KR20100086444A - 약액 처리 장치 및 약액 처리 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 고온의 약액에 의한 처리로 기판의 이면을 에칭할 때에, 에칭의 균일성을 높게 할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
기판인 웨이퍼(W)에 형성된 막을 고온 약액에 의한 에칭으로 제거하는 약액 처리 장치(1)는, 웨이퍼(W)를 이면을 하측으로 하여 수평으로 한 상태에서 회전 가능하게 유지하는 스핀 척(3)과, 연직으로 연장되는 중공의 회전축(12)을 통해 스핀 척(3)을 회전시키는 회전 기구(4)와, 회전축(12) 내에 설치되며 하방에서 상방을 향하여 고온 약액을 토출하여 웨이퍼(W) 이면에 고온 약액을 공급하는 약액 토출 노즐(5)과, 약액 토출 노즐(5)에 약액을 공급하는 약액 공급 기구(6)를 구비하고, 약액 토출 노즐(5)은, 약액을 토출하며, 웨이퍼(W) 이면의 중심 이외에, 웨이퍼(W) 이면의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 고온 약액을 닿게 하는 복수의 토출구(18a, 18b, 18c)를 갖는다.

Description

약액 처리 장치 및 약액 처리 방법{CHEMICAL PROCESSING APPARATUS AND CHEMICAL PROCESSING METHOD}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판에 형성된 막을 고온의 약액으로 에칭 제거하는 약액 처리 장치 및 약액 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라고 한다)에 형성된 막을 약액으로 에칭 제거하는 처리가 존재한다. 예컨대 하드 마스크로서 이용되는 SiN막을 플루오르화수소산으로 제거하는 처리나, Si계막을 암모니아나 암모니아과수(SC1)로 제거한다.
이러한 처리를 매엽식으로 수행하는 경우, 스핀 척에 유지된 웨이퍼를 회전시키면서 웨이퍼에 약액을 공급하지만, 웨이퍼의 이면의 에칭에서는, 스핀 척의 중심으로부터 하방으로 연장되는 중공의 회전축 내에 노즐을 설치하고, 이 노즐로부터 상방으로 약액을 토출해서, 회전하고 있는 웨이퍼 이면의 중심에서 외주로 확산시켜 약액 처리를 수행한다(예컨대 특허문헌 1).
그런데, 이러한 약액에 의한 에칭 처리에서는, 처리의 수율(throughput)을 상승시키는 관점에서, 상온보다도 고온, 예컨대 50℃ 이상으로 한 고온 약액을 이용하여, 에칭 속도를 상승시키는 것이 실시되고 있다. 그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 기술과 같이, 웨이퍼의 이면 중심에 고온의 약액을 토출하는 경우에는, 웨이퍼 이면의 중심에서는 약액 온도가 높고, 웨이퍼의 외주로 확산되어 가는 과정에서 약액의 온도가 낮아지기 때문에, 웨이퍼 중심의 에칭량이 커지고, 웨이퍼의 외주에서는 에칭량이 저하하므로, 에칭의 균일성이 낮다고 하는 문제가 있다. 그리고, 최근의 웨이퍼의 대형화에 따라, 이러한 경향은 점점 현저해지고 있다.
[특허문헌1]일본특허공개평성제07-326569호공보
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 고온의 약액에 의한 처리로 기판의 이면을 에칭할 때에, 에칭의 균일성을 높게 할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 관점에서는, 기판에 형성된 막을 고온 약액에 의한 에칭으로 제거하는 약액 처리 장치로서, 기판을 이면을 하측으로 하여 수평으로 한 상태에서 회전 가능하게 유지하는 기판 유지 기구와, 상기 기판 유지 기구를 연직으로 연장되는 중공의 회전축을 통해 회전시키는 회전 기구와, 하방에서 상방을 향하여 고온 약액을 토출하여 기판 이면에 고온 약액을 공급하는 약액 토출 노즐과, 상기 약액 토출 노즐에 약액을 공급하는 약액 공급 기구를 구비하고, 상기 약액 토출 노즐은, 약액을 토출하며, 기판 이면의 중심 이외에, 기판 이면의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 상기 고온 약액을 닿게 하는 복수의 토출구를 갖는 것을 특징으로 하는 약액 처리 장치를 제공한다.
상기 제1 관점에 있어서, 상기 약액 토출 노즐은 상기 회전축 내에 형성되며 연직으로 연장되는 노즐 구멍을 갖고, 상기 복수의 토출구는 상기 노즐 구멍에 접속되도록 구성될 수 있다.
