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KR20230140470A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20230140470A
KR20230140470A KR1020230033268A KR20230033268A KR20230140470A KR 20230140470 A KR20230140470 A KR 20230140470A KR 1020230033268 A KR1020230033268 A KR 1020230033268A KR 20230033268 A KR20230033268 A KR 20230033268A KR 20230140470 A KR20230140470 A KR 20230140470A
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KR
South Korea
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substrate
temperature
processing
substrate holding
temperature adjustment
Prior art date
Application number
KR1020230033268A
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Inventor
사야 이노우에
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 웨이퍼 등의 기판에 형성된 패턴의 도괴를 억제할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
기판 처리 장치는, 패턴 형성면에 액막이 형성된 기판을, 초임계 유체를 이용하여 건조시키는 기판 처리 장치로서, 상기 기판을 수용함과 더불어 상기 초임계 유체가 공급되는 처리 용기와, 상기 패턴 형성면을 상향으로 한 상태에서 상기 기판을 아래쪽에서 지지하고, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판을 유지하는 기판 유지부를 가지며, 상기 기판 유지부는, 상기 처리 용기에 마련된 개구부를 통해, 상기 처리 용기 내의 처리 위치와 상기 처리 용기로부터 후퇴한 후퇴 위치 사이에서 진퇴 가능하고, 상기 기판 유지부는, 상기 기판의 온도를 조정하는 복수의 온도 조정 기구를 포함하며, 상기 기판 유지부가 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판 내의 최고 온도 및 최저 온도가, 미리 정해진 온도 범위 내에 들도록, 상기 복수의 온도 조정 기구를 제어하는 제어부를 갖는다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 개시는, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 함) 등의 기판의 표면에 집적 회로의 적층 구조를 형성하는 반도체 장치의 제조 공정에 있어서는, 약액 세정 혹은 웨트 에칭 등의 액처리가 행해진다. 이러한 액처리로 웨이퍼의 표면에 부착된 액체 등을 제거할 때에, 최근에는, 초임계 상태의 처리 유체를 이용한 건조 방법이 이용되고 있다.
특허문헌 1에는, 이소프로필알코올의 액막이 패턴 형성면에 형성된 웨이퍼를 초임계 처리 장치로 반송하여, 건조를 행하는 기판 처리 장치가 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2018-074103호 공보
본 개시는, 웨이퍼 등의 기판에 형성된 패턴의 도괴를 억제할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 기판 처리 장치는, 패턴 형성면에 액막이 형성된 기판을, 초임계 유체를 이용하여 건조시키는 기판 처리 장치로서, 상기 기판을 수용함과 더불어 상기 초임계 유체가 공급되는 처리 용기와, 상기 패턴 형성면을 상향으로 한 상태에서 상기 기판을 아래쪽에서 지지하고, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판을 유지하는 기판 유지부를 가지며, 상기 기판 유지부는, 상기 처리 용기에 마련된 개구부를 통해, 상기 처리 용기 내의 처리 위치와 상기 처리 용기로부터 후퇴한 후퇴 위치 사이에서 진퇴 가능하고, 상기 기판 유지부는, 상기 기판의 온도를 조정하는 복수의 온도 조정 기구를 포함하며, 상기 기판 유지부가 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판 내의 최고 온도 및 최저 온도가, 미리 정해진 온도 범위 내에 들도록, 상기 복수의 온도 조정 기구를 제어하는 제어부를 갖는다.
본 개시에 따르면, 기판에 형성된 패턴의 도괴를 억제할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2는 액처리 유닛의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 3은 건조 유닛의 구성예를 나타낸 모식 사시도이다.
도 4는 건조 유닛의 구성예를 나타낸 모식 단면도이다.
도 5는 건조 유닛의 구성예를 나타낸 배관 계통도이다.
도 6은 IPA의 건조 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 7은 유지판의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 유지판의 동작의 일례를 나타낸 도면이다.
도 9는 유지판의 다른 구성예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 유지판의 동작의 일례를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본원이 개시하는 기판 처리 시스템 및 처리 유체 공급 방법의 실시형태를 상세히 설명한다. 또한, 이하에 나타낸 실시형태에 의해 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면은 모식적인 것이며, 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실과 상이한 경우가 있는 것에 유의해야 한다. 또한, 도면의 상호간에 있어서도, 서로의 치수 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 경우가 있다.
<기판 처리 장치의 구성>
우선, 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 구성에 대해서 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 구성예를 나타낸 도면이다. 또한, 이하에서는, 위치 관계를 명확히 하기 위해, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 규정하고, Z축 정방향을 연직 상향 방향으로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 반입/반출 스테이션(2)과, 처리 스테이션(3)을 구비한다. 반입/반출 스테이션(2)과 처리 스테이션(3)은 인접하여 설치된다.
반입/반출 스테이션(2)은, 캐리어 배치부(11)와, 반송부(12)를 구비한다. 캐리어 배치부(11)에는, 복수 장의 반도체 웨이퍼(W)[이하, 「웨이퍼(W)」라고 기재함]를 수평 상태로 수용하는 복수의 캐리어(C)가 배치된다.
반송부(12)는, 캐리어 배치부(11)에 인접하여 설치된다. 반송부(12)의 내부에는, 반송 장치(13)와 전달부(14)가 배치된다.
반송 장치(13)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 유지 기구를 구비한다. 또한, 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) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
처리 스테이션(3)은, 반송부(12)에 인접하여 설치된다. 처리 스테이션(3)은, 반송 블록(4)과, 복수의 처리 블록(5)을 구비한다.
