KR101643455B1 - 기판 처리 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 실시 형태에 따른 기판 처리 방법에 의하면, 기판의 표면에 초순수를 공급한다. 초순수가 부착된 기판의 표면에 불화 알코올 함유 용제를 공급한다. 불화 알코올 함유 용제가 부착된 기판의 표면에 불화 알코올 함유 용제에 대해 용해도를 갖고, 불화 알코올 함유 용제와는 다른 제1 용제를 공급한다. 제1 용제가 부착된 기판을 챔버 내에 도입하고, 기판 표면 상의 제1 용제를 초임계 유체로 치환시킨 후, 챔버 내의 압력을 감소시켜 초임계 유체를 기체로 변화시킨다. 기판을 챔버로부터 배출한다.
Description
관련 출원에의 상호 참조
본 출원은, 2014년 1월 17일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2014-007134호를 기초로 하여 그 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로서 원용된다.
본 발명의 실시 형태는 기판 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 함) 등의 기판의 표면에 집적 회로의 적층 구조를 형성하는 반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 세정액 등의 액체를 이용하여 기판 표면 상의 미소한 티끌이나 자연 산화막을 제거하는 액 처리 공정이 제공되어 있다.
반도체 장치의 고집적화에 수반하여, 이러한 액 처리 공정에 있어서, 소위 패턴 붕괴(collapse)라고 불리는 현상이 문제가 되고 있다. 패턴 붕괴는 기판 상의 패턴 표면에 부착된 액체를 건조시킬 때에, 기판 상의 인접하는 패턴 표면 상에서 액체가 불균일하게 기화함으로써, 패턴 간에 존재하는 액면 높이에 차가 발생하고, 액체의 표면 장력에 기인하는 모세관력에 의해 패턴이 무너져버리는 현상이다.
이러한 패턴 붕괴의 발생을 억제하면서, 기판 표면에 부착된 액체를 건조시키는 방법으로서, 초임계 유체(supercritical fluid)를 사용하는 방법이 알려져 있다. 초임계 유체는 액체에 비해 점도가 작고, 액체를 추출하는 능력이 높다. 따라서, 액체에 의해 젖은 기판 표면에 초임계 유체를 접촉시킴으로써, 기판 표면 상의 액체를 초임계 유체 내로 추출하여 액체를 초임계 유체와 용이하게 치환할 수 있다. 초임계 상태에서는 기상과 액상 간의 계면이 존재하지 않기 때문에, 기판 표면 상의 액체를 초임계 유체로 치환한 후, 압력을 줄이면 기판 표면을 덮는 초임계 유체는 즉시 기체로 변화한다. 이런 구성에 의해, 표면 장력의 영향을 받을 일 없이 기판 표면 상의 액체를 제거하여 건조시킬 수 있다.
종래 기술로서, 불화 알코올, 히드로플루오로에테르(HFE), 클로로플루오로카본(CFC), 히드로플루오로 카본(HFC) 및 퍼플루오로 카본(PFC) 등의 불소 함유 유기 용제를 사용한 초임계 건조 방법이 알려져 있다. 이 종래 기술에서는, 기판 표면을 세정액으로 세정 후, 순수 및 알코올을 순서대로 기판 표면에 공급한다. 불소 함유 유기 용제를 기판 표면에 공급하여 알코올을 치환한다. 불소 함유 유기 용제를 기판 표면 상에 액막 형성한 채로 건조시키지 않고 챔버 내로 반송한다. 불소 함유 유기 용제를 가열하여 초임계 상태로 상변화시킨다.
이때, 기판 표면 상에 액막 형성된 불소 함유 용제의 경우, 챔버로의 기판 반송 시에 휘발되지 않는 고비점의 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 일반적으로, 고비점의 용제는 임계 온도가 높다. 따라서, 챔버에 공급한 불소 함유 유기 용제를 고온 고압 분위기 하에서 초임계 상태로 상변화시킬 때 열분해가 일어나고, 불소 원자가 생성된다. 기판이 불소 원자에 의해 손상되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 패턴 붕괴 등의 문제를 일으키지 않고 초임계 건조 처리를 행하는 것이 가능한 기판 처리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 실시 형태에 따른 기판 처리 방법에 의하면, 기판의 표면에 초순수를 공급한다. 초순수가 부착된 기판의 표면에 불화 알코올 함유 용제를 공급한다. 불화 알코올 함유 용제가 부착된 기판의 표면에 불화 알코올 함유 용제에 대해 용해도를 갖고, 불화 알코올 함유 용제와는 다른 제1 용제를 공급한다. 제1 용제가 부착된 기판을 챔버 내에 도입하고, 기판 표면 상의 제1 용제를 초임계 유체로 치환시킨 후, 챔버 내의 압력을 감소시켜 초임계 유체를 기체로 변화시킨다. 기판을 챔버로부터 배출한다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 액 처리 유닛의 일례를 나타내는 도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 초임계 건조 처리 유닛의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 방법의 일례를 나타내는 공정 흐름도이다.
도 4는 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 방법의 일례를 나타내는 공정 흐름도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 초임계 건조 처리 유닛의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 방법의 일례를 나타내는 공정 흐름도이다.
도 4는 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 방법의 일례를 나타내는 공정 흐름도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 실시 형태들을 상세하게 설명한다. 이 실시 형태들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시 형태)
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 방법 및 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 기판인 웨이퍼 W에 각종 처리액에 의한 액 처리를 행하는 액 처리 유닛(10) 및 액 처리된 웨이퍼 W의 표면에 부착되어 있는 액체를 초임계 유체와 접촉시켜서 추출 및 치환시키는 초임계 건조 처리 유닛(초임계 건조 수단)(20)을 포함한다.
