JPH02318A

JPH02318A - リフトオフ処理方法および処理装置

Info

Publication number: JPH02318A
Application number: JP23702088A
Authority: JP
Inventors: Shunji Nakao; 中尾　俊二
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1990-01-05
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: JP2611375B2

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〕本発明は半導体デバイスウェハーを製造する過程でのリ
フトオフ処理に関し、特にその処理方法とそれに用いる
処理装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体デバイス製造に於けるリフトオフの典型例を第９
図および第１０図を用いて説明する。

最も単純なものとして第９図（ａ）に示すように半導体
ウェハー（以下ウェハーと略称する）１上に通常のホト
リソグラフィ技術にてホトレジスト１４をパターニング
し、次に第９図（ｂ）の如くメタル膜１５を蒸着法にて
付着させる。この場合ホトレジスト１４の厚みは意図的
に金属膜１５厚より厚くシ、ホトレジス）１４のパター
ンエツジ２４で金属膜１５が段切れるようにしている。

このメタル膜１５０段切れをより確かなものとするため
に第１０図（ａ）に示すようにウェハー１上に酸化膜（
ＳｉＯｚ膜）１６を通常のＣＶＤ法にて堆積させ、その
上にホトレジスト１４パターンを形成し、これをエツチ
ングマスクとして露出しているＳｉＯ２膜１６を例えば
バッフアート弗酸にてエツチングする。ＳｉＯ２膜１６
のエツチングは縦（深さ）方向ばかりでなく横方向のエ
ツチングも生じる所謂、等方性エツチングであるため、
パターンエツジ２゛４．では５ｉｆ２膜１６のアンダー
カット１７ができる。次に第７図（ｂ）メタル膜１５を
蒸着にて付着すると、５ｉｎ２膜１６のスペーサーとア
ンダーカット１７により前述の第９図の方法に比ベパタ
ーンエッジ２４の金属膜１５段切れは確実なものとなる
。

このようにして被着したメタル膜１５の内、不要な金属
膜１５即ち、ホトレジス）１４上の金属膜１５を取り除
くために第９図（Ｃ）、第１θ図（Ｃ）では溶剤として
ホトレジスト１４を溶解するが金属膜１５、ウェハー１
および５ｉｆ２膜１６については腐食しないもの、例え
ば有機溶剤ではメチルエチルケトン（ＭＥＫ）をウェハ
ー１に浸漬させ、その中で周波数２０〜５０ＫＨｚの超
音波を照射しながらホトレジスト１４を溶解しつつウェ
ハー１から剥離させ同時に金属膜１５も剥離、破砕して
いく。

以上のプルセスをリフトオフと言う。

従来、この種のリフトオフの処理方法として具体的には
第１１図に示すように超音波振動子１７を配した浴槽１
８に振動媒体として水１９を入れ、その中にＭＥＫ４の
入ったビーカー２ｏを置きウェハー１を一枚一枚超音波
照射する方法と第１２図に示すようにＭＥＫ４の入った
浴槽２１に複数枚のウェハーｌを収納したキャリア２２
を没入させ、ウェハー１の縦方向に生じる超音波の強弱
（定在波）の影響を回避するためにキャリア２２毎上下
に数十間の揺動２３を行いながら超音波処理する方法が
ある。何れも、超音波の周波数は２０〜５０ＫＨｚであ
るためＭＥＫｄ内ではキャビテーション効果が主体とな
ってホトレジスト１４とメタル膜１５の剥離を促進させ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のリフトオフ処理方法は、何れも超音波処
理中にウェハー１から一旦剥がれた金属膜１５が再付着
しやすいということとリフトオフ処理時間がウェハー１
−枚処理の場合でも３０分以上要しスルーブツトが低い
という欠点がある。

再付着については溶剤（ＭＥＫ）の交換頻度を高めその
確率を軽減することもできるが、交換頻度を高めると、
溶剤の使用量は増え例えばウェハー１枚当たり２１の溶
剤を必要とし、経済性に欠く。また、第１２図のバッチ
処理タイプのものはキャリア２２に剥がれたメタル膜１
５の屑が付着しそれが汚染源となるという欠点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
リフトオフ後の金属層等の異物が再付着することが防止
され、異物による汚染が防止されるリフトオフ処理方法
およびリフトオフ処理装置を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、ホトレジストパターン上に除去すべき
金属層を有する半導体ウェハーである被リフトオフ試料
を自転させ、周波数０．５〜２．０ＭＨｚの超音波を帯
びた溶剤を被リフトオフ試料の被リフトオフ面に照射し
、この溶剤照射を、照射軌跡が被リフトオフ試料の回転
軸を通過して同心方向に走査する第１の照射と、被リフ
トオフ試料の外周のみ照射する第２の照射とを同時に行
うリフトオフ処理方法を得る。このリフトオフ処理方法
に先立って被リフトオフ面を溶剤に浸しておくと更に効
果的である。

