KR20170077031A - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체 Download PDF

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쇼이치로 히다카
슈헤이 다카하시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 기판의 개체차에 영향을 받지 않고, 적절한 건조 코어를 확실하게 형성하는 것을 목적으로 한다.
용제 노즐(412)로부터 회전하고 있는 기판의 중심부에 유기 용제를 공급하여, 기판 표면에 유기 용제의 액막을 형성하고, 그 후, 유기 용제의 공급을 정지한다. 그 후, 회전하고 있는 기판의 중심부에 있는 유기 용제의 액막의 두께가 미리 정해진 값까지 감소한 것이 비접촉식의 막 두께 센서(22)에 의해 검출되면, 건조 가스 공급부에 가스 노즐(421)에의 건조 가스의 공급을 개시시키거나, 가스 노즐에의 상기 건조 가스의 공급량을 증대시킨다. 회전하고 있는 상기 기판의 중심부를 향하여 가스 노즐로부터 토출되는 가스에 의해, 기판의 중심부에 있는 유기 용제를 기판의 둘레 가장자리측을 향하여 밀어낸다. 이에 의해, 적절한 건조 코어(CD)를 확실하게 형성할 수 있다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING METHOD, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은 기판에 처리액을 공급하여 액처리를 행한 후에 유기 용제를 이용하여 건조를 행하기 위한 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에는, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 웨트 에칭 처리 또는 약액 세정 처리 등의 액처리가 실시된다. 이러한 액처리를 행할 때에, 약액 처리 공정 및 린스 공정이 행해진 후에, 건조에 앞서 기판 상의 순수가 고휘발성 또한 저표면 장력의 유기 용제, 예컨대 이소프로필알코올(IPA)로 치환된다. 마지막으로, IPA를 기판 상으로부터 제거함으로써, 기판이 건조한다.
기판의 중심부에 있는 IPA에는 원심력이 거의 가해지지 않기 때문에, 기판 중심부에의 IPA의 공급을 정지한 후에, 소정의 시점에서, 기판의 중심부에 건조 가스로서의 질소 가스를 공급함으로써, 기판의 중심부에 건조 코어(원형의 초기 건조 영역)를 형성하는 것이 행해진다. 그러나, 기판의 개체차의 영향으로, 일정 시점에서 건조 가스를 공급한 것으로는, 적절한 건조 코어가 형성되지 않아, 건조를 잘 할 수 없는 경우가 있다.
일본 특허 공개 제2010-045389호(특허 제5608801호)
본 발명은 기판의 개체차에 영향을 받지 않고, 기판을 건조할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판을 유지하여 회전시키는 기판 유지부와, 상기 기판에 유기 용제를 공급하는 용제 노즐과, 상기 기판을 향하여 건조 가스를 토출하는 가스 노즐과, 상기 가스 노즐에 상기 건조 가스를 공급하는 건조 가스 공급부와, 상기 기판의 표면에 존재하는 상기 유기 용제의 액막의 막 두께를 검출하는 비접촉식의 막 두께 센서와, 상기 용제 노즐이 상기 기판의 중심부에 상기 유기 용제의 공급을 정지한 후에, 상기 기판의 표면 중심의 액막의 막 두께가 미리 정해진 값까지 감소하였을 때에, 상기 건조 가스 공급부에 상기 가스 노즐에의 상기 건조 가스의 공급을 개시시키거나, 혹은 상기 가스 노즐에의 상기 건조 가스의 공급량을 증대시키는 제어 신호를 발생시키는 제어부를 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 기판을 회전시키는 것과, 용제 노즐로부터 회전하고 있는 상기 기판의 중심부에 상기 유기 용제를 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 유기 용제의 액막을 형성하는 것과, 그 후, 회전하고 있는 상기 기판의 중심부에의 상기 유기 용제의 공급을 정지하는 것과, 그 후, 회전하고 있는 상기 기판의 중심부에 있는 상기 유기 용제의 액막의 두께가 미리 정해진 값까지 감소한 것이 비접촉식의 막 두께 센서에 의해 검출되었을 때에, 건조 가스 공급부에 가스 노즐에의 건조 가스의 공급을 개시하거나, 혹은 상기 가스 노즐에의 상기 건조 가스의 공급량을 증대시키고, 이에 의해, 회전하고 있는 상기 기판의 중심부를 향하여 상기 가스 노즐로부터 토출되는 건조 가스에 의해, 상기 기판의 중심부에 있는 상기 유기 용제를 상기 기판의 둘레 가장자리측을 향하여 밀어내는 것을 포함한 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 기판 처리 장치의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터에 의해 실행되었을 때에, 상기 컴퓨터가 상기 기판 액처리 장치를 제어하여 상기 기판 처리 방법을 실행시키는 프로그램이 기록된 기억 매체가 제공된다.
