KR20230156419A - 기판 처리 방법, 및, 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20230156419A
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다카요시 다나카
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

기판 처리 방법은, 오목부를 형성하는 오목부 형성면을 포함하는 주면을 갖고, 상기 오목부 내에 피제거층이 형성되어 있는 기판을 처리한다. 상기 기판 처리 방법은, 에칭 이온을 함유하는 에칭액을 상기 기판의 주면에 공급하여, 상기 피제거층을 에칭하는 에칭 공정과, 상기 기판의 주면 상의 상기 에칭액을 농축하는 농축 공정과, 상기 에칭액의 농축에 의하여 노출된 상기 오목부 형성면을 친수화하는 친수화 공정과, 상기 친수화 공정 후, 상기 기판의 주면에 린스액을 공급함으로써, 상기 에칭 이온을 상기 린스액 중에 확산시키는 이온 확산 공정과, 상기 기판의 주면으로부터 상기 린스액을 제거하는 린스액 제거 공정을 포함한다.

Description

기판 처리 방법, 및, 기판 처리 장치
이 발명은, 기판을 처리하는 기판 처리 방법, 및, 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
처리의 대상이 되는 기판에는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치 및 유기 EL(Electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양 전지용 기판 등이 포함된다.
에칭에 의하여 형성되는 패턴 형상은 다양하다. 패턴의 미세화나 전자 부품의 삼차원 구조화에 수반하여, 개구가 좁은 오목부를 에칭에 의하여 형성할 것이 요구되고 있다.
이에, 하기 특허문헌 1에는, 개구가 좁은 오목부로의 에칭액의 진입을 촉진시키기 위하여, 오목부의 표면을 친수화하는 기술이 개시되어 있다.
일본국 특허공개 2020-155612호 공보
에칭액은, 좁은 곳에 있어서 이동이 제한된다. 그 때문에, 특허문헌 1에 있어서, 개구가 좁은 오목부에 진입한 에칭액은, 오목부 내로부터 충분히 제거할 수 없을 우려가 있다.
이에, 이 발명의 하나의 목적은, 기판의 주면에 형성된 오목부 내의 피제거층을 에칭하는 구성에 있어서, 오목부 내의 에칭액의 잔존을 억제할 수 있는 기판 처리 방법, 및, 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
이 발명의 일 실시 형태는, 오목부를 형성하는 오목부 형성면을 포함하는 주면을 갖고, 상기 오목부 내에 피제거층이 형성되어 있는 기판을 처리하는 기판 처리 방법을 제공한다.
상기 기판 처리 방법은, 에칭 이온을 함유하는 에칭액을 상기 기판의 주면에 공급하여, 상기 피제거층을 에칭하는 에칭 공정과, 상기 기판의 주면 상의 상기 에칭액을 농축하는 농축 공정과, 상기 에칭액의 농축에 의하여 노출된 상기 오목부 형성면을 친수화하는 친수화 공정과, 상기 친수화 공정 후, 상기 기판의 주면에 린스액을 공급함으로써, 상기 에칭 이온을 상기 린스액 중에 확산시키는 이온 확산 공정과, 상기 기판의 주면으로부터 상기 린스액을 제거하는 린스액 제거 공정을 포함한다.
이 기판 처리 방법에 의하면, 금속층 등의 피제거층이 에칭액에 의하여 제거된 후에, 에칭액이 농축된다. 그 때문에, 에칭액이 오목부 내에 잔존하는 한편, 오목부 형성면이 노출된다. 그 때문에, 그 후의 친수화 공정에 의하여, 오목부 형성면을 양호하게 친수화할 수 있다.
오목부 형성면이 친수화된 후에, 기판의 주면에 린스액이 공급되기 때문에, 린스액이 오목부 내에 진입하기 쉽다. 오목부 내에 진입한 린스액이 농축된 에칭액과 접촉하기 때문에, 이온 농도의 차(이온 농도 구배)가 발생한다. 상세하게는, 농축에 의하여 에칭 이온의 농도가 높아져 있는 에칭액과, 에칭 이온을 함유하지 않는 린스액이 접촉한다. 그 때문에, 에칭 이온의 농도를 균일화하기 위하여, 에칭 이온이 린스액 중에 확산된다. 그에 의하여, 에칭 이온이 오목부 밖으로 이동하고, 오목부 내에 있어서의 에칭액의 잔존을 억제할 수 있다. 그 후, 기판의 주면 상으로부터 린스액을 제거함으로써, 기판의 주면 상으로부터 에칭 이온을 제거할 수 있다. 그 때문에, 린스액이 농축되어 에칭 이온이 오목부 내에 잔류하는 것을 억제할 수 있다.
이 발명의 일 실시 형태에서는, 오목부의 폭이 5nm 이하이다. 그렇다면, 오목부 내로의 린스액의 이동이 제한되기 쉽다. 이에, 에칭액을 농축한 후에 오목부 형성면을 친수화하면, 오목부 내로의 린스액의 진입을 촉진시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시 형태에서는, 상기 린스액 제거 공정 후, 상기 이온 확산 공정 및 상기 린스액 제거 공정이 적어도 1회씩 반복된다. 이 방법에 의하면, 한 번의 린스액에 의한 확산만으로 오목부 내에 잔존하는 에칭 이온을 충분히 제거할 수 없는 경우이더라도, 린스액에 의한 확산을 복수 회 실행함으로써, 오목부 내에 잔존하는 에칭 이온을 충분히 제거할 수 있다.
이 발명의 일 실시 형태에서는, 상기 친수화 공정이, 상기 오목부 형성면을 산화시키는 산화 공정을 포함한다.
이 발명의 일 실시 형태에서는, 상기 산화 공정이, 상기 기판의 주면에 액상 산화제를 공급하는 액상 산화제 공급 공정을 포함한다. 이 방법에 의하면, 에칭액의 공급, 및, 린스액의 공급의 사이에 실행되는 오목부 형성면의 친수화가 액상 산화제, 즉 액체의 공급에 의하여 달성된다. 그 때문에, 가스상 산화제의 공급 또는 자외선의 조사에 의하여 오목부 형성면을 친수화하는 경우와는 상이하고, 친수화를 위하여 기판을 다른 챔버로 이동시킬 필요가 없다. 그 때문에, 기판 처리를 신속하게 실행할 수 있다.
이 발명의 일 실시 형태에서는, 상기 기판 처리 방법이, 상기 이온 확산 공정 전에, 상기 기판의 주면에 공급된 액상 산화제를 상기 기판의 주면으로부터 제거하는 산화제 제거 공정을 추가로 포함한다.
이 방법에 의하면, 기판의 주면에 린스액을 공급하기 전에, 기판의 주면으로부터 액상 산화제가 제거된다. 그 때문에, 기판의 주면에 공급된 린스액에 산화제가 혼입되어 린스액 중의 이온 농도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 농축된 에칭액과 린스액이 접촉함으로써 발생하는 이온 농도 구배가 감소하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 오목부 내에 있어서의 에칭액의 잔존을 억제할 수 있다.
이 발명의 일 실시 형태에서는, 상기 산화 공정이, 상기 기판의 주면으로의 가스상 산화제의 공급, 및, 상기 기판의 주면에 광의 조사 중 적어도 어느 하나를 실행하는 드라이 산화 공정을 포함한다. 이 방법에 의하면, 액체를 이용하는 일 없이 오목부 형성면을 친수화할 수 있다. 그 때문에, 기판의 친수화에 이용되는 액체가 린스액에 혼입하는 것에 의한 린스액 중의 이온 농도의 상승을 방지할 수 있다.
이 발명의 일 실시 형태에서는, 상기 농축 공정이, 상기 기판의 주면을 건조시키는 건조 공정을 포함한다.
이 발명의 일 실시 형태에서는, 상기 에칭 공정이, 기판 유지 부재에 유지된 상기 기판의 주면을 향하여 에칭액 노즐로부터 상기 에칭액을 토출하여 상기 에칭액을 상기 기판의 주면에 공급하는 에칭액 공급 공정을 포함한다. 그리고, 상기 건조 공정이, 상기 기판의 주면의 중심부를 통과하여 상기 기판의 주면에 대하여 직교하는 회전축선 둘레로 상기 기판 유지 부재를 회전시킴으로써 상기 기판을 회전시켜, 상기 에칭액에 함유되는 용매 성분을 상기 기판의 주면으로부터 증발시키는 회전 증발 공정을 포함한다.
기판의 주면으로의 에칭액의 공급과 기판의 주면으로부터의 에칭액의 용매 성분의 증발이, 모두, 기판 유지 부재에 기판을 유지시킨 상태로 실행된다. 그 때문에, 에칭의 종료 후, 신속하게 에칭액을 농축할 수 있다.
이 발명의 일 실시 형태에서는, 상기 건조 공정이, 상기 기판의 주면에 접하는 공간을 감압함으로써 상기 에칭액에 함유되는 용매 성분을 상기 기판의 주면으로부터 증발시키는 감압 증발 공정을 포함한다. 이 방법에 의하면, 기판의 주면에 접하는 공간의 감압에 의하여 에칭액을 신속하게 농축할 수 있다.
이 발명의 다른 실시 형태는, 오목부를 형성하는 오목부 형성면을 포함하는 주면을 갖고, 상기 오목부 내에 피제거층이 형성되어 있는 기판을 처리하는 기판 처리 장치를 제공한다. 상기 기판 처리 장치는, 에칭 이온을 함유하여 상기 피제거층을 에칭하는 에칭액을 상기 기판의 주면에 공급하는 에칭액 공급 부재와, 상기 기판의 주면 상의 상기 에칭액을 농축하는 에칭액 농축 부재와, 상기 에칭액의 농축에 의하여 노출된 상기 오목부 형성면을 친수화하는 친수화 부재와, 상기 에칭 이온을 액 중에 확산시키는 린스액을 상기 기판의 주면에 공급하는 린스액 공급 부재와, 상기 기판의 주면으로부터 상기 린스액을 제거하는 린스액 제거 부재를 포함한다. 이 기판 처리 장치에 의하면, 상술한 기판 처리 방법과 동일한 효과를 나타낸다.
본 발명에 있어서의 상술한, 또는 또 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도면을 참조하여 다음에 서술하는 실시 형태의 설명에 의하여 밝혀진다.
도 1a는, 처리 대상이 되는 기판의 디바이스면의 표층부의 구조를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 1b는, 도 1a에 나타내는 화살표 IB에서 본 도면이다.
도 2a는, 이 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2b는, 상기 기판 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 입면도이다.
