JP5837787B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を処理する技術に関する。

従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程では、基板処理装置を用いて酸化膜等の絶縁膜を有する基板に対して様々な処理が施される。例えば、表面上にレジストのパターンが形成された基板に処理液を供給することにより、基板の表面に対してエッチング等の処理が行われる。また、エッチング等の終了後、基板上のレジストを除去する処理も行われる。

例えば、特許文献１のレジスト除去装置では、水平に回転する基板上に、硫酸と過酸化水素水の混合液であるＳＰＭ（sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture）液がノズルから供給され、ＳＰＭ液に含まれるカロ酸の強酸化力により基板上のレジストが除去される。当該レジスト除去装置では、加熱された硫酸と常温（すなわち、室温と同程度の温度）の過酸化水素水とを混合することによりＳＰＭ液が生成される。硫酸と過酸化水素水との混合時には大きな反応熱が生じるため、基板上に供給されるＳＰＭ液の温度は、加熱された硫酸の温度よりも高くなる。ＳＰＭ液を用いたレジスト除去処理では、効率的にレジストを除去するために、ＳＰＭ液の温度を高く維持することが好ましい。

特開２００７−５９８１６号公報

ところで、特許文献１のレジスト除去装置では、装置を駆動した直後は、硫酸をノズルへと導く配管等の温度も常温であるため、ノズルから供給されるＳＰＭ液の温度が所望の温度よりも低下してしまうおそれがある。また、常温の基板上に高温のＳＰＭ液が供給されるため、ＳＰＭ液の温度が基板上において低下してしまい、レジスト除去の効率が低下してしまうおそれがある。さらに、基板の回転により、ＳＰＭ液が基板の中央部からエッジに向かって移動する間にもＳＰＭ液の温度は低下するため、基板の中央部とエッジ近傍の部位とでレジスト除去の状態が異なり、エッジ近傍の部位でレジストの一部が除去されずに残ってしまう可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ＳＰＭ処理の際に、基板上における処理液の温度低下を抑制することを主な目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、基板を保持する基板保持部と、加熱された硫酸を供給する硫酸供給部と過酸化水素水を供給する過酸化水素水供給部とを有する処理液供給部と、前記処理液供給部を制御することにより、過酸化水素水の供給を停止した状態で、加熱された硫酸を前記基板に供給して前記基板を所定の温度まで加熱する予備加熱処理を行った後、加熱された硫酸と過酸化水素水とを前記処理液供給部により混合しつつ前記基板の主面に供給して前記基板に対するＳＰＭ処理を行う制御部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記予備加熱処理の際に前記基板に供給された硫酸を回収し、前記硫酸供給部へと戻す回収部をさらに備える。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の基板処理装置であって、前記予備加熱処理時の硫酸の流量が、前記ＳＰＭ処理時の硫酸の流量よりも多い。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記処理液供給部が、前記硫酸供給部および前記過酸化水素水供給部に接続され、前記ＳＰＭ処理の際に、前記硫酸供給部からの加熱された硫酸と前記過酸化水素水供給部からの過酸化水素水を混合して混合液を生成する混合液生成部をさらに備える。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記予備加熱処理時の前記硫酸供給部における硫酸の温度が、前記ＳＰＭ処理時の前記硫酸供給部における硫酸の温度に等しい。

本発明では、ＳＰＭ処理の際に、基板上における処理液の温度低下を抑制することができる。

一の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。 基板の処理の流れを示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１の構成を示す図である。図１に示すように、基板処理装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）を１枚ずつ処理する枚葉式の装置である。基板処理装置１では、基板９にＳＰＭ（sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture）液が供給されてＳＰＭ処理、すなわち、基板９上のレジスト膜の除去処理が行われる。