상기 실시형태에 따르면, 기판 중심부 상에 있는 유기 용제의 액막을 실측하고, 그 결과에 기초하여 건조 가스의 토출 개시 시점을 결정하기 때문에, 기판의 개체차 등에 영향을 받는 일없이, 건조를 행할 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치의 일 실시형태인 기판 처리 시스템의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는 상기 기판 처리 시스템에 포함되는 처리 유닛의 개략 평면도이다.
도 3은 상기 처리 유닛의 개략 종단면도이다.
도 4는 유기 용제 및 건조 가스의 웨이퍼에의 공급을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 유기 용제 및 건조 가스의 웨이퍼에의 공급을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 유기 용제 및 건조 가스의 웨이퍼에의 공급을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 유기 용제 및 건조 가스의 웨이퍼에의 공급을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 건조 가스의 토출 개시 시점과 처리 결과에 대해서 설명하기 위한 개략도이다.
도 9는 건조 가스의 토출 개시 시점과 처리 결과에 대해서 설명하기 위한 개략도이다.
도 10은 건조 가스의 토출 개시 시점과 처리 결과에 대해서 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 처리 유닛 내에서 행해지는 처리 공정을 나타내는 흐름도이다.
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, 반입반출 스테이션(2)과, 처리 스테이션(3)을 구비한다. 반입반출 스테이션(2)과 처리 스테이션(3)은 인접하여 마련된다.
반입반출 스테이션(2)은, 캐리어 배치부(11)와, 반송부(12)를 구비한다. 캐리어 배치부(11)에는, 복수매의 기판, 본 실시형태에서는 반도체 웨이퍼[이하 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 웨이퍼 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(13)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 연직축을 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 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 웨이퍼 유지 기구를 구비한다. 또한, 기판 반송 장치(17)는, 수평 방향 및 연직 방향으로의 이동 및 연직축을 중심으로 하는 선회가 가능하고, 웨이퍼 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 정해진 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, 반입반출 스테이션(2)의 기판 반송 장치(13)가, 캐리어 배치부(11)에 배치된 캐리어(C)로부터 웨이퍼(W)를 취출하고, 취출된 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 처리가 끝난 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 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
처리 유닛(16)은, 챔버(처리 유닛 하우징)(20)를 가지며, 이 챔버(20) 내에는, 기판 유지 기구(30)와, 처리 유체 공급부(40)와, 컵(50)이 마련되어 있다. 챔버(20)의 천장부에는, 청정 공기 등의 청정 가스를 하향으로 분출하는 팬 필터 유닛(FFU)(21)이 마련되어 있다.
기판 유지 기구(30)는, 유지부(31)와, 회전축(32)과, 구동부(33)를 구비한다. 유지부(31)는, 웨이퍼(W)를 수평으로 유지할 수 있다. 구동부(33)는, 회전축(32)을 통해 유지부(31)를 회전시키고, 이에 의해, 유지부(31)에 유지된 웨이퍼(W)를 연직 방향 축선 둘레로 회전시킨다.
처리 유체 공급부(40)는, 제1 노즐 아암(41)(제1 노즐 이동 기구)과, 제2 노즐 아암(42)(제2 노즐 이동 기구)을 갖는다.
제1 노즐 아암(41)의 선단부에는, 희불산(DHF), SC-1 등의 약액과, 린스액, 구체적으로는 예컨대 순수(DIW)를 공급하는 처리액 노즐(411)과, 용제 노즐(412)이 마련되어 있다. 용제 노즐(412)은, DIW보다 표면 장력이 낮고, 또한, DIW보다 고휘발성인 유기 용제, 여기서는 IPA(이소프로필알코올)를 토출한다. 약액과 린스액이 별도의 노즐로부터 공급되게 되어 있어도 좋다.
제2 노즐 아암(42)의 선단부에는, 가스 노즐(421)이 마련되어 있다. 가스 노즐(421)은, 건조 가스(건조용 가스)로서, 클린룸 내의 공기보다 저습도의 가스(바람직하게는 클린룸 내의 공기보다 저습도이며 또한 저산소 농도의 가스), 여기서는 질소 가스를 토출한다.
