JP5454108B2 - 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＰＭ（Sulfuric acid-hydrogen Peroxide Mixture）液を用いて被処理基板を処理する技術に関する。

被処理基板である例えば半導体ウエハ（以下、ウエハという）の表面には、半導体装置の製造工程において発生する種々の汚染物質が付着しており、これらの汚染物質を除去するため、複数種類の薬液を用いてウエハ表面を洗浄する洗浄工程が設けられている。

ＳＰＭ液は、硫酸と過酸化水素水との混合液であり、ウエハ表面に残存するレジストの剥離やその他の有機性の汚染物質を除去する薬液である。ＳＰＭ液は、例えば回転テーブル上に保持されたウエハを回転させながらその表面に薬液を供給する枚葉式の処理装置や、薬液を満たした処理槽内に複数枚のウエハを同時に浸漬して洗浄を行うバッチ式の処理装置などで利用されている。

バッチ式の処理装置では、一般に１００℃〜１３０℃に加熱されたＳＰＭ液内に例えば数十枚のウエハを浸漬し、所定時間経過後ウエハを取り出した後、次のウエハを浸漬する動作を繰り返すことにより、液処理が連続的に処理が行われる。こうした連続処理においては、処理槽内のＳＰＭ液がウエハ表面に付着し、その一部が処理槽外に持ち出されることにより液レベルが低下するので、ＳＰＭ液には所定のタイミングで硫酸や過酸化水素水が補充される。

ここで過酸化水素水は比較的不安定な物質であり、次第に分解して水を生成することから、例えば液レベルの低下に合わせて硫酸や過酸化水素水の補充を行ってもＳＰＭ液中の硫酸濃度が経時的に低下してしまう。硫酸濃度が低下すると、汚染物質の除去能が低下するため、当該処理槽を用いたウエハの処理を定期的に停止し、処理槽内のＳＰＭ液を全量交換する作業が発生しており、処理効率の低下や薬液消費量の増大、これに伴う薬液コストの上昇を招いている。

ＳＰＭ液への硫酸や過酸化水素水の補充に関し、例えば特許文献１には処理槽内の硫酸の濃度を検出する濃度検出部を設け、ＳＰＭ液中の硫酸が予め設定された値以上の濃度となるように硫酸補充量を増減する技術が記載されている。この技術では、過酸化水素水の分解による硫酸濃度の低下を補うため、従来よりも多量の硫酸が供給される一方、硫酸濃度の低下によりＳＰＭ液を全量交換する頻度が低下するのでトータルの硫酸使用量を抑制できる旨が主張されている。

なお特許文献２には、ＳＰＭ液（硫酸過水と記載されている）を１２０℃〜１４０℃の温度に加熱してウエハ上のレジスト膜を除去する技術が記載されているが、硫酸濃度の低下やこれに伴うＳＰＭ液の全量取替えなどの問題を解決する手法は記載されていない。

特開２０００−１６４５５０号公報：段落００２１、段落００３１〜００３３、段落００７１、図３ 特開平９−８０３４号公報：段落０００８

既述の特許文献１に記載の技術は、硫酸の濃度検出部を要することから装置のコストアップの要因となる。また、濃度制御に基づく薬液補充だけでは、例えば処理槽内の液レベルをコントロールできないので、硫酸濃度が十分であっても処理槽内のＳＰＭ液レベルを維持する観点から濃度のしきい値に対して過剰量の硫酸を補充する必要が生じる場合があり、結果として硫酸消費量を十分に削減できないおそれもある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、硫酸と過酸化水素水との混合液を用いて被処理基板から汚染物質を除去する処理にあたり、前記混合液による汚染物質の除去能の低下を抑制することが可能な基板処理装置、基板処理方法及びこの方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。

本発明に係る基板処理装置は、被処理基板を、硫酸と過酸化水素水との混合液に浸漬し処理するための処理槽と、
この処理槽内の混合液を循環させるための循環路と、
この循環路に設けられ、前記混合液を加熱するための加熱部と、
前記混合液に硫酸を補充供給するための硫酸供給部と、
前記循環路における前記加熱部の下流側であって、前記被処理基板を汚染する汚染物質の除去に有効な成分である過酸化水素水、及び過酸化水素水と硫酸との反応により生成するカロ酸の分解を抑制した状態で前記混合液を処理槽に供給するための位置である、当該循環路の出口の直前位置にて混合液に過酸化水素水を補充供給するための過酸化水素水供給部と、
前記処理槽内の混合液の温度を検出するための液温検出部と、
前記処理槽内の混合液の温度を１３５℃〜１７０℃の範囲の設定温度にするために前記液温検出部の温度検出値に基づいて加熱部の出力を調節するステップと、前記処理槽に被処理基板を浸漬するステップと、次いで、前記過酸化水素水供給部より過酸化水素水を補充供給し、前記被処理基板が浸漬された処理槽に当該過酸化水素水が補充供給された混合液を供給するステップと、しかる後、処理を終えた基板を前記処理槽から搬出するステップと、加熱によって蒸発した混合液を補充するために、前記硫酸供給部より硫酸を補充供給するステップと、を実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。

前記基板処理装置は以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記過酸化水素水を補充供給する位置から処理槽までの循環路における過酸化水素水及びカロ酸の分解を抑制するために、当該循環路における混合液の流量が２０リットル／分以上、５０リットル／分以下の範囲であること。
（ｂ）前記被処理基板の処理は、前記処理槽の混合液内に新たな被処理基板を浸漬するステップと、処理を終えた被処理基板を当該処理槽から取り出すステップとが繰り返して行われ、前記制御部は、処理を終えた被処理基板を処理槽から取り出した後、次の被処理基板が混合液に浸漬される前のタイミング毎に硫酸を補充供給するように硫酸供給部を制御すること。
（ｃ）前記処理槽から溢流した混合液を受ける共に、前記循環路の上流側に設けられた外槽と、この外槽内の混合液の液面の高さを検出する液面検出部とを備え、前記制御部は、前記液面検出部にて検出した液面の高さが予め設定した高さを下回ったときに混合液に硫酸を補充供給するように硫酸供給部を制御すること。

