(57)【要約】【課題】半導体ウェハ全面にわたってほぼ均一に処理することができ、大口径の半導体ウェハの処理に好適な気相反応処理装置を実現する。【解決手段】反応ガスが導入される処理チャンバ１４と、処理チャンバ１４内に配置される、処理されるべき基板材料３と、処理チャンバ１４内に導入された反応ガスを分解する触媒体９と、触媒体９に電力を供給する電源装置１０と、触媒体９を有する電極構造体１５とを具える気相反応処理装置２５において、電極構造体１５は、互いにほぼ平行に配列された複数の触媒体９と、この触媒体９を挟んで対向配置され、触媒体９の一方の端部をそれぞれ支持する複数の端子を含む第１の端子群７と、触媒体９の他方の端部をそれぞれ支持する複数の端子を含む第２の端子群８と、第１及び第２の端子群７及び８を電気的に絶縁支持する端子台６とを有するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスが導入される処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置される、処理されるべき基板材料と、
前記処理チャンバ内に導入された前記反応ガスを分解する触媒体と、
前記触媒体に電力を供給する電源装置と
前記触媒体を有する電極構造体とを具える気相反応処理装置において、
前記電極構造体は、互いにほぼ平行に配列された複数の触媒体と、該触媒体を挟んで対向配置され、前記触媒体の一方の端部をそれぞれ支持する複数の端子を含む第１の端子群と、前記触媒体の他方の端部をそれぞれ支持する複数の端子を含む第２の端子群と、前記第１及び第２の端子群を電気的に絶縁支持する端子台とを有することを特徴とする気相反応処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気相反応処理装置において、前記触媒体は、前記基板材料の上方の同一平面内に形成されると共に、前記第１及び第２の端子群間の全長に渡って直線状に延在して形成されていることを特徴とする気相反応処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の気相反応処理装置において、前記触媒体は、前記基板材料の上方の前記第１及び第２の端子群間において、直線状に延在する部分と段差部分とから形成されていることを特徴とする気相反応処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の気相反応処理装置において、前記触媒体を支持する側の前記端部が前記処理チャンバの内部に位置し、前記触媒体を支持する側とは反対側の前記端部が前記処理チャンバの外部に位置し、前記処理チャンバの外部から前記端子への電気的接続が行われることを特徴とする気相反応処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の気相反応処理装置において、前記触媒体が前記電源装置に対して直列に接続されていることを特徴とする気相反応処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載の気相反応処理装置において、前記触媒体が前記電源電圧に対して並列に接続されていることを特徴とする気相反応処理装置。
【請求項７】
請求項１に記載の気相反応処理装置において、前記電極構造体が前記基板材料の上方で多段に配置され、一方の前記電極構造体における前記触媒体の配列方向に対して、他方の電極構造体における前記触媒体の配列方向が０°〜９０°の角度をもって配列されていることを特徴とする気相反応処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒体を用いて例えばレジスト膜等を剥離する際に用いられる気相反応処理装置、特に大口径の半導体ウェハの処理に好適な気相反応処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハ上に形成されたレジスト膜を剥離（除去）する方法として、放電プラズマによりアッシングガスを励起してレジスト膜をアッシングする方法が広く利用されている。
