JP2003243349A - 基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中間リンス工程を省略可能とすることによ
り、スループットの向上と中間リンス液や排液処理コス
トの低減とが可能な基板処理方法を提供することを目的
とする。 【解決手段】 最初に、スピンチャックにより基板を低
速回転させる。この状態において、除去液供給機構によ
り基板Ｗの表面に除去液を供給し、基板上の反応生成物
を除去する。次に、除去液の供給を停止し、この直後に
純水供給機構による純水の供給を開始する。純水による
基板Ｗの洗浄が終了すれば、純水の供給を停止する。そ
して、スピンチャックにより基板を高速回転させ、基板
上に残存する純水を振り切り乾燥する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基板から有機物
を除去する基板処理方法に関する。

【０００２】特に、基板から有機物である反応生成物を
除去する基板処理方法に関し、より詳しくはレジスト膜
をマスクとしたドライエッチングによりその表面に形成
された薄膜をパターン化した基板に対し、当該基板の表
面に生成された反応生成物を除去液により除去する基板
処理方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】半導体素子の製造工程においては、半導
体ウエハ等の基板の表面に形成されたアルミニュウムや
銅などの金属の薄膜を、レジスト膜をマスクとしてエッ
チングすることによりパターン化するエッチング工程が
実行される。そして、このエッチング工程において、微
細な回路パターンを形成する場合には、ＲＩＥ（Ｒｅａ
ｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ／反応性イオンエ
ッチング）等の、ドライエッチングが採用される。

【０００４】このようなドライエッチングで使用される
反応性イオンのパワーは極めて強いことから、金属膜の
エッチングが完了する時点においてはレジスト膜も一定
の割合で消滅し、その一部がポリマー等の反応生成物に
変質して金属膜の側壁に堆積する。この反応生成物は後
続するレジスト除去工程では除去されないことから、レ
ジスト除去工程の後に、この反応生成物を除去する必要
がある。

【０００５】このため、従来、ドライエッチング工程の
後には、反応生成物を除去する作用を有する、有機アル
カリ成分を含んだ除去液を基板に対して供給することに
より、金属膜の側壁に堆積した反応生成物を除去する反
応生成物の除去処理を行っている。

【０００６】この反応生成物の除去処理は、基板に対し
て反応生成物を除去するための除去液を供給することに
より実行される。そして、除去液により反応生成物を除
去した後の基板は、純水により洗浄される。

【０００７】以上のような「レジストが変質した反応生
成物」は有機物であるが、その他の有機物を基板から除
去するために有機アルカリ成分を含んだ除去液を基板に
供給する工程もある。

【０００８】ところで、前記のような有機アルカリ成分
を含んだ除去液と純水とが混合すると、純水の混合量が
一定の割合となった状態で強アルカリが生成され、金属
配線等に損傷を与える「ペーハーショック」と呼称され
る現象が発生することが知られている。このため、反応
生成物をはじめとする有機物の除去処理時には、除去液
と純水とが直接混合しないように、除去液を洗い流す作
用がある有機溶剤等の中間リンス液を使用して基板上か
ら一旦除去液を除去し、しかる後に基板に純水を供給し
て純水洗浄を行うようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、反応
生成物をはじめとする有機物の除去工程と純水洗浄工程
との間に中間リンス液を供給工程を追加した場合には、
中間リンス工程に時間がかかり、スループットが低下す
る。また、中間リンス液を使用した場合には、中間リン
ス液自体のコストのみならず排液の処理コストも増大す
る。

【００１０】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたものであり、中間リンス工程を省略可能とすること
によりスループットの向上と中間リンス液や排液処理コ
ストの低減とが可能な基板処理方法を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明は
有機物を除去する除去液を基板に供給して該基板から有
機物を除去する基板処理方法であって、基板の表面に有
機アルカリ成分を含む除去液を供給する除去液供給工程
と、基板をその主面と平行な平面内で回転させながら基
板の表面に純水を供給する純水供給工程と、基板をその
主面と平行な面内において高速回転させることにより、
基板に付着した純水を振り切る純水振り切り工程と、を
備えることを特徴とする基板処理方法である。

【００１２】請求項２に記載の発明は基板への除去液の
供給を停止した直後に純水の供給を開始する請求項１に
記載の基板処理方法である。

【００１３】請求項３に記載の発明は基板への除去液の
供給を停止する前に純水の供給を開始する請求項１に記
載の基板処理方法である。

【００１４】請求項４に記載の発明は前記純水供給工程
では前記基板の裏面に対しても純水を供給することによ
り前記基板の洗浄を行なうことを特徴とする請求項１な
いし請求項３記載の基板処理方法である。

