JP2004327537A - Method, equipment, and system for substrate processing - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入処理やエッチング処理等によって硬化したレジスト膜等の難剥離性膜を基板から除去する基板処理方法および基板処理装置ならびに基板処理システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスの製造工程においては、イオン注入技術を利用して、半導体ウエハ(シリコン基板)やシリコン基板の表面に形成された各種膜に所定のイオンを注入し、その表面特性を変化させている。例えば、シリコン基板に砒素(As)やリン(P)、ホウ素(B)等を注入することによってp−n接合を形成することができる。
【0003】
このようなイオン注入処理は、シリコン基板の表面等に所定の回路パターンを有するレジストマスクを形成した後に行われることが多く、この場合には、イオン注入処理後に、不要となったレジストマスクを除去する必要がある。ここで、高濃度でのイオン注入が行われたレジストマスクは難剥離性に変質(硬化)しているために、この除去方法としてはプラズマアッシング後にウエット洗浄を行う方法等が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−37780号公報(第21〜29段落、第2〜4図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シリコン基板をプラズマアッシング処理すると、除去すべきレジスト膜以外の部分、つまり、イオン注入された下地のシリコン基板や膜が酸化等されるおそれがある。また、アッシングガスがプラズマアッシングの異方性によってシリコン基板や膜に打ち込まれて、その部分の特性が変化する等、シリコン基板等に種々の損傷を与える問題がある。また、プラズマアッシングによってシリコン基板が帯電し、その後の放電によってシリコン基板が損傷するおそれがある。
【0006】
また、レジスト膜はイオン注入処理によってその表面が硬化する(以下、この部分を「硬化層」という)が、その内部はイオン注入処理前と実質的に変わらない状態(以下、この部分を「未硬化部」という)にある。プラズマアッシング処理においてはレジスト膜の温度は、例えば、200℃程度にまで上昇するが、このときに未硬化部から窒素ガス(N2)等のガスが発生して、このガスが硬化層を破壊して外部に吹き出すとともに、未硬化部の一部もまた外部に吹き出してシリコン基板等の表面に付着する、所謂、ポッピングと呼ばれる現象が発生する。プラズマアッシング処理時のこのようなガスの吹き出しは、レジスト膜を現像処理した後の熱処理温度がその後に行われるプラズマアッシング処理時の温度よりも低いために、プラズマアッシング処理前のレジスト膜の未硬化部にはプラズマアッシング処理時の加熱によって蒸発する成分が残存していることによる。
【0007】
プラズマアッシング処理では、このポッピングによって外部に飛散した未硬化部の飛沫がシリコン基板の表面に付着してシリコン基板を汚染するという問題が生ずる。そして、この付着物(飛沫)は後にウエット洗浄を行っても完全に除去することが困難である。
【0008】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、イオン注入されたレジストマスク等の難剥離性膜を、その下地となっている基板や膜に損傷を与えることなく、基板等から除去する基板処理方法を提供する。また本発明は、難剥離性膜の下地となっている基板等の汚染を抑制しながら、難剥離性膜を基板等から除去する基板処理方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、このような基板処理方法の実施に使用される基板処理装置ならびに基板処理システムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第1の観点によれば、基板に設けられたレジスト膜にポッピングを発生させる工程と、
前記ポッピングが発生したレジスト膜を前記基板に残したまま水溶性に変質させる工程と、
前記水溶性に変質したレジスト膜を所定の洗浄液によって前記基板から除去する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法、が提供される。
【0010】
このような基板処理方法によれば、レジスト膜が形成されている基板等の下地に損傷を与えることなく、レジスト膜を基板等から除去することができる。ここで、レジスト膜にポッピングを発生させる工程は、好ましくは、このレジスト膜に所定温度の水蒸気を供給することによって行われる。また、レジスト膜にポッピングを発生させる工程は、このレジスト膜に液膜を形成しながら行うことが好ましく、このとき、基板を回転している状態に保持することが好ましい。これによって、ポッピングの発生時に基板の表面に飛散するレジスト膜の飛沫が基板の表面に付着することを防止することができるとともに、基板から振り切られる水とともに飛沫を基板表面から除去することができる。なお、レジスト膜にポッピングを生じさせる水蒸気の温度は、レジスト膜を基板に形成する工程における最終の熱処理温度よりも高温とする。
【0011】
さらに、ポッピングが発生したレジスト膜を水溶性に変質させる工程は、例えば、このレジスト膜に水蒸気とオゾンを含む処理ガスを供給することによって行われる。この工程においては、レジスト膜に液膜が形成されないようにして行うことにより、処理ガスの分子がポッピングの生じたレジスト膜を攻撃しやすくなる。
【0012】
さらにまた、水溶性に変質したレジスト膜を所定の洗浄液によって基板から除去する工程の後には、基板を基板からパーティクルを除去する洗浄液(例えば、APM薬液(アンモニアと過酸化水素水を含む薬液))で処理し、その後にパーティクルの除去を補助するための2流体スプレー処理を行う工程と、基板を基板から金属汚濁物を除去する洗浄液(例えば、HPM薬液(希塩酸と過酸化水素水を含む薬液))で処理する工程と、基板に純水による水洗処理を施す工程と、を行うことが好ましく、これにより基板の品質が高められる。
【0013】
このような基板処理方法は、ポッピングを発生させるレジスト膜がイオン注入処理またはエッチング処理によって硬化している場合に好適に用いられる。但し、これに限定されるものではなく、このような処理によって硬化していない膜に対して適用しても、十分にその効果を得ることができる。なお、レジスト膜を硬化させる処理がイオン注入処理である場合において、基板に対するイオンドーズ量が1×1014atoms/cm2以上であっても、本発明によれば、このイオン注入処理によって硬化したレジスト膜を容易に除去することができる。
【0014】
本発明によれば、第1の観点に係る基板処理方法を実施するための基板処理システムが提供される。
すなわち、本発明の第2の観点によれば、レジスト膜を備えた基板から前記レジスト膜を除去する基板処理システムであって、
前記基板を略水平姿勢で保持する保持機構と、前記保持機構を回転させる回転機構と、前記保持機構に保持された基板のレジスト膜に所定温度の水蒸気を供給する水蒸気供給機構と、前記保持機構に保持された基板の表面に所定の洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、を有する蒸気/液処理装置と、
前記基板を収容するチャンバと、前記チャンバの内部にオゾンと水蒸気を含む処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、を有する変性処理装置と、
を具備することを特徴とする基板処理システム、が提供される。
【0015】
この基板処理システムは、蒸気/液処理装置と変性処理装置との間で基板を搬送する基板搬送機構と、基板が逐次、蒸気/液処理装置において水蒸気処理され、変性処理装置において処理ガスで処理され、蒸気/液処理装置において洗浄処理されるように、蒸気/液処理装置と変性処理装置と基板搬送機構とを制御するプロセス制御機構と、をさらに具備する構成とすることができる。
【0016】
蒸気/液処理装置が具備する洗浄液供給機構としては、純水と、基板からパーティクルを除去する薬液と、基板から金属汚濁物を除去する薬液と、を基板に選択的に吐出する機能を有するものを用いることが好ましい。これにより基板からのレジスト膜の除去、パーティクルの除去、金属汚濁物の除去を、連続して行うことができる。また、水蒸気供給機構としては、基板の表面に水蒸気を噴射する水蒸気ノズルと、水蒸気ノズルの水蒸気噴射口と基板の表面との間隔を調節するノズル高さ調整機構と、水蒸気ノズルを基板上で水平方向に速度可変でスキャンさせるノズルスキャン機構と、を有するものが好適に用いられる。
【0017】
蒸気/液処理装置としては、回転機構を駆動することによって基板を回転させながら水蒸気供給機構を動作させて基板の表面に所定温度の水蒸気を供給し、その際に基板の表面が純水で濡れた状態に保持され、かつ、基板上の純水の一部が基板の回転によって基板の外側に振り切られるように、基板の水蒸気による処理を制御する水蒸気処理制御機構をさらに具備するものが好適に用いられる。
【0018】
本発明の第3の観点によれば、所定の処理によって硬化したレジスト膜を備えた基板から前記レジスト膜を除去する基板処理装置であって、
前記基板を略水平姿勢で保持する保持機構と、
前記保持機構を回転させる回転機構と、
前記保持機構に保持された基板のレジスト膜に所定温度の水蒸気を供給する水蒸気供給機構と、
前記保持機構に保持された基板の表面に所定の洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、
を具備し、
前記洗浄液供給機構は前記保持機構に保持された基板に前記洗浄液として、純水と、前記基板から有機物を除去する薬液と、前記基板からパーティクルを除去する薬液と、前記基板から金属汚濁物を除去する薬液とを選択的に吐出することを特徴とする基板処理装置、が提供される。
【0019】
