KR102187610B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR102187610B1
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다카요시 다나카
아키라 오아토
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

소수화제의 액체를 기판(W)의 표면으로 공급함으로써, 기판(W)의 표면 전역을 덮는 소수화제의 액막을 형성한다. 그 후, 물보다도 표면장력이 낮은 제1유기용제의 액체를 소수화제의 액막으로 덮여 있는 기판(W)의 표면으로 공급함으로써, 기판(W) 위의 소수화제의 액체를 제1유기용제의 액체로 치환한다. 그 후, 제1유기용제보다도 표면장력이 낮은 제2유기용제의 액체를 제1유기용제의 액막으로 덮여 있는 기판(W)의 표면으로 공급함으로써, 기판(W) 위의 제1유기용제의 액체를 제2유기용제의 액체로 치환한다. 그 후, 제2유기용제의 액체가 부착되어 있는 기판(W)를 건조시킨다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{METHOD OF PROCESSING SUBSTRATE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 기판을 처리하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다. 처리 대상의 기판에는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크(photomask)용 기판, 세라믹 기판, 태양전지용 기판, 유기 EL(electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display) 용 기판 등이 포함된다.
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 제조 공정에서는, 반도체 웨이퍼나 액정 표시 장치용 유리 기판 등의 기판을 처리하는 기판 처리 장치가 이용된다. US 2009/0311874 A1의 각 실시 형태에는, 패턴의 도괴(倒壞)를 방지하기 위해서 발수성(撥水性) 보호막을 기판의 표면에 형성하는 것이 개시되어 있다.
예를 들어, US 2009/0311874 A1의 제2실시 형태에는, 매엽식의 기판 처리 장치를 이용한 기판의 처리가 개시되어 있다. 이 처리에서는, SPM 등의 약액, 순수, IPA 등의 알코올, 실란커플링제, IPA 등의 알코올, 및 순수가, 이 순서대로 기판으로 공급된다. 그 후, 기판의 표면에 잔류하고 있는 순수를 뿌려 기판을 건조시키는 스핀 드라이 처리가 행해진다. 실란커플링제의 공급에 의해서 기판의 표면에 형성된 발수성 보호막은, 기판이 건조한 후, 드라이 애싱이나 오존 기체 처리 등의 회화(灰化) 처리에 의해서 기판으로부터 제거된다.
US 2009/0311874 A1의 제3실시 형태에는, 배치식의 기판 처리 장치를 이용한 기판의 처리가 개시되어 있다. 이 처리에서는, SPM, 순수, IPA, 시너(thinner), 실란커플링제, IPA, 및 순수가, 이 순서대로 복수매의 기판에 동시에 공급된다. 그 후, 기판을 건조시키는 건조 처리가 행해진다. 실란커플링제의 공급에 의해서 기판의 표면에 형성된 발수성 보호막은, 기판이 건조한 후, 드라이애싱이나 오존 기체 처리 등의 회화 처리에 의해서 기판으로부터 제거된다. US 2009/0311874 A1의 제3 실시 형태에는, HFE 등의 표면장력이 낮은 액체를 이용해 건조를 행해도 좋다고 기재되어 있다.
기판의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘은, 인접하는 2개의 패턴 사이에 존재하는 액체의 표면장력이 낮을수록 저하한다. US 2009/0311874 A1의 제3 실시 형태에는, HFE 등의 표면장력이 낮은 액체를 이용해 기판을 건조시키는 것이 기재되어 있다. 이 경우, 실란커플링제, IPA, 및 순수를 이 순서대로 기판으로 공급하고, 그 후, HFE를 기판으로 공급하게 된다. 따라서, 기판에 부착되어 있는 IPA를 HFE로 치환하는 것이 아니라, 기판에 부착되어 있는 순수를 HFE로 치환하게 된다.
순수와 IPA의 친화성과 비교하면, 순수와 HFE의 친화성은 별로 높지 않다. 그 때문에, 기판에 부착되어 있는 순수를 HFE로 치환하고, 해당 기판을 건조시킬 때는, 건조 전의 기판에 미량의 순수가 잔류하고 있는 경우가 있다. 발수성 보호막이 기판의 표면에 형성되고 있지만, 이러한 표면장력이 높은 액체(순수)가 남아 있는 기판을 건조시키면, 패턴의 도괴가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태는, 패턴이 형성된 기판의 표면을 소수화시키는 소수화제의 액체를 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판의 표면 전역을 덮는 상기 소수화제의 액막을 형성하는 소수화제 공급 공정과, 상기 소수화제 공급 공정 후에, 물보다도 표면장력이 낮은 제1유기용제의 액체를 상기 소수화제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 소수화제의 액체를 상기 제1유기용제의 액체로 치환하는 제1유기용제 공급 공정과, 상기 제1유기용제 공급 공정 후에, 상기 제1유기용제보다도 표면장력이 낮은 제2유기용제의 액체를 상기 제1유기용제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 제1유기용제의 액체를 상기 제2유기용제의 액체로 치환하는 제2유기용제 공급 공정과, 상기 제2유기용제 공급 공정 후에, 상기 제2유기용제의 액체가 부착되어 있는 상기 기판을 건조시키는 건조 공정을 포함하는, 기판 처리 방법을 제공한다.
이 방법에 의하면, 패턴이 형성된 기판의 표면 전역을 덮는 소수화제의 액막이 형성된다. 그 후, 소수화제의 액막으로 덮여 있는 기판의 표면에 제1유기용제를 공급하고, 기판 위의 소수화제를 제1유기용제로 치환한다. 제1유기용제는 친수기와 소수기의 양방을 가지고 있기 때문에, 기판 위의 소수화제는 제1유기용제로 치환된다. 그 후, 제2유기용제를 기판으로 공급하고, 제2유기용제가 부착되어 있는 기판을 건조시킨다.
기판을 건조시키기 전에 소수화제를 기판으로 공급하기 때문에, 기판의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘을 저하시킬 수 있다. 또한 제2유기용제의 표면장력은, 물의 표면장력보다도 낮고, 제1유기용제의 표면장력보다도 낮다. 이와 같이 표면장력이 매우 낮은 액체가 부착되어 있는 기판을 건조시키기 때문에, 기판의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘을 한층 더 저하시킬 수 있다.
또한, 기판 위의 제1유기용제를 제2유기용제로 치환할 때에, 미량의 제1유기용제가 기판에 잔류한다고 해도, 제1유기용제의 표면장력이 물의 표면장력보다도 낮기 때문에, 물 등의 표면장력이 높은 액체가 잔류한 경우에 비해, 기판의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘이 낮다. 따라서, 미량의 제1유기용제가 잔류한다고 해도, 패턴의 도괴율을 저하시킬 수 있다.
상기 실시 형태에서, 이하의 특징의 적어도 하나가, 상기 기판 처리 방법에 더해져도 좋다.
상기 제2유기용제 공급 공정은, 상기 제1유기용제 공급 공정 후에, 실온보다도 높은 온도까지 미리 가열되어 있고, 상기 제1유기용제보다도 표면장력이 낮은 상기 제2유기용제의 액체를 상기 제1유기용제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 제1유기용제의 액체를 상기 제2유기용제의 액체로 치환하는 공정이다.
이 방법에 의하면, 실온보다도 높은 온도까지 미리 가열된, 즉, 기판으로 공급되기 전에 실온보다도 높은 온도까지 가열된 제2유기용제가 기판의 표면으로 공급된다. 제2유기용제의 표면장력은, 액온의 상승에 따라서 저하한다. 따라서, 고온의 제2유기용제를 기판으로 공급함으로써, 기판의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘을 한층 더 저하시킬 수 있다. 이것에 의해, 패턴의 도괴율을 한층 더 저하시킬 수 있다.
기판으로 공급되는 제2유기용제가 실온보다도 높은 온도까지 미리 가열되어 있으면, 제1유기용제 공급 공정에서 기판으로 공급되는 IPA는, 실온보다도 높은 온도까지 미리 가열되어 있어도 좋고, 실온이어도 좋다.
상기 제1유기용제 공급 공정은, 상기 소수화제 공급 공정의 후에, 상기 제2유기용제 공급 공정에서 상기 기판으로 공급되기 전의 상기 제2유기용제의 액온보다도 높은 온도까지 미리 가열되어 있고, 상기 물보다도 표면장력이 낮은 상기 제1유기용제의 액체를 상기 소수화제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 소수화제의 액체를 상기 제1유기용제의 액체로 치환하는 공정이다.
이 방법에 의하면, 고온의 제1유기용제가 기판의 표면으로 공급되고 그 후, 제2유기용제가 기판의 표면으로 공급된다. 기판으로 공급되기 전의 제1유기용제의 액온은, 기판으로 공급되기 전의 제2유기용제의 액온보다도 높다. 이것에 의해, 기판 위에서의 제2유기용제의 온도 저하를 억제 또는 방지할 수 있다. 경우에 따라서는, 기판 위에서의 제2유기용제의 액온을 높일 수 있다. 이것에 의해, 제2유기용제의 표면장력을 한층 더 저하시킬 수 있기 때문에, 기판의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘을 한층 더 저하시킬 수 있다.
기판으로 공급되기 전의 제1유기용제의 액온이, 기판으로 공급되기 전의 제2유기용제의 액온보다도 높으면, 제2유기용제 공급 공정에서 기판으로 공급되는 제2유기용제는, 실온보다도 높은 온도까지 미리 가열되어 있어도 좋고, 실온이어도 좋다.
상기 기판 처리 방법은, 상기 기판의 상방 또는 하방에 배치된 실내 히터로, 상기 기판 위의 상기 제2유기용제를 가열하는 용제 가열 공정을 더 포함한다.
상기 제1유기용제는 알코올이고, 상기 제2유기용제는 불소계 유기용제이다.
본 발명의 다른 실시 형태는, 표면에 패턴이 형성된 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛과, 상기 기판의 표면을 소수화시키는 소수화제의 액체를 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판의 표면으로 공급하는 소수화제 공급 유닛과, 물보다도 표면장력이 낮은 제1유기용제의 액체를 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판으로 공급하는 제1유기용제 공급 유닛과, 상기 제1유기용제보다도 표면장력이 낮은 제2유기용제의 액체를 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판으로 공급하는 제2유기용제 공급 유닛과, 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판을 건조시키는 건조 유닛과, 상기 소수화제 공급 유닛, 제1유기용제 공급 유닛, 제2유기용제 공급 유닛, 및 건조 유닛을 제어하는 제어장치를 구비하는, 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 제어장치는, 상기 기판의 표면을 소수화시키는 상기 소수화제의 액체를 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판의 표면 전역을 덮는 상기 소수화제의 액막을 형성하는 소수화제 공급 공정과, 상기 소수화제 공급 공정 후에, 상기 물보다도 표면장력이 낮은 상기 제1유기용제의 액체를 상기 소수화제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 소수화제의 액체를 상기 제1유기용제의 액체로 치환하는 제1유기용제 공급 공정과, 상기 제1유기용제 공급 공정 후에, 상기 제1유기용제보다도 표면장력이 낮은 상기 제2유기용제의 액체를 상기 제1유기용제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 제1유기용제의 액체를 상기 제2유기용제의 액체로 치환하는 제2유기용제 공급 공정과, 상기 제2유기용제 공급 공정 후에, 상기 제2유기용제의 액체가 부착되어 있는 상기 기판을 건조시키는 건조 공정을 실행한다. 이 구성에 의하면, 전술의 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
기판 처리 장치는, 기판을 1매씩 처리하는 매엽식의 장치이어도 좋고, 복수매의 기판을 일괄해 처리하는 배치식의 장치이어도 좋다.
