KR20110138148A

KR20110138148A - 액처리 장치, 액처리 방법 및 기억 매체

Info

Publication number: KR20110138148A
Application number: KR1020110037949A
Authority: KR
Inventors: 히로미츠 남바
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2011-12-26
Also published as: TWI428978B; JP2012004450A; TW201214550A; KR101317004B1; US20110308554A1; JP5223886B2; US8529707B2

Abstract

본 발명은, 피처리 기판의 하면에 에칭액 등의 약액을 공급한 후, 이 약액을 효율적으로 제거할 수 있는 액처리 장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
피처리 기판(W)은 기판 유지부(3)에 수평으로 유지되어 수직축 주위로 회전되고, 약액 공급부(343)로부터는 회전하고 있는 피처리 기판(W)의 하면에 약액이 공급되는 한편, 린스액 공급부(343)로부터는 이 약액이 공급된 면에 린스액이 공급된다. 그리고, 제1 단계에서 제1 회전 속도로 회전시키면서 피처리 기판(W)에 약액을 공급하고, 제2 단계에서 약액의 공급을 정지시키며, 또한 피처리 기판(W)을 상기 제1 회전 속도보다 빠른 제2 회전 속도로 회전시켜 약액을 털어낸 후, 제3 단계에서 피처리 기판(W)을 제1 회전 속도 이하의 제3 회전 속도로 회전시킨 상태에서 이 피처리 기판(W)에 린스액을 공급한다.

Description

액처리 장치, 액처리 방법 및 기억 매체{LIQUID PROCESSING APPARATUS, LIQUID PROCESSING METHOD, AND STORAGE MEDIUM HAVING COMPUTER PROGRAM RECORDED THEREIN}

본 발명은 약액으로 처리된 피처리 기판에 린스액을 공급하여 약액을 제거하는 기술에 관한 것이다.

예컨대, 반도체 장치의 제조 공정에는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 함)를 수직축 주위로 회전 가능하게 유지하고, 웨이퍼를 회전시키면서 그 피처리면에 여러 가지 약액을 공급하는 매엽식 약액 처리가 있다. 약액 처리가 끝난 웨이퍼에 대해서는, 계속해서 웨이퍼를 회전시키면서, 피처리면에 DIW(DeIonized Water) 등의 린스액을 공급하여 약액을 제거하는 린스 처리가 실시된다.

특허문헌 1에는 웨이퍼에의 성막 공정에서 웨이퍼의 주단면(周端面)에 형성된 불필요한 박막을 제거하기 위해서, 수평 유지된 웨이퍼의 하면측으로부터 에칭액 등의 약액을 공급하여 상기 주단면의 박막을 제거하는 매엽식 액처리 장치가 기재되어 있다.

이 특허문헌 1에 기재된 액처리 장치는, 약액 처리를 끝낸 직후에 린스액의 공급을 시작하여 린스 처리를 실시하기 때문에, 웨이퍼에 잔존해 있는 약액의 양이 많다. 이 때문에, 약액 성분을 충분히 제거하기 위해서는 린스 시간을 길게 할 필요가 있어 린스 처리를 포함한 액처리 전체의 시간이 길어진다고 하는 문제가 있었다.

일본 특허 공개 제2007-318016호 공보

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 피처리 기판의 하면에 에칭액 등의 약액을 공급한 후, 이 약액을 효율적으로 제거할 수 있는 액처리 장치, 액처리 방법 및 이 방법을 기억시킨 기억 매체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 액처리 장치는, 피처리 기판을 수평으로 유지하기 위한 기판 유지부와,

이 기판 유지부를 수직축 주위로 회전시키기 위한 회전 구동부와,

회전하고 있는 피처리 기판의 하면에 약액을 공급하는 약액 공급부와,

회전하고 있는 피처리 기판의 하면에 린스액을 공급하는 린스액 공급부와,

상기 기판 유지부를 제1 회전 속도로 회전시키면서 피처리 기판에 약액을 공급하는 제1 단계와, 피처리 기판으로의 약액 공급을 정지시키고, 기판 유지부를 상기 제1 회전 속도보다 빠른 제2 회전 속도로 회전시키는 제2 단계와, 계속해서, 기판 유지부를 제1 회전 속도 이하의 제3 회전 속도로 회전시킨 상태에서 피처리 기판에 린스액을 공급하는 제3 단계를 실행하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 액처리 장치는 이하의 특징을 구비할 수도 있다.

(a) 상기 제3 회전 속도는 상기 제1 회전 속도와 동일하거나 제1 회전 속도에 대하여 매분 200 회전 낮아질 때까지의 범위의 회전 속도인 것.

(b) 피처리 기판으로의 린스액 공급을 시작하는 타이밍은 상기 기판 유지부가 제2 회전 속도로 회전하고 있을 때인 것.

(c) 상기 제3 단계에는, 기판 유지부를 제3 회전 속도로 회전시키기 전에, 이 기판 유지부를 상기 제2 회전 속도보다 빠른 제4 회전 속도로 회전시킨 상태에서 린스액을 공급하는 기간이 포함되어 있는 것.

(d) 상기 제어부는 상기 제3 단계에서, 피처리 기판에 공급하는 린스액의 양을 늘리는 것.

(e) 상기 제어부는 상기 제2 회전 속도가 제1 회전 속도보다 매분 50회전 이상, 500회전 이하의 범위에서 빨라지도록 제어하는 것.

