JP2009164214A - 微細構造体の処理方法、微細構造体の処理システムおよび電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面に突起を有する微細構造体の前記表面に水よりも表面張力が小さくかつ水と実質的に相溶性のない液体を供給し、前記微細構造体の表面の処理を行うこと、を特徴とする微細構造体の処理方法が提供される。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る微細構造体の処理方法を例示するためのフローチャートである。
図2は、突起間に残留する液体(洗浄液)の表面張力の影響を例示するための模式断面図である。
図2(a)に示すように、洗浄液2を用いて微細構造体1を清浄処理する際には洗浄液2により微細構造体1の表面が覆われ、表面に形成されている壁体などの突起1a、1b同士の間(パターン内)にも洗浄液2が満たされる。なおここで、突起1a、1bは、壁状のものでもよく、円柱状あるいは角柱状などの棒状のものでもよい。
水よりも表面張力の小さい洗浄液としては、イソプロピルアルコールがある。ここで、微細構造体の表面に水が存在する場合にイソプロピルアルコールを供給するとマランゴニ力が発生する。「マランゴニ力」とは、表面張力の小さい側の液体(イソプロピルアルコール)が大きい側の液体(水)に引き寄せられることで発生する力をいう。そして、マランゴニ力が発生すると前述した表面張力の場合と同様に突起の変形や破壊などが生ずるおそれがある。この場合、微細構造体の表面に積極的に超純水などを供給しなくても、水と相溶性のあるイソプロピルアルコールの場合は、大気中の水分を取り込むことによりマランゴニ力を発生させるおそれがある。すなわち、水よりも表面張力の小さい液体であっても水と相溶性のあるものはマランゴニ力を発生し得るので好ましくない。
水よりも表面張力が小さく、かつ水と実質的に相溶性のない液体としては、例えば、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、パーフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボンなどのようなフッ素系液体、ペンタン、ヘキサン (Hexane) CH3CH2CH2CH2CH2CH3 、のような直鎖ハイドロカーボンとその誘導体、ベンゼン (Benzene) C6H6 、トルエン (Toluene) C6H5CH3 のようは芳香族ハイドロカーボンとその誘導体、ジエチルエーテル (Diethyl ether) 、テトラヒドロフラン (Tetrahydrofuran、 THF) 、などの極性の小さいエーテル、クロロホルム (Chloroform) CHCl3、塩化メチレン (Methylene chloride) CH2Cl2 、などハロゲン系の溶剤、酢酸エチル (Ethyl acetate) CH3C(=O)OCH2CH3 など極性の小さいエステルなどを例示することができる。
この場合、洗浄液として用いるためには、洗浄能力、再利用性(環境負荷の低減)、化学的な安定性、安全性などを考慮する必要がある。そして、環境負荷の低減のためには洗浄能力が高いとともに再利用性が高いことも重要である。ここで、再利用性を考慮する場合には、溶解している金属不純物(金属イオン)の分離、除去が容易であること、水との分離が容易であること、蒸気が重く回収が容易であることなどを考慮する必要がある。
なお、説明の便宜上、微細構造体1を表面に30nm(ナノメートル)デザインルールによるパターンが形成されたウェーハとして説明をする。
ここでは、パターンが形成されたウェーハ表面(突起が形成された微細構造体表面)より、金属イオン等の不純物を除去することができる。
また、洗浄溶液のみを吐出するものとすることもできるし、気体と洗浄溶液との二流体を混合して吐出または噴霧するものとすることもできる。
洗浄溶液としては、例えば、前述したフッ素系液体(例えば、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、パーフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボンなど)などを例示することができる。
また、ウォーターマーク(水跡)の形成を抑制することもできる。
ここで、ウォーターマーク(水跡)が形成される要因としては次のことが考えられる。すなわち、ウェーハ表面に水が存在すると、水と大気中の酸素とウェーハ表面のシリコンとが下記(1)式のように反応してH2SiO3が生成される。
Si+H2O+O2→H2SiO3 ・・・(1)
そして、乾燥が進むと、この反応生成物(H2SiO3)が析出してウォーターマーク(水跡)が形成されることになる。
この場合、洗浄溶液には水が含まれていない。また、水を取り込んだとしても比較的容易に除去することができる。そのため、上記の(1)式の反応を阻害することができるので、ウォーターマーク(水跡)の形成を抑制することができる。
この場合、ウェーハを回転させながら乾燥(スピン乾燥)を行うことができる。例えば、回転数を2500rpm程度として回転させながら乾燥を行うことができる。
また、ウェーハを回転をさせながら加熱を行い乾燥させることもできる。この場合、例えば、加熱温度を150℃程度、加熱時間を60秒程度、回転数を500rpm程度とすることができる。
また、これらの乾燥方法を適宜組み合わせることもできる。
また、フッ素系液体は水と相溶性のない液体であるためマランゴニ力の発生を抑制することができる。また、蒸発熱が低く(120kj/kg程度)迅速な乾燥を行うこともできる。また、蒸気が重く回収が容易であるため再利用を容易にすることができる。
