KR20230167434A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20230167434A
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슈이치 시바타
다카아키 이시즈
하지메 니시데
겐지 고바야시
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

본 발명에 따른 기판 처리 방법은, 기판을 수평 자세로 유지하는 공정과, 기판의 상면에 처리액을 공급함과 더불어 기판을 연직축 둘레로 회전시켜, 기판의 상면에 처리액의 액막을 형성하는 공정(S103)과, 액막의 막두께를 검출하는 공정(S104)과, 막두께의 검출 결과가 소정의 목표값인 경우에, 기판의 상면에 대향시켜 플라스마 발생원을 배치하고, 플라스마 발생원으로부터 액막에 대해 플라스마 조사를 행하는 공정(S106, S107)을 구비한다. 이 발명에 의하면, 처리액의 소비량을 억제하고, 게다가 기판을 양호하게 처리할 수 있다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
이 발명은, 처리액을 이용하여 기판을 처리하는 기술, 예를 들면 기판 표면의 레지스트막을 처리액에 의해 제거하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 기판이나 유리 기판 등의 각종 기판의 표면 처리를 목적으로 하여, 기판을 처리액에 의해 처리하는 것이 널리 행해지고 있다. 예를 들면 반도체 기판의 표면에 형성되어 있는 레지스트막을 박리 제거하는 프로세스에서는, 처리액으로서 농황산과 과산화수소수의 혼합액(황산과산화수소수, Sulfuric Acid Hydrogen Peroxide Mixture；SPM)이 사용된다. 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 기판이 수평 자세로 유지되고 소정 속도로 회전되며, 그 상방에 배치된 노즐로부터 황산과산화수소수가 토출된다.
본원 발명자는, 레지스트막을 박리 제거하는 프로세스에 있어서의 처리액에, 플라스마 발생원에 의해 발생시킨 활성종을 작용시킴으로써, 레지스트막의 박리 효율이 향상한다는 지견을 얻고 있다. 연구의 결과, 농황산과 과산화수소수의 혼합액 대신에 황산을 처리액으로서 이용했을 경우에 있어서도, 레지스트막을 박리 제거할 수 있는 것이 확인되고 있다. 이것은, 플라스마 발생원에 의해 발생한 활성종이 황산에 작용함으로써, 레지스트막 제거 작용을 갖는 카로산이 생성되는 것이기 때문인 것으로 추정된다.
일본국 특허공개 2021-005648호 공보
황산을 포함한 여러 가지의 처리액에 플라스마 발생원에 의해 발생시킨 활성종을 작용시킬 때, 레지스트막의 박리 효율은 레지스트막 위에 형성된 액의 막두께에 크게 영향을 받는다라는 지견을 본원 발명자는 얻고 있다. 기판 상에 형성되는 레지스트막은, 레지스트의 종류, 기판의 처리 공정, 기판에 형성하는 회로 패턴의 형상 등에 의해 표면의 형상이나 성질이 다종 다양하다. 이 때문에, 레지스트막 위에 형성되는 처리액의 막두께를 항상 일정하게 유지하는 것은 곤란하다. 기판 상의 처리액으로의 플라스마 발생원의 조사 상황을 일정하게 유지했다고 해도, 처리액의 막두께가 소기의 막두께와 상이하다면, 레지스트막의 박리 결과가 변동되게 된다.
이러한 점에서, 플라스마 발생원으로부터 기판 상의 처리액의 액막에 대해 플라스마 조사를 행하는 처리가 원하는 결과가 되도록 제어하는 기술의 확립이 요망되고 있다.
이 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 처리액을 이용하여 기판을 처리하는 기술에 있어서, 처리액의 처리를 안정화하여, 더욱 처리를 최적화할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 하나의 양태는, 상기 목적을 달성하기 위해, 기판을 수평 자세로 유지하는 공정과, 상기 기판의 상면에 처리액을 공급하고 상기 기판을 연직축 둘레로 회전시켜, 상기 기판의 상면에 상기 처리액의 액막을 형성하는 공정과, 상기 액막의 막두께를 검출하는 공정과, 상기 막두께의 검출 결과가 소정의 목표값인 경우에, 상기 기판의 상면에 대향시켜 플라스마 발생원을 배치하고, 상기 플라스마 발생원으로부터 상기 액막에 대해 플라스마 조사를 행하는 공정을 구비하고 있다.
또, 이 발명에 따른 기판 처리 장치의 하나의 양태는, 상기 목적을 달성하기 위해, 기판을 수평 자세로 유지하고 연직축 둘레로 회전시키는 기판 유지부와, 상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판의 상면에 처리액을 공급하는 처리액 공급부와, 상기 처리액 공급부로부터 소정량의 상기 처리액을 공급시킴과 더불어, 상기 기판 유지부에 의해 상기 기판을 회전시켜, 상기 기판의 상면에 상기 처리액의 액막을 형성시키는 제어부와, 상기 액막의 막두께를 계측하는 막두께 계측부와, 플라스마를 발생시키는 리액터와, 상기 리액터를, 상기 기판의 상면에 근접 대향하는 대향 위치와, 상기 기판의 상면으로부터 이격한 대기 위치 사이에서 이동시키는 이동 기구를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 막두께 계측부로부터의 신호에 의거하여 상기 막두께를 산출하는 막두께 연산부를 갖고, 상기 막두께의 산출 결과가 소정의 목표값이었을 경우에, 상기 리액터를 상기 대향 위치에 위치시키고 상기 기판의 상면의 상기 액막에 대해 플라스마 조사를 행하게 한다.
이와 같이 구성된 발명에서는, 플라스마 조사에 의해 처리액을 활성화시킴으로써, 기판 처리에 따른 화학 반응을 촉진시킬 수 있다. 단, 본원 발명자의 지견에 따르면, 액막의 두께(막두께)가 처리 품질에 크게 영향을 주기 때문에, 막두께를 처리 내용에 따라 적정하게 제어할 필요가 있다. 구체적으로는, 기판의 처리에 기여하는 처리액 중의 화학종을 충분히 공급할 필요가 있고, 그 점에서는 액막을 구성하는 액체의 양은 많은 쪽이 바람직하다. 그 한편으로, 플라스마 점등에 의해 발생하는 활성종을 기판 표면에 닿게 할 수 있을 정도로, 액막은 얇아야 한다.
그래서, 이 발명에서는, 수평 자세의 기판을 회전시켜 처리액을 공급함으로써, 기판의 상면에 액막을 형성한 후, 그 막두께를 검출하는 공정이 마련되어 있다. 그리고, 막두께가 적정하면 플라스마 조사가 행해진다. 이와 같이 함으로써, 처리액에 의한 기판의 처리를 양호하게 행할 수 있다. 또, 기판을 얇은 액막으로 덮을 수 있으면 되고, 계속적으로 처리액을 공급할 필요도 없으므로, 결과적으로 처리액의 소비량도 줄일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 의하면, 기판을 덮는 처리액의 액막을 형성하고, 그 막두께가 적정한 것을 확인한 다음에 플라스마 조사를 행한다. 그 때문에, 처리액을 활성화하여 양호하게 처리를 행할 수 있다.
이 발명의 상기 그리고 그 외의 목적과 신규 특징은, 첨부 도면을 참조하면서 다음의 상세한 설명을 읽으면, 보다 완전하게 명확해질 것이다. 단, 도면은 오로지 해설을 위한 것이며, 이 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 이 실시 형태에 있어서의 기판 처리를 나타내는 플로차트이다.
