WO2011102278A1 - 基板裏面平坦化方法 - Google Patents

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wafer
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gas
cluster
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英章 松井
剛 守屋
伸俊 寺澤
博充 阪上
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    • H10P74/20—Testing or measuring during manufacture or treatment of wafers, substrates or devices characterised by the properties tested or measured, e.g. structural or electrical properties
    • H10P74/203—Structural properties, e.g. testing or measuring thicknesses, line widths, warpage, bond strengths or physical defects

Definitions

  • the present invention relates to a substrate back surface flattening method, and more particularly to a substrate back surface flattening method of a substrate on which a photoresist film having a desired mask pattern is formed on the surface by exposure and development.
  • a substrate processing system that forms a wiring groove or a via hole of a desired pattern using plasma on the surface of a wafer as a substrate is a coater that applies a positive type photoresist to the surface of the wafer, and a photoresist that is cured by heating or the like.
  • RIE Reactive Ion Etching
  • the exposure apparatus irradiates the photoresist on the surface of the wafer with ultraviolet light having a pattern reversed with respect to the desired mask pattern.
  • ultraviolet light having a short wavelength, for example, several tens of nanometers in wavelength.
  • Light is used in the exposure machine.
  • the wavelength is short, the allowable depth of focus is also reduced, and the flatness and inclination of the wafer allowed during exposure are also reduced.
  • the floating particles may adhere to the back surface of the wafer, or the wafer may come into contact with other members, so that the back surface of the wafer may be damaged.
  • the wafer is placed on a placement table (stage) 40 for exposure in the exposure machine. In this case, a part of the surface of the wafer W corresponding to the position of the particle P or the scratch S is raised (FIGS. 4C and 4D).
  • Patent Document 1 a technique for preventing the back surface from being scratched by forming a protective film on the back surface of the wafer has been developed by the present applicant (see, for example, Patent Document 1).
  • a protective film made of resin or the like is formed on the back surface of the wafer prior to a process that may cause damage to the back surface of the wafer, and after the photoresist film having a desired mask pattern is formed, the protective film is removed. .
  • a technique has been developed to remove the scratches before the exposure of the photoresist when the back surface of the wafer is damaged without covering the back surface of the wafer with a protective film.
  • a method of mechanically polishing the back surface of the wafer or a method of sputtering the back surface of the wafer with positive ions in plasma is known.
  • the size of the scratch to be removed becomes small, and it is necessary to remove a small scratch, for example, a scratch having a size of several ⁇ m.
  • a small scratch for example, a scratch having a size of several ⁇ m.
  • the size of the grindstone is several hundred ⁇ m, it is not possible to appropriately remove only the scratch having a size of several ⁇ m.
  • sputtering with positive ions has a large sputtering force, there is a problem that not only scratches but also the back surface of the wafer is scraped and the back surface becomes rough.
  • An object of the present invention is to provide a substrate back surface flattening method capable of removing minute scratches without roughening the back surface of the substrate.
  • a planarizing step of spraying a planarizing material containing at least a gas onto the back surface of a substrate, and an exposure step of exposing a photosensitive resin applied to the surface of the substrate are performed.
  • a substrate backside planarization method is provided.
  • the method further includes a detection step of detecting a position of a flaw or a foreign object on the back surface of the substrate prior to the flattening step.
  • the flaw or the foreign object whose position is detected in the detection step is detected.
  • the planarizing material is sprayed selectively.
  • the planarizing material preferably includes a cluster of gas molecules formed by aggregating a large number of gas molecules contained in the gas.
  • the gas molecule clusters are preferably ionized, the ionized gas molecule clusters are accelerated with a bias voltage, and the accelerated gas molecule clusters are neutralized. .
  • the planarizing material is preferably an aerosol containing a large number of fine particles made of solid.
  • the solid is preferably dry ice.
  • a planarizing material containing at least gas is sprayed on the back surface of the substrate. Since the planarizing material contains gas, the kinetic energy of the planarizing material is not so large, and the physical impact force applied to the back surface of the substrate when the planarizing material collides with the back surface of the substrate is not so large. Therefore, minute scratches can be removed without roughening the back surface of the substrate.
  • the position of a scratch or foreign object on the back surface of the substrate is detected prior to the flattening of the back surface of the substrate, and the planarizing material is selectively sprayed on the scratch or foreign object where the position has been detected. Therefore, it is not necessary to spray a planarizing material on the entire back surface of the substrate, and the back surface of the substrate can be efficiently planarized.
  • the planarizing material is a cluster of gas molecules formed by aggregating a large number of gas molecules contained in the gas
  • the physical impact force applied to a minute scratch at the time of collision is one gas. It is larger than the physical impact force that a molecule imparts to a minute scratch upon collision. Thereby, a minute crack can be destroyed and removed efficiently.
  • a cluster of gas molecules collides with the back surface of the substrate, it is decomposed into a large number of gas molecules, and each gas molecule is scattered along the back surface of the substrate, so that each gas molecule is not driven into the back surface of the substrate.
  • the cluster of gas molecules is ionized and the cluster of ionized gas molecules is accelerated by the bias voltage, the physical impact force imparted to the minute scratch at the time of collision with the back surface of the substrate is further increased.
  • the back surface of the substrate can be planarized more efficiently.
