JP2005191030A - レジスト除去装置およびレジスト除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レジスト残りを確実に防止しつつ良好な生産効率でレジストを除去することが可能な、レジスト除去装置およびレジスト除去方法を提供する。
【解決手段】 基板上に形成されたレジストを薬液処理により除去する装置、および該装置を用いたレジスト除去方法に関し、薬液の循環経路内に、薬液の組成分析を行なう分析手段を設けることを特徴とする。分析手段は、好ましくはレジスト成分濃度の測定手段および／またはレジスト処理剤濃度の測定手段を含み、該分析手段から転送された出力データによりリアルタイムで薬液処理条件の制御が行なわれる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体基板の基板上に、パターン形成またはパターン保護のために塗布されたレジスト成分を除去するためのレジスト除去方法およびレジスト除去装置に関する。

半導体装置の製造プロセス等において、基板上にパターン形成またはパターン保護のために塗布されたレジストは、エッチング工程等において所期の目的を達成した後、薬液処理等によって除去される。レジスト除去工程において基板上のレジストが完全に除去できていない場合、半導体装置の性能の低下またはばらつきが生じるため、レジスト除去工程の後には、基板上のレジストが完全に除去されていることを確認するための検査工程を設けるのが一般的である。

レジスト除去方法としては、レジスト処理剤を含む薬液（以下単に「薬液」という）に基板を浸漬し、基板上のレジスト成分を溶出させる方法が広く用いられている。

図１は、従来の一般的なレジスト除去装置の構成を示す概略図である。レジストが塗布された基板１１は、キャリア１２に保持され、基板移動機構１３によって、ローダー１４から引き上げられ、薬液処理槽１５、水洗処理槽１６、乾燥処理機構１７における処理を経て、アンローダー１８で回収される。

図２は、図１のレジスト除去装置における薬液処理槽の構成を示す概略図である。基板１１は、キャリア１２に保持された状態で薬液成分補充機構２１を備えた薬液処理槽１５中の薬液２２に浸漬され、薬液処理される。薬液２２は、循環ポンプ２３、ヒーター２４を備えた循環経路２５を循環している。

従来のレジスト除去装置では、薬液処理槽１５に硫酸と過酸化水素水を順に投入して薬液調合を行った後、薬液のレジスト除去能力を維持するために、事前に設定した時間間隔で、薬液成分補充機構２１から規定量の硫酸および／または過酸化水素水を補充する構造となっている。

従来のレジスト除去方法における薬液補充は、薬液とレジストとの反応を持続させることを主な目的とする。しかし、実際の薬液処理においては、薬液の揮散、薬液とレジストとの反応、および基板に付着した薬液の槽外への喪失等によって、時間経過とともに初期の薬液組成からは変化する。これにより薬液のレジスト除去能力は時間経過とともに徐々に低下するため、薬液組成の変化を考慮せず、所定の組成に調整された薬液を一定時間毎に補充しても、薬液交換の周期を延ばす効果しか得られない。

レジスト除去方法に関するものではないが、たとえば特許文献１には、エッチングまたはクリーニング工程用の薬液を供給するタンクとして、薬液組成タンクと組成調整用のタンクの２つのタンクを備え、組成調整用のタンクから組成調整用薬液を供給することにより、組成変化した薬液槽中の薬液を所定の薬液組成に維持することを特徴とするウエットプロセス装置が提案されている。

しかし、薬液処理槽内の薬液の組成を一定時間ごとに評価するのみでは常に一定のレジスト除去能力を維持することは困難である。また、前工程でのレジスト膜の変質や厚み変動によるレジスト残りを防止する目的で薬液処理時間を長めに設定するという一般的な方法を用いた場合、無駄な処理時間があるために生産効率が悪いという問題点がある。
特開平９−２２８９１号公報

本発明は上記の課題を解決し、レジスト残りを確実に防止しつつ良好な生産効率でレジストを除去することが可能な、レジスト除去装置およびレジスト除去方法を提供することを目的とする。

