KR101254845B1 - 액처리 방법, 액처리 장치 및 기억매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 약액을 이용하여 하드마스크를 제거할 때에, 약액을 회수하여 재이용할 수 있는 액처리 방법을 제공한다.
웨이퍼에 형성된 피에칭막을, 소정 패턴으로 형성된 하드마스크층을 에칭 마스크로서 이용하여 에칭한 후, 하드마스크층 및 에칭시에 부착된 폴리머를 약액으로 제거하는 액처리 방법은, 웨이퍼를 회전시키면서 웨이퍼에 약액을 공급하여 하드마스크층을 제거하고, 처리 후의 약액을 폐기하는 제1 공정과, 제1 공정에 의한 하드마스크층의 잔존량이, 처리 후의 약액을 회수하여 재이용하는 것이 가능해지는 양이 되었을 때에, 폐기하던 처리 후의 약액을 회수하여 이 액처리에 제공하도록 전환하는 제2 공정과, 제2 공정 후, 웨이퍼를 회전시키면서, 약액을 회수하여 재이용하고, 약액에 의해 하드마스크층의 잔부 및 폴리머, 또는 폴리머를 제거하는 제3 공정을 포함한다.

Description

액처리 방법, 액처리 장치 및 기억매체{LIQUID PROCESSING METHOD, LIQUID PROCESSING APPARATUS AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 예컨대 유기계 저유전율막(Low-k막)의 에칭에 이용되는 하드마스크층을 제거하기 위한 액처리를 행하는 액처리 방법, 액처리 장치 및 기억매체에 관한 것이다.
최근, 반도체디바이스의 고속화, 배선 패턴의 미세화, 고집적화의 요구에 대응하여, 배선간의 용량의 저하 및 배선의 도전성 향상 및 일렉트로마이그레이션 내성의 향상이 요구되고 있고, 이에 대응한 기술로서, 배선 재료에 알루미늄(Al)이나 텅스텐(W)보다 도전성이 높고 일렉트로마이그레이션 내성이 우수한 구리(Cu)를 이용하며, 층간 절연막으로서 저유전율막(Low-k막)을 이용한 Cu 다층 배선 기술이 주목받고 있다.
이러한 Cu 다층 배선 기술에서는, Low-k막에 매립 배선홈이나 구멍을 형성하여 그 안에 Cu를 매립하는 듀얼다마신법이 채용된다. Low-k막으로서는 유기계의 것이 다용되고 있고, 이러한 유기계의 Low-k막을 에칭하는 경우에는, 동일한 유기막인 포토레지스트와의 선택비를 충분히 취할 수 없기 때문에, Ti막이나 TiN막과 같은 무기계의 하드마스크(HM)가 에칭용의 마스크로서 사용된다. 이 경우에는, 포토레지스트를 마스크로 하여 HM을 소정 패턴으로 에칭하고, 패턴 형성된 HM을 마스크로 하여 Low-k막이 에칭된다.
에칭 후, 잔존한 HM은 제거해야 한다. 이 HM의 제거는, 매엽식(枚葉式) 세정 장치에 의해 HM 제거 전용의 약액을 이용하여 행할 수 있다. 통상, 이러한 세정 처리는 피처리 기판인 반도체 웨이퍼를 회전시키면서, 그 중심에 약액을 연속적으로 공급하고, 원심력에 의해 약액을 반도체 웨이퍼의 전체면으로 퍼트리면서 행해진다(예컨대 특허문헌 1).
그런데, 이러한 HM 제거용의 약액은 고가이기 때문에, 반도체 웨이퍼에 토출되어 세정 처리에 제공된 약액을 탱크에 복귀시켜 재이용하는 것이 시도되고 있다. 그러나, 세정 처리 후의 약액에는 HM이나 디바이스의 성분이 혼입되어 있고, 이들이 축적되면 약액 성분이 분해되어 버리기 때문에, 약액을 재이용하는 것은 실질적으로 어렵다. 따라서, 현재의 상황에서는 HM 제거용의 약액을 재이용하지 않고 버려야 해, 많은 비용이 들어 버린다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-146594호 공보
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 약액을 이용하여 하드마스크를 제거할 때에, 약액을 회수하여 재이용할 수 있는 액처리 방법 및 이와 같은 액처리 방법을 실시하기 위한 액처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 이와 같은 액처리 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기억된 기억매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 양태에서는, 기판에 형성된 피에칭막을, 소정 패턴으로 형성된 하드마스크층을 에칭 마스크로서 이용하여 에칭한 후, 상기 하드마스크층 및 에칭시에 부착된 폴리머를 약액으로 제거하는 액처리 방법으로서, 기판을 회전시키면서 기판에 약액을 공급하여 하드마스크층을 제거하고, 처리 후의 약액을 폐기하는 제1 공정과, 상기 제1 공정에 의한 하드마스크층의 잔존량이, 처리 후의 약액을 회수하여 재이용하는 것이 가능해지는 양이 되었을 때에, 폐기하던 처리 후의 약액을 회수하여 이 액처리에 제공하도록 전환하는 제2 공정과, 제2 공정 후, 기판을 회전시키면서, 약액을 회수하여 재이용하고, 약액에 의해 하드마스크층의 잔부 및 폴리머, 또는 폴리머를 제거하는 제3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법을 제공한다.