基板処理装置１は、基板９の一方の主面９１（以下、「上面９１」という。）を上側に向けた状態で基板９を保持する基板保持部２、基板９の上面９１に向けてＳＰＭ液等の液体を吐出する処理液供給部３、基板９および基板保持部２の周囲を囲むカップ部４、基板９を基板保持部２と共に水平に回転する基板回転機構５、カップ部４から液体を回収する回収部６、基板９の上面９１にリンス液を供給するリンス液供給部７、並びに、これらの機構を制御する制御部８を備える。基板９は、基板回転機構５により、基板９の中心を通るとともに基板９の上面９１に垂直な回転軸を中心として基板保持部２と共に回転する。基板処理装置１では、基板保持部２、カップ部４、基板回転機構５等が、図示省略のチャンバ内に収容される。

処理液供給部３は、硫酸を供給する硫酸供給部３１、過酸化水素水を供給する過酸化水素水供給部３２、硫酸供給部３１および過酸化水素水供給部３２に接続される混合液生成部３３、基板９の上方に配置されて基板９に向けて液体を吐出するノズル３４、並びに、ノズル３４を回動軸３５１を中心として水平に回動するノズル回動機構３５を備える。ノズル回動機構３５は、回転軸３５１から水平方向に延びるとともにノズル３４が取り付けられるアーム３５２を備える。

硫酸供給部３１は、硫酸を貯溜する硫酸貯溜部３１１、硫酸貯溜部３１１および混合液生成部３３に接続される硫酸配管３１２、硫酸貯溜部３１１から硫酸配管３１２を介して混合液生成部３３へと硫酸を供給する硫酸ポンプ３１３、硫酸配管３１２上に設けられる硫酸バルブ３１４、並びに、硫酸ポンプ３１３と硫酸バルブ３１４との間で硫酸配管３１２上に設けられて硫酸を加熱する硫酸加熱部３１５を備える。硫酸配管３１２は硫酸加熱部３１５と硫酸バルブ３１４との間で分岐して硫酸貯溜部３１１へと接続されており、硫酸バルブ３１４が閉じられている状態では、硫酸加熱部３１５により加熱された硫酸は、硫酸貯溜部３１１と硫酸加熱部３１５とを循環する。

過酸化水素水供給部３２は、過酸化水素水を貯溜する過酸化水素水貯溜部３２１、過酸化水素水貯溜部３２１および混合液生成部３３に接続される過酸化水素水配管３２２、過酸化水素水貯溜部３２１から過酸化水素水配管３２２を介して混合液生成部３３へと過酸化水素水を供給する過酸化水素水ポンプ３２３、並びに、過酸化水素水配管３２２上に設けられる過酸化水素水バルブ３２４を備える。なお、硫酸貯溜部３１１および過酸化水素水貯溜部３２１は、基板処理装置１の外部に設けられ、硫酸供給部３１および過酸化水素水供給部３２がそれぞれ接続されてもよい。

混合液生成部３３は、硫酸配管３１２および過酸化水素水配管３２２が接続されるミキシングバルブ３３１、ミキシングバルブ３３１およびノズル３４に接続される吐出用配管３３２、並びに、吐出用配管３３２上に設けられる攪拌流通管３３３を備える。混合液生成部３３では、硫酸供給部３１からの加熱された硫酸と、過酸化水素水供給部３２からの常温（すなわち、室温と同程度の温度）の過酸化水素水とが、ミキシングバルブ３３１において混合されて混合液であるＳＰＭ液（硫酸過水）が生成される。ＳＰＭ液は攪拌流通管３３３および吐出用配管３３２を通過してノズル３４へと送られる。攪拌流通管３３３では、ＳＰＭ液が攪拌されることにより、硫酸と過酸化水素水との化学反応が促進される。ＳＰＭ液は、ノズル３４の先端の吐出口から基板９の上面９１に向けて吐出される。本実施の形態では、硫酸加熱部３１５により約１３０℃〜１５０℃に加熱された硫酸が硫酸供給部３１から混合液生成部３３へと供給される。なお、硫酸供給部３１から供給される硫酸の温度は適宜変更されてよい。

回収部６は、カップ部４の底部に接続される使用済液体配管６１、使用済液体配管６１に接続される三方バルブ６２、三方バルブ６２と廃液回収部６３とを接続する廃液配管６４、三方バルブ６２と硫酸貯溜部３１１とを接続する硫酸回収用配管６５、および、硫酸回収用配管６５上に設けられ、カップ部４から回収した硫酸を硫酸貯溜部３１１へと送る硫酸回収ポンプ６６を備える。