本発明は、基板上に形成されたレジストを薬液処理により除去する装置、および該装置を用いたレジスト除去方法に関し、薬液の循環経路内に、薬液の組成分析を行なう分析手段を設けることを特徴とする。

分析手段は、好ましくはレジスト成分濃度の測定手段および／またはレジスト処理剤濃度の測定手段を含むことを特徴とする。

レジスト成分濃度の測定手段においては、薬液中に溶出したレジスト成分の濃度を連続的に測定し、得られた測定値を経時的に解析することにより、レジストが基板から完全に溶出した時点を特定することが好ましい。より好ましくは、レジスト成分検出量の測定データをリアルタイムで基板搬送機構に転送し、レジスト成分の検出量が所定時間一定となった時点をもって薬液処理終了時とし、基板搬送機構が薬液処理槽から基板を引き上げるように設定する。なおレジスト成分の分析は全物質について行なう必要はなく、レジスト中に含まれる１以上の目的物質を特定して行なえば良い。

一方、レジスト処理剤濃度の測定手段においては、一定時間ごとに測定されたレジスト処理剤濃度と薬液処理開始時のレジスト処理剤濃度とのずれを経時的に解析し、このずれがあらかじめ設定された一定値以上となった場合には、減少したレジスト処理剤、あるいは溶媒を薬液処理槽に補充して初期のレジスト処理剤濃度に調整することが好ましい。レジスト処理剤が複数の処理剤からなる場合、薬液中に含有される全レジスト処理剤の濃度測定値から、全レジスト処理剤の濃度比をリアルタイムで算出し、薬液処理開始時の濃度比とのずれを経時的に解析することによって、減少した処理剤のみ、または溶媒を補充しても良い。

本発明のレジスト処理剤としては硫酸および過酸化水素水が好ましく用いられる。この場合、硫酸と過酸化水素水との濃度および濃度比の測定データが好ましくはリアルタイムで薬液成分補充機構に転送されることにより、硫酸および／または過酸化水素水、あるいは溶媒の薬液処理槽内への補充量および補充のタイミングが制御される。

さらに本発明のレジスト除去方法は、レジスト成分の溶出挙動を直接モニターすることによって基板からレジスト成分が完全に除去されたことを確認できるため、レジスト除去工程の後に残存レジストの検査工程を設けることが不要であることを特徴とする。

本発明を用いることで薬液のレジスト除去能力の均一化が図れ、薬液交換なしで基板の連続処理を行なうことが可能となる。また、薬液中に溶出したレジスト成分の濃度を測定することによって基板からレジストが完全に除去されたことを確認できるため、薬液処理時間を長めに設定する必要がなくなり、無駄のない処理が可能となって生産効率を向上させることができる。

本発明においては、薬液の循環経路内に、薬液中の目的成分を検出する分析手段を設けることによって薬液調合直後からの薬液組成の変動を管理する。図３は、本発明が適用されるレジスト除去工程の典型例を説明する概略図である。基板３０１はキャリア３０２に保持された状態で薬液成分補充機構３０３を備えた薬液処理槽３０４中の薬液３０５に浸漬され、薬液処理される。薬液３０５は、循環ポンプ３０６を備えた循環経路３０７に送り込まれ、その一部は分析手段３０８に導入され、残りはフィルター３０９、ヒーター３１０を経て薬液処理槽３０４に戻される。なお分析手段３０８に導入された薬液も、分析後には薬液処理槽３０４に再び戻される。薬液処理槽から直接分析手段に測定試料を導入するため、薬液処理槽内の薬液の組成を良好に反映した測定値が得られる。

本発明において、分析手段３０８としては、基板３０１から薬液３０５中に溶出したレジスト成分濃度の測定手段、および／または、薬液３０５中のレジスト処理剤濃度の測定手段が好適に適用される。レジスト処理剤が複数の処理剤の組み合わせである場合には、濃度の測定値からレジスト処理剤の濃度比も算出されることが好ましい。

