KR20230113586A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20230113586A
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fluid
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heater
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KR1020237021524A
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노리타케 스미
마사유키 오리사카
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

챔버 내의 처리 공간에서, 초임계 상태의 처리 유체에 의하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 방법에 있어서, 챔버 내에서 기판보다 하방에, 챔버 내를 가열하는 히터를 배치하고, 처리 공간에 기판을 반입함과 더불어 히터에 의한 가열을 행하고, 처리 유체를 처리 공간에 공급하여, 처리 공간을 초임계 상태의 처리 유체에 의하여 채운 후, 처리 유체를 처리 공간으로부터 배출한다. 처리 공간에 초임계 상태의 처리 유체가 도입될 때부터 소정의 기간에 대해서는 가열을 정지한다. 챔버 내를 초임계 처리에 적합한 온도로 유지하면서, 난류의 원인이 되는 처리 유체의 온도 변화를 억제하여, 기판에 대한 초임계 처리를 양호하게 행할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
이 발명은, 챔버 내에서 기판을 처리 유체에 의하여 처리하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 기판, 표시 장치용 유리 기판 등의 각종 기판의 처리 공정에는, 기판의 표면을 각종의 처리 유체에 의하여 처리하는 것이 포함된다. 처리 유체로서 약액이나 린스액 등의 액체를 이용하는 처리는 종래부터 널리 행해지고 있지만, 최근에는 초임계 유체를 이용한 처리도 실용화되고 있다. 특히, 표면에 미세 패턴이 형성된 기판의 처리에 있어서는, 액체에 비하여 표면 장력이 낮은 초임계 유체는 패턴의 간극의 안쪽까지 들어가기 때문에 효율적으로 처리를 행하는 것이 가능하다. 또, 건조 시에 있어서 표면 장력에 기인하는 패턴 도괴의 발생 리스크를 저감시킬 수 있다.
예를 들면 특허문헌 1에는, 초임계 유체를 이용하여 기판의 건조 처리를 행하는 기판 처리 장치가 기재되어 있다. 이 장치에서는, 2개의 판상 부재가 대향 배치되고, 그 간극이 처리 공간으로서 기능하는 처리 용기가 구성되어 있다. 박판상의 유지판에 재치(載置)된 웨이퍼(기판)가 처리 공간의 한쪽 단부로부터 반입되고, 다른 쪽 단부로부터 초임계 상태의 이산화탄소가 도입된다.
이 종래 기술에 있어서는, 챔버의 상하 벽면에 히터가 장착되어 있다. 히터 가열에 의하여 챔버의 온도를 일정하게, 예를 들면 처리 유체의 임계 온도보다 고온으로 유지해 둠으로써, 챔버 내에 도입되는 처리 유체를 초임계 상태로 전환시키고, 또 그 상태를 안정적으로 유지하는 것이 가능하다.
일본국 특허공개 2018-082043호 공보(예를 들면, 도 3)
상기 종래 기술에서는, 챔버 내에서의 처리 유체가 어떻게 흐르는지에 대해서는 상세하게 언급되어 있지 않다. 그러나, 본원 발명자들의 지견에 의하면, 챔버 내에서의 처리 유체의 흐르는 방식이, 처리 결과의 양부, 즉 처리 후의 기판의 청정도에 영향을 미치고 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 챔버 내에서의 처리 유체의 흐름에 흐트러짐이 있으면, 예를 들면 초임계 유체의 치환 작용에 의하여 기판으로부터 유리된 잔류 액체가, 기판에 재부착되어 기판을 오염시킬 우려가 있다.
이와 같은 난류는, 챔버 내에 있어서의 처리 유체의 온도 불균일에 의해서도 발생할 수 있다. 그렇다고 하는 것은, 초임계 상태의 유체는 온도에 대한 밀도의 변화가 크기 때문에, 온도 불균일에 의하여 대류가 발생하기 쉽기 때문이다. 이것으로부터, 특히 처리 유체에 직접 접촉하는 챔버 내의 부위에 대해서는, 처리 유체에 온도 불균일을 발생시키는 것과 같은 가열원이 되지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 종래 기술에서는 열용량이 큰 챔버 전체를 가열하고 있어, 그와 같은 세세한 온도 관리의 요구에 부응하는 것은 아니었다.
이와 같이, 초임계 처리용 챔버에 있어서는, 챔버 내를 초임계 처리에 적합한 온도로 유지해 두는 것이 요망되는 한편, 초임계 상태의 처리 유체에 대하여 난류의 원인이 되는 것과 같은 온도 변화를 회피해야 한다고 하는 상반되는 요구가 있다.
이 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 챔버 내에서 기판을 처리 유체에 의하여 처리하는 기판 처리 기술에 있어서, 챔버 내를 초임계 처리에 적합한 온도로 유지하면서, 난류의 원인이 되는 처리 유체의 온도 변화를 억제하여, 기판에 대한 초임계 처리를 양호하게 행할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명의 일 양태는, 초임계 상태의 처리 유체에 의하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치로서, 상기 목적을 달성하기 위하여, 상기 기판을 수용 가능한 처리 공간을 내부에 갖는 챔버와, 상기 처리 공간에 대하여 상기 처리 유체의 공급 및 배출을 행하는 급배부와, 상기 챔버 내에서 상기 기판보다 하방에 배치되어, 상기 챔버 내를 가열하는 히터와, 상기 히터를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 처리 공간에 초임계 상태의 상기 처리 유체가 도입될 때부터 소정의 기간에 대해서는 상기 히터에 의한 가열을 정지시킨다.
또, 이 발명의 일 양태는, 챔버 내의 처리 공간에서, 초임계 상태의 처리 유체에 의하여 기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서, 상기 목적을 달성하기 위하여, 상기 챔버 내에서 상기 기판보다 하방에, 상기 챔버 내를 가열하는 히터를 배치하고, 상기 처리 공간에 상기 기판을 반입함과 더불어 상기 히터에 의한 가열을 행하고, 상기 처리 유체를 상기 처리 공간에 공급하여, 상기 처리 공간을 초임계 상태의 상기 처리 유체에 의하여 채운 후, 상기 처리 유체를 상기 처리 공간으로부터 배출하고, 상기 처리 공간에 초임계 상태의 상기 처리 유체가 도입될 때부터 소정의 기간에 대해서는 상기 가열을 정지한다.
이와 같이 구성된 발명에서는, 챔버 내에 히터를 배치하여 가열을 행함으로써, 챔버 내를 초임계 처리에 적합한 온도로 유지하는 것이 가능하다. 한편, 챔버 내에 초임계 상태의 처리 유체가 도입될 때에는 히터에 의한 가열이 정지되어 있다. 이 때문에, 도입된 처리 유체가 히터로부터의 가열에 의하여 데워지는 것은 회피된다. 특히 챔버 내에 수용된 기판보다 하방에 히터가 배치되는 경우, 기판의 하방 측에서 데워져 저밀도가 된 처리 유체가 상방을 향함으로써 발생하는 대류가, 난류의 원인이 된다. 이와 같은 난류의 발생은, 히터 가열을 정지함으로써 억제하는 것이 가능하다.