도 3a는, 이 처리에 있어서의 각 부의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3b는, 이 처리에 있어서의 각 부의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3c는, 이 처리에 있어서의 각 부의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는, 이 처리에 있어서의 각 부의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4b는, 이 처리에 있어서의 각 부의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4c는, 이 처리에 있어서의 각 부의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4d는, 이 처리에 있어서의 각 부의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 각 부의 동작 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 6a는, 플라스마 점등에 의한 레지스트 제거 처리의 원리를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6b는, 플라스마 점등에 의한 레지스트 제거 처리의 원리를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7a는, 플라스마 리액터의 다른 형태를 예시하는 평면도이다.
도 7b는, 플라스마 리액터의 다른 형태를 예시하는 평면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 이 기판 처리 장치(1)는, 반도체 기판, 유리 기판 등의 각종 기판에 대해, 처리액을 이용한 습식 처리를 실행하기 위한 장치이다. 예를 들면 반도체 기판의 표면에 형성된 포토레지스트막을 제거하는 목적으로, 이 장치(1)를 적용할 수 있다. 기판 처리 장치(1)는, 처리 챔버(10) 내에 배치되고 기판 처리의 주체가 되는 상부 유닛(20), 하부 유닛(30), 액 공급 유닛(40) 및 막두께 계측 유닛(50)과, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어 유닛(90)을 구비하고 있다.
하부 유닛(30)은 기판(S)을 유지하는 스핀 척 기구를 구비하고 있다. 구체적으로는, 하부 유닛(30)에, 기판(S)의 평면 사이즈와 대략 동일한 평면 사이즈를 갖는 평판형상의 스핀 베이스(31)가 설치되어 있다. 스핀 베이스(31)의 상면 중 외주부에 가까운 위치에는 복수의 척 핀(32)이 배치되어 있다. 척 핀(32)이 기판(S)에 맞닿음으로써, 기판(S)을 수평 자세로 유지한다.
스핀 베이스(31)의 하면에는 연직 방향으로 연장되는 회전 지축(33)이 결합되어 있다. 회전 지축(33)은, 회전 구동 기구(34)에 의해 연직축 둘레로 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전 구동 기구(34)는 처리 챔버(10)의 바닥면에 고정되고, 제어 유닛(90)에 설치된 회전 제어부(98)로부터의 제어 지령에 따라 작동하며, 스핀 베이스(31)를 소정의 회전 속도로 회전시킨다. 이에 의해 수평 자세의 기판(S)이 연직축 둘레로 회전한다. 일점 쇄선은 기판(S)의 회전축을 나타내고 있으며, 기판(S)이 원형인 경우에는 그 중심과 회전 중심을 일치시키는 것이 바람직하다.
또, 스핀 베이스(31)의 측방을 둘러싸도록, 스플래시 가드(35)가 배치되어 있다. 스플래시 가드(35)는 제어 유닛(90)에 설치된 승강 제어부(99)로부터의 제어 지령에 따라 승강한다. 스플래시 가드(35)의 상단이 기판(S)보다 상방까지 상승한 상태에서는, 스플래시 가드(35)가 기판(S)의 주위를 둘러싼다. 이에 의해, 스플래시 가드(35)는, 후술하는 기판 처리에 있어서 기판 상면으로부터 주위에 비산하는 처리액 등의 액체를 받아내어 회수한다. 한편, 스플래시 가드(35)의 상단이 기판(S)보다 하방까지 하강하여 기판(S)이 노출된 상태에서는, 예를 들면 외부로부터의 기판 반송용 핸드의 액세스를 받아들이는 것이 가능해진다.
하부 유닛(30)의 상방에, 상부 유닛(20)이 배치되어 있다. 상부 유닛(20)은, 기판(S)의 평면 사이즈보다 조금 큰 평면 사이즈를 갖는 평판형상의 플레이트 부재(21)를 갖고 있다. 즉, 플레이트 부재(21)의 면적은 기판(S)의 면적보다 크고, 플레이트 부재(21)와 기판(S)을 겹쳤을 때의 평면에서 봤을 때, 플레이트 부재(21)는 기판(S)의 전체를 덮는다. 플레이트 부재(21)의 상부에는 샤프트(22)가 결합되고, 샤프트(22)는, 처리 챔버(10)의 천장면에 고정된 승강 기구(23)에 의해 연직 방향으로 승강 가능하게 지지되어 있다.
제어 유닛(90)에 설치된 승강 제어부(91)로부터의 제어 지령에 따라 승강 기구(23)가 작동함으로써, 플레이트 부재(21)가 승강 이동한다. 이에 의해, 플레이트 부재(21)는, 스핀 베이스(31)로부터 상방으로 크게 이격한 도 1에 나타내어지는 대기 위치와, 후술하는 바와 같이 스핀 베이스(31)에 유지된 기판(S)의 상면에 근접하여 대향하는 대향 위치 사이를 이동한다.
플레이트 부재(21)의 하면, 즉 기판(S)과 대향하는 측의 면에는, 대기압 하에서 플라스마 발생원으로서 기능하는 플라스마 리액터(24)가 장착되어 있다. 플라스마 리액터(24)는, 기판(S)의 평면 사이즈 이상의 평면 사이즈의 평판형상을 갖고 있으며, 기판(S)의 상면 전체와 대향한다. 즉, 플라스마 리액터(24)는, 기판(S)보다 면적이 크고, 또한, 상방 또는 하방으로부터 본 평면에서 봤을 때, 기판(S)의 전체를 덮어 가리는 상태가 된다. 예를 들면 기판(S)이 원형이면, 기판(S)보다 대경(大徑)인 원반형상의 플라스마 리액터(24)를 이용할 수 있다. 플라스마 리액터(24)는 제어 유닛(90)에 설치된 플라스마 전원(92)으로부터 급전을 받고, 근방의 기체를 플라스마화시킨다.
플레이트 부재(21)의 하면 중 플라스마 리액터(24)보다 외측의 주연부에, 가스 노즐(25)이 설치되어 있다. 가스 노즐(25)은 제어 유닛(90)의 가스 공급부(93)에 접속되어 있으며, 가스 공급부(93)로부터 공급되는 가스를 토출한다. 점선 화살표로 나타내는 바와 같이, 가스의 토출 방향은 플라스마 리액터(24)의 하면을 따른 방향이며, 보다 구체적으로는 대략 수평 방향 또한 기판(S)의 회전축을 향하는 방향이다. 이에 의해, 플라스마 리액터(24) 바로 아래의 플라스마 발생 공간에 있어서의 분위기 제어를 행할 수 있다.
가스 노즐(25)은 적어도 1개 있으면 되는데, 기판(S)의 회전축에 관하여 등각도 간격으로 복수 설치되는 것이 보다 바람직하다. 또, 후술하는 바와 같이, 처리 대상물에 따라서는 가스 공급이 불필요한 케이스도 있으며, 그러한 케이스만을 상정하면 되는 경우에는 가스 노즐을 생략하는 것이 가능하다.
