(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークのパターンが形成される面にイオン注入によって表面が硬化した状態で残留したレジストを除去するアッシング装置において、
内部に供給された反応性ガスをプラズマ化するとともにその内部に供給された上記ワークをアッシング処理するための処理室と、
この処理室内を減圧する第１の排気手段と、
上記処理室に連通して設けられ上記処理室よりも先に上記ワークが供給されるロードロック室と、
このロードロック室と上記処理室との連通部分を気密に遮断する第１の遮断手段と、
上記ロードロック室に上記ワークを出し入れするために形成された出し入れ口を気密に遮断する第２の遮断手段と、
上記第１の遮断手段と第２の遮断手段とによって気密に遮断された上記ロードロック室内を減圧する第２の排気手段と、
上記ワークが上記処理室に供給される前に上記レジスト表面の硬化層に微細孔を形成する溶剤を噴霧する噴霧手段とを具備し、
上記噴霧手段は上記ロードロック室に設けられ、このロードロック室が減圧される前に上記ワークに溶剤を噴霧し、
上記ロードロック室は上記噴霧手段が上記ワークに溶剤を噴霧した後で減圧される
ことを特徴とするアッシング装置。
【請求項２】
ワークのパターンが形成される面にイオン注入によって表面が硬化した状態で残留したレジストを除去するアッシング方法において、
上記ワークを減圧可能なロードロック室に供給する供給工程と、
上記ロードロック室に供給されたワークにロードロック室を減圧する前に上記レジストの表面に微細孔を形成する溶剤を噴霧する噴霧工程と、
この噴霧工程の後で上記ロードロック室を減圧する減圧工程と、
この減圧工程の後で上記ワークを予め減圧された処理室に供給し、このワークをプラズマ化された反応性ガスによってアッシングするアッシング工程と
を具備したことを特徴とするアッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はイオン注入時にマスクとして用いられたレジストをプラズマ化された反応性ガスによってアッシングするアッシング装置およびアッシング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、超ＬＳＩなどの製造工程において、ワークとしての半導体ウエハに回路パターンを形成する場合、その回路パターンにイオンを注入する工程がある。つまり、イオン注入に先立ち、半導体ウエハのパターンを形成する面に塗布されたレジストを、リソグラフィー技術によって上記回路パターンに応じた形状で除去することで、上記半導体ウエハに残留するレジストをマスクとしてこの半導体ウエハの回路パターンとなる部分にイオンを注入することが可能となる。
【０００３】
半導体ウエハに塗布されたレジストをマスクとしてイオン注入すると、イオンは半導体ウエハの回路パターンを形成する部分だけでなく、レジストの表面にも注入されることになる。イオンが注入されたレジストは硬化することが知られている。
【０００４】
そのため、イオン注入後に上記レジストをドライ方式でアッシングする場合、その表面の硬化層によってレジストを容易に除去できないということがあるばかりか、上記硬化層を除去せずにアッシングを行うと、硬化層によって覆われた軟らかな部分（レジスト）が急激に膨張して破裂し、硬化層が飛散する、いわゆるポッピング現象が生じる。それによって、飛散した大きな硬化層が回路パターンに付着するなどして回路パターンを損傷させることがある。
【０００５】
そこで、半導体ウエハに残留するレジストをアッシングするに先立ってその表面に形成された硬化層を除去するということが行われている。従来、硬化層の除去はスピンコータを用いたウエット処理で行われていた。
【０００６】
つまり、従来のウエット方式、レジストが有機系の場合には、フェノールとハロゲン系溶剤を主体とする溶剤に浸漬し、無機系の場合には加熱した混酸、たとえば硫酸と過酸化水素水を混合したＳＰＭ、アンモニアと過酸化水素水を混合したＡＭＰ、塩酸と過酸化水素水を混合したＨＰＭなどの溶剤に浸漬して除去するということが行われていた。
【０００７】