しかしながら、この方法では、プラズマ電界の不均一性やゆらぎ等によりウェハ上に電界の不均一性が生じ均一なアッシング性能を得ることが困難であり製品としての半導体デバイスの歩留りに悪影響を及ぼしていた。また、プラズマからの発光による紫外線損傷の危険性もあった。さらには、均一な大面積のプラズマ放電が困難であり大口径の半導体ウェハの処理にも難点があった。
【０００３】
上述した課題を解決する方法として、触媒体を用いた剥離方法が既知である（例えば、特許文献１参照）。この剥離方法では、コイル状のタングステンワイヤーのような触媒体を半導体ウェハの上方に配置し、触媒体を高温加熱し、高温の触媒体に反応ガスを接触させることにより反応ガスを分解させている。そして、分解された反応ガスを処理すべき半導体ウェハに照射して剥離処理が行われている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９４５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した特許文献1に記載の触媒体を用いた剥離方法では、触媒体と反応ガスとの接触面積を大きくする観点からコイル状の触媒体が用いられていた。
しかしながら、コイル状の触媒体は自己支持性能が低いため、高温時に弛みが発生し、処理すべきウェハと触媒体との距離が変化する欠点があった。また、剥離の均一性にも難点があり、ウェハ全面を均一に剥離することに問題が生じていた。
【０００６】
すなわち、高温加熱されたコイル状の触媒体を用いた剥離方法においては、高温加熱されたコイル状の触媒体自身が弛み易くなり、自己支持性能が低下するため、ウェハを均一に剥離するためには触媒体の支持方法が極めて重要である。
【０００７】
上述した点に鑑み、本発明の目的は、例えば半導体ウェハ全面にわたってほぼ均一に処理することができ、大口径の半導体ウェハの処理に好適な気相反応処理装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る気相反応処理装置は、反応ガスが導入される処理チャンバと、処理チャンバ内に配置される、処理されるべき基板材料と、処理チャンバ内に導入された反応ガスを分解する触媒体と、触媒体に電力を供給する電源装置と触媒体を有する電極構造体とを具え、電極構造体は、互いにほぼ平行に配列された複数の触媒体と、この触媒体を挟んで対向配置され、触媒体の一方の端部をそれぞれ支持する複数の端子を含む第１の端子群と、触媒体の他方の端部をそれぞれ支持する複数の端子を含む第２の端子群と、第１及び第２の端子群を電気的に絶縁支持する端子台とを有する。
【０００９】
本発明に係る気相反応処理装置では、高温加熱された触媒体自身の弛みを防止して自己支持性能を改善するため、触媒体を互いに平行に延在する複数の触媒体で構成する。そして、各触媒体の一方の端部を第１の端子群により支持し、他方の端部を第２の端子群により支持し、これら第１及び第２の端子群を同一の端子台に絶縁支持する。
このように構成することにより、各触媒体の両端が固定支持されるので、各触媒体が高温加熱されても弛みが生ずる不具合を解消することができる。さらに、各触媒体を高密度に配列することができるので、触媒体を処理すべき基板材料（例えば半導体ウェハ）全面に対して均一な配列密度で配置することができ、大口径の半導体ウェハに対しても処理レートを均一に維持することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の気相反応処理装置によれば、触媒体の弛みの発生を大幅に軽減できる。また、処理すべき基板材料（例えば半導体ウェハ）全面に対して触媒体を均一な配列密度で配置することができ、大口径の半導体ウェハに対しても処理レートを均一に維持できる。
従って、高性能且つ信頼性の高い気相反応処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る気相反応処理装置の一実施の形態を示す概略断面図である。また、図２Aは図１の気相反応処理装置においてキャップを除いた場合を示す上面図、図２Bは図２Aの正面図、図２Cは図２Aを紙面横方向（右方向）から見た側面図である。
【００１２】
