KR100915645B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법

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KR100915645B1
KR100915645B1 KR1020047001485A KR20047001485A KR100915645B1 KR 100915645 B1 KR100915645 B1 KR 100915645B1 KR 1020047001485 A KR1020047001485 A KR 1020047001485A KR 20047001485 A KR20047001485 A KR 20047001485A KR 100915645 B1 KR100915645 B1 KR 100915645B1
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판의 표면에 산화막을 형성할 때, 종래의 것보다도 얇은 산화막을, 균일한 막 두께로 형성할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
기판(W)에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 장치(12)에 있어서, 상기 처리액의 온도를 조정하는 온도 조정 수단(133)과, 상기 기판(W)의 이면에 근접하여 배치되는 언더 플레이트(77)의 온도를 조절하는 온도 조절 기구(115)를 구비했다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE TREATING DEVICE AND SUBSTRATE TREATING METHOD}
본 발명은 예컨대 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면을 처리하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 디바이스의 제조 공정에서는 피처리 기판으로서의 반도체 웨이퍼 등(이하 웨이퍼 등이라 함)에 포토레지스트를 도포하여, 포토레지스트에 회로 패턴을 전사시켜 현상 처리하고, 그 후 웨이퍼 등으로부터 포토레지스트를 제거하는 일련의 처리가 실시되고 있다.
상기 처리 과정에서, 약액 예컨대 묽은 불산수(DHF)를 이용하여 웨이퍼 등의 표면의 산화막을 에칭에 의해 제거하면, 웨이퍼 등의 표면은 소수성으로 된다. 따라서, 그 상태 그대로 세정 처리 및 건조 처리를 하면, 워터마크가 생성되기 쉬워, 수율의 저하를 초래한다고 하는 경우가 있다. 그래서, 웨이퍼 등의 표면에 산화막을 형성함으로써 웨이퍼 등의 표면을 친수성으로 하는 친수화 처리가 이루어진다. 산화막을 형성하는 방법으로서는, 예컨대 기판을 오존수 중에 침지시키는 것이 알려져 있다. 산화막은 워터마크의 발생을 억제할 수 있을 정도로, 가능하면 얇게 형성하는 것이 바람직하다.
그러나, 종래의 기판 처리 방법에 의해서 산화막을 형성하면, 막 두께의 균일성이 악화되는 문제가 있었다. 따라서, 얇은 균일한 막 두께의 산화막을 형성할 수 없었다.
도 1은 처리 시스템의 평면도이다.
도 2는 처리 시스템의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 기판 처리 유닛의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 기판 처리 유닛의 종단면도이다.
도 5는 하면 공급로 및 하면 토출구의 설명도이다.
도 6은 언더 플레이트의 평면도이다.
도 7은 언더 플레이트 온도 조절수 공급로의 설명도이다.
도 8은 기판 처리 유닛의 모식도이다.
도 9는 에칭 처리 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 10은 린스 처리 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은 건조 처리 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
본 발명의 목적은, 기판의 표면에 산화막을 형성할 때에, 종래의 것보다도 얇은 산화막을, 균일한 막 두께로 형성할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따르면, 기판에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 장치에 있어서, 상기 처리액의 온도를 조정하는 온도 조정 수단과, 상기 기판의 이면에 근접하여 배치되는 언더 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절 기구를 갖춘 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다. 이 경우, 처리액과 기판의 온도를 원하는 값으로 유지할 수 있기 때문에, 기판에 대한 처리를 균일하게 촉진시킬 수 있다.
또, 본 발명에 따르면, 기판에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 장치에 있어서, 기판을 수평 상태로 유지하는 유지 수단과, 기판의 표면에 상기 처리액을 공급하는 수단과, 상기 처리액의 온도를 조정하는 온도 조정 수단과, 상기 기판의 이면에 근접하여 배치되는 언더 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절 기구를 갖춘 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 기판 처리 장치에 있어서는, 상기 언더 플레이트는 기판 하면에 대하여 근접한 위치 및 떨어진 위치로 상대적으로 이동하는 것이 바람직하다.
또, 상기 기판의 표면에 근접하여 배치되는 톱 플레이트를 갖추고, 상기 톱 플레이트는 기판 표면에 대하여 근접한 위치 및 떨어진 위치로 상대적으로 이동하는 것이 바람직하다. 이 경우, 기판 상부의 분위기가 주는 영향을 억제하기 때문에, 처리액과 기판 표면의 온도를 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 상기 기판의 주위로 온도를 조정한 기체를 공급하는 기체 공급 수단을 갖추더라도 좋다. 이 경우, 기판 주위의 온도를 조정할 수 있다.
상기 처리액은 오존수인 것이 바람직하다. 또한, 상기 온도 조정 수단은 처리액을 냉각하고, 상기 온도 조절 기구는 언더 플레이트를 냉각하는 것이 바람직하다. 이 경우, 예컨대 기판의 표면에 균일한 두께의 산화막을 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 표면에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 방법으로서, 기판의 이면에 근접시킨 언더 플레이트의 온도를 조절함으로써 기판의 온도를 원하는 것으로 하고, 상기 기판의 표면에 온도를 조정한 처리액을 공급하여 처리하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법이 제공된다.
또, 본 발명에 따르면, 기판의 표면에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 방법으로서, 기판을 기판 처리 장치 내로 반입하는 공정과, 기판의 이면에 온도를 조절한 언더 플레이트를 근접시켜, 기판의 온도를 원하는 것으로 하는 공정과, 원하는 온도로 한 상기 기판의 표면에 온도를 조정한 처리액을 공급하여, 산화막을 형성하는 공정과, 상기 기판으로부터 상기 언더 플레이트를 이격시키는 공정과, 상기 기판을 기판 처리 장치 내에서 반출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법이 제공된다.
또, 본 발명에 따르면, 기판의 표면에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 방법으로서, 기판을 기판 처리 장치 내로 반입하는 공정과, 기판의 산화막을 제거하는 공정과, 기판의 이면에 온도를 조절한 언더 플레이트를 근접시켜, 기판의 온도를 원하는 것으로 하는 공정과, 원하는 온도로 한 상기 기판의 표면에 온도를 조정한 처리액을 공급하여, 산화막을 형성하는 공정과, 상기 기판으로부터 상기 언더 플레이트를 이격시키는 공정과, 상기 기판을 기판 처리 장치 내에서 반출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 기판 처리 방법에 있어서는, 상기 기판의 표면에 처리액의 액막을 형성하도록 하더라도 좋다. 또, 상기 기판의 표면에 처리액을 공급할 때에, 상기 기판을 회전시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 처리액이 고이는 것을 방지하기 때문에, 기판에 대한 처리를 균일하게 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 기판 처리 방법에 있어서는, 기판의 표면에 온도를 조정한 처리액을 공급하는 처리를 할 때, 상기 기판을 회전시켜, 처리액 공급 노즐을 기판의 외주 부분으로부터 기판의 중심 부분을 향해 처리액을 공급하면서 이동시키도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 외주 부분은 회전에 의한 원주 속도가 중심 부분의 그것에 비해서 빠르기 때문에 산화막의 막 형성이 늦고, 웨이퍼(W)의 중심 부분은 처리액의 액 속도(처리액의 유동 속도)가 없어서 산화막의 막 형성이 빠르기 때문에, 처리액 공급 노즐을 기판의 외주 부분에서부터 기판의 중심 부분을 향해 처리액을 공급하면서 이동시킴으로써, 균일한 산화막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 기판의 표면을 처리할 때에, 상기 언더 플레이트와 상기 기판의 이면 사이에 온도 조정한 처리액을 공급하는 것이 바람직하다. 이 경우, 예컨대 기판의 이면을 처리할 수 있다. 또, 상기 기판의 표면을 처리할 때에, 상기 기판의 표면에 톱 플레이트를 근접시키더라도 좋다.
또, 본 발명의 기판 처리 방법에 있어서는, 상기 기판의 표면을 처리할 때에, 상기 기판 주위의 분위기를 외부와 격리하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기판의 표면을 처리할 때에, 상기 기판의 주위에 온도 조정한 기체를 공급하여, 상기 기판의 주위 분위기를 상기 온도 조정한 기체로 치환하도록 하더라도 좋다.
