KR102533517B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

간이한 구성으로 에칭 불량의 발생률을 저감할 수 있는 기술을 제공한다. 기판 처리 방법은, 기판 유지 공정과, 대전 공정과, 에칭액 공급 공정을 구비한다. 기판 유지 공정에 있어서는, 기판 유지부에 의해 기판을 유지한다. 대전 공정에 있어서는, 기판을, 당해 기판의 중앙부를 통과하는 회전축선 둘레로 회전시켜, 당해 기판의 제1 주면의 전면이 양으로 대전하는 제1 혼합 농도로, 순수와 첨가 가스를 혼합한 제1 혼합액을, 당해 기판에 공급하여 당해 기판을 대전시킨다. 에칭액 공급 공정에 있어서는, 대전 공정 후 또는 이와 병행하여, 당해 기판을 회전축선 둘레로 회전시켜, 당해 기판의 제1 주면에 에칭액을 공급한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
본원은, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 실리콘 기판의 표면에 대해 산성 또는 알칼리성의 에칭액을 공급하여, 당해 표면에 대해 에칭을 행하는 기판 처리 장치가 제안되고 있다. 이 기판의 표면에는, 예를 들면, 에칭 대상(실리콘 등의 반도체층 또는 실리콘 산화물 등의 절연층 등)과, 레지스트 패턴이 형성되고, 에칭 장치는, 에칭 대상에 대해 에칭을 행한다.
이 기판의 표면에 산성 또는 알칼리성의 에칭액이 공급되면, 전기 이중층에 의해 기판의 표면은 음으로 하전된다. 따라서, 패턴 측벽도 음으로 하전된다. 이 패턴 측벽의 전하는, 패턴 측벽 근방에 있어서, 에칭액 중의 마이너스 이온과 반발한다. 패턴 사이의 간극이 좁을수록, 패턴 측벽의 전하가 당해 간극 전체에 영향을 주므로, 에칭액이 당해 간극으로 들어가기 어려워진다. 이에 의해, 에칭 불량이 발생한다는 문제가 있다.
이에, 기판에 전압을 인가하여 기판의 표면을 역극성으로 대전시킴으로써, 에칭 불량을 억제하는 기술이 제안되고 있다. 이러한 에칭 장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 기판 처리 장치의 구성을 채용할 수 있다. 이 기판 처리 장치는, 기판 유지 수단, 에칭액 공급 수단, 및 복수의 전극을 제어하는 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는, 회전축선 둘레로 기판을 회전시키면서, 기판에 에칭액을 공급하는 에칭 공정과, 제1 전극 및 제2 전극의 순번으로 인가 전압의 절대치가 증가하도록, 복수의 전극에 전압을 인가함으로써, 에칭 공정과 병행하여 기판을 대전시키는 에칭 대전 공정을 실행한다.
일본국 특허공개 2016-184701호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기판 처리 장치에서는, 기판에 전압을 인가하기 위한 다양한 기구(예를 들면 제1 전극 및 제2 전극)가 필요해져, 기판 처리 장치가 복잡화한다.
이에, 본원은, 간이한 구성으로 에칭 불량의 발생률을 저감할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
기판 처리 방법의 제1 양태는, 기판 유지부에 의해 기판을 유지하는 기판 유지 공정과, 상기 기판을, 상기 기판의 중앙부를 통과하는 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 기판의 제1 주면의 전면이 양으로 대전하는 제1 혼합 농도로, 순수와 첨가 가스를 혼합한 제1 혼합액을, 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 대전시키는 대전 공정과, 상기 대전 공정 후 또는 이와 병행하여, 상기 기판을 상기 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 기판의 상기 제1 주면에 에칭액을 공급하는 에칭액 공급 공정을 구비한다.
기판 처리 방법의 제2 양태는, 제1 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 제1 혼합 농도는, 상기 기판 상의 대전 분포에 의거하여 결정된 값이다.
기판 처리 방법의 제3 양태는, 제1 또는 제2 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 대전 공정에 있어서는, 상기 기판의 상기 제1 주면과는 반대의 제2 주면에 상기 제1 혼합액을 공급하고, 상기 기판 처리 방법은, 상기 에칭액 공급 공정 후, 상기 제1 혼합 농도보다 첨가 가스의 농도가 높은 제2 혼합액을 상기 기판의 상기 제2 주면에 공급하여, 상기 기판을 제전하는 제전 공정을 추가로 구비한다.
기판 처리 방법의 제4 양태는, 제1 내지 제3 중 어느 한 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 에칭액 공급 공정 후, 순수, 또는, 상기 제1 혼합 농도와 다른 제3 혼합 농도로 순수와 첨가 가스가 혼합되어 얻어지는 제3 혼합액을, 상기 기판의 상기 제1 주면에 공급하는 린스액 공급 공정을 추가로 구비한다.
기판 처리 방법의 제5 양태는, 제4 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 제3 혼합 농도에 있어서의 상기 첨가 가스의 농도는, 상기 제1 혼합 농도에 있어서의 상기 첨가 가스의 농도보다 크다.
기판 처리 방법의 제6 양태는, 제1 내지 제5 중 어느 한 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 첨가 가스가 이산화탄소이다.
기판 처리 방법의 제7 양태는, 제1 내지 제6 중 어느 한 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 대전 공정에 있어서, 제1 회전 속도로 상기 기판을 회전시키고, 상기 에칭액 공급 공정에 있어서, 상기 제1 회전 속도보다 낮은 제2 회전 속도로 상기 기판을 회전시킨다.
기판 처리 방법의 제8 양태는, 제7 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 에칭액 공급 공정에 있어서, 상기 제2 회전 속도로 상기 기판을 회전시킨 후에, 상기 제2 회전 속도보다 낮은 제3 회전 속도로 상기 기판을 회전시킨다.
기판 처리 방법의 제9 양태는, 제1 내지 제8 중 어느 한 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 대전 공정을 종료한 후에 상기 에칭액 공급 공정을 실행한다.
기판 처리 방법의 제10 양태는, 제1 내지 제8 중 어느 한 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 대전 공정에 있어서는, 상기 기판의 상기 제1 주면과는 반대의 제2 주면에 상기 제1 혼합액을 공급하고, 상기 대전 공정 및 상기 에칭액 공급 공정을 병행하여 실행한다.
기판 처리 방법의 제11 양태는, 제10 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 에칭액 공급 공정을 개시하기 전에 상기 대전 공정을 개시한다.
기판 처리 방법의 제12 양태는, 제10 양태에 따른 기판 처리 방법으로서, 상기 에칭액 공급 공정을 개시한 후에 상기 대전 공정을 개시한다.
기판 처리 장치의 양태는, 기판을 유지하여, 상기 기판의 중앙부를 통과하는 회전축선 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 유지부와, 상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판의 제1 주면의 전면이 양으로 대전하는 제1 혼합 농도로, 순수와 첨가 가스를 혼합한 제1 혼합액을, 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 대전시키는 혼합액 공급부와, 상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판의 상기 제1 주면에 에칭액을 공급하는 에칭액 공급부를 구비한다.
기판 처리 방법의 제1 양태, 제6 양태 및 기판 처리 장치의 양태에 의하면, 기판의 제1 주면이 양으로 대전하므로, 제1 주면에 형성된 패턴 사이의 간극(트렌치), 혹은, 구멍이 작아도, 에칭액은 당해 간극 또는 당해 구멍에 들어가기 쉽다. 따라서, 에칭 불량의 발생률을 저감할 수 있다. 게다가, 기판을 대전시키는 전극 등은 불필요하므로, 장치를 간이하게 구성할 수 있다.
기판 처리 방법의 제2 양태에 의하면, 제1 혼합 농도를 적절히 결정할 수 있다.
기판 처리 방법의 제3 양태에 의하면, 첨가 가스의 농도가 높으므로, 신속하게 기판을 제전할 수 있다.
기판 처리 방법의 제4 양태에 의하면, 린스액 공급 공정에 의해, 에칭액을 씻어낼 수 있다.
