(57)【要約】基板処理中に、二酸化炭素スプレー（２０）のストリームを用いて、導体部分を破壊することなく、フォトレジスト層（１０）上に積層された金属薄膜層（１４）を選択的に除去する方法が提供される。高圧二酸化炭素スノーのストリーム（２０）が継続的に金属薄膜層に適用されるので、前記レジスト層上層の金属層を高速に冷却、縮退させ、下層のフォトレジスト層から脱着、リフト、剥離させる。基板の温度は室温より著しく高く上昇維持される。二酸化炭素スプレーの継続的適用は、金属層の下層のフォトレジスト層に熱衝撃を与え、残留する金属層部分に多数のクラックを生じさせる。このクラックは典型的には少なくとも１つの遊離した金属端部を含む。二酸化炭素スプレーは、クラックに継続的に適用され、残留する金属部分を剥離させ、露出したフォトレジストおよび下層の表面をそのままに維持する。好ましくは、二酸化炭素スノー粒子の継続的適用は、フォトレジスト層の表面層および金属化プロセス中に生成された交差結合層に浸入する。金属層およびフォトレジスト層の表面層が除去された後、単純化学剥離剤、たとえばアセトンが、残りすべてのレジストを完全に除去しながら、ウエーハの導体部分は損傷のないまま維持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板パターニングプロセス中にフォトレジスト層上に積層した金属層を除去する方法であって、
高圧二酸化炭素スノーのストリームを生成し、
フォトレジスト層、前記フォトレジスト層上層の金属薄膜層、および前記基板表面と接触する金属導体部分とを含む基板を提供し、前記金属薄膜層および前記金属導体部分は類似する組成であって相互に不連続であり、
前記金属薄膜層に前記ストリームを適用することにより、前記金属薄膜層を冷却して、前記金属導体部分をそのままに維持しながら、前記金属薄膜層を前記フォトレジスト層から脱着、リフトおよび剥離させる、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記金属薄膜層への前記ストリームの適用は、前記フォトレジスト層への熱衝撃を引き起こして前記金属薄膜層表面に多数のクラックを発生させ、前記方法は、さらに、
前記クラックに対して前記ストリームを、前記ストリームが前記金属薄膜層の他の部分を前記フォトレジスト層から脱着、リフトおよび剥離するように向け、
前記フォトレジスト層からすべての金属薄膜層が除去されるまで、前記基板への前記スプレーを継続的に適用する、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、さらに、前記フォトレジスト層に前記スプレーを継続的に適用することにより、前記フォトレジスト層の表面層を除去し、残りのフォトレジスト層はそのままに維持する、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、さらに、前記残りのフォトレジスト層にフォトレジスト剥離剤を適用し、前記金属導体部分はそのままに維持し、これにより前記残りのフォトレジスト層を除去する、
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記フォトレジ剥離剤は化学剥離剤であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記化学剥離剤はアセトンであることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法であって、前記フォトレジスト剥離はドライアッシングプロセスを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記基板は封入処理アセンブリに配置されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記脱着された金属薄膜部分は、フィルターに収集されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記基板の温度は環境温度より上に上昇維持されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記温度は摂氏６０度である、ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記温度は摂氏３０度から１００度である、ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、前記ストリームは前記金属薄膜層に、１０度から４０度の範囲の角度で適用される、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、前記ストリームは前記金属薄膜層に、３０度の角度で適用される、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、ウエーハ、集積回路、マスクなどを含む基板の「リフト・オフ」処理中に積層した金属薄膜層の、二酸化炭素スプレーストリームを用いた選択的除去方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
