JPH07122537A

JPH07122537A - 表面処理方法及び表面処理装置

Info

Publication number: JPH07122537A
Application number: JP26451093A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Tokuda; 光雄徳田; Sukeyoshi Tsunekawa; 助芳恒川; Kotaro Koizumi; 浩太郎小泉; Takeshi Kimura; 剛木村; Hisashi Miyashita; 恒宮下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】処理速度を向上させた表面処理装置を提供する
こと。【構成】オゾン等の反応性ガスを励起して活性種を発生
させる光を発するための紫外線ランプ６と、反応性ガス
を含む気体が導入される入口を有する励起室４と、紫外
線ランプ６が発した光により、反応性ガスが活性化され
て生成した活性種によって表面処理が行われるウェーハ
１を保持するためのステージ３を内部に配置した処理室
２とから構成した表面処理装置。紫外線ランプ６と励起
室４の内壁との隙間は、２０ｍｍ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紫外線と活性ガスを用
いる光化学反応により、固体表面のエッチング、洗浄、
改質等の表面処理を行う表面処理方法及びそれを行うに
適した表面処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造における薄膜形
成、エッチング、レジスト除去、洗浄等の基板表面処理
工程は、プラズマを利用して行う方法が支配的であっ
た。しかし、近年の半導体デバイスの高集積化に伴っ
て、半導体素子の損傷に対するマージン（裕度）が減少
しているため、プラズマの荷電粒子によるダメージが顕
在化した。そこで、プラズマを用いない方式として、オ
ゾンアッシャや紫外線オゾンアッシャを用いた方式が脚
光を浴び、一部工程で生産に利用され、損傷の無い処理
が行われている。

【０００３】この紫外線オゾンアッシャは、被処理基板
と紫外線導入窓とのすき間、すなわちフローギャップに
オゾンを通過させ、オゾン分子が紫外線を吸収して生成
した活性種により表面処理を行うものである。このフロ
ーギャップは、実質０．５ｍｍ以内としている。フロー
ギャップが大きいと、紫外線導入窓近くで生成した活性
種が被処理基板表面で反応する前に消滅してしまい、有
効に作用しない。なお、この種の装置に関連するものと
しては、例えば、特公昭５８−１５９３９号、特開昭５
２−２０７６６号等が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、プラ
ズマ方式と比べて、概して処理速度が低いという問題が
あった。処理室を２台使用する等によって生産性を確保
することもできるが、装置コストの高騰を招く不都合も
有り、プラズマ方式の装置に取って替わるまでには至っ
ていない。

【０００５】オゾンアッシャや紫外線オゾンアッシャの
処理速度がプラズマ方式に比べて低い原因は、概ね処理
速度に対するエネルギ効率がプラズマ方式に比べて低い
ためである。その理由の第１は、反応性ガスの利用効率
が低いことにある。プラズマ方式に比べて、原料となる
酸素の使用量が約１桁多く必要であり、しかも、酸素か
ら生成したオゾンが十分に利用されずに廃棄されてい
る。オゾンの分解率は、オゾンアッシャの場合、約１０
〜２０％の低率である。これは、オゾンが３００℃程度
の高温に保持された被処理基板の表面に接触して加熱さ
れ、熱によって分解されることによる。つまり、基板の
表面に接触したオゾンだけしか分解できないことによ
る。

【０００６】一方、紫外線オゾンアッシャの場合、分解
率は約６０〜７０％である。オゾンアッシャに比べ、フ
ローギャップを通過中のオゾン分子が紫外線を吸収して
分解する効果が加わるために分解率が向上している。し
かしながら、未だ３０〜４０％のオゾンが利用されずに
廃棄されている。