(액 처리 유닛)
도 1은 액 처리 유닛(10)의 일례를 나타내는 도이다. 액 처리 유닛(10)은, 예를 들어, 스핀 세정에 의해 웨이퍼 W를 1매씩 세정하는 낱장식(sheet type)의 액 처리 유닛 및 복수의 웨이퍼 W에 대해 액 처리를 동시에 실시하는 배치식(batch type)의 액 처리 유닛으로서 구성된다. 액 처리 유닛(10)은 액 처리 챔버(11), 웨이퍼 유지부(12), 세정액 공급부(13), 초순수 공급부(14), 제1 용제 공급부(15) 및 중간 용제 공급부(16)를 포함한다.
액 처리 챔버(11)는 액 처리 유닛(10)에 의한 액 처리가 실행되는 처리 공간을 형성한다. 액 처리 챔버(11)의 저부에는 액 처리에 사용된 세정액 등을 배출하기 위한 액체 배출 관(17)이 설치되어 있다.
웨이퍼 유지부(12)는 액 처리 챔버(11) 내에 배치되어 웨이퍼 W를 거의 수평하게 유지한다. 웨이퍼 유지부(12)가 웨이퍼 W를 유지한 상태에서 회전함으로써, 액 처리 유닛(10)은 웨이퍼 W를 스핀 세정하는 것이 가능하게 된다.
세정액 공급부(13)는 웨이퍼 유지부(12)에 의해 유지된 웨이퍼 W의 표면에 웨이퍼 W의 표면을 세정하는 세정액을 공급가능하도록 설치된다. 세정액 공급부(13)는, 예를 들어, 세정액을 저장한 저장부(131) 및 저장부에 저장된 세정액을 웨이퍼 W의 표면에 공급하는 노즐을 포함한다. 세정액으로서, 예를 들어, 알칼리성의 세정액인 SC1(암모니아와 과산화수소수의 혼합액) 및 산성의 세정액인 희불산 수용액(DHF: diluted hydrofluoric acid) 등이 공급된다.
초순수 공급부(14)는 웨이퍼 유지부(12)에 의해 유지된 웨이퍼 W의 표면에 웨이퍼 W의 표면을 린스하는 초순수(ultrapure water)를 공급가능하도록 설치된다. 초순수 공급부(14)는, 예를 들어, 초순수를 저장한 저장부(141) 및 저장부에 저장된 초순수를 웨이퍼 W의 표면에 공급하는 노즐을 포함한다. 초순수로서, 예를 들어, 탈이온수(DIW: deionized water) 등이 공급된다.
제1 용제 공급부(제1 용제 공급부)(15)는 웨이퍼 유지부(12)에 의해 유지된 웨이퍼 W의 표면에, 웨이퍼 W의 표면 건조를 방지하는 제1 용제를 공급가능하도록 설치된다. 제1 용제 공급부(15)는, 예를 들어, 제1 용제를 저장한 저장부(151) 및 저장부에 저장된 제1 용제를 웨이퍼 W의 표면에 공급하는 노즐을 포함한다. 제1 용제로서, 예를 들어, 불소 함유 유기 용제가 사용된다. 제1 용제로서 사용되는 용제는, 후술하는 제2 용제와의 관계에 기초하여 선택된다. 제1 용제의 상세에 대해서는 후술한다.
중간 용제 공급부(불화 알코올 함유 용제 공급부)(16)는 웨이퍼 유지부(12)에 의해 유지된 웨이퍼 W의 표면에, 중간 용제를 공급가능하도록 설치된다. 중간 용제 공급부(16)는, 예를 들어, 중간 용제를 저장한 저장부(161) 및 저장부에 저장된 중간 용제를 웨이퍼 W의 표면에 공급하는 노즐을 포함한다. 액 처리에서는, 웨이퍼 W의 표면에 초순수를 공급함으로써 웨이퍼 W의 표면을 린스한 후, 중간 용제를 웨이퍼 W의 표면에 공급하고, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 초순수를 중간 용제로 치환한다. 또한, 웨이퍼 W의 표면에 제1 용제를 공급하고, 중간 용제를 제1 용제로 치환한다. 즉, 중간 용제는 웨이퍼 W의 표면에 부착된 초순수를, 제1 용제로 치환하기 위해 중간적으로 사용되는 용제이다. 따라서, 중간 용제로서, 초순수에 대하여 용해도를 가지며 제1 용제에 대한 용해도를 갖는 용제가 사용된다. 중간 용제의 상세에 대해서는 후술한다.
웨이퍼 유지부(12)의 내부에는, 상술한 세정액 공급부(13), 초순수 공급부(14), 제1 용제 공급부(15) 및 중간 용제 공급부(16)에 접속된 처리액 공급로가 형성될 수 있음에 주목해야 한다. 이와 같은 구성에 의해, 처리액 공급로를 통해 세정액, 초순수, 제1 용제, 중간 용제 등의 각종의 처리액을 공급하고, 웨이퍼 W의 이면 액 처리를 실현할 수 있다.
(초임계 건조 처리 유닛)
도 2는 초임계 건조 처리 유닛(20)의 일례를 나타내는 도이다. 초임계 건조 처리 유닛(20)은 액 처리 유닛(10)에 의해 액 처리가 실시된 웨이퍼 W에 대하여 초임계 유체를 사용한 건조 처리를 실행한다. 초임계 건조 처리 유닛(20)은 챔버(21), 히터(22), 스테이지(23), 제2 용제 공급부(24) 및 제2 용제 회수부(25)를 포함한다.
