(57)【要約】【課題】基材表面に付着している付着物を、廃棄物を少なくして剥離できる付着物剥離装置を提供する。【解決手段】この膜剥離装置１は、チャンバ２を備えており、チャンバ２内には、ウエハＷをほぼ水平に保持する基板保持機構３、それ自体所定の温度に冷却可能な冷却部材４、ウエハＷ上に形成された位置決めマークを検出する位置決めマーク検出ユニット１７、およびウエハＷの上面に水滴を滴下するための水滴下ノズル１９が設けられている。冷却部材４は、円柱状のドライアイスを保持できる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に付着している付着物に、被冷凍剤が接している状態で、当該付着物の上記被冷凍剤が接している部分に、上記被冷凍剤の融点以下の温度にされた冷却部材を接触させることにより、当該被冷凍剤を固化させる冷却部材接触工程と、
この冷却部材接触工程の後、上記冷却部材を当該基材から離間させることにより、当該付着物を上記固化された被冷凍剤とともに当該基材から剥離させる冷却部材離間工程とを含むことを特徴とする付着物剥離方法。
【請求項２】
上記被冷凍剤が水であることを特徴とする請求項１記載の付着物剥離方法。
【請求項３】
上記冷却部材接触工程の前に、上記冷却部材の温度を上記被冷凍剤の融点以下の所定の温度にする工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の付着物剥離方法。
【請求項４】
上記冷却部材接触工程が、上記冷却部材の温度に依存する所定の時間だけ、上記冷却部材を当該付着物に接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の付着物剥離方法。
【請求項５】
上記冷却部材が、上記被冷凍剤の融点以下の昇華温度を有する冷却媒体を含み、
上記冷却部材接触工程が、上記冷却媒体を当該付着物に直接接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の付着物剥離方法。
【請求項６】
上記冷却媒体がドライアイスを含むことを特徴とする請求項５記載の付着物剥離方法。
【請求項７】
上記冷却部材が、上記被冷凍剤の融点以下の融点を有する冷却媒体を含み、
上記冷却部材接触工程が、上記冷却媒体を当該付着物に直接接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の付着物剥離方法。
【請求項８】
上記冷却媒体が、氷を含むことを特徴とする請求項７記載の付着物剥離方法。
【請求項９】
上記冷却部材が、室温で固体の被冷却材を含み、
上記冷却部材接触工程の前に、上記被冷却材を所定の温度に冷却する冷却工程をさらに含み、
上記冷却部材接触工程が、上記被冷却材を当該付着物に直接接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の付着物剥離方法。
【請求項１０】
上記冷却部材接触工程の前に、上記冷却部材および当該基材が配置された雰囲気中の水分量を低減する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の付着物剥離方法。
【請求項１１】
表面に付着物が付着した基材を、上記付着物に被冷凍剤が接している状態で保持することができる基材保持機構と、
上記被冷凍剤の融点以下の温度にすることが可能な冷却部材と、
この冷却部材と上記基材保持機構に保持された基材とを相対的に移動させることにより、上記冷却部材と当該付着物との接触、および上記冷却部材と当該基材との離間を行う移動手段とを備えたことを特徴とする付着物剥離装置。
【請求項１２】
上記冷却部材を所定の温度にする手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１１記載の付着物剥離装置。
【請求項１３】
上記冷却部材と当該付着物との接触時間を、上記冷却部材の温度に依存する所定時間に制御する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１１または１２記載の付着物剥離装置。
【請求項１４】
上記冷却部材が、上記被冷凍剤の融点以下の昇華温度を有する冷却媒体を保持するための保持部材を含むことを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載の付着物剥離装置。
【請求項１５】
上記冷却部材が、上記被冷凍剤の融点以下の融点を有する冷却媒体を保持するための保持部材を含むことを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載の付着物剥離装置。
【請求項１６】
上記冷却部材が、室温で固体であり当該付着物に接触される被冷却材と、
この被冷却材を冷却する手段とを含むことを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれかに記載の付着物剥離装置。
【請求項１７】
上記基材保持機構に保持された基材上における剥離対象の付着物の位置を検知する位置検知手段と、
この位置検知手段によって検知された剥離対象の付着物の位置の情報に基づいて、上記移動機構を制御して上記冷却部材を当該付着物に接触させる手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１１ないし１６のいずれかに記載の付着物剥離装置。
【請求項１８】
