KR20190099518A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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아키히사 이와사키
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

기판 처리 방법은, 금속막이 노출된 상면을 가지는 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 공정과, 연직 방향을 따르는 회전축선의 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 공정과, 탈기된 처리액을 상기 기판의 상면에 공급함으로써, 상기 기판 상에 상기 처리액의 액막을 형성하는 액막 형성 공정과, 상기 액막의 두께가 100μm 이상이 되도록 상기 액막의 두께를 조정하는 막두께 조정 공정을 포함한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
이 발명은, 기판을 처리하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다. 처리 대상이 되는 기판에는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 기판, 유기 EL(Electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양 전지용 기판 등의 기판이 포함된다.
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 제조 공정에서는, 반도체 웨이퍼나 액정 표시용 유리 기판 등의 기판으로부터 이물을 제거하는 세정 공정이 행해진다. 예를 들어, 트랜지스터나 캐패시터 등의 디바이스가 내장된 반도체 웨이퍼의 표면에 다층 배선을 형성하는 백 앤드 프로세스(BEOL： Back End of the Line)에서는, 드라이 에칭이나 애싱에 의해 발생한 폴리머 잔사를 제거하는 폴리머 제거 공정이 행해진다.
폴리머 제거 공정에서는, 금속 배선(예를 들어, 구리 배선)이 노출된 기판의 표면에 폴리머 제거액 등의 처리액이 공급된다. 그런데, 산소 농도가 비교적 높은 처리액이 기판에 공급되면, 처리액에 용해되어 있는 산소(용존 산소)에 의해 기판 상의 금속 배선이 산화되어, 금속 산화물이 형성된다. 이 금속 산화물은 처리액에 의해 부식(에칭)되므로, 이 기판으로부터 작성되는 디바이스의 품질이 저하될 우려가 있다. 금속 배선의 에칭량은, 처리액 중의 산소 농도의 증가에 수반하여 증가한다. 또, 처리액 중의 용존 산소에 의한 기판 상의 금속 배선의 산화는, 폴리머 제거액 이외의 처리액에 의한 기판의 처리에 있어서도 발생할 수 있다.
그래서, 하기 특허 문헌 1에는, 스핀 척에 유지된 기판과, 기판의 상면에 대향하는 차단판 사이에 불활성 가스를 공급함으로써, 차단판과 기판 사이의 분위기를 불활성 가스에 의해 치환하는 것이 제안되어 있다. 이것에 의해, 기판의 주위의 분위기 중의 산소 농도가 저감되므로, 기판 상에 공급된 처리액에 용해하는 산소의 양이 저감된다.
일본 특허공개 2013-77595호 공보
불활성 가스에 의한 분위기의 치환을 생략할 수 있으면, 기판의 처리에 필요로 하는 시간이 단축되어, 스루풋(단위 시간당 기판의 처리 매수)을 향상시킬 수 있다.
그래서, 이 발명의 하나의 목적은, 금속막이 노출된 표면을 가지는 기판을 처리하는 구성에 있어서, 기판의 주위의 분위기 중의 산소 농도를 저감하지 않고, 처리액 중의 산소에 기인하는 금속막의 산화를 억제할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
이 발명의 일실시 형태는, 금속막이 노출된 상면을 가지는 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 공정과, 연직 방향을 따르는 회전축선의 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 공정과, 탈기된 처리액을 상기 기판의 상면에 공급함으로써, 상기 기판 상에 상기 처리액의 액막을 형성하는 액막 형성 공정과, 상기 액막의 두께가 100μm 이상이 되도록 상기 액막의 두께를 조정하는 막두께 조정 공정을 포함하는, 기판 처리 방법을 제공한다.
이 방법에 의하면, 액막 형성 공정에서는, 기판 상에 처리액의 액막이 형성된다. 이 액막에 의해, 기판의 표면에 노출된 금속막이 덮인다. 막두께 조정 공정에서는, 액막 형성 공정에서 기판 상에 형성된 액막의 두께는, 100μm 이상이 되도록 조정된다. 그 때문에, 조정 후의 액막은 충분히 두껍다.
액막이 충분히 두껍기 때문에, 액막이 기판의 주위의 분위기에 노출됨으로써 처리액에 용해된 산소가, 기판의 상면에 도달하는 것을 억제할 수 있다. 또, 액막이 충분히 두껍기 때문에, 액막의 체적도 충분히 크다. 그 때문에, 기판의 상면에 공급된 처리액에 산소가 용해되는 것에 기인하여 액막 중의 산소 농도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 금속막과 반응하는 산소가 저감되므로, 금속막의 산화를 억제할 수 있다.
따라서, 기판의 주위의 분위기 중의 산소 농도를 저감하지 않고, 처리액 중의 산소에 기인하는 금속막의 산화를 억제할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 막두께 조정 공정이, 상기 기판의 회전 속도가 300rpm 이하가 되도록 상기 기판의 회전을 제어함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 막두께 조정 공정에서는, 기판의 회전 속도가 300rpm 이하가 되도록 기판의 회전이 제어됨으로써, 액막의 두께가 조정된다.
회전 상태의 기판 상에 형성된 액막에는, 원심력이 작용한다. 그 때문에, 기판의 회전 속도가 커지면, 원심력에 의해 기판 밖으로 비산하는 처리액의 양이 증가하여, 기판 상의 처리액의 양이 줄어든다. 이것에 의해, 액막의 두께가 불충분해질 우려가 있다. 그래서, 막두께 조정 공정에 있어서, 기판의 회전 속도가 충분히 작아지도록(300rpm 이하가 되도록) 기판의 회전을 제어함으로써, 액막을 충분히 두껍게 할 수 있다. 따라서, 금속막의 산화를 억제할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 막두께 조정 공정이, 상기 처리액의 공급량이 2.0L/min 이상이 되도록 상기 처리액의 공급량을 제어함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함한다.
상술한 바와 같이, 회전 상태의 기판 상에 형성된 액막에 원심력이 작용함으로써, 처리액이 기판 밖으로 비산한다. 그 때문에, 처리액의 공급량이 적어지면, 기판 상의 처리액의 양이 줄어든다. 이것에 의해, 액막의 두께가 불충분해질 우려가 있다.
그래서, 막두께 조정 공정에 있어서, 처리액의 공급량이 충분히 많아지도록(2.0L/min 이상이 되도록) 처리액의 공급량을 제어함으로써, 액막을 충분히 두껍게 할 수 있다. 따라서, 금속막의 산화를 억제할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 액막 형성 공정이, 상기 기판의 상면의 회전 중심을 향하여 상기 처리액을 공급함으로써, 상기 액막을 형성하는 공정을 포함한다. 그리고, 상기 막두께 조정 공정이, 상기 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치를 향하여 기체를 공급함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 액막 형성 공정에서는, 기판의 상면의 회전 중심을 향하여 처리액을 공급함으로써, 액막이 형성된다.
기판의 상면의 회전 중심을 향하여 처리액이 공급된 경우, 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치(특히, 기판의 상면의 회전 중심으로부터 약 20mm인 위치와 기판의 상면의 회전 중심으로부터 약 80mm인 위치)에서는, 액막이 두꺼워지기 쉽다. 그 한편으로, 기판의 상면의 둘레 가장자리 부근에서는, 액막이 얇아지기 쉽다. 즉, 기판의 상면 내에 있어서 액막의 두께에 불균일이 생기기 쉽다.
