(57)【要約】  被処理物の除去工程が煩雑とならず、被処理物及び湿潤オゾンガスの温度管理が容易であり、また、高ドーズのイオン注入をしたフォトレジストであっても除去することができる基板処理装置及び基板製造方法を提供する。  不活性ガス２を処理液３中でバブリングさせて湿潤不活性ガス４を生成し、さらに、湿潤不活性ガス４とオゾンガス５とを混合して湿潤オゾンガス６を生成し、そして、１２０℃以上２００℃以下に加熱した湿潤オゾンガス６を、１８０℃以上３５０℃以下に加熱したフォトレジスト７ａに供給することより、フォトレジスト７ａに付着した処理液３を瞬時に蒸発させながら、フォトレジスト７ａをアッシングした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理室と、
前記処理室に収容された前記基板の被処理物を、１８０℃以上に加熱する基板加熱手段と、
処理液を含む湿潤オゾンガスを、１２０℃以上に加熱する湿潤オゾンガス加熱手段と、
前記湿潤オゾンガス加熱手段によって加熱した前記湿潤オゾンガスを、前記基板の前記被処理物に供給する湿潤オゾンガス供給手段と、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記湿潤オゾンガス供給手段は、
不活性ガスを前記処理液中に通過させ湿潤不活性ガスを生成する湿潤不活性ガス生成部と、
前記湿潤不活性ガスとオゾンガスとを混合させ、前記湿潤オゾンガスを生成するガス混合部を備えること、
を特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置において、
前記処理液を、６０℃以上９０℃以下に加熱する処理液加熱手段を備えること、
を特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の基板処理装置において、
前記湿潤オゾンガスの湿度は、５０％以下であること、
を特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の基板処理装置において、
前記処理液は、純水であること、
を特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の基板処理装置において、
前記不活性ガスは、窒素ガス、亜酸化窒素ガス又はアルゴンガスであること、
を特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
処理室に収容された基板の被処理物を、１８０℃以上に加熱する基板加熱工程と、
処理液を含む湿潤オゾンガスを、１２０℃以上に加熱する湿潤オゾンガス加熱工程と、
前記湿潤オゾンガス加熱工程で加熱した前記湿潤オゾンガスを、前記基板の前記被処理物に供給する湿潤オゾンガス供給工程と、
を備える基板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板表面のレジスト等の被処理物を除去する基板処理装置及び基板製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板等の表面に付着した被処理物（レジスト等）を除去する方法として、被処理物に湿潤した湿潤オゾンガスを供給し、被処理物を酸化する方法が知られている。
例えば、特許文献１には、基板を室温より高い温度に保持する基板加熱手段と、オゾン含有ガスを処理液により湿潤させて湿潤オゾンガスを得る湿潤手段と、基板表面被処理物に湿潤オゾン含有ガスを供給する供給手段と、湿潤手段、供給手段及び送気管をそれぞれ基板の温度と同程度あるいはそれ以上となるように加熱する加熱手段とを備えた基板処理装置が開示されている。
この基板処理装置は、湿潤オゾン含有ガスの温度を、基板温度よりも５℃〜１５℃高く設定し、水分子を基板表面に結露させることより、オゾン分子を被処理物の膜全面に作用させ、次に、酸化した被処理物の分子を洗浄液で洗浄している。【０００３】
