KR920009982B1 - 회전하는 기판의 표면을 처리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

회전하는 기판의 표면을 처리하기 위한 장치 및 방법
제1도는 종래 장치의 블럭도.
제2도는 본 발명 장치의 블럭도.
제3도는 본 발명의 기판을 유지하여 회전시키기 위한 스핀 첵크 및 기판의 평면도.
제4도는 스핀 첵크의 측면도.
제5도는 캬피라리 노즐의 한 예의 사시도.
제6도는 처리액의 박판 표면 위에서의 유동을 도시하는 모식도.
제7도는 기판의 주위 가장자리의 모식적 단면도.
제8도는 광 간섭에 의한 신호의 변화를 도시하는 그래프.
제9도는 종래의 장치에 의해 얻어지는, 광 간섭에 의한 신호를 도시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 스핀 첵크
3 : 처리액 공급노즐 6 : 투광기
7 : 수광기
본 발명은, 반도체 기판, 포토마스크용 유리판, 또는 액정 표시 장치용 유리기판 등의 회전하는 엷은 판(이하 기판이라 칭함)의 표면을, 에칭액이나 현상액 등의 표면 처리액을 공급하여 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
근래에, 포토에칭 기술의 중요성이 높아지고 있다. 예를들자면 반도체 산업에 있어서, 실리콘 기판 위에 미세한 회로 패턴을 형성하는 일은, 포토에칭 기술없이는 할 수 없다.
포토에칭은, 일반적으로 다음과 같은 공정에서 행해진다. 에칭되는 층위에, 그 층을 에칭액에서 보호하기 위한 포토레지스트층이 형성된다. 포토레지스트층에, 포토마스크 위에 형성된 미세한 패턴(이것도 포토에칭에 의해 포토마스크 위에 형성되어 있음)이 광학적으로 베어킹된다. 포토레지스트층을 현상하므로서, 포토레지스트층에는, 포토마스크 위에 패턴이 전사된다. 포토레지스트층의 위에서 에칭액이 공급되면, 포토마스크로 보호되지 아니한 부분의 피처리층이 식각된다. 피처리층이 충분히 식각된 후에, 남아 있는 포토레지스트층을 제거하므로서, 피처리층에 포토마스크 위에 패턴과 동일한 패턴이 형성된다.
상술한 포토에칭 공정의 짧은 설명에서도 명백한 바와 같이, 각종의 기회에 기판의 표면을 처리할 필요가 있다. 그 때문에, 예를들자면 에칭액이나 현상액 등을 기판의 표면에 공급할 필요가 있다. 본 발명은 특히, 기판을 회전시키면서 그 표면을 처리하는 기술의 개량으로 향하게 된 것이다.
제1도는, 종래의 이같은 종류의 표면 처리를 하는 장치의 전형적인 한 예를 도시하는 블럭도이다. 제1도를 참조하며, 이 장치는, 투광성의 기판(21)의 중심을 흡착에 의해 보존하고, 기판(21)을 그 중심의 주위로 회전시키기 위한 스핀 첵크(22)와, 기판(21)의 윗면에 처리액을 원추형으로 분무하기 위한 후루콘 노즐(23)과, 기판(21)의 아래편에, 기판(21)의 아래면과 마주하여 설치되고, 기판(21)의 아래면에 광을 투과하기 위한 투광용 파이버(26)과, 투광용 파이버(26)에 광을 공급하기 위한 발광 소자(25)와 기판(21)의 위편에, 투광용 파이버(26)과 마주 설치되고, 투광용 파이버(26)에서 투사된 광을 받기 위한 수광용 파이버(27)와, 수광용 파이버(27)에서 광을 받아서, 광전 변환에 의해 전기신호를 출력하기 위한 수광 소자(28)로부터의 전기신호에 응답하여, 표면 처리의 종점을 검출하기 위한 처리 종점검출부(29)를 포함한다.
처리액을 분무하므로서 기판 표면에 공급하는 기술은, 예를들자면 일본국 특허공개 소화 62-144332호(발명의 명칭 「알루미 스핀 스프레이 에칭 장치」중에 있어서 개시되어 있다.
제1도를 참조하여, 종래의 장치는 다음과 같이 동작한다. 스핀 첵크(22)는 도시되지 아니한 흡착기구에 의해, 기판(21)을 그 이면의 중심에서 수평하게 유지한다. 기판(21)의 윗면에는, 처리되는 층(30)이 미리 형성되어 있다. 처리되는 층(30)은, 예를들자면 에칭되는 금속층(도시되지 아니함)과, 이 금속층 위에 희망하는 패턴으로 형성된 에칭 레지스트 마스크(도시되지 아니함)을 포함한다.
스핀 첵크(22)는, 구동수단(도시되지 아니함)에 의해, 소정의 각 속도로 회전한다. 기판(21)도 그 중심의 주위에서 회전한다. 기판(23)은, 기판(21)의 윗면으로 향해 콘 형상으로 처리액, 예를들자면 에칭액을 분무한다. 처리되는 층(30)에 있어서는, 에칭 레스트 마스크에 의해 보호되지 아니한 금속층이, 에칭액에 의해 식각된다.
