JP4380942B2

JP4380942B2 - 基板処理装置

Info

Publication number: JP4380942B2
Application number: JP2001181392A
Authority: JP
Inventors: 真理亜荒木; 眞人田中
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: JP2002373882A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板、液晶表示器のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板、光ディスク用の基板等（以下、単に基板と称する）に処理液を供給して洗浄処理を施したり、塗布被膜が形成された基板に処理液を供給して被膜除去処理を施したりする表面処理用の基板処理装置に係り、特にオゾンを含む処理液を供給して基板に表面処理を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体デバイス製造のフォトリソグラフィ工程におけるフォトレジスト被膜剥離という処理においては、硫酸と過酸化水素水の混合液（CAROまたはSPMと呼ばれる）が用いられている。しかしながら、このような混合液は、劇物であるとともに高温で使用される関係上、安全性に多大な労力が払われている。さらに、この混合液は廃液処理が難しく、そのための費用や設備の負荷が大きい。また、近年、環境への配慮のために、簡便かつ安全なフォトレジスト被膜の剥離処理方法が求められている。
【０００３】
そこで最近注目されているのが、オゾンを純水に溶解してなるオゾン水の利用である。このオゾン水によれば、オゾンの溶解濃度が高いほどフォトレジスト被膜の剥離速度が速く、効果が高くなると言われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、オゾン水を単に利用するだけではフォトレジスト被膜の剥離速度が遅く、処理に時間がかかり過ぎるので現実的ではないという問題がある。そのため従来の処理をオゾン水による処理で置き換えることが困難になっている。
【０００５】
さらに、従来例に係る装置では、剥離処理と、水洗処理と、乾燥処理とが行なわれるが、剥離処理及び水洗処理と、乾燥処理とが別体の処理槽で処理されるようになっている。そのため装置をクリーンルーム内に設置する場合の占有面積が大きく、採算性を欠く面があるという問題もある。
【０００６】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、処理の反応速度を高めることにより被膜除去能力を向上させるとともに、乾燥処理を同一処理槽内で処理することにより装置の占有面積を小さくすることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、オゾンを溶解した第１の処理液を基板に作用させて基板に表面処理を施す基板処理装置において、第１の処理液及び純水からなる第２の処理液を貯留し、基板を浸漬させるための処理槽と、基板の温度を第１の処理液よりも高い所定温度に加熱する基板加熱ランプと、前記基板加熱ランプの下部に取り付けられ、基板に付着している第２の処理液を乾燥させる乾燥ランプと、基板を保持し、少なくとも前記処理槽内の第１の処理位置とその上方の第２の処理位置とにわたって相対移動可能である支持手段と、前記処理槽を囲う収容器とを備え、前記基板加熱ランプと前記乾燥ランプとが前記収容器の内壁に取り付けられ、かつ、前記処理槽の上部開口付近に配備されており、前記処理槽に第１の処理液を貯留した状態で、前記支持手段が第１の処理位置と第２の処理位置との間を反復移動する際に前記基板加熱ランプで基板の全面を加熱して表面処理を施し、前記処理槽に第２の処理液を貯留した状態で、前記基板加熱ランプをオフにするとともに前記乾燥ランプをオンし、前記支持手段が第１の処理位置から第２の処理位置に移動する際に、基板と第２の処理液面の界面付近に前記乾燥ランプを照射して第２の処理液を乾燥させることを特徴とするものである。
【０００８】
（削除）
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、前記基板加熱ランプと前記乾燥ランプとは、それぞれ平面視で前記処理槽の開口を挟んで対向配置された一対のランプを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の基板処理装置において、前記基板加熱ランプは、基板の温度を６０℃以上１００℃未満に加熱することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置において、前記基板加熱ランプは、加熱時に基板の全面にわたって光を照射することを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
