JP2708462B2

JP2708462B2 - 半導体基板の表面処理方法、半導体基板の表面処理装置及び半導体基板表面処理膜

Info

Publication number: JP2708462B2
Application number: JP63104298A
Authority: JP
Inventors: 得男久礼; 哲哉林田; 博士川上; 伸一郎門田; 昇雄長谷川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1998-02-04
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JPH01276720A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、付着物を除去するに適した半導体基板の表
面処理方法、そのような表面処理を行なうに適した半導
体基板の表面処理装置及び半導体基板の表面処理用薄膜
に関する。

〔従来の技術〕

例えば、半導体集積回路製造工程において、ドライエ
ッチング法によってレジストパターンをマスクにSiO₂,A
l等を加工すると、レジスト側壁に付着物が蓄積し、レ
ジスト除去工程を経た後もこの付着物が“ハリ”状の異
物になって残ることがある。

従来、このような異物は、一般に薬液を用いたウエー
ハの洗浄によって除去されている。

また、特開昭61−35529号に記載のように、ウエーハ
表面に付着した異物は、レプリカを形成する際に除去で
きることが知られている。

また、特開昭59−26177号には、合成樹脂シート、合
成樹脂板等の表面にエマルジヨンタイプの合成樹脂を塗
布して被膜層を形成し、これを硬化させた後に剥離する
ようにした合成樹脂シート、合成樹脂板等の清掃方法が
開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記薬液を用いる従来技術は、加工されたパターンの
一部もエッチングされることについて配慮されておら
ず、微細なパターンが形成されている場合には適さない
という問題があった。またレプリカを用いる従来技術
は、フィルムをウエーハに接着するため両者の間に気泡
が生じるということについて配慮されておらず、気泡の
部分の付着物を除去できないという問題があった。

また、上記特開昭59−26177号記載の従来技術は、非
処理物表面で被膜層を硬化させているため、半導体製造
工程における微細なパターンを有する半導体基板に適用
すると、剥離の際に微細なパターンの１部が薄膜と共に
はがれてしまう場合があるという問題があった。

本発明の第１の目的は、微細なパターンを有する半導
体基板から、パターンに影響を与えることなく付着物を
除去することのできる半導体基板の表面処理方法を提供
することにある。

本発明の第２の目的は、そのような処理を行なうに適
した半導体基板の表面処理装置を提供することにある。

本発明の第３の目的は、そのような処理を行なうに適
した半導体基板表面処理用薄膜を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するために、本発明の半導体基
板の表面処理方法は、薄膜を形成したときに柔軟性のあ
る材料の希薄溶液を半導体基板に塗布し、次いで、この
材料の濃厚溶液で繊維を含む溶液を塗布し、塗布された
溶液を乾燥して薄膜とし、この薄膜を上記半導体基板表
面から分離するようにしたものである。

また、上記第１の目的を達成するために、本発明の半
導体基板の表面処理方法は、半導体基板に繊維を含む薄
膜を被着させ、この薄膜の状態を制御し、薄膜を半導体
基板から分離するようにしたものである。

また、上記第１の目的を達成するために、本発明の半
導体基板の表面処理方法は、半導体基板上に、所望の薄
膜を溶解し得る溶剤を配置し、これに相当する薄膜を半
導体基板に押し付けて被着させ、この薄膜の状態を制御
し、薄膜を半導体基板から分離するようにしたものであ
る。

さらに、上記第２の目的を達成するために、本発明の
半導体基板の表面処理装置は、半導体基板に繊維を含む
薄膜を被着させる被着処理手段と、この薄膜の状態を制
御する制御手段と、半導体基板から薄膜を分離する分離
手段と、半導体基板を被着処理手段、制御手段及び分離
手段へ搬送する搬送手段を有するようにしたものであ
る。