このような基板処理装置では、レジスト膜の水蒸気によるポッピング処理、その後に基板上の有機物を除去する処理、さらにその後に基板からパーティクルを除去する処理と、金属汚濁物を除去する処理を、基板を搬送することなく、連続して行うことができる。
【0020】
この基板処理装置においては、前述した基板処理システムと同様に、水蒸気供給機構としては、基板の表面に水蒸気を噴射する水蒸気ノズルと、水蒸気ノズルの水蒸気噴射口と基板の表面との間隔を調節するノズル高さ調整機構と、水蒸気ノズルを基板上で水平方向に速度可変でスキャンさせるノズルスキャン機構と、を有するものが好適に用いられる。また、回転機構を駆動することによって基板を回転させながら水蒸気供給機構を動作させて基板の表面に所定温度の水蒸気を供給し、その際に基板の表面が純水で濡れた状態に保持され、かつ、基板上の純水の一部が基板の回転によって基板の外側に振り切られるように、基板の水蒸気による処理を制御する水蒸気処理制御機構をさらに具備するものが好適に用いられる。基板から有機物を除去する薬液としては、具体的には、SPM薬液(硫酸と過酸化水素水を含む薬液)が挙げられる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、基板として半導体ウエハ(シリコンウエハ)を取り上げて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図1は、ウエハ処理システム100の概略構成を示す説明図である。このウエハ処理システム100は、成膜装置101と、レジスト塗布/現像装置102と、露光装置103と、イオン注入装置104と、変性/洗浄装置105と、から構成されており、図示しない搬送装置によってこれら装置間でウエハWを搬送することができるようになっている。
【0022】
成膜装置101としては、化学気相蒸着法(CVD)法によりウエハWに絶縁膜やストッパー膜等を形成するCVD装置や、ウエハWに薬液を塗布して絶縁膜等を形成するSOD(Spin On Dielectric)装置が用いられる。
【0023】
レジスト塗布/現像装置102は、イオン注入処理のためのマスク等として用いられるレジスト膜を形成するために用いられる。レジスト塗布/現像装置102の詳細な構造は図示しないが、レジスト塗布/現像装置102では、ウエハWにスピンコートによって反射防止膜(BARC)とレジスト膜が逐次成膜され、露光装置103において所定のパターンで露光されたレジスト膜が現像処理され、反射防止膜が成膜されたウエハW、レジスト膜が成膜されたウエハW、露光処理されたウエハW、現像処理が施されたウエハWがそれぞれ所定の条件で熱的に処理される。
【0024】
露光装置103は、レジスト膜が形成されたウエハWに所定の回路パターンを露光するために用いられる。イオン注入装置104では、ウエハWの処理段階に応じて、ウエハWやウエハWに形成された絶縁膜等にAs、P、B等のイオン注入処理が行われる。変性/洗浄装置105は、半導体デバイスの製造工程で不用となったレジスト膜(マスク)等をウエハWから除去するための種々の処理を行う装置である。本説明においては、主にイオン注入処理によって硬化したレジスト膜(以下「レジスト硬化膜」ということとする)を除去するために用いられることとする。なお、このレジスト硬化膜は、後に図8(c)に示すように、注入イオンによって硬化した部分(以下「硬化層」ということとする)と、注入イオンが通過したり、または注入イオンが到達していないために、実質的に注入イオンが存在しておらず、硬化していない部分(「以下「生レジスト部」ということとする)とを有している。
【0025】
続いて、変性/洗浄装置105の構成について詳細に説明する。図2は変性/洗浄装置105の概略平面図であり、図3はその概略正面図であり、図4はその概略背面図である。変性/洗浄装置105は、ウエハWが収容されたキャリアが他の処理装置等から搬入され、逆に変性/洗浄装置105における処理の終了したウエハWを収容したキャリアを次の処理を行う処理装置等へ搬出するためのキャリアステーション4と、レジスト硬化膜の除去処理やウエハWの水洗/乾燥処理等を行うための複数の処理ユニットを有する処理ステーション2と、処理ステーション2とキャリアステーション4との間でウエハWの搬送を行う搬送ステーション3と、処理ステーション2で使用する薬液や純水、処理ガス等の製造、調製、貯留を行うケミカルステーション5と、を備えている。
【0026】
キャリアCの内部において、ウエハWは略水平姿勢で鉛直方向(Z方向)に一定の間隔で収容されている。このようなキャリアCに対するウエハWの搬入出はキャリアCの一側面を通して行われ、この側面は蓋体10a(図2には図示せず。図3および図4に蓋体10aが取り外された状態を示す)によって開閉自在となっている。
【0027】
図2に示すように、キャリアステーション4は、図中Y方向に沿って3箇所にキャリアCを載置できる載置台6を有しており、キャリアCは蓋体が設けられた側面がキャリアステーション4と搬送ステーション3との間の境界壁8a側を向くようにして載置台6に載置される。境界壁8aにおいてキャリアCの載置場所に対応する位置には窓部9aが形成されており、各窓部9aの搬送ステーション3側には窓部9aを開閉するシャッタ10が設けられている。これらシャッタ10はそれぞれキャリアCの蓋体10aを把持する把持手段(図示せず)を有しており、図3および図4に示すように、蓋体10aを把持した状態で搬送ステーション3側に蓋体10aを退避させることができるようになっている。
【0028】
搬送ステーション3に設けられたウエハ搬送装置7はウエハWを保持可能なウエハ搬送ピック7aを有している。ウエハ搬送装置7は搬送ステーション3の床にY方向に延在するように設けられたガイド11(図3および図4参照)に沿ってY方向に移動可能である。また、ウエハ搬送ピック7aは、X方向にスライド自在であり、かつ、Z方向に昇降自在であり、かつ、X−Y平面内で回転自在(θ回転)である。
【0029】
このような構造により、キャリアCの内部と搬送ステーション3とが窓部9aを介して連通するようにシャッタ10を退避させた状態において、ウエハ搬送ピック7aは、載置台6に載置された全てのキャリアCにアクセス可能であり、キャリアC内の任意の高さ位置にあるウエハWをキャリアCから搬出することができ、逆にキャリアCの任意の位置にウエハWを搬入することができる。
【0030】
処理ステーション2は、搬送ステーション3側に2台のウエハ載置ユニット(TRS)13a・13bを有しており、例えば、ウエハ載置ユニット(TRS)13bは、搬送ステーション3からウエハWを受け入れる際にウエハWを載置するために用いられ、ウエハ載置ユニット(TRS)13aは、処理ステーション2において所定の処理が終了したウエハWを搬送ステーション3に戻す際にウエハWを載置するために用いられる。後述するように処理ステーション2においてはファンフィルターユニット(FFU)25から清浄な空気がダウンフローされるために、処理ステーション2において処理の終了したウエハWを、上段のウエハ載置ユニット(TRS)13aに載置することにより、ウエハWの汚染が抑制される。
【0031】
搬送ステーション3と処理ステーション2との間の境界壁8bにおいて、ウエハ載置ユニット(TRS)13a・13bの位置に対応する部分には窓部9bが設けられている。ウエハ搬送ピック7aは、この窓部9bを介してウエハ載置ユニット(TRS)13a・13bにアクセス可能であり、キャリアCとウエハ載置ユニット(TRS)13a・13bとの間でウエハWを搬送する。
【0032】
処理ステーション2の略中央部には、処理ステーション2内においてウエハWを搬送する主ウエハ搬送装置14が設けられている。主ウエハ搬送装置14はZ軸周りに回転自在である。また、主ウエハ搬送装置14が具備するウエハ搬送アーム14aは水平方向で進退自在であり、かつZ方向に昇降自在である。このような構造により、ウエハ搬送アーム14aは処理ステーション2に設けられた各ユニットにアクセス可能であり、これら各ユニット間でウエハWを搬送する。処理ステーション2の上部には処理ステーション2の内部に清浄な空気を送風するファンフィルターユニット(FFU)25が設けられている。
【0033】
処理ステーション2の背面側には、オゾンと水蒸気を含む処理ガスのこれら分子によって主にレジスト硬化膜の変性処理を行う膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hが配置されている。ここで「レジスト硬化膜の変性」とは、この処理ガスによってレジスト硬化膜の生レジスト部がウエハW上に残った状態で水溶性へと変化することをいう。なお、ウエハWにイオン注入されていないポリマー残渣が存在する場合には、このポリマー残渣もまたこの処理ガスによって水溶性へと変性する。
【0034】
膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15dと膜変性処理ユニット(VOS)15e〜15hとは、その境界壁22bについて略対称な構造を有している。これにより主ウエハ搬送装置14を、X方向に移動する機構を必要としない簡単な構造とすることができ、また、ウエハ搬送アーム14aの膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hへのアクセスが容易となっている。
【0035】
ここで、膜変性処理ユニット(VOS)15aを例に挙げて、その構造について、図5に示す概略断面図を参照しながら詳細に説明する。膜変性処理ユニット(VOS)15aは、ウエハWを収容する密閉式のチャンバ30を有しており、チャンバ30は固定された下部容器41aと、下部容器41aの上面を覆う蓋体41bから構成され、蓋体41bは膜変性処理ユニット(VOS)15aのフレーム42に固定されたシリンダ43によって昇降自在である。
【0036】
下部容器41a周縁の立起部の上面にはOリング51が配置されている。シリンダ43を駆動して蓋体41bを降下させると、蓋体41bの裏面周縁が下部容器41a周縁の立起部の上面に当接するとともに、Oリング51が圧縮されてチャンバ30内に密閉された処理空間が形成される。
【0037】
