JP5345507B2 - リフトオフ装置およびリフトオフ処理方法 - Google Patents

Description

本発明はリフトオフ装置およびリフトオフ処理方法に関し、特に、シリコン基板等の平板状のワーク上に回路等のパターンを生成するに際して、シリコン基板に付着した被覆物であるフォトレジストおよびこのフォトレジスト上に成膜された金属膜をシリコン基板から除去するのに用いられるリフトオフ装置およびリフトオフ処理方法に関するものである。

従来、半導体の微細加工技術の１つとして、リフトオフ法と呼ばれる技術が使われている。リフトオフ法とは、シリコン基板等の平板状のワーク上に回路パターン等を生成するに際して、シリコン基板に付着した被覆物であるフォトレジストおよびこのフォトレジスト上に成膜された金属膜をシリコン基板から除去する方法の１つである。リフトオフ法は、シリコン基板を有機溶剤に浸漬させるなどのウェット環境において、シリコン基板からフォトレジストおよび金属膜を除去するのに用いられる。

リフトオフ法では、アルミ等の金属膜でシリコン基板上にパターンを生成するのが一般的である。図７は、リフトオフ法によるパターンの生成手順を示す図である。図７に示すように、まず、リソグラフィといった露光により、シリコン基板上にフォトレジストパターンを作成する（図７（ａ））。続いて、蒸着法やスパッタリング法といった成膜手法により、レジストパターン上にアルミ等の金属膜を堆積させる（図７（ｂ））。その後、フォトレジストおよびこのフォトレジスト上の金属膜を同時に、パターンとして形成すべき一部の金属膜を除いて除去する（図７（ｃ））。以上の手順により、アルミ等の金属膜による所望のパターンをシリコン基板上に生成する。

従来、フォトレジストおよびその上の金属膜をシリコン基板から剥がす手段として、高圧ジェットや超音波振動、スチーム、超臨界ＣＯ２などの物理的除去手段が採用されている。そのほか、フォトレジストに対して高い溶解性のあるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）やアセトンやイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）といった可燃性有機溶剤を用いた化学的除去手段も採用されている。化学的除去手段では、可燃性有機溶剤を用いた長時間高温浸漬環境下で、フォトレジストおよびその上の金属膜を同時に、パターン部分を除いて除去する。

最近では、これらの物理的除去手段および化学的除去手段を組み合わせたリフトオフ処理も実施が検討されている（例えば、特許文献１〜３参照）。例えば、可燃性有機溶剤を用いた長時間高温浸漬環境下で物理的除去手段の超音波振動を併用したり、可燃性有機溶剤による化学的除去手段と高圧ジェットといった物理的除去手段とを組み合わせたりして、フォトレジストおよび金属膜を除去することが行われている。

ウェット環境下における化学的除去手段の一般的な処理プロセス例としては、まず、浸透性が強くフォトレジストの溶解性が高いＮＭＰを高温加熱し、そのＮＭＰの中に、フォトレジストおよび金属膜が形成されたシリコン基板を浸漬させる。これにより、フォトレジストおよびその上の金属膜を同時に、パターン部分を除きシリコン基板から剥離して除去する。次に、ＩＰＡを用いて、シリコン基板に付いたＮＭＰおよび再付着した金属膜やフォトレジストをリンス除去する。最後に、ＩＰＡ蒸気乾燥、スピンドライ乾燥または温純水乾燥といった乾燥操作を行う。

特開２００７−２２１０９６公報 特開２００６−１１４７３８公報 特開２００５−１８３８５９公報

しかしながら、フォトレジストパターン上の金属膜は、フォトレジストパターンの上ばかりでなく、フォトレジストパターンの側壁を含め、シリコン基板上の全域を覆っている（図７（ｂ）参照）。そのため、土台となるフォトレジストを溶解除去する可燃性有機溶剤の浸透がその上の金属膜によって阻害され、非常に長い浸漬時間が必要であった。そこで従来は、可燃性有機溶剤を高温加熱しながら超音波を照射することで、少しでも浸漬時間の短縮化を図っていた。しかし、それでも少なくとも３０分以上の処理時間がかかってしまっていた。そのため、ウェット環境下でリフトオフ処理を行う従来のリフトオフ装置は、どうしても多枚数同時処理のバッチ方式が主流となり、少量多品種処理の枚葉方式に対応しづらいという問題があった。

一方、高圧ジェットやスチーム、超臨界ＣＯ２に代表される物理的除去手段によれば、除去処理の短時間化を図ることが可能であり、枚葉方式で少量多品種への対応がしやすい。しかしながら、短時間化のためには、高圧ジェットの場合は瞬間的な一方向の強力な衝撃力を用いて、土台となるフォトレジストごと倒壊させて金属膜の剥離を行う必要がある。そのため、図７（ｃ）のようにどうしてもパターンにバリが生じてしまっていた。

スチームや超臨界ＣＯ２を用いた場合でも、金属膜下の土台となるフォトレジストが熱溶融されたり、分解除去されたりすることにより、金属膜下部に液状化構造や中空構造が形成されてしまう。そのため、スチームによるフォトレジストの熱融解と瞬間的な一方向の衝撃力とでフォトレジストごと金属膜を倒壊除去したり、超臨界ＣＯ２で金属膜下の土台となるフォトレジストを分解除去しながら金属膜を除去したりすると、金属膜が剥離除去される段階でバリが生じてしまうという問題があった。

また、可燃性有機溶剤と超音波とを併用した化学的除去手段でも、金属膜パターンの縁などから浸透した可燃性有機溶剤により、土台となるフォトレジストが溶解液状化されてから金属膜が除去されるため、バリの発生は避けられなかった。このバリ発生対策として現状は、フォトレジストおよび金属膜の剥離を簡単にする目的でフォトレジストパターンの形状に工夫をしている。例えば、フォトレジストパターン自身を逆テーパー形状にしたり、２層レジストの上層によって屋根が形成されているような形状にしたりしている。ところが、この場合はリソグラフィによるレジストパターンの形成時に複雑な操作を行う必要があり、パターン精度の劣化はもちろん、プロセスステップ数も増えてしまう問題があった。

