KR20170012047A - 기판 액처리 장치, 기판 액처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판을 투입한 직후에 있어서의 처리조 내의 약액 성분 농도의 저하를 억제하는 것을 목적으로 한다.
기판 액처리 장치의 제어부(5)는, 농도 검출부(441)에 의해 검출된 약액 성분의 농도에 기초하여, 처리조(21) 내의 처리액 중에 포함되는 약액 성분의 농도가 미리 정해진 허용 하한값 미만으로 되지 않도록, 약액 성분 공급부(42, 43)에 의해 처리액에 약액 성분을 보충하는 피드백 제어로서의 제1 제어를 실행한다. 제어부는, 제1 제어와는 별도로, 처리조 내의 처리액 중에 기판이 투입되기 전 혹은 투입된 직후에, 또는 기판의 투입 전으로부터 투입 후에 걸쳐, 상기 기판의 투입에 기인하여 발생하는 약액 성분 농도의 저하를 상쇄하기 위해서 필요한 미리 정해진 양의 약액 성분을, 약액 성분 공급부에 의해 처리액에 보충하는 제2 제어를 실행한다.
기판 액처리 장치의 제어부(5)는, 농도 검출부(441)에 의해 검출된 약액 성분의 농도에 기초하여, 처리조(21) 내의 처리액 중에 포함되는 약액 성분의 농도가 미리 정해진 허용 하한값 미만으로 되지 않도록, 약액 성분 공급부(42, 43)에 의해 처리액에 약액 성분을 보충하는 피드백 제어로서의 제1 제어를 실행한다. 제어부는, 제1 제어와는 별도로, 처리조 내의 처리액 중에 기판이 투입되기 전 혹은 투입된 직후에, 또는 기판의 투입 전으로부터 투입 후에 걸쳐, 상기 기판의 투입에 기인하여 발생하는 약액 성분 농도의 저하를 상쇄하기 위해서 필요한 미리 정해진 양의 약액 성분을, 약액 성분 공급부에 의해 처리액에 보충하는 제2 제어를 실행한다.
Description
본 발명은 처리조 내에 저류된 처리액에 기판을 침지하여 처리를 행할 때에, 처리액 중의 약액 성분 농도의 저하를 방지하는 기술에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판에 회로 패턴을 형성하기 위해서 포토리소그래피 기술이 이용된다. 원하는 회로 패턴이 형성된 후, 레지스트막은 SPM액[Sulfuric acid hydrogen Peroxide Mixture(황산과 과산화수소수의 혼합액)]을 이용하여 기판으로부터 제거된다. 이 레지스트 제거 처리는, 예컨대, 복수 장(예컨대 50장)의 기판을, 웨이퍼 보트 등으로 불리는 기판 유지구에 유지시킨 상태로, 처리조 내에 저류된 SPM액 중에 침지함으로써 행해진다(예컨대 특허문헌 1을 참조).
복수 장의 기판을 한데 모아 한번에 처리하는 배치(batch) 처리를 행하는 경우, 기판의 투입 후에 단숨에 반응이 진행됨으로써, 처리액 중의 약액 성분 농도가 허용 하한값을 하회한다. 처리조 내에서의 약액 성분 농도가 허용 하한값을 하회하고 있는 기간이 길면, 레지스트 제거 처리의 소요 시간이 길어진다.
본 발명은 기판을 투입한 직후에 있어서의 처리조 내의 약액 성분 농도의 저하 기간을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 처리액이 저류되고, 저류된 처리액에 기판이 침지되어 기판의 처리가 행해지는 처리조와, 상기 처리액에 대해, 상기 처리액을 생성하기 위한 약액 성분을 공급하는 약액 성분 공급부와, 상기 처리액 중에 포함되는 약액 성분의 농도를 검출하는 농도 검출부와, 상기 농도 검출부에 의해 검출된 약액 성분의 농도에 기초하여, 상기 처리조 내의 처리액 중에 포함되는 약액 성분의 농도가 미리 정해진 허용 하한값 미만으로 되지 않도록, 상기 약액 성분 공급부에 의해 상기 처리액에 약액 성분을 보충하는 피드백 제어로서의 제1 제어를 실행하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제1 제어와는 별도로, 상기 처리조 내의 처리액 중에 기판이 투입되기 전 혹은 투입된 직후에, 또는 기판의 투입 전으로부터 투입 후에 걸쳐, 상기 기판의 투입에 기인하여 발생하는 약액 성분 농도의 저하를 상쇄하기 위해서 필요한 미리 정해진 양의 약액 성분을, 상기 약액 성분 공급부에 의해 상기 처리액에 보충하는 제2 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 처리조에 저류된 처리액에 기판을 침지함으로써 상기 기판을 처리하는 기판 액처리 방법으로서, 상기 처리액 중에 포함되는 약액 성분의 농도를 검출하고, 검출 결과에 기초하여, 상기 처리조 내의 처리액 중에 포함되는 약액 성분의 농도가 미리 정해진 허용 하한값 미만으로 되지 않도록 상기 처리액에 약액 성분을 보충하는 피드백 제어로서의 제1 제어를 실행하는 것과, 상기 제1 제어와는 별도로, 상기 처리조 내의 처리액 중에 기판이 투입되기 전 혹은 투입된 직후에, 또는 기판의 투입 전으로부터 투입 후에 걸쳐, 상기 기판의 투입에 기인하여 발생하는 약액 성분 농도의 저하를 상쇄하기 위해서 필요한 미리 정해진 양의 약액 성분을, 상기 처리액에 보충하는 제2 제어를 실행하는 것을 구비한 기판 액처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 의하면, 기판 액처리 장치의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터에 의해 실행되었을 때에, 상기 컴퓨터가 상기 기판 액처리 장치를 제어하여 상기 기판 액처리 방법을 실행시키는 프로그램이 기록된 기억 매체가 제공된다.
