KR20210082076A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20210082076A
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polishing
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오사무 미야하라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 기판의 직경 방향 전체에 걸쳐서, 기판의 흠집 발생을 억제하면서 기판을 연마할 수 있다. 기판을 보유 지지하는 보유 지지부와, 상기 보유 지지부를 회전시켜, 상기 보유 지지부와 함께 상기 기판을 회전시키는 회전부와, 상기 기판의 주면에 세정액을 공급하는 액 공급부와, 상기 기판의 상기 주면을 연마하는 연마 헤드와, 상기 연마 헤드를, 상기 기판의 상기 주면에 압박시켜, 상기 기판의 직경 방향으로 스캔하는 이동부와, 상기 회전부와, 상기 액 공급부와, 상기 이동 부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 기판의 상기 주면을 상기 기판의 직경 방향으로 복수의 영역으로 분할하는 분할선을 설정하고, 상기 영역마다, 상기 액 공급부를 제어하여 상기 세정액을 공급하고, 상기 이동부를 제어하여, 계속되는 상기 세정액의 공급을 정지한 상태에서 상기 연마 헤드를 스캔하는, 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, 기판을 수평하게 보유 지지하는 보유 지지부와, 기판을 회전시키는 회전부와, 기판의 상면을 연마하는 연마 브러시와, 연마 브러시를 기판의 상면에 압박시켜 기판의 직경 방향으로 스캔시키는 이동부와, 기판의 상면에 세정액을 공급하는 액 공급부와, 회전부와, 이동부와, 액 공급부를 제어하는 제어부를 구비한다. 연마 브러시가 기판의 직경 방향 내측으로부터 직경 방향 외측으로 이동할수록, 연마 브러시의 스캔 속도가 낮아지고 또한 기판의 회전 속도가 낮아진다.
일본 특허 공개 제2019-55441호 공보
본 개시의 일 양태는, 기판의 직경 방향 전체에 걸쳐서, 기판의 흠집 발생을 억제하면서, 기판을 연마할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태의 기판 처리 장치는,
기판을 보유 지지하는 보유 지지부와,
상기 보유 지지부를 회전시켜, 상기 보유 지지부와 함께 상기 기판을 회전시키는 회전부와,
상기 기판의 주면에 세정액을 공급하는 액 공급부와,
상기 기판의 상기 주면을 연마하는 연마 헤드와,
상기 연마 헤드를, 상기 기판의 상기 주면에 압박시켜, 상기 기판의 직경 방향으로 스캔하는 이동부와,
상기 회전부와, 상기 액 공급부와, 상기 이동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 기판의 상기 주면을 상기 기판의 직경 방향으로 복수의 영역으로 분할하는 분할선을 설정하고, 상기 영역마다, 상기 액 공급부를 제어하여 상기 세정액을 공급하고, 상기 이동부를 제어하여, 계속되는 상기 세정액의 공급을 정지한 상태에서 상기 연마 헤드를 스캔한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 기판의 직경 방향 전체에 걸쳐서, 기판의 흠집 발생을 억제하면서 기판을 연마할 수 있다.
도 1a는 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 연마 시의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 기판 처리 장치의 세정 시의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 2는 기판의 구조의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 3은 연마 헤드의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 4의 연마의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 6은 기판의 제1 주면을 직경 방향으로 복수의 영역으로 분할하는 분할선의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 7은 연마 헤드와 기판의 마찰 계수와, 기판의 제1 주면의 중심점으로부터의 거리의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 4의 연마에서 사용하는 설정값의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시예 1 및 2 그리고 참고예의 연마 후의 헤이즈값과, 기판의 제1 주면의 중심점으로부터의 거리의 관계를 도시하는 도면이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 또는 대응하는 구성에는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 본 명세서에서, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향은 서로 수직인 방향이다. X축 방향 및 Y축 방향은 수평 방향, Z축 방향은 연직 방향이다.
도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 장치(10)는, 보유 지지부(20)와, 회전부(25)와, 액 공급부(30)와, 연마 헤드(70)와, 이동부(80)와, 제어부(90)를 구비한다. 보유 지지부(20)는 기판(W)을 수평하게 보유 지지한다. 회전부(25)는, 보유 지지부(20)를 회전시켜, 보유 지지부(20)와 함께 기판(W)을 회전시킨다. 액 공급부(30)는 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 세정액을 공급한다. 연마 헤드(70)는 기판(W)의 제1 주면(Wa)을 연마한다. 이동부(80)는, 연마 헤드(70)를 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 압박시켜, 기판(W)의 직경 방향으로 스캔한다. 제어부(90)는, 회전부(25)와, 액 공급부(30)와, 이동부(80)를 제어한다. 기판 처리 장치(10)는, 또한 하우징(11)과, 회수 컵(12)을 구비한다. 이하, 각 구성에 대해서 설명한다.
보유 지지부(20)는 기판(W)을 수평하게 보유 지지한다. 기판(W)이 수평하게 보유 지지되는 경우, X축 방향 및 Y축 방향이 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 대하여 평행한 방향이다. X축 방향은, 연마 헤드(70)의 이동 방향이다.
