JP6051562B2 - 撥水性保護膜形成用薬液 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイス製造などにおける基板（ウェハ）の洗浄技術に関する。

ネットワークやデジタル家電用の半導体デバイスにおいて、さらなる高性能・高機能化や低消費電力化が要求されている。そのため回路パターンの微細化が進行しており、微細化が進行するに伴って、回路パターンのパターン倒れが問題となっている。半導体デバイス製造においては、パーティクルや金属不純物の除去を目的とした洗浄工程が多用されており、その結果、半導体製造工程全体の３〜４割にまで洗浄工程が占めている。この洗浄工程において、半導体デバイスの微細化に伴うパターンのアスペクト比が高くなると、洗浄またはリンス後、気液界面がパターンを通過する時にパターンが倒れる現象がパターン倒れである。

特許文献１には、パターン倒れを抑制する手法として気液界面がパターンを通過する前に洗浄液を水から２−プロパノールへ置換する技術が開示されている。しかし、対応できるパターンのアスペクト比が５以下である等、限界があると言われている。

また、特許文献２には、パターン倒れを抑制する手法として、レジストパターンを対象とする技術が開示されている。この手法は毛細管力を極限まで下げることによって、パターン倒れを抑制する手法である。

しかし、この開示された技術はレジストパターンを対象としており、レジスト自体を改質するものであり、さらに最終的にレジストと共に除去が可能であるため、乾燥後の処理剤の除去方法を想定する必要がなく、本目的には適用できない。

また、特許文献３には、シリコンを含む膜により凹凸形状パターンを形成したウェハ表面を酸化等により表面改質し、該表面に水溶性界面活性剤またはシランカップリング剤を用いて撥水性保護膜を形成し、毛細管力を低減し、パターンの倒壊を防止する洗浄方法が開示されている。

また、特許文献４、５には、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノトリメチルシランを始めとするシリル化剤及び溶剤を含む処理液を用いて疎水化処理を行うことにより、パターン倒れを防ぐ技術が開示されている。

特開２００８−１９８９５８号公報 特開平５−２９９３３６号公報 特許第４４０３２０２号公報 特開２０１０−１２９９３２号公報 国際公開第１０／４７１９６号パンフレット

本発明は、半導体デバイス製造などにおいて、特に微細でアスペクト比の高い回路パターン化されたデバイスの製造歩留まりの向上を目的とした基板（ウェハ）の洗浄技術に関するものであり、特に、表面に凹凸パターンを有するウェハの凹凸パターン倒れを誘発しやすい洗浄工程を改善することを目的とした撥水性保護膜形成用薬液等に関するものである。これまで、前記ウェハとしては表面にシリコン元素を有するウェハが一般的に用いられてきたが、パターンの多様化に伴って、チタン、タングステン、アルミニウム、銅、スズ、タンタル、及び、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を有するウェハ（以降、「金属系ウェハ」または単に「ウェハ」と記載する場合がある）が用いられ始めている。しかし、前記金属系ウェハのように、表面に反応性の官能基、例えばシラノール基が十分に存在しないウェハの場合、特許文献３乃至５に記載の処理液及び処理方法を用いてもパターンの倒壊を防止する撥水性保護膜を形成できないため、パターンの倒壊を防止できないという問題がある。さらに、特許文献３乃至５に記載の処理液は、有機溶剤を含有する可燃性の液体であるため、安全性あるいは環境負荷の面で改善の余地がある。本発明は、金属系ウェハの少なくとも凹部表面に撥水性保護膜を形成し、該凹部に保持された液体と該凹部表面との相互作用を低減せしめることによって、パターン倒れを誘発しやすい洗浄工程を改善するための撥水性保護膜を形成する保護膜形成用薬液を提供することを課題とする。

パターン倒れは、ウェハの乾燥時に気液界面がパターンを通過するときに生じる。これは、パターンのアスペクト比が高い部分と低い部分との間において、残液高さの差ができ、それによってパターンに作用する毛細管力に差が生じることが原因と言われている。

このため、毛細管力を小さくすれば、残液高さの違いによる毛細管力の差が低減し、パターン倒れが解消すると期待できる。毛細管力の大きさは、以下に示される式で求められるＰの絶対値であり、この式からγ、もしくは、ｃｏｓθを小さくすれば、毛細管力を低減できると期待される。

Ｐ＝２×γ×ｃｏｓθ／Ｓ
（式中、γは凹部に保持されている液体の表面張力、θは凹部表面と凹部に保持されている液体のなす接触角、Ｓは凹部の幅である。）

本発明の撥水性保護膜形成用薬液（以降「保護膜形成用薬液」または単に「薬液」と記載する場合がある）は、表面に凹凸パターンを形成され、該凹凸パターンの凹部表面にチタン、タングステン、アルミニウム、銅、スズ、タンタル、及び、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を有するウェハの、少なくとも前記凹部表面に撥水性保護膜（以降、単に「保護膜」と記載する場合がある）を形成するための撥水性保護膜形成用薬液であり、
該薬液は、撥水性保護膜形成剤（以降、単に「保護膜形成剤」と記載する場合がある）と水を含み、
前記撥水性保護膜形成剤が、下記一般式［１］で示される化合物及びその塩化合物から選ばれる少なくとも一つであり、
前記薬液中に含まれる溶媒の総量に対する水の濃度が５０質量％以上であることを特徴とする。
（式［１］中、Ｒ^１は、一部または全ての水素元素がフッ素元素に置き換えられていても良い炭素数が１乃至１８の１価の炭化水素基である。Ｒ^２は、それぞれ互いに独立して一部または全ての水素元素がフッ素元素に置き換えられていても良い炭素数が１乃至１８の炭化水素基を含む１価の有機基である。ａは、０乃至２の整数である。）

前記一般式［１］で示される保護膜形成剤を用いることにより、前記の金属系ウェハの少なくとも凹部表面に、撥水性保護膜を形成することができる。該保護膜形成剤は、Ｐ−ＯＨ基、および／または、Ｐ＝Ｏ基（以降、これらを総称して「官能部」と記載する場合がある）が、前記金属系元素を含む物質に対して親和性を持つ。ここで、親和性を持つとは、ファンデルワールス力や静電的相互作用等が前記の金属系元素を含む物質表面と前記保護膜形成剤の官能部の間に働くことにより吸着すること、及び／または、該物質表面と前記保護膜形成剤の官能部が反応して、化学結合を形成することにより吸着することを意味する。また、Ｒ^１は、保護膜形成剤の疎水部であり、該保護膜形成剤が金属系ウェハの前記金属系元素に吸着した際は、該ウェハ表面から外側に向かって該疎水部が並び、結果として該ウェハ表面を疎水性にできる。

