JP2019004095A - 試料基板の処理方法、及び試料基板の搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空処理装置の内部を汚損させることなく、かつ簡易な方法で低コストに、任意の形状の試料基板に対して処理を行うことが可能な試料基板の処理方法を提供する。【解決手段】支持基板を載置する基板ステージを備えた真空処理装置を用いて、試料基板の処理を行う試料基板の処理方法であって、前記支持基板の一主面にフォトレジストを塗布してレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層を介して前記支持基板に前記試料基板を貼着する貼着工程と、前記試料基板を貼着した前記支持基板を前記基板ステージに載置する載置工程と、前記ウェハ処理装置を用いて前記試料基板に対して処理を行う試料基板処理工程と、前記試料基板を前記レジスト層から剥離させる剥離工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図３

Description

この発明は、試料基板を真空処理装置に導入して処理を行う試料基板の処理方法、及び試料基板の搬送方法に関する。

炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、また、バンドギャップが３倍大きく、さらに、熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。そのため、炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。

こうした炭化珪素（ＳｉＣ）などの半導体基板を真空処理装置を用いて半導体プロセスで処理（加工）する際に、被処理物が通常のウェハサイズと異なる小片のサンプルなどの場合、通常のウェハサイズの被処理物を載置する構成のステージに直接導入することができない。

このため、従来、通常のウェハサイズと異なる小片のサンプルを真空処理装置のステージに導入する際には、粘着テープを用いてＳｉウェハの一主面側に小片のサンプルを貼り付けてから真空処理装置に導入する方法が考えられる。
また、Ｓｉウェハの一主面側に真空オイルを塗布し、この真空オイルを接着層として用いて小片のサンプルを貼り付ける方法も考えられる。
更に、小片のサンプルが動かないように支持することが可能な専用のトレイなどを用いて真空処理装置に導入する方法も考えられる。

しかしながら、粘着テープを用いてＳｉウェハに小片のサンプルを貼り付ける方法では、真空処理装置によってサンプルに半導体プロセスなどの処理を行うと、粘着テープの成分が真空処理装置内に放出されてステージを汚損させ、また、粘着テープが収縮するなどして加工後にＳｉウェハから小片のサンプルを剥離させることが困難になるという課題があった。
また、真空オイルを接着層として用いた場合、真空オイルの流動性が高いためにＳｉウェハのエッジ部分から真空オイルが漏れだし、真空処理装置内を汚損させる懸念がある。

また、小片のサンプルに適合した専用のトレイを用いる場合、用いる素材としてＳｉやＳｉＣに限られるため、こうした素材を用いてサンプルの形状ごとに専用のトレイを作成することはコストが高く現実的ではない。また、専用のトレイの厚みが厚い場合、搬送に特別な機構が必要になり、また、熱伝導性が低くなるので温度差によってサンプルに形成したパターンが崩れたりするなどの課題がある。一方で専用のトレイの厚みが薄い場合、半導体プロセスのドライエッチングによってトレイ自体もエッチングされるため、破損しやすいという課題がある。

このため、例えば、特許文献１では、粘着テープなどの樹脂シートからの成分の放出を抑制するために、樹脂シートに載置された加工後のウェハが真空処理装置から搬出された後、真空処理装置内にプラズマを発生させて、加工時に飛散した樹脂シートの成分を除去する方法が開示されている。

