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JP6456792B2 - 基板液処理装置、基板液処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

基板液処理装置、基板液処理方法及び記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、処理槽内に貯留された硫酸と過酸化水素水との混合液であるＳＰＭ液に基板を浸漬して処理を行うにあたり、ＳＰＭ液に薬液成分（過酸化水素水）を補充する技術に関する。
半導体ウエハ等の基板に回路パターンを形成するためにフォトリソグラフィー技術が用いられる。所望の回路パターンが形成された後、レジスト膜はＳＰＭ液（Sulfuric acid hydrogen Peroxide Mixture（硫酸と過酸化水素水の混合液））を用いて基板から除去される。このレジスト除去処理は、例えば、複数枚（例えば５０枚）の基板を、ウエハボートなどと呼ばれる基板保持具に保持させた状態で、処理槽内に貯留されたＳＰＭ液中に浸漬することにより行われる。ＳＰＭ液中には硫酸と過酸化水素水とが反応することにより生成されたカロ酸が含まれており、レジスト膜はカロ酸により酸化されることにより除去される（例えば特許文献１を参照）。
特許文献１に記載された基板処理装置は、ＳＰＭ液を貯留する処理槽と、処理槽かオーバーフローするＳＰＭ液を受ける外槽と、外槽と処理槽内に設けられたノズルを接続する循環ラインとからなる循環系を有している。循環ラインには、上流側から順に、上記循環系内にＳＰＭ液の循環流を形成するポンプと、ＳＰＭ液を加熱するヒータと、ＳＰＭ液中の固形不純物を除去するフィルタとが順次介設されている。上記循環系に過酸化水素を補充するための過酸化水素供給ラインが、循環ラインのノズルに近いノズルより上流側の位置に接続されている。
特許文献１に記載されているような形式のバッチ式の基板処理装置では、基板からレジスト膜を除去するに十分な濃度および量のカロ酸が生成されて基板からレジスト膜が除去されたとき、基板から除去されたレジスト膜がＳＰＭ液中に溶けきれずにＳＰＭ液中に小片の形態で分散することがある。未溶解のレジスト膜の小片が、循環ラインに設けられたポンプやフィルタなどの機器に流入すると、これらの機器に付着して悪影響を及ぼすことがある。
特開２０１１−１３４８９９号公報
本発明は、意図する効果に応じた態様で過酸化水素供給を行うことができる技術を提供することを目的としている。
本発明の一実施形態によれば、硫酸と過酸化水素水との混合液が貯留され、貯留された混合液に基板が浸漬されて基板の処理が行われる処理槽と、前記処理槽から流出した混合液を受ける外槽と、前記外槽内の混合液を前記処理槽に戻す循環ラインと、 前記混合液中に硫酸を供給する硫酸供給部と、前記外槽内の混合液に過酸化水素水を供給する第１過酸化水素水供給部と、前記循環ラインの下流側部分を流れる混合液に過酸化水素水を供給する第２過酸化水素水供給部と、を備えた基板液処理装置が提供される。
本発明の他の実施形態によれば、硫酸と過酸化水素水との混合液が貯留され、貯留された混合液に基板が浸漬されて基板の処理が行われる処理槽と、前記処理槽から流出した混合液を受ける外槽と、前記外槽内の混合液を前記処理槽に戻す循環ラインと、前記混合液中に硫酸を供給する硫酸供給部と、前記循環ラインに設けられた機器と、前記処理槽、前記外槽および前記循環ラインからなる循環系内にある混合液に過酸化水素水を供給する第１過酸化水素水供給部と、前記循環系内にある混合液に過酸化水素水を供給する第２過酸化水素水供給部と、を備え、前記機器は、前記混合液中の固形不純物を除去するフィルタまたは前記循環系内に前記混合液の循環流を形成するポンプであり、前記第１過酸化水素水供給部は、前記外槽に、または前記機器よりも上流側の位置で前記循環ラインに、過酸化水素水を供給するように設けられ、前記第２過酸化水素水供給部は、前記機器よりも下流側の位置で前記循環ラインに過酸化水素水を供給するように設けられている、基板液処理装置が提供される。
本発明のさらに他の実施形態によれば、硫酸と過酸化水素水との混合液が貯留され、貯留された混合液に基板が浸漬されて基板の処理が行われる処理槽と、前記処理槽から流出した混合液を受ける外槽と、前記外槽内の混合液を前記処理槽に戻す循環ラインと、前記混合液中に硫酸を供給する硫酸供給部と、前記外槽内の混合液に過酸化水素水を供給する第１過酸化水素水供給部と、前記循環ラインの下流側部分を流れる混合液に過酸化水素水を供給する第２過酸化水素水供給部と、を備えた基板液処理装置を用いる基板液処理方法において、基板が前記処理槽に投入された後の第１の期間に前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくし、前記第１の期間の後の第２の期間に前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくする、基板液処理方法が提供される。
