KR20230043813A - 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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Abstract

건조 계면에 있어서의 건조 조건의 최적화를 행하면서, 기판 표면에 있어서 액막이 파손되는 것을 방지하는 것이다. 기판을 처리액(예를 들면 DIW)에 의해 처리한 후에 기판을 건조시키는 방법은, 기판(W)에 처리액보다 휘발성이 높은 제 1 건조액(예를 들면 IPA)을 공급하여 액막을 형성한 후에, 기판을 회전시키면서, 기판의 회전 중심(O)에서 제 1 건조액의 공급 위치(P1)까지의 거리(R1)가 점차로 커지도록 제 1 건조액의 공급 위치를 이동시키고, 건조 영역(DC)을 동심원 형상으로 넓혀 나가면서 기판을 건조시키는 건조 공정을 포함한다. 이 건조 공정은, 제 1 건조액을 상기 기판에 공급하면서 제 2 건조액을 상기 기판에 공급하는 것을 포함하고, 이 때의 기판의 회전 중심에서 제 2 건조액의 공급 위치(P2)까지의 거리(R2)는, 기판의 회전 중심에서 제 1 건조액의 공급 위치(P1)까지의 거리(R1)보다 크다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체 {SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 처리액으로 처리한 후에 건조시키는 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에는, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 노즐로부터 약액을 공급함으로써 기판에 웨트 에칭, 약액 세정 등의 액 처리를 실시하는 공정이 포함된다. 약액이 공급된 후에, 기판에는 린스액 예를 들면 DIW(순수)가 공급되고, 그 후 기판이 건조된다.
특허 문헌 1에는, DIW로 젖어 있는 기판의 표면의 중심부에 고휘발성이고 또한 저표면장력의 액체인 IPA를 공급하고, 그 후, IPA의 공급 위치를 기판의 중심부로부터 주연부를 향해 이동시켜 나가며, 이에 따라 건조 계면(IPA가 건조되어 사라진 건조 영역과, IPA의 액막이 존재하는 비건조 영역과의 계면을 의미함)을 서서히 기판의 주연부를 향해 넓혀 가면서, 기판의 표면을 건조시키는 것이 기재되어 있다. 이러한 방법으로 건조를 행함으로써, 건조 공정에 있어서의 파티클의 발생, 패턴의 도괴 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 특허 문헌 1에는, IPA의 공급과 동시에 기판 표면의 건조 영역에 질소 가스를 공급하는 것이 기재되어 있다. 질소 가스가 건조 계면보다 약간 반경 방향 내측의 위치에 분사되도록, 질소 가스의 공급 위치가 기판의 중심부로부터 주연부를 향해 이동시킬 수 있다. 이와 같이 질소 가스를 공급 함으로써, 건조가 촉진되고 또한 균일화된다.
그러나, 최근의 고집적화나 고애스펙트비화가 진행된 반도체 장치의 제조에 있어서는, 상술한 방법을 가지고 있어도 패턴 도괴가 발생되고 있다. 패턴 도괴를 회피하기 위한 건조 방법으로서, 승화 건조, 초임계 건조 등이 있지만, 이들 건조 방법은 고비용이다. 또한, 최근에는, IPA 잔사 등의 결함에 대한 기준이 보다 엄격해지고 있으며, 상술한 방법에서는 기준을 충족시키지 않는 경우도 있다.
일본특허공개공보 2007-036180호
본 발명은, 건조 계면에 있어서의 건조 조건의 최적화를 하면서, 기판 표면에 있어서 액막이 파손되는 것을 방지할 수 있는 기판의 건조 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시 형태에 따르면, 기판을 처리액에 의해 처리하는 처리 공정과, 회전되는 상기 기판에 상기 처리액보다 휘발성이 높은 제 1 건조액을 공급하여 액막을 형성한 후에, 상기 기판상에 있어서의 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 1 건조액의 공급 위치까지의 거리가 점차 커지도록 상기 제 1 건조액의 상기 공급 위치를 이동시키고, 이에 따라 건조 영역을 동심원 형상으로 넓혀 나가면서 상기 기판을 건조시키는 건조 공정을 구비하고, 상기 건조 공정은, 상기 제 1 건조액을 상기 기판에 공급하면서 상기 처리액보다 휘발성이 높은 제 2 건조액을 상기 기판에 공급하는 것을 포함하며, 이 때의 상기 기판 상에 있어서의 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 2 건조액의 공급 위치까지의 거리는, 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 1 건조액의 공급 위치까지의 거리보다 큰, 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 기판을 수평으로 유지하기 위한 기판 유지부와, 상기 기판 유지부를 연직축 둘레로 회전시키기 위한 회전 기구와, 상기 기판 유지부에 유지된 기판의 표면에 처리액을 공급하는 처리액 노즐과, 상기 기판을 건조시키기 위한 제 1 건조액을 공급하는 제 1 건조액 노즐과, 상기 기판을 건조시키기 위한 제 2 건조액을 공급하는 제 2 건조액 노즐과, 상기 처리액 노즐에 상기 처리액을 공급하는 처리액 공급 기구와, 상기 제 1 건조액 노즐에 상기 제 1 건조액을 공급하는 제 1 건조액 공급 기구와, 상기 제 2 건조액 노즐에 상기 제 2 건조액을 공급하는 제 2 건조액 공급 기구와, 상기 처리액 노즐, 상기 제 1 건조액 노즐 및 상기 제 2 건조액 노즐을 수평 방향으로 이동시키는 노즐 이동 기구와, 상기 처리액 공급 기구, 상기 제 1 건조액 공급 기구, 상기 제 2 건조액 공급 기구 및 상기 노즐 이동 기구를 제어하여, 상기의 기판 처리 방법을 실행시키는 제어부를 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 기판 처리 장치의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터에 의해 실행되었을 때에, 상기 컴퓨터가 상기 기판 처리 장치를 제어하여 상기의 기판 처리 방법을 실행시키는 프로그램이 기록된 기억 매체가 제공된다.
