JP2008103556A

JP2008103556A - 基板処理方法および基板処理装置

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Publication number: JP2008103556A
Application number: JP2006285236A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Yokouchi; 健一横内
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-05-01

Abstract

【課題】基板に対するダメージを抑制または回避しながら、硬化層を有するレジストを基板から良好に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】この基板処理装置は、基板Ｗを保持して回転させる基板保持回転機構２と、基板Ｗに閃光を照射する光照射部７と、基板Ｗにレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給機構３とを備えている。基板Ｗは、硬化層を有するレジストが表面に形成されたものである。光照射部７は、閃光を発生するフラッシュランプ３５を備えている。このフラッシュランプ３５からの閃光をレジストに向けて照射することにより、硬化層が昇華および分解されて破壊される。その後に、レジストに対してレジスト剥離液を供給することより、当該レジストが基板Ｗ表面から除去される。閃光の照射に代えて、レーザ光を照射することにより、硬化層を昇華および分解させてもよい。
【選択図】図１

Description

この発明は、硬化層を有するレジスト（フォトレジスト）のパターンが表面に形成された基板から当該レジストを除去するための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では、半導体基板（たとえばシリコン基板）上にレジストのパターンを形成し、これをマスクとして半導体基板に不純物イオンを注入する処理が行われる。イオン注入の際に、レジスト表面が炭化変質して、硬化層が形成される。この硬化層は、ドーズ量が多いほど強固になり、酸化処理による分解や、溶媒による溶解がされにくくなる。その結果、イオン注入処理後のレジスト剥離処理を困難にする。

レジスト剥離処理は、酸素プラズマで硬化層を灰化して除去するアッシング処理と、その後にレジスト剥離液（たとえば、ＳＰＭ液（硫酸・過酸化水素水混合液））を用いたウェット洗浄処理とによって行われるのが一般的である。
特開２００５−９３９２６号公報特開２００５−３９２０５号公報

ところが、アッシング処理時には、酸素プラズマに曝された半導体基板やその表面に形成された薄膜パターン（たとえばポリシリコン薄膜のパターン）の表層部が酸化される。その酸化部分は、その後のウェット洗浄処理時の処理液によって除去されてしまう。こうして、半導体基板や薄膜パターンがダメージを受ける。
アッシング処理を行わずにウェット処理だけでレジスト剥離処理を行うことも提案されている。しかし、ウェット処理だけでは、とくに高ドーズ量のイオン注入処理後のレジスト表層部の硬化層を破ることが難しく、良好な剥離処理を達成しがたいという問題がある。

そこで、この発明の目的は、基板またはその表面に形成された薄膜に対するダメージを抑制または回避しながら、硬化層を有するレジストを基板から良好に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。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、硬化層（５６）を有するレジスト（５５）が表面に形成された基板（Ｗ）から当該レジストを除去するための基板処理方法であって、前記レジストに向けて閃光またはレーザ光を照射することにより前記硬化層を破壊する光照射工程と、この光照射工程の後に、前記レジストに対してレジスト剥離流体を供給し、当該レジストを前記基板表面から除去するレジスト除去工程とを含む、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、閃光またはレーザ光の照射によって、レジスト表面の硬化層を短時間に昇温させ、昇華および分解させることができる。これにより、レジスト表面の硬化層を破壊することができるから、その後にレジスト剥離流体による流体処理を施せば、基板表面からレジストを効率的に除去することができる。しかも、閃光またはレーザ光の照射によって短時間で硬化層を昇華・分解させることができるので、基板または基板表面に形成された薄膜に対して熱によるダメージが生じることを抑制または防止できる。むろん、アッシング処理の場合のように、基板表面が酸素プラズマにさらされるようなことはないから、酸素プラズマに起因する基板表面損傷の問題を克服できる。

なおここで、基板表面からレジストを除去するための「レジスト剥離流体」とは、液体状態の「レジスト剥離液」であってもよいし、気体状態の「レジスト剥離ガス」であってもよい。
請求項２記載の発明は、前記光照射工程およびレジスト除去工程を同一処理室（１，８０）内で実行する、請求項１記載の基板処理方法である。この方法によれば、光照射工程およびレジスト除去工程を同一処理室内で実行できる結果、レジスト剥離処理を短時間で終えることができ、また、この方法を実行するための基板処理装置を小型に構成することができる。

請求項３記載の発明は、第１処理室内で前記光照射工程を実行した後に第２処理室内へと基板を搬送する基板搬送工程をさらに含み、この基板搬送工程の後に、前記第２処理室内で前記レジスト除去工程を実行する、請求項１記載の基板処理方法である。この方法では、光照射工程およびレジスト除去工程を別の処理室で実行するようにしているので、それぞれの工程を最適な条件で実行できる。これにより、高品質なレジスト剥離処理を行える。

請求項４記載の発明は、硬化層（５６）を有するレジスト（５５）が表面に形成された基板（Ｗ）から当該レジストを除去するための基板処理装置であって、前記硬化層を破壊するための閃光またはレーザ光を基板に向けて照射する光照射手段（７，８１）と、前記レジストを基板表面から除去するためのレジスト剥離流体を基板に向けて供給するレジスト剥離流体供給手段（３）とを含む、基板処理装置である。

