JPH04346412A - レジスト除去方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体基板（ウ
ェハ）等の支持基板上に被着されたレジスト層に選択的
にエネルギービームを照射することにより、レジストの
所望の部分を除去する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子製造の光リソグラフィ工程で
は、ウェハ上の露光領域の各々に付随して設けられたア
ライメント（位置合わせ）マークからの光情報を光電検
出することによって、重ね合わせ露光すべきレチクルや
マスクのパターンとウェハ（露光領域）とを相対的に位
置合わせしている。通常、ウェハのアライメントは、ア
ライメントマークに光ビームを照射し、そのマークから
の反射光、散乱光、又は回折光等を光電検出することに
よって行なわれる。

【０００３】しかしながら、露光前のウェハには必然的
にレジストが被着されているため、アライメントマーク
の検出はレジスト層（１〜２μｍの厚さ）を介して行わ
れることになる。アライメントを露光装置の投影光学系
を介して行う場合（ＴＴＬ方式：Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈ
ｅ　Ｌｅｎｓ）　、投影光学系は強い色収差を有してい
るので、アライメントの際にも露光光を使用する必要が
あるが、当然ながら露光光はレジストに吸収されるため
、アライメントマークから発生する光情報がレジスト層
の影響で弱められてしまうという不都合が生じる。

【０００４】また、アライメントマークが微小な段差構
造をとることから、マーク周辺でレジスト膜厚が不均一
になることは避けられない。このため、レジスト固有の
干渉効果がマーク近傍で顕著になったり、あるいはマー
ク両側でレジスト膜厚のムラが非対称になったりするこ
と等によってアライメント精度が低下してしまう。

【０００５】更に、パターンの微細化を図るために多層
レジストを使う場合等は、アライメントマークそのもの
が照明波長（露光波長）のもとで光学的に見えなくなる
といった現象が起こり得るため、アライメント精度の確
保はなかなか難しい問題となっている。

【０００６】そこで、アライメント動作に先だって、エ
キシマレーザ等の紫外域の高エネルギービームをマーク
上部のレジスト層に照射することでレジストを部分的に
除去する方法が知られている。このレジスト除去のメカ
ニズムは、有機高分子材料からなるレジストにエキシマ
レーザのような高強度の短パルス紫外光を照射すると、
照射部分のレジストの分子結合が切断されて、分解、飛
散するアブレーション現象に基づくものと考えられてい
る。

【０００７】この除去工程に用いられるレーザ光として
は、ＡｒＦ，ＫｒＦエキシマレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザの第３高調波，第４高調波、Ａｒイオンレーザの５１
４．５ｎｍの発振線の第２高調波等のように波長域１５
０ｎｍ〜３６０ｎｍに発振線をもつものが好適である。 そして、アブレーション現象による除去では、除去され
る部分の断面がシャープであり、照射部分の周囲に熱的
な損傷・歪のない等の利点があるとされる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来のレジスト除去方法においては、以下に説明するよ
うな問題があった。即ち、従来のレジスト除去過程では
、図４（ａ）　に示すように、基板１７上に塗布された
レジスト層１８にレーザ光ＬＢを照射すると、照射され
たレーザ光ＬＢがレジスト層８表面で吸収される。そし
て、レジスト層１８のレーザ光ＬＢ照射部分はアブレー
ション現象に基づきプラズマ状態を形成する粒子に分化
され飛散する（図４（ｂ）　参照）。

【０００９】この粒子が飛散する時、瞬間的なプラズマ
発光と衝撃音を伴うが、このプラズマ発光には紫外域の
光を含むため、レーザ照射領域の周囲のレジストを感光
し、後のＩＣプロセスに支障を来す不都合がある。

【００１０】また、レジストの種類によっては照射レー
ザ光の波長に対して吸収特性の弱い（吸収率が小さい）
ものがある。例えば、電子線用レジストの母材であるＰ
ＭＭＡ（Ｐｏｉｙｍｅｔｈｙｌ　ｍｅｔｈａｃｒｕｌａ
ｔｅ）　は、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）
に対して弱い吸収特性を示す。この場合には、レジスト
の単位体積あたりに吸収されるレーザ・エネルギー密度
がアブレーション現象を起こすのに必要な閾値より低く
、アブレーション現象に基づく除去は行われない。

