KR20200115316A - 기판 처리 장치, 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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히로시 요시다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 인산과 첨가제의 혼합비를 적절하게 변경할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
처리액의 원료인 제1 인산과 첨가제를 미리 정한 혼합비로 혼합하여, 혼합액을 조제하는 혼합부와, 상기 처리액의 원료의 혼합비를 보정하는 혼합비 보정부와, 상기 처리액으로 기판을 처리하는 처리부를 구비하고, 상기 혼합부는, 상기 혼합액을 저장하는 혼합 탱크와, 상기 혼합 탱크에 대하여 상기 제1 인산을 공급하는 제1 인산 공급부와, 상기 혼합 탱크에 대하여 상기 첨가제를 공급하는 첨가제 공급부를 포함하며, 상기 혼합비 보정부는, 상기 혼합부로부터 상기 처리부로 상기 혼합액을 보내는 송액 라인과, 상기 송액 라인에 접속되어 상기 제2 인산을 공급하는 제2 인산 공급부를 구비하는 기판 처리 장치.

Description

기판 처리 장치, 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 개시는, 기판 처리 장치, 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에 기재된 기판 처리 장치는, 처리부와, 순환 라인과, 가열부와, 제1 투입부를 구비한다. 처리부는, 인산과 실리카 석출 억제제를 포함하는 에칭액으로, 기판으로부터 실리콘 질화막을 제거한다. 순환 라인은, 처리부에 대하여 에칭액을 순환시킨다. 가열부는, 에칭액을 가열한다. 제1 투입부는, 순환 라인에 설치되고, 에칭액 중에 실리카 석출 억제제를 투입한다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2017-118092호 공보
본 개시의 일 양태는, 인산과 첨가제의 혼합비를 적절하게 변경할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 기판 처리 장치는,
처리액의 원료인 제1 인산과 첨가제를 미리 정한 혼합비로 혼합하여, 혼합액을 조제하는 혼합부와,
상기 처리액의 원료의 혼합비를 보정하는 혼합비 보정부와,
상기 처리액으로 기판을 처리하는 처리부를 구비하고,
상기 혼합부는, 상기 혼합액을 저장하는 혼합 탱크와, 상기 혼합 탱크에 대하여 상기 제1 인산을 공급하는 제1 인산 공급부와, 상기 혼합 탱크에 대하여 상기 첨가제를 공급하는 첨가제 공급부를 포함하며,
상기 혼합비 보정부는, 상기 혼합부로부터 상기 처리부로 상기 혼합액을 보내는 송액 라인과, 상기 송액 라인에 접속되어 상기 제2 인산을 공급하는 제2 인산 공급부를 구비한다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 인산과 첨가제의 혼합비를 적절하게 변경할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 처리액의 원료의 혼합비를 나타낸 도면이다.
도 3a는 일 실시형태에 따른 기판의 처리 전의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 기판의 처리 후의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 처리부를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 혼합액의 조제를 나타낸 흐름도이다.
도 7은 일 실시형태에 따른 제1 혼합비(M:N)와 공급 횟수(N)의 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시형태에 따른 처리부에 대한 혼합액의 공급을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 일 실시형태에 따른 처리액의 원료의 혼합비와, 제2 혼합비(Q2:Q1)의 관계를 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시형태에 따른 1 배치(batch) 당의 기판의 장수와, Q1과 Q2의 합(Q1+Q2)의 관계를 나타낸 도면이다.
도 11은 변형례에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
이하, 본 개시의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 대응하는 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다. 도 2는 일 실시형태에 따른 처리액의 원료의 혼합비를 나타낸 도면이다. 도 3a는 일 실시형태에 따른 기판의 처리 전의 상태를 나타낸 단면도이다. 도 3b는 도 3a에 도시된 기판의 처리 후의 상태를 나타낸 단면도이다.
기판 처리 장치(1)는, 기판(2)을 처리액(3)으로 처리한다. 기판(2)은, 예컨대 도 3a에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(21)와, 실리콘 산화막(22)과, 실리콘 질화막(23)을 포함한다. 실리콘 산화막(22)과 실리콘 질화막(23)은, 교대로 반복 적층되어, 적층막(24)을 형성한다. 적층막(24)과 실리콘 웨이퍼(21) 사이에는 도시하지 않은 도전막 등이 형성된다. 적층막(24)은, 적층막(24)을 두께 방향으로 관통하는 개구부(25)를 포함한다.
처리액(3)은, 인산을 포함하는 것으로, 적층막(24)의 개구부(25)로 들어가, 도 3b에 도시된 바와 같이 실리콘 산화막(22) 및 실리콘 질화막(23) 중의 실리콘 질화막(23)을 선택적으로 에칭하여, 제거한다. 에칭의 선택비는, 처리액(3) 중의 실리콘 농도 등으로 결정된다. 실리콘 농도가 높을수록, 선택비가 향상된다. 한편, 실리콘 농도가 포화 농도를 초과해 버리면, 실리카가 석출되어 버린다. 그래서, 처리액(3)은, 실리카 석출 억제제를 포함한다. 실리카 석출 억제제는, 실리카의 석출을 억제하는 첨가제로서, 일반적인 것이다.
처리액(3)은, 적층막(24)의 개구부(25)로 들어가, 실리콘 질화막(23)을 그 면내 방향으로 에칭한다. 면내 방향이란, 두께 방향과 직교하는 방향이다. 실리콘 질화막(23)의 에칭이 진행됨에 따라, 적층막(24)의 내부에서 실리콘이 용출된다. 용출된 실리콘은, 주로 실리콘 농도의 구배에 의해 확산되고, 적층막(24)의 개구부(25)를 지나 적층막(24)의 외부로 확산된다. 적층막(24)의 표면(26)으로부터의 깊이가 깊을수록, 또한, 개구부(25)로부터의 거리가 멀수록, 확산의 거리가 길어지기 때문에, 실리콘 농도가 높아진다.