この構成により、閃光またはレーザ光の照射によって、レジスト表面の硬化層を短時間に昇温させ、昇華および分解させることができる。これにより、レジスト表面の硬化層を破壊することができるから、その後にレジスト剥離流体による処理を施せば、基板表面からレジストを効率的に除去することができる。しかも、閃光またはレーザ光の照射によって短時間で硬化層を昇華・分解させることができるので、基板または基板表面に形成された薄膜に対して熱によるダメージが生じることを抑制または防止できる。むろん、アッシング処理の場合のように、基板表面が酸素プラズマにさらされるようなことはないから、酸素プラズマに起因する基板表面の損傷の問題を克服できる。

請求項５記載の発明は、前記光照射手段によって基板上のレジストに向けて閃光またはレーザ光を照射させた後に、前記レジスト剥離流体供給手段によって基板上のレジストに向けてレジスト剥離流体を供給させる制御手段（３３）をさらに含む、請求項４記載の基板処理装置である。この構成により、光照射によって硬化層を破壊した後に、レジスト剥離流体によるレジスト除去処理を行うことができる。これにより、効率的にレジストを剥離できる。

請求項６記載の発明は、基板を保持する基板保持手段（２）をさらに含み、前記光照射手段は、前記基板保持手段に保持された基板に対して閃光またはレーザ光を照射するものであり、前記レジスト剥離流体供給手段は、前記基板保持手段に保持された基板に対してレジスト剥離流体を供給するものである、請求項４または５記載の基板処理装置である。この構成により、閃光またはレーザ光の照射による硬化層の破壊と、その後のレジスト除去処理を同一処理室内で実行できる。これにより、レジスト剥離処理を短時間で終えることができ、かつ、基板処理装置の小型化が可能になる。

請求項７記載の発明は、第１基板保持手段（２）を収容した第１処理室（６１）と、第２基板保持手段（６５）を収容した第２処理室（６２）と、前記第１基板保持手段から第２基板保持手段へと基板を搬送する基板搬送手段（６３）とをさらに含み、前記光照射手段は、前記第１基板保持手段に保持された基板に対して閃光またはレーザ光を照射するものであり、前記レジスト剥離流体供給手段は、前記第２基板保持手段に保持された基板に対してレジスト剥離流体を供給するものである、請求項４または５記載の基板処理装置である。

この構成により、第１処理室では光照射による硬化層の破壊に最適な処理条件を設定でき、第２処理室ではレジスト剥離流体によるレジスト剥離処理に最適な処理条件を設定できる。これにより、閃光またはレーザ光の照射による硬化層破壊処理およびレジスト剥離流体によるレジスト除去処理をそれぞれ最適な条件で実行できるから、高品質なレジスト剥離処理を行える。

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、この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。この基板処理装置は、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板等の基板Ｗを処理するための装置である。この実施形態では、処理対象の基板Ｗは、イオン注入処理のマスクとして用いられた後のレジスト（フォトレジスト）が表面に形成された基板である。

この基板処理装置は、処理室１と、この処理室１内に配置され、基板Ｗをほぼ水平に保持してそのほぼ中心を通る鉛直軸線回りに回転させる基板保持回転機構２と、この基板保持回転機構２に保持された基板Ｗの表面に対してレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給機構３と、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗの表面に向けてリンス液を供給するリンス液供給機構４とを備えている。この基板処理装置は、さらに、処理室１の上部に配置され、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗの表面に向けて閃光を照射する光照射部７を備えている。

処理室１には、プロセスガスを供給するためのプロセスガス供給管４５が接続されており、さらに、処理室１内の雰囲気を排気するための排気配管４６が接続されている。そして、プロセスガス供給管４５にはプロセスガスバルブ４７が介装されている。処理室１内に基板Ｗを搬入／搬出するために、処理室１の側壁の所定部には開口４９が形成されており、この開口４９を開閉するためのゲートバルブ５０が備えられている。

基板保持回転機構２は、円板形状の回転ベース１１と、この回転ベース１１をほぼ水平な姿勢に支持する回転軸１２と、この回転軸１２に回転力を与える回転駆動機構１３とを備えている。さらに、回転軸１２を上下動させることによって回転ベース１１を上下させる昇降機構１４が設けられている。回転ベース１１には、基板Ｗの周縁部に当接して当該基板Ｗを把持する複数個の基板保持部材１５が備えられている。この基板保持部材１５によって基板Ｗを保持させた状態で、回転駆動機構１３により回転軸１２を鉛直軸線回りに回転させることにより、水平姿勢の基板Ｗを鉛直軸線回りに回転させることができる。また、昇降機構１４によって回転軸１２を上下動させることによって、基板Ｗを上下動させることができる。

レジスト剥離液供給機構３は、レジスト剥離液を吐出するレジスト剥離液ノズル１８と、このレジスト剥離液ノズル１８にレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給管１９と、このレジスト剥離液供給管１９に接続された処理液混合部２０と、この処理液混合部２０に過酸化水素水を供給する過酸化水素水供給管２１と、処理液混合部２０に硫酸を供給する硫酸供給管２２と、過酸化水素水供給管２１に介装された過酸化水素水バルブ２３と、硫酸供給管２２に介装された硫酸バルブ２４とを備えている。

