JP2006344848A - レジスト剥離方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＳＰと呼ばれる半導体装置において、柱状電極を形成するためのメッキレジスト膜を剥離した際に発生するレジスト残渣を大幅に低減し、且つ、コストを低減する。
【解決手段】 ネガ型のドライフィルムレジストからなる柱状電極９形成用のメッキレジスト膜２１の剥離に際し、まず、少なくとも有機アミンを含む第１のレジスト剥離液を用いて、メッキレジスト膜２１の８０〜９９％を膨潤させて剥離し、次いで、少なくともジメチルスルホキシドを含む第２のレジスト剥離液を用いて、残りのレジストを溶解させて剥離する。これにより、レジスト残渣を大幅に低減することができる。また、第２のレジスト剥離液によって溶解すべきレジスト量を大幅に低減することができるので、第２のレジスト剥離液のレジスト溶解能力が劣化しにくいようにすることができ、第２のレジスト剥離液の寿命を延ばすことができ、コストを低減することができる。
【選択図】図３

Description

この発明はレジスト剥離方法およびその装置に関する。

例えば、従来の半導体装置には、ＣＳＰ(chip size package)と呼ばれるもので、半導体基板上に形成された配線の接続パッド部上に柱状電極を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、柱状電極は比較的高いため、その形成方法としては、精度が高く、透光率の高いネガ型のドライフィルムレジストを用い、下地金属層および配線が形成された半導体基板上に、このネガ型のドライフィルムレジストを密着させ、フォトリソグラフィ技術により柱状電極形成領域に配線の接続パッド部に達する開口部を有するメッキレジスト膜を形成し、このメッキレジスト膜をマスクとして電解メッキを行なって、メッキレジスト膜の開口部内に柱状電極を形成し、この後、メッキレジスト膜をレジスト剥離液を用いて剥離する方法が用いられている。

ところで、ネガ型のドライフィルムレジストとしては、少なくともアクリル樹脂を含み、その主成分がアクリル樹脂、アクリルエステルからなるものがある。レジスト剥離液としては、第１に、少なくとも有機アミンを含み、その主成分がモノエタノールアミン、水からなるものがあり（例えば、特許文献２参照）、第２に、少なくとも水溶性有機溶剤（ジメチルスルホキシド）を含み、その主成分がジメチルスルホキシド、水酸化テトラメチルアンモニウム、水からなるものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−１９５８９０号公報 特開２００５−４３８７４号公報 特開２００５−３１６８２号公報

しかしながら、第１のレジスト剥離液を用いてネガ型のドライフィルムレジストからなるメッキレジスト膜を剥離する場合には、メッキレジスト膜が膨潤して剥離されていくため、柱状電極の高さが高くなったり配線間の間隔が狭くなったりすると、柱状電極の根元部外周面、その下の配線の接続パッド部表面、配線の側面にレジスト残渣が発生することが判明した。このレジスト残渣は、下地金属層のエッチングの際、マスクとなってエッチング不良を引き起こし、配線間の短絡の原因となってしまう。

一方、第２のレジスト剥離液を用いてネガ型のドライフィルムレジストからなるメッキレジスト膜を剥離する場合には、メッキレジスト膜が溶解して剥離されていくため、レジスト残渣が発生しにくいが、第２のレジスト剥離液のレジスト溶解能力が比較的早期に劣化し、新品と交換する頻度が多くなり、ひいてはコスト高となってしまう。

そこで、この発明は、ネガ型のドライフィルムレジストからなるレジスト膜を剥離した際に発生するレジスト残渣を大幅に低減することができ、且つ、コストを低減することができるレジスト剥離方法およびその装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、ネガ型のドライフィルムレジストからなるレジスト膜の大部分を第１のレジスト剥離液を用いて剥離し、残りのレジストを第２のレジスト剥離液を用いて溶解させて剥離することを特徴とするものである。

この発明によれば、ネガ型のドライフィルムレジストからなるレジスト膜の大部分を第１のレジスト剥離液を用いて剥離し、残りのレジストを第２のレジスト剥離液を用いて溶解させて剥離することにより、ネガ型のドライフィルムレジストからなるレジスト膜を剥離した際に発生するレジスト残渣を大幅に低減することができ、且つ、コストを低減することができる。

