JP2005136346A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面に形成されているレジスト（とくに、イオン注入によって表面に硬化層が形成されているレジスト）を、基板表面の酸化膜などにダメージを与えることなく良好に除去する。
【解決手段】プラズマアッシング部１２によるアッシング処理に先立って、ウエハは、薬液洗浄部１３に搬入されて、ウエハＷ上のレジストパターンの表面に形成されている硬質層を薬液で軟化するためのレジスト表面改質処理を受ける。
【選択図】 図４

Description

この発明は、基板の表面から不要なレジストを除去するための基板処理装置および基板処理方法に関する。

半導体装置の製造工程には、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の表面に形成された酸化膜などを選択的にエッチングする工程や、ウエハの表面にリン、砒素、硼素などの不純物（イオン）を局所的に注入する工程が含まれる。これらの工程では、不所望な部分に対するエッチングまたはイオン注入を防止するため、ウエハの最表面に感光性樹脂などの有機物からなるレジスト膜がパターン形成されて、エッチングまたはイオン注入を所望しない部分がレジスト膜によってマスクされる。ウエハ上にパターン形成されたレジスト膜は、エッチングまたはイオン注入の後は不要になるから、エッチングまたはイオン注入の後には、そのウエハ上の不要となったレジスト膜を除去するためのレジスト除去処理が行われる。

レジスト除去処理は、たとえば、アッシング装置でレジスト膜をアッシング（灰化）して除去した後、ウエハを洗浄装置に搬入して、ウエハの表面からアッシング後のレジスト残渣を除去することによって達成できる。アッシング装置では、たとえば、処理対象のウエハを収容した処理室内が酸素ガス雰囲気にされて、その酸素ガス雰囲気中にマイクロ波が放射される。これにより、処理室内に酸素ガスのプラズマ（酸素プラズマ）が発生し、この酸素プラズマがウエハの表面に照射されることによって、ウエハの表面のレジストが分解されて除去される。一方、洗浄装置では、たとえば、ウエハの表面にＡＰＭ（ammonia−hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素水）などの薬液が供給されて、ウエハの表面に対して薬液による洗浄処理（レジスト残渣除去処理）が施されることにより、ウエハの表面に付着しているレジスト残渣が除去される。
特開２００１−３０８０７８号公報

ところが、イオン注入が行われた場合、レジスト膜の表面が変質（硬化）して酸化されにくくなっているため、酸素ガスのプラズマでは、レジスト膜を除去できないか、レジスト膜の除去に長時間を要する。イオン注入によって表面が変質したレジスト膜は、ＣＦ₄に代表されるフッ化炭素系ガスを酸素ガスに添加した混合ガスを処理ガスとして、この処理ガスのプラズマを励起させた時に発生するフッ素の活性種によって除去できることが知られている。しかし、フッ素の活性種を含むプラズマがウエハＷに長時間照射されていると、ウエハの表面のレジスト膜で覆われていない部分（たとえば、露呈した酸化膜）がフッ素の活性種によって腐食されるおそれがある。

そこで、この発明の目的は、基板上に形成されているレジスト（とくに、イオン注入によって表面に硬化層が形成されているレジスト）を、基板の表面にダメージを与えることなく良好に除去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）上に形成されているレジスト（Ｒ）の表面を改質するための処理を行うレジスト表面改質処理部（１３；６）と、このレジスト表面改質処理部における処理によって表面が改質されたレジストを灰化して除去するための処理を行う灰化処理部（１２）と、上記レジスト表面改質処理部および上記灰化処理部に対して基板を搬送するための基板搬送機構（１１）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。
請求項１記載の発明によれば、灰化処理部における処理に先立って、基板上に形成されているレジストの表面を改質することができる。
これにより、レジストの表面にイオン注入によって硬質層が形成されている場合には、その硬質層を灰化処理部における処理で除去されやすいように改質すれば、灰化処理部では、ごく短時間の処理で基板上のレジストを除去することができる。よって、灰化処理部による処理でフッ素の活性種を含むプラズマが用いられても、基板表面の酸化膜などにダメージを与えることなく、その基板上のレジストを除去することができる。

上記基板処理装置がイオン注入によって硬質層が形成されたレジストを有する基板を処理対象とする場合、上記レジスト表面改質処理部は、請求項２に記載のように、基板へのイオン注入によってレジストの表面に形成された硬化層（Ｒｈ）を改質するための処理を行うものということになる。
請求項３記載の発明は、上記レジスト表面改質処理部は、基板上に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給するための硫酸過水供給手段（１３３）を備えてい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、基板上に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給することができ、これにより、レジストの表面にイオン注入による硬質層が形成されている場合に、その硬質層を硫酸と過酸化水素水との混合液の酸化力によって軟化させて、硬質層を灰化処理部による処理で除去されやすい状態にすることができる。したがって、灰化処理部における短時間の処理で、基板の表面からレジストパターンを除去することができる。

