JP2005093926A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分に混合された硫酸および過酸化水素水を基板の表面に供給することができ、これにより、基板の表面に良好な処理を施すことが基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】枚葉式剥離装置１には、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック２と、このスピンチャック２に保持されたウエハＷの表面にレジスト剥離液を供給するためのストレートノズル３とが備えられている。ストレートノズル３には、ミキシングバルブ５で作成された硫酸と過酸化水素水との混合液が撹拌フィン付流通管８で十分に撹拌された後に与えられるようになっている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、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の各種基板の表面に処理液による処理を施すための基板処理装置および基板処理方法に関する。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板などの基板の表面に形成されたレジスト膜を剥離するための処理（レジスト剥離処理）が行われる。このレジスト剥離処理の方式としては、複数枚の基板を一括して処理するバッチ式が従来の主流であったが、最近では、処理対象の基板の大型化に伴って、基板の表面にレジスト剥離液を供給して、基板を１枚ずつ処理する枚葉式が注目されてきている。

枚葉式のレジスト剥離処理を実施する装置として、たとえば、下記特許文献１には、基板を保持して回転させる回転チャックの上方に、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）を供給するためのノズルと、過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）を供給するためのノズルとを設けた構成が開示されている。それぞれのノズルから吐出される硫酸および過酸化水素水は、回転チャックの上方の空中で混合され、混合液（レジスト剥離液）となって、回転チャックに保持されて回転している基板の上面に供給される。硫酸と過酸化水素水とが混ざり合うと、硫酸と過酸化水素水との化学反応（Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ₂→Ｈ₂ＳＯ₅＋Ｈ₂Ｏ）が起こって、大きな反応熱が生成されるので、上記の構成によれば、その反応生成熱によって硫酸と過酸化水素水との混合液を高温に昇温させることができ、高温に昇温した混合液をその高温状態を保ったまま基板の表面に供給することができるとされている。
特開平６−２９１０９８号公報

ところが、硫酸と過酸化水素水とが基板上方の空中で十分に混ざり合わず、硫酸と過酸化水素水との反応が不十分なまま、硫酸および過酸化水素水の混合液が基板の表面に供給されるおそれがある。また、基板の表面上に供給された硫酸および過酸化水素水の混合液は、基板の回転による遠心力を受けて、基板上から短時間で流下するので、混合不十分な硫酸および過酸化水素水が、基板の表面上に供給された後に十分に混合されて反応することはない。硫酸と過酸化水素水との混合が不十分であると、十分な反応熱が生成されず、硫酸および過酸化水素水の混合液の温度が高温（レジスト膜を良好に剥離することのできる温度）にならないため、基板の表面に形成されているレジスト膜を良好に剥離することができない。

そこで、この発明の目的は、十分に混合された硫酸および過酸化水素水を基板の表面に供給することができ、これにより、基板の表面に対する良好な処理を達成することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

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）を保持して回転させる基板保持回転手段（２）と、硫酸供給源（６１）から供給される硫酸と過酸化水素水供給源（７１）から供給される過酸化水素水とを混合させる混合手段（５）と、この混合手段によって混合された硫酸と過酸化水素水とを撹拌して、基板処理のための処理液を生成する撹拌手段（８）と、この撹拌手段によって生成された処理液を、上記基板保持手段によって回転されている基板の表面に供給するノズル（３）とを含むことを特徴とする基板処理装置である。

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。
上記の構成によれば、混合手段によって混合された硫酸と過酸化水素水とが、撹拌手段によって撹拌されることにより、硫酸と過酸化水素水とが十分に反応し合って、強い酸化力を有するＨ₂ＳＯ₅を含む処理液を生成することができる。また、硫酸と過酸化水素水とが十分に反応し合うから、その反応熱によって、処理液の液温を基板の処理に適した高温度まで確実に昇温させることができる。よって、基板の表面に対して処理液による良好な処理を施すことができる。

たとえば、請求項２に記載のように、上記処理液が基板の表面に形成されているレジスト膜を剥離するためのレジスト剥離液であれば、請求項１に記載の構成によって、硫酸と過酸化水素水とを混合および撹拌して生成されるレジスト剥離液を、基板の表面に形成されているレジスト膜を良好に剥離可能な高温度まで確実に昇温させることができる。よって、その高温度に昇温したレジスト剥離液を基板の表面に供給することにより、基板の表面に形成されているレジスト膜を良好に剥離することができる。