상기의 실시 형태에 따르면, 제 2 건조액 노즐로부터 건조액을 공급함으로써, 기판의 주연부에서 건조액의 액막이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 제 1 건조액 노즐로부터의 건조액의 공급 조건을, 건조 계면 부근의 건조액 상태의 최적화만을 고려하여 결정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 기판 처리 시스템의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는 상기 기판 처리 시스템에 포함되는 처리 유닛의 개략 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 처리 유닛의 내부의 평면도이다.
도 4는 건조 공정에 대하여 설명하는 개략도이다.
도 5는 웨이퍼 표면의 건조 계면 부근의 상태에 대하여 설명하는 개략도이다.
이하에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 이하에서는, 위치 관계를 명확하게 하기 위해, 서로 직교하는 X 축, Y 축 및 Z 축을 규정하고, Z 축 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, 복수 매의 기판, 본 실시 형태에서는 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼(W))를 수평 상태로 수용하는 복수의 캐리어(C)가 배치된다.
반송부(12)는, 캐리어 배치부(11)에 인접하게 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)의 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)의 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), 콤팩트 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, 취출한 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)으로 반입된다.
처리 유닛(16)으로 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)로 복귀된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 처리 유닛(16)은, 챔버(20)와, 기판 유지 기구(30)와, 처리 유체 공급부(40)와, 회수 컵(50)을 구비한다.
챔버(20)는, 기판 유지 기구(30)와 처리 유체 공급부(40)와 회수 컵(50)을 수용한다. 챔버(20)의 천장부에는, FFU(Fan Filter Unit)(21)가 마련된다. FFU(21)는, 챔버(20) 내에 다운 플로우를 형성한다.
기판 유지 기구(30)는, 유지부(31)와, 지주부(支柱部)(32)와, 구동부(33)를 구비한다. 유지부(31)는 웨이퍼(W)를 수평으로 유지한다. 지주부(32)는, 연직 방향으로 연장되는 부재이며, 기단부가 구동부(33)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 선단부에 있어서 유지부(31)를 수평으로 지지한다. 구동부(33)는 지주부(32)를 연직축 둘레로 회전시킨다. 이러한 기판 유지 기구(30)는, 구동부(33)를 이용하여 지주부(32)를 회전시킴으로써 지주부(32)에 지지된 유지부(31)를 회전시키고, 이에 의해, 유지부(31)에 유지된 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
처리 유체 공급부(40)는, 웨이퍼(W)에 대하여 처리 유체를 공급한다. 처리 유체 공급부(40)는, 처리 유체 공급원(70)에 접속된다.
회수 컵(50)은, 유지부(31)를 둘러싸도록 배치되고, 유지부(31)의 회전에 의해 웨이퍼(W)로부터 비산하는 처리액을 포집한다. 회수 컵(50)의 바닥부에는, 배액구(51)가 형성되어 있으며, 회수 컵(50)에 의해 포집된 처리액은, 이러한 배액구(51)로부터 처리 유닛(16)의 외부로 배출된다. 또한, 회수 컵(50)의 바닥부에는, FFU(21)로부터 공급되는 기체를 처리 유닛(16)의 외부로 배출하는 배기구(52)가 형성된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 처리 유닛(16)은, 웨이퍼(W)에 약액으로서의 DHF(희불산)를 공급하는 약액 노즐(41)과, 웨이퍼(W)에 린스액으로서의 DIW(순수)를 공급하는 린스 노즐(42)과, 웨이퍼(W)에 건조액으로서의 IPA(이소프로필알코올)를 공급하는 제 1 건조액 노즐(43)과, 웨이퍼(W)에 건조액으로서의 IPA(이소프로필알코올)를 공급하는 제 2 건조액 노즐(44)과, 웨이퍼(W)에 건조 가스로서 불활성 가스, 여기에서는 질소 가스를 공급하는 가스 노즐(45)을 구비하고 있다. 이들 노즐(41 ∼ 45)은, 도 2에 있어서 처리 유체 공급부(40)로서 개략적으로 나타나 있던 것이다.
약액 노즐(41), 린스 노즐(42) 및 제 1 건조액 노즐(43)은 제 1 노즐 암(46)에 장착되어 있다. 제 1 노즐 암(46)은, 승강 회전 기구(46A)에 의해 승강 가능하고 또한 연직 축선 둘레로 선회 가능하다. 제 1 노즐 암(46)은, 약액 노즐(41), 린스 노즐(42) 및 제 1 건조액 노즐(43)을, 웨이퍼(W)의 상방을 화살표(M1)로 나타내는 바와 같이 이동시킬 수 있다. 제 2 건조액 노즐(44)은, 승강 회전 기구(47A)에 의해 승강 가능하고 또한 연직 축선 둘레로 선회 가능한 제 2 노즐 암(47)에 장착되어 있으며, 웨이퍼(W)의 상방을 화살표(M2)를 따라 이동할 수 있다. 가스 노즐(45)은, 승강 회전 기구(48A)에 의해 승강 가능하고 또한 연직 축선 둘레로 선회 가능한 제 3 노즐 암(48)에 장착되어 있으며, 웨이퍼(W)의 상방을 화살표(M3)를 따라 이동할 수 있다.
