KR20240015576A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

혼합열을 발생하는 혼합액에 기판을 침지할 경우에, 기판을 효율적으로 처리하는, 기술을 제공한다. 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 처리액을 저류하는 처리조와, 상기 처리액을 상기 처리조로부터 취출해서 상기 처리조로 되돌리는 순환로와, 상기 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와, 상기 처리조의 내부 침지 위치와, 상기 처리조보다 상방의 대기 위치 사이에서, 상기 기판 보유 지지부를 승강시키는 승강부와, 상기 승강부를 제어하는 제어부를 구비한다. 상기 처리액은, 제1 성분과 제2 성분을 혼합한 혼합액으로서, 혼합열을 발생하는 혼합액이다. 상기 제어부는, 상기 혼합열에 의해 상기 혼합액의 온도가 상승해서 피크 온도에 도달하기 전에, 상기 혼합액에 상기 기판을 침지시키는 제어를 행한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 {SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 개시는, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에 기재된 기판 처리 장치는, 처리액을 저류하는 처리조와, 처리조 내의 처리액을 순환시키기 위한 순환로와, 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와, 처리조 내의 침지 위치와 처리조보다 상방의 대기 위치 사이에서 기판 보유 지지부를 승강시키는 승강부를 구비한다. 처리액은, 황산과 과산화수소수의 혼합액이다.
일본 특허 공개 제2011-114305호 공보
본 개시의 일 양태는, 혼합열을 발생하는 혼합액에 기판을 침지할 경우에, 기판을 효율적으로 처리하는, 기술을 제공한다.
본 개시의 일 형태에 관한 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 처리액을 저류하는 처리조와, 상기 처리액을 상기 처리조로부터 취출해서 상기 처리조로 되돌리는 순환로와, 상기 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와, 상기 처리조의 내부 침지 위치와, 상기 처리조보다 상방의 대기 위치 사이에서, 상기 기판 보유 지지부를 승강시키는 승강부와, 상기 승강부를 제어하는 제어부를 구비한다. 상기 처리액은, 제1 성분과 제2 성분을 혼합한 혼합액으로서, 혼합열을 발생하는 혼합액이다. 상기 제어부는, 상기 혼합열에 의해 상기 혼합액의 온도가 상승해서 피크 온도에 도달하기 전에, 상기 혼합액에 상기 기판을 침지시키는 제어를 행한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 혼합열을 발생하는 혼합액에 기판을 침지할 경우에, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치를 나타내는 정면 단면도이다.
도 2는, 도 1의 내조와 기판 보유 지지부의 일례를 나타내는 측면 단면도이다.
도 3은, 일 실시 형태에 관한 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 기판 처리 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 5는, 온도와 H2O2 농도와 H2SO4 농도의 시간 변화의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은, 온도와 에칭 속도의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은, H2O2 농도와 에칭 속도의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 또는 대응하는 구성에는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하는 경우가 있다. 본 명세서에 있어서, X축 방향, Y축 방향, Z축 방향은 서로 수직인 방향이다. X축 방향과 Y축 방향은 수평 방향이며, Z축 방향은 연직 방향이다.
종래부터, 기판 처리 장치로서, 배치식의 장치와, 매엽식의 장치가 알려져 있다. 배치식은, 복수매의 기판을 동시에 처리액에 침지함으로써, 복수매의 기판을 일괄적으로 처리한다. 한편, 매엽식은, 기판을 수평하게 유지함과 함께 기판을 회전시키면서, 기판의 상면에 처리액을 적하한다. 본 개시의 기술은, 배치식의 기술에 관계한다. 배치식은, 매엽식에 비해, 장시간의 처리에 적합하다.
처리액으로서, 제1 성분과 제2 성분을 혼합한 혼합액이 사용되는 경우가 있다. 여기서, 혼합액은, 제3 성분을 포함해도 된다. 혼합액은, 혼합열을 발생한다. 혼합열은, 복수 종류의 성분을 혼합함으로써 발생하는 반응열이다. 예를 들어 황산과 과산화수소수(H2O2+H2O)를 혼합하면, 황산의 희석열, 황산과 물의 수화열 또는 황산과 과산화수소의 반응열이 발생한다. 복수의 혼합열이, 온도에 따라서 단계적으로 발생해도 된다.