請求項３記載の発明は、上記混合手段は、硫酸供給源から供給される硫酸と過酸化水素水供給源から供給される過酸化水素水とを、上記撹拌手段による硫酸と過酸化水素水との撹拌時に生じる反応熱によって処理液の液温を８０℃以上に昇温させることができる混合比率で混合させるものであることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。

この発明によれば、処理液の温度を８０℃以上に昇温させることができるから、処理液がレジスト剥離液として用いられる場合には、その８０℃以上に昇温した処理液を基板の表面に供給することにより、基板の表面に形成されているレジスト膜を良好に剥離することができる。
たとえば、硫酸の液温が８０℃であり、過酸化水素水の液温が２５℃である場合、硫酸に対する過酸化水素水の混合比率が４．３以下であれば、処理液の液温を８０℃以上に昇温させることができる。

また、硫酸および過酸化水素水の液温がともに２５℃のときには、硫酸に対する過酸化水素水の混合比率が０．１６〜３．６の範囲内であれば、処理液の液温を８０℃以上に昇温させることができる。
請求項４記載の発明は、硫酸供給源から上記混合手段に供給される硫酸の液温を８０℃に温度調節するための温度調節手段（６４）をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレジスト剥離装置である。

この請求項４に記載されているように、温度調節手段を設けて、硫酸の液温を８０℃に温度調節することが好ましい。
また、硫酸の液温が８０℃の場合には、上記混合手段は、硫酸供給源から供給される硫酸と過酸化水素水供給源から供給される過酸化水素水とを、硫酸：過酸化水素水＝１：０．４〜１．０の混合比率で混合させるものであることがより好ましい。

なお、請求項５に記載のように、上記混合手段は、硫酸供給源から供給される硫酸と過酸化水素水供給源から供給される過酸化水素水とを合流させることにより、硫酸と過酸化水素水とを混合させるミキシングバルブであってもよい。
また、請求項６に記載のように、上記撹拌手段は、上記混合手段によって混合された硫酸と過酸化水素水とが流通する管部材と、この管部材内に設けられていて、当該管部材内を流通する硫酸と過酸化水素水とを撹拌するための撹拌フィンとを有する撹拌フィン付流通管であってもよい。

さらに、上記撹拌手段は、当該撹拌手段で生成された処理液がその生成直後に上記ノズルに供給される位置に設けられていることが好ましい。そのような位置に撹拌手段を設けることにより、撹拌手段による撹拌で高温度に昇温したレジスト剥離液を、温度低下させずに、高温状態のまま基板の表面に供給することができる。
請求項７記載の発明は、処理対象の基板（Ｗ）を基板保持回転手段（２）に保持させて回転させる基板回転工程と、硫酸供給源から供給される硫酸と過酸化水素水供給源から供給される過酸化水素水とを混合させる混合工程と、この混合工程で混合された硫酸と過酸化水素水とを撹拌して、基板処理のための処理液を生成する撹拌工程と、上記基板回転工程中に、上記撹拌工程で生成された処理液を基板の表面に供給する処理液供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。

この方法によれば、請求項１に関連して述べた効果と同様な効果を得ることができる。
請求項８記載の発明は、上記混合工程では、硫酸供給源から供給される硫酸と過酸化水素水供給源から供給される過酸化水素水とが、上記撹拌工程で硫酸と過酸化水素水との反応熱によって処理液の液温を８０℃以上に昇温させることができる混合比率で混合させることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法である。

この方法によれば、処理液の温度を８０℃以上に昇温させることができるから、処理液がレジスト剥離液として用いられる場合には、その８０℃以上に昇温した処理液を基板の表面に供給することにより、基板の表面に形成されているレジスト膜を良好に剥離することができる。

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レジスト剥離装置の構成を図解的に示す図である。このレジスト剥離装置は、基板の一例であるシリコン半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）の表面（上面）から不要になったレジスト膜を剥離するレジスト剥離処理を行う枚葉式剥離装置１であり、この枚葉式剥離装置１は、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック２と、このスピンチャック２に保持されたウエハＷの表面にレジスト剥離液を供給するためのストレートノズル３とを備えている。