본 발명에 따르면, 수평으로 유지되고, 수직축 주위로 회전하는 피처리 기판에 약액을 공급한 후, 피처리 기판으로의 약액 공급을 정지시키고, 기판 유지부를 상기 제1 회전 속도보다 빠른 제2 회전 속도로 회전시켜 약액을 털어낸다. 이에 따라, 피처리 기판에 잔존해 있는 약액의 양이 감소하기 때문에, 그후의 린스 처리에 의해 효과적으로 약액을 제거할 수 있다. 또한, 린스액을 공급할 때에는, 약액 공급 시의 제1 회전 속도 이하의 제3 회전 속도로 기판 유지부를 회전시키기 때문에, 피처리 기판의 하면에 공급된 린스액이 이 피처리 기판의 주단면을 통해 상면측으로 흘러 들어가는 범위를, 약액 공급 시와 같은 정도이거나, 이것보다 넓힐 수 있다. 이 결과, 피처리 기판의 주단면 및 상면측으로 흘러 들어간 약액을 확실하게 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 액처리 장치의 구성을 나타낸 종단 측면도이다.
도 2는 상기 액처리 장치의 내부 구성을 나타낸 종단 사시도이다.
도 3은 상기 액처리 장치로의 웨이퍼의 반입 동작을 나타낸 설명도이다.
도 4는 액처리 기간 동안에 상기 액처리 장치의 내부 상태를 나타낸 설명도이다.
도 5는 액처리의 각 공정에서의 웨이퍼의 회전 속도를 나타낸 설명도이다.
도 6은 상기 액처리 장치의 작용을 나타낸 제1 설명도이다.
도 7은 상기 액처리 장치의 작용을 나타낸 제2 설명도이다.
도 8은 액처리의 각 공정에서의 웨이퍼의 회전 속도의 다른 예를 나타낸 설명도이다.
도 9는 비교예에 따른 액처리의 각 공정에서의 웨이퍼의 회전 속도를 나타낸 설명도이다.
도 10은 실시예 및 비교예에 따른 린스 처리 후의 웨이퍼의 상태를 나타낸 설명도이다.

피처리 기판인 웨이퍼에 약액을 공급하여 액처리를 수행하는 액처리 장치의 일례로서, 예컨대 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의한 웨이퍼 표면에의 성막 공정시에, 웨이퍼(W)의 이면측에 형성된 불필요한 박막을 제거하는 액처리 장치(1)를 예를 들어 설명한다. 이하, 도 1, 도 2를 참조하면서 본 발명을 적용한 액처리 장치(1)의 구성에 대해서 설명한다.

도 1의 종단 측면도에 나타낸 바와 같이, 액처리 장치(1)는, 웨이퍼(W)를 수평으로 유지하고, 수직축 주위로 회전 가능하게 구성된 기판 유지부인 웨이퍼 유지부(3)와, 이 웨이퍼 유지부(3)에 유지된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 설치되며, 웨이퍼(W)로부터 비산된 약액 등을 수용하기 위한 컵체(4)를 케이스(21) 내에 배치한 구성으로 되어 있다.

케이스(21)의 천장부에는, 외부의 FFU(Fan Filter Unit)로부터 송출된 청정 공기가 도입되는 기류 도입부(24)가 설치되어 있고, 이 기류 도입부(24)에 유입된 공기는 케이스(21)의 천정면에 형성된 다수의 통류 구멍(211)을 통해 케이스(21) 내로 유입된다. 케이스(21) 내에 유입된 청정 공기는 케이스(21) 내의 상방측으로부터 하방측을 향해 흘러 케이스(21)의 바닥면측에 형성된 배기구(212)로부터 배기됨으로써, 케이스(21) 내에 다운 플로우를 형성한다. 도면 중, 도면 부호 23은 외부로부터 웨이퍼(W)가 반입·반출되는 반입·반출구, 도면 부호 22는 반입·반출구(23)를 개폐하는 셔터이다.

웨이퍼 유지부(3)는 거의 수평으로 유지되는 웨이퍼(W)의 하면측에, 이 웨이퍼(W)와 대향하도록 설치된 가이드판(31)과, 이 가이드판(31)의 중앙부를 하면측에서 지지하고, 수직 하방으로 연장되는 원통 형상의 회전축(32)과, 이 회전축(32) 내에 상하 방향으로 관통 삽입되고, 가이드판(31) 중앙부의 개구부로부터 그 상단부가 돌몰 가능하게 설치된 리프터(34)를 구비한다. 본 예에서는, 제거 대상인 박막이 하면측을 향하도록 웨이퍼(W)는 웨이퍼 유지부(3)에 유지된다.

가이드판(31)은 주연부의 상면측의 각을 없애어 곡면이 형성된 원반 형상의 부재로서 구성되며, 이 곡면이 형성된 주연부의 하면측에는 둘레 방향으로 홈부(311)가 형성되어 있다. 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이 가이드판(31)의 상면측에는, 곡면이 형성된 주연부보다도 중앙 근처의 평탄한 영역에, 웨이퍼(W)를 거의 수평인 상태로 지지하기 위한, 예컨대 3개의 지지핀(312)이 둘레 방향으로 등간격으로 설치되어 있다. 지지핀(312)은 웨이퍼(W)의 외주부를 바닥면측에서 지지하기 위한 노치부(313)를 구비한다.

가이드판(31)을 하면측에서 지지하는 회전축(32)은 베어링 등이 내장된 베어링부(33)를 통해 컵체(4) 및 케이스(21)의 바닥면에 지지되어 있다. 회전축(32)의 하단부는 케이스(21)의 바닥면으로부터 하방측으로 돌출되어 있고, 그 하단부에는 풀리(364)가 설치되는 한편, 회전축(32)의 측방 위치에는 회전 모터(361)가 배치되어 있고, 이 회전 모터(361)의 회전축에도 풀리(362)가 설치되어 있다. 그리고, 이들 2개의 풀리(362, 364)에 구동 벨트(363)를 권취함으로써 회전 구동부가 구성되며, 회전 모터(361)를 구동시킴으로써 회전축(32)을 원하는 회전 속도(단위 시간당 회전수)로 회전시키고, 이에 따라 가이드판(31) 및 이 가이드판(31) 상에 유지된 웨이퍼(W)를 회전시킬 수 있다.

