KR102294940B1 - 기판 액처리 장치 및 기판 액처리 방법 - Google Patents

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Abstract

노즐 내에서의 가수 분해 열화에 따른 실릴화액의 폐기량을 저감한다.
노즐(43) 내의 실릴화액 유로(431)에 차단 유체를 공급함으로써, 실릴화액 유로 내에 있는 실릴화액보다 토출구(434)에 가까운 측에 존재하는 차단 유체에 의해 실릴화액 유로 내에 있는 실릴화액을 토출구의 외부의 분위기로부터 차단한다.

Description

기판 액처리 장치 및 기판 액처리 방법{SUBSTRATE LIQUID PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE LIQUID PROCESSING METHOD}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면을 발수화하기 위해 실릴화액을 공급하는 노즐을 구비한 기판 액처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 웨트 에칭, 약액 세정 등의 여러가지 액처리가 실시된다. 액처리에 있어서는, 예컨대, 약액을 기판에 공급하는 약액 처리 공정, 기판에 순수 등의 린스액을 공급하는 린스 처리 공정, 기판을 건조시키는 건조 공정이 순차 행해진다. 기판의 표면에 패턴, 특히 애스펙트비가 높은 패턴이 형성되어 있는 경우, 건조 공정에서 패턴 도괴가 생기지 않도록, 린스 처리 공정 전에, 기판에 발수화액 예컨대 실릴화액을 공급하여 기판의 표면을 발수화하는 발수화 공정이 행해진다. 발수화에 의해 린스액의 접촉각을 올려, 린스액의 표면 장력에 기인한 패턴의 도괴가 억제된다.(예컨대 특허문헌 1을 참조)
실릴화액은 대기 중의 수분과 용이하게 가수 분해 반응을 일으켜 열화한다. 이 때문에, 노즐로부터 기판을 향하여 실릴화액을 소정량 토출한 후에 토출 정지가 장시간 계속되면, 노즐의 토출구 부근에 체류하고 있는 실릴화액이 가수 분해 반응에 의해 열화한다. 이 열화한 실릴화액을 노즐 내로부터 제거하기 위해, 다음 기판에의 실릴화액의 공급에 앞서, 소정량의 실릴화액을 노즐로부터 토출함(더미 디스펜스를 행함)으로써 버리고 있다. 실릴화액은 매우 고가이기 때문에, 폐기량을 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2012-222329호 공보
본 발명은, 고가의 실릴화액의 폐기량을 감소시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 적합한 일실시형태에 따르면, 기판에 실릴화액을 공급하여 기판을 발수화 처리하는 처리부와, 상기 처리부에 있는 기판에 상기 실릴화액을 공급하는 토출구와, 상기 토출구를 향하여 상기 실릴화액이 흐르는 실릴화액 유로를 내부에 갖는 노즐과, 상기 노즐의 상기 실릴화액 유로에 실릴화액 공급 라인을 통해 상기 실릴화액을 공급하는 실릴화액 공급 기구와, 상기 노즐 내부의 상기 실릴화액 유로 내에 있는 실릴화액을, 상기 토출구의 외부의 분위기로부터 차단하는 차단 유체를 공급하는 차단 유체 공급 기구를 구비한 기판 액처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 적합한 실시형태에 따르면, 토출구와, 상기 토출구를 향하여 실릴화액을 흐르게 하기 위한 실릴화액 유로를 갖는 노즐을 이용하여, 상기 노즐의 상기 토출구로부터 기판에 상기 실릴화액을 공급하여, 상기 기판을 발수화 처리하는 공정과, 상기 노즐로부터의 상기 실릴화액의 공급을 정지하는 공정과, 상기 실릴화액 유로에 차단 유체를 공급하여, 상기 실릴화액 유로 내에 있는 상기 실릴화액을, 상기 차단 유체에 의해 상기 토출구의 외부의 분위기로부터 차단하는 공정을 포함한 기판 액처리 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 노즐 토출구 부근에 잔류하는 실릴화액의 가수 분해에 의한 열화를 억제 또는 지연시킬 수 있기 때문에, 더미 디스펜스의 횟수를 저감할 수 있다. 그 결과, 고가의 실릴화액의 폐기량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 기판 처리 시스템의 전체의 구성을 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 처리 유닛의 구성을 나타내는 개략 종단면도이다.
도 3은 제1 실시형태의 실릴화액 노즐 및 이 노즐에 부수되는 유체 공급 기구를 나타내는 개략도이다.
도 4는 제1 실시형태의 실릴화액 노즐의 작용을 설명하는 도면이다.
도 5는 제2 실시형태의 실릴화액 노즐의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.
도 6은 제3 실시형태의 실릴화액 노즐의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.
도 7은 제4 실시형태의 실릴화액 노즐 및 이 노즐에 관련되는 차단 유체 공급 기구의 구성 및 작용을 설명하는 개략도이다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 이하에서는, 위치 관계를 명확하게 하기 위해, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 규정하고, Z축 정방향을 연직 상향 방향으로 한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 시스템(1)은, 반입출 스테이션(2)과, 처리 스테이션(3)을 구비한다. 반입출 스테이션(2)과 처리 스테이션(3)은 인접하여 마련된다.
반입출 스테이션(2)은, 캐리어 배치부(11)와, 반송부(12)를 구비한다. 캐리어 배치부(11)에는, 복수매의 웨이퍼(W)를 수평 상태로 수용하는 복수의 캐리어(C)가 배치된다.