上記基材保持機構に保持された基材および上記冷却部材が配置された雰囲気中の水分量を低減する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１１ないし１７のいずれかに記載の付着物剥離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板などの基材の上に付着したレジスト膜などの付着物を剥離するための付着物剥離方法および付着物剥離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置の製造工程において、半導体基板上に各種の薄膜が全面に形成された後、これらの薄膜がレジスト膜を用いてパターニングされる。レジスト膜は、これらの薄膜上に全面に形成された後、マスク用いてパターニングされる。半導体基板上にはアライメントマークが形成されており、このアライメントマークを用いてマスクが位置決めされ、このマスクを介した露光により、レジスト膜がパターニングされる。レジスト膜は最終的には不要な膜であるので、パターニング終了後剥離される。
【０００３】
従来、レジスト膜の剥離方法として、硫酸と過酸化水素水との混合溶液その他専用の剥離液を用いる方法（たとえば、特許文献１参照）や、オゾンやプラズマを用いたアッシングによる剥離方法（たとえば、特許文献２参照）が広く用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９６５１０号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３７２２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の方法においては、使用後の薬液（剥離液など）やアッシングに用いたガスを処理して廃棄しなければならず、また、レジスト膜の剥離に要する時間が長かった。さらに、上記の方法では、基板上のレジスト膜全体が剥離され、部分的に剥離することができなかった。
そこで、この発明の目的は、基材表面に付着している付着物を、廃棄物を少なくして剥離できる膜剥離方法を提供することである。
【０００６】
この発明の他の目的は、基材表面に付着している付着物を短時間で剥離できる付着物剥離方法を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、基材表面に形成された膜を部分的に剥離できる膜剥離方法を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、基材表面に付着している付着物を、廃棄物を少なくして剥離できる付着物剥離装置を提供することである。
【０００７】
この発明のさらに他の目的は、基材表面に付着している付着物を短時間で剥離できる付着物剥離装置を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、基材表面に形成された膜を部分的に剥離できる膜剥離装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、基材（Ｗ）の表面に付着している付着物に、被冷凍剤が接している状態で、当該付着物の上記被冷凍剤が接している部分に、上記被冷凍剤の融点以下の温度にされた冷却部材（４，２５，３０，３５）を接触させることにより、当該被冷凍剤を固化させる冷却部材接触工程と、この冷却部材接触工程の後、上記冷却部材を当該基材から離間させることにより、当該付着物を上記固化された被冷凍剤とともに当該基材から剥離させる冷却部材離間工程とを含むことを特徴とする付着物剥離方法である。
【０００９】
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。
この発明によれば、冷却部材接触工程において、被冷凍剤の融点以下の適当な温度に冷やされた冷却部材を、付着物に接触させることにより、被冷凍剤は付着物と冷却部材との間に挟まれ、冷却部材に熱を奪われて固化する。これに伴って付着物と冷却部材とは、被冷凍剤の固化物を介して接着される。付着物と冷却部材とが充分大きな強度で接着されている場合、冷却部材離間工程により、基材と冷却部材とを離間させると、付着物は冷却部材とともに基板から離間する。すなわち、付着物は基材から剥離される。
【００１０】
この方法は、機械的に付着物を剥離させるものであるので、短時間で付着物を剥離できる。
この付着物剥離方法は、さらに、上記冷却部材離間工程の後、上記冷却部材に接着された付着物を除去する付着物除去工程をさらに含んでいてもよい。これにより、冷却部材の付着物に対する接触面を常に清浄に（付着物が接着されていない状態に）して、冷却部材を付着物に接触させることができ、安定して付着物の剥離を行うことができる。
【００１１】
基材は、たとえば、平板状の基板（たとえば、半導体ウエハ）であってもよく、平板状以外の任意の形状のものであってもよい。
付着物は、たとえば、パーティクル（粒子）状のものであってもよく、膜（たとえば、半導体ウエハ上に形成されたレジスト膜）であってもよい。付着物が膜であり、冷却部材がこの膜に部分的に接触するようにされる場合は、この膜のうち冷却部材が接触する部分およびその近傍の膜のみを剥離させることができる。すなわち、この方法によれば、基材表面に形成された膜を部分的に剥離できる。
【００１２】
たとえば、露光工程におけるマスク合わせのためのアライメントマークが表面に形成された半導体ウエハ上に、このアライメントマークを覆うように全面にレジスト膜が形成されている場合、この方法により、レジスト膜のうち、アライメントマーク上にある部分のみを選択的に剥離させることができる。これにより、アライメントマークの位置が明瞭にわかるようになり、マスク合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【００１３】
剥離対象の付着物に被冷凍剤が接していない場合は、冷却部材接触工程の前に、剥離対象の付着物に被冷凍剤が接するように被冷凍剤を供給する被冷凍剤供給工程が実施されてもよい。
被冷凍剤は、たとえば、請求項２記載のように水であってもよい。これにより、付着物の剥離に要するコストを低減できる。
請求項３記載の発明は、上記冷却部材接触工程の前に、上記冷却部材の温度を上記被冷凍剤の融点以下の所定の温度にする工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の付着物剥離方法である。
【００１４】