本発明のさらに他の実施形態によれば、硫酸と過酸化水素水との混合液が貯留され、貯留された混合液に基板が浸漬されて基板の処理が行われる処理槽と、前記処理槽から流出した混合液を受ける外槽と、前記外槽内の混合液を前記処理槽に戻す循環ラインと、前記混合液中に硫酸を供給する硫酸供給部と、前記循環ラインに設けられた機器と、前記処理槽、前記外槽および前記循環ラインからなる循環系内にある混合液に過酸化水素水を供給する第１過酸化水素水供給部と、前記循環系内にある混合液に過酸化水素水を供給する第２過酸化水素水供給部と、を備え、前記機器は、前記混合液中の固形不純物を除去するフィルタまたは前記循環系内に前記混合液の循環流を形成するポンプであり、前記第１過酸化水素水供給部は、前記外槽に、または前記機器よりも上流側の位置で前記循環ラインに、過酸化水素水を供給するように設けられ、前記第２過酸化水素水供給部は、前記機器よりも下流側の位置で前記循環ラインに過酸化水素水を供給するように設けられている、基板液処理装置を用いる基板液処理方法において、基板が前記処理槽に投入された後の第１の期間に前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくし、前記第１の期間の後の第２の期間に前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくする、基板液処理方法が提供される。
本発明のさらに他の実施形態によれば、基板液処理装置の動作を制御するためのコンピュータにより実行されたときに、前記コンピュータが前記基板液処理装置を制御して上記の基板液処理方法を実行させるプログラムが記録された記憶媒体が提供される。
本発明によれば、第１過酸化水素水供給部により過酸化水素水を供給することにより処理槽内の過酸化水素濃度が速やかに高まるので処理槽内での基板の処理を促進することができ、第２過酸化水素水供給部により過酸化水素水を供給することにより外槽内あるいはその下流側の循環ライン内の過酸化水素濃度が速やかに高まるので処理槽から流出した未溶解物質の混合液中への溶解を促進することができる。第１過酸化水素水供給部と第２過酸化水素水供給部を適宜使い分けることにより、液処理装置の効率的な運用を行うことができる。
発明の一実施形態に係るＳＰＭ処理装置を備えた基板処理システムの全体構成を示す平面図である。 ＳＰＭ処理装置の構成を説明するための、処理槽の縦断面図を含む配管図である。 先取り補充について説明するタイムチャートである。
初めに、基板液処理装置の一実施形態であるＳＰＭ処理装置２を備えたウエハ処理システム１について図１及び図２を参照しながら簡単に説明する。ウエハ処理システム１は、ＦＯＵＰ６の搬入出が行われる搬入出部１１と、ウエハＷの配列及び姿勢の変換を行うインターフェース部１２と、ウエハＷを乾燥する２つの乾燥処理部１３と、ＳＰＭ処理を行う２つのＳＰＭ処理部１４とを有する。
搬入出部１１には、外部の搬送装置との間でＦＯＵＰ６の受け入れ及び払い出しを行うための載置台１１１と、搬入出部１１内でＦＯＵＰ６を搬送する第１の搬送アーム１１２と、ＦＯＵＰ６に対するウエハＷの搬出入作業のためにＦＯＵＰ６を載置するための受け渡し台１１３と、ウエハＷを取り出した後のＦＯＵＰ６を一時的に保管するための保管棚１１４と、が設けられている。
第１の搬送アーム１１２は、載置台１１１、受け渡し台１１３及び各保管棚１１４のとの間でＦＯＵＰ６を搬送することができる。受け渡し台１１３は、搬入出部１１とインターフェース部１２とを仕切る仕切り壁１１５に固定されている。仕切り壁１１５には、ＦＯＵＰ６の前面に設けられた蓋体を着脱する機能を有する扉１２１が設けられている。
インターフェース部１２には、受け渡し台１１３上に載置されたＦＯＵＰ６に対してウエハＷの取り出し及び収納を行う２つの受け渡しアーム１２２と、ウエハＷの姿勢変換を行う姿勢変換装置１２４と、インターフェース部１２、乾燥処理部１３及びＳＰＭ処理部１４の間でウエハＷを搬送する第２の搬送アーム１２５とが設けられている。
受け渡しアーム１２２は回転自在なアーム台１２３上に設けられている。受け渡しアーム１２２は、複数のウエハＷを水平姿勢で上下方向に並べて保持することができる。姿勢変換装置１２４は、保持した複数のウエハＷをまとめて回転させることにより、ウエハＷが水平姿勢で上下方向に並んでいる状態、または、ウエハＷが垂直姿勢で水平方向に並んでいる状態にすることができる。第２の搬送アーム１２５は、垂直姿勢で水平方向に並んでいる５０枚のウエハＷをウエハ支持部１２６により保持した状態で、インターフェース部１２、乾燥処理部１３及びＳＰＭ処理部１４の間を水平移動することができる。
各乾燥処理部１３には、第２の搬送アーム１２５のウエハ支持部１２６を洗浄するアーム洗浄ユニット１３２と、洗浄後のウエハＷ及びウエハ支持部１２６の乾燥処理を行うウエハ乾燥ユニット１３１とが設けられている。
各ＳＰＭ処理部１４には、ＳＰＭ液を貯留するＳＰＭ処理槽２１と、ＳＰＭ処理後のウエハＷのリンス処理のためのリンス液例えば純水を貯留するリンス槽１４１とが設けられている。ＳＰＭ処理槽２１及びリンス槽１４１には、ウエハボート３及びその昇降機構３１が設けられている。ウエハボート３は、第２の搬送アーム１２５がウエハＷを保持するときと同じ姿勢及び配列で、複数のウエハＷを保持することができる。昇降機構３１は、ウエハボート３を、ウエハボート３と第２の搬送アーム１２５との間でウエハＷの受け渡しが行われる受け渡し位置と、ウエハボート３に保持されたウエハＷがＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液中に浸漬される処理位置との間で昇降させる。
図２に示すように、ウエハボート３は、紙面鉛直方向に延びる４本の棒状のウエハ支持部３２を有する。各ウエハ支持部３２には、その長手方向に沿って間隔を空けて複数（５０〜５２本程度）のウエハ保持溝（図示せず）が形成されている。ウエハ支持部３２は、昇降機構３１により昇降するベース（図示せず）に固定されている。