상기 제1 양태에 있어서, 상기 제1 공정은, 기판을 회전시키면서 기판에 약액을 간헐적으로 공급하며, 약액의 공급을 정지하고 나서 다음 약액 공급까지 사이 에, 기판 표면이 약액으로 젖은 상태를 유지하도록 하여 행해지며, 상기 제3 공정은, 기판을 회전시키면서 기판에 약액을 연속적으로 공급하도록 하여 행해질 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 공정은, 최초의 약액의 공급에 의해 기판에 액막을 형성하고, 그 후에 약액 정지 및 약액 공급을 교대로 반복하도록 할 수 있다. 또한, 상기 제1 공정은, 약액의 공급을 정지하고 나서 다음 약액 공급까지 사이의 약액 정지 기간을 10∼30초로 하고, 약액의 공급을 정지한 후에 약액을 공급하는 약액 공급 기간을 1∼5초로 할 수 있으며, 또한 기판의 회전수를 50 rpm∼300 rpm의 범위로 하여 행할 수 있다.
상기 제1 양태에 있어서, 상기 제1 공정 및 상기 제3 공정은, 기판을 회전시키면서 기판에 약액을 연속적으로 공급함으로써 행하고, 상기 제1 공정시의 약액 공급량이 상기 제3 공정시의 약액 공급량보다 적게 되도록 하여 행할 수 있다.
상기 제1 양태에 있어서, 제2 공정에서의 약액 회수로의 전환 타이밍은, 하드마스크층의 제거 비율이 60%∼100% 범위의 소정 비율이 되는 데 요하는 시간을 미리 구해 두고, 그 시간 경과 이후로 할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에서는, 기판에 형성된 피에칭막을, 소정 패턴으로 형성된 하드마스크층을 에칭 마스크로서 이용하여 에칭한 후, 상기 하드마스크층 및 에칭시에 부착된 폴리머를 약액으로 제거하는 액처리 장치로서, 기판을 회전 가능하게 유지하는 유지 기구와, 상기 유지 기구를 회전시키는 회전 기구와, 상기 유지 기구에 유지된 기판의 표면에 약액을 공급하는 약액 공급 기구와, 상기 유지 기구에 유지된 기판의 주연부를 둘러싸고, 기판으로부터 털어내어진 처리 후의 약액을 받아들이는 배액 컵과, 상기 배액 컵에 받아들인 처리 후의 약액을 배액하는 배액 배관과, 상기 배액 컵으로부터 배액된 처리 후의 약액을 회수하여 재이용에 제공하는 회수 기구와, 상기 처리 후의 약액을 상기 배액 배관을 통해 폐기하는 폐기측 및 상기 회수 기구에 의해 회수하는 회수측 사이에서 전환하는 전환 기구와, 상기 회전 기구, 상기 약액 공급 기구, 상기 전환 기구를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 처음에, 상기 전환 기구를 폐기측으로 하여 상기 회전 기구로 기판을 회전시키면서, 상기 약액 공급 기구로 기판 표면에 약액을 공급시켜, 하드마스크층을 제거하며 처리 후의 약액을 폐기하고, 처리의 진행에 따라서 하드마스크층의 잔존량이, 처리 후의 약액을 회수하여 재이용하는 것이 가능해지는 양이 되었을 때에, 상기 전환 기구를 회수측으로 전환시키며, 그 상태에서, 상기 회전 기구로 기판을 회전시키면서, 약액을 회수하여 재이용하고, 상기 약액 공급 기구로 기판에 약액을 공급시켜, 하드마스크층의 잔부 및 폴리머, 또는 폴리머를 제거하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액처리 장치를 제공한다.
상기 제2 양태에 있어서, 상기 제어부는, 하드마스크층을 제거하고 처리 후의 약액을 폐기하는 최초의 처리시에, 상기 회전 기구로 기판을 회전시키면서, 상기 약액 공급 기구로 기판 표면에 약액을 간헐적으로 공급시키고, 또한 약액의 공급을 정지하고 나서 다음 약액 공급까지 사이에, 기판 표면이 약액으로 젖은 상태를 유지하도록 하며, 상기 전환 기구를 회수측으로 전환한 후, 하드마스크층의 잔부 및 폴리머, 또는 폴리머를 제거하고 처리 후의 약액을 회수하는 처리시에, 상기 회전 기구에 의해 기판을 회전시키면서, 약액을 연속적으로 공급하게 제어하도록 구성할 수 있다. 이 경우에, 상기 제어부는, 하드마스크층을 제거하고 처리 후의 약액을 폐기하는 최초의 처리시에, 최초의 약액의 공급에 의해 기판에 액막을 형성시키고, 그 후에 약액 정지 및 약액 공급을 교대로 반복시키도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 하드마스크층을 제거하고 처리 후의 약액을 폐기하는 최초의 처리시, 및 상기 전환 기구를 회수측으로 전환한 후, 하드마스크층의 잔부 및 폴리머, 또는 폴리머를 제거하고 처리 후의 약액을 회수하는 처리시 모두, 상기 회전 기구에 의해 기판을 회전시키면서, 약액을 연속적으로 공급하도록 제어하고, 또한 상기 최초의 처리시의 약액 공급량이 상기 전환 기구를 회수측으로 전환한 후의 약액 공급량보다 적게 제어하도록 구성할 수도 있다.
