KR20190024677A - 기판 건조 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 건조 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

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Abstract

기판 건조 방법은, 패턴을 갖는 기판의 표면을 건조시키는 기판 건조 방법으로서, 상기 기판의 상기 표면에 액체의 승화제의 액막을 배치하는 승화제 액막 배치 공정과, 상기 승화제보다 높은 증기압을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체의 액막을, 상기 기판의 상기 표면에 배치되는 승화제의 액막 위에 배치하는 고증기압 액체 배치 공정과, 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗김으로써 승화제를 냉각하고, 이에 의해, 상기 승화제의 액막을 고체화시켜 상기 기판의 상기 표면에 승화제막을 형성하는 기화 냉각 공정과 승화제막을 승화시키는 승화 공정을 포함한다.

Description

기판 건조 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE DRYING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
이 발명은, 기판 건조 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다. 처리 대상이 되는 기판에는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 기판, 유기 EL(electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양 전지용 기판 등이 포함된다.
반도체 장치의 제조 공정에서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면이 처리액으로 처리된다. 기판을 한 장씩 처리하는 매엽식 기판 처리 장치는, 기판을 거의 수평으로 유지하면서, 그 기판을 회전시키는 스핀 척과, 이 스핀 척에 의해서 회전되는 기판의 표면에 처리액을 공급하기 위한 노즐을 구비하고 있다.
전형적인 기판 처리 공정에서는, 스핀 척에 유지된 기판에 대해 약액이 공급된다. 그 후, 린스액이 기판에 공급되고, 그에 의해, 기판 상의 약액이 린스액으로 치환된다. 그 후, 기판 상의 린스액을 배제하기 위한 스핀 드라이 공정이 행해진다. 스핀 드라이 공정에서는, 기판이 고속 회전됨으로써, 기판에 부착되어 있는 린스액이 떨쳐내어져 제거(건조)된다. 일반적인 린스액은 탈이온수이다.
스핀 드라이 공정에 있어서의 패턴 도괴의 발생을 억제 또는 방지하기 위해서, 일본국 특허 공개 2010-199261호 공보에 나타낸 승화 건조 기술이 제안되고 있다. 일본국 특허 공개 2010-199261호 공보에서는, 기판의 표면에 초저온(약 -60℃)의 질소 가스를 공급함으로써, 기판의 표면에 동결막을 형성하고 있다. 동결막의 형성 후에도, 초저온의 질소 가스를 계속해서 공급함으로써, 기판의 표면의 동결막에 포함되는 수 성분이 승화해, 이에 의해, 기판의 표면에 액상을 발생시키지 않고, 기판의 표면을 건조시키고 있다.
일본국 특허 공개 2010-199261호 공보의 수법에서는, 초저온(약 -60℃)의 질소 가스를 기판에 계속 공급할 필요가 있어, 그것을 위한 설비가 필요하게 되고, 또, 러닝 코스트도 몹시 커질 우려가 있다.
본원 발명자들은, 승화성을 갖고, 또한 응고점이 낮은 용제(일례로서, 환상 구조를 갖는 불소계 유기용제(응고점 약 20.5℃)나, 터셔리부틸알코올(응고점 약 25℃) 등)을 승화제로서 이용하고, 이들 액체의 승화제를 기판의 표면에 공급하고, 또한 승화제의 응고점보다 낮은 온도를 갖는 액체를, 승화제의 용제를 고체화(동결)용 온도 조절용 유체로서 기판의 이면에 공급하는 것을 검토하고 있다. 구체적으로는, 본원 발명자들은, 온도 조절용 액체로서, 약 5℃~약 15℃의 액온을 갖는 냉수를 기판의 이면에 공급하고 있다. 그리고, 기판의 이면으로의 냉수의 공급에 의해 승화제를 냉각하고, 이에 의해, 환상 구조를 갖는 불소계 유기용제나 터셔리부틸알코올 등의 승화제를 고체화시켜, 기판의 표면에 승화제막을 형성시키고 있다. 그 후, 승화제막이 승화함으로써, 기판의 표면이 건조된다.
그러나, 이 수법에 있어서는, 기판의 이면에 있어서 발생한 물의 미스트가 기판의 표면(표면)측으로 들어가, 고체화 후의 승화제막에 물이 섞일 우려가 있다. 승화제막에 물이 섞여 있으면, 승화제의 승화가 저해될 우려가 있다. 그 뿐만 아니고, 기판의 표면에 있어서 물이 액화함으로써, 패턴 도괴를 조장시킬 우려도 있다. 어느 경우에도, 승화제의 응고점보다 낮은 온도를 갖는 물을 기판의 이면에 공급하여 행하는 방식의 승화제의 냉각 고체화에서는, 양호한 승화 건조를 실현할 수 없었다. 그로 인해, 물의 혼입을 방지하면서 고체상의 승화제막을 양호하게 형성하는 것이 요구되고 있었다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 물의 혼입을 방지하면서 고체상의 승화제막을 양호하게 형성할 수 있으며, 이를 통해, 승화 건조를 양호하게 실현할 수 있는 기판 건조 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
이 발명은, 패턴을 갖는 기판의 표면을 건조시키는 기판 건조 방법으로서, 상기 기판의 상기 표면에 액체의 승화제의 액막을 배치하는 승화제 액막 배치 공정과, 상기 승화제보다 높은 증기압을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체의 액막을, 상기 기판의 상기 표면에 배치되는 승화제의 액막 위에 배치하는 고증기압 액체 배치 공정과, 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗김으로써 승화제를 냉각하고, 이에 의해, 상기 승화제의 액막을 고체화시켜 상기 기판의 상기 표면에 승화제막을 형성하는 기화 냉각 공정과, 승화제막을 승화시키는 승화 공정을 포함하는, 기판 건조 방법을 제공한다.
이 방법에 의하면, 기판의 표면에, 승화제의 액막이 배치된다. 또, 이 승화제의 액막 위에, 승화제보다 높은 증기압을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체의 액막이 배치된다. 고증기압 액체의 액막의 배치 후에 있어서(즉, 고증기압 액체의 공급 정지 후에 있어서), 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗김으로써, 승화제의 액막에 포함되는 승화제가 냉각되어, 승화제의 액막이 고체화한다. 이에 의해, 기판으로의 물의 혼입을 방지하면서 승화제막을 양호하게 형성할 수 있다.
또, 승화 공정에서는, 승화제막의 승화에 수반하여 승화열이 빼앗겨, 승화제막이 응고점(융점) 이하로 유지된다. 그로 인해, 승화제막이 융해되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 승화 건조를 양호하게 실현할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 고증기압 액체의 액막에 포함되는 고증기압 액체가, 상기 승화제의 액막에 포함되는 승화제의 응고점보다 높은 액온을 갖는다.
이 방법에 의하면, 고증기압 액체를, 비교적 높은 액온에서 사용할 수 있다.
고증기압 액체의 종류에 따라서(예를 들어, 응고점이 약 20.5℃인 환상 구조를 갖는 불소계 유기용제를 승화제로서 채용하는 경우에는), 고증기압 액체를 상온에서 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 고증기압 액체의 온도 조정용 유닛을 폐지하는 것도 가능하며, 비용 절감을 도모할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 고증기압 액체의 액막에 포함되는 고증기압 액체가, 상기 승화제의 액막에 포함되는 승화제보다 작은 비중을 갖고 있고, 상기 고증기압 액체 배치 공정이, 상기 기판의 상기 표면에 배치되어 있는 승화제의 액막에 대해 상방으로부터 고증기압 액체를 연속류형상으로 공급하는 연속류형상 공급 공정을 포함한다. 그리고, 승화제와의 비중차에 의해, 상기 고증기압 액체의 액막이 형성되어 있어도 된다.
이 방법에 의하면, 승화제의 액막에 대해 상방으로부터 고증기압 액체가 연속류형상으로 공급된다. 이 경우, 고증기압 액체가, 승화제의 액막과 섞일 우려도 있다.
그러나, 고증기압 액체가 승화제보다 작은 비중을 갖고 있으므로, 고증기압 액체와 승화제의 비중차에 의해, 승화제의 액막 위에, 고증기압 액체의 액막을 양호하게 형성할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 승화제 액막 배치 공정이, 상기 기판의 상기 표면에 배치되어 있는 승화제의 액막에 대해 상방으로부터 고증기압 액체의 액적을 분무하는 고증기압 액체 분무 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 기판의 표면에 고증기압 액체의 액적이 분무되므로, 기판의 표면의 광범위에, 고증기압 액체를 균일하게 공급할 수 있다. 이에 의해, 승화제의 액막 위에, 고증기압 액체의 액막을 양호하게 배치할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 고증기압 액체 배치 공정이, 상기 승화제 액막 배치 공정에 있어서 승화제를 공급하기 위한 노즐과 공통의 노즐로부터 고증기압 액체를 공급하는 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 승화제를 공급하기 위한 노즐과 공통의 노즐로부터, 고증기압 액체가 공급된다. 노즐로부터의 승화제의 공급 종료 후, 노즐의 토출구에 부착되어 있는 승화제가 기화하고, 이에 수반하여, 노즐의 토출구 부근의 관벽이 냉각될 우려가 있다. 노즐의 내부에 승화제가 잔류하고 있는 경우에는, 노즐의 토출구 부근에 존재하는 승화제가 고체화할 우려가 있다.
그러나, 승화제 액막 배치 공정에 이어서 행해지는 고증기압 액체 배치 공정에 있어서, 동일한 노즐로부터 고증기압 액체가 토출되고, 이에 의해, 노즐의 내부의 액체가 승화제로부터 고증기압 액체로 치환된다. 노즐의 관벽의 토출구 부근의 냉각에 의해서는, 노즐의 토출구 부근에 존재하는 고증기압 액체는 고체화하지 않는다.
이에 의해, 노즐에, 승화제의 고체화를 방지하기 위한 유닛을 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 비용 절감을 도모할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 고증기압 액체 배치 공정이, 상기 승화제 액막 배치 공정에 있어서 승화제를 공급하기 위한 승화제 노즐과는 상이한 고증기압 액체 노즐로부터 고증기압 액체를 공급하는 공정을 포함하고, 승화제 노즐로부터의 승화제의 공급 후에 승화제 노즐을 데우는 승화제 노즐 가온 공정을 더 포함한다.
이 방법에 의하면, 승화제 액막 배치 공정에 있어서, 승화제 노즐로부터 승화제가 공급된다. 고증기압 액체 배치 공정에 있어서, 고증기압 액체 노즐로부터 고증기압 액체가 공급된다. 승화제 노즐로부터의 승화제의 공급 후에 승화제 노즐이 데워진다. 이에 의해, 승화제의 고체화를 방지할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 기화 냉각 공정 전에, 상기 승화제보다 높은 증기압을 갖는 제2의 고증기압 액체를, 상기 기판에 있어서의 상기 표면과 반대측의 면인 이면에 공급하고 또한 그 후에 제2의 고증기압 액체의 공급을 정지하는 공정을 더 포함한다.