반송 블록(4)은, 반송 영역(15)과, 반송 장치(16)를 구비한다. 반송 영역(15)은, 예컨대, 반입/반출 스테이션(2) 및 처리 스테이션(3)의 배열 방향(X축 방향)을 따라 연장되는 직방체형의 영역이다. 반송 영역(15)에는, 반송 장치(16)가 배치된다.
반송 장치(16)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 유지 기구를 구비한다. 또한, 반송 장치(16)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 연직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 웨이퍼 유지 기구를 이용하여 전달부(14)와 복수의 처리 블록(5) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
복수의 처리 블록(5)은, 반송 영역(15)의 양측에 있어서 반송 영역(15)에 인접하여 배치된다. 구체적으로는, 복수의 처리 블록(5)은, 반입/반출 스테이션(2) 및 처리 스테이션(3)의 배열 방향(X축 방향)에 직교하는 방향(Y축 방향)에 있어서의 반송 영역(15)의 일방측(Y축 정방향측) 및 타방측(Y축 부방향측)에 배치된다.
또한, 도시하고 있지는 않지만, 복수의 처리 블록(5)은, 연직 방향을 따라 다단(예컨대, 3단)으로 배치된다. 그리고, 각 단에 배치된 처리 블록(5)과 전달부(14) 사이의 웨이퍼(W)의 반송은, 반송 블록(4)에 배치된 1대의 반송 장치(16)에 의해 행해진다. 또한, 복수의 처리 블록(5)의 단수는 3단으로 한정되지 않는다.
각 처리 블록(5)은, 액처리 유닛(17)과, 건조 유닛(18)을 구비한다. 건조 유닛(18)은 기판 처리부의 일례이다.
액처리 유닛(17)은, 웨이퍼(W)의 패턴 형성면인 상면을 세정하는 세정 처리를 행한다. 또한, 액처리 유닛(17)은, 세정 처리 후의 웨이퍼(W)의 상면에 액막을 형성하는 액막 형성 처리를 행한다. 액처리 유닛(17)의 구성에 대해서는 후술한다.
건조 유닛(18)은, 액막 형성 처리 후의 웨이퍼(W)에 대하여 초임계 건조 처리를 행한다. 구체적으로는, 건조 유닛(18)은, 액막 형성 처리 후의 웨이퍼(W)를 초임계 상태의 처리 유체(이하, 「초임계 유체」라고도 호칭함)와 접촉시킴으로써동 웨이퍼(W)를 건조시킨다. 건조 유닛(18)의 구성에 대해서는 후술한다.
액처리 유닛(17) 및 건조 유닛(18)은, 반송 영역(15)을 따라(즉, X축 방향을 따라) 배열된다. 액처리 유닛(17)은 건조 유닛(18)보다 반입/반출 스테이션(2)에 가까운 쪽에 배치된다.
이와 같이, 각 처리 블록(5)은, 액처리 유닛(17)과 건조 유닛(18)을 각각 하나씩 구비한다. 즉, 기판 처리 장치(1)에는, 액처리 유닛(17)과 건조 유닛(18)이 동일한 수만큼 설치된다.
또한, 건조 유닛(18)은, 초임계 건조 처리가 행해지는 처리 영역(181)과, 반송 블록(4)과 처리 영역(181) 사이에서의 웨이퍼(W)의 전달이 행해지는 전달 영역(182)을 구비한다. 이들 처리 영역(181) 및 전달 영역(182)은, 반송 영역(15)을 따라 배열된다.
구체적으로는, 전달 영역(182)은 처리 영역(181)보다 액처리 유닛(17)에 가까운 쪽에 배치된다. 즉, 각 처리 블록(5)에는, 액처리 유닛(17), 전달 영역(182) 및 처리 영역(181)이, 반송 영역(15)을 따라 이 순서로 배치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 제어부(6)를 구비한다. 제어부(6)는, 예컨대 컴퓨터이며, 연산부(7)와 기억부(8)를 구비한다.
제어부(6)는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 입출력 포트 등을 갖는 마이크로 컴퓨터나 각종 회로를 포함한다. 이러한 마이크로 컴퓨터의 CPU는, ROM에 기억되어 있는 프로그램을 독출하여 실행함으로써, 반송 장치(13, 16), 액처리 유닛(17) 및 건조 유닛(18) 등의 제어를 실현한다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기억되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어부(6)의 기억부(8)에 인스톨된 것이어도 좋다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로서는, 예컨대 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 광디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
기억부(8)는, 예컨대, RAM, 플래시 메모리(Flash Memory) 등의 반도체 메모리 소자, 또는, 하드 디스크, 광 디스크 등의 기억 장치에 의해 실현된다.
상기한 바와 같이 구성된 기판 처리 장치(1)에서는, 우선, 반입/반출 스테이션(2)의 반송 장치(13)가, 캐리어 배치부(11)에 배치된 캐리어(C)로부터 웨이퍼(W)를 꺼내고, 꺼낸 웨이퍼(W)를 전달부(14)에 배치한다. 전달부(14)에 배치된 웨이퍼(W)는, 처리 스테이션(3)의 반송 장치(16)에 의해 전달부(14)로부터 꺼내어져, 액처리 유닛(17)으로 반입된다.