また、上記第２の目的を達成するために、本発明の半
導体基板の表面処理装置は、半導体基板上に、所望の薄
膜を溶解し得る溶剤を配置する溶剤配置手段と、半導体
基板上に、この溶剤を介して上記所望の薄膜を押しつ
け、この薄膜を被着させる被着処理手段と、薄膜の状態
を制御する制御手段と、半導体基板から薄膜を分離する
分離手段と、半導体基板を溶剤配置手段、被着処理手
段、制御手段及び分離手段へ搬送する搬送手段を有する
ようにしたものである。

さらに、上記第３の目的を達成するために、本発明の
半導体基板表面処理用薄膜は、溶剤可溶性又は熱可塑性
であり、繊維を含有するようにしたものである。

本発明において薄膜を形成する材料としては、有機ポ
リマーであってある程度柔軟性があり、変形し得るもの
が好ましい。またなんらかの溶媒に可溶であるか又は熱
可塑性を有するものが好ましい。さらにまた基板への接
着力が弱く、基板から剥離し易い性質を有するものが好
ましい。このような材料の一例として、電子顕微鏡用の
レプリカ作製に用いられるレプリカ材料が挙げられる。
例えば、アセチルセルロース、トリアセチルセルロー
ス、エチルセルロース、ポリビニルアルコール等を用い
ることができる。薄膜は、あらかじめフィルム状として
用いてもよく、また材料を溶液として被処理材表面に塗
布、乾燥してフィルム状としてもよい。

フィルム状の薄膜を用いるとき、薄膜を被処理材の表
面の微細な凹凸の内部まで密着させるためには、あらか
じめ薄膜を溶解し得る溶剤を被処理材表面に塗布する
か、薄膜を加熱してから両者を密着させることが好まし
い。前者の方法を用いるときには薄膜は溶媒可溶なもの
を用いることが必要である。また溶媒は比較的蒸発し易
いものが好ましい。例えば、薄膜としてアセチルセルロ
ースを用いるときは、溶媒としてアセトン、酢酸、酢酸
メチル、ジオキサン等を、ポリビニルアルコールを用い
るときは溶媒として水等を使用する。また、後者の方法
を用いるときは薄膜は熱可塑性の材料からなることが必
要である。処理中の膜の破れを防ぐには、前者の場合溶
媒に不溶の繊維を、後者の場合耐熱性の繊維を膜中に加
えておく、又はそのような繊維から成る布状物で補強さ
れた膜を用いるとよい。

ローラーによってフィルム状の薄膜を被処理材に密着
させる場合は、ローラーは被処理材の一端から他端に向
かって一方向に相対的な位置を移動させることが好まし
い。このようにすることにより、両者の間に気泡が入ら
ず均一に密着することができる。

薄膜を形成する材料の溶液を被処理材表面に塗布し、
乾燥して薄膜とする場合は、まず希薄溶液を塗布し、つ
いで濃厚溶液を塗布することが好ましい。希薄溶液の濃
度は２〜50wt％の範囲であることが好ましく、５〜20wt
％の範囲であることがより好ましい。濃厚溶液の濃度は
30〜80wt％であることが好ましく、50〜70wt％の範囲で
あることがより好ましい。形成した薄膜の厚みは、0.01
〜1mmの範囲であることが好ましく、0.02〜0.2mmの範囲
であることがより好ましい。膜の厚みが0.01mm未満では
強度が十分でなく、1mmを越えると溶媒を乾燥するのに
長時間を要するためである。あらかじめフィルム状の薄
膜を用いるときは、膜厚が膜が柔軟性を示すなら上記値
よりも厚くてもよい。

なお、薄膜を剥離するときある程度の強度が必要なた
め、上記濃厚溶液中にセルロースやポリエステルの繊維
を混合して膜の強度を上げることができる。このような
繊維の径は、0.001〜0.01mmの範囲、長さは数mmのもの
が好ましい。

本発明の表面処理装置において、搬送手段は、薄膜を
被処理材の方に移動させても、逆に被処理材を薄膜の方
に移動させても、又は両者を共に移動させてもよい。上
記被着処理手段として、半導体基板に薄膜を押しつける
ためのローラーを用いることができる。