이 방법에 의하면, 제2의 고증기압 액체가 기판의 이면에 공급된다. 제2의 고증기압 액체의 공급 정지에 의해, 제2의 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗긴다. 즉, 기판의 표면측의 고증기압 액체뿐만 아니라, 기판의 이면측의 제2의 고증기압 액체에 의해서도 승화제로부터 기화열이 빼앗기므로, 이에 의해, 승화제의 액막을 단기간에 냉각할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 기판 건조 방법이 상기 승화제 액막 배치 공정 및 상기 기화 냉각 공정 중 적어도 한쪽과 병행하여, 상기 기판을 소정의 회전축선 둘레로 회전시키는 기판 회전 공정과, 상기 승화 공정과 병행하여, 상기 기판 회전 공정보다 빠른 속도로 상기 기판을 소정의 회전축선 둘레로 회전시키는 고속 회전 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 승화 공정에 있어서, 기판이 고속으로 회전된다. 이 고속 회전에 의해서, 승화제막과, 그 주위의 분위기의 접촉 속도가 증대한다. 이에 의해, 승화제막의 승화를 촉진시킬 수 있어, 따라서, 승화제막을 단기간으로 승화시킬 수 있다.
이 발명은, 표면에 패턴을 갖는 기판을 유지하는 기판 유지 유닛과, 상기 기판 유지 유닛에 유지되어 있는 기판을, 소정의 회전축선 둘레로 회전시키기 위한 회전 유닛과, 상기 기판의 상기 표면에 액체의 승화제를 공급하기 위한 승화제 공급 유닛과, 상기 승화제보다 높은 증기압을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체를, 상기 기판에 있어서의 상기 표면에 공급하기 위한 고증기압 액체 공급 유닛을 포함하는, 기판 처리 장치를 제공한다.
이 구성에 의하면, 기판의 표면에, 승화제가 공급된다. 이에 의해, 기판의 상면에 승화제의 액막이 형성된다. 또, 기판의 표면에, 승화제보다 높은 증기압을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체를 공급함으로써, 승화제의 액막 위에 고증기압 액체의 액막이 배치된다. 고증기압 액체의 액막의 배치 후에 있어서(즉 고증기압 액체의 공급 정지 후에 있어서), 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗김으로써 승화제가 냉각되어, 승화제의 액막이 고체화한다. 이에 의해, 기판으로의 물의 혼입을 방지하면서 승화제막을 양호하게 형성할 수 있다. 따라서, 승화 건조를 양호하게 실현할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 고증기압 액체 공급 유닛에 의해서 공급되는 고증기압 액체가, 상기 승화제 공급 유닛에 의해서 공급되는 승화제의 응고점보다 높은 온도를 갖고 있다.
이 구성에 의하면, 고증기압 액체를, 비교적 높은 액체의 온도에서 사용할 수 있다. 고증기압 액체의 종류에 따라서(예를 들어, 응고점이 약 20.5℃인 환상 구조를 갖는 불소계 유기용제를 승화제로서 채용하는 경우에는), 고증기압 액체를 상온에서 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 고증기압 액체의 온도 조정용 유닛을 폐지하는 것도 가능하고, 비용 절감을 도모할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 회전 유닛, 상기 승화제 공급 유닛 및 상기 고증기압 액체 공급 유닛을 제어하는 제어 장치를 더 포함하고, 상기 제어 장치가, 상기 회전 유닛 및 상기 승화제 공급 유닛에 의해, 상기 기판의 상기 표면에 승화제의 액막을 배치하는 승화제 액막 배치 공정과, 상기 고증기압 액체 공급 유닛에 의해, 고증기압 액체의 액막을, 상기 기판의 상기 표면에 배치되는 상기 승화제의 액막 위에 배치하는 고증기압 액체 배치 공정과, 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗김으로써 승화제를 냉각하고, 이에 의해, 상기 승화제의 액막을 고체화시켜 상기 기판의 상기 표면에 승화제막을 형성하는 기화 냉각 공정과, 상기 회전 유닛에 의해, 승화제막을 승화시키는 승화 공정을 실행한다.
이 구성에 의하면, 기판의 표면에, 승화제의 액막이 배치된다. 또, 이 승화제의 액막 위에, 승화제보다 높은 증기압을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체의 액막이 배치된다. 고증기압 액체의 액막의 배치 후에 있어서(즉 고증기압 액체의 공급 정지 후에 있어서), 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗김으로써 승화제가 냉각되어, 승화제의 액막이 고체화한다. 이에 의해, 기판으로의 물의 혼입을 방지하면서 승화제막을 양호하게 형성할 수 있다.
또, 승화 공정에서는, 승화제막의 승화에 수반하여 승화열이 빼앗겨, 승화제막이 응고점(융점) 이하로 유지된다. 그 때문에, 승화제막이 융해되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 승화 건조를 양호하게 실현할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 고증기압 액체 공급 유닛에 의해서 공급되는 고증기압 액체가, 상기 승화제 공급 유닛에 의해서 공급되는 승화제보다 작은 비중을 갖고 있으며, 상기 고증기압 액체 공급 유닛이, 고증기압 액체를 연속류형상으로 공급하기 위한 연속류형상 공급 유닛을 포함하고, 상기 제어 장치가, 상기 고증기압 액체 배치 공정에 있어서, 상기 연속류형상 공급 유닛에 의해, 상기 기판의 상기 표면에 배치되어 있는 승화제의 액막에 대해 상방으로부터 고증기압 액체를 연속류형상으로 공급하는 연속류형상 공급 공정을 실행하고, 승화제와의 비중차에 의해, 상기 고증기압 액체의 액막이 형성된다.
이 구성에 의하면, 승화제의 액막에 대해 상방으로부터 고증기압 액체가 연속류형상으로 공급된다. 이 경우, 고증기압 액체가, 승화제의 액막과 섞일 우려도 있다.
그러나, 고증기압 액체가 승화제보다 작은 비중을 갖고 있으므로, 고증기압 액체와 승화제의 비중차에 의해, 승화제의 액막 위에, 고증기압 액체의 액막을 양호하게 형성할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 고증기압 액체 공급 유닛이, 고증기압 액체의 액적을 분무하기 위한 고증기압 액체 분무 유닛을 포함한다.
이 구성에 의하면, 기판의 표면에 고증기압 액체의 액적이 분무되므로, 기판의 표면의 광범위에, 고증기압 액체를 균일하게 공급할 수 있다. 이에 의해, 승화제의 액막 위에, 고증기압 액체의 액막을 양호하게 배치할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 승화제 공급 유닛 및 상기 고증기압 액체 공급 유닛이, 서로 공통의 노즐로부터 상기 기판에, 승화제 및 고증기압 액체를 공급하는 유닛을 포함한다.
이 구성에 의하면, 승화제를 공급하기 위한 노즐과 공통의 노즐로부터, 고증기압 액체가 공급된다. 노즐로부터의 승화제의 공급 종료 후, 노즐의 토출구에 부착되어 있는 승화제가 기화해, 이에 수반하여, 노즐의 토출구 부근의 관벽이 냉각될 우려가 있다. 노즐의 내부에 승화제가 잔류하고 있는 경우에는, 노즐의 토출구 부근에 존재하는 승화제가 고체화할 우려가 있다.
그러나, 승화제 액막 배치 공정에 이어서 행해지는 고증기압 액체 배치 공정에 있어서, 동일 노즐로부터 고증기압 액체가 토출되고, 이에 의해, 노즐의 내부의 액체가 승화제로부터 고증기압 액체로 치환된다. 노즐의 관벽의 토출구 부근의 냉각에 의해서는, 노즐의 토출구 부근에 존재하는 고증기압 액체는 고체화하지 않는다.
이에 의해, 노즐에, 승화제의 고체화를 방지하기 위한 유닛을 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 비용 절감을 도모할 수 있다.
이 발명의 일 실시형태에서는, 상기 승화제 공급 유닛이, 승화제를 공급하기 위한 승화제 노즐을 포함하고, 상기 고증기압 액체 공급 유닛이, 고증기압 액체를 공급하기 위한 고증기압 액체 노즐이며, 승화제 노즐과는 상이한 고증기압 액체 노즐을 포함하고, 승화제 노즐을 데우기 위한 승화제 노즐 가온 유닛을 더 포함한다.
이 구성에 의하면, 승화제 액막 배치 공정에 있어서, 승화제 노즐로부터 승화제가 공급된다. 고증기압 액체 배치 공정에 있어서, 고증기압 액체 노즐로부터 고증기압 액체가 공급된다. 승화제 노즐로부터의 승화제의 공급 후에 승화제 노즐이 데워진다. 이에 의해, 승화제의 고체화를 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서의 상술한, 또는 또 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도 면을 참조하여 다음에 기술하는 실시형태의 설명에 의해 명확해진다.
도 1은, 이 발명의 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 위에서 본 모식도이다.
도 2는, 상기 기판 처리 장치에 구비된 처리 유닛의 구성예를 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
도 3은, 상기 기판 처리 장치의 주요부의 전기적 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 4는, 상기 기판 처리 장치에 의한 처리 대상의 기판의 표면을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5는, 상기 처리 유닛에 있어서 실행되는 제1의 기판 처리예의 내용을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은, 도 5에 나타낸 승화 건조 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7a~7f는, 상기 승화 건조 공정이 실행되고 있을 때의 기판의 주변 상태를 나타내는 모식도이다.
도 8a~8c는, 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 효과를 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는, 이 발명의 제2의 실시형태에 있어서, 상기 승화 건조 공정이 실행되고 있을 때의 기판의 주변 상태를 나타내는 모식도이다.
도 10은, 이 발명의 제3의 실시형태에 있어서, 승화 건조 공정이 실행되고 있을 때의 기판의 주변 상태를 나타내는 모식도이다.
도 11은, 도 10의 스프레이 노즐의 구성을 도해적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는, 이 발명의 변형예를 나타내는 도면이다.
<제1의 실시형태>
도 1은, 이 발명의 제1의 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 위에서 본 모식도이다. 기판 처리 장치(1)는, 실리콘 웨이퍼 등의 기판(W)을 한 장씩 처리하는 매엽식 장치이다. 이 실시형태에서는, 기판(W)은, 원판형상의 기판이다. 기판 처리 장치(1)는, 처리액 및 린스액으로 기판(W)을 처리하는 복수의 처리 유닛(2)과, 처리 유닛(2)에서 처리되는 복수장의 기판(W)을 수용하는 기판 수용기가 재치(載置)되는 로드 포토(LP)와, 로드 포토(LP)와 처리 유닛(2) 사이에서 기판(W)을 반송하는 인덱서 로봇(IR) 및 기판 반송 로봇(CR)과, 기판 처리 장치(1)를 제어하는 제어 장치(3)를 포함한다. 인덱서 로봇(IR)은, 기판 수용기와 기판 반송 로봇(CR) 사이에서 기판(W)을 반송한다. 기판 반송 로봇(CR)은, 인덱서 로봇(IR)과 처리 유닛(2) 사이에서 기판(W)을 반송한다. 복수의 처리 유닛(2)은, 예를 들면, 동일한 구성을 갖고 있다.
도 2는, 처리 유닛(2)의 구성예를 설명하기 위한 도해적인 단면도이다.
