KR20060061827A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20060061827A
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가츠요시 나카추카사
가즈히사 오가사와라
요시아키 사카이하라
요시히로 하루키
무네노리 가와테
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에스.이.에스 카부시키가이샤
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Abstract

유기 용매에 불활성 가스를 버블링함으로써 유기 용매의 증기와 불활성 가스와의 혼합 가스를 발생시키는 증기 발생부 (371) 와, 처리할 복수매의 기판을 서로 같은 피치로 평행인 한편 수직인 자세로 지지하는 지지 수단과, 상기 지지 수단에 의해서 지지되는 기판의 집합체를 수용하는 처리조 (15) 와, 상기 처리조의 상부 개구를 덮는 덮개 (30) 와, 상기 덮개 (30) 에 설치된 분사 노즐 (33) 과, 상기 증기 발생부와 상기 분사 노즐을 연통하는 제 1 배관 (3712), (34 2), (3421), (3422) 을 갖춘 기판 처리 장치 (10) 에서, 상기 제 1 배관 및 분사 노즐에 각각 히터를 부설하고, 상기 각 히터의 제어에 의해 상기 분사 노즐로부터 분사되는 건조 가스 중에 서브마이크론 사이즈의 유기 용매 미스트가 포함되도록 한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 {METHOD OF PROCESSING SUBSTRATE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 예를 들면 반도체 웨이퍼, 액정표시장치용 기판, 기록 디스크용 기판, 혹은 마스크용 기판이나, 그 외의 기판 표면을 고품질 및 고효율로 건조 처리하기 위한 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
각종 기판 가운데, 예를 들면 반도체 웨이퍼 (이하 웨이퍼라고 한다) 의 표면을 청정히 하기 위해서, 웨이퍼 표면을 약액에 의해서 세정한 후, 순수(純水) 등의 처리액에 의해서 세정을 수행하고, 유기 용매, 예를 들면 이소프로필알코올 (이하,「IPA」라고 한다) 등의 유기 용매를 더 이용해 웨이퍼를 건조시키는 처리가 수행되고 있다. 보다 구체적으로는, 이 처리는 웨이퍼를 약액 및 순수에 의해서 세정한 후, IPA 의 증기에 쬐어 웨이퍼의 표면에 IPA 를 응축시키고, 이 IPA 의 응축에 의해 그때까지 웨이퍼에 부착하고 있던 순수를 IPA 와 치환시켜, 이 순수가 웨이퍼의 표면으로부터 흘러 떨어짐에 따라 입자 등의 오염 물질을 씻어 흘리는 공정, 그 후 IPA 를 증발시켜 웨이퍼 표면을 건조시키는 건조 공정으로 이루어진다. 이 건조 공정에서, 웨이퍼의 표면에 물방울이 조금이라도 남으면 웨이퍼 표면에 워터마크가 형성되며, 이 워터마크는 입자와 마찬가지로 웨이퍼의 품질을 악화시키는 원인이 된다. 이 때문에, 반도체의 제조 공정에서는, 이러한 오염 물질 등이 웨이퍼에 부착하지 않도록 해야 한다. 그리고, 이와 같은 대책을 강구한 웨이퍼 등의 기판 표면 처리법 및 처리 장치가 다수 고안되어 실용화되어, 예를 들면 일본 특개 2001-271188 호 공보 (도 1, 제 5 페이지 좌측란 ~ 제 6 페이지 우측란 참조), 특개평 11-191549 호 공보 (특허 청구 범위, 단락 [0018]~[0024], 도 1 참조) 등, 특허 문헌에서도 많이 소개되어 있다.
그러면, 이하에 일본 특개 2001-271188 호 공보에 개시되어 있는 기판 처리 장치를 도 10 및 도 11 을 참조하면서 설명한다. 덧붙여 도 10 은 상기 특허 문헌에 기재된 기판 처리 장치의 단면도이다. 이 기판 처리 장치 (1) 는 처리할 기판 (예를 들면 웨이퍼) 을 수용하는 처리조 (2) 와, 처리조 (2) 의 내부에 처리액 (예를 들면 순수) 을 공급하는 처리액 도입관 (3) 과, 유기 용매액 (예를 들면 IPA) 을 수용하는 증기 발생조 (4) 와, 처리조 (2) 로부터 처리액을 배출하는 처리액 배출부 (5) 와, 증기 발생조 (4) 내에 가열된 유기 용매를 공급하기 위한 가열 용매 공급 장치 (6, 6') 를 갖추며, 상기 기판은 복수매가 같은 피치로 평행인 한편 수직으로 기립한 상태로 처리조 (2) 내에 반송되어, 각 기판의 표면 처리를 수행하도록 되어 있다.
이 기판 처리 장치 (1) 에서는 이하의 공정에 의해, 각종 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼 (W) (이하 웨이퍼 (W) 라고 한다) 의 표면 처리를 수행한다.
1) 웨이퍼의 반입 공정
대기 상태에 있는 처리 장치 (1) 의 순수가 저장 유지된 처리조 (2) 의 뚜껑 (21) 이 열리고, 복수매의 웨이퍼 (W) 가 처리조 (2) 의 내부조 (22) 내에 반송되어 순수 (J) 중에 투입·침지되고, 뚜껑 (21) 이 닫힌다. 그 후, 불활성 가스 공급관 (81) 으로부터 처리조 (2) 내로 불활성 가스, 예를 들면 질소 가스가 공급되어, 처리조 (2) 내의 공기가 이 질소 가스로 치환된다.
2) 건조 공정
그 다음에, 웨이퍼 (W) 의 수세(水洗) 또는 린스가 수행된 후에, 증기 발생조 (4) 내에 버블링용 질소 가스 N2 가 공급되고, 유기 용매액, 예를 들면 IPA 의 증기를 발생시켜, 발생한 증기가 증기 토출구 (41) 로부터 처리조 (2) 내로 도입되어 순수 (J) 의 위쪽 공간에 충만해진다.
그 후에 내부조 배액관 (51) 의 개폐 밸브가 열리고, 유량 제어 밸브를 통해 내부조 (22) 내의 순수 (J) 가 조금씩 배출되고, 순수 (J) 의 액면이 내려지고, 웨이퍼 (W) 가 그 상단으로부터 액면 상에 점차 노출된다.
웨이퍼 (W) 의 표면이 액면 상에 노출되면, 거기에 따라 처리조 (2) 내의 IPA 의 증기가 액면 상의 웨이퍼 (W) 의 표면에 접한다. 이 때, 처리조 (2) 내의 순수 (J) 는 거의 실온으로 설정되어 있으므로, 웨이퍼 (W) 의 온도도 거의 실온이 되어 있다. 이 때문에 IPA 의 증기가 웨이퍼 (W) 에 접해 급냉되고, 액면 상의 웨이퍼 (W) 의 표면에 IPA 의 증기가 응축해, 이 응축한 IPA 가 순수의 표면장력을 내리고, 그때까지 웨이퍼 (W) 에 부착하고 있던 순수가 이 IPA 와 치환된다. 순수 (J) 모두를 배출한 후, 불활성 가스 공급관 (81) 으로부터 처리조 (2) 내로 불활성 가스를 공급함으로써 IPA 가 증발해, 웨이퍼 (W) 의 표면이 건조 처리된다.
3) 웨이퍼의 반출 공정
그 후, 내부조 (22) 내의 순수 (J) 가 배출된 후에, 배기 공정을 거쳐 기판 처리를 종료시키고, 뚜껑 (21) 이 개방되어 웨이퍼 (W) 가 처리조 (2) 로부터 꺼내진다.
이 기판 처리 장치에 의하면, 일련의 처리 공정이 1 개의 밀폐된 처리조내에서 수행되므로, 웨이퍼가 대기에 완전히 접하는 일이 없이, 웨이퍼를 능률적으로 처리할 수 있음과 동시에, 웨이퍼 표면에 입자나 워터마트 등의 오염 물질이 부착하는 것을 억제할 수 있다.