상기 제2 양태에 있어서, 상기 제어부는, 하드마스크층의 제거 비율이 60%∼100% 범위의 소정 비율이 되는 데 요하는 시간을 미리 설정하고, 그 시간 경과 이후에 상기 전환 기구를 회수측으로 전환시킬 수 있다.
본 발명의 제3 양태에서는, 컴퓨터 상에서 동작하고, 액처리 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억매체로서, 상기 프로그램은, 실행시에, 상기 제1 양태의 액처리 방법이 행해지도록 컴퓨터로 처리 장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 기억매체를 제공한다.
본 발명에 의하면, 기판을 회전시키면서 기판에 약액을 공급하여 하드마스크층을 제거할 때에, 처음에는 처리 후의 약액을 폐기하고, 처리가 진행되어 하드마 스크층의 잔존량이, 처리 후의 약액을 회수하여 재이용하는 것이 가능해지는 양이 되었을 때에, 폐기하던 처리 후의 약액을 회수하여 재이용하도록 전환하며, 약액에 의해 하드마스크층의 잔부 및 폴리머, 또는 폴리머를 제거하도록 했기 때문에, 종래 폐기했던 처리 후의 약액을 재이용할 수 있다.
또한, 약액을 폐기하는 최초의 공정을, 기판을 회전시키면서 기판에 약액을 간헐적으로 공급하고, 약액의 공급을 정지하고 나서 다음 약액 공급까지 사이에, 기판 표면이 약액으로 젖은 상태를 유지하도록 하여 행하거나, 또는 이 처리시의 약액 공급량을 폴리머 제거시의 약액 공급량보다 적게 하여 행함으로써, 최초의 공정에서의 약액 사용량을 최대한 줄여 폐기하는 약액의 양을 최대한 저감할 수 있기 때문에, 약액의 회수 비율을 높일 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액처리 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 이 액처리 장치(1)는, 피처리 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라고 함) 표면의 하드마스크(HM)를 약액에 의해 제거하는 처리를 행하는 것이다.
이 액처리 장치(1)는, 챔버(도시 생략)와, 챔버의 베이스가 되는 베이스 플레이트(2)와, 챔버 내에 설치된 스핀 척(3)을 갖고 있다. 스핀 척(3)은, 회전 플레이트(11)와, 회전 플레이트(11)의 중앙부에 접속된 회전축(12)을 갖고 있고, 회 전 플레이트(11)의 둘레 가장자리에는, 웨이퍼(W)를 유지하는 유지핀(13) 3개가 등간격으로 부착되어 있다. 유지핀(13)은, 웨이퍼(W)가 회전 플레이트(11)로부터 약간 뜬 상태로 수평하게 웨이퍼(W)를 유지하도록 되어 있고, 웨이퍼(W)를 유지하는 유지 위치와 후방으로 회동하여 유지를 해제하는 해제 위치 사이에서 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 회전 플레이트(11)의 둘레 가장자리에는, 반송 아암(도시 생략)과 스핀 척(3) 사이에서의 웨이퍼(W)의 전달시에 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 지지핀(도시 생략) 3개가 등간격으로 설치되어 있다. 회전축(12)은 베이스 플레이트(2)를 관통하여 아래쪽으로 연장되어 있고, 모터(4)에 의해 회전 가능하게 되어 있다. 그리고, 모터(4)에 의해 회전축(12)을 통해 회전 플레이트(11)를 회전시킴으로써, 회전 플레이트(11)에 유지된 웨이퍼(W)가 회전된다.
스핀 척(3)의 위쪽에는, 스핀 척(3)에 유지된 웨이퍼(W) 표면에 처리액으로서, HM 및 폴리머 제거를 위한 약액이나 린스액인 순수를 토출하는 처리액 토출 노즐(5)이 설치되어 있다. 처리액 토출 노즐(5)은 노즐 아암(15)의 선단에 부착되어 있다. 노즐 아암(15)의 내부에는, 처리액 유로(16)가 형성되어 있고, 처리액 토출 노즐(5)의 노즐 구멍(5a)은 처리액 유로(16)에 접속되어 있다. 노즐 아암(15)은 구동 기구(18)에 의해 선회 가능하게 되어 있고, 구동 기구(18)에 의해 노즐 아암(15)을 선회시킴으로써 처리액 토출 노즐(5)을 웨이퍼(W) 중심 바로 위의 토출 위치와 웨이퍼(W) 바깥쪽의 대기 위치 사이에서 이동 가능하게 되어 있다.