請求項４記載の発明は、上記レジスト表面改質処理部（６）は、基板を加熱するための基板加熱手段（６２）と、基板を冷却するための基板冷却手段（６３）とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置である。
この発明によれば、基板加熱手段によって基板を加熱したり、基板冷却手段によって基板を冷却したりすることができる。

これにより、基板を所定温度以上に加熱した後すぐに、その基板を冷却するといったことが可能であり、レジストの表面にイオン注入による硬質層が形成されている場合に、そうすることによって、硬質層に温度差による亀裂を生じさせることができる。硬質層に亀裂が生じていれば、灰化処理部による処理がプラズマを用いた処理である場合に、その亀裂から酸素活性種などを硬質層内に入り込ませることができる。したがって、灰化処理部における短時間の処理で、基板の表面からレジストパターンを除去することができる。

なお、請求項５に記載のように、上記レジスト表面改質処理部は、基板を載置するための基板載置台（６１）をさらに備え、上記基板加熱手段は、上記基板載置台に内蔵されており、上記基板冷却手段は、上記基板載置台に載置された基板に冷却水を供給するものであってもよい。
請求項６記載の発明は、上記レジスト表面改質処理部は、基板上のレジストの表面粗度を増大させる粗度増大手段（７１，７２）を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理装置である。

この発明によれば、レジストの表面粗度を増大させることができる。
レジストの表面粗度を増大させることにより、レジストの表面積を増大させることができるから、灰化処理部における処理がプラズマを用いた処理である場合には、レジストの表面に多くの酸素活性種などが照射される。これにより、灰化処理部における処理の速度が増大するから、灰化処理部における短時間の処理で、基板の表面からレジストパターンを除去することができる。

請求項７記載の発明は、上記粗度増大手段は、基板と対向配置される粗面を有するスタンプ部材（７１）と、このスタンプ部材を基板上のレジストの表面に対して接触および離間させるための接触／離間機構（７２）とを備えていることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置である。
この発明によれば、スタンプ部材の粗面を基板上のレジストの表面に押し付けることにより、レジストの表面に微細な凹凸を形成して、レジストの表面粗度を増大させることができる。

請求項８記載の発明は、上記灰化処理部における処理が施された基板を洗浄するための洗浄処理部（１３）をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の基板処理装置である。
この発明によれば、灰化処理部における処理で基板上に残ったレジストを、洗浄処理部による洗浄処理で除去することができる。

請求項９記載の発明は、基板へのイオン注入によって基板上のレジストの表面に形成された硬化層を改質するためのレジスト表面改質工程と、このレジスト表面改質工程で表面が改質されたレジストを灰化して除去するための灰化処理工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。
この発明によれば、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１０記載の発明は、上記レジスト表面改質工程は、基板上に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給する硫酸過水供給工程を含むことを特徴とする請求項９記載の基板処理方法である。
この発明によれば、請求項３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１１記載の発明は、上記レジスト表面改質工程は、基板の加熱および冷却を所定の順序で連続的に行うことによって当該基板に温度変化を与える温度変化工程を含むことを特徴とする請求項９または１０記載の基板処理方法である。

この発明によれば、請求項４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１２記載の発明は、上記レジスト表面改質工程は、基板上に形成されているレジストの表面に粗面を押し付けるスタンプ工程を含むことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の基板処理方法である。
この発明によれば、請求項６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１３載の発明は、上記灰化処理工程の後に、上記灰化処理工程における処理が施された基板を洗浄するための洗浄処理工程をさらに含むことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の基板処理方法である。
この方法によれば、請求項７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。

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基板処理装置のレイアウトを示す簡略化した平面図である。この基板処理装置は、基板の一例としてのウエハＷに対してレジスト除去処理を行うための装置であり、具体的には、レジストパターン（レジストコーティング、露光および現像の各工程を経ることによってパターン形成されたレジスト膜）が形成された表面上にリン、砒素、硼素などの不純物のイオンを照射することにより、その表面に不純物が局所的に注入されたウエハＷを処理対象として、ウエハＷの表面から不要になったレジストパターンを除去する処理を行うための装置である。イオン注入（不純物注入）された後のレジストパターンの表面には、その表面がイオン注入で変質することによって硬質層が形成されている。

この基板処理装置は、基板処理部１と、この基板処理部１に結合されたインデクサ部２とを備えている。また、インデクサ部２の基板処理部１が結合されている側とは反対側には、それぞれ１つのカセットＣを載置可能な複数（この実施形態では３つ）のカセット載置台３が並べて設けられている。カセットＣは、この基板処理装置が設置された工場内でウエハＷを搬送する際に用いられるものであり、複数枚のウエハＷを多段に積層した状態で収容して保持することができる。

