JPH0269930A - 有機物除去装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハに付着したフ第１ヘレジストを
除去する有機物除去装置に係り、特にウェハ面」二での
除去速度の均一化に配慮した有機物除去装置に関する。

〔従来の技術〕 半導体装置の製造においては、半導体ウニノへのエツチ
ング処理後、半導体ウェハを所定のパターンにマスクし
ていたフ第１〜レシス１へを除去する工程がある。この
場合、最近では、半導体ウェハに対する損傷が懸念され
る酸素プラズマ法の代わりに、特開昭６２−２７４．７
２７号公報、特開昭６１、−１．９４８３０号公報に示
されるようなフォトレジスト除去装置を使用することが
考えられている。

すなわち、処理室内に設けられた資料台に半導体ウェハ
を載せ、処理室内に酸素とオゾンとの混合気体を供給し
、資料台に設けられたヒータによって比較的低い温度に
ウェハを加熱するとともに、紫外線などの光を半導体ウ
ェハ表面に照射することによって、酸素やオゾンを励起
させ、オゾンが解離してできる酸素原子ラジカルにより
、有機物などからなるフォ１〜レジスト後酸化し、カス
化させて除去するものである。このような装置では、ウ
ェハ面に平行な、オゾン＋酸素のガス流れ空間を形成す
ることにより、ウェハ面に新しいオゾンを供給しつづけ
ると共に、ラジカルでない酸素により、反応のあとに住
した二酸化炭素、−酸化炭素及び水などを気化状態のま
まウニノ）素面から移動、排出させることができ、その
結果、ウニノ１上のレジス１〜膜の反応面を酸素原子ラ
ジカルに対して効率良くさらすことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような構造のフ第１・レジス１へ
除去装置では、ウェハに対する処理ガスの流れ分布が除
去速度分布に大きく影響し、ノズル位置、ガス流動分布
が最適化されていないため、ウェハ」−でレジスト除去
速度が不均一であり、最も除去速度が小さいところで処
理時間が決まるため、処理に比較的長時間を要するとい
う欠点があった。

本発明の目的は、有機物であるレジストの除去をウェハ
上で均一な速度で行うにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、被処理材を載置して回転する資料台と、
該資料台に対向してＩ［！置された案内板と、該案内板
と前記資料台の間に形成された流路と、該流路に気体を
供給する導入管と、気体を排出する排気口と、を備え、
被処理材表面の有機物に酸化性の気体を接触させて該有
機物を酸化除去する有機物除去装置において、前記杉；
気口を前記資料台の側面に対向して設け、前記案内板に
、前記排気口と前記資料台の回転中心に対して反対側の
、被処理材外周部に対向する位置に、前記流路に向かっ
て開口する複数のノズルを配置し、該ノズルに前記導入
管を接続した有機物除去装置により達成される。

ノズルの向きを、被処理材表面に対して排気しＪ方向か
つ資料台回転中心方向に傾斜させたノズルと、被処理材
表面に対して資料台回転方向に傾斜させたノズルとを備
えている請求項１に記載の有機物除去装置としてもよく
、少なくとも１個のノズルが資料台の回転中心に対して
排気口と略１８０度の位置に設けられ、さらに少なくと
も１個のノズルが前記１８０度の位置から資料台の回転
方向におよそ９０度離れた位置に設けられている請求項
１に記載の有機物除去装置としてもよい。

また、被処理材を載置して回転する資料台と、該資料台
に対向して配置された案内板と、該案内板と前記資料台
の間に形成された流路と、該流路に気体を供給する導入
管と、気体を排出する排気口と、を備え、被処理材表面
の有機物に酸化性の気体を接触させて該有機物を酸化除
去する有機物除去装置に、前記案内板に、前記流路側に
開口し前記導入管に接続されたノズルと、同じく前記流
路側に開口し排出管に接続されて流路中の気体を吸引す
る吸引ノズルとを備えている有機物除去装置としてもよ
い。