그래서, 막두께 조정 공정에 있어서, 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치(예를 들어, 기판의 상면의 회전 중심으로부터 약 20mm인 위치와 기판의 상면의 회전 중심으로부터 약 80mm인 위치 사이의 위치)를 향하여 기체를 공급함으로써, 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치에 있는 처리액에, 원심력에 더하여, 기판의 둘레 가장자리측을 향하여 기체가 처리액을 밀어내는 힘을 작용시킬 수 있다. 이것에 의해, 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치에 있는 처리액이 기판의 둘레 가장자리측으로 이동하는 속도가 증대된다. 그 때문에, 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치에 있어서 액막의 두께가 저감되고, 기판의 상면의 둘레 가장자리 부근에 있어서 액막의 두께가 증대된다. 이것에 의해, 액막의 두께의 불균일을 저감할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판 처리 방법이, 상기 막두께 조정 공정에 있어서 조정된 상기 액막의 두께를 측정하는 막두께 측정 공정을 더 포함한다.
이 방법에 의하면, 막두께 측정 공정에 있어서, 막두께 조정 공정에서 조정된 액막의 두께가 측정된다. 그 때문에, 막두께 조정 공정에 있어서 액막의 두께가 의도한 값으로부터 어긋나는 등의, 기판 처리의 이상(異常)을 조기에 검지할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 막두께 조정 공정이, 상기 막두께 측정 공정에서 측정된 상기 액막의 두께에 의거하여 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 막두께 조정 공정에서는, 막두께 측정 공정에서 측정된 액막의 두께에 의거하여 액막의 두께가 조정된다. 그 때문에, 막두께 조정 공정에 있어서, 액막의 두께를 정밀도 있게 조정할 수 있다.
이 발명은 또한, 금속막이 노출된 상면을 가지는 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛과, 연직 방향을 따르는 회전축선의 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 유닛과, 탈기된 처리액을 상기 기판의 상면에 공급하는 처리액 공급 유닛과, 상기 기판 유지 유닛, 상기 기판 회전 유닛 및 상기 처리액 공급 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
그리고, 상기 컨트롤러는, 상기 기판 유지 유닛에 상기 기판을 유지시키는 기판 유지 공정과, 상기 회전축선의 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 공정과, 상기 처리액을 상기 기판의 상면에 공급함으로써, 상기 기판 상에 상기 처리액의 액막을 형성하는 액막 형성 공정과, 상기 액막의 두께가 100μm 이상이 되도록 상기 액막의 두께를 조정하는 막두께 조정 공정을 실행하도록 프로그램되어 있다.
이 구성에 의하면, 액막 형성 공정에서는, 기판 상에 처리액의 액막이 형성된다. 이 액막에 의해, 기판의 표면에 노출된 금속막이 덮인다. 막두께 조정 공정에서는, 액막 형성 공정에서 기판 상에 형성된 액막의 두께는, 100μm 이상이 되도록 조정된다. 그 때문에, 조정 후의 액막은 충분히 두껍다.
액막이 충분히 두껍기 때문에, 액막이 기판의 주위의 분위기에 노출됨으로써 처리액에 용해된 산소가, 기판의 상면에 도달하는 것을 억제할 수 있다. 또, 액막이 충분히 두껍기 때문에, 액막의 체적도 충분히 크다. 그 때문에, 기판의 상면에 공급된 처리액에 산소가 용해되는 것에 기인하여 액막 중의 산소 농도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 금속막과 반응하는 산소가 저감되므로, 금속막의 산화를 억제할 수 있다.
따라서, 기판의 주위의 분위기 중의 산소 농도를 저감하지 않고, 처리액 중의 산소에 기인하는 금속막의 산화를 억제할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 막두께 조정 공정이, 상기 기판의 회전 속도가 300rpm 이하가 되도록 상기 기판의 회전을 제어함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 막두께 조정 공정에 있어서, 기판의 회전 속도가 충분히 작아지도록(300rpm 이하가 되도록) 기판의 회전이 제어된다. 그 때문에, 액막을 충분히 두껍게 할 수 있다. 따라서, 금속막의 산화를 억제할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 막두께 조정 공정이, 상기 처리액의 공급량이 2.0L/min 이상이 되도록 상기 처리액의 공급량을 제어함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 막두께 조정 공정에 있어서, 처리액의 공급량이 충분히 많아지도록(2.0L/min 이상이 되도록) 처리액의 공급량이 제어된다. 그 때문에, 액막을 충분히 두껍게 할 수 있다. 따라서, 금속막의 산화를 억제할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 액막 형성 공정이, 상기 기판의 상면의 회전 중심을 향하여 상기 처리액을 공급함으로써, 상기 액막을 형성하는 공정을 포함한다. 그리고, 상기 막두께 조정 공정이, 상기 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치를 향하여 기체를 공급함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 액막 형성 공정에서는, 기판의 상면의 회전 중심을 향하여 처리액을 공급함으로써, 액막이 형성된다. 막두께 조정 공정에서는, 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치(예를 들어, 기판의 상면의 회전 중심으로부터 20mm인 위치와 기판의 상면의 회전 중심으로부터 80mm인 위치 사이의 위치)를 향하여 기체가 공급된다. 이것에 의해, 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치에 있는 처리액에는, 원심력에 더하여, 기판의 둘레 가장자리측을 향하여 기체가 처리액을 밀어내는 힘이 작용한다. 이것에 의해, 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치에 있는 처리액이 기판의 둘레 가장자리측으로 이동하는 속도가 증대된다. 그 때문에, 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치에 있어서 액막의 두께가 저감되고, 기판의 상면의 둘레 가장자리 부근에 있어서 액막의 두께가 증대된다. 이것에 의해, 액막의 두께의 불균일을 저감할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판 처리 장치가, 상기 액막의 두께를 측정 가능한 막두께 측정 유닛을 더 포함한다. 그리고, 상기 컨트롤러가, 상기 막두께 측정 유닛을 제어함으로써, 상기 막두께 조정 공정에 있어서 조정된 상기 액막의 두께를 측정하는 막두께 측정 공정을 실행한다.
이 구성에 의하면, 막두께 측정 공정에 있어서, 막두께 조정 공정에서 조정된 액막의 두께가 측정된다. 그 때문에, 막두께 조정 공정에 있어서 액막의 두께가 의도한 값으로부터 어긋나는 등의, 기판 처리의 이상을 조기에 검지할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 막두께 조정 공정이, 상기 막두께 측정 공정에서 측정된 상기 액막의 두께에 의거하여 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 막두께 조정 공정에서는, 막두께 측정 공정에서 측정된 액막의 두께에 의거하여 액막의 두께가 조정된다. 그 때문에, 막두께 조정 공정에 있어서, 액막의 두께를 정밀도 있게 조정할 수 있다.
본 발명에 있어서의 상술한, 또는 또 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도면을 참조하여 다음에 서술하는 실시 형태의 설명에 의해 밝혀진다.
도 1은, 이 발명의 일실시 형태에 관련된 기판 처리 장치의 내부의 레이아웃을 설명하기 위한 도해적인 평면도이다.