그러나 근래, 이런 종류의 기판 처리 장치로 처리되는 웨이퍼는, 처리 효율을 높이기 위해서 가능한한 다수의 웨이퍼를 처리조 내에 삽입할 필요가 있고, 경우에 따라서는 50~100 매라는 로트 단위로 웨이퍼가 처리조 내에서 동시에 처리됨으로써 각 웨이퍼 사이의 간극은 더욱 좁아지는 경향에 있고, 게다가 웨이퍼 직경도 200 mm 로부터 300 mm 로 대구경화되어 오고 있다. 그 때문에, 직경이 200 mm 이하인 비교적 작은 웨이퍼에서는 워터마크의 발생을 억제할 수 있었지만, 직경이 300 mm 와 같은 대구경인 웨이퍼에서는 워터마크가 발생해 버려, 종래 장치를 이용한 처리에는 한계가 있다.
그래서 본 발명자들은 이와 같은 워터마크가 남는 원인을 여러가지 각도에서 검토한 결과, 그 원인은 건조 가스 중의 IPA 증기가 IPA 중에 불활성 가스를 버블링함으로써 얻은 것이기 때문에, 포화 농도 미만의 IPA 기체 이외에 미소한 IPA 의 액체입자 (이하,「미스트」라고 한다) 가 다량으로 포함되어 있지만, 이 미스트의 크기 (사이즈) 및 질량이 질소 가스에 비해 크고 무겁기 때문에 좁은 웨이퍼 사이의 간극을 통과하기 어렵고, 웨이퍼의 구경이 300 mm 로 되면 IPA 미스트의 공급구에서 멀리 떨어진 웨이퍼 표면에는 IPA 미스트가 공급되기 어려워지기 때문에 IPA 에 의한 치환이 충분히 수행되지 않는 것을 발견했다. 즉, 건조 가스 중에 포함되는 전체 IPA 량이 같으면, IPA 미스트의 사이즈가 클수록 그 미스트의 수는 줄어 들고, 반대로 IPA 미스트의 사이즈가 작을수록 그 미스트의 수는 증가한다. 게다가, IPA 미스트의 사이즈가 크면 그 만큼 질량도 무겁고, 이동 스피드가 느려져 버린다. 그 때문에, 상기 2) 의 건조 공정에서, 건조 가스가 처리조 내의 복수매의 웨이퍼 사이에 공급되어도 웨이퍼의 표면에 부착한 세정액의 물방울수와 IPA 미스트의 입자수가 균형을 이루지 않고, 예를 들면 IPA 미스트의 입자수가 물방울수보다 적으면 일부 물방울이 IPA 에 의해서 치환되지 않고 남아, 워터마크의 발생 원인이 되어 버린다.
이에 더하여, IPA 미스트의 사이즈가 크고 무거워서 좁은 웨이퍼 사이의 간극을 통과하기 어려워지기 때문에, 대구경 300 mm 의 웨이퍼에서는 공급구로부터 멀리 떨어진 웨이퍼 표면에 IPA 미스트가 닿기 전에 가까운 표면에 부착해 버리는 것이 많아진다. 따라서, 멀리 떨어진 웨이퍼 표면에서는 공급되는 IPA 미스트의 수는 적게 되고, 또 IPA 미스트가 균등하게 공급되지 않게 된다. 즉, IPA 미스트 의 공급구에 가까운 웨이퍼 표면에는 충분 이상의 IPA 미스트가 공급되지만 공급구보다 먼 웨이퍼 표면에는 충분한 IPA 미스트가 공급되지 않기 때문에, IPA 미스트 공급구로부터 먼 웨이퍼 표면에서는 웨이퍼 표면에 부착하고 있던 세정액의 IPA 에 의한 치환이 충분히 수행되지 않게 되어, 그것이 워터마크의 발생 원인이 되고 있다.
이 물방울이 IPA 에 의해서 치환되는 상황을 도 11 을 참조해 설명한다. 덧붙여, 도 11 은 건조 처리시에 있어서의 IPA 미스트와 웨이퍼 (W) 상에 부착한 세정액의 물방울 (이하 DIW 라고 한다) 과의 관계를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 상기 2) 의 건조 공정에서, 도 11(a) 에 나타내는 바와 같이, 사이즈가 큰 IPA 미스트 (액체) 를 포함한 IPA 증기와 질소 가스 N2 (기체) 와의 혼합 가스를 처리조 내에 공급해, 웨이퍼 (W) 사이에 공급한다. 그러면, 도 11(b) 에 나타내는 바와 같이, DIW 가 IPA 증기에 의해서 치환되지만, IPA 미스트의 사이즈가 크기 때문에 이동 속도가 늦고, 또한 대구경인 300 mm 의 웨이퍼를 다수매 (50 ~ 100 매) 처리조 내에서 동시에 처리하기 때문에, IPA 미스트의 수량도 한정됨으로써 DIW 전부에까지 닿지 않는 경우가 발생한다. 이와 같은 원인에 의해, 건조 가스의 공급구로부터 먼 웨이퍼 표면에 IPA 미스트가 닿기 전에 가까운 표면에 부착해 버려, 먼 표면에 IPA 미스트가 공급되지 않게 된다. 따라서, 도 11(c) 에 나타낸 바와 같이 DIW 가 남은 채로 되어, 이것이 워터마크의 발생 원인이 된다.
한편, 일본 특개평 11-191549 호 공보에는 유기 용매 중에 불활성 가스를 버 블링하는 일 없이, 유기 용매를 증발조 내에서 가열 증발시켜 유기 용매 증기와 불활성 가스와의 혼합 가스를 발생시키고, 상기 혼합 가스를 배관 내에서 별도의 불활성 가스로 희석함과 동시에 가열 보온하여 분사 노즐에 의해 분사하도록 만든 기판 처리 장치가 개시되어 있다. 이 기판 처리 장치에서는 배관내 및 노즐로부터 분출되는 가스 중의 유기 용매 증기는 완전하게 기체로 되어 있고, 이와 같이 완전하게 기체로 되어 있는 유기 용매 증기를 사용하면, 기체의 유기 용매 분자의 크기는 미스트의 크기보다 훨씬 작기 때문에, 상술한 바와 같은 유기 용매 미스트를 사용했을 경우의 문제점은 생기지 않게 된다.
그렇지만, 완전하게 기체가 되어 있는 유기 용매 증기를 사용해 기판 처리를 수행해도 건조 가스 중의 유기 용매 증기 농도는 포화 농도 이상은 되지 않기 때문에, 건조 가스 중 유기 용매의 절대량은 적다. 따라서, 하기 특허 문헌 2 에 개시되어 있는 기판 처리 장치에서는, 유기 용매 증기를 큰 기판의 구석구석까지 널리 퍼지게 해 기판 표면의 수분과 치환시키기 위해서는 매우 시간이 걸리므로, 상술한 기판 표면에 형성되는 워터마크가 적고 거의 0 이 됨과 동시에 입자의 부착을 없애, 건조 처리 스피드가 높은 기판 처리 방법 및 장치를 제공한다는 과제를 달성하는 것에는 이르지 않았다.
덧붙여 일반적으로「증기」란「기체」를 나타내지만, 기판 처리의 기술 분야에서는 상술한 건조 가스와 같이「기체」이외에「미소한 액체 입자 (미스트)」를 포함하는 것도 관용적으로「증기」내지「베이퍼 (vapor)」로 표현되고 있으므로, 본원 명세서 및 특허 청구 범위에서도「기체」이외에「미소한 액체 입자 (미스트) 」를 포함하는 것도「증기」로 나타내는 것으로 한다.
여기서, 본 발명자들은 상기의 검토 결과에 근거하여 여러 가지 검토를 거듭한 결과, 유기 용매의 증기를 구성하는 미스트의 사이즈를 지극히 작게 하면, 유기 용매의 사용량을 늘리는 일 없이 유기 용매 미스트의 입자수를 증대시킬 수 있고, 게다가 개개의 미스트의 표면적은 작아지지만 한편으로 미스트의 수가 많아진 만큼 개개의 미스트의 총화로 나타내는 전체의 표면적이 증대될 수 있고, 또한 이 전체 미스트의 표면적이 증대한 유기 용매의 증기를 기판 표면에 분사하면, 기판에 부착하고 있는 물방울에 만편 (滿遍) 없이 부착시킬 수 있으므로, 이 물방울을 효율적으로 유기 용매로 치환할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 실현하기에 이른 것이다.