기판(W)은, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 하지 기판(W1)과, 하지 기판(W1)의 표면에 형성되는 막(W2)을 포함한다. 하지 기판(W1)은, 예를 들어 반도체 기판 또는 유리 기판이다. 반도체 기판은, 실리콘 웨이퍼 또는 화합물 반도체 웨이퍼 등이다.
막(W2)은, 하지 기판(W1)의 표면에 CVD(Chemical Vapor Deposition)법, 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등으로 형성된다. 막(W2)은, 아몰퍼스 실리콘막, 다결정 실리콘막, 산화 실리콘막, 또는 질화 실리콘막 등이다. 막(W2)은 TEOS막이어도 된다. TEOS막은, TEOS(테트라에틸오르토실리케이트)를 사용해서 형성되는 산화 실리콘막이다. 막(W2)은, 단층 구조, 복수층 구조의 어느 것이어도 된다.
기판(W)은, 제1 주면(Wa)과, 제1 주면(Wa)과는 반대 배향의 제2 주면(Wb)을 갖는다. 제1 주면(Wa)은, 연마 헤드(70)로 연마되는 면이다. 한편, 제2 주면(Wb)은, 제1 주면(Wa)의 연마 후에, 포토리소그래피법 및 에칭법 등으로 패턴 가공되는 면이다. 제2 주면(Wb)의 막(W2)이 패턴 가공된다.
노광기는, 도시하지 않지만, 기판(W)의 제1 주면(Wa)을 아래를 향하게 하여, 기판(W)을 스테이지에 적재한 상태에서, 기판(W)의 제2 주면(Wb)에 노광 패턴을 형성한다. 제1 주면(Wa)은, 미리 연마 헤드(70)로 연마되어, 부착물 및 흠집을 제거한 상태에서, 노광기에 탑재된다. 노광기의 탑재 시에 제1 주면(Wa)의 흡착 변형이 적으므로, 제2 주면(Wb)의 변형도 적어, 디포커스를 저감할 수 있어, 패턴 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
보유 지지부(20)는, 연마 대상인 제1 주면(Wa)을 위를 향하게 해서, 기판(W)을 수평하게 보유 지지한다. 보유 지지부(20)는, 예를 들어 기판(W)의 외주를 보유 지지하는 메커니컬 척이다. 단, 보유 지지부(20)는, 진공 척 또는 정전 척이어도 되고, 기판(W)의 하면을 보유 지지해도 된다.
회전부(25)는 회전 모터 등이며, 연직인 회전축(26)을 중심으로, 보유 지지부(20)를 회전시킨다. 회전부(25)는, 보유 지지부(20)에서 기판(W)을 보유 지지한 상태에서, 보유 지지부(20)를 회전시킨다. 이에 의해, 기판(W)이 회전된다.
액 공급부(30)는, 보유 지지부(20)에서 기판(W)을 보유 지지한 상태에서, 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 세정액을 공급한다. 세정액으로서, 예를 들어 DIW(탈이온수)가 사용된다. 또한, 세정액은 복수이어도 되고, 세정액으로서, 약액과 린스액이 차례로 사용되어도 된다. 액 공급부(30)는, 예를 들어 제1 노즐(31)과, 제2 노즐(41)을 포함한다.
제1 노즐(31)은, 기판(W)의 회전 중에, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 중심에 세정액을 공급한다. 세정액은, 원심력에 의해 기판(W)의 제1 주면(Wa) 전체로 확산하여, 기판(W)의 주연에서 원심 탈액된다. 제1 노즐(31)은, 배관(32)을 통해서 액 공급원(33)과 접속된다. 배관(32) 도중에는, 개폐 밸브(35)와 유량 제어기(36)가 마련된다. 개폐 밸브(35)가 배관(32)의 유로를 개방하면, 액 공급원(33)으로부터 제1 노즐(31)에 세정액이 공급되어, 세정액이 제1 노즐(31)로부터 토출된다. 그 토출량은, 유량 제어기(36)에 의해 제어된다. 한편, 개폐 밸브(35)가 배관(32)의 유로를 폐색하면, 액 공급원(33)으로부터 제1 노즐(31)에의 세정액의 공급이 정지되어, 세정액의 토출이 정지된다.
제2 노즐(41)은, 기판(W)의 회전 중에, 기판(W)의 직경 방향으로 이동하여, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 직경 방향 전체에 걸쳐서 세정액을 공급한다. 액 공급부(30)는, 기판(W)의 직경 방향으로 제2 노즐(41)을 이동시키는 이동 장치(51)를 포함한다. 제2 노즐(41)은 이류체 노즐이며, N2 가스 등의 가스로 세정액을 분쇄하여, 미립화해서 분사한다. 세정액의 세정력을 향상시킬 수 있다.