特開２０１７−０５４８５３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明は、ウェハに樹脂シートを貼り付けた構成であるものの、樹脂シートを介してサンプルウェハを固定するものでは無い。真空処理装置内を汚損させずに、かつ低コストで様々な形状のサンプルウェハに対して半導体プロセスなどの処理を行う方法が望まれている。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、真空処理装置の内部を汚損させることなく、かつ簡易な方法で低コストに、任意の形状の試料基板に対して処理を行うことが可能な試料基板の処理方法、及び試料基板の搬送方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の試料基板の処理方法は、以下の構成を有する。
支持基板を載置する基板ステージを備えた真空処理装置を用いて、試料基板の処理を行う試料基板の処理方法であって、前記支持基板の一主面にフォトレジストを塗布してレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層を介して前記支持基板に前記試料基板を貼着する貼着工程と、前記試料基板を貼着した前記支持基板を前記基板ステージに載置する載置工程と、前記ウェハ処理装置を用いて前記試料基板に対して処理を行う試料基板処理工程と、前記試料基板を前記レジスト層から剥離させる剥離工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の試料基板の処理方法によれば、真空処理装置の基板ステージが支持可能な基板形状とは異なる任意の形状の試料基板に対して加工処理を行う際に、基板ステージが支持可能な基板形状である支持基板に、フォトレジストからなるレジスト層を介して試料基板を貼着することによって、真空処理装置の内部を汚損することなく、試料基板に対して加工処理（真空処理）行うことが可能になる。

また、こうした本発明の試料基板の処理方法は、半導体プロセスとして多用されるフォトレジストを、支持基板と試料基板との間に形成するだけなので、簡易な工程で低コストに試料基板を支持基板に貼着させることができる。

また、本発明は、前記貼着工程と前記載置工程との間に前記試料基板を貼着した前記支持基板を加熱する加熱工程をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記試料基板処理工程は、前記試料基板に向けて電子ビームまたは集束イオンビームを照射してドライエッチングを行う工程であることを特徴とする。

また、本発明は、前記剥離工程は、アッシング処理、ＳＰＭ処理、有機洗浄処理のうち、少なくともいずれか１つを用いて前記支持基板から前記試料基板を剥離させることを特徴とする。

また、本発明は、前記貼着工程では、前記支持基板に形成された結晶方位を示すマークを利用して、前記支持基板の結晶方位と前記試料基板の結晶方位とが合致するように貼着させることを特徴とする。

また、本発明は、前記試料基板は前記支持基板よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明は、前記試料基板は不定形であることを特徴とする。

また、本発明の試料基板の搬送方法は、以下の構成を有する。
支持基板を載置する基板ステージを備えた真空処理装置を用いて、試料基板の処理を行う際の試料基板の搬送方法であって、前記支持基板の一主面にフォトレジストを塗布してレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層を介して前記支持基板に前記試料基板を貼着する貼着工程と、前記支持基板に前記試料基板を貼着した状態で前記試料基板を搬送する搬送工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、真空処理装置の内部を汚損させることなく、かつ簡易な方法で低コストに、任意の形状の試料基板に対して処理を行うことが可能な試料基板の処理方法、及び試料基板の搬送方法を提供することが可能になる。

本発明の試料基板の搬送方法を段階的に示した斜視図である。 本発明の試料基板の処理方法を段階的に示した断面図である。 本発明の試料基板の処理方法を段階的に示したフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の試料基板の処理方法、及び試料基板の搬送方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（試料基板の搬送方法）
図１は、本発明の試料基板の搬送方法を段階的に示した斜視図である。
本発明の試料基板（サンプル基板）の搬送方法によって、試料基板（サンプル基板）を搬送する際には、まず、搬送を行う搬送装置の搬送トレイに載置可能な形状の支持基板１１を用意する（図１（ａ）参照）。支持基板１１は、半導体ウェハ、例えば、ＳｉウェハやＳｉＣウェハが用いられる。本実施形態では、Ｓｉウェハを用いている。こうした支持基板１１は、結晶方位を合わせるためのオリエンテーション・フラット（オリフラ）やノッチなどのマーク１１ｓが形成されている。

次に、図１（ｂ）に示すように、支持基板１１の一主面１１ａ側にレジスト層１２を形成する（レジスト層形成工程）。レジスト層１２の形成に用いるフォトレジスト（感光性樹脂）は、ネガ型でもポジ型でもよい。また、フォトレジスト（感光性樹脂）は、感光光源として半導体レーザー、メタルハライドランプ、高圧水銀灯（ｇ線，ｈ線，ｉ線） エキシマレーザー、極端紫外線源、電子線源などの電磁波によって反応する物であればよい。用いるフォトレジストの粘度は、塗布方法に応じて最適な粘度のものを選択する。