온도가 높을수록, 발열 반응이 진행하기 쉽고, 혼합액의 온도가 급상승하는 경우가 있다. 그 결과, 혼합액의 온도가 목표 온도보다 오버슈트하는 경우가 있다. 그 후, 혼합액의 온도가 목표 온도에서 안정화된 후에 혼합액에 대한 기판의 침지를 개시하면, 침지 개시까지의 대기 시간이 길어져버린다. 그 결과, 기판 처리 장치의 처리 능력(단위 시간당의 처리 매수)이 저하되어버린다.
또한, 혼합액의 온도가 목표 온도보다 오버슈트하면, 열분해가 촉진된다. 예를 들어, 과산화수소는, 고온에서 물과 산소로 분해된다. 과산화수소의 농도는, 열분해에 의해 목표 농도보다 현저하게 저하되어버린다. 그 후에 혼합액에 대하여 과산화수소를 보급해도, 혼합액에 있어서의 과산화수소의 농도를 목표 농도까지 회복하는 것은 곤란하다.
본 개시의 기술은, 상세하게는 후술하지만, 혼합열에 의해 혼합액의 온도가 상승해서 피크 온도(최고 온도)에 도달하기 전에, 혼합액에 기판을 침지시킨다. 이에 의해, 열분해하는 성분의 농도가 현저하게 저하되기 전에, 기판을 처리할 수 있어서, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다. 또한, 침지 개시까지의 대기 시간을 단축할 수 있어서, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치(1)에 대해서 설명한다. 기판 처리 장치(1)는, 예를 들어 처리조(10)와, 제1 성분 공급부(15)와, 제2 성분 공급부(17)와, 배출부(18)와, 순환로(20)와, 기판 보유 지지부(30)와, 승강부(40)와, 제어부(90)를 구비한다.
처리조(10)는, 기판(W)을 처리하는 처리액(L)을 저류한다. 처리조(10)는, 예를 들어 내조(11)와 외조(12)를 구비한다. 내조(11)는, 처리액(L)을 저류한다. 복수매의 기판(W)은, 내조(11)에 저류되어 있는 처리액(L)에 침지된다. 외조(12)는, 내조(11)로부터 오버플로우한 처리액(L)을 회수한다.
처리액(L)은, 제1 성분과 제2 성분을 혼합한 혼합액으로서, 혼합열을 발생하는 혼합액이다. 예를 들어, 제1 성분은 황산이며 제2 성분은 과산화수소이다. 처리액(L)은 제3 성분을 포함해도 되고, 제3 성분은 예를 들어 물이다. 처리액(L)은, 예를 들어 황산과 과산화수소를 포함하는 수용액(소위 SPM: Sulfuric acid-hydrogen Peroxide Mixture)이다.
처리액(L)은, 예를 들어 에칭액으로서 사용된다. 에칭액은, 기판(W)에 형성된 원하는 막을 제거한다. 예를 들어, SPM은, 레지스트막, 폴리실리콘막, 아몰퍼스 실리콘막 또는 금속막을 제거한다. 금속막은, 예를 들어 텅스텐막이다.
금속막의 제거에 사용되는 SPM은, 과산화수소의 목표 농도가 비교적 높고, 목표 온도도 비교적 높다. 과산화수소와 황산의 혼합비(질량비)의 목표값(H2O2/H2SO4)은, 바람직하게는 1/4보다 크다. 목표 온도는, 바람직하게는 125℃ 내지 170℃이고, 보다 바람직하게는 130℃ 내지 170℃이다.
과산화수소의 목표 농도가 높을수록, 혼합열이 발생하기 쉽다. 또한, 목표 온도가 높을수록, 혼합열이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 본 개시의 기술은, SPM을 금속막의 제거에 사용하는 경우에 특히 유효하다.
제1 성분 공급부(15)는, 처리액(L)을 구성하는 제1 성분을 처리조(10)에 공급한다. 제1 성분 공급부(15)는, 예를 들어 황산 공급부이다. 황산은, 수용액의 형태로, 처리조(10)에 공급해도 된다. 황산의 공급처는, 내조(11)이다. 제1 성분 공급부(15)는, 예를 들어 도시하지 않은 개폐 밸브와 유량 제어기와 유량계를 포함한다.