ＳＰＭ処理槽２１は、石英またはポリプロピレンから製造されている。外槽２１２が、ＳＰＭ処理槽２１の上端部の全周を取り囲んでおり、ＳＰＭ処理槽２１からオーバーフローしたＳＰＭ液を受ける。ＳＰＭ処理槽２１の上縁部には、Ｖ字形の複数の切欠き２１１が形成されている。このような切欠き２１１を設けることにより、ＳＰＭ処理槽２１の上端からＳＰＭ液がスムースに流出する。
ＳＰＭ処理槽２１内の底部には、ＳＰＭ処理槽２１内にＳＰＭ液を供給するための２本の棒状のＳＰＭ供給ノズル２２が設けられている。各ＳＰＭ供給ノズル２２には長手方向に間隔を空けて多数の吐出孔２２１が設けられている。ＳＰＭ供給ノズル２２は、ウエハボート３に鉛直姿勢で水平方向（図２の紙面鉛直方向）に間隔を空けて保持された状態でＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液中に浸漬されたウエハＷに向けて、斜め上方にＳＰＭ液を吐出する。
外槽２１２の底壁に循環ライン４１０の一端が接続されている。循環ライン４１０の他端側はＳＰＭ供給ノズル２２に接続されている。循環ライン４１０には、循環ライン４１０内に外槽２１２からＳＰＭ処理槽２１（ＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ供給ノズル２２）に向かうＳＰＭ液の流れを形成するポンプ４１１と、ＳＰＭ液を加熱するヒータ４１２と、ＳＰＭ液中の固形不純物を取り除くフィルタ４１３とが、この順で介設されている。ＳＰＭ処理装置２の通常運転時には、ポンプ４１１は常時稼働しており、ＳＰＭ処理槽２１から外槽２１２へとオーバーフローしたＳＰＭ液は、循環ライン４１０及びＳＰＭ供給ノズル２２を経て再びＳＰＭ処理槽２１内に戻される。
ＳＰＭ処理槽２１内に設けられた温度センサ２５により検出されたＳＰＭ液の温度に基づいて、ＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液の温度が予め定められた温度例えば１００℃〜１３０℃の範囲内の温度となるように、ヒータ４１２への供給電力が制御される。
ポンプ４１１の下流側において、循環ライン４１０から薬液成分濃度監視用のサンプリングライン４４０が分岐している。サンプリングライン４４０には、ＳＰＭ液中に含まれる薬液成分の濃度（すなわち、過酸化水素濃度及び硫酸濃度）を監視するための濃度測定器４４１が介設されている。サンプリングライン４４０の下流端は外槽２１２に接続されており、循環ライン４１０からサンプリングライン４４０に流入したＳＰＭ液は外槽２１２に戻される。
ＳＰＭ処理装置２は、外槽２１２および循環ライン４１０のいずれか一方に過酸化水素水を供給するための過酸化水素水供給部４２、すなわち第１の薬液成分供給部を有している。過酸化水素水供給部４２は、過酸化水素水タンク４２１と、これに接続された過酸化水素水供給ライン４２０と、過酸化水素水供給ライン４２０に介設された過酸化水素水供給ポンプ４２２および開閉弁４２３を有している。過酸化水素水供給ライン４２０は、開閉弁４２３の下流側の分岐点４２０ｄにおいて、第１分岐供給ライン４２０ａと第２分岐供給ライン４２０ｂとに分岐する。
第１分岐供給ライン４２０ａは外槽２１２に接続されている。第２分岐供給ライン４２０ｂは、循環ライン４１０の下流側部分、具体的には循環ライン４１０のフィルタ４１３の下流側あるいはポンプ４１１の下流側（好ましくは、循環ライン４１０内においてより下流側にある機器であるフィルタ４１３の下流側）であって、なるべくＳＰＭ供給ノズル２２に近い位置に接続されている。第１分岐供給ライン４２０ａ及び第２分岐供給ライン４２０ｂには、開閉弁４２４ａ及び４２４ｂがそれぞれ介設されている。開閉弁４２４ａ，４２４ｂを切り替えることにより、第１分岐供給ライン４２０ａ及び第２分岐ライン４２０の一方を過酸化水素水供給ライン４２０と連通させることができる。
以下、本明細書において、説明の便宜上、過酸化水素水タンク４２１、過酸化水素水供給ライン４２０と、過酸化水素水供給ポンプ４２２、開閉弁４２３及び第１分岐供給ライン４２０ａを「第１過酸化水素水供給部４２ａ」、過酸化水素水タンク４２１、過酸化水素水供給ライン４２０と、過酸化水素水供給ポンプ４２２、開閉弁４２３及び第２分岐供給ライン４２０ｂを「第２過酸化水素水供給部４２ｂ」と呼ぶこととする。図示例では、第１過酸化水素水供給部４２ａと第２過酸化水素水供給部４２ｂとが、分岐点４２０ｄより上流側の構成要素を共用しているが、これに限定されるものではない。第１過酸化水素水供給部４２ａと第２過酸化水素水供給部４２ｂとが、互いに完全に独立した液供給部であってもよく、また、過酸化水素水タンク４２１のみを共用していてもよい。
外槽２１２には、さらに、硫酸供給ライン４３０を介して硫酸タンク４３１が接続されている。硫酸供給ライン４３０には、硫酸供給ポンプ４３２、開閉弁４３３が順次開設されている。硫酸タンク４３１、硫酸供給ポンプ４３２及び開閉弁４３３は、硫酸供給部４３、すなわち第２の薬液成分供給部を構成する。
第１分岐供給ライン４２０ａを構成する配管は、外槽２１２の底壁付近の高さ位置で開口している。硫酸供給ライン４３０を構成する配管は、外槽２１２内の比較的高い高さ位置で開口している。このようにすることにより、比重の小さい過酸化水素水が、ＳＰＭ液に十分に混合される。なお、過酸化水素水供給ライン４２０を構成する配管は、外槽２１２の底壁に設けられた排出口（この排出口には循環ライン４１０が接続される）の内部に挿入され、当該配管の先端（開口端）、つまり第１分岐供給ライン４２０ａからの過酸化水素水の供給ポイントは排出口の入口から例えば１ｃｍほど下方に位置させることが好ましい。なお、第１分岐供給ライン４２０ａからの過酸化水素水の供給ポイントを、循環ライン４１０のフィルタ４１３の上流側あるいはポンプ４１１の上流側の位置（好ましくは、循環ライン４１０内においてより上流側にある機器であるポンプ４１１の上流側）に設定してもよい。この場合、過酸化水素水の供給ポイントは、供給された過酸化水素水がフィルタ４１３またはポンプ４１１に到達する前に循環ライン４１０内を流れるＳＰＭ液と十分に混合されるように、循環ライン４１０のなるべく上流側に設けることが好ましい。
