JPH0637009A - アッシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体装置の製造に用いられるアッシング装置
に関し、更に詳しく言えば、アッシングレートを正確に
求めて管理することが可能になるアッシング装置の提供
を目的とする。 【構成】基板１６の上に形成されるレジストをプラズマ
を用いてアッシングする反応室１０と、反応ガスをプラ
ズマ化して、前記プラズマを発生するプラズマ発生室１
２と、前記プラズマ発生室１２への前記反応ガスの導入
状態を調整し、かつ駆動制御信号ＳＳに基づいて前記プ
ラズマ発生室１２へのガス導入を開始する調整弁１５Ａ
と、前記基板１６を載置し、かつ前記基板１６を加熱す
る基板載置台１７と、前記基板１６の温度を検出する温
度検出手段１９と、前記温度検出手段１９の測定温度が
ある一定温度に達した時点で前記調整弁１５Ａに前記駆
動制御信号ＳＳを出力する制御手段２０とを有すること
を含み構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアッシング装置、すなわ
ち、半導体装置の製造に用いられるレジスト膜を灰化し
て除去する装置に関する。

【０００２】近年、半導体装置の製造に必要である、レ
ジスト膜を剥離する工程の一種であるアッシングの時間
短縮が図られている。しかし、今までは、経験などによ
り、アッシングが十分に終了したと思われるところでア
ッシングを終了させていたので、実際に必要な時間より
も長い時間をとることが多く、時間が無駄になりやすか
った。

【０００３】そこで、アッシングの時間短縮のため、単
位時間あたりのアッシング量を示すアッシングレートを
高精度に求めて、アッシングに必要な時間を正確に知ろ
うとする試みがなされている。

【０００４】

【従来の技術】従来例に係るダウンフローアッシャー
は、一般に図５に示すように、石英窓１、プラズマ発生
室２、マイクロ波導波管３、シャワーヘッド４、ガスボ
ンベ５、調整弁５Ａ、ウエハ載置台７及びマイクロ波発
生装置８からなり、ウエハ６の上面に形成されたレジス
ト膜をアッシングするものである。

【０００５】当該装置を用いてウエハ６の上面のレジス
ト膜をアッシングするとき、まず、ウエハ載置台７にウ
エハ６が載置され、レジストのアッシング条件の温度
（以下設定温度という）までウエハ６の温度を上げるた
めに、該ウエハ載置台７によってウエハ６が加熱され
る。

【０００６】ウエハ６の加熱開始とほぼ同時に、マイク
ロ波発生装置８によってマイクロ波が発生される。該マ
イクロ波は、マイクロ波導波管３を通り、石英窓１を介
してプラズマ発生室２へと導入される。さらに、調整弁
５Ａが開いて、ガスボンベ５から酸素ガスなどの反応ガ
スがプラズマ発生室２へ導入され、マイクロ波によって
該反応ガスがプラズマ化される。

【０００７】こうして発生した反応ガスのプラズマがウ
エハ６の上面のレジスト膜に落下、到達して該レジスト
膜がアッシングされる。さらに、排気口９から随時不要
なガスが排気される。

【０００８】以上のようにして、ウエハ６の上面レジス
ト膜がアッシングされるが、アッシングに要する時間を
求めるため、前もってサンプルのウエハをアッシングし
て、そのアッシングレートを求めておく必要がある。

【０００９】この際に、アッシングの条件が同じでも、
ウエハに塗布してあるレジストの状態によってもそのア
ッシング量やアッシングレートは異なる。例えば、図７
のグラフに示すように、同一のアッシング条件、すなわ
ち装置内圧力１．０Torr、マイクロ波出力１．５ｋｗ，
Ｏ₂ ガスの流量１３５０SCCM，Ｎ₂ の流量１５０SCCM、
ステージ温度２００℃のアッシング条件で、レジストを
塗布しただけのもの、レジストを塗布したのちにＵＶキ
ュアしたもの、レジストを塗布したのちに２００℃でベ
ークしたものをそれぞれアッシングする場合を考える。

【００１０】このとき、それぞれ時間ごとのアッシング
量が異なり、アッシングレートも順に 15552Å／min, 1
4358Å／min, 14385Å／min というように異なる。よっ
て、アッシングする際には、例えば反応室内の圧力や、
反応ガスの流量などのアッシング条件が同じであって
も、レジスト膜の状態が変わるごとに、そのアッシング
レートを逐次求めておく必要がある。