この場合、レジスト成分濃度の測定手段によって得られた測定値の出力データは、転送機構３１１を介して基板搬送機構３１２へ送られる。一方レジスト処理剤濃度の測定手段によって得られた測定値の出力データも同様に転送機構を介して薬液成分補充機構３０３に送られる。

上記のように、分析手段によって得られた測定値は転送機構によって基板搬送機構や薬液成分補充機構等の動作機構に連動することが好ましい。これにより、測定結果が薬液処理条件の制御に迅速に反映され、より厳密な工程管理が可能となる。

以下、レジスト成分濃度の測定手段、およびレジスト処理剤の測定手段の好ましい態様について詳述する。

＜レジスト成分濃度の測定による薬液処理時間の制御＞
分析手段３０８としてレジスト成分濃度の測定手段を用い、レジスト処理剤との反応によって薬液中に溶出したレジスト成分の定量分析を行なう。得られた測定値の経時変化を解析することによって、レジスト溶出終了時を判定する。レジスト成分濃度の測定は、薬液処理ごと、すなわち薬液処理槽への基板の浸漬ごと、または一定時間ごとに行なわれることができるが、薬液処理ごとに行なうと経時変化の解析がし易い点で好ましい。

測定は、レジストが形成された基板を薬液処理槽に投入した時点から開始し、一定時間ごとに測定を連続して行なう。たとえば、薬液処理時間が５分間程度である場合、１０秒間隔で測定することができる。得られた測定値の出力データは、転送機構３１１を経て基板搬送機構３１２にリアルタイムで送られる。レジスト成分の検出量を薬液処理開始時から経時的に解析した場合、基板から完全にレジストが溶出するとレジスト成分検出量の増加が止まり、ほぼ一定となる。よって、検出量がほぼ一定となってから、たとえば３０秒間等の一定時間の経過時点をもって薬液処理終了時とするように設定すれば良い。薬液処理終了時が認識されると、基板搬送機構３１２に薬液処理終了の情報が転送され、基板は基板搬送機構３１２によって速やかに薬液処理槽３０４から引き上げられる。

以上の方法によれば、薬液中に溶出したレジスト成分の濃度を直接測定することにより、基板上のレジスト成分の全量を確実に溶出させ、かつ最小限の薬液処理時間を設定することができる。したがって、レジスト除去工程の後に残存レジストの検査工程を設けることが不要となるとともに、薬液処理時間の短縮が可能となり、生産効率を向上させることができる。

レジスト成分濃度の測定手段は、使用するレジストの種類や測定する目的物質の種類等によって適宜選択すれば良く、特に限定はされないが、たとえばガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ−ＭＳ）等を用いたクロマトグラフ法の他、吸収分析法等を用いることができる。このうち、測定速度という点では、吸収分析法を用いることが好ましい。測定する目的物質は、薬液中においてレジストにのみ含まれる成分を選択することが好ましい。たとえば樹脂系のレジストを使用する場合には、キシレン等が有効に選択され得る。

＜レジスト処理剤濃度の測定による薬液組成の制御＞
分析手段３０８としてレジスト処理剤の濃度および濃度比の測定手段を用い、循環経路から導入される測定試料につき、一定時間ごとに連続して測定を行なう。測定値の出力データは転送機構３１１を介して薬液成分補充機構３１２にリアルタイムで送られる。

薬液処理槽の薬液の一部をそのまま循環経路から導入してオンライン分析することにより、薬液処理槽内の薬液組成をより厳密かつリアルタイムで解析することができ、レジスト除去能力を精度良く均一化することが可能である。