제1 노즐 아암(41)은, 아암 구동 기구(414)에 의해, 연직 방향 축선 둘레로 선회 가능하고[도 2의 화살표(M1)], 또한, 연직 방향으로 승강 가능하다. 제1 노즐 아암(41)을 선회시킴으로써, 제1 노즐 아암(41)에 마련된 처리액 노즐(411) 및 용제 노즐(412)을 웨이퍼(W) 중심부의 상방의 위치[혹은 웨이퍼(W) 중심의 직상의 위치]와 웨이퍼(W) 둘레 가장자리부의 상방의 위치 사이의 임의의 위치에 위치시킬 수 있다.
제2 노즐 아암(42)은, 아암 구동 기구(424)에 의해, 연직 방향 축선 둘레로 선회 가능하고[도 2의 화살표(M2)], 또한, 연직 방향으로 승강 가능하다. 제2 노즐 아암(42)을 선회시킴으로써, 제2 노즐 아암(42)에 마련된 가스 노즐(421)을 웨이퍼(W) 중심부의 상방의 위치와 웨이퍼(W) 둘레 가장자리부의 상방의 위치 사이의 임의의 위치에 위치시킬 수 있다.
처리 유닛(16)의 천장부[FFU(21)의 하면 중앙부]에는, 웨이퍼(W) 중심부에 있는 액막의 두께를 측정하기 위한 비접촉식의 막 두께 센서(22)가 마련되어 있다. 본 발명의 실시형태에서는, 막 두께 센서(22)는, 웨이퍼(W)의 중심부의 직상에 배치되어 있다. 그리고, 이 막 두께 센서(22)는, 예컨대 레이저 변위계, 또는, 분광 간섭법을 이용한 막 두께 측정 장치로 구성할 수 있다. 막 두께 센서(22)의 설치 위치는, 웨이퍼(W) 중심부에 있는 액막의 두께를 측정할 수 있는 한에서 임의적이지만, 막 두께 센서(22)를 처리 유닛(16)의 천장부, 특히 FFU(21)의 하면 중앙부에 마련하는 것이, 막 두께 센서(22)를 처리액의 분위기로부터 보호하는 관점에서 바람직하다.
레이저 변위계를 이용하는 경우에는, 예컨대, 웨이퍼(W) 상에 처리액이 존재하지 않을 때[예컨대 웨이퍼(W)에 최초로 액이 공급되기 전]에 레이저 변위계로부터 웨이퍼(W) 표면까지의 거리를 측정해 두고, 웨이퍼(W) 상에 처리액이 존재할 때에 측정된 레이저 변위계로부터 웨이퍼(W) 표면 상의 액막 표면까지의 거리의 차를, 액막의 두께로서 검출할 수 있다(제1 방법). 분광 간섭법을 이용한 막 두께 측정 장치를 이용하는 경우에는, 광파장 대역의 검출광이 액막으로 덮힌 표면에 조사되어, 액막 두께에 따라 변화하는 간섭 스펙트럼을 해석함으로써, 막 두께를 측정할 수 있다(제2 방법). 이하의 설명에서는, 기재의 간략화를 위해, 레이저 변위계를 이용한 경우에 대해서 설명하는 것으로 한다.
웨이퍼(W)의 중심부의 직상에 위치하는 막 두께 센서(22)로부터 출사된 레이저 광이 웨이퍼(W)의 중심부에 입사하고, 또한, 웨이퍼(W)의 중심부에서 반사된 레이저 광이 막 두께 센서(22)로 되돌아갈 때의 레이저 광의 광로를 가스 노즐(421)이 차단하는 일이 없도록, 가스 노즐(421)을 웨이퍼(W)의 중심의 직상으로부터 벗어난 위치에 두는 것이 바람직하다. 한편으로, 웨이퍼(W)의 중심부의 직상으로부터 벗어난 위치에 있는 가스 노즐(421)은, 막 두께 센서(22)에 의해 가스 토출을 개시시키는 최적의 시점이 도래한 것이 검출되었다면 즉시, 웨이퍼(W)의 중심부를 향하여 질소 가스를 토출할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 2가지 요구를 만족시키기 위해서는, 가스 노즐(421)을 기울여 제2 노즐 아암(42)에 부착하는 것이 바람직하다. 즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 가스 노즐(421)이 질소 가스의 토출을 대기하고 있을 때에, 가스 노즐(421)의 토출구의 축선(AN)이 웨이퍼(W)의 회전 중심 축선(AR)과 웨이퍼(W)의 표면(WS) 상에서 교차하도록 가스 노즐(421)을 제2 노즐 아암(42)에 부착하는 것이 바람직하다.
