KR20060009232A - 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 컴퓨터 판독가능한기록 매체 - Google Patents

기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 컴퓨터 판독가능한기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 ArF 레지스트막을 수반한 웨이퍼로부터 이 ArF 레지스트막을 제거하는 처리 방법에 관한 것이다.
ArF 레지스트막에 자외선 조사 처리를 실시하고, 이어서 ArF 레지스트막에 오존 가스와 수증기를 공급하여 처리함으로써, 이 ArF 레지스트막을 수용성으로 변성시킨다. 그 후, 수용성으로 변성된 ArF 레지스트막에 순수를 공급함으로써, ArF 레지스트막을 기판으로부터 박리한다.

Description

기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 컴퓨터 판독가능한 기록 매체{SUBSTRATE TREATING METHOD, SUBSTRATE TREATING DEVICE AND COMPUTER READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판에 형성된 ArF 레지스트나 반사 방지막, 높은 도우즈로 이온 주입된 막 등의 난(難)박리성막을 기판으로부터 박리하기 위한 기판 처리 방법, 그 기판 처리 방법을 실행하기 위한 기판 처리 장치 및 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서는, 반도체 장치의 고집적화를 목적으로 하여, 포토리소그래피 공정에서 이용되는 광의 단파장화가 진행되고 있으며, 최근, ArF 엑시머 레이저를 광원으로 하는 기술이 실용화를 목전에 두고 있다. 이 ArF 엑시머 레이저를 이용한 포토리소그래피 공정은 종래의 g선이나 i선 등을 이용한 포토리소그래피 공정과 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저의 광에 선택적으로 감광되는 레지스트막(이하 「ArF 레지스트막」이라고 함)을 형성하여, 이 ArF 레지스트막을 소정의 회로 패턴이 형성된 레티클을 이용하여 노광하고, 그 후에 현상함으로써, 수행된다.
이와 같이 하여 패터닝된 ArF 레지스트막을 마스크로서 이용하여, 에칭 처리 나 CVD법에 의한 금속 재료의 매립 처리, 이온 주입 처리 등의 여러 가지 홈 배선 요소의 형성 처리가 행해진다. 그리고, 이러한 처리가 행해진 후에는 불필요하게 된 ArF 레지스트막을 제거해야 한다. 종래, 불필요하게 된 레지스트막의 제거 방법으로는 예컨대, 일본 특허 공개 2002-184741호 공보에는 수증기와 오존 가스의 분위기에서 레지스트막을 수용성으로 변성시키고, 이 수용성으로 변화된 레지스트막을 수세 처리에 의해 제거하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, ArF 레지스트막의 오존과 수증기를 이용한 처리에 의한 박리 레이트는 매우 작다. 그 때문에, ArF 레지스트막을 이용한 생산 프로세스에 이 방법을 채용하는 것은 곤란하다. 또한, 일반적으로, ArF 레지스트막의 하지에는 ArF 엑시머 레이저의 반사를 방지하기 위한 반사 방지막(BARC)이 형성되는데, 이 반사 방지막도 또한 오존과 수증기를 이용한 처리에 의한 제거는 곤란하다. 더욱이, ArF 레지스트막에 한하지 않고, 높은 도우즈량으로 이온 주입 처리된 레지스트막은 주입 이온에 의해서 경화되기 때문에, 역시 오존과 수증기를 이용한 처리에 의해서만 제거하기가 곤란하다.
본 발명은 이러한 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 포토리소그래피 공정에서 형성되어, 에칭 처리나 이온 주입 처리, 도체막 형성 처리 등의 후에 불필요하게 된 난박리성의 레지스트막이나 반사 방지막 등의 제거를 용이하게 행할 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 이러한 기판 처리 방법을 실행하기 위한 기판 처리 장치, 그 기판 처리 장치의 제어에 이용되는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1의 관점에 따르면, ArF 레지스트막을 수반한 기판으로부터 상기 ArF 레지스트막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서, 상기 ArF 레지스트막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과, 상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 ArF 레지스트막을 수용성으로 변성시키는 공정과, 수용성으로 변성된 ArF 레지스트막에 순수를 공급하여, 상기 ArF 레지스트막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
이 기판 처리 방법에 있어서, 기판이 또한 ArF선 대응의 반사 방지막을 수반하는 경우, 이 반사 방지막에 ArF 레지스트막과 함께 자외선을 조사하고, 오존 가스와 수증기에 의해서 ArF 레지스트막과 함께 수용성으로 변성시키고, 순수에 의해서 ArF 레지스트막과 함께 기판으로부터 일괄적으로 박리하는 방법도 바람직하다.
본 발명의 제2의 관점에 따르면, 반사 방지막을 수반한 기판으로부터 상기 반사 방지막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서, 상기 반사 방지막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과, 상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 반사 방지막을 수용성으로 변성시키는 공정과, 수용성으로 변성된 반사 방지막에 순수를 공급하여, 상기 반사 방지막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 제3의 관점에 따르면, 높은 도우즈로 이온 주입 처리된 레지스트막을 수반한 기판으로부터 상기 레지스트막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서, 상기 레지스트막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과, 상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 레지스트막을 수용성으로 변성시키는 공정과, 수용성으로 변성된 레지스트막에 순수를 공급하여, 상기 레지스트막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
이 제3의 관점에 따른 기판 처리 방법은 이온 주입 처리에 있어서의 도우즈량이 1×1015/cm2 이상인 경우에 적합하게 이용된다.
이들 제1에서 제3의 관점에 따른 기판 처리 방법에 있어서는, 기판이 수용된 챔버에 수증기와 오존을 공급하여 ArF 레지스트막이나 반사 방지막, 높은 도우즈로 이온 주입된 막을 수용성으로 변성시키는 공정에서는, 기판에 결로가 생기지 않도록 챔버에 수증기를 일정 유량으로 공급하면서 수증기에 대한 오존의 공급량을 감소시키는 것이 바람직하다. 이로써, ArF 레지스트막 등의 막의 변성을 촉진할 수 있어, 순수에 의한 박리가 용이하게 된다. 이러한 처리 방법에 있어서의 오존의 공급 형태에서는, 챔버로의 오존 공급을 주기적으로 정지하는 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 챔버 내에서의 결로를 방지하는 방법으로는, 챔버를 소정의 온도로 유지하여 챔버에 공급하는 수증기량을 일정하게 했을 때에, 챔버 내에서 결로가 생기는 압력을 미리 구해 두고, 실제의 기판의 처리에서는, 챔버 내의 압력을 측정하면서, 그 측정 압력이 앞서 구한 결로가 생기는 압력을 넘지 않도록, 오존의 공급량을 제어하는 방법이 적합하게 이용된다.
이들 기판 처리 방법에 있어서, 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는, 챔버 안이 일정한 양압으로 유지되도록 챔버로부터 배기를 행하는 것이 바람직하다. 이로써 ArF 레지스트막 등의 변성을 촉진할 수 있다.
그런데, 최근, ArF 레지스트막 등의 재료는 현저히 변화(진보)되고 있으며, 그 때문에, 상기 제1에서 제3의 관점에 따른 기판 처리 방법에서는, ArF 레지스트막 등을 박리할 수 없거나, 또는 박리 레이트가 길어져 생산성이 저하되는 문제가 새롭게 생겨나고 있다. 그래서, 그와 같은 재료로 이루어지는 막의 박리 레이트를 향상시키기 위해서, 본 발명은 이하의 제4에서 제6의 관점에 따른 기판 처리 방법을 제공한다.
즉, 본 발명의 제4의 관점에 따르면, ArF 레지스트막을 수반한 기판으로부터 상기 ArF 레지스트막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서, 상기 ArF 레지스트막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과, 상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 ArF 레지스트막을 소정의 약액에 가용성으로 되도록 변성시키는 공정과, 변성된 ArF 레지스트막에 상기 약액을 공급하여, 상기 ArF 레지스트막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 제5의 관점에 따르면, 반사 방지막을 수반한 기판으로부터 상기 반사 방지막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서, 상기 반사 방지막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과, 상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 반사 방지막을 소정의 약액에 가용성으로 되도록 변성시키는 공정과, 변성된 반사 방지막에 상기 약액을 공급하여, 상기 반사 방지막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 제6의 관점에 따르면, 높은 도우즈로 이온 주입 처리된 레지스트막을 수반한 기판으로부터 상기 레지스트막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서, 상기 레지스트막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과, 상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 레지스트막을 소정의 약액에 가용성으로 되도록 변성시키는 공정과, 변성된 레지스트막에 상기 약액을 공급하여, 상기 레지스트막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
이들 제4∼제6의 관점에 따른 기판 처리 방법은, 제1∼제3의 관점에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 기판을 수증기와 오존으로 처리한 후에, 순수 대신에 알카리성 약액을 이용하여 변성된 막을 박리하는 것이다. 이 알카리성 약액으로는 APM 용액, 수산화암모늄 수용액, 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드(TMAH) 수용액 등이 적합하게 이용된다.