請求項１に記載の発明の作用は次のとおりである。
すなわち、支持手段が基板を保持したまま処理槽内の第１の処理位置に相対移動し、処理槽内の第１の処理液に基板を浸漬する。次いで支持手段が第２の処理位置に相対移動する際に、基板加熱ランプによって基板の全面が加熱される。このように第１の処理位置と第２の処理位置との間を支持手段が反復移動することで、オゾン水を含む第１の処理液中への基板の浸漬と、基板の加熱とが交互に行なわれる。そして、処理槽内の第２の処理液としての純水に基板を浸漬し、基板を純水中から第２の処理位置へ移動する際に、基板加熱ランプをオフにするとともに乾燥ランプをオンし、基板加熱ランプの下部に取り付けられた乾燥ランプにより第２の処理液面と基板の界面を加熱することにより、基板に付着している第２の処理液を乾燥させる。第１の処理液の温度を基板の温度とほぼ同じにすることができるので第１の処理液による反応速度を高めることができる。しかも、第１の処理液の温度を積極的に上昇させているわけではないので、第１の処理液の温度上昇によるオゾンの溶存濃度の低下が防止できるとともに、基板を第２の処理位置に移動する際に乾燥ランプを照射するので、乾燥処理を施すことができる。
【００１３】
また、基板加熱ランプと乾燥ランプとは、処理槽を囲う収容器の内壁に取り付けられ、基板を加熱したり、基板に付着している第２の処理液を乾燥させたりする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、処理槽の開口を挟んで左右に対向配置された基板加熱ランプ及び乾燥ランプによって基板に対して光を照射する。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、基板の加熱時の表面温度は、処理速度や被膜などの処理対象によって設定すればよいが、例えば６０℃以上１００℃未満の範囲が好ましい。この範囲内であれば、第１の処理液中でオゾンによる被膜の剥離作用を効率的に生じさせることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、基板加熱ランプが基板の全面を覆うように光を照射することで、基板の全面にわたって均一に加熱することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図１はこの発明の一実施例に係り、基板に被着されたフォトレジスト被膜を剥離処理する基板処理装置の概略構成を示したブロック図である。
【００１８】
この基板処理装置は、剥離処理などの薬液処理と、純水による洗浄処理などとを基板Ｗに対して施す処理槽１が密閉チャンバ３内に配備されている。処理槽１の下部には、薬液、純水、あるいはそれらを含んだ処理液を供給する一対の処理液注入管５が取り付けられている。この処理液注入管５は、一端側が閉塞されているとともに、側面に多数の噴出孔５ａが並設されて、他端側から導入される液体を各噴出孔５ａから噴出する。これらの各噴出孔５ａが処理槽１内に望むように、処理液注入管５が処理槽１に対して取り付けられている。
【００１９】
処理液注入管５の他端部には、配管７を介して処理液供給部９が接続されている。この処理液供給部９は、純水と一種類以上の薬液とを選択的に切り換え、オゾンを含む第１の処理液と、純水だけからなる第２の処理液とを少なくとも供給可能に構成されている。
【００２０】
処理液供給部９は、ミキシングバルブ１１と開閉弁１３とを配管７に備え、さらに配管７に連通した純水供給源１５を備えている。ミキシングバルブ１１には、各種の薬液を供給する薬液配管１７ａ〜１７ｄが連通接続されているとともに、各配管に開閉弁１９ａ〜１９ｄが取り付けられている。
【００２１】
なお、本実施例においては、一例として上記の薬液配管１７ａ〜１７ｄにフッ化水素酸（ＨＦ）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）、オゾン（Ｏ_３）が供給される。
【００２２】
処理槽１の上部外周には、オーバーフロー槽２１が取り付けられている。このオーバーフロー槽２１は、処理槽１の上部から溢れた処理液（薬液、純水あるいはこれらの混合液からなる処理液）を受け止めて回収するものである。その底部には、排出口２１ａが形成されており、受け止められた処理液が開閉弁２３を備えた配管２５を介して排液される。
【００２３】
処理槽１の底部には、排液口２７が形成されている。この排液口２７は、開閉弁２９を備えた配管３１に連通されており、開閉弁２９を開放することで処理槽１内の処理液が排液される。