  • the accelerated cluster of gas molecules is neutralized, it is possible to prevent the substrate from being charged at the time of collision with the back surface of the substrate.
  • the planarizing substance is an aerosol containing a large number of fine particles made of a solid
  • the large number of fine particles can be made to collide with a minute scratch, and thus the minute scratch can be efficiently removed. it can.
  • the solid is dry ice. Since dry ice is easily sublimated, it is possible to prevent dry ice as a solid from remaining as foreign matter on the back surface of the substrate after removal of minute scratches.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing a configuration of a substrate processing system for executing a photoresist film forming process including a substrate back surface planarizing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a gas molecule cluster spraying section provided in the back surface planarization apparatus in FIG. [FIG. 3A] to [FIG. 3F]
  • FIG. 3A to FIG. 3F are process diagrams showing steps of a photoresist film forming process including a substrate back surface planarization method according to the present embodiment, which is executed by the substrate processing system of FIG. [FIG. 4A] to [FIG. 4F]
  • FIGS. 4A to 4F are views for explaining the influence on the exposure processing of particles adhering to the back surface of the wafer and scratches generated.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing a configuration of a substrate processing system that executes a photoresist film forming process including a substrate back surface planarizing method according to the present embodiment.
  • a substrate processing system 10 includes a coater / developer 11, a back surface inspection device 12, a back surface flattening device 13, and an exposure machine 14, and includes a coater / developer 11, a back surface inspection device 12, and a back surface flattening device. 13 and the exposure unit 14 are arranged in series in this order, and a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) as a substrate to be processed is transported between the apparatuses.
  • wafer semiconductor wafer
  • the coater / developer 11 has a coater function for applying a photoresist, which is a positive photosensitive resin, to the wafer surface, and a photoresist subjected to an exposure process among photoresists cured by heating after application. It has the function of a developer that forms a photoresist film having a desired mask pattern by removing using an alkaline cleaning solution.
  • the back surface inspection device 12 When the back surface inspection device 12 irradiates the back surface of the wafer with laser light, the back surface inspection device 12 receives the scattered light generated from the scratches generated on the back surface or particles as adhered foreign matter, thereby causing the scratches or attached particles generated on the back surface of the wafer. Detect the position and size.
  • the exposure machine 14 includes a mounting table on which a wafer is mounted, and an ultraviolet irradiation lamp disposed to face the mounting table, and exposes the photoresist applied on the surface of the wafer by irradiating with ultraviolet rays.
  • the photoresist is exposed to light.
  • the photoresist is irradiated with ultraviolet rays only on the portion corresponding to the pattern inverted with respect to the desired mask pattern, the photoresist with the inverted pattern is altered and becomes alkali-soluble.
  • the back surface flattening device 13 uses GCIB (Gas Cluster Ion Beam) to remove scratches and attached particles generated on the back surface of the wafer whose position and size are detected by the back surface inspection device 12.
  • GCIB is a method in which gas is blown toward a vacuum atmosphere to form a cluster of gas molecules, the cluster is ionized, and the ionized cluster is accelerated by a bias voltage to collide with a wafer.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a gas molecule cluster spraying portion provided in the back surface flattening apparatus in FIG.
  • the gas molecule cluster spray unit 20 is arranged in a vacuum atmosphere in the back surface flattening device 13, and includes a cylindrical gas spray nozzle 21, an aperture plate 22, an ionizer 23, and a neutralization unit 24. Is provided.
  • the cluster spray unit 20 is disposed so as to face the back surface of the wafer W accommodated in the back surface flattening device 13.
  • the gas spray nozzles 21 are arranged in order, and a bias voltage is applied to at least a space between the ionizer 23 and the neutralizing unit 24.
  • the gas spray nozzle 21 penetrates the gas spray nozzle 21 along the central axis direction, for example, a gas spray hole 25 having a diameter of 0.1 mm to 3.0 mm, and a wafer W side end portion in the gas spray nozzle 21. And a gas expansion hole 26 whose diameter increases in a funnel shape toward the end.
  • the aperture plate 22 has an aperture 27 that opens in front of the gas spray hole 25 and penetrates the aperture plate 22 in the thickness direction.
  • the gas spray nozzle 21 has a higher pressure than the vacuum atmosphere from the gas spray hole 25 toward the wafer W.
  • the gas spray nozzle 21 has a pressure of 0.4 MPa to 0.9 MPa and a planarizing gas mainly composed of argon (Ar) gas. Spray (planarizing material).
  • the atmosphere in the gas expansion hole 26 is almost vacuum in the cluster spraying portion 20 arranged in the vacuum atmosphere, the pressure of the planarizing gas sprayed from the gas spray hole 25 rapidly decreases, and the gas expansion hole The diameter of 26 also increases rapidly along the path of the gas molecules 28, and the volume of the planarizing gas increases rapidly. That is, the planarizing gas sprayed from the gas spray holes 25 undergoes a sudden adiabatic expansion, and each gas molecule 28 is rapidly cooled. When each gas molecule 28 that has moved independently one at a time is rapidly cooled, the kinetic energy is reduced and the gas molecules 28 are brought into close contact with each other by the intermolecular force (van der Waals force) acting between the gas molecules 28. Thereby, a cluster 29 composed of a large number of gas molecules 28 is formed.