제 1 건조액 노즐(43)은, 경사 하방을 향해 건조액을 토출할 수 있도록, 제 1 노즐 암(46)에 장착되어 있다. 상세하게는, 바로 위에서 제 1 건조액 노즐(43)을 보았을 때에, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 웨이퍼(W)의 회전 방향(도 3의 화살표(R))을 따르는 방향(도 3의 화살표(D1))으로 건조액이 토출되도록 되어 있다. 이와 같이 제 1 건조액 노즐(43)을 마련함으로써, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 토출된 건조액이 웨이퍼(W)의 표면에 충돌하였을 때에, 액 튐이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
제 2 건조액 노즐(44)은, 경사 하방을 향해 건조액을 토출할 수 있도록, 제 2 노즐 암(47)에 장착되어 있다. 상세하게는, 바로 위에서 제 2 건조액 노즐(44)을 보았을 때에, 제 2 건조액 노즐(44)로부터 웨이퍼(W)의 회전 방향(도 3의 화살표(R))을 따르는 방향(도 3의 화살표(D2))으로 건조액이 토출되도록 되어 있다. 이와 같이 제 2 건조액 노즐(44)을 마련함으로써, 제 2 건조액 노즐(44)로부터 토출된 건조액이 웨이퍼(W)의 표면의 IPA의 액막(제 1 건조액 노즐(43)로부터 토출된 IPA에 유래함)에 충돌하였을 때에, 액 튐이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
약액 노즐(41) 및 린스 노즐(42)은, 제 1 건조액 노즐(43)과 동일한 방향으로 액을 토출할 수 있도록, 제 1 노즐 암(46)에 장착되어 있다. 약액 노즐(41) 및 린스 노즐(42)은, 연직 방향 하방으로 액을 토출할 수 있도록, 제 1 노즐 암(46)에 장착되어 있어도 된다.
가스 노즐(45)은, 경사 하방을 향해 건조 가스를 토출할 수 있도록, 제 3 노즐 암(48)에 장착되어 있다. 상세하게는, 바로 위에서 가스 노즐(45)을 보았을 때에, 가스 노즐(45)로부터 웨이퍼(W)의 반경 방향을 따르는 방향(도 3의 화살표(D3))으로 건조 가스가 토출되도록 되어 있다. 이와 같이 가스 노즐(45)을 마련함으로써, 웨이퍼(W)에 형성된 건조 코어를 효율적으로 넓힐 수 있다.
약액 노즐(41)에는 약액 공급 기구(71)가 접속되고, 린스 노즐(42)에는 린스액 공급 기구(72)가 접속되며, 제 1 건조액 노즐(43)에는 제 1 건조액 공급 기구(73)가 접속되고, 제 2 건조액 노즐(44)에는 제 2 건조액 공급 기구(74)가 접속되며, 가스 노즐(45)에는 가스 공급 기구(75)가 접속되어 있다. 상세한 도시는 생략하지만, 각 공급 기구(71 ∼ 75)는, 처리 유체(약액, 린스액, 건조액, 건조 가스)의 공급원(탱크, 공장 용력 등)과, 각 공급원과 그에 대응하는 노즐(41 ∼ 45)을 접속하는 관로와, 각 관로에 개재된 개폐 밸브 및 유량 조정 밸브 등의 유량 제어 기기를 구비하고 있으며, 제어된 유량으로 각 노즐(41 ∼ 45)에 처리 유체를 공급할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서 건조액으로서 이용되는 IPA는, 린스액을 구성하는 DIW와 혼화성이 있기 때문에 DIW를 용이하게 치환할 수 있고, DIW보다 휘발성이 높기 때문에 용이하게 건조시킬 수 있으므로, 건조액으로서 적합하게 이용할 수 있다. 또한, IPA는 DIW보다 표면 장력이 낮기 때문에, 고애스펙트비의 미세 패턴의 도괴를 억제할 수도 있다. 건조액은 IPA에 한정되는 것은 아니고, 상기의 특징을 가지는 다른 유기 용제 예를 들면 HFO(하이드로플루오로올레핀), HFE(하이드로플루오로에테르)를 건조액으로서 이용할 수도 있다.
본 실시 형태에 있어서 건조 가스로서 이용되는 질소 가스는, 저산소 농도, 저습도이며, 웨이퍼 표면에 워터 마크 등의 결함이 발생하는 것을 방지하는데 효과적이다. 건조 가스로서, 다른 불활성 가스 예를 들면 아르곤 가스를 이용할 수도 있다.
이어서, 상기의 기판액 처리 장치의 동작에 대하여 설명한다. 또한, 하기의 동작은, 제어 장치(4)의 기억부(19)에 기록된 프로그램을 실행함으로써 제어부(18)가 발생시키는 제어 신호에 의해 제어된다.
