JPS6370427A - アツシング装置 - 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］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウェ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
よび現像によって形成された有は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なわれる。

このアッシング処理はレジストの除去、シワコンウェハ
、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ある。

酸素プラズマによるフィ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なうアッ
シング装置がある。

第１４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５０〜１５０ｎｍ／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！ｌ！！ｌ！理する
枚葉処理が行えないという問題がおる。ざらに、このよ
うなオゾンを用いたアッシング装置でも、フォトレジス
ト膜等の除去が終了した後は、直ちにアッシング処理を
終了しないと半導体ウェハに損傷を与える可能性かおる
という問題もある。また、スループットを向上さぜると
いう点からも、アッシングを必要最小限の時間内で終了
させるのが好ましい。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもので、
半導体ウェハ等の被処理基板に１０１カを与えることな
く、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、処理室内に配置された被処理基板の
表面に被着された膜をアッシングガスにより除去するア
ッシング装置において、前記被処理基板に近接対向して
配置され前記アッシングガスを前記波・連理基板へ向け
て流出させるカス流出部と、発光部から送出され前記思
理至内を通過して受光部に到達する光の量の変化から前
記処理室内のガス中の特定成分の温度変化を検出してア
ッシング処理の終点を検出する手り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、被処理基板に近接対向し
て配置され、この被処理、基板へ向けてオゾンを含有す
るガス等のアッシングガスを流出させるガス流出部が設
けられている。このノノ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、被処理基板面に
新しいオゾンを供給することができ、酸素原子ラジカル
と被処理基板に被着された膜との酸化化学反応を促進さ
せることにより、高速で均一なアッシング速度を（ｑる
ことかできる。

また、発光部から送出され処理室内を通過して受光部に
到達する光の母の変化から処理室内のガス中の特定成分
の濃度変化を検出してアッシング処理の終点を検出する
手段を備えているので、時間的な遅れなしにアッシング
処理の終点を検出することができ、処理時間を最適にす
ることができる。したがって過度のアッシングにより半
導体ウェハ等の被処理基板に損傷を与えたり、アッシン
グが不十分て７４トレジスト膜が残留することなく、最
短の処理時間で確実にアッシング処理を行なうことがで
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、温度制御装置１４によって制御され
るヒータ１５を内蔵し、半導体ウェハ１２をｈＤ熱する
。

載置台１３上方には、円錐形状のコーン部１６ａと、こ
のコーン部１６ａの開口部に配置され、第３図にも示す
ように多数の小孔１６ｂを備えた拡散板１６Ｇとから構
成されるガス流出部１６が配置されており、ガス流出部
１６は、冷却装置１７からコーン部１６ａの外側に配置
された配管１７ａ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１６は、処理室１１上部に
９２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１６ａど開口１１Ｃとの間は伸縮自在
とされた蛇腹状の接続部材１８ａで接続されて気密的に
閉塞され、この接続部材１８ａと昇降装置１８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１６は、ガス流量調節器１つを介して
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。

ガス流出部１６と半導体ウェハ１２とでつくられる空間
の側方の、処理室１１側壁両側の対向する位置には、例
えば石英等からなる窓２２ａ、２２ｂが配置されており
、この窓２２ａ、２２ｂの外側には、それぞれ赤外線発
光装置２３ａと、赤外線受光装置２３ｂが配置されてい
る。この赤外線発光装置２３ａは、窓２２．ａを介して
ガス流路となる処理室１１内のガス流出部１６と半導体
ウェハ１２との間にビーム状の赤外線を射出し、処理室
１１内を通過した赤外線は、窓２２ｂを介して赤外線受
光装Ｕ２３ｂに八則し、この赤外線受光装置２３ｂに接
続された終点判定装置２４によってその光量が測定され
るよう構成されている。

なお、処理室１１の下方には、排気管２５により排気装
置２６に接続された排気口２７が設けられている。

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１８によってガス流出部１６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６保持される。

この後、昇降装置１８によってガス流出部１６を下降さ
せ、ガス流出部１６の拡散板１６Ｇと、半導体ウェハ１
２表面との間隔が例えば０．５〜２０ｍ１ｌｌ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。

そして、載置台１３内に内蔵されたヒータ１５を温度制
御装置１４によって制御することにより、載置台１３の
温度を例えば３００’Ｃ程度に加熱し半導体ウェハ１２
を３００”Ｃ程度に加熱する。

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ガスをガス流量調節器１
９によって流量が、例えば３〜ｂう調節し、拡散板１６
ｃの多数の小孔１６ｂから半導体ウェハ１２に向けて）
だ出させ、排気装置２６により例えば処理室１１内の気
体圧力か７００〜２００Ｔｏｒｒ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１６の多
数の小孔１６ｂから流出したガスは、拡散板１６ｃと半
導体ウェハ１２との間で、半導体ウェハ１２の中央部か
ら周辺部へ向かうカ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、ＩＸ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
シング処理中における半導体ウェハ１２の温度は、１５
０’Ｃ乃至５００°Ｃ程度に加熱することが好ましい。

このためこの実施例では、半導体ウェハ１２の温度は３
００　’Ｃ程度とされている。一方、ガス流出品１６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１６は冷却装置１７および配管１７ａによ
り、２５°Ｃ以下に冷却されている。