발광 소자(25)에 의해 생성된 광은, 투광용 파이버(26)를 거쳐서 기판(21)의 이면에 투사된다. 수광용 파이버(27)는, 기판을 끼고 투과용 파이버(26)와 마주하고 있다. 투광용 파이버(26)에서 투사된 광은, 기판(21)과 처리되는 층(30)를 투과하여, 수광용 파이버(27)에 이른다. 이때, 광의 일부는 직접 수광용 파이버(27)에 이르나, 다른 일부는 금속층의 상면에서 하면으로 한번 반사하여, 또다시 기판의 상면에서 한번더 반사되어서 수광용 파이버(27)에 이른다. 따라서 이 2종의 광의 광로 길이는, 금속층의 두께의 2배와 같다. 이 2종류의 광은, 그 광로 차 때문에 서로 간섭한다. 에칭의 진해에 의해, 처리되는 층(30)의 금속층이 식각된다. 금속층의 두께는 적어진다. 광의 광로차는, 에칭의 진행에 따라 축소한다. 에칭 마스크에 의해 보호되지 않는 금속층이 완전히 에칭된 시점은, 에칭 종점이라 칭한다. 에칭 종점은, 기판(21)을 투과하는 광의 강도가 간섭에 의해 변화하지 않게 되는 시점에 의해 정의된다.
수광 소자(28)는 수광용 파이버(27)가 받은 광을 전기 수신으로 변환한다. 처리 종점검출부(29)는, 이 전기신호의 전류의 변동의 크기를 감시하여, 그것이 미리 정하는 어떤값 이하로 되어 안정되었을때, 에칭이 종점에 달했다고 판정한다. 에칭의 종점의 검출을 이와 같이 자동화 하는 일은, 에칭 처리의 재현성을 높혀, 그 정도를 향상시키기 위해 유효하다.
종래의 장치에 있어서는, 처리액은 콘 형상으로 그것을 분무하는 프로콘 노즐에 의해 기판 표면에 분무된다. 이것은, 콘 형상의 분무에 의해 처리액을 공급하는 것이, 가장 균일한 처리를 초래한다고 믿고 있기 때문이다. 그러나, 분무된 처리액은, 다수의 입자로 되어 기판의 표면에 충돌한다. 이들의 충돌의 결과, 기판의 표면에는 미세한 凹凸이나, 거침을 포함하는 모양이 형성되는 것이다. 이들의 표면의 불균일은, 기판 표면의 처리에 악영향을 미친다. 예를들자면, 凹凸이 있는 표면위에 형성된 산화막은, 전기적으로 파괴될 가능성이 높다. 그 결과, 기판의 표면 처리에 있어서 불량품의 발생이 증가한다.
종래의 장치에 있어서는 또한, 처리 종점의 검출이 불정확하게 되기 쉽다. 이 원인의 하나는, 처리액이 분무하여 공급되기 때문에, 기판 표면의 처리에 불균형이 생겨, 그 결과 처리액층에 진동이 생겨서 종점검출을 위한 광의 통로가 불안정한 상태로 되기 때문이다. 다른 원인은, 기판이 회전하고 있기 때문에, 처리액이 원심력에 의해 확산되나, 그 확산의 상태가 한결같지 않은 것이다. 이같은 불합리함도, 처리액이 분무하여 공급이 되는데 기인한다. 상술하는 원인에 의해, 투광용 파이버(26)로부터 수광용 파이버(27)로의 광의 도달량이 큰 범위로 변동한다. 따라서, 처리 종점검출수단에 입력되는 전기신호의 크기도 광의 간섭 이외의 요인에 의해 변동하여, 과대한 노이즈를 포함하게 되어, 처리의 종점의 검출이 만족할 정확함으로 행해지지 않는다.
위에 기술한 처리 종점의 정확한 검출은, 예컨대 미소한 구성을 갖는 콘택트 홀을 에칭으로 형성하는 경우는, 특히 달성하는 일이 곤란하다. 통상, 콘택트 홀의 개구율(기판의 표면의 면적과 전 기판의 표면에 형성되는 모든 콘택트 홀의 면적의 합계와 비)은 5％이하이다. 이것은 상당히 적은 수이다. 이 적은 개규율 때문에, 에칭의 전후에 있어서 광의 강도의 변화는 적다. 그 위에 광의 통로를 처리액이 불규칙하게 가로지르므로서, 수광용 파이버(27)에 달하는 광의 량이 불규칙하게 변동하여 노이즈가 발생한다. 이들의 비호의적인 조건이, 처리 종점을 정확하게 검출하는 것을 곤란하게 하고 있다.
그런 까닭으로 본 발명의 목적은, 상술하는 문제를 해결하는 장치 및 방법을 제공하는 일이다.
본 발명 외의 목적은, 회전하는 박판의 표면을 균일하게, 더욱 거칠지 아니하게 처리할 수 있는 장치를 제공하는 일이다.
본 발명의 또다른 목적은, 회전하는 박판의 표면을 균일하게, 또한 거칠지 아니하게 처리하기 위해 처리액을 박판의 표면에 공급할 수 있는 장치를 제공하는 일이다.
본 발명의 추가의 목적은, 회전하는 박판의 표면을 균일하게, 더욱 거칠지 않게 처리하기 위해 처리액을 박판의 표면에 공급할 수 있고, 처리의 종점을 보다 정확하게 자동적으로 검출이 가능한 장치를 제공하는 일이다.