또한, 하나 이상의 토출구는, 그곳으로부터 토출된 약액이 기판 이면에 닿는 위치가, 약액이 닿은 후의 기판 이면에서의 약액의 확산에 의해, 약액이 기판 이면의 중심에 도달하는 위치가 되도록 형성될 수 있다. 또한, 복수의 토출구는, 이들로부터 토출된 약액이 기판 이면에 닿는 위치가, 약액이 닿은 후에 기판 이면에서 약액이 확산되었을 때에, 기판 이면의 열 이력이 면 내에서 균일해지는 위치가 되도록 형성될 수 있다. 이 경우에, 하나의 토출구로부터 약액이 토출되며, 기판 이면에 닿아 확산되었을 때에 온도가 내려가기 시작하는 위치에 다른 토출구로부터의 약액이 닿도록 함으로써, 기판 이면의 열 이력을 면 내에서 보다 균일하게 할 수 있다.
또한, 상기 약액 토출 노즐은, 그 상단부가 기판 지지부로 되어 있으며, 승강 가능하게 설치되고, 상기 기판 지지부에 상기 복수의 토출구가 형성되어 있으며, 상기 약액 토출 노즐을 상승시킨 반송 위치에서 상기 지지부에 대한 기판의 전달이 이루어지고, 처리 중에는 하강 위치에 위치하며, 처리 후에 상승하여 기판을 상기 반송 위치로 상승시키도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 관점에 있어서, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판의 상방에 스캔 가능하게 설치되며, 기판 표면에 약액을 토출하는 표면 약액 토출 노즐과, 상기 표면 약액 토출 노즐에 약액을 공급하는 표면 약액 공급 기구를 더 구비하고, 기판의 표면 및 이면에 고온 약액을 공급하여 에칭 처리를 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 관점에서는, 기판에 형성된 막을 고온 약액에 의한 에칭으로 제거하는 약액 처리 방법으로서, 기판을 이면을 하측으로 하여 수평으로 한 상태에서 유지하는 공정과, 그 상태의 기판을 회전시키면서, 하방에서 상방을 향하여 고온 약액을 토출하여 기판 이면에 고온 약액을 공급하는 공정을 포함하고, 상기 고온 약액을 공급할 때에, 기판 이면의 중심 이외에, 기판 이면의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 복수의 위치에 상기 고온 약액을 닿게 하는 것을 특징으로 하는 약액 처리 방법을 제공한다.
상기 제2 관점에 있어서, 하나 이상의 약액이 기판 이면에 닿는 위치는, 약액이 닿은 후의 기판 이면에서의 약액의 확산에 의해, 약액이 기판 이면의 중심에 도달하는 위치일 수 있다. 또한, 약액이 기판 이면에 닿는 상기 복수의 위치는, 약액이 닿은 후에 기판 이면에서 약액이 확산되었을 때에, 기판 이면의 열 이력이 면 내에서 균일해지는 위치일 수 있다. 이 경우에, 기판 이면의 하나의 위치에 약액이 닿아 확산되었을 때에 온도가 내려가기 시작하는 위치는 약액이 닿는 다른 위치가 됨으로써, 기판 이면의 열 이력이 면 내에서 보다 균일해지도록 할 수 있다.
상기 제2 관점에 있어서, 기판 이면에 고온 약액을 공급할 때에, 기판 표면에 고온 약액을 스캔하면서 토출하는 공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이면을 하측으로 하여 수평으로 한 상태로 한 기판을 회전시키면서, 약액 토출 노즐에 의해 하방에서 상방을 향하여 고온 약액을 토출하여 기판 이면에 고온 약액을 공급할 때에, 약액 토출 노즐로서, 약액을 토출하며, 기판 이면의 중심 이외에, 기판 이면의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 고온 약액을 닿게 하는 복수의 토출구를 갖는 것을 이용하였기 때문에, 고온 약액이 기판 이면의 중심에 닿아 기판 이면 중심의 온도가 높아지는 것을 방지하면서, 단시간으로 고온 약액을 기판 전면(全面)에 고루 미치게 할 수 있다. 이 때문에, 기판 이면의 면내 온도차를 작게 할 수 있으며, 높은 에칭 속도로 에칭할 수 있는 고온 약액으로 균일성이 높은 에칭을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 약액 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 약액 처리 장치에 이용된 약액 토출 노즐의 단면도이다.
도 3은 도 1의 약액 처리 장치에 이용된 약액 토출 노즐의 평면도이다.
도 4는 도 1의 약액 처리 장치에 설치된 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 1의 약액 처리 장치의 처리 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래의 약액 토출 노즐의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 약액 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은 약액 토출 노즐의 변형예를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 구체적으로 설명한다.
<제1 실시형태>
먼저, 제1 실시형태에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 약액 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 여기서는, 기판으로서 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라고 한다)를 이용하며, 그 이면에 형성된 막을 고온 약액으로 에칭 제거하는 경우에 대해서 설명한다.
