JP2003017455A

JP2003017455A - 基材処理方法、基材処理装置及び電子デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2003017455A
Application number: JP2001203808A
Authority: JP
Inventors: Hironori Suzuki; 博則鈴木; Katsumi Suzuki; 克己鈴木; Toshiki Nakajima; 俊貴中島; Masafumi Muramatsu; 真文村松
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】レジスト材料に代表される有機物を、好適
に、残渣なく、より速やかに処理することが可能な基材
処理方法を提供する。【解決手段】半導体ウェハ１２に紫外線を照射する照
射部１４と、前記半導体ウェハ１２の表面に付着するレ
ジスト膜４０の除去をなす水槽１６を備える。このよう
に基材処理装置を構成し、紫外線を照射した半導体ウェ
ハ１２を水槽１６に浸漬させれば、温水によって半導体
ウェハ１２の表面に形成されたレジスト膜４０を、前記
半導体ウェハ１２の表面から除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基材処理方法、基
材処理装置及び電子デバイスの製造方法に係り、特に製
造工程で使用される有機物の除去を行うための基材処理
方法、基材処理装置及び電子デバイスの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電気製品、コンピューターを始めとする
様々な機器には、各種半導体装置、各種液晶表示装置な
どの電子デバイスが用いられている。このような電子デ
バイスを製造するためには、製造の途中で半導体ウェハ
ーや液晶パネル用基板上にレジスト層を設け、露光、現
像により所望のパターンを形成し、かかるレジスト層を
マスクとして、エッチングを行い、半導体ウェハーや液
晶パネル基板上に所望の形状を得るフォトリソグラフィ
ー工程が不可欠である。

【０００３】このレジスト層は、エッチングを行う際に
は必要なものであるが、エッチング終了後は不要、かつ
微量でも残存した場合、完成した半導体装置や液晶表示
装置の電気特性、表示特性、信頼性に多大な悪影響を及
ぼすことになる。従って、微量の残渣も無いように分解
除去する必要がある。

【０００４】このようなレジスト層を除去する方法とし
ては、１）レジスト層を有機溶媒を含む剥離液で処理し
て溶解除去する方法、２）レジスト層をアルカリ溶液で
処理して分解除去する方法、３）レジスト層を熱濃硫
酸、「熱濃硫酸＋過酸化水素水」等で処理して酸化分解
する方法、及び４）レジスト層をＯ₂プラズマで処理し
て灰化除去（アッシング）する方法、が知られている。

【０００５】しかし、上記１）〜３）の方法は、濃厚な
薬液を使用する必要があるため、危険性も高く、環境へ
の負荷も大きい。また、高価な剥離液を用いなければな
らない場合もある。さらに、薬液の種類によっては、レ
ジスト層を除去する際に薬液を加熱しなければならず、
設備コスト、エネルギーコストが膨大なものとなる。さ
らには、薬液の種類、処理条件によっては、半導体ウェ
ハー表面や液晶パネル基板表面に単分子層レベルの残渣
が発生する場合がある。

【０００６】一方、上記４）の方法では、レジスト層や
アッシング装置由来の粒子が、半導体ウェハー表面や液
晶パネル用基板表面に付着し、後工程に悪影響を与え
る。このため、レジスト層を除去後、半導体ウェハーや
液晶パネル用基板の洗浄を行う必要があり、工程数の増
加は避けられない。しかも、上記４）の方法は真空環境
下で行わなければならず、またプラズマ発生のための電
力も必要であり、このための設備コストおよび電力、エ
ネルギーコストは膨大なものとなる。さらには、上記
４）の方法を行なうと、半導体ウェハーの表面がプラズ
マダメージにより劣化する場合がある。

【０００７】上記のような問題点を克服するため、最
近、レジスト層を、オゾン含有水で処理することによ
り、分解除去する方法が学会等で発表された。さらに、
処理速度を上げるため、オゾンガス雰囲気下において温
純水スプレー処理を行うことにより、レジスト層を分解
除去する方法（特開平5-152203号公報）についても、特
許出願がなされている。