본 발명 외의 목적은, 박판의 표면을 균일하게, 또한 거칠지 않게 처리하기 위해 처리액을 기판의 표면에 공급할 수 있고, 처리의 종점을 보다 정확하게 자동적으로 검출이 가능한 장치를 제공하는 일이다.
본 발명의 또다른 목적은, 기판의 표면을 균일하게, 또한 거칠지 않게 처리하기 위해서 처리액을 기판의 표면에 공급이 가능하고, 종래의 동일한 광학적 방법을 사용해서 처리의 종점을 정확하게, 또한 자동적으로 검출할 수 있는 장치를 제공하는 일이다.
본 발명에 의하면, 장치는 박판을 소정의 평면내에 있어서 회전시키기 위한 박판 회전 장치와, 회전하는 박판의 피처리 표면을 처리하기 위해서, 처리액을 연속적으로 토출하는 처리액 토출 장치를 포함한다. 처리액 토출 장치에 의해 토출된 처리액은, 회전하는 박판위에서 원심력에 의해 펼쳐져서, 안정한 처리액 층을 형성한다. 처리액은, 박판의 표면에 대해서 은밀하게 접한다. 그 때문에, 박판의 표면은 거칠지 않고 처리된다. 즉, 회전하는 박판의 표면을 거칠지 않게 처리할 수 있는 장치를 제공할 수가 있다.
본 발명의 실험예에 의하면, 처리액 토출 장치는, 박판의 피처리 표면에 의해 규정되는 제1의 면위의 미리 정해진 위치에 처리액을 공급한다. 공급된 처리액은, 당초는 회전의 중심으로 향해서 유동하여, 이후 원심력에 의해 회전의 중심에서 멀어진다. 따라서, 박판의 피처리 표면의 위에는 늘 균일한 두께를 갖는, 안정한 처리액층이 형성된다. 박판의 피처리 표면 위의 처리는 균일하게 행해진다. 즉, 회전하는 박판의 표면을 균일하게, 또한 거칠지 않게 처리할 수 있는 장치를 제공할 수가 있다.
다음에 있어서는, 복수의 도면을 참조하여, 본 발명의 상세한 기술을 부여하겟다. 제2도 내지 제5도를 참조하여, 거기에는 본 발명에 따르는 판의 표면을 처리하는 장치가 도시되어져 있다. 장치는, 기판(1)을 수평으로 유지하여, 기판(1)을 그 중심 P점의 주위에 소정의 각 속도로 회전시키기 위한 스핀 첵크(2)와, 스핀 첵크(2) 위편에 위치하여, 처리액을 분출하여 기판(1)의 표면에 달하는 직선 형상의 연속류(4)를 형성하기 위한 캬피라리 노즐(3)과, 스핀 첵크(2)의 위편에서, 기판(1)의 주위 가장자리 부근에 위치하여, 처리의 종점을 광학적으로 검출하기 위한 수단 A과, 수단 A의 광원인 발광 소자 5와, 수단 A에서 광을 받아서 전류로 변환하기 위한 수광 소자(8)와, 수광 소자(8)의 출력을 증폭하는 증폭기(9)와, 증폭기(9)의 출력 전류에서 노이즈 성분인 고주파를 제거하기 위한 필터(10)의 출력에 아나로그/디지탈(A/D) 변환을 하는 A/D 변환기(11)와, A/D 변환기(11)의 출력을 근거로, 기초(1)의 표면 처리를 제어하는 제어부(12)를 포함한다.
기판(1)의 표면에는, 실리콘 산화막(도시되지 아니함)이 형성되어 있으며, 그 막은 희망하는 패턴(도시되지 아니함)을 갖는 레지스트 막(14)에 피복되어 있다. 기판(1)의 표면의 외주 가장자리에서 소정의 길이 ℓ(예를들자면 5mm정도)까지의 영역에 있어서는, 레지스트 막(14)이 미리 제거되어 있다. 이 레지스트 막의 제거에 관해서는, 뒤에 상세히 기술된다.
수단 A은, 기판(1)의 외주 가장자리의 약간 중심으로 치우친 부분의 위에 위치된다. 수단 A에서 방출되는 광선은, 기판(1) 위에 외주부의 레지스트 막(14)이 미리 제거되어 있는 부분에 입사한다. 수단 A은, 발광 소자(5)으로부터의 광을 받아서 기판(1)의 위면에 투사하기 위한 투광 파이버(6)와, 투광 파이버(6)의 주위를 감싸서 설치되고, 투광 파이버(6)에서 사출되고, 기판의 표면에 의해 반사된 광을 집광하여 수광 소자(8)로 유도하기 위한 수광 파이버(7)를 포함한다.
기판(1)의 중심 P와 노즐(3)을 포함하고, 또한 기판(1)의 표면과 수직인 가상적인 평면(도시되지 아니함)을 생각할때, 노즐(3)에서 뿜어내어지는 처리액(4)의 그리는 직선은, 이 평면내에 포함된다. 이 직선은, 양각(θ＜90°)을 이루어, 중심 P과 노즐(3)과의 사이의 θ점에서 기판(1)의 표면과 교차한다. θ점은, 기판(1)의 외주 가장자리로부터의 거리 L의 지점이다. 양각 θ은, 바람직하기로는, 0°내지 45°의 범위로 설정된다. 양각 θ은, 또다시 바람직하기론, 스핀 첵크(2)가 처리액의 흐름을 방해하지 아니하는한, 가급적 적게 선택된다. 본 실험예의 경우, θ는 20°이다. θ가 큰 경우, θ점 부근에 특히 에칭 레이트의 큰 부분이 형성되어, 처리의 균일성이 약간 떨어지는 것이 그런 이유이다.
