JP2005216908A

JP2005216908A - 対象物処理装置および対象物処理方法

Info

Publication number: JP2005216908A
Application number: JP2004018273A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nishisato; 洋西里; Yoichi Sagane; 養一砂金
Original assignee: Aqua Science Corp
Current assignee: Aqua Science Corp
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】蒸気やＤｉｗなどを混合した流体を用いるレジスト等の処理対象物を剥離するプロセスにおいて、より効率的に容易で確実に処理することのできる装置及び方法を提供する。
【解決手段】対象物の処理対象面へ流体を噴き付けて、不要物除去／洗浄／加工などの所望の処理を行うための対象物処理装置であって、蒸気を供給するための第１流路と、ＤＩＷ（超純水または純水）と窒素とを混合して２流体混合体として供給する第２流路とを有し、前記第２流路の２流体混合体を、ギャップ型噴出手段を介して前記第１流路に噴き出して前記蒸気と混合し、３流体混合体として対象物に噴き出し供給する対象物処理装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハ等の対象物に剥離や洗浄等の処理を施すための装置および方法にかかり、より詳細には、対象物を効率良く処理するための剥離・洗浄プロセスの制御に関するものである。
具体的には、半導体ウェハやハードディスク（ＨＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プリント基板又はフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などの対象物表面にリソグラフィ工程で被着したレジスト膜やエッチング工程で被着したポリマ残渣等の不要物を剥離して除去するための装置および方法に関する。

半導体装置・液晶・磁気ディスク・プリント基板などの製造工程では、これらの対象物の表面にレジストを塗布し、リソグラフィ、エッチング或いはイオン注入等を用いて対象物表面にパターン形成等の精密加工を施こす。その後、これらの対象物の表面に被着しているレジスト膜やポリマ残渣等の不要物を除去する処理が行なわれる。

従来からあるレジスト膜等不要物の除去技術としては、酸素プラズマによりレジスト膜を灰化除去するプラズマアッシング方法、有機溶媒（フェノール系・ハロゲン系・アミン系など溶媒）で膜体を加熱溶解除去させる方法、濃硫酸・過酸化水素による加熱溶解方法などがある。
しかしながら、上述のいずれの方法にあっても、レジスト膜等を分解し溶解するための時間やエネルギーおよび化学材料が必要であり、レジスト膜等を分解除去する工程での負担は大きい。
加えて、最先端の半導体デバイスにおいては、プラズマによるプラズマダメージ、紫外線光ダメージがデバイスの性能に悪影響を与えることから代替技術が求められている。

そして、付帯設備と制御装置が複雑となり大型化やコスト高などの問題点があったり、また、大量の薬液・高温薬液制御・廃液・排水等の多くの付帯設備ならびに環境対策が必要となるなどの問題が生じ、今後研究開発や設備投資を検討するための対象物処理装置としては消極的にならざるを得ないものであった。
そのため、レジスト膜等の不要物を除去する技術を含んで精密表面を処理する技術分野においては、プラズマ、化学物質や化学的処理を用いる従来の技術から脱却し、地球や環境に優しい技術として、自然界に豊富にある水や水蒸気を用いる方式に大いに注目して、これを利用し発展させたいという期待がある。

＜従来の技術＞
蒸気を用いてレジストを剥離する方法が従来から行われてきており、そのキーファクターとしては、大きく見て次の３点が挙げられる。
１）浸透し易い分子サイズの小さな水の分子として高圧水蒸気を用いると、レジスト等の高分子膜をも透過することが可能になり、レジストの密着面に密着性低減効果のある水分子を効率よく供給することが可能となる。
２）界面での密着性低減は、蒸気から分子密度の高い液体状態になることがより効果的である。
３）密着性が落ちたレジストを剥離するために、物理的にアシストする必要があり、高流速のガス（蒸気等）およびミスト等、或いはこれに不活性ガスを加えた物理力を利用すると、更に剥離性が向上する。

