JPS6332928A - 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］ （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、エツヂ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）ｔ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おる。

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
シング装置がおる。

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
枚葉処理等ににおいでも、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。

し発明の構成コ （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、載置台を所定の温度に加熱する手段
と、前記半導体ウェハを前記載置台に載置する手段と、
該手段の載置が終了した後に前記載置台とガス流出部の
間隔を所定の間隔に近接対向させて反応空間を設定する
手段と、該手段の設定が終了した後に前記ガス流出部か
ら前記ガスを流出させる手段と、前記膜の除去が終了し
た終点を判定する手段と、該手段の終点判定結果に応じ
て前記ガス流出部から流出させるガスをパージガスに切
り替える手段と、該手段によるパージガスの切り替えが
終了した後に前記半導体ウェハを前記載置台上から搬出
する手段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、処理室内の半導体ウェハ
に近接対向して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
、高速で均一なアッシング速度を得ることができる。

また、載置台を所定の温度に加熱し、この後半導体ウェ
ハを載置台に載置し、載置台とガス流出部の間隔を所定
の間隔に近接対向させた後、ガス流出部からオゾンを含
有するガス流出させ、処理が終了するとガス流出部から
流出させるガスをパージガスに切り替え、この切り替え
が終了すると半導体ウェハを載置台上から搬出する一連
の動作を自動的に行う手段を備えており、短時間でアッ
シング処理を行うことができる。

（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７ツシング装置では、処理室１１内に
は、半導体ウェハ１２を吸着保持する例えば真空チャッ
ク１３８等を備えた載置台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１４ａを内蔵し、昇降装置１５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、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２図にも示す
ように多数の小孔１６ｂを備えた拡散板１６Ｃ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１７ａと、コーン部１６ａの外側に配
置され、冷却水等を循環される配管１７ｂとからなる反
応ガス温度制御装置１７により冷却される。

そしてガス流出部１６は、ガス流路切り替え弁１８を介
して、ガス流量調節器１９ａ、オゾン発生器１９ｂ、酸
素供給源１９ｃからなる反応ガス供給装置１９と、ガス
流量調節器２０ａ、パージガス供給源２０ｂからなるパ
ージガス供給装置２０とに接続されている。なお処理室
１１の下部には、排気口２１が設けられており、この排
気口２１は、例えば排ガス中の二酸化炭素の濃度を監視
し、この濃度がピロまたは所定の値以下になったときに
アッシング処理が終了したものと判定する終点判定装置
２２と、排気装置２３に接続されている。

また、処理室１１の両側には、処理室ドア２４ａ、２４
ｂを介して、例えば搬送用アーム２５ａ、２５ｂ等によ
り半導体ウェハ１２を搬送する搬送装置２６ａ、２６ｂ
が接続されている。

さらに、この実施例のアッシング装置には、例えばマイ
クロコンピュータ等からなる制御装置２７が配置されて
おり、この制御装置には、真空チャック１３ａ、温度制
御装置１４、昇降装置１５、反応ガス温度制御装置１７
、ガス流路切り替え弁１８、反応ガス供給装置１つ、パ
ージガス供給装置２０、終点判定装置２２、排気装置２
３、処理室ドア’２４ａ、２４ｂ、１ＩＥｔ送装置ａ２
６ａ、２６ｂに接続されており、これらの機器を、例え
ば次のように制御してアッシングを行なう。

すなわち、第３図のフローチャートにも示すように、ま
ず温度制御装置１４の設定温度を例えば１５０′Ｃ〜５
００℃程度の所定の値に設定しくａ）、載置台１３の昇
温を開始する（ｂ）。

そして載置台１３の温度が設定温度となると（Ｃ）、処
理室ドア２４ａ、２４ｂのうち搬入側となるどちらか一
方を開とし、搬送装置２６ａ、２６ｂのうち搬入側とな
るどちらか一方を作動させ、搬送用アーム２５ａ、２５
ｂにより半導体ウェハ１２を載置台１３上に載置して、
真空チャック１３ａにより吸着保持さｔ！％（ｄ）。

この搬送系としては、ステップモータ等を動力源とし、
ベルトをステップモータからウェハを保持するために搬
送路上に設置された搬送用アームまでの動力伝達手段と
する搬送装置を好都合に利用することができる。すなわ
ち、搬送用アーム上に置かれたウェハの処理室方向への
移動を、押しボタン等からステップモータへの信号入力
によって開始させ、搬送路の側方に取り付けられた位置
検出用のフォトカプラ等のセンサによって停止位置を検
出し前記ウェハを載置台上の所定の位置に載置すること
ができる。この後、搬送用アームは、ただちに処理室よ
り外方向へ移動開始し、搬送路の側方の前記フォトカプ
ラとは異なる位置に取り付けられたフォトカプラ等によ
って初期位置を検出して、停止すると同時に処理室ドア
をエアシリンダー等によって閉じることができる。

次に、昇降装置１５によって載置台１３を上昇さＵ、ガ
ス流出部１６と半導体ウェハ１２表面との間隔を例えば
０．５〜ｂ て反応空間を設定する（ｅ）。

この昇降機構としては、エアシリンダ等を動力源とし、
リニアベアリング等によってガイドされた載置台−エア
シリンダ連結棒をエアシリンダからウェハ載置台までの
動力伝達手段とする昇降装置を好都合に利用できる。ず
なわら、処理室ドアが閉じると、前記ドア開閉用エアシ
リンダからの信号によってウェハ載置台の上昇を開始さ
せ。ウェハとガス拡散板との所定間隔を得るために必ら
かじ定めたウェハ載置台昇降用エアシリンダのストロー
ク長だけウェハ載置台を上昇させたのち停止させること
ができる。

