KR20210004852A - 에칭 장치 및 에칭 방법 - Google Patents

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아키라 후지타
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판 주연부의 불필요한 막을 에칭에 의해 제거할 때에, 불필요한 막의 제거 범위를 정밀하게 제어한다. 에칭 장치는, 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판 유지부를 회전축선 둘레로 회전시키는 회전 구동부와, 상기 기판 유지부에 의해 유지된 기판의 주연부를 향해 에칭액을 토출하는 액 토출부와, 적어도 상기 회전 구동부와 상기 액 토출부를 제어함으로써 상기 에칭 장치의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 구비한다. 상기 제어부는, 상기 액 토출부에 의해 토출된 에칭액이 기판의 주연부의 착액점에 착액한 후에 즉시 기판으로부터 이탈하는 즉시 이탈 조건으로 기판의 에칭이 행해지도록, 상기 회전 구동부에 의해 회전되는 기판의 회전 속도, 상기 액 토출부로부터의 에칭액의 토출 속도, 상기 액 토출부로부터의 에칭액의 토출 방향 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되어 있다.

Description

에칭 장치 및 에칭 방법 {ETCHING APPARATUS AND ETCHING METHOD}
본 개시는 에칭 장치 및 에칭 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서는, 반도체 웨이퍼 등의 원형의 기판의 주연부에 있는 불필요한 막을, 약액에 의해 웨트 에칭함으로써 제거하는 공정('베벨 에칭'이라고 함)이 행해진다. 인용 문헌 1에는, 베벨 에칭을 행하기 위한 장치가 개시되어 있다. 인용 문헌 1에 개시된 베벨 에칭 장치는, 기판을 수평 자세로 유지하고 또한 연직축선 둘레로 회전시키는 진공 척과, 회전하는 기판의 주연부에 에칭용의 약액을 공급하는 노즐을 구비하고 있다.
일본특허공개공보 2014­086638
본 개시는 기판 주연부의 불필요한 막을 에칭에 의해 제거할 때에, 불필요한 막의 제거 범위를 정밀하게 제어할 수 있는 기술을 제공한다.
에칭 장치의 일실시 형태는, 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판 유지부를 회전축선 둘레로 회전시키는 회전 구동부와, 상기 기판 유지부에 의해 유지된 기판의 주연부를 향해 에칭액을 토출하는 액 토출부와, 적어도 상기 회전 구동부와 상기 액 토출부를 제어함으로써 상기 에칭 장치의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 액 토출부에 의해 토출된 에칭액이 기판의 주연부의 착액점에 착액한 후에 즉시 기판으로부터 이탈하는 즉시 이탈 조건으로 기판의 에칭이 행해지도록, 상기 회전 구동부에 의해 회전되는 기판의 회전 속도, 상기 액 토출부로부터의 에칭액의 토출 속도, 상기 액 토출부로부터의 에칭액의 토출 방향 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되어 있다.
본 개시에 따르면, 불필요한 막의 제거 범위를 정밀하게 제어할 수 있다.
도 1은 일실시 형태에 따른 에칭 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 에칭 장치의 커버 부재, 그 승강 기구 및 처리액 공급부를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 우측의 웨이퍼의 외주연 부근의 영역을 확대하여 상세하게 나타내는 단면도이다.
도 4는 표면 노즐에 대하여 설명하는 개략도이다.
도 5는 이면 노즐을 나타내는 개략 사시도이다.
도 6은 에칭 처리에 있어서의 각종 파라미터의 정의에 대하여 설명하는 도이다.
도 7은 실험예 1에 대하여 설명하는 도이다.
도 8은 실험예 2에 대하여 설명하는 도이다.
도 9는 실험예 3에 대하여 설명하는 그래프이다.
도 10은 실험예 3에 대하여 설명하는 도이다.
도 11은 실험예 4에 대하여 설명하는 도이다.
이하에, 에칭 장치의 일실시 형태로서의 베벨 에칭 장치에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 베벨 에칭 장치란, 반도체 장치가 형성되는 원형의 기판인 웨이퍼(W)의 주연부에 있는 불필요한 막을, 웨트 에칭에 의해 제거하는 장치이다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 웨트 에칭 장치(이하, 단순히 '에칭 장치'라고 함)(1)는 웨이퍼(W)를 수평 자세로 연직축 둘레로 회전 가능하게 유지하는 웨이퍼 유지부(3)와, 웨이퍼 유지부(3)에 유지된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸고 웨이퍼(W)로부터 비산한 처리액을 받는 컵체(2)와, 웨이퍼 유지부(3)에 유지된 웨이퍼(W)의 상면의 주연부의 상방에 위치하는 링 형상의 방호벽(52)을 가지는 커버 부재(5)와, 커버 부재(5)를 승강시키는 승강 기구(이동 기구)(6)와, 웨이퍼 유지부(3)에 유지된 웨이퍼(W)로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 공급부(7)를 구비하고 있다.
상술한 에칭 장치(1)의 구성 부재인, 컵체(2), 웨이퍼 유지부(3), 커버 부재(5) 등은 하나의 하우징(11) 내에 수용되어 있다. 하우징(11)의 천장부 부근에는 외부로부터 청정 공기를 도입하는 청정 공기 도입 유닛(팬 필터 유닛)(14)이 마련되어 있다. 또한, 하우징(11)의 바닥면 근방에는 하우징(11) 내의 분위기를 배기하는 배기구(15)가 마련되어 있다. 이에 의해, 하우징(11) 내에 하우징(11)의 상부에서 하부를 향해 흐르는 청정 공기의 다운 플로우가 형성된다. 하우징(11)의 하나의 측벽에는, 셔터(12)에 의해 개폐되는 반입반출구(13)가 마련되어 있다. 하우징(11)의 외부에 마련된 도시하지 않은 웨이퍼 반송 기구의 반송 암이, 웨이퍼(W)를 유지한 상태로 반입반출구(13)를 통과할 수 있다.
웨이퍼 유지부(3)(기판 유지부)는 원판 형상의 진공 척으로서 구성되어 있고, 그 상면이 웨이퍼 흡착면(31)으로 되어 있다. 웨이퍼 흡착면(31)의 중앙부에는 흡인구(32)가 개구되어 있다. 웨이퍼 유지부(3)의 하면 중앙부에는, 중공 원통 형상의 회전축(44)이 연직 방향으로 연장되어 있다. 회전축(44)의 내부 공간에는 흡인구(32)에 접속된 흡인 관로(도시하지 않음)가 지나고 있다. 이 흡인 관로는, 하우징(11)의 외측에 있어서 진공 펌프(42)에 접속되어 있다. 진공 펌프(42)를 구동함으로써, 웨이퍼 유지부(3)에 의해 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있다.
회전축(44)은 축받이(451)를 내장한 축받이 케이싱(45)에 지지되어 있고, 축받이 케이싱(45)은 하우징(11)의 바닥면에 지지되어 있다. 회전축(44)은 회전축(44) 상의 피동 풀리(461), 구동 모터(463)의 회전축 상의 구동 풀리(462), 피동 풀리(461) 및 구동 풀리(462) 사이에 걸쳐진 구동 벨트(464)로 이루어지는 회전 구동 기구(회전 구동부)(46)에 의해, 원하는 속도로 회전시킬 수 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 컵체(2)는 웨이퍼 유지부(3)의 외주를 둘러싸도록 마련된, 바닥이 있는 원환 형상의 부재이다. 컵체(2)는 웨이퍼(W)에 공급된 후에 웨이퍼(W)의 외방으로 비산하는 약액을 받아 회수하고, 외부로 배출하는 역할을 가진다.