기판 처리 방법의 제5 양태에 의하면, 린스액 공급 공정에서 이용되는 제3 혼합액에 있어서의 첨가 가스의 농도가 대전 공정에서 이용되는 제1 혼합액보다 크므로, 린스액 공급 공정에 있어서, 기판에 대한 대전을 억제하면서, 에칭액을 씻어낼 수 있다. 반대로 말하면, 대전 공정에 있어서의 제1 혼합액의 첨가 가스의 농도는 제3 혼합액보다 작으므로, 대전 공정에 있어서의 기판의 대전량을 크게 할 수 있다.
기판 처리 방법의 제7 양태에 의하면, 대전 공정에 있어서의 제1 회전 속도가 높으므로, 제1 혼합액과 기판의 제1 주면의 마찰에 의해 생기는 기판의 대전량을 증대시키거나, 혹은, 대전 속도를 향상시킬 수 있다.
기판 처리 방법의 제8 양태에 의하면, 에칭액 공급 공정의 초기의 제2 회전 속도가 그 후의 제3 회전 속도보다 높으므로, 초기에 있어서, 에칭액을 신속하게 기판의 제1 주면의 전면으로 확산시킬 수 있다. 또 제3 회전 속도가 낮으므로, 에칭액이 기판의 전면으로 확산된 후에는 에칭액의 유동성은 낮아져, 기판에 대한 에칭이 적절히 행해진다.
기판 처리 방법의 제9 양태에 의하면, 제1 혼합액의 소비량을 저감할 수 있다.
기판 처리 방법의 제10 양태에 의하면, 에칭액 공급 공정에 있어서도, 제1 혼합액이 토출된다. 따라서, 기판의 제2 주면을 계속 대전시킬 수 있다. 나아가서는, 기판의 제1 주면의 대전을 보다 유지하기 쉽다.
또, 에칭액은 기판의 제1 주면의 주연(周緣)으로부터 비산하고, 제1 혼합액은 기판의 제2 주면의 주연으로부터 비산한다. 따라서, 에칭액이, 제1 주면과 제2 주면을 연결하는 단면을 개재하여, 제2 주면으로 들어가는 것이 억제된다.
기판 처리 방법의 제11 양태에 의하면, 기판을 대전시킨 상태에서 에칭액의 공급을 개시할 수 있다.
기판 처리 방법의 제12 양태에 의하면, 제1 혼합액의 소비량을 저감할 수 있다.
본원 명세서에 개시되는 기술에 관한 목적과, 특징과, 국면과, 이점은, 이하에 나타내어지는 상세한 설명과 첨부 도면에 의해 더욱 명백해진다.
도 1은, 기판 처리 장치의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 기판의 상면측의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 기판의 대전 분포의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 기판의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는, 기판 처리 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 6은, 회전 속도의 변화의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 대전 공정과 에칭액 처리 공정의 타이밍의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은, 대전 공정과 에칭액 처리 공정의 타이밍의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하면서 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 도면은 개략적으로 나타내어지는 것이며, 설명의 편의를 위하여, 적절히 구성의 생략, 또는, 구성의 간략화가 이루어지는 것이다. 또, 도면에 나타내어지는 구성의 크기 및 위치의 상호 관계는, 반드시 정확히 기재되는 것은 아니고, 적절히 변경될 수 있는 것이다.
또, 이하에 나타내어지는 설명에서는, 동일한 구성 요소에는 같은 부호를 부여하여 도시하고, 그들의 명칭과 기능에 대해서도 동일한 것으로 한다. 따라서, 그들에 대한 상세한 설명을, 중복을 피하기 위해서 생략하는 경우가 있다.
＜기판 처리 장치의 개요＞
도 1은, 기판 처리 장치(100)의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다. 기판 처리 장치(100)는, 기판(W1)의 표면에 에칭액을 공급하여, 기판(W1)의 표면에 대해 에칭을 행한다. 기판(W1)은 예를 들면 반도체 기판이며, 보다 구체적인 일례로서 실리콘 반도체 기판을 채용할 수 있다. 기판(W1)은 대략 원판 형상을 갖고 있다.
기판 처리 장치(100)는, 예를 들면, 기판(W1)에 대한 세정 공정으로서, 기판(W1)의 표면의 금속막 또는 산화막을 에칭에 의해 제거해도 된다. 이 기판(W1)의 표면에는, 패턴으로서의 깊은 구멍 또는 트렌치가 형성되어 있고, 그러한 깊은 구멍 또는 트렌치의 사이즈가 10[nm] 미만(예를 들면 2~3[nm])인 경우에는, 전기 이중층에 의한 기판(W1)의 표면의 대전에 의해, 에칭액이 들어가기 어려워진다.
혹은, 기판 처리 장치(100)는, 세정 공정이 아닌, 패턴 형성 공정으로서, 기판(W1)의 표면에 대해 에칭을 행해도 된다. 이 기판(W1)의 표면에는, 다양한 층이 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 레지스트층, 절연층(예를 들면 산화물층 또는 질화물층), 반도체층(예를 들면 다결정 실리콘층 또는 산화물 반도체층), 및, 금속층 중 어느 하나가 형성되어 있다. 이들 층은 패턴을 형성한다.
예를 들면 기판(W1)의 최상층에 레지스트층으로서의 레지스트 패턴이 형성되고, 그 하층에 에칭 대상이 형성된다. 에칭 대상은, 금속층, 절연층 및 반도체층 중 적어도 어느 하나이다. 기판 처리 장치(100)는 기판(W1)의 표면에 에칭액을 공급하여, 하층의 에칭 대상에 대해 에칭을 행해도 된다.
본 실시 형태에서는, 기판(W1)의 표면에 형성되는 레지스트 패턴 사이의 간극은 예를 들면 10[nm] 미만이며, 예를 들면 2~3[nm] 정도이다. 이러한 좁은 간격의 패턴의 간극에도, 에칭액이 들어가기 어렵다.
혹은, 기판 처리 장치(100)는, 다음에 설명하는 기판(W1)에 대해 에칭을 행해도 된다. 도 2는, 기판(W1)의 상면의 패턴의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2의 예에서는, 기판(W1)의 표면에는, 3차원 플래시 메모리(예를 들면 3차원 NAND 메모리)를 제조하기 위한 패턴이 형성되어 있다. 기판(W1)의 상면에는, 반도체층(1A)(예를 들면 다결정 실리콘층)과 절연층(1B)이 교대로 적층된 적층체가 형성되어 있다. 기판 처리 장치(100)는 기판(W1)의 표면에 에칭액을 공급하여, 당해 적층체의 측면에 있어서, 각 절연층(1B)을 수평 방향으로 에칭해도 된다. 이 경우, 에칭 대상은 절연층(1B)이며, 반도체층(1A)에 끼워지는 영역이 패턴 사이의 간극에 상당한다. 에칭액은 패턴 사이의 간극으로 들어가 절연층(1B)에 대해 에칭을 행한다.
도 2의 예에서는, 에칭액은 적층체의 상호 사이에 들어가면서, 반도체층(1A) 사이로 들어갈 필요가 있다. 적층체끼리의 간격(p1)이 좁아도, 혹은, 반도체층(1A) 간의 간격(p2)(즉 절연층(1B)의 두께)이 좁아도, 에칭액은 이들 간극으로 들어가기 어렵다.
본 실시 형태에서는, 에칭액이 좁은 패턴의 간극(혹은, 구멍 또는 트렌치)에 들어갈 수 있는 기판 처리 장치(100)를 제안하고 있다.
＜기판 유지 장치의 구성＞
도 1을 참조하여, 기판 처리 장치(100)는, 기판 유지부(2)와, 혼합액 공급부(3)와, 에칭액 공급부(4)와, 제어부(5)를 포함하고 있다.
기판 유지부(2)는 기판(W1)을 대략 수평으로 유지한다. 구체적으로는, 기판 유지부(2)는, 기판(W1)의 두께 방향이 연직 방향을 따르는 자세로, 기판(W1)을 유지한다. 여기에서는, 기판(W1)의 상면(제1 주면)이 에칭 대상면이다. 또, 기판 유지부(2)는, 기판(W1)의 중앙부를 통과하는 연직인 회전축선(A1) 둘레로 기판(W1)을 회전시킨다. 도 1의 예에서는, 기판 유지부(2)는, 스핀 척(21)과, 회전 기구(22)를 포함한다.