【０００８】これらオゾンを応用した有機物除去技術
は、（１）薬液をまったく使用しないか、使用したとし
ても極低濃度の薬液を使用するだけであり、また処理後
のオゾンの分解が容易であるため環境への負荷が極めて
小さく、（２）Ｏ２プラズマ処理に比較すると半導体ウ
ェハー表面や液晶パネル用基板表面に対してダメージが
小さいという優れた特徴を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、本
発明者の研究から、レジスト材料やこのレジスト材料の
上下に施されることがある有機反射防止膜(ARC)の種類
によっては、または半導体製造プロセス中で加えられる
ドライエッチングによるダメージやイオン打ち込みによ
るダメージによっては、単なるオゾン含有水による処
理、オゾンガスを含む気体雰囲気下での温純水スプレー
処理、オゾンガス及び水蒸気を含む雰囲気下での処理な
どでは、除去できないか、除去できたとしても十分な除
去速度が得られない場合があることがわかった。

【００１０】このような課題を解決するため、本発明者
は、有機物に紫外線照射を行いつつオゾン水処理を行う
ことにより、オゾン水のみでは分解が困難又は除去速度
の遅いレジスト材料や有機反射防止膜について、分解及
び除去速度が向上することを見出し、特許出願をしてい
る（特願2000-3941号）。この方法により多量の有機物
の速やかな分解が可能となったが、高濃度のイオン打ち
込みが行われたレジストなどについてはまだ除去が困難
であるという課題があった。また、除去が可能な有機物
についてもさらなる除去速度の増大が望まれるという課
題があった。

【００１１】本発明の目的は、これら課題を解決し、レ
ジスト材料に代表される有機物を、好適に、残渣なく、
より速やかに処理することが可能な基材処理方法、基材
処理装置及びこの基材処理方法を工程の一部として有す
る電子デバイスの製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
に示す発明によって達成される。（１）本発明の基材処理方法は、処理すべき基材に紫
外線を照射した後、前記基材を水中に投入し基材表面に
付着する有機物を分解及び除去することを特徴とする。
本発明の基材処理方法によると、紫外線を用いない場合
には分解除去できなかった有機物の除去が可能となる。
この理由は、紫外線により有機物が光分解され、より後
工程での処理が容易になったからと考えられる。特に１
Ｅ１５atoms/cm²の高濃度イオン打ち込みダメージによ
り表面に変質層ができたレジスト膜の場合では、紫外線
を照射することにより、前記変質層にひび割れが発生
し、剥離現象が発生する。このため紫外線照射後、資材
を水中に投入すれば、従来除去が困難であった変質層が
容易に除去できるとともに、当該変質層の下層に位置す
るノンダメージ層についても除去を容易に行うことがで
きる。

【００１３】（２）上記（１）の基材処理方法におい
ては、前記基材を水中に投入する際、前記液中でバブリ
ングを行うことが好ましい。有機物に気泡を当てること
により基材表面からの剥離を促進することが可能にな
る。

【００１４】（３）上記（２）の基材処理方法におい
て、前記バブリングは、沸騰により生じるようにしても
よい。沸騰によってバブリングを発生させれば、バブリ
ング発生用の設備を不要にすることができる。

【００１５】（４）上記（２）又は上記（３）の基材
処理方法において、バブリングは、減圧状態で行うよう
にしてもよい。減圧状態でバブリングを発生させれば、
気泡が拡大し、さらに基材表面からの剥離を促進するこ
とが可能になる。

【００１６】（５）上記（１）乃至（４）の基材処理
方法において、前記基材が半導体ウェハー又は液晶パネ
ル基板であってもよい。

【００１７】（６）上記（１）乃至（５）の基材処理
方法において、前記有機物がレジスト材料又は有機反射
防止膜であってもよい。したがって、本発明において
は、半導体基板や液晶パネル用基板におけるレジスト剥
離、有機反射防止膜の処理に効果がある。

【００１８】（７）本発明の基材処理装置は、上記
（１）に記載の基材処理方法を実施することのできる基
材処理装置であって、基材に紫外線を照射する手段と、
前記基材を投入可能とし前記基材表面に付着する有機物
の除去をなす水槽を備えたことを特徴とする。

