JPS63276225A - アッシング装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウェ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、半導体ウェハ上に形成された
下地膜をエツチングすることにより行われる。

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、エツチング過程を経た後には、半導体ウェハの表面
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、シリコンウェハ
、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。

フォトレジスト膜除去を行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ェハを処理室に
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、−
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うアッシ
ング装置がある。

第１３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、多数の半導体ウェハ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ェハ２に作
用させてアッシング処理を行う。

（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
体ウェハに照射するため、半導体ウェハに損傷を与える
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、前記プラズ
マによる損傷を半導体ウェハに与えることはないが、ア
ッシング速度が５０〜１５０ｎｎ／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ェハの処理
に遠した、半導体ウェハを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、
半導体ウェ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、大口径半導体ウェハの
枚葉処理等においても、短時間でアッシング処理を行う
ことのできるアッシング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、半導体ウェハの表面に被着された膜
をオゾンを含有するガスにより酸化して除去するアッシ
ング装置において、加熱手段および冷却手段を有し前記
半導体ウェハの温度を制御する温度制御手段と、前記半
導体ウェハに近接対向して配置され前記ガスを前記半導
体ウェハへ向けて流出させるガス流出部とを備えたこと
を特徴とする。

（作　用） 本発明のアッシング装置では、半導体ウェハに近接対向
して配置され、この半導体ウェハへ向けてオゾンを含有
するガスを流出させ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、半導体ウェ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ェハに
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。

また、加熱手段および冷却手段を有し、例えば半導体ウ
ェハの初期温度を１００℃以下に保ち、この後、半導体
ウェハを１５０℃乃至５００℃に昇温するよう構成され
た温度制御手段を備えており、例えば急激にフォトレジ
ストを加熱した場合に生じるフォトレジストに含まれる
低沸点成分の急激な蒸発に続く凝縮による汚染物質の発
生や、フォトレジスト表面の炭化等のアッシング反応を
阻害する反応が生じることを防止することができ、高速
で均一なアッシング速度を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明のアッシング装置を図面を参照して実施例
について説明する。

第１図および第２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
ェハ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、ヒータ１４、冷却水循環配管１５、
電子冷却素子１６を内蔵し、これらの温度調節手段は、
ヒータ制御装？！！１４ａ、冷却水制御装置１５ａ、電
子冷却素子制御装置７１６ａから構成される温度制御袋
Ｗ１７によって制御される。また、処理室１１の側壁に
は、例えば石英ガラス等からなり、内部の半導体ウェハ
１２を外部から目視可能とする観測用窓１ｔａおよび採
光用窓１１ｂが配置されている。

載置台１３上方には、円錐形状のコーン部１８ａと、こ
のコーン部１８ａの開口部に配置され、第３図にも示す
ように多数の小孔１８ｂを備えた拡散板１８ｃとから構
成されるガス流出部１８が配置されており、ガス流出部
１８は、冷却装置１９からコーン部１８ａの外側に配置
された配管１９ａ内を循環される冷却水等により冷却さ
れていいる。また、ガス流出部１８は、処理室１１上部
に設けられた円形の開口１１ｃから挿入されて配置され
ており、コーン部１８ａと開口１１ｃとは伸縮自在とさ
れた蛇腹状の接続部材２０ａで密閉的に接続されており
、この接続部材２０ａと昇降装置２０とによって載置台
１３に対して上下に移動可能に構成されている。

そしてガス流出部１８は、ガス流量調節器２１を介して
酸素供給源２２に接続されたオゾン発生器２３に接続さ
れている。なお処理室１１の下部には、排気口２４が設
けられており、この排気口２４から排気装置２５により
排気が行われる。

