半導体ウエハからの物質除去方法並びに除去装置
【課題】
【解決手段】非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力を、半導体ウエハが存在する容積内で維持する。前駆物質流体を液相で保持しつつ、半導体ウエハから除去するべき物質の近傍に前駆物質流体を供給する。半導体ウエハが存在する所定の容積内を減圧することにより、ウエハ上に位置する前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される。非ニュートン流体への変換の際における前駆物質流体の膨張の作用と、ウエハに対する前駆物質流体の相対的な移動の作用とにより、変換後の非ニュートン流体が半導体ウエハから物質を除去する。
【解決手段】非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力を、半導体ウエハが存在する容積内で維持する。前駆物質流体を液相で保持しつつ、半導体ウエハから除去するべき物質の近傍に前駆物質流体を供給する。半導体ウエハが存在する所定の容積内を減圧することにより、ウエハ上に位置する前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される。非ニュートン流体への変換の際における前駆物質流体の膨張の作用と、ウエハに対する前駆物質流体の相対的な移動の作用とにより、変換後の非ニュートン流体が半導体ウエハから物質を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体工程では、シリコン等の物質から構成される半導体ウエハ（以下、「ウエハ」）上に集積回路が形成される。ウエハ上に集積回路を形成するためには、様々な種類の抵抗やダイオード、コンデンサーやトランジスター等、数多くの（例えば、数百万の）電子機器の製作が必要となる。このような電子機器の製作は、ウエハ上の正確な位置に材料を蒸着し、除去し、埋め込むことにより行われる。フォトリソグラフィーとよばれる手法が通常用いられ、ウエハの正確な位置に容易に材料を蒸着し、除去し、埋め込むことができる。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー工程では、まずウエハ上にフォトレジスト材を載せ、レチクルを通した光をフォトレジスト材に照射する。レチクルは、所望の構成配列パターンを設けたガラス板で、光は形成されたパターン部分を透過することができない。レチクルを通った光は、フォトレジスト材の表面に達して、フォトレジスト材の感光部分の化学組成を変化させる。ポジ型フォトレジスト材の場合には、光を照射することにより、フォトレジスト材の感光部分が現像液に不溶となる。逆に、ネガ型フォトレジスト材の場合には、光を照射することにより、フォトレジスト材の感光部分が現像液に可溶となる。露光後、フォトレジスト材の可溶部分を除去することにより、フォトレジストパターン層が形成される。
【０００３】
次に、ウエハを処理し、フォトレジストパターン層で被覆されていないウエハ領域で材料の除去、蒸着、埋め込みを行う。このようなウエハ処理により、フォトレジスト層が改変され、フォトレジストの除去が難しくなる場合がある。例えば、プラズマエッチング処理の場合、フォトレジストの外層が、下部層のフォトレジストと比べて反応性の低い、硬い皮膜に変換される。ウエハ処理後、フォトレジスト除去処理により、フォトレジストパターン層やその残渣及びプラズマエッチング後に残った他の高分子残渣をウエハから除去する必要がある。ウエハ表面上に残ったフォトレジストや高分子物質が集積回路の不具合の原因となる可能性があるため、フォトレジスト除去処理では、フォトレジストや高分子物質を完全に除去することが重要である。また、ウエハ上の基部材の化学組成を改変したり物理的な損傷を与えたりすることのないように、フォトレジスト除去処理は、注意深く行う必要がある。ウエハの基部材の化学組成改変及び／または基部材の損傷を起こすことなく、フォトレジスト及び高分子物質の完全な除去を実現するようなフォトレジスト除去処理の改良が望まれている。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の一つの態様は、半導体ウエハから物質を除去する方法である。本発明の方法は、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力を、半導体ウエハが存在する容積内で維持する工程と、前駆物質流体を液相で保持しつつ、前駆物質流体を半導体ウエハ上に供給する工程とを含む。ここで、半導体ウエハから除去するべき物質の近傍に前駆物質流体が位置するように、前駆物質流体を半導体ウエハ上に供給する。本発明の方法は、さらに、半導体ウエハが存在する容積内を減圧する工程を含む。減圧することにより前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される。非ニュートン流体に変換される際の前駆物質流体の膨張の作用により、変換後の非ニュートン流体が半導体ウエハから物質を除去する。
【０００５】
本発明の別の態様は、半導体ウエハからフォトレジストと高分子物質とを除去する方法である。本発明の方法は、溶液を半導体ウエハ上に供給して、バルクフォトレジスト材を除去する工程を含む。この溶液は、フォトレジスト材に浸透して、バルクフォトレジスト材を除去すると共に、フォトレジスト皮膜を残す。バルクフォトレジスト材の除去後、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持した状態で、前駆物質流体を半導体ウエハ上に供給する。前駆物質流体がフォトレジスト皮膜を透過してフォトレジスト皮膜の下に広がる中空領域に浸透するように、前駆物質流体の半導体ウエハ上への供給を行う。本発明の方法は、さらに、半導体ウエハ周囲を減圧して、前駆物質流体を非ニュートン流体に変換させる工程を含む。非ニュートン流体に変換される際の前駆物質流体の膨張の作用により、変換後の非ニュートン流体がフォトレジスト皮膜と高分子物質とを除去する
【０００６】
本発明のさらに別の態様は、半導体ウエハから物質を除去する装置である。本発明の装置は、連結された流体供給口を有するチャンバを備える。流体供給口は、チャンバ内に保持される半導体ウエハ上に、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を供給する。本発明の装置は、また、チャンバ内の圧力を制御する加圧装置を備える。加圧装置は、圧力を制御することにより、半導体ウエハ上で前駆物質流体を液相で保持する。本発明の装置は、さらに、チャンバ内を減圧することにより低圧力環境を形成する減圧装置を備える。チャンバ内の減圧は、前駆物質流体を液相から非ニュートン流体に変換させるのに充分なだけ行う。非ニュートン流体に変換される際の前駆物質流体の膨張は、変換後の非ニュートン流体が半導体ウエハから物質を除去するのに十分な程度である。
【０００７】
上述の、あるいは、それ以外の本発明の特徴や利点に関しては、添付の図面を参照した以下の本発明の実施例の説明からより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の更なる理解のために、以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、当業者には周知のことであるが、本発明は、以下の実施形態の一部あるいは全部を変形・変更した形態でも実施可能である。また、本発明の特徴を明確に説明するために、周知の処理操作に関しては詳細な説明を省く。
【０００９】
図１Ａはフォトレジストパターン層１０３がその上部に形成された半導体ウエハ１０１を示す説明図である。半導体ウエハ１０１には、ここまでの半導体工程に応じて、様々な幾何学的配置で種々の物質が積層されている。フォトレジストパターン層１０３は、通常のフォトリソグラフィー工程により半導体ウエハ１０１上に形成される。本実施例では、フォトレジストパターン層１０３をマスクとして用いて、プラズマエッチング処理を行う際にプラズマから半導体ウエハ１０１の被覆部を保護する。従って、フォトレジストパターン層１０３により、半導体ウエハ１０１にエッチングされるパターンが決まる。
【００１０】
プラズマエッチング処理等のウエハ処理の過程で、フォトレジストパターン層の或る厚みがプラズマに暴露されることにより、フォトレジスト皮膜が形成される。図１Ｂは、プラズマエッチング処理後の図１Ａの半導体ウエハ１０１とフォトレジストパターン層１０３とを示す説明図である。図１Ｂに示すように、プラズマエッチング処理により、フォトレジストパターン層１０３は、バルクフォトレジスト部１０３ａと、バルクフォトレジスト部１０３ａの上部を覆うフォトレジスト皮膜１０３ｂとに分かれる。
【００１１】
プラズマエッチング処理により形成されるバルクフォトレジスト部１０３ａのフォトレジスト材は、基本的に、プラズマエッチング処理前のフォトレジストパターン層１０３のフォトレジスト材と同じである。一方、フォトレジスト皮膜１０３ｂのフォトレジスト材は、バルクフォトレジスト部１０３ａのフォトレジスト材と明らかに異なる。例えば、バルクフォトレジスト部１０３ａと比べて、フォトレジスト皮膜１０３ｂは、より硬く、かつ、多孔性も高く、半導体ウエハ１０１の表面に対してより強固に固着する。
【００１２】
