KR20200133020A - 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법 - Google Patents

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KR20200133020A
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Abstract

기판 (9) 상에, 용매 및 용질을 함유하는 처리액이 공급된다. 처리액으로부터 용매의 적어도 일부가 휘발되어 처리액이 고화 또는 경화됨으로써, 처리액이 파티클 유지층이 된다. 기판 (9) 상에 제거액이 공급되고, 파티클 유지층이 기판 (9) 으로부터 제거된다. 파티클 유지층에 함유되는 용질 성분은, 제거액에 대해 불용성 또는 난용성이고, 용매는 가용성이다. 파티클 유지층에 함유되는 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖는다. 제거액은, 파티클 유지층이 형성된 후, 용질 성분을 변질시키는 공정을 거치지 않고 공급된다.

Description

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법{SUBSTRATE CLEANING DEVICE AND SUBSTRATE CLEANING METHOD}
본 발명은 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 유리 기판, 유기 EL 표시 장치용 유리 기판, 플라즈마 디스플레이용 유리 기판, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광 자기 디스크용 기판, 포토마스크용 유리 기판, 태양 전지용 기판 등 (이하, 간단히 「기판」이라고 한다) 으로부터, 기판에 부착된 각종 오염물이나, 전 (前) 공정에 있어서의 처리액이나 레지스트 등의 잔류물, 각종 파티클 등 (이하, 간단히 「파티클」이라고 한다) 을 제거하는 기술에 관련된 것이다.
종래부터, 기판의 제조 공정은, 기판 상으로부터 파티클을 제거하는 세정 공정을 포함한다. 세정 공정에서는, 많은 경우, 탈이온수 (이하, 「DIW」라고 표기한다) 등의 세정액을 기판에 공급함으로써 기판으로부터 물리적으로 파티클이 제거되거나, 약액을 기판에 공급함으로써 화학적으로 파티클이 제거된다.
그러나, 패턴이 미세화 또한 복잡화되면, 패턴은 물리적 또는 화학적인 데미지를 받기 쉬워진다. 그래서, 예를 들어 일본 공개특허공보 2014-197717호의 수법에서는, 기판 상에 탑코트액을 공급하고, 탑코트액이 고화 또는 경화될 때의 수축력을 이용하여 파티클을 기판으로부터 떼어 놓는다. 그 후, 탑코트막을 제거액에 용해시킴으로써, 탑코트 및 파티클은 기판으로부터 제거된다.
한편, 일본 공개특허공보 2015-95583호에서는, 탑코트액에 의해 기판 상에 형성된 탑코트막은, DIW 에 의해 기판으로부터 박리된다. 계속해서, 기판 상에는 용해 처리액이 공급된다. 박리된 탑코트막은, 기판 상에서 용해되어 제거된다. 또한, 일본 공개특허공보 2015-95583호의 제 4 실시형태에서는, 패턴이 형성되어 있지 않은 기판의 경우에, DIW 에 의해 막을 기판으로부터 박리시키고, 추가로 DIW 를 계속 공급하여 용해시키지 않고 막이 제거된다.
그런데, 기판 상에 형성한 막 (이하, 「파티클 유지층」이라고 한다) 을 용해하면서 기판으로부터 제거하는 경우, 파티클 유지층으로부터 파티클이 탈락하여 기판에 재부착될 우려가 있다. 또, 파티클 유지층을 용해시키지 않는 경우, 파티클 유지층을 기판으로부터 제거하는 것은 용이하지 않다. 특히, 일본 공개특허공보 2015-95583호에서 시사되어 있는 바와 같이, 기판 상에 패턴이 형성되어 있는 경우, 파티클 유지층을 용해시키지 않고 기판으로부터 파티클 유지층을 제거하는 것은 곤란해진다. 이것은, 파티클 유지층이 어느 정도 큰 덩어리의 상태로 패턴 상에 남기 때문인 것으로 생각된다.
본 발명은 파티클 유지층을 이용하여 기판으로부터 파티클을 제거하는 기술에 있어서, 파티클 제거율을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 바람직한 일 형태에 관련된 기판 세정 장치는, 기판 상에, 용매 및 용질을 함유하는 처리액을 공급하는 처리액 공급부와, 상기 기판 상에, 제거액을 공급하는 제거액 공급부와, 상기 처리액 공급부 및 상기 제거액 공급부를 제어하는 제어부를 구비한다. 상기 용매는 휘발성을 갖는다. 상기 기판 상에 공급된 상기 처리액으로부터 상기 용매의 적어도 일부가 휘발되어 상기 처리액이 고화 또는 경화됨으로써, 상기 처리액이 파티클 유지층이 된다. 상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질인 용질 성분, 또는, 상기 용질로부터 유도되는 용질 성분은, 상기 제거액에 대해 불용성 또는 난용성이다. 상기 용매는, 상기 제거액에 대해 가용성이다. 상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 상기 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖는다.
상기 제어부의 제어에 의해, 상기 기판 상에 상기 파티클 유지층이 형성된 후, 상기 파티클 유지층의 상기 용질 성분을 변질시키는 공정을 거치지 않고 상기 제거액 공급부로부터 상기 파티클 유지층에 상기 제거액이 공급됨으로써, 상기 기판 상으로부터 상기 파티클 유지층이 제거된다. 기판 세정 장치에 의해, 파티클 제거율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 더욱 바람직한 형태에 관련된 기판 세정 장치는, 상기 파티클 유지층을 가열하는 가열부를 추가로 구비한다. 상기 제어부의 제어에 의해, 상기 제거액이 상기 파티클 유지층에 공급되기 전에, 상기 가열부에 의해, 상기 파티클 유지층이 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된다.
바람직한 일례에서는, 상기 처리액 공급부에 의해, 상기 처리액이 수평 자세의 상기 기판의 상면에 공급되고, 상기 가열부가, 가열된 탈이온수를 상기 기판의 하면에 공급함으로써, 상기 파티클 유지층을 가열한다.
바람직한 다른 예에서는, 상기 처리액 공급부에 의해, 상기 처리액이 수평 자세의 상기 기판의 상면에 공급되고, 상기 가열부가, 가열된 탈이온수를 상기 기판의 상면에 공급함으로써, 상기 파티클 유지층을 가열한다.
바람직한 또 다른 예에서는, 상기 제거액 공급부는, 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된 상기 제거액을 상기 기판 상에 공급한다.
바람직한 또 다른 예에서는, 상기 처리액 공급부는, 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된 상기 처리액을 상기 기판 상에 공급한다.
본 발명의 바람직한 다른 형태에 관련된 기판 세정 장치는, 상기 처리액이 상기 기판에 공급되기 전에, 또는, 공급과 병행하여, 상기 기판을 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열하는 다른 가열부를 추가로 구비한다.
기판 세정 장치는, 바람직하게는, 기판을 유지하는 기판 유지부를 추가로 구비한다. 상기 기판이 상기 기판 유지부에 유지된 상태에서, 상기 기판에 대한 상기 처리액의 공급으로부터 상기 기판에 대한 상기 제거액의 공급까지의 공정이 실시된다.
본 발명은 기판 세정 방법에도 적합하다. 본 발명의 바람직한 일 형태에 관련된 기판 세정 방법은, a) 기판 상에, 용매 및 용질을 함유하는 처리액을 공급하는 공정과, b) 상기 기판 상에, 제거액을 공급하는 공정을 구비한다. 상기 용매는 휘발성을 갖는다. 상기 a) 공정에 있어서, 상기 기판 상에 공급된 상기 처리액으로부터 용매의 적어도 일부가 휘발되어 상기 처리액이 고화 또는 경화됨으로써, 상기 처리액이 파티클 유지층이 된다. 상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질인 용질 성분, 또는, 상기 용질로부터 유도되는 용질 성분은, 상기 제거액에 대해 불용성 또는 난용성이다. 상기 용매는, 상기 제거액에 대해 가용성이다. 상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 상기 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖는다. 상기 a) 공정의 후, 상기 파티클 유지층의 상기 용질 성분을 변질시키는 공정을 거치지 않고 상기 b) 공정이 실행됨으로써, 상기 기판 상으로부터 상기 파티클 유지층이 제거된다.
