KR101967054B1 - 기판 처리 장치, 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치, 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시형태에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 배치하여 회전시키는 배치부와, 상기 기판의 상기 배치부측과는 반대측의 면에 액체를 공급하는 액체 공급부와, 상기 기판의 상기 배치부측의 면에 냉각 가스를 공급하는 냉각부와, 상기 기판의 회전수, 상기 액체의 공급량, 및 상기 냉각 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 상기 제어부는, 상기 기판의 면 상에 있는 상기 액체가 과냉각 상태가 되도록 하고, 상기 과냉각 상태가 된 상기 액체의 적어도 일부를 동결시킨다.

Description

기판 처리 장치, 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING DEVICE AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명의 실시형태는 기판 처리 장치, 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
임프린트용 템플릿, 포토리소그래피용 마스크 기판, 반도체 웨이퍼 등의 미세 구조체에 있어서는, 기판의 표면에 미세한 요철부가 형성되어 있다.
여기서, 기판의 표면에 부착된 파티클 등의 오염물을 제거하는 방법으로서, 초음파 세정법이나 이류체 스프레이 세정법 등이 알려져 있다. 그러나, 기판에 초음파를 가하거나, 기판의 표면에 유체를 분사하거나 하면, 기판의 표면에 형성된 미세한 요철부가 파손될 우려가 있다. 또한, 최근에는 요철부의 미세화가 진행되어, 요철부가 더욱 파손되기 쉬워지고 있다.
그래서, 기판의 표면에 부착된 오염물을 제거하는 방법으로서, 동결 세정법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).
동결 세정법에 있어서는, 먼저, 회전시킨 기판의 표면에 순수(純水)를 공급하고, 공급된 순수의 일부를 배출하여 기판의 표면에 수막(水膜)을 형성한다. 다음으로, 기판의, 수막이 형성된 측에 냉각 가스를 공급하여 수막을 동결시킨다. 수막이 동결하여 빙막(氷膜)이 형성될 때에 오염물이 빙막에 받아들여짐으로써, 오염물이 기판의 표면으로부터 분리된다. 다음으로, 빙막에 순수를 공급하여 빙막을 융해하고, 순수와 함께 오염물을 기판의 표면으로부터 제거한다.
동결 세정법에 의하면, 기판의 표면에 형성된 미세한 요철부가 파손되는 것을 억제할 수 있다.
그러나, 기판의, 수막이 형성된 측에 냉각 가스를 공급하면, 수막의 표면측(수막의, 기판측과는 반대측)으로부터 동결이 시작되게 된다. 수막의 표면측으로부터 동결이 시작되면, 기판의 표면에 부착되어 있는 불순물을 기판의 표면으로부터 분리하는 것이 곤란해진다. 그 때문에, 오염물의 제거율을 향상시키는 것이 곤란해지고 있었다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2013-69764호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치, 및 기판 처리 방법을 제공하는 것이다.
실시형태에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 배치하여 회전시키는 배치부와, 상기 기판의 상기 배치부측과는 반대측의 면에 액체를 공급하는 액체 공급부와, 상기 기판의 상기 배치부측의 면에 냉각 가스를 공급하는 냉각부와, 상기 기판의 회전수, 상기 액체의 공급량, 및 상기 냉각 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 상기 제어부는, 상기 기판의 면 상에 있는 상기 액체가 과냉각 상태가 되도록 하고, 상기 과냉각 상태가 된 상기 액체의 적어도 일부를 동결시킨다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치, 및 기판 처리 방법이 제공된다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)를 예시하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 대해 예시를 하기 위한 타이밍 차트이다.
도 3은 과냉각 공정만을 행한 경우와, 과냉각 공정과 동결 공정을 행한 경우를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 4는 과냉각 공정에 있어서의 액체(101)의 온도와, 동결 공정에 있어서의 체적 팽창률의 관계를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 5는 액체(101)의 공급 공정과, 과냉각 공정과, 동결 공정을 복수 회 반복하는 경우를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 6은 다른 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1a)를 예시하기 위한 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 실시형태에 대해 예시한다. 한편, 각 도면 중, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 적절히 생략한다.
이하에 예시하는 기판(100)은, 예컨대, 반도체 웨이퍼, 임프린트용 템플릿, 포토리소그래피용 마스크 기판, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)에 이용되는 판형체 등으로 할 수 있다.
단, 기판(100)의 용도는 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)를 예시하기 위한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(1)에는, 배치부(2), 냉각부(3), 제1 액체 공급부(4), 제2 액체 공급부(5), 케이스(6), 송풍부(7), 측정부(8), 제어부(9), 및 배기부(11)가 설치되어 있다.
배치부(2)는, 배치대(2a), 회전축(2b), 및 구동부(2c)를 갖는다.
배치대(2a)는, 케이스(6)의 내부에 설치되어 있다. 배치대(2a)는, 판 형상을 나타내고 있다.
배치대(2a)의 한쪽 주면(主面)에는, 기판(100)을 유지하는 복수의 돌출부(2a1)가 형성되어 있다. 복수의 돌출부(2a1) 위에는, 기판(100)이 배치된다. 기판(100)을 배치할 때에는, 기판(100)의, 요철부가 형성된 측의 면이, 배치대(2a)측과는 반대편을 향하도록 한다. 요철부는 예컨대 패턴으로 할 수 있다. 복수의 돌출부(2a1)는, 기판(100)의 둘레 가장자리를 유지한다. 복수의 돌출부(2a1)에 의해 기판(100)의 둘레 가장자리를 유지하도록 하면, 기판(100)과 배치대(2a)측의 요소가 접촉하는 부분을 적게 할 수 있다. 그 때문에, 기판(100)의 더러워짐이나 손상 등을 억제할 수 있다.
배치대(2a)의 중앙 부분에는, 배치대(2a)의 두께 방향을 관통하는 구멍(2a2)이 형성되어 있다.
회전축(2b)의 한쪽 단부는, 배치대(2a)의 구멍(2a2)에 감합(嵌合)되어 있다. 회전축(2b)의 다른쪽 단부는, 케이스(6)의 외부에 설치되어 있다. 회전축(2b)은, 케이스(6)의 외부에 있어서 구동부(2c)와 접속되어 있다.
회전축(2b)은, 통 형상을 나타내고 있다.
회전축(2b)의 배치대(2a)측의 단부에는, 분출부(2b1)가 형성되어 있다. 분출부(2b1)는, 배치대(2a)의, 복수의 돌출부(2a1)가 형성되는 면에 개구되어 있다. 분출부(2b1)의 개구측의 단부는, 구멍(2a2)의 내벽에 접속되어 있다. 분출부(2b1)의 개구는, 배치대(2a)에 배치된 기판(100)의 면에 대치하고 있다.
분출부(2b1)는, 배치대(2a)측(개구측)이 됨에 따라 단면적이 커지는 형상을 갖고 있다. 그 때문에, 분출부(2b1)의 내부의 구멍은, 배치대(2a)측(개구측)이 됨에 따라 단면적이 커지는 형상을 갖고 있다.
한편, 회전축(2b)의 선단에 분출부(2b1)를 형성하는 경우를 예시하였으나, 분출부(2b1)는, 냉각 노즐(3d)의 선단에 형성할 수도 있다. 또한, 배치대(2a)의 구멍(2a2)을 분출부(2b1)로 할 수도 있다.
분출부(2b1)를 형성하면, 방출된 냉각 가스(3a1)를, 기판(100)의 배치대(2a)측의 보다 넓은 영역에 공급할 수 있다. 또한, 냉각 가스(3a1)의 방출 속도를 저하시킬 수 있다. 그 때문에, 기판(100)이 부분적으로 냉각되거나, 기판(100)의 냉각 속도가 지나치게 빨라지거나 하는 것을 억제할 수 있다.