ローラーは、その表面が弾力のある材料であることが
望ましく、シリコーンゴムや薄いテフロン等が適する。
前述の如く薄膜を被処理材の表面の微細な凹凸の内部ま
で密着させるためには、あらかじめ薄膜の溶解し得る溶
剤を被処理材表面に塗布するか、薄膜が熱可塑性の材料
からなるときは薄膜を加熱してからローラーによる処理
を行なうことが好ましい。このようなとき、ローラーの
表面の材質には、前者の場合は耐溶剤性が、後者の場合
耐熱性が要求される。後者の場合、真空雰囲気中で処理
すると一層密着性が高まる。

本発明の表面処理装置は、被着処理手段と分離手段の
間に薄膜の状態を制御する制御手段を設ける。この制御
手段としては、薄膜を乾燥させる手段、薄膜の温度を制
御する手段、薄膜を柔軟化する手段等の１種以上の手段
がある。薄膜を柔軟化するのは、例えば薄膜がアセチル
セルロースのとき水等を、ポリビニルアルコールのとき
グリセリン水溶液等を薄膜に付与すればよい。これらの
溶媒はノズルから噴霧するか、ローラー等で塗布する等
の方法で薄膜に付与する。

また、分離手段として簡便なものは薄膜を吸着、粘着
又は巻取るローラーである。

〔作用〕

薄膜を形成する材料の溶液を被処理材に塗布すると
き、被処理材表面に気泡を生じることなくその全面を覆
うことができる。また、溶液はその成分を調節すること
によって表面張力を小さくしたり、被処理材表面材質に
対するぬれ性を良くしたりすることができるため、被処
理材上の微細なパターンにも気泡を残すことなく塗布す
ることができる。

ローラーを用いて薄膜と被処理材を密着させるとき
は、均一な力で被処理材の一端から順次押し付けるの
で、両者の接着が均一になり、かつ気泡の発生を抑止す
る。また、剥離時にも、被処理材の一端から順次引きは
がしてゆくので、被処理材に過大な応力をかけることな
く確実な動作が可能となる。さらに、ローラーを用いる
と、接着と剥離を連続した動作で迅速に行なうことがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

ウエーハ１上で矩形状のレジスト２をマスクとして各
種材料の薄膜パターン３をドライエッチングで形成する
際、第１図（ａ）に示すようにレジストと薄膜パターン
３の側壁に付着物４が堆積する。例えばSiO₂を下地とし
てAl膜をCCl₄やBCl₃ガスを用いた反応性イオンエッチン
グで加工すると、側壁にはAl,C,Si,Oなどから成る付着
物が堆積する。このような付着物は、O₂プラズマによる
レジスト除去工程で除去できないばかりか、組成が複雑
なため薬液による洗浄ではAlパターン自体を大きく削る
ほどの処理をしないと除去することが困難である。

レジスト２を除去後、第１図（ｂ）に示すように、薄
膜を形成する材料の溶液６を塗布する。ここでは、まず
表面張力が小さく、パターンの細部までよく浸透する第
１の溶液としてアセトンに８％のアセチルセルロースを
溶解した液をノズル５から滴下し、ウエーハを回転させ
て塗布した。続いて別のノズル７から70％のアセチルセ
ルロースの溶液６を同様に塗布し、合計0.05mm程の厚さ
の膜とする。塗布溶液の組成や塗布回数はウエーハの状
態に応じて任意に選ぶことができる。室温で約３分乾燥
後薄膜９をウエーハ１から引きはがす。このとき、薄膜
パターン３の側壁にあった付着物４は、第１図（ｃ）に
示すように、薄膜９に包含されて膜と共に取り去られ
る。膜を除去した後は、第１図（ｄ）のように、所望の
パターンのみが残る。

このような処理により、通常ドライエッチングで形成
される付着物が厚さ0.01〜0.1μｍとパターンに比べ薄
いことや、パターンに対して強固に接着していないため
に、付着物のみを選択的に除去することができる。ウエ
ーハ上に落下した塵埃等も接着力が弱いので同時に除去
できる。薄膜パターン３は下地に対する接着力が一般に
大きく、そのためSiO₂上のAlの場合0.2μｍ幅のパター
ンでも上記の処理によってはがれることはなかった。

