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KR20180083248A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20180083248A
KR20180083248A KR1020170173153A KR20170173153A KR20180083248A KR 20180083248 A KR20180083248 A KR 20180083248A KR 1020170173153 A KR1020170173153 A KR 1020170173153A KR 20170173153 A KR20170173153 A KR 20170173153A KR 20180083248 A KR20180083248 A KR 20180083248A
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cooling
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Inventor
마사유키 오쓰지
Original Assignee
가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Publication date
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Abstract

기판 처리 방법은, 기판(W)의 상면에 처리액의 액막(30)을 형성하고, 당해 액막(30)에 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 분사해 액막 제거 영역(31)을 형성함과 더불어, 당해 액막 제거 영역(31)을 확대시키고, 기판(W)의 하면에는 냉각액(29)을 공급하여, 액막(30)을 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하면서, 가열 기체를 분사해 냉각액(29)을 선택적으로 배제함과 더불어, 냉각액(29)이 배제된 범위(33)를 가열 기체에 의해서 가열하여, 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)을, 선택적으로, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열함과 더불어, 액막 제거 영역(31)을 가열하는 범위를, 액막 제거 영역(31)의 확대에 동기시켜 확대시킨다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
이 발명은, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다. 처리 대상이 되는 기판의 예에는, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 기판, 플라즈마 디스플레이용 기판, FED(Field Emission Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양전지용 기판 등이 포함된다.
반도체 장치의 제조 공정에서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 처리액을 공급하여, 그 기판의 표면이 처리액을 이용하여 처리된다.
예를 들면, 기판을 1장씩 처리하는 매엽식 기판 처리 장치는, 기판을, 거의 수평으로 유지하면서 회전시키는 스핀 척과, 이 스핀 척에 의해서 회전되는 기판의 상면에 처리액을 공급하기 위한 노즐을 구비하고 있다.
전형적인 기판 처리 공정에서는, 스핀 척에 유지된 기판에 대해 약액이 공급되고, 그 후에 물이 공급됨으로써, 기판 상의 약액이 물로 치환된다. 그 후, 기판의 상면 위에서부터 물을 배제하기 위한 건조 처리가 행해진다.
건조 처리로는, 회전 상태에 있는 기판의 표면에, 물보다 표면장력이 낮은, 이소프로필알코올(isopropyl alcohol:IPA) 등의 유기용제(저표면장력액)의 증기를 공급하는 수법이 알려져 있다. 예를 들면, 로타고니 건조는 이 수법 중 한 예이다(예를 들면 JP2013-131783A 참조).
이러한 건조 방법으로서, 구체적으로는, 기판의 상면에 처리액(물)의 액막을 형성하고, 그 액막에 저표면장력액을 포함하는 기체(저표면장력액의 증기 등)를 분사함으로써, 기판의 상면의, 예를 들면, 기판 중앙부에 액막 제거 영역을 형성한다.
그리고, 액막 제거 영역과, 액막의, 액막 제거 영역과 인접하는 가장자리부의 경계(이하, 「액막 경계」라고 함)를, 기판 중앙부로부터 기판의 둘레 가장자리까지 이동시킴으로써 액막 제거 영역을 확대시켜, 액막 제거 영역을 기판의 상면 전역으로 넓힌다. 이에 의해, 기판의 상면을 건조시킬 수 있다.
본원 발명자는, 이러한 건조 수법을 채용하는 경우, 액막 경계에 있어서의 처리액의 액면과 기판의 상면이 이루는 접촉각을 크게 유지한 상태로 액막 경계를 이동시킴으로써, 패턴간에 존재하는 처리액을 매우 단시간에 제거할 수 있음을 알아냈다. 건조시에 있어서는, 패턴간에 존재하는 처리액의 제거 시간이 짧아짐에 따라, 건조시에 있어서의 패턴 도괴를 억제하는 것이 가능하므로, 패턴 도괴를 억제할 수 있는 건조 방법으로서 본원 발명자는 주목하고 있다.
그러나, 근년에는, 기판 처리를 이용하여 제작되는 장치(예를 들면, 반도체 장치)의 고집적화를 위해서, 미세하고 고애스펙트비의 패턴(볼록형상 패턴, 라인형상 패턴 등)이 기판의 표면에 형성되게 되었다. 미세하고 고애스펙트비의 패턴은 강도가 낮아서, JP2013-131783A에 기재된 건조 수법을 채용해도 도괴를 초래할 우려가 있다.
그래서, 이 발명의 목적은, 패턴의 도괴를 효과적으로 억제하면서, 기판의 상면을 건조시킬 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
이 발명의 일 실시형태는, 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 공정과, 상기 기판의 상면에 처리액을 공급하여, 당해 기판의 상면을 덮는 처리액의 액막을 형성하는 액막 형성 공정과, 상기 기판의 상면에, 상기 액막의 일부로부터 상기 처리액이 제거된 액막 제거 영역을 형성하는 액막 제거 영역 형성 공정과, 형성한 상기 액막 제거 영역을 확대시키는 액막 제거 영역 확대 공정과, 상기 액막 제거 영역 확대 공정과 병행하여, 상기 액막 제거 영역과 인접하는 상기 액막의 가장자리부에, 상기 기판의 상면측으로부터, 상기 처리액보다 표면장력이 낮은 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 공급하는 증기 공급 공정과, 상기 액막 제거 영역 확대 공정과 병행하여, 상기 기판의 하면측으로부터, 상기 기판 상의 상기 액막 중 상기 가장자리부를 제외한 부분을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하면서, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 냉각 가열 공정과, 상기 기판의 하면측으로부터 상기 액막 제거 영역을 가열하는 범위를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 동기시켜 확대시키는 가열 범위 확대 공정을 포함하는, 기판 처리 방법을 제공한다.
이 방법에 의하면, 기판 상의 액막 중 가장자리부의 주위가 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의 분위기가 됨으로써, 기체 중에 포함되는 저표면장력액이 액막의 가장자리부에서 처리액 중에 녹아든다. 그 때문에, 액막의 가장자리부와, 액막 중 가장자리부를 제외한 부분(액막의 벌크 부분) 사이에 저표면장력액의 농도차, 즉 표면장력차가 발생한다.
또, 액막의 벌크 부분이 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각된 상태에서, 기판의 상면의 액막 제거 영역이 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 기판을 통한 열전도에 의해서, 액막 제거 영역과 인접하는 액막의 가장자리부의 온도가 상승하여, 당해 액막의 가장자리부와 액막의 벌크 부분 사이에 온도차가 발생한다.
따라서, 액막의 가장자리부와 액막의 벌크 부분 사이의 표면장력차와 온도차에 의거하는 마란고니 효과에 따른 액막의 수축 작용으로 인해, 액막의 가장자리부에 있어서 처리액이 상방으로 밀려올라가는 거동을 나타내, 액막 경계에 있어서의 처리액의 액면과 기판의 상면이 이루는 접촉각이 커진다.
또, 기판의 상면의 액막 제거 영역이, 기판의 하면측으로부터 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 액막의 가장자리부 중 액막 제거 영역에 인접하는 기판의 상면과 직접 접하는 고액계면 부분에서, 저표면장력액이 고농도로 녹아든 처리액의 증발이 촉진되므로, 액막의 가장자리부에 있어서 처리액이 상방으로 밀려올라가는 거동을 나타내, 액막 경계에 있어서의 처리액의 액면과 기판의 상면이 이루는 접촉각이 커진다.
즉, 마란고니 효과에 따른 액막의 수축 작용과, 고액계면 부분에 있어서의 증발 작용이 합쳐져, 액막 경계에 있어서의 처리액의 액면과 기판의 상면이 이루는 접촉각을 한층 더 크게 하여, JP2013-131783A에 기재된 수법을 채용한 경우보다 패턴의 도괴를 억제할 수 있다.
또한, 기판의 상면의 액막 제거 영역이 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 액막 제거 영역에 저표면장력액이 결로되는 것이 억제된다. 그 때문에, 액막 제거 영역에, 결로에 의해서, 패턴의 높이보다 두꺼운 저표면장력액의 액막이 형성되어 패턴이 도괴되는 것을 억제할 수도 있다.
따라서, 이 방법에 의하면, 패턴의 도괴를 효과적으로 억제하면서, 기판의 상면을 건조시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 방법이, 상기 액막 제거 영역 형성 공정, 상기 액막 제거 영역 확대 공정, 상기 증기 공급 공정, 상기 냉각 가열 공정, 및 상기 가열 범위 확대 공정과 병행하여, 상기 기판을, 연직의 소정의 회전축선 둘레로 회전시키는 기판 회전 공정을 더 포함하고, 상기 액막 제거 영역 형성 공정 내지 상기 액막 제거 영역 확대 공정에서는, 상기 기판 회전 공정을 실행하여 상기 기판을 회전시키면서, 상기 기체를, 상기 기판의 상면의 회전 중심 부근에 분사함으로써, 당해 기판의 상면의, 상기 회전 중심을 포함하는 영역에, 상기 액막 제거 영역을 대략 원형으로 형성함과 더불어, 상기 기체를 분사하는 위치를, 상기 회전 중심으로부터 경방향 외방으로 이동시킴으로써, 상기 액막 제거 영역을 확대시키고, 상기 냉각 가열 공정 내지 상기 가열 범위 확대 공정에서는, 상기 기판 회전 공정을 실행하여 상기 기판을 회전시키면서, 당해 기판의 하면의, 상기 액막 제거 영역에 대응하는, 상기 회전 중심을 포함하는 범위를, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열함과 더불어, 당해 가열의 범위를, 상기 기체의 분사 위치의 이동에 따른 액막 제거 영역의 확대에 동기시켜, 상기 회전 중심으로부터 경방향 외방으로 이동시켜 확대시킨다.
이 방법에 의하면, 기판을 회전시키면서, 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의 분사 위치를, 기판의 상면의 회전 중심을 포함하는 영역으로부터 경방향 외방으로 이동시켜 액막 제거 영역을 확대시키는 것과 동기시켜, 기판의 하면측으로부터 액막 제거 영역을 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 범위를, 회전 중심으로부터 경방향 외방으로 이동시켜 확대시킬 수 있다.
따라서, 이 방법에 의하면, 패턴의 도괴를 더욱 효과적으로 억제하면서, 기판의 상면을 한층 더 효율적으로 건조시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 냉각 가열 공정은, 상기 기판의 하면의 대략 전체면에 냉각액을 공급하여, 상기 액막을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하는 냉각 공정과, 상기 기판의 하면의, 상기 액막 제거 영역에 대응하는 위치에, 가열 기체를 분사해, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정을 포함하고, 상기 가열 범위 확대 공정은, 상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체의 분사 위치를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 따른, 상기 액막과 상기 액막 제거 영역의 경계의 이동에 동기시켜 이동시키는 분사 위치 이동 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 기판의 상면의 액막을 기판의 하면에 공급한 냉각액에 의해서 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하면서, 기판의 상면의 액막 제거 영역에 대응하는 범위의 냉각액을, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열한 가열 기체의 분사에 의해서 선택적으로 배제함으로써, 당해 냉각액을 제거한 범위에 대응하는 기판의 상면의 액막 제거 영역을 효율적으로, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 액막 제거 영역 형성 공정 내지 상기 액막 제거 영역 확대 공정에 있어서, 상기 기체를, 상기 기판의 상면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 상기 기판의 상면의 일단부에 분사함으로써, 당해 기판의 상면의, 상기 일단부 부근에, 상기 액막 제거 영역을 형성함과 더불어, 상기 기체를 분사하는 위치를, 상기 일단부로부터 상기 기판의 타단부 방향으로 이동시킴으로써, 상기 액막 제거 영역을 확대시켜, 상기 냉각 가열 공정은, 상기 기판의 하면의 대략 전체면에 냉각액을 공급하여, 상기 액막을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하는 냉각 공정과, 가열 기체를, 상기 박층상의 기체와 평행한, 상기 기판의 하면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 상기 기판의 하면의, 상기 액막 제거 영역에 대응하는 위치에 분사해, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정을 포함하고, 상기 가열 범위 확대 공정은, 상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체의 분사 위치를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 따른, 상기 액막과 상기 액막 제거 영역의 경계의 이동에 동기시켜 이동시키는 분사 위치 이동 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를, 기판의 상면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 기판의 상면의 일단부로부터 타단부 방향으로 분사 위치를 이동시키면서 분사함으로써, 상기 기판의 상면의 일단부 근방에 액막 제거 영역을 형성함과 더불어, 당해 액막 제거 영역을, 기판의 상면 외단부 방향으로 확대시킬 수 있다.
또, 기판의 상면의 액막을 기판의 하면에 공급한 냉각액에 의해서 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하면서, 당해 기판의 하면에, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열한 가열 기체를, 기판의 하면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 상기 액막 제거 영역의 확대에 따른, 액막과 액막 제거 영역의 경계의 이동에 동기시켜, 분사 위치를 이동시키면서 분사함으로써, 상기 냉각액을 선택적으로 배제하여, 당해 냉각액을 제거한 범위에 대응하는 기판의 상면의 액막 제거 영역을 효율적으로, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열할 수 있다.