プラズマエッチング処理により、半導体ウエハ１０１の表面には、さらに、高分子物質１０４が堆積する。エッチング処理の際に、プラズマ内部の化学種とエッチング処理の副生成物とが反応し、高分子物質１０４が形成される。ここで、高分子物質１０４としては、例えば、基板由来の化学種を含むフッ化炭素系物質が挙げられる。
【００１３】
プラズマエッチング処理後、バルクフォトレジスト部１０３ａとフォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とを完全に取り除く必要がある。また、半導体ウエハ１０１の基部構造に化学的又は物理的損傷を与えることなく、フォトレジスト材と高分子物質との除去を行う必要がある。バルクフォトレジスト部１０３ａを除去する方法としては、例えば、湿式除去処理が挙げられる。湿式除去処理では、半導体ウエハ１０１とフォトレジスト材とを覆うように湿式除去用化学物質を供給する。湿式除去用化学物質は、多孔性のフォトレジスト皮膜１０３ｂを浸透し、バルクフォトレジスト部１０３ａを溶解・除去する。湿式除去用化学物質としては、様々なものを利用可能であるが、例えば、ＡＴＭＩ社製のＡＰ９０２やエアープロダクツ・アンド・ケミカルズ社製のＥＺＳｔｒｉｐ５２３が挙げられる。通常用いられている湿式除去用化学物質の多くは、半導体ウエハ１０１の基部構造に損傷を与えることなく、バルクフォトレジスト部１０３ａを迅速に除去するように構成された水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）系溶液である。
【００１４】
しかし、当業者には周知であるが、従来の化学的湿式除去手法は、バルクフォトレジスト部１０３ａの除去には有効である一方、半導体ウエハ１０１の基部構造に損傷を与えることなくフォトレジスト皮膜１０３ｂを有効に除去することはできない。すなわち、フォトレジスト皮膜１０３ｂの除去が可能と喧伝されている従来の化学的湿式除去手法は、非常に攻撃的なものであり、半導体ウエハ１０１の基部構造を損傷してしまう。
【００１５】
図１Ｃは、従来の化学的湿式除去手法を用いてバルクフォトレジスト部１０３ａを除去した後の半導体ウエハ１０１とフォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とを示す説明図である。従来の化学的湿式除去手法ではバルクフォトレジスト部１０３ａは除去できるものの、フォトレジスト皮膜１０３ｂは除去できないため、従来の化学的湿式除去処理後も、フォトレジスト皮膜１０３ｂは半導体ウエハ１０１上に残る。フォトレジスト皮膜１０３ｂは多孔性であるため、従来の湿式除去用化学物質は、フォトレジスト皮膜１０３ｂに浸透して、フォトレジスト皮膜１０３ｂの下に広がるバルクフォトレジスト部１０３ａを除去する。従って、従来の湿式除去処理後は、半導体ウエハ１０１の各基部構造にフォトレジスト皮膜１０３ｂが外殻となって残る。さらに、フォトレジスト皮膜１０３ｂの化学的特性により、フォトレジスト皮膜１０３ｂと半導体ウエハ１０１とは、両者の界面１０５において固着する。このため、半導体ウエハ１０１の基部構造に損傷を与えることなく、フォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とを除去する方法が求められている。
【００１６】
図２は、本発明の一実施例において、半導体ウエハから物質を除去する方法を示すフローチャートである。この方法では、まず、処理ステップ２０１で、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力を、半導体ウエハが存在する容積内で維持する。例えば、この容積の内圧を１気圧（１ａｔｍ）よりも高く加圧した場合に、前駆物質流体が液相で保持されるものでもよい。あるいは、この容積の内圧を１気圧（１ａｔｍ）とした場合に、前駆物質流体が液相で保持されるものでもよい。またあるいは、この容積の内圧を１気圧（１ａｔｍ）未満とした場合に、前駆物質流体が液相で保持されるものでもよい。前駆物質流体の詳細は後述する。次の処理ステップ２０３では、前駆物質流体を液相で保持しつつ、半導体ウエハ上に前駆物質流体を供給する。液相の前駆物質流体は、半導体ウエハ上に形成されたビアホール内及び隣接する高アスペクト比構造体間に流入可能である。また、液相の前駆物質流体は、多孔性のフォトレジスト皮膜を透過して、フォトレジスト皮膜の下に広がる中空領域に浸透する。従って、処理ステップ２０３では、半導体ウエハから取り除くべき対象物質近傍に前駆物質流体が位置するように、前駆物質流体を半導体ウエハ上に供給する。半導体ウエハから除去するべき対象物質の例としては、フォトレジスト、フォトレジスト皮膜、高分子物質、その他、任意の不要な残留物質が挙げられる。
【００１７】
処理ステップ２０３の後、処理ステップ２０５に進み、半導体ウエハが存在する容積内を減圧することにより、前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される。非ニュートン流体とは、せん断力を加えることにより粘度が変化する流体である。非ニュートン流体は、例えば、固相と液相との中間の形態である軟凝縮物質である。軟凝縮物質は、外部応力により簡単に変形する。非ニュートン流体の具体例としては、液体マトリックス内に形成される気体バブルのような泡状体が挙げられる。ただし、本発明の非ニュートン流体は特定の種類の泡状体に限定されるものではない。
【００１８】
非ニュートン流体に変換される際における前駆物質流体の体積の膨張の作用により、変換後の非ニュートン流体が、半導体ウエハからフォトレジスト皮膜や高分子物質等の不要な物質を除去する。前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される際に、前駆物質流体が膨張して、半導体ウエハ等の基板に対して非ニュートン流体が相対的に移動する。この結果、非ニュートン流体によりフォトレジスト皮膜や高分子物質に対して機械的な力が加えられ、半導体ウエハからフォトレジスト皮膜及び高分子物質が除去される。不要な物質の下や近傍に位置する前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されることにより、半導体ウエハから不要な物質が機械的に除去される。
【００１９】
前駆物質流体は、半導体ウエハ上に形成された構造体間の空間で均一に作用するため、前駆物質流体が膨張を伴って非ニュートン流体に変換される際に、半導体ウエハ上に形成された構造体の各面にほぼ均一に静水圧が加えられる。非ニュートン流体が半導体ウエハ上の構造体に加える力はほぼ一定であるため、構造体への損傷を避けることができる。また、非ニュートン流体は、半導体ウエハから除去された物質を内部に取り込む作用がある。従って、フォトレジスト皮膜や高分子物質等の除去された物質が半導体ウエハ上に再び堆積したり再固着したりすることがない。
【００２０】
前述したように、前駆物質流体は、所定の圧力以上では液相を保持し、充分低圧になると、非ニュートン流体に変換される。以下、説明の便宜上、前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される所定の圧力上限値を、前駆物質流体の変換圧力と称する。前駆物質流体の一例として、溶解、混合、乳化等種々の方法のいずれかで推進剤を含有させた液体が挙げられる。変換圧力以下に減圧すると、前駆物質流体内に含有される推進剤は膨張して、前駆物質流体を非ニュートン流体に変換する。
【００２１】
前駆物質流体内に含有される推進剤は、変換圧力以上では液相を保持し、変換圧力未満で気相に変化する。例えば、プロパン（Ｃ3Ｈ8）を推進材として用いることができる。ただし、推進剤は、何らプロパンに限定されるものではなく、変換圧力に対する物理的な状態要件を満たし、さらに、前駆物質流体と半導体ウエハと処理環境／構造とに化学的に適合するものならばいかなる物質を推進剤として用いてもよい。変換圧力以上の圧力で、液相の推進剤を前駆物質流体に加える。一実施例において、前駆物質流体に加えられる推進剤の量は、推進剤を加えた後の前駆物質流体の量の約５重量％から約２０重量％の範囲である。前駆物質流体に溶解できる推進剤の最大量は、通常、前駆物質への（液相の）推進剤の溶解度により決まる。
【００２２】
本発明の一実施例では、前駆物質流体から非ニュートン流体への変換は、変換圧力以上の圧力から変換圧力未満の圧力に迅速に減圧することにより行われる。例えば、約０．０１秒から約２秒の時間内に前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されるような速度で、前駆物質流体周囲を減圧することが望ましい。ここで用いた「約」という表現は、或る値のプラスマイナス２０パーセント以内を意味する。望ましくは、約０．０５秒から約０．２秒の時間内に前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されるような速度で、前駆物質流体周囲を減圧してもよい。さらに望ましくは、約０．０１秒の時間内に前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されるような速度で、前駆物質流体周囲を減圧してもよい。
【００２３】
非ニュートン流体によりフォトレジスト皮膜及び高分子物質に充分な力を加えて半導体ウエハからフォトレジスト皮膜及び高分子物質を除去するために、前駆物質流体に対する非ニュートン流体の体積比は充分大きなものとする。例えば、前駆物質流体に含有された推進剤膨張後の非ニュートン流体の体積が、液相の前駆物質流体の体積の約２倍から約１００倍の範囲内であることが望ましい。さらに望ましくは、前駆物質流体に含有された推進剤膨張後の非ニュートン流体の体積が、液相の前駆物質流体の体積の約５倍から約２０倍の範囲内でもよい。