반송부(12)는, 캐리어 배치부(11)에 인접하여 마련되고, 내부에 기판 반송 장치(13)와, 전달부(14)를 구비한다. 기판 반송 장치(13)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 기판 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(13)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 연직축을 중심으로 하는 선회가 가능하며, 기판 유지 기구를 이용하여 캐리어(C)와 전달부(14) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
처리 스테이션(3)은, 반송부(12)에 인접하여 마련된다. 처리 스테이션(3)은, 반송부(15)와, 복수의 처리 유닛(16)을 구비한다. 복수의 처리 유닛(16)은, 반송부(15)의 양측에 배열되어 마련된다.
반송부(15)는, 내부에 기판 반송 장치(17)를 구비한다. 기판 반송 장치(17)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 기판 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(17)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 연직축을 중심으로 하는 선회가 가능하며, 기판 유지 기구를 이용하여 전달부(14)와 처리 유닛(16) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
처리 유닛(16)은, 기판 반송 장치(17)에 의해 반송되는 웨이퍼(W) 에 대하여 소정의 기판 처리를 행한다.
또한, 기판 처리 시스템(1)은, 제어 장치(4)를 구비한다. 제어 장치(4)는, 예컨대 컴퓨터이며, 제어부(18)와 기억부(19)를 구비한다. 기억부(19)에는, 기판 처리 시스템(1)에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(18)는, 기억부(19)에 기억된 프로그램을 읽어내어 실행함으로써 기판 처리 시스템(1)의 동작을 제어한다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어 장치(4)의 기억부(19)에 인스톨된 것이어도 좋다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로서는, 예컨대 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
상기한 바와 같이 구성된 기판 처리 시스템(1)에서는, 우선, 반입출 스테이션(2)의 기판 반송 장치(13)가, 캐리어 배치부(11)에 배치된 캐리어(C)로부터 웨이퍼(W)를 취출하고, 취출한 웨이퍼(W)를 전달부(14)에 배치한다. 전달부(14)에 배치된 웨이퍼(W)는, 처리 스테이션(3)의 기판 반송 장치(17)에 의해 전달부(14)로부터 취출되어, 처리 유닛(16)에 반입된다.
처리 유닛(16)에 반입된 웨이퍼(W)는, 처리 유닛(16)에 의해 처리된 후, 기판 반송 장치(17)에 의해 처리 유닛(16)으로부터 반출되어, 전달부(14)에 배치된다. 그리고, 전달부(14)에 배치된 처리 완료된 웨이퍼(W)는, 기판 반송 장치(13)에 의해 캐리어 배치부(11)의 캐리어(C)에 복귀된다.
다음에, 처리 유닛(16)의 개략 구성에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 처리 유닛(16)의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 처리 유닛(16)은, 챔버(20)와, 기판 유지 기구(30)와, 처리 유체 공급부(40)와, 회수컵(50)을 구비한다.
챔버(20)는, 기판 유지 기구(30)와 처리 유체 공급부(40)와 회수컵(50)을 수용한다. 챔버(20)의 천장부에는, FFU(Fan Filter Unit)(21)가 마련된다. FFU(21)는, 챔버(20) 내에 다운 플로우를 형성한다.
기판 유지 기구(30)는, 유지부(31)와, 지주부(32)와, 구동부(33)를 구비한다. 유지부(31)는, 웨이퍼(W)를 수평으로 유지한다. 지주부(32)는, 연직 방향으로 연장되는 부재이고, 기단부가 구동부(33)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 선단부에 있어서 유지부(31)를 수평으로 지지한다. 구동부(33)는, 지주부(32)를 연직축 둘레로 회전시킨다. 이러한 기판 유지 기구(30)는, 구동부(33)를 이용하여 지주부(32)를 회전시킴으로써 지주부(32)에 지지된 유지부(31)를 회전시키며, 이에 의해, 유지부(31)에 유지된 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
처리 유체 공급부(40)는, 웨이퍼(W)에 대하여 처리 유체를 공급한다.
회수컵(50)은, 유지부(31)를 둘러싸도록 배치되고, 유지부(31)의 회전에 의해 웨이퍼(W)로부터 비산하는 처리액을 포집한다. 회수컵(50)의 바닥부에는, 배액구(51)가 형성되어 있고, 회수컵(50)에 의해 포집된 처리액은, 이러한 배액구(51)로부터 처리 유닛(16)의 외부에 배출된다. 또한, 회수컵(50)의 바닥부에는, FFU(21)로부터 공급되는 기체를 처리 유닛(16)의 외부에 배출하는 배기구(51)가 형성된다.
처리 유체 공급부(40)는, 웨이퍼(W)에 약액을 공급하는 약액 노즐(41)과, 웨이퍼(W)에 순수(DIW) 등의 린스액을 공급하는 린스액 노즐(42)과, 웨이퍼(W)에 실릴화액을 공급하는 실릴화액 노즐(43)과, 린스액 및 실릴화액의 양방에 대하여 상용성을 갖는 치환용 유기 용제 예컨대 이소프로필알코올(IPA)을 웨이퍼(W)에 공급하는 용제 노즐(44)을 가지고 있다.
약액 노즐(41)과, 린스액 노즐(42), 실릴화액 노즐(43) 및 용제 노즐(44)은, 공통의 하나의 아암(45)에 부착되어 있다. 아암(45)은, 연직축선 둘레로 회동할 수 있으며(θ 방향의 회전), 노즐(41∼44)을, 기판 유지 기구(30)에 의해 유지된 웨이퍼(W)의 중심의 바로 위에 위치하는 처리 위치와, 웨이퍼(W)의 상방으로부터 후퇴한 후퇴 위치 사이에서 이동시킬 수 있다.