【０００７】第２の理由は、紫外線オゾンアッシャの場
合、紫外線の利用効率が低いことにある。その原因は、
オゾンに対する紫外線の照射領域が、前記フローギャッ
プの狭い範囲に限られ、発生した紫外線がオゾンに十分
吸収されないためである。また、紫外線ランプが発した
紫外線が被処理基板に面する片側の紫外線だけしか効果
的に利用できないためである。このように、紫外線によ
るオゾンの分解が被処理基板の表面又は極近傍に限られ
ているため、オゾンが十分に分解されないうちに廃棄さ
れることが効率の低い主原因である。

【０００８】さらには、窓を介して紫外線を導入する
が、使用中に窓表面に、おそらく有機物の分解残渣と思
われる物質が付着する。それによって、紫外線の透過量
が減少することにより、紫外線が効果的に利用できな
い。特に、光化学反応に重要な１８５ｎｍの波長の光の
減衰が顕著である。

【０００９】本発明の第１の目的は、処理速度を向上さ
せた表面処理方法を提供することにある。本発明の第２
の目的は、そのような方法を行うに適した表面処理装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の表面処理方法は、反応性ガスを含む
気体を光源の表面及び近傍に導き、光源が発した光を反
応性ガスの分子に照射して反応性ガスを活性化して活性
種を生成し、活性種を被処理物の表面に接触させて表面
処理を行うようにしたものである。

【００１１】ここで、活性種の生成は、表面処理を行う
領域から分離された領域で行うことが好ましい。また、
表面処理は、活性種の生成の後に、活性種が活性を保持
している時間内に行うことが好ましい。

【００１２】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の表面処理装置は、反応性ガスを励起して活性種
を発生させる光を発するための光源と、反応性ガスを含
む気体が導入される入口を有する励起室と、光源が発し
た光により、反応性ガスが活性化されて生成した活性種
によって表面処理が行われる被処理物を保持するための
保持手段を内部に配置した処理室とから構成したもので
ある。

【００１３】反応性ガスは、オゾン又はハロゲン系ガス
であることが好ましい。オゾンは、例えば、レジスト等
の有機物を気化させて除去する場合に用いられ、塩素、
塩酸ガス等のハロゲン系ガスは、例えば、無機物を気化
除去する場合に用いられる。光源の発光面と励起室内壁
との隙間は、２０ｍｍ以下であることが好ましい。光源
から発した光を有効に利用するためである。また、隙間
は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。ガスの流れ
が均一になるためである。

【００１４】さらに、光源は、光源から発する光に対し
て実質的に透明な、例えば、合成石英製の容器内に置か
れていても差し支えない。この場合、容器と励起室内壁
との隙間は、２０ｍｍ以下であること、また、０．１ｍ
ｍ以上であることが好ましい。その理由は上述の場合と
同様である。また、処理室内の表面は、アルミニウム、
アルミ合金又はアルミ合金アルマイト仕上げとすること
が好ましい。光源から発した光を反射して、有効に利用
することができる。

【００１５】

【作用】反応性ガスがオゾンである場合を例として、本
発明の作用を説明する。紫外線をオゾンに照射すると次
の式（１）（２）の反応によりオゾンが分解する。

【００１６】

【数１】

【００１７】レジストは、式（１）（２）により生成し
た活性種であるラジカル酸素と反応して炭酸ガス、水蒸
気等の気体に変化し、除去されるが、その際不揮発性の
残渣と思われる物質が生成する。励起室を処理室と異な
るところに設けるならば、これらの物質が光源の発光面
に付着するようなことがなく、紫外線を有効に利用でき
る。