なお、説明の便宜上、微細構造体1を表面に30nm(ナノメートル)デザインルールによるパターンが形成されたウェーハとして説明する。また、図1において例示をしたものと同様のステップには同じ符号を付しその説明は省略する。
まず、パターンが形成されたウェーハ表面(突起が形成された微細構造体表面)に水よりも表面張力が小さく、かつ水と相溶性のない液体(洗浄溶液)を供給し、洗浄を行う(ステップS1)。
次に、ウェーハ表面(突起が形成された微細構造体表面)の乾燥を行う(ステップS2)。
洗浄溶液の回収は、後述する処理システム100(図4を参照)のように排出管104dを介して行うことができる。回収は、重力を利用したものであってもよいし、ポンプなどの送液手段を用いるものであってもよい。
再生は、例えば、水の分離・除去と、固形物の分離・除去と、溶存不純物(例えば、金属イオン)の分離・除去と、を経ることにより行うことができる。
水の分離・除去としては、比重の違いを利用して水と洗浄溶液とを分離し、水のみを除去するものを例示することができる。例えば、前述したフッ素系液体の場合は比重が1.4程度と重いので比較的容易に水と洗浄溶液とを分離させることができる。
また、沸点の違いを利用して水と洗浄溶液とを分離し、水のみを除去することもできる。例えば、前述したフッ素系液体の場合は沸点が60℃程度と低いので、蒸留器などを用いて比較的容易に水と洗浄溶液とを分離させることができる。
また、乾燥剤などを用いて水と洗浄溶液とを分離させることもできる。
この場合、蒸留器や乾燥剤などを用いて水と洗浄溶液とを分離させるようにすれば、より多くの水を除去することができる。また、これらの分離・除去方法を組み合わせるようにすることもできる。例えば、比重の違いを利用して水と洗浄溶液とを分離した後、より多くの水の除去が可能な蒸留器や乾燥剤などを用いて水と洗浄溶液とをさらに分離させるようにすることもできる。
固形物の分離・除去としては、各種のフィルタを用いて行うことができる。
溶存不純物の分離・除去としては、例えば、イオン交換樹脂を備えたフィルタを用いて行うことができる。イオン交換樹脂としては純水又は超純水の製造に用いられているものと同様のものを用いることができる。例えば、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂などを例示することができる。また、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを組み合わせて用いることもできる。
繊維機材の材料としては、繊維化が可能で、金属キレート形成能を有する官能基を導入可能な素材を単独または混合したものとすることができる。例えば、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリアミドなどとすることができる。 この場合、洗浄溶液としてフッ素系液体を用いる場合には、フッ素樹脂が膨潤するおそれがあるので、フッ素樹脂を含まないものを用いるようにすることが好ましい。
なお、フッ素系液体を用いる場合には、フィルタのみならず配管や筐体など洗浄溶液と直接接触する部分にはフッ素樹脂を含まないものを用いるようにすることが好ましい。
再利用としては、後述する処理システム100のようにポンプなどの送液手段を用いて再生された洗浄溶液をウェーハ表面(突起が形成された微細構造体表面)に供給し、回収、再生、供給を循環させるようにして行うことができる。
ここでは説明の便宜上、微細構造体1を有するウェーハWとして説明する。
第1の除去手段110は、比重の違いを利用して水と洗浄溶液とを分離し、水のみを除去することができる。図4に例示をした場合には、比重が大きい洗浄溶液(例えば、フッ素系液体)が下部に貯まり、比重の小さい水がその上部に貯まる。そのため、上部に貯まった水を矢印Eの方向に排出することで水の分離と除去を行うことができる。
第2の除去手段111は、固形物の分離・除去を行い得る各種のフィルタとすることができる。第3の除去手段112と第4の除去手段113とは、溶存不純物の分離・除去を行い得るフィルタ(例えば、イオン交換樹脂を備えたフィルタ)とすることができる。この場合、第3の除去手段112をPPM(Parts Per Million)レベルからPPB(Parts Per Billion)レベルまでの分離・除去を行うものとすることができる。また、第4の除去手段113をPPB(Parts Per Billion)レベルからPPT(Parts Per Trillion)レベルまでの分離・除去を行うものとすることができる。なお、金属イオンを除去する場合には、前述したような繊維機材に金属イオンを捕捉可能な官能基を固定させたものを用いるようにする。第5の除去手段116は、パーテクルなどの微細な固形物の分離・除去を行い得る各種のフィルタとすることができる。
送液手段115はポンプなどとすることができ、貯留された洗浄溶液を送液し得るものであれば特に限定されない。
なお、洗浄溶液としてフッ素系液体を用いる場合、フィルタ、配管、チャンバなどの洗浄溶液と直接接触する部分には膨潤抑制のためにフッ素樹脂を含まないものが用いられている。
図示しない搬送手段によりウェーハWがチャンバー104内に搬入され、チャック105上に載置、保持される。そして、駆動手段106によりチャック105が回転することで、ウェーハWが回転する。
その後、必要があれば前述の手順を繰り返すことで、次のウェーハWの清浄が行われる。
微細構造体の処理システム100aは、洗浄溶液の蒸気をウェーハWの表面に供給して乾燥を行う乾燥手段120を備えている。乾燥手段120には、飽和蒸気を発生させるための蒸発器121と、過熱蒸気を発生させるための過熱器122と、チャック105の上方に設けられウェーハWの表面に向けて過熱蒸気を噴射するノズル123とが設けられている。