（ｄ）前記過酸化水素水を補充供給する位置から処理槽までの循環路における過酸化水素水及びカロ酸の分解を抑制するために、当該過酸化水素水を補充供給する位置は、混合液が当該位置から処理槽に流入されるまでの時間が５秒以内となる位置であること。
（ｅ）前記過酸化水素水を補充供給する位置から処理槽までの循環路における過酸化水素水及びカロ酸の分解を抑制するために、当該過酸化水素水を補充供給する位置は、当該循環路の出口より上流側５０ｃｍ以内の位置であること。

本発明によれば、硫酸と過酸化水素水との混合液の温度を従来よりも高い１３５℃〜１７０℃の温度範囲となるように調節するので、当該混合液を構成する硫酸、過酸化水素、水のなかで最も蒸発しやすい水分を優先的に蒸発させることができる。この結果、混合液中から水が抜き出され、過酸化水素からの水の生成などに起因する硫酸の濃度低下を抑えて、硫酸と過酸化水素水との混合液の全量交換の頻度を低減することができる。

そしてさらに本発明では、１）循環路に設けられた加熱部の下流側に過酸化水素供給部を設け、２）この過酸化水素水の供給位置が循環路の出口の直前位置となっている。これらの構成により、水分を優先的に蒸発させるために混合液の温度を従来よりも高い温度とした場合であっても、硫酸と過酸化水素との反応により生成するカロ酸や過酸化水素自体などの汚染物質の除去に有効な成分の分解を抑制することができる。

本実施の形態に係る処理装置を備えたウエハ処理システムの平面図である。 前記ウエハ処理システムの一部破断側面図である。 前記ウエハ処理システムの一部破断斜視図である。 前記処理装置に設けられた処理槽及びウエハボートの斜視図である。 前記処理装置の縦断側面図である。 前記処理装置の第１の作用図である。 前記処理装置の第２の作用図である。 前記処理装置の実施例に係る説明図である。

初めに、本発明の基板処理装置であるＳＰＭ処理装置２を備えたウエハ処理システム１について図１〜図３を参照しながら簡単に説明しておく、これらの図に向かって左側を手前とすると、ウエハ処理システム１は、ＦＯＵＰ６の搬入出が行われる搬入出部１１と、搬入出部１１に搬入されたＦＯＵＰ６と後段の各処理部１３〜１４との間でウエハＷを搬送するため、ウエハＷの位置調整や姿勢変換などを行うインターフェース部１２と、液処理後のウエハＷを乾燥する２組の乾燥処理部１３と、ＳＰＭ液による処理を行う２組のＳＰＭ処理部１４とを、手前側からこの順に設けた構成となっている。

搬入出部１１は、外部の搬送装置との間でＦＯＵＰ６の受け渡しを行うための載置台１１１と、搬入出部１１内でＦＯＵＰ６を搬送する第１の搬送アーム１１２と、ウエハＷの搬入出が行われるＦＯＵＰ６を載置するための受け渡し台１１３と、ウエハＷを取り出した後のＦＯＵＰ６が一時的に保管される、例えば３個の保管棚１１４と、を備えている。

載置台１１１は例えば２個のＦＯＵＰ６を載置することが可能であり、図３に示すようにウエハ処理システム１の前面に設けられた搬入出口１１０を介して外部との間でＦＯＵＰ６の搬入出が行われる。第１の搬送アーム１１２は前方から見て左右方向に移動自在及び回転自在に構成され、載置台１１１、受け渡し台１１３及び各保管棚１１４のとの間でＦＯＵＰ６を搬送することができる。図２に示すように受け渡し台１１３は、搬入出部１１とインターフェース部１２とを仕切る仕切り壁１１５に固定され、当該仕切り壁１１５にはＦＯＵＰ６の側面に設けられた蓋体を着脱するための開閉扉１２１が設けられている。

インターフェース部１２には、受け渡し台１１３上に載置されたＦＯＵＰ６との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡しアーム１２２と、ウエハＷの姿勢変換を行う姿勢変換装置１２４と、インターフェース部１２と後段の各処理部１３〜１４との間でウエハＷを搬送する第２の搬送アーム１２５とを備えている。この他、インターフェース部１２には、受け渡しアーム１２２から姿勢変換装置１２４にウエハＷが受け渡される前に、ウエハＷのノッチ位置を揃えるノッチアライナなどが設けられているが、本例では図示を省略してある。

受け渡しアーム１２２は、進退自在に構成され、回転自在なアーム台１２３上に例えば２台設けられていて、複数枚のウエハＷを水平状態で上下方向に並べて保持できる。姿勢変換装置１２４は、各ウエハＷの側周の対向する両端部を把持し、これらのウエハＷを水平状態で上下方向に並べて保持した状態と、これらのウエハＷを９０度転動させて、各ウエハＷを垂直姿勢に保持した状態との間でウエハＷの姿勢変換を行う役割を果たす。第２の搬送アーム１２５は、図１、図２に示すように垂直姿勢に変換された例えば５０枚のウエハＷを例えば３本のウエハ支持部１２６にて保持し、前後方向に移動してインターフェース部１２及び各処理部１３〜１４内を自在に移動することができるようになっている。

乾燥処理部１３は、前後方向に並べて例えば２組設けられており、各乾燥処理部１３内には第２の搬送アーム１２５のウエハ支持部１２６を洗浄するウエハ支持部洗浄ユニット１３２と、洗浄後のウエハＷ及び前記ウエハ支持部１２６の乾燥処理を行うウエハ乾燥ユニット１３１と、を備えている。