제2도 내지 제6도를 참조하여, 이 장치의 동작이 다음에 설명된다. 기판(1)의 표면에는, 미리 실리콘 산화막(도시되지 아니함)이 형성되어, 그 위에는 레지스트 막(14)이 형성되어 있다. 레지스트 막(14)에는 희망하는 패연(도시되지 않음)이 미리 형성되어져 있으며, 실리콘 산화막의 에칭되는 부분위의 레지스트는 제거되어져 있다.
스핀 첵크(2)는, 기판(1)을, 레지스트 막(14)의 형성되어 있는 면을 위로하여 수평하게 유지하여, 또한 제2도에 있어서 화살표 R로 도시되는 방향에 회전수 r(rpm)로 회전시킨다. 노즐(3)은, 처리액(4)을 직선 형상으로 뿜어주는 압력 P으로서 뿜어낸다. 뿜어내어진 처리액(4)은, 점 Q에서 기판(1)의 표면에 접촉한다. 처리액(4)은, 관성과 후속의 처리액(4)에 의한 압력에 의해 기판(1)의 표면상을 중심 P로 향해서 흘러, 구심력 유동층(4a)을 형성한다.
구심적 유동층(4a)의 처리액은, 기판(1)과의 접촉후 기판(1) 사이에 의해, 기판(1)과 함께 회전하게 된다. 후속하는 처리액에 의한 압력은 곧바로 없어지며, 또한 관성에 의한 구심 방향으로의 운동은, 기판(1)과의 접촉에 의한 마찰력에 의해 감소한다. 또다시 처리액에는 중심의 P 주위를 회전하므로서 원심력이 작용한다. 그로 인하여 기판(1)위의 처리액은 드디어 중심 P에서 떨어지는 방향으로 흐르게 되며, 원심적 유동층(4b)을 형성한다.
노즐(3)에서는 정상적으로 처리액(4)이 공급된다. 공급된 처리액은 구심적 유동층(4a)을 형성한다. 구심적 유동층(4a)에 포함되는 처리액은, 중심 P으로 향해서 이동을 한 후, 원심 방향으로의 속도를 얻어 원심적 유동층(4b)으로 전화한다. 원심적 유동층(4b)의 처리액은 기판(1)의 겉가장자리까지 이동한 후, 관성에 위해 기판의 주위에 비산한다.
노즐(3)에서 공급되는 처리액의 량과, 원심력에 의해 기판(1)의 겉가장자리에서 비산하는 처리액의 량이 균형이 잡히므로서, 구심적 유동층(4a)과 원심적 유동층(4b)이 동적으로 안정되어 형성된다. 기판(1)이 회전하고 있으므로서, 그 표면에 거의 균일한 처리액의 층이 상시 형성된다. 그 층은 층(4a), 층(4b), 그 혼합층으로 형성이 된다. 따라서, 처리액에 의한 실리콘 산화막(도시하지 않음)의 에칭이, 기판(1)의 전면에 걸쳐 실질적으로 균일하게 행해진다. 처리 종점의 검출은, 수단 A에 따라 행해진다.
상술하는 실험예의 장치의 동작은, 각종의 파라미터에 의해 제어할 수 있다. 그들의 파라미터는, 앙각 θ, 길이 L, 회전수 r, 뿜는 압력 P, 기판(1)의 직경 D, 노즐(3)의 구경 d, 처리되는 것의 조유, 처리액의 종류, 온도 T 등이다.
[실험예 1]
각 파라미터를 다음과 같이 하여, 실리콘 산화막의 에칭이 행해졌다. 단 이 실험에 있어서는, 기판(1)의 전면에 있어서 에칭의 상황을 알기 위해서, 에칭 eoo상의 실리콘 산화막 위에는, 레지스트 막이 형성되어 있지 않다.
θ＝20°
L＝15(mm)
r=1000(rpm)
P=1.0(Kg/c㎡)
T＝23℃
D＝6(인치)
d＝4(mm)
사용된 처리액은, 50％의 불산 및 60％의 초산의 1：100의 혼합액이었다. 이들의 조건 아래에서, 상술한 장치를 사용해서 약 60초간 처리를 하므로서, 실리콘 산화막의 에칭을 기판(1)의 표면 전면에 걸쳐 균일하게 할 수가 있었다.
[실험예 2]
P＝0.5(Kg/c㎡)
L＝37.5(mm)
다른 조건은 제1의 실험예와 꼭 같았다. 이 실험에 있어서도, 실리콘 산화막의 에칭이 균일하게 행해졌다.
[실험예 3]
다른 조건은 제1의 실험예와 꼭 같아서, P만이 0.5(Kg/c㎡)으로 하여 실험이 행해졌다. 이 경우, 기판(1)의 중심 부근에 있어서는, 주변에 비교해서 에칭량이 적다. 이 이유는, 원심력과 비교해서, 처리액의 분출압 P이 적기 때문이다. 이와 같은 경우에는, 처리액이 중심 P에 이르는 일이 적다. 처리액의 분출량 및 분출압의 결정을 위해서는, 기판(1)의 회전 속도도 중요한 의미를 갖고 있는 것이 명백하다.
