KR20210118872A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20210118872A
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미치마사 후나바시
마사유키 보노
마사히코 고미야마
다카히로 도다
유지 가와이
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가부시키가이샤 제이.이.티.
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Abstract

레지스트막의 높은 제거 레이트를 얻을 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다. 하우징(12) 내의 회전 테이블(21)에는, 기판(11)의 처리면(S1)이 고정 플레이트(17)의 상면과 소정의 간격만큼 이격되고, 처리면 S1을 하향으로 한 자세로 고정된다. 기판(11)은, 회전 테이블(21)과 일체로 회전한다. 기판(11)의 회전 중에, 고정 플레이트(17)의 중앙부에 마련한 토출부(16)로부터, 오존 가스와 오존수를 혼합한 기액 2상 유체를, 처리면(S1)과 상면 사이에 형성된 유로에 흘린다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체의 웨이퍼 프로세스에 있어서, 디바이스 구조를 형성하기 위한 에칭 또는 이온 주입 등의 마스크로서 감광성 수지인 레지스트막이 널리 사용되고 있다. 즉, 기판의 처리면에 형성된 레지스트막을 마스크로서 에칭이나 이온 주입 등을 행한 후에, 기판의 처리면으로부터 레지스트막을 제거한다.
레지스트막의 제거 방법으로는, 황산과 과산화수소의 혼합액(황산과수)을 사용하는 것이 널리 사용되고 있다. 또한, 환경에 대한 영향이 작은 오존(O3)수를 사용하는 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 1을 참조).
국제 공개 제2010/140581호 일본 특허 공개 제2009-218548호 공보
오존(O3)수를 사용하는 레지스트막의 제거 방법은, 환경에 대한 영향이 작지만 레지스트막의 제거 레이트가 낮고, 1매의 기판에 대한 처리 시간이 길어진다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 레지스트막의 높은 제거 레이트를 얻을 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기판 처리 장치는, 기판을 수평으로 보유 지지하고, 보유 지지된 상기 기판을 연직축 둘레로 회전하는 회전 기구부와, 상기 회전 기구부에 보유 지지되는 상기 기판의 처리면에 일면이 간격을 두고 대면하는 위치에 고정되고, 상기 처리면과의 사이에 유로를 형성하는 고정 플레이트와, 상기 기판의 중앙부에 대향하는 위치에 마련되어, 상기 회전 기구부에 의해 상기 기판이 회전되고 있는 동안에, 상기 유로에 대해, 오존 가스와 오존수를 공급하고, 오존 가스와 오존수를 혼합한 기액 2상 유체를 흘리는 토출부를 구비하는 것이다.
본 발명의 기판 처리 방법은, 수평으로 보유 지지한 기판의 처리면을 고정된 고정 플레이트의 일면과 간격을 두고 대면시켜 상기 처리면과 상기 일면 사이에 유로를 형성한 상태에서, 상기 기판을 연직 축 둘레로 회전하는 회전 공정과, 상기 회전 공정 중에, 상기 기판의 중앙부에 대향하는 위치로부터 상기 유로에 대해, 오존 가스와 오존수를 공급하고, 오존 가스와 오존수를 혼합한 기액 2상 유체를 흘리는 기액 2상 유체 공급 공정을 갖는 것이다.
본 발명에 의하면, 기판의 처리면을 고정 플레이트의 일면과 간격을 두고 대면시켜, 처리면과 고정 플레이트의 일면 사이에 유로를 형성하고, 기판의 회전 중에 유로에 오존 가스와 오존수를 혼합한 기액 2상 유체를 흘림으로써, 높은 제거 레이트를 얻을 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 혼합기 및 토출부의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 3은 토출 구멍의 배열의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 4는 유로 내에 있어서의 기액 2상 유체를 도시하는 설명도이다.
도 5는 유로 내에 있어서의 기액 2상 유체의 다른 예를 도시하는 설명도이다.
도 6은 레지스트막을 제거하는 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 기액 2상 유체를 사용한 레지스트막의 제거 속도와 오존수를 사용한 레지스트막의 제거 속도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 혼합기를 스태틱 믹서로 한 예를 도시하는 단면도이다.
도 1에 있어서, 기판 처리 장치(10)는, 오존 가스와 오존수의 기액 2상류를 사용하여 기판(11)에 형성된 레지스트막(도시 생략)을 제거하는 것이다. 기판(11)은, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판이다. 이 예에서는, 각종 반도체 소자, 회로가 형성되는 기판(11)의 한쪽 면이 처리 대상으로 되는 처리면 S1이며, 기판 처리 장치(10)는, 이 처리면 S1에 형성되어 있는 레지스트막을 제거한다. 이 예의 기판 처리 장치(10)는, 처리면 S1을 하향으로 한 상태에서 레지스트막을 제거하는 처리를 행하지만, 처리면 S1을 상향으로 한 상태에서 레지스트막을 제거하는 처리를 행해도 된다.
기판 처리 장치(10)는, 하우징(12), 회전 기구부(14), 로딩 기구(15), 토출부(16), 고정 플레이트(17), 공급부(18), 할로겐 램프 히터(19), 배출부(20) 등을 구비하고 있다. 이 기판 처리 장치(10)의 각 부는, 제어부(도시 생략)에 의해 통괄적으로 제어된다.
