KR20220104641A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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chemical liquid
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후미히로 가미무라
데루오미 미나미
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 약액의 소비량을 감소시키면서 액 처리 후에 기판에 잔류하는 파티클을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
기판 처리 방법은, 기판을 회전시키면서 청정액을 기판에 공급하고 기판의 표면에 청정액의 액막을 형성하는 청정액막 형성 공정과, 청정액막 형성 공정 후에 기판을 제1 회전 속도로 회전시키면서 약액을 제1 공급 유량으로 기판에 공급하고 기판의 표면에 제1 두께의 약액의 액막을 형성하면서 기판을 약액에 의해 처리하는 제1 약액 처리 공정과, 제1 약액 처리 공정 후에 기판을 제2 회전 속도로 회전시키면서, 제1 액처리 공정에서 이용한 약액과 동일한 약액을 제2 공급 유량으로 기판에 공급하고 기판의 표면에 제2 두께의 약액의 액막을 형성하면서 기판을 약액에 의해 처리하는 제2 약액 처리 공정을 구비하고, 청정액은 제1 및 제2 약액 처리 공정에서 이용한 약액보다 청정도가 높은 약액과는 상이한 액이며, 제1 공급 유량은 제2 공급 유량보다 크고, 제1 두께는 제2 두께보다 두껍다.

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.
반도체 장치의 제조 공정에는, 기판에 에칭용 혹은 세정용 약액 등의 처리액을 공급하여, 기판에 소정의 액처리를 행하는 액처리 공정이 포함된다. 액처리 후에 기판 상에 잔류하는 파티클을 감소시키기 위해, 기판에 공급되는 처리액 중에 포함되는 파티클을 감소시키는 것이 요구되고 있다. 처리액 중에 포함되는 파티클에는, 액처리 유닛에 공급되는 처리액의 유량 조절을 위한 제어 밸브로부터 발생하는 파티클이 포함되며, 이러한 파티클을 감소시키기 위한 수단을 구비한 기판 처리 장치가 특허문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1에 개시된 기판 처리 장치는, 처리액 공급원에 접속된 제1 라인과, 처리액 공급원으로부터 상기 제1 라인으로 처리액을 보내는 펌프와, 제1 라인에 접속되고, 제1 라인을 흐르는 처리액이 유입되는 복수의 제2 라인과, 각 제2 라인 상의 분기점에 접속된 분기 라인과, 각 분기 라인을 통해 공급되는 처리액에 의해 기판에 처리를 행하는 액처리 유닛과, 각 제2 라인 상의 상기 분기점보다 상류측에 설치된 오리피스와, 각 제2 라인 상의 상기 분기점보다 하류측에 설치된 제1 제어 밸브를 구비하고 있다. 제1 제어 밸브는, 제1 제어 밸브보다 하류측으로 흐르게 하는 처리액의 양을 변화시킴으로써 대응하는 제2 라인의 상기 오리피스와 제1 제어 밸브 사이의 구간 내의 처리액의 압력을 제어하고, 대응하는 분기 라인을 통해 대응하는 액처리 유닛에 공급되는 처리액의 유량을 제어한다. 상기 구성에 따르면, 분기 라인에 유량 조정을 위한 제어 밸브를 개재시킬 필요가 없어지기 때문에, 이러한 제어 밸브로부터 발생할 수 있는 파티클이 액처리 유닛으로 흐르지 않게 된다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2015-041751호 공보
본 개시는, 약액의 소비량을 감소시키면서 액처리 후에 기판 상에 잔류하는 파티클을 감소시킬 수 있는 기술을 제공한다.
일 실시형태에 따른 기판 처리 방법은, 기판을 회전시키면서 청정액을 상기 기판에 공급하고, 상기 기판의 표면에 상기 청정액의 액막을 형성하는 청정액막 형성 공정과, 상기 청정액막 형성 공정 후에, 상기 기판을 제1 회전 속도로 회전시키면서, 약액을 제1 공급 유량으로 상기 기판에 공급하고, 상기 기판의 표면에 제1 두께의 약액의 액막을 형성하면서 상기 기판을 상기 약액에 의해 처리하는 제1 약액 처리 공정과, 상기 제1 약액 처리 공정 후에, 상기 기판을 제2 회전 속도로 회전시키면서, 상기 제1 약액 처리 공정에서 이용한 약액과 동일한 약액을 제2 공급 유량으로 상기 기판에 공급하고, 상기 기판의 표면에 제2 두께의 상기 약액의 액막을 형성하면서 상기 기판을 상기 약액에 의해 처리하는 제2 약액 처리 공정을 구비하고, 상기 청정액은, 상기 제1 및 제2 약액 처리 공정에서 이용한 상기 약액보다 청정도가 높은 상기 약액과는 상이한 액이며, 상기 제1 공급 유량은 상기 제2 공급 유량보다 크고, 또한, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 두껍다.
본 개시에 따르면, 약액의 소비량을 감소시키면서 액처리 후에 기판 상에 잔류하는 파티클을 감소시킬 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치의 일 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 횡단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 처리액 공급 기구의 구성을 개략적으로 나타낸 배관 계통도이다.
도 3은 도 2에 도시된 하나의 처리 유닛에 관련된 처리액 공급 기구의 구성을 개략적으로 나타낸 배관 계통도이다.
도 4는 일 실시형태에 있어서의 액처리의 각 공정에 있어서의 기판의 회전 속도 및 처리액의 토출 유량을 나타낸 타임 차트이다.
도 5는 액처리의 각 공정에 있어서의 처리액의 토출 상황을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 초기 후막 형성 공정의 초기(初期)의 상태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 초기 후막 형성 공정의 종기(終期)의 상태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 약액의 액막 중에 있어서의 약액의 유속 분포를 나타낸 모식도이다.