실리콘 농도는 상기한 바와 같이 장소에 따라 불규칙하고, 그 최고치는 기판(2)의 처리액(3)에 의해 처리되는 패턴(27)으로 결정된다. 처리되는 패턴(27)은, 제거되는 패턴, 즉, 용출된 실리콘이 확산되는 통로의 패턴이다. 패턴(27)은, 3차원적인 패턴이다.
기판(2)의 패턴(27)은, 적층막(24)의 적층 수, 및 개구부(25)의 간격(S)을 포함한다. 적층막(24)의 적층 수가 많을수록, 또한, 개구부(25)의 간격(S)이 넓을수록, 확산의 거리가 길어지기 때문에, 실리콘 농도의 최고치가 높아진다.
또한, 기판(2)의 패턴(27)은, 개개의 실리콘 질화막(23)의 막 두께(T), 및 개구부(25)의 폭(W)을 포함한다. 개개의 실리콘 질화막(23)의 막 두께(T)가 작을수록, 또한, 개구부(25)의 폭(W)이 좁을수록, 실리콘이 확산되는 통로의 폭이 좁아지기 때문에, 실리콘 농도의 최고치가 높아진다.
상기한 바와 같이, 실리콘 농도의 최고치는, 기판(2)의 패턴(27)으로 결정된다. 그래서, 기판 처리 장치(1)는, 기판(2)의 패턴(27)에 기초하여, 처리액(3)에 포함되는 실리카 석출 억제제의 농도를 변경한다. 예컨대, 실리콘 농도의 최고치가 높아질수록, 실리카 석출 억제제의 농도를 높게 한다. 그 결과, 실리카의 석출을 억제할 수 있다.
기판 처리 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 예컨대, 혼합부(5)와, 혼합비 보정부(6)와, 처리부(7)를 구비한다. 혼합부(5)는, 처리액(3)의 원료인 제1 인산과 실리카 석출 억제제를 미리 정한 제1 혼합비(M:N)로 혼합하여, 혼합액을 조제한다. 혼합비 보정부(6)는, 처리액(3)의 원료의 혼합비를 보정한다. 구체적으로는, 혼합비 보정부(6)는, 혼합액과 제2 인산을 미리 정한 제2 혼합비(Q1:Q2)로 혼합하여, 처리액(3)을 조제한다. 혼합비 보정부(6)는, 처리액(3)으로서, 혼합액과 제2 인산 양쪽 모두를 포함하는 것, 또는 혼합액만을 포함하는 것을 제조한다. 처리부(7)는, 처리액(3)으로 기판(2)을 처리한다.
혼합부(5)는, 혼합 탱크(51)와, 제1 인산 공급부(52)와, 제1 첨가제 공급부(53)를 갖는다. 혼합 탱크(51)는, 혼합액을 저장한다. 제1 인산 공급부(52)는, 혼합 탱크(51)에 대하여 제1 인산을 공급한다. 제1 인산은, 예컨대 수용액의 형태로 공급한다. 제1 첨가제 공급부(53)는, 혼합 탱크(51)에 대하여 실리카 석출 억제제를 공급한다. 실리카 석출 억제제는, 예컨대 수용액의 형태로 공급한다.
제1 첨가제 공급부(53)는, 예컨대, 계량 탱크(53a)와, 제1 펌프(53b)와, 제2 펌프(53c)를 갖는다. 계량 탱크(53a)는, 실리카 석출 억제제를 저장한다. 제1 펌프(53b)는, 실리카 석출 억제제를 계량 탱크(53a)에 대하여 공급한다. 제2 펌프(53c)는, 미리 정한 양(V)의 실리카 석출 억제제를, 계량 탱크(53a)로부터 꺼내어, 혼합 탱크(51)로 보낸다. 그 공급 횟수(N)를 변경함으로써, 제1 혼합비(M:N)를 변경할 수 있다. 혼합 탱크(51)에 대한 제1 인산의 공급량(V×M)은 일정하며, 혼합 탱크(51)에 대한 실리카 석출 억제제의 공급량(V×N)은 가변이다. 또한, 실리카 석출 억제제의 압송(壓送)은, N2 압송이어도 좋다.
혼합부(5)는 순환 라인(54)을 가져도 좋고, 순환 라인(54)은 혼합 탱크(51)로부터 꺼낸 혼합액을, 혼합 탱크(51)로 되돌린다. 또한, 혼합부(5)는, 순환 라인(54) 중간에 순환 펌프(55)와, 순환 필터(56)를 가져도 좋다. 순환 펌프(55)는, 혼합액을 압송한다. 순환 필터(56)는, 혼합액에 포함되는 파티클을 포집한다.
혼합부(5)는, 순환 라인(54) 중간에 방향 전환 밸브(57)를 가져도 좋다. 방향 전환 밸브(57)는, 혼합액이 흐르는 방향을, 혼합 탱크(51)로 되돌리는 제1 방향과, 혼합비 보정부(6)로 보내는 제2 방향으로 전환한다. 제1 방향을 향하는 흐름과, 제2 방향을 향하는 흐름 양쪽 모두를, 순환 펌프(55)에 의해 형성할 수 있어, 펌프의 수를 저감할 수 있다.
혼합부(5)는 배액부(58)를 가져도 좋고, 배액부(58)는 혼합 탱크(51)로부터 기판 처리 장치(1)의 외부로 혼합액을 배출한다. 제1 혼합비(M:N)를 변경할 때에, 오래된 제1 혼합비(M:N)의 혼합액을 혼합 탱크(51)로부터 배출한 후에, 새로운 제1혼합비(M:N)의 혼합액을 혼합 탱크(51)에서 조제할 수 있다.