웨이퍼 유지부(3)에 의해 유지된 웨이퍼(W)의 하면과, 이 웨이퍼(W)의 하면에 대향하는 컵체(2)의 내주측 부분(21)의 상면(211)과의 사이에는, 비교적 작은(예를 들면 2 ~ 3 mm 정도의 높이의) 간극이 형성된다. 웨이퍼(W)에 대향하는 상면(211)에는 2 개의 가스 토출구(212, 213)가 개구되어 있다. 이들 2 개의 가스 토출구(212, 213)는 동심의 대경의 원주 및 소경의 원주를 따라 각각 연속적으로 연장되어 있고, 반경 방향 외향으로, 또한 기울기 상방향으로, 웨이퍼(W)의 하면을 향해 핫 N2 가스(가열된 질소 가스)를 토출한다.
컵체(2)의 내주측 부분(21) 내에 형성된 1 개 또는 복수의(도면에서는 1 개만 나타냄) 가스 도입 라인(214)으로부터 원환 형상의 가스 확산 공간(215)으로 N2 가스가 공급되고, N2 가스는 가스 확산 공간(215) 내를 원주 방향으로 확산되면서 흘러, 가스 토출구(212, 213)로부터 토출된다. 가스 확산 공간(215)에 인접하여 히터(216)가 마련되어 있고, N2 가스는 가스 확산 공간(215) 내를 흐르고 있을 때 가열되며, 이 후, 가스 토출구(212, 213)로부터 토출된다. 반경 방향 외측에 있는 가스 토출구(213)로부터 토출되는 N2 가스는, 웨이퍼(W)의 피처리 부위인 웨이퍼(W)의 주연부를 가열함으로써, 약액에 따른 반응을 촉진하고, 또한 웨이퍼(W)의 표면(상면)을 향해 토출된 후에 비산하는 처리액의 미스트가 웨이퍼의 이면(하면)으로 흘러 들어가는 것을 방지한다. 반경 방향 내측에 있는 가스 토출구(212)로부터 토출되는 N2 가스는, 가스 토출구(212)가 없는 경우에 웨이퍼(W)의 주연부만이 데워지는 것 그리고 웨이퍼(W) 중심 측에 있어서 웨이퍼(W)의 하면 근방에 부압이 생기는 것에 기인하여 발생할 수 있는 웨이퍼(W)의 변형을 방지한다.
컵체(2)의 외주측 부분(24)에는 상부가 개방된 2 개의 원환 형상의 오목부(241, 242)가 컵체(2)의 둘레 방향을 따라 형성되어 있다. 오목부(241, 242)의 사이는 원환 형상의 분리벽(243)에 의해 구획되어 있다. 외측의 오목부(241)의 저부에 배액로(244)가 접속되어 있다. 또한 내측의 오목부(242)의 저부에는 배기구(247)가 마련되어 있고, 이 배기구(247)에 배기로(245)가 접속되어 있다. 배기로(245)에는 이젝터 혹은 진공 펌프 등의 배기 장치(246)가 접속되어 있고, 이 에칭 장치(1)의 동작 중에는, 배기로(245)를 개재하여 컵체(2)의 내부 공간이 상시 흡인되어, 내측의 오목부(242) 내의 압력이 컵체(2) 외부의 하우징(11) 내의 압력보다 낮게 유지되고 있다.
컵체(2)의 내주측 부분(21)의 외주부(웨이퍼(W)의 주연의 하방의 위치)로부터 반경 방향 외측을 향해 환상의 안내판(25)이 연장되어 있다. 안내판(25)은 반경 방향 외측으로 감에 따라 낮아지도록 경사져 있다. 안내판(25)은 내측의 오목부(242)의 전체 및 외측의 오목부(241)의 내주측 부분의 상방을 덮고, 또한 안내판(25)의 선단부(251)(반경 방향 외측 주연부)는 하방을 향해 굴곡져 외측의 오목부(241) 내에 돌입하고 있다.
또한 컵체(2)의 외주측 부분(24)의 외주부에는, 외측의 오목부(241)의 외측의 벽면과 연속하는 외주벽(26)이 마련되어 있다. 외주벽(26)은 그 내주면에 의해, 웨이퍼(W)로부터 외방으로 비산하는 유체(액적, 가스 및 이들의 혼합물 등)를 받아, 외측의 오목부(241)를 향해 안내한다. 외주벽(26)은 수평면에 대하여 25 ~ 30 도의 각도를 이루어 반경 방향 외측을 향할수록 낮아지도록 경사지는 내측의 유체 받이면(261)과, 유체 받이면(261)의 상단부로부터 하방으로 연장되는 반환부(262)를 가지고 있다. 안내판(25)의 상면(252)과 유체 받이면(261) 사이에 가스(공기, N2 가스 등)와 웨이퍼(W)로부터 비산한 액적이 흐르는 배기 유로(27)가 형성된다.
배기 유로(27)를 통하여 외측의 오목부(241)로 유입된 가스 및 액적의 혼합 유체는, 안내판(25)과 분리벽(243) 사이를 흘러 내측의 오목부(242)로 유입된다. 안내판(25)과 분리벽(243) 사이를 통과할 때에, 혼합 유체의 흐름 방향이 급격하게 전향되어, 혼합 유체에 포함되는 액체(액적)는 안내판(25)의 선단부(251) 또는 분리벽(243)에 충돌하여, 유체로부터 분리되고, 안내판(25)의 하면 혹은 분리벽(243)의 표면을 타고 흘러 외측의 오목부(241)로 유입되어, 배액로(244)로부터 배출된다. 액적이 제거되어 내측의 오목부(242)로 유입된 유체는 배기로(245)로부터 배출된다.
커버 부재(5)는 처리가 실행될 때에, 컵체(2)의 상부 개구 주연부와 대향하도록 배치되는 전체로서 링 형상의 부재이다.
도 1 ~ 도 3에 나타내는 바와 같이, 커버 부재(5)는 링 형상의 베이스부(51)와, 베이스부(51)의 내측에 배치된 링 형상의 방호벽(52)과, 베이스부(51)와 방호벽(52)을 연결하는 복수의 연결 부재(53)를 가지고 있다. 베이스부(51)의 내측면(내주면)(51A)과 방호벽(52)의 외측면(외주면)(52B) 사이에 원주 방향을 따라 연장되는 둘레 방향 간극(54)이 형성되어 있다. 둘레 방향 간극은 연결 부재(53)의 위치에서 분단된다.
방호벽(52)의 하단(523)(상세하게는 하단(523)의 외주연 및 내주연의 양방)은 웨이퍼(W)의 외주단(We)보다 내측에 위치하고 있다. 하단(523)과 웨이퍼(W)의 상면과의 사이에 제 1 간극(G1)이 형성된다. 또한, 컵체(2)의 상부 개구를 획정하는 벽체 표면(반환부(262)의 내주면)과 방호벽(52)의 외측면(52B)과의 사이에 제 2 간극(G2)이 형성된다. 이 제 2 간극(G2)은 커버 부재(5)의 베이스부(51)의 내측면(51A)과 방호벽(52)의 외측면(52B)과의 사이에 형성되는 둘레 방향 간극(54)과 연결되어 있다.
방호벽(52)은 웨이퍼(W)에 공급된 후에 웨이퍼(W)의 외방으로 비산한 처리액이 웨이퍼(W)에 재차 부착하는 것을 방지하는 실드의 기능과, 웨이퍼(W)의 상방으로부터 컵체(2) 내로 인입되는 기류를 정류하는 기능을 가지고 있다.
일실시 형태에 있어서, 방호벽(52)의 하단(523)의 외주연(523e)의 반경 방향 위치는, 웨이퍼(W)의 주연부(Wp)의 내주연(Wi)의 반경 방향 위치와 대략 일치시킬 수 있다. 또한, '웨이퍼(W)의 주연부(Wp)(도 3을 참조)'란, 웨이퍼(W)의 중심을 중심으로 하는 디바이스 형성 영역의 외접원(즉, 웨이퍼(W)의 중심을 중심으로 하는 원으로서, 당해 원보다 외측에 디바이스 형성 영역이 전혀 포함되지 않도록 결정된 최소 반경을 가지는 원)으로부터, 웨이퍼(W)의 엣지(APEX라고도 함)(We)까지의 원환 형상의 영역을 의미한다. 또한, '웨이퍼(W)의 주연부(Wp)의 내주연(Wi)'은 상기 외접원과 일치한다.
