JP4377285B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、基板の表面から不要なレジストを除去するための基板処理方法および基板処理装置法に関する。

半導体装置の製造工程には、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の表面に形成された酸化膜などを選択的にエッチングする工程や、ウエハの表面にリン、砒素、硼素などの不純物（イオン）を局所的に注入する工程が含まれる。これらの工程では、不所望な部分に対するエッチングまたはイオン注入を防止するため、ウエハの最表面に感光性樹脂などの有機物からなるレジストがパターン形成されて、エッチングまたはイオン注入を所望しない部分がレジストによってマスクされる。ウエハ上にパターン形成されたレジストは、エッチングまたはイオン注入の後は不要になるから、エッチングまたはイオン注入の後には、そのウエハ上の不要となったレジストを除去するためのレジスト除去処理が行われる。

レジスト除去処理は、たとえば、アッシング装置でレジストをアッシング（灰化）して除去した後、ウエハを洗浄装置に搬入して、ウエハの表面からアッシング後のレジスト残渣を除去することによって達成できる。アッシング装置では、たとえば、処理対象のウエハを収容した処理室内が酸素ガス雰囲気にされて、その酸素ガス雰囲気中にマイクロ波が放射される。これにより、処理室内に酸素ガスのプラズマ（酸素プラズマ）が発生し、この酸素プラズマがウエハの表面に照射されることによって、ウエハの表面のレジストが分解されて除去される。一方、洗浄装置では、たとえば、ウエハの表面にＡＰＭ（ammonia−hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素水）などの薬液が供給されて、ウエハの表面に対して薬液による洗浄処理（レジスト残渣除去処理）が施されることにより、ウエハの表面に付着しているレジスト残渣が除去される。
特開平９−４５６１０号公報

ところが、高ドーズのイオン注入が行われた場合、レジストの表面が変質（硬化）しているため、高エネルギーのプラズマによるアッシングまたは長時間にわたるアッシングが必要になる。しかし、高エネルギーのプラズマがウエハＷに照射されたり、プラズマがウエハＷに長時間照射されると、ウエハの表面のレジストで覆われていない部分（たとえば、露呈した酸化膜）がダメージを受けてしまう。

また、基板へのダメージを抑えるために、アッシングを控えめ（エネルギーおよび/または時間）に行い、そのアッシング後に、硫酸と過酸化水素水との混合液などの強酸化性の薬液を用いてレジストを剥離することが考えられる。しかし、この手法では、アッシング装置および洗浄装置に加えて、薬液による処理を行うための装置が必要になる。また、レジストを除去するのに要する時間が長くなってしまう。

そこで、この発明の目的は、基板上に形成されているレジスト（とくに、イオン注入によって表面に硬化層が形成されているレジスト）を、基板の表面にダメージを与えることなく良好に除去できる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）の表面に不純物を注入するイオン注入工程後に、当該不純物の注入により硬化層が表面に形成されたレジストを基板の表面から除去するための基板処理方法であって、処理対象の基板の表面に液滴の噴流を供給する液滴噴流供給工程（Ｓ２）と、この液滴噴流供給工程後の基板の表面に、その表面からレジストを剥離するためのレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給工程（Ｓ３）とを含むことを特徴とする基板処理方法である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
請求項１記載の発明によれば、基板の表面に液滴の噴流が供給されることにより、レジストの表面に硬化層の破壊による凹凸が形成され、その後、基板の表面にレジスト剥離液が供給される。レジストの表面の硬化層が破壊されているので、基板の表面に供給されるレジスト剥離液は、その硬化層の破壊された部分からレジストの内部に浸透することができる。よって、処理対象の基板が、硬化層を除去するためのアッシング処理を受けていなくても、その基板の表面に形成されている硬化層を有するレジストを、レジスト剥離液によって良好に除去することができる。また、アッシングが不要であるから、アッシングによる基板の表面のレジストで覆われていない部分へのダメージの問題を回避することができる。