상기 제1∼제6의 관점에 따른 기판 처리 방법에서는, 자외선의 조사에는 파장이 172 nm∼193 nm인 자외선 램프 또는 엑시머 레이저가 적합하게 이용된다.
본 발명에 의하면, 상기 제1∼제6의 관점에 따른 기판 처리 방법을 실행하기 위한 기판 처리 장치가 제공된다. 즉, 본 발명의 제7의 관점에 따르면, ArF 레지스트막, 반사 방지막, 높은 도우즈로 이온 주입된 레지스트막 중 어느 막을 구비한 기판에 자외선을 조사하는 자외선 조사부와, 자외선이 조사된 기판을 수용하는, 가열 기구를 구비한 챔버와, 상기 챔버에 수증기를 공급하는 수증기 공급부와, 상기 챔버에 오존을 공급하는 오존 공급부와, 상기 기판이 수용된 챔버의 내부가 소정의 온도로 유지되어, 상기 챔버 내에 소정 유량으로 수증기와 오존이 공급되도록 상기 챔버와 상기 수증기 공급부와 상기 오존 공급부를 제어하는 제어부를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
이 기판 처리 장치에 있어서는, 제어부가, 챔버 내에 수증기를 일정 유량으로 공급하면서, 챔버 내의 기판에 결로가 생기지 않도록 챔버 안으로의 오존 공급량을 감소시키는 제어를 하는 구성으로 하는 것이 바람직하며, 예컨대, 챔버에의 오존 공급을 주기적으로 정지시킨다. 이 기판 처리 장치는 순수, APM 용액, 수산화암모늄 수용액, 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드(TMAH) 수용액 중 어느 하나를 이용하여 기판을 액 처리하는 액 처리부를 더 구비한 구성으로 하는 것이 바람직하며, 이로써, 기판의 수증기와 오존에 의한 처리와, 그 후의 액 처리를 원활하게 행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 처리 장치를 제어하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체가 제공된다. 즉, 본 발명의 제8의 관점에 따르면, 가열 기구를 구비한 챔버 내에 수용된 기판을, 수증기와 오존으로 처리하는 기판 처리 장치를 제어하는 컴퓨터로 하여금, (a) 자외선 조사 처리가 실시된 ArF 레지스트막, 반사 방지막, 높은 도우즈로 이온 주입된 레지스트막 중 어느 막을 구비한 기판을 상기 챔버에 수용하고, (b) 상기 챔버의 내부를 소정의 온도로 유지하고, (c) 상기 챔버 내에 수증기를 일정 유량으로 공급하면서, 상기 기판에 결로가 생기지 않도록 상기 챔버 내에의 오존 공급량을 감소시켜, 상기 막을 소정의 처리액에 가용성으로 되도록 변성시키는 처리를 실행하도록 하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체가 제공된다.
이들 본 발명에 따르면, ArF 레지스트막이나 반사 방지막, 높은 도우즈량의 이온 주입 처리가 된 레지스트막 등의 난박리성막을, 박리 대상물 이외의 부분에 손상을 주는 일없이 박리할 수 있다. 또한, 기판을 수증기와 오존으로 처리할 때에, 수증기에 대한 오존량을 감소시켜 챔버 내에 수증기가 많은 상태를 만들어냄으로써, 난박리성막의 박리 레이트를 향상시킬 수 있다. 또한, 기판을 수증기와 오존으로 처리한 후의 액 처리에 있어서 알카리성 약액을 이용함으로써, 난박리성막을 보다 용이하게 박리할 수 있게 되고, 또한 장치의 작업 처리량을 단축할 수 있다.
도 1은 막 제거 시스템의 개략 평면도이다.
도 2는 자외선 조사 유닛(UV)의 개략 단면도이다.
도 3은 막 변성 유닛(VOS)의 개략 단면도이다.
도 4는 막 제거 시스템에 있어서의 제어 시스템의 개략 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 ArF 레지스트막과 반사 방지막의 제거 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6(a)는 ArF 레지스트막의 제거 프로세스를 모식적으로 도시하는 단면도, 도 6(b)는 ArF 레지스트막의 제거 프로세스를 모식적으로 도시하는 단면도, 도 6(c)는 ArF 레지스트막의 제거 프로세스를 모식적으로 도시하는 단면도, 도 6(d)는 ArF 레지스트막의 제거 프로세스를 모식적으로 도시하는 단면도, 도 6(e)는 ArF 레 지스트막의 제거 프로세스를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 실시예와 비교예의 박리 레이트를 비교하여 도시하는 그래프이다.
도 8은 ArF 레지스트막과 반사 방지막의 별도의 제거 방법을 도시하는 흐름도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 관해서 구체적으로 설명한다. 도 1은 반도체 장치의 제조 공정에서 불필요하게 된 ArF 레지스트막이나 ArF선 대응의 반사 방지막(BARC), 높은 도우즈량으로 이온 주입된 레지스트막(이하「ArF 레지스트막 등」이라 함) 등을 제거하기 위한 막 제거 시스템(100)의 개략 구조를 도시하는 평면도이다.
이 막 제거 시스템(100)은 웨이퍼(W)가 수용된 캐리어(C)가 다른 처리 시스템 등으로부터 반입되거나, 반대로 막 제거 시스템(100)에서의 처리가 종료된 웨이퍼(W)가 수용된 캐리어(C)를 다음 처리를 하는 처리 시스템 등으로 반출하기 위한 캐리어 스테이션(4)과, 웨이퍼(W)에 형성된 ArF 레지스트막 등의 변성 처리 및 그 후의 제거 처리 등을 실시하기 위한 복수의 처리 유닛을 갖는 처리 스테이션(2)과, 처리 스테이션(2)과 캐리어 스테이션(4)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 수행하는 반송 스테이션(3)과, 처리 스테이션(2)에서 사용하는 약액이나 순수, 가스 등의 제조, 조제, 저장을 하는 케미컬 스테이션(5)을 구비하고 있다.
캐리어 스테이션(4)은 도면에서 Y 방향을 따라서 3곳에 캐리어(C)를 적재할 수 있는 적재대(6)를 갖고 있다. 캐리어(C)의 내부에 있어서, 웨이퍼(W)는 대략 수 평 자세로 수직 방향(Z 방향)으로 일정한 간격으로 수용되어 있다. 이 적재대(6)의 아래쪽의 스페이스에, 막 제거 시스템(100)에 있어서의 웨이퍼(W)의 처리를 제어하기 위한 제어부(컴퓨터)가 내장되어 있다. 반송 스테이션(3)에는 캐리어 스테이션(4)의 적재대(6)에 적재된 캐리어(C)와 처리 스테이션(2)에 설치된 후술하는 웨이퍼 적재 유닛(TRS)(18a·18b) 사이에서 웨이퍼(W)를 반송하는 웨이퍼 반송 장치(7)가 배치되어 있다.
처리 스테이션(2)의 반송 스테이션(3) 측에는 상하 2단으로 적층된 웨이퍼 적재 유닛(TRS)(18a·18b)(18b는 18a의 아래쪽에 배치)이 배치되어 있다. 또한, 처리 스테이션(2)의 대략 중앙부에는 처리 스테이션(2) 내에 있어서 웨이퍼(W)를 반송하는 메인 웨이퍼 반송 장치(14)가 설치되어 있다. 처리 스테이션(2)의 케미컬 스테이션(5) 측에는 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 ArF 레지스트막 등에 자외선 조사 처리를 실시하는 자외선 조사 유닛(UV)(19)이 배치되어 있다.
도 2에, 자외선 조사 유닛(UV)(19)의 개략 구조를 나타내는 수직 단면도를 도시한다. 이 자외선 조사 유닛(UV)(19)은 일측면이 개구된 하우징(21)의 내부에, 웨이퍼(W)를 얹어 놓는 스테이지(22)와, 이 스테이지(22)를 가열하는 히터(23)와, 스테이지(22)에 적재된 웨이퍼(W)의 표면에 자외선을 조사하는 자외선 광원(25)을 구비하고 있다.