前記金属系ウェハとしては、凹凸パターンの凹部表面にチタン、タングステン、アルミニウム、銅、スズ、タンタル、及び、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を有するものであり、好ましくは、チタン、アルミニウム、及び、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を有するものであり、より好ましくはチタンおよびルテニウムのうち少なくとも１つの元素を有するものであり、特に好ましくはチタン元素を有するものである。凹凸パターンの凹部表面にケイ素元素を有するウェハの場合、表面にはシラノール基（ＳｉＯＨ基）が多数存在し、このシラノール基がシランカップリング剤との反応点となるために、凹部表面に撥水性保護膜を形成しやすい。一方、金属系ウェハにおいては、表面にシラノール基にあたるような反応点が少なく、シランカップリング剤のような化合物で保護膜を形成することは難しい。また、本発明において、表面に凹凸パターンを有するウェハとは、エッチングまたはインプリント等によって表面に凹凸パターンを形成された後の状態のウェハを意味する。また、前記のウェハに金属配線等の他の加工が施されたものであっても、その表面に凹凸パターンが存在するものであれば、対象とすることができる。

前記撥水性保護膜形成剤は、水に対して溶解性を有するものが好ましい。該溶解度が小さすぎると、撥水性保護膜形成用薬液中に撥水性保護膜形成剤を充分に含有させ難いため、好ましくない。一方、該溶解度が大きすぎると、金属系ウェハ表面に充分な撥水性を付与し難い傾向があるため、好ましくない。このため、前記撥水性保護膜形成剤の水に対する溶解度は５〜１０００００質量ｐｐｍが好ましく、特に、１０〜５００００質量ｐｐｍ、さらには１５〜１００００質量ｐｐｍが好ましい。

また、前記撥水性保護膜形成剤は、下記一般式［２］で示される化合物及びその塩化合物から選ばれる少なくとも一つであることが特に好ましい。
（式［２］中、Ｒ^３は、一部または全ての水素元素がフッ素元素に置き換えられていても良い炭素数が１乃至１８の１価の炭化水素基である。）

さらには、前記撥水性保護膜形成剤は、前記一般式［２］で示される化合物であることがより好ましい。

本発明の保護膜形成用薬液は、前記金属系ウェハの洗浄工程において洗浄液を該薬液に置換して使用される。また、前記の置換した薬液は他の洗浄液に置換されてもよい。

前記のように洗浄液を保護膜形成用薬液に置換し、凹凸パターンの少なくとも凹部に該薬液が保持されている間に、該凹凸パターンの少なくとも凹部表面に前記保護膜が形成される。本発明の保護膜は、必ずしも連続的に形成されていなくてもよく、また、必ずしも均一に形成されていなくてもよいが、より優れた撥水性を付与できるため、連続的に、また、均一に形成されていることがより好ましい。

本発明において、保護膜とは、前記金属系ウェハの洗浄時に、前記保護膜形成用薬液を少なくとも凹部に保持することにより、少なくとも凹部表面に形成された撥水性保護膜であり、該撥水性保護膜は、撥水性保護膜形成剤及び／またはその反応物から形成されたものであり、ウェハ表面の濡れ性を低くする膜、すなわち撥水性を付与する膜のことである。本発明において撥水性とは、物品表面の表面エネルギーを低減させて、水やその他の液体と該物品表面との間（界面）で相互作用、例えば、水素結合、分子間力などを低減させる意味である。特に水に対して相互作用を低減させる効果が大きいが、水と水以外の液体の混合液や、水以外の液体に対しても相互作用を低減させる効果を有する。該相互作用の低減により、物品表面に対する液体の接触角を大きくすることができる。

また、本発明のウェハの洗浄方法は、表面に凹凸パターンを形成され、該凹凸パターンの凹部表面にチタン、タングステン、アルミニウム、銅、スズ、タンタル、及び、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を有するウェハの洗浄方法であって、該方法は、少なくとも、
凹凸パターンの少なくとも凹部に保護膜形成用薬液を保持する、撥水性保護膜形成工程、
乾燥により凹凸パターンから液体を除去する、乾燥工程、
保護膜を除去する、膜除去工程
を有し、前記保護膜形成用薬液は、撥水性保護膜形成剤と水を含み、
前記撥水性保護膜形成剤が、前記一般式［１］で示される化合物及びその塩化合物から選ばれる少なくとも一つであり、
前記薬液中に含まれる溶媒の総量に対する水の濃度が５０質量％以上であることを特徴とする。

本発明では、液体が凹部から除去されるとき、すなわち、乾燥されるとき、前記凹凸パターンの少なくとも凹部表面に前記保護膜が形成されているので、該凹部に働く毛細管力が小さくなり、パターン倒れが生じにくくなる。また、前記保護膜は乾燥工程後に除去される。

また、撥水性保護膜形成工程より前に、前記凹凸パターンの少なくとも凹部に水系洗浄液を保持する水系洗浄工程を有することが好ましい。

さらにまた、前記洗浄方法は、前記撥水性保護膜形成剤が、前記一般式［２］で示される化合物及びその塩化合物から選ばれる少なくとも一つであることが好ましく、特には、前記撥水性保護膜形成剤が、前記一般式［２］で示される化合物から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。

本発明の保護膜形成用薬液によって形成される保護膜は撥水性に優れることから、表面に凹凸パターンを形成され、該凹凸パターンの凹部表面にチタン、タングステン、アルミニウム、銅、スズ、タンタル、及び、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を有するウェハの、該凹部に保持された液体と該凹部表面との相互作用を低減せしめ、ひいてはパターン倒れ防止効果を示す。該薬液を用いると、表面に凹凸パターンを有するウェハの製造方法中の洗浄工程が、スループットが低下することなく改善される。従って、本発明の保護膜形成用薬液を用いて行われる表面に凹凸パターンを有するウェハの製造方法は、生産性が高いものとなる。また、本発明の保護膜形成用薬液は、該薬液中に含まれる溶媒の総量に対する水の濃度が５０質量％以上であり、非水溶剤を含有する場合にその含有量が少なく（前記薬液中に含まれる溶媒の総量に対して５０質量％以下）済むため、安全性により優れた薬液であり、環境負荷がより小さい薬液である。また、本発明の保護膜形成用薬液は繰り返し使用できるため、該薬液を用いると経済的にウェハを洗浄できる。

表面が凹凸パターン２を有する面とされたウェハ１を斜視したときの模式図の一例を示す図 図１中のａ−ａ’断面の一部を示した模式図 洗浄工程にて凹部４が保護膜形成用薬液８を保持した状態の模式図 保護膜が形成された凹部４に液体が保持された状態の模式図

本発明の保護膜形成用薬液を用いた表面処理を実施する前に、一般的には次に挙げる前処理工程を経ることが多い。
ウェハ表面を凹凸パターンを有する面とする前処理工程１、
水系洗浄液を用いて、ウェハ表面を洗浄する前処理工程２、及び
前記水系洗浄液を、該水系洗浄液とは異なる洗浄液Ａ（以降、単に「洗浄液Ａ」と記載する場合がある）に置換する前処理工程３
なお、前処理工程２または前処理工程３は省略されることもある。

