JP4706695B2 - 不要層のエッチング除去方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜デバイスにおける不要層のエッチング除去方法及び装置に関する。

薄膜デバイスを製造する際に、例えば、金属層やレジスト層等の不要層をウェットエッチングによって除去することが行われる。しかしながら、除去すべき不要層が、高い壁に囲まれた領域や深い溝の内部に存在する場合、通常のウェットエッチングでは、その全てを完全に除去することが難しいかった。特に、その不要層の周りの壁や溝の側壁がエッチング溶液に反応する材料で形成されている場合は、不要層の除去される前に、周囲の壁や側壁のエッチングが進行してしまうため、問題が生じる。

特許文献１には、モリブデン膜をパターン形成するために、１段階目のエッチングで生じる鋭角のパターンエッジを２段階目のエッチングによって無くすようにした２段階のエッチング処理が開示されている。

特開２００１−０４４１６６号公報

しかしながら、特許文献１のエッチング処理は、パターン形成のための１段階目のエッチングで生じる鋭角のパターンエッジを取り去るために、２段階目のエッチングでは１段階目と異なるエッチング溶液を使用するものである。即ち、特許文献１は、パターンエッジを良好なテーパ形状に加工するために、モリブデン膜に対し、異なる溶液を異なる方式で２段階に用いることを開示するものであり、その工程の複雑さからみても、これを不要層の除去に適用することは難しい。

従って本発明の目的は、簡単な工程で確実に不要層を除去できる不要層のエッチング除去方法及び装置を提供することにある。

本発明によれば、除去すべき不要層を有する基板の上にエッチング溶液をスプレー塗布し、スプレー塗布したエッチング溶液を所定時間この基板上に保持しておき、次いで、同一組成のエッチング溶液を基板の上にスプレー塗布する不要層のエッチング除去方法が提供される。

エッチング溶液の１回目のスプレー塗布の後に、エッチング溶液を所定時間この基板上に保持し、その後、同一組成のエッチング溶液の２回目のスプレー塗布を行っている。このため、不要層の残渣やむらを確実に除去することが可能となり、しかも、同一組成のエッチング溶液をスプレーしているので、途中に水洗等の工程を付加することなく、連続的に処理できるから工程が非常に簡易化でき、処理時間も短縮化することができる。

エッチング溶液の１回目のスプレー塗布、エッチング溶液の保持、及びエッチング溶液の２回目のスプレー塗布を、基板を搬送して連続的に行うことが好ましい。

不要層が金属層であり、パターン形成された金属パターン層に少なくとも挟まれた領域の底部に形成されていることも好ましい。この場合、金属パターン層がメッキ形成された層であり、金属層がメッキ用のシード層であることがより好ましい。

金属層と金属パターン層とが同一金属材料で構成されていることが好ましい。この同一金属材料が銅（Ｃｕ）又はニッケル（Ｎｉ）であることがより好ましい。

本発明によれば、さらに、除去すべき不要層を有する基板を搬送する搬送手段と、搬送手段によって搬送されてきた基板の上にエッチング溶液をスプレー塗布する第１のスプレー塗布手段と、搬送手段によって搬送されてきた基板の上に同一のエッチング溶液をスプレー塗布する第２のスプレー塗布手段とを備えた不要層のエッチング除去装置が提供される。

エッチング溶液の１回目のスプレー塗布の後に、エッチング溶液を所定時間この基板上に保持し、その後、同一組成のエッチング溶液の２回目のスプレー塗布を行っている。このため、不要層の残渣やむらを確実に除去することが可能となり、しかも、同一組成のエッチング溶液をスプレーしているので、途中に水洗等の工程を付加することなく、連続的に処理できるから工程が非常に簡易化でき、処理時間も短縮化することができる。

第１のスプレー塗布手段又は第２のスプレー塗布手段が、複数の噴出口を複数列かつ複数行に配列したスプレー噴出部を備えていることが好ましい。

不要層が金属層であり、パターン形成された金属パターン層に少なくとも挟まれた領域の底部に形成されている基板に対して不要層の除去を行うことも好ましい。この場合、金属パターン層がメッキ形成された層であり、金属層がメッキ用のシード層である基板に対して不要層の除去を行うことがより好ましい。

