KR102469166B1 - 기판 처리 시스템 및 처리 유체 공급 방법 - Google Patents

기판 처리 시스템 및 처리 유체 공급 방법 Download PDF

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KR102469166B1
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히로아키 이나도미
사토시 오카무라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 액체 상태의 처리 유체를 펌프로 송출할 때에, 이러한 펌프에 의해 발생하는 맥동의 영향을 저감하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 양태에 따른 기판 처리 시스템은, 기판 처리 장치와, 처리 유체 공급 장치를 포함한다. 처리 유체 공급 장치는, 처리 유체를 순환시키는 순환 라인과, 기체 상태의 처리 유체를 순환 라인에 공급하는 가스 공급 라인과, 순환 라인에 설치되고, 기체 상태의 처리 유체를 냉각하여 액체 상태의 처리 유체를 생성하는 냉각부와, 순환 라인에서의 냉각부의 하류측에 설치되는 펌프와, 상기 순환 라인에서의 펌프의 하류측에 접속되고, 액체 상태의 처리 유체를 분기부로부터 분기시키는 분기 라인과, 분기부의 하류측에 설치되고, 액체 상태의 처리 유체를 가열하여 초임계 상태의 처리 유체를 생성하는 가열부와, 순환 라인에서의 가열부의 하류측 또한 가스 공급 라인의 상류측에 설치되고, 초임계 상태의 처리 유체를 감압하여 기체 상태의 처리 유체를 생성하는 조압부를 갖는다.

Description

기판 처리 시스템 및 처리 유체 공급 방법{SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM AND METHOD FOR SUPPLYING PROCESSING FLUID}
개시된 실시형태는, 기판 처리 시스템 및 처리 유체 공급 방법에 관한 것이다.
종래, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 호칭함) 등의 표면에 건조 방지용 액막을 형성하고, 이러한 액막이 형성된 웨이퍼를 초임계 상태의 처리 유체에 접촉시켜 건조 처리를 행하는 기판 처리 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2013-251547호 공보
본 개시는, 액체 상태의 처리 유체를 펌프로 송출할 때에, 이러한 펌프에 의해 발생하는 맥동의 영향을 저감할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 기판 처리 시스템은, 처리 유체로 기판을 처리하는 기판 처리 장치와, 상기 기판 처리 장치에 상기 처리 유체를 공급하는 처리 유체 공급 장치를 포함한다. 상기 처리 유체 공급 장치는, 순환 라인과, 가스 공급 라인과, 냉각부와, 펌프와, 분기 라인과, 가열부와, 조압부(調壓部)를 갖는다. 순환 라인은, 상기 처리 유체를 순환시킨다. 가스 공급 라인은, 기체 상태의 상기 처리 유체를 상기 순환 라인에 공급한다. 냉각부는, 상기 순환 라인에 설치되고, 기체 상태의 상기 처리 유체를 냉각하여 액체 상태의 상기 처리 유체를 생성한다. 펌프는, 상기 순환 라인에서의 상기 냉각부의 하류측에 설치된다. 분기 라인은, 상기 순환 라인에서의 상기 펌프의 하류측에 접속되고, 액체 상태의 상기 처리 유체를 분기부로부터 분기시킨다. 가열부는, 상기 분기부의 하류측에 설치되고, 액체 상태의 상기 처리 유체를 가열하여 초임계 상태의 상기 처리 유체를 생성한다. 조압부는, 상기 순환 라인에서의 상기 가열부의 하류측 또한 상기 가스 공급 라인의 상류측에 설치되고, 초임계 상태의 상기 처리 유체를 감압하여 기체 상태의 상기 처리 유체를 생성한다.
본 개시에 따르면, 액체 상태의 처리 유체를 펌프로 송출할 때에, 이러한 펌프에 의해 발생하는 맥동의 영향을 저감할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2는 실시형태에 따른 액처리 유닛의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 3은 실시형태에 따른 건조 유닛의 구성예를 나타낸 모식 사시도이다.
도 4는 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 시스템 전체의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시형태에 따른 순환 라인의 순환압 및 건조 유닛의 내압의 추이를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 대기 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 승압 처리 및 유지 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 유통 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 감압 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실시형태의 변형례에 따른 기판 처리 시스템의 승압 처리 및 유지 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 실시형태의 변형례에 따른 기판 처리 시스템의 유통 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 실시형태에 따른 처리 유체 공급 처리의 처리 절차를 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본원의 개시된 기판 처리 시스템 및 처리 유체 공급 방법의 실시형태를 상세히 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시형태에 의해 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면은 모식적인 것으로서, 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실과 다른 경우가 있는 것에 유의할 필요가 있다. 또한, 도면의 상호 간에서도, 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 경우가 있다.
종래, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 호칭함) 등의 표면에 건조 방지용 액막을 형성하고, 이러한 액막이 형성된 웨이퍼를 초임계 상태의 처리 유체에 접촉시켜 건조 처리를 행하는 기판 처리 장치가 알려져 있다.
이러한 기판 처리 장치에 처리 유체를 공급하는 처리 유체 공급 장치는, 처리 유체 공급원으로부터 기판 처리 장치까지의 배관이 직렬형으로 형성되어 있기 때문에, 처리 유체 내의 이물을 필터로 여과하려고 해도 여과할 수 있는 횟수에 한계가 있다.
그래서, 처리 유체 공급 장치 내에 처리 유체를 순환시키는 순환 라인을 형성하고, 이러한 순환 라인에 필터를 설치함으로써, 여과할 수 있는 횟수를 늘려 이물을 제거하는 성능을 향상시킬 수 있다.
그러나, 이러한 순환 라인에서 비압축성인 액체 상태의 처리 유체를 펌프로 송출하여 순환시키는 경우, 이러한 펌프에 의해 발생하는 맥동의 영향이 크다고 하는 문제가 있다. 예컨대, 이러한 맥동에 의해, 펌프나 배관이 파손되거나, 용접부나 나사 접합부에 부하를 가하여 펌프나 배관의 수명을 단축시키거나 할 우려가 있다.
그래서, 액체 상태의 처리 유체를 펌프로 송출할 때에, 이러한 펌프에 의해 발생하는 맥동의 영향을 저감하는 것이 기대되고 있다.
<기판 처리 장치의 구성>
우선, 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 구성에 대해서 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 구성예를 나타낸 도면이다. 또한, 이하에서는, 위치 관계를 명확히 하기 위해, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 규정하고, Z축 정방향을 수직 상향 방향으로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 반입/반출 스테이션(2)과, 처리 스테이션(3)을 포함한다. 반입/반출 스테이션(2)과 처리 스테이션(3)은 인접하여 설치된다.
반입/반출 스테이션(2)은, 캐리어 배치부(11)와, 반송부(12)를 포함한다. 캐리어 배치부(11)에는, 복수 장의 반도체 웨이퍼(W)(이하, 「웨이퍼(W)」라고 기재함)를 수평 상태로 수용하는 복수의 캐리어(C)가 배치된다.
반송부(12)는, 캐리어 배치부(11)에 인접하여 설치된다. 반송부(12)의 내부에는, 반송 장치(13)와 전달부(14)가 배치된다.
반송 장치(13)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 유지 기구를 포함한다. 또한, 반송 장치(13)는, 수평 방향 및 수직 방향으로의 이동 그리고 수직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 웨이퍼 유지 기구를 이용하여 캐리어(C)와 전달부(14) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
처리 스테이션(3)은, 반송부(12)에 인접하여 설치된다. 처리 스테이션(3)은, 반송 블록(4)과, 복수의 처리 블록(5)을 포함한다.