챔버(21)는 초임계 건조 처리 유닛(20)에 의한 웨이퍼 W에 대한 초임계 건조 처리가 실행되는 처리 공간을 형성한다. 처리 공간은, 예를 들어, 직경 300 mm의 웨이퍼 W를 저장가능하도록 구성된다. 초임계 유체로서 사용되는 제2 용제는 액체의 상태에서 챔버(21)에 공급된 후, 열처리를 실시되어, 초임계 상태로 상변화한다. 또는, 이미 초임계 상태로 상변화된 제2 용제가 챔버(21)에 직접 공급되어도 된다. 또한, 이미 임계 온도 이상으로 가열한 기체의 제2 용제를 챔버(21)에 공급하고, 가압에 의해 초임계 상태로 상변화시켜도 된다. 챔버(21)는, 예를 들어, 스테인레스 스틸 등으로 형성된 내압 용기로서 구성된다.
히터(22)는 챔버(21) 내의 처리 공간의 온도를 상승시킨다. 히터(22)에 의해 처리 공간을 가열함으로써, 웨이퍼 W의 표면에 공급된 제2 용제의 온도 및 압력이 상승하고, 제2 용제가 초임계 상태로 상변화한다. 히터(22)는 도 2에 도시한 바와 같이, 챔버(21)의 측면에 매설되어도 되고, 챔버(21)의 상면 또는 하면에 매설되어도 되고, 챔버(21)의 내부 또는 외부에 설치되어도 된다. 히터(22)는, 예를 들어, 저항 발열체로 구성된다. 히터(22)의 ON/OFF를 제어부(도시 생략)에 의해 제어함으로써 처리 공간의 온도를 조정할 수 있다.
스테이지(23)는 챔버(21)의 내부에 설치되고, 처리 공간에 도입된 웨이퍼 W를 유지한다. 스테이지(23)는, 예를 들어, 스테인레스 스틸 등으로 형성된 원판 형상의 유지 부재로서 구성된다.
제2 용제 공급부(24)는 제2 용제를 저장하는 저장부(241) 및 저장부(241)에 저장된 제2 용제를 송액하기 위한 송액 수단을 포함한다. 송액 수단으로서 내압성의 펌프를 사용할 수 있다. 제2 용제 공급부(24)는 용제 공급로(26)를 통해 챔버(21)에 접속되고, 송액 수단에 의해 송출된 제2 용제는 용제 공급로(26)를 통해 챔버(21) 내에 공급된다. 용제 공급로(26) 상에는 용제 공급로(26)를 개폐하는 밸브(27)가 설치되어 있다.
제2 용제 회수부(25)는 초임계 건조 처리의 종료 후에 회수한 제2 용제를 저장하는 저장부(251)을 포함한다. 제2 용제 회수부(25)는 용제 배출로(28)를 통해 챔버(21)에 접속되고, 초임계 건조 처리에 사용된 제2 용제는 용제 배출로(28)를 통해 제2 용제 회수부(25)에 의해 회수된다. 용제 배출로(28) 상에는 용제 배출로(28)를 개폐하는 밸브(29)가 설치되어 있다.
제2 용제 회수부(25) 또는 용제 배출로(28) 상에는, 제2 용제를 냉각하는 냉각부가 설치되어도 된다. 이런 구성에 의해, 챔버(21) 내로부터 초임계 상태로 또는 기체로서 배출된 제2 용제를 액체의 상태에서 회수할 수 있다. 또한, 제2 용제 공급부(24)와 제2 용제 회수부(25) 사이에 제2 용제의 유로가 형성되고, 제2 용제 회수부(25)에서 제2 용제에 대해 소정의 재생 처리가 실시되어도 된다. 이런 구성에 의해, 제2 용제 회수부(25)에 의해 회수한 제2 용제를 재생하고, 재생한 제2 용제를 제2 용제 공급부(24)로부터 다시 공급할 수 있다. 따라서, 제2 용제를 재이용할 수 있다.
기판 처리 장치는 액 처리 유닛(10)의 액 처리 챔버(11) 내에 웨이퍼 W를 반송하는 반송 수단 및, 액 처리를 실시된 웨이퍼 W를 초임계 건조 처리 유닛(20)의 챔버(21) 내에 반송하는 반송 수단을 포함할 수 있음에 주목해야 한다.
(중간 용제, 제1 용제 및 제2 용제)
이어서, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 방법에 있어서 사용되는 중간 용제, 제1 용제 및 제2 용제에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 기판 처리 방법에서는, 중간 용제, 제1 용제, 제2 용제의 순서대로 사용된다. 보다 구체적으로는, 웨이퍼 W는, 세정액에 의한 세정 후, 초순수, 중간 용제, 제1 용제의 순서대로 린스되어, 제1 용제가 표면에 액막 형성된 상태에서 초임계 건조 처리가 실시된다. 초임계 건조 처리에 있어서, 초임계 유체로서 제2 용제가 이용된다. 당해 기판 처리 방법에 있어서, 초임계 유체로서 이용되는 제2 용제에 따라 제1 용제가 선택되고, 제1 용제에 따라 중간 용제가 선택된다. 따라서, 이하에서는, 제2 용제, 제1 용제, 중간 용제의 순서대로 설명한다.