혼합부(5)는 잔류액 계측부(59)를 가져도 좋고, 잔류액 계측부(59)는 혼합 탱크(51)에 잔존하는 혼합액의 액량을 계측한다. 잔류액의 액량을 계측하면, 혼합 탱크(51)가 비게 되기 전에, 적절한 타이밍에 혼합 탱크(51)에 혼합액을 보급할 수 있다.
혼합부(5)는, 혼합 탱크(51)를 복수 가져도 좋다. 상세하게는 후술하지만, 복수의 혼합 탱크(51)의 역할을 교체함으로써, 복수의 혼합 탱크(51)가 동시에 비게 되는 것을 방지할 수 있어, 혼합액의 부족에 의해 기판(2)의 처리가 중단되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 작은 용량의 혼합 탱크(51)로, 기판(2)의 처리를 연속적으로 실시할 수 있다.
혼합비 보정부(6)는, 송액 라인(61)과, 제2 인산 공급부(62)를 갖는다. 송액 라인(61)은, 혼합부(5)로부터 처리부(7)에 혼합액을 보낸다. 제2 인산 공급부(62)는, 송액 라인(61) 중간에서 제2 인산을 공급한다. 제2 인산은, 예컨대 수용액의 형태로 공급한다. 제2 인산 수용액의 인산 농도와, 제1 인산 수용액의 인산 농도는 동일하지만, 달라도 좋다. 제2 인산의 공급에 의해, 실리카 석출 억제제가 희석되어, 실리카 석출 억제제의 비율이 낮은 처리액(3)이 제조된다.
혼합비 보정부(6)는, 제1 유량계(63)와, 제2 유량계(64)를 갖는다. 제1 유량계(63)는, 혼합액과 제2 인산의 합류 전에, 혼합액의 유량(Q1)을 계측한다. 그 유량(Q1)은, 실리카 석출 억제제의 유량(q1)과 제1 인산의 유량(q2)의 합이다(도 2 참조). 제1 인산과 실리카 석출 억제제의 유량비(q2:q1)는, 제1 혼합비(M:N)와 동일하다. 제2 유량계(64)는, 혼합액과 제2 인산의 합류 전에, 제2 인산의 유량(Q2)을 계측한다.
혼합비 보정부(6)는, 송액 라인(61) 중간에 버퍼 탱크(65)를 가져도 좋다. 버퍼 탱크(65)는, 혼합액과 제2 인산을 일시적으로 저장한다. 저장함으로써, 혼합액과 제2 인산의 혼합 불균일을 저감할 수 있어, 인산과 실리카 석출 억제제의 혼합비(q2+Q2:q1)를 안정화할 수 있다.
혼합비 보정부(6)는, 버퍼 탱크(65)로부터 꺼낸 처리액(3)을, 버퍼 탱크(65)로 되돌리는 순환 라인(66)을 가져도 좋다. 혼합비 보정부(6)는, 순환 라인(66) 중간에 순환 펌프(67)와, 온도 조절기(68)와, 순환 필터(69)를 가져도 좋다. 순환 펌프(67)는, 처리액(3)을 압송한다. 온도 조절기(68)는, 처리액(3)의 온도를 조절한다. 예컨대, 온도 조절기(68)는, 처리액(3)을 가열하는 히터를 포함한다. 처리액(3)의 온도는, 예컨대 처리액(3)의 비점으로 설정된다. 또한, 온도 조절기(68)는, 처리액(3)을 냉각시키는 쿨러를 더 포함하여도 좋다. 순환 필터(69)는, 처리액(3)에 포함되는 파티클을 포집한다.
송액 라인(61)은, 상류 라인(61a)과, 하류 라인(61b)을 갖는다. 상류 라인(61a)은 복수의 혼합 탱크(51)와 버퍼 탱크(65)를 접속하고, 복수의 하류 라인(61b)은 버퍼 탱크(65)와 복수의 처리부(7)를 접속한다. 복수의 하류 라인(61b)은, 복수의 처리부(7)에 대하여 개별로 혼합액을 송액하기 때문에, 처리부(7)마다 처리액(3)의 유량을 변경할 수 있다. 도 1에 도시된 하류 라인(61b)이, 특허청구범위에 기재된 개별 배관에 상당한다. 복수의 하류 라인(61b)은, 개별로, 예컨대 순환 라인(66)으로부터 처리부(7)까지 연장된다.
또한, 혼합비 보정부(6)는, 도 1에 도시된 바와 같이 버퍼 탱크(65)를 갖지만, 도 11에 도시된 바와 같이 갖지 않아도 좋다. 도 11에 도시된 제2 인산 공급부(62)는, 상류 라인(61a)과 하류 라인(61b)의 접속점에서, 제2 인산을 공급한다. 제2 인산은, 제1 인산 및 실리카 석출 억제제와 함께, 하류 라인(61b)을 따라 흐른다. 하류 라인(61b)은, 중간에서 분기되어, 복수의 처리부(7)까지 연장된다.
도 4는 일 실시형태에 따른 처리부를 나타낸 도면이다. 도 4에 있어서, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향은 서로 수직인 방향이다. X축 방향 및 Y축 방향은 수평 방향, Z축 방향은 수직 방향이다.
처리부(7)는, 예컨대 복수 장의 기판(2)을 동시에 처리액(3)으로 처리하는 배치식으로서, 처리조(71)를 갖는다. 처리조(71)는 처리액(3)을 저류하고, 복수 장의 기판(2)은 처리조(71)의 내부에서 처리액(3)에 침지되어, 처리액(3)에 의해 처리된다.
