KR20100138760A

KR20100138760A - 액처리 장치 및 액처리 방법

Info

Publication number: KR20100138760A
Application number: KR1020100055594A
Authority: KR
Inventors: 테루오미 미나미; 후미히로 카미무라; 카즈키 코사이; 타카시 야부타; 켄지 요코미조; 쇼고 미조타
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2010-12-31
Also published as: KR101526264B1; US8303723B2; TWI450326B; TW201112324A; US20100319734A1; JP5381388B2; JP2011009300A

Abstract

새로운 방법을 이용하여 기판의 표면으로부터 막을 제거하는 액처리 장치 등을 제공한다. 제 1 막의 상층에 제 2 막이 형성된 기판으로부터 제 1 막 및 제 2 막을 제거하는 액처리 장치(3)에서, 제 1 약액 공급부(51)는 기판(W)으로 제 1 막을 용해시키기 위한 제 1 약액을 공급하고, 제 2 약액 공급부(51)는 제 2 막의 강도를 저하시키기 위한 제 2 약액을 공급하고, 충격 공여부로서의 기능을 겸하는 유체 공급부(52)는 제 2 막에 물리적 충격을 주어 당해 제 2 막을 파괴하고 또한, 파괴된 제 2 막의 파편을 흘려 보내기 위한 유체를 공급한다. 제어부(7)는 제 2 약액을 공급하고, 이어서 유체 공급부(52)로부터 유체를 공급한 후 제 1 약액을 공급하도록 각 부를 제어한다.

Description

액처리 장치 및 액처리 방법{LIQUID PROCESSING APPARATUS AND LIQUID PROCESSING METHOD}

본 발명은 기판 표면을 액처리하는 기술에 관한 것으로, 특히 기판 표면에 적층된 막을 제거하는 기술에 관한 것이다.

근래, 반도체 장치의 고집적화에 수반하여 소자 간을 접속시키는 배선에 대해서도 미세화가 진행되어, 종래에는 주로, 예를 들면 게이트 전극 등의 소자 형성에 적용되었던 기술이 배선 공정(BEOL(Back-End-of-Line) 공정)에도 적용되고 있다. 그 일례로서, 층간 절연막에 비아홀(via hole)을 에칭 형성하는 공정 등에서, 노광 시에서의 반사광의 영향을 방지하기 위한 반사 방지막을 도포하거나 배선의 미세화에 대응하여 박막화된 레지스트의 막 두께를 보충하기 위한 마스크층을 형성하는 등, 패터닝 대상인 막 상에 다층의 막을 형성하는 경우가 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).

한편, 에칭 대상의 층간 절연막에는 배선의 미세화에 수반되는 배선간 용량의 증가를 억제하는 것을 목적으로 하여, 종래의 SiO₂보다 유전율이 작은 저유전율 재료인 이른바 low-k 재료가 채용되고 있다. 이러한 low-k 재료에는, 예를 들면 SiOCH라고 하는 다공질 재료 등이 이용되고, SiO₂ 등에 비해 내플라즈마성, 내약품성이 낮다. 이 때문에, 예를 들면 산소 플라즈마를 이용한 애싱 또는 SPM(Sulfuric acid-hydrogen Peroxide Mixture)액을 이용한 박리(剝離) 등의 종래법으로 이들 반사 방지막 등을 제거하려고 하면, low-k 재료로 이루어지는 층간 절연막까지도 데미지를 받게 되는 경우가 있어, 하지(下地)의 패턴(low-k 재료)을 파괴하지 않는 새로운 제거 방법이 요구되고 있다.

이러한 low-k 재료에의 영향이 작은 박리법의 하나로서, 종래 이용되고 있던 SPM액 등에 비해 박리 성능이 작은 아민(Amine)계의 박리제 등을 유기 용제에 녹인 약액을 이용하는 것이 검토되고 있다. 그런데 이러한 약액은 반사 방지막 등을 용해하는 능력도 약한 경우가 있으므로, 애싱 또는 SPM을 이용한 방법에 비해 시간이 걸려 장치의 스루풋(Throughput)을 향상시키는 데에 제약이 되는 경우도 예상된다.

일본특허공개공보 2001-15479호 : 0030 단락, 도 1

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 새로운 방법을 이용하여 기판의 표면으로부터 막을 제거하는 액처리 장치 및 액처리 방법을 제공하는 것에 있다.

또 다른 목적은, 사용하는 약액의 회수를 행하는 액처리 장치 및 액처리 방법에 대하여, 그 약액 회수 라인의 하류측에 설치되는 필터 등, 회수된 약액으로부터 막의 파편을 제거하는 기구에서의 막힘의 발생을 억제하는 것에 있다.

본 발명에 따른 액처리 장치는, 제 1 막의 상층에 제 2 막이 형성된 기판으로부터 제 1 막 및 제 2 막을 제거하는 액처리 장치에서, 상기 기판으로 상기 제 1 막을 용해시키기 위한 제 1 약액을 공급하는 제 1 약액 공급부와, 상기 기판으로 상기 제 2 막의 강도를 저하시키기 위한 제 2 약액을 공급하는 제 2 약액 공급부와, 상기 제 2 막에 물리적 충격을 주는 충격 공여부와, 물리적 충격이 주어진 제 2 막의 파편을 흘려 보내기 위한 유체를 상기 기판으로 공급하는 유체 공급부와, 상기 기판에, 상기 제 2 약액 공급부로부터 제 2 약액을 공급하고, 이어서 상기 유체 공급부로부터 유체를 공급한 후 상기 제 1 약액 공급부로부터 제 1 약액을 공급하도록 각 부를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 액처리 장치는 이하의 특징을 구비하고 있어도 좋다.

(a) 상기 유체 공급부는, 당해 유체 공급부로부터 공급되는 유체에 의해 제 2 막에 물리적 충격을 주는 충격 공여부를 겸용할 수 있다.