상기 실시 형태에서, 이하의 특징의 적어도 하나가, 상기 기판 처리 장치에 더해져도 좋다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판으로 공급되는 상기 제2유기용제의 액체를 가열하는 제2히터를 더 구비하고, 상기 제2유기용제 공급 공정은, 상기 제1유기용제 공급 공정 후에, 실온보다도 높은 온도까지 미리 가열되어 있고, 상기 제1유기용제보다도 표면장력이 낮은 상기 제2유기용제의 액체를 상기 제1유기용제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 제1유기용제의 액체를 상기 제2유기용제의 액체로 치환하는 공정이다. 이 구성에 의하면, 전술의 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판으로 공급되는 상기 제1유기용제의 액체를 가열하는 제1히터를 더 구비하고, 상기 제1유기용제 공급 공정은, 상기 소수화제 공급 공정 후에 상기 제2유기용제 공급 공정에서 상기 기판으로 공급되기 전의 상기 제2유기용제의 액온보다도 높은 온도까지 미리 가열되어 있고, 상기 물보다도 표면장력이 낮은 상기 제1유기용제의 액체를 상기 소수화제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 소수화제의 액체를 상기 제1유기용제의 액체로 치환하는 공정이다. 이 구성에 의하면, 전술의 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판의 상방 또는 하방에 배치되는 실내 히터를 더 구비하고, 상기 제어장치는, 상기 실내 히터에 상기 기판 위의 상기 제2유기용제를 가열시키는 용제 가열 공정을 더 실행한다.
상기 제1유기용제는 알코올이고, 상기 제2유기용제는 불소계 유기용제이다.
본 발명에서의 전술의, 또는 또 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도면을 참조하여 다음에 기재된 실시 형태의 설명에 의해 명백하게 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 기판 처리 장치에 구비된 처리 유닛의 내부를 수평으로 본 모식도이다.
도 2는, 스핀 척 및 처리 컵을 위에서 본 모식도이다.
도 3a는, 기체 노즐의 연직 단면을 나타내는 모식도이다.
도 3b는, 도 3a에 나타내는 화살표 IIIB가 나타내는 방향으로 기체 노즐을 본 모식도이고, 기체 노즐의 저면을 나타내고 있다.
도 4는, 기판 처리 장치에 의해서 행해지는 기판의 처리의 일례에 대해 설명하기 위한 공정도이다.
도 5a는, 제1알코올 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 5b는, 소수화제 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 5c는, 액량 감소 공정이 행해지고 있을 때의 기판 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 5d는, 제2알코올 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 6은, 도 4에 나타내는 기판의 처리의 일례가 행해지고 있을 때의 기판 처리 장치의 동작을 나타내는 타임 차트이다.
도 7은, 도 4에 나타내는 기판의 처리의 일례가 행해지고 있을 때의 기판의 표면의 화학적 구조의 변화에 대해 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 8a는, 제1알코올 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 8b는, 소수화제 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 8c는, 제2알코올 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 9는, 기판의 건조 중에 패턴에 가해지는 힘에 대해 설명하기 위한 도면이다.
이하의 설명에서, IPA(이소프로필 알코올), 소수화제, 및 HFO(하이드로플루오로올레핀)는, 특히 거절이 없는 한, 액체를 의미하고 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 기판 처리 장치(1)에 구비된 처리 유닛(2)의 내부를 수평으로 본 모식도이다. 도 2는, 스핀 척(8) 및 처리 컵(21)을 위에서 본 모식도이다. 도 3a 및 도 3b는, 기체 노즐(51)을 나타내는 모식도이다. 도 3a는, 기체 노즐(51)의 연직 단면을 나타내는 모식도이고, 도 3b는, 도 3a에 나타내는 화살표 IIIB가 나타내는 방향으로 기체 노즐(51)을 본 모식도이고, 기체 노즐(51)의 저면을 나타내고 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼 등의 원판 형상의 기판(W)을 1매씩 처리하는 매엽식의 장치이다. 기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 수용하는 상자형의 캐리어가 놓여지는 로드 포트(도시하지 않음)와, 로드 포트 위의 캐리어로부터 반송된 기판(W)을 처리액이나 처리기체 등의 처리 유체로 처리하는 처리 유닛(2)과, 로드 포트와 처리 유닛(2)의 사이에 기판(W)을 반송하는 반송 로봇(도시하지 않음)과, 기판 처리 장치(1)를 제어하는 제어장치(3)를 포함한다.
처리 유닛(2)은, 내부 공간을 가지는 상자형의 챔버(4)와, 챔버(4) 내에서 기판(W)을 수평으로 유지하면서 기판(W)의 중앙부를 통과하는 연직인 회전축선(A1) 주위에 회전시키는 스핀 척(8)과, 기판(W) 및 스핀 척(8)으로부터 외방으로 배출된 처리액을 수용하는 통 형상의 처리 컵(21)을 포함한다.
챔버(4)는, 기판(W)이 통과하는 반입 반출구(5b)가 설치된 상자형의 격벽(5)과 반입 반출구(5b)를 개폐하는 셔터(6)을 포함한다. 필터에 의해서 여과된 공기인 클린 에어는, 격벽(5)의 상부에 설치된 송풍구(5a)로부터 챔버(4) 내에 상시 공급된다. 챔버(4) 내의 기체는, 처리 컵(21)의 저부에 접속된 배기 덕트(7)를 통해서 챔버(4)로부터 배출된다. 이것에 의해, 클린 에어의 다운 플로우가 챔버(4) 내에 상시 형성된다.
스핀 척(8)은, 수평 자세로 유지된 원판 형상의 스핀 베이스(10)와, 스핀 베이스(10)의 상방에서 기판(W)을 수평 자세로 유지하는 복수의 척 핀(9)과, 스핀 베이스(10)의 중앙부에서 하방으로 연장되는 스핀 축(11)과, 스핀 축(11)을 회전시킴으로써 스핀 베이스(10) 및 복수의 척 핀(9)을 회전시키는 스핀 모터(12)를 포함한다. 스핀 척(8)은, 복수의 척 핀(9)을 기판(W)의 외주면에 접촉시키는 협지식의 척에 한정되지 않고, 비(非)디바이스 형성면인 기판(W)의 이면(하면)을 스핀 베이스(10)의 상면에 흡착시킴으로써 기판(W)을 수평으로 유지하는 진공식의 척이어도 좋다.
처리 컵(21)은, 기판(W)으로부터 외방으로 배출된 액체를 수용하는 복수의 가이드(23)와, 가이드(23)에 의해서 하방으로 안내된 액체를 수용하는 복수의 컵(26)과, 복수의 가이드(23)와 복수의 컵(26)을 둘러싸는 원통 형상의 외벽 부재(22)를 포함한다. 도 1은, 4개의 가이드(23)와 3개의 컵(26)이 설치되어 있는 예를 나타내고 있다.
가이드(23)는, 스핀 척(8)을 둘러싸는 원통 형상의 통 형상부(25)와, 통 형상부(25)의 상단부로부터 회전축선(A1)을 향해 비스듬히 상방으로 연장되는 원환 형상의 천정부(24)를 포함한다. 복수의 천정부(24)는, 상하 방향으로 겹쳐져 있고, 복수의 통 형상부(25)는, 동심원 형상으로 배치되어 있다. 복수의 컵(26)은, 각각, 복수의 통 형상부(25)의 하방에 배치되어 있다. 컵(26)은, 위쪽으로 열린 환 형상의 수액구(受液溝)를 형성한다.
처리 유닛(2)은, 복수의 가이드(23)를 개별적으로 승강시키는 가이드 승강 유닛(27)을 포함한다. 가이드 승강 유닛(27)은, 상측 위치와 하측 위치의 사이에 가이드(23)를 연직으로 승강시킨다. 상측 위치는, 스핀 척(8)에 의해 유지되어 있는 기판(W)이 배치되는 유지 위치보다도 가이드(23)의 상단(23a)이 상방에 위치하는 위치이다. 하측 위치는, 가이드(23)의 상단(23a)이 유지 위치보다도 하방에 위치하는 위치이다. 천정부(24)의 원환 형상의 상단은, 가이드(23)의 상단(23a)에 상당한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 가이드(23)의 상단(23a)은, 평면시에서 기판(W) 및 스핀 베이스(10)를 둘러싸고 있다.
스핀 척(8)이 기판(W)을 회전시키고 있는 상태에서, 처리액이 기판(W)으로 공급되면, 기판(W)으로 공급된 처리액이 기판(W)의 주위에 뿌려진다. 처리액이 기판(W)으로 공급될 때, 적어도 하나의 가이드(23)의 상단(23a)이, 기판(W)보다도 상방에 배치된다. 따라서, 기판(W)의 주위에 배출된 약액이나 린스액 등의 처리액은, 몇 개의 가이드(23)에 수용되고, 이 가이드(23)에 대응하는 컵(26)으로 안내된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 처리 유닛(2)은, 기판(W)의 상면을 향해서 약액을 하방으로 토출하는 제1약액 노즐(28)을 포함한다. 제1약액 노즐(28)은, 제1약액 노즐(28)로 약액을 안내하는 제1약액 배관(29)에 접속되어 있다. 제1약액 배관(29)에 개재된 제1약액 밸브(30)가 열리면, 약액이, 제1약액 노즐(28)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다. 제1약액 노즐(28)로부터 토출되는 약액은, 예를 들어, DHF(희불산)이다. DHF는, 불산(불화수소산)을 물로 희석한 용액이다. 약액은, DHF 이외이어도 좋다.