처리조(71)는, 예컨대 이중조로서, 처리액(3)을 저류하는 내부조(71a)와, 내부조(71a)로부터 오버 플로한 처리액(3)을 회수하는 외부조(71b)를 갖는다. 복수 장의 기판(2)은, 내부조(71a)의 내부에서 처리액(3)에 침지되어, 처리액(3)에 의해 처리된다.
처리부(7)는 순환 라인(72)을 가지며, 순환 라인(72)은 외부조(71b)로부터 꺼낸 처리액(3)을, 내부조(71a)로 보낸다. 또한, 처리부(7)는, 순환 라인(72) 중간에 순환 펌프(73)와, 온도 조절기(74)와, 순환 필터(75)를 갖는다. 순환 펌프(73)는, 처리액(3)을 압송한다. 온도 조절기(74)는, 처리액(3)의 온도를 조절한다. 예컨대, 온도 조절기(74)는, 처리액(3)을 가열하는 히터를 포함한다. 처리액(3)의 온도는, 예컨대 처리액(3)의 비점으로 설정된다. 또한, 온도 조절기(74)는, 처리액(3)을 냉각시키는 쿨러를 더 포함하여도 좋다. 순환 필터(75)는, 처리액(3)에 포함되는 파티클을 포집한다.
처리부(7)는 내부조(71a)의 내부에 수평관(76)을 가지며, 수평관(76)은 순환 라인(72)으로부터 보내지는 처리액(3)을, 내부조(71a)의 내부에 공급한다. 수평관(76)은, X축 방향으로 연장되어 있고, Y축 방향으로 간격을 두고 복수 개 설치된다. 복수 개의 수평관(76)은 그 길이 방향으로 간격을 두고 복수의 토출구를 가지며, 복수의 토출구는 각각 바로 위를 향해 처리액(3)을 토출한다. 이것에 의해, 커튼 모양의 상승류를 내부조(71a)의 내부에 형성할 수 있다.
처리부(7)는 기판 유지부(77)를 가지며, 기판 유지부(77)는 복수 장의 기판(2)을 X축 방향으로 간격을 두고 유지하면서, 대기 위치와 처리 위치 사이에서 승강한다. 대기 위치는, 복수 장의 기판(2)을 도시하지 않은 반송 장치에 대하여 전달하는 위치이며, 처리 위치의 위쪽에 설정된다. 처리 위치는, 복수 장의 기판(2)을 처리액(3)에 침지하는 위치이다. 기판 유지부(77)는, 대기 위치에서 처리 전의 기판(2)을 반송 장치로부터 수취하고, 계속해서 처리 위치까지 하강하며, 소정 시간 경과 후에 다시 대기 위치까지 상승하고, 대기 위치에서 처리 후의 기판(2)을 반송 장치로 인도한다. 그 후, 동일한 동작이 반복된다.
기판(2)의 처리 중에는, 실리콘 질화막(23)의 에칭이 진행되기 때문에, 실리콘이 기판(2)으로부터 서서히 용출된다. 그래서, 실리콘 농도를 허용 범위 내로 유지하기 위해, 기판(2)의 처리 중에, 새로운 처리액(3)과 오래된 처리액(3)의 교체, 즉, 새로운 처리액(3)의 공급과 오래된 처리액(3)의 배출이 행해진다.
처리부(7)는 액공급부(78)를 가지며, 액공급부(78)는 새로운 처리액(3)을 혼합비 보정부(6)로부터 처리부(7)에 도입한다. 액공급부(78)는 예컨대 개폐 밸브와 유량 제어기를 가지며, 개폐 밸브가 개방되면, 새로운 처리액(3)이 처리부(7)에 공급된다. 그 공급량은, 유량 제어기에 의해 제어된다.
또한, 처리부(7)는 배액부(79)를 가지며, 배액부(79)는 오래된 처리액(3)을 처리부(7)로부터 배출한다. 배액부(79)는 예컨대 개폐 밸브와 유량 제어기를 가지며, 개폐 밸브가 개방되면, 오래된 처리액(3)이 처리부(7)로부터 배출된다. 그 배출량은, 유량 제어기에 의해 제어된다.
기판(2)의 처리 중에, 처리부(7)에 공급되는 새로운 처리액(3)의 유량(Q3)(L/min)과, 처리부(7)로부터 배출되는 오래된 처리액(3)의 유량(Q3)(L/min)은 같아도 좋다. 새로운 처리액(3)과 오래된 처리액(3)을 등량으로 교체하기 때문에, 처리조(71)의 액량을 일정하게 유지할 수 있다.
새로운 처리액(3)의 실리콘 농도는, 목표 농도(체적%)에 비해 낮고, 예컨대 0이다. 한편, 오래된 처리액(3)의 실리콘 농도는, 예컨대 목표 농도이다. 새로운 처리액(3)과 오래된 처리액(3)의 실리콘 농도의 차와, 유량(Q3)의 곱이, 처리부(7)로부터 배출되는 실리콘의 유량이다. 그 유량은, 처리부(7)에 있어서 기판(2)으로부터 용출되는 실리콘의 유량과 같다. 그 결과, 처리액(3)의 실리콘 농도를 허용 범위 내로 유지할 수 있다.
처리부(7)는 제2 첨가제 공급부(80)를 가지며, 제2 첨가제 공급부(80)는 실리콘 농도 조절제를 처리조(71)에 대하여 공급한다. 실리콘 농도 조절제는, 처리액(3)의 실리콘 농도를 조절하는 첨가제이다. 실리콘 농도 조절제는, 실리콘 화합물 등의 일반적인 것이다. 실리콘 농도 조절제는, 수용액의 형태로 공급한다.