そのため、上記各溶剤が人体や環境に悪影響を及ぼすということがあるため、その処理に多大な手間が掛かったり、処理が困難になるということがあり、さらには上記溶剤が金属を腐食するため、ワークや装置への悪影響が生じるなどのことがあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、レジストをマスクとしてイオン注入することで、レジストの表面が硬化するため、アッシングに先立ってその硬化層を除去することが行われているものの、従来はその硬化層の除去をワークを溶剤に浸漬するウエット処理で行うようにしていた。
【０００９】
そのため、溶剤の処理に多大な手間が掛かったり、環境や人体に悪影響を及ぼすということがあり、さらには溶剤が金属を腐食することで、製品や装置に悪影響を及ぼすということもある。
【００１０】
この発明は、ワークをアッシング処理する際に、レジストの表面に形成された硬質層の除去を、ウエット処理によらずに行うことができ、しかもアッシング処理工程の１つに組み込んで行うことができるようにしたアッシング装置およびアッシング方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ワークのパターンが形成される面にイオン注入によって表面が硬化した状態で残留したレジストを除去するアッシング装置において、
内部に供給された反応性ガスをプラズマ化するとともにその内部に供給された上記ワークをアッシング処理するための処理室と、
この処理室内を減圧する第１の排気手段と、
上記処理室に連通して設けられ上記処理室よりも先に上記ワークが供給されるロードロック室と、
このロードロック室と上記処理室との連通部分を気密に遮断する第１の遮断手段と、
上記ロードロック室に上記ワークを出し入れするために形成された出し入れ口を気密に遮断する第２の遮断手段と、
上記第１の遮断手段と第２の遮断手段とによって気密に遮断された上記ロードロック室内を減圧する第２の排気手段と、
上記ワークが上記処理室に供給される前に上記レジスト表面の硬化層に微細孔を形成する溶剤を噴霧する噴霧手段とを具備し、
上記噴霧手段は上記ロードロック室に設けられ、このロードロック室が減圧される前に上記ワークに溶剤を噴霧し、
上記ロードロック室は上記噴霧手段が上記ワークに溶剤を噴霧した後で減圧される
ことを特徴とするアッシング装置にある。
【００１４】
請求項４の発明は、ワークのパターンが形成される面にイオン注入によって表面が硬化した状態で残留したレジストを除去するアッシング方法において、
上記ワークを減圧可能なロードロック室に供給する供給工程と、
上記ロードロック室に供給されたワークにロードロック室を減圧する前に上  記レジストの表面に微細孔を形成する溶剤を噴霧する噴霧工程と、
この噴霧工程の後で上記ロードロック室を減圧する減圧工程と、
この減圧工程の後で上記ワークを予め減圧された処理室に供給し、このワークをプラズマ化された反応性ガスによってアッシングするアッシング工程と
を具備したことを特徴とする。
【００１５】
請求項１と請求項２の発明によれば、ワークを処理室でアッシングする前に、このワークのレジストの表面の硬化層に溶剤を噴霧して微細孔を形成することで、レジストの表面に硬化層があっても、上記微細孔からレジストの内部へプラズマ化された反応性ガスが入り込むことで、レジストをアッシング除去することができる。
【００１６】
それによって、硬化層を除去するためにワークをウエット処理せずにすむから、その処理を容易かつ迅速に行うことが可能となる。
請求項２と請求項４の発明によれば、ワークに溶剤を噴霧する噴霧手段を処理室の減圧状態を損なうことなくこの処理室にワークを供給するためのロードロック室に設けるようにしたから、ワークをアッシング処理する過程で溶剤の噴霧を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に示すアッシング装置はロードロック室１と処理室２とを有する。このロードロック室１と処理室２との一側壁は連通部３によって連通されており、この連通部３には第１の遮断手段としての第１の開閉弁４が設けられている。この第１の開閉弁４を開閉することで、上記ロードロック室１と処理室２とを連通させたり、気密に遮断できるようになっている。
上記ロードロック室１の上記一側壁と対向する他側壁には出し入れ口５が形成され、この出し入れ口５は第２の遮断手段としての第２の開閉弁６によって気密に閉塞できるようになっている。
【００１８】