도시는 하지 않지만, 제1약액 밸브(30)는, 유로를 형성하는 밸브 보디와, 유로 내에 배치된 밸브 본체와, 밸브 본체를 이동시키는 액츄에이터를 포함한다. 다른 밸브에 대해서도 마찬가지이다. 액츄에이터는, 공압 액츄에이터 또는 전동 액츄에이터이어도 좋고, 이것들 이외의 액츄에이터이어도 좋다. 제어장치(3)는, 액츄에이터를 제어함으로써, 제1약액 밸브(30)를 개폐시킨다. 액츄에이터가 전동 액츄에이터인 경우, 제어장치(3)는, 전동 액츄에이터를 제어함으로써, 전체 닫힘 위치로부터 전체 열림 위치까지의 임의의 위치에 밸브 본체를 위치시킨다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 처리 유닛(2)은, 제1약액 노즐(28)을 유지하는 제1노즐 암(31)과, 제1노즐 암(31)을 이동시킴으로써, 연직 방향 및 수평방향이 적어도 한편에 제1약액 노즐(28)을 이동시키는 제1노즐 이동 유닛(32)을 포함한다. 제1노즐 이동 유닛(32)은, 제1약액 노즐(28)로부터 토출된 처리액이 기판(W)의 상면에 착액하는 처리 위치와 제1약액 노즐(28)이 평면시에서 스핀 척(8)의 주위에 위치하는 대기 위치(도 2에 나타내는 위치)의 사이에, 제1약액 노즐(28)을 수평으로 이동시킨다. 제1노즐 이동 유닛(32)은, 예를 들어, 스핀 척(8) 및 처리 컵(21)의 주위에서 연직으로 연장되는 노즐 회동축선(A2) 주위에 제1약액 노즐(28)을 수평으로 이동시키는 선회 유닛이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 처리 유닛(2)은, 기판(W)의 상면을 향해서 약액을 하방으로 토출하는 제2약액 노즐(33)을 포함한다. 제2약액 노즐(33)은, 제2약액 노즐(33)로 약액을 안내하는 제2약액 배관(34)에 접속되어 있다. 제2약액 배관(34)에 개재된 제2약액 밸브(35)가 열리면, 약액이, 제2약액 노즐(33)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다. 제2약액 노즐(33)로부터 토출되는 약액은, 예를 들어, SC1(암모니아수, 과산화수소수, 및 물의 혼합액)이다. 약액은, SC1 이외이어도 좋다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 처리 유닛(2)은, 제2약액 노즐(33)을 유지하는 제2노즐 암(36)과, 제2노즐 암(36)을 이동시킴으로써, 연직 방향 및 수평방향의 적어도 한편에 제2약액 노즐(33)을 이동시키는 제2노즐 이동 유닛(37)을 포함한다. 제2노즐 이동 유닛(37)은, 제2약액 노즐(33)로부터 토출된 처리액이 기판(W)의 상면에 착액하는 처리 위치와, 제2약액 노즐(33)이 평면시에서 스핀 척(8)의 주위에 위치하는 대기 위치(도 2에 나타내는 위치)의 사이에, 제2약액 노즐(33)을 수평으로 이동시킨다. 제2노즐 이동 유닛(37)은, 예를 들어, 스핀 척(8) 및 처리 컵(21)의 주위에서 연직으로 연장되는 노즐 회동축선(A3) 주위에 제2약액 노즐(33)을 수평으로 이동시키는 선회 유닛이다.
처리 유닛(2)은, 기판(W)의 상면을 향해서 린스액을 하방으로 토출하는 린스액 노즐(38)을 포함한다. 린스액 노즐(38)은, 챔버(4)의 격벽(5)에 대해서 고정되어 있다. 린스액 노즐(38)로부터 토출된 린스액은, 기판(W)의 상면 중앙부에 착액한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 린스액 노즐(38)은, 린스액 노즐(38)로 린스액을를 안내하는 린스액 배관(39)에 접속되어 있다. 린스액 배관(39)에 개재된 린스액 밸브(40)가 열리면, 린스액이, 린스액 노즐(38)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다. 린스액 노즐(38)로부터 토출되는 린스액은, 예를 들어, 순수(탈이온수：Deionized Water)이다. 린스액은, 탄산수, 전해이온수, 수소수, 오존수, 및 희석 농도(예를 들어, 10~100 ppm 정도)의 염산수의 어느 하나이어도 좋다.
처리 유닛(2)은, 기판(W)의 하면 중앙부를 향해서 처리액을 상방으로 토출하는 하면 노즐(41)을 포함한다. 하면 노즐(41)은, 스핀 베이스(10)의 상면 중앙부에서 개구하는 관통 구멍에 삽입되어 있다. 하면 노즐(41)의 토출구는, 스핀 베이스(10)의 상면보다도 상방에 배치되어 있고 기판(W)의 하면 중앙부에 상하에 대향한다. 하면 노즐(41)은, 하측 린스액 밸브(43)가 개재된 하측 린스액 배관(42)에 접속되어 있다. 하면 노즐(41)로 공급되는 린스액을 가열하는 린스액용 히터(44)는, 하측 린스액 배관(42)에 개재되어 있다.
하측 린스액 밸브(43)가 열리면, 린스액이, 하측 린스액 배관(42)으로부터 하면 노즐(41)로 공급되고, 하면 노즐(41)의 토출구로부터 상방으로 연속적으로 토출된다. 하면 노즐(41)은, 린스액용 히터(44)에 의해서, 실온(20~30℃)보다도 높고, 린스액의 비점보다도 낮은 온도로 가열된 린스액을 토출한다. 하면 노즐(41)로부터 토출되는 린스액은, 예를 들어, 순수이다. 하면 노즐(41)로부터 토출되는 린스액은, 전술의 순수 이외의 린스액이어도 좋다. 하면 노즐(41)은, 챔버(4)의 격벽(5)에 대해서 고정되어 있다. 스핀 척(8)이 기판(W)을 회전시켜도, 하면 노즐(41)은 회전하지 않는다.
기판 처리 장치(1)는, 기체 공급원으로부터의 기체를 스핀 베이스(10)의 상면 중앙부에서 개구하는 하측 중앙 개구(45)로 안내하는 하측 기체 배관(47)과, 하측 기체 배관(47)에 개재된 하측 기체 밸브(48)를 포함한다. 하측 기체 밸브(48)가 열리면, 하측 기체 배관(47)으로부터 공급된 기체가, 하면 노즐(41)의 외주면과 스핀 베이스(10)의 내주면에 의해서 형성된 통 형상의 하측 기체유로(46)를 상방으로 흐르고 하측 중앙 개구(45)로부터 상방으로 토출된다. 하측 중앙 개구(45)로 공급되는 기체는, 예를 들어, 질소 기체이다. 기체는, 헬륨기체나 아르곤 기체 등의 다른 불활성 기체이어도 좋고, 클린 에어나 드라이 에어(제습된 클린 에어)이어도 좋다.
처리 유닛(2)은, 스핀 척(8)으로 유지되어 있는 기판(W)의 상면을 보호하는 기류를 형성하는 기체 노즐(51)을 포함한다. 기체 노즐(51)의 외경은, 기판(W)의 직경보다도 작다. 기체 노즐(51)은, 기판(W)의 상방에서 방사 형상으로 기체를 토출하는 1개 이상의 기체 토출구를 포함한다. 도 1은, 2개의 기체 토출구(제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62))rk 기체 노즐(51)에 설치되어 있는 예를 나타내고 있다.
제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62)는, 기체 노즐(51)의 외주면(51o)에서 개구하고 있다. 제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62)는, 기체 노즐(51)의 사방에 걸쳐서 주방향(周方向)으로 연속한 환 형상의 슬릿이다. 제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62)는, 기체 노즐(51)의 하면(51L)보다도 상방에 배치되어 있다. 제2기체 토출구(62)는, 제1기체 토출구(61)보다도 상방에 배치되어 있다. 제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62)의 직경은, 기판(W)의 외경보다도 작다. 제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62)의 직경은, 서로 동일해도 좋고, 서로 달라도 좋다.
제1기체 토출구(61)는, 제1기체 밸브(53)가 개재된 제1기체 배관(52)에 접속되어 있다. 제2기체 토출구(62)는, 제2기체 밸브(55)가 개재된 제2기체 배관(54)에 접속되어 있다. 제1기체 밸브(53)가 열리면, 기체가, 제1기체 배관(52)으로부터 제1기체 토출구(61)로 공급되고 제1기체 토출구(61)로부터 토출된다. 마찬가지로, 제2기체 밸브(55)가 열리면, 기체가, 제2기체 배관(54)으로부터 제2기체 토출구(62)로 공급되고 제2기체 토출구(62)로부터 토출된다. 제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62)로 공급되는 기체는, 질소 기체이다. 질소 기체 이외의 불활성 기체나, 클린 에어, 드라이 에어 등의 다른 기체가, 제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62)로 공급되어도 좋다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 기체 노즐(51)은, 기체 노즐(51)의 표면에서 개구하는 제1도입구(63)와 제1도입구(63)로부터 제1기체 토출구(61)로 기체를 안내하는 제1기체 통로(64)를 포함한다. 기체 노즐(51)은, 또한 기체 노즐(51)의 표면에서 개구하는 제2도입구(65)와, 제2도입구(65)로부터 제2기체 토출구(62)로 기체를 안내하는 제2기체 통로(66)를 포함한다. 제1기체 배관(52) 내를 흐르는 기체는, 제1도입구(63)를 통해서 제1기체 통로(64)에 유입하고, 제1기체 통로(64)에 의해서 제1기체 토출구(61)로 안내된다. 마찬가지로, 제2기체 배관(54) 내를 흐르는 기체는, 제2도입구(65)를 통해서 제2기체 통로(66)에 유입하고, 제2기체 통로(66)에 의해서 제2기체 토출구(62)로 안내된다.
제1도입구(63) 및 제2도입구(65)는, 제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62)보다도 상방에 배치되어 있다. 제1기체 통로(64)는, 제1도입구(63)로부터 제1기체 토출구(61)로 연장되어 있고, 제2기체 통로(66)는, 제2도입구(65)로부터 제2기체 토출구(62)로 연장되어 있다. 도 3b에 나타낸 바와 같이, 제1기체 통로(64) 및 제2기체 통로(66)는, 기체 노즐(51)의 연직인 중심선(L1)을 둘러싸는 통 형상이다. 제1기체 통로(64) 및 제2기체 통로(66)은, 동심원 형상으로 배치되어 있다. 제1기체 통로(64)는, 제2기체 통로(66)에 의해서 둘러싸여 있다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 제1기체 토출구(61)가 기체를 토출하면, 제1기체 토출구(61)로부터 방사 형상으로 퍼지는 환 형상의 기류가 형성된다. 마찬가지로, 제2기체 토출구(62)가 기체를 토출하면, 제2기체 토출구(62)로부터 방사 형상으로 퍼지는 환 형상의 기류가 형성된다. 제1기체 토출구(61)로부터 토출된 기체의 대부분은, 제2기체 토출구(62)로부터 토출된 기체 아래를 통과한다. 따라서, 제1기체 밸브(53) 및 제2기체 밸브(55)의 양방이 열리면, 상하로 겹쳐진 복수의 환 형상의 기류가 기체 노즐(51)의 주위에 형성된다.
도 3a는, 제1기체 토출구(61)가 비스듬히 아래 방향으로 기체를 방사 형상으로 토출하고, 제2기체 토출구(62)가 수평 방향으로 기체를 방사 형상으로 토출하는 예를 나타내고 있다. 제1기체 토출구(61)는, 수평 방향으로 기체를 방사 형상으로 토출해도 좋다. 제2기체 토출구(62)는, 비스듬히 아래 방향으로 기체를 방사 형상으로 토출해도 좋다. 제1기체 토출구(61)가 기체를 토출하는 방향과 제2기체 토출구(62)가 기체를 토출하는 방향은, 서로 평행이어도 좋다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 처리 유닛(2)은, 기체 노즐(51)을 유지하는 제3노즐 암(67)과, 제3노즐 암(67)을 이동시킴으로써, 연직 방향 및 수평방향으로 기체 노즐(51)을 이동시키는 제3노즐 이동 유닛(68)을 포함한다. 제3노즐 이동 유닛(68)은, 예를 들어, 스핀 척(8) 및 처리 컵(21)의 주위에서 연직으로 연장되는 노즐 회동축선(A4) 주위에 기체 노즐(51)을 수평으로 이동시키는 선회 유닛이다.