図１はこの発明のレジスト剥離方法を含む製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図を示す。この半導体装置はシリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面には所定の機能の集積回路（図示せず）が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド２が集積回路に接続されて設けられている。

接続パッド２の中央部を除くシリコン基板１の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜３が設けられ、接続パッド２の中央部は絶縁膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。絶縁膜３の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜５が設けられている。絶縁膜３の開口部４に対応する部分における保護膜５には開口部６が設けられている。

保護膜５の上面には銅等からなる下地金属層７が設けられている。下地金属層７の上面全体には銅からなる配線８が設けられている。下地金属層７を含む配線８の一端部は、保護膜５および絶縁膜３の開口部６、４を介して接続パッド２に接続されている。配線８の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極９が設けられている。

配線８を含む保護膜５の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１０がその上面が柱状電極９の上面と面一となるように設けられている。柱状電極９の上面には半田ボール１１が設けられている。複数の半田ボール１１は封止膜１０上にマトリクス状に配置されている。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板（半導体基板）１の上面にアルミニウム系金属等からなる接続パッド２が設けられ、その上面の接続パッド２の中央部を除く領域に酸化シリコン等からなる絶縁膜３およびポリイミド系樹脂等からなる保護膜５が設けられ、絶縁膜３および保護膜５に設けられた開口部４、６を介して露出された接続パッド２の上面を含む保護膜５の上面全体に銅等からなる下地金属層７が設けられ、下地金属層７の上面の所定の箇所に銅からなる配線８が設けられたものを用意する。

次に、図３に示すように、配線８を含む下地金属層７の上面にネガ型のドライフィルムレジストを密着させ、フォトリソグラフィ技術を用いてメッキレジスト膜２１をパターン形成する。この場合、配線８の接続パッド部に対応する領域におけるメッキレジスト膜２１には開口部２２が形成されている。次に、下地金属層７をメッキ電流路として銅の電解メッキを行うことにより、メッキレジスト膜２１の開口部２２内の配線８の接続パッド部上面に柱状電極９を形成する。

次に、第１のレジスト剥離液を用いたディップ法（あるいはシャワー法等）により、メッキレジスト膜２１を剥離する。ここで、ネガ型のドライフィルムレジストからなるメッキレジスト膜２１は、少なくともアクリル樹脂を含み、その主成分がアクリル樹脂、アクリルエステルからなるものである。第１のレジスト剥離液は、少なくとも有機アミンを含み、その主成分がモノエタノールアミン、水からなるものである。

そして、第１の剥離槽（図示せず）内に収容されている第１のレジスト剥離液中に図３に示すものを垂直にした状態で浸漬して上下方向に揺動させる。この場合、第１のレジスト剥離液の処理温度は４０〜６０℃とし、処理時間は１５〜６０分とし、処理枚数はバッチ処理で１回５〜２５枚とした。すると、メッキレジスト膜２１の８０〜９９％が膨潤して剥離され、例えば図４に示すように、柱状電極９の根元部外周面およびその周囲における配線８の接続パッド部上面（および場合により配線８の側面）にレジスト残渣２３が発生した。

次に、第２のレジスト剥離液を用いたディップ法（あるいはシャワー法等）により、レジスト残渣２３を剥離する。ここで、第２のレジスト剥離液は、少なくとも水溶性有機溶剤（ジメチルスルホキシド）を含み、その主成分がジメチルスルホキシド、水酸化テトラメチルアンモニウム、水からなるものがある。

そして、第２の剥離槽（図示せず）内に収容されている第２のレジスト剥離液中に図４に示すものを垂直にした状態で浸漬して上下方向に揺動させる。この場合、第２のレジスト剥離液の処理温度は４０〜１２０℃とし、処理時間は１５〜６０分とし、処理枚数はバッチ処理で１回５〜２５枚とした。すると、レジスト残渣２３が溶解して剥離される。