그 결과, 후술하는 액체(101)의 과냉각 상태를 발생시키는 것이 용이해진다. 또한, 기판(100)의 보다 넓은 영역에 있어서, 액체(101)의 과냉각 상태를 발생시킬 수 있다. 그 때문에, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있다.
회전축(2b)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부는 폐색되어 있다. 회전축(2b)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부에는, 냉각 노즐(3d)이 삽입되어 있다. 회전축(2b)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부와, 냉각 노즐(3d) 사이에는, 도시하지 않은 회전축 시일이 설치되어 있다. 그 때문에, 회전축(2b)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부는, 기밀하게 되도록 밀봉되고, 또한, 고정되어 있다.
구동부(2c)는, 케이스(6)의 외부에 설치되어 있다. 구동부(2c)는, 회전축(2b)과 접속되어 있다. 구동부(2c)는, 모터 등의 회전 기기를 갖는 것으로 할 수 있다. 구동부(2c)의 회전력은, 회전축(2b)을 통해 배치대(2a)에 전달된다. 그 때문에, 구동부(2c)에 의해 배치대(2a), 나아가서는 배치대(2a)에 배치된 기판(100)을 회전시킬 수 있다.
또한, 구동부(2c)는, 회전의 개시와 회전의 정지뿐만이 아니라, 회전수(회전 속도)를 변화시킬 수 있다. 구동부(2c)는, 예컨대, 서보 모터 등의 제어 모터를 구비한 것으로 할 수 있다.
냉각부(3)는, 기판(100)의, 액체(101)가 공급된 면과는 반대측의 면[배치대(2a)측의 면]에 냉각 가스(3a1)를 직접 공급한다.
냉각부(3)는, 냉각액부(3a), 필터(3b), 유량 제어부(3c), 및 냉각 노즐(3d)을 갖는다.
냉각액부(3a), 필터(3b), 및 유량 제어부(3c)는, 케이스(6)의 외부에 설치되어 있다.
냉각액부(3a)는, 냉각액의 수납, 및 냉각 가스(3a1)의 생성을 행한다.
냉각액은, 냉각 가스(3a1)를 액화한 것이다.
냉각 가스(3a1)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어려운 가스이면 특별히 한정은 없다.
냉각 가스(3a1)는, 예컨대, 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스로 할 수 있다. 이 경우, 비열이 높은 가스를 이용하면 기판(100)의 냉각 시간을 단축할 수 있다. 예컨대, 헬륨 가스를 이용하면 기판(100)의 냉각 시간을 단축할 수 있다. 또한, 질소 가스를 이용하면 기판(100)의 처리 비용을 저감시킬 수 있다.
냉각액부(3a)는, 냉각액을 수납하는 탱크와, 탱크에 수납된 냉각액을 기화시키는 기화부를 갖는다. 탱크에는, 냉각액의 온도를 유지하기 위한 냉각 장치가 설치되어 있다. 기화부는, 냉각액의 온도를 상승시켜, 냉각액으로부터 냉각 가스(3a1)를 생성한다. 기화부는, 예컨대, 외기 온도를 이용하거나, 열매체에 의한 가열을 이용하거나 하는 것으로 할 수 있다. 냉각 가스(3a1)의 온도는, 액체(101)를 응고점 이하의 온도로까지 냉각하여 과냉각 상태로 하는 것이 가능한 정도의 온도이면 된다. 그 때문에, 냉각 가스(3a1)의 온도는, 액체(101)의 응고점 이하의 온도이면 되고, 냉각 가스(3a1)의 온도는, 예컨대 -170℃로 할 수 있다.
필터(3b)는, 배관을 통해, 냉각액부(3a)에 접속되어 있다. 필터(3b)는, 냉각액에 포함되어 있던 파티클 등의 오염물이, 기판(100)측으로 유출되는 것을 억제한다.
유량 제어부(3c)는, 배관을 통해, 필터(3b)에 접속되어 있다.
유량 제어부(3c)는, 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어한다. 유량 제어부(3c)는, 예컨대, MFC(Mass Flow Controller) 등으로 할 수 있다. 또한, 유량 제어부(3c)는, 냉각 가스(3a1)의 공급 압력을 제어함으로써 냉각 가스(3a1)의 유량을 간접적으로 제어하는 것이어도 좋다. 이 경우, 유량 제어부(3c)는, 예컨대, APC(Auto Pressure Controller) 등으로 할 수 있다.
냉각액부(3a)에 있어서 냉각액으로부터 생성된 냉각 가스(3a1)의 온도는, 거의 소정의 온도로 되어 있다. 그 때문에, 유량 제어부(3c)는, 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어함으로써 기판(100)의 온도, 나아가서는 기판(100) 상의 액체(101)의 온도를 제어할 수 있다. 이 경우, 유량 제어부(3c)는, 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어함으로써 후술하는 과냉각 공정에 있어서 액체(101)의 과냉각 상태를 발생시킨다.
냉각 노즐(3d)의 한쪽 단부는, 유량 제어부(3c)에 접속되어 있다. 냉각 노즐(3d)의 다른쪽 단부는, 회전축(2b)의 내부에 설치되어 있다. 냉각 노즐(3d)의 다른쪽 단부는, 분출부(2b1)의, 유량 제어부(3c)측의 단부 근방에 위치하고 있다.
냉각 노즐(3d)은, 통 형상을 나타내고 있다. 냉각 노즐(3d)은, 유량 제어부(3c)에 의해 유량이 제어된 냉각 가스(3a1)를 기판(100)에 공급한다. 냉각 노즐(3d)로부터 방출된 냉각 가스(3a1)는, 분출부(2b1)를 통해, 기판(100)의, 액체(101)가 공급된 면과는 반대측의 면에 직접 공급된다.
제1 액체 공급부(4)는, 기판(100)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 면에 액체(101)를 공급한다.
후술하는 동결 공정에 있어서, 액체(101)가 액체로부터 고체로 변화[액고상(液固相) 변화]하면 체적이 변화하기 때문에 압력파가 발생한다. 이 압력파에 의해, 기판(100)의 표면에 부착되어 있는 오염물이 분리된다고 생각된다. 그 때문에, 액체(101)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어려운 것이면 특별히 한정은 없다.
단, 액체(101)를 동결했을 때에 체적이 증가하는 액체로 하면, 체적 증가에 따르는 물리력을 이용하여, 기판(100)의 표면에 부착되어 있는 오염물을 분리할 수 있다고도 생각된다. 그 때문에, 액체(101)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어렵고, 또한, 동결했을 때에 체적이 증가하는 액체로 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 액체(101)는, 물(예컨대, 순수나 초순수 등)이나, 물을 주성분으로 하는 액체 등으로 할 수 있다.
물을 주성분으로 하는 액체는, 예컨대, 물과 알코올의 혼합액, 물과 산성 용액의 혼합액, 물과 알칼리 용액의 혼합액 등으로 할 수 있다.
물과 알코올의 혼합액으로 하면 표면 장력을 저하시킬 수 있기 때문에, 기판의 표면에 형성된 미세한 요철부의 내부에 액체(101)를 공급하는 것이 용이해진다.
물과 산성 용액의 혼합액으로 하면, 기판(100)의 표면에 부착된 파티클이나 레지스트 잔사 등의 오염물을 용해할 수 있다. 예컨대, 물과 황산 등의 혼합액으로 하면, 레지스트나 금속으로 이루어지는 오염물을 용해할 수 있다.