상기 본 발명의 실시형태에 의하면, 기판의 투입 후에 약액 성분 농도가 저하되어 있는 기간을 최소한으로 억제할 수 있다.
도 1은 발명의 일 실시형태에 따른 SPM 처리 장치를 구비한 기판 처리 시스템의 전체 구성을 도시한 평면도이다.
도 2는 SPM 처리 장치의 구성을 설명하기 위한, 처리조의 종단면도를 포함하는 배관도이다.
도 3은 약액 성분 농도의 변화와 약액 보충 동작을 설명하기 위한 타임 차트이다(비교예).
도 4는 약액 성분 농도의 변화와 약액 보충 동작을 설명하기 위한 타임 차트이다(실시예).
도 2는 SPM 처리 장치의 구성을 설명하기 위한, 처리조의 종단면도를 포함하는 배관도이다.
도 3은 약액 성분 농도의 변화와 약액 보충 동작을 설명하기 위한 타임 차트이다(비교예).
도 4는 약액 성분 농도의 변화와 약액 보충 동작을 설명하기 위한 타임 차트이다(실시예).
처음으로, 기판 액처리 장치의 일 실시형태인 SPM 처리 장치(2)를 구비한 웨이퍼 처리 시스템(1)에 대해 도 1 및 도 2를 참조하면서 간단히 설명한다. 웨이퍼 처리 시스템(1)은, FOUP(6)의 반입 및 반출이 행해지는 반입 반출부(11)와, 웨이퍼(W)의 배열 및 자세의 변환을 행하는 인터페이스부(12)와, 웨이퍼(W)를 건조시키는 2개의 건조 처리부(13)와, SPM 처리를 행하는 2개의 SPM 처리부(14)를 갖는다.
반입 반출부(11)에는, 외부의 반송 장치와의 사이에서 FOUP(6)의 수용 및 배출을 행하기 위한 배치대(111)와, 반입 반출부(11) 내에서 FOUP(6)를 반송하는 제1 반송 아암(112)과, FOUP(6)에 대한 웨이퍼(W)의 반출 및 반입 작업을 위해서 FOUP(6)를 배치하기 위한 전달대(113)와, 웨이퍼(W)를 취출한 후의 FOUP(6)를 일시적으로 보관하기 위한 보관 선반(114)이 설치되어 있다.
제1 반송 아암(112)은, 배치대(111), 전달대(113) 및 각 보관 선반(114)과의 사이에서 FOUP(6)를 반송할 수 있다. 전달대(113)는, 반입 반출부(11)와 인터페이스부(12)를 구획하는 구획벽(115)에 고정되어 있다. 구획벽(115)에는, FOUP(6)의 전면(前面)에 설치된 덮개를 착탈하는 기능을 갖는 도어(121)가 설치되어 있다.
인터페이스부(12)에는, 전달대(113) 상에 배치된 FOUP(6)에 대해 웨이퍼(W)의 취출 및 수납을 행하는 2개의 전달 아암(122)과, 웨이퍼(W)의 자세 변환을 행하는 자세 변환 장치(124)와, 인터페이스부(12), 건조 처리부(13) 및 SPM 처리부(14) 사이에서 웨이퍼(W)를 반송하는 제2 반송 아암(125)이 설치되어 있다.
전달 아암(122)은 회전 가능한 아암대(123) 상에 설치되어 있다. 전달 아암(122)은, 복수의 웨이퍼(W)를 수평 자세로 상하 방향으로 나란히 유지할 수 있다. 자세 변환 장치(124)는, 유지한 복수의 웨이퍼(W)를 한데 모아 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)가 수평 자세로 상하 방향으로 늘어서 있는 상태, 또는, 웨이퍼(W)가 수직 자세로 수평 방향으로 늘어서 있는 상태로 할 수 있다. 제2 반송 아암(125)은, 수직 자세로 수평 방향으로 늘어서 있는 50장의 웨이퍼(W)를 웨이퍼 지지부(126)에 의해 유지한 상태로, 인터페이스부(12), 건조 처리부(13) 및 SPM 처리부(14) 사이에서 수평 이동할 수 있다.
각 건조 처리부(13)에는, 제2 반송 아암(125)의 웨이퍼 지지부(126)를 세정하는 아암 세정 유닛(132)과, 세정 후의 웨이퍼(W) 및 웨이퍼 지지부(126)의 건조 처리를 행하는 웨이퍼 건조 유닛(131)이 설치되어 있다.
각 SPM 처리부(14)에는, SPM액을 저류하는 SPM 처리조(21)와, SPM 처리 후의 웨이퍼(W)의 린스 처리를 위한 린스액 예컨대 순수를 저류하는 린스조(141)가 설치되어 있다. SPM 처리조(21) 및 린스조(141)에는, 웨이퍼 보트(3) 및 그 승강 기구(31)가 설치되어 있다. 웨이퍼 보트(3)는, 제2 반송 아암(125)이 웨이퍼(W)를 유지할 때와 동일한 자세 및 배열로, 복수의 웨이퍼(W)를 유지할 수 있다. 승강 기구(31)는, 웨이퍼 보트(3)를, 웨이퍼 보트(3)와 제2 반송 아암(125) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해지는 전달 위치와, 웨이퍼 보트(3)에 유지된 웨이퍼(W)가 SPM 처리조(21) 내의 SPM액 중에 침지되는 처리 위치 사이에서 승강시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 보트(3)는, 지면(紙面) 연직 방향으로 연장되는 4개의 막대 형상의 웨이퍼 지지부(32)를 갖는다. 각 웨이퍼 지지부(32)에는, 그 길이 방향을 따라 간격을 두고 복수(50개∼52개 정도)의 웨이퍼 유지홈(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 웨이퍼 지지부(32)는, 승강 기구(31)에 의해 승강하는 베이스(도시하지 않음)에 고정되어 있다.