본 발명의 더욱 바람직한 형태에 관련된 기판 세정 방법은, 상기 a) 공정과 상기 b) 공정 사이에, c) 상기 파티클 유지층을 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열하는 공정을 추가로 구비한다.
바람직한 일례에서는, 상기 a) 공정에 있어서, 상기 처리액이 수평 자세의 상기 기판의 상면에 공급되고, 상기 c) 공정에 있어서, 가열된 탈이온수가 상기 기판의 하면에 공급됨으로써, 상기 파티클 유지층이 가열된다.
바람직한 다른 예에서는, 상기 a) 공정에 있어서, 상기 처리액이 수평 자세의 상기 기판의 상면에 공급되고, 상기 c) 공정에 있어서, 가열된 탈이온수가 상기 기판의 상면에 공급됨으로써, 상기 파티클 유지층이 가열된다.
바람직한 또 다른 예에서는, 상기 b) 공정에 있어서, 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된 상기 제거액이 상기 기판 상에 공급된다.
바람직한 또 다른 예에서는, 상기 a) 공정에 있어서, 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된 상기 처리액이 상기 기판 상에 공급된다.
본 발명의 바람직한 다른 형태에 관련된 기판 세정 방법에서는, 상기 a) 공정의 전 또는 상기 a) 공정에 있어서, 상기 기판이 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된다.
상기 기판 세정 방법에서는, 바람직하게는, 상기 기판이 동일한 기판 유지부에 유지된 상태에서, 상기 기판에 대한 상기 처리액의 공급으로부터 상기 기판에 대한 상기 제거액의 공급까지의 공정이 실시된다.
상기 서술한 목적 및 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 이하에 실시하는 본 발명의 상세한 설명에 의해 분명하게 된다.
도 1 은 기판 세정 시스템의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2 는 기판 세정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 은 기판 세정의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4 는 기판 세정 장치에 의한 가열 처리를 나타내는 도면이다.
도 5 는 QCM 법에 의한 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 6 은 PRE (파티클 제거율) 의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 7 은 PRE 의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 8 은 PRE 의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 9 는 PRE 의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 10 은 PRE 의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 11A 는 파티클 유지층을 나타내는 개념도이다.
도 11B 는 파티클 유지층이 제거되는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 12 는 기판 세정 장치의 다른 동작예의 일부를 나타내는 도면이다.
도 13 은 기판 세정 장치의 또 다른 동작예의 일부를 나타내는 도면이다.
도 14 는 기판 세정 장치의 또 다른 동작예의 일부를 나타내는 도면이다.
도 15 는 기판 세정 장치의 또 다른 동작예의 일부를 나타내는 도면이다.
도 16 은 기판 세정 장치의 또 다른 동작예의 일부를 나타내는 도면이다.
도 17 은 기판 세정 장치의 또 다른 동작예의 일부를 나타내는 도면이다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 기판 세정 시스템 (1) 의 구성을 나타내는 평면도이다. 기판 세정 시스템 (1) 은, 캐리어 유지부 (2) 와, 기판 수수부 (3) 와, 인덱서 로봇 (101) 과, 센터 로봇 (102) 과, 4 개의 기판 세정 장치 (4) 와, 제어부 (10) 를 구비한다. 후술하는 바와 같이, 제어부 (10) 는 기판 세정 장치 (4) 의 일부로서 파악되어도 된다.
캐리어 (90) 는, 복수의 기판 (9) 을 적층하여 수용 가능한 수용기이다. 캐리어 (90) 는, 미처리의 기판 (9) 이나 처리가 완료된 기판 (9) 을 수용한다. 본 실시형태에 있어서의 기판 (9) 은, 반도체 기판이며, 이른바 웨이퍼이다. 캐리어 유지부 (2) 는, 복수의 캐리어 (90) 를 지지한다.
도 1 에 있어서 파선의 화살표로 개념적으로 나타내는 바와 같이, 인덱서 로봇 (101) 은, 기판 (9) 을 유지한 상태에서 자유롭게 선회 및 진퇴할 수 있는 아암에 의해, 기판 (9) 을 임의의 위치로 반송하는 것이 가능하다. 인덱서 로봇 (101) 은, 기판 (9) 을 유지한 상태에서 상하 방향으로도 이동 가능하다. 캐리어 유지부 (2) 에 재치 (載置) 된 캐리어 (90) 내의 미처리의 기판 (9) 은, 인덱서 로봇 (101) 에 의해, 기판 수수부 (3) 의 패스 (31) 로 반송된다. 패스 (31) 는, 복수의 기판 (9) 을 일시적으로 보관하는 버퍼로서 기능한다.
패스 (31) 에 재치된 처리가 완료된 기판 (9) 은, 인덱서 로봇 (101) 에 의해 캐리어 유지부 (2) 에 재치된 캐리어 (90) 내로 반송된다. 도 1 에서는, 도시의 형편상, 패스 (31) 를 2 점쇄선으로 나타내고 있다. 센터 로봇 (102) 은, 기판 (9) 을 유지한 상태에서 자유롭게 선회 및 진퇴할 수 있는 아암에 의해, 기판 (9) 을 임의의 위치로 반송하는 것이 가능하다. 센터 로봇 (102) 은, 이 동작에 의해, 기판 수수부 (3) 의 패스 (31) 와 기판 세정 장치 (4) 사이에서 기판 (9) 을 반송한다.
도 2 는, 기판 세정 장치 (4) 의 구성을 나타내는 도면이다. 기판 세정 장치 (4) 는, 기판 유지부 (42) 와, 기판 회전 기구 (41) 와, 기판 유지부 (42) 의 주위를 둘러싸는 컵 (43) 과, 공급부 (44) 와, 가열부 (46) 와, 챔버 (47) 를 구비한다. 적어도 기판 유지부 (42) 와, 컵 (43) 과, 가열부 (46) 는, 챔버 (47) 내에 위치한다. 기판 유지부 (42) 는, 스핀 베이스 (421) 와, 척 (422) 과, 제 1 샤프트 (423) 를 구비한다. 스핀 베이스 (421) 는, 제 1 샤프트 (423) 의 중심축 (J1) 을 중심으로 하는 원판상이다. 복수 (예를 들어 6 개) 의 척 (422) 은 스핀 베이스 (421) 의 외주부의 상면 상에 배치된다. 센터 로봇 (102) 으로부터 건내진 미처리의 기판 (9) 은, 척 (422) 상에 재치된다. 기판 (9) 은 수평인 자세로 기판 유지부 (42) 에 유지된다.
제 1 샤프트 (423) 는, 스핀 베이스 (421) 의 하면에 접속되고, 스핀 베이스 (421) 로부터 하방으로 신장된다. 제 1 샤프트 (423) 의 중심축 (J1) 은, 기판 (9) 의 중심을 통과한다. 기판 회전 기구 (41) 는, 제 1 샤프트 (423) 를 회전시킨다. 이로써, 기판 유지부 (42) 및 기판 (9) 이 중심축 (J1) 을 중심으로 하여 회전한다. 본 실시형태에서는, 기판 회전 기구 (41) 는, 제 1 샤프트 (423) 를 회전축으로서 갖는 모터이다. 기판 회전 기구 (41) 는, 다른 구조여도 된다. 기판 유지부 (42) 에도 다른 구조가 채용되어도 되고, 예를 들어 기판 (9) 의 하면을 흡착하는 구조여도 된다.
