JP2007134689A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スピンチャック11に保持されたウエハWの表面にレジスト剥離液としてのSPMを供給するためのSPMノズル12と、スピンチャック11に保持されたウエハWの表面に加熱された純水と加熱された窒素ガスとを混合して生成される液滴の噴流を供給するための二流体ノズル13とが備えられている。二流体ノズル13からウエハWの表面に液滴の噴流が供給されることにより、レジストの表面の硬化層が破壊された後、SPMノズル12からウエハWの表面に高温のSPMが供給されて、ウエハWの表面からレジストが剥離される。
【選択図】図1
Description
そのため、プラズマによるアッシングおよびAPMなどの薬液を用いた洗浄処理に代えて、ウエハの表面に硫酸と過酸化水素水との混合液であるSPM(sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture:硫酸過酸化水素水)を供給して、このSPMに含まれるペルオキソ一硫酸(H2SO5)の強酸化力により、ウエハの表面に形成されているレジストを剥離して除去することが提案されている。
そこで、この発明の目的は、基板にダメージを与えることなく、イオン注入時にマスクとして用いられたレジストを良好に剥離(除去)することができる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
この方法によれば、気体と加熱された処理液とを混合して生成される液滴の噴流は、大きなエネルギーを有するので、この液滴の噴流が基板の表面に供給されることにより、レジストの表面に硬化層が形成されていても、その硬化層を破壊することができる。そのため、気体と加熱された処理液との混合により生成される液滴の噴流が基板の表面に供給された後に、その基板の表面にレジスト剥離液が供給されると、レジストの表面の硬化層がすでに破壊されているので、基板の表面に供給されるレジスト剥離液は、その硬化層の破壊された部分からレジストの内部に浸透することができる。よって、処理対象の基板が、硬化層を含むレジストを灰化させて除去するためのアッシング処理を受けていなくても、その基板の表面に形成されている硬化層を有するレジストを、レジスト剥離液によって良好に除去することができる。また、アッシングが不要であるから、アッシングによるダメージの問題を回避することができる。
この方法によれば、回転している基板の表面に液体が供給されることによって、基板の表面が液体で覆われ、その液体は基板の回転による遠心力を受けて基板の外側に向けて流れているので、液滴の噴流によりレジストの硬化層が破壊されたときに、その破壊された硬化層の破片は基板の表面を外側に向けて流れる液体とともに基板の表面から除去され、破壊された硬化層の破片が基板の表面に再付着することを防止することができる。
この方法によれば、硫酸と過酸化水素水との混合液、つまりSPMを基板の表面に供給することにより、SPMに含まれるペルオキソ一硫酸の強酸化力によって、基板の表面に形成されているレジストを良好に剥離することができる。
この方法によれば、液滴の噴流を生成するための気体が加熱されていることにより、液滴の噴流が有するエネルギーを一層増大させることができ、レジストの表面の硬化層をより良好に破壊することができる。
図1は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。この基板処理装置は、たとえば、基板の一例である半導体ウエハW(以下、単に「ウエハW」という。)の表面に不純物を注入するイオン注入処理後に、そのウエハWの表面から不要になったレジストを剥離して除去するための処理を行う枚葉式の装置であり、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11と、このスピンチャック11に保持されたウエハWの表面(上面)にレジスト剥離液としてのSPMを供給するためのSPMノズル12と、スピンチャック11に保持されたウエハWの表面に加熱された純水(DIW:deionized water)の液滴の噴流を供給するための二流体ノズル13と、スピンチャック11に保持されたウエハWの表面に純水の連続流を供給するための純水ノズル46とを備えている。
SPMノズル12は、たとえば、SPMを連続流の状態で吐出するストレートノズルからなる。SPMノズル12には、SPM供給管18が接続されており、このSPM供給管18から、ウエハWの表面のレジストを良好に剥離可能な約80℃以上の高温のSPMが供給されるようになっている。SPM供給管18の途中部には、SPMノズル12へのSPMの供給を制御するためのSPMバルブ19が介装されている。
図2は、二流体ノズル13の構成を示す図解的な断面図である。二流体ノズル13は、たとえば、いわゆる外部混合型二流体ノズルの構成を有している。
すなわち、二流体ノズル13は、ケーシング32を備え、このケーシング32の先端に、純水を外部空間33に向けて吐出するための純水吐出口34と、この純水吐出口34を取り囲む環状に形成され、窒素ガスを外部空間33に向けて吐出するための窒素ガス吐出口35とを有している。
内側流通管36は、その内部に純水流路38を有している。この純水流路38の先端(下端)が、純水吐出口34として開口し、その反対側の上端は、流体を導入するための純水導入ポート39を形成している。また、内側流通管36は、先端部(下端部)40およびその反対側の上端部41がそれぞれ外方に張り出した鍔形状に形成されており、これらの鍔形状の先端部40および上端部41が外側保持体37の内面に当接して、先端部40および上端部41の間において、内側流通管36の外面と外側保持体37の内面との間に空間42が形成されている。そして、内側流通管36の先端部40には、空間42と外部空間33とを連通させる窒素ガス流路43が形成され、この窒素ガス流路43の先端が窒素ガス吐出口35として開口している。窒素ガス流路43は、先端側ほど内側流通管36の中心軸線に近づくように傾斜する断面形状を有している。
純水導入ポート39に純水供給管23が接続され、窒素ガス導入ポート44に窒素ガス供給管24が接続される。そして、純水供給管23から純水流路38に加熱された純水が供給されるとともに、窒素ガス供給管24から空間42に加熱された窒素ガスが供給されると、純水吐出口34から外部空間33に加熱された純水が吐出されるとともに、窒素ガス吐出口35から外部空間33に加熱された窒素ガスが吐出される。すると、外部空間33において、加熱された純水と加熱された窒素ガスとが衝突して混合され、純水の微細な液滴の噴流が形成される。