기판 처리 장치의 일 실시형태를, 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 개략 구성을 나타낸 도면이다. 이하에서는, 위치 관계를 명확히 하기 위해, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 규정하고, Z축 정방향을 연직 상향 방향으로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판 처리 시스템(1)은, 반입/반출 스테이션(2)과, 처리 스테이션(3)을 구비한다. 반입/반출 스테이션(2)과 처리 스테이션(3)은 인접하여 설치된다.
반입/반출 스테이션(2)은, 캐리어 배치부(11)와, 반송부(12)를 구비한다. 캐리어 배치부(11)에는, 복수 장의 기판, 본 실시형태에서는 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 수평 상태로 수용하는 복수의 캐리어(C)가 배치된다.
반송부(12)는, 캐리어 배치부(11)에 인접하여 설치되고, 내부에 기판 반송 장치(13)와, 전달부(14)를 구비한다. 기판 반송 장치(13)는, 기판(W)을 유지하는 기판 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(13)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 그리고 연직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 기판 유지 기구를 이용하여 캐리어(C)와 전달부(14) 사이에서 기판(W)의 반송을 행한다.
처리 스테이션(3)은, 반송부(12)에 인접하여 설치된다. 처리 스테이션(3)은, 반송부(15)와, 복수의 처리 유닛(16)을 구비한다. 복수의 처리 유닛(16)은, 반송부(15)의 양측에 나란히 설치된다.
반송부(15)는, 내부에 기판 반송 장치(17)를 구비한다. 기판 반송 장치(17)는, 기판(W)을 유지하는 기판 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(17)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 그리고 연직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 기판 유지 기구를 이용하여 전달부(14)와 처리 유닛(16) 사이에서 기판(W)의 반송을 행한다.
처리 유닛(16)은, 기판 반송 장치(17)에 의해 반송되는 기판(W)에 대하여 소정의 기판 처리를 행한다.
또한, 기판 처리 시스템(1)은, 제어 장치(4)를 구비한다. 제어 장치(4)는, 예컨대 컴퓨터이며, 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 독출하여 실행함으로써 기판 처리 시스템(1)의 동작을 제어한다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로, 그 기억 매체로부터 제어 장치(4)의 기억부(19)에 인스톨된 것이어도 좋다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로는, 예컨대 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 광디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
상기한 바와 같이 구성된 기판 처리 시스템(1)에서는, 우선, 반입/반출 스테이션(2)의 기판 반송 장치(13)가, 캐리어 배치부(11)에 배치된 캐리어(C)로부터 기판(W)를 꺼내고, 꺼낸 기판(W)을 전달부(14)에 배치한다. 전달부(14)에 배치된 기판(W)은, 처리 스테이션(3)의 기판 반송 장치(17)에 의해 전달부(14)로부터 꺼내져, 처리 유닛(16)으로 반입된다.
처리 유닛(16)으로 반입된 기판(W)은, 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 처리가 끝난 기판(W)은, 기판 반송 장치(13)에 의해 캐리어 배치부(11)의 캐리어(C)로 되돌려진다.
다음에, 도 2 및 도 3을 참조하여, 복수의 처리 유닛(16)에 처리액을 공급하는 처리액 공급계에 대해서 설명한다. 처리액 공급계는 약액 공급계를 포함하고, 약액 공급계의 배관 계통이 도 2에 도시되어 있다.
약액 공급계(30)는, 약액을 저류하는 탱크(32)와, 탱크(32)에서 나와 탱크(32)로 되돌아가는 순환 라인(34)을 갖고 있다. 순환 라인(34)에는 펌프(36)가 설치되어 있다. 펌프(36)는, 탱크(32)에서 나와 순환 라인(34)을 지나 탱크(32)로 되돌아가는 순환류를 형성한다. 순환 라인(34)에는, 약액에 포함되는 파티클 등의 오염물질을 제거하는 필터(38)와, 약액을 소정의 온도로 조절하기 위한 온도 조절기(40)가 설치되어 있다. 약액이 기판(W)에 상온에서 공급되는 경우에는, 온도 조절기(40)로서, 펠티에 소자를 이용하여 냉각·가열을 행하는 형식의 것을 이용할 수 있다.
순환 라인(34)에 설정된 접속 영역(42)에, 복수의 분기 라인(「디스펜스 라인」이라고도 부름)(44)이 병렬로 접속되어 있다. 각 분기 라인(44)은, 순환 라인(34)을 흐르는 약액을 대응하는 처리 유닛(16)에 공급한다. 순환 라인(34)의 접속 영역(42)의 압력을 안정화시키기 위해, 접속 영역(42)의 하류측에 정압 밸브(43)가 설치되어 있다.
약액 공급계(30)는, 탱크(32)에 약액 또는 약액 구성 성분을 보충하는 탱크액 보충부(46)를 더 갖는다. 탱크(32)에는, 탱크(32) 내의 약액을 폐기하기 위한 드레인부(48)가 설치되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 분기 라인(44)에는, 상류측에서부터 차례로 유량계(50), 유량 제어 밸브로서의 정압 밸브(52) 및 개폐 밸브(54)가 설치되어 있다. 분기 라인(44)의 하류단에는 약액 노즐(56)이 설치되어 있다. 개폐 밸브(54)와 약액 노즐(56) 사이에서, 분기 라인(44)으로부터 드레인 라인(58)이 분기되어 있다. 드레인 라인(58)에는 개폐 밸브(60)가 설치되어 있다.
유량계(50) 및 정압 밸브(52)는, 분기 라인(44)을 흐르는 약액의 유량을 조정하는 유량 조정부를 구성한다. 정압 밸브(52)는, 도시하지 않은 전공(電空) 레귤레이터로부터 정압 밸브(52)의 파일럿 포트에 공급된 조작 압력(공기압)에 따른 이차측 압력이 실현되도록 동작한다. 정압 밸브(52)의 파일럿 포트에 공급되는 조작 압력은, 유량계(50)의 검출 유량이 원하는 값(설정값)이 되도록 제어 장치[도 1의 제어 장치(4) 또는 그 하위 컨트롤러]로부터 피드백 제어된다.
