レジスト除去とは何か？どのような方法があるのか？

この記事で分かること

レジスト除去

　半導体の重要性が増す中で、前工程装置は世界的に成長が続いています。

　https://optronics-media.com/news/20250414/99245/

　特に中国は米中対立もあり、大幅な投資増加が続いています。今後も先端技術を駆使した半導体の需要増加と従来技術による成熟プロセスともにその重要性は増加するとみられています。

　今回はレジスト除去についての解説となります。

半導体の前工程とは

　半導体の前工程とは、シリコンウェハ上にトランジスタや配線などの微細な回路を形成する一連のプロセスのことです。ウェハを素材として、集積回路を作り込んでいく、半導体製造の最も重要な部分と言えます。非常に多くの精密な工程を経て、最終的な半導体チップの機能が決まります。

主な前工程は以下の通りです。

ウェハ準備

　シリコンインゴットの製造: 高純度のシリコンを溶解し、種結晶を用いて単結晶のシリコンインゴットを育成します。

• スライス: インゴットを薄い円盤状（ウェハ）にスライスします。
• 研磨: ウェハ表面を平坦かつ滑らかに研磨します。
• 洗浄: ウェハ表面の微細な異物や汚れを徹底的に除去します。

成膜

　ウェハ表面に、酸化膜、窒化膜、金属膜など、様々な薄膜を形成します。

• 成膜方法には、CVD（化学気相成長法）、スパッタリング（物理気相成長法）、ALD（原子層堆積法）などがあります。

フォトリソグラフィ

　ウェハ表面に感光材（フォトレジスト）を塗布します。

• 回路パターンが描かれたマスク（フォトマスク）を通して紫外線を照射し、レジストにパターンを焼き付けます。
• 現像液で不要なレジストを除去し、ウェハ上に回路パターンを形成します。

エッチング

　フォトリソグラフィでパターン形成されたレジストをマスクとして、露出した成膜を除去し、ウェハに回路パターンを転写します。

• エッチングには、液体を用いるウェットエッチングと、プラズマを用いるドライエッチングがあります。

不純物導入（ドーピング）

　半導体特性を持たせるために、リンやボロンなどの不純物をウェハ中に注入します。

• イオン注入法などが用いられます。

平坦化（CMP: Chemical Mechanical Polishing）

　表面の凹凸をなくし、平坦にするための処理です。

• 化学的な腐食と 研磨を同時に行います。

配線形成（メタライゼーション）

　形成されたトランジスタなどの素子間を金属配線で接続します。

• スパッタリングなどで金属膜を形成し、フォトリソグラフィとエッチングで配線パターンを作ります。

これらの工程を何度も繰り返し行うことで、複雑な集積回路がウェハ上に形成されます。前工程は、半導体の性能や品質を大きく左右する、非常に重要なプロセスです。

レジスト除去工程とは何か

　半導体製造の前工程では、微細な回路パターンをシリコンウェーハ上に形成するために、リソグラフィ技術が用いられます。リソグラフィでは、感光性の高分子材料であるレジストをウェーハ表面に塗布し、露光・現像することで目的のパターンを形成します。このレジストパターンは、エッチングやイオン注入などの次の工程におけるマスクとして機能します。

　これらのプロセスが完了した後、役目を終えたレジストは不要となるため、ウェーハ表面から完全に除去する必要があります。このレジスト除去工程は一般的にアッシング（Ashing）と呼ばれます。

レジスト除去の主な目的

• 不良低減と歩留まり向上: 不完全なレジスト除去は、デバイスの電気特性不良や歩留まり低下に直結します。
• 次工程への影響排除: 残留レジストは、次の成膜、エッチング、洗浄などの工程において、不純物源となったり、プロセスを阻害したりする可能性があります。
• 汚染防止: レジストに含まれる成分や、リソグラフィ工程で付着した不純物がウェーハに残ることを防ぎます。

レジスト除去にはどんな方法があるのか

　半導体前工程におけるレジスト除去には、大きく分けて以下の方法があります。

1. ドライアッシング（Dry Ashing）

　プラズマ中の活性種（ラジカル）を利用して、レジストを有機ガスとして揮発除去する方法です。

• プラズマアッシング:
  • 酸素プラズマアッシング: 最も一般的で、レジスト（有機物）と酸素ラジカルが反応して二酸化炭素（CO2）や水（H2O）などの揮発性ガスを生成し、除去します。
  • 水素プラズマアッシング: 水素を加えてプラズマを生成し、レジストを除去する方法もあります。特に、低ダメージでアッシングしたい場合や、残渣の低減に有効な場合があります。
  • RIE（Reactive Ion Etching）方式: 反応性ガスをプラズマ化し、化学反応と物理的なイオン衝撃の両方でレジストを除去します。異方性の高いエッチングが可能ですが、下地へのダメージリスクもあります。
  • ダウンストリームアッシング: プラズマ発生部とウェーハ処理部を分離することで、プラズマからのイオンや電子によるウェーハへのダメージを最小限に抑える方法です。
• オゾンアッシング:
  • オゾン（O3）に紫外線などを照射して酸素ラジカルを発生させ、レジストと反応させて除去する方法です。プラズマを使用しないため、荷電粒子によるダメージが少ないのが特徴です。
• その他（光・レーザー照射など）:
  • 紫外線などの光を照射してレジストの化学反応を促進させる方法や、レーザー光を照射してレジストを剥離する方法も研究されています。

2. ウェットストリップ（Wet Strip）

　薬液にウェーハを浸漬させることで、レジストを溶解・剥離する方法です。

• SPM処理 (Sulfuric Acid Hydrogen Peroxide Mixture):
  • 硫酸と過酸化水素水の混合液で、レジスト（有機物）を強力に酸化分解して除去します。高温で行われることが多く、レジストだけでなく金属不純物なども除去できます。
• 有機系剥離液:
  • アミン系、DMSO（ジメチルスルホキシド）系、NMP（N-メチル-2-ピロリドン）系などの有機溶剤を主成分とする剥離液で、レジストを溶解・膨潤させて除去します。SPMに比べて下地へのダメージが少ない場合が多いですが、除去能力はレジストの種類や残渣の有無によって異なります。
• アルカリ系剥離液:
  • 水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）などのアルカリ性溶液も使用されることがあります。
• フッ酸系溶液:
  • 特定の酸化膜などの下地層も同時に除去したい場合や、レジスト残渣に無機物が含まれる場合などに、ごく稀に用いられることがありますが、下地への影響が大きいため、非常に限定的です。

その他の関連する除去方法

• エッジリンス / バックリンス:
  • レジスト塗布時にウェーハの外周部分や裏面に付着した不要なレジストを除去する目的で行われます。主に溶剤を噴霧して除去します。

　これらの除去方法は、使用するレジストの種類、下地の材料、デバイス構造、求める除去性能（ダメージの低減、残渣の除去、均一性など）、生産性、コスト、環境負荷などを考慮して選択・最適化されます。特に微細化が進む現代の半導体製造では、下地へのダメージを抑えつつ、完全にレジストを除去する技術が非常に重要になっています。