JP2006120681A - 被処理体の洗浄処理装置と洗浄処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機能水の洗浄能力を飛躍的に向上させて、薬液を使用したマスク・ウエハ等の被処理体の洗浄と同等若しくはそれ以上の洗浄効果を実現し、薬液の使用量を削減して環境対策にも貢献し得る経済性にも優れた被処理体の洗浄処理装置と洗浄処理方法を提供する。
【解決手段】装置本体内１００に洗浄ユニット２０１を設け、この洗浄ユニット２０１は、被処理体１０２を保持して回転洗浄するスピン回転機構と、このスピン回転機構に保持した被処理体１０２上にメガソニック波を印加した高濃度オゾン水を供給する機能水供給機構１０３と、前記高濃度オゾン水が供給された被処理体１０２上を照射するエキシマランプ１０１から構成される被処理体の洗浄処理装置である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体製造技術分野などにおいて、特に、機能水の洗浄能力を飛躍的に向上させて、半導体ウエハ、マスク、液晶素子用ガラス基板、或いはその他の被処理体を効果的に洗浄処理する被処理体の洗浄処理装置と洗浄処理方法に関する。

半導体製造プロセスには、ウエハにレジスト形成用塗布組成物を塗布する工程があり、遠心力によって塗布組成物をウエハ上に拡散させるため、基板表面の中央部では均一な膜厚が得られるものの、基板の周辺部においては中心部に比して厚膜となり易く、また、基板の縁辺部や裏面部にもレジストが付着する。このレジストが剥離するとウエハ表面のパーティクルとなって歩留まりが悪化する。しかも、ウエハ処理時にウエハが帯電する等の害悪を与える。そのため、半導体製造プロセスにおけるウエハやマスク等の洗浄処理の重要性が一段と増している。

洗浄処理技術としては、特開平６−３１２１３０号公報（特許文献１）に示されるようなドライ洗浄と、ウエット洗浄が知られている。後者のウエハにおけるウエット洗浄は、多量の薬液、例えば、硫酸、過酸化水素水、硝酸、弗酸、塩酸、アンモニア水、アルコール類、有機系剥離剤などを用いるため、洗浄コストの低減や環境保全の観点から使用量の削減が望まれていた。

現状の機能水を用いた洗浄処理は、通常、機能水単体或は超音波と組み合わせたバッチ式の洗浄方式であるため、薬液を多量に使用したシリコンウエハやマスクの洗浄方法では、洗浄能力に劣ることが知られている。超音波と機能水の組み合わせた洗浄技術として、例えば、特開２００１−９６２４２号公報（特許文献２）があり、該公報にはオゾンガスを超純水に含有させた機能水にメガソニックを不可し、シリコン基板表面をスキャン洗浄した後、純水リンス、スピン乾燥の各処理を施す旨が記載されている。
特開平６−３１２１３０号公報 特開２００１−９６２４２号公報

しかしながら、上記特許文献をはじめ、従来より使用されている超音波と機能水の組み合わせによる洗浄では、超音波の波長、エネルギーの分布の問題で機能水の洗浄反応が均一に行われず、シリコンウエハの洗浄結果にばらつきが発生していた。また、機能水の洗浄反応は、オゾン水の場合ではオゾンの分解及び酸化反応に由来し、イオン水の場合では酸化還元電位の変化に由来するが、機能水単体では洗浄反応速度が遅く、しかも、弱いために十分な洗浄効果は示されないのが実情である。

本発明は、上記の課題点に鑑み、鋭意検討の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、機能水の洗浄能力を飛躍的に向上させて、薬液を使用したマスク・ウエハ等の被処理体の洗浄と同等若しくはそれ以上の洗浄効果を実現し、薬液の使用量を削減して環境対策にも貢献し得る経済性にも優れた被処理体の洗浄処理装置と洗浄処理方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、装置本体内に洗浄ユニットを設け、この洗浄ユニットは、被処理体を保持して回転洗浄するスピン回転機構と、このスピン回転機構に保持した被処理体上に高濃度オゾン水を供給する機能水供給機構と、前記高濃度オゾン水が供給された被処理体上を照射するエキシマランプから構成される被処理体の洗浄処理装置である。