この発明によれば、冷却部材を所定の温度にすることにより、被冷凍剤を再現性よく凍結させることができ、安定して付着物を剥離させることができる。
冷却部材は、たとえば、フロンガス等の冷却媒体を用いた冷凍機やペルチェ素子などにより、所定の温度にするものとすることができる。
請求項４記載の発明は、上記冷却部材接触工程が、上記冷却部材の温度に依存する所定の時間だけ、上記冷却部材を当該付着物に接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の付着物剥離方法である。
【００１５】
被冷凍剤を凍結させるために要する時間は、接触される冷却部材の温度によって決まる。すなわち、被冷凍剤を固化させるために要する時間は、冷却部材の温度が高い（被冷凍剤の融点との差が小さい）ほど長くなり、冷却部材の温度が低い（被冷凍剤の融点との差が大きい）ほど短くなる。
また、付着物が膜であり、冷却部材と膜との接触部周辺にも被冷凍剤が存在している場合、低い温度の冷却部材を長時間膜に接触させると、被冷凍剤の固化は時間とともに冷却部材と膜との接触部からその周辺の部分へと拡がる。この場合、冷却部材と膜との接触部以上の面積で膜が剥離されることがある。したがって、この場合、冷却部材が膜に接触する時間により、膜の剥離される部分の大きさが異なる。
【００１６】
この発明によれば、冷却部材が付着物に接触される時間は、冷却部材の温度に応じて決定される。したがって、接触時間が短いために付着物が冷却部材に接着されない事態を回避することができ、また、膜の剥離される部分の大きさを制御できる。
冷却部材の所定の温度を低くして、短時間で被冷凍剤を固化させることにより、スループットが向上する。一方、付着物が膜である場合に、この膜に接触される冷却部材の温度が低すぎる（たとえば、液体窒素の沸点）と、被冷凍剤の固化は冷却部材との接触部からその周辺の部分へと急激に拡がる。このため、膜に対する冷却部材の接触時間を制御したとしても、被冷凍剤の凍結する部分の領域を正確に制御できない。このため、冷却部材の温度は、たとえば、ドライアイスの昇華温度（−８０℃）程度とすることが好ましい。
【００１７】
請求項５記載の発明は、上記冷却部材が、上記被冷凍剤の融点以下の昇華温度を有する冷却媒体（２２）を含み、上記冷却部材接触工程が、上記冷却媒体を当該付着物に直接接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の付着物剥離方法である。
この発明によれば、冷却部材が配された空間の温度が、冷却媒体の昇華温度より高くされている場合は、冷却媒体の温度は、この冷却媒体の昇華温度に維持される。したがって、冷却媒体の昇華温度を冷却部材の所定の温度として、付着物の剥離を行うことができる。
【００１８】
冷却媒体は昇華（気化）し液体を生じないので、付着物を剥離した後、基材を乾燥させる必要はない。付着物の剥離に伴って生ずる固体としての廃棄物は、剥離された付着物のみである。したがって、廃棄物が少なく、廃棄が容易である。この付着物剥離方法が付着物除去工程を含む場合、付着物除去工程は、たとえば、冷却媒体の付着物が接着された部分を研削するものとすることができる。この場合、冷却媒体の一部が付着物とともに削り取られるが、削り取られた冷却媒体は昇華（気化）して付着物のみが固体の廃棄物として残る。
【００１９】
冷却媒体は、たとえば、請求項６記載のようにドライアイス（２２）であってもよい。ドライアイスは安価であるので、付着物の剥離に要するコストを低減することができる。また、付着物の剥離に必要なドライアイスは少量であり、徐々に気化して二酸化炭素ガスとなるので、これらの二酸化炭素ガスは、特別な処理を施すことなく、大気中に放出することができる。
基材が、たとえば、半導体基板である場合、精製度の高い二酸化炭素を原料として製造されたドライアイスを用いることにより、半導体基板がナトリウム（Ｎａ）等で汚染されることを防ぐことも可能である。
【００２０】
請求項７記載の発明は、上記冷却部材が、上記被冷凍剤の融点以下の融点を有する冷却媒体を含み、上記冷却部材接触工程が、上記冷却媒体を当該付着物に直接接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の付着物剥離方法である。
この発明によれば、冷却媒体が配された空間の温度が、冷却媒体の融点より高くされている場合は、冷却媒体の温度は、この冷却媒体の融点に維持される。したがって、冷却媒体の融点を冷却部材の所定の温度として、付着物の剥離を行うことができる。
【００２１】
この付着物剥離方法が付着物除去工程を含む場合、付着物除去工程は、たとえば、冷却媒体の付着物が接着された部分を研削するものとすることができる。
冷却媒体は、たとえば、請求項８記載のように氷であってもよい。氷は安価であるので、付着物の剥離に要するコストを低減することができる。
請求項９記載の発明は、上記冷却部材が、室温で固体の被冷却材（２６，３１，３６）を含み、上記冷却部材接触工程の前に、上記被冷却材を所定の温度に冷却する冷却工程をさらに含み、上記冷却部材接触工程が、上記被冷却材を当該付着物に直接接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の付着物剥離方法である。
【００２２】
この発明によれば、所定の温度にされた被冷却材を付着物に接触させることにより、この付着物と被冷却材との間に介在する被冷凍剤を固化させて剥離させることができる。
被冷却材は、たとえば、金属、セラミック、樹脂などからなるものとすることができる。被冷却材の冷却は、たとえば、被冷却材の周囲に冷却媒体容器を設け、冷却媒体容器内に、たとえば、液体窒素などの冷却媒体を入れることによってもよい。
【００２３】
冷却部材は、複数の被冷却材を含んでいてもよい。付着物が膜である場合、複数の被冷却材のうち任意のものをこの膜に接触させることにより、この膜の剥離される部分を様々な形状のものとすることができる。
