JP2008004879A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板にダメージを与えることなく、その表面に硬化層を有するレジストであっても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。
【解決手段】プレート2によって、ウエハWの裏面を吸着保持して、そのウエハWを回転させる。その一方で、回転しているウエハWを加熱しつつ、そのウエハWの表面に、SPMノズル3から超音波振動の付与されたSPMを供給する。ウエハWの加熱によって、ウエハWの表面上のレジストの硬化層が軟化するので、超音波振動の付与されたSPMがウエハWの表面に供給されると、その硬化層は、超音波振動の物理的なエネルギーによって破壊される。レジストの表面の硬化層が破壊されると、その破壊された部分からレジストの内部にSPMを浸透させることができ、そのSPMの化学的な力により、レジストをウエハWの表面から硬化層ごと剥離させて除去することができる。
【選択図】図3

Description

この発明は、基板の表面から不要になったレジストを除去するために用いられる基板処理方法および基板処理装置に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、FED(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。
半導体装置の製造工程には、たとえば、半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)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。この工程では、不所望な部分に対するイオン注入を防止するため、ウエハの表面に感光性樹脂からなるレジストがパターン形成されて、イオン注入を所望しない部分がレジストによってマスクされる。ウエハの表面上にパターン形成されたレジストは、イオン注入の後は不要になるから、イオン注入後には、そのウエハの表面上の不要となったレジストを除去するためのレジスト除去処理が行われる。
このレジスト除去処理の代表的なものでは、ウエハの表面に酸素プラズマが照射されて、ウエハの表面上のレジストがアッシングされる。そして、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)などの薬液が供給されて、アッシングされたレジストが除去されることにより、ウエハの表面からのレジストの除去が達成される。
ところが、レジストのアッシングのための酸素プラズマの照射は、ウエハの表面のレジストで覆われていない部分(たとえば、レジストから露呈した酸化膜)にダメージを与えてしまう。
そのため、最近では、レジストのアッシングを行わずに、ウエハの表面にSPMを供給して、このSPMに含まれるペルオキソ一硫酸(HSO)の強酸化力により、ウエハの表面からレジストを剥離して除去する手法が注目されつつある。
特開2005−32819号公報
ところが、イオン注入(とくに、高ドーズのイオン注入)が行われたウエハでは、レジストの表面が変質(硬化)しているため、SPMを供給しても、レジストをウエハの表面から良好に除去できない場合がある。
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、その表面に硬化層を有するレジストであっても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。
前記の目的を達成するための請求項1に記載の発明は、基板(W)の表面からレジストを除去するために用いられる基板処理方法であって、基板をその表面と交差する軸線まわりに回転させる基板回転工程(S3)と、前記基板回転工程と並行して、基板を加熱する基板加熱工程(S3,S4)と、前記基板回転工程および基板加熱工程と並行して、基板の表面に超音波振動が付与されたレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給工程(S4)とを含むことを特徴とする、基板処理方法である。
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。
この方法によれば、基板が加熱されつつ、その基板の表面に超音波振動の付与されたレジスト剥離液が供給される。また、その一方で、基板は、その表面と交差する軸線まわりに回転される。これにより、基板の表面に供給されるレジスト剥離液は、回転による遠心力を受けて、基板の表面上を周縁に向けて流れる。その結果、加熱されている基板の表面の全域に、超音波振動の付与されたレジスト剥離液がむらなく拡がる。
基板の表面上のレジストが硬化層を有していても、基板が加熱されることによって、そのレジストの硬化層は軟化する。そのため、超音波振動の付与されたレジスト剥離液が基板の表面に供給されると、硬化層は、その超音波振動の物理的なエネルギーによって破壊される。レジストの表面の硬化層が破壊されると、その破壊された部分からレジストの内部にレジスト剥離液を浸透させることができ、そのレジスト剥離液の化学的な力により、レジストを基板の表面から硬化層ごと剥離(リフトオフ)させて除去することができる。したがって、レジストをアッシングすることなく、硬化層を有するレジストを基板の表面から良好に除去することができる。レジストのアッシングが不要であるから、アッシングによる基板の表面のダメージの問題を回避することができる。
