CN1763916A - 衬底处理设备 - Google Patents

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CN1763916A
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青木秀充
铃木达也
清水裕司
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NEC Corp
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Abstract

本发明提供一种衬底处理设备，其在抗蚀剂去除、清洗等方面提供高的处理效果。衬底处理设备包括：衬底安装台，其旋转保持其上的半导体衬底；第一容器，其储存要被提供到半导体衬底表面的第一液体；第二容器，其储存要被提供到半导体衬底表面的第二液体；连接第一容器和第二容器的混合单元，以便混合从第一和第二容器提供的第一液体和第二液体，由此提供混合溶液；和连接混合单元的喷嘴，以便将混合溶液提供到半导体衬底的表面。

Description

衬底处理设备
本申请基于日本专利申请No.2004-291531，在此引入其内容以作参考。
技术领域
本发明涉及在半导体衬底的表面上进行诸如抗蚀剂剥离、清洗和蚀刻处理的衬底处理设备。
背景技术
半导体装置的制造工艺包括频繁重复的湿处理，例如清洗、蚀刻和抗蚀剂剥离，将化学溶液用于这些处理。将用于这种湿处理的处理设备大致分为浸渍型处理设备和单晶片处理设备。浸渍型设备通常包括处理槽，其中浸入了多个晶片用于处理。这种方法提供了同时可以处理多个晶片的优点。另一方面，由于当浸在处理溶液中时定位多个晶片，因此，在溶解或分散在溶液中之后，一旦从晶片表面除去的污染物会重新粘附到晶片附近的另一晶片的表面。相反，单晶片处理设备分别对每个单晶片进行处理。晶片水平地固定在保持台上，该保持台在将处理溶液喷射到晶片表面的同时，沿它的平面旋转晶片。该方法可以消除来自其它晶片的污染物问题，由此在处理期间实现更高的清洁度。
下面的段落描述了现有单晶片处理设备的操作。
图6A和6B示出了JP-A No.06-291098中公开的衬底清洗设备的结构。将该设备设计得有效地利用当H2SO4′和H2O2溶液混合时产生的混合热量，以促进反应。更具体地，通过单独的喷嘴7、4喷射H2SO4和H2O2，使得这些溶液在位于喷嘴正下并靠近喷嘴的混合点P处混合，由此提供H2SO4-H2O2混合溶液8(因此称为硫酸氢过氧化物，下文中缩写为SPM)。混合溶液8滴在靠近旋转的光掩模衬底13中心的点上，并通过离心力遍布在衬底上。调整H2SO4和H2O2之间的流率比、混合点P的高度和衬底的旋转速度可以使由衬底上的位置引起的混合溶液8的温度波动最小化，由此实现均匀的清洗效果。因此，该文献声称这种方法还可应用于基于氯甲基苯乙烯的难溶抗蚀剂材料的湿法剥离，该抗蚀剂材料通常用于电子束光刻。
此外，该文献中的图5示出了在晶片上滴混合溶液H2SO4和H2O2的设备的结构，作为比较例。
然而，在本说明书的图6A和6B中示出的设备中，由于在通过喷嘴喷射之后将两种溶液混合，并且除了溶液的混合热量之外，难以控制已经到达晶片表面的溶液的温度。因此，JP-A No.H06-291098声称晶片表面上的温度分布主要取决于喷嘴的高度，并且在图2、3和有关示例1、2的描述(0035段)中具体说明了喷嘴高度的最佳值。在控制晶片表面温度方面的这种困难是稳定地实现优良处理效果的瓶颈。
此外，该文献的图5中示出的设备直接从混合单元向晶片提供混合溶液，如该文献中所述的，其导致了由晶片表面上的位置引起的温度波动，由此妨碍了晶片的均匀处理。而且，不仅是温度，还有提供到晶片的混合溶液的成分也容易波动。