하우징(12)은, 바닥이 있는 원통상이며, 상부에는 원형상으로 개구된 상부 개구(12a)가 마련되어 있다. 하우징(12) 내에는, 고정 플레이트(17)나 후술하는 회전 테이블(21) 등이 수용되어 있음과 함께, 기판(11)이 수용된다. 상부 개구(12a)는, 기판(11)보다도 큰 직경으로 형성되어 있고, 이 상부 개구(12a)를 통하여, 하우징(12)에 대한 기판(11)의 출입을 행한다. 또한, 이 예에서는, 후술하는 바와 같이, 상부 개구(12a)가 하우징(12) 내에 외기를 취입하는 취입구로 되어 있다.
회전 기구부(14)는, 수평으로 보유 지지한 기판(11)을 연직 축 둘레로 회전하는 것이며, 이 예에서는 회전 테이블(21), 구동축(22), 전동 모터(23), 기판 보유 지지부(24) 등으로 구성된다. 회전 테이블(21)은, 원반상이며, 하우징(12) 내에 수용되어 있다. 회전 테이블(21)은, 구동축(22)의 상단부에 고정되어 있고, 연직된 회전축 Z 둘레로 회동 가능하게 되어 있고, 그 상면을 수평하게 한 상태에서 회동한다. 회전 테이블(21)과 구동축(22)은 동축으로 되어 있다. 구동축(22)은, 하우징(12)의 저면(12b)을 그 두께 방향(상하 방향)으로 관통하고 있고, 저면(12b)의 개구부에 마련한 베어링(25)에 의해 회동 가능하게 지지되어 있다. 구동축(22)의 하부에 풀리(26)가 고정되어 있다. 이 풀리(26)와, 전동 모터(23)의 회전축에 장착된 풀리(23a) 사이에 벨트(27)가 걸려 있다. 이에 의해, 전동 모터(23)가 구동되면, 구동축(22)과 회전 테이블(21)이 일체로 회전한다. 전동 모터(23)의 속도를 증감함으로써, 회전 테이블(21)의 회전 속도가 조절된다.
회전 테이블(21)에는, 기판(11)을 보유 지지하는 기판 보유 지지부(24)가 마련되어 있다. 기판 보유 지지부(24)는, 회전 테이블(21)의 주연부에 둘레 방향으로 소정의 간격으로 배열된 복수의 보유 지지구(24a)를 포함한다. 각 보유 지지구(24a)는, 회전 테이블(21)과 일체로 회전한다. 또한, 도 1에서는, 2개의 보유 지지구(24a)만을 도시하고 있지만, 실제로는 예를 들어 6개의 보유 지지구(24a)가 마련되어 있다.
보유 지지구(24a)는, 예를 들어 그 선단에 단차부가 형성되어 있고, 각 보유 지지구(24a)의 단차부의 각각에 기판(11)의 주연부가 놓인다. 이에 의해, 기판 보유 지지부(24)에 의해, 기판(11)이 소정의 높이로 수평으로 지지된다. 기판 보유 지지부(24)에 의해 지지되는 기판(11)은, 회전 테이블(21)의 상면부터 상방으로 이격되어 지지된다. 또한, 각 보유 지지구(24a)가 각각 기판(11)의 직경 방향으로 이동함으로써, 각 보유 지지구(24a)에 의해 기판(11)이 끼움 지지된다. 이와 같이 기판(11)은, 기판 보유 지지부(24)에 보유 지지되어 회전 테이블(21)과 동축으로 고정되고, 회전 테이블(21)과 일체로 회전한다. 상기 기판 보유 지지부(24)의 구성은 일례이며, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 기판(11)의 처리면 S1측의 주연부에 맞닿아 기판(11)과 회전 테이블(21)에 간격을 규정하는 복수의 핀과, 기판(11)을 직경 방향으로 끼움 지지하여 고정하는 복수의 핀으로 기판 보유 지지부(24)를 구성해도 된다.
구동축(22)에는, 그 내부에 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍(22a)이 형성되어 있다. 또한, 회전 테이블(21)의 중앙부에는, 관통 구멍(22a)과 연접한 관통 구멍(21a)이 형성되어 있다. 관통 구멍(21a) 및 관통 구멍(22a)에는, 통형상의 고정축(28)이 통과되어 있다. 이 고정축(28)은, 하우징(12) 등과 함께 외부의 프레임 등에 고정되어 있다. 따라서, 회전 테이블(21) 및 구동축(22)은, 고정축(28)의 둘레를 회전한다.
고정축(28)의 상단에는, 기액 2상류의 유체(이하, 기액 2상 유체라고 함)를 공급하기 위한 혼합기(29)가 고정되고, 이 혼합기(29)에 고정 플레이트(17)가 고정되어 있다. 혼합기(29)의 상면에는, 토출부(16)가 되는 복수의 토출 구멍(30)(도 2 참조)이 형성되어 있다. 또한, 혼합기(29)에는, 고정축(28)의 중공부(28a)에 통과된 공급관(31a 내지 31d)(도 2 참조)을 포함하는 공급관부(31)를 통하여 공급부(18)가 접속되어 있다. 또한, 고정 플레이트(17)를 고정축(28)에 직접 고정해도 된다.
