JPS62257731A - 半導体ウエ−ハから余分な材料を除去する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ産業上の利用分野 この発明は、半導体ウェーへの加工に関するものである
。詳細にのべれば、この発明は、半導体ウェーハ上の、
余分なレジスト材料を除去する技術を指向したものであ
る。

Ｂ、従来技術及びその問題点 半導体ウェーハの製造において、ウェーハの各部分にパ
ターンを形成するため、一般にレジストを全面に塗布し
た後、露出および現像により、選択的に除去する方法が
用いられている。しかし、ウェーハの外周部に描かれた
位置合わせマーク上や、チップ自体の中に、レジスト自
体が残ることが多い、さらに、デバイスの処理中に、レ
ジストの残渣を生じることがあり、これが完全に除去さ
れずに残ることがある６位置合わせマーク内にレジスト
が残ると、これらの点の発見が複雑となり、検出誤差を
生じ、このため、集積回路装置の製造中に位置合わせ誤
差を生じる。ウェーハの活性部分に余分な材料が存在す
ると、このような汚染物質のため、製造工程における収
率が低下し、また、高価で時間のかかる洗浄および検査
工程を追加しなければならなくなることが多くなる。

最近の技術は、位置合わせマーク上のレジストを除去す
る個別の処理工程を使用した後、処理を続行する。一般
に、この除去工程は化学的に行う傾向がある。しかし、
使用するレジストによって。

化学処理は適当な場合も不適当な場合もある。たとえば
、ネガティブ・フォトレジストでは、化学処理によりレ
ジストが以後の処理に使用できなくなるため、科学処理
は不適当である６ さらに１位置合わせマーク上のレジストの厚みは、使用
するりソグラフィ装置に応じて、重要である。たとえば
、２５ＫＶの加速電圧を用いた電子線リソグラフィの場
合、レジストの厚みが３ないし４ミクロンの範囲では、
位置合わせマークからレジストを通って戻って来る電子
線が阻止される。

光学的位置合わせ装置の場合は、正確な位置合わせのた
めの観察時にレジストが問題を生ずる。このように、ど
の処理方法でも、使用可能な位置合わせマークの問題が
存在する。しかし、上のレジストを除去することによっ
て、しかも構造を汚染せずに、位置合わせマークを露出
させる方法は知られていない。

従来技術の範囲では、けがき、切断、その他の作業を行
うために、レーザを用いることができることが知られて
いる。その代表的なものは、米国特許第３７４２１８３
号明細書で、レーザによる燃焼で生じる副生物を除去す
るための、吸引パイプに接続したスクープを有するレー
ザ・カッタを開示している。孔あけ、けがき、その他の
目的でのレーザ加工については、米国特許第４０３２７
４３号、第４０７８１６５号、示４２６７４２７号各明
細書で開示されている。

米国特許第３９９１２９６号および第４１１４０１８号
明細書は、レーザを使用して、半導体ウェーハに溝を形
成させるアブレーティブ（融除）法を指向したものであ
る。このような技術は、無数のレーザの用途を認めたも
のであるが、位置合わせマーク上のレジストの除去や、
半導体基板上の余分な材料の除去を目的とするものはな
い。

レーザによるけがきの技術にも、レーザ処理の副生物と
して発生する気体、蒸発した材料等を除去する吸収技術
を用いた多くの方法がある。米国特許第３８６６３９８
号明細書では、けがきをするシリコン・スライスに向け
たレーザの使用を開示している。レーザは、スライスや
、シリコン・ウェーハに発生する切り口に心合うわせを
した清浄装置上に置かれた鏡を通して当てられる。清浄
装置は、真空ポートを有するフードを含む。熱エネルギ
の高い気体のシリコンと結合して、真空装置を通してチ
ェンバから排出される気体のシリコン成分を形成する試
薬ガスを導入するため、孔をあけたチューブを使用する
。