図４は、従来の対象物処理で用いられる流体噴き出し用のノズル装置の一例を示す断面による構造説明図である。
ここでのノズル装置４００は、噴き出し本体部４０・噴き出し用流路４０ａ・噴き出し口４０ｂ・第１の流路４１ａ・第２の流路４１ｂを備えている。そして、第１の流路４１ａからの流体Ａと第２の流路４１ｂからの流体Ｂとを、噴き出し用流路４０ａにおいて混合して、噴き出し口４０ｂより噴き出し流体４２として外部に噴き出す流体ノズル噴出型の装置である。また、この図４での処理対象物は半導体用ウェハー５０であって、レジスト剥離等の処理がなされる対象として処理対象面５０Ａを有し、この処理対象面５０Ａ上には剥離処理の対象となるレジスト部５１がある。

このノズル装置４００の円筒または円錐台形状の噴き出し口４０ｂは、処理対象面５０Ａに対して略鉛直方向として、処理対象面５０Ａと対面するように設けられてある。この噴き出し口４０ｂより噴き付けられる噴き出し流体４２は、直接レジスト部５１に対して略鉛直方向から噴射されるように構成されている。このような装置によって、レジスト剥離の処理が行われ、ウェハー５０の処理対象面５０Ａ上では、剥離物５１ａが取り除かれて、その下にある電接部５１ｂが露出されてくる。

＜本発明が改善しようとする従来技術の問題点＞
図４に示すような従来型のノズル装置では、第１の流路４１ａと第２の流路４１ｂとのいずれかに、高圧蒸気とＤＩＷ（超純水または純水）との２種類の流体（Ｘ，Ｙ）を割り当てて、別々の流路（４１ａ、４１ｂ）からこれら２種類の流体（Ｘ，Ｙ）を噴き出して噴き出し用流路４０ａに供給し、ここで高圧蒸気とＤＩＷとを混合させて噴き出し口４０ｂより噴き出し、ウェハー５０Ａ上に噴き付けている。

ところが、図４のような従来型のノズル装置を用いて、ＤＩＷを外部から混合しようとする場合では、ＤＩＷと蒸気とを均一に混ぜるための優れた構造を有するノズル装置を設計することが難しい、という問題がある。
ここで、ノズル装置について具体的な数値を掲げて説明する。例えば、流量５００ｃｃと設定して、ＤＩＷと蒸気との混合を最適化した構造Ａを有するノズル装置を設計したととして、つぎに同じ構造Ａを有する装置において、別の流量１００ｃｃとした場合には、こんどはＤＩＷと蒸気との混合が不均一になってしまう、という問題が生じる。また逆に、流量１００ｃｃと設定して、ＤＩＷと蒸気との混合を最適化した構造Ｂを有するノズル装置を設計したとすると、流量５００ｃｃの場合では供給が高圧になって供給量が減少してしまうという不具合を生じる。

さらに、従来型のノズル装置では、蒸気に対してＤＩＷだけを供給するのでは、水流または水滴上で蒸気と混合されることとなり、このために、ミストが大粒形となって、デバイス上のＡｌ配線へダメージを起こす虞がある。
そしてまた、従来型のノズル装置では、水（液体）の粒径を制御することができないため、物理力（粒子の運動量ｍｖのｍ）についても制御することができない、という問題もある。
特開２００１−２５０７７３号

本発明は、水・水蒸気・水ミスト体・活性ガスなどの流体を用いてレジスト等の処理対象物を剥離するプロセスにおいて、上記した従来技術の問題点を改善することを主眼とするものであり、ある確定した構造を有するノズル装置を設計したとき、流量が変化したとしても混合される流体の不均一性や供給量の減少などを生じることがなく、また、ミストを大粒化させることがなく、粒子径やその運動量についても制御することを可能とする、実用性に優れたノズル構造を有する対象物処理装置及び対象物処理方法を提供することを目的とする。