この結果、柱状電極９の根元部外周面、その下の配線８の接続パッド部表面および配線８の側面にレジスト残渣が残りにくいようにすることができる。したがって、ネガ型のドライフィルムレジストからなるメッキレジスト膜２１を剥離した際に発生するレジスト残渣２３を大幅に低減することができる。次に、水洗処理および乾燥処理を行なう。

次に、配線８をマスクとして下地金属層７の不要な部分をエッチングして除去すると、図５に示すように、配線８下にのみ下地金属層７が残存される。この場合、上述の如く、メッキレジスト膜２７を剥離した際に発生するレジスト残渣２３が大幅に低減しているので、下地金属層７をエッチングする際にエッチング不良を引き起こすことがなく、したがって、配線８間に短絡が発生しないようにすることができる。

次に、図６に示すように、スクリーン印刷法やスピンコート法等により、柱状電極９および配線８を含む保護膜５の上面にエポキシ系樹脂等からなる封止膜１０をその厚さが柱状電極９の高さよりもやや厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極９の上面は封止膜１０によって覆われている。

次に、封止膜１０および柱状電極９の上面側を適宜に研磨し、図７に示すように、柱状電極９の上面を露出させ、且つ、この露出された柱状電極９の上面を含む封止膜１０の上面を平坦化する。次に、図８に示すように、柱状電極９の上面に半田ボール１１を形成する。次に、図９に示すように、ダイシング工程を経ると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。

ところで、この半導体装置の製造方法では、上述の如く、第１のレジスト剥離液を用いたディップ法より、メッキレジスト膜２１の８０〜９９％を膨潤させて剥離し、次いで、第２のレジスト剥離液を用いたディップ法により、レジスト残渣２３を溶解させて剥離しているので、第２のレジスト剥離液によって溶解すべきレジスト量を大幅に低減することができる。この結果、第２のレジスト剥離液のレジスト溶解能力が劣化しにくいようにすることができ、すなわち、第２のレジスト剥離液の寿命を延ばすことができ、新品と交換する頻度が少なくなり、ひいてはコストを低減することができる。

（レジスト剥離装置の一例）
図１０はレジスト剥離装置の一例の概略構成図を示す。このレジスト剥離装置は、上述の第１の剥離槽３１を備え、第１の剥離槽３１内に収容されている上述の第１のレジスト剥離液３２から、当該第１のレジスト剥離液３２中に上述の膨潤剥離により混入されたレジスト成分を分離して除去し、このレジスト成分分離除去後の第１のレジスト剥離液３２を第１の剥離槽３１内に再供給し、第１のレジスト剥離液３２を循環させて使用することができるようになっている。

このため、第１の剥離槽３１の下方には回収槽３３が設けられている。回収槽３３内には、第１の剥離槽３１内に収容されている第１のレジスト剥離液３２と同種の第１のレジスト剥離液３２が収容されている。回収槽３３の上部の所定の箇所には２次元的網目構造のフィルタ３４が設けられている。

そして、第１の剥離槽３１内の第１のレジスト剥離液３２は、回収管３５を介してフィルタ３４の上側に回収されるようになっている。回収管３５には電磁弁３６が介在されている。一方、回収槽３３内の第１のレジスト剥離液３２は、供給管３７を介して第１の剥離槽３１の上側に再供給されるようになっている。供給管３７にはポンプ３８および３次元的網目構造のフィルタ３９が介在されている。

次に、このレジスト剥離装置の動作について説明する。まず、上述の如く、第１の剥離槽３１内に収容されている第１のレジスト剥離液３２中に図３に示すものを垂直にした状態で浸漬して上下方向に揺動させると、メッキレジスト膜２１の８０〜９９％が膨潤して剥離され、この膨潤剥離されたレジスト成分が第１の剥離槽３１内に収容されている第１のレジスト剥離液３２中に混入される。

そして、ある程度のバッチ処理が終了した時点において、電磁弁３６を開けると、第１の剥離槽３１内のレジスト成分を含む第１のレジスト剥離液３２は回収管３５を介してフィルタ３４の上側に回収される。この回収されたレジスト成分を含む第１のレジスト剥離液３２のうち、比較的小さめのレジスト成分を含む第１のレジスト剥離液３２はフィルタ３４を通過して回収槽３３内に回収され、比較的大きめのレジスト成分はフィルタ３４上に留められて除去される。そして、第１の剥離槽３１内がからっぽとなったら、電磁弁３６を閉じる。