【００１１】この様な状況下において照射するエネルギ
ービームの強度を高くすると、レーザ光はレジスト層で
は吸収されずに大部分は下地基板（ウェハ）に到達し、
下地基板の表面で吸収され熱エネルギーに変換される。 そして、この熱エネルギーにより下地基板と接するレジ
スト層が熱膨張し、その時の応力によりレジストが細片
となってはじけ飛ぶ現象（ポンピング現象などと呼ばれ
る）が観察されるようになる。

【００１２】このポンピング現象によりはじけ飛んだレ
ジストの細片は、レーザビーム照射領域の周囲に付着し
、レジスト層表面を汚染することとなり次のＩＣ製造工
程の支障となる不都合が生じる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決のため
本願請求項１記載の発明では、支持基板上に被着された
レジストにエネルギービームを選択的に照射することに
より、レジストの所望の部分を除去するレジスト除去方
法において、レジストの種類ごとにその照射エネルギー
密度が調整されたエネルギービームを照射する際に、エ
ネルギービームの照射エネルギー密度を、照射によりレ
ジスト表面からの発光量がレジストの種類に応じた所定
の許容値以下となるように定めることを特徴とする。

【００１４】また、請求項２記載の発明に係るレジスト
除去方法では、エネルギービームの照射エネルギー密度
を、単位ビームの照射によりレジスト自体が除去される
値よりも低い値とし、除去しようとする領域のレジスト
表面を前記低エネルギー密度のエネルギービームで連続
的または断続的に照射することによってレジスト除去を
行うことを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明は上記の様に構成されているため、以下
の作用を奏する。まず、請求項１記載の発明に係るレジ
スト除去方法によれば、エネルギービームの照射エネル
ギー密度を、照射によりレジスト表面からの発光量がレ
ジストの種類に応じた所定の許容値以下となるように定
めるため、アブレーション現象によりレジスト除去する
際にプラズマ発光を伴わない。もしくはプラズム発光が
生じても、レーザ照射領域周辺のレジストが感光するこ
とがない。

【００１６】一方、請求項２記載の発明に係るレジスト
除去方法によれば、エネルギービームの照射エネルギー
密度を、単位ビームの照射によりレジスト自体が除去さ
れる値よりも低い値としているため、照射エネルギービ
ームの波長に対して吸収率の小さいレジストについても
ポンピング現象が生じない。そして、除去しようとする
領域のレジスト表面を前記低エネルギー密度のエネルギ
ービームで連続的または断続的に照射することで、アブ
レーション現象に基づくレジストの除去を行う。

【００１７】ここで、前述したように照射エネルギービ
ームの波長に対して吸収率の小さいレジストには、前記
低エネルギー密度のエネルギービームを単位時間、また
は単位パルス数だけ照射してもアブレーション現象は生
じない。しかし、前記低エネルギー密度のエネルギービ
ームの連続的または断続的な照射によるレジストの熱的
な反応により、レジストでのエネルギービームの吸収率
が徐々に上昇することが知られている。

【００１８】このため、本発明では低エネルギー密度の
エネルギービームを単位ビーム照射することでレジスト
の吸収率を一旦上昇させ、さらに連続的または断続的に
低エネルギー密度のエネルギービームを照射することで
アブレーション現象に基づくレジストの除去を行う。

【００１９】なお、本願でいうエネルギービームの単位
ビーム照射とは、例えばパルス発光源によるエネルギー
ビームを使用する場合には、１パルス若しくは所定のパ
ルス数を一単位とするものであり、連続発光する光源か
らのエネルギービームによる場合には所定時間照射した
場合のエネルギー総量を一単位とするものである。以下
、実施例を通じ本発明をさらに詳しく説明する。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。 まず、パルスレーザ光を照射エネルギービームとして使
用した場合において、特に照射レーザ波長に対して強い
吸収を示す（吸収率が大きい）レジスト材料を用いる場
合について述べる。このレジスト材料に関するレジスト
除去特性を図１に示す。

【００２１】図１（ａ）　は、レジスト層に照射される
単位パルスあたりのエネルギー密度Ｐ（横軸）と、それ
によりレジスト層がアブレーション現象によって除去さ
れる深さ（縦軸）との関係を示したものである。

【００２２】図１（ａ）　から明らかなように、吸収率
が大きいレジストであっても、単位パルス当たりのエネ
ルギー密度Ｐ（Ｊ／ｃｍ２・ｐｕｌｓｅ）　か閾値Ｐｔ
ｈ１　を越えるまでは、レーザ照射がなされてもレジス
ト層は除去されないが、エネルギー密度が閾値Ｐｔｈ１
を越えてレーザ照射がなされると、レジスト層の除去深
さはエネルギー密度Ｐの対数（ｌｏｇ　Ｐ）　に比例し
て増大することとなる。