따라서, 이 방법에 의하면, 패턴의 도괴를 더욱 효과적으로 억제하면서, 기판의 상면을 한층 더 효율적으로 건조시킬 수 있다.
처리액 및 저표면장력액으로는, 물을 포함하는 처리액과, 물보다 표면장력이 낮은 유기용제를 포함하는 저표면장력액을 조합하는 것이 바람직하다.
이 발명의 일 실시형태는, 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛과, 상기 기판 유지 유닛에서 수평으로 유지한 기판을, 당해 기판의 중앙부를 통과하는 연직의 회전축선 둘레로 회전시키는 기판 회전 유닛과, 처리액을 상기 기판의 상면에 공급하기 위한 처리액 공급 유닛과, 상기 기판에, 상기 기판의 상면측으로부터, 상기 처리액보다 표면장력이 낮은 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 공급하기 위한 기체 공급 유닛과, 상기 기판의 하면측으로부터, 상기 기판을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하기 위한 냉각 유닛과, 상기 기판의 하면측으로부터, 상기 기판을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하기 위한 가열 유닛과, 상기 기판 유지 유닛, 상기 기판 회전 유닛, 상기 처리액 공급 유닛, 상기 기체 공급 유닛, 상기 냉각 유닛, 및 상기 가열 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 공정과, 상기 기판의 상면에 상기 처리액을 공급하여 액막을 형성하는 액막 형성 공정과, 상기 기판의 상면의 회전 중심 부근에, 상기 액막의 일부로부터 상기 처리액이 제거된 액막 제거 영역을 형성하는 액막 제거 영역 형성 공정과, 상기 액막 제거 영역을, 상기 회전 중심으로부터 경방향 외방으로 확대시키는 액막 제거 영역 확대 공정과, 상기 액막 제거 영역 확대 공정과 병행하여, 상기 액막 제거 영역과 인접하는 상기 액막의 내주측의 가장자리부에, 상기 기판의 상면측으로부터, 상기 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 공급하는 증기 공급 공정과, 상기 액막 제거 영역 확대 공정과 병행하여, 상기 기판의 하면측으로부터, 상기 기판 상의 상기 액막 중 상기 가장자리부를 제외한 부분을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하면서, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 냉각 가열 공정과, 상기 기판의 하면측으로부터 상기 액막 제거 영역을 가열하는 범위를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 동기시켜 확대시키는 가열 범위 확대 공정과, 상기 액막 제거 영역 형성 공정, 상기 액막 제거 영역 확대 공정, 상기 증기 공급 공정, 상기 냉각 가열 공정, 및 상기 가열 범위 확대 공정과 병행하여, 상기 기판을, 상기 회전축선 둘레로 회전시키는 기판 회전 공정을 실행하는, 기판 처리 장치이다.
이 구성에 의하면, 기판 상의 액막 중 가장자리부의 주위가 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의 분위기가 됨으로써, 기체 중에 포함되는 저표면장력액이 액막의 가장자리부에서 처리액 중에 녹아든다. 그 때문에, 액막의 가장자리부와 액막의 벌크 부분 사이에 저표면장력액의 농도차, 즉 표면장력차가 발생한다.
또, 액막의 벌크 부분이 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각된 상태에서, 기판의 상면의 액막 제거 영역이 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 기판을 통한 열전도에 의해서, 액막 제거 영역과 인접하는 액막의 가장자리부의 온도가 상승하여, 당해 액막의 가장자리부와 액막의 벌크 부분 사이에 온도차가 발생한다.
따라서, 액막의 가장자리부와 액막의 벌크 부분 사이의 표면장력차와 온도차에 의거하는 마란고니 효과에 따른 액막의 수축 작용으로 인해, 액막의 가장자리부에 있어서 처리액이 상방으로 밀려올라가는 거동을 나타내, 액막 경계에 있어서의 처리액의 액면과 기판의 상면이 이루는 접촉각이 커진다.
또, 기판의 상면의 액막 제거 영역이, 기판의 하면측으로부터 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 액막의 가장자리부 중 액막 제거 영역에 인접하는 기판의 상면과 직접 접하는 고액계면 부분에서, 저표면장력액이 고농도로 녹아든 처리액의 증발이 촉진되므로, 액막의 가장자리부에 있어서 처리액이 상방으로 밀려올라가는 거동을 나타내, 액막 경계에 있어서의 처리액의 액면과 기판의 상면이 이루는 접촉각이 커진다.
즉, 마란고니 효과에 따른 액막의 수축 작용과, 고액계면 부분에 있어서의 증발 작용이 합쳐져, 액막 경계에 있어서의 처리액의 액면과 기판의 상면이 이루는 접촉각을 한층 더 크게 할 수 있음과 더불어, 액막 제거 영역을 신속하게 확대시킬 수 있어, JP2013-131783A에 기재된 수법을 채용한 경우보다 패턴의 도괴를 억제할 수 있다.
또한, 기판의 상면의 액막 제거 영역이 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 액막 제거 영역에 저표면장력액이 결로되는 것이 억제된다. 그 때문에, 액막 제거 영역에, 결로에 의해서, 패턴의 높이보다 두꺼운 저표면장력액의 액막이 형성되어 패턴이 도괴되는 것을 억제할 수도 있다.
따라서, 이 구성에 의하면, 패턴의 도괴를 효과적으로 억제하면서, 기판의 상면을 건조시킬 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 냉각 유닛은, 상기 기판의 하면에 냉각액을 공급하기 위한 냉각액 공급 유닛을 포함하고, 상기 가열 유닛은, 상기 기판의 하면에 가열 기체를 분사하기 위한 가열 기체 분사 유닛을 포함하고, 상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체 분사 유닛으로부터의 상기 가열 기체의 분사 위치를 이동시키기 위한 이동 유닛을 더 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 기판의 하면의 대략 전체면에 냉각액을 공급하여, 상기 액막을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하는 냉각 공정, 및 상기 기판의 하면에 가열 기체를 분사해, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정을, 각각 상기 냉각 가열 공정으로서 실행하고, 상기 컨트롤러는, 상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체의 분사 위치를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 따른, 상기 액막과 상기 액막 제거 영역의 경계의 이동에 동기시켜 이동시키는 분사 위치 이동 공정을, 상기 가열 범위 확대 공정으로서 실행한다.
이 구성에 의하면, 기판의 상면의 액막을 기판의 하면에 공급한 냉각액에 의해서 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하면서, 기판의 상면의 액막 제거 영역에 대응하는 범위의 냉각액을, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열한 가열 기체의 분사에 의해서 선택적으로 배제함으로써, 당해 냉각액을 제거한 범위에 대응하는 기판의 상면의 액막 제거 영역을 효율적으로, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태는, 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛과, 처리액을 상기 기판의 상면에 공급하기 위한 처리액 공급 유닛과, 상기 기판의 상면에, 상기 처리액보다 표면장력이 낮은 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를, 상기 기판의 상면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 분사하기 위한 기체 공급 유닛과, 상기 기판의 상면의, 상기 기체 공급 유닛으로부터의 상기 기체의 분사 위치를 이동시키기 위한 상면 이동 유닛과, 상기 기판의 하면에 냉각액을 공급하기 위한 냉각액 공급 유닛과, 상기 기판의 하면에, 가열 기체를, 상기 기판의 하면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서 분사하기 위한 가열 기체 분사 유닛과, 상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체 분사 유닛으로부터의 상기 가열 기체의 분사 위치를 이동시키기 위한 하면 이동 유닛과, 상기 기판 유지 유닛, 상기 처리액 공급 유닛, 상기 기체 공급 유닛, 상기 상면 이동 유닛, 상기 냉각액 공급 유닛, 상기 가열 기체 분사 유닛, 및 상기 하면 이동 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 공정과, 상기 기판의 상면에 상기 처리액을 공급하여 액막을 형성하는 액막 형성 공정과, 상기 기체를, 상기 기판의 상면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 상기 기판의 상면의 일단부에 분사함으로써, 당해 기판의 상면의, 상기 일단부 부근에, 상기 액막의 일부로부터 상기 처리액이 제거된 액막 제거 영역을 형성하는 액막 제거 영역 형성 공정과, 상기 기체의 분사 위치를, 상기 일단부로부터 상기 기판의 타단부 방향으로 이동시킴으로써, 상기 액막 제거 영역을 확대시키는 액막 제거 영역 확대 공정과, 상기 기판의 하면의 대략 전체면에 냉각액을 공급하여, 상기 액막을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하는 냉각 공정과, 상기 가열 기체를, 상기 박층상의 기체와 평행한, 상기 기판의 하면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 상기 기판의 하면의, 상기 액막 제거 영역에 대응하는 위치에 분사해, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정과, 상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체의 분사 위치를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 따른, 상기 액막과 상기 액막 제거 영역의 경계의 이동에 동기시켜 이동시키는 분사 위치 이동 공정을 실행하는, 기판 처리 장치이다.
이 구성에 의하면, 기판 상의 액막 중 가장자리부의 주위가 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의 분위기가 됨으로써, 기체 중에 포함되는 저표면장력액이 액막의 가장자리부에서 처리액 중에 녹아든다. 그 때문에, 액막의 가장자리부와 액막의 벌크 부분 사이에 저표면장력액의 농도차, 즉 표면장력차가 발생한다.
또, 액막의 벌크 부분이 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각된 상태에서, 기판의 상면의 액막 제거 영역이 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 기판을 통한 열전도에 의해서, 액막 제거 영역과 인접하는 액막의 가장자리부의 온도가 상승하여, 당해 액막의 가장자리부와 액막의 벌크 부분 사이에 온도차가 발생한다.
따라서, 액막의 가장자리부와 액막의 벌크 부분 사이의 표면장력차와 온도차에 의거하는 마란고니 효과에 따른 액막의 수축 작용으로 인해, 액막의 가장자리부에 있어서 처리액이 상방으로 밀려올라가는 거동을 나타내, 액막 경계에 있어서의 처리액의 액면과 기판의 상면이 이루는 접촉각이 커진다.
또, 기판의 상면의 액막 제거 영역이, 기판의 하면측으로부터 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 액막의 가장자리부 중 액막 제거 영역에 인접하는 기판의 상면과 직접 접하는 고액계면 부분에서, 저표면장력액이 고농도로 녹아든 처리액의 증발이 촉진되므로, 액막의 가장자리부에 있어서 처리액이 상방으로 밀려올라가는 거동을 나타내, 액막 경계에 있어서의 처리액의 액면과 기판의 상면이 이루는 접촉각이 커진다.
즉, 마란고니 효과에 따른 액막의 수축 작용과 고액계면 부분에 있어서의 증발 작용이 합쳐져, 액막 경계에 있어서의 처리액의 액면과 기판의 상면이 이루는 접촉각을 한층 더 크게 할 수 있음과 더불어, 액막 제거 영역을 신속하게 확대시킬 수 있어, JP2013-131783A에 기재된 수법을 채용한 경우보다 패턴의 도괴를 억제할 수 있다.
또한, 기판의 상면의 액막 제거 영역이 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 액막 제거 영역에 저표면장력액이 결로되는 것이 억제된다. 그 때문에, 액막 제거 영역에, 결로에 의해서, 패턴의 높이보다 두꺼운 저표면장력액의 액막이 형성되어 패턴이 도괴되 것을 억제할 수도 있다.
따라서, 이 구성에 의하면, 패턴의 도괴를 효과적으로 억제하면서, 기판의 상면을 건조시킬 수 있다.
본 발명에 있어서의 상술한, 또는 또 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도 면을 참조하여 다음에 기술하는 실시형태의 설명에 의해 밝혀진다.
도 1은, 이 발명의 제1의 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 레이아웃을 나타내는 도해적인 평면도이다.
도 2는, 상기 기판 처리 장치에 구비되는 처리 유닛의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은, 상기 기판 처리 장치의 주요부의 전기적 구성을 설명하는 블럭도이다.
도 4는, 상기 처리 유닛에 의한 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는, 상기 처리 유닛에 의한 건조 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6a는, 상기 건조 처리의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 6b는, 상기 건조 처리의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 6c는, 상기 건조 처리의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 6d는, 상기 건조 처리의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 7a는, 상기 건조 처리에 있어서의 액막의 가장자리부 부근의 상태의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 7b는, 상기 건조 처리에 있어서의 액막의 가장자리부 부근의 상태의 다른 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8은, 상기 기판 처리 장치에 구비되는 처리 유닛의 변형예의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 9는, 이 발명의 제2의 실시형태에 따른 기판 처리 장치에 구비되는 처리 유닛의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 10은, 상기 기판 처리 장치의 주요부의 전기적 구성을 설명하는 블럭도이다.
도 11은, 상기 처리 유닛에 의한 건조 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12a는, 상기 건조 처리의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 12b는, 상기 건조 처리의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 12c는, 상기 건조 처리의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 12d는, 상기 건조 처리의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 1은, 이 발명의 제1의 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 레이아웃을 나타내는 도해적인 평면도이다.