가열부 (46) 는, 가열 플레이트 (461) 와, 제 2 샤프트 (462) 와, 플레이트 승강 기구 (463) 를 구비한다. 가열 플레이트 (461) 는, 중심축 (J1) 에 수직인 방향으로 넓어지는 원판상이다. 가열 플레이트 (461) 는, 스핀 베이스 (421) 의 상방에 위치한다. 기판 (9) 이 척 (422) 에 유지된 상태에서는, 가열 플레이트 (461) 는 기판 (9) 과 스핀 베이스 (421) 사이에 위치한다. 가열 플레이트 (461) 내에는 히터 (464) 가 형성된다. 제 2 샤프트 (462) 는, 가열 플레이트 (461) 의 중앙으로부터 중심축 (J1) 을 따라 하방으로 신장된다. 제 1 샤프트 (423) 는 중공으로 되어 있고, 제 2 샤프트 (462) 는 제 1 샤프트 (423) 를 관통하도록 제 1 샤프트 (423) 의 내측에 위치한다. 플레이트 승강 기구 (463) 는, 제 2 샤프트 (462) 를 승강시킨다. 이로써, 가열 플레이트 (461) 가 승강한다.
공급부 (44) 는, 처리액 공급부 (441) 와, 제거액 공급부 (442) 와, 린스액 공급부 (443) 를 구비한다. 처리액 공급부 (441) 는, 처리액 공급원 (451) 과, 제 1 노즐 (452) 과, 도시되지 않은 제 1 노즐 이동 기구를 구비한다. 제거액 공급부 (442) 는, 제거액 공급원 (453) 과, 제 2 노즐 (454) 과, 도시되지 않은 제 2 노즐 이동 기구를 구비한다. 린스액 공급부 (443) 는, 린스액 공급원 (455) 과, 제 2 노즐 (454) 과, 제 2 노즐 이동 기구와, 하측 노즐 (456) 을 구비한다. 제 2 노즐 (454) 과 제 2 노즐 이동 기구는, 제거액 공급부 (442) 와 린스액 공급부 (443) 의 쌍방에 포함된다.
제 1 노즐 이동 기구는, 제 1 노즐 (452) 을, 기판 (9) 의 상면 (91) 에 대향하는 대향 위치와, 수평 방향에 있어서 기판 (9) 으로부터 떨어진 대기 위치에 선택적으로 배치한다. 제 2 노즐 이동 기구는, 제 2 노즐 (454) 을, 기판 (9) 의 상면 (91) 에 대향하는 대향 위치와, 수평 방향에 있어서 기판 (9) 으로부터 떨어진 다른 대기 위치에 선택적으로 배치한다. 하측 노즐 (456) 은, 가열 플레이트 (461) 의 중앙에 형성되고, 기판 (9) 의 하면 (92) 에 대향한다. 제 2 샤프트 (462) 내에는 린스액 공급원 (455) 에 접속되는 유로 (465) 가 형성된다.
처리액 공급원 (451) 과 제 1 노즐 (452) 사이, 제거액 공급원 (453) 및 린스액 공급원 (455) 과 제 2 노즐 (454) 사이, 린스액 공급원 (455) 과 하측 노즐 (456) 사이에는, 적절히 밸브가 형성된다. 각 밸브의 개폐나 제 1 및 제 2 노즐 이동 기구는, 제어부 (10) 에 의해 제어된다. 제어부 (10) 가 밸브를 제어함으로써, 제 1 노즐 (452) 로부터의 처리액의 토출, 제 2 노즐 (454) 로부터의 제거액의 토출, 제 2 노즐 (454) 로부터의 린스액의 토출, 및, 하측 노즐 (456) 로부터의 린스액의 토출이 제어된다.
제어부 (10) 는, 기판 회전 기구 (41), 기판 유지부 (42), 가열부 (46) 등의 제어도 실시한다. 따라서, 제어부 (10) 의 기능의 일부는, 기판 세정 장치 (4) 에 포함되는 것으로 파악되어도 된다. 제어부 (10) 의 일부는, 각 기판 세정 장치 (4) 의 전용의 구성 요소로서 챔버 (47) 내에 형성되어도 된다.
도 3 은, 기판 세정 장치 (4) 에 있어서의 기판 (9) 의 세정의 흐름을 나타내는 도면이다. 도 3 에 나타내는 동작은, 제어부 (10) 가 기판 회전 기구 (41), 가열부 (46), 처리액 공급부 (441), 제거액 공급부 (442), 린스액 공급부 (443) 등을 제어함으로써 실시된다.
먼저, 캐리어 (90) 내의 미처리의 기판 (9) 이, 인덱서 로봇 (101) 및 센터 로봇 (102) 에 의해 기판 세정 장치 (4) 내로 반송된다. 기판 세정 장치 (4) 에서는, 척 (422) 에 의해 기판 (9) 의 외연부가 유지되고, 기판 (9) 의 일방의 주면인 상면 (91) 이 상방을 향한다.
처리액 공급부 (441) 는, 수평 자세의 기판 (9) 의 상면에 처리액을 공급한다 (스텝 S11). 구체적으로는, 제 1 노즐 (452) 이 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙까지 이동하고, 제 1 노즐 (452) 로부터 상면 (91) 의 중앙을 향하여 처리액이 토출된다. 처리액은, 액주상 (液柱狀) 또는 노즐로부터 자연히 낙하하는 액적상 (液滴狀) 으로 기판 (9) 에 공급된다. 본 실시형태에 있어서의 처리액은, 용질로서 폴리머를 함유하고, 용매로서 휘발성을 갖는 유기계의 액체를 함유한다. 여기서, 「휘발성을 갖는」이란, 물과 비교하여 휘발성이 높은 것을 의미한다. 처리액이 공급될 때에는, 기판 회전 기구 (41) 에 의해 기판 (9) 은, 예를 들어 10 ∼ 수 10 rpm 으로 기판 유지부 (42) 와 함께 중심축 (J1) 을 중심으로 하여 회전하고, 처리액은 기판 (9) 의 상면 (91) 에서 퍼진다. 그 후, 기판 (9) 은 500 ∼ 1500 rpm 으로 고속 회전하고, 잉여의 처리액은 기판 (9) 으로부터 비산되어 컵 (43) 에 의해 받아진다.
처리액이 상면 (91) 상에 균일하게 퍼지고, 나아가 용매가 어느 정도 휘발되면, 처리액은 고화 또는 경화되어 고체상의 층이 된다. 그 결과, 기판 (9) 상의 파티클은 층 중에 유지된다. 이하, 처리액이 고체상으로 변화된 층을 「파티클 유지층」이라고 부른다.
여기서, 「고화」란, 예를 들어 분자간이나 원자간에 작용하는 힘 등에 의해 용질이 굳어지는 것을 가리킨다. 「경화」란, 예를 들어 중합이나 가교 등의 용질의 화학적 변화에 의해 굳어지는 것을 가리킨다. 따라서, 「고화 또는 경화」란, 여러 가지 요인에 의해 「굳어지는 것」을 표현하고 있다. 또한, 파티클을 유지할 수 있을 정도로 처리액은 고화 또는 경화되면 되고, 용매는 완전하게 기화될 필요는 없다.
바람직하게는, 용매의 휘발에 따라서, 처리액은 수축되면서 파티클 유지층이 된다. 이로써, 기판 (9) 상의 파티클은 파티클 유지층으로부터 받는 힘에 의해, 기판 (9) 의 표면으로부터 분리된다.
다음으로, 가열부 (46) 에 의해 기판 (9) 이 가열된다 (스텝 S12). 가열에 의해 파티클 유지층은 더욱 수축되는 것으로 생각된다. 기판 (9) 의 가열은, 파티클 유지층의 가열이기도 하다. 스텝 S12 는, 반드시 실시될 필요는 없다. 스텝 S12 가 실시되지 않는 경우에는, 기판 (9) 이 기판 유지부 (42) 에 유지된 상태가 소정 시간 유지된다.
기판 (9) 의 가열이 실시되는 경우, 가열 플레이트 (461) 내의 히터 (464) 에 의해 가열 플레이트 (461) 의 온도가 미리 정해진 값까지 상승한다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 플레이트 승강 기구 (463) 에 의해 가열 플레이트 (461) 는 상승하고, 가열 플레이트 (461) 의 상면은 기판 (9) 의 하면 (92) 에 접촉하여 기판 (9) 을 들어 올린다. 이로써, 기판 (9) 은 가열 플레이트 (461) 로부터 열을 받아 가열된다. 기판 (9) 의 가열은, 가열 플레이트 (461) 가 기판 (9) 의 하면 (92) 에 근접함으로써 실시되어도 되고, 가열 플레이트 (461) 와 기판 (9) 의 하면 (92) 의 접촉과 근접의 쌍방의 상태를 이용하여 실시되어도 된다.