薬液処理が長時間連続して行なわれると、薬液の揮散、レジスト処理剤とレジストとの反応、および基板に付着した薬液の槽外への喪失等によって、レジスト処理剤の濃度および濃度比には初期の薬液組成からのずれが生じる。基板上に形成されたレジストを均一かつ確実に除去するためには、薬液が常に一定のレジスト除去能力を維持していることが必要である。すなわち、薬液中のレジスト処理剤濃度は、常に一定の範囲内に維持されていなければならない。よって、初期の薬液組成からのずれが一定以上になった場合、薬液中の不足している成分が薬液処理槽に補充されるよう、薬液成分補充機構３１２を制御する。

レジスト処理剤の濃度および濃度比を測定する手段は、レジスト処理剤の種類および検出を行なう目的物質の種類等によって適宜選択すれば良く、特に限定されないが、たとえば自動滴定装置、吸収分析装置等を用いることができる。

本発明は、レジスト処理剤として一般的に使用されている硫酸および過酸化水素水の補充機構に好適に適用される。この場合、硫酸および過酸化水素水の濃度は、たとえばＳＰＭモニターによって測定できる。硫酸と過酸化水素水の濃度および濃度比の測定データに基づき、硫酸および／または過酸化水素水の濃度が設定された濃度範囲よりも低い場合には、濃度が所定の範囲内となるまで、硫酸および／または過酸化水素が単独で、あるいは両者を混合した状態で、薬液成分補充機構３１２から補充される。一方、硫酸および／または過酸化水素水の濃度が設定された濃度範囲よりも高い場合には、濃度が所定の範囲内となるまで溶媒が補充される。なお、硫酸および過酸化水素水が用いられる場合の溶媒は水（Ｈ₂Ｏ）である。すなわち、レジスト処理剤濃度の測定データを、転送機構を介して薬液成分補充機構に連動させることにより、不足した成分を速やかに補充し、薬液処理槽内の薬液を常に均一な組成とすることができる。

レジスト処理剤の濃度および濃度比は、設定された所定の時間間隔で連続して測定されることが好ましい。本発明においては薬液を長期間に亘って連続循環させるため、レジスト処理剤濃度の管理も同様に連続的に行なうことが好ましいからである。

レジスト処理剤の濃度および濃度比の測定は、薬液処理槽への薬液の供給中にも継続されることが好ましい。これにより、薬液供給中の測定データもリアルタイムで薬液成分補充機構に転送され、薬液組成が設定された範囲内に復帰した時点で薬液成分の補充が終了される。自動的に新液を供給することにより一定時間ごとに薬液交換を行なう必要がなく、レジスト除去工程における生産効率を向上させることができる。

なお、レジスト処理剤として硫酸と過酸化水素水を用いる場合、硫酸および過酸化水素水の濃度を測定する方法以外に、硫酸と過酸化水素水との反応生成物である水（Ｈ₂Ｏ）の増加量を測定する方法も採用できる。この場合、水（Ｈ₂Ｏ）の濃度が設定された範囲より高くなった時点で、硫酸および過酸化水素水の濃度が変動したものと判定する。水（Ｈ₂Ｏ）の増加量を測定する方法としては、たとえば吸収分析法等が採用できる。

本発明の分析手段においては、レジスト成分とレジスト処理剤との分析が別個の装置で行なわれても良いが、同一装置で同時に測定されても勿論構わない。また図３は、分析手段に導入された薬液が再び循環経路内に戻される構成を示しているが、本発明においては、測定された薬液が系外に排出される構成とすることも可能である。この場合、分析手段は必要に応じて測定試料に対する前処理工程を備えることができる。

本発明における分析手段としては、薬液の組成を均一に維持する目的で、レジスト成分およびレジスト処理剤以外の薬液成分の分析、および該分析の結果に連動する補充機構を設けても良い。測定される薬液成分としては、たとえば界面活性剤等の添加剤等が挙げられる。これらの添加剤の分析は、たとえばレジスト成分濃度の分析手段、レジスト処理剤濃度の分析手段と別個の装置で行なわれても良いが、同一の装置が使用されても良く、さらに同一の測定試料からレジスト成分、レジスト処理剤とともに同時測定されても良い。