(b) 상기 기판으로 공급된 후의 약액을 회수하는 약액 회수 라인과, 상기 제 2 막의 파편을 포함한 유체를 배출하는 배출 라인과, 이들 약액 회수 라인과 배출 라인의 사이에서 상기 기판으로 공급된 후의 약액 또는 유체의 유출처를 전환하는 전환부를 구비하고, 상기 제어부는 기판으로 공급된 제 1 약액 또는 제 2 약액을 상기 약액 회수 라인으로 유출시키고, 제 2 막의 파편을 포함한 상기 유체를 상기 배출 라인으로 유출시키도록 상기 전환부를 제어할 수 있다.

(c) 상기 제 1 약액과 제 2 약액이 공통의 약액이며, 상기 제 1 약액 공급부와 제 2 약액 공급부를 공용할 수 있다.

(d) 상기 유체 공급부는, 기판의 표면에 액체와 기체의 혼합 유체를 분사하는 이류체 스프레이 노즐일 수 있다.

(e) 상기 제 1 약액은 아민계의 박리제를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제 1 막의 상층에 형성된 제 2 막으로 제 2 약액을 공급함으로써 이 제 2 막의 강도를 저하시키고, 이어서 기판의 표면에 유체에 의한 충격을 주어 당해 제 2 막을 파괴하여 제거한 후, 제 1 약액에 의해 제 1 막을 용해시켜 제거하므로, 예를 들면 제 2 막이 제 1 약액에 의해서는 쉽게 용해되지 않는 경우에도 기판으로부터 제 1 및 제 2 막을 제거할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 액처리가 행해지는 웨이퍼 표면의 구조를 도시한 종단 측면도이다.
도 2는 실시예에 따른 액처리 장치의 구성을 도시한 종단 측면도이다.
도 3은 상기 액처리 장치 내에 설치되어 있는 컵체를 상방으로부터 본 평면도이다.
도 4는 상기 액처리 장치로의 약액 등의 공급, 배액 계통을 도시한 설명도이다.
도 5는 상기 액처리 장치에 설치되어 있는 이류체 스프레이 노즐의 구성을 도시한 종단 측면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 상기 액처리 장치의 작용을 도시한 설명도이다.
도 7a 내지 도 7d는 상기 액처리 장치에 의해 액처리가 행해지고 있는 웨이퍼 표면의 상태를 도시한 제 1 설명도이다.
도 8a 내지 도 8c는 상기 액처리가 행해지고 있는 웨이퍼 표면의 상태를 도시한 제 2 설명도이다.
도 9는 상기 액처리 장치로의 약액 등의 공급 타이밍 및 배액의 배출처의 전환 타이밍을 나타낸 설명도이다.

본 발명에 따른 실시예로서, 도 1a에 도시한 바와 같이, 예를 들면 low-k 재료로 이루어지는 층간 절연막(101)의 상층에, 레지스트막(104)의 굴곡을 억제하기 위한 희생막(102)과 반사 방지막의 일종인 BARC(Bottom Anti-Reflection Coating)(103)가 순서대로 적층된 웨이퍼(W)에 대하여, 도 1b에 도시한 바와 같이 에칭을 행하여 비아홀(112)을 형성한 후, 층간 절연막(101) 표면에 잔존하고 있는 희생막(102) 및 BARC(103)를 제거하는 액처리를 실행하는 액처리 장치에 대하여 설명한다. 도 1a 및 도 1b 중, 104는 레지스트막, 113은 레지스트막(104)에 형성된 비아홀 패턴, 111은 다마신(Damascene) 공정 등에 의해 구리 배선이 매립되는 트렌치, 105는 하층측의 배선이다. 또한 도 1b에서, 레지스트막(104)은 에칭에 의해 제거되어 있다. 여기서, 희생막(102)은 본 실시예의 제 1 막에 상당하고, BARC(103)는 제 2 막에 상당한다.

도 2의 종단 측면도에 도시한 바와 같이, 액처리 장치(3)는 웨이퍼(W)를 회전 가능하게 보지(保持)하는 웨이퍼 보지 기구(4)와, 웨이퍼 보지 기구(4) 상에 보지된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 웨이퍼(W)의 주위에 설치되고 웨이퍼(W)로부터 비산(飛散)된 약액 등을 받기 위한 컵체(36)와, 웨이퍼(W)의 표면으로 각종 약액 등의 처리액을 공급하는 처리액 공급 기구(5)를 구비하고 있다.

웨이퍼 보지 기구(4) 또는 컵체(36), 처리액 공급 기구(5)는 공통의 하우징(31) 내에 넣어지고, 이 하우징(31)은 베이스 플레이트(300) 상에 배치되어 있다. 하우징(31)의 천장부에는 외부에 설치된 팬 필터 유닛(Fan Filter Unit ; FFU)으로부터의 기류가 도입되는 공간인 기류 도입부(34)가 설치되어 있다. 이 기류 도입부(34)로 유입된 공기가 하우징(31)의 천장면에 설치된 다수의 통류(通流)홀(331)을 거쳐 하우징(31) 내로 유입됨으로써, 하우징(31) 내에는 상방측으로부터 하방측을 향하여 흐르는 청정 공기의 다운 플로우를 형성할 수 있다. 하우징(31)에 설치된 33은 외부 반송 기구인 픽(Pick) 상에 재치(載置)된 상태로 웨이퍼(W)가 반입·반출되는 반입출구, 32는 반입출구(33)를 개폐하는 셔터이다.

웨이퍼 보지 기구(4)는 거의 수평하게 보지되는 웨이퍼(W)의 이면측의 당해 웨이퍼(W)와 대향(對向)하는 위치에 설치된 원판 형상의 언더 플레이트(41)와, 이 언더 플레이트(41)의 중앙부를 이면측으로부터 지지하고 수직 하방으로 연장되는 원통 형상의 회전축(43)과, 이 회전축(43) 내에 상하 방향으로 관통 및 삽입되고 언더 플레이트(41) 중앙부의 개구부로부터 그 상단부가 돌출 및 함몰 가능하게 설치된 리프터(45)를 구비하고 있다. 웨이퍼 보지 기구(4)는 본 실시예의 기판 보지부에 상당한다.