次に、ポンプ３８を駆動させると、回収槽３３内の比較的小さめのレジスト成分を含む第１のレジスト剥離液３２は供給管３７を介してフィルタ３９に供給される。この供給された比較的小さめのレジスト成分を含む第１のレジスト剥離液３２のうち、主として第１のレジスト剥離液３２はフィルタ３９を通過して供給管３７を介して第１の剥離槽３１内に供給され、比較的小さめのレジスト成分はフィルタ３９に捕獲されて除去される。そして、第１の剥離槽３１内に第１のレジスト剥離液３２がある程度供給されたら、ポンプ３８を停止させる。

ここで、一例として、２次元的網目構造のフィルタ３４および３次元的網目構造のフィルタ３９の網目の直径は１〜１０００μｍであり、３次元的網目構造のフィルタ３９の有効濾過面積は４００〜１０００ｃｍ²／２５０ｍｍである。すると、フィルタ３４、３９の網目の直径が同じであっても、２次元的網目構造のフィルタ３４を通過したレジスト成分の多くは３次元的網目構造のフィルタ３９によって捕獲される。

この結果、第１の剥離槽３１内に再供給された第１のレジスト剥離液３２内にレジスト成分がほとんど混入していないため、第１のレジスト剥離液３２のレジスト剥離能力が復元され、したがって第１のレジスト剥離液３２の寿命を延ばすことができる。また、第１の剥離槽３１内に収容されている第１のレジスト剥離液３２中に浮遊するレジスト成分が図４に示すものの下地金属層７等に再付着する確率が低減するので、図４に示すものと同時に上述の第２の剥離槽内に持ち込まれるレジスト成分の量を低減することができ、ひいては上述の第２のレジスト剥離液の寿命を延ばすことができる。

（レジスト剥離装置の他の例）
図１１はレジスト剥離装置の他の例の概略構成図を示す。このレジスト剥離装置において、図１０に示すレジスト剥離装置と異なる点は、第１の剥離槽３１の周囲にオーバーフロー槽４０を設け、第１の剥離槽３１内からオーバーフロー槽４０内にオーバーフローした第１のレジスト剥離液３２を回収管３５を介してフィルタ３４の上側に回収し、一方、回収槽３３内の第１のレジスト剥離液３２を供給管３７を介して第１の剥離槽３１内の底部に再供給するようにした点である。この場合、供給管３７にはポンプ３８および３次元的網目構造のフィルタ３９が介在されているが、回収管３５には電磁弁３５は介在されていない。

そして、このレジスト剥離装置では、レジスト剥離処理中において、すなわち、第１の剥離槽３１内に収容されている第１のレジスト剥離液３２中に図３に示すものを垂直にした状態で浸漬して上下方向に揺動させている状態において、ポンプ３８を駆動させると、回収槽３３内の第１のレジスト剥離液３２が供給管３７を介して第１の剥離槽３１内に供給され、これに応じて、第１の剥離槽３１内からオーバーフロー槽４０内にオーバーフローした第１のレジスト剥離液３２が回収管３５を介してフィルタ３４の上側に回収される。

したがって、このレジスト剥離装置では、レジスト剥離処理中において、第１のレジスト剥離液３２中に膨潤剥離により混入されたレジスト成分を分離して除去することができ、したがって処理時間を短縮することができ、また第１の剥離槽３１内に収容されている第１のレジスト剥離液３２中に浮遊するレジスト成分が図４に示すものの下地金属層７等に再付着する確率をより一層低減することができる。

なお、図１０および図１１においては、第２の剥離槽が単なる剥離槽である場合について説明したが、これに限らず、第２の剥離槽の部分をも図１０あるいは図１１に示すような構成としてもよい。この場合、第２のレジスト剥離液はレジストを溶解させるものであるが、レジスト成分が完全に溶解する前にフィルタ３４、３９で取り除くことにより、第２のレジスト剥離液の寿命を延ばすことができる。