【００１５】請求項５に記載の発明は前記純水供給工程
での基板の回転数は５００〜１０００ｒｐｍ、前記純水
振切り工程での基板の回転数は３０００〜４０００ｒｐ
ｍでそれぞれ行なわれることを特徴とする請求項１ない
し請求項４に記載の基板処理方法である。

【００１６】請求項６に記載の発明は前記有機物はレジ
スト膜が変質した反応生成物であることを特徴とする請
求項１ないし請求項５に記載の基板処理方法である。

【００１７】請求項７に記載の発明は前記反応生成物は
レジスト膜をマスクとしたドライエッチングにより生成
された反応生成物であることを特徴とする請求項６に記
載の基板処理方法である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明を適用する基板処
理装置の構成について説明する。なお、この基板処理装
置は、一例としてその表面に薄膜が形成された基板とし
てのシリコン製半導体ウエハの表面から、ドライエッチ
ングによって生じた反応生成物としてのポリマーを除去
する処理を行なう。

【００１９】ここで、上記薄膜は、例えば、銅やアルミ
ニウム、チタン、タングステンなどの金属膜、これら金
属の混合物からなる金属膜、またはシリコン酸化膜やシ
リコン窒化膜などの絶縁膜から構成される。

【００２０】また、この基板処理装置で使用する除去液
としては、ＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）、ＤＭＳＯ
（ジメチルスルホキシド）、ヒドロキシルアミンなどの
有機アルカリ液を含む液体を使用することができる。ま
た、その他の除去液として、１−メチル−２ピロリド
ン、テトラヒドロチオフェン１．１−ジオキシド、イソ
プロパノールアミン、モノエタノールアミン、２−（２
アミノエトキシ）エタノール、カテコール、Ｎ−メチル
ピロリドン、アロマテイックジオール、パーフレン、フ
ェノールを含む液体などがあり、より具体的には、１−
メチル−２ピロリドンとテトラヒドロチオフェン１．１
−ジオキシドとイソプロパノールアミンとの混合液、ジ
メチルスルホシキドとモノエタノールアミンとの混合
液、２−（２アミノエトキシ）エタノールとヒドロキシ
アミンとカテコールとの混合液、２−（２アミノエトキ
シ）エタノールとＮ−メチルピロリドンとの混合液、モ
ノエタノールアミンと水とアロマテイックジオールとの
混合液、パーフレンとフェノールとの混合液等を使用す
るようにしてもよい。

【００２１】また、記除去液としては有機アミンを含む
液体（有機アミン系除去液という。）が含まれ、具体的
にはモノエタノールアミンと水とアロマティックトリオ
ールとの混合溶液、２−（２−アミノエトキシ）エタノ
ールとヒドロキシアミンとカテコールとの混合溶液、ア
ルカノールアミンと水とジアルキルスルホキシドとヒド
ロキシアミンとアミン系防食剤の混合溶液、アルカノー
ルアミンとグライコールエーテルと水との混合溶液、ジ
メチルスルホキシドとヒドロキシアミンとトリエチレン
テトラミンとピロカテコールと水の混合溶液、水とヒド
ロキシアミンとピロガロールとの混合溶液、２−アミノ
エタノールとエーテル類と糖アルコール類との混合溶
液、２−（２−アミノエトキシ）エタノールとＮとＮ−
ジメチルアセトアセトアミドと水とトリエタノールアミ
ンとの混合溶液がある。

【００２２】また、フッ化アンモン系物質を含む液体
（フッ化アンモン系除去液という。）であっても、種々
の有機アルカリ成分が添加される場合もあり、有機アル
カリ成分が添加された場合は前記除去液に含まれる。

【００２３】図１はこの発明を適用する基板処理装置の
側面概要図であり、図２はその平面概要図である。

【００２４】この基板処理装置は、基板Ｗを回転可能に
保持するスピンチャック２と、スピンチャック２に保持
された基板Ｗの表面に向けて除去液を供給する除去液供
給機構４と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表
面に向けて純水を供給する純水供給機構６とを備える。

【００２５】スピンチャック２は、その上面に基板Ｗを
吸着保持した状態で、モータ２１の駆動により鉛直方向
を向く支軸２２を中心に回転する。このため、基板Ｗ
は、スピンチャック２と共に、その主面と平行な面内に
おいて回転する。

