JP4759395B2 - 基板の処理装置及び処理方法 - Google Patents

Description

この発明は基板に設けられたレジストを硫酸と過酸化水素水を混合した処理液で処理する基板の処理装置及び処理方法に関する。

たとえば、液晶表示装置や半導体装置の製造工程においては、矩形状のガラス基板や半導体ウエハなどの基板に回路パタ−ンを形成するための成膜プロセスやフォトプロセスがある。これらのプロセスでは、基板に設けられたレジストを除去し、除去後に洗浄するということが行なわれている。

このような処理は基板を回転させる回転テーブルを有するスピン方式の処理装置を用いて行なわれている。基板に設けられたレジストを除去する場合の処理液としては、硫酸に過酸化水素水を混合したＳＰＭと呼ばれる硫酸過酸化水素水が用いられ、除去後の洗浄には過酸化水素水にアンモニア水を混合した、ＳＣ−１と呼ばれる洗浄液が用いられる。

従来、基板に設けられたレジストを除去する場合、硫酸と過酸化水素水とを、たとえばミキシングバルブや混合タンクなどで予め混合してから、処理装置の回転テーブルの上方に配置された噴射ノズルに供給する。噴射ノズルに供給されたＳＰＭは基板に向けて噴射供給される。それによって、基板に設けられたレジストが除去される。このような従来技術は、たとえば特許文献１に示されている。
特開２００５−３９２０５号公報

硫酸と過酸化水素水を混合したＳＰＭによってレジストが除去されるメカニズムは、硫酸と過酸化水素水を混合したときに生じるペルオキソ一硫酸（Ｈ_２ ＳＯ_５ ）の作用によることが知られている。

しかしながら、硫酸と過酸化水素水を混合することで発生するペルオキソ一硫酸は、発生してからその活性状態が維持されるライフタイムが非常に短い。つまり、活性状態を維持することができる時間が短いため、短時間に失活してしまう。

そのため、硫酸と過酸化水素水とを、ミキシングバルブや混合タンクなどで予め混合してから噴射ノズルに供給するようにしたのでは、混合されてから基板に供給されるまでに時間が掛かるため、その間に硫酸と過酸化水素水を混合することで生じたペルオキソ一硫酸が失活してしまい、基板に設けられたレジストを効率よく確実に除去することができないということがある。

この発明は、混合された硫酸と過酸化水素水とを、混合した後、直ちに基板に供給することができるようにした基板の処理装置及び処理方法を提供することにある。

この発明は、基板に設けられたレジストを除去する基板の処理装置であって、
上記基板が載置される回転テーブルと、
上記回転テーブルの上方に配置され硫酸を加圧気体で加圧して霧状にして噴射する第１の二流体ノズルと、
上記回転テーブルの上方に配置され過酸化水素水を加圧気体で加圧して霧状にして噴射する第２の二流体ノズルと、
上記回転テーブルの上方に配置されアンモニア水を加圧気体で加圧して霧状にして噴射する第３の二流体ノズルを具備し、
上記第１の二流体ノズルから噴射された霧状の硫酸と、上記第２の二流体ノズルから噴射された霧状の過酸化水素水を基板に到達する前に混合させて上記基板に供給し、上記基板に設けられたレジストを処理し、その後で上記硫酸と過酸化水素水とのうちの硫酸の供給だけを停止し、霧状に噴射される過酸化水素水に上記第３の二流体ノズルから霧状に噴射されるアンモニア水を基板に到達する前に混合させて上記基板に供給して洗浄することを特徴とする基板の処理装置にある。

この発明は、基板に設けられたレジストを除去する基板の処理方法であって、
上記基板を回転可能に保持する工程と、
硫酸を加圧気体で加圧して霧状にして噴射する工程と、
過酸化水素水を加圧気体で加圧して霧状にして噴射する工程と、
霧状の上記硫酸と上記過酸化水素水とを混合してから上記基板に供給して上記基板に設けられたレジストを除去する工程と、
レジストを除去した後で上記硫酸と過酸化水素水とのうちの硫酸の供給だけを停止する工程と、
硫酸の供給を停止することで霧状に噴射される過酸化水素水にアンモニア水を霧状に噴射して基板に到達する前に混合させて上記基板に供給して洗浄する工程と
を具備したことを特徴とする基板の処理方法にある。