基板処理部１には、平面視において、中央部に基板搬送ロボット１１が配置されており、この基板搬送ロボット１１の周囲を取り囲むように、各２つのプラズマアッシング部１２および薬液洗浄部１３が配置されている。基板搬送ロボット１１は、プラズマアッシング部１２および薬液洗浄部１３にアクセスすることができ、これらのプラズマアッシング部１２および薬液洗浄部１３との間で相互にウエハＷの受け渡しを行うことができるようになっている。

インデクサ部２には、インデクサロボット２１が備えられていて、このインデクサロボット２１は、カセット載置台３に載置されたカセットＣにアクセスして、カセットＣから未処理のウエハＷを取り出すことができ、その取り出した未処理のウエハＷを基板搬送ロボット１１に受け渡すことができる。また、インデクサロボット２１は、処理済のウエハＷを基板搬送ロボット１１から受け取ることができ、その受け取ったウエハＷをカセット載置台３に載置されたカセットＣに収納することができる。処理済のウエハＷは、そのウエハＷが未処理の状態のときに収容されていたカセットＣに収納されてもよいし、未処理のウエハＷを収容するカセットＣと処理済のウエハＷを収容するカセットＣとを分けておいて、未処理の状態のときに収容されていたカセットＣとは別のカセットＣに収容されてもよい。

図２は、プラズマアッシング部１２の構成を説明するための図解的な断面図である。プラズマアッシング部１２は、ステンレス鋼などを用いて形成された真空容器１２１と、この真空容器１２１の開放された上面を閉塞するように設けられた誘電体窓１２２と、真空容器１２１および誘電体窓１２２によって形成されるプラズマ処理室１２３からの排気のための排気口１２４と、プラズマ処理室１２３に処理ガスを導入するためのガス導入管１２５と、プラズマ処理室１２３の気圧を検出するための圧力計１２６と、プラズマ処理室１２３に配置されて、ウエハＷを載置して保持するためのウエハステージ１２７と、このウエハステージ１２７に内蔵されたヒータ１２８と、誘電体窓１２２の上方に設けられて、マイクロ波などの高周波電力を誘電体窓１２２に向けて供給（導波）するための高周波電力供給器（マイクロ波導波管）１２９とを備えている。

排気口１２４には、真空ポンプやバルブなどを含む排気装置４１が接続されており、この排気装置４１を作動させることによって、プラズマ処理室１２３のガスを排気口１２４を通して排気することができる。また、排気装置４１による排気速度を制御することにより、プラズマ処理室１２３の気圧を調節することができる。
ガス導入管１２５には、バルブや流量制御器などを含むガス導入装置４２が接続されている。ガス導入装置４２には、酸素含有ガス源４２１からの酸素含有ガス、フッ素含有ガス源４２２からのフッ素含有ガス（フッ素系ガス）および窒素ガス源４２３からの窒素ガスが供給されるようになっており、ガス導入装置４２内の各ガス供給ライン（酸素含有ガス供給ライン、フッ素含有ガス供給ライン、窒素ガス供給ライン）上に設けられたバルブの開閉を制御することによって、ガス導入管１２５からプラズマ処理室１２３に導入される処理ガスに含まれるガスの種類を変更することができる。また、各ガス供給ライン上に設けられた流量制御器を制御することにより、ガス導入管１２５からプラズマ処理室１２３に導入される処理ガスの流量およびその処理ガスに含まれる各ガス成分の濃度（ガス混合比）を変更することができる。

なお、酸素含有ガスとしては、Ｏ₂、Ｎ₂Ｏ、ＮＯ₂、ＣＯ₂などを例示することができる。また、フッ素含有ガスとしては、Ｆ₂、ＮＦ₃、ＳＦ₆、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₃Ｆ₈、Ｓ₂Ｆ₂、ＳＦ₂、ＳＦ₄、ＳＯＦ₂などを例示することができる。
高周波電力供給器１２９には、マイクロ波電源などの高周波電源４３が接続されている。高周波電源４３としては、マイクロ波電源に限らず、ＶＨＦ電源やＲＦ電源などを用いてもよく、この場合には、棒状アンテナ、コイル、誘導結合用電極、容量結合用電極などを用いて、高周波電源４３からの高周波電力を誘電体窓１２２に向けて供給することができる。

また、プラズマアッシング部１２は、マイクロコンピュータを含む構成のアッシング制御部４４を備えている。アッシング制御部４４には、圧力計１２６、ならびに酸素含有ガス源４２１、フッ素含有ガス源４２２および窒素ガス源４２３からガス導入装置４２へと延びた各ガス供給ラインに介装されて、酸素含有ガス、フッ素含有ガスおよび窒素ガスの流量をそれぞれ検出するための流量計４２４，４２５，４２６の検出信号が入力されるようになっている。アッシング制御部４４は、各入力信号に基づいて、ヒータ１２８、排気装置４１、ガス導入装置４２および高周波電源４３を制御する。