먼저, 챔버(20)의 일측벽에 마련된 셔터(23)(도 3)가 개방되어, 도시하지 않은 반송 암(도 1의 기판 반송 장치(17)의 암)에 유지된 웨이퍼(W)가, 반입반출구(24)를 통과하여 챔버(20) 내에 반입된다. 이어서, 웨이퍼(W)가, 반송 암으로부터 기판 유지 기구(30)의 유지부(31)(도 3에서는 그 일부가 웨이퍼(W)의 주위에 보임)에 전달되고, 유지부(31)에 의해 수평으로 유지된다.
[약액 처리 공정]
이어서, 제 1 노즐 암(46)에 의해, 약액 노즐(41)이 웨이퍼(W)의 중심부의 바로 위의 위치로 이동한다. 또한, 기판 유지 기구(30)의 구동부(33)에 의해, 웨이퍼(W)를 유지한 유지부(31)가 회전 구동되고, 이에 따라 웨이퍼(W)가 연직 축선 둘레로 회전한다. 이 상태에서, 약액 공급 기구(71)에 의해 약액 노즐(41)에 공급된 DHF가, 약액 노즐(41)로부터 웨이퍼(W)의 표면의 중심부로 공급된다. 공급된 DHF는, 웨이퍼(W)의 표면을 원심력에 의해 주연부를 향해 확산되면서 흐르고, 이에 따라 웨이퍼(W)의 표면에 DHF의 액막이 형성된 상태로 웨이퍼(W)에 약액 처리가 실시된다. 웨이퍼(W)는, 후술의 건조 공정이 완료될 때까지의 동안, 계속적으로 회전된다.
[린스 처리 공정]
약액 처리를 정해진 시간 행한 후, 약액 노즐(41)로부터의 DHF액의 공급을 정지하고, 이와 대략 동시에, 린스액 공급 기구(72)에 의해 린스 노즐(42)에 공급된 DIW가, 린스 노즐(42)로부터 웨이퍼(W)의 표면의 중심부로 공급된다. 공급된 DIW는, 웨이퍼(W)의 표면을 원심력에 의해 주연부를 향해 확산되면서 흐르고, 이에 따라 웨이퍼(W)의 표면에 DIW의 액막이 형성된 상태로 웨이퍼(W)에 린스 처리가 실시된다.
[건조 공정]
이어서, 건조 공정에 대하여 설명한다. 또한, 이후의 설명의 편의를 위해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 및 제 2 건조액 노즐(43, 44)로부터 토출된 IPA의 웨이퍼(W) 표면으로의 착액점(P1, P2)(이것은 이들 노즐의 토출구의 축선과 웨이퍼(W) 표면과의 교점과 실질적으로 일치함)의 위치, 또는 이들 착액점(P1, P2)의 웨이퍼(W)의 회전 중심(O)으로부터의 거리(R1, R2)를, 제 1 및 제 2 건조액 노즐(43, 44)의 위치를 나타내는 지표로서 이용하는 경우도 있다. 또한, 가스 노즐(45)로부터 토출되는 가스의 주류(主流)가 충돌하는 웨이퍼(W)의 표면상의 위치인 가스 충돌점(Pg)(이것은 가스 노즐(45)의 토출구의 축선과 웨이퍼(W)의 표면과의 교점과 실질적으로 일치함), 또는 가스 충돌점(Pg)의 웨이퍼(W)의 회전 중심(O)으로부터의 거리(Rg)를, 가스 노즐(45)의 위치를 나타내는 지표로서 이용하는 것으로 한다.
린스 처리를 소정 시간 행한 후, 린스 노즐(42)로부터의 DIW의 토출을 정지하고, 이것과 대략 동시에, 제 1 건조액 공급 기구(73)에 의해 제 1 건조액 노즐(43)에 공급된 IPA가, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 웨이퍼(W)의 표면의 중심부로 공급된다(이 때의 거리(R1)는 대략 제로임). 공급된 IPA는, 웨이퍼(W)의 표면을 원심력에 의해 주연부를 향해 확산되면서 흐르고, 이에 따라 웨이퍼(W)의 표면에 있던 DIW가 IPA로 치환되어, 웨이퍼(W)의 표면이 IPA의 액막으로 덮여진다.
또한, 제 1 건조액 노즐(43)로부터의 IPA의 공급이 개시됨과 동시에, 혹은 공급이 개시된 후의 적당한 타이밍에서, 미리 웨이퍼(W)의 상방의 공급 위치에 대기하고 있던 제 2 건조액 노즐(44)에 제 2 건조액 공급 기구(74)로부터 IPA가 공급되고, 제 2 건조액 노즐(44)로부터 IPA가 웨이퍼(W)의 표면의 중심부보다 반경 방향 외측의 위치(P2)를 향해 토출된다(이 때 거리(R2)>거리(R1)임). 제 2 건조액 노즐(44)로부터 공급된 IPA는, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 공급된 후에 웨이퍼(W)의 표면에 액막을 형성하고 있는 IPA의 흐름과 합류한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 표면 중 제 2 건조액 노즐(44)로부터의 IPA의 착액점(P2)보다 반경 방향 외측의 영역에, 보다 두꺼운 IPA의 액막이 형성된다.
