KR20180111516A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치를 포함하는 기판 처리 시스템 - Google Patents

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KR20180111516A
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가츠히데 와타나베
이츠키 고바타
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

[과제] 촉매의 기계적인 열화를 가능한 한 발생시키지 않는 기판 처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 처리액의 존재 하에서 촉매와 기판을 근접 또는 접촉시켜서, 기판의 피처리 영역을 에칭하기 위한 기판 처리 장치가 제공되고, 이러한 기판 처리 장치는 기판을 보유 지지하기 위한 기판 보유 지지부와, 촉매를 보유 지지하기 위한 촉매 보유 지지부를 갖고, 상기 촉매 보유 지지부는 고강성 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트에 인접해서 배치되는 피에조 소자와, 상기 피에조 소자에 인접해서 배치되는 고강성의 촉매 보유 지지 베이스와, 상기 촉매 보유 지지 베이스에 보유 지지된 촉매를 갖고, 상기 기판 처리 장치는 또한, 상기 피에조 소자에 인가하는 구동 전압을 제어하기 위한 제어 장치를 갖는다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 장치를 포함하는 기판 처리 시스템{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치를 포함하는 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조에 있어서, 기판의 표면을 연마하는 화학 기계 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 장치가 알려져 있다. CMP 장치에서는, 연마 테이블의 상면에 연마 패드가 부착되어, 연마면이 형성된다. 이 CMP 장치는, 톱링에 의해 보유 지지되는 기판의 피연마면을 연마면에 가압하고, 연마면에 연마액으로서의 슬러리를 공급하면서, 연마 테이블과 톱링을 회전시킨다. 이에 의해, 연마면과 피연마면이 미끄럼 이동적으로 상대 이동되어, 피연마면이 연마된다.
여기서 CMP를 포함하는 평탄화 기술에 대해서는, 최근 들어 피연마 재료가 다방면에 걸치고 또한 그의 연마 성능(예를 들어 평탄성이나 연마 대미지, 나아가 생산성)에 대한 요구가 엄격해지고 있다. 이러한 배경 중에서, 새로운 평탄화 방법도 제안되고 있어, 촉매 기준 에칭(catalyst referred etching : 이하 CARE)법도 그 중 하나다. CARE법은, 처리액의 존재 하에서, 촉매 재료 근방에 있어서만 처리액 중에서 피처리면과의 반응종이 생성되어, 촉매 재료와 피처리면을 근접 또는 접촉시킴으로써, 촉매 재료와의 근접 또는 접촉면에 있어서, 선택적으로 피처리면의 에칭 반응을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 요철을 갖는 피처리면에 있어서는, 볼록부와 촉매 재료를 근접 또는 접촉시킴으로써, 볼록부의 선택적 에칭이 가능해지고, 따라서 피처리면의 평탄화가 가능해진다. 본 CARE 방법은, 당초는 SiC나 GaN 등의, 화학적으로 안정을 위해서 CMP에서의 고효율인 평탄화가 용이하지 않았던 차세대 기판 재료의 평탄화에 있어서 제안되어 왔지만(예를 들어, 하기의 특허문헌 1, 2), 최근에는 실리콘 산화막 등이라도 프로세스가 가능한 것이 확인되고 있어, 현재의 실리콘 기판 재료로의 적용 가능성도 있다.
일본 특허 공개 제2008-121099호 공보 국제 공개 2015/159973호
CARE에서는, 촉매 표면 근방에 있어서만 처리액 중에서 반응종이 생성되어, 촉매와 피처리면을 ㎚ 레벨로 근접 또는 접촉시킴으로써, 본 영역에서의 에칭 반응을 선택적으로 발생시킬 수 있다. 그로 인해, 요철을 갖는 피처리면에 있어서는, 피처리면의 볼록부를 선택적으로 에칭하는 것을 가능하게 하고 있다. 또한, 근접 또는 접촉부에서만 에칭 반응이 발생하므로, 에칭 속도는 촉매 재료의 접촉 면적의 영향을 받는다. 상기 문헌으로 대표되는 지금까지의 방식에서는 촉매 재료를 피처리면에 접촉시키는 방식을 취하고 있으며, 예를 들어 요철을 갖는 피처리면을 효율적으로 처리하기 위해서는, 요철의 선택성을 유지하면서, 촉매 재료와 피처리면과의 균일한 접촉을 확보하기 위해서, 탄성체(예를 들어 고무)를 사용해서 촉매와 에칭 대상물(예를 들어 반도체 웨이퍼)과의 근접 거리(㎚ 레벨)를 실현하는 방법이 제안되어 있다. 예를 들어 특허문헌 2에서는, 탄성 부재 표면에 촉매를 배치시켜, 피처리 영역에 접촉시키고 있다. 탄성 부재가 구비하는 강성으로서의 성질을 이용해서 처리 대상물의 볼록부에 선택적으로 접촉 또는 근접을 실현하는 동시에, 탄성 부재가 구비하는 탄성의 성질을 이용하여, 촉매와 피처리 영역과의 균일한 접촉을 실현시키고 있다. 그러나 이 방식에서는, 촉매와 피처리면과의 근접 상태는, 탄성 부재(고무)의 특성 및 표면 상태에 의존하고, 그 특성 및 표면 상태를 접촉 영역에 있어서, 고정밀도로 컨트롤하는 것은 어려워, 한계가 있다. 이 경우, 촉매면(탄성체)의 형상에 따라 다르지만, 촉매(탄성 부재)와 피처리면과의 접촉 영역 내에서 접촉 상태에 불균일이 발생한다. 특히 촉매(탄성 부재)측의 볼록부에서는, 필요 이상으로 촉매가 가압된 상태가 된다. 이러한 가압 상태에서, 처리액을 촉매와 피처리면 사이에 도입하기 위해서, 촉매와 피처리면을, 회전 등에 의해 상대 운동을 시키면, 촉매면이 스쳐서 박리나 마모와 같은 촉매의 기계적인 열화가 발생하는 경우가 있다. 촉매의 열화가 발생함으로써, 촉매의 수명은 짧아지고, 또한 촉매와 피처리면과의 접촉 상태가 불균일하므로, 접촉 영역에서의 에칭 속도가 불균일해져, 에칭 성능이 열화되어 버린다.
본 발명은, 상술한 문제의 적어도 일부를 해결 또는 완화하는 것을 목적으로 하고 있다.
[형태 1] 형태 1에 의하면, 처리액의 존재 하에서 촉매와 기판을 근접 또는 접촉시켜서, 기판의 피처리 영역을 에칭하기 위한 기판 처리 장치가 제공되고, 이러한 기판 처리 장치는 기판을 보유 지지하기 위한 기판 보유 지지부와, 촉매를 보유 지지하기 위한 촉매 보유 지지부를 갖고, 상기 촉매 보유 지지부는 고강성의 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트에 인접해서 배치되는 피에조 소자와, 상기 피에조 소자에 인접해서 배치되는 고강성의 촉매 보유 지지 베이스와, 상기 촉매 보유 지지 베이스에 보유 지지된 촉매를 갖고, 상기 기판 처리 장치는 또한, 상기 피에조 소자에 인가하는 구동 전압을 제어하기 위한 제어 장치를 갖는다.
[형태 2] 형태 2에 의하면, 형태 1에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 촉매 보유 지지부는 제1 영역 및 제2 영역을 갖고, 상기 제1 영역은, 제1 촉매, 제1 촉매 보유 지지 베이스 및 제1 피에조 소자를 갖고, 상기 제2 영역은, 제2 촉매, 제2 촉매 보유 지지 베이스 및 제2 피에조 소자를 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 제1 피에조 소자 및 상기 제2 피에조 소자에 각각 독립하여 구동 전압을 인가할 수 있도록 구성된다.