제2 성분 공급부(17)는, 처리액(L)을 구성하는 제2 성분을 처리조(10)에 공급한다. 제2 성분 공급부(17)는, 예를 들어 과산화수소 공급부이다. 과산화수소는, 수용액의 형태로, 처리조(10)에 공급해도 된다. 과산화수소의 공급처는, 내조(11)이다. 제2 성분 공급부(17)는, 예를 들어 도시하지 않은 개폐 밸브와 유량 제어기와 유량계를 포함한다.
배출부(18)는, 처리조(10)에 저류한 처리액(L)을 배출한다. 예를 들어, 배출부(18)는, 내조(11)에 저류한 처리액(L)을 배출한다. 배출부(18)는, 배출로(18a)와, 개폐 밸브(18b)를 구비한다. 배출로(18a)는, 일단부가 내조(11)에 접속된다. 개폐 밸브(18b)는, 제어부(90)에 의한 제어하에서, 배출로(18a)를 개폐한다.
순환로(20)는, 처리액(L)을 처리조(10)로부터 취출해서 처리조(10)로 되돌린다. 처리액(L)을 순환시킬 수 있고, 처리액(L)을 구성하는 복수의 성분의 혼합을 촉진할 수 있다. 예를 들어, 순환로(20)는, 처리액(L)을 외조(12)로부터 취출해서 내조(11)로 되돌린다. 순환로(20)는, 상류 단이 외조(12)에 접속되고, 하류 단이 내조(11)의 내부에 마련되는 노즐(29)에 접속된다.
순환로(20)의 도중에는, 예를 들어 상류측에서 하류측을 향해서, 제1 개폐 밸브(21)와, 냉각 가스 공급부(22)와, 펌프(23)와, 제1 냉각 가스 배출부(24)와, 히터(25)와, 제2 냉각 가스 배출부(26)와, 제2 개폐 밸브(27)와, 필터(28)가 이 순서로 마련된다. 또한, 순환로(20)의 도중에 마련되는 기기의 종류와 순서는, 특별히 한정되지 않는다.
제1 개폐 밸브(21)가 외조(12)의 가까운 데에서 순환로(20)를 폐색한 상태로, 냉각 가스 공급부(22)가 순환로(20)에 냉각 가스를 공급한다. 냉각 가스로서는, 질소 가스 또는 건조 공기가 사용된다. 냉각 가스는, 순환로(20)에 남는 처리액(L)을, 제1 냉각 가스 배출부(24)와 제2 냉각 가스 배출부(26)로부터 순환로(20)의 외부로 배출한다. 이에 의해, 순환로(20)를 냉각할 수 있다.
냉각 가스 공급부(22)가 순환로(20)에 냉각 가스를 공급하는 사이, 제어부(90)는 펌프(23)를 공운전시킨다. 또한, 냉각 가스 공급부(22)가 순환로(20)에 냉각 가스를 공급하는 사이, 제2 개폐 밸브(27)는 순환로(20)를 폐색하여, 필터(28)의 건조를 방지한다. 제2 개폐 밸브는, 필터(28)의 상류측에 마련된다.
냉각 가스 공급부(22)는, 실온의 냉각 가스를 순환로(20)에 공급하지만, 실온보다 저온의 냉각 가스를 순환로(20)에 공급해도 된다. 순환로(20)를 효율적으로 냉각할 수 있다. 냉각 가스 공급부(22)는, 실온의 냉각 가스를, 실온보다 저온으로 냉각하는 냉각기를 가져도 된다. 냉각 가스 공급부(22)는, 냉각부의 일례이다.
냉각부로서, 냉각 가스 공급부(22)를 대신하여(또는 추가하여), 냉각액 공급부(16)가 사용되어도 된다. 냉각액 공급부(16)는, 처리조(10)(예를 들어 외조(12))를 개재해서 순환로(20)에 냉각액을 공급한다. 냉각액으로서, 예를 들어 제1 성분인 황산이 사용된다. 냉각액은, 순환로(20)에 남는 처리액(L)을 내조(11)로 배출한다. 이에 의해, 순환로(20)를 냉각할 수 있다.
제어부(90)는, 냉각액을 순환로(20)에 공급하기 위해, 펌프(23)를 운전시킨다. 또한, 제어부(90)는, 냉각액을 통과시키기 위해, 제1 개폐 밸브(21)와 제2 개폐 밸브(27)를 개방한다. 냉각액은, 순환로(20)를 통과해서 내조(11)로 배출된 후, 배출부(18)로부터 내조(11)의 외부로 배출된다.
