KR20180059772A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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마사미 야마시타
요시유키 혼다
유키 요시다
요스케 카와부치
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

처리실(81, 201) 내의 기판 유지부(89, 204)에 의해 유지된 기판(W)의 가장자리보다 외측의 위치에, 가스를 분사하는 가스 분사구(74, 205)를 마련한다. 가스 분사구(74, 205)로부터 분사된 가스는, 기판 유지부에 의해 유지된 기판의 제 1 면(표면)을 따르는 방향으로 흐르는 가스의 흐름을 형성한다. 가스의 흐름을 타고, 승화한 승화성 물질의 가스 및 가스에 포함되는 이물질이 기판의 근방으로부터 제거된다. 가스는, 가열부(88, 203)로부터 기판으로의 전열 매체로서도 작용한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
본 발명은 기판에 부착시킨 승화성 물질을 승화시키는 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 시에, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 약액을 공급함으로써, 웨트 에칭 처리 또는 세정 처리 등의 약액 처리가 행해진다. 약액 처리 후, 린스 처리 및 털기 건조 처리가 행해진다. 기판에 형성되는 패턴의 미세화 및 고 애스펙트화에 수반되어, 건조 시에 패턴 오목부 내로부터 나가려고 하는 액의 표면 장력에 의해 패턴이 도괴될 우려가 높아지고 있다. 이 문제에 대응하기 위하여, 최근에는 린스 처리 후에 승화성 물질을 이용한 건조 처리가 행해지고 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조). 승화성 물질을 이용한 건조 처리는, 패턴 오목부 내를 채우는 린스액 또는 용제를 승화성 물질 용액에 의해 치환하는 공정과, 승화성 물질 용액을 고체화시키는 공정과, 승화성 물질을 승화시키는 공정을 포함한다.
상기의 승화 공정 또는 그 직후에, 기판으로부터 일단 이탈한 승화성 물질에 유래하는 이물질이 부착 또는 재부착함으로써 기판 표면이 오염되는 경우가 있다.
일본특허공개공보 2012-243869호
본 발명은, 승화 공정 시 또는 그 직후에 기판으로부터 일단 이탈한 승화성 물질에 유래하는 이물질에 의해 기판이 오염되는 것을 방지하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일실시 형태에 따르면, 승화성 물질이 도포된 제 1 면과, 그 반대측의 제 2 면을 가지는 기판을 유지하는 기판 유지부와, 기판 유지부에 의해 유지된 기판을 수용하는 처리실과, 상기 기판의 제 1 면에 도포된 승화성 물질을 승화시키기 위하여 상기 처리실의 내부를 가열하는 가열부와, 상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하고, 상기 가스 공급부는 가스를 분사하는 가스 분사구를 가지고, 상기 가스 분사구는, 상기 기판 유지부에 의해 유지된 상기 기판의 가장자리보다 외측의 위치에 마련되고, 상기 기판 유지부에 의해 유지된 상기 기판의 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면을 따르는 방향으로 흐르는 가스의 흐름을 형성하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 승화성 물질이 도포된 제 1 면과, 그 반대측의 제 2 면을 가지는 기판을 처리실 내에 배치하는 것과, 상기 기판의 제 1 면에 도포된 승화성 물질을 승화시키기 위하여 상기 기판을 가열하는 것과, 상기 처리실 내에 있어서 상기 기판의 가장자리보다 외측의 위치에 마련된 가스 분사구로부터 가스를 분사하여, 상기 처리실 내에 배치된 상기 기판의 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면을 따르는 방향으로 흐르는 가스의 흐름을 형성하는 것을 구비한 기판 처리 방법이 제공된다.
상기 본 발명의 실시 형태에 따르면, 승화함으로써 기판으로부터 이탈한 승화성 물질의 가스가, 가스 분사구로부터 분사된 가스의 흐름에 의해 기판 근방의 공간으로부터 제거된다. 이 때문에, 승화성 물질에 유래하여 생긴 이물질의 기판으로의 부착 또는 재부착을 방지할 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치의 일실시 형태에 따른 승화 처리 시스템의 전체 구성을 나타내는 개략 측면도이다.
도 2는 승화 처리 유닛의 세로 방향 절단 측면도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 Ⅲ-ⅢⅢ선을 따른 단면도이다.
도 4는 웨이퍼 유지 부재의 다른 형태를 나타내는 승화 처리 유닛의 수평 방향 절단 평면도이다.
도 5는 가스 공급부의 다른 형태를 나타내는 승화 처리 유닛의 수평 방향 절단 평면도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 가스 공급관에 대하여 설명하는 개략도이다.
도 7은 승화 처리 유닛의 처리실 후부(後部)에 전기 집진기를 마련한 예를 나타내는 승화 처리 유닛의 세로 방향 절단 측면도이다.
도 8은 다른 승화 처리 방법에 대하여 설명하는 개략도이다.
도 9는 가스 공급의 웨이퍼 승온에 대한 영향을 설명하는 그래프이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은 승화 처리 시스템(1)(기판 처리 장치)의 전체 구성을 나타내는 개략 측면도이다. 승화 처리 시스템(1)은 로드 포트(반출반입부)(2), 대기 반송실(4), 로드록실(6) 및 승화 처리 유닛(8)을 구비하고 있다.
로드 포트(2)에는, 복수의 웨이퍼(W)를 수용한 기판 반송 용기(C) 예를 들면 FOUP를 놓을 수 있다.
대기 반송실(4)의 내부 공간은, 클린룸 내의 분위기와 동일한 대기 분위기로 되어 있다. 대기 반송실(4) 내에는, 제 1 웨이퍼 반송 기구(41), 여기서는 웨이퍼(W)를 1 매씩 반송하는 매엽 반송 로봇이 마련되어 있다. 제 1 웨이퍼 반송 기구(41)가 배치 반송 로봇이어도 상관없다. 로드 포트(2)와 대기 반송실(4)의 사이를 구획하는 벽체(3)에 마련된 도시하지 않은 덮개 개폐 장치에 의해 기판 반송 용기(C)의 덮개를 열어, 제 1 웨이퍼 반송 기구(41)에 의해 웨이퍼(W)를 취출할 수 있다.