  • the cluster 29 that has passed through the aperture 27 enters the ionizer 23, and the ionizer 23 ionizes the cluster 29.
  • the ionized cluster 29 is accelerated to a certain speed toward the wafer W by a bias voltage applied to the space between the ionizer 23 and the neutralization unit 24. Thereafter, when the accelerated cluster 29 passes through the neutralization part 24, the charge is removed and the cluster 29 is neutralized.
  • the neutralized cluster 29 collides with the back surface of the wafer W while maintaining a constant speed, and physically destroys the scratch S by applying a physical impact force.
  • the cluster 29 is an aggregate of a large number of gas molecules 28, the kinetic energy of the cluster 29 is larger than the kinetic energy of one gas molecule 28, and the physical impact force that the cluster 29 imparts to the scratch S at the time of collision is One gas molecule 28 is larger than the physical impact force applied to the scratch S at the time of collision.
  • the cluster 29 can efficiently physically destroy and remove the scratches S, and can efficiently flatten the back surface of the wafer W.
  • the cluster 29 is accelerated to a certain speed by the bias voltage, the physical impact force that the cluster 29 imparts to the scratch S at the time of collision can be increased, and the back surface of the wafer W can be more efficiently planarized. It can be carried out. Further, since the ionized cluster 29 is neutralized, it is possible to prevent the wafer W from being charged when it collides with the back surface of the wafer W.
  • each gas molecule 28 is scattered along the back surface. Therefore, since each gas molecule 28 is not implanted into the back surface, the back surface is not roughened by the implantation of the gas molecules 28. Further, each gas molecule 28 scattered along the back surface selectively collides only with the scratch S protruding from the back surface. Thereby, it is possible to selectively remove only the scratches S (lateral sputtering effect).
  • the cluster spray unit 20 can move in parallel to the back surface of the wafer W, and the amount of movement is larger than the diameter of the wafer W. Therefore, the cluster spray unit 20 can spray the cluster 29 toward the entire back surface of the wafer W. Note that the position of the wafer W in the back surface flattening apparatus 13 is fixed during the spraying of the clusters 29 by holding the periphery of the wafer W by a clamper (not shown).
  • FIG. 3 is a process diagram showing a photoresist film forming process including the substrate back surface planarization method according to the present embodiment, which is executed by the substrate processing system of FIG.
  • the coater / developer 11 wet-cleans the front and back surfaces of the wafer W (FIG. 3A), and applies a photoresist 30 to the front surface of the wafer W (FIG. 3B).
  • the wafer W is carried into the back surface inspection apparatus 12, and the wafer W is turned upside down so that the back surface of the wafer W faces upward, and the laser light L is irradiated toward the back surface.
  • the laser beam L is applied to the scratch S generated on the back surface, the laser beam L is reflected by the scratch S while being scattered to generate scattered light SL (FIG. 3C).
  • the back surface inspection apparatus 12 detects the position and size of the scratch S by measuring the generation position, generation time, and intensity of the scattered light SL.
  • the wafer W is carried into the back surface flattening device 13, and the clusters 29 are selectively sprayed toward the scratches S whose position and size are detected by the cluster spraying unit 20, and the scratches S are removed (FIG. 3D). Thereby, the back surface of the wafer W is planarized (FIG. 3E).
  • the wafer W is turned upside down and carried into the exposure machine 14 and placed on the mounting table 31 of the exposure machine 14.
  • the ultraviolet light UL is irradiated only to the portion corresponding to the pattern inverted with respect to the desired mask pattern toward the photoresist 30 applied to the surface of the wafer W (exposure processing).
  • the photoresist 30 does not deviate from the focal point F of the ultraviolet light UL (FIG. 3F). In the photoresist 30, only the portion corresponding to the inverted pattern is obtained. Denatures and becomes alkali-soluble.
  • the wafer W that has been subjected to the exposure process by the exposure machine 14 is carried into the coater / developer 11, and the coater / developer 11 uses an alkaline cleaning solution to cope with the inverted pattern in the photoresist 30 that has been altered to alkali solubility. Remove the parts to be used. As a result, a photoresist film having a desired mask pattern is formed on the surface of the wafer W.
  • a cluster 29, which is an aggregate of a large number of gas molecules 28, is sprayed on the back surface of the wafer W before the photoresist 30 applied to the surface of the wafer W is exposed.
  • the kinetic energy possessed by the cluster 29 is not as great as the kinetic energy possessed by the positive ions in the plasma drawn by the bias voltage, and the physical impact force applied to the back surface of the wafer W when the cluster 29 collides with the back surface of the wafer W is Not so big. Therefore, the minute scratches S can be removed without roughening the back surface of the wafer W.
  • the cluster 29 efficiently and effectively applies the scratch S to the scratch S.
  • the back surface of the wafer W can be flattened efficiently.
  • the position and size of the scratch S on the back surface of the wafer W is detected prior to the flattening of the back surface of the wafer W by the back surface flattening device 13.
  • the clusters 29 are selectively sprayed toward the detected scratch S. Therefore, it is not necessary to spray the cluster 29 on the entire back surface of the wafer W, and the back surface of the wafer W can be planarized more efficiently.
  • the scratches S on the back surface of the wafer W are removed using the cluster 29.
