KR102173213B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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다카히로 야마구치
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

기판 처리 방법은, 기판을 수평 자세로 회전시키는 기판 회전 공정과, 상기 기판 회전 공정에서 회전되고 있는 기판의 상면에 처리액을 공급하는 처리액 공급 공정과, 상기 기판의 상면에 공급된 처리액이 상기 기판의 상면에 형성하는 액막의 상태를 감시하는 액막 상태 감시 공정과, 상기 처리액 공급 공정의 실행 중에, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막의 상태에 따라, 상기 기판의 회전수를 변경하는 기판 회전수 변경 공정을 포함한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
관련 출원에 대한 교차 참조
이 출원은, 2017년 11월 15일 제출한 일본국 특허 출원 2017-220076호에 의거한 우선권을 주장하고 있으며, 이 출원의 전체 내용은 여기에 인용에 의해 편입되는 것으로 한다.
이 발명은, 처리액으로 기판을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 또, 이 발명은, 기판 처리 방법을 기판 처리 장치에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체에 관한 것이다. 처리의 대상이 되는 기판에는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치 및 유기 EL(Electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양전지용 기판 등의 기판이 포함된다.
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 제조 공정에서는, 기판에 대해, 성막, 에칭, 세정 등의 처리가 반복해서 실행된다. 정밀한 기판 처리를 실행하기 위해, 기판을 한 장씩 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치가 이용되는 경우가 있다.
매엽식의 기판 처리 장치의 일례가 일본국 특허 공개 2010-10242호 공보에 나타나 있다. 이 기판 처리 장치는, 기판을 수평으로 유지하여 회전시키는 스핀 척과, 기판의 표면에 처리액을 토출하는 노즐을 포함한다. 일본국 특허 공개 2010-10242호 공보는, 기판 표면의 산화 실리콘막을 에칭 제거하는 약액 처리를 개시하고 있다. 산화 실리콘막은 친수면인데 반해, 산화 실리콘막이 제거되어 노출되는 실리콘층은 소수면을 나타낸다. 그래서, 약액 처리의 초기는 비교적 저류량으로 에칭액이 노즐로부터 토출되고, 산화 실리콘막의 제거가 진행되어 기판 표면이 소수면이 되면, 에칭액의 유량이 증대된다. 그것에 의해, 기판 표면의 성질의 변동에 따라 에칭액의 유량을 변경하여 기판 표면의 커버리지를 확보하면서, 에칭액의 소비량을 억제하고 있다.
일본국 특허 공개 2010-10242호 공보의 선행 기술에서는, 약액 처리 동안, 기판 표면의 소수 상태가 변동하는데도 불구하고, 시종, 기판 표면이 에칭액으로 덮여 있다. 이것에 의해, 어느 정도의 에칭 균일성을 확보할 수 있지만, 근래에는, 보다 정밀한 균일성이 요구되게 되었다.
예를 들어, 기판이 회전될 때, 기판 각 부의 선속도는, 회전 중심에서는 영이며, 회전 중심으로부터의 거리에 비례해 커진다. 따라서, 기판의 중앙 부근과 외주 부근에서는, 선속도가 크게 상이하다. 그 때문에, 기판의 외주부일 수록 에칭액의 증발이 발생하기 쉽기 때문에, 특히, 기판 회전수가 클 때에는, 에칭액의 온도가 기판 중앙부와 기판 외주부에서 상이할 우려가 있다. 에칭 레이트는 에칭액의 온도에 의존하므로, 그에 따라, 에칭이 불균일해질 우려가 있다. 따라서, 기판 표면의 전역이 에칭액으로 덮여 있는 상태를 유지하면서, 기판의 회전수는 가능한 한 저속인 것이 유리하다. 이러한 과제에 대해서, 일본국 특허 공개 2010-10242호 공보에서는 논의되고 있지 않다.
동일한 문제는, 에칭 처리에 한정되지 않고, 처리액에 의해 기판 표면을 처리하는 경우에 발생할 수 있다.
그래서, 이 발명의 하나의 목적은, 처리의 균일성을 향상시킬 수 있고, 또한 처리액의 소비량의 억제를 함께 도모할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
이 발명의 다른 목적은, 처리의 균일성을 향상시킬 수 있고, 또한 처리액의 소비량의 억제를 함께 도모할 수 있는 기판 처리 방법을 기판 처리 장치에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체를 제공하는 것이다.
이 발명은, 기판을 수평 자세로 회전시키는 기판 회전 공정과, 상기 기판 회전 공정에서 회전되고 있는 기판의 상면에 처리액을 공급하는 처리액 공급 공정과, 상기 기판의 상면에 공급된 처리액이 상기 기판의 상면에 형성하는 액막의 상태를 감시하는 액막 상태 감시 공정과, 상기 처리액 공급 공정의 실행 중에, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막의 상태에 따라, 상기 기판의 회전수를 변경하는 기판 회전수 변경 공정을 포함하는, 기판 처리 방법을 제공한다.
이 방법에 의하면, 기판이 수평 자세로 회전되고, 그 회전되고 있는 기판의 상면에 처리액이 공급된다. 기판의 상면에 형성되는 처리액의 액막의 상태가 감시되고, 그 액막의 상태에 따라 기판의 회전수가 변경된다. 따라서, 기판의 회전수를 액막의 상태에 따라 최적화할 수 있으므로, 기판 처리의 균일성을 향상시킬 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판 처리 방법은, 상기 처리액 공급 공정을 개시한 후, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막이 상기 기판의 상면 전역을 덮는 전(全)피복 상태인지 어떤지를 판정하는 전피복 상태 판정 공정을 더 포함한다. 그리고, 상기 기판 회전수 변경 공정은, 상기 전피복 상태 판정 공정에 의해 상기 전피복 상태인 것으로 판정되면, 상기 기판의 회전수를 감소시키는 회전 감속 공정을 포함한다.
처리액이 기판에 착액하고 나서 기판 상면 전역을 덮을 때까지는 어느 정도의 시간이 필요하다. 예를 들어, 처리액은, 기판의 중앙을 향해서 토출되고, 원심력에 의해 기판의 외주연까지 확산되어 기판 표면 전역을 덮는다. 이 경우, 기판의 중앙에 처리액이 착액하고 나서, 기판의 외주연에 처리액이 도달하기까지 시간차가 발생한다. 이 시간차가 크면, 기판 처리가 불균일해질 우려가 있다.
그래서, 처리액의 공급을 개시할 때에는, 기판의 회전수를 비교적 고속으로 해 두고, 기판의 상면 전역이 처리액의 액막으로 덮이면, 기판의 회전수를 감소시킨다. 이것에 의해, 처리액의 공급을 개시하고 나서 기판 상면 전역을 덮는 액막이 형성될 때까지의 시간을 단축할 수 있기 때문에, 기판 처리의 균일화를 도모할 수 있다. 게다가, 기판 상면의 전역이 덮이면, 기판의 회전수가 감소하게 되므로, 기판의 외주부의 선속이 작아져, 처리액의 증발이 억제된다. 그 결과, 액막을 구성하는 처리액의 온도를, 기판의 회전 중심 부근과 주연부에서 균일화할 수 있으므로, 기판 처리가 한층 균일화된다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판 처리 방법은, 상기 처리액 공급 공정을 개시한 후, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막이 상기 기판의 상면 전역을 덮는 전피복 상태를 벗어나는 액균열 징조를 가지는지 어떤지를 판정하는 액균열 징조 판정 공정을 더 포함한다. 그리고, 상기 회전수 변경 공정은, 상기 액균열 징조 판정 공정에 의해 상기 액막이 상기 액균열 징조를 가지는 것으로 판정되면, 상기 기판의 회전수를 증가시키는 회전 가속 공정을 포함한다.
이 방법에서는, 액막이 전피복 상태를 벗어나는 액균열 징조가 나타나면, 기판의 회전수가 증가하게 된다. 그것에 의해, 액막을 전피복 상태로 복귀시킬 수 있다. 따라서, 전피복 상태를 유지할 수 있으므로, 기판 처리를 균일화할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판 처리 방법은, 상기 처리액 공급 공정의 실행 중에, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막의 상태에 따라, 상기 기판에 공급되는 처리액의 유량을 변경하는 처리액 유량 변경 공정을 더 포함한다.
이 방법에서는, 기판 상면의 액막의 상태에 따라, 기판의 회전수뿐만이 아니라, 처리액의 유량이 변경된다. 그것에 의해, 기판의 회전수 및 처리액의 유량을 액막의 상태에 따라 각각 최적화할 수 있으므로, 기판 처리의 균일성을 한층 향상시킬 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판 처리 방법은, 상기 처리액 공급 공정을 개시한 후, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막이 상기 기판의 상면 전역을 덮는 전피복 상태인지 어떤지를 판정하는 전피복 상태 판정 공정을 더 포함한다. 그리고, 상기 처리액 유량 변경 공정은, 상기 전피복 상태 판정 공정에 의해 상기 전피복 상태인 것으로 판정되면, 상기 처리액의 유량을 감소시키는 처리액 감량 공정을 포함한다.
상술한 대로, 처리액이 기판에 착액하고 나서 기판 상면 전역을 덮을 때까지는 어느 정도의 시간이 필요하며, 이 시간을 단축함으로써, 기판 처리의 균일화를 도모할 수 있다.
그래서, 처리액의 공급을 개시할 때에는, 처리액의 유량을 비교적 많이 해 두고, 기판의 상면 전역이 처리액의 액막으로 덮이면, 처리액의 유량을 감소시킨다. 이것에 의해, 처리액의 공급을 개시하고 나서 기판 상면 전역을 덮는 액막이 형성될 때까지의 시간을 단축할 수 있기 때문에, 기판 처리의 균일화를 도모할 수 있다. 게다가, 기판 상면의 전역이 덮이면, 처리액의 유량이 감소하게 되므로, 처리액의 소비량을 억제할 수 있다. 그것에 의해, 처리액의 소비량을 억제하면서, 기판 처리의 균일화를 도모할 수 있다.
특히, 처리액의 공급을 개시할 때에, 기판의 회전수를 비교적 고속으로 하고, 또한 처리액의 유량을 비교적 많이 하는 것이 한층 바람직하다. 그리고, 기판의 상면 전역이 처리액의 액막으로 덮이면, 기판의 회전수를 감소시키고, 또한 처리액의 유량을 감소시키는 것이 바람직하다. 그것에 의해, 기판 처리의 균일성을 한층 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 처리액의 소비량을 삭감할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판 처리 방법은, 상기 처리액 공급 공정을 개시한 후, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막이 상기 기판의 상면 전역을 덮는 전피복 상태를 벗어나는 액균열 징조를 가지는지 어떤지를 판정하는 액균열 징조 판정 공정을 더 포함한다. 그리고, 상기 처리액 유량 변경 공정은, 상기 액균열 징조 판정 공정에 의해 상기 액막이 상기 액균열 징조를 가지는 것으로 판정되면, 상기 처리액의 유량을 증가시키는 처리액 증량 공정을 포함한다.
이 방법에서는, 액막이 전피복 상태를 벗어나는 액균열 징조가 나타나면, 처리액의 유량이 증가하게 된다. 그것에 의해, 액막을 전피복 상태로 복귀시킬 수 있다. 따라서, 전피복 상태를 유지할 수 있으므로, 기판 처리를 균일화할 수 있다.