물과 알칼리 용액의 혼합액으로 하면, 제타 전위를 저하시킬 수 있기 때문에, 기판(100)의 표면으로부터 분리시킨 오염물이 기판(100)의 표면에 재부착되는 것을 억제할 수 있다.
단, 물 이외의 성분이 너무 많아지면, 체적 증가에 따르는 물리력을 이용하는 것이 어려워지기 때문에, 오염물의 제거율이 저하될 우려가 있다. 그 때문에, 물 이외의 성분의 농도는, 5 wt% 이상, 30 wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 액체(101)에는 가스를 용존시킬 수 있다. 가스는, 예컨대, 탄산 가스, 오존 가스, 수소 가스 등으로 할 수 있다.
액체(101)에 탄산 가스를 용존시키면, 액체(101)의 도전율을 높일 수 있기 때문에, 기판(100)의 제전이나 대전 방지를 행할 수 있다.
액체(101)에 오존 가스를 용존시키면, 유기물로 이루어지는 오염물을 용해할 수 있다.
제1 액체 공급부(4)는, 액체 수납부(4a), 공급부(4b), 유량 제어부(4c), 및 액체 노즐(4d)을 갖는다.
액체 수납부(4a), 공급부(4b), 및 유량 제어부(4c)는, 케이스(6)의 외부에 설치되어 있다.
액체 수납부(4a)는, 액체(101)를 수납한다.
공급부(4b)는, 배관을 통해, 액체 수납부(4a)에 접속되어 있다. 공급부(4b)는, 액체 수납부(4a)에 수납되어 있는 액체(101)를 액체 노즐(4d)을 향해 공급한다. 공급부(4b)는, 예컨대, 액체(101)에 대한 내성을 갖는 펌프 등으로 할 수 있다. 한편, 공급부(4b)가 펌프인 경우를 예시하였으나, 공급부(4b)는 펌프에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 공급부(4b)는, 액체 수납부(4a)의 내부에 가스를 공급하여, 액체 수납부(4a)에 수납되어 있는 액체(101)를 압송하는 것으로 할 수도 있다.
유량 제어부(4c)는, 배관을 통해, 공급부(4b)에 접속되어 있다. 유량 제어부(4c)는, 공급부(4b)에 의해 공급된 액체(101)의 유량을 제어한다. 유량 제어부(4c)는, 예컨대, 유량 제어 밸브로 할 수 있다.
또한, 유량 제어부(4c)는, 액체(101)의 공급의 개시와 공급의 정지도 행한다.
액체 노즐(4d)은, 케이스(6)의 내부에 설치되어 있다. 액체 노즐(4d)은, 통 형상을 나타내고 있다. 액체 노즐(4d)의 한쪽 단부는, 배관을 통해, 유량 제어부(4c)에 접속되어 있다. 액체 노즐(4d)의 다른쪽 단부는, 배치대(2a)에 배치된 기판(100)의 요철부가 형성된 면에 대치하고 있다. 그 때문에, 액체 노즐(4d)로부터 토출된 액체(101)는, 기판(100)의 요철부가 형성된 면에 공급된다.
또한, 액체 노즐(4d)의 다른쪽 단부[액체(101)의 토출구]는, 기판(100)의 요철부가 형성된 영역의 대략 중앙에 위치하고 있다. 액체 노즐(4d)로부터 토출된 액체(101)는, 기판(100)의 요철부가 형성된 영역의 중앙으로부터 확산되어, 기판 상에서 일정한 두께를 갖는 액막을 형성한다.
제2 액체 공급부(5)는, 기판(100)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 면에 액체(102)를 공급한다.
제2 액체 공급부(5)는, 액체 수납부(5a), 공급부(5b), 유량 제어부(5c), 및 액체 노즐(4d)을 갖는다.
액체(102)는, 후술하는 해동 공정에 있어서 이용된다. 그 때문에, 액체(102)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어렵고, 또한 후술하는 건조 공정에 있어서 기판(100) 상에 잔류하기 어려운 것이면 특별히 한정은 없다. 액체(102)는, 예컨대, 물(예컨대, 순수나 초순수 등)이나, 물과 알코올의 혼합액 등으로 할 수 있다.
액체 수납부(5a)는, 전술한 액체 수납부(4a)와 동일하게 할 수 있다. 공급부(5b)는, 전술한 공급부(4b)와 동일하게 할 수 있다. 유량 제어부(5c)는, 전술한 유량 제어부(4c)와 동일하게 할 수 있다.
한편, 액체(102)와 액체(101)가 동일한 경우에는, 제2 액체 공급부(5)를 생략할 수 있다. 또한, 액체 노즐(4d)을 겸용하는 경우를 예시하였으나, 액체(101)를 토출하는 액체 노즐과, 액체(102)를 토출하는 액체 노즐을 따로따로 설치할 수도 있다.
또한, 액체(101)의 온도는, 액체(101)의 응고점보다 높은 온도로 할 수 있다. 액체(101)의 온도는, 예컨대, 상온(20℃) 정도로 할 수 있다. 또한, 액체(102)의 온도는, 동결한 액체(101)를 해동할 수 있는 온도로 할 수 있다. 액체(102)의 온도는, 예컨대, 상온(20℃) 정도로 할 수 있다.
케이스(6)는, 상자 형상을 나타내고 있다.
케이스(6)의 내부에는 커버(6a)가 설치되어 있다. 커버(6a)는, 기판(100)에 공급되고, 기판(100)이 회전함으로써 기판(100)의 외부로 배출된 액체(101)를 받아낸다. 커버(6a)는, 통 형상을 나타내고 있다. 커버(6a)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부(도 1에서의 상방의 단부)는, 커버(6a)의 중심을 향해 굴곡되어 있다. 그 때문에, 기판(100)의 상방으로 비산하는 액체(101)의 포착을 용이하게 할 수 있다.
또한, 케이스(6)의 내부에는 칸막이판(6b)이 설치되어 있다. 칸막이판(6b)은, 커버(6a)의 외면과, 케이스(6)의 내면 사이에 설치되어 있다.
케이스(6)의 바닥면측의 측면에는 배출구(6c)가 형성되어 있다. 사용이 끝난 냉각 가스(3a1), 공기(7a), 액체(101), 및 액체(102)는, 배출구(6c)로부터 케이스(6)의 외부로 배출된다.
배출구(6c)에는 배기관(6c1)이 접속되고, 배기관(6c1)에는 사용이 끝난 냉각 가스(3a1), 공기(7a)를 배기하는 배기부(펌프)(11)가 접속되어 있다. 또한, 배출구(6c)에는 액체(101, 102)를 배출하는 배출관(6c2)도 접속되어 있다.
배출구(6c)는 기판(100)보다 하방에 형성되어 있다. 그 때문에, 냉각 가스(3a1)가 배출구(6c)로부터 배기됨으로써 다운플로우의 흐름이 생성된다. 그 결과, 파티클의 날아오름을 방지할 수 있다.
도 1 및 후술하는 도 6에 있어서, 케이스(6)를 평면에서 보았을 때에, 배출구(6c)는, 케이스(6)의 중심에 대해 대칭이 되도록 형성되어 있다. 도 1의 경우에는, 배출구(6c)가 2개 형성되어 있다. 이 때문에, 케이스(6)의 중심에 대해 대칭인 냉각 가스의 흐름을 형성할 수 있다. 그리고, 냉각 가스의 흐름을 대칭으로 함으로써, 기판(100)의 면 상을 균일하게 냉각할 수 있다.