노즐 아암(15)의 처리액 유로(16)의 타단에는 처리액 공급 배관(21)이 접속되어 있다. 처리액 공급 배관(21)에는 개폐 밸브(22, 23)가 설치되어 있다. 처리 액 공급 배관(21)의 개폐 밸브(22) 배치 부분에는 배관(24)이 접속되어 있고, 배관(24)의 타단에는 HM 및 폴리머를 제거하기 위한 약액을 저류하는 약액 탱크(25)가 접속되어 있다. 처리액 공급 배관(21)의 개폐 밸브(23) 배치 부분에는 배관(26)이 접속되어 있고, 배관(26)의 타단에는 순수(DIW)를 공급하는 DIW 공급원(27)이 접속되어 있다. 그리고, 개폐 밸브(22, 23)를 조작함으로써, 약액 탱크(25) 및 DIW 공급원(27)으로부터, 배관(24, 26), 처리액 공급 배관(21), 처리액 유로(16)를 통하여 처리액 토출 노즐(5)에 약액 및 순수를 공급 가능하게 되어 있다.
회전 플레이트(11)의 외측에는, 웨이퍼(W)로부터 비산한 처리액의 배액을 받아들이는 배액 컵(6)이, 회전 플레이트(11)에 유지된 웨이퍼(W)의 주연부를 둘러싸도록 설치되어 있다. 배액 컵(6)의 바닥부에는 배액구(6a)가 형성되어 있고, 배액구(6a)에는 아래쪽으로 연장되는 배액 배관(31)이 접속되어 있다. 또한, 배액 배관(31)의 도중에서는 약액을 회수하기 위한 회수 배관(32)이 분기되어 있다. 그리고, 회수 배관(32)은 상기 약액 탱크(25)에 접속되어 있고, 회수 배관(32)을 경유하여 약액 탱크(25)에 약액이 회수되도록 되어 있다.
배액 배관(31)의 회수 배관(32)이 분기되는 부분에는 개폐 밸브(34)가 설치되어 있고, 또한 회수 배관(32)의 분기 부분 근방에는 개폐 밸브(35)가 설치되어 있다. 그리고, 개폐 밸브(34)를 개방하고, 개폐 밸브(35)를 폐쇄한 상태로 함으로써, 배액은 배액 배관(31)을 경유하여 배액 처리 설비에 보내지고, 그 후에 폐기된다. 또한, 개폐 밸브(34)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(35)를 개방한 상태로 함으로써, 배액이 회수 배관(32)을 경유하여 약액 탱크(25)에 보내진다. 즉, 개폐 밸브(34, 35)는, 회수측과 폐기측을 전환하는 전환 기구로서 기능한다.
액처리 장치(1)는 제어부(40)를 구비하고 있다. 이 제어부(40)는, 도 2의 블록도에 도시하는 바와 같이, 컨트롤러(41)와, 사용자 인터페이스(42)와, 기억부(43)를 갖고 있다. 컨트롤러(41)는, 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지고, 액처리 장치(1)의 각 구성부, 예컨대 개폐 밸브(22, 23, 34, 35), 모터(4), 구동 기구(18) 등을 제어한다. 사용자 인터페이스(42)는 컨트롤러(41)에 접속되며, 작업자가 액처리 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드 등의 입력을 조작하는 키보드나, 액처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어진다. 기억부(43)도 컨트롤러(41)에 접속되며, 그 안에 액처리 장치(1)의 각 구성부의 제어 대상을 제어하기 위한 제어 프로그램이나, 액처리 장치(1)에 소정의 처리를 행하게 하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장되어 있다. 처리 레시피는 기억부(43) 내의 기억매체에 기억되어 있다. 기억매체는, 하드디스크와 같은 고정적인 것이어도 좋고, CDROM, DVD, 플래시메모리 등의 이동형의 것이어도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해 레시피를 적절하게 전송시키도록 하여도 좋다. 그리고, 컨트롤러(41)는, 필요에 따라서, 사용자 인터페이스(42)로부터의 지시 등에 의해 임의의 처리 레시피를 기억부(43)로부터 호출하여 실행시킴으로써, 컨트롤러(41)의 제어하에서, 소정의 처리가 행해진다.
다음에, 이러한 액처리 장치(1)에 의해 웨이퍼(W) 상의 하드마스크(HM) 제거 처리를 행하는 처리 동작에 대해서 설명한다.
여기서는, 도 3의 (a)에 도시하는, 유기계의 Low-k막(101)의 에칭시에, Low-k막(101) 상에 하드마스크(HM)층(102)을 형성하고, 그 위에 포토레지스트막(103)을 형성하여 포토리소그래피 공정에 의해 소정의 패턴으로 패터닝된 상태로부터, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 패터닝된 포토레지스트막(103)을 마스크로 하여 HM층(102)을 에칭해 레지스트 패턴을 HM층(102)에 전사하고, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, HM층(102)을 마스크로 하여 Low-k막(101)을 에칭해, 예컨대 홀(105)을 형성한다. 이 경우 홀(105)의 내벽에는 폴리머(104)가 부착되어 있다.
본 실시형태에서는, 도 3의 (c)의 상태로부터 HM층(102)과 폴리머(104)를 약액 처리에 의해 제거한다. HM층(102)으로서는, 통상 이용되는 Ti막 및 TiN막을 적합하게 이용할 수 있다. HM층(102) 및 폴리머(104)를 제거하기 위한 약액으로서는, 이 종류의 약액으로서 일반적으로 이용되고 있는 것을 이용할 수 있고, 예컨대 과산화수소수를 베이스로 하여 소정의 유기 성분을 더 가한 것을 들 수 있다.
