JPH0766916B2 - アッシング方法 - 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、被処理基板に被着されたフォトレジスト膜等
を除去するアッシング方法に関する。

（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
下地膜をエッチグすることにより行われる。

したがって、上記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
表面から除去する必要がある。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わ
れる場合がある。

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、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11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方法のうち、
酸素プラズマを用いたアッシング方法では、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、特にフォトレジスト膜が除去
された時点において、このイオンや電子が直接半導体ウ
エハに照射されるため、半導体ウエハに損傷を与えると
いう問題点がある。

また、紫外線を用いたアッシング装置では、前記プラズ
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、アッシング速度が速く大口径半導体ウエハの枚葉処
理等においても短時間にアッシング処理を行うことがで
き、かつ、半導体ウエハへの損傷を与えることのないア
ッシング方法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） 本発明は、被処理基板の表面に被着された膜を除去する
アッシング方法であって、前記被処理基板の表面に反応
ガスを作用し、前記被処理基板の表面に被着された膜を
所定の膜厚まで除去する工程と、この工程の後、前記反
応ガスとは異なったガスであって前記反応ガスよりアッ
シング速度の遅い少なくともオゾンを含有するガスを前
記被処理基板に作用し、前記被処理基板を処理したこと
を特徴とする。

（作 用） 本発明は、被処理基板の表面に反応ガスを作用し、被処
理基板の表面に被着された膜を所定の膜厚まで除去する
工程と、この工程の後、反応ガスとは異なったガスであ
って前記反応ガスよりアッシング速度の遅い少なくとも
オゾンを含有するガスを被処理基板に作用し、被処理基
板を処理するので、被処理基板に損傷を与えることな
く、高速で均一なアッシングを行なうことができる。

（実施例） 以下、本発明のアッシング方法の実施例を図面を参照し
て説明する。

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の上方には、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、第２図に示すよう
に、多数の小孔17cを備えた拡散板17bとから構成される
ガス流出部17が配置されており、ガス流出部17は、冷却
装置18からコーン部17aの外側に配置された配管18a内を
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は、第１バルブ22を介してガス流量
調節器23オゾン発生器24酸素供給源25に接続され、また
第２バルブ26を介してガス流量調節器27第２ガス供給源
28にも接続されている。

一方、載置台13の周囲には、例えばスリット状あるいは
複数の開口等からなる排気口21が載置台13の周囲を囲む
ように設けられており、この排気口21は、排気流路20を
介して排気装置19に接続されている。

そして上記構成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。

まず昇降装置16によって載置台13を降下させ、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、自動的に載置台13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17bと半導体ウエハ12表面との間隔が
例えば1.5〜20mm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
の範囲に加熱する。次に、第２バルブ26を開き、第２ガ
ス供給源28から供給されるアッシング速度の速いガス例
えばハロゲンガスをガス流量調節器27により流量を調節
して処理室11内の半導体ウエハ12に供給してアッシング
を行なう。

このアッシングにより、半導体ウエハ12表面に被着され
たフォトレジスト膜の膜厚が例えば0.2〜0.4μｍ程度と
なると、第２バルブ26を閉じて第２ガスによるアッシン
グを終了する。

そして、第１バルブ22を開き、酸素供給源25から供給さ
れるオゾンを含有する第１ガスである酸素ガスをガス流
量調節器23によって流量が例えば３〜15Sl（Slは常温常
圧換算での流量）程度となるように調節し、オゾンを含
有する酸素ガスを半導体ウエハ12に向けて流出させる。

また、排気装置19の排気量を調節し処理室11内の半導体
ウエハ12のアッシング面近傍の気体圧力が例えば700〜2
00Torr程度の範囲になるよう排気する。

この時、ガス流出部17と半導体ウエハ12との間には、第
３図に矢印で示すようにガス流出部17から半導体ウエハ
12に向けて流れ、半導体ウエハ12の中央部から周辺部に
向かい、半導体ウエハ12の周囲に設けられた複数の排気
口21から排気されるようなガスの流れが形成される。

