CN117242546A - 基板处理方法以及基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的基板处理方法具有：将基板保持为水平姿势的工序；向基板的上表面供给处理液，并且使基板以铅垂轴为中心旋转，从而在基板的上表面形成处理液的液膜的工序(S103)；检测液膜的膜厚的工序(S104)；以及在膜厚的检测结果为规定的目标值的情况下，使等离子体产生源与基板的上表面相对地配置，并从等离子体产生源对液膜进行等离子体照射的工序(S106、S107)。根据本发明，能够抑制处理液的消耗量，并且能够良好地处理基板。

Description

基板处理方法以及基板处理装置
技术领域
本发明涉及使用处理液来处理基板的技术，例如通过处理液来去除基板表面的抗蚀剂膜的基板处理方法以及基板处理装置。
背景技术
以半导体基板、玻璃基板等各种基板的表面处理为目的，通过处理液对基板进行处理被广泛地进行。例如，在剥离去除形成于半导体基板的表面的抗蚀剂膜的工艺中，使用浓硫酸与过氧化氢水的混合液(硫酸过氧化氢水，Sulfuric Acid Hydrogen PeroxideMixture：SPM)作为处理液。例如，在专利文献1所记载的技术中，将基板保持为水平姿势并使基板以规定速度旋转，并从配置于基板的上方的喷嘴喷出硫酸过氧化氢水。
本发明的发明人发现：通过使由等离子体产生源产生的活性种作用于剥离去除抗蚀剂膜的工艺中的处理液，抗蚀剂膜的剥离效率提高。研究结果可以确认，即使在使用硫酸作为处理液来取代浓硫酸与过氧化氢水的混合液时，也能够剥离去除抗蚀剂膜。据推测其原因在于，通过由等离子体产生源所产生的活性种作用于硫酸，从而产生具有抗蚀剂膜去除作用的卡罗酸。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2021-005648号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的发明人获得了以下发现：当在使由等离子体产生源产生的活性种作用于包括硫酸的各种处理液时，形成于抗蚀剂膜上的液膜厚度对抗蚀剂膜的剥离效率有很大的影响。形成于基板上的抗蚀剂膜根据抗蚀剂的种类、基板的处理工序、形成于基板的电路图案的形状等而表面的形状以及性质各种各样。因此，将形成于抗蚀剂膜上的处理液的膜厚始终保持为恒定是困难的。即使将照射至基板上的处理液的等离子体产生源的照射状况保持为恒定，若处理液的膜厚与所期望的膜厚不同，则抗蚀剂膜的剥离结果就会变动。
由于这些情况，期望确立一种控制的技术，以使从等离子体产生源对基板上的处理液的液膜进行等离子体照射的处理得到所需的结果。
用于解决问题的手段
本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于，提供一种能够在使用处理液来处理基板的技术中使处理液的处理稳定化，并将处理优化的技术。
为了实现上述目的，本发明的一个方式的基板处理方法，具有：将基板保持为水平姿势的工序；向所述基板的上表面供给处理液，使所述基板以铅垂轴为中心旋转，从而在所述基板的上表面形成所述处理液的液膜的工序；检测所述液膜的膜厚的工序；以及在所述膜厚的检测结果为规定的目标值的情况下，使等离子体产生源与所述基板的上表面相对地配置，并从所述等离子体产生源对所述液膜进行等离子体照射的工序。
此外，为了实现上述目的，本发明的一个方式的基板处理装置，具有：基板保持部，将基板保持为水平姿势，并使所述基板以铅垂轴为中心旋转；处理液供给部，将处理液供给至由所述基板保持部所保持的所述基板的上表面；控制部，使所述处理液供给部供给规定量的所述处理液，并通过所述基板保持部使所述基板旋转，从而使所述处理液的液膜形成于所述基板的上表面；膜厚测量部，测量所述液膜的膜厚；反应器，使等离子体产生；以及移动机构，使所述反应器在相对位置与待机位置之间移动，所述相对位置为所述反应器与所述基板的上表面接近并相对的位置，所述待机位置为所述反应器从所述基板的上表面离开的位置，所述控制部具有膜厚运算部，所述膜厚运算部根据来自所述膜厚测量部的信号计算所述膜厚，在所述膜厚的计算结果为规定的目标值的情况下，所述控制部使所述反应器位于所述相对位置并使所述反应器对所述基板的上表面的所述液膜进行等离子体照射。
在如此构成的发明中，通过等离子体照射使处理液活性化，由此，能够促进基板处理的化学反应。但是，根据本发明的发明人的发现，液膜的厚度(膜厚)对处理品质有很大的影响，因此，需要根据处理内容适当地控制膜厚。具体地说，需要充分地供给有助于基板的处理的处理液中的化学物种，就此点来看，构成液膜的液体的量优选为多一些。另一方面，必须使液膜薄到能够使通过等离子体点亮所产生的活性种到达至基板表面的程度。