언더 플레이트(41)의 주연부(周緣部)에는 언더 플레이트(41)의 상방 위치에서 웨이퍼(W)를 거의 수평하게 지지하기 위한, 예를 들면 3 개의 지지 핀(42)이 설치되어 있다. 지지 핀(42)은, 예를 들면 레버 형상의 작동편(作動片)으로서 구성되어 있고, 그 일단은 짧게 절곡(折曲)되어 있고 이 절곡부의 선단에는 웨이퍼(W) 외주부를 저면측으로부터 지지하기 위한 절결부(切欠部)(421)가 형성되어 있다. 여기서, 도 3의 평면도에 도시한 바와 같이, 언더 플레이트(41)의 주연부에는, 예를 들면 둘레 방향을 따라 등간격으로 떨어진 3 개소의 위치에 절결부(411)가 형성되어 있다. 그리고, 예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 지지 핀(42)은 회전축(422)에 의해 각 절결부(411) 내에 장착되어 있고, 전술한 절곡부를 언더 플레이트(41)의 상면으로부터 돌출시킨 상태로 되어 있다.

이 경우에, 지지 핀(42)은 웨이퍼(W)를 지지하지 않은 상태에서는 절결부(421)가 형성된 절곡부가 언더 플레이트(41)의 직경 방향 외측을 향하여 기울어지도록 힘이 가해져 있다. 그리고 절결부(421)에 웨이퍼(W)가 재치되면, 레버 형상의 지지 핀(42) 전체가 회전축(422)을 중심으로 회전하면서 눌려져 절곡부가 일으켜져 수직 방향을 향하고, 이에 따라 웨이퍼(W)는 언더 플레이트(41)의 상면과 대향하도록 거의 수평하게 지지되게 된다.

언더 플레이트(41)를 이면측으로부터 지지하는 회전축(43)은 베어링 등을 내장한 베어링부(44)를 개재하여 베이스 플레이트(300) 상에 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전축(43)의 하단부는 베이스 플레이트(300)의 하방으로 돌출되어 있고, 당해 하단부에는 풀리(Pulley)(474)가 설치되어 있는 한편, 회전축(43)의 측방 위치에는 회전 모터(471)가 배설되어 있고, 이 회전 모터(471)의 회전축에도 풀리(472)가 설치되어 있다. 그리고, 이들 2 개의 풀리(472, 474)에 구동 벨트(473)를 감음으로써 회전축(43)의 회전 기구가 구성되고, 회전 모터(471)를 구동시킴으로써 회전축(43)을 원하는 회전 속도로 회전시키고, 이에 따라 각 지지 핀(42)에 보지된 웨이퍼(W) 또는 언더 플레이트(41)를 회전시킬 수 있다.

회전축(43) 내로 관통 및 삽입된 리프터(45)의 상단부에는 편평한 원판 형상의 웨이퍼 지지부(451)가 설치되어 있고, 웨이퍼 지지부(451)를 언더 플레이트(41)로부터 돌출시켰을 때에 당해 웨이퍼 지지부(451) 상에 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다. 한편, 리프터(45)의 하단부에는 승강판(462)을 개재하여 실린더 모터(461)가 접속되어 있고, 이 실린더 모터(461)를 구동시킴으로써 승강판(462) 및 리프터(45)를 상하 방향으로 이동시키고, 언더 플레이트(41)의 상면으로부터 웨이퍼 지지부(451)를 돌출 및 함몰시켜 지지 핀(42)의 상방으로 진입한 픽(pick)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행할 수 있다.

컵체(36)는 웨이퍼(W)로부터 비산된 약액 등의 액체를 받는 액받이 공간(363)이 형성된 컵체(36)와, 이 컵체(36)의 외주측의 측벽부로부터 언더 플레이트(41)의 주연부의 상방측을 향하여 경사지게 연장되어 있고, 이에 따라 웨이퍼(W)로부터 비산된 액체를 액받이 공간(363)을 향하여 안내하는 커버부(362)가 언더 플레이트(41)의 주위를 둘러싸도록 형성된 링 형상의 부재이다. 또한, 컵체(36)의 저부에는 배액(排液) 라인(681)이 설치되어 있어, 액받이 공간(363)에 모인 액체를 액처리 장치(3) 밖으로 배출할 수 있도록 되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 배액 라인(681)은 전환 밸브(69)를 개재하여 약액 회수 라인(682) 및 배출 라인(683)으로 분기되어 있어, 약액 회수 라인(682)에 접속된 리사이클 탱크(61)와, 예를 들면 제해(除害) 설비 등에 접속된 배출 라인(683)과의 사이에서 액의 배출처를 전환할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 컵체(36)를 수용하는 하우징(31)의 내측벽에는 컵체(36)의 커버부(362)의 상방 위치까지 연장된 링 형상의 판재인 돌출부(突片部)(35)가 설치되어 있다. 하우징(31) 내를 흐르는 청정 공기의 다운 플로우의 일부는, 이들 커버부(362)의 상면과 돌출부(35)의 하면 간의 간극으로부터 컵체(36)의 외주면과 하우징(31)의 내벽면 간의 공간을 거쳐 언더 플레이트(41)의 하방측의 공간으로 유입되고, 또한 상기 다운 플로우의 나머지 일부는 커버부(362)의 하면과 언더 플레이트(41)의 상면 간의 간극으로부터 액받이 공간(363) 내로 진입하여 컵부(361)의 내주벽부와 언더 플레이트(41)의 하면 간의 간극을 통과하여 언더 플레이트(41)의 하방측의 공간으로 유입되도록 되어 있다.