제1, 제2 노즐 아암(41, 42)은, 전술한 바와 같은 스윙 모션(선회 운동) 타입의 것에 한정되지 않고, 노즐을 수평 방향으로 직선적으로 병진 운동시키는 리니어 모션(직동) 타입의 것이어도 좋다. 제1, 제2 노즐 아암(41, 42)에, 전술한 노즐(411, 412, 421) 이외의 노즐이 마련되어 있어도 좋다.
액받이 컵(50)은 기판 유지 기구(30)를 둘러싸고, 노즐(411, 412)로부터 회전하는 웨이퍼(W)에 공급된 후에 웨이퍼(W)로부터 뿌려진 액을 회수한다.
각 노즐(411, 412, 421)에는, 대응하는 처리 유체 공급부[약액 공급부(711A), 린스액 공급부(711B), 유기 용제 공급부(712), 건조 가스 공급부(721)]로부터 처리 유체(액 또는 가스)가 공급된다. 도시는 생략하지만, 각 처리 유체 공급부는, 탱크, 봄베, 공장 용력 공급원 등으로 이루어지는 처리 유체 공급원과, 처리류 유체 공급원과 대응하는 노즐을 접속하는 처리 유체 라인과, 처리 유체 라인에 개재된 개폐 밸브, 유량 조정 밸브 등의 유량 조정 기기로 구성되어 있다.
다음에, 처리 유닛(16)의 동작에 대해서, 도 2∼도 11을 참조하여 설명한다. 이하에 설명하는 처리 유닛(16)의 동작은, 기억부(19)(도 1을 참조)에 저장된 프로세스 레시피를 참조하면서 기억부(19)에 저장된 제어 프로그램을 실행함으로써, 제어 장치(4)의 제어부(18)가 처리 유닛(16)의 여러 가지 구성 요소(노즐 아암, 처리 유체 공급부 등)에 제어 신호를 송신하여 제어함으로써, 자동적으로 실행된다.
먼저, 기판 반송 장치(17)(도 1 참조)에 의해 처리 유닛(16)의 챔버(20) 내에 웨이퍼(W)가 반입되고, 웨이퍼(W)가 기판 유지 기구(30)의 유지부(31)에 의해 수평으로 유지된다. 계속해서, 기판 유지 기구(30)의 구동부(33)에 의해, 유지부(31)에 의해 유지된 웨이퍼(W)가 연직 축선 둘레로 회전된다. 이 웨이퍼(W)의 회전은 이 웨이퍼(W)에 대한 일련의 처리 공정이 종료할 때까지 계속한다. 또한, 이하의 작용의 설명에 있어서, 노즐(411, 412, 421)의 이동은, 대응하는 노즐 아암(41, 42)을 선회시킴으로써 실현된다.
[약액 처리 공정]
처리액 노즐(411)을, 홈 포지션으로부터 이동시켜, 웨이퍼(W)의 중심의 직상의 위치에 위치시킨다. 이 상태로, 처리액 노즐(411)로부터 약액을 토출하여, 웨이퍼(W)에 대하여 약액 세정 처리 또는 에칭 처리 등의 약액 처리를 실시한다(도 11의 단계 S101).
[린스 공정]
다음에, 처리액 노즐(411)로부터 린스액으로서의 DIW를 토출하여, 약액 처리에서 이용한 약액 및 반응 생성물을 웨이퍼(W)의 표면으로부터 씻어낸다(도 11의 단계 S102).
[용제 치환 공정]
계속해서, 처리액 노즐(411)에 인접한 용제 노즐(412)을 웨이퍼(W)의 중심의 직상의 위치에 위치시킨다. 이 상태로 용제 노즐(412)로부터 IPA를 토출하여, 웨이퍼(W)의 중심부에 IPA를 공급한다(도 11의 단계 S103). 공급된 IPA는 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리를 향하여 퍼져 간다. IPA를 웨이퍼(W)의 중심부를 향하여 공급을 개시하고 나서 미리 정해진 시간이 경과한 후에, 웨이퍼(W) 표면 상에의 IPA의 착액 지점이 서서히 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리를 향하여 이동하도록, 용제 노즐(412)을 웨이퍼(W) 둘레 가장자리의 상방의 위치를 향하여 이동시켜 간다. 이 용제 노즐(412)의 이동에 따라, 웨이퍼(W) 중심부에의 IPA의 공급은 정지되게 된다(도 11의 단계 S104).
[건조 공정]
도 4에 나타내는 바와 같이, 용제 노즐(412)이 웨이퍼(W)의 표면(WS)의 중심(WC)의 직상의 위치로부터 웨이퍼(W)의 중심부를 향하여 IPA를 토출하고 있을 때에, 가스 노즐(421)을 담지하는 제2 노즐 아암(42)이 처리액 노즐(411) 및 용제 노즐(412)을 담지하는 제1 노즐 아암(41)에 접촉하지 않도록 하면서, 가스 노즐(421)을 웨이퍼(W)의 중심(WC)의 직상의 위치의 근방까지 이동시켜 둔다.