회전축(32) 내에 관통 삽입된 리프터(34)의 상단부에는, 사발 모양으로 넓어지는 개구부(341)가 형성되어 있고, 도 1에 도시한 바와 같이 이 개구부(341)의 경사면에는 리프터(34)를 가이드판(31)의 상면으로부터 돌출시켰을 때에 웨이퍼(W)를 하면에서 지지하는 예컨대 3개의 지지핀(342)이 설치되어 있다. 한편, 리프터(34)의 하단부에는 승강판(352)을 통해 실린더 모터(351)가 접속되고, 이 실린더 모터(351)를 구동시킴으로써 승강판(352) 및 리프터(34)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라 가이드판(31)의 상면으로부터 리프터(34)를 돌몰시켜 리프터(34)의 상방으로 진입된 픽(101)과 지지핀(342) 사이에서 웨이퍼(W)가 전달된다.

또한, 리프터(34)의 내부에는, 이 리프터(34)를 상하 방향으로 관통하도록 액유로(343)가 형성되어 있다. 액유로(343)는 본 실시형태의 약액인 HF 용액이나 린스액인 DIW를 리프터(34)의 상단부에 설치된 개구부(341)를 통해 웨이퍼(W)의 하면으로 공급하는 역할을 수행한다. 액유로(343)의 기단측은 이들 HF 용액이나 린스액을 저류한 HF 용액 공급원 및 린스액 공급원에 접속된다. 따라서, 액유로(343) 및 이 액유로(343)에 접속된 HF 용액 공급원은 본 실시형태의 약액 공급부에 해당한다. 이것과 동시에, 액유로(343)는 린스액 공급원과 협동하여 린스액 공급부로서의 역할도 수행한다.

또한, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 이미 설명한 가이드판(31)에 있어서, 곡면이 형성된 주연부의 상방 위치에는, 안내판(37)이 배치되어 있다. 안내판(37)의 하면측은 가이드판(31)측의 곡면(볼록 곡면)에 대응하는 오목 곡면이 형성되어 있고, 안내판(37)은 그 전체가 가이드판(31)의 주위를 둘러싸도록 원환형으로 성형되어 있다. 안내판(37)의 상면측 중앙부에는 웨이퍼(W)보다도 1바퀴 큰 직경을 갖는 개구부(372)가 형성되어 있다(도 2). 도 1에 도시한 바와 같이 가이드판(31)의 지지핀(312) 상에 배치된 웨이퍼(W)는 이 안내판(37)의 개구부(372)의 내측에 배치되게 된다.

안내판(37)은 가이드판(31)의 상면측 곡면과 안내판(37)의 하면측 곡면 사이에 간극이 형성되도록 가이드판(31)의 상방 위치에 고정핀(371)에 의해 고정된다. 리프터(34)의 개구부(341)로부터 공급되어, 웨이퍼(W)의 하면과 가이드판(31)의 상면 사이의 간극을 통해 확산되는 HF 용액이나 린스액은 이들 가이드판(31)과 안내판(37) 사이의 간극 내부에서 흘러 컵체(4)측으로 안내된다.

컵체(4)는, 예컨대 도 2에 도시한 바와 같이 편평한 원통 형상의 부재에, 이 부재의 상면측을 향해 중앙 영역으로 개구되는 오목부[이하, 이 오목부가 개구된 부분을 개구부(44)라 함]와, 이 오목부를 둘러싸도록 형성되고, 이 오목부의 상단부로부터 원통 형상 부재의 주연측 하단부를 향해 점차로 넓어지도록 연장되고, 종단면이 U자 형상으로 형성된 내주면을 갖는 액수용 공간(41)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

가이드판(31) 및 안내판(37)은 이미 설명한 바와 같이 컵체(4)의 바닥면을 관통하는 회전축(32)에 지지되어 컵체(4)의 오목부 내에 격납되어 있고, 이들 가이드판(31) 및 안내판(37)의 주연부는 액수용 공간(41)의 상부측에까지 연장되어 있다. 그리고, 액수용 공간(41)의 상부측에는, 안내판(37)의 상면측의 곡면(볼록 곡면)에 대응하는 오목 곡면이 형성되어 있고, 안내판(37)이 컵체(4) 내에 배치된 상태로 되어 있다. 그리고, 이들 안내판(37)의 상면과 액수용 공간(41)의 내면과의 사이에도 간극이 형성되어 후술하는 퍼지 가스 등을 통류시킬 수 있다. 또한, 도 1 내의 도면 부호 45는 가이드판(31)의 바닥면측에 형성된 홈부(311) 내로 연장되어 좁은 공간을 형성하고, 액수용 공간(41) 내부에 흐르는 기체가 회전축(32)측으로 유입되는 것을 억제하기 위한 돌기부이다.

액수용 공간(41)의 바닥부에는, 액수용 공간(41) 내에 고인 HF 용액이나 린스액을 배출하기 위한 배액구(42)가 형성되어 있고, 또한, 예컨대 액수용 공간(41)의 측벽면에는, 액수용 공간(41) 내로 유입된 기체를 배기하기 위한 흡인 배기구(43)가 형성되어 있다. 이 흡인 배기구(43)에는 도시되지 않은 압축기 등이 접속되고, 액수용 공간(41) 내의 기체를 흡인 배기하여 이 액수용 공간(41) 내부를 컵체(4) 외부의 케이스(21) 내의 압력보다도 부압으로 유지할 수 있다.