스핀 척(21)은, 기판(W1)을 유지하는 부재이며, 스핀 베이스(211)와, 복수의 척 핀(212)과, 척 개폐 기구(213)를 포함한다. 스핀 베이스(211)는 대략 원판 형상을 갖고 있고, 그 상면은 기판(W1)의 하면과 간격을 두고 대향한다. 복수의 척 핀(212)은 스핀 베이스(211)의 상면에 돌출되어 있다. 복수의 척 핀(212)은, 기판(W1)의 주연을 따라 대략 등간격이 되는 위치에 설치되며, 기판(W1)의 주연을 유지한다. 척 개폐 기구(213)는 척 핀(212)을 개폐시킬 수 있다. 구체적으로는, 척 개폐 기구(213)는, 척 핀(212)이 기판(W1)의 주연을 유지하는 닫힘 상태와, 척 핀(212)이 기판(W1)의 주연으로부터 멀어지는 열림 상태를 전환할 수 있다. 척 개폐 기구(213)는 제어부(5)에 의해 제어된다.
회전 기구(22)는, 스핀 척(21)을 회전축선(A1) 둘레로 회전시키는 기구이며, 스핀 샤프트(221)와, 스핀 모터(222)를 포함하고 있다. 스핀 샤프트(221)는 스핀 베이스(211)의 중앙부로부터 연직 하방을 따라 연장되어 있다. 스핀 모터(222)는 스핀 샤프트(221)를 회전축선(A1) 둘레로 회전시킴으로써, 회전력을 스핀 척(21)에 전달시키고, 스핀 척(21)을 회전축선(A1) 둘레로 회전시킨다. 이에 의해, 스핀 척(21)에 유지된 기판(W1)도 회전축선(A1) 둘레로 회전한다. 스핀 모터(222)는 제어부(5)에 의해 제어된다.
예를 들면 스핀 척(21)의 적어도 일부는 절연체(예를 들면 세라믹)에 의해 형성되어 있고, 기판(W1)은 스핀 척(21)을 개재하여 절연되어 있다.
혼합액 공급부(3)는, 기판 유지부(2)에 의해 유지된 기판(W1)에 제1 혼합액을 공급하여, 기판(W1)을 대전시킨다. 제1 혼합액은, 순수(DIW：DeIonized Water) 및 이산화탄소를 제1 혼합 농도로 혼합하여 얻어지는 혼합액이다. 도 1의 예에서는, 혼합액 공급부(3)는 제1 혼합액을 기판(W1)의 하면(제2 주면)에 공급한다. 구체적으로는, 혼합액 공급부(3)는, 노즐(31)과, 혼합액 공급관(32)과, 혼합부(33)와, 순수 공급관(34)과, 순수 공급원(35)과, 이산화탄소 공급관(36)과, 이산화탄소 공급원(37)과, 공급 밸브(38)와, 공급 밸브(39)를 포함하고 있다.
노즐(31)은 기판(W1)보다 하방에 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 노즐(31)은, 그 토출구가 기판(W1)의 하면의 중앙부에 대해 간격을 두고 대향하는 위치에 설치되어 있다. 노즐(31)은 혼합액 공급관(32)을 개재하여 혼합부(33)에 접속되어 있다. 도 1의 예에서는, 스핀 샤프트(221)는 중공 샤프트이며, 혼합액 공급관(32)은 이 스핀 샤프트(221)를 관통한다. 혼합부(33)는 순수 공급관(34)을 개재하여 순수 공급원(35)에 접속됨과 더불어, 이산화탄소 공급관(36)을 개재하여 이산화탄소 공급원(37)에 접속된다. 순수 공급원(35)은 순수 공급관(34)을 개재하여 혼합부(33)에 순수를 공급하고, 이산화탄소 공급원(37)은 이산화탄소 공급관(36)을 개재하여 혼합부(33)에 이산화탄소를 공급한다. 혼합부는 순수 및 이산화탄소를 제1 혼합 농도로 혼합하여 제1 혼합액을 생성하고, 그 제1 혼합액을, 혼합액 공급관(32)을 개재하여 노즐(31)에 공급한다. 노즐(31)은 그 토출구로부터 제1 혼합액을 기판(W1)의 하면의 중앙부로 토출한다.
순수 공급관(34)의 도중에는, 공급 밸브(38)가 설치되어 있다. 공급 밸브(38)는 순수 공급관(34) 내의 유로의 개폐를 전환한다. 공급 밸브(38)는, 순수 공급관(34) 내의 유로를 흐르는 순수의 유량을 조정 가능한 밸브여도 된다. 공급 밸브(38)는 제어부(5)에 의해 제어된다.
이산화탄소 공급관(36)의 도중에는, 공급 밸브(39)가 설치되어 있다. 공급 밸브(39)는 이산화탄소 공급관(36) 내의 유로의 개폐를 전환한다. 공급 밸브(39)는, 이산화탄소 공급관(36) 내의 유로를 흐르는 이산화탄소의 유량을 조정 가능한 밸브여도 된다. 공급 밸브(39)는 제어부(5)에 의해 제어된다.
공급 밸브(38) 및 공급 밸브(39)가 각각 순수의 유량 및 이산화탄소의 유량을 적절히 조정함으로써, 혼합부(33)는 소정의 제1 혼합 농도로 순수와 이산화탄소를 혼합할 수 있다.
이 제1 혼합액이 기판(W1)의 회전 중에 기판(W1)의 하면에 공급되면, 기판(W1)의 하면의 중앙부에 착액한 제1 혼합액은 원심력에 의해 기판(W1)의 하면의 전면으로 확산되고, 기판(W1)의 주연으로부터 외부로 비산한다. 이때, 제1 혼합액과 기판(W1)의 마찰에 의해, 기판(W1)의 하면이 대전한다.
도 3은, 기판(W1)의 상면의 대전 분포의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3은, 기판(W1)의 표면 상의 복수의 측정 위치에 있어서의 대전량(실험치)을 나타내고 있다. 측정 위치 중 하나는 기판(W1)의 중심이며, 다른 측정 위치는, 기판(W1)의 직경을 따라 대략 등간격으로 늘어서는 위치이다.
도 4는, 실험에서 이용한 기판(W1)의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다. 기판(W1)은, 실리콘층(1a)과, 실리콘층(1a)의 상면에 형성된 실리콘 산화막(1b)과, 실리콘층(1a)의 하면에 형성된 실리콘 산화막(1c)을 포함하고 있다.
도 3은, 도 4에 나타내는 기판(W1)의 하면에 대해 순수를 공급했을 때의 대전 분포를, 실선의 그래프로 나타내고 있다. 또 도 3은, 도 4에 나타내는 기판(W1)의 하면에 대해, 다음에 설명하는 제2 혼합액을 공급했을 때의 전위 분포를 파선의 그래프로 나타내고 있다. 제2 혼합액은, 제1 혼합 농도보다 이산화탄소의 농도가 높은 제2 혼합 농도로, 순수 및 이산화탄소를 혼합하여 얻어지는 혼합액이다. 또 도 3에서는, 참고를 위해, 처리액을 기판(W1)의 하면에 공급하고 있지 않을 때의 전위 분포를 일점 쇄선의 그래프로 나타내고 있다. 처리액을 공급하고 있지 않은 경우에는, 기판(W1)의 상면의 대전량은 대략 0이다.
도 3의 실선의 그래프로 나타내는 바와 같이, 순수를 기판(W1)의 하면에 공급했을 때에는, 기판(W1)의 하면과 순수의 마찰에 의해, 기판(W1)의 하면이 양으로 대전한다. 기판(W1)의 하면이 양으로 대전하면, 기판(W1)의 내부의 유도 분극에 의해, 기판(W1)의 상면측에는 양의 전하가 모이게 된다. 따라서, 기판(W1)의 상면의 대전량의 극성은 양이 된다(도 4도 참조). 바꾸어 말하면, 기판(W1)의 상면은 양으로 대전한다.
순수의 비저항치는 예를 들면 10[MΩ·cm] 이상으로 크므로, 기판(W1)의 하면의 대전량은 크고, 그 결과, 기판(W1)의 상면측의 대전량도 커진다. 그러나, 기판(W1)의 상면측의 대전량이 너무 커지면, 기판(W1)의 상면에 패턴이 형성되어 있는 경우에는, 그 패턴에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 또, 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 순수를 이용한 경우의 기판(W1)의 상면측의 대전 분포의 편차는 커진다.