토출부(16)를 포함하는 혼합기(29) 및 고정 플레이트(17)는, 기판 보유 지지부(24)에 보유 지지된 기판(11)과 회전 테이블(21) 사이에 배치되어 있다. 후술하는 바와 같이, 고정 플레이트(17)는, 그 상면이 기판 보유 지지부(24)에 보유 지지된 기판(11)의 처리면 S1과 간격을 두고 대면하는 위치에 고정되어 있다.
기판(11)의 출입은, 로딩 기구(15)에 의해, 상술한 바와 같이 상부 개구(12a)를 통하여 행해진다. 로딩 기구(15)는, 수납 카세트(도시 생략)로부터 처리 대상으로 되는 기판(11)을 취출하여, 기판 보유 지지부(24)가 지지하는 위치까지 기판(11)을 이동한다. 수납 카세트에는, 기판(11)은, 처리면 S1이 상향이 되는 자세로 수납되어 있다. 이 때문에, 로딩 기구(15)는, 수납 카세트로부터 기판(11)을 취출한 후, 기판(11)의 상하를 반전하여 처리면 S1을 하향으로 한다. 또한, 로딩 기구(15)는, 처리 후의 기판(11)을 하우징(12) 내로부터 취출한 후, 기판(11)의 상하를 반전하여 처리면 S1을 상향으로 하고 나서, 기판(11)을 수납 카세트로 되돌린다.
하우징(12)의 상방에 할로겐 램프 히터(19)가 배치되어 있다. 할로겐 램프 히터(19)는, 하향으로 적외선을 방사하는 자세로 마련되어 있다. 이 할로겐 램프 히터(19)는, 이동 기구(32)에 의해, 도 1에 도시되는 바와 같이, 상부 개구(12a)의 상방에 배치되어 기판(11)을 가열하는 가열 위치와, 상부 개구(12a)로부터 기판(11)의 출입을 행하기 위해 상부 개구(12a)의 상방으로부터 퇴피된 퇴피 위치 사이에서 수평 방향으로 이동한다. 가열 위치에 있어서의 할로겐 램프 히터(19)는, 상부 개구(12a)의 주연과의 사이에 작은 간극을 형성하는 높이에 배치된다. 또한, 도 1에서는, 도시의 편의상, 가열 위치에 있어서의 할로겐 램프 히터(19)와 상부 개구(12a)의 주연 사이의 간극을 과장하여 도시하고 있다. 또한, 이 예에서는, 할로겐 램프 히터(19)를 수평 방향으로 이동하여 가열 위치와 퇴피 위치로 하고 있지만, 기판(11)의 출입에 지장이 없도록 상부 개구(12a)로부터 상방으로 이격된 위치를 퇴피 위치로 하여 할로겐 램프 히터(19)를 이동 기구(32)에 의해 상하 방향으로 이동하도록 해도 된다.
기판(11)에 기판 처리 장치(10)로 처리를 행할 때에는, 할로겐 램프 히터(19)는, 이동 기구(32)에 의해 가열 위치가 된다. 가열 위치의 할로겐 램프 히터(19)는, 그것의 바로 밑에 있는 기판(11)의 배면 S2(처리면 S1과 반대측 면)에, 상부 개구(12a)를 통하여 적외선을 조사하여 기판(11)을 가열한다. 할로겐 램프 히터(19)는, 기액 2상 유체로 기판(11)에 처리를 행할 때 점등되어 적외선을 조사한다. 할로겐 램프 히터(19)와 배면 S2 사이에 장애물이 없기 때문에, 기판(11)을 효율적으로 가열할 수 있다. 기판(11)을 가열함으로써, 기액 2상 유체에 의한 레지스트막의 산화 분해를 촉진한다.
또한, 이 예에서는, 히터로서 할로겐 램프 히터(19)를 사용하고 있지만, 다른 각종 히터를 사용해도 된다. 또한, 할로겐 램프 히터(19)를 상부 개구(12a)로부터 상방으로 충분히 이격하여 배치할 수 있는 경우는, 이동 기구(32)를 생략하여 할로겐 램프 히터(19)의 위치를 고정해도 된다.
하우징(12) 내에는, 가이드 통(34)이 마련되어 있다. 이 예에 있어서의 가이드 통(34)은, 그 상부가 상방을 향하여 직경이 점감하는 테이퍼 형상을 한 통형상이다. 가이드 통(34)은, 예를 들어 하우징(12)에 고정되어 있고, 그 축심이 회전 테이블(21)의 회전 중심과 일치하도록 조정되어 있다. 또한, 가이드 통(34)의 하단은, 하우징(12)의 저면(12b)에 달하고 있다. 가이드 통(34)의 상부의 개구(34a) 내에 회전 테이블(21)이 배치되어 있다. 개구(34a)의 내경은, 회전 테이블(21)의 외경보다도 약간 큰 정도이고, 회전 테이블(21)과 가이드 통(34) 사이의 간극을 작게 하고 있다. 이 가이드 통(34)은, 하우징(12)과의 사이에 배출의 루트를 형성한다. 또한, 이 가이드 통(34)을 마련함으로써, 회전 테이블(21)의 회전에 의한 파티클의 감겨올라감을 방지하여, 파티클의 기판(11)에의 부착을 억제하고, 또한 처리액이나 그 기화물이 구동축(22)이나 베어링(25) 등의 기구부에 흐르는 것을 방지한다.