또한, 컵체(4)의 상방 위치에는, 이 컵체(4)의 개구부(44)를 폐쇄하고, 가이드판(31) 상에 유지된 웨이퍼(W)와의 사이에 편평한 공간을 형성하기 위한 원판 형상의 상판부(5)가 설치되어 있다. 상판부(5)의 상면은 예컨대 지지빔(54)에 의해 외팔보 지지되고, 이 지지빔(54)은 실린더 모터(55)에 접속된다. 이 실린더 모터(55)를 구동시킴으로써 컵체(4) 내의 웨이퍼(W)의 상면에 대향하는 처리 위치와, 이 위치로부터 상방으로 이동한 후퇴 위치 사이에서 상판부(5)를 승강시킬 수 있다.

또한, 상판부(5)의 중앙부에는, 웨이퍼(W)와 상판부(5) 사이에 형성되는 공간 내에, 예컨대 질소 가스 등의 불활성 가스를 퍼지 가스로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급구(531)가 형성되어 있다. 이 퍼지 가스 공급구(531)에는 도시하지 않은 퍼지 가스 공급원으로 연결되는 퍼지 가스 공급관(53)이 접속된다.

한편, 상판부(5)의 하면측에는, 컵체(4)의 개구부(44)의 내측에 끼워 맞출 수 있도록 구성되고, 상판부(5)의 하방층을 향해 돌출되는 원환형의 돌기부(51)가 형성되어 있다. 돌기부(51)의 내주측에는, 외주측으로부터 내주측을 향해 상방으로 연장되는 테이퍼형의 경사면이 형성되어 있어, 웨이퍼(W)와 상판부(5) 사이에 형성되는 공간 내에 공급된 가스를 상기 간극을 향해 안내할 수 있다.

돌기부(51)는 웨이퍼(W)와의 사이에서 좁은 간극을 형성하고, 중앙측 공간 내의 가스를 액수용 공간(41)측으로 배기하는 역할을 수행한다. 또한, 돌기부(51)는 액수용 공간(41)측의 분위기를 웨이퍼(W)와 상판부(5) 사이에 형성되는 공간으로부터 구획하여, 액수용 공간(41)으로부터의 HF 가스나 미스트의 역류를 막는 역할도 수행한다.

이상에 설명한 구성을 갖춘 액처리 장치(1)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 제어부(6)가 접속된다. 제어부(6)는 예컨대 도시하지 않은 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터를 포함하고, 기억부에는 액처리 장치(1)의 작용, 즉 각 액처리 장치(1) 내에 웨이퍼(W)를 반입시켜, 이 액처리 장치(1)에서 액처리를 실시하여 웨이퍼(W)의 이면측(도 1의 하면측)에 형성된 박막을 제거하고 나서, 웨이퍼(W)를 반출시킬 때까지의 동작에 관계되는 제어에 대한 단계(명령)군이 짜여진 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예컨대 하드 디스크, 컴팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되고, 거기에서 컴퓨터에 인스톨된다.

특히, 이 액처리 장치(1)에 의한 액처리 동작에 있어서, 제어부(6)는 HF 용액이나 린스액의 공급 타이밍이나 공급 유량, 이들 처리액의 공급 기간 동안의 가이드판(31) 회전 속도[즉, 웨이퍼 유지부(3)에 유지된 웨이퍼(W)의 회전 속도] 등을 미리 설정된 스케줄에 기초하여 전환하는 역할을 수행한다.

이상의 구성을 갖춘 본 실시형태에 따른 액처리 장치(1)의 작용에 대해서 설명한다. 처음에 액처리 장치(1)는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 상판부(5)를 후퇴 위치까지 후퇴시킨 상태로 대기한다. 그리고, 케이스(21)의 셔터(22)가 개방되면, 외부의 웨이퍼 반송 기구의 픽(101)이 웨이퍼(W)를 유지한 상태로 케이스(21) 내에 진입하고, 픽(101)은 상판부(5)와 컵체(4)의 개구부(44) 사이의 높이 위치에서 정지한다. 계속해서, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 리프터(34)를 상승시켜 픽(101)과 교차시키고, 리프터(34)의 지지핀(342) 상에 웨이퍼(W)를 전달한 후, 픽(101)을 케이스(21) 밖으로 후퇴시키고 셔터(22)는 폐쇄된다.

리프터(34)가 회전축(32) 내로 몰입되어 웨이퍼(W)를 지지핀(312) 상에 유지하면서, 상판부(5)를 처리 위치까지 강하시켜 액처리를 시작하는 준비가 완료된다. 이 때, 케이스(21) 내에는 청정공기의 다운 플로우가 계속적으로 형성되게 된다. 또한, 도 3의 (a)와 (b), 도 4에서는 컵체(4)의 바닥면을 관통하는 베어링부(33)의 도시는 생략되어 있다.

이상의 동작을 끝내면, 도 4에 도시한 바와 같이 회전축(32)을 후술하는 스케줄에 기초하여 회전시키고, 액유로(343)로부터 처리액(HF 용액이나 린스액)을 공급한다. 액유로(343)의 개구부(341)로부터 토출된 처리액은 가이드판(31)의 회전에 따른 원심력에 의해 웨이퍼(W)와 가이드판(31) 사이의 공간 내부에서 중앙측으로부터 주연측을 향해 흘러 웨이퍼(W)의 하면측 전체로 확산된다.

처리액으로서 HF 용액이 공급된 경우에는, 이 HF 용액이 웨이퍼(W)의 하면과 접촉하여 박막을 용해해서 불필요한 막이 제거된다. 한편, 린스액의 공급 시에, 웨이퍼(W)의 표면에 잔존해 있는 HF 용액은 웨이퍼(W)의 하면측에서 확산되는 린스액에 의해 희석되어, 하류측으로 흘러감으로써 제거된다. 웨이퍼(W)의 하면을 빠져나간 HF 용액은 가이드판(31)과 안내판(37) 사이의 간극으로 유입되어 액수용 공간(41) 내로 떨어진다.