송풍부(7)는, 케이스(6)의 천장면에 설치되어 있다. 한편, 송풍부(7)는, 케이스(6)의 천장측의 측면에 설치할 수도 있다. 송풍부(7)는, 팬 등의 송풍기와 필터를 구비한 것으로 할 수 있다. 필터는, 예컨대, HEPA 필터(High Efficiency Particulate Air Filter) 등으로 할 수 있다.
송풍부(7)는, 칸막이판(6b)과 케이스(6)의 천장 사이의 공간에 공기(7a)(외기)를 공급한다. 그 때문에, 칸막이판(6b)과 케이스(6)의 천장 사이의 공간의 압력이 외부의 압력보다 높아진다. 그 결과, 송풍부(7)에 의해 공급된 공기(7a)를 배출구(6c)로 유도하는 것이 용이해진다. 또한, 파티클 등의 오염물이, 배출구(6c)로부터 케이스(6)의 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 송풍부(7)는, 기판(100)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 면에 실온의 공기(7a)를 공급한다. 그 때문에, 송풍부(7)는, 공기(7a)의 공급량을 제어함으로써 기판(100) 상의 액체(101, 102)의 온도를 변화시킬 수 있다. 그 때문에, 송풍부(7)는, 후술하는 과냉각 공정에 있어서 액체(101)의 과냉각 상태를 제어하거나, 동결 공정에 있어서 액체(101)의 해동을 촉진시키거나, 건조 공정에 있어서 액체(102)의 건조를 촉진시키거나 할 수도 있다.
측정부(8)는, 칸막이판(6b)과 케이스(6)의 천장 사이의 공간에 설치되어 있다.
측정부(8)는, 기판(100) 상의 액체(101)의 온도를 측정하는 것으로 할 수 있다. 이 경우, 측정부(8)는, 예컨대, 방사 온도계로 할 수 있다. 또한, 측정부(8)는, 기판(100) 상의 액체(101)의 두께(액막의 두께)를 측정하는 것으로 할 수도 있다. 이 경우, 측정부(8)는, 예컨대, 레이저 변위계, 초음파 변위계 등으로 할 수 있다.
측정된 액체(101)의 온도나 두께는, 후술하는 과냉각 공정에 있어서 액체(101)의 과냉각 상태를 제어하는 데 이용할 수 있다.
한편, 과냉각 상태를 제어한다란, 과냉각 상태에 있는 액체(101)의 온도 변화의 커브를 제어하여, 급격히 냉각됨으로써 액체(101)가 동결하지 않도록 하는 것, 즉, 과냉각 상태가 유지되도록 하는 것이다.
제어부(9)는, 기판 처리 장치(1)에 설치된 각 요소의 동작을 제어한다.
제어부(9)는, 예컨대, 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)의 회전수(회전 속도)를 변화시킨다.
예컨대, 제어부(9)는, 기판(100)의 회전수를 제어하여, 공급된 액체(101)나 액체(102)가, 기판(100)의 전체 영역으로 널리 퍼지도록 한다. 제어부(9)는, 기판(100)의 회전수를 제어하여, 기판(100) 상에서의 액체(101)의 두께를 제어하거나, 액체(101)나 액체(102)를 기판(100) 상으로부터 배출시키거나 한다.
제어부(9)는, 예컨대, 유량 제어부(3c)를 제어하여, 냉각 가스(3a1)의 유량을 변화시킨다.
예컨대, 제어부(9)는, 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어하여 액체(101)의 온도나 냉각 속도를 제어한다. 이 경우, 제어부(9)는, 측정부(8)에 의해 측정된 액체(101)의 온도에 기초하여, 냉각 가스(3a1)의 유량, 나아가서는 액체(101)의 온도나 냉각 속도를 제어할 수 있다.
또한, 액체(101)의 냉각 속도는, 기판(100) 상에서의 액체(101)의 두께와 상관 관계가 있다. 예컨대, 액체(101)의 두께가 얇아질수록, 액체(101)의 냉각 속도가 빨라진다. 반대로 액체(101)의 두께가 두꺼워질수록, 액체(101)의 냉각 속도가 늦어진다. 그 때문에, 제어부(9)는, 측정부(8)에 의해 측정된 액체(101)의 두께에 기초하여, 냉각 가스(3a1)의 유량, 나아가서는 액체(101)의 냉각 속도를 제어할 수 있다.
한편, 액체(101)의 온도나 냉각 속도의 제어는, 후술하는 과냉각 공정에 있어서 액체(101)의 과냉각 상태를 제어할 때에 행해진다.
즉, 제어부(9)는, 기판(100)의 면 상에 있는 액체(101)가 과냉각 상태가 되도록 하고, 과냉각 상태가 된 액체(101)의 적어도 일부를 동결시킨다.
한편, 「적어도 일부를 동결시킨다」란, 적어도 기판(100)의 면 상에 형성되어 있는 요철부를 덮는 영역이 동결하도록 하면 된다.
제어부(9)는, 액체(101)의 공급과, 액체(101)의 과냉각과, 액체(101)의 동결을 포함하는 일련의 공정을 복수 회 실행시킨다.
제어부(9)는, 측정부(8)에 의해 측정된 액체(101)의 온도 및 액체(101)의 두께 중 적어도 어느 하나에 기초하여, 기판(100)의 회전수 및 냉각 가스(3a1)의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어한다.
또한 후술하는 바와 같이, 제어부(9)는, 냉각 가스(3a1)의 온도보다 높은 온도의 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 유량, 및 가스(10d)(도 6 참조)와 냉각 가스(3a1)의 혼합 비율 중 적어도 어느 하나를 제어한다.
다음으로, 기판 처리 장치(1)의 작용과 함께, 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 대해 예시한다.
도 2는 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 대해 예시를 하기 위한 타이밍 차트이다.
한편, 도 2는 기판(100)이 6025 쿼츠(Qz) 기판(152 ㎜×152 ㎜×6.35 ㎜), 액체(101)가 순수인 경우이다.
먼저, 케이스(6)의 도시하지 않은 반입 반출구를 통해, 기판(100)이 케이스(6)의 내부에 반입된다.
반입된 기판(100)은, 배치대(2a)의 복수의 돌출부(2a1) 위에 배치, 유지된다.
기판(100)이 배치대(2a)에 배치, 유지된 후에, 도 2에 도시된 바와 같이 예비 공정, 냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정), 해동 공정, 건조 공정을 포함하는 동결 세정 공정이 행해진다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 예비 공정이 실행된다.
예비 공정에 있어서는, 제어부(9)가, 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 기판(100)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 면에, 소정의 유량의 액체(101)를 공급한다.
또한, 제어부(9)가, 유량 제어부(3c)를 제어하여, 기판(100)의, 액체(101)가 공급된 면과는 반대측의 면[배치대(2a)측의 면]에, 소정의 유량의 냉각 가스(3a1)를 공급한다.
또한, 제어부(9)가, 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)을 소정의 회전수(제1 회전수)로 회전시킨다.
여기서, 냉각부(3)에 의한 냉각 가스(3a1)의 공급에 의해 케이스(6) 내의 분위기가 차가워지면, 기판(100)에 공기 중의 더스트를 포함한 서리가 부착되어, 오염의 원인이 될 가능성이 있다. 예비 공정에 있어서는, 표면에 액체(101)를 계속 공급하고 있기 때문에, 기판(100)을 균일하게 냉각하면서, 기판(100) 표면에의 서리의 부착을 방지할 수 있다.
예컨대, 도 2에 예시한 것의 경우에는, 기판(100)의 회전수를 100 rpm 정도, 액체(101)의 유량을 0.3 NL/min 정도, 냉각 가스(3a1)의 유량을 170 NL/min 정도, 예비 공정의 공정 시간을 1800초 정도로 할 수 있다.