이때, 가스 노즐(421)의 축선[토출구의 축선(AN)]은, 웨이퍼(W)의 중심(WC)을 통과하는 것이 바람직하다. 또한, 이 시점에서, 가스 노즐(421)의 축선이 웨이퍼(W)의 중심(WC)을 통과하도록 가스 노즐(421)을 위치시키는 것이 곤란한 경우(예컨대 노즐 아암의 형상 치수를 이유로 노즐 아암끼리가 충돌하는 경우), 용제 노즐(412)이, 웨이퍼(W)의 중심(WC)의 직상의 위치로부터 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리측을 향하여 이동을 시작한 후에, 축선(AN)이 웨이퍼(W)의 중심(WC)을 통과하는 위치에 가스 노즐(421)을 위치시켜도 좋다.
용제 노즐(412)이, 웨이퍼(W)의 중심(WC)의 직상의 위치로부터 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리측을 향하여 이동하고, 용제 노즐(412) 및 제1 노즐 아암(41)이 막 두께 센서(22)를 이루는 레이저 변위계의 레이저 광의 광로(LB)[이것은 웨이퍼(W)의 회전 중심 축선(AR)과 일치하고 있음]를 벗어나면 즉시, 막 두께 센서(22)가 레이저 광의 조사를 개시하여, 웨이퍼(W)의 표면(WS)의 중심(WC) 상에서의 IPA의 액막의 두께(TL)의 측정이 개시된다(도 5 참조)(도 11의 단계 S105).
또한, 용제 노즐(412)이 웨이퍼(W)의 중심(WC)의 직상의 위치로부터 멀어진 후, 용제 노즐(412)이 웨이퍼의 둘레 가장자리의 직상의 위치에 도달하기까지의 동안에, 용제 노즐(412)로부터 IPA가 계속적으로 토출된다(용제 치환 공정의 설명을 참조). 전술한 바와 같이, 용제 노즐(412)이 웨이퍼(W)의 중심(WC)의 직상의 위치로부터 멀어짐으로써, 웨이퍼(W)의 중심(WC)에의 IPA의 공급은 정지되게 된다. 용제 노즐(412)이 웨이퍼(W)의 중심(WC)의 직상의 위치로부터 멀어진 후에, 웨이퍼(W)의 표면(WS)의 중심(WC)보다 외측의 영역에서는 IPA가 원심력에 의해 외측으로 흘러가, 그 결과로서, 웨이퍼(W)의 표면(WS)의 중심(WC) 위에 존재하는 IPA의 막 두께도 서서히 감소해 간다.
막 두께 센서(22)에 의한 액막의 두께(TL)의 측정값이 미리 정해진 값(예컨대 수 10∼200 미크론 정도)으로 감소하였을 때에(도 11의 단계 S106의 YES), 제어 장치(4)(도 1 참조)는, 건조 가스 공급부(721)에 제어 신호를 보내어, 건조 가스 공급부(721)에 포함되는 도시하지 않는 개폐 밸브를 개방시킨다. 이에 의해, 건조 가스 공급부(721)로부터 가스 노즐(421)에 질소 가스가 보내져, 가스 노즐(421)로부터 질소 가스의 분사(토출)가 개시된다. 분사된 질소 가스는, 웨이퍼(W)의 중심(WC) 부근에 있는 IPA의 액막을 외측으로 밀어내고, 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면(WS)의 중심부에 「건조 코어(원형의 초기 건조 영역)」(DC)가 형성된다(도 6 참조)(도 11의 단계 S107). 또한, 액막의 두께(TL)의 상기 「미리 정해진 값」은, 실험에 의해 구할 수 있다.
그 후, 가스 노즐(421)의 축선(AN)과 웨이퍼(W)의 표면(WS)의 교점이, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리를 향하여 이동하도록, 질소 가스를 분사하고 있는 가스 노즐(421)을 움직여 간다. 이때, 가스 노즐(421)의 축선(AN)과 웨이퍼(W)의 표면(WS)의 교점과 웨이퍼(W)의 중심(WC) 사이의 거리가, 웨이퍼(W)의 표면(WS) 상에서의 용제 노즐(412)로부터의 IPA의 착액점(着液点)과 중심(WC) 사이의 거리보다 항상 작아지는 관계를 유지하면서, 용제 노즐(412) 및 가스 노즐(421)을 웨이퍼(W) 둘레 가장자리를 향하여 움직여 간다. 가스 노즐(421)의 이동에 따라, 원형의 건조 영역이 서서히 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리를 향하여 넓어져서, 최종적으로 웨이퍼(W)의 표면 전체가 건조한다(도 11의 단계 S108).