액막이 전피복 상태를 벗어나는 액균열 징조가 나타났을 때, 기판의 회전수를 증가시키는 회전 가속 공정을 실행하고, 또한 처리액의 유량을 증가시키는 처리액 증량 공정을 실행하는 것이 바람직하다. 그것에 의해, 액막을 전피복 상태로 확실히 복귀시킬 수 있으므로, 기판의 상면 전역이 처리액으로 덮인 상태를 확실히 유지할 수 있어, 한층 확실히 균일성이 높은 기판 처리를 실현할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 처리액은, 에칭액이다. 이 방법에 의해, 기판 전역에서 균일성이 높은 에칭을 행할 수 있다. 「에칭」에는, 기판 상의 막의 일부 또는 전부를 제거하는 처리가 포함되는 것 외에, 처리액의 에칭 작용을 이용하여 기판 표면을 세정하는 처리도 포함된다.
이 발명의 일실시 형태에서는 상기 처리액은 린스액이다. 이 방법에 의해, 기판 전역에서 균일성이 높은 린스 처리를 행할 수 있으므로, 균일성이 높은 기판 처리를 행할 수 있다. 예를 들어, 에칭액 등의 약액으로 기판 표면을 처리한 후에, 린스 처리가 행해져도 된다. 이 경우, 기판 전역에서 균일성이 높은 린스 처리가 행해짐으로써, 기판 전역에 있어서 균일하게 약액 처리를 정지시킬 수 있다. 그 결과, 균일성이 높은 기판 처리가 달성된다.
특히, 기판 표면 전역이 린스액의 액막으로 덮인 상태를 유지하도록, 기판의 회전수(보다 바람직하게는, 또한 린스액의 공급 유량)를 변경하면서 린스 처리(처리액 공급 공정)가 행해지는 것이 바람직하다. 그것에 의해, 기판의 표면에 있어서 기액 계면을 발생시키지 않고 린스 처리를 행할 수 있으므로, 기액 계면에 끌어당겨지는 이물에 의한 기판 표면의 오염을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 이물(파티클)의 부착을 억제한 고품질이며 균일한 기판 처리를 달성할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 액막 상태 감시 공정이, 상기 기판의 상면에 형성되는 액막을 촬상하는 액막 촬상 공정과, 상기 액막 촬상 공정에 의해 촬상된 액막의 화상을 해석하는 화상 해석 공정을 포함한다.
이 방법에서는, 기판의 상면에 형성되는 액막이 촬상되고, 그것에 의해 얻어진 화상을 해석함으로써, 액막의 상태가 감시된다. 따라서, 액막의 상태를 직접적으로 감시할 수 있으므로, 기판의 회전수(보다 바람직하게는, 또한 처리액의 공급 유량)를 적절히 또한 적시에 최적화할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판이, 상기 처리액에 의한 처리에 의해, 상기 처리액에 대한 친액도가 변화하는 표면을 가지고 있다. 이 방법에서는, 처리액에 의한 처리가 진행됨에 따라서, 기판 표면의 친액도가 변화한다. 예를 들어, 처리액이 에칭액인 경우에, 기판 표면의 박막이 에칭 제거됨으로써, 당해 박막이 나타내는 친액성(또는 소액성)의 표면에서, 당해 박막의 하지층이 나타내는 소액성(또는 친액성)의 표면으로 변화하는 경우가 있다. 이러한 경우에, 기판 표면의 액막의 상태에 따라 기판의 회전수(보다 바람직하게는, 또한 처리액의 공급 유량)를 변경함으로써, 기판 표면의 액막의 상태를 최적의 상태(구체적으로는, 기판의 상면 전역을 덮는 상태)로 유지할 수 있다. 이것에 의해, 기판 표면의 상태의 변화에 상관없이, 기판 표면의 균일한 처리가 가능하게 된다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판 처리 방법은, 상기 처리액 공급 공정 후에, 상기 기판의 표면의 액성분을 건조시키는 건조 공정과, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막의 상태에 의거하여, 상기 기판의 건조 상태를 판정하는 건조 상태 판정 공정을 더 포함한다.
이 방법에서는, 건조 공정에 있어서도, 기판 표면의 액막의 상태가 감시되고, 그것에 의거하여, 기판의 건조 상태가 판정된다. 따라서, 건조 상태에 따라, 건조 공정을 적절히 제어할 수 있다. 예를 들어, 건조 공정에서 사용하는 유체(저표면장력액이나 불활성 가스 등)의 공급량을 적절히 제어하여, 유체의 소비량의 삭감을 도모할 수 있다. 또, 기판의 건조가 종료된 것을 판정하면, 그것에 의거하여 건조 공정을 끝냄으로써, 건조 공정의 길이를 필요 최소한으로 할 수 있고, 그것에 의해, 기판 처리의 생산성을 높일 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 건조 공정이, 상기 기판의 표면에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 공정과, 상기 건조 상태 판정 공정에 의한 상기 기판의 건조 상태의 판정에 의거하여, 상기 불활성 가스의 유량을 변화시키는 불활성 가스 유량 변경 공정을 포함한다.
이 방법에서는, 건조 공정에 있어서, 기판의 표면에 불활성 가스가 공급된다. 그 때에, 불활성 가스의 유량이, 기판 표면의 액막의 상태로부터 판정되는 건조 상태에 따라 변경된다. 따라서, 예를 들어, 건조 상태의 변동에 의거하여 필요 충분한 유량의 불활성 가스를 공급할 수 있기 때문에, 불활성 가스의 소비량을 삭감할 수 있고, 또한 건조 공정을 최적화할 수 있다.
예를 들어, 건조 공정이 개시되면, 기판 표면의 액막이 얇게 되어 가, 최종적으로 기판 표면의 처리액이 배제된다. 기판 표면에 얇은 액막이 형성되어 있을 때, 간섭 무늬가 관측된다. 기판 표면의 액막이 없어지면, 간섭 무늬가 없어진다. 따라서, 간섭 무늬를 관측함으로써, 건조 공정의 종점을 정확하게 검출할 수 있다. 그래서, 간섭 무늬가 소실된 것에 응답하여 불활성 가스의 공급 유량을 감소시키거나, 불활성 가스의 토출을 정지함으로써, 불활성 가스의 소비량을 삭감할 수 있다.
이 발명은, 또한, 기판을 수평 자세로 회전시키는 기판 회전 유닛과, 상기 기판 회전 유닛에 의해 회전되고 있는 기판의 상면에 처리액을 공급하는 처리액 공급 유닛과, 상기 기판의 상면에 공급된 처리액의 화상을 촬상하는 카메라와, 상기 카메라에 의해 촬상되는 화상에 의거하여, 상기 기판 회전 유닛 및 상기 처리액 공급 유닛을 제어하는 제어 장치를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다. 상기 제어 장치가, 상술과 같은 특징을 가지는 기판 처리 방법의 공정을 실행하도록 프로그램되어 있다.
이 발명은, 또한, 기판 처리 장치에 구비되는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램으로서, 상기 기판 처리 장치에 있어서, 상술과 같은 특징을 가지는 기판 처리 방법을 실행하도록 단계 군이 짜넣어진 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체를 제공한다. 기록 매체는, 광디스크나 자기 디스크 등이어도 되고, USB 메모리나 메모리 카드 등의 포터블 메모리여도 된다.
본 발명에 있어서의 상술한, 또는 또 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도면을 참조하여 다음에 서술하는 실시 형태의 설명에 의해 분명해진다.
도 1은, 이 발명의 일실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는, 기판 처리 장치의 전기적 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3a는, 기판 처리 장치에 의한 기판 처리예(에칭 공정 및 린스 공정)의 개요를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3b는, 기판 처리 장치에 의한 기판 처리예(건조 공정)의 개요를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는, 기판 처리를 위해 기억 장치에 저장되는 레시피 데이터의 일례를 나타낸다.
도 5(a)는 기판 처리 중의 에칭액, 린스액, 저표면장력액 및 불활성 가스의 유량 변동의 일례를 나타낸다. 또, 도 5(b)는 기판 처리 중의 기판 회전수의 변동의 일례를 나타낸다.
도 6은, 제어 장치에 의한 처리액(에칭액 및 린스액)의 공급 유량 및 기판 회전수의 제어의 일례를 나타낸다.
도 7은, 에칭액의 유량 및 기판 회전수와, 에칭 균일성의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 8은, 처리액(에칭액 또는 린스액)의 유량과, 기판 표면의 상태(친수면/소수면)와, 기판 표면의 파티클 부착수의 관계를 조사한 예를 나타낸다.
도 9a~도 9d는, 카메라에 의해 촬상되는 기판 주연부의 화상의 예를 나타낸다.
도 10은, 전피복 상태의 판정 처리(도 3a의 단계 S5, S16)의 구체예를 설명하기 위한 플로차트이다.
도 11은, 액균열 전조(前兆)의 판정 처리(도 3a의 단계 S8, S19)의 구체예를 설명하기 위한 플로차트이다.
도 1은, 이 발명의 일실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 개념도이다. 기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 수평 자세로 유지하여 회전시키는 기판 회전 유닛인 스핀 척(2)과, 스핀 척(2)에 유지된 기판(W)에 처리액을 공급하는 처리액 노즐(3)을 가지는 처리액 공급 유닛(4)과, 스핀 척(2)을 둘러싸는 처리 컵(5)을 포함한다. 기판 처리 장치(1)는, 또한, 스핀 척(2)에 유지된 기판(W)에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 노즐(6)을 가지는 불활성 가스 공급 유닛(7)을 포함한다. 기판 처리 장치(1)는, 또한, 스핀 척(2)에 유지된 기판(W)에 저표면장력액을 공급하는 저표면장력액 노즐(8)을 가지는 저표면장력액 공급 유닛(9)을 포함한다.
처리액 노즐(3)은, 제1 노즐 이동 유닛(11)에 의해, 처리 위치와 퇴피 위치 사이에서 이동된다. 처리 위치는, 처리액 노즐(3)로부터 토출된 처리액이 스핀 척(2)에 유지된 기판(W)의 상면, 전형적으로는, 기판(W)의 회전 중심에 착액하는 위치이다. 퇴피 위치는, 처리액 노즐(3)이, 평면에서 볼 때 처리 컵(5)의 바깥쪽에 배치되는 위치이다.
불활성 가스 노즐(6) 및 저표면장력액 노즐(8)은, 제2 노즐 이동 유닛(12)에 의해, 처리 위치와 퇴피 위치 사이에서 이동된다. 처리 위치는, 저표면장력액 노즐(8)로부터 토출되는 저표면장력액이 기판(W)의 상면, 전형적으로는 기판(W)의 회전 중심에 착액하는 위치이다. 또, 이 처리 위치는, 불활성 가스 노즐(6)로부터 토출되는 불활성 가스류가 스핀 척(2)에 유지된 기판(W)의 상면, 전형적으로는, 기판(W)의 회전 중심을 향하게 되는 위치이다. 퇴피 위치는, 불활성 가스 노즐(6) 및 저표면장력액 노즐(8)이, 평면에서 볼 때 처리 컵(5)의 바깥쪽에 배치되는 위치이다.
스핀 척(2)은, 원판형의 스핀 베이스(21)와, 스핀 베이스(21)의 주연부에 세워 설치되어 기판(W)을 협지하는 척 핀(22)과, 스핀 베이스(21)를 하방으로부터 지지하도록 연직 방향을 따라 배치된 회전축(23)과, 회전축(23)을 회전시키는 스핀 모터(24)를 포함한다. 스핀 모터(24)가 회전축(23)을 회전시킴으로써, 스핀 척(2)에 유지된 기판(W)은, 연직의 회전축선(A1) 둘레로 회전된다. 스핀 척(2)은, 척 핀(22)에 의해 기판(W)을 협지하는 메카 척식에 한정되지 않고, 기판(W)의 하면을 흡착하여 유지하는 진공식이어도 된다.