제3노즐 이동 유닛(68)은 중앙 상측 위치(도 1에 나타내는 위치)와 대기 위치(도 2에서 실선으로 나타내는 위치)의 사이에, 기체 노즐(51)을 수평으로 이동시킨다. 제3노즐 이동 유닛(68)은, 또한 중앙 상측 위치와 중앙 하측 위치(도 5b 참조)의 사이에 기체 노즐(51)을 연직으로 이동시킨다. 대기 위치는, 평면시에서 기체 노즐(51)이 처리 컵(21)의 주위에 위치하는 위치이다. 중앙 상측 위치 및 중앙 하측 위치는, 평면시에서 기체 노즐(51)이 기판(W)의 중앙부와 겹쳐지는 위치(도 2에 서 2점 쇄선으로 나타내는 위치)이다. 중앙 상측 위치는, 중앙 하측 위치의 상방의 위치이다. 제3노즐 이동 유닛(68)이 기체 노즐(51)을 중앙 상측 위치로부터 중앙 하측 위치로 하강시키면, 기체 노즐(51)의 하면(51L)이 기판(W)의 상면에 가까워진다.
이하에서는, 중앙 상측 위치 및 중앙 하측 위치를 총칭해 중앙 위치라고 하는 경우가 있다. 기체 노즐(51)이 중앙 위치에 배치되면, 기체 노즐(51)이 평면시에서 기판(W)의 상면 중앙부와 겹쳐진다. 이 때, 기체 노즐(51)의 하면(51L)이 기판(W)의 상면 중앙부에 평행하게 대향한다. 그렇지만, 기체 노즐(51)이 평면시에서 기판(W)보다도 작기 때문에, 중앙부 이외의 기판(W)의 상면의 각 부는 평면시에서 기체 노즐(51)과 겹쳐지지 않고 노출한다. 기체 노즐(51)이 중앙 위치에 배치되어 있을 때, 제1기체 밸브(53) 및 제2기체 밸브(55)의 적어도 한편이 열리면, 기체 노즐(51)로부터 방사 형상으로 퍼지는 환 형상의 기류가, 중앙부 이외의 기판(W)의 상면의 각 부의 상방을 흐른다. 이것에 의해, 기판(W)의 상면 전역이 기체 노즐(51) 및 기류로 보호된다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 처리 유닛(2)은, 기판(W)의 상면을 향해서 IPA를 하방으로 토출하는 알코올 노즐(71)과, 기판(W)의 상면을 향해서 소수화제를 하방으로 토출하는 소수화제 노즐(75)과, 기판(W)의 상면을 향해서 HFO를 하방으로 토출하는 용제 노즐(78)을 포함한다. 알코올 노즐(71), 소수화제 노즐(75), 및 용제 노즐(78)은, 기체 노즐(51)의 하면(51L)으로부터 상방으로 연장되는 삽입 구멍(70)에 삽입되어 있고 기체 노즐(51)에 의해 유지되어 있다. 제3노즐 이동 유닛(68)이 기체 노즐(51)을 이동시키면, 알코올 노즐(71), 소수화제 노즐(75), 및 용제 노즐(78)도 기체 노즐(51)과 함께 이동한다.
알코올 노즐(71), 소수화제 노즐(75), 및 용제 노즐(78)의 토출구는, 기체 노즐(51)의 하면(51L)보다도 상방에 배치되어 있다. 도 3b에 나타낸 바와 같이, 기체 노즐(51)을 아래에서 보면, 알코올 노즐(71), 소수화제 노즐(75), 및 용제 노즐(78)의 토출구는, 기체 노즐(51)의 하면(51L)에서 개구하는 상측 중앙 개구(69)에서 노출되어 있다. 알코올 노즐(71), 소수화제 노즐(75), 및 용제 노즐(78)로부터 토출된 액체는, 기체 노즐(51)의 상측 중앙 개구(69)를 하방으로 통과한다.
알코올 노즐(71)은, 알코올 밸브(73)가 개재된 알코올 배관(72)에 접속되어 있다. 소수화제 노즐(75)은, 소수화제 밸브(77)가 개재된 소수화제 배관(76)에 접속되어 있다. 용제 노즐(78)은, 용제 밸브(80)가 개재된 용제 배관(79)에 접속되어 있다. 알코올 노즐(71)로 공급되는 IPA를 가열하는 제1히터(74)는, 알코올 배관(72)에 개재되어 있다. 용제 노즐(78)로 공급되는 HFO를 가열하는 제2히터(81)는, 용제 배관(79)에 개재되어 있다. 소수화제 노즐(75)로 공급되는 소수화제의 유량을 변경하는 유량 조정 밸브가, 소수화제 배관(76)에 개재되어 있어도 좋다.
알코올 밸브(73)가 열리면, IPA가, 알코올 배관(72)으로부터 알코올 노즐(71)로 공급되고 알코올 노즐(71)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다. 마찬가지로, 소수화제 밸브(77)가 열리면, 소수화제가, 소수화제 배관(76)으로부터 소수화제 노즐(75)로 공급되고 소수화제 노즐(75)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다. 용제 밸브(80)가 열리면, HFO가, 용제 배관(79)으로부터 용제 노즐(78)로 공급되고 용제 노즐(78)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다.
IPA 및 HFO는, 물보다도 표면장력이 낮은 화합물이다. 표면장력은, 온도의 상승에 따라서 저하한다. 온도가 동일하면, HFO의 표면장력은, IPA의 표면장력보다도 낮다. 알코올 노즐(71)은, 제1히터(74)에 의해서, 실온보다도 높고, IPA의 비점보다도 낮은 온도로 가열된 IPA를 토출한다. 마찬가지로, 용제 노즐(78)은, 제2히터(81)에 의해서, 실온보다도 높고, HFO의 비점보다도 낮은 온도로 가열된 HFO를 토출한다.
IPA 및 HFO의 온도는, 용제 노즐(78)로부터 토출되었을 때의 HFO의 표면장력이, 알코올 노즐(71)로부터 토출되었을 때의 IPA의 표면장력보다도 낮아지도록 설정되어 있다. 알코올 노즐(71)로부터 토출되는 IPA는, 제1히터(74)에 의해서, 예를 들어 70℃로 조절된다. 용제 노즐(78)로부터 토출되는 HFO는, 제2히터(81)에 의해서, 예를 들어 50℃로 조절된다. HFO의 비점 미만이면, HFO의 온도는, IPA의 온도 이상이어도 좋다.
IPA는, 물보다도 표면장력이 낮고, 물보다도 비점이 낮은 알코올이다. 물보다도 표면장력이 낮으면, IPA 이외의 알코올이 알코올 노즐(71)로 공급되어도 좋다. HFO는, IPA보다도 표면장력이 낮고, 물보다도 비점이 낮은 불소계 유기용제이다. IPA보다도 표면장력이 낮으면, HFO 이외의 불소계 유기용제가 용제 노즐(78)로 공급되어도 좋다. 이러한 불소계 유기용제에는, HFE(하이드로플루오로에테르)가 포함된다. IPA 등의 알코올은, 친수기인 히드록시기를 포함한다. IPA는, HFO 등의 불소계 유기용제보다도 물과의 친화성이 높다.
소수화제는, 패턴의 표면을 포함하는 기판(W)의 표면을 소수화시키는 실릴화제이다. 소수화제는, HMDS(헥사메틸디실라잔), TMS(테트라메틸실란), 불소화 알킬클로로실란, 알킬디실라잔, 및 비클로로계 소수화제의 적어도 하나를 포함한다. 비클로로계 소수화제는, 예를 들어, 디메틸실릴 디메틸아민, 디메틸실릴 디에틸아민, 헥사메틸디실라잔, 테트라메틸디실라잔, 비스(디메틸아미노) 디메틸실란, N, N－디메틸아미노 트리메틸실란, N－(트리메틸실릴) 디메틸아민 및 오가노실란 화합물의 적어도 하나를 포함한다.
도 1 등에서는, 소수화제가 HMDS인 예를 나타내고 있다. 소수화제 노즐(75)로 공급되는 액체는, 소수화제의 비율이 100% 또는 대체로 100%의 액체이어도 좋고, 소수화제를 용제로 희석한 희석액이어도 좋다. 이러한 용제에는, 예를 들어, PGMEA(프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트)가 포함된다. IPA 등의 알코올은, 메틸기를 포함한다. 마찬가지로, HMDS 등의 소수화제는, 메틸기를 포함한다. 따라서, IPA는, HMDS 등의 소수화제와 서로 혼합된다.
다음에, 기판 처리 장치(1)에 의해서 행해지는 기판(W)의 처리의 일례에 대해 설명한다.
도 4는, 기판 처리 장치(1)에 의해서 행해지는 기판(W)의 처리의 일례에 대해 설명하기 위한 공정도이다. 도 5a~도 5d는, 도 4에 나타내는 기판(W)의 처리의 일례가 행해지고 있을 때의 기판(W) 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 6은, 도 4에 나타내는 기판(W)의 처리의 일례가 행해지고 있을 때의 기판 처리 장치(1)의 동작을 나타내는 타임 차트이다. 도 6에서, IPA의 온(ON)은, 기판(W)을 향해서 IPA가 토출되고 있는 것을 의미하고, IPA의 오프(OFF)는, IPA의 토출이 정지되어 있는 것 의미한다. 소수화제 등의 다른 처리액에 대해서도 마찬가지이다.
도 5a는, 제1알코올 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판(W) 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 5b는, 소수화제 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판(W) 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 5c는, 액량 감소 공정이 행해지고 있을 때의 기판(W) 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 5d는, 제2알코올 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판(W) 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조한다. 도 4~도 6에 대해서는 적절히 참조한다. 이하의 동작은, 제어장치(3)가 기판 처리 장치(1)를 제어함으로써 실행된다. 바꾸어 말하면, 제어장치(3)는, 이하의 동작을 실행하도록 프로그램되어 있다. 제어장치(3)는, 프로그램 등의 정보를 기억하는 메모리(3m)(도 1 참조)와, 메모리(3m)에 기억된 정보에 따라서 기판 처리 장치(1)를 제어하는 프로세서(3p)(도 1 참조)를 포함하는 컴퓨터이다.
기판 처리 장치(1)에 의해서 기판(W)이 처리될 때는, 챔버(4) 내에 기판(W)을 반입하는 반입 공정이 행해진다(도 4의 스텝 S1).
구체적으로는, 제1약액 노즐(28), 제2약액 노즐(33), 기체 노즐(51)을 포함하는 모든 스캔 노즐을 대기 위치에 위치시키고, 모든 가이드(23)를 하측 위치에 위치시킨다. 이 상태에서, 반송 로봇이, 기판(W)을 핸드로 지지하면서, 핸드를 챔버(4) 내에 진입시킨다. 그 후, 반송 로봇은, 기판(W)의 표면이 위로 향해진 상태에서 핸드 위의 기판(W)을 스핀 척(8) 위에 둔다. 반송 로봇은, 기판(W)을 스핀 척(8) 위에 둔 후, 핸드를 챔버(4)의 내부로부터 퇴피(退避)시킨다.