【００２４】
密閉チャンバ３は、本体部３ａと、この本体部３ａに対して開閉自在に構成された蓋部３ｂとを備える。本体部３ａに対して蓋部３ｂが開放された状態で基板Ｗの出し入れが行なわれる一方、蓋部３ｂが閉止された状態で密閉チャンバ３が密閉状態となる。
【００２５】
密閉チャンバ３の内部には、窒素ガスなどの不活性ガスとを噴射する一対のノズル３３が取り付けられている。この一対のノズル３３には、開閉弁３５を備えた配管３７を介して不活性ガス供給源３９が連通されている。開閉弁３５を開放することにより、密閉チャンバ３内が不活性ガスによりパージされるようになっている。
【００２６】
さらに密閉チャンバ３の底部には、排気口４１が配備されている。この排気口４１は、開閉弁４３を備えた配管４５を介して真空吸引源に連通されている。この排気口４１を介して密閉チャンバ３内の気体を吸引して、処理によっては密閉チャンバ３内を減圧する。
【００２７】
密閉チャンバ３内には、複数枚の基板Ｗを一定の間隔で整列して支持する基板支持機構４７が配備されている。この基板支持機構４７は、基板Ｗの下縁を当接支持するための支持部材４７ａを下部に備えており、図示しない昇降機構によって昇降可能である。
【００２８】
本発明の支持手段に相当する基板支持機構４７は、処理槽１内に処理液が貯留した状態で基板Ｗが完全に浸漬される第１の処理位置Ｐ１（図１に示す基板支持機構４７の位置）と、この第１の処理位置の上方にあたる第２の処理位置Ｐ２との間を移動可能である。なお、フォトレジスト被膜の剥離処理時には、第１の処理位置Ｐ１と第２の処理位置Ｐ２との間を基板支持機構４７が所定の時間間隔で反復移動するようになっている。また、純水洗浄処理が終了して、基板支持機構４７を引き上げる際には、第１の処理位置Ｐ１から第２の処理位置Ｐ２へ比較的低速で上昇するように制御される。
【００２９】
第２の処理位置Ｐ２の高さであって、密閉チャンバ３の本体部３ａ内壁には、基板加熱ランプ５１が取り付けられている。本実施例では、効率的に光を照射するため、一対の基板加熱ランプ５１が、平面視で処理槽１の上部開口を挟んで対向配置され、上下方向に二段に配置されている。つまり、二対の基板加熱ランプ５１が対向して取り付けられている。基板加熱ランプ５１は、例えば、棒状のハロゲンランプであり、出力が３ｋＷ、波長が１．３〜３ミクロンμｍ、照射角度が三段階に調節可能なものである。基板加熱ランプ５１の照射角度と照射範囲は、第２の処理位置Ｐ２に基板Ｗが位置している際に、基板Ｗの全面に対して光が照射されるように調節されていることが好ましい。このように調節しておくことにより、基板Ｗの全面を均一に加熱できるので、処理を基板Ｗの全面に均一に施すことができる。
【００３０】
基板加熱ランプ５１による昇温時の基板Ｗの表面温度は、処理速度やフォトレジスト被膜などの処理対象に応じて設定すればよいが、６０℃以上１００℃未満の範囲であることが好ましく、より好ましくは約８０℃であることが好ましい。この温度に設定することにより、第１の処理液に含まれているオゾンによる剥離作用を効率的に生じさせることができるので、効率的に表面処理を施すことができる。
【００３１】
基板加熱ランプ５１の下部には、乾燥ランプ５３が取り付けられている。その取り付け位置は、処理槽１の上部開口付近であって、基板Ｗの引き上げ時における第２の処理液と基板Ｗとの界面付近にその光が照射されるように調整されている。本実施例における乾燥ランプ５３は、上述した基板加熱ランプ５１と同じランプを採用している。
【００３２】
次に、図１及び、動作説明図である図２ないし図６を参照しながら、上記のように構成された基板処理装置による動作について説明する。なお、以下の説明においては、フォトレジスト被膜が被着された基板Ｗに対して剥離処理を施すことを例に採って説明する。また、薬液供給のための開閉弁１９ａ〜１９ｄは全て閉止されているものとする。
【００３３】
まず、図２に示すように、密閉チャンバ３の蓋部３ｂを開放し、図示しない搬送機構から、第２の処理Ｐ２に上昇している基板支持機構４７に対して複数枚の基板Ｗを載置する。基板Ｗが載置されると、蓋部３ｂが閉められて密閉チャンバ３が閉塞される。
【００３４】
次に、開閉弁１３が開放され、処理槽１内に純水が供給されて満たされる。さらに純水の上昇液流が形成されたまま基板保持機構４７が下降され、純水の上昇液流中に基板Ｗが浸漬される（図３）。あるいは、複数枚の基板Ｗが基板保持機構４７とともに処理槽１内に下降された後、開閉弁１３を開放して純水を処理槽１内に満たすとともに、上昇液流を形成する。
【００３５】
なお、このとき開閉弁２３は開放された状態であり、処理槽１の上部から周囲にあふれ出た純水は、オーバーフロー槽２１で受け止められて回収され，回収された純水は配管２５を介して排液される。
【００３６】