在此，在本发明中，在通过使水平姿势的基板旋转来供给处理液而在基板的上表面形成液膜之后，设置检测所形成的液膜的膜厚的工序。而且，若为适当膜厚，则进行等离子体照射。由此，能够良好地进行基于处理液的基板的处理。此外，只要能够以薄的液膜来覆盖基板即可，不需要持续地供给处理液，其结果，也能够使处理液的消耗量减少。
发明的效果
如上所述，根据本发明，形成覆盖基板的处理液的液膜，并在确认该膜厚为适当后进行等离子体照射。因此，能够使处理液活性化，从而能够良好地进行处理。
若一边参照附图一边边阅读下面的详细说明，应能够更完全地阐明本发明的上述目的和其他的目的以及新颖的特征。但是，附图仅为用来解说，并非用来限定本发明的范围。
附图说明
图1是示出本发明的基板处理装置的一实施方式的概略结构的图。
图2是示出该实施方式中的基板处理的流程图。
图3A是示意性示出该处理中的各部的动作的图。
图3B是示意性示出该处理中的各部的动作的图。
图3C是示意性示出该处理中的各部的动作的图。
图4A是示意性示出该处理中的各部的动作的图。
图4B是示意性示出该处理中的各部的动作的图。
图4C是示意性示出该处理中的各部的动作的图。
图4D是示意性示出该处理中的各部的动作的图。
图5是示出各部的动作时序的时序图。
图6A是示意性示出基于等离子体点亮的抗蚀剂去除处理的原理的图。
图6B是示意性示出基于等离子体点亮的抗蚀剂去除处理的原理的图。
图7A是例示等离子体反应器的另一方式的俯视图。
图7B是例示等离子体反应器的另一方式的俯视图。
具体实施方式
图1是示出本发明的基板处理装置的一实施方式的概略结构的图。该基板处理装置1是对半导体基板、玻璃基板等各种基板执行使用了处理液的湿式处理的装置。例如，基于去除形成于半导体基板的表面的光致抗蚀剂膜的目的，能够适用该基板处理装置1。基板处理装置1具有：上部单元20，配置于处理腔室10内，并成为基板处理的主体；下部单元30；液供给单元40；膜厚测量单元50；以及控制单元90，控制装置整体的动作。
下部单元30具有用于保持基板S的旋转卡盘机构。具体地说，下部单元30设置有平板状的旋转基座31，该旋转基座31具有与基板S的平面尺寸大致相同的平面尺寸。在旋转基座31的上表面中的接近外周部的位置配置有多个卡盘销32。卡盘销32通过与基板S抵接而将基板S保持为水平姿势。
旋转基座31的下表面与沿铅垂方向延伸的旋转支撑轴33结合。旋转支撑轴33被旋转驱动机构34支撑为能够以铅垂轴为中心自由旋转。旋转驱动机构34固定于处理腔室10的底面，并根据来自设置于控制单元90的旋转控制部98的控制指令进行动作，并使旋转基座31以规定的转速旋转。由此，水平姿势的基板S以铅垂轴为中心旋转。点划线表示基板S的旋转轴，当基板S为圆形时，优选为使基板S的中心与旋转中心一致。
此外，以包围旋转基座31的侧方的方式配置防溅挡板35。防溅挡板35根据来自设置于控制单元90的升降控制部99的控制指令而升降。在防溅挡板35的上端上升至比基板S更靠上方的状态下，防溅挡板35会将基板S的周围进行包围。由此，防溅挡板35在后述的基板处理中接住并回收从基板S的上表面飞散至周围的处理液等液体。另一方面，在防溅挡板35的上端下降至比基板S更靠下方且基板S露出的状态下，例如能够接受来自外部的基板搬运用手部的进出。
在下部单元30的上方配置有上部单元20。上部单元20具有平板状的板构件21，该板构件21具有比基板S的平面尺寸稍大的平面尺寸。即，板构件21的面积比基板S的面积大，在将板构件21与基板S重叠时的俯视下，板构件21覆盖基板S的整体。板构件21的上部与轴22结合，轴22是被固定于处理腔室10的顶面的升降机构23支撑为能够沿铅垂方向自由升降。
通过升降机构23根据来自设置于控制单元90的升降控制部91的控制指令进行动作，板构件21升降移动。由此，板构件21在待机位置与相对位置之间移动，待机位置为板构件21从旋转基座31向上方大幅分离的图1所示的位置，相对位置为板构件21与如后所述那样被旋转基座31所保持的基板S的上表面接近并相对的位置。
在板构件21的下表面即与基板S相对的一侧的面安装有在大气压下作为等离子体产生源发挥作用的等离子体反应器24。等离子体反应器24具有基板S的平面尺寸以上的平面尺寸的平板形状，并与基板S的整个上表面相对。即，等离子体反应器24具有比基板S还大的面积，且在从上方或从下方观察的俯视下成为将整个基板S覆盖隐藏的状态。例如若基板S为圆形，则能够使用比基板S的直径大的圆盘形状的等离子体反应器24。等离子体反应器24从设置于控制单元90的等离子体电源92接受供电，使附近的气体等离子体化。
在板构件21的下表面中的比等离子体反应器24更靠外侧的周缘部设置有气体喷嘴25。气体喷嘴25与控制单元90的气体供给部93连接，喷出从气体供给部93所供给的气体。如虚线箭头所示，气体的喷出方向为沿着等离子体反应器24的下表面的方向，更具体地说为大致水平方向且朝向基板S的旋转轴的方向。由此，能够进行等离子体反应器24的正下方的等离子体产生空间中的气体环境控制。