外槽２１２は、ＳＰＭ処理槽２１と同様に石英やポリプロピレンなどの透明な部材により形成されている。例えば光学式の液面センサ２４が、外槽２１２内の液位が予め定められた高さ以上となっているか否かを検出するために設けられている。液位が低い場合には、後述の薬液成分濃度のフィードバック制御とは無関係に、過酸化水素水供給部４２及び硫酸供給部４３により予め定められた比率で薬液成分が補充される。
フード部２３１がＳＰＭ処理槽２１及び外槽２１２を覆っている。フード部２３１は、ＳＰＭ処理槽２１及び外槽２１２から蒸発したＳＰＭの蒸気が拡散することによりウエハ処理システム１内を汚染することを防止する。フード部２３１内の雰囲気は、フード部２３１の下部側壁に接続された排気路２３３を介して、工場排気系に排出される。フード部２３１の上面には蓋部２３２が設けられている。ウエハＷの搬出入時には、蓋部２３２が開かれ、ウエハＷを保持したウエハボート３の昇降が可能となる。
また、ウエハ処理システムは、制御装置５を備える。制御装置５は、たとえばコンピュータであり、制御部５Ａと記憶部５Ｂとを備える。記憶部５Ｂには、ウエハ処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部５Ａは、記憶部５Ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することによってＳＰＭ処理装置２を含むウエハ処理システム１の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置５の記憶部５Ｂにインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
ウエハ処理システム１の作用について以下に説明する。ウエハＷを２５枚ずつ収納したＦＯＵＰ６が外部搬送ロボットにより載置台１１１に搬入される。このＦＯＵＰ６を第１の搬送アーム１１２が受け渡し台１１３に移動する。
蓋体着脱機能を有する扉１２１が、ＦＯＵＰ６の蓋体を取り外す。ＦＯＵＰ６内に２つの受け渡しアーム１２２のいずれか１つが進入し、ウエハＷを取り出す。空になったＦＯＵＰ６に蓋体が取り付けられ、第１の搬送アーム１１２がこのＦＯＵＰ６を保管棚１１４に移動する。
アーム台１２３が回転して、受け渡しアーム１２２が姿勢変換装置１２４に対向する。ウエハＷが、受け渡しアーム１２２から姿勢変換装置１２４に渡される。
姿勢変換装置１２４は、ウエハＷの間隔調整及び姿勢変換を行い、その後、インターフェース部１２内に位置する第２の搬送アーム１２５にウエハＷを渡す。上記と同様の操作が他のＦＯＵＰ６から取り出された２５枚のウエハＷに対しても行われ、第２の搬送アーム１２５が５０枚のウエハＷを保持するようになる。すると、第２の搬送アーム１２５は、２つのＳＰＭ処理部１４のいずれか１つにウエハＷを搬入する。つまり、第２の搬送 アーム１２５から上昇位置にあるウエハボート３にウエハＷが渡される。
次いで、ウエハボート３が降下してＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液中にウエハＷが浸漬されるとともに、フード部２３１の蓋部２３２が閉じられる。ウエハＷが予め定められた時間（例えば１０〜１５分間）ＳＰＭ液中に浸漬されることにより、ウエハＷの表面上にあるレジスト膜が除去される。このレジスト膜の除去処理（ＳＰＭ処理）及びＳＰＭ液の濃度管理については後述する。
次いで、蓋部２３２を開きウエハボート３を上昇させ、第２の搬送アーム１２５がＳＰＭ処理済みのウエハＷをウエハボート３受け取る。その後、蓋部２３２が閉じられる。第２の搬送アーム１２５はウエハＷをリンス槽１４１に搬入し、そこでウエハＷの純水リンスが行われる。次いでウエハＷは乾燥処理部１３へと搬送され、そこでＩＰＡ蒸気を用いたウエハＷの乾燥処理が行われる。ウエハＷが第２の搬送アーム１２５によりインターフェース部１２へと搬送される。
その後、５０枚のウエハＷは、上述した手順と逆の手順に従い、姿勢変換装置１２４により姿勢変換がされた後に、受け渡しアーム１２２によって２５枚ずつ元のＦＯＵＰ６に戻される。処理済みのウエハＷを収納したＦＯＵＰ６は、第１の搬送アーム１１２により載置台１１１上に移動される。
以下にＳＰＭ処理槽２１で行われるＳＰＭ処理及びＳＰＭの濃度管理について詳細に説明する。
ＳＰＭ液に関連する主要な化学反応は以下の通りである。
Ｈ2Ｏ2自己分解反応：Ｈ2Ｏ2 → Ｈ2Ｏ + 1/2Ｏ2
酸化還元反応：Ｈ2ＳＯ4 + Ｈ2Ｏ2 → Ｈ2ＳＯ5 + Ｈ2Ｏ → Ｈ2ＳＯ4 + Ｈ2Ｏ + 1/2Ｏ2
レジスト酸化反応：Ｈ2ＳＯ5 + Ｃ(resist) → Ｈ2ＳＯ4 + ＣＯ2
従って、ＳＰＭ液中のＨ2Ｏ2 (過酸化水素）及びＨ2ＳＯ4 （硫酸）の増減は以下の通りとなる。
Ｈ2Ｏ2 (過酸化水素）はレジスト酸化反応に寄与するカロ酸（Ｈ2ＳＯ5）を生成する反応により、また、自己分解反応により水に変わる。従って、ＳＰＭ液中に含まれる過酸化水素の総量及び濃度は時間経過とともに減少してゆく。
