KR20200117861A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20200117861A
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다카시 나카자와
가즈요시 시노하라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] SPM을 이용한 기판 처리에 있어서 기판의 플래핑을 억제하는 것.
[해결수단] 본 개시에 따른 기판 처리 방법은, 유지 공정과, 사전 가열 공정과, 토출 공정과, 이동 공정을 포함한다. 유지 공정은 기판을 유지한다. 사전 가열 공정은 기판의 피처리면과 반대측의 면인 반대면의 중앙부를 가열한다. 토출 공정은 사전 가열 공정 후, 피처리면의 둘레 가장자리부에 대하여, 황산과 과산화수소의 혼합액인 SPM을 토출한다. 이동 공정은 토출 공정 후, SPM의 토출 위치를 피처리면의 둘레 가장자리부로부터 중앙부를 향하여 이동시킨다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
종래, 황산과 과산화수소의 혼합액인 SPM을 이용하여, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 기판을 처리하는 기술이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 기술에 따르면, 황산과 과산화수소의 반응에 의해 생기는 반응열을 이용하여 기판을 처리할 수 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2018-107455호 공보
본 개시는 SPM을 이용한 기판 처리에 있어서 기판의 플래핑을 억제할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일양태에 따른 기판 처리 방법은 유지 공정과, 사전 가열 공정과, 토출 공정과, 이동 공정을 포함한다. 유지 공정은 기판을 유지한다. 사전 가열 공정은 기판의 피처리면과 반대측의 면인 반대면의 중앙부를 가열한다. 토출 공정은 사전 가열 공정 후, 피처리면의 둘레 가장자리부에 대하여, 황산과 과산화수소의 혼합액인 SPM을 토출한다. 이동 공정은 토출 공정 후, SPM의 토출 위치를 피처리면의 둘레 가장자리부로부터 중앙부를 향하여 이동시킨다.
본 개시에 따르면, SPM을 이용한 기판 처리에 있어서 기판의 플래핑을 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 처리 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 SPM 공급 기구의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 실시형태에 있어서, 토출 온도 110℃로 설정된 SPM을 복수의 다른 토출 조건으로 토출한 경우에 있어서의 웨이퍼의 중앙부와 둘레 가장자리부의 온도차의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 제1 실시형태에 따른 처리 유닛이 실행하는 기판 처리의 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 제1 실시형태에 따른 SPM 처리의 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 SPM 처리에 있어서의 처리 유닛의 동작예를 나타내는 도면이다.
도 8은 SPM 처리에 있어서의 처리 유닛의 동작예를 나타내는 도면이다.
도 9는 SPM 처리에 있어서의 처리 유닛의 동작예를 나타내는 도면이다.
도 10은 제2 실시형태에 따른 SPM 공급 기구의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 웨이퍼의 표면에 대한 SPM의 토출 위치와 웨이퍼의 이면에 토출되는 SPM의 혼합비의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 제3 실시형태에 따른 처리 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
이하에, 본 개시에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 실시하기 위한 형태(이하, 「실시형태」라고 기재함)에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 개시에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치가 한정되는 것이 아니다. 또한, 각 실시형태는, 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적절하게 조합하는 것이 가능하다. 또한, 이하의 각 실시형태에 있어서 동일 부위에는 동일 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략된다.
또한, 이하 참조하는 각 도면에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 서로 직교하는 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향을 규정하여, Z축 정방향을 연직 상향 방향으로 하는 직교 좌표계를 나타내는 경우가 있다. 또한, 수직축을 회전 중심으로 하는 회전 방향을 θ 방향이라고 부르는 경우가 있다.
(제1 실시형태)
<기판 처리 시스템>
도 1은 제1 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 시스템(1)은, 반입출 스테이션(2)과, 처리 스테이션(3)을 구비한다. 반입출 스테이션(2)과 처리 스테이션(3)은 인접하여 마련된다.
반입출 스테이션(2)은, 캐리어 배치부(11)와, 반송부(12)를 구비한다. 캐리어 배치부(11)에는, 복수매의 기판(이하, 「웨이퍼(W)」라고 기재함)을 수평 상태로 수용하는 복수의 캐리어(C)가 배치된다.
반송부(12)는, 캐리어 배치부(11)에 인접하여 마련되고, 내부에 기판 반송 장치(13)와, 전달부(14)를 구비한다. 기판 반송 장치(13)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 기판 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(13)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 수직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 기판 유지 기구를 이용하여 캐리어(C)와 전달부(14) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
처리 스테이션(3)은, 반송부(12)에 인접하여 마련된다. 처리 스테이션(3)은, 반송부(15)와, 복수의 처리 유닛(16)을 구비한다. 복수의 처리 유닛(16)은, 반송부(15)의 양측에 배열되어 마련된다.
반송부(15)는, 내부에 기판 반송 장치(17)를 구비한다. 기판 반송 장치(17)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 기판 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(17)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 수직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 기판 유지 기구를 이용하여 전달부(14)와 처리 유닛(16) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
처리 유닛(16)은, 기판 반송 장치(17)에 의해 반송되는 웨이퍼(W)에 대하여 정해진 기판 처리를 행한다.