こうしたレジスト層形成工程において支持基板１１の一主面１１ａ側にフォトレジスト（感光性樹脂）を塗布する方法としては、スピンコート、スリットコートなどの方法を用いることができる。本実施形態では、スピンコートによって支持基板１１の一主面１１ａ側に均一な厚みのレジスト層１２を形成している。

次に、図１（ｃ）に示すように、支持基板１１の一主面１１ａ側に形成したレジスト層１２を介して、支持基板１１に試料基板（サンプル基板）１３を貼着させる（貼着工程）。本実施形態では、試料基板１３は、支持基板１１よりも小さい形状、例えば円板を４分割した形状（小片）のＳｉＣ基板である。こうした試料基板（サンプル基板）１３を支持基板１１に貼着させる際には、試料基板１３の貼着面１３ａ側にも少量のフォトレジストを塗布しておくことも好ましい。

また、試料基板（サンプル基板）１３を支持基板１１に貼着させる際には、試料基板（サンプル基板）１３の結晶方位が容易に分かるように、支持基板１１のマーク１１ｓに合わせて試料基板（サンプル基板）１３をレジスト層１２に押し付けることが好ましい。例えば、支持基板１１の結晶方位と試料基板１３の結晶方位とが合致するように貼着させる。支持基板１１のマーク１１ｓに合わせて試料基板（サンプル基板）１３を固定することにより、搬送装置を用いて搬送を行った後に、例えば真空処理装置で処理を行う際に、真空容器中で支持基板１１のマークを利用して、試料基板（サンプル基板）１３を所定の方向に合わせてセットすることができる。

そして、この貼着工程Ｓ２を経た、支持基板１１の一主面１１ａ側に形成したレジスト層１２を介して試料基板（サンプル基板）１３を貼着させたものを、搬送装置の搬送トレイに載置して搬送する（搬送工程）。これによって、支持基板１１の搬送に最適化された搬送トレイをそのまま用いて、支持基板１１とは形状の異なる、例えば不定形の試料基板（サンプル基板）１３を容易に搬送することができ、試料基板（サンプル基板）１３の形状に合わせた別な搬送トレイなどを用意する必要が無い。

（試料基板の処理方法）
図２は、本発明の試料基板の処理方法を段階的に示した断面図である。また、図３は、本発明の試料基板の処理方法を段階的に示したフローチャートである。
以下、試料基板（サンプル基板）１３の処理方法として、ＳｉＣ基板（試料基板）の表面の一部をドライエッチングで除去する処理である場合について説明する。試料基板（サンプル基板）１３には、予め、表面に酸化膜とドライエッチングで除去する部分に対応するパターンが除去されたレジスト膜が形成されている。

試料基板（サンプル基板）１３の作成は、公知の技術で作製することができる。すなわち、ＳｉＣ基板の表面にプラズマＣＶＤなどを使ってＳｉＯ_２等の酸化膜を形成する。この場合は全面に酸化膜を形成するので、酸化膜形成装置中の位置精度は問われないため、通常の方法で行うことができる。さらに、フォトリソグラフィー技術を用い、レジスト塗布、露光、現像・リンス、ポストベークにより、ドライエッチングで除去する部分のレジストが除去されたレジスト膜を、酸化膜上に形成する。

