JP2004097881A - 薄膜除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜除去後の基板の表面へのパーティクルの残留をなくす。また、レジスト膜への水分の長時間付着による問題を回避する。
【解決手段】センタロボット３の周囲に、レーザ薄膜除去部４、スピン洗浄部５およびベーク乾燥部６を備えている。レーザ薄膜除去部４で一定の領域の薄膜が除去されたウエハＷは、薄膜除去の後すぐに、スピン洗浄部５でスクラブ洗浄処理およびスピン乾燥処理を受け、その後さらに、ベーク乾燥部６で加熱による乾燥処理を受ける。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板の表面に形成されている薄膜を除去する薄膜除去装置に関する。薄膜除去の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の表面に形成されているレジスト膜や反射防止膜などの薄膜が局所的に除去される場合がある。たとえば、ウエハ表面のレジスト膜をパターン露光するための露光装置におけるウエハのアライメント（位置合わせ）に先立って、ウエハ上に形成されているアライメントマークを露出させるために、そのアライメントマーク上の一定領域のレジスト膜および反射防止膜が除去される。
【０００３】
ウエハ表面の薄膜を除去するための装置として、最近、レーザアブレーション現象を利用した薄膜除去装置が注目されている。この種の薄膜除去装置では、ウエハを載置するためのウエハステージと、このウエハステージに載置されたウエハの表面にレーザ光を照射するためのレーザ照射系とが備えられており、レーザ照射系からウエハ表面の薄膜を除去すべき領域にレーザ光が一括照射される。レーザ光が照射された領域では、ウエハ表面の薄膜が爆発的に気化するアブレーション現象が生じ、その結果、レーザ光が照射された領域からウエハ表面の薄膜が除去される（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１１３７７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、レーザアブレーション現象によって薄膜を除去する手法には、レーザアブレーション現象が生じた領域（レーザ光が照射された領域）から薄膜の気化物が飛散し、これがパーティクルとなって、ウエハの表面に付着するという問題がある。
この問題の発生を回避するためには、たとえば、ウエハ上に水流を形成し、薄膜の気化物がパーティクルとなってウエハの表面に付着する前に、その水流で薄膜の気化物およびその気化物から生じたパーティクルをウエハ上から排出することが考えられる。
【０００６】
そこで、本願発明者は、ウエハ上に水流を形成するための水流ノズルを設けて、ウエハ上に水流を形成しつつ、ウエハ表面へレーザ光を照射して薄膜を除去することを試みた。しかし、薄膜除去後のウエハの表面には多少のパーティクルが付着しており、ウエハ上に水流を形成しただけでは、ウエハの表面へのパーティクルの付着を完全に防止できないことがわかった。また、レジスト膜に水分が付着した状態で長時間放置しておくと、その水分がレジスト膜に悪影響を及ぼすという新たな問題を生じることもわかった。
【０００７】
この発明は、かかる背景の下でなされたものであり、その目的は、薄膜除去後の基板の表面へのパーティクルの残留をなくすことができる薄膜除去装置を提供することである。
また、この発明の他の目的は、レジスト膜への水分の長時間付着による問題を回避できる薄膜除去装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）の表面に水膜を形成し、その水膜を通して基板表面の薄膜を除去すべき薄膜除去対象領域にレーザ光を照射して、その薄膜除去対象領域の薄膜をレーザアブレーション現象で除去する薄膜除去処理部（４）と、この薄膜除去部で薄膜除去対象領域から薄膜が除去された後の基板の表面を洗浄する洗浄処理部（５）とを含むことを特徴とする薄膜除去装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００９】
この発明によれば、薄膜除去後の基板の表面が洗浄処理部で洗浄されるので、薄膜除去後の表面にパーティクルが付着しているおそれがない。
上記洗浄処理部は、請求項３に記載のように、基板を保持して回転させることのできる基板保持回転手段（５１）と、この基板保持回転手段に保持された基板の表面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段（５２）とを備えたものであってもよい。また、請求項４に記載のように、上記洗浄処理部は、基板の表面をスクラブ洗浄するためのスクラブ手段（５３）をさらに備えていてもよい。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記洗浄処理部による洗浄後の基板を乾燥させる乾燥処理部（５，６）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の薄膜除去装置である。