제2 첨가제 공급부(80)는, 예컨대 새로운 처리액(3)을 빈 처리조(71)에 공급한 후, 새로운 처리액(3)으로 기판(2)을 처리하기 전에, 실리콘 농도 조절제를 처리조(71)에 대하여 공급한다. 새로운 처리액(3)의 실리콘 농도는, 상기한 바와 같이, 목표 농도보다 낮기 때문이다. 실리콘 농도 조절제를 처리조(71)에 대하여 공급함으로써, 처리액(3)의 실리콘 농도를 목표 농도까지 상승시킬 수 있어, 선택비를 향상시킬 수 있다.
제어부(9)는, 예컨대 컴퓨터로서, 도 1에 도시된 바와 같이, CPU(Central Processing Unit)(91)와, 메모리 등의 기억 매체(92)를 구비한다. 기억 매체(92)에는, 기판 처리 장치(1)에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(9)는, 기억 매체(92)에 기억시킨 프로그램을 CPU(91)에 실행시킴으로써, 기판 처리 장치(1)의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(9)는, 입력 인터페이스(93)와, 출력 인터페이스(94)를 구비한다. 제어부(9)는, 입력 인터페이스(93)로 외부로부터의 신호를 수신하고, 출력 인터페이스(94)로 외부에 신호를 송신한다.
상기 프로그램은, 예컨대 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기억되고, 그 기억 매체로부터 제어부(9)의 기억 매체(92)에 인스톨된다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로서는, 예컨대, 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 광디스크(MO), 메모리 카드 등을 들 수 있다. 또한, 프로그램은, 인터넷을 통해 서버로부터 다운로드되고, 제어부(9)의 기억 매체(92)에 인스톨되어도 좋다.
도 5는 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 동작을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 처리부(7)는, 기판(2)의 처리를 실시함과 더불어, 실리콘 농도의 유지를 실시한다. 실리콘 농도의 유지는, 새로운 처리액(3)과 오래된 처리액(3)의 교체, 즉, 새로운 처리액(3)의 공급과 오래된 처리액(3)의 배출을 포함한다.
혼합부(5)는, 새로운 처리액(3)을 복수의 처리부(7)에 공급하기 위해, 하나의 혼합 탱크(51)로부터 조제를 완료한 혼합액을 꺼내어, 처리부(7)를 향해 보낸다. 또한, 제2 인산 공급부(62)는, 새로운 처리액(3)을 처리부(7)에 공급하기 위해, 제2 인산을 송액 라인(61) 중간에 공급한다. 제2 인산과 제1 인산과 실리카 석출 억제제는, 송액 라인(61) 중간에서 혼합되고, 처리액(3)으로서 처리부(7)에 보내진다.
혼합부(5)는, 하나의 혼합 탱크(51)로부터 조제를 완료한 혼합액을 꺼내어, 처리부(7)를 향해 보내는 동안에, 다른 하나의 혼합 탱크(51)에서 혼합액을 조제한다. 복수의 혼합 탱크(51)의 역할을 교체하기 때문에, 복수의 혼합 탱크(51)가 동시에 비게 되는 것을 방지할 수 있어, 혼합액의 부족에 의해 기판(2)의 처리가 중단되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 작은 용량의 혼합 탱크(51)로, 기판(2)의 처리를 연속적으로 실시할 수 있다.
또한, 혼합부(5)는, 복수의 혼합 탱크(51) 내에서, 처리부(7)를 향해 조제를 완료한 혼합액을 송출하는 것을, 미리 정한 순서로 전환한다. 복수의 혼합 탱크(51)의 역할을 교체하기 때문에, 복수의 혼합 탱크(51)가 동시에 비게 되는 것을 방지할 수 있어, 혼합액의 부족에 의해 기판(2)의 처리가 중단되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 작은 용량의 혼합 탱크(51)로, 기판(2)의 처리를 연속적으로 실시할 수 있다.
도 6은 일 실시형태에 따른 혼합액의 조제를 나타낸 흐름도이다. 제어부(9)는, 혼합액의 조제 지령을 받으면, 도 6에 도시된 처리를 실시한다. 혼합액의 조제 지령은, 혼합 탱크(51)에 남는 혼합액의 액량이 임계치를 하회할 때에 작성된다. 혼합액의 조제 지령은, 제1 혼합비(M:N)를 변경할 때에도 작성된다. 제어부(9)는, 우선, 기판(2)의 패턴(27) 등에 기초하여, 제1 혼합비(M:N)를 결정한다(S101).
처리액(3)의 원료의 혼합비, 예컨대 인산과 실리카 석출 억제제의 혼합비는, 패턴(27)마다 최적치가 다르다. 그래서, 처리액(3)의 원료의 혼합비는, 패턴(27)마다, 미리 실험 등에 의해 결정되며, 미리 기억 매체(92)에 기억된다. 이하, 처리액(3)의 원료의 혼합비는, 인산의 비율(M)을 고정하여 표현한다.
처리액(3)의 원료의 혼합비는, 패턴(27) 이외의 처리 조건에도 의존할 수 있다. 처리 조건은, (1) 기판 처리 장치(1)의 사용자가 변경할 수 있는 조건, 즉 사용자가 제어부(9)에 입력할 수 있는 조건과, (2) 기판 처리 장치(1)의 사용자가 변경할 수 없는 조건, 즉 기판 처리 장치(1)의 구조로 결정되는 조건을 포함한다. (1) 사용자가 제어부(9)에 입력할 수 있는 조건은, 예컨대, 기판(2)의 패턴(27) 외에, 기판(2)의 처리 시간, 및 1 배치 당의 기판(2)의 장수 등이다. (2) 기판 처리 장치(1)의 구조로 결정되는 조건은, 예컨대, 처리조(71)의 용량, 처리조(71)의 수, 혼합 탱크(51)의 용량, 혼합 탱크(51)의 수, 및 송액 라인(61)의 최대 유량 등이다. 송액 라인(61)의 최대 유량은, 예컨대, 배관의 길이나 구경(口徑) 등에 의해 결정된다.