이에 반해, 제2 혼합액을 공급했을 때에는, 기판(W1)의 상면은 미소하게 밖에 대전하지 않는다(도 3 참조). 구체적으로는, 기판(W1)의 상면의 중앙부는 미소하게 음으로 대전하고, 중앙부보다 주연의 주연부는 미소하게 양으로 대전한다. 기판(W1)이 그다지 대전하지 않는 것은, 다음의 이유에 의한다. 즉, 제2 혼합액에 있어서의 이산화탄소의 농도는 순수에 비해 매우 높으므로, 제2 혼합액의 비저항치는 순수에 비해 매우 작아, 기판(W1)의 하면이 대전하기 어렵기 때문이다. 따라서, 기판(W1)의 상면측의 대전량은 작다. 한편, 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 비저항치가 작은 제2 혼합액을 이용하면, 기판(W1)의 대전 분포의 편차는 작아진다.
이상과 같이, 순수를 이용하면 대전량이 너무 많아지는 경우가 있고, 또, 대전 분포의 편차도 커진다. 한편, 제2 혼합액을 이용하면, 기판(W1)을 거의 대전할 수 없으나, 그 대전 분포의 편차는 작다.
따라서, 혼합액 공급부(3)는 기판(W1)의 하면에 제1 혼합액을 공급한다. 이 제1 혼합액의 제1 혼합 농도는, 제2 혼합액의 제2 혼합 농도보다 이산화탄소의 농도가 작아지도록 설정된다. 즉, 제1 혼합액의 비저항치는 순수보다 작고, 제2 혼합 농도보다 크다. 이에 의해, 적절한 범위의 대전량, 또한, 보다 작은 편차로, 기판(W1)의 상면의 전면을 대전시킬 수 있다.
제1 혼합액의 제1 혼합 농도는, 도 3에 나타내는 기판(W1) 상의 대전 분포에 의거하여 미리 결정할 수 있다. 제1 혼합 농도를 변경하여 실험을 행해, 보다 많은 제1 혼합 농도에 대한 대전 분포를 취득하면 된다. 이에 의해, 보다 바람직한 제1 혼합 농도를 결정하는 것이 가능하다.
도 1을 참조하여, 에칭액 공급부(4)는, 기판 유지부(2)에 의해 유지된 기판(W1)의 상면에 에칭액을 공급한다. 에칭액으로서는, 기판(W1)의 상면의 에칭 대상에 따른 에칭액이 채용된다. 에칭액으로서는, 산성의 에칭액을 채용할 수도 있고, 알칼리성의 에칭액을 채용할 수도 있다. 구체적인 예로서, 불산(HF), 버퍼드 불산(BHF), 불화암모늄(NH4F), 수산화암모늄(NH4OH), 수산화테트라메틸암모늄(TMAH), 인산(H3PO4), 과산화수소수(H2O2), 또는, 이들 중 적어도 2개의 혼합액을 채용할 수 있다.
에칭액 공급부(4)는, 노즐(41)과, 에칭액 공급관(42)과, 공급 밸브(43)와, 에칭액 공급원(44)을 포함하고 있다. 노즐(41)은, 기판(W1)보다 상방에 설치되어 있다. 구체적으로는, 노즐(41)은, 그 토출구가 기판(W1)의 상면의 중앙부와 간격을 두고 대향하는 위치에 설치되어 있다. 노즐(41)은 에칭액 공급관(42)을 개재하여 에칭액 공급원(44)에 접속된다. 에칭액 공급원(44)으로부터의 에칭액은 에칭액 공급관(42)을 개재하여 노즐(41)에 공급된다. 노즐(41)은 그 토출구로부터 기판(W1)의 상면으로 에칭액을 토출한다.
공급 밸브(43)는 에칭액 공급관(42)의 도중에 설치되어 있고, 에칭액 공급관(42) 내의 유로의 개폐를 전환한다. 공급 밸브(43)는, 에칭액 공급관(42) 내의 유로를 흐르는 에칭액의 유량을 조정 가능한 밸브여도 된다. 공급 밸브(43)는 제어부(5)에 의해 제어된다.
에칭액이 기판(W1)의 회전 중에 기판(W1)의 상면에 토출됨으로써, 그 중앙부에 착액한 에칭액은 원심력을 받아 기판(W1)의 상면의 전면으로 확산되고, 기판(W1)의 주연으로부터 비산한다. 에칭액은 기판(W1)의 상면의 전면에 작용하여, 기판(W1)의 상면의 에칭 대상을 에칭한다.
도 1의 예에서는, 차단판(7)이 설치되어 있다. 차단판(7)은 기판 유지부(2)보다 상방에 설치되어 있고, 기판(W1)의 상면과 간격을 두고 대향한다. 차단판(7)의 하면은, 기판(W1)의 직경보다 긴 직경을 갖는 대략 원 형상을 갖고 있고, 기판(W1)의 상면의 전역과 대향한다. 차단판(7)은 승강 기구(71)에 연결되어 있다. 승강 기구(71)는 예를 들면 볼나사 기구를 갖고 있고, 차단판(7)을, 기판(W1)에 가까운 처리 위치와, 기판(W1)으로부터 먼 대기 위치 사이에서 승강시킨다. 기판 처리 장치(100)에는, 차단판(7)을 회전축선(A1) 둘레에서 회전시키는 회전 기구가 설치되어도 된다. 승강 기구(71) 및 당해 회전 기구는 제어부(5)에 의해 제어된다.
도 1의 예에서는, 차단판(7)의 중앙부에는, 연직 방향을 따라 차단판(7)을 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있고, 노즐(41)은 이 관통 구멍 중 기판(W1)측에 설치되어 있다. 차단판(7)이 승강함으로써, 노즐(41)도 차단판(7)과 일체로 승강한다.
도 1의 예에서는, 기판 처리 장치(100)에는, 린스액 공급부(6)가 설치되어 있다. 린스액 공급부(6)는, 기판 유지부(2)에 의해 유지된 기판(W1)의 표면에 린스액을 공급하여, 기판(W1)의 상면의 에칭액을 씻어낸다.
여기에서는, 린스액 공급부(6)는 제1 린스액 및 제2 린스액을 공급한다. 제1 린스액은, 예를 들면, 순수, 또는, 순수와 이산화탄소의 제3 혼합액이다. 제1 린스액이 제3 혼합액인 경우, 제1 린스액에 있어서의 이산화탄소의 농도는, 혼합액 공급부(3)가 공급하는 제1 혼합액에 있어서의 이산화탄소의 농도보다 크다. 즉, 혼합액 공급부(3)는 기판(W1)을 대전시키기 위해서 제1 혼합액을 공급하는데 반해, 린스액 공급부(6)는 기판(W1)의 에칭액을 씻어내기 위해서 제1 린스액을 공급하므로, 제1 린스액에 있어서의 이산화탄소의 농도를, 제1 혼합액보다 크게 설정하는 것이다. 이에 의해, 기판(W1)의 대전을 억제하면서, 에칭액을 씻어낼 수 있다.
제2 린스액은, 제1 린스액보다 휘발성이 높은 린스액이며, 예를 들면 IPA(이소프로필알코올)이다. 제1 린스액의 공급 후에 제2 린스액을 공급함으로써, 기판(W1)을 건조시키기 쉽게 할 수 있다.
도 1의 예에서는, 린스액 공급부(6)는, 노즐(61)과, 공통관(62)과, 제1 린스액 공급관(63)과, 제2 린스액 공급관(64)과, 공급 밸브(65)와, 공급 밸브(66)와, 제1 린스액 공급원(67)과, 제2 린스액 공급원(68)을 포함하고 있다. 노즐(61)은 기판(W1)보다 상방에 설치되어 있다. 구체적으로는, 노즐(61)은, 그 토출구가 기판(W1)의 상면의 중앙부와 간격을 두고 대향하는 위치에 설치되어 있다. 도 1의 예에서는, 노즐(61)도, 차단판(7)의 관통 구멍 중 기판(W1)측에 설치되어 있다. 차단판(7)이 승강함으로써, 노즐(61)도 일체로 승강한다.
