JPH0748466B2 - 半導体ウェハの処理装置 - 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の処理装置に関する。

（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、半導体エウハ上に形成された
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、半導体エウハの表面
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アッシング装置として
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装置
は、フォトレジスト膜の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アッ
シング装置がある。

第17図はこのような紫外線照射により酸素原子ラジカル
を発生させるアッシング装置を示すもので、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アッシング装置のうち、
酸素プラズマを用いたアッシング装置では、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、紫外線を用いたアッシング装置では、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、排気装置により所定圧力に設定可能
な気密な処理容器内に設けられ、半導体ウエハを載置す
る載置台と、この載置台に設けられ、前記半導体ウエハ
の温度を制御する温度制御装置と、前記処理容器内に設
けられ、前記半導体ウエハに対向配置されガス供給源よ
り供給されるガスを多数の小孔を備えた拡散板を介して
前記半導体ウエハの被処理面に供給するガス流出部と、
前記載置台に載置された半導体ウエハの被処理面と前記
ガス流出部の前記拡散板とを所定間隔に設定する前記載
置台の昇降装置と、前記ガス流出部に設けられ前記半導
体ウエハに対する対向部を冷却する冷却手段とを具備し
たことを特徴とする。

また、上記所定間隔を、0.5〜20mmの間の所定の間隔に
設定することを特徴とする。

（作用） 本発明の半導体ウエハの処理装置では、半導体ウエハに
対向配置されガス供給源より供給されるガスを多数の小
孔を備えた拡散板を介して半導体ウエハの被処理面に供
給す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供給することがで
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。

本発明の半導体ウエハの処理装置では、被処理面とガス
流出部との間隔を被処理体に対応して適切に設定するの
で、このガス流出部から流出したガスは、加熱された半
導体ウエハおよびその周囲の雰囲気により加熱され、分
解されて、大量の酸素原子ラジカルを発生させ、より均
一で高速なアッシング速度を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を、アッシング処理を行う半導
体ウエハの処理装置（アッシング装置）について図面を
参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例のアッシング装置を示すもの
で、この実施例のアッシング装置では、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図にも示すように円錐形状のコ
ーン部17aと、このコーン部17aの開口部に配置され、多
数の小孔17bを備え、半導体ウエハ12に近接対向するほ
ぼ平面状の対向部を形成する拡散板17cとから構成され
るガス流出部17が配置されている。そして、この拡散板
17c内には、冷却装置18に接続され、この冷却装置18か
ら冷却水等を循環される配管18aが配置されている。

そしてガス流出部17は、ガス流量調節器19を介して酸素
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アッシング装置では、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の拡散板17c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。

次に、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、拡散板17c内に配置された配管18a内に
冷却装置18から冷却水等を循環し、例えばこの拡散板17
cの温度を25℃程度以下に保つ。

そして、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19によ
って流量が、例えば３〜15l/min程度となるよう調節
し、拡散板17cの多数の小孔17b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
体圧が700〜200Torr程度の範囲になるよう排気する。

この時、第３図に矢印で示すようにガス流出部17の多数
の小孔17bから流出したガスは、拡散板17cと半導体ウエ
ハ12との間で、半導体ウエハ12の中央部から周辺部へ向
かうガスの流れを形成する。

ここでオゾンは、冷却された拡散板17c内から流出し、
加熱された半導体ウエハ12およびその周囲の雰囲気によ
り加熱され、分解されて、酸素原子ラジカルが多量に発
生する。そして、この酸素原子ラジカルが半導体ウエハ
12の表面に被着されたフォトレジスト膜と反応し、アッ
シングが行われ、フォトレジスト膜が除去される。

なお、上記説明のように半導体ウエハ12および拡散板17
cの温度を設定するのは、以下の理由による。すなわ
ち、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ア
ッシング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
のアッシング装置では、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２〜40
Sl（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μm/minの高速なアッシ
ング処理を行なうことができる。

なお、この実施例ではガス流出部17を、円錐形状のコー
ン部17aの開口部に多数の小孔17bを備えた拡散板17cを
配置し、この拡散板17c内に冷却用の配管18aを配置して
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、例えば拡散板17cは、第６図に示すように複数の
同心円状のスリット27bを備えた拡散板27c、第７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37c、第８図に示すように直線状のスリット47bを備
えた拡散板47c、第９図に示すように規則的に配列され
た大きさの異なる小孔57bを備えた拡散板57c、第10図に
示すように渦巻状のスリット67bを備えた拡散板67c等と
してもよい。

また、第11図および第12図に示すように、同心円状のス
リット77b、直線状のスリット87b等により、複数に分割
されて領域からガスを流出させる場合あるいはこれらの
スリットから排気も行う場合等においても本発明は適用
することができる。また冷却機構は、冷却水等の循環に
よらず、ペルチエ素子等を用いた電子冷却素子による冷
却機構等を配置してもよく、これらの冷却用配管18aお
よび電子冷却素子18bは、例えば第13図〜第16図に示す
ように、電子冷却素子18bをスリット構成部材97の表面
あるいは裏面等に配置し、冷却用配管18aは２重に設け
る等どのようにしてもよいことはもちろんである。

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の処理装置では、被
処理面とガス流出部との間隔を被処理体に対応して適切
に設定するので、このガス流出部から流出したガスは、
加熱された半導体ウエハおよびその周囲の雰囲気により
加熱され、分解されて、大量の酸素原子ラジカルを発生
させ、より均一で高速なアッシング速度を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のアッシング装置を示す構成
図、第２図は第１図の要部を示す下面図、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〜第
12図はガス流出部の変形例を示す下面図、第13図〜第16
図はガス流出部の冷却機構設置の変形例を示す縦断面
図、第17図は従来のアッシング装置を示す構成図であ
る。 12……半導体ウエハ、17……ガス流出部、17c……拡散
板、18……冷却装置、18a……冷却用配管、21……オゾ
ン発生器。

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 尊三 東京都新宿区西新宿１丁目26番２号 東京 エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−20766（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気装置により所定圧力に設定可能な気密
   な処理容器内に設けられ、半導体ウエハを載置する載置
   台と、 この載置台に設けられ、前記半導体ウエハの温度を制御
   する温度制御装置と、 前記処理容器内に設けられ、前記半導体ウエハに対向配
   置されガス供給源より供給されるガスを多数の小孔を備
   えた拡散板を介して前記半導体ウエハの被処理面に供給
   するガス流出部と、 前記載置台に載置された半導体ウエハの被処理面と前記
   ガス流出部の前記拡散板とを所定間隔に設定する前記載
   置台の昇降装置と、 前記ガス流出部に設けられ前記半導体ウエハに対する対
   向部を冷却する冷却手段とを具備したことを特徴とする
   半導体ウエハの処理装置。
2. 【請求項２】前記所定間隔を0.5〜20mmの間の所定の間
   隔に設定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の半導体ウエハの処理装置。