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う。

すなわち、まず昇降装置２０によってガス流出部１８を
上昇させ、載置台１３との間に図示しないウェハ搬送装
置のアーム等が導入゛される間隔が設けられ、半導体ウ
ェハ１２がこのウェ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２０によってガス流出部１８を下降さ
せ、ガス流出部１８の拡散板１８ｃと、半導体ウェハ１
２表面との間隔が例えば０．５〜２０ｍ１程度の所定の
間隔に設定される。なおこの場合、載置台１３を昇降装
置によって上下動させてもよい。

この時、載置台１３の温度は、内蔵されたし−タ１４、
冷却水循環配管１５、電子冷却素子１６およびこれらの
温度調節手段を制御するし−タ制御装置１４ａ、冷却水
制御装置１５ａ、電子冷却素子制御装置１６ａから構成
される温度制御装置１７によって例えば第４図のグラフ
に示すように制御される。すなわち、第４図のグラフは
、縦軸を載置台１３の温度、横軸を時間として温度制御
の例を示すもので、半導体ウェハ１２が載置台１３上に
載置される時の初期温度を１００℃程度とし、半導体ウ
ェハ１２が載置台１３上に載置された後、例えばヒータ
１４による昇温を開始し、３００℃程度とする。そして
、アッシングがほぼ終了すると、例えば冷却水循環配管
１５および電子冷却素子１６の冷却による降温を開始し
、半導体ウェハ１２を載置台１３上から搬出する時点ま
でに再び載置台１３の温度を１００℃程度まで冷却し、
次の半導体ウェハ１２が載置台１３上に載置されるまで
この温度を保持する。

なお、載置台１３の温度すなわち半導体ウェハ１２の温
度を上記説明のように制御するのは、以下に示す理由に
よる。

すなわち、例えばほぼ常温とされた半導体ウェハ１２を
例えば３００℃程度とされた載置台１３上に載置し、急
激に加熱すると、フォトレジストに含まれる低沸点成分
の急激な蒸発に続く凝縮により汚染物質が発生したり、
フォトレジスト表面に炭化等が生じ、これらの汚染物質
および炭化物等がアッシング反応を阻害する。そこでこ
の実施例のアッシング装置では、半導体ウェハ１２が載
置台１３上に載置される時の初期温度を１００℃とし、
汚染物質および炭化物等が生じることを防止する。

また第５図のグラフは、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てその関係を示すも
ので、このグラフに示される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。一
方アッシング反応は、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うので、アッシ
ング処理中における半導体ウェハ１２の温度は、１５０
℃乃至５００℃程度に加熱することが好ましく、この実
施例のアッシング装置では、３００℃程度に加熱する。

また、このような温度制御は、例えば載置台１３に温度
検出器を設け、この温度検出器からの信号を参照信号と
して温度制御装置１７に入力し、この温度制御装置１７
により各温度制御手段を制御して行うことができる。こ
こで冷却手段は、冷却水循環配管１５による冷却水の循
環あるいは、電子冷却素子１６による冷却のどちらか一
方だけでもよい。

そして、酸素供給源２２およびオゾン発生器２３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２
１によって流量が、例えば３〜１５、ｌ’１ｌｌｉｎ程
度となるよう調節し、拡散板１８ｃの多数の小孔１８ｂ
から半導体ウェハ１２に向けて流出させ、排気装置２５
により例えば処理室１１内の気体圧力が７００〜２００
ＴＯｒｒ程度の範囲になるよう排気する。

この時、第２図に矢印で示すようにガス流出部１８の多
数の小孔１８ｂから流出したガスは、拡散板１８ｃと半
導体ウェハ１２との間で、半導体ウェハ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、加熱された半導体ウェハ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
カルが半導体ウェハ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２３で生成されたオゾンの寿命は、
温度に依存し、前述の第５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１８の開口の温度は２５℃程度以下とする
ことが好ましい。このため、ガス流出部１８は冷却装置
１９および配管１９ａにより、２５℃以下に冷却されて
いる。