【００１９】（８）本発明の電子デバイスの製造方法
は、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の基材処理
方法によって、基材表面に付着する有機物を除去する工
程を有することを特徴とする。このため、基材表面から
レジスト等をより完全に除去することができるので、製
造される電子デバイス（半導体装置や液晶装置）の信頼
性を高めることができる。また、基材表面からレジスト
等をより効率的に除去することができるので、電子デバ
イス（半導体装置や液晶装置）をより低コストで製造す
ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る基材処理方
法、基材処理装置及び電子デバイスの製造方法に好適な
具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図
１は、本実施の形態に係る基材処理方法を行うための実
験装置の説明図である。発明者は、種々の実験や検討を
行い、資材に紫外線を照射した後、有機物の除去に様々
な方法が適用できることを考案した。同図に示すように
実験装置１０は、基材となる半導体ウェハ１２に紫外線
をあてる照射部１４と、当該照射部１４の後段に設けら
れる水槽１６とで構成されている。

【００２１】照射部１４は、筐体１８を本体としてお
り、当該筐体１８内の天井側には、紫外線ランプ２０が
取り付けられているとともに、前記紫外線ランプ２０の
下方側には、昇降可能なステージ２２が設けられてい
る。このため当該ステージ２２に半導体ウェハ１２を登
載することで、紫外線ランプ２０に対する半導体ウェハ
１２の照射距離を調整することができる。なお紫外線ラ
ンプ２０は、その電力が６００Ｗ（ランプ電圧：１３０
Ｖ、ランプ電流：４．９Ａ）となっており、発する紫外
線のピーク波長は、２５４ｎｍおよび３６５ｎｍとなっ
ている。

【００２２】またステージ２２には、冷凍機（チラー）
２４からの冷却水が循環しており、当該冷凍機２４を稼
働させることで、紫外線ランプ２０により上昇した半導
体ウェハ１２の温度をあらかじめ設定した温度まで冷却
できるようになっている。

【００２３】一方、実験装置１０を構成する他方側の水
槽１６は、その底面にヒータ２６が設けられており、水
槽１６に溜められた水２８（３００ｃｃ）を設定した温
度まで加熱可能にしている。さらに前記水槽１６の底面
には図示しない電磁石が設けられており、当該電磁石を
稼働させることで、水槽１６内に置かれた攪拌部材３０
を前記水槽１６内で移動可能にしている。

【００２４】このように構成された実験装置１０を用い
て発明者は、紫外線照射後の半導体ウェハ１２を水槽１
６に浸漬させ、前記半導体ウェハ１２の表面に形成され
た有機物となるレジスト膜が除去し易くなる条件を見出
した。以下に実施例の詳細とその結果を示す。

【００２５】（実施例）本実施例は、レジスト膜４０に
紫外線を照射させた後、半導体ウェハ１２を温度の異な
る水槽１６に浸漬させ、温度差によるレジスト膜４０の
除去度合いを比較したものである。本実施例によれば、
実験対象となる半導体ウェハ１２の表面にまずノボラッ
ク系の（ポジ）レジスト膜４０を１μmの厚みで形成し
ておき、次いで前記レジスト膜４０の上方から、当該レ
ジスト膜４０の表面に向かってリン（Ｐ）を１Ｅ１５at
oms／ｃm²だけイオン注入する（打ち込みエネルギは、
３０ｋｅＶ）。このようにレジスト膜４０の表面に対し
イオン注入を行えば、レジスト膜４０の表面が変質層と
なり、当該レジスト膜４０は、変質層と、この変質層の
下層に位置するノンダメージ層との２層構造となる。

【００２６】このような工程を経た半導体ウェハ１２を
筐体１８の内部に入れ、ステージ２２に搭載する。そし
て半導体ウェハ１２をステージ２２に搭載した後は、当
該ステージ２２を昇降させ、半導体ウェハ１２と紫外線
ランプ２０との間を２２２ｍｍに設定するとともに、半
導体ウェハ１２に照射される紫外線ランプ２０の照度を
３３．６ｍＷ／ｃｍ²に設定する。そしてこれら条件を
定めた後、半導体ウェハ１２の表面に紫外線照射を２分
間行う。なお紫外線照射時の半導体ウェハ１２の温度
は、冷凍機２４を稼働させ６０℃になるよう設定する。
そして照射部１４において紫外線照射を行い、その後５
分間放置した後、前記半導体ウェハ１２を水槽１６に３
分間浸漬する。

【００２７】図２は、半導体ウェハに紫外線照射を行っ
た後、温度の異なる水槽に半導体ウェハを浸漬させレジ
スト膜の除去度合いを比較した結果を示す表と、各条件
における半導体ウェハの表面状態を示す拡大図である。