제2 노즐(41)은, 제1 노즐(31)과 마찬가지로, 배관(42)을 통해서 액 공급원(43)과 접속된다. 배관(42) 도중에는, 개폐 밸브(45)와 유량 제어기(46)가 마련된다. 또한, 제2 노즐(41)은, 배관(52)을 통해서 가스 공급원(53)과 접속된다. 배관(52) 도중에는, 개폐 밸브(55)와 유량 제어기(56)가 마련된다. 개폐 밸브(55)가 배관(52)의 유로를 개방하면, 가스 공급원(53)으로부터 제2 노즐(41)에 가스가 공급되어, 가스가 제2 노즐(41)로부터 토출된다. 그 토출량은, 유량 제어기(56)에 의해 제어된다. 한편, 개폐 밸브(55)가 배관(52)의 유로를 폐색하면, 가스 공급원(53)으로부터 제2 노즐(41)에의 가스 공급이 정지되어, 가스의 토출이 정지된다.
액 공급부(30)로부터 토출된 각종 유체는, 회수 컵(12)에 회수된다. 회수 컵(12)은, 그 내부에, 보유 지지부(20) 및 보유 지지부(20)에서 보유 지지된 상태의 기판(W)을 수용하여, 기판(W)으로부터의 액적의 비산을 방지한다. 회수 컵(12)의 저벽에는, 도시하지 않은 배액관 및 배기관이 마련된다. 배액관은 세정액을 배출하고, 배기관은 가스를 배출한다.
연마 헤드(70)는, 도 1a에 도시하는 바와 같이, 보유 지지부(20)에서 기판(W)을 보유 지지한 상태에서, 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 접촉하여, 제1 주면(Wa)을 연마한다. 연마 헤드(70)는, 예를 들어 원주형이며, 연마 헤드(70)의 기판(W)과 접촉하는 연마면은 수평하게 배치된다. 연마 헤드(70)의 연마면은, 기판(W)의 제1 주면(Wa)보다도 작다.
연마 헤드(70)는, 연직인 회전축(71)을 통해서, 회전 모터(72)에 접속된다. 회전 모터(72)는, 회전축(71)을 중심으로 연마 헤드(70)를 회전시킨다. 회전 모터(72)와 회전축(71)의 사이에는, 회전 모터(72)의 회전 운동을 회전축(71)에 전달하는 전달 부재가 배치되어도 된다. 전달 부재는, 예를 들어 벨트 및 풀리 등을 포함한다.
연마 헤드(70)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 회전축(71)에 교환 가능하게 설치되는 설치부(701)와, 기판(W)에 압박되는 연마층(702)을 포함한다. 연마층(702)은, 수지제의 베이스재와, 베이스재에 분산 배치되는 연마 입자를 포함한다. 연마 입자는, 예를 들어 다이아몬드 입자, 또는 탄화규소 입자 등이다. 연마층(702)은 원주형이며, 연마층(702)의 하면이 기판(W)을 연마한다.
연마층(702)의 하면에는, 배액 홈(703)이 형성된다. 배액 홈(703)은, 연마층(702)의 하면의 둘레 방향으로 등간격으로 복수 형성되어, 연마층(702)의 하면의 중심에서 만난다. 연마층(702)과 기판(W)의 사이에 들어간 세정액은, 배액 홈(703)을 따라, 연마층(702)의 하면의 중심으로부터 주연을 향해서 배출된다.
또한, 연마 헤드(70)의 구조는, 도 3에 도시하는 구조에 한정되지는 않는다.
이동부(80)는, 도 1a 등에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 제1 이동부(81)와, 제2 이동부(82)를 포함한다. 제1 이동부(81)는, 연마 헤드(70)를 Z축 방향으로 이동시켜, 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 압박시킨다. 또한, 제2 이동부(82)는, 연마 헤드(70)를 X축 방향으로 이동시켜, 기판(W)의 직경 방향으로 스캔한다.
제어부(90)는 예를 들어 컴퓨터이며, CPU(Central Processing Unit)(91)와, 메모리 등의 기억 매체(92)를 구비한다. 기억 매체(92)에는, 기판 처리 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 제어할 프로그램이 저장된다. 제어부(90)는, 기억 매체(92)에 기억된 프로그램을 CPU(91)에 실행시킴으로써, 기판 처리 장치(10)의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(90)는, 입력 인터페이스(93)와, 출력 인터페이스(94)를 구비한다. 제어부(90)는, 입력 인터페이스(93)에서 외부로부터의 신호를 수신하고, 출력 인터페이스(94)에서 외부에 신호를 송신한다.
상기 프로그램은, 예를 들어 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기억되어, 그 기억 매체로부터 제어부(90)의 기억 매체(92)에 인스톨된다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로서는, 예를 들어 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그네트 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등을 들 수 있다. 또한, 프로그램은, 인터넷을 통해서 서버로부터 다운로드되어, 제어부(90)의 기억 매체(92)에 인스톨되어도 된다.
이어서, 기판 처리 장치(10)의 동작, 즉 기판 처리 방법에 대해서, 도 4 등을 참조하여 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 기판 처리 방법은, 반입 S1과, 연마 S2와, 세정 S3과, 건조 S4와, 반출 S5를 포함한다. 이 기판 처리 방법은, 제어부(90)에 의한 제어 하에서 실시된다.
반입 S1에서는, 도시하지 않은 반송 장치가, 기판(W)을 기판 처리 장치(10)의 내부에 반입하여, 보유 지지부(20)에 전달한다. 보유 지지부(20)는, 기판(W)의 제1 주면(Wa)을 위를 향하게 해서, 기판(W)을 수평하게 보유 지지한다. 반송 장치는, 기판(W)을 보유 지지부(20)에 전달한 후, 기판 처리 장치(10)의 외부로 퇴출한다.