図３は、薬液洗浄部１３の構成を説明するための図解的な断面図である。薬液洗浄部１３は、隔壁で区画された薬液処理室１３１に、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転させるためのスピンチャック１３２と、このスピンチャック１３２に保持されたウエハＷの表面にＳＰＭの液滴の噴流を供給するための二流体スプレーノズル１３３と、ウエハＷから流下または飛散するＳＰＭなどの処理液を受け取るためのカップ１３４とを備えている。

スピンチャック１３２は、たとえば、複数個の挟持部材でウエハＷを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。スピンチャック１３２には、回転駆動機構５１からの回転力が与えられるようになっていて、これにより、複数個の挟持部材で保持したウエハＷをほぼ水平な姿勢を保ったまま回転させることができる。
二流体スプレーノズル１３３には、所定温度に温度調節されたＳＰＭ（Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ₂）を供給するためのＳＰＭ供給管５２と、窒素ガス供給源からの高圧の窒素ガス（Ｎ₂）を供給するための高圧窒素ガス供給管５３とが接続されている。二流体スプレーノズル１３３にＳＰＭと高圧窒素ガスとが同時に供給されると、そのＳＰＭと高圧窒素ガスとが混合されて、ＳＰＭの微細な液滴が形成され、このＳＰＭの液滴が噴流となって、二流体スプレーノズル１３３から吐出される。ＳＰＭ供給管５２の途中部には、二流体スプレーノズル１３３へのＳＰＭの供給を制御するためのＳＰＭ供給バルブ５４が介装されている。また、高圧窒素ガス供給管５３の途中部には、二流体スプレーノズル１３３への窒素ガスの供給を制御するための高圧窒素ガス供給バルブ５５が介装されている。

また、二流体スプレーノズル１３３は、少なくともウエハＷの回転中心からその周縁部に至る範囲を含む範囲で液滴の供給位置を変更できるスキャンノズルとしての基本形態を有している。具体的には、スピンチャック１３２の側方には、旋回軸１３５が鉛直方向にほぼ沿って配置されており、二流体スプレーノズル１３３は、その旋回軸１３５の上端部からほぼ水平に延びたノズルアーム１３６の先端部に取り付けられている。旋回軸１３５には、旋回駆動機構５６からの駆動力が与えられるようになっていて、旋回軸１３５を所定の角度範囲内で往復回転させることにより、スピンチャック１３２に保持されたウエハＷの上方でノズルアーム１３６を揺動させることができ、これに伴って、スピンチャック１３２に保持されたウエハＷの表面上で、二流体スプレーノズル１３３からの液滴の噴流の供給位置をスキャン（移動）させることができる。

さらに、薬液洗浄部１３は、マイクロコンピュータを含む構成の洗浄制御部５７を備えている。洗浄制御部５７は、ウエハＷに対する処理の際に、回転駆動機構５１および旋回駆動機構５６を制御し、また、ＳＰＭ供給バルブ５４および高圧窒素ガス供給バルブ５５の開閉を制御する。
図４は、上記の基板処理装置の動作を説明するための概念図である。インデクサロボット２１（図１参照）によってカセットＣ（図１参照）から未処理のウエハＷが取り出されて、そのウエハＷが基板搬送ロボット１１（図１参照）に受け渡されると、基板搬送ロボット１１は、そのウエハＷを２つの薬液洗浄部１３のいずれか一方に搬入する。薬液洗浄部１３では、ウエハＷに対して、ウエハＷ上のレジストパターンの表面を改質するためのレジスト表面改質処理が行われる。

具体的には、図３を参照して、薬液洗浄部１３に搬入されたウエハＷは、スピンチャック１３２に受け渡され、スピンチャック１３２によって所定の回転速度で回転される。また、二流体スプレーノズル１３３がカップ１３４の外側に設定された待機位置からスピンチャック１３２に保持されたウエハＷの上方に設定された処理開始位置に配置される。そして、二流体スプレーノズル１３３にＳＰＭと高圧窒素ガスとが供給されて、二流体スプレーノズル１３３からＳＰＭの液滴の噴流が吐出される。この一方で、ノズルアーム１３６の揺動によって、二流体スプレーノズル１３３からの液滴の噴流が導かれるウエハＷの表面上の供給位置（ＳＰＭ供給位置）が、ウエハＷの回転中心からウエハＷの周縁部に至る範囲内を円弧状の軌跡を描きつつ移動する。これにより、ウエハＷの表面の全域にＳＰＭの液滴の噴流が供給され、そのＳＰＭが有する強い酸化力によって、ウエハＷ上のレジストパターンの表面に形成されている硬質層が軟化（膨潤）していく。ＳＰＭ供給位置の往復スキャンが所定回数行われると、ウエハＷへのＳＰＭの供給が停止されて、硬質層が軟化したレジストパターンを有するウエハＷが薬液洗浄部１３から搬出される。