초임계 처리는, 예를 들면 기판에 부착된 액체를 초임계 상태의 처리 유체에 의하여 치환하여 기판으로부터 제거할 목적으로 실행된다. 기판으로부터 이탈한 액체가 재부착되는 것을 방지하기 위한 난류의 억제 작용은, 초임계 상태의 처리 유체에 의한 액체의 치환이 개시되고 나서 완료될 때까지의 동안, 지속하면 된다. 즉, 적어도 처리 유체가 챔버에 도입될 때부터 처리가 완료되었다고 볼 수 있을 때까지의 소정 기간, 히터 가열이 정지된 상태가 계속되면 된다.
상기와 같이, 본 발명에서는, 챔버 내에서 기판의 하방에 배치된 히터에 의하여 챔버 내를 가열함으로써, 챔버 내를 초임계 처리에 적합한 온도로 유지해 둘 수 있다. 한편, 초임계 상태의 처리 유체에 의한 처리가 행해질 때에는 히터의 가열이 정지되므로, 챔버 내에서 처리 유체가 가열되어 대류가 발생하고, 기판이 오염되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이 때문에, 기판을 양호하게 처리하는 것이 가능하다.
도 1은, 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 실행 가능한 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는, 기판 처리 장치에 의하여 실행되는 처리의 개요를 나타내는 플로차트이다.
도 3은, 초임계 처리에 있어서의 상변화를 나타내는 상도(相圖)이다.
도 4는, 초임계 처리에 있어서의 각 부의 상태 변화를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 5a는, 처리 챔버 내에서의 처리 유체의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5b는, 처리 챔버 내에서의 처리 유체의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6a는, 히터의 다른 배치의 예를 나타내는 도면이다.
도 6b는, 히터의 다른 배치의 예를 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 실행 가능한 기판 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 이 기판 처리 장치(1)는, 예를 들면 반도체 기판과 같은 각종 기판의 표면을, 초임계 유체를 이용하여 처리하기 위한 장치이다. 이하의 설명에 있어서 방향을 통일적으로 나타내기 위하여, 도 1에 나타내는 바와 같이 XYZ 직교 좌표계를 설정한다. 여기서, XY 평면은 수평면이고, Z방향은 연직 방향을 나타낸다. 보다 구체적으로는, (-Z)방향이 연직 하향을 나타낸다.
본 실시 형태에 있어서의 「기판」으로서는, 반도체 웨이퍼, 포토마스크용 유리 기판, 액정 표시용 유리 기판, 플라즈마 표시용 유리 기판, FED(Field Emission Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판 등의 각종 기판을 적용 가능하다. 이하에서는 주로 원반상의 반도체 웨이퍼의 처리에 이용되는 기판 처리 장치를 예로 채용하여 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 위에 예시한 각종의 기판의 처리에도 동일하게 적용 가능하다. 또 기판의 형상에 대해서도 각종의 것을 적용 가능하다.
기판 처리 장치(1)는, 처리 유닛(10), 이재(移載) 유닛(30), 공급 유닛(50) 및 제어 유닛(90)을 구비하고 있다. 처리 유닛(10)은, 초임계 건조 처리의 실행 주체가 되는 것이다. 이재 유닛(30)은, 도시하지 않은 외부의 반송 장치에 의하여 반송되어 오는 미처리 기판(S)을 수취하여 처리 유닛(10)에 반입하고, 또 처리 후의 기판(S)을 처리 유닛(10)으로부터 외부의 반송 장치에 수도(受渡)한다. 공급 유닛(50)은, 처리에 필요한 화학 물질, 동력 및 에너지 등을, 처리 유닛(10) 및 이재 유닛(30)에 공급한다.
제어 유닛(90)은, 이들 장치의 각 부를 제어하여 소정의 처리를 실현한다. 이 목적을 위하여, 제어 유닛(90)은, CPU(91), 메모리(92), 스토리지(93), 및 인터페이스(94) 등을 구비하고 있다. CPU(91)는, 각종의 제어 프로그램을 실행한다. 메모리(92)는, 처리 데이터를 일시적으로 기억한다. 스토리지(93)는, CPU(91)가 실행하는 제어 프로그램을 기억한다. 인터페이스(94)는, 사용자나 외부 장치와 정보 교환을 행한다. 후술하는 장치의 동작은, CPU(91)가 미리 스토리지(93)에 기입된 제어 프로그램을 실행하여, 장치 각 부로 하여금 소정의 동작을 행하게 함으로써 실현된다.
처리 유닛(10)은, 대좌(11) 위에 처리 챔버(12)가 장착된 구조를 갖고 있다. 처리 챔버(12)는, 몇 가지의 금속 블록의 조합에 의하여 구성되고, 그 내부가 공동(空洞)이 되어 처리 공간(SP)을 구성하고 있다. 처리 대상의 기판(S)은 처리 공간(SP) 내에 반입되어 처리를 받는다. 처리 챔버(12)의 (-Y) 측 측면에는, X방향으로 가늘고 길게 연장되는 슬릿 형상의 개구(121)가 형성되어 있다. 개구(121)를 통하여, 처리 공간(SP)과 외부 공간이 연통되어 있다. 처리 공간(SP)의 단면 형상은, 개구(121)의 개구 형상과 대략 같다. 즉, 처리 공간(SP)은 X방향으로 길고 Z방향으로 짧은 단면 형상을 갖고, Y방향으로 연장되는 공동이다.
처리 챔버(12)의 (-Y) 측 측면에는, 개구(121)를 폐색하도록 덮개 부재(13)가 설치되어 있다. 덮개 부재(13)가 처리 챔버(12)의 개구(121)를 폐색함으로써, 기밀성의 처리 용기가 구성된다. 이에 의하여, 내부의 처리 공간(SP)에서 기판(S)에 대한 고압하에서의 처리가 가능해진다. 덮개 부재(13)의 (+Y) 측 측면에는 평판상의 지지 트레이(15)가 수평 자세로 장착되어 있다. 지지 트레이(15)의 상면(151)은, 기판(S)을 재치 가능한 지지면으로 되어 있다. 덮개 부재(13)는 도시를 생략하는 지지 기구에 의하여, Y방향으로 수평 이동 가능하게 지지되어 있다.
덮개 부재(13)는, 공급 유닛(50)에 설치된 진퇴 기구(53)에 의하여, 처리 챔버(12)에 대하여 진퇴 이동 가능하게 되어 있다. 구체적으로는, 진퇴 기구(53)는, 예를 들면 리니어 모터, 직동 가이드, 볼 나사 기구, 솔레노이드, 에어 실린더 등의 직동 기구를 갖고 있다. 이와 같은 직동 기구가 덮개 부재(13)를 Y방향으로 이동시킨다. 진퇴 기구(53)는 제어 유닛(90)으로부터의 제어 지령에 따라 동작한다.
덮개 부재(13)가 (-Y)방향으로 이동함으로써 처리 챔버(12)로부터 이격하고, 점선으로 나타내는 바와 같이 지지 트레이(15)가 처리 공간(SP)으로부터 개구(121)를 통하여 외부로 인출되면, 지지 트레이(15)에 대한 액세스가 가능해진다. 즉, 지지 트레이(15)에 대한 기판(S)의 재치, 및 지지 트레이(15)에 재치되어 있는 기판(S)의 취출(取出)이 가능해진다. 한편, 덮개 부재(13)가 (+Y)방향으로 이동함으로써, 지지 트레이(15)는 처리 공간(SP) 내에 수용된다. 지지 트레이(15)에 기판(S)이 재치되어 있는 경우, 기판(S)은 지지 트레이(15)와 함께 처리 공간(SP)에 반입된다.