集積回路などの製造プロセスにおいて、基板上にパターン形成された導体層を形成する一般的な方法は、基板上にフォトレジスト層を堆積する工程を典型的には含む処理であり、このフォトレジスト層は、フォトレジスト層が導体材料のコーティングを持たない基板の部位をカバーするようにパターン形成される。金属層が表面全体に続けて露出した際に、フォトレジスト層の最上層に堆積された金属層の部分が基板上に直接堆積されたもの（導体部分）と不連続となるように、このフォトレジスト層は通常露出され、成長する。カバーされない領域を定義するフォトレジストのパターン側壁を、アンダーカットプロファイルを用いて成長させることにより、この不連続は典型的には達成される。パターンニング処理を完成するため、その後フォトレジスト層上に堆積した残留金属層、次いでフォトレジスト層自体を除去し、他方、導体部分を基板上に残しておくことが必要となる。
【０００３】
従来技術には、こうした処理中に金属層およびフォトレジスト層を除去する多数の方法が提案されている。従来知られている方法は、所望する金属層が除去されるまで好ましい溶液に長時間基板を浸すというもので、これにより、フォトレジストへのアクセスは金属層の存在により著しくブロックされるので、溶液はフォトレジストの側壁を介してフォトレジスト内に浸透できることになる。これらの層が除去される速度を向上させる試みを教示する方法は多数ある。例えば、ケイシーらによる米国特許４，６６２、９８９は、金属薄膜層上に十分に異なる熱膨張特性を持つ材料の追加的な層の適用を教示するものであるが、金属薄膜層中に応力やクラックを生じさせ、溶剤の浸透を向上させるとともに、フォトレジスト層の溶解をより効率よく迅速に行うことができる。
【０００４】
マックーン・ジュニアらによる米国特許４，８７１，６５１号特許によれば、液体窒素の液浸層を用いて基板全体を十分に好ましい低温状態におくことで、極度の熱応力を生じさせ、フォトレジスト層と基板との間の熱膨張特性の相違によって、残留金属層およびフォトレジスト層が除去され、フォトレジストと基板の境界面に張力クラッキングを生じさせる。マックーン・ジュニアらのプロセスは、従来の溶液に浸す方法より短時間でよいものの、基板全体を極度の低温状態におき、従って著しい応力を生じさせることとなる。マックーンらのプロセスではまた、基板が窒素槽から取り出された後に、凝縮液化物質を除去するための乾燥工程が必要となる。マックーンらの処理はまた、除去後の金属を処置する方法を提供するものではないので、窒素槽が金属粒子を保持し、基板上への金属の再付着を引き起こす可能性を引き起こすことになりかねない。
【０００５】
林による米国特許４，６３１，２５０号特許は、基板表面から被覆薄膜を取り除く方法として、被覆薄膜に二酸化炭素粒子をスプレーする方法を教示している。薄膜層を除去するために必要な力と研磨特性を達成するために、二酸化炭素は冷却され、スプレー供給源で窒素ガスと混合されることにより促進される。二酸化炭素粒子はさらに、スプレーにおける研磨特性を向上させるために、微細な氷粒子と混合されてもよい。林が開示する方法は、基板表面から、焼成フォトレジストマスクを除去するためには好ましいかもしれないが、しかし、林が開示する二酸化炭素粒子のスプレーは、金属導体部分を著しく損傷させる恐れがある。なぜなら、力と研磨特性が与えられることにより、好ましくなく、無差別的に金属導体部分を除去しがちだからである。
【０００６】
上記の従来技術においては、導体部分を損傷することなく、リフトオフパターニング処理中に堆積される金属層を選択的に除去するための改良プロセスが求められていた。
【０００７】
（発明の要約）
本発明の目的は、堆積された金属導体部分を損傷することなく、ウエーハパターニングプロセス中にフォトレジスト層上に堆積された金属層を選択的に除去するための改良プロセスを提供することにある。
【０００８】