도 2는, 상기 기판 처리 장치에 구비된 처리 유닛의 구성예를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은, 상기 기판 처리 장치의 주요부의 전기적 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 4는, 상기 기판 처리 장치에 의해 처리되는 기판의 표면 상태의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는, 상기 기판 처리 장치에 의한 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은, 약액 처리(도 5의 S2)의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 7은, 기판의 회전 속도의 변화에 의한 불산의 액막의 두께의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은, 불산의 액막의 두께의 변화에 의한 Cu막의 에칭량의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 1은, 이 발명의 일실시 형태에 관련된 기판 처리 장치(1)의 내부의 레이아웃을 설명하기 위한 도해적인 평면도이다.
기판 처리 장치(1)는, 실리콘 웨이퍼 등의 기판(W)을 한 장씩 처리하는 매엽식의 장치이다. 이 실시 형태에서는, 기판(W)은, 원판형의 기판이다. 기판 처리 장치(1)는, 약액이나 린스액 등의 처리액으로 기판(W)을 처리하는 복수의 처리 유닛(2)과, 처리 유닛(2)으로 처리되는 복수장의 기판(W)을 수용하는 캐리어(C)가 재치(載置)되는 로드 포트(LP)와, 로드 포트(LP)와 처리 유닛(2) 사이에서 기판(W)을 반송하는 반송 로봇(IR 및 CR)과, 기판 처리 장치(1)를 제어하는 컨트롤러(3)를 포함한다. 반송 로봇(IR)은, 캐리어(C)와 반송 로봇(CR) 사이에서 기판(W)을 반송한다. 반송 로봇(CR)은, 반송 로봇(IR)과 처리 유닛(2) 사이에서 기판(W)을 반송한다. 복수의 처리 유닛(2)은, 예를 들어, 동일한 구성을 가지고 있다.
도 2는, 처리 유닛(2)의 구성예를 설명하기 위한 모식도이다.
처리 유닛(2)은, 한 장의 기판(W)을 수평인 자세로 유지하면서 기판(W)의 중앙부를 지나는 연직의 회전축선(A1) 둘레로 기판(W)을 회전시키는 스핀 척(5)과, 스핀 척(5)을 둘러싸는 통형의 컵(6)을 포함한다. 처리 유닛(2)은, 기판(W)의 상면(표면)에 약액을 공급하는 약액 공급 유닛(7)과, 기판(W)의 상면에 탈이온수(Deionized Water: DIW) 등의 린스액을 공급하는 린스액 공급 유닛(8)과, 기판(W)의 상면에 질소(N2) 가스 등의 기체를 공급하는 기체 공급 유닛(9)과, 기판(W) 상에 형성된 처리액 등의 액막의 두께를 측정하는 막두께 측정 유닛(10)을 더 포함한다.
처리 유닛(2)은, 컵(6)을 수용하는 챔버(14)(도 1 참조)를 더 포함한다. 챔버(14)에는, 챔버(14) 내에 기판(W)을 반입하거나, 챔버(14) 내로부터 기판(W)을 반출하기 위한 출입구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 챔버(14)에는, 이 출입구를 개폐하는 셔터 유닛(도시하지 않음)이 구비되어 있다.
스핀 척(5)은, 척 핀(20)과, 스핀 베이스(21)와, 회전축(22)과, 전동 모터(23)를 포함한다. 회전축(22)은, 회전축선(A1)을 따라 연직 방향으로 연장되어 있다. 회전축(22)의 상단은, 스핀 베이스(21)의 하면 중앙에 결합되어 있다.
스핀 베이스(21)는, 수평 방향을 따르는 원반형상을 가지고 있다. 스핀 베이스(21)의 상면의 주연부에, 복수의 척 핀(20)이 둘레방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 스핀 베이스(21) 및 척 핀(20)은, 기판(W)을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛에 포함된다. 기판 유지 유닛은, 기판 홀더라고도 한다.
전동 모터(23)는, 회전축(22)에 회전력을 부여한다. 전동 모터(23)에 의해 회전축(22)이 회전됨으로써, 기판(W)이 회전축선(A1)의 둘레로 회전된다. 전동 모터(23)는, 기판(W)을 회전축선(A1)의 둘레로 회전시키는 기판 회전 유닛에 포함된다.
약액 공급 유닛(7)은, 기판(W)의 상면에 약액을 공급하는 약액 노즐(30)과, 약액 노즐(30)에 결합된 약액 공급관(31)을 포함한다. 약액 공급관(31)에는, 약액 공급원으로부터, 불산(불화 수소수： HF) 등의 약액이 공급되어 있다.
약액 공급 유닛(7)은, 약액 공급관(31)에 개재된 약액 공급 밸브(32), 약액 유량 조정 밸브(33) 및 약액 탈기 유닛(34)을 더 포함한다. 또한, 약액 탈기 유닛(34)은, 불활성 가스 버블링 약액 캐비넷이어도 된다. 약액 공급 밸브(32)는, 약액의 유로를 개폐한다. 약액 유량 조정 밸브(33)는, 그 개도에 따라 약액 공급관(31) 내의 약액의 유량을 조정한다. 약액 탈기 유닛(34)은, 약액 공급원으로부터 약액 공급관(31)에 공급된 약액으로부터 산소를 제거한다.
약액은, 불산에 한정되지 않고, 황산, 아세트산, 질산, 염산, 불산, 버퍼드 불산(BHF), 희불산(DHF), 암모니아수, 과산화수소수, 유기산(예를 들어, 구연산, 옥살산 등), 유기 알칼리(예를 들어, TMAH： 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드 등), 계면 활성제, 부식 방지제 중 적어도 1개를 포함하는 액이어도 된다. 이들을 혼합한 약액의 예로서는, SPM(황산과산화수소수 혼합액), SC1(암모니아과산화수소수 혼합액), SC2(염산과산화수소수 혼합액) 등을 들 수 있다.
약액 노즐(30)은, 약액 노즐 이동 유닛(35)에 의해, 연직 방향(회전축선(A1)과 평행한 방향) 및 수평 방향(회전축선(A1)에 수직인 방향)으로 이동된다. 약액 노즐(30)은, 수평 방향으로의 이동에 의해, 중앙 위치와, 퇴피 위치 사이에서 이동할 수 있다. 약액 노즐(30)은, 중앙 위치에 위치할 때, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)에 대향한다. 약액 노즐(30)은, 퇴피 위치에 위치할 때, 기판(W)의 상면에 대향하지 않는다. 약액 노즐(30)은, 퇴피 위치에 위치할 때, 평면에서 볼 때에 컵(6)의 바깥쪽에 위치해도 된다.
기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)은, 기판(W)의 상면에 있어서의 회전축선(A1)과의 교차 위치이다. 본 실시 형태와는 상이하게, 약액 노즐(30)은, 고정 노즐이어도 된다.
린스액 공급 유닛(8)은, 기판(W)의 상면에 린스액을 공급하는 린스액 노즐(40)과, 린스액 노즐(40)에 결합된 린스액 공급관(41)을 포함한다. 린스액 공급관(41)에는, 린스액 공급원으로부터, DIW 등의 린스액이 공급되어 있다.
린스액 공급 유닛(8)은, 린스액 공급관(41)에 개재된 린스액 공급 밸브(42), 린스액 유량 조정 밸브(43) 및 린스액 탈기 유닛(44)을 더 포함한다. 린스액 공급 밸브(42)는, 린스액의 유로를 개폐한다. 린스액 유량 조정 밸브(43)는, 그 개도에 따라 린스액 공급관(41) 내의 린스액의 유량을 조정한다. 린스액 탈기 유닛(44)은, 린스액 공급원으로부터 린스액 공급관(41)에 공급된 린스액으로부터 산소를 제거한다.
