JP4963994B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
一方、レジスト除去処理では、スピンチャックに保持されて回転されるウエハの表面に、SPM(sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture:硫酸と過酸化水素水の混合液)が供給される。ウエハの表面に供給されたSPMは、ウエハの遠心力を受けて表面の全域に行き渡る。SPMに含まれるペルオキソ一硫酸(H2SO5)の強酸化力によって、ウエハの表面からレジストが剥離して除去される。SPMの供給の終了後は、回転中のウエハの表面に対して、リンス液が供給されて、ウエハの表面に付着したSPMが洗い流される。その後、ウエハの表面のリンス液の液滴が振り切られる回転速度でウエハを回転させるスピンドライが行われる。
しかしながら、高温のSPMがウエハの表面に供給されると、その高温のために、ウエハを強固に挟持するチャックピンに変形を生じるおそれがある。チャックピンが変形すると、基板を安定して保持することができないため、スピンドライなど、ウエハを比較的高速で回転させて処理する回転処理を実行することはできない。
この構成によれば、高温処理時には、高温処理用基板保持手段に基板が保持される。高温処理用基板保持手段は、基板の下面を支持するので、基板の重量以上の力を受けない。そのため、高温処理が実行されても、高温処理用基板保持手段は、変形を生じず、基板を安定して保持し続けることができる。一方、回転処理時には、回転処理用基板保持手段に基板が保持される。回転処理は高温処理時よりも低温な環境下で実行されるので、回転処理用基板保持手段によって基板を強固に保持しても、回転処理用基板保持手段の変形を生じない。したがって、回転処理用基板保持手段では、基板を強固に保持しつつ、その基板を比較的高速で回転させることができる。よって、基板に対して高温処理および回転処理を実施することができる。
この構成によれば、回転処理用基板保持手段は、高温処理用基板保持手段から上方に離間した離間位置と、高温処理用基板保持手段との間で基板を受渡し可能な近接位置とに昇降可能に設けられている。これにより、高温処理時には、回転処理用基板保持手段を離間位置に配置して、回転処理用基板保持手段が処理動作の邪魔になったり回転処理用基板保持手段が高温の流体の影響を受けたりすることを防止することができる。また、回転処理用基板保持手段を近接位置に配置して、高温処理用基板保持手段と回転処理用基板保持手段との間で基板を受け渡すことができる。
この構成によれば、回転処理用基板保持手段は、複数の挟持部材が基板を挟持することにより、基板を強固に保持することができる。したがって、回転処理用基板保持手段は、回転処理時に基板を比較的高速で回転させることができる。たとえば、基板の表面の液滴が振り切られる回転速度で基板を回転させるスピンドライを実行することもできる。
この構成では、硫酸と過酸化水素水の混合液(以下、硫酸過酸化水素水)を用いて、基板の上面からレジストが除去される。硫酸過酸化水素水は、その液温が高くなるにつれてレジスト剥離能力が向上する。このため、高温(約170℃以上)の硫酸過酸化水素水を基板の上面に供給することにより、その上面に形成されているレジストを良好に除去することができる。
この構成によれば、硫酸ノズルから吐出される硫酸と、過水ノズルから吐出された過酸化水素水とが基板の上面上において混合されて硫酸過酸化水素水が生成される。硫酸過酸化水素水は、液温が高くなるにつれてレジスト剥離能力が向上する。その反面、硫酸過酸化水素水は、液温が高くなるにつれて、硫酸過酸化水素水に含まれるペルオキソ一硫酸の減衰による劣化の速度が速くなる。このため、たとえば、ノズルの上流側で硫酸と過酸化水素水とが混合されて硫酸過酸化水素水が生成され、ノズルから約200℃の高温の硫酸過酸化水素水が吐出される構成では、硫酸過酸化水素水が基板の表面上に達した時点で、硫酸過酸化水素水が十分なペルオキソ一硫酸を含まない状態まで劣化しているおそれがある。この場合、基板の上面に形成されたレジストを良好に除去することができない。
請求項6記載の発明は、前記過水ノズルから吐出される過酸化水素水の吐出方向は、前記硫酸ノズルから吐出される硫酸の吐出方向よりも、鉛直方向に対する傾斜角度が大きいことを特徴とする、請求項5記載の基板処理装置である。