하우징(31)의 저면에는 배기관(311)이 접속되어 있어, 언더 플레이트(41)의 하방측으로 흘러든 기류는 이 배기관(311)을 거쳐, 예를 들면 도시하지 않은 제해 설비를 향하여 배출되게 된다. 도면 중 37은 언더 플레이트(41)의 하방으로 유입된 기류의 회전축(43)측으로의 유입을 방지하기 위하여 회전축(43) 및 베어링부(44)를 둘러싸는 원통 형상의 격벽부이다.

이상의 구성을 구비한 액처리 장치(3)는 희생막(102)을 용해시키기 위한 약액을 웨이퍼(W) 표면으로 공급하는 기능을 구비하고, 이 희생막(102)의 상층에 형성되고 상기한 약액에 의해서는 쉽게 용해되지 않는 BARC(103)에 대하여 물리적(즉, 역학적)인 충격을 주어 파괴함으로써 BARC(103)를 제거하는 기능을 구비하고 있다. 이하, 이들 기능의 상세한 구성에 대하여 설명한다.

도 3의 평면도에 도시한 바와 같이, 하우징(31) 내의, 예를 들면 컵체(36)의 측방 위치에는 처리액 공급 기구(5)가 설치되어 있다. 처리액 공급 기구(5)는 수직 방향으로 연장되는 봉(棒) 형상의 회전축(55)과, 이 회전축(55)의 상단부에 지지되고 수평 방향으로 연장되는 봉 형상의 암(Arm)부(54)와, 이 암부(54)의 선단에 지지된, 예를 들면 3 개의 노즐(51 ~ 53)을 구비하고 있고, 회전축(55)을 중심으로 암부(54)를 선회시킴으로써, 웨이퍼 보지 기구(4)에 보지된 웨이퍼(W)의 상방의 처리 위치와 이 처리 위치로부터 퇴피(退避)된 퇴피 위치의 사이에서 노즐(51 ~ 53)을 이동시킬 수 있다.

약액 노즐(51)은 본 실시예의 제 1 약액 공급부에 상당하고, 웨이퍼 보지 기구(4)에 보지된 웨이퍼(W)로 희생막(102)을 용해시키는 제 1 약액(이하, 간단히 약액이라고 함)을 공급하는 역할을 한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 약액 노즐(51)은 약액 노즐 라인(622), 약액 공급 라인(621)을 거쳐 기술한 리사이클 탱크(61)에 접속되어 있어 액처리 장치(3)로부터 배출된 약액을 재활용하여 사용할 수 있다. 리사이클 탱크(61)에는, 예를 들면 희생막(102)을 용해시키는, 예를 들면 아민계의 박리제와, 희생막(102)의 하층측의 low-k 재료로 이루어지는 층간 절연막(101)을 보호하는 방식제(防食劑)를 유기 용매에 용해시킨 약액이 저장되어 있고, 이 약액은 low-k 재료에 거의 데미지를 주지 않고 희생막(102)을 제거할 수 있다.

또한, 상술한 약액은 희생막(102)을 용해시키는 경우에 비해 BARC(103)를 용해하는 능력은 작고, 약액만으로 BARC(103)를 제거하고자 하면 긴 시간이 걸린다. 그러나 이 약액이 BARC(103)의 표면으로 공급되면, 약액은 점차 BARC(103) 내로 침투하여 BARC(103)를 팽윤(膨潤)시켜 BARC(103)의 기계적 강도를 저하시키는 능력이 있다. 이 관점에서 약액은 제 2 약액의 기능도 겸비하고 있어, 약액 노즐(51)은 웨이퍼(W)로 제 2 약액을 공급하는 본 실시예의 제 2 약액 공급부로서 공용되고 있다고 할 수 있다.

도 4에서, 약액 공급 라인(621) 상의 63은 약액을 약액 노즐(51)을 향하여 송출하는 펌프, 64는 리사이클 탱크(61) 내로 유입된 이물을 제거하는 필터, 65는 약액의 온도 조절을 행하는 히터이며, 약액 노즐 라인(622) 상의 671은 개폐 밸브, 66은 유량 조절 밸브이다. 또한, 약액 공급 라인(621)은 히터(65)의 하류측에서 약액 노즐 라인(622)과 바이패스(Bypass) 라인(623)으로 분기되어 있고, 이 바이패스 라인(623)은 약액 회수 라인(682)에 접속되어 있어, 액처리 장치(3)를 바이패스하여 약액을 순환시킬 수 있도록 되어 있다. 바이패스 라인(623) 상의 672는 개폐 밸브이다.

바이패스 라인(623)은, 예를 들면 펌프(63)의 가동/정지의 빈번한 전환을 피하기 위하여, 예를 들면 당해 펌프(63)를 상시 가동시켜 두고, 약액 노즐(51)로 약액을 공급하지 않는 기간 중에는 약액 노즐 라인(622)의 개폐 밸브(671)를 닫고, 바이패스 라인(623)의 개폐 밸브(672)를 열어서 약액 노즐(51)을 바이패스하여 약액을 순환시키고, 약액 공급 시에는 개폐 밸브(671, 672)의 개폐 상태를 반전시켜 약액 노즐(51)로 약액을 공급하는 목적 등에 이용된다.

이류체(二流體) 스프레이 노즐(52)은 본 실시예의 충격 공여부 및 유체 공급부에 상당하며, 웨이퍼(W)의 표면에, 예를 들면 탈이온수(Deionized Water : 이하 DIW라고 함)와 질소 가스의 혼합 유체를 분출하고, 약액이 공급되어 팽윤하여 기계적 강도가 저하된 후의 BARC(103)에 물리적인 충격을 주어 파괴하는 기능과, 이 파괴된 BARC(103)의 파편을 흘려보냄으로써 BARC(103)를 제거하는 기능을 겸비하고 있다.

