JPWO2006018948A1 - 対象物処理装置およびその方法 - Google Patents

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かおり 田島
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Abstract

対象物の不用物除去／洗浄／バリ取り／磨きなどの処理を、確実で効果的に実施できる対象物処理装置と方法を提供することが課題である。対象物を処理するための装置において、所定雰囲気下で処理される対象物を配置する対象物配置部と、供給される蒸気と水とを混合して前記対象物に吹き付けるノズル部と、を備え、前記対象物配置部および／または前記ノズル部を可動させて、前記ノズル部が前記対象物配置部にある前記対象物に吹き付けを行う手段と、そのとき、前記対象物配置部と前記ノズル部との相対的な位置関係を制御して相対的速度（スキャン速度）を制御する手段と、を備え、前記吹き付け時は、ノズル部に供給される蒸気の圧力、ノズル部に供給される水の流量（フローレイト）、ノズル部の吹出口の面積、吹き付け時間、スキャン速度、ノズル部の吹出口と対象物とのギャップ、の各パラメータを制御する手段を備えて構成した。

Description

本発明は、半導体基板／ガラス基板／レンズ／ディスク部材／精密機械加工部材／モールド樹脂部材などを対象物として、その対象物の所定部位または所定面の処理を行う装置または方法にかかり、その対象物の処理として、部位または面の洗浄、そこにある不用物の除去や剥離、対象物表面の磨きや加工などを行う装置または方法に関するものである。より具体的には、例えば、対象物の表面に微細構造が形成される半導体製造プロセスなどにおいて、生成される不用物の除去するための対象物処理装置およびその方法があるが、そのエッチング工程において、エッチング対象膜から発生した反応副生成物や側壁保護膜などと呼ばれる不用物を、効率的に剥離または除去することができる装置または方法に関するものである。
・従来技術の問題点
ここでは、半導体製造プロセスの例を挙げて説明する。半導体製造のエッチング工程において、エッチング対象膜から２次的な反応副生成物が発生する。一般には、その反応副生成物は側壁保護作用があるので、形状制御等の手法によってそれを利用する傾向があり、その後の剥離工程において、ドライプラズマアッシングもしくは薬液を付加させて、その反応副生成物を剥離または除去する手法が一般的に行われている。
しかし、このような製品製造プロセスで生成されてくる不用物を除去(剥離)するための対象物処理装置として、一部のデバイスにおいては、従来の手法もしくは一般の工程とは異なる手法が実施されているものの、エッチング対象膜の反応副生成物がそのような従来の処理工程では除去することができず、残留物がフェンス（壁）形状となって存在していることが多い。また、場合によっては、そのような除去(剥離)工程の経由を実施せずに次工程に進み、残留膜が存在しまま製品化されている例もある。
近年の半導体製造プロセスでは、微細加工における対象膜種の開発及び変更に伴い、これら反応副生成物による残留膜が与える製品表面の凹凸形成のため、デバイスの平坦性や電極不良等の問題が多く生じている。このため、最終的には製品の歩留まりが無視できないものとなってきており、反応副生成物の残留膜をより効率的に取り除くための新規技術の開発が要望されている。
・従来方式における懸念点
従来方式による剥離手法によって、これらのフェンスを除去することは難しい。従来方式ではプラズマもしくは薬液による処理を行うが、一般的には化学的要素の比重が高く、フェンスの除去における条件選択に非常に時間が要するものと考えられ、実用的には問題が多い。また、従来方式による剥離手法が確立した場合でも、供給設備、薬液購入、処理設備等への設備投資やそれらの運転資金が多大となるものと予測される。
・他方式における懸念点
一般的に用いられている他の除去方法として、ウォータージェットスクラバー、ロット処理での水没還流方式、高圧水吹出法などがあるものの、このような除去方法では厳密なウェハー(対象物)上での要素制御がなされることが難しく、その結果、希望する残留膜の除去には至っていない。また、高圧水吹出法を用いれば、剥離される可能性があるものの、非常な高圧なために、制御性およびウェハー(対象物)上でのダメージが大きな懸念として存在する。
上述したように、対象物処理装置または方法として、半導体製造プロセスの例を挙げて説明してきたが、半導体デバイス分野における従来の処理方式では、反応副生成物からなる不用物(残留物)の除去が大変難しいという問題点がある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、処理される部位または面を有する対象物について、その部位または面の洗浄、そこにある不用物の除去や剥離、対象物表面の磨きや加工などの処理をより確実で効率的に実施でき、またその対象物として、半導体用基板(シリコンなど)、液晶用などのガラス基板、カメラ等のレンズ製品、ＣＤやＤＶＤなどのディスク類、精密機械加工部品、モールド加工部品などのより広い分野に適用することができる対象物処理方法または方法を提供することを目的としている。