처리 컵(5)은, 스핀 척(2)에 유지된 기판(W)에 측방으로부터 대향하고, 기판(W)으로부터 수평 방향으로 튀어나오는 처리액을 받는 스플래쉬 가드(51)와, 스플래쉬 가드(51)에 받아져 흘러내리는 처리액을 받는 컵(52)을 포함한다. 스플래쉬 가드(51)는, 컵(52)에 대해 승강 가능하게 배치되어 있다. 스플래쉬 가드(51)를 승강시키기 위해, 가드 승강 유닛(13)이 구비되어 있다.
처리액 공급 유닛(4)은, 처리액 노즐(3)과, 에칭액(약액)을 공급하는 에칭액 공급 유닛(41)과, 린스액을 공급하는 린스액 공급 유닛(42)과, 믹싱 밸브(43)와, 처리액 배관(44)과, 개폐 밸브(45)를 포함한다. 처리액 배관(44)은 믹싱 밸브(43) 및 처리액 노즐(3)에 접속되고, 그들 사이의 처리액 유로를 형성하고 있다. 처리액 배관(44)에 개폐 밸브(45)가 개재되어 있다. 개폐 밸브(45)를 개폐함으로써, 처리액 노즐(3)로부터 처리액을 토출시키거나, 그 토출을 정지시킬 수 있다. 믹싱 밸브(43)에, 에칭액 공급 유닛(41) 및 린스액 공급 유닛(42)이 접속되어 있다.
에칭액 공급 유닛(41)은, 에칭액 공급원(47)으로부터 공급되는 에칭액을 믹싱 밸브(43)로 이끄는 에칭액 배관(411)과, 에칭액 배관(411)에 개재된 에칭액 유량 콘트롤러(412)를 포함한다. 에칭액 유량 콘트롤러(412)는, 유량계(FE)와, 유량 제어 밸브(VE)를 포함한다. 유량 제어 밸브(VE)는, 전동 액추에이터를 구비하고 있으며, 전기적으로 개도(開度)의 제어가 가능한 구성을 가지고 있다. 에칭액으로서는, 에칭 대상이 산화막인 경우에는, 불산, 불질산, 버퍼드 불산(불산과 불화 암모늄의 혼합액)을 예시할 수 있다. 또, 에칭 대상이 폴리 실리콘막인 경우에는, 암모니아수, SC1(암모니아 과산화수소수 혼합액), TMAH(수산화 테트라메틸암모늄 수용액)를 예시할 수 있다. 또한, 에칭 대상이 금속막인 경우에는, 과산화수소수, 염산, SC1, SC2(염산 과산화수소수 혼합액), 황산, SPM(황산 과산화수소수 혼합액)을 예시할 수 있다.
린스액 공급 유닛(42)은, 린스액 공급원(48)으로부터 공급되는 린스액을 믹싱 밸브(43)로 이끄는 린스액 배관(421)과, 린스액 배관(421)에 개재된 린스액 유량 콘트롤러(422)를 포함한다. 린스액 유량 콘트롤러(422)는, 유량계(FR)와, 유량 제어 밸브(VR)를 포함한다. 유량 제어 밸브(VR)는, 전동 액추에이터를 구비하고 있으며, 전기적으로 개도의 제어가 가능한 구성을 가지고 있다. 린스액의 예는, 탈이온수(DIW), 탄산수, 전해 이온수, 수소수, 오존수나, 희석 농도(예를 들어, 10~100ppm 정도)의 염산수 등이다.
이러한 구성에 의해, 처리액 노즐(3)에는, 에칭액 공급 유닛(41)으로부터 믹싱 밸브(43) 및 개폐 밸브(45)를 통하여 에칭액을 공급할 수 있다. 또, 처리액 노즐(3)에는, 린스액 공급 유닛(42)으로부터 믹싱 밸브(43) 및 개폐 밸브(45)를 통하여 린스액을 공급할 수 있다.
불활성 가스 공급 유닛(7)은, 불활성 가스 노즐(6)과, 불활성 가스 공급원(70)으로부터 불활성 가스 노즐(6)로 불활성 가스를 안내하는 불활성 가스 배관(71)과, 불활성 가스 배관(71)에 개재된 불활성 가스 유량 콘트롤러(72)와, 동일하게 불활성 가스 배관(71)에 개재된 개폐 밸브(73)를 포함한다. 불활성 가스 유량 콘트롤러(72)는, 불활성 가스 배관(71)을 흐르는 불활성 가스의 유량을 계측하는 유량계(FG)와, 그 유량을 조정하는 유량 제어 밸브(VG)를 포함한다. 유량 제어 밸브(VG)는, 전동 액추에이터 등을 포함하고, 유량을 전기적으로 제어할 수 있는 구성을 가지고 있다. 불활성 가스는, 기판(W)의 구성 재료에 대해 화학적으로 불활성인 가스이며, 질소 가스, 건조 공기 등이어도 된다.
저표면장력액 공급 유닛(9)은, 저표면장력액 노즐(8)과, 저표면장력액 공급원(90)으로부터 저표면장력액 노즐(8)로 저표면장력액을 안내하는 저표면장력액 배관(91)과, 저표면장력액 배관(91)에 개재된 저표면장력액 유량 콘트롤러(92)와, 동일하게 저표면장력액 배관(91)에 개재된 개폐 밸브(93)를 포함한다. 저표면장력액 유량 콘트롤러(92)는, 저표면장력액 배관(91)을 흐르는 저표면장력액의 유량을 계측하는 유량계(FI)와, 그 유량을 조정하는 유량 제어 밸브(VI)를 포함한다. 유량 제어 밸브(VI)는, 전동 액추에이터 등을 포함하고, 유량을 전기적으로 제어할 수 있는 구성을 가지고 있다. 저표면장력액은, 린스액(전형적으로는 물)보다 표면장력이 작은 액체이며, 이소프로필 알코올 등의 유기 용제가 전형예이다. 특히, 린스액과 치환 가능한 유기 용제가 바람직하고, 보다 구체적으로는, 물과의 친화성이 있는 유기 용제가 바람직하다. 이와 같은 유기 용제로서는, 이소프로필 알코올(IPA), 메탄올, 에탄올, 부탄올, 아세톤, PGMEA(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트), EGMEA(에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트) 등을 예시할 수 있다.
기판(W)의 상면의 상태, 특히 당해 상면에 형성되는 처리액의 액막의 상태를 감시하기 위해, 카메라(10)가 구비되어 있다. 카메라(10)는, 기판(W)의 상면, 특히 기판(W)의 주연 영역을 포함하는 촬상 영역을 촬상한다.
도 2는, 기판 처리 장치(1)의 전기적 구성을 설명하기 위한 블럭도이다. 기판 처리 장치(1)는, 제어 장치(30)를 구비하고 있다. 제어 장치(30)는, 스핀 모터(24), 가드 승강 유닛(13), 제1 및 제2 노즐 이동 유닛(11, 12), 개폐 밸브(45, 73, 93), 유량 제어 밸브(VE, VR, VG, VI) 등의 동작을 제어한다. 또, 제어 장치(30)에는, 유량계(FE, FR, FG, FI)가 계측하는 유량값이 입력된다. 또, 제어 장치(30)에는, 카메라(10)가 촬상하는 화상을 나타내는 화상 데이터가 입력된다.
제어 장치(30)는, 컴퓨터로서의 기본 형태를 가지고 있다. 보다 구체적으로는, 제어 장치(30)는, 프로세서(CPU)(31), 기억 장치(32), 판독 장치(33) 및 통신 장치(34)를 포함한다.
기억 장치(32)는, 반도체 메모리, 자기 기억 장치 등이어도 된다. 기억 장치(32)에는, 프로세서(31)가 실행하는 프로그램(P)(컴퓨터 프로그램)이 저장되어 있다. 프로그램(P)은, 판독 장치(33)를 통하여 광디스크나 메모리 카드와 같은 리무버블 미디어(M)로부터 판독되어 기억 장치(32)에 도입되어도 된다. 또, 프로그램(P)은, 통신 장치(34)를 통하는 통신에 의해 취득되어 기억 장치(32)에 도입되어도 된다. 기억 장치(32) 및 리무버블 미디어(M)는, 컴퓨터에 의한 판독이 가능한 기록 매체의 예이다. 기억 장치(32)에는, 프로그램(P) 외에 각종 데이터(D)가 저장된다. 저장되는 데이터(D)의 일례는, 기판 처리를 위한 레시피 데이터(R)이다. 레시피 데이터(R)는, 외부의 호스트 컴퓨터(HC)로부터 통신 장치(34)를 통하여 취득되어도 된다. 레시피 데이터(R)는, 기판(W)의 처리 내용, 처리 조건 및 처리 순서를 규정하는 정보(레시피)를 나타내는 데이터이다. 기판 처리의 각 공정은, 제어 장치(30)가 기판 처리 장치(1)를 레시피 데이터(R)에 따라서 제어함으로써 실현된다. 즉, 제어 장치(30)는, 기판 처리의 각 공정을 실행하도록 프로그램되어 있다.
제어 장치(30)에는, 입력 장치(36) 및 표시 장치(37)가 접속되어 있다. 입력 장치(36)는, 키보드, 포인팅 디바이스 등과 같이, 조작자가 조작하여 제어 장치(30)에 대해 지령을 입력하기 위한 장치이다. 표시 장치(37)는, 전형적으로는, 액정 표시 장치 등의 이차원 디스플레이로 구성되며, 조작자에 대해 각종의 정보를 시각적으로 제공한다. 입력 장치(36) 및 표시 장치(37)는, 제어 장치(30)에 대한 맨 머신 인터페이스를 제공한다.
도 3a 및 도 3b는, 기판 처리 장치(1)에 의한 기판 처리예의 개요를 설명하기 위한 흐름도이다. 제어 장치(30)는, 프로그램에 따라서 기판 처리 장치(1)의 각 부를 제어함으로써, 이하와 같은 기판 처리를 실행한다.
처리 유닛에는, 기판 반송 로봇(도시하지 않음)의 핸드에 의해, 처리 대상의 1장의 기판(W)이 반입된다(단계 S1).
기판(W)은, 예를 들어, 표면(상면)에 산화 실리콘막이 형성된 실리콘 기판이어도 된다. 이와 같은 기판(W)에 대해, 산화 실리콘막을 제거하기 위한 에칭 처리(약액 처리)가 행해진다. 이 경우에 이용되는 에칭액은, 불산 수용액이어도 된다. 산화 실리콘막이 형성된 기판(W)의 표면, 즉, 산화 실리콘막의 표면은, 친수면을 나타낸다. 따라서, 처리액(에칭액 또는 린스액)의 공급 유량이 적어도, 또, 기판(W)의 회전수가 낮아도, 기판(W)의 상면에서 처리액이 확산되어, 기판(W)의 상면의 전역을 덮는 처리액의 액막을 형성할 수 있다. 한편, 산화 실리콘막이 제거되어 실리콘층이 노출되면, 기판(W)의 표면, 즉, 실리콘층의 표면은, 소수면을 나타낸다. 따라서, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 처리액의 액막을 형성하기 위해서는, 적어도 기판(W)의 회전수를 높일 필요가 있으며, 또한, 아울러, 처리액의 공급 유량을 증가시키는 것이 바람직하다.
기판(W)이 반입되어 스핀 척(2)에 건네지고, 기판 반송 로봇의 핸드가 퇴피하면, 제어 장치(30)는, 스핀 모터(24)를 구동하여, 기판(W)을 에칭 초기 회전수로 회전시킨다(단계 S2. 기판 회전 공정). 에칭 초기 회전수는, 비교적 고속으로 선택되고 있으며, 예를 들어, 800rpm~1200rpm 정도여도 된다.
