JPH0628254B2 - フオトレジストの剥離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フォトレジストを剥離する改良された方法お
よび装置に関し、とくに迅速な剥離時間を生ずる方法お
よび装置に関する。

集積回路の製作において、写真平板の技術が頻繁に使用
される。この技術の実施において、半導体のウェーファ
ーをフォトレジストで被覆し、次いでこれをマスクを通
過する紫外線で露光し、こうして所望のパターンをフォ
トレジスト上に画像形成する。これはフォトレジストの
露光された区域の溶解度を変化させ、こうして適当な溶
媒中で現像した後、所望のパターンがウェーファー上に
定着され、次いでフォトレジストを堅くベーキングし
て、それが引き続く処理に耐えるようにする。

このような引き続く処理において、所望のパターンに相
当する集積回路の構成成分は、プラズマエッチングまた
はイオン実施（ｉｏｎ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏ
ｎ）を包含する方法によって形成される。

集積回路の構成成分が形成された後、フォトレジストを
ウェーファーから剥離（ｓｒｔｒｉｐ）することが望ま
しく、このウェーファーはこの時点においてすでにその
有用な目的に役立つ。フォトレジストの剥離が比較的容
易であるか、あるいは困難であるかは、特定のプラズマ
エッチングまたはイオン移植（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔ
ａｔｉｏｎ）の間にフォトレジスト中に誘導された物理
的および化学的変化に依存し、またフォトレジストが架
橋した程度に依存する。こうして、有意な程度の堅いベ
ーキングおよび、大きい程度にさえ、プラズマエッチン
グおよびイオン実施の方法は、物理的および化学的変化
をフォトレジスト中に誘発するので、剥離はとくに困難
であることが知られている。

先行技術において、フォトレジストの剥離のために使用
されてきた最も普通の技術は湿式溶媒現像剤、例えば、
硫酸−過酸化水素溶液の使用およびプラズマ灰化の技術
である。しかしながら、これらは、溶媒現像剤を使用す
る作業が困難でありかつ危険であるために、全体的に満
足すべきであることは明らかにされてきておらず、そし
て表面の汚染を生ずる傾向があり、一方プラズマ灰化は
特徴的に遅過ぎ、そして時にはウエーフアーに電気的損
傷を与えた。

フォトレジストの剥離の他の技術は、フォトレジストを
オゾン含有雰囲気にさらし、同時にフォトレジスト層を
その上に配置して有する支持体を加熱することからな
る。この方法は米国特許第４，４３１，５９２号に開示
されており、ここでオゾンは反応室内でフォトレジスト
を横切って移送され、その間支持体は２６０℃を越えな
い温度に加熱される。

関連する技術、「紫外−オゾン（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅ
ｔ−ｏｚｏｎｅ）」として知られている、において、炭
化水素含有物質であるフォトレジストをオゾンにさら
し、同時にそれを３００ｎｍ以下のスペクトル成分を含
有する紫外輻射で照射する。紫外とオゾンとの組み合わ
せはフォトレジストの酸化を生じ、これによりフォトレ
ジスト揮発性副生物に転化することによって剥離する。
さらに、フォトレジスト層を支持する支持体を紫外−オ
ゾン法と組み合わせて加熱することができるが、先行技
術においては２５０〜３００℃以上の温度は利用されて
いない。

前述のオゾンおよび紫外−オゾンのフォトレジストの剥
離技術は、最初有望であることが示された。すなわち、
それらは作業が清浄でありかつ便利であり、そして先行
技術の方法よりも表面の汚染および電気的損傷に関連す
る問題の発生が少ない。しかしながら、これらの技術は
今日まで有意に商業的に受け入れられてきていない。な
ぜなら、現在実施されているように、それらは大抵のフ
ォトレジストに対して遅過ぎ、そして高度にイオン移植
されたフォトレジストを剥離することができないことさ
えあるからである。