气体喷嘴25至少有一个即可，但优选为相对于基板S的旋转轴以等角度间隔地设置多个。此外，如后所述，能够会有因处理对象物而不需要气体供给的情况，若仅设想为那样的情况，则能够省略气体喷嘴。
在下部单元30的侧方设置有至少一个液供给单元40。液供给单元40具有：转动机构41，具有以铅垂轴为中心转动的可动轴42；臂43，安装于可动轴42；以及液体喷嘴44，安装于臂43的顶端。液体喷嘴44选择性地喷出处理液以及冲洗液，该处理液是从设置于控制单元90的处理液供给部94供给的处理液，该冲洗液是从冲洗液供给部95供给的冲洗液。另外，在此是以一组液供给单元40来处理两种类的液体，但也可以根据各个液体的种类来设置液供给单元。此外，也可以为在一个臂设置有多个喷嘴，并根据各个液体的种类而分开使用上述多个喷嘴的结构。
转动机构41根据来自控制单元90的转动控制部96的控制指令而转动。由此，液体喷嘴44在处理位置与待机位置之间移动，处理位置为液体喷嘴44位于基板S的上方来将液体供给至基板S的上表面的位置，待机位置为液体喷嘴44退避至基板S的侧方的位置。此外，也可以一边从液体喷嘴44喷出液体，一边使液体喷嘴44沿着基板S的上表面扫描移动。
在下部单元30的侧方还设置有膜厚测量单元50。如后所述，膜厚测量单元50以光学方式来对形成于基板S的液膜的膜厚进行测量。具体地说，膜厚测量单元50具有：转动机构51，具有以铅垂轴为中心转动的可动轴52；臂53，安装于可动轴52；以及传感器54，安装于臂53的顶端。传感器54将光向测量对象物照射并接收该光的反射光，并将与所接收的光相对应的信号输出至控制单元90的膜厚运算部97。
膜厚运算部97根据来自传感器54的输出信号来检测膜厚。作为检测方式，能够适用例如使用了光干涉式、反射率分光式等各种光学测量原理的方式。另外，若为能够以非接触方式在短时间内测量液膜的膜厚的方法，也可以为基于上述光学式的外的测量原理的方法。
转动机构51根据来自控制单元90的转动控制部96的控制指令而转动。由此，传感器54在位于基板S上方的测量位置与退避至基板S的侧方的待机位置之间移动。此外，也可以使传感器54沿着基板S的上表面扫描移动。
除此之外，在基板处理装置1的控制单元90具有工艺控制部900，该工艺控制部900按照预先决定的处理规程来控制装置各部并使装置各部执行规定的基板处理。工艺控制部900具有CPU(Central Processing Unit：中央处理器)以及存储部，通过由CPU来执行预先存储于存储部的控制程序，来实现以下所说明的基板处理。
接着，说明如上所述那样构成的基板处理装置1的动作。基板处理装置1能够利用于各种用途。在此说明将形成于半导体基板的表面的抗蚀剂膜剥离去除的抗蚀剂去除处理的一例。当抗蚀剂膜为有机物时，例如有通过浓硫酸的强氧化力来将抗蚀剂膜氧化分解的方法。因此，在此是使用常温的硫酸水溶液作为处理液。
以往，作为利用了硫酸的氧化力的抗蚀剂去除处理，广泛使用硫酸与过氧化氢水的混合液(SPM)作为处理液的方法。然而，在硫酸与过氧化氢的化学反应中产生水，硫酸浓度随着时间经过而降低，因此，需要持续地供给处理液。此情况会导致硫酸的使用量增加，其结果，使环境负荷增大。此外，高浓度的过氧化氢水在使用处理上需要注意。
在该实施方式中，通过等离子体照射将作为处理液的硫酸活性化。由此，使得在不使用过氧化氢水的情况下，就可获得与使用了SPM的处理同等的抗蚀剂去除效果。根据本发明的发明人的发现，在此情况下不需持续地供给处理液，只要基板的表面被抗蚀剂去除所需的量的处理液的液膜覆盖就足够。因此，作为处理液的硫酸的所需量只要少量即可。鉴于此，在本实施方式中，在基板S的上表面形成处理液的液膜，通过对该液膜进行等离子体照射，来执行抗蚀剂去除。
图2是示出该实施方式中的基板处理的流程图。此外，图3A至图3C以及图4A至图4D是示意性示出该处理中的各部的动作的图。首先，将装置整体初始化(步骤S101)。在基板处理装置1的初始状态中，如图1以及图3A所示，上部单元20的板构件21、液供给单元40的液体喷嘴44以及膜厚测量单元50的传感器54均位于待机位置。此外，并未进行从气体喷嘴25喷出气体以及从液体喷嘴44喷出液体。此外，防溅挡板35位于下部位置，旋转基座31的上部为露出的状态。
在该状态下，接收作为处理对象的基板S，并执行适当的前处理(步骤S102)。具体地说，将通过外部的搬运机器人搬运来的基板S经由未图示的闸门搬入至处理腔室10内。将基板S中形成有应去除的抗蚀剂膜的被处理面朝向上，并将基板S以水平姿势载置于旋转卡盘31。前处理的内容虽为任意，但能够适用例如使用了药液的蚀刻处理以及清洗处理、后续的冲洗处理等。另外，也可以为将在外部进行了前处理后的基板S搬入该基板处理装置1的方式。即，也可以省略在基板处理装置1中的前处理的执行。