SPM 처리조(21)는, 석영 또는 폴리프로필렌으로 제조되어 있다. 외조(外槽; 212)가, SPM 처리조(21)의 상단부의 전체 둘레를 둘러싸고 있고, SPM 처리조(21)로부터 오버플로우된 SPM액을 받는다. SPM 처리조(21)의 상부 가장자리부에는, V자형의 복수의 노치(211)가 형성되어 있다. 이러한 노치(211)를 형성함으로써, SPM 처리조(21)의 상단으로부터 SPM액이 원활하게 유출된다.
SPM 처리조(21) 내의 바닥부에는, SPM 처리조(21) 내에 SPM액을 공급하기 위한 2개의 막대 형상의 SPM 공급 노즐(22)이 설치되어 있다. 각 SPM 공급 노즐(22)에는 길이 방향으로 간격을 두고 다수의 토출 구멍(221)이 형성되어 있다. SPM 공급 노즐(22)은, 웨이퍼 보트(3)에 연직 자세로 수평 방향(도 2의 지면 연직 방향)으로 간격을 두고 유지된 상태로 SPM 처리조(21) 내의 SPM액 중에 침지된 웨이퍼(W)를 향해, 비스듬히 상방으로 SPM액을 토출한다.
외조(212)의 바닥벽에 순환 라인(410)의 일단이 접속되어 있다. 순환 라인(410)의 타단측은 SPM 공급 노즐(22)에 접속되어 있다. 순환 라인(410)에는, 순환 라인(410) 내에 외조(212)로부터 SPM 처리조(21)[SPM 처리조(21) 내의 SPM 공급 노즐(22)]를 향하는 SPM액의 흐름을 형성하는 펌프(411)와, SPM액을 가열하는 히터(412)와, SPM액 중의 고형 불순물을 제거하는 필터(413)가, 이 순서로 개재되어 있다. SPM 처리 장치(2)의 통상 운전시에는, 펌프(411)는 항상 가동하고 있고, SPM 처리조(21)로부터 외조(212)로 오버플로우된 SPM액은, 순환 라인(410) 및 SPM 공급 노즐(22)을 거쳐 다시 SPM 처리조(21) 내로 복귀된다.
SPM 처리조(21) 내에 설치된 온도 센서(25)에 의해 검출된 SPM액의 온도에 기초하여, SPM 처리조(21) 내의 SPM액의 온도가 미리 정해진 온도 예컨대 100℃∼130℃의 범위 내의 온도가 되도록, 히터(412)에의 공급 전력이 제어된다.
펌프(411)의 하류측에 있어서, 순환 라인(410)으로부터 약액 성분 농도 감시용의 샘플링 라인(440)이 분기되어 있다. 샘플링 라인(440)에는, SPM액 중에 포함되는 약액 성분의 농도(즉, 과산화수소 농도 및 황산 농도)를 감시하기 위한 농도 검출부(441)가 개재되어 있다. 샘플링 라인(440)의 하류단은 외조(212)에 접속되어 있고, 순환 라인(410)으로부터 샘플링 라인(440)으로 유입된 SPM액은 외조(212)로 복귀된다.
외조(212)에는, 과산화수소수 공급 라인(420)을 통해 과산화수소수 탱크(421)가 접속되어 있다. 과산화수소수 공급 라인(420)에는, 과산화수소수 공급 펌프(422), 개폐 밸브(423)가 순차 개재되어 있다. 과산화수소수 탱크(421), 과산화수소수 공급 라인(420) 및 과산화수소수 공급 펌프(422)는, 과산화수소수 공급부(42), 즉 제1 약액 성분 공급부를 구성한다.
외조(212)에는, 또한, 황산 공급 라인(430)을 통해 황산 탱크(431)가 접속되어 있다. 황산 공급 라인(430)에는, 황산 공급 펌프(432), 개폐 밸브(433)가 순차 개재되어 있다. 황산 탱크(431), 황산 공급 펌프(432) 및 개폐 밸브(433)는, 황산 공급부(43), 즉 제2 약액 성분 공급부를 구성한다.
과산화수소수 공급 라인(420)을 구성하는 배관은, 외조(212)의 바닥벽 부근의 높이 위치에서 개구되어 있다. 황산 공급 라인(430)을 구성하는 배관은, 외조(212) 내의 비교적 높은 높이 위치에서 개구되어 있다. 이와 같이 함으로써, 비중이 작은 과산화수소수가, SPM액에 충분히 혼합된다. 한편, 과산화수소수 공급 라인(420)을 구성하는 배관은, 외조(212)의 바닥벽에 형성된 배출구[이 배출구에는 순환 라인(410)이 접속됨]의 내부에 삽입되고, 상기 배관의 선단(개구단)은 배출구의 입구로부터 예컨대 1 ㎝ 정도 하방에 위치시키는 것이 바람직하다.
외조(212)는, SPM 처리조(21)와 마찬가지로 석영이나 폴리프로필렌 등의 투명한 부재에 의해 형성되어 있다. 예컨대 광학식의 액면 센서(24)가, 외조(212) 내의 액위가 미리 정해진 높이 이상으로 되어 있는지의 여부를 검출하기 위해서 설치되어 있다. 액위가 낮은 경우에는, 후술하는 약액 성분 농도의 피드백 제어와는 무관하게, 과산화수소수 공급부(42) 및 황산 공급부(43)에 의해 미리 정해진 비율로 약액 성분이 보충된다.