냉각액 공급부(16)는, 실온의 냉각액을 순환로(20)에 공급하지만, 실온보다 저온의 냉각액을 순환로(20)에 공급해도 된다. 순환로(20)를 효율적으로 냉각할 수 있다. 냉각액 공급부(16)는, 실온의 냉각액을, 실온보다 저온으로 냉각하는 냉각기를 가져도 된다.
기판 보유 지지부(30)는, 예를 들어 도 2에 나타내는 바와 같이, 기판(W)을 보유 지지한다. 예를 들어, 기판 보유 지지부(30)는, 복수매의 기판(W)을 Y축 방향으로 나란히 배열함과 동시에 각 기판(W)을 수직으로 세워서 보유 지지한다. 기판 보유 지지부(30)는, 복수개(예를 들어 4개)의 보유 지지 암(31)을 갖는다. 각 보유 지지 암(31)은, Y축 방향을 따라 마련되고, Y축 방향으로 간격을 두고 복수의 홈을 갖는다. 각 기판(W)은, 보유 지지 암(31)의 홈에 보유 지지된다.
승강부(40)는, 처리조(10)의 내부 침지 위치와, 처리조(10)보다 상방의 대기 위치 사이에서 기판 보유 지지부(30)를 승강시킨다. 승강부(40)는, 예를 들어 도시하지 않은 모터와 모터의 회전 운동을 기판 보유 지지부(30)의 직선 운동으로 변환하는 볼 나사를 포함한다. 또한, 승강부(40)는, 기판 보유 지지부(30)를 수평 방향으로 이동시켜도 된다.
제어부(90)는, 예를 들어 컴퓨터이며, CPU(Central Processing Unit) 등의 연산부(91)와, 메모리 등의 기억부(92)를 구비한다. 기억부(92)에는, 기판 처리 장치(1)에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(90)는, 기억부(92)에 기억된 프로그램을 연산부(91)에 실행시킴으로써, 기판 처리 장치(1)의 동작을 제어한다.
이어서, 도 3 및 도 4를 참조하여, 일 실시 형태에 관한 기판 처리 방법에 대해서 설명한다. 기판 처리 방법은, 예를 들어 도 3에 나타내는 스텝 S101 내지 S106을 갖는다. 스텝 S101 내지 S106은, 제어부(90)에 의한 제어하에서 실시된다. 또한, 기판 처리 방법은, 스텝 S101 내지 S106의 모두를 갖지 않아도 되고, 스텝 S101 내지 S106 이외의 처리를 가져도 된다.
도 3에 나타내는 스텝 S101 이후의 처리는, 새로운 배치의 준비가 종료되면 개시된다. 1개의 배치는, 복수매(예를 들어 25장, 50장 또는 100장)의 기판(W)으로 구성된다. 스텝 S101 이후의 처리는, 배치마다 행해진다. 배치마다 처리액(L)이 교환된다.
우선, 시각 t0에서 시각 t1까지, 배출부(18)가, 내조(11)를 비우기 위해, 내조(11)로부터 처리액(L)을 배출한다(스텝 S101). 이 사이, 펌프(23)는, 외조(12)를 비우기 위해, 순환로(20)를 개재해서 외조(12)로부터 내조(11)로 처리액(L)을 보낸다. 스텝 S101에 의해, 내조(11)와 외조(12)가 비워지게 된다. 단, 순환로(20)에는, 처리액(L)이 남아 있어, 순환로(20)가 고온인 채로이다.
이어서, 시각 t1에서 시각 t2까지, 순환로(20)가 냉각된다(스텝 S102). 구체적으로는, 예를 들어 냉각액 공급부(16)가 외조(12)를 개재해서 순환로(20)에 냉각액을 공급하는 것과, 배출부(18)가 내조(11)로부터 냉각액을 배출하는 것이 교대로 반복해서 행해진다. 순환로(20)의 냉각에는, 냉각액 공급부(16)를 대신하여(또는 추가하여), 냉각 가스 공급부(22)가 사용되어도 된다. 어떻게 하든, 순환로(20)를 냉각함으로써, 여열을 제거할 수 있고, 여열에 의한 발열 반응의 촉진을 방지할 수 있다.
이어서, 시각 t2에서 시각 t3까지, 제1 성분 공급부(15)가 실온의 황산을 내조(11)에 공급하고, 제2 성분 공급부(17)가 실온의 과산화수소를 내조(11)에 공급한다(스텝 S103). 과산화수소는, 수용액의 형태로 공급된다. 과산화수소수의 공급이 진행됨에 따라, 과산화수소수와 황산의 혼합에 의해 혼합열이 발생하여, 처리액(L)의 온도(T)가 상승한다.
