KR1020180084797 기판 액 처리 장치, 기판 액 처리 방법 및 기억 매체
1. (KR1020180084797) 기판 액 처리 장치, 기판 액 처리 방법 및 기억 매체
기판 액 처리 장치, 기판 액 처리 방법 및 기억 매체
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판에 처리액을 공급함으로써 당해 기판에 액 처리를 실시하는 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연직 축선 둘레로 회전시키면서 기판의 표면에 처리액을 공급함으로써, 기판에 웨트 에칭 혹은 약액 세정 등의 액 처리가 실시된다. 기판으로의 처리액의 공급은, 노즐 암에 유지된 가동 노즐에 의해 행해지는 것이 일반적이지만, 기판의 외주연의 외측에 마련된 외측 노즐에 의해 행해지는 경우도 있다(예를 들면 특허 문헌 1을 참조).
외측 노즐은, 가동 노즐이 원하는 처리액을 기판의 중심부에 공급할 수 없을 때에 회전하는 기판의 중심부가 건조되는 것을 방지하기 위하여, 기판의 중심부에 처리액을 공급하기 위하여 이용된다. 외측 노즐은 기판의 외주연의 외측에 부동으로 고정되어 있다. 이 때문에, 외측 노즐로부터 토출된 처리액의 착액(着液) 위치는 오로지 처리액의 토출 유량(액의 기세)에 의해 정해진다. 기판의 건조 방지를 고려하면 외측 노즐로부터 토출된 처리액은 기판의 중심부를 커버하지 않으면 안된다. 이 때문에, 외측 노즐로부터 기판에 공급되는 처리액의 유량을 필요에 따라 유연하게 변경할 수 없다.
(특허문헌 0001) 일본특허공개공보 2013-021183호
본 발명은 토출 유량을 유연하게 변경할 수 있는 외측 노즐을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일실시 형태에 따르면, 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판 유지부에 의해 유지된 상기 기판의 외주연보다 외측의 위치로부터, 상기 기판의 표면의 적어도 중심부가 토출된 처리액의 액막에 의해 덮이도록 상기 기판의 표면을 향하여 처리액을 토출하는 외측 노즐과, 상기 외측 노즐의 높이 위치 또는 토출 각도를 변경할 수 있는 액추에이터를 구비한 기판 액 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 기판의 외주연보다 외측의 위치에 배치된 외측 노즐로부터, 상기 기판의 표면을 향하여 처리액을 토출하는 것과, 상기 외측 노즐로부터 토출된 상기 처리액이 상기 기판 상의 목표 착액 위치에 착액하도록, 액추에이터를 이용하여 상기 외측 노즐의 높이 위치 또는 토출 각도를 조절하는 것을 구비한 기판 액 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 기판 액 처리 장치의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터에 의해 실행되었을 때에, 상기 컴퓨터가 상기 기판 액 처리 장치를 제어하여 상기의 기판 액 처리 방법을 실행시키는 프로그램이 기록된 기억 매체가 제공된다.
상기 본 발명의 실시 형태에 따르면, 액추에이터에 의해 외측 노즐의 높이 위치 또는 토출 각도를 변경함으로써, 외측 노즐로부터의 처리액의 토출 유량을 유연하게 변경할 수 있다.
도 1은 일실시 형태에 따른 기판 처리 시스템의 구성을 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 처리 유닛의 구성을 나타내는 개략 종단면도이다.
도 3은 처리 유닛의 구성을 나타내는 개략 평면도이다.
도 4는 외측 노즐 및 이에 부수되는 처리액 공급 기구 및 승강 기구의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5는 외측 노즐 및 이에 부수되는 처리액 공급 기구 및 승강 기구의 다른 구성을 나타내는 개략도이다.
도 6은 외측 노즐 및 제 1 노즐로부터 동시에 처리액을 토출하는 실험에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 시스템의 개략 구성을 나타내는 도이다. 이하에서는, 위치 관계를 명확하게 하기 위하여, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 규정하고, Z축 정방향을 연직 상향 방향이라 한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 시스템(1)은 반입반출 스테이션(2)과 처리 스테이션(3)을 구비한다. 반입반출 스테이션(2)과 처리 스테이션(3)은 인접하여 마련된다.
반입반출 스테이션(2)은 캐리어 배치부(11)와 반송부(12)를 구비한다. 캐리어 배치부(11)에는 복수 매의 기판, 본 실시 형태에서는 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼(W))를 수평 상태로 수용하는 복수의 캐리어(C)가 배치된다.
반송부(12)는 캐리어 배치부(11)에 인접하여 마련되고, 내부에 기판 반송 장치(13)와 전달부(14)를 구비한다. 기판 반송 장치(13)는 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(13)는 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 연직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 웨이퍼 유지 기구를 이용하여 캐리어(C)와 전달부(14)의 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
처리 스테이션(3)은 반송부(12)에 인접하여 마련된다. 처리 스테이션(3)은 반송부(15)와 복수의 처리 유닛(16)을 구비한다. 복수의 처리 유닛(16)은 반송부(15)의 양측에 나열되어 마련된다.