ここで、第１、第２の剥離槽を備えたレジスト剥離装置としては、第１に、第１、第２の剥離槽としての単なる剥離槽を備えたもの、第２に、第１の剥離槽の部分を図１０に示す構成とし、第２の剥離槽としての単なる剥離槽を備えたもの、第３に、第１の剥離槽の部分を図１１に示す構成とし、第２の剥離槽としての単なる剥離槽を備えたもの、第４に、第１、第２の剥離槽の部分を共に図１０に示す構成としたもの、第５に、第１の剥離槽の部分を図１１に示す構成とし、第２の剥離槽の部分を図１０に示す構成としたもの、第６に、第１、第２の剥離槽の部分を共に図１１に示す構成としたものが考えられる。

また、上記実施形態では、第１の剥離槽内に第１の剥離液を収容しているが、第１の剥離槽内に第２の剥離液を収容してもよい。この場合、第１の剥離槽内に収容する第２の剥離液はある程度使い古して（比較的古くて）レジスト溶解能力がある程度低下したものとし、第２の剥離槽内に収容する第２の剥離液は比較的新しくてレジスト溶解能力が比較的高いものとする。

そして、比較的古い第２のレジスト剥離液を用いたディップ法（あるいはシャワー法等）より、メッキレジスト膜２１の８０〜９９％を溶解させて剥離し、次いで、比較的新しい第２のレジスト剥離液を用いたディップ法（あるいはシャワー法等）により、残りのレジストを溶解させて剥離するようにしてもよい。この場合、比較的新しい第２のレジスト剥離液の処理温度を例えば６０℃程度とした場合には、比較的古い第２のレジスト剥離液の処理温度をそれよりも低い温度例えば４０℃程度としてもよい。

この発明のレジスト剥離方法を含む製造方法により製造された半導体装置の一例の断面図。 図１に示す半導体装置の製造に際し、当初用意したものの断面図。 図２に続く工程の断面図。 図３に続く工程の断面図。 図４に続く工程の断面図。 図５に続く工程の断面図。 図６に続く工程の断面図。 図７に続く工程の断面図。 図８に続く工程の断面図。 レジスト剥離装置の一例の概略構成図。 レジスト剥離装置の他の例の概略構成図。

符号の説明

１ シリコン基板
２ 接続パッド
３ 絶縁膜
５ 保護膜
７ 下地金属層
８ 配線
９ 柱状電極
１０ 封止膜
１１ 半田ボール
２１ メッキレジスト膜
２２ 開口部
２３ レジスト残渣
３１ 第１の剥離槽
３２ 第１の剥離液
３３ 回収槽
３４ フィルタ
３５ 回収管
３６ 電磁弁
３７ 供給管
３８ ポンプ
３９ フィルタ
４０ オーバーフロー槽

Claims (17)