액처리 유닛(17)으로 반입된 웨이퍼(W)는, 액처리 유닛(17)에 의해 세정 처리 및 액막 형성 처리가 행해진 후, 반송 장치(16)에 의해 액처리 유닛(17)으로부터 반출된다. 액처리 유닛(17)으로부터 반출된 웨이퍼(W)는, 반송 장치(16)에 의해 건조 유닛(18)으로 반입되고, 건조 유닛(18)에 의해 건조 처리가 행해진다.
건조 유닛(18)에 의해 건조 처리된 웨이퍼(W)는, 반송 장치(16)에 의해 건조 유닛(18)으로부터 반출되어, 전달부(14)에 배치된다. 그리고, 전달부(14)에 배치된 처리를 끝낸 웨이퍼(W)는, 반송 장치(13)에 의해 캐리어 배치부(11)의 캐리어(C)로 되돌려진다.
<액처리 유닛의 구성>
다음에, 액처리 유닛(17)의 구성에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 액처리 유닛(17)의 구성예를 나타낸 도면이다. 액처리 유닛(17)은, 예컨대, 스핀 세정에 의해 웨이퍼(W)를 1장씩 세정하는 매엽식 세정 장치로서 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액처리 유닛(17)은, 처리 공간을 형성하는 외측 챔버(23) 내에 배치된 웨이퍼 유지 기구(25)로 웨이퍼(W)를 거의 수평으로 유지하고, 이 웨이퍼 유지 기구(25)를 연직축 주위로 회전시킴으로써 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
그리고, 액처리 유닛(17)은, 회전하는 웨이퍼(W)의 위쪽에 노즐 아암(26)을 진입시키고, 이러한 노즐 아암(26)의 선단부에 설치되는 약액 노즐(26a)로부터 약액이나 린스액을 미리 정해진 순서로 공급함으로써, 웨이퍼(W) 상면의 세정 처리를 행한다.
또한, 액처리 유닛(17)에는, 웨이퍼 유지 기구(25)의 내부에도 약액 공급로(25a)가 형성되어 있다. 그리고, 이러한 약액 공급로(25a)로부터 공급된 약액이나 린스액에 의해, 웨이퍼(W)의 하면도 세정된다.
세정 처리는, 예컨대, 처음에 알칼리성 약액인 SC1액(암모니아와 과산화 수소수의 혼합액)에 의한 파티클이나 유기성 오염물질의 제거가 행해진다. 다음에, 린스액인 탈이온수(DeIonized Water: 이하, 「DIW」라고 기재함)에 의한 린스 세정이 행해진다.
다음에, 산성 약약인 희불산 수용액(Diluted Hydro Fluoric acid: 이하, 「DHF」라고 기재함)에 의한 자연 산화막의 제거가 행해지고, 다음에, DIW에 의한 린스 세정이 행해진다.
전술한 각종 약액은, 외측 챔버(23)나, 외측 챔버(23) 내에 배치되는 내측컵(24)에 받아내어져, 외측 챔버(23)의 바닥부에 마련되는 배액구(23a)나, 내측컵(24)의 바닥부에 마련되는 배액구(24a)로부터 배출된다. 또한, 외측 챔버(23) 내의 분위기는, 외측 챔버(23)의 바닥부에 마련되는 배기구(23b)로부터 배기된다.
액막 형성 처리는, 세정 처리에 있어서의 린스 처리 후에 행해진다. 구체적으로는, 액처리 유닛(17)은, 웨이퍼 유지 기구(25)를 회전시키면서, 웨이퍼(W)의 상면 및 하면에 액체 상태의 IPA(IsoPropyl Alcohol)(이하, 「IPA 액체」라고 호칭함)를 공급한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 양면에 잔존하는 DIW가 IPA로 치환된다. 그 후, 액처리 유닛(17)은, 웨이퍼 유지 기구(25)의 회전을 천천히 정지한다.
액막 형성 처리를 끝낸 웨이퍼(W)는, 그 상면에 IPA 액체의 액막이 형성된 상태인 채, 웨이퍼 유지 기구(25)에 설치된 도시하지 않은 전달 기구에 의해 반송 장치(16)에 전달되어, 액처리 유닛(17)으로부터 반출된다.
웨이퍼(W) 상에 형성된 액막은, 액처리 유닛(17)으로부터 건조 유닛(18)으로의 웨이퍼(W)의 반송중이나, 건조 유닛(18)으로의 반입 동작 중에, 웨이퍼(W) 상면의 액체가 증발(기화)함으로써 패턴 도괴가 발생하는 것을 방지한다.
<건조 유닛의 구성>
계속해서, 건조 유닛(18)의 구성에 대해서, 도 3∼도 5를 참조하면서 설명한다. 도 3은 건조 유닛(18)의 구성예를 나타낸 모식 사시도이다. 도 4는 건조 유닛(18)의 구성예를 나타낸 모식 단면도이다. 도 5는 건조 유닛(18)의 구성예를 나타낸 배관 계통도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 건조 유닛(18)은, 처리 영역(181)에 처리 용기(311)를 갖는다. 처리 용기(311)에, 웨이퍼(W)의 반입/반출용 개구부(312)가 형성되어 있다. 건조 유닛(18)은, 또한, 처리 대상인 웨이퍼(W)를 수평으로 유지하는 유지판(316)(기판 유지부)과, 이 유지판(316)을 지지함과 더불어, 웨이퍼(W)를 처리 용기(311) 내에 반입했을 때 개구부(312)를 밀폐하는 덮개 부재(315)를 구비한다. 유지판(316)은, 액처리 유닛(17)에 의해 액막이 형성된 패턴 형성면(상면)을 상향으로 한 상태에서 웨이퍼(W)를 아래쪽에서 지지하고, 처리 용기(311) 내에서 웨이퍼(W)를 유지한다. 유지판(316)은, 처리 용기(311)에 마련된 개구부(312)를 통해, 처리 용기(311) 내의 처리 위치와 처리 용기(311)로부터 후퇴한 후퇴 위치 사이에서 진퇴 가능하다. 처리 용기(311) 내의 처리 위치는 처리 영역(181) 내에 있고, 처리 용기(311)로부터 후퇴한 후퇴 위치는 전달 영역(182) 내에 있다.