（１）対象物を処理するための対象物処理装置であって、
所定雰囲気下で前記対象物を配置する対象物配置部（例えばステージ部）と、
供給される蒸気と水(純水や超純水でもよい)とを混合して前記対象物に吹き付けるノズル部と、
前記ノズル部を前記対象物配置部の前記対象物に対して相対移動させながら前記吹き付けを行うにあたり、前記対象物配置部と前記ノズル部との相対的な位置関係を規則的に変化させて、相対移動速度（スキャン速度）を所望の値に制御する手段と
を備えたことを特徴とする。
ここで、前記吹き付け時は、ノズル部に供給される蒸気の圧力、ノズル部に供給される水の流量(フローレイト)、ノズル部の吹出口の面積、吹き付け時間、相対的速度(スキャン速度)、ノズル部の吹出口と対象物とのギャップ、の各パラメータを制御する。
そのときの各パラメータの値は、
ノズル部に供給される蒸気の圧力は０.１〜０.５MPa、
ノズル部に供給される超純水の流量(フローレイト)は５０〜１０００cc/min、
吹き付け時間は１０〜６００sec、
ノズル部の吹出口の面積は１〜１００mm２、
スキャン速度は１０〜３００mm/sec、
ノズル口と対象物とのギャップは３〜３０mm、に制御するとよい。
またこのとき、ノズル部の吹出口の形状については、丸型、四角形、矩形、扁平矩形、楕円形、扁平楕円形、スリット形状など、種々の断面形状のものを用いてよい。
（２）(１)の対象物処理装置において、
前記対象物は、半導体基板／ガラス基板／レンズ／ディスク部材／精密機械加工部材／モールド樹脂部材のいずれかであって、
前記対象物の処理は、処理される部位または面の洗浄、あるいは、当該部位または面に存在する不用物の除去である。
（３）(１)または（２）の対象物処理装置において、
前記対象物配置部は、回転／回動／移動のいずれかの動作またはその複数の動作を行うステージ式配置部材またはコンベア式配置部材を備えている。
ステージ式配置部材としては、対象物を載置(取付け)して、軸を中心に回転または回動の動作を行うステージ部がある。また、コンベア式配置部材としては、可動するベルトに対象物を載置(取付け)して、移動または運搬を行うベルトコンベアがある。
（４）(１)〜（３）の対象物処理装置において、
前記対象物は、処理される部位または面として、高誘電層／パッシベーション膜／メタル層のいずれかを有する半導体デバイスであって、
１）前記高誘電層のエッチング処理後に生成される反応副生成物、
２）前記パッシベーション膜のエッチング処理後に生成される反応副生成物、
３）前記メタル層のエッチング処理後に生成される反応副生成物、
のいずれかを不用物として除去する、ことを特徴とする対象物処理装置とした。
（４−１）(４)の対象物処理装置において、
前記対象物は、処理される層として「高誘電層」を有する半導体デバイスであり、
前記不用物は、前記高誘電層のエッチング処理後に生成される反応副生成物であるとき、
前記吹き付け時は、
蒸気の温度は１００℃以上で圧力は０.２〜０.３MPa、
超純水の流量(フローレイト)は、１００〜５００cc/min、
ノズル部の吹出口の面積は１〜１００mm２、
吹き付け時間は、１２０〜３００sec、
スキャンスピードは、４０〜１００mm/sec、
ギャップは、５〜３０mm、に制御されるとよい。
（４−２）(４)の対象物処理装置において、
前記対象物は、「パッシベーション膜」を有する半導体デバイスであり、
前記不用物は、前記パッシベーション膜のエッチング処理後に生成される反応副生成物であるとき、
前記吹き付け時は、
蒸気の温度は１００℃以上で圧力は０.１５〜０.３MPa、
超純水の流量(フローレイト)は、１００〜５００cc/min、
ノズル部の吹出口の面積は１〜１００mm２、
吹き付け時間は、６０〜１２０sec、
スキャンスピードは、４０〜１００mm/sec、
ギャップは、５〜３０mm 、に制御されるとよい。
（４−３）(４)の対象物処理装置において、
前記対象物は、「メタル層」を有する半導体デバイスであり、
前記不用物は、前記メタル層のエッチング処理後に生成される反応副生成物であるとき、
前記吹き付け時は、
蒸気の温度は１００℃以上で圧力は０.１〜０.２MPa、
超純水の流量(フローレイト)は、１００〜５００cc/min、
ノズル部の吹出口の面積は１〜１００mm２、
吹き付け時間は、３０〜１２０sec、
スキャンスピードは、４０〜１００mm/sec、
ギャップは、５〜３０mm、に制御されるとよい。
（５）対象物を処理するための対象物処理方法であって、
所定雰囲気下で前記対象物を対象物配置部に配置するステップと、
供給される蒸気と水とを混合してノズル部を介して前記対象物に吹き付けるステップと、
前記ノズル部を前記対象物配置部の前記対象物に対して相対移動させながら前記吹き付けを行うにあたり、前記対象物配置部と前記ノズル部との相対的な位置関係を規則的に変化させて、相対移動速度（スキャン速度）を所望の値に制御するステップと
を含むことを特徴とする。
ここで、吹き付け時は、ノズル部に供給される蒸気の圧力、ノズル部に供給される水の流量(フローレイト)、ノズル部の吹出口の面積、吹き付け時間、相対的速度(スキャン速度)、ノズル部の吹出口と対象物とのギャップ、の各パラメータを制御する。