接着，执行本发明的基板处理方法。即，首先使用处理液形成液膜(步骤S103)。如图3B所示，防溅挡板35向上方移动而包围基板S的周围。然后，液供给单元40的液体喷嘴44定位于基板S的旋转中心上方，即定位于点划线所示的基板S的旋转轴上。在此状态下，从液体喷嘴44喷出处理液Lq。所喷出的液量的总量是预先决定的。具体地说，形成于基板S的液膜的膜厚的目标值是预先决定的。并且，将该目标值与基板S的表面积的乘积加上恒定的余量后的量设定为供给液量。当结束喷出处理液时，液体喷嘴44返回至待机位置。
而且，旋转基座31以规定速度旋转恒定时间的后停止旋转。由此，基板S旋转，处理液因离心力的作用而扩散至基板S的整个上表面。最后，处理液的一部分从基板S的周缘部甩出。被甩出的处理液被防溅挡板35接住，并被未图示的回收部所回收。在基板S的旋转结束后，防溅挡板35下降。
最后残留于基板S上的处理液形成覆液(paddle)状的液膜LP。液膜的厚度由基板S的转速、旋转加速度以及旋转的持续时间所决定。另外，液膜的厚度的最佳值根据基板S的表面状态而变化，具体来说根据抗蚀剂膜的种类以及厚度、覆盖基板表面的覆盖率等而变化，此外，也根据处理液的种类及浓度等而变化。因此，优选膜厚的目标值根据处理的目的而适当变更设定。伴随于此，也可以适当变更处理液的供给量、基板S的转速、旋转加速度以及旋转的持续时间等各种参数。
但是，由于处理的偏差，仅通过这些参数设定未必能够可靠地形成适当的膜厚的液膜。在后面将详细说明，在本实施方式的抗蚀剂去除处理中，液膜LP的膜厚对处理质量有很大的影响。优选的膜厚为约数百微米(micrometer)级。因此，测量所形成的液膜LP的膜厚(步骤S104)。
具体地，如图3C所示，膜厚测量单元50的传感器54在基板S上移动并向基板S上的液膜LP照射光，并接收反射光。膜厚运算部97基于来自传感器54的输出信号来计算膜厚。优选地，如图3C的虚线箭头所示，传感器54沿着基板S的上表面扫描移动，并在多个部位测量膜厚。在测量膜厚之后，传感器54返回至待机位置。
接着，判断膜厚运算部97所计算出的膜厚是否处于包含最佳值的适当范围内(步骤S105)。例如，能够将相对于最佳值为(±20％)左右设定为适当范围。如上所述，关于膜厚的目标值，可以设定为单一的值，也可以规定为一定的范围。膜厚的目标值存储于工艺控制部900的存储部。工艺控制部900的CPU从存储部获取膜厚的目标值来适用于膜厚的判断。作为膜厚的目标值，可根据基板的种类、处理液的种类或处理液的处理内容而存储不同的值。当在存储部存储有多个种的目标值时，可将目标值与基板的种类、处理液的种类或处理液的处理内容相关联。
若膜厚并不在适当范围内(在步骤S105中为否)，则返回至步骤S103并再次执行液膜形成。此时，可以使与膜厚有关的参数即处理液的供给量、基板的转速、基板的旋转持续时间、基板的旋转加速度中的至少一个与先前的液膜形成时不同。通过以此方式变更液膜形成条件，能够实现再形成的液膜的膜厚的适当化。
当膜厚在适当范围内时(在步骤S105中为是)，执行步骤S106。具体地说，如图4A中的实线箭头所示，开始从气体喷嘴25喷出气体，并从等离子体电源92对等离子体反应器24施加等离子体点亮用的高电压。此外，如虚线箭头所示，板构件21从待机位置下降至相对位置，等离子体反应器24定位于与基板S的上表面接近并相对的位置。两者最后接近至数厘米(millimeter)的距离。其结果，如图4B所示，通过施加电压在等离子体反应器24的下表面附近产生的等离子体P被照射至基板S上的液膜LP(步骤S107)。
通过将气体从气体喷嘴25供给至等离子体反应器24与基板S之间，能够控制这两者之间的间隙空间中的气体环境。作为用于促进等离子体产生的气体环境控制，优选为供给含有氦气或氩气等稀有气体的气体。此外，已知在使用含有硫酸的处理液进行抗蚀剂去除处理时，在含有氧气的气体环境下的等离子体照射对处理品质的提高是有效的。因此，能够从气体喷嘴25喷出例如氧气与稀有气体的混合气体。
此外，根据抗蚀剂膜的种类以及厚度，也有仅利用大气中的氧气就能够良好地进行处理的情况。在如此情况下，也可以不进行从气体喷嘴25喷出气体。此外，若为仅进行不需要喷出气体的处理的装置，则也能够省去气体喷嘴本身。
当等离子体照射持续了规定时间时，等离子体反应器24与板构件21一起上升(步骤S108)，接着进行冲洗处理(步骤S109)。即，如图4C所示，防溅挡板35上升，并从冲洗液供给部95经由液供给单元40的液体喷嘴44向基板S供给适合的冲洗液Lr，例如去离子水(De-ionized water：DIW)。由此，停止使用处理液进行基板处理。基板S以规定的转速旋转，冲洗液Lr从基板S的周缘部被甩出。