ＳＰＭ液中の硫酸の総量は、上記の化学反応によっては時間経過とともに減少することはない。しかしながら、上記の化学反応により過酸化水素に由来するかなり多くの量の水が生成されることにより、ＳＰＭ液中に含まれる硫酸の濃度は時間とともに減少してゆく。
また、上記に加えて、ＳＰＭ液中にレジスト付きウエハＷが浸漬されているときには、レジスト酸化反応が生じ、これに伴い酸化還元反応が促進されるため、ＳＰＭ液中の過酸化水素濃度が急激に減少する。また、過酸化水素濃度由来の水が増えるため、硫酸濃度も低下する。
上記以外の過酸化水素及び硫酸濃度の変化に影響を与える要因としては、比較的高温（例えば１００℃〜１３０℃）に加熱されているＳＰＭ液中に含まれる水が蒸発すること、処理済みのウエハＷがＳＰＭ処理槽２１からリンス槽１４１に搬送されるときに、ウエハＷと一緒にＳＰＭ液がＳＰＭ処理槽２１から持ち出されること等がある。しかしながら、これらの要因は、上記化学反応と比較すれば影響は小さい。
レジスト付きウエハＷを適切に処理するためには、ＳＰＭ液中のカロ酸濃度が適正範囲に維持されている必要があり、このためには過酸化水素濃度及び硫酸濃度が適正範囲に維持されている必要がある。
このため、ＳＰＭ液中の過酸化水素濃度及び硫酸濃度は、サンプリングライン４４０に設けられた濃度測定器４４１により常時監視されている。濃度測定器４４１により検出された過酸化水素濃度が予め定められた許容下限値（管理値）を下回ったときには、フィードバック制御により、第１過酸化水素水供給部４２ａによりＳＰＭ液中に過酸化水素水が供給される。過酸化水素水の供給は、開閉弁４２３，４２４ａを開き、過酸化水素水供給ポンプ４２２を駆動することにより行うことができる。濃度測定器４４１により検出された硫酸濃度が予め定められた下限値（管理値）を下回ったときには、フィードバック制御により、硫酸供給部４３によりＳＰＭ液中に硫酸が供給される。硫酸の供給は、開閉弁４３３を開き、硫酸供給ポンプ４３２を駆動することにより行うことができる。なお、このフィードバック制御によりＳＰＭ液中に過酸化水素水を補充するときに第２過酸化水素水供給部４２ｂを用いてもよい。
処理槽２１内に存在する硫酸濃度及び過酸化水素濃度が低下したＳＰＭ液がサンプリングライン４４０を経て濃度測定器４４１に到達するまでにある程度の時間がかかること、並びに、硫酸及び過酸化水素水が供給部から供給されてから供給ラインから処理槽２１に到達するまでにある程度の時間がかかること等の理由により、上記フィードバック制御の応答速度を高くすることは困難である。このため、過酸化水素濃度のフィードバック制御は、例えば以下のようにして行われる。すなわち、濃度測定器４４１により過酸化水素濃度が予め定められた下限値を下回ったことが検出されたら、予め定められた一定量の過酸化水素を過酸化水素水供給部４２からＳＰＭ液中に供給する。このような供給のため、過酸化水素水供給ポンプ４２２として、定量ポンプ例えばダイヤフラムポンプを用いることができる。この一定量の過酸化水素の供給後に予め定められた時間が経過した後においても過酸化水素濃度が依然として下限値を下回っていたならば、さらに前述した一定量の過酸化水素をＳＰＭ液中に供給する。硫酸濃度のフィードバック制御も、同様にして行うことができる。つまり、硫酸供給ポンプ４３２もダイヤフラムポンプ等の定量ポンプを用いることができる。なお、定量ポンプからの供給量については、定量ポンプの例えばピストンの往復動の回数を変えることにより供給量を変えることができる。また、定量ポンプからの供給速度については、定量ポンプの例えばピストンの動作速度を変えることにより供給速度を変えることができる。
ところで、バッチ処理装置においては、一度に多数（近年の一般的なバッチ処理装置では５０枚程度）のウエハが同時に処理される。従って、ＳＰＭ処理槽２１に多数のウエハＷを投入すると、ＳＰＭ液中の薬液成分が急激に消費され、薬液成分濃度が急激に低下する。このとき、上述したようにフィードバック制御の応答速度を上げることが困難なため、ウエハＷ投入直後に急激に低下した薬液成分濃度が元に戻るまである程度の時間がかかる。薬液成分濃度が元に戻るまでの間、低いカロ酸濃度のＳＰＭ液でウエハＷが処理されることとなり、その結果、レジストを完全に剥離するために必要な時間が長くなる。
この問題を解決するため、本実施形態では、投入したウエハＷとＳＰＭ液との反応に起因してウエハＷ投入後に生じるＳＰＭ液中の薬液成分濃度の低下を推定し、この推定された薬液成分濃度の低下を打ち消すために必要な量（あるいはこの必要な量と概ね等しい量）の薬液成分を、ＳＰＭ液中へのウエハＷの投入直前から直後にわたる予め定められた期間内（例えばウエハＷの投入１分前から投入１分後）に、過酸化水素水供給部４２及び硫酸供給部４３からＳＰＭ液中に予め定められた量の薬液成分を供給（先取り補充）している。このウエハＷ投入時の薬液成分の先取り補充時には上述したフィードバック制御が無効化され、薬液成分の先取り補充が終了した後に上述したフィードバック制御が再び有効にされる。
薬液成分濃度の低下を打ち消すために必要な量は計算（シミュレーション）により求めてもよいし、実験により求めてもよいし、実験と計算を併用して求めてもよい。実験により求める場合は、例えば、通常のフィードバック制御だけを行っている場合において、ウエハＷがＳＰＭ処理槽２１内に投入されてから取り出されるまでの間に過酸化水素水供給部４２（または硫酸供給部４３）からＳＰＭ液中に供給された過酸化水素水（または硫酸）の量を測定し、この量を薬液成分濃度の低下を打ち消すために必要な量とみなすことができる。