약액 노즐(51)은, 예를 들면 도 5에 도시한 바와 같이, 원통 형상의 노즐 본체(521) 내에 수직축 방향으로 내관(內管)(522)을 배치한 이중관 구조로 되어 있고, 예를 들면 DIW는 내관(522)을 통과하고, 질소 가스는 내관(522)과 노즐 본체(521)의 사이의 원통 형상의 가스 통유로(通流路)(523)를 흘러 각각의 흐름이 선단부의 기액(氣液) 혼합 영역(525)에 도달하는 구조로 되어 있다. 그리고, 이들 DIW와 질소 가스가 기액 혼합 영역(525)에서 격렬하게 혼합되고 질소 가스로부터 받는 전단력(剪斷力)에 의해 DIW가 파쇄(破碎)되어 미세한 미스트(Mist)가 형성되고, 이 기액 혼합 영역(525)의 바로 아래에 설치된 토출구(吐出口)(526)로부터 무수한 미스트를 포함하는 혼합 유체가 웨이퍼(W) 표면을 향하여 토출되도록 되어 있다.

이류체 스프레이 노즐(52)의 내관(522)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 스프레이 노즐 라인(572)을 개재하여 DIW 공급원(57)에 접속되어 있고, 내관(522) 상의 571은 펌프, 574는 개폐 밸브이다. 한편, 노즐 본체(521)는 질소 가스 공급 라인(561)을 개재하여, 예를 들면 질소 가스 봄베(Bombe) 등으로 이루어지는 질소 가스 공급원(56)에 접속되어 있고, 질소 가스 공급 라인(561) 상의 562는 개폐 밸브이다.

또한, 처리액 공급 기구(5)에 설치된 또 하나의 노즐인 린스 노즐(53)은 DIW 등의 세정액을 웨이퍼(W) 표면으로 공급하는 역할을 한다. 린스 노즐(53)은, 예를 들면 스프레이 노즐 라인(572)으로부터 분기된 린스 노즐 라인(573)을 개재하여 DIW 공급원(57)에 접속되어 있고, 린스 노즐 라인(573) 상의 575는 개폐 밸브이다. 이와 같이 본 실시예에서는, 약액 노즐(51)과 린스 노즐(53)을 별개의 노즐로서 구성했지만, 예를 들면 린스 노즐(53)을 이류체 스프레이 노즐(52)로 공용해도 좋다. 이 경우에, BARC(103)의 제거 동작 시에는 이류체 스프레이 노즐(52)로 질소 가스와 DIW를 동시 공급하고, 린스 세정 시에는 DIW만을 공급하는 것 등에 의해 각 동작을 전환할 수 있다. 또한, 도 4에 도시한 리사이클 탱크(61) 또는 펌프(63), 질소 가스 공급원(56), DIW 공급원(57) 등은, 예를 들면 외부의 약액 저장 유닛 내에 설치될 수 있다.

또한, 액처리 장치(3)에는, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제어부(7)가 접속되어 있다. 제어부(7)는, 예를 들면 도시하지 않은 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터로 이루어지고, 기억부에는 액처리 장치(3)의 작용, 즉 각 액처리 장치(3) 내로 웨이퍼(W)를 반입하여 액처리 장치(3)에서 희생막(102) 또는 BARC(103)를 제거하고 나서 웨이퍼(W)를 반출할 때까지의 동작에 따른 제어에 대한 단계(명령)군이 포함된 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예를 들면 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되고, 이로부터 컴퓨터에 인스톨된다. 제어부(7)는, 예를 들면 외부의 기계 제어 유닛 내에 설치될 수 있다.

이상의 구성을 구비한 본 실시예에 따른 액처리 장치(3)의 작용에 대하여 설명한다. 액처리 장치(3)는 하우징(31)의 셔터(32)를 열어 리프터(45)의 웨이퍼 지지부(451)를 언더 플레이트(41)로부터 돌출시킨 상태로 대기하고 있고, 웨이퍼(W)를 보지한 외부의 반송 기구의 도시하지 않은 픽(pick)이 웨이퍼 지지부(451)의 상방 위치까지 진입한다. 그리고, 예를 들면 픽이 하강하여 픽과 웨이퍼 지지부(451)를 교차시킴으로써 웨이퍼(W)가 웨이퍼 지지부(451)측으로 전달되고, 픽은 하우징(31)의 밖으로 퇴피하고, 셔터(32)가 닫힌다. 한편, 웨이퍼 지지부(451)는 회전축(43) 내로 함몰되어 지지 핀(42) 상에 웨이퍼(W)가 보지된다. 이 때, 처리액 공급 기구(5)는 웨이퍼(W)의 전달 동작과 간섭하지 않도록 암부(54)를 퇴피 위치까지 퇴피시키고, 또한 하우징(31) 내에는 청정 공기의 다운 플로우가 계속적으로 형성되어 있다. 이상의 동작 후에 각 액처리 장치(3) 내에서 액처리가 개시된다.

이하, 각 액처리 장치(3) 내에서 실행되는 액처리의 상세한 사항에 대해서도 6a 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 6a 내지 도 6c는 액처리 중인 액처리 장치(3)의 내부 상태를 모식적으로 도시한 설명도이며, 도 7a 내지 도 8c는 이 액처리가 행해지고 있는 기간 중에서의 웨이퍼(W)의 표면 부근의 상태를 모식적으로 도시한 설명도이다. 또한, 도 9(a) 내지 도 9(c)는 각 노즐(51 내지 53)의 작동 상태, 도 9(d)는 컵체(36)로부터의 배액의 배출처를 시간축을 따라 나타낸 타임 차트이다.

