KR20140118850A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20140118850A
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겐지 고바야시
겐지 이즈모토
아키히사 이와사키
다케미츠 미우라
가즈히데 사이토
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다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤
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Abstract

기판 처리 장치는, 수평 상태의 기판을 지지하는 기판 지지부와, 기판의 상면의 중앙부를 향해 순수를 세정액으로서 토출하는 상부 노즐과, 기판 지지부를 기판과 함께 상하 방향을 향하는 중심축을 중심으로 하여 회전시키는 기판 회전 기구를 구비한다. 상부 노즐의 바닥면에는, 순수를 토출하는 복수의 토출구가 형성된다. 당해 복수의 토출구는, 중앙에 배치되는 중심 토출구와, 중심 토출구 주위에서 중심축을 중심으로 하는 원주 상에 등각도 간격으로 배치되는 복수의 주변 토출구를 포함한다. 기판 처리 장치에서는, 상부 노즐에 복수의 토출구를 형성하여, 각 토출구로부터의 순수의 유량을 작게 하면서, 상부 노즐로부터 기판의 중앙부에 공급되는 순수의 유량이 확보된다. 이로써, 기판 중앙부에 있어서의 대전을 억제하면서 기판의 상면의 세정을 적절히 실시할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 기판을 처리하는 기술에 관한 것이다.
종래부터 반도체 기판 (이하, 간단히 「기판」이라고 한다) 의 제조 공정에서는 다종류의 기판 처리 장치를 사용하여 기판에 대해 여러 가지 처리가 실시된다. 예를 들어, 표면 상에 레지스트의 패턴이 형성된 기판에 약액을 공급함으로써 기판의 표면에 대해 에칭 등의 처리가 실시된다. 또, 에칭 처리 종료 후, 기판 상의 레지스트를 제거하거나 기판을 세정하는 처리도 실시된다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 2004-158588호에서는, 기판에 부착된 유기물을 제거액에 의해 제거하는 기판 처리 장치가 개시되어 있다. 당해 기판 처리 장치에서는, 회전하는 기판 상에 순수 노즐로부터 순수를 공급하여 기판의 세정이 실시된다.
그런데, 순수에 의한 기판의 세정 처리에서는, 표면에 절연막이 형성된 기판과 비저항이 높은 순수의 접촉 등에 의해 기판이 대전되는 것이 알려져 있다. 기판의 대전량이 커지면, 세정 중이나 세정 후에 있어서의 파티클의 재부착이나 방전에 의한 배선의 손상 등이 발생할 우려가 있다.
기판의 대전을 억제하는 방법으로서, 순수에 탄산 가스를 용해시켜 비저항을 낮춘 탄산 가스 용해수로 기판을 세정하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 기판 상에 구리 배선이 형성되어 있는 경우, 탄산 가스 용해수에 의한 세정에서는, 구리 배선이 탄산 가스 용해수에 의해 부식될 가능성이 있다. 또, 순수에 의한 세정에 비해 세정 처리에 필요로 하는 비용이 증대한다.
본 발명은, 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 대한 것이고, 기판의 세정을 적절히 실시하면서 기판의 대전을 억제하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관련된 기판 처리 장치는, 수평 상태의 기판을 지지하는 기판 지지부와, 복수의 토출구로부터 상기 기판의 상면의 중앙부를 향해 순수를 세정액으로서 토출하는 노즐과, 상기 기판 지지부를 상기 기판과 함께 상하 방향을 향하는 중심축을 중심으로 하여 회전시키는 기판 회전 기구를 구비한다. 본 발명에 의하면, 기판의 세정을 적절히 실시하면서 기판의 대전을 억제할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에서는, 상기 복수의 토출구가, 중앙에 배치되는 중심 토출구와, 상기 중심축을 중심으로 하는 원주 상에 등각도 간격으로 배치되는 복수의 주변 토출구를 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 복수의 토출구가, 상기 중심축을 중심으로 하는 반경 60 ㎜ 이하의 원 내에 배치된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 복수의 토출구가, 상기 중심축을 중심으로 하여 상기 기판 반경의 40 ％ 이하의 반경을 갖는 원 내에 배치된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 복수의 토출구 각각으로부터 토출되는 상기 세정액의 유량이 매분 1 리터 이하이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 복수의 토출구 중 적어도 1 개의 토출구로부터의 상기 세정액의 토출 방향과 상기 중심축이 이루는 각도가 30 도 이상이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 세정액에 의한 상기 기판에 대한 세정 처리가 실시되는, 밀폐된 내부 공간을 형성하는 밀폐 공간 형성부를 추가로 구비한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 상기 복수의 토출구 각각으로부터 상기 세정액이 연속적으로 액기둥상으로 토출된다.
본 발명은, 기판을 처리하는 기판 처리 방법에 대한 것이기도 하다.
상기 서술한 목적 및 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 이하에 실시하는 이 발명의 상세한 설명에 의해 분명해진다.
도 1 은, 일 실시형태에 관련된 기판 처리 장치의 단면도이고,
도 2 는, 상부 노즐의 저면도이고,
도 3 은, 기액 공급부 및 기액 배출부를 나타내는 블록도이고,
도 4 는, 기판 처리 장치에 있어서의 처리의 흐름을 나타내는 도면이고,
도 5 및 도 6 은, 기판 처리 장치의 단면도이고,
도 7 은, 기판의 전위를 나타내는 도면이고,
도 8 은, 비교예의 기판 처리 장치에 있어서의 순수의 유량과 기판의 전위의 관계를 나타내는 도면이고,
도 9 는, 기판 상에 있어서의 순수의 막두께 분포를 나타내는 도면이고,
도 10 은, 상부 노즐의 다른 예를 나타내는 저면도이고,
도 11 및 도 12 는, 토출 방향의 경사각과 기판의 전위의 관계를 나타내는 도면이다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1) 를 나타내는 단면도이다. 기판 처리 장치 (1) 는, 대략 원판상의 반도체 기판 (9) (이하, 간단히 「기판 (9)」이라고 한다) 에 처리액을 공급하여 기판 (9) 을 1 장씩 처리하는 매엽식 (枚葉式) 장치이다. 본 실시형태에서는, 기판 처리 장치 (1) 에 있어서, 직경 300 ㎜ 의 대략 원판상의 기판 (9) 의 처리가 실시된다. 도 1 에서는, 기판 처리 장치 (1) 의 일부 구성의 단면에는 평행 사선의 부여를 생략하고 있다 (다른 단면도에 있어서도 동일).
기판 처리 장치 (1) 는, 챔버 (12) 와, 톱 플레이트 (123) 와, 챔버 개폐 기구 (131) 와, 기판 유지부 (14) 와, 기판 회전 기구 (15) 와, 액 수용부 (16) 와, 커버 (17) 를 구비한다. 커버 (17) 는 챔버 (12) 의 상방 및 측방을 덮는다.
챔버 (12) 는, 챔버 본체 (121) 와, 챔버 덮개부 (122) 를 구비한다. 챔버 (12) 는, 상하 방향을 향하는 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원통상이다. 챔버 본체 (121) 는, 챔버 바닥부 (210) 와, 챔버 측벽부 (214) 를 구비한다. 챔버 바닥부 (210) 는, 대략 원판상의 중앙부 (211) 와, 중앙부 (211) 의 외연부 (外緣部) 로부터 하방으로 넓어지는 대략 원통상의 내측벽부 (212) 와, 내측벽부 (212) 의 하단으로부터 직경 방향 바깥쪽으로 넓어지는 대략 원환판상의 환상 바닥부 (213) 와, 환상 바닥부 (213) 의 외연부로부터 상방으로 넓어지는 대략 원통상의 외측벽부 (215) 와, 외측벽부 (215) 의 상단부로부터 직경 방향 바깥쪽으로 넓어지는 대략 원환판상의 베이스부 (216) 를 구비한다.
챔버 측벽부 (214) 는 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 환상이다. 챔버 측벽부 (214) 는 베이스부 (216) 의 내연부 (內緣部) 로부터 상방으로 돌출된다. 챔버 측벽부 (214) 를 형성하는 부재는, 후술하는 바와 같이, 액 수용부 (16) 의 일부를 겸한다. 이하의 설명에서는, 챔버 측벽부 (214) 와 외측벽부 (215) 와 환상 바닥부 (213) 와 내측벽부 (212) 와 중앙부 (211) 의 외연부로 둘러싸인 공간을 하부 환상 공간 (217) 이라고 한다.
기판 유지부 (14) 의 기판 지지부 (141) (후술) 에 기판 (9) 이 지지된 경우, 기판 (9) 의 하면 (92) 은 챔버 바닥부 (210) 의 중앙부 (211) 의 상면과 대향한다. 이하의 설명에서는, 챔버 바닥부 (210) 의 중앙부 (211) 를 「하면 대향부 (211)」라고 부른다.