更に、本発明によれば、半導体ウェハー表面のホトレジ
ストパターン上に被着された金属層をリフトオフするリ
フトオフ処理装置において、ホトレジストパターンを溶
解する溶剤を半導体ウェハー表面に向けて噴射するノズ
ルと、０．５乃至２．０ＭＨｚの超音波を前記ノズルか
ら噴射される溶剤に印加する超音波印加手段と、前記半
導体ウェハーを自転させる駆動手段とを有するリフトオ
フ処理装置を得る。

〔作用〕

本発明においては、ノズルから溶剤が半導体ウェハーに
向けて噴射され、この溶剤に対して超音波印加手段によ
り０．５乃至１．０ＭＨｚの超音波が印加される。

このように、高周波超音波が付加された溶剤が半導体ウ
ェハーの表面に噴射されると、その破砕効果によりホト
レジストが除去され、ホトレジスト上の金属層がリフト
オフされる。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の最も基本的な実施例である第１の実施
例を示した構成図である。第１図（ａ）に示すように、
リフトオフする面を上にしてウェハー１をスピンヘッド
２に真空吸着もしくはメカニカルチャック（図は真空吸
着）にてセットする。

尚、ウェハー１の中心はスピンヘッド２の回転軸３と合
うようにしている。スピンヘッド２を回転させながら溶
剤としてＭＥＫをｏ、５Ｋｇ／−の圧力で超音波発振ノ
ズル５に通し、高速で自転しているウェハー１表面に照
射する。超音波発振ノズル５の中には周波数０．８ＭＨ
ｚ、出力３０Ｗの超音波振動を得る振動子が内蔵さｈて
おり、これを通過し超音波を帯だＭＥＫ６は分子レベル
で高速振動を起こし、生じた加速度によりホトレジスト
１４および金属膜１５を破砕する効果がある。

従って、もともとホトレジスト１４溶解力のあるＭＥＫ
４に超高周波の超音波による破砕効果を加えることによ
りホトレジスト１４の溶解、剥離が進行し金属膜１５の
リフトオフが果たせる。

尚、メガヘルツ帯の超音波は指向性が強いので一旦つエ
バー１表面に当たったあとは急激に減衰することから、
ＭＥＫ６照射がウェハ−１企図に且つ照射回数を多くと
る必要がある。このためウェハー１の回転（自転）に加
え超音波発振ノズル５をウェハー１の同心方向に走査さ
せる。第１図（ｂ）にＭＥＫ６照射のウェハー１上での
軌跡９を示す。これは首振り型のノズルであるため弧状
の軌跡９であるが直線の軌跡であってもよい。重要なこ
とは必ず軌跡９が回転軸（つまりウェハー１の中心）を
通過することである。このようにして、剥がれたメタル
膜１５の屑や溶剤はスピンアウトしカップ７に受けられ
ドレイン８を通して排出され金属屑の再付着がないまま
リフトオフできる。

以上、述べたように、リフトオフ処理した場合のリフト
オフ時間とウェハー回転数の関係を第４図に示す。図中
、実線で示したラインがリフトオフの境界を表し、ハツ
チング領域メタル残りがありリフトオフ未了を意味する
。ウェハーｌの回転数を上げるに従いリフトオフに掛か
る時間は短くなり、回転数が４００Ｏｒｐｍ以上では約
３０秒間で完了し、前述の従来技術に比べ所要時間が大
幅に短縮されていることが分かる。このデータは回転数
を上げることにより照射回数が増しその結果、メタル膜
の剥離性が高まったことを裏づけるものであり、４００
０〜５０００ｒｐｍという回転数は通常のスピンナーが
持つマシン能力範囲にあり実用状支障ない。

