JP5832397B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板表面の下地層上に形成された除去対象層を硫酸と過酸化水素水との混合液で除去する基板処理装置及び基板処理方法に関するものである。
従来より、半導体部品やフラットパネルディスプレイなどを製造する際に、半導体ウエハや液晶基板などの基板の表面に各種の配線パターンが形成される。基板に配線パターンを形成する際には、まず、基板の表面に酸化膜や窒化膜などからなる下地層を形成するとともに、下地層の表面に所定形状のレジスト層や反射防止層などの除去対象層を形成する。その後、基板の表面に露光等の処理を施し、下地層を残したまま除去対象層を除去する。その後、下地層の不必要な部分を除去することで基板に所定形状の配線パターンを形成する。
基板の表面から除去対象層を除去するために用いられる基板処理装置では、硫酸と過酸化水素水との混合液（ＳＰＭ（sulfuric acid／hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水））等の各種の処理薬液を用いて除去対象層を除去する（たとえば、特許文献１参照。）。
特開２０１０−１０３１８９号公報
従来の基板処理装置では、配線パターンの高密度化を図るために高濃度のイオンを注入してレジスト層を形成した場合には、除去対象層となるレジスト層の表面に硬化膜が形成されるために、液温を高温（たとえば、２００℃以上）にするとともに過酸化水素水の混合比を高めた（たとえば、硫酸：過酸化水素水＝６：１）状態で硫酸と過酸化水素水の混合液を基板に供給してレジスト層を除去する。
このように、硫酸と過酸化水素水との混合液の温度を高温にするとともに、過酸化水素水の混合比を高くした場合には、除去対象層（レジスト層）を除去する能力が高くなり、除去対象層を良好に除去することができる。
ところが、従来の基板処理装置では、除去対象層に対する除去能力だけでなく下地層に対する除去能力も高まることになり、下地層の表面にダメージを与えてしまうおそれがある。
そこで、本発明では、下地層の表面に除去対象層を形成した基板に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給して除去対象層を除去する基板処理装置において、前記基板を処理するための基板処理室と、前記基板処理室に設けられた、前記基板を保持するための基板保持手段と、前記基板保持手段で保持された基板に硫酸と過酸化水素水との混合液を前記下地層にダメージを与えない温度及び過酸化水素水の混合比で供給する混合液供給手段と、前記基板にＯＨ基を含む流体を供給するＯＨ基供給手段とを有し、前記ＯＨ基供給手段は、前記混合液とＯＨ基が前記基板上で混合された際に前記下地層にダメージを与えない量のＯＨ基を含む流体を供給することにした。
また、前記ＯＨ基供給手段は、前記混合液供給手段から混合液が供給される部分に局部的に前記ＯＨ基を供給するように構成することにした。
また、前記ＯＨ基供給手段は、前記基板に対して相対的に移動する前記混合液供給手段の進行方向に対して上流側に設けることにした。
また、前記ＯＨ基供給手段は、前記基板処理室の内部に全体的に前記ＯＨ基を供給するように構成することにした。
また、前記ＯＨ基供給手段は、前記ＯＨ基を供給する間に、供給するＯＨ基の量を減らすことにした。
また、前記ＯＨ基供給手段は、前記ＯＨ基を供給する間に、供給するＯＨ基の温度を下げることにした。
また、前記混合液供給手段は、前記混合液を供給する間に、供給する混合液に含まれる過酸化水素水の混合比を下げることにした。
また、前記混合液供給手段は、前記混合液を供給する間に、供給する混合液の温度を下げることにした。
また、前記混合液供給手段は、前記混合液を不活性ガスによって液滴化する２流体ノズルを有することにした。
また、本発明では、下地層の表面に除去対象層を形成した基板に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給して除去対象層を除去する基板処理方法において、前記基板に硫酸と過酸化水素水との混合液を前記下地層にダメージを与えない温度及び過酸化水素水の混合比で供給するとともに、前記基板にＯＨ基を含む流体を、前記混合液とＯＨ基が前記基板上で混合された際に前記下地層にダメージを与えない量で供給して、前記除去対象層を除去することにした。
また、前記ＯＨ基を前記混合液が供給される部分に局部的に供給することにした。
また、前記混合液が供給される部分を前記基板に対して相対的に移動させるとともに、移動する前記混合液が供給される部分の進行方向に対して上流側に前記ＯＨ基を供給することにした。
また、前記ＯＨ基を基板処理室の内部に全体的に供給することにした。
また、前記ＯＨ基を供給する間に、供給するＯＨ基の量を減らすことにした。
また、前記ＯＨ基を供給する間に、供給するＯＨ基の温度を下げることにした。