챔버 덮개부 (122) 는 중심축 (J1) 과 수직인 대략 원판상이며, 챔버 (12) 의 상부를 포함한다. 챔버 덮개부 (122) 는 챔버 본체 (121) 의 상부 개구를 폐색한다. 도 1 에서는, 챔버 덮개부 (122) 가 챔버 본체 (121) 로부터 이간된 상태를 나타낸다. 챔버 덮개부 (122) 가 챔버 본체 (121) 의 상부 개구를 폐색할 때에는, 챔버 덮개부 (122) 의 외연부가 챔버 측벽부 (214) 의 상부와 접한다.
챔버 개폐 기구 (131) 는, 챔버 (12) 의 가동부인 챔버 덮개부 (122) 를, 챔버 (12) 의 다른 부위인 챔버 본체 (121) 에 대해 상하 방향으로 상대적으로 이동시킨다. 챔버 개폐 기구 (131) 는 챔버 덮개부 (122) 를 승강시키는 덮개부 승강 기구이다. 챔버 개폐 기구 (131) 에 의해 챔버 덮개부 (122) 가 상하 방향으로 이동할 때에는, 톱 플레이트 (123) 도 챔버 덮개부 (122) 와 함께 상하 방향으로 이동한다. 챔버 덮개부 (122) 가 챔버 본체 (121) 와 접하여 상부 개구를 폐색하고, 또한, 챔버 덮개부 (122) 가 챔버 본체 (121) 를 향해 압압 (押壓) 됨으로써, 챔버 (12) 내에 밀폐된 내부 공간인 챔버 공간 (120) (도 6 참조) 이 형성된다. 바꾸어 말하면, 챔버 덮개부 (122) 에 의해 챔버 본체 (121) 의 상부 개구가 폐색됨으로써 챔버 공간 (120) 이 밀폐된다. 챔버 덮개부 (122) 및 챔버 본체 (121) 는 챔버 공간 (120) 을 형성하는 밀폐 공간 형성부이다.
기판 유지부 (14) 는, 챔버 공간 (120) 에 배치되고, 기판 (9) 을 수평 상태로 유지시킨다. 즉, 기판 (9) 은, 미세 패턴이 형성된 일방의 주면 (91) (이하, 「상면 (91)」이라고 한다) 을 중심축 (J1) 과 수직으로 상측을 향하게 하는 상태로 기판 유지부 (14) 에 의해 유지된다. 기판 유지부 (14) 는, 기판 (9) 의 외연부 (즉, 외주 가장자리를 포함하는 외주 가장자리 근방의 부위) 를 하측으로부터 지지하는 상기 서술한 기판 지지부 (141) 와, 기판 지지부 (141) 에 지지된 기판 (9) 의 외연부를 상측으로부터 누르는 기판 누름부 (142) 를 구비한다. 기판 지지부 (141) 는 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원환상이다. 기판 지지부 (141) 는, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원환판상의 지지부 베이스 (413) 와, 지지부 베이스 (413) 의 상면에 고정되는 복수의 제 1 접촉부 (411) 를 구비한다. 기판 누름부 (142) 는, 톱 플레이트 (123) 의 하면에 고정되는 복수의 제 2 접촉부 (421) 를 구비한다. 복수의 제 2 접촉부 (421) 의 둘레 방향의 위치는, 실제로는 복수의 제 1 접촉부 (411) 의 둘레 방향의 위치와 상이하다.
톱 플레이트 (123) 는 중심축 (J1) 과 수직인 대략 원판상이다. 톱 플레이트 (123) 는, 챔버 덮개부 (122) 의 하방, 또한, 기판 지지부 (141) 의 상방에 배치된다. 톱 플레이트 (123) 는 중앙에 개구를 갖는다. 기판 (9) 이 기판 지지부 (141) 에 지지되면, 기판 (9) 의 상면 (91) 은 중심축 (J1) 과 수직인 톱 플레이트 (123) 의 하면과 대향한다. 톱 플레이트 (123) 의 직경은 기판 (9) 의 직경보다 크고, 톱 플레이트 (123) 의 외주 가장자리는 기판 (9) 의 외주 가장자리로부터 전체 둘레에 걸쳐서 직경 방향 외측에 위치한다.
도 1 에 나타내는 상태에 있어서, 톱 플레이트 (123) 는 챔버 덮개부 (122) 에 의해 매달려지도록 지지된다. 챔버 덮개부 (122) 는, 중앙부에 대략 환상의 플레이트 유지부 (222) 를 갖는다. 플레이트 유지부 (222) 는, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원통상의 통부 (223) 와, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원판상의 플랜지부 (224) 를 구비한다. 플랜지부 (224) 는 통부 (223) 의 하단으로부터 직경 방향 안쪽으로 넓어진다.
톱 플레이트 (123) 는 환상의 피유지부 (237) 를 구비한다. 피유지부 (237) 는, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원통상의 통부 (238) 와, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원판상의 플랜지부 (239) 를 구비한다. 통부 (238) 는 톱 플레이트 (123) 의 상면으로부터 상방으로 넓어진다. 플랜지부 (239) 는 통부 (238) 의 상단으로부터 직경 방향 바깥쪽으로 넓어진다. 통부 (238) 는 플레이트 유지부 (222) 의 통부 (223) 의 직경 방향 내측에 위치한다. 플랜지부 (239) 는, 플레이트 유지부 (222) 의 플랜지부 (224) 의 상방에 위치하여, 플랜지부 (224) 와 상하 방향으로 대향한다. 피유지부 (237) 의 플랜지부 (239) 의 하면이 플레이트 유지부 (222) 의 플랜지부 (224) 의 상면에 접함으로써, 톱 플레이트 (123) 가 챔버 덮개부 (122) 로부터 매달려지도록 챔버 덮개부 (122) 에 장착된다.
톱 플레이트 (123) 의 외연부의 하면에는 복수의 제 1 걸어맞춤부 (241) 가 둘레 방향으로 배열되고, 지지부 베이스 (413) 의 상면에는 복수의 제 2 걸어맞춤부 (242) 가 둘레 방향으로 배열된다. 실제로는, 제 1 걸어맞춤부 (241) 및 제 2 걸어맞춤부 (242) 는, 기판 지지부 (141) 의 복수의 제 1 접촉부 (411), 및, 기판 누름부 (142) 의 복수의 제 2 접촉부 (421) 와는 둘레 방향에 있어서 상이한 위치에 배치된다. 이들 걸어맞춤부는 3 세트 이상 형성되는 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는 4 세트 형성된다. 제 1 걸어맞춤부 (241) 의 하부에는 상방을 향해 패이는 오목부가 형성된다. 제 2 걸어맞춤부 (242) 는 지지부 베이스 (413) 로부터 상방을 향해 돌출된다.
기판 회전 기구 (15) 는 이른바 중공 모터이다. 기판 회전 기구 (15) 는, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 환상의 스테이터부 (151) 와, 환상의 로터부 (152) 를 구비한다. 로터부 (152) 는, 대략 원환상의 영구 자석을 포함한다. 영구 자석의 표면은 PTFE (polytetrafluoroethylene) 수지로 몰드된다. 로터부 (152) 는 챔버 (12) 내에 있어서 하부 환상 공간 (217) 내에 배치된다. 로터부 (152) 의 상부에는 접속 부재를 개재하여 기판 지지부 (141) 의 지지부 베이스 (413) 가 장착된다. 지지부 베이스 (413) 는 로터부 (152) 의 상방에 배치된다.
스테이터부 (151) 는, 챔버 (12) 외에 있어서 로터부 (152) 주위, 즉, 직경 방향 외측에 배치된다. 본 실시형태에서는, 스테이터부 (151) 는, 챔버 바닥부 (210) 의 외측벽부 (215) 및 베이스부 (216) 에 고정되고, 액 수용부 (16) 의 하방에 위치한다. 스테이터부 (151) 는 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 둘레 방향으로 배열된 복수의 코일을 포함한다.
스테이터부 (151) 에 전류가 공급됨으로써, 스테이터부 (151) 와 로터부 (152) 사이에 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 회전력이 발생한다. 이로써, 로터부 (152) 가 중심축 (J1) 을 중심으로 하여 수평 상태로 회전한다. 스테이터부 (151) 와 로터부 (152) 사이에 작용하는 자력 (磁力) 에 의해, 로터부 (152) 는 챔버 (12) 내에 있어서 직접적 또는 간접적으로도 챔버 (12) 에 접촉하지 않고 부유하고, 중심축 (J1) 을 중심으로 하여 기판 (9) 을 기판 지지부 (141) 와 함께 부유 상태로 회전시킨다.