즉, 본 발명의 제 1 목적은 극소 사이즈의 유기 용매 미스트를 포함한 건조 가스를 이용함으로써, 고품질의 표면 처리를 실현하고 처리 시간도 단축한 기판 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 2 목적은 건조 가스 중 극소 사이즈의 유기 용매 미스트의 농도를 조절함으로써, 더욱 고품질의 표면 처리를 실현하고 처리 시간도 단축한 기판 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 3 목적은 극소 사이즈의 유기 용매 미스트를 포함한 건조 가스를 간단하게 생성할 수 있도록 하고, 고품질의 표면 처리를 실현해 처리 시간도 단축한 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
다시, 본 발명의 제 4 목적은 건조 가스 중 극소 사이즈의 유기 용매 미스트의 농도를 조절함으로써, 더욱 고품질의 표면 처리를 실현하고 처리 시간도 단축한 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본원의 청구 범위 1 에 관련되는 기판 처리 방법 발명은, 유기 용매의 증기와 불활성 가스의 혼합 가스로 이루어진 건조 가스를 기판에 분사해 기판 표면의 건조를 수행하는 기판 처리 방법에서, 상기 유기 용매의 증기는 서브마이크론 사이즈의 미스트를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
이 청구 범위 1 에 기재된 기판 처리 방법에 의하면, 유기 용매의 증기에 포함되는 미스트는 서브마이크론 사이즈로 극소화되어 있으므로, 유기 용매의 사용량을 늘리는 일 없이 유기 용매 미스트의 입자수를 증대시킬 수 있고, 그 때문에 개개의 미스트의 표면적은 작아지지만, 한편으로 입자수가 많아진 만큼 개개의 미스트의 표면적의 총화인 전체 표면적이 증대된다. 이 때문에, 서브마이크론 사이즈의 미스트를 대량으로 기판 표면에 분사할 수 있게 되므로, 기판에 부착하고 있는 세정액이 이 대량의 서브마이크론 사이즈의 유기 용매 미스트에 의해서 효율적으로 치환된다. 그 결과, 다수의 지름이 큰 기판이 처리조 내에 삽입되어 있어도, 서브마이크론 사이즈의 미스트는 급속히 기판 사이에 침입할 수 있으므로, 건조 처리 효율이 향상함과 동시에 처리 시간도 단축할 수 있고, 기판 표면의 워터마크의 발생이 지극히 적거나, 혹은 거의 0 으로 할 수 있다. 또한, 입자의 부착도 없어지고, 게다가 건조 처리의 스피드가 빨라지므로 입자의 재부착도 방지할 수 있게 된다.
또, 본원의 청구 범위 2 에 관련되는 발명은, 상기 청구 범위 1 에 기재된 기판 처리 방법에 있어서, 상기 건조 가스는 증기 발생부에서 유기 용매 중에 불활성 가스를 버블링함으로써 생성한 유기 용매 증기와 불활성 가스로 이루어진 혼합 가스이며,
상기 증기 발생부 내의 온도를 T1,
상기 증기 발생부로부터 분사 노즐까지의 상기 유기 용매와 불활성 가스로 이루어진 혼합 가스의 온도를 T2,
분사 노즐로부터 분출하는 건조 가스의 온도를 T3
으로 했을 때, 이들 온도가 다음과 같은 관계가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
T1 ≤ T2 ≤ T3
이 청구 범위 2 에 기재된 기판 처리 방법에 의하면, 불활성 가스를 유기 용매 중에 버블링함으로써, 유기 용매 미스트와 포화 농도 미만의 유기 용매 기체로 이루어진 유기 용매 증기를 포함한 불활성 가스와의 혼합 가스가 얻어지며, 그 혼합 가스는 분사 노즐로부터 방출될 때까지 같은 온도 혹은 서서히 높아지도록 온도 제어되고 있으므로, 이동 중에 유기 용매 미스트의 표면으로부터 서서히 유기 용매가 기화해 미스트의 입자 지름이 작아져, 용이하게 서브마이크론 사이즈의 유기 용매 미스트를 포함한 건조 가스가 얻어진다.
또, 본원의 청구 범위 3 에 관련되는 발명은, 상기 청구 범위 1 에 기재된 기판 처리 방법에 있어서, 상기 건조 가스는 증기 발생부에서 유기 용매 중에 불활성 가스를 버블링함으로써 생성한 유기 용매 증기와 불활성 가스로 이루어진 혼합 가스를, 상기 불활성 가스와 동종의 희석 가스로 더 희석한 가스이며,
상기 증기 발생부 내의 온도를 T1,
상기 증기 발생부로부터 희석 가스로 희석할 때까지의 상기 혼합 가스의 온도를 T2',
상기 희석 가스의 온도를 T4,
상기 희석 가스로 희석한 후, 분사 노즐까지의 상기 유기 용매와 불활성 가스로 이루어진 혼합 가스의 온도를 T2",
분사 노즐로부터 분출하는 건조 가스의 온도를 T3
으로 했을 때, 이들 온도가 다음과 같은 관계가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
T1 ≤ T2' ≤ T4 ≤ T2" ≤ T3
이 청구 범위 3 에 기재된 기판 처리 방법에 의하면, 증기 발생부에서 생성된 유기 용매 미스트와 포화 농도 미만의 유기 용매 기체로 이루어진 유기 용매의 증기와 불활성 가스와의 혼합 가스에, 버블링에 사용한 불활성 가스와 동종의 불활성 가스가 추가되어 더 희석되어 있으므로, 유기 용매 미스트가 응축할 기회가 감소됨과 동시에, 혼합 가스 중의 유기 용매 증기 농도는 더욱 저하하고, 덧붙여 IPA 미스트를 웨이퍼와 웨이퍼의 사이에 많이 옮길 수 (캐리어할 수) 있게 된다. 따라서, 그 혼합 가스는 분사 노즐로부터 방출될 때까지 같은 온도 혹은 서서히 높아지도록 온도 제어되고 있으므로, 유기 용매 미스트의 표면으로부터 유기 용매의 일부가 기화해 마이크로미스트가 되는 속도 및 효율이 향상해, 저농도이지만 다수의 서브마이크론 사이즈의 유기 용매 미스트를 포함한 다량의 건조 가스가 얻어지고, 다량의 서브마이크론 사이즈의 유기 용매 미스트를 연속해 기판 표면에 분사할 수 있게 된다. 그 결과, 다수의 대구경 기판이 처리조 내에 삽입되어 있어도 서브마이크론 사이즈의 미스트는 급속히 기판 사이에 침입할 수 있으므로, 기판에 부착하고 있는 세정액이 이 다량으로 연속해 공급되는 서브마이크론 사이즈의 유기 용매의 증기에 의해서 급속히 치환되고, 그 결과 건조 처리 효율이 향상함과 동시에 처리 시간도 단축할 수 있어 건조 처리가 지극히 스피드업된다. 따라서, 특히 유기 용매의 사용량을 늘리는 일 없이 건조 처리 효율이 향상함과 동시에 처리 시간도 단축할 수 있어, 기판 표면의 워터마크의 발생이 지극히 적거나, 혹은 거의 0 으로 할 수 있게 되며, 또 입자의 부착도 없어지고, 게다가 건조 처리의 스피드가 빨라지므로 입자의 재부착도 방지할 수 있게 된다.
또, 본원의 청구 범위 4 에 관련되는 발명은, 상기 청구 범위 1 ~ 3 의 어느 하나에 기재된 기판 처리 방법에 있어서, 상기 유기 용매는 이소프로필알코올, 디아세톤알코올, 1-메톡시-2-프로판올, 에틸·글리콜, 1-프로판올, 2-프로판올, 테트라히드로푸란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종이며, 상기 불활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종인 것을 특징으로 한다.
이 청구 범위 4 에 기재된 기판 처리 방법에 의하면, 유기 용매와 불활성 가스의 선택폭이 넓어져, 임의의 조합에 의해 여러 가지 기판 처리에 적응할 수 있게 된다.