第５図は本発明の第２の実施例を示すもので、同図（ａ
）は縮小投影露光法によりウェハー１上にホトレジスト
をパターニングし金属膜な被着した状態のもので、フィ
ールド１１内に１〜数チツプの素子が露光され、ウェハ
ー全面の露光はステップ・アンド・リピートを行いバタ
ーニングしている。高精度のパターンアラメイントを要
する場合、チップアラメイント（または、ダイ・パイ・
ダイアラメインド）方式をとることから、フィールドの
一部が欠け、アラメイントマークが欠損するようなウェ
ハ−１外周領域１２には露光を行わない（特に、ＧａＡ
ｓ基板の如く表面平坦性の悪いもの）。従って、ポジ型
レジストを用いた場合、この外周領域１２はホトレジス
トがそのまま残りその上にメタル膜が被着しており数−
以上に亘る被リフトオフ領域が生ずる。このようにウェ
ハ−１外周領域１２に　広範囲の被リフトオフ部を有す
るものを第１図の実施例で処理すると、３０秒程度の短
時間処理では第５図（ｂ）に示すように金属残り１３が
生じ、これを除去するには少なくとも２分以上の照射を
必要とする。金属残り１３が生じやすい原因のもうひと
つはウェハ−１中央部と外周部の角速度の違いであり、
外周方向に行くに連れ実行的な超音波照射時間が短くな
るからである。

本発明の第３の実施例の２番目として前述のケースウェ
ハー１に対処すべく第２図の方法を示す、第２図（ａ）
は第１図の実施例を基本にして超音波発振ノズル４をひ
とつ加え、第２図（ｂ）に示すようにウェハーｌの外周
に照射１０し、角速度の影響を解消するものである。こ
の方法によりウェハー１回転数５００Ｏｒｐｍ、３０秒
照射の条件で処理した結果、第５図（ｃ）に示すように
ウェハー１の外周領域１２には金属残り１３は無くなる
。

次に、本発明の第４の実施例として第３図（ａ）超音波
照射前にウェハー１表面にＭＥＫ４を約１０ｍｕ滴下さ
せ、表面張力を利用してウェハー１上でＭＥＫ４を停留
させる。このように表面デイツプ処理を５分行い、次に
第３図（ｂ）の如く第２の実施例と同様に超音波照射す
る。表面デイツプ処理を施すことでホトレジスト１４パ
ターンの工、ジ部２４の溶解が進行するため、第４図の
破線カーブが示すように例えば５０００ｒｐｍでは僅か
５秒でリフトオフが完了する。このとき−枚当たりの溶
剤（ＭＥ　Ｋ　４　）使用量はおよそ１２０ｒａｌｌで
あり従来技術（第１１図）の１０％以下の消費量で済ま
せることが可能となる。

次に、本発明のリフトオフ処理装置のいくつかの例につ
いて添付の図面を参照して説明する。第５図は本発明の
リフトオフ処理装置の第１の例を示す断面図である。ス
ピンヘッド１１１は通常のレジスト塗布機、現像機又は
ウォータージェットスクラバと同様にウェハー１０１を
真空吸着する。

このスピンヘッド１１１は回転軸１１２上に固定されて
おり、その中心の周りに、５００乃至３０００ｒｐｍの
回転速度で自転する。スピンヘッド１１１の周りには、
スピンヘッド１１１に真空吸着されたウェハー１０１を
取囲むようにしてカップ１１３が配設されている。この
カップ１１３の底部にはドレイン１１４が取付けられて
いる。このドレイン１１４を介してカップ１１３内の溶
剤が回収槽内に回収される。

スピンヘッド１１１の上方には、リフトオフ溶剤のＭＥ
Ｋをスピンヘッド１１１に吸着されたウェハー１０１上
に噴射するノズル１１５が配設されている。ノズル１１
５内には、例えば、０．８ＭＨｚの周波数の超音波を発
振する超音波発振板（図示せず）が内蔵されており、こ
のノズル１１５にリフトオフ溶剤であるＭＥＫを提供す
ると、前記超音波発振板によりＭＥＫに超音波振動が付
加され、この超音波を帯びたＭＥＫ１１６はノズル１１
５から自転しているウェハー１０１の表面に噴射される
。

次に、このように構成されたリフトオフ処理装置の動作
について説明する。先ず、スピンヘッド１１１に半導体
ウェハー１０１を真空吸着させる。

そして、スピンヘッド１１１を所定の回転速度で回転さ
せてウェハー１０１を自転させつつ、ノズル１１５から
ＭＥＫ１１６をウェハー１０１の表面に向けて噴射する
。この場合に、ノズル１１５内の超音波発振板によりＭ
ＥＫに高周波超音波振動を付加する。