【００１１】従来、アッシングレートを求める際には、
サンプルのウエハを所定のアッシング条件のもとでアッ
シングし、一定の時間ごとに何度もサンプルのウエハを
アッシャーから取り出して、レジストの膜厚をそのつど
測定してそのアッシング量を求め、アッシング量の時間
変化が一定になった部分に基づいて、最小自乗法などに
よりそのアッシングレートを算出していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アッシング
の際には、ウエハ６をウエハ載置台７に載置し、加熱を
はじめてまもなく酸素ガスやマイクロ波をプラズマ発生
室に導入して、アッシングを開始していた。

【００１３】すると、図６に示すように、アッシング開
始から約２０秒を過ぎた後は、アッシング時間とアッシ
ング量との関係を示すグラフの形状が直線になってい
る。すなわち、時間に対するアッシング量の変化率を示
すアッシングレートは一定値であり、この直線の傾きと
なる。

【００１４】しかし、アッシング開始から約２０秒まで
の間は、グラフの形状が直線ではなく、曲線である。こ
れは、アッシング開始から約２０秒までの間は、ウエハ
の温度がまだ設定温度に達していないので、その間のア
ッシングに係る化学反応が安定せず、そのアッシング量
が不安定になっているためであると思われる。

【００１５】よって、上記装置を用いてサンプルのウエ
ハをアッシングして、正確にアッシングレートを求めよ
うとしても、時間によってそのアッシングレートが異な
るので、何度もサンプルのウエハ６をアッシャーから取
り出して時間ごとのアッシング量を小刻みに測定して、
アッシング量と時間との関係を精密に求めて、時間とア
ッシング量との関係を示すグラフをつくり、該グラフの
直線部分に基づいてアッシングレートを算出する必要が
ある。なお、図６に示すような従来例では６０秒間に１
１回もアッシング量を測定している。

【００１６】このため、アッシング量を何回も測定する
ために、何度もサンプルのウエハをアッシャーから出し
入れしなければならず、これにより測定に係る作業が煩
雑になり、それに要する時間も長くかかるといった問題
が生じる。

【００１７】本発明はかかる従来例の問題点に鑑み創作
されたものであり、アッシングレートの算出の際に必要
な、アッシング量の測定作業の省力化や、それに要する
時間の短縮が実現出来るようなアッシング装置の提供を
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアッシング
装置は、図１に示すように、基板１６の上に形成される
レジストをプラズマを用いてアッシングする反応室１０
と、反応ガスをプラズマ化して、前記プラズマを発生す
るプラズマ発生室１２と、前記プラズマ発生室１２への
前記反応ガスの導入状態を調整し、かつ駆動制御信号Ｓ
Ｓに基づいて前記プラズマ発生室１２へのガス導入を開
始する調整弁１５Ａと、前記基板１６を載置し、かつ前
記基板１６を加熱する基板載置台１７と、前記基板１６
の温度を検出する温度検出手段１９と、前記温度検出手
段１９の測定温度がある一定温度に達した時点で前記調
整弁１５Ａに前記駆動制御信号ＳＳを出力する制御手段
２０とを有することを特徴とし、上記目的を達成する。

【００１９】

【作 用】本発明に係るアッシング装置によれば、図１
に示すように、温度検出手段１９と制御手段２０とを有
している。

【００２０】例えば、温度検出手段１９によって基板１
６の温度が検出され、該基板１６の温度がある一定の温
度に達すると、制御手段２０によって調整弁１５Ａに駆
動制御信号ＳＳが出力され、調整弁１５Ａによってプラ
ズマ発生室１２への反応ガスの導入が開始される。

【００２１】このため、基板１６が設定温度に達しては
じめて反応ガスが装置内に導入され、レジスト膜のアッ
シングが開始される。よって、アッシング開始のときか
ら、基板１６の温度は設定温度で安定であるので、アッ
シング時間とアッシング量との関係は常に比例関係にな
る。従って、任意の２つの時点におけるアッシング量を
求めることで、簡単にアッシングレートが求められる。

【００２２】すなわち、アッシングレートを求めたいと
きには、任意の２つの時点におけるアッシング量を測定
し、アッシング時間とアッシング量とを軸に持つ平面に
その２点をプロットし、その２点を通る直線を引き、そ
の直線の傾きを求めることで簡単にアッシングレートを
求めることができる。

【００２３】これにより、アッシングレートの算出の際
に必要な、アッシング量の測定回数も、わずか２回で済
み、従来例のように何度もウエハをアッシャーから取り
出して測定する必要がないので、該測定作業の省力化
や、それに要する時間の短縮化が可能になる。