도 3은, 상기 기판 처리 장치에 구비되는 웨트 처리 유닛의 구성예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는, 상기 기판 처리 장치의 제어에 관한 구성예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는, 상기 기판 처리 장치에 의하여 실행되는 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6a는, 상기 기판 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6b는, 상기 기판 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6c는, 상기 기판 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6d는, 상기 기판 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은, 상기 기판 처리 중의 기판의 상면 부근의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은, 상기 기판 처리의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는, 이 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
도 10은, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 구비되는 가스 산화 처리 유닛을 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 11은, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 의하여 실행되는 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 중의 기판의 상면 부근의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 13은, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 구비되는 광 조사 처리 유닛의 구성예를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 14는, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 의하여 실행되는 기판 처리의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
<처리 대상이 되는 기판의 표층부의 구조>
도 1a는, 처리 대상이 되는 기판(W)의 디바이스면의 표층부의 구조를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다. 도 1b는, 도 1a에 나타내는 화살표 IB에서 본 도면이다. 기판(W)은, 실리콘 웨이퍼 등의 기판이며, 한 쌍의 주면을 갖는다. 한 쌍의 주면 중 적어도 한쪽이, 요철 패턴이 형성된 디바이스면이다. 한 쌍의 주면 중 한쪽은, 요철 패턴이 형성되어 있지 않은 비(非)디바이스면이어도 되고, 한 쌍의 주면이 모두 디바이스면이더라도, 서로 상이한 요철 패턴이 형성되어 있는 경우도 있을 수 있다.
적어도 한쪽의 디바이스면의 표층부에는, 예를 들면, 복수의 오목부(100)가 형성된 구조물(102)과, 복수의 오목부(100)에 각각 매설된 복수의 금속층(103)이 형성되어 있다. 구조물(102)은, 예를 들면, 산화 실리콘(SiO2)층, 질화 실리콘(SiN) 등의 절연층, 폴리실리콘 등의 반도체층, 또는 이들의 조합이어도 된다. 금속층(103)은, 예를 들면, 질화 티탄이다. 금속층(103)은, 피제거층의 일례이지만, 피제거층은, 금속층에 한정되지 않는다.
구조물(102)은, 복수의 오목부(100)를 각각 형성하는 복수의 오목부 형성면(104)을 갖는다. 오목부 형성면(104)은, 기판(W)의 주면의 일부를 구성하고 있다. 오목부 형성면(104)은, 오목부(100)의 바닥부를 형성하는 바닥면(104a)과, 오목부(100)의 개구를 형성하는 측면(104b)을 갖는다.
오목부(100)는, 오목부(100)의 깊이 방향(D)에서 보아, 예를 들면, 사각형 형상이고, 오목부(100)의 단변의 폭(W1)은, 1nm 이상 5nm 이하이며, 오목부(100)의 장변의 폭(W2)은, 10nm 이상 50nm 이하이다. 도 1b와는 상이하게, 오목부(100)는, 깊이 방향(D)에서 보아, 원형 형상이어도 된다. 이 경우, 오목부(100)의 직경(폭)이 1nm 이상 5nm 이하이다.
<제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성>
도 2a는, 이 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 구성을 설명하기 위한 평면도이다. 도 2b는, 기판 처리 장치(1)의 구성을 설명하기 위한 입면도이다.
기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 한 장씩 처리하는 매엽식의 장치이다. 이 실시 형태에서는, 기판(W)은, 원판 형상을 갖는다. 이 실시 형태에서는, 기판(W)은, 표층부에 구조물(102)이 형성되어 있는 디바이스면을 상방을 향한 자세로 처리된다.
기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 처리하는 복수의 처리 유닛(2)과, 처리 유닛(2)으로 처리되는 복수 장의 기판(W)을 수용하는 캐리어(CA)가 재치(載置)되는 로드 포트(LP)와, 로드 포트(LP)와 처리 유닛(2)의 사이에서 기판(W)을 반송하는 반송 로봇(IR 및 CR)과, 기판 처리 장치(1)를 제어하는 컨트롤러(3)를 구비한다.
반송 로봇(IR)은, 캐리어(CA)와 반송 로봇(CR)의 사이에서 기판(W)을 반송한다. 반송 로봇(CR)은, 반송 로봇(IR)과 처리 유닛(2)의 사이에서 기판(W)을 반송한다.
각 반송 로봇(IR, CR)은, 예를 들면, 모두, 한 쌍의 다관절 아암(AR)과, 상하로 서로 이격하도록 한 쌍의 다관절 아암(AR)의 선단에 각각 설치된 한 쌍의 핸드(H)를 포함하는 다관절 아암 로봇이다.
복수의 처리 유닛(2)은, 수평으로 떨어진 4개의 위치에 각각 배치된 4개의 처리 타워를 형성하고 있다. 각 처리 타워는, 상하 방향으로 적층된 복수(이 실시 형태에서는, 3개)의 처리 유닛(2)을 포함한다(도 2b를 참조). 4개의 처리 타워는, 로드 포트(LP)로부터 반송 로봇(IR, CR)을 향하여 연장되는 반송 경로(TR)의 양측에 2개씩 배치되어 있다(도 2a를 참조).
제1 실시 형태에서는, 처리 유닛(2)은, 액체로 기판(W)을 처리하는 웨트 처리 유닛(2W)이다. 각 웨트 처리 유닛(2W)은, 챔버(4)와, 챔버(4) 내에 배치된 처리 컵(7)을 구비하고 있고, 처리 컵(7) 내에서 기판(W)에 대한 처리를 실행한다.
챔버(4)에는, 반송 로봇(CR)에 의하여, 기판(W)을 반입하거나 기판(W)을 반출하거나 하기 위한 출입구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 챔버(4)에는, 이 출입구를 개폐하는 셔터 유닛(도시하지 않음)이 구비되어 있다.
도 3은, 웨트 처리 유닛(2W)의 구성예를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
웨트 처리 유닛(2W)은, 소정의 제1 유지 위치에 기판(W)을 유지하면서, 회전축선(A1)(연직축선) 둘레로 기판(W)을 회전시키는 스핀 척(5)과, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)에 상방으로부터 대향하는 대향 부재(6)를 추가로 구비한다. 회전축선(A1)은, 기판(W)의 중심부를 통과하고, 기판(W)의 주면에 대하여 직교한다. 즉, 회전축선(A1)은, 연직으로 연장된다. 제1 유지 위치는, 도 3에 나타내는 기판(W)의 위치이며, 기판(W)이 수평인 자세로 유지되는 위치이다.
스핀 척(5)은, 수평 방향을 따르는 원판 형상을 갖는 스핀 베이스(21)와, 스핀 베이스(21)의 상방에서 기판(W)을 파지하여 제1 유지 위치에 기판(W)을 유지하는 복수의 척 핀(20)과, 스핀 베이스(21)에 상단이 연결되어 연직 방향으로 연장되는 회전축(22)과, 회전축(22)을 그 중심축선(회전축선(A1)) 둘레로 회전시키는 회전 구동 부재(23)를 포함한다. 스핀 척(5)은, 기판 유지 부재의 일례이다.
복수의 척 핀(20)은, 스핀 베이스(21)의 둘레 방향으로 간격을 두고 스핀 베이스(21)의 상면에 배치되어 있다. 회전 구동 부재(23)는, 예를 들면, 전동 모터 등의 액추에이터이다. 회전 구동 부재(23)는, 회전축(22)을 회전시킴으로써 스핀 베이스(21) 및 복수의 척 핀(20)이 회전축선(A1) 둘레로 회전한다. 이에 의하여, 스핀 베이스(21) 및 복수의 척 핀(20)과 함께, 기판(W)이 회전축선(A1) 둘레로 회전된다.
복수의 척 핀(20)은, 기판(W)의 주연부에 접촉하여 기판(W)을 파지하는 닫힘 위치와, 기판(W)의 주연부로부터 퇴피한 열림 위치의 사이에서 이동 가능하다. 복수의 척 핀(20)은, 개폐 기구(도시하지 않음)에 의하여 이동된다. 복수의 척 핀(20)은, 닫힘 위치에 위치할 때, 기판(W)의 주연부를 파지하여 기판(W)을 수평으로 유지한다. 개폐 기구는, 예를 들면, 링크 기구와, 링크 기구에 구동력을 부여하는 액추에이터를 포함한다.
대향 부재(6)는, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)의 상면과의 사이의 공간 내의 분위기를 당해 공간의 외부의 분위기로부터 차단하는 판 형상의 부재이다. 그 때문에, 대향 부재(6)는, 차단판이라고도 불린다.
대향 부재(6)는, 스핀 척(5)에 유지된 기판(W)의 상면에 상측으로부터 대향하는 대향면(6a)을 갖는다. 대향 부재(6)는, 기판(W)과 거의 같은 직경 또는 그 이상의 직경을 갖는 원판 형상으로 형성되어 있다. 대향 부재(6)에 있어서 대향면(6a)과는 반대 측에는, 지지축(33)이 고정되어 있다.
대향 부재(6)는, 대향 부재(6)를 승강시키는 대향 부재 승강 기구(34)에 접속되어 있다. 대향 부재 승강 기구(34)는, 예를 들면, 지지축(33)을 승강 구동하는 전동 모터 또는 에어 실린더를 갖고 있어도 되고, 이들 이외의 액추에이터를 갖고 있어도 된다. 대향 부재(6)는, 회전축선(A1) 둘레로 회전 가능해도 된다.
처리 컵(7)은, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)으로부터 비산하는 액체를 받는다. 처리 컵(7)은, 스핀 척(5)에 유지된 기판(W)으로부터 바깥쪽으로 비산하는 액체를 받아내는 복수(도 3의 예에서는 2개)의 가드(30)와, 복수의 가드(30)에 의하여 하방으로 안내된 액체를 받아내는 복수(도 3의 예에서는 2개)의 컵(31)과, 복수의 가드(30) 및 복수의 컵(31)을 둘러싸는 원통 형상의 외벽 부재(32)를 포함한다. 복수의 가드(30)는, 가드 승강 구동 기구(도시하지 않음)에 의하여 개별적으로 승강된다. 가드 승강 구동 기구는, 예를 들면, 각 가드(30)를 승강 구동하는 전동 모터 또는 에어 실린더를 갖고 있어도 되고, 이들 이외의 액추에이터를 갖고 있어도 된다.
웨트 처리 유닛(2W)은, 스핀 척(5)에 유지된 기판(W)의 상면(상측의 주면)에 에칭액을 공급하는 에칭액 노즐(10)과, 스핀 척(5)에 유지된 기판(W)의 상면에 액상 산화제를 공급하는 액상 산화제 노즐(11)과, 스핀 척(5)에 유지된 기판(W)의 상면에 린스액을 공급하는 린스액 노즐(12)을 추가로 구비한다.
에칭액은, 예를 들면, 불산, 또는, APM액(암모니아 과산화 수소수 혼합액)이며, 에칭 이온을 함유하고, 금속층(103)을 에칭하는 액체이다. 에칭 이온은, 예를 들면, HF2-, NH4+ 등이며, 금속층(103)을 산화하여 제거하기 위한 성분이다. 에칭액이 불산인 경우, 에칭 이온은 HF2-이며, 에칭액이 APM액인 경우, 에칭 이온은 NH4+이다. 에칭액에 함유되는 용매 성분은, 예를 들면, 물이다. 에칭액은, 오목부(100) 내에서의 에칭 이온의 이동을 촉진시키는 염화 암모늄 등의 이동 촉진제를 함유하고 있어도 된다.