웨이퍼 유지부(3)에 웨이퍼(W)가 유지되고, 또한 커버 부재(5)가 처리 위치에 위치했을 때의 상태가 평면도인 도 2에 나타나 있다. 도 2에서 부호(We)는 웨이퍼(W)의 외주단(엣지)을 나타내고 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 커버 부재(5)를 승강시키는 승강 기구(6)는, 커버 부재(5)를 지지하는 지지체(58)에 장착된 복수(본 예에서는 4 개)의 슬라이더(61)와, 각 슬라이더(61)를 관통하여 연직 방향으로 연장되는 가이드 지주(支柱)(62)를 가지고 있다. 각 슬라이더(61)에는 리니어 액츄에이터 예를 들면 실린더 모터(63)의 로드(631)가 연결되어 있다. 실린더 모터(63)를 구동함으로써, 슬라이더(61)가 가이드 지주(62)를 따라 상하동하고, 이에 의해 커버 부재(5)를 승강시킬 수 있다. 컵체(2)는 컵 승강 기구(상세는 도시하지 않음)의 일부를 이루는 리프터(65)에 지지되어 있고, 리프터(65)를 도 1에 나타내는 상태로부터 하강시키면, 컵체(2)가 하강하고, 웨이퍼 반송 기구의 반송 암(도시하지 않음)과 웨이퍼 유지부(3)와의 사이에서의 웨이퍼(W)의 전달이 가능해진다.
또한, 컵체(2), 웨이퍼 유지부(3) 및 커버 부재(5)를, 특허 문헌 1(일본특허공개공보 2014­086638)(이는, 본건 출원인에 따른 선행 특허 출원과 관련된 특허 공개 공보임)에 기재된 바와 같이 구성할 수 있다. 혹은, 컵체(2), 웨이퍼 유지부(3) 및 커버 부재(5)를, 본건 출원인에 따른 선행 특허 출원과 관련된 일본특허공개공보 2014-086639호에 기재된 바와 같이 구성할 수도 있다.
이어서 도 1, 도 2, 도 4 및 도 5를 참조하여, 처리 유체 공급부(7)에 대하여 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 처리 유체 공급부(7)는 웨이퍼(W)의 표면의 주연부에 처리 유체를 공급하기 위한 3 개의 표면 노즐(71, 72, 73)을 가지고 있다. 상세하게는, 처리 유체 공급부(7)는 약액(여기서는 에칭액으로서의 HF(불산))을 토출하는 약액 노즐(71)과, 린스액(본 예에서는 DIW(순수))을 토출하는 린스 노즐(72)과, 건조용 가스(도시 예에서는 N2 가스)를 토출하는 가스 노즐(73)을 가지고 있다. 약액 노즐(71), 린스 노즐(72) 및 가스 노즐(73)은 공통의 노즐 홀더(74)에 장착되어 있다. 노즐 홀더(74)는 커버 부재(5)를 지지하는 지지체(58)에 장착된 리니어 액츄에이터 예를 들면 실린더 모터(75)의 로드(751)에 장착되어 있다. 실린더 모터(75)를 구동함으로써, 표면 노즐(71 ~ 73)로부터 웨이퍼(W) 상으로의 처리 유체의 공급 위치를 웨이퍼(W)의 반경 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 2 및 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 표면 노즐(71 ~ 73)은 커버 부재(5)의 내주면에 형성된 오목한 곳(56)에 수용되어 있다. 오목한 곳(56)은 2 개의 연결 부재(53)의 사이에 개재되어 있다. 각 표면 노즐(72, 73)은, 도 4의 (b)에 있어서 화살표 A로 나타내는 바와 같이, 기울기 하방을 향해, 또한 화살표 A로 나타내는 토출 방향이 웨이퍼의 회전 방향(Rw)의 성분을 가지도록 처리 유체를 토출한다. 표면 노즐(71)(약액 노즐(71))로부터의 약액의 토출 방향에 대해서는 후술한다. 표면 노즐(72)(린스 노즐(72))로부터 도 4의 (b)에 나타내는 방향으로 린스액을 공급함으로써, 린스액이 웨이퍼(W)에 충돌하는 것에 기인하여 생기는 액적의 발생을 억제할 수 있다. 표면 노즐(71, 72, 73)에는, 도 2에 개략적으로 나타내는 처리 유체 공급 기구(711, 721, 731)로부터 상기의 처리 유체가 공급된다. 각 처리 유체 공급 기구(711, 721, 731)는 각각, 탱크, 공장용력 등의 처리 유체 공급원과, 처리 유체 공급원으로부터 표면 노즐로 처리 유체를 공급하는 관로, 관로에 마련된 개폐 밸브, 및 유량 제어 밸브 등의 유량 조절 기기 등으로 구성할 수 있다.
1 매의 웨이퍼(W)에 대하여 다른 종류의 약액, 예를 들면 산성의 약액과 알칼리성의 약액이 공급되는 경우, 전술한 노즐(71 ~ 73)의 세트와 동일한 다른 노즐 세트를 더 마련해도 된다. 이 다른 노즐 세트는, 상술한 오목한 곳(56)으로부터 커버 부재(5)의 원주 방향으로 먼 위치에 있어서, 커버 부재(5)의 내주면에 형성된 오목한 곳(56)과 동일한 오목한 곳(도시하지 않음)에 수용하면 된다. 또한 다른 노즐 세트로부터 공급되는 약액은 에칭액에 한정되지 않고, 예를 들면 에칭 잔사를 제거하기 위한 세정용의 약액이어도 된다.
표면 노즐(71 ~ 73) 중 적어도 약액 노즐(71)은, 당해 약액 노즐(71)로부터 토출되는 에칭액(약액)의 토출 방향을 변경할 수 있도록 마련되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로 예를 들면, 도 4의 (a)에 개략적으로 나타내는 바와 같이, 노즐 홀더(74)를 수평축선 둘레로 회전시키는 노즐 홀더 회전 기구(노즐 방향 조절 기구)(90)를 마련할 수 있다. 노즐 홀더 회전 기구(90)는, 예를 들면 로드(751)와 노즐 홀더(74) 사이에 개재시킬 수 있다. 노즐 홀더 회전 기구는 로드(751)를 수평축선 둘레로 회전시키는 기구여도 된다. 실린더 모터(75) 전체를 요동시키는 기구에 의해, 약액 노즐(71)의 방향을 변경할 수도 있다. 또한 도 4의 (a)에 개략적으로 나타내는 바와 같이, 노즐 홀더(74)에, 적어도 약액 노즐(71)을 연직축선 둘레로 회전시키는 노즐 회전 기구(노즐 방향 조절 기구)(91)를 마련해도 된다. 약액 노즐(71)로부터의 약액의 토출 방향을 변화시킬 수 있다면, 예시한 노즐 방향 조절 기구(90, 91) 이외의 노즐 방향 조절 기구를 마련해도 된다. 노즐 방향 조절 기구를 마련함으로써, 후술하는 각도(φ) 및 각도(θ) 중 적어도 일방을 변경할 수 있다.