이 약액 처리 장치(1)는, 챔버(도시하지 않음)와, 챔버의 베이스가 되는 베이스 플레이트(2)와, 챔버 내에 설치된 스핀 척(기판 유지 기구)(3)과, 스핀 척(3)을 회전시키는 회전 기구(4)와, 약액을 토출하는 약액 토출 노즐(5)과, 약액 토출 노즐(5)에 약액을 공급하는 약액 공급 기구(6)와, 배액을 받는 배액컵(7)을 갖는다.
스핀 척(3)은 회전 플레이트(11)와, 회전 플레이트(11)의 중앙부에 접속된 회전축(12)과, 회전 플레이트(11)의 주연부에 등간격으로 3개 부착되며 웨이퍼(W)를 유지하는 유지핀(13)을 갖는다. 유지핀(13)은 웨이퍼(W)가 회전 플레이트(11)로부터 부상한 상태에서 유지되도록 구성되어 있고, 웨이퍼(W)를 유지하는 유지 위치와 후방으로 회동(回動)하여 유지를 해제하는 해제 위치와의 사이에서 이동 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 스핀 척(3)은 웨이퍼(W)를 이면을 하측으로 하여 수평으로 한 상태에서 유지하도록 구성되어 있다. 여기서, 웨이퍼(W)의 이면이란, 웨이퍼(W)의 디바이스가 형성되지 않은 면을 말한다.
회전 기구(4)는 모터(14)와, 모터(14)에 의해 회전되는 풀리(pulley)(15)와, 풀리(15)와 회전축(12)의 하단에 권취된 벨트(16)를 갖고, 모터(14)의 회전에 의해 풀리(15) 및 벨트(16)를 통해 회전축(12)을 회전하도록 구성되어 있다.
회전축(12)은 원통형(중공)을 이루며 베이스 플레이트(2)를 관통하여 하방으로 연장된다. 회전 플레이트(11)의 중심부에는, 회전축(12) 내의 구멍(12a)에 연통하는 원형의 구멍(11a)이 형성되어 있다. 그리고, 약액 토출 노즐(5)은 구멍(12a) 및 구멍(11a) 안에서 승강 가능하게 설치되어 있다.
도 2와 도 3에 나타내는 바와 같이, 약액 토출 노즐(5)은 그 내부에 길이 방향을 따라 연장되는 노즐 구멍(18)이 형성되어 있고, 약액 토출 노즐(5)의 상단부를 구성하는 후술하는 웨이퍼 지지부(19)에는 노즐 구멍(18)에 연속하는 3개의 토출구(18a, 18b, 18c)가 접속되어 있다. 그리고, 약액 공급 기구(6)로부터의 약액이 노즐 구멍(18)을 통해 상방에 공급되어, 3개의 토출구(18a, 18b, 18c)로부터 웨이퍼(W)의 이면으로 토출되게 된다. 이들 토출구(18a, 18b, 18c)는 웨이퍼(W) 이면의 중심 이외에, 웨이퍼(W) 이면의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 약액이 닿도록 형성되어 있다.
구체적으로, 토출구(18a)는 예컨대 45°정도의 각도로 형성되며, 웨이퍼(W) 이면의 중심에 가까운 위치에 토출 약액이 닿게 형성되어 있고, 토출구(18c)는 예컨대 5°정도의 각도로 형성되며, 웨이퍼(W) 이면의 외연에 가까운 위치에 토출 약액이 닿게 형성되어 있다. 토출구(18b)는 예컨대 15°정도의 각도로 형성되며, 상기 2개의 토출구에서 토출된 약액이 닿는 위치의 중간 위치에 약액이 닿도록 형성되어 있다.
이들 토출구(18a, 18b, 18c)는, 약액이 웨이퍼(W)의 이면에 닿은 후의 약액의 확산에 의해, 약액이 웨이퍼(W) 이면의 전면(全面)을 조속히 덮도록 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 웨이퍼(W)의 직경이 300 ㎜인 경우에는, 약액이 닿는 위치를 중심으로부터 15 ㎜, 60 ㎜, 130 ㎜의 위치에 설정하는 것이 바람직하다.
하나 이상의 토출구, 예컨대 웨이퍼(W) 이면의 중심에 가장 가까운 위치에 약액을 토출하는 토출구(18a)는 그곳으로부터 토출된 약액이 웨이퍼(W)의 이면에 닿는 위치가, 약액이 닿은 후의 웨이퍼(W) 이면에서의 약액의 확산에 의해, 약액이 웨이퍼(W) 이면의 중심에 도달하는 위치가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 약액은 웨이퍼(W) 이면의 중심에는 닿지 않지만, 약액에 의해 웨이퍼 이면의 중심이 세정될 수 있다.