图7A和7B描述了JP-A NO.2000-183013中公开的衬底清洗设备的一部分。该设备提供有喷嘴结构，该喷嘴结构在向晶片表面提供混合溶液之前混合了两种化学溶液。在图7A和7B中示出了这种喷嘴结构。喷嘴结构由其中包括多个喷嘴头的喷嘴单元组成，由此将两种化学溶液在喷嘴单元内混合。参考图7B，喷嘴单元13分成用于化学溶液A14的喷嘴头15、用于化学溶液B16的喷嘴头17和用于纯水18的喷嘴头19。喷嘴头分别通过管道连接到包含化学溶液A14、化学溶液B16和纯水18的容器，用于清洗晶片。
此外，在JP-A NO.2002-118085中公开了在清洗或其它处理晶片时加热晶片的技术。该文献提出当进行处理时，将要被处理的衬底加热到30摄氏度或更高。
然而，在前述文献中公开的常规技术在去除抗蚀剂或清洗衬底中不能始终提供有效的处理效果。例如，当剥离难溶抗蚀剂图形或清洗其上已经使用了这种抗蚀剂的衬底时，经常不能完全去除抗蚀剂，因此抗蚀剂的残渣残留在晶片上。
发明内容
根据本发明，提供一种衬底处理设备，包括：
衬底安装台，其旋转保持其上的半导体衬底；
第一容器，其储存要被提供到半导体衬底表面的第一液体；
第二容器，其储存要被提供到半导体衬底表面的第二液体；
连接第一容器和第二容器的混合单元，以便混合从第一和第二容器提供的第一液体和第二液体，由此提供混合溶液；
喷嘴，其将混合溶液提供到半导体衬底的表面；
连接到混合单元和喷嘴的管道，以便将混合溶液从混合单元引导到喷嘴；以及
加热管道的管道加热器。
在如此构造的设备中，第一和第二液体预先在混合单元中混合，且由此产生的混合溶液经由所提供的已加热的管道通过喷嘴传到半导体衬底的表面。由于两种液体预先在混合单元中混合，因此可以有效地利用混合的热量以及由混合提供的化学物质。而且，由于混合单元和喷嘴通过管道连接，该管道通过管道加热器加热，因此，可以使混合溶液的温度和成分稳定，这与专利文献1中描述的技术不同，在该文献中混合溶液直接提供到晶片。
根据本发明，优选的是，管道加热器从与混合单元的连接点到与喷嘴的连接点加热管道的整体。
根据本发明，优选的是混合单元具有与设备的外部区域隔离的紧密封闭的结构。
衬底处理设备可以包括与混合单元连接的多个喷嘴。例如，衬底处理设备可以包括向半导体衬底中心部分提供混合溶液的第一喷嘴，和向半导体衬底外围部分提供混合溶液的第二喷嘴。
衬底处理设备可以包括加热混合单元的加热器。此外，衬底处理设备可以包括加热喷嘴的喷嘴加热器。
衬底处理设备还可以包括控制衬底安装台的旋转速度的控制器，以便控制器使半导体衬底在处理的初始阶段以较高的速度旋转，而在处理的后面阶段以较低的速度旋转。
在混合单元内部，可以使第一液体和第二液体沿混合单元的内壁成螺旋形运动，由此来混合它们。混合单元可以包括中空的螺旋管。在这种结构下，加热器可以是管状加热器，通过该管状加热器传递加热媒质，并且螺旋管可以布置在管状加热器内部。
衬底处理设备还可以包括移动至少一个喷嘴的移动单元。
混合溶液可以是衬底清洗溶液。例如，第一溶液可以包含硫酸，第二溶液可以包含过氧化氢。当采用这种溶液作为第一和第二液体时，该处理之后可以跟随其中有碱性溶液或稀释的碱性水(alkali-reduced water)的漂洗处理，并且还可以跟随纯水漂洗处理。
根据本发明，由于预先在混合单元中混合了第一和第二液体，并且通过喷嘴向半导体衬底表面提供由此产生的混合溶液，因此可以有效地利用混合的热量来有效地进行处理。
附图说明
通过以下结合附图的描述，本发明的上述和其它目的、优点和特征将更加明显，其中：
图1是示出根据本发明实施例的衬底处理设备结构的方框图；
图2是示出衬底安装台的结构的示意性侧视图；
图3是示出混合单元结构的透视图；
图4是示出根据本发明另一实施例的衬底处理设备结构的方框图；
图5A和5B是用于说明喷嘴和半导体衬底之间位置关系的示意图；
图6A和6B是示出常规的衬底处理设备结构的示意性侧视图；
图7A和7B是示出部分常规衬底处理设备的示意性侧视图；
图8是示出根据本发明又一实施例的衬底处理设备结构的方框图；
图9是示出包括混合单元、管道和喷嘴的部分的放大侧视图；
图10是示出另一混合单元的结构的透视图。
具体实施方式