또한 도 3에 나타내는 바와 같이, 처리 유체 공급부(7)는, 웨이퍼(W)의 이면의 주연부에 처리액을 공급하기 위한 복수의 이면 노즐(76)을 가지고 있다(도 3에서는 1 개만 표시되어 있음). 복수의 이면 노즐(76)은, 컵체(2)의 내주측 부분(21)의 가스 토출구(213)보다 외측의 영역에 있어서(컵체(2)의) 원주 방향에 관하여 상이한 위치에 형성되어 있다. 각 이면 노즐(76)은, 컵체(2)의 내주측 부분(21)의 상면(211)의 외주부에 뚫린 홀에 의해 형성되어 있다. 각 이면 노즐(76)은, 웨이퍼(W)의 하면 주연부를 향해, 웨이퍼(W)의 외방을 향해 또한 기울기 상향으로 처리액을 토출한다. 적어도 1개의 이면 노즐(76)로부터는, 약액 노즐(71)(혹은 다른 노즐 세트의 약액 노즐)로부터 토출되는 약액과 동일한 약액을 토출할 수 있다. 또한, 적어도 다른 하나의 이면 노즐(76)로부터는, 린스 노즐(72)로부터 토출되는 린스액과 동일한 린스액을 토출할 수 있다. 각 이면 노즐(76)에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 전술한 처리 유체 공급 기구(711, 721)와 동일한 구성을 가지는 처리 유체 공급 기구(77)가 접속되어 있다.
복수의 이면 노즐(76) 중 적어도 약액을 토출하기 위한 이면 노즐(76)에도, 약액의 토출 방향을 변화시킬 수 있는 기구를 마련할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 컵체(2)의 내주측 부분(21)의 상면(211) 중 도 3에 있어서 이면 노즐(76)(홀)이 형성되어 있던 장소에, 토출 부재(76a)(그 자체가 이면 노즐임)를 연직축선 둘레로 회전 가능하게 매설해도 된다. 토출 부재(76a)를 회전시키기 위하여 도시하지 않은 로터리 액츄에이터를 마련할 수 있다. 토출 부재(76a)는 기울기 상방을 향해 액을 토출하는 토출구를 가지고 있다. 따라서, 토출 부재(76a)를 연직축선 둘레로 회전시킴으로써, 토출 부재(76a)로부터 토출되는 액의 토출 방향을 변화시킬 수 있다. 토출 부재(76a)는 수평축선 둘레로 회전 가능하게 마련해도 된다.
도 1에 개략적으로 나타내는 바와 같이, 에칭 장치(1)는 그 전체의 동작을 통괄 제어하는 컨트롤러(제어부)(8)를 가지고 있다. 컨트롤러(8)는 에칭 장치(1)의 모든 기능 부품(예를 들면, 회전 구동 기구(46), 승강 기구(6), 진공 펌프(42), 각종 처리 유체 공급 기구 등)의 동작을 제어한다. 컨트롤러(8)는 하드웨어로서 예를 들면 범용 컴퓨터와, 소프트웨어로서 당해 컴퓨터를 동작시키기 위한 프로그램(장치 제어 프로그램 및 처리 레시피 등)에 의해 실현할 수 있다. 소프트웨어는, 컴퓨터에 고정적으로 마련된 하드 디스크 드라이브 등의 기억 매체에 저장되거나, 혹은 CD-ROM, DVD, 플래시 메모리 등의 착탈 가능하게 컴퓨터에 세트되는 기억 매체에 저장된다. 이러한 기억 매체가 도 1에서 참조 부호(81)로 나타나 있다. 프로세서(82)는 필요에 따라 도시하지 않은 유저 인터페이스로부터의 지시 등에 기초하여 정해진 처리 레시피를 기억 매체(81)로부터 호출하여 실행시키고, 이에 의해 컨트롤러(8) 제어 하에서 에칭 장치(1)의 각 기능 부품이 동작하여 정해진 처리가 행해진다.
이어서, 상기 컨트롤러(8)의 제어 하에서 행해지는 에칭 장치(1)의 동작에 대하여 설명한다.
[웨이퍼 반입]
먼저, 승강 기구(6)에 의해 커버 부재(5)를 퇴피 위치(도 1에 나타낸 위치보다 상방의 위치)에 위치시키고, 또한 컵 승강 기구의 리프터(65)에 의해 컵체(2)를 하강시킨다. 이어서, 하우징(11)의 셔터(12)를 열어 도시하지 않은 외부의 웨이퍼 반송 기구의 반송 암(도시하지 않음)을 하우징(11) 내에 진입시키고, 반송 암에 의해 유지된 웨이퍼(W)를 웨이퍼 유지부(3)의 바로 위에 위치시킨다. 이어서, 반송 암을 웨이퍼 유지부(3)의 상면보다 낮은 위치까지 강하시켜, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 유지부(3)의 상면에 배치한다. 이어서, 웨이퍼 유지부(3)에 의해 웨이퍼를 흡착한다. 이 후, 빈 반송 암을 하우징(11) 내로부터 퇴출시킨다. 이어서, 컵체(2)를 상승시켜 도 1에 나타내는 위치로 되돌리고 또한, 커버 부재(5)를 도 1에 나타내는 처리 위치까지 강하시킨다. 이상의 순서에 따라, 웨이퍼의 반입이 완료되고, 도 1에 나타내는 상태가 된다. 즉, 웨이퍼(W)는 표면이 상향이, 이면이 하향이 되도록 웨이퍼 유지부(3)에 의해 유지된다.
[에칭 처리(약액 처리)]
이어서, 웨이퍼(W)에 대한 에칭 처리가 행해진다. 웨이퍼(W)를 회전시키고, 또한 컵체(2)의 가스 토출구(212, 213)로부터 핫 N2 가스를 토출시켜, 웨이퍼(W), 특히 피처리 영역인 웨이퍼(W) 주연부를 에칭 처리에 적합한 온도(예를 들면 60℃ 정도)까지 가열한다. 또한, 웨이퍼(W)의 가열을 필요로 하지 않는 약액 처리를 행하는 경우에는, 히터(216)를 동작시키지 않고 상온의 N2 가스를 토출해도 된다. 웨이퍼(W)가 충분히 가열되면, 웨이퍼(W)를 회전시킨 채로 약액 노즐(71)로부터 에칭액(에칭용의 약액, 예를 들면 HF)을 웨이퍼(W)의 표면의 주연부에 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면의 주연부에 있는 불필요한 막을 제거한다. 이와 동시에, 필요에 따라, 이면 노즐(76)로부터 약액을 웨이퍼(W)의 이면의 주연부에 공급하여, 웨이퍼 이면의 주연부에 있는 불필요한 막을 제거해도 된다. 약액은, 제거된 막 유래의 물질(반응 생성물)과 함께 웨이퍼(W)의 외방으로 비산하고, 컵체(2)에 의해 회수된다. 웨이퍼(W)에 대한 에칭액의 공급 조건 및 에칭액의 거동은 이후에 상술한다.
이 때, 컵체(2)의 내부 공간은 배기로(245)를 거쳐 흡인되어 부압으로 되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 표면의 상방에 있는 기체(청정 공기 도입 유닛(14)으로부터 하우징(11)에 도입된 청정 공기)가, 제 1 간극(G1) 및 제 2 간극(G2)을 거쳐 컵체(2) 내의 배기 유로(27)에 인입된다. 또한, 가스 토출구(212, 213)로부터 토출된 N2 가스는, 웨이퍼(W)의 회전의 영향에 의해 컵체(2)의 내주측 부분(21)의 상면(211)과 웨이퍼(W)의 이면과의 사이의 공간으로부터 외방으로 유출되고, 배기 유로(27)로 유입된다. 상술한 가스(청정 공기 및 N2 가스)의 흐름이 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)로부터 비산(이탈)한 약액의 액적 혹은 미스트는 가스의 흐름을 타고 배기 유로(27)를 유하하여, 웨이퍼(W)의 주연부의 근방으로부터 멀어진다. 따라서, 웨이퍼(W)로부터 이탈한 약액이 웨이퍼(W)에 재부착하는 것이 방지된다.
[린스 처리]
정해진 시간 약액 처리를 행한 후, 이어서 웨이퍼(W)의 회전 및 가스 토출구(212, 213)로부터의 N2 가스의 토출을 계속하고, 약액 노즐(71) 및 약액용의 이면 노즐(76)로부터의 약액의 토출을 정지하고, 린스 노즐(72) 및 린스액용의 이면 노즐(76)로부터 린스액(DIW)을 웨이퍼(W)의 주연부에 공급하여, 린스 처리를 행한다. 이 린스 처리에 의해, 웨이퍼(W)의 표면 상 및 이면 상에 잔존하는 약액 및 반응 생성물 등이 씻겨내진다.