액 수용부 (16) 는, 컵부 (161) 와, 컵부 이동 기구 (162) 와, 컵 대향부 (163) 를 구비한다. 컵부 (161) 는 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 환상이고, 챔버 (12) 의 직경 방향 외측에 전체 둘레에 걸쳐 위치한다. 컵부 이동 기구 (162) 는 컵부 (161) 를 상하 방향으로 이동시킨다. 컵부 이동 기구 (162) 는 컵부 (161) 의 직경 방향 외측에 배치된다. 컵부 이동 기구 (162) 는, 상기 서술한 챔버 개폐 기구 (131) 와 둘레 방향으로 상이한 위치에 배치된다. 컵 대향부 (163) 는 컵부 (161) 의 하방에 위치하여, 컵부 (161) 와 상하 방향으로 대향한다. 컵 대향부 (163) 는 챔버 측벽부 (214) 를 형성하는 부재의 일부이다. 컵 대향부 (163) 는, 챔버 측벽부 (214) 의 직경 방향 외측에 위치하는 환상의 액 수용 오목부 (165) 를 갖는다.
컵부 (161) 는 측벽부 (611) 와, 상면부 (612) 와, 벨로스 (617) 를 구비한다. 측벽부 (611) 는 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원통상이다. 상면부 (612) 는 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원환판상이며, 측벽부 (611) 의 상단부로부터 직경 방향 안쪽 및 직경 방향 바깥쪽으로 넓어진다. 측벽부 (611) 의 하부는 컵 대향부 (163) 의 액 수용 오목부 (165) 내에 위치한다.
벨로스 (617) 는 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원통상이며, 상하 방향으로 신축 가능하다. 벨로스 (617) 는, 측벽부 (611) 의 직경 방향 외측에 있어서, 측벽부 (611) 주위에 전체 둘레에 걸쳐 형성된다. 벨로스 (617) 는 기체 및 액체를 통과시키지 않는 재료로 형성된다. 벨로스 (617) 의 상단부는, 상면부 (612) 의 외연부 하면에 전체 둘레에 걸쳐 접속된다. 바꾸어 말하면, 벨로스 (617) 의 상단부는, 상면부 (612) 를 개재하여 측벽부 (611) 에 간접적으로 접속된다. 벨로스 (617) 와 상면부 (612) 의 접속부는 시일되어 있어, 기체 및 액체의 통과가 방지된다. 벨로스 (617) 의 하단부는, 컵 대향부 (163) 를 개재하여 챔버 본체 (121) 에 간접적으로 접속된다. 벨로스 (617) 의 하단부와 컵 대향부 (163) 의 접속부에서도 기체 및 액체의 통과가 방지된다.
챔버 덮개부 (122) 의 중앙에는, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원기둥상의 상부 노즐 (181) 이 장착된다. 상부 노즐 (181) 은, 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙부에 대향하여 챔버 덮개부 (122) 에 고정된다. 상부 노즐 (181) 은, 톱 플레이트 (123) 의 중앙의 개구에 삽입 가능하다. 챔버 바닥부 (210) 의 하면 대향부 (211) 의 중앙에는 하부 노즐 (182) 이 장착된다. 하부 노즐 (182) 은 중앙에 액 토출구를 갖고, 기판 (9) 의 하면 (92) 의 중앙부와 대향한다. 하면 대향부 (211) 에는 복수의 가열 가스 공급 노즐 (180a) 이 추가로 장착된다. 복수의 가열 가스 공급 노즐 (180a) 은, 예를 들어, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 둘레 방향으로 등각도 간격으로 배치된다.
도 2 는, 상부 노즐 (181) 의 저면도이다. 상부 노즐 (181) 의 바닥면 (181a) 은 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 대략 원형이다. 바닥면 (181a) 에는 액체를 토출하는 복수의 토출구 (188) 가 형성된다. 복수의 토출구 (188) 는, 바닥면 (181a) 의 중앙 (즉, 대략 중심축 (J1) 상) 에 배치되는 중심 토출구 (188a) 와, 중심 토출구 (188a) 주위에 배치되는 복수의 주변 토출구 (188b) 를 포함한다. 복수의 주변 토출구 (188b) 는, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 1 개의 원주 상에 등각도 간격으로 배치된다.
도 2 에 나타내는 예에서는, 2 개의 주변 토출구 (188b) 가, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 둘레 방향으로 180 도 간격으로 배치된다. 바꾸어 말하면, 2 개의 주변 토출구 (188b) 는, 중심축 (J1) 을 사이에 두고 서로 대향하는 위치에 배치된다. 또, 복수의 토출구 (188) 는, 바람직하게는, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 반경 60 ㎜ 이하의 원 내, 즉, 중심축 (J1) 을 중심으로 하여 기판 (9) 반경의 40 ％ 이하의 반경을 갖는 원 내에 배치된다. 각 토출구 (188) 의 직경은 약 4 ㎜ 이며, 중심 토출구 (188a) 와 각 주변 토출구 (188b) 의 중심간 거리 (즉, 토출구 중심간의 직경 방향의 거리) 는 약 30 ㎜ 이다.
도 3 은, 기판 처리 장치 (1) 가 구비하는 기액 공급부 (18) 및 기액 배출부 (19) 를 나타내는 블록도이다. 기액 공급부 (18) 는, 상기 서술한 상부 노즐 (181), 하부 노즐 (182) 및 가열 가스 공급 노즐 (180a) 에 더하여, 약액 공급부 (183) 와, 순수 공급부 (184) 와, IPA 공급부 (185) 와, 가열 가스 공급부 (187) 를 구비한다.
약액 공급부 (183) 는 밸브를 개재하여 상부 노즐 (181) 에 접속된다. 순수 공급부 (184) 및 IPA 공급부 (185) 는 각각 밸브를 개재하여 상부 노즐 (181) 에 접속된다. 하부 노즐 (182) 은 밸브를 개재하여 순수 공급부 (184) 에 접속된다. 복수의 가열 가스 공급 노즐 (180a) 은 밸브를 개재하여 가열 가스 공급부 (187) 에 접속된다.
액 수용부 (16) 의 액 수용 오목부 (165) 에 접속되는 제 1 배출로 (191) 는 기액 분리부 (193) 에 접속된다. 기액 분리부 (193) 는 외측 배기부 (194), 약액 회수부 (195) 및 배액부 (196) 에 각각 밸브를 개재하여 접속된다. 챔버 (12) 의 챔버 바닥부 (210) 에 접속되는 제 2 배출로 (192) 는 기액 분리부 (197) 에 접속된다. 기액 분리부 (197) 는 내측 배기부 (198) 및 배액부 (199) 에 각각 밸브를 개재하여 접속된다. 기액 공급부 (18) 및 기액 배출부 (19) 의 각 구성은 제어부 (10) 에 의해 제어된다. 챔버 개폐 기구 (131), 기판 회전 기구 (15) 및 컵부 이동 기구 (162) (도 1 참조) 도 제어부 (10) 에 의해 제어된다.
약액 공급부 (183) 로부터 상부 노즐 (181) 에 공급된 약액은, 상부 노즐 (181) 의 중심 토출구 (188a) (도 2 참조) 로부터 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙부를 향해 토출된다. 약액 공급부 (183) 로부터 상부 노즐 (181) 을 통해 기판 (9) 에 공급되는 약액은, 예를 들어, 화학 반응을 이용하여 기판을 처리하는 처리액이며, 불화수소산이나 수산화테트라메틸암모늄 수용액 등의 에칭액이다.
순수 공급부 (184) 는, 상부 노즐 (181) 및 하부 노즐 (182) 을 통해 기판 (9) 에 순수 (DIW : deionized water) 를 공급한다. 순수 공급부 (184) 로부터 상부 노즐 (181) 에 공급된 순수는, 상부 노즐 (181) 의 복수의 토출구 (188) (즉, 중심 토출구 (188a) 및 주변 토출구 (188b)) 로부터, 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙부를 향해, 상면 (91) 과 대략 수직인 토출 방향으로 토출된다. 순수 공급부 (184) 로부터 하부 노즐 (182) 에 공급된 순수는, 하부 노즐 (182) 의 토출구로부터 기판 (9) 의 하면 (92) 의 중앙부를 향해 토출된다.
IPA 공급부 (185) 로부터 상부 노즐 (181) 에 공급된 이소프로필알코올 (IPA) 은, 상부 노즐 (181) 의 중심 토출구 (188a) 로부터 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙부를 향해 토출된다. 기판 처리 장치 (1) 에서는, 상기 서술한 처리액 (상기 약액, 순수 및 IPA) 이외의 처리액을 공급하는 처리액 공급부가 형성되어도 된다.