후드부(231)가 SPM 처리조(21) 및 외조(212)를 덮고 있다. 후드부(231)는, SPM 처리조(21) 및 외조(212)로부터 증발된 SPM의 증기가 확산됨으로써 웨이퍼 처리 시스템(1) 내부를 오염시키는 것을 방지한다. 후드부(231) 내의 분위기는, 후드부(231)의 하부 측벽에 접속된 배기로(233)를 통해, 공장 배기계로 배출된다. 후드부(231)의 상면에는 덮개부(232)가 설치되어 있다. 웨이퍼(W)의 반출 및 반입시에는, 덮개부(232)가 개방되어, 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(3)의 승강이 가능해진다.
또한, 웨이퍼 처리 시스템은 제어 장치(5)를 구비한다. 제어 장치(5)는, 예컨대 컴퓨터이며, 제어부(5A)와 기억부(5B)를 구비한다. 기억부(5B)에는, 웨이퍼 처리 시스템(1)에 있어서 실행되는 각종의 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(5A)는, 기억부(5B)에 기억된 프로그램을 읽어내어 실행함으로써 SPM 처리 장치(2)를 포함하는 웨이퍼 처리 시스템(1)의 동작을 제어한다.
한편, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것이며, 그 기억 매체로부터 제어 장치(5)의 기억부(5B)에 인스톨된 것이어도 좋다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로서는, 예컨대 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
웨이퍼 처리 시스템(1)의 작용에 대해 이하에 설명한다. 웨이퍼(W)를 25장씩 수납한 FOUP(6)가, 외부 반송 로봇에 의해 배치대(111)에 반입된다. 이 FOUP(6)를, 제1 반송 아암(112)이 전달대(113)로 이동시킨다.
덮개 착탈 기능을 갖는 도어(121)가, FOUP(6)의 덮개를 제거한다. FOUP(6) 내에 2개의 전달 아암(122) 중 어느 하나가 진입하여, 웨이퍼(W)를 취출한다. 빈 FOUP(6)에 덮개가 부착되고, 제1 반송 아암(112)이 이 FOUP(6)를 보관 선반(114)으로 이동시킨다.
아암대(123)가 회전하여, 전달 아암(122)이 자세 변환 장치(124)에 대향한다. 웨이퍼(W)가, 전달 아암(122)으로부터 자세 변환 장치(124)에 건네진다.
자세 변환 장치(124)는, 웨이퍼(W)의 간격 조정 및 자세 변환을 행하고, 그 후, 인터페이스부(12) 내에 위치하는 제2 반송 아암(125)에 웨이퍼(W)를 건네준다. 상기와 동일한 조작이 다른 FOUP(6)로부터 취출된 25장의 웨이퍼(W)에 대해서도 행해지고, 제2 반송 아암(125)이 50장의 웨이퍼(W)를 유지하게 된다. 그러면, 제2 반송 아암(125)은, 2개의 SPM 처리부(14) 중 어느 하나에 웨이퍼(W)를 반입한다. 즉, 제2 반송 아암(125)으로부터 상승 위치에 있는 웨이퍼 보트(3)에 웨이퍼(W)가 건네진다.
계속해서, 웨이퍼 보트(3)가 강하하여 SPM 처리조(21) 내의 SPM액 중에 웨이퍼(W)가 침지되고, 후드부(231)의 덮개부(232)가 폐쇄된다. 웨이퍼(W)가 미리 정해진 시간(예컨대 10분간∼15분간) SPM액 중에 침지됨으로써, 웨이퍼(W)의 표면 상에 있는 레지스트막이 제거된다. 이 레지스트막의 제거 처리(SPM 처리) 및 SPM액의 농도 관리에 대해서는 후술한다.
계속해서, 덮개부(232)를 개방하여 웨이퍼 보트(3)를 상승시키고, 제2 반송 아암(125)이 SPM 처리가 끝난 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(3)로부터 수취한다. 그 후, 덮개부(232)가 폐쇄된다. 제2 반송 아암(125)은 웨이퍼(W)를 린스조(141)에 반입하고, 거기서 웨이퍼(W)의 순수 린스가 행해진다. 계속해서 웨이퍼(W)는 건조 처리부(13)에 반송되고, 거기서 IPA 증기를 이용한 웨이퍼(W)의 건조 처리가 행해진다. 웨이퍼(W)가 제2 반송 아암(125)에 의해 인터페이스부(12)에 반송된다.
그 후, 50장의 웨이퍼(W)는, 전술한 순서와 반대의 순서에 따라, 자세 변환 장치(124)에 의해 자세 변환이 된 후에, 전달 아암(122)에 의해 25장씩 원래의 FOUP(6)로 복귀된다. 처리가 끝난 웨이퍼(W)를 수납한 FOUP(6)는, 제1 반송 아암(112)에 의해 배치대(111) 상으로 이동된다.
이하에 SPM 처리조(21)에서 행해지는 SPM 처리 및 SPM의 농도 관리에 대해 상세히 설명한다.
SPM액에 관련된 주요한 화학 반응은 이하와 같다.
H2O2 자기 분해 반응: H2O2→H2O+1/2O2
산화 환원 반응: H2SO4+H2O2→H2SO5+H2O→H2SO4+H2O+1/2O2
레지스트 산화 반응: H2SO5+C(resist)→H2SO4+CO2
따라서, SPM액 중의 H2O2(과산화수소) 및 H2SO4(황산)의 증감은 이하와 같이 된다.
H2O2(과산화수소)는 레지스트 산화 반응에 기여하는 카로산(H2SO5)을 생성하는 반응에 의해, 또한, 자기 분해 반응에 의해 물로 변화한다. 따라서, SPM액 중에 포함되는 과산화수소의 총량 및 농도는 시간 경과와 함께 감소해 간다.