[형태 3] 형태 3에 의하면, 형태 1 또는 형태 2에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 촉매 보유 지지 베이스 및 상기 촉매를 공진시키기 위한 주파수의 구동 전압을 상기 피에조 소자에 인가하도록 구성된다.
[형태 4] 형태 4에 의하면, 형태 1 내지 형태 3 중 어느 하나의 형태에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 촉매 보유 지지부는, 상기 피에조 소자의 진동 진폭을 감시하기 위한 진동 센서를 갖는다.
[형태 5] 형태 5에 의하면, 형태 1 내지 형태 4 중 어느 하나의 형태에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 촉매 보유 지지부를 상기 기판 보유 지지부의 방향으로 운동시키기 위한 제1 구동 기구를 갖는다.
[형태 6] 형태 6에 의하면, 형태 1 내지 형태 5 중 어느 하나의 형태에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 촉매 보유 지지부를 상기 기판 보유 지지부의 기판 지지면에 평행한 방향으로 운동시키기 위한 제2 구동 기구를 갖는다.
[형태 7] 형태 7에 의하면, 형태 6에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제2 구동 기구에 의한 상기 촉매 보유 지지부의 운동은, 회전 운동, 직선 운동, 및 회전 운동 및 직선 운동을 조합한 운동 중 적어도 하나를 포함한다.
[형태 8] 형태 8에 의하면, 형태 1 내지 형태 7 중 어느 하나의 형태에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 기판 보유 지지부를 상기 기판 보유 지지부의 기판 지지면에 평행한 방향으로 운동시키기 위한 제3 구동 기구를 갖는다.
[형태 9] 형태 9에 의하면, 형태 8에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제3 구동 기구에 의한 상기 촉매 보유 지지부의 운동은, 회전 운동, 직선 운동, 및 회전 운동 및 직선 운동을 조합한 운동 중 적어도 하나를 포함한다.
[형태 10] 형태 10에 의하면, 기판 처리 시스템이 제공되고, 이러한 기판 처리 시스템은, 형태 1 내지 형태 7 중 어느 하나의 형태에 의한 기판 처리 장치와, 상기 기판 처리 장치에서의 처리 후에 기판을 세정하기 위한 세정 장치와, 상기 세정부에서의 세정 후에 기판을 건조시키기 위한 건조 장치와, 상기 기판 처리 시스템 내에서 기판을 반송하기 위한 반송 기구와, 상기 기판 처리 장치, 상기 세정부, 상기 건조부 및 상기 반송 기구의 동작을 제어하기 위한 제어 장치를 갖는다.
[형태 11]
형태 11에 의하면, 형태 10에 의한 기판 처리 시스템에 있어서, 기판을 CMP 처리하기 위한 CMP 장치를 갖는다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 기판 처리 시스템의 전체 구성을 도시하는 블록도다.
도 2는, 일 실시 형태에 의한 CARE를 실행하는 기판 처리 장치의 구성을 도시하는 개략도다.
도 3a는, 일 실시 형태에 의한 CARE 헤드의 구조를 개략적으로 나타내는 측면 단면도다.
도 3b는, 일 실시 형태에 의한 CARE 헤드의 구조를 개략적으로 나타내는 측면 단면도다.
도 4는, 일 실시 형태에 의한 CARE 헤드의 구조를 개략적으로 나타내는 측면 단면도다.
도 5는, 일 실시 형태에 의한 CARE 헤드의 구조 일부를 개략적으로 나타내는 측면 단면도다.
도 6은, 일 실시 형태에 의한 CARE 헤드의 구조 일부를 개략적으로 나타내는 측면 단면도다.
도 7a는, CARE 헤드를 촉매 쪽으로부터 본 도면이며, 피에조 소자의 배치 예를 나타내는 도면이다.
도 7b는, CARE 헤드를 촉매 쪽으로부터 본 도면이며, 피에조 소자의 배치 예를 나타내는 도면이다.
도 7c는, CARE 헤드를 촉매 쪽으로부터 본 도면이며, 피에조 소자의 배치 예를 나타내는 도면이다.
도 7d는, CARE 헤드를 촉매 쪽으로부터 본 도면이며, 피에조 소자의 배치 예를 나타내는 도면이다.
도 8은, CARE 헤드를 기판의 피처리 영역에 근접시키고 나서, 피에조 소자에 구동 전압을 인가하여, 촉매를 기판의 피처리면에 접촉시키는 모습을 도시하는 도면이다.
도 9는, 피에조 소자에 교류 전압을 인가하고 있을 때의 진동 센서의 신호를 나타내는 그래프다.
이하에, 본 발명에 관한 기판 처리 장치 및 기판 처리 시스템의 실시 형태를 첨부 도면과 함께 설명한다. 첨부 도면에 있어서, 동일하거나 또는 유사한 요소에는 동일 또는 유사한 참조 부호가 부여되어, 각 실시 형태의 설명에 있어서 동일 또는 유사한 요소에 관한 중복되는 설명은 생략하는 경우가 있다. 또한, 각 실시 형태에서 나타내는 특징은, 서로 모순되지 않는 한 다른 실시 형태에도 적용 가능하다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 기판 처리 시스템(1100)의 전체 구성을 도시하는 블록도다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판 처리 시스템(1100)은 CARE 처리를 실행하기 위한 기판 처리 장치(1000), CMP 처리를 실행하기 위한 CMP 장치(1200), 세정 장치(1300), 건조 장치(1400), 반송 기구(1500) 및 제어 장치(900)를 갖는다. 기판 처리 시스템(1100)의 기판 처리 장치(1000)는, CARE를 행하는 본 명세서에서 설명하는 임의의 특징을 갖추는 기판 처리 장치(1000)로 할 수 있다.
CMP 장치(1200)는, 임의의 CMP 장치로 할 수 있다. 예를 들어, CMP 장치(1200)는 처리 대상이 되는 기판(Wf)보다도 큰 면적을 구비하는 연마 패드를 사용해서 기판을 연마하는 연마 장치, 및 처리 대상이 되는 기판(Wf)보다도 작은 면적을 구비하는 연마 패드를 사용해서 기판(Wf)을 연마하는 연마 장치 중 어느 한쪽 또는 양쪽으로 할 수 있다.
세정 장치(1300)는, 처리 후의 기판(Wf)을 세정하기 위한 장치다. 세정 장치(1300)는, 임의의 타이밍에서 기판(Wf)을 세정할 수 있다. 예를 들어, 기판 처리 장치(1000)에서의 CARE 처리 후, CMP 장치에 의한 연마 후에 세정을 행할 수 있다. 세정 장치(1300)는, 임의의 공지된 세정 장치를 사용 수 있으므로, 본 명세서에서는 상세하게 설명하지 않는다.
건조 장치(1400)는, 세정한 기판(Wf)을 건조시키기 위한 장치다. 건조 장치(1400)는, 임의의 공지된 건조 모듈을 사용할 수 있으므로, 본 명세서에서는 상세하게 설명하지 않는다.
반송 기구(1500)는, 기판 처리 시스템(1100) 내에서 기판을 반송하기 위한 기구이며, 기판을 기판 처리 장치(1000), CMP 장치(1200), 세정 장치(1300) 및 건조 장치(1400) 사이에서 기판(Wf)의 수수를 행한다. 또한, 반송 기구(1500)는 기판 처리 시스템(1100)의 안팎으로 기판(Wf)의 출납도 행한다. 반송 기구(1500)로서 임의의 공지된 반송 기구를 사용할 수 있으므로, 본 명세서에서는 상세하게 설명하지 않는다.