또한, 기판 처리 시스템(1)은, 제어 장치(4)를 구비한다. 제어 장치(4)는, 예컨대 컴퓨터이고, 제어부(18)와 기억부(19)를 구비한다. 기억부(19)에는, 기판 처리 시스템(1)에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(18)는, 기억부(19)에 기억된 프로그램을 읽어내어 실행함으로써 기판 처리 시스템(1)의 동작을 제어한다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어 장치(4)의 기억부(19)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.
상기한 바와 같이 구성된 기판 처리 시스템(1)에서는, 먼저, 반입출 스테이션(2)의 기판 반송 장치(13)가, 캐리어 배치부(11)에 배치된 캐리어(C)로부터 웨이퍼(W)를 취출하고, 취출한 웨이퍼(W)를 전달부(14)에 배치한다. 전달부(14)에 배치된 웨이퍼(W)는, 처리 스테이션(3)의 기판 반송 장치(17)에 의해 전달부(14)로부터 취출되어, 처리 유닛(16)에 반입된다.
처리 유닛(16)에 반입된 웨이퍼(W)는, 처리 유닛(16)에 의해 처리된 후, 기판 반송 장치(17)에 의해 처리 유닛(16)으로부터 반출되어, 전달부(14)에 배치된다. 그리고, 전달부(14)에 배치된 처리 완료된 웨이퍼(W)는, 기판 반송 장치(13)에 의해 캐리어 배치부(11)의 캐리어(C)에 복귀된다.
<처리 유닛의 구성>
다음에, 처리 유닛(16)의 구성에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 제1 실시형태에 따른 처리 유닛(16)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 나타내는 처리 유닛(16)은, 황산과 과산화수소의 혼합액인 SPM(SulfuricAcid Hydrogen Peroxide Mixture)을 웨이퍼(W)의 표(앞)면에 공급함으로써, 예컨대, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 막을 제거한다.
처리 유닛(16)에 의하면, SPM에 포함되는 카로산의 강한 산화력과, 황산과 과산화수소의 반응열을 이용하여 웨이퍼(W)를 처리할 수 있다. 카로산(H2SO5)은, 반응식 「H2SO4+H2O2→H2SO5+H2O」에 따라 생성되고, 황산과 과산화수소의 반응열은, 카로산이 생성되는 과정에서 발생한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 처리 유닛(16)은, 챔버(20)와, 기판 유지 기구(30)와, 표면 공급부(40)와, 회수컵(50)과, 온도 센서(80)와, SPM 공급 기구(70)와, 이면 공급부(90)를 구비한다.
챔버(20)는, 기판 유지 기구(30), 표면 공급부(40), 회수컵(50), 온도 센서(80) 및 이면 공급부(90)를 수용한다. 챔버(20)의 천장부에는, FFU(Fan Filter Unit)(21)가 마련된다. FFU(21)는, 챔버(20) 내에 다운 플로우를 형성한다.
기판 유지 기구(30)는, 유지부(31)와, 지주부(32)와, 구동부(33)를 구비한다. 유지부(31)는, 웨이퍼(W)를 수평으로 유지한다. 구체적으로는, 유지부(31)는, 복수의 파지부(31a)를 구비하고 있고, 복수의 파지부(31a)를 이용하여 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부를 파지한다. 지주부(32)는, 연직 방향으로 연장되어, 기단부가 구동부(33)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 선단부에 있어서 유지부(31)를 수평으로 지지한다. 구동부(33)는, 지주부(32)를 연직축 둘레로 회전시킨다. 이러한 기판 유지 기구(30)는, 구동부(33)를 이용하여 지주부(32)를 회전시킴으로써 지주부(32)에 지지된 유지부(31)를 회전시키고, 이에 의해, 유지부(31)에 유지된 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
표면 공급부(40)는, 웨이퍼(W)에 대하여 SPM을 공급한다. 구체적으로는, 표면 공급부(40)는, 웨이퍼(W)의 상방에 배치되는 노즐(41)과, 노즐(41)을 지지하는 아암(42)과, 아암(42)을 이동시키는 이동 기구(43)를 구비한다. 노즐(41)은, 후술하는 SPM 공급 기구(70)에 접속되고, SPM 공급 기구(70)로부터 공급되는 SPM을 웨이퍼(W)의 표면에 토출한다.
회수컵(50)은, 유지부(31)를 둘러싸도록 배치되고, 유지부(31)의 회전에 의해 웨이퍼(W)로부터 비산하는 SPM을 포집한다. 회수컵(50)의 바닥부에는, 배액구(51)가 형성되어 있고, 회수컵(50)에 의해 포집된 SPM은, 이러한 배액구(51)로부터 처리 유닛(16)의 외부에 배출된다. 또한, 회수컵(50)의 바닥부에는, FFU(21)로부터 공급되는 기체를 처리 유닛(16)의 외부에 배출하는 배기구(52)가 형성된다.