【００２４】
前駆物質流体ベース、すなわち、前駆物質流体の推進剤以外の部分は、種々の成分を脱イオン水に加えることにより作成される。例えば、前駆物質流体ベースに、表面張力を低下させるための界面活性剤と、前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される際に形成されるバブルを安定させるための添加剤とを含有するように調製してもよい。このような添加剤としては、種々のものを用いることができるが、例えば、脂肪酸、セルロース、オイルやタンパク質を用いることができる。前駆物質流体ベースに、さらに、洗剤及び／又はせっけんを含有させてもよい。また、前駆物質流体ベースにハイドロトロープを含有させて、ミセル表面に強固に結合させて、ミセル径を制御するものでもよい。あるいは、フォトレジスト皮膜と半導体ウエハとの界面における密着性を低下させる添加剤を前駆物質流体ベースに含有させるようにしてもよい。さらに、バルクフォトレジスト材の除去に用いた湿式除去用の化学物質を前駆物質流体に加えて、フォトレジスト皮膜除去の際に、継続して、残ったバルクフォトレジスト材が除去されるようにしてもよい。
【００２５】
図２の方法を参照して説明すると、処理ステップ２０１及び２０３の間、半導体ウエハに対する周辺圧力がちょうど変換圧力以上になるように維持してもよい。ただし、処理ステップ２０１及び２０３の間、前駆物質流体の観点からは、周辺圧力の範囲は特に限定されない。また、前駆物質流体に含有される推進剤は、推進剤の完全液化圧力に近い圧力で部分的に液化するものでもよい。この場合、前駆物質流体が、完全液化圧力の場合に想定される推進剤の量よりも少ない量の推進剤を含有するようにしてもよい。これらの場合には、処理ステップ２０１及び２０３の間、半導体ウエハに対する周辺圧力を、推進剤の完全液化圧力に近いがこれよりも低い圧力に維持してもよい。
【００２６】
変換圧力以下に減圧されて、前駆物質流体に含有される推進剤が液相から気相に変化すると、気相の推進剤は理想気体としてふるまう。理想気体の法則（ＰＶ＝ｎＲＴ）に従い、気相の推進剤の体積は気相の推進剤の温度に左右される。同じ圧力の場合には、気体の温度の上昇に伴い、気体の体積も上昇し、逆もまた同様である。また、バブルの内圧は、バブルの大きさとバブル間の液体の表面張力の影響を受ける。同じ周辺圧力の場合、大きなバブルの場合と比べて、小さなバブルのほうが高い内圧となる。推進剤が液相から気相に変換されて体積が増加するのに伴い、非ニュートン流体の体積も増加する。従って、図２に示す方法が、さらに、温度制御工程を含み、温度を制御することにより、液相から非ニュートン流体に変換される際の前駆物質流体の体積膨張を制御するようにしてもよい。この場合、温度制御は、前駆物質流体の化学構造を保持するように行った方がよいことに注意すべきである。
【００２７】
図３Ａは、本発明の一実施例において、図２の方法の処理ステップ２０１及び２０３を実施した後の図１Ｃの構造を示す説明図である。前述したように、液相の前駆物質流体３０１が、半導体ウエハ１０１上に供給される。前駆物質流体３０１は、半導体ウエハ１０１上の構造体間を満たすと共に、多孔性のフォトレジスト皮膜１０３ｂを透過し、バルクフォトレジスト部分１０３ａが占有していたフォトレジスト皮膜１０３ｂ下の中空領域に浸透する。図２の方法を実行する前に、半導体ウエハ１０１の洗浄・乾燥を行うようにしてもよい。
【００２８】
図３Ｂは、本発明の一実施例において、図２の方法の処理ステップ２０５を実施した後の図３Ａの構造を示す説明図である。前述したように、処理ステップ２０５では、変換圧力以下に減圧することにより、前駆物質流体３０１を非ニュートン流体３０３に変換させる。前駆物質流体３０１の非ニュートン流体３０３への変換に伴う流体膨張と流体移動とにより、非ニュートン流体３０３がフォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とに機械的な力を加え、半導体ウエハ１０１からフォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とが除去される。除去されたフォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とは非ニュートン流体３０３内部に取り込まれるため、除去されたフォトレジスト皮膜１０３ｂや高分子物質１０４が半導体ウエハ１０１上に再び堆積したり再固着したりすることはない。図３Ｃは、本発明の一実施例において、半導体ウエハ１０１から除去したフォトレジスト皮膜１０３ｂと除去した高分子物質１０４と非ニュートン流体３０３とを洗い流す洗浄・乾燥工程後の半導体ウエハ１０１を示す説明図である。
【００２９】
図２を参照して上述した半導体ウエハからフォトレジスト皮膜を除去する方法を、半導体ウエハからフォトレジスト材を除去する方法の一部として組み込むようにしてもよい。図４は、本発明の一実施例において、半導体ウエハからフォトレジストと高分子物質とを除去する方法を示すフローチャートである。この方法では、まず、処理ステップ４０１で、半導体ウエハ上に溶液を供給して、バルクフォトレジスト材を除去する。供給された溶液は、フォトレジスト材に浸透し、バルクフォトレジスト材を除去するとともに、フォトレジスト皮膜を残す。
【００３０】
バルクフォトレジスト材の除去後、次の処理ステップ４０３では、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を半導体ウエハ上に供給する。この方法で用いる前駆物質流体は、先に説明した前駆物質流体と同じものである。前駆物質流体を液相で保持しつつ、半導体ウエハに供給する。供給した前駆物質流体は、フォトレジスト皮膜を透過して、フォトレジスト皮膜の下に広がる中空領域に浸透する。次の処理ステップ４０５では、半導体ウエハ周辺を減圧して、前駆物質流体を非ニュートン流体に変換させる。非ニュートン流体への変換の際に前駆物質流体の体積が膨張することにより、非ニュートン流体がフォトレジスト皮膜と高分子物質とに機械的な力を加え、フォトレジスト皮膜と高分子物質とが除去される。
【００３１】
図５は、本発明の一実施例において、前述した半導体ウエハからの物質除去を実施可能な処理チャンバ５０１を示す説明図である。チャンバ５０１は、前駆物質流体を液相で保持する動作圧力よりも大きなチャンバ内圧を維持する。チャンバ５０１は内部にウエハ保持部５０３を備え、ウエハ保持部５０３は、物質除去処理の間、半導体ウエハ５０５を保持する。
【００３２】
チャンバ５０１は、前駆物質流体供給源５０９に連結される供給口５０７を備える。処理の際には、矢印５１１で示すように、前駆物質流体は、前駆物質流体供給源５０９から供給口５０７を介して半導体ウエハ５０５上に供給される。チャンバ５０１には、さらに、加圧装置５１５に連結される加圧口５１３が設けられている。処理の際には、矢印５１７で示すように、加圧装置５１５を用いて、プロセス雰囲気ガスを供給あるいは放出することによりチャンバ５０１の内圧を制御する。チャンバ５０１は、また、温度制御部５３３に連結される温度制御口５３１も備える。処理の際には、温度制御部５３３が温度制御口５３１を介して、プロセス雰囲気ガスを調整し、チャンバ５０１内を所望の温度に保つ。また、温度制御部５３３を用いて、ウエハ保持部５０３の温度を制御し、それによって、半導体ウエハ５０５の温度を制御するようにしてもよい。
【００３３】
チャンバ５０１には、さらに、接続部５１９を介して減圧装置５２１が接続される。処理の際には、矢印５２３で示すように、減圧装置５２１はチャンバ５０１内を急速に減圧して、半導体ウエハ５０５表面を覆う前駆物質流体を非ニュートン流体に変換させる。前駆物質流体が非ニュートン流体に変換された後、矢印５２９で示すように、排出部５２７により、接続部５２５を介して、変換後の非ニュートン流体とフォトレジストや高分子物質等の除去された物質とを排出する。本発明の特徴を明確に説明するために、本発明に関係のないチャンバ５０１構成に関する説明は省略する。当業者には自明のことであるが、半導体ウエハ処理に用いられる圧力チャンバに通常備えられている構成は、チャンバ５０１にも備えられている。
【００３４】
以上、本発明をいくつかの実施例に基づき説明してきたが、当業者には自明のように、実施例の詳細な説明や図面は何ら本発明を限定するものではなく、様々に、変形、追加、置換等の変更が可能である。従って、本発明の要旨の範囲内における様々な変形、追加、置換等の変更も本発明に含まれることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】フォトレジストパターン層がその上部に形成された半導体ウエハを示す説明図である。
【図１Ｂ】プラズマエッチング処理後の図１Ａの半導体ウエハとフォトレジストパターン層とを示す説明図である。
【図１Ｃ】従来の化学的湿式除去手法を用いてバルクフォトレジスト部を除去した後の半導体ウエハとフォトレジスト皮膜と高分子物質とを示す説明図である。
【図２】本発明の一実施例において、半導体ウエハから物質を除去する方法を示すフローチャートである。