노즐(61)은 공통관(62)의 일단에 접속되어 있다. 공통관(62)의 타단은 제1 린스액 공급관(63)을 개재하여 제1 린스액 공급원(67)에 접속됨과 더불어, 제2 린스액 공급관(64)을 개재하여 제2 린스액 공급원(68)에 접속되어 있다. 제1 린스액 공급원(67)으로부터의 제1 린스액은 제1 린스액 공급관(63) 및 공통관(62)을 개재하여 노즐(61)에 공급된다. 노즐(61)은 그 토출구로부터 제1 린스액을 기판(W1)의 상면으로 토출한다. 제2 린스액 공급원(68)으로부터의 제2 린스액은 제2 린스액 공급관(64) 및 공통관(62)을 개재하여 노즐(61)에 공급된다. 노즐(61)은 그 토출구로부터 제2 린스액을 기판(W1)의 상면으로 토출한다.
공급 밸브(65)는 제1 린스액 공급관(63)의 도중에 설치되어 있고, 제1 린스액 공급관(63) 내의 유로의 개폐를 전환한다. 공급 밸브(65)는 제1 린스액 공급관(63) 내의 유로를 흐르는 제1 린스액의 유량을 조정 가능한 밸브여도 된다. 공급 밸브(65)는 제어부(5)에 의해 제어된다.
공급 밸브(66)는 제2 린스액 공급관(64)의 도중에 설치되어 있고, 제2 린스액 공급관(64) 내의 유로의 개폐를 전환한다. 공급 밸브(66)는 제2 린스액 공급관(64) 내의 유로를 흐르는 제2 린스액의 유량을 조정 가능한 밸브여도 된다. 공급 밸브(66)는 제어부(5)에 의해 제어된다.
또한 도 1의 예에서는, 노즐(61)은 제1 린스액 및 제2 린스액에 의해 겸용되어 있으나, 반드시 이것으로 한정되지 않는다. 제1 린스액용의 노즐 및 제2 린스액용의 노즐이 개별적으로 설치되어도 상관없다.
도 1의 예에서는, 기판 처리 장치(100)에는, 가스 공급부(8)가 설치되어 있다. 가스 공급부(8)는 불활성 가스를 기판 유지부(2)와 차단판(7) 사이의 공간에 공급한다. 불활성 가스로서는, 예를 들면 질소 또는 아르곤을 채용할 수 있다. 가스 공급부(8)는, 노즐(81)과, 가스 공급관(82)과, 공급 밸브(83)와, 가스 공급원(84)을 포함하고 있다. 노즐(81)은 기판(W1)보다 상방에 설치되어 있다. 구체적으로는, 노즐(81)은, 그 토출구가 기판(W1)의 상면의 중앙부와 간격을 두고 대향하는 위치에 설치되어 있다. 노즐(81)은, 차단판(7)에 형성된 관통 구멍이다. 노즐(81)은 가스 공급관(82)을 개재하여 가스 공급원(84)에 접속되어 있다. 가스 공급원(84)으로부터의 불활성 가스는 가스 공급관(82)을 개재하여 노즐(81)에 공급된다. 노즐(81)은 그 토출구로부터 불활성 가스를 토출한다.
공급 밸브(83)는 가스 공급관(82)의 도중에 설치되어 있고, 가스 공급관(82) 내의 유로의 개폐를 전환한다. 공급 밸브(83)는 가스 공급관(82) 내의 유로를 흐르는 가스의 유량을 조정 가능한 밸브여도 된다. 공급 밸브(83)는 제어부(5)에 의해 제어된다.
제어부(5)는, 기판 처리 장치(100) 전체를 총괄적으로 제어한다. 제어부(5)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(5)는, 각종 연산 처리를 행하는 CPU(Central Processing Unit), 기본 프로그램을 기억하는 읽어내기 전용의 메모리인 ROM(Read Only Memory), 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM(Random Access Memory) 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비하여 구성된다. 제어부(5)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 기판 처리 장치(100)의 동작이 진행한다. 또한, 제어부(5)의 기능의 일부 또는 전부는 전용의 하드웨어 회로에 의해 실현되어도 된다.
＜기판 처리 장치(100)의 동작＞
도 5는, 기판 처리 장치(100)의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다. 초기적으로는 차단판(7)은 대기 위치에 위치하고 있다. 우선, 기판(W1)을 기판 유지부(2)로 하여금 유지하게 한다(단계 S1：기판 유지 공정). 구체적으로는, 도시되지 않은 기판 반송 로봇이 기판(W1)을 기판 유지부(2)에 건네고, 기판 유지부(2)가 기판(W1)을 유지한다. 다음에, 제어부(5)는 승강 기구(71)를 제어하여, 차단판(7)을 처리 위치로 이동시킨다(단계 S2). 다음에, 제어부(5)는 회전 기구(22)를 제어하여, 기판(W1)의 회전을 개시시킨다(단계 S3). 구체적으로는, 제어부(5)는 스핀 모터(222)를 회전시키기 시작한다. 이에 의해, 스핀 척(21)에 유지된 기판(W1)이 회전하기 시작한다.
다음에, 제어부(5)는 혼합액 공급부(3)를 제어하여, 제1 혼합액을 기판(W1)의 하면에 공급시킨다(단계 S4：대전 공정). 구체적으로는, 제어부(5)는 공급 밸브(38) 및 공급 밸브(39)를 연다. 이에 의해, 혼합액 공급부(3)의 노즐(31)로부터 기판(W1)의 하면의 중앙부를 향해 제1 혼합액이 토출된다. 제1 혼합액의 제1 혼합 농도(순수：이산화탄소)는, 기판(W1)의 상면의 전면이 양으로 대전하도록 설정된다. 예를 들면, 제1 혼합 농도는 1[ppm] 이하로 설정된다. 대전 공정에 있어서의 기판(W1)의 회전 속도는 예를 들면 10~1000[rpm] 정도로 설정된다.
기판(W1)의 하면의 중앙부에 착액한 제1 혼합액은, 기판(W1)의 하면의 전면으로 확산되어 기판(W1)의 주연으로부터 외측으로 비산한다. 이때, 제1 혼합액과 기판(W1) 사이의 마찰에 의해, 기판(W1)의 하면이 대전한다. 그리고, 이 기판(W1)의 하면의 대전에 의해 기판(W1)의 내부에 있어서 유도 분극이 생겨, 기판(W1)의 상면이 양으로 대전한다.
제1 혼합액의 공급 개시로부터 예를 들면 제1 소정 시간이 경과했을 때에, 제어부(5)는 혼합액 공급부(3)에 제1 혼합액의 공급을 정지시킨다. 구체적으로는, 제어부(5)는 공급 밸브(38) 및 공급 밸브(39)를 닫는다. 제1 소정 시간은, 기판(W1)의 상면의 대전량이 소정의 대전량이 되는 데에 필요한 시간이며, 예를 들면 미리 설정된다.
다음에, 제어부(5)는 에칭액 공급부(4)를 제어하여, 에칭액을 기판(W1)의 상면에 공급시킨다(단계 S5：에칭액 공급 공정). 구체적으로는, 제어부(5)는 공급 밸브(43)를 연다. 이에 의해, 에칭액 공급부(4)의 노즐(41)로부터 기판(W1)의 상면의 중앙부를 향해 에칭액이 토출된다. 이 에칭액은 기판(W1)의 상면에 있어서 원심력을 받아 전면으로 확산되어, 기판(W1)의 주연으로부터 외측으로 비산한다. 에칭액은, 기판(W1)의 상면 중 에칭 대상을 에칭한다. 기판(W1)의 상면은 양으로 대전하고 있으므로, 에칭액은 패턴 사이의 간극으로 들어가기 쉽다.
비교를 위해서, 기판(W1)의 상면이 양으로 대전하고 있지 않은 경우에 대해 설명한다. 이 경우에는, 산성 또는 알칼리성의 에칭액의 공급에 의해, 기판(W1)의 상면은 음으로 대전한다. 따라서, 패턴 측벽도 음으로 대전한다. 패턴 측벽의 전하는 에칭액 내의 마이너스 이온(예를 들면 이불화수소 이온)과 반발하여, 에칭액이 당해 간극으로 들어가기 어려워진다. 이에 의해, 에칭 불량이 발생한다.