金属層と金属パターン層とが同一金属材料で構成されている基板に対して不要層の除去を行うことが好ましい。この場合、同一金属材料がＣｕ又はＮｉである基板に対して不要層の除去を行うことがより好ましい。

本発明によれば、不要層の残渣やむらを確実に除去することが可能となり、しかも、同一組成のエッチング溶液をスプレーしているので、途中に水洗等の工程を付加することなく、連続的に処理できるから工程が非常に簡易化でき、処理時間も短縮化することができる。

図１は本発明の一実施形態として、基板上にパターニングされた導体層、具体的な一例としては配線パターン、を作成する各工程の流れを示すフローチャートであり、図２は図１の実施形態の各工程における層断面を示す断面図である。

まず、図２（Ａ）に示すように、表面に下地層のみが形成されている又はその上に他の層が既に形成されている基板（ウエハ）１０を用意する（ステップＳ１）。

次いで、図２（Ｂ）に示すように、この基板１０上にメッキ用のシード層１１となるクロム（Ｃｒ）層１１ａ及びＣｕ層１１ｂをスパッタリングによりこの順序で連続して成膜する（ステップＳ２）。なお、Ｃｒ層１１ａは、Ｃｕ層１１ｂの密着性を向上させるために用いられている。単なる一例であるが、Ｃｒ層１１ａは０．０１μｍ、Ｃｕ層１１ｂは０．１μｍの膜厚となるように成膜する。

次いで、図２（Ｃ）に示すように、シード層１１上にメッキ用のレジストパターン１２を形成する（ステップＳ３）。このレジストパターン１２の形成方法は、フォトレジスト膜の塗布工程、露光工程、現像工程及び不要部分の除去工程を含む公知技術であるため、説明を省略する。

次いで、図２（Ｄ）に示すように、このレジストパターン１２を用いて導電材料、この場合、Ｃｕを電解メッキし、導体層１３′を形成する（ステップＳ４）。このメッキ処理も公知技術であるため、説明を省略する。

次いで、図２（Ｅ）に示すように、レジストパターン１２を除去し、パターニングされた導体層１３を得る（ステップＳ５）。この導体層１３は、本実施形態では、配線パターンであり、その高さが約１００μｍ、幅が約９μｍ、パターン間の間隔が約３μｍである。

次いで、図２（Ｆ）に示すように、導体層１３のパターン間に存在するシード層１１のＣｕ層１１ｂを本発明の方法によってエッチング除去する。以下このエッチング除去方法について詳しく説明する。

図３は本実施形態におけるエッチング除去装置の構成を概略的に示す図であり、図４はこのエッチング除去装置によってＣｕ層１１ｂをエッチング除去する方法を説明する図であり、図５はこのエッチング除去装置のスプレー噴出部における噴出口の配列を概略的に示す図である。

まず、図２（Ｅ）に示したようにレジストパターン１２を除去した状態の基板１０を図３に示すエッチング除去装置３０に搬入し、その第１の搬送部３１上を第１のモータ３１ａによって定まる搬送速度で矢印３２の方向に水平に搬送する。

第１の搬送部３１の上方には、第１のスプレー塗布装置３３が設けられており、この第１の搬送部３１上を搬送される基板１０上にエッチング溶液を矢印３３ａに示す如くスプレー塗布（１回目のスプレー塗布）する（ステップＳ６）。図４（Ａ）はこの状態を示している。

本実施形態では除去すべき層がＣｕ層であるため（Ｎｉ層の場合も同じ）、エッチング溶液としては、塩化第２鉄（ＦｅＣｌ_３）が１〜５％、塩素（ＨＣｌ）が１〜５％、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）が１〜５％、水（Ｈ_２Ｏ）が８５〜９５％なる組成を有しているものを使用している。エッチング溶液は、特に加熱したり冷却することなく常温（２０〜２５℃）のものをスプレーしている。

第１のスプレー塗布装置３３による１回目のスプレー塗布における、エッチング溶液の流量は約４リットル／分であり、そのスプレー噴出時間は約３０秒である。約３０秒のスプレー噴出時間の間に、ウエハ１０は第１のスプレー塗布装置３３のスプレー噴出部を通過し、ウエハ全面がスプレーされることとなる。

