JPS6332929A - 半導体ウェハの処理装置 - 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］ （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おる。

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おる。

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雫に
置ぎ、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（こより酸素原子ラジ
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
体ウェハに照射するため、半導体ウェハに損鴎を与える
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ェ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ェハの処
理に適した、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
枚葉処理等に対応する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、前記半導体ウェハに近接対向するほ
ぼ平面状の対向部から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、前記対向部に配置されこ
の対向部を冷却する冷却機構と、前記半導体ウェハを加
熱する加熱装置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
するほぼ平面状の対向部から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力福堪す
られでいる。このガス流出部から例えばオゾンを含む酸
素ガス等を流出ざＵ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、このガス流出部の平面状の対向部には、この対向
部を冷却する冷却機構が配置されており、加熱装置によ
って加熱された半導体ウェハに対してこの対向部を低温
に保ち、オゾンの分解を抑制する。そして、この対向部
から流出したガスは、加熱された半導体ウェハおよびそ
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、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１
３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、半導体ウェハ１２に近
接対向するほぼ平面状の対内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１
８ａ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。

すなわら、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、半導体ウェハ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ェハ１２を例えば１５０’
Ｃ〜５００’Ｃ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１７Ｃの温度を２５°Ｃ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カスをガス流量調節器１
つによって流量が、例えば３〜ｂ数の小孔１７ｂから半
導体ウェハ１２に向けて流出させ、排気装置２３により
例えば処理室１１内の気体圧力が７００〜２００Ｔｏｒ
ｒ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、冷却された拡散板１７Ｃ内から流出し
、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聞
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、上記説明のように半導体ウェハ１２および拡散板
１７ｃ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°Ｃ程度以
下とすることが好ましく、一方、半導体ウェハ１２の、
温度は１５０’Ｃ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と半導体ウェハ１
２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を３００’Ｃ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重徂％程度となるよう調節
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１
７との間を数ｍＴｌ１とし、オゾンを含有するガス流量
を２〜４０　Ｓぶ（Ｓ２は常温常圧換算での流出）程度
の範囲とすることによりアッシング速度が１〜数μｍ／
ｍ　ｉ　ｎ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けラミ
ック等の焼結体からなる拡散板３７Ｃ１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４７Ｇ、第
９図に示すように規則的に配列された大ぎさの異なる小
孔５７ｂを備えた拡散板５７Ｃ１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、
複数に分割された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、ペルチェ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、電子冷却索子１８ｂをス１
ノット構成部材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。

ざらに、この実施例ではアッシング対象としてフｔ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、Ｎ８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アッシング装置では、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
で高速であるので、大口径半導体ｒウェハ等でも枚葉処
理により短時間でアッシングを行なうことができる。

【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♀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・・・・・・半導体ウェハ、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。 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 温度　（Ｃ） 第４図 第５図 第６図 箒７図 第８図 第９図 第わ図 第１１図 第１２図 第５図 第１４２１ 第１５図 第１６図　珈 第１７図

Claims (1)

【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、前記半導体ウェハに近接対向するほぼ平面状の対
   向部から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、前記対向部に配置されこの対向部を冷
   却する冷却機構と、前記半導体ウェハを加熱する加熱装
   置とを備えたことを特徴とするアッシング装置。