덮개 부재(13)가 (+Y)방향으로 이동하여 개구(121)를 막음으로써, 처리 공간(SP)이 밀폐된다. 덮개 부재(13)의 (+Y) 측 측면과 처리 챔버(12)의 (-Y) 측 측면의 사이에는 시일 부재(122)가 설치되고, 처리 공간(SP)의 기밀 상태가 유지된다. 시일 부재(122)는 예를 들면 고무제이다. 또, 도시하지 않은 로크 기구에 의하여, 덮개 부재(13)는 처리 챔버(12)에 대하여 고정된다. 이와 같이, 이 실시 형태에서는, 덮개 부재(13)는, 개구(121)를 폐색하여 처리 공간(SP)을 밀폐하는 폐색 상태(실선)와, 개구(121)로부터 크게 이격하여 기판(S)의 출납이 가능해지는 이격 상태(점선)의 사이에서 전환된다.
처리 공간(SP)의 기밀 상태가 확보된 상태로, 처리 공간(SP) 내에서 기판(S)에 대한 처리가 실행된다. 이 실시 형태에서는, 공급 유닛(50)에 설치된 유체 공급부(57)로부터, 처리 유체로서, 초임계 처리에 이용 가능한 물질, 예를 들면 이산화탄소가 송출된다. 처리 유체는, 기체, 액체 또는 초임계 상태로 처리 유닛(10)에 공급된다. 이산화탄소는, 비교적 저온, 저압에서 초임계 상태가 되고, 또 기판 처리에 많이 사용되는 유기 용제를 잘 녹이는 성질을 갖는다고 하는 점에서, 초임계 건조 처리에 적합한 화학 물질이다. 이산화탄소가 초임계 상태가 되는 임계점은, 기압(임계 압력)이 7.38MPa, 온도(임계 온도)가 31.1℃이다.
처리 유체는 처리 공간(SP)에 충전되고, 처리 공간(SP) 내가 적당한 온도 및 압력에 도달하면, 처리 공간(SP)은 초임계 상태의 처리 유체로 채워진다. 이렇게 하여 기판(S)이 처리 챔버(12) 내에서 초임계 유체에 의하여 처리된다. 공급 유닛(50)에는 유체 회수부(55)가 설치되어 있고, 처리 후의 유체는 유체 회수부(55)에 의하여 회수된다. 유체 공급부(57) 및 유체 회수부(55)는, 제어 유닛(90)에 의하여 제어되어 있다.
초임계 상태의 처리 유체가 처리 챔버(12) 내에서 식혀져 상변화하는 것을 방지하기 위하여, 처리 챔버(SP) 내부에는 적절한 열원이 설치되는 것이 바람직하다. 특히 기판(S)의 주변에서 의도하지 않은 상변화가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 이 실시 형태에서는, 지지 트레이(15)에 히터(155)가 내장되어 있다. 히터(155)는 공급 유닛(50)의 온도 조정부(59)에 의하여 온도 제어되어 있다.
온도 조정부(59)는 제어 유닛(90)으로부터의 제어 지령에 따라 작동하고, 히터(155)에 전력을 공급하여 발열시킨다. 히터(155)가 발열하여 지지 트레이(15)를 가열하고, 지지 트레이(15)로부터의 복사열에 의하여 처리 공간(SP)의 내벽면이 데워진다. 온도 조정부(59)는 또한, 유체 공급부(57)로부터 공급되는 처리 유체의 온도를 제어하는 기능도 갖고 있다.
처리 공간(SP)은, 지지 트레이(15) 및 이것에 지지되는 기판(S)을 받아들임 가능한 형상 및 용적을 갖고 있다. 즉, 처리 공간(SP)은, 수평 방향으로는 지지 트레이(15)의 폭보다 넓고, 연직 방향으로는 지지 트레이(15)와 기판(S)을 합한 높이보다 큰 개략 직사각형의 단면 형상과, 지지 트레이(15)를 받아들임 가능한 깊이를 갖고 있다. 이와 같이 처리 공간(SP)은 지지 트레이(15) 및 기판(S)을 받아들일 만한 형상 및 용적을 갖고 있다. 단, 지지 트레이(15) 및 기판(S)과, 처리 공간(SP)의 내벽면 사이의 간극은 얼마 안 된다. 따라서, 처리 공간(SP)을 충전하기 위하여 필요한 처리 유체의 양은 비교적 적어도 된다.
지지 트레이(15)가 처리 공간(SP)에 수용된 상태에서는, 처리 공간(SP)은 지지 트레이(15)의 상방의 공간과 하방의 공간으로 크게 이분된다. 지지 트레이(15)에 기판(S)이 재치되어 있는 경우에는, 처리 공간(SP)은, 기판(S)의 상면보다 상방의 공간과, 지지 트레이(15)의 하면보다 하방의 공간으로 구분되게 된다.
유체 공급부(57)는, 기판(S)의 (+Y) 측 단부보다 더 (+Y) 측에서, 처리 공간(SP) 중 기판(S)보다 상방의 공간과, 지지 트레이(15)보다 하방의 공간 각각에 대하여 처리 유체를 공급한다. 한편, 유체 회수부(55)는, 기판(S)의 (-Y) 측 단부보다 더 (-Y) 측에서, 처리 공간(SP) 중 기판(S)보다 상방의 공간과, 지지 트레이(15)보다 하방의 공간으로부터 각각 처리 유체를 배출한다. 이에 의하여, 처리 공간(SP) 내에서는, 기판(S)의 상방과 지지 트레이(15)의 하방 각각에, (+Y) 측으로부터 (-Y) 측을 향하는 처리 유체의 층류가 형성되게 된다.
이재 유닛(30)은, 외부의 반송 장치와 지지 트레이(15)의 사이에 있어서의 기판(S)의 수도를 담당한다. 이 목적을 위하여, 이재 유닛(30)은, 본체(31)와, 승강 부재(33)와, 베이스 부재(35)와, 복수의 리프트 핀(37)을 구비하고 있다. 승강 부재(33)는 Z방향으로 연장되는 기둥 형상의 부재이며, 도시하지 않은 지지 기구에 의하여, 본체(31)에 대하여 Z방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 승강 부재(33)의 상부에는, 대략 수평의 상면을 갖는 베이스 부재(35)가 장착되어 있다. 베이스 부재(35)의 상면으로부터 상향으로, 복수의 리프트 핀(37)이 세워 설치되어 있다. 리프트 핀(37) 각각은, 그 상단부가 기판(S)의 하면에 맞닿음으로써 기판(S)을 하방으로부터 수평 자세로 지지한다. 기판(S)을 수평 자세로 안정적으로 지지하기 위하여, 상단부의 높이가 서로 같은 3 이상의 리프트 핀(37)이 설치되는 것이 바람직하다.