[실험예 4]
P＝0.5(Kg/c㎡)
L＝75(mm)
다른 조건은 모두 실험예 1에 있어서의 것과 같도록 하여 실험이 행해졌다. L=75(mm)의 경우, 처리액이 공급되는 위치는 기판(직경 6인치＝15cm)의 중심에 해당한다. 이 실험에 있어서는, 중심 P이외에 있어서 처리는 균일하게 행해졌다. 그러나, 중심 P부근의 에칭 레이트가 높고, 중심 P의 주위에 있어서 에칭이 깊이 행해지고, 원형의 모양이 형성되었다.
이상의 실험과는 별도로, θ를 변화시키는 실험도 행해졌다. 그에 따르면, θ가 클수록, Q점 부근의 에칭 레이트가 높고, 기판의 면위에 링크형상의 파인 홈이 형성되었다. θ가 적을수록 상술하는 깊이 에칭되는 부분이 적어진다. 실험예 1 및 3과 같이 조건을 정리하면, 상술하는 불합리함이 해소되는 것도 확인이 되었다.
[실험예 5]
다른 조건을 일정하게 하여, 기판(1)의 회전수 γ를 복수대로 변화시켜서 에칭하는 실험이 행해졌다. 그 결과는 아래와 같다.
a) 회전수가 클수록, 에칭 처리되는 균일하게 된다.
b) 에칭 레이트는, 회전수의 증가와 함께 커진다. 종래의 콘형 노즐을 사용한 경우에는, 회전수가 증가할수록 에칭 레이트가 저하하는 것이 알려져 있다.
c) 에칭 처리 후의 기판(1)의 표면의 형태가, 그 회전 속도에 상관없이 평활하다. 종래의 콘형 노즐을 사용한 경우, 회전 속도가 상승할수록, 처리후의 기판(1)의 표면 상태의 거칠기는 심하다.
이상의 실험을 통해서, 비산하는 처리액의 량이 적은 것이 확인되었다. 이에 따라 액의 손실도, 환경으로의 악영향도 저감된다. 이상에서, 하기와 같은 결론이 얻어진다.
(1) θ는 적으면 적을수록 처리된 기판의 면은 보다 균일하게 된다. 이것은, 기판(1)의 위면에 달할때의 처리액에 의해 피판 위면에 대해서 작용하는 압력이 적을 것과, 기판의 중심 P에 처리액이 도달하기 쉬운 것에 의한다.
(2) 거리 L는 적으면 적을수록 양호한 처리가 행해진다. 이것은 실험에 의해 알려진 일이다. 신경을 쓸일은, L이 적어지면 0점이 기판(1)의 중심 P에서 멀어진다는 일이므로, 처리액의 분출압을 높게 할 필요가 있다는 점이다. 그렇지 아니하면, 불충분한 량의 처리액 밖에 중심 P점에 이르지 아니한다.
(3) 기판(1)의 회전수 γ가 크면, 처리가 균일하게 행해져, 또한 에칭 레이드도 증가하여 바람직하다. 단, γ이 커지면, 처리액의 분출압 P도 높게할 필요가 있다. 또한, 주위에 비산하는 처리액의 비산속도도 커진다.
상술하는 실험예에 있어서는, 노즈(3)의 개구부는 원형이다. 개구부는, 그러나, 그 장수 방향이 기판의 표면과 평행하게 된 슬롯형이라도 좋다. 이 경우, 처리액은 편평한 연속류로서 슬롯에서 분출된다.
이제까지 기술해온 실험예에서 알 수 있는 바와 같이, 이 발명이 여러가지의 이익을 초래하는 것은 명백하다. 또다시, 이제까지 기술하지 아니한 큰 이점은, 표면 처리의 종료를 정확하게 검출할 수가 있다는 것이다. 이것은, 기판(1)의 위면의 처리액이 안정된 층을 형성하고 있음에 의한다.
제7도를 참조하여, 기판(1)의 표면에는 에칭 대상이 되는 실리콘 산화막(13)이 형성되어 있으며, 그 위에는 소정의 패턴이 전사된 레지스트층(14)이 형성되어 있다. 레지스트층(14)은, 기판(1) 주위 가장자리 가까이에는 형성되어 있지 않다. 이것은, 만약 이 부부에 레지스트층(14)이 형성되어 있으면, 코우팅후 공정에서 기판(1)의 표면에 부착하는 파티클 수가 매우 많아지는 것이 알려져 있기 때문이다. 레지스트층(14)이 형성되어 있지 아니한 부분의 폭 ℓ은 통상 5mm 정도이다. 기판(1)의 주위 가장자리에 있어서는, 실리콘 산화막(13)이 노출되어 있다. 처리중에는, 기판(1)의 표면을 피복하여 처리액(4)의 층이 형성된다. 투광 파이버(6) 및 수광 파이버(7)는, 레지스트 막(14)이 형성되어 있지 아니한 부분에 대향해서 설치되어 있다.