図3は、この基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。この基板処理装置はさらに、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置45を備えている。
制御装置45には、チャック回転駆動機構14、SPMノズル駆動機構22、二流体ノズル駆動機構31、SPMバルブ19、純水バルブ25,47および窒素ガスバルブ27が制御対象として接続されている。制御装置45は、予め定められたプログラムに従って、チャック回転駆動機構14、SPMノズル駆動機構22および二流体ノズル駆動機構31の動作を制御し、また、SPMバルブ19、純水バルブ25,47および窒素ガスバルブ27の開閉を制御する。
次に、SPMノズル駆動機構22が制御されて、SPMノズル12が、スピンチャック11の側方に設定された待機位置からスピンチャック11に保持されたウエハWの上方に移動される。そして、SPMバルブ19が開かれて、SPMノズル12から回転中のウエハWの表面に高温のSPMが供給される。この一方で、SPMノズル駆動機構22が制御されて、第1のアーム21が所定の角度範囲内で揺動される。これによって、SPMノズル12からのSPMが導かれるウエハWの表面上の供給位置が、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し、ウエハWの表面の全域にSPMがむらなく供給される(ステップS3)。
その後は、ウエハWの表面に純水ノズル46から純水が供給されて、ウエハWの表面に付着しているSPMが純水によって洗い流される(ステップS4)。純水の供給が一定時間にわたって続けられると、純水の供給が停止され、つづいて、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に付着している純水を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(ステップS5)。この処理が完了すると、チャック回転駆動機構14が制御されて、スピンチャック11によるウエハWの回転が止められた後、図示しない搬送ロボットによって処理済みのウエハWが搬出されていく(ステップS6)。
さらにまた、二流体ノズル13には、加熱された純水に限らず、加熱されたSPMまたは硫酸などの薬液が供給されてもよい。
図5は、レジスト剥離試験(その1)の結果を示すグラフである。
なお、試験A1〜E1では、温度80℃の硫酸(濃度96wt%)と温度25℃の純水とを体積比2:1で混合して得られるSPMを用いた。
<試験A1>
ウエハW(試料)の表面に対して、SPMノズル12からSPMを流量0.9l/minで供給し、SPMの供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。その時間は、150秒間であった。
<試験B1>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度40℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、146秒間であり、試験A1で計測された時間より4秒間短縮された。
<試験C1>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度60℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、144秒間であり、試験A1で計測された時間より6秒間短縮された。
<試験D1>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度80℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、135秒間であり、試験A1で計測された時間より15秒間短縮された。
<試験E1>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度95℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、124秒間であり、試験A1で計測された時間より26秒間短縮された。
図6は、レジスト剥離試験(その2)の結果を示すグラフである。
ウエハWの表面にI線用レジストのパターンを形成し、これをマスクとして、ウエハWの表面にAsをドーズ量1E14atoms/cm2でイオン注入したものを試料として用い、この試料からレジストを剥離(除去)する試験A2〜E2を行った。
<試験A2>
ウエハW(試料)の表面に対して、SPMノズル12からSPMを流量0.9l/minで供給し、SPMの供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。その時間は、180秒間であった。
<試験B2>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度40℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、175秒間であり、試験A2で計測された時間より5秒間短縮された。
<試験C2>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度60℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、172秒間であり、試験A2で計測された時間より8秒間短縮された。
<試験D2>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度80℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、166秒間であり、試験A2で計測された時間より14秒間短縮された。
<試験E2>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度95℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、155秒間であり、試験A2で計測された時間より25秒間短縮された。
図7は、レジスト剥離試験(その3)の結果を示すグラフである。
ウエハWの表面にI線用レジストのパターンを形成し、これをマスクとして、ウエハWの表面にAsをドーズ量1E15atoms/cm2でイオン注入したものを試料として用い、この試料からレジストを剥離(除去)する試験A3〜E3を行った。
<試験A3>