린스 처리 후에, 에칭 처리에 의해 발생한 에칭 잔사를 제거하기 위하여 약액 세정 처리를 행하고, 그 후에 다시 린스 처리를 행해도 된다.
[건조 처리]
정해진 시간 린스 처리를 행한 후, 이어서 웨이퍼(W)의 회전 및 가스 토출구(212, 213)로부터의 N2 가스의 토출을 계속하고, 린스 노즐(72) 및 린스액용의 이면 노즐(76)로부터의 린스액의 토출을 정지하여, 가스 노즐(73)로부터 건조용 가스(N2 가스)를 웨이퍼(W)의 주연부에 공급하고, 건조 처리를 행한다. 이상에 의해 1 매의 웨이퍼(W)에 대한 일련의 액 처리가 종료된다.
린스 처리 시 및 건조 처리 시에도 약액 처리 시와 동일한 가스의 흐름이 컵체(2)의 내부 및 주변에 형성되어 있고, 웨이퍼(W)로부터 비산한 액은, 가스의 흐름을 타고 배기 유로(27)를 유하하여, 웨이퍼(W)의 주연부의 근방으로부터 멀어진다.
[웨이퍼 반출]
이 후, 커버 부재(5)를 상승시켜 퇴피 위치에 위치시키고 또한 컵체(2)를 하강시킨다. 이어서, 하우징(11)의 셔터(12)를 열어 도시하지 않은 외부의 웨이퍼 반송 기구의 반송 암(도시하지 않음)을 하우징(11) 내에 진입시키고, 빈 반송 암을 웨이퍼 유지부(3)에 유지된 웨이퍼(W)의 하방에 위치시킨 후에 상승시켜, 웨이퍼(W)의 흡착을 정지한 상태의 웨이퍼 유지부(3)로부터 반송 암이 웨이퍼(W)를 수취한다. 이 후, 웨이퍼를 유지한 반송 암이 하우징(11) 내로부터 퇴출한다.
이어서, 도 6을 참조하여, 약액 노즐(71)로부터 웨이퍼(W)의 표면에 토출된 에칭액(CHM)의 토출 조건을 설명하기 위한 각종 파라미터에 대하여 설명한다.
도 6에 있어서, 각 부호의 정의는 이하와 같다.
AX : 웨이퍼(W)의 회전축선
WC : 웨이퍼(W)의 표면과 회전축선(AX)과의 교점(웨이퍼(W)의 표면 상에 있어서의 웨이퍼(W)의 회전 중심)
PE : 에칭액(CHM)의 토출점(약액 노즐(71)의 토출구)
PF : 에칭액(CHM)의 웨이퍼(W) 표면 상의 착액점
ω : 웨이퍼(W)의 각 속도
r : 회전 중심(WC)으로부터 착액점(PF)까지의 거리
LT : 회전 중심(WC)을 중심으로서 반경(r)을 가지는 원(이는 웨이퍼(W)의 표면과 동일 평면 상에 있음)의 원주 상의 착액점(PF)에 있어서의 접선
VT : 착액점(PF)에 있어서의 웨이퍼(W)의 접선 방향 속도(= ωr)
VC : 토출점(PE)으로부터 착액점(PF)을 향하는 에칭액(CHM)의 속도(속도 벡터의 크기)
F1 : 토출점(PE)으로부터 웨이퍼(W)의 표면으로 그은 수선(LP1)의 발
F2 : 발(F1)로부터 접선(LT)으로 그은 수선(LP2)의 발
φ : 선분(PEPF)과 선분(F1PF)이 이루는 각도
θ : 선분(F1PF)과 선분(F2PF)이 이루는 각도
또한, 에칭액(CHM)의 속도 벡터의 접선 방향 성분(VT 방향 성분)의 방향은, 웨이퍼(W)의 회전 방향과 동일한 것이 바람직하다. 웨이퍼(W)의 회전 방향과 반대이면, 에칭액(CHM)의 비산(액 튐)을 제어하는 것이 곤란해진다. 단, 에칭액(CHM)의 비산의 제어에 문제가 생기지 않는다면, 에칭액(CHM)의 속도 벡터의 접선 방향 성분과 웨이퍼(W)의 회전 방향은 반대여도 된다.
발명자의 연구에 의해, VT / (VC × cosφ × cosθ)의 값이 커지면, 약액 노즐(71)로부터 토출된 에칭액(CHM)은, 착액점(PF)에 착액하면 즉시 웨이퍼(W)로부터 이탈하고, 착액점(PF)을 출발점으로서 웨이퍼(W)의 표면에 확산되지 않는 것이 발견되었다. 이러한 에칭액의 거동을 에칭액의 '즉시 이탈'이라고 부르고, 에칭액의 즉시 이탈이 생기는 조건을 즉시 이탈 조건이라고 부른다. 또한, 에칭액이 즉시 이탈할 때에는, 에칭액은 웨이퍼(W)의 표면에 의해 되튀긴 것처럼 보인다.
한편, VT / (VC × cosφ × cosθ)의 값이 작아지면, 약액 노즐(71)로부터 토출된 에칭액(CHM)은, 착액점(PF)에 착액한 후에 착액점(PF)의 반경 방향 외측의 영역을 덮도록(적시도록) 웨이퍼(W)의 표면 상을 확산되고, 이 후 웨이퍼(W)로부터 이탈한다. 이러한 에칭액의 거동을 에칭액의 '확산(혹은, 확산 후의 이탈)'이라고 부르고, 에칭액의 확산이 생기는 조건을 확산 조건이라고 부른다.
또한 에칭액의 점도, 에칭액의 웨이퍼(W) 표면에 대한 습윤성 등의 조건이 변화하면, 에칭액의 즉시 이탈이 생기는 VT / (VC × cosφ × cosθ)의 값은 변화하지만, VT / (VC × cosφ × cosθ)가 커지면 에칭액의 즉시 이탈이 생기고, VT / (VC × cosφ × cosθ)가 작아지면 에칭액의 확산이 생긴다고 하는 경향에는 변화는 없다.
또한, 즉시 이탈 조건이 성립하기 위한 파라미터의 관계를 이해하고 있으면, 임의의 웨이퍼(W)의 표면 상태(에칭액에 대한 습윤성 등) 및 에칭액의 상태(점도, 표면 장력 등)의 조합에 대하여, 간단한 예비 시험을 행함으로써 즉시 이탈 조건을 발견하는 것은 당업자에게 있어 용이하다. 예를 들면, 4 개의 파라미터(VT, VC, cosφ, cosθ) 중 3 개를 적당한 값으로 고정하고, 나머지 하나의 파라미터값을 변경하면서 에칭액의 착액 후의 거동을 관찰함으로써, 즉시 이탈 조건을 용이하게 찾아낼 수 있다. 또한 예를 들면, cosθ가 작아지도록 θ를 변화시켜도 즉시 이탈 조건이 발견되지 않으면, θ을 적당한 큰 값으로 고정한 상태에서 cosφ가 작아지도록 φ를 변화시킴으로써 즉시 이탈 조건을 찾으면 된다.
착액점(PF)에 있어서의 웨이퍼(W)의 접선 방향 속도(VT)는, 웨이퍼(W)의 회전 속도에 비례하여 변화하기 때문에, VT를 조절하기 위해서는 웨이퍼(W)의 회전 속도(단위 시간당 회전수)를 변경하면 된다.
토출점(PE)으로부터 착액점(PF)을 향하는 에칭액(CHM)의 속도(VC)는, 동일한 노즐을 사용하고 있는 한에 있어서, 에칭액의 토출 유량에 비례하여 변화한다. 따라서, VC를 조절하기 위해서는, 노즐에 공급되는 에칭액의 유량을 조절하면 된다.