배출부(20)는, 상술한 취입구로서의 상부 개구(12a), 하우징(12)의 저면(12b)에 형성된 배출구(37), 흡인기(38) 등으로 구성된다. 흡인기(38)로서는, 예를 들어 펌프가 사용되어 있고, 배관(39)을 통하여 배출구(37)에 접속되어 있다. 배출부(20)는, 흡인기(38)의 구동에 의해, 기판(11)과 고정 플레이트(17) 사이 및 상부 개구(12a)보다도 배출구(37)의 압력을 작게 하는 압력차를 생기게 한다. 이에 의해, 기판(11)과 고정 플레이트(17) 사이에서 유출되는 각종 가스, 처리액이나 그 비말, 나아가 처리에 의해 생기는 파티클 등의 이물을 효율적으로 배출구(37)로 유도하여 하우징(12)의 외부로 배출한다. 흡인기(38)에는, 분리 기구가 마련되어 있고, 배출구(37)로부터 흡인된 기체와 액체를 분리하여 배출한다.
또한, 상기 압력차에 의해, 상부 개구(12a)로부터 하우징(12) 내에 외기를 취입함으로써, 상부 개구(12a)로부터 하우징(12)과 가이드 통(34) 사이를 지나 배출구(37)로 향하는 기류(도 1의 화살표 F)를 형성한다. 이에 의해, 오존 가스, 처리액이나 처리액의 기화물, 파티클 등의 이물이 상부 개구(12a)를 통하여 하우징(12)의 외부로 누출되는 것을 방지함과 함께, 기판(11)과 고정 플레이트(17) 사이로부터 유출되는 각종 가스, 처리액, 파티클 등의 이물을 효율적으로 배출구(37)로 유도해 하우징(12)의 외부로 배출한다.
상부로부터 하부를 향하여 흐르는 기류에서, 기판(11)과 고정 플레이트(17) 사이로부터 유출되는 기체, 액체, 파티클 등을 배출구(37)로 유도하는 관점에서는, 배출부(20)를 구성하는 취입구는, 기판 보유 지지부(24)에 보유 지지된 기판(11)의 처리면 S1보다도 높은 위치에 마련하면 된다. 또한, 기판(11)과 고정 플레이트(17) 사이에서 유출되는 기체, 액체, 파티클 등을 배출구(37)로 유도하는 관점에서는, 배출구(37)는 고정 플레이트(17)의 상면보다도 낮은 위치에 마련하면 된다. 또한, 회전 테이블(21) 상에 흘러내린 오존수를 고려하여, 회전 테이블의 상면보다도 낮은 위치에 배출구(37)를 마련하는 것도 바람직하다.
따라서, 예를 들어 처리 중에 상부 개구(12a)를 기밀하게 막는 구성으로 한 경우에는, 하우징(12)의 측면의 기판 보유 지지부(24)에 보유 지지된 기판(11)의 처리면 S1보다도 높은 위치에, 취입구로서의 하나 또는 복수의 개구를 마련한다. 또한, 하우징(12)을 관통한 파이프의 일단의 개구로부터 하우징(12) 내에 외기를 도입하는 구성으로 해도 되고, 이 경우에는 파이프의 일단의 개구를 기판 보유 지지부(24)에 보유 지지된 기판(11)의 처리면 S1보다도 높은 위치로 하면 된다. 또한, 기판(11)과 고정 플레이트(17) 사이로부터 유출되는 기체, 액체, 파티클 등을 배출구(37)로 유도하는 관점에서는, 예를 들어 하우징(12)의 측면의 고정 플레이트(17)(또는 회전 테이블(21))의 상면보다도 낮은 위치에 배출구(37)를 마련해도 된다.
기판(11)의 처리면 S1을 상향의 자세로 보유 지지하여 처리하는 경우에는, 고정 플레이트(17)가 기판(11)의 처리면 S1의 상방에 배치된다. 이 경우에는, 배출부(20)를 구성하는 취입구는, 고정 플레이트(17)의 하면보다도 높은 위치에 마련하고, 배출구(37)는 보유 지지된 기판(11)의 처리면 S1보다도 낮은 위치에 마련하면 된다.
또한, 상부 개구(12a)를 기밀하게 막는 구성으로 하는 경우, 상부 개구(12a)를 적외선의 투과율이 높은, 예를 들어 석영 유리로 막는 것으로, 할로겐 램프 히터(19) 등을 사용하여 하우징(12)의 외측으로부터 기판(11)을 가열할 수 있다.
도 2에 있어서, 혼합기(29)는, 내부에 중공부(29a)가 형성된 예를 들어 원기둥 형상으로 형성되어 있다. 이 혼합기(29)는, 상술한 바와 같이, 상면에 토출부(16)를 구성하는 복수의 토출 구멍(30)이 형성되어 있다. 각 토출 구멍(30)은, 혼합기(29)의 상면을 두께 방향으로 관통한 구멍으로 형성되어 있다. 혼합기(29)의 상면에 있어서의 각 토출 구멍(30)은, 도 3에 일례를 도시된 바와 같이, 기액 2상 유체가 기판(11)의 처리면 S1 상을 균일하게 흐르도록 배치되어 있다.