이에 대해, 본 실시 형태와 같이 기판(W1)의 상면이 양으로 대전하고 있으면, 비록 패턴 사이의 간극이 좁아도, 에칭액이 패턴 사이로 들어가기 쉬워, 에칭을 적절히 행할 수 있다.
게다가, 상술한 예에서는, 혼합액 공급부(3)는 제1 혼합액을 기판(W1)의 하면에 공급하여, 기판(W1)의 하면을 대전시키고 있다. 따라서, 이 기판(W1)의 하면의 대전을 제거하지 않는 한, 유도 분극에 의해, 기판(W1)의 상면의 전하의 극성은 양으로 유지된다. 즉, 에칭액 공급 공정에 있어서는, 에칭액의 공급에 의해 기판(W1)의 상면의 양의 전하의 일부가 중화될 수 있으나, 기판(W1)의 하면의 대전이 유지되는 한, 기판(W1)의 상면의 전하의 극성을 양으로 유지할 수 있다. 따라서, 에칭 공급 공정의 전체 기간에 있어서, 기판(W1)의 상면에 있어서의 대전의 극성을 양으로 유지할 수 있어, 이 전체 기간에 있어서, 에칭을 적절히 행할 수 있다.
에칭액의 공급 개시부터 예를 들면 제2 소정 시간이 경과했을 때에, 제어부(5)는 에칭액 공급부(4)에 에칭액의 공급을 정지시킨다. 구체적으로는, 제어부(5)는 공급 밸브(43)를 닫는다. 제2 소정 시간은, 에칭이 충분히 행해지는 데에 필요로 하는 시간이며, 예를 들면 미리 설정된다.
다음에, 제어부(5)는 린스액 공급부(6)를 제어하여 제1 린스액을 기판(W1)의 상면에 공급시킨다(단계 S6：세정 공정). 구체적으로는, 제어부(5)는 공급 밸브(65)를 연다. 이에 의해, 노즐(61)로부터 기판(W1)의 상면의 중앙부를 향해 제1 린스액이 토출된다. 제1 린스액은, 순수 또는 제3 혼합액이다. 제1 린스액은 기판(W1)의 상면으로 확산되어 에칭액을 씻어낸다. 바꾸어 말하면, 기판(W1)의 상면의 에칭액이 제1 린스액으로 치환된다.
제1 린스액의 공급 개시부터 예를 들면 제3 소정 시간이 경과했을 때에, 제어부(5)는 린스액 공급부(6)에 제1 린스액의 공급을 정지시킨다. 구체적으로는, 제어부(5)는 공급 밸브(65)를 닫는다. 제3 소정 시간은, 에칭액이 충분히 제거되는 데에 필요로 하는 시간이며, 예를 들면 미리 설정된다.
다음에, 제어부(5)는 린스액 공급부(6)를 제어하여 제2 린스액을 기판(W1)의 상면에 공급시킨다(단계 S7). 구체적으로는, 제어부(5)는 공급 밸브(66)를 연다. 이에 의해, 노즐(61)로부터 기판(W1)의 상면의 중앙부를 향해 제2 린스액이 토출된다. 제2 린스액은 기판(W1)의 상면으로 확산되어 제1 린스액을 씻어낸다. 바꾸어 말하면, 기판(W1)의 상면의 제1 린스액이 제2 린스액으로 치환된다.
다음에, 제어부(5)는 혼합액 공급부(3)에 제2 혼합액을 기판(W1)의 하면에 공급시킨다(단계 S8：제전 공정). 제2 혼합액은, 순수 및 이산화탄소를 제2 혼합 농도로 혼합하여 얻어지는 혼합액이다. 제2 혼합 농도에 있어서의 이산화탄소의 농도는, 제1 혼합액의 제1 혼합 농도보다 크다. 바꾸어 말하면, 제2 혼합액은, 제1 혼합액보다 비저항치가 작은 혼합액이다. 제어부(5)는 공급 밸브(38) 및 공급 밸브(39)를 연다. 제어부(5)는, 이산화탄소의 유량이 대전 공정(단계 S4)에 있어서의 이산화탄소의 유량보다 많아지도록 공급 밸브(39)를 제어해도 되고, 혹은, 순수의 유량이 대전 공정(단계 S4)에 있어서의 순수의 유량보다 낮아지도록, 공급 밸브(38)를 제어해도 된다.
제2 혼합액은 기판(W1)의 하면으로 확산되어, 기판(W1)의 주연으로부터 외측으로 비산한다. 제2 혼합액의 비저항치는 낮으므로, 기판(W1)의 하면에 대전한 전하가 제2 혼합액으로 흘러, 기판(W1)의 하면이 제전된다. 이에 의해, 기판(W1)의 상면도 제전된다.
제2 혼합액의 공급 개시로부터 예를 들면 제4 소정 시간이 경과했을 때에, 제어부(5)는 혼합액 공급부(3)에 제2 혼합액의 공급을 정지시킨다. 구체적으로는, 제어부(5)는 공급 밸브(38) 및 공급 밸브(39)를 닫는다. 제4 소정 시간은, 기판(W1)의 하면의 전하가 제거되는 데에 필요로 하는 시간이며, 예를 들면 미리 설정된다.
다음에, 제어부(5)는 기판(W1)을 건조시키는 건조 처리를 행한다(단계 S9：건조 공정). 구체적인 일례로서, 제어부(5)는 가스 공급부(8)에 불활성 가스를 공급시키면서, 기판(W1)의 회전 속도를 증대시킴으로써, 기판(W1)을 건조시킨다. 다음에, 제어부(5)는 회전 기구(22)를 제어하여 기판(W1)의 회전을 종료시킨다(단계 S10).
이상과 같이, 기판 처리 장치(100)에 의하면, 기판(W1)의 상면이 양으로 대전한 상태에서, 에칭액이 기판(W1)의 상면에 공급된다(단계 S4 및 단계 S5). 따라서, 기판(W1)의 상면의 패턴 사이의 간극이 좁은 경우여도, 에칭액은 패턴 사이의 간극으로 들어가기 쉬워, 적절히 에칭을 행할 수 있다. 이에 의해, 에칭 불량의 발생률을 저감할 수 있다.
게다가, 기판 처리 장치(100)에 의하면, 기판(W1)을 대전시키기 위해서, 기판(W1)에 전압을 인가할 필요가 없다. 따라서, 기판(W1)에 전압을 인가하기 위한 인가 구성(예를 들면 전극 등)을 설치할 필요가 없다. 따라서, 보다 간이한 구성으로 기판(W1)을 대전시킬 수 있다.
또한, 도 5의 예에서는, 제어부(5)는 제전 공정(단계 S8)을 행하고 있으나, 기판(W1)의 대전이 문제가 되지 않는 경우에는, 제전 공정을 생략해도 된다.
＜회전 속도＞
기판 유지부(2)는, 기판(W1)의 회전 속도가 에칭액 공급 공정(단계 S5)보다 대전 공정(단계 S4)에 있어서 높아지도록, 기판(W1)을 회전시켜도 된다. 도 6은, 기판(W1)의 회전 속도의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6의 예에서는, 대전 공정(단계 S4)에 있어서, 제어부(5)는 회전 기구(22)를 제어하여, 비교적 높은 제1 회전 속도 ω1로 기판(W1)을 회전시킨다. 이에 의해, 대전 공정에 있어서, 제1 혼합액과 기판(W1)의 하면 사이의 마찰력이 증대하여, 기판(W1)의 하면에 있어서의 대전량이 증대한다. 혹은, 기판(W1)이 소정의 전압 레벨까지 대전할 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 이에 의해, 기판 처리 장치(100)의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
대전 공정에 계속되는 에칭액 공급 공정(단계 S5)의 초기에 있어서, 제어부(5)는 회전 기구(22)를 제어하여, 제1 회전 속도 ω1보다 낮은 제2 회전 속도 ω2로 기판(W1)을 회전시킨다. 에칭액 공급 공정의 초기에 있어서 제2 회전 속도 ω2를 유지한 후, 제어부(5)는 회전 기구(22)를 제어하여, 제2 회전 속도 ω2보다 낮은 제3 회전 속도 ω3으로 기판(W1)을 회전시킨다.
