KR20220029481A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

경화층을 갖는 레지스트를 기판의 표면으로부터 제거하기 위한 기판 처리 방법이 제공된다. 기판 처리 방법은, 경화층 제거 공정과, 웨트 처리 공정을 포함한다. 경화층 제거 공정은, 상기 기판을 150℃ 이상으로 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정에 의해서 가열되어 있는 상기 기판의 표면에 오존 가스를 공급하는 오존 가스 공급 공정을 포함하고, 상기 기판의 표면 부근에서 산소 라디칼을 발생시켜 상기 경화층을 제거한다. 웨트 처리 공정은, 상기 경화층 제거 공정 후에, 상기 기판의 표면에 황산을 포함하는 처리액을 공급하여, 상기 기판의 표면으로부터 상기 레지스트를 제거한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
[관련 출원에 대한 상호 참조]
이 출원은, 2020년 8월 31일 제출한 일본국 특허 출원 2020-146099호에 의거하는 우선권을 주장하고 있으며, 이 출원의 전체 내용은 여기에 인용에 의해 편입되는 것으로 한다.
이 발명은, 기판을 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 처리의 대상이 되는 기판에는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치 및 유기 EL(Electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display)용 기판, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양 전지용 기판 등이 포함된다.
반도체 장치의 제조 공정은, 반도체 기판(전형적으로는 실리콘 웨이퍼)에 이온을 조사하는 공정을 포함한다. 예를 들면, 반도체 기판에 불순물 이온을 도입하기 위한 이온 주입 공정, 패턴 형성을 위한 이온 에칭 공정이 해당한다. 이들 공정에서는, 반도체 기판의 표면에 레지스트가 패턴 형성되고, 그 레지스트를 마스크로 하여, 반도체 기판을 향하여 이온이 조사된다. 그에 의해, 반도체 기판에 대해서 선택적으로 이온을 조사할 수 있다.
마스크로서 사용되는 레지스트에도 이온이 조사된다. 그에 의해, 레지스트의 표층이 탄화 및 변질되어 경화층이 형성된다. 특히, 고(高)도스량의 이온이 주입된 레지스트의 표면에는 강고한 경화층이 형성된다.
경화층을 갖는 레지스트를 기판의 표면으로부터 제거하기 위한 하나의 처리는, 고온의 황산 과산화수소수 혼합액(SPM:sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture)을 기판의 표면에 공급하여 행하는 고온 SPM 처리이다(일본국 특허공개 2016-181677호 공보 참조).
그러나, 경화층은 용이하게는 제거할 수 없기 때문에, 장시간에 걸쳐서 고온 SPM 처리를 행할 필요가 있다. 그 때문에, SPM의 소비량이 많아진다. 특히, SPM의 구성액인 황산은, 환경 부하가 크고, 중화한다고 해도 비용을 필요로 하므로, 그 사용량을 삭감하는 것이 바람직하다. 또, 장시간의 처리는, 생산성의 향상을 방해하므로, 처리 시간을 단축할 수 있으면 바람직하다.
그래서, 이 발명의 일 실시형태는, 황산을 포함하는 처리액의 사용량을 삭감하면서, 경화층을 갖는 레지스트를 기판으로부터 제거할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다. 또, 이 발명의 일 실시형태는, 경화층을 갖는 레지스트를 단시간의 처리로 기판으로부터 제거할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다.
이 발명의 일 실시형태는, 경화층을 갖는 레지스트를 기판의 표면으로부터 제거하기 위한 기판 처리 방법을 제공한다. 이 방법은, 상기 기판을 150℃ 이상으로 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정에 의해서 가열되어 있는 상기 기판의 표면에 오존 가스를 공급하는 오존 가스 공급 공정을 포함하며, 상기 기판의 표면 부근에서 산소 라디칼을 발생시켜 상기 경화층을 제거하는 경화층 제거 공정(오존 처리 공정)과, 상기 경화층 제거 공정 후에, 상기 기판의 표면에 황산을 포함하는 처리액을 공급하여, 상기 기판의 표면으로부터 상기 레지스트를 제거하는 웨트 처리 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 150℃ 이상으로 가열된 기판의 표면에 오존 가스가 공급된다. 오존 가스는, 기판의 표면으로부터의 열을 받아 열분해되고, 그에 의해 산소 라디칼이 생성된다. 이 산소 라디칼이 경화층에 작용함으로써, 경화층이 제거된다. 그 후에, 황산을 포함하는 처리액을 기판의 표면에 공급하는 웨트 처리 공정을 행하면, 처리액은, 레지스트의 비경화층에 신속하게 도달하여, 비경화층을 용해한다. 따라서, 단시간의 웨트 처리로 레지스트를 제거할 수 있다. 그 결과, 황산을 포함하는 처리액의 소비량을 삭감할 수 있다. 게다가, 단시간의 웨트 처리로 레지스트를 제거할 수 있으므로, 처리 시간을 단축하여 생산성의 향상에 기여할 수 있다.
기판 가열 및 오존 가스 공급을 병용하여 행하는 경화층 제거 공정에 있어서는, 경화층의 일부가 제거되어도 되고, 경화층의 전부가 제거되어도 된다. 웨트 처리를 개시하는 단계에서 경화층의 일부가 남아 있었다고 해도, 황산을 포함하는 처리액이 레지스트의 비경화층에 이를 때까지의 시간 및 처리액의 소비량은, 가열된 기판에 오존 가스를 공급하여 행하는 경화층 제거 공정을 행하지 않는 경우보다 적게 된다. 경화층 제거 공정에서는, 적어도, 경화층을 관통하여 비경화층에 도달하는 처리액의 경로가 형성될 때까지, 경화층이 제거되는 것이 바람직하다. 그에 의해, 웨트 처리에 있어서, 황산을 포함하는 처리액이 신속하게 비경화층에 도달하므로, 경화층이 잔류해도, 비경화층과 함께 그 경화층을 리프트 오프 할 수 있다.
기판 가열에 따르는 레지스트의 팝핑을 회피하기 위해서는, 가열 공정에 있어서의 기판의 온도는 170℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 가열 공정이, 열처리 챔버(바람직하게는 밀폐 챔버) 내에 배치한 핫 플레이트 상에 상기 기판을 재치(載置)함으로써 행해진다. 또, 상기 오존 가스 공급 공정이, 상기 열처리 챔버 내에 오존 가스를 도입함으로써 행해진다. 그리고, 상기 기판 처리 방법이, 상기 오존 가스 공급 공정을 정지하여 상기 경화층 제거 공정을 끝낸 후에, 상기 열처리 챔버 내에 150℃ 이상의 불활성 가스를 도입하는 고온 불활성 가스 공급 공정을 더 포함한다.
이 방법에 의하면, 열처리 챔버 내에 배치된 핫 플레이트 상에 기판이 재치되고, 150℃ 이상으로 가열된다. 그리고, 열처리 챔버 내에 오존 가스가 도입됨으로써, 그 오존 가스가 기판의 표면에 이르러, 기판으로부터의 열을 받아 분해된다. 한편, 오존 가스의 공급을 정지하여 경화층 제거 공정을 끝낸 후에는, 150℃ 이상의 불활성 가스가 열처리 챔버에 도입된다.
열처리 챔버 내에서 핫 플레이트 및 기판으로부터 먼 위치에서는, 오존 가스의 온도가 150℃에 이르지 않기 때문에, 그 곳에서는, 오존 가스의 열분해가 발생하지 않는다. 오존은 유해하므로, 열처리 챔버를 개방하고 기판을 취출(取出)하기 전에 열처리 챔버 내로부터 오존을 배출할 필요가 있다. 그러나, 열처리 챔버 내의 오존 농도가 허용치 이하가 될 때까지 열처리 챔버 내의 분위기를 치환하려면, 상응하는 시간을 필요로 한다. 그래서, 이 실시형태에서는, 150℃ 이상의 고온의 불활성 가스가 열처리 챔버에 도입된다. 그에 의해, 열처리 챔버 내에 잔류해 있는 오존이 신속하게 열분해된다. 열분해에 의해서 산소 라디칼이 발생하지만, 그 수명은 단시간이므로, 결과적으로, 단시간에 열처리 챔버 내의 오존을 소실시킬 수 있다. 이렇게 해서, 경화층 제거 공정과 웨트 처리 공정 사이의 시간을 단축할 수 있으므로, 생산성을 한층 향상시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 기판 처리 방법은, 상기 고온 불활성 가스 공급 공정 후에, 상기 열처리 챔버 내에 실온의 불활성 가스를 도입하는 실온 불활성 가스 공급 공정을 더 포함한다.
기판의 가열 및 고온 불활성 가스의 공급에 의해서 열처리 챔버가 고온이 되므로, 그 후에, 실온의 불활성 가스를 공급하여 열처리 챔버의 내부 분위기를 치환함으로써, 열처리 챔버를 신속하게 냉각할 수 있다. 그에 의해, 열처리 챔버로부터 기판을 취출할 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 열처리 챔버 내의 오존은, 고온 불활성 가스의 공급에 의한 열분해에 의해서 소실되어 있으므로, 실온 불활성 가스의 공급을 장시간에 걸쳐서 행할 필요는 없다.