스텝 S11 의 처리액 공급과 스텝 S12 의 가열은 병행하여 실시되어도 된다. 즉, 가열은, 처리액의 고화 또는 경화 후에 실시되어도 되고, 용매의 휘발 중에 실시되어도 된다. 파티클 유지층의 형성시에, 통상, 처리액에 함유되는 용매의 일부만이 휘발되지만, 처리액으로부터 용매가 거의 완전하게 휘발되어도 된다. 즉, 용매의 적어도 일부가 휘발됨으로써, 처리액의 용질 성분이 고화 또는 경화된다.
이하의 설명에서는, 파티클 유지층에 있어서의 처리액의 용질에 대응하는 성분을 「용질 성분」이라고 한다. 용질 성분은, 처리액의 용질 그 자체여도 되고, 용질로부터 유도되는 것, 예를 들어 화학적 변화 등의 결과 얻어지는 것이어도 된다. 본 실시형태에서는, 파티클 유지층의 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열되면 변질되어 수용성이 된다. 그러나, 스텝 S12 에서는, 제어부 (10) 의 제어에 의해, 파티클 유지층은, 가열부 (46) 에 의해, 변질 온도를 하회하는 온도까지 밖에 가열되지 않는다. 이로써, 용매의 휘발이 촉진되는 한편으로, 용질 성분은, 변질되지 않고 비수용성을 유지한다. 변질 온도는 용질의 종류마다 상이하며, 후술하는 실험예에 나타내는 바와 같이, 변질 온도는 실험을 통해 특정 가능하다. 파티클 유지층의 가열이 실시되지 않는 경우도 마찬가지로, 용질 성분은 변질되지 않고 비수용성이 유지된다.
파티클 유지층 상에는, DIW (탈이온수) 가 공급된다 (스텝 S13). 본 실시형태에서는, DIW 의 공급은, 린스액 공급부 (443) 에 의해 실시되지만, 린스액 공급부 (443) 와 동일 구조의 DIW 공급부가 별도로 형성되어도 된다. 파티클 유지층에 DIW 가 공급됨으로써, 파티클 유지층의 친수성이 높아진다. DIW 의 공급에서는, 제 2 노즐 (454) 은 회전하는 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙으로 이동하고, DIW 는, 제 2 노즐 (454) 로부터 상면 (91) 의 중앙에 공급된다. DIW 는, 스프레이상이 아닌, 액주상 또는 노즐로부터 자연히 낙하하는 액적상으로 기판 (9) 에 공급된다. 회전하는 기판 (9) 으로부터 비산되는 DIW 는 컵 (43) 에 의해 받아진다. 스텝 S13 에서는, 제 2 노즐 (454) 은 수평 방향으로 요동해도 된다. 또한, 파티클 유지층에 대한 DIW 의 공급은 생략되어도 된다.
다음으로, 제거액 공급부 (442) 에 의해 기판 (9) 상의 파티클 유지층에 제거액이 공급된다 (스텝 S14). 구체적으로는, 제 2 노즐 (454) 이 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙으로 이동하고, 예를 들어 500 ∼ 800 rpm 으로 기판 (9) 이 회전하는 상태에서 제 2 노즐 (454) 로부터 제거액이 상면 (91) 의 중앙에 공급된다. 제거액은, 스프레이상이 아닌, 액주상 또는 노즐로부터 자연히 낙하하는 액적상으로 기판 (9) 에 공급된다. 제거액은 기판 (9) 의 외연부로부터 비산되고, 컵 (43) 에 의해 받아져서 회수된다. 본 실시형태에서는, 제거액으로서 SC-1 세정에서 사용되는 수용액 (이하, 「SC-1 액」이라고 한다), 즉, 암모니아 및 과산화수소의 수용액이 사용된다. 제거액으로는, 암모니아 수용액이 사용되어도 된다.
여기서, 이미 서술한 바와 같이, 파티클 유지층의 용질 성분은 비수용성이다. 즉, 본 실시형태에서는 용질 성분은 제거액에 대해 불용성이다. 한편, 파티클 유지층에 잔존하는 용매는 수용성이다. 즉, 본 실시형태에서는 용매는 제거액에 대해 가용성이다. 따라서, 파티클 유지층의 용질 성분을 변질시키는 공정을 굳이 거치지 않고 파티클 유지층에 제거액을 공급함으로써, 파티클 유지층은, 그 용질 성분이 제거액에 용해되지 않고 파티클을 유지한 채로, 잔존하는 용매와 함께 기판 (9) 상으로부터 제거된다. 이 때, 파티클 유지층에 잔존하는 용매의 영향에 의해, 용질 성분은 무수한 미세한 덩어리의 상태로 제거되는 것으로 추정된다. 그 결과, 후술하는 바와 같이, 파티클 유지층으로부터 파티클이 기판 (9) 상에 방출되는 일은 없어, 높은 파티클 제거율이 얻어진다. 또한, 파티클 유지층의 용질 성분이 제거액으로 제거 가능하면, 용매는 파티클 유지층에 잔존하고 있지 않아도 된다.
기판 (9) 상에는 린스액 공급부 (443) 에 의해 추가로 린스액이 공급된다 (스텝 S15). 본 실시형태에서는, 린스액으로서 DIW 가 사용된다. DIW 는, 제 2 노즐 (454) 로부터 회전하는 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙에 공급된다. 린스액은, 스프레이상이 아닌, 액주상 또는 노즐로부터 자연히 낙하하는 액적상으로 기판 (9) 에 공급된다. 이 때, 하측 노즐 (456) 로부터 기판 (9) 의 하면 (92) 의 중앙에 DIW 가 동시에 공급된다. 기판 (9) 으로부터 비산되는 DIW 는 컵 (43) 에 의해 받아진다. 스텝 S14 및 S15 에서는, 제 2 노즐 (454) 은 수평 방향으로 요동해도 된다. DIW 의 공급을 정지하고 기판 (9) 이 추가로 회전함으로써, 기판 (9) 의 건조가 실시된다 (스텝 S16). 기판 (9) 의 건조는, 건조시킨 가스의 공급이나 감압, 가열 등의 다른 수법에 의해 실시되어도 된다.
기판 세정 장치 (4) 에서는, 기판 (9) 이 동일한 기판 유지부 (42) 에 유지된 상태에서, 기판 (9) 에 대한 처리액의 공급으로부터 기판 (9) 에 대한 제거액의 공급까지의 공정이 실시된다. 즉, 기판 (9) 은 챔버 (47) 로부터 반출되지 않고 이들 처리가 실시된다. 이로써, 기판 세정 장치 (4) 를 설치하는 스페이스를 작게 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 건조까지의 공정도 기판 (9) 이 기판 유지부 (42) 에 유지된 상태에서 실시된다. 기판 유지부 (42) 에 유지된 상태에서 기판 (9) 에 처리가 실시되는 것은, 기판 (9) 에 대한 처리가 챔버 (47) 내에서 실시되는 것을 의미한다.
또한, 상기 일련의 처리에서는, 기판 (9) 은 변질 온도까지는 가열되지 않거나, 또는, 기판 (9) 은 가열되지 않기 때문에, 기판 (9) 을 변질 온도를 상회하는 온도까지 가열하는 경우와 비교하여, 동일한 챔버 내에서 처리를 실시하는 기판 세정 장치 (4) 의 설계가 용이해진다. 또, 동일한 챔버 내에서 일련의 처리를 실시함으로써, 기판 (9) 에 파티클이 부착될 가능성을 저감시킬 수 있다.