またアッシング処理中は、赤外線発光装置２３ａから、
窓２２ａを介してガス流路となる処理室１１内のガス流
出部１６と半導体ウェハ１２との間にビーム状の赤外線
を射出し、処理室１１内を通過した赤外線を、窓２２ｂ
を介して赤外線受光装置２３ｂで受光し、この赤外線受
光装置２３ｂに接続された終点判定装置２４によって処
理室１１内を通過した赤外線の光量を測定してアッシン
グ処理の終点を判定する。

すなわち、このアッシング装置においては、フォトレジ
スト膜等の有機物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。そこで処理室１１内のガス
中に含まれるこれらの成分の濃度を測定することにより
、アッシング処理の進行情況を判定することができる。

例えば第５図のグラフは、縦軸を処理室１１内のガス中
に含まれる二酸化炭素濃度、横軸をアッシング処理時間
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、アッシング処理を開始すると、処理￥１１内のガ
ス中に含まれる二酸化炭素の′ａ度が急激に上昇し、ア
ッシング処理の終点では、処理室１１内のガス中に含ま
れる二酸化炭素の濃度は急激に減少しほぼゼロとなる。

そこでこの実施例のアッシング装置では、二酸化炭素に
より特異的に吸収される波長域の赤外線を用いて、赤外
線発光装置２３ａ、赤外線受光装置２３ｂ、終点判定装
置２４によって、測定される光量の変化から処理室１１
内のガス中の二酸化炭素量の変化を検知し、前述の第５
図のグラフに示したように、処理室１１内のガス中に含
まれる二酸化炭素の濃度が減少しほぼゼロとなった時を
アッシング処理の終点と判定する。そして、例えば終点
判定装置２４から装置全体の制御を行なう制御装置（図
示ゼず）等に終点判定の信号を送出することにより、こ
の制御装置から装置内の各機器を制御して、アッシング
処理を終了させる。

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１７と半導体
ウェハ１２間の距離をパラメータとして、この実施例の
アッシング装置の６インチの半導体ウェハ１２の７ツシ
ング速度の変化を示している。なおオゾン濃度は５．３
〜１０重Ｍ％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１７との間を数πとし、
オゾンを含有するガス流量を２〜４０３λ／ｍａｎ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。また、前ｊホのようにして処理室１１内のガス中の
特定成分の温度変化から時間的な遅れなしにアッシング
処理の終点を検出することができ、処理時間を最適にし
て過度のアッシングにより半導体ウェハ１２等の被処理
基板に損傷を与えたり、アッシングが不十分でフォトレ
ジスト膜が残留することなく、最短の処理時間で確実に
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、赤外線発光装置２３ａから、窓
２２ａを介してガス流路となる処理室１１内のガス流出
部１６と半導体ウェハ１２との間にビーム状の赤外線を
射出し、処理室１１内を通過した赤外線を、窓２２ｂを
介して赤外線受光装置２３ｂで受光するよう構成したが
、例えば第７図に示すように、窓２２ａ、２２ｂおよび
赤外線発光装置２３ａ、赤外線受光装置２３ｂを載置台
１３下方のガス流路の側方に配置して、ビーム状の赤外
線が載置台１３の下方を通過するよう構成してもよい。

また、ガス流出部１６を円錐形状のコーン部１６ａの開
口部に多数の小孔１６ｂを備えた拡散板１６ｃ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１６Ｃは、第８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９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３１Ｇ、第１０図に示すよ
うに直線状のスリット３２ｂを備えた拡散板３２Ｃ１第
１１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３３Ｇ、第１２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１６ａは、第１３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、勿論でおる。

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］ 上述のように本発明のアッシング装置では、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
最短の処理時間で確実にアッシング処理を行うことがで
き、かつ、半導体ウェハに損傷を与えることがない。

【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図はオゾンの半
減期と温度の関係を示すグラフ、第５図は二酸化炭素濃
度と処理時間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図は第２
図の変形例を示す縦断面図、第８図〜第１２図は第３図
に示すガス流出部の変形例を示す下面図、第１３図はガ
ス流出部の変形例を示す縦断面図、第１４図は従来のア
ッシング装置を示ず構成図である。 １１・・・・・・処理室、１２・・・・・・半導体ウェ
ハ、１７・・・・・・ガス流出部、２３ａ・・・・・・
赤外線発光装置、２３ｂ・・・・・・赤外線受光装置、
２４・・・・・・終点判定装置。 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４図 ア、ソゾンヂ麟簡（ＳｅＣ） ７ρ＼、ｊｖＬ３〕○℃　　　　ウェハオ４：６イ／午
第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）処理室内に配置された被処理基板の表面に被着さ
   れた膜をアッシングガスにより除去するアッシング装置
   において、前記被処理基板に近接対向して配置され前記
   アッシングガスを前記被処理基板へ向けて流出させるガ
   ス流出部と、発光部から送出され前記処理室内を通過し
   て受光部に到達する光の量の変化から前記処理室内のガ
   ス中の特定成分の濃度変化を検出してアッシング処理の
   終点を検出する手段とを備えたことを特徴とするアッシ
   ング装置。
2. （２）光は、赤外線である特許請求の範囲第１項記載の
   アッシング装置。
3. （３）特定成分は、二酸化炭素である特許請求の範囲第
   １項記載のアッシング装置。