さらに、被処理材を載置して回転する資料台と、該資料
台に対向して配置された案内板と、該案内板と前記資料
台の間に形成された流路と、該流路に気体を供給する導
入管と、気体を排出する排気口と、を備え、被処理材表
面の有機物に酸化性の気体を接触させて該有機物を酸化
除去する有機物除去装置の、前記案内板を前記資料台の
被処理材載置面に対して傾斜して設けた有機物除去装置
としてもよく、資料台の被処理材載置面と案内板の間隔
の最大値と最小値の比がおおよそ２：１である請求項５
に記載の有機物除去装置としてもよい。

〔作用〕

ウェハ近傍に設置されたノズルより、オゾン＋酸素のガ
スをウェハに噴出させると、ウェハ表面近傍では、熱お
よび紫外光によりオゾンが励起され、酸素原子ラジカル
が発生する。この酸素原子ラジカルは、ウェハに被着さ
れたフォトレジスト膜を酸化して除去する。しかし酸素
原子ラジカルは、量が少なくかつ不安定であり、濃度の
高い領域は、ノズル出口近傍に限られる。従ってフォ１
−レジスト除去速度は、ノズル出口近傍のウェハ表面が
高く、そこから遠ざかるに従って小さくなり、ウェハ全
体では、除去速度が大変不均一となる。

そこでウェハ全体でのフォトレジス１〜除去速度を均一
にするためには、−本ノズルでは難しく、多数本ノズル
方式が考えられる。

本発明では、回転している資料台の側面に対向する壁面
の任意の周方向位置に、排気口を設け、さらには複数の
ノズルをその排気口とは周方向に反対側の、ウェハ外周
部と対向する位置の案内板に設けたので、ノズルから回
転する資料台の中心を経て排気口へ向う酸素原子ラジカ
ルを含む気体の流れと、ノズルから資料台の回転の周方
向に沿う同様気体の流れが形成され、回転する資料台の
被処理材載置面上の被処理材に接触する酸素原子ラジカ
ルを含む気体の量が、被処理材表面の外周部と中央部で
均一化されて、有機物の酸化除去速度が均一化される。

また、案内板に、気体を流路に供給するノズルと併せて
、流路中の気体を吸引するノズルを設けると、両ノズル
の配置、大きさ詮調整すれば、流路中の気体の流れ方向
が制御され、所望の流れ形状を形成することができ、回
転する被処理材に接触する酸素原子ラジカルを含む気体
の量が均一化される。

さらに、資料台の被処理材載置面に対向して設ける案内
板を、前記載置面に対して傾斜させて設置すると、資料
台の回転に伴って、被処理材載置面と案内板の間に、動
圧軸受の原理により静圧の高い部分と低い部分が生じる
。この静圧の高い部分に、気体供給ノズルを設けて気体
を供給すると、該気体が前記静圧差により、被処理材載
置面に均一に供給される。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例を第１図、第２図により説
明する。

第１図は、本発明の第１の実施例である有機物除去装置
の要部を示す断面図である。

本体１の底部には、資料台２がほぼ水平に設けられてお
り、この資料台２の上には、表面にフォトレジストなど
が被着された半導体ウェハ３が着脱自在に載置されてい
る。また資料台２は、水平面内において回転自在にされ
ており、載置されるウェハ３が所定の速度で回転される
ように構成されている。

また資料台２の下部にはヒータ１２が設けられ、ウェハ
３が所定の温度に加熱されるようになっている。

一方、資料台２の」一方近傍には、たとえば石英ガラス
などからなる透明な案内板４が、資料台２に対向して配
置され、資料台２の上に位置されるウェハ３どの間に、
比較的小さな間隙の流路９が形成されている。

資料台２は、図には示してないが、前記案内板４に対し
て相対的に変位自在に構成されており、前記流路９の間
隙が所望の値に調整可能にされている。

資料台２の側面に対向した壁面の任意の周方向位置に、
排気流路１０に接続された排気口８が設けられている。

案内板４において、ウェハ３の外周部に対向しかつ排気
口とは周方向に反対の位置に導入管１３に接続したノズ
ル５、同じく外周部に対向し、該ノズル５と資料台の回
転方向に約９０°はなれた位置に導入管１４に接続され
たノズル６が貫通して開口されており、たとえば、酸素
とオゾンとの混合気体などからなる処理流体１１がウェ
ハ面上に供給され、排気口８に向って図の左から右へ流
路９を流れる。第２図は、第１図のｎ−ｎ断面を矢視方
向に見たものを示す。