  • an aerosol containing fine dry ice particles as a large number of fine particles is applied to the wafer W. You may spray on the back. Since the size of the fine dry ice grains is also very small, it can collide with a minute scratch S having a size of about several ⁇ m generated on the back surface of the wafer W. Therefore, the scratch S can be efficiently removed by physically destroying the scratch S by applying a physical impact force.
  • the kinetic energy of the fine dry ice grains is not as great as the kinetic energy of the cations in the plasma drawn by the bias voltage, even if the fine dry ice grains collide, the back surface of the wafer W is scraped and roughened. Absent. Further, since the dry ice is easily sublimated, it is possible to prevent the fine dry ice particles from remaining as foreign matter on the back surface of the wafer W after the fine scratches are removed.
  • the cluster 29 exhibits a lateral sputtering effect, even if the cluster 29 is sprayed on the back surface of the wafer W for a long time, the gas molecules 28 are not implanted into the back surface of the wafer W, but the aerosol has a lateral sputtering effect. Therefore, if aerosol is sprayed onto the back surface of the wafer W for a long time, there is a possibility that fine dry ice grains are driven into the back surface of the wafer W. Therefore, it is preferable to adjust the spraying time of the aerosol based on the size of the detected scratch S.
  • the back surface flattening device 13 is provided separately from the coater / developer 11 and the exposure machine 14, but the coater / developer 11 and the exposure machine 14 include the cluster spraying unit 20, and the photoresist 30 Prior to the exposure processing, the substrate W may be flattened on the back surface of the wafer W.
  • the position and size of the scratch S on the back surface of the wafer W may be detected by another device before being processed in the substrate processing system 10.
  • the position and size of the detected scratch S are stored in the memory of an external server, the memory of the controller of the substrate processing system 10 or the like, and the back surface flattening device 13 determines the wafer based on the stored position of the scratch S. It is preferable to spray the cluster 29 on the back surface of W.
  • a planarizing gas mainly containing argon gas is used, but the planarizing gas is not limited to this.
  • a planarizing gas that does not cause a chemical reaction with the film is used depending on the type of the film. Is preferred.