온도 센서(80)는, 웨이퍼(W)의 상방에 배치되고, 웨이퍼(W) 상에 있어서의 SPM의 온도 정보를 취득한다.
온도 센서(80)는, 조사광으로서 적외선을 조사한다. 또한, 온도 센서(80)는, 웨이퍼(W)의 표면으로부터의 반사광을 수광한다. 온도 센서(80)에 의해 수광되는 반사광은, 웨이퍼(W) 상에 존재하는 SPM에 반사하는 성분이 지배적이라고 하여, 반사광의 강도값은 SPM의 정보로서 취급할 수 있는 것으로 한다.
온도 센서(80)는, 수광한 반사광의 강도값을 온도값으로 변환하고, 웨이퍼(W)를 포함하는 평면 영역에 관한 온도 분포를 온도 정보로서 취득한다. 취득된 온도 정보는, 정해진 시간 간격(예컨대 1초)으로 제어부(18)에 연속적으로 송신된다. 제어부(18)는, 온도 센서(80)로부터 송신된 온도 정보를 수신하여, 기억부(19)에 축적한다.
이면 공급부(90)는, 예컨대, 유지부(31) 및 지주부(32)를 상하로 관통하는 중공부에 배치된다. 이면 공급부(90)의 내부에는 상하 방향으로 연장되는 유로(91)가 형성되어 있고, 이러한 유로(91)에는, SPM 공급 기구(70)가 접속된다. 이면 공급부(90)는, SPM 공급 기구(70)로부터 공급되는 SPM을 유로(91)의 선단에 마련된 토출구(92)로부터 웨이퍼(W)의 이면을 향하여 토출한다.
<SPM 공급 기구의 구성>
다음에, SPM 공급 기구(70)의 구성에 관해서 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 제1 실시형태에 따른 SPM 공급 기구의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, SPM 공급 기구(70)는, 황산(H2SO4)의 공급계로서, 황산 공급원(301)과 황산 공급 경로(302)와 온도 조정부(303)와 밸브(304)를 구비한다. 황산 공급원(301)은 상온(실온)의 황산을 공급한다. 황산 공급 경로(302)는, 황산 공급원(301)과 후술하는 혼합부(308)를 접속한다. 온도 조정부(303)는, 예컨대 히터이며, 황산 공급 경로(302)를 유통하는 황산을 가열한다. 밸브(304)는, 황산 공급 경로(302)를 개폐한다. 또한, 온도 조정부(303)는, 냉각 기능을 갖는 쿨닉스 등을 구비하고 있어도 좋다.
또한, SPM 공급 기구(70)는, 과산화수소(H2O2)의 공급계로서, 과산화수소 공급원(305)과 과산화수소 공급 경로(306)와 밸브(307)를 구비한다. 과산화수소 공급원(305)은 상온(실온)의 과산화수소를 공급한다. 과산화수소 공급 경로(306)는, 과산화수소 공급원(305)과 후술하는 혼합부(308)를 접속하여, 과산화수소 공급원(305)으로부터 공급되는 과산화수소가 유통한다. 밸브(307)는, 과산화수소 공급 경로(306)를 개폐한다.
또한, SPM 공급 기구(70)는, 혼합부(308)와 전환부(309)를 구비한다. 혼합부(308)는, 황산 공급 경로(302)로부터 공급되는 황산과, 과산화수소 공급 경로(306)로부터 공급되는 과산화수소를 미리 설정된 혼합비로 혼합하여 혼합액인 SPM을 생성한다. 생성된 SPM은 전환부(309)를 통해 표면 공급부(40) 또는 이면 공급부(90)에 공급된다. 혼합부(308)는, 제어부(18)로부터의 지시에 따라 혼합비를 변경하는 기능을 갖는다.
전환부(309)는, 혼합부(308)에 있어서 생성된 SPM의 유출처를 전환한다. 구체적으로는, 전환부(309)는, 표면 공급부(40) 및 이면 공급부(90) 중 어느 한쪽, 또는, 표면 공급부(40) 및 이면 공급부(90)의 양방에 SPM을 유출시킬 수 있다.
<웨이퍼의 플래핑에 대해서>
SPM 등의 약액을 이용하여 기판을 처리하는 웨트 처리에서는, 면내 균일성 향상 등의 관점에서, 약액의 토출 위치를 기판의 둘레 가장자리부로부터 중앙부를 향하여 이동시키는 소위 스캔 인 동작이 바람직하다. 그러나, 황산과 과산화수소의 반응열에 의해 고온(100∼150℃ 정도)이 되는 SPM을 기판의 둘레 가장자리부에 토출하면, 기판의 둘레 가장자리부가 열 팽창에 의해 신장하고, 파지부(31a)에 의해 둘레 가장자리부가 파지되어 있는 기판은 전체적으로 휘어 버린다. 이 결과, 회전하는 기판에 플래핑이 생기게 된다. 기판에 플래핑이 생기면, 예컨대, 기판의 파지되어 있는 부위가 손상될 우려가 있다. 또한, 기판을 파지하는 파지부에도 깨짐이 생길 우려가 있고, 파지부가 깨짐으로써 기판이 떨어져 처리가 중단되어 버릴 우려가 있다. 또한, 기판이 흔들림으로써, 기판의 표면에 약액이 균등하게 공급되기 어려워지기 때문에, 웨트 처리의 면내 균일성이 저하할 우려도 있다. 이 때문에, 현재 상황에서는, 기판의 중앙부로부터 둘레 가장자리부를 향하여 토출 위치를 이동시키는 스캔 아웃 동작이 행해지고 있다.