가열 가스 공급부 (187) 는, 복수의 가열 가스 공급 노즐 (180a) 을 통해 기판 (9) 의 하면 (92) 에 가열된 가스 (예를 들어, 고온의 불활성 가스) 를 공급한다. 본 실시형태에서는, 가열 가스 공급부 (187) 에서 이용되는 가스는 질소 (N2) 가스이지만, 질소 가스 이외여도 된다. 또한, 가열 가스 공급부 (187) 에 있어서 가열된 불활성 가스를 이용하는 경우에는, 기판 처리 장치 (1) 에 있어서의 방폭 대책은 간소화 가능하거나 또는 불필요하다.
도 4 는, 기판 처리 장치 (1) 에 있어서의 기판 (9) 의 처리의 흐름을 나타내는 도면이다. 기판 처리 장치 (1) 에서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 챔버 덮개부 (122) 가 챔버 본체 (121) 로부터 이간되어 상방에 위치하고, 컵부 (161) 가 챔버 덮개부 (122) 로부터 이간되어 하방에 위치하는 상태에서, 기판 (9) 이 외부의 반송 기구에 의해 챔버 (12) 내에 반입되고, 기판 지지부 (141) 에 의해 하측으로부터 지지된다 (단계 S11). 이하, 도 1 에 나타내는 챔버 (12) 및 컵부 (161) 의 상태를 「오픈 상태」라고 부른다. 챔버 덮개부 (122) 와 챔버 측벽부 (214) 사이의 개구는 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 환상으로, 이하, 「환상 개구 (81)」라고 한다. 기판 처리 장치 (1) 에서는, 챔버 덮개부 (122) 가 챔버 본체 (121) 로부터 이간됨으로써, 기판 (9) 주위 (즉, 직경 방향 외측) 에 환상 개구 (81) 가 형성된다. 단계 S11 에서는, 기판 (9) 은 환상 개구 (81) 를 통해 반입된다.
기판 (9) 이 반입되면, 컵부 (161) 가, 도 1 에 나타내는 위치로부터 도 5 에 나타내는 위치까지 상승되고, 환상 개구 (81) 의 직경 방향 외측에 전체 둘레에 걸쳐 위치한다. 이하의 설명에서는 도 5 에 나타내는 챔버 (12) 및 컵부 (161) 의 상태를 「제 1 밀폐 상태」라고 한다. 또, 도 5 에 나타내는 컵부 (161) 의 위치를 「액 받이 위치」라고 하고, 도 1 에 나타내는 컵부 (161) 의 위치를 「퇴피 위치」라고 한다. 컵부 이동 기구 (162) 는, 컵부 (161) 를, 환상 개구 (81) 의 직경 방향 외측의 액 받이 위치와 액 받이 위치보다 하방의 퇴피 위치 사이에서 상하 방향으로 이동시킨다.
액 받이 위치에 위치하는 컵부 (161) 에서는, 측벽부 (611) 가, 환상 개구 (81) 와 직경 방향으로 대향한다. 또, 상면부 (612) 의 내연부의 상면이, 챔버 덮개부 (122) 의 외연부 하단의 립 시일 (232) 에 전체 둘레에 걸쳐 접한다. 챔버 덮개부 (122) 와 컵부 (161) 의 상면부 (612) 사이에는 기체 및 액체의 통과를 방지하는 시일부가 형성된다. 이로써, 챔버 본체 (121), 챔버 덮개부 (122), 컵부 (161) 및 컵 대향부 (163) 에 의해 둘러싸이는 밀폐된 공간 (이하, 「확대 밀폐 공간 (100)」이라고 한다) 이 형성된다. 확대 밀폐 공간 (100) 은, 챔버 덮개부 (122) 와 챔버 본체 (121) 사이의 챔버 공간 (120) 과, 컵부 (161) 와 컵 대향부 (163) 에 둘러싸이는 측방 공간 (160) 이, 환상 개구 (81) 를 통해 연통됨으로써 형성된 1 개의 공간이다.
제 1 밀폐 상태에서는, 기판 누름부 (142) 의 복수의 제 2 접촉부 (421) 가 기판 (9) 의 외연부에 접촉된다. 톱 플레이트 (123) 의 하면, 및, 기판 지지부 (141) 의 지지부 베이스 (413) 상에는, 상하 방향으로 대향하는 복수 쌍의 자석 (도시 생략) 이 형성된다. 이하, 각 쌍의 자석을 「자석쌍」이라고도 한다. 기판 처리 장치 (1) 에서는, 복수의 자석쌍이 둘레 방향에 있어서 제 1 접촉부 (411), 제 2 접촉부 (421), 제 1 걸어맞춤부 (241) 및 제 2 걸어맞춤부 (242) 와는 상이한 위치에 등각도 간격으로 배치된다. 기판 누름부 (142) 가 기판 (9) 에 접촉되어 있는 상태에서는, 자석쌍 사이에 작용하는 자력 (인력) 에 의해, 톱 플레이트 (123) 에 하향의 힘이 작용한다. 이로써, 기판 누름부 (142) 가 기판 (9) 을 기판 지지부 (141) 로 압압한다.
기판 처리 장치 (1) 에서는, 기판 누름부 (142) 가 톱 플레이트 (123) 의 자중 및 자석쌍의 자력에 의해 기판 (9) 을 기판 지지부 (141) 로 압압함으로써, 기판 (9) 을 기판 누름부 (142) 와 기판 지지부 (141) 에 의해 상하로부터 사이에 끼워 강고하게 유지할 수 있다.
제 1 밀폐 상태에서는, 피유지부 (237) 의 플랜지부 (239) 가 플레이트 유지부 (222) 의 플랜지부 (224) 의 상방에 이간되어 있어, 플레이트 유지부 (222) 와 피유지부 (237) 는 접촉되지 않는다. 바꾸어 말하면, 플레이트 유지부 (222) 에 의한 톱 플레이트 (123) 의 유지가 해제되어 있다. 이 때문에, 톱 플레이트 (123) 는, 챔버 덮개부 (122) 로부터 독립적으로, 기판 유지부 (14) 및 기판 유지부 (14) 에 유지된 기판 (9) 과 함께, 기판 회전 기구 (15) 에 의해 회전한다.
또, 제 1 밀폐 상태에서는, 제 1 걸어맞춤부 (241) 의 하부의 오목부에 제 2 걸어맞춤부 (242) 가 끼워진다. 이로써, 톱 플레이트 (123) 는, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 둘레 방향에 있어서 기판 지지부 (141) 의 지지부 베이스 (413) 와 걸어 맞춰진다. 바꾸어 말하면, 제 1 걸어맞춤부 (241) 및 제 2 걸어맞춤부 (242) 는, 톱 플레이트 (123) 의 기판 지지부 (141) 에 대한 회전 방향에 있어서의 상대 위치를 규제하는 (즉, 둘레 방향에 있어서의 상대 위치를 고정시키는) 위치 규제 부재이다. 챔버 덮개부 (122) 가 하강할 때에는, 제 1 걸어맞춤부 (241) 와 제 2 걸어맞춤부 (242) 가 끼워 맞춰지도록, 기판 회전 기구 (15) 에 의해 지지부 베이스 (413) 의 회전 위치가 제어된다.
계속해서, 기판 회전 기구 (15) 에 의해 일정한 회전수 (비교적 낮은 회전수이며, 이하, 「정상 회전수」라고 한다) 에 의한 기판 (9) 의 회전이 개시된다. 다음으로, 회전하는 기판 (9) 의 하면 (92) 을 향해, 복수의 가열 가스 공급 노즐 (180a) 로부터, 가열된 가스가 분출됨과 함께, 외측 배기부 (194) 에 의한 확대 밀폐 공간 (100) 내의 가스의 배출이 개시된다. 이로써 기판 (9) 이 가열된다. 그리고, 상부 노즐 (181) 의 중심 토출구 (188a) (도 2 참조) 로부터, 회전하는 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙부를 향해 약액의 공급이 개시된다. 기판 (9) 의 상면 (91) 에 대한 약액 토출은, 기판 (9) 의 중앙부에만 실시되고, 중앙부 이외의 부위에는 실시되지 않는다. 상부 노즐 (181) 로부터의 약액은, 회전하는 기판 (9) 의 상면 (91) 에 연속적으로 액기둥상으로 토출되어 공급된다. 상면 (91) 상의 약액은, 기판 (9) 의 회전에 의해 기판 (9) 의 외주부로 퍼져, 상면 (91) 전체가 약액에 의해 피복된다.