로드록실(6) 내에는, 복수 매의 웨이퍼(W)를 놓을 수 있는 버퍼 선반(61)과, 제 2 웨이퍼 반송 기구(62), 여기서는 복수 매의 웨이퍼(W)를 동시에 반송할 수 있는 배치 반송 로봇이 마련되어 있다. 로드록실(6)은, 진공 배기 라인(63)을 통하여 진공 배기함으로써 승화 처리 유닛(8)과 동일 정도의 진공도의 감압 분위기로 할 수 있고, 또한, 벤트 라인(64)을 통하여 대기를 도입함으로써 대기 분위기로 할 수 있다.
대기 반송실(4)과 로드록실(6)의 사이에는 게이트 밸브(5)가 마련되고, 로드록실(6)과 승화 처리 유닛(8)의 사이에도 게이트 밸브(7)가 마련되어 있다.
승화 처리 시스템(1)은 제어 장치(100)를 구비한다. 제어 장치(100)는 예를 들면 컴퓨터이며, 제어부(101)와 기억부(102)를 구비한다. 기억부(102)에는, 승화 처리 시스템에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(101)는, 기억부(102)에 기억된 프로그램을 읽어내어 실행함으로써 승화 처리 시스템의 동작을 제어한다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어 장치(100)의 기억부(102)에 인스톨된 것이어도 된다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로서는, 예를 들면 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
승화 처리 유닛(8)의 구성에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 이하에 상술한다. 승화 처리 유닛(8)은 처리실(승화 처리실)(81)을 가지고 있다. 처리실(81)의 후면에는 배기구(82)가 마련되어 있다. 배기구(82)에는, 진공 펌프(83)(예를 들면 터보 분자 펌프)가 개재 마련된 배기로(84)가 접속되어 있다.
처리실(81)의 후측의 벽체는, 배기구(82)를 향하여 단면적이 점차 작아지는 테이퍼 형상을 가지는 가스 안내 벽체(85)로서 형성되어 있다. 가스 안내 벽체(85)는, 예를 들면 대체로 시각뿔 형상의 깔때기형으로 형성할 수 있다.
처리실(81) 내부에는, 처리실(81)의 내부 공간을 상하 방향으로 격리된 복수의 구획(86)(즉, 웨이퍼(W)의 두께 방향 즉 웨이퍼(W)의 배열 방향에 대하여 서로 격리된 복수의 구획(86))으로 구분하는 복수의 구획판(87)이 마련되어 있다. 바람직하게는, 각 구획판(87)의 면적은 웨이퍼(W)보다 크고, 웨이퍼(W)를 상방으로부터 본 경우, 웨이퍼(W)의 윤곽은 구획판(87)의 윤곽에 완전히 포함된다(도 5 참조). 구획판(87)의 가로 방향 양단은 처리실(81)의 측벽(81a)에 연결되어 있다.
각 구획판(87)에는 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(가열부)(88)가 마련되어 있다. 따라서, 각 구획판(87)은 열판으로서의 역할도 가진다.
각 구획판(87)에는, 웨이퍼(W)의 이면(제 2 면)을 하방으로부터 지지하는 지지 핀의 형태의 웨이퍼 지지 부재(기판 유지부)(89)가 마련되어 있다. 웨이퍼 지지 부재(89)는, 상하 방향으로 서로 인접하는 구획판(87)의 사이의 구획(86) 내에 1 매의 웨이퍼(W)를 지지한다. 이 때, 각 웨이퍼(W)와 그 상방에 있는 구획판(87)의 사이 및 당해 웨이퍼(W)와 그 하방에 있는 구획판(87)의 사이에 각각 가스 통로가 되는 간극(90a, 90b)(최상단의 간극에만 참조 부호를 부여함)이 형성된다.
각 구획판(87)의 상면에 마련한 지지 핀의 형태의 웨이퍼 지지 부재(89)를 마련하는 것 대신에, 처리실(81)의 양측벽(81a)으로부터 처리실(81)의 내부 공간의 중앙부를 향하여 수평으로 돌출하는 웨이퍼 지지 부재를 다단으로 선반 형상으로 배치해도 된다(도 4도 참조).
처리실(81)의 전면(前面)에는 전술한 게이트 밸브(7)가 마련되어 있다. 게이트 밸브(7)는, 복수의 웨이퍼(W)를 동시에 반송할 수 있는 제 2 웨이퍼 반송 기구(62)의 웨이퍼 유지부가 통과할 수 있는 사이즈의 개구(72)를 가지는 밸브 본체(71)와, 액추에이터(78)에 의해 구동되어 밸브 본체(71)의 개구(72)를 폐색하는 가동의 밸브체(73)를 가지고 있다. 개구(72) 및 밸브체(73)의 형상은 예를 들면 직사각형이다.
게이트 밸브(7)의 밸브체(73)의 처리실(81)을 향한 면에, 퍼지 가스(예를 들면 질소 가스)를 분사하는 복수의 가스 분사구(74)가 형성되어 있다. 가스 분사구(74)에는 퍼지 가스 공급원(75)으로부터, 개폐 밸브(76)가 개재 마련된 가스 라인(77)을 통하여 퍼지 가스가 공급된다. 가스 분사구(74)를 구비한 밸브체(73) 및 부재(75, 76, 77)는 가스 공급부를 구성한다.