약액 노즐(56)은, 도 3에 개략적으로 나타낸 노즐 아암(62)의 선단부에 담지되어 있다. 노즐 아암(62)의 선단부에는, 린스 노즐(64) 및 IPA 노즐(66)도 담지되어 있다. 린스 노즐(64) 및 IPA 노즐(66) 중 적어도 한쪽을, 노즐 아암(62) 이외의 노즐 아암(도시하지 않음)에 의해 담지시켜도 좋다.
린스 노즐(64)에는, 린스액 공급원(65A)으로부터, 린스액 공급 제어부(65B)가 개재된 린스액 라인(65C)을 통해, 린스액(예컨대 DIW)을 제어된 유량으로 공급할 수 있다. 린스액 공급 제어부(65B)는, 린스액의 공급/공급 정지의 전환 및 린스액의 공급 유량을 제어하기 위해 개폐 밸브, 유량 제어 밸브 등(도시하지 않음)을 구비하고 있다.
IPA 노즐(66)에는, IPA 공급원(67A)으로부터, IPA 공급 제어부(67B)가 개재된 IPA 라인(67C)을 통해, IPA(이소프로필알코올)를 제어된 유량으로 공급할 수 있다. IPA 공급 제어부(67B)는, IPA의 공급/공급 정지의 전환 및 IPA의 공급 유량을 제어하기 위해 개폐 밸브, 유량 제어 밸브 등(도시하지 않음)을 구비하고 있다.
처리 유닛(16)은, 스핀척(기판 유지 회전 기구)(70)을 갖고 있다. 스핀척(70)은, 기판(W)을 수평 자세로 유지하는 기판 유지부(척부)(72)와, 기판 유지부(72) 및 이것에 유지된 기판(W)을 연직 축선 주위로 회전시키는 회전 구동부(74)를 갖고 있다.
기판 유지부(72)는, 기판(W)의 주연부를 파지 갈고리 등의 유지 부재에 의해 기계적으로 유지하는 메커니컬척으로 불리는 타입의 것이어도 좋고, 기판(W)의 이면 중앙부를 진공 흡착하는 진공척으로 불리는 타입의 것이어도 좋다. 회전 구동부(74)는, 예컨대 전기 모터에 의해 구성할 수 있다.
기판 유지부의 주위에는, 회전하는 기판(W)으로부터 비산되는 처리액을 포집하는 액받이 컵(76)이 설치되어 있다. 액받이 컵(76)에 의해 포집된 처리액은, 액받이 컵(76)의 바닥부에 마련된 배액구(78)로부터 처리 유닛(16)의 외부로 배출된다. 액받이 컵(76)의 바닥부에는 배기구(80)도 마련되어 이고, 배기구(80)를 통해 액받이 컵(76)의 내부가 흡인되고 있다.
노즐 아암(62)에 의해, 약액 노즐(56), 린스 노즐(64) 및 IPA 노즐(66)을, 스핀척(70)에 의해 유지된 기판(W)의 중심부의 바로 위의 위치(처리 위치)와, 액받이 컵(76)의 외측(반경 방향에 관하여 외측)의 위치(후퇴 위치) 사이에서 이동시킬 수 있다. 약액 노즐(56), 린스 노즐(64) 및 IPA 노즐(66)의 아래쪽에는 후퇴 위치에 있는 노즐(56, 64, 66)로부터 토출된 액을 받는 더미 디스펜스 포트(82)가 마련되어 있다.
다음에, 도 4의 타임 차트 및 도 5의 모식도를 참조하여, 처리 유닛(16)에서 기판(W)에 대하여 실행되는 액처리의 일련의 공정에 대해서 설명한다. 일례로서, 기판(W)은 반도체 웨이퍼이고, 액처리는 BEOL(배선 공정)에서 행해지는 약액 처리이며, 약액 처리에서 이용하는 약액으로서는 BHF(버퍼드 불산), DHF(희불산), NH4F(불화암모늄) 등을 포함하는 유기계 약액으로 할 수 있다. 이하의 액처리에 있어서 이용하는 처리액(프리웨트액, 약액 등)은 전부 상온이다. 또한, 전술한 액처리의 종류, 사용하는 약액, 처리액의 온도 등은 예시이며, 전술한 것으로 한정되는 것은 아니다.
도 4의 타임 차트에 있어서, 상단은 기판(W)의 회전 속도를 표시하고, 하단은 처리액의 토출 유량(파선이 약액, 실선이 프리웨트액 및 린스액, 일점쇄선이 IPA를 나타냄)을 표시하고 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 종래부터 삭감이 요구되고 있던 사이즈의 파티클뿐만 아니라, 그것보다도 작은 사이즈(이하, 본 명세서에 있어서 「미소 사이즈」라고 부름)의 파티클(예컨대 13 nm 정도 사이즈의 파티클)이 기판(W)에 부착되는 것을 방지 또는 억제하는 것을 과제로 하는 있는 것에 유의해야 한다. 이러한 미소 사이즈의 파티클은, 예컨대, 개폐 밸브(54)에 있어서, 밸브체가 밸브 시트로부터 떨어질 때 혹은 밸브체가 밸브 시트에 착좌(着座)할 때에, 밸브체와 밸브 시트의 간섭(예컨대 마찰)에 의한 발진(發塵)의 결과로서 생길 수 있다. 분기 라인(44) 상에 설치된 가동부를 갖는 그 밖의 밸브[예컨대 유량 제어 밸브(52)]에 있어서도 이론상은 발진이 생길 가능성이 있지만, 반도체 제조 장치의 처리액 공급계에서 이용되는 유량 제어 밸브(52)에 있어서의 발진 가능성은, 개폐 밸브(54)와 비교하면 훨씬 낮기 때문에, 본 명세서에서는 유량 제어 밸브(52)에 대해서는 고려하지 않는 것으로 한다.