상기 처리액은 오존수인 것이 바람직하다. 또한, 상기 언더 플레이트를 냉각시키며, 냉각된 상기 처리액을 공급하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를, 기판의 일례로서의 웨이퍼의 표면에 대하여, 에칭 처리 및 친수화 처리 등을 하도록 구성된 기판 처리 장치로서의 기판 처리 유닛에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 유닛(12, 13, 14, 15)을 세팅한 처리 시스템(1)의 평면도이다. 도 2는 그 측면도이다. 이 처리 시스템(1)은 웨이퍼(W)에 처리 및 처리후의 열적 처리를 실시하는 처리부(2)와, 처리부(2)에 대하여 웨이퍼(W)를 반입/반출하는 반입출부(3)로 구성되어 있다.
반입출부(3)는 여러 장, 예컨대 25장의 웨이퍼(W)를 소정의 간격으로 대략 수평으로 수용할 수 있는 용기[캐리어(C)]를 얹어 놓기 위한 적재대(6)가 설치된 인·아웃 포트(4)와, 적재대(6)에 적재된 캐리어(C)와 처리부(2) 사이에 웨이퍼를 주고받는 웨이퍼 반송 장치(7)가 구비된 웨이퍼 반송부(5)로 구성되어 있다.
웨이퍼(W)는 캐리어(C)의 일측면을 통해서 반입/반출되며, 캐리어(C)의 측면에는 개폐 가능한 덮개가 설치되어 있다. 또, 웨이퍼(W)를 소정 간격으로 유지하기 위한 선반판이 내벽에 설치되어 있고, 웨이퍼(W)를 수용하는 25개의 슬롯이 형성되어 있다. 웨이퍼(W)는 표면(반도체 디바이스를 형성하는 면)이 상면[웨이퍼(W)를 수평으로 유지한 경우에 상측으로 되어 있는 면]으로 되어 있는 상태에서 각 슬롯에 1장씩 수용된다.
인·아웃 포트(4)의 적재대(6) 상에는, 예컨대 3개의 캐리어를 수평면의 Y 방향으로 나란히 소정 위치에 적재할 수 있게 되어 있다. 캐리어(C)는 덮개가 설치된 측면을 인·아웃 포트(4)와 웨이퍼 반송부(5)와의 경계벽(8) 측을 향하게 하여 적재된다. 경계벽(8)에 있어서 캐리어(C)의 적재 장소에 대응하는 위치에는 창부(9)가 형성되어 있으며, 창부(9)의 웨이퍼 반송부(5) 측에는 창부(9)를 셔터 등에 의해 개폐하는 창부 개폐 기구(10)가 설치되어 있다.
이 창부 개폐 기구(10)는 캐리어(C)에 설치된 덮개도 또한 개폐 가능하며, 창부(9)의 개폐와 동시에 캐리어(C)의 덮개도 개폐한다. 창부(9)를 개구하여 캐리어(C)의 웨이퍼 반입출구와 웨이퍼 반송부(5)를 연통시키면, 웨이퍼 반송부(5)에 배치된 웨이퍼 반송 장치(7)의 캐리어(C)로의 액세스가 가능하게 되어, 웨이퍼(W) 반송을 하는 것이 가능한 상태로 된다.
웨이퍼 반송부(5)에 배치된 웨이퍼 반송 장치(7)는 Y 방향과 Z 방향으로 이동 가능하며, 또한, X-Y 평면내(θ 방향)에서 회전 가능하게 구성되어 있다. 또, 웨이퍼 반송 장치(7)는 웨이퍼(W)를 파지하는 취출 수납 아암(11)을 지니고, 이 취출 수납 아암(11)은 X 방향으로 슬라이드 가능하게 되어 있다. 이렇게 해서, 웨이퍼 반송 장치(7)는 적재대(6)에 적재된 모든 캐리어(C)의 임의 높이의 슬롯으로 액세스하고, 또 처리부(2)에 배치된 상하 2대의 웨이퍼 교환 유닛(16, 17)에 액세스하여, 인·아웃 포트(4) 측에서 처리부(2) 측으로, 반대로 처리부(2) 측에서 인·아웃 포트(4) 측으로 웨이퍼(W)를 반송할 수 있게 되어 있다.
처리부(2)는 메인 웨이퍼 반송 장치(18)와, 웨이퍼 반송부(5)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 주고받기 위해서 웨이퍼(W)를 일시적으로 얹어 놓는 웨이퍼 교환 유닛(16, 17)과, 본 실시형태에 따른 4대의 기판 처리 유닛(12, 13, 14, 15)과, 처리후의 웨이퍼(W)를 가열 처리하는 3대의 가열 유닛 및 가열된 웨이퍼(W)를 냉각하는 냉각 유닛으로 이루어지는 가열·냉각부(19)를 구비하고 있다. 메인 웨이퍼 반송 장치(18)는 웨이퍼 교환 유닛(16, 17), 기판 처리 유닛(12, 13, 14, 15), 가열·냉각부(19)의 모든 유닛에 액세스 가능하게 배치되어 있다.
또, 처리부(2)는 처리 시스템(1) 전체를 가동시키기 위한 전원인 전장 유닛(23)과, 처리 시스템(1) 내에 배치된 각종 장치 및 처리 시스템(1) 전체의 동작을 제어하는 기계 제어 유닛(24)과, 기판 처리 유닛(12, 13, 14, 15)으로 송액(送液)하는 소정의 세정액을 저장하는 약액 저장 유닛(25)이 배치되어 있다. 전장(電裝) 유닛(23)은 도시하지 않는 메인 전원과 접속된다. 처리부(2)의 천장부에는, 각 유닛 및 메인 웨이퍼 반송 장치(18)에, 청정한 공기를 다운플로우시키기 위한 팬 필터 유닛(FFU)(26)이 배치되어 있다.
전장 유닛(23), 약액 저장 유닛(25) 및 기계 제어 유닛(24)을 처리부(2)의 외측에 설치함으로써, 또는 외부로 인출함으로써, 이 면(Y 방향)에서부터 웨이퍼 교환 유닛(16), 메인 웨이퍼 반송 장치(18), 가열·냉각부(19)의 유지 보수를 용이하게 할 수 있다.
웨이퍼 교환부(16, 17)는 모두 웨이퍼 반송부(5)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 주고받기 위해서 웨이퍼(W)를 일시적으로 얹어 놓는 것으로, 이들 웨이퍼 교환 유닛(16, 17)은 상하 2단으로 중첩되어 배치되어 있다. 예컨대, 하단의 웨이퍼 교환 유닛(17)은 인·아웃 포트(4) 측에서 처리부(2) 측으로 반송하는 웨이퍼(W)를 얹어 놓기 위해서 이용하며, 상단의 웨이퍼 교환 유닛(16)은 처리부(2) 측에서 인·아웃 포트(4) 측으로 반송하는 웨이퍼(W)를 얹어 놓기 위해서 이용할 수 있다.
팬 필터 유닛(FFU)(26)으로부터의 다운플로우의 일부는 웨이퍼 교환 유닛(16, 17)과, 그 상부의 공간을 지나 웨이퍼 반송부(5)를 향해서 유출하는 구조로 되어 있다. 이에 따라, 웨이퍼 반송부(5)에서 처리부(2)로의 파티클 등의 침입이 방지되어, 처리부(2)의 청정도가 유지되게 되어 있다.
메인 웨이퍼 반송 장치(18)는 도시하지 않은 모터의 회전 구동력에 의해서 회전 가능한 통 형상 지지체(30)와, 통 형상 지지체(30)의 내측을 따라서 Z 방향으로 승강 가능하게 설치된 웨이퍼 반송체(31)를 갖고 있다. 웨이퍼 반송체(31)는 통 형상 지지체(30)의 회전에 따라 일체적으로 회전되도록 되어 있으며, 각각 독립적으로 진퇴 이동하는 것이 가능한 다단으로 배치된 3개의 반송 아암(34, 35, 36)을 갖추고 있다.
가열·냉각부(19)에 있어서는, 웨이퍼(W)의 강제 냉각을 실시하는 냉각 유닛이 1대 배치되고, 그 위에 웨이퍼(W)의 강제 가열과 자연 냉각을 실행하는 가열 유닛이 3대 중첩되어 배치되어 있다. 한편, 웨이퍼 교환 유닛(16)의 상부 공간에 가열·냉각부(19)를 설치하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 도 1에 도시한 가열·냉각부(19)의 위치를 그 밖의 유틸리티 공간으로서 이용할 수 있다.