この構成により、過酸化水素水バルブ２３および硫酸バルブ２４を開くことにより、処理液混合部２０で過酸化水素水および硫酸が混合されて、いわゆるＳＰＭ液（硫酸・過酸化水素水混合液。レジスト剥離液の一例）が作成される。このＳＰＭ液が、レジスト剥離液供給管１９を介してレジスト剥離液ノズル１８へと供給され、基板保持回転機構２に保持されて回転されている基板Ｗの表面に向けて吐出される。基板Ｗの表面に達したレジスト剥離液は、遠心力を受けて基板Ｗ表面の全域に広がる。レジスト剥離液ノズル１８は、図示しないノズル移動機構によって、基板保持回転機構２の上方の処理位置と、基板保持回転機構２の上方から退避した退避位置との間で移動可能とされている。

レジスト剥離液としては、上述のようなＳＰＭ液の他にも、有機アミン等の有機溶剤を成分とする剥離液を用いることができ、さらに、オゾン水、酢酸オゾン水、オゾンミスト等の薬液を同様の目的に用いることができる。
リンス液供給機構４は、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗの上面中央に向けてリンス液を供給するリンス液ノズル２８と、このリンス液ノズル２８へとリンス液を供給するリンス液供給管２９と、このリンス液供給管に介装されたリンス液バルブ３０とを備えている。リンス液バルブ３０には、たとえば当該基板処理装置が設置される工場から純水（脱イオン水）が供給されるようになっている。リンス液としては、純水の他に、炭酸水、電解イオン水、水素水、磁気水などの機能水、または希薄濃度（たとえば１ｐｐｍ程度）のアンモニア水等を用いることができる。

基板保持回転機構２に基板Ｗを保持して回転させている状態で、リンス液バルブ３０を開き、リンス液ノズル２８からリンス液を吐出させると、基板Ｗに達したリンス液は遠心力を受けて基板Ｗ表面の全域に広がる。これにより、基板Ｗの表面に対してリンス処理を施すことができる。
光照射部７は、処理室１の上方に配置された複数本の棒状のキセノンフラッシュランプ３５（以下単に「フラッシュランプ３５」という。）を備えている。この複数本のフラッシュランプ３５は、水平面に沿って互いに平行に配置されており、これらには、駆動回路３６を介して、閃光発光のための電力が供給されるようになっている。フラッシュランプ３５の上方には、フラッシュランプ３５から上方へと向かう光を下方へと反射するためのリフレクタ３７が備えられている。一方、処理室１の天面は、フラッシュランプ３５との間に配置された透光板４０で構成されている。この透光板４０は、たとえば、石英等の赤外線および可視光に対する透過性を有する材料で構成されている。そして、フラッシュランプ３５と透光板４０との間には、光拡散板４１が配設されている。この光拡散板４１は、透過性材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施したものである。

キセノンフラッシュランプ３５は、内部にキセノンガスが封入された直管状のガラス管と、このガラス管の両端部に配置された陽極および陰極と、ガラス管の外周部に巻回されたトリガ電極とを備えている。陽極および陰極は、駆動回路３６に備えられたコンデンサに接続されている。駆動回路３６から、トリガ電極に高電圧を加え、ガラス管内の絶縁を破壊すると、コンデンサに蓄えられた電気が陰極および陽極管で流れ、このときのジュール熱によりキセノンガスが加熱されることによって、光が放出される。コンデンサに蓄えられていた静電気エネルギーは、１ミリセカンド〜１０ミリセカンドという極めて短い時間に放出され、これにより、極めて強い光がパルス状に発生され、これが閃光となる。

この基板処理装置には、マイクロコンピュータ等を有するコントローラ３３が備えられている。コントローラ３３は、回転駆動機構１３、昇降機構１４、過酸化水素水バルブ２３、硫酸バルブ２４、リンス液バルブ３０、駆動回路３６、プロセスガスバルブ４７、ゲートバルブ５０などの動作を制御することにより、基板Ｗに対する一連の処理を実現する。

図２は、前記基板処理装置による基板処理の流れを説明するための図である。処理対象の基板Ｗは、基板搬送ロボット（図示せず）によって、開口４９を通して処理室１内に搬入され、基板保持回転機構２に渡される（ステップＳ１）。基板保持回転機構２は、その基板を基板保持部材１５により保持する。このとき、昇降機構１４は、回転ベース１１を開口４９よりも低い位置（図１において実線で示す位置）に保持している。また、回転駆動機構１３は、回転ベース１１を回転停止状態に保持している。

次に、コントローラ３３は、ゲートバルブ５０により開口４９を閉じた後に、プロセスガスバルブ４７を開く。これにより、プロセスガス供給管４５から、処理室１の内部空間にプロセスガスが供給される（ステップＳ２）。このプロセスガスとしては、清浄空気、窒素ガス、アルゴンガス、酸素ガス、二酸化窒素（ＮＯ₂）ガス、二酸化炭素（ＣＯ₂）ガス、アッシングガスなどを適用することができる。アッシングガスとしては、Ｎ₂Ｏ、Ｆ₂、ＮＦ₃、ＳＦ₆、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₃Ｆ₈、Ｓ₂Ｆ₂、ＳＦ₂、ＳＦ₄、ＳＯＦ₂を例示することができる。プロセスガスバルブ４７を開かず、すなわち、処理室１にプロセスガスを供給せずに、排気配管４６からの排気を行って処理室１内を真空状態とし、その状態で基板Ｗに対する処理を行ってもよい。