ＳＰＭ処理部１４も、乾燥処理部１３と同様に前後に並べて例えば２組設けられており、各ＳＰＭ処理部１４はウエハＷ上のレジストなどを除去するためのＳＰＭ液を満たしたＳＰＭ処理槽２１と、ＳＰＭ液による処理を終えたウエハＷのリンス洗浄を行うための例えば純水を満たしたリンス槽１４１と、第２の搬送アーム１２５との間でウエハＷの受け渡しを行うために、前記の各槽２１、１４１に設けられたウエハボート３及びその昇降機構３１と、を備えている。ＳＰＭ処理槽２１とウエハボート３及びその昇降機構３１とは本実施の形態の処理装置であるＳＰＭ処理装置２の一部を構成しており、その詳細については後述する。

以上に説明した構成を備えるウエハ処理システム１において、ＳＰＭ処理部１４に設けられたＳＰＭ処理装置２は、背景技術にて説明したＳＰＭ液（硫酸と過酸化水素水との混合液）中の硫酸濃度の低下を抑え、レジストなどの汚染物質の除去能の低下を抑制するための構成を備えている。以下、ＳＰＭ処理装置２の詳細な構成について図４、図５を参照しながら説明する。

ウエハボート３は、第２の搬送アーム１２５の移動方向（前後方向）と直交する方向に伸びる例えば４本の棒状のウエハ支持部３２を共通の昇降機構３１に接続した構成となっている。これらウエハ支持部３２を第２の搬送アーム１２５側のウエハ支持部１２６と上下方向に交差させることにより、例えば５０枚のウエハＷを垂直姿勢で保持することができる。昇降機構３１は、第２の搬送アーム１２５との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡し位置と、ＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液中にウエハＷを浸漬する処理位置との間でウエハボート３を昇降する役割を果たす。

ＳＰＭ処理槽２１は、ＳＰＭ液によるウエハＷの処理が行われる処理槽であり、例えば底部側の左右両側が内側へ向けて傾斜する一方、上面が開放されると共に、平面形状が矩形の例えば石英製やポリプロピレン製の容器として構成されている。ＳＰＭ処理槽２１の上縁部には、ＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液を溢流させるための逆三角形状の切欠き部２１１が形成されていると共に、ＳＰＭ処理槽２１の上縁部の外側には当該切欠き部２１１より溢流したＳＰＭ液を受ける外槽２１２が設けられている。便宜上、図４には一部の外槽２１２のみを示してあるが、実際には外槽２１２はＳＰＭ処理槽２１の４辺の上縁部を取り囲むように設けられている。

ＳＰＭ処理槽２１の底部側には、ＳＰＭ処理槽２１内にＳＰＭ液を供給するための例えば２本のＳＰＭ供給ノズル２２が設けられている。ＳＰＭ供給ノズル２２はＳＰＭ処理槽２１の長辺に沿って互いに平行に配置され、各ＳＰＭ供給ノズル２２には多数の吐出孔２２１が開口しており、例えばＳＰＭ処理槽２１内に浸漬されたウエハＷに向けて斜め上方にＳＰＭ液を吐出することができるようになっている。これらの吐出孔２２１は、後述する本実施の形態の循環路の出口に相当している。

図５に示すように、既述の外槽２１２の例えば底面には循環ライン４１０が設けられており、この循環ライン４１０はＳＰＭ供給ノズル２２に接続されている。これによりＳＰＭ処理槽２１の上縁部から外槽２１２に溢流したＳＰＭ液は、循環ライン４１０、ＳＰＭ供給ノズル２２を経て再びＳＰＭ処理槽２１内に供給されるようになっており、この観点において、当該循環ライン４１０及びＳＰＭ供給ノズル２２は、本実施の形態の循環路を構成している。循環ライン４１０には、ＳＰＭ液を循環させる循環ポンプ４１１と、ＳＰＭ液を予め設定された温度に加熱する加熱部４１２と、ＳＰＭ液中の固形不純物を取り除くフィルター４１３とが介設されている。

加熱部４１２は例えば循環ライン４１０に捲回された抵抗発熱体などから構成され、例えばＳＰＭ処理槽２１内に設けられた熱伝対などからなる温度検出部２５にて検出されたＳＰＭ液の温度検出値に基づいて、不図示の給電部からの給電電力を増減しながら、循環ライン４１０内を循環するＳＰＭ液を加熱することによりＳＰＭ処理槽２１内の温度を調節することができるようになっている。但し、温度検出部２５は、ＳＰＭ処理槽２１内に設ける場合に限られず、ＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液の温度を実質的に検出することができる位置であれば、外槽２１２内や加熱部４１２の手前の循環ライン４１０に設けてもよい。

加熱部４１２の下流側の循環ライン４１０には、過酸化水素水供給ライン４２０を介して過酸化水素水タンク４２が接続されており、循環ライン４１０内を循環するＳＰＭ液に過酸化水素水を補充供給することができる。加熱部４１２の下流側に過酸化水素水を補充供給することにより、過酸化水素水及び後述のカロ酸などの熱的に不安定な成分が加熱部４１２にて直接加熱されることによって分解されることを抑制している。過酸化水素水供給ライン４２０に介設された４２２は開閉弁、４２１は過酸化水素水供給ポンプである。過酸化水素水タンク４２、過酸化水素水供給ライン４２０、過酸化水素水供給ポンプ４２１などは本実施の形態の過酸化水素水供給部に相当する。

一方、ＳＰＭ液に硫酸を補充供給する硫酸タンク４３は、硫酸供給ライン４３０を介して外槽２１２に接続されている。ここで硫酸供給ライン４３０はＳＰＭ処理槽２１と同様に石英やポリプロピレンなどの透明な部材により構成されており、例えば外槽２１２の側方に配置された本実施の形態の液面検出部である例えば赤外線レーザー式の液面センサ２４などにより、外槽２１２内の液面の高さが予め設定した高さ以上となっているか否かを光学的に検出することができる。硫酸タンク４３は、液面センサ２４にて検出した液面の高さが設定値を下回った場合には、外槽２１２に硫酸を補充供給して、ＳＰＭ処理槽２１、外槽２１２及び循環ライン４１０内に所定量のＳＰＭ液が保持された状態となるように調整する役割を果たしている。硫酸供給ライン４３０に介設された４３２は開閉弁、４３１は硫酸供給ポンプである。硫酸タンク４３、硫酸供給ライン４３０、硫酸供給ポンプ４３１などは本実施の形態の硫酸供給部に相当する。