기판 처리 유닛(12, 13, 14, 15)은 도 2에 도시한 바와 같이, 상하 2단으로 각 단에 2대씩 배치되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판 처리 유닛(12, 13)과 기판 처리 유닛(14, 15)은 그 경계를 이루고 있는 벽면(41)에 대하여 대칭인 구조를 갖고 있지만, 대칭인 것을 제외하면, 각 기판 처리 유닛(12, 13, 14, 15)은 대강 같은 식의 구성을 갖추고 있다. 그래서, 이하에서는 기판 처리 유닛(12)을 예로 하여, 그 구조에 관해서 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 기판 처리 유닛(12)의 평면도이다. 기판 처리 유닛(12)의 유닛 챔버(45) 내에는 웨이퍼(W)의 처리중에 웨이퍼(W) 주위의 처리 분위기를 유닛 챔버(45) 내의 분위기와 격리하는 외측 챔버(46)와, 외측 챔버(46) 내에 수납된 웨이퍼(W)에 대하여 처리액 등을 공급하는 처리액 공급 노즐 격납부(47)를 구비하고 있다. 유닛 챔버(45)에는 개구(50)가 형성되고, 개구(50)를 도시하지 않은 개폐 기구에 의해서 개폐하는 유닛 챔버용 기계식 셔터(51)가 설치되어 있어, 반송 아암(34)에 의해서 기판 처리 유닛(12)에 대하여 개구(50)로부터 웨이퍼(W)가 반입/반출될 때에는, 이 유닛 챔버용 기계식 셔터(51)가 열리도록 되어 있다. 유닛 챔버용 기계식 셔터(51)는 유닛 챔버(45)의 내부에서 개구(50)를 개폐하도록 되어 있고, 유닛 챔버(45) 내부가 양압으로 된 경우라도, 유닛 챔버(45) 내부의 분위기가 외부로 새어 나가지 않는다.
외측 챔버(46)에는 개구(52)가 형성되고, 개구(52)를 도시하지 않은 실린더 구동 장치에 의해서 개폐하는 외측 챔버용 기계식 셔터(53)가 설치되어 있으며, 예컨대 반송 아암(34)에 의해서 외측 챔버(46)에 대하여 개구(52)로부터 웨이퍼(W)가 반입/반출될 때에는, 이 외측 챔버용 기계식 셔터(53)가 열리도록 되어 있다. 외측 챔버용 기계식 셔터(53)는 유닛 챔버용 기계식 셔터(51)와 공통의 개폐 기구에 의해서 개폐되도록 하더라도 좋다. 또한, 외측 챔버(46)에는 개구(55)가 형성되고, 개구(55)를 도시하지 않은 구동 장치에 의해서 개폐하는 처리액 공급 노즐 격납부용 셔터(56)가 마련되어 있다. 처리액 공급 노즐 격납부(47)를 외측 챔버(46)와 분위기 격리할 때는 이 처리액 공급 노즐 격납부용 셔터(56)를 닫는다.
외측 챔버용 기계식 셔터(53)는 외측 챔버(46)의 내부에서 개구(52)를 개폐하도록 되어 있고, 외측 챔버(46) 내부가 양압으로 된 경우라도, 외측 챔버(46) 내부의 분위기가 외부로 새어 나가지 않는다. 처리액 공급 노즐 격납부용 셔터(56)는 외측 챔버(46)의 내부에서 개구(55)를 개폐하도록 되어 있고, 외측 챔버(46) 내부가 양압으로 된 경우라도, 외측 챔버(46) 내부의 분위기가 외부로 새어 나가지 않는다. 이 경우, 외측 챔버(46) 내에서의 웨이퍼(W) 주위의 분위기를, 외측 챔버(46)의 외부와 격리하여, 외측 챔버(46) 외부의 분위기가 주는 영향을 억제한다. 따라서, 예컨대 처리액과 웨이퍼(W)의 온도를 양호하게 유지할 수 있다.
처리액 공급 노즐 격납부(47) 내에는 약액, 순수(純水) 등의 처리액이나, N2 등을 토출하여 웨이퍼(W)의 표면에 공급하는 처리액 공급 노즐(60)이 격납되어 있다. 처리액 공급 노즐(60)은 외측 챔버(46) 내에 수납되며, 후술하는 스핀 척(71)에 의해 유지된 웨이퍼(W)의 적어도 중심으로부터 주연부까지를 스캔할 수 있다. 처리액 공급 노즐(60)은 처리시 이외에는 처리액 공급 노즐 격납부(47)로 대피한다. 또한, 처리액 공급 노즐 격납부(47)에는 처리액 공급 노즐 세정 장치(61)가 구비되어, 처리액 공급 노즐(60)을 세정할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 외측 챔버(46) 내에는 웨이퍼(W)를 수납하는 내측 컵(70)과, 이 내측 컵(70) 내에서, 예컨대 웨이퍼(W) 표면을 상면으로 하여, 웨이퍼(W)를 회전 가능하게 유지하는 스핀 척(71)과, 스핀 척(71)에 의해 유지된 웨이퍼(W) 표면[웨이퍼(W) 상면]에 근접하는 톱 플레이트(72)를 갖추고 있다. 외측 챔버(46) 상부에는 웨이퍼(W) 주위로 온도 조정한 불활성 기체를 토출하는 기체 공급 노즐(105)이 구비되어 있다.
스핀 척(71)은 웨이퍼(W)를 수평 상태로 유지하는 척 본체(75)와, 이 척 본체(75)의 바닥부에 접속된 회전 통체(76)를 구비한다. 척 본체(75) 내에는 스핀 척(71)에 의해 유지된 웨이퍼(W) 이면[웨이퍼(W) 하면]에 대하여 근접한 위치와 떨어진 위치로 상대적으로 이동하는 언더 플레이트(77)가 배치되어 있다.
척 본체(75)의 상부에는 웨이퍼(W)의 이면의 주연부를 지지하기 위한 도시하지 않은 지지 핀과, 웨이퍼(W)를 주연부에서 유지하기 위한 유지 부재(80)가 각각 여러 곳에 장착되어 있다. 도시한 예에서는, 3개의 유지 부재(80)에 의해, 웨이퍼(W)를 주연부에서 유지할 수 있게 되어 있다. 회전 통체(76)의 외주면에는 벨트(81)가 휘감겨 있고, 벨트(81)를 모터(82)에 의해서 회전운동시킴으로써, 스핀 척(71) 전체가 회전하도록 되어 있다. 각 유지 부재(80)는 스핀 척(71)이 회전했을 때의 원심력을 이용하여, 도 3에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 주연부를 외측에서 유지하도록 구성되어 있다. 스핀 척(71)이 정지하고 있을 때는 웨이퍼(W)의 이면을 지지 핀으로 지지하고, 스핀 척(71)이 회전하고 있을 때는 웨이퍼(W)의 주연부를 유지 부재(80)에 의해서 유지한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 언더 플레이트(77)는 척 본체(75) 내 및 회전 통체(76) 내부를 관통 삽입하는 언더 플레이트 샤프트(85) 상에 접속되어 있다. 언더 플레이트 샤프트(85)는 수평판(86)의 상면에 고착되어 있고, 이 수평판(86)은 언더 플레이트 샤프트(85)와 일체적으로, 에어실린더 등으로 이루어지는 승강 기구(87)에 의해 수직 방향으로 승강된다. 따라서, 언더 플레이트(77)는 도 4에 도시한 바와 같이 척 본체(75) 내의 아래쪽으로 하강하여, 스핀 척(71)에 의해 지지된 웨이퍼(W) 하면에서 떨어져 대기하고 있는 상태(후퇴 위치)와, 도 9에 도시한 바와 같이 척 본체(75) 내의 위쪽으로 상승하여, 스핀 척(71)에 의해 지지된 웨이퍼(W) 하면에 대하여 근접하고 있는 상태(처리 위치)로 상하로 이동 가능하다. 또, 언더 플레이트(77)를 소정 높이로 고정하는 한편, 회전 통체(76)에 도시하지 않은 승강 기구를 접속시켜, 스핀 척(71) 전체를 수직 방향으로 승강시킴으로써, 언더 플레이트(77)를 처리 위치와 후퇴 위치로 상하로 이동 가능하게 하더라도 좋다.