次に、図２（ａ）に示すように、支持基板１１に支持基板１１の一主面１１ａ側にレジスト層１２を形成する（レジスト層形成工程Ｓ１）。このレジスト層形成工程Ｓ１の詳細は、前述した試料基板の搬送方法におけるレジスト層形成工程と同様である。
次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト層１２が塗布され支持基板１１の上に、酸化膜１４とレジスト膜１５とが予め形成された試料基板（サンプル基板）１３を、レジスト層１２を介して貼り付ける（貼着工程Ｓ２）。この貼着工程Ｓ２の詳細は、前述した試料基板の搬送方法における貼着工程と同様である。こうした貼着工程Ｓ２においては、試料基板の搬送方法で説明したように、支持基板１１のマークに合わせて試料基板（サンプル基板）１３を固定することが好ましい。

次に、試料基板（サンプル基板）１３と支持基板１１とをレジスト層１２を介して貼着した被処理体Ｍに対して加熱処理（プリベーキング）を行う（加熱工程Ｓ３）。ここでいうプリベーキングとは、塗布されたレジストから溶媒を除去するために行なう熱処理で、熱処理温度は、感光性材料が熱分解しない程度の低温で行う。なお、本発明の試料基板の処理方法では、こうした加熱工程Ｓ３を省略することもできる。

この加熱工程Ｓ３における加熱温度および加熱時間は、使用したレジストのデータシート等で示されるプリベーキングの推奨条件合わせて設定すればよい。これにより、レジスト膜中の揮発成分を除去して、真空処理装置内で処理する時のアウトガスを抑制することにより汚染を防止できる。また、レジスト層１２の粘度が向上する為、試料基板（サンプル基板）１３をより強固に支持基板１１に固定することができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、加熱工程Ｓ３を行った被処理体Ｍを真空処理装置２０のステージ（基板ステージ）２１に載置する（載置工程Ｓ４）。ステージ（基板ステージ）２１は、例えば、支持基板１１を位置ズレすることなく支持できる形状に形成されている。

そして、この真空処理装置２０内で電子ビームや集束イオンビームを試料基板（サンプル基板）１３に向けて照射し、試料基板（サンプル基板）１３に対してエッチングレジスト層１５をマスクとして半導体プロセスに基づく加工処理、例えばドライエッチングを行う（試料基板加工工程Ｓ５）。

試料基板加工工程Ｓ５においては、真空環境での使用を想定したフォトレジストを用いたレジスト層１２によって、試料基板（サンプル基板）１３を支持基板１１に貼着しているので、粘着テープなどのように、樹脂成分が離脱して真空処理装置２０内に拡散して汚損させたり、レジスト層１２が真空中で収縮して試料基板（サンプル基板）１３や支持基板１１に固着してしまうこともない。また、レジスト層１２を構成するフォトレジストは、オイルなどと比較して粘度が高いため、試料基板加工工程Ｓ５においてレジスト層１２がステージ（基板ステージ）２１から流出したりすることもない。

次に、図２（ｄ）に示すように、レジスト層１２を剥離させて支持基板１１と試料基板（サンプル基板）１３とを分離させる（剥離工程Ｓ６）。この剥離工程では、アッシング処理、ＳＰＭ処理、有機洗浄処理のうち、少なくともいずれか１つ、またはこれらを組み合わせて、支持基板１１の一主面１１ａ側および試料基板１３の貼着面１３ａ側からレジスト層１２を剥離させる。特に、ＳＰＭ処理、有機洗浄処理及びこれらの一つを含む組み合わせ処理が、試料基板（サンプル基板）１３と支持基板１１の接着部分の除去を速く確実に行うことができるので好ましい。

剥離工程Ｓ６の一例であるアッシング処理は、オゾン、酸素などのガスを導入し、紫外線などの光をガスまたはウエーハに照射し、ガスとフォトレジストとの化学反応によりフォトレジストを剥離する光励起アッシングや、酸素ガスを高周波などによりプラズマ化させ、そのプラズマを利用してフォトレジストを剥離するプラズマアッシングなどを用いることができる。