なお、必ずしもＳＰＭが液滴の噴流の状態でウエハＷの表面に供給される必要はなく、二流体スプレーノズル１３３に供給される窒素ガスの流量を小さく（零を含む。）して、二流体スプレーノズル１３３からウエハＷの表面にＳＰＭが連続流の状態で供給されてもよい。
その後、薬液洗浄部１３から搬出されたウエハＷは、基板搬送ロボット１１によって、２つのプラズマアッシング部１２のいずれか一方に搬入される。プラズマアッシング部１２では、薬液洗浄部１３によるレジスト表面改質処理によって硬質層が改質（軟化）されたレジストパターンをアッシングして所定の膜厚になるまで（たとえば、少なくとも硬質層が除去されるまで）除去するアッシング処理が行われる。

具体的には、図２を参照して、プラズマアッシング部１２（プラズマ処理室１２３）に搬入されたウエハＷは、その表面を上方に向けた状態でウエハステージ１２７上に載置される。ウエハステージ１２７は、たとえば、上面に複数の基板支持部を有していて、その複数の基板支持部でウエハＷを下方から支持することにより、ウエハＷをその下面とウエハステージ１２７の上面との間に０．３ｍｍ以下の間隔を空けた状態で保持する。また、ウエハステージ１２７に内蔵されたヒータ１２８は、ウエハＷの搬入前から所定温度に発熱制御されている。これにより、ウエハＷがウエハステージ１２７上に載置されると、そのヒータ１２８からの発熱によって、ウエハＷがヒータ１２８の発熱温度（上記所定温度）付近まで加熱される。

ヒータ１２８の発熱温度は、たとえば、常温〜４００℃の範囲内に設定されるとよく、７０〜１８０℃の範囲内に設定されることが好ましい。さらに、レジストパターンのポッピングによるウエハＷの汚染を防止するために、そのポッピングを生じないような温度範囲内（たとえば、７０〜１００℃）に設定されることがより好ましい。
つづいて、排気口１２４に接続された排気装置４１の真空ポンプが制御されて、たとえば、プラズマ処理室１２３の気圧が１．３３×１０^-7Ｐａ以下になるまで、プラズマ処理室１２３の排気が行われる。その後、ガス導入装置４２が制御されて、ガス導入管１２５からプラズマ処理室１２３に、たとえば、フッ素含有ガスをその濃度が１体積％以下となるように酸素ガス（Ｏ₂）中に添加して得られる混合ガスが処理ガスとして導入される。プラズマ処理室１２３に導入される処理ガスの流量は、１００〜６０００ｓｃｃｍの範囲内で制御されて、この処理ガスの導入流量と排気装置４１による排気流量との制御によって、プラズマ処理室１２３の気圧が５〜４００Ｐａの範囲内に維持される。

なお、処理ガスは、少なくとも酸素（原子）を含むガスであればよく、たとえば、水素ガス（Ｈ₂）をその濃度が４体積％以下となるように窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスで希釈したフォーミングガスがガス導入装置４２に供給されるように構成して、フッ素含有ガスの濃度が１体積％以下となり、かつ、フォーミングガスの濃度が５０体積％以下となるように、フッ素含有ガス、フォーミングガスおよび酸素ガスを混合して得られる混合ガスが処理ガスとしてプラズマ処理室１２３に導入されてもよい。

こうしてプラズマ処理室１２３に処理ガスが充満した状態で、高周波電源４３から高周波電力としてのマイクロ波が出力される。マイクロ波は、高周波電力供給器１２９によって誘電体窓１２２へと導かれ、さらに誘電体窓１２２を透過して、プラズマ処理室１２３に放射される。そして、その放射されるマイクロ波のエネルギーにより、プラズマ処理室１２３に処理ガスの高密度プラズマが励起され、この高密度プラズマによって発生した酸素活性種などが、ウエハＷの表面に形成されているレジストパターンに到達して、レジストパターンがアッシングされていく。

マイクロ波の出力が所定時間続けられると、高周波電源４３からのマイクロ波の出力が停止されるとともに、ガス導入管１２５からプラズマ処理室１２３への処理ガスの導入が停止される。処理ガスの導入停止後も、プラズマ処理室１２３に残っている処理ガス（残ガス）を除去するために、排気装置４１によるプラズマ処理室１２３の排気が続けられる。その後、プラズマ処理室１２３がほぼ真空状態になると、ガス導入装置４２が制御されて、ガス導入管１２５からプラズマ処理室１２３に窒素ガスが導入される。そして、プラズマ処理室１２３の気圧が常圧まで上がると、プラズマ処理室１２３への窒素ガスの導入が停止されて、レジストパターンが所定の膜厚になるまで除去されたウエハＷがプラズマアッシング部１２から搬出される。