각도(φ, θ)는 약액 노즐(71)의 방향을 변경함으로써 조절할 수 있다. 각도(φ, θ)의 양방을 변화시키기 위해서는, 2 축의 노즐 각도 변경 기구(예를 들면 전술한 회전 기구(90, 91)의 양방)가 필요해진다. 노즐 각도 변경 기구의 구조의 복잡화를 피하고자 하는 경우에는, 각도(φ, θ)의 어느 일방만을 변화시켜도 상관없다. 이 경우에서도, VC × cosφ × cosθ의 값을 조절할 수 있다.
VC만을 조절(즉 약액 노즐(71)에 공급되는 에칭액의 유량만을 조절)하는 것에만 의해서도 VC × cosφ × cosθ의 값을 조절할 수 있다. 따라서, 기판 처리 장치에서 행하는 처리가 한정되어 있는 등의 이유에 의해 VC × cosφ × cosθ를 광범위에 걸쳐 변화시킬 필요가 없으면, 약액 노즐(71)의 방향을 고정하고 VC만을 변화시킴으로써 VC × cosφ × cosθ를 변화시켜도 된다.
이하는, 약액 노즐(71)의 방향을 고정하여 VC만을 변화시킴으로써 VC × cosφ × cosθ를 변화시킨 경우에 있어서, VC에 비례하는 값인 노즐에 공급되는 에칭액의 유량과, VT에 비례하는 값인 웨이퍼(W)의 회전 속도와의 조합에 있어서, 에칭액의 즉시 이탈이 생겼는지(×가 부여되어 있음), 에칭액의 확산이 생겼는지(○가 부여되어 있음)에 대하여 나타내는 표이다.
회전 속도(rpm)
100 600 1200 1800 2500 3000
유량
(ml/min)		 5 ○ ○ × × × ×
7 ○ ○ ○ × × ×
10 ○ ○ ○ ○ × ×
15 ○ ○ ○ ○ ○ ○
20 ○ ○ ○ ○ ○ ○
25 ○ ○ ○ ○ ○ ○
표 1에 나타난 결과로부터도, VT / (VC × cosφ × cosθ)의 값이 에칭액의 즉시 이탈이 생기는지 확산이 생기는지의 판단 기준이 될 수 있는 것이 추인된다.
또한, 에칭액이 웨이퍼(W)에 착액 후 즉시 웨이퍼(W)로부터 이탈한다고 하는 것은, 에칭액의 되튐 혹은 스플래시가 생긴다고 하는 것이다. 이러한 에칭액의 되튐이 발생하면, 웨이퍼(W)의 근방에 에칭액의 미스트가 부유하게 된다. 에칭액의 미스트가 웨이퍼에 재부착하면, 파티클의 원인이 된다. 이 문제는, 웨이퍼(W) 주연부의 기류를 최적화함으로써(예를 들면 특허 문헌 1의 기재의 기술의 채용, 컵체(2)의 배기량의 증대 등에 의해) 해소 가능하다. 또한 종래 기술에서는, 미스트의 발생을 억제하는 관점으로부터 확산 조건에 의한 처리를 행하고 있다.
즉시 이탈 조건에서는, 에칭액이 착액점의 주위에 확산되지 않고 즉시 웨이퍼(W)로부터 이탈하므로, 착액점만이 에칭된다. 이 때문에, 에칭되는 영역과 에칭되지 않는 영역과의 경계의 위치를 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 확산에 의해 의도하지 않은 영역까지 에칭되는 경우도 없다.
또한 엄밀하게는, 에칭액은 점이 아닌 면에서 웨이퍼(W)의 표면 상에 착액한다. 즉, 약액 노즐(71)로부터 토출된 에칭액의 액주(液柱)와 웨이퍼(W)의 표면과의 교선에 의해 둘러싸인 도형은 대략 원형 또는 대략 타원형이며 유한의 면적을 가지고 있다. 그러나 본 명세서에서는, 설명의 편의상, 상기의 교선으로 둘러싸인 도형 전체를 '착액점'이라고 부르고 있다.
본 실시 형태에서는, 즉시 이탈 조건만을 이용하거나, 혹은 즉시 이탈 조건과 확산 조건을 조합하여 이용하여 웨트 에칭 처리를 행함으로써, 웨이퍼(W)의 의도하는 부위만을 선택적으로 정밀하게 에칭할 수 있다. 또한 확산 조건은, 피에칭 영역의 정밀한 제어가 필요가 없는 부분을 에칭하는 경우, 혹은 넓은 범위를 한번에 에칭하는 경우 등에 이용할 수 있어, 기판 처리 장치의 동작의 제어의 간략화에 기여한다.
이하에, 웨이퍼(W)의 표면(이면)에 형성된 막(도 7, 도 8, 도 10, 도 11에서 참조 부호(F)로 나타냄)의 에칭의 구체예에 대하여 설명한다. 이하에 있어서는, 웨이퍼(W)의 주연부가, 라운드 형상으로 되어 있는 것으로 한다.
[실험예 1]
실험예 1에서는, 웨이퍼(W)의 표면측의 주연부의 플랫부 및 라운드부의 양방을 즉시 이탈 조건으로 에칭한다. 먼저, 도 7의 (A)에 나타내는 바와 같이, 라운드부(도 7의 (A)에서 참조 부호(WR)로 나타낸 반원의 원호의 윤곽을 가지는 부분)의 에칭을 행한다(제 1 에칭 공정). 이 때, 라운드부를 따라 착액점(PF)을 이동시켜 가면, 에칭액의 웨이퍼(W) 표면(라운드부의 표면)에 대한 입사각(이는 대략 각도(φ)에 상당함)이 변화한다. 이 때문에, 착액점(PF)의 위치에 관계없이 즉시 이탈 조건이 유지되도록, 약액 노즐(71)의 방향을 변화시키면서 착액점(PF)을 이동시켜 간다. 이 경우, 전술한 각도(φ) 및 각도(θ) 중 적어도 어느 일방(예를 들면 각도(φ)만)이 변화하도록 약액 노즐(71)의 방향을 변화시키면 된다. 착액점(PF)의 이동에 수반하여 웨이퍼(W)의 회전 속도, 혹은 약액 노즐(71)로부터의 에칭액의 토출 유량을 변화시켜도 된다. 착액점(PF)은 플랫부(라운드부에 이어지는 평탄한 부분)로부터 멀어지도록 이동시켜도 되고, 플랫부에 가까워지도록 이동시켜도 된다.
이어서 도 7의 (B)에 나타내는 바와 같이, 플랫부(WF)(도 7의 (A)에서 참조 부호(WF)로 나타낸 평탄한 부분)의 에칭을 행한다(제 2 에칭 공정). 플랫부를 에칭할 때에는, 착액점의 이동에 수반하는 에칭액의 웨이퍼(W) 표면에 대한 입사각(각도(φ) 및 각도(θ)의 양방)의 변화는 생기지 않는다. 따라서, 플랫부의 에칭 시에는 각도(φ), 각도(θ), 웨이퍼(W)의 회전 속도, 약액 노즐(71)로부터의 에칭액의 토출 유량을 대략 일정하게 유지해도 즉시 이탈 조건을 유지할 수 있다. 이 경우, 라운드부로부터 멀리하도록 반경 방향 내향으로 착액점(PF)을 이동시켜 가고, 원하는 컷 폭(웨이퍼(W)의 엣지로부터의 거리)에 대응하는 위치에 착액점(PF)이 이동하면, 약액 노즐(71)로부터의 에칭액의 토출을 정지하면 된다. 또한 이와는 반대로, 라운드부에 가까워지도록 착액점(PF)을 이동시켜도 상관없다.
실험예 1에 있어서, 플랫부의 에칭을 먼저 실행하고, 라운드부의 에칭을 나중에 실행하는 것도 가능하다.