하부 유닛(30)의 측방에, 적어도 1개의 액 공급 유닛(40)이 설치된다. 액 공급 유닛(40)은, 연직축 둘레로 회동하는 가동축(42)을 갖는 회동 기구(41)와, 가동축(42)에 장착된 아암(43)과, 아암(43)의 선단에 장착된 액체 노즐(44)을 갖는다. 액체 노즐(44)은, 제어 유닛(90)에 설치된 처리액 공급부(94)로부터 공급되는 처리액, 및 린스액 공급부(95)로부터 공급되는 린스액을 선택적으로 토출한다. 또한, 여기에서는 1조의 액 공급 유닛(40)으로 2종류의 액체를 취급하는 것으로 하고 있는데, 액체의 종류별로 액 공급 유닛이 설치되어도 된다. 또, 1개의 아암에 복수의 노즐이 설치되고, 액체의 종류별로 그들이 구분되어 사용되는 구성이어도 된다.
회동 기구(41)는, 제어 유닛(90)의 회동 제어부(96)로부터의 제어 지령에 따라 회동한다. 이에 의해, 액체 노즐(44)이, 기판(S)의 상방에 위치하여 액체를 기판(S)의 상면에 공급하는 처리 위치와, 기판(S)의 측방으로 퇴피한 대기 위치 사이를 이동한다. 또, 액체 노즐(44)로부터 액체를 토출시키면서, 액체 노즐(44)을 기판(S)의 상면을 따라 주사 이동시킬 수도 있다.
하부 유닛(30)의 측방에는, 막두께 계측 유닛(50)이 추가로 설치된다. 막두께 계측 유닛(50)은, 후술하는 바와 같이 기판(S)에 형성되는, 액막의 막두께를 광학적으로 계측한다. 구체적으로는, 막두께 계측 유닛(50)은, 연직축 둘레로 회동하는 가동축(52)을 갖는 회동 기구(51)와, 가동축(52)에 장착된 아암(53)과, 아암(53)의 선단에 장착된 센서(54)를 갖는다. 센서(54)는, 계측 대상물에 광을 조사하여 그 반사광을 수광하고, 수광광에 따른 신호를 제어 유닛(90)의 막두께 연산부(97)에 출력한다.
막두께 연산부(97)는, 센서(54)로부터의 출력 신호에 의거하여 막두께를 검출한다. 검출 방식으로서는, 예를 들면 광 간섭식, 반사율 분광식 등 각종의 광학적 계측 원리를 이용한 것을 적용할 수 있다. 또한, 비접촉으로 단시간에 액막의 막두께를 계측할 수 있는 방법이면, 이러한 광학식 이외의 계측 원리에 따른 것이어도 된다.
회동 기구(51)는, 제어 유닛(90)의 회동 제어부(96)로부터의 제어 지령에 따라 회동한다. 이에 의해, 센서(54)는, 기판(S)의 상방에 위치하는 계측 위치와, 기판(S)의 측방으로 퇴피한 대기 위치 사이를 이동한다. 또, 센서(54)를 기판(S)의 상면을 따라 주사 이동시킬 수도 있다.
이 외에, 기판 처리 장치(1)의 제어 유닛(90)에는, 미리 책정된 처리 레시피에 따라 장치 각 부를 제어하여 소정의 기판 처리를 실행시키는 프로세스 제어부(900)가 구비된다. 프로세스 제어부(900)는, CPU(Central Processing Unit) 및 기억부를 갖고 있으며, 기억부에 미리 기억되어 있는 제어 프로그램을 CPU가 실행함으로써, 이하에 설명하는 기판 처리를 실현한다.
다음에, 상기와 같이 구성된 기판 처리 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 기판 처리 장치(1)는 여러 가지의 용도에 이용 가능하다. 여기에서는 그 일례로서, 반도체 기판의 표면에 형성된 레지스트막을 박리 제거하는, 레지스트 제거 처리에 대해 설명한다. 레지스트막이 유기물인 경우, 예를 들면 농황산의 강한 산화력에 의해 레지스트막을 산화 분해하는 방법이 있다. 그래서, 여기에서는 처리액으로서 상온의 황산 수용액이 이용되는 것으로 한다.
종래, 황산의 산화력을 이용한 레지스트 제거 처리로서는, 황산과 과산화수소수의 혼합액(SPM)을 처리액으로서 이용한 방법이 널리 이용되고 있다. 그러나, 황산과 과산화수소의 화학 반응으로 물이 발생하고 황산 농도가 경시적(經時的)으로 저하하기 때문에, 처리액을 계속적으로 공급할 필요가 있다. 이 점이 황산의 사용량의 증가로 이어져, 결과적으로 환경 부하를 증대시킨다. 또 고농도의 과산화수소수는 취급에 주의를 요한다.
이 실시 형태에서는, 플라스마 조사에 의해 처리액인 황산을 활성화한다. 이렇게 함으로써, 과산화수소수를 사용하지 않고, SPM을 이용한 처리와 동등한 레지스트 제거 효과가 얻어지도록 하고 있다. 본원 발명자의 지견에 따르면, 이 경우에는 처리액을 계속적으로 공급할 필요는 없으며, 기판의 표면이 레지스트 제거에 필요한 양의 처리액의 액막으로 덮여 있으면 충분하다. 따라서 처리액으로서의 황산의 소요량도 적다. 이 점을 감안하여, 본 실시 형태에서는, 기판(S)의 상면에 처리액의 액막을 형성하고, 이것에 플라스마 조사를 행함으로써, 레지스트 제거를 실행한다.
도 2는 이 실시 형태에 있어서의 기판 처리를 나타내는 플로차트이다. 또, 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4d는, 이 처리에 있어서의 각 부의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다. 우선 장치 전체가 초기화된다(단계 S101). 기판 처리 장치(1)의 초기 상태에서는, 도 1 및 도 3a에 나타내는 바와 같이, 상부 유닛(20)의 플레이트 부재(21), 액 공급 유닛(40)의 액체 노즐(44) 및 막두께 계측 유닛(50)의 센서(54)가 모두 대기 위치에 있다. 또, 가스 노즐(25)로부터의 가스 토출 및 액체 노즐(44)로부터의 액체 토출은, 모두 행해지지 않았다. 또, 스플래시 가드(35)는 하부 위치에 있으며, 스핀 베이스(31)의 상부가 노출된 상태로 되어 있다.
이 상태로부터, 처리 대상이 되는 기판(S)이 받아들여지고, 적절한 전처리가 실행된다(단계 S102). 구체적으로는, 외부의 반송 로봇에 의해 반송되어 온 기판(S)이, 도시하지 않은 셔터를 통해 처리 챔버(10) 내에 반입된다. 기판(S)은, 제거해야 하는 레지스트막이 형성된 피(被)처리면을 상향으로 하고, 수평 자세로 스핀 척(31)에 재치(載置)된다. 전처리의 내용은 임의이지만, 예를 들면 약액을 이용한 에칭 처리나 세정 처리, 그에 이어지는 린스 처리 등을 적용 가능하다. 또한, 외부에서 전처리가 행해진 후의 기판(S)이 이 기판 처리 장치(1)에 반입되는 양태이어도 된다. 즉, 기판 처리 장치(1)에서의 전처리의 실행이 생략되어도 된다.