후퇴 위치에 있는 약액 노즐(41), 린스액 노즐(42), 실릴화액 노즐(43) 및 용제 노즐(44)의 바로 아래에는, 이들 노즐로부터 더미 디스펜스에 의해 토출된 액을 받기 위한 액 받이(46)가 마련되어 있다. 또한, 노즐(41∼44)이 후퇴 위치에 있을 때, 아암(45)은, 회수컵(50)의 외측에 위치하며, 그 길이 방향이 도 2의 지면에 대하여 대략 수직 방향을 향하고 있다. 액 받이(46)는, 반도체 장치 제조 공장에 마련된 폐액계에 통하고 있다.
약액 노즐(41)에는 약액 공급 기구(61)로부터 약액이 공급된다. 린스액 노즐(42)에는 린스액 공급 기구(62)로부터 린스액이 공급된다. 실릴화액 노즐(43)에는 실릴화액 공급 기구(63)로부터 실릴화액이 공급된다. 용제 노즐(44)에는 용제 공급 기구(64)로부터 치환용 유기 용제가 공급된다. 상기 각종 액의 공급기구(61∼64)는, 액의 공급원에 접속된 관로에 개재된 개폐 밸브, 유량 제어 기구 등으로 구성되어 있다. 약액, 실릴화액 및 치환용 유기 용제의 공급원은, 예컨대, 이들 액을 저류하는 탱크이며, 린스액의 공급원은, 예컨대, 반도체 장치 제조 공장에 구비된 순수 공급원이다.
약액으로서는, 기판의 처리에 이용할 수 있는 임의의 약액이며, 예컨대 산성 약액, 알칼리성 약액, 유기 약액이다. 구체적으로는, SC-1액, SC-2액, 희불산(DHF), 버퍼드 불산, 오존수, 포토레지스트의 현상액 등이 예시되지만, 물론 이들에 한정되는 것이 아니다.
실릴화액으로서, 웨이퍼(W)의 표면을 발수화하기 위한 발수화제를 시너(희석제)로 희석한 것을 이용할 수 있다. 발수화제로서는, 예컨대, 트리메틸실릴디메틸아민(TMSDMA), 디메틸실릴디메틸아민(DMSDMA), 트리메틸실릴디에틸아민(TMSDEA), 헥사메틸디실라잔(HMDS), 1,1,3,3-테트라메틸디실라잔(TMDS) 등을 이용할 수 있다. 시너로서는, 에테르류 용매, 케톤류의 유기 용매 등을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 시너로서는, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 시클로헥사논, 하이드로플루오로에테르(HFE) 등을 이용할 수 있다.
이하에 있어서는, 실릴화액으로서 TMSDMA를 PGMEA로 희석한 것(더욱 반응 촉진제를 포함하고 있어도 좋음)을, 치환용 유기 용제로서 IPA를 각각 이용하는 전제로 설명을 행하는 것으로 한다.
[실릴화액 노즐의 제1 실시형태]
다음에, 도 3을 참조하여, 실릴화액 노즐(43)의 구성에 대해서 설명한다.
실릴화액 노즐(43)은, 실릴화액 유로(431)와, 합류점(433)에 있어서 실릴화액 유로(431)에 합류하는 차단 유체 유로(432)를 가지고 있다.
실릴화액 유로(431)에는, 실릴화액 공급 기구(63)로부터 실릴화액이 공급된다. 실릴화액 공급 기구(63)는, 실릴화액을 저류하는 탱크 등으로 이루어지는 실릴화액 공급원(631)과, 이 실릴화액 공급원(631)에 접속된 실릴화액 공급 라인(632)과, 이 실릴화액 공급 라인(632)에 개재된 유량 제어 기구(FC)(633) 및 개폐 밸브(634)로 구성되어 있다.
차단 유체 유로(432)에는, 차단 유체 공급 기구(65)로부터 차단 유체가 공급된다. 차단 유체 공급 기구(65)는, 차단 유체 여기서는 PGMEA[이것은 실릴화액의 시너(희석액)임]를 저류하는 탱크 등으로 이루어지는 차단 유체 공급원(651)과, 이 차단 유체 공급원(651)에 접속된 차단 유체 공급 라인(652)과, 이 차단 유체 공급 라인(652)에 개재된 유량 제어 기구(FC)(653) 및 개폐 밸브(654)로 구성되어 있다.
유량 제어 기구(633)는, 실릴화액 공급 라인(632)에 상류측으로부터 순서대로 개재된 유량계, 정압 밸브 및 니들 밸브(모두 도시하지 않음) 등으로 구성할 수 있다. 유량 제어 기구(653), 및 공급 기구(61, 62, 64)의 유량 제어 기구도 동일한 구성으로 할 수 있다.
다음에, 처리 유닛(16)의 운용 방법에 대해서 설명한다.
기판 반송 장치(17)가 처리 유닛(처리부)(16) 내에 웨이퍼(W)를 반입하고, 이 웨이퍼(W)가 기판 유지 기구(30)의 유지부(31)에 유지된다.
[약액 처리 공정]
기판 유지 기구(30)는 유지한 웨이퍼(W)를 소정 속도로 회전시킨다. 아암(45)이 선회하여 약액 노즐(41)을 처리 위치에 위치시킨다. 약액 노즐(41)로부터, 소정 시간 동안, 약액, 예컨대 DHF가 토출되어, 웨이퍼(W)에 소정의 약액 처리가 실시된다.
[제1 린스 공정]
약액 처리 공정의 종료 후(약액의 토출은 정지되어 있음), 계속해서 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 처리 위치에 위치시킨 린스액 노즐(42)로부터, 소정 시간 동안, 린스액으로서의 DIW가 토출된다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상의 약액 및 반응 생성물이, DIW에 의해 씻겨진다.
[제1 용제 치환 공정]
제1 린스 공정의 종료 후(린스액의 토출은 정지되어 있음), 계속해서 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 처리 위치에 위치시킨 용제 노즐(44)로부터, 소정 시간 동안, 치환용 유기 용제로서의 IPA가 토출된다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상의 DIW가, IPA로 치환된다.