기판 처리 장치(1)는, 실리콘 웨이퍼 등의 기판(W)을 한 장씩 처리하는 매엽식 장치이다. 이 실시형태에서는, 기판(W)은, 원판형상의 기판이다. 기판 처리 장치(1)는, 처리액으로 기판(W)을 처리하는 복수의 처리 유닛(2)과, 처리 유닛(2)에서 처리되는 복수장의 기판(W)을 수용하는 캐리어(C)가 올려놓아지는 로드 포트(LP)를 포함한다. 또, 기판 처리 장치(1)는, 로드 포트(LP)와 처리 유닛(2) 사이에서 기판(W)을 반송하는 반송 로봇(IR 및 CR)과, 기판 처리 장치(1)를 제어하는 컨트롤러(3)를 포함한다. 반송 로봇(IR)은, 캐리어(C)와 반송 로봇(CR) 사이에서 기판(W)을 반송한다. 반송 로봇(CR)은, 반송 로봇(IR)과 처리 유닛(2) 사이에서 기판(W)을 반송한다. 복수의 처리 유닛(2)은, 예를 들면, 동일한 구성을 갖고 있다.
도 2는, 기판 처리 장치(1)에 구비된 처리 유닛(2)의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 처리 유닛(2)은, 한 장의 기판(W)을 수평인 자세로 유지하여, 기판(W)의 중심을 통과하는 연직의 회전축선(A1) 둘레로 기판(W)을 회전시키는 스핀 척(4)을 포함한다. 처리 유닛(2)은, 스핀 척(4)에 유지된 기판(W)의 상면에 불산 등의 약액을 공급하는 약액 공급 노즐(5)과, 스핀 척(4)에 유지된 기판(W)의 상면에 물을 포함하는 처리액을 공급하는 처리액 공급 노즐(6)을 더 포함한다. 처리액 공급 노즐(6)은, 물을 포함하는 처리액을 공급하는 처리액 공급 유닛의 일례이다.
스핀 척(4)은, 척 핀(7)과, 스핀 베이스(8)와, 회전축(9)과, 기판(W)을 회전축선(A1) 둘레로 회전시키는 스핀 모터(10)를 포함한다. 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)는, 기판(W)을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛의 일례이다. 회전축(9) 및 스핀 모터(10)는, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 의해서 유지된 기판(W)을 회전축선(A1) 둘레로 회전시키는 기판 회전 유닛의 일례이다.
회전축(9)은, 회전축선(A1)을 따라서 연직 방향으로 연장되어 있고, 이 실시형태에서는, 중공축이다. 회전축(9)의 상단은, 스핀 베이스(8)의 하면의 중앙에 결합되어 있다. 스핀 베이스(8)는, 수평 방향을 따르는 원반 형상을 갖고 있다. 스핀 베이스(8)의 상면의 주연부에는, 기판(W)을 파지하기 위한 복수의 척 핀(7)이 둘레방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 스핀 모터(10)는, 예를 들면, 회전축(9)에 회전력을 부여함으로써, 기판(W), 척 핀(7), 스핀 베이스(8) 및 회전축(9)을 회전축선(A1) 둘레로 일체 회전시키는 전동 모터를 포함한다.
약액 공급 노즐(5)은, 제1의 노즐 이동 기구(11)에 의해서, 예를 들면, 수평 방향(회전축선(A1)에 수직인 방향)으로 이동된다. 약액 공급 노즐(5)은, 수평 방향으로의 이동에 의해서, 기판(W)의 상면의 회전 중심 위치에 대향하는 중앙 위치와, 기판(W)의 상면에 대향하지 않는 퇴피 위치 사이에서 이동시킬 수 있다. 기판(W)의 상면의 회전 중심 위치란, 기판(W)의 상면에 있어서의 회전축선(A1)과의 교차 위치이다. 기판(W)의 상면에 대향하지 않는 퇴피 위치란, 평면에서 봤을 때 스핀 베이스(8)의 외방의 위치이다. 약액 공급 노즐(5)에는, 약액 공급관(12)이 접속되어 있다. 약액 공급관(12)에는, 그 유로를 개폐하는 약액 밸브(13)가 개재되어 설치되어 있다.
약액 공급 노즐(5)에 공급되는 약액은, 불산으로 한정되지 않고, 황산, 아세트산, 질산, 염산, 불산, 암모니아수, 과산화수소수, 유기산(예를 들면, 구연산, 옥살산 등), 유기 알칼리(예를 들면, TMAH:테트라메틸암모늄하이드로옥사이드 등 ), 계면활성제, 부식 방지제 중 적어도 1개를 포함하는 액이어도 된다.
처리액 공급 노즐(6)은, 제2의 노즐 이동 기구(14)에 의해서, 예를 들면, 수평 방향(회전축선(A1)에 수직인 방향)으로 이동된다. 처리액 공급 노즐(6)은, 수평 방향으로의 이동에 의해서, 기판(W)의 상면의 회전 중심 위치에 대향하는 중앙 위치와, 기판(W)의 상면에 대향하지 않는 퇴피 위치 사이에서 이동시킬 수 있다. 처리액 공급 노즐(6)에는, 처리액 공급관(15)이 접속되어 있다. 처리액 공급관(15)에는, 그 유로를 개폐하는 처리액 밸브(16)가 개재되어 설치되어 있다.
처리액 공급 노즐(6)에 공급되는 처리액은, 예를 들면, 물이다. 물은, 예를 들면, 탈이온수(DIW)이다. 그러나, 물은, 탈이온수로 한정되지 않고, 탄산수, 전해 이온수, 수소수, 오존수, 및 희석 농도(예를 들면, 10ppm~100ppm 정도)의 염산수 중 어느 것이어도 된다.
처리 유닛(2)은, 스핀 척(4)에 유지된 기판(W)의 상방에서 이동 가능한 기체 공급 노즐(17)을 더 포함한다. 기체 공급 노즐(17)은, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 유지된 기판(W)에, 기판(W)의 상면측으로부터, 물보다 표면장력이 낮은 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 분사해 공급하는 기체 공급 유닛의 일례이다.
기체 공급 노즐(17)은, 제3의 노즐 이동 기구(18)에 의해서, 수평 방향(회전축선(A1)에 수직인 방향) 및 연직 방향(회전축선(A1)과 평행인 방향)으로 이동된다. 기체 공급 노즐(17)은, 수평 방향으로의 이동에 의해서, 기판(W)의 상면의 회전 중심 위치에 대향하는 중앙 위치와, 기판(W)의 상면에 대향하지 않는 퇴피 위치 사이에서 이동시킬 수 있다. 제3의 노즐 이동 기구(18)는, 예를 들면, 연직 방향을 따르는 회동축과, 회동축에 결합되어 수평으로 연장되는 노즐 암과, 노즐 암을 구동하는 암 구동 기구를 포함한다. 암 구동 기구는, 회동축을 연직의 회동축선 둘레로 회동시킴으로써 노즐 암을 수평 이동시키고, 회동축을 연직 방향을 따라서 승강시킴으로써 노즐 암을 상하 이동시킨다. 기체 공급 노즐(17)은 노즐 암에 고정된다. 노즐 암의 수평 이동 및 승강에 따라서, 기체 공급 노즐(17)이 수평 방향 및 수직 방향으로 이동한다.
저표면장력액의 일례로는, IPA를 들 수 있다. 그러나, 저표면장력액은, IPA로 한정되지 않고, 물보다 표면장력이 작고, 또한, 기판(W) 및 기판(W)에 형성된 패턴과 화학 반응하지 않는, IPA 이외의 유기용제를 이용할 수 있다. 보다 구체적으로는, IPA, HFE(하이드로플루오로에테르), 메탄올, 에탄올, 아세톤 및 Trans-1,2-디클로로에틸렌 중 적어도 1개를 포함하는 액을 저표면장력액으로서 이용할 수 있다.
기체 공급 노즐(17)로부터 공급하는 기체는, 저표면장력액의 증기만으로 이루어질 필요는 없고, 다른 성분과 혼합한 혼합 기체여도 된다. 예를 들면, IPA의 증기와 불활성 가스를 포함하는 혼합 기체여도 된다. 불활성 가스로는, 질소 가스(N2)를 들 수 있다. 그러나, 불활성 가스는, 질소 가스로 한정되지 않고, 기판(W) 및 패턴에 대해 불활성인 가스이면 되고, 예를 들면, 아르곤 등의 희가스류여도 된다.
기체 공급 노즐(17)로부터 공급하는 기체의 온도는, 당해 기체에 포함되는 저표면장력액의 비점 이상이면 된다. 예를 들면, 기체가 IPA의 증기 또는 IPA의 증기와 불활성 가스의 혼합 기체인 경우, 기체의 온도는 80℃~90℃가 바람직하다.
기체 공급 노즐(17)에는, 기체 공급관(19)이 접속되어 있다. 기체 공급관(19)에는, 그 유로를 개폐하는 기체 밸브(20)가 개재되어 설치되어 있다.
처리 유닛(2)은, 스핀 척(4)에 유지된 기판(W)의 하면에, 당해 기판(W)을 냉각하기 위한 냉각액을 공급하는 냉각액 공급 노즐(21)을 더 포함한다. 냉각액 공급 노즐(21)은, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 유지된 기판(W)을, 기판(W)의 하면측으로부터 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하기 위한 냉각액 공급 유닛의 일례이다.
냉각액 공급 노즐(21)은, 기판(W)의 하면의 대략 전체면에 냉각액을 공급함으로써 기판(W)의 상면의 액막을 냉각한다. 냉각액 공급 노즐(21)은, 회전축(9)을 삽입 통과하고 있고, 기판(W)의 이면의 중심에 면하는 토출구(21a)를 상단에 갖고 있다.
냉각액 공급 노즐(21)은, 이 실시형태에서는, 기판(W)을 회전시키면서, 토출구(21a)로부터 기판(W)의 하면의 중심 위치를 향해 냉각액을 공급한다. 공급된 냉각액은, 원심력의 기능에 의해서 기판(W)의 하면의 대략 전체면에 퍼져, 기판(W) 및 기판(W)의 상면의 액막이, 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각된다. 기판(W)의 하면의 회전 중심 위치란, 기판(W)의 하면에 있어서의 회전축선(A1)과의 교차 위치이다.
냉각액 공급 노즐(21)에는, 냉각액 공급원으로부터 냉각액 공급관(22)을 통해 냉각액이 공급된다. 공급되는 냉각액은, 예를 들면, 냉수이다. 냉수는, 실온보다 저온의 물이며, 예를 들면, 1℃~10℃의 물이다. 그러나, 냉각액은, 냉수로 한정되지 않고, 기판(W)을 냉각할 수 있고, 또한, 기판(W) 및 패턴과 화학 반응하지 않는 액체이면 된다. 냉각액 공급관(22)에는, 그 유로를 개폐하기 위한 냉각액 밸브(23)가 개재되어 설치되어 있다.
처리 유닛(2)은, 스핀 척(4)에 유지된 기판(W)의 하방에서 이동 가능한 가열 기체 분사 노즐(24)을 더 포함한다. 가열 기체 분사 노즐(24)은, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 유지된 기판(W)의 하면에 가열 기체를 분사하기 위한 가열 기체 분사 유닛의 일례이다.
가열 기체 분사 노즐(24)은, 제4의 노즐 이동 기구(25)에 의해서, 수평 방향(회전축선(A1)에 수직인 방향)으로 이동된다. 가열 기체 분사 노즐(24)은, 수평 방향으로의 이동에 의해서, 기판(W)의 하면의 회전 중심 위치에 대향하는 중앙 위치와, 기판(W)의 하면의 주연부에 대향하는 둘레 가장자리 위치 사이에서 이동시킬 수 있다. 가열 기체 분사 노즐(24)이 중앙 위치에 위치할 때에는, 기판(W)의 하면의 회전 중심 위치에 가열 기체가 분사된다. 한편, 가열 기체 분사 노즐(24)이 둘레 가장자리 위치에 위치할 때에는, 기판(W)의 하면의 주연부에 가열 기체가 분사된다.
제4의 노즐 이동 기구(25)는, 가열 기체 분사 노즐(24)로부터의 가열 기체의 분사 위치를 이동시키기 위한 이동 유닛의 일례이다. 제4의 노즐 이동 기구(25)는, 예를 들면, 연직 방향을 따르는 회동축에 결합되어 수평으로 연장되는 노즐 암과, 노즐 암을 구동하는 암 구동 기구를 포함한다. 가열 기체 분사 노즐(24)은 노즐 암에 고정된다.
실시형태에서는, 암 구동 기구는 스핀 척(4)의 하방에 설치된다. 회동축은 회전축(9)을 삽입 통과하고 있고, 노즐 암 및 가열 기체 분사 노즐(24)은 스핀 베이스(8)의 상방에서, 또한, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 의해서 유지된 기판(W)의 하방에 설치된다. 암 구동 기구는, 기판(W)의 회전 방향과 교차하는 방향(예를 들면, 기판(W)의 경방향)으로 노즐 암을 진퇴시킴으로써, 노즐 암을 수평 이동시킨다. 노즐 암의 수평 이동에 따라서, 가열 기체 분사 노즐(24)이 수평 방향으로 이동한다. 또, 제4의 노즐 이동 기구(25)는, 가열 기체 분사 노즐(24)을 수평 이동시키는 구성에 추가해, 가열 기체 분사 노즐(24)을 연직 방향으로 이동시키는 기구를 더 구비하고 있어도 된다.