先行技術において、支持体を加熱し、同時にフォトレジ
ストの表面をオゾンに、またはオゾンおよびＵＶにさら
すことによって、剥離を促進できることが認識されてい
る。しかしながら、先行技術は３００℃以上、典型的に
は２６０℃以上の支持体温度の使用を開示していない。
高い温度が従来使用されてきていない理由は、高い温度
を先行技術の剥離時間に匹敵する時間で使用すると、デ
バイスの損傷、例えば、集積回路の層間の拡散に導くと
いう信念にあるものと信じられる。

本発明の好適な１実施例によれば、３００℃より有意に
高い加熱を短時間だけ実施するならば、支持体をこのよ
うな高い温度にさらすことができるということが認識さ
れた。これを達成するために、２ｍｍ以下の厚さの幅の
狭いギャップをフォトレジストに隣接して形成する手段
を設け、ジャップ内において２〜６００ｃｍ／ｓｅｃの
範囲内の流速を生ずるために十分な流速で酸化性流体を
このようなギャップに供給し、そして３００℃以上の支
持体温度を利用すると、フォトレジストはこのような適
当に短い時間で剥離される。それゆえ、本発明を実施す
ることにより、非常に短い剥離時間が達成され、そして
剥離が困難なフォトレジスト、例えば、イオン移植され
たフォトレジストを商業的に許容されうる時間内で、す
なわち、５分より短い時間内で、より典型的には１〜３
分以内に時間で剥離される。

本発明の好ましい実施態様において、幅の狭いギャップ
は石英板をフォトレジストより上の短い距離で配置する
ことによってつくられる。紫外輻射を追加的に使用する
場合、石英板により拘束される酸化性流体の薄い層は紫
外輻射の吸収を最小にし、そしてフォトレジストからあ
る距離で位置することのできる高い放射照度の紫外源の
使用を可能とする。

本発明の実施において、酸化性流体として使用されるオ
ゾンと、３００℃を越える支持体温度で幅の狭いギャッ
プを通る高い速度のオゾンとの組み合わせは、同様な方
法で従来得られたよりも速い剥離時間を生ずる。それ以
上の向上を得ることができ、ここでフォトレジストは３
００ｎｍ以下の有意のスペクトル成分を有する紫外輻射
で追加的に照射される。さらに、３００℃以上の支持体
の加熱と同時の約８００ミリワット／ｃｍ^２以上の放射
照度の紫外輻射の照射との組み合わせは、前述の幅の狭
いギャップの不存在下においてさえ、剥離速度を改良す
る。

こうして、本発明の目的はフォトレジストを急速に剥離
する方法および装置を提供することである。

本発明の他の目的は、剥離が困難であるフォトレジス
ト、例えば、イオン移植されたフォトレジストの剥離に
とくに有効である方法および装置を提供することであ
る。

本発明のなお他の目的は、酸化性流体を用いた剥離技術
を使用するがその付随する利点をもって、先行技術によ
り提供されたこの技術を用いるより急速な剥離を提供す
ることである。

本発明のなお他の目的は、フォトレジストから間隔を置
いて配置しなくてはならない高い放射照度の集束された
紫外線源を用いる剥離技術を利用することである。

添付図面を参照しながら、本発明をさらに説明する。

第１図を参照すると、剥離すべきフォトレジスト６は、
支持体、例えば、シリコンのウェーファー上に被覆され
ており、そしてウェーファーはチャック２上に配置され
ている。

この実施態様において、オゾンは酸化性流体として使用
され、そして、オゾンを発生させるために、純粋な酸素
がオゾン発生器１８へ供給される。このオゾン発生器１
８は無声放電型であることができる。例えば、グリッフ
ィン・テクニークス・コーポレーション（Ｇｒｉｆｆｉ
ｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｃｏｒｐ．）のＴＣ ０．
５Ｃオゾン発生器は適当である。

オゾンは、導管１０からギャップスペース要素２０中の
開口から、フォトレジスト６のすぐ上の区域へ供給され
る。ギャップスペース要素２０を使用してフォトレジス
トより上に幅の狭いギャップをつくり、そこを通してオ
ゾンを薄い層で流す。好ましい実施態様において、要素
２０は石英の平らな板である。この板はオゾンへの暴露
のとき劣化せずかつオゾン過度に速く分解させない材料
から構成しなくてはならない。石英以外の材料は、それ
が上の特性を有するかぎり、使用することが可能であろ
う。