또한, 본원의 청구 범위 5 와 관련되는 기판 처리 장치의 발명은, 유기 용매에 불활성 가스를 버블링함으로써 유기 용매의 증기와 불활성 가스와의 혼합 가스를 발생하는 증기 발생부와,
처리할 복수매의 기판을 서로 같은 피치로 평행인 한편 수직인 자세로 지지하는 지지 수단과,
상기 지지 수단에 의해서 지지되는 기판의 집합체를 수용하는 세정 처리조와,
상기 세정 처리조의 상부 개구를 덮는 덮개와,
상기 덮개에 설치된 분사 노즐과,
상기 증기 발생부와 상기 분사 노즐을 연통하는 제 1 배관
을 갖춘 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 배관 및 분사 노즐에 각각 히터를 부설하고, 상기 각 히터의 제어에 의해 상기 분사 노즐로부터 분사되는 건조 가스 중에 서브마이크론 사이즈의 유기 용매 미스트가 포함되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
이 청구 범위 5 에 기재된 기판 처리 장치에 의하면, 각처에 부설한 히터를 제어함으로써, 용이하게 서브마이크론 사이즈의 유기 용매를 포함한 건조 가스를 생성할 수 있고, 용이하게 상기 청구 범위 1 에 기재된 기판 처리 방법을 실시할 수 있는 기판 처리 장치가 얻어진다.
또, 본원의 청구 범위 6 에 관련되는 발명은, 상기 청구 범위 5 에 기재된 기판 처리 장치에 있어서,
상기 증기 발생부 내의 온도를 T1,
상기 제 1 배관 내 온도를 T2,
상기 분사 노즐 내의 온도를 T3
으로 했을 때, 이들 온도가 다음과 같은 관계가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
T1 ≤ T2 ≤ T3
또, 본원의 청구 범위 7 에 관련되는 발명은, 상기 청구 범위 5 에 기재된 기판 처리 장치에 있어서,
상기 제 1 배관의 도중에 접속되어 상기 불활성 가스와 동종의 희석 가스를 공급하는 제 2 배관을 더 가지며,
상기 증기 발생부 내의 온도를 T1,
상기 제 1 배관 내 상기 증기 발생부로부터 상기 제 2 배관과의 접속점까지의 온도를 T2',
상기 제 2 배관 내의 온도를 T4,
상기 제 1 배관 내의 상기 제 2 배관과의 접속점으로부터 상기 노즐까지의 온도를 T2",
상기 분사 노즐 내의 온도를 T3
으로 했을 때, 이들 온도가 다음과 같은 관계가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
T1 ≤ T2' ≤ T4 ≤ T2" ≤ T3
이러한 청구 범위 6 또는 7 에 기재된 기판 처리 장치의 발명에 의하면, 용이하게 상기 청구 범위 2 또는 3 에 기재된 기판 처리 방법을 실시할 수 있는 기판 처리 장치가 얻어진다.
또, 본원의 청구 범위 8 에 관련되는 발명은, 상기 청구 범위 7 에 기재된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 배관과 제 2 배관과의 접속점의 하류에 상기 분사 노즐의 상류에 스태틱 믹서를 설치한 것을 특징으로 한다.
이 청구 범위 8 에 기재된 기판 처리 장치에 의하면, 상기 청구 범위 7 에 기재된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 배관과 제 2 배관과의 접속점의 하류에 상기 분사 노즐의 상류에 스태틱 믹서를 설치했으므로, 불활성 가스, 유기 용매 미스트, 유기 용매 기체가 충분히 혼합되어 균질한 혼합 가스를 얻을 수 있으므로, 마이크로미스트의 생성 효율이 향상한다.
또, 본원의 청구 범위 9 에 관련되는 발명은, 상기 청구 범위 5 ~ 8 의 어느 하나에 기재된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 유기 용매는 이소프로필알코올, 디아세톤알코올, 1-메톡시-2-프로판올, 에틸·글리콜, 1-프로판올, 2-프로판올, 테트라히드로푸란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종이며, 상기 불활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종인 것을 특징으로 한다.
이 청구 범위 9 에 기재된 기판 처리 장치에 의하면, 유기 용매와 불활성 가스의 선택폭이 넓어져, 임의의 조합에 의해 여러 가지 기판 처리에 적응할 수 있게 된다.
도 1 은 본 발명의 1 실시 형태의 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 1 실시 형태의 처리조를 나타내는 측면도이다.
도 3 은 도 2 의 처리조를 다른 쪽에서 본 측면도이다.
도 4 는 본 발명의 1 실시 형태의 처리조에서 덮개를 상부로부터 투시한 평면도이다.
도 5 는 도 4 에 나타내는 덮개의 측면도이다.
도 6 은 일련의 처리 타임 차트를 나타내는 도면이다.
도 7 은 세정·건조 공정을 나타내며, 도 7(a) 는 세정 공정, 도 7(b) 는 건조 공정 1, 도 7(c) 는 건조 공정 2, 도 7(d) 는 건조 공정 3 을 설명하는 단면도이다.
도 8 은 건조 공정에서의 IPA 증기와 기판과의 관계를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 9 는 도 8 과 마찬가지로, 희석용 질소 가스를 이용했을 경우의 건조 공정에서의 IPA 증기와 기판과의 관계를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 10 은 종래 기술의 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 11 은 도 10 의 기판 처리 장치의 건조 공정에서의 IPA 증기와 기판과의 관계를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 매우 적합한 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시 형태는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 예시하는 것이며, 본 발명을 이것들에 한정하는 것을 의도하는 것이 아니고, 특허 청구 범위에 포함되는 이외의 실시 형태의 것도 동일하게 적용할 수 있는 것이다.
도 1 을 참조하여, 이 기판 처리 장치 (10) 은 기판의 일례로서 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치이다. 여기서 말하는 처리란, 웨이퍼 (W) 를 약액에 의해서 에칭하는 공정, 웨이퍼 (W) 의 표면을 불화수소산 처리하는 공정, 혹은 웨이퍼 (W) 를 수세하는 린스 처리 공정, 수세 후 웨이퍼 (W) 를 유기 용매로 건조하는 건조 처리 공정 등을 포함한다. 이러한 일련의 처리는 1 개의 처리조 (15) 내에서 연속해 수행된다.
처리조 (15) 는 도 2 ~ 5 에 나타내는 바와 같이, 그 부속 장치와 함께 수용할 수 있는 부피를 가지는 수용실 (11) 에 설치되어 있다. 부속 장치는 수용실 내의 공조를 수행하는 공조 장치, 처리조에 각종 처리액을 공급하는 공급원, 웨이퍼 반송 기구 등이며, 도면에서는 이것들은 생략되어 있다. 처리조 (15) 는 상면이 개구한 바닥 구비 상자형 내부조 (20) 와, 이 내부조 (20) 의 상부 외주를 포위하는 외부조 (25) 와, 이 내부조 (20) 의 개구를 덮는 덮개 (30) 을 갖추며, 내외부조 (20, 25) 는 씽크 (29) 내에 수용된다. 내외부조 (20, 25) 는 불화수소산이나 IPA 등의 유기 용매에 의해서 부식되기 어려운 재료, 예를 들면 폴리불화비닐리덴 등으로 형성된다.
내부조 (20) 는 대량의 대구경 웨이퍼 (W), 예를 들면 직경 300 mm 의 것을 50 매 정도, 기판 보유 도구 (62) (도 3 참조) 에 보관 유지하고, 처리액에 침지하여 처리할 수 있는 깊이를 가지며, 그 저부에 처리액 배출부 (21) 및 처리액 공급부 (22) 가 설치되어 있다. 기판 보유 도구 (62) 에는, 예를 들면 카셋트 가이드에 의해 복수매의 웨이퍼 (W) 가 서로 평행으로 같은 피치로, 한편 수직으로 기립한 상태로 보유된다. 이 기판 보유 도구 (62) 는 승강 기구 (60) 에 연결되며, 이 승강 기구 (60) 에는 승강 수단 (61) 이 설치되고, 이 승강 수단 (61) 에 의해 기판 보유 도구 (62) 가 상하 수직 방향으로 이동되어 내부조 (20) 로의 출입이 수행된다. 도 2 의「건조 위치」는 건조 공정의 위치를 나타내며,「린스 위치」는 세정 공정의 위치를 나타내고 있다. 승강 수단 (61) 에는, 예를 들면 에어 실린더 기구가 사용된다.