이어서, 시각 t3에서, 펌프(23)가, 처리액(L)의 순환을 개시한다(스텝 S104). 순환에 의해 과산화수소수와 황산의 혼합이 진행되고, 혼합열에 의해 처리액(L)의 온도(T)가 더 상승한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 처리액(L)의 온도(T)는, 예를 들어 110℃ 전후까지 상승하여, 일시적으로 안정된다.
이어서, 시각 t4에서, 히터(25)가, 처리액(L)의 가열을 개시한다(스텝 S105). 히터(25)는, 순환로(20)에 마련되지만, 처리조(10)에 마련되어도 된다. 히터(25)는, 처리액(L)을 가열하는 가열부의 일례이다. 시각 t4의 후, 처리액(L)의 온도(T)가 다시 상승하여, 혼합열이 다시 발생하게 된다.
이어서, 시각 t5에서, 처리액(L)의 온도(T)가 침지 개시 온도(TSTA)(예를 들어 130℃)에 달하면, 승강부(40)가 기판 보유 지지부(30)를 대기 위치로부터 침지 위치까지 하강시켜, 기판(W)을 처리액(L)에 침지한다(스텝 S106). 침지 개시 온도(TSTA)는, 후술하는 에칭 개시 온도(TETC)(도 6 참조)보다 높게 설정되지만, 낮게 설정되어도 된다.
시각 t5의 후, 처리액(L)의 온도(T)가, 혼합열에 의해 목표 온도(TPRE)(예를 들어 140℃)보다 오버슈트한다. 목표 온도(TPRE)는, 침지 개시 온도(TSTA)보다 높다. 처리액(L)의 온도(T)는, 목표 온도(TPRE)를 초과한 후, 피크 온도(TMAX)(예를 들어 160℃)에 달한다. 피크 온도(TMAX)는, 목표 온도(TPRE)보다 높다.
피크 온도(TMAX)는, 역치를 초과하지 않도록 제어된다. 역치는, 예를 들어 처리조(10)의 내열 온도에 기초하여 결정된다. 피크 온도(TMAX)가 역치를 초과하는 경우, 제어부(90)는 시각 t2에서 시각 t3까지 처리조(10)에 대하여 공급하는 과산화수소수의 양을 저감시키고, 혼합열의 발생량을 저감시켜도 된다. 온도(T)는, 피크 온도(TMAX)에 달한 후, 저하되기 시작한다.
이어서, 시각 t6에서, 제어부(90)는, 온도(T)가 피크 온도(TMAX)로부터 저하되기 시작한 것을 검출함으로써, 온도(T)가 피크 온도(TMAX)에 도달한 것을 검출한다. 온도(T)는, 온도 검출부(51)(도 1 참조)에 의해 검출된다. 온도 검출부(51)는, 처리조(10)에 마련되지만, 순환로(20)에 마련되어도 된다. 온도 검출부(51)는, 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(90)에 송신한다. 제어부(90)는, 예를 들어 온도(T)의 기울기 등으로, 온도(T)가 피크 온도(TMAX)에 도달한 것을 검출한다.
시각 t6의 후, 제어부(90)는, 시각 t6의 전과는 다른 설정으로 히터(25)를 제어한다. 즉, 제어부(90)는, 처리액(L)의 온도(T)가 피크 온도(TMAX)에 달한 후와 전에, 다른 설정으로 히터(25)를 제어한다. 혼합열의 발생량이 많은 기간과, 혼합열의 발생량이 적은 기간에, 히터(25)를 적절하게 제어할 수 있다.
제어부(90)는, 예를 들어 처리액(L)의 온도(T)가 피크 온도(TMAX)에 도달하기 전과 후(시각 t6의 전과 후)에, 다른 전달 함수를 사용해서 히터(25)를 피드백 제어한다. 피드백 제어가 PID 제어 또는 PI 제어일 경우, 전달 함수는 적어도 비례 게인(Kp)과 적분 게인(Ki)을 포함한다. 시각 t6의 전의 비례 게인(Kp)은, 시각 t6의 후의 비례 게인(Kp)보다, 크게 설정된다. 시각 t6의 전의 적분 게인(Ki)은, 시각 t6의 후의 적분 게인(Ki)보다, 작게 설정된다.