자외선 광원(25)으로는 발광 파장이 172 nm∼193 nm인 자외선 램프 또는 엑시머 레이저를 이용하는 것이 바람직하며, ArF 엑시머 레이저를 이용하는 것이 보다 바람직하다. 이것은 자외선 광원(25)의 발광 파장이 노광 파장에 가깝거나, 또 는 동일하기 때문에, ArF 레지스트막 등의 분자 구조를 변화시키기 쉽기 때문이다. 히터(23)를 가열하여, 스테이지(22)를 통해 웨이퍼(W)를 가열함으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 면내에서 균일하게 하여, 자외선 조사에 의한 ArF 레지스트막 등의 분자 구조 변화를 균일하게 생기게 할 수 있다.
스테이지(22)는 좌우에 수평으로 슬라이드가 자유로우며, 또한, 자외선 광원(25)으로부터는 지면에 수직인 방향을 길이 방향으로 하여 선형 또는 띠형으로 자외선이 스테이지(22) 측에 조사되도록 되어 있고, 자외선 광원(25)으로부터 스테이지(22)로 향해서 자외선을 조사하면서, 스테이지(22)를 좌우로 슬라이드시킴으로써, 스테이지(22)에 적재된 웨이퍼(W)의 표면에 자외선을 조사할 수 있다. 한편, 하우징(21)의 내부의 산소 농도를 저하시킬 수 있도록, 하우징(21) 내에는 질소 가스(N2 가스)를 공급할 수 있게 되어 있다.
처리 스테이션(2)의 배면 측에는 자외선 조사 처리가 종료된 웨이퍼(W)에, 오존 가스(O3 가스)와 수증기에 의한 처리를 하는 8대의 막 변성 유닛(VOS)(15a∼15h)이 2열 4단으로 배치되어 있다(15b∼15d는 15a의 아래에 겹치 쌓고, 15f∼15h는 15e의 아래에 겹쳐 쌓이게, 배치되어 있다).
도 3에 막 변성 유닛(VOS)(15a)의 개략 구조를 나타내는 수직 단면도를 도시한다. 막 변성 유닛(VOS)(15a)은 웨이퍼(W)를 수용하는 챔버(30)를 갖고 있고, 챔버(30)는 고정된 하부 용기(41a)와, 하부 용기(41a)의 상면을 덮는 덮개(41b)로 구성되고, 덮개(41b)는 막 변성 유닛(VOS)(15a)의 프레임(42)에 고정된 실린더(43)에 의해서 승강이 자유롭다.
하부 용기(41a) 주연부의 기립부의 상면에는 O 링(51)이 배치되어 있다. 실린더(43)를 구동하여 덮개(41b)를 강하시키면, 덮개(41b의) 이면 주연부가 하부 용기(41a) 주연부의 기립부의 상면에 접촉하여, O 링(51)이 압축되어 챔버(30) 내에 밀폐된 처리 공간이 형성된다.
하부 용기(41a)에는 웨이퍼(W)를 얹어 놓는 스테이지(33)가 설치되어 있고, 이 스테이지(33)의 표면에는 웨이퍼(W)를 지지하는 프록시미티 핀(44)이 여러 곳에 설치되어 있다. 또한, 스테이지(33)의 내부에는 히터(45a)가 매설되고, 덮개(41b)에는 히터(45b)가 매설되어 있어, 스테이지(33)와 덮개(41b)를 각각 소정 온도로 유지할 수 있다. 이렇게 해서 챔버(30) 안을 소정 온도로 유지하여, 웨이퍼(W)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
덮개(41b)의 이면에는 웨이퍼(W)를 유지하는 갈고리 부재(46)가, 예컨대 3곳(도 3에서는 2곳만 도시)에 설치되어 있다. 메인 웨이퍼 반송 장치(14)는 이 갈고리 부재(46)에 대하여 웨이퍼(W)의 교환을 수행한다. 갈고리 부재(46)가 웨이퍼(W)를 유지한 상태로 덮개(41b)를 강하시키면, 그 강하 도중에 웨이퍼(W)는 스테이지(33)에 설치된 프록시미티 핀(44)에 인도된다.
챔버(30)의 내부에 있어서 O3 가스와 수증기가 대략 수평 방향으로 흐르도록, O3 가스와 수증기를 내부에 도입하는 가스 도입구(34a)와 O3 가스와 수증기를 외부로 배기하는 가스 배출구(34b)는 하부 용기(41a)에 설치되어 있다. 한편, 도 3 에서는 가스 도입구(34a) 및 가스 배출구(34b)의 높이 위치가 프록시미티 핀(44)에 적재된 웨이퍼(W)의 높이보다도 아래쪽에서 나타내어져 있지만, 가스 도입구(34a) 및 가스 배출구(34b)는 이것보다도 높은 위치에 형성하더라도 좋다.
챔버(30)의 가스 도입구(34a)에 접속되어, O3 가스와 수증기를 챔버(30)로 공급하는 처리 가스 공급 장치(16)는 산소 가스(O2 가스)를 오존화하여 생성시킨 O3 가스를 챔버(30)로 보내는 O3 가스 공급부(27)와, 순수를 기화시켜 수증기를 발생시켜, 챔버(30)로 보내는 수증기 공급부(28)를 갖고 있다. 예컨대, O3 가스 공급부(27)에서 챔버(30)로의 O3 가스 공급은 공급 라인에 설치된 개폐 밸브(27a)의 개폐를 조작함으로써 이루어진다. 마찬가지로, 수증기 공급부(28)에서 챔버(30)로의 수증기 공급은 공급 라인에 설치된 개폐 밸브(28a)의 개폐를 조작함으로써 이루어진다. 따라서, 개폐 밸브(28a)를 열고, 개폐 밸브(27a)를 닫으면, 수증기만이 막 변성 유닛(VOS)(15a∼15h)에 설치된 챔버(30)에 공급된다.
챔버(30) 안을 배기시키기 위해서 가스 배출구(34b)에 접속된 배기 장치(32)는 진공 펌프 또는 아스피레이터 등의 강제 배기를 하기 위한 장치와, 챔버(30)로부터 배기되는 가스 유량을 조정하기 위한 가변 밸브를 갖추고 있다. 챔버(30) 내에 연속하여 가스가 공급되고 있는 상태에서, 챔버(30) 안을 양압으로 유지하는 경우에는 진공 펌프 등을 구동하지 않고, 가변 밸브만을 조정하면 된다.
챔버(30)에 형성된 가스 배출구(34b)에는 배기압(챔버(30) 내의 압력과 같 음)을 측정하기 위한 압력 센서(48)가 부착되어 있다. 압력 센서(48)의 부착 위치는 이것에 한정되는 것이 아니라, 챔버(30)의 내압을 측정할 수 있는 장소면 된다.
후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 처리 가스에 의한 처리는 챔버(30)의 내부를 일정한 양압으로 유지하여 실행하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 챔버(30)의 내부에서 하부 용기(41a)와 덮개(41b) 사이를 지나 외부로 처리 가스가 유출되지 않도록, 하부 용기(41a)와 덮개(41b)와의 밀폐를, 실린더(43)에 의한 압박력에 의존할 뿐만 아니라, 하부 용기(41a)와 덮개(41b)의 단부면에 설치된 돌기부(47a·47b)끼리를 로크 기구(35)에 의해서 체결함으로써 행한다.
1세트의 돌기부(47a·47b)는 수직 방향에서 겹쳐져 있고, 예컨대 4세트의 돌기부(47a·47b)가 챔버(30)의 외주에 등간격으로 설치되어 있으며, 각 세트 사이에는 간극부(49)(도 3의 우측 부분 참조)가 형성되어 있다. 로크 기구(35)는 롤러(59a·59b)로 돌기부(47a·47b)를 끼움으로써 하부 용기(41a)와 덮개(41b)를 밀착시키는데, 간극부(49)의 위치로 롤러(59a·59b)가 이동하고 있는 상태에서는 덮개(41b)의 승강을 자유롭게 행할 수 있다.