請求項2に記載の発明は、前記レジスト剥離液供給工程と並行して、基板の表面におけるレジスト剥離液の供給位置を基板の回転方向と交差する方向に移動させる供給位置移動工程(S4)をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板の表面におけるレジスト剥離液の供給位置が基板の回転方向と交差する方向に移動される。基板の表面に供給された直後のレジスト剥離液は、超音波振動が減衰しておらず、大きな物理的エネルギーを有する。そのため、基板の表面におけるレジスト剥離液の供給位置が移動されることにより、大きな物理的エネルギーを有するレジスト剥離液を、基板の表面上の同じ部分だけでなく、その他の部分にも供給することができる。その結果、基板の表面上のレジストの広い範囲に大きな物理的エネルギーを付与することができるので、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。
請求項3に記載の発明は、前記基板加熱工程は、基板の表面と反対側の裏面に所定温度の流体を供給することにより基板を加熱する工程であることを特徴とする、請求項1または2に記載の基板処理方法である。
基板の加熱は、ヒータからの発熱を基板に伝達することによっても達成できるが、この方法の場合、基板の近傍にヒータを配置する必要がないので、基板加熱工程を実施する装置における基板の近傍の構成を簡素化することができる。
請求項4に記載の発明は、基板(W)の表面からレジストを除去するために用いられる基板処理装置(1)であって、基板を保持して、その基板を基板の表面と交差する軸線まわりに回転させる基板回転手段(2;41)と、前記基板回転手段により回転される基板を加熱する基板加熱手段(16;46,48)と、前記基板保持手段により回転される基板の表面にレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給手段(3,20)と、前記レジスト剥離液供給手段により基板の表面に供給されるレジスト剥離液に超音波振動を付与する超音波振動付与手段(25,26)と、前記基板加熱手段、前記レジスト剥離液供給手段および前記超音波振動付与手段を制御して、前記基板回転手段により回転される基板を加熱しつつ、その基板の表面に超音波振動が付与されたレジスト剥離液を供給させるための制御手段(25)とを含むことを特徴とする、基板処理装置である。
この構成によれば、請求項1に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
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構成を図解的に示す断面図である。
この基板処理装置1は、基板の一例であるウエハW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除去するための処理に用いられる枚葉式の装置である。基板処理装置1は、ウエハWの裏面(レジストが形成されている表面と反対側の面)を吸着保持して回転させるためのプレート2と、このプレート2により回転されるウエハ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3とを備えている。
プレート2は、たとえば、ウエハWよりも大径な円板状に形成され、ほぼ水平に配置されている。このプレート2は、上面がウエハWを吸着する吸着面をなし、この上面にウエハWの裏面を吸着させて、ウエハWをその表面が上方に向いたフェースアップの水平姿勢で保持することができる。
すなわち、プレート2の上面には、複数の吸着孔4が形成されている。各吸着孔4には、プレート2の内部に形成された吸着路5の分岐した先端が接続されている。吸着路5の基端には、真空ポンプなどの真空源(図示せず)を含む保持吸引機構6から延びる吸引管7が接続されている。また、プレート2の上面には、ウエハWを点接触の状態で支持するための複数の支持ピン8が配置されている。さらに、プレート2の上面の周縁部には、リング状のガイド9が配設されている。このガイド9には、ウエハWの裏面(下面)と接触する接触面10に、Oリングなどのシール部材11が設けられている。複数の支持ピン8によりウエハWの裏面を支持した状態で、保持吸引機構6を駆動して、複数の吸着孔4から吸気させることにより、ウエハWの裏面の周縁部をシール部材11に密着させて、ウエハWとプレート2との間に真空な空間を形成し、ウエハWを支持ピン8を介してプレート2の上面に吸着させることができる。
また、ガイド9の内側には、ガイド9と同心円周上に、複数の昇降ピン12が昇降可能に設けられている。複数の昇降ピン12は、プレート2の下方にある支持部材13に支持されて、一体的に昇降可能となっている。支持部材13には、エアシリンダなどにより構成されるピン昇降駆動機構14が結合されている。また、各昇降ピン12は、プレート2に設けられた挿通孔15を挿通している。プレート2の上面への吸着を解除した状態(吸着孔4からの吸気を停止した状態)で、ピン昇降駆動機構14を駆動して、複数の昇降ピン12を昇降させることにより、ウエハWを支持ピン8上から持ち上げたり、ウエハWを支持ピン8上に載置したりすることができる。
さらに、プレート2の内部には、ウエハWを加熱するためのヒータ16が備えられている。プレート2の上面にウエハWの裏面を吸着させた状態で、ヒータ16を駆動することにより、そのウエハWを加熱することができる。