처리 용기(311)는, 예컨대 직경 300 mm의 웨이퍼(W)를 수용 가능한 처리 공간이 내부에 형성된 용기이다. 처리 용기(311) 내부의 일단측에 유체 공급 헤더(317)가 설치되고, 타단측에 유체 배출 헤더(318)가 설치되어 있다. 도시예에서는, 유체 공급 헤더(317)는, 다수의 개구가 마련된 블록체를 포함하고, 유체 배출 헤더(318)는 다수의 개구(유체 배출구)가 마련된 관을 포함한다. 유체 공급 헤더(317)의 제1 유체 공급구는, 유지판(316)에 의해 유지된 웨이퍼(W)의 상면보다 약간 높은 위치에 있는 것이 바람직하다.
유체 공급 헤더(317) 및 유체 배출 헤더(318)의 구성은 도시예에 한정되지 않고, 예컨대, 유체 배출 헤더(318)를 블록체로부터 형성하여도 좋고, 유체 공급 헤더(317)를 관으로부터 형성하여도 좋다.
유지판(316)을 아래쪽에서 보면, 유지판(316)은, 웨이퍼(W)의 하면의 거의 전역을 덮고 있다. 유지판(316)은, 덮개 부재(315)측의 단부에 개구(316a)를 갖고 있다. 유지판(316)의 위쪽 공간에 있는 처리 유체는, 개구(316a)를 지나, 유체 배출 헤더(318)로 유도된다. 예컨대, 유지판(316)은 스테인리스제이며, 유지판(316)의 열전도율은 16.7 W/(m·K) 정도이다.
유체 공급 헤더(317)는, 실질적으로 수평 방향을 향해 처리 유체를 처리 용기(311) 내에 공급한다. 여기서 말하는 수평 방향이란, 중력이 작용하는 연직 방향과 수직인 방향으로서, 통상은, 유지판(316)에 유지된 웨이퍼(W)의 평탄한 표면이 연장되는 방향과 평행한 방향이다.
유체 배출 헤더(318)를 통해, 처리 용기(311) 내의 유체가 처리 용기(311)의 외부로 배출된다. 유체 배출 헤더(318)를 통해 배출되는 유체에는, 유체 공급 헤더(317)를 통해 처리 용기(311) 내에 공급된 처리 유체 외에, 웨이퍼(W)의 표면에 부착되어 처리 유체에 용해된 IPA도 포함된다.
처리 용기(311)의 바닥부에는, 처리 유체를 처리 용기(311)의 내부에 공급하는 유체 공급 노즐(341)이 설치되어 있다. 도시예에서는, 유체 공급 노즐(341)은, 처리 용기(311)의 바닥벽에 뚫린 개구를 포함한다. 유체 공급 노즐(341)은, 웨이퍼(W)의 중심부의 아래쪽(예컨대, 바로 아래)에 위치하고, 웨이퍼(W)의 중심부(예컨대, 수직 방향 위쪽)를 향해, 처리 유체를 처리 용기(311) 내로 공급한다.
건조 유닛(18)은, 도시하지 않은 압박 기구를 더 구비한다. 이 압박 기구는, 처리 공간 내에 공급된 초임계 상태의 처리 유체에 의해 초래되는 내압에 대항하여, 처리 용기(311)를 향해 덮개 부재(315)를 압착하고, 처리 공간을 밀폐하는 역할을 수행한다. 또한, 처리 공간 내에 공급된 처리 유체가 초임계 상태의 온도를 유지할 수 있도록, 처리 용기(311)의 천장벽 및 바닥벽에, 단열재, 테이프 히터 등(도시하지 않음)을 설치하는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 건조 유닛(18)은, 처리 유체의 공급원인 유체 공급 탱크(51)를 갖는다. 유체 공급 탱크(51)에는, 주공급 라인(50)이 접속되어 있다. 주공급 라인(50)은, 중간에, 처리 용기(311) 내의 유체 공급 헤더(317)에 접속된 제1 공급 라인(63)과, 유체 공급 노즐(341)에 접속된 제2 공급 라인(64)으로 분기된다.
유체 공급 탱크(51)와 유체 공급 헤더(317) 사이[즉 주공급 라인(50) 및 이것에 이어지는 제1 공급 라인(63)]에는, 기화기(71) 및 개폐 밸브(55a)가 상류측에서부터 이 순서로 설치되어 있다. 기화기(71)는 유체 공급 탱크(51)로부터 공급된 처리 유체를 기화시켜, 소정 온도의 기체를 하류측에 공급한다. 제2 공급 라인(64)은, 기화기(71)와 개폐 밸브(55a) 사이의 위치에서 주공급 라인(50)으로부터 분기되어 있다. 제2 공급 라인(64)에는, 개폐 밸브(55b)가 설치되어 있다.