기판(W)이 에칭 초기 회전수로 회전되고 있는 상태로, 제어 장치(30)는, 처리액 노즐(3)로부터 에칭액을 기판(W)의 상면에 공급한다(단계 S3. 처리액 공급 공정). 보다 구체적으로는, 제어 장치(30)는, 가드 승강 유닛(13)을 제어하여, 스플래쉬 가드(51)를 기판(W)의 주단면에 대향시킨다. 또한, 제어 장치(30)는, 제1 노즐 이동 유닛(11)을 제어함으로써, 처리액 노즐(3)을 처리 위치에 배치한다. 그 상태로, 제어 장치(30)는, 에칭액 공급 유닛(41)을 제어하고, 또한 개폐 밸브(45)를 엶으로써, 초기 에칭 유량으로 처리액 노즐(3)로부터 기판(W)의 상면을 향해서 에칭액을 토출시킨다. 초기 에칭 유량은 비교적 높게 설정되어 있으며, 예를 들어, 1.5리터/분~2.5리터/분이어도 된다. 제어 장치(30)는, 에칭액 공급 유닛(41)의 유량계(FE)가 계측하는 에칭액 유량을 감시하면서 유량 제어 밸브(VE)를 제어하고, 그것에 의해, 에칭액 유량을 피드백 제어한다.
에칭 초기 회전수가 고회전 영역으로 설정되어 있고, 또한 초기 에칭 유량이 고유량 영역으로 설정되어 있음으로써, 기판(W)의 상면 중앙에 착액한 에칭액은 신속하게 기판 상면의 전역에 확산되어, 상면 전역을 덮는 액막을 형성한다.
기판(W)의 상면에 형성되는 액막의 상태는, 카메라(10)에 의해 촬상되고, 카메라(10)가 출력하는 화상 데이터가 제어 장치(30)에 입력된다(액막 촬상 공정). 제어 장치(30)는, 카메라(10)가 출력하는 화상 데이터를 해석함으로써(화상 해석 공정), 액막의 상태를 감시한다(단계 S4. 액막 상태 감시 공정).
제어 장치(30)는, 액막의 상태에 따라, 기판(W)의 회전수를 변동시킨다. 또한, 제어 장치(30)는, 액막의 상태에 따라, 에칭액의 공급 유량을 변동시킨다.
보다 구체적으로는, 제어 장치(30)는, 액막이 기판(W)의 상면 전역을 덮고 있는 전피복 상태로 안정되어 있으면(단계 S5：YES. 전피복 상태 판정 공정), 기판(W)의 회전수를 감소시킨다(단계 S6. 기판 회전수 변경 공정, 회전 감속 공정). 그것에 의해, 기판(W)의 회전에 따른 기판(W)의 각 부의 선속도의 감소가 도모되고, 특히 기판(W)의 주연부에 있어서의 액증발에 따른 에칭액의 온도 저하가 억제된다. 또한, 제어 장치(30)는, 액막이 기판(W)의 상면 전역을 덮고 있는 전피복 상태로 안정되어 있으면(단계 S5：YES. 전피복 상태 판정 공정), 에칭액의 공급 유량을 감소시킨다(단계 S7. 처리액 유량 변경 공정, 처리액 감량 공정). 그것에 의해, 기판 처리의 균일성을 손상시키지 않고, 에칭액의 소비량의 삭감이 도모된다.
한편, 제어 장치(30)는, 카메라(10)가 촬상하는 화상에 의거하여, 액막이 기판(W)의 상면 전역을 덮는 전면 피복 상태로부터 벗어나는 징조(액균열 징조)의 유무를 감시한다(단계 S8. 액균열 징조 판정 공정). 이와 같은 징조가 나타나면(단계 S8：YES), 제어 장치(30)는, 기판(W)의 회전수를 증가시켜(단계 S9. 기판 회전수 변경 공정, 회전 가속 공정), 전면 피복 상태의 안정화를 도모한다. 또, 제어 장치(30)는, 액균열 징조가 나타나면(단계 S8：YES), 에칭액 공급 유량을 증가시켜(단계 S10. 기판 회전수 변경 공정, 회전 가속 공정), 전면 피복 상태의 안정화를 도모한다.
이와 같이 하여, 기판(W) 상의 액막의 상태에 따라, 에칭액이 공급되고 있는 에칭 공정(처리액 공급 공정)의 기간 중, 기판(W)의 회전수 및 에칭액 공급 유량이 가변 제어되어 최적화된다.
소정 시간에 걸쳐 에칭액이 공급되면(단계 S11：YES), 제어 장치(30)는, 에칭액 공급 유닛(41)을 제어하여, 처리액 노즐(3)로부터의 에칭액의 토출을 정지한다(단계 S12).
다음에, 제어 장치(30)는, 기판(W) 상의 에칭액을 씻어내기 위한 린스 공정을 실행한다. 보다 구체적으로는, 제어 장치(30)는, 스핀 모터(24)를 제어하여, 기판(W)을 린스 초기 회전수로 회전시킨다(단계 S13. 기판 회전 공정). 린스 초기 회전수는, 예를 들어, 800rpm~1200rpm이어도 된다. 또한, 제어 장치(30)는, 처리액 노즐(3)을 처리 위치에 배치하고, 개폐 밸브(45)를 연 상태로, 린스액 공급 유닛(42)을 제어함으로써, 초기 린스 유량으로 처리액 노즐(3)로부터 기판(W)의 상면을 향해서 린스액을 토출시킨다(단계 S14. 처리액 공급 공정). 에칭액의 정지와 린스액의 공급은 연속해서 행해지는 것이 바람직하고, 그것에 의해, 기판(W)의 상면이 처리액으로 덮인 상태를 유지할 수 있다. 초기 린스 유량은 비교적 높게 설정되어 있으며, 예를 들어, 1.5리터/분~2.5리터/분이어도 된다. 제어 장치(30)는, 린스액 공급 유닛(42)의 유량계(FR)가 계측하는 린스액 유량을 감시하면서 유량 제어 밸브(VR)를 제어하고, 그것에 의해, 린스액 유량을 피드백 제어한다.
린스 초기 회전수가 고회전 영역으로 설정되어 있고, 또한 초기 린스 유량이 고유량 영역으로 설정되어 있음으로써, 기판(W)의 상면 중앙에 착액한 린스액은 신속하게 기판(W)의 상면에 확산된다. 그것에 의해, 린스액은, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 액막을 형성하고, 기판(W)의 상면 전역에 있어서 에칭액을 신속하게 치환한다. 그것에 의해, 기판(W)의 상면 전역에 의해, 에칭이 실질적으로 동시에 정지한다.
에칭 공정과 마찬가지로, 기판(W)의 상면에 형성되는 액막의 상태는, 카메라(10)에 의해 촬상되고, 카메라(10)가 출력하는 화상 데이터가 제어 장치(30)에 입력된다(액막 촬상 공정). 제어 장치(30)는, 카메라(10)가 출력하는 화상 데이터를 해석함으로써(화상 해석 공정), 액막의 상태를 감시한다(단계 S15. 액막 상태 감시 공정).
제어 장치(30)는, 린스 공정에 있어서도, 액막의 상태에 따라, 기판(W)의 회전수를 변동시킨다. 또한, 제어 장치(30)는, 액막의 상태에 따라 린스액의 공급 유량을 변동시킨다.
보다 구체적으로는, 제어 장치(30)는, 액막이 기판(W)의 상면 전역을 덮고 있는 전피복 상태로 안정되어 있으면(단계 S16：YES. 전피복 상태 판정 공정), 기판(W)의 회전수를 감소시킨다(단계 S17. 기판 회전수 변경 공정, 회전 감속 공정). 그것에 의해, 기판(W)의 회전에 따른 기판(W)의 각 부의 선속도의 감소가 도모되므로, 선속이 작은 중앙 부근과 선속이 큰 주연부분 사이에서의 온도차를 억제할 수 있다. 또한, 제어 장치(30)는, 액막이 기판(W)의 상면 전역을 덮고 있는 전피복 상태로 안정되어 있으면(단계 S16：YES. 전피복 상태 판정 공정), 린스액의 공급 유량을 감소시킨다(단계 S18. 처리액 유량 변경 공정, 처리액 감량 공정). 그것에 의해, 린스 처리를 기판 상면의 전역에서 균일하게 진행시키면서, 린스액의 소비량 삭감이 도모된다.
한편, 제어 장치(30)는, 카메라(10)가 촬상하는 화상에 의거하여, 액막이 기판(W)의 상면 전역을 덮는 전면 피복 상태로부터 벗어나는 징조(액균열 징조)의 유무를 감시한다(단계 S19. 액균열 징조 판정 공정). 액균열 징조가 나타나면(단계 S19：YES), 제어 장치(30)는, 기판(W)의 회전수를 증가시켜(단계 S20. 기판 회전수 변경 공정, 회전 가속 공정), 전면 피복 상태의 안정화를 도모한다. 또, 제어 장치(30)는, 액균열 징조가 나타나면(단계 S19：YES), 린스액 공급 유량을 증가시켜(단계 S21. 처리액 유량 변경 공정, 처리액 증량 공정), 전면 피복 상태의 안정화를 도모한다.
이와 같이 하여, 린스액이 공급되고 있는 린스 공정(처리액 공급 공정)의 기간 중에도, 기판(W) 상의 액막의 상태에 따라, 기판(W)의 회전수 및 린스액 공급 유량이 가변 제어되어, 그들의 최적화가 도모된다.
소정 시간에 걸쳐 린스액이 공급되면(단계 S22), 제어 장치(30)는, 린스액 공급 유닛(42)을 제어하여 린스액의 공급을 정지시키고, 또한 개폐 밸브(45)를 닫아, 처리액 노즐(3)로부터의 액 토출을 정지시킨다(단계 S23). 또한, 제어 장치(30)는, 제1 노즐 이동 유닛(11)을 제어하여, 처리액 노즐(3)을 퇴피 위치로 이동시킨다.
그리고, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(30)는, 건조 공정을 개시한다. 즉, 제어 장치(30)는, 제2 노즐 이동 유닛(12)을 제어하여, 저표면장력액 노즐(8) 및 불활성 가스 노즐(6)을 기판(W)의 상면 중앙 부근에 대향하는 처리 위치로 이동시킨다. 건조 공정은, 이 실시 형태에서는, 기판(W)의 상면에 저표면장력액을 공급하고, 린스액을 저표면장력액으로 치환하는 저표면장력액 치환 공정과, 기판(W)의 상면에 불활성 가스를 공급하여 기판(W) 상의 액체를 배제하는 액막 배제 공정을 포함한다. 저표면장력액 치환 공정과 액막 배제 공정은, 실행 기간의 일부가 중복되어 있어도 된다. 보다 구체적으로는, 건조 기간의 전반에 있어서 저표면장력액 치환 공정을 행하는 한편, 건조 공정의 전체 기간에 있어서 액막 배제 공정을 행해도 된다.
건조 공정의 개시 시에, 제어 장치(30)는, 스핀 모터(24)를 제어하여, 기판(W)을 건조 초기 회전수로 회전시킨다(단계 S24. 기판 회전 공정). 건조 초기 회전수는, 예를 들어, 800rpm~2000rpm이어도 된다.
저표면장력액 치환 공정에서는, 제어 장치(30)는, 저표면장력액 유량 콘트롤러(92) 및 개폐 밸브(93)를 제어하여, 기판(W)의 회전 중심을 향해서, 저표면장력액을 토출시킨다(단계 S25. 처리액 공급 공정). 린스액의 정지와 저표면장력액의 공급은 연속해서 행해지는 것이 바람직하고, 그것에 의해, 기판(W)의 상면이 처리액으로 덮인 상태를 유지할 수 있다. 초기 저표면장력액 유량은 비교적 높게 설정되어 있으며, 예를 들어, 1.5리터/분~2.5리터/분이어도 된다. 제어 장치(30)는, 저표면장력액 공급 유닛(9)의 유량계(FI)가 계측하는 저표면장력액 유량을 감시하면서 유량 제어 밸브(VI)를 제어하고, 그것에 의해, 저표면장력액 유량을 피드백 제어한다.