なお、アセチルセルロースをアセトンに溶かした溶液
では、ウエーハ上のあらゆる微細部にまで、気泡を残す
ことなく処理することができる。アセチルセルロースの
溶剤としてアセトンは微細部まで浸透する点で最も優れ
ている。

第２図は本発明の処理に用いる装置の一例である、ウ
エーハ１をカセット11から塗布室12へ搬送する。ノズル
13からレプリカ溶液を滴下し回転テーブル14によりウエ
ーハ１上に均一な膜厚で薄膜９を形成する。塗布ノズル
は複数用いてもよく、またスプレーでウエーハ全面に付
着させてもよい。続いて乾燥室15で溶剤を蒸発させる。
アセチルセルロースの場合80℃〜160℃程度に加熱する
と膜の収縮が生じ、膜の剥離が容易になる。剥離室17で
は、吸着又は粘着性の一対のローラー18を用いて、薄膜
９を取り去る。薄膜は排出室19から取り出され、溶剤に
溶かして、ろ過した後に再度利用することができる。ウ
エーハ１はカセット11に収納される。このような処理手
順によればレプリカ処理を自動化することができる。

第３図は他の実施例を示すものであり、ウエーハ１の
両面を同時に処理するものである。アセチルセルロース
の溶液６の入った槽21に治具22に乗せたウエーハ１を浸
した後、取り出して乾燥する。ウエーハの両面に形成さ
れた薄膜９はローラー25で取り去る。ローラーには膜を
吸着する手段として、隔壁26で仕切られた真空排気領域
27を設け、ローラー25の表面の多数の穴28と連通した時
に吸着させる。膜の剥離は、このような手段で自動的に
かつウエーハを損傷することなく行なうことができる。

なお、浸漬によって形成した薄膜においても気泡が発
生しないのは同様であり、必要に応じて濃度の異なる液
に何度か浸漬してもよい。

本発明の他の実施例を第４図を用いて説明する。第４
図は、本発明の表面処理装置を示すもので、本装置は、
ウエーハと薄膜を被着させる第１のローラー41と、一旦
接着した薄膜を剥離させる第２のローラー42が配置され
ている。第１のローラー41の手前には、ウエーハをロー
ラーへ送り込む搬送機構43を設ける。搬送機構として
は、空気噴流によって搬送路上でわずかにウエーハを浮
かせて移動させるエアー搬送機構、ベルトに乗せて移動
させるベルト搬送機構、ステージにウエーハを保持しス
テージと共に移動させる移動搬送機構等、各種の周知の
搬送機構を用いることができる。このようにして、カセ
ット11からウエーハ１を第１のローラー直前へ移動させ
る。第１のローラー41直前には薄膜を接着するための溶
剤供給ノズル46を配置し、ウエーハの一端（第１のロー
ラーに近い側）に溶剤を滴下する。ここでは薄膜47とし
てアセチルセルロース膜を用いるので、溶剤にはアセト
ンまたは酢酸メチルが適当である。また、溶剤はウエー
ハ上のローラー側に多く保持しておくことが好ましく、
このためウエーハはわずかに傾斜させローラー側を低く
しておくとよい。例えば搬送系全体もしくは溶剤滴下位
置の搬送ステージを数度傾斜させておく。

薄膜47は一巻にしたもの（ロール・フィルム）を用
い、連続的にローラー41へ供給する。溶剤の付着したウ
エーハと薄膜は、第１のローラー41に巻き込まれて接着
する。巻き込み時のウエーハと薄膜との感覚はウエーハ
支持ベルト48とローラー41によって一定に保たれるの
で、溶剤がウエーハ表面全体にわたって均一に広がり、
気泡の発生も防止できる。支持ベルトやローラーの表面
には、溶剤によって劣化せず、また弾力のある材料を用
いることが望ましく、シリコーンゴムやテフロン等が適
する。