반송부(15)는 내부에 기판 반송 장치(17)를 구비한다. 기판 반송 장치(17)는 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(17)는 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 연직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 웨이퍼 유지 기구를 이용하여 전달부(14)와 처리 유닛(16)의 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
처리 유닛(16)은, 기판 반송 장치(17)에 의해 반송되는 웨이퍼(W)에 대하여 정해진 기판 처리를 행한다.
또한, 기판 처리 시스템(1)은 제어 장치(4)를 구비한다. 제어 장치(4)는 예를 들면 컴퓨터이며, 제어부(18)와 기억부(19)를 구비한다. 기억부(19)에는 기판 처리 시스템(1)에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(18)는 기억부(19)에 기억된 프로그램을 읽어내어 실행함으로써 기판 처리 시스템(1)의 동작을 제어한다.
또한, 이러한 프로그램은 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어 장치(4)의 기억부(19)에 인스톨된 것이어도 된다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로서는, 예를 들면 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
상기한 바와 같이 구성된 기판 처리 시스템(1)에서는, 먼저 반입반출 스테이션(2)의 기판 반송 장치(13)가, 캐리어 배치부(11)에 배치된 캐리어(C)로부터 웨이퍼(W)를 취출하고, 취출한 웨이퍼(W)를 전달부(14)에 배치한다. 전달부(14)에 배치된 웨이퍼(W)는, 처리 스테이션(3)의 기판 반송 장치(17)에 의해 전달부(14)로부터 취출되어, 처리 유닛(16)에 반입된다.
처리 유닛(16)에 반입된 웨이퍼(W)는, 처리 유닛(16)에 의해 처리된 후, 기판 반송 장치(17)에 의해 처리 유닛(16)으로부터 반출되어, 전달부(14)에 배치된다. 그리고, 전달부(14)에 배치된 처리가 끝난 웨이퍼(W)는 기판 반송 장치(13)에 의해 캐리어 배치부(11)의 캐리어(C)에 복귀된다.
다음에, 도 2 및 도 3을 참조하여 처리 유닛(16)의 구성에 대하여 설명한다. 처리 유닛(16)은 챔버(20)와 기판 유지 기구(30)와 처리 유체 공급부(40)와 액받이 컵(50)을 구비한다.
챔버(20)는 기판 유지 기구(30)와 처리 유체 공급부(40)와 액받이 컵(50)을 수용한다. 챔버(20)의 천장부에는, 챔버(20) 내에 청정 공기의 다운 플로우를 형성하는 FFU(Fan Filter Unit)(21)가 마련된다.
기판 유지 기구(30)는 기판 유지부(31)와 축부(32)와 회전 구동부(33)를 구비한다. 기판 유지부(31)는 웨이퍼(W)를 수평으로 유지한다. 회전 구동부(33)에 의해 축부(32)를 개재하여 기판 유지부(31)를 회전시킴으로써, 기판 유지부(31)에 유지된 웨이퍼(W)를 연직 축선 둘레로 회전시킬 수 있다.
처리 유체 공급부(40)는, 웨이퍼(W)에 처리 유체(처리액 또는 처리 가스)를 공급하는 복수의 가동의 노즐(41)을 가지고 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 노즐(41)에는 제 1 노즐(41a), 건조 가스 노즐(41b), 제 2 노즐(41c) 및 용제 노즐(41d)이 포함된다. 복수의 노즐(41)에는 처리 유체를 공급하기 위한 다른 노즐이 포함되어 있어도 된다.
특히 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 처리 유체 공급부(40)는 제 1 노즐 암(42A) 및 제 2 노즐 암(42B)을 가지고 있다. 도면의 간략화를 위하여, 도 2에는 2 개의 노즐 암(42A, 42B) 중 1 개(42A)만이 나타내어져 있다. 제 1 노즐 암(42A)에는 제 1 노즐(41a) 및 건조 가스 노즐(41b)이 장착되어 있다. 제 2 노즐 암(42B)에는 제 2 노즐(41c) 및 용제 노즐(41d)이 장착되어 있다. 제 1 노즐(41a) 및 제 2 노즐(41c)은, 바로 아래를 향하여 액을 토출하도록 제 1 노즐 암(42A) 및 제 2 노즐 암(42B)에 장착되어 있다.
각 노즐 암(42A, 42B)은, 도 2에 나타내는 암 구동부(43)에 의해, 연직 방향 축선 둘레로 선회 가능하고(도 2의 화살표(MA, MB)), 또한, 연직 방향으로 승강 가능하다. 노즐 암(42A, 42B)을 선회시킴으로써, 그 노즐 암(42A, 42B)에 마련된 노즐(41(41a∼을, 웨이퍼(W)의 중심(O)의 바로 위의 위치와 평면에서 볼 때 액받이 컵(50)의 외측의 대기 위치(도 3에 나타내어진 위치)와의 사이의 임의의 위치에 위치시킬 수 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1 노즐(41a)에는 에칭액 공급부(약액 공급부)(71) 및 제 1 린스액 공급부(72)가 접속되어 있고, 전환 밸브 장치(73)를 전환함으로써, 제 1 노즐(41a)로부터 에칭액(예를 들면 불질산) 및 린스액(예를 들면 DIW(Deionized Water) 즉 순수) 중 어느 일방을 선택적으로 공급할 수 있도록 되어 있다. 제 2 노즐(41c)에는 세정액 공급부(약액 공급부)(74) 및 제 2 린스액 공급부(75)가 접속되어 있고, 전환 밸브 장치(76)를 전환함으로써, 제 2 노즐(41c)로부터 세정액(예를 들면 SC-1) 및 린스액(예를 들면 순수) 중 어느 일방을 선택적으로 공급할 수 있도록 되어 있다. 상기의 전환 밸브 장치(73, 76)는 단일의 3방 밸브 또는 2 개의 개폐 밸브로 구성할 수 있다.