請求項１０記載の発明は、上記冷却部材接触工程の前に、上記冷却部材および当該基材が配置された雰囲気中の水分量を低減する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の付着物剥離方法である。
【００２４】
この発明によれば、結露により、基材などの意図しない部分が濡れることを防ぐことができる。このため、たとえば、付着物が膜である場合、膜の剥離する部分の大きさおよび形状を正確に制御できる。
請求項１１記載の発明は、表面に付着物が付着した基材（Ｗ）を、上記付着物に被冷凍剤が接している状態で保持することができる基材保持機構（３）と、上記被冷凍剤の融点以下の温度にすることが可能な冷却部材（４，２５，３０，３５）と、この冷却部材と上記基材保持機構に保持された基材とを相対的に移動させることにより、上記冷却部材と当該付着物との接触、および上記冷却部材と当該基材との離間を行う移動手段（１５）とを備えたことを特徴とする付着物剥離装置（１）である。
【００２５】
この発明により、請求項１記載の付着物剥離方法を実施することができ、請求項１記載の付着物剥離方法と同様の効果を奏することができる。
この付着物剥離装置は、付着物に液状の被冷凍剤を供給する被冷凍剤供給手段をさらに備えていてもよい。被冷凍剤は水であってもよく、この場合、被冷凍剤供給手段は、たとえば、剥離対象の付着物上に水滴を滴下する水滴下ノズルであってもよい。
【００２６】
請求項１２記載の発明は、上記冷却部材を所定の温度にする手段（２２，２８）をさらに備えたことを特徴とする請求項１１記載の付着物剥離装置である。
この発明により、請求項３記載の付着物剥離方法を実施することができ、請求項３記載の付着物剥離方法と同様の効果を奏することができる。
請求項１３記載の発明は、上記冷却部材と当該付着物との接触時間を、上記冷却部材の温度に依存する所定時間に制御する手段（２０）をさらに含むことを特徴とする請求項１１または１２記載の付着物剥離装置である。
【００２７】
この発明により、請求項４記載の付着物剥離方法を実施することができ、請求項４記載の付着物剥離方法と同様の効果を奏することができる。
請求項１４記載の発明は、上記冷却部材が、上記被冷凍剤の融点以下の昇華温度を有する冷却媒体（２２）を保持するための保持部材（２１）を含むことを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載の付着物剥離装置である。
この発明により、請求項５記載の付着物剥離方法を実施することができ、請求項５記載の付着物剥離方法と同様の効果を奏することができる。保持部材は、保温性を有するものであることが好ましい。この場合、冷却媒体の昇華スピードを遅くすることができる。
【００２８】
請求項１５記載の発明は、上記冷却部材が、上記被冷凍剤の融点以下の融点を有する冷却媒体を保持するための保持部材（２１）を含むことを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載の付着物剥離装置である。
この発明により、請求項７記載の付着物剥離方法を実施することができ、請求項７記載の付着物剥離方法と同様の効果を奏することができる。
請求項１６記載の発明は、上記冷却部材が、室温で固体であり当該付着物に接触される被冷却材（２６，３１，３６）と、この被冷却材を冷却する手段（２８）とを含むことを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれかに記載の付着物剥離装置である。
【００２９】
この発明により、請求項９記載の付着物剥離方法を実施することができ、請求項９記載の付着物剥離方法と同様の効果を奏することができる。
請求項１７記載の発明は、上記基材保持機構に保持された基材上における剥離対象の付着物の位置を検知する位置検知手段（１７）と、この位置検知手段によって検知された剥離対象の付着物の位置の情報に基づいて、上記移動機構を制御して上記冷却部材を当該付着物に接触させる手段（２０）とをさらに備えたことを特徴とする請求項１１ないし１６のいずれかに記載の付着物剥離装置である。
【００３０】
この発明によれば、位置検知手段により検知された付着物の位置情報に基づいて、冷却部材を自動的に剥離対象の付着物に接触させることができる。すなわち、カメラなどを介して作業者が位置を確認しながら、付着物と冷却部材とを接触させる必要はない。
請求項１８記載の発明は、上記基材保持機構に保持された基材および上記冷却部材が配置された雰囲気中の水分量を低減する手段（２，５，６）をさらに備えたことを特徴とする請求項１１ないし１７のいずれかに記載の付着物剥離装置である。
【００３１】
この発明により、請求項１０記載の付着物剥離方法を実施することができ、請求項１０記載の付着物剥離方法と同様の効果を奏することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る膜剥離装置の図解的な側面図であり、図１（ｂ）はその図解的な平面図である。
この膜剥離装置１は、たとえば、基板の一例である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗ上に形成されたレジスト膜を部分的に剥離するためのものであり、チャンバ２（図１（ｂ）では図示を省略）を備えており、チャンバ２内には、ウエハＷをほぼ水平に保持する基板保持機構３、それ自体所定の温度に冷却可能な冷却部材４、ウエハＷ上に形成された位置決めマーク（露光工程におけるマスク合わせのためのアライメントマーク）を検出する位置決めマーク検出ユニット１７、およびウエハＷの上面に水滴を滴下するための水滴下ノズル１９が設けられている。
【００３３】
チャンバ２には、窒素ガス配管５およびリーク管６が接続されている。窒素ガス配管５には窒素ガス供給源が接続されており、窒素ガス配管５にはバルブ５ａが介装されている。バルブ５ａを開くことにより、チャンバ２内に窒素ガスを導入することができる。リーク管６にはバルブ６ａが介装されており、バルブ６ａを開くことにより、チャンバ２内の雰囲気を大気に解放できる。