図２は、基板処理装置１における基板９の処理の流れを示す図である。基板処理装置１では、まず、基板９が搬入されて基板保持部２により保持される。続いて、制御部８により基板回転機構５が制御されることにより、基板９の回転が開始される。また、ノズル回動機構３５によるノズル３４の回動が開始され、ノズル３４が基板９の中心部とエッジとの間で往復運動を繰り返す（ステップＳ１１）。なお、基板処理装置１では、基板９の中心部の上方にて停止したノズル３４から、後述する液体の供給が行われてもよい。

次に、制御部８により処理液供給部３が制御されることにより、硫酸供給部３１の硫酸バルブ３１４が開かれ、硫酸加熱部３１５により約１３０℃〜１５０℃に加熱された硫酸が、硫酸配管３１２を介して混合液生成部３３へと所定の流量にて供給される。このとき、過酸化水素水バルブ３２４は閉じられている。

加熱された硫酸は、過酸化水素水の供給が停止された状態で、混合液生成部３３のミキシングバルブ３３１、吐出用配管３３２および攪拌流通管３３３を通過し、ノズル３４から基板９の上面９１へと供給される。基板９上の硫酸は、基板９の回転により基板９のエッジに向かって上面９１上を移動し、これにより、基板９の上面９１が全面に亘って硫酸により加熱される。基板９上を移動する硫酸は、基板９のエッジから外側へと飛散する。基板９から飛散した硫酸は、カップ部４の側壁の内面を伝わって、あるいは、直接カップ部４の底部へと移動し、カップ部４の底部に接続された回収部６により回収される。回収部６では、三方バルブ６２により使用済液体配管６１と硫酸回収用配管６５とが接続されており、硫酸回収ポンプ６６が駆動されることにより、カップ部４から回収された硫酸が、硫酸供給部３１の硫酸貯溜部３１１へと戻される。硫酸貯溜部３１１へと戻された硫酸は、硫酸供給部３１から混合液生成部３３へと再度供給される。

基板処理装置１では、基板９に対する加熱された硫酸の供給が所定時間だけ連続的に行われされ、基板９の上面９１の温度を所定の温度（例えば、約１３０℃〜１５０℃）まで加熱する予備加熱処理が行われる（ステップＳ１２）。予備加熱処理が行われている間、回収部６による硫酸の回収、および、硫酸供給部３１への送出は連続的に行われる。硫酸供給部３１では、加熱された硫酸が流れることにより、硫酸配管３１２、ミキシングバルブ３３１、吐出用配管３３２、攪拌流通管３３３およびノズル３４も所定の温度（例えば、約１３０℃〜１５０℃）まで加熱される。

予備加熱処理が終了すると、制御部８により硫酸バルブ３１４が調整され、硫酸供給部３１から混合液生成部３３に供給される硫酸の流量がＳＰＭ処理時の所定の流量に変更される。本実施の形態では、予備加熱処理時に硫酸供給部３１から混合液生成部３３に供給される硫酸の流量は、ＳＰＭ処理時に硫酸供給部３１から混合液生成部３３に供給される硫酸の流量よりも多い。一方、ＳＰＭ処理時の硫酸供給部３１における硫酸の温度は、予備加熱処理時の硫酸供給部３１における硫酸の温度におよそ等しく、約１３０℃〜１５０℃である。

処理液供給部３では、制御部８により過酸化水素水バルブ３２４が開かれ、常温の過酸化水素水が、過酸化水素水貯溜部３２１から過酸化水素水配管３２２を介してミキシングバルブ３３１へと所定の流量にて供給される。ミキシングバルブ３３１では、加熱された硫酸と常温の過酸化水素水とが混合されてＳＰＭ液が生成される。ＳＰＭ液の温度は、硫酸と過酸化水素水との反応により、硫酸供給部３１から供給される硫酸の温度よりも高く、約１５０℃〜１９５℃となる。ＳＰＭ液は、吐出用配管３３２および攪拌流通管３３３を通過し、ノズル３４から、予備加熱処理が行われた基板９の上面９１に対して供給される。換言すれば、処理液供給部３により、加熱された硫酸と過酸化水素水とが混合されつつ基板９の上面９１に供給される。