  • the substrate to which the substrate back surface planarization method according to the above-described embodiment is applied is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates used for FPD (Flat Panel Display) including LCD (Liquid Crystal Display), photomasks, and the like. CD substrate, printed circuit board, etc.

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Abstract

　基板の裏面を荒らすことなく微小な傷を除去することができる基板裏面平坦化方法を提供する。ウエハＷの裏面における傷Ｓの位置や大きさが検出され、位置や大きさが検出された傷Ｓへ選択的に多数のガス分子２８が集合して形成されたガス分子２８のクラスター２９が吹き付けられ、ウエハＷの表面に塗布されたフォトレジスト３０が露光される。

Description

基板裏面平坦化方法
　本発明は、基板裏面平坦化方法に関し、特に、露光・現像によって表面に所望のマスクパターンのフォトレジスト膜が形成される基板の基板裏面平坦化方法に関する。
　基板としてのウエハの表面にプラズマを利用して所望のパターンの配線溝やビアホールを形成する基板処理システムは、ポジ型のフォトレジストをウエハの表面に塗布するコータと、加熱等によって硬化したフォトレジストの一部を露光する露光機と、ウエハの表面から露光されたフォトレジストを現像液によって除去してフォトレジスト膜を形成するデベロッパと、ウエハの表面にエッチング処理、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）処理を施すエッチング装置と、フォトレジスト膜を除去する洗浄装置とを備える。
　露光機では所望のマスクパターンに対して反転したパターンの紫外線光をウエハの表面におけるフォトレジストに照射するが、近年、所望のマスクパターンの微細化に伴い短波長、例えば、波長が数１０ｎｍの紫外線光が露光機で用いられる。波長が短いと許容焦点深度も小さくなり、露光時に許容されるウエハの平面度、傾きも小さくなる。
　ところで、ウエハが基板処理システムにおいて搬送される際、浮遊しているパーティクルがウエハの裏面に付着したり、ウエハが他の部材と接触することによってウエハの裏面に傷が生じることがある。例えば、図４Ａや図４Ｂに示すように、ウエハＷの裏面にパーティクルＰが付着し、若しくは傷Ｓが生じていると、露光機において露光のためにウエハを載置台（ステージ）４０に載置した際、パーティクルＰや傷Ｓの位置に対応するウエハＷの表面の一部が盛り上がる（図４Ｃ、図４Ｄ）。盛り上がったウエハＷの表面の一部におけるフォトレジスト膜の一部４１は、紫外線光ＵＬの焦点Ｆからずれてしまうため（図４Ｅ、図４Ｆ）、結果として、所望のマスクパターンのフォトレジスト膜を形成するのが困難になる。
　そこで、ウエハの裏面に保護膜を形成することによって裏面において傷が生じるのを防止する技術が本出願人によって開発されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、ウエハの裏面に傷が生じる可能性のある工程に先立ってウエハの裏面に樹脂等からなる保護膜を形成し、所望のマスクパターンのフォトレジスト膜を形成した後に保護膜を除去する。しかしながら、上記技術では保護膜の除去に時間を要し、また、保護膜が他の部材と接触する際、保護膜の一部が剥がれてパーティクルとなるおそれがある。
　これに対応して、近年、ウエハの裏面を保護膜で覆うことなく、ウエハの裏面に傷が生じた場合、フォトレジストの露光前に当該傷を除去する技術が開発されている。このような技術としては、例えば、ウエハの裏面を機械的に研磨する方法やウエハの裏面をプラズマ中の陽イオンによってスパッタする方法が知られている。
特開２００７−２５８３８０号公報
　しかしながら、近年の所望のマスクパターンの微細化に伴う許容焦点深度の縮小化により、除去すべき傷の大きさは小さくなり、微小な傷、例えば、大きさが数μｍの傷を除去する必要があるが、上述した機械的研磨では砥石の目の大きさが数１００μｍであるため、大きさが数μｍの傷のみを適切に除去することができない。また、陽イオンによるスパッタではスパッタ力が大きいため、傷だけでなくウエハの裏面も削り、裏面が荒れるという問題がある。
　本発明の目的は、基板の裏面を荒らすことなく微小な傷を除去することができる基板裏面平坦化方法を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明によれば、基板の裏面へ少なくともガスを含む平坦化物質を吹き付ける平坦化ステップと、前記基板の表面に塗布された感光性樹脂を露光する露光ステップとを有する基板裏面平坦化方法が提供される。
　本発明において、前記平坦化ステップに先立って前記基板の裏面における傷又は異物の位置を検出する検出ステップをさらに有し、前記平坦化ステップでは、前記検出ステップにおいて位置が検出された傷又は異物へ選択的に前記平坦化物質を吹き付けることが好ましい。
　本発明において、前記平坦化物質は前記ガスに含まれる多数のガス分子が集合して形成されたガス分子のクラスターを含むことが好ましい。
　本発明において、前記平坦化ステップにおいて、前記ガス分子のクラスターをイオン化し、該イオン化されたガス分子のクラスターをバイアス電圧で加速し、該加速されたガス分子のクラスターを中性化することが好ましい。
　本発明において、前記平坦化物質は固体からなる多数の微粒子を含むエアロゾルであることが好ましい。
　本発明において、前記固体はドライアイスであることが好ましい。