板２０はフォトレジストから２ｍｍ以下の間隔で位置
し、多くのフォトレジストにとって好ましい間隔は約
０．５ｍｍである。板は普通の取り付け手段、例えば、
適当なスペーサー、によりフォトレジストから正しい距
離にあるように取り付けられ、そして好ましくは板およ
びチャックは円形のディスクの形状であって、剥離され
る半導体のウェーファーの形状と適合するようにする。

本発明によれば、オゾンはフォトレジストと板との間の
幅の狭いギャップへ、２〜６００ｃｍ／ｓｅｃの範囲内
に入るギャップ中の流速を生じさせるために十分な流速
で供給される。幅の狭いギャップはこのような高い速度
を達成を促進する。第１図の実施態様において、中央の
単一の流体開口を有するギャップスペース要素が使用さ
れており、２〜５標準立方フィート／時間（ＳＣＦＨ）
の流速は２〜６００ｃｍ／ｓｅｃの速度を生じさせる。
速度は剥離されるフォトレジストの外側で約２０ｃｍ／
ｓｅｃである。外側のオゾンは遅く流れるばかりでな
く、かつまた中心付近よりも汚染されており、そして他
の実施態様、例えば第５図の実施態様を使用するとき、
汚染されず、オゾンは外側付近に供給され、そしてそこ
でオゾンは遅い速度であることができる。好ましい実施
態様において、酸素中の４％の濃度でオゾンを使用す
る。

酸化性流体は排気供給導管３２および３４によりフォト
レジストより上の区域から抜出され、それの導管は中和
装置に導かれるか、あるいは、例えば、煙突により、大
気へ排出される。

チャック２は中空であり、そして良好な熱の導体、例え
ば、アルミニウムから構成される。電気抵抗のヒーター
２４はチャックの内側に位置し、そしてオゾンへの暴露
前にウェーファーを予熱するように配置されている。本
発明によれば、支持体は３００℃以上、好ましくは３０
０℃より有意に高い温度に加熱されて急速な剥離を達成
する。

幅の狭いギャップを通る高速な流れは、フォトレジスト
を連続的に新しいオゾンへ暴露し、こうしてオゾンの再
結合のような影響を最小にする。

好ましい実施態様において、オゾンを酸化性流体として
使用し、他の既知の酸化性流体を使用することができ
る。より活性な酸化性流体を使用すると、３００℃以下
の温度は好適な結果を提供するであろうと信じられ、そ
して加熱を省略することが可能である。また、４％以上
のオゾン濃度では、加熱をより少なくすることができ
る。

幅の狭いギャップ中の過度の流速はフォトレジストを冷
却することがあり、これは剥離を阻害し、そして流速の
上限は使用するフォトレジストならびに他のプロセスの
変数に依存する。

第２図を参照すると、本発明の他の実施態様が示されて
おり、ここで同様な数字は第１図に示されているものに
同一の部分を表示する。第２図の実施態様は、フォトレ
ジストが３００ｎｍより低い有意のスペルトル成分を有
する紫外輻射で照射され、同時にオゾンおよび熱にさら
されている以外、第１図と同一である。ＵＶへの暴露
は、ことに２ｍｍに到達するより広いギャップ幅で、剥
離時間を向上させうる。

第２図において、照射は源３０により提供され、そして
この源により提供される放射照度は少なくとも８００ワ
ット／ｃｍ^２であるべきである。本発明に従う薄いオゾ
ン層の使用は、紫外線の吸収を最小にし、そして、機械
的理由によりフォトレジスとから分離しなくてはならな
い、高い動力の、集束された無電極源の使用を可能と
し、その結果、フォトレジストを前記源の焦点面中に配
置して所望の放射照度を得ることができる。典型的に
は、マイクロ波を動力とする無電極光源を使用して必要
な放射照度が得られるであろう。