한편, 웨이퍼(W)의 상면측에서는 가압된 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급관(53)으로부터 웨이퍼(W)와 상판부(5) 사이의 공간 내로 공급되어 웨이퍼(W)의 중앙부 측으로부터 주연부측을 향해 흘러간다.

퍼지 가스는 가이드판(31)과 웨이퍼(W) 사이의 공간에서 중앙부측으로부터 주연부측을 향해 흘러, 돌기부(51)가 형성되어 있는 영역에 도달하고, 흡인 배기에 의해 부압이 된 액수용 공간(41) 내로 유입된다. 그리고, 웨이퍼(W)와 돌기부(51) 사이의 좁은 간극을 빠져나가 안내판(37)과 액수용 공간(41) 사이의 간극을 통과하여 액수용 공간(41) 내의 하방측의 공간으로 유입된다. 이 퍼지 가스의 흐름이 형성됨으로써, HF 용액의 미스트나 HF 가스가 웨이퍼(W)의 상면측으로 흘러 들어가 반도체 디바이스의 형성 영역이 에칭되어 버리는 문제의 발생을 억제할 수 있다.

본 실시형태에 따른 액처리 장치는 이들 처리액의 공급에 있어서 웨이퍼(W)의 회전 속도와 처리액의 공급 타이밍을 미리 설정한 스케줄에 기초하여 전환함으로써 린스 처리에 필요한 시간을 단축시키고, 양호한 린스 처리 결과를 얻는 기능을 갖고 있다. 이하, 도 5 내지 도 7을 참조하면서 이 액처리(약액 처리 및 린스 처리)의 구체적인 내용에 대해서 설명한다.

도 5는 액처리 장치(1)에서 예컨대 직경 300 ㎜의 웨이퍼에 대하여 실행되는 약액 처리, 린스 처리 및 그 후의 스핀 건조의 각 처리 공정에서의 가이드판(31)의 회전 속도의 설정예를 나타내고 있다. 도 5의 횡축에는 각 처리의 내용 및 그 처리의 실행 시간을 초 단위로 나타내고, 종축에는 가이드판(31)의 회전 속도의 설정값을 rpm(회전/분) 단위로 나타낸다. 속도 변경 시에 가이드판(31)의 회전 속도가 설정값에 도달할 때까지 필요한 시간은 예컨대 수십 밀리 초∼수백 밀리 초로 충분히 짧고, 실제의 웨이퍼(W)도 도 5에 도시된 설정값과 거의 일치한 회전 속도로 회전한다고 생각해도 좋다. 또한, 도 6, 도 7에는 웨이퍼(W)가 가이드판(31) 상에 유지되어 회전하고 있는 모습을 모식적으로 나타내고 있고, 편의상, 상판부(5)나 돌기부(51), 리프터(34) 등의 도시는 생략되어 있다.

가이드판(31) 상에 웨이퍼(W)가 유지되고, 약액 처리를 시작할 준비가 되면, 도 5에 도시한 바와 같이 가이드판(31)을 예컨대 500 rpm∼1500 rpm 범위의 1000 rpm(제1 회전 속도)으로 회전시키고, 이 회전 속도로 액유로(343)로부터 웨이퍼(W)의 하면에 HF 용액을 공급한다(제1 단계. 이하, 「단계 1」이라고 함). 제1 회전 속도나 약액의 공급 유량은 웨이퍼(W)의 사이즈나 약액의 종류에 따라 적절하게 설정할 수 있지만, 본 예에서는 웨이퍼(W)의 하면 전체에 HF 용액이 확산되고, 이 면에 형성되어 있는 박막을 충분히 제거할 수 있는 값으로 설정된다.

HF 용액이 공급되면, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 하면측에 HF 용액의 액막이 형성되고, 이 액막과 접촉함으로써 박막이 제거된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 하면 전체로 확산되어 박막을 제거한 HF 용액은 웨이퍼(W)의 외주연에 도달하고, 주위로 비산되어 액수용 공간(41)으로 배출되게 된다.

한편, HF 용액의 일부가 웨이퍼(W)의 주단면을 통해 상면측으로 흘러 들어감으로써 이들 외주 영역에 형성되어 있는 박막이 제거된다. 또한, 웨이퍼(W)의 상면측으로 흘러 들어간 HF 용액은 상판부(5)에 형성된 이미 설명한 돌기부(51)측에서 유출되어 오는 퍼지 가스에 되밀려 반도체 디바이스의 형성 영역으로 침입하는 것은 불가능하다.

이렇게 해서 웨이퍼(W)의 박막을 제거하는 데 충분한 미리 설정된 시간, 예컨대 60초간만 약액 처리를 실시한 다음, HF 용액의 공급을 정지한다. 그리고, 가이드판(31)의 회전 속도를 이미 설명한 제1 회전 속도보다 예컨대 50 rpm∼500 rpm 범위의 300 rpm 정도 빠른 1300 rpm(제2 회전 속도)으로 회전시킨다(제2 단계. 이하, 「단계 2」라고 함). HF 용액의 공급이 정지되고, 또 웨이퍼(W)의 회전 속도가 상승함으로써 HF 용액은 주위로 떨어지기 때문에, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 하면, 주단면 및 상면측으로 흘러 들어가 부착되는 HF 용액의 액막은 얇아진다.