연마 S2에서는, 도 1a에 도시하는 바와 같이, 보유 지지부(20)에서 기판(W)을 보유 지지한 상태에서, 기판(W)의 제1 주면(Wa)을 연마 헤드(70)로 연마한다. 제1 주면(Wa)은, 연마 헤드(70)로 연마되어, 부착물 및 흠집을 제거한 상태에서 노광기에 탑재된다. 노광기의 탑재 시에 제1 주면(Wa)의 흡착 변형이 적으므로, 제2 주면(Wb)의 변형도 적어, 디포커스를 저감할 수 있어, 패턴 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
연마 S2에서는, 이동부(80)가, 연마 헤드(70)를 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 압박시켜, 기판(W)의 직경 방향으로 스캔한다. 또한, 연마 S2에서는, 회전부(25)가 보유 지지부(20)를 회전시켜, 보유 지지부(20)와 함께 기판(W)을 회전시킨다. 또한, 연마 S2에서는, 회전 모터(72)가 연마 헤드(70)를 회전시킨다.
제어부(90)는 이동부(80)를 제어하여, 연마 헤드(70)의 연마압 및 연마 헤드(70)의 스캔 속도를 제어한다. 또한, 제어부(90)는 회전부(25)를 제어하여, 기판(W)의 회전 속도를 제어한다. 또한, 제어부(90)는 회전 모터(72)를 제어하여, 연마 헤드(70)의 회전 속도를 제어한다.
제어부(90)는, 도 6에 도시하는 바와 같이 기판(W)의 제1 주면(Wa)을 기판(W)의 직경 방향으로 3개의 영역(A1 내지 A3)으로 분할하는 2개의 분할선(L1 내지 L2)을 설정한다. 2개의 분할선(L1 내지 L2)은, 제1 주면(Wa)의 중심점(P0)을 중심으로 하는 원이며, 제1 주면(Wa)을 직경 방향으로 등간격으로 3개의 영역(A1 내지 A3)으로 분할한다. 또한, 분할선의 수는 2개에 한정되지는 않고 1개 이상 이면 된다. 또한, 영역의 수는 2개 이상이면 된다. 또한, 분할선은, 제1 주면(Wa)을 직경 방향으로 등간격으로 분할하는 것이 아니라, 부등간격으로 분할해도 된다.
중앙의 영역(A1)은, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 중심점(P0)을 포함하여, 연마 헤드(70)의 하면의 직경보다도 큰 반경을 갖는다. 연마 헤드(70)의 하면은, 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 압박시킨 상태에서, 제1 주면(Wa)의 중심점(P0)과, 분할선(L1)의 점(P1)과, 분할선(L2)의 점(P2)을 이 순번으로 통과하여, 제1 주면(Wa)의 주연의 점(P3)까지 이동한다.
제어부(90)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 영역(A1 내지 A3)마다, 세정액의 공급의 실시와, 계속되는 세정액의 공급을 정지한 상태에서의 연마 헤드(70)의 스캔을 실시한다. 세정액의 공급과, 연마 헤드의 스캔은, 연마 헤드(70)의 전단부(F)의 위치에서 관리된다. 전단부(F)란, 스캔 방향의 전단부이다. 도 5의 상세는, 하기와 같다.
우선, 제1 노즐(31)이, 기판(W)의 회전 중에, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 중심에 세정액을 공급한다(도 5의 S201). 세정액은, 원심력에 의해 제1 주면(Wa) 전체로 확산하여 액막을 형성한다. 그 동안에, 제2 노즐(41)은 세정액을 기판(W)에 공급하지 않는다. 연마 헤드(70)는, 기판(W)으로부터 상방으로 이격되어 있으며, 기판(W)의 상방에서 대기하고 있다.
액막의 성형 후, 제1 노즐(31)이 세정액의 공급을 정지한다(도 5의 S202). 또한, 액막의 형성 후, 이동부(80)가 연마 헤드(70)를 하강시켜, 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 압박시킨다. 액막의 형성 중, 또는 액막의 형성 전에, 도 6에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아, 연마 헤드(70)의 전단부(F)가 제1 주면(Wa)의 중심점(P0)과 일치하도록, 연마 헤드(70)의 위치 조정이 행하여진다.
이어서, 이동부(80)가, 연마 헤드(70)를 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 압박시킨 상태에서, 연마 헤드(70)의 전단부(F)를, 제1 주면(Wa)의 중심점(P0)으로부터, 분할선(L1)의 점(P1)까지 스캔한다(도 5의 S203). 그 동안에, 제어부(90)는 기판(W)에의 세정액의 공급을 정지하고, 기판(W)의 회전과 연마 헤드(70)의 회전을 실시한다.
연마 헤드(70)의 전단부(F)가 분할선(L1)의 점(P1)에 달하면, 제어부(90)는, 연마 헤드(70)의 스캔을 중단하고, 일단, 연마 헤드(70)의 전단부(F)를 분할선(L1)의 점(P1)에서 정지한다. 그리고, 제어부(90)는 세정액의 공급을 실시한다(도 5의 S204).
