KR100244439B1 - 소수화처리방법및장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 웨이퍼의 소수화 처리를 행하기 위한 어드히젼 장치는, 처리액인 HMDS 를 저류하는 탱크와, 탱크로부터의 HMDS 의 증기 캐리어가스의 혼합처리가스를 웨이퍼의 표면에 공급하여 처리하는 처리용기를 구비한다. 처리용기내에는, 웨이퍼를 처리중에 얹어놓는 얹어놓는대가 배열설치된다. 얹어놓는대에는, 웨이퍼의 온도를 제어하기 위하여, 히이터와, 냉각용수를 통과시키는 냉각통로가 내장된다. 처리용기의 배기관에는, 배기가스중의 HMDS 농도를 측정하는 농도측정부가 배열설치된다. 온도 제어신호는 온도조절부에 전달되고, 온도조절부는 이 신호에 따라서, 히이터로의 공급전류, 또는 냉각통로로의 냉각용수의 공급유량을 조절하고, 얹어놓는부의 온도를 변경한다.

Description

소수화(疎水化) 처리방법 및 장치
제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 소수화 처리장치를 나타내는 개략도.
제2도는 본 발명의 제2실시예에 관한 소수화 처리장치를 나타내는 개략도.
제3도는 본 발명의 제1도 또는 제2도에 나타낸 장치를 가지는 레지스트도포 및 현상시스템을 나타내는 개략평면도.
제4도는 2개의 농도측정부를 이용하는 경우의 변경례를 나타내는 도면.
제5도는 제1도 또는 제2도에 나타낸 장치의 농도측정부의 내부를 나타내는 개략측면도.
제6도는 합성 2 분자막 센서를 확대하여 나타내는 측면도.
제7도는 소수화처리의 평가를 행하기 위하여 웨이퍼상에 물방울을 형성한 상태를 나타내는 도면.
제8도는 HMDS 의 농도와 합성 2 분자막센서의 진동수변화량과의 관계를 나타내는 그래프.
제9도는 처리온도와, 소수화처리의 평가기준으로 되는 웨이퍼상에 형성된 물방울의 접촉각의 관계를 나타내는 그래프.
제10도는 처리시간과 상기 접촉각의 관계를 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 소수화(疎水化) 처리장치(어드히젼 처리장치)
2 : 탱크 3 : 처리용기
4 : 농도측정부 5 : 제어부
6: : HMDS 7 : 버블러
8, 14, 16 : 관 8a : 가스원
9 : 유량계 10 : 3 방향 밸브
11, 12 : 공급관 13 : 유량조절밸브
15 : 개방밸브 17 : 벨 마우스(bell mouth)
18 : 확산구멍 19 : 확산판
20 : 온도조절부 21 : 얹어놓는대
22 : 히이터 23 : 냉각통로
24 : 배기관 24a : 진공펌프
25 : 콘테이너 26 : 합성 2 분자막 센서
27 : 리이드 묶음 28 : 모니터
29 : 바이패스 라인 30 : 처리유니트
31 : 스톡유니트 32, 33 : 웨이퍼 카셋트
34 : 아암 35 : X 방향 이동기구
36 : Y 방향 이동기구 37 : θ방향 이동기구
38 : 테이블 39a, 39b : 도포장치
40 : 냉각장치 41 : 베이크 장치
42 : 반송장치 42a : 아암
43 : 반송로 44 : 뚜껑
46, 48 : 관소자 52 : 지지관
54 : 플러그 소켓 56 : 수정진동자
58 : 전극 62 : 합성 2 분자막
70a, 70b, 72a, 72b : 전자식 개폐밸브
본 발명은, 반도체웨이퍼등의 기판의 표면을 기화된 처리액에 의하여 소수화(疎水化)처리하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체처리 공정에 있어서는 피처리기판 예를 들면 반도체웨이퍼상에 포토레지스트막을 형성하는 공정이 행해지고 있다. 웨이퍼는, 레지스트막 형성전에 있어서는, 표면이 대기중의 수분과 결합하여 표면에 OH 기가 존재하고 친수성(親水性)으로 되어 있다. 이 상태에서 레지스트를 도포하면, 현상처리중에 레지스트기판 경계면에 물이 침투하여 레지스트막이 박리할 우려가 있다.
이때문에, 레지스트의 밀착성을 강화하기 위하여, 레지스트 도포전의 웨이퍼표면에 헥사메틸디실라산 {(CH3)3SINHSi(CH3)3, 이하 HMDS 라 함} 가스를 부착시켜서 표면의 OH 기를 Si(CH3)3와 치환함으로써 웨이퍼 표면을 소수화하는 처리가 행해지고 있다. 이 소수화 처리는 레지스트의 밀착성을 강화하는 것이므로, 별칭으로 어드히젼 처리라고도 불리운다.
소수화 처리 또는 어드히젼 처리에 있어서는 캐리어 가스중에 함유된 HMDS 의 농도를 레지스트막의 박리 방지에 최적인 상태로 할 필요가 있다. 이를 위하여, 종래에는, 예를 들면 HMDS 액의 희석율이나 온도를 바꾸는 방법, HMDS 의 액량을 바꾸는 방법, HMDS 의 기화용 캐리어 가스(N2가스)의 유량을 바꾸는 방법, 모세관현상을 이용하여 HMDS 의 증발면적을 바꾸는 방법등이 행해지고 있다.
그러나, HMDS 액의 희석율이나 온도를 바꾸는 방법에 있어서는, 제어부와 처리부가 비교적 떨어진 위치에 자리잡고 있기 때문에, 처리부에서의 적정한 상태를 유지하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있다. 더욱이, HMDS 의 온도를 제어하는 방법에 있어서는 제어부가 대규모로 되어 복잡하게 됨과 동시에, 제어가 번잡하다고 하는 문제가 있다. 또한, HMDS 의 액량을 바꾸는 방법, HMDS 의 기화용 N2가스의 유량을 바꾸는 방법이나 HMDS 의 증발면적을 바꾸는 방법등에 있어서는, 미세한 제어를 행하는 것이 불가능하고, 레지스트의 면박리방지가 불충분하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은, 소수화 처리의 진행도를 용이하면서도 확실하게 제어할수 있는 소수화처리방법 및 장치를 제공하는 것이다.