이하, 단계 2에서, (1) HF 용액의 공급을 정지, (2) 웨이퍼(W)의 회전 속도를 상승시키는, (1), (2)의 2개의 조건을 성립시켜 이루어지는 HF 용액의 떨어뜨리기(털어내기) 조작을 스핀 오프라고 부른다. 본 예에서는 스핀 오프는 5초∼20초 범위의 예컨대 5초간 실행되도록 설정된다.

스핀 오프를 실행하는 시간의 길이에 대해서는, 웨이퍼(W)의 크기나 약액의 종류에 따라 적절하게 설정할 수 있지만, 예컨대 5초 미만 등 지나치게 짧은 경우에는 약액을 떨어뜨리는 효과를 충분히 얻을 수 없어, 린스 처리의 시간 단축으로 이어지지 않는다. 한편, 스핀 오프의 시간이 20초 이상 등 지나치게 길면 액처리 전체의 처리 시간을 단축시킬 수 없다.

이렇게 해서 스핀 오프를 실행하면서 미리 설정된 시간이 경과하면, 액유로(343)에 공급하는 처리액을 린스액으로 전환하여 린스 세정을 시작한다. 도 5에 도시한 바와 같이 본 예에서는, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 제2 회전 속도로 유지한 상태에 린스 세정이 시작된다. 린스액에 대해서도, 이 제2 회전 속도로 웨이퍼(W)의 하면 전체에 린스액을 충분히 확산시켜 잔존해 있는 HF 용액을 제거할 수 있는 양이라면, 그 공급 유량은 적절하게 설정될 수 있다. 예컨대, 린스액의 공급 유량이 HF 용액의 공급 유량과 동일한 경우에는, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 하면에는 단계 1의 경우보다 얇은 액막이 형성된다.

이와 같이 제1 회전 속도보다 빠른 회전 속도로 웨이퍼(W)를 회전시키면서 린스액의 공급을 시작함으로써, 제1 회전 속도를 유지하는 경우에 비하여 웨이퍼(W)의 하면 전체에 린스액을 확산시키는 데 필요한 시간이 짧아진다. 또한, 선행하는 단계 2에서 스핀 오프를 실시해 둠으로써, 웨이퍼(W)의 하면에 잔존해 있는 HF 용액량이 적어져 보다 짧은 시간으로 HF 용액을 제거할 수 있다.

이렇게 해서 예컨대 10초간, 제2 회전 속도로 린스액을 공급한 다음, 린스액의 공급을 계속하면서 가이드판(31)의 회전 속도를 제1 회전 속도 이하의 제3 회전 속도로 저하시킨다(제3 단계. 이하, 「단계 3」이라고 함). 웨이퍼(W)의 주단면 및 상면측으로 흘러 들어가는 처리액의 양은 웨이퍼(W)의 회전 속도를 높일수록 적어지기 때문에, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 낮춤으로써, 린스액이 흘러 들어가는 양을, 회전수를 낮추기 전의 흘러 들어가는 양보다 늘릴 수 있다. 특히, 상기 제3 회전 속도가 HF 용액 공급 시의 제1 회전 속도 이하임에 따라, HF 용액이 웨이퍼(W)의 상면측으로 흘러 들어간 영역과 같은 정도의 범위나, 이것보다 넓은 웨이퍼(W)의 내측 영역으로 린스액을 흘러 들어가게 할 수 있다. 이 결과, HF 용액이 공급된 웨이퍼(W)의 주단면 및 상면측의 외주 영역에 충분한 양의 린스액이 공급되어, 이 영역에 남아 있는 HF 용액을 제거할 수 있다[도 7의 (a)].

단계 3에 있어서의 웨이퍼(W)의 회전 속도는 린스 처리 시의 린스액이 흘러 들어가는 양을 약액 처리 시와 같거나, 이것보다 많게 하는 관점에서, 예컨대 제1 회전 속도와 같은 정도, 혹은 이것보다 200 rpm 낮아지는 정도까지의 범위로 조정된다. 이 관점에서, 본 예의 액처리 장치에서는, 제3 회전 속도는, 제1 회전 속도보다 100 rpm 낮은 900 rpm으로 조정된다. 바꿔 말하면, 제2 회전 속도에 비하여 400 rpm 정도 회전 속도를 저하시키게 된다. 이 제3 회전 속도로 웨이퍼(W)를 회전시키는 기간 동안은 제2 회전 속도로 회전시킬 때에 비해 린스액의 공급 유량도 증가시키고, 웨이퍼(W)의 상면측으로 린스액이 흘러 들어가는 양을 더 늘려도 좋다.

이렇게 해서 단계 3의 린스 처리를 예컨대 10초간 실시한 다음, 도 5, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 린스액의 공급을 정지시키고, 가이드판(31)의 회전 속도를 1500 rpm까지 상승시켜 스핀 건조를 실행한다. 이렇게 해서 웨이퍼(W)의 이면에 남아 있는 린스액이 제거되고, 일련의 액처리가 종료된다.

이상으로 설명한 동작에 의해 웨이퍼(W)의 하면측(이면측)에 형성된 불필요한 박막이 제거되고, 그 후의 린스 처리, 스핀 건조를 끝내면 가이드판(31)의 회전을 정지한다. 그리고, 퍼지 가스 공급구(531)로부터의 퍼지 가스의 공급을 멈춘 후, 상판부(5)를 후퇴 위치까지 상승시켜, 반입 시와는 반대의 동작으로 리프터(34)로부터 픽(101)에 웨이퍼(W)를 전달하고, 액처리 장치(1)로부터 웨이퍼(W)를 반출한다.