また、剥離工程Ｓ６の一例であるＳＰＭ処理は、硫酸と過酸化水素水を混合し、更に加熱することによって、フォトレジスト、および金属不純物などの残渣を除去するものであ る。
更に、剥離工程Ｓ６の一例である有機洗浄処理は、フォトレジストを溶解可能な有機溶媒を用いて、フォトレジストを溶解除去するものである。

以上の各工程を経て、試料基板（サンプル基板）１３に対して、半導体プロセスに基づく加工処理、例えばドライエッチングを行った、加工後の試料基板（サンプル基板）１３Ａを得ることができる。
なお、剥離工程Ｓ６により、通常は試料基板（サンプル基板）１３の表面のレジスト層１５も同時に除去される。そのため、図２（ｄ）に示したように、試料基板（サンプル基板）１３は、酸化膜１４だけがＳｉＣ基板に着いた状態で剥離される。残った酸化膜１４は、例えば、フッ酸処理などで除去すればよい。

以上のように、本発明の試料基板の処理方法によれば、真空処理装置２０のステージ（基板ステージ）２１が支持可能な基板形状よりも小さい形状の試料基板（サンプル基板）１３に対して、半導体プロセスに基づく加工処理を行う際に、ステージ（基板ステージ）２１が支持可能な基板形状である支持基板１１に、フォトレジストからなるレジスト層１２を介して試料基板（サンプル基板）１３を貼着することによって、真空処理装置２０を汚損することなく、試料基板（サンプル基板）１３に対して半導体プロセスに基づく加工処理（真空処理）行うことが可能になる。

また、こうした本発明の試料基板の処理方法は、半導体プロセスとして多用されるフォトレジストを、支持基板１１と試料基板（サンプル基板）１３との間に形成するだけなので、簡易な工程で低コストに試料基板（サンプル基板）１３を支持基板１１に貼着させることができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１…支持基板
１２…レジスト層
１３…試料基板（サンプル基板）
２０…真空処理装置

Claims (8)

1. 支持基板を載置する基板ステージを備えた真空処理装置を用いて、試料基板の処理を行う試料基板の処理方法であって、
   前記支持基板の一主面にフォトレジストを塗布してレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
   前記レジスト層を介して前記支持基板に前記試料基板を貼着する貼着工程と、
   前記試料基板を貼着した前記支持基板を前記基板ステージに載置する載置工程と、
   前記ウェハ処理装置を用いて前記試料基板に対して処理を行う試料基板処理工程と、
   前記試料基板を前記レジスト層から剥離させる剥離工程と、
   を備えたことを特徴とする試料基板の処理方法。
2. 前記貼着工程と前記載置工程との間に前記試料基板を貼着した前記支持基板を加熱する加熱工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の試料基板の処理方法。
3. 前記試料基板処理工程は、前記試料基板に向けて電子ビームまたは集束イオンビームを照射してドライエッチングを行う工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の試料基板の処理方法。
4. 前記剥離工程は、アッシング処理、ＳＰＭ処理、有機洗浄処理のうち、少なくともいずれか１つを用いて前記支持基板から前記試料基板を剥離させることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項に記載の試料基板の処理方法。
5. 前記貼着工程では、前記支持基板に形成された結晶方位を示すマークを利用して、前記支持基板の結晶方位と前記試料基板の結晶方位とが合致するように貼着させることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項に記載の試料基板の処理方法。
6. 前記試料基板は前記支持基板よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一項に記載の試料基板の処理方法。
7. 前記試料基板は不定形であることを特徴とする請求項１ないし６いずれか一項に記載の試料基板の処理方法。
8. 支持基板を載置する基板ステージを備えた真空処理装置を用いて、試料基板の処理を行う際の試料基板の搬送方法であって、
   前記支持基板の一主面にフォトレジストを塗布してレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
   前記レジスト層を介して前記支持基板に前記試料基板を貼着する貼着工程と、
   前記支持基板に前記試料基板を貼着した状態で前記試料基板を搬送する搬送工程と、
   を備えたことを特徴とする試料基板の搬送方法。

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