また、前記混合液を供給する間に、供給する混合液に含まれる過酸化水素水の混合比を下げることにした。
また、前記混合液を供給する間に、供給する混合液の温度を下げることにした。
また、前記混合液を不活性ガスによって液滴化して供給することにした。
本発明では、下地層にダメージを与えることなく、除去対象層を良好に除去することができる。
基板処理装置を示す平面図。 基板液処理装置を示す側面模式図。 同動作説明図（基板受取工程）。 同動作説明図（液処理工程）。 同動作説明図（リンス処理工程）。 同動作説明図（乾燥処理工程）。 同動作説明図（基板受渡工程）。 他の基板液処理装置を示す側面模式図。 他の基板液処理装置を示す側面模式図。 他の基板液処理装置を示す側面模式図。 他の基板液処理装置を示す側面断面模式図。 他の基板液処理装置を示す側面模式図。 ２流体ノズルを示す側面断面図。 同底面図。 同平面断面図。
以下に、本発明に係る基板処理装置及び基板処理方法の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、基板処理装置１は、前端部に搬入出部２を形成する。搬入出部２には、複数枚（たとえば、25枚）の基板３（ここでは、半導体ウエハ）を収容したキャリア４が搬入及び搬出される。
また、基板処理装置１は、搬入出部２の後部に搬送部５を形成する。搬送部５は、前側に基板搬送装置７を配置するとともに、後側に基板受渡台８を配置する。搬送部５では、搬入出部２に載置されたいずれかのキャリア４と基板受渡台８との間で基板搬送装置７を用いて基板３を搬送する。
また、基板処理装置１は、搬送部５の後部に処理部９を形成する。処理部９は、中央に前後に伸延する基板搬送装置10を配置するとともに、基板搬送装置10の左右両側に基板液処理装置11を前後に並べて配置する。処理部９では、搬送部５の基板受渡台８と基板液処理装置11との間で基板搬送装置10を用いて基板３を搬送し、基板液処理装置11を用いて基板３の液処理を行う。
基板液処理装置11は、図２に示すように、基板３を保持するための基板保持手段12と、基板３に硫酸と過酸化水素水との混合液（ＳＰＭ（sulfuric acid／hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水））を供給して基板３の液処理を行うための混合液供給手段13と、基板３に供給された混合液にＯＨ基を含む流体（純水）を供給するためのＯＨ基供給手段14と、基板３にリンス液（純水）を供給して基板３のリンス処理を行うためのリンス液供給手段15を収容している。
基板保持手段12は、基板処理室16の内部に上下に伸延する回転軸17を設け、回転軸17の上端部に円板状のターンテーブル18を水平に取付け、ターンテーブル18の上面外周部に基板保持体19を円周方向に間隔をあけて取付けている。ターンテーブル18（基板３）の外周外方には、基板３に供給した混合液やＯＨ基を含有する流体やリンス液を回収するためのカップ20を設けている。なお、カップ20には、回収した混合液等を外部に廃棄するドレイン63を接続している。
この基板保持手段12は、回転軸17に基板回転機構21を接続し、基板回転機構21によって回転軸17を回転させ、それに伴って、基板保持体19で水平に保持した基板３を回転させる。基板回転機構21は、制御手段22によって駆動制御される。なお、制御手段22は、基板処理装置１の全体を駆動制御する。また、制御手段22には、ターンテーブル18に載置した基板３を昇降させるための基板昇降機構（図示省略）が接続されている。
混合液供給手段13は、基板処理室16の内部に上下に伸延する支持軸23を設け、支持軸23の上端部にアーム24を水平に取付け、アーム24の先端部に混合液供給ノズル25を吐出口を下方に向けて取付けている。
この混合液供給手段13は、支持軸23にノズル回転機構26を接続し、ノズル回転機構26によって支持軸23を回転させ、それに伴って、混合液供給ノズル25を基板３の外周部外方の退避位置から基板３の中心部上方の供給位置まで基板３の上方を移動させる。ノズル回転機構26は、制御手段22によって駆動制御される。
また、混合液供給手段13は、混合液供給ノズル25に混合液供給管27を介して混合器28を接続し、混合器28に硫酸供給手段29と過酸化水素水供給手段30とを接続している。なお、混合器28は、混合液供給管27に硫酸と過酸化水素水とを混合して供給できればよく、継ぎ手であっても撹拌混合装置であってもよい。
硫酸供給手段29は、硫酸を供給するための硫酸供給源32を硫酸供給管33を介して混合器28に接続している。硫酸供給管33には、流量調整弁34と開閉弁35が介設されている。流量調整弁34と開閉弁35は、制御手段22によって流量制御及び開閉制御される。また、硫酸供給管33には、温度調整器31が介設されている。温度調整器31は、制御手段22によって温度制御される。なお、硫酸供給手段29から供給される硫酸の温度は、温度調整器31で制御されるが、混合液供給手段13から供給される混合液の温度は、硫酸の温度や過酸化水素水との混合比率などによって制御される。