HM층(102)과 폴리머(104)의 제거는, 우선 도 3의 (c)의 상태의 홀(105)이 형성된 Low-k막(101), HM층(102)을 갖는 웨이퍼(W)를 액처리 장치에 반입하고, 스핀 척(3)에 장착한 상태로, 도 4의 흐름도에 도시하는 이하의 절차로 행해진다.
이 상태로 처음에, 제1 단계의 액처리를 행한다(제1 공정). 이 제1 공정에서는, 처리액 공급 노즐(5)을 웨이퍼(W)의 중심 바로 위에 위치시키고, 스핀 척(3)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 처리액 공급 노즐(5)로부터 웨이퍼(W) 표면에 HM 및 폴리머를 제거하기 위한 약액을 토출하며, HM층(102)의 제거 처리를 행한다. 이 때에 약액 탱크(25) 내의 약액은 도시하지 않는 히터에 의해 50℃∼80℃ 정도의 온도로 유지되어 있고, 웨이퍼(W) 상의 약액은 30℃ 이상으로 유지되어 있어야 한다. 이 제1 공정을 행하고 있을 때에는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 개폐 밸브(34)를 개방하고, 개폐 밸브(35)를 폐쇄하며, 웨이퍼(W)로부터 털어내어져 배액 컵(6)에 받아들인 약액을 폐기하도록 한다. 즉, 최초부터 약액을 회수하면, 약액 탱크(25)에 회수되는 HM의 양이 매우 많은 것으로 되어 버리고, 이러한 약액은 재이용에 적합하지 않다. 이 때문에, 제1 공정에서는 처리 후의 약액을 폐기한다.
그러나, HM층(102)이 제거 처리되어 감에 따라서, HM층(102)의 잔존량이 감소해 가고, 소정 시간 경과 후에는, 그 잔존량은, 약액에 의해 모두 제거되어 약액과 함께 회수되어 약액중에 잔존하여도, 재이용에 지장이 없는 양이 된다. 따라서, HM층(102)의 잔존량이 그와 같은 양이 된 시점 이후의 적절한 타이밍에, 도 6에 도시하는 바와 같이, 개폐 밸브(34)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(35)를 개방하여, 배액 컵(6)에 받아들인 약액을 회수 배관(32)을 통해 약액 탱크(25)에 회수 가능한 상태로 전환하며(제2 공정), 회수한 약액을 재이용하면서 제2 단계의 액처리인 HM층(102)의 잔부와 폴리머(104)의 제거를 행한다(제3 공정). 즉, 제3 공정의 제2 단계의 액처리시에는, 처리 후의 약액은 회수 배관(32)을 경유하여 약액 탱크(25)에 회수되어 약액은 순환 사용된다.
제2 공정에서의 약액 회수로의 전환 타이밍은, HM층(102)의 잔존량이, 그것을 모두 약액에 의해 에칭 제거하여도 그것을 포함하는 약액이 순환 사용 가능해지는 양이 될 때까지의 시간을 미리 파악해 두고, 그 시간 경과 이후로 할 수 있다. HM층(102)의 제거 비율이 60% 이상, 예컨대 80% 제거된 단계이면 잔존하는 HM 층(102)이 약액과 함께 회수되어도 순환 사용하는 데 지장이 없는 것이 파악되어 있기 때문에, HM층(102)의 두께와 에칭 속도로부터, HM층(102)이 60%∼100% 범위의 소정 비율, 예컨대 80% 제거되는 데 요하는 시간을 미리 구해 두고, 그 시간 경과 이후에 약액 회수로 전환하도록 할 수 있다. 또한, HM층(102)의 에칭에서는 부위에 의해 그 에칭 속도에 다소의 편차가 있고, 100% 제거되는 시간의 처리를 하여도 다소 잔존하고 있다.
이러한 전환 제어는, 상기와 같이 하여 결정된 전환 타이밍을 제어부(40)에 설정해 두고, 그 타이밍에 달한 시점에 컨트롤러(41)로부터 개폐 밸브(34, 35)에 지령을 내림으로써 행해진다.
제1 공정은, 통상 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, HM층(102)이 다소 잔존하고 있는 상태까지 행해지지만, 이 때 폴리머(104)는 잘 제거되지 않기 때문에, 제1 공정 종료 시점에서는 거의 잔존하고 있다. 단, 제1 공정에서 HM층(102)을 전부 제거하여도 좋다. 그리고, 제3 공정에서는, HM막(102)의 잔부와 폴리머(104), 또는 HM층(102)이 전부 제거되어 있을 때는 폴리머(104)만이 제거되어, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 에칭된 유기계의 Low-k막(101)뿐인 상태가 된다.