SPM액 중의 황산의 총량은, 상기한 화학 반응에 의해서는 시간 경과와 함께 감소하는 일은 없다. 그러나, 상기한 화학 반응에 의해 과산화수소에서 유래하는 상당히 많은 양의 물이 생성됨으로써, SPM액 중에 포함되는 황산의 농도는 시간과 함께 감소해 간다.
또한, 상기에 더하여, SPM액 중에 레지스트가 부착된 웨이퍼(W)가 침지되어 있을 때에는, 레지스트 산화 반응이 발생하고, 이에 따라 산화 환원 반응이 촉진되기 때문에, SPM액 중의 과산화수소 농도가 급격히 감소된다. 또한, 과산화수소 농도 유래의 물이 증가하기 때문에, 황산 농도도 저하된다.
상기 이외의 과산화수소 및 황산 농도의 변화에 영향을 주는 요인으로서는, 비교적 고온(예컨대 100℃∼130℃)으로 가열되어 있는 SPM액 중에 포함되는 물이 증발되는 것, 처리가 끝난 웨이퍼(W)가 SPM 처리조(21)로부터 린스조(141)에 반송될 때에, 웨이퍼(W)와 함께 SPM액이 SPM 처리조(21)로부터 반출되는 것 등이 있다. 그러나, 이들 요인은, 상기 화학 반응과 비교하면 영향은 작다.
레지스트가 부착된 웨이퍼(W)를 적절히 처리하기 위해서는, SPM액 중의 카로산 농도가 적정 범위로 유지되어 있을 필요가 있고, 이를 위해서는 과산화수소 농도 및 황산 농도가 적정 범위로 유지되어 있을 필요가 있다.
이 때문에, SPM액 중의 과산화수소 농도 및 황산 농도는, 샘플링 라인(440)에 설치된 농도 검출부(441)에 의해 항상 감시되고 있다. 농도 검출부(441)에 의해 검출된 과산화수소 농도가 미리 정해진 허용 하한값(관리값)을 하회했을 때에는, 피드백 제어에 의해, 과산화수소수 공급부(42)에 의해 SPM액 중에 과산화수소수가 공급된다. 과산화수소수의 공급은, 개폐 밸브(423)를 개방하고, 과산화수소수 공급 펌프(422)를 구동함으로써 행할 수 있다. 마찬가지로, 농도 검출부(441)에 의해 검출된 황산 농도가 미리 정해진 하한값(관리값)을 하회했을 때에는, 피드백 제어에 의해, 황산 공급부(43)에 의해 SPM액 중에 황산이 공급된다. 황산의 공급은, 개폐 밸브(433)를 개방하고, 황산 공급 펌프(432)를 구동함으로써 행할 수 있다.
전술한 과산화수소 농도의 피드백 제어는, 예컨대 이하와 같이 하여 행해진다. 즉, 농도 검출부(441)에 의해 과산화수소 농도가 미리 정해진 하한값을 하회한 것이 검출되면, 미리 정해진 일정량의 과산화수소를 과산화수소수 공급부(42)로부터 SPM액 중에 공급한다. 이러한 공급을 위해서, 과산화수소수 공급 펌프(422)로서, 정량 펌프 예컨대 다이어프램 펌프를 이용할 수 있다. 이 일정량의 과산화수소의 공급 후에 미리 정해진 시간이 경과한 후에 있어서도 과산화수소 농도가 여전히 하한값을 하회하고 있다면, 전술한 일정량의 과산화수소를 SPM액 중에 더 공급한다. 황산 농도의 피드백 제어도, 동일하게 하여 행할 수 있다. 한편, 이 피드백 제어를 「피드백 제어 1」이라고도 부르기로 한다.
그런데, 배치 처리 장치에 있어서는, 한번에 다수(최근의 일반적인 배치 처리 장치에서는 50장 정도)의 웨이퍼가 동시에 처리된다. 따라서, SPM 처리조(21)에 다수의 웨이퍼(W)를 투입하면, SPM액 중의 약액 성분이 급격히 소비되어, 약액 성분 농도가 급격히 저하된다. 이때, 피드백 제어의 응답 속도를 올리는 것이 곤란하기 때문에, 웨이퍼(W) 투입 직후에 급격히 저하된 약액 성분 농도가 원래대로 복귀하기까지 어느 정도의 시간이 걸린다. 약액 성분 농도가 원래대로 복귀하기까지의 사이에, 낮은 카로산 농도의 SPM액으로 웨이퍼(W)가 처리되게 되고, 그 결과, 레지스트를 완전히 박리하기 위해서 필요한 시간이 길어진다.
이 문제를 해결하기 위해서, 본 실시형태에서는, 투입한 웨이퍼(W)와 SPM액의 반응에 기인하여 웨이퍼(W) 투입 후에 발생하는 SPM액 중의 약액 성분 농도의 저하를 추정하고, 이 추정된 약액 성분 농도의 저하를 상쇄하기 위해서 필요한 양(혹은 이 필요한 양과 대략 동일한 양)의 약액 성분을, SPM액 중에의 웨이퍼(W)의 투입(침지) 전(바람직하게는 투입 직전)에, 과산화수소수 공급부(42) 및 황산 공급부(43)로부터 SPM액 중에 공급(선취 보충)하고 있다. 이 웨이퍼(W) 투입시의 약액 성분의 선취 보충시에는 전술한 피드백 제어가 무효가 되고, 약액 성분의 선취 보충이 종료된 후에 전술한 피드백 제어가 다시 유효하게 된다.