過酸化水素水供給手段30は、過酸化水素水を供給するための過酸化水素水供給源36を過酸化水素水供給管37を介して混合器28に接続している。過酸化水素水供給管37には、流量調整弁38と開閉弁39が介設されている。流量調整弁38と開閉弁39は、制御手段22によって流量制御及び開閉制御される。
そして、混合液供給手段13は、硫酸供給手段29から供給される硫酸と過酸化水素水供給手段30から供給される過酸化水素水とを所定の比率（たとえば、硫酸：過酸化水素水＝２０：１）で混合して混合液を生成し、その混合液を所定の温度（たとえば、150℃）で混合液供給ノズル25から基板３に向けて供給する。
ＯＨ基供給手段14は、基板処理室16の内部にＯＨ基供給ノズル40を吐出口を下方に向けて取付け、ＯＨ基供給ノズル40にＯＨ基供給管41を介してＯＨ基を含む流体（ＯＨ基含有流体。ここでは、純水）を供給するためのＯＨ基含有流体供給源42を接続している。ＯＨ基供給管41には、流量調整弁43と開閉弁44と温度調整器45が介設されている。流量調整弁43と開閉弁44は、制御手段22によって流量制御及び開閉制御される。温度調整器45は、制御手段22によって温度制御される。ここでは、ＯＨ基供給ノズル40として微細な液滴を生成する一流体ノズルを用いている。なお、ＯＨ基供給ノズル40は、吐出口を下方に向けた場合に限られず、吐出口を側方に向けてもよい。
ＯＨ基供給手段14は、ＯＨ基を含む流体を所定の温度（たとえば、50℃）でＯＨ基供給ノズル40から基板処理室16の内部に向けて噴霧する。
リンス液供給手段15は、基板処理室16の内部に上下に伸延する支持軸46を設け、支持軸46の上端部にアーム47を水平に取付け、アーム47の先端部にリンス液供給ノズル48を吐出口を下方に向けて取付けている。
このリンス液供給手段15は、支持軸46にノズル回転機構49を接続し、ノズル回転機構49によって支持軸46を回転させ、それに伴って、リンス液供給ノズル48を基板３の外周部外方の退避位置から基板３の中心部上方の供給位置まで基板３の上方を移動させる。ノズル回転機構49は、制御手段22によって駆動制御されている。
また、リンス液供給手段15は、リンス液供給ノズル48にリンス液供給管50を介してリンス液を供給するためのリンス液供給源51を接続している。リンス液供給管50には、流量調整弁52と開閉弁53が介設されている。流量調整弁52と開閉弁53は、制御手段22によって流量制御及び開閉制御される。
上記基板液処理装置11には、基板処理室16の内部の換気（吸気及び排気）を行うための換気手段55が設けられている。
換気手段55は、基板処理室16の上部にファンユニット56を設けている。このファンユニット56は、基板処理室16の内部に清浄化された空気を供給する。また、換気手段55は、カップ20に第1の排気ユニット57を接続するとともに、基板処理室16に第２の排気ユニット58を接続している。この第１の排気ユニット57は、カップ20の内部（基板３の近傍）の空気をカップ20の外部に排出する。第２の排気ユニット58は、基板処理室16の内部の空気を基板処理装置１の外部に排出する。また、換気手段55は、基板処理室16の内部（基板３の近傍）に湿度検出器59を設けている。これらのファンユニット56、第1及び第２の排気ユニット57,58は、制御手段22によって湿度検出器59の検出結果に基づいて駆動制御される。
基板処理装置１は、以上に説明したように構成しており、制御手段22（コンピュータ）で読み取り可能な記録媒体54に記録した基板処理プログラムにしたがって各基板液処理装置11で基板３を液処理する。ここでは、窒化膜からなる下地層の表面にレジスト層からなる除去対象層が形成された基板３に対して硫酸と過酸化水素水との混合液を供給して除去対象層を除去する液処理を行う。なお、記録媒体54は、基板処理プログラム等の各種プログラムを記録できる媒体であればよく、ＲＯＭやＲＡＭなどの半導体メモリ型の記録媒体であってもハードディスクやＣＤ−ＲＯＭなどのディスク型の記録媒体であってもよい。
まず、基板処理装置１は、基板搬送装置10によって搬送される基板３を基板液処理装置11で受取る基板受取工程を実行する（図３参照。）。
基板受取工程では、基板保持手段12の基板昇降機構によってターンテーブル18を所定位置まで上昇させる。そして、基板搬送装置10から基板処理室16の内部に搬送された１枚の基板３を基板保持体19で水平に保持した状態で受取る。その後、基板昇降機構によってターンテーブル18を所定位置まで降下させる。なお、混合液供給ノズル25とリンス液供給ノズル48は、ターンテーブル18の外周部外方の退避位置に退避させておく。また、換気手段55によってファンユニット56と第１及び第２の排気ユニット57,58を駆動させておく。
次に、基板処理装置１は、基板３の表面を混合液で処理する液処理工程を実行する（図４参照。）。