ウエハW(試料)の表面に対して、SPMノズル12からSPMを流量0.9l/minで供給し、SPMの供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。その時間は、300秒間であった。
<試験B3>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度40℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、290秒間であり、試験A3で計測された時間より10秒間短縮された。
<試験C3>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度60℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、285秒間であり、試験A3で計測された時間より15秒間短縮された。
<試験D3>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度80℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、274秒間であり、試験A3で計測された時間より26秒間短縮された。
<試験E3>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度95℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、265秒間であり、試験A3で計測された時間より35秒間短縮された。
図8は、レジスト剥離試験(その4)の結果を示すグラフである。
ウエハWの表面にKrFエキシマレーザ用レジストのパターンを形成し、これをマスクとして、ウエハWの表面にAsをドーズ量1E16atoms/cm2でイオン注入したものを試料として用い、この試料からレジストを剥離(除去)する試験A4〜E4を行った。
<試験A4>
ウエハW(試料)の表面に対して、SPMノズル12からSPMを流量0.9l/minで供給し、SPMの供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。その時間は、330秒間であった。
<試験B4>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度40℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、320秒間であり、試験A4で計測された時間より10秒間短縮された。
<試験C4>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度60℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、315秒間であり、試験A4で計測された時間より15秒間短縮された。
<試験D4>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度80℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、302秒間であり、試験A4で計測された時間より28秒間短縮された。
<試験E4>
ウエハW(試料)の表面に対して、二流体ノズル13から純水の液滴の噴流を40秒間にわたって供給した後、SPMノズル12からSPMを供給し、液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間(resist strip time)を計測した。なお、二流体ノズル13には、温度95℃の純水を流量100ml/minで供給するとともに、温度25℃の窒素ガスを流量80l/minで供給した。液滴の噴流の供給開始からレジストが剥離されるまでの時間は、290秒間であり、試験A4で計測された時間より40秒間短縮された。
図5〜図8に示す結果から、Asのドーズ量が多いほど、レジストを剥離するのに要する時間が長くかかることが理解される。また、SPMの供給前に純水の液滴の噴流をウエハWの表面に供給することにより、SPMのみをウエハWの表面に供給し続ける場合(SPM only)と比較して、レジストを剥離するのに要する時間が短縮されることが理解される。さらに、純水の液滴の噴流をウエハWの表面に供給する場合には、純水の温度が高いほど短時間でレジストが剥離されることが理解される。
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。
12 SPMノズル
13 二流体ノズル
26 純水ヒータ
45 制御装置
W ウエハ
Claims (5)
- 基板の表面に、気体と加熱された処理液とから生成される液滴の噴流を供給する液滴噴流供給工程と、
この液滴噴流供給工程後に、基板の表面に、その基板の表面からレジストを剥離するためのレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給工程とを含むことを特徴とする、基板処理方法。 - 基板を回転させる基板回転工程と、
前記基板回転工程と並行して、基板の表面に液体を供給する液体供給工程とをさらに含み、
前記液体供給工程は、前記液滴噴流供給工程と並行して行われることを特徴とする、請求項1記載の基板処理方法。 - 前記レジスト剥離液は、硫酸と過酸化水素水との混合液を含むことを特徴とする、請求項1または2記載の基板処理方法。
- 前記液滴噴流供給工程は、加熱された気体と加熱された処理液とから生成される液滴の噴流を供給する工程であることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の基板処理方法。
- 基板を保持する基板保持手段と、
処理液を加熱するための処理液加熱手段と、
気体と前記処理液加熱手段によって加熱された処理液とから液滴の噴流を生成して、その液滴の噴流を前記基板保持手段に保持されている基板の表面に供給するための液滴噴流供給手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の表面に、その基板の表面からレジストを剥離するためのレジスト剥離液を供給するためのレジスト剥離液供給手段と、
前記液滴噴流供給手段および前記レジスト剥離液供給手段を制御して、前記液滴噴流供給手段による液滴の噴流の供給後に、前記レジスト剥離液供給手段によるレジスト剥離液の供給を行わせるための制御手段とを含むことを特徴とする、基板処理装置。
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