[실시예]
본 발명에 관한 소수화 처리 또는 어드히젼 장치는, 예를 들면 제3도에 나타낸 레지스트도포 및 현상시스템에 조립되어 사용된다. 이 시스템은, 웨이퍼(W)에 여러가지의 처리를 행하는 처리유니트(30)와, 처리유니트(30)에 대하여 반입·반출되는 웨이퍼를 쌓아놓는 스톡유니트(31)로 주로 구성된다.
스톡유니트(31)의 내에는, 처리전의 웨이퍼(W)를 수납하는 2개의 웨이퍼 카셋트(32)와, 처리후의 웨이퍼(W)를 수납하는 2개의 웨이퍼 카셋트(33)가 얹어놓여 있다. 스톡유니트(31)는, 웨이퍼(W)를 흡착유지하는 아암(34)과, 이 아암(34)을 수평의 X 방향, Y 방향 및 θ(회전)방향으로 각각 이동시키기 위한 X 방향 이동기구(35), Y 방향 이동기구(36) 및 θ 방향 이동기구(37)를 구비한다.
처리유니트(30)와 스톡유니트(31)의 사이의 웨이퍼(W)의 주고받기는, 테이블(38)을 통하여 행해진다.
처리유니트(30)에는, 본 발명에 관한 소수화 처리장치 또는 어드히젼장치(1)가 배열 설치된다. 장치(1)는, 웨이퍼(W)의 주면(主面)과 레지스트막의 밀착성을 향상시키기 위하여, 레지스트를 도포하기 전에 HMDS 의 증기에 의하여 웨이퍼(W)의 주면을 소수화 처리하기 위하여 사용된다. HMDS 대신에 N-(트리메틸시릴)디에틸아민{(CH3)3SiN(C2H5)2, 이하 TMSDEA 라 함}을 사용하는 것이 가능하다. TMSDEA 도 또한 그의 증기에 의하여 웨이퍼(W)의 주면을 소수화 처리한다.
처리유니트(30)에는, 또한 도포장치(39a), (39b), 냉각장치(40), 베이크장치(41)를 구비한다. 도포장치(39a), (39b)는 웨이퍼(W)의 주면에 레지스트를 도포하기 위하여 사용된다. 도포장치(39a), (39b)로서는, 동시계속출원 중인 미합중국 특허출원 SN 07/755, 781(1991, 9, 6)호에 개시된 구조의 것을 사용하는 것이 가능하다.
냉각장치(40)는, 레지스트액을 도포하기 전의 웨이퍼(W)를 냉각하고, 소정온도로 조정하기 위하여 사용된다. 베이크장치(41)는, 웨이퍼(W)에 도포된 레지스트막중에 잔존하는 용제를 증발시키기 위한 가열처리를 행하는데 사용된다.
처리유니트(30)에는, 반송로(43)를 따라서 이동가능하게 배열설치된 반송장치(42)가 배열설치된다. 반송장치(42)는 상기의 각 처리장치 (1) 내지 (42)에 웨이퍼(W)를 반입 및 반출을 행하기 위한 아암(42a)을 가진다.
상기 처리시스템에 있어서, 스톡유니트(31)로부터 반입된 웨이퍼(W)는, 먼저, 어드히젼장치(1)에서 전처리되고, 다음에 냉각, 도포 및 가열의 순서로 처리된다. 그후, 스톡유니트(31)로 반출되고, 카셋트(33)에 수납된다.
제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 어드히젼장치를 나타낸다. 이 장치는, 처리액인 HMDS 를 저류하는 탱크(2)와, 이 탱크(2)로부터 공급되는 HMDS 의 증기를 피처리기판, 예를 들면 반도체웨이퍼(W)의 표면에 공급하여 처리하는 처리용기(3)를 구비한다. 처리용기(3)로부터의 배기가스의 라인에는, 배기가스중의 처리액 농도를 측정하는 농도측정부가 배열설치된다. 농도측정부(4)는 제어부(5)에 접속되고, 제어부(5)는 농도측정치로부터 온도제어신호를 인출한다.
탱크(2)는 처리액인 HMDS(6)를 저류하기 위한 바닥을 가진 원통체로 형성된다. 탱크(2)는 저류된 HMDS(6)로의 불순물 용출등을 방지하기 위하여 예를 들면 석영유리와 같은 재료로 형성된다. 탱크(2)의 바닥부에는, 캐리어가스, 예를 들면 질소(N2) 가스의 미세한 기포를 발생시키기 위한 버블러(7)가 배열설치된다. 버블러(7)는 예를 들면 다공질의 부재에 의하여 형성된다. 버블러(7)에는 가스봄베등의 가스원(8a)으로부터 N2가스를 공급하는 관(8)이 접속된다. N2가스의 기포에 의하여 HMDS(6)의 증기가 인출된다.
관(8)에는, 플로트식의 유량계(9)와, N2가스의 유통, 전환 또는 차단을 행하는 개폐기능을 가지는 전자개폐식의 3 방향 밸브(10)가 차례로 배열설치된다. 3 방향 밸브(10)의 남은 포트에는 농도측정부(4)를 향하여 퍼지용 가스의 공급관(11)이 배열설치된다. 3 방향 밸브(10)의 하류측의 관(8)으로 부터는 희석용 가스의 공급관(12)이 분기된다. 관(12)에는 도중에 전자개폐식의 유량조절밸브(13)가 배열설치되고, 그 앞끝단에는 탱크(2)의 꼭대기부에 삽입 접속된다.