しかし、この基板処理装置は、不要な被処理物を完全に除去するために、被処理物を酸化させる工程と、酸化した被処理物の分子を洗浄する工程とを、繰り返し行う必要があり、工程が煩雑となるという問題があった。
また、この基板処理装置は、湿潤オゾン含有ガスと基板温度との温度差を５℃〜１５℃に維持するために、複雑な温度管理が必要になるという問題があった。
さらに、この基板処理装置によるアッシング方法では、高ドーズのイオン注入によって硬化したレジストの除去ができないという問題があった。これは、このレジストが、イオン注入時のダメージにより硬化し、オゾンに反応しにくい状態になっているからである。
【特許文献１】特開２００１−２２３２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、被処理物の除去工程が煩雑とならず、被処理物及び湿潤オゾンガスの温度管理が容易であり、また、高ドーズのイオン注入をしたフォトレジストであっても除去することができる基板処理装置及び基板製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
第１の発明は、基板（７）を収容する処理室（３０）と、前記処理室（３０）に収容された前記基板（７）の被処理物（７ａ）を、１８０℃以上に加熱する基板加熱手段（３４）と、処理液（３）を含む湿潤オゾンガス（６）を、１２０℃以上に加熱する湿潤オゾンガス加熱手段（３４）と、前記湿潤オゾンガス加熱手段（３４）によって加熱した前記湿潤オゾンガス（６）を、前記基板（７）の前記被処理物（７ａ）に供給する湿潤オゾンガス供給手段（１０，２０，Ｐ２〜Ｐ４）と、を備える基板処理装置である。【０００６】
第２の発明は、第１の発明の基板処理装置において、前記湿潤オゾンガス供給手段（１０，２０，Ｐ２〜Ｐ４）は、不活性ガス（２）を前記処理液（３）中に通過させ湿潤不活性ガス（４）を生成する湿潤不活性ガス生成部（１０）と、前記湿潤不活性ガス（４）とオゾンガス（５）とを混合させ、前記湿潤オゾンガス（６）を生成するガス混合部（Ｐ５）を備えること、を特徴とする基板処理装置である。
第３の発明は、第１又は第２の発明の基板処理装置において、前記処理液（３）を、６０℃以上９０℃以下に加熱する処理液加熱手段（１３）を備えること、を特徴とする基板処理装置である。
第４の発明は、第１から第３までのいずれかの発明の基板処理装置において、前記湿潤オゾンガス（６）の湿度は、５０％以下であること、を特徴とする基板処理装置である。
第５の発明は、第１から第４までのいずれかの発明の基板処理装置において、前記処理液（３）は、純水（３）であること、を特徴とする基板処理装置である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の基板処理装置において、前記不活性ガス（２）は、窒素ガス、亜酸化窒素ガス又はアルゴンガスであること、を特徴とする基板処理装置である。【０００７】
第７の発明は、処理室（３０）に収容された基板（７）の被処理物（７ａ）を、１８０℃以上に加熱する基板加熱工程と、処理液を含む湿潤オゾンガス（６）を、１２０℃以上に加熱する湿潤オゾンガス加熱工程と、前記湿潤オゾンガス加熱工程で加熱した前記湿潤オゾンガス（６）を、前記基板（７）の前記被処理物（７ａ）に供給する湿潤オゾンガス供給工程と、を備える基板製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本発明は、湿潤オゾンガスに含まれる処理液が、オゾンによる高い親水性を有しているため、１８０℃以上に加熱した被処理物に付着したときに、被処理物の表面に滲みながら瞬時に蒸発し、このとき、被処理物は、強力にアッシング（炭化）される。このアッシングは、オゾンガスが被処理表面に達したときに形成されるＯＨラジカルの強力な酸化力によるためであると考えられる。この酸化反応は、被処理物の温度が１８０℃以上の高い温度であることから促進される。また、湿潤オゾンガスは、１２０℃以上に加熱されているので、湿潤オゾンガスに含まれるオゾンガスは、酸素に還元されない状態で被処理物に供給される。本発明は、これら相乗効果により、被処理物が高ドーズのイオン注入により硬化したレジスト等であっても、これを、速い除去速度で除去することができる。