[실릴화 공정]
제1 용제 치환 공정의 종료 후(IPA의 토출은 정지되어 있음), 계속해서 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 처리 위치에 위치시킨 실릴화액 노즐(43)로부터, 소정 시간 동안, 실릴화액으로서 TMSDMA를 PGMEA로 희석한 액이 토출된다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상의 IPA가 실릴화액으로 치환되고, 이 실릴화액에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 발수화된다.
[제2 용제 치환 공정]
실릴화 공정의 종료 후(실릴화액의 토출은 정지되어 있음), 계속해서 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 처리 위치에 위치시킨 용제 노즐(44)로부터, 소정 시간 동안, 치환용 유기 용제로서의 IPA가 토출된다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상의 실릴화액이, IPA로 치환된다.
[제2 린스 공정]
제2 용제 치환 공정의 종료 후(IPA의 토출은 정지되어 있음), 계속해서 웨이퍼(W)를 회전시키면서, 처리 위치에 위치시킨 린스액 노즐(42)로부터, 소정 시간 동안, 린스액으로서의 DIW가 토출된다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상의 IPA가 DIW로 치환되고, 또한, 이 DIW에 의해, 실릴화 공정에서 생긴 반응 생성물의 잔사가 씻겨진다. 또한, 이 제2 린스 공정은 생략하여도 좋다.
[건조 공정]
제2 린스 공정의 종료 후(DIW의 토출은 정지되어 있음), 아암을 선회시켜 후퇴 위치에 복귀시키고, 계속해서 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 있는 DIW를 원심력에 의해 비산하여, 털기 건조시킨다. 웨이퍼(W)의 표면이 발수화되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 패턴 사이에 있는 DIW가 패턴으로부터 나오려고 할 때에, DIW의 표면 장력에 의해 패턴이 도괴하는 것이 방지된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 대한 일련의 처리가 종료하고, 처리 후의 웨이퍼(W)는, 기판 반송 장치(17)에 의해 처리 유닛(16)으로부터 반출된다.
웨이퍼(W)에 대한 상기 일련의 처리 공정의 종료 후에 후퇴 위치에 복귀된 실릴화액 노즐(43)의 상태가 도 4의 (a)에 나타나 있다. 이때, 실릴화액 공급 라인(632)의 개폐 밸브(634) 및 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)는 양방 모두 폐쇄되어 있다. 도 4의 (a)에서는, 실릴화액 유로(431)의 전체가, 실릴화액(TMSDMA/PGMEA)(도 4∼도 7에 있어서 크고 성긴 도트로 나타냄)으로 채워져 있다. 실릴화액 유로(431)의 하단(종단)인 토출구(434)에, 노즐 밖의 분위기인 대기[챔버(20) 내의 청정 공기]에 폭로되는 실릴화액의 액 표면이 존재하고 있다. 이 상태대로 방치해 두면, 실릴화액과 대기 중에 포함되는 수분 사이에서 가수 분해 반응이 생겨, 실릴화액이 열화한다. 이 상태를 더욱 장시간 방치해 두면, 고형물이 발생한다. 이러한 고형물은, 파티클 발생의 원인이 될 수 있다.
본 실시형태에서는, 실릴화액 노즐(43)을 후퇴 위치에 복귀시킨 후, 바람직하게는 후퇴 위치에 복귀한 후 즉시, 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)를 개방하고, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 차단 유체로서의 PGMEA(도 4∼도 7에 있어서 작고 촘촘한 도트로 나타냄)를 실릴화액 노즐(43)로부터 토출한다. 이에 의해, 실릴화액 유로(431)의 토출구(434)의 근방에 체류하고 있던 실릴화액(TMSDMA/PGMEA)이 차단 유체(PGMEA)에 의해 압출된다(퍼지된다). 또한, 실릴화액 노즐(43)로부터 토출된 실릴화액 및 차단 유체는, 더미 디스펜스용의 액 받이(46)에 의해 받아져, 유기계의 공장 폐액계에 폐기된다.
그 후, 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)를 폐쇄하면, 도 4의 (c)에 나타내는 상태가 된다. 즉, 실릴화액 유로(431) 중의 토출구(434)로부터 차단 유체 유로(432)와의 합류점(433) 부근까지의 영역이, 차단 유체인 PGMEA에 의해 채워지고, 실릴화액은 실릴화액 유로(431) 중의 합류점(433)보다 상류측에만 존재하게 된다. 즉, 차단 유체인 PGMEA에 의해, 실릴화액과 실릴화액 노즐(43) 외부의 분위기인 대기의 접촉이 차단된다. 이 때문에, 실릴화액의 가수 분해를 방지할 수 있다.
다음에, 실릴화액 노즐(43)로부터 웨이퍼(W)에 실릴화액을 공급하는 경우에는, 실릴화액 노즐(43)을 후퇴 위치에 위치시킨채로, 실릴화액 공급 라인(632)의 개폐 밸브(634)를 개방하여, 실릴화액을 실릴화액 노즐(43)로부터 토출한다. 이에 의해, 도 4의 (d)에 나타내는 바와 같이, 실릴화액 유로(431)의 토출구(434)의 근방에 체류하고 있던 차단 유체(PGMEA)가 실릴화액(TMSDMA/PGMEA)에 의해 압출된다. 그 후, 실릴화액 공급 라인(632)의 개폐 밸브(634)를 폐쇄하면, 도 4의 (a)에 나타내는 상태가 되어, 실릴화액을 실릴화액 노즐(43)로부터 웨이퍼(W)를 향하여 토출하는 준비가 갖추어진다. 또한, 도 4의 (d)에 나타내는 공정을 생략하고, 도 4의 (c)에 나타내는 상태로부터 직접, 웨이퍼(W)를 향하여 실릴화액을 토출하여도 좋다.