ウエーハと接着した薄膜は次に第２のローラー42へ向
って送り出される。第１・第２のローラー間に乾燥装置
49を置く。乾燥装置としては、加熱、送風装置を用いる
ことができる。また、単に乾燥だけでなく、水蒸気等の
他の雰囲気を加えて薄膜とウエーハの接着強度や皮膜の
柔軟度をこの乾燥装置で制御することもできる。このよ
うな制御によって、ウエーハ上のパターンに過大な力を
かけずに、付着物を最小限の力で除去することが可能と
なる。

乾燥領域に一定時間ウエーハを置いた後、第２のロー
ラー42へウエーハを送り、薄膜をウエーハから引きはが
す。薄膜はローラーから上へ向って巻き取り、ウエーハ
はそのまま水平方向に送って、搬送機構50を経て収納カ
セット11に入る。

薄膜の巻き取りにおいては、第２のローラー42直後で
薄膜のたるみをなくすために、補助ローラー52を設けて
引っ張ることが望ましい。薄膜をたるみなく引き上げる
ことによって、ウエーハ表面の端から順次薄膜が剥離さ
れてゆき、ウエーハにむら無く力をかけて薄膜を取り去
ることができる。使用済の薄膜は巻き取り部53へ送る。

以上のような装置を用いると、第４図に示したよう
に、ウエーハをそれぞれ第１ローラー直前、乾燥領域、
第２ローラーからの出口に一旦停止する順で連続的に複
数のウエーハの処理を進めることができる。ウエーハの
有無はこれら各停止位置にセンサを設置して確認する。
後続のウエーハが無くなった時には、薄膜を空送りし
て、最終処理ウエーハを第２ローラーから取り出す。薄
膜の空送り分は巻き戻して再び用いてもよい。薄膜の送
り量、巻き戻し量を正確に制御するには、第５図に示し
たように、薄膜47の端部に穴54を設け、ローラーにもこ
れに対応する突起をつけて噛み合わせるようにすればよ
い。

第６図はさらに他の実施例であり、ウエーハの両表面
を同時に処理する装置である。本装置ではウエーハの両
面から対称的に薄膜を接着・剥離する。

まず、カセット11からウエーハ１をアーム55で取り出
す。アームへのウエーハ固定には真空チャックを用い
る。アームを回転してウエーハを垂直に保持し、１対の
第１のローラー41へ搬送する。ウエーハを垂直に保持す
るのは溶剤をウエーハ両面に付き易くするためである。
ローラーではウエーハ搬送用のベルト57と薄膜47を同時
に送る。ベルトには第７図に示した穴58を設けておく。
この穴の径はウエーハよりもやや小さくする。ウエーハ
はこの穴と同心となるようにしてローラーに巻き込む。
ウエーハ両面処理においては、それぞれの面に接着する
薄膜47が互いに接着すると、剥離操作が困難になるた
め、溶剤に不溶のベルトでこれを防止する。なお、ロー
ルフィルムとして、処理用の薄膜をウエーハと同等の径
に加工し、薄膜の溶剤に不溶のフィルム上に配置したも
のを用意しておけば、第６図におけるベルト57は不要と
なる。

第１のローラー41の接合部に溶剤を滴下した後、ウエ
ーハをローラーに巻き込ませる。すなわち第７図に示す
薄膜の露出面59とウエーハの処理面を合わせて巻き込
む。続いて乾燥装置49と第２ローラー42での剥離操作を
経て、アーム56で処理剤ウエーハをカセット11へ収納す
る。

第８図は以上の処理によってウエーハ表面の異物が除
去される様子を示す工程図である。第８図（ａ）に示す
ようにウエーハ１上にレジスト２をマスクとしてドライ
エッチングで加工すると側壁に付着物４が形成される。
このような付着物は通常１〜100nm程度の厚みである。
この付着物の他、ウエーハの面にはエッチング装置等か
らの塵埃60も付着する。