가열 기체 분사 노즐(24)에는, 회전축(9)을 삽입 통과하여 가열 기체 공급관(26)이 접속되어 있다. 가열 기체 공급관(26)에는, 그 유로를 개폐하는 가열 기체 밸브(27)가 개재되어 설치되어 있다. 가열 기체의 일례로는, 가열된 질소 가스를 들 수 있다. 그러나, 가열 기체는, 질소 가스로 한정되지 않고, 기판(W) 및 패턴에 대해 불활성인 가스이면 되고, 예를 들면, 아르곤 등의 희가스류여도 된다. 가열 기체 분사 노즐(24)로부터 공급하는 가열 기체의 온도는, 저표면장력액의 비점 이상이면 된다. 예를 들면, 저표면장력액이 IPA인 경우, 가열 기체의 온도는 80℃~95℃가 바람직하다.
처리 유닛(2)은, 도 2에 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 기판(W)에 대향해 기판(W)과의 사이의 분위기를 주위의 분위기로부터 차단(이격)하기 위한 대향 부재로서의 차단판(28)을 포함하고 있어도 된다. 차단판(28)은, 기판(W)과 거의 동일한 직경 또는 그 이상의 직경을 갖는 원판형상으로 형성되고, 스핀 척(4)의 상방에서 거의 수평으로 배치된다. 차단판(28)은, 하측 위치에서부터 상측 위치까지의 임의의 위치(높이)로 이동할 수 있다. 차단판(28)이 기판(W)의 상면에 충분히 접근한 위치에 있을 때, 차단판(28)과 기판(W) 사이는, 차단판(28)에 의해서 주위(차단판(28)과 기판(W) 사이의 공간의 외부)의 분위기로부터 이격된다.
도 3은, 기판 처리 장치(1)의 주요부의 전기적 구성을 설명하는 블럭도이다.
기판 처리 장치(1)는, 컨트롤러(3)를 포함한다. 컨트롤러(3)는, 마이크로 컴퓨터를 구비하고, 소정의 제어 프로그램에 따라서 기판 처리 장치(1)에 구비된 제어 대상을 제어한다. 보다 구체적으로는, 컨트롤러(3)는, 프로세서(CPU)(3A)와, 제어 프로그램이 저장된 메모리(3B)를 포함하고, 프로세서(3A)가 제어 프로그램을 실행함으로써, 기판 처리를 위한 다양한 제어를 실행하도록 구성되어 있다. 특히, 컨트롤러(3)는, 스핀 모터(10), 제1의 노즐 이동 기구(11), 제2의 노즐 이동 기구(14), 제3의 노즐 이동 기구(18), 제4의 노즐 이동 기구(25), 밸브류(13, 16, 20, 23, 27)를 제어하도록 프로그래밍되어 있다.
도 4는, 처리 유닛(2)에 의한 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
처리 유닛(2)에 의한 기판 처리에서는, 우선, 약액 처리 공정이 실행된다(단계 S1). 약액 처리 공정에서는, 우선, 컨트롤러(3)는, 스핀 모터(10)를 구동하여 스핀 베이스(8)를 회전시켜 기판(W)의 회전을 개시한다. 약액 처리 공정에서는, 스핀 베이스(8)는, 소정의 약액 회전 속도로 회전된다. 약액 회전 속도는, 예를 들면, 800rpm~1000rpm이다.
그리고, 컨트롤러(3)는, 제1의 노즐 이동 기구(11)을 제어하여, 약액 공급 노즐(5)을 기판(W)의 상방의 약액 처리 위치에 배치한다. 약액 처리 위치는, 예를 들면, 약액 공급 노즐(5)로부터 토출되는 약액이 기판(W)의 상면의 회전 중심 위치에 착액 가능한 위치이다. 그리고, 컨트롤러(3)는, 약액 밸브(13)를 연다. 이에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 상면을 향해서, 약액 공급 노즐(5)로부터 약액이 공급된다. 공급된 약액은, 원심력의 기능에 의해서 기판(W)의 상면의 대략 전체면에 퍼진다.
일정 시간 약액 처리 후, 기판(W)의 상면 위의 약액을 처리액으로 치환함으로써 기판(W)의 상면 위에서부터 약액을 배제하는 린스 처리 공정이 실행된다(단계 S2).
구체적으로는, 컨트롤러(3)는, 약액 밸브(13)를 닫아 약액 공급 노즐(5)로부터의 약액의 공급을 정지시킨다. 그리고, 컨트롤러(3)는, 약액 공급 노즐(5)을 퇴피 위치로 이동시킨다.
그리고, 컨트롤러(3)는, 제2의 노즐 이동 기구(14)를 제어하여 처리액 공급 노즐(6)을 기판(W)의 상방의 린스 처리 위치에 배치한다. 린스 처리 위치는, 예를 들면, 처리액 공급 노즐(6)로부터 토출되는 처리액이 기판(W)의 상면의 회전 중심 위치에 착액하는 위치이다.
그리고, 컨트롤러(3)는, 처리액 밸브(16)를 연다. 이에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 상면을 향해, 처리액 공급 노즐(6)로부터 처리액이 공급된다. 공급된 처리액은, 원심력의 기능에 의해서 기판(W)의 상면의 대략 전체면으로 퍼져, 약액을 치환한다.
린스 처리 공정에서는, 컨트롤러(3)는, 스핀 모터(10)를 제어하여 스핀 베이스(8)를 소정의 처리액 회전 속도로 회전시킨다. 처리액 회전 속도는, 예를 들면, 800rpm~1200rpm이다.
그리고, 기판(W)의 상면에 처리액을 계속 공급함으로써, 기판(W)의 상면 위에 처리액의 액막이 형성된다(액막 형성 공정). 컨트롤러(3)는, 스핀 모터(10)를 제어하여 스핀 베이스(8)를 소정의 처리액 막 형성 속도로 회전시킨다. 처리액 막 형성 속도는, 예를 들면, 10rpm~20rpm이다.
그리고, 일정 시간 린스 처리 후, 기판(W)의 상면 위에서부터 액막을 배제하기 위한 건조 처리 공정이 실행된다(단계 S3). 건조 처리 공정을 실행함으로써 처리 유닛(2)에 의한 기판 처리가 종료된다.
다음에, 처리 유닛(2)에 의한 건조 처리 공정에 대해서 상세하게 설명한다.
도 5는, 처리 유닛(2)에 의한 건조 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6a~도 6d는, 건조 처리의 일례의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
건조 처리 공정에서는, 우선, 컨트롤러(3)는, 처리액 밸브(16)를 닫아 처리액 공급 노즐(6)로부터의 처리액의 공급을 정지시킨다. 그리고, 컨트롤러(3)는, 처리액 공급 노즐(6)을 퇴피 위치로 이동시킨다.
그리고, 컨트롤러(3)는, 스핀 모터(10)를 제어하여 스핀 베이스(8)를 소정의 냉각액 공급 속도로 회전시킨다. 냉각액 공급 속도는, 예를 들면, 10rpm~20rpm이다. 그리고, 컨트롤러(3)는, 냉각액 밸브(23)를 열어, 냉각액 공급 노즐(21)에 냉각액(예를 들면 냉수)(29)의 공급을 개시시킨다(단계 T1). 도 6a에 나타낸 바와 같이, 냉각액(29)은, 회전 상태의 기판(W)의 하면의 회전 중심 위치를 향해 토출구(21a)로부터 토출된다. 토출된 냉각액(29)은, 원심력의 기능에 의해서 기판(W)의 하면의 대략 전체면에 퍼진다. 그리고, 기판(W)의 하면에 냉각액(29)을 계속 공급함으로써, 기판(W) 및 기판(W)의 상면의 액막(30)이, 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각된다(냉각 공정).
일정 시간의 냉각 공정 후, 컨트롤러(3)는, 냉각액 밸브(23)를 닫음으로써, 냉각액 공급 노즐(21)로부터의 냉각액(29)의 공급을 정지시킨다(단계 T2).
그리고, 도 6b~도 6d에 나타낸 바와 같이, 기판(W)의 상면의 회전 중심 위치에 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 분사한다. 이에 의해, 기판(W)의 상면의 회전 중심을 포함하는 영역에 대략 원형의 액막 제거 영역(31)을 형성하는 액막 제거 영역 형성 공정과, 형성한 액막 제거 영역(31)을 경방향 외방으로 확대시키는 액막 제거 영역 확대 공정이 실행된다.
또, 액막 제거 영역 형성 공정 및 액막 제거 영역 확대 공정과 병행하여, 기판(W)의 하면의 회전 중심 위치에 가열 기체를 분사한다. 이에 의해, 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)을 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정과, 액막 제거 영역(31)의 확대에 따른 액막 경계(32)의 이동에 동기시켜, 가열 기체의 분사 위치를 이동시키는 분사 위치 이동 공정이 실행된다.
상세하게는, 컨트롤러(3)는, 제3의 노즐 이동 기구(18)를 제어하여 기체 공급 노즐(17)을 기판(W)의 상방의 기체 공급 개시 위치에 배치한다(단계 T3). 기체 공급 개시 위치는, 예를 들면, 기체 공급 노즐(17)로부터 토출되는 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체가 기판(W)의 상면의 회전 중심 위치에 도달하는 위치이다.
또, 컨트롤러(3)는, 제4의 노즐 이동 기구(25)를 제어하여 가열 기체 분사 노즐(24)을 기판(W)의 하방의 가열 기체 분사 개시 위치에 배치한다(단계 T4). 가열 기체 분사 개시 위치는, 예를 들면, 가열 기체 분사 노즐(24)로부터 토출되는 가열 기체가 기판(W)의 하면의 회전 중심 위치에 도달하는 위치이다.
그리고, 컨트롤러(3)는, 스핀 모터(10)를 제어하여 스핀 베이스(8)를 소정의 액막 제거 영역 형성 속도로 회전시킨다. 액막 제거 영역 형성 속도는, 예를 들면, 10rpm이다.
그리고, 컨트롤러(3)는, 기체 밸브(20)를 열어, 회전 상태의 기판(W)의 상면의 회전 중심 위치를 향해, 기체 공급 노즐(17)로부터 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의 공급을 개시한다(단계 T5). 기체 공급 노즐(17)로부터 액막(30)을 향해 기체를 분사하면, 액막(30)을 형성하는 처리액이, 기체의 분사에 의해서 기판(W)의 상면의 회전 중심 위치에서 경방향 외방향으로 밀려난다. 그리고, 기판(W)의 회전에 의한 원심력의 기능도 더해져, 기판(W)의 상면의 회전 중심을 포함하는 영역에, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 액막 제거 영역(31)이 대략 원형으로 형성된다(액막 제거 영역 형성 공정).
또, 컨트롤러(3)는, 가열 기체 밸브(27)를 열어, 회전 상태의 기판(W)의 하면의 회전 중심 위치를 향해, 가열 기체 분사 노즐(24)로부터, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열된 가열 기체의 분사를 개시한다(단계 T6). 가열 기체가 분사되면, 기판(W)의 회전에 의한 원심력의 기능도 더해져, 기판(W)의 하면의 회전 중심을 포함하는 범위의 냉각액(29)이 선택적으로 배제됨과 더불어, 냉각액(29)이 배제된 범위(33)가, 가열 기체에 의해서 가열된다. 냉각액(29)은, 앞서 기술한 바와 같이, 액막(30) 중, 가장자리부를 제외한 벌크부에 대응하는 부분에 남는다. 그 때문에, 범위(33)는, 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)과, 액막(30)의 가장자리부를 포함하는 범위가 되고, 범위(33)에 포함되는 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)의 전체면이, 선택적으로, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열된다(가열 공정).
그 다음에, 컨트롤러(3)는, 스핀 모터(10)를 제어하여 스핀 베이스(8)를 소정의 액막 제거 영역 확대 속도로 회전시킨다. 액막 제거 영역 확대 속도는, 예를 들면, 50rpm이다.
그리고, 컨트롤러(3)는, 기체 공급 노즐(17)로부터의 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의 분사를 계속하면서, 제3의 노즐 이동 기구(18)를 제어하여 기체 공급 노즐(17)을 기체 공급 개시 위치(회전 중심 위치)로부터 기판(W)의 경방향 외방으로 소정의 속도로 이동시킨다(단계 T7). 기체 공급 노즐(17)을 경방향 외방으로 이동시키면, 기체 공급 노즐(17)로부터 기판(W)의 상면에 기체를 분사하는 위치가 회전 중심으로부터 경방향 외방으로 이동한다. 그리고, 이 이동에 수반하여, 액막 제거 영역(31)을 둘러싸는 액막(30)의 액막 경계(32)를 형성하는 처리액이 또한 경방향 외방으로 밀려나온다. 그 때문에, 기판(W)의 회전에 의한 원심력의 기능도 더해져, 액막 제거 영역(31)이 경방향 외방으로 확대된다(액막 제거 영역 확대 공정).