上記液滴噴流供給工程は、請求項２に記載のように、処理対象の基板の表面に純水の液滴の噴流を供給する工程であってもよいし、請求項３に記載のように、処理対象の基板の表面にレジスト剥離液の液滴の噴流を供給する工程であってもよい。
請求項４に記載の発明は、基板の表面に不純物を注入するイオン注入工程後に、当該不純物の注入により硬化層が表面に形成されたレジストを基板の表面から除去するために用いられる基板処理装置であって、基板を保持する基板保持手段（１）と、この基板保持手段に保持された基板の表面に液滴の噴流を供給する液滴噴流供給手段（３）と、上記基板保持手段に保持された基板の表面にレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給手段（２）と、上記液滴噴流供給手段およびレジスト剥離液供給手段を制御して、上記液滴噴流供給手段による液滴の噴流の供給後に、上記レジスト剥離液供給手段によるレジスト剥離液の供給を行わせる手段（４）とを含むことを特徴とする基板処理装置である。

このような構成の装置において、請求項１ないし３に記載の基板処理方法を実行することができ、請求項１に関連して述べた効果を達成することができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。この基板処理装置は、たとえば、基板の一例である半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）の表面に不純物を注入するイオン注入工程後に、そのウエハＷの表面から不要になったレジストを剥離して除去するためのレジスト剥離処理を行う枚葉式の装置であり、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面（上面）にレジスト剥離液としてのＳＰＭ（sulfuric acid／hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水）を供給するためのＳＰＭノズル２と、スピンチャック１に保持されたウエハＷの表面に純水の液滴の噴流を供給するための二流体ノズル３とを備えている。

スピンチャック１は、チャック回転駆動機構１１によって回転される回転軸１２の上端に固定されていて、ほぼ円板形状のスピンベース１３と、このスピンベース１３の周縁部の複数箇所にほぼ等角度間隔で設けられ、基板Ｗをほぼ水平な姿勢で挟持するための複数個の挟持部材１４とを備えている。複数個の挟持部材１４によってウエハＷを挟持した状態で、チャック回転駆動機構１１によって回転軸１２を回転させることにより、そのウエハＷを、ほぼ水平な姿勢を保った状態で、スピンベース１３とともに回転軸１２の中心軸線まわりに回転させることができる。

なお、スピンチャック１としては、このような構成のものに限らず、たとえば、ウエハＷの裏面（非デバイス面）を真空吸着することにより、ウエハＷを水平な姿勢で保持し、さらにその状態で鉛直な軸線まわりに回転することにより、その保持したウエハＷを回転させることができる真空吸着式のバキュームチャックが採用されてもよい。
ＳＰＭノズル２は、たとえば、ＳＰＭを連続流の状態で吐出するストレートノズルからなる。ＳＰＭノズル２には、ＳＰＭ供給管２１が接続されており、このＳＰＭ供給管２１から、ウエハＷの表面のレジストを良好に剥離可能な約１００℃以上の高温のＳＰＭが供給されるようになっている。ＳＰＭ供給管２１の途中部には、ＳＰＭノズル２へのＳＰＭの供給を制御するためのＳＰＭバルブ２２が介装されている。

また、ＳＰＭノズル２は、ウエハＷの表面におけるＳＰＭの供給位置を変更できるスキャンノズルとしての基本形態を有している。具体的には、スピンチャック１の側方には、第１の回動軸２３が鉛直方向にほぼ沿って配置されており、ＳＰＭノズル２は、その第１の回動軸２３の上端部からほぼ水平に延びた第１のアーム２４の先端部に取り付けられている。第１の回動軸２３には、この第１の回動軸２３を中心軸線まわりに所定の角度範囲内で回動させるＳＰＭノズル駆動機構２５が結合されている。ＳＰＭノズル駆動機構２５から第１の回動軸２３に駆動力を入力して、第１の回動軸２３を所定の角度範囲内で回動させることにより、スピンチャック１に保持されたウエハＷの上方で第１のアーム２４を揺動させることができ、これに伴って、スピンチャック１に保持されたウエハＷの表面上で、ＳＰＭノズル２からのＳＰＭの供給位置をスキャン（移動）させることができる。