처리 스테이션(2)의 정면 측에는 막 변성 유닛(VOS)(15a∼15h)에 있어서의 처리가 종료된 웨이퍼(W)를 액 처리하는 액 처리 유닛(LCU)(12a∼12d)이 2열 2단으로 배치되어 있다(12b는 12a의 아래에 배치되고, 12d는 12c의 아래에 배치되어 있음). 이들 액 처리 유닛(LCU)(12a∼l2d)의 상세한 구조는 도시하지 않지만, 웨이퍼(W)를 유지하는 회전이 자유로운 스핀 척과, 스핀 척을 둘러싸는 컵과, 스핀 척에 유지된 웨이퍼(W)의 표면에 알카리성 약액을 공급하는 약액 노즐과, 순수를 공급하 는 순수 노즐과, 순수에 의한 린스 처리를 한 후의 스핀 건조시에 웨이퍼(W)에 건조 가스를 분사하는 가스 분사 노즐을 갖고 있다.
케미컬 스테이션(5)에는 앞서 설명한 처리 가스 공급 장치(16)와, 막 변성 유닛(VOS)(15a∼15h)에 설치된 챔버(30) 안을 퍼지하기 위한 N2 가스나, 액 처리 유닛(LCU)(12a∼12d)에 설치된 가스 분사 노즐에 공급하기 위한 N2 가스를, 각 유닛에 공급하기 위한 N2 가스 공급 장치(29)와, 액 처리 유닛(LCU)(12a∼12d)에 순수나 알카리성 약액을 공급하는 처리액 공급 장치(17)가 설치된다. 한편, 처리 가스 공급 장치(16)로부터 O3 가스와 수증기를 챔버(30)에 공급할 때에는 O3 가스와 수증기에 의한 ArF 레지스트막 등의 변성에 악영향이 없는 범위에서, N2 가스 공급 장치(29)로부터 소정량의 N2 가스를 동시에 챔버(30)에 공급하더라도 좋다.
도 4에 막 제거 시스템(100)의 개략의 제어 시스템의 구성을 도시한다. 막 제거 시스템(100)에 의한 웨이퍼(W) 처리를 제어하기 위한 제어부(즉, 컴퓨터)(110)는 프로세스 컨트롤러(CPU)(111)와, 공정 관리자가 웨이퍼(W)의 처리 조건 등을 결정하기 위한 커맨드 입력 조작 등을 수행하는 키보드나 프로세스 컨트롤러(CPU)(111)에 의한 연산 결과, 세정 처리의 진행 상태 등을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 갖는 데이터 입출력부(112)와, 막 제거 시스템(100)을 제어하기 위한 프로그램이나 레시피, 실행된 처리에 관계된 데이터 등이 기록된 기록부(113)를 갖고 있다.
기록부(113)에는 구체적으로는 후에 상세히 설명하는, 웨이퍼(W)에 대하여 자외선 조사 처리, O3 가스와 수증기에 의한 막 변성 처리, 순수 또는 알카리성 약액에 의한 막 박리를 위한 액 처리에 이르는 일련의 처리를 실시하기 위해서, 막 제거 시스템(100)에 있어서의 웨이퍼(W)의 반송, 각 처리 유닛을 구성하는 각종 전장품이나 기계 구동을 위한 기구, O3 가스와 수증기나 순수 등의 공급과 정지 등의 제어를 프로세스 컨트롤러(CPU)(111)에 실행시키기 위한 처리 프로그램(115)이나, 웨이퍼(W)의 일련의 처리에 있어서의 시간 배분, 반송 루트, 순수나 알카리성 약액의 선택과 공급 유량 및 시간, N2 가스의 공급량 등이 기록된 레시피(116)가 기록되어 있다. 이들 처리 프로그램(115)이나 레시피(116)는 예컨대, 하드디스크(HD), 메모리(RAM 등)의 고정 기억 매체나, CD-ROM(또는 CD-R 등), DVD-ROM(또는 DVD-R 등), MO 디스크 등의 반송가능한 각종 기록 매체에 기록되어 있으며, 프로세스 컨트롤러(CPU)(111)에 의해서 판독가능하게 기록되어 있다.
또한, 기록부(113)에는 막 제거 시스템(100)에서 실행된 처리에 관한 데이터, 예컨대, 웨이퍼(W)의 로트 번호, 이용된 처리 레시피, 처리 일시, 처리 중인 각종 구동 장치의 동작 불량의 유무 등의 실행 데이터(117)를 기록할 수 있게 되어 있다. 이러한 실행 데이터(117)는 CD-R나 MO 디스크 등의 반송가능한 각종 기록 매체에 복사나 바꿔 옮길 수 있도록 되어 있다.
프로세스 컨트롤러(CPU)(111)는 처리 프로그램(115)과 레시피(116)를 읽어내어, 예컨대, 웨이퍼(W)의 반송을 위한 제어 신호를 웨이퍼 반송 장치(7)나 메인 웨 이퍼 반송 장치(14)로, 자외선 광원(25)의 점등/소등을 위한 제어 신호를 자외선 조사 유닛(UV)(19)으로, 막 변성 유닛(VOS)(15a∼15h)에 설치된 챔버(30)의 개폐를 위한 제어 신호를 실린더(43)로, 챔버(30)에의 O3 가스와 수증기의 공급과 정지를 위한 제어 신호를 O3 가스 공급부(27)와 수증기 공급부(28)로, 액 처리 유닛(LCU)(12a∼12d)에 있어서의 웨이퍼(W)에의 순수나 약액의 공급 유량을 조정하기 위한 제어 신호를 처리액 공급 장치(17)로 송신한다.
한편, 막 변성 유닛(VOS)(15a∼15h)에서의 처리에 있어서는, 프로세스 컨트롤러(CPU)(111)는 압력 센서(48)의 측정치에 기초하여, 처리를 감시하여, 이상이 생긴 경우에 경보를 발령하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 막 제거 시스템(100)을 구성하는 각종 기구 등으로부터 그 동작의 실행을 나타내는 데이터가 프로세스 컨트롤러(CPU)(111)에 피드백되는 양방향 통신이 이루어지는 구성도 바람직하다. 한편, 도 3에는 프로세스 컨트롤러(CPU)(111)에 의해서 제어되는 주된 기구 등만을 나타내고 있고, 모두를 나타내고 있지는 않다.
이어서, 상술한 막 제거 시스템(100)을 이용하여 웨이퍼(W)에 형성된 ArF 레지스트막 등을 제거하는 방법에 관해서, 제1∼제5의 방법을 예시하여 설명한다. 우선, 제1의 방법에서는, 에칭 대상층의 표면에 형성된 소정의 회로 패턴을 갖는 ArF 레지스트막 및 반사 방지막을 따로따로 제거한다. 도 5에, 제1의 방법의 개략의 흐름도를 도시한다. 또한, 도 6(a)∼도 6(e)는 ArF 레지스트막(66)의 제거 과정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6(a)에는 배리어 메탈층(61)을 통해 하부 배선(예컨대, 구리 배선)(62)이 형성되어 있는 절연막(60)과, 스토퍼막(예컨대, SiN막, SiC막)(63)과, 절연막(예컨대, SiO막)(64)과, ArF 대응의 반사 방지막(65)과, ArF 레지스트막(66)을 갖는 웨이퍼(웨이퍼 자체는 도시하지 않음)가 나타내어져 있다. 여기서 절연막(64)에는 예컨대 드라이 에칭 처리에 의해, ArF 레지스트막(66)과 같은 회로 패턴이 형성되어 있다.
이 웨이퍼를 수용한 캐리어(C)가, 오퍼레이터 또는 자동 반송 장치에 의해서 막 제거 시스템(100)의 캐리어 스테이션(2)에 설치된 적재대(6)에 적재된다(단계 1). 메인 웨이퍼 반송 장치(14)에 의해서 캐리어(C)로부터 소정의 웨이퍼가 빼내어져 웨이퍼 적재 유닛(TRS)(18b)으로 반송되고, 거기에서 메인 웨이퍼 반송 장치(14)에 의해서 자외선 조사 유닛(UV)(19)으로 반송되어, 스테이지(22) 상에 적재된다(단계 2).
자외선 조사 유닛(UV)(19)에서는 N2 가스를 하우징(21) 내에 공급하여 하우징(21)의 내부의 산소 농도를 소정치 이하로 저감한 상태에서, 자외선 광원(25)으로부터 스테이지(22) 측으로 자외선을 조사하고, 이 때에 스테이지(22)를 소정의 속도로 수평 방향으로 스캔시킴으로써, 스테이지(22)에 적재된 웨이퍼의 표면 전체에 균일하게 자외선을 조사한다(단계 3).