蒸発器121と、過熱器122と、ノズル123とは、配管124aで接続され、蒸発器121は配管124bにより第5の除去手段116の出口側と接続されている。そのため、第5の除去手段116から供給された洗浄溶液を、蒸発器121により加熱して飽和蒸気とすることができる。そして、飽和蒸気を、過熱器122により過熱してミストのない乾いた蒸気(過熱蒸気)とすることができ、ノズル123からウェーハWに向けて過熱蒸気を噴射することができるようになっている。そして、過熱蒸気によりウェーハWの表面を乾燥させることができるようになっている。また、噴射された過熱蒸気は冷却手段104cにより冷却、液化されて回収されるようになっている。
また、第2の除去手段111と第3の除去手段112との間には蒸留器117が設けられている。蒸留器117は、沸点の違いを利用して水と洗浄溶液とを分離し、水を除去する。なお、乾燥剤などを用いて水と洗浄溶液とを分離させることもできる。また、蒸留器117や乾燥剤の配設位置は図示した位置に限定されるわけではなく、第1の除去手段110より下流側の任意の位置に設けることができる。
蒸留器117や乾燥剤は必ずしも必要ではないが、30nm(ナノメートル)以下のデザインルールによるパターンなどの場合には、より多くの水を除去するために設けられていた方が好ましい。
本実施の形態においては、微細構造体の処理システム100aのみにおいてウェーハWの洗浄と乾燥をすることで清浄を行うことができる。そのため、スペース効率を高めることができる。
次に、微細構造体の処理システム100aの作用について例示をする。
なお、洗浄や洗浄溶液の回収、再生、再利用などについては図4において例示をした微細構造体の処理システム101と同様のためその説明は省略する。
洗浄溶液により洗浄がされたウェーハWが駆動手段106によりチャック105とともに回転する。
一方、第5の除去手段116から供給された洗浄溶液は、蒸発器121により加熱され飽和蒸気となる。そして、飽和蒸気は過熱器122により過熱されてミストのない乾いた蒸気(過熱蒸気)とされノズル123から噴射される。
また、蒸留器117などにより洗浄溶液に含まれているより多くの水が除去される。
電子デバイスの製造方法としては、例えば、半導体装置の製造方法を例示することができる。半導体装置の製造方法は、成膜・レジスト塗布・露光・現像・エッチング・レジスト除去などによりウェーハ表面にパターン(突起)を形成する工程、検査工程、熱処理工程、不純物導入工程、拡散工程、平坦化工程などの複数の工程を繰り返すことにより実施される。
そして、半導体装置の製造方法においては、クリーンルーム内にウェーハが持ち込まれた時に行われる初期洗浄、酸化処理の前後において行われる洗浄、成膜処理の前後において行われる洗浄、エッチングやレジスト除去後に行われる洗浄、平坦化後に行われる洗浄など様々な工程において洗浄が行われている。そのため、これらの洗浄の際に前述した本実施の形態に係る微細構造体の処理方法、微細構造体の処理システムを用いることができる。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、微細構造体や微細構造体の処理システムなどが備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
Claims (11)
- 表面に突起を有する微細構造体の前記表面に水よりも表面張力が小さくかつ水と実質的に相溶性のない液体を供給し、前記微細構造体の表面の処理を行うこと、を特徴とする微細構造体の処理方法。
- 前記表面に供給された前記液体を回収し、再生すること、を特徴とする請求項1記載の微細構造体の処理方法。
- 前記処理は、前記液体の蒸気を用いて、前記微細構造体の表面の乾燥を行うこと、を特徴とする請求項1または2に記載の微細構造体の処理方法。
- 前記液体は、フッ素系液体であること、を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の微細構造体の処理方法。
- 前記液体は、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、パーフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボンからなる群より選ばれた少なくとも1種以上であること、を特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の微細構造体の処理方法。
- 表面に突起を有する微細構造体の前記表面に水よりも表面張力が小さくかつ水と実質的に相溶性のない液体を供給する洗浄溶液供給手段と、
前記表面に供給された前記液体を回収し、再生する再生手段と、
を備えたことを特徴とする微細構造体の処理システム。 - 前記微細構造体の表面の乾燥を行う乾燥手段をさらに備えたことを特徴とする請求項6記載の微細構造体の処理システム。
- 前記液体と直接接触する部分は、フッ素樹脂を含まないこと、を特徴とする請求項6または7に記載の微細構造体の処理システム。
- 前記再生手段は、前記回収された液体に含まれる金属イオンの除去を行うこと、を特徴とする請求項6〜8のいずれか1つに記載の微細構造体の処理システム。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の処理方法により表面の清浄化を行うこと、を特徴とする電子デバイスの製造方法。
- 請求項6〜9のいずれか1つに記載の処理システムを用いて表面の清浄化を行うこと、を特徴とする電子デバイスの製造方法。
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