도 4는 토출 온도 110℃로 설정된 SPM을 복수의 다른 토출 조건으로 토출한 경우에 있어서의 웨이퍼(W)의 중앙부와 둘레 가장자리부의 온도차의 변화를 나타낸한 그래프이다. 도 4에 나타내는 희게 한 칼럼은, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 SPM의 토출 위치를 웨이퍼(W)의 중심을 0 ㎜로 한 경우의 80 ㎜, 100 ㎜, 120 ㎜ 및 140 ㎜(둘레 가장자리부)에서 고정한 경우의 실험 결과를 나타내고 있다. 또한, 도 4에 나타내는 해칭을 그은 칼럼은, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 SPM의 토출 위치를 80 ㎜, 100 ㎜, 120 ㎜ 및 140 ㎜에서 스캔 아웃 시킨 경우의 실험 결과를 나타내고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 토출 위치를 고정한 경우, 어느 쪽의 토출 위치에 있어서도 온도차(ΔT)(둘레 가장자리부의 온도-중앙부의 온도)는 60℃를 상회하고 있고, 웨이퍼(W)의 플래핑이 발생하였다. 한편, 토출 위치를 스캔 아웃시킨 경우, 80 ㎜, 100 ㎜, 120 ㎜ 및 140 ㎜ 중 어느 것에 있어서도 온도차(ΔT)는 42℃ 이하이고, 웨이퍼(W)의 플래핑은 발생하지 않았다. 이 결과로부터, 웨이퍼(W)의 중앙부와 둘레 가장자리부의 온도차(ΔT)가 40℃를 넘는 경우에, 웨이퍼(W)의 플래핑이 발생하는 것을 알았다.
그래서, 제1 실시형태에 따른 처리 유닛(16)에서는, 웨이퍼(W)의 중앙부와 둘레 가장자리부의 온도차(ΔT)가 40℃ 이하가 되는 처리 조건으로 SPM을 이용한 기판 처리를 행하는 것으로 하였다.
<처리 유닛의 구체적 동작>
다음에, 본 실시형태에 따른 처리 유닛(16)이 실행하는 기판 처리의 내용에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 제1 실시형태에 따른 처리 유닛(16)이 실행하는 기판 처리의 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 5에 나타내는 각 처리 순서는, 제어부(18)의 제어에 따라 실행된다.
먼저, 처리 유닛(16)에서는, 웨이퍼(W)의 반입 처리가 행해진다(단계 S101). 구체적으로는, 기판 반송 장치(17)(도 1 참조)에 의해 처리 유닛(16)의 챔버(20)(도 2 참조) 내에 웨이퍼(W)가 반입되어 유지부(31)에 유지된다. 그 후, 처리 유닛(16)은, 유지부(31)를 정해진 회전 속도(예컨대, 50 rpm)로 회전시킨다.
이어서, 처리 유닛(16)에서는, SPM 처리가 행해진다(단계 S102). SPM 처리의 상세에 대해서는 후술한다.
단계 S102의 SPM 처리를 끝내면, 처리 유닛(16)에서는, 린스 처리가 행해진다(단계 S103). 이러한 린스 처리에서는, 도시하지 않는 린스액 공급부로부터 웨이퍼(W)에 린스액[예컨대, DIW(탈이온수)]이 공급된다. 웨이퍼(W)에 공급된 DIW는, 웨이퍼(W)의 회전에 따른 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 퍼진다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 잔존하는 SPM이 DIW에 의해 씻겨진다. 또한, 린스 처리에서는, SPM의 온도 이하의 온도로 가열된 DIW를 웨이퍼(W)에 공급한 후, 상온의 DIW를 웨이퍼(W)에 공급하여도 좋다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 급격한 온도 변화를 억제할 수 있다.
이어서, 처리 유닛(16)에서는, 건조 처리가 행해진다(단계 S104). 이러한 건조 처리에서는, 웨이퍼(W)를 정해진 회전 속도(예컨대, 1000 rpm)로 정해진 시간 회전시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 잔존하는 DIW가 떨어져, 웨이퍼(W)가 건조한다. 그 후, 웨이퍼(W)의 회전이 정지한다.
그리고, 처리 유닛(16)에서는, 반출 처리가 행해진다(단계 S105). 반출 처리에서는, 유지부(31)에 유지된 웨이퍼(W)가 기판 반송 장치(17)에 전달된다. 이러한 반출 처리가 완료하면, 1장의 웨이퍼(W)에 대한 기판 처리가 완료한다.