[실험예 2]
실험예 2에서는, 먼저 도 8의 (A)에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)의 이면측의 라운드부를 즉시 이탈 조건으로 에칭하고(제 1 에칭 공정), 이어서 도 8의 (B)에 나타내는 바와 같이 플랫부를 즉시 이탈 조건으로 에칭한다(제 2 에칭 공정). 이 경우, 이면 노즐(76)의 토출 부재(76a)(도 5를 참조)를 움직여 착액점(PF)을 이동시키면서 라운드부 및 플랫부의 에칭을 행한다. 또한 도 5에 나타낸 이면 노즐(76)은, 구조 상, 착액점(PF)에 의존하여 각도(φ) 및 각도(θ)가 정해지며, 착액점(PF)과 각도(φ) 및 각도(θ)를 독립하여 조절할 수 없다. 이 때문에, 착액점(PF)의 이동에 따라 웨이퍼(W)의 회전 속도 혹은 이면 노즐(76)로부터의 에칭액의 토출 유량을 조절함으로써, 즉시 이탈 조건의 유지를 행하게 된다. 도 5에 나타낸 이면 노즐(76)에 있어서, 이면 노즐(76)의 토출구의 앙각(仰角)을 변경하는 기구를 추가하면, 전술한 각도(φ)를 독립하여 조절할 수 있게 되기 때문에, 즉시 이탈 조건의 유지를 용이하게 행할 수 있다.
[실험예 3]
도 9 및 도 10을 참조하여 실험예 3에 대하여 설명한다. 실험예 3에 대하여 설명하기 전에, 실험예 3의 비교예에 대하여 설명한다. 도 10의 (A)에 나타낸 것과 같은 형태의 막이 형성되어 있는 웨이퍼(W)에 대하여, 착액점을 라운드부보다 약간 반경 방향 내측의 위치(도 9의 그래프 중의 영역(A2) 내)에 고정한 상태로 확산 조건으로 에칭을 행하면, 도 9에 나타내는 것과 같은 에칭량의 분포가 생긴다. 도 9에서 영역(A1, A2, A3)은 피에칭 영역이다. 영역(A1)은 라운드부, 영역(A2)은 라운드부보다 약간 반경 방향 내측에 있는 플랫부, 영역(A3)은 영역(A2)보다 약간 반경 방향 내측에 있는 플랫부이다.
도 9의 그래프에서, 횡축은 웨이퍼(W) 상에 있어서의 반경 방향 위치(단위 mm)이며, 150.0 mm는 12 인치 웨이퍼(W)의 엣지의 위치이다. 종축은 에칭 대상막의 막 두께이다(단위는 옹스트롬). 또한, 막 두께는 막 두께값 그 자체가 아닌 막 두께 변화에 착목하고자 한다.
도 9의 그래프에 있어서, 'initial'이라고 기재된 수평선(대략 2200 옹스트롬에 대응)은 에칭 대상막의 초기 막 두께 분포를 나타내고 있고, 피에칭 영역에 있어서 초기 막 두께는 대략 균일하다. 그래프 중에서 'ideal'이라고 기재된 커브는, 이상적인 에칭 프로파일이다. 'HF 30sec', 'HF 180sec'이라고 기재된 커브는, 착액점을 영역(A2) 내에 고정하여 확산 조건으로 에칭을 30 초, 180 초 행한 경우에 얻어진 에칭 프로파일이다. 에칭액은 불산이며, 에칭 대상막은 질화 실리콘(SiN)막이다.
'HF 180sec'의 경우, 영역(A1)의 에칭량이 이상적 에칭량에 대하여 큰 폭으로 부족하고, 영역(A3)의 에칭량이 이상적 에칭량에 대하여 약간 부족하다. 에칭량이 부족한 부분의 에칭량을 이상적 에칭량에 근접시키고자 에칭 시간을 연장시키면, 영역(A2)의 하지막이 허용 한도를 초과하여 깎이는 오버 에칭이 생길 우려가 있다.
이상적인 에칭 프로파일을 실현하기 위하여 실험예 3을 이용할 수 있다. 실험예 3에서는, 즉시 이탈 조건과 확산 조건을 조합하여 에칭을 행한다.
실험예 3에서는, 먼저 도 10의 (A)에 나타내는 바와 같이, 영역(A1) 내에 있어서의 영역(A2)과의 경계 부근에 착액점(PF)을 위치시키고, 확산 조건으로 영역(A1)(라운드부)의 에칭을 행한다(제 1 에칭 공정). 이 때, 약액 노즐(71)을 이동시킴으로써 착액점(PF)을 저속으로 이동시켜도 된다. 이 에칭에 의해, 영역(A1)에 있어서의 'HF 180sec'의 커브의 막 두께와 'ideal'의 커브의 막 두께와의 차(D1)(도 9를 참조)에 대략 상당하는 막 두께를 에칭하는 것이 바람직하다.
이어서 도 10의 (B)에 나타내는 바와 같이, 영역(A2) 내에 있어서의 영역(A1)과의 경계 부근에 착액점(PF)을 위치시키고, 확산 조건으로 영역(A2)(플랫부)의 에칭을 행한다(제 2 에칭 공정). 에칭 조건은 비교예(예를 들면 'HF 180sec'의 막 두께 분포 커브가 얻어지는 조건)와 동일하면 된다. 착액점(PF)은 영역(A2) 내의 특정 반경 방향 위치에 고정해도 되고, 당해 특정 반경 방향 위치로부터 다소 이동시켜도 된다. 또한 이 때는, 확산 조건이 채용되어 있기 때문에, 영역(A1)(라운드부)에도 에칭액은 확산되어, 영역(A1)도 에칭된다. 제 2 에칭 공정이 종료되면, 도 9에 나타내는 막 두께 차(D2)가 존재하는 점을 제외하고, 'ideal'의 커브에 대략 상당하는 막 두께 분포가 얻어진다.
마지막으로, 도 10의 (C)에 나타내는 바와 같이, 영역(A2) 내(플랫부)에 착액점(PF)을 위치시키고, 착액점(PF)을 영역(A3)의 최내주부까지 이동시키면서, 즉시 이탈 조건으로 영역(A3) 내의 에칭을 행한다(제 3 에칭 공정). 착액점을 서서히 반경 방향 내측으로 이동시켜 두고, 목표 컷 영역까지의 에칭이 종료되면 약액 노즐(71)로부터의 에칭액의 토출을 종료된다. 이 때, 도 9에 나타내는 막 두께 차(D2)에 상당하는 에칭이 이루어지도록, 약액 노즐(71)의 이동 속도를 변화시킬 수 있다. 이 때, 막 두께 차(D2)가 큰 부분에서는 약액 노즐(71)의 이동 속도를 저하시킬 수 있다.
상기와 같이 제 1 ~ 제 3 에칭 공정을 실행함으로써, 도 9의 'ideal'의 커브에 가까운 막 두께 분포를 얻을 수 있다. 또한, 확산이 유지되는 조건 범위가, 즉시 이탈이 유지되는 조건 범위보다 넓으므로, 전체적으로 에칭 조건의 관리가 용이하다.
[실험예 4]
실험예 4는 도 11에 나타내는 바와 같이, 플랫부와, 라운드부의 표면측의 일부에만 제거 대상막이 존재하고 있는 웨이퍼(W)의 베벨 웨트 에칭에 관한 것이다. 이러한 막 두께 분포는, 베벨 드라이 에칭에 의해 라운드부에 있는 제거 대상막의 대부분이 미리 제거되어 있는 경우, 포커스 링에 라운드부까지 제거 대상막이 형성되지 않도록 CVD 성막을 행한 경우 등에 발생한다.