ＳＰＭ液は、基板９の回転により、基板９の上面９１の全面に拡がり、基板９のエッジから外側へと飛散してカップ部４により受けられる。回収部６では、三方バルブ６２が切り換えられて使用済液体配管６１と廃液配管６４とが接続されており、廃液回収部６３が駆動されることにより、カップ部４から回収されたＳＰＭ液が廃棄される。基板処理装置１では、基板９に対するＳＰＭ液の供給が所定時間だけ連続的に行われ、基板９に対するＳＰＭ処理、すなわち、ＳＰＭ液に含まれるカロ酸の強酸化力による基板９上のレジスト膜の除去処理が行われる（ステップＳ１３）。

ＳＰＭ処理が終了すると、過酸化水素水バルブ３２４が開かれた状態で硫酸バルブ３１４が閉じられ、過酸化水素水が、ミキシングバルブ３３１、吐出用配管３３２および攪拌流通管３３３を通過し、ノズル３４から、レジスト膜が除去された基板９上に供給される（ステップＳ１４）。当該過酸化水素水供給処理により、ミキシングバルブ３３１、吐出用配管３３２、攪拌流通管３３３およびノズル３４内に残っているＳＰＭ液が除去される。また、基板９上に供給された過酸化水素水は、基板９の回転により、基板９の上面９１の全面に拡がり、基板９上に残っているＳＰＭ液を、基板９のエッジから外側へと押し出して除去する。基板９のエッジから外側に飛散したＳＰＭ液および過酸化水素水は、上記と同様に、回収部６により廃棄される。

過酸化水素水供給処理が終了すると、過酸化水素水バルブ３２４が閉じられて過酸化水素水の供給が停止され、ノズル回動機構３５により、ノズル３４が基板９の外側の待機位置へと移動される（ステップＳ１５）。次に、リンス液供給部７から基板９の上面９１に、リンス液である純水（ＤＩＷ：deionized water）が供給されるリンス処理が行われる（ステップＳ１６）。リンス液は、基板９の回転により、基板９の上面９１の全面に拡がる。これにより、基板９上に残っている過酸化水素水が洗い流される。リンス処理が所定時間だけ連続的に行われると、リンス液の供給が停止される。そして、基板９の回転数を増大させ、基板９の回転により基板９上に残っているリンス液を除去する乾燥処理が行われる（ステップＳ１７）。その後、基板９の回転が停止され（ステップＳ１８）、基板９が基板処理装置１から搬出される。

以上に説明したように、基板処理装置１では、基板９に対するＳＰＭ処理が行われるよりも前に、加熱された硫酸が処理液供給部３により基板９に供給され、基板９が加熱される。このように、基板９に対する予備加熱処理が行われることにより、ＳＰＭ処理の際に、基板９上に供給された高温のＳＰＭ液の温度低下を抑制することができる。その結果、ＳＰＭ処理の効率を向上することができる。また、基板９の上面９１上を移動する際のＳＰＭ液の温度低下も抑制することができるため、基板９の上面９１全体におけるＳＰＭ処理の均一性、および、膜減りや膜成長の均一性を向上することもできる。

さらに、ＳＰＭ処理の開始前に、硫酸配管３１２、ミキシングバルブ３３１、吐出用配管３３２、攪拌流通管３３３およびノズル３４も加熱されるため、ミキシングバルブ３３１への過酸化水素水の供給開始から、ノズル３４から吐出されるＳＰＭ液の温度が所望の温度に達するまでの時間を短縮することができる。その結果、ＳＰＭ処理に要する時間を短縮することができる。

基板処理装置１では、予備加熱処理の際に基板９に供給された硫酸を回収して硫酸供給部３１へと戻す回収部６が設けられることにより、硫酸の使用量の増大を防止することができる。また、処理液供給部３が、硫酸供給部３１からの硫酸と過酸化水素水供給部３２からの過酸化水素水を混合してＳＰＭ液を生成する混合液生成部３３を備えることにより、硫酸と過酸化水素水とを個別の吐出口から基板９に供給する場合に比べて、ＳＰＭ処理の効率をより向上することができるとともに基板９の上面９１全体におけるＳＰＭ処理の均一性をより向上することができる。