승강 부재(33)는, 공급 유닛(50)에 설치된 승강 기구(51)에 의하여 승강 이동 가능하게 되어 있다. 구체적으로는, 승강 기구(51)는, 예를 들면 리니어 모터, 직동 가이드, 볼 나사 기구, 솔레노이드, 에어 실린더 등의 직동 기구를 갖고 있고, 이와 같은 직동 기구가 승강 부재(33)를 Z방향으로 이동시킨다. 승강 기구(51)는 제어 유닛(90)으로부터의 제어 지령에 따라 동작한다.
승강 부재(33)의 승강에 의하여 베이스 부재(35)가 상하로 움직이고, 이것과 일체적으로 복수의 리프트 핀(37)이 상하로 움직인다. 이에 의하여, 이재 유닛(30)과 지지 트레이(15) 사이에서의 기판(S)의 수도가 실현된다. 보다 구체적으로는, 도 1에 점선으로 나타내는 바와 같이, 지지 트레이(15)가 챔버 밖으로 인출된 상태로 기판(S)이 수도된다. 이 목적을 위하여, 지지 트레이(15)에는 리프트 핀(37)을 삽입 통과시키기 위한 관통 구멍(152)이 형성되어 있다. 베이스 부재(35)가 상승하면, 리프트 핀(37)의 상단은 관통 구멍(152)을 통과하여 지지 트레이(15)의 지지면(151)보다 상방에 도달한다. 이 상태로, 외부의 반송 장치에 의하여 반송되어 오는 기판(S)이, 리프트 핀(37)에 수도된다. 리프트 핀(37)이 하강함으로써, 기판(S)은 리프트 핀(37)으로부터 지지 트레이(15)에 수도된다. 기판(S)의 반출은, 상기와 반대의 순서에 의하여 행할 수 있다.
도 2는 이 기판 처리 장치에 의하여 실행되는 처리의 개요를 나타내는 플로차트이다. 이 기판 처리 장치(1)는, 초임계 건조 처리, 즉 전(前) 공정에 있어서 세정액에 의하여 세정된 기판(S)을 건조시키는 처리를 실행한다. 구체적으로는 이하와 같다. 처리 대상의 기판(S)은, 기판 처리 시스템을 구성하는 다른 기판 처리 장치에서 실행되는 전 공정에 있어서, 세정액에 의하여 세정된다. 그 후, 예를 들면 이소프로필알코올(IPA) 등의 유기 용제에 의한 액막이 표면에 형성된 상태로, 기판(S)은 기판 처리 장치(1)에 반송된다.
예를 들면 기판(S)의 표면에 미세 패턴이 형성되어 있는 경우, 기판(S)에 잔류 부착되어 있는 액체의 표면 장력에 의하여 패턴의 도괴가 발생할 우려가 있다. 또, 불완전한 건조에 의하여 기판(S)의 표면에 워터 마크가 잔류하는 경우가 있다. 또, 기판(S) 표면이 외기에 접촉함으로써 산화 등의 변질을 발생시키는 경우가 있다. 이와 같은 문제를 미연에 회피하기 위하여, 기판(S)의 표면(패턴 형성면)을, 액체 또는 고체의 표면층으로 덮은 상태로 반송하는 경우가 있다.
예를 들면 세정액이 물을 주성분으로 하는 것인 경우에는, 이것보다 표면 장력이 낮고, 또한 기판에 대한 부식성이 낮은 액체, 예를 들면 IPA나 아세톤 등의 유기 용제에 의하여 액막을 형성한 상태로, 반송이 실행된다. 즉, 기판(S)은, 수평 상태로 지지되고, 또한 그 상면에 액막이 형성된 상태로, 기판 처리 장치(1)에 반송되어 온다. 여기에서는 액막 재료의 일례로서 IPA가 이용되는 것으로 한다.
도시하지 않은 반송 장치에 의하여 반송되어 온 기판(S)은 처리 챔버(12)에 수용된다(단계 S101). 구체적으로는, 기판(S)은, 패턴 형성면을 상면으로 하고, 게다가 당해 상면이 얇은 액막에 덮인 상태로 반송되어 온다. 도 1에 점선으로 나타내는 바와 같이, 덮개 부재(13)가 (-Y) 측으로 이동하여 지지 트레이(15)가 인출된 상태로, 리프트 핀(37)이 상승한다. 반송 장치는 기판(S)을 리프트 핀(37)으로 수도한다. 리프트 핀(37)이 하강함으로써, 기판(S)은 지지 트레이(15)에 재치된다. 지지 트레이(15) 및 덮개 부재(13)가 일체적으로 (+Y)방향으로 이동하면, 기판(S)을 지지하는 지지 트레이(15)가 처리 챔버(12) 내의 처리 공간(SP)에 수용됨과 더불어, 개구(121)가 덮개 부재(13)에 의하여 폐색된다.
이 상태로, 처리 유체로서의 이산화탄소가, 기상의 상태로 처리 공간(SP)에 도입된다(단계 S102). 기판(S)의 반입 시에 처리 공간(SP)에는 외기가 침입하지만, 기상의 처리 유체를 도입함으로써, 이것을 치환할 수 있다. 또한 기상의 처리 유체를 주입함으로써, 처리 챔버(12) 내의 압력이 상승한다.
또한, 처리 유체의 도입 과정에 있어서, 처리 공간(SP)으로부터의 처리 유체의 배출은 계속적으로 행해진다. 즉, 유체 공급부(57)에 의하여 처리 유체가 도입되고 있는 동안에도, 유체 회수부(55)에 의한 처리 공간(SP)으로부터의 처리 유체의 배출이 실행되고 있다. 이에 의하여, 처리에 제공된 처리 유체가 처리 공간(SP)에 대류하는 일 없이 배출되어, 처리 유체 중에 들어간 잔류 액체 등의 불순물이 기판(S)에 재부착되는 것이 방지된다.
처리 유체의 공급량이 배출량보다 많으면, 처리 공간(SP)에 있어서의 처리 유체의 밀도가 상승하여 챔버 내압이 상승한다. 반대로, 처리 유체의 공급량이 배출량보다 적으면, 처리 공간(SP)에 있어서의 처리 유체의 밀도는 저하하여 챔버 내는 감압된다.
처리 공간(SP) 내에서 처리 유체의 압력이 상승하여 임계 압력을 초과하면, 처리 유체는 챔버 내에서 초임계 상태가 된다. 즉, 처리 공간(SP) 내에서의 상변화에 의하여, 처리 유체가 기상으로부터 초임계 상태로 천이한다. 또한, 초임계 상태의 처리 유체는 외부로부터 공급되어도 된다. 처리 공간(SP)이 초임계 유체로 채워진 상태가 소정 시간 유지됨으로써(단계 S103), 기판(S)에 부착되는 액체 성분(IPA)을 유체 중에 녹아 들어가게 하여 기판(S)으로부터 이탈시킬 수 있다. 이 「소정 시간」은, 기판(S)에 부착된 액체 성분을 처리 유체에 의하여 확실히 치환하여 챔버 밖으로 배출하기 위하여 필요한 시간으로서 미리 설정된다. 기판(S)으로부터 이탈한 액체 성분은, 처리 유체와 함께 챔버 밖으로 배출된다. 이렇게 하여 기판(S)에 잔류하는 액체 성분은 완전히 제거된다.