在处理规程中，当指定重复步骤S103至步骤S109时(在步骤S110中为是)，则返回至步骤S103，重复上述处理。根据抗蚀剂膜的种类以及厚度，有可能会有仅执行一次上述处理无法完全去除的情况。在那样的情况下，通过重复执行液膜的形成以及等离子体照射，能够更可靠地去除抗蚀剂膜。
若不需要重复处理(在步骤S110中为否)，则进行适合的后处理(步骤S111)，最后进行使基板S干燥的干燥处理(步骤S112)。后处理的内容是任意的，并且也能够省略。例如，为了防止形成于基板S的微细图案的倒塌，能够执行将附着至基板S的液体替换为表面张力较低的液体的处理作为后处理。此外，如图4D所示，通过使基板S以高速旋转并甩出残留附着于基板S的液体成分来进行干燥处理。
能够从处理腔室10搬出处理后的基板S。当有下一个要处理的基板时(在步骤S113为是)，返回至步骤S101，从初始状态重新接收基板并执行上述处理。若没有下一个基板(在步骤S113中为否)，则结束处理。以上为本实施方式中抗蚀剂去除处理的概要。
图5是示出各部的动作时序的时序图。在步骤S106中，等离子体反应器24从待机位置(时刻T1)下降至相对位置(时刻T2)，在此期间进行从气体喷嘴25喷出气体以及等离子体反应器24中的等离子体点亮。在此例子中，在等离子体反应器24开始下降的时刻T1之后才开始喷出气体，但也可以比时刻T1还要早地开始喷出气体。
气体供给量在一开始相对较多，但在时刻T2之前变更为较小流量。如图中的实线所示，可以阶段式地变更流量，此外，如虚线所示，也可以为气体供给量与时间一起逐渐减少的方式。通过一开始通过以大流量供给气体，即使在等离子体反应器24与基板S之间的距离大(例如10厘米以上)的状态下，也能够良好地进行等离子体反应器24的正下方的等离子体产生空间的气体环境控制。
另一方面，在等离子体反应器24与基板S接近(例如接近至3厘米以下)的状态下，为了防止形成于基板S的上表面的液膜LP紊乱，降低气体供给量。由于间隙空间的容积变小，因此，即使是小流量也能够良好地进行气体环境控制。
为了使等离子体点亮状态稳定，用于使等离子体点亮的向等离子体反应器24的施加电压在比时刻T2充分早的时机开始。在此例子中，为了进行等离子体产生空间中的气体环境控制的状态下使等离子体点亮，从气体喷嘴25开始喷出气体后开始施加电压。然而，也可以使等离子体例如比喷出气体还要早地点亮，另外也可以设为始终点亮的状态。
等离子体反应器24配置于与基板S接近并相对的位置，在进行了等离子体反应器24与基板S之间的气体环境控制的状态下点亮等离子体。由此，等离子体反应器24与基板S之间的间隙空间成为等离子体产生空间，间隙空间内的气体等离子体化。
图6A以及图6B是示意性示出通过等离子体点亮的抗蚀剂去除处理的原理的图。如图6A所示，在等离子体反应器24与基板S之间的间隙空间G产生的等离子体P照射至液膜LP。由此而溶入液中的活性种A促进液中的硫酸所造成的抗蚀剂膜R的氧化分解反应。因此，进行抗蚀剂膜R的去除处理。
关于液膜LP的厚度Tp，需要厚度达至下述程度：成为氧化分解反应的主体的硫酸被充分地供给达到至少使抗蚀剂膜R分解的量。另一方面，如图6B所示，当液膜LP过厚时，溶入液中的活性种A在到达与抗蚀剂膜膜R间的界面前就失活，削弱等离子体照射的效果。为了提高该效果，液膜LP以薄为佳。基于此点，液膜LP的厚度Tp存在适当的范围。
例如，在本发明的发明人所实验的系统中，通过对厚度200微米的液膜进行等离子体照射，获得了100％的抗蚀剂去除率。然而，也发现到，在相同的等离子体照射条件下，当设定膜厚为220微米时抗蚀剂去除率降低为98％左右，当设定为300微米左右时抗蚀剂去除率降低为52％左右。这样，抗蚀剂去除性能因膜厚的小的差异而产生大的差异。
也可想到仅用供给至基板S的处理液的量来控制液膜LP的厚度的方法。例如，为了在直径300厘米的圆形基板上形成厚度200微米的液膜所需的液量为约14厘米。但是，在基板表面存在有因凹凸、位置所造成的润湿性的差异等情况，因此，实际很难仅通过供给所需量的液体就形成相同的液膜。因此，优选为供给比所需量还多的处理液，并通过旋转基板S来将一部分甩出，从而调整膜厚。在此情况下，能够通过控制转速、加速度、旋转的持续时间等来实现所需的膜厚。
优选地，在进行等离子体照射的期间停止基板S的旋转。为了使通过等离子体照射而产生于液中的活性种有足够的量到达至与抗蚀剂膜之间的界面，先使液膜LP处于静止状态是有效果的。另外，例如为了达到基板整体中的处理的均匀化，也可以使基板S以不会产生液膜LP的紊乱的程度的低速旋转。若将此时的转速设定为比液膜形成时的转速还小，则能够防止处理液从基板S落下，从而能够避免形成于基板S的液膜LP的破坏。
在本实施方式的抗蚀剂去除处理中，在步骤S110中判断是否需要重复处理。并且，当需要重复时，执行多次液膜形成、膜厚测量、等离子体照射的一系列的处理。由此，能够获得下述的效果。