下部容器41aにはウエハWを載置するステージ33が設けられており、このステージ33の表面には、ウエハWを支持するプロキシミティピン44が複数箇所に設けられている。プロキシミティピン44の高さは、ステージ33の表面に結露が生じた場合にウエハWの裏面が結露した液滴に接することがない高さ、例えば、1mm以上3mm以下に設定される。これによりウエハWの裏面へのウォーターマークやパーティクルの付着が防止され、ウエハWの品質を高く保持することができる。
【0038】
ステージ33の内部にはヒータ45aが、蓋体41bにはヒータ45bがそれぞれ埋設されており、ステージ33と蓋体41bをそれぞれ所定温度で保持することができるようになっている。これによりウエハWの温度が一定に保持される。なお、ステージ33と蓋体41bの温度を変えることによって、処理空間内に温度勾配を設けてもよい。
【0039】
蓋体41bの裏面には、ウエハWを保持する爪部材46が、例えば3箇所(図5では2箇所のみ図示)に設けられている。ウエハ搬送アーム14aはこの爪部材46に対してウエハWの受け渡しを行う。爪部材46がウエハWを保持した状態で蓋体41bを降下させると、その降下途中でウエハWは、ステージ33に設けられたプロキシミティピン44に受け渡しされる。
【0040】
チャンバ30では、処理ガスがチャンバ30の内部において略水平方向に流れるように、オゾンと水蒸気を含む処理ガスを内部に導入するガス導入口34aおよび処理ガスを外部へ排気するガス排出口34bが下部容器41aに設けられている。処理ガス供給装置16はガス導入口34aに接続され、ガス排出口34bには排気装置32が接続されている。図5では、ガス導入口34aおよびガス排出口34bの高さ位置がプロキシミティピン44に載置されたウエハWの高さよりも下側で示されているが、ガス導入口34aおよびガス排出口34bはこれよりも高い位置に設けてもよい。
【0041】
ウエハWの処理ガスによる処理は、チャンバ30の内部を一定の陽圧に保持して行うことが好ましい。このためにチャンバ30の内部から下部容器41aと蓋体41bとの間を通って外部に処理ガスが流出しないように、下部容器41aと蓋体41bとの密閉を、シリンダ43による押圧力に依存するだけでなく、下部容器41aと蓋体41bの端面に設けられた突起部47a・47bどうしをローラ59a・59bで挟み込んで締め付けることによって行う。
【0042】
処理ステーション2の正面側には蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dが配置されている。これら蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dにおいては、レジスト硬化膜に所定温度の水蒸気を供給してレジスト硬化膜にポッピングを生じさせる処理やポッピングが発生したレジスト硬化膜をウエハWから有機物を除去する薬液で処理することによってウエハWからレジスト硬化膜を除去する処理、膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hにおける処理の終了したウエハWを所定の洗浄液で処理することによってレジスト硬化膜をウエハWから除去する処理、ウエハWの水洗処理と乾燥処理が行われる。
【0043】
蒸気/液処理ユニット(VLT)12a・12bと蒸気/液処理ユニット(VLT)12c・12dとは、境界壁22aについて略対称な構造を有しており、いる。図6は蒸気/液処理ユニット(VLT)12aの概略構造を示す断面図である。蒸気/液処理ユニット(VLT)12aの中央部には環状のカップ(CP)が配置され、カップ(CP)の内側にはスピンチャック71が配置されている。スピンチャック71は真空吸着によってウエハWを固定保持した状態で駆動モータ72によって回転駆動される。カップ(CP)の底部には洗浄液、純水を排出するドレイン73が設けられている。
【0044】
駆動モータ72は、ユニット底板74に設けられた開口74aに昇降移動可能に配置され、例えばアルミニウムからなるキャップ状のフランジ部材75を介して例えばエアシリンダからなる昇降駆動機構76および昇降ガイド77と結合されている。駆動モータ72の側面には、例えばSUSからなる筒状の冷却ジャケット78が取り付けられ、フランジ部材75は、この冷却ジャケット78の上半部を覆うように取り付けられている。
【0045】
薬液等をウエハWに供給する際には、フランジ部材75の下端75aは、開口74aの周縁付近でユニット底板74に密着し、これによってユニット内部が密閉される。スピンチャック71とウエハ搬送アーム14aとの間でウエハWの受け渡しが行われるときは、昇降駆動機構76が駆動モータ72およびスピンチャック71を上方へ持ち上げることでフランジ部材75の下端がユニット底板74から浮くようになっている。
【0046】
蒸気/液処理ユニット(VLT)12aは、スピンチャック71に保持されたウエハWの表面のレジスト硬化膜に所定の洗浄液を供給する洗浄液供給機構80aと、レジスト硬化膜に所定温度の水蒸気を供給する水蒸気供給機構80bと、ウエハWに乾燥ガスを噴射するガス供給機構(図示せず)と、を備えている。
【0047】
洗浄液供給機構80aは、スピンチャック71に保持されたウエハWの表面に所定の洗浄液を吐出する洗浄液吐出ノズル81aと、純水に窒素ガス(N2ガス)を混ぜることによって純水をウエハWの表面にスプレー状で噴射するスプレーノズル81cと、洗浄液吐出ノズル81aに所定の洗浄液を送液し、またスプレーノズル81cに純水とN2ガスを供給する洗浄液供給部17aと、洗浄液吐出ノズル81aとスプレーノズル81cを保持し、Y方向に進退自在なスキャンアーム82aと、スキャンアーム82aを支持する垂直支持部材85aと、ユニット底板74の上でX軸方向に敷設されたガイドレール84に取り付けられ、垂直支持部材85aをX軸方向へ移動させるX軸駆動機構96と、を有している。
【0048】
洗浄液供給部17aは、硫酸と過酸化水素水とを含むSPM薬液、アンモニアと過酸化水素水とを含むAPM薬液、希塩酸と過酸化水素水とを含むHPM薬液、リンス液として用いられる純水と、を選択的に洗浄液吐出ノズル81aへ送液することができるようになっている。また、洗浄液供給部17aは、純水とN2ガスを同時にスプレーノズル81cに供給することができるようになっている。スキャンアーム82aは垂直支持部材85aに設けられたZ軸駆動機構97によって上下方向(Z方向)に移動可能である。このような構造により、洗浄液吐出ノズル81aとスプレーノズル81cをウエハW上の任意の位置に移動させ、またカップ(CP)外の所定位置に退避させることができるようになっている。
【0049】
水蒸気供給機構80bは、スピンチャック71に保持されたウエハWの表面のレジスト硬化膜に所定温度の水蒸気を噴射する水蒸気噴射ノズル81bと、水蒸気噴射ノズル81bに水蒸気を送る水蒸気供給部17bと、水蒸気噴射ノズル81bを保持し、Y方向に進退自在なスキャンアーム82bと、スキャンアーム82bを支持する垂直支持部材85bと、を有している。スキャンアーム82bは、ガイドレール84に設けられた図示しないX軸駆動機構と垂直支持部材85bが具備する図示しないZ軸駆動機構によりX軸方向とZ軸方向に移動自在である。このような構造により、水蒸気噴射ノズル81bをウエハW上の任意の位置に移動させ、またカップ(CP)外の所定位置に退避させることができる。
【0050】
なお、スキャンアーム82bをX軸方向にスライドさせるX軸駆動機構は、水蒸気噴射ノズル81bがウエハW上をスキャンする際のスキャン速度を、ウエハWの中心部で速く、ウエハWの外周部で遅くなるように調整する機能を備えている。また、水蒸気噴射ノズル81bとしては、例えば、水蒸気が直接にウエハWに直接にあたる範囲を略4mmφ以上10mmφの領域とするものが用いられる。スキャンアーム82bをZ軸方向に移動させるZ軸駆動機構は、水蒸気噴射ノズル81bから水蒸気が噴射されているときに、水蒸気噴射ノズル81bの水蒸気噴射口(先端)とウエハWとの間隔を5mm以上10mm以下に保持することができる。
【0051】
なお、図示しないガス供給機構もまた洗浄液供給機構80a等と同様の構成を有し、ウエハWの表面に窒素ガス等の乾燥ガスを供給することができる構成を有している。
【0052】
ケミカルステーション5には、オゾンと水蒸気を含む処理ガスを調整して膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hに供給する処理ガス供給装置16と、所定の洗浄液を蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dへ送液する洗浄液供給部17aと、水蒸気を蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dへ送る水蒸気供給部17bと、が設けられている。また、ケミカルステーション5には、蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dへの乾燥ガスの供給を制御するガス供給調整装置(図示せず)が設けられており、このガス供給調整装置への乾燥ガスの供給は、例えば、図示しない工場配管等の供給ラインを用いて行われる。
【0053】
処理ガス供給装置16は、例えば、酸素ガスをオゾン化するオゾン発生装置と、オゾンを希釈する窒素ガスおよびレジスト硬化膜の変性処理後にチャンバ30内をパージするための窒素ガスを供給する窒素ガス供給ラインと、純水を気化させて水蒸気を発生させる水蒸気発生装置と、オゾン/窒素混合ガスと水蒸気とを混合させて処理ガスを生成するミキサーと、を有している。オゾン発生装置においては、空気中の酸素をオゾン化することによって、オゾン/窒素混合ガスを生成することもできる。
【0054】
次に、このように構成されたウエハ処理システム100を用いて、イオン注入処理によって硬化したレジスト硬化膜を備えたウエハWからこのレジスト硬化膜を除去する工程について説明する。図7はレジスト硬化膜の除去工程の一例を示すフローチャートであり、図8は図7に示す処理工程にしたがったウエハWの概略の形態変化を模式的に示す説明図である。なお、図8ではウエハWを「Si−sub」と記している。
【0055】