다음으로, 처리 공간(SP) 내의 처리 유체를 배출하여 기판(S)을 건조시킨다. 구체적으로는, 처리 공간(SP)으로부터의 유체의 배출량을 증대시킴으로써, 초임계 상태의 처리 유체로 채워진 처리 챔버(12) 내를 감압한다(단계 S104). 이때 처리 유체의 공급은 정지되어도 되고, 또 소량의 처리 유체가 계속해서 공급되는 양태여도 된다. 처리 공간(SP)이 초임계 유체로 채워진 상태로부터 감압됨으로써, 처리 유체는 초임계 상태로부터 상변화하여 기상이 된다. 기화한 처리 유체를 외부로 배출함으로써, 기판(S)은 건조 상태가 된다. 이때, 급격한 온도 저하에 의하여 고상 및 액상을 발생시키는 일이 없도록, 감압 속도가 조정된다. 이에 의하여, 처리 공간(SP) 내의 처리 유체는, 초임계 상태로부터 직접 기화하여 외부로 배출된다. 따라서, 건조 후의 표면이 노출된 기판(S)에 기액 계면이 형성되는 것은 회피된다.
이와 같이, 이 실시 형태의 초임계 건조 처리에서는, 처리 공간(SP)을 초임계 상태의 처리 유체로 채운 후, 기상으로 상변화시켜 배출함으로써, 기판(S)에 부착되는 액체를 효율적으로 치환하여, 기판(S)에 대한 잔류를 방지할 수 있다. 게다가, 불순물의 부착에 의한 기판의 오염이나 패턴 도괴 등, 기액 계면의 형성에 기인하여 발생하는 문제를 회피하면서 기판을 건조시킬 수 있다.
처리 후의 기판(S)은 후 공정으로 불출된다(단계 S105). 즉, 덮개 부재(13)가 (-Y)방향으로 이동함으로써 지지 트레이(15)가 처리 챔버(12)로부터 외부로 인출되고, 이재 유닛(30)을 통하여 외부의 반송 장치로 기판(S)이 수도된다. 이때, 기판(S)은 건조한 상태가 되어 있다. 후 공정의 내용은 임의이다. 다음에 처리해야 하는 기판이 없으면(단계 S106에 있어서 NO), 처리는 종료한다. 그 밖에 처리 대상 기판이 있는 경우에는(단계 S106에 있어서 YES), 단계 S101로 되돌아와 새로운 기판(S)이 받아들여지고, 상기 처리가 반복된다.
1장의 기판(S)에 대한 처리의 종료 후, 이어서 다음 기판(S)의 처리가 행해지는 경우에는, 이하와 같이 함으로써 택트 타임을 단축할 수 있다. 즉, 지지 트레이(15)가 인출되어 처리 완료된 기판(S)이 반출된 후, 새롭게 미처리 기판(S)이 재치되고 나서 지지 트레이(15)를 처리 챔버(12) 내에 수용한다. 또, 이렇게 하여 덮개 부재(13)의 개폐 횟수를 저감시킴으로써, 외기의 진입에 기인하는 처리 챔버(12) 내의 온도 변화를 억제하는 효과도 얻어진다.
예를 들면 액체를 치환할 목적으로 초임계 유체가 이용되는 경우에는, 초임계 유체의 밀도가 높을수록 치환 효율이 높다. 초임계 유체는 온도에 따른 밀도 변화가 크고, 구체적으로는 온도가 높을수록 밀도가 작아진다. 따라서, 고밀도의 초임계 유체를 얻기 위해서는 온도는 낮은 편이 바람직하다. 이 의미에서는 임계 온도에 가까운 온도인 것이 바람직하지만, 얼마 안되는 온도 변화로 기상이나 액상으로 상전이해 버린다. 그 때문에, 처리 챔버(12) 내의 온도는 가능한 한 일정한 것이 바람직하다. 특히 초임계 유체가 이산화탄소인 경우, 임계 온도가 상온에 가까운 온도(약 31℃)이기 때문에, 외기의 영향에 의한 온도 변화가 처리의 안정성을 해칠 우려가 있다.
이 문제를 회피하여 처리 챔버(12) 내의 온도를 안정화시키기 위하여, 이 실시 형태의 기판 처리 장치(1)에서는, 지지 트레이(15)에 처리 챔버(12) 내를 데우기 위한 히터(155)가 내장되어 있다. 그러나, 도입되는 처리 유체의 온도와 지지 트레이(15)의 온도는 완전히 같아지지는 않고, 또 처리 시의 압축, 팽창에 의하여 처리 유체 자체의 온도도 변동한다. 또한, 덮개 부재(13)가 개폐할 때마다 외기가 진입하는 것에 의한 온도 변화도 있어, 처리 챔버(12) 내의 온도를 일정하게 유지하는 것은 용이하지 않다. 이하, 본 실시 형태에 있어서의 처리 챔버(12) 내의 온도 관리에 대하여 설명한다.
도 3은 초임계 처리에 있어서의 상변화를 나타내는 상도이다. 초임계 처리를 행하기 위하여 챔버 내를 초임계 유체로 채울 때에는, 미리 초임계 상태로 한 처리 유체를 처리 챔버에 도입해도 된다. 단, 상술과 같이 초임계 유체는 온도나 압력의 변화에 따른 밀도 변화가 크기 때문에, 보다 취급이 용이한 액상, 기상으로의 도입이 현실적이다. 즉, 기상 또는 액상으로 처리 유체를 도입하고, 챔버 내에서 초임계 상태로 상전이시킨다. 이 경우, 도 3에 화살표 a~d로 나타내는 바와 같이, 처리 유체의 압력 및 온도 변화의 앙태로서는 다양한 것이 생각된다.
도면에 있어서 흰색 동그라미 표시는 본 실시 형태의 처리 유체인 이산화탄소의 임계점을 나타내고 있다. 부호 Pc, Tc는 각각 임계 압력 및 임계 온도를 나타낸다. 또, 점 P는 초임계 처리에 있어서 목표로 하는 압력 및 온도를 나타내는 점이다. 처리 효율의 관점에서는, 점 P는 임계점(흰색 동그라미 표시)에 가까운 것이 바람직하다.
화살표 a, b는 액상의 처리 유체를 도입하는 케이스에 대응한다. 보다 구체적으로는, 화살표 a는, 임계 압력(Pc)보다 고압이고 임계 온도(Tc)보다 저온인 액상의 처리 유체를 챔버 내에서 가열함으로써 초임계 상태로 전이시키는 케이스를 나타낸다. 또, 화살표 b는, 임계 압력(Pc)보다 저압이고 임계 온도(Tc)보다 저온인 액상의 처리 유체를 챔버 내에서 가압 및 가열함으로써 초임계 상태로 전이시키는 케이스를 나타낸다. 어느 경우에 있어서도, 기상으로의 상전이가 발생하지 않도록 압력 및 온도가 제어된다.
또, 화살표 c, d는 기상의 처리 유체를 도입하는 케이스에 대응한다. 보다 구체적으로는, 화살표 c는, 임계 압력(Pc)보다 저압이고 임계 온도(Tc)보다 저온인 기체상의 처리 유체를 챔버 내에서 가압 및 가열함으로써 초임계 상태로 전이시키는 케이스를 나타낸다. 또, 화살표 d는, 임계 압력(Pc)보다 저압이고 임계 온도(Tc)보다 고온인 기체상의 처리 유체를 챔버 내에서 가압함으로써 초임계 상태로 전이시키는 케이스를 나타낸다. 어느 경우에 있어서도, 액상으로의 상전이가 발생하지 않도록 압력 및 온도가 제어된다.