한편, 이 공정 시간은, 기판(100)의 면 내가 균일하게 냉각되는 시간이면 된다.
또한, 이 예비 공정에 있어서의 기판(100) 상의 액체(101)의 온도는, 액체(101)가 그대로 흐르는 상태이기 때문에, 공급되는 액체(101)의 온도와 거의 동일해진다. 예컨대, 공급되는 액체(101)의 온도가 상온(20℃) 정도인 경우, 기판(100) 상에 존재하는 액체(101)(이하, 액막이라고 함)의 온도는 상온(20℃) 정도가 된다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이 냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정)이 실행된다.
한편, 본 실시형태에서는, 냉각 공정 중, 액체(101)가 과냉각 상태가 되고 나서 동결이 시작되기까지의 공정을 「과냉각 공정」, 과냉각 상태의 액체(101)가 동결 상태가 되고, 해동 공정에 의해 해동이 시작될 때까지를 「동결 공정」이라고 호칭한다.
여기서, 액체(101)의 냉각 속도가 너무 빨라지면 액체(101)가 과냉각 상태가 되지 않고, 바로 동결해 버린다.
그 때문에, 제어부(9)는, 냉각 가스(3a1)의 유량, 및 기판(100)의 회전수 중 적어도 어느 하나를 제어함으로써 기판(100) 상의 액체(101)가 과냉각 상태가 되도록 한다.
냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정)에서는, 도 2에 예시한 바와 같이, 예비 공정에 있어서 공급되고 있던 액체(101)의 공급을 정지하고, 기판(100)의 회전수를 30 rpm 정도로 한다. 이 회전수는, 공급부(4b)로부터 공급된 액체(101)가 기판(100) 상에서 확산되어, 기판(100) 상에 균일한 두께의 액막이 형성되어 유지되는 정도의 회전수이다. 즉, 제어부는, 예비 공정 시의 회전수보다 적은 회전수로 기판(100)을 회전시킨다. 또한, 이때의 액체(101)의 액막의 두께는, 요철부의 높이 치수 이상으로 할 수 있다. 또한, 냉각 가스(3a1)의 유량은 170 NL/min으로 유지되어 있다.
이와 같이, 냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정)에서는, 액체(101)의 공급을 정지함으로써, 기판(100) 상의 액이 정체되어 열교환이 행해지지 않게 된다. 또한, 기판의 회전수를 제1 회전수보다 적은 제2 회전수가 되도록 제어함으로써, 기판(100) 상의 액이 정체되어 열교환이 행해지지 않게 된다. 이 때문에, 기판(100)의, 배치대측의 면에 계속 공급되고 있던 냉각 가스(3a1)에 의한 냉각 효과에 의해, 기판(100) 상의 액체(101)의 액막의 온도가, 예비 공정 시의 액막의 온도보다 더 내려가, 과냉각 상태가 된다.
단, 액체(101)가 과냉각 상태가 되는 조건은, 기판(100)의 크기, 액체(101)의 점도, 냉각 가스(3a1)의 비열 등의 영향을 받는다. 그 때문에, 액체(101)가 과냉각 상태가 되는 조건은, 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 적절히 결정하는 것이 바람직하다.
동결 공정에 있어서는, 예컨대, 액체(101)의 온도를 더욱 저하시켜, 과냉각 상태가 된 액체(101)의 적어도 일부를 동결시킨다. 도 2에 예시한 것의 경우에는, 액체(101)의 온도가 -30℃ 정도가 되면 액체(101)의 적어도 일부가 동결한다.
전술한 바와 같이 액체(101)의 새로운 공급을 정지하고, 냉각 가스(3a1)를 계속 공급함으로써, 액체(101)의 온도는 더욱 저하되고, 액체(101)의 온도가 자발 동결 온도가 되었을 때에 자발적으로 액체(101)의 동결이 시작된다.
단, 과냉각 상태가 된 액체(101)를 동결시키는 조건은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 냉각 가스(3a1)의 유량을 증가시키도록 해도 좋다.
또한, 과냉각 상태에 있는 액체(101)에 진동을 인가하는 등 하여 액체(101)를 동결시키도록 해도 좋다. 이 경우, 회전축(2b) 등을 통해 간접적으로, 혹은, 직접적으로, 기판(100) 상의 액체(101)에 진동을 가하는 초음파 발생 장치를 설치할 수도 있다.
이 경우, 측정부(8)에 의해 측정된 액체(101)의 온도에 기초하여 진동을 부여하도록 해도 좋다. 예컨대, 액체(101)의 온도가 소정의 온도에 도달했을 때에 진동을 부여하도록 해도 좋다. 이때의 소정의 온도는, 동결 공정에 있어서의 체적 팽창률이 큰 온도, 예컨대 -35℃ 이상, -20℃ 이하로 할 수 있다. 동결 공정에 있어서의 체적 팽창률이 큰 온도에 대해서는 후술한다.
또한, 기판(100)의 회전수를 제2 회전수로부터 제3 회전수로 변화시키거나 함으로써 진동을 가해도 좋다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이 해동 공정이 실행된다.
한편, 도 2에 예시한 것은, 액체(101)와 액체(102)가 동일한 액체인 경우이다. 도 2에서는 액체(101)로서 도시하고 있다.
해동 공정에 있어서는, 제어부(9)가, 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 기판(100)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 면에, 소정의 유량의 액체(101)를 공급한다.
한편, 액체(101)와 액체(102)가 상이한 액체인 경우에는, 제어부(9)가, 공급부(5b) 및 유량 제어부(5c)를 제어하여, 기판(100)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 면에, 소정의 유량의 액체(102)를 공급한다.
또한, 제어부(9)가, 유량 제어부(3c)를 제어하여, 냉각 가스(3a1)의 공급을 정지시킨다.
또한, 제어부(9)가, 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)의 회전수를 증가시킨다. 기판(100)의 회전이 빨라지면, 액체(101)와 액체(101)가 동결한 것을 원심력으로 뿌리침으로써 기판(100) 상으로부터 제거할 수 있다. 그 때문에, 액체(101)와 액체(101)가 동결한 것을 기판(100) 상으로부터 배출하는 것이 용이해진다. 또한 이때, 기판(100)의 표면으로부터 분리된 오염물도 기판(100) 상으로부터 배출된다.
한편, 액체(101) 또는 액체(102)의 공급량은, 해동을 할 수 있는 것이면 특별히 한정은 없다. 또한, 기판(100)의 회전수는, 액체(101), 액체(101)가 동결한 것, 및 오염물을 배출할 수 있는 것이면 특별히 한정은 없다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이 건조 공정이 실행된다.
건조 공정에 있어서는, 제어부(9)가, 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 액체(101)의 공급을 정지시킨다.
한편, 액체(101)와 액체(102)가 상이한 액체인 경우에는, 제어부(9)가, 공급부(5b) 및 유량 제어부(5c)를 제어하여, 액체(102)의 공급을 정지시킨다.
또한, 제어부(9)가, 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)의 회전수를 더욱 증가시킨다.
기판(100)의 회전이 빨라지면, 기판(100)의 건조를 신속히 행할 수 있다. 한편, 기판(100)의 회전수는, 건조를 할 수 있는 것이면 특별히 한정은 없다.
이상과 같이 함으로써, 기판(100)의 처리(오염물의 제거)를 행할 수 있다.
다음으로, 과냉각 공정 및 동결 공정에 대해 더 설명한다.
도 3은 과냉각 공정만을 행한 경우와, 과냉각 공정과 동결 공정을 행한 경우를 예시하기 위한 그래프도이다. 한편, 도면 중, 파선은, 과냉각만을 행한 경우이고, 실선은, 과냉각 공정과 동결 공정을 행한 경우를 나타내고 있다.