請求項２に係る発明は、装置本体内に洗浄ユニットを設け、この洗浄ユニットは、被処理体を保持して回転洗浄するスピン回転機構と、このスピン回転機構に保持した被処理体上にメガソニック波を印加した高濃度オゾン水を供給する機能水供給機構と、前記高濃度オゾン水が供給された被処理体上を照射するエキシマランプから構成される被処理体の洗浄処理装置である。

請求項３に係る発明は、前記被処理体上に前記高濃度オゾン水を傾斜方向から噴射供給するようにした被処理体の洗浄処理装置である。

請求項４に係る発明は、スピン回転機構に保持した被処理体上に高濃度オゾン水を供給し、次いで、前記高濃度オゾン水が供給された被処理体上にエキシマランプを一定時間照射して、高濃度オゾン水の洗浄能力を向上させると共に、前記スピン回転機構を介して適宜の工程中に被処理体を回転させながら洗浄する被処理体の洗浄処理方法である。

請求項５に係る発明は、スピン回転機構に保持した被処理体上にメガソニック波を印加した高濃度オゾン水を供給し、次いで、前記高濃度オゾン水が供給された被処理体上にエキシマランプを一定時間照射して、高濃度オゾン水の洗浄能力を飛躍的に向上させると共に、前記スピン回転機構を介して適宜の工程中に被処理体を回転させながら洗浄する被処理体の洗浄処理方法である。

請求項６に係る発明は、前記高濃度オゾン水には、周波数１〜３Ｍｈｚのメガソニック波を印加した被処理体の洗浄処理方法である。

請求項７に係る発明は、前記高濃度オゾン水の濃度は、８０ｐｐｍ以上であるとした被処理体の洗浄処理方法である。

請求項８に係る発明は、前記エキシマランプのエキシマ光は、紫外線波長２２２ｎｍのエキシマ光とした被処理体の洗浄処理方法である。

請求項１に係る発明によると、高濃度オゾン水の洗浄能力を向上させた洗浄処理装置として提供することが可能となる。しかも、洗浄反応が均一に行われるので、被処理体の洗浄結果にばらつきが発生することはない。さらに、請求項２に係る発明によると、洗浄反応を促進させて反応速度を著しく高めることが可能となり、洗浄能力を飛躍的に向上させた洗浄処理装置として提供することが可能となる。これにより、多量の薬液を使用したマスク・ウエハ等の被処理体の洗浄と同等若しくはそれ以上の洗浄効果を実現させることが可能となり、従来の洗浄で使用されていた薬液、例えば、硫酸、過酸化水素、アンモニア水、アルコール等の使用を削減することができるので、環境対策にも十分貢献し得る経済性にも優れた洗浄処理装置の実現が可能となった。さらには、薬液を使用しないため、洗浄に際してレクチルのパターンの膜減りがない。

請求項３に係る発明によると、被処理体上に高濃度オゾン水又はメガソニック波を印加した高濃度オゾン水を傾斜方向、好ましくは４５度の傾斜角度から噴射供給することで、レジスト等の除去率を飛躍的に高めるという効果を奏する。

請求項４に係る発明によると、高濃度オゾン水の洗浄能力を向上させた洗浄処理方法として提供することが可能となる。しかも、洗浄反応が均一に行われるので、被処理体の洗浄結果にばらつきが発生することはない。さらに、請求項５乃至８に係る発明によると、洗浄反応を促進させて反応速度を著しく高めることが可能となり、洗浄能力を飛躍的に向上させた洗浄処理方法として提供することが可能となる。これにより、多量の薬液を使用したマスク・ウエハ等の被処理体の洗浄と同等若しくはそれ以上の洗浄効果を実現させることが可能となり、従来の洗浄で使用されていた薬液、例えば、硫酸、過酸化水素、アンモニア水、アルコール等の使用を削減することができるので、環境対策にも十分貢献し得る洗浄処理方法の実現が可能となった。さらには、薬液を使用しないため、洗浄に際してレクチルのパターンの膜減りがない。

以下に、本発明における被処理体の洗浄処理装置と洗浄処理方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。第１の発明は、エキシマ光で励起された酸化種によるレジスト表面酸化（光エネルギー）と、高濃度オゾン水によるレジスト酸化及び溶解（有機物等分解エネルギー）と、高濃度オゾン水に印加されるメガソニックのキャビテーション効果（振動エネルギー）を効果的に組み合わせて実現される洗浄処理装置と洗浄処理方法である。第２の発明は、エキシマ光で励起された酸化種によるレジスト表面酸化（光エネルギー）と、高濃度オゾン水によるレジスト酸化及び溶解（有機物等分解エネルギー）を効果的に組み合わせて実現される洗浄処理装置と洗浄処理方法である。なお、本実施形態において、被処理体とは、半導体ウエハ、マスク等をいう。