이들 중 어느 양태에 의해서나, 도입된 처리 유체를 임계 압력(Pc)보다 고압이고 또한 임계 온도(Tc)보다 고온인 초임계 상태(점 P)에 이르게 하는 것이 가능하다. 한편, 초임계 처리의 종료 시에는, 파선 화살표로 나타내는 바와 같이, 챔버 내를 감압하여 처리 유체를 초임계 상태로부터 기상으로 변화시킴으로써, 기판을 건조시켜 취출하는 것이 가능해진다. 처리 유체를 초임계 상태로부터 액상을 경유하는 일 없이 기상으로 상전이시킴으로써, 건조 후의 기판 표면에 기액 계면이 접촉하는 것에 의한 패턴 도괴는 방지된다.
도 4는 본 실시 형태의 초임계 처리에 있어서의 각 부의 상태 변화를 나타내는 타이밍 차트이다. 상술과 같이, 본 실시 형태의 초임계 처리는, 기판 수용, 처리 유체 도입, 챔버 내 감압, 기판 반출의 각 처리 단계를 포함한다. 복수의 기판에 대하여 순차적으로 처리를 행하는 경우, 점선 화살표로 나타내는 바와 같이, 처리 완료된 기판을 반출한 후에 새로운 미처리의 기판을 수용하여 처리를 반복한다.
그 동안, 처리 챔버(12) 내의 유체는, 대기(개방), 기상 또는 액상의 처리 유체, 초임계 상태의 처리 유체, 기상의 처리 유체, 대기의 순서로 변화한다. 이에 수반하여, 처리 챔버(12) 내의 온도 및 압력도 변동한다. 처리 유체로서 이산화탄소를 이용하는 경우, 임계 온도(Tc)가 비교적 상온에 가까운 점에서, 이 처리 과정에 있어서의 온도 변화는 비교적 작다. 챔버 내의 온도에 대해서는, 초임계 상태에 있어서의 온도(Ta)가 임계 온도(Tc)(도 3)를 상회하고 있으면 되고, 그 이외의 기간에 대해서는 임계 온도(Tc)보다 높아도 되고 낮아도 된다.
한편, 챔버 내 압력은, 대기압(Pa)으로부터 임계 압력(Pc)을 초과하는 압력까지의 사이에서 크게 변화한다. 챔버 내의 온도 및 압력의 양쪽 모두가 임계점을 초과하고 있는 기간, 챔버 내는 초임계 상태의 처리 유체로 채워진다. 챔버 내 온도를 단순히 임계 온도(Tc)보다 고온으로 유지하는 것 자체는 그다지 어렵지 않기 때문에, 챔버 내의 유체가 초임계 상태가 되는지 여부를 결정하는 것은 주로 압력의 변화이다. 챔버 내의 유체의 압력은, 처리 유체의 급배(給排) 밸런스, 즉 유체 공급부(57)로부터 공급되는 처리 유체의 공급량과, 유체 회수부(55)로 배출되는 처리 유체의 배출량의 관계에 의하여 결정된다.
이와 같이, 초임계 처리에 있어서는, 챔버 내 온도를 상하로 움직이게 하는 것은 반드시 필요하지는 않지만, 처리에 적합한 온도가 유지되고 있는 것이 바람직하다. 그 의미에서는 온도 변화는 작은 편이 바람직하고, 예를 들면 극단적으로는 항상 일정 온도여도 된다. 또, 특히 복수 기판에 대한 연속적인 처리에 있어서의 처리 결과의 안정성의 관점에서는, 기판(S)이 수용될 때의 처리 챔버(12) 내 및 지지 트레이(15)의 온도가 매회 같은 것이 바람직하다.
챔버 내 온도는, 챔버에 도입되는 유체의 온도에 의존하는 것 이외에, 처리 중의 가압, 감압 프로세스에 있어서의 유체의 팽창 및 수축에 기인하는 온도 변동의 영향을 받는다. 이들 영향에 의한 온도 변화를 저감시키기 위하여, 지지 트레이(15)에 내장된 히터(155)가 이용된다.
챔버 내의 온도를 유지하기 위하여, 챔버 내나 그 주위에 히터가 설치된 구성은 공지이다. 즉, 열용량이 큰 처리 챔버나 지지 트레이를 가열해 둠으로써, 외기나 유체의 온도 변화의 영향을 억제하는 기술은 실용화되어 있다. 그 경우, 도 4에 부호 (a)를 붙여 나타내는 바와 같이, 온도를 안정화시키기 위하여 히터는 상시 온으로 되어 있는 것으로 생각된다.
도 5a 및 도 5b는 처리 챔버 내에서의 처리 유체의 흐름을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5a에 나타내는 바와 같이, 처리 공간(SP)에 있어서는, 기판(S)의 상방 및 지지 트레이(15)의 하방 각각에, (+Y) 측으로부터 (-Y) 측으로 흐르는 초임계 처리 유체의 층류(Fa, Fb)가 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 이때 히터(155)에 의하여 데워져 있는 지지 트레이(15)의 온도가 처리 유체, 특히 지지 트레이(15)의 하방 측을 흐르는 처리 유체의 온도보다 높아져 있으면, 처리 유체가 데워지게 된다.
초임계 유체의 온도가 오르면 그 밀도가 작아지고, 처리 공간(SP) 내에서 처리 유체의 대류가 발생한다. 즉, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 처리 챔버(12)의 측벽면과 지지 트레이(15)의 간극이나 지지 트레이(15)에 형성된 관통 구멍(152) 등을 통과하여, 지지 트레이(15)의 하방을 흐르는 처리 유체의 일부가 기판(S)의 상방으로 돌아 들어온다. 이에 의하여 기판(S)의 주위에 난류가 발생하면, 처리 유체에 의하여 치환되어 처리 유체 중에 녹아 들어간 잔류 액체가 기판(S)에 재부착되어 기판(S)을 오염시킬 우려가 있다. 이 문제를 해소하기 위하여, 이 실시 형태에서는, 초임계 처리 중에 히터(155)를 오프로 하고, 히터(155)에 의한 지지 트레이(15)의 가열을 일시적으로 정지하도록 하고 있다. 이에 의하여, 히터(155)가 처리 유체를 승온시키는 것에 기인하는 난류의 발생이 회피된다. 히터 오프 후의 지지 트레이(15)의 온도는, 도입되는 처리 유체의 온도에 가까워져 가게 된다.
원리적으로는, 도 4에 부호 (b)로 나타내는 바와 같이, 적어도 챔버 내가 초임계 유체로 채워져 있는 동안, 즉 시각 T2로부터 T4까지의 동안, 히터(155)가 오프가 되면 된다. 처리 유체가 초임계 상태로 상전이하는 타이밍에서는, 초임계 유체와 기판(S)에 부착되어 있었던 액체가 병존하고 있다. 이때에 처리 유체가 데워져 난류를 발생시키는 사태는, 기판의 오염 방지의 관점에서 확실히 회피할 필요가 있다.