구체적으로는, 제1 노즐(31)이, 기판(W)의 회전 중에, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 중심에 세정액을 공급한다. 세정액은, 원심력에 의해 제1 주면(Wa) 전체로 확산하여 액막을 형성한다. 액막의 형성 중, 이동부(80)는, 연마 헤드(70)를 기판(W)에 계속해서 압박시킨다. 액막의 형성 중에는, 세정액이 계속해서 공급되므로, 차례차례 세정액이 연마 헤드(70)와 기판(W)의 사이로 유입되어, 연마 헤드(70)가 기판(W)에 대하여 미끄러지므로, 기판(W)은 실질적으로 연마되지 않는다. 또한, 액막의 형성 중에, 이동부(80)는 연마 헤드(70)를 기판(W)에 계속해서 압박시키는 대신에, 기판(W)으로부터 떼어내어, 기판(W)의 상방에서 대기시켜도 된다. 그 경우, 이동부(80)는, 스캔의 재개 전에, 연마 헤드(70)를 하강시켜, 기판(W)에 다시 압박시킨다.
액막의 성형 후, 제1 노즐(31)이 세정액의 공급을 정지한다(도 5의 S205).
이어서, 이동부(80)가, 연마 헤드(70)를 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 압박시킨 상태에서, 연마 헤드(70)의 전단부(F)를, 분할선(L1)의 점(P1)으로부터, 다른 분할선(L2)의 점(P2)까지 스캔한다(도 5의 S206). 그 동안에, 제어부(90)는 기판(W)에의 세정액의 공급을 정지하고, 기판(W)의 회전과 연마 헤드(70)의 회전을 실시한다.
연마 헤드(70)의 전단부(F)가 분할선(L2)의 점(P2)에 달하면, 제어부(90)는 연마 헤드(70)의 스캔을 중단하고, 일단, 연마 헤드(70)의 전단부(F)를 분할선(L2)의 점(P2)에서 정지한다. 그리고, 제어부(90)는 세정액의 공급을 실시한다(도 5의 S207). S207은, 상기 S204와 마찬가지로 실시된다. 그 후, 제1 노즐(31)이 세정액의 공급을 정지한다(도 5의 S208).
이어서, 이동부(80)가, 연마 헤드(70)를 기판(W)의 제1 주면(Wa)에 압박시킨 상태에서, 연마 헤드(70)의 전단부(F)를, 분할선(L2)의 점(P2)으로부터, 제1 주면(Wa)의 주연의 점(P3)까지 스캔한다(도 5의 S209). 그 동안에, 제어부(90)는 기판(W)에의 세정액의 공급을 정지하고, 기판(W)의 회전과 연마 헤드(70)의 회전을 실시한다.
연마 헤드(70)의 전단부(F)가 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 주연의 점(P3)에 달하면, 제어부(90)는 연마 헤드(70)의 스캔을 종료하고, 연마 헤드(70)의 전단부(F)를 분할선(L2)의 점(P2)에서 정지한다. 그 상태에서, 제어부(90)는, 설정 시간 동안, 기판(W)의 회전과 연마 헤드(70)의 회전을 실시하여, 기판(W)의 주연을 연마한다(도 5의 S210). 기판(W)의 주연에는 오염이 부착되기 쉽기 때문이다. 본 실시 형태에 따르면, 기판(W)의 주연에 고착된 오염을 제거할 수 있다. 그 후, 연마 헤드(70)는 기판(W)의 제1 주면(Wa)으로부터 이격된다.
상기한 바와 같이, 제어부(90)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 영역(A1 내지 A3)마다, 세정액의 공급의 실시와, 계속되는 세정액의 공급을 정지한 상태에서의 연마 헤드(70)의 스캔을 실시한다. 제어부(90)는, 연마 헤드(70)의 스캔 도중에 일단 스캔을 중단하고, 세정액을 공급한다. 스캔 도중에, 세정액의 액막이 끊어지는 것을 방지할 수 있어, 과대한 마찰의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 제어부(90)는, 스캔 중에는, 세정액의 공급을 금지하므로, 연마 헤드(70)와 기판(W)의 사이에 적당한 두께의 액막을 형성할 수 있다. 따라서, 마찰에 의한 흠집의 발생을 억제하면서, 슬립을 억제할 수 있어, 기판(W)을 연마할 수 있다. 또한, 액막이 남아 있으므로, 원심력에 의해 세정액과 함께 연마 부스러기를 씻어낼 수 있다. 그 결과, 기판(W)의 직경 방향 전체에 걸쳐서, 기판(W)의 흠집의 발생을 억제하면서, 기판(W)을 연마할 수 있다.
또한, 제어부(90)는, 본 실시 형태에서는 도 5에 도시하는 처리를 1회 실시하지만, 복수회 실시해도 된다. 즉, 연마 헤드(70)의 스캔 횟수는, 본 실시 형태에서는 1회이지만, 복수회이어도 된다.