前記前処理工程１において、パターン形成方法は、まず、該ウェハ表面にレジストを塗布したのち、レジストマスクを介してレジストに露光し、露光されたレジスト、または、露光されなかったレジストをエッチング除去することによって所望の凹凸パターンを有するレジストを作製する。また、レジストにパターンを有するモールドを押し当てることでも、凹凸パターンを有するレジストを得ることができる。次に、ウェハをエッチングする。このとき、レジストパターンの凹の部分に対応するウェハの表面が選択的にエッチングされる。最後に、レジストを剥離すると、凹凸パターンを有するウェハが得られる。

上記の前処理工程によって、表面に凹凸パターンを形成され、該凹凸パターンの凹部表面にチタン、タングステン、アルミニウム、銅、スズ、タンタル、及び、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を有するウェハ（金属系ウェハ）が得られる。金属系ウェハとしては、シリコンウェハ、シリコンおよび／または酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含む複数の成分から構成されたウェハ、シリコンカーバイドウェハ、サファイアウェハ、各種化合物半導体ウェハ、プラスチックウェハなどの表面を、チタン、タングステン、アルミニウム、銅、スズ、タンタル、及び、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含む物質（以降、「金属系の物質」と記載する場合がある）の層で被覆したもの、またはウェハ上に多層膜を形成し、そのうちの少なくとも１層が前記金属系の物質の層であるもの等が挙げられ、上記の凹凸パターン形成工程は、該金属系の物質の層を含む層において行われる。また、上記凹凸パターンを形成したときに、該凹凸パターン表面の少なくとも凹部表面の一部が前記金属系の物質となるものも含まれる。

前記金属系の物質としては、例えば、チタン元素を含む物質としては、窒化チタン、酸化チタン、チタンなどがあり、タングステン元素を含む物質としては、タングステン、酸化タングステンなどがあり、アルミニウム元素を含む物質としては、アルミニウム、酸化アルミニウムなどがあり、銅元素を含む物質としては、銅、酸化銅などがあり、スズ元素を含む物質としては、スズ、酸化スズなどがあり、タンタル元素を含む物質としては、タンタル、酸化タンタル、窒化タンタルなどがあり、ルテニウム元素を含む物質としては、ルテニウム、酸化ルテニウムなどがある。

また、前記金属系の物質を含む複数の成分から構成されたウェハに対しても、該金属系の物質の表面に前記保護膜を形成することができる。該複数の成分から構成されたウェハとしては、前記金属系の物質が少なくとも凹部表面の一部に形成したもの、あるいは、凹凸パターンを形成したときに、少なくとも凹部表面の一部が前記金属系の物質となるものも含まれる。なお、本発明の薬液で保護膜を形成できるのは前記凹凸パターン中の少なくとも前記金属系の物質部分の表面である。従って、前記保護膜は前記金属系ウェハの少なくとも凹部表面の一部に形成されるものであってもよい。

なお、本発明の保護膜形成用薬液は、表面にチタン元素を有する物品の該表面に優れた撥水性保護膜を形成しやすいため、前記ウェハが、表面に凹凸パターンを形成され、該凹凸パターンの凹部表面にチタン元素を有するウェハであるとより好ましい。

前記前処理工程２において用いる水系洗浄液の例としては、水、あるいは、水に有機溶媒、過酸化水素、オゾン、酸、アルカリ、界面活性剤のうち少なくとも１種が混合された水溶液（例えば、水の含有率が１０質量％以上）とするものが挙げられる。

また、前処理工程２において、水系洗浄液への置換は２回以上行ってもよい。その際に用いる水系洗浄液は、それぞれ異なるものであっても良い。

前記前処理工程２において水系洗浄液で表面の洗浄を行った後、そのまま乾燥等により水系洗浄液を除去、或いは水系洗浄液から水に置換した後に乾燥等により水を除去すると、凹部の幅が小さく、凸部のアスペクト比が大きいと、パターン倒れが生じやすくなる。該凹凸パターンは、図１及び図２に記すように定義される。図１は、表面が凹凸パターン２を有する面とされたウェハ１を斜視したときの模式図の一例を示し、図２は図１中のａ−ａ’断面の一部を示したものである。凹部の幅５は、図２に示すように凸部３と凸部３の間隔で示され、凸部のアスペクト比は、凸部の高さ６を凸部の幅７で割ったもので表される。洗浄工程でのパターン倒れは、凹部の幅が７０ｎｍ以下、特には４５ｎｍ以下、アスペクト比が４以上、特には６以上のときに生じやすくなる。

本発明において、ウェハの凹凸パターンの少なくとも凹部に前記薬液や洗浄液を保持できるのであれば、該ウェハの洗浄方式は特に限定されない。ウェハの洗浄方式としては、ウェハをほぼ水平に保持して回転させながら回転中心付近に液体を供給してウェハを１枚ずつ洗浄するスピン洗浄に代表される枚葉方式や、洗浄槽内で複数枚のウェハを浸漬し洗浄するバッチ方式が挙げられる。なお、ウェハの凹凸パターンの少なくとも凹部に前記薬液や洗浄液を供給するときの該薬液や洗浄液の形態としては、該凹部に保持された時に液体になるものであれば特に限定されず、たとえば、液体、蒸気などがある。

前処理工程３で用いた洗浄液Ａとは、有機溶媒、該有機溶媒と水系洗浄液の混合物、それらに酸、アルカリ、界面活性剤のうち少なくとも１種が混合された洗浄液である。

前記洗浄液Ａの好ましい例の一つである有機溶媒の例としては、炭化水素類、エステル類、エーテル類、ケトン類、ハロゲン元素含有溶媒、スルホキシド系溶媒、アルコール類、多価アルコールの誘導体、窒素元素含有溶媒等が挙げられる。

なお、前記洗浄液Ａは、清浄度の観点から、有機溶媒、水と有機溶媒の混合液が好ましい。なお、該有機溶媒が水溶性有機溶媒（水１００質量部に対する溶解度が５質量部以上）を含むと、水系洗浄液から置換しやすいので好ましい。

また、前処理工程３において、洗浄液Ａへの置換は２回以上行ってもよい。すなわち、前処理工程２で用いた水系洗浄液から１種類目の洗浄液Ａに置換した後、該洗浄液Ａとは異なる複数種類の洗浄液Ａに順次置換した後、前記保護膜形成用薬液へと置換しても良い。

また、前処理工程２で用いた水系洗浄液から前記保護膜形成用薬液へ直接置換可能である場合は、前記洗浄液Ａによる置換（前処理工程３）を省略しても構わない。本発明の保護膜形成用薬液は、水を含むため、前記洗浄液Ａによる置換（前処理工程３）を省略しやすく、結果として、工程を簡略化できる。