웨이퍼(W)의 표면에 있던 DIW가 IPA로 치환되고, 웨이퍼(W)의 표면이 IPA의 액막으로 덮여진 후, 제 1 건조액 노즐(43)을 이동시켜, 제 1 건조액 노즐(43)로부터의 건조액의 착액점(P1)을 반경 방향 외측으로 이동시켜 나간다. 제 1 건조액 노즐(43)이 이동을 개시하여 착액점(P1)이 웨이퍼의 중심(회전 중심)(O)으로부터 멀어지면, 가스 노즐(45)을 웨이퍼의 중심부의 바로 위의 근방으로 이동시켜, 가스 노즐(45)로부터 웨이퍼(W)의 중심부를 향해 질소 가스를 토출한다(이 때 거리(R1)>거리(Rg)임). 이에 따라, 웨이퍼(W)의 표면의 중심부에 원형의 건조 코어(DC)가 형성된다. 건조 코어(DC)는, 가스 노즐(45)로부터 웨이퍼(W)의 중심부를 향해 질소 가스를 토출하지 않아도 IPA에 작용하는 원심력에 의해 형성되므로, 건조 코어가 형성된 후, 웨이퍼(W) 표면의 건조 코어(DC) 내에 가스 노즐(45)로부터 질소 가스를 공급해도 된다.
이하, 본 명세서에 있어서, 건조 코어(DC)(IPA가 이미 제거된 건조 영역)와, 그 외측의 IPA액막이 존재하고 있는 영역과의 사이의 경계를, '건조 계면'이라고 부르는 것으로 하고, 이 건조 계면은 도 4에 있어서 참조 부호 B로 나타난다.
건조 코어(DC)가 형성된 후, 제 1 건조액 노즐(43) 및 가스 노즐(45)을 반경 방향 외측으로 이동시켜 나감으로써, 건조 코어가 동심원 형상으로 반경 방향 외측으로 확산되어 나가, 최종적으로는 웨이퍼(W)의 표면의 전역이 건조된다. 가스 노즐(45)로부터의 가스의 가스 충돌점(Pg)의 위치가 건조 계면(B)보다 약간 반경 방향 내측에 존재하도록, 가스 노즐(45)을 이동시키는 것이 바람직하다. 또한, 거리(R1) - 거리(Rg)의 값이 일정해지도록 제 1 건조액 노즐(43) 및 가스 노즐(45)을 반경 방향 외측으로 이동시켜 나갈 수 있다.
제 1 건조액 노즐(43) 및 가스 노즐(45)을 반경 방향 외측으로 이동시켜 나감과 동시에, 제 2 건조액 노즐(44)도 반경 방향 외측으로 이동시켜 나간다. 이 때, 가스 노즐(45)이 웨이퍼(W)의 주연의 바로 위에 도달할 때까지의 동안(즉 거리(Rg)가 웨이퍼(W)의 반경과 동등해질 때까지의 동안), 거리(R2) > 거리(R1) > 거리(Rg)의 관계가 유지된다. 또한, 이 때 거리(R2) - 거리(R1)의 값을 일정하게 유지하면서, 제 1 건조액 노즐(43) 및 제 2 건조액 노즐(44)을 반경 방향 외측으로 이동시켜도 된다.
이어서, 건조 코어를 넓혀 나갈 때에 있어서의 제 1 건조액 노즐(43), 제 2 건조액 노즐(44) 및 가스 노즐(45)의 작용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 5는 건조 계면(B) 부근의 상황을 나타내고 있다. 도 5의 좌측이 건조 코어(DC)가 형성되어 있는 웨이퍼(W)의 중심측이며, 우측이 웨이퍼(W)의 주연측이다. 영역(I)은 IPA의 액막이 매우 얇아져 있으며, 이 영역(I)에 있어서의 IPA의 박막은 경계층이라고 간주할 수 있고, IPA는 그 점성에 의해 웨이퍼(W)에 인장되므로 웨이퍼(W)에 대한 상대 속도는 매우 낮아진다. 따라서, 영역(I)에 있는 IPA는, 원심력에 의해 외측으로 이동하는 것에 의해서가 아닌, 증발에 의해 소멸된다. 한편, 영역(II)에서는 액막의 두께가 비교적 크기 때문에, 영역(II)의 액막의 상부에 있는 IPA는 원심력에 의해 웨이퍼(W)에 대하여 비교적 고속으로 주연측으로 이동하고, 영역(II)의 액막의 하부에 있는 IPA는, 다음 시점에, 영역(I)이 된다. 상술한 바와 같이, 영역(I) 내에 있어서는 웨이퍼(W)의 표면의 박막을 형성하는 IPA가 웨이퍼(W) 표면에 대한 상대 속도가 매우 낮은 상태에서 증발하기 때문에, IPA의 증발에 부수되어 발생하는 건조 불량(IPA 잔사의 발생, 불균일 건조)은, 영역(I) 내에서 발생한다. 이러한 건조 불량을 방지하기 위해서는, 영역(I) 내의 IPA 박막의 막 두께를 균일화하고, 또한, 증발 속도를 크게 하는 것이 바람직하다는 것을 발명자의 연구에 의해 알고 있다.