通常、０．４ＭＨｚを超える周波数になると、溶剤（こ
の場合はＭＥＫ）Ａ、低周波数（数十ＫＨｚ）の場合の
ようにキャビテーション効果は生じないで、溶剤液分子
が高速振動する際の加速度による破砕効果が主体となっ
てレジスト又は金属等の汚れを除去する。従って、元来
レジスト溶解力を有するＭＥＫに前述の破砕効果が加わ
り、ウェハー１０１の表面上のレジストの溶解及び剥離
が進行し、金属層がリフトオフされる。このような高周
波超音波は指向性が強いので、−旦つエバー表面に照射
された後は急激に減衰するため、ＭＥＫ照射がウェハー
１０１の全面に行き渡るように、。

ウェハー１０１を自転させると共に、超音波発振ノズル
１１５をウェハー１１２の円心方向にスライドさせるこ
とにより、剥離した金属屑をウェハー１０１の表面上か
らスピンアウトさせる。これにより、剥離層の再付着が
防止される。このスピンアウトした金属屑及び溶剤ＭＥ
Ｋはカップ１１３に受は止められ、ドレイン１１４に排
出される。

次に、第７図（ａ）、　（ｂ）を参照して本発明のリフ
トオフ処理に用いるリフトオフ処理装置の第２の例につ
いて説明する。この装置例は溶剤の使用量を減少させて
高効率でリフトオフする場合、又は金属層が展延性の高
いＡｕであって、リフトオフし難い場合に好適のもので
ある。第７図（ａ）、　（ｂ）において、第６図と同一
物には同一符号を付して説明を省略する。この装置例に
おいては、超音波発振ノズル１１５の近傍にＭＥＫ滴下
ノズル１１６を配設した点が第１の装置例と異なる。

この装置においては、先ず、第７図（ａ）に示すように
、滴下ノズル１１８からＭＥＫ１１９を、例えば、約１
０ｍ１だけウェハー１０１の表面に滴下し、表面張力に
よりＭＥＫ１１９をウェハー１０１上に盛り上がった状
態で保持し、１分間放置する。この間にパターンエツジ
２４におけるレジストの溶解が進行し、アンダーカット
したようになる。

次に、第７図（ｂ）に示すように、スピンへラド１１１
を回転させてウェハー１０１上のＭＥＫ１１９を振り切
る。必要に応じて、滴下、放置及び振り切りを複数回繰
り返してから、同−力、プ１１３内でＭＥＫの供給を滴
下ノズル１１８から超音波発振ノズル１１５に切り換え
、第６図と同様にして処理する。この場合に、予め、ア
ンダーカット処理をしているため、第１の装置例の場合
に比して短時間のＭＥＫ１１６の照射でリフトオフが完
了し、溶剤ＭＥＫの使用量を低減することができる。

次に、第８図（ａ）乃至（ｃ）を参照して、本発明のリ
フトオフに用いる第３の装置例について説明する。この
装置例はＬＳＩレベルのリフトオフ処理をする場合のも
のである。第８図（ａ）、　（ｂ）は夫々第７図（ａ）
、　（ｂ）と同様の装置を示し、この第７図の手順と同
様の工程を実施する。