二流体ノズル３には、純水供給源からの純水が供給される純水供給管３１と、窒素ガス供給源からの高圧の窒素ガスが供給される窒素ガス供給管３２とが接続されている。二流体ノズル３に純水と高圧窒素ガスとが同時に供給されると、純水と高圧窒素ガスとが混合されて、純水の微細な液滴が形成され、この純水の液滴が噴流となってウエハＷの表面に供給される。純水供給管３１の途中部には、二流体ノズル３への純水の供給を制御するための純水バルブ３３が介装されている。また、窒素ガス供給管３２の途中部には、二流体ノズル３への窒素ガスの供給を制御するための窒素ガスバルブ３４が介装されている。

スピンチャック１の側方には、第２の回動軸３５が鉛直方向にほぼ沿って配置されており、二流体ノズル３は、その第２の回動軸３５の上端部からほぼ水平に延びた第２のアーム３６の先端部に取り付けられている。第２の回動軸３５には、この第２の回動軸３５を中心軸線まわりに所定の角度範囲内で回動させる二流体ノズル駆動機構３７が結合されている。二流体ノズル駆動機構３７から第２の回動軸３５に駆動力を入力して、第２の回動軸３５を所定の角度範囲内で回動させることにより、スピンチャック１に保持されたウエハＷの上方で第２のアーム３６を揺動させることができ、これに伴って、スピンチャック１に保持されたウエハＷの表面上で、二流体ノズル３からの純水の液滴の噴流の供給位置をスキャン（移動）させることができる。

図２は、二流体ノズル３の構成を示す図解的な断面図である。二流体ノズル３は、内部混合型の二流体ノズルであり、気体導入部３０１、液体導入部３０２および液滴形成吐出部３０３を有している。気体導入部３０１、液体導入部３０２および液滴形成吐出部３０３はいずれも管形状を有していて、これらが直列に連結されて二流体ノズル３が構成されている。

液滴形成吐出部３０３は、液体導入部３０２の下方端に連結されており、下方に向かうに従って内径が小さくなるテーパ部３０４と、このテーパ部３０４の下端に連なり、内径が一様な直管形状のストレート部３０５とを有している。
気体導入部３０１は、液体導入部３０２の上側部に係合する大径部と、この大径部の下方に連なって液滴形成吐出部３０３のテーパ部３０４の内部空間にまで達する小径部とを有し、その内部には先細り形状の気体導入路３０６が形成されており、その入り口が気体導入ポート３０７を形成している。この気体導入ポート３０７には、窒素ガス供給管３２（図１参照）が接続される。

液体導入部３０２には、純水供給管３１（図１参照）が接続される液体導入ポート３０８が側方に開口して形成されており、この液体導入ポート３０８は、気体導入部３０１の小径部と液体導入部３０２の内壁との間のリング状の空間ＳＰ１に連通している。この空間ＳＰ１は、気体導入部３０１の小径部と液滴形成吐出部３０３の内壁との間のリング状の空間ＳＰ２を介して、液滴形成吐出部３０３のテーパ部３０４の内部空間ＳＰ３（混合室）と連通している。

この内部混合型の二流体ノズル３では、気体導入ポート３０７から供給される窒素ガスと、液体導入ポート３０８から空間ＳＰ１，ＳＰ２を介して供給される純水とが、空間ＳＰ３において混合され、その結果、液滴が形成されることになる。この液滴は、テーパ部３０４で加速され、ストレート部３０５を介して、スピンチャック１に保持されたウエハＷに向けて勢いよく噴射される。この液滴の噴流は、ストレート部３０５の働きにより、極めて良好な直進性を有する。

図３は、この基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。この基板処理装置はさらに、マイクロコンピュータを含む構成の制御装置４を備えている。
制御装置４には、チャック回転駆動機構１１、ＳＰＭノズル駆動機構２５、二流体ノズル駆動機構３７、ＳＰＭバルブ２２、純水バルブ３３および窒素ガスバルブ３４が制御対象として接続されている。制御装置４は、予め定められたプログラムに従って、チャック回転駆動機構１１、ＳＰＭノズル駆動機構２５および二流体ノズル駆動機構３７の動作を制御し、また、ＳＰＭバルブ２２、純水バルブ３３および窒素ガスバルブ３４の開閉を制御する。