반송 블록(4)은, 반송 영역(15)과, 반송 장치(16)를 포함한다. 반송 영역(15)은, 예컨대, 반입/반출 스테이션(2) 및 처리 스테이션(3)의 나열 방향(X축 방향)을 따라 연장되는 직방체형의 영역이다. 반송 영역(15)에는, 반송 장치(16)가 배치된다.
반송 장치(16)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 유지 기구를 포함한다. 또한, 반송 장치(16)는, 수평 방향 및 수직 방향으로의 이동 그리고 수직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 웨이퍼 유지 기구를 이용하여 전달부(14)와 복수의 처리 블록(5) 사이에서 웨이퍼(W)의 반송을 행한다.
복수의 처리 블록(5)은, 반송 영역(15)의 양측에서 반송 영역(15)에 인접하여 배치된다. 구체적으로는, 복수의 처리 블록(5)은, 반입/반출 스테이션(2) 및 처리 스테이션(3)의 나열 방향(X축 방향)과 직교하는 방향(Y축 방향)에서의 반송 영역(15)의 한쪽 측(Y축 정방향측) 및 다른 쪽 측(Y축 부방향측)에 배치된다.
또한, 도시하고 있지는 않지만, 복수의 처리 블록(5)은, 수직 방향을 따라 다단(예컨대, 3단)으로 배치된다. 그리고, 각 단에 배치된 처리 블록(5)과 전달부(14) 사이의 웨이퍼(W)의 반송은, 반송 블록(4)에 배치된 1대의 반송 장치(16)에 의해 행해진다. 또한, 복수의 처리 블록(5)의 단수는 3단으로 한정되지 않는다.
각 처리 블록(5)은, 액처리 유닛(17)과, 건조 유닛(18)과, 공급 유닛(19)을 포함한다. 건조 유닛(18)은 기판 처리부의 일례이다.
액처리 유닛(17)은, 웨이퍼(W)의 패턴 형성면인 상면을 세정하는 세정 처리를 행한다. 또한, 액처리 유닛(17)은, 세정 처리 후의 웨이퍼(W)의 상면에 액막을 형성하는 액막 형성 처리를 행한다. 액처리 유닛(17)의 구성에 대해서는 후술한다.
건조 유닛(18)은, 액막 형성 처리 후의 웨이퍼(W)에 대하여 초임계 건조 처리를 행한다. 구체적으로는, 건조 유닛(18)은, 액막 형성 처리 후의 웨이퍼(W)를 초임계 상태의 처리 유체(이하, 「초임계 유체」라고도 호칭함)와 접촉시킴으로써 동 웨이퍼(W)를 건조시킨다. 건조 유닛(18)의 구성에 대해서는 후술한다.
공급 유닛(19)은, 건조 유닛(18)에 대하여 처리 유체를 공급한다. 구체적으로는, 공급 유닛(19)은, 유량계, 유량 조정기, 배압 밸브, 히터 등을 포함하는 공급 기기군과, 공급 기기군을 수용하는 케이스를 포함한다. 본 실시형태에 있어서, 공급 유닛(19)은, 처리 유체로서 CO2를 건조 유닛(18)에 공급한다. 공급 유닛(19)의 구성에 대해서는 후술한다.
또한, 공급 유닛(19)에는, 처리 유체를 공급하는 처리 유체 공급 장치(60)(도 4 참조)가 접속된다. 실시형태에 있어서, 처리 유체 공급 장치(60)는, 처리 유체로서 CO2를 공급 유닛(19)에 공급한다. 이러한 처리 유체 공급 장치(60)의 상세한 내용에 대해서는 후술한다.
액처리 유닛(17), 건조 유닛(18) 및 공급 유닛(19)은, 반송 영역(15)을 따라 (즉, X축 방향을 따라) 늘어선다. 액처리 유닛(17), 건조 유닛(18) 및 공급 유닛(19) 중, 액처리 유닛(17)은, 반입/반출 스테이션(2)에 가장 가까운 위치에 배치되고, 공급 유닛(19)은, 반입/반출 스테이션(2)으로부터 가장 먼 위치에 배치된다.
이와 같이, 각 처리 블록(5)은, 액처리 유닛(17)과 건조 유닛(18)과 공급 유닛(19)을 각각 하나씩 포함한다. 즉, 기판 처리 장치(1)에는, 액처리 유닛(17)과 반송 장치(16)와 공급 유닛(19)이 동일한 수만큼 설치된다.
또한, 건조 유닛(18)은, 초임계 건조 처리가 행해지는 처리 영역(181)과, 반송 블록(4)과 처리 영역(181) 사이에서의 웨이퍼(W)의 전달이 행해지는 전달 영역(182)을 포함한다. 이들 처리 영역(181) 및 전달 영역(182)은, 반송 영역(15)을 따라 늘어선다.
구체적으로는, 처리 영역(181) 및 전달 영역(182) 중, 전달 영역(182)은, 처리 영역(181)보다도 액처리 유닛(17)에 가까운 측에 배치된다. 즉, 각 처리 블록(5)에는, 액처리 유닛(17), 전달 영역(182), 처리 영역(181) 및 공급 유닛(19)이, 반송 영역(15)을 따라 이 순서로 배치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 제어 장치(6)를 포함한다. 제어 장치(6)는, 예컨대 컴퓨터로서, 제어부(7)와 기억부(8)를 포함한다.
제어부(7)는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 입출력 포트 등을 갖는 마이크로컴퓨터나 각종 회로를 포함한다. 이러한 마이크로컴퓨터의 CPU는, ROM에 기억되어 있는 프로그램을 독출하여 실행함으로써, 반송 장치(13, 16), 액처리 유닛(17), 건조 유닛(18) 및 공급 유닛(19) 등의 제어를 실현한다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기억되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어 장치(6)의 기억부(8)에 인스톨된 것이어도 좋다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로는, 예컨대 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 광디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
기억부(8)는, 예컨대, RAM, 플래시 메모리(Flash Memory) 등의 반도체 메모리 소자, 또는, 하드 디스크, 광 디스크 등의 기억 장치에 의해 실현된다.
상기한 바와 같이 구성된 기판 처리 장치(1)에서는, 우선, 반입/반출 스테이션(2)의 반송 장치(13)가, 캐리어 배치부(11)에 배치된 캐리어(C)로부터 웨이퍼(W)를 꺼내고, 꺼낸 웨이퍼(W)를 전달부(14)에 배치한다. 전달부(14)에 배치된 웨이퍼(W)는, 처리 스테이션(3)의 반송 장치(16)에 의해 전달부(14)로부터 꺼내어져, 액처리 유닛(17)으로 반입된다.
액처리 유닛(17)으로 반입된 웨이퍼(W)는, 액처리 유닛(17)에 의해 세정 처리 및 액막 형성 처리가 행해진 후, 반송 장치(16)에 의해 액처리 유닛(17)으로부터 반출된다. 액처리 유닛(17)으로부터 반출된 웨이퍼(W)는, 반송 장치(16)에 의해 건조 유닛(18)으로 반입되고, 건조 유닛(18)에 의해 건조 처리가 행해진다.
건조 유닛(18)에 의해 건조 처리된 웨이퍼(W)는, 반송 장치(16)에 의해 건조 유닛(18)으로부터 반출되어, 전달부(14)에 배치된다. 그리고, 전달부(14)에 배치된 처리를 끝낸 웨이퍼(W)는, 반송 장치(13)에 의해 캐리어 배치부(11)의 캐리어(C)로 되돌려진다.