그런데, 도 7에 도시하는 바와 같이, 기판(W)의 회전 속도가 일정한 경우, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 중심점(P0)으로부터의 거리가 커질수록, 연마 헤드(70)와 기판(W)의 마찰 계수가 작아진다. 도 7에 도시하는 곡선은, 일반적으로 스트리벡 곡선(Stribeck Curve)이라고 불리는 것이다.
연마 헤드(70)와 기판(W)의 마찰 계수가 클수록, 기판(W)이 깎이기 쉽다. 그래서, 제어부(90)는, 복수의 영역(A1 내지 A3)을 동일 정도 깎기 위해서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 영역(A1 내지 A3)마다, 연마 헤드(70)의 연마압, 연마 헤드(70)의 스캔 속도 및 기판(W)의 회전 속도 중 1개 이상을 설정한다.
연마 헤드(70)의 연마압이 클수록, 연마 헤드(70)와 기판(W)의 마찰력이 커서, 기판(W)이 깎이기 쉽다. 마찰력은, 연마압과 마찰 계수의 곱으로 표현된다. 또한, 기판(W)의 회전 속도가 일정한 경우, 연마 헤드(70)의 스캔 속도가 낮을수록, 회전 중인 기판(W) 상의 특정 점이 스캔 중의 연마 헤드(70)를 가로 지르는 횟수가 많아, 특정 점에서 기판(W)이 깎이기 쉽다. 또한, 연마 헤드(70)의 스캔 속도가 일정한 경우, 기판(W)의 회전 속도가 클수록, 회전 중인 기판(W) 상의 특정 점이 스캔 중의 연마 헤드(70)를 가로 지르는 횟수가 많아, 특정 점에서 기판(W)이 깎이기 쉽다.
제어부(90)는, 상기한 바와 같이, 영역(A1 내지 A3)마다, 연마 헤드(70)의 연마압, 연마 헤드(70)의 스캔 속도 및 기판(W)의 회전 속도 중 1개 이상을 설정한다. 복수의 영역(A1 내지 A3)을 동일 정도 깎을 수 있어, 연마 후의 영역(A1 내지 A3)의 표면 조도를 동일한 허용 범위 내로 억제할 수 있다.
제어부(90)는, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 상태에 따라, 연마 헤드(70)의 연마압, 연마 헤드(70)의 스캔 속도 및 기판(W)의 회전 속도 중 1개 이상을 설정한다. 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 상태와 설정값의 관계를 나타내는 데이터는, 미리 시험 등으로 작성되어, 기억 매체(92)에 기억된다. 제어부(90)는, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 상태를, 입력 인터페이스(93)를 통해서 외부의 컴퓨터로부터 취득하고, 기억 매체(92)의 상기 데이터를 참조하여, 설정값을 정한다. 또한, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 상태는, 기판 처리 장치(10)에 마련한 카메라나 레이저 등의 표면 검사 수단에 의해 취득할 수 있다. 제어부(90)는, 표면 검사 수단의 검사 결과로부터, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 상태를 판단하여, 설정값을 정해도 된다.
기판(W)의 제1 주면(Wa)의 상태는, 제1 주면(Wa)에 형성된 막(W2)의 재질을 포함한다. 막(W2)의 재질이 아몰퍼스 실리콘일 경우, 막(W2)의 재질이 산화 실리콘 또는 질화 실리콘인 경우에 비하여, 막(W2)의 경도가 유연하여, 막(W2)이 깎이기 쉽다.
따라서, 막(W2)의 경도가 유연할수록, 연마 헤드(70)의 연마압은 낮게 설정된다. 또한, 막(W2)의 경도가 유연할수록, 연마 헤드(70)의 스캔 속도는 크게 설정된다. 혹은, 막(W2)의 경도가 유연할수록, 기판(W)의 회전 속도는 낮게 설정된다.
또한, 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 상태는, 막(W2)의 재질에 더하여, 막(W2)의 두께를 포함해도 된다. 막(W2)의 두께가 두꺼울수록, 막(W2)의 재질의 차가 막(W2)의 경도의 차로 표현되기 쉽다.
기판(W)의 제1 주면(Wa)의 상태는, 연마 후의 제1 주면(Wa)의 표면 조도의 직경 방향 분포를 포함한다. 표면 조도는, 예를 들어 헤이즈(Haze)값으로 표현된다. 헤이즈값이 클수록 표면 조도가 크다. 헤이즈값 대신에 광의 반사율 등이 사용되어도 된다. 반사율이 작을수록 표면 조도가 크다.
표면 조도가 너무 작다는 것은, 연마량이 너무 적는 것을 의미한다. 한편, 표면 조도가 너무 큰 것은, 연마량이 너무 많은 것을 의미한다. 그래서, 표면 조도가 허용 범위 내에 억제되도록, 연마 헤드(70)의 연마압 등이 설정된다.
예를 들어, 표면 조도가 클수록, 연마 헤드(70)의 연마압은 낮게 설정된다. 또한, 표면 조도가 클수록, 연마 헤드(70)의 스캔 속도는 크게 설정된다. 혹은, 표면 조도가 클수록, 기판(W)의 회전 속도는 낮게 설정된다.