다음에, 약액의 일례인 DHF를 기판(W)으로 공급하는 제1약액 공급 공정(도 4의 스텝 S2)이 행해진다.
구체적으로는, 가이드 승강 유닛(27)은, 복수의 가이드(23)의 적어도 하나를 상승시켜서, 몇 개의 가이드(23)의 내면을 기판(W)의 외주면에 수평으로 대향시킨다. 제1노즐 이동 유닛(32)은, 제1노즐 암(31)을 이동시킴으로써, 제1약액 노즐(28)의 토출구를 기판(W)의 상방에 위치시킨다. 스핀 모터(12)는, 기판(W)이 척 핀(9)에 의해서 파지되어 있는 상태에서 기판(W)의 회전을 개시한다. 이 상태에서, 제1약액 밸브(30)가 열리고 제1약액 노즐(28)이 DHF의 토출을 개시한다.
제1약액 노즐(28)로부터 토출된 DHF는, 기판(W)의 상면 중앙부에 착액한 후, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 이것에 의해, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 DHF의 액막이 기판(W) 위에 형성된다. 제1약액 밸브(30)가 열리고 나서 소정 시간이 경과하면, 제1약액 밸브(30)가 닫히고 제1약액 노즐(28)로부터의 DHF의 토출이 정지된다. 그 후, 제1노즐 이동 유닛(32)이 제1약액 노즐(28)을 기판(W)의 상방으로부터 퇴피시킨다.
다음에, 린스액의 일례인 순수를 기판(W)으로 공급하는 제1린스액 공급 공정(도 4의 스텝 S3)이 행해진다.
구체적으로는, 린스액 밸브(40)가 열리고 린스액 노즐(38)이 순수의 토출을 개시한다. 린스액 노즐(38)로부터 토출된 순수는, 기판(W)의 상면 중앙부에 착액한 후, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 이것에 의해, 기판(W) 위의 DHF가 순수로 치환되고 기판(W)의 상면 전역을 덮는 순수의 액막이 형성된다. 그 후, 린스액 밸브(40)가 닫히고 린스액 노즐(38)로부터의 순수의 토출이 정지된다.
다음에, 약액의 일례인 SC1를 기판(W)으로 공급하는 제2약액 공급 공정(도 4의 스텝 S4)이 행해진다.
구체적으로는, 제2노즐 이동 유닛(37)은, 제2노즐 암(36)을 이동시킴으로써, 제2약액 노즐(33)의 토출구를 기판(W)의 상방에 위치시킨다. 가이드 승강 유닛(27)은, 복수의 가이드(23)의 적어도 하나를 상하로 이동시킴으로써, 기판(W)의 외주면에 대향하는 가이드(23)를 변경한다. 제2약액 노즐(33)의 토출구가 기판(W)의 상방에 배치된 후, 제2약액 밸브(35)가 열리고 제2약액 노즐(33)이 SC1의 토출을 개시한다.
제2약액 노즐(33)로부터 토출된 SC1는, 기판(W)의 상면 중앙부에 착액한 후, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 이것에 의해, 기판(W) 위의 순수가 SC1로 치환되고 기판(W)의 상면 전역을 덮는 SC1의 액막이 형성된다. 제2약액 밸브(35)가 열리고 나서 소정 시간이 경과하면, 제2약액 밸브(35)가 닫히고 제2약액 노즐(33)로부터의 SC1의 토출이 정지된다. 그 후, 제2노즐 이동 유닛(37)이 제2약액 노즐(33)을 기판(W)의 상방으로부터 퇴피시킨다.
다음에, 린스액의 일례인 순수를 기판(W)으로 공급하는 제2린스액 공급 공정(도 4의 스텝 S5)이 행해진다.
구체적으로는, 린스액 밸브(40)가 열리고 린스액 노즐(38)이 순수의 토출을 개시한다. 린스액 노즐(38)로부터 토출된 순수는, 기판(W)의 상면 중앙부에 착액한 후, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 이것에 의해, 기판(W) 위의 SC1가 순수로 치환되고 기판(W)의 상면 전역을 덮는 순수의 액막이 형성된다. 그 후, 린스액 밸브(40)가 닫히고 린스액 노즐(38)로부터의 순수의 토출이 정지된다.
다음에, 알코올의 일례인 실온보다도 고온의 IPA를 기판(W)으로 공급하는 제1알코올 공급 공정이 행해진다(도 4의 스텝 S6).
구체적으로는, 제3노즐 이동 유닛(68)이, 기체 노즐(51)을 대기 위치에서 중앙 상측 위치로 이동시킨다. 이것에 의해, 알코올 노즐(71), 소수화제 노즐(75), 및 용제 노즐(78)이 기판(W)의 상방에 배치된다. 그 후, 알코올 밸브(73)가 열리고 알코올 노즐(71)이 IPA의 토출을 개시한다.
그 한편, 제1기체 밸브(53) 및 제2기체 밸브(55)가 열리고 기체 노즐(51)의 제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62)가 질소 기체의 토출을 개시한다(도 5a참조). 질소 기체의 토출은, 기체 노즐(51)이 중앙 상측 위치에 도달하기 전 또는 후에 개시되어도 좋고, 도달했을 때에 개시되어도 좋다. 또한, 가이드 승강 유닛(27)은, IPA의 토출이 개시되기 전 또는 후에, 복수의 가이드(23)의 적어도 하나를 상하로 이동시킴으로써, 기판(W)의 외주면에 대향하는 가이드(23)를 변경해도 좋다.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 알코올 노즐(71)로부터 토출된 IPA는, 중앙 상측 위치에 위치하는 기체 노즐(51)의 상측 중앙 개구(69)를 통해, 기판(W)의 상면 중앙부에 착액한다. 기판(W)의 상면에 착액한 IPA는, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 이것에 의해, 기판(W) 위의 순수가 IPA로 치환되고 기판(W)의 상면 전역을 덮는 IPA의 액막이 형성된다. 그 후, 알코올 밸브(73)가 닫히고 알코올 노즐(71)로부터의 IPA의 토출이 정지된다.
다음에, 실온보다도 고온의 소수화제를 기판(W)으로 공급하는 소수화제 공급 공정이 행해진다(도 4의 스텝 S7).
구체적으로는, 제3노즐 이동 유닛(68)이, 기체 노즐(51)을 중앙 상측 위치로부터 중앙 하측 위치로 하강시킨다. 또한 소수화제 밸브(77)가 열리고 소수화제 노즐(75)이 소수화제의 토출을 개시한다. 가이드 승강 유닛(27)은, 소수화제의 토출이 개시되기 전 또는 후에, 복수의 가이드(23)의 적어도 하나를 상하로 이동시킴으로써, 기판(W)의 외주면에 대향하는 가이드(23)를 변경해도 좋다.
도 5b에 나타낸 바와 같이, 소수화제 노즐(75)로부터 토출된 소수화제는, 중앙 하측 위치에 위치하는 기체 노즐(51)의 상측 중앙 개구(69)를 통해, 기판(W)의 상면 중앙부에 착액한다. 기판(W)의 상면에 착액한 소수화제는, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 이것에 의해, 기판(W) 위의 IPA가 소수화제로 치환되고 기판(W)의 상면 전역을 덮는 소수화제의 액막이 형성된다. 그 후, 소수화제 밸브(77)가 닫히고 소수화제 노즐(75)로부터의 소수화제의 토출이 정지된다.
기판(W) 위의 IPA가 소수화제로 치환된 다음은, 기판(W) 위의 소수화제를 IPA로 치환하는 제2알코올 공급 공정이 행해진다(도 4의 스텝 S9). 그 전에, 기판(W) 위의 소수화제의 액량을 감소시키는 액량 감소 공정이 행해진다(도 4의 스텝 S8). 구체적으로는, 기판(W)의 회전에 의해서 기판(W)으로부터 배출되는 소수화제의 단위시간당의 양이, 소수화제 노즐(75)로부터 기판(W)을 향해서 토출되는 소수화제의 단위시간당의 양을 상회하도록, 기판(W)의 회전 속도 및 소수화제의 토출유량의 적어도 한편이 변경된다.
후술하도록, 액량 감소 공정 후에 행해지는 제2알코올 공급 공정에서는, 제3노즐 이동 유닛(68)이, 기체 노즐(51)을 중앙 하측 위치로부터 중앙 상측 위치로 상승시킨다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 이 처리의 일례에서의 액량 감소 공정에서는, 기체 노즐(51)이 중앙 하측 위치로부터 중앙 상측 위치로 상승하는 동안(도 6에 나타내는 시각 T1~시각 T2의 기간), 기판(W)의 회전 속도를 일정하게 유지하면서, 소수화제 노즐(75)로부터의 소수화제의 토출을 정지시킨다(HMDS의 오프).
도 6에 나타내는 시각 T1~시각 T2의 기간은, 기판(W)의 회전에 의해서 기판(W)으로부터 배출되는 소수화제의 단위시간당의 양이, 기판(W)을 향해서 토출되는 소수화제의 단위시간당의 양을 상회한다. 도 5b 및 도 5c를 비교하여 알 수 있듯이, 이것에 의해, 기판(W)의 상면 전역이 소수화제의 액막으로 덮인 상태가 유지되면서, 기판(W) 위의 소수화제가 감소한다.
기판(W) 위의 소수화제의 액량이 감소한 다음은, 알코올의 일례인 실온보다도 고온의 IPA를 기판(W)으로 공급하는 제2알코올 공급 공정이 행해진다(도 4의 스텝 S9).
구체적으로는, 전술과 같이, 제3노즐 이동 유닛(68)이, 기체 노즐(51)을 중앙 하측 위치로부터 중앙 상측 위치로 상승시킨다. 또한 알코올 밸브(73)가 열리고 알코올 노즐(71)이 IPA의 토출을 개시한다. 가이드 승강 유닛(27)은, IPA의 토출이 개시되기 전 또는 후에, 복수의 가이드(23)의 적어도 하나를 상하로 이동시킴으로써, 기판(W)의 외주면에 대향하는 가이드(23)를 변경해도 좋다.
도 5d에 나타낸 바와 같이, 알코올 노즐(71)로부터 토출된 IPA는, 중앙 상측 위치에 위치하는 기체 노즐(51)의 상측 중앙 개구(69)를 통해, 기판(W)의 상면 중앙부에 착액한다. 기판(W)의 상면에 착액한 IPA는, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 이것에 의해, 기판(W) 위의 소수화제가 IPA로 치환되고 기판(W)의 상면 전역을 덮는 IPA의 액막이 형성된다. 그 후, 알코올 밸브(73)가 닫히고 알코올 노즐(71)로부터의 IPA의 토출이 정지된다.
다음에, 불소계 유기용제의 일례인 실온보다도 고온의 HFO를 기판(W)으로 공급하는 용제 공급 공정이 행해진다(도 4의 스텝 S10).