<액처리 유닛의 구성>
다음에, 액처리 유닛(17)의 구성에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 액처리 유닛(17)의 구성예를 나타낸 도면이다. 액처리 유닛(17)은, 예컨대, 스핀 세정에 의해 웨이퍼(W)를 1장씩 세정하는 매엽식 세정 장치로서 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액처리 유닛(17)은, 처리 공간을 형성하는 외측 챔버(23) 내에 배치된 웨이퍼 유지 기구(25)로써 웨이퍼(W)를 거의 수평으로 유지하고, 이 웨이퍼 유지 기구(25)를 수직축 주위로 회전시킴으로써 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
그리고, 액처리 유닛(17)은, 회전하는 웨이퍼(W)의 위쪽에 노즐 아암(26)을 진입시켜, 이러한 노즐 아암(26)의 선단부에 설치되는 약액 노즐(26a)로부터 약액이나 린스액을 미리 정해진 순서로 공급함으로써, 웨이퍼(W) 상면의 세정 처리를 행한다.
또한, 액처리 유닛(17)에는, 웨이퍼 유지 기구(25)의 내부에도 약액 공급로(25a)가 형성되어 있다. 그리고, 이러한 약액 공급로(25a)로부터 공급된 약액이나 린스액에 의해, 웨이퍼(W)의 하면도 세정된다.
세정 처리는, 예컨대, 처음에 알칼리성 약액인 SC1액(암모니아와 과산화수소수의 혼합액)에 의한 파티클이나 유기성 오염물질의 제거가 행해진다. 다음에, 린스액인 탈이온수(DeIonized Water: 이하, 「DIW」라고 기재함)에 의한 린스 세정이 행해진다.
다음에, 산성 약액인 희불산 수용액(Diluted HydroFluoric acid: 이하, 「DHF」라고 기재함)에 의한 자연 산화막의 제거가 행해지고, 다음에, DIW에 의한 린스 세정이 행해진다.
전술한 각종 약액은, 외측 챔버(23)나, 외측 챔버(23) 내에 배치되는 내측 컵(24)에 받아 내어져, 외측 챔버(23)의 바닥부에 설치되는 배액구(23a)나, 내측 컵(24)의 바닥부에 설치되는 배액구(24a)로부터 배출된다. 또한, 외측 챔버(23) 내의 분위기는, 외측 챔버(23)의 바닥부에 설치되는 배기구(23b)로부터 배기된다.
액막 형성 처리는, 세정 처리에서의 린스 처리 후에 행해진다. 구체적으로는, 액처리 유닛(17)은, 웨이퍼 유지 기구(25)를 회전시키면서, 웨이퍼(W)의 상면 및 하면에 액체 상태의 IPA(Isopropyl Alcohol)(이하, 「IPA 액체」라고도 호칭함)를 공급한다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)의 양면에 잔존하는 DIW가 IPA로 치환된다. 그 후, 액처리 유닛(17)은, 웨이퍼 유지 기구(25)의 회전을 천천히 정지한다.
액막 형성 처리를 마친 웨이퍼(W)는, 그 상면에 IPA 액체의 액막이 형성된 상태 그대로, 웨이퍼 유지 기구(25)에 설치된 도시하지 않은 전달 기구에 의해 반송 장치(16)에 전달되고, 액처리 유닛(17)으로부터 반출된다.
웨이퍼(W) 상에 형성된 액막은, 액처리 유닛(17)으로부터 건조 유닛(18)으로의 웨이퍼(W)의 반송 중이나, 건조 유닛(18)으로의 반입 동작 중에, 웨이퍼(W) 상면의 액체가 증발(기화)함으로써 패턴 붕괴가 발생하는 것을 방지한다.
<건조 유닛의 구성>
계속해서, 건조 유닛(18)의 구성에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 건조 유닛(18)의 구성예를 나타낸 모식 사시도이다.
건조 유닛(18)은, 본체(31)와, 유지판(32)과, 덮개 부재(33)를 갖는다. 케이스형의 본체(31)에는, 웨이퍼(W)를 반입/반출하기 위한 개구부(34)가 형성된다. 유지판(32)은, 처리 대상의 웨이퍼(W)를 수평 방향으로 유지한다. 덮개 부재(33)는, 이러한 유지판(32)을 지지함과 더불어, 웨이퍼(W)를 본체(31) 내에 반입했을 때에, 개구부(34)를 밀폐한다.
본체(31)는, 예컨대 직경 300 ㎜의 웨이퍼(W)를 수용 가능한 처리 공간이 내부에 형성된 용기로서, 그 벽부에는, 공급 포트(35, 36)와 배출 포트(37)가 설치된다. 공급 포트(35, 36) 및 배출 포트(37)는 각각 건조 유닛(18)에 초임계 유체를 유통시키기 위한 공급 유로 및 배출 유로에 접속되어 있다.
공급 포트(35)는, 케이스형의 본체(31)에서, 개구부(34)와는 반대측의 측면에 접속되어 있다. 또한, 공급 포트(36)는, 본체(31)의 바닥면에 접속되어 있다. 또한, 배출 포트(37)는, 개구부(34)의 하방측에 접속되어 있다. 또한, 도 3에는 2개의 공급 포트(35, 36)와 하나의 배출 포트(37)가 도시되어 있지만, 공급 포트(35, 36)나 배출 포트(37)의 수는 특별히 한정되지 않는다.
또한, 본체(31)의 내부에는, 유체 공급 헤더(38, 39)와, 유체 배출 헤더(40)가 설치된다. 그리고, 유체 공급 헤더(38, 39)에는 복수의 공급구가 이러한 유체 공급 헤더(38, 39)의 길이 방향으로 나란히 형성되고, 유체 배출 헤더(40)에는 복수의 배출구가 이러한 유체 배출 헤더(40)의 길이 방향으로 나란히 형성된다.
유체 공급 헤더(38)는, 공급 포트(35)에 접속되고, 케이스형의 본체(31) 내부에서, 개구부(34)와는 반대측의 측면에 인접하여 설치된다. 또한, 유체 공급 헤더(38)에 나란히 형성되는 복수의 공급구는, 개구부(34) 측을 향하고 있다.
유체 공급 헤더(39)는, 공급 포트(36)에 접속되고, 케이스형의 본체(31) 내부에서의 바닥면의 중앙부에 설치된다. 또한, 유체 공급 헤더(39)에 나란히 형성되는 복수의 공급구는, 상측을 향하고 있다.
유체 배출 헤더(40)는, 배출 포트(37)에 접속되고, 케이스형의 본체(31) 내부에서, 개구부(34) 측의 측면에 인접함과 더불어, 개구부(34)보다 아래쪽에 설치된다. 또한, 유체 배출 헤더(40)에 나란히 형성되는 복수의 배출구는, 상측을 향하고 있다.
유체 공급 헤더(38, 39)는, 초임계 유체를 본체(31) 내에 공급한다. 또한, 유체 배출 헤더(40)는, 본체(31) 내의 초임계 유체를 본체(31)의 외부로 유도하여 배출한다. 또한, 유체 배출 헤더(40)를 통해 본체(31)의 외부로 배출되는 초임계 유체에는, 웨이퍼(W)의 표면으로부터 초임계 상태의 초임계 유체에 용해된 IPA 액체가 포함된다.
이러한 건조 유닛(18) 내에서, 웨이퍼(W) 상에 형성되어 있는 패턴 사이의 IPA 액체는, 고압 상태(예컨대, 16 MPa)인 초임계 유체와 접촉함으로써, 서서히 초임계 유체에 용해되고, 패턴 사이는 서서히 초임계 유체로 치환된다. 그리고, 최종적으로는, 초임계 유체에 의해서만 패턴 사이가 채워진다.
그리고, 패턴 사이에서 IPA 액체가 제거된 후에, 본체(31) 내부의 압력을 고압 상태에서 대기압까지 감압함으로써, CO2는 초임계 상태에서 기체 상태로 변화되고, 패턴 사이는 기체에 의해서만 점유된다. 이와 같이 하여 패턴 사이의 IPA 액체는 제거되고, 웨이퍼(W)의 건조 처리가 완료된다.