도 5 는, 본 실시형태에서 형성되는 파티클 유지층의 용질 성분이, 가열에 의해 수용성으로 변화하는 성질을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 는, QCM (Quartz Crystal Microbalance) 법에 의한 측정 결과를 나타낸다. 실험에서는, 수정 진동자 상에 금의 막을 형성하고, 그 위에 파티클 유지층을 형성하였다. 그리고, 파티클 유지층을 SC-1 액에 침지하고, 진동자에 의한 진동을 부여하였다. QCM 법에서는, 금의 막에 부착되어 있는 파티클 유지층의 질량이 클수록, 진동 주파수는 커진다.
부호 811, 812, 813, 814 로 나타내는 선은, 각각 파티클 유지층을 250 ℃, 200 ℃, 150 ℃, 100 ℃ 로 가열한 경우의 결과를 나타내고, 부호 815 로 나타내는 선은, 가열 없음의 경우의 결과를 나타낸다. 파티클 유지층의 변질 온도는 약 200 ℃ 이며, 파티클 유지층을 250 ℃ 및 200 ℃ 로 가열한 경우에 주파수가 높아져 있어, 파티클 유지층이 SC-1 액 중에 용해되어 있는 것을 알 수 있다. 가열이 150 ℃ 이하인 경우에는, 파티클 유지층은 금의 막 상에 부착된 상태가 유지되어, 용해되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
도 6 은, Si 기판 상에 SiO2 의 파티클을 부착시키고, 도 3 에 나타내는 세정을 실시한 경우의 소정의 입경 이상의 파티클의 제거율을 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 이하, 파티클 제거율을 「PRE」라고 표기한다. 정확하게는, 도 3 에 나타내는 공정에 전처리 등의 공정이 추가된다. 좌측에서부터 순서대로, 스텝 S12 에서의 가열 없음 (실온), 60 ℃, 80 ℃, 100 ℃, 150 ℃, 200 ℃ 의 가열을 실시한 경우를 나타낸다. 실온은, 예를 들어 20 ℃ 이상 30 ℃ 이하이다. 파선은 SC-1 액으로만 세정을 실시한 경우의 PRE 를 나타내고, 39 ％ 이다.
어느 경우도, SC-1 액으로만 세정한 것에 비해 높은 PRE 가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 200 ℃ 로 가열한 경우에는 파티클 유지층의 용질 성분은 용해되고 있고, 150 ℃ 로 가열한 경우보다 약간이지만 PRE 는 저하되고 있다.
도 7 은, Si 기판 상에 PSL (폴리스티렌라텍스) 의 파티클을 부착시키고, 도 6 과 동일한 세정을 실시한 경우의 소정의 입경 이상의 PRE 를 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 좌측에서부터 순서대로, 스텝 S12 에서의 가열 없음 (실온), 100 ℃ 의 가열을 실시한 경우를 나타낸다. 또한, PSL 입자를 부착시킬 때에, 파티클 유지층은 120 ℃ 까지 가열되고 있다. 파선은 SC-1 액으로만 세정을 실시한 경우의 PRE 를 나타내고, 0.8 ％ 이다. 어느 경우도, SC-1 액으로만 세정한 것에 비해 매우 높은 PRE 가 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 8 은, SiN 기판 상에 SiO2 의 파티클을 부착시키고, 도 6 과 동일한 세정을 실시한 경우의 소정의 입경 이상의 PRE 를 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 좌측에서부터 순서대로, 스텝 S12 에서의 가열 없음 (실온), 60 ℃, 100 ℃, 150 ℃, 200 ℃ 의 가열을 실시한 경우를 나타낸다. 파선은 SC-1 액으로만 세정을 실시한 경우의 PRE 를 나타내고, 39.9 ％ 이다.
어느 경우도, SC-1 액으로만 세정한 것에 비해 높은 PRE 가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 200 ℃ 로 가열한 경우에는 파티클 유지층의 용질 성분은 용해되고 있고, 150 ℃ 로 가열한 경우보다 크게 PRE 는 저하되고 있다.
도 9 는, SiN 기판 상에 PSL 의 파티클을 부착시키고, 도 6 과 동일한 세정을 실시한 경우의 소정의 입경 이상의 PRE 를 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 좌측에서부터 순서대로, 스텝 S12 에서의 가열 없음 (실온), 60 ℃, 100 ℃, 150 ℃ 의 가열을 실시한 경우를 나타낸다. 파선은 SC-1 액으로만 세정을 실시한 경우의 PRE 를 나타내고, 0.5 ％ 이다. 어느 경우도, SC-1 액으로만 세정한 것에 비해 매우 높은 PRE 가 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 6 내지 도 9 로부터, 본 실시형태의 세정 방법에 의해, 기판 (9) 의 종류에 의존하지 않고 높은 PRE 가 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 10 은, PRE 의 또 다른 측정 결과를 나타내는 도면이다. 부호 821 로 나타내는 선은, 패턴을 갖지 않는 기판에 두께 30 ㎚ 의 파티클 유지층을 형성한 경우의, 가열 온도와 PRE 의 관계를 나타낸다. 부호 822 로 나타내는 선은, 패턴을 갖는 기판에 두께 30 ㎚ 의 파티클 유지층을 형성한 경우의, 가열 온도와 PRE 의 관계를 나타낸다. 부호 831 로 나타내는 선은, 패턴을 갖지 않는 기판에 두께 75 ㎚ 의 파티클 유지층을 형성한 경우의, 가열 온도와 PRE 의 관계를 나타낸다. 부호 832 로 나타내는 선은, 패턴을 갖는 기판에 두께 75 ㎚ 의 파티클 유지층을 형성한 경우의, 가열 온도와 PRE 의 관계를 나타낸다. 어느 경우도, 파티클로서 SiO2 입자가 사용되었다.
도 10 으로부터, 가열 온도가 200 ℃ 인 경우, 150 ℃ 인 경우보다 PRE 가 저하되는 것을 알 수 있다. 특히, 기판 상에 패턴이 형성되어 있는 경우, 200 ℃ 로 가열되어 파티클 유지층이 제거액에 대해 가용성이 되면, PRE 가 급격하게 저하된다. 또한, 도 10 에서는, 150 ℃ 보다 가열 온도가 낮은 경우, PRE 는 저하되고 있지만, 이것은 용매의 휘발이 불충분했을 가능성이 있다.
이상으로부터, 파티클 유지층의 용질 성분의 제거액에 대한 불용성을 굳이 유지함으로써, 용질 성분을 용해시키는 경우보다 PRE 를 향상시킬 수 있다고 할 수 있다. 또, 변질시키지 않고 가능한 한 높은 온도에서 가열함으로써, 효율적으로 파티클 유지층을 고화 또는 경화시킬 수 있어, 높은 PRE 를 단시간에 실현할 수 있다. 이 수법은, 패턴이 형성된 기판 (9) 의 세정에 특히 적합하다. 또, 종래의 SC-1 액의 스프레이를 사용하는 물리 세정에 비해 패턴에 주는 데미지는 작다.
도 11A 는, 기판 (9) 상에 형성된 파티클 유지층 (901) 을 나타내는 개념도이다. 파티클 유지층 (901) 은, 기판 (9) 상에 부착되어 있는 파티클 (902) 의 주위를 둘러싸도록 하여 파티클 (902) 을 유지한다. 처리액으로부터 용매가 휘발되어 용질 성분이 수축됨으로써, 파티클 유지층 (901) 은, 기판 (9) 의 표면으로부터 파티클 (902) 을 떼어 놓는다. 또한, 용매의 휘발에 의한 용질 성분의 수축뿐만 아니라, 다른 요인에 의해 용질 성분 자체가 추가로 수축되는 성질을 갖는 것이 바람직하다. 다른 요인으로는, 예를 들어, 용질 성분 자체의 자연 수축, 가열에 의한 수축, 화학적 변화를 들 수 있다.