【図３Ａ】本発明の一実施例において、図２の方法の処理ステップ２０１及び２０３を実施した後の図１Ｃの構造を示す説明図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例において、図２の方法の処理ステップ２０５を実施した後の図３Ａの構造を示す説明図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施例において、半導体ウエハから除去したフォトレジスト皮膜と除去した高分子物質と非ニュートン流体とを洗い流す洗浄・乾燥工程後の半導体ウエハを示す説明図である。
【図４】本発明の一実施例において、半導体ウエハからフォトレジストと高分子物質とを除去する方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例において、半導体ウエハからの物質除去を実施可能な処理チャンバを示す説明図である。
【技術分野】
【０００１】
半導体工程では、シリコン等の物質から構成される半導体ウエハ（以下、「ウエハ」）上に集積回路が形成される。ウエハ上に集積回路を形成するためには、様々な種類の抵抗やダイオード、コンデンサーやトランジスター等、数多くの（例えば、数百万の）電子機器の製作が必要となる。このような電子機器の製作は、ウエハ上の正確な位置に材料を蒸着し、除去し、埋め込むことにより行われる。フォトリソグラフィーとよばれる手法が通常用いられ、ウエハの正確な位置に容易に材料を蒸着し、除去し、埋め込むことができる。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー工程では、まずウエハ上にフォトレジスト材を載せ、レチクルを通した光をフォトレジスト材に照射する。レチクルは、所望の構成配列パターンを設けたガラス板で、光は形成されたパターン部分を透過することができない。レチクルを通った光は、フォトレジスト材の表面に達して、フォトレジスト材の感光部分の化学組成を変化させる。ポジ型フォトレジスト材の場合には、光を照射することにより、フォトレジスト材の感光部分が現像液に不溶となる。逆に、ネガ型フォトレジスト材の場合には、光を照射することにより、フォトレジスト材の感光部分が現像液に可溶となる。露光後、フォトレジスト材の可溶部分を除去することにより、フォトレジストパターン層が形成される。
【０００３】
次に、ウエハを処理し、フォトレジストパターン層で被覆されていないウエハ領域で材料の除去、蒸着、埋め込みを行う。このようなウエハ処理により、フォトレジスト層が改変され、フォトレジストの除去が難しくなる場合がある。例えば、プラズマエッチング処理の場合、フォトレジストの外層が、下部層のフォトレジストと比べて反応性の低い、硬い皮膜に変換される。ウエハ処理後、フォトレジスト除去処理により、フォトレジストパターン層やその残渣及びプラズマエッチング後に残った他の高分子残渣をウエハから除去する必要がある。ウエハ表面上に残ったフォトレジストや高分子物質が集積回路の不具合の原因となる可能性があるため、フォトレジスト除去処理では、フォトレジストや高分子物質を完全に除去することが重要である。また、ウエハ上の基部材の化学組成を改変したり物理的な損傷を与えたりすることのないように、フォトレジスト除去処理は、注意深く行う必要がある。ウエハの基部材の化学組成改変及び／または基部材の損傷を起こすことなく、フォトレジスト及び高分子物質の完全な除去を実現するようなフォトレジスト除去処理の改良が望まれている。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の一つの態様は、半導体ウエハから物質を除去する方法である。本発明の方法は、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力を、半導体ウエハが存在する容積内で維持する工程と、前駆物質流体を液相で保持しつつ、前駆物質流体を半導体ウエハ上に供給する工程とを含む。ここで、半導体ウエハから除去するべき物質の近傍に前駆物質流体が位置するように、前駆物質流体を半導体ウエハ上に供給する。本発明の方法は、さらに、半導体ウエハが存在する容積内を減圧する工程を含む。減圧することにより前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される。非ニュートン流体に変換される際の前駆物質流体の膨張の作用により、変換後の非ニュートン流体が半導体ウエハから物質を除去する。
【０００５】
本発明の別の態様は、半導体ウエハからフォトレジストと高分子物質とを除去する方法である。本発明の方法は、溶液を半導体ウエハ上に供給して、バルクフォトレジスト材を除去する工程を含む。この溶液は、フォトレジスト材に浸透して、バルクフォトレジスト材を除去すると共に、フォトレジスト皮膜を残す。バルクフォトレジスト材の除去後、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持した状態で、前駆物質流体を半導体ウエハ上に供給する。前駆物質流体がフォトレジスト皮膜を透過してフォトレジスト皮膜の下に広がる中空領域に浸透するように、前駆物質流体の半導体ウエハ上への供給を行う。本発明の方法は、さらに、半導体ウエハ周囲を減圧して、前駆物質流体を非ニュートン流体に変換させる工程を含む。非ニュートン流体に変換される際の前駆物質流体の膨張の作用により、変換後の非ニュートン流体がフォトレジスト皮膜と高分子物質とを除去する
【０００６】
本発明のさらに別の態様は、半導体ウエハから物質を除去する装置である。本発明の装置は、連結された流体供給口を有するチャンバを備える。流体供給口は、チャンバ内に保持される半導体ウエハ上に、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を供給する。本発明の装置は、また、チャンバ内の圧力を制御する加圧装置を備える。加圧装置は、圧力を制御することにより、半導体ウエハ上で前駆物質流体を液相で保持する。本発明の装置は、さらに、チャンバ内を減圧することにより低圧力環境を形成する減圧装置を備える。チャンバ内の減圧は、前駆物質流体を液相から非ニュートン流体に変換させるのに充分なだけ行う。非ニュートン流体に変換される際の前駆物質流体の膨張は、変換後の非ニュートン流体が半導体ウエハから物質を除去するのに十分な程度である。
【０００７】
上述の、あるいは、それ以外の本発明の特徴や利点に関しては、添付の図面を参照した以下の本発明の実施例の説明からより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の更なる理解のために、以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、当業者には周知のことであるが、本発明は、以下の実施形態の一部あるいは全部を変形・変更した形態でも実施可能である。また、本発明の特徴を明確に説明するために、周知の処理操作に関しては詳細な説明を省く。
【０００９】
図１Ａはフォトレジストパターン層１０３がその上部に形成された半導体ウエハ１０１を示す説明図である。半導体ウエハ１０１には、ここまでの半導体工程に応じて、様々な幾何学的配置で種々の物質が積層されている。フォトレジストパターン層１０３は、通常のフォトリソグラフィー工程により半導体ウエハ１０１上に形成される。本実施例では、フォトレジストパターン層１０３をマスクとして用いて、プラズマエッチング処理を行う際にプラズマから半導体ウエハ１０１の被覆部を保護する。従って、フォトレジストパターン層１０３により、半導体ウエハ１０１にエッチングされるパターンが決まる。
【００１０】
プラズマエッチング処理等のウエハ処理の過程で、フォトレジストパターン層の或る厚みがプラズマに暴露されることにより、フォトレジスト皮膜が形成される。図１Ｂは、プラズマエッチング処理後の図１Ａの半導体ウエハ１０１とフォトレジストパターン層１０３とを示す説明図である。図１Ｂに示すように、プラズマエッチング処理により、フォトレジストパターン層１０３は、バルクフォトレジスト部１０３ａと、バルクフォトレジスト部１０３ａの上部を覆うフォトレジスト皮膜１０３ｂとに分かれる。
【００１１】
プラズマエッチング処理により形成されるバルクフォトレジスト部１０３ａのフォトレジスト材は、基本的に、プラズマエッチング処理前のフォトレジストパターン層１０３のフォトレジスト材と同じである。一方、フォトレジスト皮膜１０３ｂのフォトレジスト材は、バルクフォトレジスト部１０３ａのフォトレジスト材と明らかに異なる。例えば、バルクフォトレジスト部１０３ａと比べて、フォトレジスト皮膜１０３ｂは、より硬く、かつ、多孔性も高く、半導体ウエハ１０１の表面に対してより強固に固着する。
【００１２】
プラズマエッチング処理により、半導体ウエハ１０１の表面には、さらに、高分子物質１０４が堆積する。エッチング処理の際に、プラズマ内部の化学種とエッチング処理の副生成物とが反応し、高分子物質１０４が形成される。ここで、高分子物質１０４としては、例えば、基板由来の化学種を含むフッ化炭素系物質が挙げられる。
【００１３】
プラズマエッチング処理後、バルクフォトレジスト部１０３ａとフォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とを完全に取り除く必要がある。また、半導体ウエハ１０１の基部構造に化学的又は物理的損傷を与えることなく、フォトレジスト材と高分子物質との除去を行う必要がある。バルクフォトレジスト部１０３ａを除去する方法としては、例えば、湿式除去処理が挙げられる。湿式除去処理では、半導体ウエハ１０１とフォトレジスト材とを覆うように湿式除去用化学物質を供給する。湿式除去用化学物質は、多孔性のフォトレジスト皮膜１０３ｂを浸透し、バルクフォトレジスト部１０３ａを溶解・除去する。湿式除去用化学物質としては、様々なものを利用可能であるが、例えば、ＡＴＭＩ社製のＡＰ９０２やエアープロダクツ・アンド・ケミカルズ社製のＥＺＳｔｒｉｐ５２３が挙げられる。通常用いられている湿式除去用化学物質の多くは、半導体ウエハ１０１の基部構造に損傷を与えることなく、バルクフォトレジスト部１０３ａを迅速に除去するように構成された水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）系溶液である。