건조 가스 노즐(41b)에는 질소 가스 공급부(77)가 접속되고, 용제 노즐(41d)에는 IPA(이소프로필알코올) 공급부(78)가 접속되어 있다.
각 처리 유체의 공급부(71, 72, 74, 75, 77, 78)는 도시는 생략하지만, 탱크, 봄베, 공장 용력 공급원 등으로 이루어지는 처리 유체 공급원과, 처리 유체 공급원과 대응하는 노즐(41(41a∼을 접속하는 관로와, 당해 관로에 개재 마련된 개폐 밸브, 유량 제어 밸브 등의 흐름 제어 기기로 구성되어 있다.
특히 도 2에 나타내는 바와 같이, 액받이 컵(50)은 기판 유지부(31)를 둘러싸고, 노즐(41)로부터 회전하는 웨이퍼(W)에 공급된 후에 웨이퍼(W)로부터 털어내어진 액을 회수한다. 액받이 컵(50)의 저부에는 배액구(51)가 형성되어 있고, 액받이 컵(50)에 의해 포집된 처리액은, 배액구(51)로부터 처리 유닛(16)의 외부로 배출된다. 또한, 액받이 컵(50)의 저부에는 액받이 컵(50) 내의 분위기를 챔버(20)(처리 유닛(16))의 외부로 배출하는 배기구(52)가 형성되어 있다.
처리 유체 공급부(40)는, 또한, 외측 노즐(45)을 가지고 있다. 외측 노즐(45)의 토출구(45a)는, 평면에서 볼 때(즉 도 3에 있어서), 기판 유지부(31)에 의해 유지된 웨이퍼(W)의 외주연보다 적어도 외측에 위치하고 있다. 도시된 실시 형태에 있어서는, 외측 노즐(45)의 토출구(45a)는, 평면에서 볼 때, 액받이 컵(50)의 상단(上端) 개구의 내주연(50a)보다 외측에 위치하고 있다.
특히 도 4에 나타내는 바와 같이, 외측 노즐(45)은 승강 기구(46)에 의해 승강 가능하다. 상세는 도시하지 않지만, 승강 기구(46)는 예를 들면, 전동 회전 모터와, 이 전동 회전 모터에 의해 회전 구동되는 나사축을 가지는 볼 나사를 구비한 리니어 액추에이터로서 구성할 수 있다. 승강 기구(46)가 처리액의 분위기에 노출되지 않도록, 벨로우즈(47)가 승강 기구(46)의 가동 부분을 둘러싸고 있다. 본 실시 형태에 있어서, 외측 노즐(45)은 수평 방향(X 및 Y방향)으로는 이동할 수 없고, 상하 방향(Z방향)으로만 이동할 수 있다. 즉, 외측 노즐(45)은 평면에서 볼 때 웨이퍼(W)와의 사이의 상대적 위치 관계가 변화하지 않도록 마련되어 있다. 외측 노즐(45)의 높이 위치의 무단계의 조정이 필요없다면, 리니어 액추에이터로서 다위치(多位置) 에어 실린더를 이용할 수도 있다.
도 4에 나타내는 실시 형태에서는, 벨로우즈(47)의 상단이 외측 노즐(45)의 저면에 밀접하고, 벨로우즈(47)의 하단(下端)이 액받이 컵(50)의 주위를 둘러싸는 바닥판(구획판)(54)의 상면에 밀접하고 있다. 승강 기구(46)의 본체 부분(46a)은 바닥판(54)의 하방에 수용되어 있다. 승강 기구(46)의 본체 부분(46a)에 의해 구동되어 승강하는 부분인 승강 로드(46b)가 바닥판(54)에 형성된 홀(54a)을 관통하여 연장되고, 벨로우즈(47)에 둘러싸여 있다.
외측 노즐(45)에는 린스액 공급부(48)로부터 린스액으로서의 DIW가 공급된다. 린스액 공급부(48)는, 일단이 예를 들면 탱크 등의 린스액 공급원(48a)에 접속되고 또한 타단이 외측 노즐(45)에 접속된 린스액 공급 라인(관로)(48b)과, 이 린스액 공급 라인(48b)에 상류측으로부터 차례로 개재 마련된 유량계(48c), 유량 제어 밸브(48d) 및 개폐 밸브(48e)를 가지고 있다. 개폐 밸브(48e)보다 하류측의 분기점(48f)에 있어서, 린스액 공급 라인(48b)으로부터 드레인 라인(48g)이 분기하고 있다. 드레인 라인(48g)에는 개폐 밸브(48h)가 개재 마련되어 있다. 드레인 라인(48g)의 하류단의 높이 위치는 외측 노즐(45)보다 낮다.