설정 변경의 순번은, 연마 헤드(70)의 연마압, 연마 헤드(70)의 스캔 속도 및 기판(W)의 회전 속도의 순번이어도 되고, 역의 순번이어도 된다. 기판(W)의 깎임 용이성에 대한 설정 변경의 영향도는, 연마 헤드(70)의 연마압, 연마 헤드(70)의 스캔 속도 및 기판(W)의 회전 속도의 순번으로 크다.
따라서, 기판(W)의 연마량을 크게 변경하고 싶을 경우, 설정 변경의 우선도는, 연마 헤드(70)의 연마압, 연마 헤드(70)의 스캔 속도 및 기판(W)의 회전 속도의 순번으로 된다. 한편, 기판(W)의 연마량을 적게 변경하고 싶을 경우, 설정 변경의 우선도는, 기판(W)의 회전 속도, 연마 헤드(70)의 연마압 및 연마 헤드(70)의 스캔 속도의 순번으로 된다.
도 4의 세정 S3에서는, 우선, 제1 노즐(31)이 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 중심에 세정액을 공급한다. 세정액은, 원심력에 의해 제1 주면(Wa) 전체로 확산하여, 기판(W)으로부터 분리한 오염을 기판(W)의 직경 방향 외측으로 흘려보낸다. 세정액으로서, 예를 들어 DIW 등의 린스액이 사용된다. 또한, 세정액으로서, 약액과 린스액이 차례로 사용되어도 된다.
도 4의 세정 S3에서는, 이어서 제2 노즐(41)이, 기판(W)의 제1 주면(Wa)을 향해서 세정액을 토출하면서, 기판(W)의 중심의 바로 위의 위치로부터, 기판(W)의 주연의 바로 위의 위치까지 서서히 이동하여, 기판(W)의 주연의 바로 위의 위치에서 설정 시간 동안 정지한다. 기판(W)의 주연에는 오염이 부착되기 쉽기 때문이다.
또한, 제2 노즐(41)의 이동 방향은, 본 실시 형태에서는 기판(W)의 직경 방향 외측이지만, 기판(W)의 직경 방향 내측이어도 된다. 또한, 제2 노즐(41)의 스캔 횟수는, 본 실시 형태에서는 1회이지만, 복수회이어도 된다.
도 4의 세정 S3에서는, 또한 제1 노즐(31)이 기판(W)의 제1 주면(Wa)의 중심에 세정액을 공급한다. 세정액은, 원심력에 의해 제1 주면(Wa) 전체로 확산하여, 기판(W)으로부터 분리한 오염을 기판(W)의 직경 방향 외측으로 흘려보낸다. 세정액으로서, 예를 들어 DIW 등의 린스액이 사용된다.
도 4의 건조 S4에서는, 회전부(25)가 보유 지지부(20)를 고속으로 회전시켜, 기판(W)에 부착된 세정액을 원심 탈액한다. 또한, 세정 S3의 마지막에, 린스액의 액막을, 린스액보다도 표면 장력이 작은 건조액의 액막으로 치환해도 되고, 그 경우, 건조 S4에서는, 건조액을 원심 탈액한다. 건조액으로서는, 예를 들어 IPA(이소프로필알코올) 등이 사용된다.
도 5의 반출 S5에서는, 도시하지 않은 반송 장치가, 기판 처리 장치(10)의 내부에 진입하여, 보유 지지부(20)로부터 기판(W)을 수취하여, 기판(W)을 기판 처리 장치(10)의 외부로 반출한다. 그 후, 금회의 처리가 종료한다.
이어서, 표 1 및 도 9를 참조하여, 실험 데이터에 대해서 설명한다. 표 1은 실시예 1 및 2 그리고 참고예의 연마 조건을 나타낸다.
Figure pat00001
표 1에서, V는 연마 헤드(70)의 스캔 속도를, N1은 기판(W)의 회전 속도를, T는 각 영역(A1 내지 A3)에서의 기판(W)의 연마 시간을, N2는 시간 T의 동안에 기판(W)이 회전한 횟수(N2=N1×T/60)를 각각 나타낸다. 여기서, 「60」은, 시간 T의 단위를 「초」에서 「분」으로 수정하는 계수이다. 영역(A1)의 T는 도 5의 S203의시간이며, 영역 A2의 T는 도 5의 S206의 시간이며, 영역 A3의 T는 도 5의 S209와 S210의 합계 시간이다.
또한, 실시예 1 및 2 그리고 참고예의 어느 경우든, 기판(W)은, 실리콘 웨이퍼와 산화 실리콘막과 다결정 실리콘막을 이 순번으로 포함하는 것이었다. 또한, 기판(W)의 반경은 150mm이었다. 2개의 분할선(L1, L2)은, 기판(W)을 직경 방향으로 등간격으로 3개의 영역으로 분할하였다. 연마압은 1.5N으로, 일정하였다.