기판 보유 도구 (62) 로부터 웨이퍼 집합체를 꺼내는 것은, 도 3 에 나타내는 바와 같이 이동 기구 (50) 에 의해 수행된다. 이 이동 기구 (50) 는 로봇 기구 (도시 생략) 에 연결된 복수 라인의 파지조 (501, 502) 를 갖추며, 이러한 파지조 (501, 502) 에 의해서 웨이퍼 집합체가 파지되어 소정 장소에 이동된다. 또, 처리액 배출부 (21) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 소경 배출구 (211) 와 대경 배출구 (212) 로 이루어지며, 대경 배출구 (212) 는 처리조 내의 처리액을 재빠르게 배출하는 드레인 기구로서 기능한다. 소경 배출구 (211) 는 내부조 (20) 의 저부 및 관내에 저류된 처리액을 배출시키는 것이다. 외부조 (25) 는 내부조 (20) 의 상부로부터 넘쳐 나오는 처리액을 받아 들이기 위한 오버플로우조로서 기능한다. 이 외부조 (25) 의 낮은 위치에 배출구 (251) 가 설치된다.
덮개 (30) 는 도 5 에 나타내는 바와 같이, 하부가 개구하고 상부가 폐쇄되어 내부에 다수매의 웨이퍼 (W) 를 모은 웨이퍼 집합체 (W') 를 수납할 수 있는 크기를 가지는 상자형 용기 (31) 로 이루어지며, 이 상자형 용기 (31) 는 불화수소산이나 IPA 등의 유기 용매에 의해서 부식되기 어려운 재료로 형성된다. 이 덮개 (30) 는 이동 수단 (55) (도 3 참조) 에 의해 수평 방향으로 이동할 수 있게 되어 있다. 이 이동 수단 (55) 은, 도 2 의 화살표로 나타내는 바와 같이, 덮개 (30) 를 내부조 (20) 의 상부에 수평 방향으로 이동시킴으로써, 내부조 (20) 의 개구를 막거나 열거나 한다. 즉, 내부조 (20) 위에 위치하는 덮개 (30) 를 수직 방향으로 소정 거리 들어 올려 수평 방향으로 이동하고, 그 후 수직 방향의 아래쪽으로 내려서 대기 상태로 보유된다. 이 덮개 (30) 의 이동은, 내부조 (20) 내로의 웨이퍼 집합체 (W') 의 반입 및 처리제의 웨이퍼 집합체를 내부조 (20) 로부터 꺼낼 때에 수행된다.
또, 상자형 용기 (31) 는 도 5 에 나타내는 바와 같이, 그 상부에 거의 아치형의 천정면 (32) 이 형성되며, 이 천정면 (32) 에 불활성 가스를 분사하는 복수개의 분사 노즐 (331~337) 이 거의 같은 간격에 사방으로 정렬해 배설된다. 복수개의 노즐 (33) 은, 도 4 에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 집합체 (W') 의 윗쪽에 있고, 행방향에서 거의 같은 간격으로 배열된 복수개의 분사 노즐 (331~337) 이 열방향에도 거의 같은 간격으로 복수열이 배설된다. 도 4 에서는 행방향으로 7 개 배열한 것이 6 열, 합계 42 개의 분사 노즐 (331~3376) 이 웨이퍼 집합체 (W') 의 상부 외주 둘레에 배설되어 있다. 행방향에 있어서의 7 개의 분사 노즐 (331~337) 과 웨이퍼 집합체 (W') 와의 관계는, 도 5 에 나타내는 바와 같이 각 분사 노즐 (331~337) 과 웨이퍼 집합체 (W') 의 외주 둘레와의 거리는 거의 같아지도록 천정면 (32) 에 배설된다. 천정면 (32) 을 아치형으로 형성함으로써, 웨이퍼 (W) 는 대체로 원판형을 이루고 있으므로, 상기의 거리를 동일하게 하는 것이 용이하게 된다. 이 천정면의 형상은, 웨이퍼 (W) 의 형상에 맞추어 변경되며, 상기 거리를 거의 같게 하는 것이 바람직하다.
분사 노즐 (33) 은 도 5 에 나타내는 바와 같이, 가스 공급관 (342) 이 접속되며, 이 공급관 (342) 은 분기되고, 이러한 분기관 (3421, 3422) 에 각각 분사 노즐 (33) 의 개수가 같거나 혹은 거의 같아지는 수가 결합된다. 이것에 의해, 각 분사 노즐에 거의 균등하게 가스를 분배할 수 있다. 이러한 분사 노즐 (33) 은 각각 분사 가스가 소정 각도로 확산되는 것을 사용해, 각 분사 노즐 (33) 로부터 웨이퍼 집합체 (W') 의 외주 둘레로 가스가 분사되었을 때에, 인접하는 분사 노즐, 예를 들면 분사 노즐 (332) 과 분사 노즐 (333) 과의 사이의 분사 가스가 웨이퍼 집합체 (W') 의 외주 둘레 (b) 에서 겹치도록 설정하는 것이 바람직하다. 복수개의 분사 노즐 (33) 을 상기와 같이 하여 천정면 (32) 에 정렬해 배열함으로써, 웨이퍼 집합체 (W') 에 거의 균일하게 가스를 공급할 수 있다.
분사 노즐 (33) 은 전체 형상이 원추형을 이루며 끝이 가는 선단에 개공이 형성되고, 이 개공으로부터 건조 가스가 분사된다. 또, 각 분사 노즐 (33) 에는 히터 (도시 생략) 가 부설되어 있다. 분사 노즐 자체는 이미 공지이므로, 상세한 설명을 생략한다. 또한, 가스 공급관 (342) 및 이 관에서 분기된 각 분기관 (3421, 3422) 에는 관체의 외주 벽면에 히터 (도시 생략) 가 부설되어 있다. 이 히터에는, 예를 들면 벨트 히터를 사용한다. 이들 히터는 CPU12 에 접속되며, 이 CPU 에 의해서 제어된다.
내외부조 (20, 25) 와 덮개 (30) 와의 사이에는, 도 2, 3, 5 에 나타내는 바와 같이 중간 연결 부재 (26) 및 다공판 삽입 기구 (27) 가 배설된다. 중간 연결 부재 (26) 는 덮개 (30) 의 하부 개구와 같은 크기의 개구를 갖는 통형 몸체로 형성된다. 이 통형 몸체는 불화수소산이나 IPA 등의 유기 용매에 의해서 부식되기 어려운 재료로 형성된다. 이 중간 연결 부재 (26) 는 다공판 삽입 기구 (27) 의 윗쪽에 설치되며, 아래쪽의 개구 (262) 는 다공판을 수납한 틀 (271) 의 상면에 거의 당접되도록 위치 결정되고, 윗쪽의 개구 (261) 는 상자형 용기 (31) 의 하부 개구 (311) 와 감합된다. 덧붙여 덮개 (30) 를 직접 틀 (271) 에 감합되도록 하여 중간 연결 부재 (26) 를 생략해도 된다.
다공판 (28) 은 소정 처리가 종료한 웨이퍼 집합체 (W') 를 건조하는 공정에서, 내외부조 (20, 25) 와 중간 연결 부재 (26) 와의 사이에 삽입되는 평판형 플레이트로 이루어지며, 판형 면에는 복수개의 작은 구멍이 뚫려 설치된 것이다. 이 다공판은, 불화수소산이나 IPA 등의 유기 용매에 의해서 부식되기 어려운 재료로 형성된다. 이 다공판 (28) 은 틀 (271) 내에 수납되고, 이동 기구 (도시 생략) 에 연결되며, 도 2 에 나타내는 바와 같이 수평 방향으로 슬라이드 이동된다. 다공판 (28) 을 수납하는 틀 (271) 은, 소정 세로폭 (수직 방향) 을 가지고 있고, 다공판 (28) 이 틀 (271) 에 수납되었을 때에, 틀 (271) 과 다공판 (28) 과의 사이에 간극 (272) 이 형성되도록 되어 있다.
이 간극 (272) 은, 예를 들면 2 mm 정도의 간극으로, 건조 공정에서 건조 가스의 일부가 씽크 (29) 내에 방출되도록 되어 있다. 따라서, 내부조 (20) 와 덮개 (30) 와의 사이에 간극 (272) (도 7 에서는 이 간극을 x 로 나타내고 있다) 이 형성 되므로, 이 간극에 의해 내부조 (20) 와 덮개 (30) 와의 사이가 밀폐되는 일 없이 반밀폐, 즉 건조 처리부 및 세정 처리부와 씽크 (29) 와의 사이가 반밀폐 상태가 된다. 또, 다공판 (28) 은 내외부조 (20, 25) 와 중간 연결 부재 (26) 와의 사이에 삽입되어 내부조 (20) 와 덮개 (30) 를 구분, 즉 세정 처리부와 건조 처리부를 나누는 셔터로서 기능한다.
