JP2007081258A

JP2007081258A - パターン形成方法

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Publication number: JP2007081258A
Application number: JP2005269460A
Authority: JP
Inventors: Koji Hasegawa; 公二長谷川; Kenichiro Arai; 健一郎新居
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】適切なマスク材料を用いることにより、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液によるウエハの処理をスループット高く、低コストで行うことができるパターン形成方法を提供する。
【解決手段】レジスト膜３に所望のパターンを形成した後、ニッケル(Ni)膜１にマスクパターン（選択マスク）を形成し、レジスト被膜３とニッケル膜１を被着したウエハＷを処理液に浸漬させるだけでウエハＷの選択的エッチングが可能であり、スループット高く低コストでウエハＷを処理できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハ（以下、単にウエハと称する）等のウエハに所定のパターンを形成するパターン形成方法に係り、特に、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液で処理する技術に関する。

従来、処理液にウエハを浸漬させてウエハ自体のエッチング処理などを行う場合には、エッチング面におけるエッチング部と非エッチング部とを微細に形成するために、マスキングを行う必要がある。ところが、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液によってウエハのエッチングを行う場合には、水酸化カリウム(KOH)が非常に強い腐食性と浸透性を有するためうまくマスキングすることができない。そこで、水酸化カリウム(KOH)に耐性を有するゴム材などで機械的にマスクすることが考えられるが、コンタクトホールなどの微細な加工をそのような機械的シール材で行うことは到底できない。

そのため、微細加工を行うには反応性イオンエッチング(RIE: Reactive Ion Etching)という技術を用いることが提案されている。この反応性イオンエッチングは、ドライエッチングに分類される微細加工技術の一つである。詳細には、反応室内でエッチングガスをプラズマ化し、同時にウエハを置く陰極に高周波を印加する。すると、ウエハとプラズマの間に自己バイアス電位が生じ、プラズマ中のイオン種やラジカルがウエハ方向に加速されて衝突する。その際、イオンによるスパッタリングと、エッチングガスの化学反応が同時に起こり、微細加工に適した高い精度でのエッチングが行えるというものであり、通常のドライエッチングとは異なり、異方性のエッチングもできることが特徴的である。

上記のような反応性イオンエッチングを用いてウエハのエッチングを行うものとしては、リアクティブイオンエッチユニットを備え、この中にウエハを収容し、選択的にチタン(Ti)マスクを形成した後にエッチングを行う装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

また、上記の他に、プラズマ表面処理装置のチャンバー内に多段の棚板を配置し、各棚板にウエハを載置して、エッチングガスを供給して処理を行う装置が挙げられる（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−６０００８号公報特開平１１−２９７６７７号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置は、プラズマを発生させるためにユニットやチャンバー内を減圧する必要があり、そのためにスループットが低下し、コストが高くなるという問題がある。また、プラズマ発生ユニットや高気密性のチャンバーなどを要するので、装置自体も高価であり、これもコストを押し上げる原因となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、適切なマスク材料を用いることにより、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液によるウエハの処理をスループット高く、低コストで行うことができるパターン形成方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。
すなわち、銅(Cu)膜、チタン(Ti)膜、ニッケル(Ni)膜等の各種金属材料をウエハに被着し、そのウエハを水酸化カリウム(KOH)を含む処理液に浸漬させ、所定の処理時間の間、ウエハに膜が正常に被着しているか否かを実験して評価した。その結果、銅(Cu)膜は浸漬後２時間程度でウエハから完全に剥離してしまい、チタン(Ti)膜は処理液中に溶解して消失した。しかしながら、ニッケル(Ni)膜だけは、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液中であっても２時間を越えても、剥離したり消失したりすることなく、正常にウエハに被着しており、処理に十分な耐性を備えていることを見出した。このような知見に基づく本発明は、次のような構成されている。

すなわち、請求項1に記載の発明は、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液により処理されるウエハに所定パターンを形成するパターン形成方法において、選択マスク材料としてニッケル(Ni)を用いたことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項1に記載の発明によれば、選択マスク材料としてニッケル(Ni)を用いたので、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液中でもマスクがウエハに強固に被着した状態を維持することができる。したがって、ニッケル(Ni)膜をマスクとして被着したウエハを処理液に浸漬させるだけでウエハの選択的エッチングが可能であり、反応性イオンエッチングなどのコストを押し上げる手法を用いる必要がなく、スループット高く低コストでウエハを処理することができる。