린스액 노즐(40)은, 고정 노즐이다. 본 실시 형태와는 상이하게, 린스액 노즐(40)은, 수평 방향 및 연직 방향으로 이동 가능한 이동 노즐이어도 된다.
린스액이란, DIW에 한정되지 않고, 탄산수, 전해 이온수, 오존수, 희석 농도(예를 들어, 10~100ppm 정도)의 염산수, 암모니아 등을 포함하는 알칼리 이온수, 환원수(수소수)여도 된다.
기체 공급 유닛(9)은, 기체 노즐(50)과, 기체 공급관(51)과, 기체 공급 밸브(52)와, 기체 유량 조정 밸브(53)를 포함한다. 기체 노즐(50)은, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 질소(N2) 가스 등의 기체를 공급한다. 기체 공급관(51)은, 기체 노즐(50)에 결합되어 있다. 기체 공급 밸브(52)는, 기체 공급관(51)에 개재되어, 기체의 유로를 개폐한다. 기체 유량 조정 밸브(53)는, 기체 공급관(51)에 개재되어, 그 개도에 따라 기체 공급관(51) 내의 기체의 유량을 조정한다. 기체 공급관(51)에는, 기체 공급원으로부터, 질소 가스 등의 기체가 공급되어 있다.
기체 공급원으로부터 기체 공급관(51)에 공급되는 기체로서는, 질소 가스 등의 불활성 가스가 바람직하다. 불활성 가스는, 질소 가스에 한정되지 않고, 기판(W)의 상면 및 패턴에 대해 불활성인 가스이다. 불활성 가스의 예로서는, 질소 가스 이외에, 아르곤 등의 희가스류를 들 수 있다.
기체 노즐(50)은, 기체 노즐 이동 유닛(55)에 의해, 연직 방향 및 수평 방향으로 이동된다. 기체 노즐(50)은, 수평 방향으로의 이동에 의해, 중앙 위치와, 퇴피 위치 사이에서 이동할 수 있다. 기체 노즐(50)은, 중앙 위치에 위치할 때, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)에 대향한다. 기체 노즐(50)은, 퇴피 위치에 위치할 때, 기판(W)의 상면에 대향하지 않는다.
기체 노즐 이동 유닛(55)은, 예를 들어, 연직 방향을 따르는 회동축(56)과, 회동축(56)에 결합되어 수평으로 연장되는 노즐 아암(57)과, 노즐 아암(57)을 구동하는 아암 구동 기구(58)를 포함한다. 아암 구동 기구(58)는, 회동축(56)을 연직의 회동축선의 둘레로 회동시킴으로써 노즐 아암(57)을 수평으로 요동시킨다. 아암 구동 기구(58)는, 회동축(56)을 연직 방향을 따라 승강시킴으로써 노즐 아암(57)을 상하 운동하게 한다. 아암 구동 기구(58)는, 예를 들어, 볼 나사 기구(도시하지 않음)와, 거기에 구동력을 부여하는 전동 모터(도시하지 않음)를 포함한다.
막두께 측정 유닛(10)은, 약액 등의 액막의 두께를, 비접촉의 방법으로 측정하기 위한 장치이다. 비접촉의 방법으로서는, 예를 들어, 적외선 흡수법이나 광간섭법 등을 들 수 있다.
막두께 측정 유닛(10)은, 발광부 및 수광부를 가지는 막두께 프로브(60)와, 광원 및 측광부를 가지는 막두께 측정기(61)와, 막두께 프로브(60) 및 막두께 측정기(61)를 연결하는 광 화이버 등의 접속선(62)을 포함한다. 막두께 프로브(60)는, 노즐 아암(57)에 부착되어 있다. 그 때문에, 막두께 프로브(60)는, 기체 노즐(50)과 함께 수평 방향 및 연직 방향으로 이동 가능하다.
도 3은, 기판 처리 장치(1)의 주요부의 전기적 구성을 설명하기 위한 블럭도이다. 컨트롤러(3)는, 마이크로컴퓨터를 구비하고 있으며, 소정의 제어 프로그램에 따라서, 기판 처리 장치(1)에 구비된 제어 대상을 제어한다. 보다 구체적으로는, 컨트롤러(3)는, 프로세서(CPU)(3A)와, 제어 프로그램이 저장된 메모리(3B)를 포함하여, 프로세서(3A)가 제어 프로그램을 실행함으로써, 기판 처리를 위한 다양한 제어를 실행하도록 구성되어 있다. 특히, 컨트롤러(3)는, 반송 로봇(IR, CR), 전동 모터(23), 노즐 이동 유닛(35, 55), 막두께 측정기(61) 및 밸브류(32, 33, 42, 43, 52, 53) 등의 동작을 제어한다.
도 4는, 기판 처리 장치(1)에 의해 처리되는 기판(W)의 표면 상태의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.
이하에 설명하는 바와 같이, 기판 처리 장치(1)에 반입되는 기판(W)은, 예를 들어, 표면에 폴리머 잔사(드라이 에칭이나 애싱 후의 잔사)가 부착되어 있으며, 금속막(70)(금속 패턴)이 노출된 반도체 웨이퍼이다.
금속막(70)은, 구리나 텅스텐 그 외의 금속의 단막이어도 되고, 복수의 금속막을 적층한 다층막이어도 된다. 다층막은, 예를 들어, 구리막과, 이 구리막 상에 적층된 CoWP(cobalt-tungsten-phosphorus)막을 포함하는 적층막이어도 된다. CoWP막은, 확산 방지를 위한 캡막이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 표면 상에는, 층간 절연막(72)이 형성되어 있다. 층간 절연막(72)에는, 하측 배선 홈(73)이 그 상면으로부터 파내어져 형성되어 있다. 하측 배선 홈(73)에는, 구리 배선(74)이 매설되어 있다. 구리 배선(74)은, 금속막(70)에 포함된다. 층간 절연막(72) 상에는, 에치 스토퍼막(75)을 개재하여, 피가공막의 일례로서의 저유전율 절연막(76)이 적층되어 있다. 저유전율 절연막(76)에는, 상측 배선 홈(77)이 그 상면으로부터 파내어져 형성되어 있다. 또한, 저유전율 절연막(76)에는, 상측 배선 홈(77)의 저면으로부터 구리 배선(74)의 표면에 이르는 비아 홀(78)이 형성되어 있다. 상측 배선 홈(77) 및 비아 홀(78)에는, 구리가 일괄적으로 매입된다.
상측 배선 홈(77) 및 비아 홀(78)은, 저유전율 절연막(76) 상에 하드 마스크가 형성된 후, 드라이 에칭 처리가 행해지며, 저유전율 절연막(76)에 있어서의 하드 마스크로부터 노출된 부분이 제거됨으로써 형성된다. 상측 배선 홈(77) 및 비아 홀(78)이 형성된 후, 애싱 처리가 행해지며, 불필요해진 하드 마스크가 저유전율 절연막(76) 상으로부터 제거된다.