도 5에 도시한 바와 같이, 언더 플레이트(77)에는 웨이퍼(W)의 하면과 언더 플레이트(77) 사이에 예컨대 N2, 냉각한 오존수, 순수 등의 처리 유체를 선택적으로 공급할 수 있는 하면 공급로(90)가, 언더 플레이트 샤프트(85) 속을 관통하여 설치된다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 언더 플레이트(77)의 중심 및 주변부 4곳에는 오존수, 순수, N2 등의 처리 유체를 토출하는 하면 토출구(91∼95)가 마련되어 있다. 주변부의 하면 토출구(91∼94)는 웨이퍼(W) 주변을 향해 경사지며, 중앙의 하면 토출구(95)는 웨이퍼(W)의 중심에 상향으로 지향하고 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 언더 플레이트(77) 내부에는 언더 플레이트(77)를 소정 온도로 온도 조절하는 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)가 마련되어 있다. 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)는 입구, 출구를 통하여 언더 플레이트(77) 내로 소정의 온도로 냉각된 온도 조절수를 순환시키고, 웨이퍼(W)의 하면에 근접하는 언더 플레이트(77)의 상면을, 예컨대 -20∼5℃ 정도로 저온화한다. 스핀 척(71)에 의해서 유지된 웨이퍼(W)를 처리할 때에는 언더 플레이트(77)를 웨이퍼(W) 이면에 대하여 상대적으로 근접시켜, 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)에 냉각된 온도 조절수를 순환시킴으로써, 언더 플레이트(77)를 저온화한다. 웨이퍼(W)와 언더 플레이트(77)는 근접하고 있기 때문에, 웨이퍼(W)는 언더 플레이트(77)에 의해서 냉각된다. 이 때, 웨이퍼(W)에 부분적인 온도차가 생기는 일은 없으며, 웨이퍼(W)는 균일하게 냉각되게 되어 있다. 따라서, 웨이퍼(W)에 대한 처리를 균일하게 촉진시키기 때문에, 처리의 불균형이 생기는 것을 억제할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼(W)의 표면에 오존수를 공급하여 웨이퍼(W)를 친수화 처리하는 경우, 균일한 두께의 산화막을 형성할 수 있다.
톱 플레이트(72)는 톱 플레이트 회전축(100)의 하단에 접속되어 있고, 수평판(101)에 설치된 회전축 모터(102)에 의해서 회전한다. 톱 플레이트 회전축(100)은 수평판(101)의 하면에 회전 가능하게 지지되고, 이 수평판(101)은 외측 챔버(46) 상부에 고착된 에어실린더 등으로 이루어지는 회전축 승강 기구(103)에 의해 수직 방향으로 승강한다. 따라서, 톱 플레이트(72)는 회전축 승강 기구(103)의 가동에 의해, 도 9에 도시한 바와 같이 스핀 척(71)에 의해 유지된 웨이퍼(W) 표면에 대하여 근접하여, 웨이퍼(W) 표면에 대하여 처리를 실시하고 있는 상태(처리 위치)와, 도 4에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W) 표면에서 떨어져 대기하고 있는 상태(후퇴 위치)로 상하로 상대적으로 이동 가능하다. 이 경우, 예컨대 웨이퍼(W)의 처리 중에, 톱 플레이트(72)를 처리 위치로 하강시켜 두면, 톱 플레이트(72)는 웨이퍼(W) 상부 분위기가 주는 영향을 억제하기 때문에, 처리액과 기판 표면의 온도를 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 톱 플레이트(72)에는 웨이퍼(W)의 상면과 톱 플레이트(72) 사이에, 예컨대 오존수 등의 처리 유체를 선택적으로 공급할 수 있는 상면 공급로(104)가 톱 플레이트 회전축(100) 속을 관통하여 설치되어 있다.
내측 컵(70)은 도 4에 도시한 바와 같이 스핀 척(71)을 내측 컵(70)의 상단보다도 상측으로 돌출시켜 웨이퍼(W)를 교환하게 하는 상태와, 도 9에 도시한 바와 같이 스핀 척(71) 및 웨이퍼(W)를 포위하는 상태로 상하로 이동 가능하다. 또한, 내측 컵(70)이 하강하면, 외측 챔버(46)에 의해서, 웨이퍼(W) 양면에 공급한 처리액이 주위로 비산되는 것을 방지하는 상태가 된다. 내측 컵(70)이 상승하면, 내측 컵(70) 상부가 외측 챔버(46)의 내벽에 근접하여, 내측 컵(70)에 의해서 웨이퍼(W) 양면에 공급한 처리액이 주위로 비산되는 것을 방지하는 상태로 된다.
도 8은 기판 처리 유닛(12)의 모식도이다. 기판 처리 유닛(12)은 외측 챔버(46) 내의 웨이퍼(W)에 산화막 제거용의 약액, 예컨대 묽은 불산수(DHF)을 공급하는 약액 공급 수단(110)과, 웨이퍼(W)에 세정용 린스액, 예컨대 순수(DIW)을 공급하는 린스액 공급 수단(111)과, 웨이퍼(W)에 친수화 처리용의 처리액, 예컨대 오존수(O3)를 공급하는 오존수 공급 수단(112)을 구비하고 있다. 또, 기판 처리 유닛(12)은 외측 챔버(46) 내의 웨이퍼(W)에 건조 처리용의 N2를 공급하는 건조 가스 공급 수단(113)을 구비하고, 외측 챔버(46) 내부와 톱 플레이트(72) 사이에, 냉각된 기체를 공급하는 기체 공급 수단(114)을 구비하고, 웨이퍼(W)의 이면에 근접 배치되는 언더 플레이트(77)의 온도를 조절하는 언더 플레이트 온도 조절 수단(115)을 구비하고 있다.
처리액 공급 노즐(60), 상면 공급로(104) 및 하면 공급로(90)는 메인 공급관(120)을 매개로 순수 공급원(121)에 접속되어 있다. 또한, 메인 공급관(120)에는 밸브(122)가 개재 설치되어 있다. 이들 메인 공급관(120), 순수 공급원(121), 밸브(122), 처리액 공급 노즐(60), 상면 공급로(104) 및 하면 공급로(90)에 의해서, 린스액 공급 수단(111)이 형성되어 있다.
밸브(122)의 하류에는 전환 개폐 밸브(125)가 개재 설치되어 있고, 이 전환 개폐 밸브(125)에 접속하는 약액 공급관(126)을 통해, 약액 예컨대 불산수(HF)를 저장하는 약액 탱크(127)가 접속되어 있다. 약액 공급관(126)에는 펌프(128)가 개재 설치되어 있다. 이들 약액 공급관(126), 약액 탱크(127), 펌프(128), 전환 개폐 밸브(125), 메인 공급관(120), 처리액 공급 노즐(60), 상면 공급로(104) 및 하면 공급로(90)에 의해서, 약액 공급 수단(110)이 형성되어 있다. 이 경우, 메인 공급관(120) 속을 흐르는 순수와, 약액 탱크(127)로부터 공급되는 HF가 혼합되어, 소정 농도의 약액(DHF)이 웨이퍼(W)에 공급되게 되어 있다.
또, 메인 공급관(120)에 있어서의 밸브(122)와 전환 개폐 밸브(125) 사이에는 오존수 공급관(130)을 매개로 오존수 생성기(131)가 접속되어 있다. 오존수 공급관(130)에는 밸브(132)가 개재 설치되어 있다. 또한, 메인 공급관(120)에는 웨이퍼(W)에 공급하는 소정 농도의 오존수의 온도를 조정하는 온도 조정 장치(133)가 개재 설치되어 있다. 이들 오존수 공급관(130), 오존수 생성기(131), 밸브(132), 온도 조정 장치(133), 메인 공급관(120), 처리액 공급 노즐(60), 상면 공급로(104) 및 하면 공급로(90)에 의해서, 오존수 공급 수단(112)이 형성되어 있다. 이 경우, 메인 공급관(120) 속을 흐르는 순수와, 오존수 생성기(131)에 의해서 생성된 오존(O3)수가 혼합되어, 소정 농도의 오존수가 생성된다. 그리고, 웨이퍼(W)에 공급하는 소정 농도의 오존수를 온도 조정 장치(133)에 의해서 냉각한다. 이렇게 해서, 웨이퍼(W) 표면에 근접한 톱 플레이트(72)의 상면 공급로(104)로부터 웨이퍼(W)의 표면에 온도를 조정한 오존수를 공급하여, 친수화 처리가 이루어진다. 또한, 웨이퍼(W) 이면에 근접한 언더 플레이트(77)의 하면 공급로(90)로부터 언더 플레이트(77)와 웨이퍼(W)의 이면 사이로 온도를 조정한 오존수를 공급하여, 웨이퍼(W)의 이면을 친수화 처리하더라도 좋다.