이어서, 본 발명에 따른 기판 처리 방법이 실행된다. 즉, 우선 처리액에 의한 액막이 형성된다(단계 S103). 도 3b에 나타내는 바와 같이, 스플래시 가드(35)가 상방으로 이동하여 기판(S)의 주위를 둘러싼다. 그리고, 액 공급 유닛(40)의 액체 노즐(44)이 기판(S)의 회전 중심 상방, 즉 일점 쇄선으로 나타내어지는 기판(S)의 회전축 상에 위치 결정된다. 이 상태에서, 액체 노즐(44)로부터 처리액(Lq)이 토출된다. 토출되는 액량의 총량은 미리 정해져 있다. 구체적으로는, 기판(S)에 형성되는 액막의 막두께의 목표값이, 미리 정해져 있다. 그리고, 당해 목표값과 기판(S)의 표면적의 곱에 일정한 마진을 더한 양이, 공급액량으로 된다. 처리액의 토출이 종료되면, 액체 노즐(44)은 대기 위치로 되돌려진다.
또한, 스핀 베이스(31)가 소정 속도로 일정 시간 회전한 후, 회전을 정지한다. 이에 의해 기판(S)이 회전하고, 원심력의 작용으로 처리액은 기판(S)의 상면 전체에 확산된다. 최종적으로는, 처리액의 일부가 기판(S)의 주연부로부터 떨쳐내어진다. 떨쳐내어진 처리액은 스플래시 가드(35)에 의해 받아내어지고, 도시하지 않은 회수부에 의해 회수된다. 기판(S)의 회전이 종료된 후, 스플래시 가드(35)가 하강한다.
최종적으로 기판(S) 상에 남은 처리액이, 패들형상의 액막(LP)을 형성한다. 액막의 두께는, 기판(S)의 회전 속도, 회전 가속도 및 회전의 지속 시간에 의해 정해진다. 또한 액막의 두께의 최적값은, 기판(S)의 표면 상태, 구체적으로는 레지스트막의 종류나 두께, 기판 표면에 대한 피복율 등에 따라 바뀌고, 또 처리액의 종류나 농도 등에 따라서도 바뀐다. 따라서, 막두께의 목표값은 처리의 목적에 따라 적절히 변경 설정되는 것이 바람직하다. 이에 수반하여, 처리액의 공급량, 기판(S)의 회전 속도, 회전 가속도 및 회전의 지속 시간 등의 각 파라미터도 적절히 변경 설정된다.
단, 처리의 편차에 따라, 이러한 파라미터 설정만으로 확실히 적정한 막두께의 액막이 형성된다고는 할 수 없다. 나중에 상세하게 설명하지만, 본 실시 형태의 레지스트 제거 처리에서는, 액막(LP)을 막두께가 처리 품질에 크게 영향을 준다. 바람직한 막두께는 대체로 수백마이크로미터의 오더이다. 거기서, 형성된 액막(LP)의 막두께가 계측된다(단계 S104).
구체적으로는, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 막두께 계측 유닛(50)의 센서(54)가, 기판(S) 상으로 이동하여 기판(S) 상의 액막(LP)을 향하여 광을 조사하고, 반사광을 수광한다. 센서(54)로부터의 출력 신호에 의거하여, 막두께 연산부(97)가 막두께를 산출한다. 도 3c에 점선 화살표로 나타내는 바와 같이, 센서(54)가 기판(S)의 상면을 따라 주사 이동하고, 복수 개소에서 막두께를 계측하는 것이 바람직하다. 막두께 계측 후, 센서(54)는 대기 위치로 되돌려진다.
이어서, 막두께 연산부(97)에 의해 산출된 막두께가 최적값을 포함하는 적정 범위에 있는지 여부가 판단된다(단계 S105). 예를 들면, 최적값에 대해 (±20)% 정도를 적정 범위로 할 수 있다. 이와 같이, 막두께의 목표값에 대해서는, 단일의 값으로 설정되어도 되고, 또 일정한 범위로서 규정되어도 된다. 막두께의 목표값은, 프로세스 제어부(900)의 기억부에 저장되어 있다. 프로세스 제어부(900)의 CPU는, 기억부로부터 막두께의 목표값을 취득하여 막두께의 판단에 적용한다. 막두께의 목표값으로서는, 기판의 종류나 처리액의 종류, 또는 처리액의 처리의 내용에 따라 상이한 값이 저장되어 있어도 된다. 기억부에 복수 종류의 목표값이 저장되어 있는 경우, 목표값은, 기판의 종류, 처리액의 종류, 또는 처리액의 처리의 내용에 관련지어져 있다.
막두께가 적정 범위에 없으면(단계 S105에 있어서 NO), 단계 S103으로 되돌아와 액막 형성이 재실행된다. 이 때, 막두께에 관련되는 파라미터, 즉 처리액의 공급량, 기판의 회전 속도, 기판의 회전 계속 시간, 기판의 회전 가속도 중 적어도 하나를, 앞의 액막 형성 시와는 상이하게 해도 된다. 이와 같이 액막 형성 조건을 변경함으로써, 재형성되는 액막에 있어서의 막두께의 적정화를 도모할 수 있다.
막두께가 적정 범위 내였을 때에는(단계 S105에 있어서 YES), 단계 S106이 실행된다. 구체적으로는, 도 4a에 실선 화살표로 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(25)로부터 가스 토출이 개시되고, 플라스마 리액터(24)에 대해 플라스마 전원(92)으로부터 플라스마 점등용의 고전압이 인가된다. 또 점선 화살표로 나타내는 바와 같이, 플레이트 부재(21)가 대기 위치에서 대향 위치까지 하강하고, 플라스마 리액터(24)가 기판(S)의 상면과 근접 대향하는 위치에 위치 결정된다. 양자는 최종적으로 수밀리미터의 거리까지 접근한다. 그 결과, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 전압 인가에 의해 플라스마 리액터(24)의 하면 근방에 발생한 플라스마(P)가, 기판(S) 상의 액막(LP)에 조사된다(단계 S107).
플라스마 리액터(24)와 기판(S) 사이에 가스 노즐(25)로부터 가스가 공급됨으로써, 이들 사이의 갭 공간에 있어서의 분위기를 제어할 수 있다. 플라스마 발생을 촉진시키기 위한 분위기 제어로서는, 헬륨이나 아르곤 등의 희가스를 포함한 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 또, 황산을 포함하는 처리액에 의한 레지스트 제거 처리의 경우, 산소를 포함하는 분위기 하에서의 플라스마 조사가, 처리 품질의 향상에 유효한 것을 알고 있다. 이 때문에, 예를 들면 산소와 희가스의 혼합 기체를 가스 노즐(25)로부터 토출시킬 수 있다.
또, 레지스트막의 종류나 두께에 따라서는, 대기 중의 산소만을 이용하여 처리를 양호하게 행하는 것이 가능한 경우가 있다. 그러한 경우에는, 가스 노즐(25)로부터의 가스 토출을 행하지 않아도 된다. 또, 가스 토출의 불필요한 처리만을 행하는 장치이면, 가스 노즐 자체를 생략하는 것도 가능하다.
플라스마 조사가 소정 시간 계속되면, 플라스마 리액터(24)가 플레이트 부재(21)와 함께 상승하고(단계 S108), 이어서 린스 처리가 행해진다(단계 S109). 즉, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 스플래시 가드(35)가 상승하고, 린스액 공급부(95)로부터 적절한 린스액(Lr), 예를 들면 탈이온수(De-ionized Water；DIW)가 액 공급 유닛(40)의 액체 노즐(44)을 통해 기판(S)에 공급된다. 이에 의해, 처리액에 의한 기판 처리는 정지된다. 기판(S)은 소정의 회전 속도로 회전하고, 린스액(Lr)은 기판(S)의 주연부로부터 떨쳐내어진다.