また、請求項２に記載の発明は、ウエハに所定のパターンを形成するパターン形成方法において、ウエハにニッケル(Ni)を被着する過程と、ニッケル(Ni)膜上にレジスト被膜を被着する過程と、レジスト被膜に所定のパターンを形成する過程と、ウエハを水酸化カリウム(KOH)を含む処理液に浸漬させて、ニッケル(Ni)膜を所定のパターンに応じてエッチングするとともに、ウエハを所定のパターンに応じてエッチングする過程と、ウエハを水酸化カリウム(KOH)を含む処理液から引き上げた後、レジスト被膜を除去する過程と、を有することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、ウエハにニッケル(Ni)膜を被着し、次いでニッケル(Ni)膜にレジスト被膜を被着する。そして、所定パターンをレジスト被膜に形成した後、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液にウエハを浸漬させて、露出しているニッケル(Ni)膜だけをエッチングして、ニッケル(Ni)膜のマスクパターン（選択マスク）を形成するとともに、ニッケル(Ni)膜が残っていない部分のウエハが処理液によりエッチングされる。そして、所定の処理時間の経過した後、ウエハを処理液から引き上げ、その後にレジスト被膜を除去する。このように、レジスト被膜に所望のパターンを形成した後、ニッケル(Ni)膜にそのパターンを形成して選択マスクとして用い、レジスト被膜とニッケル(Ni)膜を被着したウエハを処理液に浸漬させるだけでウエハの選択的エッチングが可能であり、スループット高く低コストでウエハを処理することができる。

また、請求項３に記載の発明は、ウエハに所定のパターンを形成するパターン形成方法において、ウエハにニッケル(Ni)膜を被着する過程と、ニッケル(Ni)膜上にレジスト被膜を被着する過程と、レジスト被膜に所定のパターンを形成する過程と、濃塩酸及び濃硝酸を含む処理液に浸漬させて、ニッケル(Ni)膜を所定のパターンに応じてエッチングする過程と、ウエハを水酸化カリウム(KOH)を含む処理液に浸漬させて、ウエハを所定のパターンに応じてエッチングする過程と、ウエハを水酸化カリウム(KOH)を含む処理液から引き上げた後、レジスト被膜を除去する過程と、を有することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項３に記載の発明によれば、ウエハにニッケル(Ni)膜を被着し、次いでニッケル(Ni)膜にレジスト被膜を被着する。そして、所定パターンをレジスト被膜に形成した後、濃塩酸及び濃硝酸を含む処理液（王水と呼ばれる）にウエハを浸漬させて、露出しているニッケル(Ni)膜だけをエッチングして、ニッケル(Ni)膜のマスクパターン（選択マスク）を形成する。次いで、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液にウエハを浸漬させると、ニッケル(Ni)膜が残っていない部分のウエハが処理液によりエッチングされる。そして、所定の処理時間の経過した後、ウエハを処理液から引き上げ、その後にレジスト被膜を除去する。このように、レジスト被膜に所望のパターンを形成した後、ニッケル(Ni)膜にそのパターンを形成して選択マスクとして用い、レジスト被膜とニッケル(Ni)膜を被着したウエハを処理液に浸漬させるだけでウエハの選択的エッチングが可能であり、スループット高く低コストでウエハを処理することができる。

また、本発明において、処理液は、７０℃以上に加熱されていることが好ましい（請求項４）。７０℃以上の温度により、処理時間を短縮化できる。

本発明に係るパターン形成方法によれば、選択マスク材料としてニッケル(Ni)を用いたので、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液中でもマスクがウエハに強固に被着した状態を維持できる。したがって、ニッケル(Ni)膜をマスクとして被着したウエハを処理液に浸漬させるだけでウエハの選択的エッチングが可能であり、反応性イオンエッチングなどのコストを押し上げる手法を用いる必要がなく、スループット高く低コストでウエハを処理できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は、（ａ）〜（ｃ）は、ウエハを露光するまでの過程を示す模式図であり、図２は、（ａ）〜（ｄ）は、ウエハのエッチング処理を行うまでの過程を示す模式図であり、図３は、（ａ）〜（ｃ）は、ウエハのエッチング処理が完了するまでの過程を示す模式図である。