そのときの各パラメータの値は、
ノズル部に供給される蒸気の圧力は０.１〜０.５MPa、
ノズル部に供給される超純水の流量(フローレイト)は５０〜１０００cc/min、
吹き付け時間は１０〜６００sec、
ノズル部の吹出口の面積は１〜１００mm２、
スキャン速度は１０〜３００mm/sec、
ノズル口と対象物とのギャップは３〜３０mm、に制御するとよい。
以下、本明細書における各用語の意義について説明する。「対象物」とは、特に限定されず、例えば、半導体基板、ガラス基板、レンズ、ディスク部材、精密機械加工部材、モールド樹脂部材を挙げることができる。「処理」とは、対象物に施されるものである限り特に限定されず、例えば、剥離、洗浄、加工を挙げることができる。「不用物」とは、対象物処理の際に生じた様々な不用物を意味し、例えば、半導体装置の製造プロセスにおいては、レジスト膜、ドライエッチング後のエッチング残渣、化学的に変質したレジスト膜等を例示することができる。
本発明による対象物処理装置およびその方法は、高圧の蒸気(水蒸気)と水(純水や超純水でもよい)とを,ノズル内で混合してウェハー等の対象物に吹き出させ、その吹き出し(噴出)にあたって、各種のパラメータ条件を規定し、これによりその処理時間を周速制御方式と合わせて精密に制御することができるようにしたので、対象物の処理を極めて効果的に行うことができる。ここでのパラメータとしては、蒸気圧力条件、ＤＩＷ(純水)流量、ノズル部の吹出口の面積、ノズルと対象物(ウェハー等)間の距離、除去(処理)時間、スキャニング速度を用いる。
本発明による対象物処理としては、半導体基板の所定部位または面を洗浄するとともに、反応副生成物等の不用物や異物を剥離または除去すること、液晶用ガラス基板の洗浄と異物の除去、カメラレンズの洗浄と異物除去、機械加工部品の異物の除去、モールド樹脂のバリ取りなどがあるが、本発明はとりわけ化学薬品を嫌う材料からなる対象物を処理するのに好適である。
また、本発明は、従来の高圧水吹出法と比較した場合、低圧力での剥離を可能としており、ウェハー等の対象物のダメージを抑制できるし、剥離基本主成分は、水である為、過大な設備投資を必要とせず、運転資金を大幅に低減できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる対象物処理装置の全体図、図２は本発明の一実施形態に用いられるノズルの構造を断面で示す説明図、図３は本発明の一実施形態におけるノズル部とステージ部(対象物配置部)の動作制御を説明するための図、図４は本発明の一実施形態においてノズルが対象物上をスキャニングする状況を説明するための図、図５〜７は本発明の一実施形態において処理される対象物の断面構造を示す図である。
・本発明による「対象物処理装置」
・基本原理
常温（約２０℃）の純水と、高温（１００℃以上）の水蒸気とを一定の容量を持った容器の中で一定の圧力下で連続的に混合すると、純水は水蒸気によって加熱されて膨張する。一方、水蒸気は純水によって冷却されて収縮する。これらの熱交換によって、ある程度の周波数（１０ＫＨｚ〜１ＭＨｚ）を有する振動が発生する。
純水（約２０℃）＋水蒸気（１００℃以上）→振動
そして、この振動によって、水分子Ｈ２Ｏが水素イオンＨ＋と水酸化物イオンＯＨ−とに分解する。
Ｈ２Ｏ→Ｈ＋＋ＯＨ−
水素イオンＨ＋や水酸化物イオンＯＨ−は非常に不安定な状態にあるため、水分子Ｈ２Ｏに戻ろうとする。この際に生じる高エネルギーを機械的衝撃に変換することで処理対象物を洗浄する。
本発明では、この基本原理（熱効果現象）を利用してキャビテーションを発生させ、これにより処理対象物の表面にある不用物の除去などの処理を行う。これら不用物としては、半導体デバイスにおいては、高誘電層のエッチング処理後に生成される反応副生成物、同じくパッシベーション膜のエッチング処理後に生成される反応副生成物、また、同じくメタル層のエッチング処理後に生成される反応副生成物などがある。
・対象物処理装置の全体構造
図１は本発明の一実施形態による対象物処理装置１００の全体図である。
本装置１００は、ノズル１０１、操作バルブ１０３、水流量計１０５、ストップバルブ１０７ａ〜ｂ、水加圧タンク１１１、水蒸気供給装置１１３、水供給管１１５ａ〜ｂ、窒素供給管１１７、減圧弁１１９、耐圧ホース１２１〜１２３、ステージ１３１で構成されている。ステージ１３１上には処理すべき対象物（ここでは「ウェハー」とする）１３３が配置固定されている。ノズル１０１は、処理対象物１３３の処理面に対面して吹出すよう配置され、キャビテーションジェットを発生する。
水加圧タンク１１１は、水供給管１１５ｂから供給される純水を所定値Ａ１(ＭＰ）に加圧し、加圧した純水のうち所定の流量Ｂ１(ｌ／ｍｉｎ）を、耐圧ホース１２１を介して高圧状態でノズル１０１に送り出す。ここで「純水」とは、通常、半導体装置製造の洗浄工程等で純水或いは超純水として使用されている程度の特性のいわゆる水（純水）であればよい。