실험예 4에서는, 착액점(PF)을 막의 최외주 부분으로부터 반경 방향 내측으로 이동시키면서, 에칭 대상 영역의 모두를 즉시 이탈 조건에 의해 에칭한다. 이에 의해, 라운드부의 막이 형성되어 있지 않은 부분에 에칭액이 접하지 않게 하면서, 원하는 영역만의 에칭을 행할 수 있다. 이렇게 함으로써, 제거 대상막이 형성되어 있지 않은 부분의 에칭이 회피된다.
상기 실시 형태에 따르면, 즉시 이탈 조건을 만족하도록 웨이퍼(W)에 에칭액을 공급함으로써, 컷 폭(에칭에 따른 막의 제거 범위)을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 먼저 설명한 실험예 3의 비교예와 같이 에칭을 행한 경우, 컷 폭을 예를 들면 0.5 mm 이하 정도까지 좁게 하기 위하여 착액점을 라운드부와 플랫부와의 경계 부근까지 근접하면, 에칭액의 일부가 플랫부에 착액하고 잔부가 라운드부에 착액한다. (또한 컷 폭이란, 웨이퍼 반경 방향으로 측정한, 웨이퍼 엣지로부터 상기 경계까지의 거리를 의미한다.) 이 경우, 에칭액의 확산되는 방법이 플랫부와 라운드부에서 상이하기 때문에, 에칭액의 액막에 흐트러짐이 생기고, 그 결과, 에칭 영역과 에칭되지 않은 영역과의 경계가 물결쳐 불균일해진다. 그러나 즉시 이탈 조건에서는, 웨이퍼(W)에 착액한 에칭액이 즉시 이탈하기 때문에, 착액점을 라운드부와 플랫부와의 경계 상에 설정해도 그러한 문제는 생기지 않는다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시로 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.

Claims (12)

  1. 에칭 장치로서,
    기판을 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부를 회전축선 둘레로 회전시키는 회전 구동부와,
    상기 기판 유지부에 의해 유지된 기판의 주연부를 향해 에칭액을 토출하는 액 토출부와,
    적어도 상기 회전 구동부와 상기 액 토출부를 제어함으로써 상기 에칭 장치의 동작을 제어하도록 구성된 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 액 토출부에 의해 토출된 에칭액이 기판의 주연부의 착액점에 착액한 후에 즉시 기판으로부터 이탈하는 즉시 이탈 조건으로 기판의 에칭이 행해지도록, 상기 회전 구동부에 의해 회전되는 기판의 회전 속도, 상기 액 토출부로부터의 에칭액의 토출 속도, 상기 액 토출부로부터의 에칭액의 토출 방향 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되어 있는, 에칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 착액점으로부터 상기 회전축선으로 그은 수직선의 발을 중심으로 하여, 상기 수직선의 발과 상기 착액점을 연결하는 선분을 반경으로 하고, 또한 상기 회전축선에 직교하는 평면 상에 있는 원을 정의하고, 상기 착액점에 있어서의 상기 원의 접선의 방향을 접선 방향이라 정의한 경우,
    상기 제어부는, 상기 즉시 이탈 조건으로 기판의 액 처리를 행할 시에, 상기 착액점에 있어서의 에칭액의 접선 방향의 속도 성분에 대한 상기 착액점에 있어서의 상기 기판의 접선 방향 속도의 비가 미리 정해진 값보다 커지는 것과 같은 조건으로 에칭액이 기판에 공급되도록, 상기 회전 구동부 및 상기 액 토출부 중 적어도 일방을 제어하도록 구성되어 있는, 에칭 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 착액점에 있어서의 에칭액의 접선 방향의 속도 성분은 VC × cosφ × cosθ로 나타낼 수 있고,
    단,
    VC는 에칭액의 토출 속도이며,
    φ는 에칭액의 토출점으로부터 기판의 표면으로 그은 수직선의 발과 상기 착액점을 연결하는 직선과, 상기 토출점으로부터 상기 착액점을 연결하는 직선이 이루는 각도이며,
    θ는 에칭액의 토출점으로부터 기판의 표면으로 그은 수직선의 발과 상기 착액점을 연결하는 직선과, 상기 착액점에 있어서의 상기 원의 접선이 이루는 각도인, 에칭 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액 토출부는, 에칭액을 토출하는 노즐과, 상기 노즐을 이동시키는 노즐 이동 기구와, 상기 노즐의 방향을 조절하는 노즐 방향 조절 기구와, 상기 노즐에 공급되는 에칭액의 유량을 조절하여 상기 노즐로부터 토출되는 에칭액의 토출 속도를 조절하는 유량 조절 기기를 포함하는, 에칭 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판의 주연부 중 대략 반원 형상의 윤곽을 가지는 라운드부의 에칭이 행해질 때에, 상기 노즐 이동 기구에 의해 상기 노즐을 이동시킴으로써 에칭액의 착액점을 이동시켜 가고, 이 때, 상기 즉시 이탈 조건이 유지되도록, 착액점의 이동에 수반하여, 상기 노즐 방향 조절 기구에 따른 상기 노즐의 방향의 조절, 상기 유량 조절 기기에 따른 에칭액의 토출 속도의 조절 및 상기 회전 구동부에 따른 기판의 회전 속도의 조절 중 적어도 하나를 실행하도록 구성되어 있는, 에칭 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 착액점이 상기 기판의 주연부에 설정된 피에칭 영역 내를 이동하도록 상기 액 토출부를 제어하도록 구성되어 있는, 에칭 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 회전 구동부에 의해 회전되는 기판의 회전 속도, 상기 액 토출부로부터의 에칭액의 토출 속도, 상기 액 토출부로부터의 에칭액의 토출 방향 중 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 액 토출부에 의해 토출된 에칭액이 기판의 주연부에 착액한 후에, 상기 착액점의 반경 방향 외측의 영역을 덮도록 기판의 주연부 상을 확산되고 이 후 기판으로부터 이탈하는 확산 조건으로도 기판의 액 처리를 행할 수 있도록 구성되고, 상기 제어부는, 상기 에칭 장치에, 상기 즉시 이탈 조건과 상기 확산 조건을 조합하여 하나의 기판을 처리시키도록 구성되어 있는, 에칭 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 확산 조건으로 에칭이 된 영역의 적어도 일부에 잔존하는 에칭 대상막이 상기 즉시 이탈 조건으로 에칭되도록, 상기 회전 구동부 및 상기 액 토출부를 제어하도록 구성되어 있는, 에칭 장치.
  9. 에칭 방법으로서,
    액 토출부에 의해, 회전하는 기판의 주연부를 향해 에칭액을 토출함으로써 행해지는 제 1 액 처리 공정을 구비하고,
    상기 제 1 액 처리 공정은, 상기 기판의 회전 속도, 상기 액 토출부로부터의 에칭액의 토출 속도, 및 상기 액 토출부로부터의 에칭액의 토출 방향을, 상기 액 토출부로부터 토출된 에칭액이 상기 기판의 주연부의 착액점에 착액한 후에 즉시 기판으로부터 이탈하도록 설정하여 실행되는, 에칭 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 액 처리 공정에 있어서, 상기 착액점을 상기 기판의 주연부에 설정된 피에칭 영역 내에서 이동시키는, 에칭 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 액 처리 공정에 있어서, 상기 착액점을, 상기 피에칭 영역 내의 반경 방향 외측의 위치로부터 반경 방향 내측의 위치를 향해 이동시키는, 에칭 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액 토출부에 의해, 회전하는 상기 기판의 주연부를 향해 에칭액을 토출함으로써 행해지는 제 2 액 처리 공정을 더 구비하고,
    상기 제 2 액 처리 공정은, 기판의 회전 속도, 노즐로부터의 에칭액의 토출 속도 및 노즐로부터의 에칭액의 토출 방향을, 상기 노즐로부터 토출된 에칭액이, 상기 기판의 주연부의 착액점에 착액한 후에, 상기 착액점의 반경 방향 외측의 영역을 덮도록 상기 주연부 상을 확산되고, 이 후 상기 기판으로부터 이탈하도록 설정하여 실행되는, 에칭 방법.
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