図３は、保護膜形成工程にて凹部４が保護膜形成用薬液８を保持した状態の模式図を示している。図３の模式図のウェハは、図１のａ−ａ’断面の一部を示すものである。この際に、凹部４の表面に保護膜が形成されることにより該表面が撥水化される。

本発明のウェハの洗浄方法で使用される撥水性保護膜形成用薬液中に含まれる前記撥水性保護膜形成剤は、前記一般式［１］で示される化合物及びその塩化合物から選ばれる少なくとも一つである。

前記一般式［１］のＲ^２に含まれる炭化水素基は、例えば、アルキル基、アルキレン基、または、それらの一部または全ての水素元素がフッ素元素に置換されたものなどが挙げられる。

また、前記Ｒ^２は、−ＯＲ^４（Ｒ^４は、炭素数が１乃至１８の炭化水素基）であることが好ましい。また、Ｒ^４の炭素数は１〜８、特に１〜４であると、より優れた撥水性を付与することができるため好ましい。また、Ｒ^４は直鎖アルキル基が好ましい。

さらに、前記撥水性保護膜形成剤は、より優れた撥水性を付与できるため、前記一般式［１］のａが２である前記一般式［２］で示される化合物及びその塩化合物から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。

前記一般式［１］、［２］のＲ^１、Ｒ^３は、例えば、アルキル基、フェニル基、フェニル基の水素元素がアルキル基に置換されたもの、ナフチル基、及び、これら炭化水素基の一部または全ての水素元素がフッ素元素に置換されたものなどが挙げられる。

また、前記一般式［１］、［２］のＲ^１、Ｒ^３は、炭素数が２〜１６、特に４〜１４、さらには６〜１４であると、より優れた撥水性を付与することができるため好ましい。また、前記一部または全ての水素元素がフッ素元素に置き換えられていても良い炭化水素基は、アルキル基が好ましく、特に直鎖アルキル基が好ましい。前記炭化水素基が直鎖アルキル基であると、保護膜を形成した際に、前記保護膜形成剤の疎水部が該保護膜の表面に対して垂直方向に向かって並びやすくなるために、より撥水性付与効果が高くなるため、より好ましい。さらに、前記一般式［１］、［２］のＲ^１、Ｒ^３は、より優れた撥水性を付与できるため、一部または全ての水素元素がフッ素元素に置き換えられている炭化水素基が良い。

前記保護膜形成剤は、前記一般式［１］、［２］で示される化合物の塩化合物、例えば、アンモニウム塩、または、アミン塩など塩で存在していても良い。

また、保護膜形成用薬液中の保護膜形成剤の濃度は、該薬液の総量に対して０．０００５〜２質量％であることが好ましい。０．０００５質量％未満では、撥水性付与効果が不十分となる傾向があり、２質量％超であると前記薬液中に含まれる溶媒に溶解しにくい傾向がある。さらに好ましくは０．００１〜１質量％、特に好ましくは０．００１５〜０．８質量％である。

また、保護膜形成用薬液は水以外の溶媒を含有してもよい。該溶媒としては、有機溶媒が使用でき、水への飽和溶解度以下の濃度で水に混合して使用できる。

前記有機溶媒としては、例えば、炭化水素類、エステル類、エーテル類、ケトン類、ハロゲン元素含有溶媒、スルホキシド系溶媒、ラクトン系溶媒、カーボネート系溶媒、アルコール類、多価アルコールの誘導体、窒素元素含有溶媒、あるいは、それらの混合液が使用される。前記炭化水素類の例としては、トルエン、ベンゼン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどがあり、前記エステル類の例としては、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、アセト酢酸エチルなどがあり、前記エーテル類の例としては、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどがあり、前記ケトン類の例としては、アセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、シクロヘキサノンなどがあり、前記ハロゲン元素含有溶媒の例としては、パーフルオロオクタン、パーフルオロノナン、パーフルオロシクロペンタン、パーフルオロシクロヘキサン、ヘキサフルオロベンゼンなどのパーフルオロカーボン、１、１、１、３、３−ペンタフルオロブタン、オクタフルオロシクロペンタン、２，３−ジハイドロデカフルオロペンタン、ゼオローラＨ（日本ゼオン製）などのハイドロフルオロカーボン、メチルパーフルオロイソブチルエーテル、メチルパーフルオロブチルエーテル、エチルパーフルオロブチルエーテル、エチルパーフルオロイソブチルエーテル、アサヒクリンＡＥ−３０００（旭硝子製）、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ−７１００、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ−７２００、Ｎｏｖｅｃ７３００、Ｎｏｖｅｃ７６００（いずれも３Ｍ製）などのハイドロフルオロエーテル、テトラクロロメタンなどのクロロカーボン、クロロホルムなどのハイドロクロロカーボン、ジクロロジフルオロメタンなどのクロロフルオロカーボン、１，１−ジクロロ−２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロパン、１，３−ジクロロ−１，１，２，２，３−ペンタフルオロプロパン、１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン、１，２−ジクロロ−３，３，３−トリフルオロプロペンなどのハイドロクロロフルオロカーボン、パーフルオロエーテル、パーフルオロポリエーテルなどがあり、前記スルホキシド系溶媒の例としては、ジメチルスルホキシドなどがあり、前記ラクトン系溶媒の例としては、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、γ-ヘキサノラクトン、γ-ヘプタノラクトン、γ-オクタノラクトン、γ-ノナノラクトン、γ-デカノラクトン、γ-ウンデカノラクトン、γ-ドデカノラクトン、δ-バレロラクトン、δ-ヘキサノラクトン、δ-オクタノラクトン、δ-ノナノラクトン、δ-デカノラクトン、δ-ウンデカノラクトン、δ-ドデカノラクトン、ε-ヘキサノラクトンなどがあり、前記カーボネート系溶媒の例としては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネートなどがあり、アルコール類の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、テトラプロピレングリコール、グリセリンなどがあり、前記多価アルコールの誘導体の例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノプロピルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノメチルエーテル、ブチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールジアセテート、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、テトラエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、テトラエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、テトラエチレングリコールジアセテート、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルプロピルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジアセテート、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールジアセテート、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、テトラプロピレングリコールジアセテート、ブチレングリコールジメチルエーテル、ブチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチレングリコールジアセテート、グリセリントリアセテートなどがあり、窒素元素含有溶媒の例としては、ホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ピリジンなどがある。

また、前記保護膜形成用薬液の保護膜形成能を考慮すると、薬液中に含まれる溶媒は、水、または、水にエステル類、エーテル類、ケトン類、水酸基を持たない多価アルコールの誘導体が混合された混合液が好ましい。また、水への溶解性を考慮すると、前記水に混合する溶媒は多価アルコールの誘導体が好ましく、中でも水酸基を持たない多価アルコールの誘導体を用いると、保護膜形成用薬液の保護膜形成能が高いので特に好ましい。また、アルコール類や水酸基を持つ多価アルコール誘導体は、前記保護膜形成剤の溶解性に優れている。このため、前記薬液中に含まれる溶媒として該溶媒を用いると、保護膜形成剤を高濃度で溶解させることができ、保護膜形成能が高い薬液が得られやすくなるため、前記薬液中に含まれる溶媒として該溶媒を用いても良い。