现在在此结合示例性实施例描述本发明。本领域普通技术人员将知道：使用本发明的教导能实现许多可替换的实施例，并且本发明不限于以示例为目的所描述的这些实施例。
第一实施例
图1是表示根据本实施例的衬底处理设备100的轮廓组成图。衬底处理设备100提供有处理室102，该处理室102包括：衬底安装台104；容纳提供给半导体衬底106表面的第一液体的第一容器126；容纳提供给半导体衬底106的第二液体的第二容器130；混合单元114，其与第一容器126和第二容器130相连，当混合从这些容器提供的第一和第二液体时，产生混合物；喷嘴112，其与混合单元114相连，提供该混合物给半导体衬底106的表面；以及管道115，其连接该混合单元114与喷嘴112，将该混合物从混合单元114引到喷嘴112。在管道115的外周，安装加热该管道115的管道加热器160(图9)。
衬底安装台104保持半导体衬底106成为将被处理的目标。与发动机108连接的衬底安装台104以这种方式构成：在使半导体衬底106保持水平的条件下旋转。半导体衬底106以穿过该衬底中心并且垂直于衬底表面的轴作为轴旋转。优选的是，在衬底安装台104或其外周上提供加热部件，以使得半导体衬底106通过加热器隔热在预定温度。图2是表示这种结构的一种实例图。在图2中的结构中，在衬底安装台104上方安装红外加热器134，因此，加热了半导体衬底106的表面。
旋转控制器110控制发动机108的旋转速度。根据发明人的考虑，清楚的是：在加热处理周期期间，在一些情况下，通过引起衬底的旋转数适当变化来提高处理效率。例如，在本实施例中执行的抗蚀剂剥离处理中，清楚的是，抗蚀剂剥离效率在这种条件下急剧提高：开始，衬底以相对的高旋转速度旋转，之后，衬底以相对的低旋转速度旋转。
然而，其原因不是必然明显，下面进行推测。当执行高剂量率的杂质注入时，在抗蚀剂表面上形成硬化层。这种硬化层一般难以去除。因此，由于衬底的高速旋转，半导体衬底106的表面与新鲜的化学液体接触的机会增加，以使得可能激活去除硬化层，因此提高了剥离处理效率。相反，在去硬化层后，不必使衬底如此高速旋转，而优选的是，使衬底以低速旋转来旋转，以导致液体保留在衬底表面的时间为长时间，因此，其导致化学液体的消耗量减少。依据上述处理容量，旋转控制器110能实现旋转速度分布图。尽管在控制系统中旋转控制器110没有具体限制，例如，当维持在其中使得时间对应于旋转数的表时，可能基于表使用驱动发动机108的系统。
第一容器126和热绝缘体118容纳用于处理的第一液体。在该具体实施例中，硫酸用作第一液体。通过在图中没有示出的泵将第一容器126中容纳的第一液体送到热绝缘体118。通过控制阀124调整其液体量。在热绝缘体118的外周形成加热器120，因此将从第一容器126送来的第一液体隔热为预定温度。在本实施例中，预定温度为80到100℃。在通过控制阀124调整其供给量的同时，将热绝缘体118中容纳的第一液体送到混合单元114。
第二容器130容纳用于处理的第二液体。在本实施例中，将过氧化氢用作第二液体。将第二容器130维持在室温下(20到30℃)，并且将第二液体直接从第二容器130提供到混合单元114。通过控制阀128调整第二液体的供给量。
混合单元114混合从热绝缘体118提供的第一液体与从第二容器130提供的第二液体。作为混合系统，可能使用各种形式。图3是表示混合单元114结构的一种实例。如这些图中所示，提供由螺旋空管结构组成的管道156、分别将第一液体和第二液体引到管道156的第一入口152和第二入口154给混合单元114。
通过使用具有这种结构的混合单元114，沿着混合单元内壁螺旋移动有效地混合第一和第二液体。图10示出了混合单元114的另一结构。在该实例中，在与图3相同的管道156外周，安装管状加热器166。在管状加热器166的内部部分上布置管道156。管状加热器166具有入口170和出口168以用于温水和热介质在其内部流通。例如，使用玻璃作为管状加热器166的组成材料。