上記ロードロック室１にはワークとしての半導体ウエハ７が第１のロボット８によって供給排出されるようになっている。上記ロードロック室１内には第２のロボット９が配置されている。各ロボット８，９はそれぞれのハンド８ａ，９ａが水平面上で伸縮および回転できるとともに、上下方向に駆動される構成となっている。
【００１９】
上記第１のロボット８のハンド８ａは試料カセット１１に収容保持された半導体ウエハ７を取り出し、その半導体ウエハ７を上記出し入れ口５から第２のロボット９のハンド９ａへ受け渡す。半導体ウエハ７を受けた第２のロボット９のハンド９ａは伸長して上記連通部３から処理室２へ搬入し、この処理室２に設けられたテーブル１２上に上記半導体ウエハ７を載置する。
【００２０】
なお、試料カセット１１の異なる高さ位置に対して半導体ウエハ７を受け渡しできるようにするため、上記第１のロボット８を、そのハンド８ａがＺ方向に駆動できる構成としたが、試料カセット１１をＺ方向に駆動されるテーブル（図示せず）上に載置するようにしてもよい。
【００２１】
上記第１のロボット８によって上記ロードロック室１に供給される半導体ウエハ７の回路パターンが形成される面には、図２（ａ）に示すように回路パターン以外の部分を覆うレジスト１３が残留しており、このレジスト１３をマスクにして上記半導体ウエハ７の回路パターンとなる部分にはイオンが注入されている。その際、イオンは上記半導体ウエハ７の回路パターンとなる部分だけでなく、上記レジスト１３の表面にも注入されるため、レジスト１３の表面にはイオンが注入されて硬化した硬化層１４が形成されることになる。
【００２２】
上記ロードロック室１の上部壁には噴霧手段としての噴霧器１５が設けられている。この噴霧器１５は先端の噴霧口（図示せず）をロードロック室１の内部に臨ませて上記上部壁に気密に設けられた噴霧部１５ａと、この噴霧部１５ａに着脱自在に接続された容器部１５ｂとからなる。上記噴霧部１５ａには窒素などの不活性ガスを所定の圧力で供給するとともに、中途部分に開閉制御弁１６ａが設けられた第１のガス供給管１６が接続されている。
【００２３】
上記容器部１５ｂには溶剤１７が収容されている。この溶剤１７は、上記半導体ウエハ７に噴霧されると、図２（ｂ）に示すように上記レジスト１３の硬化層１４を変質、溶融させてその硬化層１４に微細孔１４ａを形成するものが用いられる。
【００２４】
溶剤１７の種類はレジスト１３の種類に応じて選択される。たとえば上記レジスト１３がＧ線露光用のジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）−ノボラック樹脂系レジスト（フェノールホルムアルデヒド樹脂の通称）の場合、溶剤１７としてはアセトン、エチルアルコール、第３ブチルアルコール、フェノール・ハロゲン系有機溶剤などが用いられ、その溶剤１７は配合されている感光促進剤やイオン注入プロセス的要因により最適化して用いられる。
【００２５】
上記第１のガス供給管１６から不活性ガスが上記噴霧部１５ａへ所定の圧力で供給されると、この噴霧部１５ａの噴霧口からは上記容器部１５ｂに収容された溶剤１７が霧化されて第２のロボット９のハンド９ａに保持された半導体ウエハ７に向けて噴霧されるようになっている。
【００２６】
上記ロードロック室１の底部には第１の排気管２１の一端が接続されている。この第１の排気管２１の他端には第１の排気ポンプ２２が接続されている。したがって、この第１の排気ポンプ２２が作動することで、上記ロードロック室１内が所定の圧力に減圧されるようになっている。
【００２７】
上記処理室２の底部には第２の排気管２３の一端が接続されている。この第２の排気管２３の他端には第２のポンプ２４が接続されている。したがって、この第２のポンプ２４が作動すれば、上記処理室２内が所定の圧力に減圧されるようになっている。
【００２８】
上記処理室２の上部にはプラズマ発生部２５が形成されている。このプラズマ発生部２５には導波管２６の一端が接続されている。この導波管２６の他端にはマグネトロンなどのマイクロ波発生源２７（高周波電源でもよい）が接続されていて、この発生源２７で発生したマイクロ波が上記導波管２６を通じて上記プラズマ発生部２５に供給されるようになっている。
【００２９】
上記プラズマ発生部２５には、中途部に開閉制御弁２８ａを有し、ハロゲン化炭素などの反応性ガスを供給する第２のガス供給管２８が接続されている。この第２のガス供給管２８から上記プラズマ発生部２５へ反応性ガスが供給されると、このガスが上記導波管２６から供給されたマイクロ波によって励起されてプラズマ化されるようになっている。
