JP5490938B2

JP5490938B2 - 基板処理装置

Info

Publication number: JP5490938B2
Application number: JP2013086827A
Authority: JP
Inventors: 勉菊池; 正泰安部; 治道廣瀬; 幸伸西部; 佳大安藤
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: JP2013150007A

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に半導体基板や液晶基板等の基板を洗浄することができる基板処理装置に関する。

基板処理装置では、半導体ウェハや液晶基板等の基板の製造工程において、基板からレジストを剥離するために、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）を混合した薬液を用いたレジスト剥離が実施されている（特許文献１を参照）。

特開２００６−２７８５０９号公報

ところが、特許文献１では、レジスト破壊のためには活性化酸素を必要とするので、過酸化水素水を用いるが、硫酸と過酸化水素水を混合すると、その反応工程において水が生成されるために、硫酸の濃度が徐々に薄まる欠点がある。つまり、硫酸が希釈されてしまうので硫酸を再利用することができず、硫酸と過酸化水素水の混合物は一度しか使えない。このため、処理コストが高くなることや、環境負荷が大きい。したがって、過酸化水素水を用いずに水の発生を無くすことで、硫酸の希釈を防止することが望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、硫酸のようなレジスト剥離液が希釈されることを防止してレジスト剥離液を再利用でき、レジスト剥離を効率良く行うことができる基板処理装置を提供することである。

本発明の基板処理装置は、
基板の表面にレジスト剥離液としての硫酸を供給して前記基板からレジストを剥離する基板処理装置であって、
前記レジスト剥離液内にオゾンガスの微小気泡を混入して前記微小気泡を含むレジスト剥離液を生成する微小気泡生成ユニットと、
前記基板の上部に配置され、前記微小気泡生成ユニットで生成された前記微小気泡を含むレジスト剥離液を前記基板の表面に供給する供給ノズルと、
前記基板の表面に供給されたレジスト剥離液を前記微小気泡生成ユニットに戻す配管と、
この配管途中に設けられたポンプと、
前記基板の表面に供給された後の前記レジスト剥離液の硫酸濃度を検出するセンサと、
このセンサの検出結果に基づいて、前記基板の表面に供給された後の剥離液が再利用可能であるかを判断する制御部とを有し、
この制御部は、前記センサの検出信号に基づいて、前記基板の表面に供給された後の剥離液が再利用可能と判断した場合には、前記ポンプを作動させ、前記基板の表面に供給された後の剥離液を前記配管を経由して前記微小気泡生成ユニットに戻すようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、硫酸のようなレジスト剥離液が希釈されることを防止してレジスト剥離液を再利用でき、レジスト剥離を効率良く行うことができる基板処理装置を提供することができる。

本発明の基板処理装置の好ましい第１実施形態を示す図である。図１に示す処理ユニットを示す図である。微小気泡生成ユニットの構造例を示す図である。本発明の第２実施形態を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の基板処理装置の好ましい第１実施形態を示している。

図１に示す基板処理装置１は、カセットのカセットステーション２と、ロボット３と、複数の処理ユニット４，４を備えている。

基板処理装置１は、枚葉式の基板処理を行う装置であり、カセットステーション２は、複数のカセット５，５を有しており、各カセット５は複数枚の基板Ｗを収容している。基板としては、例えば半導体ウェハ基板である。

ロボット３は、カセットステーション２と複数の処理ユニット４，４の間に配置されている。ロボット３は、各カセット５に収容されている基板Ｗを処理ユニット４側に搬送する。また、ロボット３は、処理ユニット４側の処理後の基板Ｗを、別のカセット５に搬送して戻す。各処理ユニット４は、基板Ｗを保持して回転させて、微小気泡を含むレジスト剥離液を供給することにより、基板Ｗ上の不要なレジストを剥離するのに用いられる。

図２は、図１に示す基板処理装置１の処理ユニット４の構成例を示している。

図２に示す枚葉式の処理ユニット４は、レジスト剥離装置１０と、基板保持部１１と、操作部１２と、ダウンフロー用のフィルタ付きファン１３と、カップ１４と、供給部の一例である供給ノズル１５と、処理室１６を有する。