在本实施例中，混合第一和第二液体即硫酸和过氧化氢，导致反应热产生，使得混合物温度变得不小于100℃，并且由于将这种高温混合物提供给半导体衬底106，提高了处理效率。然而，在当停止给半导体衬底106提供混合物时的期间，冷却了该混合单元114，因此想像得到保持在内部的液体温度下降。因此，图1中的装置中，围绕混合单元114提供了加热器116以抑制保留液体的冷却。
喷嘴112将在混合单元114产生的混合物提供给半导体衬底106的表面，将从混合单元114送来的混合物经由管道115引到喷嘴112。喷嘴112朝半导体衬底106的预定部分喷射混合物。
图9是包括混合单元114、管道115和喷嘴112的部分放大图。喷嘴112提供由于反应热变为高温的混合物给半导体衬底106。在这方面，用于半导体衬底106的处理效率提高了，然而，可以想到的是，在当停止给半导体衬底106提供混合物时的期间，保持在喷嘴112内部的液体温度下降。因此，如图9中所示，在本实施例中，在喷嘴112的周围布置加热器162以抑制保留液体的冷却。
进一步，在管道115周围布置管道加热器160。因此，在将混合物从混合单元114提供给喷嘴112的期间，混合物保持在高温，因此可能使得混合物的温度或组分稳定。
接着，将描述使用上述设备的衬底处理工艺。
在本实施例中，执行由以下步骤组成的工艺。
(i)在硅上形成抗蚀剂。
(ii)执行抗蚀剂布图工艺。
(iii)以抗蚀剂作为掩模执行离子注入。
在本实施例中提供离子类型：As，注入浓度为5×1014cm-2。
(iv)以硫酸和过氧化氢混合物(SPM)剥离抗蚀剂。
在上述步骤(iv)中，使用在图1中指示的装置或类似装置。在执行(iv)之前，应在其内部充满过氧化氢的条件下准备第二容器130，并且在其内部充满硫酸的条件下准备第一容器126。将预定量的硫酸从第一容器126引到热绝缘体118，以通过加热器120在80到110℃进行热绝缘。在该条件下维持该环境并且进行准备，之后，开始处理。首先，通过控制阀122调整第一液体的流速，接着通过控制阀128调整第二液体的流速，以将这些液体引入混合单元114。在混合单元114中，混合这些以变成SPM。将该混合物引到半导体衬底106表面，该混合物由于混合而发热反应达到100到120℃的液体温度。
在处理中半导体衬底106的旋转数如以下方式来控制。
(a)从开始直到15秒过去：500转每分钟
(b)从过去15秒到过去40秒：15转每分钟
由于上面的(a)，有效地剥离了由高浓度剂量率产生的抗蚀剂硬化层。接着，由于上面的(b)，移去位于硬化层下部的抗蚀剂。
根据本发明的设备采用一种系统，在该系统中，在混合单元114混合第一和第二液体，当利用在上面混合时产生的热量时使得混合物(SPM)高温，并且使高温混合物喷射在半导体衬底106上。
当通过在喷射到半导体衬底106之前立即混合以利用热反应时，使得增加了液体温度，因此，不必提供额外的加热机构，以使处理液高温而具有简单结构，并且可能提高处理效率。
进一步，在本实施例中，从混合单元114的下游侧(半导体衬底106侧)部分由加热器热绝缘并保持在合适温度。为此，由于反应热增加温度的混合物可能提供给半导体衬底106而基本上不降低温度。因此，可能稳定地实现更好的处理效率。
进一步，根据本实施例的设备采用使用处理液逐一处理晶片的单晶片系统而不是将许多晶片浸渍到相同处理液的浸渍系统处理。在浸渍系统中，从晶片表面移去的污染物融解或消散在溶液中，之后，污染物重新粘到另一相邻晶片的相反侧的问题容易发生。在这方面，本实施例执行单晶片系统处理，因此，这种问题不会产生，以使得可能实现更高级别的清洁。
在本实施例中，进一步在采用的结构中，在混合单元114中预先混合第一和第二液体后从喷嘴112喷射液体。通过两种液体在密封结构的混合单元114内部混合，产生Caro’s酸(peroxosulfate H2SO5)，并且将包括固定量Caro’s酸的混合物从喷嘴112喷射到半导体衬底106，因此，可以想象，获得了更好的抗蚀剂剥离效率。尽管容易产生Caro’s酸的条件不必清楚，但是可以想象的是，在如本实施例的密封结构的混合单元114中使两种液体混合的情况下，有稳定地产生Caro’s酸的趋势。如在后面的实例段落中描述的，在从喷嘴流出后的两种液体的混合中，难以获得稳定的抗蚀剂剥离效率，因此，期望提供如本实施例的密封结构的混合单元。