이하에 제어부(18)가, 질소 가스의 적절한 토출 개시 신호를 송신하는 시점에 대해서, 도 8∼도 10을 참조하여 설명한다.
도 8은 제어부(18)가 토출을 개시시키는 적합한 시점보다 늦은 시점에[즉, 액막의 두께(TL)가 지나치게 얇아진 후에] 질소 가스의 토출을 개시시켰을 때의 상황을 개략적으로 나타내고 있다. 이 경우, 질소 가스에 의해 IPA가 압출되기 전에 IPA가 자연 건조해 버려, IPA에 포함되는 불순물이 기판의 표면에 잔사로서 남아, 디펙트의 원인이 된다.
도 9는 제어부(18)가 토출을 개시시키기 적합한 시점보다 이른 시점에[즉, 액막의 두께(TL)가 아직 두꺼운 시점에] 질소 가스의 토출을 개시시켰을 때의 상황을 개략적으로 나타내고 있다. 이 경우, IPA액의 액막 중에 소용돌이(도면 중 화살표를 참조)가 생기며, 또한, IPA의 액적(LD)이 비산할 우려도 있다. 액적(LD)이 질소 가스를 토출하고 있는 노즐에 부착된 후에 기판의 표면에 낙하하면, 디펙트의 원인이 된다. 또한, IPA의 액막 중에 소용돌이가 생기면, IPA가 웨이퍼 둘레 가장자리를 향하여 원활하게 흐르지 않아, IPA에 포함되는 불순물이 웨이퍼 표면의 중앙부에 잔사로서 남을 가능성이 있다. 이러한 잔사는, 디펙트의 원인이 된다.
도 10은 제어부(18)가 적합한 시점에[즉, 액막의 두께(TL)가 적절한 시점에] 질소 가스의 토출을 개시하였을 때의 상황을 개략적으로 나타내고 있다. 이 경우, IPA는, 질소 가스의 압력에 의해 균일하게 웨이퍼 둘레 가장자리를 향하여 압출되고 있으며, 웨이퍼(W)의 중심부에 적절한 건조 코어(DC)가 형성되어 있다. 따라서, IPA에 불순물이 포함되어 있었다고 해도, 불순물은 IPA와 함께 웨이퍼 둘레 가장자리까지 흘러가, 웨이퍼 표면 상에는 잔류하지 않는다. 또한, IPA의 액튐도 생기지 않았다.
도 10에 나타내는 바와 같이 적절한 건조 코어가 일단 형성되어 버리면, 원형의 건조 영역을 넓혀 가는 것은 비교적 용이하게 할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 적절한 시점에 질소 가스의 토출을 개시하여 적절한 건조 코어(DC)를 형성함으로써, 디펙트를 발생시키는 일없이, 웨이퍼(W)를 적절하게 건조시킬 수 있다.
종래 장치에 있어서는, 질소 가스의 토출을 개시시키는 시점은 처리 대상인 웨이퍼의 설계상의 표면 상태(예컨대 패턴의 설계상의 형상)마다, 트라이 앤드 에러에 의해 결정된다. 이 작업에는 다대한 공정수가 필요하다. 또한, 동일한 표면 상태가 되도록 처리되어 있어야 하는 웨이퍼라도, 개개의 웨이퍼의 표면 상태가 허용 범위 내에서 불균일한 경우도 있다. 표면 상태가 변화하면, 기판 중심부에의 IPA의 공급 정지 후의 IPA 액막 두께의 경시 감소 경향도 변화하여, 질소 가스의 토출을 개시시키는 최적의 시점도 변화해 버린다. 이 때문에, 상기 트라이 앤드 에러에 의해 결정된 질소 가스의 토출을 개시시키는 시점을 각 웨이퍼에 일률적으로 적용하는 종래의 장치에는, 건조 조건의 최적화에 관해서 개선의 여지가 있었다.
그러나, 상기 실시형태에 따르면, 웨이퍼(W)의 중심부 상에 있는 IPA의 액막의 두께를 비접촉식의 막 두께 센서(22)로 실측하고, 그 결과에 기초하여 건조 가스의 토출을 개시시키는 시점을 결정하기 때문에, 웨이퍼(W)의 개체차(패턴의 깊이의 고체차 등) 등에 영향을 받는 일없이, 적절한 건조 코어를 확실하게 형성할 수 있다. 이 때문에 디펙트를 발생시키는 일없이, 웨이퍼(W)를 적절하게 건조시킬 수 있다.