また、本発明は、加熱した湿潤オゾンガスを、加熱した被処理物に供給するシンプルな装置であるので、処理工程が煩雑とならず、さらに、被処理物及び湿潤オゾンガスの設定温度の幅が広いので、温度管理を容易に行うことができる。【０００９】
（２）本発明は、オゾンガスと湿潤不活性ガスとを混合させて湿潤オゾンガスを生成する。つまり、オゾンガスを処理液中にバブリングさせずに湿潤オゾンガスを生成するため、処理液中にオゾンガスが溶解しないので、高純度のオゾンガスを被処理物に供給することができ、また、処理液が飛散することがあっても危険がなく、安全面でも有利である。【００１０】
（３）本発明は、処理液加熱手段が、処理液を６０℃以上９０℃以下に加熱するので、より多くの処理液を、湿潤不活性ガスに含ませることができる。【００１１】
（４）本発明は、湿潤オゾンガスの湿度が５０％以下であるため、水滴が被処理物の表面を覆ってしまうことがないので、湿潤オゾンガスを被処理物の表面に、確実に供給することができる。【００１２】
（５）本発明は、処理液が純水であるので、コストを抑えて、被処理物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるアッシング装置の実施例の断面図である。
【図２】本実施例のカバーの裏面図である。
【図３】本実施例のアッシング装置のレジスト除去時間の測定結果を示す表である。
【符号の説明】
【００１４】
１    アッシング装置
２    不活性ガス
３    処理液
４    湿潤不活性ガス
５    オゾンガス
６    湿潤オゾンガス
７    基板
７ａ    フォトレジスト
１０    湿潤不活性ガス生成装置
１１    不活性ガス供給装置
１２    バブリング容器
１３    ヒータ
２０    オゾンガス供給装置
３０    チャンバ
３１    基台
３２    スペーサ
３３    カバー
３４    ハロゲンランプ
Ｐ１〜Ｐ４    配管
Ｐ５    接続部
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、被処理物の除去工程が煩雑とならず、被処理物及び湿潤オゾンガスの温度管理が容易であり、また、高ドーズのイオン注入をしたフォトレジストであっても除去することができる基板処理装置及び基板製造方法を提供するという目的を、不活性ガスを処理液中でバブリングさせて湿潤不活性ガスを生成し、さらに、湿潤不活性ガスとオゾンガスとを混合して湿潤オゾンガスを生成し、そして、加熱した湿潤オゾンガスを、加熱したフォトレジストに供給することより、フォトレジストに付着した処理液を瞬時に蒸発させながら、フォトレジストをアッシングすることにより実現した。
【実施例】
【００１６】
次に、図面等を参照しながら、本発明による基板処理装置の実施例を説明する。
図１は、本実施例のアッシング装置１（基板処理装置）の断面図であり、図２は、カバー３３の裏面図（図１のII−II部矢視図）である。
アッシング装置１は、処理液３を含む湿潤オゾンガス６を、チャンバ３０内に収容された基板７（例えば、外径が３００ｍｍサイズの半導体ウエハ）に供給し、基板７の表面のフォトレジスト７ａ（被処理物）を、炭化（Ａｓｈｉｎｇ）することにより除去するための装置である。
図１に示すように、アッシング装置１は、湿潤不活性ガス生成装置１０（湿潤不活性ガス生成部）と、オゾンガス５を生成するためのオゾンガス供給装置２０と、配管Ｐ２〜Ｐ４とから構成される湿潤オゾンガス供給手段と、配管Ｐ４に接続されたチャンバ３０（処理室）とを備えている。【００１７】
湿潤不活性ガス生成装置１０は、処理液３を不活性ガス２に含ませて湿潤不活性ガス４を生成するための装置であり、不活性ガス供給装置１１と、バブリング容器１２と、ヒータ１３（処理液加熱手段）とを備えている。