실온이란, 당해 기판 처리 방법이 실시되는 환경 온도를 의미하며, 전형적으로는, 당해 기판 처리 방법이 실시되는 공장 내의 온도이다. 실온의 불활성 가스란, 구체적으로는, 불활성 가스 공급원으로부터 가열되지 않고 공급되는 불활성 가스이다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 오존 가스 공급 공정은, 150℃ 미만의 오존 가스를 상기 기판의 표면에 공급한다.
150℃ 미만의 오존 가스를 공급함으로써, 기판의 표면까지 오존 가스를 미분해 상태로 도달시킬 수 있다. 따라서, 기판으로부터의 열에 의해서 기판의 표면 근방에서 오존의 열분해를 일으켜, 산소 라디칼을 생성할 수 있다. 그에 의해, 산소 라디칼을 확실히 레지스트의 경화층에 작용시킬 수 있으므로 효율적인 처리를 실현할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태는, 기판을 수용하는 열처리 챔버를 갖고, 상기 열처리 챔버 내에서 기판을 150℃ 이상으로 가열할 수 있는 기판 가열 유닛과, 상기 열처리 챔버 내에 오존 가스를 공급하는 오존 가스 공급 유닛과, 기판에 황산을 포함하는 처리액을 공급하는 처리액 공급 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
이 구성에 의해, 전술한 바와 같은 기판 처리 방법을 실시할 수 있다. 즉, 열처리 챔버 내에서 150℃ 이상으로 기판을 가열하고, 그 가열되어 있는 기판의 표면에 오존 가스를 공급할 수 있다. 그에 의해, 기판의 표면에서 오존이 열분해되어 산소 라디칼이 생성되고, 그 작용에 의해서, 레지스트의 경화층을 제거할 수 있다. 따라서, 그 후에 행하는 황산을 포함하는 처리액에 의한 처리는 단시간의 처리로 레지스트의 제거를 달성할 수 있으므로, 황산을 포함하는 처리액의 소비량을 억제할 수 있고, 또한 생산성을 향상시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 기판 처리 장치는, 상기 열처리 챔버 내에 150℃ 이상의 불활성 가스를 공급하는 고온 불활성 가스 공급 유닛을 더 포함한다.
이 구성에 의해, 기판을 가열한 상태로 열처리 챔버 내에 오존을 공급하여 레지스트의 경화층을 제거한 후에, 150℃ 이상의 불활성 가스를 열처리 챔버에 공급할 수 있다. 그에 의해, 열처리 챔버 내에 미분해로 잔류해 있는 오존을 열분해할 수 있다. 따라서, 열처리 챔버 내의 오존을 신속하게 감소시킬 수 있으므로, 처리 후의 기판을 열처리 챔버로부터 반출할 때까지의 시간을 단축하여, 생산성을 향상시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 기판 처리 장치는, 상기 열처리 챔버 내에 실온의 불활성 가스를 공급하는 실온 불활성 가스 공급 유닛을 더 포함한다.
이 구성에 의해, 열처리 챔버 내의 분위기를 실온의 불활성 가스로 치환할 수 있으므로, 열처리 챔버의 냉각을 촉진할 수 있다. 그에 의해, 열처리 챔버로부터 기판을 취출할 때까지의 시간을 단축할 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 오존 가스 공급 유닛이, 150℃ 미만의 오존 가스를 상기 열처리 챔버 내에 공급한다.
이 구성에 의해, 오존 가스를 미분해 상태로 기판의 표면에까지 이르게 할 수 있다. 오존이 열분해되어 생성되는 산소 라디칼의 수명은 단시간이므로, 산소 라디칼을 레지스트의 경화층에 작용시키기 위해서는, 기판의 표면 부근에 있어서 오존의 열분해를 발생시키는 것이 바람직하다. 그래서, 150℃ 미만의 오존 가스를 공급함으로써, 기판의 표면 부근에서 열분해를 발생시키고, 그에 의해 생성되는 산소 라디칼을 레지스트의 경화층에 작용시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 기판 가열 유닛이, 기판이 재치되는 핫 플레이트를 포함한다. 핫 플레이트에 의한 가열에 의해, 열처리 챔버 전체를 가열하지 않고, 기판을 가열할 수 있다. 그에 의해, 기판의 표면에 있어서 오존의 열분해를 효율적으로 발생시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 처리액 공급 유닛이, 상기 열처리 챔버와는 별도의 액처리 챔버 내에서 기판에 황산을 포함하는 처리액을 공급하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 드라이 처리(경화층 제거 공정)와, 웨트 처리를 별도의 챔버로 행함으로써, 효율적으로 기판을 처리할 수 있다. 즉, 드라이 처리 후에 웨트 처리를 위해서 챔버 내의 환경을 조정하거나 웨트 처리 후에 드라이 처리를 위해서 챔버 내의 환경을 조정할 필요가 없다.
본 발명에 있어서의 상술한, 또는 또 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도면을 참조하여 다음에 기술하는 실시형태의 설명에 의해 분명해진다.
도 1은, 이 발명의 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성을 나타낸 모식적인 평면도이다.
도 2는, 상기 기판 처리 장치에 구비된 드라이 처리 유닛의 구성예를 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 3은, 상기 열처리 유닛에 대한 기체의 급기 계통 및 배기 계통의 구성예를 설명하기 위한 계통도이다.
도 4는, 상기 기판 처리 장치에 구비된 웨트 처리 유닛의 구성예를 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 5는, 상기 기판 처리 장치의 제어에 관한 구성예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6의 (a)~도 6의 (c)는, 상기 기판 처리 장치에 의해서 행해지는 기판 처리의 전형예를 나타낸다.
도 7은, 오존 가스의 열분해를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는, 상기 기판 처리 장치에 의한 구체적인 기판 처리의 흐름을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 9a 및 도 9b는, 오존 처리 및 고온 SPM 처리에 의해서 레지스트를 박리 하는 처리의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는, 처리에 의한 기판에 대한 영향을 조사한 실험 결과를 나타낸다.
도 1은, 이 발명의 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 모식적인 평면도이다. 기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 1장씩 처리하는 매엽식의 장치이다. 기판(W)은, 예를 들면, 반도체 웨이퍼 등이다. 기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 수용하는 복수의 캐리어(C)를 각각 유지하는 복수의 로드 포트(LP)와, 복수의 로드 포트(LP)로부터 반송된 기판(W)을 처리액이나 처리 가스 등의 처리 유체로 처리하는 복수의 처리 유닛(2)을 포함한다.
기판 처리 장치(1)는, 또한, 기판(W)을 반송하는 반송 유닛(IR, SH, CR)과, 기판 처리 장치(1)를 제어하는 제어 장치(컨트롤러)(3)를 포함한다. 제어 장치(3)는, 전형적으로는 컴퓨터이며, 프로그램 등의 정보를 기억하는 메모리(3m)와 메모리(3m)에 기억된 정보에 따라서 기판 처리 장치(1)를 제어하는 프로세서(3p)를 포함한다.
반송 유닛(IR, SH, CR)은, 복수의 로드 포트(LP)로부터 복수의 처리 유닛(2)으로 연장되는 반송 경로 상에 배치된 인덱서 로봇(IR), 셔틀(SH), 및 센터 로봇(CR)을 포함한다. 인덱서 로봇(IR)은, 복수의 로드 포트(LP)와 셔틀(SH) 사이에서 기판(W)을 반송한다. 셔틀(SH)은, 인덱서 로봇(IR)과 센터 로봇(CR) 사이에서 왕복 이동하여 기판(W)을 반송한다. 센터 로봇(CR)은, 셔틀(SH)과 복수의 처리 유닛(2) 사이에서 기판(W)을 반송한다. 센터 로봇(CR)은, 또한, 복수의 처리 유닛(2)의 사이에서 기판(W)을 반송한다. 도 1에 나타내는 굵은 선의 화살표는, 인덱서 로봇(IR) 및 셔틀(SH)의 이동 방향을 나타내고 있다.
복수의 처리 유닛(2)은, 수평으로 떨어진 4개의 위치에 각각 배치된 4개의 탑을 형성하고 있다. 각 탑은, 상하 방향으로 적층된 복수의 처리 유닛(2)을 포함한다. 4개의 탑은, 반송 경로의 양측에 2개씩 배치되어 있다. 복수의 처리 유닛(2)은, 기판(W)을 건조시킨 그대로 당해 기판(W)을 처리하는 복수의 드라이 처리 유닛(2D)과, 처리액으로 기판(W)을 처리하는 복수의 웨트 처리 유닛(2W)을 포함한다. 로드 포트(LP) 측의 2개의 탑은, 복수의 드라이 처리 유닛(2D)으로 형성되어 있고, 나머지 2개의 탑은, 복수의 웨트 처리 유닛(2W)으로 형성되어 있다.