この発明によれば、霧状に噴射された硫酸と過酸化水素水とを別々に噴射し、噴射後に基板に到達する前に混合して基板に供給するため、硫酸と過酸化水素水が混合されてから基板に供給されるまでの時間を短縮することができる。

それによって、硫酸と過酸化水素水を混合することで生じるペルオキソ一硫酸の活性が損なわれることのないうちに基板に供給することが可能となるから、基板に設けられたレジストを確実に除去することが可能となる。

以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態を説明する。
図１は処理装置としてのスピン処理装置を示し、このスピン処理装置は処理槽１を備えている。この処理槽１内にはカップ体２が配置されている。このカップ体２は、上記処理槽１の底板上に設けられた下カップ３と、この下カップ３に対して図示しない上下駆動機構により上下動可能に設けられた上カップ４とからなる。

上記下カップ３の底壁には周方向に所定間隔で複数の排出管５が接続されている。これら排出管５は排気ポンプ６に連通している。この排気ポンプ６は制御装置７によって発停及び回転数が制御されるようになっている。

上記カップ体２の下面側にはベース板８が配置されている。このベース板８には、上記下カップ３と対応する位置に取付け孔９が形成されている。この取付け孔９には駆動源を構成する制御モータ１１の固定子１２の上端部が嵌入固定されている。

上記固定子１２は筒状をなしていて、その内部には同じく筒状の回転子１３が回転自在に嵌挿されている。そして、上記制御モータ１１は上記制御装置７によって発停及び回転数が後述するように制御される。

上記回転子１３の上端面には筒状の連結体１４が下端面を接触させて一体的に固定されている。この連結体１４の下端には上記固定子１２の内径寸法よりも大径な鍔部１５が形成されている。この鍔部１５は上記固定子１２の上端面に摺動可能に接触しており、それによって回転子１３の回転を阻止することなく、この回転子１３が固定子１２から抜け落ちるのを防止している。

上記下カップ３には上記回転子１３と対応する部分に通孔３ａが形成され、上記連結体１４は上記通孔３ａからカップ体２内に突出している。この連結体１４の上端には回転テーブル１６が取付けられている。この回転テーブル１６の周辺部には周方向に所定間隔、この実施の形態では６０度間隔で６本（２本のみ図示）の円柱状の保持部材１７が図示しない駆動機構によって回転駆動可能に設けられている。

上記保持部材１７の上端面には、この保持部材１７の回転中心から偏心した位置にテーパ面を有する支持ピン１８が設けられている。回転テーブル１６には、基板としての半導体ウエハＷが周縁部の下面を上記支持ピン１８のテーパ面に当接するよう供給される。その状態で上記保持部材１７を回転させれば、支持ピン１８が偏心回転するから、回転テーブル１６に供給された半導体ウエハＷは、上記支持ピン１８によるチャック力で保持される。

なお、上記半導体ウエハＷに対する支持ピン１８のチャック力は、上記駆動機構による上記保持部材１７の偏心回転角度によって設定できるようになっている。また、駆動機構が保持部材１７をばね力によって偏心回転させる構成である場合には、そのばねの強さによってチャック力を調整することができる。

上記回転テーブル１６は乱流防止カバー２１によって覆われている。この乱流防止カバー２１は上記回転テーブル１６の外周面を覆う外周壁２２と、上面を覆う上面壁２３とを有し、上記外周壁は上側が小径部２２ａ、下側が大径部２２ｂに形成されている。この乱流防止カバー２１は、回転テーブル１６を回転させたときに、この回転テーブル１６の上面で乱流が発生するのを防止する。上記上カップ４の上面は開口していて、その内周面にはリング状部材２５が設けられている。

上記回転テーブル１６に未処理の半導体ウエハＷを供給したり、供給されて処理された半導体ウエハＷを取り出すときには、上記上カップ４が後述するごとく下降させられる。

上記処理槽１の上部壁には開口部３１が形成されている。この開口部３１にはＵＬＰＡやＨＥＰＡなどのファン・フィルタユニット３２が設けられている。このファン・フィルタユニット３２はクリーンルーム内の空気をさらに清浄化して処理槽１内に導入するもので、その清浄空気の導入量は上記ファン・フィルタユニット３２の駆動部３３を上記制御装置７によって制御して行うようになっている。つまり、上記駆動部３３により、ファン・フィルタユニット３２のファン（図示せず）の回転数を制御することで、処理槽１内への清浄空気の供給量を制御できるようになっている。