また、プレート2の下面には、鉛直方向に延びる回転軸17が結合されている。この回転軸17は、中空軸となっており、その内部に保持吸引機構6から延びる吸引管7やヒータ16への給電線が挿通されている。また、回転軸17には、モータなどを含む回転駆動機構18から回転力が入力されるようになっている。ウエハWをプレート2の上面に吸着させて保持した状態で、回転軸17に回転駆動機構18から回転力を入力することにより、ウエハWをプレート2とともに、その表面に直交する鉛直軸線まわりに回転させることができる。
SPMノズル3には、SPM供給管19が接続されている。このSPM供給管19には、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SPMが供給されるようになっている。このSPMは、たとえば、SPM供給管19に接続されたミキシングバルブ(図示せず)に硫酸と過酸化水素水とを供給し、それらをミキシングバルブで混合させることにより作成され、そのミキシングバルブからSPM供給管19に供給される。SPM供給管19の途中部には、SPMノズル3へのSPMの供給を制御するためのSPMバルブ20が介装されている。
また、SPMノズル3は、ウエハWの表面におけるSPM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、プレート2の側方には、ノズル支持軸21が鉛直方向にほぼ沿って配置されており、SPMノズル3は、そのノズル支持軸21の上端部からほぼ水平に延びたアーム22の先端部に取り付けられている。ノズル支持軸21には、このノズル支持軸21を中心軸線まわりに所定の角度範囲内で回動させるSPMノズル駆動機構23が結合されている。SPMノズル駆動機構23からノズル支持軸21に駆動力を入力して、ノズル支持軸21を所定の角度範囲内で回動させることにより、プレート2に保持されたウエハWの上方でアーム22を揺動させることができ、これに伴って、そのウエハWの表面上で、SPMノズル3からのSPMの供給位置をスキャン(移動)させることができる。
さらに、SPMノズル3には、超音波発振器26(図2参照)からの発振信号を受けて、所定の周波数(たとえば、0.75〜5MHz)で振動する超音波振動子24が組み込まれている。SPM供給管19からSPMノズル3にSPMが供給されている状態で、超音波振動子を振動させることにより、SPMノズル3から吐出されるSPMに超音波振動を付与することができる。
図2は、基板処理装置1の電気的構成を示すブロック図である。
基板処理装置1はさらに、たとえば、マイクロコンピュータで構成される制御装置25を備えている。
制御装置25には、保持吸引機構6、ピン昇降駆動機構14、ヒータ16、回転駆動機構18、SPMバルブ20、SPMノズル駆動機構23および超音波発振器26が制御対象として接続されている。制御装置25は、予め定められたプログラムに従って、保持吸引機構6、ピン昇降駆動機構14、ヒータ16、回転駆動機構18、SPMノズル駆動機構23および超音波発振器26の駆動を制御し、また、SPMバルブ20の開閉を制御する。
図3は、基板処理装置1におけるレジスト除去処理を説明するための図である。
レジスト除去処理に際しては、搬送ロボット(図示せず)によって、基板処理装置1にイオン注入処理後のウエハWが搬入されてくる(S1:ウエハ搬入)。このウエハWは、レジストをアッシング(灰化)するための処理を受けておらず、その表面上のレジストの表面には、イオン注入によって変質した硬化層が存在している。
ウエハWは、その表面を上方に向けて、プレート2に吸着保持される。具体的には、ピン昇降駆動機構14が制御されて、昇降ピン12が上昇され、昇降ピン12の上端がガイド9の接触面10よりも高い位置に配置される。搬送ロボットにより搬入されるウエハWは、その昇降ピン12上に載置される。昇降ピン12上にウエハWが載置されると、ピン昇降駆動機構14が制御されて、昇降ピン12が下降され、昇降ピン12の上端がガイド9の接触面10よりも下方に配置されることにより、ウエハWは、ガイド9の接触面10上に載置される。そして、保持吸引機構6が制御されて、ウエハWは、支持ピン8を介してプレート2の上面に吸着された状態で保持される。
このとき、ヒータ16は、すでにオン(駆動状態)にされており、ウエハWがプレート2に吸着保持されると、ヒータ16からの発熱によるウエハWの加熱が開始される(S2:ウエハ加熱)。この加熱によって、ウエハWの表面温度が約200℃以上の高温に上昇し、ウエハWの表面上のレジストの硬化層が軟化する。
また、ウエハWがプレート2に保持されると、回転駆動機構18が制御されて、ウエハWの回転が開始される(S3:ウエハ回転)。
次に、SPMノズル駆動機構23が制御されて、SPMノズル3が、プレート2の側方に設定された待機位置からプレート2に保持されているウエハWの上方に移動される。そして、SPMバルブ20が開かれて、SPMノズル3から回転中のウエハWの表面にSPMが供給される(S4:SPM供給)。また、超音波発振器26が制御されて、超音波振動子24が発振し、SPMノズル3からウエハWの表面へ供給されるSPMに超音波振動が付与される。すなわち、ウエハWの表面には、SPMノズル3から超音波振動の付与されたSPMが供給される。