本実施の形態に係る気相反応処理装置２５では、図１及び図２に示すように、ベース部材１にシール部材（図示せず）を介してステージ２が気密に装着され、このステージ２に、処理すべき基板材料（例えば半導体ウェハ）３を支持するサセプタ４が配置されている。ベース部材１上には、シール部材を介して円筒状のベースリング５が気密に装着され、このベースリング５上には、後述する電極構造体を構成する、各触媒体9を支持する第1の端子群７及び第２の端子群８、さらには、これら第１及び第２の端子群７及び８を電気的に絶縁支持する絶縁材料から形成された端子台６が気密に装着されている。そして、この端子台６上には、キャップ１１が気密に装着されている。
【００１３】
ベースリング５には気相反応処理により発生した反応ガスを排気するためのアウトレット１３が設けられており、キャップ１１には反応ガスを後述する処理チャンバ内に導入するためのインレット１２が設けられている。１０は、各触媒体９に電力を供給するための電源装置である。
なお、ステージ２は昇降機構（図示せず）に連結されることで昇降可能に設定され、ステージ2の昇降動作によりウェハ３の交換が行われる。
また、ウェハ３の表面にはレジスト膜等の有機膜（図示せず）が形成されており、この有機膜が気相反応処理により剥離（除去）される。
【００１４】
このような構成の気相反応処理装置２５では、ベース部材１、ステージ２、ベースリング５、端子台６、及びキャップ１１により処理チャンバ１４が構成されている。
【００１５】
そして、本実施の形態においては特に、上述した電極構造体１５が、互いにほぼ平行に配列された複数の触媒体９（ワイヤー状或いは線状）と、各触媒体９を挟んで対向配置され、各触媒体９の一方（図２Aの場合では左側）の端部をそれぞれ支持する複数の端子を含む第１の端子群７と、各触媒体９の他方の端部（図２Aの場合では右側）をそれぞれ支持する複数の端子を含む第２の端子群８と、第１及び第２の端子群７及び８を電気的に絶縁支持する端子台６とから構成されている。
【００１６】
端子台６は円筒状のベース１６を有し、このベースに互いに対向する第１及び第２の端子群７及び８が装着されている。
第１及び第２の端子群７及び８はそれぞれ１２個の端子（７１〜７１２、８１〜８１２）を有し、これらの端子（７１〜７１２、８１〜８１２）は絶縁材料でそれぞれ電気的に絶縁されている。
第１及び第２の端子群７及び８は一端側が処理チャンバ１４内に位置して各触媒体９の一端をそれぞれ支持し、他端は処理チャンバ１４の外部に位置している。
【００１７】
各触媒体９の端部は第１及び第２の端子群７及び８で把持されている。そして、第１及び第２の端子群７及び８において、隣接する端子同士が交互に接続され、両端の２個の端子（図２Ａの場合では７１及び７１２）が外部に設けられた電気的接続部材を介して電源装置１０に接続されることで、１２本の触媒体９（９１〜９１２）が電源装置１０に対して電気的に直列に接続されている。従って、各触媒体９（９１〜９１２）には均一な電流が供給される。
【００１８】
触媒体９としては例えばタングステンワイヤーのような高融点金属ワイヤーを用いることができる。またこれ以外にも、例えば白金、モリブデンのような高融点金属のワイヤーや、タングステン、白金、モリブデン、パラジウム、バナジウムのような高融点金属の膜が形成された線状のセラミックスも用いることができる。
【００１９】
次に、このような構成の気相反応処理装置２５を用いてウェハ３上に形成されたレジスト膜の剥離を行う場合、すなわち、気相反応処理を行う場合を説明する。
【００２０】
先ず初めに、ステージ２に連結されている図示しない昇降機構を駆動してステージ２を下降させサセプタ３上に処理すべきウェハ３を載置する。
【００２１】
次に、ステージ２を上昇させ、ステージ２をベース部材１に対して気密に装着する。これにより処理チャンバ１４内にウェハ３が配置される。
【００２２】
次に、処理チャンバ１４内を排気し減圧状態にしてから処理を開始する。そして、インレット１２から反応ガスを処理チャンバ１４内に導入すると共に電源装置１０を作動させて触媒体９を抵抗加熱する。
この際、反応ガスとしては還元性ガスとしてH２ガスを用いる。また、電源装置１０としては定電流電源を用いる。
【００２３】