이 자외선 조사 처리에 의해서, 웨이퍼에 형성되어 있는 ArF 레지스트막은 후에 이루어지는 O3 가스와 수증기와의 반응에 의해서 수용성으로 변화되기 쉬운 성 질로 변화된다. 도 6(b)는 단계 3을 처리한 후의 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 한편, 웨이퍼에의 자외선 조사량을 많이 하고 싶은 경우에는 자외선 광원(25)으로부터 조사되는 자외선 강도를 높이거나, 또는 스테이지(22)의 스캔 속도를 느리게 하거나, 혹은 웨이퍼의 스캔 횟수를 늘리면 된다.
자외선 조사 처리가 종료된 웨이퍼는 메인 웨이퍼 반송 장치(14)에 의해서, 자외선 조사 유닛(UV)(19)으로부터 막 변성 유닛(VOS)(15a)(또는 15b∼15h 중 어느 하나)으로 반송된다(단계 4). 막 변성 유닛(VOS)(15a)에서는 챔버(30)에 설치된 히터(45a·45b)를 항상 발열시키고 있으며, 챔버(30)에 수용된 웨이퍼(W)의 온도 분포가 일정하게 된 후에, 맨 처음에 O3 가스 공급부(27)로부터 O3 가스만을 챔버(30) 내로 공급하여 챔버(30)의 내부를 퍼지하여, 챔버(30)의 내압을 소정의 양압(즉, 챔버(30)의 외압(통상, 대기압)보다 높은 상태)으로 한다.
한편, 덮개(41b)의 온도를 스테이지(33)의 온도보다도 소정 온도 높게 설정하면, 후에 챔버(30) 내에 수증기를 공급했을 때에, 챔버(30) 내에 있어서의 수증기의 밀도가 덮개(41b) 측보다도 스테이지(33) 측에서 높아져, 수증기를 효율적으로 웨이퍼(W)에 맞힐 수 있다.
그 후, O3 가스의 공급을 계속한 채로, 수증기 공급부(28)로부터 수증기를 챔버(30)에 공급한다(단계 5). 그 동안, 챔버(30)에의 O3 가스와 수증기의 공급량과 챔버(30)로부터의 배기량은 챔버(30) 내에서 결로가 생기지 않도록, 또, 챔버(30) 안이 소정의 양압으로 되도록, 조정된다. 이 O3 가스와 수증기에 의해서 웨이퍼에 형성되어 있는 ArF 레지스트막(66)과 웨이퍼에 부착되어 있는 폴리머 찌꺼기(예컨대, 에칭 처리후에 생기는 폴리머 찌꺼기)를 수용성으로 변성시킬 수 있다. 웨이퍼(W)의 표면에서 결로가 생겨 버리면, 그 액적 발생 부분에 물에 의한 레지스트의 용해가 시작되어 버리기 때문에 변성 상태가 불균일하게 되어, 레지스트 찌꺼기가 생기기 때문이다.
도 6(c)는 단계 5의 처리가 종료되어, ArF 레지스트막이 변성된 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 한편, 「ArF 레지스트막이 수용성으로 변성된다」란, ArF 레지스트막이 웨이퍼 상에 남은 상태로 순수에 용해되기 쉬운 성질로 변화되는 것을 의미한다. 또한, 이 O3 가스와 수증기는 ArF 레지스트막(66)과 폴리머 찌꺼기를 변성시키지만, 절연막(64)에 손상을 주는 일은 없다.
웨이퍼(W)의 O3 가스와 수증기에 의한 처리가 종료되면, 챔버(30)에의 O3 가스와 수증기의 공급을 정지하고, N2 가스 공급 장치(29)로부터 챔버(30) 내에 N2 가스를 공급하여, 챔버(30) 안을 퍼지한다. 이 때, 대량의 N2 가스를 갑자기 챔버(30) 내에 공급하면, 챔버(30) 내에서의 급격한 압력 변화에 의해서 웨이퍼(W)에 결로가 생길 우려가 있기 때문에, 처음에는 질소 가스의 공급 유량을 비교적 작게 설정하고, 챔버(30) 내에 일정량의 N2 가스가 공급된 후에, N2 가스 공급 유량을 증대시킴 과 동시에, 배기 유량을 많게 하는 것이 바람직하다. 이로써 N2 가스에 의한 퍼지 시간을 단축할 수도 있다. 한편, 이 N2 가스 퍼지에서는 후에 챔버(30)를 개방했을 때에 배기 장치(32)로부터 O3 가스가 역류하여 O3 가스가 챔버(30)로부터 배출되지 않도록, 배기 장치(32) 안에서 O3 가스를 완전히 배출한다.
챔버(30)의 N2 가스 퍼지가 종료되면, 챔버(30)의 내압이 외기압과 같음을 확인하고 챔버(30)를 개방한다. 단계 5의 처리 후에는 ArF 레지스트막은 수용성으로 변성되고 있지만, 웨이퍼(W)로부터 박리는 되지 않는다. 그 때문에, 변성된 ArF 레지스트막을 수세하여 웨이퍼(W)로부터 박리(제거)하기 위해서, 웨이퍼(W)를 메인 웨이퍼 반송 장치(14)에 의해서 막 변성 유닛(VOS)(15a)으로부터 반출하여, 액 처리 유닛(LCU)(12a)(또는 12b∼12d 중 어느 하나)으로 반입한다(단계 6).
액 처리 유닛(LCU)(12a)에서는 예컨대, 대략 수평 자세로 유지된 웨이퍼의 표면에 일정량의 순수를 공급하면서 웨이퍼를 회전시킴으로써, 웨이퍼로부터 ArF 레지스트막(66)을 제거한다(단계 7). 도 6(d)는 단계 7의 처리 후의 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 단계 7의 처리에 있어서는, 폴리머 찌꺼기도 웨이퍼로부터 제거된다. 단계 7의 수세 처리가 종료되면, 웨이퍼(W)를 고속 회전시켜, 웨이퍼(W)를 스핀 건조시킨다(단계 8). 이 단계 8의 처리는 웨이퍼(W)의 표면에 N2 가스를 분무하면서 하는 것도 바람직하다.
이 단계 8의 처리가 종료된 시점에서, 절연막(64) 상에는 반사 방지막(65)이 남아 있다. 그래서, 이 반사 방지막(65)을 제거하기 위해서, 먼저 ArF 레지스트막에 대하여 행한 프로세스를 반복한다. 즉, 단계 8의 처리가 종료된 웨이퍼(W)를, 자외선 조사 유닛(UV))(19)으로 반송하여(단계 9), 거기서 반사 방지막(65)에 자외 선을 조사하고(단계 10), 계속해서 웨이퍼(W)를 자외선 조사 유닛(UV)(19)으로부터 막 변성 유닛(VOS)(15a)으로 반송하여(단계11), 거기서 O3 가스와 수증기에 의해서 반사 방지막(65)을 수용성으로 변성시키고(단계 12), 계속해서 웨이퍼(W)를 막 변성 유닛(VOS)(15a)에서 액 처리 유닛(LCU)(12a)으로 반송하여(단계 13), 거기서 웨이퍼(W)를 수세 처리하여 변성된 반사 방지막(65)을 제거하고(단계 14), 웨이퍼(W)를 스핀 건조시킨다(단계 15). 이렇게 해서, 반사 방지막(65)을 절연막(64) 상에서 제거할 수 있다. 도 6(e)는 단계 15의 처리를 한 후의 상태를 모식적으로 나타내고 있다.
이와 같이 하여 ArF 레지스트막(66)과 반사 방지막(65)이 제거된 웨이퍼(W)는 메인 웨이퍼 반송 장치(14)에 의해서 액 처리 유닛(LCU)(12a)에서 반출되어, 웨이퍼 적재 유닛(TRS)(18a)으로 반송되고, 거기에서 웨이퍼 반송 장치(7)에 의해서 캐리어(C)로 복귀된다(단계 16). 캐리어(C)로부터 반출되어, 막 제거 시스템(100)에서의 처리가 종료된 웨이퍼(W)가 전부 캐리어(C)에 되돌려지면, 캐리어(C)는 웨이퍼(W) 에 대하여 다음의 처리를 실행하는 장치 등으로 반송된다(단계 17).
이 제1의 방법은, 웨이퍼(W)의 표면에 반사 방지막이 노출되어 있는 경우에는 그 반사 방지막만을 제거하기 위해서 이용할 수 있음은 분명하다. 그 경우에, 반사 방지막은 ArF 대응의 반사 방지막에 한정되는 것이 아니라, KrF선이나 g선에 대응한 것이라도 좋다. 이러한 KrF선이나 g선 대응의 반사 방지막은 종래 CMP법이나 드라이 애싱 처리에 의해서 제거되고 있지만, 상술한 제1의 방법에 따르면, 단 시간에 반사 방지막을 제거할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)를 CMP 처리나 드라이 애싱 처리를 실시하는 장치로 반송할 필요가 없기 때문에, 전체적으로 처리 시간이나 처리 비용, 장치 비용을 저감시킬 수 있다.