영역(I) 내의 IPA 박막의 막 두께를 균일화하고, 또한, 증발 속도를 빠르게 하기 위해서는, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 토출되는 IPA의 유량을 작게 하고, 이 IPA의 온도를 비등점 미만, 예를 들면 약 70℃까지 높게 하는 것이 좋다. 제 1 건조액 노즐(43)로부터 토출되는 IPA의 유량을 크게 하면, 건조 계면(B) 부근에 있어서의 IPA의 액막의 막 두께가 불균일해져 건조 불균일이 발생하기 쉽기 때문에, IPA의 유량은 액막 형성에 지장이 없는 범위에서 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 또한, IPA의 온도를 높게 하면, IPA의 증발 속도가 빨라질 뿐만 아니라, IPA의 표면장력이 저하되므로 패턴 도괴 억제의 관점에서도 바람직하다.
제 1 건조액 노즐(43)로부터 토출되는 IPA의 온도를 높게 하기 위해, 제 1 건조액 공급 기구(73)에 IPA의 가열 수단을 마련할 수 있다. 가열 수단으로서는, IPA 공급원으로서의 탱크에 마련한 히터, 혹은, IPA 관로에 마련된 인라인 히터 등이 예시된다. 가열 수단에 대해서는 도시하고 있지 않다.
한편, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 토출되는 IPA의 유량을 작게 하거나, 온도를 높게 하거나 하면, 제 1 건조액 노즐(43)로부터의 IPA의 착액점(P1)보다 반경 방향 외측의 전체 영역에서 IPA의 액막이 유지할 수 없을 우려가 있다. 즉, 웨이퍼(W)의 주연부에서 IPA의 액막이 파손되어, 웨이퍼(W)의 표면이 노출되고, 건조 결함이 발생할 우려가 있다.
이에 반하여, 본 실시 형태에서는, 제 2 건조액 노즐(44)이, 제 1 건조액 노즐(43)로부터의 IPA의 웨이퍼 상으로의 착액점(P1)보다 반경 방향 외측의 착액점(P2)에 IPA를 공급한다. 이에 따라, 착액점(P2)보다 반경 방향 외측의 영역(파선의 원보다 외측의 영역)에 있어서의 IPA의 액막을 두껍게 하여, 웨이퍼(W)의 주연부에서 IPA의 액막이 파손되는 것을 방지한다. 따라서, 제 1 건조액 노즐(43)로부터의 IPA의 공급은, 착액점(P1)으로부터 착액점(P2)까지 이르는 링 형상의 영역(건조 계면(B)으로부터 파선의 원까지의 링 형상 영역) 내에 있어서 IPA의 액막이 파손되는 것을 방지 가능한 한에 있어서, 임의의 조건으로 행할 수 있다. 즉, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 공급되는 IPA의 유량 및 온도를, 영역(I) 내의 IPA 박막의 막 두께의 최적화 및 균일화에 적합한 값으로 설정할 수 있다.
제 2 건조액 노즐(44)로부터 공급되는 IPA의 온도는, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 공급되는 IPA의 온도보다 낮은 것(예를 들면 상온인 것)이 바람직하다. 이렇게 함에 따라, 제 2 건조액 노즐(44)로부터의 IPA의 착액점(P2)보다 반경 방향 외측의 영역에 있어서의 IPA의 온도를 낮추어, IPA의 증발을 억제할 수 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 주연부에서 IPA의 액막이 파손되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 제 2 건조액 노즐(44)로부터 공급되는 IPA의 유량을 작게 할 수도 있어, IPA의 사용량의 삭감을 도모할 수 있다.
바람직한 일실시 형태에 있어서는, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 공급되는 IPA는 상대적으로 고온 또한 소유량이며, 제 2 건조액 노즐(44)로부터 공급되는 IPA는 상대적으로 저온이고 또한 대유량이다. 제 1 건조액 노즐(43)로부터 공급되는 IPA의 유량 및 온도를 영역(I) 내에서 바람직한 건조가 행해지는 값으로 실험에 의해 정해지고, 이어서, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 공급되는 IPA의 유량 및 온도의 조건하에서, 웨이퍼(W)의 주연부에서 IPA의 액막이 파손되지 않도록 제 2 건조액 노즐(44)로부터 공급되는 IPA의 유량 및 온도를 실험에 의해 정하면 된다.
제 1 건조액 노즐(43)로부터 공급되는 IPA의 유량은, 이 IPA의 공급 위치(착액점(P1))가 웨이퍼(W)의 주연부에 근접함에 따라 증가시키는 것이 바람직하다. 상술한 영역(I)은 링 형상의 영역이며, 주연부에 근접함에 따라 영역(I)의 면적은 커진다. 이 때문에, 단위 면적당의 IPA의 공급량을 일정하게 하기 위해, IPA의 공급량을 증가시키는 것이 좋다.
상기 실시 형태에 따르면, 건조액(IPA)을 공급하기 위해 2개의 건조액 노즐(제 1 건조액 노즐(43) 및 제 2 건조액 노즐(44))을 마련하고, 웨이퍼(W)상에 있어서, 웨이퍼(W)의 회전 중심(O)으로부터 제 2 건조액 노즐(44)로부터의 건조액의 착액점(P2)(공급 위치)까지의 거리(R2)를, 웨이퍼(W)의 회전 중심(O)으로부터 제 1 건조액 노즐(43)로부터의 건조액의 착액점(P1)(공급 위치)까지의 거리(R1)보다 크게 하고 있다. 제 2 건조액 노즐(44)로부터 적절한 조건으로 건조액을 공급함으로써, 웨이퍼(W) 주연부에 있어서 액막이 파손되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 제 1 건조액 노즐(43)로부터의 건조액의 공급 조건을 최적인 건조 계면의 형성만을 고려하여 결정할 수 있다. 이 때문에, 건조 결함의 발생을 용이하게 방지할 수 있다.