상기 도 4의 (a)∼도 4의 (d)에 나타낸 순서는, 어느 하나의 웨이퍼(W)에 대한 일련의 처리가 종료한 때부터 다음 웨이퍼에 대한 처리를 행할 때까지 비교적 장시간의 간격이 비는 경우에 특히 유익하다. 종래 기술[차단 유체 공급 라인(652)이 없음]에 있어서는, 실릴화액 노즐(43)로부터 실릴화액을 장시간에 걸쳐 토출하지 않는 경우에는, 실릴화액 노즐(43)의 토출구(434)의 근방에 체류하고 있는 가수 분해하여 버린 실릴화액을 더미 디스펜스에 의해 정기적으로 버리지 않으면 안 된다. 이에 대하여, 상기 실시형태에서는, 차단 유체(PGMEA)를 버리는 것만으로 끝난다. 실릴화액, 특히 그 발수화제 성분(TMSDMA)은 매우 고가이기 때문에, 상기 실시형태에 따르면, 버리는 약액의 비용 차분만큼 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 실릴화액의 구성 성분인 PGMEA를 차단 유체로서 이용하고 있기 때문에, 발수화제 성분(TMSDMA)으로 차단 유체와의 사이에서 웨이퍼(W)의 처리에 유해한 물질이 생성되는 것 같은 반응이 생길 우려가 없다.
또한, 여기서 이용하고 있는 차단 유체는 실릴화액의 희석액 성분과 같은 것이기 때문에, 도 4의 (c)의 상태대로 장시간 방치해 두면, 차단 유체(PGMEA) 중에 실릴화액의 발수화제 성분(TMSDMA)이 확산하여, 도 4의 (a)와 비슷한 상태가 될 수 있다. 이 때문에, 실릴화액 유로(431)의 토출구(434)의 근방의 영역에 존재하는 액 중에 포함되는 발수화제 성분(TMSDMA)과 토출구(434)의 외부의 공기 중의 수분으로 가수 분해 반응이 생길 수 있다. 이 경우, 실릴화액 유로(431)의 토출구(434)의 근방의 영역에 존재하는 액 중에 포함되는 발수화제 성분(TMSDMA)의 농도는 실릴화액 공급원(631)으로부터 공급되는 실릴화액 중에 포함되는 발수화제 성분(TMSDMA)의 농도보다 낮기 때문에, 액의 퍼지가 필요로 될 정도가 될 때까지 열화가 진행되기까지의 시간은 길다. 그러나, 도 4의 (b)에 나타낸 조작을 어쨌든 행하지 않으면 안 된다. 그러나 이 경우도, 고가의 실릴화액(TMSDMA+PGMEA)을 폐기할 필요는 없고, 실릴화액보다 염가의 차단 유체(PGMEA)를 이용하여 실릴화액 유로(431)의 선단부를 퍼지하면 좋기 때문에, 러닝 코스트는 저감된다. 하기의 제2 실시형태에 있어서, 차단 유체로서 IPA를 이용한 경우에 대해서도 같은 말을 할 수 있다.
[실릴화액 노즐의 제2 실시형태]
상기 실시형태에서는, PGMEA를 차단 유체로서 이용하였지만, 치환용 유기 용제인 IPA를 차단 유체로서 이용하여도 좋다. 이 경우, 실릴화액 노즐(43)에 용제 노즐(44)로서의 역할을 갖게 할 수 있어, 용제 노즐(44)을 폐지할 수 있다. 이 경우에 있어서의, 제1 용제 치환 공정, 실릴화 공정 및 제2 용제 치환 공정에 있어서의 실릴화액 노즐(43)의 동작에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다. 다른 공정(약액 처리 공정, 제1 린스 공정, 제2 린스 공정, 건조 공정)은, 앞에 설명한 것과 동일하다.
제1 용제 치환 공정의 개시 직전의 상태(제2 용제 치환 공정 종료 직후의 상태기도 함)가 도 5의 (a)에 나타나 있다. 실릴화액 공급 라인(632)의 개폐 밸브(634) 및 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)는 양방 모두 폐쇄되어 있다. 실릴화액 유로(431) 중의 토출구(434)로부터 차단 유체 유로(432)와의 합류점(433) 부근까지의 영역이, 차단 유체인 IPA에 의해 채워지고, 실릴화액은 실릴화액 유로(431) 중의 합류점(433)보다 상류측에만 존재하고 있다. 즉, 차단 유체인 IPA에 의해, 실릴화액과 실릴화액 노즐(43)의 외부의 분위기인 대기의 접촉이 차단되어 있다.
제1 용제 치환 공정을 개시할 때에는, 실릴화액 노즐(43)을 처리 위치에 위치시키고, 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)를 개방한다. 그렇게 하면, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실릴화액 노즐(43)로부터 IPA가 토출되어, 제1 용제 치환 공정을 행할 수 있다.
이어서, 실릴화 공정을 행할 때에는, 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)를 폐쇄하고, 실릴화액 공급 라인(632)의 개폐 밸브(634)를 개방한다. 그렇게 하면, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 실릴화액 노즐(43)로부터 실릴화액이 토출되어, 실릴화 공정을 행할 수 있다.
또한, 도 5의 (b)에 나타내는 상태로부터 도 5의 (c)에 나타내는 상태로의 이행은, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 차폐 유체의 토출을 일단 정지[이때 실릴화액 공급 라인(632)의 개폐 밸브(634) 및 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)는 양방 모두 폐쇄됨]한 후에 행하여도 좋고, 도 5의 (a)에 나타내는 상태를 통하지 않고 직접적으로 행하여도 좋다.