また、前記薬液中に含まれる水が多くなると、該薬液の引火点が高くなる傾向があり、その結果、該薬液の危険性が低くなる。このため、前記薬液中に含まれる溶媒の総量に対する水の濃度は、特に６０質量％以上、さらには７０質量％以上であることが好ましい。

また、保護膜形成用薬液には、前記保護膜形成剤による保護膜の形成を促進させるために、触媒が添加されても良い。触媒の添加量は、保護膜形成剤の総量１００質量％に対して、０．０１〜５０質量％が好ましい。

保護膜形成用薬液は、温度を高くすると、より短時間で前記保護膜を形成しやすくなる。均質な保護膜を形成しやすい温度は、１０℃以上、該薬液の沸点未満であり、特には１５℃以上、該薬液の沸点よりも１０℃低い温度以下で保持されることが好ましい。前記薬液の温度は、凹凸パターンの少なくとも凹部に保持されているときも当該温度に保持されることが好ましい。

保護膜形成工程で使用された保護膜形成用薬液は、以降の他のウェハの処理で再使用されても良い。例えば、前記枚葉方式の場合、あるウェハに供され、該ウェハから脱離した薬液を回収し、それ以降の他のウェハの処理で再使用できる。また、前記バッチ方式の場合、処理槽において、あるバッチの薬液処理を行いウェハを取り出した後で、該処理槽に残した薬液を次のバッチの処理に使用できる。

なお、再使用する薬液は、一部を廃棄したのち再使用しても良いし、新しい薬液を追加して使用してもよい。さらに、イオン交換樹脂や蒸留等による金属不純物の除去、フィルターろ過によるパーティクル等の汚染物質の除去などの精製作業を行ったのち使用しても良い。

前記保護膜形成工程の後で、該凹凸パターンの少なくとも凹部に保持された前記薬液を、該薬液とは異なる洗浄液（以降、「洗浄液Ｂ」と記載する場合がある）に置換（以降、「後洗浄工程」と記載する場合がある）した後に、乾燥工程に移ってもよい。前記洗浄液Ｂの例としては、水系洗浄液、有機溶媒、前記水系洗浄液と有機溶媒の混合物、または、それらに酸、アルカリ、界面活性剤のうち少なくとも１種が混合されたもの、並びに、それらに保護膜形成用薬液に用いられる保護膜形成剤が該薬液よりも低濃度になるように含有されたもの等が挙げられる。前記洗浄液Ｂは、パーティクルや金属不純物の除去の観点から、水、有機溶媒、または前記水と有機溶媒の混合物がより好ましい。

また、後洗浄工程では、前記洗浄液Ｂへの置換を２回以上行ってもよい。すなわち、保護膜形成用薬液から１種類目の洗浄液Ｂに置換した後、１種類目の洗浄液Ｂとは異なる複数種類の洗浄液Ｂに順次置換した後、乾燥工程に移ってもよい。

前記洗浄液Ｂの好ましい例の一つである有機溶媒の例としては、炭化水素類、エステル類、エーテル類、ケトン類、ハロゲン元素含有溶媒、スルホキシド系溶媒、ラクトン系溶媒、カーボネート系溶媒、アルコール類、多価アルコールの誘導体、窒素元素含有溶媒等が挙げられる。

また、本発明の薬液によりウェハ表面に形成された保護膜は、前記洗浄液Ｂとして有機溶媒を用いると、前記後洗浄工程によって撥水性がほとんど低下することがないので好ましい。

保護膜形成用薬液により撥水化された凹部４に液体が保持された場合の模式図を図４に示す。図４の模式図のウェハは、図１のａ−ａ’断面の一部を示すものである。凹凸パターン表面は前記薬液により保護膜１０が形成され撥水化されている。そして、該保護膜１０は、液体９が凹凸パターンから除去されるときもウェハ表面に保持される。

ウェハの凹凸パターンの少なくとも凹部表面に、保護膜形成用薬液により保護膜１０が形成されたとき、該表面に水が保持されたと仮定したときの接触角は５０〜１３０°であると、パターン倒れが発生し難いため好ましい。また、パターン倒れが更に発生し難くなるため、前記接触角は６５〜１１５°が特に好ましい。

なお、前記後洗浄工程は、可能であれば省略しても構わない。本発明の保護膜形成用薬液中の保護膜形成剤の含有濃度は、上述した範囲内であれば前記膜除去工程後にウェハ表面に保護膜の残渣が残り難いため、前記後洗浄工程を省略しやすく、結果として、工程を簡略化しやすい。

また、前記後洗浄工程を省略する場合、保護膜形成用薬液中の水の濃度が高いほど、保護膜形成後の表面に対する保護膜形成用薬液の接触角が大きいので、前記凹部に働く毛細管力を小さくしやすく、結果として該薬液の除去時にパターン倒れが生じにくくなるので好ましい。このため、保護膜形成用薬液中に含まれる溶媒の総量に対する水の濃度は、８０質量％以上が好ましく、さらには、９０質量％以上が好ましい。

次に、前記乾燥工程に記したように、前記薬液により保護膜が形成された凹部４に保持された液体を乾燥により凹凸パターンから除去する工程が行われる。このとき、凹部に保持されている液体は、保護膜形成工程で用いた前記薬液、後洗浄工程で用いた前記洗浄液Ｂ、または、それらの混合液でも良い。前記混合液は、保護膜形成用薬液に含まれる保護膜形成剤が該薬液よりも低濃度になるように含有されたものであり、該混合液は、前記薬液を洗浄液Ｂに置換する途中の状態の液でも良いし、あらかじめ前記保護膜形成剤を洗浄液Ｂに混合して得た混合液でも良い。ウェハの清浄度の観点から、特に、水、有機溶媒、または、水と有機溶媒の混合物が好ましい。また、前記凹凸パターン表面から液体が一旦除去された後で、前記凹凸パターン表面に洗浄液Ｂを保持させて、その後、乾燥しても良い。

なお、前記薬液による表面処理後の洗浄処理（後洗浄工程）を行う場合、該工程の時間、すなわち洗浄液Ｂが保持される時間は、前記凹凸パターン表面のパーティクルや不純物の除去の観点から、１０秒間以上、より好ましくは２０秒間以上行うことが好ましい。前記凹凸パターン表面に形成された保護膜の撥水性能の維持効果の観点から、洗浄液Ｂとして有機溶媒を用いると、該後洗浄を行ってもウェハ表面の撥水性を維持できるため好ましい。一方、前記後洗浄処理の時間が長くなりすぎると、生産性が悪くなるため１５分間以内が好ましい。