건조 초기 회전수가 고회전 영역으로 설정되어 있고, 또한 초기 저표면장력액 유량이 고유량 영역으로 설정되어 있음으로써, 기판(W)의 상면 중앙에 착액한 저표면장력액은 신속하게 기판(W)의 상면에 확산된다. 그것에 의해, 저표면장력액은, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 액막을 형성하고, 기판(W)의 상면 전역에 있어서 린스액을 신속하게 치환한다.
에칭 공정 및 린스 공정과 마찬가지로, 기판(W)의 상면에 형성되는 액막의 상태는, 카메라(10)에 의해 촬상되고, 카메라(10)가 출력하는 화상 데이터가 제어 장치(30)에 입력된다(액막 촬상 공정). 제어 장치(30)는, 카메라(10)가 출력하는 화상 데이터를 해석함으로써(화상 해석 공정), 액막의 상태를 감시한다(단계 S27. 액막 상태 감시 공정).
제어 장치(30)는, 저표면장력액 치환 공정에 있어서도, 액막의 상태에 따라, 기판(W)의 회전수를 변동시킨다. 또한, 제어 장치(30)는, 액막의 상태에 따라 저표면장력액의 공급 유량을 변동시킨다.
보다 구체적으로는, 제어 장치(30)는, 액막이 기판(W)의 상면 전역을 덮고 있는 전피복 상태로 안정되어 있으면(단계 S28：YES. 전피복 상태 판정 공정), 기판(W)의 회전수를 감소시킨다(단계 S29. 기판 회전수 변경 공정, 회전 감속 공정). 그것에 의해, 기판(W)의 회전에 따른 기판(W)의 각 부의 선속도의 감소가 도모되므로, 선속이 작은 중앙 부근과 선속이 큰 주연부분 사이에서의 온도차를 억제할 수 있다. 또한, 제어 장치(30)는, 액막이 기판(W)의 상면 전역을 덮고 있는 전피복 상태로 안정되어 있으면(단계 S28：YES. 전피복 상태 판정 공정), 저표면장력액의 공급 유량을 감소시킨다(단계 S30. 처리액 유량 변경 공정, 처리액 감량 공정). 그것에 의해, 저표면장력액 치환 처리를 기판 상면의 전역에서 균일하게 진행시키면서, 저표면장력액의 소비량 삭감이 도모된다.
한편, 제어 장치(30)는, 카메라(10)가 촬상하는 화상에 의거하여, 액막이 기판(W)의 상면 전역을 덮는 전면 피복 상태로부터 벗어나는 징조(액균열 징조)의 유무를 감시한다(단계 S31. 액균열 징조 판정 공정). 액균열 징조가 나타나면(단계 S31：YES), 제어 장치(30)는, 기판(W)의 회전수를 증가시켜(단계 S32. 기판 회전수 변경 공정, 회전 가속 공정), 전면 피복 상태의 안정화를 도모한다. 또, 제어 장치(30)는, 액균열 징조가 나타나면(단계 S31：YES), 저표면장력액 공급 유량을 증가시켜(단계 S33. 처리액 유량 변경 공정, 처리액 증량 공정), 전면 피복 상태의 안정화를 도모한다.
이와 같이 하여, 저표면장력액이 공급되고 있는 저표면장력액 치환 공정(처리액 공급 공정)의 기간 중에는, 기판(W) 상의 액막의 상태에 따라, 기판(W)의 회전수 및 저표면장력액 공급 유량이 가변 설정되고, 그들의 최적화가 도모된다.
제어 장치(30)는, 소정 시간에 걸친 저표면장력액 치환 공정의 종료 후에(단계 S34：YES), 개폐 밸브(93)를 닫고, 저표면장력액의 토출을 정지한다(단계 S35).
한편, 액막 배제 공정을 실행하기 위해, 제어 장치(30)는, 불활성 가스 유량 콘트롤러(72) 및 개폐 밸브(73)를 제어하여, 기판(W)의 상면을 향해서 불활성 가스를 토출시킨다(단계 S26. 불활성 가스 공급 공정). 이 불활성 가스의 토출은, 저표면장력액 치환 공정과 동시에 개시되어도 되고, 그 이전부터 개시되어도 되고, 저표면장력액 치환 공정의 실행 중에 개시되어도 된다. 기판(W) 상의 저표면장력액은, 불활성 가스에 의해 바깥쪽으로 밀리고, 또한 원심력에 의해 기판(W) 밖으로 떨쳐내진다. 따라서, 저표면장력액의 공급을 정지(단계 S35)한 다음은, 기판(W) 상의 저표면장력액이 신속하게 감소한다.
이와 같은 액막 배제 공정 중, 제어 장치(30)는, 카메라(10)가 출력하는 화상 데이터를 도입하여(액막 촬상 공정), 화상 해석을 행하고(화상 해석 공정), 건조 공정의 진행을 감시한다(단계 S36. 액막 상태 감시 공정). 보다 구체적으로는, 기판(W)의 회전에 의한 원심력에 의해 기판(W) 상의 저표면장력액이 배제되므로, 기판(W) 상의 액막이 얇아져, 카메라(10)가 촬상하는 화상 중에 간섭 무늬가 나타난다. 기판(W)의 회전 및 불활성 가스의 공급에 의해, 기판(W) 상의 액막이 없어지면, 화상 중의 간섭 무늬가 소실된다. 그래서, 제어 장치(30)는, 화상 해석에 의해(화상 해석 공정), 간섭 무늬의 소실을 인식하기 위한 처리를 실행한다. 그것에 의해, 제어 장치(30)는, 기판 건조의 종점을 판정할 수 있다. 제어 장치(30)는, 기판 건조의 종점이 관측되면(단계 S37：YES. 건조 상태 판정 공정), 불활성 가스의 공급을 감소시킨다(단계 S38. 불활성 가스 유량 변경 공정). 그리고, 제어 장치(30)는, 건조 공정을 위해 설정된 소정 시간이 경과하면(단계 S39：YES), 개폐 밸브(73)를 닫아 불활성 가스의 공급을 정지하고(단계 S40), 또한 기판(W)의 회전을 정지하여(단계 S41), 건조 공정을 종료한다.
건조 공정이 종료되면, 제어 장치(30)는, 가드 승강 유닛(13)을 제어하여, 스플래쉬 가드(51)를 기판(W)의 주단면에 대향하지 않는 높이까지 하강시킨다. 제어 장치(30)는, 또한, 제2 노즐 이동 유닛(12)을 제어하여, 불활성 가스 노즐(6)을 퇴피 위치까지 퇴피시킨다. 그리고, 제어 장치(30)는, 기판 반송 로봇을 제어하여, 그 핸드에 의해, 스핀 척(2)으로부터 처리가 완료된 기판(W)을 반출시킨다(단계 S42).
도 4는, 상술과 같은 기판 처리를 위해 기억 장치(32)에 저장되는 레시피 데이터(R)의 일례를 나타낸다. 레시피 데이터(R)에 의해 표시되는 레시피는, 공정순서에 따라서 부여되는 단계 번호(401)와, 공정의 내용(402)과, 당해 공정에 있어서의 스플래쉬 가드(51)의 지정 위치(가드 위치)(403)와, 당해 공정에 있어서의 지정 기판 회전수(404)와, 당해 공정에 있어서의 지정 노즐 위치(405)와, 당해 공정에 있어서의 공급 유체(406)와, 당해 공급 유체의 지정 유량(407)과, 당해 공정의 지정 실행 시간(408)을 포함한다.
도 4의 예에서는, 단계 1~9는, 각각, 가드 상승 단계, 기판 회전 단계, 노즐 이동 단계, 약액 처리 단계, 린스 처리 단계, 노즐 이동 단계, 스핀 드라이 단계, 기판 회전 정지 단계, 가드 하강 단계이다.
가드 상승 단계(단계 1)는, 기판(W)의 주단면에 대향하는 처리 위치까지 스플래쉬 가드(51)를 상승시키는 단계이다. 이후, 기판 회전 정지 단계(단계 8)까지, 가드는 처리 위치에 유지된다. 가드 상승 단계에 있어서의 지정 기판 회전수는 0rpm, 지정 노즐 위치는 홈 위치(퇴피 위치), 유체 공급은 지정되지 않으며, 따라서 지정 유량은 0리터/분이다. 지정 실행 시간은, 스플래쉬 가드(51)의 상승에 필요로 하는 필요 충분한 시간으로 설정된다.
기판 회전 단계(단계 2)는, 기판(W)의 회전, 즉 스핀 척(2)의 회전을 개시시키는 단계이다. 스핀 척(2)의 회전수는, 지정 기판 회전수인 1000rpm까지 가속된다. 지정 노즐 위치는 홈 위치(퇴피 위치)이다. 유체 공급은 지정되지 않으며, 따라서 지정 유량은 0리터/분이다. 지정 실행 시간은, 지정 기판 회전수까지의 기판 회전 가속에 필요로 하는 필요 충분한 시간으로 설정된다.
노즐 이동 단계(단계 3)는, 제1 노즐 이동 유닛(11)에 의해 처리액 노즐(3)을 기판 중심(처리 위치)까지 이동시키는 단계이다. 지정 기판 회전수는 1000rpm로 유지되어 있으며, 지정 노즐 위치는 기판 중심(처리 위치)이다. 유체 공급은 지정되지 않으며, 따라서 지정 유량은 0리터/분이다. 지정 실행 시간은, 홈 위치로부터 기판 중심까지의 처리액 노즐(3)의 이동에 필요로 하는 필요 충분한 시간으로 설정된다.
약액 처리 단계(단계 4)는, 처리액 노즐(3)로부터 기판(W)을 향해서 약액(에칭액)을 토출시키는 단계이다. 지정 기판 회전수는, 100rpm~2000rpm의 범위로 지정되어 있다. 즉, 제어 장치(30)는, 기판 상면의 액막의 상태에 따라, 스핀 척(2)의 회전수를 100rpm~2000rpm의 범위에서 가변 설정하면서, 처리액 노즐(3)로부터 에칭액을 토출시킨다. 지정 노즐 위치는 기판 중심(처리 위치)이며, 약액(에칭액)의 공급이 지정되어 있다. 지정 유량은, 0.5리터/분~2.0리터/분의 범위로 지정되어 있다. 즉, 제어 장치(30)는, 기판 상면의 액막의 상태에 따라, 에칭액의 유량을 0.5리터/분~2.0리터/분의 범위에서 가변 설정하면서, 처리액 노즐(3)로부터 에칭액을 토출시킨다. 지정 실행 시간은, 기판 상면에 대한 에칭 처리에 필요 충분한 시간으로 설정된다.
린스 처리 단계(단계 5)는, 처리액 노즐(3)로부터 기판(W)을 향해서 린스액을 토출시키는 단계이다. 지정 기판 회전수는, 100rpm~2000rpm의 범위로 지정되어 있다. 즉, 제어 장치(30)는, 기판 상면의 액막의 상태에 따라, 스핀 척(2)의 회전수를 100rpm~2000rpm의 범위에서 가변 설정하면서, 처리액 노즐(3)로부터 린스액을 토출시킨다. 지정 노즐 위치는 기판 중심(처리 위치)이며, 린스액의 공급이 지정되어 있다. 지정 유량은, 0.5리터/분~2.0리터/분의 범위로 지정되어 있다. 즉, 제어 장치(30)는, 기판 상면의 액막의 상태에 따라, 린스액의 유량을 0.5리터/분~2.0리터/분의 범위에서 가변 설정하면서, 처리액 노즐(3)로부터 린스액을 토출시킨다. 지정 실행 시간은, 기판 상면의 에칭액 전부를 린스액으로 치환하는데 필요 충분한 시간으로 설정된다.