これにより、各触媒体９は徐々に昇温され、例えば約１８００°Ｃ程度まで昇温される。処理チャンバ１４内に導入されたH２ガスは触媒体９から熱エネルギーを受け取って分解されてウェハ３の表面に照射される。そして、化学反応及びレジスト膜表面への衝突等の作用によりレジスト膜が剥離される。  
なお、気相反応処理過程において発生した反応ガスはアウトレット１３を介して外部に排気される。
【００２４】
この結果、ウェハ３への損傷が低減され紫外線損傷が生ずることなくウェハ３からレジスト膜を剥離することができる。
【００２５】
本実施の形態の気相反応処理装置２５によれば、触媒体９をタングステンのワイヤーで形成し、１２本の触媒体９（９１〜９１２）を互いに平行に配置する。従って、サセプタ４上に支持したウェハ３から上方に所定の距離Ｔ１だけ離間した平面内に電極構造体１５が形成されることになる。
これにより、ウェハ３の全表面に対して各触媒体９（９１〜９１２）を略均一に分布させることができ処理の均一性を一層高めることができる。従って、大口径のウェハ３を処理する場合でもウェハ３の全面に対して分解されたＨ２ガスをほぼ均一に供給することができる。
【００２６】
さらに重要なことは、各触媒体９（９１〜９１２）の両端をそれぞれ支持することである。触媒体を用いた剥離処理の場合、処理中の触媒体９の温度は１８００℃程度まで加熱されるため、触媒体９に弛みが発生し、自己支持性能が低下してしまう。しかし、各触媒体９（９１〜９１２）の両端を端子（７１〜７１２、８１〜８１２）によりそれぞれ支持することにより、撓みの発生を有効に防止することができ、常時ウェハ３表面と触媒体９との間の距離Ｔ１を一定に維持することができる。特に、本実施の形態のように、直線状の各触媒体９（９１〜９１２）の両端を端子（７１〜７１２、８１〜８１２）により支持することにより、触媒体９はその延在方向に最短距離で支持されるので、処理時の撓み量を最小にすることができる。
【００２７】
この結果、処理されるべきウェハ３に対して触媒体９を近接させることができるので、処理時の触媒体９の温度を一層低い温度に設定することができる。さらに、直線状の触媒体９の配列密度を高く設定することができるため、分解されたＨ２ガスをウェハ３に対して高密度に供給することができる。
【００２８】
また、本実施の形態の気相反応処理装置２５では、各触媒体９（９１〜９１２）を支持する側の端部が処理チャンバ１４の内部に位置し、触媒体９を支持する側とは反対側の端部が処理チャンバ１４の外部に位置しているので、各触媒体９と電源装置１０との間の接続が容易になる利点が達成される。
【００２９】
すなわち、端子台6が処理チャンバ１４の内部空間に配置された場合、各触媒体９（９１〜９１２）を支持及び電気的に接続する第１及び第２の端子群７及び８と外部電源１０との間の接続に種々の工夫が必要である。
これに対して、第１及び第２の端子群７及び８の各触媒体９（９１〜９１２）を支持する側とは反対側の端部が処理チャンバ１４の外部に位置すれば、既存の電力ケーブルを用いて端子（７１〜７１２、８１〜８１２）間の接続を行うことができる。しかも、各触媒体９（９１〜９１２）間の電気的接続も種々の態様に設定することができ、処理すべき対象物の特性に応じて適切に設定することができる。
例えば、各触媒体９（９１〜９１２）の配列密度を高く設定し、処理すべきレジスト膜の特性に応じて例えば1本おき或いは2本おきに電流を供給することも可能である。
【００３０】
また、本実施の形態の気相反応処理装置２５では、各触媒体９並びに第１及び第２の端子群７及び８の端子（７１〜７１２、８１〜８１２）を電気的に直列に接続し、各触媒体９が電源装置１０に対して直列に配列されているので、各触媒体９を流れる電流を一定に維持することができる。
【００３１】
次に、本発明に係る気相反応処理装置の他の実施の形態を、図３を用いて説明する。
図３は、本発明に係る気相反応処理装置の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【００３２】
本実施の形態の気相反応処理装置２５１では、第１の電極構造体１５１の延在方向と直交する方向に延在する第２の電極構造体１５２が配置された構成である。
この第２の電極構造体１５２は、第１の電極構造体１５１の構成と同様に、第１及び第２の端子群７及び８を支持する端子台６に設けた第３及び第４の端子群（図示せず）により支持されている。