약액의 회수 비율을 높이는 관점에서는, 약액을 폐기하는 제1 공정에서, 약액의 사용량을 최대한 적게 하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 제1 공정에서는, 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 약액의 간헐 공급을 행하는 것이 바람직하다. 예컨대 도 8에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 저속으로 회전시킨 채, 먼저 도면 중 T1로 도시하는 1∼10 sec 정도, 예컨대 5 sec간 약액을 공급하여 액막을 형성한 후, 도면 중 T2로 도시하는 10∼30 sec, 바람직하게는 10∼15 sec의 약액의 정지 기간과, 도면 중 T3으로 도시하는 1∼5 sec, 바람직하게는 1초 정도의 약액의 공급 기간을 교대로 반복한다. 이 때, 웨이퍼(W) 표면이 항상 약액으로 젖은 상태가 되도록, 약액의 공급과 정지의 타이밍을 설정해야 한다. 웨이퍼(W)의 표면이 약액에 젖어 있으면 약액과 HM 성분과의 반응이 진행되지만, 건조되어 버리면 파티클이 발생하고 다음에 웨이퍼(W) 표면에 액막을 형성하는 시간이 필요하게 된다고 하는 문제점이 생긴다. 또한, 약액의 공급을 정지하고 있는 시간이 길면 웨이퍼(W) 상의 약액의 온도가 저하되어 반응 속도가 저하되어 버리기 때문에, 이 점도 고려하여 약액의 공급을 정지하는 시간을 결정하는 것이 바람직하다. 이 때의 약액의 공급 및 정지는, 컨트롤러(41)로부터의 지령에 의해 개폐 밸브(22)를 개폐함으로써 행할 수 있다. 또한, 이 때의 웨이퍼(W)의 회전수는, 50∼300 rpm의 범위가 바람직하다. 300 rpm을 초과하면, 약액이 단시간에 비산되어 약액의 사용량을 저감하는 효과가 줄어들고, 반대로 50 rpm 미만에서는, 웨이퍼(W) 상에 식은 약액이 다량으로 잔존하며, 약액을 간헐 토출하여도 웨이퍼(W)의 온도가 오르지 않고, HM 제거 반응이 지연되어 버린다.
이와 같이, 약액을 간헐적으로 토출함으로써, 약액 사용량을 현저히 저하시킬수 있고, 예컨대 연속 토출에 의해 약액을 공급하는 경우의 1/10 이하로 저감할 수 있기 때문에, 회수하는 약액의 비율을 매우 높일 수 있다. 또한, 이러한 간헐 처리를 행하여도 약액의 토출 간격 등을 적절히 조정함으로써, 연속 토출의 경우에 비해, 약액 온도가 그다지 저하되지 않고, 처리 속도도 손색이 없는 것으로 할 수 있다.
제3 공정에서는, 전술한 바와 같이 주로 폴리머(104)를 제거하지만, 약액을 회수하여 재이용에 제공하기 때문에, 약액의 사용량 저감의 필요성은 낮다. 또한, 폴리머는 매우 강고히 부착되어 있고, HM을 제거할 때보다 높은 온도가 필요하게 되며, 상기와 같은 약액을 간헐 토출하는 방법으로는, 반응에 필요한 약액 온도를 충분히 확보할 수 없다. 이 때문에, 제3 공정에서는, 약액을 연속 토출하면서 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 때의 웨이퍼(W)의 회전수는 200∼500 rpm의 범위가 바람직하다.
이상의 설명으로부터, 도 9에 도시하는 바와 같이, 간헐적으로 약액을 공급하면서 제1 공정을 행하고, 그 후 제2 공정에 있어서 폐기측으로부터 회수측으로의 전환을 행하며, 연속적으로 약액을 공급하면서 제3 공정을 행하는 것이, 회수되는 약액의 비율을 상승시키는 관점에서 바람직하다.
또한, 제1 공정에 사용하는 약액의 양을 감소시켜 회수되는 약액의 비율을 상승시키는 다른 방법으로서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 제1 공정 및 제3 공정 모두 웨이퍼(W)를 회전시키면서 연속적으로 약액을 공급하여 행하고, 제1 공정시의 약액 공급량을 제3 공정시의 약액 공급량보다 적게 하여 행하는 것을 들 수 있다. 즉, 폴리머(104)를 제거하는 제3 공정에서는, 약액의 온도가 상대적으로 높을 필요가 있고, 비교적 약액량이 많을 필요가 있지만, 제1 공정에서는 제3 공정보다 약액 온도가 낮아도 좋으며, 이 때문에 제3 공정시보다 약액 공급량을 적게 할 수 있다.
이상과 같이 하여 HM층(102) 및 폴리머(104)를 제거하여 웨이퍼(W)의 Low-k막(101)이 도 7의 (b)의 상태가 된 후, 웨이퍼(W)를 100∼1000 rpm 정도의 회전수로 회전시키면서, 개폐 밸브(22)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(23)를 개방하여, 순수 공급원(27)으로부터 린스액으로서의 순수를 처리액 공급 노즐(5)로부터 웨이퍼(W)에 토출하여 웨이퍼(W)의 린스 처리를 행한다. 이 때에, 개폐 밸브(35)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(34)를 개방하여, 웨이퍼(W)로부터 털어내어진 린스액을 폐기한다.
이러한 린스 처리를 행한 후, 필요에 따라서 도시하지 않는 건조 매체 공급 기구에 의해, IPA(이소프로필 알코올)와 같은 건조 매체를 웨이퍼(W)에 공급하여 건조를 촉진시키는 처리를 개재시키고, 마지막에 웨이퍼(W)를 고속 회전시켜 털어내는 건조를 행한다.