また、化学的除去手段による従来のリフトオフ処理方法では、シリコン基板を浸漬させるために大量のＮＭＰが必要である。そして、フォトレジスト上の金属膜をフォトレジストと一緒にシリコン基板上から除去する都合上、フォトレジストはＮＭＰ液中に溶解し、シリコン基板から除去された金属膜は多量の、そしてサイズの大きい不要性固形成分の汚れとしてＮＭＰ中に排出されることとなる。

地球環境への負荷軽減を考えると、ＮＭＰの排液を再利用することが求められるが、上述のように排液中にはフォトレジストや金属膜の汚れが混入している。よって、ＮＭＰを再利用したときにこの汚れをシリコン基板に再付着させないためには、多量の汚れとなっている金属膜等の不溶性固形成分を排液中から分離回収しなければならない。ＮＭＰの代わりにアセトンを用いる場合も同様で、多量の汚れとなっている金属膜等を排液中から分離回収しなければならない。

しかし、ＮＭＰやアセトンは取扱が難しい薬液であり、そのために排液の処理費用が多大なものになってしまう。すなわち、ＮＭＰやアセトンを再利用するためには微細なサイズまでの汚れを排液中から除去して、清浄な液に戻す必要があるため、高価なフィルタを多段使用する必要がある。また、除去処理の短時間化のためにこれらの薬液を高温加熱しているため、安全性のための自動消火装置や、ガス濃度計や精密な温度制御機能等が不可欠で、大掛かりで複雑かつ高価なシステム構成にする必要がある。しかも、ＮＭＰやアセトンは高価な薬液であるが、高温加熱に伴い蒸発消耗してしまう。これに加え、液中に溶解したフォトレジストはフィルタでは除去できないため、適時、ＮＭＰやアセトンを新液に交換する必要がある。そのため、薬液購入費用自体も多大なものになってしまう。その結果、リフトオフ処理コストの上昇を招いてしまうという問題もあった。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、被覆物（フォトレジストおよび金属膜）の除去処理を短時間化して少量多品種生産にも対応できる上、リソグラフィによるレジストパターンの形成時に複雑な操作を行うことなくバリ発生のない高品質なパターン生成を行うことができるようにすることを目的としている。また、本発明は、上記目的に加えて、有機溶剤使用量の大幅削減により処理コストの低減および地球環境への負荷低減を実現できるようにすることをも目的としている。

上記した課題を解決するために、本発明では、フォトレジストに対して溶解性がない不溶解性液体中にワークを浸漬させた状態で、ホーン型超音波発生器から不溶解性液体を介してワークに対して超音波を照射することにより、金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とを除去した後、フォトレジストに対して溶解性のある溶解性液体を用いることによって、ワーク上に残ったフォトレジストを完全に除去するようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、可燃性有機溶剤と併用していた従来型超音波の数倍以上の振動振幅を持つ強力なホーン型超音波が、ワークが浸漬された不溶解性液体に照射される。このとき、ワークの表面に付着したフォトレジストは不溶解性液体には溶解せず、ワーク自身が強力な超音波を受けて振動する。これにより、フォトレジストの上を覆っている金属膜は金属疲労の原理で剥離し、除去される。そのため、短時間で金属膜を除去することができ、かつ、バリの発生も抑止することができる。

ワークとその上のフォトレジストとの間、フォトレジストとその上の金属膜との間の密着力に違いにより、金属膜の殆ど全ては不溶解性液体とホーン型超音波との併用により除去される。このとき、フォトレジストの一部もワーク上から除去される。しかし、フォトレジストと金属膜との間よりも、ワークとフォトレジストとの間の密着力の方が強いため、ホーン型超音波を長時間照射してもワーク上に残ったフォトレジストの完全除去は難しい。これに対して本発明では、フォトレジストに対して溶解性のある液体により除去処理が行われるので、ワーク上に残ったフォトレジストも完全に除去することができる。

以上により、本発明によれば、被覆物の除去処理を短時間化して少量多品種生産にも対応できる上、リソグラフィによるレジストパターンの形成時に複雑な操作を行うことなく、フォトレジスト残差もバリも無い高品質なパターンを得ることができる。

また、本発明ではワークの浸漬に従来から多用されてきた可燃性有機溶剤は使わないので、可燃性有機溶剤の使用量を大幅に減らすことができる。これにより、有機溶剤の薬液購入費を従来に比べて低く抑えることができる。また、可燃性有機溶剤の代わりに不溶解性液体として純水を用いた場合、ワークから剥がれた多量のフォトレジストや金属膜により純水に汚れが発生するが、純水であれば可燃性有機溶剤とは異なり、リフトオフ装置での再生・再使用を行わずにワンパスで使い捨てることが可能である。そのため、排液処理のために複雑な制御系や大容量フィルタや数多くの保全管理機器が必要でなくなり、排液の処理費用も低く抑えることができる。その結果、有機溶剤使用量の大幅削減により地球環境への負荷低減を図りつつ、リフトオフ処理コストの上昇を抑制することができる。

本実施形態によるリフトオフ装置の側断面構成例を示す図である。 本実施形態によるリフトオフ装置の平面構成例を示す図である。 本実施形態によるリフトオフ処理の例（基板ローディング）を示す図である。 本実施形態によるリフトオフ処理の例（給水）を示す図である。 本実施形態によるリフトオフ処理の例（金属膜除去）を示す図である。 本実施形態によるリフトオフ処理の例（排水）を示す図である。 本実施形態によるリフトオフ処理の例（フォトレジスト除去）を示す図である。 本実施形態によるリフトオフ処理の例（乾燥）を示す図である。 本実施形態によるリフトオフ処理の例（基板アンローディング）を示す図である。 ２チャンバ方式によるリフトオフ装置の平面構成例を示す図である。 ２チャンバ方式によるリフトオフ装置の他の平面構成例を示す図である。 本実施形態のリフトオフ装置に用いる液体容器の他の構成例を示す図である。 リフトオフ法によるパターンの生成手順を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態によるリフトオフ装置の側断面構成例を示す図である。図２は、本実施形態によるリフトオフ装置の平面構成例を示す図である。本実施形態のリフトオフ装置は、平板状のワークであるシリコン基板１００上に回路等のパターンを生成する際に、当該シリコン基板１００からフォトレジストおよびその上に成膜された金属膜（以下、両者をまとめて被覆物という）を、回路パターン部分を除いてウェット環境で除去するものである。