請求項9記載の発明は、前記高温処理工程は、基板の上面に向けて硫酸を吐出する硫酸吐出工程と、基板の上面に向けて過酸化水素水を吐出する過水吐出工程とを含み、前記硫酸吐出工程と前記過水吐出工程とは、交互に、繰り返し実行されることを特徴とする請求項8記載の基板処理方法である。
図1は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す断面図である。この基板処理装置は、基板の一例であるウエハWの表面に不純物を注入するイオン注入処理後に、そのウエハWの表面から不要になったレジストを除去するための処理に用いられる枚葉式の装置である。
図2は、プレート4の平面図である。プレート4は、たとえば、ウエハWよりも大径な円板状に形成され、ほぼ水平に配置されている。このプレート4の上面にウエハWを載置して、ウエハWをその表面が上方を向いて保持することができる。このプレート4の上面には、図2に示すように、リング状の当接部材7が、プレート4の周縁よりもやや内方位置に配設されている。当接部材7は、たとえば、樹脂製であり、その表面にフッ素樹脂加工が施されている。プレート4の上面にウエハWを載置すると、ウエハWの下面(裏面)が当接部材7の上部と当接し、この当接部材7の上部とウエハWの下面との間に生じる摩擦力によって、ウエハWは基板下保持部2に保持される。プレート4の上面の周縁には、ウエハWの周縁に沿う円弧状の複数(図2では、たとえば6つ)のガイド8が、ほぼ等角度間隔で配置されている。これらのガイド8によって、プレート4の上面に載置されたウエハWの水平方向の移動が規制される。
スピンベース40は、プレート4の上面に対向する基板対向面39を下方に向けて配置されている。スピンベース40の基板対向面39の周縁部には、ウエハWの端面と当接して、ウエハWを挟持するための複数(たとえば、6つ)の挟持ピン37が、等角度間隔で配設されている。これらの挟持ピン37は、スピンベース40が後述する近接位置で、プレート4の周縁に設けられたガイド8と接触しないように、このガイド8と対向しない位置に設けられている。
超音波硫酸ノズル6は、プレート4の上方でほぼ水平に延びる超音波硫酸用アーム27の先端に取り付けられている。この超音波硫酸用アーム27は、プレート4の側方でほぼ鉛直に延びた超音波硫酸用アーム支持軸28に支持されている。また、超音波硫酸用アーム支持軸28には、超音波硫酸ノズル駆動機構29が結合されており、この超音波硫酸ノズル駆動機構29の駆動力によって、超音波硫酸用アーム支持軸28を回動させて、超音波硫酸用アーム27を揺動させることができるようになっている。
N2ノズル18には、N2供給源からのN2ガスが供給されるN2供給管55が接続されている。N2供給管55に供給されるN2ガスは、室温(約25℃)程度の温度を有している。また、N2供給管55の途中部には、N2ノズル18へのN2ガスの供給および供給停止を切り換えるためのN2ノズル用N2バルブ56が介装されている。
硫酸ノズル16および過水ノズル17は、ブロック19の下面から下方に臨むように、並んで配置されている。硫酸ノズル16および過水ノズル17は、基板下保持部2に保持されたウエハWの上面上のほぼ同じ位置に、硫酸ノズル16から吐出された硫酸と、過水ノズル17から吐出された過酸化水素水とが着液するように、それぞれ所定の吐出方向に向けてブロック19に取り付けられている。この実施形態では、硫酸ノズル16は、その吐出口から吐出される硫酸の吐出方向がほぼ鉛直方向となるように取り付けられている。また、過水ノズル17は、その吐出口から吐出される過酸化水素水の吐出方向が、鉛直方向からたとえば45°傾斜するように取り付けられている。したがって、過水ノズル17から吐出される過酸化水素水の吐出方向は、硫酸ノズル16から吐出される硫酸の吐出方向よりも、鉛直方向に対する傾斜角度が大きい。
制御装置53には、プレート回転駆動機構11、SPM用ノズルユニット駆動機構22 挟持ピン駆動機構38、超音波硫酸ノズル駆動機構29、スピンベース昇降駆動機構48、スピンベース回転駆動機構49、超音波振動発振器54、アンモニア過水下バルブ13、DIW下バルブ14、硫酸ノズル用硫酸バルブ24、過水バルブ26、N2ノズル用N2バルブ56、超音波硫酸ノズル用硫酸バルブ31、アンモニア過水上バルブ43、DIW上バルブ44、N2上バルブ46およびDIWノズル用DIWバルブ36などが制御対象として接続されている。
制御装置53は、また、アンモニア過水下バルブ13、DIW下バルブ14、硫酸ノズル用硫酸バルブ24、過水バルブ26、N2ノズル用N2バルブ56、超音波硫酸ノズル用硫酸バルブ31、アンモニア過水上バルブ43、DIW上バルブ44、N2上バルブ46およびDIWノズル用DIWバルブ36の開閉を制御する。