인산과 실리카 억제제의 혼합비는, 상기한 바와 같이, 기판(2)의 패턴(27) 이외의, 기판(2)의 처리 조건에도 의존할 수 있다. 그래서, 처리액(3)의 원료의 혼합비는, 기판(2)의 처리 조건마다, 미리 실험 등에 의해 결정되며, 미리 기억 매체(92)에 기억된다. 이 경우. 제어부(9)는, 기판(2)의 처리 조건에 기초하여, 제1 혼합비(M:N)를 결정한다(S101).
구체적으로는, 제어부(9)는, 미리 기억시킨 복수의 혼합비 중에서, 실리카 석출 억제제의 비율이 최고인 것을, 제1 혼합비(M:N)로서 결정한다. 실리카 석출 억제제의 비율은, 후술하는 바와 같이 제2 인산의 공급에 의해 저감할 수 있기 때문이다. 상기 비율이 최고인 것을 제1 혼합비(M:N)로서 결정하기 때문에, 제1 혼합비(M:N)를 빈번하게 변경하지 않아도 되어, 혼합액의 폐기량을 저감할 수 있다.
그런데, 신세대의 반도체 장치를 제조하기 위해, 기판(2)의 패턴(27)이 갱신되어, 예컨대 적층막(24)의 적층 수가 증가하면, 상기한 바와 같이, 실리콘 농도의 최고치가 높아지기 때문에, 실리카 석출 억제제의 최적의 비율이 높아진다. 이 경우, 최적의 혼합비가, 새롭게 실험 등에 의해 결정되고, 새롭게 기억 매체(92)에 기억된다. 인산과 실리카 석출 억제제의 혼합비도, 사용자가 제어부(9)에 입력할 수 있는 조건이다.
제어부(9)는, 상기한 바와 같이, 기판(2)의 패턴(27)에 기초하여, 제1 혼합비(M:N)를 결정한다(S101). 또한, 제어부(9)는, 상기한 바와 같이, 미리 기억시킨 복수의 혼합비 중에서, 실리카 석출 억제제의 비율이 최고인 것을, 제1 혼합비(M:N)로서 결정한다. 제1 혼합비(M:N)를 적절하게 갱신하면, 신세대의 반도체 장치도 제조할 수 있고, 반도체 장치의 세대교체에 의해 기판 처리 장치(1)의 수명이 다하는 것을 방지할 수 있다.
제어부(9)는, 제1 혼합비(M:N)를 결정(S101)한 후, 혼합 탱크(51)로부터의 액 방류(S102)를 실시한다. 제1 혼합비(M:N)를 변경하는 경우, 오래된 제1 혼합비(M:N)의 혼합액이 없어질 때까지, 액 방류가 행해진다. 한편, 제1 혼합비(M:N)를 변경하지 않는 경우, 나중에 V×M(L)의 제1 인산과 V×N(L)의 실리카 석출 억제제를 혼합 탱크(51)에 대하여 공급할 수 있을 정도로, 액 방류가 행해진다. 제어부(9)는, 혼합 탱크(51)의 액 방류(S102) 후, V×M(L)의 제1 인산을, 혼합 탱크(51)에 대하여 공급한다(S103).
제어부(9)는, 혼합 탱크(51)로부터의 액 방류(S102)를 실시하는 동안에, 실리카 석출 억제제의 계량(S104)의 적어도 일부를 행한다. 실리카 석출 억제제의 계량(S104)은, 계량 탱크(53a)에 대한 실리카 석출 억제제의 주입을 포함한다. 혼합 탱크(51)로부터의 액 방류(S102)와, 실리카 석출 억제제의 계량(S104)의 적어도 일부를 동시에 실시하기 때문에, 혼합액의 조제에 걸리는 시간을 단축할 수 있다.
제어부(9)는, 실리카 석출 억제제의 계량(S104) 후에, V(L)의 실리카 석출 억제제를 계량 탱크(53a)로부터 꺼내어, 혼합 탱크(51)에 공급한다(S105). 그 후, 제어부(9)는, 누적 공급 횟수를 체크한다(S106). 공급 횟수가 N회 미만인 경우(S106, NO), 실리카 석출 억제제의 공급량이 부족하기 때문에, 제어부(9)는 S104로 되돌아가, S104 이후의 처리를 반복하여 행한다. 한편, 공급 횟수가 N회인 경우(S106, YES), V×N(L)의 실리카 석출 억제제가 공급 완료이므로, 제어부(9)는 이번 처리를 종료한다.
또한, 제어부(9)는, 혼합 탱크(51)로부터의 액 방류(S102)를 종료한 후, 혼합액의 순환을 시작하여도 좋다. 혼합액의 순환에 의해, 혼합 불균일을 저감할 수 있다. 혼합액의 순환은, 제1 인산 및 실리카 석출 억제제의 공급 종료로부터, 미리 정한 시간이 경과할 때까지 실시된다. 혼합액에 포함되는 파티클을 제거할 수 있다.
도 7은 일 실시형태에 따른 제1 혼합비(M:N)와 공급 횟수(N)의 관계를 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(9)는, 공급 횟수(N)를 제어하여, 제1 혼합비(M:N)를 제어한다. V×M(L)은 일정하기 때문에, 제어부(9)는 V×N(L)을 제어하여, 제1 혼합비(M:N)를 제어한다.