【００２４】

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の実施例に係るダウンフ
ローアッシャーの構成図である。

【００２５】本発明の実施例に係るダウンフローアッシ
ャーは、反応室１０、石英窓１１、プラズマ発生室１
２、マイクロ波導波管１３、シャワーヘッド１４、ガス
ボンベ１５、ウエハ載置台１７、マイクロ波発生装置１
８、センサ１９、ガス導入制御回路２０、排気口２１か
ら成るものである。

【００２６】反応室１０は、その内部でウエハ１６上の
フォトレジスト膜をアッシングさせるものであり、石英
窓１１は、プラズマ発生室１２に面して設けられた石英
から成る板で、マイクロ波をプラズマ発生室１２内に透
過させるものである。

【００２７】プラズマ発生室１２は、その内部に酸素な
どの反応ガスとマイクロ波とを導入して、該反応ガスを
マイクロ波によってプラズマ化させるものであり、マイ
クロ波導波管１３は、マイクロ波発生装置１８から発生
されたマイクロ波をプラズマ発生室１２に導入するもの
である。

【００２８】シャワーヘッド１４は、導電性物質からな
り、反応ガスをプラズマ化する際に同時に発生するイオ
ンなどの荷電粒子を吸着するものであり、ガスボンベ１
５は、酸素などの反応ガスをその中に入れておき、プラ
ズマ発生室１２に導入するものである。

【００２９】調整弁１５Ａは、ガスボンベ１５からの反
応ガスのプラズマ発生室１２への導入を調整する弁であ
って、これが開くことによってガスボンベ１５から反応
ガスがプラズマ発生室１２へと導入される。また、該調
整弁１５Ａは、比較回路２０Ｂからのガス導入開始信号
ＳＳに基づいて開き、反応ガスのプラズマ発生室１２へ
の導入を開始する。

【００３０】ウエハ載置台１７は、ウエハ１６をその上
に載置し、設定温度になるまで加熱するものであり、マ
イクロ波発生装置１８は、マイクロ波を発生させるもの
である。

【００３１】センサ１９は、ウエハの温度を検出してガ
ス導入制御回路２０に出力する熱電対である。ガス導入
制御回路２０は、記憶回路２０Ａと比較回路２０Ｂとか
らなり、ウエハの温度に基づいて、ガスボンベ１５内の
反応ガスを導入するものである。

【００３２】このうち、記憶回路２０Ａは予め設定され
ている設定温度を記憶しておくものであって、比較回路
２０Ｂは設定温度とウエハの温度とを比較し、両者が等
しくなると調整弁１５Ａにガス導入開始信号ＳＳを出力
するものである。また、排気口２１は、不要のガスを反
応室１０の外へ排気するものである。

【００３３】上記装置を用いてウエハがアッシングされ
る。すなわち、まずウエハ載置台１７にウエハ１６が載
置され、該ウエハ載置台１７によってウエハ１６が設定
温度まで加熱される。同時に、センサ１９によってウエ
ハ１６の温度が検出され、その検出信号が比較回路２０
Ｂに出力される。

【００３４】比較回路２０Ｂによって、記憶回路２０Ａ
に記憶されている設定温度と、センサ１９から出力され
るウエハ１６の温度とが比較され、両者が等しくなる
と、比較回路２０Ｂから調整弁１５Ａにガス導入開始信
号ＳＳが出力される。そして、該ガス導入開始信号ＳＳ
に基づいて、調整弁１５Ａが開き、酸素ガス等の反応ガ
スがプラズマ発生室１２へと導入される。すなわち、従
来と異なり、ウエハの温度が設定温度に達したのちに、
はじめて反応ガスがプラズマ発生室１２へと導入され
る。

【００３５】これとほぼ同時に、マイクロ波発生装置１
８によってマイクロ波が発生され、マイクロ波導波管１
３を通り、石英窓１１を介してプラズマ発生室１２へと
導入される。このマイクロ波によって導入された酸素ガ
ス等の反応ガスがプラズマ化され、このプラズマによっ
てアッシングが開始される。

【００３６】このプラズマ発生の際にイオンなどの荷電
粒子も発生するが、ウエハ１６とプラズマ発生室１２と
は離れており、かつ導電性のシャワーヘッド１４によっ
て荷電粒子が吸着されるため、電気的に中性なプラズマ
のみがウエハ１６上面のレジストに落下、到達してレジ
スト膜と反応し、これをアッシングする。さらに、排気
口２１から不要なガスが排気される。

【００３７】上記のようにして、ウエハ１６上のフォト
レジスト膜がアッシングされる。しかし、アッシングに
要する時間を求めるため、前もってサンプルのウエハを
アッシングすることで、そのアッシングレートを求める
必要がある。以下で、そのアッシングレートの求め方に
ついて述べる。