이상과 같이, 에칭액 공급 공정의 초기에 있어서는, 약간 높은 제2 회전 속도로 기판(W1)이 회전한다. 따라서, 에칭액 공급 공정의 초기에 있어서, 에칭액을 기판(W1)의 상면에서 신속하게 확산시킬 수 있다. 에칭액이 기판(W1)의 전면으로 확산되면, 기판(W1)은 제2 회전 속도 ω2보다 낮은 제3 회전 속도 ω3으로 회전한다. 이에 의하면, 에칭액의 유동성을 저하시킬 수 있으므로, 에칭액을 기판(W1)의 상면에 대해 보다 적절히 작용시킬 수 있다. 따라서, 기판(W1)의 상면에 대해 보다 적절히 에칭을 행할 수 있다.
＜대전 공정의 타이밍＞
도 5의 예에서는, 제어부(5)는 대전 공정(단계 S4)이 종료된 후에 에칭액 공급 공정(단계 S5)을 행하고 있다. 본 방법에 의해 기판(W1)의 하면에 대해 제1 혼합액을 공급함으로써 기판(W1)에 생긴 기판(W1) 상의 대전 분포는, 적극적으로 제전 등을 행하지 않는 한, 수 분~수 십분, 경우에 따라서는 1시간 이상이라는 비교적 장시간, 분포를 바꾸지 않고 유지된다는 경향이 있다. 이 때문에, 대전 공정에 있어서 원하는 대전 분포를 얻는 데에 필요한 장치 가동 조건과, 에칭액 공급 공정에 있어서의 장치 가동 조건을 서로 나누는 것이 가능해진다. 한편, 에칭액 공급 공정에 있어서의 에칭액의 공급은 기판(W1)의 상면을 향해 이루어지고, 대전 공정에 있어서의 제1 혼합액의 공급은 기판(W2)의 하면을 향해 이루어지므로, 제어부(5)는, 양자의 공정의 일부 또는 모든 것이 병행하도록 처리를 실행해도 된다.
도 7은, 대전 공정 및 에칭액 공급 공정의 타이밍의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7의 예에서는, 제어부(5)는 시각(t1)에 있어서 대전 공정을 개시한다. 즉, 제어부(5)는 시각(t1)에 있어서 혼합액 공급부(3)의 공급 밸브(38) 및 공급 밸브(39)를 연다. 다음에, 제어부(5)는 시각(t2)에 있어서 에칭액 공급 공정을 개시한다. 즉, 제어부(5)는 시각(t2)에 있어서 에칭액 공급부(4)의 공급 밸브(43)를 연다. 다음에, 제어부(5)는 시각(t3)에 있어서, 대전 공정 및 에칭액 공급 공정을 종료한다. 즉, 제어부(5)는 시각(t3)에 있어서 공급 밸브(38), 공급 밸브(39) 및 공급 밸브(43)를 닫는다.
도 7의 예에 있어서, 제어부(5)는 대전 공정을 에칭액 공급 공정의 개시보다 전에 개시한다. 따라서, 에칭액 공급 공정의 개시 시점에 있어서, 기판(W1)의 상면은 양으로 대전하고 있다. 따라서, 에칭액 공급 공정의 초기에 있어서도, 에칭은 패턴 사이의 간극으로 들어가기 쉽다.
게다가, 도 7의 예에서는, 제어부(5)는 대전 공정 및 에칭액 공급 공정을 서로 병행하여 실행하고 있다. 이에 의하면, 에칭액 공급 공정에 있어서도, 기판(W1)의 하면을 계속 대전시킬 수 있다. 나아가서는, 기판의 상면의 대전을 보다 유지하기 쉽다.
또, 에칭액 공급 공정에 있어서, 에칭액은 기판(W1)의 상면의 주연으로부터 외측으로 비산하고, 제1 혼합액은 기판(W1)의 하면의 주연으로부터 외측으로 비산한다. 따라서, 에칭액이 기판(W1)의 단면(상면의 주연과 하면의 주연을 연결하는 단면)을 개재하여, 기판(W1)의 하면으로 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 기판(W1)의 하면에 대해 에칭이 행해지는 것을 억제할 수 있다.
도 8은, 대전 공정 및 에칭액 공급 공정의 타이밍의 다른 일례를 나타내는 도면이다. 도 8의 예에서는, 제어부(5)는, 시각(t11)에 있어서 에칭액 공급 공정을 개시하고, 시각(t12)에 있어서 대전 공정을 개시하고, 시각(t13)에 있어서 대전 공정 및 에칭액 공급 공정을 종료한다.
도 8의 예에서는, 제어부(5)는 에칭액 공급 공정을 개시한 후에 대전 공정을 개시하고 있다. 따라서, 에칭액 공급 공정의 개시부터 대전 공정이 개시될 때까지의 초기 기간에 있어서는, 기판(W1)은 거의 대전하고 있지 않다. 그러나, 에칭액 처리 공정의 초기에서는, 에칭 처리에 의한 에칭량이 아직 적다. 즉, 이 초기 기간에 있어서는 아직 에칭이 그만큼 진행되지 않으므로, 패턴 사이의 간극은 얕다. 이에, 도 8의 예에서는, 에칭액 공급 공정의 초기 기간에서는 대전 공정을 행하지 않고, 에칭액 공급 공정의 도중부터 대전 공정을 개시하고 있다. 에칭이 어느 정도 진행된 시각(t12) 이후에서는 대전 공정에 의해 기판(W1)이 대전하므로, 비록 패턴 사이의 간극이 깊어져도, 에칭액은 패턴 사이의 간극의 안쪽으로 들어가기 쉽다. 따라서, 에칭을 적절히 행할 수 있다.
게다가, 도 8의 예에서는, 대전 공정의 개시 타이밍을 늦추고 있으므로, 도 7의 경우에 비해, 제1 혼합액의 소비량을 저감할 수 있다.
이상, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치는 상세하게 나타내어져 기술되었는데, 상기의 기술은 모든 양태에 있어서 예시이며 한정적인 것은 아니다. 따라서, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치는, 그 개시의 범위 내에 있어서, 실시 형태를 적절히 변형, 생략하는 것이 가능하다. 또 상술한 실시 형태는 적절히 조합하는 것이 가능하다.
예를 들면 대전용의 제1 혼합액 및 제전용의 제2 혼합액으로서, 이산화탄소 이외의 첨가 가스와, 순수를 혼합하여 얻어지는 혼합액을 채용해도 된다. 첨가 가스로서는, 예를 들면, 염화수소 가스 또는 암모니아 가스를 채용할 수 있다. 제1 혼합액에 있어서의 첨가 가스의 농도는, 제2 혼합액에 있어서의 첨가 가스의 농도보다 작다. 비저항치로 말하면, 제1 혼합액의 비저항치는 제2 혼합액의 비저항치보다 크다. 이에 의해서도, 기판(W1)의 하면을 대전시킬 수 있다.
혹은, 대전용의 제1 혼합액 및 제전용의 제2 혼합액으로서, 순수와 약액의 혼합액을 채용해도 된다. 약액으로서는, 예를 들면, 염산, 암모늄수 또는 TMHA(3-메틸-2-헥센산)를 채용할 수 있다. 이 경우에도, 제1 혼합액의 비저항치는 제2 혼합액의 비저항치보다 크다. 이에 의해서도, 기판(W1)의 하면을 대전시킬 수 있다.
또, 상술한 예에서는, 혼합액 공급부(3)는 기판(W1)의 하면에 제1 혼합액을 공급했다. 그러나, 혼합액 공급부(3)는 기판(W1)의 상면에 제1 혼합액을 공급해도 된다. 이 경우, 노즐(31)은 기판(W1)보다 상방에 설치된다. 예를 들면 노즐(31)은, 기판(W1)의 상면의 중앙부와 대향하는 위치에 설치된다. 혼합액 공급부(3)가 기판(W1)의 상면에 제1 혼합액을 공급함으로써, 기판(W1)의 상면은 양으로 대전한다. 그 후, 에칭액 공급부(4)는, 양으로 대전한 기판(W1)의 상면에 에칭액을 공급한다. 따라서, 에칭액은 패턴 사이의 간극으로 들어가기 쉽다.