제어 장치(900)는, 기판 처리 시스템(1100) 내의 각각의 장치 동작을 제어한다. 제어 장치(900)는, 기억 장치, 입출력 장치, 메모리, CPU 등의 하드웨어를 구비하는 일반적인 범용 컴퓨터 및 전용 컴퓨터 등으로 구성할 수 있다. 제어 장치(900)는, 1개의 하드 웨이퍼로 구성해도 되고, 복수의 하드 웨이퍼로 구성해도 된다.
도 2는, 일 실시 형태에 의한 CARE를 실행하는 기판 처리 장치(1000)의 구성을 도시하는 개략도다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(1000)는 베이스면(1002) 위에 구성되어 있다. 기판 처리 장치(1000)는, 독립된 1개의 장치로 구성해도 되고, 또한 기판 처리 장치(1000)와 함께 CMP 장치(1200)를 포함하는 기판 처리 시스템(1100)의 일부 모듈로서 구성해도 된다(도 1 참조). 기판 처리 장치(1000)는, 도시하지 않은 하우징 내에 설치된다. 하우징은 도시하지 않은 배기 기구를 구비하고, 연마 처리 중에 연마액 등이 하우징의 외부에 폭로되지 않도록 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(1000)는 기판 보유 지지부로서, 기판(Wf)을 상향으로 보유 지지하는 스테이지(400)를 구비한다. 일 실시 형태에 있어서, 기판(Wf)은 반송 기구(1500)에 의해 스테이지(400)에 배치할 수 있다. 도시한 기판 처리 장치(1000)는, 스테이지(400)의 주위에, 상하 이동이 가능한 4개의 리프트 핀(402)을 구비하고 있고, 리프트 핀(402)이 상승한 상태에 있어서, 반송 기구(1500)로부터 4개의 리프트 핀(402) 위에서 기판(Wf)을 수취할 수 있다. 리프트 핀(402) 위에 기판(Wf)이 적재된 후, 리프트 핀(402)은 스테이지(400)로의 기판 수취 위치까지 하강함으로써, 기판(Wf)이 스테이지에 임시 적재된다. 그로 인해, 4개의 리프트 핀(402)의 내측에 제한된 영역 내에 기판(Wf)을 위치 결정할 수 있다. 그러나, 또한 고정밀도의 위치 결정을 요할 경우에는, 별도로 위치 결정 기구(404)에 의해, 스테이지(400) 위의 소정 위치에 기판(Wf)을 위치 결정해도 된다. 도 1에 도시되는 실시 형태에 있어서는, 위치 결정 핀(도시하지 않음)과 위치 결정 패드(406)에 의해 기판(Wf)의 위치 결정이 가능하다. 위치 결정 기구(404)는, 기판(Wf)의 평면 내의 방향으로 이동 가능한 위치 결정 패드(406)를 구비한다. 스테이지(400)를 사이에 두고, 위치 결정 패드(406)의 반대측에 복수의 위치 결정 핀(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 리프트 핀(402) 위에 기판(Wf)이 적재된 상태에 있어서, 위치 결정 패드(406)를 기판(Wf)에 압박하고, 위치 결정 패드(406)와 위치 결정 핀에 의해 기판(Wf)의 위치 결정을 행할 수 있다. 기판(Wf)의 위치 결정을 하면, 기판(Wf)을 스테이지(400) 위에 고정하고, 그 후, 리프트 핀(402)을 하강시켜서 기판(Wf)을 스테이지(400) 위에 배치할 수 있다. 스테이지(400)는, 예를 들어 진공 흡착에 의해 기판(Wf)을 스테이지(400) 위에 고정하는 것으로 할 수 있다. 기판 처리 장치(1000)는, 검출부(408)를 구비한다. 검출부(408)는, 스테이지(400) 위에 배치된 기판(Wf)의 위치를 검출하기 위한 것이다. 예를 들어, 기판(Wf)에 형성된 노치, 오리엔테이션 플랫이나 기판 외주부를 검출하여, 기판(Wf)의 스테이지(400) 위에서의 위치를 검출할 수 있다. 노치나 오리엔테이션 플랫의 위치를 기준으로 함으로써, 기판(Wf)의 임의의 점을 특정하는 것이 가능하고, 그에 의해 원하는 영역의 처리가 가능하게 된다. 또한, 기판 외주부의 위치 정보보다, 기판(Wf)의 스테이지(400) 위에서의 위치 정보(예를 들어, 이상 위치에 대한 어긋남량)가 얻어지는 점에서, 본 정보를 바탕으로 제어 장치(900)로 CARE 헤드(500)의 이동 위치를 보정해도 된다. 또한, 기판(Wf)을 스테이지(400)로부터 이탈시킬 때는, 리프트 핀(402)을 스테이지(400)로부터의 기판 수취 위치로 이동한 후, 스테이지(400)의 진공 흡착을 해방한다. 그리고 리프트 핀(402)을 상승시키고, 기판(Wf)을 반송 기구(1500)로의 기판 수수 위치로 이동시킨 후, 리프트 핀(402)의 기판(Wf)을 반송 기구(1500)를 수취할 수 있다. 기판(Wf)은 그 후, 반송 기구(1500)에 의해 후속 처리를 위해서 임의의 장소로 반송할 수 있다.
기판 처리 장치(1000)의 스테이지(400)는 회전 구동 기구(410)를 구비하고, 회전축(400A)을 중심으로 회전 운동 가능하게 구성된다. 여기서, 「회전 운동」이란, 일정한 방향으로 연속적으로 회전하는 것, 및 소정의 각도 범위에서 원주 방향으로 운동(왕복 운동도 포함함)하는 것을 의미하고 있다. 또한, 다른 실시 형태로서, 스테이지(400)는 보유 지지된 기판(Wf)에 직선 운동을 부여하는 이동 기구를 구비하는 것으로 해도 된다. 직선 운동을 부여하는 이동 기구로서, 예를 들어 소위 XY 스테이지를 사용해도 된다.
도 2에 도시되는 기판 처리 장치(1000)는, 촉매 보유 지지부로서의 CARE 헤드(500)를 구비한다. 기판 처리 장치(1000)는, CARE 헤드(500)를 보유 지지하는 보유 지지 아암(600)을 구비한다. 또한, 기판 처리 장치(1000)는 보유 지지 아암(600)을 기판(Wf)의 표면에 수직인 방향(도 2에 있어서는 z 방향)으로 이동시키기 위한 수직 구동 기구(602)를 구비한다. 수직 구동 기구(602)에 의해, 보유 지지 아암(600)과 함께 CARE 헤드(500) 및 촉매(516)가 기판(Wf)의 표면에 수직인 방향으로 이동 가능하게 된다. 수직 구동 기구(602)는, 기판(Wf)을 CARE 처리할 때에 기판(Wf)에 CARE 헤드(500)를 근접시키기 위한 조동용 구동 기구다. 도 2에 도시되는 실시 형태에 있어서는, 수직 구동 기구(602)는 모터 및 볼 나사를 이용한 기구이지만, 다른 실시 형태로서, 공압식 또는 액압식의 구동 기구나 스프링을 이용한 구동 기구로 해도 된다.