다음에, 도 1 을 참조해 상기 처리조 (15) 와 부속 장치와의 배관 접속을 설명한다. 내부조 (20) 의 저부에 설치된 처리액 공급부 (22) 에는 처리액 도입관 (221) 이 접속되며, 이 도입관 (221) 은 유량 제어 밸브 및 펌프를 통해 순수 공급원 (38) 에 접속되어 있다. 이 처리액 도입관 (221) 은 처리액 공급계 배관의 기능을 이루어, 이 배관과 유량 제어 밸브 및 펌프로 세정액 공급 수단이 구성된다. 또, 이 처리액 도입관 (221) 은 마찬가지로 유량 제어 밸브를 통해 약액 공급원 (39) 에도 접속되어 있다. 약액 공급원 (39) 은 원하는 약액을 소정 농도 및 소정 온도로 조제하기 위한 약액 조합 수단 (도시 생략) 을 갖추고 있다. 약액은 처리 목적 (예를 들면 세정, 에칭, 산화 등의 처리) 에 따라서, 예를 들면 불화수소산, 염산, 과산화수소수, 황산, 오존수, 암모니아수, 계면활성제, 아민계 유기 용매, 불소계 유기 용매, 전해 이온수 등에서 선택되고, 필요에 따라서 이러한 복수의 약액을 혼합한 것이 사용된다.
또, 내부조 (20) 의 저부에 설치된 처리액 배출부 (21) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 소경 배출구 (211) 와 대경 배출구 (212) 로 이루어지며, 각각 내부조 배액관 (231, 232) 에 접속되고, 이러한 배액관 (231) 은 개폐 밸브, 펌프, 유량 제어 밸브를 통해 배액 처리 설비 (40) 에 접속되어 있다. 또한, 배액관 (232) 도 마찬가지로 개폐 밸브, 펌프, 유량 제어 밸브를 통해 배기 처리 설비 (41) 에 접속된다. 또, 씽크 (29) 도 배기 처리 설비 (411) 에 접속되어 있다. 외부조 (25) 의 낮은 위치에는 드레인관 (251) 이 접속되며, 이 드레인관 (251) 은 배액관 (231) 에 접속되어 있다.
처리조 (15) 의 근방에는 증기 공급 기구 (37) 가 설치된다. 이 증기 공급 기구 (37) 는 웨이퍼 (W) 의 표면에 부착 잔류하고 있는 부착수와 혼합하기 쉽고 표면장력이 지극히 작은, 예를 들면 이소프로필알코올 (IPA) 용매 등으로 이루어진 유기 용매를 저류함과 동시에, 이 유기 용매를 가열하면서 불활성 가스를 버블링해 기화 및 미스트를 발생시키는 증기 발생조 (371) 를 갖추고 있다. 이 증기 발생조 (371) 는 가열조 (372) 내의 온수에 침지되고, 유기 용매가 소정 온도로 가열된다. 이 증기 발생조 (371) 와 유기 용매 공급원 (36) 은 배관 (361) 으로 접속되어, 증기 발생조 (371) 에 IPA 가 공급된다. 상기 유기 용매에는 IPA 외에 디아세톤알코올, 1-메톡시-2-프로판올, 에틸·글리콜, 1-프로판올, 2-프로판올, 테트라히드로푸란 등의 유기 화합물로 이루어진 군으로부터 적당히 선택해 사용한다.
또, 제 2 불활성 가스 공급원 (35) 은 배관 (351 및 3512) 을 통해 증기 발생 조 (371) 에 접속되며, 증기 발생조 (371) 의 저부에 질소 가스 N2 가 공급되고, 증기 발생조 (371) 내에 저류되어 있는 IPA 내에 기포를 발생 (버블링) 시켜, IPA 기체 및 미스트로 이루어진 IPA 증기를 생성한다. 또, 이 증기 발생조 (371) 로부터 도출된 배관 (3712) 은 스태틱 믹서 (M) 를 통해 가스 공급관 (342) 에 연결되며, 증기 발생조 (371) 로부터 분사 노즐 (33) 로 캐리어 가스 N2 및 IPA 증기의 혼합 가스가 공급된다. 배관 (3512, 3712, 342) 의 관 몸체의 외주 벽면에는 벨트 히터 (도시 생략) 가 부설되며, 이러한 히터는 CPU12 에 의해서 온도 제어되고 있다. 덧붙여 스태틱 믹서 (M) 는 캐리어 가스 N2 및 IPA 증기로 이루어진 혼합 가스의 혼합 정도를 촉진해 균질화시키기 위해서 설치되어 있다.
제 1 불활성 가스 공급원 (34) 으로부터는 배관 (341) 을 거쳐 배관 (3712) 으로 불활성 가스로서 질소 가스 N2 가 공급된다. 이 배관 (341) 도 벨트 히터에 의해 소정 온도로 제어되고 있다. 이 질소 가스 N2 는 증기 발생조 (371) 로부터의 불활성 가스와 유기 용매 증기와의 혼합 가스의 희석 뿐만이 아니라, 처리조 (15) 내의 퍼지나 마무리 건조에도 사용된다. 덧붙여 불활성 가스로는 질소 가스 N2 외에 아르곤, 헬륨을 적당히 선택해 사용할 수 있다.
다음에, 이 기판 처리 장치를 이용한 일련의 처리를 도 6, 도 7 을 참조해 설명한다.
도 1, 6 을 참조하여, 먼저 처리조 (15) 의 덮개 (30) 를 열고, 웨이퍼 집합체 (W') 를 내부조 (20) 내에 수용한다. 이 때 내부조 (20) 내에는 원하는 약액, 예를 들면 불화수소산 (HF) 이 약액 공급원 (39) 으로부터 처리액 도입관 (221) 과 처리액 공급부 (22) 를 통해 내부조 (20) 에 공급되어 저류되고 있다. 따라서, 웨이퍼 집합체 (W') 는 이 처리액에 침지됨으로써, 약액에 따른 처리 (예를 들면 에칭이나 불화수소산 처리, 세정 등) 가 수행된다.
이 약액 처리가 종료한 후, 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이 순수 공급원 (38) 으로부터 처리액 도입관 (221) 과 처리액 공급부 (22) 를 통해 순수 (DIW) 가 내부조 (20) 에 공급된다. 이 순수 공급은 내부조 (20) 의 상부로부터 흘러넘치게 하면서 수행된다. 내부조 (20) 로부터 흘러넘친 순수 (DIW) 는 외부조 (25) 에 흘러들어, 드레인관 (251) 으로부터 배수관을 통해 배출된다. 이 순수의 공급을 비교적 긴 시간으로 수행해, 내부조 (20) 내에 잔류하고 있던 상기 약액 HF 을 밀어 낸다.
이 세정 공정이 종료한 후, 도 7(b) 에 나타내는 건조 공정 1 에서는 순수 (DIW) 의 연속 공급을 정지하고, 소량의 순수를 공급 (DIW 절수) 하면서, 웨이퍼 집합체 (W') 를 내부조 (20) 로부터 천천히 (Slow up Speed) 인상한다. 이 웨이퍼 집합체 (W') 의 인상과 동시에, 소량의 IPA 증기를 처리조 (15) 내에 공급할 수도 있다.
다음에, 도 7(c) 에 나타내는 건조 공정 2 에서는, 처리조 (15) 저부의 배출 구 (212) 의 드레인 기구 밸브를 작동시켜 처리액을 재빠르게 배출하고, 다공판 (28) 을 틀 (271) 내에 수평 이동시켜 내외부조 (20, 25) 와 중간 연결 부재 (26) 와의 사이에 삽입한다. 또한, 내부조 (20) 내에 가온시킨 질소 가스 N2 와 IPA 증기와의 혼합 가스로 이루어진 건조 가스를 공급한다. 이러한 동작은, 챠트에 나타내는 바와 같이 동시에 수행된다. 이 건조 가스는, 배관 (342) 및 노즐 (33) 내에서 가열되고 있다. 이 공정에서, 처리조 (15) 내의 유기 용매 증기는 각 웨이퍼 (W) 의 표면에 접하고, 웨이퍼 (W) 의 표면에 IPA 의 미스트가 응축해 IPA 의 막이 형성된다. 웨이퍼 (W) 의 표면에 유기 용매의 막이 형성되면, 그때까지 웨이퍼 (W) 에 부착하고 있던 순수가 IPA 로 치환되므로, 표면장력이 작아져 웨이퍼 (W) 의 표면으로부터 흘러 떨어짐과 동시에, 기판 표면에 부착하고 있는 IPA 가 증발한다. 도 7(d) 의 건조 공정 3 에서는, 치환된 IPA 를 건조시키기 위해서 질소 가스 N2 가 공급되고, 건조 공정 3 이 종료되면 처리조 (15) 로부터 웨이퍼 집합체 (W') 가 꺼내진다.