【００１８】さらに、光源の発光面と励起室内壁との隙
間又は光源を内蔵した容器と励起室内壁との隙間を広く
すれば、オゾンを含む気体に照射する紫外線の侵入深み
を増加させたと同様の効果になり、紫外線に暴されるオ
ゾン分子数を増やして上記（１）の反応を促進する。こ
れにより紫外線とオゾンの利用効率を高まるため、活性
種の発生量が増し、処理速度が高まる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。〈実施例１〉オゾンと紫外線を用いてレジストの除去処
理を行う表面処理装置の第１の実施例の模式的断面図を
図１（ａ）に示す。処理室２内のステージ３にウェーハ
１が載せられている。ステージ３はヒータ７を内蔵し、
温度制御部８により温度制御される。励起室４は、上流
のオゾン発生機５及び下流の処理室２とそれぞれ配管１
２及び１３で接続されている。励起室４の内部には、紫
外線ランプ（低圧水銀ランプ）６が設置されている。ま
た、励起室４の内部表面はアルミ合金からなる。なお、
この表面は、アルミニウム又はアルミ合金アルマイト仕
上げであってもよい。また、紫外線ランプ６の発光管と
励起室４の内壁との空間は、平均１５ｍｍ程度に設定し
ておく。処理室２と接続する排気管９の下流に接続され
た圧力制御手段１０、排気手段１１により、処理室２の
内部は所定の圧力に調節できる。

【００２０】次いでその動作を説明する。ガス源１４か
ら供給された酸素は、オゾン発生機５により励起され、
５体積％程度のオゾンを含む酸素となり、励起室４に入
り、ここで紫外線ランプ６の発光管の周辺を通過する。
この際、ガスは紫外線の光エネルギを吸収し、オゾンは
分解して酸素分子とラジカル酸素に、また、一部の酸素
はラジカル酸素に、それぞれ変化する。生成したラジカ
ル酸素は、処理室２に輸送され、ウェーハ１表面のレジ
ストと反応し、レジストを酸化して炭酸ガス、水蒸気等
の気体として除去する。なお、処理室２内部の雰囲気圧
力は、概ね大気圧或いは適度な減圧に調整され、速やか
に排気される。

【００２１】ここで、紫外線ランプ６の発光管と励起室
４の内壁との空間を通過するガスのオゾン濃度が５体積
％の場合、主波長２５４ｎｍの紫外線は発光管表面から
法線距離で約２ｍｍ離れる迄には全てオゾンに吸収され
る。つまり、約２ｍｍ以上離れた位置には波長２５４ｎ
ｍの紫外線は殆ど到達しない。一方、第２番目に強い波
長１８５ｎｍの紫外線が酸素ガスに全て吸収される迄の
到達距離は約２０ｍｍである。従って、主要な紫外線を
十分吸収して、レジスト除去処理に必要なラジカル酸素
を効率良く生成できる。この点、従来の装置の場合の紫
外線到達距離はフローギャップ０．５ｍｍ以下の狭い範
囲に限定されているため、紫外線が殆ど吸収されず、大
幅に無駄になっていることが分かる。なお、ラジカル酸
素が励起室４からレジスト表面迄到達する所要時間は、
ラジカル酸素の寿命より短くなる条件を満足するよう
に、配管１３の長さに応じたガス流量を定めることが重
要である。

【００２２】また、紫外線ランプ６は、容器の内部に納
めることもできる。図１（ｂ）に、そのような表面処理
装置の励起室の模式的断面図を示す。励起室４に合成石
英製の容器１５を設置し、その内部に紫外線ランプ６を
納める。このとき、容器１５の外面と励起室内面の隙間
を２０ｍｍ以下とする。このような容器１５を設けるこ
とにより、設けない場合よりも、ガスの流れがより均一
になる。

【００２３】〈実施例２〉図２に、表面処理装置の他の
実施例の主要部の模式的断面図を示す。本実施例は、励
起室４を処理室２の直上に設置している。処理室２と励
起室４の間には多数の小孔を持つガスノズル板２１を設
ける。また、励起室４の上部にはガス分散板２２を設け
る。紫外線ランプ６は、ガスノズル板２１とガス分散板
２２の中間に設ける。

【００２４】この装置の動作を説明する。オゾン発生機
から供給されたオゾンを含む酸素は配管１２から励起室
４に入り、ガス分散板２２で分散されて紫外線ランプ６
の発光管周囲を通過する際に、紫外線により励起されて
ラジカル酸素が生成する。その後直ちにガスノズル板２
１を経てウェーハ１表面に至り、レジストを除去する。
本実施例は、紫外線ランプを通過するガスの流れ分布が
より均一化し、かつ、励起後のガスをウェーハ表面へ輸
送する時間が短縮できるので、より効率良くレジスト除
去を行うことができる。