이어서, 이 제1의 방법에 의한 실시예와 비교예에 대해서 설명한다. ArF 레지스트막이 형성된 웨이퍼를 여러 개 준비했다. 실시예에서는, 이들 웨이퍼에, 자외선 조사 유닛(UV)(19)에 있어서의 자외선 조사 처리와, 막 변성 유닛(VOS)(15a∼15h)에 있어서의 O3 가스와 수증기에 의한 처리와, 액 처리 유닛(LCU)(12a∼12d)에 있어서의 수세 처리와 스핀 건조 처리를 실시하여, 레지스트막 등의 박리 레이트를 조사했다.
여기서, 자외선 조사 유닛(UV)(19)에 있어서의 처리 조건은 자외선 광원(25)으로서 발광 파장 172 nm의 엑시머 레이저를 이용하여, 이 방전 주파수를 2000 kHz 또는 150 kHz로 하고, 웨이퍼의 온도를 실온(25℃) 또는 100℃로 하여, 웨이퍼를 스캔하여 실시했다. 또한, 막 변성 유닛(VOS)(15a∼15h)에 있어서의 처리 조건은 오존 농도 : 200 g/Nm3, O3 가스 유량 : 4 L/min, 챔버 온도 : 115℃, 챔버 압력 : 75 kPa, 수증기 유량 : 8 mL/min, 수증기 온도 : 120℃, 수증기 압력 : 95 kPa, O3 가스와 수증기의 공급 시간 : 60초로 했다. 또한, 챔버(30)에는 O3 가스의 공급과 동시에 N2 가스를 4 mL/min로 공급했다.
비교예로서, ArF 레지스트막이 형성된 웨이퍼를, 자외선 조사 처리를 실시하 는 일없이, 막 변성 유닛(VOS)(15a∼15h)에 있어서 실시예와 같은 조건으로 처리하고, 또한 액 처리 유닛(LCU)(12a∼12d)에 있어서 수세 처리와 스핀 건조 처리를 실시하여, 레지스트막 등의 박리 레이트를 조사했다.
도 7에 실시예와 비교예의 박리 레이트를 비교한 그래프를 나타낸다. 박리 레이트의 측정은 실시예 및 비교예 모두 2회씩 실시하고 있다. 도 7로부터 분명한 바와 같이, 자외선 조사 처리를 하고 있지 않은 비교예에서는 박리 레이트가 매우 작기 때문에, 사실상 비교예의 처리 방법은 반도체 장치의 제조 프로세스에는 채용할 수 없다. 이에 대하여, 실시예에서는, 웨이퍼의 온도는 박리 레이트에 거의 영향을 미치게 하고 있지 않는데, 방전 주파수가 높은 경우에 박리 레이트가 향상되는 경향이 나타나고 있어, 비교예의 약 35배∼50배의 박리 레이트를 얻고 있다. 이로부터, 자외선 조사 처리에 의해서 ArF 레지스트막이 O3 가스와 수증기에 의한 처리에 의해서 수용성으로 변성되기 쉬운 성질로 변화된 것으로 생각된다. 그러나, 자외선 조사 처리에 의한 ArF 레지스트막의 변성의 원리는 분명하지 않다. 이러한 실시예의 처리 방법은 충분히 반도체 장치 제조 프로세스에 이용할 수 있다.
상기 제1의 방법에서는, 반사 방지막(65)과 ArF 레지스트막(66)을 따로따로 제거했지만, 제2의 방법에서는, 반사 방지막(65)과 ArF 레지스트막(66)을 동시에 박리시킨다. 이 제2의 방법에서는, 먼저 도 5에 도시한 단계 1∼8, 16, 17의 순으로 처리를 실시하고, 그 때의 단계 3의 처리에서, 자외선 조사 처리에 있어서의 자외선 조사량(강도)을 늘림으로써 실행된다. 이 제2의 방법은 반사 방지막(65)과 ArF 레지스트막(66) 이외의 부분에서, 자외선 조사에 의한 손상이 없는 경우에 이용할 수 있다.
이어서 제3의 방법에 관해서 설명한다. 도 8에, 제3의 방법의 ArF 레지스트막과 반사 방지막의 개략의 제거 프로세스의 흐름도를 도시한다. 이 제3의 방법에서는 제1의 방법과 마찬가지로, 에칭 대상층의 표면에 형성된 소정의 회로 패턴을 갖는 ArF 레지스트막 및 반사 방지막을 따로따로 제거하지만, 막 변성 유닛(VOS)(15a)에 있어서의 웨이퍼(W)의 O3 가스와 수증기에 의한 처리 방법에 차이가 있기 때문에, 그 점에 대해서 상세히 설명한다.
먼저 도 5에 도시한 단계 1∼4와 동일한 처리의 단계 21∼24에 따라서 ArF 레지스트막에의 자외선 조사 처리가 종료된 웨이퍼(W)를 막 변성 유닛(VOS)(15a)에 반입한다. 이어서, 챔버(30)에 수용된 웨이퍼(W)의 온도 분포가 거의 일정하게 되면, 챔버(30) 내로 O3 가스를 일정 유량으로 공급하여, 챔버(30) 안을 가압한다(단계 25). 계속해서, O3 가스를 일정 유량으로 공급하면서, 수증기를 챔버(30) 안으로 일정 유량으로 공급한다(단계 26).
단계 26에서는 챔버(30) 내에서 결로가 생기지 않도록, 챔버(30)로부터의 배기량을 조정하여, 챔버(30) 안을 일정한 압력으로 유지한다. 이것은 웨이퍼(W)의 표면에서 결로가 생겨 버리면, 물방울이 발생한 부분에서의 레지스트 용해가 시작되어 버리기 때문에 변성 상태가 불균일하게 되어, 레지스트 찌꺼기가 생기기 때문이다.
이 결로 방지는 보다 구체적으로는 다음과 같은 식으로 이루어진다. 즉, 미리 챔버(30) 안을 소정 온도로 유지하여 챔버(30)에 공급하는 수증기량을 일정하게 했을 때에 챔버(30) 내에서 결로가 생기는 압력을 구해 두고, 이 압력치보다도 작은 값으로 처리 압력치를 설정하여, 이들을 레시피(116)의 정보에 더해 놓는다. 그리고, 프로세스 컨트롤러(CPU)(111)가, 압력 센서(48)의 측정치를 참조하면서, 챔버(30) 내의 압력이 결로가 생기는 압력을 넘지 않고, 설정된 압력치로 유지되도록 챔버(30)로부터의 배기 유량을 제어한다.
이어서, 챔버(30) 안으로의 수증기 공급을 계속하면서, O3 가스의 공급을 주기적으로 정지함으로써, 챔버(30) 내에 물 분자가 많은 상태를 주기적으로 발생시킨다(단계 27). 예컨대, 수증기의 공급을 시작하고 나서 15초가 경과했을 때에 O3 가스의 공급을 정지하여 5초 동안 유지하고, 이어서 오존의 공급을 재개하여 15초 동안 유지한 후, 다시 오존의 공급을 정지하여 5초 동안 유지하는 처리를, 여러 번 반복한다. 이 단계 27에서는 주기적으로 챔버(30)에 공급되는 가스의 총량이 변화되지만, 상술한 바와 같이, 압력 센서(48)의 측정치를 참조하면서, 챔버(30)로부터의 배기 유량을 제어함으로써, 챔버(30) 안은 일정한 압력으로 유지된다.
이 단계 26, 27의 처리에 있어서, O3 가스와 물의 분자는 ArF 레지스트막을 구성하는 탄소 원자(레지스트 재료의 탄소 원자)를 공격하여, ArF 레지스트막을 수용성으로 변화시킨다.
단계 27의 처리는 챔버(30) 내의 수증기량이 적은 상태로 종료하는 것이 결 로의 발생을 방지한다는 관점에서 바람직하다. 따라서, 챔버(30) 내에 O3 가스와 수증기가 공급되고 있는 상태에서 O3 가스와 수증기의 쌍방의 챔버(30) 안으로의 공급을 정지하는 동시에, 챔버(30) 내에 N2 가스를 도입하여, 챔버(30) 안을 N2 가스로 퍼지한다(단계 28). 단계 28의 처리가 종료된 후에는 웨이퍼(W)로부터 수용성으로 변성된 ArF 레지스트막을 제거하는 수세 처리를 하기 위해서, 웨이퍼(W)를 막 변성 유닛(VOS)(15a)에서 세정 유닛(CLN)(12a)(또는 12b∼12d 중 어느 하나)으로 반송한다(단계 29).