도 3에서는 도면의 간략화를 위하여, 최상단의 구획(86)에 관련하는 가스 분사구(74)에만 참조 부호가 부여되어 있다. 가스 분사구(74)는, 각 웨이퍼(W)와 그 상방에 있는 구획판(87)의 사이의 간극(90a), 및, 당해 웨이퍼(W)와 그 하방에 있는 구획판(87)의 사이의 간극(90b)을 향하여 가스를 분사한다. 간극(90a) 및 간극(90b)에 분사된 퍼지 가스는 배기구(82)를 향하여 흐른다.
각 간극(90a, 90b) 내(각 구획(86) 내)를 흐르는 퍼지 가스의 유량이 대체로 동일해지도록, 또한, 각 간극(90a), 간극(90b) 내에 형성되는 퍼지 가스 흐름이 웨이퍼의 폭 방향(도 3의 좌우 방향)으로 균등하게 분포하도록, 가스 분사구(74)를 마련하는 것이 바람직하다. 승화성 물질의 가스의 퍼지가 필요한 것은 간극(90a)만이지만, 처리실(81) 내의 원활한 가스의 흐름을 위해서는, 간극(90a)과 동일 유속으로 간극(90b) 내에 가스가 흐르고 있는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이, 가스 분사구(74)는 대체로 격자 형상(grid-like pattern)으로 배치할 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 각 1 개의 간극(90a, 90b)에 대하여, 복수의 가스 분사구(74)를 웨이퍼(W)의 폭(직경) 이상의 길이의 범위에 걸쳐 수평 방향으로 등간격으로 마련할 수 있다.
각 가스 분사구(74)로부터 분사되는 퍼지 가스의 유량을 균일화하기 위하여, CVD 장치의 샤워 헤드에 마련되는 가스 버퍼실(도시 생략)을 밸브체(73) 내에 마련하고, 가스 버퍼실을 개재하여 각 가스 분사구(74)에 퍼지 가스를 분배해도 된다.
간극(90a, 90b) 내에 원활하게 퍼지 가스를 흐르게 하기 위하여, 각 구획판(87)의 게이트 밸브(7)측의 단부의 위치는, 닫힌 밸브체(73)에 가능한 한 가깝게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 도시된 실시 형태에서는, 승화 처리 유닛(8)이 한번에 5 매의 웨이퍼(W)를 수용할 수 있도록 구성되어 있지만, 그보다 많은 수(예를 들면 25 매) 혹은 적은 수의 웨이퍼(W)를 수용할 수 있도록 구성되어 있어도 되는 것은 물론이다.
다음에 승화 처리 시스템(1)의 동작에 대하여 설명한다. 이하에 설명하는 동작은, 제어 장치(100)의 제어 하에서 자동적으로 행해진다. 이 때 제어 장치(100)는, 기억부(102)에 저장된 제어 프로그램을 실행하여, 승화 처리 시스템(1)의 각 구성 요소를, 기억부(102)에 저장된 처리 레시피에 정의된 처리 파라미터가 실현되도록 동작시킨다.
먼저, 승화성 물질이 표면(디바이스 형성면)에 도포된 복수의 웨이퍼(W)를 수용한 기판 반송 용기(C)가 로드 포트(2)에 반입된다. 웨이퍼(W)의 표면(제 1 면)에는 요철을 가지는 패턴이 형성되어 있고, 패턴의 오목부의 내부를 포함하는 웨이퍼(W)의 표면에는, 고체 상태의 승화성 물질의 막이 이미 형성되어 있다. 이와 같은 승화성 물질의 막은, 임의의 공지의 방법(예를 들면 본 건 출원인에 의한 출원에 따른 일본특허공개공보 2012-243869호에 기재된 방법)을 이용하여 형성할 수 있다.
승화 처리 시스템(1)의 통상 운전 시에는, 승화 처리 유닛(8)의 처리실(81) 내는 배기구(82)를 통하여 흡인되어, 상시 감압 분위기(예를 들면 10 Pa 또는 그 이하 정도의 압력)로 되어 있다. 또한, 구획판(87)에 마련된 히터(88)는, 처리실(81) 내에 웨이퍼(W)가 반입되기 전부터 가동하고 있어, 처리실(81) 내가 미리 정해진 온도(예를 들면 150 ∼ 200℃ 정도)로 가열되어 있다. 처리실(81) 내의 압력 및 온도는 웨이퍼(W) 상의 승화성 물질의 종류에 따라 결정된다.
기판 반송 용기(C)가 로드 포트(2)에 놓이면, 로드록실(6)이 대기 분위기로 되고, 게이트 밸브(7)가 닫힌 상태에서 게이트 밸브(5)가 열린다. 대기 반송실(4) 내의 제 1 웨이퍼 반송 기구(41)가, 도시하지 않은 덮개체가 열려진 기판 반송 용기(C)로부터 웨이퍼(W)를 취출하고, 로드록실(6) 내의 버퍼 선반(61)에 웨이퍼(W)를 반송한다.
버퍼 선반(61)에 미리 정해진 수의 웨이퍼(W)가 놓이면, 게이트 밸브(7)가 닫힌 채로 게이트 밸브(5)가 닫히고, 로드록실(6)이 진공 배기되고, 로드록실(6) 내가 승화 처리 유닛(8)의 처리실(81) 내와 동일 정도의 감압 분위기로 된다.
그 후, 게이트 밸브(5)가 닫힌 채로 게이트 밸브(7)가 열린다. 로드록실(6) 내의 제 2 웨이퍼 반송 기구(62)가 버퍼 선반(61)에 있는 웨이퍼(W)를 일괄로 취출하여, 처리실(81) 내에 있는 웨이퍼 지지 부재(89) 상에 놓는다. 이 때 각 웨이퍼(W)의 표면(디바이스 형성면인 제 1 면)은 상향으로 되어 있다. 이어서 게이트 밸브(7)가 닫히고, 승화 처리 유닛(8)에 의한 승화 처리가 개시된다.