进一步，在本实施例中，当保留通过混合成SPM液体产生的Caro’s酸(氧化物类型)时，一旦在密封空间内混合硫酸和过氧化氢，就接着进一步通过加热器116加热。因此，可能稳定地提高抗蚀剂剥离效率。
第二实施例
本实施例示出了提供喷射混合物到半导体衬底106的两个喷嘴的实例。图4是表示根据本实施例的衬底处理设备100的一个实例图，图5A、5B是表示图4中示出的喷嘴112a、112b与半导体衬底106之间位置关系的图。除了喷嘴结构外，本实施例的设备结构与第一实施例中指示的设备结构相同。围绕管道114和喷嘴112布置加热器的点与第一实施例中指示的相同。
如图5A、5B中所示，喷嘴112a喷射混合物到半导体衬底106的外周部分(端部分)，并且喷嘴112b喷射混合物到半导体衬底106的中央部分。以与衬底表面成角度“a”并且与衬底切线方向成角度“b”准备喷嘴。
在本实施例中，除了第一实施例中描述的效果外，还证明了下面的效果。
将喷嘴112a和喷嘴112b两个喷嘴提供给根据本实施例的设备。该结构在于一个将处理液喷射到半导体衬底106中央部分而另一个将处理液喷射到半导体衬底106的端部分。该结构能在半导体衬底106的主表面中实现统一的温度分布，导致在该表面中统一的抗蚀剂剥离效率。尽管本实施例是一个在其中当利用混合两种液体产生的热使处理液高温的实施例，但是，在这种情况下，在半导体衬底106的表面中，温度分布差容易在液体直接击打的地方与液体不能击打的地方之间发生。因此，可能以这种方式来提高处理的稳定性：如上准备多个喷嘴，接着通过构成该方法以将液体击打到半导体衬底106的不同位置。
第三实施例
在本实施例中，指示了一种实施例，在该实施例中使混合物喷射到半导体衬底106。图8是表示根据本实施例的衬底处理设备100的一个实例的图。除了喷嘴结构外，本实施例的设备结构与第一实施例中指示的设备结构相同。围绕图9中示出的管道115和喷嘴112布置加热器的点与第一实施例中指示的相同。如图中所示，在该设备中，喷嘴112由于移动单元140的控制变得可移动。构成该喷嘴112以喷射混合物的同时将喷射部分从衬底中央移动到外周部分。在如上的这种结构中，在半导体衬底106的处理表面中，实现了统一的温度分布，导致统一的抗蚀剂剥离效率。
尽管本实施例是这样一种实施例，其中当利用混合两种液体产生的热时使处理液高温，在这种情况下，在半导体衬底106的表面中，温度分布差容易在液体直接击打的地方与液体不能击打的地方之间发生。因此，如上所述，使得在移动液体的喷射部分的同时执行该处理，因此可能提供该处理的稳定性。
第四实施例
在通过SPM执行抗蚀剂剥离处理后，当使用以上实施例中指示的设备时，通过下面两个系统的方法执行冲洗处理。
(i)纯水冲洗处理
(ii)在通过稀释氨水冲洗后，纯水冲洗处理
完成系统(ii)的冲洗处理比完成系统(i)的冲洗处理花费更少的时间。
注意，代替系统(ii)，使用稀释的APM(过氧化氢氨水)或碱性减小的水已经获得相同的趋势。
如上所述，在提供处理剥离抗蚀剂的实例的同时，描述了本发明的优选实施例。
在此，具体地，抗蚀剂保持具有容易在晶片外周端产生的趋势。作为其原因，推测了下面的问题。
第一原因是在晶片表面中容易发生温度分布差。与晶片的中央部分相比，晶片的外周端容易变成低温，因此，可以想象，在晶片外周端中抗蚀剂剥离效率降低。
第二原因在于抗蚀剂硬化层坚固地粘贴在晶片的外周端。通常，形成抗蚀剂以使得膜厚逐步从晶片中央部分朝外周端变薄。即，以这种方式形成抗蚀剂的膜厚使得中央部分厚而外周端薄。在晶片的中央部分中，抗蚀剂的上部变为抗蚀剂硬化层，当剥离抗蚀剂硬化层时，通过提升动作容易剥离其下部的抗蚀剂。另一方面，在晶片的外周端中，抗蚀剂厚度薄，因此，近似整个抗蚀剂恶化成硬化层，因此，不能预期像晶片中央部分一样，通过提升动作导致剥离抗蚀剂。为此，与晶片中央部分相比，在晶片外周端中，剥离抗蚀剂硬化层变得困难。