단, 에칭액의 공급에 의해, 기판(W1)의 상면에 부착한 양의 전하가 중화되어 제전될 수 있다. 따라서, 에칭액 공급 공정에 있어서, 기판(W1)의 상면의 대전량은 시간의 경과와 함께 저하된다. 따라서, 에칭액 공급 공정의 전체 기간에 있어서, 기판(W1)의 상면이 계속 양으로 대전하는 것은 어렵다.
또, 혼합액 공급부(3)가 기판(W1)의 상면에 제1 혼합액을 공급하는 경우에는, 대전 공정 및 에칭액 공급 공정의 병행 실시는 곤란해진다.
또, 제1 혼합액이 직접 공급되는 기판(W1)의 상면의 대전 분포의 편차는 커진다. 왜냐하면, 기판(W1)의 외주일수록 회전 속도가 높고, 기판(W1)의 외주측의 부분에 있어서, 제1 혼합액과 기판(W1)의 표면의 마찰력이 증대하기 때문이다. 즉, 기판(W1)의 상면에 있어서의 마찰력의 편차가 크기 때문이다. 따라서, 기판(W1)의 중앙 부분의 대전량과 외주 부분의 대전량의 차이가 커진다. 따라서, 기판(W1)의 상면에 제1 혼합액을 공급하여 기판(W1)의 상면을 대전시키면, 기판(W1)의 상면의 대전 분포의 편차는 커진다. 따라서, 에칭의 균일성이 저하될 수 있다.
이에 반해, 기판(W1)의 하면에 제1 혼합액을 공급하면, 기판(W1)의 하면의 대전 분포는 불균일하나, 기판(W1)의 상면의 대전 분포는 하면에 비해 불균일하기 어렵다. 왜냐하면, 기판(W1)의 두께 방향에 있어서 유도 분극이 생김으로써, 기판(W1)의 하면으로부터 멀어짐에 따라, 대전 분포의 편차가 완만해지기 때문이다. 따라서, 기판(W1)의 상면의 대전 분포는 도 3에 나타내는 바와 같이 비교적으로 보다 균일해진다.
2: 기판 유지부 3: 혼합액 공급부
4: 에칭액 공급부 5: 제어부
A1: 회전축선 W1: 기판
S1: 기판 유지 공정(단계) S4: 대전 공정(단계)
S5: 에칭액 공급 공정(단계) S6: 린스액 공급 공정(단계)
S8: 제전 공정(단계)

Claims (15)

  1. 기판 유지부에 의해, 패턴이 형성된 제1 주면을 갖는 기판을 유지하는 기판 유지 공정과,
    상기 기판을, 상기 기판의 중앙부를 통과하는 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 기판의 제1 주면의 전면이 양으로 대전하는 제1 혼합 농도로, 순수와 첨가 가스를 혼합한 제1 혼합액을, 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 대전시키는 대전 공정과,
    상기 대전 공정 후 또는 이와 병행하여, 상기 기판을 상기 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 기판의 상기 제1 주면에, 마이너스 이온을 포함하고, 산성 또는 알칼리성의 에칭액을 공급하는 에칭액 공급 공정
    을 구비하는, 기판 처리 방법.
  2. 기판 유지부에 의해 기판을 유지하는 기판 유지 공정과,
    상기 기판을, 상기 기판의 중앙부를 통과하는 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 기판의 제1 주면의 전면이 양으로 대전하는 제1 혼합 농도로, 순수와 첨가 가스를 혼합한 제1 혼합액을, 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 대전시키는 대전 공정과,
    상기 대전 공정 후 또는 이와 병행하여, 상기 기판을 상기 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 기판의 상기 제1 주면에 에칭액을 공급하는 에칭액 공급 공정을 구비하고,
    상기 대전 공정에 있어서는, 상기 기판의 상기 제1 주면과는 반대의 제2 주면에 상기 제1 혼합액을 공급하고,
    상기 에칭액 공급 공정 후, 상기 제1 혼합 농도보다 첨가 가스의 농도가 높은 제2 혼합액을 상기 기판의 상기 제2 주면에 공급하여, 상기 기판을 제전하는 제전 공정을 추가로 구비하는, 기판 처리 방법.
  3. 기판 유지부에 의해 기판을 유지하는 기판 유지 공정과,
    상기 기판을, 상기 기판의 중앙부를 통과하는 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 기판의 제1 주면의 전면이 양으로 대전하는 제1 혼합 농도로, 순수와 첨가 가스를 혼합한 제1 혼합액을, 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 대전시키는 대전 공정과,
    상기 대전 공정 후 또는 이와 병행하여, 상기 기판을 상기 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 기판의 상기 제1 주면에 에칭액을 공급하는 에칭액 공급 공정을 구비하고,
    상기 첨가 가스가 이산화탄소인, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 혼합 농도는, 상기 기판 상의 대전 분포에 의거하여 결정된 값인, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭액 공급 공정 후, 순수, 또는, 상기 제1 혼합 농도와 다른 제3 혼합 농도로 순수와 첨가 가스가 혼합되어 얻어지는 제3 혼합액을, 상기 기판의 상기 제1 주면에 공급하는 린스액 공급 공정을 추가로 구비하는, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 혼합 농도에 있어서의 상기 첨가 가스의 농도는, 상기 제1 혼합 농도에 있어서의 상기 첨가 가스의 농도보다 큰, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대전 공정에 있어서, 제1 회전 속도로 상기 기판을 회전시키고,
    상기 에칭액 공급 공정에 있어서, 상기 제1 회전 속도보다 낮은 제2 회전 속도로 상기 기판을 회전시키는, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 에칭액 공급 공정에 있어서, 상기 제2 회전 속도로 상기 기판을 회전시킨 후에, 상기 제2 회전 속도보다 낮은 제3 회전 속도로 상기 기판을 회전시키는, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대전 공정을 종료한 후에 상기 에칭액 공급 공정을 실행하는, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대전 공정에 있어서는, 상기 기판의 상기 제1 주면과는 반대의 제2 주면에 상기 제1 혼합액을 공급하고,
    상기 대전 공정 및 상기 에칭액 공급 공정을 병행하여 실행하는, 기판 처리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 에칭액 공급 공정을 개시하기 전에 상기 대전 공정을 개시하는, 기판 처리 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 에칭액 공급 공정을 개시한 후에 상기 대전 공정을 개시하는, 기판 처리 방법.
  13. 패턴이 형성된 제1 주면을 갖는 기판을 유지하여, 상기 기판의 중앙부를 통과하는 회전축선 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판의 제1 주면의 전면이 양으로 대전하는 제1 혼합 농도로, 순수와 첨가 가스를 혼합한 제1 혼합액을, 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 대전시키는 혼합액 공급부와,
    상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판의 상기 제1 주면에, 마이너스 이온을 포함하고, 산성 또는 알칼리성의 에칭액을 공급하는 에칭액 공급부
    를 구비하는, 기판 처리 장치.
  14. 기판을 유지하여, 상기 기판의 중앙부를 통과하는 회전축선 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판의 제1 주면의 전면이 양으로 대전하는 제1 혼합 농도로, 순수와 첨가 가스를 혼합한 제1 혼합액을, 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 대전시키는 혼합액 공급부와,
    상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판의 상기 제1 주면에 에칭액을 공급하는 에칭액 공급부를 구비하고,
    상기 혼합액 공급부는, 상기 기판의 상기 제1 주면과는 반대의 제2 주면에 상기 제1 혼합액을 공급하고,
    상기 혼합액 공급부는, 상기 에칭액 공급부가 상기 기판의 상기 제1 주면에 상기 에칭액을 공급한 후에, 상기 제1 혼합 농도보다 첨가 가스의 농도가 높은 제2 혼합액을 상기 기판의 상기 제2 주면에 공급하여, 상기 기판을 제전하는, 기판 처리 장치.
  15. 기판을 유지하여, 상기 기판의 중앙부를 통과하는 회전축선 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판의 제1 주면의 전면이 양으로 대전하는 제1 혼합 농도로, 순수와 첨가 가스를 혼합한 제1 혼합액을, 상기 기판에 공급하여 상기 기판을 대전시키는 혼합액 공급부와,
    상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판의 상기 제1 주면에 에칭액을 공급하는 에칭액 공급부를 구비하고,
    상기 첨가 가스가 이산화탄소인, 기판 처리 장치.
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