제2 용제는, 예를 들어, 불소 함유 유기 용제이다. 보다 구체적으로는, 제2 용제는 비교적 낮은 온도에서 초임계 유체가 되어, 제1 용제에 대하여 용해도를 갖는 불소 함유 유기 용제이다. 제2 용제의 임계 온도는 제1 용제의 임계 온도보다도 낮은 것이 바람직하다. 이러한 불소 함유 유기 용제를 사용하여 초임계 건조 처리를 행함으로써, 패턴 붕괴를 발생시키지 않고 웨이퍼 W의 표면에 부착된 액체를 제거하고, 웨이퍼 W의 표면을 건조시킬 수 있다.
일반적으로, 불소 함유 유기 용제는 초임계 상태에 있어서의 고온 및 고압 분위기 하에서 분해되고, 불소 원자를 발생시킬 가능성이 있다. 불소 원자는 웨이퍼 W의 표면을 에칭하거나 웨이퍼 W의 내부에 침입하여 웨이퍼 W에 손상을 끼칠 수 있다. 따라서, 제2 용제는, 예를 들어, 임계점 이상의 고온 및 고압에서 처리된 경우에도, 불소 원자의 함유율이 100 중량 ppm 이하이며 열분해성이 작은 불소 함유 유기 용제인 것이 바람직하다. 이러한 불소 함유 유기 용제를 제2 용제로서 사용함으로써, 불소 원자에 의한 웨이퍼 W의 손상을 억제할 수 있다.
이상의 관점에서, 제2 용제로서, 예를 들어, PFC(perfluoro carbon)가 사용된다. PFC는 탄화수소에 포함되는 모든 수소를 불소로 치환한 불소 함유 유기 용제이다. 적합한 PFC로서, 스미또모 쓰리엠 가부시끼가이샤 제조의 플루오리너트(Fluorinert)(등록 상표) FC-72(이하, 간단히 「FC-72」이라 함)를 들 수 있다. FC-72의 비점은 약 56 ℃이고, 임계 온도는 약 177 ℃이다. 제2 용제는 불소 함유 유기 용제 중에서 임의로 선택 가능하고, PFC로만 한정되지 않음에 주목해야 한다.
제1 용제는 챔버(21)에 도입된 제2 용제가 챔버(21) 내 및 웨이퍼 W의 표면 상에서 초임계 상태가 되기 전에, 웨이퍼 W의 표면이 건조하는 것을 방지하는 용제이다. 웨이퍼 W는 표면에 제1 용제를 액막 형성한 상태에서 챔버(21)에 도입되어 초임계 건조 처리가 실시되기 때문에, 제1 용제는 제2 용제에 대하여 용해도를 갖는 것이 필요하다. 이러한 제1 용제로서, 예를 들어, 제2 용제와 마찬가지로 불소 함유 유기 용제가 사용된다. 제1 용제로서 불소 함유 유기 용제를 사용함으로써, 웨이퍼 W의 내부로의 수분의 반입을 억제할 수 있다. 또한, 불소 함유 유기 용제는 난연성인 점으로부터도, 건조 방지용의 용제로서 적합하다.
또한, 제1 용제는 비점이 충분히 높은, 예를 들어, 비점이 100 ℃ 이상인 불소 함유 유기 용제인 것이 바람직하다. 챔버(21)는 제2 용제를 초임계 상태로 상변화시키기 위해, 제2 용제의 임계 온도 이상까지 승온된다. 이때, 웨이퍼 W의 표면에 액막 형성된 제1 용제가 제2 용제의 초임계 유체로 치환되기 전에, 웨이퍼 W의 표면으로부터 완전히 기화해버리는 것을 억제할 필요가 있다. 이는, 기판 표면에 액막 형성된 제1 용제가 제2 용제의 초임계 유체로 치환되기 전에 완전히 기화하면, 패턴 붕괴가 발생할 우려가 있기 때문이다. 제1 용제의 비점이 충분히 높은 경우, 제2 용제의 초임계 상태로의 상변화 전에, 제1 용제가 액막 형성된 웨이퍼 W의 표면이 건조해버리는 리스크를 줄일 수 있다.
한편, 제1 용제의 비점은 제2 용제의 임계 온도 이하의 온도인 것이 바람직하다. 이는, 챔버(21) 내에서 웨이퍼 W의 표면 상에 액막 형성된 제1 용제를 제2 용제로 치환한 후, 챔버(21) 내를 감압하여 제2 용제를 기화시킬 때, 제1 용제가 웨이퍼 W의 표면에 재부착하는 것을 억제하기 위함이다. 제1 용제의 비점이 제2 용제의 임계 온도보다도 높은 경우, 제2 용제를 기화시켜서 챔버(21)로부터 배출 할 때에 제1 용제가 액체인 채로 웨이퍼 W의 표면에 재부착할 우려가 있다. 재부착된 제1 용제는 파티클 결함이나 미세 패턴의 패턴 붕괴 원인이 된다. 이에 비해, 제1 용제의 비점이 제2 용제의 임계 온도 이하의 온도인 경우, 챔버(21)의 감압에 의해 제2 용제가 기체로 상변화하고, 제1 용제도 기체로 상변화한다. 이에 따라, 제1 용제의 액체가 웨이퍼 W의 표면에 재부착하는 것을 억제할 수 있다.