【００２６】このスピンチャック２は基板Ｗの裏面のみ
と接触して基板Ｗを保持している。

【００２７】このスピンチャック２の外周部には、飛散
防止用カップ２３が配設されている。飛散防止用カップ
２３は、断面が略コの字状で、平面視では中央部分に開
口を有する略リング状の形状を有する。そして、この飛
散防止用カップ２３の底面には、図示しないドレインと
連結する開口部２４が形成されている。また、この飛散
防止用カップ２３における基板Ｗの裏面と対向する位置
には、基板Ｗの裏面に対して純水を供給することにより
基板Ｗの裏面を洗浄するための裏面洗浄ノズル２５が配
設されている。

【００２８】除去液供給機構４は、基板Ｗに向けて除去
液を吐出するための除去液吐出ノズル４１を備える。こ
の除去液吐出ノズル４１は、ノズル移動機構４２の駆動
により鉛直方向を向く軸４３を中心として揺動するアー
ム４４の先端に配設されている。このため、除去液吐出
ノズル４１は、スピンチャック２に保持されて回転する
基板Ｗの回転中心Ｃ（図２参照）に向けて除去液を吐出
可能な位置と、この基板Ｗの端縁より外側に退避した位
置との間を往復移動可能となっている。また、除去液吐
出ノズル４１は、チューブ４５を介して除去液の供給部
と接続されている。

【００２９】純水供給機構６は、基板Ｗに向けて純水を
吐出するための純水吐出ノズル６１を備える。この純水
吐出ノズル６１は、ノズル移動機構６２の駆動により鉛
直方向を向く軸６３を中心として揺動するアーム６４の
先端に配設されている。このため、純水吐出ノズル６１
は、スピンチャック２に保持されて回転する基板Ｗの回
転中心Ｃに向けて純水を吐出可能な位置と、この基板Ｗ
の端縁より外側に退避した位置との間を往復移動可能と
なっている。また、純水吐出ノズル６１は、チューブ６
５を介して純水の供給部と接続されている。

【００３０】次に上述した基板処理装置を使用して基板
Ｗから反応生成物を除去する、この発明の第１実施形態
に係る基板処理方法について説明する。図３は、この発
明の第１実施形態に係る基板処理方法を実行する場合の
基板Ｗの処理動作を示すフローチャートである。

【００３１】処理を開始する際には、スピンチャック２
により基板Ｗを、例えば、５００〜１０００ｒｐｍ程度
の比較的低い速度で回転させる（ステップＳ１１）。

【００３２】この状態において、除去液供給機構４によ
り基板Ｗの表面に除去液を供給する（ステップＳ１
２）。このとき、除去液供給ノズル４１は、図２におい
て破線で示すように、基板Ｗの回転中心を通る円弧状の
領域を往復移動することにより、スピンチャック２によ
り回転する基板Ｗの全域に除去液を供給する。この除去
液供給工程により、基板Ｗの表面に生成された反応生成
物が除去される。

【００３３】次に、除去液の供給を停止し（ステップＳ
１３）、この直後に純水供給機構６による純水の供給を
開始する（ステップＳ１４）。このとき、純水供給ノズ
ル６１は、図２において破線で示すように、基板Ｗの回
転中心を通る円弧状の領域を往復移動することにより、
スピンチャック２により回転する基板Ｗの全域に純水を
供給する。また、裏面洗浄ノズル２５から基板Ｗの裏面
に対して純水を供給する。この純水供給工程により、先
の除去液供給工程で供給された除去液が基板Ｗから除去
され、基板Ｗは純水により洗浄される。

【００３４】このとき、この純水供給工程においては、
基板Ｗを回転させながら純水を供給していることから、
除去液が迅速に純水に置換される。このため、基板Ｗ上
の純水の濃度が強アルカリが生成される濃度となる状態
は瞬時に終了することから、金属配線に損傷を与える
「ペーハーショック」と呼称される現象はほとんど発生
しない。

【００３５】純水による基板Ｗの洗浄が終了すれば、純
水の供給を停止する（ステップＳ１５）。そして、スピ
ンチャック２により基板Ｗを、例えば、３０００〜４０
００ｒｐｍ程度の速度で高速回転させ（ステップＳ１
６）、基板Ｗ上に残存する純水を振り切り乾燥する。基
板Ｗの振り切り乾燥が終了すれば、基板Ｗの回転を停止
し（ステップＳ１７）、処理を終了する。

【００３６】次に、この発明の第２実施形態に係る基板
処理方法について説明する。図４は、この発明の第２実
施形態に係る基板処理方法を実行する場合の基板Ｗの処
理動作を示すフローチャートである。