이상에 의해, 1장의 웨이퍼의 처리가 종료된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 웨이퍼(W)를 회전시키면서 웨이퍼(W)에 약액을 공급하여 하드마스크층(102)을 제거하는 제1 공정에서는 처리 후의 약액은 폐기하고, 제2 공정에서는, 잔존하는 HM층의 양이 적어져 재이용이 가능하게 되었을 때에, 폐기하던 처리 후의 약액을 회수하여 순환 사용하도록 전환하며, 제3 공정에서는, 그 상태로 약액을 회수하여 순환 사용하면서 하드마스크층(102)의 잔부 및 폴리머(104), 또는 폴리머(104)를 제거하도록 했기 때문에, 종래 폐기했던 처리 후의 약액을 재이용할 수 있다.
또한, 약액을 폐기하는 제1 공정을, 웨이퍼(W)를 회전시키면서 웨이퍼(W)에 약액을 간헐적으로 공급하고, 약액의 공급을 정지하고 나서 다음 약액 공급까지 사 이에, 웨이퍼(W) 표면이 약액으로 젖은 상태를 유지하도록 하여 행함으로써, 제1 공정에서의 약액 사용량을 줄여 폐기하는 약액의 양을 최대한 저감할 수 있기 때문에, 약액의 회수 비율을 매우 높일 수 있다. 또한, 제1 공정에서의 약액 공급량을 제3 공정에서의 약액 공급량보다 적게 함으로써, 제1 공정에서의 약액 사용량을 줄여 폐기하는 약액의 양을 최대한 저감할 수 있기 때문에, 역시 약액의 회수 비율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지 변형이 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 유기계의 Low-k막의 에칭시에 이용한 하드마스크 및 폴리머의 제거를 예로 들어 설명했지만, 하지(下地)의 에칭 대상막은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시형태에서는 피처리 기판으로서 반도체 웨이퍼를 이용한 경우 에 대해서 나타냈지만, 액정 표시 장치(LCD)용의 유리 기판으로 대표되는 플랫 패널 디스플레이(FPD)용의 기판 등, 다른 기판에 적용 가능한 것은 물론이다.
도 1은 일 실시형태에 따른 액처리 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 액처리 장치에 설치된 제어부의 구성을 도시하는 블록도.
도 3은 하드마스크를 이용하여 유기계의 Low-k막을 에칭하는 공정을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 4는 도 3의 (c)에 도시하는 상태로부터 하드마스크층과 폴리머를 제거하는 단계를 도시하는 흐름도.
도 5는 제1 공정을 행하고 있을 때의 액처리 장치의 상태를 설명하기 위한 도면.
도 6은 제2 공정에 있어서 폐기측으로부터 회수측으로 전환한 상태를 설명하기 위한 도면.
도 7은 제1 공정 및 제3 공정을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 8은 제1 공정의 약액 토출의 바람직한 예를 도시하는 타이밍 차트.
도 9는 하드마스크층과 폴리머를 제거하는 바람직한 방법에서의 약액 공급 타이밍 및 공급량을 도시하는 도면.
도 10은 하드마스크층과 폴리머를 제거하는 다른 바람직한 방법에서의 약액 공급량을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 액처리 장치
2: 베이스 플레이트
3: 스핀척
4: 모터
5: 처리액 토출 노즐
6: 배액 컵
11: 회전 플레이트
12: 회전축
13: 유지핀
15: 노즐 아암
18: 구동 기구
21: 처리액 공급 배관
22, 23, 34, 35: 개폐 밸브
24, 26: 배관
25: 약액 탱크
27: 순수 공급원
31: 배액 배관
32: 회수 배관
38: 농도 센서
40: 제어부
41: 컨트롤러
42: 사용자 인터페이스
43: 기억부
101: 유기계 Low-k막
102: 하드마스크층
104: 폴리머
W: 웨이퍼

Claims (13)

  1. 기판 상에 형성된 피에칭막을, 예정된 패턴으로 형성된 하드마스크층을 에칭 마스크로서 이용하여 에칭한 후, 상기 하드마스크층 및 에칭시에 부착된 폴리머를 약액으로 제거하는 액처리 방법으로서,
    기판을 회전시키면서 기판에 약액을 공급하여 하드마스크층을 제거하고, 처리 후의 약액을 폐기하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정에 의한 기판 상의 하드마스크층의 잔존량이, 처리 후의 약액을 회수하여 재이용하는 것이 가능해지는 양이 되었을 때에, 폐기하던 처리 후의 약액을 회수하여 상기 액처리에 제공하도록 전환하는 제2 공정과,
    제2 공정 후, 기판을 회전시키면서, 약액을 회수하여 재이용하고, 약액에 의해 기판 상의 하드마스크층의 잔부 및 폴리머, 또는 폴리머를 제거하는 제3 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 공정은, 기판을 회전시키면서 기판에 약액을 간헐적으로 공급하고, 약액의 공급을 정지하고 나서 다음 약액 공급까지 사이에, 기판 표면이 약액으로 젖은 상태를 유지하도록 하여 행해지며, 상기 제3 공정은, 기판을 회전시키면서 기판에 약액을 연속적으로 공급하도록 하여 행해지는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 공정은, 최초의 약액의 공급에 의해 기판에 액막을 형성하고, 그 후, 약액 정지 및 약액 공급을 교대로 