이미 서술한 바와 같이, 파티클 유지층 (901) 의 용질 성분은 제거액에 대해 불용성이기 때문에, 제거액을 기판 (9) 에 공급함으로써, 도 11B 에 나타내는 바와 같이, 파티클 유지층 (901) 은 제거액으로부터 받는 물리적인 힘에 의해, 미세한 단편 (903) 이 되어 기판 (9) 으로부터 제거되는 것으로 생각된다. 이로써, 파티클 (902) 은 파티클 유지층 (901) 으로부터 방출되지 않고 기판 (9) 으로부터 제거된다. 특히, 용매가 제거액에 대해 가용성이기 때문에, 기판 (9) 과 파티클 유지층 (901) 사이에 잔존하는 용매가, 기판 (9) 으로부터의 파티클 유지층 (901) 의 용이한 박리를 실현하고 있는 것으로 생각된다.
변질 온도를 갖지 않는 파티클 유지층을 용해시키지 않고 기판으로부터 박리하는 경우, 일본 공개특허공보 2015-95583호에 기재된 바와 같이, 패턴을 갖는 기판으로부터 파티클 유지층의 박리가 곤란해진다. 이것은, 파티클 유지층이 큰 덩어리인 상태로 기판 상에 잔류하는 것이 원인이라고 생각된다. 그러나, 이와 같은 문제는, 변질 온도를 갖는 파티클 유지층 (정확하게는, 용질 성분) 의 경우에는 나타나지 않는 것이 발명자에 의해 발견되었다. 이 경우, 파티클 유지층은, 용해시키지 않아도 육안으로 관찰 불가능한 정도의 미세한 파편이 되어 기판 상으로부터 제거되는 것으로 생각된다. 그 때문에, 패턴을 갖는 기판이어도 파티클을 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 제거액은 노즐로부터 약한 기세로 토출되기 때문에, 제거액은 액주 또는 큰 액적으로서 기판 (9) 상에 공급된다. 따라서, 종래와 같이 힘차게 스프레이상으로 세정액을 기판 (9) 에 공급하는 경우와 비교하여 패턴에 주는 데미지는 작다.
상기 실시형태에서는, 변질 온도까지 가열한 경우에 제거액에 대해 가용성이 되는 처리액을, 굳이 가열하지 않고, 또는, 변질 온도 미만 또한 실온을 초과하는 온도까지 가열하여 이용함으로써, 높은 PRE 를 실현하고 있다. 이 효과는, 열에 의해 변질되는 파티클 유지층을 제거액으로 제거할 수 있다는 성질을 이용하고 있다.
한편, 파티클 유지층의 용질 성분이 제거액에 대해 불용성임에도 불구하고 제거액에 의해 미세한 단편이 되어 기판으로부터 제거할 수 있다는 성질은, 다른 요인에 의해 실현되어도 된다. 예를 들어, 제거액에 대해 가용성인 용매의 일부가 휘발되지 않고 파티클 유지층에 잔존하는 경우, 용질 성분의 분자의 사이에 용매의 분자가 들어감으로써, 불용성의 용질 성분의 제거액에 의한 제거, 즉, 파티클 유지층 (정확하게는, 용질 성분) 의 제거액에 의한 제거가 실현되어도 된다. 이 경우, 용질 성분이 가열함으로써 제거액에 대해 가용성이 되는 성질은 반드시 필요하지는 않다.
도 2 에 나타내는 기판 세정 장치 (4) 의 가열부 (46) 는, 가열 플레이트 (461) 에 의해 기판 (9) 의 가열, 즉, 파티클 유지층의 가열을 실시하지만, 파티클 유지층의 가열에는 다른 여러 가지 수법을 채용 가능하다. 예를 들어, 기판 (9) 은 램프로부터의 광의 조사에 의해 가열되어도 된다. 가열되는 면은, 기판 (9) 의 상면 (91) 이어도 하면 (92) 이어도 된다. 기판 (9) 의 상면 (91) 에 가열된 플레이트가 가까워짐으로써 파티클 유지층의 가열이 실시되어도 된다. 또, 이하에 설명하는 바와 같이 가열된 DIW 나 다른 액을 기판 (9) 에 공급함으로써, 파티클 유지층의 가열이 실시되어도 된다.
다음으로, 기판 세정 장치 (4) 의 다른 몇 개의 동작예에 대해 설명한다. 바람직한 일 동작예에서는, 도 3 의 스텝 S12 대신에, 도 12 의 스텝 S12a 에서 나타내는 바와 같이, 수평 자세의 기판 (9) 의 하면에 가열된 DIW 를 공급함으로써, 기판 (9) 의 가열, 즉, 파티클 유지층의 가열이 실시된다. 파티클 유지층은, 실온보다 높고, 또한, 100 ℃ 미만의 온도까지 가열된다. 파티클 유지층의 가열에 의해, 파티클 유지층에 수축이 발생한다. 이 동작예의 경우, 가열부 (46) 로서, 하측 노즐 (456) 로부터 토출되는 DIW 를 미리 가열하는 히터가 형성되고, 히터 및 하측 노즐 (456) 이 가열부 (46) 로서 기능한다.
DIW 에 의해 기판 (9) 의 가열을 실시하는 경우, 가열 플레이트 (461) 는 생략 가능하다. 기판 (9) 의 하면에 가열된 DIW 를 공급함으로써, 세정 대상인 상면에 영향을 주지 않고, 간단한 구조로 기판 (9) 을 가열할 수 있다. 기판 세정 장치 (4) 의 동작은, 기판 (9) 의 하면에 가열한 DIW 를 공급하여 파티클 유지층의 가열이 실시되는 점을 제외하고, 도 3 과 동일하다. 또한, 바람직하게는, 스텝 S13 의 상온의 DIW 의 공급은 실시되지만, 생략되어도 된다.
도 13 의 스텝 S12b 에서 나타내는 바와 같이, 기판 (9) 의 가열은, 수평 자세의 기판 (9) 의 상면에 가열된 DIW 를 공급함으로써 실시되어도 된다. 스텝 S12b 는, 도 3 의 스텝 S12 및 S13 을 합한 공정이 된다. 이 동작예의 경우, 가열부 (46) 로서, 제 2 노즐 (454) 로부터 토출되는 DIW 를 미리 가열하는 히터가 형성된다. 히터 및 제 2 노즐 (454) 은 가열부 (46) 로서 기능한다. DIW 에 의해 기판 (9) 의 가열을 실시하기 때문에, 가열 플레이트 (461) 는 생략 가능하다. 기판 (9) 의 상면에 가열된 DIW 를 공급함으로써, 파티클 유지층에 잔류하는 용매의 제거 및 가열에 의해 파티클 유지층의 수축이 발생하는 것으로 생각된다.
또한, DIW 의 공급에 의해 파티클 유지층의 용질 성분의 일부가 기판 (9) 상으로부터 제거될 가능성이 있지만, 통상, DIW 에서는 파티클 유지층의 완전한 제거는 발생하지 않는 점에서, DIW 는 스텝 S14 에 있어서의 제거액으로서의 기능은 갖지 않는다. 기판 (9) 의 가열은, 수평 자세의 기판 (9) 의 상면 및 하면에 가열된 DIW 를 공급함으로써 실시되어도 된다. 이 동작도, 도 3 의 스텝 S12 및 S13 을 합한 공정이다.
도 14 의 스텝 S14a 에서 나타내는 바와 같이, 도 3 의 스텝 S14 대신에, 제거액 공급부 (442) 에 의해, 가열된 제거액이 기판 (9) 상에 공급되어도 된다. 즉, 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된 제거액이, 수평 자세의 기판 (9) 의 상면에 공급된다. 스텝 S14a 는, 도 3 의 스텝 S12 에 있어서의 파티클 유지층의 가열 공정을 겸한다. 따라서, 통상적으로는 스텝 S12 는 생략된다. 그러나, 스텝 S12 가 실시된 후에, 스텝 S14a 가 실시되어도 된다.
가열된 제거액의 공급이 실시되는 경우, 스텝 S13 의 DIW 의 공급은 실시되지 않아도 되고, 실시되어도 된다. 스텝 S14a 만으로는 파티클 유지층의 가열이 충분하지 않은 경우, 도 12 및 도 13 에 나타낸 스텝 S12a 및/또는 S12b 에 의한 가열된 DIW 의 공급이 스텝 S14a 의 전에 실시되어도 된다. 가열된 제거액의 공급에 의해, 파티클 유지층의 가열과 제거액의 공급을 동시에 실시할 수 있다.