さらにＳＰＭ処理槽２１には、当該ＳＰＭ処理槽２１の上部側及び外槽２１２を覆うようにフード部２３１が設けられており、ＳＰＭ処理槽２１及び外槽２１２の液面から蒸発した蒸気（図５中に、破線の矢印で示してある）を、例えばフード部２３１の下部側の側壁面に設けられ、例えばブロアなどに接続された排気路２３３を介して外部へ排気することができるようになっている。フード部２３１の上面側には開閉自在に構成された蓋部２３２が設けられており、ウエハボート３の昇降動作時には当該蓋部２３２を開くことにより、フード部２３１と干渉せずにウエハＷの搬入出を行うことができる。排気路２３３に接続されたフード部２３１内の空間は、本実施の形態の排気部に相当する。なおフード部２３１には蓋部２３２を設けない構成としてもよい。

以上の構成を備えたＳＰＭ処理装置２は、図５に示すように制御部５と接続されている。制御部５は例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部には当該ウエハ処理システム１内の各機器の作用、つまり、搬入出部１１内にＦＯＵＰ６を搬入し、ウエハＷを取り出して各種の処理を実行してから、再度ウエハＷをＦＯＵＰ６内に収納して当該ＦＯＵＰ６を搬出するまでの動作に係わる制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。

そして制御部５の記憶部には、上述のＳＰＭ処理装置２におけるＳＭＰ液を用いたウエハＷの処理に関するプログラムも記憶されており、過酸化水素水タンク４２、硫酸タンク４３からの過酸化水素水や硫酸の給断や供給量の調節、循環ライン４１０内におけるＳＰＭ液の循環の開始及び停止、また加熱部４１２によるＳＰＭ液の温度調節などが制御部５からの指示に基づいて実行されるようになっている。

ここで本実施の形態に係るＳＰＭ処理装置２は、ＳＰＭ液中の硫酸濃度の低下を抑制する目的で、ＳＰＭ液の温度を、一般的な１００℃〜１３０℃よりも高い、例えば１３５℃〜１７０℃の範囲内、好適には１４０℃〜１５０℃の範囲内の例えば１４０℃に調整する。ＳＰＭ液は、例えば濃硫酸１容に過酸化水素水を０．０５〜１容程度混合した、硫酸、過酸化水素及び水を主成分とする混合液であるところ、これらの成分の蒸気圧は硫酸＜過酸化水素＜水の順に高くなる。

そこでＳＰＭ液の温度を従来の温度より高くすることにより、ＳＰＭ液の液面から水分を優先的に蒸発させることができる。この結果、過酸化水素の分解により生成した水をＳＰＭ液中から抜き出して、例えば蒸発により減少した水分量に相当する硫酸を補充することにより、硫酸濃度の低下を抑制することが可能となる。ＳＰＭ液の温度が１３５℃よりも低いと、水分を蒸発させる効果が十分でなく、１７０℃より高いと過酸化水素などの分解が過度に進行してしまうおそれがある。

一方、ＳＰＭ液を用いたレジストなどの除去においては、過酸化水素や硫酸の各成分が汚染物質に作用するのみならず、過酸化水素と硫酸との反応により生成するカロ酸（過硫酸、Ｈ_２ＳＯ_５）が汚染物質の除去に効果的に作用していると考えられている。そして、ウエハＷ表面へのこれらの成分の供給温度を上げると、汚染物質の除去能が向上し、濃硫酸に対して過酸化水素水の混合割合を抑えることが可能となり、この結果、過酸化水素水の分解による硫酸濃度の低下（水分濃度の上昇）をさらに抑えることができる。
しかしながら、カロ酸や過酸化水素は熱的に不安定な物質であるため、温度を高くすると分解してしまい、逆に汚染物質の除去能が低下してしまうおそれがある。

そこで本実施の形態に係るＳＰＭ処理装置２では、既述のように加熱部４１２の下流側に過酸化水素水供給ライン４２０を接続し、過酸化水素やカロ酸が加熱部４１２で直接加熱されて分解が進行することを抑えている。

また、本例に係るＳＰＭ処理装置２は、循環路を成すＳＰＭ供給ノズル２２の出口（吐出孔２２１）の直前位置に、同じく循環路を成す循環ライン４１０への過酸化水素水の補充供給位置が設定されている。ここで「循環路の出口の直前位置」とは、例えば循環ライン４１０を循環するＳＰＭ液中に過酸化水素水が供給された時点から、ＳＰＭ供給ノズル２２の吐出孔２２１からＳＰＭ処理槽２１内のウエハＷの処理雰囲気中に当該ＳＰＭ液が吐出される時点までの時間を５秒以内とする場合などが考えられる。本例では、例えば過酸化水素水の供給点（図５のＸ１点）、当該供給点から最も遠いＳＰＭ供給ノズル２２の吐出孔２２１（図４、図５のＸ２点）までの距離（例えば５０ｃｍ以下）、循環ライン４１０及びＳＰＭ供給ノズル２２の太さ、過酸化水素水供給後のＳＰＭ液の流量（例えば２０Ｌ／分以上、５０Ｌ/分以下（例えば循環ライン４１０及びＳＰＭ供給ノズル２２の直径が２０ｍｍ場合には、流速はおよそ１ｍ／秒以上、２．７ｍ/秒以下となる））などを調整することにより、前記時間を５秒以内としている。これにより、従来に比べてＳＰＭ液の温度を上げても、汚染物質の除去能を落とさず、逆にその除去能を向上させた状態でウエハＷの処理を行うことが可能となる。