上述のように、基板処理装置１では、予備加熱処理時の硫酸供給部３１における硫酸の流量を、ＳＰＭ処理時の硫酸供給部３１における硫酸の流量よりも多くすることにより、予備加熱処理に要する時間を短くすることができる。さらに、予備加熱処理時の硫酸供給部３１における硫酸の温度が、ＳＰＭ処理時の硫酸供給部３１における硫酸の温度に等しいため、予備加熱処理からＳＰＭ処理へと移行する際に、硫酸供給部３１において硫酸の温度変更を行う必要がない。その結果、基板処理装置１における上述の一連の処理に要する時間を短くすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

予備加熱処理時の硫酸供給部３１における硫酸の温度は、ＳＰＭ処理時の硫酸供給部３１における硫酸の温度と異なっていてもよい。例えば、予備加熱処理の際のみ作動する加熱部が硫酸配管３１２上に追加され、予備加熱処理時の硫酸の温度が、ＳＰＭ処理時のＳＰＭ液の温度とおよそ等しくされてもよい。予備加熱処理に要する時間が十分に短いのであれば、予備加熱処理時の硫酸の流量は、例えば、ＳＰＭ処理時の硫酸の流量とおよそ等しくてもよい。

ＳＰＭ処理の効率および均一性が許容範囲内であれば、処理液供給部３から混合液生成部３３が省略され、硫酸供給部３１から、加熱された硫酸が基板９に向けて吐出され、過酸化水素水供給部３２から過酸化水素水が基板９に向けて吐出される。この場合も、上記実施の形態と同様に、硫酸供給部３１から加熱された硫酸を基板９に供給して予備加熱処理が行われた後に、加熱された硫酸と過酸化水素水とを処理液供給部３により混合しつつ基板９の上面９１に供給して基板９に対するＳＰＭ処理が行われる。これにより、基板９上に供給された処理液（すなわち、硫酸と過酸化水素水との混合液）の温度低下を抑制することができる。また、基板９の上面９１全体におけるＳＰＭ処理の均一性を向上することもできる。さらに、硫酸供給部３１の硫酸配管３１２をＳＰＭ処理前に加熱することができるため、基板９上の処理液の温度が所望の温度に達するまでの時間を短縮することができる。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 基板処理装置
２ 基板保持部
３ 処理液供給部
６ 回収部
８ 制御部
９ 基板
３１ 硫酸供給部
３２ 過酸化水素水供給部
３３ 混合液生成部
９１ 上面
Ｓ１１〜Ｓ１８ ステップ

Claims (5)

1. 基板を処理する基板処理装置であって、
   基板を保持する基板保持部と、
   加熱された硫酸を供給する硫酸供給部と過酸化水素水を供給する過酸化水素水供給部とを有する処理液供給部と、
   前記処理液供給部を制御することにより、過酸化水素水の供給を停止した状態で、加熱された硫酸を前記基板に供給して前記基板を所定の温度まで加熱する予備加熱処理を行った後、加熱された硫酸と過酸化水素水とを前記処理液供給部により混合しつつ前記基板の主面に供給して前記基板に対するＳＰＭ処理を行う制御部と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記予備加熱処理の際に前記基板に供給された硫酸を回収し、前記硫酸供給部へと戻す回収部をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
   前記予備加熱処理時の硫酸の流量が、前記ＳＰＭ処理時の硫酸の流量よりも多いことを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記処理液供給部が、
   前記硫酸供給部および前記過酸化水素水供給部に接続され、前記ＳＰＭ処理の際に、前記硫酸供給部からの加熱された硫酸と前記過酸化水素水供給部からの過酸化水素水を混合して混合液を生成する混合液生成部をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記予備加熱処理時の前記硫酸供給部における硫酸の温度が、前記ＳＰＭ処理時の前記硫酸供給部における硫酸の温度に等しいことを特徴とする基板処理装置。

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