액상 산화제는, 기판(W)의 주면을 친수화하는 친수화액의 일례이다. 액상 산화제는, 예를 들면, 기판(W)의 주면을 산화시킴으로써 기판(W)의 주면을 친수화하는 액상 산화제이다. 액상 산화제는, 예를 들면, APM액, 과산화 수소수, 오존수, 또는 이들의 혼합액이다. 액상 산화제에는, 산화제로서, 과산화 수소, 오존 등이 함유되어 있다.
린스액은, 주로, 에칭액의 용매 성분(예를 들면, 물)과 같은 성분에 의하여 구성되어 있는 것이 바람직하다. 린스액은, 예를 들면, 탈이온수(DIW), 탄산수, 전해 이온수, 희석 농도(예를 들면, 1ppm 이상이고, 또한, 100ppm 이하)의 염산수, 희석 농도(예를 들면, 1ppm 이상이고, 또한, 100ppm 이하)의 암모니아수, 환원수(수소수) 중 적어도 1개를 함유하는 성분이다. 린스액에는 전해질이 함유되어 있지 않은 것이 특히 바람직하고, 린스액으로서 DIW를 이용하는 것이 특히 바람직하다.
에칭액 노즐(10), 및, 액상 산화제 노즐(11)은, 모두, 적어도 수평 방향으로 이동 가능한 이동 노즐이다. 에칭액 노즐(10) 및 액상 산화제 노즐(11)은, 복수의 노즐 이동 기구(제1 노즐 이동 기구(35) 및 제2 노즐 이동 기구(36))에 의하여 각각 수평 방향으로 이동된다. 각 노즐 이동 기구는, 대응하는 노즐을 지지하는 아암(도시하지 않음)과, 대응하는 아암을 수평 방향으로 이동시키는 아암 이동 기구(도시하지 않음)를 포함한다. 각 아암 이동 기구는, 전동 모터 또는 에어 실린더를 갖고 있어도 되고, 이들 이외의 액추에이터를 갖고 있어도 된다. 이 실시 형태와는 상이하게, 에칭액 노즐(10) 및 액상 산화제 노즐(11)은, 공통의 노즐 이동 기구에 의하여 일체 이동하도록 구성되어 있어도 된다.
에칭액 노즐(10) 및 액상 산화제 노즐(11)은, 연직 방향으로도 이동할 수 있도록 구성되어 있어도 된다.
이 실시 형태에서는, 린스액 노즐(12)은, 수평 위치 및 연직 위치가 고정된 고정 노즐이지만, 에칭액 노즐(10) 및 액상 산화제 노즐(11)과 동일하게, 이동 노즐이어도 된다.
에칭액 노즐(10)은, 에칭액 노즐(10)에 에칭액을 안내하는 에칭액 배관(40)의 일단에 접속되어 있다. 에칭액 배관(40)의 타단은, 에칭액 탱크(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 에칭액 배관(40)에는, 에칭액 배관(40) 내의 유로를 개폐하는 에칭액 밸브(50A)와, 당해 유로 내의 에칭액의 유량을 조정하는 에칭액 유량 조정 밸브(50B)가 개재 설치되어 있다.
에칭액 밸브(50A)가 열리면, 에칭액 유량 조정 밸브(50B)의 개도에 따른 유량으로, 에칭액이, 에칭액 노즐(10)의 토출구로부터 하방으로 연속류로 토출된다. 에칭액 노즐(10)은, 에칭액 공급 부재의 일례이다.
액상 산화제 노즐(11)은, 액상 산화제 노즐(11)에 액상 산화제를 안내하는 액상 산화제 배관(41)의 일단에 접속되어 있다. 액상 산화제 배관(41)의 타단은, 액상 산화제 탱크(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 액상 산화제 배관(41)에는, 액상 산화제 배관(41) 내의 유로를 개폐하는 액상 산화제 밸브(51A)와, 당해 유로 내의 액상 산화제의 유량을 조정하는 액상 산화제 유량 조정 밸브(51B)가 개재 설치되어 있다.
액상 산화제 밸브(51A)가 열리면, 액상 산화제 유량 조정 밸브(51B)의 개도에 따른 유량으로, 액상 산화제가, 액상 산화제 노즐(11)의 토출구로부터 하방으로 연속류로 토출된다. 액상 산화제 노즐(11)은, 액상 산화제 공급 부재의 일례이다.
린스액 노즐(12)은, 린스액 노즐(12)에 린스액을 안내하는 린스액 배관(42)의 일단에 접속되어 있다. 린스액 배관(42)의 타단은, 린스액 탱크(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 린스액 배관(42)에는, 린스액 배관(42) 내의 유로를 개폐하는 린스액 밸브(52A)와, 당해 유로 내의 린스액의 유량을 조정하는 린스액 유량 조정 밸브(52B)가 개재 설치되어 있다.
린스액 밸브(52A)가 열리면, 린스액 유량 조정 밸브(52B)의 개도에 따른 유량으로, 린스액이, 린스액 노즐(12)의 토출구로부터 연속류로 토출된다. 린스액 노즐(12)은, 린스액 공급 부재의 일례이다.
도 4는, 기판 처리 장치(1)의 제어에 관한 구성예를 설명하기 위한 블록도이다.
컨트롤러(3)는, 마이크로 컴퓨터를 구비하고 있고, 소정의 프로그램에 따라, 기판 처리 장치(1)에 구비된 제어 대상을 제어한다. 보다 구체적으로는, 컨트롤러(3)는, 프로세서(CPU)(3A)와, 프로그램이 저장된 메모리(3B)를 포함하고, 프로세서(3A)가 프로그램을 실행함으로써, 기판 처리를 위한 다양한 제어 처리를 실행하도록 구성되어 있다.
특히, 컨트롤러(3)는, 웨트 처리 유닛(2W)을 구성하는 각 부재(밸브, 모터 등), 반송 로봇(IR, CR) 등을 제어하도록 프로그램되어 있다. 컨트롤러(3)는, 후술하는 드라이 처리 유닛(2D)을 구성하는 부재(밸브, 모터, 전원 등)에 대해서도 동일하게 제어한다.
컨트롤러(3)에 의하여 밸브가 제어됨으로써, 대응하는 노즐로부터의 유체의 토출의 유무나, 대응하는 노즐로부터의 유체의 토출 유량이 제어된다. 이하의 각 공정은, 컨트롤러(3)가 이들 구성을 제어함으로써 실행된다. 바꾸어 말하면, 컨트롤러(3)는, 이하의 각 공정을 실행하도록 프로그램되어 있다.
<기판 처리의 일례>
도 5는, 기판 처리 장치(1)에 의하여 실행되는 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5에는, 주로, 컨트롤러(3)가 프로그램을 실행함으로써 실현되는 처리가 나타내어져 있다. 도 6a~도 6d는, 기판 처리 장치(1)에 의하여 실행되는 기판 처리의 각 공정의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
기판 처리 장치(1)에 의한 기판 처리에서는, 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 기판 반입 공정(단계 S1), 에칭액 공급 공정(단계 S2), 에칭액 제거 공정(단계 S3), 액상 산화제 공급 공정(단계 S4), 산화제 제거 공정(단계 S5), 린스액 공급 공정(단계 S6), 린스액 제거 공정(단계 S7), 및, 기판 반출 공정(단계 S8)이 이 순서로 실행된다.
이하에서는, 기판 처리 장치(1)에 의하여 실행되는 기판 처리에 대하여, 주로 도 3 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 6a~도 6d에 대해서는 적절히 참조한다.
우선, 미처리의 기판(W)은, 반송 로봇(IR, CR)(도 2a를 참조)에 의하여 캐리어(CA)로부터 웨트 처리 유닛(2W)에 반입되어, 스핀 척(5)에 건네어진다(기판 반입 공정: 단계 S1). 이에 의하여, 기판(W)은, 스핀 척(5)에 의하여 수평으로 유지된다(기판 유지 공정). 스핀 척(5)에 의한 기판(W)의 유지는, 린스액 제거 공정(단계 S7)이 종료될 때까지 계속된다. 기판(W)이 웨트 처리 유닛(2W)에 반입될 때, 대향 부재(6)는, 기판(W)과 대향 부재(6)의 사이를 노즐이 통과할 수 있는 이격 위치(도 3에 나타내는 대향 부재(6)의 위치)에 배치되어 있다. 스핀 척(5)에 기판(W)이 유지되어 있는 상태로, 회전 구동 부재(23)가 기판(W)의 회전을 개시한다(기판 회전 공정).
다음으로, 반송 로봇(CR)이 처리 유닛(2) 밖으로 퇴피한 후, 기판(W)의 상면에 에칭액을 공급하는 에칭액 공급 공정(단계 S2)이 실행된다.
구체적으로는, 제1 노즐 이동 기구(35)가, 에칭액 노즐(10)을 처리 위치로 이동시켜, 에칭액 노즐(10)이 처리 위치에 위치하는 상태로, 에칭액 밸브(50A)가 열린다. 이에 의하여, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 상면을 향하여, 에칭액 노즐(10)로부터 에칭액이 토출된다(에칭액 토출 공정). 에칭액 노즐(10)로부터 토출된 에칭액은, 기판(W)의 상면에 착액(着液)한다. 에칭액은, 원심력의 작용에 의하여, 기판(W)의 상면 상의 전체에 퍼져, 기판(W)의 상면의 전체에 공급된다(에칭액 공급 공정).
이 기판 처리에서는, 에칭액 노즐(10)의 처리 위치는, 에칭액 노즐(10)의 토출구가 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 대향하는 중앙 위치이다. 그 때문에, 에칭액은, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 착액한다. 이 기판 처리와는 상이하게, 에칭액 노즐(10)은, 기판(W)의 상면을 따라 수평으로 이동하면서 에칭액을 토출해도 된다.
에칭액의 토출은, 소정의 토출 유량으로, 소정의 에칭액 토출 기간 동안 계속된다. 에칭액 토출 기간은, 예를 들면, 5초 이상 180초 이하이다. 에칭액의 토출 유량은, 예를 들면, 500mL/min 이상 2000mL/min 이하이다. 에칭액의 토출 중, 기판(W)은, 예를 들면, 300rpm 이상 1200rpm 이하의 회전 속도로 회전된다.
에칭액 공급 공정 후, 기판(W)의 상면으로부터 에칭액을 제거하는 에칭액 제거 공정(단계 S3)이 실행된다.
구체적으로는, 에칭액 밸브(50A)를 닫아 에칭액의 토출을 정지시키고, 또한, 회전 구동 부재(23)가 기판(W)의 회전을 가속시켜 기판(W)을 고속 회전시킨다. 에칭액 제거 공정에 있어서, 기판(W)은, 예를 들면, 1500rpm 이상 2500rpm 이하의 회전 속도로, 예를 들면, 60초 이상 180초 이하의 기간 동안, 회전한다. 기판(W)이 고속 회전함으로써, 기판(W)의 상면으로부터 에칭액이 떨쳐 내어져 기판(W) 밖으로 에칭액의 대부분이 배출됨과 더불어, 에칭액 중의 용매 성분이 기판(W)의 상면으로부터 증발된다(제1 회전 배출 공정, 제1 회전 증발 공정). 이에 의하여, 기판(W)의 상면으로부터 에칭액이 제거되고, 기판(W)의 상면이 건조된다(제1 건조 공정).