도 8은 일 실시형태에 따른 처리부에 대한 혼합액의 공급을 나타낸 흐름도이다. 제어부(9)는, 처리부(7)에 대한 혼합액의 공급 지령을 받으면, 도 8에 도시된 처리를 실시한다. 공급 지령은, 예컨대 기판(2)의 처리를 시작할 때에 생성된다. 기판(2)의 처리 중에 실리콘 농도를 유지하기 위해, 새로운 처리액(3)과 오래된 처리액(3)의 교체가 실시된다.
기판(2)의 처리 방식이 배치식인 경우, 처리액(3)의 원료의 혼합비, 예컨대 인산(제1 인산 및 제2 인산)과 실리카 석출 억제제의 혼합비를 변경할 때에도, 공급 지령이 작성되고, 새로운 혼합비의 처리액(3)이 처리조(71)에 저장된다. 이 경우, 새로운 혼합비의 처리액(3)을 처리조(71)에 저장하기 전에, 오래된 혼합비의 처리액(3)을 처리조(71)로부터 배출하는 액 방류가 행해진다.
제어부(9)는, 우선, 처리액(3)으로 처리하는 기판(2)의 패턴(27) 등에 기초하여, 처리액(3)의 원료의 혼합비를 결정하고, 결정한 혼합비를 실현하기 위해, 제2 혼합비(Q1:Q2)를 결정한다(S201). 혼합액의 유량(Q1)은, 도 2에 도시된 바와 같이 실리카 석출 억제제의 유량(q1)과 제1 인산의 유량(q2)의 합이다. 제1 인산과 실리카 석출 억제제의 유량비(q2:q1)는, 제1 혼합비(M:N)와 동일하다.
도 9는 일 실시형태에 따른 처리액의 원료의 혼합비와, 제2 혼합비(Q2:Q1)의 관계를 나타낸 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, Q2/Q1이 증가하고, Q2/q2가 증가할수록, 실리카 석출 억제제의 비율이 상대적으로 저하된다.
또한, 처리액(3)의 원료의 혼합비는, 상기한 바와 같이, 기판(2)의 패턴(27) 이외의, 기판(2)의 처리 조건에도 의존하기 때문에, 그 밖의 처리 조건에 기초하여 결정되어도 좋다.
제어부(9)는, 제2 혼합비(Q1:Q2)의 결정 후, Q1과 Q2의 각각을 결정한다(S202). Q1 및 Q2는 공급 지령의 목적에 따라 결정된다. 우선, 공급 지령의 목적이, 기판(2)의 처리 중에 실리콘 농도를 유지하는 것인 경우에 대해서, 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 일 실시형태에 따른 1 배치 당의 기판의 장수와, Q1과 Q2의 합(Q1+Q2)의 관계를 나타낸 도면이다. 기판(2)으로부터 용출되는 실리콘의 유량은 기판(2)의 장수에 비례하므로, Q1+Q2는 도 10에 도시된 바와 같이 기판(2)의 매수에 비례한다.
한편, 공급 지령의 목적이, 새로운 혼합비의 처리액(3)을 처리조(71)에 저장하는 것인 경우, 저장하는 시간을 단축하기 위해, Q1+Q2는 송액 라인(61)의 최대 유량이어도 좋다. 송액 라인(61)의 최대 유량은, 상기한 바와 같이, 배관의 길이나 구경 등에 의해 결정된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(9)는, Q2가 0인지 아닌지를 체크한다(S203). Q2가 0인 경우(S203, YES), 제2 인산의 공급이 불필요하기 때문에, 제어부(9)는 혼합액만을 처리부(7)에 공급한다(S204). 한편, Q2가 0이 아닌 경우(S203, NO), 제어부(9)는 혼합액과 제2 인산을 처리부(7)에 공급한다(S205).
혼합액의 공급(S204), 또는 혼합액과 제2 인산의 공급(S205)은, 공급 지령의 목적이 달성될 때까지 실시된다. 그 후, 제어부(9)는 이번 처리를 종료한다.
이상, 본 개시에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법의 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 개시는 상기 실시형태 등에 한정되지 않는다. 특허청구범위에 기재된 범주 내에서, 각종 변경, 수정, 치환, 부가, 삭제, 및 조합이 가능하다. 이들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속한다.
상기 실시형태의 제어부(9)는 인산과 실리카 석출 억제제의 혼합비를 제어하지만, 첨가제의 종류는 실리카 석출 억제제에 한정되지 않는다. 예컨대, 제어부(9)는, 인산과 실리콘 농도 조절제의 혼합비를 제어하여도 좋다. 이 경우, 제1 첨가제 공급부(53)는, 첨가제로서, 실리콘 농도 조절제를 혼합 탱크(51)에 대하여 공급한다.
인산과 실리콘 농도 조절제의 혼합비도, 인산과 실리카 석출 억제제의 혼합비와 마찬가지로, 기판(2)의 처리 조건마다 최적치가 다르다. 예컨대, 적층막(24)의 적층 수가 증가하면, 상기한 바와 같이, 실리콘 농도의 최고치가 높아지기 때문에, 실리카 농도 조절제의 최적의 비율이 낮아진다. 또한, 1 배치 당의 기판(2)의 장수가 증가할수록, 기판(2)으로부터 용출되는 실리콘의 유량이 증가하여, 실리콘 농도의 최고치가 높아지기 때문에, 실리카 농도 조절제의 최적의 비율이 낮아진다.