この一方で、SPMノズル駆動機構23が制御されて、アーム22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3からのSPMが導かれるウエハWの表面上の供給位置は、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、ウエハWの回転方向と交差する円弧状の軌跡を描きつつ往復移動する。また、ウエハWの表面に供給されたSPMは、ウエハWの回転による遠心力を受けて、ウエハWの表面上を中央部から周縁に向けて流れ、ウエハWの表面の全域に拡がる。したがって、ウエハWの表面の全域に、超音波振動の付与されたSPMがむらなく供給される。
ウエハWの表面上のレジストの硬化層は、約200℃以上の高温に加熱されていることにより軟化している。そのため、超音波振動の付与されたSPMがウエハWの表面に供給されると、硬化層は、その超音波振動の物理的なエネルギーによって破壊される。レジストの表面の硬化層が破壊されると、その破壊された部分からレジストの内部にSPMが浸透し、そのSPMの強酸化力により、レジストは、ウエハWの表面から硬化層ごと剥離(リフトオフ)されて除去されていく。
SPM供給位置の往復移動が所定回数行われると、SPMバルブ20が閉じられ、ウエハWへのSPMの供給が停止されて、SPMノズル3がプレート2の側方の退避位置に戻される。
その後は、ウエハWの表面に純水ノズル(図示せず)から純水が供給されることにより、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。そして、純水の供給が所定時間にわたって続けられると、純水の供給が停止された後、回転駆動機構18が制御されて、ウエハWの回転速度が所定の高回転速度(たとえば、2500〜5000rpm)に上げられる。このウエハWの高速回転により、ウエハWに付着している純水が振り切って乾燥される。この処理が所定時間にわたって行われると、回転駆動機構18が制御されて、プレート2の回転が止められる。そして、ウエハWが静止した後、ウエハWの吸引が解除される。その後、ピン昇降駆動機構14が制御されて、ウエハWは、昇降ピン12によってガイド9の接触面10よりも高い位置に持ち上げられ、搬送ロボット(図示せす)によって搬出されていく。
以上のように、この実施形態では、ウエハWが加熱されつつ、そのウエハWの表面に超音波振動の付与されたSPMが供給される。また、その一方で、ウエハWは、その表面と直交する鉛直軸線まわりに回転される。これにより、ウエハWの表面に供給されるSPMは、回転による遠心力を受けて、ウエハWの表面上を周縁に向けて流れる。その結果、加熱されているウエハWの表面の全域に、超音波振動の付与されたSPMがむらなく拡がる。
ウエハWの表面上のレジストが硬化層を有していても、ウエハWが加熱されることによって、そのレジストの硬化層は軟化する。そのため、超音波振動の付与されたSPMがウエハWの表面に供給されると、硬化層は、その超音波振動の物理的なエネルギーによって破壊される。レジストの表面の硬化層が破壊されると、その破壊された部分からレジストの内部にSPMを浸透させることができ、そのSPMの化学的な力(強酸化力)により、レジストをウエハWの表面から硬化層ごと剥離(リフトオフ)させて除去することができる。したがって、レジストをアッシングすることなく、硬化層を有するレジストをウエハWの表面から良好に除去することができる。レジストのアッシングが不要であるから、アッシングによるウエハWの表面のダメージの問題を回避することができる。
また、ウエハWの表面に超音波振動の付与されたSPMが供給されている間、ウエハWの表面におけるSPMの供給位置がウエハWの回転方向と交差する方向に移動される。ウエハWの表面に供給された直後のSPMは、超音波振動が減衰しておらず、大きな物理的エネルギーを有する。そのため、ウエハWの表面におけるSPMの供給位置が移動されることにより、大きな物理的エネルギーを有するSPMを、ウエハWの表面上の同じ部分だけでなく、その他の部分にも供給することができる。その結果、ウエハWの表面上のレジストの広い範囲に大きな物理的エネルギーを付与することができるので、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4は、この発明の他の実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す断面図である。この図4において、前述した各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号を付した各部についての詳細な説明を省略する。
図4に示す構成では、図1に示すプレート2に代えて、スピンチャック41が備えられている。このスピンチャック41は、鉛直方向に延びる回転軸42と、この回転軸42の上端に固定されたスピンベース43と、このスピンベース43の周縁部の複数箇所にほぼ等角度間隔で設けられ、ウエハWをほぼ水平な姿勢で挟持するための複数個の挟持部材44と、回転軸42を回転させるための回転駆動機構45とを備えている。スピンチャック41は、複数個の挟持部材44によってウエハWを挟持した状態で、回転駆動機構45によって回転軸42を回転させることにより、そのウエハWを、ほぼ水平な姿勢を保った状態で、スピンベース43とともに、回転軸42の中心軸線まわりに回転させることができる。