참고예에서는, 특허문헌 1과 마찬가지로, 연마 헤드(70)를 기판(W)의 직경 방향 내측으로부터 직경 방향 외측을 향해서 스캔하는 동안에, V를 단계적으로 작게 하였다. 또한, 참고예에서는, 특허문헌 1과 마찬가지로, 연마 헤드(70)의 스캔 중, 세정액을 계속해서 공급하였다. 연마 후의 헤이즈값은, 도 9에 파선으로 나타낸 바와 같이, 직경 방향 외측의 영역(A3)을 제외한, 영역(A1 및 A2)에서 작았다. 따라서, 직경 방향 외측의 영역(A3)을 제외한, 영역(A1 및 A2)에서 연마량이 충분하지 않은 것을 알 수 있었다.
그래서, 실시예 1에서는, 참고예와는 달리, 도 5에 도시한 바와 같이, 연마 헤드(70)의 스캔 중, 세정액의 공급을 정지하였다. 또한, 실시예 1에서는, 연마 헤드(70)를 기판(W)의 직경 방향 내측으로부터 직경 방향 외측을 향해서 스캔하는 도중에, V를 가장 작게 하였다. 연마 후의 헤이즈값은, 도 9에 실선으로 나타낸 바와 같이, 모든 영역(A1, A2 및 A3)에서 컸다. 따라서, 모든 영역(A1, A2 및 A3)에서 연마량이 충분한 것을 알 수 있었다.
그런데, 실시예 1에서는, 직경 방향 내측의 영역(A1)에서의 헤이즈값이, 그 밖의 영역(A2 및 A3)에서의 헤이즈값에 비해서 컸다. 따라서, 실시예 1에서는, 직경 방향 내측의 영역(A1)에서의 연마량이, 그 밖의 영역(A2 및 A3)에서의 연마량에 비해서 큰 것을 알 수 있었다.
그래서, 실시예 2에서는, 직경 방향 내측의 영역(A1)에서의 연마량을 저감시키기 위해서, 영역(A1)의 N1을 작게 한 것 이외에, 실시예 1과 동일한 조건에서, 기판(W)의 연마를 실시하였다. 연마 후의 헤이즈값은, 도 9에 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 모든 영역(A1, A2 및 A3)에서 동일 정도이었다. 따라서, 실시예 2에서는, 모든 영역(A1, A2 및 A3)에서, 연마량이 동일 정도인 것을 알 수 있었다.
이상, 본 개시에 관한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되지 않는다. 특허 청구 범위에 기재된 범주 내에서, 각종 변경, 수정, 치환, 부가, 삭제 및 조합이 가능하다. 그것들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 기판을 보유 지지하는 보유 지지부와,
    상기 보유 지지부를 회전시켜, 상기 보유 지지부와 함께 상기 기판을 회전시키는 회전부와,
    상기 기판의 주면에 세정액을 공급하는 액 공급부와,
    상기 기판의 상기 주면을 연마하는 연마 헤드와,
    상기 연마 헤드를, 상기 기판의 상기 주면에 압박시켜, 상기 기판의 직경 방향으로 스캔하는 이동부와,
    상기 회전부와, 상기 액 공급부와, 상기 이동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 기판의 상기 주면을 상기 기판의 직경 방향으로 복수의 영역으로 분할하는 분할선을 설정하고, 상기 영역마다, 상기 액 공급부를 제어하여상기 세정액을 공급하고, 상기 이동부를 제어하여, 계속되는 상기 세정액의 공급을 정지한 상태에서 상기 연마 헤드를 스캔하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 영역마다, 상기 연마 헤드의 연마압, 상기 연마 헤드의 스캔 속도 및 상기 기판의 회전 속도 중 1개 이상을 설정하는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기판의 상기 주면의 상태에 따라, 상기 연마 헤드의 연마압, 상기 연마 헤드의 스캔 속도 및 상기 기판의 회전 속도 중 1개 이상을 설정하는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기판의 상기 주면의 상기 상태는, 상기 주면에 형성된 막의 재질을 포함하는, 기판 처리 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 기판의 상기 주면의 상기 상태는, 연마 후의 상기 주면의 표면 조도의 직경 방향 분포를 포함하는, 기판 처리 장치.
  6. 기판의 회전 중에, 상기 기판의 주면에 세정액을 공급하고, 상기 기판의 상기 주면에 연마 헤드를 압박시켜, 상기 기판의 직경 방향으로 상기 연마 헤드를 스캔하는 것을 포함하는 기판 처리 방법이며,
    상기 기판의 상기 주면을 상기 기판의 직경 방향으로 복수의 영역으로 분할하는 분할선을 설정하고, 상기 영역마다, 상기 세정액의 공급과, 계속되는 상기 세정액의 공급을 정지한 상태에서의 상기 연마 헤드의 스캔을 실시하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 영역마다, 상기 연마 헤드의 연마압, 상기 연마 헤드의 스캔 속도 및 상기 기판의 회전 속도 중 1개 이상을 설정하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판의 상기 주면의 상태에 따라, 상기 연마 헤드의 연마압, 상기 연마 헤드의 스캔 속도 및 상기 기판의 회전 속도 중 1개 이상을 설정하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판의 상기 주면의 상기 상태는, 상기 주면에 형성된 막의 재질을 포함하는, 기판 처리 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 기판의 상기 주면의 상기 상태는, 연마 후의 상기 주면의 표면 조도의 직경 방향 분포를 포함하는, 기판 처리 방법.
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