図１は、処理システムの概要図を示したものである。同図において、図中１０１は、エキシマランプであり、図中１０２は、ウエハ等の被処理体であり、図中１０３は、メガソニックユニットを具備した機能水供給機構である。なお、前述した構成は第１の発明であって、第２の発明を構成する場合は、前記機能水供給機構１０３に換えて、メガソニックユニットを具備しない機能水供給機構を用い、また、第２の発明におけるその他の構成は、第１の発明と同様である。

前記被処理体１０２は、スピン用モータ１０６と連結されたスピン回転機構のウエハチャック１０４上（マスク用はマスクホルダー）に保持され、この被処理体１０２上に機能水供給機構１０３（以下、Ｍ／Ｓオゾン水供給ノズル１０３という）からメガソニック波を印加した高濃度オゾン水が供給される。高濃度オゾン水が供給された被処理体１０２上に、エキシマランプ１０１を一定時間照射するように構成されている。なお、被処理体１０２は、スピン用モータ１０６の回転によって、洗浄処理中任意の回転数で回転させることができる。

本実施形態において、高濃度オゾン水には周波数１〜３Ｍｈｚのメガソニック波が印加されており、この高濃度オゾン水の濃度は任意に設定できるが、本形態では８０ｐｐｍの高濃度オゾン水を採用している。また、高濃度オゾン水は被処理体１０２に対して傾斜方向、好ましくは４５度の傾斜方向から噴射供給できるように設定されており、これにより、レジスト等の除去率を向上させている。この高濃度オゾン水を噴射供給しながら、エキシマランプ１０１を照射している。

前記エキシマランプ１０１のエキシマ光には、紫外線波長１９１〜２２２ｎｍのエキシマ光が好ましく、本例では紫外線波長２２２ｎｍのＫｒＣｌエキシマ光を採用している。ＫｒＣｌエキシマ光を採用した理由は、５０％の透過距離で空気中を約１００ｍｍ以上離しても紫外線のエネルギーが減衰しないことにあり、水中においても１００ｍｍ以上を確保している。また、エキシマランプ１０１には、エキシマランプ上下機構５０２を備えており、上下方向への昇降動作によって、シリコンウエハ１０２に対応した位置に移動して位置決めされるように構成されている。

前記高濃度オゾン水は、オゾン水生成機１０７で常時製造され、オゾン水供給バルブ１０５側に送られる。オゾン水供給バルブ１０５は信号入力によって開閉操作され、供給要求時にはオゾン水をＭ／Ｓオゾン水供給ノズル１０３側に送る。要求信号が無い場合はオゾン水排出管１０８を経由してオゾン水排水タンク１０９へ送られ、このオゾン水排出タンク１０９において、オゾン水濃度を減衰させた後に排水される。

次に、洗浄処理装置と洗浄処理方法の具体例を説明する。図２は、枚葉洗浄方式を採用した洗浄処理装置の構造図である。同図において、図中１００は、装置本体であり、図中２０１は、洗浄ユニットであり、図中３０１は、ウエハ・マスク搬送装置であり、図中３０２は、ウエハ・マスク用ロード／アンロード部である。

図３は、洗浄ユニットの構成図である。同図において、図中２０２は、オゾン水洗浄部であり、図中１０３は、Ｍ／Ｓオゾン水供給ノズルであり、図中１０７は、オゾン水生成機であり、図中１１０は、純水供給であり、図中１１１は、窒素ガス供給であり、図中１１２は、排水部であり、図中１１３は、排気部である。

図４は、オゾン水洗浄部の構成図であり、同図に示すように、その構成はエキシマランプ１０１と、エキシマランプホルダー５０１と、エキシマランプ１０１を上下方向へ昇降動作させるエキシマランプ上下機構５０２と、Ｍ／Ｓオゾン水供給ノズル１０３と、純水供給ノズル１１０と、窒素ガス供給ノズル１１１と、カップ５０５と、チャンバー５０６と、スピン用モータ１０６と、ウエハ・マスク用チャック１０４と、排水部１１２及び排気部１１３で構成されている。