도 2에 도시되는 기판 처리 장치(1000)에 있어서는, 보유 지지 아암(600)을 가로 방향(도 2에 있어서는 y 방향)으로 이동시키기 위한 가로 구동 기구(620)를 구비한다. 가로 구동 기구(620)에 의해, 아암(600)과 함께 CARE 헤드(500) 및 촉매(516)가 가로 방향으로 이동 가능하다. 또한, 이러한 가로 방향(y 방향)은, 기판(Wf)의 표면에 평행한 방향이다. 도 2에 도시되는 실시 형태에 있어서는, 가로 구동 기구(620)는 보유 지지 아암(600)을 수직 구동 기구(602)와 함께 이동시키는 구성이다. 상술한 바와 같이, 기판 처리 장치(1000)의 스테이지(400)는, 기판(Wf)을 기판(Wf)의 처리면에 평행한 방향으로 이동 가능하다. 따라서, 스테이지(400)의 이동 기구 및 보유 지지 아암(600)의 가로 구동 기구(620)를 적절히 조작함으로써, CARE 헤드(500)를 기판(Wf) 위의 임의의 위치로 이동시킬 수 있다.
도 2에 도시되는 실시 형태에 의한 기판 처리 장치(1000)는, 처리액 공급 노즐(702)을 구비한다. 처리액 공급 노즐(702)은, CARE 처리에 사용되는 처리액의 공급원에 유체적으로 접속되어 있다. 또한, 도 2에 도시되는 실시 형태에 의한 기판 처리 장치(1000)에 있어서는, 처리액 공급 노즐(702)은 보유 지지 아암(600)에 보유 지지되고 있다. 그로 인해, 처리액 공급 노즐(702)을 통해서, 기판(Wf) 위의 처리 영역에만 처리액을 효율적으로 공급할 수 있다. 또한, 처리액은 CARE 헤드(500)의 내부를 통해, CARE 헤드(500)의 내측으로부터 기판(Wf) 위에 공급할 수 있도록 해도 된다. 그 경우, 처리액의 공급로는 샤프트(510) 및 CARE 헤드(500) 내에 설치되고, 처리액 공급 노즐(702)은 CARE 헤드(500)에 설치된다. 샤프트(510)로부터 촉매(516)의 표면까지 처리액을 공급하기 위한 관로를 설치한 CARE 헤드로서, 예를 들어 특허문헌 2(WO2015/159973)에 개시되어 있는 구조를 채용해도 된다.
도 3a는, 일 실시 형태에 의한, CARE 헤드(500)의 구조를 개략적으로 나타내는 측면 단면도다. 도 3a에 나타내는 실시 형태에 있어서는, CARE 헤드(500)는 짐벌 기구(502)(예를 들어 구면 미끄럼 베어링)를 개재해서 샤프트(510)에 연결된다. 샤프트(510)는, 도 2에 도시된 바와 같이 보유 지지 아암(600)에 연결되어 있다. CARE 헤드(500)는 도시하지 않은 회전 모터에 의해 회전 가능하게 해도 된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, CARE 헤드(500)는 외주 부재(504)를 구비한다. 외주 부재(504)는, 한쪽 단부가 폐쇄된 대략 원통 형상으로 할 수 있다.
외주 부재(504)의 내측에는, 헤드 본체(506)가 배치되어 있다. 헤드 본체(506)의 하측에는, 베이스 플레이트(508)가 배치되어 있다. 베이스 플레이트(508)는, 헤드 본체(506)에 예를 들어 나사 등에 의해 제거 가능하게 설치된다. 베이스 플레이트(508)는, 평탄한 표면의 실현이나, 후술하는 피에조 소자(512)의 구동 시에 있어서의 반력에 의한 변형을 방지하기 위해서, 예를 들어 금속 재료와 같이, 50GPa 이상, 바람직하게는 100GPa 이상의 피삭성 및 표면 마무리 상태가 좋은 고강성의 재료로 형성된다. 베이스 플레이트(508)는, 예를 들어 세라믹이나 스테인리스강(SUS) 등으로 형성할 수 있다.
베이스 플레이트(508)의 하측면에는, 피에조 소자(512)가 설치된다. 피에조 소자(512)는, 예를 들어 접착제 등에 의해 베이스 플레이트(508)의 하면에 고정할 수 있다. 피에조 소자(512)에는, 구동 전압을 인가하기 위한 배선(530)이 접속되어 있다. 피에조 소자(512)는, 구동 전압을 인가함으로써, 베이스 플레이트(508)의 하면에 수직인 방향으로 팽창/수축하도록 배치된다. 피에조 소자(512)의 팽창/수축의 최대량은, 베이스 플레이트(508)의 하면에 수직인 방향으로 수십μ 내지 100㎛ 정도가 좋지만, 피에조 소자(512)의 팽창/수축의 분해 능력은 10㎚ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 베이스 플레이트(508)는 헤드 본체(506)로부터 제거 가능이다. 그로 인해, 베이스 플레이트(508)가 헤드 본체(506)에 설치되었을 때에, 피에조 소자(512)로의 전기 배선(530)이 확립되도록 구성되는 것이 바람직하다. 피에조 소자(512)로의 전기 배선(530)을 위해 콘택트 프로브 등을 사용할 수 있다(WO2015/159973 등 참조).
피에조 소자(512)의 하측에는 촉매 보유 지지 베이스(514)가 설치된다. 촉매 보유 지지 베이스(514)는, 촉매를 부여한 후도 표면 조도나 형상 정밀도의 유지 및 피에조 소자(512)에 의한 변형에 대한 강도의 유지, 촉매로의 전압 인가의 관점에서는 금속 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 촉매 보유 지지 베이스(514)는 SUS박 등의 두께가 100㎛ 이하의 금속박으로 형성할 수 있다.
촉매 보유 지지 베이스(514)의 하면에는 촉매(516)가 설치된다. 촉매(516)는, 예를 들어 촉매 보유 지지 베이스(514)의 표면에 증착에 의해 성막할 수 있다. 촉매(516)의 성막 방법으로서는, 저항 가열식 증착이나 스퍼터 증착과 같은 물리 증착 및 CVD 등의 화학 증착의 방식이 있다. 또한, 전해 도금이나 무전해 도금 등의 다른 성막 방법에 의해 촉매(516)를 촉매 보유 지지 베이스(514)에 형성해도 된다. 또한, 촉매(516)의 두께는, 100㎚ 내지 수십 ㎛ 정도가 바람직하다. 이것은, 촉매가 기판과 접촉하며 또한 상대 운동을 행한 경우에 마모에 의한 열화가 있으므로, 촉매의 두께가 극단적으로 얇은 경우에는, 촉매의 교환 빈도가 많아지기 때문이다. 또한, 판 형상의 촉매(516)를 촉매 보유 지지 베이스(514)에 고정하도록 해도 된다. 또한, 촉매 보유 지지 베이스(514)를 촉매를 포함하는 용액에 함침하여, 촉매 보유 지지 베이스(514)의 표면에 촉매(516)의 층을 형성해도 된다.
도 3b는, 일 실시 형태에 의한, CARE 헤드(500)의 구조를 개략적으로 나타내는 측면 단면도다. 도 3b에 나타내는 실시 형태에 있어서는, CARE 헤드(500)는 샤프트(510)에 연결된다. 샤프트(510)는, 도 2에 도시된 바와 같이 보유 지지 아암(600)에 연결되어 있다. CARE 헤드(500)는 도시하지 않은 회전 모터에 의해 회전 가능하게 해도 된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, CARE 헤드(500)는 외주 부재(504)를 구비한다. 외주 부재(504)는, 한쪽 단부가 폐쇄된 대략 원통 형상으로 할 수 있다. 또한, 샤프트(510)는 외주 부재(504)에 설치되어 있다. 도 3b의 실시 형태에 있어서는, 베이스 플레이트(508)는 스프링(550)을 개재해서 헤드 본체(506)에 접속되어 있다. 후술하는 바와 같이, 촉매 보유 지지 베이스(514) 및 촉매(516)가 진동하도록 피에조 소자(512)에 구동 전압으로서 교류 전압을 인가해서 진동시킬 때, 스프링(550)에 의해 진동을 감쇠시킴으로써, 진동이 샤프트(510) 및 보유 지지 아암(600)까지 전반하지 않도록 할 수 있다. 또한, 도 3b의 실시 형태에 있어서는, 진동 감쇠의 방식으로서 스프링(550)을 사용하고 있지만, 다른 실시 형태로서, 제진 고무 등의 탄성체 등, 다른 임의의 진동 감쇠 수단을 사용해도 된다.