液処理工程では、混合液供給手段13のノズル回転機構26によって支持軸23を回動させて混合液供給ノズル25を基板３の中心部上方の供給位置に移動させる。また、基板保持手段12の基板回転機構21によってターンテーブル18を回転させることで基板３を回転させる。その後、混合液供給手段13の開閉弁35,39を開放し、流量調整弁34,38で調整された流量の硫酸と過酸化水素水を混合器28で混合し、混合液を温度調整器31で調整された温度で混合液供給ノズル25から基板３の表面に向けて吐出させる。また、混合液供給手段13のノズル回転機構26によって混合液供給ノズル25を基板３に沿って水平に往復移動させる。ここで、換気手段55によってファンユニット56と第１及び第２の排気ユニット57,58の吸排気量を基板受取工程及び後のリンス処理工程に比べて低減させる。これにより、基板３の近傍の湿度を一定に保持する。なお、液処理工程の最後において、混合液供給手段13のノズル回転機構26によって支持軸23を回動させて混合液供給ノズル25を基板３の外周部外方の退避位置に移動させる。また、開閉弁35,39を閉塞して、硫酸及び過酸化水素水（混合液）の吐出を停止させる。
この液処理工程では、混合液供給手段13によって混合液を基板３に供給させる際に、ＯＨ基供給手段14の開閉弁44を開放し、流量調整弁43で調整された流量のＯＨ基含有流体を所定の温度でＯＨ基供給ノズル40から基板処理室16の内部に向けて噴霧させる。なお、液処理工程の最後において、ＯＨ基供給手段14の開閉弁44を閉塞して、ＯＨ基含有流体の噴霧を停止させる。
ここで、混合液供給手段13は、硫酸と過酸化水素水との混合液を基板３の表面に形成された下地層にダメージを与えない温度（たとえば、150℃）及び過酸化水素水の混合比（たとえば、硫酸：過酸化水素水＝２０：１）で供給する。なお、混合液の温度は、100℃〜180℃が好ましい。また、混合比は、硫酸：過酸化水素水＝１０：１〜２５：１が好ましい。
また、ＯＨ基供給手段14は、混合液供給手段13から基板３に供給された混合液とＯＨ基含有流体に含まれるＯＨ基が基板３の表面上で混合された際に基板３の下地層にダメージを与えない量のＯＨ基含有流体を供給をＯＨ基含有流体を基板３の下地層にダメージを与えない温度（たとえば、50℃）で供給する。なお、ＯＨ基含有流体は、純水に限られずオゾン水等でもよく、また、液滴に限られず蒸気等であってもよい。また、ＯＨ基含有流体の温度は、混合液の温度以下が望ましく、２０℃〜６０℃がより好ましい。
基板３に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給すると、硫酸と過酸化水素水との混合（反応）によってＯＨラジカルやカロ酸（H2SO5）などの反応種が生成される。これらの反応種の作用で下地層の表面に形成された除去対象層を除去できる。その際に、混合液供給手段13から供給する混合液にＯＨ基含有流体が供給されると、基板３の表面近傍において、硫酸と過酸化水素水との混合によって生成されるＯＨラジカルなどの反応種が増大する。これにより、除去対象層の除去能力を向上させることができ、除去対象層を良好に除去することができる。そして、混合液供給手段13から基板３の表面に形成された下地層にダメージを与えない温度及び過酸化水素水の混合比で混合液を供給するとともに、ＯＨ基供給手段14から基板３にＯＨ基含有流体を、混合液とＯＨ基が混合された際に基板３の下地層にダメージを与えない量で供給した場合には、基板３の下地層にダメージを与えることなく、すなわち、下地層のフィルムロスを抑制しながら、除去対象層を良好に除去することができる。
次に、基板処理装置１は、基板３の表面をリンス液で処理するリンス処理工程を実行する（図５参照。）。
リンス処理工程では、リンス液供給手段15のノズル回転機構49によって支持軸46を回動させてリンス液供給ノズル48を基板３の中心部上方の供給位置に移動させる。また、基板保持手段12の基板回転機構21によってターンテーブル18を回転させることで基板３を回転させる。その後、リンス液供給手段15の開閉弁53を開放し、流量調整弁52で調整された流量のリンス液をリンス液供給ノズル48から基板３の表面に向けて吐出させる。また、リンス液供給手段15のノズル回転機構49によってリンス液供給ノズル48を基板３に沿って水平に往復移動させる。ここで、換気手段55によってファンユニット56と第１及び第２の排気ユニット57,58の吸排気量を先の液処理工程に比べて増大させる。これにより、基板処理室16の内部を早く換気できるので、後の乾燥処理工程において基板３の乾燥を効率良く行うことができる。なお、リンス処理工程の最後において、リンス液供給手段15のノズル回転機構49によって支持軸46を回動させてリンス液供給ノズル48を基板３の外周部外方の退避位置に移動させる。また、開閉弁53を閉塞して、リンス液の吐出を停止させる。
次に、基板処理装置１は、基板３を回転させることで基板３の表面からリンス液を振切って除去する乾燥処理工程を実行する（図６参照。）。