도 15 내지 도 17 은, 파티클 유지층을 형성하는 단계에서 파티클 유지층을 가열하는 예를 나타내는 도면이다. 도 3 의 스텝 S11 대신에 실시되는 도 15 의 스텝 S11a 에서는, 처리액 공급부 (441) 에 의해, 가열된 처리액이 기판 (9) 상에 공급된다. 즉, 수평 자세의 기판 (9) 의 상면 상에 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된 처리액이 공급된다. 이로써, 파티클 유지층의 형성과 병행하여 용매가 휘발되고, 파티클 유지층의 수축에 의한 파티클의 기판 (9) 으로부터의 분리가 촉진된다.
도 3 의 스텝 S11 대신에 실시되는 도 16 의 스텝 S11b 에서는, 기판 (9) 의 가열과 처리액의 공급이 병행하여 실시된다. 즉, 파티클 유지층의 형성과 파티클 유지층의 가열이 동시에 실시된다. 파티클 유지층이 형성되면서 용매의 휘발 및 가열에 의해 파티클 유지층은 수축된다. 기판 (9) 의 변질 온도 미만의 가열은, 예를 들어, 도 2 의 가열부 (46) 를 사용하여 실시된다. 가열은, 이미 서술한 바와 같이 기판 (9) 의 상면이나 하면에 램프로부터의 광을 조사하거나, 기판 (9) 의 상면에 가열된 플레이트를 접근시키거나, 기판 (9) 의 하면에 가열된 DIW 를 공급하는 등의 다른 수법에 의해 실시되어도 된다.
도 3 의 스텝 S11 대신에 실시되는 도 17 의 스텝 S11c 및 S11d 에서는, 기판 (9) 의 가열이 실시된 후, 처리액의 공급이 실시된다. 바꾸어 말하면, 처리액의 공급 전에 변질 온도를 하회하는 온도까지 기판 (9) 이 가열된다. 스텝 S11c 에 있어서의 기판 (9) 의 변질 온도 미만의 가열은, 예를 들어, 도 2 의 가열부 (46) 를 사용하여 실시된다. 가열은, 도 12 나 도 13 에 나타내는 바와 같이, 가열된 DIW 의 공급에 의해 실시되어도 되고, 이미 서술한 바와 같이, 기판 (9) 의 상면이나 하면에 램프로부터의 광을 조사하거나, 기판 (9) 의 상면에 가열된 플레이트를 접근시키는 등의 다른 수법에 의해 실시되어도 된다. 또한, 처리액의 공급 전 또는 공급 도중에 기판 (9) 을 가열하는 공정과, 가열된 처리액을 기판 (9) 에 공급하는 공정의 쌍방이 실시되어도 된다.
도 15 내지 도 17 에 나타내는 바와 같이, 파티클 유지층의 형성과 거의 동시에 파티클 유지층의 가열이 실시되는 경우, 원칙적으로 스텝 S12 에 의한 파티클 유지층의 가열이나 가열된 DIW 또는 제거액의 공급은 불필요하다. 그러나, 이들 공정은 실시되어도 된다. 물론, 스텝 S13 에서 상온의 DIW 가 기판 (9) 의 상면에 공급되어도 된다.
도 3 의 스텝 S12 에 있어서 파티클 유지층의 가열을 실시하는 구성인 가열부와, 도 16 의 스텝 S11b 및 도 17 의 스텝 S11c 에 있어서 파티클 유지층의 가열을 실시하는 가열부는 상이한 것이어도 된다. 예를 들어, 스텝 S11b 또는 S11c 에서는 가열 플레이트 (461) 에 의해 기판 (9) 이 가열되고, 스텝 S12 에서는 가열된 DIW 에 의해 기판 (9) 이 가열되어도 된다. 바꾸어 말하면, 제거액이 기판 (9) 에 공급되기 전에 기판 (9) 을 가열하는 가열부와, 처리액이 기판 (9) 에 공급되기 전에, 또는, 공급과 병행하여 기판 (9) 을 가열하는 다른 가열부는 상이해도 되고 동일해도 된다.
상기 기판 세정 시스템 (1) 및 기판 세정 장치 (4) 에서는 여러 가지 변형이 가능하다.
처리액 공급부 (441) 에 의한 처리액의 공급은, 노즐로부터의 토출 이외의 방법에 의해 실시되어도 된다. 제거액 공급부 (442) 나 린스액 공급부 (443) 에 의한 제거액이나 린스액의 공급도, 노즐로부터의 토출 이외의 방법에 의해 실시되어도 된다. 바람직하게는, 기판 (9) 의 표면의 패턴에 데미지를 주기 어려운 수법이 채용된다.
기판 (9) 의 가열에 의한 파티클 유지층의 가열로서, 또 다른 수법을 채용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 고온의 가스가 기판 (9) 의 상면 (91) 이나 하면 (92) 에 공급됨으로써, 기판 (9) 이 가열되어도 된다.
기판 (9) 의 가열은 전용의 다른 챔버 내에서 실시되어도 된다. 나아가서는, 파티클 유지층의 형성, 가열, 파티클 유지층의 제거는, 각각 상이한 챔버 내에서 실시되어도 된다.
상기 실시형태에서는, 파티클 유지층의 용질 성분은, 변질 온도까지 가열됨으로써, 비수용성에서 수용성으로 변화되지만, 제거액에 대해 불용성에서 가용성으로 변화되는 것이면, 다양한 용질 성분 및 제거액이 이용되어도 된다. 용매도, 제거액에 대해 가용성이면, 수용성에는 한정되지 않는다.
파티클 유지층의 가열 온도는, 변질 온도 미만이면 되고, 파티클 유지층이 약간 수용성으로 변화되는 온도여도 된다. 파티클 유지층의 용질 성분은, 제거액에 대해 완전하게 불용성일 필요는 없으며, 난용성이어도 된다.
처리액에 함유되는 휘발성을 갖는 용매는, 바람직하게는 유기계, 즉 유기 화합물이지만, 다른 휘발성을 갖는 물질이 함유되어 있어도 된다. 상기 실시형태에서는, 용질은 폴리머이지만, 폴리머 이외의 유기 화합물이어도 된다. 나아가서는, 유기 화합물과 다른 물질의 혼합물이어도 되고, 유기계 이외의 화합물이어도 된다.
제거액은 SC-1 액에는 한정되지 않는다. 제거된 파티클 유지층의 재부착을 방지하기 위해서는, SC-1 액 또는 암모니아 수용액이 바람직하지만, 다른 제거액이 사용되어도 된다.
기판 세정 장치 (4) 에 있어서의 세정 공정에는, 상기 실시형태에서 나타낸 공정에 다른 공정이 추가되어도 된다. 예를 들어, 각 공정에 전처리나 후처리가 추가되어도 된다.
기판 세정 시스템 (1) 에서 세정되는 기판 (9) 은 Si 기판이나 SiN 기판에는 한정되지 않고, 다른 반도체 기판이어도 된다. 기판 (9) 은 반도체 기판에는 한정되지 않고, 액정 표시 장치용 유리 기판, 유기 EL 표시 장치용 유리 기판, 플라즈마 디스플레이용 유리 기판, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광 자기 디스크용 기판, 포토마스크용 유리 기판, 태양 전지용 기판 등의 다른 기판이어도 된다.
상기 실시형태 및 각 변형예에 있어서의 구성은, 서로 모순되지 않는 한 적절히 조합되어도 된다.
발명을 상세하게 묘사하여 설명했지만, 이미 서술한 설명은 예시적으로서 한정적인 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 다수의 변형이나 양태가 가능하다고 할 수 있다.