さらにまた、水は保護膜形成後の表面に対する接触角が大きいので、前記凹部に働く毛細管力を小さくしやすく、結果として該洗浄液Ｂの除去時にパターン倒れが生じにくくなるので、前記洗浄液Ｂとして水を用いてもよい。

前記乾燥工程では、凹凸パターンに保持された液体が乾燥により除去される。当該乾燥は、スピン乾燥法、ＩＰＡ（２−プロパノール）蒸気乾燥、マランゴニ乾燥、加熱乾燥、送風乾燥、温風乾燥、真空乾燥などの周知の乾燥方法によって行うことが好ましい。

次に、前記膜除去工程に記したように、保護膜を除去する工程が行われる。前記撥水性保護膜を除去する場合、該撥水性保護膜中のＣ−Ｃ結合、Ｃ−Ｆ結合を切断することが有効である。その方法としては、前記結合を切断できるものであれば特に限定されないが、例えば、ウェハ表面を光照射すること、ウェハを加熱すること、ウェハをオゾン曝露すること、ウェハ表面にプラズマ照射すること、ウェハ表面にコロナ放電すること等が挙げられる。

光照射で前記保護膜を除去する場合、該保護膜中のＣ−Ｃ結合、Ｃ−Ｆ結合の結合エネルギーである８３ｋｃａｌ／ｍｏｌ、１１６ｋｃａｌ／ｍｏｌに相当するエネルギーである３４０ｎｍ、２４０ｎｍよりも短い波長を含む紫外線を照射することが好ましい。この光源としては、メタルハライドランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、エキシマランプ、カーボンアークなどが用いられる。紫外線照射強度は、メタルハライドランプであれば、例えば、照度計（コニカミノルタセンシング製照射強度計ＵＭ−１０、受光部ＵＭ−３６０〔ピーク感度波長：３６５ｎｍ、測定波長範囲：３１０〜４００ｎｍ〕）の測定値で１００ｍＷ／ｃｍ^２以上が好ましく、２００ｍＷ／ｃｍ^２以上が特に好ましい。なお、照射強度が１００ｍＷ／ｃｍ^２未満では前記保護膜を除去するのに長時間要するようになる。また、低圧水銀ランプであれば、より短波長の紫外線を照射することになるので、照射強度が低くても短時間で前記保護膜を除去できるので好ましい。

また、光照射で前記保護膜を除去する場合、紫外線で前記保護膜の構成成分を分解すると同時にオゾンを発生させ、該オゾンによって前記保護膜の構成成分を酸化揮発させると、処理時間が短くなるので特に好ましい。この光源として、低圧水銀ランプやエキシマランプなどが用いられる。また、光照射しながらウェハを加熱してもよい。

ウェハを加熱する場合、４００〜１０００℃、好ましくは、５００〜９００℃でウェハの加熱を行うのが好ましい。この加熱時間は、１０秒〜６０分間、好ましくは３０秒〜１０分間の保持で行うことが好ましい。また、当該工程では、オゾン曝露、プラズマ照射、コロナ放電などを併用してもよい。また、ウェハを加熱しながら光照射を行ってもよい。

加熱により前記保護膜を除去する方法は、ウェハを熱源に接触させる方法、熱処理炉などの加熱された雰囲気にウェハを置く方法などがある。なお、加熱された雰囲気にウェハを置く方法は、複数枚のウェハを処理する場合であっても、ウェハ表面に前記保護膜を除去するためのエネルギーを均質に付与しやすいことから、操作が簡便で処理が短時間で済み処理能力が高いという工業的に有利な方法である。

ウェハをオゾン曝露する場合、低圧水銀灯などによる紫外線照射や高電圧による低温放電等で発生させたオゾンをウェハ表面に供することが好ましい。ウェハをオゾン曝露しながら光照射してもよいし、加熱してもよい。

前記膜除去工程では、前記の光照射、加熱、オゾン曝露、プラズマ照射、コロナ放電等を組み合わせることによって、効率的にウェハ表面の保護膜を除去することができる。

ウェハの表面を凹凸パターンを有する面とすること、凹凸パターンの少なくとも凹部に保持された洗浄液を他の洗浄液で置換することは、他の文献等にて種々の検討がなされ、既に確立された技術であるので、本発明では、保護膜形成用薬液の評価を中心に行った。また、下記の式
Ｐ＝２×γ×ｃｏｓθ／Ｓ
（式中、γは凹部に保持されている液体の表面張力、θは凹部表面と凹部に保持されている液体のなす接触角、Ｓは凹部の幅である。）
から明らかなようにパターン倒れは、洗浄液のウェハ表面への接触角、すなわち液滴の接触角と、洗浄液の表面張力に大きく依存する。凹凸パターン２の凹部４に保持された洗浄液の場合、液滴の接触角と、パターン倒れと等価なものとして考えてよい該凹部に働く毛細管力とは相関性があるので、前記式と保護膜１０の液滴の接触角の評価から毛細管力を導き出してもよい。なお、実施例において、前記洗浄液として、水系洗浄液の代表的なものである水を用いた。前記保護膜表面に水が保持されたと仮定したときの接触角は５０〜１３０°であるとパターン倒れが発生し難くなるため好ましく、６５〜１１５°であるとパターン倒れがさらに発生し難くなるため特に好ましい。

しかしながら、表面に凹凸パターンを有するウェハの場合、該凹凸パターン表面に形成された前記保護膜１０自体の接触角を正確に評価できない。

水滴の接触角の評価は、ＪＩＳ Ｒ ３２５７「基板ガラス表面のぬれ性試験方法」にもあるように、サンプル（基材）表面に数μｌの水滴を滴下し、水滴と基材表面のなす角度の測定によりなされる。しかし、パターンを有するウェハの場合、接触角が非常に大きくなる。これは、Ｗｅｎｚｅｌ効果やＣａｓｓｉｅ効果が生じるからで、接触角が基材の表面形状（ラフネス）に影響され、見かけ上の水滴の接触角が増大するためである。

そこで、本実施例では前記薬液を表面が平滑なウェハに供して、ウェハ表面に保護膜を形成して、該保護膜を表面に凹凸パターン２が形成されたウェハ１の表面に形成された保護膜１０とみなし、種々評価を行った。なお、本実施例では、表面が平滑なウェハとして、表面が平滑なシリコンウェハ上に窒化チタン層を有する「窒化チタン膜付きウェハ」（表中でＴｉＮと表記）、及び、表面が平滑なシリコンウェハ上にルテニウム層を有する「ルテニウム膜付きウェハ」（表中でＲｕと表記）を用いた。

詳細を下記に述べる。以下では、保護膜形成用薬液が供されたウェハの評価方法、該保護膜形成用薬液の調製、そして、ウェハに該保護膜形成用薬液を供した後の評価結果が述べられる。