또, 처리액 공급 노즐(60)과 하면 공급로(90)는 N2 공급로(140)를 통해 N2 공급원(141)에 접속되어 있다. N2 공급로(140)에는 밸브(142)가 개재 설치되어 있다. 이들 N2 공급로(140), N2 공급원(141), 밸브(142), 처리액 공급 노즐(60)과 하면 공급로(90)에 의해서, 건조 가스 공급 수단(113)이 형성되어 있다.
또한, 기체 공급 노즐(105)은 기체 공급로(150)를 통해 기체 공급원(151)에 접속되어 있다. 기체 공급로(150)에는 밸브(152)와, 기체 공급로(150)를 흐르는 기체를 온도 조정하는 온도 조정 장치(153)가 개재 설치되어 있다. 이들 기체 공급로(150), 기체 공급원(151), 밸브(152), 온도 조정 장치(153), 기체 공급 노즐(105)에 의해서, 기체 공급 수단(114)이 형성되어 있다. 예컨대, 웨이퍼(W)의 약액 처리(에칭 처리) 중에는 톱 플레이트(72)를 처리 위치로 하강시켜, 외측 챔버(46) 내부와 톱 플레이트(72) 사이에 불활성 기체를 공급함으로써, 다운플로우를 형성하여 약액 분위기를 외측 챔버(46) 내부로부터 배출할 수 있다. 또, 예컨대 웨이퍼(W)의 친수화 처리 중에, 온도 조정 장치(153)에 의해서 소정 온도로 냉각한 불활성 기체를 웨이퍼(W)의 주위로 공급하여, 웨이퍼(W) 주위의 분위기를 냉각한 불활성의 기체로 치환한다. 한편, 웨이퍼(W) 주위의 분위기는 후술하는 외측 챔버 배출 라인(160)에 의해서 배출될 수 있다. 이 경우, 웨이퍼(W)와 웨이퍼(W)에 공급된 오존수의 온도를 보다 효과적으로 유지할 수 있다.
언더 플레이트(77)의 내부에 배치된 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)에는 펌프(155), 온도 제어 장치(156), 밸브(157)가 개재 설치되어 있다. 이들 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96), 펌프(155), 온도 제어 장치(156)에 의해서, 언더 플레이트 온도 조절 수단(115)이 형성되어 있다. 이 경우, 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)를 흐르는 온도 조절수는 펌프(155)에 의해서 순환하고, 온도 제어 장치(156)에 의해서 온도가 제어되어, 소정의 온도로 냉각된다. 이렇게 해서, 언더 플레이트(77) 내의 온도 조절수는 언더 플레이트(77)의 상면을 균일하게 저온화할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼(W)의 양면에 오존수를 공급하여 웨이퍼(W)를 친수화 처리하는 경우, 언더 플레이트(77)를 웨이퍼(W) 이면에 근접한 처리 위치로 상승시켜, 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)에 냉수를 공급하여, 언더 플레이트(77)의 상면 전체를 균일하게 저온화한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 온도를 균일하게 조절할 수 있다. 한편, 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)는 소정의 온도로 승온된 온도 조절수를 순환시켜도 좋다.
여기서, 처리 위치는 바람직하게는 웨이퍼의 이면에서부터 웨이퍼의 온도를 가장 동시에 또 균일하게 조정할 수 있는 위치이다. 이러한 위치가, 균일한 산화막을 형성하는 데 가장 효과적이기 때문이다.
외측 챔버(46)의 하부에는 외측 챔버 배출 라인(160)이 마련되어 있다. 내측 컵(70)의 하부에는 내측 컵 배출 라인(161)이 마련되어 있다. 내측 컵(70)이 상승하면, 내측 컵(70)이 내측 컵 배출 라인(161)에 접속되고, 내측 컵(70)이 하강하면, 외측 챔버(46)가 외측 챔버 배출 라인(160)과 접속되는 구성으로 되어 있다. 따라서, 내측 컵(70)이 상승하면 내측 컵(70) 내의 액적(液滴)이 내측 컵 배출 라인(161)에 의해서 배액(排液)되고, 또 내측 컵(70) 속 및 외측 챔버(46) 상부의 분위기가 내측 컵 배출 라인(161)에 의해서 배기된다. 그리고, 내측 컵(70)이 하강하여, 외측 챔버(46) 내로 액적이 배액되면, 액적은 외측 챔버 배출 라인(160)에 의해서 배액되고, 또 외측 챔버(46) 내의 분위기가 외측 챔버 배출 라인(160)에 의해서 배기되도록 되어 있다.
한편, 처리 시스템(1)에 구비된 다른 기판 처리 유닛(13, 14, 15)도, 기판 처리 유닛(12)과 같은 구성을 지니며, 처리액에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 대하여, 에칭 처리 및 친수화 처리 등을 할 수 있다.
한편, 이 처리 시스템(1)에 있어서, 우선 도시하지 않은 반송 로보트에 의해 아직 세정되어 있지 않은 웨이퍼(W)를, 예컨대 25장씩 수납한 캐리어(C)가 인·아웃 포트(4)에 적재된다. 그리고, 이 인·아웃 포트(4)에 적재된 캐리어(C)에서 취출 수납 아암(11)에 의해서 1장씩 웨이퍼(W)가 취출되어, 취출 수납 아암(3)으로부터 메인 웨이퍼 반송 장치(18)로 웨이퍼(W)가 교환된다. 그리고, 예컨대 반송 아암(34)에 의해서 웨이퍼(W)는 각 기판 처리 유닛(12, 13, 14, 15)에 적절하게 반입되어, 표면에 에칭 처리 및 친수화 처리가 실시된다. 이렇게 해서 소정의 처리가 종료된 웨이퍼(W)는 다시 메인 웨이퍼 반송 장치(18)에 의해서 각 기판 처리 유닛(12)으로부터 적절하게 반출되어, 취출 수납 아암(11)에 주고받게 되어, 다시 캐리어(C)에 수납된다.
여기서, 대표적으로 기판 처리 유닛(12)에서의 처리에 관해서 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 우선 기판 처리 유닛(12)의 유닛 챔버용 기계식 셔터(51)가 열리고, 또 외측 챔버(46)의 외측 챔버용 기계식 셔터(53)가 열린다. 그리고, 웨이퍼(W)를 유지한 반송 아암(34)을 장치 내로 진입시킨다. 내측 컵(70)은 하강하고 척 본체(75)를 위쪽으로 상대적으로 돌출시킨다. 도 4에 도시한 바와 같이, 언더 플레이트(77)는 미리 하강하여 척 본체(75) 내의 후퇴 위치에 위치하고 있다. 톱 플레이트(72)는 미리 상승하여 후퇴 위치에 위치하고 있다.
메인 웨이퍼 반송 장치(18)는 반송 아암(34)을 수평 이동시켜 스핀 척(71)에 웨이퍼(W)를 건네고, 스핀 척(71)은 도시하지 않은 지지 핀에 의해서, 반도체 디바이스가 형성되는 웨이퍼(W) 표면을 상면으로 하여 웨이퍼(W)를 지지한다. 웨이퍼(W)를 스핀 척(71)에 주고 받은 후, 반송 아암(34)은 외측 챔버(46) 및 유닛 챔버용 기계식 셔터(51)의 내부로부터 후퇴하고, 후퇴후, 기판 세정 유닛(12)의 유닛 챔버용 기계식 셔터(51)와 외측 챔버(46)의 외측 챔버용 기계식 셔터(53)가 닫힌다.
계속해서 내측 컵(70)이 상승하여, 척 본체(75)와 웨이퍼(W)를 둘러싼 상태로 된다. 언더 플레이트(77)는 척 본체(75) 내의 처리 위치로 상승한다. 처리 위치로 이동한 언더 플레이트(77)와, 스핀 척(71)에 의해 유지된 웨이퍼(W) 이면 사이에 간극이 형성된다.