ここでオゾンは、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、オゾン発生器24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分解は促進され、その寿命は
急激に短くなる。そこで、オゾンが分解して発生する酸
素原子ラジカルによる酸化反応を利用して行なうアッシ
ング処理においては、ガスの温度は、150〜500℃程度に
加熱することが好ましい。

一方、ガス流出部17の開口の温度は25℃程度以下とする
ことが好ましいので、ガス流出部17は冷却装置18および
配管18aにより25℃以下に冷却する。

上記説明のこの実施例のアッシング装置では、第５図の
グラフに示すように、アッシング初期において半導体ウ
エハ12表面に被着されたフォトレジスト膜の膜厚が厚
く、このフォトレジスト膜が保護膜となり半導体ウエハ
12に損傷を与える危険性のない時にはアッシング速度の
速い第２ガスを用いたアッシングを行なう。

そして、アッシングが進み、半導体ウエハ12の表面に被
着されたフォトレジスト膜の膜厚が薄くなり、半導体ウ
エハ12に損傷を与える危険性が生じる程度となると、ア
ッシング速度のゆるやかなオゾンを用いた第１ガスによ
るアッシングに切換えてアッシングを行う。

したがって、第１、第２のガスによるアッシングにより
半導体ウエハ12に損傷を与えることなく、高速なアッシ
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、円錐形状のコー
ン部17aの開口部に多数の小孔17cを備えた拡散板17b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17bは、第６図に示すよう
に複数の同心円状のスリット67cを備えた拡散板67bとし
てもよく、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77b、第８図に示すように放
射状に配列された直線状のスリット87cを備えた拡散板8
7b、第９図に示すように大きさの異なる小孔97cを配置
された拡散板97b、第10図に示すように渦巻状のスリッ
ト107cを備えた拡散板107b等としてもよい。

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、インクの除去を始
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、第１ガスの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。

また、第２のガスとしては、本実施例のハロゲンガスに
限定されるものではなく、その他のエッチングガス等を
使用してもよいのは言うまでもない。

なお、第1,第２のガスの流出方法についても、本実施例
に限定されるものではなく、例えばアッシング初期に第
１および第２ガスを同時に流出させたり交互に流出させ
たり等、被処理基板に対応した最適の処理プロセス条件
下で処理を行なうことも可能である。

さらに、第１および第２のガスを同時に流出させてアッ
シングする場合、最初アッシング速度の速いガスの流量
比を大きくし、アッシング終端近くになったら、上記ガ
スの流量比を小さくするように制御してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、被処理基板に損傷を与えることなく、高速で
均一なアッシングを行なうことができるので、被処理基
板の歩留りを向上することができるとともに、処理のス
ループットを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するアッシング装置の一実施を示
す構成図、第２図は第１図の要部を示す下図面、第３図
は第１図の要部を拡大して示す縦断面図、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図は第１図
の処理例を示すグラフ、第６図〜第10図は第２図に示す
拡散板の変形例を示す下面図、第11図は従来のアッシン
グ装置を示す構成図である。 11……処理室、12……半導体ウエハ、 13……載置台、17……ガス流出部、 22……第１バルブ、26……第２バルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−20766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−87438（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−164788（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−28121（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理基板の表面に被着された膜をアッシ
   ングにより除去するアッシング方法であって、前記被処
   理基板の表面に反応ガスを作用し、前記被処理基板の表
   面に被着された膜を所定の膜厚まで除去する工程と、こ
   の工程の後、前記反応ガスとは異なったガスであって前
   記反応ガスよりアッシング速度の遅い少なくともオゾン
   を含有するガスを前記被処理基板に作用し、前記被処理
   基板を処理したことを特徴とするアッシング方法。
2. 【請求項２】前記所定の膜厚は0.2〜0.4μｍの範囲の所
   定の膜厚であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のアッシング方法。
3. 【請求項３】前記反応ガスは、ハロゲンガスであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアッシング方
   法。