처리 유닛(2)은, 상자형의 챔버(4)와, 챔버(4) 내에서 한 장의 기판(W)을 수평의 자세로 유지하여, 기판(W)의 중심을 통과하는 연직의 회전축선(A1) 둘레로 기판(W)을 회전시키는 스핀 척(기판 유지 유닛)(5)과, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)의 상면(기판(W)의 표면(Wa)(도 4 등 참조))에 액체의 승화제를 공급하는 승화제 공급 유닛과, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)의 상면(기판(W)의 표면(Wa)(도 4 등 참조))에, 물보다 높은 증기압(승화제보다 높은 증기압)을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체의 일례의 IPA(isopropyl alcohol)를 공급하는 고증기압 액체 공급 유닛과, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)의 상면에 대향하고, 기판(W)의 상방의 공간을 그 주위의 분위기로부터 차단하는 차단 부재(6)와, 스핀 척(5)의 측방을 둘러싸는 통형상의 처리 컵(8)을 포함한다.
챔버(4)는, 스핀 척(5) 등을 수용하는 상자형의 격벽(11)을 포함한다.
스핀 척(5)으로서, 기판(W)을 수평 방향으로 사이에 끼고 기판(W)을 수평으로 유지하는 협지식의 척이 채용되고 있다. 구체적으로는, 스핀 척(5)은, 스핀 모터(회전 유닛)(12)와, 이 스핀 모터(12)의 구동축과 일체화된 하측 스핀축(13)과, 하측 스핀축(13)의 상단에 대략 수평으로 부착된 원판 형상의 스핀 베이스(14)를 포함한다.
스핀 베이스(14)는, 기판(W)의 외경보다 큰 외경을 갖는 수평의 원형의 상면(14a)을 포함한다. 상면(14a)에는, 그 주연부에 복수개(3개 이상. 예를 들어 6개)의 협지 부재(15)가 배치되어 있다. 복수개의 협지 부재(15)는, 스핀 베이스(14)의 상면 주연부에 있어서, 기판(W)의 외주 형상에 대응하는 원주 상에서 적당한 간격을 두고 예를 들면 등 간격으로 배치되어 있다.
차단 부재(6)는, 차단판(17)과, 차단판(17)에 일체 회전 가능하게 설치된 상측 스핀축(18)과, 차단판(17)의 중앙부를 상하 방향으로 관통하는 상면 노즐(19)을 포함한다. 차단판(17)은, 수평으로 배치된 원판부(20)와, 원판부(20)의 외주연을 따라서 설치된 통형상부(21)를 포함한다. 원판부(20)는, 기판(W)과 거의 동일한 직경 또는 그 이상의 직경을 갖는 원판 형상이다. 원판부(20)는, 그 하면에 기판(W)의 상면 전역에 대향하는 원형의 기판 대향면(20a)을 갖고 있다. 기판 대향면(20a)의 중앙부에는, 원판부(20)를 상하로 관통하는 원통형상의 관통 구멍(20b)이 형성되어 있다. 관통 구멍(20b)은, 원통형상의 내주면에 의해서 구획되어 있다.
통형상부(21)는, 원뿔대형상이어도 된다. 통형상부(21)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 원판부(20)의 외주연로부터 외방으로 확대되도록 하방으로 연장되어 있어도 된다. 또, 통형상부(21)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 통형상부(21)의 하단에 근접함에 따라서 두께가 감소되어 있어도 된다.
상측 스핀축(18)은, 차단판(17)의 중심을 통과해 연직으로 연장되는 회전축선(A2)(기판(W)의 회전축선(A1)과 일치하는 축선) 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다. 상측 스핀축(18)은, 원통형상이다. 상측 스핀축(18)의 내주면은, 회전축선(A2)을 중심으로 하는 원통면에 형성되어 있다. 상측 스핀축(18)의 내부 공간은, 차단판(17)의 관통 구멍(20b)에 연통하고 있다. 상측 스핀축(18)은, 차단판(17)의 상방에서 수평으로 연장되는 지지 암(22)에 상대 회전 가능하게 지지되어 있다.
이 실시형태에서는, 상면 노즐(19)은, 중심축 노즐로서 기능한다. 상면 노즐(19)은, 스핀 척(5)의 상방에 배치되어 있다. 상면 노즐(19)은, 지지 암(22)에 의해서 지지되어 있다. 상면 노즐(19)은, 지지 암(22)에 대해 회전 불가능하다. 상면 노즐(19)은, 차단판(17), 상측 스핀축(18), 및 지지 암(22)과 함께 승강한다. 상면 노즐(19)은, 그 하단부에, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)의 상면 중앙부에 대향하는 토출구(19a)를 형성하고 있다.
차단판(17)에는, 전동 모터 등을 포함하는 구성의 차단판 회전 유닛(26)이 결합되어 있다. 차단판 회전 유닛(26)은, 차단판(17) 및 상측 스핀축(18)을, 지지 암(22)에 대해 회전축선(A2) 둘레로 회전시킨다. 또, 지지 암(22)에는, 전동 모터, 볼 나사 등을 포함하는 구성의 차단 부재 승강 유닛(27)이 결합되어 있다. 차단 부재 승강 유닛(27)은, 차단 부재(6)(차단판(17) 및 상측 스핀축(18)) 및 상면 노즐(19)을, 지지 암(22)과 함께 연직 방향으로 승강한다.
차단 부재 승강 유닛(27)은, 차단판(17)을, 기판 대향면(20a)이 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)의 상면에 근접하고, 또한 통형상부(21)의 하단의 높이가 기판(W) 높이보다 하방에 위치하는 차단 위치(도 2에 이점쇄선으로 도시. 도 7a 등도 아울러 참조)와, 차단 위치보다 크게 상방으로 퇴피한 퇴피 위치(도 2에 실선으로 도시) 사이에서 승강시킨다. 차단 부재 승강 유닛(27)은, 차단 위치, 근접 위치(도 2에 파선으로 도시) 및 퇴피 위치에서 차단판(17)을 유지 가능하다. 차단 위치는, 기판 대향면(20a)이 기판(W)의 상면과의 사이에, 차단 공간(28)(도 7b 등 참조)을 형성하는 위치이다. 차단 공간(28)은, 그 주위의 공간으로부터 완전히 격리되어 있는 것은 아니지만, 당해 주위의 공간으로부터 차단 공간(28)으로의 기체의 유입은 없다. 즉, 차단 공간(28)은, 실질적으로 그 주위의 공간과 차단되어 있다. 근접 위치는, 퇴피 위치보다 약간 상방의 위치이다. 차단판(17)이 근접 위치에 배치되어 있는 상태에서는, 차단판(17)의 기판 대향면(20a)과 기판(W) 사이의 공간은, 그 주위의 공간으로부터 차단되어 있지 않다.
승화제 공급 유닛은, 상면 노즐(19)과, 상면 노즐(19)에 액체의 승화제를 공급하는 승화제 유닛(31)을 포함한다. 승화제 유닛(31)은, 상면 노즐(19)에 접속된 승화제 배관(32)과, 승화제 배관(32)에 개재하여 설치된 승화제 밸브(33)를 포함한다. 승화제 배관(32)에 공급되는 승화제는, 승화성을 갖고, 또한 응고점이 낮은 용제이며, 일례로서, 환상 구조를 갖는 불소계 유기용제(응고점 약 20.5℃)나, 터셔리부틸알코올(응고점 약 25℃) 등의 용제를 예시할 수 있다. 승화제 배관(32)에 공급되는 승화제는, 응고점보다 약간 높은 온도를 갖는 액체의 승화제이다. 환상 구조를 갖는 불소계 유기용제가 승화제로서 채용되는 경우에는, 상온(약 23℃~약 25℃)의 승화제가 승화제 배관(32)에 부여된다. 터셔리부틸알코올이 승화제로서 채용되는 경우에는, 약 30℃로 온도 조정된 승화제가, 승화제 배관(32)에 부여된다. 승화제 밸브(33)가 열림으로써, 액체의 승화제가 상면 노즐(19)에 공급되고, 이에 의해, 토출구(19a)로부터 액체의 승화제가 하향으로 토출된다. 환상 구조를 갖는 불소계 유기용제가 승화제로서 사용되는 경우에는, 고증기압 액체의 온도 조정용 유닛을 폐지하는 것도 가능하며, 상온에서 사용할 수 있으므로, 비용 절감을 도모할 수 있다.
상면 노즐(19)에는, 산성 약액 공급 유닛(34), 알칼리 약액 공급 유닛(35), 린스액 공급 유닛(36), 고증기압 액체 유닛(37), 및 기체 공급 유닛(38)이 접속되어 있다.
산성 약액 공급 유닛(34)은, 상면 노즐(19)에 접속된 산성 약액 배관(41)과, 산성 약액 배관(41)에 개재하여 설치된 산성 약액 밸브(42)를 포함한다. 산성 약액 배관(41)에 부여되는 산성 약액은, 예를 들어, 불산(HF), 염산, 황산, 인산, 질산 중 적어도 1개를 포함하는 약액을 예시할 수 있다. 이 실시형태에서는, 산성 약액으로서 불산(HF)을 채용한다. 산성 약액 밸브(42)가 열림으로써, 상면 노즐(19)에 산성 약액이 공급되고, 이에 의해, 토출구(19a)로부터 산성 약액이 하향으로 토출된다.
알칼리 약액 공급 유닛(35)은, 상면 노즐(19)에 접속된 알칼리 약액 배관(43)과, 알칼리 약액 배관(43)에 개재하여 설치된 알칼리 약액 밸브(44)를 포함한다. 알칼리 약액 배관(43)에 부여되는 알칼리 약액은, 예를 들어, 암모니아 및 수산기 중 적어도 1개를 포함하는 약액을 예시할 수 있다. 이 실시형태에서는, 산성 약액으로서 SC1(NH4OH와 H2O2를 포함하는 액)을 채용한다. 알칼리 약액 밸브(44)가 열림으로써, 상면 노즐(19)에 산성 약액이 공급되고, 이에 의해, 토출구(19a)로부터 알칼리성이 하향으로 토출된다.
린스액 공급 유닛(36)은, 상면 노즐(19)에 접속된 린스액 배관(45)과, 린스액 배관(45)에 개재하여 설치된 린스액 밸브(46)를 포함한다. 린스액 배관(45)에 부여되는 린스액은, 예를 들어 탈이온수(DIW)인데, DIW로 한정하지 않고, 탄산수, 전해 이온수, 수소수, 오존수 및 희석 농도(예를 들어, 10ppm~100ppm 정도)의 염산수 중 어느 것이어도 된다. 린스액 밸브(46)가 열림으로써, 상면 노즐(19)에 린스액이 공급되고, 이에 의해, 토출구(19a)로부터 린스액이 하향으로 토출된다.