도 3a, 도 3b에 도시된 바와 같이, CARE 헤드(500)는 촉매(516)에 전압을 인가할 수 있도록, 촉매 전극(518)을 구비한다. 촉매 전극(518)은, 촉매(516) 또는 촉매 보유 지지 베이스(514)에 전기적으로 접속되어 있다. 촉매 전극(518)은, CARE 헤드(500) 및 샤프트(510)를 통해서 배선(531)에 접속되어 있다. 베이스 플레이트(508)가 헤드 본체(506)에 설치되었을 때에, 촉매 전극(518)으로의 전기 배선(531)이 확립되도록 구성된다. 또한, 외주 부재(504)에는 카운터 전극(520)이 설치되어 있다. 카운터 전극(520)은 링 형상이다. 카운터 전극(520)은, CARE 헤드(500) 및 샤프트(510)를 통해서 배선(532)에 접속되어 있다. 촉매 전극(518) 및 카운터 전극(520)은, CARE 헤드(500)를 통해서 배선(531, 531)이 이루어져 있으며, 도시하지 않은 전원에 접속된다. 그로 인해, 촉매(516)와 카운터 전극(520)을 처리액을 개재하여 전기적으로 접속할 수 있다. 촉매(516)에 전압을 인가함으로써, 촉매(516)의 활성 상태를 제어할 수 있고, 따라서 기판(Wf)의 에칭 속도를 변화시킬 수 있다. 또한, 도 3a, 도 3b에 있어서, 카운터 전극(520)은 CARE 헤드(500) 내에 배치되어 있지만, 촉매(516)와 카운터 전극(520)이 처리액을 개재하여 전기적으로 접속되어 있으면 되므로, CARE 헤드(500) 내가 아닌, CARE 헤드(500)의 외부에 설치해도 된다.
상술한 바와 같이, 기판 처리 장치(1000)는 CARE 헤드(500)를 기판(Wf)에 근접시키기 위한 수직 구동 기구(602)를 구비한다. 수직 구동 기구(602)에서는, 촉매(516)가 기판(Wf)의 표면 근처까지 오도록 CARE 헤드(500)를 이동시킨다. 그 후, 피에조 소자(512)에 구동 전압을 부여함으로써, 촉매(516)와 기판(Wf) 사이의 거리를 미세하게 제어할 수 있다.
또한, CARE 헤드(500)는 진동 센서(522)를 구비한다. 진동 센서(522)는, 피에조 소자(512)에 진동을 부여하도록 구동 전압을 인가했을 때의 진동 진폭을 검출하기 위한 것이다. 일반적으로 진동 센서에는 압전식, 정전 용량식, 와전류식 등이 있지만, 도 3a의 실시 형태에 있어서, 진동 센서(522)는 압전식이며, 베이스 플레이트(508) 또는 헤드 본체(506)에 매립되어 있다. 후술하는 바와 같이, 촉매 보유 지지 베이스(514) 및 촉매(516)가 진동하도록 피에조 소자(512)에 구동 전압으로서 교류 전압을 인가해서 진동시킬 때에, 촉매(516)와 기판(Wf)과의 접촉 유무에 의한 베이스 플레이트(508) 또는 헤드 본체(506)에 대한 반력의 변화를 모니터링함으로써, 진동 진폭의 변화를 모니터링할 수 있다. 또한, 도 3b의 실시 형태에 있어서는, 진동 센서(522)는 정전 용량식 또는 와전류식 센서이며, 베이스 플레이트(508)와 헤드 본체(506) 사이의 거리를 모니터링함으로써, 진동 진폭의 변화를 모니터링할 수 있다. 또한, 진동 센서(522)는 피에조 소자(512)의 진동에 상당하는 진폭 변위를 검출할 수 있으면, 다른 위치에 설치해도 된다.
도 4는, 일 실시 형태에 의한, CARE 헤드(500)의 구조를 개략적으로 나타내는 측면 단면도다. 도 4에 도시되는 CARE 헤드(500)는, 피에조 소자(512), 촉매 보유 지지 베이스(514) 및 촉매(516)가 복수의 영역으로 분할되어 있는 것을 제외하고, 도 3에 도시되는 CARE 헤드(500)와 마찬가지의 구조로 할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(508)에는 복수의 피에조 소자(512)가 설치되어 있다. 각 피에조 소자(512)의 하면에는, 각각 촉매 보유 지지 베이스(514)가 설치되고, 촉매 보유 지지 베이스(514)의 하면에 촉매(516)가 설치되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 촉매(516)에는 각각 전압을 인가하기 위한 배선(531)이 접속되어 있다. 각 피에조 소자(512)는, 각각 독립적으로 구동 전압을 인가하기 위한 배선(530)이 접속되어 있다. 그로 인해, 각 피에조 소자(512)에 인가하는 구동 전압을 제어함으로써, 각 피에조 소자(512)와, 기판(Wf)과의 접촉 상태 또는 근접 거리를 독립적으로 제어할 수 있다. 또한, 가공 정밀도의 영향 등으로, 각 영역의 촉매(516)의 표면 높이가 불균일한 경우에도, 각 피에조 소자(512)에 인가하는 구동 전압을 제어함으로써, 각 영역의 촉매(516)를 균일하게 기판(Wf)에 접촉 또는 근접시킬 수 있다.
도 5는, 일 실시 형태에 의한 CARE 헤드(500)의 구조 일부를 개략적으로 나타내는 측면 단면도다. 도 5는, CARE 헤드(500) 중, 어떤 영역의 베이스 플레이트(508), 피에조 소자(512), 촉매 보유 지지 베이스(514), 촉매(516)를 나타내고, 또한 처리되는 기판(Wf)을 개략적으로 나타내고 있다. 도 5는, 도 4에 도시되는 복수의 영역으로 분할된 피에조 소자(512), 촉매 보유 지지 베이스(514) 및 촉매(516) 중 1개의 영역의 예라고도 할 수 있다. 도 5에 도시되는 실시 형태에 있어서, CARE 헤드(500)의 전체로서 베이스 플레이트(508)는 1개이며, 그 밑에 복수의 피에조 소자(512)가 설치되는 것으로 할 수 있다. 도 5의 실시 형태에 있어서, 촉매 보유 지지 베이스(514)는 헤드가 없는 원뿔 형상 또는 헤드가 없는 각뿔 형상이며, 정점이 기판(Wf) 쪽을 향하게 배치되어 있다. 그로 인해, 촉매 보유 지지 베이스(514)의 표면에 배치되는 촉매(516)와 기판(Wf)과의 접촉 면적을 작게 할 수 있다. 예를 들어, 처리 대상의 기판(Wf)의 피처리 영역이 반도체 기판의 면 내에 제작된 칩 내의 일부인 미소 영역일 경우, 도 5의 실시 형태와 같이, 촉매(516)가 미소한 접촉 면적을 구비하도록 하면 유효하다. 도 5는, 일례로서 기판(Wf) 위에 형성된 피처리막의 일부에 볼록 부분이 있고, 이 볼록 부분을 CARE에 의해 평탄화하는 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 5에 도시되는 실시 형태에 있어서, 각 피에조 소자(512)는, 다른 피에조 소자(512)로부터 독립하여, 구동 전압을 인가할 수 있도록 구성할 수 있다. 또한, 도 5에 도시되는 실시 형태에 있어서, 촉매(516)는, 다른 촉매(516)로부터 독립하여, 전압을 부여할 수 있도록 구성된다.