【００２８】同図に示すように、水槽１６中の水２８
を、６０℃、９０℃、１００℃の３段階に区切り、同一
条件で紫外線が照射された半導体ウェハ１２を浸漬させ
た。なお同図（１）における最右側の欄は、剥離の状態
を数字で示したものであり、１が最良の状態であり、次
いで２、３の順で示される。

【００２９】同図（２）は、水槽１６によってレジスト
膜４０の除去がなされた半導体ウェハ１２の状態を拡大
観察したものであるが、Ｎｏ４のサンプルがレジスト膜
４０が除去された面積が最も広いものとなっている。そ
して剥離状態はＮｏ４に続きＮｏ１、Ｎｏ２、Ｎｏ３の
順となっている。なお同図（２）において、ハッチング
の無い範囲は、半導体ウェハの表面が露出している部分
を示し、斜めハッチングの範囲は、ノンダメージ層の表
面が露出している部分を示し、縦ハッチングの範囲は、
変質層の表面が露出している部分を示している。

【００３０】上記の結果より、水温が低いほうがレジス
ト膜４０の剥離性が高いことが確認された。しかし９０
℃の温度であってもＮｏ４のサンプルに示すように、攪
拌部材３０を用いず、沸騰時に生じる気泡を細かくしな
ければ（攪拌部材３０を用いると気泡が細かくなる）、
剥離状態は良好となるが、これはバブリングの力が半導
体ウェハ１２の表面に大きく加わるためだと考えられ
る。このため水温を低く設定するとともに、水槽１６に
積極的に空気を送り出し、バブリングの効果を高めた
り、本水槽１６を減圧環境下におけば、更なる剥離効果
を得ることが可能になる。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、処理
すべき基材に紫外線を照射した後、前記基材を水中に投
入し基材表面に付着する有機物を除去するようにしたこ
とから、レジスト材料に代表される有機物を、好適に、
残渣なく、より速やかに、分解、除去することが可能と
なる。

【００３２】また、本発明により、半導体装置や液晶表
示装置などの電子デバイスを製造する場合、半導体ウェ
ハーや液晶パネル用基板などの表面性状を劣化させず
に、レジスト材料、有機汚染を好適に除去することがで
きる。そして、本発明の最も優れている点は、環境問題
の解決に貢献しつつ、以上述べたような利点を享受でき
ることにある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る基材処理方法を行うための
実験装置の説明図である。

【図２】半導体ウェハに紫外線照射を行った後、温度の
異なる水槽に半導体ウェハを浸漬させレジスト膜の除去
度合いを比較した結果を示す表と、各条件における半導
体ウェハの表面状態を示す拡大図である。

【符号の説明】

１０………実験装置、１２………半導体ウェハ、１４…
……照射部、１６………水槽、１８………筐体、２０…
……紫外線ランプ、２２………ステージ、２４………冷
凍機、２６………ヒータ、２８………水、３０………攪
拌部材、４０………レジスト膜

フロントページの続き (72)発明者中島俊貴長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者村松真文長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2H096 AA25 CA06 LA01 LA02 5F043 CC16 DD30 EE06 5F046 MA03 MA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理すべき基材に紫外線を照射した後、
前記基材を水中に投入し基材表面に付着する有機物を除
去することを特徴とする基材処理方法。
【請求項２】前記基材を水中に投入する際、前記水中
でバブリングを行うことを特徴とする請求項１に記載の
基材処理方法。
【請求項３】前記バブリングは、沸騰により生じるこ
とを特徴とする請求項２に記載の基材処理方法。
【請求項４】バブリングは、減圧状態で行われること
を特徴とする請求項２または３に記載の基材処理方法。
【請求項５】請求項１乃至4のいずれかに記載の基材
処理方法において、前記基材が半導体ウェハー又は液晶
パネル基板であることを特徴とする基材処理方法。
【請求項6】請求項１乃至5のいずれかに記載の基材処
理方法において、前記有機物がレジスト材料又は有機反
射防止膜からなることを特徴とする基材処理方法。
【請求項7】請求項１に記載の基材処理方法を実施す
ることのできる基材処理装置であって、基材に紫外線を
照射する手段と、前記基材を投入可能とし前記基材表面
に付着する有機物の除去をなす水槽を備えたことを特徴
とする基材処理装置。
【請求項８】請求項１乃至６のいずれかに記載の基材
処理方法によって、基材表面に付着する有機物を除去す
る工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方
法。