외측 노즐(45)의 하방에 액받이(49)를 마련하는 것이 바람직하다. 액받이(49)는, 외측 노즐(45)로부터의 린스액의 토출 개시 직후(개폐 밸브(48e)의 개방 직후) 및 토출 완전 정지의 직전(개폐 밸브(48e)의 폐쇄 직후)에 외측 노즐(45)로부터 토출되는(웨이퍼(W)까지 도달하지 않는) 린스액을 받아내고, 또한 개폐 밸브(48e)를 폐쇄한 후에 외측 노즐(45)로부터 늘어져 떨어지는 액(린스액)을 받아낸다. 액받이(49)에 받아내어진 린스액은, 도시하지 않은 드레인 라인을 통하여 처리 유닛(16)의 외부로 배출된다. 액받이(49)는 컵(50) 또는 바닥판(54)에 고정할 수 있다. 액받이(49)는, 외측 노즐(45)과 함께 승강하도록 외측 노즐(45)에 연결되어 있어도 된다.
외측 노즐(45)로부터, 기판 유지부(31)에 의해 유지된 웨이퍼(W)의 표면(디바이스 형성면인 상향의 면)에 린스액이 공급된다. 외측 노즐(45)로부터 토출된 린스액이, 평면에서 볼 때 외측 노즐(45)의 토출구(45a)와 웨이퍼(W)의 중심(O)을 연결하는 직선 상을 비행하도록 외측 노즐(45)이 설치되어 있다. 외측 노즐(45)로부터 토출된 린스액의 웨이퍼(W) 표면 상에서의 착액 위치(착액점)는, 외측 노즐(45)로부터의 린스액의 토출 유량(단위 시간당의 유량), 외측 노즐(45)의 높이 위치 및 외측 노즐(45)의 토출 각도 (상승 각도 또는 하강 각도)에 의해 결정된다. 본 실시 형태에 있어서는 외측 노즐(45)의 토출 각도를 변화시키는 액추에이터는 존재하지 않기 때문에, 상기 착액 위치는 외측 노즐(45)로부터의 린스액의 토출 유량 및 외측 노즐(45)의 높이 위치에 의해 결정되게 된다. 또한, 초기 설정 시 또는 메인터넌스 시 등에 외측 노즐(45)의 토출 각도를 수작업으로 조절할 수 있도록 되어 있어도 된다.
외측 노즐(45)로부터 린스액이 토출될 때, 제어 장치(4)는, 프로세스 레시피에 있어서 규정된 토출 유량이 실현되도록, 유량계(48c)의 검출값에 기초하여 유량 제어 밸브(48d)의 개도를 피드백 제어한다.
외측 노즐(45)로부터 토출되어 회전하는 웨이퍼(W) 표면 상에 착액하는 린스액이 웨이퍼(W) 표면 전체에 균등하게 퍼지도록 하기 위하여, 웨이퍼(W)의 중심(O)에 린스액을 착액시키는 것이 바람직하다. 린스액의 토출 유량에 상관없이 웨이퍼(W)의 중심(O)에 린스액을 착액시키기 위하여, 외측 노즐(45)의 높이 위치가 승강 기구(46)에 의해 조절된다. 웨이퍼(W)의 중심(O)에 린스액을 착액시킬 수 있는 외측 노즐(45)의 높이를, 린스액의 토출 유량마다 미리 실험(시뮬레이션이어도 됨)에 의해 구해 둔다. 그리고, 이 실험 결과에 기초하여 결정된 린스액의 토출 유량 및 외측 노즐(45)의 높이 위치의 조합이, 프로세스 레시피에 기술되는 프로세스 파라미터로서 설정된다. 프로세스 레시피는 예를 들면 제어 장치(4)의 기억부(19)에 기억된다. 또한, 웨이퍼(W)의 중심(O)으로부터 벗어난 위치에 린스액을 착액시켜도 상관없지만, 이 경우에도, 착액한 린스액이 착액의 기세에 의해 웨이퍼(W)의 중심(O)까지 퍼져, 웨이퍼(W)의 중심(O)을 포함하는 웨이퍼(W) 중심부의 영역이 린스액의 액막에 의해 덮이는 착액 위치에 린스액을 착액시키는 것이 바람직하다. 이 경우에도, 목표 착액 위치를 달성하기 위한 린스액의 토출 유량 및 외측 노즐(45)의 높이 위치의 조합을 미리 실험에 의해 구할 수 있다.
개폐 밸브(48e)를 개방 상태로 또한 개폐 밸브(48h)를 폐쇄 상태로 하여 린스액을 외측 노즐(45)로부터 토출하고, 그 후, 개폐 밸브(48e)를 닫아 외측 노즐(45)로부터의 린스액의 토출을 정지하고, 그 후, 개폐 밸브(48h)를 열면, 외측 노즐(45) 내, 린스액 공급 라인(48b)의 개폐 밸브(48e)보다 하류측의 영역 내 및 드레인 라인(48g) 내에 있는 린스액이 사이펀 효과에 의해 드레인 라인(48g)으로부터 배출된다. 외측 노즐(45) 내, 린스액 공급 라인(48b)의 개폐 밸브(48e)보다 하류측의 영역 내를 비워 둠으로써, 다음에 개폐 밸브(48e)를 열여 외측 노즐(45)로부터의 린스액의 토출을 개시할 때에, 토출 개시 직후에 외측 노즐(45)로부터 토출되는 린스액의 유속이 높아진다. 이 때문에, 토출 개시 직후에 웨이퍼(W)의 중심(O) 이외의 장소에 착액하는 린스액의 양이 적어진다.