プラズマアッシング部１２から搬出されたウエハＷは、基板搬送ロボット１１によって、２つの薬液洗浄部１３のいずれか一方に再び搬入される。薬液洗浄部１３では、ウエハＷ上の所定の膜厚のレジストパターンを完全に除去して、ウエハＷの表面を清浄な状態にするための洗浄処理が行われる。
具体的には、図３を参照して、薬液洗浄部１３に搬入されたウエハＷは、スピンチャック１３２に受け渡され、スピンチャック１３２によって所定の回転速度で回転される。また、二流体スプレーノズル１３３がカップ１３４の外側に設定された待機位置からスピンチャック１３２に保持されたウエハＷの上方に設定された処理開始位置に配置される。そして、二流体スプレーノズル１３３にＳＰＭと高圧窒素ガスとが供給されて、二流体スプレーノズル１３３からＳＰＭの液滴の噴流が吐出される。この一方で、ノズルアーム１３６の揺動によって、二流体スプレーノズル１３３からの液滴の噴流が導かれるウエハＷの表面上の供給位置（ＳＰＭ供給位置）が、ウエハＷの回転中心からウエハＷの周縁部に至る範囲内を円弧状の軌跡を描きつつ移動する。これにより、ウエハＷの表面の全域にＳＰＭの液滴の噴流が供給され、そのＳＰＭが有する強い酸化力およびＳＰＭの液滴の噴流がウエハＷの表面に衝突したときの衝撃によって、ウエハＷの表面に残っているレジストパターンが除去されていく。

ＳＰＭ供給位置の往復スキャンが所定回数行われると、ウエハＷへのＳＰＭの供給が停止されて、二流体スプレーノズル１３３がカップ１３４の外側に設定された待機位置に戻される。その後は、ウエハＷの表面にＤＩＷ（脱イオン化された純水）が供給されて、ウエハＷの表面に付着しているＳＰＭがＤＩＷによって洗い流される。ＤＩＷの供給が一定時間にわたって続けられると、ＤＩＷの供給が停止され、つづいて、回転駆動機構５１が制御され、ウエハＷを高回転速度（たとえば、３０００ｒｐｍ）で回転させて、ウエハＷに付着しているＤＩＷが遠心力で振り切って乾燥させる処理（スピンドライ処理）が行われる。この処理が完了すると、回転駆動機構５１が制御されて、スピンチャック１３２によるウエハＷの回転が止められた後、薬液洗浄部１３（薬液処理室１３１）から処理済のウエハＷが搬出されていく。薬液洗浄部１３から搬出されたウエハＷは、基板搬送ロボット１１からインデクサロボット２１に受け渡され、インデクサロボット２１によってカセットＣに収納される。

以上のように、この実施形態によれば、プラズマアッシング部１２によるアッシング処理に先立って、イオン注入によってレジストパターンの表面に形成された硬質層が軟化されるので、アッシング処理においてウエハＷの表面にフッ素の活性種を含むプラズマをごく短時間照射することにより、ウエハＷの表面からレジストパターンを所定膜厚まで除去することができる。そして、ウエハＷの表面に残ったレジストパターン（レジスト残渣）は、その後に薬液洗浄部１３による洗浄処理を施すことによって除去することができる。よって、ウエハの表面のレジスト膜で覆われていない部分（たとえば、露呈した酸化膜）がフッ素の活性種によってダメージを受けることなく、ウエハＷの表面のレジストパターンを良好に除去することができる。

図５は、この発明の他の実施形態について説明するための図である。この実施形態では、たとえば、図１に示す基板処理装置において、プラズマアッシング部１２もしくは薬液洗浄部１３の１つに代えて、または、基板搬送ロボット１１の周囲に追加して、ウエハＷに急激な温度変化を与えることにより、レジストパターンＲの表面に形成されている硬質層Ｒｈを改質するレジスト表面改質処理部６がさらに備えられている。

レジスト表面改質処理部６には、ウエハＷを載置して保持するためのウエハステージ６１が設けられている。このウエハステージ６１の内部には、ウエハステージ６１上に載置されたウエハＷを加熱するためのヒータ６２が内臓されている。また、ウエハステージ６１の上方には、ウエハステージ６１上に載置されたウエハＷの表面に冷却水（たとえば、常温（約２５℃）程度のＤＩＷ）を供給するための冷却水ノズル６３が配置されている。

このレジスト表面改質処理部６に搬入されたウエハＷは、その表面を上方に向けた状態でウエハステージ６１上に載置され、まず、ヒータ６２からの発熱によって所定温度（たとえば、１５０〜２００℃）に加熱される。そして、ウエハＷの温度が上記所定温度に達するのに十分な時間が経過すると、ヒータ６２による加熱が停止され、その後すぐに、冷却水ノズル６３からウエハＷの表面に冷却水が供給される。これにより、所定温度以上に加熱されて熱膨張していた硬質層Ｒｈが急激に熱収縮し、この急激な変化によって硬質層Ｒｈに亀裂が生じる。