そこで、上記課題を解決するため、本発明の対象物処理装置および対象物処理方法は、次のような手段を用いる。
（１）対象物の処理対象面へ流体を噴き付けて、不要物除去／洗浄／加工などの所望の処理を行うための対象物処理装置であって、
蒸気を供給するための第１流路と、ＤＩＷ（超純水または純水）と窒素とを混合して２流体混合体として供給する第２流路とを有し、
前記第２流路の２流体混合体を、ギャップ型噴出手段を介して前記第１流路に噴き出して前記蒸気と混合し、３流体混合体として対象物に噴き出し供給する対象物処理装置とした。
ここでの対象物の一例としては、処理対象面にレジストやポリマー等の残渣物を有する基板があり、この基板としては例えば半導体用ウェハー、プリント基板、液晶基板などがある。

（２）(１)の対象物処理装置において、
前記第２流路のギャップ型噴出手段は、流体を案内するためのガイド部と流体を噴き出すためのギャップ部とを備え、
ＤＩＷに窒素を混合した２流体混合体を、前記ギャップ部を通して高速で噴き出すことにより微粒子化（ミスト化）させ、それをさらに蒸気と混合させて３流体混合体とする。

（３）(１)または(２)の対象物処理装置において、
前記ギャップ部は、第２流路の２流体混合体を、第１流路の外周囲側からその中心方向へ噴き出すための円周状スリット形状の流路として形成される。

（４）(１)〜(３)いずれかの対象物処理装置において、ＤＩＷに加える窒素の流量を制御することにより、水(液体)の粒径を制御する。
本発明では、ギャップ型噴出手段でのギャップ部の形状とその間隔寸法、第２流路の内径、ＤＩＷの水圧、ＤＩＷに加えられる窒素の流量などを含む各種データを基にして、ＤＩＷの流量特性を制御することができるし、またこれにより、ＤＩＷの粒径を制御することができる。
また本発明では、前記３流体混合体を噴き出すにあたり、
・第１流路の形状寸法と蒸気の温度と圧力、
・第２流路の形状寸法と、ＤＩＷと窒素の混合比率とそれらの流量、流体にかける圧力、
・ガイド部およびギャップ部を含むギャップ型噴出手段の形状および寸法、などのデータを基にして、その噴き出し制御することができる。

（５）対象物の処理対象面へ流体を噴き付けて、不要物除去／洗浄／加工などの所望の処理を行うための対象物処理方法であって、
蒸気を供給するための第１流路と、ＤＩＷ（超純水または純水）と窒素とを混合して２流体混合体として供給する第２流路とを用い、
ＤＩＷに窒素を混合した２流体混合体を、第２流路からギャップ型噴出手段を通して第１流路に高速で噴き出すことにより微粒子化(ミスト化)させ、それをさらに蒸気と混合させて３流体混合体として対象物に噴き出し供給する対象物処理方法とした。
そして、この対象物処理方法では、ギャップ型噴出手段でのギャップ部の形状とその間隔寸法、第２流路の内径、ＤＩＷの水圧などの各データを基にして、ＤＩＷの流量特性を制御することができ、これによりＤＩＷの粒径を制御することもできる。

本発明による対象物処理方法および対象物処理方法では、次の示すような格別な効果を奏する。
・ＤＩＷラインへ窒素(Ｎ₂）を添加してその流速を上げることにより、ＤＩＷを微粒子化（ミスト化）させることができ、さらに均一に混合することが可能になった。
・ＤＩＷを微粒子化させることによって、Aｌ配線等への局所的なダメージが無くなり、さらに、高圧で長時間蒸気を照射してレジストやポリマーなどへの剥離条件を強めたときであっても、Aｌ配線等へ大きなダメージを与える心配が無くなった。
・ＤＩＷラインへ加える窒素(Ｎ₂）の流量を制御することにより、水または液体の粒径などの制御を可能にすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付した図面を参照して説明する。まず図１は、本発明による対象物処理装置としてのノズル装置１００を説明するための構造説明図であり、図２はノズル装置１００の噴出口周辺を拡大して説明するための構造説明図であり、さらに図３は、本発明によるノズル装置１００を使用して対象物の処理を行ったとき得られたデータ図である。