웨이퍼 지지 부재(89) 상에 놓인 웨이퍼(W)는, 히터(88)가 발생하는 열에 의해 웨이퍼(W) 상의 승화성 물질의 승화 온도보다 높은 온도로 가열됨으로써 승화하여, 기체의 상태가 된다.
이 때, 처리실(81) 내에는, 웨이퍼(W)의 가장자리의 외측에 마련된 게이트 밸브(7)의 밸브체(73)의 가스 분사구(74)로부터 분사된 후에, 각 간극(90a, 90b)을 통과하여 배기구(82)를 향하는 퍼지 가스의 흐름(도 2의 좌측으로부터 우측을 향하여 흐르고 있음)이 형성되어 있다. 따라서, 승화성 물질의 가스는 이 퍼지 가스의 흐름을 타고 흘러, 처리실(81) 내로부터 배출된다.
미리 정해진 시간이 경과하여 웨이퍼(W) 상으로부터 승화성 물질이 완전하게 제거되면, 게이트 밸브(5)가 닫힌 채로 게이트 밸브(7)가 열린다. 이어서, 제 2 웨이퍼 반송 기구(62)가 처리실(81) 내의 웨이퍼(W)를 일괄로 취출하고, 감압 분위기로 되어 있는 로드록실(6) 내의 버퍼 선반(61)에 놓는다.
이어서, 게이트 밸브(5)가 닫힌 채로 게이트 밸브(7)가 닫히고, 로드록실(6)이 대기 분위기로 된다. 이어서, 게이트 밸브(5)가 열리고, 제 1 웨이퍼 반송 기구(41)가 버퍼 선반(61) 상의 웨이퍼(W)를 원래의 기판 반송 용기(C)에 수납한다. 이상에 의해, 일련의 동작이 종료된다.
상기 실시 형태에 따르면, 승화 처리를 행하고 있는 동안, 퍼지 가스가 처리실(81) 내를 웨이퍼(W)의 표면(제 1 면)의 근방을 당해 표면을 따르는 방향으로 흐르고 있으므로, 웨이퍼(W)의 표면으로부터 승화한 승화성 물질은, 퍼지 가스 흐름을 타고 신속히 처리실(81) 밖으로 배출된다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 주위에 승화성 물질의 가스가 체류하는 경우가 없다. 이 때문에, 승화되어 웨이퍼(W)로부터 일단 이탈한 승화성 물질 또는 승화성 물질에 포함되어 있어 승화성 물질의 승화와 함께 웨이퍼 주위에 방출된 이물질 등, 일단 이탈한 승화성 물질에 유래하여 형성된 이물질이 동일한 웨이퍼(W) 또는 다른 웨이퍼(W)에 부착하거나 또는 재부착함으로써 생기는 웨이퍼 오염을 방지 또는 억제할 수 있다. 또한, 승화성 물질의 가스의 발생량은 가열 개시 후 일정하지 않고, 웨이퍼(W)의 온도가 상승함에 따라 점점 커져 간다. 그리고 어느 정도 승화가 진행되어, 웨이퍼(W) 상의 승화성 물질의 양이 감소함에 따라 작아져 간다. 따라서, 퍼지 가스의 공급량도 승화성 물질의 가스의 발생량에 대응시켜 점점 크게 하여, 승화성 물질의 가스의 발생량이 최대일 때에 퍼지 가스의 공급량도 최대로 하도록 하면 보다 바람직하다. 또한, 그 후, 가스의 발생량이 감소하고, 승화 처리의 종료에 가까워짐에 따라 퍼지 가스의 공급량도 줄이도록 해도 된다. 승화성 물질 가스의 발생량의 경시(經時) 변화를 조사하는 실험을 행하고, 이 실험의 결과에 기초하여 퍼지 가스의 공급량의 변경 타이밍을 결정하여 제어 장치(100)에 기억시켜 둘 수 있다. 건조 처리 시, 제어 장치(100)가, 기억한 타이밍에 기초하여, 개폐 밸브(76) 및 가스 라인(77)에 마련되는 도시 생략의 유량 조정기를 제어한다.
승화 처리의 종료 후, 제 2 웨이퍼 반송 기구(62)가 처리실(81) 내에 진입할 때, 제 2 웨이퍼 반송 기구(62)의 웨이퍼 유지부는 상온이다. 이 때문에, 처리실(81) 내에 기체 상태의 승화성 물질이 많이 존재하고 있으면, 이 승화성 물질이 응고하여 파티클이 되어 낙하하여, 웨이퍼(W)를 오염시킬 가능성이 있다. 또한, 제 2 웨이퍼 반송 기구(62)가 처리실(81) 내에 진입할 때에, 처리실(81) 내에 수분(수증기)이 존재하고 있으면, 이 수분이 응고하여 미소 수적이 생기고, 이것을 핵으로 하여 승화성 물질이 응고하여 파티클이 될 가능성도 있다. 상기 실시 형태에 따르면, 상기와 같은 메커니즘에 의한 웨이퍼 오염도 방지할 수 있다. 또한, 처리실(81) 내에 기체 상태의 승화성 물질이 적어질수록 승화성 물질이 응고하여 파티클이 될 가능성도 낮아진다. 따라서, 승화 처리의 종료에 가까워짐에 따라 공급하는 퍼지 가스의 온도를 내려, 처리실 내를 냉각하도록 해도 된다. 이에 의해, 상온인 다음 세트의 웨이퍼(W) 또는 제 2 웨이퍼 반송 기구(62)를 반입시킬 때까지의 시간을 단축할 수 있어, 건조 처리의 생산성을 향상시킬 수 있다. 퍼지 가스의 온도 하강 타이밍과 파티클의 발생량의 관계를 조사하는 실험을 행하고, 이 실험의 결과에 기초하여 퍼지 가스의 온도 하강 타이밍을 결정하여 제어 장치(100)에 기억시켜 둘 수 있다. 건조 처리 시, 제어 장치(100)가, 기억한 타이밍에 기초하여, 가스 라인(77)에 마련되는 도시 생략의 가스 온도 조정기(히터 또는 냉각기)를 제어한다.