고정 플레이트(17)는, 기판(11)보다도 약간 작은 직경의 원반상이며, 보유 지지구(24a)의 내주측에 배치되어 있다. 이 고정 플레이트(17)의 직경은, 기판(11)을 보유 지지하는 기판 보유 지지부(24)의 구성 등에 의해 적절히 변경할 수 있지만, 기판(11)과 동일 정도 또는 그 이상으로 하는 것이 바람직하다. 고정 플레이트(17)는, 그 중앙부에 관통 구멍(17a)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(17a)에 혼합기(29)가 끼워 맞추어져 고정됨으로써, 고정 플레이트(17)는, 회전 테이블(21)과 동축으로 해서, 고정축(28)에 고정된다. 또한, 이와 같이 고정 플레이트(17)와 혼합기(29)를 고정함으로써, 기판(11)의 중앙부에 대향하는 고정 플레이트(17)의 중앙부에 토출부(16)가 배치된다. 또한, 이 예에서는, 혼합기(29)의 상면이 고정 플레이트(17)의 상면 S3과 같은 높이가 되도록, 혼합기(29)와 고정 플레이트(17)가 고정되어 있다. 고정 플레이트(17)의 상면 S3은, 평탄하게 되어 있다.
연직 방향에 있어서, 고정 플레이트(17)는, 그 상면 S3이 각 보유 지지구(24a)에 보유 지지되는 기판(11)의 처리면 S1과의 사이에 간격 D를 두고 대면한다. 이에 의해, 상면 S3과 처리면 S1 사이에 오존 가스와 오존수의 기액 2상 유체를 흘리는 유로(41)가 형성된다. 유로(41)의 높이가 되는 간격 D는, 예를 들어 각 보유 지지구(24a)에 지지되는 기판(11)의 처리면 S1의 위치, 즉 보유 지지구(24a)의 단차의 높이를 증감함으로써 조정할 수 있다. 간격 D는, 예를 들어 1㎜ 정도로 설정된다. 이 간격 D는, 바람직하게는 0.5㎜ 내지 3㎜의 범위 내, 보다 바람직하게는 1㎜ 내지 2㎜의 범위 내이다. 간격 D가 0.5㎜ 이상이면, 기판(11)과 고정 플레이트(17)의 접촉을 용이하게 회피하여 처리할 수 있고, 3㎜ 이하이면 유로(41) 내에 있어서, 기액 2상류의 후술하는 바와 같은 소요로 하는 유동 양식을 용이하게 얻는 것이 가능하다. 또한, 1㎜ 이상이면, 기판(11)과 고정 플레이트(17)의 접촉의 위험성을 현저하게 저하시킬 수 있고, 2㎜ 이하이면 적은 오존수로 소요로 하는 유동 양식이 고속인 흐름의 형성이 용이하다.
혼합기(29)는, 그 중공부(29a)의 하부에 공급관(31a 내지 31d)의 일단이 각각 접속되어 있다. 공급관(31a 내지 31d)의 타단은, 공급부(18)에 접속되어 있다. 공급부(18)는, 오존 가스 공급부(18a), 오존수 공급부(18b), 순수 공급부(18c), 약액 공급부(18d)를 갖고 있다. 오존 가스 공급부(18a)는, 공급관(31a)을 통하여 혼합기(29)에 오존 가스를 공급하고, 오존수 공급부(18b)는, 공급관(31b)을 통하여 혼합기(29)에 순수로 오존을 용해시킨 오존수를 공급한다. 이들 오존 가스와 오존수의 공급은 동시에 행해진다. 또한, 순수 공급부(18c)는, 공급관(31c)을 통하여 혼합기(29)에 순수를 공급하고, 약액 공급부(18d)는, 공급관(31d)을 통하여 혼합기(29)에 약액을 공급한다. 약액으로서는, 처리면 S1의 파티클 등의 이물을 제거하기 위한 것이고, 예를 들어 과산화수소와 암모니아의 혼합 수용액인 SC1(Standard Clean 1)이 사용된다.
오존수 공급부(18b)로부터의 오존수에 첨가제를 첨가하는 첨가부를 마련해도 된다. 오존수에 첨가하는 첨가제로서는, 예를 들어 히드록실(OH) 라디칼의 증가에 기여해 레지스트막의 제거 레이트를 보다 높게 하는 암모니아(NH4OH), 과산화수소(H2O2) 및 이소프로필알코올(IPA) 및 이들의 조합을 들 수 있다.
혼합기(29)는, 공급되는 오존 가스와 오존수를 중공부(29a) 내에서 혼합하여 기액 2상 유체를 생성한다. 혼합기(29)에서 생성되는 기액 2상 유체는, 각 토출 구멍(30)으로부터 유로(41) 내로 토출된다. 또한, 각 토출 구멍(30)은, 혼합기(29)에 순수가 공급됨으로써 순수를 유로(41) 내로 토출하고, 혼합기(29)에 약액이 공급됨으로써, 약액을 유로(41) 내로 토출한다. 토출부(16)로부터 공급되는 기액 2상 유체, 순수, 약액은, 기판(11)의 둘레 방향으로 퍼지면서 외주를 향하여 흐른다.