さらに本発明は、オゾンを溶存させた水溶液を薬液として用いる場合等、薬液成分補充機構から薬液成分を気体状態で補充する構成においても用いることができる。この場合、分析手段による測定結果と薬液成分補充機構とは、転送機構によって連動していることが好ましい。また薬液成分を効率良く供給するため、薬液成分補充機構は薬液処理槽内に設置されることが好ましい。

図４は、薬液処理時間および薬液組成の典型的な制御フローを示す図である。なお、図４にはレジスト処理剤として硫酸および過酸化水素水を用いた場合を示している。硫酸および過酸化水素水の濃度測定は、一定時間毎に行なわれる。測定値が低下した場合には、出力データに基づく情報が薬液成分補充機構に転送され、硫酸および／または過酸化水素水が自動的に補充される。レジスト成分の測定においては、レジスト成分検出量の増加が停止し、ほぼ一定となってから所定の保持時間後に基板が引き上げられるよう設定されている。

本発明においては、薬液組成の変動にしたがって薬液成分の補充を随時行なうため、補充が繰り返されるとある時点で薬液処理槽から薬液が溢れ出る。これを廃液として除去することにより、薬液の交換は、薬液処理槽や循環配管の定期清掃時等、必要最低限の頻度でのみ行なえば足りるため、従来と比べて薬液交換の回数を飛躍的に低減させることが可能である。

（実施例）
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図４に示す工程によってレジスト除去を行なった。レジストとしては東京応化工業社製の「ＯＭＲ８３」、レジスト処理剤として硫酸を８０質量％、および過酸化水素水を２０質量％含有する薬液をそれぞれ用い、図３に示す構成のレジスト除去装置を用いて、基板上に形成されたレジストの除去を行なった。

基板３０１をキャリア３０２に固定し、薬液処理槽３０４において薬液３０５に浸漬した。薬液３０５は、循環ポンプ３０６で循環経路３０７に送り込まれ、その一部が循環経路内に設置された分析手段３０８に導入され、残りは、ヒーター３１０を介して再び薬液処理槽３０４内に戻されるとともに、分析手段３０８で測定に供された薬液も薬液処理槽３０４に戻されるよう循環させた。

分析手段３０８としては、レジスト成分濃度の測定手段として吸収分析法、硫酸および過酸化水素水の濃度および濃度比の測定手段として吸収分析法をそれぞれ使用した。

レジスト成分の分析は、レジスト中のキシレンを定量分析することにより行い、キシレン検出量の経時変化を追跡した。

硫酸および過酸化水素水の濃度測定は１分毎に行い、測定値の出力データを薬液成分補充機構３０３にリアルタイムに転送した。硫酸濃度（Ａ）が６０〜９０質量％の範囲外、または過酸化水素水濃度が６０〜９０質量％の範囲外になった場合、上記の濃度範囲内となるまで、硫酸および／または過酸化水素水を単独で、または硫酸濃度を８０質量％、過酸化水素濃度を２０質量％に調整した混合薬液として、薬液成分補充機構３０３から薬液処理槽３０４に供給した。

レジスト成分濃度の測定においては、基板を薬液処理槽に投入すると同時に連続測定をスタートさせた。測定値の出力データはリアルタイムに基板搬送機構３１２に転送されるように設定した。キシレン検出量がほぼ一定となってから３０秒の経過後に、基板搬送機構３１２によって基板３０１が薬液処理槽３０４から引き上げられるよう設定した。