토출구(18a, 18b, 18c)는, 이들로부터 토출된 약액이 웨이퍼(W) 이면에 닿는 위치가, 약액이 닿은 후에 웨이퍼(W) 이면에서 약액이 확산되었을 때에, 웨이퍼(W) 이면의 열 이력이 면 내에서 균일해지는 위치가 되도록 형성되는 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 어떤 토출구로부터 토출된 약액이 웨이퍼(W) 이면에 닿아 확산되었을 때에는, 닿은 부분의 온도가 가장 높고, 그곳으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에서 온도가 내려가기 시작하기 때문에, 하나의 토출구로부터 약액이 토출되며, 웨이퍼(W) 이면에 닿아 확산되었을 때에 온도가 내려가기 시작하는 위치에 다른 토출구로부터의 약액이 닿게 함으로써, 웨이퍼(W) 이면의 열 이력을 보다 균일하게 할 수 있다.
약액 토출 노즐(5)은 웨이퍼 승강 부재로서의 기능을 겸비하며, 약액 토출 노즐(5)의 상단부가 웨이퍼(W)를 지지하는 웨이퍼 지지부(19)로 되어 있다. 웨이퍼 지지부(19)는 컵 모양으로 상방으로 넓어지며, 그 상면에는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 3개의 웨이퍼 지지핀(19a)(2개만 도시)이 설치되어 있다. 그리고, 약액 토출 노즐(5)의 하단에는 접속 부재(20)를 통해 실린더 기구(21)가 접속되어 있고, 이 실린더 기구(21)에 의해 약액 토출 노즐(5)을 승강시킴으로써 웨이퍼(W)를 승강시켜 웨이퍼(W)의 로딩 및 언로딩이 이루어진다. 웨이퍼(W)에 약액을 공급할 때에, 웨이퍼 지지부(19)는 그 상면의 높이 위치가 회전 플레이트(1)의 상면의 높이 위치와 거의 동일해지도록 위치 조절된다.
약액 공급 기구(6)는 약액 토출 노즐(5)의 하단에 접속된 약액 배관(22)과, 이 약액 배관(22)에 접속된 고온 약액을 저장하는 고온 약액 탱크(23)와, 약액 배관(22)에 설치된 개폐 밸브(24)를 갖는다. 고온 약액 탱크(23)에는 히터(23a)가 설치되고, 도시하지 않는 컨트롤러에 의해 히터(23a)를 제어하여 고온 약액 탱크(23) 내의 약액을 소정의 온도로 유지하도록 되어 있다. 여기서, 고온이란 20℃∼25℃의 상온보다 높은 온도를 의미하며, 전형적으로는 50℃ 이상을 가리킨다. 단, 너무 높아도 약액이 휘발해 버리기 때문에, 약액에 따라 다르지만 80℃ 정도가 상한이 된다. 약액으로서는 플루오르화수소산(HF), 암모니아, 암모니아과수(SC1) 등을 들 수 있다. 이들 중 플루오르화수소산(HF)은 웨이퍼(W)에 형성된 막이 SiN막일 때에 이용되고, 암모니아나 암모니아과수(SC1)는 Si계막, 예컨대 폴리실리콘막일 때에 이용된다.
약액 배관(22)에는 린스액 배관(25)이 접속되어 있다. 린스액 배관(25)은 린스액인 순수(DIW)를 공급하는 순수 공급원(26)에 접속되어 있다. 린스액 배관(25)에는 개폐 밸브(27)가 설치되어 있다. 그리고, 순수 공급원(26)으로부터 린스액 배관(25) 및 약액 배관(22)을 통해 약액 토출 노즐(5)의 노즐 구멍(18)에 순수를 공급하여 토출구(18a, 18b, 18c)로부터 순수를 토출함으로써, 웨이퍼(W) 이면에 대해 약액 처리 후의 린스 처리가 이루어진다.
배액컵(7)은 회전 플레이트(11)의 외측에, 회전 플레이트(11)에 유지된 웨이퍼(W)의 주연부를 둘러싸도록 설치되어 있고, 웨이퍼(W)로부터 비산된 배액을 받는 기능을 갖는다. 배액컵(7)의 바닥부에는 배액구(7a)가 형성되어 있고, 배액구(7a)에는 하방으로 연장되는 배액 배관(28)이 접속되어 있다.
약액 처리 장치(1)는 제어부(30)를 구비한다. 이 제어부(30)는, 도 4의 블록도에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(31)와, 사용자 인터페이스(32)와, 기억부(33)를 갖는다. 컨트롤러(31)는 마이크로 프로세서(컴퓨터)를 포함하며, 약액 처리 장치(1)의 각 구성부, 예컨대 개폐 밸브(24, 27), 모터(14), 실린더 기구(21) 등을 제어한다. 사용자 인터페이스(32)는 컨트롤러(31)에 접속되며, 오퍼레이터가 약액 처리 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드 등을 입력 조작하는 키보드나, 약액 처리 장치(1)의 가동(稼動) 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 포함한다. 기억부(33)도 컨트롤러(31)에 접속되며, 그 내부에 약액 처리 장치(1)의 각 구성부의 제어 대상을 제어하기 위한 프로그램이나, 약액 처리 장치(1)에 소정의 처리를 수행하게 하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장되어 있다. 처리 레시피는 기억부(33) 내의 기억 매체(도시하지 않음)에 기억되어 있다. 기억 매체는, 하드 디스크와 같은 고정적인 것일 수도 있고, CD-ROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성의 것일 수도 있다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해 레시피를 적절하게 전송하게 하여도 좋다. 그리고, 컨트롤러(31)는, 필요에 따라, 사용자 인터페이스(32)로부터의 지시 등에 의해 소정의 처리 레시피를 기억부(33)로부터 호출하여 실행시킴으로써, 컨트롤러(31)의 제어 하에서, 소정의 처리가 실시된다.