단, 상세하게는 후술하는 바와 같이, 에칭액은, 기판(W)의 상면으로부터 완전하게 제거되지 않고, 후술하는 린스액 제거 공정(단계 S7)이 종료될 때까지의 동안, 오목부(100) 내에 잔류한다.
기판(W)의 회전에 의한 용매 성분의 증발에 대하여 상세하게 설명한다. 기판(W)의 고속 회전 시의 원심력은, 기판(W)의 상면 상의 액체뿐만 아니라, 기판(W)의 상면에 접하는 분위기에도 작용한다. 그 때문에, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 원심력의 작용에 의하여, 기판(W) 상의 에칭액에 접하는 공간(SP1)에는, 기판(W)의 상면의 중심 측으로부터 주연 측을 향하는 기류(F)가 형성된다. 이 기류(F)에 의하여, 기판(W) 상의 에칭액에 접하는 가스 상태의 용매가 기판(W) 상으로부터 배제된다. 그 때문에, 에칭액 중의 용매 성분의 증발이 촉진된다(제1 회전 증발 공정).
에칭액 제거 공정에서는, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 대향 부재(6)가 이격 위치보다 기판(W)의 상면에 근접하는 감압 위치에 배치된다. 대향 부재(6)가 감압 위치에 위치하는 상태로, 기판(W)을 고속 회전시켜 기류(F)를 형성함으로써, 대향 부재(6)와 기판(W) 사이의 공간(SP1)을 감압할 수 있다. 이에 의하여, 에칭액 중의 용매 성분의 증발을 촉진시킬 수 있다(제1 감압 증발 공정).
에칭액의 토출이 정지된 후, 에칭액 노즐(10)은, 제1 노즐 이동 기구(35)에 의하여 퇴피 위치로 이동된다. 에칭액 노즐(10)의 퇴피 위치는, 기판(W)의 상면에 대향하지 않고, 평면에서 보았을 때, 처리 컵(7)의 바깥쪽에 위치하는 위치이다.
에칭액 제거 공정 후, 기판(W)의 상면에 액상 산화제를 공급하는 액상 산화제 공급 공정(단계 S4)이 실행된다.
구체적으로는, 대향 부재 승강 기구(34)가 대향 부재(6)를 이격 위치에 배치한다. 대향 부재(6)가 이격 위치에 위치하는 상태로, 제2 노즐 이동 기구(36)가, 액상 산화제 노즐(11)을 처리 위치로 이동시킨다. 그리고, 액상 산화제 노즐(11)이 처리 위치에 위치하는 상태로, 액상 산화제 밸브(51A)가 열린다. 이에 의하여, 도 6c에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 상면을 향하여, 액상 산화제 노즐(11)로부터 액상 산화제가 토출된다(액상 산화제 토출 공정). 액상 산화제 노즐(11)로부터 토출된 액상 산화제는, 기판(W)의 상면에 착액한다. 액상 산화제는, 원심력의 작용에 의하여, 기판(W)의 상면 상의 전체에 퍼져, 기판(W)의 상면의 전체에 공급된다(액상 산화제 공급 공정).
이 기판 처리에서는, 액상 산화제 노즐(11)의 처리 위치는, 토출구가 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 대향하는 중앙 위치이다. 그 때문에, 액상 산화제는, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 착액한다. 이 기판 처리와는 상이하게, 액상 산화제 노즐(11)은, 기판(W)의 상면을 따라 수평으로 이동하면서 액상 산화제를 토출해도 된다.
액상 산화제의 토출은, 소정의 토출 유량으로, 소정의 액상 산화제 토출 기간 동안 계속된다. 액상 산화제 토출 기간은, 예를 들면, 5초 이상 180초 이하이다. 액상 산화제의 토출 유량은, 예를 들면, 500mL/min 이상 2000mL/min 이하이다. 액상 산화제의 토출 중, 기판(W)은, 예를 들면, 300rpm 이상 1200rpm 이하의 회전 속도로 회전된다.
액상 산화제 공급 공정 후, 기판(W)의 상면 상으로부터 액상 산화제를 제거하는 산화제 제거 공정(단계 S5)이 실행된다.
구체적으로는, 액상 산화제 밸브(51A)를 닫아 액상 산화제의 토출을 정지시키고, 또한, 회전 구동 부재(23)가 기판(W)의 회전을 가속시켜 기판(W)을 고속 회전시킨다. 산화제 제거 공정에 있어서, 기판(W)은, 1500rpm 이상 2500rpm 이하의 회전 속도로, 예를 들면, 60초 이상 180초 이하의 기간 동안, 회전한다. 기판(W)이 고속 회전함으로써, 기판(W)의 상면으로부터 액상 산화제가 떨쳐 내어져 기판(W) 밖으로 액상 산화제의 대부분이 배출됨과 더불어, 액상 산화제를 기판(W)의 상면으로부터 증발시킬 수 있다(제2 회전 배출 공정, 제2 회전 증발 공정). 이에 의하여, 기판(W)의 상면으로부터 액상 산화제가 제거되고, 기판(W)의 상면이 건조된다(제2 건조 공정).
산화제 제거 공정에 있어서도, 액상 산화제 공급 공정과 동일하게, 기판(W)의 고속 회전 시의 원심력의 작용에 의하여 형성된 기류(F)에 의하여, 액상 산화제의 증발이 촉진된다. 또, 산화제 제거 공정에 있어서도, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 대향 부재(6)를 감압 위치에 배치해도 된다(제2 감압 증발 공정).
액상 산화제의 공급이 정지된 후, 액상 산화제 노즐(11)은, 제2 노즐 이동 기구(36)에 의하여 퇴피 위치로 이동된다. 액상 산화제 노즐(11)의 퇴피 위치는, 기판(W)의 상면에는 대향하지 않고, 평면에서 보았을 때, 처리 컵(7)의 바깥쪽에 위치하는 위치이다.
기판(W)의 상면 상으로부터 액상 산화제가 제거된 후, 기판(W)의 상면에 린스액을 공급하는 린스액 공급 공정(단계 S6)이 실행된다.
구체적으로는, 대향 부재 승강 기구(34)가 대향 부재(6)를 이격 위치에 배치한다. 대향 부재(6)가 이격 위치에 위치하는 상태로, 린스액 밸브(52A)가 열린다. 이에 의하여, 도 6d에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 상면을 향하여, 린스액 노즐(12)로부터 린스액이 토출된다(린스액 토출 공정). 린스액 노즐(12)로부터 토출된 린스액은, 기판(W)의 상면에 착액한다. 린스액은, 원심력의 작용에 의하여, 기판(W)의 상면 상의 전체에 퍼져, 기판(W)의 상면의 전체에 공급된다(린스액 공급 공정).
린스액의 토출은, 소정의 토출 유량으로, 소정의 린스액 토출 기간 동안 계속된다. 액상 산화제 토출 기간은, 예를 들면, 10초 이상 180초 이하이다. 린스액의 토출 유량은, 예를 들면, 500mL/min 이상 2000mL/min 이하이다. 린스액의 토출 중, 기판(W)은, 예를 들면, 300rpm 이상 1200rpm 이하의 회전 속도로 회전된다.
린스액 공급 공정 후, 기판(W)의 상면으로부터 린스액을 제거하는 린스액 제거 공정(단계 S7)이 실행된다.
구체적으로는, 린스액 밸브(52A)를 닫아 린스액의 토출을 정지시키고, 또한, 회전 구동 부재(23)가 기판(W)의 회전을 가속시켜 기판(W)을 고속 회전시킨다. 린스액 제거 공정에 있어서, 기판(W)은, 1500rpm 이상 2500rpm 이하의 회전 속도로, 예를 들면, 60초 이상 180초 이하의 기간 동안, 회전한다. 기판(W)이 고속 회전함으로써, 기판(W)의 상면으로부터 린스액이 떨쳐 내어져 기판(W) 밖으로 린스액의 대부분이 배출됨과 더불어, 린스액 중의 용매 성분이 기판(W)의 상면으로부터 증발된다(제3 회전 배출 공정, 제3 회전 증발 공정). 이에 의하여, 기판(W)의 상면으로부터 린스액이 제거되고, 기판(W)의 상면이 건조된다(제3 건조 공정).
린스액 제거 공정에 있어서도, 에칭액 제거 공정과 동일하게, 기판(W)의 고속 회전 시의 원심력의 작용에 의하여 형성된 기류(F)에 의하여, 린스액의 증발이 촉진된다. 또, 린스액 제거 공정에 있어서도, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 대향 부재(6)를 감압 위치에 배치해도 된다(제3 감압 증발 공정).
린스액 제거 공정(단계 S7) 후, 대향 부재 승강 기구(34)가 대향 부재(6)를 이격 위치로 이동시키고, 또한, 회전 구동 부재(23)가 기판(W)의 회전을 정지시킨다. 그 후, 반송 로봇(CR)이, 웨트 처리 유닛(2W)에 진입하여, 스핀 척(5)으로부터 처리 완료된 기판(W)을 수취하고, 웨트 처리 유닛(2W) 밖으로 반출한다(기판 반출 공정: 단계 S8). 그 기판(W)은, 반송 로봇(CR)으로부터 반송 로봇(IR)으로 건네어지고, 반송 로봇(IR)에 의하여, 캐리어(CA)에 수납된다.
도 7은, 기판 처리 중의 기판(W)의 상면 부근의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
에칭액 공급 공정(단계 S2)에 있어서 기판(W)의 상면에 에칭액을 공급함으로써, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 오목부(100) 내의 금속층(103)이 제거된다(에칭 공정). 에칭액 공급 공정의 종료 시에는, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 오목부(100) 내의 금속층(103)이 완전하게 제거되어 있는 것이 바람직하다.
그 후, 에칭액 제거 공정(단계 S3)에서는, 에칭액(110)이 기판(W) 밖으로 배출되고, 또한, 에칭액(110) 중의 용매 성분이 증발된다. 그 때문에, 에칭액이 농축되고, 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같이, 농축된 에칭액(110)이 오목부(100) 내에 잔류한다(농축 공정).
기판(W)의 주면에 형성되어 있는 오목부(100)의 폭(W1)이 5nm 이하이면, 오목부(100)가 매우 좁다. 그 때문에, 용매 성분의 증발에 의하여 에칭액(110)의 에칭 이온(111)의 농도가 상승함으로써, 용매의 증기압이 저하된다. 또한, 오목부(100)와 같은 좁은 곳에서는, 용매의 증기압이 저하된다. 그 때문에, 에칭액 제거 공정 후에 있어서도, 에칭액(110)은 완전하게 제거되지 않고, 오목부(100)의 바닥부에 잔존하기 쉽다.