이상의 관점에서, 제1 용제는 비점이 제2 용제의 임계 온도 이하의 범위에서 충분히 높은 것이 바람직하고, 예를 들어, 비점이 제2 용제의 비점보다 높고 제2 용제의 임계 온도보다 낮은 것이 바람직하다. 이러한 제1 용제로서, 예를 들어, 비점이 충분히 높은 PFC가 사용된다. 제2 용제가 FC-72일 경우, 제1 용제는 스미또모 쓰리엠 가부시끼가이샤 제조의 플루오리너트(Fluorinert)(등록 상표) FC-43(이하, 간단히 「FC-43」이라 함)를 사용할 수 있다. FC-43의 비점은 약 174 ℃이고, 제2 용제인 FC-72의 비점 약 56 ℃와 비교해도 충분히 높다. 또한, FC-43의 임계 온도는 약 294 ℃이고, FC-72의 임계 온도 약 177℃보다도 높다. 이와 같이, 제1 용제의 비점이 제2 용제의 임계 온도 이하의 범위 내에서 충분히 높은 경우, 제2 용제가 초임계 상태로 상변화할 때까지의 동안에 제1 용제는 완전히 휘발해버리지 않는다. 따라서, 웨이퍼 W의 표면 건조를 억제할 수 있다. 또한, 제2 용제가 초임계 상태로 상변화된 시점에서 제1 용제의 증기압이 상승하기 때문에, 제1 용제가 초임계 유체에 대해 높은 용해도를 나타낸다. 제1 용제는 PFC로만 한정되지 않고, 제2 용제에 대한 용해도를 갖는 불소 함유 유기 용제 중에서 임의로 선택할 수 있음에 주목해야 한다.
중간 용제는, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 초순수를 제1 용제로 치환하기 위한 용제이다. 따라서, 중간 용제는 초순수에 대해서 뿐만 아니라, 제1 용제에 대해서도 용해도를 갖는 것이 필요하다. 일반적인 불소 함유 유기 용제는 초순수에 대하여 용해도를 거의 또는 완전히 갖지 않기 때문에, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 초순수를 직접 제1 용제로 치환하는 것은 곤란하다. 따라서, 중간 용제로서 초순수 및 제1 용제 양쪽에 대해 용해도를 갖는 용제가 사용된다.
상술한 관점에서, 중간 용제로서, 예를 들어, 불화 알코올이 사용된다. 불화 알코올은 초순수 및 불소 함유 유기 용제에 대하여 용해도를 가질 뿐만 아니라, 가연성도 없거나 또는 낮다. 따라서, 방폭 설비 등이 불필요하게 되고, 기판 처리 장치의 구성을 간략화할 수 있다. 불화 알코올은 탄소수가 1 내지 6의 불소화된 알코올을 포함한다. 특히, 적합한 불화 알코올로서, HFIP(Hexa Fluoro Isopropyl Alchol: 1, 1, 1, 3, 3, 3-헥사플루오로2-프로판올)를 들 수 있다.
HFIP는 초순수에 대한 용해도를 가짐과 함께, 불소 함유 유기 용제(예를 들어, FC-43)에 대한 용해성도 갖는다. 또한, HFIP는 난연성인 점으로부터도 중간 용제로서 적합하다. 중간 용제는 초순수 및 불소 함유 유기 용제(제1 용제)에 대한 용해도를 갖는 용제 중에서 임의로 선택 가능하고, 불화 알코올에만 한정되지 않음에 주목해야 한다.
(기판 처리 방법)
이하, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 방법에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 방법의 공정 흐름도이다.
먼저, 액 처리 유닛(10) 내에 웨이퍼 W가 반송된다. 웨이퍼 유지부(12)는 반송된 웨이퍼 W를 거의 수평한 상태로 유지한다. 이어서, 세정액 공급부(13)로부터 SC1 등의 세정액이 공급되어 웨이퍼 W의 세정이 행해진다(스텝 S1). 이런 구성에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 파티클이나 유기성의 오염 물질이 제거된다.
이어서, 초순수 공급부(14)로부터 초순수가 공급되어 웨이퍼 W의 표면이 초순수에 의해 린스된다(스텝 S2). 이런 구성에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 잔류물이나 SC1 등의 세정액이 제거된다. 또한, 세정액 공급부(13)로부터 DHF 등의 세정액이 공급되어 웨이퍼 W의 표면이 세정된다(스텝 S3). 이런 구성에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 형성된 자연 산화막이 제거된다. 그리고, 다시 초순수 공급부(14)로부터 초순수가 공급되어 웨이퍼 W의 표면이 초순수에 의해 린스된다(스텝 S4). 이런 구성에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 잔류물이나 DHF 등의 세정액이 제거된다. 이상의 세정 공정은 다른 세정액을 사용하여 행하여져도 되고, 사용되는 세정액의 종류나 수도 임의이다.
이어서, 중간 용제 공급부(16)로부터 중간 용제가 공급되어 웨이퍼 W의 표면이 중간 용제에 의해 린스된다(스텝 S5). 중간 용제는 초순수에 대하여 용해도를 갖기 때문에, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 초순수는 중간 용제로 치환된다. 상술한 바와 같이, 중간 용제는, 예를 들어, 불화 알코올이다.
또한, 제1 용제 공급부(15)로부터 제1 용제가 공급되어 웨이퍼 W의 표면이 제1 용제에 의해 린스된다(스텝 S6). 중간 용제는 제1 용제에 대하여 용해도를 갖기 때문에, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 중간 용제는 제1 용제로 치환된다. 상술한 바와 같이, 제1 용제는, 예를 들어, 고비점의 불소 함유 유기 용제이다.
이상의 액 처리에 의해, 웨이퍼 W의 표면 상에는 제1 용제가 액막 형성된다. 액 처리된 웨이퍼 W는 초임계 건조 처리 유닛(20)의 챔버(21) 내에 도입된다(스텝 S7). 기판 처리 장치는 액 처리 유닛(10)으로부터 초임계 건조 처리 유닛(20)까지 웨이퍼 W를 반송하는 반송 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 용제가 고비점의 불소 함유 유기 용제인 경우, 웨이퍼 W의 반송 도중에 제1 용제가 증발하여 웨이퍼 W의 표면이 건조하는 것을 억제할 수 있다.