본 실시형태에 관한 액처리 장치(1)에 따르면 이하의 효과가 있다. 수평으로 유지되고, 수직축 주위로 회전하는 웨이퍼(W)에 약액을 공급한 후, 웨이퍼(W)로의 HF 용액의 공급을 정지시키고, 가이드판(31)을 HF 용액 공급 시의 제1 회전 속도보다 빠른 제2 회전 속도로 회전시켜 HF 용액을 털어낸다. 이에 따라, 웨이퍼(W)에 잔존해 있는 약액의 양이 감소하기 때문에, 그 후의 린스 처리에 의해 효과적으로 HF 용액을 제거할 수 있다. 또한, 린스액을 공급할 때에는, HF 용액 공급 시의 제1 회전 속도 이하의 제3 회전 속도로 가이드판(31)을 회전시키기 때문에, 웨이퍼(W)의 하면에 공급된 린스액이 이 웨이퍼(W)의 주단면을 통해 상면측으로 흘러 들어가는 범위를, 약액의 공급 시와 같은 정도이거나, 이것보다 넓게 할 수 있다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 주단면 및 상면측으로 흘러 들어간 HF 용액을 확실하게 제거할 수 있다.

여기서, 웨이퍼(W)를 유지하는 가이드판(31)의 회전 속도[즉, 웨이퍼(W)의 회전 속도]의 설정은 도 5에 도시된 예에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이 스핀 오프를 실행한 후, 린스액을 공급할 때에, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 상승시켜 제2 회전 속도보다 빠른 제4 회전 속도로 회전시키는 기간을 설정하고 나서, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 제3 회전 속도까지 저하시켜도 좋다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 전면(前面)에 린스액을 확산시키는 데 필요한 시간이 더욱 짧아져서 린스 처리의 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 단계 3에 있어서, 린스액의 공급을 시작하는 타이밍은 웨이퍼(W)가 제2 회전 속도, 혹은 이것보다 빠른 제4 회전 속도로 회전하고 있을 때로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이 스핀 오프를 실행한 후, 즉시 웨이퍼(W)의 회전 속도를 제3 회전 속도까지 저하시키고, 린스액의 공급을 시작하여도 좋다. 이 경우에도, HF 용액을 털어낼 수 있고, 또한, HF 용액 공급 시와 같은 정도 또는 이것보다 넓은 범위로 린스액을 흘러 들어가게 할 수 있기 때문에, 충분한 HF 용액의 제거 효과를 얻을 수 있다.

또한, 단계 1에서 단계 2로 이행할 때에, 약액을 정지시키는 타이밍은 웨이퍼(W)의 회전 속도를 제1 회전 속도에서 제2 회전 속도로 전환하는 타이밍과 동시가 아니어도 좋다. 전환 바로 앞에서 약액을 정지시킬 수도 있고, 전환 후에 정지시킬 수도 있으며, 제2 회전 속도로의 회전 속도의 전환과, 약액의 정지의 양 조건을 성립시킬 수 있으면, 이들 조건의 성립 타이밍의 전후는 상관없다. 또한, 이것과 마찬가지로, 도 8의 (a)의 경우에 있어서 린스액의 공급을 시작하는 타이밍에 대해서도 제2 회전 속도에서 제4 회전 속도로의 전환 전이어도 좋고 후여도 좋다.

또한, 본 발명을 적용할 수 있는 약액은 HF 용액에 한정되지 않고, 과산화수소수, 황산 용액, 질산 용액, 암모니아수나 이들 혼합액이라도 좋으며, 또 린스액에 대해서도 DIW 이외에 증류수 등이어도 좋다.

나아가서는, 피처리 기판은 원형 웨이퍼에 한정되지 않고, 예컨대 각형 기판이어도 좋다.

[실시예]

(실험)

HF 처리 후에 스핀 오프 공정을 설정하여 웨이퍼(W)의 회전 속도를 제1 회전 속도에서 제2 회전 속도로 상승시켜 린스 처리를 실시하는 본 실시형태의 액처리와, 종래의 액처리 간에 디펙트(결함)의 발생수를 비교하는 실험을 하였다.

A. 실험 조건

(실시예)

도 1에 도시된 액처리 장치(1)를 이용하여 도 5에 나타낸 공정으로 웨이퍼(W)의 하면을 처리하였다. 평가 대상 웨이퍼(W)에는 박막은 형성되어 있지 않고, 액처리를 실시한 처리 전후에 웨이퍼(W)의 피처리면에 부착되어 있는 직경 12 ㎛ 이상의 사이즈의 디펙트 개수의 차를 카운트함으로써 약액 제거 효과를 평가하였다. 약액으로는 HF 용액, 린스액으로는 DIW를 이용하여 각각 0.6 ℓ/분의 유량으로 공급하였다. 약액 처리를 시작하고 나서 린스 처리를 종료할 때까지의 액처리 시간은 총 85초이다. 린스 처리에 의해 HF 용액이 충분히 제거되지 않은 경우에는, HF 용액에 의해 웨이퍼(W)가 에칭되어 디펙트가 발생하기 때문에, 이 디펙트 개수를 카운트함으로써 린스 처리의 효과를 평가할 수 있다.

(비교예)

도 9에 나타낸 공정에서 액처리를 실시한 것 이외에는, 실험에 사용한 액처리 장치(1), 처리액(약액으로서 HF 용액, 린스액으로서 DIW) 및 처리액의 공급 유량은 (실시예)와 동일하다. 도 9에 나타낸 바와 같이 (비교예)에서는, 약액 처리를 실시한 후, 스핀 오프의 공정을 설정하지 않고, 제1 회전 속도인 채 린스 처리를 40초간 실시하였다. 약액 처리를 시작하고 나서 린스 처리를 끝낼 때까지의 액처리 시간은 총 100초이다.

B. 실험 결과

(실시예) 및 (비교예)에서, 직경 12 ㎛ 이상의 사이즈의 디펙트가 발생한 위치를 웨이퍼(W)에 표시한 결과를 도 10에 나타낸다. 도 10의 (a)은 (실시예)의 결과를 나타내고, 도 10의 (b)는 (비교예)의 결과를 나타내고 있다.