以下、図1および図5を参照して、この基板処理装置のレジスト除去処理について説明する。
レジスト除去処理に際しては、図示しない搬送ロボットによって、処理室1にイオン注入処理後のウエハWが搬入されてくる。このウエハWは、レジストをアッシング(灰化)するための処理を受けておらず、その表面上のレジストの表面には、イオン注入によって変質した硬化層が存在している。なお、このウエハWの搬入時においては、基板上保持部3のスピンベース40は、基板下保持部2のプレート4から上方に離間した離間位置にある。
ウエハWの上面において、硫酸と過酸化水素水とが混合されてSPMが生成されるので、そのSPMは、約200℃の高温であっても、劣化する前に、ウエハWの上面に形成されたレジストに作用する。その結果、そのウエハWの上面に形成されているレジストを良好に除去することができる。
前述のように、ウエハWの上面において、過水ノズル17から吐出される過酸化水素水を、硫酸ノズル16から吐出される硫酸の下方に潜り込ませることができる。そのため、少量の過酸化水素水を多量の硫酸と良好に接触させることができ、SPMを効率よく生成させることができる。
SPM処理では、基板上保持部3は、基板下保持部2のプレート4から上方に離間した離間位置に配置されているので、基板上保持部3がSPM用アーム20の揺動の邪魔になったり、基板上保持部3が高温のSPMの影響を受けたりすることを防止することができる。
次に、超音波硫酸ノズル駆動機構29が制御されて、超音波硫酸ノズル6が、プレート4の側方に設定された待機位置からウエハWの上方に移動される。そして、超音波硫酸ノズル用硫酸バルブ31が開かれるとともに、超音波振動発振器54からの発振信号を受けて超音波振動子32が振動されて、超音波硫酸ノズル6から超音波振動が付与された硫酸が、回転中のウエハWの上面に向けて吐出される(S2:超音波硫酸処理)。
次に、ウエハWの回転が継続されたまま、DIWノズル用DIWバルブ36が開かれる。これにより、回転中のウエハWの上面の中央部に向けてDIWノズル34からDIWが吐出される(S3:リンス処理)。ウエハWの中央部に供給されたDIWは、ウエハWの上面上を流れ、ウエハWの上面に付着している硫酸がDIWによって洗い流される。
その後、ウエハWに対してステップS5のSC1処理、ステップS6のリンス処理およびステップS7のスピンドライが施されるが、これらの処理は、基板下保持部2ではなく、基板上保持部3にウエハWを保持させた状態で実施される。このため、ステップS3のリンス処理の終了後は、基板下保持部2から基板上保持部3へのウエハWの受渡しが行われる(ステップS4)。
この処理位置は、近接位置よりも微少距離だけ上方に位置しており、このため、下面ノズル15から吐出された液は、処理位置にあるウエハWの下面の中央部に供給される。また、この処理位置では、ウエハWは、当該ウエハWを保持するスピンベース40の基板対向面39によってその上面の近傍の空間が制限されているだけでなく、プレート4の上面によって当該ウエハWの下面の近傍の空間が制限されている。スピンベース40が処理位置まで上昇されると、スピンベース回転駆動機構49が駆動されて、ウエハWの回転が開始される。
このように、ステップS5のSC1処理およびステップS6のリンス処理では、第2保持部40によって所定の高速で回転されるウエハWに対して、SC1およびDIWがそれぞれ供給されるので、ウエハWの上面および下面の全域に対して、SC1処理およびリンス処理を均一に施すことができる。
ウエハWの下面に近接しつつ対向しているプレート4がウエハWの回転方向と同方向に回転するので、ウエハWとプレート4との間の空間に乱流が発生しない。このため、乾燥の過程でウエハWの下面にDIWの跡などが残らない。
スピンドライが所定時間にわたって行われると、スピンベース回転駆動機構49の駆動が停止されて、スピンベース40およびウエハWの回転が止められる。スピンベース昇降駆動機構48が駆動されて、スピンベース40が、ウエハWごと、退避位置に退避された後、一連のレジスト除去処理が施されたウエハWは図示しない搬送ロボットによって搬出されていく。
この発明の一実施形態の説明は以上の通りであるが、この発明は他の実施形態で実施することもできる。
図7に示すSPM処理では、硫酸ノズル16からの硫酸の吐出と、過水ノズル17からの過酸化水素水の吐出とが、交互に繰り返し行われる。