コントローラ３３は、次に、昇降機構１４を制御して、回転ベース１１を上昇させ、基板Ｗを透光板４０の下面に接近した閃光照射位置（図１において二点鎖線で示す位置）へと導く（ステップＳ３）。コントローラ３３は、さらに、回転駆動機構１３を制御することにより、回転ベース１１を所定の回転速度で回転させる（ステップＳ４）。この状態で、コントローラ３３は、駆動回路３６を制御することにより、フラッシュランプ３５から閃光を発生させる（ステップＳ５）。これにより、基板Ｗは、閃光照射位置において、鉛直軸線回りに回転された状態でフラッシュランプ３５からの閃光照射を受ける。基板Ｗに対するフラッシュランプ３５からの閃光の照射は、１回だけ行われてもよいし、複数回に分けて行われてもよい。この閃光の照射によって、基板Ｗの表面に形成されたレジスト表面の硬化層が昇華・分解されて破壊される。

その後、コントローラ３３は、昇降機構１４を制御して、回転ベース１１をレジスト剥離液ノズル１８およびリンス液ノズル２８よりも低い液処理位置（図１において実線で示す位置）へと下降させる（ステップＳ６）。この状態で、コントローラ３３は、回転駆動機構１３を制御することにより、回転ベース１１を所定の液処理回転速度で回転させる。さらに、コントローラ３３は、レジスト剥離液ノズル１８を基板Ｗの上方へと導き、過酸化水素水バルブ２３および硫酸バルブ２４を開成させる。これにより、レジスト剥離液ノズル１８から、レジスト剥離液の一例であるＳＰＭ液が基板Ｗの上面に向けて吐出される（ステップＳ７）。このＳＰＭ液の吐出により、基板Ｗの表面のレジストが、基板Ｗの表面から除去される。フラッシュランプ３５からの閃光照射によってレジストの硬化層がすでに破壊されているので、ＳＰＭ液は硬化状態となっていないレジストへと容易に浸透していき、基板Ｗ表面からレジストを剥離させる。

このようなレジスト除去工程が所定時間にわたって行われた後に、コントローラ３３は、過酸化水素水バルブ２３および硫酸バルブ２４を閉じて、ＳＰＭ液の吐出を停止させる（ステップＳ８）。
次いで、コントローラ３３は、リンス液バルブ３０を開くことにより、リンス液ノズル２８から基板Ｗの表面に向けてリンス液を供給させる（ステップＳ９）。これにより、基板Ｗの表面に残留しているレジスト剥離液がリンス液に置換されていく。このようなリンス処理を所定時間にわたって行った後、コントローラ３３は、リンス液バルブ３０を閉じて、リンス液の吐出を停止させる（ステップＳ１０）。そして、コントローラ３３は、レジスト剥離液ノズル１８およびリンス液ノズル２８を回転ベース１１の上方から退避させ、さらに、回転駆動機構１３を所定の乾燥回転速度まで加速させる（ステップＳ１１）。これにより、基板Ｗの表面のリンス液が遠心力によって基板Ｗ外に排除される。このような乾燥処理を所定時間にわたって行った後、コントローラ３３は回転駆動機構１３を制御して、回転ベース１１の回転を停止させる（ステップＳ１２）。その後、ゲートバルブ５０が開かれ、搬送ロボットによって処理済の基板Ｗが処理室１から搬出される（ステップＳ１３）。

図３は、フラッシュランプ３５によるレジスト硬化層の昇華・分解処理を説明するための図解図である。基板Ｗの表面にはレジスト５５のパターンが形成されている。そして、このレジスト５５の表層部には、イオン注入によって硬化した硬化層５６が形成されている。基板Ｗの表面には、必要に応じて酸化膜等の薄膜５７が形成されており、この薄膜５７の表面にレジスト５５のパターンが形成されている。

フラッシュランプ３５からの閃光が照射されると、レジスト５５の表層部の硬化層５６が一気に昇温して、昇華・分解され、破壊される。このとき、基板Ｗの表面に形成された薄膜５７に対してもフラッシュランプ３５からの閃光が照射されるが、基板Ｗ自体や薄膜５７（機能膜）の温度が大きく上昇することはない。
より具体的に説明すると、ホットプレート、ヒータ、ハロゲンランプ、赤外線ランプ、ＲＴＰ（ラピッド・サーマル・プロセッサ）等による熱処理を適用する場合には、効果を上げようとして大きなエネルギーを投入すると、それに伴って基板Ｗの温度上昇が生じ、基板Ｗ（シリコン基板やその表面に形成された酸化膜その他の機能膜）にダメージを与えたりすることがある。それだけでなく、加熱に時間を要するために、生産性が悪いという問題もある。

これに対して、フラッシュランプ３５による閃光照射を用いれば、基板Ｗや薄膜５７にダメージを与えることなく、短時間で、効果的にレジスト硬化層５６を昇華・分解させることができる。
フラッシュランプ３５の照射パワーとしては、照射する閃光が強すぎるとレジスト５５が飛散したり、薄膜５７等の機能膜に影響を及ぼしたりするおそれがある。その一方で、照射する閃光が弱すぎれば、硬化層５６を破壊できないおそれがある。したがって、適切な強度で閃光を照射する必要がある。その照射強度は、レジスト５５の種類や、基板Ｗに注入されたドーパント（イオン）の種類や組成によって異なるが、０．１〜３０Ｊ／ｃｍ²、好ましくは０．５〜２０Ｊ／ｃｍ²、さらに好ましくは１〜１５Ｊ／ｃｍ²とすればよい。