回転軸42は、中空軸であって、その内部に裏面ノズル46が中心軸ノズルの形態をなして挿通されている。裏面ノズル46には、裏面SPM供給管47が接続されている。この裏面SPM供給管47には、約200℃の高温のSPMが供給されるようになっている。裏面SPM供給管47の途中部には、裏面ノズル46へのSPMの供給を制御するための裏面SPMバルブ48が介装されている。
ウエハWがスピンチャック41に保持されると、回転駆動機構45が制御されて、ウエハWの回転が開始される。そして、SPMバルブ20が開かれるとともに、SPMノズル駆動機構23が制御されることにより、前述したように、SPMノズル3からのSPMがウエハWの表面に供給位置を変えつつ供給される。
また、SPMバルブ20の開成とともに、裏面SPMバルブ48が開かれる。裏面SPMバルブ48が開かれると、裏面ノズル46から回転しているウエハWの裏面の回転中心付近に、約200℃のSPMが供給される。ウエハWの裏面に供給されたSPMは、ウエハWの回転による遠心力を受け、ウエハWの裏面を伝って、ウエハWの周縁に向けて流れる。これにより、ウエハWの裏面に約200℃のSPMが行き渡り、ウエハWは、そのSPMによって裏面側から加熱される。
このように、ウエハWの裏面に約200℃のSPMを供給することによって、ウエハWの加熱を達成することができる。この場合、スピンチャック41にヒータを配置する必要がないので、図1に示すプレート2と比較して、スピンチャック41の構成を簡素化することができる。
なお、ウエハWの加熱のためには、SPMに限らず、他の種類の液体または気体がウエハWの裏面に供給されてもよい。たとえば、ウエハWの裏面を洗浄する能力を有する洗浄液が約200℃に熱せられ、その約200℃の洗浄液がウエハWの裏面に供給されてもよい。この場合、ウエハWの表面のレジストの除去とともに、ウエハWの裏面の洗浄を達成することができる。
また、ウエハWの裏面に液体が供給される場合には、図4に示すように、裏面ノズル46に超音波振動子49が組み込まれて、そのウエハWの裏面に供給される液体に超音波振動が付与されてもよい。
ウエハWの加熱は、さらに他の構成によっても達成することができる。たとえば、プレート2に保持されるウエハWの表面に対向する位置に赤外線ランプヒータを配置し、この赤外線ランプヒータによりウエハWを加熱してもよい。
また、レジスト剥離液としてSPMが用いられているが、SPMに限らず、レジストを剥離する能力を有する液であれば、たとえば、硫酸とオゾンガスとを混合して生成される硫酸オゾンが用いられてもよい。
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構成を図解的に示す断面図である。 基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。 基板処理装置におけるレジスト除去処理を説明するための図である。 この発明の他の実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す断面図である。
符号の説明
1 基板処理装置
2 プレート
3 SPMノズル
16 ヒータ
20 SPMバルブ
24 超音波振動子
25 制御装置
26 超音波発振器
41 スピンチャック
46 裏面ノズル
48 裏面SPMバルブ
W ウエハ

Claims (4)

  1. 基板の表面からレジストを除去するために用いられる基板処理方法であって、
    基板をその表面と交差する軸線まわりに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、基板を加熱する基板加熱工程と、
    前記基板回転工程および基板加熱工程と並行して、基板の表面に超音波振動が付与された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。
  2. 前記レジスト剥離液供給工程と並行して、基板の表面におけるレジスト剥離液の供給位置を基板の回転方向と交差する方向に移動させる供給位置移動工程をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の基板処理方法。
  3. 前記基板加熱工程は、基板の表面と反対側の裏面に所定温度の流体を供給することにより基板を加熱する工程であることを特徴とする、請求項1または2に記載の基板処理方法。
  4. 基板の表面からレジストを除去するために用いられる基板処理装置であって、
    基板を保持して、その基板を基板の表面と交差する軸線まわりに回転させる基板回転手段と、
    前記基板回転手段により回転される基板を加熱する基板加熱手段と、
    前記基板保持手段により回転される基板の表面にレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給手段と、
    前記レジスト剥離液供給手段により基板の表面に供給されるレジスト剥離液に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
    前記基板加熱手段、前記レジスト剥離液供給手段および前記超音波振動付与手段を制御して、前記基板回転手段により回転される基板を加熱しつつ、その基板の表面に超音波振動が付与されたレジスト剥離液を供給さ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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