本発明のある特徴によれば、基板パターニング処理中にフォトレジスト層上に積層した金属層を選択的に除去するプロセスであって、高圧二酸化炭素スノーのストリームを生成し、フォトレジスト層と、前記フォトレジスト層の上の金属薄膜層と、金属導体部分とを含む基板を供給し、前記金属薄膜層および金属導体部分とは類似の組成であって互いに不連続に形成されており、前記金属導体部分は前記基板表面に接触しており、前記金属薄膜層に前記ストリームを適用することによって、高速に前記金属層を冷却し、前記金属導体部分はそのままにしながら、前記金属層の一部を前記フォトレジスト層から脱着、リフト、剥離させることを特徴とするプロセスが提供される。
【０００９】
前記金属層への前記ストリームの適用は、前記フォトレジスト層に熱衝撃を引き起こし、前記金属層表面に複数のクラックを生成する。このクラックは典型的には少なくともひとつの遊離した金属端部を含む。
【００１０】
好ましくは、さらに、前記クラックおよび前記金属端部に前記ストリームが向けられ、前記ストリームが前記金属層の他の部分を前記フォトレジスト層から脱着、リフト、剥離させ、前記フォトレジスト層からすべての金属層が除去されるまで、前記基板へのスプレーを連続して適用するステップが提供される。
【００１１】
さらに、前記フォトレジスト層に前記スプレーをさらに連続して適用することにより、前記フォトレジスト層から表面層を除去し、残りのレジスト層を残すステップが提供されてもよい。好ましくは、二酸化炭素スノー粒子が連続的な表面への処理により、フォトレジストに浸入し、金属化プロセス中に形成された重度に交差結合した層が除去されてもよい。
【００１２】
本発明の他の特徴によれば、好ましくは、基板の温度を環境温度より著しく高く上昇および維持させてもよい。基板をこのように上昇させた温度で維持することにより、二酸化炭素スプレーはフォトレジスト層上の金属薄膜層の除去を引き起こし、フォトレジスト層の除去を促進する一方、基板に直接付着された金属導体部分をそのままにし、基盤に直接付着された金属が良好な熱接触およびその温度維持をすることができる。他方、金属層およびフォトレジスト層は、高温となることなく、冷却され、異なるように縮退、およびまたはクラック、剥離され、除去されることができる。
【００１３】
除去される金属層およびまたはフォトレジスト層の一部は、フィルターにより収集されてもよい。好ましくは、金属層およびフォトレジストの表面層が除去された後、単純な化学剥離剤、例えばアセトン、ＮＭＰ，またはドライアッシングプロセスなどのフォトレジスト剥離剤が、完全に残りすべてのフォトレジストを除去し、他方基板の導体部分は損傷することなく残す。
【００１４】
本発明の利点は、本発明のプロセスが金属導体部分を損傷することなく、基板上のパターン化金属導体層を形成する間にフォトレジスト層に堆積された金属薄膜層の高速な除去を実現する点にある。この利点は、微細なクラックを引き起こすための追加的金属層などの追加的材料を用いることなく、また、例えば窒素層での液浸またはウエーハ全体を低温に置くことなどの手段により基板全体を極度の応力にさらすことなく、実現できる。さらに本発明の利点は、本発明のプロセスが通常、厚い金属層または極度に狭く接近して配置された金属ラインからの金属のリフトオフに伴って発生する金属細脈および皮膜を排除する点にある。このプロセスはまた、十度に交差結合した表面薄膜、組織を除去し、内部のフォトレジストにクラックを発生させ、その結果、高速な溶液吸収と迅速なフォトレジスト除去を促進する。上記のドライアッシングプロセスをフォトレジスト剥離として組み込めば、本発明は完全なドライプロセスの顕著な利点をもたらす。
【００１５】
本発明の他の特徴は、以下の説明に記載され、または、以下の詳細な説明により明らかにされる。
【００１６】
（発明の詳細な説明）
図１は、パターニングされた導体層を形成するために典型的なリフトオフプロセスが適用される典型的なウエーハを示す。リフトオフプロセスにおいて、少なくとも一層のフォトレジスト材料１０がウエーハ基板１２の一部に堆積される。このフォトレジスト材料１０は基板上に配置される導体材料を持たない。フォトレジスト層は、いったん金属化工程で基板表面すべてを覆うように金属薄膜層が堆積されると、フォトレジスト層の上層に堆積される金属薄膜層１４が、基板上に直接配置される金属導体部分１６と不連続となるよう、露出され、成長させられる。これにより、パターニングプロセスにおいて必要となるように、金属導体部分１６を基板上にそのまま残しながら、フォトレジスト層の上層にある金属薄膜層１４を続けて除去することが可能となる。
【００１７】