米国特許第４３４７７７８５号明細書の方法も、レーザ
によるけがきの結果形成されるプラズマおよび破片を除
去する目的で、真空チェンバを使用する。

関連がより少ないものに、米国特許第３０２４０３８号
明細書があり、金属の切断による破片を除去するために
、隣接する真空を使用することを開示している。類似の
装置は、ＩＢＭテクニカル・ディスクロジャ・ブレティ
ン（ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌ
ｌｅｔｉｎ）、Ｖｏｌ、１４．Ｎｎ３，１９７１年°８
月、ｐ、７０９にシリコン・ウェーハのけかき開示され
ている。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 先行技術には、けがきまたは切断のために、レーザ技術
を用いた多くの方法があるが、位置合わせマーク上に存
在するレジスト材料の除去や、半導体ウェーハの表面上
の余分な材料となるレジストの個々の部分の除去専用と
して適当なものはない。主要な問題は、従来技術では、
位置合わせマーク自体を損傷させずに、位置合わせマー
クを除去するシステムを画定することができないことで
ある。もう１つの問題は、レーザによるレジストの除去
には、アブレーティブ光分解を必要とすることである。

アブレーティブ光分解によりレジストを除去するための
エキサイマ（ｅｘｃｉｍｅｒ）レーザの使用が、Ｒ，５
ｒｉｎｉｖａｓａｎら、Ｊ、Ａｍ、Ｃｈｓｍ、Ｓｏｃ、
、　　１０４　、　６７８４　（１９８２）で提案され
ている。しかし、このようなレーザをレジストの除去に
用いると、発生する粒子状汚染物質の除去という、他の
問題が起こる。粒子状汚染物質を除去するのに、単に真
空を使用することは、アブレーティブ光分解が使用され
ている点における拡散を防止する技術を使用しない限り
、一般に効果がない。この明細書に示した従来技術では
、このような抑制の可能なものはない。

Ｄ０問題点を解決するための手段 従来技術における欠点を考慮して、この発明の目的は、
半導体ウェーハがら余分の材料を除去するため、エキシ
マ・レーザを使用するシステムを画定することにある。

余分な材料は、位置合わせマーク上に存在することもあ
り、ウェーハ表面の個々の位置に存在することもあるに の発明によれば、適当なマイクロコンピュータで制御さ
れるＸ−Ｙステージにウェハーを取付ける。エキサイマ
・レーザ光線を、除去すべき材料に近接させた真空チェ
ンバ内に、ボア・サイト法で合焦させる。真空にするこ
とにより、アブレーティブ光分解により除去すべき部分
の周囲に層流を生じる。これらの内側への流れは、生成
する粒子状の汚染を完全に含み、真空により除去される
ことになる。

さらに、この発明によれば、ステージを余分な材料を含
む１点から他の点に移動させ、レーザと正しく心合わせ
をするために、マイクロコンピュータを使用する。シャ
ッタを制御することにより、レーザ光線を必要な場所に
尚て、材料を除去する。

次にマイクロコンピュータ−によりステージを次の場所
に移動させて処理を続ける。

したがって、この発明によれば、位置合わせマークを含
むウェーハを損傷することなく、製造工程中、オンライ
ンで余分な材料が除去される。位置合わせマーク上のレ
ジストの場合、この発明によれば、工程の各段階で正確
な位置合わせを行うことができる。残った材料は、アブ
レーティブ光分解が起るに従って、リアルタイムで除去
される。

したがって、段階的に検査をして汚染物質を除去するこ
とができるため、デバイスの収率が増大する。これは、
デバイスが完成して、保護パッシベーション層で被覆す
るまで、検査や試験を行わない現在の方法と対象的であ
る。