【００２３】次に、図１（ｂ）　は、レジスト層に照射
される単位パルス当たりのエネルギー密度Ｐ（横軸）と
、レーザ光の照射時にレジスト層の表面より発生するプ
ラズマの発光量（縦軸）との関係を示したものである。

【００２４】図１（ｂ）　からは、レーザ照射の単位パ
ルス当たりのエネルギー密度Ｐ（Ｊ／ｃｍ２・ｐｕｌｓ
ｅ）　が閾値Ｐｔｈ２　を越えるまでは、レーザ光が照
射されてもレジスト層からの発光量は微小であるが、エ
ネルギー密度が閾値Ｐｔｈ２　を越えると、レジスト層
からの発光強度はエネルギー密度Ｐの対数に比例して急
激に増大することが解る。

【００２５】より具体的に述べると、ＡｒＦエキシマレ
ーザ（波長１９３ｎｍ）を用いて、シリコンウェハ上に
塗布したレジスト「　ＭＡＣＤＥＲＭＩＤ社製ＰＲ−１
０２４　（商品名）」にレーザ照射を行った場合、閾値
Ｐｔｈ１　は約４０ｍＪ／ｃｍ２・ｐｕｌｓｅ，閾値Ｐ
ｔｈ２は約１２０ｍＪ／ｃｍ２・ｐｕｌｓｅであり、Ｐ
ｔｈ１　＜Ｐｔｈ２　の関係がある。

【００２６】この大小関係は、プラズマ発光がアブレー
ション現象によって飛散除去されたレジスト粒子からの
ものであることから容易に推測される。このため、これ
らのレジスト除去特性、及びレジストの発光特性から、
レーザ光に対して吸収率が大きいレジストを除去するの
に最適な照射エネルギー密度Ｐは、Ｐｔｈ１　＜Ｐ＜Ｐ
ｔｈ２　の範囲となる。

【００２７】上記範囲はレジスト材料、及び照射レーザ
光の波長に依存するものであり、除去しようとするレジ
ストに対して、予めこのエネルギー密度の範囲を実験に
より求めておく必要がある。そして、レジスト除去工程
に際してはこの範囲のエネルギー密度でレーザ照射が行
われる様に光量調節を行う。

【００２８】なお、パルス光ではなく連続的なエネルギ
ービームを使用する場合には、単位時間当たりのエネル
ギー密度で上記閾値を求めればよい。また、閾値Ｐｔｈ
１　以下であっても、請求項２記載の方法によれば、レ
ジスト除去は可能である。

【００２９】次に、本実施例に係る方法を実施する装置
の一例を図２に示す。この図において、レーザ光源１か
ら射出した紫外域に発振波長を有するレーザ光ＬＢは、
可変絞り２によって所定のビーム形状に成形された後、
その大部分がビームスプリッタ３を透過してシャッター
４に至る。ここで、レーザ光ＬＢのエネルギー密度を調
整するために、挿脱可能なフィルター１６がレーザ光Ｌ
Ｂの光路中、例えば図２の様にレーザ光源１と可変絞り
２の間に設けられている。

【００３０】シャッター４は、レーザ光ＬＢを通過又は
遮断せさるものであり、シャッター４を透過したレーザ
光はミラー５で反射された後、ビームスプリッタ１７を
透過後、対物レンズ６に入射する。そして、対物レンズ
６で結像されたレーザ光ＬＢはウェハ７上で可変絞り２
の開口形状となって、ウェハ７のレジスト層を照射する
。

【００３１】ウェハ７は、ステージコントローラ８によ
り制御されてｘ方向とｙ方向とに二次元的に移動するｘ
ｙステージ９の上に載置されている。このｘｙステージ
９の位置は、不図示のレーザ干渉計等によって常時検出
され、ステージコントローラ８に位置情報としてフィー
ドハックされる。そして、レーザ光ＬＢの照射位置は、
ｘｙステージ９を動かすことによってウェハ７上で、例
えば±０．０１μｍの精度で位置決めされる。

【００３２】一方、ビームスプリッタ３で反射したわず
かな量のレーザ光は、集光レンズ１０によって照射光量
計１１の受光面上に集光され、照射光量計１１はその受
光量（光エネルギー）に応じた光電信号をシステムコン
トローラ１２に出力する。

【００３３】システムコントローラ１２は、ステージコ
ントローラ８にウェハ７のレーザ光ＬＢに対する位置決
めのための指令を発すると共に、レーザ光源１の制御系
１５又はシャッター４に最適なレーザ照射量が得られる
ような制御信号を発する。