ウエハＷは、例えば、シリコンからなり、両面のうち、回路やバンプ等が形成された一方面を非処理面Ｓ１とし、一方面の反対側にあたる他方面を処理面Ｓ２と称する（図１（ａ））。まず、ウエハＷの処理面Ｓ２に、ニッケル(Ni)膜１を被着する。被着する手法としては、例えば、真空蒸着やスパッタリングが挙げられる。なお、ウエハＷは、予め機械的または化学的研磨により厚さが薄く（シンニング）されており、その厚さは、例えば、５０μｍである。

次に、ニッケル膜１に感光性のレジスト被膜３を被着する（図１（ｂ））。レジスト被膜３は、例えば、スピンコーティングを用いてニッケル膜１上に塗布される。このレジスト被膜３は、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液を高温にした状態であっても耐性を備える。

次いで、所望のパターンが形成されたフォトマスク５をレジスト被膜３に当接あるいは近接させた状態で光を照射する。すると、レジスト被膜３には、フォトマスク５に応じたパターンの潜像７が形成される（図１（ｃ））。

次いで、レジスト被膜３を現像・リンス処理すると、レジスト被膜３には、潜像７に応じた開口９が形成され、フォトマスク５のパターンに応じたパターンが形成される（図２（ａ））。

次に、開口９を有するレジスト被膜３が被着されたウエハＷに、ウエハ端面保護装置１１を取り付ける（図２（ｂ））。このウエハ端面保護装置１１は、ウエハＷの非処理面Ｓ１と、ウエハＷの端面と、ウエハＷの端面から若干内側に入り込んだ処理面Ｓ２側に処理液が触れないように保護する。ウエハ端面保護装置１１は、カップ状の装置本体１２を備え、平面視環状の当接部材１３をその底面に備えており、この当接部材１３はウエハＷの非処理面Ｓ１に当接する。また、上部には中心側に向けて張り出した鍔部１５を備えており、この鍔部１５の下面には平面視環状のシール材１７が設けられている。シール材１７は、ニッケル膜１に被着されたレジスト被膜３に当接し、処理液に耐性を備えている。具体的には、例えば、パーフロロエラストマーに分類される高分子材料（フッ素樹脂と同様の化学構造式を有する）等が好ましく、具体的には、カルレッツ（登録商標：デュポンダウエラストマー社）や、パーフロ（登録商標：ダイキン工業）や、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム）が例示される。このウエハ端面保護装置１１は、高さ方向（ウエハＷの厚さ方向）に上部と下部が分離または伸縮可能に構成されている。

ウエハＷは、上部及び下部を分離または伸長された状態のウエハ端面保護装置１１に収容される。そして、非処理面Ｓ２を下方に向けた姿勢で、非処理面Ｓ２を当接部材１３に当接させて載置される。次に、ウエハ端面保護装置１１の上部及び下部を結合または収縮させてウエハＷの処理面Ｓ２側の周縁部のレジスト被膜３をシール材１７で押圧する。これにより、ウエハＷの非処理面Ｓ１と、端面と、処理面Ｓ２側の周縁部が閉塞される。

次に、ウエハ端面保護装置１１が取り付けられたウエハＷを、処理液を貯留している処理槽１９に収容する（図２（ｂ））。処理液は、例えば、水酸化カリウム(KOH)を３９％含み、７０℃に加熱されている。この中にウエハＷを浸漬させ、例えば、３０分〜６０分程度その状態を維持する。すると、ウエハＷのニッケル膜１のうち、レジスト被膜３の開口９により露出している部分だけがエッチングされる。これにより、ニッケル膜１には、レジスト膜３の開口９に応じた開口２１が形成され、所定のパターンが形成される（図２（ｃ））。処理液を７０℃の高温にしているので、エッチングレートを高くすることができ、処理時間を短縮できる。

上記の処理をさらに継続すると、ニッケル膜１の開口２１に応じてウエハＷの処理面Ｓ２がエッチングされ始める（図２（ｄ））。この処理を、所望のエッチング量に応じた処理時間だけ維持すると、ウエハＷの処理面Ｓ２には、所定パターンで所定深さの溝２３が形成される（図３（ａ））。このように選択マスク材料としてニッケル(Ni)を用いたので、水酸化カリウム(KOH)を含む処理液中でも剥離することなくマスクがウエハＷに強固に被着した状態を維持できる。

溝２３を形成する処理時間が経過すると、ウエハＷを処理槽１９から取り出す。そして、ウエハＷからウエハ端面保護装置１１を取り外し、例えば、プラズマアッシャー装置でアッシングし、レジスト被膜３を灰化して除去する（図３（ｂ））。