基板保持部１１は、円板のベース部材１７と、回転軸１８と、モータ１９を有しており、ベース部材１７の上には基板Ｗが着脱可能に固定される。処理室１６内には、カップ１４と供給ノズル１５とベース部材１７とモータ１９の回転軸１８が収容されている。回転軸１８の先端部にはベース部材１７が固定されている。モータ１９が制御部２０の指令により動作することで、ベース部材１７はＲ方向に連続回転することができる。

図２に示す供給ノズル１５は基板Ｗの上部に配置されており、供給ノズル１５は、制御部２０の指令により操作部１２が動作すると、Ｚ方向（上下方向）とＸ方向（基板Ｗの半径方向）に移動可能である。

次に、図２に示すレジスト剥離装置１０を説明する。

図２に示すレジスト剥離装置１０は、微小気泡生成ユニット３０と、オゾンガス供給部３２，５３と、硫酸供給部３４と、第１ヒータ５１と第２ヒータ５２等を有している。

微小気泡生成ユニット３０は、配管３１Ｂとバルブ３１を介してオゾンガス供給部３２に接続されている。微小気泡生成ユニット３０は、配管３３Ｂとバルブ３３を介して硫酸供給部３４に接続されている。オゾンガス供給部３２は、酸化性ガスの一例であるオゾンガスを供給するための気体供給部である。同様にして、硫酸供給部３４は、レジスト剥離液の一例である硫酸を供給するためのレジスト剥離液供給部である。バルブ３１，３３は、制御部２０の指令により開閉動作が制御される。

図２に示す微小気泡生成ユニット３０は、オゾンガス供給部３２から供給されたオゾンガスを例えば第１多孔質フィルムに通すことで多数の微小気泡を生成し、硫酸供給部３４から供給された硫酸を例えば第２多孔質フィルムに通すことで、生成された多数の微小気泡を、硫酸中に混入して含ませる。これにより、微小気泡生成ユニット３０は、多数の微小気泡を含む硫酸４０を生成することができる。

図２に示す微小気泡生成ユニット３０は、配管４６とバルブ４７を介して第１ヒータ５１を通って供給ノズル１５に接続されている。このため、バルブ４７が制御部２０の指令により開くことにより、微小気泡生成ユニット３０内の微小気泡を含む硫酸４０は、配管４６とバルブ４７を介して第１ヒータ５１を通って加熱された後に、供給ノズル１５から基板Ｗに噴射されるようになっている。

また、図２に示すように、別のオゾンガス供給部５３が、配管５４とバルブ５５を介して第２ヒータ５２を通って供給ノズル１５に接続されている。このため、バルブ５５が制御部２０の指令により開くことにより、オゾンガス供給部５３内のオゾンガスは、配管５４とバルブ５５を介して第２ヒータ５２を通って加熱された後に、供給ノズル１５から基板Ｗに液滴化して噴射されるようになっている。オゾンガス供給部３２，５３は、酸化性ガス供給部の一例である。

このように、第１ヒータ５１が微小気泡を含む硫酸４０を加熱し、第２ヒータ５２がオゾンガス供給部５３からのオゾンガスを加熱することにより、基板Ｗ上でのオゾンガスが効率的に反応してレジスト剥離に寄与でき、レジストの剥離性を向上できる。なお、第１ヒータ５１と第２ヒータ５２は、必要に応じて設定することができる。

また、硫酸中に微小気泡を含ませる際に用いられる酸化性ガスの一例として、オゾンガスを用いることにより、より効果的に基板Ｗ上のレジスト剥離をすることができる。なお、オゾンガスに代えて、窒素ガスや空気を用いることもでき、オゾンガスと同様な効果が得られる。

図２に示すように、ポンプ４５が微小気泡生成ユニット３０と処理室１６の底部との間には、配管５６，５７を介して接続されている。このポンプ４５が制御部２０の指令により作動することにより、処理室１６内に溜まった使用済みの硫酸５８は、微小気泡生成ユニット３０内に戻して、基板Ｗのレジスト剥離作業に再度使用することができる。