ウエハＷの処理に起因するＳＰＭ液中の薬液成分濃度の低下は、一度に処理されるウエハＷの枚数（バッチサイズ）、ウエハ表面上に存在するレジスト膜の厚さ、総面積または総体積、レジストの種類、レジストに対する付加的処理（イオン注入、アッシング）の有無または度合い（例えばイオン注入におけるイオン注入量）等の各種条件（以下、「被処理体パラメータ」とも呼ぶ）により影響を受ける。従って、被処理体パラメータを考慮して、薬液成分濃度の低下を打ち消すために必要な薬液成分の供給量（以下、「必要補充量」とも呼ぶ）を求めることが好ましい。様々な被処理体パラメータの組み合わせに対応する必要補充量は、制御装置５の記憶部５Ｂに格納しておくことができる。この場合、制御装置５は、ＳＰＭ処理装置２でこれから処理しようとしているウエハＷに関する被処理体パラメータを把握して、把握した被処理体パラメータに対応する必要補充量を記憶部５Ｂから引き出すことができる。これから処理しようとしているウエハＷに関する被処理体パラメータは、例えば、記憶部５Ｂに格納されたプロセスレシピを参照することにより、あるいは、半導体製造工場に設けられた様々な処理システムの動作を管理するホストコンピュータから情報を受信することにより、把握することができる。
上記のような制御手順を用いないで、制御装置５の記憶部５ｂに格納されているプロセスレシピで上記先取り補充について予め規定しておいてもよい。すなわち、例えば、プロセスレシピに、「未処理ウエハＷをＳＰＭ処理槽２１内に貯留されたＳＰＭ液に浸漬するためにウエハボート３を処理位置に下降させる」という動作を行うＺ１秒前に「第１過酸化水素水供給部４２ａから毎秒Ｘ１リットルの流量でＹ１秒間過酸化水素水を外槽２１２に供給する」という動作及び「硫酸供給部４３から毎秒Ｘ２リットルの流量でＹ２秒間過酸化水素水を供給する」という動作に対応する指令値と、「未処理ウエハＷをＳＰＭ処理槽２１内に貯留されたＳＰＭ液に浸漬するためにウエハボート３を処理位置に下降させる」という動作を行ったＺ１’秒後に「第２過酸化水素水供給部４２ｂから毎秒Ｘ１’リットルの流量でＹ１’秒間過酸化水素水を供給する」という動作及び「硫酸供給部４３から毎秒Ｘ２’リットルの流量でＹ２’秒間過酸化水素水を供給する」という動作に対応する指令値とをプロセスレシピに組み込んでおいてもよい。
また、通常、ウエハ処理システム１では、受け渡し台１１３にＦＯＵＰ６が置かれＦＯＵＰ６の蓋体が取り外された後であってかつ受け渡しアーム１２２がＦＯＵＰ６からウエハＷを取り出す前に、ＦＯＵＰ６内のウエハＷの収納状態を確認するマッピングという操作が行われる。このマッピング操作のためにインターフェース部１２に光学式のマッピングセンサ（図示せず）が設けられる。マッピング時に検出されたＦＯＵＰ６内に収納されているウエハＷの枚数のデータを、上記被処理体パラメータの一つとして用いることもできる。上述したように、プロセスレシピによりウエハＷ投入前の薬液補充について規定しておく場合には、マッピング時に検出されたウエハのデータに応じて、プロセスレシピで規定された薬液成分の供給時間を変更してもよい。つまり、例えば、１回の処理で５０枚のウエハＷが処理される場合（つまりバッチサイズが５０）において、１つの処理ロットの最後に処理されるウエハＷのバッチサイズが３０であるときには、ウエハＷ投入前の薬液成分の補充量をプロセスレシピで規定された量の例えば３／５とするような補正を行ってもよい。上記のウエハマッピングのデータを用いることに代えて、ＦＯＵＰ６からＳＰＭ処理槽２１までのウエハＷの搬送経路にウエハカウンタ（図示せず）を設け、このウエハカウンタにより測定されたウエハＷの枚数に基づいて、処理槽２１内で一度に処理されるウエハＷの枚数を把握してもよい。
本実施形態では、上記の先取り補充を行うにあたって、上記のようにして定められた過酸化水素水の総補充量の一部が第１過酸化水素水供給部４２ａから供給され、残りの部分が第２過酸化水素水供給部４２ｂから供給される。
第１過酸化水素水供給部４２ａと第２過酸化水素水供給部４２ｂとの使い分けの一例を図３のタイムチャートを参照して以下に述べる。図３のタイムチャートにおいて、上段のラインが第１過酸化水素水供給部４２ａからの過酸化水素水供給のＯＮ／ＯＦＦ、中段のラインが第２過酸化水素水供給部４２ｂからの過酸化水素水供給のＯＮ／ＯＦＦ、下段のラインが濃度測定器４４１の検出値に基づいて行われるフィードバック制御のＯＮ／ＯＦＦを示している。フィードバック制御は、先取り補充が行われるウエハＷの投入時点（WAFER IN）の２０秒前から５０秒後までの期間は無効（ＯＦＦ）とされている。
まず、ウエハＷの投入時点の２０秒前から１０秒前までの間に、過酸化水素水供給ポンプ４２２を動作させるとともに開閉弁４２４ａを開き、かつ開閉弁４２４ｂを閉状態に維持し、第１過酸化水素水供給部４２ａにより外槽２１２に３０ｍｌの過酸化水素水を供給する。定量ポンプとして形成された過酸化水素水供給ポンプ４２２は、３０ｍｌの過酸化水素水を送出したら動作を停止する。また、開閉弁４２４ａ，４２４ｂも閉じられる（以上第１補充ステップ）。この第１補充ステップは、ウエハＷの投入前に、循環系内に存在するＳＰＭ液中の過酸化水素濃度を全体的に高めておくことを目的として行われる。第１補充ステップは、第２過酸化水素水供給部４２ｂを用いて実行しても構わない。
次に、ウエハＷの投入時点の２０秒後から４０秒後までの間に、過酸化水素水供給ポンプ４２２を動作させるとともに開閉弁４２４ｂを開き、第２過酸化水素水供給部４２ｂにより循環ライン４１０に６０ｍｌの過酸化水素水を供給する（以上第２補充ステップ）。この第２補充ステップが実行される時間帯では、ＳＰＭ処理槽２１内でウエハＷ表面のレジストとの反応が急速に進行して、ＳＰＭ処理槽２１内におけるＳＰＭ液中の過酸化水素およびカロ酸の濃度が急激に減少する。そこで、ＳＰＭ液の循環経路内のＳＰＭ処理槽２１の直ぐ上流側の位置に過酸化水素水を供給して、ＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液の過酸化水素濃度を速やかに上昇させるようにしている。これにより、ＳＰＭ処理槽２１内のＳＰＭ液中のカロ酸濃度も速やかに上昇するので、レジスト膜の剥離時間が長くなることを防止または抑制することができる。