또한, 상기 실시 형태에 따르면, 처리실(81)의 내부 공간이 구획판(87)에 의해 상하 방향으로 격리된 복수의 구획(86)으로 구분되어 있기 때문에, 각 구획(86) 내에 게이트 밸브(7)로부터 배기구(82)를 향하는 지향성이 강한 비교적 고유속의 퍼지 가스의 흐름이 생긴다. 이 때문에, 웨이퍼(W)로부터 제거된 승화성 물질의 가스를 보다 원활하게 배기구(82)에 배출할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 따르면, 상하 방향으로 인접하는 웨이퍼(W)간에 구획판(87)이 마련되어 있기 때문에, 어느 하나의 웨이퍼(W)로부터 생긴 승화성 물질의 가스가 상방에 있는 웨이퍼(W)의 하면에 직접 접촉하는 경우는 없다. 이 때문에, 이 상방에 있는 웨이퍼(W)의 하면에 승화성 물질이 석출되어, 당해 웨이퍼(W)의 하면이 오염되는 경우는 없다.
또한, 상기 실시 형태에 따르면, 각 구획판(87)에 히터(88)가 마련되어 있기 때문에, 복수의 웨이퍼(W)를 균등하게 가열할 수 있어, 배치 처리의 균일성을 높일 수 있다.
구획판(87)은 마련하는 것이 바람직하지만, 마련하지 않아도 된다. 이 경우, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 처리실(81)의 양측의 측벽(81a)으로부터 처리실(81)의 내부 공간의 중앙부를 향하여 수평으로 돌출하는 판 형상의 웨이퍼 지지 부재(92)를 다단으로 선반 형상으로 마련해도 된다. 도 4의 수평 방향 절단 평면도는, 1 매의 웨이퍼(W)의 주연부가 대응하는 좌우 한 쌍의 웨이퍼 지지 부재(92)에 의해 지지되어 있는 상태를 나타내고 있다.
도 4에 나타내는 변형 실시 형태에 있어서는, 웨이퍼(W) 및 웨이퍼 지지 부재(92)에 의해 처리실(81)의 내부 공간이 복수의 구획으로 분할되므로, 가스 분사구로부터 분사된 퍼지 가스를 비교적 고유속으로, 웨이퍼(W)의 표면을 따른 방향으로 흐르게 할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼(W)가 가능한 한 닫혀 있는 게이트 밸브(7)의 밸브체(73)에 접근하도록, 웨이퍼 지지 부재(92)를 설치하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 인접하는 웨이퍼(W)의 사이의 간극에 밸브체(73)의 가스 분사구(74)로부터 분사된 퍼지 가스를 원활하게 유입시킬 수 있다.
도 4에 나타내는 구성을 채용한 경우, 도 2 및 도 3에 나타낸 구성에 있어서 구획판(87)에 마련되어 있던 히터는, 처리실(81)의 벽에 설치할 수 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이 구획판(87)을 가지지 않는 구성의 경우, 표면(디바이스 형성면)이 아래를 향하도록 웨이퍼 지지 부재(92)에 웨이퍼(W)를 지지시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 웨이퍼 지지 부재(92)는, 웨이퍼(W)의 표면(제 1 면)의 주연부의 디바이스 비형성 영역을 지지하도록 구성된다. 구획판(87)이 없는 경우에 웨이퍼(W)의 표면을 위를 향하고 있으면, 처리에 이상이 생겨 처리실 내에 이물질이 발생했을 때에 당해 이물질이 웨이퍼(W)의 표면에 낙하하여 웨이퍼(W)의 디바이스를 오염시킬 가능성이 있다. 웨이퍼(W)의 표면을 아래를 향해 둠으로써, 그와 같은 일이 생길 가능성을 대폭 저감할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 게이트 밸브(7)의 밸브체(73)에 마련한 가스 분사구(74)로부터 퍼지 가스를 분사하였지만, 이를 대신하여, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 게이트 밸브(7)의 좌우 양쪽에 마련한 연직 방향으로 연장되는 가스 분사관(94)으로부터 가스를 분사해도 된다. 가스 분사관(94)에는, 연직 방향으로 간격을 두고 복수의 가스 분사구(96)가 마련된다. 도 6에 개략적으로 나타내는 바와 같이, 어떤 높이 위치에 있는 가스 분사구(96)로부터 웨이퍼(W)의 하면과 그 하방에 있는 구획판(87)의 사이의 간극(90b)에 가스가 분사되고, 그 아래의 높이 위치에 있는 가스 분사구(96)로부터 웨이퍼(W)의 상면과 그 상방에 있는 구획판(87)의 사이의 간극(90a)에 가스가 분사에 가스가 분사되도록 되어 있다(이 점에 있어서는 게이트 밸브(7)의 밸브체(73)에 마련한 가스 분사구(74)와 동일함).
도 7에 개략적으로 나타내는 바와 같이, 처리실(81)의 후벽 등의 배기구(82)의 가까이에, 승화성 물질의 가스 중에 포함되는 대전한 이물질을 정전기력에 의해 흡착하여 포집하는 전기 집진기(98)를 마련해도 된다. 전기 집진기(98)는, 양으로 대전한 이물질을 흡착하는 것이어도 되고, 음으로 대전한 이물질을 흡착하는 것이어도 된다.