또, 컨트롤러(3)는, 가열 기체 분사 노즐(24)로부터의 가열 기체의 분사를 계속하면서, 제4의 노즐 이동 기구(25)를 제어한다. 즉, 컨트롤러(3)는, 가열 기체 분사 노즐(24)을 가열 기체 분사 개시 위치(회전 중심 위치)로부터 기판(W)의 경방향 외방으로 소정의 속도로, 액막 제거 영역(31)의 확대에 따른 액막 경계(32)의 이동에 동기시켜 이동시킨다(단계 T8). 가열 기체 분사 노즐(24)을 액막 경계(32)의 이동에 동기시켜 경방향 외방으로 이동시키면, 가열 기체 분사 노즐(24)로부터 기판(W)의 하면에 가열 기체를 분사하는 위치가 회전 중심으로부터 경방향 외방으로 이동한다. 그리고, 이 이동에 수반하여, 기판(W)의 하면의, 냉각액(29)이 배제되어, 가열 기체에 의해서 가열되는 범위(33)를, 액막 제거 영역(31)의 확대에 동기시켜 확대시킬 수 있다(가열 범위 확대 공정).
컨트롤러(3)는, 기체 공급 노즐(17)이 기체 공급 종료 위치까지 도달한 시점에서, 제3의 노즐 이동 기구(18)를 제어하여 기체 공급 노즐(17)의 이동을 정지시킨다(단계 T9). 그리고, 기체 밸브(20)를 닫아, 기체 공급 노즐(17)로부터의 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의 분사를 정지한다(단계 T10). 기체 공급 종료 위치는, 예를 들면, 기체 공급 노즐(17)로부터 토출되는 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체가 기판(W)의 상면의 둘레 가장자리에 도달하는 위치이다. 기체 공급 노즐(17)이 기체 공급 종료 위치에 도달함으로써 액막 경계(32)가 기판(W)의 상면의 둘레 가장자리까지 이동하여, 도 6d에 나타낸 바와 같이, 액막 제거 영역(31)이 기판(W)의 상면의 전역으로 확대된 상태가 된다.
또, 컨트롤러(3)는, 가열 기체 분사 노즐(24)이 가열 기체 분사 종료 위치까지 도달한 시점에서, 제4의 노즐 이동 기구(25)를 제어하여 가열 기체 분사 노즐(24)의 이동을 정지시킨다(단계 T11). 그리고, 가열 기체 밸브(27)를 닫아, 가열 기체 분사 노즐(24)로부터의 가열 기체의 분사를 정지한다(단계 T12). 가열 기체 분사 종료 위치는, 예를 들면, 가열 기체 분사 노즐(24)로부터 토출되는 가열 기체가 기판(W)의 하면의 둘레 가장자리에 도달하는 위치이다. 가열 기체 분사 노즐(24)이 가열 기체 분사 종료 위치에 도달함으로써, 기판(W)의 하면의 전체면에서 냉각액(29)이 배제되어 건조 처리가 종료되고, 처리 유닛(2)에 의한 기판 처리가 종료된다.
도 7a는, 건조 처리에 있어서의 액막(30)의 가장자리부(30a)의 부근의 상태의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다.
일반적으로, 액막(30)의 가장자리부(30a)는, 액막(30)의 벌크 부분(30b)과 일체의 후막부(30c)와 박막부(30d)를 포함한다. 박막부(30d)는, 후막부(30c)가 액막 제거 영역(31)의 확대에 따라 이동(도면의 예에서는 좌측 방향으로 이동)할 때에, 후막부(30c)의 이동 방향의 후단인 액막 경계(32)보다 후방에 생긴다. 박막부(30d)는, 액막(30)을 구성하는 처리액의 일부가, 기판(W)과의 젖음성에 의거해 기판(W)의 표면에 남거나, 기체 공급 노즐(17)로부터 공급된 기체 중에 포함되는 저표면장력액이 결로되거나 하여 발생한다.
패턴(P)의 도괴에 크게 영향을 주는 것은, 액막(30)의 가장자리부(30a) 중, 패턴(P)의 높이보다 두꺼운 후막부(30c)의 후단인 액막 경계(32)에 있어서의, 처리액의 액면과 기판(W)의 상면이 이루는 접촉각 θ이다.
건조 처리 중, 액막 제거 영역 확대 공정 및 가열 범위 확대 공정에 있어서는, 기판(W) 상의 액막(30)의, 가장자리부(30a)의 주위가 기체 공급 노즐(17)로부터 공급된 기체의 분위기가 된다. 이에 의해, 당해 기체 중에 포함되는 저표면장력액(IPA)이, 주로 액막(30)의 가장자리부(30a)에서, 도면 중에 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이 처리액 중에 녹아든다. 그 때문에, 액막(30)의 가장자리부(30a)와 벌크 부분(30b) 사이에 저표면장력액의 농도차, 즉 표면장력차가 발생한다. 상세하게는, 저표면장력액의 농도는, 액막(30)의 가장자리부(30a) 중 박막부(30d)에 있어서 가장 높고, 이어지는 후막부(30c)로부터 벌크 부분(30b)에 걸쳐서 서서히 낮아지는 농도 분포를 나타낸다.
또, 일반적으로, 저표면장력액의 비점은, 주로 물인 처리액의 비점보다 낮다. 그 때문에, 저표면장력액의 농도 분포에 의거해, 액막(30)은, 가장자리부(30a) 중 박막부(30d)에 있어서 비점이 가장 낮고, 이어지는 후막부(30c)로부터 벌크 부분(30b)에 걸쳐서 비점이 서서히 높아지는 경향을 나타낸다. 액막(30)의 벌크 부분(30b)의 비점은, 예를 들면, 액막(30)을 형성하는 처리액이 물인 경우, 물의 비점인 100℃에 가깝고, 액막(30)의 가장자리부(30a) 중 박막부(30d)의 비점은, 예를 들면, 저표면장력액이 IPA인 경우, IPA의 비점인 82.4℃에 가까워진다. 그리고, 후막부(30c)의 비점은, 이 양자의 중간에서, 또한 박막부(30d)측이 낮고 벌크 부분(30b)측이 높아지는 경향을 나타낸다.
또, 액막(30)의 가장자리부(30a)를 제외한, 액막(30)의 벌크 부분(30b)이, 기판(W)의 하면에 공급된 냉각액(29)에 의해서, 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각된다. 또, 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)의 전체면이, 기판(W)의 하면측으로부터 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열된다. 이에 의해, 기판(W)을 통한 열전도에 의해서, 액막 제거 영역(31)과 인접하는 액막(30)의 박막부(30d)로부터 후막부(30c)에 걸쳐서 온도가 상승하여, 당해 액막(30)의 벌크 부분(30b)과의 사이에 온도차가 발생한다. 상세하게는, 액막(30)은, 가장자리부(30a) 중 박막부(30d)에 있어서 온도가 가장 높고, 이어지는 후막부(30c)로부터 벌크 부분(30b)에 걸쳐서 온도가 서서히 낮아지는 온도 분포를 나타낸다.
따라서, 액막(30)의 가장자리부(30a)와, 그것에 이어지는 벌크 부분(30b) 사이에, 표면장력차와 온도차에 의거하는 마란고니 효과에 따른 액막(30)의 수축 작용이 발생한다. 그리고, 이 수축 작용에 의해서, 액막(30)의 가장자리부(30a) 중후막부(30c)에 있어서, 처리액이, 도면 중에 실선의 화살표로 나타낸 바와 같이 상방으로 밀려올라가는 거동을 나타낸다.
또, 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)의 전체면이, 기판(W)의 하면측으로부터 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 저표면장력액이 고농도로 녹아들어 비점이 저하된 처리액의 증발이 촉진된다. 상세하게는, 액막(30)의 가장자리부(30a) 중 액막 제거 영역(31)에 인접하는 기판(W)의 상면과 직접 접하는 박막부(30d), 및 후막부(30c) 중 박막부(30d) 및 기판(W)의 상면과 직접 접하는 고액계면 부분에서, 처리액의 증발이 촉진된다. 그 때문에, 고액계면 부분에 있어서의 증발 작용에 의해, 액막(30)의 가장자리부(30a) 중 후막부(30c)에 있어서, 처리액이, 도면 중에 실선의 화살표로 나타낸 바와 같이 상방으로 밀려올라가는 거동을 나타낸다.
또한 액막(30)에는, 도면 중에 검은색 화살표로 나타내는 기판(W)의 회전에 따른 원심력의 기능도 작용한다.
그 때문에, 마란고니 효과에 의한 액막(30)의 수축 작용과, 고액계면 부분에 있어서의 증발 작용과, 기판(W)의 회전에 의한 원심력의 기능이 합쳐져, 액막 경계(32)에 있어서의 처리액의 액면과 기판(W)의 상면이 이루는 접촉각 θ를 한층 더 크게 할 수 있다.
또, 기판(W)의 회전에 의한 원심력의 작용에 의해서, 액막 제거 영역(31)을 신속하게 확대시킬 수도 있다.
또한, 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)의 전체면이 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열됨으로써, 당해 액막 제거 영역(31)에 인접하는 기판(W)의 상면과 직접 접촉하는 박막부(30d)에 있어서 처리액의 증발이 촉진된다. 또, 증발이 촉진됨으로써, 당해 박막부(30d)에 저표면장력액이 결로되는 것이 억제된다.
그 때문에, 박막부(30d)의 두께를 최대한 작게 하여, 당해 박막부(30d)가 패턴(P)의 도괴에 영향을 주는 것을 억제할 수도 있다.
따라서, 패턴(P)의 도괴를 효과적으로 억제하면서, 기판(W)의 상면을 건조시킬 수 있다.
또한, 액막 제거 영역 확대 공정 및 가열 범위 확대 공정에서는, 예를 들면, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 기판(W)의 하면의, 가열 기체의 분사에 의해 냉각액(29)을 배제하여 가열하는 범위(33)를, 가장자리부(30a)와 인접하는 액막(30)의 벌크 부분(30b)까지 확대해도 된다. 또, 가열 기체의 분사에 의한 범위(33)의 확대를, 기판(W)의 상면의, 액막 제거 영역(31)의 확대에 따른 액막(30)의 가장자리부(30a)의 이동에 선행시켜도 된다.
액막(30)의 열용량은 크기 때문에, 기판(W)의 하면측으로부터의 가열을 다소 선행시켜도, 상술한 메카니즘에 의해, 패턴(P)의 도괴를 효과적으로 억제하면서, 기판(W)의 상면을 건조시킬 수 있다.
게다가, 가열 기체의 분사에 의한 범위(33)의 확대와, 액막 제거 영역(31)의 확대에 따른 액막(30)의 가장자리부(30a)의 이동이 완전히 일치하도록, 노즐 이동 기구(18, 25)를 제어하는 것은, 환경 온도 등의 영향에 따라서 용이하지 않은 경우가 있다.
이에 대해, 가열 기체의 분사에 의한 범위(33)의 확대를 선행시키는 경우에는, 환경 등의 영향도 고려해, 상술한 메카니즘에 의해, 패턴(P)의 도괴를 효과적으로 억제하면서, 기판(W)의 상면을 건조시키는 것이 가능해진다. 그리고, 노즐 이동 기구(18, 25)의 제어도 비교적 용이화할 수 있다.
단, 범위(33)의 확대가, 액막(30)의 가장자리부(30a)의 이동보다 늦는 경우에는, 상술한 메카니즘이 정상적으로 기능하지 않는 경우를 발생시키므로, 범위(33)의 확대를, 액막(30)의 가장자리부(30a)의 이동보다 늦추는 경우에는, 본 발명에 포함하지 않는 것으로 한다.
또한, 실시형태에서는 가열 냉각 공정을 실시하기 위해서, 냉각액 공급 노즐(21)(냉각액 공급 유닛)과, 가열 기체 분사 노즐(24)(가열 기체 분사 유닛)과, 제4의 노즐 이동 기구(25)(이동 유닛)를 조합했다. 그러나, 가열 냉각 공정을 실시하기 위한 구성은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
도 8은, 기판 처리 장치(1)에 구비되는 처리 유닛(2)의 변형예의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 이 변형예의 처리 유닛(2)은, 상술한 바와 같이 도 2의 처리 유닛(2) 중, 가열 냉각 공정을 실시하기 위한 구성만이 상이한 것이다. 따라서, 도 8에 있어서는, 상술한 도 2에 나타난 각 부와, 동등한 구성 부분에 대해서, 도 2와 동등한 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 처리 유닛(2)은, 스핀 척(4)에 유지된 기판(W)의 하방에서 이동 가능한 냉각 가열 블록(34)을 더 포함한다.
냉각 가열 블록(34)은, 기판(W)의 하면에 냉각 유체를 분사하기 위한 냉각 유체 분사 노즐(35)과, 기판(W)의 하면에 가열 유체를 분사하기 위한 가열 유체 분사 노즐(36)과, 양 노즐(35, 36) 사이를 칸막이하는 가드(37)를 일체로 이동 가능하게 한 것이다. 냉각 유체 분사 노즐(35)은, 가드(37)보다 기판(W)의 경방향 외방에 설치되고, 가열 유체 분사 노즐(36)은, 가드(37)보다 기판(W)의 경방향 내방에 설치되어 있다.