【００３０】
つぎに、上記構成のアッシング装置によって半導体ウエハ７に残留するレジスト１３をアッシング除去する場合について説明する。まず、第１の開閉弁４を閉じ、第２の開閉弁６を開いて第１のロボット８により試料カセット１１からイオン注入が終了した半導体ウエハ７を取り出し、その半導体ウエハ７をロードロック室１に設けられた第２のロボット９のハンド９ａに受け渡して第２の開閉弁６を閉じる。
【００３１】
つぎに、第１のガス供給管１６に設けられた開閉制御弁１６ａを開き、噴霧器１５の噴霧部１５ａに所定圧力の不活性ガスを供給する。それによって、容器部１５ｂに収容された溶剤１７が上記噴霧部１５ａで霧化されてロードロック室１内の第２のロボット９のハンド９ａに保持された半導体ウエハ７に向けて噴霧される。半導体ウエハ７に噴霧される量は、この半導体ウエハ７の上面のほぼ全体にわたって霧滴が付着する程度の微量でよい。
【００３２】
それによって、霧滴状となってレジスト１３の硬化層１４に付着した溶剤１７は、この硬化層１４を変質、溶融するから、図２（ｂ）に示すように硬化層１４に多数の微細孔１４ａを形成する。
【００３３】
溶剤１７を半導体ウエハ７に噴霧したならば、その直後に第１の排気ポンプ２２を作動させてロードロック室１を減圧する。つまり、処理室２に半導体ウエハ７を供給する際、処理室２に大気が侵入するのを防止するためにロードロック室１を減圧する。
【００３４】
ロードロック室１を減圧すると、減圧下では溶剤１７は昇華し、表面張力が極めて０に近付くため、浸透性がよくなる。そのため、レジスト１３と半導体ウエハ７との界面１４ａに浸入し、レジスト１３の接着力を低下させ、剥離性を向上させる。また、酸素ラジカルと反応し気化膨張したガスが接着力の低下した界面１４ａより抜け出すため、ポッピング現象を防止する。
【００３５】
上記ロードロック室１に霧状となって浮遊する溶剤１７は上記第１の排気ポンプ２２によって吸引排気されることになる。そのため、ロードロック室１に噴霧された溶剤１７を液体として回収して処理するという必要がないから、ウエット処理の場合のように溶剤の処理を行わずにすむ。
【００３６】
ロードロック室１を所定の圧力、つまり予め減圧されている処理室２とほぼ同じ圧力まで減圧したならば、第１の開閉弁４を開いてロードロック室１と処理室２とを連通させる。ついで、第２のロボット９を作動させて第２のロボット９のハンド９ａに保持された半導体ウエハ７をテーブル１２上に載置したならば、上記ロボット９のハンド９ａを後退させ、第１の開閉弁４を閉じる。つまり、処理室２を密閉する。
【００３７】
このようにして処理室２に半導体ウエハ７を供給したならば、プラズマ発生部２５に反応性ガスを供給するとともに、マイクロ波発生源２７を作動させる。それによって、上記マイクロ波発生源２７で発生したマイクロ波は導波管２６を通じて上記プラズマ発生部２５に供給されるから、反応性ガスが励起されてプラズマ化される。
【００３８】
プラズマ化された反応性ガスはテーブル１２上に載置された半導体ウエハ７に残留するレジスト１３に作用する。レジスト１３の表面はイオン注入によって硬化層１４となっているから、この硬化層１４を直接アッシングすることは難しい。
【００３９】
しかしながら、上記硬化層１４にはロードロック室１で溶剤１７が噴霧されることで、多数の微細孔１４ａが形成されている。そのため、プラズマ化された反応性ガスは、上記硬化層１４の微細孔１４ａからレジスト１３の内部に入り込み、レジスト１３の硬化していない部分と反応することになる。
【００４０】
反応性ガスがレジスト１３の硬化層１４によって覆われた内部の部分と反応することで、硬化していない部分がアッシングされるとともに、そのアッシング時の反応で内部のレジスト１３が膨張する。そのため、硬化層１４は図３（ｃ）に示すように多数の微細孔１４ａの間に亀裂が生じ、それによって微細に破壊される。
【００４１】
そのため、レジスト１３の表面にイオン注入によって硬化層１４が形成されていても、その硬化層１４を微細に破壊してレジスト１３をアッシング除去することができる。
【００４２】