상기 실시형태에서는, 막 두께 센서(22)에 의한 액막의 두께(TL)의 측정값이 미리 정해진 값으로 감소하였을 때에 가스 노즐(421)로부터 웨이퍼 중심부에의 질소 가스의 토출을 정지 상태로부터 개시하였지만, 이것에 한정되지는 않는다. 액막의 두께(TL)의 측정값이 미리 정해진 값으로 감소하기 전의 시점, 예컨대, 용제 노즐(412)로부터 웨이퍼 중심부에의 IPA의 공급이 정지된 시점 혹은 이보다 약간 전의 시점으로부터, 가스 노즐(421)로부터 웨이퍼 중심부에 소(小)유량(IPA 액막에 영향을 미치지 않을 정도의 소유량)으로 질소 가스의 토출을 개시하고, 막 두께 센서(22)에 의한 액막의 두께(TL)의 측정값이 미리 정해진 값으로 감소하였을 때에, 가스 노즐(421)로부터의 질소 가스의 토출 유량을 증대시켜도 좋다. 즉, 막 두께 센서(22)에 의한 액막의 두께(TL)의 측정값이 미리 정해진 값으로 감소하였을 때에, 전술한 바와 같은 적절한 건조 코어(DC)가 형성되는 유량으로, 가스 노즐(421)로부터 질소 가스가 토출되도록 되어 있으면 된다.
또한, 상기 건조 코어(DC)가 형성된 후, 가스 노즐(421)의 위치를 고정한 채로, 가스 노즐(421)로부터 질소 가스를 웨이퍼(W)의 중심(WC)을 향하여 계속해서 토출시켜도 좋다. 용제 노즐(412)이 웨이퍼(W)의 중심(WC)의 직상의 위치로부터 멀어진 후, 용제 노즐(412)로부터의 IPA의 토출을 정지하여도 좋다. 이러한 경우라도, 액막의 두께(TL)가 미리 정해진 값으로 감소하였을 때에 가스 노즐(421)로부터의 질소 가스의 분사를 개시함으로써, 상기와 동일한 효과가 얻어진다.
가스 노즐(421)로부터 건조 가스 공급부(721)의 도시하지 않는 개폐 밸브(솔레노이드 밸브 또는 에어 오퍼레이트 밸브로 이루어짐)에 밸브 개방 지령 신호가 송신되고 나서 그 개폐 밸브가 개방하여 실제로 가스 노즐(421)로부터 질소 가스가 토출될 때까지는 어느 정도의 타임래그가 있다. 이 때문에, IPA의 막 두께의 경시 감소 커브(이러한 커브는 실험에 의해 구할 수 있음)에 기초하여, IPA의 막 두께가 전술한 「미리 정해진 값」보다 약간 큰 값까지 감소한 것이 검출되었을 때에, 제어 장치(4)(도 1 참조)가 건조 가스 공급부(721)의 개폐 밸브에 밸브 개방 지령 신호를 보내어도 좋다. 바꾸어 말하면, 타임래그를 예측하여, 전술한 「미리 정해진 값」을 약간 큰 값으로 설정하여도 상관없다.
가스 노즐(421)이, 경사진 하방이 아니라 직하에 질소 가스를 토출하여도 좋다. 이 경우, 막 두께 센서(22)에 의해 검출된 웨이퍼(W)의 중심(WC) 상의 IPA의 막 두께가 미리 정해진 값으로 감소하였을 때, 가스 노즐(421)을 즉시 웨이퍼(W)의 중심(WC)의 직상에 위치시키고, 그 후 즉시 질소 가스의 토출을 개시하면 좋다. 또한 이때, IPA의 막 두께의 경시 감소 커브(이러한 커브는 실험에 의해 구할 수 있음)에 기초하여, IPA의 막 두께가 전술한 「미리 정해진 값」보다 약간 큰 값까지 감소한 것이 검출되었을 때에, 가스 노즐(421)을 즉시 웨이퍼(W)의 중심(WC)의 직상에 위치시키고, 그 후 즉시 질소 가스의 토출을 개시하여도 좋다.
막 두께 센서(22)를 이루는 레이저 변위계의 레이저 광의 광로(LB)는, 웨이퍼(W)의 회전 중심 축선(AR)과 완전히 일치할 필요는 없다[즉 웨이퍼(W)의 중심(WC)을 통과할 필요는 없다]. 막 두께 센서(22)는, 웨이퍼(W)의 중심(WC)의 근방에서의 IPA의 액막을 측정하는 것이어도 좋다.