도 6은, 일 실시 형태에 의한 CARE 헤드(500)의 구조 일부를 개략적으로 나타내는 측면 단면도다. 도 6은, CARE 헤드(500) 중, 어떤 영역의 베이스 플레이트(508), 피에조 소자(512), 촉매 보유 지지 베이스(514), 촉매(516)를 나타내고, 또한 처리되는 기판(Wf)을 개략적으로 나타내고 있다. 도 6은, 도 4에 도시되는 복수의 영역으로 분할된 피에조 소자(512), 촉매 보유 지지 베이스(514) 및 촉매(516) 중 1개의 영역의 예라고도 할 수 있다. 도 6에 나타내는 실시 형태에 있어서, CARE 헤드(500)의 전체로서 베이스 플레이트(508)는 1개이며, 그 밑에 복수의 피에조 소자(512)가 설치되는 것으로 할 수 있다. 도 6의 실시 형태에 있어서, 촉매 보유 지지 베이스(514)는, 원기둥 형상 또는 각이진 기둥 형상으로 할 수 있고, 한쪽 단부가 기판(Wf) 쪽을 향하게 배치되어 있다. 도 6의 실시 형태에 있어서도, 도 5의 실시 형태와 마찬가지로, 촉매 보유 지지 베이스(514) 및 그 표면에 배치되는 촉매(516)의 기판(Wf)과의 접촉 면적을 작게 할 수 있다. 예를 들어, 처리 대상의 기판(Wf)의 피처리 영역이 반도체 기판의 면 내에 제작된 칩 내의 일부인 미소 영역일 경우, 도 6의 실시 형태와 같이, 촉매(516)가 미소한 접촉 면적을 구비하도록 하면 유효하다. 도 6은, 일례로서 기판(Wf) 위에 형성된 피처리막의 일부에 볼록 부분이 있고, 이 볼록 부분을 CARE에 의해 평탄화하는 경우를 나타내고 있다. 도 5, 도 6의 실시 형태에 있어서, 촉매 보유 지지 베이스(514)의 형상은, 처리해야 할 기판(Wf)의 피처리 영역의 면적에 따라서 적절히 변경할 수 있다. 또한, 도 6에 나타내는 실시 형태에 있어서, 각 피에조 소자(512)는 다른 피에조 소자(512)로부터 독립하여, 구동 전압을 인가할 수 있도록 구성할 수 있다. 또한, 도 6에 나타내는 실시 형태에 있어서, 촉매(516)는 다른 촉매(516)로부터 독립하여 전압을 부여할 수 있도록 구성된다.
도 7a 내지 도 7d는, 피에조 소자(512)의 배치 예를 나타내는 도면이다. 도 7a는, CARE 헤드(500)를 촉매 쪽으로부터 본 도면이다. 단, 도 7a는 베이스 플레이트(508)에 설치된 피에조 소자(512)만을 나타내고 있으며, 다른 구조는 생략하고 있다. 도 7a는, 원형의 베이스 플레이트(508)에 1개의 원판 형상의 피에조 소자(512)가 1개만 배치되어 있다. 도 7b는, CARE 헤드(500)를 촉매 쪽으로부터 본 도면이다. 단, 도 7b는 베이스 플레이트(508)에 설치된 피에조 소자(512)만을 나타내고 있으며, 다른 구조는 생략하고 있다. 도 7b는, 원형의 베이스 플레이트(508)의 중심에 원형의 피에조 소자(512)가 배치되고, 그 외측에 동심원 형상으로 복수의 링 형상의 피에조 소자(512)가 배치되어 있다. 도 7c는, CARE 헤드(500)를 촉매 쪽으로부터 본 도면이다. 단, 도 7c는, 베이스 플레이트(508)에 설치된 피에조 소자(512)만을 나타내고 있으며, 다른 구조는 생략하고 있다. 도 7c는, 원형의 베이스 플레이트(508)에 1개의 사각 형상의 피에조 소자(512)가 격자 형상으로 복수 배치되어 있다. 도 7d는, CARE 헤드(500)를 촉매 쪽으로부터 본 도면이다. 단, 도 7d는, 베이스 플레이트(508)에 설치된 피에조 소자(512)만을 나타내고 있으며, 다른 구조는 생략하고 있다. 도 7d는, 원형의 베이스 플레이트(508)에 1개의 원형의 피에조 소자(512)가 격자 형상으로 복수 배치되어 있다. 도 7a 내지 도 7d는, CARE 헤드(500)에 있어서의 피에조 소자(512)의 배치 패턴의 예를 나타내고 있으며, 각 피에조 소자(512) 밑에 설치되는 촉매 보유 지지 베이스(514) 및 촉매(516)의 형상은 임의이다. 예를 들어, 도 5, 도 6에 도시된 실시 형태의 촉매 보유 지지 베이스(514) 및 촉매(516)로 할 수 있다. 또한, 도 7a 내지 도 7d에 나타내는 실시 형태에 있어서는, 피에조 소자(512)가 복수의 영역으로 분할되어 있으므로, 영역마다 독립하여, 피에조 소자(512)에 구동 전압을 인가할 수 있도록 구성할 수 있다. 이들의 피에조 소자(512)의 배치에 대해서는, 기본적으로는 피처리 영역의 형상에 의해 적절히 결정해도 되고, 예를 들어 피처리 영역이 기판(Wf)의 반경 방향에 분포를 갖는 경우에는 도 7b와 같은 동심원 형상의 피에조 배치가 좋고, 또한 각 기판(Wf)의 각 칩에 대하여 처리를 행하는 경우, 도 7c, 도 7d에 배치되는 피에조 소자(512) 및 그 밑에 배치되는 촉매 보유 지지 베이스(514), 촉매(516)가 칩 사이즈라도 좋다.
이하에서는, 본 명세서에서 개시되는 기판 처리 장치(1000) 및 이것을 포함하는 기판 처리 시스템(1100)을 사용한 CARE 처리에 대해서 설명한다. 상술한 바와 같이, 기판 처리 장치(1000) 및 기판 처리 시스템(1100)은, 제어 장치(900)를 구비하고 있고, 기판 처리 장치(1000) 및 기판 처리 시스템(1100) 내의 각 요소는 제어 장치(900)에 의해 제어 가능하게 구성할 수 있다.
먼저, 처리 대상인 기판(Wf)을 스테이지(400)에 설치한다. 그리고 촉매 보유 지지부인 CARE 헤드(500)를 기판(Wf) 위의 피처리 영역으로 이동시킨다. 이때, 아암(600)의 이동, 스테이지(400)의 회전 등의 이동을 조합하여, CARE 헤드(500)를 기판(Wf)의 피처리 영역으로 이동시킬 수 있다. 또한, 미리 기판(Wf)의 표면의 상태 검출(예를 들어, 막 두께 등)을 실시해 두고, 피처리 영역의 위치를 결정할 수 있다. 또한, 도 1과 함께 설명한 바와 같이, 기판 처리 장치(1000)는 검출부(408)를 구비하고 있고, 기판(Wf)의 임의의 점을 특정하는 것이 가능하고, 그에 의해 원하는 영역의 처리가 가능하게 된다. 또한, 피처리 영역으로부터 얻어진 정보와 기판 처리의 목표값과의 차분으로부터 처리 조건을 결정할 수 있다.