[약액 더미 디스펜스 공정(단계 S1)]
기판(W)이 처리 유닛(16)에 반입되고, 스핀척(70)에 의해 유지된다. 기판(W)이 처리 유닛(16)에 반입될 때에는, 약액 노즐(56)은 후퇴 위치, 즉 더미 디스펜스 포트(82) 바로 위에 있다. 이 상태로부터, 우선, 개폐 밸브(54)를 개방하여, 약액 노즐(56)로부터 더미 디스펜스 포트(82)를 향해 소정 시간 약액을 토출하는 더미 디스펜스를 행한다[도 5의 (a)를 참조].
더미 디스펜스는, 적어도 분기 라인(44)의 개폐 밸브(54)로부터 약액 노즐(56)에 이르기까지의 구간에 체류하고 있던 약액 전부가 약액 노즐(56)로부터 토출될 때까지 행해진다. 구체적으로는 예컨대, 더미 디스펜스는, 약액 노즐(56)로부터의 약액의 토출 유량을 200 mL/min로 하여 30초간 행해진다. 약액의 토출 유량을 늘려, 토출 시간을 짧게 하여도 좋다.
더미 디스펜스는, 적어도 분기 라인(44)의 전역[즉 순환 라인(34)과의 접속점에서 약액 노즐(56)에 이르는 구간]에 체류하고 있던 약액 전부가 약액 노즐(56)로부터 토출될 때까지 행하여도 좋다.
더미 디스펜스를 행함으로써, 약액 노즐(56) 및 분기 라인(44) 내부의 유로 내에 체류하고 있거나 혹은 접액면에 부착되어 있는 파티클 등의 오염물질을 배출할 수 있다. 또한, 더미 디스펜스시에 적어도 분기 라인(44)의 개폐 밸브(54)로부터 약액 노즐(56)에 이르기까지의 구간에 체류하고 있던 약액 전부를 약액 노즐(56)로부터 토출함으로써, 더미 디스펜스의 정지 직후에 분기 라인(44) 내에 일시적으로 체류하는 약액 중에 개폐 밸브(54)에서 발생한 먼지(파티클)가 잔류하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 더미 디스펜스를 행함으로써, 약액 노즐(56) 주위의 분위기에 의해 노즐 내부가 오염되어 있었다고 해도, 그 오염물질을 배출할 수 있다.
약액 노즐(56)과 린스 노즐(64)이 다른 노즐 아암에 담지되어 있다면, 약액 더미 디스펜스 공정을 행하고 있는 기간 중 적어도 일부가, 후술하는 프리웨트 공정을 행하고 있는 기간과 중복되어도 좋다.
[프리웨트 공정(단계 S2)]
약액 더미 디스펜스 공정을 종료한 후, 린스 노즐(64)을 기판(W)의 중심부의 바로 위의 위치에 위치시킴과 더불어, 기판(W)을 비교적 낮은 회전 속도(예컨대 100∼150 rpm)로 회전시킨다. 이 상태에서, 린스 노즐(64)로부터, 프리웨트액으로서 청정 액체, 여기서는 DIW(순수)를 대유량(예컨대 1500 mL/min)으로 토출한다[도 5의 (b)를 참조]. 프리웨트 공정은, 예컨대 5초간 행해진다. 기판(W)의 중심부에 부착된 프리웨트액은 원심력에 의해 기판(W)의 주연을 향해 확산되면서 흐르고, 이것에 의해, 기판(W)의 표면 전체가 프리웨트액의 액막에 의해 덮인다.
또한, 프리웨트액의 토출 초기에는, 프리웨트액 중에 후술하는 바와 같은 개폐 밸브의 개방에 따른 발진에 기인하는 먼지가 포함될 수 있지만, 프리웨트액은 대유량으로 공급되기 때문에, 먼지(파티클 원인 물질)는 기판(W)의 표면에는 거의 부착되지 않는다.
비교적 두꺼운 프리웨트액(DIW)의 액막(즉, 스핀 건조에 의해 쉽게 소실되지 않는 액막)이 기판(W)의 표면 전체에 균일하게 형성되는 것이면, 프리웨트 공정에 있어서의 기판(W)의 회전 속도 및 프리웨트액의 토출 유량은 상기한 것에 한정되지 않는다. 일례로서, 기판(W)의 표면에 소수면과 친수면이 혼재되어 있는 경우에는, 액막의 균일성의 관점에서는 기판의 회전 속도를 높게 설정한 쪽이 바람직하다. 이 경우, 비교적 두꺼운 액막을 형성하기 위해 프리웨트액의 토출 유량을 늘려도 좋다.
프리웨트 공정의 효과를 확인하기 위해, 본 명세서에서 설명한 실시형태에 기초한 조건에서의 처리(프리웨트 공정 있음)와, 이것에 대하여 프리웨트 공정이 없는 점만이 상이한 조건에서의 처리를 실제로 행해 보았다. 그 결과, 프리웨트 공정 있는 것의 파티클수는, 프리웨트 공정 없는 경우의 파티클수의 약 50% 정도였다.
또한, 프리웨트 공정시에 있어서의 기판의 회전 속도를 변경하면서(토출 유량은 1500 mL/min로 고정), 본 명세서에서 설명한 실시형태에 기초한 조건에서의 처리를 행해 보았다. 그 결과로서, 회전 속도가 작은 쪽이(즉 막 두께가 큰 쪽이)파티클수가 적어지는 경향이 확인되었다.