탱크(2)의 꼭대기부와 처리용기(3)의 꼭대기부에는, 탱크(2)내에서 생성된 처리액 증기, 즉 HMDS 증기를 함유하는 N2가스를 공급하기 위한 관(14)에 의하여 접속된다. 관(14)에는, 필요에 따라서 처리용기(3)내를 대기중으로 개방하기 위하여 도중에 개방밸브(15)를 배열설치한 관(16)이 분기하여 접속된다.
처리용기(3)는, 예를 들면 석영유리등에 의하여 상자형상으로 형성되고, 그 개구부에 개폐가능한 뚜껑(3a)이 형성된다. 처리용기(3)내에 있어서, 관(14)의 끝단부에는 아래쪽으로 향하여 넓게 개폐하는 벨 마우스(bell mouth 17)가 접속된다. 벨 마우스(17)의 개구부에는 다수의 확산구멍(18)을 가지는 확산판(19)이 배열설치된다.
벨 마우스(17)의 개구부의 아래쪽에는, 웨이퍼(W)를 처리중에 얹어놓는 얹어놓는대(21)가 배열설치된다. 얹어놓는대(21)에는, 웨이퍼(W)의 온도를 제어하기 위하여, 히이터(22)와, 냉각용수를 통과시키는 냉각통로(23)가 내장된다. 히이터(22)에는 온도조절부(20)에 내장된 전원이 접속되고, 냉각통로(23)에는 온도조절부(20)에 내장된 냉각수원이 접속된다. 온도조절부(20)는, 제어부(5)로부터의 신호에 다라서, 히이터(22)로의 공급전원, 또는 냉각통로(23)로의 냉각용수의 공급유량을 조절하고, 얹어놓는부(21)의 온도를 변경한다. 이 실시예에서는, 온도조절을 위하여, 히이터(22)와 냉각통로(23)를 병설한 구조를 채용하고 있으나, 이러한 구조 대신에, 전류의 방향을 정·역으로 전환하는 것에 의하여 열의 발생과 흡수를 행하는 펠체소자를 이용하는 것도 가능하다.
처리용기(3)의 바닥부에는 처리후의 가스를 배기하기 위한 배기계로서의 배기관(24)이 접속된다. 관(24)에는, 공기압식의 이젝터 또는 진공펌프(24a)가 접속되고, 처리용기(3)내가 부압(負壓)으로 흡인가능하게 되어 있다. 배기관(24)에는 처리액의 농도를 측정하기 위한 농도 측정부(4)가 배열설치된다. 측정부(4)는, 석영유리등의 재료에 의하여 형성된 콘테이너(25)를 가진다. 콘테이너(25)에는 배기관(24)의 상류측 및 하류측의 관소자가 접속됨과 함께, 합성 2 분자막센서(26)가 내장된다. 센서(26)에 의하여 콘테이너(25)내를 흐르는 배기가스중의 HMDS 증기의 농도가 측정된다. 배기관(24)에는 또한, 측정부(4)를 사용하지 않는 경우와 바이패스 라인(29)이 배열설치된다.
제1도에 있어서, 배기관(24)의 상류측 및 하류측의 관소자 및 센서(26)는, 콘테이너(25)에 대하여, 각각, 상부, 하부, 측부에 접속되나, 이 배치는 작도의 편의상의 것이다. 배기관(24)의 관소자 및 센서(26)의 콘테이너(25)에 대한 접속의 태양은 여러가지로 변경가능한 것이다. 제5도에는 그 일례가 나타나 있다. 여기서, 콘테이너(25)는 상부에 개구부를 가지는 본체(42)와, 그 개구부를 개폐하는 뚜껑(44)으로 이루어진다. 배기관(24)의 상류측 및 하류측의 관소자(46), (48), 센서(26)의 지지관(52) 및 3 방향밸브(10)로부터의 퍼지관(11)은 전부 뚜껑(44)을 통하여 콘테이너(25)에 접속된다.
제6도에 나타낸 바와 같이, 센서(26)는 플러그 소켓(54)을 구비하고, 이것을 통하여 지지관(52)의 아래끝단부에 부착 및 이탈이 자유롭게 부착되어 있다. 센서(26)는 또한, 소켓(54) 및 지지관(52)중에 배열설치된 리이드 묶음(27)을 통하여 모니터(28)에 전기적으로 접속된다. 센서(26)는 얇은 판 형상의 수정진동자(56)를 구비하고, 이 겉면, 뒷면에는 수정진동자(56)를 진동시키기 위한 한쌍의 전극(58)이 배열설치된다. 전극(58)은 리이드묶음(27)을 통하여 모니터(28)에 내장된 교류전원에 접속된다.
수정진동자(56) 및 전극(58)의 표면은 합성 2 분자막(62)에 의하여 피복된다. 합성 2 분자막(62)은, 냄새를 흡착하는 지질 2 분자막과 극히 유사한 구조를 가진다. 합성 2 분자막(62)에 HMDS 분자가 흡착하면, 흡착한 물질의 양에 따라서 수정진동자의 전기적 등가회로의 정수가 변화하기 때문에 수정진동자(56)의 고유진동, 즉 수정진동자를 이용한 수정발진자의 발진주파수(진동수)가 변화한다. 수정진동자(56)의 수는 모니터(28)에 의하여 검출된다. 예를 들면, 흡착량이 많게 되면, 진동수는 감소(주파수가 저하)하므로, 그 때의 진동수 또는 주파수의 변화에 의하여 흡착량 즉 HMDS 증기의 농도를 측정하는 것이 가능하다. 이러한 구종의 합성 2 분자막 센서(26)는, 종래 냄새센서로서 사용되고 있으며, 예를 들면 소고 세이야쿠 가부시끼 가이샤의 냄새센서 SF-105 계열의 상품명으로 판매되고 있다.