【００３７】上述した第１実施形態に係る基板処理方法
においては、基板Ｗへの除去液の供給を停止した直後に
純水の供給を開始している。これに対し、第２実施形態
に係る基板処理方法においては、基板Ｗへの除去液の供
給を停止する前に純水の供給を開始している。

【００３８】この第２実施形態に係る基板処理方法にお
いても、処理を開始する際には、スピンチャック２によ
り基板Ｗを、例えば、５００〜１０００ｒｐｍ程度の比
較的低い速度で回転させる（ステップＳ２１）。

【００３９】この状態において、除去液供給機構４によ
り基板Ｗの表面に除去液を供給する（ステップＳ２
２）。この除去液供給工程により、基板Ｗの表面に生成
された反応生成物が除去される。

【００４０】次に、純水供給機構６による純水の供給を
開始し（ステップＳ２３）、しかる後、除去液の供給を
停止する（ステップＳ２４）。この純水供給工程によ
り、先の除去液供給工程で供給された除去液が基板Ｗか
ら除去され、基板Ｗは純水により洗浄される。

【００４１】このとき、第１実施形態の場合と同様、こ
の純水供給工程においては、基板Ｗを回転させながら純
水を供給していることから、除去液が迅速に純水に置換
される。このため、基板Ｗ上の純水の濃度が強アルカリ
が生成される濃度となる状態は寸時に終了することか
ら、金属配線に損傷を与える「ペーハーショック」と呼
称される現象はほとんど発生しない。

【００４２】純水による基板Ｗの洗浄が終了すれば、純
水の供給を停止する（ステップＳ２５）。そして、スピ
ンチャック２により基板Ｗを、例えば、３０００〜４０
００ｒｐｍ程度の速度で高速回転させ（ステップＳ２
６）、基板Ｗ上に残存する純水を振り切り乾燥する。基
板Ｗの振り切り乾燥が終了すれば、基板Ｗの回転を停止
し（ステップＳ２７）、処理を終了する。

【００４３】なお、上述した実施形態においては、純水
供給工程のみならず除去液供給工程においても、スピン
チャック２により基板Ｗを回転させているが、基板Ｗは
純水供給工程および純水振り切り工程においてのみ回転
させ、除去液供給工程においては基板Ｗを回転させない
状態で除去液を供給するようにしてもよい。

【００４４】以上、上記実施形態では、スピンチャック
２は基板Ｗの裏面のみと接触して基板Ｗを保持している
ため、基板Ｗの表面全体、特に基板Ｗの表面の周辺部分
にもまんべんなく液体が供給されるので処理における基
板Ｗの面内均一性が確保できる。

【００４５】また、同じくスピンチャック２は基板Ｗの
裏面のみと接触して基板Ｗを保持しているため、基板Ｗ
の周部分に接触するものは何も無い。よって、基板Ｗか
ら液体を振り切るとき、液が基板Ｗから円滑に排出され
る。

【００４６】なお、上記実施形態ではドライエッチング
工程を経た基板に対して、ドライエッチング時に生成さ
れた反応生成物であるポリマーを除去する処理を開示し
たが、本発明は基板からドライエッチング時に生成され
た反応生成物を除去することに限定されるものではな
い。

【００４７】例えば、本発明はプラズマアッシングの際
に生成された反応生成物を基板から除去する場合も含
む。

【００４８】また、例えば、不純物拡散処理を行った場
合、薄膜上のレジスト膜が一部、もしくは全部変質し反
応生成物となる。このような反応生成物を除去する場合
も含む。

【００４９】よって、本発明は、必ずしもドライエッチ
ングとは限らない各種処理において、レジストに起因し
て生成された反応生成物を基板から除去する場合も含
む。

【００５０】また、本発明ではレジストに由来する反応
生成物を基板から除去することに限らず、レジストその
ものを基板から除去する場合も含む。

【００５１】例えば、基板にレジストが塗布されてレジ
スト膜が形成され、該レジスト膜に模様（配線パターン
等）が露光され、露光済みのレジスト膜に現像処理が施
され、さらに、現像されたレジスト膜が形成するパター
ンをマスクとして利用し、レジストよりも下方に存在す
る薄膜（下層という。）に対して下層処理が施された場
合、下層処理の終了によって不要になったレジストを除
去する場合も含まれる。

【００５２】より具体的に言うと、レジスト膜が現像さ
れた後、下層に対して例えばエッチング処理を行った場
合が含まれる。このときのエッチング処理が、基板にエ
ッチング液を供給して行うウエットエッチングである
か、ＲＩＥなどのドライエッチングであるかを問わず、
エッチング処理後はレジスト膜は不要になるのでこれを
除去する必要がある。このようなエッチング処理後のレ
ジスト除去処理も含まれる。