약액 성분 농도의 저하를 상쇄하기 위해서 필요한 양은 계산(시뮬레이션)에 의해 구해도 좋고, 실험에 의해 구해도 좋으며, 실험과 계산을 병용하여 구해도 좋다. 실험에 의해 구하는 경우에는, 예컨대, 통상의 피드백 제어만을 행하고 있는 경우에 있어서, 웨이퍼(W)가 SPM 처리조(21) 내에 투입되고 나서 취출되기까지의 사이에 과산화수소수 공급부(42)[또는 황산 공급부(43)]로부터 SPM액 중에 공급된 과산화수소수(또는 황산)의 양을 측정하고, 이 양을 약액 성분 농도의 저하를 상쇄하기 위해서 필요한 양이라고 간주할 수 있다.
웨이퍼(W)의 처리에 기인하는 SPM액 중의 약액 성분 농도의 저하는, 한번에 처리되는 웨이퍼(W)의 매수(배치 사이즈), 웨이퍼 표면 상에 존재하는 레지스트막의 양을 표시하는 파라미터(두께, 총 면적 또는 총 체적 등), 레지스트막의 종류, SPM액의 레지스트막에 대한 반응성에 영향을 주는 레지스트막에의 부가적 처리(예컨대 이온 주입, 애싱)의 유무 또는 정도(예컨대 이온 주입에 있어서의 이온 주입량) 등의 각종 조건(이하, 「피처리체 파라미터」라고도 부름)에 의해 영향을 받는다. 따라서, 피처리체 파라미터를 고려하여, 약액 성분 농도의 저하를 상쇄하기 위해서 필요한 약액 성분의 공급량(이하, 「필요 보충량」이라고도 부름)을 구하는 것이 바람직하다. 여러 가지 피처리체 파라미터의 조합에 대응하는 필요 보충량은, 제어 장치(5)의 기억부(5B)에 저장해 둘 수 있다. 이 경우, 제어 장치(5)는, SPM 처리 장치(2)에 의해 이제부터 처리하려고 하고 있는 웨이퍼(W)에 관한 피처리체 파라미터를 파악하고, 파악한 피처리체 파라미터에 대응하는 필요 보충량을 기억부(5B)로부터 끌어낼 수 있다. 이제부터 처리하려고 하고 있는 웨이퍼(W)에 관한 피처리체 파라미터는, 예컨대, 기억부(5B)에 저장된 프로세스 레시피를 참조함으로써, 혹은, 반도체 제조 공장에 설치된 여러 가지 처리 시스템의 동작을 관리하는 호스트 컴퓨터로부터 정보를 수신함으로써, 파악할 수 있다.
상기와 같은 제어 순서를 이용하지 않고, 프로세스 레시피에 의해 상기 선취 보충에 대해 미리 규정해 두어도 좋다. 즉, 예컨대, 제어 장치(5)의 기억부(5B)에 저장되어 있는 프로세스 레시피에, 「미처리 웨이퍼(W)를 SPM 처리조(21) 내에 저류된 SPM액에 침지하기 위해서 웨이퍼 보트(3)를 처리 위치로 하강시킨다」라고 하는 동작을 행하기 전에, 「과산화수소수 공급부(42)로부터 매초 X1 리터의 유량으로 Y1초간 과산화수소수를 공급한다」라고 하는 동작과, 「황산 공급부(43)로부터 매초 X2 리터의 유량으로 Y2초간 황산을 공급한다」라고 하는 동작에 대응하는 지령값을 프로세스 레시피에 편입시켜 두어도 좋다.
또한, 통상, 웨이퍼 처리 시스템(1)에서는, 전달대(113)에 FOUP(6)가 놓여지고 FOUP(6)의 덮개가 제거된 후이며 또한 전달 아암(122)이 FOUP(6)로부터 웨이퍼(W)를 취출하기 전에, FOUP(6) 내의 웨이퍼(W)의 수납 상태를 확인하는 매핑이라고 하는 조작이 행해진다. 이 매핑 조작을 위해서 인터페이스부(12)에 광학식의 매핑 센서(도시하지 않음)가 설치된다. 매핑시에 검출된 FOUP(6) 내에 수납되어 있는 웨이퍼(W)의 매수의 데이터를, 상기 피처리체 파라미터의 하나로서 이용할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 프로세스 레시피에 의해 웨이퍼(W) 투입 전의 약액 보충에 대해 규정해 두는 경우에는, 매핑시에 검출된 웨이퍼의 데이터에 따라, 프로세스 레시피에 의해 규정된 약액 성분의 공급 시간을 변경해도 좋다. 즉, 예컨대, 1회의 처리로 50장의 웨이퍼(W)가 처리되는 경우(즉 배치 사이즈가 50)에 있어서, 하나의 처리 로트의 마지막에 처리되는 웨이퍼(W)의 배치 사이즈가 30일 때에는, 웨이퍼(W) 투입 전의 약액 성분의 보충량을 프로세스 레시피에 의해 규정된 양의 예컨대 3/5으로 하는 것과 같은 보정을 행해도 좋다. 상기한 웨이퍼 매핑의 데이터를 이용하는 것을 대신하여, FOUP(6)로부터 SPM 처리조(21)까지의 웨이퍼(W)의 반송 경로에 웨이퍼 카운터(도시하지 않음)를 설치하고, 이 웨이퍼 카운터에 의해 측정된 웨이퍼(W)의 매수에 기초하여, 처리조(21) 내에서 한번에 처리되는 웨이퍼(W)의 매수를 파악해도 좋다.