구체적으로는, 기체 노즐(51)이 중앙 상측 위치에 위치하는 상태에서, 용제 밸브(80)가 열리고 용제 노즐(78)이 HFO의 토출을 개시한다. 가이드 승강 유닛(27)은, HFO의 토출이 개시되기 전 또는 후에, 복수의 가이드(23)의 적어도 하나를 상하로 이동시킴으로써, 기판(W)의 외주면에 대향하는 가이드(23)를 변경해도 좋다.
용제 노즐(78)로부터 토출된 HFO는, 중앙 상측 위치에 위치하는 기체 노즐(51)의 상측 중앙 개구(69)를 통해, 기판(W)의 상면 중앙부에 착액한다. 기판(W)의 상면에 착액한 HFO는, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 따라서 외방으로 흐른다. 이것에 의해, 기판(W) 위의 IPA가 HFO로 치환되고 기판(W)의 상면 전역을 덮는 HFO의 액막이 형성된다. 그 후, 용제 밸브(80)가 닫히고 용제 노즐(78)로부터의 HFO의 토출이 정지된다.
다음에, 기판(W)의 고속 회전에 의해서 기판(W)을 건조시키는 건조 공정이 행해진다 (도 4의 스텝 S11).
구체적으로는, 용제 노즐(78)로부터의 HFO의 토출이 정지된 후, 스핀 모터(12)가 기판(W)의 회전 속도를 상승시킨다. 기판(W)에 부착되어 있는 액체는, 기판(W)의 고속 회전에 의해 기판(W)의 주위에 비산한다. 이것에 의해, 기판(W)과 기체 노즐(51)의 사이의 공간이 질소 기체로 채워진 상태에서 기판(W)이 건조된다. 기판(W)의 고속 회전이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 스핀 모터(12)가 회전을 정지한다. 이것에 의해, 기판(W)의 회전이 정지된다.
다음에, 기판(W)을 챔버(4)로부터 반출하는 반출 공정이 행해진다(도 4의 스텝 S12).
구체적으로는, 제1기체 밸브(53) 및 제2기체 밸브(55)가 닫히고 제1기체 토출구(61) 및 제2기체 토출구(62)로부터의 질소 기체의 토출이 정지된다. 또한 제3노즐 이동 유닛(68)이, 기체 노즐(51)을 대기 위치로 이동시킨다. 가이드 승강 유닛(27)은, 모든 가이드(23)를 하측 위치까지 하강시킨다. 반송 로봇은, 복수의 척 핀(9)이 기판(W)의 파지를 해제한 후, 스핀 척(8) 위의 기판(W)을 핸드로 지지한다. 그 후, 반송 로봇은, 기판(W)을 핸드로 지지하면서, 핸드를 챔버(4)의 내부로부터 퇴피시킨다. 이것에 의해, 처리 완료의 기판(W)이 챔버(4)로부터 반출된다.
도 7은, 도 4에 나타내는 기판(W)의 처리의 일례가 행해질 때의 기판(W)의 표면의 화학적 구조의 변화에 대해 설명하기 위한 모식적인 단면도이다. 도 8a~도 8c는, 도 4에 나타내는 기판(W)의 처리의 일례에서 액량 감소 공정(도 4의 스텝 S8)을 행하지 않았을 때의 기판(W) 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 8a는, 제1알코올 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판(W) 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 8b는, 소수화제 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판(W) 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 8c는, 제2알코올 공급 공정이 행해지고 있을 때의 기판(W) 상태를 나타내는 모식적인 단면도이다.
전술의 기판(W)의 처리의 일례에서는, SC1가 기판(W)으로 공급되고 그 후, 소수화제가 기판(W)으로 공급된다. SC1에는, 기판(W)의 표면을 산화시키는 산화제의 일례인 과산화수소수가 포함되어 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, SC1가 기판(W)으로 공급되면, 기판(W)의 표면이 산화되고 친수기인 히드록시기가 기판(W)의 표면에서 노출한다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면의 친수성이 높아진다. 그 후, 소수화제가 기판(W)으로 공급되면, 소수화제가 기판(W)의 표면의 히드록시기와 반응하고, 히드록시기의 수소원자가, 메틸기를 포함하는 실릴기로 치환된다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면의 소수성이 높아진다.
그 한편, 전술의 기판(W)의 처리의 일례에서는, 소수화제가 기판(W)으로 공급되는 전후에, IPA가 기판(W)으로 공급된다. 소수화제 공급 공정(도 4의 스텝 S7)에서는, 소수화제가, 기판(W) 위의 IPA와 서로 혼합된다. 제2알코올 공급 공정(도 4의 스텝 S9)에서는, IPA가, 기판(W) 위의 소수화제와 서로 혼합된다. IPA와 소수화제가 반응하면, 메틸기 등의 소수기를 포함하는 실릴 화합물이, IPA 및 소수화제의 혼합액 중에 발생한다. 도 7에서는, IPA와 소수화제의 반응에 의해서 발생한 실릴 화합물이 파선의 사각으로 둘러싸여 있다. 이 실릴 화합물은, 파티클이 될 수 있다.
소수화제 공급 공정(도 4의 스텝 S7)에서는, IPA의 액막으로 덮여 있는 기판(W)의 표면을 향해서 소수화제가 토출된다. 소수화제는, 기판(W)의 표면 내의 착액 위치에 착액한 후, 착액 위치로부터 방사 형상으로 흐른다. 착액 위치 및 그 근방에 위치하는 IPA는, 소수화제에 의해서 외방으로 흐르게 된다. 이것에 의해, 대체로 원형의 소수화제의 액막이 기판(W)의 표면 중앙부에 형성되고 IPA의 액막이 소수화제의 액막을 둘러싸는 환 형상으로 변화한다. 소수화제의 토출이 계속되면, 소수화제의 액막의 외연(外緣)이 기판(W)의 표면의 외연까지 퍼지고, 기판(W) 위의 IPA가 신속하게 소수화제로 치환된다.
소수화제의 공급을 개시한 직후는, 소수화제가 기판(W)의 표면과 충분히 반응하고 있지 않았기 때문에, 기판(W)의 표면은 친수성이다. IPA와 소수화제의 반응에 의해서 발생한 파티클(실릴 화합물)은, 메틸기 등의 소수기를 포함한다. 그 때문에, 소수화제 공급 공정의 초기는, 파티클이 기판(W)의 표면에 부착하기 어렵다. 또한 소수화제 공급 공정에서는, 비교적 신속하게 기판(W) 위의 IPA가 소수화제로 치환되기 때문에, 기판(W) 위에서 발생하는 파티클이 적다.
그 한편, 제2알코올 공급 공정(도 4의 스텝 S9)에서는, 소수화제의 액막으로 덮여 있는 기판(W)의 표면을 향해서 IPA가 토출된다. IPA는, 기판(W)의 표면 내의 착액 위치에 착액한 후, 착액 위치로부터 방사 형상으로 흐른다. 착액 위치 및 그 근방에 위치하는 소수화제는, IPA에 의해서 외방으로 흐르게 된다. 이것에 의해, 대체로 원형의 IPA의 액막이 기판(W)의 표면 중앙부에 형성되고 소수화제의 액막이 IPA의 액막을 둘러싸는 환 형상으로 변화한다(도 8c 참조).
기판(W)의 표면에 착액한 IPA는, 착액한 힘, 즉, IPA의 운동 에너지에 의해 착액 위치로부터 방사 형상으로 흐른다. 기판(W)의 표면 중앙부에서는, 소수화제가 비교적 신속하게 IPA로 치환된다. 그렇지만, IPA의 착액 위치로부터 어느 정도 떨어진 위치에서는, IPA의 힘이 약해지고, 소수화제의 치환 속도가 저하한다. 또한 IPA의 밀도가 소수화제의 밀도보다도 낮은 경우는, 도 8c의 파선의 사각 내에 나타낸 바와 같이, IPA가 소수화제의 내부는 아니고 소수화제의 표층(기판(W)과는 반대측의 층)을 따라서 외방으로 흐르려고 하기 때문에, 소수화제의 치환 속도가 한층 더 저하한다.
IPA의 토출이 개시되고 나서 어느 정도의 시간이 경과하면, 기판(W) 위의 소수화제의 액량이 감소하기 때문에, 소수화제가 신속하게 기판(W)으로부터 배출되지만, 제2알코올 공급 공정의 초기는, 비교적 많은 소수화제가 기판(W) 위에 있기 때문에, 도 8c의 파선의 사각 내에 나타낸 바와 같이, IPA 및 소수화제의 계면에서 체류가 발생하는 경우가 있다. 따라서, 기판(W)의 표면 중앙부나 그 근방의 환 형상의 영역에서 IPA 및 소수화제의 체류가 발생하는 경우가 있다.
제2알코올 공급 공정에서는, 기판(W)의 표면이 소수성으로 변화된다. 그 때문에, IPA와 소수화제의 반응에 의해서 발생한 파티클이 기판(W)의 표면에 부착하기 쉽다. 또한 IPA 및 소수화제의 계면에서 IPA 및 소수화제가 체류하면, 이 계면에서 발생한 파티클을 외방으로 흐르게 하는 힘이 약해지기 때문에, 파티클이 기판(W)의 표면까지 도달하기 쉽다. 따라서, IPA 및 소수화제의 계면이 형성되는 영역, 즉, 기판(W)의 표면 중앙부나 그 근방의 환 형상의 영역에 파티클이 부착하기 쉽다.
전술의 기판(W)의 처리의 일례에서는, 기판(W) 위의 소수화제를 IPA로 치환하기 전에, 기판(W) 위의 소수화제의 액량을 감소시킨다(액량 감소 공정(도 4의 스텝 S8)). 따라서, IPA를 기판(W)으로 공급했을 때에, 기판(W) 위에서 IPA와 반응하는 소수화제의 액량이 감소하고, IPA와 소수화제의 반응에 의해서 발생하는 파티클의 수가 감소한다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면에 부착하는 파티클을 줄일 수 있고 건조 후의 기판(W)에 잔류하는 파티클을 줄일 수 있다.
또한 소수화제의 액막의 두께가 감소하고 있기 때문에, 기판(W) 위의 소수화제를 비교적 신속하게 배출할 수 있고 체류의 발생을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, IPA와 소수화제의 반응에 의해서 파티클이 발생한다고 해도, 이 파티클이 기판(W)의 표면에 도달하기 전에 해당 파티클을 기판(W) 위로부터 배출하기 쉽다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면에 부착하는 파티클을 한층 더 줄일 수 있고, 건조 후의 기판(W)의 청정도를 한층 더 높일 수 있다.
도 9는, 기판(W)의 건조 중에 패턴에 가해지는 힘에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 기판(W)을 건조시킬 때는, 기판(W) 위의 액량이 서서히 감소해 나가고, 액면이 인접하는 2개의 패턴의 사이로 이동한다. 인접하는 2개의 패턴의 사이에 액면이 있으면, 패턴을 도괴시키는 모멘트가, 액면과 패턴의 측면이 접하는 위치에서 패턴에 가해진다.
도 9에 기재의 식은, 액체로부터 패턴에 가해지는 모멘트(N)를 나타내고 있다. 식 중의 γ, L, h, d, 및 θ가 나타내는 사항은, 도 9에 기재된 바와 같다. 도 9 중의 우변의 제1항((2γLh2cosθ)/d)는, 액체로부터 패턴에 가해지는 라플라스(laplace)압에 유래하는 모멘트를 나타내고 있다. 도 9 중의 우변의 제2항(Lhγsinθ)은, 액체의 표면장력에 유래하는 모멘트를 나타내고 있다.