スピンチャック２は、たとえば、ほぼ鉛直な方向に延びたスピン軸２１と、スピン軸２１の上端に取り付けられたスピンベース２２と、このスピンベース２２の周縁部に配設された複数個の挟持部材２３とを有している。複数個の挟持部材２３は、ウエハＷの外形に対応した円周上に配置されていて、ウエハＷの周面を異なる複数の位置で挟持することにより、ウエハＷをほぼ水平な姿勢で保持することができる。また、モータなどの駆動源を含む回転駆動機構２４がスピン軸２１に結合されていて、複数個の挟持部材２３でウエハＷを保持した状態で、回転駆動機構２４からスピン軸２１に駆動力を入力することにより、ウエハＷをほぼ水平な姿勢でスピン軸２１の中心軸線まわりに回転させることができる。

ウエハＷの処理時には、スピンチャック２によってウエハＷが回転されつつ、その回転しているウエハＷの表面の回転中心付近に、ストレートノズル３からレジスト剥離液が連続流の状態（レジスト剥離液の液流が柱状をなしている状態）で供給される。ウエハＷの表面に供給されたレジスト剥離液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けて、その供給位置からウエハＷの周縁に向けて、ウエハＷの表面上を拡がりつつ流れる。これによって、ウエハＷの表面全域にレジスト剥離液が行き渡り、ウエハＷの表面に形成されているレジスト膜がレジスト剥離液の酸化力によって剥離される。

なお、スピンチャック２としては、このような構成のものに限らず、たとえば、ウエハＷの下面を真空吸着することにより、ウエハＷをほぼ水平な姿勢で保持し、さらにその状態でほぼ鉛直な軸線まわりに回転することにより、その保持したウエハＷを回転させることができる真空吸着式のもの（バキュームチャック）が採用されてもよい。
ストレートノズル３には、混合液供給路４の先端が接続されている。混合液供給路４の他端は、硫酸および過酸化水素水の混合液を作成するためのミキシングバルブ５に接続されている。

ミキシングバルブ５には、硫酸タンク６１からポンプ６２によって汲み出された硫酸が、硫酸供給路６３を通って供給されるようになっている。硫酸供給路６３の途中部には、硫酸の流通方向に関してポンプ６２の下流側に、硫酸の液温を一定温度に調節するための温度調節ヒータ６４と、ミキシングバルブ５への硫酸の供給／停止を切り換えるための硫酸バルブ６５と、硫酸供給路６３を流れる硫酸の流量を検出するための硫酸流量計６６とが介装されている。また、硫酸供給路６３には、温度調節ヒータ６４と硫酸バルブ６５との間の分岐点において、硫酸帰還路６７が分岐接続されている。硫酸帰還路６７の先端は、硫酸タンク６１に接続されていて、ミキシングバルブ５に硫酸が供給されない期間は、硫酸バルブ６５が閉じられた状態でポンプ６２および温度調節ヒータ６４が駆動されて、硫酸タンク６１、硫酸供給路６３および硫酸帰還路６７からなる硫酸循環路を、温度調節ヒータ６４によって温度調節された硫酸が循環するようになっている。これにより、ミキシングバルブ５には、硫酸バルブ６５の開成直後から、一定温度に温度調節された硫酸を供給することができる。

また、ミキシングバルブ５には、過酸化水素水タンク７１からポンプ７２によって汲み出された過酸化水素水が、過酸化水素水供給路７３を通って供給されるようになっている。過酸化水素水供給路７３の途中部には、過酸化水素水の流通方向に関してポンプ７２の下流側に、ミキシングバルブ５への過酸化水素水の供給／停止を切り換えるための過酸化水素水バルブ７４と、過酸化水素水供給路７３を流れる過酸化水素水の流量を検出するための過酸化水素水流量計７５とが介装されている。なお、過酸化水素水は加熱によって劣化するので、過酸化水素水供給路７３に温度調節ヒータは介装されておらず、過酸化水素水の液温は室温（約２５℃）である。