まず図１を参照するに、ノズル装置１００は本発明による対象物処理装置にかかり、対象物の処理対象面へ流体を噴き付けて処理を行うためのノズル噴出し装置である。このノズル装置１００は、蒸気(Steam)からなる流体Ａを供給するための第１流路１０と、ＤＩＷ(純水または超純水)と窒素(Ｎ₂)とを混合して２流体の混合体である流体Ｂを供給する第２流路２０とのふたつ流路を有し、また、第１流路１０の噴き出し端部側には第２流路２０が流入するように接続されていることにより、流体Ａと流体Ｂとをさらに混合して噴き出す構造を有する。

この第１流路１０は、図１の下方端部にある噴出口３３の周囲側にギャップ型の噴出ユニット３０を備えており、このギャップ型の噴出部ユニット３０の側方外部より第２流路２０の流路端部２１に接続して流体Ｂを導き入れ、この流体Ｂは、噴出ユニット３０内部を流通するガイド流路３１を経由して、スリット状のギャップ部３２より第１流路１０の端部付近に噴き出される。
ここで用いられる流体ＢはＤＩＷに窒素を混合した２流体混合体として調整されたものであり、この流体Ｂは前記ギャップ部３２を通して高速で噴き出されることにより微粒子化させられる。そして、微粒子化された流体Ｂは、第１流路１０の蒸気(流体Ａ)とさらに混合させられ、３流体の混合体である流体Ｃが生成されて、噴出口３３から外部にある処理対象物に向けて噴射される。

図２は、ギャップ型の噴出ユニット３０の周辺を断面で示す構造説明図である。この噴出ユニット３０は、第１流路１０の噴き出し端部に配設されて、その外観が略円柱形状または円筒形状をなしており、内部には流体Ｂを通すための略円筒または円環形状のスペースであるガイド流路３１を有していて、このガイド流路３１に通じる円環スリット状のギャップ部３２が、第１流路１０の全周囲側から中心軸方向に向くようにして設けられている。このギャップ部３２は薄型円盤形状のスペースであって、ギャップ幅ｔを有してそこから流体Ｂを流すことができ、このギャップの形状とギャップ幅ｔを諸条件を加味して設計してこれを設定することにより、流体Ｂの流れや噴出を制御することができる。

そして、噴出ユニット３０の内部には、流路１０につながる中心軸ｐ１と円対称になるよう断面円形の内部側ノズル部３４が設けられていて、流路１０からの流体Ａをここを経由して流すことができる。このノズル部３４は噴出ユニット３０の内部中心に位置して、その内径としてノズル径φを有しており、このノズル径φは装置１００の流量Ａ側の最終的な噴き出し口となっており、ノズルを一番絞った位置における穴径である。
本発明では、このノズル径φの大小を適宜設計してこれを設定することにより、流体Ａの流れと噴出を制御することができる。また、流体Ａと流体Ｂとを混合するにあたっての必要な条件の調整や設定も、ノズル径φの大きさを種々調整や加減することによって行うことが可能であり、本発明で使用される適正なノズル径φとしては２〜６mm程度の値が適宜採用される。

＜実施例１＞
図３は、先に示した図１または図２の構造を有する本発明によるノズル装置１００を用いて得られたデータによるグラフ図であって、Ｄｉｗ水圧と流量特性(Ｎ_２＝０sccm時)の関係を示しており、このノズル装置１００におけるギャップ幅ｔは0.5mmとした。
このノズル装置１００での第１流路１０の流体はスチーム(蒸気)であって、その圧力を２Kg/cm^２としておき、また、第１流路１０は噴出ユニット３０に直線的に延長されていて、その噴出ユニット３０の内部出口付近にはスチーム(蒸気)を通すためのノズル部３４があって、そのノズル部３４の内径であるノズル径φを４mmとした。