本実施例ではエキシマランプ１０１を照射する場合、ランプユニットがチャンバー５０６の上部より下降して、チャンバー５０６の上部にあるカップ５０５の図示しない間隔調整ピンに当たり、カップ５０５を押し下げて所定の位置まで下降する。このとき、ランプユニットのガラス面とチャンバー５０６のカップ５０５の間隔を１ミリ程度になるよう調整可能に設けている。また、チャンバー５０６の下部には排気用の排気部（ポート）１１３が設けられ、チャンバー５０６内は常に排気されている。

前記装置本体内には、さらに、図示しないＤＨＦ（希弗酸）洗浄ユニットを配置してもよい。このＤＨＦ洗浄ユニットは、ウエハ（又はマスク）１０２を保持して回転洗浄するスピン回転機構と、このスピン回転機構に保持したウエハ１０２上に供給するＤＨＦ供給ノズルとから構成される。

図５は、洗浄処理工程の一例を示したフローチャートであり、図６は、本発明を構成する高濃度オゾン水及びメガソニックの作用説明図であり、図７は、本発明を構成するエキシマ光の作用説明図である。レジスト除去の洗浄手順について説明すると、図５に示すように、本実施例ではウエハ（又はマスク）１０２をスピン用ウエハチャック１０４にロード後、回転数３００回転／分で回転するウエハ１０２上に、本実施例では周波数１Ｍｈｚのメガソニック波を印加した高濃度オゾン水を、Ｍ／Ｓオゾン水供給ノズル１０３から噴射供給する。このとき、前記高濃度オゾン水は、ウエハ１０２に対して傾斜方向、好ましくは４５度の傾斜方向から噴射供給されると共に、ウエハ１０２に対して１５ｍｍ離間した位置からの供給が好ましい。レジストの表面状態により表面が疎水性から親水性へ変化するまで、前記高濃度オゾン水を供給する。

図６に示すように、高濃度オゾン水（酸化剤Ｏ_３）によって、ウエハ１０２上のレジストは酸化及び溶解が行われ、また、高濃度オゾン水に印加したメガソニックのキャビテーション効果によって、ウエハ１０２上の有機物をリフトオフする力が働くと共に、オゾン水中に溶存している酸素が活性種を生成して剥離効果を向上させ、有機物の溶解除去速度が高まる。従って、高濃度オゾン水と共にメガソニックによる効果的な溶解除去が行われる。このとき、液中の水素や水酸基のラジカルが増加する。

次いで、エキシマランプ１０１をエキシマランプ上下機構５０２を用いて、ウエハ１０２表面から１２０ｍｍの距離まで近づけ、レジストの種類毎の時間で照射洗浄する。前記エキシマランプ１０１のエキシマ光には、紫外線波長２２２ｎｍのＫｒＣｌエキシマ光を採用している。図７に示すように、エキシマ光で励起された酸化種によってレジスト表面酸化が行われる。各種のレジスト材料は種類や条件が異なることで、レジスト表面の疎水性状態が異なり、紫外線の光を照射するとレジストが硬化してしまうが、前述のように、最初にレジスト表面にメガソニック波を印加した高濃度オゾン水を供給してレジスト表面を濡らし、その後、迅速にレジスト表面にエキシマ光を照射しながら洗浄することで、有機物分解反応を飛躍的に促進させている。なお、第２の発明では、メガソニック波を印加しない高濃度オゾン水を用いているが、この場合にも、前述のごとく、エキシマ光を照射しながら洗浄することで、有機物分解反応を促進させる。

照射後、エキシマランプ１０１を待機位置まで戻す。次に、純水ノズル１１０より純水をウエハに掛けながら、３０秒間、ウエハ１０２を３００回転／分で回転させる。その後、窒素ガスＮ_２を窒素ガス供給ノズル１１１からウエハ１０２上に吹き付けながら、３０秒間、ウエハ１０２を２０００回転／分で回転させ、さらに、スピン乾燥で３０秒間、ウエハ１０２を２５００回転／分で回転させて、洗浄処理が終了する。