냉각 유체 분사 노즐(35)는, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 유지된 기판(W)을 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하기 위한 냉각 유닛의 일례이다.
냉각 유체 분사 노즐(35)에는, 회전축(9)을 삽입 통과하여 냉각 유체 공급관(38)이 접속되어 있다. 냉각 유체 공급관(38)에는, 그 유로를 개폐하는 냉각 유체 밸브(39)가 개재되어 설치되어 있다. 냉각 유체의 일례로는, 예를 들면, 1℃~10℃의 냉수를 들 수 있다. 그러나, 냉각 유체는, 냉수로 한정되지 않고, 기판(W)을 냉각할 수 있고, 또한, 기판(W) 및 패턴과 화학 반응하지 않는 액체, 혹은 기판(W) 및 패턴에 대해 불활성인 가스를 이용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 냉수, 실온 이하의 불활성 가스(N2)를 냉각 유체로서 이용할 수 있다.
가열 유체 분사 노즐(36)은, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 유지된 기판(W)을 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하기 위한 가열 유닛의 일례이다.
가열 유체 분사 노즐(36)에는, 회전축(9)을 삽입 통과하여 가열 유체 공급관(40)이 접속되어 있다. 가열 유체 공급관(40)에는, 그 유로를 개폐하는 가열 유체 밸브(41)가 개재되어 설치되어 있다. 가열 유체의 일례로는, 예를 들면, 저표면장력액의 비점 이상의 온수를 들 수 있다. 그렇다면 좋다. 예를 들면, 저표면장력액이 IPA인 경우, 가열 유체의 온도는 80℃~95℃가 바람직하다. 그러나, 가열 유체는, 온수로 한정되지 않고, 기판(W)을 가열할 수 있고, 또한, 기판(W) 및 패턴과 화학 반응하지 않는 액체, 혹은 기판(W) 및 패턴에 대해 불활성인 가스를 이용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 온수, 질소 가스, 아르곤 등의 희가스류여도 된다.
가드(37)는, 가열 유체 분사 노즐(36)에 의해서 기판(W)의 하면에 분사한 가열 유체가 기판(W)의 경방향 외방측으로 누설되거나, 반대로, 냉각 유체 분사 노즐(35)에 의해서 기판(W)의 하면에 분사한 냉각 유체가 기판(W)의 경방향 내방측으로 누설되거나 하는 것을 막는 칸막이이다.
가드(37)로는, 칸막이판을 들 수 있다. 그러나, 가드(37)는, 칸막이로 한정되지 않고, 기판(W)의 하면에 냉각 유체와 가열 유체의 중간 온도의 유체를 분사하는 노즐이어도 된다. 가드(37)를 설치함으로써, 냉각 유체와 가열 유체가 기판(W)의 하면에서 섞이는 것을 억제하여, 기판(W)의 상면의 액막(30) 중 벌크 부분을 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하면서, 액막 제거 영역(31)의 전체면을 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열할 수 있다.
냉각 가열 블록(34)은, 블록 이동 기구(42)에 의해서, 수평 방향(회전축선(A1)에 수직인 방향)으로 이동된다. 냉각 가열 블록(34)은, 수평 방향으로의 이동에 의해서, 기판(W)의 하면의 회전 중심 위치에 대향하는 중앙 위치와, 기판(W)의 하면의 주연부에 대향하는 둘레 가장자리 위치 사이에서 이동시킬 수 있다. 냉각 가열 블록(34)이 중앙 위치에 위치할 때에는, 기판(W)의 하면의 회전 중심 위치에 가열 유체, 그 경방향 외방으로 냉각 유체가 분사된다. 한편, 냉각 가열 블록(34)이 둘레 가장자리 위치에 위치할 때에는, 기판(W)의 하면의 주연부에 냉각 유체, 그 경방향 내방으로 가열 유체가 분사된다.
블록 이동 기구(42)는, 예를 들면, 연직 방향을 따르는 회동축에 결합되어 수평으로 연장되는 노즐 암과, 노즐 암을 구동하는 암 구동 기구를 포함한다. 냉각 가열 블록(34)은 노즐 암에 고정된다.
암 구동 기구는 스핀 척(4)의 하방에 설치된다. 회동축은 회전축(9)을 삽입 통과하고 있고, 노즐 암 및 냉각 가열 블록(34)은 스핀 베이스(8)의 상방에서, 또한, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 의해서 유지된 기판(W)의 하방에 설치된다. 암 구동 기구는, 기판(W)의 회전 방향과 교차하는 방향(예를 들면, 기판(W)의 경방향)으로 노즐 암을 진퇴시킴으로써, 노즐 암을 수평 이동시킨다. 노즐 암의 수평 이동에 따라서, 냉각 가열 블록(34)이 수평 방향으로 이동한다. 또, 블록 이동 기구(42)는, 냉각 가열 블록(34)을 수평 이동시키는 구성에 추가해, 냉각 가열 블록(34)을 연직 방향으로 이동시키는 기구를 더 구비하고 있어도 된다.
이 변형예에 의하면, 기판(W)을 회전시키면서, 기체 공급 노즐(17)로부터 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의 공급을 개시하여, 기판(W)의 상면의 회전 중심을 포함하는 영역에 액막 제거 영역(31)을 대략 원형으로 형성한다. 또, 각각 기판(W)의 하면으로의, 냉각 유체 분사 노즐(35)로부터의 냉각 유체의 분사 및 가열 유체 분사 노즐(36)로부터의 가열 유체의 분사를 개시한다.
냉각 유체 분사 노즐(35)로부터의 냉각 유체의 분사 개시 위치는, 기판(W)의 하면의, 액막 제거 영역(31)을 둘러싸는 액막(30)의 가장자리부보다 외측에 대응하는 위치로 설정한다. 또, 가열 유체 분사 노즐(36)로부터의 가열 유체의 분사 개시 위치는, 기판(W)의 하면의, 액막 제거 영역(31) 내의 액막 경계(32)의 근방에 대응하는 위치로 설정한다.
그리고, 냉각 유체 분사 노즐(35)로부터의 냉각 유체의 분사 및 가열 유체 분사 노즐(36)로부터의 가열 유체의 분사를 계속하면서, 블록 이동 기구(42)를 제어한다. 그리고 냉각 가열 블록(34)을 기판(W)의 경방향 외방으로 소정의 속도로, 액막 제거 영역(31)의 확대에 따른 액막 경계(32)의 이동에 동기시켜 이동시킨다.
상세하게는, 냉각 유체 분사 노즐(35)로부터의 냉각 유체의 분사에 의해서, 기판(W)의 상면의 액막(30)의 벌크 부분을 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각한다. 그리고, 이 냉각 유체의 분사에 의한 냉각을 계속하면서, 냉각 가열 블록(34)의 이동에 수반해, 가열 유체 분사 노즐(36)으로부터 기판(W)의 하면에 가열 유체를 분사하는 위치를 가열 유체의 분사 개시 위치로부터 경방향 외방으로 이동시킨다. 이에 의해, 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)에 대응하는, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열되는 범위를, 당해 액막 제거 영역(31)의 확대에 동기시켜 확대시킬 수 있다(가열 범위 확대 공정).
도 9는, 이 발명의 제2의 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)에 구비되는 처리 유닛(2)의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 이 제2의 실시형태의 처리 유닛(2)은, 도 2의 처리 유닛(2) 중, 액막 제거 영역 형성 공정, 액막 제거 영역 확대 공정, 및 가열 냉각 공정을 실시하기 위한 구성이 상이한 것이다. 따라서, 도 9에 있어서는, 상술한 도 2에 나타난 각 부와 동등한 구성 부분에 대해서, 도 2와 동등한 부호를 부여해, 그 설명을 생략한다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 처리 유닛(2)은, 스핀 척(4)에 유지된 기판(W)의 상방에서 이동 가능한 기체 분사 노즐(43)을 더 포함한다. 기체 분사 노즐(43)은, 라인형상으로 배열된 복수의 노즐 구멍, 혹은 슬릿형상의 노즐 구멍을 구비한다. 기체 분사 노즐(43)은, 당해 노즐 구멍으로부터, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 유지된 기판(W)의 상면에, 물보다 표면장력이 낮은 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 분사하는 기체 공급 유닛의 일례이다. 기체 분사 노즐(43)은, 물보다 표면장력이 낮은 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를, 상기 기판(W)의 상면의 전체 폭, 예를 들면, 원형의 기판(W)인 경우에는, 당해 기판(W)의 직경에 걸친, 박층상(에어 나이프형상)으로서, 기판(W)의 상면에 분사한다.
기체 분사 노즐(43)은, 제3의 노즐 이동 기구(44)에 의해서, 수평 방향(회전축선(A1)에 수직인 방향) 및 연직 방향(회전축선(A1)과 평행한 방향)으로 이동된다. 기체 분사 노즐(43)은, 수평 방향으로의 이동에 의해서, 기판(W)의 상면의 일단부와 타단부 사이에서 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 원형의 기판(W)인 경우에는, 당해 기판(W)의 상면의 둘레 가장자리 상으로 설정된 일단부로부터, 회전 중심을 사이에 끼고 반대측의 둘레 가장자리 상으로 설정된 타단부까지의 사이에서 이동시킬 수 있다.
제3의 노즐 이동 기구(44)는, 기체 분사 노즐(43)로부터의 기체의 분사 위치를 이동시키기 위한 상면 이동 유닛의 일례이다. 제3의 노즐 이동 기구(44)는, 예를 들면, 연직 방향을 따르는 회동축과, 회동축에 결합되어 수평으로 연장되는 노즐 암과, 노즐 암을 구동하는 암 구동 기구를 포함한다. 암 구동 기구는, 회동축을 연직의 회동축선 둘레로 회동시킴으로써 노즐 암을 수평 이동시키고, 회동축을 연직 방향을 따라서 승강시킴으로써 노즐 암을 상하 이동시킨다. 기체 분사 노즐(43)은 노즐 암에 고정된다. 노즐 암의 수평 이동 및 승강에 따라서, 기체 분사 노즐(43)이 수평 방향 및 수직 방향으로 이동한다.
또, 노즐 암은, 링크 기구를 더 포함한다. 링크 기구는, 기체 분사 노즐(43)의 라인형상 혹은 슬릿형상의 노즐 구멍의 배열을, 기판(W)의 상면과 평행하게, 또한 기체 분사 노즐(43)의 이동 방향과 일정한 각도, 예를 들면, 90°로 교차하는 방향으로 유지하면서, 기체 분사 노즐(43)을 수평 방향으로 이동시킨다.
이 링크 기구의 기능에 의해, 기체 분사 노즐(43)로부터 기판(W)의 상면에 분사되는 기체의 박층(에어 나이프)을, 기체 분사 노즐(43)의 이동 방향과 일정한 각도, 예를 들면, 90°로 교차시킨 상태를 유지하면서, 기판(W)의 상면의 일단부로부터 타단부 방향으로 이동시킬 수 있다.
기체 분사 노즐(43)에는, 기체 공급관(45)이 접속되어 있다. 기체 공급관(45)에는, 그 유로를 개폐하는 기체 밸브(46)가 개재되어 설치되어 있다.
처리 유닛(2)은, 스핀 척(4)에 유지된 기판(W)의 하방에서 이동 가능한 가열 기체 분사 노즐(47)을 더 포함한다. 가열 기체 분사 노즐(47)은, 라인형상으로 배열된 복수의 노즐 구멍, 혹은 슬릿형상의 노즐 구멍을 구비하고, 당해 노즐 구멍으로부터, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 유지된 기판(W)의 하면에 가열 기체를 분사하는 가열 기체 분사 유닛의 일례이다. 가열 기체 분사 노즐(47)은, 가열 기체를, 상기 기판(W)의 하면의 전체 폭, 예를 들면, 원형의 기판(W)인 경우에는, 당해 기판(W)의 직경에 걸친, 박층상(에어 나이프형상)으로서 기판(W)의 하면에 분사한다.
가열 기체 분사 노즐(47)은, 제4의 노즐 이동 기구(48)에 의해서, 수평 방향(회전축선(A1)에 수직인 방향)으로 이동된다. 가열 기체 분사 노즐(47)은, 수평 방향으로의 이동에 의해서, 기판(W)의 하면의 일단부와 타단부 사이에서 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 원형의 기판(W)인 경우에는, 상술한 기판(W)의 상면의 일단부에 대응하는, 기판(W)의 하면의 둘레 가장자리 상으로 설정된 일단부로부터, 회전 중심을 사이에 끼고 반대측의 둘레 가장자리 상으로 설정된 타단부까지의 사이에서 이동시킬 수 있다.