처리 용기(311) 내의 유체 배출 헤더(318)에는, 배출 라인(65)이 접속되어 있다. 배출 라인(65)에는, 개폐 밸브(55c) 및 압력 조정 밸브(55d)가, 상류측에서부터 차례로 설치되어 있다. 압력 조정 밸브(55d)의 개도(開度)는, 제어부(6)에 의해 조정된다. 제어부(6)는, 예컨대 압력 조정 밸브(55d)의 개도의 PID 제어(Proportional-Integral-Differential Controller)를 행한다.
기화기(71)와 개폐 밸브(55a 및 55b) 사이에 라인 히터(H1)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(55b)와 유체 공급 노즐(341) 사이에 라인 히터(H2 및 H3)가 설치되어 있다. 라인 히터(H2)는 라인 히터(H3)보다 상류측에 설치되어 있다. 개폐 밸브(55a)와 유체 공급 헤더(317) 사이에 라인 히터(H4)가 설치되어 있다. 라인 히터(H1∼H4)의 설정 온도는, 제어부(6)에 의해 독립적으로 제어할 수 있다.
건조 유닛(18)의 유체가 흐르는 라인의 다양한 장소에, 라인 내의 압력을 검출하는 압력 센서 및 유체의 온도를 검출하는 온도 센서가 설치된다. 또한, 처리 용기(311) 내의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(53) 및 처리 용기(311) 내의 유체의 온도를 검출하기 위한 온도 센서(54)가 설치되어 있다.
제어부(6)는, 도 5에 도시된 각종 센서[압력 센서(53), 온도 센서(54) 등]로부터 계측 신호를 수신하고, 각종 기능 요소에 제어 신호[개폐 밸브(55a∼55c)의 개폐 신호, 압력 조정 밸브(55d)의 개도 신호 등]를 송신한다.
[초임계 건조 처리]
다음에, 초임계 상태의 처리 유체[예컨대 이산화탄소(CO2)]를 이용한 IPA의 건조 메커니즘에 대해서, 도 6을 참조하여 간단히 설명한다. 도 6은 IPA의 건조 메커니즘을 나타낸 도면이다.
초임계 상태의 처리 유체(R)가 처리 용기(311) 내에 도입된 직후에는, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 패턴(P)의 오목부 내에는 IPA만이 존재한다.
오목부 내의 IPA는, 초임계 상태의 처리 유체(R)와 접촉함으로써, 서서히 처리 유체(R)에 용해되고, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 서서히 처리 유체(R)로 치환되어 간다. 이때, 오목부 내에는 IPA 및 처리 유체(R) 외에, IPA와 처리 유체(R)가 혼합된 상태의 혼합 유체(M)가 존재한다.
오목부 내에서 IPA로부터 처리 유체(R)로의 치환이 진행됨에 따라, 오목부 내에 존재하는 IPA가 감소하고, 최종적으로는 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 오목부 내에는 초임계 상태의 처리 유체(R)만이 존재하게 된다.
오목부 내로부터 IPA가 제거된 후에, 처리 용기(311) 내의 압력을 대기압까지 낮춤으로써, 도 6(d)에 도시된 바와 같이, 처리 유체(R)는 초임계 상태로부터 기체 상태로 변화되고, 오목부 내부는 기체만으로 점유된다. 이와 같이 하여 패턴(P)의 오목부 내의 IPA가 제거되고, 웨이퍼(W)의 건조 처리는 완료된다.
한편, 여기까지 설명한 기판 처리 장치(1)에 있어서의 처리 유체(R)를 이용한 건조 처리에 있어서, 패턴 도괴가 발생하는 경우가 있다. 패턴 도괴가 발생하는 원인의 하나로서, 웨이퍼(W)가 전달 영역(182) 내의 후퇴 위치에 있을 때에, 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성이 저하되고, 마랑고니력(Marangoni Force)에 의해 IPA의 액막이 유동되고 있는 것을 생각할 수 있다. 또한, 패턴 도괴가 발생하는 원인의 다른 하나로서, IPA의 일부가 기화되고 있는 것도 생각할 수 있다. 특히, 웨이퍼(W)가 전달 영역(182) 내의 후퇴 위치에 있을 때에, 건조 처리가 행해진 후의 처리 용기(311)의 온도가 높아지고 있는 경우에, IPA의 유동 또는 기화가 생기기 쉽다고 생각된다.
본원 발명자들이 이들 지견에 기초하여 예의 검토를 더 거듭한 결과, 유지판(316)에 웨이퍼(W)의 온도를 조정하는 온도 조정 기구를 설치하고, 제어부(6)에 의해, 유지판(316)이 후퇴 위치에 있을 때에, 유지판(316)에 유지된 웨이퍼(W) 내의 최고 온도 및 최저 온도가, 미리 정해진 온도 범위 내에 들도록, 온도 조정 기구를 제어함으로써, 후퇴 위치에서의 IPA의 유동 및 기화를 억제하고, 패턴 도괴를 억제할 수 있는 것이 밝혀졌다.
(유지판)
여기서, 유지판(316)의 상세한 내용에 대해서 설명한다. 도 7은 유지판(316)의 구성예를 나타낸 도면이다.
유지판(316)의 제1 예는, 도 7에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 온도를 조정하는 온도 조정 기구(110)와, 온도 센서(120)를 갖는다. 유지판(316)에는 웨이퍼(W)의 승강을 위한 핀이 관통하는 3개의 개구부(30)가 형성되어 있다.