도 10의 (a)에 나타낸 (실시예)의 결과에 따르면, 액처리 후의 디펙트 개수는 51개에 그쳤다. 이것에 대하여 도 10의 (b)에 나타낸 (비교예)에서는 디펙트는 539개나 발생하였다. (실시예)와 (비교예)에서는, 약액 처리 시간은 같은 한편, (실시예)에서의 린스 처리의 시간은 20초뿐이었다. 이것에 대하여 (비교예)는 40초간 린스 처리를 실시한 바, 디펙트의 발생수의 차는 린스 처리의 효과의 차이로서 나타난다고 할 수 있다.

이들 실험 결과의 비교로부터, 스핀 오프의 공정을 설정하고, 또 린스액의 공급 개시 시에 웨이퍼(W)의 회전 속도를 제1 회전 속도(1000 rpm)에서 제2 회전 속도(1300 rpm)까지 상승시킴으로써, 종래의 방법보다도 양호한 린스 처리 결과를 얻을 수 있다고 할 수 있다. 이에 덧붙여서 (실시예)에서는, (비교예)에 비하여 린스 처리 시간이 20초 짧아졌고, 본 발명을 적용함으로써, 종래의 방법보다 짧은 시간으로 전술한 바와 같이 양호한 린스 처리의 결과를 얻을 수 있게 된다.

W : 웨이퍼 1 : 액처리 장치
21 : 케이스 3 : 웨이퍼 유지부
31 : 가이드판 4 : 컵체
41 : 액수용 공간 5 : 상판부
51 : 돌기부 6 : 제어부

Claims

피처리 기판을 수평으로 유지하기 위한 기판 유지부와,
이 기판 유지부를 수직축 주위로 회전시키기 위한 회전 구동부와,
회전하고 있는 피처리 기판의 하면에 약액을 공급하는 약액 공급부와,
회전하고 있는 피처리 기판의 하면에 린스액을 공급하는 린스액 공급부와,
상기 기판 유지부를 제1 회전 속도로 회전시키면서 피처리 기판에 약액을 공급하는 제1 단계와, 피처리 기판으로의 약액의 공급을 정지시키고, 기판 유지부를 상기 제1 회전 속도보다 빠른 제2 회전 속도로 회전시키는 제2 단계와, 계속해서, 기판 유지부를 제1 회전 속도 이하의 제3 회전 속도로 회전시킨 상태에서 피처리 기판에 린스액을 공급하는 제3 단계를 수행하도록 제어하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 제3 회전 속도는, 상기 제1 회전 속도와 동일하거나 제1 회전 속도에 대하여 매분 200회전 낮아질 때까지의 범위의 회전 속도인 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 피처리 기판으로의 린스액 공급을 시작하는 타이밍은 상기 기판 유지부가 제2 회전 속도로 회전하고 있을 때인 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3 단계에는, 기판 유지부를 제3 회전 속도로 회전시키기 전에, 이 기판 유지부를 상기 제2 회전 속도보다 빠른 제4 회전 속도로 회전시킨 상태에서 린스액을 공급하는 기간이 포함되는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제3 단계에서, 피처리 기판에 공급하는 린스액의 양을 늘리는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 회전 속도가 제1 회전 속도보다 매분 50회전 이상, 500회전 이하의 범위로 빨라지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액처리 장치.
피처리 기판을 수평으로 유지하고, 이 피처리 기판을 수직축 주위로 제1 회전 속도로 회전시키면서, 그 하면에 약액을 공급하는 공정과,
약액의 공급을 정지시키고, 피처리 기판을 제1 회전 속도보다 빠른 제2 회전 속도로 회전시켜 약액을 털어내는 공정과,
계속해서, 피처리 기판을 제1 회전 속도 이하의 제3 회전 속도로 회전시킨 상태에서 상기 피처리 기판의 하면에 린스액을 공급하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제7항에 있어서, 상기 제3 회전 속도는, 상기 제1 회전 속도와 동일하거나 제1 회전 속도에 대하여 매분 200회전 낮아질 때까지의 범위의 회전 속도인 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 피처리 기판으로의 린스액 공급을 시작하는 타이밍은 피처리 기판이 제2 회전 속도로 회전하고 있을 때인 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 피처리 기판에 린스액을 공급하는 공정에는, 피처리 기판을 상기 제3 회전 속도로 회전시키기 전에, 이 피처리 기판을 상기 제2 회전 속도보다 빠른 제4 회전 속도로 회전시킨 상태에서 린스액을 공급하는 기간이 포함되는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 피처리 기판에 린스액을 공급하는 공정에서 피처리 기판에 공급하는 린스액의 양을 늘리는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제2 회전 속도는 제1 회전 속도보다 매분 50회전 이상, 500회전 이하의 범위에서 빠른 것을 특징으로 하는 액처리 방법.
수평으로 유지된 피처리 기판을 수직축 주위로 회전시키고, 약액을 공급하여 액처리를 실시한 후, 상기 피처리 기판의 약액이 공급된 면에 린스액을 공급하여 약액을 제거하는 액처리 장치에 이용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체로서,
상기 프로그램은 제7항 또는 제8항에 기재된 액처리 방법을 실행하기 위해서 단계가 짜여져 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체.
제7항에 있어서, 상기 제3 회전 속도로 회전시킨 상태에서 피처리 기판에 린스액을 공급하는 공정은, 기판 상면측으로 린스액이 흘러 들어가는 양을, 약액을 공급하는 공정시와 동일하게 하거나, 또는 약액을 공급하는 공정시보다 많게 하는 것을 특징으로 하는 액처리 방법.