　本発明によれば、基板の表面に塗布された感光性樹脂が露光される前に、基板の裏面へ少なくともガスを含む平坦化物質が吹き付けられる。平坦化物質はガスを含むので、当該平坦化物質が有する運動エネルギーはさほど大きくなく、平坦化物質が基板の裏面に衝突した際に該基板の裏面へ付与する物理的衝撃力はさほど大きくない。したがって、基板の裏面を荒らすことなく微小な傷を除去することができる。
　本発明によれば、基板の裏面の平坦化に先立って基板の裏面における傷又は異物の位置が検出され、該位置が検出された傷又は異物へ選択的に平坦化物質が吹き付けられる。したがって、基板の裏面の全面に平坦化物質を吹き付ける必要がなく、基板の裏面の平坦化を効率良く行うことができる。
　本発明によれば、平坦化物質はガスに含まれる多数のガス分子が集合して形成されたガス分子のクラスターであるので、衝突時に微小な傷へ付与する物理的衝撃力は、１つのガス分子が衝突時に微小な傷へ付与する物理的衝撃力よりも大きい。これにより、微小な傷を効率良く破壊して除去することができる。また、ガス分子のクラスターは基板の裏面へ衝突した際、多数のガス分子へ分解し、各ガス分子は基板の裏面に沿って飛散するので、各ガス分子が基板の裏面へ打ち込まれることが無く、もって、基板の裏面が荒れるのを確実に防止することができる。
　本発明によれば、ガス分子のクラスターがイオン化され、該イオン化されたガス分子のクラスターがバイアス電圧で加速されるので、基板の裏面への衝突時に微小な傷へ付与する物理的衝撃力をより大きくすることができ、もって、基板の裏面の平坦化をより効率良く行うことができる。また、加速されたガス分子のクラスターが中性化されるので、基板の裏面への衝突時に基板が帯電するのを防止することができる。
　本発明によれば、平坦化物質は固体からなる多数の微粒子を含むエアロゾルであるので、多数の微粒子を微小な傷にも衝突させることができ、もって、微小な傷を効率良く除去することができる。
　本発明によれば、固体はドライアイスである。ドライアイスは昇華しやすいので、微小な傷の除去後、固体としてのドライアイスが基板の裏面に異物として残留するのを防止することができる。
［図１］本発明の実施の形態に係る基板裏面平坦化方法を含むフォトレジスト膜形成処理を実行する基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
［図２］図１における裏面平坦化装置が備えるガス分子のクラスター吹き付け部の構成を概略的に示す断面図である。
［図３Ａ］~［図３Ｆ］図１の基板処理システムが実行する、本実施の形態に係る基板裏面平坦化方法を含むフォトレジスト膜形成処理の各工程を示す工程図である。
［図４Ａ］~［図４Ｆ］ウエハの裏面に付着したパーティクルや生じた傷の露光処理への影響を説明するための図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、本実施の形態に係る基板裏面平坦化方法を含むフォトレジスト膜形成処理を実行する基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
　図１において、基板処理システム１０は、コータ／デベロッパ１１と、裏面検査装置１２と、裏面平坦化装置１３と、露光機１４とを備え、コータ／デベロッパ１１、裏面検査装置１２、裏面平坦化装置１３及び露光機１４はこの順で直列配置され、被処理基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）が各装置間で搬送される。
　コータ／デベロッパ１１は、ウエハの表面にポジ型の感光性樹脂であるフォトレジストを塗布するコータの機能と、塗布後に加熱等によって硬化されたフォトレジストのうち、露光処理が施されたフォトレジストをアルカリ性の洗浄液を用いて除去することによって所望のマスクパターンのフォトレジスト膜を形成するデベロッパの機能とを有する。
　裏面検査装置１２は、ウエハの裏面にレーザ光を照射した際、裏面に生じた傷や付着した異物としてのパーティクルから生じる散乱光を受光することにより、ウエハの裏面に生じた傷や付着したパーティクルの位置及び大きさを検出する。
　露光機１４は、ウエハが載置される載置台と、該載置台に対向して配置される紫外線照射ランプとを備え、ウエハの表面に塗布されたフォトレジストに紫外線を照射して露光することにより、フォトレジストに露光処理を施す。ここで、フォトレジストには所望のマスクパターンに対して反転したパターンに対応する部分にのみ紫外線が照射されるので、反転したパターンのフォトレジストが変質してアルカリ可溶性になる。
　裏面平坦化装置１３は、ＧＣＩＢ（Ｇａｓ　Ｃｌｕｓｔｅｒ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ）を用いて裏面検査装置１２によって位置及び大きさが検出されたウエハの裏面に生じた傷や付着したパーティクルを除去する。ＧＣＩＢとは、真空雰囲気に向けてガスを吹き付けてガス分子のクラスターを形成し、さらに該クラスターをイオン化し、バイアス電圧によってイオン化されたクラスターを加速してウエハに衝突させる方法である。
　図２は、図１における裏面平坦化装置が備えるガス分子のクラスター吹き付け部の構成を概略的に示す断面図である。
　図２において、ガス分子のクラスター吹き付け部２０は、裏面平坦化装置１３における真空雰囲気中に配され、筒状のガス噴霧ノズル２１と、アパーチャー板２２と、イオナイザー２３と、中性化部２４とを備える。クラスター吹き付け部２０は裏面平坦化装置１３に収容されたウエハＷの裏面に対向するように配され、該クラスター吹き付け部２０では、ウエハＷ側から中性化部２４、イオナイザー２３、アパーチャー板２２及びガス噴霧ノズル２１が順に配され、少なくともイオナイザー２３及び中性化部２４の間の空間にバイアス電圧が印加される。