처리 레시피에 있어서, 단계 S103~S109의 반복이 지정되어 있는 경우에는(단계 S110에 있어서 YES), 단계 S103으로 되돌아와 상기 처리가 반복된다. 레지스트막의 종류나 두께에 따라서는, 상기 처리를 1회 실행한 것만으로는 전부를 다 제거할 수 없는 경우가 있을 수 있다. 그러한 경우에는, 액막의 형성 및 플라스마 조사를 반복하여 실행함으로써, 레지스트막을 보다 확실히 제거하는 것이 가능해진다.
반복 처리가 필요없게 되면(단계 S110에 있어서 NO), 적절한 후처리가 행해지고(단계 S111), 최종적으로 기판(S)을 건조시키는 건조 처리가 행해진다(단계 S112). 후처리의 내용은 임의이며, 또 생략하는 것도 가능하다. 예를 들면, 기판(S)에 형성된 미세 패턴의 도괴를 방지하기 위해, 기판(S)에 부착되는 액체를 보다 표면장력이 낮은 액체로 치환하는 처리를, 후처리로서 실행할 수 있다. 또, 건조 처리는, 도 4d에 나타내는 바와 같이, 기판(S)을 고속으로 회전시켜, 기판(S)에 잔류 부착되는 액체 성분을 떨쳐냄으로써 행해진다.
처리 후의 기판(S)에 대해서는, 처리 챔버(10)로부터 반출할 수 있다. 다음에 처리해야 하는 기판이 있는 경우에는(단계 S113에 있어서 YES), 단계 S101로 되돌아와, 초기 상태로부터 새롭게 기판을 받아들여 상기 처리를 실행한다. 다음 기판이 없으면(단계 S113에 있어서 NO), 처리는 종료된다. 이상이, 본 실시 형태에 있어서의 레지스트 제거 처리의 개요이다.
도 5는 각 부의 동작 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다. 단계 S106에서는, 플라스마 리액터(24)가 대기 위치(시각 T1)에서 대향 위치(시각 T2)까지 강하하고, 이 사이에, 가스 노즐(25)로부터의 가스 토출 및 플라스마 리액터(24)에 있어서의 플라스마 점등이 행해진다. 이 예에서는, 플라스마 리액터(24)가 하강을 개시하는 시각 T1보다 나중에 가스 토출이 개시되고 있지만, 시각 T1보다 빨리 가스 토출이 개시되어도 된다.
가스 공급량은, 당초에는 비교적 많지만, 시각 T2보다 전에, 보다 작은 유량으로 변경된다. 도면에 실선으로 나타내는 바와 같이 단계적으로 유량이 변경되어도 되고, 또 점선으로 나타내는 바와 같이 가스 공급량이 시간과 함께 점감(漸減)하는 양태이어도 된다. 당초에는 큰 유량으로 가스를 공급함으로써, 플라스마 리액터(24)와 기판(S)의 거리가 큰(예를 들면 10밀리미터 이상의) 상태이어도, 플라스마 리액터(24)의 바로 아래의 플라스마 발생 공간의 분위기 제어를 양호하게 행할 수 있다.
한편, 플라스마 리액터(24)와 기판(S)이 (예를 들면 3밀리미터 이하까지) 접근한 상태에서는, 기판(S)의 상면에 형성되어 있는 액막(LP)이 흐트러지는 것을 방지하기 위해, 가스 공급량이 저감된다. 갭 공간의 용적이 작아져 있기 때문에, 작은 유량이어도 양호하게 분위기 제어를 행하는 것이 가능하다.
플라스마를 점등시키기 위한 플라스마 리액터(24)로의 전압 인가는, 플라스마 점등 상태를 안정시키기 위해, 시각 T2보다 충분히 빠른 타이밍으로 개시된다. 이 예에서는, 플라스마 발생 공간에 있어서의 분위기 제어가 행해진 상태에서 플라스마를 점등시키기 때문에, 가스 노즐(25)로부터의 가스 토출이 개시되고 나서 전압 인가가 개시된다. 그러나, 예를 들면 가스 토출보다 빨리 플라스마를 점등시켜도 되고, 또 상시 점등시킨 상태로 해도 된다.
플라스마 리액터(24)가 기판(S)과의 근접 대향 위치에 배치되고, 플라스마 리액터(24)와 기판(S) 사이의 분위기 제어가 이루어진 상태에서 플라스마가 점등한다. 이에 의해, 플라스마 리액터(24)와 기판(S) 사이의 갭 공간이 플라스마 발생 공간이 되고, 갭 공간 내의 기체가 플라스마화한다.
도 6a 및 도 6b는 플라스마 점등에 의한 레지스트 제거 처리의 원리를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 6a에 나타내는 바와 같이, 플라스마 리액터(24)와 기판(S) 사이의 갭 공간(G)에 있어서 발생한 플라스마(P)가, 액막(LP)에 조사된다. 이에 의해 액 중에 용해한 활성종(A)이, 액 중의 황산에 의한 레지스트막(R)의 산화 분해 반응을 촉진시킨다. 이에 의해, 레지스트막(R)의 제거 처리가 진행된다.
액막(LP)의 두께(Tp)에 대해서는, 산화 분해 반응의 주체가 되는 황산이 적어도 레지스트막(R)을 분해시키는데 충분한 양 공급될 정도로 두껍게 할 필요가 있다. 한편으로, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 액막(LP)이 너무 두꺼우면, 액 중에 용해한 활성종(A)이 레지스트막(R)과의 계면까지 도달하기 전에 실활(失活)해 버려, 플라스마 조사의 효과가 감쇄되어 버린다. 이 효과를 높이기 위해서는, 액막(LP)은 얇은 쪽이 좋다. 이러한 점에서, 액막(LP)의 두께(Tp)에 대해서는 적정한 범위가 있다.
예를 들면, 본원 발명자가 실험한 어느 계에 있어서는, 두께 200마이크로미터의 액막에 플라스마 조사함으로써 100%의 레지스트 제거율이 얻어졌다. 그러나, 같은 플라스마 조사 조건으로 막두께를 220마이크로미터로 했을 경우에는 98% 정도, 300마이크로미터 정도로 했을 경우에는 52% 정도까지, 레지스트 제거율의 저하가 보였다. 이와 같이, 막두께의 작은 차이로 레지스트 제거 성능에 큰 차가 발생한다.
기판(S)에 공급하는 처리액의 양만으로 액막(LP)의 두께를 제어하는 방법도 생각할 수 있다. 예를 들면, 직경 300밀리미터의 원형 기판에 두께 200마이크로미터의 액막을 형성하기 위해 필요한 액량은 약 14밀리리터이다. 단, 기판 표면에는 요철이나 위치에 따른 젖음성의 차이 등이 있는 점에서, 필요량의 액체를 공급하는 것만으로 일정한 액막을 형성하는 것은, 현실적으로는 어렵다. 그래서, 필요량보다 많은 처리액을 공급하고, 기판(S)의 회전에 의해 일부를 떨쳐냄으로써 막두께를 조정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 회전 속도나 가속도, 그 지속 시간 등을 제어함으로써, 원하는 막두께를 실현하는 것이 가능하다.