最初に、ウエハWを成膜装置101に搬入して、そこでウエハWの表面に絶縁膜61を形成する(ステップ1)。図8(a)はステップ1が終了した状態を示している。次に絶縁膜61が形成されたウエハWをレジスト塗布/現像装置102に搬入して、そこで絶縁膜61上にレジスト膜62を形成し、続いてウエハWを露光装置103に搬送して、そこで所定のパターンでレジスト膜62を露光処理し、次いでウエハWをレジスト塗布/現像装置102に戻してレジスト膜62を現像処理する(ステップ2)。これによってレジスト膜62がパターニングされる。図8(b)はステップ2が終了した状態を示している。
【0056】
次に、ウエハWをイオン注入装置104に搬送して、そこで所定元素のイオンの注入処理を行う(ステップ3)。例えば、所定元素のイオンを、絶縁膜61にイオンが留まらないように所定の速度で、例えば、ウエハWへのイオン注入量(ドーズ量)が1×1014atoms/cm2以上となるように注入すると、レジスト膜62がストッパーとして機能し、レジスト膜62の溝部の下側ではウエハWにイオンが注入されて、ウエハWの特性が変化した領域64が形成される。またレジスト膜62は、例えば、その表面が注入イオンによって硬化した硬化層79aに変質し、硬化層79aの内部に生レジスト部79bが残っているレジスト硬化膜79に変化する。図8(c)はステップ3が終了した状態を示している。
【0057】
イオン注入処理が終了したウエハWは、変性/洗浄装置105の蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dのいずれかに搬送され、そこでレジスト硬化膜79にポッピングが発生するように、所定温度の水蒸気が水蒸気噴射ノズル81bからレジスト硬化膜79の表面に噴射される(ステップ4)。このポッピングは前述したように、レジスト硬化膜79が加熱されることによって生レジスト部79bに含まれる一部の成分が硬化層79aを突き破って蒸発する現象であり、硬化層79aにはポッピングによって噴出口88が形成され、これによって生レジスト部79bの一部が外部に露出する。図8(d)はステップ4の処理によってレジスト硬化膜79にポッピングが生じた状態を示している。
【0058】
このステップ4の処理を行うために、イオン注入処理が終了したウエハWを蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dへ搬送する工程は、例えば、次のようにして行われる。すなわち、最初にイオン注入処理が終了したウエハWの収容されたキャリアCをオペレータまたは自動搬送装置によって載置台6に載置する。次いでキャリアCの蓋体10aとシャッタ10を搬送ステーション3側に退避させることによって窓部9aを開き、続いてウエハ搬送ピック7aによって、キャリアCの所定位置にある1枚のウエハWをウエハ載置ユニット(TRS)13bへ搬送する。続いてウエハ載置ユニット(TRS)13bに載置されたウエハWをウエハ搬送アーム14aによって取り出し、蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dのいずれかのスピンチャック71に受け渡す。
【0059】
レジスト硬化膜79にポッピングを発生させるために、レジスト硬化膜79に供給する水蒸気の温度は、ウエハWにレジスト膜62を形成する工程における最終の熱処理温度(具体的には、現像処理後の熱処理(ポストベーク)温度)よりも高く設定する。また、スピンチャック71に保持されたウエハWを所定の回転数で回転させて、水蒸気噴射ノズル81bから水蒸気を噴射させながら、水蒸気噴射ノズル81bをウエハWの中心部と外周部との間でスキャンさせることにより、レジスト硬化膜79全体に水蒸気を供給する。このとき水蒸気噴射ノズル81bを保持したスキャンアーム82bのスキャン速度を、ウエハWの中心部で速くし、外周部で遅くすると、レジスト硬化膜79全体で均一にポッピングを生じさせることができる。
【0060】
レジスト硬化膜79にポッピングが生ずる際には、硬化層79aや生レジスト部79bの一部が飛沫となって周囲に飛散する。このため、飛散した生レジスト等の飛沫がウエハWの表面に付着し難くなるように、ステップ4の処理時にはウエハWの表面に純水の膜が形成されている状態で保持することが好ましい。このような純水の膜は、水蒸気噴射ノズル81bからウエハWに噴射された水蒸気の結露によって形成される。水蒸気噴射ノズル81bから水蒸気がウエハWの表面に噴射されているときにはウエハWは回転しているので、ポッピングによってウエハWの表面に飛散した生レジスト等の飛沫は、ウエハWの周縁から流れ落ちる純水とともにウエハWから流れ落ち易くなる。
【0061】
レジスト硬化膜79に均一にポッピングを生じさせた後には、必要に応じて、ウエハWを回転させながらウエハWの表面に純水を供給することによって、ウエハWの表面に飛散した生レジスト等の飛沫を洗い流してもよい。そして、ウエハWを所定の回転数で回転させ、スピン乾燥させる(ステップ5)。次にウエハWを膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hのいずれかに搬送して、そこで処理ガスによる生レジスト部79bを水溶性に変化させる変性処理を行う(ステップ6)。
【0062】
ウエハWの例えば膜変性処理ユニット(VOS)15aへの搬入は次のようにして行われる。まず、ウエハ搬送アーム14aが蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dからウエハWを搬出する。また、膜変性処理ユニット(VOS)15aでは、チャンバ30の蓋体41bを下部容器41aの上方に退避させた状態とする。次に、蓋体41bに設けられた爪部材46のウエハWを保持する部分(水平方向に突出した部分)よりも僅かに高い位置にウエハWが進入するように、ウエハWを保持したウエハ搬送アーム14aを進入させる。次いで、ウエハ搬送アーム14aを下方へ降下させると、ウエハWは爪部材46に受け渡される。ウエハ搬送アーム14aを膜変性処理ユニット(VOS)15aから退出させた後に蓋体41bを降下させて蓋体41bを下部容器41aに密着させ、さらに下部容器41aと蓋体41bの端面に設けられた突起部47a・47bどうしをローラ59a・59bで挟み込んで締め付けることにより、チャンバ30を密閉状態とする。なお、蓋体41bを降下させる途中で、ウエハWは爪部材46からプロキシミティピン44へ受け渡される。
【0063】
こうして膜変性処理ユニット(VOS)15aに搬入されたウエハWに対してステップ6の処理を次にようにして行う。ヒータ45a・45bを発熱させて、ステージ33および蓋体41bを所定の温度に保持する。このとき、例えば、蓋体41bの温度をステージ33の温度よりも所定温度高く設定すると、後にチャンバ30内に処理ガスを供給した際に、チャンバ30内における水蒸気の密度が蓋体41b側よりもステージ33側で高くなるために、水蒸気を効率的にウエハWにあてることができる。
【0064】
ステージ33および蓋体41bが所定温度に保持され、かつ、ウエハWの温度分布がほぼ一定となったら、最初に処理ガス供給装置16からオゾン/窒素混合ガスのみをチャンバ30内に供給して、チャンバ30の内部がオゾン/窒素混合ガスでパージされ、かつ、所定の陽圧となるように調節する。
【0065】
その後、オゾン/窒素混合ガスに水蒸気を混合させた処理ガスを、処理ガス供給装置16からチャンバ30内に供給する。処理ガスの分子は噴出口88を通して生レジスト部79bの炭素原子(レジスト材料の炭素原子)を攻撃して、生レジスト部79bを水溶性へと変性させる。図8(e)はこのステップ6の処理が終了した状態を示している。
【0066】
なお、処理ガスは絶縁膜61に損傷を与えない。また、ウエハWにイオン注入されていないポリマー残渣やポッピングによってウエハWに付着した生レジスト部79bの飛沫等が存在する場合には、これらもまたステップ6の処理によって水溶性へと変化する。この処理ガスによるウエハWの処理は、例えば、3分〜5分間行われる。チャンバ30への処理ガスの供給量とチャンバ30からの排気量は、チャンバ30内が所定の陽圧となるように調整される。
【0067】
処理ガスによる所定の処理時間が経過したら処理ガスの供給を停止し、続いて処理ガス供給装置16からチャンバ30内に窒素ガスを供給し、チャンバ30内を窒素ガスでパージする。このパージ処理時には、その後にチャンバ30を開いたときに排気装置32からオゾン/窒素混合ガスが逆流してオゾン/窒素混合ガスがチャンバ30から排出されないように、排気装置32内からもオゾン/窒素混合ガスを完全に排出する。
【0068】
このようなステップ6の処理が終了すると、レジスト硬化膜79の生レジスト部79bは水溶性に変わっているが、この部分はウエハWから剥離しておらず、また硬化層79aもまたウエハWから剥離していない。そこで、ステップ6の処理が終了したウエハWは、蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dのいずれかに戻されて、そこで水洗処理が行われる(ステップ7)。
【0069】
このステップ7の水洗処理では、レジスト硬化膜79を完全にウエハWから剥離させる必要はなく、次に行われるAPM薬液処理によって除去できる程度の残渣がウエハWに残ることは差し支えない。換言すれば、ステップ6とステップ7の処理は、その次に行うAPM薬液処理によってレジスト硬化膜79が完全に除去される状態となるように行えばよい。このために、ステップ6とステップ7の処理は、レジスト硬化膜79の剥離の程度に応じて複数回行ってもよい。
【0070】
ステップ7の処理を行うための、膜変性処理ユニット(VOS)15aから蒸気/液処理ユニット(VLT)12aへのウエハWの搬送は、次のようにして行われる。まず、チャンバ30内部の窒素ガスパージが終了したら、チャンバ30の内圧が外気圧と同じであることを確認する。これは、チャンバ30の内部圧力が大気圧よりも高い状態でチャンバ30を開くと、チャンバ30が損傷するおそれがあるからである。チャンバ30の内圧を確認した後に、下部容器41aと蓋体41bとのローラ59a・59bによる締め付けを解除し、蓋体41bを上昇させる。蓋体41bを上昇させる際にウエハWは爪部材46に保持されて蓋体41bとともに上昇する。ウエハ搬送アーム14aを下部容器41aと蓋体41bとの隙間に進入させて、ウエハWを爪部材46からウエハ搬送アーム14aに受け渡す。こうしてウエハWを保持したウエハ搬送アーム14aは、蒸気/液処理ユニット(VLT)12aに設けられたスピンチャック71にウエハWを受け渡す。