第８図（ｃ）は別のカップ１１３ａ内に配置されたスピ
ンヘッド１１１ａを示し、このスピンへ。

ド１ｌｌａも回転軸１１２ａにより自転する。このスピ
ンへラド１１１ａの上方には、高圧のＭＥＫ１１６を噴
出するジェットノズル２０が配設されている。

この装置例においては、第８図（ｂ）に示すように、超
音波発振ノズル１１５から超音波振動が付加されたＭＥ
Ｋ１１６を半導体ウェハー１０１の表面に噴射した後、
第８図（ｃ）に示すように、５０乃至１５０ｋｇ／ｃｆ
ｌｆに加圧されたＭＥＫ１６をジェットノズル１２０か
らウェハー１０１上に噴射し、半導体ウェハー１０１の
表面の微細なパターンに引っかかった金属屑及びレジス
トを除去する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、リフトオフ溶剤を
０．５乃至２．０ＭＨｚの高周波超音波を付加しつつノ
ズルを介して半導体ウェハー表面に噴射し、その破砕効
果を利用してリフトオフすると共に、ウェハーを自転さ
せてこのリフトオフ効果をウェハー表面全体に均一に亘
らせるから、異物の再付着を防止しつつリフトオフする
ことができる。また、本発明によれば、基本的な構成は
従来から広く使われているスピンナー装置をそのまま利
用し、新たに超音波発振板を内蔵したノズルを設ける等
、溶剤を噴射するノズルと溶剤に超音波を付加する手段
とを加えるだけで装置を容易に構成することができ、ま
た自動化も容易にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のリフトオフ処理方法による第１
の実施例の一工程を示す断面図、同図（ｂ）はその噴射
溶剤の軌跡を示す図、第２図（ａ）は本発明の′リフト
オフ処理方法による第３の実施例の一工程を示す断面図
、同図（ｂ）はその噴射溶剤の軌跡を示す図、第３図（
ａ）および（ｂ）は本発明のリフトオフ処理方法による
第４の実施例を示す断面図、第４図は本発明のリフトオ
フ処理方法のウェハー回転数とリフトオフ処理時間との
関係を示すグラフ、第５図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）
は本発明のリフトオフ処理方法のノズル数によるリフト
オフ処理状態の違いを示す図、第６図は本発明のリフト
オフ処理に用いる処理装置の第１の装置例を示す断面図
、第７図（ａ）、　（ｂ）は本発明のリフトオフ処理に
用いる処理装置の第２の装置例を処理工程毎に示す断面
図、第８図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は本発明のリフ
トオフ処理に用いる処理装置の第３の装置例を処理工程
毎に示す断面図、第９図（ａ）、　（ｂ）。（Ｃ）はリフトオフ処理の第１の従来例を工程順に示す
断面図、第１０図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）はリフト
オフ処理の第２の従来例を工程順に示す断面図、第１１
図はリフトオフ処理装置の第１の従来例を示す断面図、
第１２図はリフトオフ処理装置の第２の従来例を示す断
面図である。１．１０１・・・・・・ウェハー　２，１１１・・・・
・・スピンヘッド、３・・・・・・回転軸、４，１１６
，１１９・・・・・・ＭＥＫ、５，１１５・・・・・・
超音波発振ノズル、６・・・・・・超音波を帯びたＭＥ
Ｋ、７，１１３・・・・・・カップ、８，１１４・・・
・・・ドレイン、９・川・・軌跡、１０・・・・・・外
周照射、１１・・・・・・フィールド、１２・・・・・
・外周領域、１３・・・・・・メタル残り、１４・・・
・・・ホトレジスト、１５・・・・・・金属膜、１６・
旧・・５ｉＣｈ膜、１７・・・・・・超音波振動子、１
８・・・・・・浴槽、１９・旧・・水、２０，１・・・
・・・ビーカー、２１・・・・・・浴槽、２２・旧・・
キャリア、２３・・・・・・揺動、２４・旧・・パター
ンエツジ、１１８・・・・・・滴下ノズル、１２０・・
・・・・ジェットノズル代理人　弁理士　　内　原　　　音（ａ）（Ｉ））＄　１　回（ａ）（Ｊ、）茅　３　ｚＣａ）茅２　石茶　４ＷＩ（ｂ）茶７圀（ａｌ（ム２（Ｃン茅囚（Ｃ）（ＣＩ茅閏羊Ｉｔ）閏（＾）華閏茅図手続補正書（方式）６、補正の対象明細書の「図面の簡単な説明」の欄

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体ウェハー表面に形成したホトレジストパタ
ーンの上に金属膜を被着した後、このホトレジストパタ
ーン上の前記金属膜のみリフトオフ法により除去するリ
フトオフ処理方法に於いて、ホトレジストを溶解する溶
剤を周波数０．５〜２．０ＭＨｚの超音波を発振する振
動子を内蔵したディスペンスノズルを通して、前記半導
体ウェハーを回転数１０００〜８０００ｒｐｍで自転せ
しめながら、前記半導体ウェハーのリフトオフする面に
照射することを特徴とするリフトオフ処理方法。
（２）前記ディスペンスノズルから照射した前記溶剤が
前記半導体ウェハーの回転軸を通過し円心方向に走査す
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のリフトオフ処理方法。
（３）前記半導体ウェハーの外周にのみ前記溶剤を他の
ディスペンスノズルから照射することを特徴とする特許
請求の範囲第２項記載のリフトオフ処理方法。
（４）前記溶剤を照射する前に前記半導体ウェハーのリ
フトオフする面を前記溶剤に浸漬することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のリフトオフ処理方法。
（５）半導体ウェハー表面のホトレジストパターン上に
被着された金属層をリフトオフするリフトオフ処理装置
において、前記ホトレジストパターンを溶解する溶剤を
前記半導体ウェハーに向けて噴射するノズルと、０．５
乃至２．０ＭＨｚの超音波を前記ノズルから噴射される
溶剤に印加する超音波印加手段と、前記半導体ウェハー
を自転させる駆動手段とを有することを特徴とするリフ
トオフ処理装置。