乾燥処理工程では、基板保持手段12の基板回転機構21によってターンテーブル18を回転させることで基板３を回転させる。基板３を回転させることで、基板３の表面に残留するリンス液を回転する基板３の遠心力によって振り切り、基板３の表面からリンス液を除去して乾燥させる。
最後に、基板処理装置１は、基板３を基板液処理装置11から基板搬送装置10へ受渡す基板受渡工程を実行する（図７参照。）。
基板受渡工程では、基板保持手段12の基板回転機構21によってターンテーブル18の回転を停止させるとともに、基板昇降機構によってターンテーブル18を所定位置まで上昇させる。そして、ターンテーブル18で保持した基板３を基板搬送装置10に受渡す。その後、基板昇降機構によってターンテーブル18を所定位置まで降下させる。なお、混合液供給ノズル25とリンス液供給ノズル48は、ターンテーブル18の外周部外方の退避位置に退避させておく。
以上に説明したように、上記基板処理装置１では、基板３を処理するための基板処理室16と、基板処理室16に設けられた、基板３を保持するための基板保持手段12と、基板保持手段12で保持された基板３に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給する混合液供給手段13と、混合液供給手段13から基板３に供給された混合液にＯＨ基を含む流体を供給するＯＨ基供給手段14とを有する。
そして、上記基板処理装置１では、下地層の表面に除去対象層を形成した基板３に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給して除去対象層を除去する。
その際に、上記基板処理装置１では、混合液供給手段13から混合液を基板３の下地層にダメージを与えない温度及び過酸化水素水の混合比で供給するとともに、ＯＨ基供給手段14から基板３にＯＨ基含有流体を、混合液とＯＨ基が混合された際に基板３の下地層にダメージを与えない量で供給する。
これにより、上記基板処理装置１では、基板３の表面に形成した下地層にダメージを与えることなく、下地層の表面に形成した除去対象層を良好に除去することができる。
ＯＨ基供給手段14は、上記構成に限定されるものではなく、混合液供給手段13から基板３にＯＨ基を含む流体を供給できればよい。
すなわち、ＯＨ基供給ノズル40は、上記基板処理装置１のように基板３に液滴状のＯＨ基含有流体を供給する場合に限られない。
たとえば、図８に示すように、ＯＨ基供給ノズル40に水蒸気発生装置60を接続して、ＯＨ基供給ノズル40から基板３に蒸気状のＯＨ基供給流体を供給するようにしてもよい。
また、ＯＨ基供給ノズル40を固定せずに移動可能としてもよい。その場合に、ＯＨ基供給ノズル40に混合液供給ノズル25と同様に専用のノズル回転機構等を設けてもよいが、図９に示すように、ＯＨ基供給ノズル40を混合液供給ノズル25と連結して、混合液供給ノズル25のノズル回転機構26でＯＨ基供給ノズル40をも移動させるようにしてもよい。ＯＨ基供給ノズル40を固定した場合には、基板処理室16の内部に全体的にＯＨ基含有流体を供給することができるが、ＯＨ基供給ノズル40を移動可能とした場合には、混合液供給手段13から基板３に混合液が供給される部分に局部的にＯＨ基含有流体を供給することができ、局部的により多くのＯＨ基が供給されることで除去対象層に対する除去性能を向上させることができるとともに、ＯＨ基含有流体の消費量を低減することができる。
また、ＯＨ基供給ノズル40は、ＯＨ基含有流体を液滴状、霧状、蒸気状などの形態で吐出できればよく、一流体ノズルに限られず、窒素等の気体とともにＯＨ基含有流体を吐出する二流体ノズルであってもよく、超音波振動子によってＯＨ基含有流体を霧状に噴霧する構成のものでもよい。また、ＯＨ基供給ノズル40は、図１０に示すように、垂直方向に伸延する円筒状ノズルに限られず、水平方向に伸延するバーに複数の吐出口を並べて形成したバーノズルであってもよい。なお、混合液供給ノズル25も、一流体ノズル、二流体ノズル、バーノズルなどであってもよい。
また、ＯＨ基供給ノズル40や混合液供給ノズル25は、基板３の表面全域にＯＨ基含有流体や混合液を供給できればよい。その場合に、基板３に対して相対的にＯＨ基供給ノズル40や混合液供給ノズル25を移動させてもよい。たとえば、基板３とＯＨ基供給ノズル40や混合液供給ノズル25とを移動可能としてもよく（図２参照。）、基板３だけを移動可能としてもよく（図１０（ａ）参照。）、ＯＨ基供給ノズル40や混合液供給ノズル25だけをノズル回転機構61で回転可能としたり（図１０（ｂ）参照。）、ＯＨ基供給ノズル40や混合液供給ノズル25だけをノズル移動機構62で移動可能としてもよい（図１０（ｃ）参照。）。この場合、ＯＨ基供給ノズル40は、基板３に対して相対的に移動する混合液供給ノズル25よりも上流側に設けたほうが、より効率的にＯＨ基を混合液に供給することができる。