【0071】
蒸気/液処理ユニット(VLT)12aに搬入されたウエハWに対するステップ7の処理は、例えば、洗浄液吐出ノズル81aから略水平姿勢に保持されたウエハWの表面に純水を吐出してパドルを形成し、所定時間が経過した後にウエハWを回転させてウエハWの表面から純水を振り切り、さらにウエハWを回転させながらウエハWの表面に純水を供給することによって行われる。このステップ7の処理では、生レジスト部79bが水溶性に変化しているために、この部分が溶解する際に硬化層79aもまたウエハWから剥離する。図8(f)はこのステップ7が終了した状態を示している。
【0072】
こうしてレジスト硬化膜79が除去されたウエハWには、引き続き蒸気/液処理ユニット(VLT)12aにおいて、さらにウエハWからパーティクルを除去する処理(例えば、APM薬液による処理と2流体スプレー処理;ステップ8)と、ウエハWから金属汚濁物を除去する処理(例えば、HPM薬液による処理;ステップ9)が施され、さらに水洗処理(ステップ10)が施される。
【0073】
このAPM薬液処理は、例えば、洗浄液吐出ノズル81aからウエハWの表面にAPM薬液を供給してAPM薬液のパドルを形成し、所定時間が経過したらウエハWを所定の回転数で回転させながらAPM薬液をさらにウエハWの表面に供給することによって行う。このAPM薬液処理後には、スプレーノズル81cで純水に窒素ガスを混合させることによって純水をスプレー状にしてウエハWの表面に噴射し、ウエハWのパーティクルを除去する2流体スプレー処理を行う。このときウエハWの表面のAPM薬液もまた洗い流される。なお、絶縁膜61は、その組成によっては、APM薬液処理によってその表面が薄く除去される場合がある。HPM薬液による処理はAPM薬液による処理と同様に行われる。
【0074】
HPM薬液による金属汚濁物の除去処理とその後の水洗処理(リンス処理)が終了したら、ウエハWをスピン乾燥させる。このスピン乾燥は、ウエハWに乾燥ガスを供給しながら行ってもよい。
【0075】
蒸気/液処理ユニット(VLT)12a(または12b〜12d)における処理によってレジスト硬化膜79およびパーティクルと金属汚濁物が除去されたウエハWは、ウエハ搬送アーム14aによって蒸気/液処理ユニット(VLT)12aからウエハ載置ユニット(TRS)13aに搬送され、そこからウエハ搬送装置7によってキャリアCの所定の位置に収容される。
【0076】
次に、ウエハWからレジスト硬化膜79を除去する別の工程について、図9に示すフローチャートを参照しながら説明する。前述したステップ1〜ステップ5と同様にして、ウエハWの表面に絶縁膜61を形成し(ステップ1)、絶縁膜61上に所定のパターンを有するレジスト膜62を形成し(ステップ2)、ウエハWに所定元素のイオンの注入処理を行い(ステップ3)、ステップ3のイオン注入処理によってレジスト膜62から変化したレジスト硬化膜79にポッピングが発生するようにレジスト硬化膜79を所定温度の水蒸気で処理し(ステップ4)、ウエハWをスピン乾燥させる(ステップ5)。ここで、ステップ4の水蒸気処理後のウエハWの状態は、先に図8(c)に示した通りであり、生レジスト部79bの一部が噴出口88において露出する。
【0077】
なお、先に図7に示したウエハWの処理方法では、ステップ4の処理が終了したウエハWを、蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dのいずれかから膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hのいずれかに搬送するために、ステップ4の処理後にウエハWをスピン乾燥させる処理(ステップ5)を行った。しかし、以下に説明するように、図8に示すウエハWの処理方法では、ステップ4の処理後にウエハWを変性処理ユニット(VOS)15a〜15hに搬送しないために、ステップ5の処理を省略することができる。
【0078】
このステップ5の処理が終了した時点で、ウエハWは蒸気/液処理ユニット(VLT)12a〜12dのいずれか(例えば、12a)にあるので、ウエハWを蒸気/液処理ユニット(VLT)12aに留めたまま、次に、ウエハWをSPM薬液で処理する(ステップ6A)。SPM薬液は硬化層79aから生レジスト部79bを攻撃して生レジスト部79bを溶解し、これによってレジスト硬化膜79全体をウエハWから剥離させることができる。
【0079】
このSPM薬液による処理は、前述したAPM薬液処理と同様に、洗浄液吐出ノズル81aからウエハWの表面にSPM薬液を供給してSPM薬液のパドルを形成し、所定時間が経過したらウエハWを所定の回転数で回転させながらSPM薬液をさらにウエハWの表面に供給し、その後ウエハWに純水を供給してウエハWからSPM薬液を洗い流すことによって行うことができる。なお、SPM薬液は、生レジスト部79bを容易に溶解することができるように、所定の温度に加温して用いることが好ましい。
【0080】
このSPM薬液処理によってレジスト硬化膜79が除去されたウエハWには、引き続き蒸気/液処理ユニット(VLT)12aにおいて、先に図8に示したウエハWの処理工程におけるステップ8〜10と同様にして、ウエハWからパーティクルを除去する処理(例えば、APM薬液による処理と2流体スプレー処理;ステップ7A)と、ウエハWから金属汚濁物を除去する処理(例えば、HPM薬液による処理;ステップ8A)と、水洗処理(ステップ9A)が施される。
【0081】
このような図9のフローチャートに示す処理では膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hを用いない。そこで膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hを常に用いないことが明らかである場合には、変性/洗浄装置105には、膜変性処理ユニット(VOS)15a〜15hに代えて、蒸気/液処理ユニット(VLT)が設けられる。
【0082】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、上記説明においては、変性/洗浄装置105としてウエハWを1枚ずつ処理する枚葉式装置を示したが、オゾンと水蒸気を含む処理ガスによるレジスト膜の変性処理や、ウエハWの洗浄処理、レジスト硬化膜にポッピングを生じさせる水蒸気処理は、一度に複数(例えば、25枚)のウエハWを処理する装置(所謂、バッチ式処理装置)を用いて行うこともできる。全工程を枚葉式で行うかまたは全工程をバッチ式で行えば、処理工程におけるウエハWの停滞(例えば、枚葉式処理の後にバッチ処理を行うために、所定枚数のウエハWが揃うまでバッチ処理が行えない状態となること)を回避することができる。
【0083】
また、上述したレジスト硬化膜の除去方法は、イオン注入処理によるドーズ量が1×1014atoms/cm2以下の場合に用いてもよいことはいうまでもない。また、上記説明においては、イオン注入処理によってレジスト膜に硬化層が形成され、難剥離性となる場合について説明したが、レジスト膜等のマスクが硬化する等して難剥離性となる別の処理としては、この他にエッチング処理を挙げることができ、エッチング処理によって硬化等して下地に対して剥離が困難となっている膜に対しても、本発明を適用することができる。
【0084】
上記説明においては、ウエハWにイオン注入する場合について説明したが、イオンが注入される対象は、ウエハWに形成された絶縁膜や半導体膜、導電性膜であっても構わない。また、基板として半導体ウエハを例示したが、基板はこれに限定されず、ガラス基板やセラミック基板であってもよい。さらには処理ガスには、オゾンと水蒸気以外の別の成分、例えば、過酸化水素等のガスを含有させることもできる。
【0085】
【発明の効果】
上述の通り本発明によれば、イオン注入処理等によって硬化し、難剥離性となっているレジスト膜等を、その下地に損傷を与えることなく基板から除去することができるために、製品の品質が高められるという顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウエハ処理システムの概略構成を示す説明図。
【図2】変性/洗浄装置の概略平面図。
【図3】変性/洗浄装置の概略正面図。
【図4】変性/洗浄装置の概略背面図。
【図5】変性/洗浄装置に備えられた膜変性処理ユニット(VOS)の概略断面図。
【図6】変性/洗浄装置に備えられた蒸気/液処理ユニット(VLT)の概略断面図。
【図7】レジスト膜の除去工程を示すフローチャート。
【図8】図7に示す処理フローにしたがったウエハの概略の形態変化を模式的に示す説明図。
【図9】レジスト膜の別の除去工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
2;処理ステーション
3;搬送ステーション
4;キャリアステーション
12a〜12d;蒸気/液処理ユニット(VLT)
15a〜15h;膜変性処理ユニット(VOS)
61;絶縁膜
62;レジスト膜
71;スピンチャック
79;レジスト硬化膜
79a;硬化層
79b;生レジスト部
80a;洗浄液供給機構
80b;水蒸気供給機構
100;ウエハ処理システム
104;イオン注入装置
105;変性/洗浄装置
W;ウエハ(基板)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing method, a substrate processing apparatus, and a substrate processing system for removing a hard-to-peel film such as a resist film cured by an ion implantation process or an etching process from a substrate.