<SPM 처리의 순서에 대해서>
다음에, 단계 S102에 있어서의 SPM 처리의 구체적인 순서에 대해서 도 6∼9를 참조하여 설명한다. 도 6은 제1 실시형태에 따른 SPM 처리의 순서를 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 7∼도 9는 SPM 처리에 있어서의 처리 유닛(16)의 동작예를 나타내는 도면이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, SPM 처리에서는, 먼저, 사전 가열 처리가 행해진다(단계 S201). 사전 가열 처리에서는, 밸브(304) 및 밸브(307)가 정해진 시간(예컨대, 30초간) 개방됨으로써, 이면 공급부(90)로부터 웨이퍼(W)의 이면 중앙부에 SPM이 공급된다. 웨이퍼(W)에 공급된 SPM은, 웨이퍼(W)의 회전에 따른 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 이면에 퍼진다(도 7 참조). 이에 의해, 웨이퍼(W)의 온도가 상승한다.
이어서, 제어부(18)는, 온도 센서(80)로부터 웨이퍼(W)의 중앙부의 온도를 취득한다(단계 S202). 그리고, 제어부(18)는, 단계 S202에 있어서 취득된 웨이퍼(W)의 중앙부의 온도와 둘레 가장자리부 상정 온도의 차(둘레 가장자리부 상정 온도-중앙부의 온도)가 40℃ 이하인지의 여부를 판정한다(단계 S203). 여기서, 둘레 가장자리부 상정 온도는, 웨이퍼(W)의 표면 둘레 가장자리부에 SPM이 토출되었다고 가정한 경우에 상정되는 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도를 말한다. 둘레 가장자리부 상정 온도는, 사전 실험 등에 의해 구해져, 기억부(19)에 기억된다.
제어부(18)는, 둘레 가장자리부 상정 온도와의 차가 40℃ 이하가 아닌 경우(단계 S203, No), 처리를 단계 S202로 되돌린다. 한편, 둘레 가장자리부 상정 온도와의 차가 40℃ 이하가 된 경우(단계 S203, Yes), 제어부(18)는, 전환부(309)를 제어하여 SPM을 표면 공급부(40)에도 유출시킨다. 이에 의해, 제어부(18)는, 표면 공급부(40)로부터 웨이퍼(W)의 표면 둘레 가장자리부에의 SPM의 토출을 개시시킨다(단계 S204, 도 8).
이어서, 제어부(18)는, 표면 공급부(40)의 이동 기구(43)를 제어함으로써, 노즐(41)을 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부로부터 중앙부를 향하여 이동(스캔)시킨다(단계 S205). 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 SPM이 퍼진다(도 9 참조). 단계 S205에 있어서, 제어부(18)는, 노즐(41)이 웨이퍼(W)의 중앙부에 도달한 경우에, 표면 공급부(40) 및 이면 공급부(90)로부터의 SPM의 공급을 정지하여도 좋다. 또한, 제어부(18)는, 노즐(41)이 웨이퍼(W)의 중앙부에 도달한 후, 노즐(41)을 재차 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부로 이동시키고, 노즐(41)이 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부에 도달한 경우에, SPM의 공급을 정지하여도 좋다. 또한, 제어부(18)는, 노즐(41)을 웨이퍼(W)의 한쪽의 둘레 가장자리부(예컨대, X축 부방향측의 둘레 가장자리부)로부터 중앙부를 경유하여 다른쪽의 둘레 가장자리부(예컨대, X축 정방향측의 둘레 가장자리부)로 이동시킨 후, SPM의 공급을 정지하여도 좋다.
이와 같이, 제1 실시형태에 따른 처리 유닛(16)에 의하면, 둘레 가장자리부 상정 온도와의 차가 40℃ 이하인 상태로, 웨이퍼(W)의 표면 둘레 가장자리부에 SPM을 토출함으로써, 웨이퍼(W)의 플래핑을 억제할 수 있다. 이 때문에, 예컨대, 웨이퍼(W)와 파지부(31a)의 접촉 부위에 있어서의 웨이퍼(W)의 손상 등을 억제할 수 있다. 또한, 스캔 인 동작이 가능해지기 때문에, SPM 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 실시형태에 따른 처리 유닛(16)에 의하면, 사전 가열 처리에 있어서, 웨이퍼(W)의 이면에 대하여 SPM을 공급함으로써, 웨이퍼(W)의 중앙부를 가열하는 것으로 하였기 때문에, 예컨대 가열 기구를 별도 마련하는 일없이 웨이퍼(W)의 중앙부를 가열할 수 있다. 또한, 표면 공급부(40)로부터 토출되는 SPM과 배액계를 공용화할 수 있다. 또한, 표면 공급부(40)로부터 토출되는 SPM과 온도 조건이 동일하기 때문에, 온도 제어가 용이하다.