또한, 액막의 온도는, 과냉각 공정에 있어서는 과냉각 상태에 있는 액체(101)의 온도, 동결 공정에 있어서는 액체(101)와 액체(101)가 동결한 것의 혼합물의 온도로 하고 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 동결 공정에 있어서는, 발생하는 응고열에 의해 혼합물의 온도가 상승한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 액체(101)가 동결하기 전에 액체(101)의 온도를 상승시키도록 하면, 과냉각 공정만을 행할 수 있다.
그러나, 과냉각 공정만을 행하도록 하면, 과냉각 공정과 동결 공정을 행한 경우에 비해 PRE(Particle Removal Efficiency: 파티클의 제거율)가 저하된다. 즉, 동결 공정이 행해지지 않음으로써 액체(101)의 체적 변화가 발생하지 않기 때문에, 기판(100)의 표면에 부착된 오염물이 이동하여 분리되지 않아, 파티클의 제거율(오염물의 제거율)이 저하된다.
한편, PRE는, 처리 전의 파티클의 수를 NI, 처리 후의 파티클의 수를 NP로 한 경우에 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
PRE(%)=((NI-NP)/NI)×100
파티클의 수는, 파티클 카운터 등을 이용하여 계측할 수 있다.
그 때문에, 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 있어서는, 과냉각 공정 후에 동결 공정을 행하도록 하고 있다.
도 4는 과냉각 공정에 있어서의 액체(101)의 온도와, 동결 공정에 있어서의 체적 팽창률의 관계를 예시하기 위한 그래프도이다.
한편, 도 4는 액체(101)가 순수인 경우이다. 또한, 동결 공정에 있어서는, 액체(101) 전부가 동결한다고는 할 수 없다. 그 때문에, 도 4에 있어서는, 액체(101)와, 액체(101)가 동결한 것이 존재하는 경우(물과 얼음이 존재하는 경우)로 하고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 액체(101)가 순수인 경우에는, 과냉각 공정에 있어서의 액체(101)의 온도가 -35℃ 이상, -20℃ 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 동결 공정에 있어서의 체적 팽창률을 증가시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판(100)의 표면으로부터의 오염물의 분리는, 액고상 변화에 따르는 압력파, 및 체적 증가에 따르는 물리력이 관여한다고 생각된다. 그 때문에, 동결 공정에서의 체적 팽창률이 큰 온도가 되도록 과냉각 상태인 액체(101)의 온도를 제어한다. 즉, 과냉각 공정에 있어서의 액체(101)의 온도를 -35℃ 이상, -20℃ 이하로 하면, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있다.
한편, 이상은, 액체(101)가 순수인 경우이지만, 액체(101)가 물을 주성분으로 하는 경우에도 마찬가지이다. 즉, 액체(101)가 물을 포함하는 것이면, 과냉각 공정에 있어서의 액체(101)의 온도는 -35℃ 이상, -20℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
도 5는 액체(101)의 공급 공정과, 과냉각 공정과, 동결 공정을 복수 회 반복하는 경우를 예시하기 위한 그래프도이다. 한편, 도 5는 액체(101)의 공급 공정과, 과냉각 공정과, 동결 공정을 10회 행한 경우이다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 동결 공정 후에 액체(101)의 공급 공정을 마련하면[액체(101)를 재차 공급하면], 액막의 온도는 상승한다. 그 때문에, 액체(101)의 공급 공정 후에, 과냉각 공정을 행할 수 있다. 또한, 과냉각 공정 후에, 동결 공정을 행할 수 있다. 이하 동일하게 하여, 액체(101)의 공급 공정과, 과냉각 공정과, 동결 공정을 포함하는 일련의 공정을 복수 회 반복할 수 있다.
전술한 바와 같이, 동결 공정에 있어서는, 액체(101) 전부가 동결한다고는 할 수 없다. 즉, 일부의 영역에 있어서 동결이 발생하지 않는 경우도 있을 수 있다. 그러나 본 실시형태에 있어서는, 액체(101)의 공급 공정과 과냉각 공정과 동결 공정을 포함하는 일련의 공정을 복수 회 행하면, 동결이 발생하지 않는 영역이 발생할 확률을 적게 할 수 있다. 그 때문에, 파티클의 제거율을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 기판(100)의 배치대(2a)측의 면(이면)에 냉각 가스(3a1)를 공급하여, 기판(100)의 면 상에 공급된 액체(101)를 냉각하여 액막을 과냉각 상태로 하고, 그 후에 액막을 동결하고 있다. 이에 의해 이하의 효과를 얻을 수 있다.
기판(100)의 이면에 냉각 가스(3a1)를 분무하면, 즉, 기판(100)을 통해 액막을 냉각하면, 액체(101)가 날아가지 않기 때문에 막 두께를 유지한 채로 동결을 행할 수 있다. 이에 의해, 예컨대, 기판(100)의 표면으로부터 냉각 가스(3a1)를 분무하는 경우와 비교하여 국소적인 동결이 발생하는 일이 없다. 그 때문에, 기판(100)의 표면에 형성된 요철부 사이에 가해지는 압력을 균일화할 수 있기 때문에, 동결 불균일에 의한 요철부의 도괴(倒壞)를 방지할 수 있다.
또한, 기판(100)의 면 상에 공급된 액체(101)의 액막을 냉각하여, 과냉각 상태의 액막을 형성하고 나서 액막을 동결함으로써, 기판(100)의 면 상에 형성된 액막의 두께를 유지한 채로 동결시킬 수 있다. 이에 의해, 예컨대, 기판(100)의 표면에 미리 과냉각 상태로 한 액체를 공급하는 경우와 비교하여, 과냉각 상태로 한 액체가 기판(100) 상에 공급되는 것의 충격에 의한 국소적인 동결이 발생하는 일이 없다. 그 때문에, 기판(100)의 표면에 형성된 요철부 사이에 가해지는 압력을 균일화할 수 있기 때문에, 동결 불균일에 의한 요철부의 도괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 기판(100)의 이면으로부터 표면을 향해 두께 방향으로 냉각된다. 그 때문에, 액체(101)의 액막의 두께 방향으로 온도 구배(勾配)가 존재해도, 액체(101)의 액막에 있어서, 기판(100)과 액체(101)의 계면(액막의 기판측의 면)의 온도를 가장 낮게 할 수 있다. 이 경우, 기판(100)과 액체(101)의 계면(액막의 기판측의 면)으로부터 동결이 시작된다. 기판(100)에 부착된 부착물은, 주로 기판과 액체(101)의 계면 부근의 액체(101)가 팽창함으로써 이동하여 기판으로부터 분리되기 때문에, 기판(100)의 표면에 부착된 부착물을 효율적으로 분리할 수 있다.
또한, 액막의 일부가 동결하면, 그 충격파나 얼음의 핵의 형성에 의해 주위의 액막도 동결이 진행된다. 그 때문에, 계면 부근의 액체(101)가 동결했을 때, 계면 부근의 액체(101)도 동결하지만, 액체(101)의 액막에 있어서, 계면 부근의 액체(101)의 동결 개시 시의 온도를 가장 낮게 할 수 있다. 그 결과, 계면 부근의 액체(101)의 팽창을 크게 할 수 있다. 기판(100)에 부착된 부착물은, 주로, 기판과 액체(101)의 계면 부근의 액체(101)가 팽창함으로써 이동하여 기판으로부터 분리되기 때문에, 기판(100)의 표면에 부착된 부착물을 효율적으로 분리할 수 있다.