상부 노즐 (181) 로부터의 약액의 공급 중에는, 가열 가스 공급 노즐 (180a) 로부터의 가열 가스의 분출도 계속된다. 이로써, 기판 (9) 을 대략 원하는 온도로 가열하면서, 약액에 의한 상면 (91) 에 대한 에칭이 실시된다. 그 결과, 기판 (9) 에 대한 약액 처리의 균일성을 향상시킬 수 있다. 톱 플레이트 (123) 의 하면은 기판 (9) 의 상면 (91) 에 근접해 있기 때문에, 기판 (9) 에 대한 에칭은, 톱 플레이트 (123) 의 하면과 기판 (9) 의 상면 (91) 사이의 매우 좁은 공간에 있어서 실시된다.
확대 밀폐 공간 (100) 에서는, 회전하는 기판 (9) 의 상면 (91) 으로부터 비산하는 약액이, 환상 개구 (81) 를 통해 컵부 (161) 에서 수용되고, 액 수용 오목부 (165) 로 유도된다. 액 수용 오목부 (165) 로 유도된 약액은, 도 3 에 나타내는 제 1 배출로 (191) 를 통해 기액 분리부 (193) 에 유입된다. 약액 회수부 (195) 에서는, 기액 분리부 (193) 로부터 약액이 회수되어, 필터 등을 통해 약액으로부터 불순물 등이 제거된 후 재이용된다.
상부 노즐 (181) 로부터의 약액의 공급 개시부터 소정 시간 (예를 들어, 60 ∼ 120 초) 경과하면, 상부 노즐 (181) 로부터의 약액의 공급, 및, 가열 가스 공급 노즐 (180a) 로부터의 가열 가스의 공급이 정지된다. 그리고, 기판 회전 기구 (15) 에 의해, 소정 시간 (예를 들어, 1 ∼ 3 초) 만큼 기판 (9) 의 회전수가 정상 회전수보다 높게 되어, 기판 (9) 으로부터 약액이 제거된다.
계속해서, 챔버 덮개부 (122) 및 컵부 (161) 가 동기하여 하방으로 이동한다. 그리고, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 챔버 덮개부 (122) 의 외연부 하단의 립 시일 (231) 이 챔버 측벽부 (214) 의 상부와 접함으로써 환상 개구 (81) 가 닫히고, 챔버 공간 (120) 이 측방 공간 (160) 과 격절된 상태로 밀폐된다. 컵부 (161) 는, 도 1 과 마찬가지로, 퇴피 위치에 위치한다. 이하, 도 6 에 나타내는 챔버 (12) 및 컵부 (161) 의 상태를 「제 2 밀폐 상태」라고 한다. 제 2 밀폐 상태에서는, 기판 (9) 은, 챔버 (12) 의 내벽과 직접 대향하고, 이들 사이에 다른 액 수용부는 존재하지 않는다.
제 2 밀폐 상태에서도, 제 1 밀폐 상태와 마찬가지로, 기판 누름부 (142) 가 기판 (9) 을 기판 지지부 (141) 로 압압함으로써, 기판 (9) 이 기판 누름부 (142) 와 기판 지지부 (141) 에 의해 상하로부터 사이에 끼워져 강고하게 유지된다. 또, 플레이트 유지부 (222) 에 의한 톱 플레이트 (123) 의 유지가 해제되어 있어, 톱 플레이트 (123) 는 챔버 덮개부 (122) 로부터 독립적으로 기판 유지부 (14) 및 기판 (9) 과 함께 회전한다.
챔버 공간 (120) 이 밀폐되면, 외측 배기부 (194) (도 3 참조) 에 의한 가스의 배출이 정지됨과 함께, 내측 배기부 (198) 에 의한 챔버 공간 (120) 내의 가스의 배출이 개시된다. 그리고, 기판 (9) 에 대한 순수의 공급이 순수 공급부 (184) 에 의해 개시된다 (단계 S13).
순수 공급부 (184) 로부터의 순수는, 상부 노즐 (181) 의 복수의 토출구 (188) (도 2 참조) 로부터 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙부에 연속적으로 공급된다. 또, 순수 공급부 (184) 로부터의 순수는, 하부 노즐 (182) 로부터 기판 (9) 의 하면 (92) 의 중앙부에도 연속적으로 공급된다. 상부 노즐 (181) 및 하부 노즐 (182) 로부터 토출되는 순수는 세정액으로서 기판 (9) 에 공급된다.
본 실시형태에서는, 상부 노즐 (181) 로부터 기판 (9) 의 상면 (91) 에 공급되는 순수의 유량은 매분 약 2 리터이다. 구체적으로는, 도 2 에 나타내는 중심 토출구 (188a) 로부터 토출되는 순수의 유량은 매분 약 1 리터이고, 각 주변 토출구 (188b) 로부터 토출되는 순수의 유량은 매분 약 0.5 리터이다. 복수의 토출구 (188) 각각으로부터 토출되는 순수의 유량은 바람직하게는 매분 1 리터 이하로 설정된다.
순수는, 도 6 에 나타내는 기판 (9) 의 회전에 의해 상면 (91) 및 하면 (92) 의 외주부로 퍼지고, 기판 (9) 의 외주 가장자리로부터 외측으로 비산된다. 기판 (9) 으로부터 비산되는 순수는, 챔버 (12) 의 내벽 (즉, 챔버 덮개부 (122) 및 챔버 측벽부 (214) 의 내벽) 에서 수용되고, 도 3 에 나타내는 제 2 배출로 (192), 기액 분리부 (197) 및 배액부 (199) 를 통해 폐기된다 (후술하는 기판 (9) 의 건조 처리에 있어서도 동일). 이로써, 챔버 공간 (120) 에 있어서, 순수에 의한 기판 (9) 에 대한 세정 처리와 함께, 챔버 (12) 내의 세정도 실질적으로 실시된다.
순수의 공급 개시부터 소정 시간 경과하면, 순수 공급부 (184) 로부터의 순수의 공급이 정지된다. 그리고, 복수의 가열 가스 ㄴ공급 노즐 (180a) 로부터 기판 (9) 의 하면 (92) 을 향해 가열된 가스가 분출된다. 이로써, 기판 (9) 이 가열된다.
계속해서, 상부 노즐 (181) 로부터 기판 (9) 의 상면 (91) 상에 IPA 가 공급되어, 상면 (91) 상에 있어서 순수가 IPA 로 치환된다 (단계 S14). IPA 의 공급 개시부터 소정 시간 경과하면, IPA 공급부 (185) 로부터의 IPA 의 공급이 정지된다. 그 후, 가열 가스 공급 노즐 (180a) 로부터의 가열 가스의 분출이 계속 된 상태에서, 기판 (9) 의 회전수가 정상 회전수보다 충분히 높게 된다. 이로써, IPA 가 기판 (9) 상으로부터 제거되고, 기판 (9) 의 건조 처리가 실시된다 (단계 S15). 기판 (9) 의 건조 개시부터 소정 시간 경과하면, 기판 (9) 의 회전이 정지한다. 기판 (9) 의 건조 처리는, 내측 배기부 (198) 에 의해 챔버 공간 (120) 이 감압되어, 대기압보다 낮은 감압 분위기에서 실시되어도 된다.
그 후, 챔버 덮개부 (122) 와 톱 플레이트 (123) 가 상승하여, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 챔버 (12) 가 오픈 상태가 된다. 단계 S15 에서는, 톱 플레이트 (123) 가 기판 지지부 (141) 와 함께 회전하기 때문에, 톱 플레이트 (123) 의 하면에 액체는 거의 잔존하지 않아, 챔버 덮개부 (122) 의 상승시에 톱 플레이트 (123) 로부터 액체가 기판 (9) 상에 낙하하는 경우는 없다. 기판 (9) 은 외부의 반송 기구에 의해 챔버 (12) 로부터 반출된다 (단계 S16).
그런데, 순수에 의한 기판의 세정 처리에서는, 기판과 비저항이 높은 순수의 접촉 등으로 인해 기판이 대전된다. 도 7 은, 상기 서술한 기판 처리 장치 (1) 에 있어서의 세정 처리 후의 기판 (9) 의 전위, 및, 비교예의 기판 처리 장치에 있어서의 세정 처리 후의 기판의 전위를 나타내는 도면이다. 비교예의 기판 처리 장치는, 도 1 에 나타내는 기판 처리 장치 (1) 와 대략 동일한 구조를 갖지만, 비교예의 기판 처리 장치의 상부 노즐에서는, 순수를 토출하는 토출구는 중심축 상에 1 개만 형성된다. 도 7 의 세로축은, 기판 상에 있어서의 전위의 절대치 (이하, 간단히 「전위」라고 한다) 를 나타낸다.