好ましくはフォトレジスト層を、基板１２のカバーされない領域を定義するその側壁１８がアンダーカットプロファイルを持つようにすることで、金属導体部１６と金属層１４との不連続が実現される。次のステップは、表面全体に堆積する金属導体材料を追加することとなる。フォトレジストの側壁はアンダーカットプロファイルを持っているので、フォトレジスト層１０の上層の堆積された金属層１４と、基板に直接適用される金属導体部分１６との所望する不連続が実現される。
【００１８】
好ましくは、ＥＣＯ−ＳＮＯＷ（商標）  ＣＯ２  Ｊｅｔ  Ｓｐｒａｙ  Ｓｙｓｔｅｍを、供給源タンク中に保持された加圧液体二酸化炭素を、噴射スプレーノズルおよび開口部を介して上記所定の圧力で供給することにより、二酸化炭素噴射スプレーまたはスノーを生成し、適用するのに使用することができる。二酸化炭素スノーを生成および適用する手段と、許容ＣＯ２クリーニング・プロセッシングアセンブリの例は、米国特許５，３１５，７９３号特許「噴射スプレーによる精密洗浄システム」、および米国特許５，３２６，５６０号特許「環境管理装置」に詳細に説明されている。これら米国特許は本発明の譲受人に譲渡されており、その開示内容は本明細書に組み込まれて開示の一部をなす。これらの特許はクリーニングアセンブリを開示しているが、本発明の処理のためにも用いることができる。
【００１９】
特に、本発明におけるプロセスは、ＥＣＯ−ＳＮＯＷ（商標）  ＣＯ２  Ｊｅｔ  Ｓｐｒａｙ  Ｓｙｓｔｅｍの、特に譲受人のＥＣＯ−ＳＮＯＷ（商標）  ＡＣＳ  １６００  Ｊｅｔ  Ｓｐｒａｙ  Ｓｙｓｔｅｍを用いてテストされた。テストの間、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）ウエーハは摂氏６０度に維持された。テストされたウエーハは、０．９７ミクロン厚近傍のフォトレジスト層と、チタン（２５０Ａｎｇ）、プラチナ（５００Ａｎｇ）、金（５２００Ａｎｇ）からなる金属層を含むものである。
【００２０】
図１および図２に示すように、基板１２は、好ましくはクリーニングアセンブリ（図示せず）に配置される。スノースプレーを噴射するノズル開口部アセンブリ１９は、基板表面およびその金属薄膜層１４に向けられ、好ましくは３０度の角度にされる。この角度は１０度から４０度の範囲で変動しうる。二酸化炭素スプレー２０は、金属薄膜層１４とフォトレジスト層１０との間の熱膨張係数の不一致を引き起こし、フォトレジスト層１０から金属層の一部１４ａを脱着させる。スプレー２０のガス粒子と脱着された金属層部分１４ａとの間の運動量移動により、フォトレジストの表面から脱着された金属部分１４ａが掃き払われる。図３および図４は、リフトオフパターンニング処理の対象となるテストウエーハ３０の顕微鏡写真である（導体部分１６、金属１４およびフォトレジスト層１０を含む）。図４は、二酸化炭素スノースプレーの初期剥離動作を示し、フォトレジスト層１０の上層の金属層１４の一部が除去されている。
【００２１】
二酸化炭素スノーの継続的適用は、フォトレジスト層に熱衝撃をもたらし、金属層１４の初期剥離の後、あらゆる金属部分に多数のクラックを引き起こす。典型的には、これらの多数のクラックは、スプレーが好ましくは向けられる金属端部３４に発生する。二酸化炭素ストリームは好ましくは３０度の角度で残りの金属層のクラックに向けられ、金属の残り部分の前記剥離およびフォトレジスト部分の除去開始を引き起こす。図５は、本発明のプロセスを用いて金属層が除去された後のテストウエーハ３０の一部の顕微鏡写真である。さらに二酸化炭素スノーを継続的に適用することにより、二酸化炭素スノーがフォトレジスト層１０に侵入し、金属化プロセス中に成長した交差結合層が除去される。
【００２２】
フォトレジスト層１０ａの残りの部分は、残りすべてのフォトレジスト部分を完全に除去するアセトンのような単純化学剥離剤であるフォトレジスト剥離剤により除去することができる。これは、少なくとも二酸化炭素スプレーをさらに適用することにより部分的に実現される。図６は、二酸化炭素スプレー適用後で残留フォトレジストの化学剥離後のテストウエーハの金属化されたウエーハ表面を示す。フォトレジストはまた、当業者に基板表面上への再凝縮を起こさないものとして知られているプロセスであるドライアッシングによって実現することもできる。事実、このドライアッシングプロセスはフォトレジスト剥離として用いられ、完全に乾燥状態であるので処理を効率よくすることができる。
【００２３】