本実施形態のリフトオフ装置では、２段階の液体処理でリフトオフ処理を行うことにより、シリコン基板１００から被覆物を除去する。１段階目では、フォトレジストに対して溶解性のない不溶解性液体にシリコン基板１００を浸漬させた状態で強力な超音波を照射することによって、金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とを除去する。２段階目では、フォトレジストに対して溶解性のある溶解性液体を用いることによって、シリコン基板１００に残存しているフォトレジストを除去する。これら２段階の除去処理に必要な図１および図２に示す各構成は、１つのチャンバ内に収納されている。

図１および図２に示すように、本実施形態のリフトオフ装置は、シリコン基板１００を載置するステージ１０と、不溶解性液体（例えば、純水２００）を収容する液体容器１４と、所定値（例えば、１０ｋＨｚ）以上の周波数で、かつ、純水２００の超音波照射面において所定値（例えば、１０μｍ）以上の振動振幅を持つ強力な超音波を照射するホーン型超音波発生器２０とを備えている。このステージ１０、液体容器１４およびホーン型超音波発生器２０により本発明の金属膜除去部が構成されている。

ホーン型超音波発生器２０は、周波数１０〜１００ｋＨｚの超音波を発生する電歪型または磁歪型の振動素子と、この振動素子で発生する超音波の振動振幅を増幅する超音波ブースタと、超音波照射部である超音波ホーンとで構成されている。超音波ブースタおよび超音波ホーンは、その基端から先端側の振動放射端面に向けて断面積が漸次変化しているとともに、振動素子の共振周波数と超音波ホーンを構成する材料中の音速とで定まる波長の１／２の整数倍である長さを有している。そして、振動素子および超音波ホーンを互いに強固に結合することで、超音波ホーンの先端から強力な超音波を照射し得るようになっている。

ステージ１０は、その表面に対して垂直な方向の駆動軸１２により支持されており、駆動軸１２はシール軸受１１により軸支されている。そして、駆動軸１２は、モータ１３によって上下方向に平行移動するとともに、水平方向に回転するようになっている。これにより、ステージ１０は、モータ１３の駆動により上下方向に平行移動するとともに、駆動軸１２を中心として水平方向に回転する。

図１のように、ステージ１０を液体容器１４の上縁よりも下方に移動させることにより、ステージ１０上に載置されたシリコン基板１００を純水２００中に浸漬させることが可能である。ホーン型超音波発生器２０は、シリコン基板１００が純水２００中に浸漬された状態で、先端の超音波照射部から純水２００を介してシリコン基板１００に対して超音波を照射する。

液体容器１４内の純水２００は、給水ノズル２１から注入する。給水ノズル２１は、ホーン型超音波発生器２０と共にスイングアーム２２に支持されている。アーム駆動部２３は、スイングアーム２２を水平面内で回動させるとともに、スイングアーム２２を上下方向に昇降させる。アーム駆動部２３によってスイングアーム２２を移動させることにより、ホーン型超音波発生器２０および給水ノズル２１の各先端部を液体容器１４内に配置させたり、液体容器１４から退避させたりできるようになっている。

シリコン基板１００から金属膜を除去するときは、ホーン型超音波発生器２０の超音波照射部を純水２００を介してシリコン基板１００の表面に対峙させて、シリコン基板１００の表面に向けて超音波を照射する。ホーン型超音波発生器２０が超音波を照射する際に、超音波照射部の先端は、純水２００の液面から所定距離以上（例えば、液面から１ｍｍ以上の距離）を持って液面下に没している。また、超音波照射部の先端とシリコン基板１００の表面との距離は、所定距離以下（望ましくは、０．１〜２０ｍｍ）となるようにする。

本実施形態では上述のとおり、ホーン型超音波発生器２０によって強力なホーン型超音波を純水２００に印加している。このとき、超音波照射部の先端から生じる直進流と呼ばれる液流に乗じて液面上の気体層から気体が純水２００中に混入してしまうと、超音波照射部の先端から照射された超音波の振動エネルギーは、この混入した気体泡の膨張伸縮により吸収されてしまう。そのため、一般に超音波に伴って生じるキャビテーションに起因する衝撃波が得られなくなってしまい、結果としてリフトオフ処理もできなくなってしまう。そこで、超音波照射部の先端が液面下１ｍｍ以上の距離のところまで没するようにして超音波を照射することにより、液面上の気体層から気体が混入することを防止している。

また、ホーン型超音波発生器２０が超音波を照射する際に、アーム駆動部２３は、スイングアーム２２を水平面内で回動させて、超音波照射部をシリコン基板１００の表面に沿って所定速度以下（例えば、シリコン基板１００と超音波照射部との相対速度が５０ｃｍ／秒以下）で平行移動させる。それと同時に、モータ１３は、駆動軸１２を回転中心としてステージ１０を第１の所定速度以下（例えば、２０ｒｐｍ以下）の低速で回転させて、シリコン基板１００の全面に超音波を照射するようにする。このように、駆動軸１２およびモータ１３は本発明の回転機構を構成し、スイングアーム２２およびアーム駆動部２３は、本発明の照射部移動機構を構成する。

上述のように、超音波周波数が１０ｋＨｚ以上で、１０μｍ以上の振動振幅を持つ強力な超音波を得るためには、超音波照射領域を狭くしてエネルギーの集束を行う必要がある。そこで、シリコン基板１００に対して単位面積当たりの照射エネルギーの均一化を行いながら同時に基板全面のリフトオフ処理を行うために、ホーン型超音波発生器２０の超音波照射部をシリコン基板１００に対して相対的に５０ｃｍ／秒以下の速度で平行移動させると同時に、ステージ１０に載置されたシリコン基板１００を２０ｒｐｍ以下の低速で回転させるようにしている。