CARE 헤드(500)를 기판(Wf) 위의 피처리 위치로 이동시키면, CARE 헤드(500)를 기판(Wf)의 면에 수직 방향으로 이동시켜서, 촉매(516)를 기판(Wf)의 피처리 영역에 근접시킨다. 이때, CARE 헤드(500)의 피에조 소자(512)에는 구동 전압을 부여하지 않고, 피에조 소자(512)를 구동시키지 않는다. 그리고 촉매(516)의 표면과 기판(Wf)의 피처리 영역의 표면과의 사이의 거리가, 피에조 소자(512)에 의한 이동의 범위 내가 되도록 이동시킨다.
그 후, 피에조 소자(512)에 구동 전압을 인가함으로써, 피에조 소자(512)를 변형시켜서, 촉매(516)를 기판(Wf)의 피처리 영역에 접촉 또는 근접시킨다. 이때, 피에조 소자(512)에 교류 전압을 인가할 수 있다. 피에조 소자(512)는, 인가된 교류 전압의 주파수로 진동(팽창/수축)하게 된다. 인가하는 교류 전압의 주파수는 임의로 할 수 있다. 또한, 촉매(516)가 보유 지지된 촉매 보유 지지 베이스(514)가 공진하는 고유 진동수에 상당하는 주파수의 교류 전압을 인가해도 된다. 인가하는 교류 전압의 패턴은, 구형파, 사인파 등으로 할 수 있다. 또한, 직류 전압을 피에조 소자(512)에 인가해도 된다. 도 8은, CARE 헤드(500)를 기판(Wf)의 피처리 영역에 근접시키고 나서, 피에조 소자(512)에 구동 전압을 인가하여, 촉매(516)를 기판(Wf)의 피처리면에 접촉시키는 모습을 도시하는 도면이다. 도 8은, 기판(Wf)의 표면에 형성된 막의 볼록부를 평탄화하는 경우를 나타내고 있다. 도 8의 좌측도는, CARE 헤드(500)를 기판(Wf)의 피처리 영역에 근접시켜서, 피에조 소자(512)에 구동 전압을 인가시키기 전의 상태를 나타내고 있다. 도 8의 우측도는, CARE 헤드(500)를 기판(Wf)의 피처리 영역에 근접시켜서, 피에조 소자(512)에 구동 전압을 인가시킨 상태를 나타내고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 피에조 소자(512)에 구동 전압을 인가시킴으로써, 피에조 소자(512)는 변형되고, 촉매(516)를 기판(Wf)의 피처리 영역에 접촉 또는 근접시킬 수 있다.
도 9는, 피에조 소자(512)에 교류 전압을 인가하고 있을 때의 진동 센서(522)의 신호를 나타내는 그래프다. 도 9의 그래프에 있어서, 횡축은 시간이며, 종축은 진동 센서(522)의 신호 출력이며, 압전식의 진동 센서(522)이면 압력에 상당하는 신호 출력이며, 도 3b의 실시 형태와 같이 정전 용량식 또는 와전류식의 진동 센서(522)이면, 베이스 플레이트(508)와 헤드 본체(506) 사이의 거리에 상당하는 신호 출력이다. 일반적으로, 피에조 소자는 인가하는 구동 전압의 크기에 따라서 형상이 변화된다. 촉매(516)가 기판(Wf)에 접촉하면, 피에조 소자(512)의 변형에 물리적·기계적인 제한이 발생한다. 따라서, 진동 센서(522)에 의해 피에조 소자(512)의 변위에 상당하는 신호를 모니터링하면서 피에조 소자(512)에 인가하는 구동 전압의 크기를 크게 해 가면, 변위가 어떤 일정 이상의 변화를 하지 않게 된다. 그때에 촉매(516)와 기판(Wf)의 표면이 접촉했다고 판단할 수 있다. 또는, 피에조 소자(512)에 소정 크기의 교류 전압을 인가하면서, CARE 헤드(500)를 기판(Wf)을 향해 이동시켜도 된다. 이 경우, 촉매(516)가 기판(Wf)에 접촉하고 있지 않을 때는, 진동 센서(522)로부터는 피에조 소자(512)에 인가한 구동 전압에 따른 변위가 출력된다. 촉매(516)가 기판에 접촉했을 때에, 피에조 소자(512)의 변형에 제한이 발생하므로, 진동 센서(522)로 관찰되는 변위의 진폭이 작아진다(도 9 참조). 따라서, 진동 센서(522)로 관찰되는 변위의 진폭이 작아졌을 때에, 촉매(516)와 기판(Wf)이 접촉했다고 판단해도 된다. 또한, 피에조 소자(512), 촉매 보유 지지 베이스(514) 및 촉매(516)가 복수의 영역으로 분할되어 있는 실시 형태에 있어서는, 영역마다 촉매(516)와 기판(Wf)과의 접촉 판단을 해도 된다.
피에조 소자(512)의 구동에 의해, 피에조 소자(512)와 기판(Wf)과의 접촉 또는 근접이 가능하다고 판단하면, CARE 처리를 위한 처리액을 촉매(516)와 기판(Wf)의 표면과의 사이에 공급한다. 도 2의 실시 형태에 있어서는, CARE 헤드(500)의 외부에 설치된 처리액 공급 노즐(702)로부터 처리액을 공급할 수 있다. 그러나, 다른 실시 형태에 있어서, CARE 헤드(500)의 내부에 처리액 공급 노즐(702)을 설치하여, CARE 헤드(500)로부터 처리액을 공급하도록 해도 된다. 예를 들어, 회전 샤프트(510)로부터 촉매(516)의 표면까지 처리액을 공급하기 위한 관로를 설치하고, 촉매(516)의 표면으로부터 처리액을 공급하도록 할 수 있다. 회전 샤프트(510)로부터 촉매(516)의 표면까지 처리액을 공급하기 위한 관로를 설치한 CARE 헤드로서, 예를 들어 특허문헌 2(WO2015/159973)에 개시되어 있는 구조를 채용해도 된다. 또한, 촉매 보유 지지 베이스(514) 및 촉매(516)에, 처리액을 촉매(516)의 표면에 균일하게 공급하기 위한 홈부를 설치하는 구조로 해도 된다. 홈부는, 예를 들어 촉매(516)의 표면에 동심원 형상의 복수의 홈으로 해도 되고, 또한 종횡으로 격자 형상의 홈으로 해도 되고, 또한 촉매(516)의 표면 중심으로부터 방사 형상으로 연장되는 복수의 홈, 나선형 위로 연장되는 홈 등으로 할 수 있다.
또한, CARE 반응에 있어서는, 선택하는 촉매 재료에 따라서는, 촉매 표면에 전압을 인가함으로써, 에칭 속도가 변화된다. 그로 인해, 처리액의 공급과 함께 촉매(516)에 전압을 인가해도 된다.
피에조 소자(512)의 구동에 의해 촉매(516)를 기판(Wf)의 피처리 영역에 접촉시킬 수 있는 상태에 있어서, 처리액을 공급함으로써 CARE 반응이 발생한다. 이때, 촉매(516)와 기판(Wf)의 피처리 영역을 상대적으로 운동시켜도 된다. 예를 들어, CARE 헤드(500)의 아암(600)을 이동시키거나, 기판(Wf)이 배치된 스테이지(400)를 회전시키거나 함으로써, 촉매(516)와 기판(Wf)의 피처리 영역을 상대적으로 운동시킬 수 있다. 또는, CARE 헤드(500)를 회전시켜도 된다. 촉매(516)와 기판(Wf)의 피처리 영역과의 상대적인 운동은, 피에조 소자(512)를 진동시키면서 행한다. 상술한 바와 같이, 촉매(516)와 기판(Wf)과의 접촉을 판단한 점을 기준으로 하여, 피에조 소자(512)의 최대 변위일 때에 촉매(516)와 기판(Wf)의 피처리면과의 사이의 거리가 수십㎚ 이하가 되도록, 보다 바람직하게는 10㎚ 이하가 되도록 피에조 소자(512)에 부여하는 구동 전압을 제어한다. 또한, 촉매(516)와 기판(Wf)과의 접촉을 판단한 점을 기준으로 하여, 피에조 소자(512)의 구동 전압의 진폭을 제어하여, 촉매(516)와 기판(Wf)과의 접촉량을 제어해도 된다.