단, 현실적으로는, 도입되는 처리 유체가 챔버 내에서 초임계로 상전이하는 시각 T2를 정확하게 예측하는 것은 어렵고, 또 히터 가열이 그 시각에 영향을 미치는 것도 생각된다. 따라서, 도 4에 부호 (c)로 나타내는 바와 같이, 상전이가 발생할 것인 시각 T2보다 빠른 단계에서 히터(155)를 오프로 해 두는 것이 바람직하다. 예를 들면 처리 유체의 도입을 개시하는 시각 T1에, 히터(155)를 오프로 할 수 있다. 또 예를 들면, 덮개 부재(13)가 닫힌 직후에 히터(155)를 오프로 하도록 해도 된다.
한편, 히터 오프의 종기(終期), 즉 오프가 된 히터(155)를 다시 온으로 하는 타이밍에 대해서는 다음과 같이 생각할 수 있다. 적어도 기판(S) 상에 있어서 초임계 유체에 의한 액체 성분의 치환이 완료될 때까지, 보다 엄밀하게는 기판(S)으로부터 이탈한 액체 성분이 처리 공간(SP)으로부터 배출될 때까지의 동안은, 히터(155)가 오프인 상태가 계속되는 것이 바람직하다. 초임계 처리의 초기 단계와 같이 처리 유체에 액체 성분이 잔존하고 있을 때에는, 대류에 의하여 발생하는 난류가 기판(S)의 오염 원인이 될 수 있다. 그러나, 액체 성분이 배출된 이후에 대해서는, 난류는 반드시 오염의 원인이 되지는 않는다.
이 때문에, 초임계 상태가 충분히 계속되어 기판(S)의 주위에 액체 성분이 잔존하지 않는 상황이면, 히터 가열을 재개해도 된다. 예를 들면 도 4에 부호 (d)로 나타내는 바와 같이, 챔버 내의 처리 유체가 초임계 상태로부터 기상으로 상전이하는 시각 T4보다 빠르게 히터(155)를 온으로 하도록 해도 된다.
특히, 도 4에 부호 (e)로 나타내는 바와 같이, 챔버 내의 감압이 개시되는 시각 T3보다 빠르게 히터(155)를 온으로 하면, 다음과 같은 효과가 얻어진다. 초임계 상태로부터 기상으로의 상전이에 있어서는, 감압에 수반하는 처리 유체의 단열 팽창에 의하여, 챔버 내의 온도가 도 4에 점선으로 나타내는 바와 같이 급격하게 저하하고, 경우에 따라서는 외기 온도보다 저온이 되는 경우도 있을 수 있다. 이와 같은 온도 저하는, 챔버 내 온도를 일정하게 유지한다는 목적에 반한다. 특히, 고압 상태 그대로 챔버 내 온도가 급격하게 내려감으로써 액상으로의 상전이가 발생하는 것은, 확실히 회피해야 한다. 감압 개시보다 전에 히터(155)를 온으로 함으로써, 이와 같은 온도 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
초임계 처리 중, 처리 유체에 의한 액체 성분의 치환이 어느 시점에서 완료되었는지를 파악하는 것은 곤란하다. 그러나, 예를 들면 예비 실험에 의하여 처리 공간(SP)으로부터 액체 성분이 배출되지 않게 되는 타이밍을 미리 계측해 두고, 그것에 대응하는 시간이 경과했을 때를 치환이 완료되었다고 추정할 수 있다. 그때 이후에 히터(155)를 온으로 함으로써, 상기와 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다.
또한, 초임계 처리의 초기 단계에서 히터(155)의 발열을 정지시키는 방법으로서는, 히터(155)의 동작을 완전히 정지시키는 것을 필요로 하는 것은 아니다. 예를 들면, 히터(155)의 가열 목표 온도를 주위 온도보다 충분히 낮게 설정함으로써, 실질적으로 히터(155)로부터의 발열을 정지시키는 것이 가능하다. 또, 처리 유체의 도입 후에 히터(155)를 정지시키는 경우이면, 도입되는 처리 유체의 온도보다 낮은 목표 온도 설정으로 함으로써, 발열을 정지시킬 수 있다.
또, 지지 트레이(15)가 처리 유체의 온도보다 저온인 한에 있어서, 히터(155)에 대한 통전을 계속시키게 두어도 된다. 지지 트레이(15)에 내장된 히터(155)를 어느 정도의 온도로 유지해 둠으로써, 필요할 때에는 즉시 지지 트레이(15)를 승온시키는 것이 가능해진다.
기상의 상태로 도입되는 처리 유체의 온도가 예를 들면 50℃ 정도인 경우, 히터(155)에 의한 가열 목표 온도로서는 이것보다 조금 낮은 온도, 예를 들면 40℃ 정도로 할 수 있다. 단 이들 온도에 한정되는 것은 아니다.
도 6a 및 도 6b는 히터의 다른 배치의 예를 나타내는 도면이다. 상기 실시 형태의 히터(155)는 지지 트레이(15)의 내부에 매설되어 있고, 지지 트레이(15)를 통하여 챔버 내를 가열하는 것이다. 한편, 도 6a에 나타내는 예에서는, 히터(155a)가 지지 트레이(15)의 하면에 노출된 상태로 설치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해서도, 지지 트레이(15)와 처리 챔버(12)의 내부를 가열하는 것이 가능하다. 이 경우에 있어서도, 히터(155a)가 하방을 흐르는 처리 유체를 데움으로써 난류가 발생할 수 있기 때문에, 상기와 동일한 히터 제어가 유효하다.
또한, 히터를 지지 트레이(15)의 상면에 설치하는 것은 반드시 효과적이지는 않다. 이와 같은 구성이더라도 지지 트레이(15)와 처리 챔버(12) 내부를 가열하는 것은 가능하지만, 지지 트레이(15)에 기판(S)이 재치되어 있을 때, 히터가 발하는 열은 주로 기판(S)을 데우게 된다. 그러면, 예를 들면 액막이 형성된 기판(S)이 지지 트레이(15)에 재치되었을 때에 액체의 증발이 진행되어 버리는 등, 처리의 안정성에 반드시 기여하지는 않게 된다.
도 6b에 나타내는 예에서는, 처리 챔버(12)에 히터(155b)가 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 처리 챔버(12) 내에서 처리 공간(SP)의 바닥면에 해당되는 위치에, 히터(155b)가 설치되어 있다. 이 경우에 있어서도, 히터(155b)가 지지 트레이(15)와의 사이를 흐르는 처리 유체를 데움으로써 난류가 발생할 수 있기 때문에, 상기와 동일한 히터 제어가 유효하다.