그 후에는 앞서 설명한 제1의 방법에 있어서의 단계 7, 8과 동일한 처리인 단계 30의 수세 처리, 단계 31의 건조 처리를 한다. 이어서, 반사 방지막에 대해서 단계 22∼31과 동일한 처리를 반복하고(단계 32), 이렇게 해서 반사 방지막도 박리 처리된 웨이퍼(W)는 캐리어(C)로 복귀되며(단계 33), 또 캐리어(C)는 웨이퍼(W)에 대하여 다음의 처리를 실시하는 장치 등으로 반송된다(단계 34).
동일한 레지스트 재료를 이용하여 2장의 웨이퍼(W)에 각각 레지스트막을 형성하여, 한 쪽의 제1의 방법으로 처리하고, 다른 쪽을 제3의 방법으로 처리한 경우에, 수세 처리에 의해서 완전히 레지스트막을 제거할 수 있는 오존과 수증기에 의한 처리 시간을 조사한 결과, 제3의 방법에서는 제1의 방법에 비해서 80% 이하의 처리 시간으로 족하다는 것을 알았다. 이것은, 물 분자가 많은 분위기를 발생함에 따라, 레지스트막으로 변성되기 쉬운 부분이 많이 발생되기 때문으로 추측된다. 항상 챔버(30) 안을 수증기가 많은 상태로 유지하면 결로가 생기기 쉽게 되지만, O3 가스의 공급을 주기적으로 정지하는 방법에서는 결로의 발생이 억제되며, 또한, 변성에 필요한 O3 가스는 부족하지 않도록 챔버(30)에 공급되기 때문에, O3 가스는 쓸데없이 소비되지 않으며, 더구나 레지스트막을 변성시키는 효율이 높아진다.
이 제3의 방법의 단계 27에서는, 상술된 바와 같이 O3 가스의 공급을 주기적으로 완전히 정지하는 것은 아니며, O3 가스의 유량을 주기적으로 저감하는 방법을 채용하더라도 좋다. 또한, O3 가스의 공급을 정지 또는 유량 저감하는 경우의 주기는 일정할 필요는 없으며, 예컨대, 최초의 공급 정지 시간과 그 다음의 공급 정지 시간이 다르더라도 좋다.
제4의 방법은 앞서 설명한 제1의 방법을 ArF 레지스트막과 반사 방지막을 동시에 박리시키는 제2의 방법으로 변경한 것과 같은 식으로 하여, 상술한 제3의 방법에 있어서의 자외선 조사 처리에서, 자외선 조사량(강도)을 늘림으로써, ArF 레지스트막과 반사 방지막을 동시에 박리시키는 방법이다.
상술한 제1∼제4의 방법은 자외선 조사 처리와 그 후의 O3 가스와 수증기에 의한 처리에 의해서, 박리 대상인 막이 수용성으로 변화되는 경우에 이용되는 것이지만, ArF 레지스트막이나 반사 방지막 중에는 이들 방법으로는 웨이퍼(W)로부터 용이하게 박리할 수 없거나, 또는 박리할 수 있다고 해도 긴 처리 시간을 필요로 하여 실용적이지 못한 것이 있다. 그래서, 제5의 방법에서는, 그와 같은 막을 용이하게 웨이퍼(W)에서 박리시킨다.
이 제5의 방법은 상술한 제1∼제4의 각각의 방법에 있어서 이루어지는 수세 처리를, 알카리성 약액을 이용한 처리로 변경한 처리 방법이며, 그 이외의 처리는 변경하지 않는 것이다. 이 제5의 방법에서는, 액 처리 유닛(LCU)(12a)에 있어서, 웨이퍼(W)에 알카리성 약액을 공급하여 박리 대상의 레지스트막이나 반사 방지막을 박리하고, 계속해서 순수로 알카리성 약액을 씻어내는 린스 처리를 하여, 그 후에 웨이퍼(W)를 스핀 건조시킨다.
이 제5의 방법에 있어서 이용되는 알카리성 약액으로는, APM 용액(암모니아-과산화수소 수용액), 수산화암모늄 수용액(암모니아수), 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드(TMAH) 수용액이 적합하게 이용된다. 이들 알카리성 수용액에 포함되고, 순수에는 실질적으로 포함되어 있지 않는 알카리성기(NH4 +, K+ 등)가, 오존과 수증기에 의해서 변성된 레지스트막의 분자와 용이하게 결합하여 용해시키는 것으로 추측된다. 알카리성 약액은 수용액에 한정되는 것이 아니라, 유기계의 것이라도 좋다.
이 제5의 방법을 이용하는 경우에 있어서, 처리면에 텅스텐 등의 금속이 노출되고 있는 경우에는, 금속이 손상을 받지 않는 알카리성 수용액을 선택할 필요가 있다. 이러한 수용액으로는 수산화암모늄 수용액과 TMAH액이 적합하다. 왜냐하면, APM 수용액은 과산화수소를 포함하고 있기 때문에, 이것에 의해서 금속이 손상을 받기 때문이다.
이 제5의 방법에서도, O3 가스와 수증기에 의한 처리에 있어서는, 웨이퍼(W) 에 결로를 생기게 하지 않도록, 수증기 공급량 등의 조건을 조정한다. 이것은, 이 제5의 방법에서는 박리 대상인 막은, O3 가스와 수증기에 의한 처리에 있어서 결로가 발생하면, 그 물방울의 바로 아래 부분을 변성시킬 수 없게 되어, 후의 알카리성 수용액에 의한 처리를 한 후에 레지스트 찌꺼기가 생기기 때문이다.
이상, ArF 레지스트막과 반사 방지막을 웨이퍼(W)로부터 박리하는 방법에 관해서 설명했지만, 상기 제1∼제5의 방법에 따르면, 이온 주입 처리에 의해서 경화된 레지스트막, 특히 이온 도우즈량이 1015/cm2 이상이 되도록 이온 주입 처리된 레지스트막을, 높은 박리 레이트로 제거할 수 있다. 이 경우, 레지스트막은 ArF 레지스트막에 한정되지 않고, g선 대응이나 KrF선 대응의 레지스트막이라도 상관없다. 높은 도우즈량의 이온 주입 처리가 이루어진 레지스트막은 종래에는 드라이 애싱 처리에 의해서 제거하지 않으면 안되어, 이 때에 회로 패턴이 손상을 받는 경우가 있었다. 그러나, 제1∼제5의 방법에 따르면, 회로 패턴에 대한 손상을 억제하여, 높은 도우즈량으로 이온 주입된 레지스트막을 제거할 수 있다. O3 가스와 수증기에 의한 처리를 한 후에, 순수를 이용할지, 알카리성 약액을 이용할지는 이온 도우즈량이나 레지스트막의 각 액체에서의 용해성에 따라서 선택하면 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 관해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 막 제거 시스템(100)으로서, 그 처리 스테이션(2)에, 웨이퍼(W)를 1장씩 처리하는 유닛(소위, 매엽(枚葉)식 유닛)을 배치한 구성을 나타냈지만, 예컨대, O3 가스와 수증기에 의한 처리나 수세 처리는 한번에 복수(예 컨대, 25장)의 웨이퍼(W)를 처리하는 유닛(소위, 배치(batch)식 유닛)을 배치하더라도 좋다. 또한, 상기 설명에서는, 기판으로서 반도체 웨이퍼를 예시했지만, 기판은 이것에 한정되지 않고, 플랫 패널 디스플레이(FPD)용의 유리 기판이라도 좋다. 한편, O3 가스와 수증기에는 그 이외의 다른 성분, 예컨대, 과산화수소 등을 함유시키더라도 좋다.
이상 설명한 실시형태는 어디까지나 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하는 것을 의도하는 것으로, 본 발명은 이러한 구체예에만 한정하여 해석되는 것이 아니라, 본 발명의 정신과 클레임에 기술하는 범위에서 여러 가지로 변경하여 실시할 수 있는 것이다.
본 발명은 반도체 장치나 플랫 패널 디스플레이의 제조 프로세스 및 그를 위한 장치에 적합하다.