第１のスプレー塗布装置３３のスプレー噴出部は、図５に示すように、搬送方向に沿った長さが約３０ｍｍ、搬送方向と垂直方向の幅が約１６０ｍｍの噴出部５０に直径が約１ｍｍの噴出口５１ａ及び５１ｂが約１ｃｍ間隔で複数列（この例では６列）かつ複数行（この例では２行）に配列されている。しかも、１行目の噴出口５１ａと２行目の噴出口５１ｂとは、互い違いに配置されている。このように噴射口が配列されたスプレー噴射部を用いることにより、エッチング溶液を基板全体に均一にスプレー塗布することができる。ただし、上述した寸法及び配列は、基板１０が６インチ（１５０ｍｍ）ウエハの場合である。ウエハの直径が異なる場合（例えば８インチウエハの場合）は、スプレー噴出部５０の寸法及び噴出口の配列もそれに応じて異なってくる。

これらの噴出口から噴出されるエッチング溶液は、その径があまり広がらず、ストレート状となるように構成することが望ましい。これは、噴出口からエッチング溶液が広がって噴出されると、隣接する噴出口からのエッチング溶液が互いに干渉し合い、基板上で気泡多く発生して均一なエッチングができないことを防止するためである。

次いで、この基板１０を第２の搬送部３４上を第２のモータ３４ａによって定まる搬送速度で矢印３５の方向に水平に搬送する。第２の搬送部３４にはスプレー噴射部もエアー噴射部も設けられていないため及び第２の搬送部３４において水平に搬送される（揺動、超音波印加、振動印加等も行わない）ため、基板１０上にスプレー塗布されたエッチング溶液３６は、図４（Ｂ）に示すように、その状態で所定時間保持される（ステップＳ７）。この所定時間は、第２の搬送部３４の搬送方向に沿った長さと、第２の搬送部３４における基板１０の搬送速度で設定される。搬送速度を制御することによって、エッチング溶液３６の保持時間を例えば、９０秒、１５０秒、２１０秒等に切り替え制御することができる。

次いで、この基板１０を第２の搬送部３４の次に設けられた第３の搬送部３７上を第３のモータ３７ａによって定まる搬送速度で矢印３８の方向に水平に搬送する。第３の搬送部３７の前方部分の上方には、第２のスプレー塗布装置３９が設けられている。

第２のスプレー塗布装置３９は、エッチング溶液３６が保持された基板１０上に、エッチング溶液を、再度、矢印３９ａに示す如くスプレー塗布（２回目のスプレー塗布）する（ステップＳ８）。図４（Ｃ）はこの状態を示している。

第２のスプレー塗布装置３９の構成は第１のスプレー塗布装置３３と全く同じである。２回目のスプレー塗布におけるエッチング溶液の組成、スプレー条件等も１回目のスプレー塗布の場合と同じである。ただし、スプレー噴出時間は仕上げのエッチングであることから、約１０秒と１回目のスプレー塗布の場合より短く設定する。第３の搬送部３７の搬送速度を調整することによって、約１０秒のスプレー噴出時間の間に、ウエハ１０は第２のスプレー塗布装置３９のスプレー噴出部を通過し、ウエハ全面がスプレーされることとなる。

第３の搬送部３７の後方部分の上方には、エッチング溶液除去装置４０が設けられている。このエッチング溶液除去装置４０は図示しないエアー噴出部を有しており、この第３の搬送部３７上を搬送される基板１０上にエアーを矢印４０ａに示す如く噴出して基板１０上のエッチング溶液を吹き飛ばす構成となっている。従って、２回目のスプレー塗布されたエッチング溶液は、保持することなく除去され、基板１０の水洗等が行われる。なお、２回目のスプレー塗布の前にも、エッチング溶液を除去する工程があっても良い。

以上のエッチング除去方法によって、導体層１３のパターン間に存在するシード層１１のＣｕ層１１ｂを、残渣やむらを残すことなく、確実に除去することができた。しかも、エッチング溶液の保持時間によらず、Ｃｕ層１１ｂの除去ができた。また、同じ材料（Ｃｕ）で形成されている導体層１３の幅をさほど減少させることなくそのパターンを維持した状態で、Ｃｕ層１１ｂを確実に除去できることが確認された。

その後、図２（Ｇ）に示すように、導体層１３のパターン間に存在するシード層１１のＣｒ層１１ａをエッチング除去し（ステップＳ９）、パターニングされた導体層１３を得る。