제7도를 참조하여, 이 장치에 의한 처리 종점 검출의 방법이 기술된다. 투광 파이버(6)가, 기판(1)의 표면에 처리 종점 검출용의 광을 조사한다. 광의 일부가 실리콘 산화막(13)의 표면에서 반사되어, 수광 파이버(7)로 되돌아간다. 광 외의 일부는 실리콘 산화막(13)중을 투과하여 기판(1)의 표면에 달해, 거기에서 반상되어서 수광 파이버(7)로 되돌아간다.
따라서, 이들 2종류의 반사광의 광로 길이는, 실리콘 산화막(4)의 막두께에 의해 달라진다. 또한 이들 반사광은, 서로 간섭이 가능한 광이다. 에칭의 진행에 따라 실리콘 산화막(13)의 막 두께가 감소하여, 상술한 광로 차가 감소한다. 광로 차의 감소는, 수광 파이버(7)에 도달하는 광의 간섭 상태를 변화시켜, 광의 강도의 변화를 초래한다.
수광 파이버(7)에 달한 광은, 수광 파이버(7)의 수용단에서 수광 소자(8)로 도입되어 진다. 수광 소자(8)는 입력된 광에 응답하여 광전 변환을 한다. 수광 소자(8)에서 출력되는 전류는, 증폭기(9)에 의해 증폭된다. 증폭된 전류에는, 수광의 간섭에 의한 출력의 변동 이외에, 처리액 표면의 흐트러짐이나 에칭 레이트의 불균형 등에 기인하는 노이즈, 혹은 기판(1)의 표면과 수단 A과의 사이의 간격의 변동에 따르는 노이즈 등이 포함된다. 이들의 노이즈는 일반적으로, 수광의 간섭에 의한 출력의 변동의 주기보다 짧은 주기를 갖는다. 고주파 제거 필터(10)는, 그들 고주파의 노이즈를 제거하는 역할을 다한다.
고주파 제거 필터(10)에서 출력된 신호는, A/D 변환기(11)에 의해 디지탈화 된다. 제어부(12)는, 디지탈화된 신호를 감시하여, 신호의 변동이 미리 정하는 조건을 만족시킨 때를 처리의 종점으로 판단한다. 제어부(12)는, 처리의 종점을 검출한후 또다시, 소정의 시간 추가 에칭을 행하여, 피처리막의 찌기를 소실시킨다. 상술하는 대로, 처리 종점의 검출은, 처리를 재현성 좋게 행하기 위해 필수의 기술이다.
제어부(12)에 있어서 행해지는 처리가 다음에 기술된다. 다음의 제어 동작은, 예를 들자면 마이크로 컴퓨터(도시되지 않음)가 소정의 제어 프로그램을 실행하므로서 실현된다. 제어부에 있어서는, 소정의 시간마다 (예컨대 0.01초마다) 입력 신호가 샘플링된다. 입력신호에 포함되는 노이즈를 제거하기 위해서, 샘플링 값은 일정한 시간동안 가산되어, 샘플링 수로 나누어진 평균치로 된다. 평균치는 소정의 시간 간격을 두고 복수회 구해진다. 연속하는 2개의 평균치의 차의 절대치가 구해진다. 그들이 일정시간 가산되어서, 수광 소자(8)의 출력의 변동의 모양을 표시하는 엔드 포인트 데이타로 된다. 엔드 포인트 데이타는, 수광 소자(8)의 출력 시간당의 변화량이 클수록 크다.
에칭의 진행중에는, 피처리막의 막두께는 에칭 레이트에 따라 감소한다. 수광 파이버(7)에 도달하는 반사광의 광로 차도 감소한다. 따라서 에칭 진행중에는, 수광 소자(8)의 출력이 광의 간섭에 의해 크게 변동한다. 에칭이 종료하면 광로 차는 없어지므로, 수광 소자(8)의 출력의 변동은 없어진다. 프로그램은, 엔드 포인트 데이타가 어떠한 값보다 적어진 지점을 처리 종점이라고 판단한다. 이에 따라 처리 종점을 검출할 수가 있다.
제9도를 참조하여, 처리 개시후 얼마동안 광의 간섭에 의해 크게 변동하면 신호 전압은, 시간 t＝t1의 시점에서 변동하지 않게 된다. 제어 수단(12)에 있어서는, 이 시점이 처리 종점이라고 판단된다. 제어부(12)는, t＝t1에서 다시 t＝t2까지 추가 에칭을 한후, 처리액의 공급을 중지한다.
종래와 같이 콘형 노즐(23)(제1도 참조)를 사용하는 경우, 기판의 표면의 처리액 진동이나, 처리액의 원심력에 의한 이동등에 의해, 표면 상태가 불규칙했었다. 이것은, 기판의 표면에 공급되는 처리액이, 다수의 입자로 되어 있기 때문이다. 그 때문에, 종래의 장치에 있어서 본 발명의 실험예와 같은 조건으로 처리 종점을 검출할려는 경우, 얻어지는 신호에는 매우 큰 노이즈가 포함된다. 실험에 있어서는, 제9동에 도시되는 바와 같이 다량의 노이즈를 포함하는 신호가 얻어질뿐이었다. 이 파형에서 정확하게 처리 종점을 검출하는 일은 거의 불가능하다.