1. ネガ型のドライフィルムレジストからなるレジスト膜の大部分を第１のレジスト剥離液を用いて剥離し、残りのレジストを第２のレジスト剥離液を用いて溶解させて剥離することを特徴とするレジスト剥離方法。
2. 請求項１に記載の発明において、前記第１のレジスト剥離液による剥離工程は、前記レジスト膜の大部分を膨潤させて剥離する工程であることを特徴とするレジスト剥離方法。
3. 請求項２に記載の発明において、前記レジスト膜は少なくともアクリル樹脂を含むものからなることを特徴とするレジスト剥離方法。
4. 請求項３に記載の発明において、前記第１のレジスト剥離液は少なくとも有機アミンを含むものからなり、前記第２のレジスト剥離液は少なくともジメチルスルホキシドを含むものからなることを特徴とするレジスト剥離方法。
5. 請求項１に記載の発明において、前記第１のレジスト剥離液による剥離工程は、前記レジスト膜の大部分を溶解させて剥離する工程であることを特徴とするレジスト剥離方法。
6. 請求項５に記載の発明において、前記第１のレジスト剥離液は、前記第２のレジスト剥離液の使い古したものからなることを特徴とするレジスト剥離方法。
7. 請求項６に記載の発明において、前記第１のレジスト剥離液の処理温度は前記第２のレジスト剥離液の処理温度よりも低いことを特徴とするレジスト剥離方法。
8. 請求項１に記載の発明において、前記第１のレジスト剥離液による剥離工程は、第１の剥離槽内に収容されている前記第１のレジスト剥離液による剥離であり、前記第１の剥離槽内から回収した前記第１のレジスト剥離液中のレジスト成分を分離して除去し、このレジスト成分分離除去後の前記第１のレジスト剥離液を前記第１の剥離槽内に再供給する工程を含むことを特徴とするレジスト剥離方法。
9. 請求項８に記載の発明において、前記第１のレジスト剥離液による剥離工程は、前記第１の剥離槽内に収容されている前記第１のレジスト剥離液による剥離を行ないながら、前記第１の剥離槽内から回収した前記第１のレジスト剥離液中のレジスト成分を分離して除去し、このレジスト成分分離除去後の前記第１のレジスト剥離液を前記第１の剥離槽内に再供給する工程であることを特徴とするレジスト剥離方法。
10. 請求項８に記載の発明において、前記第２のレジスト剥離液による剥離工程は、第２の剥離槽内に収容されている前記第２のレジスト剥離液による剥離であり、前記第２の剥離槽内から回収した前記第２のレジスト剥離液中のレジスト成分を分離して除去し、このレジスト成分分離除去後の前記第２のレジスト剥離液を前記第２の剥離槽内に再供給する工程を含むことを特徴とするレジスト剥離方法。
11. 請求項１０に記載の発明において、前記第２のレジスト剥離液による剥離工程は、第２の剥離槽内に収容されている前記第２のレジスト剥離液による剥離を行ないながら、前記第２の剥離槽内から回収した前記第２のレジスト剥離液中のレジスト成分を分離して除去し、このレジスト成分分離除去後の前記第２のレジスト剥離液を前記第２の剥離槽内に再供給する工程であることを特徴とするレジスト剥離方法。
12. 請求項１に記載の発明において、前記第１のレジスト剥離液による剥離工程は、前記レジスト膜の８０〜９９％を剥離する工程であることを特徴とするレジスト剥離方法。
13. 請求項１に記載の発明において、前記レジスト膜は、半導体基板上に形成された配線の接続パッド部上に柱状電極を形成するためのメッキレジスト膜であることを特徴とするレジスト剥離方法。
14. ネガ型のドライフィルムレジストからなるレジスト膜の大部分を第１の剥離槽内に収容されている第１のレジスト剥離液を用いて剥離し、残りのレジストを第２の剥離槽内に収容されている第２のレジスト剥離液を用いて溶解させて剥離するレジスト剥離装置において、前記第１の剥離槽内に収容されている前記第１のレジスト剥離液を回収し、この回収された前記第１のレジスト剥離液中からレジスト成分を分離して除去し、このレジスト成分分離除去後の前記第１のレジスト剥離液を前記第１の剥離槽内に再供給する第１のレジスト剥離液循環手段を有することを特徴とするレジスト剥離装置。
15. 請求項１４に記載の発明において、前記第２の剥離槽内に収容されている前記第２のレジスト剥離液を回収し、この回収された前記第２のレジスト剥離液中からレジスト成分を分離して除去し、このレジスト成分分離除去後の前記第２のレジスト剥離液を前記第２の剥離槽内に再供給する第２のレジスト剥離液循環手段を有することを特徴とするレジスト剥離装置。
16. 請求項１４または１５に記載の発明において、レジスト成分分離除去後の前記第１または第２のレジスト剥離液を前記第１または第２の剥離槽内に再供給しながら、前記第１または第２の剥離槽内に収容されている前記第１または第２のレジスト剥離液を回収することを特徴とするレジスト剥離装置。
17. 請求項１６に記載の発明において、前記第１または第２の剥離槽の周囲に第１または第２のオーバーフロー槽が設けられ、前記第１または第２の剥離槽内から前記第１または第２のオーバーフロー槽内にオーバーフローされた前記第１または第２のレジスト剥離液を回収することを特徴とするレジスト剥離装置。

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