第８図（ｂ）はウエーハ１両面に薄膜47を接着した状
態である。アセチルセルロースの薄膜は、電子顕微鏡の
試料作製に用いられるレプリカ材料であり、微小な異物
が付着しているわずかな間隙にも進入して異物を包みこ
む。乾燥後薄膜を剥離すると、ウエーハ表面への付着力
の弱い付着物４や塵埃60を薄膜に取り込んで、第８図
（ｃ）のように、ウエーハ面をクリーニングできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被処理材表面の付着物や塵埃を所望
の全面にわたって均一に除去することができる。また被
処理材表面にパターンが形成されていても、それに悪影
響を及ぼすことがない。

また、ローラーを用いて薄膜の接着と剥離を行なうこ
とは、被処理材表面の全面にわたって均一で確実な処理
を行ない、また複数の被処理材を連続して速やかに処理
することができる。

さらにまた、本発明の半導体基板表面処理用薄膜は、
強度があるので上記の表面処理に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図，第８図は本発明の一実施例を示す工程図、第２
図，第４図，第６図は本発明の表面処理装置の一実施例
の模式図、第３図，第５図，第７図は本発明の表面処理
装置の一部を説明するための模式図である。１……ウエーハ、２……レジスト３……薄膜パターン、４……付着物 5,7……ノズル、６……溶液９……薄膜、11……カセット 12……塗布室、13……ノズル 14……回転テーブル、15……乾燥室 17……剥離室、18,25……ローラー 19……排出室、21……槽 22……治具、26……隔壁 27……真空排気領域、28……穴 41,42……ローラー、43,50……搬送機構 46……溶剤供給ノズル、47……薄膜 48……ウエーハ支持ベルト 49……乾燥装置、52……補助ローラー 53……巻き取り部、54……穴 55,56……アーム、57……ベルト 58……穴、59……露出面 60……塵埃

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者門田伸一郎東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者長谷川昇雄東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献特開昭49−40326（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−35529（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜を形成したときに柔軟性のある材料の
希薄溶液を半導体基板に塗布し、次いで、該材料の濃厚
溶液で繊維を含む溶液を塗布する工程、塗布された溶液を乾燥し、薄膜とする工程及び上記薄膜を上記半導体基板表面から分離する工程を有す
ることを特徴とする半導体基板の表面処理方法。
【請求項２】半導体基板に、繊維を含む薄膜を被着させ
る工程、上記薄膜の状態を制御する工程及び上記薄膜を上記半導体基板から分離する工程を有するこ
とを特徴とする半導体基板の表面処理方法。
【請求項３】上記薄膜を被着させる工程は、上記薄膜を
溶解し得る溶剤を上記薄膜と上記半導体基板との間に供
給し、上記薄膜を上記半導体基板に押しつけて行なうこ
とを特徴とする請求項２記載の半導体基板の表面処理方
法。
【請求項４】半導体基板上に、所望の薄膜を溶解し得る
溶剤を配置し、該薄膜を上記半導体基板に押しつけて被
着させる工程、上記薄膜の状態を制御する工程及び上記薄膜を上記半導体基板から分離する工程を有するこ
とを特徴とする半導体基板の表面処理方法。
【請求項５】上記薄膜は、繊維を含む薄膜であることを
特徴とする請求項４記載の半導体基板の表面処理方法。
【請求項６】半導体基板に繊維を含む薄膜を被着させる
被着処理手段、上記薄膜の状態を制御する制御手段、上記半導体基板から上記薄膜を分離する分離手段及び上記半導体基板を上記被着処理手段、上記制御手段及び
上記分離手段へ搬送する搬送手段を有することを特徴と
する半導体基板の表面処理装置。
【請求項７】半導体基板上に、所望の薄膜を溶解し得る
溶剤を配置する溶剤配置手段、上記半導体基板上に、上記溶剤を介して上記薄膜を押しつけ、上記薄膜を被着
させる被着処理手段、上記薄膜の状態を制御する制御手段、上記半導体基板から上記薄膜を分離する分離手段及び上記半導体基板を上記溶剤配置手段、上記被着処理手
段、上記制御手段及び上記分離手段へ搬送する搬送手段
を有することを特徴とする半導体基板の表面処理装置。
【請求項８】溶剤可溶性又は熱可塑性であり、繊維を含
有することを特徴とする半導体基板の表面処理用薄膜。