この発明によれば、洗浄処理部による洗浄後の基板を乾燥させることができるから、基板表面のレジスト膜への水分の長時間付着による問題（たとえば、水分の長時間付着によるレジスト膜の改質）を回避することができる。
【００１１】
請求項５記載の発明は、基板（Ｗ）の表面に水膜を形成し、その水膜を通して基板表面の薄膜を除去すべき薄膜除去対象領域にレーザ光を照射して、その薄膜除去対象領域の薄膜をレーザアブレーション現象で除去する薄膜除去処理部（４）と、上記洗浄処理部による洗浄後の基板を乾燥させる乾燥処理部（５，６）とを含むことを特徴とする薄膜除去装置である。
この発明によれば、薄膜除去処理部による薄膜除去後の基板を乾燥させることができるから、基板表面のレジスト膜への水分の長時間付着による問題（たとえば、水分の長時間付着によるレジスト膜の改質）を回避することができる。
【００１２】
上記乾燥処理部は、請求項６に記載のように、基板を加熱して乾燥させるものであってもよいし、請求項７に記載のように、基板を保持して回転させることのできる基板保持回転手段（５１）を備え、この基板保持回転手段によって基板を高速回転させることにより、基板に付着している水分を振り切って乾燥させるものであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る薄膜除去装置のレイアウトを示す平面図である。この薄膜除去装置は、たとえば、半導体製造工程中の露光処理に先立ち、基板の一例であるウエハＷの表面に形成されているレジスト膜や反射防止膜などの薄膜を局所的に除去して、その下層に設けられたアライメントマークを露出させるために用いられるものであり、半導体装置の製造工場内の作業用エリアＡに面するロード／アンロード部１と、ウエハカセット搬送路から見て、ロード／アンロード部１の奥側に配置されたインデクサロボット２と、このインデクサロボット２のさらに奥側に配置されたセンタロボット３と、センタロボット３の周囲（左側、右側、奥側）に配置されたレーザ薄膜除去部４、スピン洗浄部５およびベーク乾燥部６とを備えている。これらは、薄膜除去装置のフレームに組み付けられて、１つの装置内に一体化されている。
【００１４】
ロード／アンロード部１には、たとえば、作業用エリアＡから見て右左に、薄膜除去前のウエハＷを収容したウエハカセット（ロードカセット）がセットされるロード部１１と、薄膜除去後のウエハＷを収容すべきウエハカセット（アンロードカセット）がセットされるアンロード部１２とが並べて設定されている。また、ロード部１１には、ロードカセットのセット位置の下方に、ロードカセットから取り出されたウエハＷの向きを調整するためのアライメント部が設けられている。
【００１５】
インデクサロボット２は、水平方向の進退および上下方向の昇降が可能なインデクサハンド２１を有している。また、インデクサロボット２は、ロード部１１およびアンロード部１２の配列方向（作業用エリアＡから見て左右方向）に沿った直線状のロボット走行路２２上を往復移動可能であり、さらに、鉛直軸線まわりに回転して、インデクサハンド２１の進退方向を変えることができるようになっている。この構成により、インデクサロボット２は、インデクサハンド２１でロードカセットからウエハＷを取り出すことができ、また、インデクサハンド２１に保持したウエハＷをアンロードカセットに収容することができる。さらに、インデクサハンド２１に保持したウエハＷをセンタロボット３に受け渡すことができ、センタロボット３に保持されているウエハＷをインデクサハンド２１で受け取ることができる。
【００１６】
センタロボット３は、水平方向に進退可能なダブルハンド３１を有している。また、センタロボット３は、鉛直軸線まわりに回転して、ダブルハンド３１の進退方向を変えることができるようになっている。これにより、センタロボット３は、ダブルハンド３１をレーザ薄膜除去部４、スピン洗浄部５またはベーク乾燥部６に対して進退させることができる。
ダブルハンド３１は、２つのウエハ保持ハンドを上下に積層した構成である。一方のウエハ保持ハンドは、レーザ薄膜除去部４、スピン洗浄部５またはベーク乾燥部６にウエハＷを搬入するために用いられ、他方のウエハ保持ハンドは、レーザ薄膜除去部４、スピン洗浄部５またはベーク乾燥部６からウエハＷを搬出するために用いられる。
【００１７】