HMDS 증기의 농도측정치는 제어부인 CPU(5)등에 의하여 산출된다. CPU(5)에서 얻어진 농도측정치는 소정의 설정치와 비교되고, 이것에 의거하여 온도조절 전기신호가 온도조절부(20)로 전달된다. 온도조절부(20)는 같은 전기신호에 기초하여 히이터(22)로의 공급전류, 혹은 냉각통로(23)로의 냉각용수의 공급유량을 조절하고, 얹어놓는부(21)의 온도를 변경한다.
센서(26)의 합성 2 분자막(62)의 표면은, 어느 정도의 HMDS 증기를 흡착하면, 흡착량이 포화상태로 된다. 측정감도를 양호하게 유지하기 위하여, 흡착한 물질을 어느 정도의 인터벌을 가지고 막(62)의 표면에서 제거할 필요가 있다. 이 때문에, 콘테이너(25)에는, 퍼지용 가스를 공급하는 관(11)이 접속된다. 필요시에 관(11)으로부터 콘테이너(25)내로 N2가스로 치환함에 의하여 흡착물질이 막(62) 표면으로부터 제거된다.
센서(26)는, 일반적으로, 내열성이 양호하지 않기 때문에, 통상 처리 온도가 60℃에 달하는 처리용기(3)내에 형성하는 것은 부적절하다. 또한, 센서(26)를 처리용기(3)의 보다 상류측에서 관(14)에 형성하는 것도 생각된다. 그러나, 이 경우에는, 퍼지용 N2가스가 처리용기(3) 내로 혼입하여 버리고 말 우려가 있다. 따라서, 배기관(24)에 센서(26)를 형성하는 것이 바람직하다.
다음에, 상기 어드히젼장치의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 처리용기(3)의 뚜껑(3a)을 열고, 앞 공정으로부터 반송하여 온 웨이퍼(W)를 얹어놓는대(21) 상에 얹어놓고, 뚜껑(3a)을 닫는다. 그리고 처리용기(3)의 배기를 통하여 이 내부 분위기를 감압한다. 처리용기(3)내가 소정의 진공도로 되어 있으면 N2가스를 관(8)을 통하여 버블러(7)로부터 탱크(2)내로 도입한다. 또한 이와 함께, 소정량의 N2가스를 관(12)을 통하여 탱크의 상부로 도입한다. 그러면, 버블러(7)에서 발생한 N2가스의 포말에 의하여 액체 HMDS(6)가 기화되고, 그 증기가 인출되고, N2가스와 함께 탱크내의 기상공간에 도달한다. 여기서, 증기는 관(12)으로부터의 N2가스에 의하여 희석된 후, 관(14)을 통하여 처리용기(3)내로 도입된다. 관(14)으로부터 희석된 HMDS 증기는, 벨 마우스(17)로부터 확산판(19)의 확산구멍(18)을 통하여 웨이퍼(W) 상에 균일하게 산포된다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(W)의 주면에 소수화 처리 또는 어드히젼처리가 소정시간 실시된다. 소수화 처리에 의하여, 후속의 포토레지스트 도포공정에 따른 포토레지스트와 웨이퍼의 밀착성, 고착성이 향상된다.
소수화 처리중에 사용된 가스는 배기관(24)을 통하여 배기가스로서 배기된다. 배기가스는 농도측정부(4)의 콘테이너(25)내를 통과하고, 합성 2 분자막 센서(26)에 의하여 배기가스중의 HMDS 농도가 수정진동자의 진동수로서 간접적으로 측정된다. 수정진동자의 진동수와 HMDS 농도와의 상관관계는 실험등에 의하여 구하는 것이 가능하다. 제8도는 HMDS 의 농도와 합성 2 분자막센서(26)의 진동수 변화량의 관계를 실험에 의하여 조사한 결과를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 농도와 진동수 변화량과는 실질적으로 비례관계에 있으며, 진동수 변화량으로부터 농도 측정치가 대개 정확하게 얻어짐을 알 수 있다.
HMDS 농도의 측정치는, 모니터(28)를 통하여 CPU(5)로 도입된다. CPU(5)는 측정치를 미리 설정된 설정치와 비교하고, 그 결과에 기초하여 온도조절부(20)를 제어하며, 얹어놓는대(21)의 온도를 소정의 처리온도, 예를 들면 50 내지 150 도의 범위에 있는 온도로 유지하거나 또는 온도변화에 따라서 온도를 변경한다. 얹어놓는대(21)상에 얹어놓인 웨이퍼(W)는 이러한 상태하에서, 표면이 균일하게 소수화 처리된다.
HMDS 농도가 일정한 경우의, 웨이퍼(W)의 처리온도는, 소수화 처리의 평가기준으로 되는 웨이퍼(W)상의 형성된 물방울의 접촉각과의 관계를 실험에 의하여 조사하였다. 그 결과를 제9도에 나타낸다. 여기서 접촉각이라 함은, 제7도에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)상에 형성된 물방울(D)의 주변부와 웨이퍼(W)의 표면이 이루는 각도 θ를 말한다. 소수화 처리 또는 어드히젼처리는, 웨이퍼(W)의 표면을 소수화함에 의하여 이루어진다. 즉, 소수화 처리가 진행할수록, 웨이퍼(W)의 표면이 소수화되고, 물방울(D)이 형성하는 접촉각 θ 은 크게 된다.
제9도로 부터, 처리온도가 높게 될수록 소수화 처리가 진행함을 알 수 잇다. 바꿔말하면, 농도측정부(4)에서 측정한 HMDS 농도가 소정의 설정치보다 낮은 경우는, 온도를 올림으로써 이것을 보정하는 것이 가능하며, 반대로, 측정한 HMDS 농도가 설정치보다 높은 경우는, 온도를 내림으로써 이것을 보정하는 것이 가능하다.