処理室１６の底部の配管５６には、さらにタンク６５とバルブ６６が接続されている。タンク６５には、光源６７と光センサ６８と、液面センサ６９を有している。光源６７の光がタンク６５内の硫酸を通って光センサ６８で受光することで、硫酸の濃度を検出する。制御部２０は、硫酸の濃度の検出結果に基づいて、使用した硫酸が再度利用可能であるかどうかを判断する。使用した硫酸が再度利用可能である場合には、制御部２０はポンプ４５を作動して硫酸を微小気泡生成ユニット３０に戻すが、硫酸が再利用できない場合には、バルブ６６を開けて硫酸をタンク７０に排出するようになっている。

また、洗浄水供給部１９Ｍは、洗浄水を基板Ｗに供給できる。洗浄水等の硫酸以外の液体を使用することから、処理室１６の底部には、硫酸以外の排液を回収するための配管６０とバルブ６１が接続されている。硫酸以外の排液は例えば基板Ｗを洗浄する際に用いられる洗浄水であり、タンク６２に回収される。なお、洗浄水としては、例えば純水であっても良い。

図３は、図２に示す微小気泡生成ユニット３０の構成例を示している。微小気泡生成ユニット３０は、第１多孔質フィルム８１と第２多孔質フィルム８２を有している。

図３に示す第１多孔質フィルム８１と第２多孔質フィルム８２とは、微小気泡発生機構部を構成しており、第１多孔質フィルム８１は、高分子フィルム等の多孔質体フィルムであり、例えばクレーズ部１３１と、フィルム部１３２から構成されている。クレーズ部１３１は、フィルム部１３２の孔部に形成されており、複数のフィブリル１３３を有しており、各フィブリル１３３の間はボイド１３４である。このボイド１３４が、第１多孔質フィルム８１の第１孔である。

オゾンガス供給部３２は、流量調節器１２０とレギュレータ１２１を介して第１多孔質フィルム８１に対して加圧してオゾンガスを供給できるようになっている。流量調節器１２０とレギュレータ１２１は図２に示すバルブ３１を構成している。

図３の矢印Ｓ方向に沿って、例えば０．３〜３．０ｋｇ／ｃｍ２の加圧力で圧縮気体が与えられると、圧縮されたオゾンガスが各フィブリル１３３の間のボイド１３４をぬって通過して多数の微小気泡が発生する。

一方、第２多孔質フィルム８２は、第１多孔質フィルム８１のフィルム部１３２に対して密接して配置されている例えば不織布である。硫酸供給部３４が第２多孔質フィルム８２に対して硫酸を供給できる。

第２多孔質フィルム８２は、各フィブリル１３３間のボイド１３４から出たオゾンガスの多数の微小気泡を第１多孔質フィルム８１から切り離すことによって、微小気泡同士の合体を起こさずに微小気泡のまま吐き出させて、微小気泡を含んだ硫酸４０を生成する役目を果たす。

次に、上述した処理ユニット４におけるレジスト剥離装置１０によるレジスト剥離方法を説明する。

図２に示すオゾンガス供給部３２は、オゾンガスを微小気泡生成ユニット３０に供給し、硫酸供給部３４は、レジスト剥離液の一例である硫酸を微小気泡生成ユニット３０に供給する。

図３に示すように、微小気泡生成ユニット３０は、オゾンガス供給部３２から供給されたオゾンガスを第１多孔質フィルム８１に通すことで多数の微小気泡を生成し、硫酸供給部３４から供給された硫酸を第２多孔質フィルム８２に通すことで、生成された多数の微小気泡を、硫酸中に混入して含ませる。第１多孔質フィルム８１に対して圧縮されたオゾンガスを供給すると、オゾンガスがクレーズ部１３１のフィブリル１３３の間のボイド１３４をぬって通過して、多数の微小気泡が発生する。これらの微小気泡は、第２多孔質フィルム８２でフィルム部１３２から切り離すことにより、微小気泡同士の合体が起きずに微小気泡のままで硫酸中に吐き出すことができる。