こうして硬質層Ｒｈに亀裂を生じたウエハＷは、レジスト表面改質処理部６からプラズマアッシング部１２に搬送されて、プラズマアッシング部１２によるアッシング処理を受ける。硬質層Ｒｈに亀裂が生じているから、アッシング処理では、その亀裂から酸素やフッ素の活性種が硬質層Ｒｈ内に入り込む。これにより、ごく短時間のアッシング処理で、ウエハＷの表面からレジストパターンを所定膜厚まで除去することができる。そして、ウエハＷの表面に残ったレジストパターンは、その後に薬液洗浄部１３による洗浄処理を施すことによって除去することができる。よって、この実施形態によっても、ウエハの表面のレジスト膜で覆われていない部分がフッ素の活性種によってダメージを受けることなく、ウエハＷの表面のレジストパターンを良好に除去することができる。

なお、プラズマアッシング部１２に備えられているウエハステージ１２７にもヒータ１２８が内蔵されているから（図２参照）、プラズマアッシング部１２のプラズマ処理室１２３に冷却水ノズル６３を設けることにより、プラズマアッシング部１２で上記のようなレジスト表面改質処理を達成することもできる。この場合、プラズマアッシング部１２が、レジスト表面改質処理部の機能を併せ持つことになる。

また、ウエハＷを加熱する手段は、ウエハステージ６１に内蔵されたヒータ６２に限らず、たとえば、ウエハステージ６１の上方に配置したハロゲンランプまたは赤外線ランプなどのランプ熱源であってもよい。この場合、ランプ熱源には、レジストＲの色に対して最も熱吸収率が高い光を照射するランプを採用することが好ましい。
図６は、この発明のさらに他の実施形態について説明するための図である。この実施形態では、薬液洗浄部１３（薬液処理室１３１）に、ウエハＷ上のレジストパターンＲの表面に形成されている硬質層Ｒｈの表面粗度を上げるためのスタンプ部材７１が備えられている。

スタンプ部材７１は、ウエハＷとほぼ同じサイズの円形平板状に形成されており、スピンチャック１３２（図６では図示せず。）の上方に、このスピンチャック１３２に保持されたウエハＷとほぼ平行をなした状態で配置されている。スタンプ部材７１の下面、つまりウエハＷに対向する面７１１は、サンドペーパのように微細な凹凸を有する粗面に形成されている。また、スタンプ部材７１には、このスタンプ部材７１を昇降させるための昇降駆動機構７２が結合されていて、これにより、スタンプ部材７１の粗面７１１をウエハＷの表面に接触させたり、ウエハＷの表面から離間させたりすることができる。

このような構成の薬液洗浄部１３に搬入されたウエハＷは、その表面を上方に向けた状態でスピンチャック１３２に保持される。このとき、スタンプ部材７１は、ウエハＷの搬入の妨げにならないように、スピンチャック１３２の上方に大きく退避している。ウエハＷがスピンチャック１３２に保持されると、昇降駆動機構７２の働きにより、スタンプ部材７１が下降されて、スタンプ部材７１の粗面７１１がウエハＷの表面に押し付けられる。ウエハＷの表面において、その最表面にレジストパターンＲが形成されているので、結果として、スタンプ部材７１の粗面７１１は、レジストパターンＲの表面に押し付けられる。これにより、レジストパターンＲの表面の硬質層Ｒｈには、粗面７１１が有する微細な凹凸に対応した凹凸が形成される。

微細な凹凸が形成されることによって表面粗度が増大したレジストパターンＲ（硬質層Ｒｈ）を有するウエハＷは、薬液洗浄部１３からプラズマアッシング部１２に搬送されて、プラズマアッシング部１２によるアッシング処理を受ける。硬質層Ｒｈの表面粗度が増大したことによって、硬質層Ｒｈの表面積が増大しているから、アッシング処理では、硬質層Ｒｈの表面粗度が小さい場合（硬質層Ｒｈの表面に微細な凹凸が形成されていない場合）に比べて、硬質層Ｒｈと酸素活性種との接触面積が増加する等の理由により反応速度が増加する。これにより、アッシング処理の速度が増大するから、ごく短時間のアッシング処理で、ウエハＷの表面からレジストパターンを所定膜厚まで除去することができる。そして、ウエハＷの表面に残ったレジストパターンは、その後に薬液洗浄部１３による洗浄処理を施すことによって除去することができる。よって、この実施形態によっても、ウエハの表面のレジスト膜で覆われていない部分がフッ素の活性種によってダメージを受けることなく、ウエハＷの表面のレジストパターンを良好に除去することができる。

なお、スピンドライ処理時などにウエハＷの表面に近接した位置に対向配置される遮断板が薬液洗浄部１３に備えられている場合には、その遮断板の下面を粗面にすることによって、遮断板をスタンプ部材として用いることができる。
また、この実施形態では、薬液洗浄部１３がレジスト表面改質処理部の機能を併せ持つ構成としたが、スタンプ部材７１を有するレジスト表面改質処理部が、基板処理装置に薬液洗浄部１３とは別に設けられてもよい。