반복하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 공정은, 약액의 공급을 정지하고 나서 다음 약액 공급까지 사이의 약액 정지 기간이 10∼30초이고, 약액의 공급을 정지한 후에 약액을 공급하는 약액 공급 기간이 1∼5초인 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 공정은, 기판의 회전수를 50 rpm∼300 rpm의 범위로 하여 행해지는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 공정 및 상기 제3 공정은, 모두 기판을 회전시키면서 기판에 약액을 연속적으로 공급하는 것에 의해 행해지고, 상기 제1 공정시의 약액 공급량을 상기 제3 공정시의 약액 공급량보다 적게 하여 행해지는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 공정에서의 약액 회수로의 전환 타이밍은, 하드마스크층의 제거 비율이 60%∼100% 범위의 예정된 비율이 되는 데 요하는 시간을 미리 구해두고, 그 시간 경과 이후로 하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
  8. 기판 상에 형성된 피에칭막을, 예정된 패턴으로 형성된 하드마스크층을 에칭 마스크로서 이용하여 에칭한 후, 상기 하드마스크층 및 에칭시에 부착된 폴리머를 약액으로 제거하는 액처리 장치로서,
    기판을 회전 가능하게 유지하는 유지 기구와,
    상기 유지 기구를 회전시키는 회전 기구와,
    상기 유지 기구에 유지된 기판의 표면에 약액을 공급하는 약액 공급 기구와,
    상기 유지 기구에 유지된 기판의 주연부를 둘러싸고, 기판으로부터 털어내어진 처리 후의 약액을 받아들이는 배액 컵과,
    상기 배액 컵에 받아들인 처리 후의 약액을 배액하는 배액 배관과,
    상기 배액 컵으로부터 배액된 처리 후의 약액을 회수하여 재이용에 제공하는 회수 기구와,
    상기 처리 후의 약액을 상기 배액 배관을 통해 폐기하는 폐기측 및 상기 회수 기구에 의해 회수하는 회수측 사이에서 전환하는 전환 기구와,
    상기 회전 기구, 상기 약액 공급 기구, 상기 전환 기구를 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    처음에, 상기 전환 기구를 폐기측으로 하여 상기 회전 기구로 기판을 회전시키면서, 상기 약액 공급 기구로 기판 표면에 약액을 공급시켜, 하드마스크층을 제거하고 처리 후의 약액을 폐기하며,
    처리의 진행에 따라서 기판 상의 하드마스크층의 잔존량이, 처리 후의 약액을 회수하여 재이용하는 것이 가능해지는 양이 되었을 때에, 상기 전환 기구를 회수측으로 전환시키고,
    그 상태에서, 상기 회전 기구로 기판을 회전시키면서, 약액을 회수하여 재이용하고, 상기 약액 공급 기구로 기판에 약액을 공급시켜, 기판 상의 하드마스크층의 잔부 및 폴리머, 또는 폴리머를 제거하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    하드마스크층을 제거하고 처리 후의 약액을 폐기하는 최초의 처리시에, 상기 회전 기구로 기판을 회전시키면서, 상기 약액 공급 기구로 기판 표면에 약액을 간헐적으로 공급시키며, 약액의 공급을 정지하고 나서 다음 약액 공급까지 사이에, 기판 표면이 약액으로 젖은 상태를 유지하도록 하고,
    상기 전환 기구를 회수측으로 전환한 후, 하드마스크층의 잔부 및 폴리머, 또는 폴리머를 제거하고 처리 후의 약액을 회수하는 처리시에, 상기 회전 기구에 의해 기판을 회전시키면서, 약액을 연속적으로 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는, 하드마스크층을 제거하고 처리 후의 약액을 폐기하는 최초의 처리시에, 최초의 약액의 공급에 의해 기판에 액막을 형성시키고, 그 후에 약액 정지 및 약액 공급을 교대로 반복시키는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    하드마스크층을 제거하고 처리 후의 약액을 폐기하는 최초의 처리시와, 상기 전환 기구를 회수측으로 전환한 후, 하드마스크층의 잔부 및 폴리머, 또는 폴리머를 제거하고 처리 후의 약액을 회수하는 처리시 모두에 있어서, 상기 회전 기구에 의해 기판을 회전시키면서, 약액을 연속적으로 공급하도록 제어하고,
    상기 최초의 처리시의 약액 공급량이 상기 전환 기구를 회수측으로 전환한 후의 약액 공급량보다 적게 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는, 하드마스크층의 제거 비율이 60%∼100% 범위의 예정된 비율이 되는 데 요하는 시간을 미리 설정하고, 그 시간 경과 이후에 상기 전환 기구를 회수측으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
  13. 컴퓨터 상에서 동작하고, 액처리 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억매체로서, 상기 프로그램은, 실행시에, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 액처리 방법이 행해지도록 컴퓨터로 처리 장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기억매체.
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