제 1 건조액 노즐(43)의 이동 속도는 일정해도 되고, 제 1 건조액 노즐(43)의 반경 방향 위치(혹은 거리(R1))에 따라 변화시켜도 된다. 제 2 건조액 노즐(44)의 이동 속도는 일정해도 되고, 제 2 건조액 노즐(44)의 반경 방향 위치(혹은 거리(R2))에 따라 변화시켜도 된다. 제 2 건조액 노즐(44)로부터 공급되는 IPA의 유량은 일정해도 되고, 제 2 건조액 노즐(44)의 반경 방향 위치(혹은 거리(R2))에 따라 변화시켜도 된다. 가스 노즐(45)의 이동 속도는 일정해도 되고, 가스 노즐(45)의 반경 방향 위치(혹은 거리(Rg))에 따라 변화시켜도 된다. 가스 노즐(45)로부터 공급되는 질소 가스의 유량은 일정해도 되고, 가스 노즐(45)의 반경 방향 위치(혹은 거리(Rg))에 따라 변화시켜도 된다. 제 1 건조액 노즐(43), 제 2 건조액 노즐(44) 및 가스 노즐(45)의 위치 관계(예를 들면 값(R2 - R1), 값(R1 - Rg) 등)는 일정해도 되고, 변화시켜도 된다.
상기 실시 형태에 있어서는, 제 1 건조액 노즐(43)로부터 공급되는 건조액(제 1 건조액) 및 제 2 건조액 노즐(44)로부터 공급되는 건조액(제 2 건조액)은 모두 IPA였지만, 이에 한정되지 않고, 제 1 건조액과 제 2 건조액은 상이해도 된다. 이 경우, HFO 및 HFE는 IPA보다 저점도이고 또한 저표면장력이기 때문에, 패턴 도괴 방지를 위해 제 1 건조액으로서 이용하는 것이 좋다. 한편, HFO 및 HFE는 IPA보다 고가이기 때문에, 단순히 액막 유지를 위해 공급되는 제 2 건조액으로서는 IPA를 이용하는 것이 좋다.
또한, 건조 코어(DC)는, 가스 노즐(45)로부터의 질소 가스의 토출이 이루어지지 않아도, IPA에 작용하는 원심력 및 IPA의 자연 건조에 의해 발생할 수 있다. 또한, 건조 코어(DC)는, 가스 노즐(45)로부터 토출되는 질소 가스에 의해 IPA의 액막이 확산되어 나가지 않아도, IPA의 액막에 작용하는 원심력에 의해서만으로도 확대되어 나간다. 따라서, 질소 가스의 공급은 행하지 않아도 되고, 이 경우, 가스 노즐(45)을 생략할 수 있다. 그러나, 질소 가스의 공급을 행한 것이, 건조 코어의 형성 촉진 및 건조 코어의 확장 촉진의 관점에서 바람직하다.
또한, 피처리 기판은, 반도체 웨이퍼(W)에 한정되는 것이 아니고, 유리 기판, 세라믹 기판 등의 다른 종류의 기판이어도 된다.
W : 기판(웨이퍼)
4 : 제어 장치
31 : 기판 유지부(유지부)
33 : 회전 기구(구동부)
42 : 처리액 노즐(린스 노즐)
43 : 제 1 건조액 노즐
44 : 제 2 건조액 노즐
45 : 가스 노즐
72 : 처리액 공급 기구(린스액 공급 기구)
73 : 제 1 건조액 공급 기구
74 : 제 2 건조액 공급 기구
75 : 가스 공급 기구
46∼ 46A∼ : 노즐 이동 기구(노즐 암, 승강 회전 기구)
P1 : 제 1 건조액의 공급 위치(착액점)
P2 : 제 2 건조액의 공급 위치(착액점)
O : 기판의 회전 중심
R1 : O에서 P1까지의 거리
R2 : O에서 P2까지의 거리
DC : 건조 영역(건조 코어)

Claims (12)

  1. 기판을 처리액에 의해 처리하는 처리 공정과,
    회전하는 상기 기판에 상기 처리액보다 휘발성이 높은 제 1 건조액을 공급하여 액막을 형성한 후에, 상기 기판 상에 있어서의 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 1 건조액의 공급 위치까지의 거리가 점차로 커지도록 상기 제 1 건조액의 상기 공급 위치를 이동시키고, 이에 따라 건조 영역을 동심원 형상으로 넓혀 나가면서 상기 기판을 건조시키는 건조 공정을 구비하고,
    상기 건조 공정은, 상기 제 1 건조액을 상기 기판에 공급하면서 상기 처리액보다 휘발성이 높은 제 2 건조액을 상기 기판에 공급하는 것 및 건조 가스를 상기 기판에 공급하는 것을 포함하며, 이 때, 평면에서 볼 때, 상기 기판 상에 있어서의 상기 제 1 건조액의 공급 위치와 상기 제 2 건조액의 공급 위치가 서로 다르고, 상기 기판 상에 있어서의 상기 건조 가스의 공급 위치는 상기 건조 영역 내에 있고,
    상기 건조 공정에 있어서, 상기 제 1 건조액은 상기 제 1 건조액 노즐 이동 기구에 의해 이동되는 제 1 건조액 노즐로부터 공급되고, 상기 제 2 건조액은 제 2 건조액 노즐 이동 기구에 의해 이동되는 제 2 건조액 노즐로부터 공급되며, 상기 건조 가스는 가스 노즐 이동 기구에 의해 이동되는 가스 노즐로부터 공급되고, 상기 제 1 건조액 노즐, 상기 제 2 건조액 노즐 및 상기 가스 노즐은 상기 기판의 회전 중심으로부터 멀어지도록 각각의 방향으로 이동하고,