また、ＯＨ基供給ノズル40や混合液供給ノズル25は、それぞれ別体で設けた場合に限られず、図１１に示すように、一体化させた二流体ノズルで構成することもできる。この場合に、中央の吐出口から窒素ガス等のキャリアガスに混入させたＯＨ基含有流体を吐出し、その周囲の吐出口から硫酸と過酸化水素水との混合液を吐出するようにしてもよい。
また、ＯＨ基供給手段14は、混合液供給手段13から混合液を基板３に供給する前にＯＨ基含有流体を供給してもよく、また、混合液供給手段13による混合液の供給と同時にＯＨ基含有流体を供給してもよい。なお、ＯＨ供給手段14から基板処理室16の内部に全体的にＯＨ基を供給する場合には、混合液供給手段13から混合液を基板３に供給する前にＯＨ基含有流体を供給しておくほうが望ましい。
また、基板液処理装置11は、ＯＨ基供給手段14によるＯＨ基含有流体の供給開始から供給停止までのＯＨ基を供給する間に、供給開始直後に比べて供給するＯＨ基（ＯＨ基含有流体）の量を減らしたり温度を下げるように制御してもよい。この場合には、供給開始直後において除去対象層の表面に形成される硬化膜を比較的除去能力の高い状態で除去することができ、下地層にダメージを与えることなく迅速に除去対象層を除去することができる。これは、混合液供給手段12による混合液の供給開始から供給停止までの混合液を供給する間に、供給する混合液に含まれる過酸化水素水の混合比や混合液の温度を下げる制御をすることによっても同様の効果が得られる。なお、温度等は、徐々に下げてもよく、また、段階的に下げてもよい。
さらに、基板液処理装置11では、湿度検出器59で検出される基板３の近傍の湿度に応じて換気手段55を制御して基板３の近傍の湿度を一定に保持するようにしてもよい。たとえば、表１に示す予備的実験の結果からわかるように、硫酸と過酸化水素水との混合液の混合比（硫酸：過酸化水素水）が６：１で温度が２１４℃の場合、湿度が２０％でも除去対象層は良好に除去できても下地層に大きなダメージを与えてしまうが、混合比が２０：１で温度が１５４℃の場合、下地層へのダメージは防げるものの、湿度が２０％では除去対象層を良好に除去できず、湿度が５３％で改善が見られ、湿度が８０％では除去対象層を良好に除去できる。そのため、基板３の近傍の湿度が６０％以上となるように制御することで、下地層にダメージを与えることなく除去対象層を良好に除去することができる。
Figure 0005832397
また、図１２に示す基板液処理装置11では、混合液供給手段13として液滴状の混合液を供給する構成としている。なお、以下に説明する図１２〜図１５に示す基板液処理装置11では、図２等に示した基板液処理装置11と同様の機能を有する部分には同一の符号を付している。
混合液供給手段13は、図１２に示すように、アーム24の先端部に混合液供給ノズルとしての２流体ノズル60を取付けている。２流体ノズル60には、液体状の混合液を供給するための混合液供給流路61と、気体状の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給流路62とが接続されている。
混合液供給流路61は、２流体ノズル60に混合液供給管27を介して混合器28を接続し、混合器28に硫酸供給手段29と過酸化水素水供給手段30とを接続している。
不活性ガス供給流路62は、２流体ノズル60に不活性ガス供給管63を介して不活性ガス（窒素ガス）を供給するための窒素ガス供給源64を接続している。不活性ガス供給管63には、流量調整弁65と開閉弁66が介設されている。流量調整弁65と開閉弁66は、制御手段22によって流量制御及び開閉制御される。
２流体ノズル60は、図１３〜図１５に示すように、ノズル本体67の内部に混合液を流す液体流路68を形成している。このノズル本体67の外周部にノズルカバー69を取付け、ノズル本体67の外周凹部とノズルカバー69の内周部との間に不活性ガスを流す気体流路70を形成している。
液体流路68は、ノズル本体67の上部に形成した液体流入口71に混合液供給流路61を接続している。ノズル本体67の下端部には、円周の中心から外周方向へ向けて斜め下向きに傾斜する複数（ここでは、３２個。）の円孔状の液体吐出口72を同一円周上に形成し、これら複数の液体吐出口72で処理液を吐出するための液体吐出部73を構成している。これにより、２流体ノズル60は、混合液供給流路61から供給された混合液を液体吐出部73の各液体吐出口72から円周の外周方向へ向けて斜め下向きに複数の細い筋状に吐出することができる。なお、液体吐出口72は、液体流路68の外周端縁に形成した入口から液体流路68の内径よりも外側に形成した出口に向けて放射状に形成しているために、混合液が複数の細い筋状に液体流路68の内径よりも広い範囲に拡散して吐出される。