도 2는, 드라이 처리 유닛(2D)의 구성예를 설명하기 위한 도해적인 단면도이다. 드라이 처리 유닛(2D)은, 기판(W)이 통과하는 반입반출구(4a)가 설치된 드라이 챔버(4)와, 드라이 챔버(4)의 반입반출구(4a)를 개폐하는 셔터(5)와, 드라이 챔버(4) 내에서 기판(W)을 가열하면서 처리 가스를 기판(W)에 공급하는 열처리 유닛(8)과, 열처리 유닛(8)에 의해서 가열된 기판(W)을 드라이 챔버(4) 내에서 냉각하는 냉각 유닛(7)과, 드라이 챔버(4) 내에서 기판(W)을 반송하는 실내 반송 기구(6)를 포함한다. 센터 로봇(CR)은, 반입반출구(4a)를 통해, 드라이 챔버(4)에 기판(W)을 출납한다. 반입반출구(4a)의 근방의 드라이 챔버(4) 내에 냉각 유닛(7)이 배치되어 있다.
냉각 유닛(7)은, 쿨 플레이트(20)와, 쿨 플레이트(20)를 관통하여 상하 이동하는 리프트 핀(22)과, 리프트 핀(22)을 상하 이동시키는 핀 승강 구동 기구(23)를 포함한다. 쿨 플레이트(20)는, 기판(W)이 재치되는 냉각면(20a)을 구비하고 있다. 쿨 플레이트(20)의 내부에는, 냉매(전형적으로는 냉각수)가 순환하는 냉매 경로(도시생략)가 형성되어 있다. 리프트 핀(22)은, 냉각면(20a)보다 상방에서 기판(W)을 지지하는 상위치와, 선단이 냉각면(20a)보다 하방으로 몰입하는 하위치 사이에서 상하 이동된다.
열처리 유닛(8)은, 히터(33)를 구비하고 있다. 보다 구체적으로는, 열처리 유닛(8)은, 핫 플레이트(30)와, 핫 플레이트(30)를 수용하는 열처리 챔버(34)와, 핫 플레이트(30)를 관통하여 상하 이동하는 리프트 핀(38)과, 리프트 핀(38)을 상하 이동시키는 핀 승강 구동 기구(39)를 포함한다. 핫 플레이트(30)는, 기판(W)이 재치되는 가열면(30a)을 구비하고, 히터(33)를 내장하고 있다.
히터(33)는, 가열면(30a)에 놓여진 기판(W)을 150℃ 이상으로 가열할 수 있도록 구성되어 있고, 예를 들면, 기판(W)을 250℃까지 가열할 수 있도록 구성되어 있어도 된다. 가열면(30a)은, 기판(W)의 형상을 따라, 기판(W)보다 한층 큰 평면 형상을 가지고 있다. 구체적으로는, 기판(W)이 원형이면, 가열면(30a)은, 기판(W)보다 한층 큰 원형으로 형성된다.
열처리 챔버(34)는, 챔버 본체(35)와, 챔버 본체(35)의 상방에서 상하 이동하는 덮개(36)를 구비하고 있다. 열처리 유닛(8)은, 덮개(36)를 승강시키는 덮개 승강 구동 기구(37)를 구비하고 있다. 챔버 본체(35)는, 상방으로 개방하는 개구(35a)를 가지고 있고, 이 개구(35a)를 덮개(36)가 개폐한다. 덮개(36)는, 챔버 본체(35)의 개구(35a)를 막아 내부에 밀폐 처리 공간을 형성하는 닫힘 위치(하위치)와, 개구(35a)를 개방하도록 상방으로 퇴피한 상위치 사이에서 상하 이동된다. 리프트 핀(38)은, 가열면(30a)보다 상방에서 기판(W)을 지지하는 상위치와, 선단이 가열면(30a)보다 하방으로 몰입하는 하위치 사이에서 상하 이동된다.
챔버 본체(35)의 바닥부에는, 배기 포트(41)가 형성되어 있다. 배기 포트(41)는, 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 개소(예를 들면 3개소)에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 배기 포트(41)는, 배기 라인(42)을 통해 배기 설비(43)(도 3 참조)에 결합된다.
덮개(36)는, 가열면(30a)에 평행으로 연장되는 플레이트부(45)와, 플레이트부(45)의 주연으로부터 하방으로 연장되는 통부(46)를 포함한다. 플레이트부(45)는, 구체적으로는 거의 원형이며, 그에 따라, 통부(46)는 원통 형상을 가지고 있다. 통부(46)의 하단은, 챔버 본체(35)의 상단에 대향하고 있다. 그에 의해, 덮개(36)의 상하 이동에 의해서, 챔버 본체(35)의 개구(35a)를 개폐할 수 있다.
플레이트부(45)를 관통하도록 기체 도입 포트(48)가 형성되어 있다. 이 실시형태에서는, 기체 도입 포트(48)는, 플레이트부(45)의 중앙부에 형성되어 있다. 기체 도입 포트(48)는, 기체 공급 라인(49)에 접속되어 있다. 기체 도입 포트(48)로부터 도입된 기체는, 그 하방의 처리 공간으로 공급된다. 따라서, 처리 공간 내에 놓여진 기판(W)에 기체가 공급된다. 기체는, 가열면(30a)의 거의 전역(따라서 기판(W)의 상면의 거의 전역)을 향하여 균등하게 공급된다.
실내 반송 기구(6)는, 드라이 챔버(4)의 내부에서 기판(W)을 반송한다. 보다 구체적으로는, 실내 반송 기구(6)는, 냉각 유닛(7)과 열처리 유닛(8) 사이에서 기판(W)을 반송하는 실내 반송 핸드(6H)를 구비하고 있다. 실내 반송 핸드(6H)는, 냉각 유닛(7)의 리프트 핀(22)과의 사이에서 기판(W)을 수도(受渡)할 수 있고, 또한 열처리 유닛(8)의 리프트 핀(38)과의 사이에서 기판(W)을 수도할 수 있도록 구성되어 있다. 그에 의해, 실내 반송 핸드(6H)는, 냉각 유닛(7)의 리프트 핀(22)으로부터 기판(W)을 수취하여 열처리 유닛(8)의 리프트 핀(38)에 그 기판(W)을 건네주도록 동작할 수 있다. 또한, 실내 반송 핸드(6H)는, 열처리 유닛(8)의 리프트 핀(38)으로부터 기판(W)을 수취하여 냉각 유닛(7)의 리프트 핀(22)에 그 기판(W)을 건네주도록 동작할 수 있다.
드라이 처리 유닛(2D)의 전형적인 동작은, 다음과 같다.
센터 로봇(CR)(도 1 참조)이 기판(W)을 드라이 챔버(4)에 반입할 때, 셔터(5)는, 반입반출구(4a)를 개방하는 열림 위치로 제어된다. 그 상태로, 센터 로봇(CR)의 핸드(H)가 드라이 챔버(4)에 진입하여, 기판(W)을 쿨 플레이트(20)의 상방에 배치한다. 그러면, 리프트 핀(22)이 상위치까지 상승하여, 센터 로봇(CR)의 핸드(H)로부터 기판(W)을 수취한다. 그 후, 센터 로봇(CR)의 핸드(H)는 드라이 챔버(4) 밖으로 후퇴한다. 다음으로, 실내 반송 기구(6)의 실내 반송 핸드(6H)는, 리프트 핀(22)으로부터 기판(W)을 수취하여 열처리 유닛(8)의 리프트 핀(38)으로 기판(W)을 반송한다. 이 때 덮개(36)는 열림 위치(상위치)에 있고, 리프트 핀(38)은 수취한 기판(W)을 상위치에서 지지한다. 실내 반송 핸드(6H)가 열처리 챔버(34)로부터 퇴피한 후, 리프트 핀(38)은 하위치까지 하강하여, 기판(W)을 가열면(30a)에 재치한다. 한편, 덮개(36)는, 닫힘 위치(하위치)로 하강하여, 핫 플레이트(30)를 내포하는 밀폐 처리 공간을 형성한다. 이 상태로, 기판(W)에 대한 열처리가 행해진다.
열처리를 끝내면, 덮개(36)가 열림 위치(상위치)로 상승하여 열처리 챔버(34)가 개방된다. 또한, 리프트 핀(38)이 상위치로 상승하여, 기판(W)을 가열면(30a)의 상방으로 밀어 올린다. 그 상태로, 실내 반송 기구(6)의 실내 반송 핸드(6H)는, 리프트 핀(38)으로부터 기판(W)을 수취하여, 냉각 유닛(7)의 리프트 핀(22)으로 그 기판(W)을 반송한다. 리프트 핀(22)은, 수취한 기판(W)을 상위치에서 지지한다. 실내 반송 핸드(6H)의 퇴피를 기다려, 리프트 핀(22)이 하위치로 하강하고, 그에 의해, 기판(W)이 쿨 플레이트(20)의 냉각면(20a)에 재치된다. 그에 의해, 기판(W)이 냉각된다.