【００３４】例えばレーザ光源１がエキシマレーザ等の
ようにパルスレーザを発生するものの場合には、システ
ムコントローラ１２は照射光量計１１からの光電信号、
及びメモリ（不図示）に格納されたレジスト層の膜厚や
先の照射エネルギー密度Ｐに関する情報に基づいて、最
適なレーザ出力値と必要とされるパルス数とを算出し、
それに対応した制御信号をレーザ制御系１５に出力する
。

【００３５】またレーザ光源１がＣＷレーザ（連続光）
を発生するものの場合、システムコントローラ１２は光
電信号に基づいて最適なレーザ出力値と必要とされる照
射時間とを算出し、出力値に関してはレーザ制御系１５
に制御信号を送り、照射時間に関してはシャッター４に
制御信号を送る。

【００３６】また、ウェハ７上に形成されたアライメン
トマークを検出するためのアライメント光学系１３が、
例えば対物レンズ６と異なる位置に固設され、光電検出
器等を含むマーク検出器１４と共に、オフアクシス方式
でウェハ７のアライメントを行う。

【００３７】ここで、マーク検出器１４からアライメン
ト信号は、システムコントローラ１２に供給される。こ
のアライメント信号は、ウェハ７上の特定の位置に設け
られたマークを検出したとき発生するものであり、その
発生したときのｘｙステージ９の位置をシステムコント
ローラ１２が基準点として記憶することにより、レーザ
光ＬＢの照射位置とウェハ７上の任意の点との対応付け
（グローバルアライメント）が完了する。

【００３８】この様な装置において、レーザＬＢの照射
位置にウェハ７のアライメントマークが位置合わせされ
た状態で、アライメントマーク上のレジストにレーザ照
射がなされて、照射した部分のレジストの除去を行う。

【００３９】このレーザ照射時には、レジスト表面から
の発光量（主にプラズマ発光によるもの）がレジストの
種類に応じた所定の許容値（各レジストの感度特性に応
じて一義的に定められるものであって、レジストが感光
する閾値に相当）以下となるする。換言すれば、レジス
ト面でのレーザ照射のエネルギー密度が、前記の範囲Ｐ
ｔｈ１　＜Ｐ＜Ｐｔｈ２　になるように、適当な透過率
を有するフィルター１６でレーザ光の照射密度を制御す
る。

【００４０】または、例えばレーザ光源１がエキシマレ
ーザである場合には、レーザ発生装置の供給電圧の大小
によってそのレーザエネルギー密度を調整する様にして
も良い。この際、スループットを考慮すると、エネルギ
ー密度ＰをＰｔｈ２　に近づけることが望ましい。

【００４１】一方、照射レーザ光の波長に対して吸収の
少ないレジストを使用する場合には、ウェハとレジスト
層との界面でポンピング現象が起こるよりも低いエネル
ギー密度のレーザ光を連続的、または断続的に照射して
レジスト除去を行う。即ち、照射レーザ光の波長に対し
て吸収の少ないレジストであっても、レジスト層内に僅
かに吸収されたレーザエネルギーによりレジストが熱的
な反応を起こし、吸収率が増加する現象が見られる。こ
れは、レーザエネルギーによりレジストが炭化反応を起
すことに起因するものと考えられる。

【００４１】そして、吸収率が増した部分では連続する
レーザ照射による（炭化）反応がさらに進み、ついには
低エネルギーの照射によってもアブレーション現象が起
こるのに必要な吸収エネルギー密度に達し得るほどの吸
収率となり、アブレーション現象によるレジスト除去が
なされる。

【００４２】ここで、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９
３ｎｍ）を用いて、シリコンウェハ上に塗布したレジス
ト「東京応化工業社製ＯＥＢＲ−１０００（商品名）」
にレーザ照射を行った場合、照射エネルギー密度が約５
０ｍＪ／ｃｍ２・ｐｕｌｓｅ〜約２００ｍＪ／ｃｍ２・
ｐｕｌｓｅの範囲でこの過程による除去がなされる。そ
して、それ以上のエネルギー密度に於いてはポンピング
現象を伴う除去がなされることが実験により確認されて
いる。