次に、ウエハＷの投入時点の４０秒後に、過酸化水素水供給ポンプ４２２を動作させ続けたまま、開閉弁４２４ｂが閉じるとともに開閉弁４２４ａを開き、ウエハＷの投入時点の５０秒後までの間に、第１過酸化水素水供給部４２ａにより外槽２１２に３０ｍｌの過酸化水素水を供給する（以上第３補充ステップ）。この第３補充ステップが実行される時間帯は、処理槽２１から外槽２１２にウエハＷから剥離した未溶解のレジスト膜の小片が最も多く流出する時間帯である。未溶解のレジスト膜の小片はフィルタ４１３の目詰まりあるいはポンプ４１１の動作不良の原因となり得る。外槽２１２に過酸化水素水を供給することにより、循環ライン４１０内のＳＰＭ液の過酸化水素濃度を速やかに上昇させるようにしている。これにより、循環ライン４１０内のＳＰＭ液中のカロ酸濃度も速やかに上昇するので、外槽２１２内にあるレジスト膜の小片のＳＰＭ中への溶解が促進され、フィルタ４１３及びポンプ４１１の不具合を防止することができる。
上記実施形態によれば、過酸化水素水をＳＰＭ液に補充する際に、過酸化水素水の供給ポイントを変更可能とすることによって、過酸化水素の濃度が最も高くなる部位を状況に応じて変更することができる。ＳＰＭ液中の過酸化水素は前述した反応により比較的速く消失するため、過酸化水素の濃度が最も高くなる部位を変更することができることは液処理装置の効率的な運転のため有益である。
上記実施形態では、第１及び第２過酸化水素水供給部４２ａ、４２ｂの一方が過酸化水素水を供給しているときには、他方は過酸化水素水を供給していない。つまり開閉弁４２４ａ及び開閉弁４２４ｂの一方が開状態のときは他方は閉状態としている。しかしながら、これに限定されるものではなく、第１及び第２過酸化水素水供給部４２ａ、４２ｂの両方から過酸化水素水を供給しつつ、第１及び第２過酸化水素水供給部４２ａ，４２ｂのうちの一方からの供給量を相対的に大きくし、他方からの供給量を相対的に小さくしてもよい。具体的には例えば、図３のタイムチャートを参照して説明した運用例において、供給を停止していた一方の過酸化水素水供給部（例えば４２ａ）からも第１の量（比較的少量）の過酸化水素水を供給し、供給を行っていた他方の過酸化水素水供給部（例えば４２ｂ）から第１の量より大きい第２の量の過酸化水素水を供給してもよい。
また、上記実施形態における上述の第２補充ステップにおいて、第２の過酸化水素水供給部４２ｂから供給される過酸化水素水の供給速度を、他の補充ステップおける第２の過酸化水素水供給部４２ｂから供給される過酸化水素水の供給速度よりも遅くしてもよい。これにより、ＳＰＭ処理槽２１内でウエハＷ表面のレジストとの反応速度を下げ、ＳＰＭ処理槽２１から外槽２１２にウエハＷから剥離した未溶解のレジスト膜の小片の流出を低減することができる。
上記実施形態では、先取り補充を基に説明したが、これに限らず、常時フィードバック制御が行われ適宜補充される形態にも適用可能である。例えば、ウエハをＳＰＭ処理槽２１内に投入した後の所定期間は第１過酸化水素水供給部４２ａよりも第２過酸化水素水供給部４２ｂからの補充を多くし、所定期間経過後は、第２過酸化水素水供給部４２ｂよりも第１過酸化水素水供給部４２ａからの補充を多くするように補充を制御することで、ウエハＷを短時間に除去し、かつ、ＳＰＭ液中に流出した未溶解のレジスト膜の小片を短時間で溶解することができる。
上記実施形態では、第１過酸化水素水供給部４２ａと第２過酸化水素水供給部４２ｂは同じ過酸化水素水タンク４２１から過酸化水素水を供給するようにしたが、これに限らず、第１過酸化水素水供給部４２ａと第２過酸化水素水供給部４２ｂは各々に過酸化水素水タンクを有し、各々の過酸化水素水タンクから過酸化水素水を供給してもよい。
処理対象の基板は、半導体ウエハＷに限定されるものではなく、ガラス基板、セラミック基板等の他の種類の基板であってもよい。
Ｗ 基板（ウエハ）
５ 制御部
２１ 処理槽
２１２ 外槽
４１０ 循環ライン
４２ａ 第１過酸化水素水供給部
４２ｂ 第２過酸化水素水供給部
５３ 硫酸供給部

Claims (9)

  1. 硫酸と過酸化水素水との混合液が貯留され、貯留された混合液に基板が浸漬されて基板の処理が行われる処理槽と、
    前記処理槽から流出した混合液を受ける外槽と、
    前記外槽内の混合液を前記処理槽に戻す循環ラインと、
    前記混合液中に硫酸を供給する硫酸供給部と、
    前記外槽内の混合液に過酸化水素水を供給する第１過酸化水素水供給部と、
    前記循環ラインの下流側部分を流れる混合液に過酸化水素水を供給する第２過酸化水素水供給部と、
    前記第１過酸化水素水供給部と前記第２過酸化水素水供給部の動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、基板が前記処理槽に投入された後の所定期間に前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくし、前記所定期間の経過後に前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくする、基板液処理装置。