〔保護膜形成用薬液が供されたウェハの評価方法〕
保護膜形成用薬液が供されたウェハの評価方法として、以下の（１）〜（３）の評価を行った。

（１）ウェハ表面に形成された保護膜の接触角評価
保護膜が形成されたウェハ表面上に純水約２μｌを置き、水滴とウェハ表面とのなす角（接触角）を接触角計（協和界面科学製：ＣＡ−Ｘ型）で測定した。ここでは保護膜の接触角が５０〜１３０°の範囲であったものを合格とした。

（２）保護膜の除去性
以下の条件でメタルハライドランプのＵＶ光をサンプルに２時間照射し、膜除去工程における保護膜の除去性を評価した。照射後に水滴の接触角が３０°以下となったものを合格とした。
・ランプ：アイグラフィックス製Ｍ０１５−Ｌ３１２（強度：１．５ｋＷ）
・照度：下記条件における測定値が１２８ｍＷ／ｃｍ^２
・測定装置：紫外線強度計（コニカミノルタセンシング製、ＵＭ−１０）
・受光部：ＵＭ−３６０
（受光波長：３１０〜４００ｎｍ、ピーク波長：３６５ｎｍ）
・測定モード：放射照度測定

（３）保護膜除去後のウェハの表面平滑性評価
原子間力電子顕微鏡（セイコー電子製：ＳＰＩ３７００、２．５μｍ四方スキャン）によって表面観察し、ウェハ洗浄前後の表面の中心線平均面粗さ：Ｒａ（ｎｍ）の差ΔＲａ（ｎｍ）を求めた。なお、Ｒａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１で定義されている中心線平均粗さを測定面に対し適用して三次元に拡張したものであり、「基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」として次式で算出した。

ここで、Ｘ_Ｌ、Ｘ_Ｒ、Ｙ_Ｂ、Ｙ_Ｔは、それぞれ、Ｘ座標、Ｙ座標の測定範囲を示す。Ｓ_０は、測定面が理想的にフラットであるとした時の面積であり、（Ｘ_Ｒ−Ｘ_Ｌ）×（Ｙ_Ｂ−Ｙ_Ｔ）の値とした。また、Ｆ（Ｘ，Ｙ）は、測定点（Ｘ，Ｙ）における高さ、Ｚ_０は、測定面内の平均高さを表す。

保護膜形成前のウェハ表面のＲａ値、及び保護膜を除去した後のウェハ表面のＲａ値を測定し、両者の差（ΔＲａ）が±１ｎｍ以内であれば、洗浄によってウェハ表面が浸食されていない、および、前記保護膜の残渣がウェハ表面にないとし、合格とした。

［比較例１−１］
（１）保護膜形成用薬液の調製
撥水性保護膜形成剤としてオクタデシルホスホン酸〔Ｃ_１８Ｈ_３７Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）_２〕；０．００２ｇ、溶媒として水；９０ｇ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（以降「ＰＧＭＥＡ」と記載する）；９．９９８ｇを混合し、１８時間撹拌して、保護膜形成用薬液の総量に対する前記保護膜形成剤の濃度（以降「保護膜形成剤濃度」と記載する）が２０質量ｐｐｍ、保護膜形成用薬液に含まれる溶媒の総量に対する水の濃度（以降「水濃度」と記載する）が９０質量％の保護膜形成用薬液を得た。

（２）窒化チタン膜付きウェハの洗浄
前処理工程２として、平滑な窒化チタン膜付きウェハ（表面に厚さ５０ｎｍの窒化チタン層を有するシリコンウェハ）を１質量％の過酸化水素水に１分間浸漬し、次いで純水に１分間浸漬し、さらに前処理工程３として、イソプロピルアルコール（以降「ｉＰＡ」と記載する）に１分間浸漬した。

（３）窒化チタン膜付きウェハ表面への保護膜形成用薬液による表面処理
保護膜形成工程として、窒化チタン膜付きウェハを、２０℃にて、上記「（１）保護膜形成用薬液の調製」で調製した保護膜形成用薬液に、１０分間浸漬させることにより該ウェハ表面に保護膜を形成させた。その後、後洗浄工程として、該窒化チタン膜付きウェハをｉＰＡに１分間浸漬し、乾燥工程として、窒化チタン膜付きウェハをｉＰＡから取出し、エアーを吹き付けて、表面のｉＰＡを除去した。

得られた窒化チタン膜付きウェハを上記「保護膜形成用薬液が供されたウェハの評価方法」に記載した要領で評価したところ、表１に示すとおり、表面処理前の初期接触角が１０°未満であったものが、表面処理後の接触角は１０６°となり、優れた撥水性付与効果を示した。また、ＵＶ照射後の接触角は１０°未満であり保護膜は除去できた。さらに、ＵＶ照射後のウェハのΔＲａ値は±０．５ｎｍ以内であり、洗浄時にウェハは浸食されず、さらにＵＶ照射後に保護膜の残渣は残らないことが確認できた。

［比較例１−２〜１−２３、１−４８〜１−５３、実施例２４〜４７］
比較例１−１で用いた保護膜形成剤、保護膜形成剤濃度、保護膜形成用薬液の溶媒、保護膜形成用薬液の温度、後洗浄工程を適宜変更して、ウェハの表面処理を行い、さらにその評価を行った。結果を表１、表２に示す。なお、比較例１−８、１−１２、１−１３、１−１６、１−２０、１−２１、１−２３、実施例２７、２８、３２、３３、３８、３９、４３、４４、４６、４７、比較例１−４９〜１−５３では、後洗浄工程を行わなかった。すなわち、撥水性保護膜形成工程の後で窒化チタン膜付きウェハを薬液から取出し、エアーを吹き付けて、表面の薬液を除去した。

なお、表中で、「Ｃ_１２Ｈ_２５Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）_２」はドデシルホスホン酸を意味し、「Ｃ_１０Ｈ_２１Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）_２」はデシルホスホン酸を意味し、「Ｃ_８Ｈ_１７Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）_２」はオクチルホスホン酸を意味し、「Ｃ_６Ｆ_１３−Ｃ_２Ｈ_４−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）_２」はパーフルオロヘキシルエチルホスホン酸を意味し、「Ｃ_６Ｈ_１３Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）_２」はヘキシルホスホン酸を意味し、「Ｃ_４Ｈ_９Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）_２」はブチルホスホン酸を意味し、「Ｃ_６Ｈ_５Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）_２」はフェニルホスホン酸を意味する。また、「ＤＧＥＥＡ」はジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートを意味し、「ＰＧＭＥ」はプロピレングリコールモノメチルエーテルを意味する。

［比較例１−５４］
前処理工程２として、平滑なルテニウム膜付きウェハ（表面に厚さ３００ｎｍのルテニウム層を有するシリコンウェハ）を１質量％のアンモニア水に１分間浸漬し、次いで純水に１分間浸漬し、さらに前処理工程３として、ｉＰＡに１分間浸漬した。このウェハ表面に保護膜を形成させた以外は、比較例１−１と同じとした。