【００３３】
すなわち、本実施の形態の気相反応処理装置２５１では、第１の電極構造体１５１に対して同様の構成の第２の電極構造体１５２が多段に配置されると共に、第２の電極構造体１５２における触媒体９の配列方向が第１の電極構造体１５１の触媒体９の配列方向に対して所定の角度（０°〜９０°）をもって配置されている。
図３に示す場合は、第１の電極構造体１５１の上方に第２の電極構造体１５２が配置され、第２の電極構造体１５２の触媒体９の配列方向が第１の電極構造体１５１の触媒体９の配列方向に対して９０°をもって配置された場合である。つまり、上述したように、第２の電極構造体１５２の触媒体９の配列方向は第１の電極構造体１５１の触媒体９の配列方向に対して直交して配置されている。
【００３４】
なお、これら以外の構成は上述した実施の形態の気相反応処理装置２５と同様であるので重複説明は省略する。
【００３５】
このように、同一構造であり、夫々の触媒体９が互いに直交し合う２つの電極構造体（１５１、１５２）が多段に配置された本実施の形態の気相反応処理装置２５１によれば、単位面積当たりの各触媒体９（９１〜９１２）の配列数を一層増大することができると共に、ウェハ３に対するレジスト膜の剥離レートを一層均一にすることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態の気相反応処理装置２５１では、第２の電極構造体１５２の触媒体９の配列方向が、第１の電極構造体１５１の触媒体９の配列方向に対して直交している場合を説明したが、触媒体９の配列方向の関係はこれに限定されず様々な形態が考えられる。
【００３７】
上述した実施の形態の気相反応処理装置（２５、２５１）では、第１及び第２の端子群７及び８間において、全長に渡って直線状に延在するワイヤー状の触媒体９を用いたが、第１及び第２の端子群７及び８間において、直線部１９と段差部２０とから形成された触媒体９１を用いることもできる。
【００３８】
具体的には、図４に示すように、第１及び第２の端子群７及び８間において、各端子群７及び８からそれぞれ所定の距離Ｔ２の間に形成された直線部１９と、これら直線部１９との間に形成された段差部２０とから触媒体９１が形成されている。
直線部の所定の距離Ｔ２は例えば０〜５０ｍｍの範囲内で形成され、直線部１９の延長線Ｘと段差部２０の延長線Ｙとの間で形成される角度は例えば０〜９０°の範囲内で形成される。また、直線部１９と段差部２０の底部との距離T３は例えば０〜２０ｍｍの範囲内で形成される。
【００３９】
このように、直線部１９と段差部２０とから形成された触媒体９１を用いることにより、例えば、図２Ａに示した全長に渡って直線状に延在する触媒体９に比べて、膨張と収縮の繰り返しに起因する触媒体９の劣化による切断の発生をさらに少なくすることができる。   
【００４０】
また、上述した各実施の形態の気相反応処理装置（２５、２５１）では、電源電圧１０に対して各触媒体９が直列に接続された場合を説明したが、例えば図５に示すように電源装置１０に対して各触媒体９が並列に接続された構成とすることもできる。
つまり、図５に示すように、例えば６本の触媒体９（９１〜９６）が、電源装置１０に対して並列に接続された構成である。
【００４１】
また、図２及び図５に示した場合では、触媒体９と電源装置１０との接続パターン（接続構成）として、１つの電源電圧１０に対して各触媒体９が直列又は並列に接続された場合を説明したが、ウェハ３の大きさや触媒体９の本数によっては、電源装置１０を複数使用すると共に、各触媒体９が直列に接続されたパターンや各触媒体９が並列に接続されたパターンとを混合させて構成することもできる。
【００４２】
すなわち、ウェハ３のサイズが大型化してきた場合、処理中におけるウェハ３の中心位置と外周位置との間には温度差が顕著になることが考えられる（例えば、ウェハ３の中心位置では温度が高く、外周位置では温度が低くなっている）。このような場合、図６に示すように、ウェハ３の中心位置に対応する触媒体９（９３及び９４）が電源装置１０１に対して直列に接続され、ウェハ３の外周位置に対応する触媒体９（９１及び９２、９５及び９６）が電源装置１０２に対して並列に接続された構成とすることもできる。この際、電源装置１０１には低い電圧（例えば５０Ｖ）を印加し、電源装置１０２には例えば高い電圧（例えば１００Ｖ）を印加することで、ウェハ３の中心位置及び外周位置の温度を均一にすることができる。