다음에, 이러한 약액 처리 장치(1)에 의해 웨이퍼(W) 이면의 막을 에칭 제거하는 동작에 대해서 설명한다.
도 5는 이러한 웨이퍼 이면의 막을 에칭 제거할 때의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.
먼저, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 약액 토출 노즐(5)을 상승시킨 상태에서, 도시하지 않는 반송 아암으로부터 웨이퍼 지지부(19)의 지지핀(19a) 상에 웨이퍼(W)를 전달한다. 계속해서, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 약액 토출 노즐(5)을, 웨이퍼(W)를 유지 부재(13)에 의해 유지할 수 있는 위치까지 하강시켜, 유지 부재(13)에 의해 웨이퍼(W)를 척킹(chucking)한다.
이 상태에서, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 회전 기구(4)에 의해 스핀 척(3)을 웨이퍼(W)와 함께 회전시키면서, 약액 토출 노즐(5)로부터 고온 약액을 공급하여 에칭 처리를 실시한다. 이때의 웨이퍼(W)의 회전수는 300 rpm∼1000 rpm 정도로 한다.
이때, 약액은 3개의 토출구(18a, 18b, 18c)로부터 웨이퍼(W)의 이면으로 토출되며, 웨이퍼(W) 이면에 닿은 약액은 웨이퍼(W)의 회전에 따라 웨이퍼(W) 이면의 전면에 확산되어, 에칭 처리가 진행된다.
종래에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 약액 토출 노즐(5)로서, 노즐 구멍(18)의 선단에 1개의 토출구(18d)가 형성되며, 토출구(18d)로부터 웨이퍼(W) 이면의 중심에 약액을 토출하는 방식이 이용되고 있었지만, 이러한 약액 토출 노즐을 이용하여 고온 약액으로 에칭 처리를 하는 경우에, 토출된 고온 약액은 웨이퍼(W)의 이면 중심에 계속 닿으며, 더구나 웨이퍼(W) 이면의 중심은 열이 빠져 나가기 어렵기 때문에, 그 부분의 온도는 높아지는 데 비하여, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W) 이면의 중심으로부터 외측으로 확산되는 약액은 외측으로 갈수록 시간의 경과에 따라 온도가 낮아지며, 더구나 웨이퍼(W) 이면의 외주 부분은 열이 빠져나가기 쉽기 때문에, 웨이퍼(W) 이면의 온도는 외측으로 갈수록 중심에 비해서 낮아진다. 이 때문에, 웨이퍼(W) 이면의 중앙부와 외주부에서는 에칭량이 크게 달라지게 된다. 특히, 최근 웨이퍼(W)의 대형화에 의해, 이러한 경향은 현저해진다.
이에 대하여, 본 실시형태의 경우에는, 이들 토출구(18a, 18b, 18c)가 웨이퍼(W) 이면의 중심 이외에, 웨이퍼(W) 이면의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 약액이 닿도록 형성되기 때문에, 특정 개소, 특히 웨이퍼(W) 이면 중심의 온도가 높아지는 것을 방지하면서, 단시간으로 고온 약액을 웨이퍼(W) 전면에 고루 미치게 할 수 있다. 즉, 토출구로부터 토출된 고온 약액이 웨이퍼(W) 이면의 중심 이외의 곳에 닿기 때문에, 고온 약액은 웨이퍼(W) 이면의 중심에는 직접 닿지는 않고, 약액이 닿은 위치에서 확산되어 공급될 뿐이기 때문에, 웨이퍼(W) 이면 중심의 온도 상승이 완화된다. 더구나 웨이퍼(W) 이면의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 약액이 닿도록 복수의 토출구가 형성되기 때문에, 고온 약액을 단시간으로 웨이퍼(W) 이면의 전면에 도달시킬 수 있어, 웨이퍼(W) 이면의 면내 온도차를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 고온 약액에 의한 높은 에칭 속도를 유지하면서, 웨이퍼(W) 이면에서의 에칭량의 변동을 작게 하여 에칭의 균일성을 높일 수 있다.