다음에, 상술한 기판 처리 시스템(1)의 처리 유닛(16)을 이용하여 행해지는 각 1 매의 웨이퍼(W)에 대한 일련의 처리 공정의 일례에 대하여 설명한다.
[웨이퍼 반입]
웨이퍼(W)가 기판 반송 장치(17)에 의해 처리 유닛(16) 내에 반입되고, 기판 유지 기구(30)에 의해 유지된다.
[에칭 공정]
기판 유지 기구(30)에 의해 웨이퍼(W)를 연직 축선 둘레로 회전시키기 시작한다. 웨이퍼(W)의 회전은, 후술하는 건조 공정이 종료할 때까지 계속하게 한다. 제 1 노즐 암(42A)의 제 1 노즐(41a)을 웨이퍼(W)의 중심(O)으로부터 거리(L1)만큼 떨어진 웨이퍼(W) 상의 위치(P1)(도 3을 참조)의 바로 위의 위치에 위치시킨다. 제 1 노즐(41a)은 바로 아래를 향하여 에칭액(예를 들면 DHF(희불산))을 토출한다. 따라서, 웨이퍼(W)의 중심(O)으로부터 거리(L1)만큼 떨어진 위치(P1)에 에칭액이 착액한다. 위치(P1)에 착액한 에칭액은, 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 외주연을 향하여 퍼지면서 흐른다. 또한, 위치(P1)에 착액한 에칭액은 착액의 기세에 의해, 웨이퍼(W)의 중심(O)까지 퍼지고, 그 후, 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 외주연을 향하여 퍼지면서 흐른다. 따라서, 웨이퍼(W) 표면의 전역이 에칭액의 액막에 의해 덮인다. 이 상태를 미리 정해진 시간 계속하게 함으로써, 웨이퍼(W)의 표면이 에칭된다.
또한, 상기 거리(L1)는, 위치(P1)에 착액한 에칭액이 착액의 기세에 의해 웨이퍼(W)의 중심(O)까지 퍼지는 것이 보증되는 값, (에칭액의 토출 유량에 따라서도 상이하지만)예를 들면 15 mm로 할 수 있다. 웨이퍼(W)의 중심(O)이 아니라, 웨이퍼(W)의 중심(O)으로부터 약간 벗어난 위치에 에칭액을 착액시킴으로써, 웨이퍼(W)의 중심(O)이 다른 부위와 비교하여 과잉으로 에칭되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 에칭의 웨이퍼(W)면 내의 균일성이 향상된다.
다음에, 제 1 노즐(41a)로부터 에칭액을 토출시킨 채, 제 1 노즐(41a)을 웨이퍼(W)의 중심(O)의 바로 위의 위치로 이동시킨다.
[제 1 린스 공정]
제 1 노즐(41a)을 웨이퍼(W)의 중심(O)의 바로 위로 이동시킨 후 즉시 전환 밸브 장치(73)를 전환하여, 제 1 노즐(41a)로부터 토출하는 액을 에칭액으로부터 린스액(DIW)으로 전환한다. 제 1 노즐(41a)로부터 토출된 린스액은 웨이퍼(W)의 중심(O)에 착액하고, 원심력에 의해 웨이퍼(W) 주연부를 향하여 퍼지면서 흘러, 웨이퍼(W)의 표면이 린스액의 액막에 의해 덮인다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 잔류하는 에칭액 및 에칭 공정에 의해 생긴 반응 생성물 등이 린스액에 의해 씻겨진다.
다음에, 제 1 노즐(41a)로부터 린스액을 토출시킨 채, 제 1 노즐(41a)을 웨이퍼(W)의 중심(O)의 근방의 위치(P2), 상세하게는 중심(O)으로부터 거리(L2)만큼 떨어진 웨이퍼(W) 상의 위치(P2)의 바로 위의 위치로 이동시킨다. 이 때, 제 1 노즐(41a)로부터 토출되는 린스액의 웨이퍼(W) 표면 상으로의 착액 위치는 위치(P2)가 된다. 상기 거리(L2)는, 위치(P2)에 착액한 린스액이 착액의 기세에 의해 웨이퍼(W)의 중심(O)까지 퍼지는 것이 보증되는 값(린스액의 토출 유량에 따라서도 상이하지만 예를 들면 15 mm)으로 한다. 거리(L2) 및 위치(P2)는 거리(L1) 및 위치(P1)와 동일해도 된다.
다음에, 외측 노즐(45)로부터, 웨이퍼(W)의 중심(O)에 착액하도록 린스액(DIW)을 토출한다. 이 때, 제 1 노즐(41a) 및 외측 노즐(45)의 양방으로부터 동시에 린스액이 토출되게 된다. 나중의 설명의 편의를 위하여, 이 상태를 '제 1 동시 토출 상태'라고 부르기로 한다.