【００１４】
しかし、当業者には周知であるが、従来の化学的湿式除去手法は、バルクフォトレジスト部１０３ａの除去には有効である一方、半導体ウエハ１０１の基部構造に損傷を与えることなくフォトレジスト皮膜１０３ｂを有効に除去することはできない。すなわち、フォトレジスト皮膜１０３ｂの除去が可能と喧伝されている従来の化学的湿式除去手法は、非常に攻撃的なものであり、半導体ウエハ１０１の基部構造を損傷してしまう。
【００１５】
図１Ｃは、従来の化学的湿式除去手法を用いてバルクフォトレジスト部１０３ａを除去した後の半導体ウエハ１０１とフォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とを示す説明図である。従来の化学的湿式除去手法ではバルクフォトレジスト部１０３ａは除去できるものの、フォトレジスト皮膜１０３ｂは除去できないため、従来の化学的湿式除去処理後も、フォトレジスト皮膜１０３ｂは半導体ウエハ１０１上に残る。フォトレジスト皮膜１０３ｂは多孔性であるため、従来の湿式除去用化学物質は、フォトレジスト皮膜１０３ｂに浸透して、フォトレジスト皮膜１０３ｂの下に広がるバルクフォトレジスト部１０３ａを除去する。従って、従来の湿式除去処理後は、半導体ウエハ１０１の各基部構造にフォトレジスト皮膜１０３ｂが外殻となって残る。さらに、フォトレジスト皮膜１０３ｂの化学的特性により、フォトレジスト皮膜１０３ｂと半導体ウエハ１０１とは、両者の界面１０５において固着する。このため、半導体ウエハ１０１の基部構造に損傷を与えることなく、フォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とを除去する方法が求められている。
【００１６】
図２は、本発明の一実施例において、半導体ウエハから物質を除去する方法を示すフローチャートである。この方法では、まず、処理ステップ２０１で、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力を、半導体ウエハが存在する容積内で維持する。例えば、この容積の内圧を１気圧（１ａｔｍ）よりも高く加圧した場合に、前駆物質流体が液相で保持されるものでもよい。あるいは、この容積の内圧を１気圧（１ａｔｍ）とした場合に、前駆物質流体が液相で保持されるものでもよい。またあるいは、この容積の内圧を１気圧（１ａｔｍ）未満とした場合に、前駆物質流体が液相で保持されるものでもよい。前駆物質流体の詳細は後述する。次の処理ステップ２０３では、前駆物質流体を液相で保持しつつ、半導体ウエハ上に前駆物質流体を供給する。液相の前駆物質流体は、半導体ウエハ上に形成されたビアホール内及び隣接する高アスペクト比構造体間に流入可能である。また、液相の前駆物質流体は、多孔性のフォトレジスト皮膜を透過して、フォトレジスト皮膜の下に広がる中空領域に浸透する。従って、処理ステップ２０３では、半導体ウエハから取り除くべき対象物質近傍に前駆物質流体が位置するように、前駆物質流体を半導体ウエハ上に供給する。半導体ウエハから除去するべき対象物質の例としては、フォトレジスト、フォトレジスト皮膜、高分子物質、その他、任意の不要な残留物質が挙げられる。
【００１７】
処理ステップ２０３の後、処理ステップ２０５に進み、半導体ウエハが存在する容積内を減圧することにより、前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される。非ニュートン流体とは、せん断力を加えることにより粘度が変化する流体である。非ニュートン流体は、例えば、固相と液相との中間の形態である軟凝縮物質である。軟凝縮物質は、外部応力により簡単に変形する。非ニュートン流体の具体例としては、液体マトリックス内に形成される気体バブルのような泡状体が挙げられる。ただし、本発明の非ニュートン流体は特定の種類の泡状体に限定されるものではない。
【００１８】
非ニュートン流体に変換される際における前駆物質流体の体積の膨張の作用により、変換後の非ニュートン流体が、半導体ウエハからフォトレジスト皮膜や高分子物質等の不要な物質を除去する。前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される際に、前駆物質流体が膨張して、半導体ウエハ等の基板に対して非ニュートン流体が相対的に移動する。この結果、非ニュートン流体によりフォトレジスト皮膜や高分子物質に対して機械的な力が加えられ、半導体ウエハからフォトレジスト皮膜及び高分子物質が除去される。不要な物質の下や近傍に位置する前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されることにより、半導体ウエハから不要な物質が機械的に除去される。
【００１９】
前駆物質流体は、半導体ウエハ上に形成された構造体間の空間で均一に作用するため、前駆物質流体が膨張を伴って非ニュートン流体に変換される際に、半導体ウエハ上に形成された構造体の各面にほぼ均一に静水圧が加えられる。非ニュートン流体が半導体ウエハ上の構造体に加える力はほぼ一定であるため、構造体への損傷を避けることができる。また、非ニュートン流体は、半導体ウエハから除去された物質を内部に取り込む作用がある。従って、フォトレジスト皮膜や高分子物質等の除去された物質が半導体ウエハ上に再び堆積したり再固着したりすることがない。
【００２０】
前述したように、前駆物質流体は、所定の圧力以上では液相を保持し、充分低圧になると、非ニュートン流体に変換される。以下、説明の便宜上、前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される所定の圧力上限値を、前駆物質流体の変換圧力と称する。前駆物質流体の一例として、溶解、混合、乳化等種々の方法のいずれかで推進剤を含有させた液体が挙げられる。変換圧力以下に減圧すると、前駆物質流体内に含有される推進剤は膨張して、前駆物質流体を非ニュートン流体に変換する。
【００２１】
前駆物質流体内に含有される推進剤は、変換圧力以上では液相を保持し、変換圧力未満で気相に変化する。例えば、プロパン（Ｃ3Ｈ8）を推進材として用いることができる。ただし、推進剤は、何らプロパンに限定されるものではなく、変換圧力に対する物理的な状態要件を満たし、さらに、前駆物質流体と半導体ウエハと処理環境／構造とに化学的に適合するものならばいかなる物質を推進剤として用いてもよい。変換圧力以上の圧力で、液相の推進剤を前駆物質流体に加える。一実施例において、前駆物質流体に加えられる推進剤の量は、推進剤を加えた後の前駆物質流体の量の約５重量％から約２０重量％の範囲である。前駆物質流体に溶解できる推進剤の最大量は、通常、前駆物質への（液相の）推進剤の溶解度により決まる。
【００２２】
本発明の一実施例では、前駆物質流体から非ニュートン流体への変換は、変換圧力以上の圧力から変換圧力未満の圧力に迅速に減圧することにより行われる。例えば、約０．０１秒から約２秒の時間内に前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されるような速度で、前駆物質流体周囲を減圧することが望ましい。ここで用いた「約」という表現は、或る値のプラスマイナス２０パーセント以内を意味する。望ましくは、約０．０５秒から約０．２秒の時間内に前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されるような速度で、前駆物質流体周囲を減圧してもよい。さらに望ましくは、約０．０１秒の時間内に前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されるような速度で、前駆物質流体周囲を減圧してもよい。
【００２３】
非ニュートン流体によりフォトレジスト皮膜及び高分子物質に充分な力を加えて半導体ウエハからフォトレジスト皮膜及び高分子物質を除去するために、前駆物質流体に対する非ニュートン流体の体積比は充分大きなものとする。例えば、前駆物質流体に含有された推進剤膨張後の非ニュートン流体の体積が、液相の前駆物質流体の体積の約２倍から約１００倍の範囲内であることが望ましい。さらに望ましくは、前駆物質流体に含有された推進剤膨張後の非ニュートン流体の体積が、液相の前駆物質流体の体積の約５倍から約２０倍の範囲内でもよい。
【００２４】
前駆物質流体ベース、すなわち、前駆物質流体の推進剤以外の部分は、種々の成分を脱イオン水に加えることにより作成される。例えば、前駆物質流体ベースに、表面張力を低下させるための界面活性剤と、前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される際に形成されるバブルを安定させるための添加剤とを含有するように調製してもよい。このような添加剤としては、種々のものを用いることができるが、例えば、脂肪酸、セルロース、オイルやタンパク質を用いることができる。前駆物質流体ベースに、さらに、洗剤及び／又はせっけんを含有させてもよい。また、前駆物質流体ベースにハイドロトロープを含有させて、ミセル表面に強固に結合させて、ミセル径を制御するものでもよい。あるいは、フォトレジスト皮膜と半導体ウエハとの界面における密着性を低下させる添加剤を前駆物質流体ベースに含有させるようにしてもよい。さらに、バルクフォトレジスト材の除去に用いた湿式除去用の化学物質を前駆物質流体に加えて、フォトレジスト皮膜除去の際に、継続して、残ったバルクフォトレジスト材が除去されるようにしてもよい。