플라스마 조사가 행해지는 동안, 기판(S)의 회전이 정지되어 있는 것이 바람직하다. 플라스마 조사에 의해 액 중에 발생한 활성종을 레지스트막과의 계면에 충분한 양 도달시키기 위해서는, 액막(LP)을 정지(靜止) 상태로 해 두는 것이 효과적이다. 또한, 예를 들면 기판 전체에 있어서의 처리의 균일화를 도모하기 위해, 액막(LP)의 흐트러짐을 발생시키지 않을 정도의 저속으로 기판(S)을 회전시켜도 된다. 이 때의 회전 속도를 액막 형성 시의 회전 속도보다 작게 해 두면, 기판(S)으로부터의 처리액의 낙하를 방지하여, 기판(S)에 형성된 액막(LP)의 찢어짐을 회피할 수 있다.
본 실시 형태의 레지스트 제거 처리에서는, 단계 S110에 있어서 처리의 반복의 필요 여부가 판단된다. 그리고, 반복이 필요한 경우에는, 액막 형성, 막두께 계측, 플라스마 조사의 일련의 처리가 복수 회 실행된다. 이에 의해, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
제1에, 레지스트 제거 효과를 보다 확실한 것으로 할 수 있다. 구체적으로는 다음과 같다. 예를 들면 레지스트막이 두꺼운 경우나, 이온 주입을 받아 레지스트막의 경화가 진행되고 있는 경우에는, 한 번의 처리에서는 모든 레지스트막을 다 제거할 수 없는 경우가 있을 수 있다. 여기서, 레지스트 제거 작용을 높이기 위해 액막을 두껍게 한 것으로는, 플라스마 조사의 효과가 약해져 버려, 결과적으로 반드시 레지스트 제거 효과는 향상하지 않는다. 얇은 액막과 플라스마 조사의 조합을 복수 회 반복함으로써, 보다 효과적으로 레지스트 제거를 실현할 수 있다.
제2에, 처리별로 액막의 두께를 상이하게 할 수 있다. 기판 표면에는 요철이 있고, 또 이온 주입 밀도의 차이 등에 따라 레지스트막의 상태는 기판 내의 위치에 따라 상이하다. 그 때문에, 레지스트막을 제거하기 위한 처리에 있어서 필요로 되는, 액막의 적정한 두께는 기판 내에서 일정하지 않다. 액막의 형성을 복수 회 행하는 경우에는, 그 막두께의 목표값을 목적에 따라 매번 설정할 수 있다. 그 때문에, 기판 전체에서 양호한 처리 결과를 얻는 것이 가능해진다.
제3에, 레지스트막과의 화학 반응에 소비됨으로써 처리액 중의 황산 농도가 저하하지만, 새롭게 액막을 형성함으로써 이것을 리셋할 수 있다. 새롭게 공급된 신선한 처리액으로 기판의 처리를 행함으로써, 양호한 처리 품질을 얻는 것이 가능해진다.
이러한 반복 처리에 있어서는, 기판(S)으로의 처리액의 공급량, 기판(S)의 회전 속도나 가속도, 회전 지속 시간, 막두께의 목표값, 플라스마 조사 조건 등의 각 파라미터를, 처리별로 설정하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 이 실시 형태에서는, 기판(S)에 형성된 레지스트막의 제거 처리가, 황산을 주체로 하는 처리액에 의한 액막 형성과 플라스마 조사의 조합에 의해 행해진다. 플라스마 조사에 의해 처리액을 활성화할 수 있기 때문에, 과산화수소를 첨가할 필요가 없으며, 또 처리액을 계속적으로 공급할 필요가 없다. 또한, 플라스마 활성종을 처리액과 레지스트막의 계면까지 도달시키기 위해서는 액막은 얇은 쪽이 적합하며, 이에 의해, 처리액의 사용량을 더욱 삭감할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시 형태에 있어서는, 스핀 척 기구(스핀 베이스(31), 척 핀(32), 회전 지축(33), 회전 구동 기구(34))가 본 발명의 「기판 유지부」로서 기능하고 있으며, 플라스마 리액터(24)가 본 발명의 「리액터」로서 기능하고 있다. 그리고, 플라스마 리액터(24)와 플라스마 전원(92)이, 본 발명의 「플라스마 발생원」으로서 기능하고 있다. 또, 제어 유닛(90)이 본 발명의 「제어부」로서 기능하고 있다.
또, 액 공급 유닛(40) 및 처리액 공급부(94)가, 본 발명의 「처리액 공급부」로서 기능하고 있다. 또, 막두께 계측 유닛(50)이, 본 발명의 「막두께 계측부」로서 기능하고 있다. 그리고, 가스 노즐(25) 및 가스 공급부(93)가, 본 발명의 「기체 공급부」로서 기능하고 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 벗어나지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외로 여러 가지의 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에 있어서, 기판(S)으로의 처리액의 공급은, 기판(S)의 회전 중심 상방에 위치 결정된 액체 노즐(44)로부터 처리액을 토출함으로써 행해진다. 그러나, 처리액의 공급 양태는 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면 스프레이 노즐을 이용하여 스프레이 도포하는 방법이나, 노즐을 기판(S)에 대해 주사 이동시키면서 처리액을 토출하는 방법이어도 된다.
또, 상기 실시 형태에 있어서의 플라스마 리액터(24)는, 기판(S)의 평면 사이즈 이상의 평면 사이즈를 갖는 평판형상의 부재이다. 이것을 대신하여, 다음에 나타내는 바와 같이, 보다 소형의 플라스마 리액터를 이용하는 것도 가능하다.
도 7a 및 도 7b는 플라스마 리액터의 다른 형태를 예시하는 평면도이다. 도 7a에 나타내는 예에서는, 기판(S)보다 소형의 플라스마 리액터(24a)가 요동 아암(24b)의 선단에 장착되어 있다. 도시하지 않은 구동 기구의 작동에 의해 요동 아암(24b)이 요동함으로써, 플라스마 리액터(24a)가 기판(S)의 상면을 따라 주사 이동한다. 플라스마 점등은, 플라스마 리액터(24a)와 기판(S) 사이의 공간에 한정되므로, 기판(S)에 대해 플라스마 리액터(24a)를 주사 이동시킴으로써, 기판(S)의 전체를 처리할 수 있다. 또, 기판(S) 상의 특정의 위치만을 처리할 수도 있다. 기판(S)의 전체를 단시간에 처리하기 위해, 기판(S)은 저속으로 회전되어도 된다. 이 때의 회전 속도는, 액막 형성 시의 회전 속도보다 저속인 것이 바람직하다.
또, 도 7b에 나타내는 예에서는, 하나의 방향에 있어서 기판(S)의 사이즈보다 크고, 그 직교 방향에 있어서는 기판(S)의 사이즈보다 작은, 가늘고 긴 플라스마 리액터(24c)가 설치된다. 도시하지 않은 주사 이동 기구가, 기판(S)에 대해 플라스마 리액터(24c)를 그 길이 방향과 교차하는 방향으로 주사 이동시킴으로써, 기판(S)의 표면 전체가 처리된다. 주사 이동 기구는, 모터와, 플라스마 리액터(24c)와 모터를 결합하는 결합 부재를 구비한다. 이 예에서는, 기판(S)의 회전은 반드시 필요하지 않다.