Ｅ、実施例 第１図は、この発明の主要部分を示す。半導体ウェーハ
１０が、ｘ−Ｙステージ１２上に取り付けられている。

このステージは周知のもので、つ工−ハ１０とステージ
１２の位置合わせを正確に保つため、真空固定装置を含
む。ステージは、マイクロコンピュータ１４の制御によ
り、ＸおよびＹ方向に動かすことができる０代表的なマ
イクロコンピュータは１位置合わせマークやウェーハ上
の破片の位置座標に関するデータを受信し、ステージ１
２を周知の座標系に沿って移動させるのに必要な出力を
発生するようにプログラミングしたＩＢＭ−ＰＣである
。このようなＸ−Ｙステージを駆動させるのにマイクロ
コンピュータを使用するのは、周知の方法である。光学
的位置合わせ顕′＃鏡１６が、ウェハー１０をステージ
１２上であらかじめ位置決めするのに使用される。すな
わち、ウェーハ１０がステージ１２に対して回転するこ
とを除去するために、光学的顕微鏡１６を使用して簡単
な全体的位置合わせを行う。これは、位置合わせマーク
を光学的顕微鏡１６で見て、ウェーハを正しい位置に回
転させ、またはマイクロコンピュータ１４を使用して、
Ｘ−Ｙ方向の移動による回転誤差を除去することにより
行う。

真空チェンバ１８を、ステージ１２上で位置決めする。

この真空チェンバは、機械的なマイクロポジションを使
用して、Ｚ方向に移動させることができる。真空チェン
バ１８は、導管２０を介して真空源に接続しており、上
端にはレーザ光線が通過し、ウェーハ１０上に当るよう
窓２１が設けである６代替方法として、Ｚ軸上の移動は
、コンピュータ１４により、Ｚ軸の距離が最適となるよ
う制御されたレーザ高さセンサを用いて制御することも
できる。

レーザ源はエキサイマ・レーザ２２である。レーザ光！
２４は、匁２６により反射し、シャッタ２８を通過する
。シャッタは、マイクロコンピュータ１４で制御される
。シャッタが開くと、レーザ光Ｌｉ２４は、マスク３０
および集光レンズ３２を通過する。したがって、レーザ
光線は成形され。

ウェーハ１０の表面上に合焦する。代替方法として、マ
スクの代りにノズル１９を近接マスクとして使用するこ
ともできる。

第２図は、第１図の装置の部分拡大断面図である。真空
チェンバ１８の端部はノズル部１９である。ノズルの下
部傾斜部の直径Ａ’−Ａ’は５０ないし５００ミクロン
である。ノズルの寸法は、除去する面積によって決まる
。マイクロポジショナの使用により、ノズル１９の下端
はレジストＲから所定の距離に維持される。Ｂ’−Ｂ’
で示した寸法は、２０ないし１００ミクロンの範囲、即
ち異物（レジストの破片）の高さより大でノズルの移動
中にノズルがステージに接触しないような高さである。

第２図は、レジストＲを塗布した半導体ウェーハ上の位
置合わせマークを示す。この位置合わせマークの典型的
なものは１幅が約１〜２ミクロン、長さが約３０〜１０
０ミクロンである。位置合わせマークは、ウェーハの隅
部に群として設ける場合もあるが、説明のため、１つの
簡単な断面のみを示す。

この発明によれば、ノズル１９の内側を減圧すると、層
流が発生する。このように、内側に向かう層流が、寸法
Ｂ　’−Ｂ　’にわたって、レジストＲの上面に向けら
れ、位置合わせマークの上の余分なレジストの除去によ
り生ずる粒子状の汚染物質を含む。この汚染の抑制は、
この発明の重要な点である。圧力比が１：２（外側：内
側）より大きい場合には、ノズル１９の端部とレジスト
Ｒの上面の間の層流の速度は、マツハ１に近いことが実
験により確認されている。これにより、レジストの破片
がノズルの外側に逃げることが抑制される。