Ｃｒ層１１ａの除去は、以上述べた２段階のエッチングで行っても良いが、通常の１段階のエッチングで充分である。その理由は、Ｃｒ層用のエッチング溶液ではＣｕ層はエッチングされないので、Ｃｒ層１１ａの存在するパターン間の底面までエッチング溶液が到達できるようなかなり強い噴射力でスプレー塗布を行ったり、スプレー塗布後かなり長い時間放置してＣｒ層を除去しても、Ｃｕによる導体層１３のパターンに影響が出ないためである。

以上説明したように、本実施形態によれば、エッチング溶液の１回目のスプレー塗布の後に、このエッチング溶液３６を所定時間この基板１０上に保持し、その後、同一組成のエッチング溶液の２回目のスプレー塗布を行っているため、Ｃｕ層１１ｂの残渣やむらを確実に除去することが可能となり、しかも、同一組成のエッチング溶液をスプレーしているので、途中に水洗等の工程を付加することなく、連続的に処理できるから工程が非常に簡易化でき、処理時間も短縮化することができる。

以上述べた実施形態では、配線パターンである導体層１３の高さが約１００μｍ、幅が約９μｍ、パターン間の間隔が約３μｍであるとしたが、この寸法は単なる一例であり、導体層１３の高さが数十〜数百μｍ（望ましくは約１０〜約１００μｍ）、そのパターン間の間隔が約２〜５μｍであっても、エッチングの条件を変えるのみで、導体層１３の配線パターンはきちんと残し、Ｃｕ層１１ｂを確実にエッチング除去することが可能である。なお、パターン間の間隔が広い場合や、導体層１３の配線高さが低い場合には、本発明の方法を使うことなくエッチングが可能であることは言うまでもない。

シード層１１のＣｕ層に代えて、Ｎｉ層を用いた場合も、本発明を同様に適用可能であることは、明らかである。Ｎｉ層の場合、エッチング溶液も前述のものと同様の組成のものを使用可能である。

上述した実施形態では、基板上にパターニングされた導体層（具体的な一例としては配線パターン）のパターン間に存在するシード層をエッチング除去する場合について説明したが、本発明は、除去すべき不要層が高い壁に囲まれた領域や深い溝の内部に存在する場合に、この不要層のエッチング除去に適用して効果があり、また、この不要層がＣｕ層及びＮｉ層以外の金属層であっても良く、さらに、不要層がレジスト層等であっても良い。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明の一実施形態として、パターニングされた導体層を作成する各工程を示すフローチャートである。 図１の実施形態の各工程における層断面を示す断面図である。 図１の実施形態におけるエッチング除去装置の構成を概略的に示す図である。 図１の実施形態においてエッチングを除去する方法を説明する図である。 図１の実施形態のエッチング除去装置のスプレー噴出部における噴出口の配列を概略的に示す図である。

符号の説明

１０ 基板
１１ シード層
１１ａ Ｃｒ層
１１ｂ Ｃｕ層
１２ レジストパターン
１３、１３′ 導体層
３０ エッチング除去装置
３１ 第１の搬送部
３１ａ 第１のモータ
３２、３３ａ 、３５、３７ａ、３８ａ 矢印
３３ 第１のスプレー塗布装置
３４ 第２の搬送部
３４ａ 第２のモータ
３６ エッチング溶液
３７ 第３の搬送部
３７ａ 第３のモータ
３９ 第２のスプレー塗布装置
４０ エッチング溶液除去装置
５０ 噴出部
５１ａ、５１ｂ 噴出口

Claims (5)

1. 金属層である除去すべき不要層であってパターン形成された金属パターン層に少なくとも挟まれた領域の底部に形成されている該不要層を有する基板の上にエッチング溶液をスプレー塗布し、該スプレー塗布したエッチング溶液を所定時間該基板上に保持しておき、次いで、同一のエッチング溶液を該基板の上にスプレー塗布することを特徴とする不要層のエッチング除去方法。
2. 前記エッチング溶液の１回目のスプレー塗布、前記エッチング溶液の保持、及び前記エッチング溶液の２回目のスプレー塗布を、前記基板を搬送して連続的に行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記金属パターン層がメッキ形成された層であり、前記金属層がメッキ用のシード層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記金属層と前記金属パターン層とが同一金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記同一金属材料が銅又はニッケルであることを特徴とする請求項４に記載の方法。

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