여기서, 초임계 유체는, 액체(예컨대 IPA 액체)와 비교하여 점도가 작고, 또한 액체를 용해하는 능력도 높은 것 이외에, 초임계 유체와 평형 상태에 있는 액체나 기체와의 사이에서 계면이 존재하지 않는다. 이것에 의해, 초임계 유체를 이용한 건조 처리에서는, 표면 장력의 영향을 받지 않고 액체를 건조시킬 수 있다. 따라서, 실시형태에 따르면, 건조 처리시에 패턴이 붕괴되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 실시형태에서는, 건조 방지용 액체로서 IPA 액체를 이용하고, 처리 유체로서 초임계 상태의 CO2를 이용한 예에 대해서 나타내고 있지만, IPA 이외의 액체를 건조 방지용 액체로서 이용하여도 좋고, 초임계 상태의 CO2 이외의 유체를 처리 유체로서 이용하여도 좋다.
<기판 처리 시스템의 구성>
계속해서, 실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)의 구성에 대해서, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)의 시스템 전체의 구성예를 나타낸 도면이다. 또한, 이하에 나타내는 기판 처리 시스템(100)의 각부는, 제어부(7)에 의해 제어 가능하다.
기판 처리 시스템(100)은, 처리 유체 공급원(90)과, 처리 유체 공급 장치(60)와, 기판 처리 장치(1)를 포함한다. 처리 유체 공급 장치(60)는, 처리 유체 공급원(90)으로부터 공급되는 처리 유체를 기판 처리 장치(1)에 공급한다. 기판 처리 장치(1)는, 전술한 바와 같이, 건조 유닛(18) 및 공급 유닛(19)을 가지며, 공급 유닛(19)을 통해 공급된 처리 유체에 의해, 건조 유닛(18) 내에서 웨이퍼(W)를 처리한다.
처리 유체 공급 장치(60)는, 가스 공급 라인(61)과, 순환 라인(62)과, 분기 라인(63)을 갖는다. 가스 공급 라인(61)은, 처리 유체 공급원(90)에 접속되고, 이러한 처리 유체 공급원(90)으로부터 기체 상태의 처리 유체를 순환 라인(62)에 공급한다. 또한, 처리 유체 공급원(90)은, 밸브(64) 및 유량 조정기(65)를 통해 접속부(66)에 접속된다.
순환 라인(62)은, 가스 공급 라인(61)과 접속되는 부위인 접속부(66)로부터 나와, 이러한 접속부(66)로 되돌아가는 순환 라인이다. 이러한 순환 라인(62)에는, 접속부(66)를 기준으로 하여, 상류측에서부터 차례로 필터(67)와, 콘덴서(68)와, 탱크(69)와, 펌프(70)와, 압력 센서(71)와, 분기부(72)와, 스파이럴 히터(74)와, 배압 밸브(75)와, 밸브(76)가 설치된다.
필터(67)는, 순환 라인(62) 내를 흐르는 기체 상태의 처리 유체를 여과하여, 처리 유체에 포함되는 이물을 제거한다. 이러한 필터(67)로 처리 유체 내의 이물을 제거함으로써, 초임계 유체를 이용한 웨이퍼(W)의 건조 처리시에, 웨이퍼(W) 표면에 파티클이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
콘덴서(68)는, 냉각부의 일례이다. 콘덴서(68)는, 예컨대, 도시하지 않은 냉각수 공급부에 접속되고, 냉각수와 기체 상태의 처리 유체를 열교환시킬 수 있다. 이것에 의해, 콘덴서(68)는, 순환 라인(62) 내를 흐르는 기체 상태의 처리 유체를 냉각하여, 액체 상태의 처리 유체를 생성한다.
탱크(69)는, 콘덴서(68)로 생성된 액체 상태의 처리 유체를 저류한다. 펌프(70)는, 탱크(69)에 저류된 액체 상태의 처리 유체를, 순환 라인(62)의 하류측으로 송출한다. 즉, 펌프(70)는, 탱크(69)로부터 나와, 순환 라인(62)을 통해, 탱크(69)로 되돌아가는 처리 유체의 순환류를 형성한다. 압력 센서(71)는, 순환 라인(62)을 흐르는 처리 유체의 순환압을 측정한다.
하나 또는 복수의 분기 라인(63)은, 순환 라인(62)의 분기부(72)로부터 분기되어 있다. 환언하면, 분기부(72)에는 하나 또는 복수의 분기 라인(63)이 접속되어 있다. 이러한 분기 라인(63)은, 대응하는 기판 처리 장치(1)에 접속되고, 순환 라인(62)을 흐르는 액체 상태의 처리 유체를 대응하는 기판 처리 장치(1)에 공급한다.
또한, 처리 유체 공급 장치(60) 내의 분기 라인(63)에는, 밸브(73)가 설치된다. 밸브(73)는, 처리 유체의 흐름의 온 및 오프를 조정하는 밸브로서, 개방 상태에서는 하류측의 분기 라인(63)에 처리 유체를 흐르게 하고, 폐쇄 상태에서는 하류측의 분기 라인(63)에 처리 유체를 흐르게 하지 않는다.
스파이럴 히터(74)는, 가열부의 일례이다. 스파이럴 히터(74)는, 순환 라인(62)에 권취되고, 이러한 순환 라인(62)을 흐르는 액체 상태의 처리 유체를 가열하여, 초임계 상태의 처리 유체를 생성한다.
배압 밸브(75)는, 조압부의 일례이다. 배압 밸브(75)는, 순환 라인(62)의 1차측 압력이 설정 압력을 초과한 경우에는 밸브 개도를 조정하여 2차측으로 유체를 흐르게 함으로써, 1차측 압력을 설정 압력으로 유지하도록 구성된다.
그리고, 배압 밸브(75)는, 순환 라인(62)을 흐르는 초임계 상태의 처리 유체를 감압하여, 기체 상태의 처리 유체를 생성한다. 또한, 배압 밸브(75)의 밸브 개도 및 설정 압력은 제어부(7)에 의해 수시 변경하는 것이 가능하다.
밸브(76)는, 처리 유체의 흐름의 온 및 오프를 조정하는 밸브로서, 개방 상태에서는 하류측의 순환 라인(62)에 처리 유체를 흐르게 하고, 폐쇄 상태에서는 하류측의 순환 라인(62)에 처리 유체를 흐르게 하지 않는다.
그리고, 배압 밸브(75)로 생성된 기체 상태의 처리 유체는, 밸브(76)를 통해 순환 라인(62)의 접속부(66)로 되돌아간다.
다음에, 기판 처리 장치(1) 내의 시스템 구성에 대해서 설명한다. 분기 라인(63)을 흐르는 처리 유체는, 공급 유닛(19)의 공급 라인(41)을 통해 건조 유닛(18)에 공급되고, 배출 라인(42)을 통해 건조 유닛(18)으로부터 외부로 배출된다. 또한, 처리 유체 공급 장치(60)의 분기 라인(63)과 기판 처리 장치(1)의 공급 라인(41) 사이는, 공장 내 등에 설치되는 접속 라인(80)으로 접속된다.
공급 라인(41)에는, 상류측에서부터 차례로 밸브(43)와, 히터(44) 및 온도 센서(45)와, 오리피스(46)와, 필터(47)와, 밸브(48)가 설치된다.
밸브(43)는, 처리 유체의 흐름의 온 및 오프를 조정하는 밸브로서, 개방 상태에서는 하류측의 공급 라인(41)에 처리 유체를 흐르게 하고, 폐쇄 상태에서는 하류측의 공급 라인(41)에 처리 유체를 흐르게 하지 않는다.