図２は、レーザ薄膜除去部４の構成を概念的に示す図である。レーザ薄膜除去部４は、ほぼ水平なウエハ載置面４１１を有するウエハステージ４１と、ウエハステージ４１のウエハ載置面４１１上に載置されたウエハＷの表面（上面）にレーザ光を照射するためのレーザ照射系４２と、ウエハＷ上に水流を形成するための水流ノズル４３と、ウエハＷ上に形成される水流の高さを一定に規制するための透明板４４とを備えている。
【００１８】
ウエハステージ４１には、このウエハステージ４１を水平なＸ−Ｙ平面内で移動させるためのＸＹ駆動機構４１２が結合されている。ウエハステージ４１のウエハ載置面４１１にウエハＷを載置した状態でＸＹ駆動機構４１２を動作させることにより、ウエハ載置面４１１上に載置されたウエハＷをウエハステージ４１ごとＸ−Ｙ軸方向に移動させることができ、このウエハＷのＸ−Ｙ軸方向の移動によって、ウエハＷの表面に対するレーザ照射系４２からのレーザ光の照射位置を変えることができる。
【００１９】
レーザ照射系４２は、たとえば、レーザ光をウエハＷの表面に照射して、そのウエハＷの表面に一定形状の光像を形成する。ウエハＷの表面のレーザ光が照射された領域（光像が形成された領域）では、ウエハ表面の薄膜が爆発的に気化するアブレーション現象が生じ、その結果、レーザ光が照射された領域からウエハ表面の薄膜が除去される。
レーザ照射系４２からウエハＷの表面にレーザ光が照射されている間、水流ノズル４３からウエハＷの表面に水が供給されて、ウエハＷ上にレーザ光の照射領域を一定方向に流れる水流（水膜）が形成される。これにより、レーザアブレーション現象によって生じた薄膜の気化物およびその気化物から生じたパーティクルを水流で押し流すことができ、ウエハＷの表面にパーティクルが付着することを防止できる。また、ウエハＷ上に形成される水流は、透明板４４の下面に接することにより、その高さがウエハＷの表面と透明板４４の下面との間の間隔に規制されている。よって、レーザ照射系４２からのレーザ光は、それぞれ一定厚の透明板４４および水流層を通して、焦点ずれを生じることなく、ウエハＷの表面に照射される。さらに、ウエハＷ上に形成される水流は、ウエハＷを冷却し、レーザアブレーション現象時に発生する熱がウエハＷに悪影響を及ぼすことを防止する役割も果たしている。
【００２０】
図３は、スピン洗浄部５の構成を概念的に示す図である。スピン洗浄部５は、ウエハＷの表面からパーティクルを除去するための洗浄処理部であり、ウエハＷを水平に保持しつつ回転するスピンチャック５１と、このスピンチャック５１に保持されたウエハＷの表面に洗浄液を供給するためのノズル５２と、スピンチャック５１に保持されたウエハＷの表面をスクラブ洗浄するためのスキャンブラシ装置５３とを備えている。
【００２１】
スピンチャック５１は、たとえば、ウエハＷの裏面（下面）を吸着して保持するバキュームチャックで構成されている。すなわち、スピンチャック５１は、ほぼ鉛直に配置されたチャック軸５１１と、このチャック軸５１１の上端にほぼ水平に固定された円板状の吸着ベース５１２とを有するバキュームチャックで構成されている。チャック軸５１１は、たとえば、円筒状に形成されることによって吸気路を内部に有しており、この吸気路の上端は、吸着ベース５１２の内部に形成された吸着路を介して、吸着ベース５１２の上面に形成された吸着口に連通されている。また、チャック軸５１１には、モータなどを含む回転駆動機構５１３から回転力が入力されるようになっている。これにより、スピンチャック５１は、吸着ベース５１２上にウエハＷが表面を上方に向けて載置された状態で、吸気路の内部を排気することにより、ウエハＷの裏面を真空吸着してほぼ水平に保持することができる。そして、その状態で回転駆動機構５１３からチャック軸５１１に回転力を入力することにより、ウエハＷを、そのほぼ中心を通る鉛直軸線（チャック軸５１１の中心軸線）まわりに回転させることができる。
【００２２】
スキャンブラシ装置５３は、スピンチャック５１に保持されたウエハＷの外方で鉛直に延びた軸線まわりに揺動する揺動アーム５３１と、この揺動アーム５３１の先端下面に回転自在に設けられたディスク型のスクラブブラシ５３２とを備えている。
ウエハＷの表面の洗浄に際しては、ウエハＷを保持しているスピンチャック５１が高速回転しつつ、ノズル５２からウエハＷの表面に向けて洗浄液が供給される。この一方で、ウエハＷの表面に回転しているスクラブブラシ５３２が押しつけられ、さらに、揺動アーム５３１が揺動されることにより、スクラブブラシ５３２がウエハＷの回転中心付近から周縁部までの範囲で繰り返し往復移動される。これにより、ウエハＷの表面に付着した異物を浮き出させ、さらにその異物をウエハＷの外側に向かって掃き出すことができ、ウエハＷの表面の全域のスクラブ洗浄が達成される。また、スクラブ洗浄後、ノズル５２からの洗浄液の供給を停止し、スクラブブラシ５３２をウエハＷの表面から離間させて、スピンチャック５１を高速回転させることにより、ウエハＷの表面に付着している洗浄液を遠心力で振り切って除去することができる。すなわち、スピン洗浄部５は、ウエハＷを振り切り乾燥（スピン乾燥）させる機能も有している。