案内板４の上面近傍には、たとえば案内板４の表面に沿
って屈曲して配置される低圧水銀ランプなどからなる複
数の光源７が設けられており、処理流体１１を構成する
酸素およびオゾンなどを励起させる所定の波長域の紫外
線などが、案内板４を透過してウェハ３の表面に照射さ
れる構造とされている。

また、光源７が位置される案内板４の」二部の空間は、
光源７からの紫外線がそこで減衰するのを防止するため
に、たとえば窒素ガス雰囲気にされている。

このように構成された本実施例では、ウェハ３と案内板
４とで構成される流路９に、ノズル５゜６を通じて酸素
とオゾンとの混合気体などからなる処理流体が供給され
、主にノズル５は排気に１８に向いつつウェハの外周部
からウェハ中心に向う流れを作り、またノズル６は、資
料台の回転方向と同じ方向に、ウェハ３の外周部に沿う
流れを作る。第２図には、処理流体の流れ方向を矢印で
示しである。この結果、半導体ウェハ３の表面に被着さ
れている有機物などからなるフォトレジストなどが、紫
外線および熱によって励起された処理流体中の酸素原子
ラジカルなどによって酸化され、炭酸ガスや水蒸気など
となって気化、除去され、排気口８から外部に排除され
る。

この場合、処理流体１１を構成する酸素やオゾンが解離
して生成される酸素原子ラジカルは、寿命が比較的短い
ため、酸素原子ラジカルが多数存在するノズル出口近傍
だけがレジストの除去速度が速く、そこから遠ざかるに
従って酸素原子ラジカルが減少するため、急激に除去速
度が小さくなる。第３図には、資料台の回転を止め、ノ
ズル５だけから処理流体１１を流した時の除去速度分布
を示す。υは除去速度、χはノズル５から排気口８を向
いた方向で、ノズル出口から遠ざかるにつれて除去速度
が減衰していく様子がわかる。従って、資料台が回転し
ても一本のノズルだけでは。

ウェハ全体の均一な除去速度を得るのは難しい。

本実施例では、２本ノズル方式を採用した。すなわち、
資料台を回転させ、ノズル５から処理流体を出すと、該
流体は排気口８に向う方向で、ウェハ３の外周部からウ
ェハ中心に向って流れ、第４図の曲線２０に示すように
ウェハの中心の除去速度を速くさせることができ、また
ノズル６は、処理流体がウェハ３の外周部を資料台２の
回転方向に流れるため、ウェハ外周部の除去速度を速く
することができ、第４図の曲線２１に示すように。

２つのノズルを合わせることにより、ウェハ全体で均一
な除去速度を得ることができる。

第５図に示す第２の実施例は、ノズルの向きをウェハ表
面に対して傾斜させかつ排気口８向きとした傾斜ノズル
２５．２６の場合であり、処理流体の消費効率をより高
めた場合である。

本実施例によれば、ウェハに被着されている有機物から
なるフォトレジストなどが、ウェハ全体にわたって均一
に除去され、局所的にレジスト除去速度の遅い部分をな
くすことができ、その結果、単位時間当りのウェハ処理
枚数の向」二をはかることができる。

また本実施例によれば、処理流体を効率良く消費するこ
とができ、処理流体の消費を少なくし、経済的である。

本発明による第３の実施例を、第６図〜第８図を参照し
て説明する。本実施例の装置においては、レシス１へを
除去すべきウェハ３は、ケーシング１内の資料台２の」
二におかれ、資料台２は中心軸２０のまわりに回転する
。また、石英ガラスで作られた透明な案内板４が、ウェ
ハ３に対面して設置され、該案内板４の」二方に、紫外
線を発する光源７が設けられている。案内板４には導入
管１３と連通するノズル６が設けられ、さらに、排出管
１５と連通ずる吸引ノズル１６が設けられている。