제4의 노즐 이동 기구(48)는, 가열 기체 분사 노즐(47)로부터의 가열 기체의 분사 위치를 이동시키기 위한 하면 이동 유닛의 일례이다. 제4의 노즐 이동 기구(48)는, 예를 들면, 연직 방향을 따르는 회동축에 결합되어 수평으로 연장되는 노즐 암과, 노즐 암을 구동하는 암 구동 기구를 포함한다. 가열 기체 분사 노즐(47)은 노즐 암에 고정된다.
암 구동 기구는, 기판(W)의 회전 방향과 교차하는 방향(예를 들면, 기판(W)의 경방향)으로 노즐 암을 진퇴시킴으로써, 노즐 암을 수평 이동시킨다. 노즐 암의 수평 이동에 따라서, 가열 기체 분사 노즐(47)이 수평 방향으로 이동한다.
또, 노즐 암은, 링크 기구를 더 포함한다. 링크 기구는, 가열 기체 분사 노즐(47)의 라인형상 혹은 슬릿형상의 노즐 구멍의 배열을, 기판(W)의 하면과 평행하게, 또한 기체 분사 노즐(43)의 라인형상 혹은 슬릿형상의 노즐 구멍의 배열과 평행하게 배열한 상태로 유지한다. 그리고, 이 상태를 유지하면서, 가열 기체 분사 노즐(47)을 수평 방향으로 이동시킨다.
이 링크 기구의 기능에 의해, 가열 기체 분사 노즐(47)로부터 기판(W)의 하면에 분사되는 가열 기체의 박층(에어 나이프)을, 기체 분사 노즐(43)로부터 기판(W)의 상면에 분사되는 기체의 박층(에어 나이프)과 평행으로 유지하면서, 기판(W)의 하면의 일단부로부터 타단부 방향으로 이동시킬 수 있다.
실시형태에서는, 암 구동 기구는 스핀 척(4)의 하방에 설치된다. 회동축은 회전축(9)을 삽입 통과하고 있고, 노즐 암, 링크 기구, 및 가열 기체 분사 노즐(47)은 스핀 베이스(8)의 상방에서, 또한, 척 핀(7) 및 스핀 베이스(8)에 의해서 유지된 기판(W)의 하방에 설치된다. 또, 제4의 노즐 이동 기구(48)는, 가열 기체 분사 노즐(47)을 수평 이동시키는 구성에 추가해, 가열 기체 분사 노즐(47)을 연직 방향으로 이동시키는 기구를 더 구비하고 있어도 된다.
가열 기체 분사 노즐(47)에는, 회전축(9)을 삽입 통과하여 가열 기체 공급관(49)이 접속되어 있다. 가열 기체 공급관(49)에는, 그 유로를 개폐하는 가열 기체 밸브(50)가 개재되어 설치되어 있다.
도 10은, 기판 처리 장치(1)의 주요부의 전기적 구성을 설명하는 블럭도이다.
기판 처리 장치(1)는, 컨트롤러(3)를 포함한다. 컨트롤러(3)는, 마이크로 컴퓨터를 구비하고, 소정의 제어 프로그램에 따라서 기판 처리 장치(1)에 구비된 제어 대상을 제어한다. 보다 구체적으로는, 컨트롤러(3)는, 프로세서(CPU)(3A)와, 제어 프로그램이 저장된 메모리(3B)를 포함하고, 프로세서(3A)가 제어 프로그램을 실행함으로써, 기판 처리를 위한 다양한 제어를 실행하도록 구성되어 있다. 특히, 컨트롤러(3)는, 스핀 모터(10), 제1의 노즐 이동 기구(11), 제2의 노즐 이동 기구(14), 제3의 노즐 이동 기구(44), 제4의 노즐 이동 기구(48), 밸브류(13, 16, 23, 46, 50)를 제어하도록 프로그래밍되어 있다.
다음에, 처리 유닛(2)에 의한 건조 처리 공정에 대해서 상세하게 설명한다.
도 11은, 처리 유닛(2)에 의한 건조 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 12a~도 12d는, 건조 처리의 일례의 모습을 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
건조 처리 공정에서는, 우선, 컨트롤러(3)는, 처리액 밸브(16)를 닫아 처리액 공급 노즐(6)로부터의 처리액의 공급을 정지시킨다. 그리고, 컨트롤러(3)는, 처리액 공급 노즐(6)을 퇴피 위치로 이동시킨다.
그리고, 컨트롤러(3)는, 스핀 모터(10)를 제어하여 스핀 베이스(8)를 소정의 냉각액 공급 속도로 회전시킨다. 냉각액 공급 속도는, 예를 들면, 10rpm~20rpm이다. 그리고, 컨트롤러(3)는, 냉각액 밸브(23)를 열어, 냉각액 공급 노즐(21)에 냉각액(예를 들면 냉수)(29)의 공급을 개시시킨다(단계 T1). 도 12a에 나타낸 바와 같이, 냉각액(29)은, 회전 상태의 기판(W)의 하면의 회전 중심 위치를 향해 토출구(21a)로부터 토출된다. 토출된 냉각액(29)은, 원심력의 기능에 의해서 기판(W)의 하면의 대략 전체면에 퍼진다. 그리고, 기판(W)의 하면에 냉각액(29)을 계속 공급함으로써, 기판(W) 및 기판(W)의 상면의 액막(30)이, 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각된다(냉각 공정).
일정 시간의 냉각 공정 후, 컨트롤러(3)는, 냉각액 밸브(23)를 닫아, 냉각액 공급 노즐(21)로부터의 냉각액(29)의 공급을 정지시킨다(단계 T2).
그리고, 컨트롤러(3)는, 스핀 모터(10)를 제어하여 스핀 베이스(8)의 회전을 정지시킨다(단계 T3).
그리고, 도 12b~도 12d에 나타낸 바와 같이, 기판(W)의 상면의 일단부에 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 박층상으로 분사한다. 이에 의해, 기판(W)의 상면의 일단부를 포함하는 영역에 액막 제거 영역(31)을 형성하는 액막 제거 영역 형성 공정과, 형성한 액막 제거 영역(31)을 기판(W)의 타단부 방향으로 확대시키는 액막 제거 영역 확대 공정이 실행된다.
또, 액간 제거 영역 형성 공정 및 액막 제거 영역 확대 공정과 병행하여, 기판(W)의 하면의 일단부에, 가열 기체를, 기판(W)의 상면에 분사되는 박층상의 기체와 평행한 박층상으로 분사한다. 이에 의해, 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)을 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정과, 액막 제거 영역(31)의 확대에 따른 액막 경계(32)의 이동에 동기시켜, 가열 기체의 분사 위치를 이동시키는 분사 위치 이동 공정이 실행된다.
상세하게는, 컨트롤러(3)는, 제3의 노즐 이동 기구(44)를 제어하여 기체 분사 노즐(43)을 기판(W)의 상방의 기체 공급 개시 위치에 배치한다(단계 T4). 기체 공급 개시 위치는, 예를 들면, 기체 분사 노즐(43)로부터 토출되는 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체가 기판(W)의 상면의 일단부에 도달하는 위치이다.
또, 컨트롤러(3)는, 제4의 노즐 이동 기구(48)를 제어하여 가열 기체 분사 노즐(47)을 기판(W)의 하방의 가열 기체 분사 개시 위치에 배치한다(단계 T5). 가열 기체 분사 개시 위치는, 예를 들면, 가열 기체 분사 노즐(47)로부터 토출되는 가열 기체가, 상기 기판(W)의 상면의 일단부에 대응하는, 기판(W)의 하면의 일단부에 도달하는 위치이다.
그리고, 컨트롤러(3)는, 기체 밸브(46)를 열어, 기판(W)의 상면의 일단부를 향해, 기체 분사 노즐(43)로부터 저표면장력액의 증기를 포함하는 박층상의 기체의 분사를 개시한다(단계 T6). 기체 분사 노즐(43)로부터 액막(30)을 향해 박층상의 기체를 분사하면, 액막(30)을 형성하는 처리액이, 기체의 분사에 의해서 기판(W)의 상면의 일단부로부터 타단부 방향으로 밀려난다. 그 때문에, 기판(W)의 상면의 일단부를 포함하는 영역에, 도 12b에 나타낸 바와 같이, 액막 제거 영역(31)이 형성된다(액막 제거 영역 형성 공정).
또, 컨트롤러(3)는, 가열 기체 밸브(50)를 열어, 기판(W)의 하면의 일단부를 향해, 가열 기체 분사 노즐(47)로부터, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열된 박층상의 가열 기체의 분사를 개시한다(단계 T7). 가열 기체는, 상술한 바와 같이, 기판(W)의 상면에 분사되는 박층상의 기체와 평행한 박층상으로 분사된다. 가열 기체 분사 노즐(47)로부터 박층상의 가열 기체가 분사되면, 기판(W)의 하면의 일단부를 포함하는 범위의 냉각액(29)이 선택적으로 배제됨과 더불어, 냉각액(29)이 배제된 범위(33)가, 가열 기체에 의해서 가열된다. 냉각액(29)은, 상술한 바와 같이, 액막(30) 중, 가장자리부를 제외한 벌크부에 대응하는 부분에 남겨진다. 그 때문에, 범위(33)는, 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)과, 액막(30)의 가장자리부를 포함하는 범위가 되고, 범위(33)에 포함되는 기판(W)의 상면의 액막 제거 영역(31)의 전체면이, 선택적으로, 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열된다(가열 공정).
그 다음에, 컨트롤러(3)는, 기체 분사 노즐(43)로부터의 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의 분사를 계속하면서, 제3의 노즐 이동 기구(44)를 제어하여 기체 분사 노즐(43)을 기체 공급 개시 위치(일단부)로부터 기판(W)의 타단부 방향으로 소정의 속도로 이동시킨다(단계 T8). 기체 분사 노즐(43)을 이동시키면, 기체 분사 노즐(43)로부터 기판(W)의 상면에 박층상의 기체를 분사하는 위치가 일단부로부터 타단부 방향으로 이동한다. 그리고, 이 이동에 수반하여, 액막 제거 영역(31)을 둘러싸는 액막(30)의 액막 경계(32)를 형성하는 처리액이 또한 타단부 방향으로 밀려나온다. 그 때문에, 액막 제거 영역(31)이 일단부로부터 타단부 방향으로 확대된다(액막 제거 영역 확대 공정).
또, 컨트롤러(3)는, 가열 기체 분사 노즐(47)로부터의 가열 기체의 분사를 계속하면서, 제4의 노즐 이동 기구(48)를 제어하여 가열 기체 분사 노즐(47)을 이동시킨다. 즉, 가열 기체 분사 노즐(47)을, 가열 기체 분사 개시 위치(일단부)로부터 기판(W)의 타단부 방향으로 소정의 속도로, 액막 제거 영역(31)의 확대에 따른 액막 경계(32)의 이동에 동기시켜 이동시킨다(단계 T9). 가열 기체 분사 노즐(47)을 액막 경계(32)의 이동에 동기시켜 타단부 방향으로 이동시키면, 가열 기체 분사 노즐(47)로부터 기판(W)의 하면에 박층상의 가열 기체를 분사하는 위치가 일단부로부터 타단부 방향으로 이동한다. 그리고, 이 이동에 수반하여, 기판(W)의 하면의, 냉각액(29)이 배제되어, 가열 기체에 의해서 가열되는 범위(33)를, 액막 제거 영역(31)의 확대에 동기시켜 확대시킬 수 있다(가열 범위 확대 공정).
컨트롤러(3)는, 기체 분사 노즐(43)이 기체 공급 종료 위치(타단부)까지 도달한 시점에서, 제3의 노즐 이동 기구(44)를 제어하여 기체 분사 노즐(43)의 이동을 정지시킨다(단계 T10). 그리고, 기체 밸브(46)를 닫아, 기체 분사노즐로부터의 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의 분사를 정지한다(단계 T11). 기체 분사 노즐(43)이 타단부에 도달함으로써 액막 경계(32)가 기판(W)의 상면 외단부까지 이동하여, 도 12d에 나타낸 바와 같이, 액막 제거 영역(31)이 기판(W)의 상면의 전역으로 확대된 상태가 된다.
또, 컨트롤러(3)는, 가열 기체 분사 노즐(47)이 가열 기체 분사 종료 위치(타단부)까지 도달한 시점에서, 제4의 노즐 이동 기구(48)를 제어하여 가열 기체 분사 노즐(47)의 이동을 정지시킨다(단계 T12). 그리고, 가열 기체 밸브(50)를 닫아, 가열 기체 분사 노즐(47)로부터의 가열 기체의 분사를 정지한다(단계 T13). 가열 기체 분사 노즐(47)이 타단부에 도달함으로써, 기판(W)의 하면의 전체면에서 냉각액(29)이 배제되어 건조 처리가 종료되고, 처리 유닛(2)에 의한 기판 처리가 종료된다.
이상, 이 발명의 일 실시형태에 대해서 설명했는데, 이 발명은, 다른 형태로 실시할 수도 있다.
예를 들면, 기판(W)의 하면측으로부터 액막 제거 영역(31)을 가열하기 위해서, 가열 기체 등의 분사 대신에, 예를 들면, 램프 등의 열원으로부터의 복사열을 이용하여, 기판(W)의 하면측으로부터 액막 제거 영역(31)을 가열해도 된다.