이어서, 제2 용제 치환 공정을 행할 때에는, 실릴화액 공급 라인(632)의 개폐 밸브(634)를 폐쇄하고, 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)를 개방한다. 그렇게 하면, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 재차 실릴화액 노즐(43)로부터 IPA가 토출되어, 제2 용제 치환 공정을 행할 수 있다.
또한, 도 5의 (c)에 나타내는 상태로부터 도 5의 (b)에 나타내는 상태로의 이행은, 도 5의 (d)에 나타내는 바와 같이, 실릴화액의 토출을 일단 정지[이때 실릴화액 공급 라인(632)의 개폐 밸브(634) 및 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)는 양방 모두 폐쇄됨]한 후에 행하여도 좋고, 도 5의 (d)에 나타내는 상태를 통하지 않고 직접적으로 행하여도 좋다.
제2 용제 치환 공정이 종료하였다면, 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)를 폐쇄한다. 그렇게 하면, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 차단 유체인 IPA에 의해, 실릴화액과 실릴화액 노즐(43) 외부의 분위기인 대기와의 접촉이 차단되어 있는 상태가 된다.
이 도 5에 나타낸 제2 실시형태에서는, 제1 용제 치환 공정, 실릴화 공정 및 제2 용제 치환 공정을 실행하고 있을 때에, 실릴화액 노즐(43)의 위치를 전혀 이동시킬 필요가 없다. 또한, 제2 용제 치환 공정의 종료 시(즉 IPA의 토출을 종료한 시점)에, 실릴화액과 실릴화액 노즐(43) 외부의 분위기인 대기의 접촉이 차단되어 있는 상태가 되기 때문에, 「차단」을 행하기 위해서만의 별도의 조작을 행할 필요가 없다. 이 때문에, 공정을 간략화할 수 있다.
또한, 도 5에 나타낸 제2 실시형태에서는, 실릴화액 노즐(43)의 내부에서 실릴화액과 IPA가 혼재하는 상태가 되지만, IPA는 실릴화액과 DIW의 치환을 중개하는 약액이기 때문에, 문제는 없다.
상기 제2 실시형태에서는 용제 노즐(44)을 폐지할 수 있지만, 용제 노즐(44)을 폐지하지 않아도 좋다. 즉, 제1 실시형태에 있어서 이용한 차단 유체로서의 PGMEA 대신에 IPA를 이용하고, 또한, 용제 치환 공정에 있어서 웨이퍼(W)에 IPA를 공급하는 용제 노즐(44)을 남겨도 좋다.
[실릴화액 노즐의 제3 실시형태]
상기 제1 및 제2 실시형태에 따른 실릴화액 노즐(43)에서는, 차단 유체로서 액체의 유기 용제(PGMEA, IPA)를 이용하였지만, 이는 한정되지 않는다. 차단 유체는 수분을 함유하지 않거나 수분 함유량이 낮은 기체여도 좋다. 이러한 기체로서, 예컨대, 반도체 장치의 제조에서 자주 이용되는 N2(질소) 가스, 혹은 클린 드라이 에어(CDA)를 이용할 수 있다.
이 제3 실시형태에 있어서는, 실릴화액의 토출을 끝내고 실릴화액 유로(431) 내가 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이 실릴화액으로 채워져 있는 실릴화액 노즐(43)을 후퇴 위치에 복귀시킨 후, 바람직하게는 후퇴 위치에 복귀한 후 즉시, 차단 유체 공급 라인(652)의 개폐 밸브(654)를 개방하여, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 차단 유체로서의 가스 예컨대 N2 가스를 실릴화액 노즐(43)로부터 토출한다.[이때, 실릴화액 공급 라인(632)의 개폐 밸브(634)는 물론 폐쇄되어 있음] 이에 의해, 실릴화액 유로(431)의 토출구(434)의 근방에 체류하고 있던 실릴화액이 N2 가스에 의해 압출된다. 그 후, 다음 웨이퍼(W)에 대한 처리를 개시하기까지의 동안, N2 가스를 소유량으로 계속해서 흐르게 한다. 이에 의해, 실릴화액이 닿는 것은 수분을 거의 포함하지 않는 N2 가스가 되기 때문에, 실릴화액에 가수 분해가 생기는 것이 방지된다.
상기 제1∼제3 실시형태에서는, 실릴화액 노즐(43) 내의 실릴화액 유로(431) 내를 채우는 실릴화액을 차단 유체에 의해 압출하였지만, 이것에는 한정되지 않는다. 실릴화액 공급 라인(632)에 석백 기구(하기의 제4 실시형태를 참조)를 마련하여, 실릴화액 노즐(43)의 실릴화액 유로(431) 내에 체류하는 실릴화액을 흡인하여, 실릴화액의 선단의 위치를 적어도 차단 유체 유로(432)와의 합류점(433)보다 상류측의 위치까지 후퇴시킨 후에, 차단 유체 유로(432)로부터 차단 유체를 공급하여도 좋다.
[실릴화액 노즐의 제4 실시형태]
상기 제1∼제3 실시형태에서는, 실릴화액 유로(431)에 합류하는 차단 유체 유로(432)로부터 차단 유체를 실릴화액 유로(431)에 공급하였지만, 이것에는 한정되지 않는다. 차단 유체를 실릴화액 노즐(43)의 외부, 구체적으로는 토출구(434)로부터 실릴화액 유로(431) 내에 공급하여도 좋다. 이것을 가능하게 하는 구성을 도 7을 참조하여 설명한다.
제4 실시형태에 따른 실릴화액 노즐(43')은, 그 내부에 실릴화액 유로(431)를 갖지만 차단 유체 유로(432)를 갖지 않는다. 제1∼제3 실시형태와 마찬가지로, 실릴화액 유로(431)는, 실릴화액 공급원(631)에 접속되며 유량 제어 기구(FC)(633) 및 개폐 밸브(634)가 개재된 실릴화액 공급 라인(632)에 접속되어 있다.