상기 실시형태에 의하면, 이제부터 처리하려고 하고 있는 웨이퍼(W)에 관한 피처리체 파라미터를 파악하고, 파악한 피처리체 파라미터에 대응하는 필요 보충량의 약액 성분(황산, 과산화수소수)을, SPM액 중에의 웨이퍼(W)의 투입 전에 공급(보충)하고 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 투입 후에 급격한 약액 성분의 감소가 발생했다고 해도, 약액 성분 농도가 허용 하한값을 하회하지 않도록 할 수 있거나, 혹은 약액 성분 농도가 허용 하한값을 하회하고 있는 기간을 최소한으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 예정하고 있던 처리 시간 내에 확실하게 원하는 처리 결과[웨이퍼(W) 상의 레지스트를 박리하는 것]를 얻을 수 있다. 즉, SPM 처리 장치(2) 나아가서는 웨이퍼 처리 시스템(1)의 스루풋의 저하를 방지할 수 있고, 레지스트의 박리 불량을 방지할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 투입 전 특히 투입 직전에 황산, 과산화수소수를 보충함으로써, 황산과 과산화수소의 반응에 의해 생성된 카로산이 분해되기 전에 레지스트와 반응하기 때문에, 레지스트 제거 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
상기한 바와 같이 웨이퍼(W)의 투입 전에 비교적 대량의 약액 성분의 보충을 행하면, 일시적으로 SPM액 중의 약액 성분 농도가 비교적 높아진다. 그러나, SPM 처리에 있어서는, 약액 성분 농도가 다소 높아져도, 웨이퍼(W)의 레지스트 이외의 부분이 문제가 되는 것과 같은 손상을 받는 일은 없다.
상기 실시형태에서는, 약액 성분의 선취 보충은, SPM액 중에의 웨이퍼(W) 투입 전(바람직하게는 직전)으로 하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 웨이퍼(W) 투입과 동시, 혹은 웨이퍼(W) 투입 직후에 행해도 좋다. 이 경우에도, 상기 실시형태와 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다. 한편, 약액 성분의 선취 보충은, 웨이퍼(W)의 투입 전으로부터 투입 후에 걸쳐 행해도 좋다. 이 경우, 약액 성분의 선취 보충은, 웨이퍼(W)의 투입 시점으로부터 SPM 처리 시간[웨이퍼(W)를 SPM액에 침지하고 있는 시간]의 1/10 정도 전의 시점으로부터, 웨이퍼(W)의 투입 시점으로부터 SPM 처리 시간의 1/10 정도 후의 시점까지의 기간 내에 행하는 것이 바람직하다. 즉, SPM 처리 시간이 10분이면, 웨이퍼(W)의 투입의 1분 전으로부터 웨이퍼(W)의 투입의 1분 후까지의 기간이다.
상기 실시형태에서는, SPM액에 대한 약액 성분의 보충은, 외조(212)에 약액 성분을 공급함으로써 행하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니며, SPM 처리조(21), 외조(212) 및 순환 라인(410)으로 구성되는 순환계의 임의의 위치에 공급해도 좋다. 예컨대, 순환 라인(410) 내를 흐르는 SPM액 중에 약액 성분을 공급해도 좋다. 또한 예컨대, 웨이퍼(W)가 SPM 처리조(21) 내에 없을 때라면, SPM 처리조(21) 내에 직접 약액 성분을 보충해도 좋다. 즉, 과산화수소수 공급부(42) 및 황산 공급부(43)는 각각, 상기 순환계 내의 하나 이상의 장소에 접속할 수 있다.
처리액이 SPM액 이외인 경우에도, 웨이퍼(W)의 투입 전(또는 투입 직후)의 약액 성분의 보충은 유익하다. 예컨대, 처리액이, 반도체 장치 제조에 있어서의 세정 처리에서 이용되는 암모니아와 과산화수소수의 혼합액, 인산과 과산화수소수의 혼합액, 염산과 과산화수소수의 혼합액 등이어도 좋다. 단, 약액 성분 농도를 지나치게 높게 하면, 제거 대상물 이외의 웨이퍼(W) 상의 막에 무시할 수 없을 정도의 손상이 발생할 우려가 있는 경우에는, 약액 성분의 보충량은 손상이 문제가 되지 않을 정도로 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 혼합액은 2종류의 약액을 혼합한 것에 한정되지 않고, 3종류 이상의 약액을 혼합한 것이어도 좋다.
처리 대상인 기판은, 반도체 웨이퍼(W)에 한정되는 것은 아니며, 유리 기판, 세라믹 기판 등의 다른 종류의 기판이어도 좋다.
[실시예]
웨이퍼 투입 직전에 과산화수소수와 황산을 보충한 경우의 효과에 대해 확인하는 시험을 행하였다. 시험은, 도 2에 기재된 구성을 갖는 SPM 처리 장치를 이용하여 행하였다. 비교예에서는, 항상, 앞서 설명한 피드백 제어 1에 의해 SPM액 중의 약액 성분의 농도 관리를 행하였다. 실시예에서는, 앞서 설명한 피드백 제어 1에 더하여 전술한 실시형태에 따른 웨이퍼(W)의 투입 전의 약액 성분의 보충을 행하였다. 단, 웨이퍼(W)의 투입 직전의 약액 성분의 보충을 행하고 있을 때에는, 피드백 제어 1을 무효로 하였다.
비교예의 시험 결과를 도 3에, 실시예의 시험 결과를 도 4의 그래프에 각각 나타낸다. 각 그래프의 상단은, SPM액 중의 과산화수소 농도의 경시 변화를 나타내고 있다. L은 과산화수소 농도의 허용 하한값을 의미하고 있다. 「WAFER IN」이라고 기재된 화살표는, 웨이퍼가 SPM 처리조 내에 저류된 SPM액에 침지되어 있는 기간을 나타내고 있다. 각 그래프의 하단은, SPM액 중에의 과산화수소수의 공급 타이밍을 나타내고 있다. 펄스 형상의 상승이, 과산화수소수의 공급을 나타내고 있다. SPM액 중에의 과산화수소수의 공급 유량은 항상 일정하며, 과산화수소수의 공급 총량은 공급 시간을 변화시킴으로써 조절하고 있다. 해칭이 붙여진 펄스 형상의 상승이, 웨이퍼 투입 직전의 과산화수소수의 공급을 나타내고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비교예에서는, 웨이퍼 투입 직후에 대폭적인 과산화수소 농도의 저하가 발생하고 있고, 또한, 일단, 허용 하한값 L 미만으로 저하된 과산화수소 농도가 허용 하한값 L 이상으로 안정될 때까지 비교적 장시간을 필요로 하였다. 이에 비해, 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예에서는, 웨이퍼 투입 후에도, SPM액 중의 과산화수소 농도가 허용 하한값 L 이상의 값으로 거의 유지되어 있었다. 황산에 대한 결과의 표시는 생략하지만, 대략 동일한 경향의 결과가 얻어졌다.