프리웨트액으로서, 희암모니아수를 이용할 수도 있다. 또한, 희암모니아수는, 후술하는 린스 공정에서의 린스액으로서도 이용할 수 있다. 일반적으로는, 알칼리성 액 중에서는 고체 표면(기판 표면 및 파티클 표면의 양쪽 모두)의 제타 전위가 마이너스가 되기 때문에, 파티클이 부착되기 어려워지는 것이 알려져 있다. 파티클의 부착 억제가 요구되는 본 실시형태에 있어서도, 희암모니아수를 프리웨트액 및 린스액 중의 적어도 한쪽으로서 이용하는 것은 유익하다. 실제로, 프리웨트액 및 린스액으로서 희암모니아수를 이용한 결과, DIW를 이용한 경우와 비교하여 한층 더 파티클의 감소가 확인되었다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「노즐이 기판(W)의 중심부의 바로 위에 위치하고 있다」라고 하는 것은, 노즐이 기판(W)의 회전 중심점의 바로 위에 위치하고 있는 것으로는 한정되지 않는다. 노즐로부터 토출되어 기판(W)의 표면에 부착된 액이 부착 직후에 기판(W)의 회전 중심점을 적실 수 있을 정도로 확산되는 것이면, 기판(W)의 회전 중심점에서 어긋나 있어도 상관없다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 「액막」은, 액의 종류에 관계없이, 회전하는 기판(W)의 중심부에 부착된 액이 원심력에 의해 기판(W)의 주연을 향해 확산되면서 흐름으로써 기판(W)의 표면에 형성된다. 액막의 두께는, 기본적으로는, 기판(W)의 회전 속도 및 노즐로부터의 액의 토출 유량에 따라 결정된다.
프리웨트액으로서 이용되는 DIW 및 희암모니아수는, 약액보다 청정도가 높다. 청정도가 높다고 하는 것은, 파티클 원인 물질(먼지 등의 입자, 석출 등에 의해 파티클을 발생시키는 물질을 의미함)의 함유량이 적은 것을 의미한다.
[초기 후막 형성 공정(단계 S3)]
다음에, 린스 노즐(64)로부터의 프리웨트액(DIW)의 토출을 정지함과 더불어 린스 노즐(64)을 기판(W)의 중심부의 바로 위의 위치로부터 후퇴시켜, 약액 노즐(56)을 기판(W)의 중심부의 바로 위의 위치에 위치시킨다. 그리고 개폐 밸브(54)를 개방하여, 약액 노즐(56)로부터, 약액을, 다음에 행해지는 본 처리 공정보다 큰 토출 유량(예컨대 700 mL/min 정도의 중(中)유량)으로 토출한다[도 5의 (c)를 참조]. 액토출을 린스 노즐(64)로부터 약액 노즐(56)로 전환하는 것과 거의 동시에, 기판(W)의 회전 속도를 프리웨트 공정보다 낮은 값(예컨대 30∼50 rpm 정도의 극저속)까지 내린다.
초기 후막 형성 공정은, 초기 후막 형성 공정을 시작하기 직전까지 적어도 분기 라인(44)의 개폐 밸브(54) 및 그 하류측 구간에 체류하고 있던 약액 전부가 약액 노즐(56)로부터 토출될 때까지 행한다. 또한, 초기 후막 형성 공정에 있어서의 약액의 총 토출량을 늘리는 것은 약액 절약의 관점에서는 바람직하지 못하기 때문에, 분기 라인(44)의 개폐 밸브(54) 및 그 하류측 구간에 체류하고 있던 약액 전부가 정확히 배출될 때까지 초기 후막 형성 공정을 행하여도 좋다. 일례로서, 초기 후막 형성 공정은 약 10초 정도 실시된다.
초기 후막 형성 공정의 전기에 있어서는, 도 6에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 프리웨트 공정에 의해 형성된 청정도가 높은(오염물질을 거의 포함하고 있지 않은) 프리웨트액(DIW)의 액막 위에, 약액 노즐(56)로부터 약액이 공급된다. 이때, 예컨대, 개폐 밸브(54)를 개방할 때에 밸브체가 밸브 시트에 대하여 이동하기 때문에, 전술한 미소 사이즈의 파티클의 원인이 될 수 있는 발진이 생길 수 있다. 여기서 발생한 먼지(파티클)는, 약액과 함께 기판(W)에 공급된다. 이 먼지를 포함한 약액은, 보호막으로서 작용하는 프리웨트액의 액막 위에 떨어진다. 약액과 프리웨트액은 상호 확산은 되지만, 약액의 먼지가 기판(W)의 표면까지 도달하는 것은 곤란하며, 먼지가 기판(W)의 표면에 부착되는 일은 거의 없다. 즉, 초기 후막 형성 공정의 전기에 있어서는, 프리웨트액의 액막에 의한 보호 효과에 의해, 기판 표면에 대한 먼지의 부착이 방지된다.
초기 후막 형성 공정을 시작하고나서의 시간 경과와 함께, 프리웨트액은 약액으로 치환되어 가고, 마지막에는, 도 7에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 기판(W)의 표면에 거의 약액만이 존재하게 된다. 이 시점에 있어서 분기 라인(44)의 개폐 밸브(54) 및 그 하류측 구간에 체류하고 있던 약액 전부가 약액 노즐(56)로부터 다 토출되는 조건으로, 초기 후막 형성 공정이 실시되고 있다. 분기 라인(44)의 개폐 밸브(54) 및 그 하류측 구간에 체류하고 있던 약액 전부가 약액 노즐(56)로부터 다 토출된 시점에서는, 약액 노즐(56)로부터 토출되는 약액에, 밸브에서 유래된 먼지는 전혀 포함되어 있지 않거나, 거의 포함되어 있지 않다(도 7을 참조). 만일, 약액 노즐(56)로부터 토출되는 약액에 다소의 먼지가 포함되어 있었다고 해도, 초기 후막 형성 공정에서는, 비교적 큰 유량(예컨대 700 mL/min)으로 약액이 공급되고 있기 때문에, 초기 후막 형성 공정의 종기에 있어서 기판(W)의 표면에 형성되어 있는 약액의 막 두께는 비교적 두껍다. 이 때문에, 액막 중의 먼지가 기판(W)의 표면과 접촉할 확률은 낮으며, 먼지가 기판(W)의 표면에 부착되는 일은 거의 없다.