맨 처음에, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 에칭 처리를 실시하여 산화막을 제거하는 공정이 이루어진다. 처리액 공급 노즐 격납부용 셔터(56)가 열려, 처리액 공급 노즐(60)이 웨이퍼(W)의 위쪽으로 회동한다. 스핀 척(71)이 회전하여, 유지 부재(80)가 원심력을 이용하여 웨이퍼(W)의 주연부를 외측에서 유지하여, 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 그리고, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 약액 공급 수단(110)으로부터 약액(DHF)을 공급한다. 우선, 펌프(128)를 작동시키는 동시에, 메인 공급관(120)의 밸브(122)를 열고, 전환 개폐 밸브(125)를 약액 탱크(127) 측으로 전환한다. 전환 개폐 밸브(125)에 있어서 약액(HF)과 순수를 혼합하여, 메인 공급관(120)으로부터 처리액 공급 노즐(60)로 약액(DHF)을 공급한다. 처리액 공급 노즐(60)은 회전하고 있는 웨이퍼(W)의 적어도 중심으로부터 주연부까지를 스캔하고, 웨이퍼(W) 표면에 약액을 점착하여 약액의 액막을 균일하게 형성한다.
웨이퍼(W)의 표면에 약액의 액막이 형성되면, 처리액 공급 노즐(60)은 처리액 공급 노즐 격납부(47) 내로 이동하여, 처리액 공급 노즐 격납부용 셔터(56)가 닫힌다. 톱 플레이트(72)는 웨이퍼(W) 표면에 형성된 약액의 액막에 접촉하지 않는 위치이며, 이 웨이퍼(W) 상면에 대하여 근접한 위치까지 이동한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W) 표면에 대하여 근접한 위치까지 하강한 톱 플레이트(72)와 스핀 척(71)에 의해 지지된 웨이퍼(W) 표면에 형성된 약액의 액막 사이에는 간극이 형성된다. 웨이퍼(W) 표면의 액막의 형상이 무너질 것 같이 된 경우 등에는 톱 플레이트(72)의 상면 공급로(104)로부터 새로운 액을 공급하여 약액의 액막 형상을 적절하게 수복한다. 또한, 웨이퍼(W)의 상측을 톱 플레이트(72)에 의해서 덮음으로써, 약액의 액막으로부터 약액이 증발하는 것을 방지하게 되어 있다. 또한, 톱 플레이트(72)와 약액의 액막을 접촉시키더라도 좋다. 이 경우, 톱 플레이트(72)와 웨이퍼(W) 상면 사이에 약액의 액막을 확실하게 형성할 수 있다.
약액 처리중에는 외측 챔버(46) 상부에 구비된 기체 공급 노즐(105)로부터, 톱 플레이트(72)의 상부에 기체를 공급하여, 다운플로우를 형성한다. 톱 플레이트(72) 상면과 외측 챔버(46) 사이의 공간은 N2에 의해서 채워지기 때문에, 약액의 액막으로부터 증발하여 톱 플레이트(72)의 주위로 상승하는 약액 분위기가, 톱 플레이트(72) 상부의 공간에 감돌지 않는다. 따라서, 약액 처리후, 외측 챔버(46) 내의 상부에 약액이 잔류하는 것을 막을 수 있다. ·
웨이퍼(W) 표면의 약액 처리가 종료되면, 톱 플레이트(72)는 회전하면서 상승한다. 즉, 회전시킴으로써 톱 플레이트(72)에 부착된 약액을 떨어뜨린다. 액적은 내측 컵 배출 라인(161)으로 배액된다. 톱 플레이트(72)가 후퇴 위치로 이동한 후, 스핀 척(71)이 예컨대 2000 rpm로 5초간 회전한다. 즉, 웨이퍼(W)에 점착된 약액이 흔들려 떨어져, 내측 컵(70)으로 배액된다. 약액의 액적은 내측 컵 배출 라인(161)에 의해서 내측 컵(70)으로부터 배액된다.
그 후, 내측 컵(70)이 하강하여, 처리액 공급 노즐 격납부용 셔터(56)가 열려, 다시 처리액 공급 노즐(60)이 웨이퍼(W)의 위쪽으로 회동한다. 계속해서 웨이퍼(W)에 린스액(DIW)을 공급하여 세정하는 공정이 이루어진다. 펌프(128)를 정지하는 동시에, 메인 공급관(120)의 밸브(122)를 순수 공급원(121) 측으로만 전환하여, 메인 공급관(120)으로부터 처리액 공급 노즐(60) 및 하면 공급로(90)에 DIW를 흘려, 웨이퍼(W)에 대하여 DIW를 공급한다. 처리액 공급 노즐(60)은 웨이퍼(W)의 반경을 스캔하면서, 회전하고 있는 웨이퍼(W)의 상면에 DIW를 공급한다. 회전하고 있는 웨이퍼(W)에 DIW를 공급함으로써, 공급한 DIW를 웨이퍼(W) 상면 전체에 균일하게 확산시킨다. 한편, 하면 공급로(90)는 언더 플레이트(77)와 웨이퍼(W) 하면의 사이에 DIW를 공급한다. 간극을 통해서 DIW를 공급함으로써, 공급한 DIW를 웨이퍼(W) 하면 전체에 균일하게 확산시킨다. 또한 언더 플레이트(77) 자체도 세정할 수 있다. 이렇게 해서, 웨이퍼(W) 양면을 린스 처리하여, 웨이퍼(W)에서 약액을 씻어 버린다. DIW는 외측 챔버 내에 배액되어, 외측 챔버 배출 라인(160)에 의해서 외측 챔버 내로부터 배액된다. DIW 공급 종료후, 처리액 공급 노즐(60)은 처리액 공급 노즐 격납부(47) 내로 이동하여, 처리액 공급 노즐 격납부용 셔터(56)가 닫힌다. 한편, 이상과 같은 순수(DIW)를 사용한 린스 처리는 생략하더라도 좋다.
린스 처리후, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 친수화 처리를 실시하여 산화막을 형성하는 공정이 이루어진다. 톱 플레이트(72)는 도 11에 도시한 바와 같이, 척 본체(75) 내의 처리 위치로 하강한다. 처리 위치로 이동한 톱 플레이트(72)와 스핀 척(71)에 의해 유지된 웨이퍼(W) 상면[웨이퍼(W) 표면] 사이에 간극이 형성된다. 언더 플레이트(77)는 척 본체(75) 내의 처리 위치로 상승한다. 처리 위치로 이동한 언더 플레이트(77)와 스핀 척(71)에 의해 유지된 웨이퍼(W) 하면[웨이퍼(W) 이면] 사이에 간극이 형성된다.
온도 제어 장치(156)를 작동시켜, 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)에 의해서 언더 플레이트(77)가 소정의 온도로 냉각된다. 스핀 척(71)이 회전하고, 유지 부재(80)가 원심력을 이용하여 웨이퍼(W)의 주연부를 외측에서 유지하여, 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 밸브(132)를 열어, 오존수 생성기(131)에 의해서 생성된 오존수(O3)를 오존수 공급관(130)으로부터 메인 공급관(120)으로 흘린다. 그리하여 오존수와 순수가 혼합된다. 전환 개폐 밸브(125)는 소정 농도로 된 오존수를 통과시키고, 그 후 온도 조정 장치(133)에 의해서 오존수를 냉각한다. 이렇게 해서 소정 농도와 소정 온도로 조정한 오존수를 메인 공급관(120)에서 상면 공급로(104)로 흘려, 오존수를 웨이퍼(W) 표면에 공급한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 오존수는 웨이퍼(W)의 중심부 근방에 계속적으로 공급되어, 웨이퍼(W)의 회전에 의한 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 외주 방향으로 흐른다. 웨이퍼(W)의 외주 방향으로 흐른 오존수는 도 11에 도시한 바와 같이 외측 챔버(46) 속으로 배액되어, 외측 챔버 배출 라인(160)에 의해서 외측 챔버(46) 내에서 배액된다.