그 후, 제 1 노즐(41a)로부터의 린스액의 토출을 정지하고, 제 1 노즐(41a)을 대기 위치(도 3에 나타내는 위치)로 이동시킨다. 다음에, 제 2 노즐(41c)을 웨이퍼(W)의 중심(O)으로부터 거리(L2)만큼 떨어진 위치(P2)의 바로 위의 위치에 위치시킨다. 이 때, 제 2 노즐(41c)은 웨이퍼(W)의 중심 상방을 통과해 간다. 그리고, 제 2 노즐(41c)의 이동 중에는, 외측 노즐로부터 웨이퍼(W)의 중심을 향하여 토출하고 있는 린스액의 흐름(궤적)을 방해하지 않도록 하고 있다.
다음에, 제 2 노즐(41c)로부터 린스액을 토출한다. 제 2 노즐(41c)은 바로 아래를 향하여 린스액을 토출한다. 따라서, 제 2 노즐(41c)로부터 토출되는 린스액의 웨이퍼(W) 표면 상으로의 착액 위치는 위치(P2)가 된다. 이 때, 제 2 노즐(41c) 및 외측 노즐(45)의 양방으로부터 동시에 린스액이 토출되게 된다. 나중의 설명의 편의를 위하여, 이 상태를 '제 2 동시 토출 상태'라고 부르기로 한다.
다음에, 외측 노즐(45)로부터의 린스액의 토출을 정지하고, 이어서, 제 2 노즐(41c)로부터 린스액을 토출시킨 채, 제 2 노즐(41c)을 웨이퍼(W)의 중심(O)의 바로 위의 위치로 이동시킨다.
상술한 바와 같이, 외측 노즐(45)을 이용함으로써, 웨이퍼(W)의 표면의 전체가 린스액에 의해 덮여 있는 상태를 유지한 채, 노즐 암(42A, 42B)의 교체, 즉, 제 1 노즐(41a), 제 2 노즐(41c)의 교체가 행해진다.
[약액 세정 공정]
제 2 노즐(41c)을 웨이퍼(W)의 중심(O)의 바로 위로 이동시킨 후, 전환 밸브 장치(76)를 전환하여, 제 2 노즐(41c)로부터 토출시키는 액을 린스액(DIW)으로부터 세정액(세정용의 약액 예를 들면 SC-1)으로 전환한다. 제 2 노즐(41c)로부터 토출된 세정액은 웨이퍼(W)의 중심(O)에 착액하고, 원심력에 의해 웨이퍼(W) 주연부를 향하여 퍼지면서 흘러, 웨이퍼(W)의 표면이 세정액의 액막에 의해 덮인다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 존재하는 유기 오염 물질이 세정액에 의해 제거된다.
[제 2 린스 공정]
그 후, 제 2 노즐(41c)로부터 토출시키는 액을 세정액으로부터 린스액으로 전환한다. 제 2 노즐(41c)로부터 토출된 린스액은 웨이퍼(W)의 중심(O)에 착액하고, 원심력에 의해 웨이퍼(W) 주연부를 향하여 퍼지면서 흘러, 웨이퍼(W)의 표면이 린스액의 액막에 의해 덮인다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 잔류하는 세정액 및 세정 공정에 있어서 생긴 반응 생성물 등이 린스액에 의해 씻겨진다.
[용제 치환 공정]
제 2 노즐(41c)로부터 린스액의 토출을 계속하게 하면서, 용제 노즐(41d)로부터 IPA의 토출을 행하고, 이 상태를 유지하면서 용제 노즐(41d)을 웨이퍼(W)의 중심(O)의 바로 위로 이동시키고, 그 후, 제 2 노즐(41c)로부터의 린스액의 토출을 정지한다. 용제 노즐(41d)로부터 토출된 IPA는 웨이퍼(W)의 중심(O)에 착액하고, 원심력에 의해 웨이퍼(W) 주연부를 향하여 퍼지면서 흘러, 웨이퍼(W)의 표면에 있던 린스액(DIW)이 IPA로 치환되고, 웨이퍼(W)의 표면이 IPA의 액막에 의해 덮인다.
[건조 공정]
용제 노즐(41d)이 웨이퍼(W)의 중심(O)에 IPA를 토출하고 있는 동안에, 노즐 암(42A, 42B)끼리가 충돌하지 않는 범위에서, 건조 가스 노즐(41b)을 웨이퍼(W)의 중심(O)에 가까운 위치의 상방으로 이동시킨다. 이어서, 용제 노즐(41d)을 웨이퍼(W)의 외주연을 향하여 이동시켜 간다. 용제 노즐(41d)이 웨이퍼(W)의 중심(O)의 상방으로부터 퇴피하면, 건조 가스 노즐(41b)을 웨이퍼(W)의 중심(O)의 바로 위로 이동시키고, 이어서 건조 가스 노즐(41b)로부터 건조 가스(예를 들면 질소 가스, 드라이 에어 등)를 토출하고, 건조 가스 노즐(41b)을 웨이퍼(W)의 외주연을 향하여 이동시켜 간다. 이 때, 용제 노즐(41d)이 건조 가스 노즐(41b)보다 웨이퍼(W) 반경 방향 외측에 위치하고 있다는 관계를 유지하면서, 용제 노즐(41d) 및 건조 가스 노즐(41b)을 웨이퍼(W)의 외주연을 향하여 이동시켜 간다. 이에 의해, 원형의 건조 영역이 웨이퍼(W)의 중심부로부터 웨이퍼 주연부를 향하여 넓어져 가고, 최종적으로 웨이퍼(W)의 표면의 전체가 건조된다.