第７Ａ図は案内板４を光源７側からみた平面図で、ノズ
ル６と吸引ノズル１６の配置例を示している。

さらに資料台２のウェハ載置面の下方のケーシング］の
壁面に沿って、排気口８が設けられている。

この装置において、酸素とオゾンの混合ガスが導入管１
３を経て、ノズル６からウェハ３と案内板４の間に形成
されている流路９へ供給される。供給された前記混合ガ
スは、前記流路９を通って、排気口８より装置外へ排出
されると共に、その−部は案内板４に設けられた吸引ノ
ズル１６を経て、排出管１５から吸引排出される。流路
９に流れる前記混合ガスは、光源７から発せられる紫外
線を受けて励起され、酸素原子ラジカルを発生する。

第７Ａ図の破線で囲まれた領域は、ウェハ３上で、レジ
ス１〜と機素原子ラジカルの反応速度がほぼ同一、すな
わちアッシング速度（レジストの除去速度）が一定の範
囲である。このような範囲でアッシング速度が一定であ
るので、資料台２が回転すると、ウェハ３面内でほぼ同
一のアッシング速度が得られる。第７Ｂ図は本実施例に
おける、資料台２を回転しない場合の回転中心からの距
離とアッシング速度の関係を示し、前述のように、回転
中心からウェハ外周まで、はぼ同一のアッシング速度が
得られることを示している。第８図は、本実施例におけ
る吸引ノズル１６とノズル６の配置を示し、６インチウ
ェハに対するものである。

一方、吸引ノズルのない従来の場合、資料台２を回転し
ない状態でアッシング速度がほぼ同一である範囲は、第
９Ａ図に破線で示す範囲であり、第９Ｂ図に示すように
アッシング速度が半径方向の位置により変化する。

本実施例によれば、混合ガス吸引ノズルを設けたことに
より、第７Ａ図に示すような範囲でアッシング速度を一
様化できるため、ウェハを回転させることによって、ウ
ェハ面内でのアッシング速度をほぼ均一にすることがで
きた。これにより、反応のムラがなく、無駄に酸素原子
ラジカルを消費することもないので、アッシング速度が
全体的に高まるという効果も得られた。

本発明の第４の実施例を第１０図〜第１６図を参照して
説明する。

第１０図は本実施例の有機物除去装置の構成を示したも
のである。資料台２とガラス板である案内板４が非平行
に配置されている。また、資料台２と案内板４との間隙
は、オゾンガス供給用の導入管１３からのオゾンガスが
、資料台上のウェハ３の表面に短時間で到達できるよう
に、可能な限り狭くする。

オゾン発生器より発生したオゾンガスは、導入管１３に
より、資料台２上のウェハ３の表面上に供給される。こ
のオゾンガスに紫外線ランプである光源７より発せられ
た紫外線が案内板４を介して照射される。この時ウェハ
３は、資料台２内に設けられたヒータにより１５０〜３
００°Ｃに加熱されると共に、資料台２の回転により２
　Ｑ　ｒ　ｐ　ｍで回転している。オゾンガスに紫外線
が照射されることにより、オゾンガスが分解して酸素原
子ラジカルが発生し、この酸素原子ラジカルがウェハ面
上のレジスト膜と熱酸化反応することにより発生する一
酸化炭素、二酸化炭素あるいは水等を気化状態のままウ
ェハ表面から移動させて排出口８より排出することによ
り、ウェハ３表面」−のレジスト膜を除去する。

前述のように、本実施例では、資料台２と案内板４とが
非平行に設置されているために、案内板４と資料台２に
載置されたウェハ３により形成される流路内に、資料台
２が回転することにより静圧全赤が発生する。この静圧
分布を利用することにより、オゾンガスをウェハ３面上
に均一に効率良く供給する。

静圧分布が発生する理由を説明する。第１４図に示すよ
うに、非平行に配置した２枚の板３０及び３１の内の板
３１を速度Ｕで移動させると、第１５図に示すように、
板３０と３１の最大すき間ｈ１と最小すき間ｈ２の比ｂ
工／ｈ、に対応して、画板間に静圧分布が発生する。第
１５図において、横軸に最大すき間ｈ２から最４＼すき
間ｈ１に至る距離Ｘの全１１１ｉＢに対する比Ｘ／Ｂが
、縦軸に、大気ている。Ｐａは大気圧、Ｐは両板間のあ
る位置における圧力、μは画板間の流体の粘度である。