水流量計１０５は、水加圧タンク１１１からノズル１０１に供給される純水の流量を計測する。作業員は水流量計１０５で当該流量を確認し、操作バルブ１０３を用いて所望の値に調整することができる。また、ストップバルブ１０７ａを開閉することにより、純水の供給を停止したり、再開したりすることもできる。
水蒸気供給装置１１３は水供給管１１５ａから供給される純水を、所定温度D１(℃）以上に加温して水蒸気を発生させ、水蒸気の発生量により純水を所定値Ｃ１(ＭＰ）に加圧したのち、耐圧ホース１２３を介して高圧状態でノズル１０１に送り出す。
圧力計１２０は、水蒸気供給装置１１３からノズル１０１に供給される水蒸気の圧力を計測する。作業員は圧力計１２０で当該圧力を確認し、減圧弁１１９を用いて所望の値に調整することができる。また、ストップバルブ１０７ｂを開閉することにより、水蒸気の供給を停止したり、再開したりすることもできる。
ノズル１０１内では、水加圧タンク１１１から供給された純水と、水蒸気供給装置１１３から供給された水蒸気とにより熱効果現象が起こる。その後、熱効果現象によって生じたキャビテーションジェットが処理対象物の表面に吹き付けられる。そして、キャビテーションによる気泡が消滅する際に発生する高い衝撃力により、処理対象物の表面が壊食され、洗浄・研磨・研削などの処理が行われ、不用物の除去が行われる。
図１においては、窒素供給管１１７から水加圧タンク１１１に窒素を供給することができ、このように、他のガスまたは薬液（例えば、ＣＯ２，Ｏ３，Ｎ２，Ｏ２，Ｈ２，アルカリ，酸，表面活性剤等）が添加された水を用いることにより、洗浄能力や研磨又は研削レートを向上させることができる。なお、本実施形態では純水に窒素等の混合物を混合したが、純水のみをノズル１０１に供給してもよいことは明らかである。
・ノズルの構造
図２(ａ)(ｂ)(ｃ)は、本発明による対象物処理装置の一実施形態に用いられるのに好ましいノズルの具体的な構造例を断面で示したものである。
まず図２(ａ)におけるノズル１０１ａは、上面が閉鎖された略円筒形状のノズル本体ａ１の内部空間ａ３に、外部から流体が流入されるように接続される２つの流路(１２１と１２３)と、それらの流体を経由させてそこで混合するための内部空間ａ３と、混合された流体を下方に噴出させるための断面円形の吹出口ａ２と、を有する。そして、ノズル本体ａ１の内壁面には二つの吹出し口(ｖ１とｗ１)が設けられ、そこから内部空間ａ３内へ流体が流入される。
この吹出し口ｖ１は、耐圧ホース(流路)１２３を介して水蒸気供給装置１１３に接続されていてそこから水蒸気を吹き出し、また吹出し口ｗ１は、耐圧ホース(流路)１２１を介して水加圧タンク１１１に接続されていてそこから純水(ＤＩＷ)を吹き出し、内部空間ａ３ではそれらの水蒸気と純水とが混合されて、吹出し口ａ２から噴出されるよう構成されている。
図２(ａ)においては、このノズル１０１ａ内に開口して設けられる吹出し口(ｖ１とｗ１)は、下向きの吹出口ａ２に近い方から吹出し口ｗ１−吹出し口ｖ１の順番として、吹出口ａ２の吹き出し向きに対して垂直方向になるような位置に配置されている。そして、ノズルの吹出口の形状(断面)は、その一例として、スリット状の扁平楕円形または矩形形状として、その断面積を２ｍｍ×６ｍｍ相当の１２ｍｍ２ とすることができる。さらに、吹出口から対象物に向けて吹き出されるとき、下開きのスカート状に吹出し角度を設定できるガイド部を設けてもよく、そのときのガイド部についての噴出口角度を、例えば１２０°とすることができる。
図２(ｂ)におけるノズル１０１ｂは、上面と側面の一部が開放(開口)された略円筒形状のノズル本体ｂ１を有し、その内部空間ｂ３には図面上方と側方からそれぞれの流体を流入させるために接続される２つの流路(１２１'と１２３')を有し、さらにそれらの流体を内部空間ｂ３内に吹き出させて混合し、吹出口ｂ２から下方向に噴出させる構成となっている。
ここで、ノズル本体ｂ１の上面に開口されて設けられた吹出し口ｖ２は、耐圧ホース(流路)１２３'を介して水蒸気供給装置１１３に接続されており、そこから水蒸気を吹き出す。また、ノズル本体ｂ１の側壁面の一部が開口されて設けられた吹出し口ｗ２からは、水加圧タンク１１１に接続された耐圧ホース(流路)１２１'によって純水(ＤＩＷ)が導かれて、内部空間ｂ３内には純水(ＤＩＷ)が吹き出される。
図２(ｃ)におけるノズル１０１ｃは、上面と側面の一部が開放(開口)された略円筒形状のノズル本体ｃ１を有し、その内部空間ｃ３には図面上方と側方とから流体が流入するよう接続される２つの流路(１２１''と１２３'')を有する。ノズル本体ｃ１の側方に設けられた流路１２３''は、その吹出し口ｖ３から内部空間ｃ３内に流体を吹出し、また、流路１２１''はノズル本体ｃ１の上方から内部空間ｃ３内に貫通する流路であって、内部空間ｃ３の下側の位置に吹出し口ｗ３を有して、そこから流体を吹き出す。そして、吹出し口ｖ３と吹出し口ｗ３から内部空間ｃ３内に吹き出された流体は、内部空間ｃ３内の下側の位置で混合され、吹出口ｃ３から下方向に噴出される。
側壁に開口される吹出し口ｖ３は、耐圧ホース(流路)１２３''を介して水蒸気供給装置１１３に接続されていて、そこから水蒸気を吹き出す。また、ノズル本体ｂ１の上面から内部に導入される耐圧ホース１２１''は水加圧タンク１１１と接続されており、これを介して内部空間ｃ３に純水(ＤＩＷ)が導入される。これらの水蒸気と純水(ＤＩＷ)とは、耐圧ホース１２１''の下端にある吹出し口ｗ３のすぐ下方の位置で混ぜ合わされ、吹出し口ｃ２から外部下方向に吹き出される。