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、ガス流出部１８と半導体
ウェハ１２間の距離をパラメータとして６インチの半導
体ウェハ１２の温度を前述のように制御するこの実施例
のアッシング装置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％重量上程るよう調
節されている。このグラフかられかるようにこの実施例
のアッシング装置では、半導体ウェハ１２とガス流出部
１８との間を数ｎとし、オゾンを含有するガス流量を２
〜４０５Ｊ２（Ｓ、１２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μＩＩ
／ｌ１ｉｎの高速なアッシング処理を行うことができる
。また処理室１１には、観測用窓１１ａ、採光用窓１１
ｂが配置されているので、内部の半導体ウェハ１２の設
置状態あるいは処理の進行状況等を外部から目視し確認
することができるので、確実なアッシング処理を行うこ
とができる。

なお、この実施例ではガス流出部１８を、円錐形状のコ
ーン部１８ａの開口部に多数の小孔１８ｂを備えた拡散
板１８ｃ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１ものではなく、例えば拡散板１８ｃは、第
７図に示すように複数の同心円状のスリット３０ｂを備
えた拡散板３０Ｃとしてもよく、第８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３１ｃ
、第９図に示すように直線状のスリット３２ｂを備えた
拡散板３２ｃ、第１０図に示すように大きさの異なる小
孔３３ｂを配置された拡散板３３ｃ、第１１図に示すよ
うに渦巻状のスリット３４ｂを備えた拡散板３４ｃ等と
してもよい、また、円錐形状のコーン部１８ａは、第１
２図に示すように円柱形状部３５ａ等としても、どのよ
うな形状としてもよいことは、勿論である。

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。

［発明の効果コ 上述のように本発明のアッシング装置では、半導体ウェ
ハにに近接対向して配置され、この半導体ウェハへ向け
てオゾンを含有するガスを流出させるガス流出部と、加
熱手段および冷却手段を有し、例えば半導体ウェハの初
期温度を１００°Ｃ以下に保ち、この後、半導体ウェハ
を１５０℃乃至５００℃に昇温するよう構成された温度
制御手段を備えており、半導体ウェ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ェ
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、例えば急激にフォトレジストを加熱した場合に生
じるアッシング反応を阻害する物質の発生を防止するこ
とができる。したがって、半導体ウェハに損傷を与える
ことなく、かつアッシング速度が均一で高速であり、大
口径半導体ウェハ等でも枚葉処理により短時間でアッシ
ングを行うことができる。

【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図の要部を拡大して示す縦断面図、第
３図は第１図の要部を示す下面図、第４図は温度制御例
を示すグラフ、第５図はオゾンの半減期と温度の関係を
示すグラフ、第６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ェハとの距離の
関係を示すグラフ、第７図〜第１１図は第３図に示すガ
ス流出部の変形例を示す下面図、第１２図はガス流出部
の変形例を示す縦断面図、第１３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・・・・・・半導体ウェ
ハ、１４・・・・・・ヒータ、１５・・・・・・冷却水
循環配管、１６・・・・・・電子冷却素子、１７・・・
・・・温度制御装置、１８・・・・・・ガス流出部、２
３・・・・・・オゾン発生器。 出願人　　　　　東京エレクトロン株式会社代理人　弁
理士　　須　山　佐　− 第１図 第２図 第３図 ョ足度　（’Ｃ） 第５図 第７図 第８図 第９図 第１０口 第１１　ｒｆｉ 第１２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェハの表面に被着された膜をオゾンを含
   有するガスにより酸化して除去するアッシング装置にお
   いて、加熱手段および冷却手段を有し前記半導体ウェハ
   の温度を制御する温度制御手段と、前記半導体ウェハに
   近接対向して配置され前記ガスを前記半導体ウエハへ向
   けて流出させるガス流出部とを備えたことを特徴とする
   アッシング装置。
2. （２）温度制御手段は、半導体ウェハの初期温度を１０
   ０℃以下に保ち、この後半導体ウェハを１５０℃乃至５
   ００℃に昇温するよう構成された特許請求の範囲第１項
   記載のアッシング装置。