도 7 중의 좌측에 위치하는 3 개의 막대 그래프 (93a ∼ 93c) 는, 도 1 에 나타내는 기판 처리 장치 (1) 에 있어서 세정 처리가 실시된 기판 (9) 의 중앙부에 있어서의 전위, 중앙부와 외연부 사이의 중간부에 있어서의 전위, 및, 외연부에 있어서의 전위를 나타낸다. 또, 3 개의 막대 그래프 (94a ∼ 94c) 는, 비교예의 기판 처리 장치에 있어서, 상부 노즐의 상기 1 개의 토출구로부터 매분 2 리터의 순수를 토출하면서 세정 처리를 실시한 후의 기판의 중앙부, 중간부 및 외연부에 있어서의 전위를 나타낸다. 3 개의 막대 그래프 (95a ∼ 95c) 는, 비교예의 기판 처리 장치에 있어서, 상부 노즐의 토출구로부터 매분 1 리터의 순수를 토출하면서 세정 처리를 실시한 후의 기판의 중앙부, 중간부 및 외연부에 있어서의 전위를 나타낸다. 3 개의 막대 그래프 (96a ∼ 96c) 는, 비교예의 기판 처리 장치에 있어서, 상부 노즐의 토출구로부터 매분 0.5 리터의 순수를 토출하면서 세정 처리를 실시한 후의 기판의 중앙부, 중간부 및 외연부에 있어서의 전위를 나타낸다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 도 1 에 나타내는 기판 처리 장치 (1) 에서는, 상부 노즐 (181) 로부터 토출된 순수가 충돌하는 기판 (9) 의 중앙부의 전위가 가장 크고, 외연부로 향함에 따라 전위는 작아진다. 비교예의 기판 처리 장치에 있어서도 동일하다. 또, 비교예의 기판 처리 장치에 있어서 상부 노즐로부터 기판에 공급되는 순수의 유량이 작아지면, 기판 상의 전위는 작아진다.
도 1 에 나타내는 기판 처리 장치 (1) 에서는, 상기 서술한 바와 같이, 상부 노즐 (181) 로부터 매분 2 리터의 순수가 기판 (9) 에 공급되고, 상부 노즐 (181) 로부터의 순수의 단위 시간당 공급량 (즉, 상부 노즐 (181) 로부터의 순수의 유량) 에만 주목하면, 도 7 중의 막대 그래프 (94a ∼ 94c) 로 나타내는 비교예의 기판 처리 장치와 동일하다. 그러나, 기판 처리 장치 (1) 에서는, 상부 노즐 (181) 이 복수의 토출구 (188) 를 갖고 있어, 중심 토출구 (188a) 로부터는 매분 1 리터의 순수가 토출되고, 각 주변 토출구 (188b) 로부터는 매분 0.5 리터의 순수가 토출된다.
이와 같이, 기판 처리 장치 (1) 에서는, 상부 노즐 (181) 로부터의 순수의 공급량은 동일하더라도, 상부 노즐 (181) 에 복수의 토출구 (188) 를 형성하고, 각 토출구 (188) 로부터 토출되는 순수의 유량을 작게 함으로써, 기판 (9) 상의 전위, 특히 기판 (9) 의 중앙부에 있어서의 전위를 작게 할 수 있다. 특히, 각 토출구 (188) 로부터 토출되는 순수의 유량을 매분 1 리터 이하로 함으로써, 기판 (9) 의 중앙부에 있어서의 대전을 보다 효율적으로 억제할 수 있다.
한편, 상부 노즐로부터 기판 상에 공급되는 순수의 유량이 작아지면, 기판의 세정이 충분히 실시되지 않아, 세정 후의 기판 상에 파티클 등이 남는 경우가 있다. 이와 같은 기판의 세정 부족은 기판의 중심부에서 떨어진 중간부나 외연부에 있어서 현저하고, 기판의 중간부나 외연부에 있어서의 순수의 막두께 부족에서 기인하는 것이라고 생각된다. 도 1 에 나타내는 기판 처리 장치 (1) 에서는, 상기 서술한 바와 같이, 상부 노즐 (181) 에 복수의 토출구 (188) 를 형성함으로써, 각 토출구 (188) 로부터의 순수의 유량을 작게 하면서, 상부 노즐 (181) 로부터 기판 (9) 의 중앙부에 공급되는 순수의 유량이 확보된다. 이로써, 기판 (9) 의 중앙부에 있어서의 대전을 억제하면서 기판 (9) 의 상면 (91) 의 세정을 적절히 실시할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 상부 노즐 (181) 에서는, 중앙에 배치되는 중심 토출구 (188a) 와, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 원주 상에 등각도 간격으로 배치되는 복수의 주변 토출구 (188b) 가 형성된다. 상부 노즐 (181) 로부터 기판 (9) 상에 공급되는 순수는, 기판 (9) 상에 토출되는 위치가 기판 (9) 의 중심에 가까워짐에 따라 기판 (9) 의 상면 (91) 상에 있어서의 이동 거리가 길어져, 기판 (9) 의 세정 처리에 대한 기여도가 높아진다. 기판 처리 장치 (1) 에서는, 중심 토출구 (188a) 로부터 기판 (9) 의 대략 중심으로 순수를 토출함으로써, 기판 (9) 의 세정 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 복수의 주변 토출구 (188b) 가, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 직경 방향의 바람직한 위치에 배치되고, 이들 주변 토출구 (188b) 로부터, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 둘레 방향으로 대략 균등하게 순수를 공급할 수 있다. 그 결과, 기판 (9) 의 상면 (91) 의 세정 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 8 은, 상기 서술한 비교예의 기판 처리 장치에 있어서, 상부 노즐로부터 기판에 공급되는 순수의 유량과, 기판의 상면 상의 각 위치에 있어서의 전위의 관계를 나타내는 도면이다. 도 8 의 가로축은 기판 상의 위치, 구체적으로는 기판의 중심을 0 으로 한 경우의 기판 상의 각 위치의 직경 방향의 좌표 (즉, 기판의 중심으로부터의 거리) 를 나타낸다. 도 8 의 세로축은 기판 상의 각 위치에 있어서의 전위의 절대치 (이하, 간단히 「전위」라고 한다) 를 나타낸다. 선 97a ∼ 97f 는 각각, 상부 노즐 (181) 로부터의 순수의 유량이 매분 2.5 리터, 2 리터, 1.5 리터, 1 리터, 0.5 리터 및 0.2 리터인 경우의 전위를 나타낸다.
비교예의 기판 처리 장치에서는, 상부 노즐로부터의 순수의 유량이 매분 0.2 리터 이하이면, 기판 상에 큰 대전은 발생하지 않는 것으로 생각된다. 도 1 에 나타내는 기판 처리 장치 (1) 에서는, 중심 토출구 (188a) 로부터의 순수의 유량은, 상기 서술한 바와 같이 매분 1 리터이다. 도 8 에 있어서 선 97d 로 나타내는 바와 같이, 매분 1 리터의 유량으로 1 개의 토출구로부터 순수를 토출한 경우, 매분 0.2 리터의 유량으로 1 개의 토출구로부터 순수를 토출하는 경우의 최대 전위를 초과하는 영역 (이하, 「초과 영역」이라고 한다) 은, 기판 (9) 의 중심으로부터 반경 약 10 ㎜ 이내의 범위이다. 도 1 에 나타내는 기판 처리 장치 (1) 에서는, 중심 토출구 (188a) 로부터의 순수에 의한 초과 영역과 각 주변 토출구 (188b) 로부터의 순수에 의한 초과 영역이 겹치지 않도록, 중심 토출구 (188a) 와 각 주변 토출구 (188b) 의 중심간 거리를 20 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 기판 (9) 의 중앙부에 있어서의 대전을 더욱더 억제할 수 있다.
기판 처리 장치 (1) 에서는, 기판 (9) 상의 배선의 부식 방지나 기판 (9) 의 처리 시간 단축을 위해, 순수에 의한 세정 처리에 필요로 하는 시간을 짧게 하는 것이 요구된다. 한편, 세정 시간이 짧은 경우, 기판 (9) 의 중간부나 외연부에 있어서 상기 서술한 막두께 부족 등에서 기인하는 세정 부족이 발생할 가능성이 높아진다.
도 9 는, 기판 (9) 상에 있어서의 순수의 막두께 분포를 나타내는 도면이다. 도 9 의 가로축은 기판 (9) 상의 각 위치의 기판 (9) 의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 세로축은 기판 (9) 상의 각 위치에 있어서의 순수의 막두께를 나타낸다. 선 98a 는, 기판 처리 장치 (1) 에 있어서, 도 2 에 나타내는 상부 노즐 (181) 대신에, 도 10 에 나타내는 상부 노즐 (181b) 로부터 기판 (9) 의 중앙부에, 기판 (9) 의 상면 (91) 과 대략 수직으로 순수를 공급한 경우의 막두께 분포를 나타낸다. 상부 노즐 (181b) 은, 바닥면 (181a) 에 형성된 4 개의 토출구 (188) 로부터 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙부를 향해 순수를 토출한다. 4 개의 토출구 (188) 는, 중앙에 배치되는 1 개의 중심 토출구 (188a) 와, 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 원주 상에 등각도 간격 (즉, 120 도 간격) 으로 배치되는 3 개의 주변 토출구 (188b) 를 포함한다. 중심 토출구 (188a) 와 각 주변 토출구 (188b) 의 중심간 거리는 약 20 ㎜ 이다.