유기 용제는 IPA에 한정되는 것이 아니며, 린스액보다 휘발성이 높고 표면 장력이 낮은 IPA 이외의 유기 용제를 이용하는 것도 가능하다. 건조 가스는 질소 가스에 한정되는 것이 아니며, 웨이퍼(W)의 표면 및 유기 용제에 악영향을 부여하지 않는 임의의 가스, 예컨대 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 이용하는 것도 가능하다.
상기 실시형태에 따르면, 처리 대상인 기판은 반도체 웨이퍼이지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 유리 기판, 세라믹 기판 등, 다른 종류의 기판이어도 좋다.
W: 기판(반도체 웨이퍼)
4: 제어 장치
22: 막 두께 센서
30: 기판 유지부
412: 용제 노즐
421: 가스 노즐

Claims (11)

  1. 기판을 유지하여 회전시키는 기판 유지부와,
    상기 기판에 유기 용제를 공급하는 용제 노즐과,
    상기 기판을 향하여 건조 가스를 토출하는 가스 노즐과,
    상기 가스 노즐에 상기 건조 가스를 공급하는 건조 가스 공급부와,
    상기 기판의 표면에 존재하는 상기 유기 용제의 액막의 막 두께를 검출하는 비접촉식의 막 두께 센서와,
    상기 막 두께 센서가 검출한 값에 기초하여 상기 건조 가스 공급부로부터의 가스 공급량을 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 용제 노즐이 상기 기판의 중심부에 상기 유기 용제의 공급을 정지한 후에, 상기 기판의 표면 중심의 상기 유기 용제의 액막의 막 두께가 미리 정해진 값까지 감소하였을 때에, 상기 가스 노즐로부터 상기 기판의 중심부에의 상기 건조 가스의 공급량을 증대시키는 제어 신호를 발생시키는 것인 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 건조 가스의 공급량을 증대시키는 것은, 건조 가스의 공급을 정지 상태로부터 개시하는 것인 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 건조 가스의 공급량을 증대시키는 것은, 건조 가스의 공급량을 소(小)유량으로부터 증대하는 것인 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 노즐은, 상기 건조 가스의 토출의 개시 후, 상기 기판의 둘레 가장자리측을 향하여 이동하거나, 혹은 상기 건조 가스의 토출을 개시한 위치에 머무는 것인 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판의 중심부에의 상기 유기 용제의 토출의 정지는, 상기 용제 노즐로부터의 상기 유기 용제의 토출을 정지하는 것, 혹은 상기 용제 노즐을 상기 기판의 둘레 가장자리측을 향하여 이동시킴으로써 행해지는 것인 기판 처리 장치.
  6. 기판을 회전시키는 공정과,
    용제 노즐로부터 회전하고 있는 상기 기판의 중심부에 유기 용제를 공급하여, 상기 기판의 표면에 상기 유기 용제의 액막을 형성하는 공정과,
    그 후, 회전하고 있는 상기 기판의 중심부에의 상기 유기 용제의 공급을 정지하는 공정과,
    그 후, 회전하고 있는 상기 기판의 중심부에 있는 상기 유기 용제의 액막이 남아 있으며, 또한 액막의 두께가 미리 정해진 값까지 감소한 것이 비접촉식의 막 두께 센서에 의해 검출되었을 때에, 가스 노즐로부터의, 회전하고 있는 상기 기판의 중심부를 향한 건조 가스의 공급량을 증대시키는 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 건조 가스의 공급량을 증대시키는 공정은, 건조 가스의 공급을 정지 상태로부터 개시하는 것인 기판 처리 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 건조 가스의 공급량을 증대시키는 공정은, 건조 가스의 공급량을 소유량으로부터 증대하는 것인 기판 처리 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 가스 노즐은, 상기 건조 가스의 토출의 개시 후, 상기 기판의 둘레 가장자리측을 향하여 이동하거나, 혹은 상기 건조 가스의 토출을 개시한 위치에 머무는 것인 기판 처리 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 기판의 중심부에의 상기 유기 용제의 토출의 정지는, 상기 용제 노즐로부터의 상기 유기 용제의 토출을 정지하는 것, 혹은 상기 용제 노즐을 상기 기판의 둘레 가장자리측을 향하여 이동시킴으로써 행해지는 것인 기판 처리 방법.
  11. 기판 처리 장치의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터에 의해 실행되었을 때에, 상기 컴퓨터가 상기 기판 처리 장치를 제어하여 제6항에 기재된 기판 처리 방법을 실행시키는 프로그램이 기록된 기억 매체.
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