そしてまた、ノズル装置１００の第２流路２０では、Ｄｉｗに窒素を混合した２流体混合体が流体として供給されるが、ここでのＤｉｗについて、流量(cc/min)と圧力(Kg/cm^２)との関係を測定したところ、つぎのようなデータが得られた。
Ｄｉｗ圧力(Kg/cm^２) Ｄｉｗ流量(cc/min)
０２３０
０.５４２０
１.０４８０
１.５７２０
２.０８２０
このデータをもとにグラフとして示したのが図３であり、Ｄｉｗ圧力(Kg/cm^２)とＤｉｗ流量(cc/min)とはほぼ比例関係となっている。

＜実施例２＞
また本発明によれば、ＤｉｗにＮ_２を加えてＤｉｗを高速噴出してミスト化させ、その後に蒸気と混合させるため、水の微粒子と均一な混合が可能となるが、そのとき例えば、次のような具体的な数値をつぎのように設定して測定することができる。
ノズル径φ：３mm、ノズル出口−測定点距離：１０mm、スチーム：１kg/cm^２、Ｄｉｗ１００〜５００ccm、ＡｄｄＮ_２０−３０slm、として、Ｄｉｗ流量を５００ccmとして変化させ、本発明のノズル装置を用いて水粒子の平均粒径を測定した。
Ｎ_２流量（ｓｌｍ）水粒子の平均粒径（ｕｍ）
０２０１．６
１０１１７．８
３０８５
そして、このようにして加えるＮ_２の流量を制御することにより水(液体)の粒径の制御することが可能となり、物理力（粒子の運動量ｍｖのｍ）の制御も可能となる。

なお、ここで用いられる単位については、「ｓlｍ」は、スタンダードリッターメーター(standard cubic centimeter) で、流量の単位である。スタンダードは２５度,１気圧時と言う意味であり、体積が変化しやすいガスに使いられる。「ｃｃｍ」は体積流量を表し、キュービックセンチメーターであり、主として体積が変化しづらい水などの液体に使いる。

＜実施例３＞
ノズル径φ：３mm、ギャップ幅ｔ：１０mm、スチーム：３kg/cm^２、Ｄｉｗ１００〜５００ccm、ＡｄｄＮ_２０slm、として、Ｄｉｗ流量を１００〜５００ccmとして変化させ、本発明のノズル装置を用いて流体の混合の均一性を比較した。
それによると、Ｄｉｗ流量が少ないと水が偏って出てくることとなり、ギャップ幅ｔによって最大流量を制限しているために、流量が少ないほど均一性が不利になることがわかった。また、Ｎ_２を追加することにより、微細化と同時に均一になり、蒸気と均一な混合が可能となることにより、本発明の優位性が判明した。

＜実施例４＞
本発明によるノズル装置と従来によるノズル装置との比較
ノズル径φ：３mm、ギャップ幅ｔ：１０mm、
スチーム：１.５kg/cm^２、Ｄｉｗ：５００ccm、Stage：４００mm/sec
として、剥離・ポリマー処理時間を５７〜７５ｓｅｃとして変化させ、本発明によるノズル装置と従来によるノズル装置とにおいて、Ａｌへのダメージが起こらないかどうかについての試験を行った。

それによれば、従来によるノズル装置を用いたものでは、剥離・ポリマー処理時間が５７sec のものではＡｌ欠損のあるものが見つからなかったが、６５sec のものにおいてはＡｌ欠損のあるものが見つかった。しかしながら、本発明よるノズル装置を用いたものでは、剥離・ポリマー処理時間が５７〜７５sec のいずれのものにおいてもＡｌ欠損のあるものが見つからず、本発明の優位性が実証された。
なお、ここでのStageとは、ウェハー台を回転させるときノズルのスキャン速度が一定速度となるようにしているのでその時の相対速度であり、一例としては、400ｍｍ／secでスキャンすることによって試験をしている。