操作を行う場合は、ウェーハ１０をステージ１２上の所
定の位置に置く。回転の不正確さがある場合には１位置
合わせ光学的顕微鏡１６とマイクロコンピュータ１４の
いずれか、または両方を用いて除去する。マイクロコン
ピュータは、ウェーハ１０上の位置合わせマークの位置
を示すデータを受信する。位置合わせマーク以外の位置
に余分な材料がある場合は、自動欠陥検出装置を使用し
て、その材料の位置を先ずディジタル化し、マイクロコ
ンピュタ−１４への入力として座標を得る。

真空チェンバ１８を、Ｚ軸上の所定の位置に移動させ、
真空系２０を始動させる。

次にエキサイマ・レーザ２２を始動させ、マイクロコン
ピュータ１４によるシャッタ２８の制御を反復させる。

アブレーティブ光分解による１か所のレジストの除去の
後、シャッタ２８を閉じ、ステージを次の座標位置に移
動させる。次にシャッタを開き、エキサイマ・レーザ光
線が第２の位置のレジストを除去する。この繰返しが、
材料がすべてウェーハの表面から除去されるまで続けら
れる。材料除去の各段階で、ノズル開口部における層流
が１粒子状汚染物質の逸散を断えず防止する。

たとえば、ＰＭＭＡレジストでは、８０ＩＩＩｊ／ａＪ
の電力／パルスが、約０．０５μ／パルスの材料を除去
する。ノボラック樹脂では、同じ電力で約０゜０４μ／
パルスが除去される。

この発明は、チェンバ１８に接続した真空ポンプの使用
に関して述べたが、他の技術も使用することができる。

たとえば、差動ポンプによる真空系を使用することが可
能で、差動ポンプによる真空は、特に、ウェーハ１０を
横切って段階的に移動する目的で、鏡２６単独またはス
テージの移動と連動した動きにより、レーザ光線２４が
水平に走査される装置で有利である。水平のレーザ走査
の間、光線は実際にチェンバ１８内に合焦しないことが
ある。したがって、ぞれぞれ異なる真空度に減圧された
一連の同心ノズルを使用して、チェンバ１８内に光線を
実際に位置合わせをすることは必須ではない。一般に、
このような変形では、軸の外側の真空度は、連続する内
側の真空度より高くする。最も内側のノズルの有効直径
は、水平面におけるレーザ走査が十分な範囲になるよう
増大させることができる。

このように、この発明はレベル間の位置合わせと、光学
、電子線、およびＸ線リソグラフィ装置のオーバレイを
改善する用途があることが理解される。これは１位置合
わせマークを被覆するレジストをオンラインで効果的に
除去することにより行われる。さらに、レーザ表面のあ
らゆる位置に存在する可能性のある余分な材料を除去す
る間に。

前もってこれらの位置を識別し、ディジタル化すること
により、処理が続行されるにつれて、収率は飛躍的に改
善される。

Ｆ１発明の効果 半導体ウェーハ上の除去すべきレジストをエキサイマ・
レーザで光分解したときに生じる別の問題が解決されて
、汚染物質の除去を効果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の主要構成成分を示す略図。 第２図は、粒子状汚染物質の除去に使用するノズルおよ
び層流を示す略図である。 １０・・・・半導体ウェーハ、１２・・・・Ｘ−Ｙステ
ージ、１４・・・・マイクロコンピュータ、１６・・・
・顕微鏡、１８・・・・真空チェンバ、２２・・・・エ
キサイマ・レーザ、２６・・・・鏡。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体ウェーハを水平移動可能な台の上に支持し、上記
   半導体ウェーハの上方に真空室を位置ずけ、エキサイマ
   ・レーザを作動させそのレーザ・ビームが上記真空室を
   通過して上記半導体ウェーハ上の除去すべき余分な材料
   を照射してこれをレーザ光分解するように制御し、上記
   半導体ウェーハ上から上記真空室の下端に吸込まれる空
   気の層流により、上記光分解された材料を除去すること
   を特徴とする、半導体ウェーハから余分な材料を除去す
   る方法。