제4 실시형태에 따른 차단 유체 공급 기구(700)는, 차단 유체를 저장할 수 있는 액 저장소(701)를 구비한다. 액 저장소(701)는 후퇴 위치(또는 그 근방)에 위치하는 실릴화액 노즐(43)이 액세스 가능한 위치에 있다. 아암(45)(도 2 참조)은 승강 가능하며, 따라서, 실릴화액 노즐(43)도 승강 가능하다. 액 저장소(701)에는, 차단 유체 공급원(702)에 접속되며 개폐 밸브(704)가 개재된 차단 유체 라인(703)으로부터 차단 유체로서의 PGMEA 또는 IPA(액체)가 공급된다. 액 저장소(701)에는 개폐 밸브(706)가 개재된 드레인 라인(705)이 접속되어 있다.
차단 유체 공급 기구(700)는, 또한, 액 저장소(701)에 저장된 차단 유체에 노즐(43')의 토출구(434)를 침지하였을 때에, 실릴화액 유로(431)를 통해 토출구(434)에 흡인력을 작용시키는 흡인 기구(707, 708)를 가지고 있다. 이 제4 실시형태에 있어서, 이 흡인 기구는, 개폐 밸브(634)보다 하류측에 설정된 분기점(636)에 있어서 실릴화액 공급 라인(632)으로부터 분기되는 드레인 라인(707)과, 이 드레인 라인(707)에 개재된 개폐 밸브(708)로 구성된다. 이러한 흡인 기구는, 석백 기구라고도 불린다.
작용에 대해서 설명한다. 실릴화액의 토출 중, 드레인 라인(707)의 개폐 밸브(708)는 폐쇄되어 있고, 실릴화액의 토출 후도 계속해서 개폐 밸브(708)는 폐쇄되어 있다. 분기점(636)으로부터 개폐 밸브(708)에 이르기까지의 전역이 실릴화액에 의해 채워져 있다. 실릴화 공정에 있어서는, 개폐 밸브(634)가 개방되어, 처리 위치에 있는 노즐(43')로부터 웨이퍼(W)에 실릴화액이 공급된다. 그리고, 개폐 밸브(634)가 폐쇄되어 실릴화 공정이 종료한다. 1장의 웨이퍼(W)에 대한 실릴화 공정의 후의 일련의 공정이 종료한 후, 노즐(43')이 후퇴 위치에 복귀된다.
다음에, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 액 저장소(701)에 차단 유체(예컨대 액체의 PGMEA 또는 IPA)가 저장된다. 또한, 노즐(43')을 액 저장소(701)의 바로 위에 위치시킨 후에 하강시켜, 토출구(434)를 액 저장소(701) 내의 차단 유체에 침지한다.
이 상태로, 개폐 밸브(708)을 개방하면 드레인 라인(707) 내에 있는 실릴화액이 드레인 라인(707)으로부터 유출된다. 그렇게 하면, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 사이펀의 원리에 따라, 노즐(43')의 토출구(434)에 실릴화액 공급 라인(632) 및 실릴화액 유로(431)를 통해 흡인력이 작용하여, 액 저장소(701) 내에 있는 차단 유체가 실릴화액 유로(431) 내에 인입된다. 물론, 개폐 밸브(708)의 높이 위치는, 노즐(43')의 토출구(434)의 높이 위치보다 낮은 곳에 위치하고 있다. 적당한 타이밍, 예컨대, 액 저장소(701) 내의 차단 유체의 액위가 노즐(43')의 토출구(434)보다 낮아지기 전에, 개폐 밸브(708)가 폐쇄된다. 이에 의해 차단 유체의 흡인이 정지된다.
상기 순서를 실행함으로써, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실릴화액 유로(431)의 토출구(434)로부터의 소정 범위가 차단 유체에 의해 채워진다. 즉, 차단 유체로 채워진 범위보다 상류측에 있는 실릴화액이 차단 유체에 의해 토출구(434)의 외부의 분위기로부터 차단되게 된다.
상기 순서의 종료 후는, 노즐(43')을 상승시켜 액 저장소(701) 내로부터 취출하고, 노즐(43')을 후퇴 위치로 후퇴시킨다. 또한, 액 저장소(701) 내에 잔존하고 있는 차단 유체에는 실릴화액 유로(431) 내에 있던 실릴화액이 용해되어 있기 때문에, 폐기하는 것이 바람직하다. 이 경우, 개폐 밸브(706)를 개방하여 드레인 라인(705)으로부터 액 저장소(701) 내의 차단 유체를 폐기한다.
이 제4 실시형태에서는, 노즐에 특별한 구성[차단 유체 유로(432)]을 마련할 필요가 없으며, 범용의 노즐을 이용할 수 있다. 또한, 석백 기구는 실릴화액의 토출에 한정되지 않고 처리액 노즐의 토출구로부터의 액 후적 방지를 위해 자주 채용되고 있는 기구이다. 즉, 종전의 구성에 대하여 액 저장소(701) 등을 추가하는 것만으로 제4 실시형태를 구축할 수 있기 때문에, 장치 비용의 상승을 억제할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 여러가지 개변이 가능하다. 또한, 처리 대상의 기판은, 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니며, 유리 기판, 세라믹 기판 등의 다른 종류의 기판이어도 좋다.