上記処理槽１の一側には出し入れ口３４が開口形成されている。この出し入れ口３４は、処理槽１の一側に上下方向にスライド可能に設けられたシャッタ３５によって開閉される。このシャッタ３５は圧縮空気で作動するシリンダ３６によって駆動される。つまり、上記シリンダ３６には圧縮空気の流れを制御する制御弁３７が設けられ、この制御弁３７を上記制御装置７によって切換え制御することで、上記シャッタ３５を上下動させることができるようになっている。

上記制御モータ１１の回転子１３内には筒状の固定軸４１が挿通されている。この固定軸４１の上端には、上記回転テーブル１６に形成された通孔４２から上記回転テーブル１６の上面側に突出したノズルヘッド４３が設けられている。このノズルヘッド４３には上記回転テーブル１６に保持された半導体ウエハＷの下面に向けて処理液としての薬液及び純水を噴射する一対のノズル４４が設けられている。

上記乱流防止カバー２１の上面壁２３には上記ノズルヘッド４３と対向して開口部４５が形成され、この開口部４５によって上記ノズル４４から噴射された処理液が半導体ウエハＷの下面に到達可能となっている。

回転テーブル１６に保持された半導体ウエハＷの上方には、第１の二流体ノズル５１、第２の二流体ノズル５２及び第３の二流体ノズル５３が先端をそれぞれ上記半導体ウエハＷの中心に向けて配置されている。

図２に示すように、第１の二流体ノズル５１は硫酸を供給する第１の供給源５５に第１の配管５６によって接続されている。第２の二流体ノズル５２は過酸化水素水を供給する第２の供給源５７に第２の配管５８によって接続されている。第３の二流体ノズル５３はアンモニア水の第３の供給源５９に第３の配管６０によって接続されている。

さらに、第１乃至第３の二流体ノズル５１〜５３には、これらノズルに供給された液体を加圧して霧状にして各ノズル体５１〜５２から噴射させるための窒素などの高圧の加圧気体が給気管６１から分岐された分岐管６１ａ〜６１ｃによって供給されるようになっている。

第１乃至第３の配管５６，５８，６０にはそれぞれ第１乃至第３の液体用制御弁６２〜６４がそれぞれ設けられ、各分岐管６１ａ〜６１ｃにはそれぞれ第１乃至第３の気体用制御弁６５〜６７が設けられている。液体用制御弁６２〜６４及び気体用制御弁６５〜６７は上記制御装置７によって開閉制御されるようになっている。

つぎに、上記構成のスピン処理装置によって半導体ウエハＷからレジストを剥離し、剥離後に洗浄処理する手順を説明する。

まず、上面にレジストが設けられた半導体ウエハＷを回転テーブル１６に供給する。ついで、回転テーブル１６を回転させたならば、制御装置７によって第１の流体用制御弁６２と第２の流体用制御弁６３を開放するとともに、第１の気体用制御弁６５と第２の気体用制御弁６６を開放する。

それによって、第１の二流体ノズル５１には硫酸が供給され、この硫酸は加圧用気体によって加圧されることで、霧状となって半導体ウエハＷの上面に向かって噴射される。それと同時に、第２の二流体ノズル５２には過酸化水素水が供給され、この過酸化水素水は加圧用気体によって加圧されることで、霧状となって半導体ウエハＷの上面に向かって噴射される。

第１の二流体ノズル５１と第２の二流体ノズル５２から霧状となって噴射された硫酸と過酸化水素水は半導体ウエハＷの上端に到達する前に混合される。それによって、半導体ウエハＷには硫酸過酸化水素水となって供給されることになる。

硫酸と過酸化水素水とは、霧化されてから半導体ウエハＷに到達する直前で混合される。つまり、硫酸と過酸化水素水は混合されてから直ちに半導体ウエハＷに供給されることになる。そのため、硫酸と過酸化水素水を混合することでペルオキソ一硫酸が生じたならば、このペルオキソ一硫酸の活性状態が維持される時間内に半導体ウエハＷに硫酸過酸化水素水が供給されるから、半導体ウエハＷに設けられたレジストを効率よく確実に除去することができる。