고증기압 액체 유닛(37)과, 상면 노즐(19)에 의해서, 고증기압 액체 공급 유닛이 구성되어 있다. 고증기압 액체 유닛(37)은, 상면 노즐(19)에 접속된 고증기압 액체 배관(53)과, 고증기압 액체 배관(53)에 개재하여 설치된 고증기압 액체 밸브(48)를 포함한다. 고증기압 액체 배관(53)에 부여되는 고증기압 액체는, 물보다 높은 증기압(승화제보다 높은 증기압)을 갖고(즉, 비점이 물보다 낮은), 물을 포함하지 않는 액체이다. 이 고증기압 액체가, 상기 승화제의 액막에 포함되는 환상 구조를 갖는 불소계 유기용제(비중 1.05g/cm3)보다 작은 비중을 갖고 있다.
고증기압 액체는, 예를 들어 용제이며, 보다 구체적으로는 IPA(isopropyl alcohol. 비중 0.78g/cm3)이다. 이러한 고증기압 액체(용제)로서 IPA 이외에, 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 및 HFE(하이드로플루오로에테르)를 예시할 수 있다. 또, 고증기압 액체로는, 단체(單體) 성분만으로 이루어지는 경우뿐만 아니라, 다른 성분과 혼합한 액체여도 된다. 예를 들어, IPA와 아세톤의 혼합액이어도 되고, IPA와 메탄올의 혼합액이어도 된다.
고증기압 액체 배관(53)에 공급되는 고증기압 액체의 온도는, 승화제 배관(32)에 공급되는 승화제(용제)의 응고점보다 수 ℃ 높은 온도이다. 승화제 배관(32)에 공급되는 승화제로서 환상 구조를 갖는 불소계 유기용제가 사용되는 경우에는, 상온의 승화제가 하면 공급 배관(52)에 부여된다. 터셔리부틸알코올이 승화제로서 사용되는 경우에는, 약 30℃의 액온을 갖는 승화제가, 하면 공급 배관(52)에 부여된다. 이 실시형태에서는, 고증기압 액체로서 IPA를 사용하므로, 고증기압 액체 유닛(37)은, 공기보다 비중이 크고 또한 물보다 낮은 표면장력을 갖는 저표면장력 액체로서의 유기용제를 공급하는 유닛으로도 기능한다.
기체 공급 유닛(38)은, 상면 노즐(19)에 접속된 기체 공급 배관(49)과, 기체 공급 배관(49)을 개폐하는 기체 밸브(50)를 포함한다. 기체 공급 배관(49)에 부여되는 기체는, 제습된 기체, 특히 제습된 불활성 가스이다. 불활성 가스는, 예를 들어, 질소 가스나 아르곤 가스를 포함한다. 기체 밸브(50)가 열림으로써, 상면 노즐(19)에 기체가 공급되고, 이에 의해, 토출구(19a)로부터 기체가 하향으로 토출된다.
처리 컵(8)은, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)보다 외방(회전축선(A1)으로부터 멀어지는 방향)에 배치되어 있다. 처리 컵(8)은, 스핀 베이스(14)의 주위를 둘러싸는 복수의 컵(61~63)(제1~제3의 컵(61~63))과, 기판(W)의 주위로 비산한 처리액(약액, 린스액, 유기용제, 소수화제 등)을 받는 복수의 가드(64~66)(내측 가드(64), 중간 가드(65) 및 외측 가드(66))와, 복수의 가드(64~66)를 개별적으로 승강시키는 가드 승강 유닛(67)(도 5 참조)을 포함한다. 처리 컵(8)은, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)의 외주보다 외측(회전축선(A1)으로부터 멀어지는 방향)에 배치되어 있다.
각 컵(61~63)은, 원통형상이며, 스핀 척(5)의 주위를 둘러싸고 있다. 내측에서부터 2번째의 제2의 컵(62)은, 제1의 컵(61)보다 외측에 배치되어 있고, 가장 외측의 제3의 컵(63)은, 제2의 컵(62)보다 외측에 배치되어 있다. 제3의 컵(63)은, 예를 들어, 중간 가드(65)와 일체이며, 중간 가드(65)와 함께 승강한다. 각 컵(61~63)은, 상향으로 열린 환상의 홈을 형성하고 있다.
제1의 컵(61)의 홈에는, 배액 배관(76)이 접속되어 있다. 제1의 컵(61)의 홈으로 이끌린 처리액은, 배액 배관(76)을 통해 기기 밖의 폐수 설비로 보내진다.
제2의 컵(62)의 홈에는, 회수 배관(77)이 접속되어 있다. 제2의 컵(62)의 홈으로 이끌린 처리액(주로 약액)은, 회수 배관(77)을 통해 기기 밖의 회수 설비로 보내지고, 이 회수 설비에 있어서 회수 처리된다.
제3의 컵(63)의 홈에는, 회수 배관(78)이 접속되어 있다. 제3의 컵(63)의 홈으로 이끌린 처리액(예를 들어 유기용제)은, 회수 배관(78)을 통해 기기 밖의 회수 설비로 보내지고, 이 회수 설비에 있어서 회수 처리된다.
각 가드(64~66)는, 원통형상이며, 스핀 척(5)의 주위를 둘러싸고 있다. 각 가드(64~66)는, 스핀 척(5)의 주위를 둘러싸는 원통형상의 안내부(68)와, 안내부(68)의 상단으로부터 중심측(기판(W)의 회전축선(A1)에 근접하는 방향)으로 비스듬한 상방으로 연장되는 원통형상의 경사부(69)를 포함한다. 각 경사부(69)의 상단부는, 가드(64~66)의 내주부를 구성하고 있으며, 기판(W) 및 스핀 베이스(14)보다 큰 직경을 갖고 있다. 3개의 경사부(69)는, 상하로 겹쳐져 있고, 3개의 안내부(68)는, 동축적으로 배치되어 있다. 3개의 안내부(68)(가드(64~66)의 안내부(68))는, 각각, 대응하는 컵(61~63) 내에 출입 가능하다. 즉, 처리 컵(8)은, 접이 가능하며, 가드 승강 유닛(67)이 3개의 가드(64~66) 중 적어도 1개를 승강시킴으로써, 처리 컵(8)의 전개 및 접이가 행해진다. 또한, 경사부(69)는, 그 단면 형상이 도 2에 나타낸 바와 같이 직선형이어도 되고, 또, 예를 들면 매끄러운 위로 볼록한 원호를 그리면서 연장되어 있어도 된다.
각 가드(64~66)는, 가드 승강 유닛(67)의 구동에 의해서, 상측 위치(각 경사부(69)의 상단부가, 기판(W)의 상면보다 상방인 위치)와, 하측 위치(각 경사부(69)의 상단부가, 기판(W)의 상면보다 하방인 위치) 사이에서 승강된다.
기판(W)으로의 처리액(산성 약액, 알칼리 약액, 린스액, 유기용제, 승화제, 고증기압 액체 등)의 공급이나 기판(W)의 건조는, 어느 한 가드(64~66)가, 기판(W)의 둘레 단면에 대향하고 있는 상태로 행해진다. 예를 들어 가장 외측의 외측 가드(66)가 기판(W)의 둘레 단면에 대향하고 있는 상태(도 7f에 나타낸 상태. 이하, 「제3의 가드 대향 상태」라 하는 경우가 있다)를 실현하기 위해서, 내측 가드(64) 및 중간 가드(65)를 하측 위치에 배치하고, 외측 가드(66)를 상측 위치에 배치한다. 제3의 가드 대향 상태에서는, 회전 상태에 있는 기판(W)의 주연부로부터 배출되는 처리액의 전부가, 외측 가드(66)에 의해서 받아진다.
또, 내측에서부터 2번째의 중간 가드(65)가 기판(W)의 둘레 단면에 대향하고 있는 상태(도 7a 등에 나타낸 상태. 이하, 「제2의 가드 대향 상태」라 하는 경우가 있다)를 실현하기 위해서, 내측 가드(64)를 하측 위치에 배치하고, 중간 가드(65) 및 외측 가드(66)를 상측 위치에 배치한다. 제2의 가드 대향 상태에서는, 회전 상태에 있는 기판(W)의 주연부로부터 배출되는 처리액의 전부가, 중간 가드(65)에 의해서 받아진다.
또, 가장 내측의 내측 가드(64)가 기판(W)의 둘레 단면에 대향하고 있는 상태(도시하지 않음. 이하, 「제1의 가드 대향 상태」라 하는 경우가 있다)를 실현하기 위해서, 3개의 가드(64~66)의 전부를 상측 위치에 배치한다. 제1의 가드 대향 상태에서는, 회전 상태에 있는 기판(W)의 주연부로부터 배출되는 처리액의 전부가, 내측 가드(64)에 의해서 받아진다.
예를 들어, 후술하는 HF 공정(S3)(도 5 참조)이나, 린스 공정(S4)(도 5 참조), SC1 공정(S5)(도 5 참조)이나, 린스 공정(S6)(도 5 참조), 치환 공정(S7)(도 5 참조) 및 승화 건조 공정(S8)(도 5 참조)에서는, 3개의 가드(64~66) 중 어느 하나가, 기판(W)의 둘레 단면에 대향하고 있는 상태로 행해진다. 따라서, 기판(W)에 처리액이 공급되고 있을 때 기판(W)의 주위로 비산한 처리액은, 내측 가드(64), 중간 가드(65), 및 외측 가드(66) 중 어느 하나에 의해서, 어느 한 컵(61~63)에 안내된다.
도 3은, 기판 처리 장치(1)의 주요부의 전기적 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
제어 장치(3)는, 예를 들어 마이크로 컴퓨터를 이용하여 구성되어 있다. 제어 장치(3)는 CPU 등의 연산 유닛, 고정 메모리 디바이스, 하드 디스크 드라이브 등의 기억 유닛, 및 입출력 유닛을 갖고 있다. 기억 유닛에는, 연산 유닛이 실행하는 프로그램이 기억되어 있다.
또, 제어 장치(3)에는, 제어 대상으로서, 스핀 모터(12), 차단 부재 승강 유닛(27), 차단판 회전 유닛(26), 가드 승강 유닛(67) 등이 접속되어 있다. 제어 장치(3)는, 미리 정해진 프로그램에 따라서, 스핀 모터(12), 차단 부재 승강 유닛(27), 차단판 회전 유닛(26), 가드 승강 유닛(67) 등의 동작을 제어한다.
또, 제어 장치(3)는, 미리 정해진 프로그램에 따라서, 승화제 밸브(33), 산성 약액 밸브(42), 알칼리 약액 밸브(44), 린스액 밸브(46), 고증기압 액체 밸브(54), 기체 밸브(50) 등을 개폐한다.
이하에서는, 디바이스 형성면인, 표면(표면)(Wa)에 패턴(100)이 형성된 기판(W)을 처리하는 경우에 대해서 설명한다.