上記の一連の処理により、ウエハＷの処理面Ｓ２には、所定パターンで溝２３が形成される（図３（ｃ））。このように処理されたウエハＷは、例えば、溝２３に銅を埋め込み、各溝２３の間の凸部２５の位置にてダイシングされ、各溝２３部分がチップとして形成される。

上述したように、レジスト膜３に所望のパターンを形成した後、ニッケル(Ni)膜１にマスクパターン（選択マスク）を形成し、レジスト被膜３とニッケル膜１を被着したウエハＷを処理液に浸漬させるだけでウエハＷの選択的エッチングが可能であり、スループット高く低コストでウエハＷを処理できる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上記の実施例では、エッチング液と処理液を共通のものとし、水酸化カリウム(KOH)でニッケル(Ni)膜をエッチングしているが、例えば、王水（濃塩酸と濃硝酸を約３：１に混ぜた溶液）をエッチング液としてエッチングした後に、水酸化カリウム(KOH)でウエハを処理するようにしてもよい。

（２）上述した実施例では、ウエハＷにウエハ端面保護装置１１を取り付けて処理しているが、例えば、ウエハＷの非処理面Ｓ１側に、水酸化カリウム(KOH)に耐性を有する保護テープを貼り付けた状態で処理するようにしてもよい。また、水酸化カリウム(KOH)に耐性を有する板状部材（ステンレス鋼板など）にワックスでウエハＷを貼り付けた状態で処理するようにしてもよい。

（３）上述した説明では、処理時間の短縮化のため処理液を７０℃に加熱しているが、それより低い温度の処理液としてもよい。

（４）上記の実施例では、予めシンニング処理されたウエハＷを処理しているが、シンニング前のウエハＷを処理するようにしてもよい。

（５）上記の説明では、一枚のウエハＷを処理槽１９に浸漬して処理しているが、端面保護装置１１が取り付けられたウエハＷをカセットに複数枚収納して処理槽１９に浸漬させて処理するようにしてもよい。

（ａ）〜（ｃ）は、ウエハを露光するまでの過程を示す模式図である。（ａ）〜（ｄ）は、ウエハのエッチング処理を行うまでの過程を示す模式図である。（ａ）〜（ｃ）は、ウエハのエッチング処理が完了するまでの過程を示す模式図である。

符号の説明

Ｗ … ウエハ
Ｓ１ … 非処理面
Ｓ２ … 処理面
１ … ニッケル膜
３ … レジスト被膜
５ … フォトマスク
７ … 潜像
９ … 開口
１１ … ウエハ端面保護装置
１２ … 装置本体
１７ … シール材
１９ … 処理槽
２１ … 開口
２３ … 溝
２５ … 凸部

Claims

水酸化カリウム(KOH)を含む処理液により処理されるウエハに所定パターンを形成するパターン形成方法において、
選択マスク材料としてニッケル(Ni)を用いたことを特徴とするパターン形成方法。
ウエハに所定のパターンを形成するパターン形成方法において、
ウエハにニッケル(Ni)を被着する過程と、
ニッケル(Ni)膜上にレジスト被膜を被着する過程と、
レジスト被膜に所定のパターンを形成する過程と、
ウエハを水酸化カリウム(KOH)を含む処理液に浸漬させて、ニッケル(Ni)膜を所定のパターンに応じてエッチングするとともに、ウエハを所定のパターンに応じてエッチングする過程と、
ウエハを水酸化カリウム(KOH)を含む処理液から引き上げた後、レジスト被膜を除去する過程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
ウエハに所定のパターンを形成するパターン形成方法において、
ウエハにニッケル(Ni)膜を被着する過程と、
ニッケル(Ni)膜上にレジスト被膜を被着する過程と、
レジスト被膜に所定のパターンを形成する過程と、
濃塩酸及び濃硝酸を含む処理液に浸漬させて、ニッケル(Ni)膜を所定のパターンに応じてエッチングする過程と、
ウエハを水酸化カリウム(KOH)を含む処理液に浸漬させて、ウエハを所定のパターンに応じてエッチングする過程と、
ウエハを水酸化カリウム(KOH)を含む処理液から引き上げた後、レジスト被膜を除去する過程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法において、
前記水酸化カリウム(KOH)を含む処理液は、７０℃以上に加熱されていることを特徴とするパターン形成方法。