以上のように、本発明による対象物処理装置およびその方法は、水・水蒸気・水ミスト体・活性ガスなどの流体を用いてレジスト等の処理対象物を剥離するプロセスにおいて、従来技術にかかわる問題点を解決したものであり、流量が変化したとしても混合される流体の不均一性や供給量の減少などを生じることがなく安定し、また、ミストを大粒化させることがなく、粒子径やその運動量についても制御することを可能とし、優れたノズル構造を有する対象物処理装置及び対象物処理方法を提供することができる。

本発明の対象物処理装置及び方法によれば、半導体用ウェハーのレジスト剥離に関連する技術分野において、多くの適用や貢献をすることができる。具体的には、半導体製造装置の剥離／洗浄プロセス用ノズル装置として用いられるとよく、半導体エッチング処理後における後処理工程に用いるプロセス処理、シリコン・酸化膜およびメタル界面処理プロセス、有機物・レジスト・ポリマー等の生成物の剥離洗浄プロセス、剥離洗浄プロセスにおいて化学薬液や溶剤を使用せずに超純水のみで可能なプロセスなどにおいて、その適用および活用が極めて容易である。

本発明による一実施の形態として、対象物処理装置であるノズル装置１００を断面により示す構造説明図である。図１のノズル装置１００を拡大して示す構造説明図である。本発明によるノズル装置１００を用いた実施試験により得られたデータの一例を示すグラフ図である。従来によるノズル装置の例として、ノズル装置４００を断面により示す構造説明図である。

符号の説明

１００ノズル装置
１０第１流路
２０第２流路
２１流路端部
３０噴出ユニット３０
３１ガイド流路
３２ギャップ部
ｔギャップ幅
３３噴出口
３４ノズル部
φ ノズル径
Ａ流体（Steam）
Ｂ流体（Diw＋Ｎ_２の２流体混合体）
Ｃ流体（３流体混合体）
ｐ１中心軸

Claims

対象物の処理対象面へ流体を噴き付けて処理を行うための対象物処理装置であって、
蒸気を供給するための第１流路と、ＤＩＷと窒素とを混合して２流体混合体として供給する第２流路とを有し、
前記第２流路の２流体混合体を、ギャップ型噴出手段を介して前記第１流路に噴き出して前記蒸気と混合し、３流体混合体として対象物に噴き出し供給する、ことを特徴とする対象物処理装置。
請求項１に記載の対象物処理装置において、
前記第２流路のギャップ型噴出手段は、流体を案内するためのガイド部と流体を噴き出すためのギャップ部とを備え、
ＤＩＷに窒素を混合した２流体混合体を前記ギャップ部を通して高速で噴き出すことにより微粒子化させ、それをさらに蒸気と混合させて３流体混合体とする、ことを特徴とする対象物処理装置。
請求項１または２に記載の対象物処理装置において、
前記ギャップ部は、第２流路の２流体混合体を、第１流路の外周囲側からその中心方向へ噴き出すための円周状スリット形状の流路として形成される、ことを特徴とする対象物処理装置。
請求項１〜３いずれかに記載の対象物処理装置において、
ＤＩＷに加える窒素の流量を制御することより水(液体)の粒径を制御する、ことを特徴とする対象物処理装置。
対象物の処理対象面へ流体を噴き付けて処理を行うための対象物処理方法であって、
蒸気を供給するための第１流路と、ＤＩＷ(純水)と窒素とを混合して２流体混合体として供給する第２流路とを用い、
ＤＩＷに窒素を混合した２流体混合体を、第２流路からギャップ型噴出手段を通して第１流路に高速で噴き出すことにより微粒子化させ、それをさらに蒸気と混合させて３流体混合体として対象物に噴き出し供給する、ことを特徴とする対象物処理方法。