硫酸過酸化水素水によってレジストの除去が終了したならば、第１の流体用制御弁６２と第１の気体用制御弁６５を閉じて硫酸の供給を停止すると同時に、第３の流体用制御弁６４と第３の気体用制御弁６７を開いてアンモニア水を霧化して第３の二流体ノズル５３から半導体ウエハＷに向けて供給する。

それによって、霧化されたアンモニア水は第２の二流体ノズル５２から霧化されて噴射した過酸化水素水と混合し、洗浄液であるＳＣ−１となって半導体ウエハＷに供給されるから、半導体ウエハＷのレジストが除去された上面が洗浄されることになる。

このように、回転テーブル１６の上方に第１乃至第３の二流体ノズル５１〜５２を配置したため、半導体ウエハＷの上面に設けられたレジストの剥離と、剥離後の洗浄を連続して能率よく行なうことができる。

レジストを剥離するための硫酸過酸化水素水を生成する硫酸と過酸化水素水を霧化して半導体ウエハＷに供給するようにしている。そのため、硫酸と過酸化水素水を十分に混合して半導体ウエハＷに供給することができるばかりか、霧化せずに供給する場合に比べて硫酸と過酸化水素水の使用量を大幅に減少させることができる。

実験によれば、硫酸、過酸化水素水、アンモニア水などの薬液を霧化しない、通常のスプレーノズルの場合、薬液の使用量は０．４リットル／分であったが、二流体ノズルによって霧化すると、薬液の使用量は約１０分の１の０．０４リットル／分となった。しかも、薬液を霧化しない場合と、霧化した場合では、同じ処理時間でレジストの除去や除去後の洗浄を同じ効果が得られることが確認された。

この発明の一実施の形態のスピン処理装置の概略的構成を示す断面図。 第１乃至第３の二流体ノズルの配管系統図。

符号の説明

１６…回転テーブル、５１…第１の二流体ノズル、５２…第２の二流体ノズル、５３…第３の二流体ノズル、６２…第１の流体用制御弁、６３…第２の流体用制御弁、６４…第３の流体用制御弁、６５…第１の気体用制御弁、６６…第２の気体用制御弁、６７…第３の気体用制御弁。

Claims (2)

1. 基板に設けられたレジストを除去する基板の処理装置であって、
   上記基板が載置される回転テーブルと、
   上記回転テーブルの上方に配置され硫酸を加圧気体で加圧して霧状にして噴射する第１の二流体ノズルと、
   上記回転テーブルの上方に配置され過酸化水素水を加圧気体で加圧して霧状にして噴射する第２の二流体ノズルと、
   上記回転テーブルの上方に配置されアンモニア水を加圧気体で加圧して霧状にして噴射する第３の二流体ノズルを具備し、
   上記第１の二流体ノズルから噴射された霧状の硫酸と、上記第２の二流体ノズルから噴射された霧状の過酸化水素水を基板に到達する前に混合させて上記基板に供給し、上記基板に設けられたレジストを処理し、その後で上記硫酸と過酸化水素水とのうちの硫酸の供給だけを停止し、霧状に噴射される過酸化水素水に上記第３の二流体ノズルから霧状に噴射されるアンモニア水を基板に到達する前に混合させて上記基板に供給して洗浄することを特徴とする基板の処理装置。
2. 基板に設けられたレジストを除去する基板の処理方法であって、
   上記基板を回転可能に保持する工程と、
   硫酸を加圧気体で加圧して霧状にして噴射する工程と、
   過酸化水素水を加圧気体で加圧して霧状にして噴射する工程と、
   霧状の上記硫酸と上記過酸化水素水とを混合してから上記基板に供給して上記基板に設けられたレジストを除去する工程と、
   レジストを除去した後で上記硫酸と過酸化水素水とのうちの硫酸の供給だけを停止する工程と、
   硫酸の供給を停止することで霧状に噴射される過酸化水素水にアンモニア水を霧状に噴射して基板に到達する前に混合させて上記基板に供給して洗浄する工程と
   を具備したことを特徴とする基板の処理方法。

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