용매 성분의 증발에 의하여, 에칭액(110)이 오목부(100) 내에 잔존하는 한편, 오목부 형성면(104)의 측면(104b)이 노출된다. 또한, 도 7의 (c)와는 상이하게, 오목부 형성면(104)의 바닥면(104a)의 일부가 노출되어 있는 경우도 있을 수 있다.
도 7의 (d)에 나타내는 바와 같이, 에칭액(110)이 농축된 후, 액상 산화제 공급 공정(단계 S4)이 실행되어, 기판(W)의 상면에 액상 산화제(112)가 공급된다. 에칭액 제거 공정에 의하여 오목부 형성면(104)이 노출되어 있기 때문에, 액상 산화제(112)를 오목부(100) 내에 진입시킴으로써, 오목부 형성면(104)(특히, 측면(104b))을 양호하게 친수화할 수 있다(친수화 공정). 액상 산화제 노즐(11)(도 3을 참조)은, 에칭액(110)의 농축에 의하여 노출된 오목부 형성면(104)을 친수화하는 친수화 부재로서 기능한다.
그 후, 도 7의 (e)에 나타내는 바와 같이, 산화제 제거 공정(단계 S5)에 있어서 액상 산화제(112)가 제거된다. 산화제 제거 공정 후에 있어서도, 에칭 이온(111)은, 오목부(100) 내에 잔류하고 있다.
또한 그 후, 린스액 공급 공정(단계 S6)에 있어서, 린스액(113)이 기판(W)의 상면에 공급된다. 이에 의하여, 도 7의 (f)에 나타내는 바와 같이, 오목부(100) 내에 린스액(113)이 진입한다.
에칭액(110)의 농축에 의하여 오목부(100) 내에 기액 계면이 형성되어 있기 때문에, 오목부(100)의 개구로부터 기액 계면까지의 린스액(113)의 도입 경로는 기상 상태이다. 그 때문에, 린스액(113)은, 오목부(100) 전체가 액체로 채워져 있는 경우와 비교하여, 오목부(100) 내에 진입하기 쉽다. 단, 오목부(100)의 폭(W1)이 5nm 이하이면, 오목부(100) 내로의 린스액(113)의 이동이 제한되기 쉽다. 그러나, 오목부 형성면(104)의 측면(104b)은 액상 산화제(112)에 의하여 친수화되어 있다. 그 때문에, 린스액(113)을 오목부(100) 내에 원활하게 진입시킬 수 있다.
폭(W1)이 5nm 이하인 오목부(100)는, 유체 이동이 아니라 이온 확산이 지배적인 확산층을 구성한다. 오목부(100) 내에 진입한 린스액(113)은 에칭액(110)과 접촉하기 때문에, 오목부(100) 내에 있어서, 린스액(113)과 에칭액(110)의 이온 농도의 차(농도 구배)가 발생한다. 상세하게는, 에칭 이온(111)의 농도가 높은 에칭액(110)과, 에칭 이온(111)을 함유하지 않는 린스액(113)이 접촉한다. 그 때문에, 에칭 이온(111)의 농도를 균일화하기 위하여, 도 7의 (g)에 나타내는 바와 같이, 에칭 이온(111)이 린스액(113) 중에 확산된다(이온 확산 공정). 이와 같이, 친수화 공정 후, 기판(W)의 상면에 린스액(113)을 공급함으로써, 에칭 이온(111)을 린스액(113) 중에 확산시키는 이온 확산 공정이 실행된다. 이윽고, 대부분의 에칭 이온(111)이 오목부(100) 밖으로 이동하여, 오목부(100) 내에 잔류하는 에칭 이온(111)의 양이 저감된다.
그 후, 린스액 제거 공정(단계 S7)에 있어서 기판(W)의 상면으로부터 린스액이 제거된다. 린스액 공급 공정에 있어서 에칭 이온(111)이 린스액(113) 중에 확산되어 있고, 대부분의 에칭 이온(111)이 린스액(113)과 함께 기판(W) 밖으로 배출되어 있다. 그 때문에, 도 7의 (h)에 나타내는 바와 같이, 오목부(100)로부터 린스액(113)을 제거할 수 있다. 또한, 린스액 제거 공정에 있어서 린스액(113)이 농축되어 에칭 이온(111)이 오목부(100) 내에 잔류하는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이, 린스액(113)은, 에칭 이온(111)의 농도 구배를 발생시킴으로써, 에칭 이온(111)을 액 중에 확산시키는 액체로서 기능한다.
상술한 기판 처리에서는, 에칭액(110)의 공급, 및, 린스액(113)의 공급의 사이에 실행되는 오목부 형성면(104)의 친수화가 액상 산화제(112), 즉 액체의 공급에 의하여 달성된다. 그 때문에, 오목부 형성면(104)의 친수화를 가스상 산화제의 공급 또는 광의 조사에 의하여 실행하는 경우(예를 들면, 후술하는 제2 실시 형태)와는 상이하게, 친수화를 위하여 기판(W)을 다른 챔버로 이동시킬 필요가 없다. 그 때문에, 기판 처리를 신속하게 실행할 수 있다.
또, 상술한 기판 처리에서는, 기판(W)의 상면에 린스액(113)을 공급하기 전에, 기판(W)의 상면으로부터 액상 산화제(112)가 증발에 의하여 제거된다. 그 때문에, 기판(W)의 상면에 공급된 린스액(113)에 액상 산화제(112) 중의 산화제(오존이나 과산화 수소)가 혼입되어 린스액(113) 중의 이온 농도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 농축된 에칭액(110)과 린스액(113) 사이의 이온 농도 구배의 감소를 억제할 수 있다. 그 결과, 오목부(100) 내에 있어서의 에칭액(110)의 잔존을 억제할 수 있다.
또한, 상술한 기판 처리에서는, 기판(W)의 상면으로의 에칭액(110)의 공급과, 기판(W)의 상면으로부터의 에칭액(110)의 용매 성분의 증발이, 모두, 스핀 척(5)에 기판(W)을 유지시킨 상태로 실행된다. 그 때문에, 에칭의 종료 후, 신속하게 에칭액(110)을 농축할 수 있다. 또, 대향 부재(6)를 감압 위치에 배치하면서 스핀 척(5)을 고속 회전시킴으로써, 기판(W)의 상면에 접하는 공간(SP1)의 감압에 의하여 에칭액(110)을 신속하게 농축할 수 있다.
에칭액(110)의 농축은, 스핀 척(5)에 의한 기판(W)의 회전에 의하여 주로 행해진다. 따라서, 스핀 척(5)은, 에칭액 농축 부재로서 기능한다. 또한, 린스액의 제거에 대해서도, 스핀 척(5)에 의한 기판(W)의 회전에 의하여 주로 행해진다. 따라서, 스핀 척(5)은, 린스액 제거 부재로서도 기능한다.
린스액(113)에 의한 에칭 이온(111)의 확산은, 에칭액(110)의 무한 희석이라고 이해할 수 있다. 그리고, 확산에 의한 희석 속도 R은, 네른스트의 식 「R=D·S·(C0-C)/δ」에 의거하면, 농도 구배가 클수록 커진다. 여기서, 「D」는, 확산 계수를 나타내고, 「S」는, 고체 표면적을 나타낸다. 「C0」은, 농축된 에칭액(110) 중의 이온 농도를 나타내고, 「C」는, 린스액(113) 중의 이온 농도를 나타낸다. 「(C0-C)/δ」는, 확산층의 농도 구배를 나타낸다.
농축된 에칭액(110) 중의 이온 농도와 린스액(113) 중의 이온 농도의 차가 클수록, 에칭액(110)의 치환 효율이 향상된다. 그 때문에, 기판(W)으로의 린스액(113)의 공급에 의하여, 에칭액(110)을 오목부(100)로부터 효율적으로 제거할 수 있다. 또, 치환 효율을 보다 향상시키기 위해서는, 린스액(113)으로서, 이온을 최대한 함유하지 않는 물을 이용하는 것이 바람직하고, DIW를 이용하는 것이 특히 바람직하다.
도 8은, 제1 실시 형태에 따른 기판 처리의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8에 나타내는 기판 처리에서는, 린스액 제거 공정(단계 S6) 후, 린스액 공급 공정(단계 S6) 및 린스액 공급 공정(단계 S7)이 추가로 적어도 1회씩 반복된다. 바꾸어 말하면, 린스액 공급 공정(이온 확산 공정) 및 린스액 제거 공정이 번갈아 복수 회씩 실행된다. 상세하게는, 린스액 제거 공정에 있어서, 린스액이 기판(W) 밖으로 배출된 후에, 린스액 노즐(12)로부터 기판(W)의 상면을 향하여 린스액이 재차 공급된다. 또한, 도 8에 있어서의 「N」은, 1 이상의 자연수를 의미하고 있다.
이 변형예의 기판 처리에 의하면, 린스액(113)에 의한 확산을 복수 회 실행할 수 있다. 그 때문에, 한 번의 린스액(113)에 의한 확산만으로 오목부(100) 내에 잔존하는 에칭 이온(111)을 충분히 제거할 수 없는 경우이더라도, 오목부(100) 내에 잔존하는 에칭 이온(111)을 충분히 제거할 수 있다.
<제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성>
도 9는, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1P)의 구성을 설명하기 위한 평면도이다.
제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1P)가 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)(도 3을 참조)와 주로 상이한 점은, 처리 유닛(2)이, 웨트 처리 유닛(2W) 및 드라이 처리 유닛(2D)을 포함하는 점이다. 도 9에 있어서, 상술한 도 1~도 8에 나타내어진 구성과 동등한 구성에 대해서는, 도 1 등과 동일한 참조 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 후술하는 도 10~도 14에 대해서도 동일하다.
도 9에 나타내는 예에서는, 반송 로봇(IR) 측의 2개의 처리 타워가, 복수의 웨트 처리 유닛(2W)에 의하여 구성되어 있고, 반송 로봇(IR)과는 반대 측의 2개의 처리 타워가, 복수의 드라이 처리 유닛(2D)에 의하여 구성되어 있다. 제2 실시 형태에 따른 웨트 처리 유닛(2W)의 구성은, 제1 실시 형태에 따른 웨트 처리 유닛(2W)의 구성(도 3에 나타내는 구성)과 같다. 또한, 제2 실시 형태에 따른 웨트 처리 유닛(2W)에서는, 액상 산화제 노즐(11)(도 3 등을 참조)을 생략하는 것이 가능하다. 드라이 처리 유닛(2D)은, 챔버(4) 내에 배치되고, 가스상 산화제에 의하여 기판(W)을 산화시키는 가스 산화 처리 유닛(80)을 포함한다.
도 10은, 가스 산화 처리 유닛(80)의 구성예를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다. 가스 산화 처리 유닛(80)은, 기판(W)이 재치되는 가열면(82a)을 갖는 히터 유닛(82)과, 히터 유닛(82)을 수용하는 열처리 챔버(81)를 구비하고 있다.