기판(W)의 중심부로부터 주연을 향해 흐르는 액의 유속은, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 표면에 가까울수록 낮고, 액막 표면에 가까울수록 높다(부호 V가 붙여진 화살표의 길이가 속도를 나타내고 있음). 유속이 낮은 기판 표면 부근에서는, 약액 중에 포함된 먼지(파티클 원인 물질)는 기판(W)의 표면에 부착되기 쉽다. 약액의 막 두께가 얇은 경우, 약액 중에 포함된 먼지의 대부분은, 기판(W)의 표면 근방을 저속으로 이동하기 때문에, 기판(W)의 표면에 부착되기 쉽다. 또한, 먼지(특히 전술한 미소 사이즈의 것)는, 일단 기판(W)의 표면에 부착되면, 저유속의 액흐름에 노출되어도 기판(W)의 표면으로부터 떨어지기 어렵다. 약액의 막 두께가 두꺼운 경우에는, 약액 중에 포함되는 먼지의 대부분은 비교적 기판의 표면으로부터 떨어진 위치에서 기판(W)의 주연을 향해 비교적 고속으로 흐르기 때문에, 기판(W)의 표면에 부착되는 먼지의 양은 적어진다. 즉, 어느 정도의 양의 먼지가 포함되어 있는 약액을 기판(W)에 공급하는 경우, 대유량 또한 두꺼운 막 두께가 형성되는 기판(W)의 회전 속도로 한 쪽이, 먼지(파티클)의 부착을 억제할 수 있다. 이것을 고려하여, 초기 후막 형성 공정에 있어서의 약액의 토출 유량 및 기판(W)의 회전 속도가 결정되고 있다.
초기 후막 형성 공정의 조건에 대해서 고찰하기 위한 실험을 행해 보았다. 기판의 회전 속도를 50 rpm으로 고정하여, 약액의 토출 유량을 200∼700 mL/min 변화시킨 결과, 약액의 토출 유량이 클수록, 기판에 부착된 파티클 레벨이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 약액의 토출 유량을 200 mL/min로 고정하여 기판의 회전 속도를 50∼300 rpm 사이에서 변화시킨 결과, 기판의 회전 속도가 작을수록 기판에 부착된 파티클 레벨이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 이것으로부터 초기 후막 형성 공정에서 형성하는 액막의 두께는 클수록 파티클 레벨이 저하된다고 할 수 있다.
[본 처리 공정(약액 처리)(단계 S4)]
다음에, 기판(W)의 회전 속도를 극저속(예컨대 초기 후막 형성 공정와 동일한 속도)으로 유지한 상태에서, 약액 노즐(56)로부터의 약액의 토출 유량을 소(小)유량(예컨대 200 mL/min)까지 낮추어, 본 처리 공정을 실행한다[도 5의 (d)를 참조]. 이때, 약액의 토출 유량이 감소됨으로써, 기판(W)의 표면의 액막의 두께가 얇아진다. 물론, 약액의 토출 유량은, 기판(W)의 표면 전역이 이음매없이 약액의 액막으로 덮이는 것이 보증되는 값 이상으로 유지된다. 일례로서, 본 처리 공정은 70∼80초 정도 실시된다.
본 처리 공정을 시작하는 시점에서는, 밸브에서 유래된 먼지(파티클)의 거의 전부가 약액 노즐로부터 토출되고 있기 때문에, 초기 후막 형성 공정시와 비교하여 기판(W)에 공급되는 약액의 청정도는 높다. 이 때문에, 액막의 두께가 얇아져도, 기판(W)의 표면으로의 먼지의 부착은 방지되거나 혹은 충분히 억제된다. 본 처리 공정은, 기판(W)의 표면에 대하여 원하는 약액 처리가 완료될 때까지(예컨대 원하는 에칭량이 얻어질 때까지) 행해진다. 본 처리 공정에서는 약액의 토출 유량을 낮게 억제하고 있기 때문에, 특히 고가의 약액을 사용하는 경우의 처리 비용을 저감할 수 있다.
[전환 공정(본 처리 공정에서 린스 공정으로의 이행)(단계 S5)]
다음에, 약액 노즐(56)로부터의 약액의 토출 유량을 유지한 상태에서, 린스 노즐(64)을 기판(W)의 중심부의 바로 위의 위치에 위치시킴과 더불어, 린스 노즐(64)로부터 린스액으로서의 DIW(순수)를 중유량(예컨대 700 mL/min)으로 토출하고, 기판의 회전 속도를 저속(예컨대 200 rpm)으로 증가시킨다[도 5의 (e)를 참조]. 이때, 린스액의 토출 유량을 상기한 바와 같이 낮게 억제함으로써, 액 튐을 방지할 수 있다. 2개의 노즐(56, 64)로부터 동시에 액을 공급하는 경우, 기판(W)의 표면에서의 상이한 액흐름이 간섭함으로써 액 튐이 생길 수 있다. 튄 액은 컵에서 되튀어 기판(W)의 표면에 재부착되고, 파티클의 원인이 될 수 있지만, 개개의 노즐(56, 64)로부터의 토출 유량을 낮게 억제함으로써 액 튐을 방지할 수 있다. 또한, 2개의 노즐(56, 64)로부터 동시에 액을 공급함으로써, 개개의 노즐로부터의 액의 토출 유량을 낮게 억제하여도, 액막이 잘게 찢겨져 기판(W)의 표면이 노출되는 일은 없다. 약액 노즐(56) 및 린스 노즐(64)로부터의 액의 토출이 동시에 행해지고 있는 기간은 예컨대 10초 정도로 할 수 있다.