上記の方法でレジストを除去した基板表面のレジスト残存状態を、吸収分析法により観察したところ、レジストの残存は認められなかった。

（比較例）
図１および図２に示す構成のレジスト除去装置を用い、実施例と同様のレジストおよび薬液を用いて、基板上に形成されたレジストの除去を行なった。

基板１１をキャリア１２に固定し、薬液処理槽１５において薬液２２に浸漬した。薬液処理槽１５には、硫酸と過酸化水素水との濃度を実施例と同様の濃度に調整した薬液を満たし、薬液処理中、薬液成分補充機構２１から、初期の薬液と同様の組成に調整された薬液を１分間隔で薬液処理槽１５に補充した。なお、薬液の補充量は、１回につき薬液処理槽１５の薬液全体の０．２体積％ずつとなるようにした。実施例と同一の薬液処理時間を経過させた後、基板１１を薬液処理槽１５から引き上げた。

上記の方法でレジストを除去した基板表面のレジスト残存状態を、実施例と同様の方法により観察したところ、レジストの残存が認められた。

これらの結果より、本発明は基板上のレジストを完全に除去しつつ生産効率にも優れる点で優れた効果を有することが確認された。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によれば、薬液の組成が常に一定の範囲内に保たれるため、レジスト除去能力を一定以上に維持するための定期的な薬液交換は必要なくなる。また、薬液中に溶出したレジスト成分の濃度を測定することによって基板からレジストが完全に除去されたことを確認できるため、薬液処理時間を長めに設定する必要がなくなる他、レジスト除去工程の後に、残存レジストの検査工程を設ける必要がなくなるため、生産効率を著しく向上させることができる。

従来の一般的なレジスト除去装置の構成を示す概略図である。 図１のレジスト除去装置における薬液処理槽の構成を示す概略図である。 本発明が適用されるレジスト除去工程の典型例を説明する概略図である。 薬液処理時間および薬液組成の典型的な制御フローを示す図である。

符号の説明

１１，３０１ 基板、１２，３０２ キャリア、１３ 基板移動機構、１４ ローダー、１５，３０４ 薬液処理槽、１６ 水洗処理槽、１７ 乾燥処理機構、１８ アンローダー、２１，３０３ 薬液成分補充機構、２２，３０５ 薬液、２３，３０６ 循環ポンプ、２４，３１０ ヒーター、２５，３０７ 循環経路、３０８ 分析手段、３０９ フィルター、３１１ 転送機構、３１２ 基板搬送機構。

Claims (9)

1. 基板上に形成されたレジストを薬液処理によって除去する装置であって、レジスト処理剤を含む薬液の循環経路内に、前記薬液の組成を分析する分析手段を設けることを特徴とするレジスト除去装置。
2. 前記分析手段が、前記基板から除去されたレジスト成分の濃度の測定手段、および／または、前記レジスト処理剤の濃度の測定手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のレジスト除去装置。
3. 前記測定手段によるレジスト成分検出量の測定データが、リアルタイムで基板搬送機構に転送されることにより、薬液処理終了時が決定されることを特徴とする請求項２に記載のレジスト除去装置。
4. 前記レジスト成分検出量が所定時間一定となった時点をもって薬液処理終了時とし、基板搬送機構によって薬液処理槽から基板が引き上げられることを特徴とする、請求項３に記載のレジスト除去装置。
5. 前記レジスト処理剤として硫酸および過酸化水素水を含み、前記分析手段は前記硫酸と前記過酸化水素水との濃度の測定手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のレジスト除去装置。
6. 薬液処理槽内の前記硫酸および前記過酸化水素水の濃度が一定範囲内となるよう、前記硫酸および／または前記過酸化水素水が単独または混合液の状態で補充されることを特徴とする請求項５に記載のレジスト除去装置。
7. 前記硫酸と前記過酸化水素水との測定データが、リアルタイムで薬液成分補充機構に転送されることにより、前記硫酸および／または前記過酸化水素水の薬液処理槽内への補充が行なわれることを特徴とする請求項６に記載のレジスト除去装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のレジスト除去装置を用いることを特徴とするレジスト除去方法。
9. 前記基板上の残存レジストの検査工程を有しないことを特徴とする請求項８に記載のレジスト除去方法。

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