4 : 기판 세정 장치
9 : 기판
10 : 제어부
42 : 기판 유지부
46 : 가열부
441 : 처리액 공급부
442 : 제거액 공급부
901 : 파티클 유지층
S11 ∼ S14, S11a, S11b, S11c, S12a, S12b, S14a : 스텝

Claims (18)

  1. 기판 세정 장치로서,
    기판 상에, 용매 및 용질을 함유하는 처리액을 공급하는 처리액 공급부와,
    상기 기판 상에, 제거액을 공급하는 제거액 공급부와,
    상기 처리액 공급부 및 상기 제거액 공급부를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 용매는 휘발성을 갖고,
    상기 기판 상에 공급된 상기 처리액으로부터 상기 용매의 적어도 일부가 휘발되어 상기 처리액이 고화 또는 경화됨으로써, 상기 처리액이 파티클 유지층이 되고,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질인 용질 성분, 또는, 상기 용질로부터 유도되는 용질 성분은, 상기 제거액에 대해 불용성 또는 난용성이고, 상기 용매는, 상기 제거액에 대해 가용성이고,
    상기 제어부의 제어에 의해, 상기 기판 상에 상기 파티클 유지층이 형성된 후, 상기 제거액 공급부로부터 상기 파티클 유지층에 상기 제거액이 공급됨으로써, 상기 파티클 유지층은, 상기 제거액으로부터 받는 물리적인 힘에 의해 미세한 단편이 되어 상기 기판 상으로부터 제거되는, 기판 세정 장치.
  2. 기판 세정 장치로서,
    기판 상에, 용매 및 용질을 함유하는 처리액을 공급하는 처리액 공급부와,
    상기 기판 상에, 제거액을 공급하는 제거액 공급부와,
    상기 처리액 공급부 및 상기 제거액 공급부를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 용매는 휘발성을 갖고,
    상기 기판 상에 공급된 상기 처리액으로부터 상기 용매의 적어도 일부가 휘발되어 상기 처리액이 고화 또는 경화됨으로써, 상기 처리액이 파티클 유지층이 되고,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질인 용질 성분, 또는, 상기 용질로부터 유도되는 용질 성분은, 상기 제거액에 대해 불용성 또는 난용성이고, 상기 용매는, 상기 제거액에 대해 가용성이고,
    상기 제어부의 제어에 의해, 상기 기판 상에 상기 파티클 유지층이 형성된 후, 상기 제거액 공급부로부터 상기 파티클 유지층에 상기 제거액이 공급됨으로써, 상기 용매의 일부가 휘발되지 않고 잔존하는 상기 파티클 유지층에 있어서, 상기 용질 성분의 분자의 사이에 상기 제거액의 분자가 들어감으로써, 상기 기판 상으로부터 상기 파티클 유지층이 제거되는, 기판 세정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파티클 유지층을 가열하는 가열부를 추가로 구비하고,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 상기 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖고,
    상기 제어부의 제어에 의해, 상기 제거액이 상기 파티클 유지층에 공급되기 전에, 상기 가열부에 의해, 상기 파티클 유지층이 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열되는, 기판 세정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 처리액 공급부에 의해, 상기 처리액이 수평 자세의 상기 기판의 상면에 공급되고,
    상기 가열부가, 가열된 탈이온수를 상기 기판의 하면에 공급함으로써, 상기 파티클 유지층을 가열하는, 기판 세정 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 처리액 공급부에 의해, 상기 처리액이 수평 자세의 상기 기판의 상면에 공급되고,
    상기 가열부가, 가열된 탈이온수를 상기 기판의 상면에 공급함으로써, 상기 파티클 유지층을 가열하는, 기판 세정 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 상기 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖고,
    상기 제거액 공급부가, 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된 상기 제거액을 상기 기판 상에 공급하는, 기판 세정 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 상기 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖고,
    상기 처리액 공급부가, 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된 상기 처리액을 상기 기판 상에 공급하는, 기판 세정 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판을 가열하는 다른 가열부를 추가로 구비하고,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 상기 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖고,
    상기 다른 가열부는, 상기 처리액이 상기 기판에 공급되기 전에, 또는, 공급과 병행하여, 상기 기판을 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열하는, 기판 세정 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    기판을 유지하는 기판 유지부를 추가로 구비하고,
    상기 기판이 상기 기판 유지부에 유지된 상태에서, 상기 기판에 대한 상기 처리액의 공급으로부터 상기 기판에 대한 상기 제거액의 공급까지의 공정이 실시되는, 기판 세정 장치.
  10. 기판 세정 방법으로서,
    a) 기판 상에, 용매 및 용질을 함유하는 처리액을 공급하는 공정과,
    b) 상기 기판 상에, 제거액을 공급하는 공정을 구비하고,
    상기 용매는 휘발성을 갖고,
    상기 a) 공정에 있어서, 상기 기판 상에 공급된 상기 처리액으로부터 용매의 적어도 일부가 휘발되어 상기 처리액이 고화 또는 경화됨으로써, 상기 처리액이 파티클 유지층이 되고,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질인 용질 성분, 또는, 상기 용질로부터 유도되는 용질 성분은, 상기 제거액에 대해 불용성 또는 난용성이고, 상기 용매는, 상기 제거액에 대해 가용성이고,
    상기 a) 공정의 후, 상기 b) 공정이 실행됨으로써, 상기 파티클 유지층은, 상기 제거액으로부터 받는 물리적인 힘에 의해 미세한 단편이 되어 상기 기판 상으로부터 제거되는, 기판 세정 방법.
  11. 기판 세정 방법으로서,
    a) 기판 상에, 용매 및 용질을 함유하는 처리액을 공급하는 공정과,
    b) 상기 기판 상에, 제거액을 공급하는 공정을 구비하고,
    상기 용매는 휘발성을 갖고,
    상기 a) 공정에 있어서, 상기 기판 상에 공급된 상기 처리액으로부터 용매의 적어도 일부가 휘발되어 상기 처리액이 고화 또는 경화됨으로써, 상기 처리액이 파티클 유지층이 되고,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질인 용질 성분, 또는, 상기 용질로부터 유도되는 용질 성분은, 상기 제거액에 대해 불용성 또는 난용성이고, 상기 용매는, 상기 제거액에 대해 가용성이고,
    상기 a) 공정의 후, 상기 b) 공정이 실행됨으로써, 상기 용매의 일부가 휘발되지 않고 잔존하는 상기 파티클 유지층에 있어서, 상기 용질 성분의 분자의 사이에 상기 제거액의 분자가 들어감으로써, 상기 기판 상으로부터 상기 파티클 유지층이 제거되는, 기판 세정 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 상기 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖고,
    상기 기판 세정 방법은, 상기 a) 공정과 상기 b) 공정 사이에,
    c) 상기 파티클 유지층을 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열하는 공정을 추가로 구비하는, 기판 세정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 a) 공정에 있어서, 상기 처리액이 수평 자세의 상기 기판의 상면에 공급되고,
    상기 c) 공정에 있어서, 가열된 탈이온수가 상기 기판의 하면에 공급됨으로써, 상기 파티클 유지층이 가열되는, 기판 세정 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 a) 공정에 있어서, 상기 처리액이 수평 자세의 상기 기판의 상면에 공급되고,
    상기 c) 공정에 있어서, 가열된 탈이온수가 상기 기판의 상면에 공급됨으로써, 상기 파티클 유지층이 가열되는, 기판 세정 방법.
  15. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 상기 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖고,
    상기 b) 공정에 있어서, 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된 상기 제거액이 상기 기판 상에 공급되는, 기판 세정 방법.
  16. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 상기 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖고,
    상기 a) 공정에 있어서, 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열된 상기 처리액이 상기 기판 상에 공급되는, 기판 세정 방법.
  17. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 파티클 유지층에 함유되는 상기 용질 성분은, 변질 온도 이상으로 가열한 경우에 변질되어 상기 제거액에 대해 가용성이 되는 성질을 갖고,
    상기 a) 공정의 전 또는 상기 a) 공정에 있어서, 상기 기판이 상기 변질 온도를 하회하는 온도까지 가열되는, 기판 세정 방법.
  18. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 기판이 동일한 기판 유지부에 유지된 상태에서, 상기 기판에 대한 상기 처리액의 공급으로부터 상기 기판에 대한 상기 제거액의 공급까지의 공정이 실시되는, 기판 세정 방법.
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