【００２５】
図２の方法を参照して説明すると、処理ステップ２０１及び２０３の間、半導体ウエハに対する周辺圧力がちょうど変換圧力以上になるように維持してもよい。ただし、処理ステップ２０１及び２０３の間、前駆物質流体の観点からは、周辺圧力の範囲は特に限定されない。また、前駆物質流体に含有される推進剤は、推進剤の完全液化圧力に近い圧力で部分的に液化するものでもよい。この場合、前駆物質流体が、完全液化圧力の場合に想定される推進剤の量よりも少ない量の推進剤を含有するようにしてもよい。これらの場合には、処理ステップ２０１及び２０３の間、半導体ウエハに対する周辺圧力を、推進剤の完全液化圧力に近いがこれよりも低い圧力に維持してもよい。
【００２６】
変換圧力以下に減圧されて、前駆物質流体に含有される推進剤が液相から気相に変化すると、気相の推進剤は理想気体としてふるまう。理想気体の法則（ＰＶ＝ｎＲＴ）に従い、気相の推進剤の体積は気相の推進剤の温度に左右される。同じ圧力の場合には、気体の温度の上昇に伴い、気体の体積も上昇し、逆もまた同様である。また、バブルの内圧は、バブルの大きさとバブル間の液体の表面張力の影響を受ける。同じ周辺圧力の場合、大きなバブルの場合と比べて、小さなバブルのほうが高い内圧となる。推進剤が液相から気相に変換されて体積が増加するのに伴い、非ニュートン流体の体積も増加する。従って、図２に示す方法が、さらに、温度制御工程を含み、温度を制御することにより、液相から非ニュートン流体に変換される際の前駆物質流体の体積膨張を制御するようにしてもよい。この場合、温度制御は、前駆物質流体の化学構造を保持するように行った方がよいことに注意すべきである。
【００２７】
図３Ａは、本発明の一実施例において、図２の方法の処理ステップ２０１及び２０３を実施した後の図１Ｃの構造を示す説明図である。前述したように、液相の前駆物質流体３０１が、半導体ウエハ１０１上に供給される。前駆物質流体３０１は、半導体ウエハ１０１上の構造体間を満たすと共に、多孔性のフォトレジスト皮膜１０３ｂを透過し、バルクフォトレジスト部分１０３ａが占有していたフォトレジスト皮膜１０３ｂ下の中空領域に浸透する。図２の方法を実行する前に、半導体ウエハ１０１の洗浄・乾燥を行うようにしてもよい。
【００２８】
図３Ｂは、本発明の一実施例において、図２の方法の処理ステップ２０５を実施した後の図３Ａの構造を示す説明図である。前述したように、処理ステップ２０５では、変換圧力以下に減圧することにより、前駆物質流体３０１を非ニュートン流体３０３に変換させる。前駆物質流体３０１の非ニュートン流体３０３への変換に伴う流体膨張と流体移動とにより、非ニュートン流体３０３がフォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とに機械的な力を加え、半導体ウエハ１０１からフォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とが除去される。除去されたフォトレジスト皮膜１０３ｂと高分子物質１０４とは非ニュートン流体３０３内部に取り込まれるため、除去されたフォトレジスト皮膜１０３ｂや高分子物質１０４が半導体ウエハ１０１上に再び堆積したり再固着したりすることはない。図３Ｃは、本発明の一実施例において、半導体ウエハ１０１から除去したフォトレジスト皮膜１０３ｂと除去した高分子物質１０４と非ニュートン流体３０３とを洗い流す洗浄・乾燥工程後の半導体ウエハ１０１を示す説明図である。
【００２９】
図２を参照して上述した半導体ウエハからフォトレジスト皮膜を除去する方法を、半導体ウエハからフォトレジスト材を除去する方法の一部として組み込むようにしてもよい。図４は、本発明の一実施例において、半導体ウエハからフォトレジストと高分子物質とを除去する方法を示すフローチャートである。この方法では、まず、処理ステップ４０１で、半導体ウエハ上に溶液を供給して、バルクフォトレジスト材を除去する。供給された溶液は、フォトレジスト材に浸透し、バルクフォトレジスト材を除去するとともに、フォトレジスト皮膜を残す。
【００３０】
バルクフォトレジスト材の除去後、次の処理ステップ４０３では、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を半導体ウエハ上に供給する。この方法で用いる前駆物質流体は、先に説明した前駆物質流体と同じものである。前駆物質流体を液相で保持しつつ、半導体ウエハに供給する。供給した前駆物質流体は、フォトレジスト皮膜を透過して、フォトレジスト皮膜の下に広がる中空領域に浸透する。次の処理ステップ４０５では、半導体ウエハ周辺を減圧して、前駆物質流体を非ニュートン流体に変換させる。非ニュートン流体への変換の際に前駆物質流体の体積が膨張することにより、非ニュートン流体がフォトレジスト皮膜と高分子物質とに機械的な力を加え、フォトレジスト皮膜と高分子物質とが除去される。
【００３１】
図５は、本発明の一実施例において、前述した半導体ウエハからの物質除去を実施可能な処理チャンバ５０１を示す説明図である。チャンバ５０１は、前駆物質流体を液相で保持する動作圧力よりも大きなチャンバ内圧を維持する。チャンバ５０１は内部にウエハ保持部５０３を備え、ウエハ保持部５０３は、物質除去処理の間、半導体ウエハ５０５を保持する。
【００３２】
チャンバ５０１は、前駆物質流体供給源５０９に連結される供給口５０７を備える。処理の際には、矢印５１１で示すように、前駆物質流体は、前駆物質流体供給源５０９から供給口５０７を介して半導体ウエハ５０５上に供給される。チャンバ５０１には、さらに、加圧装置５１５に連結される加圧口５１３が設けられている。処理の際には、矢印５１７で示すように、加圧装置５１５を用いて、プロセス雰囲気ガスを供給あるいは放出することによりチャンバ５０１の内圧を制御する。チャンバ５０１は、また、温度制御部５３３に連結される温度制御口５３１も備える。処理の際には、温度制御部５３３が温度制御口５３１を介して、プロセス雰囲気ガスを調整し、チャンバ５０１内を所望の温度に保つ。また、温度制御部５３３を用いて、ウエハ保持部５０３の温度を制御し、それによって、半導体ウエハ５０５の温度を制御するようにしてもよい。
【００３３】
チャンバ５０１には、さらに、接続部５１９を介して減圧装置５２１が接続される。処理の際には、矢印５２３で示すように、減圧装置５２１はチャンバ５０１内を急速に減圧して、半導体ウエハ５０５表面を覆う前駆物質流体を非ニュートン流体に変換させる。前駆物質流体が非ニュートン流体に変換された後、矢印５２９で示すように、排出部５２７により、接続部５２５を介して、変換後の非ニュートン流体とフォトレジストや高分子物質等の除去された物質とを排出する。本発明の特徴を明確に説明するために、本発明に関係のないチャンバ５０１構成に関する説明は省略する。当業者には自明のことであるが、半導体ウエハ処理に用いられる圧力チャンバに通常備えられている構成は、チャンバ５０１にも備えられている。
【００３４】
以上、本発明をいくつかの実施例に基づき説明してきたが、当業者には自明のように、実施例の詳細な説明や図面は何ら本発明を限定するものではなく、様々に、変形、追加、置換等の変更が可能である。従って、本発明の要旨の範囲内における様々な変形、追加、置換等の変更も本発明に含まれることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】フォトレジストパターン層がその上部に形成された半導体ウエハを示す説明図である。
【図１Ｂ】プラズマエッチング処理後の図１Ａの半導体ウエハとフォトレジストパターン層とを示す説明図である。
【図１Ｃ】従来の化学的湿式除去手法を用いてバルクフォトレジスト部を除去した後の半導体ウエハとフォトレジスト皮膜と高分子物質とを示す説明図である。
【図２】本発明の一実施例において、半導体ウエハから物質を除去する方法を示すフローチャートである。
【図３Ａ】本発明の一実施例において、図２の方法の処理ステップ２０１及び２０３を実施した後の図１Ｃの構造を示す説明図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例において、図２の方法の処理ステップ２０５を実施した後の図３Ａの構造を示す説明図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施例において、半導体ウエハから除去したフォトレジスト皮膜と除去した高分子物質と非ニュートン流体とを洗い流す洗浄・乾燥工程後の半導体ウエハを示す説明図である。
【図４】本発明の一実施例において、半導体ウエハからフォトレジストと高分子物質とを除去する方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例において、半導体ウエハからの物質除去を実施可能な処理チャンバを示す説明図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハから物質を除去する方法であって、