기판(W)의 냉각을 끝내면, 리프트 핀(22)이 상위치로 상승하고, 그에 의해, 기판(W)을 냉각면(20a)의 상방으로 밀어 올린다. 그 상태로, 셔터(5)가 열려, 센터 로봇(CR)의 핸드(H)가 드라이 챔버(4)로 진입하고, 상위치에 있는 리프트 핀(22)에 의해서 지지된 기판(W)의 하방에 배치된다. 그 상태로, 리프트 핀(22)이 하강함으로써, 센터 로봇(CR)의 핸드(H)에 기판(W)이 건네진다. 기판(W)을 유지한 핸드(H)는, 드라이 챔버(4) 밖으로 퇴피하고, 그 후에, 셔터(5)가 반입반출구(4a)를 닫는다.
도 3은, 열처리 유닛(8)에 대한 기체의 급기 계통 및 배기 계통의 구성예를 설명하기 위한 계통도이다.
기체 도입 포트(48)에 접속된 기체 공급 라인(49)(배관)에는, 오존 가스 공급 라인(51), 실온 불활성 가스 공급 라인(52) 및 고온 불활성 가스 공급 라인(53)이 결합되어 있다. 기체 공급 라인(49)에는, 유통하는 기체 중의 이물을 여과하는 필터(50)가 개재 설치되어 있다.
오존 가스 공급 라인(51)은, 오존 가스 발생기(55)에서 생성된 오존 가스를 공급하는 배관을 포함한다. 오존 가스의 온도는, 150℃ 미만이며, 전형적으로는 실온이다. 오존 가스 공급 라인(51)에는, 그 유로를 개폐하는 오존 가스 밸브(56)가 개재 설치되어 있다. 오존 가스 공급 라인(51) 및 오존 가스 밸브(56)는, 오존 가스 공급 유닛의 일례이다.
실온 불활성 가스 공급 라인(52)은, 불활성 가스 공급원(58)으로부터 공급되는 실온의 불활성 가스를 공급하는 배관을 포함한다. 불활성 가스는, 질소 가스, 아르곤 가스 등의 화학적으로 불활성인 기체이다. 실온 불활성 가스 공급 라인(52)은, 불활성 가스 공급원(58)으로부터 공급되는 불활성 가스를 가열하지 않고 기체 공급 라인(49)에 공급한다. 실온 불활성 가스 공급 라인(52)에는, 그 유로를 개폐하는 실온 불활성 가스 밸브(59), 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(60) 및 유량계(61)가 개재 설치되어 있다. 실온 불활성 가스 공급 라인(52) 및 실온 불활성 가스 밸브(59) 등은, 실온 불활성 가스 공급 유닛의 일례이다.
고온 불활성 가스 공급 라인(53)은, 실온보다 고온의 불활성 가스를 공급하는 배관을 포함한다. 구체적으로는, 고온 불활성 가스 공급 라인(53)은, 불활성 가스 공급원(58)으로부터 공급되는 실온의 불활성 가스를 가열하여 공급한다. 보다 구체적으로는, 고온 불활성 가스 공급 라인(53)에는, 히터(63)가 개재 설치되어 있다. 히터(63)는, 고온 불활성 가스 공급 라인(53)을 흐르는 불활성 가스를 150℃ 이상의 고온으로 가열한다. 더 구체적으로는, 히터(63)는, 열처리 챔버(34) 내의 처리 공간을 150℃ 이상의 불활성 가스로 채울 수 있도록, 고온 불활성 가스 공급 라인(53)을 흐르는 불활성 가스를 가열한다. 고온 불활성 가스 공급 라인(53)에는, 히터(63)보다 상류에, 그 유로를 개폐하는 고온 불활성 가스 밸브(64), 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(65) 및 유량계(66)가 개재 설치되어 있다. 고온 불활성 가스 공급 라인(53), 히터(63), 고온 불활성 가스 밸브(64) 등은, 고온 불활성 가스 공급 유닛의 일례이다.
열처리 챔버(34)의 배기 포트(41)에는, 배기 라인(배관)(42)이 접속되어 있다. 배기 라인(42)은, 배기 설비(43)에 접속되어 있다. 배기 라인(42)에 의한 배기는, 주로, 열처리 챔버(34) 밖으로 오존 가스가 유출되는 것을 방지한다.
오존 가스 공급 라인(51)에는, 오존 가스 밸브(56)보다 상류 측에, 오존 배기 라인(배관)(68)이 접속되어 있다. 오존 배기 라인(68)은, 배기 설비(43)에 접속되어 있다. 오존 배기 라인(68)에는, 오존 배기 밸브(69)가 개재 설치되어 있다. 오존 배기 밸브(69)는, 오존 가스 발생기(55)의 동작을 정지한 후에, 오존 가스 공급 라인(51)에 잔류하는 오존 가스를 배기할 때 열린다.
도 4는, 웨트 처리 유닛(2W)의 구성예를 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
웨트 처리 유닛(2W)은, 기판(W)을 1장씩 처리하는 매엽식의 액처리 유닛이다. 웨트 처리 유닛(2W)은, 내부 공간을 구획하는 상자형의 웨트 챔버(9)(도 1 참조)와, 웨트 챔버(9) 내에서 한 장의 기판(W)을 수평인 자세로 유지하고, 기판(W)의 중심을 통과하는 연직인 회전축선(A1) 둘레로 기판(W)을 회전시키는 스핀 척(70)(기판 유지 수단, 기판 홀더)과, 스핀 척(70)에 유지되어 있는 기판(W)에 황산을 포함하는 처리액(이 실시형태에서는 황산 과산화수소수 혼합액(SPM:sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture))을 공급하는 SPM 공급 유닛(71)과, 린스액 공급 유닛(72)과, 스핀 척(70)을 둘러싸는 통 형상의 컵(73)을 포함한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 웨트 챔버(9)에는, 기판(W)이 통과하는 반입반출구(9a)가 형성되어 있고, 이 반입반출구(9a)를 개폐하기 위한 셔터(10)가 구비되어 있다. 웨트 챔버(9)는, 그 내부에서 처리액을 이용한 기판 처리가 행해지는 액처리 챔버의 일례이다.
스핀 척(70)은, 수평인 자세로 유지된 원판 형상의 스핀 베이스(74)와, 스핀 베이스(74)의 상방에서 기판(W)을 수평인 자세로 유지하는 복수의 척 핀(75)과, 스핀 베이스(74)의 중앙부로부터 하방으로 연장되는 회전축(76)과, 회전축(76)을 회전시킴으로써 기판(W) 및 스핀 베이스(74)를 회전축선(A1) 둘레로 회전시키는 스핀 모터(77)를 포함한다. 스핀 척(70)은, 복수의 척 핀(75)을 기판(W)의 주단면(周端面)에 접촉시키는 협지식의 척에 한정되지 않고, 비(非)디바이스 형성면인 기판(W)의 이면(하면)을 스핀 베이스(74)의 상면에 흡착시킴으로써 기판(W)을 수평으로 유지하는 진공식의 척이어도 된다.
컵(73)은, 스핀 척(70)에 유지되어 있는 기판(W)보다 외방(회전축선(A1)으로부터 멀어지는 방향)에 배치되어 있다. 컵(73)은, 스핀 베이스(74)의 주위를 둘러싸고 있다. 컵(73)은, 스핀 척(70)이 기판(W)을 회전시키고 있는 상태에서, 처리액이 기판(W)에 공급될 때에, 기판(W)의 주위에 배출되는 처리액을 받는다. 컵(73)에 받아진 처리액은, 도시하지 않는 회수 장치 또는 배액 장치에 보내진다.
린스액 공급 유닛(72)은, 스핀 척(70)에 유지되어 있는 기판(W)을 향하여 린스액을 토출하는 린스액 노즐(80)과, 린스액 노즐(80)에 린스액을 공급하는 린스액 배관(81)과, 린스액 배관(81)으로부터 린스액 노즐(80)로의 린스액의 공급 및 공급 정지를 전환하는 린스액 밸브(82)를 포함한다. 린스액 노즐(80)은, 린스액 노즐(80)의 토출구가 정지된 상태로 린스액을 토출하는 고정 노즐이어도 된다. 린스액 공급 유닛(72)은, 린스액 노즐(80)을 이동시킴으로써, 기판(W)의 상면에 대한 린스액의 착액 위치를 이동시키는 린스액 노즐 이동 유닛을 구비하고 있어도 된다.
린스액 밸브(82)가 열리면, 린스액 배관(81)으로부터 린스액 노즐(80)로 공급된 린스액이, 린스액 노즐(80)로부터 기판(W)의 상면 중앙부를 향하여 토출된다. 린스액은, 예를 들면, 순수(탈이온수:Deionized Water)이다. 린스액은, 순수에 한정되지 않으며, 탄산수, 전해 이온수, 수소수, 오존수 및 희석 농도(예를 들면, 10~100ppm 정도)의 염산수 중 어느 하나여도 된다. 린스액의 온도는, 실온이어도 되고, 실온보다 높은 온도(예를 들면, 70~90℃)여도 된다.