노즐 이동 단계(단계 6)는, 제1 노즐 이동 유닛(11)에 의해 처리액 노즐(3)을 홈 위치(퇴피 위치)에 퇴피시키는 한편, 제2 노즐 이동 유닛(12)에 의해 저표면장력액 노즐(8) 및 불활성 가스 노즐(6)을 퇴피 위치(홈 위치)로부터 기판 중심(처리 위치)까지 이동시키는 단계이다. 지정 기판 회전수는, 100rpm~2000rpm의 범위로 지정되어 있다. 즉, 제어 장치(30)는, 기판 상면의 린스액의 액막을 유지할 수 있도록, 스핀 척(2)의 회전수를 100rpm~2000rpm의 범위에서 적절히 설정하면서, 노즐 이동 동작을 행한다. 지정 노즐 위치는 기판 중심(처리 위치)이며, 이것은, 저표면장력액 노즐(8) 및 불활성 가스 노즐(6)의 위치를 지정하고 있다. 유체 공급은 지정되지 않으며, 따라서 지정 유량은 0리터/분이다. 지정 실행 시간은, 처리액 노즐(3)의 이동 및 저표면장력액 노즐(8) 및 불활성 가스 노즐(6)의 이동에 필요로 하는 필요 충분한 시간으로 설정된다.
스핀 드라이 단계(단계 7)는, 건조 공정에 대응하고 있다. 지정 노즐 위치는 기판 중심(처리 위치)이며, 저표면장력 노즐 및 불활성 가스 노즐(6)의 위치를 지정하고 있다. 공급 유체로서, 용제(저표면장력액의 일례) 및 질소 가스(불활성 가스의 일례)가 지정되어 있다. 지정 기판 회전수는, 100rpm~2000rpm의 범위로 지정되어 있다. 즉, 제어 장치(30)는, 기판 상면의 액막(저표면장력액의 액막)의 상태에 따라, 스핀 척(2)의 회전수를 100rpm~2000rpm의 범위에서 가변 설정하면서, 저표면장력액 및 불활성 가스를 공급시킨다. 지정 유량은, 용제에 관해서는 0.1리터/분~5.0리터/분의 범위로 지정되고, 질소 가스에 관해서는 50리터/분~100리터/분으로 지정되어 있다. 즉, 제어 장치(30)는, 기판 상면의 액막(저표면장력액의 액막)의 상태에 따라, 용제의 유량을 0.1리터/분~5.0리터/분의 범위에서 가변 설정하면서 저표면장력액 치환 공정을 행하고, 질소 가스의 유량을 50리터/분~100리터/분의 범위에서 가변 설정하면서 불활성 가스 공급 공정을 행한다. 지정 실행 시간은, 기판 상면의 저표면장력액을 완전하게 배제하는데 필요 충분한 시간으로 설정된다.
기판 회전 정지 단계(단계 8)는, 기판(W)의 회전, 즉 스핀 척(2)의 회전을 개시시키는 단계이다. 스핀 척(2)의 회전수는, 지정 기판 회전수인 0rpm까지 감속되고, 그것에 의해, 기판(W)의 회전이 정지한다. 지정 노즐 위치는 홈 위치(퇴피 위치)이다. 즉, 제2 노즐 이동 유닛(12)에 의해, 저표면장력액 노즐(8) 및 불활성 가스 노즐(6)이 홈 위치(퇴피 위치)로 이동된다. 유체 공급은 지정되지 않으며, 따라서 지정 유량은 0리터/분이다. 지정 실행 시간은, 기판의 회전 정지 및 노즐 이동에 필요로 하는 필요 충분한 시간으로 설정된다.
가드 하강 단계(단계 9)는, 처리가 완료된 기판(W)의 반출에 대비해, 스플래쉬 가드(51)를 홈 위치(퇴피 위치)까지 하강시키는 단계이다. 지정 기판 회전수는, 0rpm이며, 지정 노즐 위치는 홈 위치(퇴피 위치)이다. 유체 공급은 지정되지 않으며, 따라서 지정 유량은 0리터/분이다. 지정 실행 시간은, 스플래쉬 가드(51)의 하강을 위한 필요 충분한 시간으로 설정된다.
제어 장치(30)는, 이와 같은 단계 1~9를 순서대로 실행한다. 그것에 의해, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 기판 처리가 실현된다.
도 5(a)는 기판 처리 중의 에칭액, 린스액, 저표면장력액 및 불활성 가스의 유량 변동의 일례를 나타낸다. 또, 도 5(b)는 기판 처리 중의 기판 회전수의 변동의 일례를 나타낸다.
에칭 공정의 초기에는, 비교적 큰 초기 에칭 유량이 설정되고, 또한 비교적 높은 에칭 초기 회전수가 설정된다. 그것에 의해, 기판 상면의 전체를 덮는 에칭액의 액막을 신속하게 형성할 수 있어, 기판 상면의 전역에 있어서, 실질적으로 동시에 에칭 처리를 개시시킬 수 있다. 에칭액의 액막이 기판 상면의 전체를 덮는 상태가 되면, 참조 부호 111로 나타내는 바와 같이 에칭액의 유량이 감소하게 되고, 또한 참조 부호 121로 나타내는 바와 같이 기판(W)의 회전수가 감소하게 된다. 그것에 의해, 에칭액의 소비량의 삭감과, 기판(W) 상의 액막 온도의 균일화가 도모되어, 소유량의 에칭액으로 기판(W)의 전면에 있어서 에칭을 균일하게 진행시킬 수 있다.
기판(W)의 표면이 산화 실리콘막으로 덮여 있는 동안은, 기판 표면은 친수면이기 때문에, 참조 부호 112, 122로 나타내는 바와 같이, 소유량으로 에칭액을 공급하고, 또한 저회전수로 기판(W)을 회전시킴으로써, 기판(W)의 상면 전역이 에칭액의 액막으로 덮인 전면 피복 상태를 유지할 수 있다. 산화 실리콘막의 에칭이 진행되고, 기판(W)의 실리콘층이 노출되면, 기판 표면은 친수면을 나타낸다. 그러면, 기판(W)의 상면의 액막이 전면 피복 상태로부터 벗어나는 징조, 즉, 액균열의 징조가 나타난다. 액균열의 징조가 나타나면, 참조 부호 113, 123으로 나타내는 바와 같이, 에칭액의 유량이 증가하게 되고, 또한 기판(W)의 회전수가 가속된다.
레시피에 의해 규정된 시간에 걸쳐 에칭액이 공급되면, 에칭 공정을 종료하고, 린스 공정이 개시된다.
린스 공정의 초기에는, 비교적 큰 초기 린스 유량이 설정되고, 또한 비교적 높은 린스 초기 회전수가 설정된다. 그것에 의해, 기판 상면의 전체를 덮는 린스액의 액막을 신속하게 형성할 수 있어, 기판 상면의 전역에 있어서, 실질적으로 동시에, 에칭액을 린스액으로 치환할 수 있다. 그것에 의해, 기판 상면의 전역에 있어서, 실질적으로 동시에, 에칭을 정지시킬 수 있다. 린스액의 액막이 기판 상면의 전체를 덮는 상태가 되면, 참조 부호 114로 나타내는 바와 같이, 린스액의 유량이 감소하게 된다. 도 5의 예에서는, 기판 회전수는 변동하고 있지 않지만, 린스액의 유량 감소에 더하여, 기판(W)의 회전수를 감소시켜도 된다. 그것에 의해, 린스액의 소비량의 삭감과, 기판(W) 상의 액막 온도의 균일화가 도모되어, 소유량의 린스액으로 기판(W)의 전면에 있어서 린스 처리를 균일하게 진행시킬 수 있다. 린스 공정에 있어서, 기판 상면의 전역이, 시종, 린스액으로 덮여 있음으로써, 기판(W)의 상면에 기액 계면이 접하지 않는다. 그 때문에, 기액 계면에 끌어들여지는 이물이 기판(W)의 상면에 부착되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
레시피에 의해 규정된 시간에 걸쳐 린스액이 공급되면, 린스 공정을 종료하고, 건조 공정이 개시된다.
저표면장력액 치환 공정에서는, 비교적 큰 초기 유량으로 저표면장력액이 공급되고, 또한 기판 회전수가 조금 높게 설정된다. 그것에 의해, 기판 상면의 전체를 덮는 저표면장력액의 액막을 신속하게 형성할 수 있어, 기판 상면의 전역에 있어서, 실질적으로 동시에, 대부분의 린스액을 저표면장력액으로 치환할 수 있다. 저표면장력액의 액막이 기판 상면의 전체를 덮는 상태가 되면, 참조 부호 115로 나타내는 바와 같이, 저표면장력액의 유량이 감소하게 된다. 도 5의 예에서는, 기판 회전수는 변동하고 있지 않지만, 저표면장력액의 유량 감소에 더하여, 기판(W)의 회전수를 감소시켜도 된다. 그것에 의해, 저표면장력액의 소비량의 삭감과, 기판(W) 상의 액막 온도의 균일화가 도모되어, 소유량의 저표면장력액으로 기판(W)의 전면에 있어서 린스액에서 저표면장력액으로의 치환을 균일하게 진행시킬 수 있다. 저표면장력액의 공급이 소정 시간에 걸쳐 행해진 시점에서, 저표면장력액의 공급이 정지된다.
불활성 가스 공급 공정은, 이 예에서는, 건조 공정의 전체 기간에 걸쳐 행해진다. 도 5의 예에서는, 저표면장력액 치환 공정 후에, 참조 부호 116으로 나타내는 바와 같이, 불활성 가스 유량이 감소(도 5의 예에서는 점감)하게 되어 있다. 이것에 의해, 필요 충분한 불활성 가스 공급에 의해, 기판(W)의 건조가 도모된다.
도 5(a)에 나타내고 있는 바와 같이, 에칭액의 공급과 린스액의 공급이 연속해서 행해져, 기판(W)의 상면이 액막으로 덮인 상태가 유지되는 것이 바람직하다. 또한, 린스액의 공급과 저표면장력액의 공급이 연속하도록 하여, 에칭액의 공급 개시부터 저표면장력액에 의한 린스액의 치환에 이르기까지, 기판(W)의 상면이 액막으로 덮인 상태가 유지되는 것이 바람직하다.
도 6은, 제어 장치(30)에 의한 처리액(에칭액 및 린스액)의 공급 유량 및 기판 회전수의 제어의 일례를 나타낸다. 제어 장치(30)는, 제1 제어 영역과 제2 제어 영역에서 제어 영역을 전환하면서, 처리액 유량 및 기판 회전수를 제어해도 된다. 제1 제어 영역은, 고유량·고회전 영역, 즉, 처리액 유량이 크고, 또한 기판 회전수가 높은 영역이다. 보다 구체적으로는, 제1 제어 영역은, 예를 들어 1.5리터/분~2.5리터의 유량 범위(고유량 범위)와, 예를 들어 800rpm~1200rpm의 기판 회전수 범위(고회전 범위)에 의해 규정되어 있다. 또, 제2 제어 영역은, 예를 들어 0.5리터/분~1.0리터/분의 유량 범위(저류량 범위)와, 예를 들어 100rpm~600rpm의 기판 회전수 범위(저회전 범위)에 의해 규정되어 있다.