閃光の照射時間は長すぎないことが好ましく、照射時間を短くすることにより、基板Ｗをあまり加熱せずにレジストのみを昇華・分解することができる。特に、閃光の照射時間を０．１秒以下、好ましくは０．０１秒以下（通常は１ミリ秒）とすることにより、基板Ｗや薄膜５７に対するダメージを抑制できる。前述のとおり、フラッシュランプ３５からの閃光の照射は、１回だけ行ってもよいし、複数回行ってもよい。

以上のように、この実施形態によれば、処理室１内で、基板Ｗに対してフラッシュランプ３５から閃光を照射することにより、レジスト５５の硬化層５６が破壊される。その後に、処理室１内において、レジスト剥離液ノズル１８からレジスト剥離液が供給されることにより、基板Ｗ上のレジスト５５が除去される。このとき、硬化層５６が破壊されているので、レジスト剥離液はレジスト５５中に容易に進入し、基板Ｗの表面からそのレジスト５５を効果的に除去する。その後、リンス液ノズル２８からリンス液を基板Ｗに供給することにより、基板Ｗ上のレジスト剥離液がリンス液に置換される。このようなプロセスを経て、基板Ｗ上のレジストを効率的に除去することができる。

図４は、この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。この図４において、前述の図１に示された各部に対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。この第２の実施形態では、フラッシュランプ３５によって基板Ｗに閃光を照射するための第１の処理室６１と、基板Ｗに対してレジスト剥離液を供給し、基板Ｗ上のレジストを除去する第２処理室６２と、第１処理室６１から第２処理室６２へと基板Ｗを搬送する基板搬送機構６３とが備えられている。

第１処理室６１の天面壁は透光板４０で構成されており、この透光板４０上に光拡散板４１が配置されている。そして、この光拡散板４１の上方にフラッシュランプ３５が配置され、さらにその上方にリフレクタ３７が配置されている。
一方、第１処理室６１の内部には、基板保持回転機構２が配置されており、この基板保持回転機構２は、前述の第１の実施形態の場合と同様に、回転駆動機構１３および昇降機構１４によって回転および昇降される回転ベース１１を備えている。

第２処理室６２には、別の基板保持回転機構６５が備えられている。この基板保持回転機構６５は、基板Ｗをほぼ水平に保持して鉛直軸線回りに回転させるためのものである。基板保持回転機構６５は、水平面に沿って配置された円板状の回転ベース６６と、鉛直方向に沿って配置され、その上端に回転ベース６６が固定された回転軸６７と、回転ベース６６の外周縁に沿って配置された複数の基板保持部材６８とを備えている。回転軸６７には、この回転軸６７に回転力を与える回転駆動機構６９が結合されている。

さらに、第２処理室６２には、基板保持回転機構６５に保持された基板Ｗに対してレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給機構３と、基板保持回転機構６５に保持された基板Ｗに対してリンス液を供給するリンス液供給機構４とが備えられている。これらの構成は、第１の実施形態の場合と同様であるので説明を省略する。
第１処理室６１には、プロセスガス供給管４５からプロセスガスが供給されるようになっており、また、第１処理室６１内の雰囲気は排気配管４６を介して排気されるようになっている。また、第１処理室６１は、基板搬送機構６３に対向する位置に開口４９が形成されており、この開口４９に関して、ゲートバルブ５０が設けられている。

第２処理室６２には、基板搬送機構６３に対向する位置に基板Ｗを搬入／搬出するための開口７１が形成されている。この開口７１に関連して、開口７１を開閉するシャッタ７２が設けられている。第２処理室６２の上部には、当該基板処理装置が配置されるクリーンルーム内の清浄空気をさらに清浄化して取り込むためのファンフィルタユニット（ＦＦＵ）７４が備えられている。そして、第２処理室６２の底部には、当該第２処理室６２内の雰囲気を排気するための排気配管７５が結合されている。この構成により、基板保持回転機構６５の周囲、すなわち処理中の基板Ｗの周囲には、第２処理室６２の上方から取り入れられて排気配管７５に向かって下降するダウンフローが形成されている。

このような構成により、処理対象の基板Ｗは、基板搬送機構６３またはその他の搬送機構によって、まず第１処理室６１に搬入され、基板保持回転機構２に保持される。このとき、コントローラ３３は、昇降機構１４を制御することにより、回転ベース１１を開口４９よりも下方の基板受け渡し位置（図４に実線で示す位置）に制御している。基板Ｗが基板保持回転機構２に受け渡されると、コントローラ３３は、昇降機構１４を制御して回転ベース１１を上昇させる。これにより、基板保持部材１５によって保持された基板Ｗは、透光板４０の下面に接近した閃光照射位置（図４に二点鎖線で示す位置）に導かれる。この状態で、コントローラ３３は、駆動回路３６を制御し、フラッシュランプ３５から閃光を発生させる。こうして、基板Ｗの表面に形成されたレジストの硬化層が昇華・分解させられて破壊される。