ミキシングバルブ５では、硫酸供給路６３からの硫酸と過酸化水素水供給路７３からの過酸化水素水とが合流することによって、硫酸および過酸化水素水の混合液が作成される。したがって、ミキシングバルブ５から混合液供給路４に流出する混合液は、硫酸と過酸化水素水とが十分に混ざり合ったものではなく、硫酸と過酸化水素水とが単に合流したものにすぎない。そこで、混合液供給路４には、その混合液供給路４を流れる硫酸および過酸化水素水の混合液を撹拌して、硫酸と過酸化水素水とが十分に混ざり合って反応したレジスト剥離液を生成するための撹拌フィン付流通管８が介装されている。撹拌フィン付流通管８は、管部材内に、それぞれ液体流通方向を軸にほぼ１８０度のねじれを加えた長方形板状体からなる複数の撹拌フィンを、液体流通方向に沿う管中心軸まわりの回転角度を９０度ずつ交互に異ならせて配置した構成のものであり、たとえば、株式会社ノリタケカンパニーリミテド・アドバンス電気工業株式会社製の商品名「ＭＸシリーズ：インラインミキサー」を用いることができる。

撹拌フィン付流通管８内では、硫酸および過酸化水素水の混合液が十分に撹拌されることにより、硫酸と過酸化水素水との化学反応（Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ₂→Ｈ₂ＳＯ₅＋Ｈ₂Ｏ）が生じて、強い酸化力を有するＨ₂ＳＯ₅を含むレジスト剥離液が生成される。このとき化学反応による発熱（反応熱）を生じ、この発熱によって、レジスト剥離液の液温は、ウエハＷの表面に形成されているレジスト膜を良好に剥離可能な８０℃以上の高温度まで確実に昇温する。

また、撹拌フィン付流通管８で生成されたレジスト剥離液は、撹拌フィン付流通管８から流出した後にストレートノズル３に供給され、ストレートノズル３からウエハＷの表面に向けて吐出されるようになっている。これにより、撹拌フィン付流通管８を通過する間に高温に昇温したレジスト剥離液がウエハＷの表面に供給される。よって、ウエハＷの表面に形成されたレジスト膜を残すことなく良好に剥離して除去することができる。

図２は、硫酸に対する過酸化水素水（過水）の混合比率と硫酸および過酸化水素水の反応後の温度（レジスト剥離液の液温）との関係を示すグラフである。曲線９１は、硫酸の液温を８０℃、過酸化水素水の液温を２５℃とそれぞれ仮定して、硫酸に対する過酸化水素水の混合比率に対するレジスト剥離液の液温を計算によって求めた結果（計算値）を表しており、曲線９２は、硫酸および過酸化水素水の液温を２５℃と仮定して、硫酸に対する過酸化水素水の混合比率に対するレジスト剥離液の液温を計算によって求めた結果（計算値）を表している。また、曲線９３は、フッ素樹脂製のカップ内で液温２４℃の硫酸１００ｃｃに液温２４℃の過酸化水素水を混合し、これを十分に撹拌することによって生成したレジスト剥離液の液温を実際に測定した結果（ビーカー実測値）を表している。このときの硫酸の濃度は９６％であり、過酸化水素水の濃度は３０％である。

曲線９１が表す結果から、硫酸の液温が８０℃であり、過酸化水素水の液温が２５℃のときには、硫酸に対する過酸化水素水の混合比率が４．３以下であれば、ウエハＷの表面のレジスト膜を良好に剥離可能な８０℃以上のレジスト剥離液を得られることがわかる。また、曲線９２が表す結果から、硫酸および過酸化水素水の液温がともに２５℃のときには、硫酸に対する過酸化水素水の混合比率が０．１６以上で３．６以下の範囲内であれば、ウエハＷの表面のレジスト膜を良好に剥離可能な８０℃以上のレジスト剥離液を得られることがわかる。