도 4는, 기판 처리 장치(1)에 의한 처리 대상의 기판(W)의 표면(Wa)을 확대하여 나타낸 단면도이다. 처리 대상의 기판(W)은, 예를 들어 실리콘 웨이퍼이며, 그 패턴 형성면인 표면(Wa)에 패턴(100)이 형성되어 있다. 패턴(100)은, 예를 들어 미세 패턴이다. 패턴(100)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 볼록 형상(기둥형상)을 갖는 구조체(101)가 행렬형상으로 배치된 것이어도 된다. 이 경우, 구조체(101)의 선폭(W1)은 예를 들어 3nm~45nm 정도로, 패턴(100)의 간극(W2)은 예를 들어 10nm~수 μm 정도로, 각각 설치되어 있다. 패턴(100)의 막두께(T)는, 예를 들어, 0.2μm~1.0μ 정도이다. 또, 패턴(100)은, 예를 들어, 애스펙트비(선폭(W1)에 대한 막두께(T)의 비)가, 예를 들어, 5~500 정도여도 된다(전형적으로는, 5~50 정도이다).
또, 패턴(100)은, 미세한 트렌치에 의해 형성된 라인형상의 패턴이, 반복해서 늘어선 것이어도 된다. 또, 패턴(100)은, 박막에, 복수의 미세 구멍(보이드(void) 또는 포어(pore))를 설치함으로써 형성되어 있어도 된다.
패턴(100)은, 예를 들어 절연막을 포함한다. 또, 패턴(100)은, 도체막을 포함하고 있어도 된다. 보다 구체적으로는, 패턴(100)은, 복수의 막을 적층한 적층막에 의해 형성되어 있고, 또한, 절연막과 도체막을 포함하고 있어도 된다. 패턴(100)은, 단층막으로 구성되는 패턴이어도 된다. 절연막은, 실리콘 산화막(SiO2막)이나 실리콘 질화막(SiN막)이어도 된다. 또, 도체막은, 저저항화를 위한 불순물을 도입한 아몰퍼스 실리콘막이어도 되고, 금속막(예를 들어 TiN막)이어도 된다.
또, 패턴(100)은, 친수성막이어도 된다. 친수성막으로서, TEOS막(실리콘 산화막의 1종)을 예시할 수 있다.
도 5는, 처리 유닛(2)에 있어서 실행되는 제1의 기판 처리예의 내용을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 1~도 5를 참조하면서, 제1의 기판 처리예에 대해서 설명한다.
미처리의 기판(W)(예를 들어 직경 300mm인 원형 기판)은, 인덱서 로봇(IR) 및 기판 반송 로봇(CR)에 의해서 기판 수용기(C)로부터 처리 유닛(2)에 반입되고, 챔버(4) 내에 반입되고, 기판(W)이 그 표면(Wa)(도 4 등 참조)을 상방을 향하게 한 상태로 스핀 척(5)에 수도(受渡)되고, 스핀 척(5)에 기판(W)이 유지된다(도 5의 S1:기판(W) 반입). 이 상태에 있어서, 기판(W)의 이면(Wb)(도 7a 등 참조)은 하방을 향하고 있다. 챔버(4)로의 기판(W)의 반입은, 차단판(17)이 퇴피 위치에 퇴피된 상태로, 또한 가드(64~66)가 하측 위치에 배치된 상태로 행해진다.
기판 반송 로봇(CR)이 처리 유닛(2) 밖으로 퇴피한 후, 제어 장치(3)는, 스핀 모터(12)를 제어하여 스핀 베이스(14)의 회전 속도를, 소정의 액처리 속도(약 10~1200rpm의 범위 내에서, 예를 들어 약 300rpm)까지 상승시키고, 그 액처리 속도로 유지시킨다(도 5의 S2:기판(W) 회전 개시).
또, 제어 장치(3)는, 차단 부재 승강 유닛(27)을 제어하여, 차단판(17)을, 퇴피 위치로부터 하강시켜 근접 위치에 배치한다.
또, 제어 장치(3)는, 가드 승강 유닛(67)을 제어하여, 내측 가드(64), 중간 가드(65) 및 외측 가드(66)를 상측 위치로 상승시킴으로써, 내측 가드(64)를 기판(W)의 둘레 단면에 대향시킨다(제1의 가드 대향 상태를 실현).
기판(W)의 회전이 액처리 속도에 도달하면, 그 다음에, 제어 장치(3)는, 기판(W)의 표면(Wa)에 산성 약액의 일례로서의 HF를 공급하는 HF 공정(S3)(도 5 참조)을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 산성 약액 밸브(42)를 연다. 그에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 표면(Wa)의 중앙부를 향해서, 상면 노즐(19)의 토출구(19a)로부터 HF가 토출된다. 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 HF는, 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 주연부로 이동한다. 이에 의해, 기판(W)의 표면(Wa)의 전역이 HF를 이용하여 처리된다.
기판(W)의 주연부로 이동한 HF는, 기판(W)의 주연부로부터 기판(W)의 측방으로 배출된다. 기판(W)의 주연부로부터 배출되는 HF는, 내측 가드(64)의 내벽에 받아져, 내측 가드(64)의 내벽을 타고 흘러내려, 제1의 컵(61) 및 배액 배관(76)을 통해, 기기 밖의 폐수 처리 설비로 보내진다.
HF의 토출 개시로부터 미리 정한 기간이 경과하면, 제어 장치(3)는, 산성 약액 밸브(42)를 닫아, 상면 노즐(19)로부터의 HF의 토출을 정지한다. 이에 의해, HF 공정(S3)이 종료된다.
그 다음에, 제어 장치(3)는, 기판(W) 상의 HF를 린스액으로 치환하여 기판(W) 상으로부터 약액을 배제하기 위한 린스 공정(S4)(도 5 참조)을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 처리 컵(8)의 제1의 가드 대향 상태를 유지하면서, 린스액 밸브(46)를 연다. 그에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 표면(Wa)의 중앙부를 향해서, 상면 노즐(19)의 토출구(19a)로부터 린스액이 토출된다. 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 린스액은, 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 주연부로 이동한다. 이에 의해, 기판(W) 상에 부착되어 있는 HF가 린스액에 의해서 씻겨나간다.
기판(W)의 주연부로부터 배출된 린스액은, 기판(W)의 주연부로부터 기판(W)의 측방으로 배출된다. 기판(W)의 주연부로부터 배출된 린스액은, 내측 가드(64)의 내벽에 받아져, 내측 가드(64)의 내벽을 타고 흘러내려, 제1의 컵(61) 및 배액 배관(76)을 통해, 기기 밖의 폐수 처리 설비로 보내진다. 린스액 밸브(46)가 열리고 나서 미리 정한 기간이 경과하면, 제어 장치(3)는 린스액 밸브(46)를 닫는다. 이에 의해, 린스 공정(S4)이 종료된다.
그 다음에, 제어 장치(3)는, 기판(W)의 표면(Wa)에 알칼리 약액의 일례로서의 SC1을 공급하는 SC1 공정(S5)(도 5 참조)을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 알칼리 약액 밸브(44)를 연다. 그에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 표면(Wa)의 중앙부를 향해서, 상면 노즐(19)의 토출구(19a)로부터 SC1이 토출된다. 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 SC1은, 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 주연부로 이동한다. 이에 의해, 기판(W)의 표면(Wa)의 전역이 SC1을 이용하여 처리된다.
기판(W)의 주연부로 이동한 SC1은, 기판(W)의 주연부로부터 기판(W)의 측방으로 배출된다. 기판(W)의 주연부로부터 배출되는 SC1은, 내측 가드(64)의 내벽에 받아져, 내측 가드(64)의 내벽을 타고 흘러내려, 제1의 컵(61) 및 배액 배관(76)을 통해, 기기 밖의 폐수 처리 설비로 보내진다.
SC1의 토출 개시로부터 미리 정한 기간이 경과하면, 제어 장치(3)는, 알칼리 약액 밸브(44)를 닫아, 상면 노즐(19)로부터의 SC1의 토출을 정지한다. 이에 의해, SC1 공정(S5)이 종료된다.
그 다음에, 제어 장치(3)는, 기판(W) 상의 SC1을 린스액으로 치환하여 기판(W) 상으로부터 약액을 배제하기 위한 린스 공정(S6)(도 5 참조)을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 처리 컵(8)의 제1의 가드 대향 상태를 유지하면서, 린스액 밸브(46)를 연다. 그에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 표면(Wa)의 중앙부를 향해, 상면 노즐(19)의 토출구(19a)로부터 린스액이 토출된다. 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 린스액은, 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 주연부로 이동한다. 이에 의해, 기판(W) 상에 부착되어 있는 SC1이 린스액에 의해서 씻겨나간다.
기판(W)의 주연부로부터 배출된 린스액은, 기판(W)의 주연부로부터 기판(W)의 측방으로 배출된다. 기판(W)의 주연부로부터 배출된 린스액은, 내측 가드(64)의 내벽에 받아져, 내측 가드(64)의 내벽을 타고 흘러내려, 제1의 컵(61) 및 배액 배관(76)을 통해, 기기 밖의 폐수 처리 설비로 보내진다. 린스액 밸브(46)가 열리고 나서 미리 정한 기간이 경과하면, 제어 장치(3)는 린스액 밸브(46)를 닫는다. 이에 의해, 린스 공정(S6)이 종료된다.
그 다음에, 제어 장치(3)는, 치환 공정(S7)(도 5 참조)을 실행한다. 치환 공정(S7)은, 기판(W) 상의 린스액을, 린스액(물)보다 표면장력이 낮은 유기용제(이 예에서는, IPA)로 치환하는 공정이다. 제어 장치(3)는, 가드 승강 유닛(67)을 제어하여, 내측 가드(64) 및 중간 가드(65)를 하측 위치로 하강시킴으로써, 외측 가드(66)를 기판(W)의 둘레 단면에 대향시킨다(제3의 가드 대향 상태를 실현).
또, 제어 장치(3)는, 고증기압 액체 밸브(54)를 연다. 그에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 표면(Wa)의 중앙부를 향해, 상면 노즐(19)의 토출구(19a)로부터 고증기압 액체가 토출된다. 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 고증기압 액체는, 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 표면(Wa)의 전역에 확산된다. 이에 의해, 기판(W)의 표면(Wa)의 전역에 있어서, 당해 표면(Wa)에 부착되어 있는 린스액이, 고증기압 액체에 의해서 치환된다. 기판(W)의 표면(Wa)을 이동하는 고증기압 액체는, 기판(W)의 주연부로부터 기판(W)의 측방으로 배출된다. 기판(W)의 주연부로부터 배출되는 고증기압 액체는, 외측 가드(66)의 내벽에 받아져, 외측 가드(66)의 내벽을 타고 흘러내려, 제3의 컵(63) 및 회수 배관(78)을 통해, 회수 설비로 보내진다.
고증기압 액체 밸브(54)가 열리고 나서 미리 정한 기간이 경과하면, 제어 장치(3)는, 고증기압 액체 밸브(54)를 닫는다. 이에 의해, 치환 공정(S7)이 종료된다.
또, 치환 공정(S7)의 종료 후에는, 제어 장치(3)는, 승화 건조 공정(S8)(도 5 참조)을 실행한다. 승화 건조 공정(S8)은, 액체의 승화제를 기판(W)의 표면(Wa)에 공급하여, 기판(W)의 표면(Wa)에, 패턴(100)을 침지시키는 두께의 액막을 형성한 후, 그것을 고체화시켜 승화제막을 형성한다. 그 후, 기판(W)을 고속 회전시킴으로써, 승화제막(에 포함되는 승화제)을 승화시킨다. 이 경우, 기판(W)의 고속 회전시에, 기판(W)의 표면(Wa)의 패턴(100) 사이에 액상이 존재하지 않기 때문에, 패턴의 도괴의 문제를 완화하면서, 기판(W)을 건조시킬 수 있다. 승화 건조 공정(S8)에 대해서는, 다음에 상세하게 기술한다.