次に、コントローラ３３は、昇降機構１４を制御して、回転ベース１１を基板受け渡し位置（図４に実線で示す位置）へと下降させる。フラッシュランプ３５によって基板Ｗを閃光照射する際、コントローラ３３は、回転駆動機構１３を制御して回転ベース１１を回転させていてもよい。特に、フラッシュランプ３５から、複数回にわたって閃光を発生させる場合には、基板Ｗを回転させておくことにより、基板Ｗの表面の各部に対して均一に閃光を照射させることができる。その結果、基板Ｗの表面のレジストの硬化層を均一に破壊することができる。

次に、コントローラ３３は、ゲートバルブ５０を開き、基板搬送機構６３を制御して、第１処理室６１から閃光照射処理後の基板Ｗを搬出させる。そして、基板搬送機構６３は、第２処理室６２の基板保持回転機構６５へと当該基板Ｗを受け渡す。コントローラ３３は、次に、回転駆動機構６９を制御して、回転ベース６６の回転を開始させる。さらに、コントローラ３３は、過酸化水素水バルブ２３および硫酸バルブ２４を開く。これにより、処理液混合部２０において過酸化水素水および硫酸が混合されてＳＰＭ液が生成され、このＳＰＭ液がレジスト剥離液ノズル１８から吐出される。こうして、基板保持回転機構６５に保持されて回転中の基板Ｗの上面に対してＳＰＭ液が供給される。このＳＰＭ液は、基板Ｗ上で遠心力を受けてその全域に広がり、基板Ｗの全域からレジストを除去する。第１処理室６１での閃光照射によってレジスト硬化層が既に破壊されているので、ＳＰＭ液はレジスト中へと容易に浸透し、基板Ｗ上のレジストを効率的に除去する。

所定時間にわたってレジスト剥離液ノズル１８からＳＰＭ液を供給した後に、コントローラ３３は、過酸化水素水バルブ２３および硫酸バルブ２４を閉じて、ＳＰＭ液の供給を停止させる。
次に、コントローラ３３は、リンス液バルブ３０を開く。これにより、リンス液ノズル２８から、基板Ｗ上にリンス液が供給される。このリンス液は、基板Ｗ上で遠心力を受けてその全域へと広がり、ＳＰＭ液をリンス液に置換する。

所定時間にわたってリンス処理を行った後には、コントローラ３３は、リンス液バルブ３０を閉じる。さらに、コントローラ３３は、回転駆動機構６９を制御し、回転ベース６６の回転速度、すなわち基板Ｗの回転速度を所定の乾燥回転速度まで加速する。これによって、基板Ｗの表面のリンス液が、遠心力によって振り切られ、基板Ｗが乾燥される。この乾燥処理の後には、基板搬送機構６３または他の搬送機構によって、第２処理室６２から処理済の基板Ｗが搬出されることになる。

以上のように、この実施形態によれば、第１処理室６１においてレジスト硬化層を破壊するための閃光照射処理が行われ、第２処理室６２においてレジスト剥離液を用いたレジスト除去処理が行われる。このとき、第１処理室６１内の雰囲気および気圧等は、閃光照射によるレジスト剥離に対して最適化され、第２処理室６２の雰囲気はＳＰＭ液によるレジスト剥離処理に対して最適な処理雰囲気および気圧に制御される。その結果、閃光照射処理およびＳＰＭ液によるレジスト除去処理をいずれも効率的に行うことができ、より高品質なレジスト剥離処理を実現することができる。

図５は、この発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。この図５において、前述の図１に示された構成に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
この基板処理装置は、処理室８０内に基板保持回転機構２を備え、さらに、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗに対してレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給機構３と、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗに対してリンス液を供給するリンス液供給機構４と、基板保持回転機構２に保持された基板Ｗの表面に対してレーザ光を照射する光照射部８１とを備えている。処理室８０の側壁には、基板Ｗを搬入／搬出するための開口８２が形成されており、さらにこの開口８２を開閉するシャッタ８３が設けられている。処理室８０の上部には、当該基板処理装置が配置されるクリーンルーム内の清浄空気をさらに清浄化して内部に取り込むためのファンフィルタユニット（ＦＦＵ）８４が配置されている。また、処理室８０の底部には、処理室８０内の雰囲気を排気するための排気配管８５が結合されている。

光照射部８１は、レーザ光源８６と、このレーザ光源８６によって発生された光を集光する集光光学系８７と、この集光光学系８７に結合された光伝送路８８と、この光伝送路８８の他端に結合された照射ヘッド８９とを備えている。
レーザ光源８６は、たとえば、レーザ媒体９０と、このレーザ媒体９０を光励起させるための光源としてのフラッシュランプ９１と、レーザ媒体９０の一端側に配置された全反射ミラー９２と、レーザ媒体９０の集光光学系８７側に配置された一部透過ミラー９３とを備えている。この一部透過ミラー９３から取り出されたレーザ光が集光光学系８７によって集光されて光伝送路８８に結合されるようになっている。光伝送路８８は、光ファイバ等を含むものであり、集光光学系８７からのレーザ光を照射ヘッド８９へと導くライトガイドとしての機能を有している。９４は、フラッシュランプ９１が発生した光をレーザ媒体９０に効率的に入射させるための反射部材である。また、７８は、フラッシュランプ９１に電力を供給する駆動回路である。