液体容器１４の内側および外側にはそれぞれ、排水用の配管１６，１７が設けられている。配管１６，１７の途中にはバルブ１８，１９が設けられている。シリコン基板１００から金属膜を除去するときは、液体容器１４内を満水状態にするために、液体容器１４の内側の配管１６ではバルブ１８（以下、それぞれを内側配管１６、内側バルブ１８という）が閉じられる。一方、給水ノズル２１から純水２００が注入され続けることによって液体容器１４から溢れ出た純水２００を排水するために、液体容器１４の外側の配管１７ではバルブ１９（以下、それぞれを外側配管１７、外側バルブ１９という）が開けられる。

なお、液体容器１４の外側には、液体容器１４から溢れ出た純水２００を外側配管１７に導くとともに、ホーン型超音波発生器２０による超音波の照射によって液面において波立つ純水２００が外に飛び出すのを防ぐためのフード１５が設けられている。

以上のように、本実施形態では、化学的除去手段による従来のリフトオフ処理方法で用いていた従来型超音波の数倍以上の振動振幅を持つ強力なホーン型超音波を、純水２００を介してシリコン基板１００に印加するようにしている。純水２００を介してシリコン基板１００にホーン型超音波を印加したときに、フォトレジストは純水２００に溶解することなく、基板および金属膜の回路パターン自身が超音波により振動する。

ここで、基板、フォトレジスト、金属膜の間には、各素材に応じた密着力の差がある（基板と金属膜との密着力＞基板とフォトレジストとの密着力＞フォトレジストと金属膜との密着力）。そのため、シリコン基板１００が超音波により振動すると、フォトレジストの上および側壁を覆っている金属膜が、上記のように最も弱い密着力に応じて金属疲労による原理で剥離除去される。すなわち、フォトレジストの上および側壁を覆っている金属膜はフォトレジストに対する密着力が小さいので、強力な超音波の照射に伴い発生するキャビテーションや振動加速度や直進流の相互作用で物理的に剥離除去される。このため、短時間で金属膜を除去することができ、かつバリが発生しない。

剥離除去された金属膜は、上述のキャビテーションや振動加速度や直進流の相互作用で、シリコン基板１００上の回路パターンに再衝突して損傷を与える恐れがある。そのため、本実施形態では、ホーン型超音波発生器２０の超音波照射部からシリコン基板１００の表面に向けて超音波を照射する際に、超音波照射部とシリコン基板１００との間の液体層を、超音波照射方向に対してほぼ垂直かつシリコン基板１００の表面に対してほぼ平行な方向に、ほぼ均一な速さの流速を持って流すことができるようにしている。

具体的には、図１に示すように、ホーン型超音波発生器２０の超音波照射部の近傍に給水ノズル２１の先端部を設ける。そして、給水ノズル２１の先端部の向きを、超音波照射方向に対してほぼ垂直かつシリコン基板１００の表面に対してほぼ平行な方向に純水２００を供給可能なように構成する。このようにすることにより、シリコン基板１００から除去された金属膜等を純水２００と共に超音波照射領域外に速やかに排出させることが可能となる。これにより、シリコン基板１００上から剥離除去された金属膜等の汚れが、超音波照射時の衝撃波に乗ってシリコン基板１００への再衝突するというダメージを回避することができる。

ＩＰＡ供給ノズル２４は、本発明のリンス洗浄部およびレジスト除去部に相当するものであり、超音波の照射によって金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とが除去された状態のシリコン基板１００に対して、溶解性液体であるＩＰＡを吹き付けることによってシリコン基板１００のリンス洗浄を行う。ＩＰＡ供給ノズル２４は、高圧ジェットノズルまたは２流体ノズル（圧縮空気などの高速流で液体を微粒化し微細な霧を噴霧するノズル）により構成され、スイングアーム２５に支持されている。

アーム駆動部２６は、スイングアーム２５を水平面内で回動させるとともに、スイングアーム２５を上下方向に昇降させる。アーム駆動部２６によってスイングアーム２５を移動させることにより、ＩＰＡ供給ノズル２４の先端部を液体容器１４内に配置させたり、液体容器１４から退避させたりできるようになっている。

シリコン基板１００から残存したフォトレジストを除去するときは、シリコン基板１００の表面に対してＩＰＡ供給ノズル２４の先端を所定距離まで接近させて対峙させ、シリコン基板１００の表面に向けてＩＰＡを吹き付ける。ＩＰＡ供給ノズル２４がＩＰＡを吹き付ける際に、アーム駆動部２６は、スイングアーム２５を水平面内で回動させて、ＩＰＡ供給ノズル２４の先端部をシリコン基板１００の表面に沿って所定速度以下で平行移動させる。それと同時に、モータ１３は、駆動軸１２を回転中心としてステージ１０を第１の所定速度より早く第２の所定速度以下の中速（例えば、２００〜３００ｒｐｍ）で回転させる。これにより、シリコン基板１００の全面にＩＰＡを吹き付けるようにし、シリコン基板１００から除去された被覆物をＩＰＡと共にステージ１０の外側に排出させる。このように、スイングアーム２５およびアーム駆動部２６は、本発明のノズル移動機構を構成する。

気体供給ノズル２７は、シリコン基板１００に対して浄化した気体を高圧で吹き付けることによってシリコン基板１００の乾燥を行う。気体供給ノズル２７は、スイングアーム２８に支持されている。アーム駆動部２９は、スイングアーム２８を水平面内で回動させるとともに、スイングアーム２８を上下方向に昇降させる。アーム駆動部２９によってスイングアーム２８を移動させることにより、気体供給ノズル２７の先端部を液体容器１４内に配置させたり、液体容器１４から退避させたりできるようになっている。

シリコン基板１００を乾燥させるときは、気体供給ノズル２７の先端部をシリコン基板１００の表面に対峙させて、シリコン基板１００の表面に向けて気体を吹き付ける。気体供給ノズル２７が気体を吹き付ける際に、アーム駆動部２９は、スイングアーム２８を水平面内で回動させて、気体供給ノズル２７の先端部をシリコン基板１００の表面に沿って所定速度以下で平行移動させる。それと同時に、モータ１３は、駆動軸１２を回転中心としてステージ１０を第２の所定速度より早い第３の所定速度（例えば、８００〜３０００ｒｐｍ）で高速に回転させる。