これにより、微小気泡生成ユニット３０は、多数の微小気泡を含む硫酸４０を生成する。

図２に示す微小気泡生成ユニット３０内の微小気泡を含む硫酸４０は、第１ヒータ５１を通って加熱された後に、供給ノズル１５から基板Ｗに液滴化して噴射される。また、図２に示すように、別のオゾンガス供給部５３が、第２ヒータ５２を通って供給ノズル１５に供給される。

図２に示すように、微小気泡を含む硫酸４０が供給ノズル１５から基板Ｗに噴射されて基板Ｗのレジスト剥離が行われた後に、使用した硫酸排液がタンク６５に入って、光源６７と光センサ６８の間を通ると、硫酸の濃度が検出される。制御部２０は、硫酸の濃度の検出結果に基づいて、硫酸が再度利用可能であるかどうかを判断して、再度利用可能である場合には、制御部２０はポンプ４５を作動して硫酸を微小気泡生成ユニット３０に戻すが、硫酸が再利用できない場合には、バルブ６６を開けて硫酸をタンク７０に排出する。

これにより、微小気泡を含む硫酸４０の再利用が可能であり、硫酸のようなレジスト剥離液が希釈されることを防止してレジスト剥離液を再利用でき、レジスト剥離処理を効率良く行うことができる。微小気泡を生成するガスとしては、オゾンガスの他に窒素ガス等でも微小液滴化することができる。微小気泡生成ユニット３０では、オゾンガスを加圧してナノバルブ化して、硫酸中に微小気泡を共存させることにより、レジスト破壊に必要な酸素活性種を作成することができる。

また、純水が基板Ｗに対して洗浄水供給部１９Ｍから噴射されて、基板Ｗが洗浄される場合には、硫酸以外の廃液が配管６０を通じてタンク６２に排出できる。

上述したように、オゾンガスのような酸化性ガスを微小気泡にして硫酸のようなレジスト剥離液内に含ませて、微小気泡を含むレジスト剥離液を生成し、この微小気泡を含むレジスト剥離液を用いて基板Ｗのレジスト剥離を行う。従来用いられている過酸化水素水は用いないので、硫酸のようなレジスト剥離液が過酸化水素水により希釈されてしまうことはなく、効率良くレジスト剥離処理を行うことができる。

従来における硫酸と過酸化水素水を用いたレジスト剥離の場合には、次の化学反応式になる。

Ｈ_２ＳＯ_４＋Ｈ_２Ｏ_２→Ｈ_２ＳＯ_５＋Ｈ_２Ｏ
ＣＸＨＹＯＸ（レジスト）＋Ｈ_２ＳＯ_５→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋Ｈ_２ＳＯ_４
これに対して、過酸化水素水を用いないで硫酸とオゾンガスを用いたレジスト剥離の場合には、次の化学反応式になる。

Ｈ_２ＳＯ_４＋Ｏ_３→Ｈ_２ＳＯ_５＋Ｏ_２
ＣＸＨＹＯＸ（レジスト）＋Ｈ_２ＳＯ_５→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋Ｈ_２ＳＯ_４
すなわち、従来の硫酸と過酸化水素水を用いた場合に比べて、本発明の実施形態のように硫酸とオゾンガスを用いることにより、同等もしくは同等以上のレジストの効果を発揮することができる。

また、微小気泡生成ユニット３０は、硫酸のようなレジスト剥離液内にオゾンガスのような酸化性ガスの微小気泡が安定的に含ませることができ、レジスト剥離性が一定になるようにコントロールできる。

硫酸のようなレジスト剥離液を酸化種として用いることはなく、レジスト剥離処理が効率的に実施でき、硫酸のようなレジスト剥離液の再利用が可能である。これにより、環境負荷が低減できる。

さらに、微小気泡が安定して生成されたレジスト剥離液が、基板Ｗのレジスト剥離処理を実施できるので、レジスト剥離処理の均一性を向上できる。このため、レジスト剥離処理時間が短縮できる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図４を参照して説明する。