照射ヘッド８９は、処理室８０内に配置され、光伝送路８８から伝搬されてくるレーザ光を集光して、基板Ｗの上面に照射する。この照射ヘッド８９は、スキャン機構９５に結合されている。スキャン機構９５は、先端に照射ヘッド８９を保持し、水平姿勢で配置された揺動アーム９６と、この揺動アーム９６の他端に結合され、鉛直方向に沿って設けられた回転軸９７と、この回転軸９７を回動させることによって揺動アーム９６を水平面に沿って揺動させる揺動駆動機構９８とを備えている。揺動駆動機構９８により揺動アーム９６を揺動させることにより、照射ヘッド８９から照射されるレーザ光の集光スポットを基板Ｗの回転中心と基板Ｗの周縁部との間で移動させることができる。このような集光スポットの移動と共に、回転駆動機構１３により基板Ｗを回転させることによって、基板Ｗの上面の全域に対して、レーザ光による走査を行うことができる。

レーザ光源としては、図５の例ではＹＡＧレーザが用いられているが、他にも、ＣＯ₂レーザや半導体レーザ、エキシマレーザ等の他の種類のレーザ光源を用いることができる。
照射ヘッド８９に関連して、この照射ヘッド８９の先端部にガスを供給するガスノズル９９が設けられている。このガスノズル９９には、ガス供給源からのガスがガスバルブ１００を介して供給されるようになっている。ガス供給源から供給されるガスの種類としては、窒素ガス、アルゴンガスおよびヘリウムガス等の不活性ガスの他、酸素ガスを挙げることができる。ガスノズル９９から照射ヘッド８９の先端部に対して上記のようなガスを供給することにより、照射ヘッド８９の先端部の雰囲気をパージすることができ、薬液雰囲気から照射ヘッド８９を保護することができ、かつ、レーザ光によりレジスト硬化層を改質する効率を向上することができる。

前記駆動回路７８および揺動駆動機構９８の動作およびシャッタ８３の開閉は、コントローラ３３によって制御されるようになっている。
この実施形態の基板処理装置では、基板保持回転機構２によって基板Ｗを保持して回転させる一方で、レーザ光源８６からのレーザ光を照射ヘッド８９に導いて基板Ｗに照射させ、かつ、スキャン機構９５により照射ヘッド８９を基板Ｗの上面に沿ってスキャンさせる。これにより、基板Ｗの表面に形成されたレジストの表層部の硬化層に対して、レーザ光照射処理を施すことができる。その結果、レジスト硬化層を破壊することができる。

その後、レジスト剥離液供給機構３からレジスト剥離液を基板Ｗに供給して、基板Ｗの表面からレジストを除去し、さらに、リンス液供給機構４から基板Ｗにリンス液を供給してレジスト剥離液を置換して、基板保持回転機構２によって基板Ｗを高速回転させて基板Ｗの乾燥処理を行うことができる。
図６は、レーザ光によるレーザ硬化層の改質の様子を示す図解図である。レーザ光源８６におけるレーザ発振は連続発振でもよいしパルス発振でもよい。パルス発振の場合には、レーザ硬化層は図６（Ａ）に示すようにスポット状に改質され、その硬化層が昇華・分解されて除去される。図６（Ｂ）に断面図を示すように、レーザ光が照射された部分では、硬化層（イオン注入処理により注入された不純物である砒素を含む部分）が除去されて、硬化していないレジスト（砒素をほとんど含まない部分）が露出することになる。

このように、レーザ硬化層が部分的に破壊されていれば、その後にレジスト剥離液を供給したとき、硬化層の下に存在するレジスト５５へとレジスト剥離液が浸透することができる。その結果、基板Ｗの表面からレジストを効率的に除去することができる。
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の第３の実施形態では、１つの処理室８０内で基板Ｗに対するレーザ照射処理およびレジスト剥離液によるレジスト除去処理を行うようにしているが、前述の第２の実施形態の例に倣って、レーザ照射処理とレジスト剥離液によるレジスト除去処理とを別の処理室で行うようにしてもよい。さらにまた、閃光照射またはレーザ光照射によるレジスト硬化層の昇華・分解の効率を向上するために、基板Ｗを所定の温度まで加熱する加熱手段を設けてもよい。このような加熱手段は、たとえば、回転ベース１１に内蔵されたヒータであってもよい。

また、前述の第１〜第３の実施形態では、基板Ｗに液体状態のレジスト剥離液を供給することによってレジスト除去処理を行うようにしているが、基板Ｗに気体状態のレジスト剥離ガスを供給することによってレジスト除去処理を行うようにしてもよい。この場合、レジスト剥離ガスとしては、オゾンガス、水蒸気、および前述のアッシングガスとして例示した、Ｎ₂Ｏ、Ｆ₂、ＮＦ₃、ＳＦ₆、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₃Ｆ₈、Ｓ₂Ｆ₂、ＳＦ₂、ＳＦ₄、ＳＯＦ₂等のうち少なくともいずれか一つのガスを用いてもよい。また、この場合、第１〜第３の実施形態において、レジスト剥離液ノズル１８に代えて、所定のレジスト剥離ガス供給源からの上記レジスト剥離ガスを吐出するレジスト剥離ガスノズルを設けてもよい。あるいは、第１および第２の実施形態において、プロセスガス供給管４５からプロセスガスと上記レジスト剥離ガスのいずれかを選択的に吐出できるようにしてもよい。さらに、第１〜第３の実施形態において、基板Ｗにレジスト剥離ガスを供給した後には、リンス液ノズル２８から基板Ｗに向けてリンス液を供給して、レジストの残渣を洗い流すようにしてもよい。