상기의 설명에서는 승화 처리 유닛(8)은 복수 매의 웨이퍼(W)를 동시에 처리하는 배치 처리 유닛이었지만, 단일의 웨이퍼를 처리하는 매엽 처리 유닛이어도 된다. 이 경우도, 웨이퍼(W)의 표면의 근방을 웨이퍼(W)의 표면을 따르는 방향으로 흐르는 퍼지 가스 흐름을 발생시킴으로써, 웨이퍼(W)의 오염을 방지할 수 있다.
다음에 다른 실시 형태('제 2 실시 형태'라고도 함)에 대하여 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
고 애스펙트비의 요철이 형성된 표면을 가지는 웨이퍼, 혹은, 삼차원 집적 회로에 있어서, 승화성 물질을 도포함에 있어서, 오목부의 내측까지 승화성 물질 용액을 충분히 침투시키지 않으면 안된다. 그것을 위해서는, (1) 웨이퍼 등의 피처리체(기판)의 표면(제 1 면)에 두꺼운 승화성 물질 용액의 액막이 형성된 상태를 유지하는 것, (2) 승화성 물질의 도포 후에 승화성 물질 용액을 빠르게 건조시키는 것이 필요함이 발명자의 연구에 의해 판명되었다.
상기 (1)을 실현하기 위해서는, 예를 들면, 피처리체를 회전시키면서 승화성 물질 용액을 피처리체 표면에 공급할 때에, 피처리체의 회전 속도를 낮춤으로써, 승화성 물질 용액의 액막에 원심력이 작용하기 어렵게 하면 된다. 이를 대신하여, 피처리체를 회전시키지 않고 피처리체의 표면에 승화성 물질 용액의 퍼들(액막)을 형성해도 된다.
상기 (2)를 실현하기 위해서는, 피처리체를 개재하여 승화성 물질 용액의 온도를 상승시킴으로써 승화성 물질 용액을 구성하는 용매를 신속하게 증발시킨다. 예를 들면, 상면에 승화성 물질 용액의 액막이 형성된 피처리체를, 피처리체의 하방에 설치한 열판에 의해 피처리체를 가열하면 된다. 이를 대신하여, 피처리체의 하방에 설치한 노즐에 의해, 피처리체에 가열된 액체 또는 가열된 가스를 분사함으로써, 피처리체를 가열해도 된다. 혹은, 피처리체의 상방에 설치한 열판 또는 가열 램프(예를 들면 LED 램프)에 의해, 피처리체 및 승화성 물질 용액을 가열해도 된다. 혹은, 피처리체의 상방에 설치한 노즐에 의해, 피처리체에 가열된 가스(예를 들면 드라이 에어 또는 질소 가스)를 분사함으로써, 승화성 물질 용액을 가열해도 된다. 피처리체의 상방에 설치한 노즐을 이용하는 경우에는, 하면에 다수의 토출구가 형성된 원반 노즐을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 원반 노즐을 이용함으로써, 승화성 물질 용액의 액막에 국소적으로 높은 압력의 가스가 충돌함으로써 승화성 물질 용액이 피처리체 표면으로부터 씻겨져 버리는 것을 방지할 수 있다.
상기 (2)를 실현하기 위하여, 피처리체의 상방 공간을 포위하는 후드를 마련하고, 이 후드 내에 가열된 가스를 공급함으로써, 피처리체 및 승화성 물질 용액을 가열해도 된다. 또한, 이 때, 피처리체의 하방 공간을 흡인함으로써, 증발한 승화성 물질 용액의 용매를 피처리체의 주위 공간으로부터 제거해도 된다.
다음에, 상기 (1) 및 (2)와 같이 하여 피처리체의 제 1 면에 부착시킨 고체 상태의 두꺼운 승화성 물질을 승화시키는 것에 적합한 방법에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는 매엽식의 처리 유닛을 이용한 경우에 대하여 설명한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 피처리체로서의 웨이퍼(W)가 처리실(201) 내에 설치된 열판(202)의 위에 배치된다. 열판(202)에는 히터(가열부)(203)가 내장되어 있다. 열판(202)의 상면에는 기판 유지부로서의 복수의 프록시미티 핀(204)(또는 돌기)이 마련되어 있다. 처리실(201)의 일측(웨이퍼(W)의 가장자리보다 외측의 위치)에는 가스 노즐(205)이 마련되어 있다. 가스 노즐(가스 분사구)(205)은 가스 공급 기구(206)로부터 공급된 가스(예를 들면 질소 가스, 클린 드라이 에어 등)를 처리실(201) 내에 분사한다. 가스 노즐(205) 및 가스 공급 기구(206)는 가스 공급부를 구성한다. 처리실(201)의 타측에는 배기구(207)가 마련되어 있다. 배기구(207)에 접속된 진공 펌프(208)에 의해 처리실(201) 내가 배기된다. 도 8에 나타내어진 장치의 동작은 제어 장치(209)에 의해 제어된다.
처리실(201) 내는 진공 펌프(208)에 의해 흡인됨으로써, 예를 들면 내압이 10 Pa ~ 수 10 Pa 정도의 감압 상태로 되어 있다. 열판(202)의 상면에 마련된 프록시미티 핀(204)에 의해, 열판(202)의 상면과 웨이퍼(W)의 하면의 사이에 좁은 갭(간극)이 확보된다. 이에 의해, 처리실(201) 내를 진공 배기해도 열판(202)의 상면에 웨이퍼(W)가 붙는 것을 방지할 수 있다.
가스 노즐(205)로부터, 웨이퍼(W)의 표면(제 1 면)과 대체로 평행한 방향으로, 웨이퍼(W)를 향하여 가스가 토출된다. 토출된 가스는 처리실 내를 횡단하여 흐르고, 가스 노즐(205)의 반대측에 있는 배기구(207)로부터 배기된다. 처리실(201) 내에 공급된 가스는 열판(202)의 상면과 웨이퍼(W)의 하면(제 2 면)의 사이의 갭으로 들어간다. 이 때문에, 가스를 전열 매체로 한 열판(202)으로부터 웨이퍼(W)로의 열전도가 생겨, 열판(202)에 의한 웨이퍼(W)의 가열 효율이 향상한다. 또한, 가스 노즐(205)로부터 가스를 공급하지 않는 경우에는, 열판(202)으로부터 웨이퍼(W)로의 열전도는 효율이 비교적 낮은 열복사에 의해서만 행해진다.