히터(44)는, 다른 가열부의 일례이다. 히터(44)는, 공급 라인(41)을 흐르는 액체 상태의 처리 유체를 가열하여, 초임계 상태의 처리 유체를 생성한다. 온도 센서(45)는, 히터(44)로 생성되는 초임계 상태의 처리 유체의 온도를 검출한다.
오리피스(46)는, 히터(44)로 생성된 초임계 상태의 처리 유체의 유속을 저하시켜, 압력을 조정하는 역할을 수행한다. 오리피스(46)는, 하류측의 공급 라인(41)에, 예컨대 16 MPa 정도로 압력이 조정된 초임계 상태의 처리 유체를 유통시킬 수 있다.
필터(47)는, 공급 라인(41) 내를 흐르는 초임계 상태의 처리 유체를 여과하여, 처리 유체에 포함되는 이물을 제거한다. 이러한 필터(47)로 처리 유체 내의 이물을 제거함으로써, 초임계 유체를 이용한 웨이퍼(W)의 건조 처리시에, 웨이퍼(W) 표면에 파티클이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
밸브(48)는, 처리 유체의 흐름의 온 및 오프를 조정하는 밸브로서, 개방 상태에서는 하류측의 건조 유닛(18)에 처리 유체를 흐르게 하고, 폐쇄 상태에서는 하류측의 건조 유닛(18)에 처리 유체를 흐르게 하지 않는다.
건조 유닛(18)에는, 온도 센서(49)가 설치된다. 이러한 온도 센서(49)는, 건조 유닛(18) 내에 충전되는 처리 유체의 온도를 검출한다.
배출 라인(42)에는, 상류측에서부터 차례로 압력 센서(50)와, 밸브(51)와, 유량계(52)와, 배압 밸브(53)가 설치된다. 압력 센서(50)는, 배출 라인(42)을 흐르는 처리 유체의 압력을 측정한다. 또한, 압력 센서(50)는 배출 라인(42)을 통해 건조 유닛(18)과 직접 연결되어 있기 때문에, 압력 센서(50)로 측정된 처리 유체의 압력은, 건조 유닛(18)에서의 처리 유체의 내압과 거의 같은 값이다.
밸브(51)는, 처리 유체의 흐름의 온 및 오프를 조정하는 밸브로서, 개방 상태에서는 하류측의 배출 라인(42)에 처리 유체를 흐르게 하고, 폐쇄 상태에서는 하류측의 배출 라인(42)에 처리 유체를 흐르게 하지 않는다. 유량계(52)는, 배출 라인(42)을 흐르는 처리 유체의 유량을 측정한다.
배압 밸브(53)는, 배출 라인(42)의 1차측 압력이 설정 압력을 초과한 경우에는 밸브 개도를 조정하여 2차측에 유체를 흐르게 함으로써, 1차측 압력을 설정 압력으로 유지하도록 구성된다. 또한, 배압 밸브(53)의 밸브 개도 및 설정 압력은 제어부(7)에 의해 수시 변경하는 것이 가능하다.
<실시형태의 기판 처리>
계속해서, 실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)에서의 기판 처리의 상세한 내용에 대해서, 도 5∼도 9를 참조하면서 설명한다. 도 5는 실시형태에 따른 순환 라인(62)의 순환압 및 건조 유닛(18)의 내압의 추이를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기판 처리 시스템(100)에서는, 시간 T1까지 대기 처리가 행해진다. 이러한 대기 처리에서는, 건조 유닛(18)의 내압은 소정의 압력 P0(예컨대, 대기압)이며, 순환 라인(62)의 순환압은 소정의 압력 P4(예컨대, 19 MPa)이다.
도 6은 실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)의 대기 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 대기 처리시에는, 밸브(64)가 개방 상태이기 때문에, 처리 유체 공급원(90)으로부터 밸브(64), 유량 조정기(65) 및 접속부(66)를 통해, 기체 상태의 처리 유체가 순환 라인(62)에 공급된다.
또한, 순환 라인(62)을 순환하는 처리 유체도, 배압 밸브(75)보다 하류측에서는 기체 상태이기 때문에, 접속부(66)에서는, 가스 공급 라인(61) 및 순환 라인(62)을 흐르는 기체 상태의 처리 유체가 합류한다.
그리고, 합류한 기체 상태의 처리 유체는, 접속부(66)보다 하류측의 필터(67)로 여과된다. 여기서, 필터(67)는, 처리 유체를 액체 상태 또는 초임계 상태에서 여과하는 것보다, 기체 상태에서 여과하는 쪽이, 처리 유체에 포함되는 이물의 제거 성능을 높일 수 있다.
즉, 실시형태에서는, 순환 라인(62)에서 기체 상태의 처리 유체가 흐르는 부위에 필터(67)를 설치함으로써, 처리 유체에 포함되는 이물을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 실시형태에 따르면, 초임계 유체를 이용한 웨이퍼(W)의 건조 처리시에, 웨이퍼(W) 표면에 파티클이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
필터(67)로 여과된 기체 상태의 처리 유체는, 콘덴서(68)로 냉각되어 액체 상태의 처리 유체가 되어, 탱크(69)에 저류된다. 그리고, 탱크(69)에 저류된 처리 유체는, 펌프(70)에 의해 순환 라인(62)의 하류측으로 송출된다.
그리고, 분기부(72)를 통과한 액체 상태의 처리 유체는, 스파이럴 히터(74)로 가열되어, 초임계 상태의 처리 유체가 된다. 또한, 이러한 초임계 상태의 처리 유체는, 배압 밸브(75)로 감압되어 기체 상태의 처리 유체가 된다.
또한, 순환 라인(62)의 순환압이 소정의 압력 P4로 유지되도록, 압력 센서(71)로 측정되는 압력에 기초하여, 배압 밸브(75)의 밸브 개도가 예컨대 PID(Proportional-Integral-Differential: 비례 적분 미분) 제어에 의해 제어된다.
그리고, 배압 밸브(75)로 기체 상태가 된 처리 유체는, 개방 상태의 밸브(76)를 통해 접속부(66)에 흐른다. 또한, 기판 처리 시스템(100)이 대기 처리를 행하고 있는 경우, 기판 처리 장치(1)에는 처리 유체가 공급되지 않기 때문에, 분기 라인(63)의 밸브(73)는 폐쇄 상태이다.
여기서, 실시형태에서는, 펌프(70)와 배압 밸브(75) 사이에서, 스파이럴 히터(74)에 의해 처리 유체를 액체 상태로부터 초임계 상태로 상변화시키고 있다. 즉, 펌프(70)와, 폐쇄 상태가 될 수 있는 밸브(73) 또는 배압 밸브(75) 사이가, 비압축성인 액체 상태의 처리 유체로 채워지는 것이 아니라, 일부가 압축성인 초임계 상태의 처리 유체로 되어 있다.
이것에 의해, 순환 라인(62)에서 비압축성인 액체 상태의 처리 유체를 펌프(70)로 송출하여 순환시키는 경우에도, 이러한 펌프(70)에 의해 발생하는 맥동을 초임계 상태의 부위에서 흡수시킬 수 있다. 따라서, 실시형태에 따르면, 액체 상태의 처리 유체를 펌프(70)로 송출할 때에, 이러한 펌프(70)에 의해 발생하는 맥동의 영향을 저감할 수 있다.
도 5의 설명으로 되돌아간다. 기판 처리 시스템(100)에서는, 시간 T1에서 시간 T4까지, 건조 유닛(18)의 내압을 소정의 압력 P1(예컨대, 16 MPa)로 승압하는 승압 처리가 행해진다. 그리고, 시간 T4에서 시간 T5까지, 압력 P1로 건조 유닛(18) 내를 유지하는 유지 처리가 행해진다.