히터 유닛(82)은, 원판 형상의 핫 플레이트의 형태를 갖고 있다. 히터 유닛(82)은, 플레이트 본체(82A) 및 히터(85)를 포함한다. 히터 유닛(82)은, 가열 부재라고도 한다.
플레이트 본체(82A)의 상면이 가열면(82a)을 구성하고 있다. 히터(85)는, 플레이트 본체(82A)에 내장되어 있는 저항체여도 된다. 히터(85)는, 히터(85)의 온도와 거의 같은 온도로 기판(W)을 가열할 수 있다. 히터(85)는, 예를 들면, 가열면(82a)에 재치된 기판(W)을 상온 이상 400℃ 이하의 온도 범위에서 가열할 수 있도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 히터(85)에는, 전원 등의 통전 기구(86)가 접속되어 있고, 통전 기구(86)로부터 공급되는 전류가 조정됨으로써, 히터(85)의 온도가 온도 범위 내의 온도로 변화한다.
열처리 챔버(81)는, 상방에 개구되는 챔버 본체(87)와, 챔버 본체(87)의 상방에서 상하로 움직여 챔버 본체(87)의 개구를 막는 덮개(88)를 구비하고 있다. 가스 산화 처리 유닛(80)은, 덮개(88)를 승강(상하 방향으로 이동)시키는 덮개 승강 구동 기구(89)를 구비하고 있다. 챔버 본체(87)와 덮개(88)의 사이는, O링 등의 탄성 부재(90)에 의하여 밀폐된다.
덮개(88)는, 덮개 승강 구동 기구(89)에 의하여, 챔버 본체(87)의 개구를 막아 내부에 밀폐 처리 공간(SP2)을 형성하는 하측 위치(도 10에 실선으로 나타내는 위치)와, 개구를 개방하도록 상방으로 퇴피한 상측 위치(도 10에 이점쇄선으로 나타내는 위치)의 사이에서 상하로 움직이게 된다. 밀폐 처리 공간(SP2)은, 기판(W)의 상면에 접하는 공간이다. 덮개(88)가 상측 위치에 위치할 때, 반송 로봇(CR)의 핸드(H)가 열처리 챔버(81) 내에 액세스할 수 있다.
기판(W)은, 히터 유닛(82) 상에 재치됨으로써, 소정의 제2 유지 위치에 수평으로 유지된다. 제2 유지 위치는, 도 10에 나타내는 기판(W)의 위치이며, 기판(W)이 수평인 자세로 유지되는 위치이다.
덮개 승강 구동 기구(89)는, 전동 모터 또는 에어 실린더를 갖고 있어도 되고, 이들 이외의 액추에이터를 갖고 있어도 된다.
가스 산화 처리 유닛(80)은, 플레이트 본체(82A)를 관통하여 상하로 움직이는 복수의 리프트 핀(83)과, 복수의 리프트 핀(83)을 상하 방향으로 이동시키는 핀 승강 구동 기구(84)를 추가로 구비하고 있다. 복수의 리프트 핀(83)은, 연결 플레이트(91)에 의하여 연결되어 있다. 복수의 리프트 핀(83)은, 핀 승강 구동 기구(84)가 연결 플레이트(91)를 승강시킴으로써, 가열면(82a)보다 상방에서 기판(W)을 지지하는 상측 위치(도 10에 이점쇄선으로 나타내는 위치)와, 선단부(상단부)가 가열면(82a)보다 하방으로 몰입되는 하측 위치(도 10에 실선으로 나타내는 위치)의 사이에서 상하로 움직이게 된다. 핀 승강 구동 기구(84)는, 전동 모터 또는 에어 실린더를 갖고 있어도 되고, 이들 이외의 액추에이터를 갖고 있어도 된다.
복수의 리프트 핀(83)은, 히터 유닛(82) 및 챔버 본체(87)를 관통하는 복수의 관통 구멍(92)에 각각 삽입되어 있다. 열처리 챔버(81)의 밖으로부터 관통 구멍(92)으로의 유체의 진입이, 리프트 핀(83)을 둘러싸는 벨로스(도시하지 않음) 등에 의하여 방지되어도 된다.
가스 산화 처리 유닛(80)은, 열처리 챔버(81) 내의 밀폐 처리 공간(SP2)에 가스상 산화제를 도입하는 복수의 가스 도입 포트(94)를 구비하고 있다. 각 가스 도입 포트(94)는, 덮개(88)를 관통하는 관통 구멍이다.
가스상 산화제는, 기판(W)의 주면을 친수화하는 친수화 가스의 일례이다. 가스상 산화제는, 예를 들면, 오존(O3) 가스이다. 가스상 산화제는, 오존 가스에 한정되지 않고, 예를 들면, 산화성 수증기, 과열 수증기 등이어도 된다.
복수의 가스 도입 포트(94)에는, 가스상 산화제를 가스 도입 포트(94)에 공급하는 가스상 산화제 배관(95)이 접속되어 있다. 가스상 산화제 배관(95)은, 가스상 산화제 공급원(도시하지 않음)으로부터 복수의 가스 도입 포트(94)를 향하는 도중에 분기하고 있다. 가스상 산화제 배관(95)에는, 그 유로를 개폐하는 가스상 산화제 밸브(96A)와, 가스상 산화제 배관(95) 내의 가스상 산화제의 유량을 조정하는 가스상 산화제 유량 조정 밸브(96B)가 개재 설치되어 있다.
가스상 산화제 밸브(96A)가 열리면, 복수의 가스 도입 포트(94)로부터 밀폐 처리 공간(SP2)에 가스상 산화제가 도입되어, 기판(W)의 상면을 향하여 가스상 산화제가 공급된다. 복수의 가스 도입 포트(94)는, 가스상 산화제 공급 부재의 일례이다.
복수의 가스 도입 포트(94)는, 가스상 산화제에 더하여 불활성 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있어도 된다(도 10의 이점쇄선을 참조). 또, 밀폐 처리 공간(SP2)에 도입되는 가스상 산화제에 불활성 가스를 혼입시킬 수도 있고, 불활성 가스의 혼입 정도에 따라 산화제의 농도(분압)를 조정할 수 있다.
가스 산화 처리 유닛(80)은, 챔버 본체(87)에 형성되고, 열처리 챔버(81)의 내부 분위기를 배기하는 복수의 배출 포트(97)를 구비하고 있다. 각 배출 포트(97)에는, 배출 배관(98)이 접속되어 있고, 배출 배관(98)에는, 그 유로를 개폐하는 배출 밸브(99)가 개재 설치되어 있다.
<제2 실시 형태에 따른 기판 처리의 일례>
도 11은, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1P)에 의하여 기판 처리의 일례가 행해지고 있을 때의 기판(W)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다. 제2 실시 형태에 따른 기판 처리가, 제1 실시 형태에 따른 기판 처리(도 5를 참조)와 주로 상이한 점은, 드라이 처리 유닛(2D)에 의하여 기판(W)의 친수화가 행해지는 점이다.
이하에서는, 주로 도 10 및 도 11을 참조하여, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리가 제1 실시 형태에 따른 기판 처리(도 5를 참조)와 상이한 점에 대하여 상세하게 설명한다.
우선, 미처리의 기판(W)은, 반송 로봇(IR, CR)(도 9도 참조)에 의하여 캐리어(CA)로부터 웨트 처리 유닛(2W)에 반입되어, 스핀 척(5)에 건네어진다(제1 반입 공정: 단계 S10). 이에 의하여, 기판(W)은, 스핀 척(5)에 의하여 수평으로 유지된다(제1 기판 유지 공정). 그리고, 도 6a 및 도 6b에 나타내는 바와 같이, 에칭액 공급 공정(단계 S2) 및 에칭액 제거 공정(단계 S3)이 실행된다.
에칭액 제거 공정 후, 반송 로봇(CR)이 웨트 처리 유닛(2W)에 진입하여, 스핀 척(5)으로부터 기판(W)을 수취하고, 웨트 처리 유닛(2W) 밖으로 반출한다(제1 반출 공정: 단계 S11). 웨트 처리 유닛(2W)으로부터 반출된 기판(W)은, 반송 로봇(CR)에 의하여 드라이 처리 유닛(2D)에 반입되어, 상측 위치에 위치하는 복수의 리프트 핀(83)에 건네어진다(제2 반입 공정: 단계 S12). 핀 승강 구동 기구(84)가 복수의 리프트 핀(83)을 하측 위치로 이동시킴으로써, 기판(W)이 가열면(82a)에 재치된다. 이에 의하여, 기판(W)은, 수평으로 유지된다(제2 기판 유지 공정).
그 후, 덮개(88)를 하강시킴으로써, 챔버 본체(87)와 덮개(88)에 의하여 형성되는 밀폐 처리 공간(SP2) 내에서, 히터 유닛(82)의 가열면(82a) 상에 기판(W)이 재치된 상태가 된다. 가열면(82a) 상에 재치된 기판(W)은, 히터 유닛(82)에 의하여, 소정의 산화 온도로 가열된다(기판 가열 공정, 히터 가열 공정). 소정의 산화 온도는, 예를 들면, 100℃ 이상이고, 또한, 400℃ 이하의 온도이다.
밀폐 처리 공간(SP2)이 형성되어 있는 상태로, 가스상 산화제 밸브(96A)가 열린다. 이에 의하여, 가스 산화 처리가 실행된다. 상세하게는, 복수의 가스 도입 포트(94)로부터 밀폐 처리 공간(SP2)에 오존 가스 등의 가스상 산화제가 도입되어, 기판(W)의 상면을 향하여 가스상 산화제가 공급된다(가스상 산화제 공급 공정: 단계 S13). 이에 의하여, 상세하게는 후술하지만, 오목부 형성면(104)(특히, 측면(104b))이 산화된다(가스 산화 공정, 드라이 산화 공정). 즉, 오목부 형성면(104)(특히, 측면(104b))이 친수화된다(친수화 공정). 복수의 가스 도입 포트(94)는, 에칭액(110)의 농축에 의하여 노출된 오목부 형성면(104)을 친수화하는 친수화 부재로서 기능한다.
기판(W)은, 히터 유닛(82) 상에서 산화 온도로까지 가열되어 있다. 그 때문에, 가스상 산화제 공급 공정에서는, 기판(W)을 산화 온도로 가열하면서 기판(W)의 상면을 향하여 가스상 산화제를 공급하는 가열 산화 공정이 실행된다.
가스상 산화제의 공급 중에는, 배출 밸브(99)가 열려 있다. 그 때문에, 밀폐 처리 공간(SP2) 내의 가스상 산화제는 배출 배관(98)으로부터 배기된다.
가스상 산화제로 기판(W)의 상면을 처리한 후, 가스상 산화제 밸브(96A)가 닫힌다. 이에 의하여, 밀폐 처리 공간(SP2)으로의 가스상 산화제의 공급이 정지된다. 그 후, 덮개(88)가 상측 위치로 이동한다.