가스 노즐(205)로부터 분사되는 가스는, 웨이퍼(W)의 제 1 면의 근방을 제 1 면을 따르는 방향으로 흐른다. 이 때문에, 가스 노즐(205)로부터 공급되는 가스는, 상기한 바와 같이 웨이퍼(W)의 가열 효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 표면(상면)에 부착되어 있던 승화성 물질이 승화함으로써 생성된 승화 가스를, 웨이퍼(W)의 상방의 공간으로부터 내보내는 퍼지 가스로서의 역할을 한다. 승화 반응을 방해하지 않는 것이면, 사용하는 가스는 임의이다. 가스의 열전도율은 높은 편이 바람직하다. 승화성 물질의 승화 반응을 촉진하는 가스가 있다면, 그와 같은 가스를 사용해도 된다.
가스 노즐(205)로부터 미리 가열한 가스를 토출해도 된다. 이에 의해 가열 효율을 높일 수 있다.
승화 반응이 개시되기 전에 가스 노즐(205)로부터의 가스의 토출을 개시하는 것이 바람직하다. 가스를 통한 열전도에 의해 웨이퍼(W)의 온도 상승이 빨라지기 때문에, 단시간에 승화 처리(건조 처리)를 종료시킬 수 있다.
다음에 도 9를 참조하여, 가스 노즐(205)로부터의 가스의 공급의 효과를 확인하기 위하여 행한 시험에 대하여, 도 9의 그래프를 참조하여 설명한다. 그래프의 가로축은 웨이퍼(W)를 열판(202) 상에 배치한 후부터의 경과 시간, 세로축은 웨이퍼(W)의 실제 온도이다. 가스 노즐(205)로부터 가스를 공급하고 있지 않을 때에, 처리실(201) 내의 압력이 10 Pa가 되도록, 진공 펌프(208)에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기를 행하였다. 열판(202)의 설정 온도는 120℃로 하였다. 진공 펌프(208)에 의한 진공 배기 조건을 동일하게 유지한 채, 가스 공급에 의해 처리실(201) 내의 압력이 60 Pa까지 상승하는 공급 유량으로, 가스 노즐(205)로부터 가스를 공급하였다.
도 9의 그래프에서는 가스 노즐(205)로부터의 가스 공급을 행하지 않은 경우의 웨이퍼(W)의 온도 변화가 파선으로 나타내어지고, 가스 공급을 행한 경우의 웨이퍼(W)의 온도 변화가 실선으로 나타내어져 있다. 가스 공급을 행한 경우 쪽이 웨이퍼(W)의 온도의 상승이 빠르고, 온도가 안정될 때까지의 시간도 짧았다.
상기의 시험 결과로부터, 가스 공급을 행함으로써 단시간에 승화 처리를 완료시킬 수 있는 것이 명백하다. 웨이퍼(W)의 가열 효율 향상의 관점으로부터는 가스의 공급 유량은 클수록 바람직하다. 그러나, 가스의 공급 유량이 증대함에 따라 처리실(201) 내의 압력이 상승한다. 처리실(201) 내를 진공 배기하고 있는 것은, 승화성 물질을, 액체상을 통과시키지 않고 고체상으로부터 기체상으로 이행시키기(즉, 승화시킴) 위함이다. 이 때문에, 승화성 물질에 액체상이 생기는 압력보다 처리실(201) 내의 압력이 낮게 유지되도록, 가스의 공급량을 결정할 필요가 있다. 즉, 가스 노즐(205)로부터의 가스의 공급 유량은, 승화성 물질을 액체상으로 변화시키는 웨이퍼(W) 주위의 압력 상승이 생기지 않고, 또한, 열판(202)(가열부)으로부터 웨이퍼(W)로의 열전도가 촉진되는 양(농도)의 가스를 웨이퍼(W)의 주위에 존재시키는 유량으로 하는 것이 좋다. 적합한 가스 유량은, 챔버 내 용적 등의 처리 장치의 각종 파라미터, 승화성 물질의 종류, 승화 처리 온도 등의 처리 조건에 따라 상이하므로, 상기의 유량 설정의 관점에 기초하여 시험에 의해 결정하는 것이 좋다.
상기의 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 앞서 도 1 ∼ 도 7을 참조하여 설명한 실시 형태에 있어서, 가스 분사구(74, 96)로부터 분사되는 퍼지 가스는, 각 웨이퍼(W)의 표면(제 1 면)의 근방을 당해 표면을 따르는 방향으로 흐르는 가스 흐름을 형성할 뿐만 아니라, 각 웨이퍼(W)의 이면(제 2 면)의 근방을 당해 이면을 따르는 방향으로 흐르는 가스 흐름도 형성한다. 감압 공간 내에 있어서의 전열은 열복사가 지배적이지만, 감압 공간 내에 가스를 공급함으로써 이 가스가 전열 매체로서도 작용하여, 전열 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 예를 들면 도 2 및 도 3에 나타내는 실시 형태에 있어서, 가스 분사구(74)로부터 분사되는 퍼지 가스는, 히터(88)로부터 웨이퍼(W)로의 전열 매체로서도 기능한다.
처리 대상의 기판은 반도체 웨이퍼에 한정하지 않고, 다른 종류의 기판, 예를 들면 유리 기판, 세라믹 기판 등이어도 된다.