드라이 에칭 시 및 애싱 시에는, 저유전율 절연막(76)이나 하드 마스크의 성분을 포함하는 반응 생성물(폴리머 잔사)이, 저유전율 절연막(76)의 표면(상측 배선 홈(77) 및 비아 홀(78)의 내면을 포함한다.) 등에 부착된다. 그 때문에, 애싱 후에는, 기판(W)의 표면에 폴리머 제거액을 공급하여, 저유전율 절연막(76)의 표면으로부터 폴리머 잔사를 제거하는 폴리머 제거 공정이 행해진다. 이하에서는, 이러한 기판(W)의 표면으로부터 폴리머 잔사를 제거하는 처리예에 대해서 설명한다.
도 5는, 기판 처리 장치(1)에 의한 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다. 기판 처리 장치(1)에 의한 기판 처리에서는, 컨트롤러(3)에 의해 작성된 처리 스케줄에 의거하여, 예를 들어, 도 5에 나타내는 바와 같이, 기판 반입(S1), 약액 처리(S2), 린스 처리(S3), 건조 처리(S4) 및 기판 반출(S5)이 이 순서로 실행된다.
기판 처리에서는, 우선, 애싱 후의 기판(W)이, 반송 로봇(IR, CR)에 의해 캐리어(C)로부터 처리 유닛(2)에 반입되어, 스핀 척(5)에 건네진다(S1). 이후, 기판(W)은, 반송 로봇(CR)에 의해 반출될 때까지 동안, 척 핀(20)에 의해, 스핀 베이스(21)의 상면으로부터 상방으로 간격을 두고 수평으로 유지된다(기판 유지 공정).
다음에, 반송 로봇(CR)이 처리 유닛(2) 밖으로 퇴피한 후, 약액 처리(S2)가 개시된다.
전동 모터(23)는, 스핀 베이스(21)를 회전시킨다. 이것에 의해, 척 핀(20)에 수평으로 유지된 기판(W)이 회전한다(기판 회전 공정). 그 한편으로, 약액 노즐 이동 유닛(35)은, 약액 노즐(30)을 기판(W)의 상방의 약액 처리 위치에 배치한다.
그리고, 약액 공급 밸브(32)가 열린다. 이것에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 상면을 향하여, 약액 노즐(30)로부터 약액이 토출(공급)된다. 약액 노즐(30)이 약액 처리 위치에 위치하므로, 약액 노즐(30)로부터 토출되는 약액이 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)에 착액(着液)한다. 공급된 약액은 원심력에 의해 기판(W)의 상면의 전체에 골고루 퍼진다. 이것에 의해, 기판(W)의 상면이 약액에 의해 처리된다.
다음에, 일정 시간의 약액 처리(S2) 후, DIW 린스 처리(S3)가 실행된다. DIW 린스 처리(S3)에서는, 기판(W) 상의 약액을 DIW로 치환함으로써, 기판(W) 상으로부터 약액이 배제된다.
구체적으로는, 약액 공급 밸브(32)가 닫히고, 린스액 공급 밸브(42)가 열린다. 이것에 의해, 린스액 노즐(40)로부터 기판(W)의 상면을 향하여 린스액이 공급(토출)된다. 린스액 노즐(40)로부터 토출된 린스액은, 기판(W)의 상면의 중앙부에 착액한다. 기판(W) 상에 공급된 DIW는 원심력에 의해 기판(W)의 상면의 전체에 골고루 퍼진다. 이 DIW에 의해 기판(W) 상의 약액이 씻어내어진다. 이 동안에, 약액 노즐 이동 유닛(35)이, 약액 노즐(30)을 기판(W)의 상방으로부터 컵(6)의 측방으로 퇴피시킨다.
다음에, 기판(W)을 건조시키는 건조 처리(S4)가 행해진다.
구체적으로는, 린스액 공급 밸브(42)가 닫혀진다. 그리고, 전동 모터(23)가, 약액 처리(S2) 및 린스액 처리(S3) 기판(W)의 회전 속도보다 빠른 고회전 속도(예를 들어 3000rpm)로 기판(W)을 회전시킨다. 이것에 의해, 큰 원심력이 기판(W) 상의 린스액에 작용하여, 기판(W) 상의 린스액이 기판(W)의 둘레로 떨쳐내어진다. 이와 같이 하여, 기판(W)으로부터 린스액이 제거되어, 기판(W)이 건조된다. 그리고, 기판(W)의 고속 회전이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 전동 모터(23)가, 스핀 베이스(21)에 의한 기판(W)의 회전을 정지시킨다.
그 후, 반송 로봇(CR)이, 처리 유닛(2)에 진입하고, 스핀 척(5)으로부터 처리 완료 기판(W)을 건져 올려, 처리 유닛(2) 밖으로 반출한다(S5). 그 기판(W)은, 반송 로봇(CR)으로부터 반송 로봇(IR)으로 건네져, 반송 로봇(IR)에 의해, 캐리어(C)에 수납된다.
다음에, 약액 처리(도 5의 S2)의 상세에 대해서 설명한다.
도 6은, 약액 처리(도 5의 S2)의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다. 약액 처리(도 5의 S2)에서는, 기판(W)의 상면에 약액이 공급됨으로써, 기판(W) 상에 약액의 액막(80)이 형성된다(액막 형성 공정).
전동 모터(23)는, 기판(W) 상에 액막(80)이 형성된 상태로, 기판(W)의 회전을 제어한다(회전 제어 공정). 구체적으로는, 기판(W)의 회전 속도가 10rpm 이상이며, 또한, 300rpm 이하가 되도록 기판(W)의 회전이 제어되는 것이 바람직하다. 기판(W)의 회전 속도는, 10rpm 이상이며, 또한, 200rpm 이하인 것이 한층 바람직하다. 기판(W)의 회전 속도는, 10rpm 이상이며, 또한, 100rpm 이하인 것이 보다 한층 바람직하다.
또, 기판(W) 상에 액막(80)이 형성된 상태로, 약액 유량 조정 밸브(33)의 개도가 조정됨으로써, 약액 노즐(30)로부터의 약액의 공급이 제어된다(약액량 제어 공정). 구체적으로는, 약액 노즐(30)로부터의 약액의 공급량(공급 유량)은 500mL/min 이상이며, 또한, 10L/min 이하가 되도록 약액의 공급이 제어되는 것이 바람직하다. 약액 노즐(30)로부터의 약액의 공급량은, 2.0L/min 이상이며, 또한, 10L/min 이하인 것이 한층 바람직하다. 약액의 공급량은, 대유량일수록 액막(80)을 두껍게 할 수 있기 때문에, 약액의 공급량은 가능한 한 큰 것이 바람직하다. 약액의 공급량을 충분히 확보하기 위해, 약액 노즐(30)이 복수(2, 3개) 설치되어 있어도 된다.
이와 같이, 기판(W)의 회전이나 약액의 공급이 제어된다. 이것에 의해, 액막(80)의 두께(T)가, 100μm 이상이며, 또한, 1cm 이하가 되도록, 액막(80)의 두께(T)가 조정된다(막두께 조정 공정). 액막(80)의 두께(T)란, 연직 방향에 있어서의 액막(80)의 폭이다. 액막(80)의 두께(T)는, 200μm 이상이며, 또한, 1cm 이하인 것이 바람직하다. 액막(80)의 두께(T)는, 300μm 이상이며, 또한, 1cm 이하인 것이 한층 바람직하다. 액막(80)은, 기판(W)의 상면의 전체를 덮고 있을 필요는 없고, 적어도 기판(W)의 상면에 있어서 금속막(70)이 노출된 영역을 덮고 있으면 된다.