以上に説明したＳＰＭ処理装置２を備えたウエハ処理システム１の作用について説明すると、例えばウエハＷを２５枚ずつ収納したＦＯＵＰ６が外部の搬送ロボットなどによって搬送され、載置台１１１上に載置されると、図２に示すように第１の搬送アーム１１２はインターフェース部１２側の開閉扉１２１に対向する受け渡し台１１３上にＦＯＵＰ６を移動させる。

開閉扉１２１は、ＦＯＵＰ６の蓋体を取り外し、このＦＯＵＰ６内に一方側の受け渡しアーム１２２を進入させてウエハＷを取り出す。ウエハＷが取り出されて空となったＦＯＵＰ６は、蓋体が閉じられ、第１の搬送アーム１１２によって保管棚１１４上に移送され、保管される。

ＦＯＵＰ６から取り出されたウエハＷを保持した受け渡しアーム１２２は、不図示のノッチアライナにウエハＷを渡して、ノッチ位置の調整が行われた後、再びウエハＷを受け取る。次いで受け渡しアーム１２２を支持するアーム台１２３が回転し、ウエハＷを保持した受け渡しアーム１２２を姿勢変換装置１２４に対向させ、姿勢変換装置１２４側へと受け渡しアーム１２２が進入してウエハＷの受け渡しが行われる。

姿勢変換装置１２４ではウエハＷの間隔調整、姿勢変換が行われた後、インターフェース部１２内で待機する第２の搬送アーム１２５にウエハＷが受け渡される。このような動作を連続して実行し、例えば５０枚のウエハＷが保持されると、第２の搬送アーム１２５はこれらのウエハWを２組のＳＰＭ処理部１４の一方側へ搬送する。ここで２組のＳＰＭ処理部１４は例えば交互にウエハＷが搬入される運用としてもよいが、本例では一方側のＳＰＭ処理部１４にてＳＰＭ液による処理を実行し、他方側のＳＰＭ処理部１４は待機状態となっている。

処理が行われるＳＰＭ処理部１４まで第２の搬送アーム１２５が移動してくると、当該ＳＰＭ処理部１４内のＳＰＭ処理装置２は、第２の搬送アーム１２５の下方側からウエハボート３を受け渡し位置まで上昇させ、双方のウエハ支持部１２６、３１を上下に交差させることにより、図４に示すようにウエハＷがウエハボート３に受け渡される。ウエハＷを受け渡した第２の搬送アーム１２５は側方へと退避してウエハＷをＳＰＭ処理槽２１内に搬入する準備を終える。

このときＳＰＭ処理槽２１にはＳＰＭ液が満たされた状態となっており、当該ＳＰＭ液はＳＰＭ処理槽２１→外槽２１２→循環ライン４１０→ＳＰＭ供給ノズル２２→ＳＰＭ処理槽２１と、ＳＰＭ液の循環系内を循環している。そして外槽２１２の液面の高さが予め設定された高さとなるように硫酸の供給を終え、またＳＰＭ液の温度は加熱部４１２によって例えば１４０℃に調整されている。

このような状態に調整されたＳＰＭ処理装置２のウエハボート３にウエハＷが受け渡されると、フード部２３１の蓋部２３２が開き、ウエハボート３が降下してＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液中にウエハＷが浸漬される（図６（ａ））。ウエハボート３を処理位置まで降下させ、ウエハＷの全体がＳＰＭ液中に浸漬されると共に、ＳＰＭ供給ノズル２２から吐出されたＳＰＭ液がウエハＷ表面を流れることによりＳＰＭ液による処理が開始され、蓋部２３２が閉じられる。このときＳＰＭ液の温度が従来の１００℃〜１３０℃よりも高い温度となっていることにより、同じ濃度比で調製された低温のＳＰＭ液に比べて汚染物質の除去能が高くなっている。なお、図６（ａ）〜図７（ｂ）の各図中においては、フィルター４１３や各種供給ポンプ４２１、４３１などの記載を適宜省略してある。

このようにウエハＷの全体がＳＰＭ液内に浸漬されたら、汚染物質の除去能をさらに高めるため、図６（ｂ）に示すように過酸化水素水供給ライン４２０から過酸化水素水の補充供給が行われる。補充される過酸化水素水の量は、例えば系内に５５Ｌ程度のＳＰＭ液が保持されている場合には、ＳＰＭ液の温度が１００℃〜１３０℃である場合では４００ｍＬ〜７００ｍＬ程度の補充量が必要となる。しかしながらＳＰＭ液の温度を１３５℃〜１７０℃に上げ、当該液の活性を高めることにより過酸化水素水の補充量を１５０ｍＬ〜３００ｍＬ程度まで低減し、その結果、過酸化水素の分解による水分の増加を抑えることができ、硫酸濃度の低下速度を抑えることができる。

また、過酸化水素水タンク４２から供給される過酸化水素水の温度はＳＰＭ液の温度よりも低いので、循環ライン４１０内を循環するＳＰＭ液のうち過酸化水素水と接触したＳＰＭ液は局所的に温度が低下する。これにより、例えば加熱部４１２の上流側で過酸化水素水を供給し、その後、当該ＳＰＭ液を加熱する場合に比べて過酸化水素水の補充で生成したカロ酸や過酸化水素自体の分解を抑制することができる。

さらに本例では、新鮮な過酸化水素水が供給されたＳＰＭ液がＳＰＭ処理槽２１内のウエハＷの処理雰囲気中に吐出されるまでの時間が既述のように５秒以内となるように過酸化水素水の供給点（図５のＸ１点）と、当該供給点から最も遠いＳＰＭ供給ノズル２２の吐出孔２２１（図４、図５のＸ２点）までの距離、循環ライン４１０及びＳＰＭ供給ノズル２２の太さ、ＳＰＭ液の循環量や過酸化水素水の供給速度（即ち、過酸化水素水供給後のＳＰＭ液の流速）が調整されている。これにより従来の温度よりも高い温度でＳＰＭ液の液温を調整した場合であっても、カロ酸や過酸化水素水の分解が過度に進行する前にこれらの成分をウエハＷ表面に到達させることができる。