패턴의 측면에 대한 액체의 접촉각θ을 90도로 하면, cosθ가 영이 되어, 도 9 중의 우변의 제1항이 영이 된다. 기판(W)에의 소수화제의 공급은, 접촉각θ을 90도에 접근하는 것을 목적으로 하고 있다. 그렇지만, 실제로는, 접촉각θ을 90도까지 증가시키는 것은 어렵다. 또한, 패턴의 재료가 변경되면, 접촉각θ도 변경된다. 예를 들어, 실리콘(Si)과 비교하면, 실리콘 나이트라이드(SiN)는, 접촉각θ이 증가하기 어렵다.
만일 접촉각θ을 90도로 할 수 있다고 해도, 도 9 중의 우변의 제2항에 sinθ가 포함되어 있기 때문에, 액체로부터 패턴에 가해지는 모멘트는 영이 되지 않는다. 따라서, 보다 미세한 패턴의 도괴를 방지하는 경우는, 액체의 표면장력γ을 한층 더 저하시킬 필요가 있다. 이것은, 우변의 제1항뿐만이 아니라, 우변의 제2항도 저하하기 때문이다.
전술의 기판(W)의 처리의 일례에서는, 기판(W) 위의 소수화제를 IPA로 치환한 후에, HFO를 기판(W)으로 공급하고, HFO가 부착되어 있는 기판(W)을 건조시킨다. IPA는, 물보다도 표면장력이 낮은 알코올이고, HFO는, IPA보다도 표면장력이 낮은 불소계 유기용제이다. 이러한 표면장력이 매우 낮은 액체가 부착되어 있는 기판(W)을 건조시키기 때문에, 기판(W)의 건조 중에 패턴에 가해지는 힘을 저하시킬 수 있다. 이것에 의해, 보다 미세한 패턴이어도, 패턴의 도괴율을 저하시킬 수 있다.
또한, 소수화제를 기판(W)으로 공급하면, 패턴의 표면 자유에너지가 감소한다. 기판(W)의 건조 중에는, 액체로부터 패턴에 가해지는 모멘트로 패턴이 탄성변형하고, 인접하는 2개의 패턴의 선단부끼리 달라붙는 경우가 있다. 미세한 패턴에서는, 패턴의 복원력이 작기 때문에, 기판(W)의 건조 후에도 패턴의 선단부끼리 달라붙은 채로 있다. 이러한 경우에도, 패턴의 표면 자유에너지가 작으면 패턴의 선단부끼리 떨어져 쉽다. 따라서, 소수화제를 기판(W)으로 공급함으로써, 패턴의 결함을 줄일 수 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 패턴이 형성된 기판(W)의 표면 전역을 덮는 소수화제의 액막이 형성된다. 그 후, 이 상태를 유지하면서 기판(W) 위의 소수화제의 액량을 감소시킨다. 그리고, 기판(W) 위의 소수화제의 액량이 감소한 상태에서, 소수화제의 액막으로 덮여 있는 기판(W)의 표면에 IPA를 공급하고, 기판(W) 위의 소수화제를 알코올의 일례인 IPA로 치환한다. IPA는 친수기와 소수기의 양방을 가지고 있기 때문에, 기판(W) 위의 소수화제는 IPA로 치환된다. 그 후, 기판(W)을 건조시킨다.
기판(W)을 건조시키기 전에 소수화제를 기판(W)으로 공급하기 때문에, 기판(W)의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘을 저하시킬 수 있다. 이것에 의해, 패턴의 도괴율을 저하시킬 수 있다. 또한 IPA를 기판(W)으로 공급하기 전에, 기판(W) 위의 소수화제의 액량을 감소시키기 때문에, IPA와 소수화제의 반응에 의해서 발생하는 파티클의 수를 줄일 수 있다. 이것에 의해, 건조 후의 기판(W)에 잔류하는 파티클의 수를 줄일 수 있고 건조 후의 기판(W)의 청정도를 높일 수 있다.
본 실시 형태에서는, 실온보다도 높은 온도까지 미리 가열된, 즉, 기판(W)으로 공급되기 전에 실온보다도 높은 온도까지 가열된 IPA가 기판(W)의 표면으로 공급된다. 이것에 의해, 소수화제로부터 IPA에의 치환 효율이 높아지기 때문에, 건조 후의 기판(W)에 잔류하는 소수화제의 양을 영 또는 대체로 영까지 줄일 수 있다. 따라서, 건조 후의 기판(W)의 청정도를 한층 더 높일 수 있다.
본 실시 형태에서는, 기판(W) 위의 소수화제를 IPA로 치환한 후에, 불소계 유기용제의 일례인 HFO를 기판(W)으로 공급하고, HFO가 부착되어 있는 기판(W)을 건조시킨다. HFO의 표면장력은, 물의 표면장력보다도 낮고, IPA의 표면장력보다도 낮다. 그 때문에, 기판(W)의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘을 한층 더 저하시킬 수 있고 패턴의 도괴율을 한층 더 저하시킬 수 있다.
또한, 기판(W) 위의 IPA를 HFO로 치환할 때에, 미량의 IPA가 기판(W)에 잔류한다고 해도, IPA의 표면장력이 물의 표면장력보다도 낮기 때문에, 물 등의 표면장력이 높은 액체가 잔류한 경우에 비해, 기판(W)의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘이 작다. 따라서, 미량의 IPA가 잔류한다고 해도, 패턴의 도괴율을 저하시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 실온보다도 높은 온도까지 미리 가열된, 즉, 기판(W)으로 공급되기 전에 실온보다도 높은 온도까지 가열된 HFO가 기판(W)의 표면으로 공급된다. HFO의 표면장력은, 액온의 상승에 따라서 저하한다. 따라서, 고온의 HFO를 기판(W)으로 공급함으로써, 기판(W)의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘을 한층 더 저하시킬 수 있다. 이것에 의해, 패턴의 도괴율을 한층 더 저하시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 고온의 IPA가 기판(W)의 표면으로 공급되고 그 후, HFO가 기판(W)의 표면으로 공급된다. 기판(W)으로 공급되기 전의 IPA의 액온은, 기판(W)으로 공급되기 전의 HFO의 액온보다도 높다. 이것에 의해, 기판(W) 위에서의 HFO의 온도 저하를 억제 또는 방지할 수 있다. 경우에 따라서는, 기판(W) 위에서의 HFO의 액온을 높일 수 있다. 이것에 의해, HFO의 표면장력을 한층 더 저하시킬 수 있기 때문에, 기판(W)의 건조 중에 액체로부터 패턴에 가해지는 힘을 한층 더 저하시킬 수 있다.
다른 실시 형태
본 발명은, 전술의 실시 형태의 내용으로 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 변경이 가능하다.
예를 들어, 린스액 노즐(38)은, 챔버(4)의 격벽(5)에 대해서 고정된 고정 노즐이 아니고, 기판(W)에 대한 처리액의 착액 위치를 이동 가능한 스캔 노즐이어도 좋다.
실온의 IPA를 기판(W)으로 공급하는 경우는, 제1히터(74)를 생략해도 좋다. 마찬가지로, 실온의 HFO를 기판(W)으로 공급하는 경우는, 제2히터(81)를 생략해도 좋다.
제1알코올 공급 공정(도 4의 스텝 S6) 및 제2알코올 공급 공정(도 4의 스텝 S9)의 한편에서만, 실온의 IPA를 기판(W)으로 공급해도 좋다. 이 경우, 기판(W)으로 공급되는 IPA를 안내하는 배관을 2개 설치하고 2개의 배관의 한편에만 히터를 개재하면 좋다.
알코올 노즐(71), 소수화제 노즐(75), 및 용제 노즐(78)의 적어도 하나는, 기체 노즐(51)에 의해 유지되어 있지 않아도 좋다. 이 경우, 알코올 노즐(71), 소수화제 노즐(75), 및 용제 노즐(78)의 적어도 하나를 유지하는 제4노즐 암과, 제4노즐 암을 이동시킴으로써, 알코올 노즐(71), 소수화제 노즐(75), 및 용제 노즐(78)의 적어도 하나를 이동시키는 제4노즐 이동 유닛이, 처리 유닛(2)에 설치되어 있어도 좋다.
기체 노즐(51)을 생략해도 좋다. 혹은, 기체 노즐(51) 대신에, 기판(W)의 직경 이상의 외경을 가지는 원형의 하면이 설치된 차단 부재를 스핀 척(8)의 상방에 배치해도 좋다. 이 경우, 차단 부재가 평면시에서 기판(W)의 상면 전역과 겹쳐지기 때문에, 방사 형상으로 흐르는 환 형상의 기류를 형성하는 일 없이, 기판(W)의 상면 전역을 차단 부재로 보호할 수 있다.
전술의 기판(W)의 처리의 일례에서, 제1알코올 공급 공정(도 4의 스텝 S6)이 행해진 후 및 소수화제 공급 공정(도 4의 스텝 S7)이 행해지기 전에, 기판(W) 위의 IPA의 액량을 감소시키는 액량 감소 공정을 더 행해도 좋다.
전술의 기판(W)의 처리의 일례에서, 액량 감소 공정(도 4의 스텝 S8)을 행하지 않고, 제2알코올 공급 공정(도 4의 스텝 S9)을 행해도 좋다.
전술의 기판(W)의 처리의 일례에서, 용제 공급 공정(도 4의 스텝 S10)이 행해진 후 및 제2알코올 공급 공정(도 4의 스텝 S9)이 행해지기 전에, 기판(W) 위의 IPA를, IPA 등의 알코올과 HFO 등의 불소계 유기용제의 혼합액으로 치환해도 좋다. 혹은, 용제 공급 공정(도 4의 스텝 S10)에서, IPA 등의 알코올과 HFO 등의 불소계 유기용제의 혼합액을 기판(W)으로 공급해도 좋다.
전술의 기판(W)의 처리의 일례에서, 용제 공급 공정(도 4의 스텝 S10)을 행하지 않고, 건조 공정(도 4의 스텝 S11)을 행해도 좋다.
제2알코올 공급 공정(도 4의 스텝 S9)에서 기판(W)으로 공급되는 알코올은, 제1알코올 공급 공정(도 4의 스텝 S6)에서 기판(W)으로 공급되는 알코올과 달라도 좋다.
제1알코올 공급 공정(도 4의 스텝 S6)과 병행하여, 실온보다도 고온의 가열 유체를 기판(W)의 하면으로 공급하는 가열 유체 공급 공정을 행해도 좋다. 구체적으로는, 하측 린스액 밸브(43)를 열고, 하면 노즐(41)에 온수(고온의 순수)를 토출시켜도 좋다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 처리 유닛(2)은, 기판(W) 위의 액체를 가열하는 실내 히터(82)를 구비하고 있어도 좋다. 실내 히터(82)는, 챔버(4) 내에 배치되어 있다. 실내 히터(82)는, 스핀 척(8)에 의해 유지되어 있는 기판(W)의 상방 또는 하방에 배치된다.