또한, 토출구(18a, 18b, 18c)는, 회전축(12)의 내부에 설치된 약액 토출 노즐(5)의 노즐 구멍에 연속하도록, 약액 토출 노즐(5)의 상단부를 구성하는 웨이퍼 지지부(19)에, 약액이 원하는 각도로 웨이퍼(W)에 공급되도록 형성되어 있고, 약액을 토출하기 위한 특별한 부품을 설치할 필요가 없기 때문에, 회전 플레이트와 웨이퍼(W) 사이의 거리를 작게 할 수 있다. 또한, 회전축(12)의 내부에 설치된 약액 토출 노즐(5)의 1개의 노즐 구멍(18)에 접속하도록, 토출구(18a, 18b, 18c)를 소정의 각도로 형성할 뿐이기 때문에, 구조가 간단하다. 또한, 약액 토출 노즐(5)의 상단부가 웨이퍼 지지부(19)로 되어 있고, 그곳에 토출구(18a, 18b, 18c)가 형성되기 때문에, 이들을 별개로 형성하는 경우보다 부품 개수를 적게 할 수 있다.
이러한 고온 약액에 의한 에칭 처리의 종료 후, 고온 약액의 공급을 정지하고, 도 5의 (d)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 300 rpm∼1000 rpm 정도의 회전수로 회전시키면서 린스액으로서의 순수(DIW)를 약액 토출 노즐(5)의 토출구(18a, 18b, 18c)로부터 웨이퍼(W) 이면에 공급하여 린스 처리를 한다. 그 후, 도 5의 (e)에 나타내는 바와 같이, 순수의 공급을 정지하고, 웨이퍼(W)를 500 rpm∼1000 rpm 정도의 회전수로 회전시켜 털기 건조한 후, 도 5의 (f)에 나타내는 바와 같이, 유지 부재(13)를 후퇴시키고, 약액 토출 노즐(5)을 상승시켜, 웨이퍼 지지부(19)에 의해 웨이퍼(W)를 상승시키고, 도시하지 않는 반송 아암에 의해 웨이퍼(W)를 반출한다.
다음에, 본 실시형태의 효과를 확인한 실험에 대해서 설명한다.
여기서는, 플루오르화수소산(HF)으로 웨이퍼(W) 이면의 SiN막을 에칭한 예에 대해서 설명한다.
여기서는, 종래의 웨이퍼 이면 중심에 약액을 토출하는 약액 토출 노즐을 이용한 상온(25℃)의 플루오르화수소산(HF)에 의한 에칭(실험 1), 마찬가지로 종래의 약액 토출 노즐을 이용한 고온(60℃) 플루오르화수소산에 의한 에칭(실험 2), 및 본 실시형태의 약액 토출 노즐을 이용한 고온(60℃) 플루오르화수소산에 의한 에칭(실험 3)을 실시하였다. 이때의 조건은 웨이퍼(W)의 회전수: 1000 rpm, 플루오르화수소산 공급량: 1.5 L/min, 시간: 30 sec으로 하였다.
그때의 에칭량을 웨이퍼 이면 전면의 49점에서 측정하였다. 그때의 에칭량의 최대값(Max), 최소값(Min), 평균값(Ave), 범위(Range), 변동(Range/2Ave)을 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 종래의 약액 토출 노즐을 이용하여도 약액 온도가 상온인 경우(실험 1)에는, 에칭량의 면내 변동은 작지만, 에칭량 자체가 매우 적다. 이에 비해, 약액 온도를 60℃로 한 실험 2에서는, 에칭량이 많아지지만, 웨이퍼 이면 중심의 에칭량이 많고, 외주부의 에칭량이 적기 때문에, 에칭량의 변동이 15.0％로 매우 큰 값이 되었다. 한편, 본 실시형태의 약액 토출 노즐을 이용하여 고온(60℃) 플루오르화수소산으로 에칭한 실험 3에서는, 에칭량의 변동이 10.1％이며 에칭의 면내 균일성이 높아지는 것이 확인되었다. 또한, 에칭량의 평균값도 실험 2보다 높게 되었다. 이 결과로부터, 본 실시형태의 효과가 확인되었다.
Figure pat00001
<제2 실시형태>
다음으로, 제2 실시형태에 대해서 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 약액 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 본 실시형태에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로 웨이퍼(W) 이면을 에칭함과 동시에, 웨이퍼(W) 표면(디바이스 형성면)도 에칭하는 표리면 처리 장치이며, 도 1의 약액 처리 장치와 같은 것에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
본 실시형태의 약액 처리 장치(1')는, 도 1에 나타내는 제1 실시형태의 약액 처리 장치(1)에, 웨이퍼(W)의 표면에 고온 약액을 공급하는 표면 약액 토출 노즐(8)과, 표면 약액 토출 노즐(8)에 고온 약액을 공급하는 표면 약액 공급 기구(6')가 추가되어 있다.