第一，能够使抗蚀剂去除技术效果更可靠。具体如下所述。例如，在抗蚀剂膜较厚的情况，或当接受离子注入而进行抗蚀剂膜的固化那样的情况下，可能会有通过一次处理并不能完全去除所有的抗蚀剂膜的情况。在此，若为了提高抗蚀剂去除作用而使液膜变厚，则等离子体照射的效果会减弱，其结果，未必会提高抗蚀剂去除效果。通过重复多次薄的液膜与等离子体照射的组合，能够更有效地实现抗蚀剂去除。
第二，能够根据每次处理而使液膜的厚度不同。在基板表面因存在凹凸以及离子注入密度的不同等而使抗蚀剂膜的状态根据基板内的位置而有所不同。因此，在为了去除抗蚀剂膜的处理中所需的液膜的适当的厚度在基板内并非一样。当进行多次液膜的形成时，能够根据目的来视情况设定液膜的膜厚的目标值。因此，能够在基板整体获得良好的处理结果。
第三，虽然处理液中的硫酸浓度因与抗蚀剂膜之间的化学反应被消耗而降低，但通过重新形成液膜而能够对处理液中的硫酸浓度进行重置。通过用重新供给的新鲜的处理液来进行基板的处理，能够获得良好的处理品质。
在上述重复处理中，能够根据每个处理来设定供给至基板S的处理液的供给量、基板S的转速、加速度、旋转持续时间、膜厚的目标值、等离子体照射条件等各种参数。
如上所述，在该实施方式中，形成于基板S的抗蚀剂膜的去除处理通过基于以硫酸为主体的处理液的液膜形成以及等离子体照射的组合来进行。由于通过等离子体照射能够将处理液活性化，因此不需添加过氧化氢，也不需要持续地供给处理液。而且，为了使等离子体活性种到达处理液与抗蚀剂膜之间的界面，液膜是以薄为佳，由此，能够进一步地削减处理液的使用量。
如上述说明，在上述实施方式中，旋转卡盘机构(旋转基座31、卡盘销32、旋转支撑轴33、旋转驱动机构34)作为本发明的“基板保持部”发挥作用，等离子体反应器24作为本发明的“反应器”发挥作用。再者，等离子体反应器24以及等离子体电源92作为本发明的“等离子体产生源”发挥作用。此外，控制单元90作为本发明的“控制部”发挥作用。
此外，液供给单元40以及处理液供给部94作为本发明的“处理液供给部”发挥作用。此外，膜厚测量单元50作为本发明的“膜厚测量部”发挥作用。再者，气体喷嘴25以及气体供给部93作为本发明的“气体供给部”发挥作用。
另外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的前提下，能够进行上述内容之外的各种变更。例如，在上述实施方式中，对基板S供给处理液通过从定位于基板S的旋转中心上方的液体喷嘴44喷出处理液来进行。然而，处理液的供给方式并不限于此，例如也可为使用喷洒喷嘴进行喷洒涂敷的方法、一边使喷嘴相对于基板S进行扫描移动一边喷出处理液的方法。
此外，上述实施方式中的等离子体反应器24为具有基板S的平面尺寸以上的平面尺寸的平板状的构件。取而代之，也能够如下所示那样使用更小型的等离子体反应器。
图7A以及图7B是例示等离子体反应器的另一方式的俯视图。在图7A所示的例子中，比基板S还小型的等离子体反应器24a安装于摆动臂24b的顶端。通过未图示的驱动机构的动作使摆动臂24b摆动，从而使等离子体反应器24a沿着基板S的上表面扫描移动。由于等离子体点亮限定于等离子体反应器24a与基板S之间的空间，因此，通过使等离子体反应器24a相对于基板S进行扫描移动，能够处理整个基板S。此外，也能够仅对基板S上的特定的位置进行处理。为了以短时间处理整个基板S，也可以使基板S以低速旋转。此时的转速期望是比液膜形成时的转速低的转速。
此外，在图7B所示的例子中，设置有在一个方向上比基板S的尺寸大且在一个方向的正交方向上比基板S的尺寸小的细长的等离子体反应器24c。未图示的扫描移动机构通过使等离子体反应器24c在与基板S的长度方向相交的方向相对于基板S扫描移动，处理基板S的整个表面。扫描移动机构具有马达以及用于将等离子体反应器24c与马达结合的结合构件。在此例子中，不一定需要基板S的旋转。
此外，在上述实施方式中，基于去除形成于基板S的表面的有机物即抗蚀剂膜的目的，使用硫酸作为处理液，并将含有氧的气体导入至等离子体产生空间。这些材料作为处理的一例而示出，本发明的基板处理装置以及基板处理方法也可适用于使用这些材料以外的各种材料的处理。
以上，如例示具体实施方式所说明的那样，在本发明的基板处理方法中，能够在例如形成液膜之后，停止基板的旋转并进行等离子体照射。根据这样的结构，能够抑制形成于基板的液膜的紊乱，并能够通过等离子体照射而使溶入液中的活性种有效率地到达基板表面。
此外，例如等离子体产生源可以具备具有基板的平面尺寸以上的平面尺寸的反应器。即，反应器可以为具有比基板大的面积，且在俯视下覆盖整个基板的形状。通过这样的结构，能够同时处理基板的整个表面。此外，例如等离子体产生源也可以具备具有小于基板的平面尺寸的平面尺寸的反应器。即，等离子体产生源为具有小于基板的面积，且在俯视下基板将整个等离子体产生源覆盖的形状。在此情况下，能够为一边使基板以形成液膜时以下的转速旋转，一边使反应器相对于基板扫描移动并进行等离子体照射的结构。根据这样的结构，通过按顺序变更反应器与基板之间的相对位置，能够处理整个基板。此外，能够根据需要仅处理基板上的特定的位置。