실내 히터(82)는, 전력을 줄 열로 변환함으로써 실온보다도 높은 온도까지 온도 상승하는 전기 히터이어도 좋고, 기판(W)의 상면 또는 하면을 향해서 광을 조사함으로써 기판을 실온보다도 높은 온도까지 온도 상승시키는 램프이어도 좋다. 실내 히터(82)는, 기판(W)의 전체를 동시에 가열해도 좋고, 기판(W)의 일부를 가열해도 좋다. 후자의 경우, 히터 이동 유닛으로 실내 히터(82)를 이동시켜도 좋다.
실내 히터(82)가 처리 유닛(2)에 설치되어 있는 경우, 전술의 기판(W)의 처리의 일례에서, 기판(W) 위의 액체를 실내 히터(82)에 의해서 실온보다도 높은 온도에서 가열해도 좋다. 예를 들어, 기판(W) 위의 소수화제를 IPA로 치환할 때에, 기판(W) 위의 액체(소수화제 및 IPA의 적어도 한편을 포함하는 액체)를 가열하면, 소수화제로부터 IPA에의 치환 효율을 높일 수 있다. 기판(W) 위의 HFO를 가열하면, HFO의 표면장력을 한층 더 저하시킬 수 있다.
기판 처리 장치(1)는, 원판 형상의 기판(W)을 처리하는 장치에 한정하지 않고, 다각형의 기판(W)을 처리하는 장치이어도 좋다.
전술의 모든 구성의 2개 이상을 조합해도 좋다. 전술의 모든 공정의 2개 이상이 조합되어도 좋다.
스핀 척(8)은, 기판 유지 유닛의 일례이다. 스핀 모터(12)는, 액량 감소 유닛 및 건조 유닛의 일례이다. 알코올 노즐(71)은, 제1유기용제 공급 유닛의 일례이다. 알코올 배관(72)은, 제1유기용제 공급 유닛의 일례이다. 알코올 밸브(73)는, 제1유기용제 공급 유닛의 일례이다. 소수화제 노즐(75)은, 소수화제 공급 유닛의 일례이다. 소수화제 배관(76)은, 소수화제 공급 유닛의 일례이다. 소수화제 밸브(77)는, 소수화제 공급 유닛 및 액량 감소 유닛의 일례이다. 용제 노즐(78)은, 제2유기용제 공급 유닛의 일례이다. 용제 배관(79)는, 제2유기용제 공급 유닛의 일례이다. 용제 밸브(80)는, 제2유기용제 공급 유닛의 일례이다.
본 출원은, 2017년 9월 21일에 일본 특허청에 제출된 일본 특허출원 2017－181324호에 대응하고, 본 출원의 전체 개시는 여기에 인용에 의해 포함되는 것으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명했지만, 이들은 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하기 위해서 이용된 구체예에 지나지 않고, 본 발명은 이러한 구체예로 한정해 해석되어야 하는 것이 아니고, 본 발명의 정신 및 범위는 첨부의 청구 범위에 의해서만 한정된다.
1: 기판 처리 장치
2: 처리 유닛
3: 제어장치
3m: 메모리
3p: 프로세서
4: 챔버
5: 격벽
5a: 송풍구
5b: 반입 반출구
6: 셔터
7: 배기 덕트
8: 스핀 척
9: 척 핀
10: 스핀 베이스
11: 스핀 축
12: 스핀 모터
21: 처리 컵
22: 외벽 부재
23: 가이드
23a: 상단
24: 천정부
25: 통 형상부
26: 컵
27: 가이드 승강 유닛
28: 제1약액 노즐
29: 제1약액 배관
30: 제1약액 밸브
31: 제1노즐 암
32: 제1노즐 이동 유닛
33: 제2약액 노즐
34: 제2약액 배관
35: 제2약액 밸브
36: 제2노즐 암
37: 제2노즐 이동 유닛
38: 린스액 노즐
39: 린스액 배관
40: 린스액 밸브
41: 하면 노즐
42: 하측 린스액 배관
43: 하측 린스액 밸브
44: 린스액용 히터
45: 하측 중앙 개구
46: 하측 기체유로
47: 하측 기체 배관
48: 하측 기체 밸브
51: 기체 노즐
51o: 외주면
51L: 하면
52: 제1기체 배관
53: 제1기체 밸브
54: 제2기체 배관
55: 제2기체 밸브
61: 제1기체 토출구
62: 제2기체 토출구
63: 제1도입구
64: 제1기체 통로
65: 제2도입구
66: 제2기체 통로
67: 제3노즐 암
68: 제3노즐 이동 유닛
69: 상측 중앙 개구
70: 삽입 구멍
71: 알코올 노즐
72: 알코올 배관
73: 알코올 밸브
74: 제1히터
75: 소수화제 노즐
76: 소수화제 배관
77: 소수화제 밸브
78: 용제 노즐
79: 용제 배관
80: 용제 밸브
81: 제2히터
82: 실내 히터
A1: 회전축선
A2: 노즐 회동축선
A3: 노즐 회동축선
A4: 노즐 회동축선
L1: 중심선
W: 기판

Claims (6)

  1. 패턴이 형성된 기판의 표면을 소수화시키는 소수화제의 액체를 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판의 표면 전역을 덮는 상기 소수화제의 액막을 형성하고, 상기 패턴의 표면 자유 에너지를 감소시키는 소수화제 공급 공정,
    상기 소수화제 공급 공정 후에, 물보다도 표면장력이 낮은 제1유기용제의 액체를 실온보다 높으면서, 상기 제1유기용제의 비점보다 낮은 온도까지 미리 가열하여 제1유기용제 공급 유닛으로부터 토출하고, 상기 제1유기용제를 상기 소수화제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 소수화제의 액체를 상기 제1유기용제의 액체로 치환하는 제1유기용제 공급 공정,
    상기 제1유기용제 공급 공정 후에, 상기 제1유기용제보다도 표면장력이 낮은 제2유기용제의 액체를 실온보다 높으면서, 상기 제2유기용제의 비점보다도 낮은 온도까지 미리 가열하여 제2유기용제 공급 유닛으로부터 토출하고, 상기 제2유기용제 공급 유닛으로부터 토출되었을 때의 표면장력이 상기 제1유기용제 공급 유닛으로부터 토출되었을 때의 상기 제1유기용제의 표면장력보다도 낮은 상태로 상기 제2유기용제를 상기 제1유기용제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 제1유기용제의 액체를 상기 제2유기용제의 액체로 치환하는 제2유기용제 공급 공정, 및
    상기 제2유기용제 공급 공정 후에, 상기 제2유기용제의 액체가 부착되어 있는 상기 기판을 건조시키는 건조 공정을 포함하고,
    상기 제1유기용제 공급 공정은, 상기 소수화제 공급 공정 후에, 상기 물보다도 표면장력이 낮은 상기 제1유기용제의 액체를 상기 소수화제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 소수화제의 액체를 상기 제1유기용제의 액체로 치환하고, 상기 기판의 상면 전역을 덮는 상기 제1유기용제의 액막을 형성하여 상기 건조 공정 후의 상기 기판에 잔류하는 상기 소수화제의 양을 줄이는 공정인, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 상방 또는 하방에 배치된 실내 히터로, 상기 기판 위의 상기 제2유기용제를 가열하는 용제 가열 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1유기용제는 알코올이고,
    상기 제2유기용제는 불소계 유기용제인, 기판 처리 방법.
  4. 표면에 패턴이 형성된 기판을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛,
    상기 기판의 표면을 소수화시키는 소수화제의 액체를 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판의 표면으로 공급하는 소수화제 공급 유닛,
    물보다도 표면장력이 낮은 제1유기용제의 액체를 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판으로 공급하는 제1유기용제 공급 유닛,
    상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판에 공급되는 상기 제1유기용제의 액체를, 실온보다 높으면서 상기 제1유기용제의 비점보다 낮은 온도까지 미리 가열하는 제1히터,
    상기 제1유기용제보다도 표면장력이 낮은 제2유기용제의 액체를 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판으로 공급하는 제2유기용제 공급 유닛,
    상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판에 공급되는 상기 제2유기용제의 액체를, 실온보다 높으면서 상기 제2유기용제의 비점보다 낮은 온도까지 미리 가열하는 제2히터,
    상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판을 건조시키는 건조 유닛, 및
    상기 소수화제 공급 유닛, 제1유기용제 공급 유닛, 제2유기용제 공급 유닛, 및 건조 유닛을 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 제어장치는,
    상기 기판의 표면을 소수화시키는 상기 소수화제의 액체를 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판의 표면 전역을 덮는 상기 소수화제의 액막을 형성하고, 상기 패턴의 표면 자유 에너지를 감소시키는 소수화제 공급 공정,
    상기 소수화제 공급 공정 후에, 상기 물보다도 표면장력이 낮은 상기 제1유기용제의 액체를, 실온보다 높으면서 상기 제1유기용제의 비점보다 낮은 온도까지 미리 가열하여 상기 제1유기용제 공급 유닛으로부터 토출하고, 상기 제1유기용제를 상기 소수화제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 소수화제의 액체를 상기 제1유기용제의 액체로 치환하는 제1유기용제 공급 공정,
    상기 제1유기용제 공급 공정 후에, 상기 제1유기용제보다도 표면장력이 낮은 상기 제2유기용제의 액체를, 실온보다 높으면서 상기 제2유기용제의 비점보다도 낮은 온도까지 미리 가열하여 상기 제2유기용제 공급 유닛으로부터 토출하고, 상기 제2유기용제 공급 유닛으로부터 토출되었을 때의 표면장력이 상기 제1유기용제 공급 유닛으로부터 토출되었을 때의 상기 제1유기용제의 표면장력보다도 낮은 상태에서, 상기 제2유기용제를 상기 제1유기용제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 제1유기용제의 액체를 상기 제2유기용제의 액체로 치환하는 제2유기용제 공급 공정, 및
    상기 제2유기용제 공급 공정 후에, 상기 제2유기용제의 액체가 부착되어 있는 상기 기판을 건조시키는 건조 공정을 실행하고,
    상기 제1유기용제 공급 공정은, 상기 소수화제 공급 공정 후에, 상기 물보다도 표면장력이 낮은 상기 제1유기용제의 액체를 상기 소수화제의 액막으로 덮여 있는 상기 기판의 표면으로 공급함으로써, 상기 기판 위의 상기 소수화제의 액체를 상기 제1유기용제의 액체로 치환하고, 상기 기판의 상면 전역을 덮는 상기 제1유기용제의 액막을 형성하여 상기 건조 공정 후의 상기 기판에 잔류하는 상기 소수화제의 양을 줄이는 공정인, 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는, 상기 기판 유지 유닛에 의해 유지되어 있는 상기 기판의 상방 또는 하방에 배치되는 실내 히터를 더 구비하고,
    상기 제어장치는, 상기 실내 히터에 상기 기판 위의 상기 제2유기용제를 가열시키는 용제 가열 공정을 더 실행하는, 기판 처리 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1유기용제는 알코올이고,
    상기 제2유기용제는 불소계 유기용제인, 기판 처리 장치.
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