기판 처리 장치(10)에서는, 상기와 같이 유로(41)에 기액 2상 유체를 흘려서 기판(11)의 처리면 S1의 각 부를 오존 가스와 오존수에 교호로 노출시킴으로써, 오존수만을 사용한 경우와 비교하여, 높은 레지스트막의 제거 레이트를 얻는다. 이 때문에, 유로(41)에 있어서의 기액 2상 유체는, 기판(11)의 처리면 S1 상을 오존 가스(기상)와 오존수(액상)가 교호로 흐르는 간헐류로서 흘린다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 기판(11)의 처리면 S1과 고정 플레이트(17)의 상면 S3으로 형성되는 유로(41)에 있어서의 기액 2상 유체의 흐름은, 적어도 유로(41)의 상부에 있어서 오존 가스의 대기포(46)와 오존수의 액체부(47)가 교호로 흐른다. 이러한 기액 2상류의 유동 양식으로서는, 예를 들어 슬러그류를 들 수 있다. 또한, 기액 2상 유체의 흐름은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 유로(41)의 높이에 꽉차게 퍼진 대기포(48)와 액체부(49)가 교호로 흐르는 간헐류여도 된다. 상기와 같은 기액 2상류로 하기 위해, 유로(41)의 높이(간격 D)에 따라 오존 가스 유량과 오존수 유량의 비율 및 총 유량이 조정된다.
다음으로 상기 구성의 작용에 대해 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 수순은 일례이며, 처리의 수순을 한정하는 것은 아니다. 흡인기(38)는, 상시 구동되어 있고, 하우징(12) 내의 흡인이 된 상태로 되어 있다. 할로겐 램프 히터(19)가 이동 기구(32)에 의해 퇴피 위치로 이동된 상태가 된다. 이 다음에, 도 6에 도시하는 바와 같이, 로딩 기구(15)에 의해 카세트로부터 처리 대상으로 되는 기판(11)이 취출된다(스텝 ST1). 기판(11)은, 카세트에 처리면 S1이 상향이 되도록 수납되어 있으므로, 로딩 기구(15)는, 취출한 기판(11)을 180°반전시켜, 처리면 S1을 하향으로 한다(스텝 ST2).
로딩 기구(15)에 의해, 반전된 기판(11)은, 상부 개구(12a)를 통하여 하우징(12) 내의 회전 테이블(21) 상으로 이동되고, 그 기판(11)의 주연이 각 보유 지지구(24a)의 단차에 적재된다. 기판(11)에 대한 로딩 기구(15)의 보유 지지가 해제된 후, 각 보유 지지구(24a)가 작동되고, 각 보유 지지구(24a)에 의해 기판(11)이 보유 지지된 상태가 된다(스텝 ST3). 이에 의해, 기판(11)은, 처리면 S1을 하향으로 하고, 또한 고정 플레이트(17)의 상면 S3과 간격을 두고 회전 테이블(21)에 고정된다.
기판(11)의 고정 후, 할로겐 램프 히터(19)가 이동 기구(32)에 의해 가열 위치로 이동된다. 이후, 전동 모터(23)가 구동되고, 회전 테이블(21)이 기판(11)과 일체로 회전을 개시한다(스텝 ST4).
회전 테이블(21)의 회전 개시 후, 오존 가스 공급부(18a)가 오존 가스의 공급을 개시하고, 이것과 동시에 오존수 공급부(18b)가 오존수의 공급을 개시한다(스텝 ST5). 이 때, 오존수는, 예를 들어 오존수 공급부(18b)에 의해 70℃ 정도로 예비 가열되어 공급된다. 오존수 중의 오존의 농도는, 예를 들어 100ppm 이상 500ppm 이하의 범위 내이며, 공급량은, 예를 들어 2L(리터)/분 이상 20L/분 이하의 범위 내이며, 오존 가스의 유량은, 예를 들어 20L/분 이하가 되도록 조정된다. 또한, 상기 오존수 중의 오존 농도, 오존수 및 오존 가스의 공급량의 범위는 일례이며, 그들 범위에 한정되는 것은 아니다.
또한, 할로겐 램프 히터(19)가 점등된다(스텝 ST6). 이 할로겐 램프 히터(19)의 점등에 의해, 기판(11)이 배면 S2측으로부터 소정의 온도로까지 가열된다. 이 때의 기판(11)의 온도는, 예를 들어 30℃ 내지 100℃의 범위 내이다.
오존 가스 공급부(18a)로부터의 오존 가스와, 오존수 공급부(18b)로부터의 오존수는, 공급관(31a, 31b)을 통하여 혼합기(29)에 공급된다. 이에 의해, 공급되는 오존 가스와 오존수가, 혼합기(29)의 중공부(29a)에서 혼합되고, 각 토출 구멍(30)으로부터 기액 2상 유체로서, 기판(11)의 처리면 S1과 고정 플레이트(17)의 상면 S3이 형성하는 유로(41)에 공급된다. 기액 2상 유체는, 유로(41)를 흘러, 기판(11)의 회전에 의해 둘레 방향으로 퍼지면서, 기판(11)의 외주를 향하여 흐른다.