とくに性能がすぐれることがわかった光源は、Ｍ１５０
ＰＣ型イラジエイター（Ｉｒｒａｄｉａｔｏｒ）［フュ
ージョン・システムス・コーポレーション（Ｆｕｓｉｏ
ｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐ．）製］である。この源
は球形の電球およびセグメント化されたリフレクターを
使用し、１９８５年３月１日提出の同時継続出願第７０
７，１５９号に記載される原理を利用して、ウェーファ
ー上に実質的に均一な照射を与える。さらに、本発明に
とって、メッシュ３０より下に位置しかつ垂直から外側
に向かって５゜で傾斜した、反射材料の保持リングは均
一性をなお増加することができることが発見された。

紫外線源に好ましいスペクトルは第１１図に示されてお
り、そして３００ｎｍ以下の有意なスペクトル成分が存
在することが認められる。３００ｎｍ以下の短いＵＶ波
長を含む他の特定のスペクトルも有利に作用するが、例
示したスペクトルはとくに良好に作用することがわかっ
た。

第１図および第２図の実施態様では、剥離を実施した
後、チャックを急速に冷却して、ウェーファーを出来る
だけ短い時間高温に維持してウェーファーへの損傷を回
避し、かつ引き続くウェーファーの移送作業を促進する
ことが望ましい。冷却を達成する１つの方法は、チャッ
ク内の流路（図示せず）に冷却液、例えば、脱イオン水
を通過させることである。これは連続の流路であり、そ
して第１図において、冷却液は導管１４を経て供給さ
れ、そして導管１６を経て排出される。冷却は伝導によ
り、そしてチャックが良好な導体から構成されているの
で、急速に達成される。

本発明の実施において、ウェーファーを３００℃以上、
可能ならば３５０℃以上の温度に加熱する。ＵＶ輻射を
利用する実施態様において、源の紫外線の放射照度を８
００ミリワット／ｃｍ^２、有意に高く２ワット／ｃｍ^２
以上まで増加すると、反離時間を減少させることがで
き、こうして装置を損傷せずに、より高い支持体温度の
使用が可能となる。支持体温度の上限は、高温で再結合
するオゾンの化学的特性によりつくられる。

次に実施例により、本発明の実施方法を説明する。実施
例において、第１図および第２図の装置を使用した。

実施例Ｉ イオン移植されかつＵＶベーキングされた、厚さ１．５
ミクロンのシプレイ（Ｓｈｉｐｌｅｙ）１４００シリー
ズ（Ｓｅｒｉｅｓ）フォトレジストを剥離した。

このウェーファーを３３０℃に加熱し、そしてこのウェ
ーファーは剥離の間に３３１℃のピーク温度に到達し
た。酸素中に４％のオゾンを含有する気体混合物を、フ
ォトレジストより上の０．５ｍｍの幅の狭いギャップへ
４ＳＣＦＨの流速で供給した。

フォトレジストは、直径１０．１６ｃｍ（４インチ）に
わたって３分で９８％で剥離された。

実施例II 高度にイオン移植された、厚さ１．５ミクロンのシプレ
イ（Ｓｈｉｐｌｅｙ）１４００シリーズ（Ｓｅｒｉｅ
ｓ）フォトレジストを剥離した。

このウェーファーを３２０℃に予熱した。酸素中に３％
〜４％のオゾンを含有する気体混合物をフォトレジスト
より上の２ｍｍ以下の幅の狭いギャップへ３〜４ＳＣＦ
Ｈの流速で供給し、そしてフォトレジストを紫外輻射
（２００〜４２０ｎｍ）にほぼ１４５０ミリワット／ｃ
ｍ^２の放射照明度で暴露した。

フォトレジストは２．５分で完全に剥離された。

実施例III 厚さ１ミクロンのＰＭＭＡを堅くベーキングした。

このウェーファーを３２０℃に予熱した。酸素中に３％
〜４％のオゾンを含有する気体混合物を、フォトレジス
トより上の２ｍｍ以下の幅の狭いギャップへ３〜４ＳＣ
ＦＨの流速で供給し、そしてフォトレジストを紫外輻射
にほぼ１４５０ミリワット／ｃｍ^２の放射照度で暴露し
た。