Claims (20)

  1. 승화성 물질이 도포된 제 1 면과 그 반대측의 제 2 면을 가지는 기판을 유지하는 기판 유지부와,
    기판 유지부에 의해 유지된 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 기판의 제 1 면에 도포된 승화성 물질을 승화시키기 위하여 상기 처리실의 내부를 가열하는 가열부와,
    상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하고,
    상기 가스 공급부는 가스를 분사하는 가스 분사구를 가지고, 상기 가스 분사구는 상기 기판 유지부에 의해 유지된 상기 기판의 가장자리보다 외측의 위치에 마련되고, 상기 기판 유지부에 의해 유지된 상기 기판의 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면을 따르는 방향으로 흐르는 가스의 흐름을 형성하는 것
    을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 유지부는 복수의 기판을 상기 기판의 두께 방향으로 간격을 두고 나열하여 유지하도록 구성되고, 상기 가스 공급부는 각 기판에 대하여 상기 가스의 흐름이 형성되도록 각 기판에 대응하여 마련된 복수의 가스 분사구를 가지는, 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 공급부의 각 가스 분사구는 각 기판에 대응하여 일대일의 관계로 마련되어 있는, 기판 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 분사구가 마련되어 있는 측과 반대측에 1 개의 배기구가 마련되고, 상기 1 개의 배기구를 통하여 상기 처리실의 내부가 흡인되는, 기판 처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 유지부는 상기 복수의 기판을 수평 자세로 연직 방향으로 간격을 두고 유지하도록 구성되어 있는, 기판 처리 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리실 내를 상기 기판의 배열 방향에 관하여 서로 격리된 복수의 구획으로 구분하는 복수의 구획판이 마련되고, 상기 구획판은 상기 기판 유지부에 의해 유지되는 상기 기판과 평행하게 연장되고, 상기 기판 유지부는 각 닫힌 구획 내에 1 매씩 기판을 유지하는, 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 각 구획판에 마련된 히터를 가지는, 기판 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판 유지부는 각 기판의 상기 제 2 면을 하방으로부터 지지하기 위하여 상기 각 구획판에 마련된 기판 지지 부재를 가지는, 기판 처리 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판 유지부는, 상기 처리실의 양측벽으로부터 상기 처리실의 중앙부를 향하여 연장되고, 각 기판의 상기 제 2 면의 주연부를 지지하는 한 쌍의 선반 형상의 기판 지지 부재의 세트를 복수 세트 가지고 있는, 기판 처리 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 처리실에 기판을 반출반입하기 위한 개구를 폐쇄하는 게이트 밸브를 더 구비하고, 상기 복수의 가스 분사구가 상기 게이트 밸브의 밸브체에 마련되어 있는, 기판 처리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 유지부는 복수의 기판을 각 기판의 상기 제 1 면을 하향으로 하여 수평 자세로 연직 방향으로 간격을 두고 나열하도록 유지하는, 기판 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 상기 기판 유지부에 의해 유지된 상기 기판의 상기 제 1 면의 근방을 상기 제 1 면을 따르는 방향으로 흐르는 가스의 흐름을 형성하는, 기판 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 기판 유지부에 의해 유지된 상기 기판의 상기 제 2 면과의 사이에 간극을 두고 배치된 열판을 가지는, 기판 처리 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 상기 기판 유지부에 의해 유지된 상기 기판의 상기 제 1 면의 근방을 상기 제 1 면을 따르는 방향으로 흐르는 가스의 흐름 및 상기 제 2 면의 근방을 상기 제 2 면을 따르는 방향으로 흐르는 가스의 흐름을 형성하는, 기판 처리 장치.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 가스 공급부의 동작을 제어하는 제어부를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 기판의 제 1 면에 도포된 승화성 물질을 액체상으로 변화시키는 상기 기판의 주위의 압력 상승이 생기지 않고, 또한, 상기 가열부로부터 상기 기판으로의 열전도가 촉진되는 양의 가스를 상기 기판의 주위에 존재시키는 유량으로, 상기 가스 공급부가 처리실 내에 가스를 공급하도록 하는, 기판 처리 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부의 동작을 제어하는 제어부를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 기판 유지부에 의해 유지된 기판 상에 도포된 승화성 물질의 승화가 개시되기 전부터, 상기 가스 공급부가 상기 가스를 분사하도록 하는, 기판 처리 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부의 동작을 제어하는 제어부를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 기판 유지부에 의해 유지된 기판 상에 도포된 승화성 물질이 승화함으로써 발생한 승화 가스의 발생량에 따라, 상기 가스 공급부로부터 상기 처리실 내에 공급되는 가스의 공급 유량을 변화시키는, 기판 처리 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부로부터 상기 처리실 내에 공급되는 가스의 온도를 조정하는 가스 온도 조정부와, 상기 가스 온도 조정부의 동작을 제어하는 제어부를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 가스 온도 조정부에 의해 승화 처리의 종료가 가까워짐에 따라 상기 가스 공급부로부터 상기 처리실 내에 공급되는 가스의 온도를 저하시키는, 기판 처리 장치.
  19. 승화성 물질이 도포된 제 1 면과 그 반대측의 제 2 면을 가지는 기판을 처리실 내에 배치하는 것과,
    상기 기판의 제 1 면에 도포된 승화성 물질을 승화시키기 위하여 상기 기판을 가열하는 것과,
    상기 처리실 내에 있어서 상기 기판의 가장자리보다 외측의 위치에 마련된 가스 분사구로부터 가스를 분사하여, 상기 처리실 내에 배치된 상기 기판의 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면을 따르는 방향으로 흐르는 가스의 흐름을 형성하는 것
    을 구비한 기판 처리 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 기판을 처리실 내에 배치하는 것은 복수의 기판을 각 기판의 상기 제 1 면을 하향으로 하여 수평 자세로 연직 방향으로 간격을 두고 나열하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
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