일정 시간의 가스 산화 처리 후, 반송 로봇(CR)이 드라이 처리 유닛(2D)에 진입하여, 산화된 기판(W)을 베이스(72)로부터 수취하고, 드라이 처리 유닛(2D) 밖으로 반출한다(제2 반출 공정: 단계 S14). 구체적으로는, 핀 승강 구동 기구(84)가 복수의 리프트 핀(83)을 상측 위치로 이동시키고, 복수의 리프트 핀(83)이 기판(W)을 히터 유닛(82)로부터 들어 올린다. 반송 로봇(CR)은, 복수의 리프트 핀(83)으로부터 기판(W)을 수취한다.
드라이 처리 유닛(2D)으로부터 반출된 기판(W)은, 반송 로봇(CR)에 의하여 웨트 처리 유닛(2W)에 반입되어, 스핀 척(5)에 건네어진다(제3 반입 공정: 단계 S15). 이에 의하여, 기판(W)은, 스핀 척(5)에 의하여 수평으로 유지된다(제3 기판 유지 공정). 스핀 척(5)에 기판(W)이 유지되어 있는 상태로, 회전 구동 부재(23)가 기판(W)의 회전을 개시한다(기판 회전 공정).
그 후, 도 6c 및 도 6d에 나타내는 바와 같이, 린스액 공급 공정(단계 S6) 및 린스액 제거 공정(단계 S7)이 실행된다.
그리고, 회전 구동 부재(23)가 기판(W)의 회전을 정지시킨다. 반송 로봇(CR)이, 웨트 처리 유닛(2W)에 진입하여, 복수의 척 핀(20)으로부터 기판(W)을 수취하고, 웨트 처리 유닛(2W) 밖으로 반출한다(제3 반출 공정: 단계 S16). 그 기판(W)은, 반송 로봇(CR)으로부터 반송 로봇(IR)으로 건네어지고, 반송 로봇(IR)에 의하여, 캐리어(CA)에 수납된다.
도 12는, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 중의 기판(W)의 상면 부근의 모습을 설명하기 위한 모식도이다. 제2 실시 형태에 따른 기판 처리에서는, 제1 실시 형태에 따른 기판 처리와는 상이하게, 기판(W)의 주면의 산화에 가스상 산화제가 이용된다.
에칭액 공급 공정(단계 S2)에 있어서 기판(W)의 상면에 에칭액을 공급함으로써, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 오목부(100) 내의 금속층(103)이 제거된다(에칭 공정). 에칭액 공급 공정의 종료 시에는, 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 오목부(100) 내의 금속층(103)이 완전하게 제거되어 있는 것이 바람직하다.
그 후, 에칭액 제거 공정(단계 S3)에서는, 에칭액(110)이 기판(W) 밖으로 배출되고, 또한, 에칭액(110) 중의 용매 성분이 증발된다. 그 때문에, 에칭액이 농축되고, 도 12의 (c)에 나타내는 바와 같이, 농축된 에칭액(110)이 오목부(100) 내에 잔류한다(농축 공정).
제1 실시 형태에 있어서도 설명한 바와 같이, 기판(W)의 주면에 형성되어 있는 오목부(100)의 폭(W1)이 5nm 이하이면, 오목부(100)가 매우 좁아, 오목부(100)의 바닥부에 에칭액(110)이 잔류하기 쉽다.
용매 성분의 증발에 의하여, 에칭액(110)이 오목부(100) 내에 잔존하는 한편, 오목부 형성면(104)의 측면(104b)이 노출된다. 도 12의 (c)와는 상이하게, 오목부 형성면(104)의 바닥면(104a)의 일부가 노출되어 있는 경우도 있을 수 있다. 에칭액(110)이 농축된 후, 기판(W)이 웨트 처리 유닛(2W)으로부터 드라이 처리 유닛(2D)에 반송된다. 도 12의 (d)에 나타내는 바와 같이, 드라이 처리 유닛(2D)에 의하여, 가스상 산화제 공급 공정(단계 S13)이 실행되어, 기판(W)의 상면에 가스상 산화제(114)가 공급된다. 에칭액 제거 공정에 의하여 오목부 형성면(104)이 노출되어 있기 때문에, 가스상 산화제(114)를 오목부(100) 내에 진입시킴으로써, 오목부 형성면(104)(특히, 측면(104b))을 양호하게 친수화할 수 있다(친수화 공정).
그 후, 기판(W)이 드라이 처리 유닛(2D)으로부터 웨트 처리 유닛(2W)에 반송된다. 그리고, 린스액 공급 공정(단계 S6)에 있어서, 린스액(113)이 기판(W)의 상면에 공급된다. 이에 의하여, 도 12의 (e)에 나타내는 바와 같이, 오목부(100) 내에 린스액(113)이 진입한다.
에칭액(110)의 농축에 의하여 오목부(100) 내에 기액 계면이 형성되어 있기 때문에, 오목부(100)의 개구로부터 기액 계면까지의 린스액의 도입 경로는 기상 상태이다. 그 때문에, 린스액(113)은, 오목부(100) 전체가 액체로 채워져 있는 경우와 비교하여, 오목부(100) 내에 진입하기 쉽다. 단, 오목부(100)의 폭(W1)은 5nm 이하이면, 오목부(100) 내로의 린스액(113)의 이동이 제한되기 쉽다. 그러나, 오목부 형성면(104)의 측면(104b)은 가스상 산화제(114)에 의하여 친수화되어 있다. 그 때문에, 린스액(113)을 오목부(100) 내에 원활하게 진입시킬 수 있다.
폭(W1)이 5nm 이하인 오목부(100)는, 유체 이동이 아니라 이온 확산이 지배적인 확산층이다. 오목부(100) 내에 진입한 린스액(113)은 에칭액(110)과 접촉하기 때문에, 린스액(113)과 에칭액(110)의 이온 농도의 차(농도 구배)가 발생한다. 상세하게는, 에칭 이온(111)의 농도가 높은 에칭액(110)과, 에칭 이온(111)을 함유하지 않는 린스액(113)이 접촉한다. 그 때문에, 에칭 이온(111)의 농도를 균일화하기 위하여, 도 12의 (f)에 나타내는 바와 같이, 에칭 이온(111)이 린스액(113) 중에 확산된다(이온 확산 공정). 이와 같이, 친수화 공정 후, 기판(W)의 상면에 린스액(113)을 공급함으로써, 에칭 이온(111)을 린스액(113) 중에 확산시키는 이온 확산 공정이 실행된다. 이윽고, 대부분의 에칭 이온(111)이 오목부(100) 밖으로 이동하여, 오목부(100) 내에 잔류하는 에칭 이온(111)의 양이 저감된다.
그 후, 린스액 제거 공정(단계 S7)에 있어서 기판(W)의 상면으로부터 린스액이 제거된다. 그 때문에, 도 12의 (g)에 나타내는 바와 같이, 오목부(100)로부터 린스액(113)을 제거할 수 있다. 린스액 공급 공정에 있어서 에칭 이온(111)이 린스액(113) 중에 확산되어 있고, 대부분의 에칭 이온(111)이 린스액(113)과 함께 기판(W) 밖으로 배출되어 있다. 따라서, 린스액(113)이 농축되어 에칭 이온(111)이 오목부(100) 내에 잔류하는 것을 억제할 수 있다.
이와 같이, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리에서는, 액체를 이용하는 일 없이 오목부 형성면(104)을 친수화할 수 있다. 그 때문에, 기판(W)의 친수화에 이용되는 액체(제1 실시 형태의 액상 산화제)가 린스액(113)에 혼입되는 것에 의한 린스액(113) 중의 이온 농도의 상승을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 기판 처리에서는, 기판(W)의 상면으로의 에칭액(110)의 공급과, 기판(W)의 상면으로부터의 에칭액(110)의 용매 성분의 증발이, 모두, 스핀 척(5)에 기판(W)을 유지시킨 상태로 실행된다. 그 때문에, 에칭의 종료 후, 신속하게 에칭액(110)을 농축할 수 있다. 또, 대향 부재(6)를 감압 위치에 배치하면서 스핀 척(5)을 고속 회전시킴으로써, 기판(W)의 상면에 접하는 공간(SP1)의 감압에 의하여 에칭액을 신속하게 농축할 수 있다.
<드라이 처리 유닛의 변형예>
드라이 처리 유닛(2D)은, 가스 산화 처리 유닛(80) 대신에, 광 조사에 의하여 산화제를 발생시켜 기판(W)을 산화시키는 광 조사 처리 유닛(70)을 구비하고 있어도 된다. 도 13은, 광 조사 처리 유닛(70)의 구성예를 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
광 조사 처리 유닛(70)은, 기판(W)이 재치되는 재치면(72a)을 갖는 베이스(72)와, 베이스(72)를 수용하는 광 처리 챔버(71)와, 재치면(72a)에 재치된 기판(W)의 상면을 향하여 자외선 등의 광을 조사하는 광 조사 부재(73)와, 베이스(72)를 관통하여 상하로 움직이는 복수의 리프트 핀(75)과, 복수의 리프트 핀(75)을 상하 방향으로 이동시키는 핀 승강 구동 기구(76)를 구비하고 있다.
광 처리 챔버(71)의 측벽에는, 기판(W)의 반입 출구(71a)가 설치되어 있고, 광 처리 챔버(71)는, 반입 출구(71a)를 개폐시키는 게이트 밸브(71b)를 갖는다. 반입 출구(71a)가 열려 있을 때, 반송 로봇(CR)의 핸드(H)가 광 처리 챔버(71)에 액세스할 수 있다. 이 변형예에서는, 기판(W)은, 베이스(72) 상에 재치됨으로써, 소정의 제2 유지 위치에 수평으로 유지된다. 제2 유지 위치는, 도 13에 나타내는 기판(W)의 위치이며, 기판(W)이 수평인 자세로 유지되는 위치이다.
광 조사 부재(73)는, 예를 들면, 복수의 광 조사 램프를 포함하고 있다. 광 조사 램프는, 예를 들면, 크세논 램프, 수은 램프, 중수소 램프 등이다. 광 조사 부재(73)는, 예를 들면, 1nm 이상 400nm 이하, 바람직하게는, 1nm 이상 300nm 이하의 자외선을 조사하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 광 조사 부재(73)에는, 전원 등의 통전 기구(74)가 접속되어 있고, 통전 기구(74)로부터 전력이 공급됨으로써, 광 조사 부재(73)(의 광 조사 램프)가 광을 조사한다. 광 조사에 의하여, 기판(W)의 주면에 접하는 분위기 중에 오존이 발생하고, 그 오존에 의하여 기판(W)의 상면이 산화된다.
복수의 리프트 핀(75)은, 베이스(72) 및 광 처리 챔버(71)를 관통하는 복수의 관통 구멍(78)에 각각 삽입되어 있다. 복수의 리프트 핀(75)은, 연결 플레이트(77)에 의하여 연결되어 있다. 복수의 리프트 핀(75)은, 핀 승강 구동 기구(76)가 연결 플레이트(77)를 승강시킴으로써, 재치면(72a)보다 상방에서 기판(W)을 지지하는 상측 위치(도 13에 이점쇄선으로 나타내는 위치)와, 선단부(상단부)가 재치면(72a)보다 하방으로 몰입하는 하측 위치(도 13에 실선으로 나타내는 위치)의 사이에서 상하로 움직이게 된다. 핀 승강 구동 기구(76)는, 전동 모터 또는 에어 실린더를 갖고 있어도 되고, 이들 이외의 액추에이터를 갖고 있어도 된다.