フォトレジストは３０〜４５秒で完全に剥離された。

実際のプロセスラインにおいて、本発明の実施は自動化
されるであろうことを認識すべきである。こうして、剥
離すべきウェーファーはチャックへ自動的に移送され、
ここで前もって決定した温度に加熱されかつ酸化性流体
へ暴露されるであろう。

さらに、第１図に図解する実施態様は中央に位置する単
一の供給口または開口を有する石英板２０を示すが、他
の配置は可能であり、そしていっそう望ましいことがあ
る。

これに関して、均一な流速を有し、化学反応により生成
する構成成分、例えば、二酸化炭素および水蒸気で汚染
されない、均一な厚さの酸化性流体の層を準備すること
が望ましい。

こうして、第２図の実施態様において、オゾン層は石英
板の中心から周辺に流れるとき希薄になる傾向があり、
一方流速はより低くなりかつオゾンは二酸化炭素および
水蒸気で汚染されるようになる傾向がある。

第３図を参照すると、石英板４０が複数の口または開口
４２、４４、４６および４８を有する実施態様が示され
ている。この配置はより均一な厚さのオゾン層をより均
一な流速で形成し、酸化性流体の全体の汚染および局所
的な汚染は少ない。しかしながら、例えば、第３図中の
参照数字５０で示す区域に、口の間のナル区域（ｎｕｌ
ｌ ａｒｅａ）が存在することがある。

これらのナル区域は、フォトレジストを回転させること
によって有意な程度に補整することができる。第４図
に、チャック５６がモーター５８により回転される実施
態様が示されている。このような実施態様において、ス
リップジョイントを設けて流体を回転させながら移送
し、一方スリップリングは電流を移送するであろう。

第５図には、へりで供給される実施態様が示されてお
り、ここで石英板６０は長方形であり、そして酸化性流
体はそらせ板７０の内側に導管６８により供給され、こ
の導管６８は板６０のへりに沿って存在する。導管６８
はこの紙の平面の中に伸びており、そしてこの導管に沿
って長さ方向の開口を含む。酸化性流体はこの導管へ供
給され、そしてその中の開口を通して石英板６０とウェ
ーファー６２上のフォトレジストとの間のギャップへ供
給される。

第５図のへりの流れの実施態様における酸化性流体の密
度および流速は非常に均一になる傾向があるが、流体は
それが横切る距離が比較的大きいために汚染される傾向
がある。

これはフォトレジストを回転させることにより補整する
ことができ、そして第６図はチャック６４′を回転させ
るモーター７２を示す。

第７図および第８図において、酸化性流体を供給するた
めに平行な石英導管を利用する実施態様が示されてい
る。こうして、流体の導管８０および８２は石英板７４
と一体的に形成されているように描かれており、一方流
体流は第７図において矢印で示されている。

第９図には他の実施態様が示されており、ここで石英板
と一体的に形成された交互する石英の導管は流体を供給
し、一方交互する導管の間の導管は石英板とフォトレジ
ストとの間の区域から流体を排出する。ほんの短い距離
だけを移動した後の流体の排出は、汚染を比較的低くす
る。

ナルの可能性ならびに石英導管により生ずるシャドウ
（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）を回避するために、第７図、第
８図および第９図の実施態様におけるフォトレジストを
回転させることが望ましいであろう。

前述の実施態様においてチャックを回転させる代わり
に、チャックを振動させることによって同様な結果を得
ることができることが認められる。

第１０図を参照すると、他の実施態様が示されており、
ここで流体拘束部材１０２はテーパーを有して入口の速
度を減少させかつ外側に向かう速度を増加させ、こうし
て流体の希薄および汚染に対抗している。

フォトレジストの急速な剥離を達成する装置および方法
を記載した。

本発明はオゾンを含有する気体の雰囲気を使用すること
に関連して開示されたが、オゾン以外の酸化性流体を使
用することが可能であり、そして特許請求の範囲におけ
る用語「酸化性流体」はオゾン、酸素、塩素、フッ素、
ヨウ素および過酸化水素を包含する物質を含むものと理
解すべきである。