표면 약액 토출 노즐(8)은 웨이퍼(W) 표면의 상방에 설치되고, 도시하지 않는 구동 기구에 의해 스캔 가능하게 구성되어 있다. 또한, 표면 약액 공급 기구(6')는 표면 약액 토출 노즐(8)에 접속된 약액 배관(41)과, 이 약액 배관(41)에 접속된 고온 약액을 저류하는 고온 약액 탱크(42)와, 약액 배관(41)에 설치된 개폐 밸브(43)를 갖는다. 고온 약액 탱크(42)에는 히터(42a)가 설치되며, 도시하지 않는 컨트롤러에 의해 히터(42a)를 제어하여 고온 약액 탱크(42) 내의 약액을 소정의 온도로 유지하도록 구성되어 있다.
약액 배관(41)에는 린스액 배관(44)이 접속되어 있다. 린스액 배관(44)은 린스액인 순수(DIW)를 공급하는 순수 공급원(45)에 접속되어 있다. 린스액 배관(44)에는 개폐 밸브(46)가 설치되어 있다. 그리고, 순수 공급원(45)으로부터 린스액 배관(44) 및 약액 배관(41)을 통해 표면 약액 토출 노즐(8)에 순수를 공급하여 표면 약액 토출 노즐(8)로부터 순수를 토출함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 약액 처리 후의 린스 처리가 이루어진다.
이 제2 실시형태의 약액 처리 장치(1')는, 스캔 가능한 표면 약액 토출 노즐(8)을 갖고 있기 때문에, 웨이퍼(W) 표면의 온도의 균일성이 양호하게 되도록 표면 약액 토출 노즐(8)을 스캔하면서 웨이퍼(W) 표면에 고온 약액을 토출할 수 있다. 예컨대, 온도가 높아지기 쉬운 웨이퍼(W) 표면의 중심에의 고온 약액의 공급 시간을 웨이퍼(W) 이면의 외주부보다 짧게 하는 등의 방식으로 온도 균일성을 높일 수 있다.
이면측의 약액 토출 노즐(5)이 종래와 같이 웨이퍼(W) 이면의 중심에 고온 약액을 토출하는 타입인 경우에는, 전술한 바와 같이 웨이퍼(W) 이면의 온도 변동이 커져, 표면측에도 그 영향이 미치기 때문에, 표면측 약액 토출 노즐(8)을 스캔하더라도 웨이퍼(W) 표면에서의 온도의 균일성에 한계가 있어, 웨이퍼(W) 표면측에서 충분한 에칭 균일성을 얻지 못할 우려가 있었지만, 본 실시형태에서는, 이면측의 약액 토출 노즐(5)에, 웨이퍼(W)의 중심 이외에, 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 약액이 닿도록 3개의 토출구(18a, 18b, 18c)가 형성되기 때문에, 웨이퍼(W) 이면의 온도 균일성을 높일 수 있어, 웨이퍼(W) 표면의 에칭 균일성을 보다 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 일 없이, 다양하게 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 약액 토출 노즐(5)에 3개의 토출구를 형성한 예를 나타냈지만, 토출구는 복수개이면 되고, 2개일 수도 4개 이상일 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 하나의 노즐 구멍에 복수의 토출구를 형성한 경우에 대해서 나타냈지만, 복수의 노즐 구멍을 형성하고, 각 노즐 구멍에 복수의 토출구를 형성할 수도 있다. 예컨대, 도 8에 나타내는 바와 같이, 약액 토출 노즐(5)의 내부에 길이 방향을 따라 연장되는 3개의 노즐 구멍(48a, 48b, 48c)을 형성하고, 이들 노즐 구멍(48a, 48b, 48c)의 각각에, 토출구(18a 18b, 18c)가 접속되도록 하며, 약액 탱크로부터 노즐 구멍(48a, 48b, 48c)에, 각각 약액 배관(22a, 22b, 22c)을 통해 개별적으로 약액을 공급하도록 하고, 이들 약액 배관(22a, 22b, 22c)에 개별적으로 유량 제어기(49a, 49b, 49c)를 설치하도록 구성할 수 있다. 이에 따라, 각 토출 구멍으로부터 토출되는 약액의 유량을 개별 조정할 수 있어, 웨이퍼(W) 이면의 온도 제어를 보다 세밀하게 수행할 수 있다.
또한, 에칭 대상막과 고온 약액의 조합이 상기 예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 실시형태에서는 피처리 기판으로서 반도체 웨이퍼를 이용한 경우에 대해서 나타냈지만, 액정 표시 장치(LCD)용의 유리 기판으로 대표되는 플랫 패널 디스플레이(FPD)용의 기판 등, 다른 기판에 적용 가능한 것은 물론이다.
