JPH0810688B2 - アッシング装置 - 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、半導体ウエハ等の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パターニング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、拡散、注入などす
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例としてアッシング処理が行
なわれる。この処理は露出される下地膜を傷めることな
く不要なレジスト膜を選択的に除去できる点で実用され
る。また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
ング処理を行う場合に適するものである。

フォトレジスト膜の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８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
に設置され、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ように構成されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記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
かかり、また処理の均一性に改善の余地があった。その
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なえないと
いう問題がある。

さらに、オゾンを含有するガスを用いた処理装置とし
て時開昭52−20766号公報で開示された装置があるが、
この装置も処理速度が遅いという欠点がある。これはア
ッシングガスを流出する面とウエハ間に、反応により発
生したガスが滞留するものが現われ、反応速度が遅く不
均一となる。

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が速く、大口径半導体ウエ
ハの枚葉処理にも対応できる均一なアッシング処理が可
能なアッシング装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明の構成を説明すれば、本発明にかかるアッシン
グ装置は、処理室内に配置された被処理基板の表面にア
ッシングガス流出排出部が対向配置されたアッシング装
置において、前記アッシングガス流出排出部における前
記被処理基板との対向面には、アッシングガス供給源に
通ずるガス流路と、排出装置に通ずるガス流路とが交互
に配置され、さらにこれら各ガス流路は、相互に平行に
形成されたスリット状の孔の主ガス流路と、各主ガス流
路から複数に分岐した浅い溝からなる副ガス流路とから
なり、前記各主ガス流路における各副ガス流路は、隣合
う他の主ガス流路の各副ガス流路とは連通せず、かつこ
の隣合う他の主ガス流路の副ガス流路とは、主ガス流路
の長手方向に沿って交互に配置されたことを特徴とす
る。

（作用） 本発明にかかるアッシング装置では、まずアッシング
ガス流出排出部における被処理基板との対向面には、ア
ッシングガス供給源に通ずるガス流路と、排出装置に通
ずるガス流路とが交互に配置されており、アッシングガ
ス供給源に通ずるガス流路はアッシングガスの流出（供
給）部を構成し、排出装置に通ずるガス流路は排出部を
構成する。

そして各ガス流路は、相互に平行に形成されたスリッ
ト状の孔の主ガス流路と、各主ガス流路から複数に分岐
した浅い溝からなる副ガス流路とからなり、またこの主
ガス流路における各副ガス流路は、隣合う他の主ガス流
路の各副ガス流路とは連通せず、かつこの隣合う他の主
ガス流路の副ガス流路と、主ガス流路の長手方向に沿っ
て交互に配置されているので、アッシングガスの流出部
の主ガス流路と、排出部の主ガス流路とは交互に配列さ
れ、しかもアッシングガスの流出部の副ガス流路と、排
出部の副ガス流路も、主ガス流路の長手方向に沿って交
互に配置されている。

従って、例えば被処理基板上における縦方向、横方向
とも、流出部と排出部とを交互に配置させることがで
き、被処理基板全面に渡って均一なアッシングガスの流
出、排出が行え、極めて均一なアッシング処理が可能で
ある。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例にかかるアッシング装置を示
すもので、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
れるヒーター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の上方にはガス流出排出部17が設けられてい
る。このガス流出排出部17の構成は第２図に示すよう
に、例えば0.1〜5mm程度の幅を有し平行する10本の細長
いスリット状の孔の主ガス流路17Mと、この各主ガス流
路17Mの前記ウエハ側開口端の表面部には１〜10mm程度
の幅と0.5〜5mm程度の深さを有する多数の矩形の浅い溝
の副ガス流路17Sが樹状に形成されてなるガス流路17a〜
17jを具備している。その断面図は第２図（ｂ）に示す
通りである。

このガス流出排出部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る。

また、ガス流出排出部17のガス流路17a〜17eは、ガス
流量調節器19に接続されており、このガス流量調節部19
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。さらに、ガス流量排出部17のガス流路17f〜17j
は排出装置22に接続されている。

本実施例にかかるアッシング装置は以上のように構成
されている。

次にそのアッシング動作について説明する。

まず昇降装置16によって載置台13を降下させ、ガス流
出排出部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を設け、前記半導体ウエハ12をこの
ウエハ搬送装置等により載置台13上に載置し吸着保持す
る。

この後、昇降装置16によって載置台13を上昇させ、ガ
ス流出排出部17と半導体ウエハ12表面との間隔を0.5〜2
0mmの所定の間隔に設定する。なおこの場合、ガス流出
排出部17を昇降装置によって上下動させ、最適間隔を調
整してもよい。