【００２５】〈実施例３〉図３に、表面処理装置のさら
に他の実施例の主要部の模式的断面図を示す。本実施例
は、励起室４を処理室２の外周部に設け、環状の紫外線
ランプ６を組み込んだ構造である。配管１３は、励起室
４の外周の四方に配置し、ガスは四方から供給されるよ
うにしたが、より細かく配管を設置し、例えば、８個又
は１６個の配管を設置してもよい。また、排気管９は処
理室２の上部中央に設ける。本実施例の利点は、従来の
オゾンアッシャにありがちなウェーハ内のレジスト除去
速度分布が周辺部ほど低い分布となる不都合を、ウェー
ハ１の周辺側から反応ガスを流して中心部から排気する
ことにより、緩和することができることにある。

【００２６】〈実施例４〉図４に、表面処理装置のさら
に他の実施例の主要部の模式的断面図を示す。処理室２
の天井には窓４１を設け、窓４１の上面に近接してハロ
ゲンランプ４２を設け、反射板４３及びカバー４４を設
ける。ウェーハ１は、ウェーハ受４５に置かれ、配管４
６により一面を真空にされて保持される。

【００２７】この装置は、ハロゲンランプ４２の熱線を
ウェーハ１の表面に照射してウェーハ温度を制御する構
造であり、その他の機能は実施例３の表面処理装置と同
等である。従来の紫外線オゾンアッシャ等においては、
紫外線ランプをウェーハ直上の窓上に配置する構成であ
るため、ウェーハの加熱源はウェーハの裏面側でなけれ
ば設置できないという制約があるが、本実施例では、紫
外線ランプをウェーハ上部に置く必要が無いので、従来
の制約が無くなり、装置構成が容易になるという利点が
新たに生まれた。

【００２８】〈実施例５〉図５に、表面処理装置のさら
に他の実施例の主要部の模式的断面図を示す。本実施例
は、処理室２の外周部に、直管の紫外線ランプ６を内蔵
した励起室４を２か所設けた構造である。なお、図６
は、この表面処理装置の平面図であり、両側２か所の励
起室４の中間にハロゲンランプ４２を並列に多数配置
し、中心部に排気管９設ける。その他の構成は、実施例
４の表面処理装置に類似しているが、処理室２の底板５
１の上面に張り出しているウェーハ受４５の高さを小さ
くして、ウェーハ１を搬入、搬出する時の底板５１の下
降量を最小にする配慮をしており、これにより装置の小
型化、簡素化や搬送時間の短縮等を図ることができる。

【００２９】以上に示した実施例は、紫外線とオゾンを
用いて有機物であるレジストを気化して除去する場合に
ついて触れたが、これは一例であり、他にも塩素、塩酸
ガス等のハロゲン系ガスを紫外線により活性化して無機
物と反応させて気化除去するエッチング工程や洗浄工程
等に対しても有効である。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、励起光や反応性ガスの
利用効率が高まるので、表面処理速度を高めることがで
き、生産性が向上できる。また、光源の発光面や、光源
を容器内に置いたときの容器表面に、使用中に分解残渣
のような物質が付着することがなく、励起光を有効に利
用できる。また、利用効率の向上により、必要な原料ガ
スや光源の規模が節減できる。さらには、単一の処理室
でも実用レベルのスループットが得られるので、装置コ
ストが低減できる効果も得られる。加えて、減圧装置に
おいても、光導入窓の厚み増加の影響を受けることのな
い装置構造にできる。このため、装置構成が単純化でき
るので、製造コストの低減や信頼性向上が実現できる効
果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の表面処理装置の模式的断面
図及び励起室の一例の模式的断面図。