제8도는, 본 발명의 실험예에 있어서 얻어진, 처리 종점 검출용의 신호의 파형이다. 이 파형은 매우 노이즈가 적은 아름다운 간섭 파형이다. 제8도와 제9도를 비교하면 명백한 바와 같이, 캬피라리 노즐(3)을 사용하므로서, 기판의 표면의 처리를 종래와 비교하여 훨씬 정확하게 행할 수가 있게 된다. 또 다시 본 발명에 의하면, 처리 종점의 검출을 자동화시키는 일도 매우 용이하다.
상술하는 바와 같이 투광 파이버(6), 수광 파이버(7)가 레지스트층(14)의 형성되지 아니한 부분위에 위치되어 있는 것은, 다음의 이유에 의한다. 이유의 하나는, 레지스트층(14)의 존재하는 부분에서는, 레지스트층(14)에서 반사해 오는 광에 의해 에칭의 진행을 판단하는 일이 어렵다는 것이다. 실험에 있어서도, 이 부분에 투광 파이버(6), 수광 파이버(7)를 두고 얻어진 신호의 파형은, 제8도와 같은 간섭 파형을 도시하지 않고, 그것에 의해 처리의 진행을 판단하는 일은 불가능했었다. 다른 이유의 하나는, 실리콘 산화막(13)에 콘택트 홀등의 미소한 구경의 구멍을 형성하는 경우, 레지스트층(14)위에 수단 A이 위치할 때, 에칭의 진행에 대해서 수광되는 광의 강도의 변화가 적기 때문이다. 이것은, 상술하는 바와 같이 콘택트 홀의 개구율이 적기 때문에, 기판의 표면까지 투과하는 광의 절대량이 적기 때문이다. 또다른 이유의 하나는, 실리콘 산화막(13)에 콘택트 홀을 형성하는 경우, 레지스트층(14) 및 실리콘 산화막(13)의 두께 때문에, 반사하는 광이 산란되어 버리기 때문이다. 이들의 원인에 의해 광의 간섭 파형은 정확하게 얻어지지 않는다.
본 발명에 의하면, 처리액에 의한 신호의 흐트러짐이 매우 감소하는 위에, 상술하는 바와 같이 문제점이 모두 제거된다. 그로인하여, 처리 종점의 검출이 매우 용이해진다. 확실히 하기 위해 부언해 두면, 반도체 기판에 있어서는, 그 주위 가장자리에는 오리엔테이션 후래트가 설치되어져 있는 일이 많다. 오리엔테이션 후래트란, 기판의 위치 맞춤을 위해, 기판면내의 결정학적 기준 방향을 표시하기 위해 설치되는 것이다. 오리엔테이션 후래트의 존재에 의해, 수광 파이버(7)로부터의 출력은 계속된다. 그러나 기판의 회전 속도가 빠르기 때문에, 이 오리엔테이션 후래트의 존재에 의한 신호의 계속은 노이즈로 볼 수가 있고, 필터에 의해 여과할 수가 있다.
상술하는 실험예에 있어서는, 특히 직경 6인치의 기판이 사용되었다. 그러나, 기판의 치수는 갖가지로 변경될 수가 있다. 또한, 레지스터 막의 존재하지 않는 부분의 치수도, 메이커에 의해 갖가지이다. 따라서 수단 A의 위치는 기판(1)의 반경 방향으로 이동이 가능할 것이 바람직하다.
본 발명은 상술하는 실험예에는 한정되지 않는다. 예를 들자면 실험예에서는, 반사광에 의해 처리 종점의 검출이 행해지는 경우가 표시되었다. 다른 상태로서, 기판의 아래편에서 위편으로의 투과광에 의한 검출 수단이 사용되는 경우가 있다. 이 경우에도, 레지스트막의 존재하지 아니하는 부분에 있어서 투과 광을 검출하므로서, 투과 광의 충분한 광 강도의 변화를 확보할 수가 있다. 따라서, 처리 종점의 검출 정도를 높일 수가 있게 된다.