また、前述のように、用語「紫外輻射」および「紫外
線」は２００〜４２０ｎｍにおける輻射を意味するもの
と理解すべきである。

本発明はフォトレジストの剥離に関連して記載された
が、一般に有機物質の除去において使用することができ
る。

さらに、本発明は例示的および好ましい実施態様に関連
して記載されたが、本発明の範囲内に変更は当業者にと
て明らかであり、そして本発明は特許請求の範囲および
その同等なものによってのみ限定されるものと理解すべ
きである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１つの実施態様の略図である。 第２図は、本発明の他の実施態様の略図である。 第３図および第４図は、複数の口または開口を有するギ
ャップスペース要素を利用する本発明の実施態様を示
す。 第５図および第６図は、板のへりから酸化性流体を供給
されるギャップスペース要素を利用する本発明の実施態
様を示す。 第７図および第８図は、酸化性流体をそれらと関連させ
て供給する複数の平行な導管を有するギャップスペース
要素を利用する、本発明の実施態様を示す。 第９図は、導管をそれと関連して有するギャップスペー
ス要素を利用する実施態様を示し、ここで交互の導管は
酸化性流体を供給し、そして交互の導管の間の導管は酸
化性流体を排出する。 第１０図は、テーパーをもつギャップスペース要素を利
用する本発明の実施態様を示す。 第１１図は、光源が使用できる好ましい紫外線のスペル
トルの表示である。 ２……チャック ２′……チャック ６……フォトレジスト １０……導管 １０′……導管 １４……導管 １４′……導管 １６……導管 １６′……導管 １８……オゾン発生器 １８′……オゾン発生器 ２０……ギャップスペース要素、石英板 ２０′……ギャップスペース要素、石英板 ２４……ヒーター ３０……源 ３２……排気供給導管 ３２′……排気供給導管 ３４……排気供給導管 ３４′……排気供給導管 ４０……石英板 ４２……開口 ４４……開口 ４６……開口 ４８……開口 ５０……ナル区域 ５６……チャック ５８……モーター ６０……石英板 ６０′……石英板 ６２……ウェーファー ６２′……ウェーファー ６４……チャック ６４′……チャック ６８……導管 ６８′……導管 ７０……そらせ板 ７２……モーター ７０′……そらせ板 ７４……石英板 ８０……導管 ８２……導管 １０２……流体拘束部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スチユアート・エヌ・ラウンズ アメリカ合衆国メリーランド州20874ジヤ ーマンタウン・ベイベリイドライブ 13230 (56)参考文献 特開 昭52−20766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−161824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−265819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−40032（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に形成されているフォトレジスト層
   を剥離するフォトレジスト剥離装置において、 前記ホトジレスト層が形成されている基板を保持する保
   持手段、 平坦な表面と前記フォトレジスト層との間に２mm以下の
   幅狭ギャップを設定するように前記フォトレジスト層に
   隣接し且つそれから離隔して平坦な表面を配設する配設
   手段、 前記フォトレジスト層上に２mm以下の薄層の酸化性ガス
   を流すために前記幅狭ギャップへ酸化性ガスを送給する
   送給手段、 剥離処理が行われている間前記保持手段と前記平坦な表
   面とを互いに静止した位置関係に維持する維持手段、 とを有することを特徴とするフォトレジスト剥離装置。
2. 【請求項２】基板上に形成されているフォトレジスト層
   を剥離するフォトレジスト剥離装置において、 前記ホトレジスト層が形成されている基板を保持する保
   持手段、 平坦な表面と前記フォトレジスト層との間に４mm以下の
   幅狭ギャップを設定するように前記フォトレジスト層に
   隣接し且つそれから離隔して平坦な表面を配設する配設
   手段、 ４％以上の濃度でオゾンを供給する供給手段、 前記フォトレジスト上に前記オゾンを含有する４mm以下
   の薄層の酸化性ガスを流すために前記オゾンを前記幅狭
   ギャップへ送給する送給手段、 剥離処理が行われている間前記保持手段と前記平坦な表
   面とを互いに静止した位置関係に維持する維持手段、 前記基板を加熱する加熱手段、 を有することを特徴とするフォトレジスト剥離装置。