過酸化水素水が供給され、カロ酸などの有効成分を多く含むＳＰＭ液は、図４に示すようにウエハＷの並ぶ方向に沿って連設された吐出孔２２１の各吐出孔２２１から吐出され、このＳＰＭ液がウエハＷ同士の隙間に流れ込んで各ウエハＷの表面と接触し、汚染物質の除去が進行する。

このようにして、例えば０．５秒間〜５秒間かけて１５０ｍＬ〜３００ｍＬの過酸化水素水を補充し、さらにＳＰＭ液を循環させながらＳＰＭ処理槽２１内にて全体で例えば１０分間〜１５分間程度ウエハＷの処理を実行する。こうして所定時間が経過したら、蓋部２３２を開きウエハボート３を上昇させてＳＰＭ処理槽２１内からウエハＷを搬出し（図７（ａ））、再度蓋部２３２を閉じてＳＰＭ処理装置２におけるウエハＷの処理を終える（図７（ｂ））。

以上に説明したウエハＷの処理を開始する準備やＳＰＭ処理槽２１内へのウエハＷの搬入とＳＰＭ液による処理、これに続くウエハＷの搬出までの一連の動作の実行中、既述のようにＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液の温度は１３５℃〜１７０℃の範囲内の例えば１４０℃に調整されると共に、フード部２３１内は排気路２３３を介して常時排気されている。この結果、ＳＰＭ液からは、ＳＰＭ液を構成する硫酸、過酸化水素、水の中で最も蒸発しやすい水分が従来よりも多く蒸発し、過酸化水素水の分解により生成した水に起因する硫酸濃度の低下を抑えることができる。

このように本例では、従来に比較してＳＰＭ液の温度を高く調整し、ＳＰＭ液中の水分を積極的に蒸発させる構成となっているので、図６（ａ）〜図７（ｂ）に示すように外槽２１２の液面の高さ位置が次第に低下していく。そこで本例のＳＰＭ処理装置２においては、図７（ｂ）に示すように例えばウエハＷの処理を終えたタイミングで、液面センサ２４にて外槽２１２内の液面の高さが予め設定された高さ（設定レベル）以上となっているか否かを検出し、液面が所定の高さを下回っている場合には、設定レベルに到達するまで硫酸タンク４３からの硫酸の補充供給が行われる（図７（ｂ））。これにより、循環系内のＳＰＭ液の保持量、ＳＰＭ液の温度が所定の状態に調整され、次のウエハＷを処理する準備が整えられる。

ＳＰＭ液による処理を終え、ＳＰＭ処理槽２１から引き上げられたウエハＷはウエハボート３から第２の搬送アーム１２５に再び受け渡され、リンス槽１４１にて純水によるリンス洗浄を終えた後、乾燥処理部１３へと搬送される。乾燥処理部１３ではウエハ乾燥ユニット１３１内にて例えばＩＰＡ（IsoPropyl Alcohol）蒸気によるＩＰＡ乾燥が行われた後、処理を終えたウエハＷが第２の搬送アーム１２５によりインターフェース部１２へと搬送され、姿勢変換装置１２４へと受け渡される。

姿勢変換装置１２４では搬入時とは反対に、垂直状態から水平状態へのウエハＷの姿勢変換が実行された後、姿勢変換装置１２４から受け渡しアーム１２２へウエハＷが受け渡され、受け渡し台１１３にて待機している空のＦＯＵＰ６内にウエハＷが搬入される。しかる後、ＦＯＵＰ６の蓋体を閉じ、第１の搬送アーム１１２によって当該ＦＯＵＰ６が載置台１１１に載置されると、処理後のウエハＷを収納したＦＯＵＰ６は例えば搬送ロボットによって次の工程へと搬送されていく。本実施の形態に係るウエハ処理システム１では、以上に述べた動作を連続的に実行し、例えば１時間に数百枚のウエハＷを処理することができる。

本実施の形態に係るＳＰＭ処理装置２によれば以下の効果がある。ＳＰＭ液の温度を従来よりも高い１３５℃〜１７０℃の温度範囲、好適には１４０℃〜１５０℃の温度範囲に調整するので、当該ＳＰＭを構成する硫酸、過酸化水素、水のなかで最も蒸発し易い水分を優先的に蒸発させることができる。この結果、ＳＰＭ液中から水が抜き出され、過酸化水素からの水の生成などに起因する硫酸の濃度低下を抑えて、ＳＰＭ液の全量交換の頻度を低減することができる。

そしてさらに本例のＳＰＭ処理装置２では、１）循環ライン４１０に設けられた加熱部４１２の下流側に過酸化水素水供給ライン４２０を接続し、２）この過酸化水素水の供給位置が循環路であるＳＰＭ供給ノズルの出口の直前位置、例えば循環ライン４１０を循環するＳＰＭ液中に過酸化水素水が供給された時点から、ＳＰＭ供給ノズル２２の吐出孔２２１からＳＰＭ液が吐出される時点までの時間が例えば５秒以内となるような位置となっている。これらの構成により、水分を優先的に蒸発させるためにＳＰＭ液の温度を従来よりも高い温度とした場合であっても、硫酸と過酸化水素との反応により生成するカロ酸や過酸化水素自体などの汚染物質の除去に有効な成分の分解を抑制することができる。