【図２】本発明の実施例２の表面処理装置の主要部の模
式的断面図。

【図３】本発明の実施例３の表面処理装置の主要部の模
式的断面図。

【図４】本発明の実施例４の表面処理装置の主要部の模
式的断面図。

【図５】本発明の実施例５の表面処理装置の主要部の模
式的断面図。

【図６】本発明の実施例５の表面処理装置の主要部の模
式的平面図。

【符号の説明】

１…ウェーハ２…処理室３…ステージ４…励起室５…オゾン発生機６…紫外線ランプ７…ヒータ８…温度制御部９…排気管１０…圧力制御手段１１…排気手段１２、１３、４６…配管１４…ガス源２１…ガスノズル板２２…ガス分散板４１…窓４２…ハロゲンランプ４３…反射板４４…カバー４５…ウェーハ受５１…底板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/304 ３４１ＤＨ０１Ｌ 21/302 Ｚ (72)発明者木村剛東京都青梅市藤橋888番地株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者宮下恒東京都青梅市藤橋888番地株式会社日立製作所リビング機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応性ガスを含む気体を光源の表面及び近
傍に導き、光源が発した光を反応性ガスの分子に照射し
て反応性ガスを活性化して活性種を生成し、活性種を被
処理物の表面に接触させて表面処理を行うことを特徴と
する表面処理方法。
【請求項２】請求項１記載の表面処理方法において、上
記活性種の生成は、上記表面処理を行う領域から分離さ
れた領域で行うことを特徴とする表面処理方法。
【請求項３】請求項１又は２記載の表面処理方法におい
て、上記表面処理は、上記活性種の生成の後に、活性種
が活性を保持している時間内に行うことを特徴とする表
面処理方法。
【請求項４】請求項１から３のいずれか一に記載の表面
処理方法において、上記光源が発した光は、紫外線を主
とする光であることを特徴とする表面処理方法。
【請求項５】反応性ガスを励起して活性種を発生させる
光を発するための光源と、反応性ガスを含む気体が導入
される入口を有する励起室と、該光源が発した光によ
り、反応性ガスが活性化されて生成した活性種によって
表面処理が行われる被処理物を保持するための保持手段
を内部に配置した処理室とを有することを特徴とする表
面処理装置。
【請求項６】請求項５記載の表面処理装置において、上
記反応性ガスは、オゾンであることを特徴とする表面処
理装置。
【請求項７】請求項５記載の表面処理装置において、上
記反応性ガスは、ハロゲン系ガスであることを特徴とす
る表面処理装置。
【請求項８】請求項５から７のいずれか一に記載の表面
処理装置において、上記光源が発した光は、紫外線を主
とする光であることを特徴とする表面処理装置。
【請求項９】請求項５から７のいずれか一に記載の表面
処理装置において、上記光源は、水銀ランプであること
を特徴とする表面処理装置。
【請求項１０】請求項５から９のいずれか一に記載の表
面処理装置において、上記光源の発光面と上記励起室内
壁との隙間は、２０ｍｍ以下であることを特徴とする表
面処理装置。
【請求項１１】請求項５から９のいずれか一に記載の表
面処理装置において、上記光源は、光源から発する光に
対して実質的に透明な容器内に置かれたことを特徴とす
る表面処理装置。
【請求項１２】請求項１１記載の表面処理装置におい
て、上記容器と上記励起室内壁との隙間は、２０ｍｍ以
下であることを特徴とする表面処理装置。
【請求項１３】請求項５から１２のいずれか一に記載の
表面処理装置において、上記励起室内の表面は、アルミ
ニウム、アルミ合金又はアルミ合金アルマイト仕上げで
あることを特徴とする表面処理装置。
【請求項１４】請求項５から１３のいずれか一に記載の
表面処理装置において、上記励起室は、活性種を含むガ
スの出口が１個又は複数個設けられていることを特徴と
する表面処理装置。
【請求項１５】請求項５から１３のいずれか一に記載の
表面処理装置において、上記励起室は、複数個設けられ
ていることを特徴とする表面処理装置。