　ガス噴霧ノズル２１は、該ガス噴霧ノズル２１を中心軸方向に沿って貫通する、例えば、直径が０．１ｍｍ~３．０ｍｍであるガス噴霧穴２５と、ガス噴霧ノズル２１におけるウエハＷ側端部に穿孔されて該端部に向けて漏斗状に直径が大きくなるガス膨張穴２６とを有する。アパーチャー板２２は、ガス噴霧穴２５に正対して開口し、且つ該アパーチャー板２２を厚さ方向に貫通するアパーチャー２７を有する。
　ガス噴霧ノズル２１はウエハＷに向けてガス噴霧穴２５から真空雰囲気よりも高圧で、例えば、圧力が０．４ＭＰａ乃至０．９ＭＰａのいずれかでアルゴン（Ａｒ）ガスを主成分とする平坦化ガス（平坦化物質）を噴霧する。
　真空雰囲気中に配されたクラスター吹き付け部２０ではガス膨張穴２６内の雰囲気もほぼ真空となるため、ガス噴霧穴２５から噴霧された平坦化ガスの圧力が急激に低下するとともに、該ガス膨張穴２６の直径もガス分子２８の進路に沿って急激に大きくなり、平坦化ガスの体積が急激に大きくなる。すなわち、ガス噴霧穴２５から噴霧された平坦化ガスは急激な断熱膨張を起こして各ガス分子２８が急冷される。当初１つ１つ独立して移動していた各ガス分子２８は急冷されると、運動エネルギーが低下して各ガス分子２８間に作用する分子間力（ファンデルワールス力）によって互いに密着し、これにより、多数のガス分子２８からなるクラスター２９が形成される。
　アパーチャー板２２ではアパーチャー２７がガス噴霧穴２５に正対するので、形成された多数のクラスター２９のうち、ガス噴霧穴２５からアパーチャー２７に向けて進行するクラスター２９のみがアパーチャー２７を通過する。その結果、クラスター２９の進行方向が一様に定められる。
　アパーチャー２７を通過したクラスター２９はイオナイザー２３へ進入し、該イオナイザー２３はクラスター２９をイオン化する。イオン化されたクラスター２９は、イオナイザー２３及び中性化部２４の間の空間に印加されたバイアス電圧によってウエハＷに向けて一定の速度まで加速される。その後、加速されたクラスター２９は中性化部２４を通過する際に電荷が除去されて中性化される。中性化されたクラスター２９は一定の速度を維持したまま、ウエハＷの裏面に衝突して傷Ｓに物理的衝撃力を与えて物理的に破壊する。特に、クラスター２９は多数のガス分子２８の集合体であるため、クラスター２９の運動エネルギーは１つのガス分子２８の運動エネルギーよりも大きく、クラスター２９が衝突時に傷Ｓへ付与する物理的衝撃力は、１つのガス分子２８が衝突時に傷Ｓへ付与する物理的衝撃力よりも大きい。
　これにより、クラスター２９は傷Ｓを効率良く物理的に破壊して除去し、ウエハＷの裏面の平坦化を効率良く行うことができる。
　また、クラスター２９はバイアス電圧によって一定の速度まで加速されるので、クラスター２９が衝突時に傷Ｓへ付与する物理的衝撃力をより大きくすることができ、ウエハＷの裏面の平坦化をより効率良く行うことができる。また、イオン化されたクラスター２９が中性化されるので、ウエハＷの裏面への衝突時にウエハＷが帯電するのを防止することができる。
　一方、クラスター２９は一般にウエハＷの裏面等に衝突した際、多数のガス分子２８へ分解し、各ガス分子２８は裏面に沿って飛散する。したがって、各ガス分子２８は裏面に打ち込まれることが無いため、ガス分子２８の打ち込みによって裏面が荒れることがない。さらに、裏面に沿って飛散する各ガス分子２８は裏面から突出する傷Ｓにのみ選択的に衝突する。これにより、選択的に傷Ｓのみを除去することができる（ラテラルスパッタ効果）。
　裏面平坦化装置１３では、クラスター吹き付け部２０がウエハＷの裏面に対して平行に移動することでき、その移動量はウエハＷの直径よりも大きい。したがって、クラスター吹き付け部２０はウエハＷの裏面全体に向けてクラスター２９を吹き付けることができる。なお、裏面平坦化装置１３においてウエハＷは、その周縁部をクランパー（図示しない）によって保持されることにより、クラスター２９の吹きつけの間、位置が固定される。
　図３は、図１の基板処理システムが実行する、本実施の形態に係る基板裏面平坦化方法を含むフォトレジスト膜形成処理を示す工程図である。
　まず、コータ／デベロッパ１１においてウエハＷの表面や裏面をウェット洗浄し（図３Ａ）、ウエハＷの表面にフォトレジスト３０を塗布する（図３Ｂ）。
　次いで、ウエハＷを裏面検査装置１２へ搬入し、ウエハＷの上下を反転させてウエハＷの裏面を上向きにし、該裏面に向けてレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌが裏面において生じた傷Ｓに照射された場合、傷Ｓによってレーザ光Ｌは散乱しながら反射して散乱光ＳＬを生じさせる（図３Ｃ）。裏面検査装置１２は散乱光ＳＬの発生位置や発生時間、強度を計測することによって傷Ｓの位置や大きさを検出する。
　次いで、ウエハＷを裏面平坦化装置１３へ搬入し、クラスター吹き付け部２０によって位置や大きさが検出された傷Ｓに向けて選択的にクラスター２９を吹き付け、傷Ｓを除去する（図３Ｄ）。これにより、ウエハＷの裏面は平坦化される（図３Ｅ）。
　次いで、ウエハＷの上下を反転させて露光機１４へ搬入し、露光機１４の載置台３１に載置する。ここで、ウエハＷの裏面は平坦化されているので、ウエハＷの表面の一部が盛り上がることがない。その後、ウエハＷの表面に塗布されたフォトレジスト３０に向けて所望のマスクパターンに対して反転したパターンに対応する部分にのみ紫外線光ＵＬを照射する（露光処理）。このとき、ウエハＷの表面の一部が盛り上がることがないため、フォトレジスト３０が紫外線光ＵＬの焦点Ｆからずれることがなく（図３Ｆ）、フォトレジスト３０では、反転したパターンに対応する部分のみが変質してアルカリ可溶性になる。
　次いで、露光機１４にて露光処理が施されたウエハＷをコータ／デベロッパ１１へ搬入し、コータ／デベロッパ１１はアルカリ性の洗浄液を用いて、アルカリ可溶性に変質したフォトレジスト３０における反転したパターンに対応する部分を除去する。その結果、ウエハＷの表面において所望のマスクパターンのフォトレジスト膜が形成される。