이와 같이 하여, 소수화 처리를 행한 후, N2가스 및 HMDS 증기의 공급을 정지함과 함께, 배기조작을 속행하여 처리용기내의 유해한 잔류가스가 어느정도 배출된다.
그후 관(16)에 형성한 개방밸브(15)를 개방상태로 하여 처리용기(3)내를 대기압으로 한다. 그리고, 처리가 끝단 웨이퍼(W)와 미처리된 웨이퍼를 교환하여 다시 동일한 처리를 행한다.
웨이퍼 교환에 있어서, 센서(26)의 감도를 유지하기 위한 센서(26)의 막(62) 표면에 부착한 HMDS 증기를 제거할 필요가 있는 경우, 관(8)에 형성한 3 방향 밸브(10)를 전환하여, N2가스를 관(11)을 통하여 콘테이너(25)내로 도입한다. 콘테이너(25)내의 HMDS 증기는 N2가스에 퍼지되고 또한 치환되며, 이때, 막(62)의 표면에 부착한 HMDS 증기가 제거된다.
퍼지조작은, 웨이퍼처리마다, 소정매수 처리마다, 롯트의 최초, 롯트의 마지막등, 실제의 처리공정에 대응하여 행한다. 농도측정부(4)의 코너테이너(25)의 N2퍼지를, 복수매의 웨이퍼마다 행하는 경우, 다음의 퍼지조작 또는 센서(26)에 부착축적한 HMDS양은 즉시 증가한다. 그러나, 센서(26)의 진동자(56)의 진동수변화량은, 제8도에 도시한 바와 같이, 농도에 대하여 비례관계에 있기 때문에, 어느 정도까지는, 진동수 변화량으로부터 농도가 측정가능하다. 즉, 1장의 웨이퍼의 처리가 끝날 때에 모니터(28)의 측정치를 제로 리셋트하여도, 혹은 하지 않아도 농도측정은 동일하게 행할 수 있다.
제5도에 나타낸 바와 같이, 관(11)은 센서(26)의 아래에서 그것에 대향하는 수평부(64)를 구비하도록 콘테이너(25)내를 뻗어간다. 수평부(64)는 센서(26)에 대향하여 복수의 개구(66)가 형성되고, 개구(66)로부터 센서(26)를 향하여 N2가스가 분출된다. 이것에 의하여 막(62)표면에 부착한 HMDS 증기가 효율좋게 제거된다.
이와 같이 하여, 퍼지 및 다음에 접속되는 웨이퍼의 처리용기(3)내로의 반입처리가 종료한 후, 다시 3 방향 밸브(10)를 전환하여 탱크(2)측으로 N2가스를 공급한다. 그리고, 상술한 처리를 반복하여 행하고, 다음 차례의 웨이퍼의 표면에 소수화 처리 또는 어드히젼 처리를 행한다.
제2도는 본 발명의 제2실시예에 관한 어드히젼 장치를 나타낸다. 제2도중, 제1도에 나타낸 제1실시예의 부재와 대응하는 부재에는 동일 부호를 부여하고, 필요한 경우만 설명한다. 제2실시예의 장치에 의하면, 농도측정부(4)에 의하여 얻어진 측정치에 기초하여 희석용 N2가스유량을 조절하거나, 또는 처리용기(3)내에서의 처리시간을 조정하는 것이 가능하게 된다. 이 실시예 장치의 특징은 제1실시예 장치와 조합시켜 사용하는 것도 가능하다.
관(12)을 통하여 탱크(2)에 공급되는 희석용 N2가스의 유량을 조정하는 것은, HMDS 증기와 캐리어가스와의 혼합비, 즉, 도입측의 HMDS 농도를 직접적으로 변형하는 것으로서, 소수화 처리의 진행을 제어하는 것에 유효한 방법으로 된다. 본 실시예에 있어서는, 제어부 또는 CPU(5)가 전자개폐식의 유량조절밸브(13)에 접속되어, 그의 개방도를 조정한다. 보다 구체적으로는, 측정부(4)로부터 얻어진 HMDS 농도의 측정치는, 모니터(28)를 통하여 CPU(5)로 도입된다. CPU(5)는 측정치와 소정 설정치를 비교하여, 그 결과에 기초하여 유량조절밸브(13)의 개방도를 조정한다. 이것에 의하여, 희석용 N2가스의 유량이 증감하고, HMDS 가스 농도가 설정치로 유지된다.
이 실시예에서는, 또한 처리시간을 조정하는 것이 가능하다. HMDS 농도가 일치한 경우의, 웨이퍼(W)의 처리시간과 소수화 처리의 평가기준으로 되는 웨이퍼(W)상에 형성된 물방울의 접촉각과의 관계를 실험에 의하여 조사하였다. 그 결과를 제10도에 나타내었다. 제10도에서, 특히, 50 초 이하에서는 처리시간도 마찬가지로 소수화처리의 진행에 영향을 주는 것임을 알 수 있다. 바꿔 말하면, 농도측정부(4)에서 측정한 HMDS 농도가 소정치보다 낮은 경우는, 처리시간을 길게 함으로써 이것을 보정하는 것이 가능하며, 반대로, 측정한 HMDS 농도가 소정치보다 높은 경우는 , 기간을 짧게 함으로써 이것을 보정하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는, CPU(5)가 전자개폐식인 3방향 밸브(10)에 접속되고, 그 개폐 또는 전환을 행한다. 보다 구체적으로는, 측정부(4)로부터 얻어진 HMDS 농도의 측정치는, 모니터(28)를 통하여 CPU(5)로 도입된다. CPU(5)는 측정치와 소정 설정치를 비교하고, 그 결과에 기초하여 3방향 밸브(10) 및 유량조절 밸브(13)의 개방시간을 조정한다. 즉, 밸브(10), (13)가 폐쇄되면, HMDS 증기와 캐리어가스의 혼합가스의 공급이 정지된다. 처리시간의 조정에 의하여 HMDS 농도의 설정치로부터의 어긋남에 의한 소수화 처리의 진행의 부족 또는 과잉이 보정된다.