상기 공정에서, 덮개 (30) (건조 처리부) 내의 압력은 씽크 내의 압력 및 그 배기원의 압력보다 높고, 한편 내부조 (20) (세정 처리부) 의 압력 및 그 배기원의 압력보다 높게 된다. 이 때문에, 건조 처리부 내에 있어서의 건조 가스의 흐름은 층류가 되어 부드럽게 배기관으로부터 조 밖으로 배기되며, 이 과정에서 건조 가스는 개개의 웨이퍼에 균일하게 공급되어 기판의 표면에 워터마크가 형성되는 일이 없고, 또 입자의 제거 및 부착도 방지할 수 있다. 게다가, 건조 가스가 처리조 내에서 환류하는 일이 없기 때문에, 입자의 재부착도 방지할 수 있다.
또, 이 때, 도 1 의 각처의 온도 T1, T2', T4, T2" 및 T3 의 온도 관계는 CPU12 에 의해서 각처의 히터를 제어함으로써 이하의 관계를 만족시키도록 설정된다.
T1 ≤ T2' ≤ T4 ≤ T2" ≤ T3 ······· (1)
여기서,
증기 발생조 (371) 내의 온도: T1,
배관 (3712) 내의 온도: T2',
배관 (341) 내의 온도: T4,
배관 (342) 내의 온도: T2",
분사 노즐 내의 온도: T3.
이와 같이, 각처의 온도 T1, T2', T4, T2" 및 T3 를 상기 식 (1) 을 만족하도록 설정함으로써, 분사 노즐 (33) 로부터 분사되는 IPA 미스트의 사이즈는 지극히 작은 입경의 미스트가 된다. 구체적으로는, 틴달 현상(Tyndall phenomenon)에서는 관찰되지 않는 정도의 지극히 미세한 입자의 미스트, 즉 서브마이크론 사이즈의 미스트가 된다. 즉, 수 마이크론 사이즈의 미스트이면 틴달 현상에 의해 확인할 수 있지만, 서브마이크론 사이즈가 되면 틴달 현상에 의해서도 확인할 수 없게 되어 특수한 측정 장치가 필요해진다. 본 실시 형태에서는 상기 IPA 미스트의 사이즈는 틴달 현상에 의해서 확인할 수 없기 때문에, 서브마이크론 사이즈로 되어 있다. 그러나, 이 서브마이크론 사이즈의 미스트는 완전하게 기체화하고 있는 것은 아니고, 액체 상태로 존재하고 있는 것이다. 덧붙여 T3 는 IPA 의 미스트가 완전하게 기화해 버리지 않도록 IPA 의 비점 (82.4℃) 이하로 제어된다.
유기 용매의 증기를 구성하는 미스트의 사이즈를 서브마이크론 사이즈로 함으로써, 유기 용매의 사용량을 늘리는 일 없이 유기 용매 미스트의 입자수를 증대시켜, 개개의 미스트의 표면적은 작아지지만 입자수가 많아진 만큼 전체 표면적이 증대하게 된다. 그 결과, 유기 용매의 증기의 비표면적을 증대시켜 기판에 분사할 수 있으므로, 세정액과의 치환 효율이 좋아진다.
또, 상기 식 (1) 의 온도 설정에서, 각 온도는 같거나 서서히 높아지고 있는 것이 바람직하다. 즉, 증기 발생조 (371) 에서는, IPA 중에 불활성 가스를 버블링함으로써 IPA 미스트와 포화 농도 미만의 IPA 기체로 이루어진 IPA 증기를 포함한 불활성 가스와의 혼합 가스를 얻을 수 있지만, 이 혼합 가스는 분사 노즐로부터 방출될 때까지 같은 온도 혹은 서서히 높아지도록 유지되므로, 배관 및 분사 노즐 내에서 유기 용매의 증기가 응축하는 일이 없어지기 때문에, 혼합 가스 중 유기 용매 미스트의 지름도 커지지 않고, 덧붙여 배관 및 노즐 내를 이동 중에 IPA 미스트의 표면으로부터 서서히 IPA 가 기화해 미스트의 입경이 작아지므로, 용이하게 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트를 포함한 건조 가스를 얻을 수 있게 된다.
또한, 증기 발생부 (371) 에서 생성한 IPA 미스트와 포화 농도 미만의 IPA 기체로 이루어진 IPA 증기를 포함한 불활성 가스로 이루어진 혼합 가스는, 별도 배관 (341) 으로부터 공급되는 불활성 가스로 희석되어 있으므로, 상기 혼합 가스 중의 IPA 기체 농도가 저하하므로, IPA 미스트로부터의 IPA 의 기화가 보다 촉진됨과 동시에, 다량의 불활성 가스와 함께 많은 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트를 포함한 건조 가스를 처리조 (15) 에 공급할 수 있게 된다. 이 경우, 새롭게 공급된 질소 가스 N2 가 IPA 증기 등에 효율적으로 혼합되도록, 배관 (342) 의 도중에 믹서 (M) 를 설치해 교반하는 것이 바람직하다. 이 믹서는, 스태틱 믹서가 바람직하다.
이와 같이 건조 가스 중에 많은 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트가 함유되어 있으면, 다수의 대구경 기판이 처리조 (15) 내에 삽입되어 있어도 서브마이크론 사이즈의 미스트는 급속히 기판 사이에 침입할 수 있으므로, 기판에 부착하고 있는 세정액이 이 다량으로 연속해 공급되는 서브마이크론 사이즈의 유기 용매의 증기에 의해서 급속히 치환되고, 그 결과 건조 처리 효율이 향상함과 동시에 처리 시간도 단축할 수 있어 건조 처리가 지극히 스피드업한다. 따라서, 특히 유기 용매의 사용량을 늘리는 일 없이 건조 처리 효율이 향상함과 동시에 처리 시간도 단축할 수 있어, 기판 표면의 워터마크의 발생이 지극히 적거나, 혹은 거의 0 으로 할 수 있게 되며, 또 입자의 부착도 없어지고, 게다가 건조 처리의 스피드가 빨라지므로 입자의 재부착도 방지할 수 있게 된다.
덧붙여 상술한 양태에서는, 배관 (341) 으로부터 희석용 불활성 가스를 공급 하도록 한 것을 나타냈지만, 이 희석용 불활성 가스는 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트를 얻기 위해서는 반드시 필요한 것은 아니다. 이 경우는, 증기 발생조 (371) 와 노즐 (33) 을 결합하는 배관 (3712, 342, 3421 및 3422) 의 온도를 모두 다르도록 해 상기 식 (1) 을 만족시키도록 온도 제어해도 되며, 혹은 모두 동일한 온도 T2 로 유지하고,
T1 ≤ T2 ≤ T3
이 되도록 온도 제어해도 된다.
또한, 상기 배관 및 분사 노즐 내의 온도 T3 은 증기 발생부에 공급되는 유기 용매의 온도 T1 및 불활성 가스의 온도 T2 와 같거나, 혹은 높게 설정한다. 그것에 의해, 배관 및 분사 노즐 내에서 유기 용매의 증기가 응축하는 일이 없어지므로, 건조 가스 중 유기 용매 미스트의 지름도 커지지 않고, 덧붙여 노즐로부터 분출하기 전에 유기 용매 미스트의 표면으로부터 유기 용매의 일부가 더 기화하기 때문에, 건조 가스 중 유기 용매 미스트의 크기를 용이하게 서브마이크론 사이즈로 할 수 있다. 또, 유기 용매 증기가 배관 및 분사 노즐 내에서 응축하지 않기 때문에, 노즐로부터 IPA 의 방울이 떨어질 우려도 없다.