승화 건조 공정(S8)에 있어서의 고속 회전의 개시로부터 미리 정한 기간이 경과하면, 제어 장치(3)는, 스핀 모터(12)를 제어하여 스핀 척(5)의 회전을 정지시킨다(도 5의 S9:기판(W) 회전 정지). 또, 제어 장치(3)는, 가드 승강 유닛(67)을 제어하여, 외측 가드(66)로 하강시켜, 모든 가드를 기판(W)의 둘레 단면으로부터 하방으로 퇴피시킨다.
그 후, 기판 반송 로봇(CR)이, 처리 유닛(2)에 진입하여, 처리가 끝난 기판(W)을 처리 유닛(2) 밖으로 반출한다(도 5의 S10:기판(W) 반출). 반출된 기판(W)은, 기판 반송 로봇(CR)으로부터 인덱서 로봇(IR)에 건네고, 인덱서 로봇(IR)에 의해서, 기판 수용기(C)에 수납된다.
도 6은, 도 5에 나타낸 승화 건조 공정(S8)을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7a~7f는, 승화 건조 공정(S8)이 실행되고 있을 때의 기판(W)의 주변 상태를 나타내는 모식도이다.
승화 건조 공정(S8)은, 기판(W)의 표면(Wa)에 액체의 승화제의 액막(81)을 배치하는 승화제 액막 배치 공정(T1)과, 이 승화제의 액막(81)의 상방에, 물보다 높은 증기압(승화제보다 높은 증기압)을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체의 액막(86)을 배치하는 고증기압 액체 배치 공정(T2)과, 고증기압 액체의 액막(86)의 배치 후에 있어서의 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗김으로써 승화제의 액막(81)을 냉각하는 기화 냉각 공정(T3)을 포함한다. 기화 냉각 공정(T3)에 의해서, 승화제의 액막(81)에 포함되는 승화제가 고체화되어, 기판(W)의 표면(Wa)에, 고체상의 승화제막(82)이 형성된다. 승화 건조 공정(S8)은, 승화제막(82)를 승화시키는 승화 공정(T4)을 더 포함한다.
승화제 액막 배치 공정(T1)은, 기판(W)의 표면(Wa)에 승화제를 공급하는 승화제 공급 공정(도 7a 참조)과, 승화제를 공급하지 않고 회전축선(A1) 둘레로 기판(W)을 회전시킴으로써, 공급된 승화제를 기판(W)의 표면(Wa)에서 얇게 확산시키는 박화 공정(도 7b 참조)을 포함한다.
고증기압 액체 배치 공정(T2)은, 승화제의 액막(81) 위에 연속류형상의 고증기압 액체를 공급하는 고증기압 액체 공급 공정(도 7c 참조)과, 고증기압 액체의 비중이 승화제의 비중보다 작기 때문에, 공급된 고증기압 액체와 승화제의 비중차에 의해 승화제의 액막(81)의 표층을 형성하는 표층 형성 공정(도 7d 참조)을 포함한다.
승화 건조 공정(S8)에 있어서, 고체화 후의 승화제막(82)에 물이 섞여 있으면, 승화제의 승화가 저해될 우려가 있다. 그 뿐만 아니라, 기판(W)의 표면에 있어서 물이 액화함으로써, 패턴 도괴를 조장시킬 우려도 있다. 그 때문에, 승화제의 액막(81)이나 고체화 후의 승화제막(82)에 물이 섞이지 않도록, 기판(W)의 표면(Wa)으로부터 가능한 한 수분을 배제한 상태로(즉, 기판(W)의 표면(Wa)을 저습도로 유지하면서), 승화 건조 공정(S8)을 행할 필요가 있다. 그로 인해, 차단 공간(28)(도 7a 등 참조)에 있어서, 승화 건조 공정(S8)이 행해진다.
승화 건조 공정(S8)(승화제 액막 배치 공정(T1))의 개시시에, 제어 장치(3)는, 차단 부재 승강 유닛(27)을 제어하여, 차단판(17)을, 근접 위치에서부터 차단 위치까지 하강시킨다. 이에 의해, 기판 대향면(20a)과 기판(W)의 표면(Wa) 사이에, 차단 공간(28)이 형성된다. 또, 제어 장치(3)는, 가드 승강 유닛(67)을 제어하여, 내측 가드(64)를 하측 위치로 하강시킴으로써, 기판(W)의 둘레 단면에 중간 가드(65)를 대향시킨다(제2의 가드 대향 상태를 실현).
그리고, 제어 장치(3)는, 승화제 액막 배치 공정(T1)을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 승화제 공급 공정(도 7a 참조)에 있어서, 기판(W)의 회전을 액처리 속도로 유지하면서, 승화제 밸브(33)를 연다. 그에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 표면(Wa)의 중앙부를 향해, 상면 노즐(19)의 토출구(19a)로부터 액체의 승화제가 토출된다. 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 승화제는, 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 주연부로 이동한다. 이에 의해, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 기판(W)의 표면(Wa)의 전역을 덮는, 승화제의 액막(80)이 형성된다.
그 다음에, 제어 장치(3)는, 박화 공정(도 7b 참조)에 있어서, 승화제 밸브(33)를 닫으면서(즉, 상면 노즐(19)로부터의 승화제의 공급을 정지하고 있는 상태로), 기판(W)을 액처리 속도(약 300rpm)로 회전시킨다. 박화 공정에 있어서는, 기판(W)의 회전에 의한 원심력에 의해, 기판(W)의 표면(Wa)에서 승화제를 확산시킬 수 있다. 박화 후의 승화제의 액막(81)의 두께는, 예를 들어 약 10μm이다. 이에 의해, 기판(W)의 표면(Wa)에, 적절한 얇은 두께의 승화제의 액막(81)을 양호하게 형성할 수 있음과 더불어, 승화제의 액막(81)의 두께를 기판(W)의 면 내에서 균일화할 수 있다.
그 다음에, 제어 장치(3)는, 고증기압 액체 배치 공정(T2)을 실행한다. 구체적으로는, 제어 장치(3)는, 승화제 공급 공정(도 7c 참조)에 있어서, 기판(W)의 회전을 액처리 속도로 유지하면서, 고증기압 액체 밸브(54)를 연다. 그에 의해, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 승화제의 액막(81)의 중앙부를 향해, 상면 노즐(19)의 토출구(19a)로부터 연속류형상의 고증기압 액체가 공급된다. 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 고증기압 액체는, 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아, 승화제의 액막(81) 위를 기판(W)의 주연부로 이동한다. 이 고증기압 액체는, 기판(W)의 표면(Wa)에 공급되고 있는 승화제의 응고점(FP)보다 수 ℃ 높은 액온(TIPA)을 갖고 있다(TIPA>FP). 그로 인해, 고증기압 액체의 기판(W)으로의 공급에 의해서, 기판(W)의 표면(Wa) 상의 승화제의 액막(81)이 바로 당해 승화제의 응고점 이하까지 냉각되는 일은 없다. 고증기압 액체 밸브(54)를 열고 나서 미리 정한 기간이 경과하면, 제어 장치(3)는, 고증기압 액체 밸브(54)를 닫는다.
승화제의 액막(81) 위에 연속류형상의 고증기압 액체가 공급됨으로써, 승화제와 고증기압 액체는 일시적으로 섞이지만, 시간의 경과에 따라, 공급된 고증기압 액체와 승화제의 비중차에 의해, 승화제의 액막(81)의 표면에, 고증기압 액체의 층이 부상한다(분리된다). 이에 의해, 승화제의 액막(81)의 표층을 이루는, 고증기압 액체의 액막(86)이 형성된다. 즉, 고증기압 액체의 액막(86)이 승화제의 액막(81) 위에 배치된다.(표층 형성 공정(도 7d 참조)).
그 다음에, 제어 장치(3)는, 기화 냉각 공정(T3)(도 7e 등 참조)를 실행한다. 이 기화 냉각 공정(T3) 동안, 기판(W)이 액처리 속도로 계속 회전하고 있다.
고증기압액의 공급 정지 후(즉, 고증기압 액체의 액막(86)의 배치 후)에 있어서는, 높은 증기압을 갖는 고증기압 액체의 기화가, 승화제의 액막(81)의 상면에 있어서 촉진된다. 승화제의 액막(81)의 상면에 있어서 고증기압 액체가 기화함에 따라, 승화제의 액막(81)으로부터 기화열이 빼앗긴다. 이에 의해 승화제의 액막(81)도 냉각된다. 이러한 냉각에 수반하여, 승화제의 액막(81)(에 포함되는 승화제)이 당해 승화제의 응고점(FP) 이하(보다 구체적으로는, 응고점(FP)보다 저온)로 온도 저하된다. 이에 의해, 승화제의 액막(81)에 포함되는 승화제가 고체화된다. 승화제의 액막(81)에 포함되는 승화제의 전부가 고체화함으로써, 기판(W)의 표면(Wa)에, 고체상의 승화제막(82)이 형성된다. 승화제막(82)의 온도 Ts는, 응고점보다 낮다(FP>Ts).
고증기압 액체 밸브(54)를 닫고 나서 미리 정한 기간이 경과하면, 기화 냉각 공정(T3)이 종료된다.
그 다음에, 제어 장치(3)는, 승화 공정(T4)(도 7f 등 참조)을 실행한다. 제어 장치(3)는, 가드 승강 유닛(67)을 제어하여, 중간 가드(65)를 하측 위치로 하강시킴으로써, 외측 가드(66)를 기판(W)의 둘레 단면에 대향시킨다(제3의 가드 대향 상태를 실현). 또, 제어 장치(3)는, 기판(W)의 회전을 고속도(예를 들어 약 1500rpm)까지 가속시킨다(승화제 액막 배치 공정(T1) 및 기화 냉각 공정(T3)보다 고회전 속도). 또, 제어 장치(3)는, 차단판 회전 유닛(26)을 제어하여, 차단판(17)을 기판(W)의 회전과 동일 방향으로 동등한 속도로 회전시킨다. 기판(W)의 고속 회전에 수반하여, 승화제막(82)과, 그 주위의 분위기의 접촉 속도가 증대한다. 이에 의해, 승화제막(82)의 승화를 촉진시킬 수 있어, 단기간의 동안에 승화제막을 승화시킬 수 있다.
또, 승화 공정(T4)에 있어서는, 제어 장치(3)는, 기체 밸브(50)를 연다. 그에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 표면(Wa)의 중앙부를 향해, 상면 노즐(19)의 토출구(19a)로부터 제습된 기체가 토출된다. 이에 의해, 차단 공간(28)을 저습도 상태로 유지하면서, 승화 공정(T4)을 행할 수 있다.