그래서, 인산과 실리콘 농도 조절제의 혼합비도, 인산과 실리카 석출 억제제의 혼합비와 마찬가지로, 기판(2)의 처리 조건마다, 미리 실험 등에 의해 결정되며, 미리 기억 매체(92)에 기억된다. 제어부(9)는, 미리 기억시킨 복수의 혼합비 중에서, 실리콘 농도 조절제의 비율이 최고인 것을, 제1 혼합비(M:N)로서 결정한다. 실리콘 농도 조절제의 비율은, 제2 인산의 공급에 의해 저감할 수 있기 때문이다. 상기 비율이 최고인 것을 제1 혼합비(M:N)로서 결정하기 때문에, 제1 혼합비(M:N)를 빈번하게 변경하지 않아도 되어, 혼합액의 폐기량을 저감할 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 기판(2)은 실리콘 웨이퍼(21), 실리콘 산화막(22) 및 실리콘 질화막(23)을 포함하지만, 기판(2)의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 기판(2)은, 실리콘 웨이퍼(21) 대신에, 탄화규소 기판, 산화갈륨 기판, 또는 질화갈륨 기판 등을 포함하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태의 처리부(7)는 배치식이지만, 매엽식이어도 좋다. 매엽식의 처리부(7)는, 예컨대 스핀 척과, 노즐과, 컵을 갖는다. 스핀 척은, 기판을 유지한 상태로 회전한다. 노즐은, 스핀 척과 함께 회전하는 기판(2)에 대하여 처리액(3)을 공급한다. 처리액(3)은, 기판(2)의 중심부에 공급되고, 원심력에 의해 기판(2)의 직경 방향 바깥쪽으로 습윤 확산된다. 컵은, 기판(2)의 외주로부터 비산되는 처리액(3)을 회수한다.

Claims (17)

  1. 기판 처리 장치로서,
    처리액의 원료인 제1 인산과 첨가제를 미리 정한 혼합비로 혼합하여, 혼합액을 조제하는 혼합부;
    상기 처리액의 원료의 혼합비를 보정하는 혼합비 보정부; 및
    상기 처리액으로 기판을 처리하는 처리부
    를 구비하고,
    상기 혼합부는, 상기 혼합액을 저장하는 혼합 탱크와, 상기 혼합 탱크에 대하여 상기 제1 인산을 공급하는 제1 인산 공급부와, 상기 혼합 탱크에 대하여 상기 첨가제를 공급하는 첨가제 공급부를 포함하며,
    상기 혼합비 보정부는, 상기 혼합부로부터 상기 처리부로 상기 혼합액을 보내는 송액 라인과, 상기 송액 라인에 접속되어 제2 인산을 공급하는 제2 인산 공급부를 구비하는 것인, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인산과 상기 첨가제의 제1 혼합비와, 상기 혼합액과 상기 제2 인산의 제2 혼합비를 제어하는 제어부를 구비하는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판의 처리 조건에 기초하여, 상기 제1 혼합비와 상기 제2 혼합비 중 적어도 하나를 변경하는 것인, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판의 처리 조건은, 상기 기판의 상기 처리액으로 처리되는 패턴인 것인, 기판 처리 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합부는, 상기 혼합 탱크를 복수개 갖는 것인, 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는, 하나의 상기 혼합 탱크로부터 조제를 완료한 상기 혼합액을 꺼내어, 상기 처리부를 향해 보내는 동안에, 다른 하나의 상기 혼합 탱크에서 상기 혼합액을 조제하는 것인, 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는, 복수의 상기 혼합 탱크 내에서, 상기 처리부를 향해 조제를 완료한 상기 혼합액을 송출하는 것을, 미리 정한 순서로 전환하는 것인, 기판 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부는, 복수개 설치되고,
    상기 송액 라인은, 복수개의 상기 처리부에 대하여 개별로 상기 혼합액을 송액하는 개별 배관을 포함하는 것인, 기판 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합비 보정부는, 상기 송액 라인에, 상기 혼합액과 상기 제2 인산을 일시적으로 저장하는 버퍼 탱크를 포함하는 것인, 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 혼합비 보정부는, 상기 버퍼 탱크로부터 꺼낸 상기 처리액을, 상기 버퍼 탱크로 되돌리는 순환 라인을 구비하는 것인, 기판 처리 장치.
  11. 기판 처리 방법으로서,
    처리액의 원료인 제1 인산과 첨가제를 미리 정한 제1 혼합비로 혼합하여, 혼합액을 조제하는 단계,
    상기 혼합액과 제2 인산을 미리 정한 제2 혼합비로 혼합하여, 상기 처리액의 원료의 혼합비를 보정하는 단계, 및
    상기 처리액으로 기판을 처리하는 단계
    를 포함하는, 기판 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 처리 조건에 기초하여, 상기 제1 혼합비와, 상기 제2 혼합비 중 적어도 하나를 변경하는, 기판 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기판의 처리 조건은, 상기 기판의 상기 처리액으로 처리되는 패턴인 것인, 기판 처리 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 혼합 탱크로부터 조제를 완료한 상기 혼합액을 꺼내어, 상기 기판을 처리하는 처리부를 향해 보내는 동안에, 다른 하나의 혼합 탱크에서 상기 혼합액을 조제하는 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
  15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 혼합 탱크 내에서, 상기 기판을 처리하는 처리부를 향해, 조제를 완료한 상기 혼합액을 송출하는 것을, 미리 정한 순서로 전환하는 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
  16. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 교대로 포함하는 적층막을 포함하고,
    상기 적층막은, 상기 적층막을 두께 방향으로 관통하는 개구부를 가지며,
    상기 처리액은, 상기 실리콘 질화막을 선택적으로 에칭하는 것인, 기판 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 첨가제는, 실리카의 석출을 억제하는 실리카 석출 억제제인 것인, 기판 처리 방법.
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