このようにしてレジスト１３をアッシング除去し終わったならば、第２のロボット９によって半導体ウエハ７を供給時とは逆の手順で上記処理室２からロードロック室１へ移し、ついで上記処理室２を気密に閉鎖した状態で半導体ウエハ７を、第１のロボット８によってロードロック室１の第２のロボット９から受け取り、試料カセット１１の空いている部分あるいはアッシング処理された半導体ウエハ７を収容するための図示しない専用の試料カセットに収納する。
【００４３】
ついで、上記第１のロボット８によって上記試料カセット１１からアッシング処理されていない未処理の半導体ウエハ７を取り出し、ロードロック室１に供給したのち、上述したアッシング処理が繰り返されることになる。
【００４４】
このように、イオン注入時に硬化層１４が形成されたレジスト１３をアッシング処理するとき、その硬化層１４に溶剤１７を噴霧して微細孔１４ａを形成するようにしたことで、上記レジスト１３にウエット処理を行うことなく、硬化層１４を微細に破壊してアッシングすることができる。
【００４５】
しかも、ロードロック室１に溶剤１７が霧滴となって残留していても、半導体ウエハ７を処理室２に受け渡す前に、ロードロック室１を減圧するから、その際にロードロック室１に浮遊する霧滴を昇華させ吸引除去することができる。したがって、ロードロック室１で溶剤１７を半導体ウエハ７に噴霧するようにしても、その溶剤１７を処理するための工程や装置などをとくに必要とすることがない。
【００４６】
この発明は上記一実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。たとえば、半導体ウエハ７の受け渡しに用いられる第１、第２のロボットに、それぞれ２組のアームが設けられた、いわゆるツインアーム型のロボットを用いるようにすれば、作業性の向上を図ることができる。たとえば、第１のロボットをツインアーム型とすれば、試料カセットに対する受け渡しと、ロードロック室に対する受け渡しとを同時に行うことができ、また第２のロボットにツインアーム型を用いれば、ロードロック室と処理室との間における受け渡しを同時に行うことができる。
【００４７】
また、半導体ウエハに対する溶剤の噴霧をロードロック室で行うようにしたが、ロードロック室に搬入する前に上記半導体ウエハに溶剤を噴霧するようにしてもよい。たとえば、上記半導体ウエハにイオン注入してから試料カセットに収納する時や試料カセットからロードロック室に受け渡す際などに上記溶剤の噴霧を行うようにしても差し支えない。つまり、この発明は、ウエット処理でなく、溶剤を噴霧して硬化層に微細孔を形成することで、硬化層が形成されたレジストをアッシング処理するようにしたものであって、溶剤を噴霧する時期は半導体ウエハを処理室に供給する前であればいつでも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１と請求項２の発明によれば、ワークを処理室でアッシングする前に、このワークのレジストの表面の硬化層に溶剤を噴霧して微細孔を形成するようにした。
【００４９】
そのため、レジストの表面に硬化層があっても、上記微細孔からレジストの内部へプラズマ化された反応性ガスを入り込ませて反応させることができるから、その反応によって硬化層が微細化されるため、レジストを硬化層があっても、確実にアッシング除去することができる。
【００５０】
つまり、硬化層を除去するためにワークを従来のようにウエット処理せずにすむから、その処理を容易かつ迅速に行うことが可能となる。
しかも、ワークに溶剤を噴霧する噴霧手段を、処理室の減圧状態を損なうことがないよう、通常のアッシング装置に装備されているロードロック室に設けるようにした。
【００５１】
そのため、ワークをアッシング処理する過程で、上記ロードロック室に搬入されたときに、溶剤の噴霧を行うことができるから、ワークへ溶剤を噴霧するために、それ専用の工程を設けずにすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態を示すアッシング装置の概略的構成図。
【図２】同じくレジストの硬化層に微細孔が形成される状態を順次示した説明図。
【符号の説明】
１…ロードロック室
２…処理室
４…第１の開閉弁
６…第２の開閉弁
７…半導体ウエハ
１３…レジスト
１４…硬化層
１５…噴霧器
１７…溶剤
２２，２４…排気ポンプ
【図１】
0003880189.tif 000002
【図２】
0003880189.tif 000003