第三个原因在于处理液难以保留在晶片外周端表面上。在晶片外周端中，处理液的滑动容易发生，因此，处理效率降低。
在这方面，在本实施例中，采取下面的方法来有效解决在晶片外周端保留的抗蚀剂。
作为针对上述第一原因描述的问题的方法，在该实施例中，通过提供混合单元114，在提供给半导体衬底106之前立即准备混合物(SPM)以控制温度。为此，可能使得在晶片表面中温度分布一致。如果像第二实施例一样采用提供有多个喷嘴112的结构，或是像第三实施例一样提供有移动喷嘴的结构，那么温度的一致性进一步改善。
进一步，关于上述第二和第三原因描述的问题，在上述实施例中，旋转控制器110适当控制衬底旋转数，为此，使得抑制晶片外周端中的处理液滑动并且使得提高抗蚀剂硬化层的剥离效率。例如，在以相对高速旋转处理后，以低速旋转执行处理，在低速旋转中处理液的滑动难以发生并且处理液容易保持在晶片外周端。
由于这些原因，在该实施例中，使得晶片外周端保留的抗蚀剂有效解决。
如上所述，已参考附图描述了本发明的实施例，然而，这些是本发明的例子，因此，除了上述描述可能采取各种结构。
例如，在上述实施例中，SPM是用作处理液，如果在干蚀刻后某物质能以单晶片系统处理来有效剥离抗蚀剂图案，那么可能使用该物质而不是SPM。如上述的抗蚀剂剥离液，表示例如主要包括苯酚和卤基溶剂的溶剂，胺类溶剂，以及酮类溶剂比如环戊酮或丁酮。修改干蚀刻后提供的抗蚀剂与其表面的连接，因此通常地，溶剂的融解性与干蚀刻前的抗蚀剂相比是低的，并且该抗蚀剂残渣容易保留，因此，优选以高的抗蚀剂剥离效果执行SPM清洁。能设置SPM组分为：硫酸：质量比30％的过氧化氢＝1∶1到8∶1(体积系数)，并且能设置工作温度在100到150℃的范围内。通过该方法，能获得稳定的更好的剥离性能和清洁效率。
进一步，在上述实施例中，其采用硅衬底的处理作为实例，然而，可将各种半导体衬底比如包括Si、Ge等元素的半导体等等作为应用目标。在它们之中，在采取硅晶片作为半导体衬底的情况下，进一步显著地展现了本发明的效果。
在上述实施例中，采取抗蚀剂的剥离处理作为实例，然而，本发明中的“处理”包括所有使用化学液体或其蒸气来处理衬底表面。例如包括湿蚀刻处理、去除蚀刻残渣处理等等。
【示例1】
在硅衬底上提供抗蚀剂，并以预定图形在抗蚀剂上形成开口。然后利用这种抗蚀剂为掩模在硅衬底上进行离子注入。采用砷(下文中为As)作为要被注入的离子，并将注入密度设置为5×1014cm-2。所采用的抗蚀剂是用于氟化氪(KrF)激光的类型。
然后将硅衬底放置在根据图4所示的第二实施例的设备上，与半导体衬底106相应的位置处，并提供由硫酸和过氧化氢构成的混合溶液(SPM)用于剥离抗蚀剂。对喷嘴112、整个管道115和混合单元114提供加热器。处理条件设置如下。
SPM成分：硫酸/30wt％的过氧化氢＝4/1(体积比)
晶片表面上SPM的喷射量：100至200ml
喷嘴加热温度：100摄氏度
SPM处理时间：2分钟
【示例2】
除了处理条件的以下改变，在类似于示例1的条件下进行抗蚀剂剥离处理。
SPM成分：硫酸/30wt％的过氧化氢＝2/1(体积比)
【比较例1】
取代单晶片处理设备，在浸渍型处理设备上进行抗蚀剂剥离处理。SPM成分类似于示例1设置。
就示例1、2和比较例1评价抗蚀剂的去除性能。具体地，将晶片缺陷检测器用于测量粘附到已处理过的晶片表面的颗粒数。结果在表1中示出。
【表1】
  颗粒数
  示例1   5
  示例2   240
  比较例1   2540
【比较例2】
使用用于示例1的设备，但不在管道115周围提供加热器，用于进行抗蚀剂剥离处理。仅对喷嘴112和混合单元114提供加热器。SPM成分类似于示例1设置。使多个晶片受到该处理并就每个晶体测量颗粒数。结果，与示例1相比颗粒数显著增加，超过200至3000的大范围。
【示例3】
在硅衬底上提供抗蚀剂，并以预定图形在抗蚀剂上形成开口。然后利用这种抗蚀剂为掩模在硅衬底上进行离子注入。采用As作为要被注入的离子。所采用的抗蚀剂是用于氟化氪(KrF)激光的类型。