제4도는 상기 제1 및 제2실시예 장치에 있어서, 농도측정부(4)를 2개 형성한 경우의 변경례를 나타낸다. 이 변경례에서는, 처리용기(3)로부터의 배기관(24)이 2개로 분기하고, 각각에 농도측정부(4)가 접속된다. 또한 퍼지용 가스 공급관(11)도 2개로 분기되며, 각 측정부(4)의 콘테이너(25)에 접속된다. 배기관(24)의 2개의 분기관에는 각각 전자식 개폐밸브(70a), (70b)가 배열설치되며, 또한, 퍼지관(11)의 2개의 분기관에는 각각 전자식 개폐밸브(72a), (72b)가 배열설치된다. 밸브(70a), (72a)의 조합 및 밸브(70b), (72b)의 조합은, 예를 들면, 웨이퍼를 1매 처리한 것에 교대로 사용된다. 이와 같이 구성함으로써, 한쪽의 측정부를 사용하고 있는 때는, 다른 쪽의 측정부를 퍼지처리하는 것이 가능하게 되고, 장치의 처리효율이 향상하는 것이 가능하다.
상기 제1 및 제2실시예 장치의 1개의 사용 태양에 있어서, 탱크(4)의 용량은 예를 들면 5 리터 정도의 것을 사용하고, 그 중에 2 내지 3 리터의 액체 HMDS(6)를 수용한다. 소수화 처리 또는 어드히젼 처리시에는, 압력 0.5 kg/㎠으로, 약 7리터/min 의 유량으로 N2가스를 공급한다. 웨이퍼는 50 내지 150℃의 범위의 어떤 온도, 예를 들면 60℃로 가열하고, 이 상태에서 약 20 내지 80 초, 예를 들면 40 초간 소수화 처리한다. 처리전의 처리용기(3)내의 감압조작은 5 초간 행하고, 처리후의 잔류가스의 배기조작은 7초간 행한다. 농도측정부(4)의 콘테이너(25)의 N2퍼지는, 퍼지시간에도 의존하지만, 통상 처리시보다도 적은 양, 예를 들면, 3 리터/min 유량으로 N2가스를 공급한다.
HMDS 의 증기농도의 측정은, 1매의 웨이퍼마다에 행하여 조건조정하여도 좋으며, 수매마다 행하여 조건조정하여도 좋다. 측정부(4)를 사용하지 않는 경우는, 바이패스 라인(29)을 사용한다. 진동자는, 수정 대신에 금속이나 세라믹이 사용가능한 것으로 된다. 농도측정부(4)의 센서로서는, 물질의 흡착에 의하여 진동수가 변화하는 것뿐 아니라, 전기저항, 정전용량, 인덕턴스, 색, 광의 반사율등의 특성이 변화하는 것도 사용가능하다. 또한, 농도측정부(4) 대신에, N2공급량, 처리온도, 탱크(2) 내의 액체 HMDS 의 수용량의 상관관계를 미리 구하여 놓고, 이것들의 상관관계로 부터 HMDS 의 농도를 구하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는 처리액으로서 HMDS를 사용한 경우에 대하여 설명하였으나, 상술한 TMSDEA 도 동일하게 사용가능하다. 또한, 상기 실시예에서는, 피처리기판으로서 반도체웨이퍼인 경우에 대하여 설명하였으나, 유리기판, CD 또는 LCD 기판등에도 동일하게 적용할 수 있다.

Claims (38)

  1. 처리온도 또는 처리시간을 변화함으로써 기판 표면의 소수화처리정도를 변화하는 공정을 포함하며, 상기 처리는 가스 도입관 및 배기관이 접속되고 상기 기판의 처리온도를 조절하기 위한 온도조절수단을 갖는 처리용기 내에서 수행되는 소수화처리 방법에서, 상기 기판을 상기 처리용기 내에 수납하고 상기 처리용기를 밀폐하는 공정과, 상기 도입관을 통하여 처리액의 증기와 캐리어 가스로 이루어지는 처리혼합가스를 상기 처리용기내에 도입함과 동시에 상기 배기관을 통하여 상기 처리용기의 배기가스를 배출하는 공정과, 상기 배기관을 통과하는 배기가스 중의 상기 처리액의 농도를 측정하는 공정과, 상기 기판 표면의 물방울 접촉각에 의해서 결정되는 소수화조건에 대한 처리시간 또는 처리온도 및 처리액의 농도 관계에 따라서 상기 처리액의 기준농도를 기설정하여 농도설정치를 제공하는 공정과, 상기 처리액의 농도_ 측정치를 농도설정치와 비교하는 공정과, 상기 처리온도 또는 처리시간을 변화함으로써 상기 기판 표면에 소수화처리의 정도를 변화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리온도는 상기 측정치가 상기 설정치보다 낮은 경우 상승시키고, 상기 측정치가 상기 설정치보다 높은 경우 낮추는 것을 특징으로하는 소수화처리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 온도조절수단을 수용하고 상기 처리용기 내에 설치된 얹어놓는대 상에 상기 기판을 얹어놓는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 처리시간은 상기 측정치가 상기 설정치보다 낮은 경우 길게 하고, 상기 측정치가 상기 설정치보다 높은 경우 짧게 하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 처리시간은 상기 처리용기 내의 처리혼합가스 도입을 정지하는 것에 의하여 규정되는 것을 특징으로 소수화처리 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 캐리어 가스는, 액체 상태로 탱크 내에 담긴 상기 처리액을 버블로 통과하여 그 증기를 인출하기 위한 제1유로와, 상기 처리 액내로 통과하지 않고 인출된 증기를 휘석하기 위한 제2유로_로 나누어져 상기 도입관에 도입되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 도입관을 통해 유입되는 상기 처리혼합가스중 상기 처리액의 농도는, 상기 제2유로를 흐르는 상기 캐리어가스의 유량을 조정함으로써 변경되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 배기가스 내의 상기 처리액의 농도는, 진동자와 이 진동자를 피복하는 합성 2 분자막으로 이루어진 합성 2 분자막 센서에 의해서 측정되며, 상기 진동자의 진동수는 상기 농도를 측정하기 위해 상기 막에 흡착된 물질의 양에 따라서 변환되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 농도를 측정후, 상기 합성 2 분자막 센서에 흡착된 물질을 제거하는 제거공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제거공정은, 상기 센서를 수용하며 또한 상기 배기관에 접속된 콘테이너를 상기 캐리어 가스와 실질적으로 동일한 가스로 치환하는 것에 의하여 행해지는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  11. 