온도 조정 기구(110)는, 유지판(316)의 웨이퍼(W)가 배치되는 기판 배치 영역(130) 내에 복수 설치되어 있다. 온도 조정 기구(110)는, 예컨대 섬 모양으로 배치되어 있다. 예컨대, 기판 배치 영역(130)은 원 형상의 영역이며, 1개의 온도 조정 기구(110)는 기판 배치 영역(130)의 중심에 배치되고, 다른 온도 조정 기구(110)는 기판 배치 영역(130)과 중심을 공통으로 하는 복수의 대략 동심원 상에 배치되어 있다. 온도 조정 기구(110)는, 예컨대, 펠티에 소자, 실리콘 고무 히터, 알루미늄박 히터 또는 카본 히터 등을 포함한다. 각 온도 조정 기구(110)에 의한 열의 출력은, 제어부(6)에 의해 독립적으로 제어할 수 있다. 예컨대, 온도 조정 기구(110)는, 적어도 유지판(316)의 진퇴 방향(X축 방향)으로 기판 배치 영역(130)을 2단계의 온도로 조정할 수 있도록 배치되어 있다.
온도 센서(120)는, 기판 배치 영역(130) 내에 복수 설치되어 있다. 온도 센서(120)는, 예컨대 원 형상 또는 원호형으로 배치되어 있다. 예컨대, 온도 센서(120)는 기판 배치 영역(130)과 중심을 공통으로 하는 복수의 대략 동심원 상에 배치되어 있다. 온도 센서(120)는, 예컨대, 열전대, 서미스터 측온체 또는 백금 측온 저항체 등을 포함한다.
이러한 구성의 유지판(316)을 이용한 건조 처리에서는, 우선, 반송 영역(15) 내에 배치된 반송 장치(16)로부터 전달 영역(182) 내의 유지판(316) 상에 웨이퍼(W)가 배치된다. 제어부(6)는, 온도 센서(120)에 의한 온도 측정 결과를 받아, 온도 측정 결과에 기초하여 온도 조정 기구(110)를 제어한다. 즉, 온도 센서(120)는, 유지판(316)에 유지된 웨이퍼(W) 내의 최고 온도 및 최저 온도가 미리 정해진 온도 범위 내에 들도록 온도 조정 기구(110)를 제어한다. 미리 정해진 온도 범위에서의 최고 온도와 최저 온도의 차는, 예컨대, 3℃ 이하이고, 바람직하게는 2℃ 이하이며, 더욱 바람직하게는 1℃ 이하이다.
웨이퍼(W)가 전달 영역(182) 내의 후퇴 위치에 있을 때에, 처리 용기(311)의 온도가 높아지고 있는 경우, 웨이퍼(W)의 온도는, 처리 용기(311)에 가까운 부분에서 높고, 처리 용기(311)에서 멀어진 부분에서 낮아지기 쉽다. 예컨대, 반송 영역(15) 내에 있을 때의 웨이퍼(W)의 온도가 24℃∼26℃ 정도일 경우, 전달 영역(182) 내의 후퇴 위치에서 웨이퍼(W)가 대기하고 있는 동안에, 웨이퍼(W)의 처리 용기(311)에 가까운 부분의 온도는 32℃ 정도까지 상승할 수 있다. 이러한 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(6)는, 기판 배치 영역(130) 내의 처리 용기(311)에 가까운 제1 영역(131)에 있어서, 제1 영역(131)보다 처리 용기(311)에서 먼 제2 영역(132)보다, 온도 조정 기구(110)에 의한 열의 출력이 낮아지는 제어를 행한다. 예컨대, 제1 영역(131) 내의 온도 조정 기구(110)는 웨이퍼(W)를 냉각하는 온도 조정을 행하고, 제2 영역(132) 내의 온도 조정 기구(110)는 웨이퍼(W)를 가열하는 온도 조정을 행한다. 또한, 예컨대, 제1 영역(131) 내의 온도 조정 기구(110)는 웨이퍼(W)를 냉각하는 온도 조정을 행하고, 제2 영역(132) 내의 온도 조정 기구(110)는 온도 조정을 행하지 않도록 하여도 좋다. 또한, 도 8에 있어서, 온도 조정 기구(110)에 부여된 배껍질 모양이 빽빽할수록, 열의 출력이 높은 것을 나타내고 있다. 후술하는 도 10에 있어서도 동일하다.
이러한 온도 조정의 결과, 제1 영역(131)의 온도와 제2 영역(132)의 온도의 차가 작아지고, 웨이퍼(W) 내의 최고 온도와 최저 온도의 차도 작아진다. 따라서, 마랑고니력에 의한 액막의 유동이 억제되어, 액막의 유동에 따른 패턴 도괴를 억제할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W) 내의 최고 온도를 미리 정해진 온도 범위 내에 들게 함으로써, 액막의 기화가 억제되어, 액막의 기화에 따른 패턴 도괴도 억제할 수 있다.
온도 조정 기구(110)를 이용한 웨이퍼(W)의 온도 제어가 행해지지 않을 경우, 특히 웨이퍼(W)의 처리 용기(311)에 가까운 에지 부분에 있어서 IPA의 유동 및 기화가 생겨, 패턴 도괴가 발생하기 쉽다. 이에 반해, 상기와 같은 웨이퍼(W)의 온도 제어가 행해짐으로써, 웨이퍼(W)의 처리 용기(311)에 가까운 에지 부분에 있어서의 패턴 도괴를 억제할 수 있다.