此外，例如在形成液膜之后，能够停止基板的旋转并进行膜厚的检测。通过在停止基板的旋转的状态下进行膜厚检测，能够检测膜厚，而不受旋转带来的振动、离心力所造成的膜厚变动的影响。
此外，例如能够对膜厚的检测结果与目标值不同的基板再次执行液膜的形成。通过上述方式，能够在使液膜的厚度适当化的状态下执行等离子体照射。在此情况下，可以使处理液的供给量、基板的转速、基板的旋转持续时间、基板的旋转加速度中的至少一个与先前的液膜形成时不同而再次执行液膜的形成。根据这样的结构，通过改变液膜形成条件而再次执行形成液膜，能够实现重新形成的液膜的膜厚的适当化。
此外，例如在形成液膜的工序中，能够将比构成膜厚为目标值时的液膜的液量多的规定量的处理液供给至基板的上表面，并通过旋转甩出该处理液的一部分。通过这样的结构，用于决定液膜的厚度的参数主要是与基板的旋转有关的参数。即，通过适当地进行基板的旋转控制，能够实现所需的膜厚。
此外，例如能够按照液膜的形成、膜厚的检测以及等离子体照射的顺序重复执行多次。根据这样的结构，通过重复进行多次处理，能够使处理结果更可靠。此外，通过根据每次执行而使处理条件不同，也能够进一步提高处理效果。
在此，处理液可以含有硫酸。作为使用硫酸的基板处理，已知使用与过氧化氢水混合而成的硫酸过氧化氢水，然而，通过进行基于等离子体照射的活性化，能够不需过氧化氢水。
在此情况下，在进行等离子体照射的工序中，能够将含氧的气体供给至等离子体产生源与基板的上表面之间。根据本发明的发明人的发现可知，在用以硫酸作为主体的处理液来进行的处理中，通过在含氧的气体环境下进行等离子体点亮来提高处理效果。因此，通过将等离子体产生源与基板的上表面之间设为氧气环境，能够提高处理效果。
在此情况下，优选地，在检测膜厚之后，一边使等离子体产生源从基板的上方的待机位置下降至与基板相对的相对位置，一边将气体供给至等离子体产生源与基板之间的间隙空间，并随着等离子体产生源下降而使气体的供给量随时间经过而减少。等离子体产生源从距离基板大幅远离的待机位置向与基板接近并相对的相对位置移动。此时，通过将气体供给至等离子体产生源与基板之间的间隙空间，能够适当地控制间隙空间的气体环境。
在气体环境控制的观点下，当等离子体产生源与基板之间的间隙大时，以相对较大流量来供给气体是有效的，另一方面，当间隙小时，会有气体的流动使形成于基板的液膜紊乱的风险。为了防止此情况，使气体的供给量随着时间经过而减少是有效的。
此外，例如本发明能够适用于通过处理液来去除形成于基板的上表面的抗蚀剂膜的处理。即，为了将抗蚀剂膜分解去除，能够适用组合了利用处理液的液膜形成以及等离子体照射的处理。由于通过等离子体照射能够使处理液中的反应物种活性化，因此，能够以少量的液量良好地执行去除抗蚀剂。
此外，例如也可以还具有获取目标值的目标值获取工序，目标值可以根据基板的种类、处理液的种类以及利用处理液的处理的内容中的至少一个而改变。根据这样的结构，能够根据用途设定膜厚的目标值，例如能够切换并适用多个目标值。
此外，在本发明的基板处理装置中，例如能够将反应器构成为具有基板的平面尺寸以上的平面尺寸，并在相对位置与基板的整个上表面相对。根据这样的结构，能够同时地处理基板的整个表面。
此外，例如可以还设置用于将气体供给至反应器与基板的上表面之间的气体供给部。根据这样的结构，能够将反应器与基板之间的气体环境控制为适于等离子体点亮的条件，从而能够使等离子体稳定地产生。此外，能够控制通过等离子体点亮所产生的活性种的种类。
在此，气体供给部可以具有与反应器结合为一体并喷出气体的气体喷嘴，而且，气体喷嘴可以为从基板的周缘部侧朝向旋转中心沿水平方向喷出气体的结构。由于通过使气体喷嘴与反应器一体化而固定两者的位置关系，因此，能够更可靠地进行反应器的下表面的气体环境控制。此外，通过从基板的周缘部侧朝向旋转中心沿大致水平方向喷出气体，能够使反应器与基板之间的气体环境一样，从而有助于稳定的等离子体点亮。
以上沿着特定的实施例说明了本发明，但该说明并不旨在以限定的意义来解释。对于精通此技术的人来说，若参照发明的说明，则所公开实施方式的变形例就如同本发明其它的实施方式般显而易见。因此，随附的权利要求将被理解为在不脱离发明真实范围内包括了该变形例或实施方式。
产业上的可利用性
本发明能够适用于通过处理液来处理基板的各种的基板处理，例如能够合适地适用于从基板去除抗蚀剂膜的处理。
附图标记的说明：
1 基板处理装置
24 等离子体反应器(等离子体产生源、反应器)
25 气体喷嘴(气体供给部)
31 旋转基座(基板保持部)
32 卡盘销(基板保持部)
33 旋转支撑轴(基板保持部)
34 旋转驱动机构(基板保持部)