気体流路70は、ノズルカバー69の上部に形成した気体流入口74に不活性ガス供給流路62を接続している。ノズル本体67の下部には、平面視で時計回り下方へ向けて傾斜する複数（ここでは、６個。）の傾斜孔75からなる旋回流発生部76を介設し、ノズル本体67の先端部とノズルカバー69の先端部との間に液体吐出部73と同心円上のスリット形状の円環孔からなる気体吐出口77を形成している。これにより、２流体ノズル60は、不活性ガス供給流路62から供給された気体を旋回流発生部76で旋回させて気体吐出口77から下方へ向けて吐出する。この時、気体は基板３に対して略鉛直方向に吐出することが好ましい。
このように、２流体ノズル60は、円周の外周方向へ向けて斜め下向きに混合液を吐出する複数の液体吐出口72を同一円周上に配置した液体吐出部73を、液体吐出部73と同心円に配置した円環状の気体吐出口77の内側に形成している。
そして、２流体ノズル60は、液体吐出部73の複数の液体吐出口72から混合液を外周方向に斜め下向きに吐出するとともに、スリット形状の気体吐出口77から不活性ガスを下方へ向けて吐出する。これにより、液体吐出部73及び気体吐出口77の下方近傍で混合液と不活性ガスとが衝突し、不活性ガスの吐出圧力によって混合液が分散して霧状の混合液の液滴が形成され、その混合液の液滴を基板３の表面に噴霧する。この時、混合液が複数の細い筋状に吐出されるので、不活性ガスと混合液との接触面積が大きくなり、粒径が小さい液滴を均一に効率よく形成することができる。また、スリット形状の気体吐出口77から不活性ガスを吐出するので、筋状に吐出される混合液に対して均一に不活性ガスを衝突させることができ、均一な液滴を生成することができる。そして、混合液の均一な液滴を基板３に噴霧することで、物理力が加わり、除去対象層の表面に形成される硬化膜をより効果的に除去することができる。
ここで、２流体ノズル60は、処理液を液体吐出口72から吐出させた際に、各液体吐出口72から吐出した混合液間に発生する負圧で引き寄せられて混合液同士が接触しないように、隣接する液体吐出口72の間隔を所定距離以上に離して形成している。具体的には、隣接する液体吐出口72の外周端の間隔を液体吐出口72の開口径以上となるように形成している。これにより、複数の細い筋状に吐出した混合液同士が接触して太い円柱状になることを防止することができるので、粒径の小さい液滴を均一に生成することができる。
また、２流体ノズル60は、処理液を液体吐出口72から吐出させた際に各液体吐出口72から吐出された直後に混合液と不活性ガスとが衝突するように、液体吐出部73の液体吐出口72と気体吐出口77との間隔を所定距離以下に近づけて形成している。具体的には、各液体吐出口72から吐出した混合液同士が接触しない状態で不活性ガスと衝突する距離に形成している。これにより、混合液が複数の細かい筋状である状態で不活性ガスと衝突することになるので、粒径の小さい液滴を均一に生成することができる。また、混合液の吐出角度にずれが生じると混合液と不活性ガスが衝突する高さのばらつきが起きるおそれがあるが、混合液を液体吐出口72から吐出した直後に不活性ガスと衝突させることで、衝突高さのばらつきを抑えることができる。このようにして、混合液と不活性ガスとが衝突するときの状態のばらつきを抑えることで、均一な液滴を生成することができる。
また、２流体ノズル60は、隣接する液体吐出口72から吐出した混合液同士が接触して混合液が円柱状になると混合液の液滴を均一かつ小径に形成できなくなる。そのため、隣接する液体吐出口72から吐出した混合液同士が接触しない流量及び流速で処理液及び気体を吐出するようにして、混合液の液滴を均一かつ小径に形成する。なお、ここでは、過酸化水素水を１分間に１０ミリリットル供給するとともに、硫酸を１分間に２００ミリリットル供給し、不活性ガスを１分間に４０〜８０リットル（好ましくは、６０リットル）供給している。混合液が基板３の表面に到達した時点での温度は、不活性ガスによって冷却されるために１００℃〜１２０℃となる。
なお、図１２に示す基板液処理装置11では、ＯＨ基供給手段14も液滴状のＯＨ基含有流体を供給する構成としている。すなわち、ＯＨ基供給手段14は、基板処理室16の内部にＯＨ基供給ノズルとしての２流体ノズル78を取付け、２流体ノズル78に液体状のＯＨ基含有流体を供給するためのＯＨ基含有流体供給流路79と、気体状の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給流路80とを接続している。ＯＨ基含有流体供給流路は、２流体ノズル78にＯＨ基供給管41を介してＯＨ基含有流体（純水）を供給するためのＯＨ基含有流体供給源42を接続している。不活性ガス供給流路80は、２流体ノズル78に不活性ガス供給管81を介して不活性ガス（窒素ガス）を供給するための窒素ガス供給源82を接続している。不活性ガス供給管81には、流量調整弁83と開閉弁84が介設されている。流量調整弁83と開閉弁84は、制御手段22によって流量制御及び開閉制御される。２流体ノズル78は、図１１に示した構成のものが利用でき、中央の吐出口から不活性ガスを吐出し、その周囲の吐出口からＯＨ基含有流体を吐出する。
１ 基板処理装置
３ 基板
12 基板保持手段