  2. 前記制御部は、基板が前記処理槽に投入される前の期間に、前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくする、請求項１記載の基板液処理装置。
  3. 前記所定期間における前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量はゼロであり、前記所定期間の経過後に前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量はゼロである、請求項１または２記載の基板液処理装置。
  4. 硫酸と過酸化水素水との混合液が貯留され、貯留された混合液に基板が浸漬されて基板の処理が行われる処理槽と、前記処理槽から流出した混合液を受ける外槽と、前記外槽内の混合液を前記処理槽に戻す循環ラインと、前記混合液中に硫酸を供給する硫酸供給部と、前記外槽内の混合液に過酸化水素水を供給する第１過酸化水素水供給部と、前記循環ラインの下流側部分を流れる混合液に過酸化水素水を供給する第２過酸化水素水供給部と、を備えた基板液処理装置を用いる基板液処理方法において、
    基板が前記処理槽に投入された後の所定期間に前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくし、前記所定期間の経過後に前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくする、基板液処理方法。
  5. 前記基板が前記処理槽に投入される前の期間に、前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくする、請求項４記載の基板液処理方法。
  6. 前記所定期間における前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量はゼロであり、前記所定期間の経過後における前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量はゼロである、請求項４または５記載の基板液処理方法。
  7. 硫酸と過酸化水素水との混合液が貯留され、貯留された混合液に基板が浸漬されて基板の処理が行われる処理槽と、
    前記処理槽から流出した混合液を受ける外槽と、
    前記外槽内の混合液を前記処理槽に戻す循環ラインと、
    前記混合液中に硫酸を供給する硫酸供給部と、
    前記循環ラインに設けられた機器と、
    前記処理槽、前記外槽および前記循環ラインからなる循環系内にある混合液に過酸化水素水を供給する第１過酸化水素水供給部と、
    前記循環系内にある混合液に過酸化水素水を供給する第２過酸化水素水供給部と、
    前記第１過酸化水素水供給部と前記第２過酸化水素水供給部の動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記機器は、前記混合液中の固形不純物を除去するフィルタまたは前記循環系内に前記混合液の循環流を形成するポンプであり、
    前記第１過酸化水素水供給部は、前記外槽に、または前記機器よりも上流側の位置で前記循環ラインに、過酸化水素水を供給するように設けられ、
    前記第２過酸化水素水供給部は、前記機器よりも下流側の位置で前記循環ラインに過酸化水素水を供給するように設けられ、
    前記制御部は、基板が前記処理槽に投入された後の所定期間に前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくし、前記所定期間の経過後に前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくする、基板液処理装置。
  8. 硫酸と過酸化水素水との混合液が貯留され、貯留された混合液に基板が浸漬されて基板の処理が行われる処理槽と、前記処理槽から流出した混合液を受ける外槽と、前記外槽内の混合液を前記処理槽に戻す循環ラインと、前記混合液中に硫酸を供給する硫酸供給部と、前記循環ラインに設けられた機器と、前記処理槽、前記外槽および前記循環ラインからなる循環系内にある混合液に過酸化水素水を供給する第１過酸化水素水供給部と、前記循環系内にある混合液に過酸化水素水を供給する第２過酸化水素水供給部と、を備え、前記機器は、前記混合液中の固形不純物を除去するフィルタまたは前記循環系内に前記混合液の循環流を形成するポンプであり、前記第１過酸化水素水供給部は、前記外槽に、または前記機器よりも上流側の位置で前記循環ラインに、過酸化水素水を供給するように設けられ、前記第２過酸化水素水供給部は、前記機器よりも下流側の位置で前記循環ラインに過酸化水素水を供給するように設けられている、基板液処理装置を用いる基板液処理方法において、
    基板が前記処理槽に投入された後の所定期間に前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくし、前記所定期間の経過後に前記第１過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量を、前記第２過酸化水素水供給部から供給される過酸化水素水の供給量よりも大きくする、基板液処理方法。
  9. 基板液処理装置の動作を制御するためのコンピュータにより実行されたときに、前記コンピュータが前記基板液処理装置を制御して請求項４から６および８のうちのいずれか一項に記載の基板液処理方法を実行させるプログラムが記録された記憶媒体。
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