【００２３】
なお、洗浄液としては、たとえば、純水、炭酸水、オゾン水もしくはイオン水、またはこれらに超音波振動を付与した超音波水を用いることができる。
図４は、ベーク乾燥部６の構成を概念的に示す図である。ベーク乾燥部６は、ウエハＷを加熱するための加熱部６１と、ウエハＷを冷却するための冷却部６２とを上下に有している。
加熱部６１は、面状ヒータなどの加熱手段を内蔵したホットプレート６１１を備えている。ホットプレート６１１の上面には、複数個（たとえば、３個）のプロキピン６１２が配設されており、この複数個のプロキピン６１２上にウエハＷが載置されることにより、ウエハＷは、ホットプレート６１１の上面から微小間隔だけ離れた状態で支持される。そして、ウエハＷは、そのホットプレート６１１の上面から微少間隔だけ離れて支持された状態で、ホットプレート６１１に内蔵された加熱手段からの発熱による加熱処理を受ける。
【００２４】
冷却部６２は、冷却水配管または電子冷熱素子（たとえばペルチエ素子）などの冷却手段を内蔵したクールプレート６２１を備えている。クールプレート６２１の上面には、複数個（たとえば、３個）のプロキピン６２２が配設されており、この複数個のプロキピン６２２上にウエハＷが載置されることにより、ウエハＷは、クールプレート６２１の上面から微小間隔だけ離れた状態で支持される。そして、ウエハＷは、そのクールプレート６２１の上面から微少間隔だけ離れて支持された状態で、クールプレート６２１に内蔵された冷却手段による冷却処理を受ける。
【００２５】
図５は、この薄膜除去装置による一連の薄膜除去処理について説明するための流れ図である。薄膜除去の対象となるウエハＷは、ロード部１１にセットされたロードカセットからインデクサロボット２によって取り出される。そして、インデクサロボット２からセンタロボット３に受け渡され、さらに、センタロボット３によってレーザ薄膜除去部４に搬入される。レーザ薄膜除去部４では、たとえば、ウエハＷ表面のアライメントマーク上の一定の領域（薄膜除去対象領域）にレーザ光が照射されて、その一定の領域からレジスト膜や反射防止膜などの薄膜が局所的に除去される。
【００２６】
レーザ薄膜除去部４で一定の領域の薄膜が除去されたウエハＷは、センタロボット３によってレーザ薄膜除去部４から搬出され、次に、スピン洗浄部５に搬入される。スピン洗浄部５では、ウエハＷの表面に付着しているパーティクルを除去するためのスクラブ洗浄処理が施され、さらに、そのスクラブ洗浄処理後のウエハＷから洗浄液を除去するためのスピン乾燥処理が施される。
「発明が解決しようとする課題」の項にも記載したように、レーザ薄膜除去部４による薄膜除去の際にウエハＷ上に水流を形成しただけでは、ウエハＷの表面へのパーティクルの付着を完全には防ぐことができず、薄膜除去後のウエハＷの表面には多少のパーティクルが付着している。そこで、この薄膜除去装置には、スピン洗浄部５が備えられていて、薄膜除去後のウエハＷの表面をスピン洗浄部５で洗浄することにより、薄膜除去後のウエハＷの表面に付着しているパーティクルを除去することができ、パーティクルが付着していないウエハＷを得ることができる。また、ウエハＷの表面をスクラブ洗浄した後、スピン乾燥処理によってウエハＷから洗浄液が除去されるので、洗浄液の長時間付着によるレジスト膜の改質などの問題を生じるおそれがない。
【００２７】
スピン洗浄部５による洗浄処理を受けたウエハＷは、センタロボット３によってスピン洗浄部５から搬出され、ベーク乾燥部６の加熱部６１に搬入されて、ホットプレート６１１上で７０〜８０℃による加熱される。この加熱処理により、ウエハＷの表面に残留している水分が完全に除去される。これにより、水分の長時間付着によるレジスト膜の改質などの問題の発生をより一層なくすことができる。加熱部６１で加熱されたウエハＷは、センタロボット３によって加熱部６１から冷却部６２に移される。そして、冷却部６２で冷却された後、センタロボット３によって搬出され、センタロボット３からインデクサロボット２に受け渡される。インデクサロボット２は、センタロボット３から受け取ったウエハＷをアンロード部１２にセットされたアンロードカセットに収容する。
【００２８】
