５図のグラフは、縦軸をアッシング速度、横軸をオゾ
ンを含有するガスの流量とし、上記説明のこの実施例の
半導体ウエハ処理装置におけるガス流出部17と半導体ウ
エハ12間の距離をパラメータとして６インチの半導体ウ
エハ12を300℃に加熱した場合のアッシング速度の変化
を示している。なお、オゾン濃度は３〜10重量％程度と
なるよう調節されている。このグラフからわかるよう
に、この実施例の半導体ウエハ処理装置では、半導体ウ
エハ12とガス流出部17との間を数mmとし、オゾンを含有
するガス流量を２〜40Sl（Slは常温常圧換算での流量）
程度の範囲とすることによりアッシング速度が１〜数μ
m/minの高速なアッシング処理を行なうことができる。
また、縦軸をアッシング速度、横軸を半導体ウエハ中心
からの距離とした第６図のグラフに示すように、開口17
a…17eから流出させるオゾンを含有するガス流量を、各
開口ごとに制御することにより、均一なアッシング速度
を得ることができる。

なお、この実施例ではガス流出部17を、平行するスリッ
ト状の開口17a…17eで構成したが、本発明は係る実施例
に限定されるものではなく、例えば第７図に示すように
複数の同心円状のスリット27a、27b、27cにより構成し
てもよく、あるいはスリットによらなくとも、例えば第
８図に示すように金属あるいはセラミック等の焼結体か
らなる拡散板を配置された開口37a、37bにより構成して
も、あるいは第９図に示すように小孔を備えた拡散板を
配置された開口47a、47b、47c等により構成してもよ
い。そして、例えば、金属あるいはセラミック等の焼結
体からなる拡散板等を用いる場合は、ガス流出部は第10
図に示すように、同心円状に配置されたコーン部36a、3
6bにより開口37a、37bを形成し、この開口37a、37bに拡
散板38a、38bを配置することにより構成してもよい。

また、第11図に示すように、酸素供給源20に接続された
オゾン発生器21を複数設け、ガス流出部17の各開口17a
……17eから流出するオゾンを含有するガスの流量およ
びオゾン濃度を各開口ごとに制御できるよう構成しても
よい。

さらに、この実施例ではアッシング対象としてフォトレ
ジスト膜の場合について説明したが、インクの除去を初
め溶剤の除去等各種のものに適用でき、酸化して除去で
きるものならば、アッシング対象はどのようなものでも
よく、オゾンを含有するガスは酸素に限らずオゾンと反
応しないようなガス、特にN₂、Ar、Ne等のような不活性
なガスにオゾンを含有させて使用することができる。

［発明の効果］ 上述のように本発明の半導体ウエハ処理装置では、半導
体ウエハに損傷を与えることなく、かつ処理速度が均一
で高速であるので、大口径半導体ウエハ等でも枚葉処理
により短時間で処理を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体ウエハ処理装置を示
す構成図、第２図は第１図の要部を示す下面部、第３図
はオゾンを含有するガスの流れを示す説明図、第４図は
オゾンの半減期と温度の関係を示すグラフ、第５図はア
ッシング速度とオゾンを含有するガス流量およびガス流
出部と半導体ウエハとの距離の関係を示すグラフ、第６
図は半導体ウエハ中心からの距離とアッシング速度の関
係を示すグラフ、第７図〜第９図は第２図に示すガス流
出部の変形例を示す下面図、第10図〜第11図は第１図に
示すアッシング装置の変形例を示す構成図、第12図は半
導体ウエハ中心からの距離とアッシング速度の関係を示
すグラフ、第13図は従来の半導体ウエハ処理装置を示す
構成図である。 12……半導体ウエハ、17……ガス流出部、17a〜17e……
開口、19a〜19c……ガス流量調節器、21……オゾン発生
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気密な処理室の内部に設けられ、半導体ウ
   エハを載置してこの半導体ウエハの温度制御を行う温度
   制御装置を内蔵した載置台と、 前記半導体ウエハに対向配置され、前記半導体ウエハに
   向けガスを流出するガス流出部と、 このガス流出部から流出させるガスの流量を複数に分割
   された領域毎に調整するガス流量調整器と、 前記処理室の内部を排気する排気装置と を備えていることを特徴とする半導体ウエハ処理装置。