덧붙여 본 실시 양태에서는, 유기 용매 미스트끼리의 충돌 및 유기 용매 미스트의 기기 벽에 대한 충돌을 방지하고, 유기 용매 미스트 지름의 증대 및 미스트의 응축을 방지하기 위해서, 장치의 구성 부재를 이하와 같이 구성하는 것이 바람 직하다. 즉, 증기 발생부의 버블링 탱크는 정상부가 원추형 혹은 원호형이 되도록 한다. 또, 건조 가스 공급 배관은 단차가 적고 구경이 크며 변함없도록 한다. 또한, 증기 발생부의 버블링 노즐은 분출 지름이 작고 분사 속도가 높은 것을 사용한다.
또한, 이 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트를 포함한 건조 가스를 사용하여, 기판에 부착한 세정액이 이 미스트에 의해서 치환되는 상황을 설명한다. 도 8, 9 는 건조 처리시에 있어서의 IPA 증기와 기판과의 관계를 모식적으로 나타낸 단면도이며, 도 8 은 건조 가스가 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트를 포함하고 있지만 불활성 가스로 희석되어 있지 않은 경우를 나타내고, 도 9 는 건조 가스가 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트를 포함함과 동시에 불활성 가스로 희석되어 있는 경우를 나타낸다. 덧붙여 도 8(a), (b) 및 도 9(a), (b) 는 도 6 의「건조 2」의 공정에 해당하며, 도 8(c) 및 도 9(c) 는 도 6 의「건조 3」의 공정에 해당한다. 도 8(a) 에 나타내는 바와 같이, 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트 (액체) 와 질소 가스 N2 (기체) 와의 혼합 가스로 이루어진 건조 가스를 처리조 (15) 내에 보내 웨이퍼 (W) 사이에 공급하면, 이 건조 가스의 공급에 의해, 도 8(b) 에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 (W) 에 부착하고 있는 DIW 가 IPA 에 의해서 치환되지만, IPA 미스트가 미립화되어 많이 공급되고 있으므로, 1 개의 DIW 에 대해서 복수개의 IPA 입자가 DIW 에 부착하기 때문에, DIW 가 효율적으로 치환된다. 그 다음에, 도 8(c) 에 나타내는 바와 같이, N2 가스만을 처리조 내에 보냄으로써 IPA 를 증발시킨 다. 이 경우, 「건조 2」의 공정 (도 8(a) 및 (b)) 에서 질소 가스 N2 의 공급량이 적기 때문에, IPA 미스트의 캐리어 효과가 충분하지 않고, 서브마이크론 사이즈의 미스트를 사용함으로써 일견(一見) 양호한 건조 효과를 얻을 수 있지만, 대구경 웨이퍼의 건조에 사용했을 경우에는 약간의 잔류 DIW 의 워터마크가 남는 경우가 있다.
또, 건조 가스가 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트를 포함함과 동시에 불활성 가스로 더 희석되어 있는 경우는, 건조 가스 중 IPA 증기의 농도는 옅어지지만 IPA 미스트의 캐리어 효과가 충분해지므로, 도 9 에 나타내는 바와 같이 대량의 캐리어 가스에 의해서 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트를 웨이퍼 (W) 의 안쪽까지 연속해 균일하게 공급할 수 있게 된다. 이 대량의 캐리어 가스를 포함한 건조 가스에 의해, 서브마이크론 사이즈의 IPA 미스트가 재빠르게 DIW 에 부착함으로써, DIW 가 효율적으로 치환된다. 그 결과, 대구경 웨이퍼의 건조에 사용했을 경우에도 건조 처리 효율이 상승함과 동시에 처리 스피드가 향상하므로 처리 시간을 단축할 수 있어, 도 9(c) 에 나타내는 바와 같이 기판 W 의 표면으로부터 실질적으로 DIW 를 0, 즉 워터마크의 발생을 완전히 없앨 수 있게 된다. 덧붙여 이 도 9 에 나타낸 것은, 도 8 의 경우와 새로운 질소 가스가 혼입된 이외에는 같으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

Claims (9)

  1. 유기 용매의 증기와 불활성 가스의 혼합 가스로 이루어진 건조 가스를 기판에 분사해 기판 표면의 건조를 수행하는 기판 처리 방법에 있어서, 상기 유기 용매의 증기는 서브마이크론 사이즈의 미스트를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 가스는 증기 발생부에서 유기 용매 중에 불활성 가스를 버블링함으로써 생성한 유기 용매 증기와 불활성 가스로 이루어진 혼합 가스이며,
    상기 증기 발생부 내의 온도를 T1,
    상기 증기 발생부로부터 분사 노즐까지의 상기 유기 용매와 불활성 가스로 이루어진 혼합 가스의 온도를 T2,
    분사 노즐로부터 분출하는 건조 가스의 온도를 T3
    으로 했을 때, 이들 온도가 다음과 같은 관계가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법:
    T1 ≤ T2 ≤ T3.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 가스는 증기 발생부에서 유기 용매 중에 불활성 가스를 버블링함으로써 생성한 유기 용매 증기와 불활성 가스로 이루어진 혼합 가스를, 상기 불활성 가스와 동종의 희석 가스로 더 희석한 가스이며,
    상기 증기 발생부 내의 온도를 T1,
    상기 증기 발생부로부터 희석 가스로 희석할 때까지의 상기 혼합 가스의 온도를 T2',
    상기 희석 가스의 온도를 T4,
    상기 희석 가스로 희석한 후, 분사 노즐까지의 상기 유기 용매와 불활성 가스로 이루어진 혼합 가스의 온도를 T2",
    분사 노즐로부터 분출하는 건조 가스의 온도를 T3
    으로 했을 때, 이들 온도가 다음과 같은 관계가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법:
    T1 ≤ T2' ≤ T4 ≤ T2" ≤ T3.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 용매는 이소프로필알코올, 디아세톤알코올, 1-메톡시-2-프로판올, 에틸·글리콜, 1-프로판올, 2-프로판올, 테트라히드로푸란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종이며, 상기 불활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨으로 이루어 진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 유기 용매에 불활성 가스를 버블링함으로써 유기 용매의 증기와 불활성 가스와의 혼합 가스를 발생하는 증기 발생부와,
    처리할 복수매의 기판을 서로 같은 피치로 평행인 한편 수직인 자세로 지지하는 지지 수단과,
    상기 지지 수단에 의해서 지지되는 기판의 집합체를 수용하는 세정 처리조와,
    상기 세정 처리조의 상부 개구를 덮는 덮개와,
    상기 덮개에 설치된 분사 노즐과,
    상기 증기 발생부와 상기 분사 노즐을 연통하는 제 1 배관
    을 갖춘 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 배관 및 분사 노즐에 각각 히터를 부설하고, 상기 각 히터의 제어에 의해 상기 분사 노즐로부터 분사되는 건조 가스 중에 서브마이크론 사이즈의 유기 용매 미스트가 포함되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 증기 발생부 내의 온도를 T1,
    상기 제 1 배관 내 온도를 T2,
    상기 분사 노즐 내의 온도를 T3
    으로 했을 때, 이들 온도가 다음과 같은 관계가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치:
    T1 ≤ T2 ≤ T3.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 배관의 도중에 접속되어 상기 불활성 가스와 동종의 희석 가스를 공급하는 제 2 배관을 더 가지며,
    상기 증기 발생부 내의 온도를 T1,
    상기 제 1 배관 내의 상기 증기 발생부로부터 상기 제 2 배관과의 접속점까지의 온도를 T2',
    상기 제 2 배관 내의 온도를 T4,
    상기 제 1 배관 내의 상기 제 2 배관과의 접속점으로부터 상기 노즐까지의 온도를 T2",
    상기 분사 노즐 내의 온도를 T3
    으로 했을 때, 이들 온도가 다음과 같은 관계가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치:
    T1 ≤ T2' ≤ T4 ≤ T2" ≤ T3.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 배관과 제 2 배관과의 접속점의 하류에서, 상기 분사 노즐의 상류에 스태틱 믹서를 설치하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 용매는 이소프로필알코올, 디아세톤알코올, 1-메톡시-2-프로판올, 에틸·글리콜, 1-프로판올, 2-프로판올, 테트라히드로푸란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종이며, 상기 불활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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