【００３８】図２は、本発明の実施例に係るダウンフロ
ーアッシャーを用いて、アッシングレートを求めるため
に、ある時間のアッシング量を測定して求めた、アッシ
ング時間とアッシング量との関係を示すグラフである。

【００３９】また、図４は、ウエハを２００℃でベーク
したときに、熱によって揮発することによって生じるレ
ジストの膜減りとベーク時間との関係を示すグラフであ
る。このグラフに示すように、２００℃のベークによっ
て生じる膜減りは、時間によるその変化は微量であり、
また、そのグラフの形状は直線になっている。

【００４０】なお、図２のアッシング量とアッシング時
間との関係を示すグラフは、図４に示すような２００℃
のベークによって生じる膜減りの分も含んでいる。図２
のグラフによると、装置内圧力１．０Torr、マイクロ波
出力１．５ｋｗ，Ｏ₂ ガスの流量１３５０SCCM，Ｎ₂ の
流量１５０SCCM、ステージ温度２００℃のアッシング条
件で、レジストを塗布後２００℃ベークしたサンプルウ
エハを本実施例に係るダウンフローアッシャーでアッシ
ングし、５秒ごとにアッシング量を５０秒間に１０回測
定することで、アッシング時間とアッシング量との関係
を示すグラフを精密に求めている。

【００４１】このとき、グラフは原点を通る直線になっ
ている。すなわち、本実施例に係るダウンフローアッシ
ャーを用いてアッシングしているので、アッシング開始
の時点ではウエハ１６の温度が設定温度に達して、平衡
状態になっている。よって、アッシング時間とアッシン
グ量との関係を示すグラフの形状は終始直線であって、
従来例のように、グラフに、アッシング開始直後の曲線
状の部分が現れない。

【００４２】こうして５秒ごとに求めたアッシング量の
データを用いて、最小自乗法などによって、このグラフ
の傾きを求めると、約１．４２（μｍ／min ）になる。
これが精密に求めたアッシングレートである。

【００４３】本実施例に係るダウンフローアッシャーを
用いれば、上記のアッシング時間とアッシング量との関
係を示すグラフが原点を通る直線になるので、上記のよ
うに何回も測定して求めたアッシング量を用いて、最小
自乗法などの複雑な方法を用いることでアッシングレー
トを求めなくとも、任意の異なる２つの時刻におけるア
ッシング量を測定するだけで、ほぼ正確なアッシングレ
ートを簡単に求めることができる。以下でその方法につ
いて図３を参照しながら説明する。

【００４４】ここでは上記の、５秒ごとにアッシング量
を測定したときと同一のアッシング条件で、レジストを
塗布後２００℃ベークしたサンプルウエハを本実施例に
係るダウンフローアッシャーでアッシングした場合を考
える。

【００４５】このとき、５秒ごとに１０回アッシング量
を測定した場合と異なり、アッシング量は２回だけ測定
する。ここでは、アッシング開始から２０秒後と４０秒
後の２回だけアッシング量を測定する。

【００４６】このとき、アッシング開始後２０秒のアッ
シング量は４６３５Å、４０秒のアッシング量は９４０
２Åであった。よって、時間（sec ）を横軸に、アッシ
ング量（Å）を縦軸にとった平面上で、この２つのデー
タは、図３に示すように、Ａ（２０，４６３５），Ｂ
（４０，９４０２）なる２点で示される。

【００４７】この２点を通る直線の傾きすなわちアッシ
ングレートを求めると、 （アッシングレート）＝（アッシング量の変化量）／
（時間の変化量） であるので、各々にＡ点，Ｂ点の数値を代入すると、 （９４０２−４６３５）／（４０−２０）＝２３８．３５（Å／sec ） ＝１４３０１（Å／min ） ≒１．４３（μｍ／min ） となり、上記した精密に求めた値である１．４２（μｍ
／min ）とほぼ一致し、わずか２つの測定データのみ
で、精密に求めたものとほぼ同一の値のアッシングレー
トを求めることができる。

【００４８】このため、アッシング量測定のためにウエ
ハ１６をアッシャーから取り出す回数は２回で済み、従
来例や、本実施例で精密にアッシングレートを求めた場
合のように、何度も出し入れする必要がない。

【００４９】よって、アッシング量測定の際に、何度も
アッシャーからウエハ１６を取り出してアッシング量を
測定しなくてもよいので、該測定作業の省力化や、測定
作業に要する時間の短縮化が実現出来る。