(제2 실시형태)
도 10은 제2 실시형태에 따른 SPM 공급 기구의 구성을 나타내는 도면이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 처리 유닛(16A)은, 표면 공급부(40)에 대하여 SPM을 공급하는 제1 SPM 공급 기구(70A)와, 이면 공급부(90)에 대하여 SPM을 공급하는 제2 SPM 공급 기구(70B)를 구비한다.
제1 SPM 공급 기구(70A)는, 황산의 공급계로서, 황산 공급원(301A)과 황산 공급 경로(302A)와 온도 조정부(303A)와 밸브(304A)를 구비한다. 또한, 제1 SPM 공급 기구(70A)는, 과산화수소의 공급계로서, 과산화수소 공급원(305A)과 과산화수소 공급 경로(306A)와 밸브(307A)를 구비한다. 또한, 제1 SPM 공급 기구(70A)는, 혼합부(308A)를 구비한다.
또한, 제2 SPM 공급 기구(70B)는, 황산의 공급계로서, 황산 공급원(301B)과 황산 공급 경로(302B)와 온도 조정부(303B)와 밸브(304B)를 구비한다. 또한, 제2 SPM 공급 기구(70B)는, 과산화수소의 공급계로서, 과산화수소 공급원(305B)과 과산화수소 공급 경로(306B)와 밸브(307B)를 구비한다. 또한, 제2 SPM 공급 기구(70B)는, 혼합부(308B)를 구비한다.
이러한 처리 유닛(16A)에 의하면, 웨이퍼(W)의 표면 및 이면에 대하여 각각 다른 혼합비로 혼합된 SPM을 공급하는 것이 가능해진다. 따라서, 제어부(18)는, 혼합부(308A, 308B)를 제어함으로써, 예컨대, 웨이퍼(W)의 표면에 토출되는 SPM보다 반응 온도가 높아지는 혼합비로 혼합된 SPM을 웨이퍼(W)의 이면에 공급할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 동일 온도의 SPM을 공급하여도 온도차가 40℃ 이하가 되지 않는 것 같은 경우라도, 온도차를 40℃ 이하로 할 수 있다.
또한, 제어부(18)는, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 SPM의 토출 위치에 따라 웨이퍼(W)의 이면에 공급하는 SPM의 혼합비를 변화시켜도 좋다. 이 경우의 예에 대해서 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은 웨이퍼(W)의 표면에 대한 SPM의 토출 위치와 웨이퍼(W)의 이면에 토출되는 SPM의 혼합비의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도는, 스캔 인 동작에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 대한 SPM의 토출 위치가 중앙부에 접근할수록 낮아진다. 예컨대, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 SPM의 토출 위치가 140 ㎜(둘레 가장자리부)로부터 0 ㎜(중앙부)로 이동함에 따라, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도는, 130℃, 128℃, 126℃로 서서히 저하한다. 이것은, SPM의 토출 위치가 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부로부터 멀어질수록, 둘레 가장자리부에 도달할 때까지 생기는 SPM의 온도 저하가 커지기 때문이다.
그래서, 제어부(18)는, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 SPM의 토출 위치가 중앙부에 접근할수록, 웨이퍼(W)의 이면에 토출되는 SPM의 목표 온도를 작게 함으로써, 웨이퍼(W)의 이면에 토출되는 SPM의 목표 온도를 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도와 일치시켜도 좋다.
제어부(18)는, 웨이퍼(W)의 이면에 토출되는 SPM의 혼합비를 변경함으로써, 웨이퍼(W)의 이면에 토출되는 SPM의 온도를 변경할 수 있다.
예컨대, 기억부(19)에는, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 SPM의 토출 위치와, 웨이퍼(W)의 이면에 토출되는 SPM의 혼합비의 관계를 나타내는 혼합비 정보가 미리 기억되어 있어도 좋다. 이 경우, 제어부(18)는, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 SPM의 토출 위치와 상기 혼합비 정보에 따라 혼합부(308B)를 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 이면에 토출되는 SPM의 혼합비를 적절하게 변화시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 SPM의 토출 위치는, 예컨대, 스캔 인 동작이 개시되고 나서의 경과 시간과 노즐(41)의 이동 속도에 기초하여 산출하여도 좋고, 표면 공급부(40)의 이동 기구(43) 등에 마련된 센서에 의해 취득되어도 좋다.
또한, 상기 예에 한정되지 않고, 제어부(18)는, 예컨대, 온도 센서(80)로부터 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도를 취득하고, 취득한 둘레 가장자리부의 온도에 따라 혼합부(308B)를 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 이면에 토출하는 SPM의 혼합비를 변경하여도 좋다.
또한, 제어부(18)는, 온도 센서(80)로부터 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 온도 및 중앙부의 온도를 취득하고, 중앙부의 온도가 둘레 가장자리부의 온도에 근접하도록, 웨이퍼(W)의 이면에 토출하는 SPM의 혼합비를 변경하여도 좋다.
(제3 실시형태)
도 12는 제3 실시형태에 따른 처리 유닛의 구성을 나타내는 도면이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 제3 실시형태에 따른 처리 유닛(16B)은, 제1 이면 공급부(90B1)와, 제2 이면 공급부(90B2)를 구비한다.