도 9 중의 선 98a 는, 각 토출구 (188) 로부터 매분 0.5 리터의 순수를 토출한 경우의 막두께 분포를 시뮬레이션에 의해 구한 것이다. 이 경우, 상부 노즐 (181b) 로부터 기판 (9) 에 공급되는 순수의 유량은 매분 2 리터이다. 선 98b 는, 중심 토출구 (188a) 만으로부터 매분 0.5 리터의 순수를 토출하고, 주변 토출구 (188b) 로부터는 순수를 토출하지 않는다고 가정한 경우의 막두께 분포를 시뮬레이션에 의해 구한 것이다.
또, 선 98d 는, 기판 (9) 의 중간부나 외연부에 있어서 순수의 막두께가 얇아졌기 때문에 세정 부족이 발생할 우려가 있는 순수의 막두께 분포를 나타낸다. 도 9 에서는, 선 98b 가 선 98d 와 교차하는 위치는, 기판 (9) 의 중심으로부터 약 60 ㎜ 의 위치이다. 선 98a 에서는, 주변 토출구 (188b) 로부터의 순수의 영향으로 인해, 기판 (9) 의 중심으로부터 약 60 ㎜ 의 위치에서는, 순수의 막두께는 선 98d 가 나타내는 임계값보다 커져 있다. 이 때문에, 기판 (9) 의 중간부나 외연부에 있어서의 세정 부족의 발생을 억제할 수 있다.
이와 같이, 기판 처리 장치 (1) 에서는, 복수의 토출구 (188) 를 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 반경 60 ㎜ 이하의 원 내에 배치함으로써, 바꾸어 말하면, 복수의 토출구 (188) 로부터의 순수가 기판 (9) 상에 있어서 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 반경 60 ㎜ 이하의 원 내를 향해 토출됨으로써, 기판 (9) 상의 순수의 막두께가 상기 임계값 미만이 되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 기판 (9) 의 세정 부족의 발생을 억제할 수 있다. 토출구 (188) 의 위치와 기판 (9) 의 반경의 관계에 주목하면, 복수의 토출구 (188) 가, 중심축 (J1) 을 중심으로 하여 기판 (9) 반경의 40 ％ 이하의 원 내에 배치됨으로써, 상기 서술한 바와 같이, 기판 (9) 의 세정 부족의 발생을 억제할 수 있다. 기판 처리 장치 (1) 에 있어서, 도 10 에 나타내는 상부 노즐 (181b) 대신에, 도 2 에 나타내는 상부 노즐 (181) 을 사용한 경우에도 동일하다.
상기 설명에서는, 상부 노즐 (181, 181b) 의 복수의 토출구 (188) 로부터 기판 (9) 의 상면 (91) 에 대략 수직으로 순수가 토출되지만, 토출구 (188) 로부터의 순수의 토출 방향은 중심축 (J1) 에 대해 경사져 있어도 된다. 도 11 은, 기판 (9) 의 중심을 향해 1 개의 토출구로부터 순수를 토출한 경우의 기판 (9) 의 전위 분포를 나타내는 도면이다. 도 11 의 가로축은, 기판 (9) 의 중심을 0 으로 한 경우의 기판 (9) 상의 각 위치의 직경 방향의 좌표를 나타낸다. 도 11 의 세로축은, 기판 (9) 상의 각 위치에 있어서의 전위의 절대치 (이하, 간단히 「전위」라고 한다) 를 나타낸다.
선 99a ∼ 99c 는 각각, 상기 1 개의 토출구로부터의 순수의 토출 방향의 중심축 (J1) 에 대한 경사각 (즉, 토출 방향과 중심축 (J1) 이 이루는 각도) 이 0 도, 30 도 및 60 도인 경우의 전위를 나타낸다. 경사각 0 도란, 토출 방향이 중심축 (J1) 과 평행하여, 기판 (9) 의 상면 (91) 에 대해 대략 수직으로 순수가 토출되는 상태를 나타낸다. 경사각 30 도란, 토출구로부터 토출 방향으로 연장되는 토출축이 기판 (9) 의 상면 (91) 과 교차하는 교점에 있어서 상하 방향으로 연장되는 법선과 당해 토출축이 이루는 각도가 30 도인 상태, 즉, 기판 (9) 의 상면 (91) 상에 토출축을 상하 방향으로 투영한 투영 토출축과 당해 토출축이 이루는 각도가 60 도인 상태를 나타낸다. 경사각 60 도란, 토출축이 기판 (9) 의 상면 (91) 과 교차하는 교점으로부터 상하 방향으로 연장되는 법선과 당해 토출축이 이루는 각도가 60 도인 상태, 즉, 투영 토출축과 토출축이 이루는 각도가 30 도인 상태를 나타낸다.
도 12 는, 상기 경사각과 도 11 에 나타내는 기판 (9) 의 중심에 있어서의 전위의 관계를 나타내는 도면이다. 도 12 의 가로축은 경사각을 나타내고, 세로축은 기판 (9) 의 중심에 있어서의 전위를 나타낸다. 도 11 및 도 12 에 나타내는 바와 같이, 경사각을 30 도 이상으로 함으로써, 기판 (9) 의 중앙부에서의 전위를 크게 저감시킬 수 있다. 기판 처리 장치 (1) 에서는, 복수의 토출구 (188) 중 적어도 1 개의 토출구 (188) 로부터의 순수의 토출 방향과 중심축 (J1) 이 이루는 각도가 30 도 이상인 것이 바람직하다. 이로써, 기판 (9) 의 중앙부에 있어서의 대전을 더욱 억제할 수 있다.
기판 처리 장치 (1) 에서는 여러 가지 변경이 가능하다.
예를 들어, 상부 노즐 (181, 181b) 에서는 중심 토출구 (188a) 주위에는 4 개 이상의 주변 토출구 (188b) 가 동일 원주 상에 등각도 간격으로 배치되어도 된다. 복수의 주변 토출구 (188b) 는 반드시 동일 원주 상에 배치될 필요는 없고, 또 반드시 등각도 간격으로 배치될 필요도 없다. 복수의 주변 토출구 (188b) 는, 중심 토출구 (188a) 주위에 여러 가지 배치로 형성되어도 된다. 중심 토출구 (188a) 주위에는 주변 토출구 (188b) 가 1 개만 형성되어도 된다.
또, 상부 노즐 (181, 181b) 에서는 반드시 중심 토출구 (188a) 가 형성될 필요는 없고, 복수의 토출구 (188) 가 상부 노즐 (181, 181b) 의 바닥면 (181a) 에 있어서 적절히 분포되어 배치되어도 된다. 이 경우, 복수의 토출구 (188) 는 대략 균일하게 분포되어 배치되는 것이 바람직하다.
상부 노즐 (181, 181b) 은 반드시 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙부에 대향하여 고정될 필요는 없다. 상부 노즐 (181, 181b) 은, 적어도 상면 (91) 의 중앙부에 처리액 (즉, 상기 서술한 약액, 순수, IPA 등) 을 공급 가능하면, 예를 들어, 기판 (9) 의 상방에서 기판 (9) 의 중앙부와 외연부 사이에서 왕복 이동을 반복하면서 처리액을 공급하는 구조여도 된다.
기판 처리 장치 (1) 에서는 상부 노즐 (181, 181b) 로부터의 순수는 반드시 연속적으로 액기둥상으로 토출될 필요는 없고, 예를 들어, 상부 노즐 (181, 181b) 의 각 토출구 (188) 로부터 기판 (9) 을 향해 미소한 액적상의 순수가 토출되어도 된다. 다른 처리액 (즉, 상기 서술한 약액 및 IPA) 에 대해서도 동일하다.
기판 처리 장치 (1) 에서는 챔버 공간 (120) 에 가스를 공급하여 가압하는 가압부가 형성되어도 된다. 챔버 공간 (120) 의 가압은, 챔버 (12) 가 밀폐된 제 2 밀폐 상태에서 실시되어, 챔버 공간 (120) 이 대기압보다 높은 가압 분위기가 된다. 또한, 가열 가스 공급부 (187) 가 가압부를 겸해도 된다.