여기서, 도 7a에 도시한 웨이퍼(W)는 실제로는 배경 기술에서 설명한 도 1b의 상태이며, 층간 절연막(101)에는 트렌치(111) 또는 비아홀(112)이 형성되고, BARC(103) 또는 희생막(102)에도 비아홀의 패턴이 에칭에 의해 형성되어 있는데, 도 7a 내지 도 8c의 각 도면에서는 이들 패턴을 생략하여 도시하고 있다. 또한, 이들 도 7a 내지 도 8c에 각종 노즐(51, 52)을 기재할 경우에는 이 때에 사용하고 있는 노즐(51, 52)만을 기재하고, 다른 노즐(51 내지 53)에 대해서는 기재를 생략하고 있고, 도 6a 내지 6c에서도, 예를 들면 하우징(31) 또는 베어링부(44), 베이스 플레이트(300) 등의 기재를 적절히 생략하고 있다.

우선, 웨이퍼 보지 기구(4)에 도 7a의 상태인 웨이퍼(W)가 보지되면, 처리액 공급 기구(5)는 암부(54)를 선회시켜, 도 6a에 도시한 바와 같이, 약액 노즐(51)을 웨이퍼(W)의 중앙부 상방 위치까지 이동시켜 웨이퍼(W)의 중앙부 상방에 위치시키는 한편, 회전축(43)에 의해 웨이퍼(W)를 수직축을 중심으로 회전시킨다. 그리고, 도 9a에 나타낸 바와 같이, 시각(T₁)에서 약액 노즐(51)로부터 약액의 공급을 개시한다.

기술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 약액은 BARC(103) 내로 침투할 정도의 능력은 가지고 있으므로, 도 7b에 도시한 바와 같이, 약액은 BARC(103) 내로 침투하여 BARC(103)를 팽윤시켜 BARC(103)에는 크랙(121)이 형성되기 시작한다. 또한 약액이 침투하면, 크랙(121)의 수가 증가하고 또한 BARC(103)의 하면에 도달한 약액에 의해 희생막(102)이 용해되기 시작하고, BARC(103)의 하층측에 액 형상부(122)가 형성된다(도 7c). 이와 같이, 다수의 크랙(121) 또는 액 형상부(122)가 형성됨으로써 BARC(103)의 기계적인 강도가 저하되어 BARC(103)는 충격에 의해 파괴되기 쉬운 상태가 된다. 또한, 회전하는 웨이퍼(W)로부터 떨어진 약액의 배출처를 주목하면, 배액 라인(681)은 약액 회수 라인(682)측에 접속되어 있고, 약액은 리사이클 탱크(61)로 회수되어 있다(도 6a, 도 9(d)).

소정 시간 약액을 공급하여 BARC(103)의 기계적 강도가 저하되면, 시각(T₂)에서 약액 노즐(51)로부터의 약액의 공급을 정지시킨 후, 도 6b 및 도 9(b)에 도시한 바와 같이, 이류체 스프레이 노즐(52)로부터 DIW와 질소 가스의 혼합 유체를 토출하여 BARC(103)를 파괴하는 동작을 개시한다. 이 때, 웨이퍼(W)는 회전을 계속하고 있고, 또한 이류체 스프레이 노즐(52)을 웨이퍼(W) 중앙과 주연부의 사이에서 미리 정해진 횟수만큼 직경 방향으로 스캔시켜 웨이퍼(W)의 전체 면에 골고루 충격을 줌으로써, 예를 들면, 도 7d에 도시한 바와 같이, BARC(103)를 작은 파편인 BARC 파편(106)으로 파괴하여, 웨이퍼(W) 표면을 흐르는 DIW에 의해 이 BARC 파편(106)을 흘려 보낼 수 있다.

여기서, 예를 들면 도시하지 않은 중앙부용 린스 노즐을 추가로 설치하고 웨이퍼(W)의 중앙부측의 영역으로 린스액을 공급하는 구성으로 해도 좋다. 중앙부용 린스 노즐은, 예를 들면 웨이퍼(W)를 직경 방향으로 스캔하는 이류체 스프레이 노즐(52)이 웨이퍼(W)의 중앙부측의 영역으로부터 떨어져 있는 기간 중에, 당해 중앙부측의 영역으로 DIW 등의 린스액을 공급하는 역할을 한다. 이에 따라, 당해 웨이퍼(W)의 중앙부측의 영역의 건조를 방지하여 BARC 파편(106)을 보다 효율적으로 흘려 보낼 수 있다.

도 9(b) 및 도 9(d)에 나타낸 바와 같이, 이류체 스프레이 노즐(52)로부터의 혼합 유체의 토출이 개시된 시각(T₂)에 배액 라인(681)의 접속처는 바로 배출 라인(683)측으로 전환되므로, 다량의 BARC 파편(106)을 포함하는 DIW는 리사이클 탱크(61)로는 유입되지 않는다. 이 결과, 약액을 재활용해도 필터(64)의 막힘이 쉽게 발생하지 않기 때문에 필터(64)의 교환 빈도를 낮출 수 있다.

소정 시간 BARC(103)의 제거 동작을 실행한 후, 웨이퍼(W)를 회전시킨 채로 약액 노즐(51)로부터의 혼합 유체의 토출을 정지시키고 린스 세정을 실행한다(도 9(c)의 시각(T₃)). 그 후, 약액 노즐(51)을 웨이퍼(W)의 중앙부 상방에 위치시키고 BARC(103)가 제거된 웨이퍼(W)의 표면으로 약액의 공급을 재개한다(도 6c, 도 9(a)의 시각(T₄))

이 때 웨이퍼(W)의 표면에는, 예를 들면 도 8a에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 면적비로 10% ~ 30% 정도의 BARC 파편(106)이 잔존할 가능성이 있으나, 선행되는 BARC(103)의 제거에 의해 웨이퍼(W)에는 희생막(102)이 노출되어 있으므로, 도 8b에 도시한 바와 같이, 희생막(102)은 약액의 공급에 의해 신속하게 용해되고, 이에 수반하여 BARC 파편(106)도 용해된 희생막(102)과 함께 흘려 보내진다. 이상의 처리에 의해 희생막(102) 및 그 상면에 잔존하던 BARC 파편(106)이 제거되어, 도 8c에 도시한 바와 같이, 층간 절연막(101)이 노출된 상태의 웨이퍼(W)를 얻을 수 있다.