제1 이면 공급부(90B1)는, 웨이퍼(W)의 이면 중앙부에 SPM을 토출한다. 제2 이면 공급부(90B2)는, 웨이퍼(W)의 이면 중 이면 중앙부보다 웨이퍼(W)의 직경 방향 외측의 위치, 즉, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부에 보다 가까운 장소에 SPM을 토출한다. 예컨대, 제1 이면 공급부(90B1)는, 웨이퍼(W)의 이면 중 중앙부와 둘레 가장자리부의 중간 지점에 SPM을 토출한다.
이와 같이, 제2 이면 공급부(90B2)를 마련함으로써, 예컨대, 제1 이면 공급부(90B1)만으로는, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부와 중앙부의 온도차가 40℃ 이하가 되지 않는 것 같은 경우라도, 온도차를 40℃ 이하로 할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)를 보다 균일하게 가열할 수 있게 되기 때문에, SPM 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 처리 유닛(16B)은, 제1 이면 공급부(90B1) 및 제2 이면 공급부(90B2)에 공통의 SPM 공급 기구를 구비하고 있어도 좋고, 제1 이면 공급부(90B1) 및 제2 이면 공급부(90B2)마다 SPM 공급 기구를 구비하고 있어도 좋다.
(그 외의 실시형태)
전술한 각 실시형태에서는, 사전 가열 처리에 있어서, 웨이퍼(W)의 이면에 대하여 SPM을 공급함으로써 웨이퍼(W)를 가열하는 것으로 하였다. 이에 한정되지 않고, 사전 가열 처리에서는, 웨이퍼(W)의 이면에 대하여 SPM 이외의 가열 유체를 토출함으로써, 웨이퍼(W)를 가열하여도 좋다. SPM 이외의 가열 유체로서는, 예컨대, 가열된 DIW 외에, 가열된 기체(예컨대, N2 가스 등의 불활성 가스 또는 공기)를 이용할 수 있다.
또한, 전술한 각 실시형태에서는, 웨이퍼(W)의 표면이 피처리면인 경우의 예에 대해서 설명하였다. 이에 한정되지 않고, 피처리면은 웨이퍼(W)의 이면이어도 좋다. 이 경우, 사전 가열 처리에 있어서 웨이퍼(W)의 표면 중앙부를 가열하고, 그 후, 웨이퍼(W)의 이면 둘레 가장자리부에 대하여 SPM을 토출하면 좋다.
전술한 바와 같이, 실시형태에 따른 기판 처리 장치[일례로서, 처리 유닛(16, 16A, 16B)]는, 유지부[일례로서, 유지부(31)]와, 반대면 토출부[일례로서, 이면 공급부(90), 제1 이면 공급부(90B1), 제2 이면 공급부(90B2)]와, 피처리면 토출부[일례로서, 표면 공급부(40)]와, 이동 기구[일례로서, 이동 기구(43)]를 구비한다. 유지부는, 기판[일례로서, 웨이퍼(W)]을 유지한다. 반대면 토출부는, 기판의 피처리면[일례로서, 웨이퍼(W)의 표면]과 반대측의 면인 반대면[일례로서, 웨이퍼(W)의 이면]의 중앙부에 대하여, 황산과 과산화수소의 혼합액인 SPM을 토출한다. 피처리면 토출부는, 피처리면의 둘레 가장자리부에 대하여, 황산과 과산화수소의 혼합액인 SPM을 토출한다. 이동 기구는, 피처리면 토출부를 피처리면의 둘레 가장자리부로부터 중앙부를 향하여 이동시킨다.
이에 의해, 반대면 토출부로부터 토출되는 SPM에 의해 기판의 중앙부를 사전에 가열해 둘 수 있기 때문에, 피처리면 토출부로부터 기판의 피처리면의 둘레 가장자리부에 대하여 SPM을 토출한 경우에, 기판의 중앙부와 둘레 가장자리부의 온도차가 생기기 어렵게 할 수 있다. 따라서, SPM을 이용한 기판 처리, 특히, SPM의 토출 위치를 기판의 둘레 가장자리부로부터 중앙부로 이동시키면서 기판을 처리하는 경우에 있어서 기판의 플래핑을 억제할 수 있다.
또한, 실시형태에 따른 기판 처리 장치[일례로서, 처리 유닛(16A)])는, 제1 SPM 공급 기구[일례로서, 제1 SPM 공급 기구(70A)]와, 제2 SPM 공급 기구[일례로서, 제2 SPM 공급 기구(70B)]를 구비하고 있어도 좋다. 제1 SPM 공급 기구는, 황산과 과산화수소의 혼합비를 변경 가능한 제1 혼합부[일례로서, 혼합부(308A)])를 가지고, 제1 혼합부에 있어서 혼합된 SPM을 피처리면 토출부에 대하여 공급한다. 제2 SPM 공급 기구는, 황산과 과산화수소의 혼합비를 변경 가능한 제2 혼합부[일례로서, 혼합부(308B)]를 가지고, 제2 혼합부에 있어서 혼합된 SPM을 반대면 토출부에 대하여 공급한다.