이 승화 공정(T4)에서는, 승화제막(82)의 승화에 수반하여 승화열이 빼앗겨, 승화제막(82)이 응고점(융점) 이하로 유지된다. 그로 인해, 승화제막(82)에 포함되는 승화제가 융해되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 승화 건조를 양호하게 실현할 수 있다.
이상과 같이 이 실시형태에 의하면, 기판(W)의 표면(Wa)에, 승화제의 액막(81)이 배치된다. 또, 이 승화제의 액막(81)의 상방(기판(W)과 반대측)에, 물보다 높은 증기압(승화제보다 높은 증기압)을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체의 액막(86)이 배치된다. 고증기압 액체의 액막(86)의 배치 후에 있어서(즉 고증기압 액체의 공급 정지 후에 있어서), 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗김으로써 승화제의 액막(81)이 냉각되어, 승화제의 액막(81)에 포함되는 승화제가 고체화한다. 이에 의해, 기판(W)으로의 물의 혼입을 방지하면서 승화제막(82)을 양호하게 형성할 수 있다.
또, 승화 공정(T4)에서는, 승화제막(82)의 승화에 수반하여 승화열이 빼앗겨, 승화제막(82)이 응고점(융점) 이하로 유지된다. 그로 인해, 승화제막(82)에 포함되는 승화제가 융해되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 승화 건조를 양호하게 실현할 수 있다.
그런데, 상면 노즐(19)로부터의 승화제의 토출 종료 후에 그대로의 상태로 방치하고 있으면, 상면 노즐(19)의 토출구(19a)에 부착되어 있는 승화제가 기화해, 이에 수반하여, 상면 노즐(19)의 토출구(19a) 부근의 관벽이 냉각될 우려가 있다. 도 8a에 나타낸 바와 같이, 상면 노즐(19)의 토출구(19a)의 내부에 승화제가 잔류하고 있는 경우에는, 그 후, 도 8b에 나타낸 바와 같이, 상면 노즐(19)의 토출구(19a) 부근에 존재하는 승화제가 고체화할 우려가 있다.
그러나, 승화제 액막 배치 공정(T1)에 이어서 행해지는 고증기압 액체 배치 공정(T2)에 있어서, 동일한 상면 노즐(19)로부터 고증기압 액체가 토출되고, 이에 의해, 도 8c에 나타낸 바와 같이, 상면 노즐(19)의 내부의 액체가 승화제로부터 고증기압 액체로 치환된다. 기화 냉각 공정(T3)에서는, 상면 노즐(19)의 내부에 고증기압 액체가 존재하고 있다. 상면 노즐(19)의 토출구(19a) 부근의 관벽의 냉각에 따라서는, 상면 노즐(19)의 토출구(19a) 부근에 존재하는 고증기압 액체는 고체화하지 않는다. 이에 의해, 상면 노즐(19)의 토출구(19a) 부근에, 승화제의 고체화를 방지하기 위한 유닛을 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 비용 절감을 도모할 수 있다.
또, 상술한 설명에 있어서, 승화제 액막 배치 공정(T1)이, 승화제 공급 공정(도 7a 참조)과, 박화 공정(도 7b 참조)을 포함하는 것으로 설명했는데, 박화 공정(도 7b 참조)을 생략하도록 해도 된다.
<제2의 실시형태>
도 9는, 이 발명의 제2의 실시형태에 있어서, 승화 건조 공정(S8)이 실행되고 있을 때의 기판(W)의 주변 상태를 나타내는 모식도이다.
제2의 실시형태에 있어서, 상술한 제1의 실시형태와 공통되는 부분에는, 도 1~도 8c의 경우와 동일한 참조 부호를 부여해 설명을 생략한다.
제2의 실시형태에 따른 처리 유닛(201)이, 제1의 실시형태에 따른 처리 유닛(2)과 상이한 점은, 기판(W)의 이면(Wb)의 중앙부에 대향하는 하면 노즐(202)을 구비하고 있는 점이다.
하면 노즐(202)은, 스핀 척(5)에 유지된 기판(W)의 하면의 중앙부에 대향하는 단일의 토출구(202a)를 갖고 있다. 토출구(202a)는, 연직 상방을 향해 액을 토출한다. 토출된 액은, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)의 하면의 중앙부에 대해 거의 수직으로 입사한다. 하면 노즐(202)에는, 제2의 고증기압 액체 배관(203)이 접속되어 있다. 제2의 고증기압 액체 배관(203)에는, 제2의 고증기압 액체 밸브(204)가 개재하여 설치되어 있다. 제2의 고증기압 액체 배관(203)에 부여되는 제2의 고증기압 액체는, 물보다 높은 증기압(승화제보다 높은 증기압)을 갖고(즉, 비점이 물(승화제)보다 낮은), 물을 포함하지 않는 액체이다. 고증기압 액체는, 예를 들어 용제이며, 보다 구체적으로는 IPA(isopropyl alcohol)이다. 제2의 이러한 고증기압 액체(용제)로서, IPA 이외에, 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 및 HFE(하이드로플루오로에테르)를 예시할 수 있다. 또 제2의, 고증기압 액체로는, 단체 성분만으로 이루어지는 경우 뿐만 아니라, 다른 성분과 혼합한 액체여도 된다. 예를 들어, IPA와 아세톤의 혼합액이어도 되고, IPA와 메탄올의 혼합액이어도 된다. 이 실시형태와 같이, 기판(W)의 표면에 공급되는 고증기압 액체와 동일한 액종이어도 되고, 상이한 액종이어도 된다.
제2의 고증기압 액체 밸브(204)가 열리면, 토출구(202a)로부터, 연직 상방을 향해 고증기압 액체가 토출된다. 이 상태로, 제2의 고증기압 액체 밸브(204)가 닫히면, 토출구(202a)로부터의 고증기압 액체의 토출이 정지된다.
이 실시형태에서는, 제어 장치(3)는, 기화 냉각 공정(T3) 전에, 제2의 고증기압 액체를, 기판(W)의 이면(Wb)에 공급하고 또한 그 후에 제2의 고증기압 액체의 공급을 정지한다.
제2의 실시형태에 의하면, 제2의 고증기압 액체가 기판(W)의 이면(Wb)에 공급된다. 제2의 고증기압 액체의 공급 정지에 의해, 제2의 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗긴다. 즉, 기판(W)의 표면(Wa)측의 고증기압 액체에 의해서 승화제로부터 기화열이 빼앗길 뿐만 아니라, 기판(W)의 이면(Wb)측의 제2의 고증기압 액체에 의해서도 승화제로부터 기화열이 빼앗기므로, 이에 의해, 승화제의 액막(81)을 단기간에 냉각할 수 있다.
<제3의 실시형태>
도 10은, 이 발명의 제3의 실시형태에 있어서, 승화 건조 공정(S8)이 실행되고 있을 때의 기판(W)의 주변 상태를 나타내는 모식도이다. 도 11은, 도 10의 스프레이 노즐(302)의 구성을 도해적으로 나타내는 단면도이다.
제3의 실시형태에 있어서, 상술한 제1의 실시형태와 공통되는 부분에는, 도 1~도 8c의 경우와 동일한 참조 부호를 부여해 설명을 생략한다.
제3의 실시형태에 따른 처리 유닛(301)이, 제1의 실시형태에 따른 처리 유닛(2)과 상이한 점은, 차단판(17)을 상하로 관통하는 상면 노즐(19)이 아니라, 처리액의 액적을 분무하는 스프레이 노즐(분무 유닛)(302)에 의해서, 기판(W)의 표면(Wa)으로의 승화제 및 고증기압 액체의 토출을 행하도록 한 점이다.
스프레이 노즐(302)은, 처리액의 미소의 액적을 분출하는 복수 유체 노즐(보다 상세하게는 2유체 노즐)의 형태를 갖고 있다. 스프레이 노즐(302)에는, 스프레이 노즐(302)에 처리액과 기체를 공급하는 유체 공급 유닛이 접속되어 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 스프레이 노즐(302)은, 거의 원기둥형상의 외형을 갖고 있다. 스프레이 노즐(302)은, 케이싱을 구성하는 외통(336)과, 외통(336)의 내부에 끼워넣어진 내통(337)을 포함한다.
외통(336) 및 내통(337)은, 각각 공통의 중심축선(CL) 상에 동축 배치되어 있으며, 서로 연결되어 있다. 내통(337)의 내부 공간은, 처리액 배관(325)으로부터의 처리액이 유통하는 직선형의 처리액 유로(338)로 되어 있다. 또, 외통(336) 및 내통(337) 사이에는, 기체 배관(326)으로부터 공급되는 기체가 유통하는 원통형상의 기체 유로(339)가 형성되어 있다.
처리액 유로(338)는, 내통(337)의 상단에서 처리액 도입구(340)로서 개구되어 있다. 처리액 유로(338)에는, 이 처리액 도입구(340)를 통해 처리액 배관(325)으로부터의 처리액이 도입된다. 또, 처리액 유로(338)는, 내통(337)의 하단에서, 중심축선(CL) 상에 중심을 갖는 원형상의 처리액 토출구(341)로서 개구되어 있다. 처리액 유로(338)에 도입된 처리액은, 이 처리액 토출구(341)로부터 토출된다.
기체 유로(339)는, 중심축선(CL)과 공통의 중심축선을 갖는 원통형상의 간극이며, 외통(336) 및 내통(337)의 상단부에서 폐색되고, 외통(336) 및 내통(337)의 하단에서, 중심축선(CL) 상에 중심을 갖고, 처리액 토출구(341)를 둘러싸는 원환형의 기체 토출구(342)로서 개구되어 있다. 기체 유로(339)의 하단부는, 기체 유로(339)가 길이 방향에 있어서의 중간부보다 유로 면적이 작게 되고, 하방을 향해 소경으로 되어 있다. 또, 외통(336)의 중간부에는, 기체 유로(339)에 연통하는 기체 도입구(343)가 형성되어 있다.
기체 도입구(343)에는, 외통(336)을 관통한 상태로 기체 배관(326)이 접속되어 있고, 기체 배관(326)의 내부 공간과 기체 유로(339)가 연통되어 있다. 기체 배관(326)으로부터의 기체는, 이 기체 도입구(343)를 통해 기체 유로(339)에 도입되고, 기체 토출구(342)로부터 토출된다.
기체 토출구(342)로부터 기체를 토출시키면서, 처리액 토출구(341)로부터 처리액을 토출시킴으로써, 스프레이 노즐(302)의 근방에서 처리액에 기체를 충돌(혼합)시킴으로써 처리액의 미소의 액적을 생성할 수 있어, 처리액을 분무형상으로 토출할 수 있다. 이 실시형태에서는, 처리액 토출구(341) 및 기체 토출구(342)에 의해서, 처리액 액적을 분무하는 분무부가 형성되어 있다.
기판(W)의 표면(Wa)으로의 승화제의 공급시에는, 연속류형상의 승화제가 공급되는 것이 바람직하다. 그로 인해, 제어 장치(3)는, 처리액 배관(325)에 승화제를 공급함과 더불어, 기체 배관(326)으로부터의 기체의 공급은 행하지 않는다. 이에 의해, 스프레이 노즐(302)로부터 기판(W)의 표면(Wa)을 향해, 연속류형상의 승화제가 토출된다.