[린스 공정(단계 S6)]
다음에, 약액 노즐(56)로부터의 약액의 토출을 정지함과 더불어, 린스 노즐(64)로부터의 린스액의 유량을 대유량(예컨대 1500 mL/min)으로 증대시키고, 또한 기판의 회전 속도를 고속(예컨대 1000 rpm)으로 증가시킨다[도 5의 (f)를 참조]. 린스 공정은, 본 처리 공정에서 사용한 약액 및 생성된 반응 생성물이 충분히 제거되는 시간, 예컨대 30초 정도 동안 행할 수 있다.
기판(W)의 표면에 액으로 덮여 있지 않은 영역이 생기지 않는 것이 보증되는 것이면, 전환 공정을 행하지 않고, 본 처리 공정에서 린스 공정으로 직접 이행하여도 좋다. 즉, 약액 노즐(56)로부터의 약액의 토출의 정지와 동시, 혹은 거의 동시에, 린스 노즐(64)로부터의 DIW의 토출을 시작하여도 좋다.
[IPA 치환 공정(단계 S7)]
기판(W)의 회전 속도를 고속(예컨대 1000 rpm)으로 유지한 상태에서, 린스 노즐(64)로부터의 DIW의 토출을 정지하고, 또한, IPA 노즐(66)을 기판(W)의 중심부의 바로 위의 위치에 위치시킴과 더불어, IPA 노즐(66)로부터 IPA를 예컨대 100 mL/min 정도의 소유량으로 0.5초 정도 토출한다[도 5의 (g)를 참조]. 그 후, 기판의 회전 속도를 중속(예컨대 300 rpm)으로 저하시키고, IPA 노즐(66)로부터의 IPA 토출 유량을 유지한 상태에서, IPA 노즐(66)을 기판(W)의 중심부의 바로 위의 위치와 기판(W)의 주연의 바로 위의 위치 사이에서 왕복시킨다[도 5의 (h)를 참조]. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(패턴의 오목부 내를 포함함)에 있던 DIW가 IPA로 치환된다.
[건조 공정]
다음에, 기판(W)의 회전 속도를 유지하거나 혹은 증대시켜, IPA 노즐(66)로부터의 IPA의 토출을 정지한다. 이것에 의해, IPA가 기판(W)의 표면으로부터 제거되고, 기판(W)이 건조된다. 또한, 이 건조 공정은 도 4의 타임 차트에는 기재되어 있지 않다. 기판(W)이 건조되면, 기판(W)의 회전을 정지한다. 이상에 의해 기판에 대한 일련의 처리가 종료된다. 그 후, 처리가 끝난 기판(W)은 처리 유닛(16)으로부터 반출된다.
<실시형태의 효과>
약액 처리시에 약액을 비교적 대(大)유량으로 회전하는 기판에 공급하는 경우에는, 두꺼운 액막이 형성되기 때문에, 앞서 설명한 이유에 의해 기판의 표면에 파티클이 부착되기 어렵다. 그러나, 약액이 고가인 경우에는 약액의 소비량의 삭감이 요구된다. 약액의 소비량을 삭감하는 방법으로는, 기판에 대한 약액 공급량 자체를 줄이는 방법, 혹은, 사용이 끝난 약액을 회수하여 재이용하는 방법이 있다. 후자의 경우, 최근의 파티클 삭감 요구를 만족시키지 못하는 경우가 종종 있다.
상기 실시형태에서는, 프리웨트 공정 및 초기 후막 형성 공정을 실행함으로써, 미소 사이즈의 파티클 원인 물질이 포함되어 있는 약액이 기판의 표면 상에 토출되었다고 해도, 파티클 원인 물질이 기판의 표면에 접촉할(즉 부착될) 기회를 대폭 감소시키고 있다. 본 처리 공정(약액 처리)에 있어서는 함유하는 파티클 원인물질의 양이 충분히 낮게 억제된 약액이 기판에 공급된다. 이 때문에, 액막의 두께를 얇게 하여도(즉 약액의 공급량을 감소시켜도) 기판에 미소 사이즈의 파티클이 부착될 우려가 없다. 상기 실시형태에 따르면, 약액을 항상 대유량으로 토출하여 약액 처리를 행하는 경우와 비교하여, 기판에 부착되는 파티클 레벨을 동등 이하로 억제하면서, 약액의 총 소비량을 삭감할 수 있다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시형태는, 첨부한 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일없이, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
기판은, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 유리 기판, 세라믹 기판 등의 반도체 장치 제조의 기술 분야에서 이용되는 임의의 종류의 기판이어도 좋다.