도 7은 실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)의 승압 처리 및 유지 처리를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 이후의 설명에서는, 이미 설명한 처리와 동일한 상태인 부위에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 건조 유닛(18)을 처리 유체로 충전하기 위해, 승압 처리를 시작하는 시간 T1에서, 밸브(73), 밸브(43) 및 밸브(48)가 개방 상태가 됨과 더불어, 밸브(51)는 폐쇄 상태가 된다.
이것에 의해, 순환 라인(62)을 순환하는 처리 유체가, 액체 상태에서 히터(44)에 도달하고, 이러한 히터(44)에 의해 초임계 상태로 상변화된다. 그리고, 초임계 상태가 된 처리 유체가, 건조 유닛(18)에 충전된다.
이와 같이, 실시형태에서는, 처리 유체를 기체 상태나 초임계 상태가 아닌, 액체 상태에서 처리 유체 공급 장치(60)로부터 기판 처리 장치(1)에 공급하고 있다. 이것에 의해, 처리 유체 공급 장치(60)와 기판 처리 장치(1)의 거리, 즉, 접속 라인(80)의 길이에 편차가 생겼다고 해도, 이러한 길이의 편차에 따른 문제점을 저감할 수 있다.
또한, 밸브(73), 밸브(43) 및 밸브(48)를 개방 상태로 할 때, 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 완전 폐쇄 상태로 함과 더불어 밸브(76)를 폐쇄 상태로 하여, 순환 라인(62)에서의 처리 유체의 순환을 일시적으로 정지한다. 이것에 의해, 처리 유체를 단숨에 기판 처리 장치(1)에 공급할 수 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 승압 처리를 시작한 직후에는 순환 라인(62)의 순환압이 압력 P4로부터 일시적으로 저하되지만, 건조 유닛(18)이 처리 유체로 채워짐에 따라, 순환압은 상승한다.
그리고, 시간 T1로부터 소정의 시간(예컨대, 3초) 경과한 시간 T2에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 완전 폐쇄 상태에서 소정의 고정 개도로 변경함과 더불어, 밸브(76)를 개방 상태로 하여, 순환 라인(62)에서의 처리 유체의 순환을 재개시킨다.
다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, 순환 라인(62)의 순환압이 더 상승하여, 소정의 압력 P3(예컨대, 18 MPa)에 도달한 시간 T3에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 PID 제어로 전환한다. 이것에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이, 순환 라인(62)의 순환압이 압력 P4에 도달한 후에는, 순환압을 압력 P4로 유지할 수 있다.
이와 같이, 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 완전 폐쇄 상태에서 PID 제어로 곧바로 전환하는 것이 아니라, 사이에 소정의 고정 개도를 둠으로써, PID 제어에서 순환 라인(62)의 순환압이 압력 P4로부터 오버슈트하는 것을 억제할 수 있다.
그리고, 건조 유닛(18)의 내압이 소정의 압력 P1에 도달하고 나서 잠시 경과한 시간 T4에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 건조 유닛(18)의 상류측에 있는 밸브(48)를 폐쇄 상태로 하여, 건조 유닛(18) 내를 압력 P1로 유지한다.
유지 처리에서는, 웨이퍼(W)에 형성되는 패턴 사이에서 섞이는 처리 유체와 IPA 액체와의 혼합 유체의 IPA 농도 및 CO2 농도가 소정의 농도(예컨대, IPA 농도가 30% 이하, CO2 농도가 70% 이상)가 될 때까지 유지된다.
유지 처리에 이어서, 기판 처리 시스템(100)에서는, 시간 T5에서 시간 T6까지 유통 처리가 행해진다. 도 8은 실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)의 유통 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 건조 유닛(18) 내에 처리 유체를 유통시키기 위해, 유통 처리를 시작하는 시간 T5에서, 밸브(51)가 개방 상태가 됨과 더불어, 배압 밸브(53)의 밸브 개도가 PID 제어된다. 이것에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이, 건조 유닛(18)의 내압은 소정의 압력 P1로 계속해서 유지된다.
또한, 유통 처리시에는 항상 처리 유체를 기판 처리 장치(1)에 공급하고 있기 때문에, 순환 라인(62)의 순환압은 압력 P4에서 압력 P2(예컨대, 17 MPa)로 저하된다. 또한, 실시형태에서는, 펌프(70)의 토출 능력과 유통 처리에서의 처리 유체의 소비량이 거의 균등하기 때문에, 도 8에 도시된 바와 같이, 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 완전 폐쇄 상태로 함과 더불어 밸브(76)를 폐쇄 상태로 하여, 순환 라인(62)에서의 처리 유체의 순환을 정지한다.
여기서, 실시형태의 유통 처리에서는, 건조 유닛(18) 내에서의 처리 유체의 온도가 90℃ 이상이면 좋다. 만일, 건조 유닛(18) 내에서의 처리 유체의 온도가 소정의 온도(예컨대, 83℃)보다 낮으면, 처리 유체가 100%의 초임계 상태는 아니게 되어 버리기 때문에, 처리 유체 내에 용해된 이물이 건조 유닛(18) 내에서 석출되는 경우가 있다.
그리고, 이러한 석출된 이물에 의해, 초임계 유체를 이용한 웨이퍼(W)의 건조 처리시에, 웨이퍼(W) 표면에 파티클이 대량으로 발생해 버릴 우려가 있다.
그러나, 실시형태에서는, 건조 유닛(18) 내에서의 처리 유체의 온도를 90℃ 이상으로 하고 있기 때문에, 초임계 유체를 이용한 웨이퍼(W)의 건조 처리시에, 웨이퍼(W) 표면에 파티클이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 바람직하게는, 건조 유닛(18) 내에서의 처리 유체의 온도를 95℃ 이상으로 하면 좋다.
또한, 실시형태에서는, 건조 유닛(18) 내의 처리 유체를 높은 온도로 유지하기 위해, 히터(44)로 생성되는 초임계 상태의 처리 유체의 온도를, 건조 유닛(18) 내에서의 처리 유체의 온도보다 높게 하면 좋다. 예컨대, 히터(44)로 생성되는 초임계 상태의 처리 유체의 온도를, 110℃∼120℃의 범위로 하면 좋다.
이것에 의해, 오리피스(46)를 통과할 때에 단열 팽창에 의해 처리 유체의 온도가 저하되었다고 해도, 건조 유닛(18) 내에서의 처리 유체의 온도를 90℃ 이상으로 유지할 수 있다.
또한, 실시형태에서는, 건조 유닛(18) 내에서의 처리 유체의 온도를 너무 높게 하면(예컨대, 처리 유체의 온도를 100℃보다 높게 하면), 웨이퍼(W) 상에 형성된 IPA 액체의 액막이 처리 유체의 고온에 의해 건조되어 버린다.
이것에 의해, 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴이 붕괴되어 버리는 등의 문제점이 발생하기 때문에, 건조 유닛(18) 내에서의 처리 유체의 온도를 너무 높게 하는 것은 바람직하지 못하다.
또한, 건조 유닛(18) 내에서의 처리 유체의 온도는 온도 센서(49)로 모니터링할 수 있고, 히터(44)로 생성되는 초임계 상태의 처리 유체의 온도는 온도 센서(45)로 모니터링할 수 있다.
유통 처리에 이어서, 기판 처리 시스템(100)에서는, 시간 T6에서 시간 T7까지 감압 처리가 행해진다. 도 9는 실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)의 감압 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 건조 유닛(18) 내를 감압하기 위해, 감압 처리를 시작하는 시간 T6에서, 공급 라인(41)의 밸브(43) 및 밸브(48)가 폐쇄 상태가 됨과 더불어, 배출 라인(42)의 배압 밸브(53)의 밸브 개도가 소정의 고정 개도로 변경된다. 이것에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이, 건조 유닛(18)의 내압이 압력 P1에서 압력 P0(대기압)으로 감압된다.