然后将硅衬底放置在根据图4所示的第二实施例的设备上，与半导体衬底106相应的位置处，并提供由硫酸和过氧化氢构成的混合溶液(SPM)用于剥离抗蚀剂。仅对混合单元114提供加热器。
当清洗这样准备的衬底时，改变两个因素，即(i)抗蚀剂上的离子注入密度和(ii)SPM温度，并在每种不同情况下评价抗蚀剂去除性能。处理条件设置如下。
SPM成分：硫酸/30wt％的过氧化氢＝4/1(体积比)
晶片表面上SPM的喷射量：100至200ml
SPM处理时间：2分钟
参考表中的数值，考虑到由硫酸和过氧化氢的反应产生的混合热量，通过提供给混合单元114的加热器116调整SPM的温度。
在该表中，SPM温度表示混合单元114中混合溶液的温度。在本示例中，通过加热器116调整表2中示出的混合单元114内的温度。
采用晶片缺陷检测器测量粘附到已处理晶片表面的颗粒数。将结果在表2中示出。根据以下三个等级作出评价。
○：几乎观察不到颗粒。
△：观察到少数颗粒。
×：观察到大量颗粒。
由表2所述的结果看来，已经证明当混合溶液的温度低时，不能达到足够的去除效果。因此，可以理解对整个管道以及喷嘴提供加热器可以有效地防止传输期间混合溶液的温度降低，由此提高去除效果。
此外，已经证明当离子注入密度相对较高时，由温度引起的去除效果的改变尤其显著。因此，对受到1×1014cm-2或更高的离子注入密度的样本来说，例如通过对整个管道提供加热器来防止传输期间混合溶液的温度降低是关键的。
【表2】
  SPM温度(摄氏度)   离子注入密度
  5.00E+13   1.00E+14   5.00E+14   1.00E+15
  70   ×   ×   ×   ×
  80   ×   ×   ×   ×
  90   ×   ×   ×   ×
  100   ○   △   ×   ×
  110   ○   ○   △   ×
  120   ○   ○   ○   ×
  130   ○   ○   ○   ×
  140   ○   ○   ○   △
  150   ○   ○   ○   ○
【示例4】
在硅衬底上提供抗蚀剂，并以预定图形在抗蚀剂上形成开口。然后利用这种抗蚀剂为掩模在硅衬底上进行离子注入。采用As作为要被注入的离子，并将注入密度设置为5×1014cm-2。所采用的抗蚀剂是用于氟化氪(KrF)激光的类型。
然后将硅衬底放置在根据图1所示的第一实施例的设备上，并提供由硫酸和过氧化氢构成的混合溶液(SPM)用于剥离抗蚀剂。对喷嘴112、整个管道115和混合单元114提供加热器。当清洗这样准备的衬底时，如表3的No.1和2改变晶片旋转速度(即，SPM流率)，评估每种情况中的抗蚀剂去除性能。
【表3】
No.1
  旋转速度(SPM流率)   处理时间
  步骤1   500rpm(800cc)   15秒
  步骤2   15rpm(800cc)   5秒
  步骤3   15rpm(0cc)   20秒
No.2
  旋转速度(SPM流率)   处理时间
  步骤1   500rpm(800cc)   15秒
  步骤2   500rpm(800cc)   5秒
  步骤3   500rpm(0cc)   20秒
此外，在图1所示的设备上对类似前述所准备的样品进行硅衬底处理，但没有混合单元114。代替混合单元114，为了进行抗蚀剂剥离处理，采用以下两个喷嘴对硅衬底表面喷射化学溶液。这对应下面给出的NO.3。
(i)对硅衬底喷射硫酸的第一喷嘴
(ii)对硅衬底喷射过氧化氢的第二喷嘴。
以类似于前述示例的方式测量粘附到晶片表面的颗粒数，且结果如下(在各种情况下评价两个晶片)。
No.1：15pcs./晶片，24pcs./晶片
No.2：3489pcs./晶片，1907pcs./晶片
No.3：30000+pcs./晶片，15874pcs./晶片
【比较例2】