웨이퍼 W가 챔버(21) 내의 처리 공간에 도입되면, 웨이퍼 W는 스테이지(23)에 의해 유지된다. 이어서, 제2 용제 공급부(24)로부터 용제 공급로(26)를 통해 챔버(21) 내에 제2 용제가 액체 상태로 공급된다(스텝 S8).
초임계 건조 처리 유닛(20)은 웨이퍼 W가 도입되기 전에, 미리 챔버(21)를 승온시킬 수 있음에 주목해야 한다. 미리 승온해 두면, 초임계 건조 처리에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 초임계 건조 처리 유닛(20)은 웨이퍼 W가 도입되기 전에, 미리 챔버(21)를 포함하는 초임계 건조 처리 유닛(20)의 하우징 내에 질소 가스나 희가스 등의 불활성 가스를 충만시켜 두어도 된다. 이런 구성에 의해, 초임계 건조 처리 유닛(20)의 내부로부터 산소 및 수분이 배출되어 제2 용제의 열분해를 억제할 수 있다.
챔버(21) 내에 소정량의 제2 용제가 공급되면, 밸브(27 및 29)가 폐쇄되어, 챔버(21) 내부가 밀폐된다. 그리고, 히터(22)에 의해 챔버(21) 내의 처리 공간 및 웨이퍼 W의 온도가 제2 용제의 임계점보다 높아지도록 승온된다. 예를 들어, 제2 용제가 FC-72인 경우, 챔버(21) 내의 온도가 약 200 ℃가 되게 승온된다. 이런 구성에 의해, 밀폐된 챔버(21)의 내부에서 제2 용제가 가열되어서 팽창한다. 제2 용제의 팽창에 의해 챔버(21)의 내압이 상승하고, 제2 용제가 초임계 상태로 상변화한다. 즉, 챔버(21) 내에 제2 용제에 의한 초임계 유체가 생성된다(스텝 S9). 이때, 고온 및 고압 하에서 초임계 유체가 생성되기 전에 웨이퍼 W의 표면에 부착된 제1 용제가 완전히 휘발하지 않도록 제1 용제가 선택된다.
웨이퍼 W가 챔버(21) 내의 처리 공간에 도입된 후, 챔버(21) 내에 제2 용제가 초임계 상태로 공급될 수 있음에 주목해야 한다. 이 경우, 밸브(29)가 폐쇄된 상태에서 제2 용제를 공급하고, 챔버(21) 내에 소정량의 제2 용제가 공급된 후, 밸브(27)가 폐쇄된다. 또한, 웨이퍼 W가 챔버(21) 내의 처리 공간에 도입된 후, 챔버(21) 내에 임계 온도 이상의 온도로 가열된 기체 상태의 제2 용제가 공급되어도 된다. 이 경우, 밸브(29)가 폐쇄된 상태에서, 기체 상태의 제2 용제를 펌프에 의해 공급하고, 챔버(21) 내에 소정량의 제2 용제가 공급된 후, 밸브(27)가 폐쇄된다. 이때, 제2 용제는 챔버(21) 내의 압력이 제2 용제의 임계압 이상이 될 때까지 공급된다.
제2 용제가 초임계 상태로 상변화하여 초임계 유체가 생성된 후, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 제1 용제가 초임계 유체에 의해 추출되어, 웨이퍼 W의 표면 상의 제1 용제가 초임계 유체로 치환된다. 그 후, 소정 시간이 경과 한 후, 밸브(29)가 개방되어 챔버(21)의 내부는 즉시 감압되어 초임계 유체는 기체로 상변화한다(스텝 S10). 또한, 제1 용제의 비점은 제2 용제의 임계 온도 이하이기 때문에, 그러한 감압에 의해 제1 용제도 기체로 상변화한다. 그리고, 기체로 상변화된 제1 용제 및 제2 용제는 챔버(21)로부터 배출되어 용제 회수로(28)를 통해 용제 회수부(25)에 의해 회수된다. 따라서, 웨이퍼 W의 표면에 제1 용제가 재부착하는 것을 억제하고, 파티클 결함이나 미세 패턴의 패턴 붕괴를 방지할 수 있다.
초임계 상태와 기상 사이에는 계면이 존재하지 않고, 초임계 유체로부터 기체로의 상변화는 순간적으로 행하여진다. 이로 인해, 제2 용제가 기화함으로써, 웨이퍼 W의 표면이 순간적 또한 균일하게 건조된다. 따라서, 표면 장력의 영향에 의한 패턴 붕괴를 발생시키지 않고 웨이퍼 W의 표면을 건조시킬 수 있다. 또한, 제2 용제가 임계점 이상으로 고온 및 고압에서 처리된 경우에도, 불소 원자의 함유율이 100 중량 ppm 이하이며 열분해성이 작은 불소 함유 유기 용제를 사용함으로써, 초임계 건조 처리에 수반하는 제2 용제로부터의 불소 원자의 방출이 대부분 발생하지 않는다. 이로 인해, 불소 원자에 의한 웨이퍼 W의 손상을 억제하면서, 웨이퍼 W를 건조시킬 수 있다.
챔버(21)의 내압이 대기압과 거의 동일하게 된 후, 챔버(21)로부터 웨이퍼 W가 배출된다(스텝 S11). 기판 처리 장치는 챔버(21)로부터 웨이퍼 W를 배출하기 위한 반송 수단을 포함해도 된다.