16 처리부(처리 유닛)
43 노즐(실릴화액 노즐)
431 실릴화액 유로
432 차단 유체 유로
433 접속 위치
434 토출구
63 실릴화액 공급 기구
65 차단 유체 공급 기구
701 액 저장소
707, 708 흡인 기구(드레인 라인 및 개폐 밸브)

Claims (15)

  1. 기판 액처리 장치에 있어서,
    기판에 실릴화액을 공급하여 기판을 발수화 처리하는 처리부;
    상기 처리부에 있는 기판에 상기 실릴화액을 공급하는 토출구와, 상기 토출구를 향하여 상기 실릴화액이 흐르는 실릴화액 유로를 내부에 갖는 노즐;
    상기 노즐의 상기 실릴화액 유로에 실릴화액 공급 라인을 통해 상기 실릴화액을 공급하는 실릴화액 공급 기구; 및
    상기 노즐 내부의 상기 실릴화액 유로 내에 있는 실릴화액을, 상기 토출구의 외부의 분위기로부터 차단하는 차단 유체를 공급하는 차단 유체 공급 기구
    를 포함하고,
    상기 노즐은, 상기 토출구보다 상류측에서 상기 실릴화액 유로에 접속된 차단 유체 유로를 가지고,
    상기 차단 유체 유로는, 상기 차단 유체 공급 기구와 차폐 유체 공급 라인을 통해 접속되는 것인 기판 액처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차단 유체는 액체이고, 상기 차단 유체 공급 기구는 차단 유체 공급 라인 상에 개폐 밸브를 가지고, 상기 개폐 밸브를 미리 정해진 시간 개방하며, 상기 차폐 유체를 상기 실릴화액 유로에 공급한 후에 폐쇄함으로써, 접속 위치로부터 상기 토출구까지의 상기 실릴화액 유로 내를 상기 차단 유체에 의해 채워진 상태로 하는 것인 기판 액처리 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 차단 유체는 유기 용제인 것인 기판 액처리 장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 실릴화액은 발수제를 시너에 의해 희석한 것이며, 상기 차단 유체는 상기 시너인 것인 기판 액처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 차단 유체는 상기 실릴화액과 상용성을 가지고, 또한 순수와도 상용성을 갖는 것인 기판 액처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차단 유체는 기체이며, 차단 유체 공급 라인 상에 개폐 밸브를 가지고, 상기 개폐 밸브를 개방한 상태로 상기 기체를 상기 차단 유체 유로에 계속해서 공급함으로써, 상기 차단 유체 유로 및 접속 위치로부터 상기 토출구까지의 상기 실릴화액 유로 내를 상기 차단 유체에 의해 채워진 상태로 할 수 있는 것인 기판 액처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차단 유체는 액체이며, 상기 차단 유체 공급 기구는 차단 유체를 저류하는 액 저장소를 가지고, 상기 실릴화액 공급 라인에는 드레인 라인 개폐 밸브를 통해 드레인 라인이 접속되며, 상기 액 저장소에 저장된 상기 차단 유체에 상기 노즐의 상기 토출구를 침지한 상태로 상기 드레인 라인 개폐 밸브를 개방하여 상기 실릴화액 공급 라인 내의 상기 실릴화액을 드레인으로부터 배출하면서 상기 차단 유체를 상기 노즐 내에 흡인하고, 상기 드레인 개폐 밸브를 폐쇄함으로써, 상기 차단 유체에 의해 상기 토출구의 외부의 분위기로부터 차단하는 것인 기판 액처리 장치.
  9. 제1항에 기재된 기판 액처리 장치를 이용하여 기판을 액처리하는 방법에 있어서,
    상기 노즐의 상기 토출구로부터 기판에 상기 실릴화액을 공급하여, 상기 기판을 발수화 처리하는 공정;
    상기 노즐로부터의 상기 실릴화액의 공급을 정지하는 공정; 및
    상기 실릴화액 유로에 차단 유체를 공급하여, 상기 실릴화액 유로 내에 있는 상기 실릴화액을, 상기 차단 유체에 의해 상기 토출구의 외부의 분위기로부터 차단하는 공정
    을 포함하고,
    상기 노즐은, 상기 토출구보다 상류측에 설정된 접속 위치에서 상기 실릴화액 유로에 접속된 차단 유체 유로를 가지고,
    상기 차단 유체는 상기 차단 유체 유로로부터 상기 노즐 내의 실릴화액 유로에 공급되며, 이에 의해 상기 접속 위치보다 하류측의 상기 실릴화액 유로 내에 있는 상기 실릴화액이 상기 차단 유체에 의해 퍼지되고, 또한 상기 접속 위치보다 상류측의 상기 실릴화액 유로 내에 있는 실릴화액이 상기 차단 유체에 의해 상기 토출구의 외부의 분위기로부터 차단되는 것인 기판 액처리 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 차단 유체는 액체이며, 상기 실릴화액을 상기 차단 유체에 의해 퍼지한 후에 상기 차단 유체의 통류가 정지되고, 이에 의해 상기 차단 유체 유로 및 상기 접속 위치로부터 상기 토출구까지의 상기 실릴화액 유로 내가 상기 차단 유체에 의해 채워지는 것인 기판 액처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 차단 유체는 유기 용제인 것인 기판 액처리 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 실릴화액은 발수제를 시너에 의해 희석한 것이고, 상기 차단 유체는 상기 시너인 것인 기판 액처리 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 차단 유체는 상기 실릴화액과 상용성을 가지고, 또한 순수와도 상용성을 갖는 것인 기판 액처리 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 차단 유체는 기체이며, 상기 실릴화액을 상기 차단 유체에 의해 퍼지한 후에도 상기 차단 유체를 상기 차단 유체 유로에 계속해서 공급함으로써, 상기 차단 유체 유로 및 상기 접속 위치로부터 상기 토출구까지의 상기 실릴화액 유로 내를 상기 차단 유체에 의해 채워진 상태로 하는 것인 기판 액처리 방법.
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