図４は、レジスト剥離処理について説明するための図である。処理対象のウエハＷは、図示しない搬送ロボットによって搬入されてきて、レジストが形成されている表面を上方に向けた状態でスピンチャック１に保持される（ステップＳ１）。なお、処理対象のウエハＷは、レジストをアッシング（灰化）するための処理を受けておらず、そのレジストの表面には、イオン注入によって変質した硬化層が形成されている。

レジスト剥離処理では、まず、チャック回転駆動機構１１が制御されて、スピンチャック１に保持されたウエハＷが所定の回転速度（たとえば、１００ｒｐｍ）で回転される。また、二流体ノズル駆動機構３７が制御されて、二流体ノズル３がスピンチャック１の側方に設定された待機位置からスピンチャック１に保持されたウエハＷの上方に移動される。その後、純水バルブ３３および窒素ガスバルブ３４が開かれて、二流体ノズル３から純水の液滴の噴流が吐出される。この一方で、二流体ノズル駆動機構３７が制御されて、第２のアーム３６が所定の角度範囲内で揺動される。これによって、二流体ノズル３からの液滴の噴流が導かれるウエハＷの表面上の供給位置が、ウエハＷの回転中心からウエハＷの周縁部に至る範囲内を円弧状の軌跡を描きつつ移動し、ウエハＷの表面の全域に純水の液滴の噴流がむらなく供給される（ステップＳ２）。純水の液滴の噴流が衝突するときの衝撃によって、レジストの表面に形成されている硬化層が破壊され、レジストの表面に微細な凹凸が形成される。

噴流供給位置の往復スキャンが所定回数行われると、純水バルブ３３および窒素ガスバルブ３４が閉じられる。そして、二流体ノズル３が、ウエハＷの上方からスピンチャック１の側方の待機位置に戻される。
次に、ＳＰＭノズル駆動機構２５が制御されて、ＳＰＭノズル２が、スピンチャック１の側方に設定された待機位置からスピンチャック１に保持されたウエハＷの上方に移動される。そして、ＳＰＭバルブ２２が開かれて、ＳＰＭノズル２から回転中のウエハＷの表面に高温のＳＰＭが供給される。この一方で、ＳＰＭノズル駆動機構２５が制御されて、第１のアーム２４が所定の角度範囲内で揺動される。これによって、ＳＰＭノズル２からのＳＰＭが導かれるウエハＷの表面上の供給位置が、ウエハＷの回転中心からウエハＷの周縁部に至る範囲内を円弧状の軌跡を描きつつ移動し、ウエハＷの表面の全域にＳＰＭがむらなく供給される（ステップＳ３）。

レジストの表面の硬化層は、純水の液滴の噴流によって破壊されているので、ウエハＷの表面に供給される高温のＳＰＭは、その硬化層の破壊された部分からレジストの内部に浸透することができる。よって、処理対象のウエハＷが、硬化層を除去するためのアッシング処理を受けていなくても、そのウエハＷの表面に形成されている不要なレジストを、ＳＰＭの酸化力によって良好に除去することができる。

ＳＰＭ供給位置の往復スキャンが所定回数行われると、ウエハＷへのＳＰＭの供給が停止されて、ＳＰＭノズル２がスピンチャック１の側方の退避位置に戻される。
その後は、ウエハＷの表面に純水（脱イオン化された純水）が供給されて、ウエハＷの表面に付着しているＳＰＭが純水によって洗い流される（ステップＳ４）。純水の供給が一定時間にわたって続けられると、ＤＩＷの供給が停止され、つづいて、ウエハＷを高回転速度（たとえば、３０００ｒｐｍ）で回転させて、ウエハＷに付着しているＤＩＷが遠心力で振り切って乾燥させる処理（スピンドライ処理）が行われる（ステップＳ５）。この処理が完了すると、チャック回転駆動機構１１が制御されて、スピンチャック１によるウエハＷの回転が止められた後、図示しない搬送ロボットによって処理済みのウエハＷが搬出されていく（ステップＳ６）。