SPM 공급 유닛(71)은, SPM을 기판(W)의 상면을 향하여 토출하는 SPM 노즐(85)과, SPM 노즐(85)이 선단부에 장착된 노즐 아암(86)과, 노즐 아암(86)을 이동시킴으로써, SPM 노즐(85)을 이동시키는 노즐 이동 유닛(87)을 포함한다.
SPM 노즐(85)은, 예를 들면, 연속류의 상태로 SPM을 토출하는 스트레이트 노즐이며, 예를 들면 기판(W)의 상면과 수직인 방향으로 처리액을 토출하는 수직 자세로 노즐 아암(86)에 장착되어 있다. 노즐 아암(86)은, 수평 방향으로 연장되어 있고, 스핀 척(70)의 주위에서 연직 방향으로 연장되는 요동축선(도시 생략) 둘레로 선회 가능하게 설치되어 있다.
노즐 이동 유닛(87)은, 요동축선 둘레로 노즐 아암(86)을 선회시킴으로써, 평면으로 볼 때 기판(W)의 상면 중앙부를 지나는 궤적을 따라서 SPM 노즐(85)을 수평으로 이동시킨다. 노즐 이동 유닛(87)은, SPM 노즐(85)로부터 토출된 SPM이 기판(W)의 상면에 착액하는 처리 위치와, SPM 노즐(85)이 평면으로 볼 때 스핀 척(70)의 주위에 위치하는 홈 위치 사이에서, SPM 노즐(85)을 수평으로 이동시킨다. 처리 위치는, SPM 노즐(85)로부터 토출된 SPM이 기판(W)의 상면 중앙부에 착액하는 중앙 위치와, SPM 노즐(85)로부터 토출된 SPM이 기판(W)의 상면 주연부에 착액하는 주연 위치를 포함한다.
SPM 공급 유닛(71)은, SPM 노즐(85)에 접속되고, 황산 공급원(88)으로부터 황산(H2SO4)이 공급되는 황산 배관(89)과, SPM 노즐(85)에 접속되고, 과산화수소수 공급원(94)으로부터 과산화수소수(H2O2)가 공급되는 과산화수소수 배관(95)을 포함한다.
황산 공급원(88)으로부터 공급되는 황산과, 과산화수소수 공급원(94)으로부터 공급되는 과산화수소수는, 모두 수용액이다. 황산의 농도는, 예를 들면 90~98%이며, 과산화수소수의 농도는, 예를 들면 30~50%이다.
황산 배관(89)에는, 황산 배관(89)의 유로를 개폐하는 황산 밸브(90)와, 황산의 유량을 변경하는 황산 유량 조정 밸브(91)와, 황산을 가열하는 히터(92)가, SPM 노즐(85) 측으로부터 이 순서대로 개재 설치되어 있다. 히터(92)는, 황산을 실온보다 높은 온도(70~190℃의 범위 내의 일정 온도. 예를 들면 90℃)로 가열한다.
과산화수소수 배관(95)에는, 과산화수소수 배관(95)의 유로를 개폐하는 과산화수소수 밸브(96)와, 과산화수소수의 유량을 변경하는 과산화수소수 유량 조정 밸브(97)가, SPM 노즐(85) 측으로부터 이 순서대로 개재 설치되어 있다. 과산화수소수 밸브(96)에는, 온도 조정되어 있지 않은 실온(예를 들어 약 23℃)의 과산화수소수가, 과산화수소수 배관(95)을 통해 공급된다.
SPM 노즐(85)은, 예를 들면 대략 원통 형상의 케이싱을 가지고 있다. 이 케이싱의 내부에는, 혼합실이 형성되어 있다. 황산 배관(89)은, SPM 노즐(85)의 케이싱의 측벽에 배치된 황산 도입구에 접속되어 있다. 과산화수소수 배관(95)은, SPM 노즐(85)의 케이싱의 측벽에 배치된 과산화수소수 도입구에 접속되어 있다.
황산 밸브(90) 및 과산화수소수 밸브(96)가 열리면, 황산 배관(89)으로부터의 황산(고온의 황산)이, SPM 노즐(85)의 황산 도입구로부터 그 내부의 혼합실로 공급됨과 더불어, 과산화수소수 배관(95)으로부터의 과산화수소수가, SPM 노즐(85)의 과산화수소수 도입구로부터 그 내부의 혼합실로 공급된다.
SPM 노즐(85)의 혼합실에 유입된 황산 및 과산화수소수는, 혼합실에서 충분히 교반 혼합된다. 이 혼합에 의해서, 황산 및 과산화수소수가 균일하게 서로 섞이고, 그들의 반응에 의해서 SPM(황산 과산화수소수 혼합액)이 생성된다. SPM은, 산화력이 강한 페록시일황산(Peroxymonosulfuric acid; H2SO5)을 포함한다. 고온으로 가열된 황산이 공급되고, 또한 황산과 과산화수소수의 혼합은 발열 반응이므로, 고온의 SPM이 생성된다. 구체적으로는, 혼합 전의 황산 및 과산화수소수 중 어느 하나의 온도보다 높은 온도(100℃ 이상. 예를 들면, 160℃)의 SPM이 생성된다. SPM 노즐(85)의 혼합실에 있어서 생성된 고온의 SPM은, 케이싱의 선단(하단)에 개구된 토출구로부터 기판(W)을 향하여 토출된다.
도 5는, 기판 처리 장치(1)의 제어에 관한 구성예를 설명하기 위한 블록도이다. 제어 장치(3)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터 등에 의해서 구성되어 있다. 제어 장치(3)는, 프로그램 등의 정보를 기억하는 메모리(3m)와, 메모리(3m)에 기억된 정보에 따라서 기판 처리 장치(1)를 제어하는 프로세서(3p)(CPU)를 포함한다. 기판(W)의 처리 순서 및 처리 공정을 나타내는 레시피는, 메모리(3m)에 기억되어 있다. 제어 장치(3)는, 메모리(3m)에 기억되어 있는 레시피에 의거하여 기판 처리 장치(1)를 제어함으로써, 기판(W)에 대한 처리를 실행하도록 구성(프로그램)되어 있다.
제어 장치(3)의 구체적인 제어 대상은, 인덱서 로봇(IR), 셔틀(SH), 센터 로봇(CR), 실내 반송 기구(6), 핀 승강 구동 기구(23, 39), 히터(33), 덮개 승강 구동 기구(37), 오존 가스 발생기(55), 오존 가스 밸브(56), 실온 불활성 가스 밸브(59), 유량 조정 밸브(60), 히터(63), 고온 불활성 가스 밸브(64), 유량 조정 밸브(65), 오존 배기 밸브(69), 스핀 모터(77), 린스액 밸브(82), 노즐 이동 유닛(87), 황산 밸브(90), 황산 유량 조정 밸브(91), 히터(92), 과산화수소수 밸브(96), 과산화수소수 유량 조정 밸브(97) 등이다.
도 6의 (a)~도 6의 (c)는, 기판 처리 장치(1)에 의해서 행해지는 기판 처리의 전형예를 나타낸다. 처리 대상의 기판(W)은, 예를 들면, 실리콘 기판(실리콘 웨이퍼)이다. 기판(W)의 표면에는, 레지스트(100)의 막이 형성되어 있다. 레지스트(100)는, 기판(W)에 대한 선택적 이온 주입을 위한 마스크로서 이용된 것이다. 특히, 고도스량으로의 이온 주입 처리가 행해진 후의 기판(W) 상의 레지스트(100)에는, 그 표층 부분에 경화층(101)이 형성된다. 경화층(101)은, 레지스트(100)의 탄화 등의 변질에 의해서 형성된다. 경화층(101)의 하방 측(기판(W) 표면 측)에는, 경화되어 있지 않은 레지스트층(102)(이하 「비경화층(102)」이라고 한다.)이 존재하고 있다. 여기에서는, 경화층(101)을 표층부에 갖는 레지스트(100)를 기판(W)의 표면으로부터 박리 또는 제거하는 기판 처리, 즉, 레지스트 박리 처리 또는 레지스트 제거 처리에 대해 설명한다.
이 기판 처리는, 오존 처리(도 6의 (a))와 SPM 처리(도 6의 (b))를 포함한다.
오존 처리(도 6의 (a) 참조)는, 기판(W)을 가열하고, 또한 그 가열되어 있는 기판(W)의 표면(보다 상세하게는 레지스트(100)의 경화층(101))에 오존 가스를 공급하는 처리이다. 가열 온도, 즉, 가열 상태의 기판(W)의 온도는 150℃ 이상이 된다. 기판(W)의 표면에 오존 가스가 이르면, 오존 가스가 기판(W)으로부터의 열을 받아 가열된다. 그에 의해, 오존 가스가 산소와 산소 라디칼로 분해된다. 이렇게 해서 생성되는 산소 라디칼과 경화층(101)이 반응하여, 경화층(101)이 분위기 중으로 휘발한다. 그에 의해, 경화층(101)이 제거된다. 즉, 오존 처리는, 레지스트(100)의 경화층(101)을 제거하는 경화층 제거 처리이다. 경화층(101)은, 적어도 부분적으로 제거되고, 바람직하게는 모두가 제거된다.