또한, 냉각 가스(3a1)에 의해 냉각을 행하면, 유량을 제어함으로써 열응답성이 좋은 냉각을 행하는 것이 가능하다. 그 때문에, 온도 강하의 커브를 제어할 때에, 액체(101)가 급격히 냉각되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 동결까지의 온도를 정밀도 좋게 제어할 수도 있다.
도 6은 다른 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1a)를 예시하기 위한 모식도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(1a)에는, 배치부(2), 냉각부(3), 제1 액체 공급부(4), 제2 액체 공급부(5), 케이스(6), 송풍부(7), 측정부(8), 온도 측정부(8a), 가스 공급부(10), 및 제어부(9)가 설치되어 있다.
온도 측정부(8a)는, 기판(100)과 배치대(2a) 사이의 공간의 온도를 측정한다. 이 온도는, 기판(100)과 배치대(2a) 사이에 흐르는 냉각 가스(3a1)와 가스(10d)가 혼합된 혼합 가스의 온도와 거의 동일하다.
온도 측정부(8a)는, 예컨대, 방사선 온도계 등으로 할 수 있다.
가스 공급부(10)는, 가스 수납부(10a), 유량 제어부(10b), 및 접속부(10c)를 갖는다.
가스 수납부(10a)는, 가스(10d)의 수납과 공급을 행한다. 가스 수납부(10a)는, 가스(10d)가 수납된 고압 봄베나 공장 배관 등으로 할 수 있다.
유량 제어부(10b)는, 가스(10d)의 유량을 제어한다. 유량 제어부(10b)는, 예컨대, 가스(10d)의 유량을 직접적으로 제어하는 MFC로 할 수도 있고, 압력을 제어함으로써 가스(10d)의 유량을 간접적으로 제어하는 APC로 할 수도 있다.
접속부(10c)는, 회전축(2b)에 접속되어 있다. 접속부(10c)는, 회전축(2b)과 냉각 노즐(3d) 사이의 공간과, 유량 제어부(10b)를 접속한다. 접속부(10c)는, 예컨대, 로터리 조인트로 할 수 있다.
가스(10d)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어려운 가스이면 특별히 한정은 없다. 가스(10d)는, 예컨대, 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스로 할 수 있다. 이 경우, 가스(10d)는, 냉각 가스(3a1)와 동일한 가스로 할 수 있다.
단, 가스(10d)의 온도는, 냉각 가스(3a1)의 온도보다 높게 되어 있다. 가스(10d)의 온도는, 예컨대, 실온으로 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 액체(101)의 냉각 속도가 너무 빨라지면 액체(101)가 과냉각 상태가 되지 않고, 바로 동결해 버린다. 즉, 과냉각 공정을 행할 수 없게 된다.
이 경우, 액체(101)의 냉각 속도는, 냉각 가스(3a1)의 유량, 및 기판(100)의 회전수 중 적어도 어느 하나에 의해 제어할 수 있다. 그러나, 냉각 가스(3a1)의 온도는, 냉각 가스(3a1)를 공급하는 냉각부에 있어서의 온도 설정에 의해 거의 일정해진다. 그 때문에, 냉각 가스(3a1)의 유량으로는, 액체(101)의 냉각 속도를 느리게 하는 것이 어려워지는 경우가 있다.
또한, 기판(100)의 회전수를 적게 함으로써 기판(100) 상의 액체(101)의 두께를 두껍게 하여 냉각 속도를 느리게 할 수 있다. 그러나, 액체(101)의 두께에는 표면 장력에 의해 유지되는 한계의 두께가 있기 때문에, 기판(100)의 회전수로는 액체(101)의 냉각 속도를 느리게 하는 것이 어려워지는 경우가 있다.
그래서, 본 실시형태에 있어서는, 냉각 가스(3a1)보다 온도가 높은 가스(10d)와, 냉각 가스(3a1)를 혼합시킴으로써, 액체(101)의 냉각 속도를 느리게 할 수 있도록 하고 있다. 액체(101)의 냉각 속도는, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 유량, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 혼합 비율, 가스(10d)의 온도 등에 의해 제어할 수 있다.
또한, 기판(100) 상의 액체(101)의 액막의 온도를 측정부(8)에 의해 검출하여 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어했다고 해도, 액막의 온도와, 냉각하는 기판(100)의 배치대측의 면(이면)의 온도에는 차이가 발생하고 있는 경우가 있다. 이 경우, 측정부(8)에 의해 검출된 액막의 온도에만 기초하여 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어하면, 액막의 온도가 적정 온도가 되었다고 해도, 액막의 온도와 기판(100)의 이면 온도 사이에 차이가 발생하여, 동결 공정에 크게 영향을 주는 기판(100)의 두께 방향의 온도 구배가 커진다.
이 경우, 예컨대 복수의 기판을 처리하는 공정에 있어서는, 예컨대, N번째의 기판과 N+1번째의 기판에 있어서 동일한 온도 제어를 행하는 것이 곤란해진다. 그 때문에, 기판마다의 과냉각 상태의 온도 커브에 불균일이 발생하여, 기판마다의 동결의 타이밍에 어긋남이 발생해 버릴 우려가 있다.
그러나 본 실시형태에서는, 제어부(9)는, 온도 측정부(8a)에 의해 측정된 온도에 기초하여, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 유량, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 혼합 비율 중 적어도 어느 하나를 제어할 수 있다.
제어부(9)는, 예비 공정에 있어서 이러한 제어를 행하여, 측정부(8)에 의해 검출된 온도와, 온도 측정부(8a)에 의해 검출된 온도의 차이가 없어진 후에, 예비 공정으로부터 과냉각 공정[액체(101)의 공급 정지]으로 전환할 수 있다.
한편, 유량 제어부(3c) 및 가스 공급부(10)가 설치되는 경우를 예시하였으나, 가스 공급부(10)를 설치하는 경우에는, 유량 제어부(3c)에 의해 냉각 가스(3a1)의 유량을 조정하지 않고, 가스 공급부(10)로부터 가스(10d)를 공급함으로써 냉각 가스(3a1)의 온도를 조정하는 것이 가능하다. 그 때문에, 유량 제어부(3c)를 생략할 수도 있다.
단, 유량 제어부(3c) 및 가스 공급부(10)를 설치하면, 액체(101)의 과냉각 상태의 제어를 보다 용이하게 행할 수 있다.
또한, 송풍부(7)에 의해 공급되는 공기(7a)의 양을 제어함으로써, 액체(101)의 과냉각 상태의 제어를 행할 수도 있다.
이상, 실시형태에 대해 예시하였다. 그러나, 본 발명은 이들 기술에 한정되는 것은 아니다.