또한, 시간 T6에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 순환 라인(62)에서의 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 완전 폐쇄 상태로부터 소정의 고정 개도로 변경함과 더불어, 밸브(76)를 개방 상태로 하여, 순환 라인(62)에서의 처리 유체의 순환을 재개시킨다. 또한, 시간 T6으로부터 소정 시간(예컨대, 3초) 경과한 시간 T7에서, 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 PID 제어로 전환한다.
이것에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이, 순환 라인(62)의 순환압이 압력 P4에 도달한 후에는, 순환압을 압력 P4로 유지할 수 있다. 그리고, 시간 T8에서 감압 처리가 종료되면, 기판 처리 시스템(100)은, 전술한 대기 처리로 되돌아간다.
<변형례>
계속해서, 실시형태의 변형례에 대해서, 도 10 및 도 11을 참조하면서 설명한다. 도 10은 실시형태의 변형례에 따른 기판 처리 시스템(100)의 승압 처리 및 유지 처리를 설명하기 위한 도면이다.
또한, 이 변형례에서는, 실시형태보다도 펌프(70)의 토출 능력이 향상되고 있는 점이 실시형태와 다르다. 따라서, 실시형태와 달리, 승압 처리를 시작했을 때에도 배압 밸브(75) 및 밸브(76)를 폐쇄하지 않고, 순환 라인(62)에서의 처리 유체의 순환을 계속해서 유지할 수 있다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 승압 처리를 시작했을 때, 밸브(76)는 개방 상태를 계속해서 유지한다. 또한, 배압 밸브(75)의 밸브 개도는, 승압 처리를 시작한 시간 T1(도 5 참조)에서, PID 제어로부터 소정의 고정 개도 1로 변경된다. 이어서, 시간 T1로부터 소정 시간(예컨대, 3초) 경과한 시간 T2(도 5 참조)에서, 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 소정의 고정 개도 1로부터 소정의 고정 개도 2로 변경한다.
그리고, 순환 라인(62)의 순환압이 더 상승하여, 소정의 압력 P3(도 5 참조)(예컨대, 18 MPa)에 도달한 시간 T3(도 5 참조)에서, 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 PID 제어로 전환한다. 이것에 의해, 실시형태와 마찬가지로, 순환 라인(62)의 순환압이 압력 P4(도 5 참조)에 도달한 후에는, 순환압을 압력 P4로 유지할 수 있다.
도 11은 실시형태의 변형례에 따른 기판 처리 시스템(100)의 유통 처리를 설명하기 위한 도면이다. 전술한 바와 같이, 변형례에서는 펌프(70)의 토출 능력이 향상되고 있기 때문에, 도 11에 도시된 바와 같이, 유통 처리시에도 순환 라인(62)에서의 처리 유체의 순환을 계속해서 유지할 수 있다.
여기서, 기판 처리 장치(1)를 흐르는 처리 유체의 유속이 과도하게 큰 경우, 처리 유체의 빠른 흐름에 의해 웨이퍼(W) 상의 패턴이 붕괴되어 버리는 문제점이 발생하는 경우가 있다. 그래서, 변형례에서는, 순환 라인(62)에서의 처리 유체의 순환량을 늘림으로써, 기판 처리 장치(1)에 공급하는 처리 유체의 공급량을 줄일 수 있기 때문에, 기판 처리 장치(1)를 흐르는 처리 유체의 유속을 억제할 수 있다.
구체적으로는, 기판 처리 장치(1)의 배출 라인(42)에 설치된 유량계(52)로 배출 라인(42)을 흐르는 처리 유체의 유량을 측정하고, 이러한 배출 라인(42)을 흐르는 처리 유체의 유량에 기초하여, 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 적절하게 조정한다. 이것에 의해, 변형례에서는, 기판 처리 장치(1)에 공급하는 처리 유체의 공급량을 양호한 범위로 조정할 수 있다.
또한, 이러한 배압 밸브(75)의 밸브 개도의 조정은, 처음에 유량계(52)로 원하는 유량만큼 처리 유체가 흐르고 있는 것을 확인하고, 다음부터는 확인되었을 때의 배압 밸브(75)의 밸브 개도로 고정하여도 좋다. 또한, 이러한 배압 밸브(75)의 밸브 개도의 조정은, 유량계(52)로 수시 측정되는 처리 유체의 유량에 기초하여, 배압 밸브(75)의 밸브 개도를 피드백 제어하여도 좋다.
실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)은, 처리 유체로 기판(웨이퍼(W))을 처리하는 기판 처리 장치(1)와, 기판 처리 장치(1)에 처리 유체를 공급하는 처리 유체 공급 장치(60)를 포함한다. 처리 유체 공급 장치(60)는, 순환 라인(62)과, 가스 공급 라인(61)과, 냉각부(콘덴서(68))와, 펌프(70)와, 분기 라인(63)과, 가열부(스파이럴 히터(74))와, 조압부(배압 밸브(75))를 갖는다. 순환 라인(62)은, 처리 유체를 순환시킨다. 가스 공급 라인(61)은, 기체 상태의 처리 유체를 순환 라인(62)에 공급한다. 냉각부(콘덴서(68))는, 순환 라인(62)에 설치되고, 기체 상태의 처리 유체를 냉각하여 액체 상태의 처리 유체를 생성한다. 펌프(70)는, 순환 라인(62)에서의 냉각부(콘덴서(68))의 하류측에 설치된다. 분기 라인(63)은, 순환 라인(62)에서의 펌프(70)의 하류측에 접속되고, 액체 상태의 처리 유체를 분기부(72)로부터 분기시킨다. 가열부(스파이럴 히터(74))는, 분기부(72)의 하류측에 설치되고, 액체 상태의 처리 유체를 가열하여 초임계 상태의 처리 유체를 생성한다. 조압부(배압 밸브(75))는, 순환 라인(62)에서의 가열부(스파이럴 히터(74))의 하류측 또한 가스 공급 라인(61)의 상류측에 설치되고, 초임계 상태의 처리 유체를 감압하여 기체 상태의 처리 유체를 생성한다. 이것에 의해, 액체 상태의 처리 유체를 펌프(70)로 송출할 때에, 이러한 펌프(70)에 의해 발생하는 맥동의 영향을 저감할 수 있다.
실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)에서, 처리 유체 공급 장치(60)는, 순환 라인(62)에서의 가스 공급 라인(61)과 냉각부(콘덴서(68)) 사이에 설치되고, 기체 상태의 처리 유체를 여과하는 필터(67)를 더 갖는다. 이것에 의해, 처리 유체에 포함되는 이물을 효과적으로 제거할 수 있기 때문에, 초임계 유체를 이용한 웨이퍼(W)의 건조 처리시에, 웨이퍼(W) 표면에 파티클이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)에서, 처리 유체 공급 장치(60)는, 분기 라인(63)으로부터 액체 상태의 처리 유체를 기판 처리 장치(1)에 공급한다. 이것에 의해, 처리 유체 공급 장치(60)와 기판 처리 장치(1)의 거리, 즉, 접속 라인(80)의 길이에 편차가 생겼다고 해도, 이러한 길이의 편차에 따른 문제점을 저감할 수 있다.
실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)에서, 기판 처리 장치(1)는, 별도의 가열부(히터(44))와, 기판 처리부(건조 유닛(18))를 갖는다. 다른 가열부(히터(44))는, 액체 상태의 처리 유체를 가열하여 초임계 상태의 처리 유체를 생성한다. 기판 처리부(건조 유닛(18))는, 다른 가열부(히터(44))로부터 공급되는 초임계 상태의 처리 유체로 기판(웨이퍼(W))을 처리한다. 이것에 의해, 건조 처리시에 패턴이 붕괴되는 것을 억제할 수 있다.