図４に示す基板処理装置の枚葉式の処理ユニット４Ｂは、レジスト剥離装置１０Ｂと、基板保持部１１Ｂと、操作部１２Ｂと、カップ１４Ｂと、供給部の一例である供給ノズル１５Ｂを有する。

基板保持部１１Ｂは、円板のスピンテーブル１７Ｂと、回転軸１８Ｂと、モータ１９Ｂを有しており、スピンテーブル１７Ｂの上には基板Ｗが着脱可能に固定される。回転軸１８Ｂの先端部にはスピンテーブル１７Ｂが固定されている。モータ１９Ｂが制御部２０Ｂの指令により動作することで、スピンテーブル１７ＢはＲ方向に連続回転することができる。

図４に示す供給ノズル１５Ｂは基板Ｗの上部に配置されており、制御部２０Ｂの指令により操作部１２Ｂが動作すると、供給ノズル１５Ｂの揺動アーム８０は、Ｚ方向（上下方向）とＸ方向（基板Ｗの半径方向）に移動可能である。

次に、図４に示すレジスト剥離装置１０Ｂを説明する。

図４に示すレジスト剥離装置１０Ｂは、微小気泡生成ユニット３０Ｂと、オゾンガスバブリング部３２Ｂと、インフューザ８５と、ポンプ８６と、オゾンガス供給部８７を有する。微小気泡生成ユニット３０Ｂは、配管８８を介してポンプ８６とインフューザ８５に接続されている。オゾンガスバブリング部３２Ｂの配管８９は、微小気泡生成ユニット３０Ｂ内に達している。供給ノズル１５Ｂの配管９０も微小気泡生成ユニット３０Ｂ内に達している。

制御部２０Ｂがポンプ８６を作動すると、配管８８を通じて微小気泡生成ユニット３０Ｂ内の硫酸９１が循環されることによりインフューザ８５により加熱される。オゾンガスバブリング部３２Ｂは、オゾンガスの多数の微小気泡を生成して、配管８９を通じて微小気泡生成ユニット３０Ｂ内の硫酸９１に混入させる。

微小気泡を含む硫酸９１は、配管９０を介して供給ノズル１５Ｂから基板Ｗに対して噴射して液滴化することで、基板Ｗのレジスト剥離を行うことができる。この際に、オゾンガス供給部８７からはオゾンガス９２が供給されている。

このようにオゾンガスバブリング部３２Ｂからはオゾンガスの微小気泡を硫酸９１に溶解し、オゾンガスの微小気泡を含む硫酸９１と、好ましくはさらにオゾンガス供給部８７からのオゾンガス９２が、混合スプレーとしての供給ノズル１５Ｂから基板Ｗ上において混合される。

図４に示すように、オゾンガスの微小気泡を含む硫酸９１が供給ノズル１５Ｂから基板Ｗに噴射されて基板Ｗのレジスト剥離が行われた後に、使用した硫酸排液がタンク６５に入って光源６７と光センサ６８の間を通ると、硫酸の濃度が検出される。制御部２０Ｂは、硫酸の濃度の検出結果に基づいて、硫酸が再度利用可能であるかどうかを判断して、再度利用可能である場合には、制御部２０Ｂはポンプ４５を作動して硫酸を微小気泡生成ユニット３０Ｂに戻すが、硫酸が再利用できない場合には、バルブ６６を開けて硫酸をタンク７０に排出する。

これにより、微小気泡を含む硫酸９１の再利用が可能であり、硫酸のようなレジスト剥離液が希釈されることを防止してレジスト剥離液を再利用でき、レジスト剥離処理を効率良く行うことができる。

本発明の基板処理装置は、基板の表面にレジスト剥離液を供給して基板からレジストを剥離する基板処理装置であって、レジスト剥離液内に酸化性ガスの微小気泡を混入して微小気泡を含むレジスト剥離液を生成する微小気泡生成ユニットと、微小気泡生成ユニットから微小気泡を含むレジスト剥離液を基板の表面に供給する供給部と、を備える。これにより、硫酸のようなレジスト剥離液が希釈されることを防止してレジスト剥離液を再利用でき、レジスト剥離を効率良く行うことができる。