基板保持機構３は、ほぼ水平に配された円板状のステージ１１と、ステージ１１の下面中心部に接合されほぼ鉛直軸線に沿って配された回転軸１２とを備えている。ステージ１１の上面には、ウエハＷを吸着保持することができる。回転軸１２には、回転駆動機構１３が結合されており、回転軸１２をその軸のまわりに回転させることができる。
【００３４】
冷却部材４は、ほぼ円柱状の外形を有しており、その中心軸がほぼ鉛直軸線に沿うように配されている。冷却部材４の高さ方向中間部よりやや高い位置には、ほぼ水平方向に延びた支持アーム１４が結合されている。支持アーム１４には、冷却部材移動機構１５が結合されており、冷却部材移動機構１５により冷却部材４を、鉛直方向Ｚ、回転軸１２の特定の回転半径に平行な方向Ｘ、およびこれらの２方向に直交する方向Ｙに移動できる。
【００３５】
回転駆動機構１３により、基板保持機構３に保持されたウエハＷを適当な回転角度位置になるように回転させ、冷却部材移動機構１５により、冷却部材４を回転軸１２の回転半径方向Ｘに移動させることにより、冷却部材４を基板保持機構３に保持されたウエハＷの任意の位置に対向させることができる。
回転駆動機構１３の側方には、冷却部材４に付着した付着物を除去するための付着物除去ユニット１６が配置されている。冷却部材４は、冷却部材移動機構１５により、付着物除去ユニット１６まで移動させることができる。
【００３６】
水滴下ノズル１９は、図１（ａ）に示す側面においてＬ字形を有しており、先端が鉛直下方に向けられている。水滴下ノズル１９には、純水供給源から純水を導入できるようになっている。水滴下ノズル１９には、ノズル移動機構２４が結合されており、水滴下ノズル１９の先端を、基板保持機構３に保持されたウエハＷ上面の任意の位置に対向させたり、ウエハＷの上方から退避させたりすることができるようになっている。以上の構成により、水滴下ノズル１９から、ウエハＷの任意の位置に純水の水滴を滴下できる。
【００３７】
位置決めマーク検出ユニット１７は、たとえば、ウエハＷの表面に形成されたアライメントマークを検出するための公知のアライメントセンサとすることができる。表面にアライメントマークが形成されたウエハＷの上に、このアライメントマークを覆うようにレジスト膜が形成されている場合、このようなアライメントセンサにより、レジスト膜の下のアライメントマークを検出することができる。位置決めマーク検出ユニット１７には、検出ユニット移動機構１８が結合されており、位置決めマーク検出ユニット１７を、基板保持機構３に保持されたウエハＷの任意の位置に対向させたり、このようなウエハＷの上方から退避させたりできる。
【００３８】
回転駆動機構１３、冷却部材移動機構１５、検出ユニット移動機構１８、およびノズル移動機構２４の動作、バルブ５ａ，６ａの開閉、ならびに、水滴下ノズル１９への純水の導入およびその停止は、制御部２０により制御される。回転駆動機構１３からは、ステージ１１の回転角度位置に関する情報が、制御部２０に入力されるようになっている。同様に、冷却部材移動機構１５からは、冷却部材４の位置情報が、制御部２０に入力されるようになっている。検出ユニット移動機構１８からは、位置決めマーク検出ユニット１７の位置情報が、制御部２０に入力されるようになっている。ノズル移動機構２４からは、水滴下ノズル１９の位置情報が、制御部２０に入力されるようになっている。
【００３９】
位置決めマーク検出ユニット１７からの出力信号は、制御部２０に入力されて、制御部２０によりアライメントマークが検出されたか否かが判断される。制御部２０はメモリ２０Ｍを備えており、アライメントマークが検出されたと判断されたときの位置決めマーク検出ユニット１７の位置およびステージ１１の回転角度位置の情報が、メモリ２０Ｍに記憶されるようになっている。また、制御部２０のメモリ２０Ｍには、ステージ１１に保持されたウエハＷ上面の位置（高さおよび水平面内の位置）の情報が記憶されている。
【００４０】
図２（ａ）は、冷却部材４の構造を示す図解的な断面図であり、図２（ｂ）は、その図解的な底面図である。冷却部材４は、ほぼ円柱状の保持部材２１を備えている。保持部材２１の一端側は端部に向かって径が小さくなる円錐部２１ａとなっている。冷却部材４は、円錐部２１ａ側が下方になるように、支持アーム１４に支持されている。
保持部材２１の中心軸に沿って、この保持部材２１を貫通する穴２１ｂが形成されている。穴２１ｂには、断面がこの穴の内径にほぼ等しい円柱状のドライアイス２２を挿通できるようになっている。これにより、ドライアイス２２をその軸がほぼ鉛直軸線に沿うように、保持部材２１に保持できる。この状態で、ドライアイス２２の下方側の端面が底面２２ｂとなる。底面２２ｂは、ほぼ円形で平坦な面である。
【００４１】
付着物除去ユニット１６（図１（ｂ）参照）は、ドライアイス２２の底面２２ｂを研削（研磨）することにより、底面２２ｂに付着した付着物を除去できる。保持部材２１は、保温性を有する材料で構成されていることが好ましい。これにより、穴２１ｂに挿通されたドライアイス２２が昇華するスピードを遅くすることができる。
冷却部材４の円錐部２１ａ側とは反対側には、送り機構２３が設けられている。送り機構２３は、保持部材２１の穴２１ｂに挿通されたドライアイス２２を把持して、保持部材２１に対して円錐部２１ａ側に送り出すことができるようになっている。送り機構２３の動作は、制御部２０により制御される。
【００４２】
以下、この膜剥離装置１を用いて、ウエハＷ上に形成されたレジスト膜を剥離する方法について説明する。ウエハＷの一方表面には、複数のアライメントマークが形成されており、これらのアライメントマークが形成された面の全面を覆うようにレジスト膜が形成されているものとする。レジスト膜は、アライメントマークを覆っている部分のみを剥離するものとする。これにより、アライメントマークの位置が明瞭にわかるようになり、マスク合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【００４３】