【００４３】
また、図７に示すように、ウェハ３の中心位置に対応する触媒体９（９３及び９４）が電源装置１０１に対して直列に接続され、外周位置に対応する各触媒体９（９１及び９２、９５及び９６）も電源装置１０２に対して直列に接続された構成とすることもできる。
【００４４】
なお、触媒体９と電源装置１０との接続パターンは、図５〜図７に示した構成だけではなく、処理されるウェハ３のサイズ、さらには触媒体９の本数や電源装置１０の個数により様々な形態が考えられる。
【００４５】
また、上述した各実施の形態の気相反応処理装置（２５、２５１）では、反応ガスとして、還元性ガス（H２）を用いてウェハ３上のレジスト膜を剥離したが、例えば酸化性ガスを用いてウェハ３上のレジスト膜を剥離することもできる。
【００４６】
このように、酸化反応を利用して気相反応処理装置（２５、２５１）を用いる場合は、不活性ガスに酸化性ガスを添加した反応ガスを用いる。また、この際に用いられる触媒体９としては、例えば、上述したような、還元性ガスを用いた場合と同様の金属材料からなるものを用いることができる。
【００４７】
また、上述した各実施の形態の気相反応処理装置（２５、２５１）では、還元反応を利用して剥離処理を行う際の反応ガスとしてH２を用いた場合を説明したが、これ以外にも、希釈ガス又はキャリアガスとしてのＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ２  又はこれらを混合した不活性ガスにＨ２を添加した反応ガスを用いることができる。
【００４８】
また、上述した各実施の形態の各気相反応処理装置（２５、２５１）では、電極構造体１５（第１の電極構造体１５１）の端子を支持する端子台６が処理チャンバ１４の一部を構成したが、別に処理チャンバを設け、処理チャンバの内部に電極構造体１５を配置することも可能である。
【００４９】
また、上述した各実施の形態の気相反応処理装置（２５、２５１）では、ウェハ３の全面を均一に処理する例について説明したが、ウェハ３上の特定の部位だけに選択的に剥離処理を行うことも可能であり、エッチング処理装置として利用することも可能である。
【００５０】
また、上述した各実施の形態の気相反応処理装置（２５、２５１）では、半導体ウェハ３上に形成されたレジスト膜を剥離することを挙げて説明したが、レジスト膜だけでなく他の種々の膜や層を剥離（除去）する場合にも適用することができる。
【００５１】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の気相反応処理装置の一実施の形態を示す概略構成図。
【図２】図１の電極構造体の構成図。
【図３】本発明の気相反応処理装置の他の実施の形態を示す概略構成図。
【図４】触媒体の他の形態を示す図。
【図５】触媒体と電源装置との接続パターンを説明するための図（その１）。
【図６】触媒体と電源装置との接続パターンを説明するための図（その２）。
【図７】触媒体と電源装置との接続パターンを説明するための図（その３）。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・ベース部材、２・・・ステージ、３・・・半導体ウェハ、４・・・サセプタ、５・・・ベースリング、６・・・端子台、７・・・第１の端子群、８・・・第２の端子群、７１〜７１２・・・端子、８１〜８１２・・・端子、９（９１〜９１２）・・・触媒体、１０（１０１、１０２）・・・電源装置、１１・・・キャップ、１２・・・インレット、１３・・・アウトレット、１４・・・処理チャンバ、１５・・・電極構造体、１５１、１５２・・・第１の電極構造体、第２の電極構造体、１６・・・ベース、１９・・・直線部、２０・・・段差部、２５、２５１・・・気相反応処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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