保護膜を形成させたルテニウム膜付きウェハを上記「保護膜形成用薬液が供されたウェハの評価方法」に記載した要領で評価したところ、表２に示すとおり、表面処理前の初期接触角が１０°未満であったものが、表面処理後の接触角は７２°となり、撥水性付与効果を示した。また、ＵＶ照射後の接触角は１０°未満であり保護膜は除去できた。さらに、ＵＶ照射後のウェハのΔＲａ値は±０．５ｎｍ以内であり、洗浄時にウェハは浸食されず、さらにＵＶ照射後に保護膜の残渣は残らないことが確認できた。

［比較例１−５５、実施例５６〜６１］
比較例１−５４で用いた保護膜形成剤、保護膜形成剤濃度、保護膜形成用薬液の溶媒、保護膜形成用薬液の温度を適宜変更して、ウェハの表面処理を行い、さらにその評価を行った。結果を表２に示す。

［比較例１］
先ず、保護膜形成剤としてシランカップリング剤であるＮ，Ｎ−ジメチルアミノトリメチルシラン〔（ＣＨ_３）_３ＳｉＮ（ＣＨ_３）_２〕；０．０１ｇ、溶媒として、水；５０ｇ、ＤＧＥＥＡ；４９．９９ｇを混合し、１８時間撹拌して、保護膜形成剤濃度が１００質量ｐｐｍ、水濃度が５０質量％の保護膜形成用薬液を得た。続いて、比較例１−１と同様の方法で、窒化チタン膜付きウェハの洗浄及び表面処理を行った。評価結果は表２に示すとおり、表面処理後の接触角は１０°となり、撥水性付与効果は見られなかった。

［比較例２］
比較例１の保護膜形成用薬液を用い、比較例１−５４と同様の方法で、ルテニウム膜付きウェハの洗浄及び表面処理を行った。評価結果は表２に示すとおり、表面処理後の接触角は１６°となり、撥水性付与効果は見られなかった。

１ ウェハ
２ ウェハ表面の凹凸パターン
３ パターンの凸部
４ パターンの凹部
５ 凹部の幅
６ 凸部の高さ
７ 凸部の幅
８ 凹部４に保持された保護膜形成用薬液
９ 凹部４に保持された液体
１０ 保護膜

Claims (10)

1. 表面に凹凸パターンを形成され、該凹凸パターンの凹部表面にチタン、タングステン、アルミニウム、銅、スズ、タンタル、及び、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を有するウェハの、少なくとも前記凹部表面に撥水性保護膜を形成するための撥水性保護膜形成用薬液であり、
   該薬液は、撥水性保護膜形成剤と総量に対する水の濃度が５０質量％以上の溶媒を含み、
   前記撥水性保護膜形成剤が、下記一般式［１］で示される化合物及びその塩化合物から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする、撥水性保護膜形成用薬液。
   
   （式［１］中、Ｒ^１は、一部の水素元素がフッ素元素に置き換えられた炭素数が１乃至１８の１価の炭化水素基である。Ｒ^２は、それぞれ互いに独立して一部または全ての水素元素がフッ素元素に置き換えられていても良い炭素数が１乃至１８の炭化水素基を含む１価の有機基である。ａは、０乃至２の整数である。）
2. 前記撥水性保護膜形成剤が、
   前記Ｒ^１が、一部の水素元素がフッ素元素に置き換えられた炭素数が１乃至１８の１価の直鎖アルキル基である
   化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の撥水性保護膜形成用薬液。
3. 前記撥水性保護膜形成剤が、下記一般式［２］で示される化合物及びその塩化合物から選ばれる少なくとも一つであり、
   前記溶媒が、水であるか、
   水にエステル類、エーテル類、ケトン類、又は水酸基を持たない多価アルコールの誘導体が混合された混合液であるか、又は、
   水にアルコール類、又は水酸基を持つ多価アルコール誘導体が混合された混合液
   であることを特徴とする、請求項１に記載の撥水性保護膜形成用薬液。
   （式［２］中、Ｒ^３は、一部の水素元素がフッ素元素に置き換えられた炭素数が１乃至１８の１価の炭化水素基である。）
4. 前記撥水性保護膜形成剤が、
   前記Ｒ^３が、一部の水素元素がフッ素元素に置き換えられた炭素数が１乃至１８の１価の直鎖アルキル基である
   化合物であることを特徴とする、請求項３に記載の撥水性保護膜形成用薬液。
5. 前記Ｒ^３の炭素数が４〜１４であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の撥水性保護膜形成用薬液。
6. 前記撥水性保護膜形成剤が、
   Ｃ_６Ｆ_１３Ｃ_２Ｈ_４Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）_２であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の撥水性保護膜形成用薬液。
7. 表面に凹凸パターンを形成され、該凹凸パターンの凹部表面にチタン、タングステン、アルミニウム、銅、スズ、タンタル、及び、ルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を有するウェハの洗浄方法であって、該方法は、少なくとも、
   凹凸パターンの少なくとも凹部に保護膜形成用薬液を保持する、撥水性保護膜形成工程、
   乾燥により凹凸パターンから液体を除去する、乾燥工程、
   保護膜を除去する、膜除去工程
   を有し、前記保護膜形成用薬液は、撥水性保護膜形成剤と総量に対する水の濃度が５０質量％以上の溶媒を含み、
   前記撥水性保護膜形成剤が、下記一般式［１］で示される化合物及びその塩化合物から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする、ウェハの洗浄方法。
   
   （式［１］中、Ｒ^１は、一部の水素元素がフッ素元素に置き換えられた炭素数が１乃至１８の１価の炭化水素基である。Ｒ^２は、それぞれ互いに独立して一部または全ての水素元素がフッ素元素に置き換えられていても良い炭素数が１乃至１８の炭化水素基を含む１価の有機基である。ａは、０乃至２の整数である。）
8. 撥水性保護膜形成工程より前に、前記凹凸パターンの少なくとも凹部に水系洗浄液を保持する水系洗浄工程を有することを特徴とする、請求項７に記載のウェハの洗浄方法。
9. 前記撥水性保護膜形成剤が、下記一般式［２］で示される化合物及びその塩化合物から選ばれる少なくとも一つであり、
   前記溶媒が、水であるか、
   水にエステル類、エーテル類、ケトン類、又は水酸基を持たない多価アルコールの誘導体が混合された混合液であるか、又は、
   水にアルコール類、又は水酸基を持つ多価アルコール誘導体が混合された混合液
   であることを特徴とする、請求項７または請求項８に記載のウェハの洗浄方法。
   （式［２］中、Ｒ^３は、一部の水素元素がフッ素元素に置き換えられた炭素数が１乃至１８の１価の炭化水素基である。）
10. 前記ウェハが、凹凸パターンの少なくとも凹部表面に、チタンおよびルテニウムのうち少なくとも１つの元素を有するウェハであることを特徴とする、請求項７乃至請求項９のいずれかに記載のウェハの洗浄方法。