以上に説明した実施の形態に係るＳＰＭ処理装置２では、図７（ｂ）を用いて説明したように液面センサ２４にて外槽２１２内におけるＳＰＭ液の液面レベルを検出し、この液面レベルが予め設定した高さ位置を下回った場合に硫酸を供給する構成としたが、硫酸の供給タイミングはこの例に限られるものではない。例えば、ＳＰＭ処理槽２１におけるウエハＷ処理を終え、ウエハＷをＳＰＭ処理槽２１から取り出した後、次のウエハＷがＳＰＭ処理槽２１内に搬入されるまでのタイミング毎に、所定量または、水分の蒸発分に相当する量の硫酸を供給する構成としてもよい。毎回の硫酸を供給することにより、硫酸供給に伴うＳＰＭ液中の硫酸濃度の変動幅を小さくすることができる。

また図５に示したＳＰＭ処理装置２においては、ＳＰＭ処理槽２１をフード部２３１及び蓋部２３２で覆い、当該フード部２３１内を強制排気する例を示したが、フード部２３１は必ずしも設けなくてもよい。例えばＳＰＭ処理槽２１や外槽２１２の液面から蒸発した蒸気をウエハ処理システム１の空間内に向けて自然排気してもよい。この場合にはＳＰＭ処理槽２１や外槽２１２の上面側の開口部がＳＰＭ処理装置２の排気部となる。

このほか、上述のウエハ処理システム１ではＳＰＭ液による処理と組み合わせて、ＤＨＦ（Diluted HydroFluoric acid）液によるウエハＷ表面の酸化被膜の除去やＳＣ−１液（アンモニアと過酸化水素水の混合液）によるウエハＷ表面のパーティクルや有機性の汚染物質の除去、ＳＣ−２液（塩酸と過酸化水素水との混合液）による金属不純物の除去などを行ってもよいし、さらにまたはこれらの処理に替えて他の処理を組み合わせてもよい。

（実験）
図５に示すＳＰＭ処理装置２を用い、図６（ａ）〜図７（ｂ）にて説明した要領でウエハＷの処理を繰り返し実行し、ＳＰＭ温度を変化させたことによるＳＰＭ液（初濃度：硫酸９５重量％、過酸化水素水５重量％）中の硫酸濃度及び水分濃度の経時変化を測定した。各実験においては、１ロットで５０枚のウエハＷに対する処理を行った。本実験では、硫酸の濃度が８０重量％に到達する時点をＳＰＭ液の全量交換タイミングに設定している。

Ａ．実験条件
（実施例）
ＳＰＭ液の温度：１４０℃、
過酸化水素水の供給：ウエハＷ処理開始前毎に３秒間で１５０ｍＬを供給、
硫酸の供給：ウエハＷ処理開始後毎に１５０ｍＬを供給、
循環ライン４１０におけるＳＰＭ液の循環量：４０Ｌ／分
（比較例）
ＳＰＭ液の温度：１２０℃、
過酸化水素水の供給：ウエハＷ処理開始前毎に３秒間で１５０ｍＬを供給、
硫酸の供給：液面センサ２４による液レベル管理。ウエハＷの処終了後に外槽２１２の液レベルが設定値を下回っていたら、当該液レベルを回復するまで硫酸を供給。
循環ライン４１０におけるＳＰＭ液の循環量：４０Ｌ／分

Ｂ．実験結果
実施例、比較例におけるＳＰＭ液中の硫酸濃度及び過酸化水素水濃度の変化を示すグラフを図８に示す。図８において横軸は時間［分］、左側の縦軸は硫酸濃度［重量％］、右側の縦軸は過酸化水素水中に含まれる水分濃度［重量％］を示している。図中、実施例は実線、比較例は破線で示してある。なお、実際に計測された濃度は、過酸化水素水や硫酸の供給などの影響を受けて小刻みに変動しているが、図８には平滑化した結果を示してある。

図８に示した結果によれば、時間の経過と共に過酸化水素水の補充の影響によって硫酸濃度が低下しているが、その低下速度は次第に緩やかになった。そして２４００分以降ではＳＰＭ液の全量交換タイミングである硫酸濃度８０重量％よりも１〜２重量％程度高い濃度から低下せずほぼ一定となり、約２７００分で１６０ロットの処理を実行することができた。一方で過酸化水素水中の水の濃度は、多少の変動はあるものの実験の期間中０．５重量％程度であり、当該水分濃度が上昇する現象は観察されなかった。

このことは、ＳＰＭ液を１４０℃にすることにより、過酸化水素水の供給による硫酸の希釈と、水分の蒸発による硫酸の濃縮とが当該液内で同時並行的に進行し、硫酸濃度の低下する時間帯では硫酸の希釈速度が大きくなった結果であると考えられる。一方で硫酸濃度が一定となった時間帯では前記希釈速度と、水分の蒸発による硫酸の濃縮速度が釣り合った状態になったものと推察できる。ＳＰＭ液中の硫酸濃度を８０重量％以上に維持できたことにより、ウエハＷの処理結果に不具合は見られなかった。

一方で図８に破線で示した比較例の結果によれば、ＳＰＭ液中の硫酸濃度は時間の経過と共にほぼ一定の速度で低下し、処理開始後、約９８０分で全量交換タイミングである８０重量％に到達した。このとき、過酸化水素水中の水分濃度も処理開始直後の０．５重量％から１．５重量％程度まで３倍程度に上昇している。これは、水分の蒸発速度が十分ではなくＳＰＭ液中に水分が蓄積されてしまった結果であると考えられる。

以上の結果から、ＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液の温度を１３５℃〜１７０℃の範囲内の例えば１４０℃とすることにより、従来温度（１２０℃）と比べて過酸化水素水の供給量を低減し、さらに硫酸濃度の低下を抑制できることが確認された。

Ｗ ウエハ
１ ウエハ処理システム
１１ 搬入出部
１２ インターフェース部
１３ 乾燥処理部
１４ ＳＰＭ処理部
２ ＳＰＭ処理装置
２１ ＳＰＭ処理槽
２１２ 外槽
２２ ＳＰＭ供給ノズル
２２１ 吐出孔
２４ 液面センサ
３ ウエハボート
４１０ 循環ライン
４２０ 過酸化水素水供給ライン
４３０ 硫酸供給ライン
５ 制御部
６ ＦＯＵＰ