처리온도 또는 처리시간을 변화함으로써 기판 표면의 소수화처리 정도를 변화하는 공정을 포함하며, 상기 처리는 가스 도입관 및 배기관이 접속되고 상기 기판의 처리온도를 조절하기 위한 온도조절수단을 갖는 처리용기 내에서 수행되는 소수화처리 방법에서, 상기 기판을 상기 처리용기 내에 수납하고 상기 처리용기를 밀폐하는 공정과, 상기 도입관을 통하여 처리액의 증기와 캐리어 가스로 이루어지는 처리혼합가스를 상기 처리용기 내에 도입함과 동시에 상기 배기관을 통하여 상기 처리용기의 배기가스를 배출하는 공정과, 상기 배기관에 연결되는 콘테이너에 수용되어 흡착되는 상기 처리액의 양에 따라 농도를 측정하는 센서를 이용하여 상기 배기관을 통과하는 상기 배기가스 내의 처리액의 농도를 측정하는 공정과, 상기 기판 표면의 물방울 접촉각에 의해서 결정되는 소수화조건에 대한 처리시간 또는 처리온도 및 처리액의 농도 관계에 따라서 상기 처리액의 기준농도를 기설정하여 농도설정치를 제공하는 공정과, 상기 처리액의 농도 측정치를 농도설정치와 비교하는 공정과, 상기 처리온도 또는 처리시간을 변화함으로써 상기 기판 표면에 소수화처리의 정도를 변화하는 공정과, 상기 농도 측정후 상기 센서에 흡착된 상기 처리액을 제거하기 위해서 불활성 가스로 상기 콘테이너를 퍼징하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 처리온도는 상기 측정치가 상기 설정치보다 낮은 경우 상승시키고, 상기 측정치가 상기 설정치보다 높은 경우 낮추는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 온도조절수단을 수용하고 상기 처리용기 내에 설치된 얹어놓는대 상에 상기 기판을 얹어놓는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 처리시간은 상기 측정치가 상기 설정치보다 낮은 경우 길게 하고, 상기 측정치가 상기 설정치보다 높은 경우 짧게 하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 처리시간은 상기 처리용기 내의 처리혼합가스 도입을 정지하는 것에 의하여 규정되는 것을 특징으로 소수화처리 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 캐리어 가스는, 액체 상태로 탱크 내에 담긴 상기 처리액을 버블로 통과하여 그 증기를 인출하기 위한 제1유로와, 상기 처리액내를 통과하지 않고 인출된 증기를 휘석하기 위한 제2유로로 나누어져 상기 도입관에 도입되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 도입관을 통해 유입되는 상기 처리혼합가스중 상기 처리액의 농도는, 상기 제2유로를 흐르는 상기 캐리어가스의 유량을 조정함으로써 변경되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 처리액은 헥사메틸디실라산인 것을 특징으로 하는 소수화처리 방법.
  19. 처리용기와, 상기 처리용기 내에 배열설치된 기판을 지지하는 지지수단과, 상기 기판의 처리온도를 조절하는 온도조절수단과, 상기 처리용기 내에 처리액 증기와 캐리어 가스로 구성되는 처리혼합가스를 상기 처리용기 내에 도입하기 위하여 상기 처리용기에 접속된 가스도입관과, 상기 처리용기로부터 배기가스를 배출하기 위해 상기 처리용기에 접속된 배기관과, 상기 배기관에 접속되어 배기관을 통과하는 배기가스중 상기 처리액의 농도를 측정하는 농도측정수단과, 소수화처리의 소정의 진행도에 기초하여 결정되는 농도설정치와 상기 측정수단에 의한 농도측정치를 비교하고, 상기 비교의 결과에 의거하여 상기 기판의 처리조건중 적어도 하나를 변경하는 제어수단을 포함하며, 상기 농도측정수단은 진동자와, 상기 진동자를 감싸는 합성 2 분자막을 구비하는 합성 2 분자막 센서를 포함하고, 상기 진동자의 진동수는 상기 배기가스 중의 상기 처리액의 농도를 측정하기 위해 상기 합성 2 분자막에 흡착되는 상기 처리액의 양에 따라 변화되며, 상기 농도측정수단은 상기 센서를 수용하고 상기 배기관 및 상기 진동자를 감싸는 합성 2 분자막에 연결되는 콘테이너를 포함하며, 퍼지관은 상기 캐리어 가스와 동일한 가스로 상기 콘테이너를 퍼징하기 위해 상기 콘테이너에 연결되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 지지수단은 상기 기판을 얹어놓기 위한 얹어놓는대를 구비하며, 상기 얹어놓는대는 상기 온도조절수단을 수용하고 상기 처리용기 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 온도조절수단은 상기 얹어놓는대에 설치된 히이터와 냉각통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 처리조건 중 하나는 상기 처리온도이며, 상기 온도조절수단은 상기 제어수단에 연결되어 그것에 의해서 제어되며, 상기 제어수단은 상기 온도조절수단을 통하여 처리액 농도의 측정치가 상기 설정치보다 낮은 경우 상기 처리온도를 높이고, 상기 측정치가 상기 설정치보다 높은 경우 상기 처리온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 처리조건은 처리시간이며, 상기 제어수단은 상기 측정치가 상기 설정치보다 낮은 경우 상기 처리시간을 길게 하고, 상기 측정치가 상기 설정치보다 높은 경우 상기 처리시간을 짧게 하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제어수단은 처리용기 내의 처리혼합가스 도입을 정지시킴으로써 상기 처리시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  25. 