上記のように純水による上昇液流が形成された状態で、処理液供給部９の開閉弁１９ｄを開放し、予め決められた流量でオゾンを薬液配管１７ｄに流し込む。これにより処理槽１にはオゾンを含む純水が第１の処理液として供給されることになる。この状態を所定時間だけ維持すると、処理槽１内の純水が、オゾンを含んだ第１の処理液によって置換される。
【００３７】
処理槽１内の純水が第１の処理液により置換された後、基板保持機構４７を第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２にわたって反復して昇降移動させる。このときの速度は、秒速数センチ程度であり、第２の位置Ｐ２にて所定時間停止し、所定の温度に加熱した後に再び第１の処理位置Ｐ１に下降する。すなわち、図３と図４の状態を所定時間の間だけ繰り返す。なお、当然のことながら、この処理の前に、予め基板加熱ランプ５１を点灯して安定させておく。
【００３８】
上記のような処理を所定時間だけ行うことにより、基板Ｗに対して所定の剥離処理が施される。このように第１の処理位置Ｐ１と第２の処理位置Ｐ２との間を基板支持機構４７が反復移動することで、オゾン水を含む第１の処理液中への基板Ｗの浸漬と、基板Ｗの加熱とが交互に行なわれる。これにより第１の処理液の温度を基板Ｗの温度とほぼ同じにすることができるので第１の処理液による反応速度を高めることができ、フォトレジスト被膜の除去能力を向上させることができる。しかも、オゾンを含む第１の処理液の温度は積極的には上昇されていないので、第１の処理液の温度上昇に伴うオゾンの溶存濃度の低下を防止できる。
【００３９】
所定時間の剥離処理が終了すると、開閉弁１９ｄを閉止して薬液配管１７ｄからミキシングバルブ１１にオゾンが注入されるのを停止する。これにより処理槽１には第２の処理液である純水だけが供給されることになり、一定時間後には処理槽１内が純水に置換される。これを所定時間維持することにより、基板Ｗに付着した第１の処理液を純水によって洗い流す純水洗浄処理が終了する。
【００４０】
次に、基板加熱ランプ５１をオフにし、乾燥ランプ５３をオンにする。そして、乾燥ランプ５３の照射が十分に安定した時点で、上述した反復昇降よりも低速で基板支持機構４７を第２の位置にまで上昇させる（図５）。
【００４１】
基板Ｗと純水面との界面付近には乾燥ランプ５３の光が照射されているので、第２の処理位置に移動する際に、基板Ｗに付着している純水が乾燥され、基板Ｗに対する乾燥処理が行なわれる。したがって、同一の基板処理装置内でフォトレジスト被膜の剥離処理と乾燥処理を完結させることができ、別体の乾燥用の装置が不要となる。そのため基板処理装置の占有面積を小さくすることができる。
【００４２】
次に、乾燥ランプ５３をオフにするとともに、開閉弁２９を開放して処理槽１内の純水を排液する（図６）。これにより基板Ｗに対するフォトレジスト被膜の剥離処理が完了する。
【００４３】
なお、基板Ｗを密閉チャンバ３内に搬入して、第２の処理位置Ｐ２に位置させた際に、開閉弁４３を開放して密閉チャンバ３内を真空吸引して減圧するとともに、開閉弁３５を開放して不活性ガスをノズル３３から密閉チャンバ３へ供給するパージを行なうようにしてもよい。
【００４４】
＜参考例＞
上記の実施例装置では基板加熱ランプ５１と乾燥ランプ５３を密閉チャンバ３の内壁に取り付けているが、参考例として図７に示すような構成を示す。
【００４５】
すなわち、基板支持機構４７と同様に昇降可能に構成されたランプ保持部６１を備え、一対のランプハウス６３に、二対の基板加熱ランプ５１と乾燥ランプ５３を傾斜姿勢で対向して取り付けるようにしてもよい。そして、基板Ｗの加熱時には図７に示す第２の位置Ｐ２付近に位置させ、基板保持機構４７とともに上昇した基板Ｗを加熱する。また、基板Ｗの乾燥時には、ランプハウス６３を処理槽１の液面近くにまで下降させるとともに、基板支持機構４７を比較的低速で上昇させる。このとき基板支持機構４７は、一対のランプハウス６３の間を通って上昇するようにランプハウス６３を構成しておく。
【００４６】
なお、本発明は次のように変形実施が可能である。
【００４７】
（１）上記の説明では、基板Ｗが基板支持機構４７とともに第１の処理位置Ｐ１と第２の処理位置Ｐ２との間を昇降移動しているが、処理槽１と基板加熱ランプ５１及び乾燥ランプ５３を密閉チャンバ３内で昇降させて、基板Ｗを相対的に第１の処理位置Ｐ１と第２の処理位置Ｐ２に移動させるように構成してもよい。
【００４８】
（２）上記の実施例では、基板加熱ランプ５１と乾燥ランプ５３とを処理に応じて切り換えているが、加熱時も乾燥時も全てのランプを点灯するようにしてもよい。
【００４９】