先ず、ドライアイス２２が、冷却部材４の保持部材２１の穴２１ｂの中に挿通されて保持され、さらに、送り機構２３により把持されて、ドライアイス２２の下端が、円錐部２１ａから所定の長さだけ突出するようにされる。
そして、制御部２０により冷却部材移動機構１５および検出ユニット移動機構１８が制御されて、冷却部材４および位置決めマーク検出ユニット１７が、ステージ１１の近傍から退避した状態にされる。この状態で、ウエハＷがレジスト膜が形成された面を上にして、ウエハＷの中心が回転軸１２の中心軸上にのるようにステージ１１上に吸着保持される。
【００４４】
続いて、制御部２０の制御により、バルブ５ａ，６ａが開かれる。これにより、チャンバ２内には、窒素ガスが導入されるとともに、チャンバ２内のガスはリーク管６からチャンバ２外に排出される。一定時間、バルブ５ａ，６ａが開かれた状態にされることにより、チャンバ２内の空気は窒素ガスで置換される。これにより、以下の工程において、ドライアイス２２の表面や、ドライアイス２２に接触されたものの接触部近傍で結露することはない。その後、制御部２０の制御によりバルブ５ａ，６ａが閉じられる。
【００４５】
次に、ウエハＷ上面の位置の情報に基づき、制御部２０により検出ユニット移動機構１８が制御されて、位置決めマーク検出ユニット１７が、ステージ１１に保持されたウエハＷに、適当な間隔をあけて対向するように移動される。そして、制御部２０により回転駆動機構１３と検出ユニット移動機構１８とが制御されて、位置決めマーク検出ユニット１７がウエハＷに対して相対的に移動される。位置決めマーク検出ユニット１７は、回転軸１２の特定の回転半径方向Ｘにのみ移動するようにされるが、ウエハＷが回転することにより、位置決めマーク検出ユニット１７は、ウエハＷ表面の全面を走査できる。このようにして、位置決めマーク検出ユニット１７により、アライメントマークが検出される。
【００４６】
アライメントマークが検出されると、制御部２０は、ウエハＷ上におけるアライメントマークの水平面内の位置を、ステージ１１の回転角度位置および位置決めマーク検出ユニット１７の水平面内の座標としてメモリ２０Ｍに記憶する。すべてのアライメントマークについて、同様にして水平面内の位置が記憶される。次に、制御部２０により検出ユニット移動機構１８が制御されて、位置決めマーク検出ユニット１７がウエハＷの上方から退避される。続いて、メモリ２０Ｍに記憶されたアライメントマークの位置情報に基づき、制御部２０によりノズル移動機構２４が制御されて、水滴下ノズル１９が、ウエハＷのアライメントマークが存在する部分の上方に移動され、水滴下ノズル１９から純水の液滴が滴下される。その後、制御部２０によりノズル移動機構２４が制御されて、水滴下ノズル１９がウエハＷの上方から退避される。
【００４７】
次に、メモリ２０Ｍに記憶されたアライメントマークの位置情報に基づき、制御部２０により冷却部材移動機構１５が制御されて、冷却部材４が、ウエハＷのアライメントマークが存在する部分の上方に移動され、下降される。これにより、ドライアイス２２の底面２２ｂが、アライメントマーク上のレジスト膜に接触される。アライメントマーク上のレジスト膜の上には純水が存在しているので、この純水はドライアイス２２の底面２２ｂが接触することにより熱を奪われて氷となる。この氷を介して、ドライアイス２２とレジスト膜とが接着される。
【００４８】
水滴下ノズル１９により滴下される純水の量は、ドライアイス２２の底面２２ｂとレジスト膜との間に過不足なく純水が存在するような量とされることが好ましいが、過剰な量であってもよい。過剰な量の純水が滴下された場合は、底面２２ｂとレジスト膜との接触部周辺の純水まで凍り、レジスト膜において剥離される領域を制御しにくくなる。底面２２ｂがレジスト膜に接触される時間は、冷却部材４の温度やレジスト膜の種類に応じて、底面２２ｂとレジスト膜との間の純水が充分に凍り、かつ、接触部の周辺が広く凍結しすぎないように設定されている。
【００４９】
その後、制御部２０により冷却部材移動機構１５が制御されて、冷却部材４が上昇される。これにより、レジスト膜は、ドライアイス２２に接着された部分およびその近傍がウエハＷから剥離されて、アライメントマークはレジストから露出する。
次に、制御部２０により冷却部材移動機構１５が制御されて、冷却部材４が付着物除去ユニット１６まで移動されて、ドライアイス２２の底面２２ｂが研削されて平坦化される。これにより、ドライアイス２２の底面２２ｂに接着されたレジスト膜が除去される。底面２２ｂが研削されることにより、ドライアイス２２の円錐部２１ａから突出する長さは短くなる。このため、制御部２０により送り出し機構２３が制御されて、ドライアイス２２が保持部材２１から送り出されて、再び、ドライアイス２２の下端が所定の長さだけ円錐部２１ａから突出するようにされる。
【００５０】
その後、制御部２０によりノズル移動機構２４および冷却部材移動機構１５が制御されて、ウエハＷの次のアライメントマーク上のレジスト膜の上に、水滴下ノズル１９から純水が滴下され、冷却部材４により上記の方法と同様の方法により、このアライメントマーク上のレジスト膜が剥離される。レジスト膜に接触されるドライアイス２２の底面２２ｂは、研削により清浄にされており、かつ、常に一定の温度、すなわち、ドライアイスの昇華温度にされているので、安定して付着物の剥離を行うことができる。
【００５１】
以上の工程を繰り返すことにより、ウエハＷのすべてのアライメントマーク上のレジスト膜が除去され、すべてのアライメントマークがレジスト膜から露出される。
以上のレジスト膜剥離方法において、レジスト膜とともにドライアイス２２も一部削り取られるが、これらのドライアイス２２は昇華して二酸化炭素となるので、付着物除去ユニット１６にはレジストの残渣しか残らない。したがって、処理後の廃棄物が少なく、かつこれらの廃棄物（レジストの残渣）を容易に廃棄できる。
【００５２】