1, 1': 약액 처리 장치 2: 베이스 플레이트
3: 스핀 척 4: 회전 기구
5: 약액 토출 노즐 6, 6': 약액 공급 기구
7: 배액컵 8: 표면 약액 토출 노즐
11: 회전 플레이트 12: 회전축
13: 유지핀 14: 모터
18: 노즐 구멍 18a, 18b, 18c: 토출구
19: 웨이퍼 지지부 19a: 웨이퍼 지지핀
21: 실린더 기구 22, 41: 약액 배관
23, 42: 고온 약액 탱크 28: 배액 배관
30: 제어부 31: 컨트롤러
32: 사용자 인터페이스 33: 기억부
W: 반도체 웨이퍼(기판)

Claims (12)

  1. 기판에 형성된 막을 고온 약액에 의한 에칭으로 제거하는 약액 처리 장치에 있어서,
    기판을 이면을 하측으로 하여 수평으로 한 상태에서 회전 가능하게 유지하는 기판 유지 기구와,
    상기 기판 유지 기구를 연직으로 연장되는 중공의 회전축을 통해 회전시키는 회전 기구와,
    하방으로부터 상방을 향하여 고온 약액을 토출하여 기판 이면에 고온 약액을 공급하는 약액 토출 노즐과,
    상기 약액 토출 노즐에 약액을 공급하는 약액 공급 기구
    를 구비하고,
    상기 약액 토출 노즐은, 약액을 토출하며, 기판 이면의 중심 이외에, 기판 이면의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 상기 고온 약액을 닿게 하는 복수의 토출구를 갖는 것을 특징으로 하는 약액 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 약액 토출 노즐은 상기 회전축 내에 설치되며 연직으로 연장되는 노즐 구멍을 갖고, 상기 복수의 토출구는 상기 노즐 구멍에 접속되는 것을 특징으로 하는 약액 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 토출구는, 그곳으로부터 토출된 약액이 기판 이면에 닿는 위치가, 약액이 닿은 후의 기판 이면에서의 약액의 확산에 의해, 약액이 기판 이면의 중심에 도달하는 위치가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 약액 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 복수의 토출구는, 이들로부터 토출된 약액이 기판 이면에 닿는 위치가, 약액이 닿은 후에 기판 이면에서 약액이 확산되었을 때에 기판 이면의 열 이력이 면 내에서 균일해지는 위치가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 약액 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 하나의 토출구로부터 약액이 토출되고, 기판 이면에 닿아 확산되었을 때에 온도가 내려가기 시작하는 위치에 다른 토출구로부터의 약액을 닿게 하는 것을 특징으로 하는 약액 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 약액 토출 노즐은, 그 상단부가 기판 지지부로 되어 있으며, 승강 가능하게 설치되고, 상기 기판 지지부에 상기 복수의 토출구가 형성되어 있으며, 상기 약액 토출 노즐을 상승시킨 반송 위치에서 상기 지지부에 대한 기판의 전달이 이루어지고, 처리 중에는 하강 위치에 위치하며, 처리 후에 상승하여 기판을 상기 반송 위치로 상승시키는 것을 특징으로 하는 약액 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판 유지 기구에 유지된 기판의 상방에 스캔 가능하게 설치되며, 기판 표면에 약액을 토출하는 표면 약액 토출 노즐과,
    상기 표면 약액 토출 노즐에 약액을 공급하는 표면 약액 공급 기구
    를 더 구비하고, 기판의 표면 및 이면에 고온 약액을 공급하여 에칭 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 약액 처리 장치.
  8. 기판에 형성된 막을 고온 약액에 의한 에칭으로 제거하는 약액 처리 방법에 있어서,
    기판을 이면을 하측으로 하여 수평으로 한 상태에서 유지하는 공정과,
    그 상태의 기판을 회전시키면서, 하방으로부터 상방을 향하여 고온 약액을 토출하여 기판 이면에 고온 약액을 공급하는 공정
    을 포함하고,
    상기 고온 약액을 공급할 때에, 기판 이면의 중심 이외에, 기판 이면의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 복수의 위치에 상기 고온 약액을 닿게 하는 것을 특징으로 하는 약액 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 하나 이상의 약액이 기판 이면에 닿는 위치는, 약액이 닿은 후의 기판 이면에서의 약액의 확산에 의해, 약액이 기판 이면의 중심에 도달하는 위치인 것을 특징으로 하는 약액 처리 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 약액이 기판 이면에 닿는 상기 복수의 위치는, 약액이 닿은 후에 기판 이면에서 약액이 확산되었을 때에, 기판 이면의 열 이력이 면 내에서 균일해지는 위치인 것을 특징으로 하는 약액 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 기판 이면의 하나의 위치에 약액이 닿아 확산되었을 때에 온도가 내려가기 시작하는 위치를 약액이 닿는 다른 위치가 되게 하는 것을 특징으로 하는 약액 처리 방법.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    기판 이면에 고온 약액을 공급할 때에, 기판 표면에 고온 약액을 스캔하면서 토출시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 약액 처리 방법.
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