이상 설명한 대로, 본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼 W의 표면 상의 액체(제1 용제)를 초임계 유체(제2 용제)를 사용하여 제거할 수 있기 때문에, 패턴 붕괴의 발생을 억제하면서 웨이퍼 W의 표면을 건조시킬 수 있다. 또한, 비점이 충분히 높은 제1 용제를 웨이퍼 W의 표면 상에 액막 형성된 상태에서 초임계 건조 처리를 행하기 때문에 웨이퍼 W의 표면 건조를 억제할 수 있다. 또한, 비점이 제2 용제의 임계 온도 이하의 제1 용제를 사용함으로써, 제1 용제의 비점보다도 높은 온도에서 제1 용제가 초임계 유체로 치환된 후, 초임계 유체가 기체로 상변화된다. 이런 상변화를 위해 고압 상태로부터 대기압으로 감압할 때, 초임계 유체에 의해 추출되어 초임계 유치로 치환된 제1 용제는 액화하지 않고 기체로 상변화된다. 이에 따라, 웨이퍼 W의 표면에 제1 용제가 재부착하지 않고, 파티클 결함이나 미세 패턴의 패턴 붕괴를 방지할 수 있다.
또한, 중간 용제로서 불화 알코올을 사용함으로써, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 초순수를 불소 함유 유기 용제(제1 용제)로 용이하게 치환할 수 있다. 이런 구성에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 부착된 초순수를 제1 용제로 치환할 때까지의 공정을 간략화할 수 있고, 액 처리 비용의 삭감이 도모된다. 또한, 중간 용제로서 불화 알코올을 사용함으로써, 방폭 설비 등이 불필요하게 되고, 기판 처리 장치의 설비를 간략화할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 액 처리 유닛(10)과 초임계 건조 처리 유닛(20)을 일체화하여 기판 처리 장치를 구성해도 되거나, 각각 독립한 장치를 조합하여 기판 처리 장치를 구성할 수 있음에 주목해야 한다.
(제2 실시 형태)
제1 실시 형태에 따른 기판 처리 방법에서는, 초순수를 제1 용제로 치환할 때, 중간 용제를 사용한다. 그러나, 중간 용제를 사용하지 않는 구성도 가능하다. 즉, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 방법에서는, 초순수는 제1 용제로 직접 치환된다.
여기서, 도 4는 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 방법의 일례를 나타내는 공정 흐름도이다. 도 4에서는, 도 3과 공통되는 공정에는 동일한 스텝 번호를 첨부하고 있어, 이하에서는 상위점을 중심으로 설명한다.
도 4에서는, 도 3의 스텝 S5의 공정은 생략되어 있다. 도 4의 스텝 S6에서 사용되는 제1 용제는, 예를 들어, 초순수에 대한 용해도를 가지며, 초임계 유체로서 이용되는 제2 용제(FC-72 등의 불소 함유 유기 용제)에 대한 용해도를 갖는 불화 알코올이다. 이러한 제1 용제를 사용함으로써, 초순수와 제1 용제를 직접 치환할 수 있다. 그리고, 웨이퍼 W는 제1 용제가 액막 형성된 상태에서 챔버(21)에 도입되어(스텝 S7), 제1 실시 형태에서와 마찬가지의 초임계 건조 처리가 실행된다(스텝 S8 내지 S11).
제2 용제가 FC-72일 경우, 제1 용제로서 HFIP를 사용할 수 있다. HFIP는 초순수 및 FC-72에 대한 용해도를 갖는다. 또한, HFIP는 비점이 약 59 ℃이고, 임계 온도가 약 182.9 ℃이다. 즉, HFIP의 비점은 FC-72의 비점 약 56 ℃보다도 높고, FC-72의 임계 온도 약 177 ℃보다도 낮다.
본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼 W의 액 처리 공정을 제1 실시 형태보다도 간소화할 수 있고, 액 처리에 사용하는 용제의 수도 줄일 수 있다. 그러므로, 액 처리 비용을 또한 삭감할 수 있다.
본 발명의 소정의 실시 형태를 예시했지만, 이들 실시 형태는 단지 예로서 제시한 것일 뿐, 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실제로, 본 명세서에 설명되는 신규한 방법들 및 시스템들은 각종 다른 형태들로 실시될 수 있으며; 더욱이, 본 명세서에 설명되는 방법 및 시스템의 형태에 있어서, 본 발명들의 사상으로부터 벗어나지 않고 다양한 생략들, 치환들 및 변경들이 이루어질 수 있다. 첨부하는 청구항들 및 그의 균등물들은 본 발명들의 범위 및 사상 내에 있는 한 그러한 형태들 또는 수정들을 커버하도록 의도된다.