また、図２(ａ)(ｂ)(ｃ)のいずれの場合でも、ノズル部の吹出口(ａ２、ｂ２、ｃ２)の形状(断面)は、例えば、スリット状の扁平楕円形または矩形形状として、そのノズル部の吹出口の断面積を１〜１００mm２ の範囲で適宜設定してそれを用いることができる。そして、ノズル部の吹出口の断面形状は上記のものに限られず、例えば、円形(丸形)のものを用いてもよく、そのとき、ノズル部として、その吹出口の内径であるノズル径断面を３〜１０ｍｍφの丸形のものを採用することとすれば、この吹出口の吹出し面積(断面積)は、９.４２〜７８.５mm２ となる。
・ノズル部とステージ部(対象物配置部)とによる相対的動作(スキャン動作)
図３は、本発明の一実施形態において、ノズル部２０１とステージ部２３１の相対的動作すなわちスキャン動作を説明するための図であり、処理チャンバー３００内は、所定雰囲気下において、処理されるべき対象物２３３を配置して保持するステージ部２３１と、流路２２３から供給される蒸気と流路２２１から供給される純水とを内部で混合して対象物２３３に吹き付けるためのノズル部２０１と、を備え、その下側には、廃液や排気のための流路３０１を備える。
ステージ部２３１上には処理される対象物２３３（例えば略円板状の半導体用ウェハー）が配置されるが、処理中にこの対象物２３３が位置ずれしないように、ステージ部２３１上に固定手段または係止手段により一体的に結合させておいてもよい。このステージ部２３１は、その中心から下方向に垂下して伸びる支持軸２３１'によって固定支持されており、支持軸２３１'の回転または回動動作に従ってステージ部２３１も一体的に同じ動作を行うよう構成されている。図３では、ステージ部２３１と対象物２３３とが回転動作を行うときに、その動作方向をＲ１として示した。
ノズル部２０１は、ステージ部２３１上にある対象物２３３の上面から鉛直方向に吹き付けを行うが、このとき、ノズル口２０１ｃと対象物２３３の上面との距離はギャップＧとして表される。ここでのノズル部２０１は、それ自体が可動するものとして設計されており、回転(回動)動作および／または位置移動動作をすることができる。図３では、ノズル部２０１は、ステージ部２３１上の中心位置ｃ１から端部位置Ｔ１まで、ギャップＧを所定値に保持しながら水平方向に直線的に移動することができるとして、ここでの移動動作の軌跡(方向)をＭ１として示している。
図３において、ノズル部２０１は直線的な規則的な移動動作(動作方向Ｍ１)を行い、またステージ部２３１は規則的な回転動作(動作方向Ｒ１)を行わせることによって、ノズル部２０１を、対象物２３３上を規則的で継続的に処理面全域をスキャニングさせながら吹きつけを行なうことができ、ノズル部２０１とステージ部２３１との位置関係から、スキャン速度を所望する値に制御することができる。
上述の説明では、ノズル部２０１の移動動作とステージ部２３１の回転動作について、相互に同期をとるよう組み合わせて両者を同時に動作させ、対象物２３３のスキャニングを行い、所望のスキャン速度を得るように制御することができることとものではあるが、これに限られるものではない。すなわち、ステージ部２３１は固定したままで、ノズル部２０１だけを単独で可動させ、移動動作および回動動作を組み合わせて、対象物２３３の処理面全域をスキャニングする動作を行うこともできるし、また一方、ノズル部２０１は固定したままで、ステージ部２３１だけを単独で可動させ、回動動作だけではなく移動動作を可能とする機構を設け、回動と移動とを同期をとって組み合わせ、対象物２３３の処理面全域をスキャニングする動作を行わせることもできる。このように、ノズル部２０１とステージ部２３１との動作は、スキャニング仕様に合わせて適宜に組み合わせ、所望のスキャン速度を得られるように設計がなされればよい。
○処理対象物について
・処理対象物が「円形」の場合
本発明の一実施形態として、処理される対象物が円形状の形状をなしている場合には、対象物の片面全域が処理対象面であるものとして、この処理対象面のすべての領域を均等にスキャニングするように制御がなされる。たとえば、円形状の対象物の中心からノズル部２０１を円周方向に直線的に移動させる動作と、ステージ部２３１を回転させる動作を組み合わせて、所望のスキャン速度を得られるように設定でき、このときのスキャニングの軌跡は細かな渦巻き状となる。
・処理対象物が「矩形」の場合
本発明の一実施形態として、処理される対象物が矩形状の形状をなしている場合には、こちらも対象物の片面全域が処理対象面であるものとして、この処理対象面のすべての領域を均等にスキャニングするように制御がなされる。図４(ａ)(ｂ)は、矩形状の対象物のスキャニング状況を示す図である。