硫酸ノズル16には、少量の温水や少量の過酸化水素水が混入され、そのときの反応生成熱や希釈熱を利用して昇温された硫酸が供給される構成であってもよい。この場合、硫酸の劣化を抑制または防止するために、温水や過酸化水素水の硫酸への混入は、第2硫酸供給管23の途中部で行われることが望ましい。
前述の実施形態では、ウエハWにSPM処理が施された後に、ウエハWに超音波硫酸処理が施されるとして説明したが、ウエハWに超音波硫酸処理が施された後に、ウエハWにSPM処理が施されてもよい。かかる場合であっても、ウエハWの表面からレジストを除去することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
2 基板下保持部(高温処理用基板保持手段)
3 基板上保持部(回転処理用基板保持手段)
4 プレート
16 硫酸ノズル
17 過水ノズル
24 硫酸ノズル用硫酸バルブ(硫酸バルブ)
26 過水バルブ
37 挟持ピン(挟持部材)
39 基板対向面
40 スピンベース(ベース)
53 制御装置
W ウエハ(基板)
Claims (9)
- 常温よりも高温の流体を用いて基板を処理する高温処理および前記高温処理時よりも低温環境下で基板を回転させて処理する回転処理を実施するための基板処理装置であって、
前記高温処理時に、基板の下面に当接し当該下面を支持して、基板を保持する高温処理用基板保持手段と、
前記高温処理用基板保持手段とは別の基板保持手段であって、前記回転処理時に、基板を保持しつつ回転させる回転処理用基板保持手段とを含むことを特徴とする、基板処理装置。 - 前記回転処理用基板保持手段は、前記高温処理用基板保持手段の上方に対向して配置され、前記高温処理用基板保持手段から上方に離間した離間位置と、前記高温処理用基板保持手段との間で基板を受渡し可能な近接位置とに昇降可能に設けられていることを特徴とする、請求項1記載の基板処理装置。
- 前記回転処理用基板保持手段は、基板の上面に対向する基板対向面を有した板状のベースと、前記ベースの基板対向面に配設され、基板の周縁と当接して当該基板を挟持するための複数の挟持部材とを備えることを特徴とする、請求項2記載の基板処理装置。
- 前記高温処理は、硫酸と過酸化水素水の混合液を用いて、基板の上面からレジストを除去する処理であることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の基板処理装置。
- 前記高温処理用基板保持手段によって保持される基板の上面に向けて、硫酸を吐出する硫酸ノズルと、
前記高温処理用基板保持手段によって保持される基板の上面に向けて、過酸化水素水を吐出する過水ノズルと、をさらに含むことを特徴とする、請求項4記載の基板処理装置。 - 前記過水ノズルから吐出される過酸化水素水の吐出方向は、前記硫酸ノズルから吐出される硫酸の吐出方向よりも、鉛直方向に対する傾斜角度が大きいことを特徴とする、請求項5記載の基板処理装置。
- 前記硫酸ノズルからの硫酸の吐出および吐出停止を切り換えるための硫酸バルブと、
前記過水ノズルからの過酸化水素水の吐出および吐出停止を切り換えるための過水バルブと、
前記硫酸バルブおよび前記過水バルブを制御して、硫酸と過酸化水素水とを、交互に、繰り返し吐出させる制御手段とを、さらに含むことを特徴とする、請求項5または6記載の基板処理装置。 - 基板の下面に当接し当該下面を支持して、基板を保持する高温処理用基板保持手段と、前記高温処理用基板保持手段とは別の基板保持手段であって、基板を保持しつつ回転させる回転処理用基板保持手段と、を備える基板処理装置において実行される基板処理方法であって、
前記高温処理用基板保持手段によって保持される基板に対して、常温よりも高温の流体を用いた高温処理を施す高温処理工程と、
前記高温処理用基板保持手段と前記回転処理用基板保持手段との間で基板を受け渡す工程と、
前記高温処理工程時よりも低温な環境下において、前記回転処理用基板保持手段によって基板を回転させて処理する回転処理を実行する回転処理工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。 - 前記高温処理工程は、基板の上面に向けて硫酸を吐出する硫酸吐出工程と、基板の上面に向けて過酸化水素水を吐出する過水吐出工程とを含み、
前記硫酸吐出工程と前記過水吐出工程とは、交互に、繰り返し実行されることを特徴とする請求項8記載の基板処理方法。
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