전술한 실시형태에 대해, 당업자가 적절히 설계 변경을 가한 것도, 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
예컨대, 기판 처리 장치(1)가 구비하는 각 요소의 형상, 치수, 수, 배치 등은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니며 적절히 변경할 수 있다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는, 냉각액부(3a)에 있어서 냉각액을 기화시킴으로써 생성한 냉각 가스(3a1)를 기판(100)에 공급하여 기판(100)을 냉각하는 것으로 하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상온의 가스를 칠러 순환에 의해 냉각하고, 냉각한 가스를 냉각 가스로서 이용해도 좋다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 예비 공정으로부터 냉각 공정에 들어갈 때, 동시에 기판(100)의 회전수와 액체(101)의 공급 유량을 변화시키고 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 기판(100)의 회전수를 제1 회전수로부터 제2 회전수로 한 후, 액체(101)의 공급을 정지할 수 있다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정)에 있어서의 회전수는 일정하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 기판(100)의 회전수를 과냉각 공정에 있어서 제2 회전수로 한 후, 동결 공정에 있어서는 제2 회전수보다 큰(고속인) 제3 회전수로 할 수도 있다. 이 경우, 기판(100) 상의 액막을 얇게 할 수 있어, 동결 속도를 빠르게 함으로써 처리 시간을 단축할 수 있다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는, 냉각 공정에 있어서 기판(100) 상에 형성되는 액체(101)의 액막의 두께는, 요철부의 높이 치수 이상으로 하였으나, 요철부의 측벽면 및 표면에, 요철부의 형상을 따라 액막이 형성되는 정도여도 좋다. 이 경우, 예컨대 액막의 두께를 요철부의 치수의 절반 이하로 하면, 요철부의 측벽면과 측벽면 사이가 액막으로 채워지지 않고, 동결하여 팽창했다고 해도 요철부에 가압되지 않아, 요철부의 도괴를 방지할 수 있다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는, 냉각부(3)에 의한 냉각 가스(3a1)의 공급을, 액체(101)가 공급된 기판(100)의 하방(중력 방향에 있어서의 하방)으로부터 행하도록 하고 있으나, 액체(101)가 공급된 기판(100)의 요철부의 형성면을 하방으로 향하게 하여 기판(100)을 유지하고, 냉각부(3)로부터의 냉각 가스(3a1)의 공급을 기판(100)의 상방으로부터 행하도록 해도 좋다. 이와 같이 하면, 건조 공정에 있어서, 기판(100)의 표면의 오목부 내의 액 성분의 배출을 중력에 의해 촉진할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에 대해, 당업자가 적절히, 구성 요소의 추가, 삭제 혹은 설계 변경을 행한 것, 또는, 공정의 추가, 생략 혹은 조건 변경을 행한 것도, 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
1: 기판 처리 장치 1a: 기판 처리 장치
2: 배치부 2a: 배치대
2b: 회전축 2c: 구동부
3: 냉각부 3a: 냉각액부
3a1: 냉각 가스 3b: 필터
3c: 유량 제어부 3d: 냉각 노즐
4: 제1 액체 공급부 4a: 액체 수납부
4b: 공급부 4c: 유량 제어부
4d: 액체 노즐 5: 제2 액체 공급부
5a: 액체 수납부 5b: 공급부
5c: 유량 제어부 6: 케이스
7: 송풍부 8: 측정부
8a: 측정부 9: 제어부
10: 가스 공급부 10a: 가스 수납부
10b: 유량 제어부 10c: 접속부
10d: 가스 100: 기판
101: 액체 102: 액체

Claims (14)

  1. 기판을 배치하여 회전시키는 배치부와,
    상기 기판의 상기 배치부측과는 반대측의 면에 응고점보다 높은 온도의 액체를 공급하는 액체 공급부와,
    상기 기판의 상기 배치부측의 면에 냉각 가스를 공급하는 냉각부와,
    상기 기판의 회전수, 상기 액체의 공급량, 및 상기 냉각 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 기판의 상기 배치부측의 면에 냉각 가스의 공급을 유지하면서, 상기 기판의 회전수, 상기 액체의 공급량, 및 상기 냉각 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하여 상기 기판의 상기 배치부측과는 반대측의 면 상에 있는 상기 액체를 응고점 이상의 온도로부터 과냉각 상태가 되도록 하고, 상기 과냉각 상태가 된 상기 액체의 적어도 일부를 동결시키는 것인 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 액체 공급부에 상기 액체를 공급시키고, 상기 냉각부에 상기 냉각 가스를 공급시킨 후에,
    상기 냉각부에 상기 냉각 가스의 공급을 유지시키면서, 상기 액체 공급부에 상기 액체의 공급을 정지시켜, 상기 기판의 면 상에 있는 상기 액체가 과냉각 상태가 되도록 하고, 상기 과냉각 상태가 된 상기 액체의 적어도 일부를 동결시키는 것인 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 액체 공급부에 상기 액체를 공급시킬 때에는, 상기 배치부에 의해 제1 회전수로 상기 기판을 회전시키고,
    상기 액체 공급부에 상기 액체의 공급을 정지시킬 때에는, 상기 배치부에 의해 상기 제1 회전수보다 저속인 제2 회전수로 기판을 회전시키는 것인 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 액체의 공급과, 상기 액체의 과냉각과, 상기 액체의 동결을 포함하는 일련의 공정을 복수 회 실행시키는 것인 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액체는, 물을 포함하고,
    상기 과냉각 상태가 된 상기 액체의 온도는, -35℃ 이상, -20℃ 이하인 것인 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판의 면 상에 있는 상기 액체의 온도 및 상기 액체의 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하는 측정부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 측정부에 의해 측정된 상기 액체의 온도 및 상기 액체의 두께 중 적어도 어느 하나에 기초하여, 상기 기판의 회전수 및 상기 냉각 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 냉각 가스의 온도보다 높은 온도의 가스를 상기 냉각 가스에 혼합시키는 가스 공급부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 가스와 상기 냉각 가스의 유량, 및 상기 가스와 상기 냉각 가스의 혼합 비율 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  8. 기판을 회전시키는 공정과,
    상기 기판의 한쪽 면에 응고점보다 높은 온도의 액체를 공급하는 공정과,
    상기 기판의 다른쪽 면에 냉각 가스를 공급하는 공정과,
    상기 기판의 회전수, 상기 액체의 공급량, 및 상기 냉각 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하여, 상기 기판의 상기 한쪽 면 상에 있는 상기 응고점보다 높은 온도의 상기 액체를 과냉각 상태로 하는 공정과,
    상기 기판의 회전수, 상기 액체의 공급량, 및 상기 냉각 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하여, 상기 과냉각 상태가 된 상기 액체의 적어도 일부를 동결시키는 공정
    을 포함한 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 액체를 공급하는 공정, 및 상기 냉각 가스를 공급하는 공정에 있어서, 상기 기판의 한쪽 면에 상기 액체를 공급하고, 상기 기판의 다른쪽 면에 상기 냉각 가스를 공급한 후에,
    상기 액체를 과냉각 상태로 하는 공정에 있어서, 상기 냉각 가스의 공급을 유지하면서, 상기 액체의 공급을 정지하여 상기 액체를 과냉각 상태로 하는 것인 기판 처리 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 액체를 공급하는 공정에 있어서, 제1 회전수로 상기 기판을 회전시키고,
    상기 액체를 과냉각 상태로 하는 공정에 있어서, 상기 제1 회전수보다 저속인 제2 회전수로 기판을 회전시키는 것인 기판 처리 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 액체를 공급하는 공정과, 상기 액체를 과냉각 상태로 하는 공정과, 상기 과냉각 상태가 된 상기 액체의 적어도 일부를 동결시키는 공정을 복수 회 실행하는 기판 처리 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 액체는, 물을 포함하고,
    상기 과냉각 상태가 된 상기 액체의 온도는, -35℃ 이상, -20℃ 이하인 것인 기판 처리 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 액체를 과냉각 상태로 하는 공정에 있어서, 상기 액체의 온도 및 상기 액체의 두께 중 적어도 어느 하나를 측정하고, 상기 측정된 상기 액체의 온도 및 상기 액체의 두께 중 적어도 어느 하나에 기초하여, 상기 기판의 회전수 및 상기 냉각 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것인 기판 처리 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 냉각 가스를 공급하는 공정에 있어서, 상기 냉각 가스의 온도보다 높은 온도의 가스를 상기 냉각 가스에 혼합시키고,
    상기 액체를 과냉각 상태로 하는 공정에 있어서, 상기 가스와 상기 냉각 가스의 유량, 및 상기 가스와 상기 냉각 가스의 혼합 비율 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것인 기판 처리 방법.
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