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表面温度を例えば150℃
〜500℃程度の範囲に加熱し、酸素供給源20及びオゾン
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
ス流量調整器19によって、流量が例えば３〜15sl/min
（slは常温常圧換算での流量）程度となるように調節
し、ガス流出排出部17から半導体ウエハ12に向けて流出
させ、排出装置22により例えば処理室の気体圧力が200
〜700Torr程度の範囲になるよう排気する。

そして、ガス流出排出部17と半導体ウエハ12との間に
は例えば、第３図（ａ）に矢印で示すように主ガス流路
17a〜17eから半導体ウエハ12へ広がりながら向かう実線
矢印で示すガスの流れが、また半導体ウエハ12で反射さ
れ広い領域から主ガス流路17f〜17jへ向かう波線矢印で
示す排出されるガスの流れが形成される。

また同時に第３図（ｂ）に矢印で示すように副ガス流
路から流出し主ガス流路から排出されるガスの流れ、こ
れとは逆に図示しない主ガス流路から流出し副ガス流路
から排出されるガスの流れ、第３図（ｃ）に矢印で示す
ように副ガス流路から流出し副ガス流路から排出される
ガスの流れが混在して形成される。

したがって、半導体ウエハ12全表面において、被着さ
れた膜との酸化化学反応により灰化し形成したガスは、
直ちに半導体ウエハ12の生成部表面から除去されるので
滞留することもなく、半導体ウエハ12表面に常に新しい
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12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。

なお、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、縦軸をオゾンを
含有するガスの温度とした第５図のグラフの示すよう
に、温度が高くなるとオゾンの寿命は急激に短くなる。
このため本発明では、ガス流出排出部17の温度は25℃程
度以下とし、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とした。

第６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排出部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、この実施例のアッシン
グ装置では、半導体ウエハ12とガス流出排出部17との間
を数mmとし、オゾンを含有するガス流量を２〜40sl/min
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、上記実施例において使用したアッシング装置に
おいては、ガス流出排出部17を第２図に示すようにスリ
ット状のガス流路と浅い溝状の流路とからなるガス流路
17a〜17jで構成したが、これに限らず浅い溝状の流路と
して、例えば第４図（ａ）〜（ｃ）に示すように、
（ａ）鍵型47a、（ｂ）渦巻型47b、（ｃ）傾斜型47c等
を備えた流路により構成してもよい。

また、前出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、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。

なお、第１図において、処理室11の内幅寸法が半導体
ウエハ12の大きさより僅かに大きい程度の寸法になるよ
う半導体ウエハ12の載置第13およびガス流出排出部17を
設けることにより、極小の反応空間を有するアッシング
装置を構成することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、被処理器板の全面に渡って、均一な
アッシング処理を行うことができる。従って、大口径半
導体ウエハの枚葉処理に対応することが可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例にかかるアッシング装置を示す
構成図、第２図（ａ）、（ｂ）は夫々第１図に示したア
ッシング装置におけるガス流出排出部の説明図、第３図
はそれぞれ第２図（ａ）のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線、Ｃ
−Ｃ′線におけるガスの流れを示す断面図、第４図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は夫々第２図のガス流出排出部
の変形例を示す図、第５図は第１図のアッシング装置に
おけるオゾンの半減期と温度の関係を示すグラフ、第６
図は第１図のアッシング装置におけるアッシング速度と
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７図は第１図のアッシング装置にお
ける半導体ウエハ中心からの距離およびアッシング速度
の関係を示すグラフ、第８図は従来のアッシング装置の
構成を示す説明図である。 11……処理室、12……半導体ウエハ、 13……載置台、15……ヒーター、 17……ガス流出排出部、 17a〜17j……ガス流路、 17M……主ガス流路、 17S……副ガス流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理室内に配置された被処理基板の表面に
   アッシングガス流出排出部が対向配置されたアッシング
   装置において、 前記アッシングガス流出排出部における前記被処理基板
   との対向面には、アッシングガス供給源に通ずるガス流
   路と、排出装置に通ずるガス流路とが交互に配置され、 さらにこれら各ガス流路は、相互に平行に形成されたス
   リット状の孔の主ガス流路と、各主ガス流路から複数に
   分岐した浅い溝からなる副ガス流路とからなり、前記各
   主ガス流路における各副ガス流路は、隣合う他の主ガス
   流路の各副ガス流路とは連通せず、かつこの隣合う他の
   主ガス流路の副ガス流路とは、主ガス流路の長手方向に
   沿って交互に配置されたことを特徴とする、アッシング
   装置。