Claims (40)
- 기판의 표면에 물을 공급하는 공정과,
상기 물이 부착된 상기 기판의 표면에 불화 알코올 함유 용제를 공급하는 공정과,
상기 불화 알코올 함유 용제가 부착된 상기 기판의 표면에, 상기 불화 알코올 함유 용제에 대해 용해성을 갖고, 상기 불화 알코올 함유 용제와 다른 제1 용제를 공급하는 공정과,
상기 제1 용제가 부착된 상기 기판을 챔버 내에 도입한 후, 상기 챔버 내에 제2 용제를 공급하는 공정과,
상기 제2 용제를 상변화시켜 초임계 유체를 생성하는 공정과,
상기 기판의 표면상의 상기 제1 용제를 상기 초임계 유체로 치환시킨 후, 상기 챔버 내의 압력을 감소시켜 상기 초임계 유체를 기체로 변화시키는 공정과,
상기 기판을 상기 챔버로부터 배출하는 공정
을 포함하는, 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 용제는 불소 함유 용제인, 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 불화 알코올은, HFIP(1, 1, 1, 3, 3, 3-헥사플루오로-2-프로판올)인, 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 용제는 불소 함유 용제인, 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 용제는 PFC(퍼플루오로 카본)인, 기판 처리 방법. - 기판의 표면에 물을 공급하는 공정과,
상기 물이 부착된 상기 기판의 표면에 HFIP(1, 1, 1, 3, 3, 3-헥사플루오로-2-프로판올)을 함유하는 제1 용제를 공급하는 공정과,
상기 제1 용제가 부착된 상기 기판을 챔버 내에 도입한 후, 상기 챔버 내에 PFC(퍼플루오로 카본)를 함유하는 비점이 100℃ 이상인 제2 용제를 공급하는 공정과,
상기 제2 용제를 상변화시켜 상기 제1 용제의 비점보다 높은 임계 온도를 갖는 초임계 유체를 생성하는 공정과,
상기 기판의 표면상의 상기 제1 용제를 상기 초임계 유체로 치환시킨 후, 상기 챔버 내의 압력을 감소시켜 상기 초임계 유체를 기체로 변화시키는 공정과,
상기 기판을 상기 챔버로부터 배출하는 공정
을 포함하는, 기판 처리 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판의 표면에 물을 공급하는 물 공급부와,
상기 물이 부착된 상기 기판의 표면에 불화 알코올 함유 용제를 공급하는 불화 알코올 함유 용제 공급부와,
상기 불화 알코올 함유 용제가 부착된 상기 기판의 표면에, 상기 불화 알코올 함유 용제에 대해 용해성을 갖고, 상기 불화 알코올 함유 용제와 다른 제1 용제를 공급하는 제1 용제 공급부와,
상기 제1 용제가 부착된 상기 기판을 챔버 내에 도입하고, 상기 챔버 내에 제2 용제 공급부로부터 제2 용제를 공급한 후, 상기 제2 용제를 상변화시켜 초임계 유체를 생성하고, 또한, 상기 기판의 표면상의 상기 제1 용제를 상기 초임계 유체로 치환시킨 후, 상기 챔버 내의 압력을 감소시켜 상기 초임계 유체를 기체로 변화시키는 초임계 건조 처리 수단
을 포함하는, 기판 처리 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 용제는 불소 함유 용제인, 기판 처리 장치. - 기판의 표면에 물을 공급하는 물 공급부와,
상기 물이 부착된 상기 기판의 표면에 불화 알코올 함유 제1 용제를 공급하는 제1 용제 공급부와,
상기 제1 용제가 부착된 상기 기판을 챔버 내에 도입하고, 상기 챔버 내에 제2 용제 공급부로부터 제2 용제를 공급한 후, 상기 제2 용제를 상변화시켜 상기 제1 용제의 비점보다 높은 임계 온도를 갖는 초임계 유체를 생성하고, 또한, 상기 기판의 표면상의 상기 제1 용제를 상기 초임계 유체로 치환시킨 후, 상기 챔버 내의 압력을 감소시켜 상기 초임계 유체를 기체로 변화시키는 초임계 건조 처리 수단
을 포함하는, 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제2 용제는 불소 함유 용제인, 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 용제의 비점은 상기 초임계 유체의 임계 온도보다 낮은, 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 용제의 비점은 상기 초임계 유체의 비점보다 높은, 기판 처리 방법. - 제5항에 있어서,
상기 PFC(퍼플루오로 카본)의 비점은 100℃ 이상인, 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 용제는 PFC(퍼플루오로 카본) 함유 용제인, 기판 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 용제는, 상기 제2 용제에 대해 용해성을 갖는, 기판 처리 방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1 용제는 PFC(퍼플루오로 카본) 함유 용제인, 기판 처리 방법. - 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 제1 용제의 비점은 상기 제2 용제의 비점 이상인, 기판 처리 방법. - 제6항에 있어서,
상기 제2 용제의 임계 온도는 상기 제1 용제의 임계 온도 이하인, 기판 처리 방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1 용제는, 상기 제2 용제에 대해 용해성을 갖는, 기판 처리 방법. - 제11항에 있어서,
상기 불화 알코올은, HFIP(1, 1, 1, 3, 3, 3-헥사플루오로-2-프로판올)인, 기판 처리 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 용제는 PFC(퍼플루오로 카본) 함유 용제인, 기판 처리 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제2 용제는 불소 함유 용제인, 기판 처리 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제2 용제는 PFC(퍼플루오로 카본) 함유 용제인, 기판 처리 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 용제의 비점은 상기 제2 용제의 임계 온도 이하인, 기판 처리 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 용제의 비점은 상기 제2 용제의 비점 이상인, 기판 처리 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제2 용제의 임계 온도는 제1 용제의 임계 온도 이하인, 기판 처리 장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 용제는 상기 제2 용제에 대해 용해성을 갖는, 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 불화 알코올은, HFIP(1, 1, 1, 3, 3, 3-헥사플루오로-2-프로판올)인, 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제1 용제는 PFC(퍼플루오로 카본) 함유 용제인, 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제2 용제는 불소 함유 용제인, 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제2 용제는 PFC(퍼플루오로 카본) 함유 용제인, 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제1 용제의 비점은 상기 제2 용제의 임계 온도 이하인, 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제1 용제의 비점은 상기 제2 용제의 비점 이상인, 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제2 용제의 임계 온도는 상기 제1 용제의 임계 온도 이하인, 기판 처리 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제1 용제는 상기 제2 용제에 대해 용해성을 갖는, 기판 처리 장치.
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