막두께 조정 공정에 있어서, 기체 공급 밸브(52)가 열려도 된다. 이것에 의해, 질소 가스 등의 기체가, 기체 노즐(50)로부터 기판(W)의 상면을 향하여 공급된다(기체 공급 공정). 이때, 기체 노즐(50)은, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)의 측방의 위치에 기체를 분사 가능한 위치에 배치되어 있다.
기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)의 측방이란, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터 20mm 떨어진 제1 위치(P1)와, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터 80mm 떨어진 제2 위치(P2) 사이의 위치를 포함하는 영역이다. 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)의 측방에는, 제1 위치(P1) 및 제2 위치(P2)도 포함된다. 그 때문에, 기체 노즐(50)로부터 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)의 측방을 향하여, 기체가 분사된다.
기체 공급 공정에 있어서, 기체 유량 조정 밸브(53)의 개도가 조정됨으로써, 기체 노즐(50)로부터의 기체의 공급량이 조정된다. 기체 노즐(50)로부터의 기체의 공급량은, 5L/min 이상이며, 또한, 50L/min 이하인 것이 바람직하다. 기체 노즐(50)로부터의 기체의 공급량은, 5L/min인 것이 한층 바람직하다.
막두께 형성 공정에 있어서 조정된 액막(80)의 두께(T)가, 막두께 측정 유닛(10)에 의해 측정되어도 된다(막두께 측정 공정). 측정된 액막(80)의 두께(T)에 의거하여, 약액의 공급이나 기판(W)의 회전을 제어해도 된다. 이것에 의해, 측정된 액막(80)의 두께(T)에 의거하여, 액막(80)의 두께(T)를 조정할 수 있다. 즉, 액막(80)의 두께(T)를 실시간으로 조정(제어)할 수 있다.
측정된 액막(80)의 두께(T)가 의도하고 있던 값과 상이한 경우에는, 기판 처리 장치(1)를 조작하는 조작 패널(도시하지 않음) 등에 경고 표시가 표시되어도 된다. 측정된 액막(80)의 두께(T)가 의도하고 있던 값과 상이한 경우란, 예를 들어, 측정된 액막(80)의 두께(T)가 100μm보다 작은 경우이다.
기체 노즐 이동 유닛(55)이, 기체 노즐(50)과 함께 막두께 프로브(60)를 수평 방향으로 이동시켜도 된다. 이것에 의해, 기판(W) 상의 각 위치에 있어서의 액막(80)의 두께(T)가 측정 가능하다.
이하에서는, 후술하는 도 7 및 도 8을 이용하여, 약액 처리(도 5의 S2)에 있어서 불산을 이용하여 기판(W)을 처리한 경우의 금속막(70)(Cu막)의 부식량(에칭량)을 측정하기 위해 행한 실험의 결과에 대해서 설명한다.
구체적으로는, 회전 상태의 기판(W) 상에 불산의 액막(80)을 형성하여, 액막(80)의 두께(T)를 측정했다. 그리고, 액막(80)을 기판(W) 상에서 1분간 유지함으로써 기판(W)의 상면을 처리하고, 그 후, Cu막의 에칭량을 측정했다.
이 실험에서는, 반경이 150mm인 웨이퍼가 기판(W)으로서 사용되었다. 이 실험은, 복수의 회전 속도(200rpm, 400rpm, 600rpm, 800rpm 및 1000rpm)의 각각에 대해서 행해졌다. 각 회전 속도에 있어서의 액막(80)의 두께(T)의 측정은, 회전 중심(C1)으로부터의 거리가 상이한 복수 개소에 있어서 행해졌다. 회전하는 기판(W)에 형성된 액막(80)의 두께(T)의 측정은, 기판(W)의 상면(액막(80))에 질소 가스를 분사하지 않는 상태로 행해졌다. 이 실험에서 이용된 불산 중의 불화 수소의 농도는, 0.05 중량%였다. 이 실험에서 이용된 불산의 온도는 24℃였다.
액막(80)의 두께(T)의 측정은, 불산의 공급량이 2.0L/min인 조건으로 행해졌다. Cu막의 에칭량의 측정은, 불산의 공급량을 0.5L/min로 했을 때와, 불산의 공급량을 2.0L/min로 했을 때의 양쪽의 조건으로 행해졌다.
도 7은, 기판(W)의 회전 속도의 변화에 의한 불산의 액막(80)의 두께(T)의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7의 그래프에서는, 횡축을, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터의 거리로 하고, 종축을, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터 소정의 거리에 위치하는 점에 있어서의 액막(80)의 두께(T)로 하고 있다. 도 7에는, 각 회전 속도에 있어서의 측정 결과가 도시되어 있으며, 복수 개소에서의 측정 결과로부터 유도된 근사 곡선이 회전 속도마다 도시되어 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 회전 속도가 400rpm 이상인 경우, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터의 거리에 따라서는, 액막(80)의 두께(T)가 100μm보다 작아졌다. 한편, 회전 속도가 200rpm인 경우, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터의 거리에 관계없이, 액막(80)의 두께(T)가 100μm를 초과하고 있었다.
구체적으로는, 기판(W)을 200rpm로 회전시킨 경우, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터의 거리가 약 50mm인 위치에 있어서의 액막(80)의 두께(T)는 약 260μm였다. 한편, 기판(W)을 1000rpm로 회전시킨 경우, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터의 거리가 약 50mm인 위치에 있어서의 액막(80)의 두께(T)가, 100μm를 밑돌고 있었다.
기판(W)을 200rpm로 회전시킨 경우, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터의 거리가 약 145mm인 위치에 있어서의 액막(80)의 두께(T)는 약 120μm였다. 한편, 기판(W)을 400rpm 이상의 회전 속도로 회전시킨 경우에 있어서, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터의 거리가 약 145mm인 위치에 있어서의 액막(80)의 두께(T)는 100μm를 밑돌고 있었다.
도 7에 나타내는 2점 쇄선의 그래프는, 기판(W)의 상면(액막(80))에 질소 가스를 분사하는 상태로 기판(W)을 200rpm로 회전시켰을 때의 액막(80)의 두께(T)를 컴퓨터로 시뮬레이션한 결과이다. 이 시뮬레이션에서는, 질소 가스의 공급량을, 10L/min로 하고, 질소 가스를 분사하는 위치를, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)의 측방(회전 중심(C1)으로부터의 거리가 대체로 20mm~80mm인 위치)으로 하고 있다.
이 시뮬레이션의 결과에 의하면, 질소 가스가 분사된 위치, 즉, 회전 중심(C1)으로부터의 거리가 대체로 20mm~80mm인 위치에서는, 액막(80)의 두께(T)가 저감되고, 회전 중심(C1)으로부터의 거리가 대체로 80mm~145mm인 위치에서는, 액막(80)의 두께(T)가 증대되었다.
상세하게는, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터의 거리가 약 50mm인 위치에 있어서의 액막(80)의 두께(T)가, 약 260μm로부터 약 220μm로 저감되었다. 그리고, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터의 거리가 약 145mm인 위치에 있어서의 액막(80)의 두께(T)가, 약 120μm로부터 약 170μm로 증대되었다.