또한, 제어부(90)는, 예를 들어 처리액(L)의 온도(T)가 피크 온도(TMAX)에 도달하기 전과 후(시각 t6의 전과 후)에, 다른 전류값으로 히터(25)를 정전류 제어 해도 된다. 시각 t6의 전의 히터(25)에 대한 공급 전류는, 시각 t6의 후의 히터(25)에 대한 공급 전류보다, 작게 설정되어도 된다. 시각 t6의 후에, 히터(25)를 사용해서 적극적으로 온도 조정하기 때문이다.
황산과 과산화수소수의 혼합 개시부터, 처리액(L)의 온도(T)가 피크 온도(TMAX)에 도달할 때까지의 기간에 있어서, 혼합열의 총 열량은, 히터(25)의 총 열량보다 크다. 한편, 처리액(L)의 온도(T)가 피크 온도(TMAX)에 도달하고 나서, 기판(W)의 침지가 종료될 때까지의 기간에 있어서, 혼합열의 총 열량은, 히터(25)의 총 열량보다 작다.
시각 t6의 후, 제2 성분 공급부(17)는, 처리조(10)에 대하여 과산화수소를 보급해도 된다. 처리액(L)의 온도(T)가 목표 온도(TPRE)보다 오버슈트하면, 과산화수소의 열분해가 촉진된다. 과산화수소를 보급하지 않을 경우, 도 5에 파선으로 나타낸 바와 같이, 과산화수소의 농도가 목표 농도(C1PRE)보다 현저하게 저하되어버린다.
그래서, 시각 t6의 후, 제2 성분 공급부(17)는, 처리조(10)에 대하여 과산화수소를 보급함으로써, 과산화수소의 농도 저하를 억제해도 된다. 시각 t6의 후에는, 혼합열의 발생이 안정된다. 혼합열의 발생이 안정된 후에 과산화수소의 보급을 행하면, 처리액(L)의 과승온을 억제할 수 있다.
또한, 도 5에 있어서, C2PRE는, 황산의 목표 농도이다.
이어서, 시각 t7에서, 승강부(40)가 기판 보유 지지부(30)를 침지 위치로부터 대기 위치까지 상승시키고, 기판(W)을 처리액(L)으로부터 인상한다. 이에 의해, 처리액(L)에 대한 기판(W)의 침지를 종료한다. 침지 시간은, 실험 등에 의해 미리 설정되고, 예를 들어 에칭 대상의 막 두께와 에칭 속도에 기초하여 미리 설정된다.
제어부(90)는, 에칭량이 허용 범위에 들어가도록, 침지 시간을 배치마다 보정해도 된다. 예를 들어, 제어부(90)는, 처리액(L)의 온도 프로파일과 농도 프로파일의 적어도 하나를 취득하고, 취득한 데이터에 기초하여 침지 시간을 보정한다. 에칭 속도는, 온도(T)와 과산화수소 농도(C1)에 의존하기 때문이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 온도(T)가 에칭 개시 온도(TETC)를 초과하면, 에칭이 시작된다. 처리액(L)의 온도(T)가 높아질수록, 에칭 속도(ER)가 빨라진다. 에칭 속도(ER)와 온도(T)의 관계식은, 미리 실험 등으로 구해진다. 제어부(90)는, 에칭 속도(ER)와 온도(T)의 관계식과, 온도 프로파일에 기초하여 침지 시간을 보정해도 된다. 또한, 제어부(90)는, 온도(T)가 에칭 개시 온도(TETC)를 초과한 후, T와 TETC의 차(T-TETC)를 적분하고, 그 적분값에 기초하여 침지 시간을 보정해도 된다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 에칭 속도(ER)는, 과산화수소 농도(C1)에도 의존한다. 과산화수소 농도(C1)가 높아질수록, 에칭 속도(ER)가 빨라진다. 에칭 속도(ER)와 과산화수소 농도(C1)의 관계식은, 미리 실험 등으로 구해진다. 제어부(90)는, 에칭 속도(ER)와 과산화수소 농도(C1)의 관계식과, 과산화수소 농도(C1)의 프로파일에 기초하여 침지 시간을 보정해도 된다. 에칭 속도(ER)와 과산화수소 농도(C1)의 관계식은, 온도(T)마다 준비되어도 된다.