不活性ガス供給装置１１は、不活性ガス２（例えば、亜酸化窒素ガス（Ｎ２Ｏ）、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）等）を供給するための装置である。なお、図１においては、窒素ガスを例に説明する。
バブリング容器１２は、処理液３として純水（Ｈ２Ｏ）を収容し、不活性ガス供給装置１１から送出された不活性ガス２を、バブリングさせるための密閉された容器である。バブリング容器１２は、不活性ガス供給装置１１に接続された配管Ｐ１の送入口Ｐ１ａが、処理液３の水面よりも下側になるように設置され、また、湿潤不活性ガス４を送出するため配管Ｐ２の送出口Ｐ２ａが、処理液３の水面よりも高くなるよう設置される。
ヒータ１３は、バブリング容器１２内の処理液３を加熱するためのものである。ヒータ１３は、処理液３を６０℃以上９０℃以下に加熱するため、処理液３が蒸発し、バブリング容器１２の上部空間１２ａは、気化した処理液３を多く含んだ状態になる。【００１８】
湿潤不活性ガス生成装置１０は、以上の構成により、不活性ガス供給装置１１から送入された不活性ガス２を、バブリング容器１２内の処理液３中でバブリングさせ、つまり、不活性ガス２を処理液３に通過させることにより、気化した処理液３を含んだ湿潤不活性ガス４を生成する。湿潤不活性ガス４は、処理液３の水面から上部空間１２ａに達し、上部空間１２ａの気化した処理液３が加わり、さらに湿度が上がった状態となって、配管Ｐ２から送出される。
オゾンガス供給装置２０により生成されたオゾンガス５と、湿潤不活性ガス４とは、配管Ｐ２〜Ｐ４の接続部Ｐ５（ガス混合部）で混合され、不活性ガス２と、処理液３と、オゾンガス５とから構成される湿潤オゾンガス６が生成される。【００１９】
アッシング装置１は、接続部Ｐ５をチャンバ３０の直近に設けているので、オゾンガス５を、酸素（Ｏ２）に還元されない状態で、チャンバ３０に供給することができる。また、アッシング装置１は、オゾンガス５をバブリングさせずに、湿潤オゾンガス６を生成するため、オゾンガス５がバブリング容器１２内の処理液３に溶解することがない。これにより、アッシング装置１は、オゾン濃度が高い湿潤オゾンガス６を、フォトレジスト７ａに供給することができる。また、バブリング容器１２内の処理液３には、オゾンガス５が溶解していないため、バブリングにより周囲に飛散しても危険がなく、アッシング装置１は、安全面でも有利である。【００２０】
チャンバ３０は、基板７を収容するための処理室であり、基台３１と、スペーサ３２と、カバー３３と、ハロゲンランプ３４とを備えている。
基台３１は、チャンバ３０の基礎を構成するための円盤状の部材である。
スペーサ３２は、基板７と基台３１との間に間隙（例えば、１ｍｍ程度）を設け、基板７を、基台３１表面に接触させないように載置するための部材である。このように、基板７を浮かした状態にする理由は、基台３１表面の温度の影響を受けないようにするためである。基板７は、フォトレジスト７ａの表面が上側を向くように、スペーサ３２上に載置される。【００２１】
カバー３３は、基板７を収容する空間を設けるために、上部が閉口した筒状の部材である。カバー３３の内径は、基板７を収容するために、例えば、３３０ｍｍ程度である。カバー３３は、基板７の搬入、搬出のために開閉装置（図示せず）が設けられている。カバー３３の裏面には、配管Ｐ４が設けられている。
配管Ｐ４のうちカバー３３の裏面に配置されている部分には、湿潤オゾンガス６をフォトレジスト７ａに向けて噴出するために、複数の噴出口４ａが設けられている。この噴出口Ｐ４ａと基板７のフォトレジスト７ａの表面との隙間ｄ１は、例えば、３ｍｍ〜５ｍｍ程度であるので、湿潤オゾンガス６は、フレッシュな状態でフォトレジスト７ａの表面に達することができる。【００２２】