さらにまた、スタンプ部材７１に代えて、周面が粗面に形成されたローラ部材を設けて、このローラ部材をウエハＷの表面上で転動させることによって、ウエハＷ上のレジストパターンＲの表面粗度が上げられるようにしてもよい。また、スタンプ部材７１に代えて、針状部材を設けて、この針状部材でウエハＷ上のレジストパターンＲの表面を傷つけることにより、レジストパターンＲの表面粗度が上げられるようにしてもよい。

以上、この発明のいくつかの実施形態を説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、薬液洗浄部１３では、ＳＰＭが用いられているが、ＳＰＭに限らず、ＡＰＭ（ammonia−hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素水）またはＨＦ／Ｏ₃（フッ酸オゾン）などの他の種類の薬液が用いられてもよい。
また、必ずしもプラズマアッシング部１２で用いられる処理ガスにフッ素含有ガスが混合されている必要はなく、処理ガスには、少なくとも酸素（原子）が含まれていればよい。

さらに、処理対象となる基板は、レジストパターンが形成された表面上に不純物のイオンを照射することにより、その表面に不純物が局所的に注入されたウエハＷに限らず、レジストパターンが形成された酸化膜などの薄膜上にエッチング液を供給することにより、その薄膜が選択的にエッチングされたウエハＷであってもよく、基板の種類も、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であってもよい。

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基板処理装置のレイアウトを示す簡略化した平面図である。 プラズマアッシング部の構成を説明するための図解的な断面図である。 薬液洗浄部の構成を説明するための図解的な断面図である。 上記の基板処理装置の動作を説明するための概念図である。 この発明の他の実施形態について説明するための図である。 この発明のさらに他の実施形態について説明するための図である。この実施形

符号の説明

１ 基板処理部
６ レジスト表面改質処理部
１１ 基板搬送ロボット
１２ プラズマアッシング部
１３ 薬液洗浄部
２１ インデクサロボット
６１ ウエハステージ
６２ ヒータ
６３ 冷却水ノズル
７１ スタンプ部材
７２ 昇降駆動機構
１３３ 二流体スプレーノズル
７１１ 粗面
Ｒ レジストパターン
Ｒｈ 硬質層
Ｗ ウエハ

Claims (13)

1. 基板上に形成されているレジストの表面を改質するための処理を行うレジスト表面改質処理部と、
   このレジスト表面改質処理部における処理によって表面が改質されたレジストを灰化して除去するための処理を行う灰化処理部と、
   上記レジスト表面改質処理部および上記灰化処理部に対して基板を搬送するための基板搬送機構と
   を含むことを特徴とする基板処理装置。
2. 上記レジスト表面改質処理部は、基板へのイオン注入によってレジストの表面に形成された硬化層を改質するための処理を行うもの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. 上記レジスト表面改質処理部は、基板上に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給するための硫酸過水供給手段を備えてい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. 上記レジスト表面改質処理部は、基板を加熱するための基板加熱手段と、基板を冷却するための基板冷却手段とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 上記レジスト表面改質処理部は、基板を載置するための基板載置台をさらに備え、
   上記基板加熱手段は、上記基板載置台に内蔵されており、
   上記基板冷却手段は、上記基板載置台に載置された基板に冷却水を供給するものであることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。
6. 上記レジスト表面改質処理部は、基板上のレジストの表面粗度を増大させる粗度増大手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 上記粗度増大手段は、基板と対向配置される粗面を有するスタンプ部材と、このスタンプ部材を基板上のレジストの表面に対して接触および離間させるための接触／離間機構とを備えていることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
8. 上記灰化処理部における処理が施された基板を洗浄するための洗浄処理部をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の基板処理装置。
9. 基板へのイオン注入によって基板上のレジストの表面に形成された硬化層を改質するためのレジスト表面改質工程と、
   このレジスト表面改質工程で表面が改質されたレジストを灰化して除去するための灰化処理工程と
   を含むことを特徴とする基板処理方法。
10. 上記レジスト表面改質工程は、基板上に硫酸と過酸化水素水との混合液を供給する硫酸過水供給工程を含むことを特徴とする請求項９記載の基板処理方法。
11. 上記レジスト表面改質工程は、基板の加熱および冷却を所定の順序で連続的に行うことによって当該基板に温度変化を与える温度変化工程を含むことを特徴とする請求項９または１０記載の基板処理方法。
12. 上記レジスト表面改質工程は、基板上に形成されているレジストの表面に粗面を押し付けるスタンプ工程を含むことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の基板処理方法。
13. 上記灰化処理工程の後に、上記灰化処理工程における処理が施された基板を洗浄するための洗浄処理工程をさらに含むことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の基板処理方法。

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