상기와 같이 하여 기액 2상 유체가 유로(41)에 흐름으로써, 처리면 S1의 전체면에 기액 2상 유체가 공급되고, 처리면 S1의 각 부가 오존 가스와 오존수에 교호로 반복하여 노출된다. 이에 의해, 레지스트막이 산화 분해되어 점차 제거된다. 기판(11)의 표면 근방에 난류가 발생하기 때문에 경계층이 얇아지고, 오존의 기판(11)에의 도달량이 증가하기 때문에 제거 레이트가 높아지는 것으로 추측된다. 또한, 할로겐 램프 히터(19)에 의해 기판(11)이 가열되기 때문에, 오존에 의한 레지스트막의 산화 분해가 촉진된다.
기액 2상 유체는, 기판(11)의 외주에 도달하면, 압력차에 의해 배출구(37)로 유도되어 배출된다. 따라서, 기액 2상 유체의 오존 가스 및 오존수가 상부 개구(12a)로부터 하우징(12)의 외측에 누출되지는 않는다. 또한, 처리면 S1로부터 떨어진 파티클 등은, 상술한 기액 2상 유체와 함께 기판(11)의 외측에 운반되고, 상부 개구(12a)로부터의 기류에 의해 배출구(37)로부터 배출된다.
기액 2상 유체의 공급 개시로부터 소정 처리 시간이 경과하면(스텝 ST7에서 「예」), 할로겐 램프 히터(19)가 소등됨과 함께(스텝 ST8), 오존 가스 및 오존수의 공급이 정지된다(스텝 ST9). 소정 처리 시간은, 레지스트막을 완전히 제거할 수 있는 시간으로서 미리 설정되어 있다.
다음에, 1회째 순수 린스 처리(스텝 ST10)를 행한다. 순수 공급부(18c)로부터 공급관(31c)을 통하여 혼합기(29)에 순수가 공급되고, 그 순수가 각 토출 구멍(30)으로부터 유로(41)에 공급된다. 순수는, 기판(11)의 회전에 의해, 처리면 S1 상으로 둘레 방향으로 퍼지면서, 기판(11)의 외주를 향하여 흐른다. 이와 같이 하여, 처리면 S1의 전체면에 순수가 공급되어 세정된다. 소정 시간의 경과 후에 순수의 공급이 정지된다. 또한, 이 1회째 순수 린스 처리는 생략할 수도 있다.
다음에, 파티클의 제거를 위해 약액 처리가 행해진다(스텝 ST11). 약액 처리에서는, 약액 공급부(18d)로부터의 약액이 공급관(31d), 혼합기(29), 토출 구멍(30)을 통하여 유로(41)에 공급된다. 이에 의해, 처리면 S1에 약액이 공급되고, 그 약액이 기판(11)의 회전에 의해, 처리면 S1 상으로 둘레 방향으로 퍼지면서, 기판(11)의 외주를 향하여 흐른다. 이와 같이 하여, 처리면 S1의 전체면에 약액이 공급되고, 처리면 S1 위의 파티클이 제거된다. 약액은, 그 종류에 따라 가온된다. 예를 들어, 약액이 SC1인 경우에는, SC1을 40℃ 내지 80℃로 가온하여 공급하고, 30초 내지 60초의 처리 시간에서 약액의 공급을 정지한다.
약액 처리 후에, 2회째 순수 린스 처리(스텝 ST12)를 행한다. 1회째 순수 린스 처리와 마찬가지로 해서, 유로(41)에 순수가 공급되고, 처리면 S1의 전체면에 순수가 공급되어 세정된다. 소정 시간의 경과 후에 순수의 공급이 정지된다.
순수 린스 처리 후, 회전 테이블(21)의 회전 속도, 즉 기판(11)의 회전 속도가 증대되고, 기판(11)의 스핀 건조가 행해진다(스텝 ST13). 이에 의해, 기판(11)의 양면에 부착되어 있는 순수가 원심력으로 비산되어, 기판(11)이 건조된다.
또한, 약액 처리, 순수 린스 처리 및 스핀 건조에서, 기판(11)이나 회전 테이블(21)로부터 흘러 나온 약액 및 순수, 나아가 하우징(12)의 내벽에 부착되어 흘러내리는 약액 및 순수는, 배출구(37)에 흡인되어 배출된다. 또한, 약액 및 순수가 미세한 비말이 발생해도, 그 비말은 상부 개구(12a)로부터의 기류에 의해 배출구(37)로 유도된다. 이 때문에, 약액 및 순수의 비말이 상부 개구(12a)로부터 누출되지는 않는다.
스핀 건조가 완료되면, 전동 모터(23)를 정지하고, 회전 테이블(21) 및 기판(11)의 회전을 정지한다(스텝 ST14). 보유 지지구(24a)에 의한 기판(11)의 보유 지지를 해제하고 나서(스텝 ST15), 로딩 기구(15)에 의해 상부 개구(12a)를 통하여 기판을 취출한다(스텝 ST16). 로딩 기구(15)는, 기판(11)을 반전하여 처리면 S1을 상향으로 하고(스텝 ST17), 기판(11)을 카세트에 수납한다(스텝 ST18).