한편, 기판(W)의 표면(Wa)으로의 고증기압 액체를 공급할 때에는, 광범위하게 또한 균일하게 고증기압 액체의 액적을 공급할 수 있도록, 고증기압 액체의 액적이 공급되는 것이 바람직하다. 그로 인해, 제어 장치(3)는, 처리액 배관(325)에 고증기압 액체를 공급함과 더불어, 기체 배관(326)에 기체를 공급한다. 이에 의해, 스프레이 노즐(302)로부터 기판(W)의 표면(Wa) 상의 승화제의 액막(81)을 향해, 고증기압 액체의 액적이 토출된다(고증기압 액체 분무 공정).
이 실시형태에 의하면, 기판(W)의 표면(Wa)에 고증기압 액체의 액적이 분무되므로, 승화제의 액막(81) 위에, 광범위 또한 균일하게 고증기압 액체를 공급할 수 있다. 이에 의해, 승화제의 액막(81) 위에, 고증기압 액체의 액막을 양호하게 배치할 수 있다.
이상, 이 발명의 3개의 실시형태를 예로 들어 설명했는데, 이 발명은 또 다른 형태로 실시하는 것도 가능하다.
상술한 각 실시형태에서는, 승화제 액막 배치 공정(T1)에 있어서의 승화제의 토출과, 고증기압 액체 배치 공정(T2)에 있어서의 고증기압 액체의 토출을 공통의 노즐로 행하는 경우를 예로 들어 설명했는데, 각 공정에 있어서의 액체의 토출을 서로 상이한 노즐로 행하도록 해도 된다. 즉, 승화제 액막 배치 공정(T1)에 있어서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 승화제 노즐(401)로부터 승화제가 토출된다. 고증기압 액체 배치 공정(T2)에 있어서, 고증기압 액체 노즐(403)로부터 고증기압 액체가 토출된다. 이 경우에 있어서, 승화제 노즐(401)의 선단부에 히터(402)(승화제 노즐 가온 유닛)가 설치되어 있다. 히터(402)는, 예를 들어 저항식의 히터이다. 이에 의해, 승화제 노즐(401)로부터의 승화제의 공급 후에 승화제 노즐(401)이 데워진다(승화제 노즐 가온 공정). 이에 의해, 승화제 노즐(401)의 선단부에 있어서의 승화제의 고체화를 방지할 수 있다. 또한, 승화제 노즐 가온 유닛으로서, 히터(402) 외에, 안과 밖의 이중 배관 구조를 채용해, 외측의 배관을 흐르는 온도 조절액으로, 내측의 배관에 존재하는 승화제를 데우도록 해도 된다.
또, 상술한 실시형태에 있어서, 기판 처리 장치(1)가 반도체 웨이퍼로 이루어지는 기판(W)을 처리하는 장치인 경우에 대해서 설명했는데, 기판 처리 장치가, 액정 표시 장치용 기판, 유기 EL(electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양 전지용 기판 등의 기판을 처리하는 장치여도 된다.
본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명해왔는데, 이들은 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하기 위해서 이용된 구체적인 예에 지나지 않으며, 본 발명은 이들 구체적인 예로 한정하여 해석되어야 하는 것은 아니고, 본 발명의 범위는 첨부하는 청구범위에 의해서만 한정된다.
이 출원은, 2017년 8월 31일에 일본 특허청에 제출된 특허 출원 2017-167867호에 대응하고 있으며, 이 출원의 전 개시는 여기에 인용에 의해 편입되는 것으로 한다.

Claims (17)

  1. 패턴을 갖는 기판의 표면을 건조시키는 기판 건조 방법으로서,
    상기 기판의 상기 표면에 액체의 승화제의 액막을 배치하는 승화제 액막 배치 공정과,
    상기 승화제보다 높은 증기압을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체의 액막을, 상기 기판의 상기 표면에 배치되는 승화제의 액막 위에 배치하는 고증기압 액체 배치 공정과,
    고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗김으로써 승화제를 냉각하고, 이에 의해, 상기 승화제의 액막을 고체화시켜 상기 기판의 상기 표면에 승화제막을 형성하는 기화 냉각 공정과,
    승화제막을 승화시키는 승화 공정을 포함하는, 기판 건조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고증기압 액체의 액막에 포함되는 고증기압 액체가, 상기 승화제의 액막에 포함되는 승화제의 응고점보다 높은 액온을 갖고 있는, 기판 건조 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 고증기압 액체의 액막에 포함되는 고증기압 액체가, 상기 승화제의 액막에 포함되는 승화제보다 작은 비중을 갖고 있으며,
    상기 고증기압 액체 배치 공정이, 상기 기판의 상기 표면에 배치되어 있는 승화제의 액막에 대해 상방으로부터 고증기압 액체를 연속류형상으로 공급하는 연속류형상 공급 공정을 포함하고,
    승화제와의 비중차에 의해, 상기 고증기압 액체의 액막이 형성되는, 기판 건조 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 승화제 액막 배치 공정이, 상기 기판의 상기 표면에 배치되어 있는 승화제의 액막에 대해 상방으로부터 고증기압 액체의 액적을 분무하는 고증기압 액체 분무 공정을 포함하는, 기판 건조 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 고증기압 액체 배치 공정이, 상기 승화제 액막 배치 공정에 있어서 승화제를 공급하기 위한 노즐과 공통의 노즐로부터 고증기압 액체를 공급하는 공정을 포함하는, 기판 건조 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 고증기압 액체 배치 공정이, 상기 승화제 액막 배치 공정에 있어서 승화제를 공급하기 위한 승화제 노즐과는 상이한 고증기압 액체 노즐로부터 고증기압 액체를 공급하는 공정을 포함하고, 승화제 노즐로부터의 승화제의 공급 후에 승화제 노즐을 데우는 승화제 노즐 가온 공정을 더 포함하는, 기판 건조 방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기화 냉각 공정 전에, 상기 승화제보다 높은 증기압을 갖는 제2의 고증기압 액체를, 상기 기판에 있어서의 상기 표면과 반대측의 면인 이면에 공급하고 또한 그 후에 제2의 고증기압 액체의 공급을 정지하는 공정을 더 포함하는, 기판 건조 방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 승화제 액막 배치 공정 및 상기 기화 냉각 공정 중 적어도 한쪽과 병행하여, 상기 기판을 소정의 회전축선 둘레로 회전시키는 기판 회전 공정과,
    상기 승화 공정과 병행하여, 상기 기판 회전 공정보다 빠른 속도로 상기 기판을 소정의 회전축선 둘레로 회전시키는 고속 회전 공정을 더 포함하는, 기판 건조 방법.
  9. 표면에 패턴을 갖는 기판을 유지하는 기판 유지 유닛과,
    상기 기판 유지 유닛에 유지되어 있는 기판을, 소정의 회전축선 둘레로 회전시키기 위한 회전 유닛과,
    상기 기판의 상기 표면에 액체의 승화제를 공급하기 위한 승화제 공급 유닛과,
    상기 승화제보다 높은 증기압을 갖고, 물을 포함하지 않는 고증기압 액체를, 상기 기판에 있어서의 상기 표면에 공급하기 위한 고증기압 액체 공급 유닛을 포함하는, 기판 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 고증기압 액체 공급 유닛에 의해서 공급되는 고증기압 액체가, 상기 승화제 공급 유닛에 의해서 공급되는 승화제의 응고점보다 높은 액온을 갖고 있는, 기판 처리 장치.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 회전 유닛, 상기 승화제 공급 유닛 및 상기 고증기압 액체 공급 유닛을 제어하는 제어 장치를 더 포함하고,
    상기 제어 장치가,
    상기 회전 유닛 및 상기 승화제 공급 유닛에 의해, 상기 기판의 상기 표면에 승화제의 액막을 배치하는 승화제 액막 배치 공정과,
    상기 고증기압 액체 공급 유닛에 의해, 고증기압 액체의 액막을, 상기 기판의 상기 표면에 배치되는 상기 승화제의 액막 위에 배치하는 고증기압 액체 배치 공정과, 고증기압 액체의 기화에 수반하여 기화열이 빼앗김으로써 승화제를 냉각하고, 이에 의해, 상기 승화제의 액막을 고체화시켜 상기 기판의 상기 표면에 승화제막을 형성하는 기화 냉각 공정과,
    상기 회전 유닛에 의해, 승화제막을 승화시키는 승화 공정을 실행하는, 기판 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 고증기압 액체 공급 유닛에 의해서 공급되는 고증기압 액체가, 상기 승화제 공급 유닛에 의해서 공급되는 승화제보다 작은 비중을 갖고 있고,
    상기 고증기압 액체 공급 유닛이, 고증기압 액체를 연속류형상으로 공급하기 위한 연속류형상 공급 유닛을 포함하고,
    상기 제어 장치가, 상기 고증기압 액체 배치 공정에 있어서, 상기 연속류형상 공급 유닛에 의해, 상기 기판의 상기 표면에 배치되어 있는 승화제의 액막에 대해 상방으로부터 고증기압 액체를 연속류형상으로 공급하는 연속류형상 공급 공정을 실행하고,
    승화제와의 비중차에 의해, 상기 고증기압 액체의 액막이 형성되는, 기판 처리 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어 장치가, 상기 기화 냉각 공정 전에, 상기 승화제보다 높은 증기압을 갖는 제2의 고증기압 액체를, 상기 기판에 있어서의 상기 표면과 반대측의 면인 이면에 공급하고 또한 그 후에 제2의 고증기압 액체의 공급을 정지하는 공정을 더 실행하는, 기판 처리 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어 장치가, 상기 승화제 액막 배치 공정 및 상기 기화 냉각 공정 중 적어도 한쪽과 병행하여, 상기 기판을 소정의 회전축선 둘레로 회전시키는 기판 회전 공정과, 상기 승화 공정과 병행하여, 상기 기판 회전 공정보다 빠른 속도로 상기 기판을 소정의 회전축선 둘레로 회전시키는 고속 회전 공정을 더 실행하는, 기판 처리 장치.
  15. 청구항 9 또는 10에 있어서,
    상기 고증기압 액체 공급 유닛이, 고증기압 액체의 액적을 분무하기 위한 고증기압 액체 분무 유닛을 포함하는, 기판 처리 장치.
  16. 청구항 9 또는 10에 있어서,
    상기 승화제 공급 유닛 및 상기 고증기압 액체 공급 유닛이, 서로 공통의 노즐로부터 상기 기판에, 승화제 및 고증기압 액체를 공급하는 유닛을 포함하는, 기판 처리 장치.
  17. 청구항 9 또는 10에 있어서,
    상기 승화제 공급 유닛이, 승화제를 공급하기 위한 승화제 노즐을 포함하고,
    상기 고증기압 액체 공급 유닛이, 고증기압 액체를 공급하기 위한 고증기압 액체 노즐이며, 승화제 노즐과는 상이한 고증기압 액체 노즐을 포함하고,
    승화제 노즐을 데우기 위한 승화제 노즐 가온 유닛을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
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