JPH01276720A

JPH01276720A - 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: JPH01276720A
Application number: JP10429888A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Kure; 久礼　得男; Tetsuya Hayashida; 哲哉林田; Hiroshi Kawakami; 博士川上; Shinichiro Kadota; 門田　伸一郎; Norio Hasegawa; 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: 1989-11-07
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JP2708462B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、平板状の物体の表面付着物を除去するための
表面処理方法及びそれを行なうための表面処理装置に係
り、特に半導体集積回路製造工程におけるウェーハや記
憶媒体等の平板状の物体の表面付着物を除去するための
表面処理方法及びそれを行なうための表面処理装置に関
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、ドライエツ
チング法によってレジストパターンをマスクに５ｉｎ２
．ＡＱ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１゛バリ”
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ェーハ
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、ウェ
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。

〔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
部もエツ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
ィルムをウェ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。

本発明の目的は、微細なパターンを有する被処理材の所
望の全面にわたって付着物を除去することのできる表面
処理方法及びそれに用いる表面処理装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、（１）被処理材表面に薄膜を被着する工程
と、該薄膜を被処理材から分離し、被処理材表面の付着
物を除去する工程を有する表面処理方法において、上記
薄膜の上記被処理材表面への被着は、薄膜を形成する材
料の溶液を被処理材表面に塗布し、乾燥することによっ
て行なうことを特徴とする表面処理方法、（２）被処理
材表面に薄膜を被着する工程と、該薄膜を被処理材から
分離し、被処理材表面の付着物を除去する工程を有する
表面処理方法において、上記薄膜の上記被処理材表面へ
の被着は、ローラーによって薄膜を被処理材表面に押し
付けることによって行なうことを特徴とする表面処理方
法、（３）被処理材表面に薄膜を位置させる手段、該薄
膜を被処理材に押し付けるローラー及び被着した上記薄
膜を被処理材表面の付着物と共に被処理材から分離する
ための分離手段を有することを特徴とする表面処理装置
の少なくとも１によって達成される。

本発明において薄膜を形成する材料としては、有機ポリ
マーであっで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。処理中の膜の彼れを防ぐには、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、５〜２
０ｗｔ％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、０．０１〜１ｎ＋ａ＋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、１ｎｏｎ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、膜厚は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
ＬＩＩＩ１１のものが好ましい。

本発明の表面処理装置において、被処理材表面に薄膜を
位置させる手段とは、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。

またこの手段において薄膜と被処理材とを必ずしも接触
させる必要はなく、次の工程でローラーによって密着さ
せればよい。

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、あらかじめ薄膜を溶解し得る溶剤
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において、ローラーと分離手段の
間の被処理材の移動径路に、薄膜の状態を制御する処理
手段を有することが好ましい。この処理手段としては、
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。

薄膜を分離するための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。

ウェーハ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５ｉｎ２を下地と
してＡΩ膜をＣＣＱ４やＢＣＱ、ガスを用いた反応性イ
オンエツチングで加工すると、側壁にはＡＱ、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、０２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１組成が複雑なため薬液による洗浄ではＡＱ
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、ウェーハを回転させて
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ェー
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をウェーハ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、通常ドライエツチングで形成さ
れる付着物が厚さ０．０１〜０．１／ｆｆｉ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。ウェ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Ｓｉｎ、上のＡｆｉの場合０
．２−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、ウェ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、ウェ
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
りウェーハ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。

またスプレーでウェ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。ウェー
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、ウェーハ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に乗せたウェーハ１を
浸した後、取り出して乾燥する。

ウェ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２
６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ェーハを損傷
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、ウェーハと薄膜を接着させる第１のローラー４１と
、−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、ウェ
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
ェ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、ステージにウェーハ
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からウェーハ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、ウェーハの
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、溶剤はウェ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、このためウェ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
ェーハと薄膜は、第１のローラー４１に巻き込まれて接
着する。巻き込み時のウェーハと薄膜との間隔はウェー
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、溶剤がウェ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。