ドライアイス２２は小さなもの（たとえば、直径が数ｍｍ）であり、ドライアイス２２本体およびこれから削り取られたドライアイスが昇華して生ずる二酸化炭素ガスの量はわずかである。このため、これらの二酸化炭素ガスは、特別な処理を施すことなく、レジスト膜の剥離操作が終了した後、大気中に放出することができる。
また、以上のレジスト膜剥離方法は、薬液等を用いないドライな処理によるものであるので、乾燥等の工程が不要である。レジスト膜は機械的プロセスにより剥離されるので、処理時間が短い。
【００５３】
さらに、ドライアイス２２は安価であるので、低コストでレジスト膜を剥離できる。精製度の高い二酸化炭素を原料として製造されたドライアイス２２を用いることにより、ウエハＷがナトリウム（Ｎａ）等で汚染されることを防ぐことも可能である。
さらに、ウエハＷから剥離されたレジスト膜が付着物除去ユニット１６まで確実に運ばれる限り、パーティクル等は発生しない。したがって、レジスト膜の剥離を行った後、ウエハＷを改めて洗浄することなく、他の工程に移すことができる。
【００５４】
この膜剥離装置１は、レジストの剥離以外に、たとえば、反射防止膜などを剥離するのに用いることもできる。さらに、この膜剥離装置１は、膜状の付着物以外に、レジストミストやチャック跡などのパーティクルをウエハＷの表面から除去するために用いることもできる。処理の対象となる基板はウエハＷに限られず、たとえば、液晶ディスプレイパネル用のガラス基板等であってもよい。このように、膜剥離装置１は、様々な基板の表面に付着した様々な付着物（膜を含む）を剥離させるのに用いることができる。
【００５５】
図３は、冷却部材４の代わりに用いることができる冷却部材２５の図解的な断面図である。この冷却部材２５は、円柱状で金属、セラミック、樹脂などからなる芯材２６と、芯材２６の軸まわりに設けられた冷却媒体容器２７とを備えている。冷却媒体容器２７は、円筒状で芯材２６と同心軸状に配された外筒２７ａと、外筒２７ａ内に芯材２６と同心軸上に配された円筒状の内筒２７ｂとを有している。外筒２７ａと内筒２７ｂとの間は、それらの一方端側で漏斗状の底板２７ｃにより塞がれている。外筒２７ａと内筒２７ｂとの他方端側は、開放されている。内筒２７ｂは芯材２６に密接している。芯材２６の一方端側は冷却媒体容器２７の底板２７ｃ側から突出している。
【００５６】
冷却媒体容器２７は、底板２７ｃ側が下方に向けられて支持アーム１４に支持される。この状態で、芯材２６の一方の端面は、下方に向けられたほぼ円形の平坦な底面２６ｂとなる。
冷却媒体容器２７には、たとえば、液体窒素などの冷却媒体２８を入れて、芯材２６を冷却できる。この場合、冷却媒体２８は、液状であることが好ましいが、粒状のドライアイスなど固体であってもよい。
【００５７】
冷却された芯材２６を、上記のドライアイス２２の場合と同様に、底面２６ｂをレジスト膜に接触させて、それらの接触部およびその近傍のレジスト膜を剥離させることができる。芯材２６を、たとえば、液体窒素で充分冷却することにより、レジスト膜に接触する底面２６ｂを、液体窒素の沸点に近いほぼ一定の温度に保つことができる。これにより、安定して、レジスト膜（付着物）の剥離を行うことができる。
【００５８】
付着物除去ユニット１６は、たとえば、芯材２６の底面２６ｂ近傍を適当な温度に暖めて、氷を解凍することにより、底面２６ｂからレジスト膜を除去するものとすることができる。
冷却部材４，２５の代わりに、フロンガスなどの冷却媒体を用いた冷凍機やペルチェ素子により、レジスト膜（付着物）に接触させる部分を冷却させる構成の冷却部材を用いてもよい。これにより、冷却部材の温度を可変にすることができる。
【００５９】
図４は、冷却部材の温度と冷却効果との関係を示す特性図である。
冷却部材４，２５（レジスト膜との接触部）の温度が低くなるほど、冷却効果は大きくなり、純水を固化させるために要する時間は短くなる。たとえば、冷却媒体として液体窒素を用いる場合、芯材２６の温度は、ほぼ液体窒素の沸点である−１９６℃となる。この場合、純水は急激に冷やされるので、純水を固化させるために必要な時間は短くなり、スループットが向上する。
【００６０】
一方、この場合、純水凍結は芯材２６との接触部からその周辺のレジスト膜へと急激に広がるため、冷却部材４，２５の接触時間を正確に制御したとしても、純水が凍結する領域を精密に制御することができなくなる。すなわち、レジスト膜を剥離させる領域を精密に制御できない。
これとは逆に、冷却部材４，２５の温度が高い場合、水を固化させるために必要な時間は長くなり、スループットが低下するが、レジスト膜を剥離させる領域の制御性は向上する。また、一般に、冷却温度が高いほど、冷却に要するコスト（たとえば、冷却媒体のコスト）は低下する。このように、冷却部材４，２５の温度は、スループットとレジストの剥離領域の精度および冷却に要するコストとの兼ね合いで決定することができ、たとえば、ドライアイス２２の温度（−８０℃）にすることができる。制御部２０は、冷却部材４，２５の温度に基づいて、冷却部材４，２５のレジスト膜に対する接触時間を決定するようにすることができる。
【００６１】
図５（ａ）（ｂ）は、それぞれ、冷却部材２５の代わりに用いることができる冷却部材３０，３５の図解的な底面図である。
冷却部材２５には、円柱状で一体の芯材２６が１本設けられているのに対して、冷却部材３０，３５には、複数の柱状の芯材３１，３６が設けられている。芯材３１，３６の軸まわりには、冷却媒体容器２７と同様の冷却媒体容器３２，３７がそれぞれ設けられている。冷却媒体容器３２，３７は、芯材３１，３６に密接して配されており、冷却媒体容器３２，３７に液体窒素などの冷却媒体を入れることにより、芯材３１，３６を冷やすことができるようになっている。
【００６２】
冷却部材３０の個々の芯材３１は断面がほぼ正方形であり、これらが格子状に密に配列されて全体としてほぼ８角形の断面形状を有するようにされている。冷却部材３０の上部には、個々の芯材３１を独立に上下動できる上下動機構（図示せず）が設けられている。