챔버 개폐 기구 (131) 는 반드시 챔버 덮개부 (122) 를 상하 방향으로 이동시킬 필요는 없고, 챔버 덮개부 (122) 가 고정된 상태에서 챔버 본체 (121) 를 상하 방향으로 이동시켜도 된다. 챔버 (12) 는 반드시 대략 원통상에 한정되지는 않고, 여러 가지 형상이어도 된다.
기판 회전 기구 (15) 의 스테이터부 (151) 및 로터부 (152) 의 형상 및 구조는 여러 가지로 변경되어도 된다. 로터부 (152) 는 반드시 부유 상태에서 회전할 필요는 없고, 챔버 (12) 내에 로터부 (152) 를 기계적으로 지지하는 가이드 등의 구조가 형성되어, 당해 가이드를 따라 로터부 (152) 가 회전해도 된다. 기판 회전 기구 (15) 는 반드시 중공 모터일 필요는 없고, 축 회전형의 모터가 기판 회전 기구로서 이용되어도 된다.
기판 처리 장치 (1) 에서는, 기판 (9) 의 세정 처리는 제 1 밀폐 상태에 있어서의 확대 밀폐 공간 (100) 에서 실시되어도 된다. 확대 밀폐 공간 (100) 은, 컵부 (161) 의 상면부 (612) 이외의 부위 (예를 들어, 측벽부 (611)) 가 챔버 덮개부 (122) 에 접함으로써 형성되어도 된다. 컵부 (161) 의 형상은 적절히 변경되어도 된다. 기판 (9) 의 세정 처리는 반드시 밀폐 공간에서 실시될 필요는 없고, 개방된 공간에서 실시되어도 된다.
상부 노즐 (181), 하부 노즐 (182) 및 가열 가스 공급 노즐 (180a) 의 형상은 돌출되는 형상에 한정되지는 않는다. 처리액을 토출하는 토출구, 또는, 불활성 가스나 가열 가스를 분출하는 분출구를 갖는 부위이면 모두 본 실시형태의 노즐의 개념에 포함된다.
기판 처리 장치 (1) 에서는, 약액 공급부 (183) 로부터 공급되는 약액에 의해, 상기 서술한 에칭 처리 이외의 여러 가지 처리, 예를 들어, 기판 상의 산화막의 제거나 현상액에 의한 현상 등이 실시되어도 된다.
기판 처리 장치 (1) 에서는, 반도체 기판 이외에, 액정 표시 장치, 플라즈마 디스플레이, FED (field emission display) 등의 표시 장치에 사용되는 유리 기판의 처리에 이용되어도 된다. 혹은, 기판 처리 장치 (1) 는 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광 자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판 및 태양 전지용 기판 등의 처리에 이용되어도 된다.
상기 실시형태 및 각 변형예에 있어서의 구성은 서로 모순되지 않는 한 적절히 조합되어도 된다.
발명을 상세하게 묘사하여 설명하였지만, 기술한 설명은 예시적인 것으로 한정적인 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한 다수의 변형이나 양태가 가능하다고 할 수 있다.
1 : 기판 처리 장치
9 : 기판
12 : 챔버
15 : 기판 회전 기구
91 : (기판의) 상면
120 : 챔버 공간
121 : 챔버 본체
122 : 챔버 덮개부
141 : 기판 지지부
181, 181b : 상부 노즐
188 : 토출구
188a : 중심 토출구
188b : 주변 토출구
J1 : 중심축
S11 ∼ S16 : 단계

Claims (31)

  1. 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서,
    수평 상태의 기판을 지지하는 기판 지지부와,
    복수의 토출구로부터 상기 기판의 상면의 중앙부를 향해 순수를 세정액으로서 토출하는 노즐과,
    상기 기판 지지부를 상기 기판과 함께 상하 방향을 향하는 중심축을 중심으로 하여 회전시키는 기판 회전 기구를 구비하는, 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구가,
    중앙에 배치되는 중심 토출구와,
    상기 중심축을 중심으로 하는 원주 상에 등각도 간격으로 배치되는 복수의 주변 토출구를 포함하는, 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구가, 상기 중심축을 중심으로 하는 반경 60 ㎜ 이하의 원 내에 배치되는, 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구가, 상기 중심축을 중심으로 하여 상기 기판 반경의 40 ％ 이하의 반경을 갖는 원 내에 배치되는, 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구 각각으로부터 토출되는 상기 세정액의 유량이 매분 1 리터 이하인, 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구 중 적어도 1 개의 토출구로부터의 상기 세정액의 토출 방향과 상기 중심축이 이루는 각도가 30 도 이상인, 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 세정액에 의한 상기 기판에 대한 세정 처리가 실시되는, 밀폐된 내부 공간을 형성하는 밀폐 공간 형성부를 추가로 구비하는, 기판 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구가, 상기 중심축을 중심으로 하는 반경 60 ㎜ 이하의 원 내에 배치되는, 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구가, 상기 중심축을 중심으로 하여 상기 기판 반경의 40 ％ 이하의 반경을 갖는 원 내에 배치되는, 기판 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구 각각으로부터 토출되는 상기 세정액의 유량이 매분 1 리터 이하인, 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구 중 적어도 1 개의 토출구로부터의 상기 세정액의 토출 방향과 상기 중심축이 이루는 각도가 30 도 이상인, 기판 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 세정액에 의한 상기 기판에 대한 세정 처리가 실시되는, 밀폐된 내부 공간을 형성하는 밀폐 공간 형성부를 추가로 구비하는, 기판 처리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구가, 상기 중심축을 중심으로 하여 상기 기판 반경의 40 ％ 이하의 반경을 갖는 원 내에 배치되는, 기판 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구 각각으로부터 토출되는 상기 세정액의 유량이 매분 1 리터 이하인, 기판 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구 중 적어도 1 개의 토출구로부터의 상기 세정액의 토출 방향과 상기 중심축이 이루는 각도가 30 도 이상인, 기판 처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 세정액에 의한 상기 기판에 대한 세정 처리가 실시되는, 밀폐된 내부 공간을 형성하는 밀폐 공간 형성부를 추가로 구비하는, 기판 처리 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구 각각으로부터 토출되는 상기 세정액의 유량이 매분 1 리터 이하인, 기판 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구 중 적어도 1 개의 토출구로부터의 상기 세정액의 토출 방향과 상기 중심축이 이루는 각도가 30 도 이상인, 기판 처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 세정액에 의한 상기 기판에 대한 세정 처리가 실시되는, 밀폐된 내부 공간을 형성하는 밀폐 공간 형성부를 추가로 구비하는, 기판 처리 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구 중 적어도 1 개의 토출구로부터의 상기 세정액의 토출 방향과 상기 중심축이 이루는 각도가 30 도 이상인, 기판 처리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 세정액에 의한 상기 기판에 대한 세정 처리가 실시되는, 밀폐된 내부 공간을 형성하는 밀폐 공간 형성부를 추가로 구비하는, 기판 처리 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액에 의한 상기 기판에 대한 세정 처리가 실시되는, 밀폐된 내부 공간을 형성하는 밀폐 공간 형성부를 추가로 구비하는, 기판 처리 장치.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구 각각으로부터 상기 세정액이 연속적으로 액기둥상 (液柱狀) 으로 토출되는, 기판 처리 장치.
  24. 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서,
    a) 수평 상태의 기판을 지지하고, 상하 방향을 향하는 중심축을 중심으로 하여 회전시키는 공정과,
    b) 복수의 토출구로부터 상기 기판의 상면의 중앙부를 향해 순수를 세정액으로서 토출하는 공정을 구비하는, 기판 처리 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구가,
    상기 중심축 상에 배치되는 중심 토출구와,
    상기 중심축을 중심으로 하는 원주 상에 등각도 간격으로 배치되는 복수의 주변 토출구를 포함하는, 기판 처리 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구가, 상기 중심축을 중심으로 하는 반경 60 ㎜ 이하의 원 내에 배치되는, 기판 처리 방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 토출구가, 상기 중심축을 중심으로 하여 상기 기판 반경의 40 ％ 이하의 반경을 갖는 원 내에 배치되는, 기판 처리 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 b) 공정에 있어서, 상기 복수의 토출구 각각으로부터 토출되는 상기 세정액의 유량이 매분 1 리터 이하인, 기판 처리 방법.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 b) 공정에 있어서, 상기 복수의 토출구 중 적어도 1 개의 토출구로부터의 상기 세정액의 토출 방향과 상기 중심축이 이루는 각도가 30 도 이상인, 기판 처리 방법.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 b) 공정은 밀폐된 공간의 내부에서 실시되는, 기판 처리 방법.
  31. 제 24 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 공정에 있어서, 상기 복수의 토출구 각각으로부터 상기 세정액이 연속적으로 액기둥상으로 토출되는, 기판 처리 방법.
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