図４(ａ)は、矩形の対象物２３３ａに対するスキャニング軌跡の一例を示した図であり、ノズル部２０１とステージ部２３１の両方またはどちらか一方を移動動作させることにより、軌跡Ｓ１のようなスキャニングが得られる。また、図４(ｂ)は、矩形の対象物２３３ｂに対するスキャニング軌跡の一例を示した図であり、たとえば、円形状の対象物と同様にして、対象物の中心からノズル部２０１を端部方向に直線的に移動させる動作と、ステージ部２３１を回転させる動作を組み合わせて、所望のスキャン速度を得られるように設定したものであり、このときのスキャニング軌跡はやはり細かな渦巻き状となる。
本発明では、上述したような対象物処理装置または方法を用い、半導体用ウェハー・ＩＣ回路・マイクロ構造体・液晶などを処理対象物として、そこで生成された不用物を効果的に除去するために、多くのサンプルについてパラメータ条件を種々変化させて実験を行い、数多くのデータを収集してそれらの比較検討を行った。その結果、本発明に基づく蒸気(水蒸気)と純水とを混合した吹き付けにおいては、次のようなパラメータについて、その数値を規定の範囲に制御することとすれば、不用物除去効果が極めて高くなることを見出した。
本発明による対象物の吹き付けの各パラメータの値は、
ノズル部に供給される蒸気の圧力は０.１〜０.５MPa、
ノズル部に供給される超純水の流量(フローレイト)は５０〜１０００cc/min、
吹き付け時間は１０〜６００sec、
ノズル部の吹出口の面積は１〜１００mm２、
スキャン速度は１０〜３００mm/sec、
ノズル口と対象物とのギャップは３〜３０mm、のように制御するとよい。
つぎに本発明による対象物処理で用いたそれぞれのパラメータについて説明する。
・蒸気の圧力について
ノズル部に供給される蒸気の圧力は、０.１〜０.５ＭＰａを適応値とする。適応値以下の場合には、反応副生成物に対しての打力性能低下により物理力が低下して、除去することができない。適応値以上の場合には、打力が不用意に高くなり、膜(組織)に対して損傷を引き起こす。また必要以上の熱の発生により硬化もしくは変質を引き起こす。
・純水の流量について
純水(ＤＩＷ)の流量(フローレイト)については５０〜１０００cc/minを適応値とする。適応値以下の場合には、蒸気（スチーム）のみとなり、ノズル噴出粒径が微細すぎて打力成分が低下し、除去することができない。適応値以上の場合には、蒸気（スチーム）と純水(ＤＩＷ)との混合により、ノズルから噴出される粒径が大きくなり、膜に対して損傷を与える。
・吹き付け処理時間について
吹き付け時間は１０〜６００secを適応値とする。適応値以下の場合には、反応副生成物が残りやすくなる。適応値以上の場合にも、除去は可能ではあるが、熱による影響などにより、その他の二次的な問題を引き起こす可能性が高くなる。また、この吹き付け処理時間のパラメータは、装置の処理能力に直接影響を及ぼす大きな要素であり、吹き付け時間が長すぎるのは問題である。
・ノズル部の吹出口の面積について
ノズル部の吹出口の面積は１〜１００mm２を適応値とする。適応値以下の場合には、吹出口の面積が小さいので打力は部分的には高くはなるものの、膜(組織)に対して損傷を引き起こす虞があり、吹出口の面積が小さすぎるので、不用物の除去に残りを生じる可能性が高い。また、適応値以上の場合には吹出口の面積が広すぎて、ノズルからの噴出された蒸気（スチーム）と純水(ＤＩＷ)との混合粒径が拡散して、対象物に至るまでに打力性能が減少してしまい、不用物を除去でき難い傾向になる。
・スキャン速度について
スキャン速度は１０〜３００mm/secを適応値とする。適応値以下の場合には、不用意な単位時間あたりのノズル噴出によって照射時間が長くなり、熱および過剰打力により不用物を除去する以外に損傷を引き起こす可能性が高くなる。また、適応値以上の場合には、単位時間あたりでのノズル噴出時間が短くなり、打力不足となるので不用物を除去することができなくなる。
・ノズル口と対象物とのギャップ
ノズル口と対象物とのギャップ(距離)は３〜３０mmを適応値とする。適応値以下の場合には、ノズルからの噴出面積が対象物と噴出距離との関係から小さくなり、不用物の除去に残りがある可能性が高い。また、適応値以上の場合には、ノズルからの噴出された蒸気（スチーム）と純水(ＤＩＷ)との混合粒径が、対象物に至るまでに打力性能が減少してしまい、不用物を除去でき難い傾向になる。
図５〜７は、本発明が適用された３種類の構造の異なる対象物について具体的な処理を行う様子を示す図である。
図５(１)〜(３)で示される対象物５００は、処理される層として高誘電層を有する半導体デバイス(ウェハー)であって、レジスト(マスク)層１１、高誘電層(ＢＳＴもしくはＳＢＴ)１２、ＡＵ膜もしくはＰｔ膜の金属膜１３からなる薄膜状の層が、基板１４上に積層された構造を備えている。
図５(１)は、対象物５００がエッチングされる前の状態であり、レジスト(マスク)層１１は開孔部Ｋ１を有している。つぎの図５(２)はエッチングされた後の状態を示し、ここでは、レジスト(マスク)層１１の開孔部Ｋ１に接して真下の位置にある高誘電層１２の部位Ｋ１'が開孔されるとともに、部位(Ｋ１＋Ｋ１')の壁面には２次的な反応副生成物Ｆ１が発生してフェンス状に残留する。そして、図５(３)は、本発明が適用された対象物処理によって「蒸気＋純水の混合吹付処理」がおこなわれ、レジスト(マスク)層１１と不用物である反応副生成物Ｆ１とが除去された状態を示す。