실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)에서, 기판 처리부(건조 유닛(18)) 내에서의 초임계 상태의 처리 유체는 90℃ 이상이다. 이것에 의해, 초임계 유체를 이용한 웨이퍼(W)의 건조 처리시에, 웨이퍼(W) 표면에 파티클이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
실시형태에 따른 기판 처리 시스템(100)에서, 다른 가열부(히터(44))에서 생성되는 초임계 상태의 처리 유체의 온도는, 기판 처리부(건조 유닛(18)) 내에서의 처리 유체의 온도보다 높다. 이것에 의해, 오리피스(46)를 통과할 때에 단열 팽창에 의해 처리 유체의 온도가 저하되었다고 해도, 건조 유닛(18) 내에서의 처리 유체의 온도를 90℃ 이상으로 유지할 수 있다.
<처리 유체 공급 처리의 상세>
계속해서, 도 12를 참조하면서, 실시형태에 따른 처리 유체 공급 장치(60)가 실행하는 처리 유체 공급 처리의 상세한 내용에 대해서 설명한다. 도 12는 실시형태에 따른 처리 유체 공급 처리의 처리 절차를 나타낸 흐름도이다.
처음에, 제어부(7)는, 밸브(64) 및 유량 조정기(65)를 동작시켜, 처리 유체 공급원(90)으로부터 순환 라인(62)으로 기체 상태의 처리 유체를 공급한다(단계 S101). 그리고, 제어부(7)는, 순환 라인(62)을 흐르는 기체 상태의 처리 유체를 필터(67)로 여과한다(단계 S102).
다음에, 제어부(7)는, 필터(67)로 여과된 기체 상태의 처리 유체를 콘덴서(68)로 냉각하여 액체 상태의 처리 유체를 생성한다(단계 S103). 그리고, 제어부(7)는, 콘덴서(68)로 생성된 액체 상태의 처리 유체를 탱크(69)에 저류한다(단계 S104).
다음에, 제어부(7)는, 탱크(69)에 저류된 액체 상태의 처리 유체를 펌프(70)로 순환 라인(62)의 하류측으로 송출한다(단계 S105). 그리고, 제어부(7)는, 펌프(70)로 송출된 액체 상태의 처리 유체를 순환 라인(62)으로부터 분기 라인(63)으로 분기시킨다(단계 S106).
다음에, 제어부(7)는, 순환 라인(62)을 흐르는 액체 상태의 처리 유체를 스파이럴 히터(74)로 가열하여, 초임계 상태의 처리 유체를 생성한다(단계 S107). 그리고, 제어부(7)는, 스파이럴 히터(74)로 생성된 초임계 상태의 처리 유체를 배압 밸브(75)로 감압하여, 기체 상태의 처리 유체를 생성한다(단계 S108).
마지막으로, 제어부(7)는, 배압 밸브(75)로 생성된 기체 상태의 처리 유체를, 처리 유체 공급원(90)으로부터 공급된 기체 상태의 처리 유체에 합류시켜(단계 S109), 처리를 완료한다.
실시형태에 따른 처리 유체 공급 방법은, 공급하는 공정(단계 S101)과, 액체 상태의 처리 유체를 생성하는 공정(단계 S103)과, 분기시키는 공정(단계 S106)과, 초임계 상태의 처리 유체를 생성하는 공정(단계 S107)을 포함한다. 공급하는 공정(단계 S101)은, 순환 라인(62)에 기체 상태의 처리 유체를 공급한다. 액체 상태의 처리 유체를 생성하는 공정(단계 S103)은, 순환 라인(62)에서 기체 상태의 처리 유체를 냉각하고, 액체 상태의 처리 유체를 생성한다. 분기시키는 공정(단계 S106)은, 액체 상태의 처리 유체를 순환 라인(62)으로부터 분기 라인(63)으로 분기시킨다. 초임계 상태의 처리 유체를 생성하는 공정(단계 S107)은, 순환 라인(62)에서 액체 상태의 처리 유체를 가열하고, 초임계 상태의 처리 유체를 생성한다. 이것에 의해, 액체 상태의 처리 유체를 펌프(70)로 송출할 때에, 이러한 펌프(70)에 의해 발생하는 맥동의 영향을 저감할 수 있다.
이상, 본 개시의 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 개시는 상기한 실시형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 한 여러 가지의 변경이 가능하다. 예컨대, 상기한 실시형태에서는, 초임계 상태의 처리 유체를 감압하여 액체 상태의 처리 유체를 생성하는 조압부로서 배압 밸브(75)를 이용한 예에 대해서 나타내었다. 그러나, 조압부는 배압 밸브에 한정되지 않고, 예컨대 오리피스 등이어도 좋다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실제로, 상기한 실시형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기한 실시형태는, 첨부한 특허청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.

Claims (8)

  1. 처리 유체로 기판을 처리하는 기판 처리 장치와,
    상기 기판 처리 장치에 상기 처리 유체를 공급하는 처리 유체 공급 장치
    를 포함하고,
    상기 처리 유체 공급 장치는,
    상기 처리 유체를 순환시키는 순환 라인과,
    기체 상태의 상기 처리 유체를 상기 순환 라인에 공급하는 가스 공급 라인과,
    상기 순환 라인에 설치되고, 기체 상태의 상기 처리 유체를 냉각하여 액체 상태의 상기 처리 유체를 생성하는 냉각부와,
    상기 순환 라인에서의 상기 냉각부의 하류측에 설치되는 펌프와,
    상기 순환 라인에서의 상기 펌프의 하류측에 접속되고, 액체 상태의 상기 처리 유체를 분기부로부터 분기시키는 분기 라인과,
    상기 분기부의 하류측에 설치되고, 액체 상태의 상기 처리 유체를 가열하여 초임계 상태의 상기 처리 유체를 생성하는 가열부와,
    상기 순환 라인에서, 상기 가열부의 하류측에, 그리고 상기 순환 라인과 상기 가스 공급 라인의 접속부의 상류측에 설치되고, 초임계 상태의 상기 처리 유체를 감압하여 기체 상태의 상기 처리 유체를 생성하는 조압부(調壓部)와,
    상기 순환 라인에서의 상기 조압부의 하류측에 설치되고, 상기 순환 라인의 상기 처리 유체의 흐름의 온 및 오프를 전환하는 밸브
    를 갖는 기판 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 유체 공급 장치는, 상기 순환 라인에서, 상기 순환 라인과 상기 가스 공급 라인의 접속부와, 상기 냉각부 사이에 설치되고, 기체 상태의 상기 처리 유체를 여과하는 필터를 더 갖는 것인 기판 처리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리 유체 공급 장치는,
    상기 분기 라인으로부터 액체 상태의 상기 처리 유체를 상기 기판 처리 장치에 공급하는 것인 기판 처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기판 처리 장치는,
    액체 상태의 상기 처리 유체를 가열하여 초임계 상태의 상기 처리 유체를 생성하는 다른 가열부와,
    상기 다른 가열부로부터 공급되는 초임계 상태의 상기 처리 유체로 상기 기판을 처리하는 기판 처리부
    를 갖는 것인 기판 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판 처리부 내에서의 초임계 상태의 상기 처리 유체는 90℃ 이상인 것인 기판 처리 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 다른 가열부에서 생성되는 초임계 상태의 상기 처리 유체의 온도는, 상기 기판 처리부 내에서의 상기 처리 유체의 온도보다 높은 것인 기판 처리 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 다른 가열부에서 생성되는 초임계 상태의 상기 처리 유체의 온도는, 상기 기판 처리부 내에서의 상기 처리 유체의 온도보다 높은 것인 기판 처리 시스템.
  8. 삭제
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