이상에 의해, 1 매의 웨이퍼(W)에 대한 일련의 처리 공정이 종료된다. 처리가 끝난 웨이퍼(W)는 기판 반송 장치(17)에 의해 처리 유닛(16)으로부터 반출된다.
상술한 바와 같은 처리를 행함에 있어서, 전술한 바와 같이, 예를 들면 처리 대상의 웨이퍼(W)에 대전에 매우 약한 디바이스가 이미 형성되어 있는 경우가 있다. 이 경우에는, 마찰 대전 억제를 위하여 린스액의 유량을 작게 하는 것이 요구된다. 한편, 그와 같은 배려가 필요없는 웨이퍼를 처리하는 경우에는, 처리 시간의 단축을 위하여 린스액의 유량을 크게 하는 편이 좋다. 상기한 바와 같이 외측 노즐(45)에 자동적 승강 기능을 부여함으로써, 린스액의 유량의 변화에 대응하여 외측 노즐(45)의 높이 위치를 바꿈으로써, 린스액의 유량에 상관없이 린스액의 착액 위치를 웨이퍼(W)의 중심에 일치시킬 수 있다. 이 때문에, 선행하는 처리 로트와 후속의 처리 로트에서 프로세스 파라미터로서의 린스액 토출 유량이 상이한 경우라도, 사람 손에 의한 조정 등을 위하여 기판 처리 시스템(1)의 전체의 동작을 정지시키거나 처리 유닛(16)의 패널을 개방할 필요가 없어진다. 이 때문에, 기판 처리 시스템(1)의 효율적인 운용을 행할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 외측 노즐(45)의 높이 위치가 리니어 액츄에이터인 승강 기구(46)에 의해 조절 가능했지만 이에 한정되지는 않고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 외측 노즐(45)의 토출 각도(상승 각도 또는 하강 각도)가 액추에이터(90), 예를 들면 전동 회전 모터에 의해 구동되는 볼 나사에 의해 조절 가능하게 되어 있어도 된다. 도 5에 나타내는 실시 형태에서는, 바닥판(54)의 위에 지주(91)가 마련되고, 외측 노즐(45)이 지주(91)에 마련된 수평축(92)을 개재하여 회전 가능하게 지주(91)에 지지되어 있다. 액추에이터(90)가 외측 노즐(45)의 수평축(92)으로부터 떨어진 적당한 부위(도 5에서는 외측 노즐(45)의 후단부(後端部))를 미는(당기는) 것에 의해, 외측 노즐(45)의 토출 각도가 변화하고, 이에 의해 외측 노즐(45)로부터 토출되는 린스액의 토출 각도도 변화하여, 린스액의 웨이퍼(W) 상으로의 착액 위치를 변화시킬 수 있다. 이 도 5에 나타낸 실시 형태에 있어서도, 외측 노즐(45)의 수평 방향의 위치는 실질적으로 일정하다.
상술한 제 1 동시 토출 상태 및 제 2 동시 토출 상태에 있어서의 액 튀김(스플래시)을 억제하기 위하여, 제 1 노즐(41a)(또는 제 2 노즐(41c))로부터 토출되는 린스액의 바람직한 웨이퍼(W) 표면 상으로의 착액 위치를 조사한 시험에 대하여 설명한다. 또한, 제 1 동시 토출 상태 및 제 2 동시 토출 상태는 실질적으로 동일한 상태이기 때문에, 시험은 제 1 동시 토출 상태에 대해서만 행하였다. 전술한 바와 같이 외측 노즐(45)로부터의 린스액의 착액 위치는 웨이퍼(W)의 중심(O)으로 해야 하기 때문에, 시험에 있어서는 제 1 노즐(41a)로부터 토출된 린스액의 착액 위치를 변화시켰다. 후술하는 제 1 노즐(41a)의 다양한 위치를 실현하기 위하여, 제 1 노즐(41a)을 유지하는 노즐 암으로서 시험 전용의 것을 이용하였다.
착액 위치의 설명을 위하여, 회전하는 웨이퍼(W)를 바로 위로부터 본 평면도인 도 6에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W) 표면에 XY 직교 좌표계를 설정한다. 웨이퍼(W)의 중심(회전 중심)(O)을 XY 직교 좌표계의 원점(이하, '원점(O)'이라고도 부른다)으로 한다. 외측 노즐(45)로부터 토출되어 원점(O)에 착수(着水)하는 린스액의 비행 궤적이 굵은 파선으로 나타내어져 있다. 린스액의 비행 궤적을 포함하는 직선을 Y축이라 하고, 비행 방향이 Y축의 정방향이라 한다. 그리고, 원점(O)을 시점으로 하는 Y축의 정방향을 향한 제 1 벡터를, 원점(O)을 중심으로 하여 웨이퍼(W)의 회전 방향(R)으로 90도 회전시킴으로써 얻어진 제 2 벡터를 포함하는 직선을 X축이라 한다. X축의 정방향은 제 2 벡터의 방향과 일치한다. 즉, 도 6의 경우, 웨이퍼(W)의 회전 방향이 시계 방향이기 때문에, 도 6 중 상측 방향이 Y축의 정방향, 도면 중 우측 방향은 X축의 정방향이 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 회전 방향이 반시계 방향이면, 도면 중 좌측 방향이 X축의 정방향이 된다. 또한, 도 6에 나타낸 XY 직교 좌표계의 X축 및 Y축은 도 1의 X축 및 Y축과 일치하는 경우도 있고(도 1의 하부에 표시된 처리 유닛(16)에서는 일치함), 일치하지 않는 경우도 있는 점에 주의하기 바란다.