Claims (13)

1. 被処理基板を、硫酸と過酸化水素水との混合液に浸漬し処理するための処理槽と、
   この処理槽内の混合液を循環させるための循環路と、
   この循環路に設けられ、前記混合液を加熱するための加熱部と、
   前記混合液に硫酸を補充供給するための硫酸供給部と、
   前記循環路における前記加熱部の下流側であって、前記被処理基板を汚染する汚染物質の除去に有効な成分である過酸化水素水、及び過酸化水素水と硫酸との反応により生成するカロ酸の分解を抑制した状態で前記混合液を処理槽に供給するための位置である、当該循環路の出口の直前位置にて混合液に過酸化水素水を補充供給するための過酸化水素水供給部と、
   前記処理槽内の混合液の温度を検出するための液温検出部と、
   前記処理槽内の混合液の温度を１３５℃〜１７０℃の範囲の設定温度にするために前記液温検出部の温度検出値に基づいて加熱部の出力を調節するステップと、前記処理槽に被処理基板を浸漬するステップと、次いで、前記過酸化水素水供給部より過酸化水素水を補充供給し、前記被処理基板が浸漬された処理槽に当該過酸化水素水が補充供給された混合液を供給するステップと、しかる後、処理を終えた基板を前記処理槽から搬出するステップと、加熱によって蒸発した混合液を補充するために、前記硫酸供給部より硫酸を補充供給するステップと、を実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記過酸化水素水を補充供給する位置から処理槽までの循環路における過酸化水素水及びカロ酸の分解を抑制するために、当該循環路における混合液の流量が２０リットル／分以上、５０リットル／分以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記被処理基板の処理は、前記処理槽の混合液内に新たな被処理基板を浸漬するステップと、処理を終えた被処理基板を当該処理槽から取り出すステップとが繰り返して行われ、
   前記制御部は、処理を終えた被処理基板を処理槽から取り出した後、次の被処理基板が混合液に浸漬される前のタイミング毎に硫酸を補充供給するように硫酸供給部を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記処理槽から溢流した混合液を受ける共に、前記循環路の上流側に設けられた外槽と、この外槽内の混合液の液面の高さを検出する液面検出部とを備え、
   前記制御部は、前記液面検出部にて検出した液面の高さが予め設定した高さを下回ったときに混合液に硫酸を補充供給するように硫酸供給部を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
5. 前記過酸化水素水を補充供給する位置から処理槽までの循環路における過酸化水素水及びカロ酸の分解を抑制するために、当該過酸化水素水を補充供給する位置は、混合液が当該位置から処理槽に流入されるまでの時間が５秒以内となる位置であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
6. 前記過酸化水素水を補充供給する位置から処理槽までの循環路における過酸化水素水及びカロ酸の分解を抑制するために、当該過酸化水素水を補充供給する位置は、当該循環路の出口より上流側５０ｃｍ以内の位置であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
7. 処理槽内の硫酸と過酸化水素水との混合液に被処理基板を浸漬して処理を行う工程と、
   前記処理槽内の混合液を循環路に循環させる工程と、
   この循環路内にて混合液を加熱することにより、前記処理槽内の混合液の温度を１３５℃〜１７０℃の範囲の設定温度に調節する工程と、
   前記処理槽に被処理基板を浸漬する工程と、
   次いで、前記循環路における混合液の加熱位置よりも下流側であって、前記被処理基板を汚染する汚染物質の除去に有効な成分である過酸化水素水、及び過酸化水素水と硫酸との反応により生成するカロ酸の分解を抑制した状態で前記混合液を処理槽に供給するための位置である当該循環路の出口の直前位置にて混合液に過酸化水素水を補充供給し、前記被処理基板が浸漬された処理槽に当該過酸化水素水が補充供給された混合液を供給する工程と、
   しかる後、処理を終えた基板を前記処理槽から搬出する工程と、
   加熱により蒸発した混合液を補充するために、当該混合液に硫酸を補充供給する工程と、を含むことを特徴とする基板処理方法。
8. 前記過酸化水素水を補充供給する位置から処理槽までの循環路における過酸化水素水及びカロ酸の分解を抑制するために、前記循環路における混合液の流量が２０リットル／分以上、５０リットル／分以下の範囲であることを特徴とする請求項７に記載の基板処理方法。
9. 処理槽の混合液内に新たな被処理基板を浸漬する工程と、処理を終えた被処理基板を当該処理槽から取り出す工程とが繰り返して行われ、
   処理を終えた被処理基板を処理槽から取り出した後、次の被処理基板が混合液に浸漬される前のタイミング毎に、前記硫酸を補充供給する工程を実行することを特徴とする請求項７または８に記載の基板処理方法。
10. 前記処理槽から溢流した混合液を外槽にて受け止め、受け止められた混合液を前記循環路に流す工程と、
    この外槽内の混合液の液面の高さを検出する工程と、を含み、
    前記工程で検出された液面の高さが予め設定された高さを下回ったときに、前記混合液に硫酸を補充供給する工程を実行することを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一つに記載の基板処理方法。
11. 前記過酸化水素水を補充供給する位置から処理槽までの循環路における過酸化水素水及びカロ酸の分解を抑制するために、当該過酸化水素水を補充供給する位置は、混合液が当該位置から処理槽に流入されるまでの時間が５秒以内となる位置であることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一つに記載の基板処理方法。
12. 前記過酸化水素水を補充供給する位置から処理槽までの循環路における過酸化水素水及びカロ酸の分解を抑制するために、当該過酸化水素水を補充供給する位置は、当該循環路の出口より上流側５０ｃｍ以内の位置であることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか一つに記載の基板処理方法。
13. 被処理基板を、硫酸と過酸化水素水との混合液に浸漬し処理する基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記プログラムは請求項７ないし１２のいずれか一つに記載された基板処理方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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