第１５図から分るように、ｈ　１／　ｈ　２がおよそ２
の時に、Ｘ／Ｂ＝０．７の位置に最大圧力が発生する。

これらのことは動圧軸受の原理として知られている。

本実施例では、上で述べた動圧軸受の原理による静圧分
布が得られるように、資料台２と案内板４を非平行にし
た。このようにすることにより、たとえば第１３図に示
す、破線Ａに沿う流路を考えると、資料台２が回転する
ことにより、あたがも、第１４図に示すような構造と同
しくなっていることが分る。

ここで１本実施例の構成において、どれ位の静圧分布が
発生するか試算してみる。第１２図に示すように、ｈ　
、　＝　０　、５　ｍｎ　、　ｈ　２＝　０　、２５　
ｕｒｎ　、　ｈ　。

／　ｈ２＝　２　、　ウｘハ直ａ１２５ｍｎｚ　ｆｌ、
斜台２ノ回転数２Ｏｒｐｍとする。第１５図から、Ｘ／
Ｂがほぼ０．７の位置に生ずることが分る。

となる。この式に、ｈ２＝０．２５（ｎｗｎ）、オゾン
の粘度７ｚ＝１．８５８Ｘ１０−１２［ｋｇｆ−ｓ／＋
ｎｍ２］。

Ｕ（ｍｍ／ｓ）及びＢ［＋ｍ＋］を代入する。ここでＵ
およびＢは、第１３図から、Ｕ＝＝２πＸ０．７Ｘｒ＝
／Ｇ。

従って、 ＝９．２Ｃ１４Ｘ１０−”　［ｎ＋ｍＡｑ）となる。こ
れは、第１３図のＢ点に最大圧力が生ずることを示して
いる。従って、このＢ点近傍よりオゾンガスをオゾンガ
ス供給用の導入管１３を用いて、ウェハ３面上に案内板
４を介して供給すると、第１６図に示す矢印のようにオ
ゾンガスが流れる。つまり圧力の高い領域から低い領域
へと流れる（矢印■＠Ｏ）、しかし、最小すき開位置方
向に向う流れは、流路面積が狭くなるために流路抵抗が
大きくなるので、はとんど発生しない。

また、最小すき間のうら側（第１６図の斜線部）部分で
は負圧になるので、その部分にオゾンガスが流入する（
矢印■■）、その他の部分では、粘性によりウェハ３の
回転方向と同じ方向に流れる（矢印○■■）。

オゾンガスの供給量は、およそ５ρ／ｍｉｎとした。こ
の流量が案内板４とウェハ３により、形成される流路内
を流れるときの動圧力は、およそ０　、１　［ｍｍＡｑ
）であり、前記の資料台２００面上よる圧力上昇の最大
値９　、２　Ｘ　１０””（ｎｗｎＡｑｌとほとんど同
じである。これは、資料台２の回転にょる流路内の圧力
上昇により、オゾンガスの流れを上述したような流れに
制御できることを示している。

もし圧力上昇が不足であれば、資料台２０回転数を大き
くするか、最小すき間ｈ２を小さくすれば良い。

また、第１７図は第５の実施例を示したものであり、オ
ゾンガス供給用の導入管１３を３本用いている。この内
の１本は、第４の実施例と同じ位置に他の２本について
は、特に位置を限定するものではない。また、その数に
ついても限定するものではない。