고유량 범위는, 저류량 범위보다 상대적으로 큰 유량의 범위이다. 도 6의 예에서는, 고유량 범위의 전구간이 저류량 범위보다 큰 유량값을 가지고 있지만, 고유량 범위의 하한측의 일부의 구간이 저류량 범위의 상한측의 일부의 구간과 중복되어 있어도 된다. 또, 고회전 범위는, 저회전 범위보다 상대적으로 높은 회전수의 범위이다. 도 6의 예에서는, 고회전 범위의 전구간이 저회전 범위보다 높은 회전 수치를 가지고 있지만, 고회전 범위의 하한측의 일부의 구간이 저회전 범위의 상한측의 일부의 구간과 중복되어 있어도 된다. 즉, 도 6의 예에서는, 제1 제어 영역 및 제2 제어 영역은, 중복 범위를 가지지 않지만, 제1 및 제2 제어 영역이 중복 영역을 가지고 있어도 된다.
제1 제어 영역에 있어서, 제어 장치(30)는, 기판 상면의 액막이 기판 상면의 전역을 피복하는 전피복 상태인지 어떤지를 판단한다. 그리고, 전피복 상태인 것으로 판단하면, 제어 장치(30)는, 제어 영역을 제2 제어 영역으로 전환한다. 제2 제어 영역에 있어서, 제어 장치(30)는, 기판(W) 상의 액막이 전피복 상태로부터 벗어나는 징조가 있는지 어떤지, 즉, 액균열의 징조가 있는지 어떤지를 판단한다. 그리고, 액균열의 징조가 나타난 것으로 판단하면, 제어 장치(30)는, 제어 영역을 제1 제어 영역으로 전환한다.
처리액 처리(에칭 공정 및 린스 공정)의 초기는, 제어 장치(30)는, 제1 제어 영역을 선택한다. 그 다음은, 전피복 상태의 판정 및 액균열의 판정에 결과에 따라, 제1 제어 영역과 제2 제어 영역이 전환된다.
제어 장치(30)는, 제1 제어 영역에 있어서, 당해 제1 제어 영역 내의 하나의 제어점(1세트의 유량값 및 회전 수치)을 선택하고, 처리액의 유량 및 기판 회전수를 제어해도 된다. 또, 제어 장치(30)는, 제1 제어 영역에 있어서, 카메라(10)에 의해 촬상되는 화상에 따라, 제1 제어 영역 내의 복수의 제어점(복수 세트의 유량값 및 회전 수치) 중 어느 하나를 동적으로 선택함으로써, 처리액의 액량 및 기판 회전수를 제어해도 된다.
마찬가지로, 제어 장치(30)는, 제2 제어 영역에 있어서, 당해 제2 제어 영역 내의 하나의 제어점(1세트의 유량값 및 회전 수치)을 선택하고, 처리액의 유량 및 기판 회전수를 제어해도 된다. 또, 제어 장치(30)는, 제2 제어 영역에 있어서, 카메라(10)에 의해 촬상되는 화상에 따라, 제2 제어 영역 내의 복수의 제어점(복수 세트의 유량값 및 회전 수치) 중 어느 하나를 동적으로 선택함으로써, 처리액의 액량 및 기판 회전수를 제어해도 된다.
도 7은, 에칭액의 유량 및 기판 회전수와, 에칭 균일성의 관계를 나타내는 개념도이다. 횡축은 처리 시간을 나타내고, 종축은 에칭 균일성을 나타낸다. 에칭 균일성은, 값이 낮을 수록 에칭 불균일이 적고, 균일성이 양호한 것을 나타낸다.
에칭액을 고유량으로 공급하고, 또한 기판 회전수를 고회전으로 하는 고유량·고회전수의 조건으로 기판(W)을 처리하면, 선 L1로 나타내는 바와 같이, 초기에서는 양호한 에칭 균일성을 나타내지만, 시간 경과와 함께, 에칭 균일성이 나빠지는 경향이 보여진다. 초기의 양호한 에칭 균일성은, 고유량·고회전수 조건을 위해, 기판(W) 상에서 에칭액이 순간적으로 확산되어, 기판(W)의 표면의 각 부에서 실질적으로 동시에 에칭이 개시되는 것에 의한다. 시간 경과와 함께 에칭 균일성이 악화되는 주요인은, 고회전수 조건에 있다. 즉, 기판(W)의 회전 중심과 주연부에서는 회전 방향의 선속도에 큰 차이가 있기 때문에, 주연부에 있어서 에칭액이 주위의 분위기 중에 증발하고 기화열을 빼앗겨, 에칭액의 온도가 저하한다. 그 때문에, 에칭액에는, 기판(W)의 회전 중심 부근과 주연 부근에서 큰 온도차가 발생하고, 이것에 기인하여 에칭 균일성이 손상된다.
에칭액을 저류량으로 공급하고, 또한 기판 회전수를 고회전으로 하는 저류량·고회전수의 조건으로 기판(W)을 처리하면, 선 L2로 나타내는 바와 같이, 고유량·고회전수의 조건(선 L1)과 동일한 경향이 보여진다. 따라서, 초기에 있어서의 에칭액의 커버리지의 진행이 기판 회전수에 크게 의존하고, 또한 중기 및 후기에 있어서의 에칭액의 온도의 불균일도 기판 회전수에 크게 의존하고 있는 것을 알 수 있다. 단, 에칭액의 유량이 적은 조건에서는, 어느 기간에 있어서도, 고유량·고회전수의 조건(선 L1)과 비교해, 에칭 균일성이 약간 떨어진다.
에칭액을 고유량으로 공급하고, 또한 기판 회전수를 저회전수로 하는 고유량·저회전수의 조건으로 기판(W)을 처리하면, 선 L3으로 나타내는 바와 같이, 초기에 있어서의 에칭 균일성이 나쁘고, 시간 경과에 따라, 에칭 균일성이 좋아진다. 즉, 기판 회전수가 낮기 때문에, 에칭액 공급 개시부터 에칭액에 의해 기판 표면 전역이 덮이기까지 시간이 걸리고, 그 때문에, 초기의 에칭 균일성이 손상되고 있다. 한편, 기판(W)의 상면이 일단 액막으로 덮이면, 기판(W)의 회전수가 낮기 때문에, 기판(W)의 회전 중심과 주연부에 있어서의 에칭액의 온도차가 적기 때문에, 양호한 에칭 균일성이 얻어진다.
에칭액을 저류량으로 공급하고, 또한 기판 회전수를 저회전수로 하는 저류량·저회전수의 조건으로 기판(W)을 처리하면, 선 L4로 나타내는 바와 같이, 고유량·저회전수의 조건(선 L3)과 동일한 경향이 보여진다. 따라서, 초기에 있어서의 에칭액의 커버리지의 진행이 기판 회전수에 크게 의존하고, 또한 중기 및 후기에 있어서의 에칭액의 온도의 불균일도 기판 회전수에 크게 의존하고 있는 것을 알 수 있다. 단, 에칭액의 유량이 적은 조건에서는, 어느 기간에 있어서도, 고유량·저회전수의 조건(선 L3)과 비교해, 에칭 균일성이 약간 떨어진다. 그러나, 에칭 균일성에 관해서는 거의 동등한 레벨이므로, 에칭액의 소비량을 삭감하는 관점에서는, 저류량·저회전수의 조건(선 L4) 쪽이 바람직하다.
이상의 경향으로부터, 에칭 처리의 초기에 있어서는, 고회전수의 조건(선 L1, L2)으로 하는 것이 바람직하고, 그 다음은, 저회전수의 조건(선 L3, L4)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 초기에는, 고회전수의 조건(선 L1, L2)을 선택하는 한편, 그 후에는, 액막의 상태에 따라, 기판 회전수를 동적으로 변동시켜 에칭 균일성을 높이는 것이 한층 바람직하다. 또한, 에칭 초기에 있어서는, 고유량·고회전수의 조건(선 L1)으로 하는 것이 더 바람직하고, 그 다음은, 저류량·저회전수의 조건(선 L3)으로 하여 약액 절약을 도모하는 것이 바람직하다. 그리고, 에칭 초기에는, 고유량·고회전수의 조건(선 L1)을 선택하는 한편, 그 후에는, 액막의 상태에 따라 기판 회전수 및 에칭액의 유량을 동적으로 변동시켜 에칭 균일성을 높이는 것이 한층 바람직하다.
도 8은, 처리액(에칭액 또는 린스액)의 유량과, 기판 표면의 상태(친수면/소수면)와, 기판 표면의 파티클 부착수의 관계를 조사한 예를 나타낸다. 고유량 조건에서는, 기판 표면이 친수면인지 소수면인지에 관계없이, 파티클 부착수에 큰 차이는 발생하지 않았다. 이것은, 처리액이 고유량으로 공급되고 있을 때에는, 기판 표면이 비록 소수면이어도 그 전역이 처리액으로 덮이기 때문이다. 한편, 저류량 조건에서는, 기판 표면이 친수면일 때에는 파티클 부착수가 적은데 반해, 기판 표면이 소수면일 때에는 파티클 부착수가 현저하게 많아지고 있다. 이것은, 기판 표면이 소수면일 때에는, 저류량으로의 처리액 공급에서는, 액막에 균열이 발생하고, 기판 표면이 부분적으로 노출되기 때문이다. 즉, 기판 표면에 접하는 기액 계면에 이물(파티클)이 끌어당겨져, 그 때문에 파티클이 발생한다고 생각할 수 있다.
기판 표면이 친수성이면 소유량의 처리액 공급으로 기판 표면의 전역을 덮는 커버리지를 확보할 수 있는데 반해, 기판 표면이 소수성일 때에는, 대유량의 처리액 공급으로 기판 표면 전역의 커버리지를 확보하는 것이 바람직하다.
그래서, 이 실시 형태에서는, 기판 표면의 커버리지의 상황을, 카메라(10)에 의해 취득되는 화상에 의거하여 판정하고, 그것에 의거하여, 처리액의 유량 및 기판 회전수가 변경된다. 그것에 의해, 기판 표면의 상태의 변화에 따라 처리액 유량 및 기판 회전수가 동적으로 변동되어, 필요 충분한 유량으로 처리액을 공급할 수 있다. 따라서, 처리액을 과잉한 유량으로 공급하지 않고, 처리액에 의한 처리 기간 중의 커버리지를 확보할 수 있어, 파티클 성능을 손상시키지 않고, 처리액의 소비량을 억제할 수 있다.
도 9a~도 9d는, 카메라(10)에 의해 촬상되는 화상의 예를 나타낸다. 카메라(10)의 촬상 영역은, 예를 들어, 기판(W)의 상면의 전역을 포함하고 있다. 도 9a~도 9d에 나타내는 화상은, 카메라(10)가 촬상하는 화상의 일부, 보다 구체적으로는, 기판 주연부의 화상을 추출한 부분 화상이다. 전피복 상태의 판정, 및 액균열 징조의 판정은, 기판 주연부의 부분 화상을 이용하여 행할 수 있다.
도 9a는, 기판(W)(이 예에서는 실리콘 웨이퍼)의 표면에 액이 존재하고 있지 않을 때의 화상예이다. 기판 표면은 경면으로 되어 있다. 도 9b는, 기판(W)의 표면에 액이 공급되고, 그 액이 기판 표면의 전역에는 골고루 확산되어 있지 않은 상태, 즉, 피복 도중 상태의 화상예이다. 액막(100)은, 기판(W)의 외주면을 향해서 확산되고 있는 과정이기 때문에, 복수의 웨이브(101)가 좁은 간격으로 층형으로 나타나고 있다. 도 9c는, 기판(W)의 표면 전역을 덮는 액막(102)이 형성된 상태, 즉, 전피복 상태의 화상예이다. 전피복 상태에서는, 액막(102)의 표면에는 미세한 패임(103)이 균일하게 분산되어 있어, 액막(102)의 두께가 균일하기 때문에 선형 패턴을 나타내는 웨이브는 존재하지 않는다. 도 9d는, 전피복 상태를 벗어나는 징조, 즉, 액균열 징조가 나타나 있는 화상예이다. 액균열이 발생하는 전단층에서는, 액막(104)의 두께가 불균일해진다. 전형적으로는, 기판 주연부에 있어서 액막(104)이 비교적 얇아지기 때문에, 기판(W)의 주단면 형상을 따른 독립된 선형 패턴을 나타내는 큰 웨이브(105)가 나타난다.