ハロゲンランプ３４は、基板７のフォトレジスト７ａと湿潤オゾンガス６とを加熱する、すなわち、基板加熱手段と湿潤オゾンガス加熱手段とを兼用する熱源である。
ハロゲンランプ３４は、円柱状の部材であり、カバー３３の裏面３３ａに設けられている。ハロゲンランプ３４とフォトレジスト７ａの表面との隙間ｄ２は、例えば、３５ｍｍ程度である。ハロゲンランプ３４は、軸方向が水平方向になるように配置されており、また、フォトレジスト７ａの表面が上側を向いているので、ハロゲンランプ３４の光線は、フォトレジスト７ａの表面に垂直に照射し、フォトレジスト７ａを効率よく加熱することができる。【００２３】
また、ハロゲンランプ３４は、配管Ｐ４の真下に、配管Ｐ４に平行に配置されており、さらに、配管Ｐ４に近接しているので、配管Ｐ４も加熱する。このため、配管Ｐ４内の湿潤オゾンガス６は、加熱されてフォトレジスト７ａに供給される。
本実施例の場合、フォトレジスト７ａは、１８０℃以上３５０℃以下に加熱され、また、湿潤オゾンガス６は、フォトレジスト７ａに供給されるときに、１２０℃以上２００℃以下になるように加熱される。湿潤オゾンガス６を２００℃よりも高い温度域に加熱しない理由は、湿潤オゾンガス６に含まれるオゾンガス５が酸素に還元されないようにするためである。アッシング装置１による基板処理方法は、このように、フォトレジスト７ａ及び湿潤オゾンガス６の設定温度の幅が大きいので、これらの温度管理が容易である。【００２４】
カバー３３の裏面３３ａには、図２に示すように、カバー３３のサイズに合わせて、長さが異なる複数のハロゲンランプ３４が互いに平行に設置されている。また、配管Ｐ４は、裏面図において、ハロゲンランプ３４の外形に重なるように配置されているので、ハロゲンランプ３４によって効率よくかつ均一に加熱される。これにより、ハロゲンランプ３４は、フォトレジスト７ａを均一に加熱することができ、また、配管Ｐ４は、加熱した湿潤オゾンガス６を、フォトレジスト７ａに均一に供給することができる。【００２５】
以上説明した構成のアッシング装置１の動作について説明する。
図１に示すように、最初に、チャンバ３０内に収容された基板７のフォトレジスト７ａを、ハロゲンランプ３４を用いて、１８０℃以上に加熱する（基板加熱工程）。
次に、不活性ガス供給装置１１で生成された不活性ガス２が、配管Ｐ１を通って、バブリング容器１２に送入される。不活性ガス２は、バブリング容器１２内の処理液３中でバブリングされ、気化した処理液３を含んだ湿潤不活性ガス４が生成され、さらに、この湿潤不活性ガス４は、バブリング容器１２の上部空間１２ａの気化した処理液３が加わって、配管Ｐ２から送出される。
配管Ｐ２から送出された湿潤不活性ガス４と、オゾンガス供給装置２０からの供給されたオゾンガス５とは、配管Ｐ２，Ｐ３の接続部Ｐ５で混合され湿潤オゾンガス６が生成され、これが、チャンバ３０内の配管Ｐ４内で加熱される（湿潤オゾンガス加熱工程）。加熱された湿潤オゾンガス６は、配管Ｐ４の噴出口Ｐ４ａから、チャンバ３０内の基板７のフォトレジスト７ａに供給される（湿潤オゾンガス供給工程）。【００２６】
湿潤オゾンガス６に含まれる処理液３は、オゾンによる高い親水性を有しているため、加熱されたフォトレジスト７ａに付着すると、フォトレジスト７ａの表面を滲んで広がりながら瞬時に蒸発する。そのとき、湿潤オゾンガス６に含まれる処理液３とオゾンガス５とは、その強力な酸化作用により、フォトレジスト７ａをアッシングする。また、この酸化反応は、フォトレジスト７ａの温度が１８０℃以上の高い温度であることから、促進される。さらに、湿潤オゾンガス６の温度が１２０℃以上２００℃以下であるので、湿潤オゾンガス６に含まれるオゾンガス５は、酸素に還元されない状態であるため、強い酸化力を維持している。【００２７】
湿潤オゾンガス６は、これら相乗効果により強力な酸化力を有し、被処理物が高ドーズのイオン注入をした高ダメージのフォトレジスト７ａであっても、高い除去速度でアッシングすることができる。この高ダメージのフォトレジストは、イオン注入により硬化し、オゾンに反応しにくいため、従来のアッシング装置では、除去できないものであった。【００２８】