또, 제1의 실시형태에서는, 기체 공급 노즐(17)을 경방향 외방으로 이동시킴으로써, 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체의, 기판(W)의 상면으로의 분사 위치를 이동시켜, 액막(30)의 액막 경계(32)를 동일 방향으로 이동시켰다. 그러나, 예를 들면, 슬릿형상, 라인형상의 노즐로부터 순서대로 경방향 외방으로 기체를 분사해, 액막(30)의 액막 경계(32)를 경방향 외방으로 이동시켜도 된다.
마찬가지로, 제1의 실시형태에서는, 가열 기체 분사 노즐(24)을 경방향 외방으로 이동시킴으로써, 가열 기체의, 기판(W)의 상면으로의 분사 위치를 이동시켜, 가열 범위를 확대시켰다. 그러나, 예를 들면, 라인형상으로 배열된 복수의 노즐 구멍으로부터 순서대로 경방향 외방으로 가열 기체를 분사해, 가열 범위를 경방향 외방으로 확대시켜도 된다.
구체적으로는, 다수의 토출구를, 기판(W)의 하면에 근접시키고, 또한 기판(W)의 경방향을 따르도록 배치한다. 기판(W)의 하면 중심부에 대향하는 토출구로부터 가열 기체를 토출함으로써, 기판(W)의 하면 중심부를 가열한다. 그리고, 가열 기체를 토출하는 토출구를 경방향으로 순서대로 늘림으로써, 가열 범위를 경방향 외방으로 확대시킬 수 있다.
또, 변형예에서는, 예를 들면, 라인형상으로 배열된 복수의 노즐 구멍으로부터 순서대로 냉각 유체, 및 가열 유체를 경방향 외방으로 분사해, 액막(30)의 벌크 부분을 냉각 유체에 의해서 냉각하면서, 가열 범위를 경방향 외방으로 확대시켜도 된다.
또한, 기판(W)의 하면을 액밀 구조로 하고, 우선 냉각 유체를 충전하여 기판(W)의 대략 전체면을 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각한다. 그리고, 예를 들면, 기판(W)의 하면의 둘레 가장자리로부터 냉각 유체를 배출시키면서, 기판(W)의 회전 중심으로부터, 기판(W)의 하면에 가열 유체를 주입함으로써, 가열 범위를 경방향 외방으로 확대시켜도 된다.
또, 이상의 두 실시형태, 및 변형예에서는, 기판 처리 장치(1)가, 원판형상의 기판을 처리하는 장치인 경우에 대해서 설명했는데, 기판 처리 장치(1)는, 다각형의 기판을 처리하는 장치여도 된다.
이 출원은, 2017년 1월 12일에 일본국 특허청에 제출된 특허 출원 2017-003275호에 대응하고 있으며, 이 출원의 모든 개시는 개개로 인용에 의해 편입되는 것으로 한다.
본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명해왔는데, 이들은, 본 발명의 기술적 내용을 명확하게 하기 위해 이용된 구체적인 예에 지나지 않으며, 본 발명은, 이들 구체예로 한정되어 해석되어야 하는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (8)

  1. 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 공정과,
    상기 기판의 상면에 처리액을 공급하여, 당해 기판의 상면을 덮는 처리액의 액막을 형성하는 액막 형성 공정과,
    상기 기판의 상면에, 상기 액막의 일부로부터 상기 처리액이 제거된 액막 제거 영역을 형성하는 액막 제거 영역 형성 공정과,
    형성한 상기 액막 제거 영역을 확대시키는 액막 제거 영역 확대 공정과,
    상기 액막 제거 영역 확대 공정과 병행하여, 상기 액막 제거 영역과 인접하는 상기 액막의 가장자리부에, 상기 기판의 상면측으로부터, 상기 처리액보다 표면장력이 낮은 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 공급하는 증기 공급 공정과,
    상기 액막 제거 영역 확대 공정과 병행하여, 상기 기판의 하면측으로부터, 상기 기판 상의 상기 액막 중 상기 가장자리부를 제외한 부분을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하면서, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 냉각 가열 공정과,
    상기 기판의 하면측으로부터 상기 액막 제거 영역을 가열하는 범위를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 동기시켜 확대시키는 가열 범위 확대 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액막 제거 영역 형성 공정, 상기 액막 제거 영역 확대 공정, 상기 증기 공급 공정, 상기 냉각 가열 공정, 및 상기 가열 범위 확대 공정과 병행하여, 상기 기판을, 연직의 소정의 회전축선 둘레로 회전시키는 기판 회전 공정을 더 포함하고,
    상기 액막 제거 영역 형성 공정 내지 상기 액막 제거 영역 확대 공정에서는, 상기 기판 회전 공정을 실행하여 상기 기판을 회전시키면서, 상기 기체를, 상기 기판의 상면의 회전 중심 부근에 분사함으로써, 당해 기판의 상면의, 상기 회전 중심을 포함하는 영역에, 상기 액막 제거 영역을 대략 원형으로 형성함과 더불어, 상기 기체를 분사하는 위치를, 상기 회전 중심으로부터 경방향 외방으로 이동시킴으로써, 상기 액막 제거 영역을 확대시키고,
    상기 냉각 가열 공정 내지 상기 가열 범위 확대 공정에서는, 상기 기판 회전 공정을 실행하여 상기 기판을 회전시키면서, 당해 기판의 하면의, 상기 액막 제거 영역에 대응하는, 상기 회전 중심을 포함하는 범위를, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열함과 더불어, 당해 가열의 범위를, 상기 기체를 분사하는 위치의 이동에 따른 액막 제거 영역의 확대에 동기시켜, 상기 회전 중심으로부터 경방향 외방으로 이동시켜 확대시키는, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각 가열 공정은,
    상기 기판의 하면의 대략 전체면에 냉각액을 공급하여, 상기 액막을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하는 냉각 공정과,
    상기 기판의 하면의, 상기 액막 제거 영역에 대응하는 위치에, 가열 기체를 분사해, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정을 포함하고,
    상기 가열 범위 확대 공정은, 상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체를 분사하는 위치를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 따른, 상기 액막과 상기 액막 제거 영역의 경계의 이동에 동기시켜 이동시키는 분사 위치 이동 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 액막 제거 영역 형성 공정 내지 상기 액막 제거 영역 확대 공정에서는, 상기 기체를, 상기 기판의 상면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 상기 기판의 상면의 일단부에 분사함으로써, 당해 기판의 상면의, 상기 일단부 부근에, 상기 액막 제거 영역을 형성함과 더불어, 상기 기체를 분사하는 위치를, 상기 일단부로부터 상기 기판의 타단부 방향으로 이동시킴으로써, 상기 액막 제거 영역을 확대시키고,
    상기 냉각 가열 공정은,
    상기 기판의 하면의 대략 전체면에 냉각액을 공급하여, 상기 액막을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하는 냉각 공정과,
    가열 기체를, 상기 박층상의 기체와 평행한, 상기 기판의 하면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 상기 기판의 하면의, 상기 액막 제거 영역에 대응하는 위치에 분사해, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정을 포함하고,
    상기 가열 범위 확대 공정은, 상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체의 분사 위치를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 따른, 상기 액막과 상기 액막 제거 영역의 경계의 이동에 동기시켜 이동시키는 분사 위치 이동 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리액은 물을 포함하고, 상기 저표면장력액은 물보다 표면장력이 낮은 유기용제를 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛과,
    상기 기판 유지 유닛에서 수평으로 유지한 기판을, 당해 기판의 중앙부를 통과하는 연직의 회전축선 둘레로 회전시키는 기판 회전 유닛과,
    처리액을 상기 기판의 상면에 공급하기 위한 처리액 공급 유닛과,
    상기 기판에, 상기 기판의 상면측으로부터, 상기 처리액보다 표면장력이 낮은 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 공급하기 위한 기체 공급 유닛과,
    상기 기판의 하면측으로부터, 상기 기판을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하기 위한 냉각 유닛과,
    상기 기판의 하면측으로부터, 상기 기판을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하기 위한 가열 유닛과,
    상기 기판 유지 유닛, 상기 기판 회전 유닛, 상기 처리액 공급 유닛, 상기 기체 공급 유닛, 상기 냉각 유닛, 및 상기 가열 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 공정과, 상기 기판의 상면에 상기 처리액을 공급하여 액막을 형성하는 액막 형성 공정과, 상기 기판의 상면의 회전 중심 부근에, 상기 액막의 일부로부터 상기 처리액이 제거된 액막 제거 영역을 형성하는 액막 제거 영역 형성 공정과, 상기 액막 제거 영역을, 상기 회전 중심으로부터 경방향 외방으로 확대시키는 액막 제거 영역 확대 공정과, 상기 액막 제거 영역 확대 공정과 병행하여, 상기 액막 제거 영역과 인접하는 상기 액막의 내주측의 가장자리부에, 상기 기판의 상면측으로부터, 상기 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를 공급하는 증기 공급 공정과, 상기 액막 제거 영역 확대 공정과 병행하여, 상기 기판의 하면측으로부터, 상기 기판 상의 상기 액막 중 상기 가장자리부를 제외한 부분을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하면서, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 냉각 가열 공정과, 상기 기판의 하면측으로부터 상기 액막 제거 영역을 가열하는 범위를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 동기시켜 확대시키는 가열 범위 확대 공정과, 상기 액막 제거 영역 형성 공정, 상기 액막 제거 영역 확대 공정, 상기 증기 공급 공정, 상기 냉각 가열 공정, 및 상기 가열 범위 확대 공정과 병행하여, 상기 기판을, 상기 회전축선 둘레로 회전시키는 기판 회전 공정을 실행하는, 기판 처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉각 유닛은, 상기 기판의 하면에 냉각액을 공급하기 위한 냉각액 공급 유닛을 포함하고, 상기 가열 유닛은, 상기 기판의 하면에 가열 기체를 분사하기 위한 가열 기체 분사 유닛을 포함하고,
    상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체 분사 유닛으로부터의 상기 가열 기체의 분사 위치를 이동시키기 위한 이동 유닛을 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 기판의 하면의 대략 전체면에 냉각액을 공급하여, 상기 액막을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하는 냉각 공정, 및 상기 기판의 하면에 가열 기체를 분사해, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정을, 각각 상기 냉각 가열 공정으로서 실행하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체의 분사 위치를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 따른, 상기 액막과 상기 액막 제거 영역의 경계의 이동에 동기시켜 이동시키는 분사 위치 이동 공정을, 상기 가열 범위 확대 공정으로서 실행하는, 기판 처리 장치.
  8. 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛과,
    처리액을 상기 기판의 상면에 공급하기 위한 처리액 공급 유닛과,
    상기 기판의 상면에, 상기 처리액보다 표면장력이 낮은 저표면장력액의 증기를 포함하는 기체를, 상기 기판의 상면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 분사하기 위한 기체 공급 유닛과,
    상기 기판의 상면의, 상기 기체 공급 유닛으로부터의 상기 기체의 분사 위치를 이동시키기 위한 상면 이동 유닛과,
    상기 기판의 하면에 냉각액을 공급하기 위한 냉각액 공급 유닛과,
    상기 기판의 하면에, 가열 기체를, 상기 기판의 하면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 분사하기 위한 가열 기체 분사 유닛과,
    상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체 분사 유닛으로부터의 상기 가열 기체의 분사 위치를 이동시키기 위한 하면 이동 유닛과,
    상기 기판 유지 유닛, 상기 처리액 공급 유닛, 상기 기체 공급 유닛, 상기 상면 이동 유닛, 상기 냉각액 공급 유닛, 상기 가열 기체 분사 유닛, 및 상기 하면 이동 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 공정과, 상기 기판의 상면에 상기 처리액을 공급하여 액막을 형성하는 액막 형성 공정과, 상기 기체를, 상기 기판의 상면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 상기 기판의 상면의 일단부에 분사함으로써, 당해 기판의 상면의, 상기 일단부 부근에, 상기 액막의 일부로부터 상기 처리액이 제거된 액막 제거 영역을 형성하는 액막 제거 영역 형성 공정과, 상기 기체의 분사 위치를, 상기 일단부로부터 상기 기판의 타단부 방향으로 이동시킴으로써, 상기 액막 제거 영역을 확대시키는 액막 제거 영역 확대 공정과, 상기 기판의 하면의 대략 전체면에 냉각액을 공급하여, 상기 액막을, 상기 저표면장력액의 비점 미만의 온도로 냉각하는 냉각 공정과, 상기 가열 기체를, 상기 박층상의 기체와 평행한, 상기 기판의 하면의 전체 폭에 걸친 박층상으로서, 상기 기판의 하면의, 상기 액막 제거 영역에 대응하는 위치에 분사해, 상기 액막 제거 영역을, 상기 저표면장력액의 비점 이상의 온도로 가열하는 가열 공정과, 상기 기판의 하면의, 상기 가열 기체의 분사 위치를, 상기 액막 제거 영역의 확대에 따른, 상기 액막과 상기 액막 제거 영역의 경계의 이동에 동기시켜 이동시키는 분사 위치 이동 공정을 실행하는, 기판 처리 장치.
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