또한, 제어부(6)에 의한 온도 조정 기구(110)의 출력 제어는 2단계여도 좋고, 3단계 이상이어도 좋다. 단계수가 많을수록, 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성을 보다 높일 수 있다.
제어부(6)에 의한 온도 조정 기구(110)의 제어는, 유지판(316)이 웨이퍼(W)를 유지하기 전에 유지판(316)이 상기 후퇴 위치에 있을 때에도 행해지는 것이 바람직하다. 예컨대, 유지판(316)이, 미리 정해진 온도 분포를 갖도록 제어부(6)에 의한 온도 조정 기구(110)의 제어가 행해지는 것이 바람직하다. 이러한 제어가 행해짐으로써, 유지판(316) 상에 배치된 웨이퍼(W)는, 신속하게 온도 조정 기구(110)에 의한 온도 제어를 받을 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)는 처리 용기(311)로부터의 열의 영향을 받기 어렵게 된다.
제어부(6)는, 유지판(316)의 전달 영역(182) 내의 후퇴 위치로부터 처리 영역(181) 내의 처리 위치로의 이동이 시작되고 나서 완료될 때까지 온도 조정 기구(110)의 제어를 계속하는 것이 바람직하다. 유지판(316)의 이동 중에도 웨이퍼(W)가 처리 용기(311) 내의 열의 영향을 받지만, 온도 조정 기구(110)의 제어가 계속됨으로써, IPA의 유동 및 기화를 억제하여 패턴 도괴를 억제할 수 있다.
제어부(6)는, 유지판(316)의 처리 위치로의 이동이 완료된 후에, 처리 용기(311) 내에서 온도 조정 기구(110)의 제어를 계속하여도 좋다. 처리 용기(311) 내에서는, 초임계 유체가 흐르기 때문에, 초임계 유체의 유동에 따라 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성이 저하될 우려가 있다. 이에 반해, 처리 용기(311) 내에서도 온도 조정 기구(110)의 제어를 계속함으로써, 초임계 유체의 유동 중에도 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성 저하에 따른 패턴 도괴를 억제할 수 있다.
또한, 유지판(316)이 후퇴 위치에 있을 때에 발생하는 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성 저하의 원인은 처리 용기(311)로부터의 열만이 아니다. 예컨대, 전달 영역(182) 내의 온도보다 반송 영역(15) 내의 온도가 낮은 경우에는, 유지판(316)의 반송 영역(15)에 가까운 부분의 온도가, 반송 영역(15)에서 멀어진 부분의 온도보다 낮아지는 경우가 있고, 이러한 경우에도 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성이 저하될 수 있다. 본 실시형태에 따르면, 이러한 경우에도, 제어부(6)에 의한 온도 조정 기구(110)의 제어에 의해 웨이퍼(W)의 온도 분포의 균일성 저하를 억제하여, 패턴 도괴를 억제할 수 있다.
상기한 실시형태에서는, 온도 조정 기구(110)이 섬 모양으로 배치되고, 온도 센서(120)가 원 형상 또는 원호형으로 배치되어 있지만, 본 개시는 이러한 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 온도 조정 기구(110)가 원호형으로 배치되고, 온도 센서(120)가 섬 모양으로 배치되어도 좋다.
도 9에 도시된 유지판(316)이 이용되는 경우, 웨이퍼(W)가 전달 영역(182) 내의 후퇴 위치에 있을 때에, 처리 용기(311)의 온도가 높아지고 있으면, 도 10에 도시된 바와 같이, 제어부(6)는, 기판 배치 영역(130) 내의 처리 용기(311)에 가까운 제1 영역(131)에 있어서, 제2 영역(132)보다 온도 조정 기구(110)에 의한 열의 출력이 낮아지는 제어를 행한다.
상기한 실시형태에서는, 온도 센서(120)가 유지판(316)에 설치되어 있지만, 후퇴 위치의 위쪽에 다른 온도 센서가 배치되고, 상기 온도 센서에 의해 웨이퍼(W) 또는 유지판(316)의 온도를 측정하여도 좋다. 이 경우, 제어부(6)는, 상기 온도 센서에 의한 온도 측정의 결과에 기초하여 온도 조정 기구(110)를 제어할 수 있다. 이러한 온도 센서는, 예컨대 전달 영역(182)의 공간 내에 배치된다. 예컨대, 하나의 온도 센서에 의해, 주사하면서 웨이퍼(W) 또는 유지판(316)의 복수 지점의 온도를 측정하여도 좋고, 복수의 온도 센서에 의해 웨이퍼(W) 또는 유지판(316)의 복수 지점의 온도를 측정하여도 좋다.
이상, 바람직한 실시형태 등에 대해서 상세히 설명하였으나, 전술한 실시형태 등에 제한되지 않고, 특허청구범위에 기재된 범위를 일탈하는 일없이, 전술한 실시형태 등에 여러 가지 변형 및 치환을 가할 수 있다.