또, 상기 실시 형태에서는, 기판(S)의 표면에 형성된 유기물인 레지스트막의 제거를 목적으로 하여, 처리액으로서 황산을 이용하고, 산소를 포함하는 가스를 플라스마 발생 공간에 도입하고 있다. 이러한 재료는 처리의 일례로서 나타낸 것이며, 본 발명의 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은, 이들 이외의 각종의 재료를 이용한 처리에도 적용 가능하다.
이상, 구체적인 실시 형태를 예시하여 설명해 온 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 처리 방법에 있어서는, 예를 들면 액막의 형성 후, 기판의 회전을 정지하고 플라스마 조사를 행할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 기판에 형성된 액막의 흐트러짐을 억제하고, 플라스마 조사에 의해 액 중에 용해하는 활성종을 효율적으로 기판 표면에 도달시킬 수 있다.
또 예를 들면, 플라스마 발생원은, 기판의 평면 사이즈 이상의 평면 사이즈를 갖는 리액터를 구비해도 된다. 즉, 리액터는, 기판보다 큰 면적을 갖고 평면에서 봤을 때 기판의 전체를 덮는 형상이어도 된다. 이러한 구성에 의하면, 기판의 표면 전체를 동시에 처리할 수 있다. 또 예를 들면, 플라스마 발생원은, 기판의 평면 사이즈보다 작은 평면 사이즈를 갖는 리액터를 구비해도 된다. 즉, 플라스마 발생원은, 기판보다 작은 면적을 갖고, 평면에서 봤을 때는 기판이 플라스마 발생원의 전체를 덮는 형상이어도 된다. 이 경우, 기판을 액막의 형성 시 이하의 회전 속도로 회전시키면서, 리액터를 기판에 대해 주사 이동시켜 플라스마 조사를 행하는 구성으로 할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 리액터와 기판의 대향 위치를 순차적으로 변경함으로써, 기판 전체를 처리하는 것이 가능하다. 또, 필요에 따라 기판 상의 특정의 위치만을 처리하는 것도 가능하다.
또 예를 들면, 액막의 형성 후, 기판의 회전을 정지하고 막두께의 검출을 행할 수 있다. 기판의 회전을 정지한 상태에서 막두께 검출을 행함으로써, 회전에 수반하는 진동이나 원심력에 의한 막두께 변동의 영향을 받지 않고 막두께를 검출하는 것이 가능하다.
또 예를 들면, 막두께의 검출 결과가 목표값과 상이한 기판에 대해서는, 액막의 형성을 재실행할 수 있다. 이렇게 함으로써, 액막의 두께를 적정화한 상태에서, 플라스마 조사를 실행할 수 있다. 이 경우, 처리액의 공급량, 기판의 회전 속도, 기판의 회전 계속 시간, 기판의 회전 가속도 중 적어도 하나를, 앞의 액막 형성 시와는 상이하게 하여 액막의 형성을 재실행해도 된다. 이러한 구성에 의하면, 액막 형성 조건을 바꾸어 액막의 형성을 재실행함으로써, 새롭게 형성되는 액막의 막두께의 적정화를 도모할 수 있다.
또 예를 들면, 액막을 형성하는 공정에서는, 막두께가 목표값일 때의 액막을 구성하는 액량보다 많은 소정량의 처리액을 기판의 상면에 공급하고, 당해 처리액의 일부를 회전에 의해 떨쳐낼 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 액막의 두께를 결정하는 파라미터는, 주로 기판의 회전에 관련되는 것이 된다. 즉, 기판의 회전 제어를 적절히 행함으로써, 원하는 막두께를 실현하는 것이 가능해진다.
또 예를 들면, 액막의 형성, 막두께의 검출 및 플라스마 조사를, 이 순서로 복수 회 반복하여 실행할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 처리를 복수 회 반복함으로써, 처리 결과를 보다 확실한 것으로 할 수 있다. 또, 예를 들면 실행별로 처리 조건을 상이하게 함으로써, 보다 처리 효과를 높이는 것도 가능해진다.
여기서, 처리액은 황산을 포함하는 것이어도 된다. 황산을 이용한 기판 처리로서는, 과산화수소수와 혼합한 황산과산화수소수를 이용하는 것이 알려져 있는데, 플라스마 조사에 의한 활성화를 행함으로써, 과산화수소수를 불필요하게 할 수 있다.
이 경우, 플라스마 조사를 행하는 공정에서는, 플라스마 발생원과 기판의 상면 사이에 산소를 포함하는 기체를 공급할 수 있다. 본원 발명자의 지견에 따르면, 황산을 주체로 하는 처리액에서의 처리에 있어서는, 산소를 포함하는 분위기 하에서 플라스마 점등시킴으로써, 처리 효과가 향상하는 것을 알고 있다. 따라서, 플라스마 발생원과 기판의 상면 사이를 산소 분위기로 함으로써, 처리 효과를 높이는 것이 가능하다.
이 경우 또한, 막두께의 검출 후, 플라스마 발생원을 기판의 상방의 대기 위치에서 기판과의 대향 위치까지 하강시키면서, 플라스마 발생원과 기판의 갭 공간에 기체를 공급하고, 플라스마 발생원의 하강에 수반하여, 기체의 공급량을 경시적으로 감소시키는 것이 바람직하다. 플라스마 발생원은, 기판으로부터 크게 이격한 대기 위치로부터, 기판에 근접 대향하는 대향 위치로 이동한다. 이 때, 플라스마 발생원과 기판의 갭 공간에 기체를 공급해 둠으로써, 갭 공간의 분위기를 적절히 제어할 수 있다.
분위기 제어라는 관점에서는, 플라스마 발생원과 기판의 갭이 클 때에는 비교적 큰 유량으로 기체를 공급하는 것이 유효한 한편, 갭이 작아지면, 기판에 형성된 액막을 기체의 흐름이 어지럽힐 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해, 기체의 공급량을 경시적으로 저감시키는 것이 유효하다.
또 예를 들면, 본 발명은, 기판의 상면에 형성된 레지스트막을 처리액에 의해 제거하는 처리에 적용할 수 있다. 즉, 레지스트막을 분해 제거하기 위해, 처리액에 의한 액막 형성과, 플라스마 조사를 조합한 처리를 적용할 수 있다. 플라스마 조사에 의해 처리액 중의 반응종을 활성화할 수 있으므로, 적은 액량으로도 양호하게 레지스트 제거를 실행하는 것이 가능하다.
또 예를 들면, 목표값을 취득하는 목표값 취득 공정을 추가로 구비해도 되고, 목표값은, 기판의 종류, 처리액의 종류, 및 처리액에 의한 처리의 내용 중 적어도 하나에 따라 바뀌는 것이어도 된다. 이러한 구성에 의하면, 용도에 따른 막두께의 목표값을 설정하는 것이 가능하며, 예를 들면, 복수의 목표값을 전환하여 적용할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 기판 처리 장치에 있어서는, 예를 들면 리액터는, 기판의 평면 사이즈 이상의 평면 사이즈를 갖고, 대향 위치에서는 기판의 상면의 전체와 대향하도록 구성할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 기판 표면의 전체를 동시에 처리하는 것이 가능하다.
또 예를 들면, 리액터와 기판의 상면 사이에 기체를 공급하는 기체 공급부를 추가로 설치해도 된다. 이러한 구성에 의하면, 리액터와 기판 사이의 분위기를 플라스마 점등에 적합한 조건으로 제어하고, 안정적으로 플라스마를 발생시키는 것이 가능해진다. 또, 플라스마 점등에 의해 발생하는 활성종의 종류를 제어할 수 있다.