[0002]
[Prior art]
For example, in the manufacturing process of a semiconductor device, predetermined ions are implanted into a semiconductor wafer (silicon substrate) or various films formed on the surface of the silicon substrate by using ion implantation technology, and the surface characteristics are changed. I have. For example, a pn junction can be formed by implanting arsenic (As), phosphorus (P), boron (B), or the like into a silicon substrate.
[0003]
Such ion implantation is often performed after forming a resist mask having a predetermined circuit pattern on the surface of a silicon substrate or the like. In this case, after the ion implantation, an unnecessary resist mask is removed. There is a need to. Here, since the resist mask on which the ion implantation at a high concentration has been performed is deteriorated (hardened) so as to be difficult to remove, a method of performing wet cleaning after plasma ashing or the like is used as a method for removing the resist mask (hardening). For example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-7-37780 (paragraphs 21 to 29, FIGS. 2 to 4)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the silicon substrate is subjected to the plasma ashing, there is a possibility that a portion other than the resist film to be removed, that is, the underlying silicon substrate or the film into which the ions are implanted may be oxidized. Further, there is a problem that the silicon substrate or the like is variously damaged, for example, the ashing gas is injected into the silicon substrate or the film due to the anisotropy of the plasma ashing, and the characteristics of the portion change. In addition, the silicon substrate is charged by plasma ashing, and the silicon substrate may be damaged by a subsequent discharge.
[0006]
Further, the surface of the resist film is hardened by the ion implantation process (hereinafter, this portion is referred to as a “hardened layer”), but the inside is substantially the same as before the ion implantation process (hereinafter, this portion is referred to as “uncured layer”). Curing section). In the plasma ashing process, the temperature of the resist film rises to, for example, about 200 ° C. At this time, nitrogen gas (N 2 ), And this gas destroys the hardened layer and blows it out, and a part of the uncured portion also blows out and adheres to the surface of a silicon substrate or the like, a phenomenon called so-called popping. Occurs. The blowing of such a gas during the plasma ashing process is unhardened before the plasma ashing process because the heat treatment temperature after the development of the resist film is lower than the temperature during the subsequent plasma ashing process. This is because components that evaporate due to heating during the plasma ashing process remain in the portion.
[0007]
In the plasma ashing process, there is a problem in that the uncured portion scattered to the outside due to the popping adheres to the surface of the silicon substrate and contaminates the silicon substrate. Then, it is difficult to completely remove the deposits (splashes) even if wet cleaning is performed later.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and removes a hard-to-remove film such as an ion-implanted resist mask from a substrate or the like without damaging the underlying substrate or the film. To provide a substrate processing method. Another object of the present invention is to provide a substrate processing method for removing a hard-to-peel film from a substrate or the like while suppressing contamination of a substrate or the like that is a base of the hard-to-peel film. A further object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing system used for performing such a substrate processing method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, a step of generating popping in a resist film provided on a substrate;
Transforming the resist film in which the popping has occurred to water-soluble while leaving it on the substrate,
Removing the water-soluble resist film from the substrate by a predetermined cleaning solution;
And a substrate processing method characterized by having:
[0010]
According to such a substrate processing method, the resist film can be removed from the substrate or the like without damaging the base such as the substrate on which the resist film is formed. Here, the step of generating popping in the resist film is preferably performed by supplying water vapor at a predetermined temperature to the resist film. In addition, the step of generating popping in the resist film is preferably performed while forming a liquid film on the resist film. At this time, it is preferable to hold the substrate in a rotating state. Accordingly, it is possible to prevent the splash of the resist film scattered on the surface of the substrate when the popping occurs from being attached to the surface of the substrate, and to remove the splash together with the water shaken off from the substrate. Note that the temperature of steam that causes popping of the resist film is higher than the final heat treatment temperature in the step of forming the resist film on the substrate.
[0011]
Further, the step of transforming the resist film in which the popping has occurred into water-soluble is performed, for example, by supplying a processing gas containing water vapor and ozone to the resist film. In this step, by performing the process in such a manner that a liquid film is not formed on the resist film, molecules of the processing gas can easily attack the popped resist film.
[0012]
Furthermore, after the step of removing the water-soluble altered resist film from the substrate with a predetermined cleaning liquid, a cleaning liquid for removing particles from the substrate (for example, an APM chemical liquid (a chemical liquid containing ammonia and aqueous hydrogen peroxide)). , Followed by a two-fluid spray process to assist in particle removal, and a cleaning solution for removing the metal contaminants from the substrate (for example, an HPM chemical solution (chemical solution containing dilute hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution)) ) And a step of subjecting the substrate to a rinsing treatment with pure water are preferably performed, thereby improving the quality of the substrate.
[0013]
Such a substrate processing method is suitably used when the resist film that causes popping is cured by ion implantation or etching. However, the present invention is not limited to this, and even when applied to a film that has not been cured by such processing, the effect can be sufficiently obtained. When the process of curing the resist film is an ion implantation process, the ion dose amount to the substrate is 1 × 10 14 atoms / cm 2 Even with the above, according to the present invention, the resist film cured by the ion implantation can be easily removed.
[0014]
According to the present invention, there is provided a substrate processing system for performing the substrate processing method according to the first aspect.
That is, according to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate processing system for removing a resist film from a substrate having a resist film,
A holding mechanism for holding the substrate in a substantially horizontal posture, a rotating mechanism for rotating the holding mechanism, a steam supply mechanism for supplying steam at a predetermined temperature to a resist film on the substrate held by the holding mechanism, and the holding mechanism A vapor / liquid treatment device having a cleaning liquid supply mechanism for supplying a predetermined cleaning liquid to the surface of the substrate held by
A modification processing apparatus having a chamber for accommodating the substrate, and a processing gas supply mechanism for supplying a processing gas containing ozone and water vapor into the chamber;
And a substrate processing system comprising:
[0015]
In this substrate processing system, a substrate transport mechanism for transporting a substrate between a vapor / liquid processing apparatus and a denaturing processing apparatus, and a substrate are sequentially subjected to steam processing in a vapor / liquid processing apparatus and processed in a denaturing processing apparatus with a processing gas. In addition, the apparatus may further include a process control mechanism for controlling the vapor / liquid processing apparatus, the modification processing apparatus, and the substrate transfer mechanism so that the cleaning processing is performed in the vapor / liquid processing apparatus.