Claims (15)

  1. 실질적으로 원형의 기판을 소정의 평면내에 있어서 상기한 원형의 중심의 주위에 회전시키기 위한 기판 회전 수단과, 상기 회전하는 기판의 피처리 표면을 처리하기 위해, 처리액을 연속적으로 뿜어내는 처리액 뿜어내는 수단을 포함하고, 상기 기판 회전 수단은, 상기한 기판을 상기 처리표면을 위로하여 수평면내에 보존하는 기판 유지 수단과, 상기 기판 보존 수단을, 미리 결정하는 각 속도로 회전시키는 기판 유지수단 회전 장치를 포함하고, 상기 처리액을 뿜어내는 수단은, 상기 기판의 피처리 표면에 의해 규정되는 제1의 면위의 상기 기판의 중심보다도 가장자리편에 보다 가까운 미리 정해지는 위치에, 공급되는 상기한 처리액이 상기한 제1의 면위를 미리 정하는 방향으로 유동하는 속도로서 상기 처리액을 뿜어내어 공급하고, 상기한 미리 정해지는 방향은, 상기한 미리 정하는 위치에서 실질적으로, 상기한 기판의 중심으로 향하는 방향이며, 상기한 처리액의 속도는, 상기 공급되는 처리액의 최소한 일부가 상기한 기판의 회전에 의한 원심력에 이겨나서 상기 기판의 중심에 달할 수 있게 하기 때문에 충분한 정도로 크게 선택되어, 상기 처리액을 뿜어내는 수단은, 상기한 기판의 위편에 설치되어 상기한 미리 정해지는 위치로 향해서 상기 처리액의 연속 흐름을 뿜어내기 위한 처리액을 뿜어내는 노즐을 포함하고, 상기한 뿜어낸 처리액은 위에 미리 정해지는 위치에 있어서 상기 제1의 면과 소정의 각도없이 교차하는 유선을 형성함을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 소정의 각도는 0°보다 크고, 또한 45°보다 적거나 또는 같음을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 소정의 각도는 0°보다 크고, 또한 20°보다 적거나 또는 같음을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 처리액을 뿜어내는 노즐은, 캬피라리 노즐을 포함함을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 피처리 표면의 처리의 진행을 감시하고, 상기 피처리 표면의 미리 정하는 상태를 검지하여 처리 종점 검출신호를 출력하기 위한 처리 종점 검출수단을 포함함을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 처리 종점 검출신호에 응답하여, 상기 처리액을 뿜어내는 노즐로의 상기 처리액의 공급을 중단하기 위한 제어 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기한 기판의 표면에는, 상기 원형과 공통중심을 갖는 실질적으로 원환 형상의 제1의 영역이 미리 정해지고, 최소한 상기 제1의 영역 전체에 있어서는 상기 피처리 표면이 미리 노즐되어 있으며, 상기 처리 종점 검출수단은 상기 제1의 영역으로 대향하는 위치에 설치됨을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 처리 종점 검출수단은, 상기 제1의 영역 위편에 설치되고, 상기 제1의 영역광을 조사하는 광 조사 수단과, 상기 광 조사 수단에 의해 조사되고, 상기 기판의 표면에 의해 반사된 광을 받는 수광 수단을 포함함을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 투사된 광은 간섭이 가능한 광이며, 상기 처리 종점 검출수단은, 상기 반사된 광의 광토차에 의한 광 간섭 파형의 변화에 응답하여, 상기 처리 종점 검출신호를 출력하는 수단을 다시 포함함을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 처리 종점 검출수단은, 상기 기판의 이면의 상기 제1의 경사에 대응하는 부분의 아래편에 설치되고, 상기 제1의 영역에 대응하는 부분에 광을 조사하는 광 조사 수단과, 상기 광 조사 수단과 마주하여 설치되고 상기 광조사 수단에서 조사된 광을 수광하는 수광 수단을 포함함을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 처리 종점 검출수단은, 상기 기판의 중심으로 부터의 거리가 가변이도록 설치됨을 특징으로 하는 표면 처리장치.
  12. 박판의 표면에 미리 정하는 처리액을 공급하므로서, 상기 표면을 처리하기 위한 표면 처리 방법으로서, 상기한 기판을 수평면내에 있어서 소정의 회전중심의 주위를 소정의 각 속도로 회전시키는 스텝과, 상기 회전하는 기판의 표면에 의해 규정되는 제1의 면 위의 미리 정하는 위치에, 상기 제1의 면 위를 미리 정하는 방향으로 미리 정하는 속도로 흐르는 상기 처리액의 연속 흐름을 공급하는 스텝을 포함하고, 상기 기판은 실질적으로 원형이며, 상기 원형의 중심과 상기 회전 중심은 일치함을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 다시 다음에 스텝을 포함하는：상기에 표기한 처리의 진행을 감시하고, 상기 표면의 미리 정하는 변동 상태를 검지하여 처리 종점 검출신호를 출력하는 처리 종점 검출스텝과, 상기 처리 종점 검출신호에 응답하여, 상기 처리액의 공급을 차단하는 스텝을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 기판의 표면에는 상기 원형과 공통의 중심을 갖는 실질적으로 원환 형상의 제1의 영역이 미리 설치되어 있으며, 상기 처리 종점 검출 스텝은, 상기 제1의 영역에 위편에서 간섭이 가능한 광을 조사하는 스텝과, 상기 제1의 영역에 조사되어, 상기 박판에 의해 반사된 광을 받는 스텝과, 상기 반사된 광은, 상기 처리의 잰행에 의존하여 그 광토차가 변화하는 최소한 2가지의 경로를 더듬는 광을 포함하며, 상기 최소한 2가지의 경로를 더듬는 광에 의한 광 간섭 파형의 변동의 크기가 미리 정하는 값보다 적은 것을 검지하는 스텝을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 박판의 표면에는 상기 원형과 공통의 중심을 갖는 실질적으로 원환 형상의 제1의 영역이 미리 설치되어 있으며, 상기 제1의 영역에 있어서는 최소한 상기 처리되는 표면은 노출되어 있으며, 상기 처리 종점 검출 스텝은, 상기 제1의 영역에 대해 상기한 기판의 이면측에서 간선이 가능한 광을 조사하는 스텝과, 상기 이면측에서 조사되어, 상기 표면측에 투과하는 광을 수광하는 스텝과, 상기 수광된 광은, 상기 처리의 진행에 의존하여 그 광로차가 감소하는 최소한 2가지의 경로를 갖는 광을 포함하고, 상기 최소한 2가지의 경로를 갖는 광에 의한 광 간섭 파형의 변동의 크기가 미리 정하는 값보다 적은 것을 검지하는 스텝을 포함함을 특징으로 하는 방법.
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