<제2 실시 형태에 따른 기판 처리의 다른 예>
도 14는, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 14에 나타내는 기판 처리가 도 11에 나타내는 기판 처리와 상이한 점은, 드라이 산화 공정으로서, 가스상 산화제 공급 공정(단계 S13) 대신에, 광 조사 공정(단계 S20)이 실행되는 점이다.
이하에서는, 주로 도 13 및 도 14를 참조하여, 도 14에 나타내는 기판 처리에 대하여, 도 11에 나타내는 기판 처리와의 차이점을 중심으로 설명한다.
제1 반입 공정(단계 S10)~제1 반출 공정(단계 S12)까지의 각 공정은, 도 11에 나타내는 기판 처리와 동일하다.
웨트 처리 유닛(2W)으로부터 반출된 기판(W)은, 반송 로봇(CR)에 의하여 드라이 처리 유닛(2D)에 반입되어, 상측 위치에 위치하는 복수의 리프트 핀(75)에 건네어진다(제2 반입 공정: 단계 S12). 핀 승강 구동 기구(76)가 복수의 리프트 핀(75)을 하측 위치로 이동시킴으로써, 기판(W)이 재치면(72a)에 재치된다. 이에 의하여, 기판(W)은, 수평으로 유지된다(제2 기판 유지 공정).
반송 로봇(CR)이 드라이 처리 유닛(2D) 밖으로 퇴피한 후, 기판(W)의 상면에 광을 조사하는 광 조사 공정(단계 S20)이 실행된다. 구체적으로는, 통전 기구(74)가 광 조사 부재(73)에 전력을 공급함으로써, 기판(W)에 대한 광 조사가 개시된다. 이에 의하여, 오목부 형성면(104)(특히, 측면(104b))이 산화된다(광 조사 공정, 드라이 산화 공정). 즉, 오목부 형성면(104)(특히, 측면(104b))이 친수화된다(친수화 공정). 광 조사 부재(73)는, 에칭액(110)의 농축에 의하여 노출된 오목부 형성면(104)을 친수화하는 친수화 부재로서 기능한다.
도 14에 나타내는 변형예의 기판 처리에 있어서도, 자외선 등의 광의 조사에 의하여 오목부 형성면(104)을 친수화하는 것을 제외하고, 기판 처리 중의 기판(W)의 상면 부근의 모습은 도 12와 동일하다. 상세하게는, 도 12의 (d)에서는 가스상 산화제(114)가 공급되고 있지만, 도 14에 나타내는 기판 처리에서는, 가스상 산화제(114)의 공급 대신에, 자외선 등의 광의 조사가 행해진다.
이상과 같이, 액상 산화제에 의한 웨트 산화(제1 실시 형태에 따른 기판 처리)와, 광 조사 또는 가스상 산화제에 의한 드라이 산화(제2 실시 형태에 따른 기판 처리)를 필요에 따라 선택할 수 있다.
도 11 및 도 14에 이점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리에 있어서도, 제1 실시 형태에 따른 기판 처리와 동일하게, 린스액 제거 공정(단계 S6) 후, 린스액 공급 공정(단계 S6) 및 린스액 공급 공정(단계 S7)이 추가로 적어도 1회씩 반복되어도 된다. 도 11 및 도 14에 있어서의 「N」도, 도 8과 동일하게 1 이상의 자연수를 의미하고 있다.
<그 외의 실시 형태>
이 발명은, 이상에 설명한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 또 다른 형태로 실시할 수 있다.
예를 들면, 오목부(100)의 단변(폭(W1))은, 5nm보다 큰 경우이더라도, 상술한 각 실시 형태에 따른 기판 처리를 실행하는 것은 가능하다. 그러나, 오목부(100)의 단변(폭(W1))은, 5nm 이하인 경우에는, 에칭액 제거 공정에 있어서 오목부(100) 내에 에칭액이 잔류하기 쉽기 때문에, 상술한 각 실시 형태에 따른 기판 처리를 이용하여 에칭 이온을 린스액에 확산시키는 것은 특히 유용하다.
또, 에칭액 제거 공정(단계 S3)에서는, 반드시 기판(W)의 회전에 의한 에칭액의 떨쳐 냄이 실행될 필요는 없다. 예를 들면, 웨트 처리 유닛(2W)의 챔버(4) 내를 감압하여 에칭액 내의 용매 성분을 증발시켜도 된다(감압 증발 공정). 혹은, 에칭액 공급 공정 후, 드라이 처리 유닛(2D)의 열처리 챔버(81)에 기판(W)을 반송하여, 열처리 챔버(81) 내에서 에칭액의 용매 성분을 증발시켜도 된다(감압 증발 공정). 이 경우, 열처리 챔버(81) 내의 공간을 감압하는 진공 펌프 등의 감압 장치(도시하지 않음)를 설치할 필요가 있다.
에칭액 제거 공정(단계 S3)에서는, 열처리 챔버(81)를 감압하면서 기판(W)을 가열해도 되고, 열처리 챔버(81) 내를 감압하는 일 없이 기판(W)을 가열해도 된다(가열 증발 공정).
또, 상술한 각 실시 형태에 있어서의 기판 처리는, 기판(W)의 상면에 대하여 실행되고 있다. 그러나, 각 기판 처리는, 기판(W)의 하면에 대하여 실행되어도 된다.
또, 처리 유닛(2)은, 웨트 처리 유닛(2W) 및 드라이 처리 유닛(2D) 대신에, 에칭액, 액상 산화제, 린스액을 각각 저류하는 복수의 처리액 저류조를 갖고 있어도 된다. 즉, 기판 처리 장치(1)가 배치(batch)식의 기판 처리 장치여도 된다. 그 경우, 기판(W)을 각 처리액 저류조 내의 처리액에 순차적으로 침지시킴으로써 기판 처리를 실행할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 「수평」, 「연직」이라는 표현을 이용했지만, 엄밀하게 「수평」, 「연직」인 것을 요하지 않는다. 즉, 이들 각 표현은, 제조 정밀도, 설치 정밀도 등의 어긋남을 허용하는 것이다.
발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명해 왔지만, 이들은 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하기 위하여 이용된 구체예에 지나지 않고, 본 발명은 이들 구체예에 한정하여 해석되어야 하는 것이 아니라, 본 발명의 범위는 첨부의 청구범위에 의해서만 한정된다.
이 출원은, 2021년 3월 18일에 일본 특허청에 제출된 일본 특허출원 2021-045187호에 대응하고 있고, 이 출원의 전체 개시는 여기에 인용에 의하여 편입되는 것으로 한다.
1: 기판 처리 장치
1P: 기판 처리 장치
5: 스핀 척(기판 유지 부재, 에칭액 농축 부재, 린스액 제거 부재)
10: 에칭액 노즐(에칭액 공급 부재)
11: 액상 산화제 노즐(친수화 부재)
12: 린스액 노즐(린스액 공급 부재)
73: 광 조사 부재(친수화 부재)
94: 가스 도입 포트(친수화 부재)
100: 오목부
103: 금속층(피제거층)
104: 오목부 형성면
110: 에칭액
111: 에칭 이온
112: 액상 산화제
113: 린스액
114: 가스상 산화제
A1: 회전축선
W: 기판

Claims (13)

  1. 오목부를 형성하는 오목부 형성면을 포함하는 주면을 갖고, 상기 오목부 내에 피제거층이 형성되어 있는 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서,
    에칭 이온을 함유하는 에칭액을 상기 기판의 주면에 공급하여, 상기 피제거층을 에칭하는 에칭 공정과,
    상기 기판의 주면 상의 상기 에칭액을 농축하는 농축 공정과,
    상기 에칭액의 농축에 의하여 노출된 상기 오목부 형성면을 친수화하는 친수화 공정과,
    상기 친수화 공정 후, 상기 기판의 주면에 린스액을 공급함으로써, 상기 에칭 이온을 상기 린스액 중에 확산시키는 이온 확산 공정과,
    상기 기판의 주면으로부터 상기 린스액을 제거하는 린스액 제거 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목부의 폭이 5nm 이하인, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 피제거층이 금속층인, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 확산 공정이, 상기 오목부 내에 있어서 상기 린스액과 상기 에칭액이 접촉함으로써 발생하는 이온 농도 구배를 이용하여 상기 에칭 이온을 상기 린스액 중에 확산시키는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 린스액 제거 공정 후, 상기 이온 확산 공정 및 상기 린스액 제거 공정이 적어도 1회씩 반복되는, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 친수화 공정이, 상기 오목부 형성면을 산화시키는 산화 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 산화 공정이, 상기 기판의 주면에 액상 산화제를 공급하는 액상 산화제 공급 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 이온 확산 공정 전에, 상기 기판의 주면에 공급된 액상 산화제를 상기 기판의 주면으로부터 제거하는 산화제 제거 공정을 추가로 포함하는, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 산화 공정이, 상기 기판의 주면으로의 가스상 산화제의 공급, 및, 상기 기판의 주면에 광의 조사 중 적어도 어느 하나를 실행하는 드라이 산화 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 농축 공정이, 상기 기판의 주면을 건조시키는 건조 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 에칭 공정이, 기판 유지 부재에 유지된 상기 기판의 주면을 향하여 에칭액 노즐로부터 상기 에칭액을 토출하여 상기 에칭액을 상기 기판의 주면에 공급하는 에칭액 공급 공정을 포함하고,
    상기 건조 공정이, 상기 기판의 주면의 중심부를 통과하여 상기 기판의 주면에 대하여 직교하는 회전축선 둘레로 상기 기판 유지 부재를 회전시킴으로써 상기 기판을 회전시켜, 상기 에칭액에 함유되는 용매 성분을 상기 기판의 주면으로부터 증발시키는 회전 증발 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 건조 공정이, 상기 기판의 주면에 접하는 공간을 감압함으로써 상기 에칭액에 함유되는 용매 성분을 상기 기판의 주면으로부터 증발시키는 감압 증발 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  13. 오목부를 형성하는 오목부 형성면을 포함하는 주면을 갖고, 상기 오목부 내에 피제거층이 형성되어 있는 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서,
    에칭 이온을 함유하여 상기 피제거층을 에칭하는 에칭액을 상기 기판의 주면에 공급하는 에칭액 공급 부재와,
    상기 기판의 주면 상의 상기 에칭액을 농축하는 에칭액 농축 부재와,
    상기 에칭액의 농축에 의하여 노출된 상기 오목부 형성면을 친수화하는 친수화 부재와,
    상기 에칭 이온을 액 중에 확산시키는 린스액을 상기 기판의 주면에 공급하는 린스액 공급 부재와,
    상기 기판의 주면으로부터 상기 린스액을 제거하는 린스액 제거 부재를 포함하는, 기판 처리 장치.
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