Claims (30)

  1. ArF 레지스트막을 수반한 기판으로부터 상기 ArF 레지스트막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서,
    상기 ArF 레지스트막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과,
    상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 ArF 레지스트막을 수용성으로 변성시키는 공정과,
    수용성으로 변성된 ArF 레지스트막에 순수를 공급하여, 상기 ArF 레지스트막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 ArF선 대응의 반사 방지막을 더 수반하며,
    상기 반사 방지막은 상기 ArF 레지스트막과 함께 자외선을 조사받고, 상기 오존 가스와 수증기에 의해서 수용성으로 되고, 상기 순수에 의해서 상기 ArF 레지스트막과 함께 기판으로부터 일괄적으로 박리되는 것인 기판 처리 방법.
  3. 반사 방지막을 수반한 기판으로부터 상기 반사 방지막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서,
    상기 반사 방지막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과,
    상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 반사 방지막을 수용성으로 변성시키는 공정과,
    수용성으로 변성된 반사 방지막에 순수를 공급하여, 상기 반사 방지막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법.
  4. 높은 도우즈로 이온 주입 처리된 레지스트막을 수반한 기판으로부터 상기 레지스트막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서,
    상기 레지스트막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과,
    상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 레지스트막을 수용성으로 변성시키는 공정과,
    수용성으로 변성된 레지스트막에 순수를 공급하여, 상기 레지스트막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 이온 주입 처리에 있어서의 도우즈량은 1×1015/cm2 이상인 것인 기판 처리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는, 상기 챔버 내에 수용된 기판에 결로가 생기지 않도록, 상기 챔버에 수증기를 일정 유량으로 공급하면서, 상기 수증기에 대한 오존의 공급량을 감소시키는 기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 챔버에의 오존의 공급을 주기적으로 정지하는 기판 처리 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 챔버 안을 소정의 온도로 유지하여 상기 챔버에 공급하는 수증기량을 일정하게 했을 때에 상기 챔버 내에서 결로가 생기는 압력을 미리 구하여,
    상기 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는, 상기 챔버 내의 압력을 측정하면서, 그 측정 압력이 상기 결로가 생기는 압력을 넘지 않도록, 상기 오존의 공급량을 제어하는 기판 처리 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는 상기 챔버 안이 일정한 양압으로 유지되도록 상기 챔버로부터 배기를 행하는 기판 처리 방법.
  10. ArF 레지스트막을 수반한 기판으로부터 상기 ArF 레지스트막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서,
    상기 ArF 레지스트막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과,
    상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 ArF 레지스트막을 소정의 약액에 가용성으로 되도록 변성시키는 공정과,
    변성된 ArF 레지스트막에 상기 약액을 공급하여, 상기 ArF 레지스트막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기판은 ArF선 대응의 반사 방지막을 더 수반하며,
    상기 반사 방지막은 상기 ArF 레지스트막과 함께 자외선을 조사받고, 상기 오존 가스와 수증기에 의해서 변성되고, 상기 약액에 의해서 상기 ArF 레지스트막과 함께 기판으로부터 일괄적으로 박리되는 것인 기판 처리 방법.
  12. 반사 방지막을 수반한 기판으로부터 상기 반사 방지막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서,
    상기 반사 방지막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과,
    상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 반사 방지막을 소정의 약액에 가용성으로 되도록 변성시키는 공정과,
    변성된 반사 방지막에 상기 약액을 공급하여, 상기 반사 방지막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법.
  13. 높은 도우즈로 이온 주입 처리된 레지스트막을 수반한 기판으로부터 상기 레지스트막을 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서,
    상기 레지스트막에 소정 파장의 자외선을 조사하는 공정과,
    상기 기판을 챔버에 수용하고, 상기 챔버에 오존 가스와 수증기를 공급하여, 자외선이 조사된 레지스트막을 소정의 약액에 가용성으로 되도록 변성시키는 공정과,
    변성된 레지스트막에 상기 약액을 공급하여, 상기 레지스트막을 기판으로부터 박리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 이온 주입 처리에 있어서의 도우즈량은 1×1015/cm2 이상인 것인 기판 처리 방법.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는, 상기 챔버에 수용된 기판에 결로가 생기지 않도록, 상기 챔버에 수증기를 일정 유량으로 공급하면서 상기 수증기에 대한 오존의 공급량을 감소시키는 기판 처리 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 챔버로의 오존의 공급을 주기적으로 정지하는 기판 처리 방법.
  17. 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버 안을 소정의 온도로 유지하여 상기 챔버에 공급하는 수증기량을 일정하게 했을 때에 상기 챔버 내에서 결로가 생기는 압력을 미리 구하여,
    상기 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는, 상기 챔버 내의 압력을 측정하면서, 그 측정 압력이 상기 결로가 생기는 압력을 넘지 않도록, 상기 오존의 공급량을 제어하는 기판 처리 방법.
  18. 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는, 상기 챔버 안이 일정한 양압으로 유지되도록 상기 챔버로부터 배기를 행하는 기판 처리 방법.
  19. 제10항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약액은 알카리성 약액인 것인 기판 처리 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 알카리성 약액은 APM 용액, 수산화암모늄 수용액, 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드(TMAH) 수용액 중 어느 하나인 것인 기판 처리 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 자외선의 조사에는 파장이 172 nm∼193 nm인 자외선 램프 또는 엑시머 레이저를 이용하는 것인 기판 처리 방법.
  22. ArF 레지스트막, 반사 방지막, 높은 도우즈로 이온 주입된 레지스트막 중 어 느 막을 구비한 기판에 자외선을 조사하는 자외선 조사부와,
    자외선이 조사된 기판을 수용하는, 가열 기구를 구비한 챔버와,
    상기 챔버에 수증기를 공급하는 수증기 공급부와,
    상기 챔버에 오존을 공급하는 오존 공급부와,
    상기 기판이 수용된 챔버의 내부가 소정의 온도로 유지되고, 상기 챔버 내에 소정 유량으로 수증기와 오존이 공급되도록, 상기 챔버와 상기 수증기 공급부와 상기 오존 공급부를 제어하는 제어부를 구비하는 것인 기판 처리 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제어부는 상기 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는, 상기 챔버 내에 수증기를 일정 유량으로 공급하면서, 상기 기판에 결로가 생기지 않도록 상기 챔버 안으로의 오존 공급량을 감소시키는 것인 기판 처리 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제어부는 상기 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는, 상기 챔버로의 오존의 공급을 주기적으로 정지시키는 것인 기판 처리 장치.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버의 내압을 측정하는 압력 센서를 더 구비하며,
    상기 제어부는 상기 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는, 상기 압력 센서에 의한 측정치가, 상기 챔버 안을 소정의 온도로 유지하여 상기 챔버에 공급하는 수증기량을 일정하게 했을 때에 상기 챔버 내에서 결로가 생길 때의 사전 측정된 압력을 넘지 않도록, 오존의 공급량을 조정하는 것인 기판 처리 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제어부는 상기 챔버에 수증기와 오존을 공급할 때에는, 상기 챔버 안이 일정한 양압으로 유지되도록 상기 챔버로부터 배기를 행하는 것인 기판 처리 장치.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버 내에 수용되어 수증기와 오존에 의해서 처리된 기판을, 순수, APM 용액, 수산화암모늄 수용액, 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드(TMAH) 수용액 중 어느 하나를 이용하여 처리하는 액 처리부를 더 구비하는 것인 기판 처리 장치.
  28. 제22항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자외선 조사부는 자외선 광원으로서, 파장이 172 nm∼193 nm인 자외선 램프 또는 엑시머 레이저를 구비하는 것인 기판 처리 장치.
  29. 가열 기구를 구비한 챔버 내에 수용된 기판을, 수증기와 오존으로 처리하는 기판 처리 장치를 제어하는 컴퓨터로 하여금, (a) 자외선 조사 처리가 실시된 ArF 레지스트막, 반사 방지막, 높은 도우즈로 이온 주입된 레지스트막 중 어느 막을 구비한 기판을 상기 챔버에 수용하고, (b) 상기 챔버의 내부를 소정의 온도로 유지하고, (c) 상기 챔버 내에 수증기를 일정 유량으로 공급하면서, 상기 기판에 결로가 생기지 않도록 상기 챔버 안으로의 오존 공급량을 감소시켜, 상기 막을 소정의 처리액에 가용성으로 되도록 변성시키는 처리를 실행하도록 하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
  30. 제29항에 있어서, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터로 하여금, 상기 챔버로의 오존의 공급을 주기적으로 정지하도록 상기 기판 처리 장치를 제어하도록 하는 것인 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
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