　図３のフォトレジスト膜形成処理によれば、ウエハＷの表面に塗布されたフォトレジスト３０が露光される前に、ウエハＷの裏面へ多数のガス分子２８の集合体であるクラスター２９が吹き付けられる。クラスター２９が有する運動エネルギーはバイアス電圧によって引き込まれるプラズマ中の陽イオンが有する運動エネルギーほど大きくなく、クラスター２９がウエハＷの裏面に衝突した際に該ウエハＷの裏面へ付与する物理的衝撃力はさほど大きくない。したがって、ウエハＷの裏面を荒らすことなく微小な傷Ｓを除去することができる。
　また、クラスター２９が衝突時に傷Ｓへ付与する物理的衝撃力は、１つのガス分子２８が衝突時に傷Ｓへ付与する物理的衝撃力よりも大きいので、クラスター２９は傷Ｓを効率良く物理的に破壊して除去し、ウエハＷの裏面の平坦化を効率良く行うことができる。
　上述した図３のフォトレジスト膜形成処理では、裏面平坦化装置１３によるウエハＷの裏面の平坦化に先立ってウエハＷの裏面における傷Ｓの位置や大きさが検出され、該位置や大きさが検出された傷Ｓに向けて選択的にクラスター２９が吹き付けられる。したがって、ウエハＷの裏面の全面にクラスター２９を吹き付ける必要がなく、ウエハＷの裏面の平坦化をより効率良く行うことができる。
　上述した図３のフォトレジスト膜形成処理では、クラスター２９を用いてウエハＷの裏面における傷Ｓを除去したが、クラスター２９の代わりに多数の微粒子としての微小ドライアイス粒を含むエアロゾルをウエハＷの裏面へ吹き付けてもよい。微小ドライアイス粒の大きさも非常に小さいため、ウエハＷの裏面に生じた大きさが数μｍ程度の微小な傷Ｓにも衝突可能である。したがって、傷Ｓに物理的衝撃力を与えて物理的に破壊することによって傷Ｓを効率良く除去することができる。また、微小ドライアイス粒が有する運動エネルギーはバイアス電圧によって引き込まれるプラズマ中の陽イオンが有する運動エネルギーほど大きくないため、微小ドライアイス粒が衝突してもウエハＷの裏面が削れられて荒れることはない。さらに、ドライアイスは昇華しやすいので、微小な傷の除去後、微小ドライアイス粒がウエハＷの裏面に異物として残留するのを防止することができる。
　ところで、クラスター２９はラテラルスパッタ効果を奏するので、長時間に亘ってクラスター２９をウエハＷの裏面に吹き付けても、ガス分子２８がウエハＷの裏面に打ち込まれることはないが、エアロゾルはラテラルスパッタ効果を奏することができないので、長時間に亘ってエアロゾルをウエハＷの裏面に吹き付けると、微小ドライアイス粒がウエハＷの裏面に打ち込まれる可能性がある。したがって、検出された傷Ｓの大きさに基づいて、エアロゾルの吹き付け時間を調整するのが好ましい。
　上述した図３のフォトレジスト膜形成処理では、ウエハＷの裏面に生じた微小な傷Ｓが除去されたが、ウエハＷの裏面に付着した異物としてのパーティクルもクラスター２９やエアロゾルを吹き付けることによって除去することができる。
　上述した基板処理システム１０では、コータ／デベロッパ１１や露光機１４とは別に裏面平坦化装置１３が設けられたが、コータ／デベロッパ１１や露光機１４がクラスター吹き付け部２０を備え、フォトレジスト３０の露光処理に先立ってウエハＷの基板裏面平坦化を行ってもよい。
　また、上述した基板処理システム１０は裏面検査装置１２を備えるが、基板処理システム１０において処理される前に他の装置によってウエハＷの裏面における傷Ｓの位置や大きさを検出してもよい。この場合、検出された傷Ｓの位置や大きさは外部サーバのメモリや基板処理システム１０のコントローラのメモリ等に格納され、裏面平坦化装置１３は該格納された傷Ｓの位置に基づいてウエハＷの裏面にクラスター２９を吹き付けるのが好ましい。
　さらに、基板処理システム１０ではアルゴンガスを主成分とする平坦化ガスが用いられたが、平坦化ガスはこれに限られない。例えば、ウエハＷの裏面に二酸化硅素（ＳｉＯ２）膜、窒化硅素（ＳｉＮ）膜又は金属膜が形成されている場合、膜の種類に応じて該膜と化学反応を起こさない平坦化ガスを用いるのが好ましい。
　また、上述した実施の形態に係る基板裏面平坦化方法が適用される基板は半導体ウエハに限られず、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）等を含むＦＰＤ（Ｆｌａｔ　Ｐａｎｅｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
　Ｆ　焦点
　Ｓ　傷
　ＵＬ　紫外線光
　Ｗ　ウエハ
　１０　基板処理システム
　１２　裏面検査装置
　１３　裏面平坦化装置
　２０　クラスター吹き付け部
　３０　フォトレジスト

Claims (6)

  1. 　基板の裏面へ少なくともガスを含む平坦化物質を吹き付ける平坦化ステップと、
    　前記基板の表面に塗布された感光性樹脂を露光する露光ステップとを有することを特徴とする基板裏面平坦化方法。
  2. 　前記平坦化ステップに先立って前記基板の裏面における傷又は異物の位置を検出する検出ステップをさらに有し、
    　前記平坦化ステップでは、前記検出ステップにおいて位置が検出された傷又は異物へ選択的に前記平坦化物質を吹き付けることを特徴とする請求項１記載の基板裏面平坦化方法。
  3. 　前記平坦化物質は前記ガスに含まれる多数のガス分子が集合して形成されたガス分子のクラスターを含むことを特徴とする請求項１記載の基板裏面平坦化方法。
  4. 　前記平坦化ステップにおいて、前記ガス分子のクラスターをイオン化し、該イオン化されたガス分子のクラスターをバイアス電圧で加速し、該加速されたガス分子のクラスターを中性化することを特徴とする請求項３記載の基板裏面平坦化方法。
  5. 　前記平坦化物質は固体からなる多数の微粒子を含むエアロゾルであることを特徴とする請求項１記載の基板裏面平坦化方法。
  6. 　前記固体はドライアイスであることを特徴とする請求項５記載の基板裏面平坦化方法。
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