SPM 처리(도 6의 (b) 참조)는, 오존 처리(경화층 제거 처리) 후에 실행된다. SPM 처리는, 기판(W)의 표면(레지스트(100)가 형성된 표면)에 SPM을 공급하는 액처리이다. SPM은, 레지스트(100)의 경화층(101) 및 비경화층(102)을 제거하는 기능을 가지지만, 경화층 제거 속도는, 비경화층 제거 속도에 비해서 훨씬 작다. 따라서, 레지스트(100)의 표면에 경화층(101)이 존재하지 않으면, SPM의 공급에 의해서, 기판(W)의 표면의 레지스트(100)(비경화층(102))를 신속하게 제거할 수 있다(도 6의 (c) 참조). 레지스트(100)의 표면에 미소하게 경화층(101)이 잔류해 있어도, 그 미소한 경화층(101)의 제거는 단시간의 SPM 처리에 의해서 달성할 수 있으므로, 역시, 단시간에 레지스트(100)를 제거할 수 있다. 또한, 레지스트(100)의 표면에 경화층(101)이 잔류해 있어도, 비경화층(102)의 노출 부분이 있으면, 즉, 경화층(101)을 관통하여 비경화층(102)에 이르는 액 경로가 존재하면, SPM은, 비경화층(102)으로 침투하여 비경화층(102)을 제거한다. 그에 의해, 경화층(101)이 비경화층(102)과 더불어 리프트 오프되므로, 역시, 단시간의 SPM 처리에 의해서, 레지스트(100) 전체를 기판(W)의 표면으로부터 제거할 수 있다.
이와 같이, 오존 처리(도 6의 (a))에 의한 경화층(101)의 제거 후에, SPM 처리(도 6의 (b))를 실행함으로써, 오존 처리를 행하지 않고 SPM 처리를 행하는 경우와 비교하여, 신속하게, 기판(W)의 표면으로부터 레지스트(100)를 제거할 수 있다(도 6의 (c)).
도 7은, 오존 가스의 열분해를 설명하기 위한 도면이다. 오존(O3)은, 활성 에너지 이상의 에너지를 부여함으로써, 열분해를 일으켜 산소 라디칼을 발생시키는 것이 알려져 있다. 온도의 상승과 더불어 분해 속도(화학 반응 속도 상수 k1)가 커진다. 도 7로부터, 화학 반응 속도 상수 k1＞0이 되고, 산소 라디칼이 발생하는 것은 150℃ 이상인 것을 알 수 있다. 그래서, 오존 처리에 있어서의 기판(W)의 온도를 150℃ 이상으로 함으로써, 기판 표면 부근에서 열분해 반응이 발생하고, 그에 의해 생성된 산소 라디칼을 레지스트의 경화층에 작용시킬 수 있다. 레지스트의 팝핑을 회피하기 위해서, 가열 시의 기판(W)의 온도는 170℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
오존 가스의 열분해는, 오존 가스의 무해화라는 목적을 위해서 이용할 수도 있다. 즉, 오존 처리 후에 열처리 챔버(34) 내에 오존 가스가 잔류해 있을 때에는, 그 오존 가스를 150℃ 이상으로 함으로써, 열분해시킬 수 있다. 열분해에 의해서 생성되는 산소 라디칼은, 그 수명이 짧고, 신속하게 소멸하여 산소가 되므로, 실질상 무해하다.
도 8a 및 도 8b는, 기판 처리 장치(1)에 의한 구체적인 기판 처리의 흐름을 설명하기 위한 플로차트이다. 도 8a는, 오존 처리(경화층 제거 처리)의 세부사항을 나타내고, 도 8b는 그 후에 행해지는 SPM 처리의 세부사항을 나타낸다. 이들 처리는, 제어 장치(3)가 대응하는 제어 대상을 제어함으로써 실현된다.
미처리 기판(W)은, 인덱서 로봇(IR)에 의해서 취출되어, 셔틀(SH)에 건네진다. 센터 로봇(CR)은, 그 기판(W)을 수취하여, 드라이 챔버(4)에 반입한다. 드라이 챔버(4)에 반입된 기판(W)은, 실내 반송 기구(6)에 의해서, 열처리 유닛(8)의 리프트 핀(38)에 건네지고, 그 리프트 핀(38)의 하강에 의해서, 핫 플레이트(30)의 가열면(30a) 상에 재치된다(단계 S1). 그 후, 덮개(36)가 하강되어, 챔버 본체(35)와 덮개(36)에 의해서 형성되는 밀폐된 공간 내에서, 핫 플레이트(30) 상에 기판(W)이 재치된 상태가 된다.
핫 플레이트(30)는, 가열면(30a) 상에 재치된 기판(W)을 150℃~170℃(예를 들면 170℃)로 가열하는 가열 공정을 실행한다(단계 S2). 이 가열 공정과 병행하여, 오존 가스가 열처리 챔버(34)에 도입되어, 오존 가스 공급 공정이 실행된다(단계 S3). 즉, 오존 가스 밸브(56)가 열림으로써 기체 도입 포트(48)로부터 오존 가스가 도입되고, 또한 배기 포트(41)로부터 열처리 챔버(34)의 내부 분위기가 배기된다. 그에 의해, 열처리 챔버(34) 내의 공기가 오존 가스로 치환되고, 그 오존 가스는, 핫 플레이트(30) 상에서 가열되어 있는 기판(W)의 표면(보다 구체적으로는 경화층의 표면)에 도달한다. 그러면, 기판(W)의 표면에서 오존 가스의 열분해가 발생하여, 산소 라디칼이 생성된다. 이 산소 라디칼의 작용에 의해서, 레지스트의 경화층이 제거된다. 이 처리가, 미리 정하는 소정 시간(예를 들면 30초 정도)에 걸쳐서 행해진다. 열처리 챔버(34)에 도입되는 오존 가스는, 150℃ 미만(전형적으로는 실온)이다. 이 오존 가스의 농도는, 예를 들면 100~200g/cm3여도 된다. 또, 오존 가스의 공급 유량은, 5~20리터/분 정도여도 된다.
산소 라디칼에 의한 경화층의 제거 처리가 종료되면, 제어 장치(3)는, 오존 가스 밸브(56)를 닫아 오존 가스의 공급을 정지하고(단계 S4), 대신, 고온 불활성 가스 밸브(64)를 연다. 이에 의해, 고온의 불활성 가스가 기체 도입구로부터 열처리 챔버(34) 내에 도입되어, 고온 불활성 가스 공급 공정이 실행된다(단계 S5). 이 고온의 불활성 가스는, 150℃ 이상의 온도(예를 들면 170℃)를 유지하며 열처리 챔버(34) 내에 공급된다. 그에 의해, 열처리 챔버(34) 내에 잔류해 있는 오존 가스를 열분해한다. 특히, 덮개(36)의 통부(46)의 주변과 같이, 열처리 챔버(34) 내에는 기체의 체류가 발생하는 개소가 있다(도 2 참조). 이러한 체류 개소에 고온의 불활성 가스가 공급됨으로써, 체류하고 있는 오존 가스가 열분해되어 신속하게 무해화된다. 고온 불활성 가스의 공급은, 예를 들면, 10초 정도 행해진다.
또한, 기판(W)을 핫 플레이트(30)에서 150℃ 이상(예를 들면 170℃ 정도)으로 가열해도, 덮개(36) 등의 온도는 150℃ 미만(예를 들면 100℃ 정도)이며, 기판(W) 및 핫 플레이트(30)로부터 떨어진 위치에서는, 오존의 열분해는 발생하지 않는다. 바꾸어 말하면, 열처리 챔버(34) 내여도, 기판(W)으로부터 떨어진 위치에 있는 부재, 특히 기판(W)을 향하는 오존 가스의 공급 경로 상의 부재의 온도가 150℃ 미만으로 유지됨으로써, 기판(W)에 도달하기 전에 오존의 열분해가 일어나는 것을 억제할 수 있다. 그에 의해, 오존의 열분해를 기판(W)의 표면 부근에서 효율적으로 일으킬 수 있으므로, 처리 효율을 높일 수 있다.
다음으로, 제어 장치(3)는, 고온 불활성 가스 밸브(64)를 닫고, 대신, 실온 불활성 가스 밸브(59)를 연다. 이에 의해, 실온의 불활성 가스가 기체 도입 포트(48)로부터 열처리 챔버(34) 내에 도입되어, 실온 불활성 가스 공급 공정(단계 S6)이 실행된다. 그에 의해, 열처리 챔버(34)의 내부의 분위기가 실온의 불활성 가스로 치환된다. 이에 의해, 열처리 챔버(34)가 냉각된다. 실온 불활성 가스의 공급은, 예를 들면, 30초 이하면 된다. 그 후, 제어 장치(3)는, 실온 불활성 가스 밸브(59)를 닫는다.