非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力を、半導体ウエハが存在する容積内で維持し、
前記前駆物質流体を液相で保持しつつ、前記半導体ウエハから除去するべき物質の近傍に前記前駆物質流体が位置するように、前記前駆物質流体を前記半導体ウエハ上に供給し、
前記容積内を減圧することにより前記前駆物質流体を非ニュートン流体に変換し、この変換の際の前記前駆物質流体の膨張によって、前記非ニュートン流体に前記半導体ウエハから前記物質を除去させる、半導体ウエハからの物質除去方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記非ニュートン流体によって前記半導体ウエハから除去すべき前記物質は、フォトレジスト皮膜と、高分子物質と、フォトレジスト皮膜及び高分子物質の両方と、のうちのいずれか一つである、方法。
【請求項３】
請求項２記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、さらに、
エッチング処理後、前記前駆物質流体を前記半導体ウエハ上に供給する前に、化学的湿式手法を用いてバルクフォトレジスト部分を除去するとともに、前記エッチング処理によって形成されたフォトレジスト皮膜を残す、方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記前駆物質流体は、液相の推進剤を含有する流体であり、前記半導体ウエハ上に形成されたビアホール内及び隣接する高アスペクト比構造体間に流入可能であり、さらに、フォトレジスト皮膜を透過して、前記フォトレジスト皮膜の下に広がる領域まで侵透可能である、方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記前駆物質流体に含有される前記推進剤の量は、前記推進剤含有後の前記前駆物質流体の量の約５重量％から約２０重量％の範囲である、方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記前駆物質流体は、界面活性剤と、前記前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される際に形成されるバブルを安定させるための添加剤とを含む、方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記容積の減圧が前記前駆物質流体に溶解された推進剤を膨張させ、前記推進剤の膨張が前記前駆物質流体から非ニュートン流体への変換を生じさせる、方法。
【請求項８】
請求項７記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記推進剤の膨張後の前記非ニュートン流体の体積は、液相の前記前駆物質流体の体積の約２倍から約１００倍の範囲である、方法。
【請求項９】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、さらに、
温度制御を行って、前記前駆物質流体を液相から非ニュートン流体に変換する際の前記前駆物質流体の膨張を制御する、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
非ニュートン流体に変換される前記前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力は、１気圧よりも高い、方法。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
非ニュートン流体に変換される前記前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力は、１気圧以下である、方法。
【請求項１２】
半導体ウエハからフォトレジストと高分子物質とを除去する方法であって、
フォトレジスト材に浸透する溶液を半導体ウエハ上に供給してバルクフォトレジスト材を除去すると共に、フォトレジスト皮膜を残し、
前記バルクフォトレジスト材の除去後、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持した状態で前記半導体ウエハ上に供給し、この際、前記前駆物質流体が、前記フォトレジスト皮膜を透過して前記フォトレジスト皮膜の下に広がる中空領域に浸透し、前記半導体ウエハ上に存在する高分子物質の近傍に位置するように、前記半導体ウエハ上に前記前駆物質流体を供給し、
前記半導体ウエハ周囲を減圧して前記前駆物質流体を非ニュートン流体に変換させ、この変換の際の前記前駆物質流体の膨張によって、前記非ニュートン流体に前記フォトレジスト皮膜と前記高分子物質とを除去させる、半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記非ニュートン流体による前記フォトレジスト皮膜と前記高分子物質の除去は、前記非ニュートン流体から前記フォトレジスト皮膜と前記高分子物質とに加えられる機械的力の結果として生じる、方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記非ニュートン流体によって除去された前記フォトレジスト皮膜と前記高分子物質とが前記半導体ウエハ上に再び堆積することがないように、前記フォトレジスト皮膜と前記高分子物質とが前記非ニュートン流体に取り込まれる、方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記半導体ウエハ周囲の減圧は、約０．０１秒から約２秒の時間内に前記前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されるように行われる、方法。
【請求項１６】
請求項１２記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記前駆物質流体は、前記バルクフォトレジスト材の除去に用いられる前記溶液を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１２記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記半導体ウエハ周囲の減圧によって、前記前駆物質流体内に含まれる推進剤が膨張し、前記推進剤の膨張が前記前駆物質流体を液相から非ニュートン流体に変換させる、方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記推進剤の膨張後の前記非ニュートン流体の体積は、液相の前記前駆物質流体の体積の約２倍から約１００倍の範囲である、方法。
【請求項１９】
半導体ウエハから物質を除去する装置であって、
チャンバと、
前記チャンバに連結され、前記チャンバ内に保持される半導体ウエハ上に、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を供給する流体供給口と、
前記チャンバ内の圧力を制御して、前記半導体ウエハ上で前記前駆物質流体を液相に保持する加圧装置と、
前記前駆物質流体を液相から非ニュートン流体に変換させるのに充分なだけ前記チャンバ内を減圧することにより低圧力環境を形成して、前記変換の際に前記前駆物質流体を充分膨張させることにより、変換後の非ニュートン流体に前記半導体ウエハから物質を除去させる減圧装置と、
を備える半導体ウエハからの物質除去装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の半導体ウエハからの物質除去装置であって、さらに、
前記チャンバ内の温度を制御して、前記前駆物質流体を液相から非ニュートン流体に変換する際に、前記前駆物質流体の膨張を調節する温度制御部を備える、装置。
【請求項２１】
請求項１９記載の半導体ウエハからの物質除去装置であって、さらに、
前記減圧装置は、約０．０１秒から約２秒の時間内に前記前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されるように、前記チャンバ内を減圧して低圧力環境を形成する、装置。
【請求項２２】
請求項１９記載の半導体ウエハからの物質除去装置であって、
前記チャンバは、前記半導体ウエハ上に前記前駆物質流体を供給する前に、前記半導体ウエハ上で湿式除去処理を行うように構成されており、前記湿式除去処理は、前記半導体ウエハからフォトレジスト材のバルク部分を除去すると共に前記半導体ウエハ上にフォトレジスト皮膜を残すように行われる、装置。
【請求項２３】
請求項１９記載の半導体ウエハからの物質除去装置であって、
前記前駆物質流体は、推進剤を含有する流体である、装置。
【請求項２４】
請求項１９記載の半導体ウエハからの物質除去装置であって、
前記半導体ウエハから除去される物質は、フォトレジスト皮膜と、高分子物質と、フォトレジスト皮膜及び高分子物質の両方と、のうちのいずれか一つである、装置。
【請求項１】
半導体ウエハから物質を除去する方法であって、
非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力を、半導体ウエハが存在する容積内で維持し、
前記前駆物質流体を液相で保持しつつ、前記半導体ウエハから除去するべき物質の近傍に前記前駆物質流体が位置するように、前記前駆物質流体を前記半導体ウエハ上に供給し、