13 混合液供給手段
14 ＯＨ基供給手段
16 基板処理室

Claims (18)

  1. 下地層の表面に除去対象層を形成した基板に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給して除去対象層を除去する基板処理装置において、
    前記基板を処理するための基板処理室と、
    前記基板処理室に設けられた、前記基板を保持するための基板保持手段と、
    前記基板保持手段で保持された基板に硫酸と過酸化水素水との混合液を前記下地層にダメージを与えない温度及び過酸化水素水の混合比で供給する混合液供給手段と、
    前記基板にＯＨ基を含む流体を供給するＯＨ基供給手段と、
    を有し、
    前記ＯＨ基供給手段は、前記混合液とＯＨ基が前記基板上で混合された際に前記下地層にダメージを与えない量のＯＨ基を含む流体を供給することを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記ＯＨ基供給手段は、前記混合液供給手段から混合液が供給される部分に局部的に前記ＯＨ基を供給するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記ＯＨ基供給手段は、前記基板に対して相対的に移動する前記混合液供給手段の進行方向に対して上流側に設けたことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記ＯＨ基供給手段は、前記基板処理室の内部に全体的に前記ＯＨ基を供給するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記ＯＨ基供給手段は、前記ＯＨ基を供給する間に、供給するＯＨ基の量を減らすことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の基板処理装置。
  6. 前記ＯＨ基供給手段は、前記ＯＨ基を供給する間に、供給するＯＨ基の温度を下げることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の基板処理装置。
  7. 前記混合液供給手段は、前記混合液を供給する間に、供給する混合液に含まれる過酸化水素水の混合比を下げることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の基板処理装置。
  8. 前記混合液供給手段は、前記混合液を供給する間に、供給する混合液の温度を下げることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の基板処理装置。
  9. 前記混合液供給手段は、前記混合液を不活性ガスによって液滴化する２流体ノズルを有することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の基板処理装置。
  10. 下地層の表面に除去対象層を形成した基板に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給して除去対象層を除去する基板処理方法において、
    前記基板に硫酸と過酸化水素水との混合液を前記下地層にダメージを与えない温度及び過酸化水素水の混合比で供給するとともに、前記基板にＯＨ基を含む流体を、前記混合液とＯＨ基が前記基板上で混合された際に前記下地層にダメージを与えない量で供給して、前記除去対象層を除去することを特徴とする基板処理方法。
  11. 前記ＯＨ基を前記混合液が供給される部分に局部的に供給することを特徴とする請求項１０に記載の基板処理方法。
  12. 前記混合液が供給される部分を前記基板に対して相対的に移動させるとともに、移動する前記混合液が供給される部分の進行方向に対して上流側に前記ＯＨ基を供給することを特徴とする請求項１１に記載の基板処理方法。
  13. 前記ＯＨ基を基板処理室の内部に全体的に供給することを特徴とする請求項１０に記載の基板処理方法。
  14. 前記ＯＨ基を供給する間に、供給するＯＨ基の量を減らすことを特徴とする請求項１０〜請求項１３のいずれかに記載の基板処理方法。
  15. 前記ＯＨ基を供給する間に、供給するＯＨ基の温度を下げることを特徴とする請求項１０〜請求項１４のいずれかに記載の基板処理方法。
  16. 前記混合液を供給する間に、供給する混合液に含まれる過酸化水素水の混合比を下げることを特徴とする請求項１０〜請求項１５のいずれかに記載の基板処理方法。
  17. 前記混合液を供給する間に、供給する混合液の温度を下げることを特徴とする請求項１０〜請求項１６のいずれかに記載の基板処理方法。
  18. 前記混合液を不活性ガスによって液滴化して供給することを特徴とする請求項１０〜請求項１７のいずれかに記載の基板処理方法。
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