Claims (8)

  1. 기판 처리 방법에 있어서,
    기판을 회전시키면서 청정액을 상기 기판에 공급하고, 상기 기판의 표면에 상기 청정액의 액막을 형성하는 청정액막 형성 공정과,
    상기 청정액막 형성 공정 후에, 상기 기판을 제1 회전 속도로 회전시키면서, 약액을 제1 공급 유량으로 상기 기판에 공급하고, 상기 기판의 표면에 제1 두께의 약액의 액막을 형성하면서 상기 기판을 상기 약액에 의해 처리하는 제1 약액 처리 공정과,
    상기 제1 약액 처리 공정 후에, 상기 기판을 제2 회전 속도로 회전시키면서, 상기 제1 약액 처리 공정에서 이용한 약액과 동일한 약액을 제2 공급 유량으로 상기 기판에 공급하고, 상기 기판의 표면에 제2 두께의 상기 약액의 액막을 형성하면서 상기 기판을 상기 약액에 의해 처리하는 제2 약액 처리 공정
    을 포함하고,
    상기 청정액은, 상기 제1 및 제2 약액 처리 공정에서 이용한 상기 약액보다 청정도가 높은 상기 약액과는 상이한 액이며,
    상기 제1 공급 유량은 상기 제2 공급 유량보다 크고, 또한, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 두꺼운 것인, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회전 속도는 상기 제2 회전 속도보다 높거나 혹은 상기 제2 회전 속도와 동일한 것인, 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판으로의 상기 약액의 공급은, 상기 약액을 토출하는 약액 노즐과, 상기 약액이 순환하는 순환 라인으로부터 분기되어 상기 약액 노즐에 상기 약액을 공급하는 디스펜스 라인과, 상기 디스펜스 라인에 설치되고, 상기 순환 라인으로부터 상기 약액 노즐로의 상기 약액의 공급을 차단하는 개폐 밸브를 갖는 약액 공급부를 이용하여 실시되며,
    상기 제1 약액 처리 공정을 시작하기 전에, 상기 개폐 밸브를 개방하여, 적어도 상기 디스펜스 라인의 상기 개폐 밸브로부터 상기 약액 노즐에 이르기까지의 구간에 체류하고 있던 상기 약액을 미리 정해진 배출 장소에 배출하는 더미 디스펜스 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판으로의 상기 약액의 공급은, 상기 약액을 토출하는 약액 노즐과, 상기 약액이 순환하는 순환 라인으로부터 분기되어 상기 약액 노즐에 상기 약액을 공급하는 디스펜스 라인과, 상기 디스펜스 라인에 설치되고, 상기 순환 라인으로부터 상기 약액 노즐로의 상기 약액의 공급을 차단하는 개폐 밸브를 갖는 약액 공급부를 이용하여 실시되며,
    상기 제1 약액 처리 공정은, 적어도, 상기 개폐 밸브를 개방하여 상기 약액 노즐로부터 상기 기판으로 상기 약액이 토출되기 시작한 시점에서의 적어도 상기 디스펜스 라인의 상기 개폐 밸브로부터 상기 약액 노즐에 이르기까지의 구간에 존재하고 있던 상기 약액 전부가 상기 약액 노즐로부터 다 토출될 때까지 실행되는 것인, 기판 처리 방법.
  5. 기판 처리 장치에 있어서,
    기판을 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부를 회전시키는 회전 구동부와,
    상기 기판 유지부에 의해 유지된 기판에 청정액을 공급하는 청정액 공급부와,
    상기 기판 유지부에 의해 유지된 기판에 약액을 공급하는 약액 공급부와,
    상기 기판 처리 장치의 동작을 제어하여, 기판 처리 방법을 실행시키는 제어부
    를 포함하고,
    상기 기판 처리 방법은,
    기판을 회전시키면서 청정액을 상기 기판에 공급하고, 상기 기판의 표면에 상기 청정액의 액막을 형성하는 청정액막 형성 공정과,
    상기 청정액막 형성 공정 후에, 상기 기판을 제1 회전 속도로 회전시키면서, 약액을 제1 공급 유량으로 상기 기판에 공급하고, 상기 기판의 표면에 제1 두께의 약액의 액막을 형성하면서 상기 기판을 상기 약액에 의해 처리하는 제1 약액 처리 공정과,
    상기 제1 약액 처리 공정 후에, 상기 기판을 제2 회전 속도로 회전시키면서, 상기 제1 약액 처리 공정에서 이용한 약액과 동일한 약액을 제2 공급 유량으로 상기 기판에 공급하고, 상기 기판의 표면에 제2 두께의 상기 약액의 액막을 형성하면서 상기 기판을 상기 약액에 의해 처리하는 제2 약액 처리 공정
    을 포함하고,
    상기 청정액은, 상기 제1 및 제2 약액 처리 공정에서 이용한 상기 약액보다 청정도가 높은 상기 약액과는 상이한 액이며,
    상기 제1 공급 유량은 상기 제2 공급 유량보다 크고, 또한, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 두꺼운 것인, 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 회전 속도는 상기 제2 회전 속도보다 높거나 혹은 상기 제2 회전 속도와 동일한 것인, 기판 처리 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 기판으로의 상기 약액의 공급은, 상기 약액을 토출하는 약액 노즐과, 상기 약액이 순환하는 순환 라인으로부터 분기되어 상기 약액 노즐에 상기 약액을 공급하는 디스펜스 라인과, 상기 디스펜스 라인에 설치되고, 상기 순환 라인으로부터 상기 약액 노즐로의 상기 약액의 공급을 차단하는 개폐 밸브를 갖는 약액 공급부를 이용하여 실시되며,
    상기 제1 약액 처리 공정을 시작하기 전에, 상기 개폐 밸브를 개방하여, 적어도 상기 디스펜스 라인의 상기 개폐 밸브로부터 상기 약액 노즐에 이르기까지의 구간에 체류하고 있던 상기 약액을 미리 정해진 배출 장소에 배출하는 더미 디스펜스 공정을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 기판으로의 상기 약액의 공급은, 상기 약액을 토출하는 약액 노즐과, 상기 약액이 순환하는 순환 라인으로부터 분기되어 상기 약액 노즐에 상기 약액을 공급하는 디스펜스 라인과, 상기 디스펜스 라인에 설치되고, 상기 순환 라인으로부터 상기 약액 노즐로의 상기 약액의 공급을 차단하는 개폐 밸브를 갖는 약액 공급부를 이용하여 실시되며,
    상기 제1 약액 처리 공정은, 적어도, 상기 개폐 밸브를 개방하여 상기 약액 노즐로부터 상기 기판으로 상기 약액이 토출되기 시작한 시점에서의 적어도 상기 디스펜스 라인의 상기 개폐 밸브로부터 상기 약액 노즐에 이르기까지의 구간에 존재하고 있던 상기 약액 전부가 상기 약액 노즐로부터 다 토출될 때까지 실행되는 것인, 기판 처리 장치.
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