Claims (14)

  1. 패턴 형성면에 액막이 형성된 기판을, 초임계 유체를 이용하여 건조시키는 기판 처리 장치로서,
    상기 기판을 수용함과 더불어 상기 초임계 유체가 공급되는 처리 용기와,
    상기 패턴 형성면을 상향으로 한 상태에서 상기 기판을 아래쪽에서 지지하고, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판을 유지하는 기판 유지부
    를 포함하고,
    상기 기판 유지부는, 상기 처리 용기에 마련된 개구부를 통해, 상기 처리 용기 내의 처리 위치와 상기 처리 용기로부터 후퇴한 후퇴 위치 사이에서 진퇴 가능하고,
    상기 기판 유지부는, 상기 기판의 온도를 조정하는 복수의 온도 조정 기구를 포함하며,
    상기 기판 유지부가 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판 내의 최고 온도 및 최저 온도가, 미리 정해진 온도 범위 내에 들도록, 상기 복수의 온도 조정 기구를 제어하는 제어부를 갖는 것인, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판 유지부가 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 상기 기판의 온도가 높은 부분일수록 온도가 저하되도록 상기 온도 조정 기구를 제어하는 것인, 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판 유지부가 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 상기 기판 유지부의 상기 기판이 배치되는 기판 배치 영역 내의 제1 영역에 있어서, 상기 기판 배치 영역 내의 상기 제1 영역보다 상기 처리 용기에서 먼 제2 영역보다, 상기 온도 조정 기구에 의한 열의 출력이 낮아지는 제어를 행하는 것인, 기판 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판 유지부가 상기 기판을 유지하기 전에 상기 기판 유지부가 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 상기 기판 유지부가, 미리 정해진 온도 분포를 갖도록 상기 온도 조정 기구를 제어하는 것인, 기판 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판 유지부의 상기 후퇴 위치로부터 상기 처리 위치로의 이동이 시작되고 나서 완료될 때까지 상기 복수의 온도 조정 기구의 제어를 계속하는 것인, 기판 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 후퇴 위치의 위쪽에 배치되고, 상기 기판 또는 상기 기판 유지부의 복수 지점의 온도를 측정하는 온도 센서를 가지며,
    상기 제어부는, 상기 온도 센서에 의한 온도 측정의 결과에 기초하여 상기 온도 조정 기구를 제어하는 것인, 기판 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판 유지부에 설치되고, 상기 기판 유지부의 온도를 측정하는 복수의 온도 센서를 가지며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 온도 센서에 의한 온도 측정의 결과에 기초하여 상기 온도 조정 기구를 제어하는 것인, 기판 처리 장치.
  8. 패턴 형성면에 액막이 형성된 기판을 수용함과 더불어 초임계 유체가 공급되는 처리 용기와,
    상기 패턴 형성면을 상향으로 한 상태에서 상기 기판을 아래쪽에서 지지하고, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판을 유지하는 기판 유지부
    를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서,
    상기 기판 유지부는, 상기 처리 용기에 마련된 개구부를 통해, 상기 처리 용기 내의 처리 위치와 상기 처리 용기로부터 후퇴한 후퇴 위치 사이에서 진퇴 가능하며,
    상기 기판 유지부는, 상기 기판의 온도를 조정하는 복수의 온도 조정 기구를 포함하고,
    상기 기판 유지부가 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판 내의 최고 온도 및 최저 온도가, 미리 정해진 온도 범위 내에 들도록, 상기 복수의 온도 조정 기구를 제어하는 공정과,
    상기 초임계 유체를 이용하여, 상기 기판 유지부에 유지된 상기 기판을 상기 처리 용기 내에서 건조시키는 공정
    을 포함하는 것인, 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 온도 조정 기구를 제어하는 공정에 있어서, 상기 기판 유지부가 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 상기 기판의 온도가 높은 부분일수록 온도가 저하되도록 상기 온도 조정 기구를 제어하는 것인, 기판 처리 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 복수의 온도 조정 기구를 제어하는 공정에 있어서, 상기 기판 유지부가 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 상기 기판 유지부의 상기 기판이 배치되는 기판 배치 영역 내의 제1 영역에 있어서, 상기 기판 배치 영역 내의 상기 제1 영역보다 상기 처리 용기에서 먼 제2 영역보다, 상기 온도 조정 기구에 의한 열의 출력이 낮아지는 제어를 행하는 것인, 기판 처리 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 복수의 온도 조정 기구를 제어하는 공정에 있어서, 상기 기판 유지부가 상기 기판을 유지하기 전에 상기 기판 유지부가 상기 후퇴 위치에 있을 때에, 상기 기판 유지부가, 미리 정해진 온도 분포를 갖도록 상기 온도 조정 기구를 제어하는 것인, 기판 처리 방법.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 복수의 온도 조정 기구를 제어하는 공정에 있어서, 상기 기판 유지부의 상기 후퇴 위치로부터 상기 처리 위치로의 이동이 시작되고 나서 완료될 때까지 상기 복수의 온도 조정 기구의 제어를 계속하는 것인, 기판 처리 방법.
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는, 상기 후퇴 위치의 위쪽에 배치되고, 상기 기판 또는 상기 기판 유지부의 복수 지점의 온도를 측정하는 온도 센서를 가지며,
    상기 복수의 온도 조정 기구를 제어하는 공정에 있어서, 상기 온도 센서에 의한 온도 측정의 결과에 기초하여 상기 온도 조정 기구를 제어하는 것인, 기판 처리 방법.
  14. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는, 상기 기판 유지부에 설치되고, 상기 기판 유지부의 온도를 측정하는 복수의 온도 센서를 가지며,
    상기 복수의 온도 조정 기구를 제어하는 공정에 있어서, 상기 복수의 온도 센서에 의한 온도 측정의 결과에 기초하여 상기 온도 조정 기구를 제어하는 것인, 기판 처리 방법.
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