상술한 동작에서도, 린스 세정을 종료시키고 약액의 공급을 개시하고 나서 한동안은 약액 중에 BARC 파편이 포함되어 있을 가능성이 있으므로, 배액 라인(681)을 배출 라인(683)측에 접속시켜 약액은 액처리 장치(3) 밖으로 배출하고, 미리 정한 시간이 경과한 시각(T₅)에 배액 라인(681)의 접속처를 약액 회수 라인(682)으로 전환함으로써, BARC 파편(106)의 리사이클 탱크(61)로의 유입량을 적게 억제하여 필터(64) 수명을 늘릴 수 있다(도 9(d)). 배액 라인(681)을 약액 회수 라인(682)측으로 전환한 후에도 BARC 파편(106)의 일부는 리사이클 탱크(61) 내로 유입될 경우도 있다고 생각되지만, 그 유입량은 전환을 행하지 않는 경우에 비해 훨씬 적다.

이리하여 희생막(102) 및 BARC(103)의 제거가 종료되면, 약액 노즐(51)로부터의 약액의 공급을 정지시키고, 도 9(c) 및 도 9(d)에 나타낸 바와 같이, 시각(T₆)에 배액 라인(681)의 접속처를 배출 라인(683)으로 전환하여 린스 세정을 실행하고 액처리를 종료시킨다. 그 후, 웨이퍼(W)의 털어내기 건조(처리액 공급 기구(5)에 IPA(IsoPropyl Alcohol)의 공급 노즐을 설치하여 IPA 건조를 행해도 좋음)를 실행한 후, 반입 시와는 반대 동작으로 웨이퍼 지지부(451)로부터 외부의 반송 기구의 픽으로 웨이퍼(W)를 전달하고, 웨이퍼(W)를 액처리 장치(3)로부터 반출하여 일련의 동작을 종료시킨다.

본 실시예에 따른 액처리 장치(3)에 의하면 이하의 효과가 있다. 희생막(102)(제 1 막)의 상층에 형성된 BARC(103)(제 2 막)에 약액을 공급함으로써, 당해 약액을 제 2 약액으로서 작용시켜 BARC(103)의 기계적 강도를 저하시키고, 이어서 웨이퍼(W)의 표면에 이류체 스프레이 노즐(52)로부터 토출된 혼합 유체에 의해 충격을 주어 BARC(103)를 파괴하여 제거하고 있다. 이 결과, 예를 들면 low-k 재료로 이루어지는 층간 절연막(101)에 대한 BEOL 공정에서, 패터닝된 층간 절연막(101)의 상층측에 강고하게 부착되어 있는 BARC(103) 등의 막을 단시간에 제거할 수 있다.

또한, 액처리 장치(3)로부터 배출되는 약액에 BARC 파편(106)이 많이 포함되어 있는 기간 중에는, 그 배액의 배출처는 배출 라인(683)측으로 전환되어 있으므로, 다량의 BARC 파편(106)이 리사이클 탱크(61)로 유입되지 않아 리사이클 탱크(61) 중의 약액을 재사용해도 필터(64)의 막힘이 쉽게 발생하지 않으므로 필터(64)의 교환 빈도를 낮출 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서는, 제 2 막인 BARC(103)의 기계적 강도를 저하시키는 제 2 약액과 제 1 막인 희생막(102)을 용해시키는 제 1 약액에 공통의 약액을 이용한 예를 나타냈지만, 제 2 막의 기계적 강도를 저하시키는 기능, 제 1 막을 용해시키는 기능의 각각의 기능을 전용으로 구비한 2 종류의 약액을 이용해도 좋다.

또한, 도 7a 내지 도 9를 이용하여 설명한 예에서는, BARC(103)로 약액을 공급하여 그 기계적 강도를 저하시키는 공정과, 이류체 스프레이 노즐(52)로부터 토출된 혼합 유체에 의해 BARC(103)를 제거하는 공정을 하나의 사이클로 했을 때, 이 사이클을 1 회만 실행한 예를 나타냈다. 그러나, 이 사이클은 1 회만 실행하는 경우에 한정되지 않고 2 회 이상의 복수 회를 행해도 좋다.

또한, BARC(103)(제 2 막)에 물리적 충격을 주는 방법도 본 예에 도시한 이류체 스프레이 노즐(52)을 이용하는 예에 한정되지 않고, 예를 들면 DIW 등의 액체 또는 질소 가스 등의 기체를 각각 단독으로 토출하는 제트 노즐에 의해 충격을 주어도 좋다. 이 밖에 BARC(103)에 물리적 충격을 주는 스프레이 노즐(52) 외에, BARC 파편(106)을 흘려 보내기 위하여 전용의 유체 노즐을 설치해도 좋다. 또한, BARC(103)에 물리적 충격을 주는 방법은 유체를 이용하는 방법에 한정되지 않고, 물리적인 세정 수단, 예를 들면 세정 브러쉬 등에 의해 충격을 주어도 좋다.

이 외에, 상술한 실시예에서 액처리 장치(3)는, 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)를 거의 수평하게 보지한 상태로 회전시키는 구성으로 되어 있어, 회전시킨 웨이퍼(W)의 표면으로 약액을 공급하여 스핀 도포하고, 또한 약액 노즐(51)을 직경 방향으로 스캔시킴으로써 웨이퍼(W) 전체 면에 골고루 물리적인 충격을 주는 것이 가능해져 있지만, 반드시 웨이퍼(W)를 회전시켜야 하는 것은 아니다. 예를 들면, 수평 보지된 웨이퍼(W)의 상방에 웨이퍼(W)와 평행한 면 내를 종횡 방향으로 자유롭게 이동 가능하도록 약액 노즐(51) 및 이류체 스프레이 노즐(52)을 설치하고, 이들 노즐을 횡방향으로 왕복시켜 웨이퍼(W) 표면을 직선 형태로 스캔하면서 웨이퍼(W) 또는 노즐(51, 52)을 종방향으로 간헐적으로 이동시켜 중단없이 한번에 골고루 웨이퍼(W)의 전체 면을 스캔함으로써, 약액을 공급하거나 물리적 충격을 주어도 좋다.