示例4采用根据图1所示的第一实施例的设备，其包括提供给混合单元114的加热器116。相反在本比较例中，采用图1所示的但没有加热器的设备。通过这种设备，在根据以上No.1的旋转速度下进行抗蚀剂剥离处理。以类似于前述示例的方式测量粘附到两个晶片的颗粒数，结果证明所有晶片上的颗粒数超过30,000个。
【示例5】
下面采用两个设备进行抗蚀剂剥离处理，并评价处理性能。类似地将晶片的旋转速度调整到根据示例4的No.1。
设备1：根据第一实施例(图1)的设备，具有喷嘴(对晶片中心部分喷射化学溶液)
设备2：根据第二实施例(图4)的设备，具有两个喷嘴(分别对晶片的中心部分和外围部分喷射化学溶液)。
离子注入条件设置如下。
离子类型：As
注入密度：1×1015cm-2
以类似于前述示例的方式测量粘附到晶片表面的颗粒数，结果如下。
设备1：273pcs./晶片，191pcs./晶片
设备2：21pcs./晶片，13pcs./晶片
这证明当离子剂量较高时，采用两个喷嘴显著提高去除效果。
【示例6】
下面采用两个设备进行抗蚀剂剥离处理，并评价处理性能。类似地将晶片的旋转速度调整到根据示例4的No.1。
设备1：根据第一实施例(图1)的设备，具有喷嘴加热器
设备2：根据第二实施例(图4)的设备，不具有喷嘴加热器
离子注入条件设置如下。
离子类型：As
注入密度：1×1015cm-2
以类似于前述示例的方式测量粘附到晶片表面的颗粒数，结果如下。数值的单位是每晶片的个数。
设备1：
第一晶片18
第二晶片24
第三晶片15
第四晶片21
设备2：
第一晶片372
第二晶片83
第三晶片31
第四晶片26
通过没有喷嘴加热器的设备2，已经观察到去除效果在处理的初始阶段劣化的倾向。这估计是因为保持在喷嘴尖端部分的化学溶液在开始处理前的等待时间期间变冷了。
显然，本发明不限于以上实施例，在不脱离本发明范围和精神的情况下可以修改和改变。

Claims (13)

1.一种衬底处理设备，包括：
衬底安装台，其旋转保持在其上的半导体衬底；
第一容器，其储存要被提供到所述半导体衬底表面的第一液体；
第二容器，其储存要被提供到所述半导体衬底表面的第二液体；
连接所述第一容器和所述第二容器的混合单元，以便混合从所述第一和所述第二容器提供的所述第一液体和所述第二液体，由此提供混合溶液；
喷嘴，其将所述混合溶液提供到所述半导体衬底的所述表面；
连接到所述混合单元和所述喷嘴的管道，以便将所述混合溶液从所述混合单元引导到所述喷嘴；以及
加热所述管道的管道加热器。
2.根据权利要求1的衬底处理设备，其中所述管道加热器从与所述混合单元的连接点到与所述喷嘴的连接点加热所述管道的整体。
3.根据权利要求1的衬底处理设备，还包括加热所述混合单元的加热器。
4.根据权利要求1的衬底处理设备，还包括加热所述喷嘴的喷嘴加热器。
5.根据权利要求1的衬底处理设备，其中所述混合单元具有紧密封闭的结构。
6.根据权利要求1的衬底处理设备，其中使所述第一液体和所述第二液体沿所述混合单元的内壁成螺旋形运动，由此在所述混合单元内部来进行混合。
7.根据权利要求1的衬底处理设备，其中所述混合单元包括中空的螺旋管。
8.根据权利要求7的衬底处理设备，包括通过其传送加热媒质的管状加热器，其中所述螺旋管布置在所述管状加热器内部。
9.根据权利要求1的衬底处理设备，包括与所述混合单元相连的多个喷嘴。
10.根据权利要求9的衬底处理设备，其中所述喷嘴包括向所述半导体衬底中心部分提供所述混合溶液的第一喷嘴，和向所述半导体衬底的外围部分提供所述混合溶液的第二喷嘴。
11.根据权利要求9的衬底处理设备，还包括移动至少一个所述喷嘴的移动单元。
12.根据权利要求1的衬底处理设备，还包括控制所述衬底安装台的旋转速度的控制器，
其中所述控制器以相对较高的速度进行旋转所述半导体衬底的第一步，并在所述第一步之后以相对较低的速度进行旋转所述半导体衬底的第二步。
13.根据权利要求1的衬底处理设备，其中所述第一液体包括硫酸，所述第二液体包括过氧化氢。
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