제20항에 있어서, 액체 상태의 처리액을 담은 탱크와, 상기 가스 도입관 내에 상기 캐리어 가스를 유입하기 위한 제1 및 제2유로를 부가적으로 포함하며, 상기 제1유로는 상기 캐리어 가스의 일부분이 버블로서 상기 처리액을 통과하여 증기를 인출하도록 상기 탱크에 연결되고, 상기 제2유로는 상기 캐리어 가스가 상기 가스 도입관 내에 유입되기 전에 상기 캐리어 가스의 다른 부분이 상기 처리액 내를 통과하지 않고 인출된 처리액 증기를 희석하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제2유로에 설치되고 상기 제어수단에 연결된 유량제어밸브를 부가적으로 포함하며, 상기 제어수단은 상기 유량제어밸브를 제어하여 상기 제2유로로 흐르는 캐리어 가스의 유량을 조정함으로써 상기 처리혼합가스 중의 상기 처리액의 농도를 변경하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  27. 제19항에 있어서, 상기 처리액은 헥사메틸디실라산인 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  28. 제19항에 있어서, 상기 캐리어 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 수소화처리 장치.
  29. 처리용기와, 상기 처리용기 내에 배열설치된 기판을 지지하는 지지수단과, 상기 기판의 처리온도를 조절하는 온도조절수단과, 상기 처리용기 내에 처리액 증기와 캐리어 가스로 구성되는 처리혼합가스를 상기 처리용기 내에 도입하기 위하여 상기 처리용기에 접속된 가스도입관과, 상기 처리용기로부터 배기가스를 배출하기 위해 상기 처리용기에 접속된 배기관과, 상기 배기관에 접속되어 배기관을 통과하는 배기가스중 상기 처리액의 농도를 측정하는 농도측정수단과, 소수화처리의 소정의 진행도에 기초하여 결정되는 농도설정치와 상기 측정수단에 의한 농도측정치를 비교하고, 상기 비교의 결과에 의거하여 상기 기판의 처리조건중 적어도 하나를 변경하는 제어수단을 포함하며, 상기 농도측정수단은 흡착되는 상기 처리액의 양에 따라 상기 배기가스 중의 상기 처리액의 농도를 측정하는 센서를 포함하며, 상기 농도측정수단은 상기 센서를 수용하며 상기 배기관에 연결되는 콘테이너를 포함하며, 퍼지관은 불활성 가스를 유입하여 상기 콘테이너를 퍼징하기 위해 콘테이너에 연결되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 지지수단은 상기 기판을 얹어놓기 위한 얹어놓는대를 구비하며, 상기 얹어놓는대는 상기 온도조절수단을 수용하고 상기 처리용기 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 불활성 가스는 상기 캐리어 가스와 실질적으로 동일한 가스인 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 센서는 진동자와, 상기 진동자를 감싸는 합성 2 분자막을 구비하는 합성 2 분자막 센서를 포함하고, 상기 진동자의 진동수는 상기 배기가스 중의 상기 처리액의 농도를 측정하기 위해 상기 합성 2 분자막에 흡착되는 상기 처리액의 양에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  33. 제29항에 있어서, 상기 처리조건 중 하나는 상기 처리온도이며, 상기 온도조절수단은 상기 제어수단에 연결되어 그것에 의해서 제어되며, 상기 제어수단은 상기 온도조절수단을 통하여 처리액 농도의 측정치가 상기 설정치보다 낮은 경우 상기 처리온도를 높이고, 상기 측정치가 상기 설정치보다 높은 경우 상기 처리온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  34. 제29항에 있어서, 상기 적어도 하나의 처리조건은 처리시간이며, 상기 제어수단은 상기 측정치가 상기 설정치보다 낮은 경우 상기 처리시간을 길게하고, 상기 측정치가 상기 설정치보다 높은 경우 상기 처리시간을 짧게 하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 제어수단은 처리용기 내의 처리혼합가스 도입을 정지시킴으로써 상기 처리시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  36. 제29항에 있어서, 액체 상태의 처리액을 담은 탱크와, 상기 가스 도입관 내에 상기 캐리어 가스를 유입하기 위한 제1 및 제2유로를 부가적으로 포함하며, 상기 제1유로는 상기 캐리어 가스의 일부분이 버블로서 상기 처리액을 통과하여 증기를 인출하도록 상기 탱크에 연결되고, 상기 제2유로는 상기 캐리어 가스가 상기 가스 도입관 내에 유입되기 전에 상기 캐리어 가스의 다른 부분이 상기 처리액 내를 통과하지 않고 인출된 처리액 증기를 희석하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  37. 제36항에 있어서, 상기 제2유로에 설치되고 상기 제어수단에 연결된 유량제어밸브를 부가적으로 포함하며, 상기 제어수단은 상기 유량제어밸브를 제어하여 상기 제2유로로 흐르는 캐리어 가스의 유량을 조정함으로써 상기 처리혼합가스 중의 상기 처리액의 농도를 변경하는 것을 특징으로 하는 소수화처리 장치.
  38. 제29항에 있어서, 상기 처리액은 헥사메틸디실라산인 것을 특징으로하는 소수화처리 장치.
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