여기서, 기체 공급부는, 리액터와 일체적으로 결합되어 기체를 토출하는 가스 노즐을 갖고 있어도 되고, 추가로 가스 노즐은, 기판의 주연부 측으로부터 회전 중심을 향하여 수평 방향으로 기체를 토출하는 구성이어도 된다. 가스 노즐이 리액터와 일체화됨으로써 양자의 위치 관계가 고정되므로, 리액터의 하면에 있어서의 분위기 제어를 보다 확실히 행할 수 있다. 또, 기판의 주연부 측으로부터 회전 중심을 향하여 대략 수평 방향으로 기체를 토출함으로써, 리액터와 기판 사이의 분위기를 일정한 것으로 할 수 있으며, 이 점은 안정된 플라스마 점등에 이바지하는 것이다.
이상, 특정의 실시예를 따라 발명을 설명했는데, 이 설명은 한정적인 의미로 해석되는 것을 의도한 것은 아니다. 발명의 설명을 참조하면, 본 발명의 그 외의 실시 형태와 동일하게, 개시된 실시 형태의 여러 가지 변형예가, 이 기술에 정통한 자에게 명확해질 것이다. 고로, 첨부의 특허 청구의 범위는, 발명의 진정한 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 당해 변형예 또는 실시 형태를 포함하는 것으로 생각할 수 있다.
이 발명은, 기판을 처리액에 의해 처리하는 각종의 기판 처리에 적용 가능하며, 예를 들면 기판으로부터 레지스트막을 제거하는 처리에 적합하게 적용할 수 있다.
1: 기판 처리 장치
24: 플라스마 리액터(플라스마 발생원, 리액터)
25: 가스 노즐(기체 공급부)
31: 스핀 베이스(기판 유지부)
32: 척 핀(기판 유지부)
33: 회전 지축(기판 유지부)
34: 회전 구동 기구(기판 유지부)
40: 액 공급 유닛
50: 막두께 계측 유닛(막두께 계측부)
90: 제어 유닛(제어부)
92: 플라스마 전원(플라스마 발생원)
93: 가스 공급부(기체 공급부)
94: 처리액 공급부(처리액 공급부)
97: 막두께 연산부
Lq: 처리액
S: 기판

Claims (19)

  1. 기판을 수평 자세로 유지하는 공정과,
    상기 기판의 상면에 처리액을 공급하고 상기 기판을 연직축 둘레로 회전시켜, 상기 기판의 상면에 상기 처리액의 액막을 형성하는 공정과,
    상기 액막의 막두께를 검출하는 공정과,
    상기 막두께의 검출 결과가 소정의 목표값인 경우에, 상기 기판의 상면에 대향시켜 플라스마 발생원을 배치하고, 상기 플라스마 발생원으로부터 상기 액막에 대해 플라스마 조사를 행하는 공정
    을 구비하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액막의 형성 후, 상기 기판의 회전을 정지하고 상기 플라스마 조사를 행하는, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 플라스마 발생원은, 상기 기판의 평면 사이즈 이상의 평면 사이즈를 갖는 리액터를 구비하는, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라스마 발생원은, 상기 기판의 평면 사이즈보다 작은 평면 사이즈를 갖는 리액터를 구비하고,
    상기 액막의 형성 시의 회전 속도 이하의 회전 속도로 상기 기판을 회전시키면서, 상기 리액터를 상기 기판에 대해 주사 이동시켜 상기 플라스마 조사를 행하는, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액막의 형성 후, 상기 기판의 회전을 정지하고 상기 막두께의 검출을 행하는, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막두께의 검출 결과가 상기 목표값과 상이한 경우에, 상기 기판에 대한 상기 액막의 형성을 재실행하는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 처리액의 공급량, 상기 기판의 회전 속도, 상기 기판의 회전 계속 시간, 상기 기판의 회전 가속도 중 적어도 하나를, 앞의 액막 형성 시와는 상이하게 하여 상기 액막의 형성을 재실행하는, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액막을 형성하는 공정에서는, 상기 막두께가 상기 목표값일 때에 상기 액막을 구성하는 액량보다 많은, 소정량의 상기 처리액을 상기 기판의 상면에 공급하고, 당해 처리액의 일부를 회전에 의해 떨쳐내는, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액막의 형성, 상기 막두께의 검출 및 상기 플라스마 조사를, 이 순서로 복수 회 반복하여 실행하는, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리액은 황산을 포함하는, 기판 처리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 플라스마 조사를 행하는 공정에서는, 상기 플라스마 발생원과 상기 기판의 상면 사이에 산소를 포함하는 기체를 공급하는, 기판 처리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 막두께의 검출 후, 상기 플라스마 발생원을 상기 기판의 상방의 대기 위치에서 상기 기판과의 대향 위치까지 하강시키면서, 상기 플라스마 발생원과 상기 기판의 갭 공간에 상기 기체를 공급하고, 상기 플라스마 발생원의 하강에 수반하여, 상기 기체의 공급량을 경시적(經時的)으로 감소시키는, 기판 처리 방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상면에 형성된 레지스트막을 상기 처리액에 의해 제거하는, 기판 처리 방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표값을 취득하는 목표값 취득 공정을 추가로 구비하고,
    상기 목표값은, 상기 기판의 종류, 상기 처리액의 종류, 및 상기 처리액에 의한 처리의 내용 중 적어도 하나에 따라 바뀌는, 기판 처리 방법.
  15. 기판을 수평 자세로 유지하고 연직축 둘레로 회전시키는 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판의 상면에 처리액을 공급하는 처리액 공급부와,
    상기 처리액 공급부로부터 소정량의 상기 처리액을 공급시키고, 상기 기판 유지부에 의해 상기 기판을 회전시켜, 상기 기판의 상면에 상기 처리액의 액막을 형성시키는 제어부와,
    상기 액막의 막두께를 계측하는 막두께 계측부와,
    플라스마를 발생시키는 리액터와,
    상기 리액터를, 상기 기판의 상면에 근접 대향하는 대향 위치와, 상기 기판의 상면으로부터 이격한 대기 위치 사이에서 이동시키는 이동 기구
    를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 막두께 계측부로부터의 신호에 의거하여 상기 막두께를 산출하는 막두께 연산부를 갖고, 상기 막두께의 산출 결과가 소정의 목표값이었을 경우에, 상기 리액터를 상기 대향 위치에 위치시키고 상기 기판의 상면의 상기 액막에 대해 플라스마 조사를 행하게 하는, 기판 처리 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 리액터는, 상기 기판의 평면 사이즈 이상의 평면 사이즈를 갖고, 상기 대향 위치에서는 상기 기판의 상면의 전체와 대향하는, 기판 처리 장치.
  17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 리액터와 상기 기판의 상면 사이에 기체를 공급하는 기체 공급부를 구비하는, 기판 처리 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 기체 공급부는, 상기 리액터와 일체적으로 결합되어 상기 기체를 토출하는 가스 노즐을 갖는, 기판 처리 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 가스 노즐은, 상기 기판의 주연부 측으로부터 회전 중심을 향하여 수평 방향으로 상기 기체를 토출하는, 기판 처리 장치.
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