이상과 같이 하여, 1매의 기판(11)에 대한 처리가 종료되고, 이 후에 마찬가지의 수순으로 새로운 기판(11)에 대한 처리를 행한다. 상술한 바와 같이 기액 2상 유체를 사용하여 레지스트막을 제거하고 있으며, 그 제거 레이트가 높기 때문에, 1매의 기판(11)이 단시간에 처리된다.
상기한 바와 같이 구성된 기판 처리 장치(10)로 레지스트막을 제거하였을 때의, 레지스트막의 제거 속도를 측정한 결과(부호 G1)를 도 7에 도시한다. 또한, 도 7에는, 오존수를 사용하였을 때의 레지스트막 제거 속도를 측정한 결과(부호 G2)를 함께 나타낸다. 또한, 레지스트막을 오존수로 제거하였을 때의 기판 처리 장치의 구성은, 기판 처리 장치(10)와 동일하고, 기액 2상 유체 대신에 오존수만을 유로(41)로 흘렸다. 이 결과로부터, 기액 2상 유체를 사용하여 레지스트막을 제거함으로써, 높은 제거 레이트가 얻어지는 것을 알 수 있다.
상기에서는, 내부가 중공의 혼합기를 사용하여 오존 가스와 오존수의 혼합을 행하고 있지만, 혼합기의 구성은, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 8에 도시하는 혼합기(51)는, 그 중공부(51a)에 공급관(31a, 31b)을 통하여 공급되는 오존 가스와 오존수를 혼합 교반하는 엘리먼트(52, 53)가 마련되고, 스태틱 믹서로서 기능한다. 또한, 오존 가스와 오존수를 고정 플레이트의 중앙부로부터 직접 유로에 공급하고, 유로 내에서 오존 가스와 오존수와 혼합해도 된다.
상기의 예에서는, 하우징 내에 1개의 가이드 통을 마련하고 있지만, 상부의 개구의 높이가 다른 복수의 가이드 통을, 회전 테이블의 회전 중심과 각 축심을 일치시켜 마련함과 함께, 회전 테이블을, 각 가이드 통의 상부에 형성한 각 개구 내에서 회전 가능하도록 승강시키는 구성으로 해도 된다. 이 구성에 의하면, 가장 외측의 가이드 통과 하우징 사이, 및 가이드 통과 가이드 통 사이에 기류의 복수의 경로가 형성된다. 이에 의해, 공급하는 가스나 처리액의 종류에 따라, 회전 테이블의 높이를 바꾸어 처리함으로써, 회전 테이블과 기판 사이로부터 유출하는 가스나 처리액을 흘리는 경로를 바꾸어, 그것들을 개별적으로 하우징 밖으로 배출하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이러한 구성에 대해서는, 일본 특허 공개 제2012-209559호 공보, 일본 특허 공개 제2007-180268호 공보에 기재되어 있다.
10: 기판 처리 장치
11: 기판
12: 하우징
14: 회전 기구부
16: 토출부
17: 고정 플레이트
18: 공급부
21: 회전 테이블
24: 기판 보유 지지부

Claims (9)

  1. 기판을 수평으로 보유 지지하고, 보유 지지한 상기 기판을 연직 축 둘레로 회전하는 회전 기구부와,
    상기 회전 기구부에 보유 지지되는 상기 기판의 처리면에 일면이 간격을 두고 대면하는 위치에 고정되고, 상기 처리면과의 사이에 유로를 형성하는 고정 플레이트와,
    상기 기판의 중앙부에 대향하는 위치에 마련되어, 상기 회전 기구부에 의해 상기 기판이 회전되고 있는 동안에, 상기 유로에 대해, 오존 가스와 오존수를 공급하고, 오존 가스와 오존수를 혼합한 기액 2상 유체를 흘리는 토출부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 토출부는, 상기 기액 2상 유체를 슬러그류로서 흘리는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고정 플레이트는, 상기 일면이 평탄한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유로에 상기 기액 2상 유체를 흘리고 있을 때, 상기 기판을 가열하는 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 기구부는, 상기 처리면을 하향으로 하여 상기 기판을 보유 지지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 수평으로 보유 지지한 기판의 처리면을 고정된 고정 플레이트의 일면과 간격을 두고 대면시켜 상기 처리면과 상기 일면 사이에 유로를 형성한 상태에서, 상기 기판을 연직 축 둘레로 회전하는 회전 공정과,
    상기 회전 공정 중에, 상기 기판의 중앙부에 대향하는 위치로부터 상기 유로에 대해, 오존 가스와 오존수를 공급하고, 오존 가스와 오존수를 혼합한 기액 2상 유체를 흘리는 기액 2상 유체 공급 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기액 2상 유체 공급 공정은, 상기 기액 2상 유체를 슬러그류로서 흘리는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 기액 2상 유체 공급 공정 중에, 상기 기판을 가열하는 가열 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 공정은, 상기 처리면을 하향으로 하여 보유 지지한 상기 기판을 회전하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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