40 液供给单元
50 膜厚测量单元(膜厚测量部)
90 控制单元(控制部)
92 等离子体电源(等离子体产生源)
93 气体供给部(气体供给部)
94 处理液供给部(处理液供给部)
97 膜厚运算部
Lq 处理液
S 基板

Claims (19)

1.一种基板处理方法，其中，
具有：
将基板保持为水平姿势的工序；
向所述基板的上表面供给处理液，使所述基板以铅垂轴为中心旋转，从而在所述基板的上表面形成所述处理液的液膜的工序；
检测所述液膜的膜厚的工序；以及
在所述膜厚的检测结果为规定的目标值的情况下，使等离子体产生源与所述基板的上表面相对地配置，并从所述等离子体产生源对所述液膜进行等离子体照射的工序。
2.如权利要求1所述的基板处理方法，其中，
在所述液膜的形成后，停止所述基板的旋转并进行所述等离子体照射。
3.如权利要求2所述的基板处理方法，其中，
所述等离子体产生源具有反应器，所述反应器具有所述基板的平面尺寸以上的平面尺寸。
4.如权利要求1所述的基板处理方法，其中，
所述等离子体产生源具有反应器，所述反应器具有小于所述基板的平面尺寸的平面尺寸，
一边使所述基板以所述液膜的形成时的转速以下的转速旋转，一边使所述反应器相对于所述基板扫描移动并进行所述等离子体照射。
5.如权利要求1至4中任一项所述的基板处理方法，其中，
在所述液膜的形成后，停止所述基板的旋转并进行所述膜厚的检测。
6.如权利要求1至5中任一项所述的基板处理方法，其中，
在所述膜厚的检测结果与所述目标值不同的情况下，再次执行对所述基板形成所述液膜。
7.如权利要求6所述的基板处理方法，其中，
使所述处理液的供给量、所述基板的转速、所述基板的旋转持续时间、所述基板的旋转加速度中的至少一个与先前形成所述液膜时不同来再次执行所述液膜的形成。
8.如权利要求1至7中任一项所述的基板处理方法，其中，
在形成所述液膜的工序中，将比当所述膜厚为所述目标值时构成所述液膜的液量多的规定量的所述处理液供给至所述基板的上表面，通过旋转将所述处理液的一部分甩出。
9.如权利要求1至8中任一项所述的基板处理方法，其中，
按照所述液膜的形成、所述膜厚的检测以及所述等离子体照射的顺序反复执行多次。
10.如权利要求1至9中任一项所述的基板处理方法，其中，
所述处理液包括硫酸。
11.如权利要求10所述的基板处理方法，其中，
在进行所述等离子体照射的工序中，将含有氧的气体供给至所述等离子体产生源与所述基板的上表面之间。
12.如权利要求11所述的基板处理方法，其中，
在所述膜厚的检测后，一边使所述等离子体产生源从所述基板的上方的待机位置下降至与所述基板相对的相对位置，一边将所述气体供给至所述等离子体产生源与所述基板之间的间隙空间，随着所述等离子体产生源的下降，使所述气体的供给量随着时间经过而减少。
13.如权利要求1至12中任一项所述的基板处理方法，其中，
通过所述处理液将形成于所述基板的上表面的抗蚀剂膜去除。
14.如权利要求1至13中任一项所述的基板处理方法，其中，
所述基板处理方法还具有获取所述目标值的目标值获取工序，
所述目标值根据所述基板的种类、所述处理液的种类以及使用所述处理液的处理的内容中的至少一个而改变。
15.一种基板处理装置，其中，
具有：
基板保持部，将基板保持为水平姿势，并使所述基板以铅垂轴为中心旋转；
处理液供给部，将处理液供给至由所述基板保持部所保持的所述基板的上表面；
控制部，使所述处理液供给部供给规定量的所述处理液，并通过所述基板保持部使所述基板旋转，从而使所述处理液的液膜形成于所述基板的上表面；
膜厚测量部，测量所述液膜的膜厚；
反应器，使等离子体产生；以及
移动机构，使所述反应器在相对位置与待机位置之间移动，所述相对位置为所述反应器与所述基板的上表面接近并相对的位置，所述待机位置为所述反应器从所述基板的上表面离开的位置，
所述控制部具有膜厚运算部，所述膜厚运算部根据来自所述膜厚测量部的信号计算所述膜厚，在所述膜厚的计算结果为规定的目标值的情况下，所述控制部使所述反应器位于所述相对位置并使所述反应器对所述基板的上表面的所述液膜进行等离子体照射。
16.如权利要求15所述的基板处理装置，其中，
所述反应器具有所述基板的平面尺寸以上的平面尺寸，在所述相对位置与所述基板的整个上表面相对。
17.如权利要求15或16所述的基板处理装置，其中，
所述基板处理装置具有气体供给部，所述气体供给部将气体供给至所述反应器与所述基板的上表面之间。
18.如权利要求17所述的基板处理装置，其中，
所述气体供给部具有气体喷嘴，所述气体喷嘴与所述反应器结合为一体并喷出所述气体。
19.如权利要求18所述的基板处理装置，其中，
所述气体喷嘴从所述基板的周缘部侧朝向旋转中心沿水平方向喷出所述气体。
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