また、図２のグラフの一部（硫酸に対する過酸化水素水の混合比率が０．１〜１．２の範囲）を拡大して示す図３から、硫酸の液温が８０℃であり、過酸化水素水の液温が２５℃のときには、硫酸と過酸化水素水との混合比率は、硫酸：過酸化水素水＝１：０．４〜１．０の範囲内であることが望ましく、硫酸：過酸化水素水＝１：０．６程度が最適であることがわかる。また、硫酸および過酸化水素水の液温がともに２５℃のときには、硫酸と過酸化水素水との混合比率は、硫酸：過酸化水素水＝１：０．６〜１．２の範囲内であることが望ましく、硫酸：過酸化水素水＝１：０．８程度が最適であることがわかる。そして、それらの計算から求めた混合比率の範囲（有効範囲）および最適値の正しいことが、曲線９２と曲線９３とを比較することによって確認できる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、レジスト剥離装置を取り上げたが、この発明は、硫酸および過酸化水素水を混合および撹拌して生成される処理液を基板の表面に供給して、その基板の表面に形成されたコバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）またはニッケル（Ｎｉ）などの金属材料からなる薄膜をエッチングする金属ウエットエッチング装置や、硫酸および過酸化水素水を混合および撹拌して生成される処理液を基板の表面に供給して、その基板の表面に付着した金属汚染物を除去するための洗浄装置に適用することもできる。

また、処理対象となる基板の一例としてウエハＷを取り上げたが、ウエハＷに限らず、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板および磁気／光ディスク用基板などの他の種類の基板が処理の対象とされてもよい。
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。

この発明の一実施形態に係るレジスト剥離装置の構成を図解的に示す図である。 硫酸に対する過酸化水素水（過水）の混合比率と硫酸および過酸化水素水の反応後の温度（レジスト剥離液の液温）との関係を示すグラフである。 図２のグラフの一部（硫酸に対する過酸化水素水の混合比率が０．１〜１．２の範囲）を拡大して示すグラフである。

符号の説明

２ スピンチャック
３ ストレートノズル
５ ミキシングバルブ
８ 撹拌フィン付流通管
６１ 硫酸タンク
６４ 温度調節ヒータ
７１ 過酸化水素水タンク
Ｗ シリコン半導体ウエハ

Claims (8)

1. 基板を保持して回転させる基板保持回転手段と、
   硫酸供給源から供給される硫酸と過酸化水素水供給源から供給される過酸化水素水とを混合させる混合手段と、
   この混合手段によって混合された硫酸と過酸化水素水とを撹拌して、基板処理のための処理液を生成する撹拌手段と、
   この撹拌手段によって生成された処理液を、上記基板保持手段によって回転されている基板の表面に供給するノズルと
   を含むことを特徴とする基板処理装置。
2. 上記処理液は、基板の表面に形成されているレジスト膜を剥離するためのレジスト剥離液であることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 上記混合手段は、硫酸供給源から供給される硫酸と過酸化水素水供給源から供給される過酸化水素水とを、上記撹拌手段による硫酸と過酸化水素水との撹拌時に生じる反応熱によって処理液の液温を８０℃以上に昇温させることができる混合比率で混合させるものであることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 硫酸供給源から上記混合手段に供給される硫酸の液温を８０℃に温度調節するための温度調節手段をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 上記混合手段は、硫酸供給源から供給される硫酸と過酸化水素水供給源から供給される過酸化水素水とを合流させることにより、硫酸と過酸化水素水とを混合させるミキシングバルブであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 上記撹拌手段は、上記混合手段によって混合された硫酸と過酸化水素水とが流通する管部材と、この管部材内に設けられていて、当該管部材内を流通する硫酸と過酸化水素水とを撹拌するための撹拌フィンとを有する撹拌フィン付流通管であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 処理対象の基板を基板保持回転手段に保持させて回転させる基板回転工程と、
   硫酸供給源から供給される硫酸と過酸化水素水供給源から供給される過酸化水素水とを混合させる混合工程と、
   この混合工程で混合された硫酸と過酸化水素水とを撹拌して、基板処理のための処理液を生成する撹拌工程と、
   上記基板回転工程中に、上記撹拌工程で生成された処理液を基板の表面に供給する処理液供給工程と
   を含むことを特徴とする基板処理方法。
8. 上記混合工程では、硫酸供給源から供給される硫酸と過酸化水素水供給源から供給される過酸化水素水とが、上記撹拌工程で硫酸と過酸化水素水との反応熱によって処理液の液温を８０℃以上に昇温させることができる混合比率で混合させることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法。

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