    상기 건조 공정에 있어서, 상기 기판 상에 있어서의 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 2 건조액의 공급 위치까지의 거리는 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 1 건조액의 공급 위치까지의 거리보다 크고, 상기 기판 상에 있어서의 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 1 건조액의 공급 위치까지의 거리는 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 건조 가스의 공급 위치까지의 거리보다 큰 조건이 유지되도록 상기 제 1 건조액, 상기 제 2 건조액 및 상기 건조 가스의 공급 위치를 이동시키는, 기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 공정에 있어서, 상기 기판 상에 있어서의 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 2 건조액의 공급 위치까지의 거리와, 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 1 건조액의 공급 위치까지의 거리의 차가 변화하는, 기판 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 공정에 있어서, 상기 기판 상에 있어서의 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 2 건조액의 공급 위치까지의 거리와, 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 1 건조액의 공급 위치까지의 거리의 차가 일정한, 기판 처리 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건조 가스가 상기 건조 영역과 그 외측의 비건조 영역과의 사이의 계면의 근방을 향해 공급되도록, 상기 건조 가스의 공급 위치를 이동시켜 나가는, 기판 처리 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 건조액과 상기 제 2 건조액은 동일한 성분을 가지는 액인, 기판 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 건조액 및 상기 제 2 건조액은 IPA(이소프로필알코올)인, 기판 처리 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 건조액과 상기 제 2 건조액은 상이한 성분을 가지는 액인, 기판 처리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 건조액을 상기 기판에 공급하면서 상기 제 2 건조액을 상기 기판에 공급할 때에 있어서의 상기 제 1 건조액의 온도는, 상기 제 2 건조액의 온도보다 높은, 기판 처리 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 건조액을 상기 기판에 공급하면서 상기 제 2 건조액을 상기 기판에 공급할 때에 있어서의 상기 제 2 건조액의 유량은, 상기 제 1 건조액의 유량보다 큰, 기판 처리 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 상에 있어서의 상기 기판의 회전 중심으로부터 상기 제 1 건조액의 공급 위치까지의 거리가 커짐에 따라 상기 제 1 건조액의 유량을 크게 하는, 기판 처리 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 건조액을 상기 기판에 공급하면서 상기 제 2 건조액을 상기 기판에 공급할 때에 있어서, 상기 제 1 건조액의 온도는 상기 제 2 건조액의 온도보다 높고, 상기 제 2 건조액의 유량은 상기 제 1 건조액의 유량보다 큰, 기판 처리 방법.
  12. 기판 처리 장치에 있어서,
    기판을 수평으로 유지하기 위한 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부를 연직축 둘레로 회전시키기 위한 회전 기구와,
    상기 기판 유지부에 유지된 기판의 표면에 처리액을 공급하는 처리액 노즐과,
    상기 기판을 건조시키기 위한 제 1 건조액을 공급하는 제 1 건조액 노즐과,
    상기 기판을 건조시키기 위한 제 2 건조액을 공급하는 제 2 건조액 노즐과,
    상기 기판을 건조시키기 위한 건조 가스를 공급하는 가스 노즐과,
    상기 제 1 건조액 노즐에 상기 제 1 건조액을 공급하는 제 1 건조액 공급 기구와,
    상기 제 2 건조액 노즐에 상기 제 2 건조액을 공급하는 제 2 건조액 공급 기구와,
    상기 가스 노즐에 상기 건조 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    평면에서 볼 때, 상기 제 1 건조액 노즐이 제 1 방향으로 기판의 중심으로부터 멀어지도록, 상기 제 1 건조액 노즐을 수평 방향으로 이동시킬 수 있도록 구성된 제 1 건조액 노즐 이동 기구와,
    평면에서 볼 때, 상기 제 2 건조액 노즐이 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 기판의 중심으로부터 멀어지도록, 상기 제 2 건조액 노즐을 수평 방향으로 이동시킬 수 있도록 구성된 제 2 건조액 노즐 이동 기구와,
    평면에서 볼 때, 상기 가스 노즐이 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향과 다른 제 3 방향으로 기판의 중심으로부터 멀어지도록 상기 가스 노즐을 수평 방향으로 이동시킬 수 있도록 구성된 가스 노즐 이동 기구와,
    상기 제 1 건조액 공급 기구, 상기 제 2 건조액 공급 기구, 상기 가스 공급 기구, 상기 제 1 건조액 노즐 이동 기구, 상기 제 2 건조액 노즐 이동 기구 및 상기 가스 노즐 이동 기구를 제어하여 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 방법을 실행시키는 제어부를 구비한 기판 처리 장치.
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