ウェ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。薄膜をアセチルセルロース膜とし溶
剤を゛アセトンとした場合、大気中では１〜３分以上乾
燥する必要がある。第１と第２のローラー間で一定時間
ウェーハを自然乾燥してもよい、多数のウェーハを連続
して処理する場合には、第１と第２のローラー間の距離
を大きくして、ローラー間に複数のウェーハを配置でき
るようにすれば、単にローラー間をウェーハが移動する
時間で乾燥できる。しかし乾燥時間短縮のため、第１・
第２のローラー間に乾燥装置４９を置くことが望ましい
、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ェ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、ウェ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ェーハを置いた後、第２のローラ
ー４２ヘウエーハを送り、薄膜をウェーハから引きはが
す。薄膜はローラーから上へ向って巻き取り、ウェーハ
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、ウェーハ表面の端から順次薄膜が剥離
されてゆき、ウェ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、
ウェーハをそれぞれ第１０−ラー直前、乾燥領域、第２
０−ラーからの出口に一旦停止する順で連続的に複数の
ウェーハの処理を進めることができる。ウェーハの有無
はこれら各停止位置にセンサを設置して確認する。後続
のウェーハが無くなった時には、薄膜を空送りして、最
終処理ウェーハを第２０−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、ウェーハの両表面を
同時に処理する装置である。本装置ではウェーハの両面
から対称的に薄膜を接着・剥離する。

まず、カセット１１からウェーハ１をアーム５５で取り
出す。アームへのウェ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ェ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。

ウェーハを垂直に保持するのは溶剤をウェーハ両面に付
き易くするためである。ローラーではウェーハ搬送用の
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。この穴の径はウェーハよ
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。ウェ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
用の薄膜をウェ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、ウェ
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とウェ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２０−ラー４２での剥離操
作を経て、アーム５６で処理剤ウェーハをカセット１１
へ収納する。

第８図は以上の処理によってウェ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４図（ａ）に示すよ
うにウェーハ１上にレジスト２をマスクとしてドライエ
ツ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１〜１１００ｎ程度の厚みである
。この付着物の他、ウェーハの面にはエツチング装置等
からの塵埃６０も付着する。

第４図（ｂ）はウェーハ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、ウェ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４図
（ｃ）のように、ウェ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。

【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・・・ウェーハ　　　　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１
４・・・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４
８・・・ウェーハ支持ベルト４９・・・乾燥装置　　　　５２・・・補助ローラー５
３・・・巻き取り部　　　５４・・・穴５５、５６・・
・アーム　　　５７・・・ベルト５８・・・穴　　　　
　　　５９・・・露出面６０・・・塵埃代理人弁理士　　中　村　純之助第１図第２図＋８，２５：ローラー　　　第　３　図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、被処理材表面に薄膜を被着する工程と、該薄膜を被
処理材から分離し、被処理材表面の付着物を除去する工
程を有する表面処理方法において、上記薄膜の上記被処
理材表面への被着は、薄膜を形成する材料の溶液を被処
理材表面に塗布し、乾燥することによって行なうことを
特徴とする表面処理方法。２、上記溶液の塗布は、希薄溶液を塗布し、ついで濃厚
溶液を塗布する請求項１記載の表面処理方法。３、上記付着物は、ドライエッチングによる微細加工時
に形成されたパターン側壁付着物である請求項１記載の
表面処理方法。４、被処理材表面に薄膜を被着する工程と、該薄膜を被
処理材から分離し、被処理材表面の付着物を除去する工
程を有する表面処理方法において、上記薄膜の上記被処
理材表面ヘの被着は、ローラーによって薄膜を被処理材
表面に押し付けることによって行なうことを特徴とする
表面処理方法。５、被処理材表面に薄膜を位置させる手段、該薄膜を被
処理材に押し付けるローラー及び被着した上記薄膜を被
処理材表面の付着物と共に被処理材から分離するための
分離手段を有することを特徴とする表面処理装置。６、上記薄膜が上記処理材表面に位置する前に、あらか
じめ該処理材表面に上記薄膜の溶剤を塗布する手段を有
する請求項５記載の表面処理装置。７、上記ローラー及び上記分離手段の間の上記被処理材
の移動径路に、上記薄膜の状態を制御する処理手段を有
する請求項５記載の表面処理装置。