シリコン基板１００を高速に回転させると同時に、シリコン基板１００の表面に対して浄化した気体を吹き付けすることで、シリコン基板１００の乾燥効果を向上させることができる。すなわち、ステージ１０の回転数を上げることで、シリコン基板１００から除去された被覆物をシリコン基板１００表面およびステージ１０の外側に排出させながら乾燥操作を行うことが可能となる。

次に、上記のように構成した本実施形態によるリフトオフ装置の動作を説明する。図３Ａ〜図３Ｇは、本実施形態によるリフトオフ処理の例を示す図である。まず、図３Ａに示すように、図示しないローダー（ローディング機構）によってシリコン基板１００をステージ１０上に載置する。次に、図３Ｂに示すように、内側バルブ１８を閉じて、給水ノズル２１から純水２００を液体容器１４に供給し、ステージ１０上に載置されたシリコン基板１００を純水２００中に浸漬させる。このとき外側バルブ１９は開けておくが、液体容器１４が満水になるまでは閉じておいても良い。

そして、図３Ｃに示すように、シリコン基板１００が純水２００中に浸漬された状態で、ホーン型超音波発生器２０の超音波照射部から純水２００を介してシリコン基板１００に対して超音波を照射することにより、シリコン基板１００上の金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とをシリコン基板１００から除去する。このとき、ホーン型超音波発生器２０をシリコン基板１００の表面に沿って矢印Ａのように平行移動させると同時に、シリコン基板１００を矢印Ｂのように低速で回転させて、シリコン基板１００の全面に超音波を照射するようにする。また、外側バルブ１９は、液体容器１４から溢れ出てくる純水２００を排水するために開けておく。

シリコン基板１００上の金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とをシリコン基板１００から除去できたら、図３Ｄに示すように、内側バルブ１８を開けて純水２００を液体容器１４から排水する。このとき外側バルブ１９は閉じるが、開けたままの状態であっても良い。

その後、図３Ｅに示すように、金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とが除去された状態のシリコン基板１００に対して、ＩＰＡ供給ノズル２４からＩＰＡをシリコン基板１００に吹き付けるリンス洗浄を行うことにより、シリコン基板１００に残存しているフォトレジストを除去する。このとき、ＩＰＡ供給ノズル２４をシリコン基板１００の表面に沿って矢印Ａのように平行移動させると同時に、シリコン基板１００を矢印Ｂのように中速で回転させることにより、シリコン基板１００の全面にＩＰＡを吹き付けるようにする。

シリコン基板１００に残存しているフォトレジストをシリコン基板１００から除去できたら、図３Ｆに示すように、シリコン基板１００の表面に対して浄化した気体を気体供給ノズル２７から吹き付けすることで、シリコン基板１００を乾燥させる。このとき、気体供給ノズル２７をシリコン基板１００の表面に沿って矢印Ａのように平行移動させると同時に、シリコン基板１００を矢印Ｂのように高速で回転させることにより、シリコン基板１００の全面に気体を吹き付けて乾燥を行うようにする。最後に、図３Ｇに示すように、図示しないアンローダー（アンローディング機構）によってシリコン基板１００をステージ１０上から取り外して一連のリフトオフ処理を終了する。

以上詳しく説明したように、本実施形態では、フォトレジストに対して溶解性がない純水２００中にシリコン基板１００を浸漬させた状態で、ホーン型超音波発生器２０から純水２００を介してシリコン基板１００に対して強力な超音波を照射することにより、金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とを除去した後、フォトレジストに対して溶解性のあるＩＰＡを用いてリンス洗浄を行うことによって、シリコン基板１００上に残ったフォトレジストを完全に除去するようにしている。

このように構成した本実施形態によれば、フォトレジストの上を覆っている金属膜が、強力なホーン型超音波によって金属疲労の原理で除去される。そのため、短時間で金属膜を除去することができ、かつ、バリの発生も抑止することができる。従来のように可燃性有機溶剤を高温加熱して通常型の超音波を併用した場合に３０分以上の処理時間がかかっていたシリコン基板１００でも、２分以下程度の短時間で金属膜の殆どを除去することができ、かつバリの発生も抑止することができる。

また、本実施形態によれば、純水２００中でホーン型超音波を長時間照射しても除去し切れないフォトレジストについても、当該フォトレジストに対して溶解性のあるＩＰＡによるリンス洗浄によって完全に除去することができる。以上により、本実施形態によれば、被覆物の除去処理を短時間化して少量多品種生産（枚葉処理）にも対応できる上、リソグラフィによるレジストパターンの形成時に複雑な操作を行うことなく、フォトレジスト残差もバリも無い高品質なパターンを得ることができる。

また、本実施形態ではシリコン基板１００の浸漬に従来から多用されてきたＮＭＰやアセトン等の可燃性有機溶剤は使わないので、可燃性有機溶剤の使用量を大幅に減らすことができる。これにより、有機溶剤の薬液購入費を従来に比べて低く抑えることができる。また、可燃性有機溶剤の代わりに不溶解性液体として純水２００を用いた場合、シリコン基板１００から剥がされた多量のフォトレジストや金属膜により純水２００に汚れが生じても、純水２００であれば可燃性有機溶剤とは異なり、リフトオフ装置での再生・再使用を行わずにワンパスで使い捨てることが可能である。さらに、配管１６，１７中に金属膜とフォトレジストとが混入することへの対策としても、例えばバグフィルタ程度の安価かつ簡易なフィルタシステムを具備するだけで済む。

なお、ホーン型超音波発生器２０を用いた金属膜の除去によってシリコン基板１００上に残った極微量の金属膜とフォトレジストの大部分はＩＰＡを用いて溶解除去するが、このＩＰＡはフィルタを用いて清浄化して再利用する。ただし、本実施形態では従来型のバッチ処理とは異なる枚葉処理の装置形態をとることが可能なため、リフトオフ装置内に貯蔵するＩＰＡの液量は少なくて済む。また、従来は多量の汚れとなっていた金属膜は、純水２００とホーン型超音波発生器２０とを用いた処理で殆どが除去されているので、ＩＰＡの排液に用いるフィルタへの負荷は大幅に軽減される。