【００５３】また、レジストそのものを基板から除去す
るその他の形態としては、レジスト膜が現像された後、
下層に対して不純物拡散処理を行った場合がある。不純
物拡散処理後はレジスト膜は不要になるのでこれを除去
する必要があるが、このときのレジスト除去処理も含ま
れる。

【００５４】なお、これらの場合、レジスト膜が変質し
て生じた反応生成物が存在すれば、不要になったレジス
ト膜を除去するのと同時に、反応生成物も同時に除去で
きるので、スループットが向上するとともに、コストを
削減できる。

【００５５】例えば、前記下層に対するエッチング処理
において、ドライエッチングを施した場合はレジストに
由来する反応生成物も生成される。よって、ドライエッ
チング時に下層をマスクすることに供されたレジスト膜
そのもの、および、レジスト膜が変質して生じた反応生
成物も同時に除去できる。

【００５６】また、前記下層に対して不純物拡散処理
（イオンインプランテーションなど。）を行った場合に
もレジストに由来する反応生成物が生成される。よっ
て、不純物拡散処理時に下層をマスクすることに供され
たレジスト膜そのもの、および、レジスト膜が変質して
生じた反応生成物も同時に除去できる。

【００５７】また、本発明はレジストに由来する反応生
成物やレジストそのものを基板から除去することに限ら
ず、レジストに由来しない有機物、例えば人体から発塵
した微細な汚染物質などを基板から除去することも含
む。

【００５８】

【発明の効果】請求項１乃至請求項７に記載の発明によ
れば、除去液が供給された後の基板を回転させながらそ
の表面に純水を供給することにより、中間リンスを省略
した場合においても、ペーハーショックの発生を防止す
ることが可能となる。このため、スループットの向上と
中間リンス液や排液処理コストの低減とを実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を適用する基板処理装置の側面概要図
である。

【図２】この発明を適用する基板処理装置の平面概要図
である。

【図３】この発明の第１実施形態に係る基板処理方法を
実行する場合の基板Ｗの処理動作を示すフローチャート
である。

【図４】この発明の第２実施形態に係る基板処理方法を
実行する場合の基板Ｗの処理動作を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

２ スピンチャック ４ 除去液供給機構 ６ 純水供給機構 ２１ モータ ２３ 飛散防止用カップ ４１ 除去液吐出ノズル ４２ ノズル移動機構 ４４ アーム ４５ チューブ ６１ 純水吐出ノズル ６２ ノズル移動機構 ６４ アーム ６５ チューブ Ｃ 回転中心 Ｗ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 洋昭 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内 (72)発明者 今井 正芳 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内 (72)発明者 佐野 精二 愛知県春日井市高蔵寺町二丁目1844番２ 富士通ヴィエルエスアイ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H096 AA25 HA23 LA02 LA03 5F046 MA18

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機物を除去する除去液を基板に供給し
   て該基板から有機物を除去する基板処理方法であって、 基板の表面に有機アルカリ成分を含む除去液を供給する
   除去液供給工程と、 基板をその主面と平行な平面内で回転させながら基板の
   表面に純水を供給する純水供給工程と、 基板をその主面と平行な面内において高速回転させるこ
   とにより、基板に付着した純水を振り切る純水振り切り
   工程と、 を備えることを特徴とする基板処理方法。
2. 【請求項２】 基板への除去液の供給を停止した直後に
   純水の供給を開始する請求項１に記載の基板処理方法。
3. 【請求項３】 基板への除去液の供給を停止する前に純
   水の供給を開始する請求項１に記載の基板処理方法。
4. 【請求項４】 前記純水供給工程では前記基板の裏面に
   対しても純水を供給することにより前記基板の洗浄を行
   なうことを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の基
   板処理方法。
5. 【請求項５】 前記純水供給工程での基板の回転数は５
   ００〜１０００ｒｐｍ、前記純水振切り工程での基板の
   回転数は３０００〜４０００ｒｐｍでそれぞれ行なわれ
   ることを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の基
   板処理方法。
6. 【請求項６】 前記有機物はレジスト膜が変質した反応
   生成物であることを特徴とする請求項１ないし請求項５
   に記載の基板処理方法。
7. 【請求項７】 前記反応生成物はレジスト膜をマスクと
   したドライエッチングにより生成された反応生成物であ
   ることを特徴とする請求項６に記載の基板処理方法。