친수화 처리중에는 언더 플레이트(77)를 웨이퍼(W)의 이면에 근접시켜, 웨이퍼(W) 이면을 덮기 때문에, 웨이퍼(W) 전체의 온도를 원하는 온도로 유지할 수 있다. 또한, 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)에 의해서 언더 플레이트(77)를 냉각하기 때문에, 웨이퍼(W)에 부분적으로 온도차가 생기는 일이 없으며, 웨이퍼(W) 전체가 균일하게 냉각된다. 톱 플레이트(72)를 웨이퍼(W)의 표면에 근접시켜, 웨이퍼(W) 표면을 덮음으로써, 웨이퍼(W) 표면의 온도와, 톱 플레이트(72)와 웨이퍼(W) 표면 사이에 흐르는 오존수의 온도를 유지할 수 있다. 또, 웨이퍼(W) 주위의 처리 분위기는 외측 챔버(46)에 의해서 외측 챔버(46) 외부와 격리됨으로써, 유닛 챔버(45) 내의 분위기가 주는 영향을 억제하기 때문에, 웨이퍼(W), 오존수, 처리 분위기의 온도를 효과적으로 유지할 수 있다. 또한, 친수화 처리중에는 온도 조정 장치(153)에 의해서 소정 온도로 냉각된 불활성의 기체를 웨이퍼(W) 주위로 공급하여, 웨이퍼(W) 주위의 분위기를 냉각된 불활성 기체로 치환한다. 이 경우, 웨이퍼(W)와 웨이퍼(W)에 공급된 오존수를 보다 효과적으로 저온으로 유지할 수 있다. 이렇게 해서 웨이퍼(W), 오존수, 처리 분위기를 저온화함으로써, 웨이퍼(W) 표면에 얇은 산화막을 균일한 막 두께로 형성할 수 있다. 또, 웨이퍼(W)에 오존수를 계속적으로 공급하고, 또한 웨이퍼(W)를 회전시켜, 오존수가 고이는 것을 방지하기 때문에, 웨이퍼(W)에 대한 처리를 균일하게 촉진시킬 수 있다.
웨이퍼(W) 표면의 친수화 처리가 종료된 후, 톱 플레이트(72)를 회전시키면서 상승시킨다. 즉, 회전시킴으로써 톱 플레이트(72)에 부착된 오존수를 흔들어 떨어뜨린다. 액적은 외측 챔버(46) 내에 배액되어, 외측 챔버 배출 라인(160)에 의해서 외측 챔버(46)로부터 배액된다. 톱 플레이트(72)가 후퇴 위치로 이동한 후, 스핀 척(71)을 회전시켜, 웨이퍼(W)에 부착된 오존수를 흔들어 떨어뜨린다. 액적은 외측 챔버(46) 내에 배액되어, 외측 챔버 배출 라인(160)에 의해서 외측 챔버(46)로부터 배액된다.
그 후, 웨이퍼(W)에 N2를 공급하여 건조시키는 공정이 이루어진다. 처리액 공급 노즐 격납부용 셔터(56)가 열려, 다시 처리액 공급 노즐(60)이 웨이퍼(W)의 상측으로 회동한다. 건조 가스 공급 수단(113)의 밸브(142)를 열어, N2 공급로(140)로부터 처리액 공급 노즐(60) 및 하면 공급로(90)에 N2를 흘려, 웨이퍼(W)에 대하여 N2를 공급한다. 처리액 공급 노즐(60)은 웨이퍼(W)의 반경을 스캔하면서, 회전하고 있는 웨이퍼(W)의 상면에 N2를 공급한다. 한편, 하면 공급로(90)는 언더 플레이트(77)와 웨이퍼(W) 하면 사이에 N2를 공급한다. 이렇게 해서, 웨이퍼(W) 양면을 건조 처리하는 동시에, 언더 플레이트(77)의 상면도 건조할 수 있다. 이 때, 웨이퍼(W) 표면은 친수화되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)에 워터마크가 생길 우려가 없다.
상기한 바와 같은 식으로 건조 처리를 한 후, 처리액 공급 노즐(60)이 처리액 공급 노즐 격납부(47) 내로 이동하고, 처리액 공급 노즐 격납부용 셔터(56)가 닫혀, 언더 플레이트(77)가 후퇴 위치로 하강한다. 그 후, 기판 세정 유닛(12) 내로부터 웨이퍼(W)를 반출한다. 유닛 챔버용 메카니칼 셔터(51)와 외측 챔버용 기계식 셔터(53)가 열려, 웨이퍼 반송 장치(18)가 반송 아암(34)을 장치 내로 진입시켜 웨이퍼(W) 하면을 지지한다. 계속해서, 반송 아암(34)이 스핀 척(71)의 지지 핀으로부터 웨이퍼(W)를 분리하여 받아, 장치 내에서 후퇴한다. 이 경우, 언더 플레이트(77)는 후퇴 위치로 하강되어 있기 때문에, 반입할 때와 마찬가지로 언더 플레이트(77)와 스핀 척(71)에 의해 지지되는 웨이퍼(W)의 위치 사이에는 충분한 간극이 형성되게 되어, 반송 아암(34)은 여유를 가지고 스핀 척(71)으로부터 웨이퍼(W)를 받아낼 수 있다.
이러한 기판 처리 유닛(12)에 따르면, 언더 플레이트(77)의 상면 전체를 균일하게 저온화하기 때문에, 웨이퍼(W)의 온도를 균일하게 조절할 수 있다. 외측 챔버(46) 외부의 분위기가 주는 영향을 억제하고, 웨이퍼(W) 상부의 분위기가 주는 영향을 억제하여, 웨이퍼(W) 주위의 분위기를 냉각된 불활성의 기체로 치환하기 때문에, 처리액과 기판 표면의 저온을 양호하게 유지할 수 있다. 따라서, 산화막의 균일성을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 적합한 실시형태의 일례를 나타냈지만, 본 발명은 여기서 설명한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대, 웨이퍼(W)의 친수화 처리에 있어서는, 상면 공급로(104)로부터 오존수를 공급할 뿐만 아니라, 예컨대 하면 공급로(90)로부터도 오존수를 공급하여, 웨이퍼(W) 양면을 처리하더라도 좋다. 하면 공급로(90)로부터만 오존수를 공급하여, 웨이퍼(W) 이면만을 처리하더라도 좋다. 또한, 상면 공급로(104)로부터 오존수를 공급하고, 하면 공급로(90)로부터 온도 조정된 순수를 공급하더라도 좋다. 이 경우, 언더 플레이트(77)와 웨이퍼(W)의 이면 사이의 좁은 간극에 순수를 개재시키기 때문에, 효과적으로 웨이퍼(W)를 냉각할 수 있다.
웨이퍼(W) 표면에 대한 오존수의 공급은 톱 플레이트(72) 상면 공급로(104)가 아니라, 처리액 공급 노즐(60)을 이용하여 행하더라도 좋다. 예컨대, 처리액 공급 노즐(60)을 웨이퍼(W) 중심의 상측까지 회동시키고, 스핀 척(71)에 의해서 웨이퍼(W)를 회전시켜, 처리액 공급 노즐(60)로부터 회전하고 있는 웨이퍼(W)에 대하여 오존수를 공급한다. 오존수는 웨이퍼(W) 중심부 근방으로 공급되어, 웨이퍼(W)의 회전에 의한 원심력으로 웨이퍼(W)의 외주 방향으로 흐른다. 이 경우도, 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)에 의해서 웨이퍼(W)에 근접한 언더 플레이트(77)를 소정 온도로 냉각하기 때문에, 오존수의 액막과 웨이퍼(W)가 균일하게 냉각된다.
처리액 공급 노즐(60)은 오존수를 공급하면서 웨이퍼(W) 위에서 이동될 수도 있다. 예를 들면, 웨이퍼(W)의 중심 부분으로부터 그 외주 부분을 향해, 혹은 웨이퍼(W)의 외주 부분으로부터 그 중심 부분을 향해 오존수를 공급하게 하면서 처리액 공급 노즐(60)을 이동킬 수 있다.
이 경우에, 산화막의 막 형성 시간은 짧기 때문에, 처리액 공급 노즐(60)에 의해서 웨이퍼(W)의 표면 전체에 오존수의 막이 형성될 때까지의 시간을 상기 산화막의 막 형성 시간보다 충분히 짧아지도록, 처리액 공급 노즐(60)의 이동 속도를 빠르게 하는 것이 바람직하다.