【００５０】また、アッシングレートの算出の際にも、
何回も測定することで求めた多数のデータを用いて最小
自乗法などの複雑な方法によってアッシングレートを求
める必要がなく、ただ単に２点を通る直線の傾きを求め
ればよいので、アッシングレートの算出自体も簡単にな
る。

【００５１】以上のように、本発明の実施例に係るダウ
ンフローアッシャーによれば、図１に示すように、セン
サ１９とガス導入制御回路２０とを有している。このた
め、ウエハ１６が設定温度に達してはじめて反応ガスが
導入され、アッシングがなされる。よって、アッシング
開始のときから、ウエハ１６の温度は安定であるので、
アッシング時間とアッシング量との関係は完全に比例関
係になっており、そのグラフは直線になっている。従っ
て、任意の２つの時刻におけるアッシング量を求めるこ
とで、簡単にアッシングレートを求めることが可能にな
る。

【００５２】これにより、従来のように、アッシングレ
ートの算出の際に、何度もアッシャーからウエハ１６を
取り出してアッシング量を測定しなくてもよいので、該
測定作業の省力化や、それに要する時間の短縮化が実現
出来る。

【００５３】なお、ウエハ１６は基板の一例であり、ウ
エハ載置台１７は基板載置台の一例である。また、セン
サ１９は温度検出手段の一例であり、ガス導入制御回路
２０は制御手段の一例である。更に、ガス導入開始信号
ＳＳは駆動制御信号の一例である。

【００５４】また、本実施例ではレジスト膜としてフォ
トレジストを用いているが、ＥＢレジストなどでも同様
の効果を奏する。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るアッ
シング装置によれば、温度検出手段と制御手段とを有し
ている。

【００５６】このため、基板が設定温度に達するまでは
反応ガスが装置内に導入されないので、レジスト膜はア
ッシングされない。これにより、アッシング開始のとき
から、基板の温度は設定温度で安定であるので、アッシ
ング時間とアッシング量との関係は常に比例関係になっ
ている。よって、任意の２つの時点におけるアッシング
量の差を求めることで、簡単にアッシングレートを求め
ることができる。

【００５７】これにより、アッシングレートの算出の際
に必要な、アッシング量の測定作業の省力化や、それに
要する時間の短縮化が実現出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るダウンフローアッシャー
の構成図である。

【図２】本発明の実施例に係るダウンフローアッシャー
によるアッシング量とアッシング時間との相関関係を示
すグラフである。

【図３】本発明の実施例に係るダウンフローアッシャー
を用いたアッシングレート測定方法を説明するグラフで
ある。

【図４】本発明の実施例に係る２００℃ベークの際に生
じるレジスト膜の膜減りとベーク時間との相関関係を示
すグラフである。

【図５】従来例に係るダウンフローアッシャーの構成図
である。

【図６】従来例に係るダウンフローアッシャーによるア
ッシング量とアッシング時間との相関関係を示すグラフ
である。

【図７】アッシング時間とアッシング量との相関関係
の、レジストの塗布状態による差異を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０ 反応室、 １１ 石英窓、 １２ プラズマ発生室、 １３ マイクロ波導波管、 １４ シャワーヘッド、 １５ ガスボンベ、 １５Ａ 調整弁、 １６ ウエハ（基板）、 １７ ウエハ載置台（基板載置台）、 １８ マイクロ波発生装置、 １９ センサ（温度検出手段）、 ２０ ガス導入制御回路（制御手段）、 ２０Ａ 記憶回路、 ２０Ｂ 比較回路、 ２１ 排気口、 ＳＳ ガス導入開始信号（駆動制御信号）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板（１６）の上に形成されるレジスト
   をプラズマを用いてアッシングする反応室（１０）と、 反応ガスをプラズマ化して、前記プラズマを発生するプ
   ラズマ発生室（１２）と、 前記プラズマ発生室（１２）への前記反応ガスの導入状
   態を調整し、かつ駆動制御信号（ＳＳ）に基づいて前記
   プラズマ発生室（１２）へのガス導入を開始する調整弁
   （１５Ａ）と、 前記基板（１６）を載置し、かつ前記基板（１６）を加
   熱する基板載置台（１７）と、 前記基板（１６）の温度を検出する温度検出手段（１
   ９）と、 前記温度検出手段（１９）の測定温度がある一定温度に
   達した時点で前記調整弁（１５Ａ）に前記駆動制御信号
   （ＳＳ）を出力する制御手段（２０）とを有することを
   特徴とするアッシング装置。