도 8은, 불산의 액막(80)의 두께(T)의 변화에 의한 Cu막의 에칭량의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하여, Cu막에 있어서 손실된 부분의 두께를, Cu막의 에칭량으로서 나타내고 있다. 액막(80)의 두께(T)의 측정 및 Cu막의 에칭량의 측정은, 회전 중심(C1)으로부터의 거리가 상이한 4개소에서 행해졌다. 도 8에서는, 횡축을, 불산의 액막(80)의 두께(T)로 하고, 종축을, 액막(80)의 두께(T)를 측정한 위치에 있어서의 Cu막의 에칭량으로 하고 있다.
도 8에서는, 측정 데이터는, 기판(W)의 회전 속도 및 측정 개소 등으로는 구별되어 있지 않고, 불산의 공급량으로 구별되어 있다. 불산의 공급량을 0.5L/min로 했을 때의 측정 결과와, 불산의 공급량을 2.0L/min로 했을 때의 측정 결과를 따로따로 나타내고 있다. 0.5L/min로 불산을 공급했을 때의 측정 결과가 「□」로 나타나 있다. 2.0L/min로 불산을 공급했을 때의 측정 결과가 「◆」로 나타나 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 액막(80)의 두께(T)가 100μm보다 작을 때는, Cu막의 에칭량이 1nm~7nm였다(도 8의 파선보다 좌측을 참조). 이에 반해, 액막(80)의 두께(T)가 100μm 이상일 때는, 어느 측정 결과에 있어서도, Cu막의 에칭량이 약 1nm였다(도 8의 파선보다 우측을 참조).
이 실험으로부터, 액막(80)의 두께(T)가 100μm 이상이면, Cu막의 에칭량을 충분히 억제할 수 있는 것이 추측된다.
액막(80)의 두께(T)가 100μm 이상일 때도 Cu막이 약 1nm 손실된 이유는, 불산 중의 용존 산소와 Cu막이 반응하여 형성된 산화구리가 불산에 의해 에칭되었던 것에 기인하는 것이 아니라, 다른 요인에 의한 것이라고 생각할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 액막 형성 공정에서는, 기판(W) 상에 불산 등의 약액의 액막(80)이 형성된다. 이 액막(80)에 의해, 기판(W)의 상면에 노출된 금속막(70)이 덮인다. 막두께 조정 공정에서는, 액막(80)의 두께가 100μm 이상이 되도록 조정된다. 그 때문에, 조정 후의 액막(80)은 충분히 두껍다.
액막(80)이 충분히 두껍기 때문에, 액막(80)이 기판(W)의 주위의 분위기에 노출됨으로써 약액에 용해된 산소가, 기판(W)의 상면에 도달하는 것을 억제할 수 있다. 또, 액막(80)이 충분히 두껍기 때문에, 액막(80)의 체적도 충분히 크다. 그 때문에, 기판(W)의 상면에 공급된 약액에 산소가 용해되는 것에 기인하여 액막(80)중의 산소 농도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 금속막(70)과 반응하는 산소가 저감되므로, 금속막(70)의 산화를 억제할 수 있다.
따라서, 기판(W)의 주위의 분위기 중의 산소 농도를 저감하지 않고, 약액 중의 산소에 기인하는 금속막(70)의 산화를 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 막두께 조정 공정에서는, 기판(W)의 회전 속도가 300rpm 이하가 되도록 기판(W)의 회전이 제어됨으로써, 액막(80)의 두께(T)가 조정된다.
회전 상태의 기판(W) 상에 형성된 액막(80)에는, 원심력이 작용한다. 그 때문에, 기판(W)의 회전 속도가 커지면, 원심력에 의해 기판(W) 밖으로 비산하는 약액의 양이 증가하여, 기판(W) 상의 약액의 양이 줄어든다. 이것에 의해, 액막(80)의 두께(T)가 불충분해질 우려가 있다.
그래서, 막두께 조정 공정에 있어서, 기판(W)의 회전 속도가 충분히 작아지도록(300rpm 이하가 되도록) 기판(W)의 회전을 제어함으로써, 액막(80)을 충분히 두껍게 할 수 있다. 따라서, 금속막(70)의 산화를 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 막두께 조정 공정에서는, 약액의 공급량이 2.0L/min 이상이 되도록 약액의 공급량이 제어됨으로써, 액막(80)의 두께(T)가 조정된다.
상술한 바와 같이, 회전 상태의 기판(W) 상에 형성된 액막(80)에 원심력이 작용함으로써, 약액이 기판(W) 밖으로 비산한다. 그 때문에, 약액의 공급량이 적어지면, 기판(W) 상의 약액의 양이 줄어든다. 이것에 의해, 액막(80)의 두께(T)가 불충분해질 우려가 있다.
그래서, 막두께 조정 공정에 있어서, 약액의 공급량이 충분히 많아지도록(2.0L/min 이상이 되도록) 처리액의 공급량을 제어함으로써, 액막(80)을 충분히 두껍게 할 수 있다. 따라서, 금속막(70)의 산화를 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 액막 형성 공정에서는, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)을 향하여 약액을 공급함으로써, 액막(80)이 형성된다.
기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)을 향하여 약액이 공급된 경우, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)의 측방의 위치(특히, 기판의 상면의 회전 중심(C1)으로부터 약 20mm인 위치와 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터 약 80mm인 위치)에서는, 액막(80)이 두꺼워지기 쉽다. 그 한편으로, 기판(W)의 상면의 둘레 가장자리 부근에서는, 액막(80)이 얇아지기 쉽다. 즉, 기판(W)의 상면 내에 있어서 액막(80)의 두께(T)에 불균일이 생기기 쉽다. 액막(80)의 두께(T)에 불균일이 생기면, 기판(W)의 회전 속도를 과잉하게 저하시키거나, 약액의 공급량을 과잉하게 증대시킬 필요가 있다.
그래서, 막두께 조정 공정에 있어서, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)의 측방의 위치(특히, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터 약 20mm인 위치와 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)으로부터 약 80mm인 위치 사이인 위치)를 향하여 기체를 공급함으로써, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)의 측방의 위치에 있는 약액에, 원심력에 더하여, 기판(W)의 둘레 가장자리측을 향하여 기체가 약액을 밀어 내는 힘을 작용시킬 수 있다. 이것에 의해, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)의 측방의 위치에 있는 약액이 기판(W)의 둘레 가장자리측으로 이동하는 속도가 증대된다. 그 때문에, 기판(W)의 상면의 회전 중심(C1)의 측방의 위치에 있어서 액막(80)의 두께(T)가 저감되고, 기판(W)의 상면의 둘레 가장자리 부근에 있어서 액막(80)의 두께(T)가 증대된다. 이것에 의해, 액막(80)의 두께(T)의 불균일을 저감할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 막두께 측정 공정에 있어서, 막두께 조정 공정에서 조정된 액막(80)의 두께(T)가 측정된다. 그 때문에, 막두께 조정 공정에 있어서 액막(80)의 두께(T)가 의도한 값으로부터 어긋나는 등의, 기판 처리의 이상을 조기에 검지할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 막두께 조정 공정에서는, 막두께 측정 공정에서 측정된 액막(80)의 두께(T)에 의거하여, 액막(80)의 두께(T)가 조정된다. 그 때문에, 막두께 조정 공정에 있어서, 액막(80)의 두께(T)를 정밀도 있게 조정할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 기판(W)의 주위의 분위기를 불활성 가스 등으로 치환할 필요가 없기 때문에, 기판(W)과 대향하는 대향면(11a)을 가지는 차단판(11)(도 2의 2점 쇄선 참조)을 설치할 필요가 없다. 그 때문에, 챔버(14) 내의 스페이스를 활용하기 쉽다.