（３）上記の説明ではフォトレジスト被膜の剥離処理を例に採って説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、エッチング・洗浄・乾燥処理などであっても適用可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、第１の処理位置と第２の処理位置との間を支持手段が反復移動することで、オゾン水を含む第１の処理液中への基板の浸漬と、基板の加熱とが交互に行なわれる。これにより第１の処理液の温度を基板の温度とほぼ同じにすることができるので第１の処理液による反応速度を高めることができ、被膜除去能力を向上させることができる。しかも、第１の処理液の温度を積極的に上昇させているわけではないので、第１の処理液の温度上昇によるオゾンの溶存濃度の低下が防止できる。さらに、基板を第２の処理位置に移動する際に、基板加熱ランプをオフにするとともに乾燥ランプをオンすることで、基板加熱ランプの下部に取り付けられた乾燥ランプにより乾燥処理も行なうことができる。したがって、同一の基板処理装置内で処理を完結させることができ、別体の乾燥用の装置が不要となる。よって、装置の占有面積を小さくすることができる。
【００５１】
また、基板加熱ランプと乾燥ランプとを収容器の内壁に取り付けることで、基板を加熱し、基板に付着している第２の処理液を乾燥させることができる。
【００５２】
請求項２に記載の発明によれば、処理槽の開口を挟んで基板加熱ランプ及び乾燥ランプを対向配置することで、効率的に基板に対して光を照射することができる。
【００５３】
請求項３に記載の発明によれば、基板の温度を６０℃以上１００℃未満に加熱して再び第１の処理液中に浸漬すると、オゾンによる被膜の剥離作用を効率的に生じさせることができる。したがって、効率的に表面処理を施すことができる。
【００５４】
請求項４に記載の発明によれば、基板加熱ランプが基板の全面を覆うように光を照射することで、基板の全面にわたって均一に加熱することができ、基板の全面にわたって均一に処理を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る基板処理装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】基板搬入時の動作説明図である。
【図３】剥離処理時の動作説明図である。
【図４】剥離処理時の動作説明図である。
【図５】乾燥処理時の動作説明図である。
【図６】終了時の動作説明図である。
【図７】参考例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１ … 処理槽
３ … 密閉チャンバ
５ … 処理液注入管
９ … 処理液供給部
１１ … ミキシングバルブ
２１ … オーバーフロー槽
４７ … 基板支持機構（支持手段）
Ｐ１ … 第１の処理位置
Ｐ２ … 第２の処理位置
５１ … 基板加熱ランプ
５３ … 乾燥ランプ

Claims

オゾンを溶解した第１の処理液を基板に作用させて基板に表面処理を施す基板処理装置において、
第１の処理液及び純水からなる第２の処理液を貯留し、基板を浸漬させるための処理槽と、
基板の温度を第１の処理液よりも高い所定温度に加熱する基板加熱ランプと、
前記基板加熱ランプの下部に取り付けられ、基板に付着している第２の処理液を乾燥させる乾燥ランプと、
基板を保持し、少なくとも前記処理槽内の第１の処理位置とその上方の第２の処理位置とにわたって相対移動可能である支持手段と、
前記処理槽を囲う収容器とを備え、
前記基板加熱ランプと前記乾燥ランプとが前記収容器の内壁に取り付けられ、かつ、前記処理槽の上部開口付近に配備されており、
前記処理槽に第１の処理液を貯留した状態で、前記支持手段が第１の処理位置と第２の処理位置との間を反復移動する際に前記基板加熱ランプで基板の全面を加熱して表面処理を施し、前記処理槽に第２の処理液を貯留した状態で、前記基板加熱ランプをオフにするとともに前記乾燥ランプをオンし、前記支持手段が第１の処理位置から第２の処理位置に移動する際に、基板と第２の処理液面の界面付近に前記乾燥ランプを照射して第２の処理液を乾燥させることを特徴とする基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記基板加熱ランプと前記乾燥ランプとは、それぞれ平面視で前記処理槽の開口を挟んで対向配置された一対のランプを備えていることを特徴とする基板処理装置。
請求項１または２に記載の基板処理装置において、
前記基板加熱ランプは、基板の温度を６０℃以上１００℃未満に加熱することを特徴とする基板処理装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記基板加熱ランプは、加熱時に基板の全面にわたって光を照射することを特徴とする基板処理装置。