그 다음에, 제어 장치(3)는, 덮개(36)를 상방에 퇴피시켜, 열처리 챔버(34)를 연다. 그 후, 리프트 핀(38)이 기판(W)을 밀어 올리고, 이 밀어 올려진 기판(W)은, 실내 반송 기구(6)에 의해서, 냉각 유닛(7)으로 반송되고, 그 리프트 핀(22)에 건네진다. 그리고, 리프트 핀(22)이 하강함으로써, 기판(W)은, 쿨 플레이트(20) 상에 재치되어 냉각된다(단계 S7). 이에 의해, 기판(W)은, 실온 정도까지 냉각된다. 이 기판 냉각 처리 후, 리프트 핀(22)은 기판(W)을 밀어 올리고, 그 기판(W)은, 센터 로봇(CR)에 의해서 드라이 챔버(4) 밖으로 반출된다(단계 S8).
센터 로봇(CR)은, 그 기판(W)을, SPM 처리(웨트 처리 공정)를 위해서, 웨트 챔버(9)로 반입한다(단계 S11). 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 기판(W)을 유지하고 있는 센터 로봇(CR)(도 1 참조)를 제어하여, 그 핸드(H)를 웨트 챔버(9)의 내부에 진입시킴으로써, 기판(W)을 그 표면(레지스트가 형성된 표면)이 상방으로 향해진 상태로 스핀 척(70)의 위에 놓는다. 그 후, 제어 장치(3)는, 스핀 모터(77)에 의해서 기판(W)의 회전을 개시시킨다(단계 S12). 기판(W)의 회전 속도는, 미리 정하는 처리 회전 속도(100~500rpm의 범위 내. 예를 들면 약 300rpm)까지 상승되고, 그 처리 회전 속도로 유지된다.
기판(W)의 회전 속도가 처리 회전 속도에 이르면, 제어 장치(3)는, 황산을 포함하는 처리액인 SPM을 기판(W)에 공급하는 SPM 처리 공정(단계 S13)을 행한다. 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 노즐 이동 유닛(87)을 제어함으로써, SPM 노즐(85)을 홈 위치로부터 처리 위치에 이동시킨다. 이에 의해, SPM 노즐(85)이 기판(W)의 상방에 배치된다.
SPM 노즐(85)이 기판(W)의 상방에 배치된 후, 제어 장치(3)는, 황산 밸브(90) 및 과산화수소수 밸브(96)를 연다. 이에 의해, 과산화수소수 배관(95)을 유통하는 과산화수소수와, 황산 배관(89)의 내부를 유통하는 황산이 SPM 노즐(85)에 공급된다. 그에 의해, SPM 노즐(85)의 혼합실에 있어서 황산과 과산화수소수가 혼합되어, 고온(예를 들면, 160℃)의 SPM이 생성된다(생성 공정). 그 고온의 SPM이, SPM 노즐(85)의 토출구로부터 토출되어, 기판(W)의 상면에 착액한다(공급 공정). 제어 장치(3)는, 노즐 이동 유닛(87)을 제어함으로써, 기판(W)의 상면에 대한 SPM의 착액 위치를 중앙부와 주연부 사이에서 이동시킨다.
SPM 노즐(85)로부터 토출된 SPM은, 처리 회전 속도(예를 들면 300rpm)로 회전하고 있는 기판(W)의 상면에 착액한 후, 원심력에 의해서 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 그 때문에, SPM이 기판(W)의 상면 전역에 공급되어, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 SPM의 액막이 기판(W) 상에 형성된다. 이 처리가 소정의 SPM 처리 시간(예를 들면 30초 정도)에 걸쳐서 행해지고, 그에 의해, 기판(W)의 표면의 레지스트가 SPM에 의해서 제거된다.
SPM의 토출 개시로부터 소정의 SPM 처리 시간이 경과하면, SPM 처리 공정(단계 S13)이 종료된다. 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 과산화수소수 밸브(96) 및 황산 밸브(90)를 닫는다. 또, 제어 장치(3)는, 노즐 이동 유닛(87)을 제어함으로써, SPM 노즐(85)을 처리 위치로부터 홈 위치로 이동시킨다. 이에 의해, SPM 노즐(85)이 기판(W)의 상방으로부터 퇴피한다.
그 다음에, 린스액을 기판(W)에 공급하는 린스액 공급 공정(단계 S14)이 행해진다. 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 린스액 밸브(82)를 열어, 기판(W)의 상면 중앙부를 향하여 린스액 노즐(80)로부터 린스액을 토출시킨다. 린스액 노즐(80)로부터 토출된 린스액은, 기판(W) 상의 SPM을 치환하여 씻어낸다. 린스액 밸브(82)가 열리고 나서 소정의 린스액 공급 시간이 경과하면, 제어 장치(3)는, 린스액 밸브(82)를 닫아, 린스액 노즐(80)로부터의 린스액의 토출을 정지시킨다.
그 다음에, 기판(W)을 건조시키는 건조 공정(단계 S15)이 행해진다. 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 스핀 모터(77)를 제어함으로써, 건조 회전 속도(예를 들면 수천 rpm)까지 기판(W)을 가속시켜, 건조 회전 속도로 기판(W)을 회전시킨다. 이에 의해, 큰 원심력이 기판(W) 상의 액체에 가해져, 기판(W)에 부착되어 있는 액체가 기판(W)의 주위에 떨쳐내어진다. 이와 같이 하여, 기판(W)으로부터 액체가 제거되어, 기판(W)이 건조된다. 그리고, 기판(W)의 고속 회전이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 제어 장치(3)는, 스핀 모터(77)를 제어함으로써, 스핀 척(70)에 의한 기판(W)의 회전을 정지시킨다(단계 S16).
다음으로, 웨트 챔버(9) 내로부터 기판(W)을 반출하는 반출 공정이 행해진다(단계 S17). 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 센터 로봇(CR)의 핸드(H)를 웨트 챔버(9)의 내부에 진입시켜, 스핀 척(70) 상의 기판(W)을 유지시킨 후에, 그 핸드(H)를 웨트 챔버(9)로부터 퇴출시킨다. 이에 의해, 처리 완료 기판(W)이 챔버로부터 반출된다.
센터 로봇(CR)은, 기판(W)을 셔틀(SH)에 건넨다. 셔틀(SH)은, 인덱서 로봇(IR)을 향하여 기판(W)을 반송한다. 인덱서 로봇(IR)은, 셔틀(SH)로부터 처리 완료 기판(W)을 수취하여, 캐리어(C)에 수용한다.
도 9a 및 도 9b는, 오존 처리 및 고온 SPM 처리에 의해서 레지스트를 박리 하는 처리의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로는, 레지스트를 실리콘 웨이퍼의 표면에 형성하고, 에너지 10keV, 도스량 1×1015ions/cm2로 인(燐)이온 주입 처리를 실시한 기판을 처리 대상으로 했다.
이러한 기판에 대해서, 비교예로서, 고온 SPM 처리만으로, 즉 오존 처리를 행하지 않고, 레지스트 제거 처리를 행한 결과를 도 9a에 나타낸다. 비교예 1로서, 고온 SPM을 900밀리리터/분의 유량으로 90초간 공급한 후에 파티클 카운터에 의해서 기판 상의 이물(입자경 88nm 이상)의 수를 측정했다. 결과는 110개 이상이었다. 비교예 2로서, 고온 SPM을 같은 유량(900밀리리터/분)으로 120초간 공급한 후에 파티클 카운터에 의해서 기판 상의 이물(입자경 88nm 이상)의 수를 측정했다. 결과는 10개 정도였다.
한편, 전술한 바와 같은 기판에 대해서, 실시예 1로서, 오존 처리 및 그 후의 고온 SPM 처리에 의해서 레지스트 제거 처리를 행한 결과를 도 9b에 나타낸다. 오존 처리는, 기판 온도를 170℃로 하고, 처리 시간을 30초로 했다. 이 오존 처리 후, 고온 SPM을 900밀리리터/분의 유량으로 60초간 공급한 후에 파티클 카운터에 의해서 기판 상의 이물(입자경 88nm 이상)의 수를 측정했다. 측정 결과는, 10개 정도였다. 실시예 2로서, 실시예 1과 같은 오존 처리 후에, 고온 SPM을 900밀리리터/분의 유량으로 30초간 공급한 후에 파티클 카운터에 의해서 기판 상의 이물(입자경 88nm 이상)의 수를 측정했다. 측정 결과는, 10개 정도였다. 따라서, 고온 SPM에 의한 처리 시간은 30초 정도로 충분하고, 그에 의해, 고온 SPM 처리를 120초간 행한 경우와 거의 동등한 결과를 얻을 수 있었다.
도 10a 및 도 10b는, 처리에 의한 기판에 대한 영향을 조사한 실험 결과를 나타낸다.