前記容積内を減圧することにより前記前駆物質流体を非ニュートン流体に変換し、この変換の際の前記前駆物質流体の膨張によって、前記非ニュートン流体に前記半導体ウエハから前記物質を除去させる、半導体ウエハからの物質除去方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記非ニュートン流体によって前記半導体ウエハから除去すべき前記物質は、フォトレジスト皮膜と、高分子物質と、フォトレジスト皮膜及び高分子物質の両方と、のうちのいずれか一つである、方法。
【請求項３】
請求項２記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、さらに、
エッチング処理後、前記前駆物質流体を前記半導体ウエハ上に供給する前に、化学的湿式手法を用いてバルクフォトレジスト部分を除去するとともに、前記エッチング処理によって形成されたフォトレジスト皮膜を残す、方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記前駆物質流体は、液相の推進剤を含有する流体であり、前記半導体ウエハ上に形成されたビアホール内及び隣接する高アスペクト比構造体間に流入可能であり、さらに、フォトレジスト皮膜を透過して、前記フォトレジスト皮膜の下に広がる領域まで侵透可能である、方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記前駆物質流体に含有される前記推進剤の量は、前記推進剤含有後の前記前駆物質流体の量の約５重量％から約２０重量％の範囲である、方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記前駆物質流体は、界面活性剤と、前記前駆物質流体が非ニュートン流体に変換される際に形成されるバブルを安定させるための添加剤とを含む、方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記容積の減圧が前記前駆物質流体に溶解された推進剤を膨張させ、前記推進剤の膨張が前記前駆物質流体から非ニュートン流体への変換を生じさせる、方法。
【請求項８】
請求項７記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
前記推進剤の膨張後の前記非ニュートン流体の体積は、液相の前記前駆物質流体の体積の約２倍から約１００倍の範囲である、方法。
【請求項９】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、さらに、
温度制御を行って、前記前駆物質流体を液相から非ニュートン流体に変換する際の前記前駆物質流体の膨張を制御する、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
非ニュートン流体に変換される前記前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力は、１気圧よりも高い、方法。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体ウエハからの物質除去方法であって、
非ニュートン流体に変換される前記前駆物質流体を液相で保持するのに充分な圧力は、１気圧以下である、方法。
【請求項１２】
半導体ウエハからフォトレジストと高分子物質とを除去する方法であって、
フォトレジスト材に浸透する溶液を半導体ウエハ上に供給してバルクフォトレジスト材を除去すると共に、フォトレジスト皮膜を残し、
前記バルクフォトレジスト材の除去後、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を液相で保持した状態で前記半導体ウエハ上に供給し、この際、前記前駆物質流体が、前記フォトレジスト皮膜を透過して前記フォトレジスト皮膜の下に広がる中空領域に浸透し、前記半導体ウエハ上に存在する高分子物質の近傍に位置するように、前記半導体ウエハ上に前記前駆物質流体を供給し、
前記半導体ウエハ周囲を減圧して前記前駆物質流体を非ニュートン流体に変換させ、この変換の際の前記前駆物質流体の膨張によって、前記非ニュートン流体に前記フォトレジスト皮膜と前記高分子物質とを除去させる、半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記非ニュートン流体による前記フォトレジスト皮膜と前記高分子物質の除去は、前記非ニュートン流体から前記フォトレジスト皮膜と前記高分子物質とに加えられる機械的力の結果として生じる、方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記非ニュートン流体によって除去された前記フォトレジスト皮膜と前記高分子物質とが前記半導体ウエハ上に再び堆積することがないように、前記フォトレジスト皮膜と前記高分子物質とが前記非ニュートン流体に取り込まれる、方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記半導体ウエハ周囲の減圧は、約０．０１秒から約２秒の時間内に前記前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されるように行われる、方法。
【請求項１６】
請求項１２記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記前駆物質流体は、前記バルクフォトレジスト材の除去に用いられる前記溶液を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１２記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記半導体ウエハ周囲の減圧によって、前記前駆物質流体内に含まれる推進剤が膨張し、前記推進剤の膨張が前記前駆物質流体を液相から非ニュートン流体に変換させる、方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の半導体ウエハからのフォトレジスト及び高分子物質除去方法であって、
前記推進剤の膨張後の前記非ニュートン流体の体積は、液相の前記前駆物質流体の体積の約２倍から約１００倍の範囲である、方法。
【請求項１９】
半導体ウエハから物質を除去する装置であって、
チャンバと、
前記チャンバに連結され、前記チャンバ内に保持される半導体ウエハ上に、非ニュートン流体に変換される前駆物質流体を供給する流体供給口と、
前記チャンバ内の圧力を制御して、前記半導体ウエハ上で前記前駆物質流体を液相に保持する加圧装置と、
前記前駆物質流体を液相から非ニュートン流体に変換させるのに充分なだけ前記チャンバ内を減圧することにより低圧力環境を形成して、前記変換の際に前記前駆物質流体を充分膨張させることにより、変換後の非ニュートン流体に前記半導体ウエハから物質を除去させる減圧装置と、
を備える半導体ウエハからの物質除去装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の半導体ウエハからの物質除去装置であって、さらに、
前記チャンバ内の温度を制御して、前記前駆物質流体を液相から非ニュートン流体に変換する際に、前記前駆物質流体の膨張を調節する温度制御部を備える、装置。
【請求項２１】
請求項１９記載の半導体ウエハからの物質除去装置であって、さらに、
前記減圧装置は、約０．０１秒から約２秒の時間内に前記前駆物質流体が液相から非ニュートン流体に変換されるように、前記チャンバ内を減圧して低圧力環境を形成する、装置。
【請求項２２】
請求項１９記載の半導体ウエハからの物質除去装置であって、
前記チャンバは、前記半導体ウエハ上に前記前駆物質流体を供給する前に、前記半導体ウエハ上で湿式除去処理を行うように構成されており、前記湿式除去処理は、前記半導体ウエハからフォトレジスト材のバルク部分を除去すると共に前記半導体ウエハ上にフォトレジスト皮膜を残すように行われる、装置。
【請求項２３】
請求項１９記載の半導体ウエハからの物質除去装置であって、
前記前駆物質流体は、推進剤を含有する流体である、装置。
【請求項２４】
請求項１９記載の半導体ウエハからの物質除去装置であって、
前記半導体ウエハから除去される物質は、フォトレジスト皮膜と、高分子物質と、フォトレジスト皮膜及び高分子物質の両方と、のうちのいずれか一つである、装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００８−５４５２７２（Ｐ２００８−５４５２７２Ａ）
【公表日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１９３４８（Ｐ２００８−５１９３４８）
【出願日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０２３３５４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００５２３０
【国際公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０２３３５４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００５２３０
【国際公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願人】（５９２０１００８１）ラム リサーチ コーポレーション (467)
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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