과산화수소 농도(C1)는, 농도 검출부(52)(도 1)에 의해 검출된다. 농도 검출부(52)는, 처리조(10)에 마련되지만, 순환로(20)에 마련되어도 된다. 농도 검출부(52)는, 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(90)에 송신한다. 또한, 농도 검출부(52)는, 황산 농도(C2)를 검출해도 된다. 과산화수소 농도(C1)와 황산 농도(C2)는, 각각의 농도 검출부(52)로 검출해도 된다.
상기한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 혼합열에 의해 처리액(L)의 온도(T)가 상승해서 피크 온도(TMAX)에 도달하기 전에, 처리액(L)에 기판(W)을 침지시킨다. 이에 의해, 열분해되는 성분(예를 들어 과산화수소)의 농도가 현저하게 저하되기 전에, 기판(W)을 처리할 수 있어서, 기판(W)을 효율적으로 처리할 수 있다. 또한, 침지 개시까지의 대기 시간을 단축할 수 있어서, 기판(W)을 효율적으로 처리할 수 있다.
기판 처리 장치(1)는, 처리액(L)의 온도(T)가 피크 온도(TMAX)를 향해서 상승하는 과정의 온도 프로파일을 예측하는 예측부를 구비해도 된다. 예측부는, 제어부(90)의 일부이어도 된다. 예측부는, 예를 들어 과거의 배치 온도 프로파일을 기초로, 현재의 배치의 온도 프로파일을 예측한다. 배치 간에서 온도 프로파일은 거의 변동하지 않는다.
제어부(90)는, 처리액(L)의 온도(T)가 피크 온도(TMAX)에 도달하기 전에, 예측부의 예측 결과에 기초하여 반송 장치(60)(도 1 참조)에 대하여 기판 보유 지지부(30)에 기판(W)을 반송하는 지령을 송신하는 제어를 행한다. 이에 의해, 혼합열에 의해 처리액(L)의 온도(T)가 상승해서 피크 온도(TMAX)에 도달하기 전에, 처리액(L)에 기판(W)을 침지시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 시각 t5에서, 처리액(L)의 온도(T)가 침지 개시 온도(TSTA)(예를 들어 130℃)에 달하면, 기판(W)의 침지를 시작하지만, 본 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 처리액(L)의 순환 개시(시각 t3)의 후, 히터(25)에 의한 가열 개시(시각 t4) 전에, 기판(W)의 침지를 시작해도 된다.
히터(25)에 의한 가열 개시(시각 t4) 전에, 황산과 과산화수소수가 균일하게 혼합되어, 처리액(L)의 온도(T)가 일시적으로 안정화된다. 온도(T)가 안정되어 있는 사이에, 기판(W)의 침지를 시작해도 된다. 이 경우, 온도(T)의 상승 중에 기판(W)의 침지를 시작하는 경우에 비해, 기판(W)의 침지를 시작하는 타이밍의 관리가 용이하다.
또한, 히터(25)에 의한 가열 개시(시각 t4) 전에, 온도(T)는 에칭 개시 온도(TETC)보다 낮고, 에칭은 실질적으로 개시되지 않는다. 에칭량은, 온도(T)가 에칭 개시 온도(TETC)에 달한 시각으로부터의 경과 시간 등으로 관리할 수 있다. 에칭량의 관리가 용이하다. 온도(T)가 에칭 개시 온도(TETC)보다 낮은 온도에서 안정되어 있는 사이에 기판(W)의 침지를 시작하는 것이 바람직하다.