これらのため、排液処理のために複雑な制御系や大容量フィルタや数多くの保全管理機器が必要でなくなり、排液の処理費用も低く抑えることができる。ランニングコスト面だけを見ても大幅にコストを低減することが可能である。その結果、有機溶剤使用量の大幅削減により地球環境への負荷低減を図りつつ、リフトオフ処理コストの上昇を抑制することができる。また、リフトオフ装置の簡略化および小型化を実現するとともに、メンテナンスも容易にすることができる。

なお、上記実施形態では、図１および図２に示す各構成を１つのチャンバ内に収納し、当該１つのチャンバにて１段階目の金属膜除去処理と２段階目のフォトレジスト除去処理とを順次に行う例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、チャンバを２つ設け、あるシリコン基板１００に関する１段階目の金属膜除去処理を第１チャンバで行い、それと同時に別のシリコン基板１００に関する２段階目のフォトレジスト除去処理を第２チャンバで行うようにしても良い。

図４は、２チャンバ方式によるリフトオフ装置の平面構成例を示す図である。なお、この図４において、図１および図２に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。図４に示すリフトオフ装置は、第１チャンバ３１、第２チャンバ３２、自動搬送ロボット３３、ローダ３４およびアンローダ３５を備えている。

第１チャンバ３１は、ホーン型超音波発生器２０、給水ノズル２１、スイングアーム２２、アーム駆動部２３、気体供給ノズル２７、スイングアーム２８およびアーム駆動部２９を備えている。その他に第１チャンバ３１は、図１および図２に示した構成要素１０〜１９を備えている。

第２チャンバ３２は、ＩＰＡ供給ノズル２４、スイングアーム２５、アーム駆動部２６、気体供給ノズル２７、スイングアーム２８およびアーム駆動部２９を備えている。その他に第２チャンバ３２は、図１および図２に示した構成要素１０〜１９を備えている。

自動搬送ロボット３３は、ローダ３４と第１チャンバ３１との間、第１チャンバ３１と第２チャンバ３２との間、第２チャンバ３２とアンローダ３５との間でシリコン基板１００を自動搬送する。すなわち、自動搬送ロボット３３は、リフトオフ処理前のシリコン基板１００をローダ３４から第１チャンバ３１に搬送する。また、自動搬送ロボット３３は、金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とが除去されたシリコン基板１００を第１チャンバ３１から第２チャンバ３２に搬送する。さらに、自動搬送ロボット３３は、残存したフォトレジストも除去されたシリコン基板１００（回路パターンの完成したもの）を第２チャンバ３２からアンローダ３５に搬送する。

以下に、図４のように構成したリフトオフ装置の動作を説明する。まず、自動搬送ロボット３３は、ローダ３４から抜いたシリコン基板１００を第１チャンバ３１のステージ１０にセットする。次に、第１チャンバ３１の液体容器１４内に満たした純水２００中にシリコン基板１００を浸漬させた状態で、ステージ１０を低速回転させながらホーン型超音波発生器２０により超音波をシリコン基板１００に照射することにより、金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とをシリコン基板１００から除去する。

その後、第１チャンバ３１の液体容器１４から純水２００を排水し、ステージ１０を高速回転させながら気体供給ノズル２７から浄化した気体をシリコン基板１００に吹き付けることにより、シリコン基板１００を乾燥させる。乾燥が終わると、自動搬送ロボット３３は、シリコン基板１００を第１チャンバ３１から第２チャンバ３２へ搬送し、第２チャンバ３２のステージ１０にセットする。このとき、自動搬送ロボット３３は、ローダ３４から抜いた次のシリコン基板１００を第１チャンバ３１のステージ１０にセットする。

第２チャンバ３２では、第１チャンバ３１から搬送されてきたシリコン基板１００（金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とが除去された状態のもの）に対して、ステージ１０を中速回転させながらＩＰＡ供給ノズル２４からＩＰＡを吹き付けるリンス洗浄を行うことにより、シリコン基板１００に残存しているフォトレジストを除去する。

シリコン基板１００に残存しているフォトレジストをシリコン基板１００から除去できたら、ステージ１０を高速回転させながらシリコン基板１００の表面に対して浄化した気体を気体供給ノズル２７から吹き付けすることで、シリコン基板１００を乾燥させる。そして、乾燥が終わったら、自動搬送ロボット３３は、シリコン基板１００を第２チャンバ３２からアンローダ３５へ搬送し、一連のリフトオフ処理を終了する。

このように、２チャンバ方式でリフトオフ装置を構成することにより、１枚のシリコン基板１００に対して１段階目の金属膜除去処理を行うのと同時に、もう１枚のシリコン基板１００に対して２段階目のフォトレジスト除去処理を行うことができる。これにより、複数枚のシリコン基板１００をリフトオフ処理する場合の処理時間を短くすることができる。なお、ここでは２チャンバ構成の例を示したが、３チャンバ以上の構成としても良い。

また、上記実施形態では、２段階目のフォトレジスト除去処理において、ＩＰＡ供給ノズル２４からシリコン基板１００に対してＩＰＡを吹き付けることによってリンス洗浄を行う例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、液体容器に満たされたＩＰＡ中にシリコン基板１００を浸漬させることによって２段階目のフォトレジスト除去処理を行うようにしても良い。その際、溶解除去効果を促進するために超音波を照射するようにしても良い。この場合の超音波は、ホーン型超音波であっても良いし、ホーン型超音波ではない従来型の超音波であっても良い。

図５は、ＩＰＡ中にシリコン基板１００を浸漬させることによって２段階目のフォトレジスト除去処理を行うようにした２チャンバ方式によるリフトオフ装置の平面構成例を示す図である。なお、この図５において、図４に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。