図５のような、処理される層として高誘電層を有する半導体デバイス(ウェハー)５００における不用物除去処理では、吹き付けのときは、蒸気の圧力は０.２〜０.３MPa、超純水の流量(フローレイト)は１００〜５００cc/min、ノズル部の吹出口の面積は１〜１００mm２、吹き付け時間は１２０〜３００sec、スキャンスピードは４０〜１００mm/sec、ギャップは５〜１０mm/sec、に制御されると、その不用物除去の効果が高い。
図６(１)〜(３)で示される対象物６００は、処理される層としてパッシベーション膜を有する半導体デバイスであって、ワイヤボンディング／バンブに適する構造を有している。この対象物６００は、レジスト(マスク)層２１、保護膜(パッシベーション膜)２２、配線膜(Ａｌ)２３、絶縁膜(ＳｉＯ2 酸化膜)２４からなる薄膜状の層が、基板１２５上に積層された構造を備えている。
図６(１)は、対象物６００がエッチングされる前の状態であり、レジスト(マスク)層２１は開孔部Ｋ２を有している。つぎの図６(２)はエッチングされた後の状態を示し、ここでは、レジスト(マスク)層１１の開孔部Ｋ２に接する真下位置にあるパッシベーション膜２２の部位Ｋ２'が開孔されるとともに、部位(Ｋ２＋Ｋ２')の壁面には２次的な反応副生成物Ｆ２が発生してフェンス状に残留する。そして、図６(３)は、本発明が適用された対象物処理によって「蒸気＋純水の混合吹付処理」がおこなわれ、レジスト(マスク)層２１と不用物である反応副生成物Ｆ２とが除去された状態を示す。
図６に示すような、処理される層としてパッシベーション膜を有する半導体デバイス(ウェハー)における不用物除去処理では、吹き付けのときは、蒸気の圧力は０.１５〜０.３MPa、超純水の流量(フローレイト)は１００〜５００cc/min、ノズル部の吹出口の面積は１〜１００mm２、吹き付け時間は６０〜１２０sec、スキャンスピードは４０〜１００mm/sec、ギャップは５〜１０mm/sec、に制御すると、その不用物除去の効果が高い。
図７(１)〜(３)で示される対象物７００は、処理される層としてメタル層を有する半導体デバイスであって、エッチングによってこれらのメタル層に開孔部が形成される構造を有している。この対象物７００は、レジスト(マスク)層３１、配線膜(Ａｌ)３２、保護膜(Ｔｗ／Ｔｉ膜)３３、絶縁膜(ＳｉＯ2 酸化膜)３４からなる薄膜状の層が、基板３５に積層された構造を備えている。
図７(１)は、対象物５００がエッチングされる前の状態であり、レジスト(マスク)層３１は開孔部Ｋ３を有している。つぎの図６(２)はエッチングされた後の状態を示し、ここでは、レジスト(マスク)層３１の開孔部Ｋ２に接した真下位置にある配線膜(Ａｌ)３２と保護膜(Ｔｗ／Ｔｉ)３３とがエッチングで開孔されるが、そのとき、開孔部位(Ｋ３＋Ｋ３')の壁面には２次的な反応副生成物Ｆ３が発生してフェンス状に残留する。そして、図７(３)は、本発明が適用された対象物処理によって「蒸気＋純水の混合吹付処理」が行われて、レジスト(マスク)層３１と不用物である反応副生成物Ｆ３とが除去された状態を示す。
図７に示すような、処理される層としてエッチングメタル膜を有する半導体デバイス(ウェハー)における不用物除去処理では、吹き付けのときは、蒸気の圧力は０.１〜０.２MPa、超純水の流量(フローレイト)は１００〜５００cc/min、ノズル部の吹出口の面積は１〜１００mm２、吹き付け時間は３０〜１２０sec、スキャンスピードは４０〜１００mm/sec、ギャップは５〜１０mm/sec、に制御すると、その不用物除去の効果が高い。
図５〜７には、対象物として、(対象物１)高誘電層を有する半導体デバイス、(対象物２)ワイヤボンディング／バンブに適するパッシベーション膜を有する半導体デバイスであり、(対象物３)メタルエッチング層を有する半導体デバイス、の３種類をその例として示した。そこで、各対象物におけるそれぞれの処理条件の相違について説明する。
・蒸気の圧力について
対象物１での蒸気の圧力は０.２〜０.３MPa、対象物２では０.１５〜０.３MPa、対象物３では０.１〜０.２MPaとしている。
対象物１では、蒸気の圧力を０.３MPaのように高く設定しても、高誘電膜での特性上、蒸気圧力に伴う温度に対する耐性が高いため、打力重視の高圧力設定が可能である。これに対して、対象物２および対象物３では、配線に使用されているアルミは、蒸気密度が高いと、温度との相乗効果で容易に水酸化アルミを発生させやすいため、対象物１に比べて、やや低い圧力で処理するとよい。
・吹き付け時間について
対象物１での吹き付け処理をする時間は１２０〜３００sec、対象物２では６０〜３００sec、対象物３では３０〜１２０sec、としている。
対象物２では、配線にアルミを使用しているため、６０秒以上の処理を実施すると、アルミ側壁に水酸化アルミが発生し、アルミ表面を損傷させてしまう。これに対し、高誘電膜のある対象物１ではアルミが使用されていないし、且つ、反応副生成物が強固で除去しづらいため、時間をより長くするのが好ましい。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記説明に限定されるわけではなく、半導体、液晶、磁気ヘッド、ディスク、プリント基板、レンズ、精密機械加工部品、モールド樹脂製品等の種々の対象物において適用が可能であり、洗浄・磨き・不用物除去などの処理を、より効果的に安価で行うことができる。