芯材３１は、上下動機構により、下降された下降位置と上昇された上昇位置との間を移動されるようになっている。下降位置にある各芯材３１の下端はほぼ水平な同一平面上にのるようになっている。個々の芯材３１は、少なくとも下降位置にあるときに、冷却媒体容器３２から突出するようになっている。
【００６３】
上下動機構により、複数の芯材３１のうち一部のみを下降位置にすることにより、下降位置にある芯材３１の下端のみをレジスト膜に接触させることができる。所定時間、芯材３１をレジスト膜に接触させた後、冷却部材３０を上昇させることにより、レジスト膜において下降位置にある芯材３１が接触した部分（およびその近傍）のみを剥離させることができる。すなわち、複数の芯材３１はドットインパクト方式のプリンタにおけるドットピンのような挙動をすることにより、レジスト膜の任意の形状の領域を剥離することができる。
【００６４】
無論、すべての芯材３１を下降位置にして、ほぼ８角形の形状にレジスト膜を剥離させることも可能である。
冷却部材３５の芯材３６は、円柱状の芯材３６ａと、そのまわりに配された４つの芯材３６ｂとを有している。芯材３６ｂは、芯材３６ａに密接して外嵌する管をその軸のまわりに４等分して得られるような形状を有している。
冷却部材３５の上部には、個々の芯材３６を独立に上下動できる上下動機構（図示せず）が設けられている。芯材３６は、上下動機構により、下降された下降位置と上昇された上昇位置との間を移動されるようになっている。下降位置にある各芯材３６の下端は、ほぼ水平な同一平面上にのるようになっている。個々の芯材３６は、少なくともこの上下動機構により下降されているときに、冷却媒体容器３７から突出するようになっている。
【００６５】
この冷却部材３６を用いることにより、冷却部材３０を用いた場合と同様、レジスト膜において下降位置にある芯材３６が接触された部分（およびその近傍）のみを剥離させることができる。たとえば、芯材３６ａのみが下降位置にある場合と、すべての芯材３６が下降位置にあるときとで、異なる大きさの円形にレジスト膜を剥離させることができる。
以上のように、ドライアイス２２や芯材２６，３１，３６の形状および大きさを適当なものとすることにより、レジスト膜などの基板の表面に形成された膜の任意の部分を、任意の大きさおよび形状で剥離させることができる。レジスト膜を部分的に剥離させる工程を繰り返し行うことにより、レジスト膜全体を剥離させることもできる。さらに、レジスト膜に対する接触面が、ウエハＷの大きさと同じかそれ以上の大きさの冷却部材４，２５，３０，３５を用いることにより、ウエハＷ上のレジスト膜の全体を一気に剥離させることも可能である。すなわち、この方法によれば、基板上に形成された膜を、部分的か全体的かを問わず任意の形状に剥離させることができる。
【００６６】
本発明に係る一実施形態の説明は以上の通りであるが、本発明は他の形態でも実施できる。たとえば、チャンバ２には窒素ガス配管５の代わりに、乾燥空気供給源に接続された乾燥空気配管が接続されていてもよい。また、チャンバ２を密閉性の高いものとし、チャンバ２にチャンバ２内を減圧するための真空ポンプが接続されていてもよい。チャンバ２内を窒素雰囲気にしたり減圧したりすることによっても結露を防止できる。
【００６７】
冷却部材４（図２参照）において、ドライアイス２２の代わりに、このドライアイス２２と同等の形状を有する氷を保持部材２１に保持させることとしてもよい。この場合、氷は０℃以下の適当な温度に冷却して使用することもできる。
付着物が付着された基材は、ウエハＷのような平板状の基板に限定されるものではなく、任意の形状のものとすることができる。その場合、冷却部材４，２５，３０，３５は、基材に対して任意の方向から接触できるように構成することができる。
【００６８】
冷却部材４，２５，３０，３５の接触だけでは、良好にレジスト（付着物）を剥離できない場合（たとえば、レジスト膜の残したい部分まで剥離されてしまう場合）は、ステージ１１側に温度調整機構を設け、ウエハＷの下面側から補助的に温度を行うこととしてもよい。また、冷却部材４，２５，３０，３５とレジスト膜との間の水（被冷凍剤）を、容易に固化させるために、チャンバ２内の雰囲気を適当な温度（たとえば、被冷凍剤の融点よりわずかに高い温度）に調製することとしてもよい。
【００６９】
液滴として純水を供給する水滴下ノズル１９の代わりに、純水をミスト状に吐出するノズル等を用いてもよい。被冷凍剤は水に限られず、適当な融点を有する様々な物質とすることができる。
剥離対象のレジスト膜（付着物）がもともと水分（被冷凍剤）を含んでいる場合、たとえば、ウエハＷが前工程で水洗され未乾燥の場合などは、あえて水をレジスト膜に純水を供給しなくてもよい。この場合、水滴下ノズル１９はなくてもよい。
【００７０】
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変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る膜剥離装置の図解的な側面図および平面図である。
【図２】冷却部材の構造を示す図解的な断面図および底面図である。
【図３】膜剥離装置に用いることができる他の冷却部材の図解的な断面図である。
【図４】冷却部材の温度と冷却効果との関係を示す特性図である。
【図５】膜剥離装置に用いることができる他の冷却部材の図解的な底面図である。
【符号の説明】
１　　膜剥離装置
２　　チャンバ
３　　基板保持機構
４，２５，３０，３５　　冷却部材
５　　窒素ガス配管
６　　リーク管
１３　　回転駆動機構
１５　　冷却部材移動機構
１７　　位置決めマーク検出ユニット
２０　　制御部
２０Ｍ　　メモリ
２２　　ドライアイス
２６，３１，３６　　芯材
２８　　冷却媒体
Ｗ　　半導体ウエハ
【図１】
2004119715.tif 000003
【図２】
2004119715.tif 000004
【図３】
2004119715.tif 000005
【図４】
2004119715.tif 000006
【図５】
2004119715.tif 000007