이에 의해, 기판의 피처리면 및 반대면에 대하여 각각 다른 혼합비로 혼합된 SPM을 공급하는 것이 가능해진다. 따라서, 예컨대, 기판의 피처리면에 토출되는 SPM보다 반응 온도가 높아지는 혼합비로 혼합된 SPM을 기판의 반대면에 공급할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 동일 온도의 SPM을 공급하여도 기판의 중앙부와 둘레 가장자리부의 온도차를 충분히 작게 할 수 없는 것 같은 경우라도, 온도차를 충분히 작게 할 수 있다.
반대면 토출부는, 반대면의 중앙부에 대하여 제1 SPM을 토출하는 제1 토출부[일례로서, 제1 이면 공급부(90B1)]와, 반대면 중 중앙부보다 기판의 직경 방향 외측의 위치에 제2 SPM을 토출하는 제2 토출부[일례로서, 제2 이면 공급부(90B2)]를 포함하고 있어도 좋다.
제2 토출부를 마련함으로써, 예컨대, 제1 토출부만으로는, 기판의 둘레 가장자리부와 중앙부의 온도차를 충분히 작게 할 수 없는 것 같은 경우라도, 온도차를 충분히 작게 할 수 있다. 또한, 기판을 보다 균일하게 가열할 수 있게 되기 때문에, SPM을 이용한 기판 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 실로, 상기한 실시형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기 실시형태는, 첨부된 청구범위 및 그 취지를 일탈하는 일없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.

Claims (9)

  1. 기판 처리 방법으로서,
    기판을 유지하는 유지 공정과,
    상기 기판의 피처리면과 반대측의 면인 반대면의 중앙부를 가열하는 사전 가열 공정과,
    상기 사전 가열 공정 후, 상기 피처리면의 둘레 가장자리부에 대하여, 황산과 과산화수소의 혼합액인 SPM을 토출하는 토출 공정과,
    상기 토출 공정 후, 상기 SPM의 토출 위치를 상기 피처리면의 둘레 가장자리부로부터 중앙부를 향하여 이동시키는 이동 공정
    을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사전 가열 공정은, 상기 반대면의 중앙부에 대하여, 황산과 과산화수소의 혼합액인 SPM을 토출함으로써 상기 반대면의 중앙부를 가열하는 것인, 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 토출 공정은, 상기 피처리면의 둘레 가장자리부에 상기 SPM이 토출되었다고 가정한 경우에 상정되는 상기 기판의 둘레 가장자리부의 온도와, 상기 사전 가열 공정에 있어서의 상기 기판의 중앙부의 온도와의 차가 40℃ 이하인 경우에, 상기 피처리면의 둘레 가장자리부에 대한 상기 SPM의 토출을 개시하는 것인, 기판 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반대면에 토출되는 상기 SPM은, 상기 피처리면에 토출되는 상기 SPM보다 반응 온도가 높아지는 혼합비로 황산과 과산화수소가 혼합되는 것인, 기판 처리 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이동 공정에 있어서, 상기 피처리면에 대한 상기 SPM의 토출 위치의 변화에 따라, 상기 반대면에 토출되는 상기 SPM의 혼합비를 변경하는 혼합비 변경 공정
    을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 사전 가열 공정은, 상기 반대면의 중앙부에 대하여 제1 SPM을 토출하며, 상기 반대면 중 중앙부보다 상기 기판의 직경 방향 외측의 위치에 제2 SPM을 토출하는 것인, 기판 처리 방법.
  7. 기판 처리 장치로서,
    기판을 유지하는 유지부와,
    상기 기판의 피처리면과 반대측의 면인 반대면의 중앙부에 대하여, 황산과 과산화수소의 혼합액인 SPM을 토출하는 반대면 토출부와,
    상기 피처리면의 둘레 가장자리부에 대하여, 황산과 과산화수소의 혼합액인 SPM을 토출하는 피처리면 토출부와,
    상기 피처리면 토출부를 상기 피처리면의 둘레 가장자리부로부터 중앙부를 향하여 이동시키는 이동 기구
    를 구비하는, 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    황산과 과산화수소의 혼합비를 변경 가능한 제1 혼합부를 가지고, 상기 제1 혼합부에 있어서 혼합된 SPM을 상기 피처리면 토출부에 대하여 공급하는 제1 SPM 공급 기구와,
    황산과 과산화수소의 혼합비를 변경 가능한 제2 혼합부를 가지고, 상기 제2 혼합부에 있어서 혼합된 SPM을 상기 반대면 토출부에 대하여 공급하는 제2 SPM 공급 기구
    를 더 구비하는, 기판 처리 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 반대면 토출부는,
    상기 반대면의 중앙부에 대하여 제1 SPM을 토출하는 제1 토출부와,
    상기 반대면 중 중앙부보다 상기 기판의 직경 방향 외측의 위치에 제2 SPM을 토출하는 제2 토출부
    를 구비하는 것인, 기판 처리 장치.
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