従来知られているウエーハ洗浄プロセスとは対照的に、上記の全プロセス中に、基板は好ましくは摂氏約６０度に熱せられ、二酸化炭素スプレーイング除去の全プロセス中に、ヒーター、上記テストケースにおいては７５０ワット電気ヒーターによって前記温度が維持され、基板上への一定の熱供給源として維持される。上昇温度に温度維持することにより、ウエーハ上に直接配置された金属導体部分の破壊を引き起こすことなく、フォトレジスト上の金属薄膜のクラッキングを発生させ、脱着させることができる。もしウエーハが摂氏３０度から１００度の範囲に温度維持されていれば、金属薄膜の選択的除去は効果的に行える。温度上昇することなく、薄膜層の選択的除去は効率的には行えない。もしフォトレジスト層と金属層との間の熱膨張の相違が、二酸化炭素噴射スプレー温度と基板温度が摂氏１００度の範囲で相違する条件下で、著しく拡大するならば、選択的除去は効率的に行えることになる。
【００２４】
本発明の好適なプロセスの対象となるテストウエーハは、上記の金属薄膜除去プロセス中、金属導体部分がそのまま、損傷なく維持されることを示している。例えば、図７および図８の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真は、本発明のプロセスの対象となるテストウエーハ上の金導体部分３６に損傷がないことを示している。
【００２５】
さらに、好適なプロセスによれば、脱着され、剥離された金属部分は、除去および処分のための高性能微粒子エアフィルタ（ＨＥＰＡ）またはウルトラロー微粒子エアフィルタ（ＵＬＰＡ）によって収集されてもよい。同様に、フォトレジスト層は、二酸化炭素スプレーによって除去されてもよい。
【００２６】
上記開示は、好適な実施例の一例に過ぎない。本発明の多様な変形例は、当技術分野の当業者に自明であり、かかる自明な変形例は、明示的に開示されているか否かによらず、上記に開示され、クレームされた発明の範囲内である。
【００２７】
例えば、例えば亜酸化窒素、アルゴン、キセノンなどの低温材料を、本発明の実施における二酸化炭素に換えて用いてもよい。処理される基板の温度は、導体部分をそのままに維持しながら金属薄膜層の選択的除去をすることができるあらゆる方法により操作されてよい。ここで開示されたＥＣＯ−ＳＮＯＷウエーハ洗浄システムに限らず、あらゆる装置が、必要な低温スプレーをもたらすために用いられてよい。本発明のプロセスは、多様な金属、例えば金、銀、プラチナ、チタンおよび銅などに効果的に作用することが実証されており、半導体製造技術分野の当業者に知られたあらゆる適当な金属からなる薄膜層を除去するのに用いることができる。本発明のプロセスは、さらに、ネガティブ成長、ポジティブ成長、“Ｌｏｗ  Ｋ”フォトレジスト層および半導体製造技術分野の当業者に知られるあらゆる他の許容されるフォトレジスト層に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
金属化ステップの後の典型的なパターンニングされたウエーハの概略図である。
【図２】
典型的なパターンニングされたウエーハの金属層への二酸化炭素スプレーの適用と、金属薄膜層の脱着の初期段階を示す概略図である。
【図３】
本発明の好適なプロセスを適用する前の、金属化の後のウエーハを示す顕微鏡写真である。
【図４】
本発明の好適なプロセスを用いて、二酸化炭素スノースプレーによるフォトレジスト上部の金属層の一部の剥離動作を示す顕微鏡写真である。
【図５】
本発明の好適なプロセスを適用することにより露出したアンダーカット領域を示す顕微鏡写真である。
【図６】
本発明の好適なプロセスの適用および残留フォトレジストの化学剥離の後のウエーハを示す顕微鏡写真である。
【図７】
本発明の好適なプロセスの適用の後に、デバイスに損傷がないことを示す金導体部分の端部の走査電子顕微鏡写真である。
【図８】
本発明の好適なプロセスが適用される金導体部分の端部の走査電子顕微鏡写真である。
【国際公開パンフレット】
2004521482.tif 000003
2004521482.tif 000004
2004521482.tif 000005
2004521482.tif 000006
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2004521482.tif 000011
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2004521482.tif 000014
2004521482.tif 000015
2004521482.tif 000016
2004521482.tif 000017
2004521482.tif 000018
2004521482.tif 000019
【国際調査報告】
2004521482.tif 000020
2004521482.tif 000021
2004521482.tif 000022