以上述べたように、本実施例によれば、オゾンガス流路
内に発生する圧力分布を利用して、オゾンガスが均一に
しかも有効に供給され、アッシング速度及びその均一性
が向上するという効果が得られ、処理性能の高い有機物
除去装置を実現できた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被処理材表面に酸素原子ラジカルを含
む気体を均一に接触させるので、被処理材表面の有機物
を、該表面全域に互って均一な速度で酸化させることが
可能となり、その結果、酸素原子ラジカルが無駄に消費
される量が減少して、被処理材あたりの有機物除去に要
する時間が短縮される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図は
第１図の■−■線に沿う平面図、第３図は静止した資料
台上に処理流体が１本のノズルで供給される場合の有機
物除去処理の分布を示す斜視図、第４図は第１の実施例
におけるレジスト除去速度分布を示す概念図、第５図は
本発明の第２の実施例を示す断面図、第６図は本発明の
第３の実施例を示す断面図、第７Ａ図は第６図の■−■
ｒ線に沿う平面図、第７Ｂ図は第３の実施例におけるレ
ジスト除去速度分布を示す概念図、第８図は第３の実施
例におけるノズルおよび吸引ノズルの配置の詳細を示す
平面図、第９Ａ図は従来技術におけるレジスト除去速度
の均一な範囲を示す平面図、第９Ｂ図は従来技術におけ
るレジスト除去速度の分布を示す図、第ｊ−０図は第４
の実施例を示す断面図、第１１図は第１０図のＸＩ−Ｘ
Ｉ線に沿う平面図、第１２図は第１０図の部分拡大断面
図、第１３図は第１２図のＸＩＴ−ＸＴＩＴ線に沿う平
面図、第１４図は動圧軸受のモデル図、第１５図は第１
４図のモデルによる圧力分布を示すグラフ、第１６図は
第４の実施例における被処理材表面上の流れの方向に示
す平面図、第１７図は第５の実施例を示す断面図であり
、第１８図は第１７図のＸ■Ｘ■線に沿う平面図である
。 ２　資料台、３・・・被処理材（ウェハ）、４・案内板
、５，６　・ノズル、８・排気口、９　流路、１３．１
４　　導入管、１５　排出管、１６　吸弓ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理材を載置して回転する資料台と、該資料台に
   対向して配置された案内板と、該案内板と前記資料台の
   間に形成された流路と、該流路に気体を供給する導入管
   と、気体を排出する排気口と、を備え、被処理材表面の
   有機物に酸化性の気体を接触させて該有機物を酸化除去
   する有機物除去装置において、前記排気口が前記資料台
   の側面に対向して設けられていることと、前記案内板に
   、前記排気口と前記資料台の回転中心に対して反対側の
   、被処理材外周部に対向する位置に、前記流路に向かっ
   て開口する複数のノズルが配置されていることと、該ノ
   ズルに前記導入管が接続されていることと、を特徴とす
   る有機物除去装置。 ２、ノズルの向きを、被処理材表面に対して排気口方向
   かつ資料台回転中心方向に傾斜させたノズルと、被処理
   材表面に対して資料台回転方向に傾斜させたノズルとを
   備えていることを特徴とする請求項１に記載の有機物除
   去装置。 ３、少なくとも１個のノズルが資料台の回転中心に対し
   て排気口と略１８０度の位置に設けられ、さらに少なく
   とも１個のノズルが前記１８０度の位置から資料台の回
   転方向におよそ９０度離れた位置に設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載の有機物除去装置。 ４、被処理材を載置して回転する資料台と、該資料台に
   対向して配置された案内板と、該案内板と前記資料台の
   間に形成された流路と、該流路に気体を供給する導入管
   と、気体を排出する排気口と、を備え、被処理材表面の
   有機物に酸化性の気体を接触させて該有機物を酸化除去
   する有機物除去装置において、前記案内板に、前記流路
   側に開口し前記導入管に接続されたノズルと、同じく前
   記流路側に開口し排出管に接続されて流路中の気体を吸
   引する吸引ノズルとを備えていることを特徴とする有機
   物除去装置。 ５、被処理材を載置して回転する資料台と、該資料台に
   対向して配置された案内板と、該案内板と前記資料台の
   間に形成された流路と、該流路に気体を供給する導入管
   と、気体を排出する排気口と、を備え、被処理材表面の
   有機物に酸化性の気体を接触させて該有機物を酸化除去
   する有機物除去装置において、前記案内板が前記資料台
   の被処理材載置面に対して傾斜して設けられていること
   を特徴とする有機物除去装置。 ６、資料台の被処理材載置面と案内板の間隔の最大値と
   最小値の比がおおよそ２：１であることを特徴とする請
   求項５に記載の有機物除去装置。