また、第１〜第３の実施形態において、フラッシュランプ３５からの閃光照射、または照射ヘッド８９からのレーザ光照射の後には、レジスト剥離液を供給するのに先だって、基板Ｗ表面を物理的に洗浄する物理洗浄処理を行ってもよい。この場合の物理洗浄処理は、洗浄ブラシで基板Ｗ表面をスクラブするスクラブ洗浄処理、処理液（薬液または純水）と気体（たとえば窒素ガスその他の不活性ガス）とを混合させて処理液の液滴の噴流を形成し、この液滴噴流を基板Ｗ表面に供給する二流体スプレーノズルで基板Ｗ表面を走査する二流体スプレー洗浄処理、または、超音波が付与された処理液、たとえば純水を基板Ｗ表面に供給する超音波洗浄処理であってもよい。

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。

この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。前記基板処理装置による基板処理の流れを説明するための図である。フラッシュランプによるレジスト硬化層の昇華・分解処理を説明するための図解図である。この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。この発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。レーザ光によるレーザ硬化層の改質の様子を示す図解図である。

符号の説明

１処理室
２基板保持回転機構
３レジスト剥離液供給機構
４リンス液供給機構
７光照射部
１１回転ベース
１２回転軸
１３回転駆動機構
１４昇降機構
１５基板保持部材
１８レジスト剥離液ノズル
１９レジスト剥離液供給管
２０処理液混合部
２１過酸化水素水供給管
２２硫酸供給管
２３過酸化水素水バルブ
２４硫酸バルブ
２８リンス液ノズル
２９リンス液供給管
３０リンス液バルブ
３３コントローラ
３５キセノンフラッシュランプ
３６駆動回路
３７リフレクタ
４０透光板
４１光拡散板
４５プロセスガス供給管
４６排気配管
４７プロセスガスバルブ
４９開口
５０ゲートバルブ
５５レジスト
５６レジスト硬化層
５６硬化層
５７薄膜
６１第１処理室
６２第２処理室
６３基板搬送機構
６５基板保持回転機構
６６回転ベース
６７回転軸
６８基板保持部材
６９回転駆動機構
７１開口
７２シャッタ
７４ファンフィルタユニット
７５排気配管
７８駆動回路
８０処理室
８１光照射部
８２開口
８３シャッタ
８４ファンフィルタユニット
８５排気配管
８６レーザ光源
８７集光光学系
８８光伝送路
８９照射ヘッド
９０レーザ媒体
９１フラッシュランプ
９２全反射ミラー
９３一部透過ミラー
９４反射部材
９５スキャン機構
９６揺動アーム
９７回転軸
９８揺動駆動機構
９９ガスノズル
Ｗ基板

Claims

硬化層を有するレジストが表面に形成された基板から当該レジストを除去するための基板処理方法であって、
前記レジストに向けて閃光またはレーザ光を照射することにより前記硬化層を破壊する光照射工程と、
この光照射工程の後に、前記レジストに対してレジスト剥離流体を供給し、当該レジストを前記基板表面から除去するレジスト除去工程とを含む、基板処理方法。
前記光照射工程およびレジスト除去工程を同一処理室内で実行する、請求項１記載の基板処理方法。
第１処理室内で前記光照射工程を実行した後に第２処理室内へと基板を搬送する基板搬送工程をさらに含み、
この基板搬送工程の後に、前記第２処理室内で前記レジスト除去工程を実行する、請求項１記載の基板処理方法。
硬化層を有するレジストが表面に形成された基板から当該レジストを除去するための基板処理装置であって、
前記硬化層を破壊するための閃光またはレーザ光を基板に向けて照射する光照射手段と、
前記レジストを基板表面から除去するためのレジスト剥離流体を基板に向けて供給するレジスト剥離流体供給手段とを含む、基板処理装置。
前記光照射手段によって基板上のレジストに向けて閃光またはレーザ光を照射させた後に、前記レジスト剥離流体供給手段によって基板上のレジストに向けてレジスト剥離流体を供給させる制御手段をさらに含む、請求項４記載の基板処理装置。
基板を保持する基板保持手段をさらに含み、
前記光照射手段は、前記基板保持手段に保持された基板に対して閃光またはレーザ光を照射するものであり、
前記レジスト剥離流体供給手段は、前記基板保持手段に保持された基板に対してレジスト剥離流体を供給するものである、請求項４または５記載の基板処理装置。
第１基板保持手段を収容した第１処理室と、
第２基板保持手段を収容した第２処理室と、
前記第１基板保持手段から第２基板保持手段へと基板を搬送する基板搬送手段とをさらに含み、
前記光照射手段は、前記第１基板保持手段に保持された基板に対して閃光またはレーザ光を照射するものであり、
前記レジスト剥離流体供給手段は、前記第２基板保持手段に保持された基板に対してレジスト剥離流体を供給するものである、請求項４または５記載の基板処理装置。