제 1 노즐(41a)의 수평 방향 위치 즉 제 1 노즐(41a)로부터 토출된 린스액의 착액 위치를 도 6에 나타내는 위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)로 했을 때의 스플래시의 발생 상황을 조사하였다. 웨이퍼의 회전 중심인 원점(O)과 위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)와의 거리는 모두 15 mm이며, 각도 위치만이 상이하다. S2 및 S5는 X축 상의 위치, S3은 S2로부터 웨이퍼의 회전 방향(R)으로 45도 늦은 위치, S1은 S2로부터 웨이퍼의 회전 방향(R)으로 45도 진행된 위치, S6은 S5로부터 웨이퍼의 회전 방향(R)으로 45도 늦은 위치, S4는 S5로부터 웨이퍼의 회전 방향(R)으로 45도 진행된 위치이다.
시험 조건은, 웨이퍼(W)의 회전 속도가 1500 rpm, 외측 노즐로부터의 린스액의 토출 유량이 1.5 L/min(리터 매분), 제 1 노즐(41a)로부터의 린스액의 토출 유량이 0.5 L/min, 1.0 L/min, 1.5 L/min인 3수준으로 하였다. 스플래시의 유무 및 발생 상황은, 촬영한 고속 동영상 및 고해상도 정지 화상에 기초하여 판정하였다. 시험 결과를 하기 표에 나타낸다.
상기의 표 1에 있어서, 기호 '○'는 스플래시의 발생 없음, 기호 '△'는 스플래시가 드물게 발생, 기호 'X'는 스플래시가 상시 발생을 각각 의미하고 있다.
화상 관찰의 결과, 위치(S2, S3)에 있어서는, 외측 노즐(45)로부터 토출된 린스액이 웨이퍼(W)에 착액한 후에 퍼져 갈 때에, 이 퍼지고 있는 액막의 위에 제 1 노즐(41a)로부터 토출된 액이 떨어졌을 때에 스플래시가 생겼다(유량이 0.5 L/min인 때를 제외함). 한편, 위치(S4, S5, S6)에 있어서는, 제 1 노즐(41a)로부터 토출된 린스액이 웨이퍼(W)에 착액한 후에 퍼져 갈 때에, 이 퍼지고 있는 액막의 위에 외측 노즐(45)로부터 토출된 액이 떨어졌을 때에 스플래시가 생겼다.
위치(S1)에 있어서는, 제 1 노즐(41a)로부터의 토출 유량에 상관없이 상기의 어느 형태의 스플래시의 발생도 인지되지 않았다. 이 점으로부터, 상기 XY 직교 좌표계에 있어서, 제 1 노즐(41a)로부터의 린스액의 착액 위치를 제 4 상한(象限)(즉 X>0, Y<0)으로 설정함으로써 스플래시의 발생을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이 시험 결과로부터, 상술한 실시 형태에 있어서 상술한 제 1 동시 토출 상태 및 제 2 동시 토출 상태에 있어서의 제 1 노즐(41a)의 위치(P1) 및 제 2 노즐(41c)의 위치(P2)는, 상기 시험에 있어서의 위치(S1)로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
상기 실시 형태에 있어서는, 웨이퍼(W)에 대하여 일련의 처리를 행함에 있어서, 외측 노즐(45)과 노즐 암(42A, 42B)에 지지된 가동의 노즐(41a∼을 병용했지만 이에 한정되지는 않는다. 웨이퍼(W)에 공급되는 처리액의 전부를 1 개 또는 복수의 외측 노즐로부터 공급해도 된다.
린스액은 순수(DIW)에 한정되지 않고, 도전성을 부여하기 위하여 DIW에 미량의 이산화탄소 가스 및/또는 암모니아를 용해시킨 것이어도 된다.
외측 노즐(45)로부터 토출하는 처리액은 린스액에 한정되지 않고, 그 밖의 처리액, 예를 들면 산성 약액, 알칼리성 약액, 유기 용제 등이어도 된다.
외측 노즐(45)로부터 약액을 공급하는 경우, 약액 절약의 관점으로부터, 처음에 비교적 대유량으로 웨이퍼(W)의 중심에 약액을 공급하여 빠르게 웨이퍼(W)의 전체 표면에 약액의 액막을 형성하고, 그 후, 약액의 액막을 유지할 수 있을 정도의 비교적 소유량으로 웨이퍼(W)의 중심에 약액을 공급하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우에도, 외측 노즐(45)로부터 비교적 대유량으로 약액을 토출할 때에는 외측 노즐(45)의 높이를 낮게 하고, 비교적 소유량으로 약액을 토출할 때에는 외측 노즐(45)의 높이를 높게 함으로써, 약액의 토출 유량에 상관없이 약액의 착액 위치를 웨이퍼(W)의 중심으로 할 수 있다.