以上のように、この実施形態によれば、ウエハＷの表面に純水の液滴の噴流が供給されることにより、レジストの表面に硬化層の破壊による凹凸が形成され、その後、ウエハＷの表面に高温のＳＰＭが供給される。レジストの表面の硬化層が破壊されているので、ウエハＷの表面に供給される高温のＳＰＭは、その破壊された硬化層の表面からレジストの内部に浸透することができる。よって、処理対象のウエハＷが、硬化層を除去するためのアッシング処理を受けいなくても、そのウエハＷの表面に形成されている不要なレジストを、ＳＰＭの酸化力によって良好に除去することができる。また、アッシングが不要であるから、アッシングによるウエハＷの表面のレジストで覆われていない部分へのダメージの問題を回避することができる。

以上、この発明のいくつかの実施形態を説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、レジストの表面に凹凸を形成するために、ウエハＷの表面に純水の液滴の噴流を供給しているが、純水に代えて、ＳＰＭなどのレジスト剥離液を二流体ノズル３に供給し、二流体ノズル３からウエハＷの表面にレジスト剥離液の液滴の噴流を供給することにより、レジストの表面に硬化層の破壊による凹凸が形成されてもよい。

また、二流体ノズル３に代えて、純水またはレジスト剥離液を加圧して吐出する高圧ジェットノズルが設けられて、この高圧ジェットノズルから吐出される純水またはレジスト剥離液によって、レジストの表面に硬化層の破壊による凹凸が形成されてもよい。
さらに、上記の実施形態では、ウエハＷの表面に対する液滴の噴流の供給とＳＰＭの供給とを同一の装置で行っているが、ウエハＷの表面に対する液滴の噴流の供給とＳＰＭの供給とをそれぞれ別の装置で行うようにしてもよい。

さらにまた、レジスト剥離液として、ＳＰＭが用いられているが、ＳＰＭに限らず、硫酸とオゾンガスとを混合して生成される硫酸オゾンなどの他の種類の薬液が用いられてもよい。
さらに、処理対象となる基板は、レジストパターンが形成された表面上に不純物のイオンを照射することにより、その表面に不純物が局所的に注入されたウエハＷに限らず、レジストパターンが形成された酸化膜などの薄膜上にエッチング液を供給することにより、その薄膜が選択的にエッチングされたウエハＷであってもよく、基板の種類も、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板および磁気／光ディスク用基板などの他の種類の基板であってもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。 二流体ノズルの構成を示す図解的な断面図である。 この基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。 レジスト剥離処理について説明するための図である。

符号の説明

１ スピンチャック
２ ＳＰＭノズル
３ 二流体ノズル
４ 制御装置
Ｗ ウエハ

Claims (4)

1. 基板の表面に不純物を注入するイオン注入工程後に、当該不純物の注入により硬化層が表面に形成されたレジストを基板の表面から除去するための基板処理方法であって、
   処理対象の基板の表面に液滴の噴流を供給する液滴噴流供給工程と、
   この液滴噴流供給工程後の基板の表面に、その表面からレジストを剥離するためのレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。
2. 上記液滴噴流供給工程は、処理対象の基板の表面に純水の液滴の噴流を供給する工程であることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
3. 上記液滴噴流供給工程は、処理対象の基板の表面にレジスト剥離液の液滴の噴流を供給する工程であることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
4. 基板の表面に不純物を注入するイオン注入工程後に、当該不純物の注入により硬化層が表面に形成されたレジストを基板の表面から除去するために用いられる基板処理装置であって、
   基板を保持する基板保持手段と、
   この基板保持手段に保持された基板の表面に液滴の噴流を供給する液滴噴流供給手段と、
   上記基板保持手段に保持された基板の表面にレジスト剥離液を供給するレジスト剥離液供給手段と、
   上記液滴噴流供給手段およびレジスト剥離液供給手段を制御して、上記液滴噴流供給手段による液滴の噴流の供給後に、上記レジスト剥離液供給手段によるレジスト剥離液の供給を行わせる手段とを含むことを特徴とする基板処理装置。

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