また、具体的には次に示す技術分野においても有効である。
(１)ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)
シリコンプロセス技術を用いたマイクロ構造体での反応副生成物の除去もしくはバリ取りの手段または方法として本発明を適用する。
(２)液晶
液晶の製造工程では、ＩＣの製作と近似的工程が多いため、それらのバリ取りの手段または方法として、本発明を適用する。
(３)モールド加工
ＩＣの仕上げ工程におけるバリ取りの手段または方法として、本発明を適用する。
本発明は、半導体デバイス、液晶、磁気ヘッド、ディスク、プリント基板、カメラ等のレンズ、精密機械加工部品、モールド樹脂製品等の対象物においてその適用が可能であり、不用物除去・洗浄・磨きなどの処理を、より効果的に行うことができるし、また、シリコンプロセス技術を用いたマイクロ構造体、モールド加工などの分野においても、バリ取りの手段として本発明を活用することができる。さらに、本発明はとりわけ化学薬品を嫌う材料の処理には好適である。
本発明の一実施形態を示す対象物処理装置の全体図である。 本発明の一実施形態におけるノズル構造を表した断面図である。 本発明の一実施形態におけるノズル部とステージ部(対象物配置部)との動作説明図である。 本発明の一実施形態における対象物の相対的動作状況(スキャン状況)を説明するための図である。 本発明の一実施形態における対象物５００の構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態における対象物６００の構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態における対象物７００の構造を示す断面図である。
符号の説明
１００ 対象物処理装置
１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，２０１ ノズル部
ａ２，ｂ２，ｃ３ ノズル部の吹出部
１１１ 水加圧タンク
１１３ 水蒸気供給装置
１２３ 水蒸気供給管（流路）
１２１ 水供給管（流路）
１３３，２３３ 対象物
１３１，２３１ ステージ部(対象物配置部)
３００ 処理用チャンバー
５００，６００，７００ 処理対象物
Ｋ１，Ｋ１'，Ｋ２，Ｋ２'，Ｋ３，Ｋ３' 開孔部
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 反応副生成物（フェンス）

Claims (5)

  1. 対象物を処理するための対象物処理装置において、
    前記対象物を配置する対象物配置部と、
    供給される蒸気と水とを混合して前記対象物に吹き付けるノズル部と、
    前記ノズル部を前記対象物配置部の前記対象物に対して相対移動させながら前記吹き付けを行うにあたり、前記対象物配置部と前記ノズル部との相対的な位置関係を規則的に変化させて、相対移動速度を所望の値に制御する手段と
    を備えたことを特徴とする対象物処理装置。
  2. 請求項１に記載の対象物処理装置において、
    前記対象物は、半導体基板／ガラス基板／レンズ／ディスク部材／精密機械加工部材／モールド樹脂部材のいずれかであって、
    前記対象物の処理は、処理される部位または面の洗浄、あるいは、当該部位または面に存在する不用物の除去である、ことを特徴とする対象物処理装置。
  3. 請求項１または２に記載の対象物処理装置において、
    前記対象物配置部は、回転／回動／移動のいずれかの動作またはその複数の動作を行うステージ式配置部材またはコンベア式配置部材を備える、ことを特徴とする対象物処理装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の対象物処理装置において、
    前記対象物は、処理される部位または面として、高誘電層／パッシベーション膜／メタル層のいずれかを有する半導体デバイスであって、
    １）前記高誘電層のエッチング処理後に生成される反応副生成物、
    ２）前記パッシベーション膜のエッチング処理後に生成される反応副生成物、
    ３）前記メタル層のエッチング処理後に生成される反応副生成物、
    のいずれかを不用物として除去する、ことを特徴とする対象物処理装置。
  5. 対象物を処理するための対象物処理方法において、
    前記対象物を対象物配置部に配置するステップと、
    供給される蒸気と水とを混合してノズル部を介して前記対象物に吹き付けるステップと、
    前記ノズル部を前記対象物配置部の前記対象物に対して相対移動させながら前記吹き付けを行うにあたり、前記対象物配置部と前記ノズル部との相対的な位置関係を規則的に変化させて、相対移動速度を所望の値に制御するステップと
    を含むことを特徴とする対象物処理方法。
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