図５に示すリフトオフ装置は、第１チャンバ３１、第２チャンバ３２、自動搬送ロボット３３、ローダ３４およびアンローダ３５を備えている。第１チャンバ３１の構成は、図４の場合と同じである。図５に示すリフトオフ装置において、第２チャンバ３２は、図４に示したＩＰＡ供給ノズル２４、スイングアーム２５およびアーム駆動部２６の代わりに、超音波発生器４０、ＩＰＡ供給ノズル４１、スイングアーム４２およびアーム駆動部４３を備えている。

ＩＰＡ供給ノズル４１は、第２チャンバ３２の液体容器１４にＩＰＡを供給する。ＩＰＡ供給ノズル４１は、超音波発生器４０と共にスイングアーム４２に支持されている。アーム駆動部４３は、スイングアーム４２を水平面内で回動させるとともに、スイングアーム４２を上下方向に昇降させる。アーム駆動部４３によってスイングアーム４２を移動させることにより、超音波発生器４０およびＩＰＡ供給ノズル４１の各先端部を液体容器１４内に配置させたり、液体容器１４から退避させたりできるようになっている。

シリコン基板１００からフォトレジストを除去するときは、超音波発生器４０の超音波照射部を液体容器１４中のＩＰＡを介してシリコン基板１００の表面に対峙させて、シリコン基板１００の表面に向けて超音波を照射する。超音波発生器４０が超音波を照射する際に、アーム駆動部４３は、スイングアーム４２を水平面内で回動させて、超音波照射部をシリコン基板１００の表面に沿って所定速度以下（例えば、５０ｃｍ／秒以下）で平行移動させる。それと同時に、ステージ１０を低速で回転させて、シリコン基板１００の全面に超音波を照射するようにする。

以下に、図５のように構成したリフトオフ装置の動作を説明する。まず、自動搬送ロボット３３は、ローダ３４から抜いたシリコン基板１００を第１チャンバ３１のステージ１０にセットする。次に、第１チャンバ３１の液体容器１４内に満たした純水２００中にシリコン基板１００を浸漬させた状態で、ステージ１０を低速回転させながらホーン型超音波発生器２０により超音波をシリコン基板１００に照射することにより、金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とをシリコン基板１００から除去する。

その後、第１チャンバ３１の液体容器１４から純水２００を排水し、ステージ１０を高速回転させながら気体供給ノズル２７から浄化した気体をシリコン基板１００に吹き付けることにより、シリコン基板１００を乾燥させる。乾燥が終わると、自動搬送ロボット３３は、シリコン基板１００を第１チャンバ３１から第２チャンバ３２へ搬送し、第２チャンバ３２のステージ１０にセットする。このとき、自動搬送ロボット３３は、ローダ３４から抜いた次のシリコン基板１００を第１チャンバ３１のステージ１０にセットする。

第２チャンバ３２では、第１チャンバ３１から搬送されてきたシリコン基板１００（金属膜の殆ど全てとフォトレジストの一部とが除去された状態のもの）を第２チャンバ３２の液体容器１４内に満たしたＩＰＡ中に浸漬させた状態で、ステージ１０を低速回転させながら超音波発生器４０により超音波をシリコン基板１００に照射することにより、残存しているフォトレジストをシリコン基板１００から除去する。

シリコン基板１００に残存しているフォトレジストをシリコン基板１００から除去できたら、ＩＰＡを排水した後、ステージ１０を高速回転させながらシリコン基板１００の表面に対して浄化した気体を気体供給ノズル２７から吹き付けすることで、シリコン基板１００を乾燥させる。そして、乾燥が終わったら、自動搬送ロボット３３は、シリコン基板１００を第２チャンバ３２からアンローダ３５へ搬送し、一連のリフトオフ処理を終了する。

このように、ＩＰＡの吹き付け方式ではなく浸漬方式でフォトレジストを除去する場合でも、可燃性有機溶剤としてＮＭＰやアセトンなどは全く使う必要がない。一方、ＩＰＡ自体は、吹き付け方式でも浸漬方式でも使用量はあまり変わらない。すなわち、ＩＰＡは純水２００と異なりワンパスで使い捨てることができため、排液処理をして再利用する。再利用するためには、ＩＰＡの貯液タンクが必要となる。したがって、貯液タンクまで含めたＩＰＡの貯液量という観点でみれば、吹き付け方式と浸漬方式とでは大幅な差は生じない。

図５に示したリフトオフ装置において、単純なチューブ吐出構造以外に高圧ジェットノズルまたは２流体ノズルなどで構成した給水ノズルを第１チャンバ３１に更に設け、金属膜等が除去されたシリコン基板１００に対して純水２００でリンス洗浄をした後に、乾燥処理を行うようにしても良い。

リフトオフ装置内に２チャンバ構成を持ち、それぞれのチャンバで純水２００およびＩＰＡを別々に用いるとともに、第１チャンバ３１での金属膜除去処理後にリンス洗浄処理・乾燥処理を行うことで、排水ラインへの完全分離回収を実施することが可能となる。すなわち、第１チャンバ３１で使用した純水２００がシリコン基板１００に付着したままの状態で第２チャンバ３２のＩＰＡ中に浸漬されることがないので、第１チャンバ３１の配管１６，１７には純水２００だけを、第２チャンバ３２の配管１６，１７にはＩＰＡだけを排液することができる。

また、図５に示したリフトオフ装置において、単純なチューブ吐出構造以外に高圧ジェットノズルまたは２流体ノズルなどで構成したＩＰＡ供給ノズルを第２チャンバ３２に更に設け、ＩＰＡへの浸漬でフォトレジストが除去されたシリコン基板１００に対してＩＰＡでリンス洗浄をした後に、乾燥処理を行うようにしても良い。

第２チャンバ３２で浸漬に使用したＩＰＡはワンパスで使い捨てることができないため、これを再利用するために、フィルタやポンプを具備した循環再利用系統が設けられる。そのため、剥離されたフォトレジストがＩＰＡの排水中に溶解して再利用液に溶け込んでくる。溶解して液体状になったフォトレジストをフィルタでは基本的に除去できないので、再利用液のＩＰＡに浸漬されたシリコン基板１００をそのまま乾燥させると、そのＩＰＡ中に溶け込んだフォトレジストがシリコン基板１００の表面に皮膜状に乾燥固着してしまう。そこで、ＩＰＡ（再利用液ではなく新液が好ましい）をシリコン基板１００上に吐出して最終仕上げのリンス洗浄を行い、その後に乾燥処理を行うのが好ましい。