또 일반적으로, 웨이퍼(W)의 외주 부분은 회전에 의한 원주 속도가 중심 부분의 속도에 비해서 빠르기 때문에, 산화막의 막 형성이 느리다. 이에 대하여, 웨이퍼(W)의 중심 부분은 처리액의 액 속도(처리액의 유동 속도)가 없기 때문에, 산화막의 막 형성이 빠르다.
그래서, 처리액 공급 노즐(60)을 웨이퍼(W)의 외주 부분으로부터 그 중심 부분을 향해 오존수를 공급하게 하면서 이동시킴으로써, 균일한 산화막이 형성되도록 할 수 있다.
또, 처리액 공급 노즐(60)을 웨이퍼(W)의 중심 부분에서부터 그 외주 부분을 향해 오존수를 공급하게 하면서 이동시키는 경우에, 웨이퍼(W)의 중심 부분에 있어서의 처리액 공급 노즐(60)의 이동 속도를 상대적으로 빨리 하고, 웨이퍼(W)의 외주 부분에 있어서의 처리액 공급 노즐(60)의 이동 속도를 상대적으로 느리게 하도록 처리액 공급 노즐(60)의 이동 속도를 제어함으로써, 균일한 산화막이 형성되도록 할 수 있다.
오존수의 온도가 변화되는 경우에는 산화막의 막 형성 시간이 변화된다.
그래서, 오존수의 온도, 혹은 언더 플레이트(77) 혹은 그 온도 조절수의 온도, 혹은 웨이퍼(W) 자체 혹은 그 주변부의 온도를 감시하여, 온도에 따라서 처리액 공급 노즐(60)의 이동 속도를 제어함으로써, 균일한 산화막이 형성되도록 할 수 있다.
또, 오존수를 계속적으로 공급하여 웨이퍼(W) 중심부 근방에서 외주 방향으로 흘리는 것이 아니고, 오존수의 액막을 형성하더라도 좋다. 이 경우, 오존수의 소비량을 절약할 수 있다. 예컨대, 처리액 공급 노즐(60)에 의해서, 웨이퍼(W) 표면에 냉각된 오존수를 점착하여 오존수의 액막을 균일하게 형성한다. 한편, 웨이퍼(W)를 비교적 저속의 회전 속도로 회전시켜면서, 하면 공급로(90)로부터 냉각된 오존수를 조용히 물들여 가게 하여, 언더 플레이트(77)와 웨이퍼(W) 이면의 사이로 오존수를 확대시킴으로써, 웨이퍼(W) 이면에 오존수의 액막을 형성한다. 웨이퍼(W)의 양면에 오존수의 액막을 형성한 후, 톱 플레이트(72)를 처리 위치로 하강시킨다. 소정 시간 경과후, 웨이퍼(W) 표면에 원하는 막 두께를 갖는 산화막이 형성된다. 이 경우도, 언더 플레이트 온도 조절수 공급로(96)에 의해서 웨이퍼(W)에 근접한 언더 플레이트(77)를 소정 온도로 냉각하기 때문에, 오존수의 액막과 웨이퍼(W)가 균일하게 냉각된다.
기판에 대하여 친수화 처리를 실시하는 처리액은 오존수에 한하지 않고, 기판 표면을 산화시킬 수 있는 처리액이면 된다. 또한, 본 발명은 친수화 처리에 한정되지 않고, 그 밖의 여러 가지 처리액 등을 이용하여 친수화 처리 이외의 다른 처리를 기판에 대하여 실시하는 것이더라도 좋다. 또한, 기판은 반도체 웨이퍼에 한하지 않고, 그 밖의 산화막을 형성할 필요가 있는 기판이라도 좋다.
본 발명에 따르면, 기판의 온도를 균일하게 조절할 수 있다. 기판 처리중에, 처리액과 기판의 온도를 양호하게 유지할 수 있다. 산화막의 균일성을 향상시킬 수 있다.

Claims (19)

  1. 기판에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 장치에 있어서,
    상기 처리액의 온도를 조정하는 온도 조정 수단과,
    상기 기판의 이면에 근접하여 배치되는 언더 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절 기구와,
    상기 언더 플레이트와 상기 기판의 이면 사이에, 기판에 액처리(液處理)를 행하는 온도 조정된 처리액을 공급하는 처리액 공급 기구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 기판에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 장치에 있어서,
    기판을 수평 상태로 유지하는 유지 수단과,
    기판의 표면에 상기 처리액을 공급하는 수단과,
    상기 처리액의 온도를 조정하는 온도 조정 수단과,
    상기 기판의 이면에 근접하여 배치되는 언더 플레이트의 온도를 조절하는 온도 조절 기구와,
    상기 언더 플레이트와 상기 기판의 이면 사이에, 기판에 액처리(液處理)를 행하는 온도 조정된 처리액을 공급하는 처리액 공급 기구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 언더 플레이트는 기판 하면에 대하여 근접한 위치 및 떨어진 위치로 상대적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판의 표면에 근접하여 배치되는 톱 플레이트를 포함하고,
    상기 톱 플레이트는 기판의 표면에 대하여 근접한 위치 및 떨어진 위치로 상대적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판의 주위로 온도 조정된 기체를 공급하는 기체 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리액이 친수화 처리를 행하는 오존수인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 온도 조정 수단은 처리액을 냉각하며, 상기 온도 조절 기구는 언더 플레이트를 냉각하고,
    상기 언더 플레이트와 상기 기판의 이면 사이에 공급되는 처리액은 냉각되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 기판의 표면에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 방법으로서,
    기판의 이면에 근접시킨 언더 플레이트의 온도를 조절함으로써 기판의 온도를 원하는 것으로 하고,
    상기 기판의 표면에 온도를 조정한 처리액을 공급하며,
    상기 기판의 표면을 처리할 때에, 상기 언더 플레이트와 상기 기판의 이면 사이에, 기판에 액처리(液處理)를 행하는 온도 조정된 처리액을 공급하여 처리하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  9. 기판의 표면에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 방법으로서,
    기판을 기판 처리 장치 내로 반입하는 공정과,
    기판의 이면에 온도를 조절한 언더 플레이트를 근접시키고,
    상기 언더 플레이트와 상기 기판의 이면 사이에, 기판에 액처리(液處理)를 행하는 온도 조정된 처리액을 공급하여, 기판의 온도를 원하는 것으로 하는 공정과,
    원하는 온도로 한 상기 기판의 표면에 온도를 조정한 처리액을 공급하여, 산화막을 형성하는 공정과,
    상기 기판으로부터 상기 언더 플레이트를 이격시키는 공정과,
    상기 기판을 기판 처리 장치 내에서 반출하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  10. 기판의 표면에 처리액을 공급하여 처리하는 기판 처리 방법으로서,
    기판을 기판 처리 장치 내에 반입하는 공정과,
    기판의 산화막을 제거하는 공정과,
    기판의 이면에 온도를 조절한 언더 플레이트를 근접시키고,
    상기 언더 플레이트와 상기 기판의 이면 사이에, 기판에 액처리(液處理)를 행하는 온도 조정된 처리액을 공급하여, 기판의 온도를 원하는 것으로 하는 공정과,
    원하는 온도로 한 상기 기판의 표면에 온도를 조정한 처리액을 공급하여, 산화막을 형성하는 공정과,
    상기 기판으로부터 상기 언더 플레이트를 이격시키는 공정과,
    상기 기판을 기판 처리 장치 내에서 반출하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 표면에 처리액의 액막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  12. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 표면에 처리액을 공급하는 처리를 할 때, 상기 기판을 회전시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  13. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 표면에 온도를 조정한 처리액을 공급하는 처리를 할 때,
    상기 기판을 회전시키고, 처리액 공급 노즐을 기판의 외주 부분으로부터 기판의 중심 부분을 향해 처리액을 공급하게 하면서 이동시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  14. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 처리할 때, 상기 언더 플레이트와 상기 기판의 이면 사이에 온도 조정된 처리액을 공급하여, 액막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  15. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 처리할 때, 상기 기판의 표면에 톱 플레이트를 근접시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  16. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 처리할 때, 상기 기판 주위의 분위기를 외부와 격리하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  17. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 처리할 때, 상기 기판 주위로 온도 조정된 기체를 공급하여, 상기 기판 주위의 분위기를 상기 온도 조정된 기체로 치환하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  18. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리액이 친수화 처리를 행하는 오존수인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  19. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 언더 플레이트를 냉각시키며, 냉각된 상기 처리액을 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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