이와 같이, 촉매(516)와 기판(Wf)의 피처리면과의 사이의 거리를 피에조 소자(512)에 의해 미세하게 제어할 수 있으므로, 촉매(516)의 표면 피처리면으로의 접촉량 또는 근접량을 작게 할 수 있다. 그로 인해, 촉매(516)의 표면에 부여하는 기계적인 손상을 경감할 수 있어, 촉매의 열화를 경감할 수 있다.
CARE 처리를 행한 후는, 처리 후의 기판(Wf)을 반송 기구(1500)에 의해 세정 장치(1300)로 반송하고, 기판(Wf)의 세정을 행한다. 기판(Wf)의 세정은 임의의 공지된 방법으로 행할 수 있다. 기판(Wf)을 세정하면, 기판(Wf)을 반송 기구(1500)에 의해 건조 장치(1400)로 반송한다. 기판(Wf)의 건조는 임의의 공지된 방법으로 행할 수 있다. 기판(Wf)을 건조시키면, 기판(Wf)을 반송 기구(1500)에 의해 소정의 위치에 배치한다. 또한, 기판 처리 장치(1000)에 의한 CARE 처리는, 기판 처리 시스템(1100)의 CMP 장치(1200)에 의해 CPM 처리를 행한 후에 실시해도 된다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기판 처리 장치(1000)에 있어서는, 여러 종류의 기판을, 여러 가지 촉매 및 처리액을 사용해서 처리할 수 있다. 기판(Wf)의 피처리 영역의 예는, 예를 들어 SiO2나 Low-k 재료로 대표되는 절연막, Cu나 W로 대표되는 배선 금속, Ta, Ti, TaN, TiN, Co 등으로 대표되는 배리어 메탈, GaAs 등으로 대표되는 Ⅲ-V족 재료다. 촉매(516)의 재질로서는, 예를 들어 귀금속, 전이 금속, 세라믹스계 고체 촉매, 염기성 고체 촉매, 산성 고체 촉매 등으로 할 수 있다. 처리액은, 예를 들어 산소 용해수, 오존수, 산, 알칼리 용액, H2O2수, 불화수소산 용액 등으로 할 수 있다. 또한, 촉매(516) 및 처리액은 기판(Wf)의 피처리 영역의 재질에 의해, 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 피처리 영역의 재질이 Cu일 경우, 촉매(516)로서는 산성 고체 촉매가 사용되고, 처리액으로서는 오존수가 사용되어도 된다. 또한, 피처리 영역의 재질이 SiO2일 경우에는, 촉매(516)에는 백금이나 니켈이 사용되고, 처리액에는 산이 사용되어도 된다. 또한, 피처리 영역의 재질이 Ⅲ-V족 금속(예를 들어, GaAs)일 경우에는, 촉매(516)에는 철이 사용되고, 처리액에는 H2O2수가 사용되어도 된다.
이상, 몇 가지의 예에 기초하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 상기한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 균등물이 포함되는 것은 물론이다. 또한, 상술한 과제 중 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는 효과 중 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 특허 청구 범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소의 임의의 조합 또는, 생략이 가능하다.
400 : 스테이지
500 : CARE 헤드
502 : 짐벌 기구
504 : 외주 부재
506 : 헤드 본체
508 : 베이스 플레이트
510 : 샤프트
512 : 피에조 소자
514 : 촉매 보유 지지 베이스
516 : 촉매
518 : 촉매 전극
520 : 카운터 전극
522 : 진동 센서
550 : 스프링
600 : 보유 지지 아암
602 : 수직 구동 기구
620 : 가로 구동 기구
702 : 처리액 공급 노즐
900 : 제어 장치
1000 : 기판 처리 장치
1100 : 기판 처리 시스템
1200 : CMP 장치
1300 : 세정 장치
1400 : 건조 장치
1500 : 반송 기구
Wf : 기판

Claims (11)

  1. 처리액의 존재 하에서 촉매와 기판을 근접 또는 접촉시켜서, 기판의 피처리 영역을 에칭하기 위한 기판 처리 장치이며,
    기판을 보유 지지하기 위한 기판 보유 지지부와,
    촉매를 보유 지지하기 위한 촉매 보유 지지부를 갖고,
    상기 촉매 보유 지지부는,
    고강성의 베이스 플레이트와,
    상기 베이스 플레이트에 인접해서 배치되는 피에조 소자와,
    상기 피에조 소자에 인접해서 배치되는 고강성의 촉매 보유 지지 베이스와,
    상기 촉매 보유 지지 베이스에 보유 지지된 촉매를 갖고,
    상기 기판 처리 장치는 또한, 상기 피에조 소자에 인가하는 구동 전압을 제어하기 위한 제어 장치를 갖는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매 보유 지지부는, 제1 영역 및 제2 영역을 갖고,
    상기 제1 영역은, 제1 촉매, 제1 촉매 보유 지지 베이스 및 제1 피에조 소자를 갖고,
    상기 제2 영역은, 제2 촉매, 제2 촉매 보유 지지 베이스 및 제2 피에조 소자를 갖고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 피에조 소자 및 상기 제2 피에조 소자에 각각 독립하여 구동 전압을 인가할 수 있도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 촉매 보유 지지 베이스 및 상기 촉매를 공진시키기 위한 주파수의 구동 전압을 상기 피에조 소자에 인가하도록 구성되는, 기판 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매 보유 지지부는, 상기 피에조 소자의 진동 진폭을 감시하기 위한 진동 센서를 갖는, 기판 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매 보유 지지부를 상기 기판 보유 지지부의 방향으로 운동시키기 위한 제1 구동 기구를 갖는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매 보유 지지부를 상기 기판 보유 지지부의 기판 지지면에 평행한 방향으로 운동시키기 위한 제2 구동 기구를 갖는, 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 구동 기구에 의한 상기 촉매 보유 지지부의 운동은, 회전 운동, 직선 운동, 및 회전 운동 및 직선 운동을 조합한 운동 중 적어도 하나를 포함하는, 기판 처리 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판 보유 지지부를 상기 기판 보유 지지부의 기판 지지면에 평행한 방향으로 운동시키기 위한 제3 구동 기구를 갖는, 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 구동 기구에 의한 상기 촉매 보유 지지부의 운동은, 회전 운동, 직선 운동, 및 회전 운동 및 직선 운동을 조합한 운동 중 적어도 하나를 포함하는, 기판 처리 장치.
  10. 기판 처리 시스템이며,
    제1항 또는 제2항에 기재된 기판 처리 장치와,
    상기 기판 처리 장치에서의 처리 후에 기판을 세정하기 위한 세정 장치와,
    상기 세정부에서의 세정 후에 기판을 건조시키기 위한 건조 장치와,
    상기 기판 처리 시스템 내에서 기판을 반송하기 위한 반송 기구와,
    상기 기판 처리 장치, 상기 세정부, 상기 건조부 및 상기 반송 기구의 동작을 제어하기 위한 제어 장치를 갖는, 기판 처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 기판을 CMP 처리하기 위한 CMP 장치를 갖는, 기판 처리 시스템.
KR1020180024266A 2017-03-31 2018-02-28 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치를 포함하는 기판 처리 시스템 KR20180111516A (ko)

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