【００４３】次に、上記のＡｒ−Ｆエキシマレーザ（波
長１９３ｎｍ）を低照射エネルギー密度（約５０ｍＪ／
ｃｍ２・ｐｕｌｓｅ〜約２００ｍＪ／ｃｍ２・ｐｕｌｓ
ｅ）で照射した場合のレジスト除去特性を図３に示す。 この図では、前記レジスト「ＯＥＢＲ−１０００」を１
μｍの膜厚ｔで形成したものを除去した際のレジスト除
去に要するエネルギー総量（パルス数）と、レジスト層
に照射される単位（１）パルスあたりのエネルギー密度
Ｐとの関係を示している。

【００４４】図３によれば、照射エネルギー密度が約５
０ｍＪ／ｃｍ２・ｐｕｌｓｅ程度では、パルス数で約５
０回、約２００ｍＪ／ｃｍ２・ｐｕｌｓｅ程度では同じ
く１６回程度のレーザパルス照射でレジスト除去が完了
することが解る。

【００４５】よって、この様なレジストに於いては、図
２のレジスト面でのレーザ照射のエネルギー密度が上記
範囲になるように、レーザエネルギー密度を調整してレ
ーザ照射を行えばよい。

【００４６】また、この実施例では照射エネルギー総量
（パルス数）から、レジスト除去の終点検出が行えるた
め、レジスト除去と同時にレーザ照射を中止する制御を
行うことが容易である。このため、レジスト除去後にウ
エハ表面およびウエハマークにレーザ光が照射されるこ
とを防止して、これらの保護を図ることができる利点が
ある。

【００４７】以上の実施例においてはウェハのアライメ
ントマーク上のレジストを除去する場合を例にとって説
明したが、本発明は光エッチング等にも適用できるもの
である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
に係るレジスト除去方法によれば、エネルギービーム照
射によるレジスト除去時にレジスト表面で生じる発光量
が低く抑えられることから、周囲のレジストを感光する
ことがなくなり、後のプロセスに支障を来す事がない。

【００４９】また、請求項２記載の発明によれば、照射
エネルギービームに対する吸収が少ないレジストであっ
ても、ポンピング現象が起こるよりも低いエネルギー密
度でレシストを照射して、僅かに吸収されたエネルギー
による熱的な反応を利用して吸収特性を向上させること
により、アブレーション現象を誘発するので周囲のレジ
スト表面の汚染が防止され良好なレジスト除去が行える
利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】照射レーザ波長に対して強い吸収を示す（吸収
率が大きい）レジスト材料に関するレジスト除去特性を
示すグラフであり、図１（ａ）　は照射レーザエネルギ
ー密度とレジスト除去深さとの関係を示したもの、図１
（ｂ）　は照射レーザエネルギー密度とレジストからの
発光量との関係を示したものである。

【図２】本発明の一実施例に係るレジスト除去装置の概
略構成を示す説明図である。

【図３】照射レーザ波長に対して弱い吸収を示す（吸収
率が小さい）レジスト材料に関するレジスト除去特性を
示すグラフである。

【図４】アブレーション現象によるレジスト除去の状態
を説明する概念図である。

【符号の説明】

１…レーザ光源 ２…可変絞り ３…ビームスプリッタ ４…シャッター ５…ミラー ６…対物レンズ６ ７…ウェハ ８…ステージコントローラ ９…ｘｙステージ １０…集光レンズ １１…照射光量計１１ １２…システムコントローラ １３…アライメント光学系１３ １４…マーク検出器 １５…レーザ光源制御系 １６…フィルター １７…支持基板 １８…レジスト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に被着されたレジストにエネル
   ギービームを選択的に照射することにより、前記レジス
   トの所望の部分を除去するレジスト除去方法において、
   前記基板上のレジストの種類ごとに照射エネルギー密度
   が調整されたエネルギービームを照射する際に、前記エ
   ネルギービームの照射エネルギー密度を、前記エネルギ
   ービームの照射によるレジスト表面からの発光量が前記
   レジストの種類に応じた所定の許容値以下となるように
   定めたことを特徴とするレジスト除去方法。
2. 【請求項２】　　基板上に被着されたレジストにエネル
   ギービームを選択的に照射することにより、前記レジス
   トの所望の部分を除去するレジスト除去方法において、
   前記基板上のレジストの種類ごとに照射エネルギー密度
   が調整されたエネルギービームを照射する際に、前記エ
   ネルギービームの照射エネルギー密度を、単位ビーム照
   射によりレジスト自体が除去される値よりも低い値とし
   、除去しようとする領域のレジスト表面を前記低エネル
   ギー密度のエネルギービームで連続的または断続的に照
   射することによってレジスト除去を行うことを特徴とす
   るレジスト除去方法。