W: 기판(반도체 웨이퍼)
5: 제어부
21: 처리조(SPM 처리조)
42, 43: 약액 성분 공급부(과산화수소수 공급부, 황산 공급부)
441: 농도 검출부
5: 제어부
21: 처리조(SPM 처리조)
42, 43: 약액 성분 공급부(과산화수소수 공급부, 황산 공급부)
441: 농도 검출부
Claims (8)
- 처리액이 저류되고, 저류된 처리액에 기판이 침지되어 기판의 처리가 행해지는 처리조와,
상기 처리액에 대해, 상기 처리액을 생성하기 위한 약액 성분을 공급하는 약액 성분 공급부와,
상기 처리액 중에 포함되는 약액 성분의 농도를 검출하는 농도 검출부와,
상기 농도 검출부에 의해 검출된 약액 성분의 농도에 기초하여, 상기 처리조 내의 처리액 중에 포함되는 약액 성분의 농도가 미리 정해진 허용 하한값 미만으로 되지 않도록, 상기 약액 성분 공급부에 의해 상기 처리액에 약액 성분을 보충하는 피드백 제어로서의 제1 제어를 실행하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 제1 제어와는 별도로, 상기 처리조 내의 처리액 중에 기판이 투입되기 전 혹은 투입된 직후에, 또는 기판의 투입 전으로부터 투입 후에 걸쳐, 상기 기판의 투입에 기인하여 발생하는 약액 성분 농도의 저하를 상쇄하기 위해서 필요한 미리 정해진 양의 약액 성분을, 상기 약액 성분 공급부에 의해 상기 처리액에 보충하는 제2 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제2 제어에 있어서의 상기 처리액의 보충량을, 상기 기판의 투입 매수에 따라 변경하는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 표면에 레지스트막이 형성되고, 상기 처리액은 SPM액이며, 상기 약액 성분은 황산 및 과산화수소수이고,
상기 제어부는,
상기 처리조에 투입되는 상기 기판의 매수,
상기 기판의 표면에 존재하는 상기 레지스트막의 양을 표시하는 파라미터,
상기 레지스트막의 종류, 및
상기 SPM액의 상기 레지스트막에 대한 반응성에 영향을 주는 상기 레지스트막에의 처리의 유무 또는 정도
중 적어도 하나의 조건에 따라 상기 제2 제어에 있어서의 상기 처리액의 보충량을 변경하는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리조의 주위를 둘러싸며 상기 처리조로부터 오버플로우된 처리액을 받는 외조(外槽)와,
상기 외조와 상기 처리조를 접속하는 순환 라인과,
상기 순환 라인에, 상기 외조로부터 상기 처리조를 향하는 처리액의 흐름을 형성하는 펌프
를 더 구비하고,
상기 약액 성분 공급부는, 상기 외조 또는 상기 순환 라인에 처리액을 공급하도록 설치되고, 상기 외조 또는 상기 순환 라인에 처리액을 공급함으로써, 상기 처리조 내의 처리액에 약액 성분이 보충되는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치. - 처리조에 저류된 처리액에 기판을 침지함으로써 상기 기판을 처리하는 기판 액처리 방법으로서,
상기 처리액 중에 포함되는 약액 성분의 농도를 검출하고, 검출 결과에 기초하여, 상기 처리조 내의 처리액 중에 포함되는 약액 성분의 농도가 미리 정해진 허용 하한값 미만으로 되지 않도록 상기 처리액에 약액 성분을 보충하는 피드백 제어로서의 제1 제어를 실행하는 단계와,
상기 제1 제어와는 별도로, 상기 처리조 내의 처리액 중에 기판이 투입되기 전 혹은 투입된 직후에, 또는 기판의 투입 전으로부터 투입 후에 걸쳐, 상기 기판의 투입에 기인하여 발생하는 약액 성분 농도의 저하를 상쇄하기 위해서 필요한 미리 정해진 양의 약액 성분을, 상기 처리액에 보충하는 제2 제어를 실행하는 단계
를 포함한 것을 특징으로 하는 기판 액처리 방법. - 제5항에 있어서, 상기 제2 제어에 있어서의 상기 처리액의 보충량은, 상기 기판의 투입 매수에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 기판의 표면에 레지스트막이 형성되고, 상기 처리액은 SPM액이며, 상기 약액 성분은 황산 및 과산화수소수이고,
상기 제2 제어에 있어서의 상기 처리액의 보충량은,
상기 처리조에 투입되는 상기 기판의 매수,
상기 기판의 표면에 존재하는 상기 레지스트막의 양을 표시하는 파라미터,
상기 레지스트막의 종류, 및
상기 SPM액의 상기 레지스트막에 대한 반응성에 영향을 주는 상기 레지스트막에의 처리의 유무 또는 정도
중 적어도 하나의 조건에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 방법. - 기판 액처리 장치의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터에 의해 실행되었을 때에, 상기 컴퓨터가 상기 기판 액처리 장치를 제어하여 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 기판 액처리 방법을 실행시키는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 하는 기억 매체.
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