도 10a는, 표면에 SiN막이 형성된 기판(실리콘 웨이퍼)에 대해서 전술한 비교예 2(120초의 고온 SPM 처리) 및 실시예 2(오존 처리 및 30초의 고온 SPM 처리)에 의한 처리를 각각 행하여, SiN의 막 감소(막두께의 감소)를 측정한 결과를 나타낸다. 비교예 2의 처리보다 실시예 2의 처리가, 막 감소가 적고, SiN막에 대한 영향이 적은 것을 알 수 있다.
도 10b는, 베어 실리콘 웨이퍼에 대해서 전술한 비교예 2(120초의 고온 SPM 처리) 및 실시예 2(오존 처리 및 30초의 고온 SPM 처리)에 의한 처리를 각각 행하여, 산화막의 성장을 측정한 결과를 나타낸다. 산화막의 성장은 거의 같은 정도인 것을 알 수 있다.
이와 같이, 오존 처리 후에 고온 SPM 처리를 행하는 레지스트 제거 처리는, 고온 SPM 처리만에 의한 레지스트 제거 처리와 비교하여, 기판에 대한 영향에 있어서, 뒤떨어지는 부분이 없다.
이상과 같이, 이 실시형태에 의하면, 150℃ 이상으로 기판(W)을 가열한 상태로 기판(W)의 표면에 150℃ 미만의 오존 가스를 공급하여 행하는 오존 처리에 의해서, 레지스트 표층의 경화층을 제거하는 경화층 제거 공정이 행해진다. 경화층이 제거된 후에, 기판(W)의 표면에 고온의 SPM이 공급되는 웨트 처리 공정이 실행되므로, SPM은 경화층과 기판(W)의 표면 사이의 비경화층(벌크 레지스트층)으로 용이하게 진입하여, 레지스트를 기판(W)의 표면으로부터 단시간에 박리한다. 이에 의해, SPM을 이용하는 액처리 시간이 단축되므로, 생산성이 향상된다. 게다가, SPM의 소비량, 특히 그 원료가 되는 황산의 소비량을 삭감할 수 있다. 그에 의해, 환경 부하를 저감할 수 있다. 전술한 바와 같이, 오존 처리를 행하지 않고, 오로지 고온 SPM에 의한 액처리만으로 경화층을 갖는 레지스트를 제거하는 처리와 비교하여, SiN의 막 감소 및 산화막의 성장의 관점에 있어서 불이익은 없으며, 기판에 대한 처리 품질이 저하하는 경우도 없다. 즉, SPM에 의한 액처리만으로의 레지스트 박리 처리와 동등한 처리를, 단시간으로, 또한 SPM(특히 황산)의 소비량을 삭감하면서, 실현할 수 있다.
이 실시형태에서는, 기판(W)을 가열하는 핫 플레이트(30)는, 덮개(36)를 닫아 밀폐 가능한 열처리 챔버(34) 내에 놓여지고, 열처리 챔버(34)에 150℃ 미만의 오존 가스가 도입된다. 따라서, 오존 가스는, 150℃ 이상으로 가열되어 있는 기판(W)의 표면 부근에 이르고 나서 열분해되므로, 열분해에 의해서 발생하는 산소 라디칼을 레지스트의 경화층에 확실히 작용시킬 수 있다. 따라서, 효율적으로 경화층을 제거할 수 있다.
한편, 이 실시형태에서는, 오존 처리에 의한 경화층 제거 공정 후에, 열처리 챔버(34)에, 150℃ 이상으로 가열한 고온 불활성 가스가 도입된다. 그에 의해, 열처리 챔버(34) 내에 존재하고 있는 오존은, 신속하게 열분해된다. 이에 의해, 열처리 챔버(34) 내의 분위기를 신속하게 무해화할 수 있으므로, 처리 후의 기판(W)을 신속하게 취출할 수 있다. 따라서, 오존 처리에 필요로 하는 시간을 단축하고, 생산성의 향상에 기여할 수 있다.
열처리 챔버(34)의 덮개(36)를 열기 전에, 실온의 불활성 가스가 열처리 챔버(34)에 도입되는데, 이것은, 열처리 챔버(34) 내의 오존 가스를 치환하는 목적이 아니며, 열처리 챔버(34)(특히 그 내부 분위기)를 냉각하는 목적으로 행해진다. 따라서, 단시간의 불활성 가스 공급으로 충분하다. 그리고, 단시간의 불활성 가스 공급에 의해서, 열처리 챔버(34)를 신속하게 냉각할 수 있으므로, 기판(W)을 취출할 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 그에 따라서, 처리 시간을 단축할 수 있기 때문에, 생산성의 향상에 기여할 수 있다.
만약, 고온 불활성 가스 공급 공정을 생략한다고 하면, 실온의 불활성 가스에 의해서 열처리 챔버(34) 내의 오존을 배제하려면, 예를 들면 180초 정도에 걸쳐서 실온 불활성 가스를 열처리 챔버(34)에 공급하는 것이 적절하다.
이상, 이 발명의 일 실시형태에 대해 설명해 왔는데, 이 발명은, 또한 다른 형태로 실시하는 것이 가능하다.
예를 들면, 전술한 실시형태에서는, 오존 처리를 행하는 드라이 처리와 SPM을 공급하는 웨트 처리를 별도의 처리 유닛(즉 별도의 챔버)에서 행하는 예에 대해 설명했다. 그러나, 오존 처리 및 SPM을 공급하는 웨트 처리를 동일한 처리 유닛(동일 챔버 내)으로 행하도록 해도 된다. 단, 드라이 처리(오존 처리)와 웨트 처리의 변환 시에 챔버 내의 환경을 조정할 필요가 있으므로, 드라이 처리 및 웨트 처리를 별도의 챔버로 행하는 것이 효율적으로 기판을 처리할 수 있으므로 바람직하다.
또, 전술한 실시형태에서는, 황산을 포함하는 처리액으로서, SPM을 레지스트 박리액의 예로 들었는데, 레지스트 박리액의 다른 예로서, 황산 중에 오존을 혼합하는 황산 오존액, 황산 과산화수소수에 불산을 첨가한 불산 황산 과산화수소수 혼합액, 황산 단독 등을 들 수 있다.
본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명해 왔는데, 이들은 본 발명의 기술적 내용을 분명하게 하기 위해서 이용된 구체예에 지나지 않고, 본 발명은 이들 구체예에 한정되어 해석되어야 하는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (10)

  1. 경화층을 갖는 레지스트를 기판의 표면으로부터 제거하기 위한 기판 처리 방법으로서,
    상기 기판을 150℃ 이상으로 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정에 의해서 가열되어 있는 상기 기판의 표면에 오존 가스를 공급하는 오존 가스 공급 공정을 포함하며, 상기 기판의 표면 부근에서 산소 라디칼을 발생시켜 상기 경화층을 제거하는 경화층 제거 공정과,
    상기 경화층 제거 공정 후에, 상기 기판의 표면에 황산을 포함하는 처리액을 공급하여, 상기 기판의 표면으로부터 상기 레지스트를 제거하는 웨트 처리 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 공정이, 열처리 챔버 내에 배치한 핫 플레이트 상에 상기 기판을 재치(載置)함으로써 행해지고,
    상기 오존 가스 공급 공정이, 상기 열처리 챔버 내에 오존 가스를 도입함으로써 행해지고,
    상기 기판 처리 방법이, 상기 오존 가스 공급 공정을 정지하여 상기 경화층 제거 공정을 끝낸 후에, 상기 열처리 챔버 내에 150℃ 이상의 불활성 가스를 도입하는 고온 불활성 가스 공급 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 고온 불활성 가스 공급 공정 후에, 상기 열처리 챔버 내에 실온의 불활성 가스를 도입하는 실온 불활성 가스 공급 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존 가스 공급 공정은, 150℃ 미만의 오존 가스를 상기 기판의 표면에 공급하는, 기판 처리 방법.
  5. 기판을 수용하는 열처리 챔버를 갖고, 상기 열처리 챔버 내에서 기판을 150℃ 이상으로 가열할 수 있는 기판 가열 유닛과,
    상기 열처리 챔버 내에 오존 가스를 공급하는 오존 가스 공급 유닛과,
    기판에 황산을 포함하는 처리액을 공급하는 처리액 공급 유닛을 포함하는, 기판 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 열처리 챔버 내에 150℃ 이상의 불활성 가스를 공급하는 고온 불활성 가스 공급 유닛을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 열처리 챔버 내에 실온의 불활성 가스를 공급하는 실온 불활성 가스 공급 유닛을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존 가스 공급 유닛이, 150℃ 미만의 오존 가스를 상기 열처리 챔버 내에 공급하는, 기판 처리 장치.
  9. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 가열 유닛이, 기판이 재치되는 핫 플레이트를 포함하는, 기판 처리 장치.
  10. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리액 공급 유닛이, 상기 열처리 챔버와는 별도의 액처리 챔버 내에서 기판에 황산을 포함하는 처리액을 공급하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
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