[0016]
The cleaning liquid supply mechanism provided in the vapor / liquid processing apparatus has a function of selectively discharging pure water, a chemical liquid for removing particles from the substrate, and a chemical liquid for removing metal contaminants from the substrate to the substrate. It is preferable to use Thereby, the removal of the resist film, the removal of particles, and the removal of metal contaminants from the substrate can be performed continuously. The steam supply mechanism includes a steam nozzle that injects steam to the surface of the substrate, a nozzle height adjustment mechanism that adjusts the distance between the steam outlet of the steam nozzle and the surface of the substrate, and a water vapor nozzle that is horizontally mounted on the substrate. The one having a nozzle scanning mechanism for scanning at a variable speed in the direction is preferably used.
[0017]
In a vapor / liquid processing apparatus, a steam supply mechanism is operated while rotating a substrate by driving a rotation mechanism to supply steam at a predetermined temperature to the surface of the substrate, and at this time, the surface of the substrate is wetted with pure water. It is preferable that the apparatus further includes a steam processing control mechanism for controlling the processing of the substrate with steam so that the pure water on the substrate is shaken out of the substrate by the rotation of the substrate. Used.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a substrate processing apparatus for removing a resist film from a substrate having a resist film cured by a predetermined process,
A holding mechanism for holding the substrate in a substantially horizontal posture,
A rotation mechanism for rotating the holding mechanism,
A steam supply mechanism for supplying steam at a predetermined temperature to the resist film on the substrate held by the holding mechanism,
A cleaning liquid supply mechanism for supplying a predetermined cleaning liquid to the surface of the substrate held by the holding mechanism,
With
The cleaning liquid supply mechanism removes pure water, a chemical liquid for removing organic substances from the substrate, a chemical liquid for removing particles from the substrate, and a metal contaminant from the substrate as the cleaning liquid for the substrate held by the holding mechanism. A substrate processing apparatus characterized by selectively discharging a chemical solution to be processed.
[0019]
In such a substrate processing apparatus, a process of popping a resist film with water vapor, a process of removing organic substances on the substrate, a process of removing particles from the substrate, and a process of removing metal contaminants are performed on the substrate. It can be performed continuously without transporting.
[0020]
In this substrate processing apparatus, as in the above-described substrate processing system, the water vapor supply mechanism adjusts the distance between the water vapor nozzle for injecting water vapor to the surface of the substrate and the water vapor injection port of the water vapor nozzle and the surface of the substrate. A mechanism having a nozzle height adjusting mechanism and a nozzle scanning mechanism for scanning a water vapor nozzle horizontally on a substrate at a variable speed is preferably used. In addition, the steam supply mechanism is operated while rotating the substrate by driving the rotation mechanism to supply steam at a predetermined temperature to the surface of the substrate, and at that time, the surface of the substrate is kept wet with pure water, In addition, a device further provided with a steam treatment control mechanism for controlling the treatment of the substrate with steam so that a portion of the pure water on the substrate is shaken out of the substrate by the rotation of the substrate is preferably used. Specific examples of the chemical solution for removing organic substances from the substrate include an SPM chemical solution (a chemical solution containing sulfuric acid and hydrogen peroxide solution).
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor wafer (silicon wafer) will be described as a substrate, and an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of the
[0022]
As the
[0023]
The resist coating / developing
[0024]
The
[0025]
Subsequently, the configuration of the denaturing /
[0026]
Inside the carrier C, the wafers W are accommodated in a substantially horizontal posture at regular intervals in the vertical direction (Z direction). The loading / unloading of the wafer W into / from the carrier C is performed through one side surface of the carrier C, and this side surface is not shown in FIG. 2 (not shown in FIG. 2; FIG. 3 and FIG. 4 show a state where the
[0027]
As shown in FIG. 2, the carrier station 4 has a mounting table 6 on which the carrier C can be mounted at three places along the Y direction in the figure. It is mounted on the mounting table 6 so as to face the
[0028]
The
[0029]
With such a structure, in a state where the
[0030]
The
[0031]
On a
[0032]
At a substantially central portion of the
[0033]
On the back side of the
[0034]
The film denaturation processing units (VOS) 15a to 15d and the film denaturation processing units (VOS) 15e to 15h have a substantially symmetric structure with respect to a
[0035]
Here, taking the film modification processing unit (VOS) 15a as an example, its structure will be described in detail with reference to the schematic sectional view shown in FIG. The film modification processing unit (VOS) 15a has a closed
[0036]
An O-
[0037]
The
[0038]
A
[0039]
On the back surface of the
[0040]
In the
[0041]
The processing of the wafer W with the processing gas is preferably performed while maintaining the inside of the
[0042]
On the front side of the
[0043]
The vapor / liquid processing units (VLT) 12a and 12b and the vapor / liquid processing units (VLT) 12c and 12d have structures that are substantially symmetric about the
[0044]
The
[0045]
When supplying a chemical solution or the like to the wafer W, the
[0046]
The vapor / liquid processing unit (VLT) 12a supplies a cleaning
[0047]
The cleaning
[0048]
The cleaning
[0049]
The water
[0050]
The X-axis driving mechanism that slides the
[0051]
The gas supply mechanism (not shown) also has the same configuration as the cleaning
[0052]
The chemical station 5 includes a processing
[0053]
The processing
[0054]
Next, a process of removing the resist cured film from the wafer W provided with the resist cured film cured by the ion implantation using the
[0055]
First, the wafer W is carried into the
[0056]
Next, the wafer W is transported to the
[0057]
The wafer W having been subjected to the ion implantation processing is transferred to one of the vapor / liquid processing units (VLTs) 12a to 12d of the denaturing /
[0058]
In order to perform the process of step 4, the process of transporting the wafer W after the ion implantation process to the vapor / liquid processing units (VLTs) 12a to 12d is performed, for example, as follows. That is, the carrier C in which the wafers W for which the ion implantation process has been completed is first placed on the mounting table 6 by an operator or an automatic transfer device. Next, the
[0059]
In order to generate popping in the resist cured
[0060]
When popping occurs in the resist cured
[0061]
After uniformly popping the resist cured
[0062]
The loading of the wafer W into, for example, the film modification processing unit (VOS) 15a is performed as follows. First,
[0063]
The processing of
[0064]
When the
[0065]
Thereafter, a processing gas obtained by mixing steam with an ozone / nitrogen mixed gas is supplied from the processing
[0066]
Note that the processing gas does not damage the insulating
[0067]
When a predetermined processing time by the processing gas has elapsed, the supply of the processing gas is stopped, and then a nitrogen gas is supplied into the
[0068]
When the processing in
[0069]
In the water washing process in
[0070]
The transfer of the wafer W from the film modification processing unit (VOS) 15a to the vapor / liquid processing unit (VLT) 12a for performing the processing in
[0071]
The processing in
[0072]
The wafer W from which the resist cured
[0073]
In the APM chemical processing, for example, the APM chemical is supplied from the cleaning
[0074]
After the metal contaminant removal process using the HPM chemical solution and the subsequent water washing process (rinsing process) are completed, the wafer W is spin-dried. This spin drying may be performed while supplying a drying gas to the wafer W.
[0075]
The wafer W from which the resist cured
[0076]
Next, another step of removing the resist cured
[0077]
In the processing method of the wafer W previously shown in FIG. 7, the wafer W after the processing of step 4 is removed from any of the vapor / liquid processing units (VLT) 12a to 12d and the film modification processing unit (VOS) 15a. In order to carry the wafer W to any one of the wafers 15 to 15 h, a process of spin-drying the wafer W after the process of Step 4 (Step 5) was performed. However, as described below, in the processing method of the wafer W shown in FIG. 8, since the wafer W is not transported to the modification processing units (VOS) 15a to 15h after the processing of Step 4, the processing of Step 5 is omitted. be able to.
[0078]
When the processing in step 5 is completed, the wafer W is in one of the vapor / liquid processing units (VLTs) 12a to 12d (for example, 12a), so that the wafer W is transferred to the vapor / liquid processing unit (VLT) 12a. Next, the wafer W is processed with the SPM chemical solution while keeping the state (step 6A). The SPM chemical solution attacks the raw resist
[0079]
In the process using the SPM chemical solution, the SPM chemical solution is supplied from the cleaning
[0080]
On the wafer W from which the resist cured
[0081]
In the processing shown in the flowchart of FIG. 9, the film modification processing units (VOS) 15a to 15h are not used. Therefore, when it is clear that the membrane denaturation processing units (VOS) 15a to 15h are not always used, the denaturing /
[0082]
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to such embodiments. For example, in the above description, a single-wafer processing apparatus that processes wafers W one by one is shown as the denaturing /
[0083]
In the above-described method of removing the cured resist film, the dose amount by ion implantation is 1 × 10 14 atoms / cm 2 It goes without saying that it may be used in the following cases. Further, in the above description, the case where the cured layer is formed on the resist film by the ion implantation processing to make the resist film difficult to peel has been described. As another example, an etching process can be mentioned, and the present invention can be applied to a film which is hardened by the etching process and is difficult to peel off from a base.