また、アッシング装置１による基板処理方法は、加熱したフォトレジスト７ａに、加熱した湿潤オゾンガス６を供給するシンプルな方法であるので工程が煩雑とならず、さらに、フォトレジスト７ａ及び湿潤オゾンガス６の設定温度の幅が広いので、これらの温度管理を容易に行うことができる。
さらにまた、湿潤オゾンガス６に含まれる不活性ガス２は、フォトレジスト７ａの酸化反応時における副生成物の生成を防止するため、チャンバ３０内の汚れを防止することができる。これは、有機物の分解による副生成物（例えば、炭素、水素等）以外にも、揮発物質が生成され（例えば、不活性ガス（窒素等）と、オゾンガスから還元した酸素とが反応し二酸化炭素、水蒸気、アンモニアガス等が生成される。）、副生成物と揮発物質とが一緒に、チャンバ３０外に排出されるためであると考えられる。【００２９】
なお、本実施例の湿潤オゾンガス６は、その湿度が５０％以下に設定され、また、その温度がフォトレジスト７ａの表面よりも低く設定されている。これは、湿潤オゾンガス６がフォトレジスト７ａの表面に達したときに、湿潤オゾンガス６に含まれる処理液３の結露等を防止して、すなわち、フォトレジスト７ａの表面の水膜の生成を防止して、湿潤オゾンガス６に含まれるオゾンガスを、フォトレジスト７ａの表面に確実に供給するためである。【００３０】
湿潤オゾンガス６は、チャンバ３０内に供給された後、チャンバ３０の排気口（図示せず）等からチャンバ３０の外側に排出され、触媒、分解装置（図示せず）により回収され、最終的に、無害物質に分解される。また、アッシングが終了した基板７には、フォトレジスト７ａの残渣物が出るが、この残渣物は、その後のリンス工程において、洗浄される。【００３１】
以上説明したように、本実施例のアッシング装置１は、１２０℃以上に加熱された湿潤オゾンガスを、１８０℃以上に加熱されたフォトレジスト７ａ（被処理物）に供給することにより、フォトレジスト７ａが高ドーズのイオン注入により硬化したものであっても、高い除去速度で除去することができる。
また、アッシング装置１は、処理液３が純水であるので、コストを抑えて、フォトレジストを除去することができる。【００３２】
次に、アッシング装置１によるフォトレジストの除去時間の測定結果について説明する。
測定条件は、オゾンガス流量を１５Ｌ／ｍｉｎ、窒素ガス（不活性ガス）を流量１Ｌ／ｍｉｎとし、オゾンガス濃度を、１００ｇ／Ｎｍ３、１５０ｇ／Ｎｍ３の２通りに変更した。また、被処理物であるフォトレジストは、高ドーズ（ドーズ量１０１４／ｃｍ２以上）のイオン注入を行った厚み１μｍのものである。
図３は、本実施例のアッシング装置１において、オゾンガス５の濃度を変更した場合のレジスト除去時間の測定結果を示す表である。
図３に示すように、フォトレジストの除去時間は、１００ｇ／Ｎｍ３で２分３０秒、１５０ｇ／Ｎｍ３で１分３０秒であった。【００３３】
なお、従来のプラズマアッシング法の処理時間では、フォトレジストの除去時間が約３０秒程であるが、チャンバ内を真空状態にした後、常圧に戻す必要があり、トータルで３分程の処理時間が必要であった。従って、プラズマアッシング法と比較しても、アッシング装置１による方法は、十分な性能を備えているといえる。【００３４】
また、フォトレジストの温度が１００℃以下では、フォトレジストに供給された処理液は、蒸発しないためにフォトレジストの表面を完全に覆ってしまうため、フォトレジストとオゾンガスと湿潤オゾンガスとは、十分に反応できないということが確認済みである。
【図１】
2007123197.tif 000003
【図２】
2007123197.tif 000004
【図３】
2007123197.tif 000005
【国際調査報告】
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2007123197.tif 000007
2007123197.tif 000008