카메라(10)에 의해 촬상되는 화상에 의거하여, 기판(W)의 주연부에 경면 화상(도 9a)이 나타나 있는 상태에서, 기판(W)의 주연부에 미세한 패임이 균일하게 나타나 있는 상태(도 9c)로 천이한 것을 판정하면, 전피복 상태에 이른 것을 판정할 수 있다. 또, 기판(W)의 주연부에 미세한 패임이 균일하게 나타나 있는 상태(도 9c)를 인식함으로써, 전피복 상태의 판정을 행할 수 있다. 그리고, 독립된 선형 패턴을 나타내는 큰 웨이브가 나타난 상태(도 9d)를 인식함으로써, 액균열 전조를 판정할 수 있다.
보다 구체적으로는, 예를 들어, 카메라(10)가 출력하는 화상 데이터에 대해, 도 9c의 화상의 특징을 추출하는 필터 처리(예를 들어 에지 강조 처리)를 실시하고, 화상 전체의 필터값(특징량)을 구함으로써, 그 필터값을 이용하여 전피복 상태의 판정이 가능하게 된다. 또, 예를 들어, 액균열 전조의 판정은, 화상 데이터에 대해 에지 강조 등의 필터 처리를 실시하고, 필터 처리 후의 화상 중에 독립된 선형 패턴이 존재하고 있는지 어떤지를 인식하는 화상 인식 처리에 의해 행해도 된다.
도 10은, 전피복 상태의 판정 처리(도 3a의 단계 S5, S16)의 구체예를 설명하기 위한 플로차트이다. 처리액(에칭액 또는 린스액)의 공급을 개시한 초기는, 상술과 같이, 고유량·고회전수 조건이 되어, 기판(W)의 표면 전역이 순간적으로 액막으로 덮인다. 그래서, 처리액의 공급을 개시하고 나서 일정 시간을 대기하고, 카메라(10)가 촬상한 화상으로부터 기판 주연부의 화상을 추출한다(단계 S51). 이 화상은, 전피복 상태의 초기 화상이다. 이 초기 화상의 특징량(예를 들어 상술한 필터값)을 연산하여, 기억 장치(32)에 저장한다(단계 S52). 그 다음은, 제어 장치(30)는, 소정 시간 간격으로 카메라(10)가 촬상한 화상으로부터 기판 주연부의 화상을 추출하여(단계 S53. 액막 촬상 공정), 특징량(예를 들어 상술한 필터값)을 연산한다(단계 S54. 화상 해석 공정). 그리고, 당해 특징량과 초기 화상의 특징량을 비교한다(단계 S55. 전피복 상태 판정 공정). 그들 특징량의 편차가, 소정의 역치 이내이면(단계 S55：YES), 제어 장치(30)는, 전피복 상태인 것으로 판단한다(단계 S56). 특징량의 편차가 역치를 넘고 있으면(단계 S55：NO), 제어 장치(30)는, 전피복 상태가 아닌 것으로 판단한다(단계 S57). 그 다음은, 실행 중의 처리액 공정(에칭 공정 또는 린스 공정)이 종료될 때까지, 단계 S53으로부터의 처리가 반복된다(단계 S58).
건조 공정의 초기에 행해지는 저표면장력액 치환 공정에서의 전피복 상태의 판정(도 3b의 단계 S28)도 실질적으로 동일하다.
도 11은, 액균열 전조의 판정 처리(도 3a의 단계 S8, S19)의 구체예를 설명하기 위한 플로차트이다. 제어 장치(30)는, 전피복 상태가 검출된 후에, 액균열 전조 판정을 실행한다. 제어 장치(30)는, 소정 시간 간격으로 카메라(10)가 출력하는 화상 데이터를 취득하고, 그 화상 데이터로부터 기판 주연의 화상을 잘라낸다(단계 S61. 액막 촬상 공정). 제어 장치(30)는, 그 잘라낸 화상에 대해, 에지 강조 등의 필터 처리를 행한다(단계 S62. 화상 해석 공정). 제어 장치(30)는, 그 필터 처리 후의 화상에 대해, 독립된 선형 패턴을 인식하기 위한 화상 인식 처리를 행한다(단계 S63. 화상 해석 공정). 그 화상 인식 처리의 결과, 독립된 선형 패턴의 존재가 확인되면(단계 S64：YES. 액균열 징조 판정 공정), 제어 장치(30)는, 액균열의 징조가 나타나고 있는 것으로 판단한다(단계 S65). 그와 같은 선형 패턴이 존재하지 않으면(단계 S64：NO), 제어 장치(30)는, 액균열의 징조가 나타나지 않은 것으로 판단한다(단계 S66). 그 다음은, 실행 중의 처리액 공정(에칭 공정 또는 린스 공정)이 종료될 때까지, 단계 S61로부터의 처리가 반복된다(단계 S67).
건조 공정의 초기에 행해지는 저표면장력액 치환 공정에서의 액균열 징조(도 3b의 단계 S31)의 판정도 실질적으로 동일하다.
이상, 이 발명의 일실시 형태에 대해서 설명해 왔지만, 이 발명은 또 다른 형태로 실시하는 것도 가능하다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 주로, 기판(W)의 표면에 형성된 막(예를 들어 산화 실리콘막)을 제거하는 에칭 처리에 대해서 설명했지만, 약액의 에칭 작용을 이용한 기판 세정 처리도 「에칭 처리」에 포함된다. 또, 이 발명은, 에칭 처리에 한정되지 않고, 처리액을 이용하여 행하는 다른 종류의 기판 처리에 대해서도 적용할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 카메라(10)에 의해 촬상되는 기판 상면의 액막의 화상에 의거하여 전피복 상태 및 액균열 전조 판정을 행하고 기판 회전수 및 처리액 유량을 증감하고 있다. 그러나, 액막의 상태를 보다 상세하게 인식하고, 그것에 의거하여, 기판 회전수 및 처리액 유량을 가변 설정하고, 최적의 기판 회전수 조건 및 처리액 유량 조건으로 수렴시키는 제어를 실행해도 된다.
또, 상술한 실시 형태에서는, 카메라(10)에 의해 촬상되는 액막의 화상에 의해 액막의 상태를 인식·판정하고 있다. 그러나, 이러한 화상을 이용하는 판정에 한정되지 않고, 예를 들어, 액막의 막두께를 검출하는 막두께 센서를 이용하여 액막의 상태를 검출하는 구성을 채용해도 된다.
본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명해 왔지만, 이들은 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하기 위해 이용된 구체예에 지나지 않고, 본 발명은 이들 구체예로 한정해서 해석되어야 하는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (14)

  1. 기판을 수평 자세로 회전시키는 기판 회전 공정과,
    상기 기판 회전 공정에서 회전되고 있는 기판의 상면에 처리액을 공급하는 처리액 공급 공정과,
    상기 기판의 상면에 공급된 처리액이 상기 기판의 상면에 형성하는 액막의 상태를 감시하는 액막 상태 감시 공정과,
    상기 처리액 공급 공정의 실행 중에, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막의 상태가, 상기 액막이 상기 기판의 상면 전역을 덮는 전피복 상태에 있는지 또는 상기 전피복 상태를 벗어나는 상태에 있는지에 따라, 상기 기판의 회전수를 변경하는 기판 회전수 변경 공정을 포함하며,
    상기 처리액 공급 공정을 개시한 후, 상기 액막의 화상을 처리한 경우에 상기 기판의 주단면(周端面) 형상을 따르는 선형 패턴을 나타내는 웨이브가 상기 액막 상에 나타난 상태인지 여부를 인식하는 것에 의해, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막이 상기 기판의 상면 전역을 덮는 전피복 상태를 벗어나는 액균열 징조를 가지는지 어떤지를 판정하는 액균열 징조 판정 공정을 더 포함하고,
    상기 기판 회전수 변경 공정이, 상기 액균열 징조 판정 공정에 의해 상기 액막이 상기 액균열 징조를 가지는 것으로 판정되면, 상기 기판의 회전수를 증가시키는 회전 가속 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리액 공급 공정을 개시한 후, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막이 상기 기판의 상면 전역을 덮는 전(全)피복 상태인지 어떤지를 판정하는 전피복 상태 판정 공정을 더 포함하고,
    상기 기판 회전수 변경 공정이, 상기 전피복 상태 판정 공정에 의해 상기 전피복 상태인 것으로 판정되면, 상기 기판의 회전수를 감소시키는 회전 감속 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 액균열 징조 판정 공정은, 상기 액막의 전피복 상태를 촬상한 화상으로부터 특징을 추출하는 필터 처리에 의해 구해진 특징량과, 상기 처리액의 공급을 개시하고나서 소정 시간 간격으로 촬상한 화상으로부터 특징을 추출하는 필터 처리에 의해 구해진 특징량을 비교하는 특징량 비교 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리액 공급 공정의 실행 중에, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막의 상태에 따라, 상기 기판에 공급되는 처리액의 유량을 변경하는 처리액 유량 변경 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 처리액 공급 공정을 개시한 후, 상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막이 상기 기판의 상면 전역을 덮는 전피복 상태인지 어떤지를 판정하는 전피복 상태 판정 공정을 더 포함하고,
    상기 처리액 유량 변경 공정이, 상기 전피복 상태 판정 공정에 의해 상기 전피복 상태인 것으로 판정되면, 상기 처리액의 유량을 감소시키는 처리액 감량 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 처리액 유량 변경 공정이, 상기 액균열 징조 판정 공정에 의해 상기 액막이 상기 액균열 징조를 가지는 것으로 판정되면, 상기 처리액의 유량을 증가시키는 처리액 증량 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리액이 에칭액인, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리액이 린스액인, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 액막 상태 감시 공정이, 상기 기판의 상면에 형성되는 액막을 촬상하는 액막 촬상 공정과, 상기 액막 촬상 공정에 의해 촬상된 액막의 화상을 해석하는 화상 해석 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판이, 상기 처리액에 의한 처리에 의해, 상기 처리액에 대한 친액도(親液度)가 변화하는 표면을 가지고 있는, 기판 처리 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리액 공급 공정 후에, 상기 기판의 표면의 액성분을 건조시키는 건조 공정과,
    상기 액막 상태 감시 공정에서 감시되는 상기 액막 상태에 의거하여, 상기 기판의 건조 상태를 판정하는 건조 상태 판정 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 건조 공정이, 상기 기판의 표면에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 공정과, 상기 건조 상태 판정 공정에 의한 상기 기판의 건조 상태의 판정에 의거하여, 상기 불활성 가스의 유량을 변화시키는 불활성 가스 유량 변경 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  13. 기판을 수평 자세로 회전시키는 기판 회전 유닛과,
    상기 기판 회전 유닛에 의해 회전되고 있는 기판의 상면에 처리액을 공급하는 처리액 공급 유닛과,
    상기 기판의 상면에 공급된 처리액의 화상을 촬상하는 카메라와,
    상기 카메라에 의해 촬상되는 화상에 의거하여, 상기 기판 회전 유닛 및 상기 처리액 공급 유닛을 제어하는 제어 장치와,
    상기 제어 장치가, 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 방법의 공정을 실행하도록 프로그램되어 있는, 기판 처리 장치.
  14. 기판 처리 장치에 구비되는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램이며, 상기 기판 처리 장치에 있어서, 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 방법을 실행하도록 단계 군이 짜넣어진 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체.
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