[0084]
In the above description, the case where the ions are implanted into the wafer W has been described, but the target into which the ions are implanted may be an insulating film, a semiconductor film, or a conductive film formed on the wafer W. Further, although a semiconductor wafer has been exemplified as the substrate, the substrate is not limited to this, and may be a glass substrate or a ceramic substrate. Further, the processing gas may contain another component other than ozone and water vapor, for example, a gas such as hydrogen peroxide.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to remove a resist film or the like that has been hardened by ion implantation or the like and is difficult to peel off from the substrate without damaging the base thereof, so that the quality of the product can be improved. Is remarkably increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a wafer processing system.
FIG. 2 is a schematic plan view of a denaturing / washing device.
FIG. 3 is a schematic front view of a denaturing / washing device.
FIG. 4 is a schematic rear view of a denaturing / washing device.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a membrane denaturation processing unit (VOS) provided in the denaturation / washing device.
FIG. 6 is a schematic sectional view of a vapor / liquid processing unit (VLT) provided in the denaturing / washing device.
FIG. 7 is a flowchart showing a resist film removing step.
FIG. 8 is an explanatory view schematically showing a schematic morphological change of a wafer according to the processing flow shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a flowchart showing another step of removing the resist film.
[Explanation of symbols]
2: Processing station
3: Transfer station
4: Carrier station
12a to 12d; vapor / liquid processing unit (VLT)
15a to 15h; membrane modification processing unit (VOS)
61; insulating film
62; resist film
71; Spin chuck
79; Resist cured film
79a; cured layer
79b; Raw resist section
80a; cleaning liquid supply mechanism
80b; steam supply mechanism
100; wafer processing system
104; ion implanter
105; denaturing / washing device
W; Wafer (substrate)
Claims (18)
前記ポッピングが発生したレジスト膜を前記基板に残したまま水溶性に変質させる工程と、
前記水溶性に変質したレジスト膜を所定の洗浄液によって前記基板から除去する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。A step of generating popping in a resist film provided on the substrate,
Transforming the resist film in which the popping has occurred to water-soluble while leaving it on the substrate,
Removing the water-soluble resist film from the substrate by a predetermined cleaning solution;
A substrate processing method comprising:
前記基板を前記基板からパーティクルを除去する薬液で処理し、その後に前記パーティクルの除去を補助するための2流体スプレー処理を行う工程と、
前記基板を前記基板から金属汚濁物を除去する薬液で処理する工程と、
前記基板に純水による水洗処理を施す工程と、
をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の基板処理方法。After the step of removing the water-soluble resist film from the substrate by a predetermined cleaning liquid,
Treating the substrate with a chemical solution that removes particles from the substrate, and then performing a two-fluid spray process to assist in removing the particles;
Treating the substrate with a chemical solution that removes metal contaminants from the substrate;
Subjecting the substrate to a rinsing treatment with pure water,
The substrate processing method according to any one of claims 1 to 8, further comprising:
前記基板を略水平姿勢で保持する保持機構と、前記保持機構を回転させる回転機構と、前記保持機構に保持された基板のレジスト膜に所定温度の水蒸気を供給する水蒸気供給機構と、前記保持機構に保持された基板の表面に所定の洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、を有する蒸気/液処理装置と、
前記基板を収容するチャンバと、前記チャンバの内部にオゾンと水蒸気を含む処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、を有する変性処理装置と、
を具備することを特徴とする基板処理システム。A substrate processing system for removing the resist film from a substrate having a resist film,
A holding mechanism for holding the substrate in a substantially horizontal posture, a rotating mechanism for rotating the holding mechanism, a steam supply mechanism for supplying steam at a predetermined temperature to a resist film on the substrate held by the holding mechanism, and the holding mechanism A vapor / liquid treatment device having a cleaning liquid supply mechanism for supplying a predetermined cleaning liquid to the surface of the substrate held by
A modification processing apparatus having a chamber for accommodating the substrate, and a processing gas supply mechanism for supplying a processing gas containing ozone and water vapor into the chamber;
A substrate processing system comprising:
前記基板が逐次、前記蒸気/液処理装置において水蒸気で処理され、前記変性処理装置において前記処理ガスで処理され、前記蒸気/液処理装置において洗浄処理されるように、前記蒸気/液処理装置と前記変性処理装置と前記基板搬送機構とを制御するプロセス制御機構と、
をさらに具備することを特徴とする請求項11に記載の基板処理システム。A substrate transport mechanism that transports the substrate between the vapor / liquid processing device and the denaturation processing device;
The vapor / liquid processing device and the substrate are sequentially treated with steam in the vapor / liquid treatment device, treated with the processing gas in the denaturation treatment device, and cleaned in the vapor / liquid treatment device. A process control mechanism for controlling the denaturation processing device and the substrate transfer mechanism,
The substrate processing system according to claim 11, further comprising:
前記保持機構に保持された基板の表面に水蒸気を噴射する水蒸気ノズルと、
前記水蒸気ノズルの水蒸気噴射口と前記基板の表面との間隔を調節するノズル高さ調整機構と、
前記水蒸気ノズルを前記基板上で水平方向に速度可変でスキャンさせるノズルスキャン機構と、
を有することを特徴とする請求項11から請求項13のいずれか1項に記載の基板処理システム。The steam supply mechanism,
A steam nozzle for injecting steam onto the surface of the substrate held by the holding mechanism,
A nozzle height adjustment mechanism that adjusts the interval between the water vapor injection port of the water vapor nozzle and the surface of the substrate,
A nozzle scanning mechanism that scans the water vapor nozzle horizontally on the substrate at a variable speed,
The substrate processing system according to any one of claims 11 to 13, further comprising:
前記回転機構を駆動することによって前記保持機構に保持された基板を回転させながら前記水蒸気供給機構を動作させて前記基板の表面に所定温度の水蒸気を供給し、その際に、前記基板の表面が純水で濡れた状態に保持され、かつ、前記基板上の純水の一部が前記基板の回転によって前記基板の外側に振り切られるように、前記基板の前記水蒸気による処理を制御する水蒸気処理制御機構をさらに具備することを特徴とする請求項11から請求項14のいずれか1項に記載の基板処理システム。The vapor / liquid treatment device comprises:
By driving the rotation mechanism to rotate the substrate held by the holding mechanism, the water vapor supply mechanism is operated to supply water vapor at a predetermined temperature to the surface of the substrate. Steam processing control for controlling the processing of the substrate with the water vapor such that the pure water on the substrate is held wet with pure water and a part of the pure water on the substrate is shaken out of the substrate by the rotation of the substrate The substrate processing system according to any one of claims 11 to 14, further comprising a mechanism.
前記基板を略水平姿勢で保持する保持機構と、
前記保持機構を回転させる回転機構と、
前記保持機構に保持された基板のレジスト膜に所定温度の水蒸気を供給する水蒸気供給機構と、
前記保持機構に保持された基板の表面に所定の洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、
を具備し、
前記洗浄液供給機構は前記保持機構に保持された基板に前記洗浄液として、純水と、前記基板から有機物を除去する薬液と、前記基板からパーティクルを除去する薬液と、前記基板から金属汚濁物を除去する薬液とを選択的に吐出することを特徴とする基板処理装置。A substrate processing apparatus for removing the resist film from a substrate having a resist film cured by a predetermined process,
A holding mechanism for holding the substrate in a substantially horizontal posture,
A rotation mechanism for rotating the holding mechanism,
A steam supply mechanism for supplying steam at a predetermined temperature to the resist film on the substrate held by the holding mechanism,
A cleaning liquid supply mechanism for supplying a predetermined cleaning liquid to the surface of the substrate held by the holding mechanism,
With
The cleaning liquid supply mechanism removes pure water, a chemical liquid for removing organic substances from the substrate, a chemical liquid for removing particles from the substrate, and a metal contaminant from the substrate as the cleaning liquid for the substrate held by the holding mechanism. A substrate processing apparatus for selectively discharging a chemical solution to be processed.
前記保持機構に保持された基板の表面に水蒸気を噴射する水蒸気ノズルと、
前記水蒸気ノズルの水蒸気噴射口と前記基板の表面との間隔を調節するノズル高さ調整機構と、
前記水蒸気ノズルを前記基板上で水平方向に速度可変でスキャンさせるノズルスキャン機構と、
を有することを特徴とする請求項16に記載の基板処理装置。The steam supply mechanism,
A steam nozzle for injecting steam onto the surface of the substrate held by the holding mechanism,
A nozzle height adjustment mechanism that adjusts the interval between the water vapor injection port of the water vapor nozzle and the surface of the substrate,
A nozzle scanning mechanism that scans the water vapor nozzle horizontally on the substrate at a variable speed,
17. The substrate processing apparatus according to claim 16, comprising:
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