また、上記実施形態では、液体容器１４を図１のように構成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、液体容器は、ステージ１０を底面とし、ステージ１０に載置されたシリコン基板１００の保持ピン１０ａ，１０ｂの高さよりも高い側壁を備えた皿形状の容器としても良い。なお、図６に示す構成では、内側配管１６がシール軸１１、駆動軸１２およびモータ１３内の中空部に通されており、モータ１３と内側バルブ１８との間にはロータリジョイント５１が設けられている。

ステージ１０を底面とする皿形状に液体容器を構成することで、シリコン基板１００を浸漬させるために必要な液体容器の容積を小さくすることができる。これにより、排水を容易にすることができるので、シリコン基板１００から除去された金属膜等を純水２００とともに超音波照射領域外に速やかに排出させることが可能となる。したがって、シリコン基板１００上から剥離除去された金属膜等の汚れが、超音波照射時の衝撃波に乗ってシリコン基板１００への再衝突するというダメージをより効果的に回避することができる。

また、上記実施形態では、シリコン基板１００上に金属膜の回路パターンを生成する際のリフトオフ処理を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本実施形態のリフトオフ装置は、プリント基板、ＦＰＤ（Flat Panel Display）基板、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイス、ＭＥＭＳ（Micro -Electro Mechanical Systems）、あるいはハードディスク等の製造時において、各種基板上に様々な膜のパターンを生成する際のリフトオフ処理にも適用することも可能である。

また、上記実施形態では、フォトレジストに対して溶解性のない不溶解性液体の一例として純水２００を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、住友スリーエム社の「フロリナート」というフッ素系不活性液体を用いることも可能である。

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０ ステージ
１１ シール軸受
１２ 駆動軸
１３ モータ
１４ 液体容器
２０ ホーン型超音波発生器
２１ 給水ノズル
２２ スイングアーム
２３ アーム駆動部
２４ ＩＰＡ供給ノズル
２５ スイングアーム
２６ アーム駆動部
２７ 気体供給ノズル
２８ スイングアーム
２９ アーム駆動部
１００ シリコン基板（ワーク）
２００ 純水

Claims (9)

1. 平板状のワークから、フォトレジストおよびその上に成膜された金属膜から成る被覆物をウェット環境で除去するリフトオフ装置であって、
   上記フォトレジストに対して溶解性のない不溶解性液体が注入された液体容器内において、ステージ上に載置された上記ワークを上記不溶解性液体に浸漬させた状態で、ホーン型超音波発生器の超音波照射部から上記不溶解性液体を介して上記ワークに対して超音波を照射することによって上記金属膜の殆ど全てと上記フォトレジストの一部とを除去する金属膜除去部と、
   上記金属膜の殆ど全てと上記フォトレジストの一部とが除去された状態のワークに対して、上記フォトレジストに対して溶解性のある溶解性液体によって上記ワークに残存している上記フォトレジストを除去するレジスト除去部とを備えたことを特徴とするリフトオフ装置。
2. 上記金属膜除去部は、上記ワークを載置する上記ステージと、
   上記ステージ上に載置された上記ワークを上記不溶解性液体中に浸漬させる上記液体容器と、
   上記ワークが上記不溶解性液体中に浸漬された状態で、上記超音波照射部から上記不溶解性液体を介して上記ワークに対して超音波を照射する上記ホーン型超音波発生器とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のリフトオフ装置。
3. 上記ホーン型超音波発生器は、上記超音波照射部を上記不溶解性液体を介して上記ワークの表面に対峙させて、上記ワークの表面に向けて超音波を照射するように成され、
   上記ホーン型超音波発生器が超音波を照射する際に上記超音波照射部を上記ワークの表面に沿って所定速度以下で平行移動させる照射部移動機構を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載のリフトオフ装置。
4. 上記ホーン型超音波発生器が超音波を照射する際に、上記ステージを、その表面に対して垂直な方向の軸を回転中心として所定速度以下で回転させる回転機構を備えたことを特徴とする請求項３に記載のリフトオフ装置。
5. 上記超音波照射部の先端は、超音波を照射する際に、上記不溶解性液体の液面から所定距離以上を持って液面下に没していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のリフトオフ装置。
6. 上記レジスト除去部は、上記金属膜の殆ど全てと上記フォトレジストの一部とが除去された状態のワークに対して、ノズルから上記溶解性液体を吹き付けることによってリンス洗浄を行うリンス洗浄部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のリフトオフ装置。
7. 上記リンス洗浄部が上記ワークに対して上記ノズルから上記溶解性液体を吹き付ける際に、上記ワークの表面に対して上記ノズルの先端を所定距離まで接近させ、上記ワークの表面に沿って上記ノズルを平行移動させるノズル移動機構を更に備えたことを特徴とする請求項６に記載のリフトオフ装置。
8. 上記不溶解性液体は純水であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のリフトオフ装置。
9. 平板状のワークから、フォトレジストおよびその上に成膜された金属膜から成る被覆物をウェット環境で除去するリフトオフ処理方法であって、
   上記ワークをステージ上に載置する第１のステップと、
   上記フォトレジストに対して溶解性がない不溶解性液体を液体容器に供給し、上記ステージ上に載置された上記ワークを上記不溶解性液体中に浸漬させる第２のステップと、
   上記ワークが上記不溶解性液体中に浸漬された状態で、ホーン型超音波発生器の超音波照射部から上記不溶解性液体を介して上記ワークに対して超音波を照射することにより、上記金属膜の殆ど全てと上記フォトレジストの一部とを上記ワークから除去する第３のステップと、
   上記金属膜の殆ど全てと上記フォトレジストの一部とが除去された状態のワークに対して、上記フォトレジストに対して溶解性のある溶解性液体によって上記ワークに残存している上記フォトレジストを除去する第４のステップとを有することを特徴とするリフトオフ処理方法。