次に、レジスト剥離速度を各エネルギー毎に測定した。試験評価サンプルとして、８インチのウエハで下記のレジストを塗布し、ウエハエッジ３〜５ｍｍレジストがカットされているもの（パターン無し、ベタ塗り）を用いた。試験結果を図８に示す。
ＫｒＦ線レジスト−ホトリソ ＫｒＦ（ＴＤＵＲ−Ｐ０３６ 東京応化工業（株）製）ポジ １．０μｍ プレベイク、８０℃、９０秒
ｉ線レジスト−ホトリソ ｉ線（ＴＨＭＲ−ｉＰ 東京応化工業（株）製）１．０μｍ プレベイク、９０℃、９０秒

本試験結果に示されるように、本発明によれば、オゾン水＋エキシマ光による洗浄と比較して、約３倍〜１０倍の洗浄力を記録した。特に、周波数１Ｍｈｚのメガソニックを使うと、ｉ線レジストにおいては、約１０分の１の改善が確認された。

本発明に係る被処理体の洗浄処理装置と洗浄処理方法によれば、多量の薬品を使用する従来の洗浄に替わる新しい薬液フリー洗浄処理技術として、半導体ウエハ、マスク、液晶基板は勿論、あらゆる分野の洗浄技術に適用することが可能である。特に、マスク洗浄、ＭＥＭＳ関連分野（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）、ナノテク材料などでの応用も可能である。

本発明における洗浄方式の一例を示した概要図である。 本発明における洗浄処理装置の構造図である。 本発明におけるオゾン水洗浄ユニットの構成図である。 本発明におけるオゾン水洗浄部の構成図である。 洗浄処理工程の一例を示したフローチャートである。 本発明を構成する高濃度オゾン水及びメガソニックの作用説明図である。 本発明を構成するエキシマ光の作用説明図である。 レジスト剥離速度を各エネルギー毎に測定した結果を示したグラフである。

符号の説明

１００ 装置本体
１０１ エキシマランプ
１０２ 被処理体（ウエハ、マスク）
１０３ 機能水供給機構（Ｍ／Ｓオゾン水供給ノズル）
２０１ 洗浄ユニット

Claims (8)

1. 装置本体内に洗浄ユニットを設け、この洗浄ユニットは、被処理体を保持して回転洗浄するスピン回転機構と、このスピン回転機構に保持した被処理体上に高濃度オゾン水を供給する機能水供給機構と、前記高濃度オゾン水が供給された被処理体上を照射するエキシマランプから構成されることを特徴とする被処理体の洗浄処理装置。
2. 装置本体内に洗浄ユニットを設け、この洗浄ユニットは、被処理体を保持して回転洗浄するスピン回転機構と、このスピン回転機構に保持した被処理体上にメガソニック波を印加した高濃度オゾン水を供給する機能水供給機構と、前記高濃度オゾン水が供給された被処理体上を照射するエキシマランプから構成されることを特徴とする被処理体の洗浄処理装置。
3. 前記被処理体上に前記高濃度オゾン水を傾斜方向から噴射供給するようにした請求項１又は２に記載の被処理体の洗浄処理装置。
4. スピン回転機構に保持した被処理体上に高濃度オゾン水を供給し、次いで、前記高濃度オゾン水が供給された被処理体上にエキシマランプを一定時間照射して、高濃度オゾン水の洗浄能力を向上させると共に、前記スピン回転機構を介して適宜の工程中に被処理体を回転させながら洗浄することを特徴とする被処理体の洗浄処理方法。
5. スピン回転機構に保持した被処理体上にメガソニック波を印加した高濃度オゾン水を供給し、次いで、前記高濃度オゾン水が供給された被処理体上にエキシマランプを一定時間照射して、高濃度オゾン水の洗浄能力を飛躍的に向上させると共に、前記スピン回転機構を介して適宜の工程中に被処理体を回転させながら洗浄することを特徴とする被処理体の洗浄処理方法。
6. 前記高濃度オゾン水には、周波数１〜３Ｍｈｚのメガソニック波を印加した請求項５に記載の被処理体の洗浄処理方法。
7. 前記高濃度オゾン水の濃度は、８０ｐｐｍ以上であるとした請求項４乃至６の何れか１項に記載の被処理体の洗浄処理方法。
8. 前記エキシマランプのエキシマ光は、紫外線波長２２２ｎｍのエキシマ光とした請求項４乃至７の何れか１項に記載の被処理体の洗浄処理方法。
   

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