供給部は、基板の上に配置された供給ノズルである。これにより、微小気泡を含むレジスト剥離液が供給ノズルから基板上に確実に供給してレジスト剥離処理を行うことができる。

微小気泡を含むレジスト剥離液は、供給ノズルから基板の表面に液滴状にして供給される。これにより、レジスト剥離液は、基板のレジストを確実に剥離できる。

微小気泡を含むレジスト剥離液を液滴状にする際に、さらに酸化性ガスがレジスト剥離液に供給される。これにより、レジスト剥離液は、基板のレジストをより確実に剥離できる。

加熱された微小気泡を含むレジスト剥離液が用いられる。これにより、酸化性ガスが効率的にレジスト剥離を行うことができ、レジスト剥離性が向上できる。

酸化性ガスを多孔質フィルムに通過させて微小気泡を生成して、微小気泡をレジスト剥離液中に放出することにより、微小気泡を含むレジスト剥離液を生成する。これにより、微小気泡を含むレジスト剥離液は、基板のレジストを確実に剥離できる。

ところで、本発明では、微小気泡とは、微細気泡あるいはマイクロ・ナノバブルともいい、マイクロバブル（ＭＢ）、マイクロナノバブル（ＭＮＢ）、ナノバブル（ＮＢ）を含む概念である。マイクロバブル（ＭＢ）とは、その発生時に気泡の直径が１０μｍ〜数十μｍ以下の微小な気泡のことをいい、マイクロナノバブル（ＭＮＢ）とは、その発生時に気泡の直径が数百ｎｍ〜１０μｍ以下の微小な気泡のことをいう。さらに、ナノバブル（ＮＢ）とは、数百ｎｍ以下の微小な気泡のことをいう。

さらに、本発明の実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、本発明の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１基板処理装置
４処理ユニット
１０レジスト剥離装置
１５供給部の一例である供給ノズル
３０微小気泡生成ユニット
３２オゾンガス供給部（酸化性ガス供給部）
３２，５３オゾンガス供給部（酸化性ガス供給部）
５１第１ヒータ
５２第２ヒータ
３４硫酸供給部（レジスト剥離液供給部）
４０微小気泡を含む硫酸（微小気泡を含むレジスト剥離液）
Ｗ基板

Claims

基板の表面にレジスト剥離液としての硫酸を供給して前記基板からレジストを剥離する基板処理装置であって、
前記レジスト剥離液内にオゾンガスの微小気泡を混入して前記微小気泡を含むレジスト剥離液を生成する微小気泡生成ユニットと、
前記基板の上部に配置され、前記微小気泡生成ユニットで生成された前記微小気泡を含むレジスト剥離液を前記基板の表面に供給する供給ノズルと、
前記基板の表面に供給された前記レジスト剥離液を前記微小気泡生成ユニットに戻す配管と、
この配管途中に設けられたポンプと、
前記基板の表面に供給された後の前記レジスト剥離液の硫酸濃度を検出するセンサと、
このセンサの検出結果に基づいて、前記基板の表面に供給された後の剥離液が再利用可能であるかを判断する制御部とを有し、
この制御部は、前記センサの検出信号に基づいて、前記基板の表面に供給された後の剥離液が再利用可能と判断した場合には、前記ポンプを作動させ、前記基板の表面に供給された後の剥離液を前記配管を経由して前記微小気泡生成ユニットに戻すようにしたことを特徴とする基板処理装置。
前記供給ノズルは、微小気泡を含む前記レジスト剥離液を液滴状にして前記基板の表面に供給する供給ノズルであって、
前記微小気泡を含むレジスト剥離液を液滴状にする際に、さらに酸化性ガスを前記微小気泡を含むレジスト剥離液に供給する酸化性ガス供給部を有することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
加熱された前記レジスト剥離液または加熱された前記微小気泡を含むレジスト剥離液が用いられ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。