이상의 예에 추가로 제 2 막은, 예를 들면 레지스트막의 경화층 등이어도 좋고, 또한 ARC가 레지스트막의 상층측에 형성된 TARC(Top Anti-Reflection Coating)이며 이것이 제 2 막으로 되어 있을 경우에는, TARC의 하층측에 형성된 레지스트막 또는 희생막이 제 1 막이 된다. 또한, 층간 절연막도 low-k 재료에 의해 구성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 예를 들면 폴리 실리콘 또는 SiO₂에 형성된 패턴을 보호하기 위한 경우 등, BARC 또는 레지스트 경화층의 용해 능력이 작은 제 1 약액을 이용하는 경우 등에도 본 발명은 적용할 수 있다.

W : 웨이퍼
101 : 층간 절연막
102 : 희생막
103 : BARC
104 : 레지스트막
105 : 배선
3 : 액처리 장치
36 : 컵체
4 : 웨이퍼 보지 기구
5 : 처리액 공급 기구
51 : 약액 노즐
52 : 이류체 스프레이 노즐
61 : 리사이클 탱크
682 : 약액 회수 라인
683 : 배출 라인
69 : 전환 밸브
7 : 제어부

Claims

제 1 막의 상층에 제 2 막이 형성된 기판으로부터 제 1 막 및 제 2 막을 제거하는 액처리 장치에 있어서,
상기 기판으로 상기 제 1 막을 용해시키기 위한 제 1 약액을 공급하는 제 1 약액 공급부와,
상기 기판으로 상기 제 2 막의 강도를 저하시키기 위한 제 2 약액을 공급하는 제 2 약액 공급부와,
상기 제 2 막에 물리적 충격을 주는 충격 공여부와,
물리적 충격이 주어진 제 2 막의 파편을 흘려 보내기 위한 유체를 상기 기판으로 공급하는 유체 공급부와,
상기 기판에, 상기 제 2 약액 공급부로부터 제 2 약액을 공급하고, 이어서 상기 유체 공급부로부터 유체를 공급한 후 상기 제 1 약액 공급부로부터 제 1 약액을 공급하도록 각 부를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 유체 공급부는, 상기 유체 공급부로부터 공급되는 유체에 의해 제 2 막에 물리적 충격을 주는 충격 공여부를 겸용하고 있는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기판으로 공급된 후의 약액을 회수하는 약액 회수 라인과, 상기 제 2 막의 파편을 포함하는 유체를 배출하는 배출 라인과, 상기 약액 회수 라인과 배출 라인의 사이에서 상기 기판으로 공급된 후의 약액 또는 유체의 유출처를 전환하는 전환부를 구비하고, 상기 제어부는 기판으로 공급된 제 1 약액 또는 제 2 약액을 상기 약액 회수 라인으로 유출시키고, 제 2 막의 파편을 포함하는 상기 유체를 상기 배출 라인으로 유출시키도록 상기 전환부를 제어하는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 약액과 제 2 약액이 공통의 약액이며, 상기 제 1 약액 공급부와 제 2 약액 공급부를 공용하는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유체 공급부는, 기판의 표면에 액체와 기체의 혼합 유체를 분사하는 이류체(二流體) 스프레이 노즐인 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 1 약액은 아민계의 박리제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제 1 약액에 용해되는 제 1 막과, 상기 제 1 막의 상층에 형성되고 상기 제 1 막보다 상기 제 1 약액에 쉽게 용해되지 않는 제 2 막이 형성된 기판으로부터, 상기 제 1 막 및 제 2 막을 제거하는 액처리 방법에 있어서,
상기 제 2 막의 강도를 저하시키기 위하여 상기 기판으로 제 2 약액을 공급하는 공정과,
이어서, 상기 제 2 막에 물리적 충격을 주어 상기 제 2 막을 파괴하는 공정과,
기판으로 유체를 공급하여 물리적 충격이 주어진 제 2 막의 파편을 유체에 의해 흘려 보냄으로써 제 2 막을 제거하는 공정과,
이 후, 상기 기판으로 상기 제 1 약액을 공급하고 상기 제 1 막을 용해시켜 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 유체는 기체와 액체의 이류체 혼합 유체인 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 기판으로 제 1 약액, 제 2 약액, 또는 물리적 충격을 주기 위한 유체 중 적어도 하나를 공급할 때에, 상기 기판을 실질적으로 수평하게 보지(保持)한 상태로 회전시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 기판으로 공급된 제 1 약액 또는 제 2 약액은 약액 회수 라인으로 유출시키고, 상기 제 2 막의 파편을 포함한 상기 유체는 배출 라인으로 유출시키도록, 상기 기판으로 공급된 후의 약액 또는 유체의 유출처를 전환하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 액처리 방법은, 제 1 막 및 제 2 막이 low-k 재료의 상층에 형성된 기판의 표면으로부터 상기 제 1 막 및 제 2 막을 제거하기 위한 것인 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 막은, 레지스트막 및 상기 레지스트막의 하층에 형성되고 기판 표면의 요철을 완만하게 하여 상기 레지스트막의 표면을 평탄화시키기 위한 막 중 적어도 일방이며, 상기 제 2 막은, 레지스트막의 노광 시에 입사광의 반사를 억제하는 반사 방지막이거나, 또는 상기 레지스트막을 구성하는 재료가 화학적으로 변화하여 형성된 경화층인 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 약액은 아민계의 박리제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.