본 실시 형태와는 상이하게, 기판(W)와 대향하는 대향면(11a)을 가지는 차단판(11)(도 2의 2점 쇄선 참조)이 설치되어 있는 경우여도, 약액 처리(도 5의 S2)에 있어서 기판(W)의 상면의 주위의 분위기를 불활성 가스로 치환하기 위해 차단판(11)을 기판(W)에 근접시킬 필요가 없다. 하물며, 기판(W)와 대향면(11a) 사이의 공간으로의 외부의 분위기의 진입을 막기 위해, 연직 방향으로 연장되는 통형부를 차단판(11)에 설치할 필요가 없다. 그 때문에, 본 실시 형태의 약액 노즐(30)이나 기체 노즐(50)과 같은 이동 노즐의 수평 이동이, 차단판(11)에 의해 방해되는 일이 없다. 따라서, 불활성 가스에 의한 기판(W)의 상면의 주위의 분위기의 치환을 행하는 구성의 처리 유닛과 비교해, 처리 유닛(2)에서는, 각 부재의 구성의 자유도가 향상된다.
이 발명은, 이상에서 설명한 실시 형태로 한정되는 것이 아니며, 또 다른 형태로 실시할 수 있다.
예를 들어, 상술한 실시 형태의 기판 처리 장치(1)에 의한 기판 처리와는 상이하게, 약액 처리(S2)와 마찬가지로, DIW 린스 처리(S3)에 있어서, 액막 형성 공정 및 막두께 조정 공정이 실행되어도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 막두께 측정 유닛(10)이 설치되어 있었지만, 상술한 실시 형태와는 상이하게, 막두께 측정 유닛(10)이 설치되지 않은 경우도 있을 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 막두께 측정 유닛(10)의 막두께 프로브(60)는, 기체 노즐 이동 유닛(55)에 의해, 기체 노즐(50)과 함께 이동하도록 구성되어 있었다. 그러나, 상술한 실시 형태와는 상이하게, 기체 노즐 이동 유닛(55)과는 다른 노즐 이동 유닛이 설치되어 있어도 된다. 그리고, 막두께 프로브(60)는, 당해 노즐 이동 유닛에 의해 수평 방향 및 연직 방향으로 이동되도록 구성되어 있어도 된다.
본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명해 왔지만, 이들은 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하기 위해 이용된 구체예에 지나지 않고, 본 발명은 이들 구체예로 한정해서 해석되어야 하는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 첨부의 청구의 범위에 의해서만 한정된다.
이 출원은, 2017년 2월 9일에 일본 특허청에 제출된 일본 특허출원 2017-022153호에 대응하고 있으며, 이 출원의 전체 개시는 여기에 인용에 의해 편입되는 것으로 한다.
1: 기판 처리 장치 3: 컨트롤러
7: 약액 공급 유닛 8: 린스액 공급 유닛
10: 막두께 측정 유닛 20: 척 핀(기판 유지 유닛)
21: 스핀 베이스(기판 유지 유닛) 23: 전동 모터(기판 회전 유닛)
70: 금속막 80: 액막
A1: 회전축선 C1: 회전 중심
T: 두께 W: 기판

Claims (14)

  1. 금속막이 노출된 상면을 가지는 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 공정과,
    연직 방향을 따르는 회전축선의 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 공정과,
    탈기된 처리액을 상기 기판의 상면에 공급함으로써, 상기 기판 상에 상기 처리액의 액막을 형성하는 액막 형성 공정과,
    상기 액막의 두께가 100μm 이상이 되도록 상기 액막의 두께를 조정하는 막두께 조정 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 막두께 조정 공정이, 상기 기판의 회전 속도가 300rpm 이하가 되도록 상기 기판의 회전을 제어함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 막두께 조정 공정이, 상기 처리액의 공급량이 2.0L/min 이상이 되도록 상기 처리액의 공급량을 제어함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액막 형성 공정이, 상기 기판의 상면의 회전 중심을 향하여 상기 처리액을 공급함으로써, 상기 액막을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 막두께 조정 공정이, 상기 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치를 향하여 기체를 공급함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치가, 상기 기판의 상면의 회전 중심으로부터 20mm 떨어진 위치와 상기 기판의 상면의 회전 중심으로부터 80mm 떨어진 위치 사이의 위치를 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막두께 조정 공정에 있어서 조정된 상기 액막의 두께를 측정하는 막두께 측정 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 막두께 조정 공정이, 상기 막두께 측정 공정에서 측정된 상기 액막의 두께에 의거하여 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  8. 금속막이 노출된 상면을 가지는 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛과,
    연직 방향을 따르는 회전축선의 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 유닛과,
    탈기된 처리액을 상기 기판의 상면에 공급하는 처리액 공급 유닛과,
    상기 기판 유지 유닛, 상기 기판 회전 유닛 및 상기 처리액 공급 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러가, 상기 기판 유지 유닛에 상기 기판을 유지시키는 기판 유지 공정과, 상기 회전축선의 둘레로 상기 기판을 회전시키는 기판 회전 공정과, 상기 처리액을 상기 기판의 상면에 공급함으로써, 상기 기판 상에 상기 처리액의 액막을 형성하는 액막 형성 공정과, 상기 액막의 두께가 100μm 이상이 되도록 상기 액막의 두께를 조정하는 막두께 조정 공정을 실행하도록 프로그램되어 있는, 기판 처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 막두께 조정 공정이, 상기 기판의 회전 속도가 300rpm 이하가 되도록 상기 기판의 회전을 제어함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함하는, 기판 처리 장치.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 막두께 조정 공정이, 상기 처리액의 공급량이 2.0L/min 이상이 되도록 상기 처리액의 공급량을 제어함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함하는, 기판 처리 장치.
  11. 청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액막 형성 공정이, 상기 기판의 상면의 회전 중심을 향하여 상기 처리액을 공급함으로써, 상기 액막을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 막두께 조정 공정이, 상기 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치를 향하여 기체를 공급함으로써, 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함하는, 기판 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 기판의 상면의 회전 중심의 측방의 위치가, 상기 기판의 상면의 회전 중심으로부터 20mm 떨어진 위치와 상기 기판의 상면의 회전 중심으로부터 80mm 떨어진 위치 사이의 위치를 포함하는, 기판 처리 장치.
  13. 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액막의 두께를 측정 가능한 막두께 측정 유닛을 더 포함하고,
    상기 컨트롤러가, 상기 막두께 측정 유닛을 제어함으로써, 상기 막두께 조정 공정에 있어서 조정된 상기 액막의 두께를 측정하는 막두께 측정 공정을 실행하도록 프로그램되어 있는, 기판 처리 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 막두께 조정 공정이, 상기 막두께 측정 공정에서 측정된 상기 액막의 두께에 의거하여 상기 액막의 두께를 조정하는 공정을 포함하는, 기판 처리 장치.
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