この後、ガス流路切り替え弁１８、反応ガス供給装置１
９、排気装置２３を作動させ、ガス流出部１６から半導
体ウニ ハ１２へ向けて、オゾンを含有する酸素ガス等の反応ガ
スを例えば３〜ｂ で流出させ、排気装置２３により例えば処理室１１内の
気体圧力が７００〜２００Ｔｏｒｒ程度の範囲になるよ
う排気する（ｆ）。

そして、アッシング処理が行われ、終点判定装置２２で
測定される排ガスの成分により、アッシング処理が終了
したか否かを判定する（ＣＩ＞。

例えば、このアッシングの終点判定には、排ガス中の二
酸化炭素等の特定成分の濃度を赤外線吸光分析等により
検出する方法を利用することができる。すなわち、アッ
シングの終点判定は、二酸化炭素の濃度がゼロまたはゼ
ロに近い一定値を基準として、これらをコンパレータに
より比較することによって可能となる。

アッシング処理が終了したと判定されると、ガス流路切
り替え弁１８を切り替え、パージガス供給装置２０を作
動させて、ガス流出部１６から半導体ウェハ１２へ向け
て、例えば窒素ガス等のパージガスを流出させる（ｈ）
。

次に、必らかしめ設定された設定時間等により、パージ
が完了すると（ｉ）、前記の載置台上昇時と同様の制御
方式に従って昇降装置１５により載置台１３を下降させ
、真空チャック１３ａを切り、処理室ドア２４ａ、２４
ｂ、ｌｆ＆送装置２６ａ、２６ｂのうち搬出側を作動さ
せて、半導体ウェハ１２を載置台１３上から処理室１１
外へ搬出する（ｊ）。

そして、連続して次の半導体ウェハの処理を行う場合は
、半導体ウェハの載置以下の上述の操作を繰り返し、全
ての処理が終了した場合は（ｋ）、動作を終了する（１
）。

上記処理工程において、ガス流出部１６の多数の小孔１
６ｂから流出したガスは、第４図に矢印で示すように拡
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１９ｂ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１６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。そこで
この実施例では、制御Ｉ波装置７から反応ガス温度制御
装置１７が制御されガス流出部１６の温度は２５°Ｃ程
度以下に保たれている。

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１７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を３００’Ｃに加熱した場合のこの実施例
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％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１６との間を数
１１１ｍとし、オゾンを含有するカス流■を２〜４０　
Ｓβ（ＳＪ２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、載置台１３を所定の温度に加熱し、この後半導体
ウェハ１２を載置台１３に載置し、載置台１３とガス流
出部１６の間隔を所定の間隔に近接対向ざぜた後、ガス
流出部１６からオゾンを含有するガスを流出させ、処理
が終了するとガス流出部１６から流出させるガスをパー
ジガスに切り替え、この切り替えが終了すると半導体ウ
ェハ１２を載置台１３上から搬出する一連の動作を自動
的に行うので、１枚の半導体ウェハ１２の処理時間を約
６０秒程度とすることができ、大口径半導体ウェハ等で
も枚葉処理により短時間で確実にアッシングを行なうこ
とができる。

なお、この実施例ではガス流出部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１６Ｇ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３１Ｇ、
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３２Ｇ、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３３Ｃ１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１６ａは、第１２
図に示すように円柱形状部３５８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。

ざらに、この実施例ではアッシング対象としてフ４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、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、半導体ウェハを載置台に載置してから搬
出するまでの一連の動作を自動的に行なうので、大口径
半導体ウェハ等でも枚葉処理により短時間で確実にアッ
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図は第１
図に示すアッシング装置の動作を示すフローチャート、
第４図はオゾンを含有するガスの流れを示す説明図、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２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、１３・・・・・・載置台、１４・・・・・・温度制
御装置、１５・・・・・・昇降装置、１６・・・・・・
ガス流出部、１８・・・・・・ガス流路切り替え弁、１
９・・・・・・反応ガス供給装置、２０・・・・・・パ
ージガス供給装置、２２・・・・・・終点判定装置、２
３・・・・・・排気装置、２４ａ、２４ｂ・・・・・・
処理室ドア、２６ａ、２６ｂ・・・・・・搬送装置、２
７・・・・・・制御装置。 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３図 第４図 ヲ（友　じＣ） 第５図 リエ１．５表＆、３００°Ｃウェハ怪・６４シ牛第６ｒ
ＩＩＪｆＪ失５ｋｉ（ｓｚ／ｍ１ｎ）第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３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、載置台を所定の温度に加熱する手段と、前記半導
   体ウェハを前記載置台に載置する手段と、該手段の載置
   が終了した後に前記載置台とガス流出部の間隔を所定の
   間隔に近接対向させて反応空間を設定する手段と、該手
   段の設定が終了した後に前記ガス流出部から前記ガスを
   流出させる手段と、前記膜の除去が終了した終点を判定
   する手段と、該手段の終点判定結果に応じて前記ガス流
   出部から流出させるガスをパージガスに切り替える手段
   と、該手段によるパージガスの切り替えが終了した後に
   前記半導体ウェハを前記載置台上から搬出する手段とを
   備えたことを特徴とするアッシング装置。