以上のように、この実施形態によれば、同一の装置内にレーザ薄膜除去部４、スピン洗浄部５およびベーク乾燥部６が備えられているので、レーザ薄膜除去部４で一定の領域の薄膜が除去されたウエハＷに対して、薄膜除去の後すぐに、スピン洗浄部５でスクラブ洗浄処理およびスピン乾燥処理を施すことができ、その後さらに、ベーク乾燥部６で加熱による乾燥処理を施すことができる。よって、この実施形態に係る薄膜除去装置による一連の薄膜除去処理を受けた後のウエハＷの表面には、パーティクルが付着していないので、フォトリソグラフィ工程における露光処理を良好に施すことができる。また、この薄膜除去装置では、レジスト膜に水分が長時間付着した状態になることがないので、このレジスト膜への水分の長時間付着による問題を生じるおそれがない。
【００２９】
なお、レーザ薄膜除去部４で薄膜が除去された後のウエハＷを、この薄膜除去装置とは別に設けられた乾燥装置で乾燥させることも考えられる。しかし、薄膜除去後のウエハＷを乾燥装置に搬送するまでにある程度の時間を要し、その間に、ウエハＷの表面に付着している水分がレジスト膜に悪影響を及ぼすおそれがあるので好ましくない。
この発明の一実施形態は以上のとおりであるが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、スピン洗浄部５は、ウエハＷの表面をスクラブブラシ５３２でスクラブ洗浄する構成に限らず、ウエハＷの表面に洗浄液をソフトスプレーすることにより、ウエハＷの表面に付着したパーティクルを洗い流す構成（ソフトスクラバ）であってもよい。
【００３０】
また、レーザ薄膜除去部４にスピン洗浄部５の機能が組み込まれることにより、スピン洗浄部５が省略されてもよい。たとえば、レーザ薄膜除去部４にウエハステージ４１上に載置されたウエハＷの表面をスクラブ洗浄するためのスキャンブラシ装置を備えて、水流ノズル４３からウエハＷの表面に水を供給しつつ、そのウエハＷの表面をスクラブブラシでスクラブすることにより、ウエハＷの表面のスクラブ洗浄を達成するようにしてもよい。
【００３１】
さらに、上記の実施形態に係る薄膜除去装置に、ウエハＷの表面に薄膜（たとえば、レジスト膜）を形成するためのコータ部がさらに備えられてもよい。
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る薄膜除去装置のレイアウトを示す平面図である。
【図２】レーザ薄膜除去部の構成を概念的に示す図である。
【図３】スピン洗浄部の構成を概念的に示す図である。
【図４】ベーク乾燥部の構成を概念的に示す図である。
【図５】この薄膜除去装置による一連の薄膜除去処理について説明するための流れ図である。
【符号の説明】
４　　　レーザ薄膜除去部
５　　　スピン洗浄部
６　　　ベーク乾燥部
５１　　スピンチャック
５２　　ノズル
５３　　スキャンブラシ装置
Ｗ　　　ウエハ

Claims (7)

1. 基板の表面に水膜を形成し、その水膜を通して基板表面の薄膜を除去すべき薄膜除去対象領域にレーザ光を照射して、その薄膜除去対象領域の薄膜をレーザアブレーション現象で除去する薄膜除去処理部と、
   この薄膜除去部で薄膜除去対象領域から薄膜が除去された後の基板の表面を洗浄する洗浄処理部と
   を含むことを特徴とする薄膜除去装置。
2. 上記洗浄処理部による洗浄後の基板を乾燥させる乾燥処理部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の薄膜除去装置。
3. 上記洗浄処理部は、基板を保持して回転させることのできる基板保持回転手段と、この基板保持回転手段に保持された基板の表面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段とを備えたものであることを特徴とする請求項１または２記載の薄膜除去装置。
4. 上記洗浄処理部は、基板の表面をスクラブ洗浄するためのスクラブ手段をさらに備えたものであることを特徴とする請求項３記載の薄膜除去装置。
5. 基板の表面に水膜を形成し、その水膜を通して基板表面の薄膜を除去すべき薄膜除去対象領域にレーザ光を照射して、その薄膜除去対象領域の薄膜をレーザアブレーション現象で除去する薄膜除去処理部と、
   上記洗浄処理部による洗浄後の基板を乾燥させる乾燥処理部と
   を含むことを特徴とする薄膜除去装置。
6. 上記乾燥処理部は、基板を加熱して乾燥させるものであることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の薄膜除去装置。
7. 上記乾燥処理部は、基板を保持して回転させることのできる基板保持回転手段を備え、この基板保持回転手段によって基板を高速回転させることにより、基板に付着している水分を振り切って乾燥させるものであることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の薄膜除去装置。

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