이상, 본 개시에 관한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되지 않는다. 특허 청구 범위에 기재된 범주 내에서, 각종 변경, 수정, 치환, 부가, 삭제 및 조합이 가능하다. 그것들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 기판을 처리하는 처리액을 저류하는 처리조와, 상기 처리액을 상기 처리조로부터 취출해서 상기 처리조로 되돌리는 순환로와, 상기 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지부와, 상기 처리조의 내부 침지 위치와, 상기 처리조보다 상방의 대기 위치 사이에서, 상기 기판 보유 지지부를 승강시키는 승강부와, 상기 승강부를 제어하는 제어부를 포함하는, 기판 처리 장치로서,
    상기 처리액은, 제1 성분과 제2 성분을 혼합한 혼합액으로서, 혼합열을 발생하는 혼합액이며,
    상기 제어부는, 상기 혼합열에 의해 상기 혼합액의 온도가 상승해서 피크 온도에 도달하기 전에, 상기 혼합액에 상기 기판을 침지시키는 제어를 행하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합액을 가열하는 가열부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도에 도달하기 전과 후에, 다른 설정으로 상기 가열부를 제어하는, 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도에 도달하기 전과 후에, 다른 전달 함수를 사용해서 상기 가열부를 피드백 제어하는, 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도에 도달하기 전과 후에, 다른 전류값으로 상기 가열부를 정전류 제어하는, 기판 처리 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 성분과 상기 제2 성분의 혼합 개시부터, 상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도에 도달할 때까지의 기간에 있어서, 상기 혼합열의 총 열량은, 상기 가열부의 총 열량보다 크고, 상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도에 도달하고 나서, 상기 기판의 침지가 종료될 때까지의 기간에 있어서, 상기 혼합열의 총 열량은, 상기 가열부의 총 열량보다 작은, 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도를 향해서 상승하는 과정의 온도 프로파일을 예측하는 예측부와, 상기 기판을 반송하는 반송 장치를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도에 도달하기 전에, 상기 예측부의 예측 결과에 기초하여 상기 반송 장치에 대하여 상기 기판 보유 지지부에 상기 기판을 반송하는 지령을 송신하는 제어를 행하는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 성분이 황산이며, 상기 제2 성분이 과산화수소인, 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 처리조에 대하여 황산을 공급하는 황산 공급부와, 상기 처리조에 대하여 과산화수소를 공급하는 과산화수소 공급부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도에 도달한 후, 상기 혼합액에 대한 상기 기판의 침지를 종료하기 전에, 상기 처리조에 대하여 과산화수소를 보급하는 제어를 행하는, 기판 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합액의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 혼합액에 있어서의 상기 제1 성분 또는 상기 제2 성분의 농도를 검출하는 농도 검출부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 혼합액의 온도 프로파일과 농도 프로파일의 적어도 하나를 취득하고, 취득한 데이터에 기초하여 상기 혼합액에 대한 상기 기판의 침지 시간을 보정하는 제어를 행하는, 기판 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리조로부터 상기 혼합액을 배출하는 배출부와, 상기 순환로에 냉각액 또는 냉각 가스를 공급하는 냉각부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 처리조로부터 상기 혼합액을 배출한 후에, 상기 순환로에 냉각액 또는 냉각 가스를 공급하는 제어를 행하는, 기판 처리 장치.
  11. 기판을 처리하는 처리액을 처리조에 저류하는 것과, 상기 처리액을 상기 처리조부터 순환로로 취출해서 상기 순환로로부터 상기 처리조로 되돌리는 것과, 상기 처리조에 저류한 상기 처리액에 상기 기판을 침지하는 것을 포함하는 기판 처리 방법으로서,
    상기 처리액은, 제1 성분과 제2 성분을 혼합한 혼합액으로서, 혼합열을 발생하는 혼합액이며,
    상기 혼합열에 의해 상기 혼합액의 온도가 상승해서 피크 온도에 도달하기 전에, 상기 혼합액에 기판을 침지하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 혼합액을 가열부에 의해 가열하는 것과, 상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도에 도달하기 전과 후에, 다른 설정으로 상기 가열부를 제어하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도를 향해서 상승하는 과정의 온도 프로파일을 예측하는 것과, 상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도에 도달하기 전에, 상기 예측한 결과에 기초하여 반송 장치에 대하여 상기 기판을 반송하는 지령을 송신하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 성분이 황산이며, 상기 제2 성분이 과산화수소인, 기판 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 혼합액의 온도가 상기 피크 온도에 도달한 후, 상기 혼합액에 대한 상기 기판의 침지를 종료하기 전에, 상기 처리조에 대하여 과산화수소를 보급하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 처리액의 온도 프로파일과 농도 프로파일의 적어도 하나를 취득하고, 취득한 데이터에 기초하여 상기 혼합액에 대한 상기 기판의 침지 시간을 보정하는 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  17. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 기판의 배치마다, 상기 처리조로부터 상기 혼합액을 배출하는 것과, 상기 처리조에 상기 혼합액을 저류하는 것을 행하는, 기판 처리 방법.
  18. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 처리조로부터 상기 혼합액을 배출한 후이며, 상기 처리조에 상기 혼합액을 다시 저류하기 전에, 상기 순환로를 냉각하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
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