또한, 이 구성에서는, 히터(155b)에 의한 지지 트레이(15)에 대한 가열 효과가 낮다. 특히 지지 트레이(15)가 챔버 밖으로 인출되고 있을 때에는 가열이 이루어지지 않는다. 한편, 지지 트레이(15)에 히터를 배치한 구성에서는, 지지 트레이(15)가 챔버 밖으로 인출되고 있을 때에 챔버 내가 가열되지 않게 된다. 단, 일반적으로는 지지 트레이(15)에 비하여 처리 챔버(12)의 열용량이 충분히 크기 때문에 온도 변화는 경미하고, 또 처리 챔버(12) 측에 별도 히터를 설치하는 것도 가능한 점에서, 지지 트레이(15)에 히터를 설치하는 것은 합리적이다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시 형태의 기판 처리 장치(1)에 있어서는, 처리 챔버(12), 지지 트레이(15) 및 히터(155(155a, 155b))가, 각각 본 발명의 「챔버」, 「지지 트레이」 및 「히터」로서 기능하고 있다. 또, 유체 공급부(57) 및 유체 회수부(55)가 일체로서 본 발명의 「급배부」로서 기능하고 있다. 그리고, 제어 유닛(90)과 온도 조정부(59)가 일체로서, 본 발명의 「제어부」로서 기능하고 있다. 또, 상기 실시 형태에서는 이산화탄소가 본 발명의 「처리 유체」에 상당하고, 반입되는 기판(S)에 액막을 형성하는 IPA 등의 유기 용제가, 본 발명의 「치환 대상액」에 상당하고 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 그 취지를 벗어나지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태의 기판 처리 장치(1)는, 처리 챔버(12)의 외측 표면에 설치된 혹은 처리 챔버(12)의 하우징 블록 내에 매설된 히터를 추가로 구비하고 있어도 된다. 이와 같은 히터에 의하여 미리 처리 챔버를 데워 둠으로써, 일련의 초임계 처리에 있어서 처리 공간 내의 온도 변화를 보다 저감시킬 수 있다. 이 경우, 처리 챔버의 온도에 대해서는 처리 유체보다 높아지지 않도록, 예를 들면 30℃ 정도로 하는 것이 바람직하다.
또 예를 들면, 상기 실시 형태의 시퀀스에서는, 히터 온 시의 가열 목표 온도를 일정하게 하고 있지만, 필요에 따라, 이것을 다단계로 변경하도록 해도 된다. 예를 들면 지지 트레이(15)가 처리 공간(SP) 내에 있을 때와 외부에 있을 때의 사이에서, 목표 온도가 상이해도 된다. 또, 처리 후의 기판(S)이 외부로 반출될 때에는, 기판(S)의 냉각을 촉진시키기 위하여, 가열 목표 온도가 다른 타이밍보다 낮게 설정되어도 된다.
또, 상기 실시 형태에서는, 처리 완료된 기판이 반출되고 나서 즉시 다음 미처리 기판이 반입됨으로써 택트 타임의 단축이 도모되고 있다. 그러나, 기판의 반출 후에 일단 덮개 부재가 닫히는 것과 같은 시퀀스에 있어서도, 상기와 동일한 히터 제어가 가능하다. 즉, 덮개 부재가 개폐될 때에는 히터를 온으로 해 두고, 챔버 내가 초임계 상태가 되기보다 전에 히터를 오프로 하도록 하면 된다.
또, 상기 실시 형태의 처리에서 사용되는 각종의 화학 물질은 일부의 예를 나타낸 것이고, 상기한 본 발명의 기술 사상에 합치하는 것이면, 이것 대신에 다양한 것을 사용하는 것이 가능하다.
이상, 구체적인 실시 형태를 예시하여 설명해 온 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 급배부가, 처리 공간 내를 초임계 상태의 처리 유체로 채운 상태를 일정 시간 계속한 후에, 처리 유체를 배출하여 기판을 건조시키고, 제어부가, 적어도 처리 공간이 초임계 상태의 처리 유체로 채워져 있는 기간, 가열을 정지시키도록 구성되어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 처리 공간이 초임계 상태의 처리 유체로 채워져 있는 기간의 전체에 걸쳐, 히터의 발열에 의하여 처리 유체의 온도를 변화시켜 버리는 것을 방지할 수 있다.
또, 이 기판 처리 장치가 기판에 부착된 치환 대상액을 처리 유체에 의하여 치환하여 기판을 건조시키는 것인 경우에 있어서, 제어부는, 처리 공간에 잔류하는 치환 대상액의 처리 유체에 의한 치환이 완료될 때까지의 동안, 가열을 정지시키도록 구성되어도 된다. 초임계 상태의 처리 유체가 가열되는 것에 기인하는 문제는, 가열에 의하여 발생하는 난류가 오염 물질을 기판에 부착시켜 버리는 점에 있다. 바꾸어 말하면, 오염 물질이 될 수 있는 치환 대상액의 치환이 완료될 때까지의 동안에 대하여 히터 가열을 정지하도록 하면, 본 발명의 효과가 얻어진다.
따라서 예를 들면, 제어부는, 치환 대상액의 치환이 완료된 후, 가열을 개시시키도록 해도 된다. 이렇게 함으로써, 처리 후의 온도 저하를 억제할 수 있다. 초임계 상태로부터 기판을 건조시키는 프로세스에 있어서는, 처리 유체가 액상을 거치는 일 없이 기상으로 상전이하는 것이 바람직하다. 처리 유체의 급격한 온도 저하를 방지하여 액상으로의 상전이를 회피할 목적으로, 히터에 의한 가열을 이용하는 것이 가능하다.
또 예를 들면, 급배부는, 처리 공간 내가 초임계 상태의 처리 유체로 채워진 상태가 일정 시간 계속된 후에, 처리 공간을 감압하여 기판을 건조시키고, 제어부는, 급배부가 처리 공간의 감압을 개시하기보다 전에, 가열을 개시시키도록 해도 된다. 이 경우, 감압 시에 처리 유체의 급격한 팽창에 의한 온도 저하가 발생하는 경우가 있지만, 히터 가열에 의하여 이와 같은 온도 저하를 억제할 수 있다.
또 예를 들면, 이들 기판 처리 장치에 있어서, 급배부는, 기상 또는 액상의 처리 유체를 챔버에 공급하고, 제어부는, 처리 유체가 처리 공간에서 초임계 상태로 전환하기보다 전에 가열을 정지시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 초임계 처리의 초기 단계에서는, 처리 공간 내에는 기판의 오염원이 되는 물질이 잔류하고 있는 것으로 생각된다. 이와 같은 단계에 있어서 히터 가열을 정지하여, 처리 유체의 난류가 발생하는 것을 억제함으로써, 잔류 물질이 기판에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또 예를 들면, 이 기판 처리 장치는, 상부에 기판을 재치 가능한 평판 형상을 갖고, 처리 공간에 대하여 진퇴 이동함으로써 기판을 챔버에 대하여 출납하는 지지 트레이를 추가로 구비하고, 히터가 지지 트레이에 설치되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 지지 트레이가 챔버 밖에 있을 때 지지 트레이의 온도가 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또 예를 들면, 제어부는, 히터에 의한 가열 목표 온도를 처리 유체의 온도보다 낮은 온도로 설정함으로써, 실질적으로 가열을 정지시키도록 해도 된다. 즉, 이 발명에서는, 히터의 발열이 처리 유체의 온도를 상승시키는 것이 피해지면 충분하고, 히터의 동작 자체를 정지시키는 것을 필요로 하는 것은 아니다.
또, 이 발명에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 처리 유체에 의한 처리가 종료된 처리 완료된 기판을 챔버로부터 반출한 후, 새롭게 미처리 기판을 챔버에 반입하여 처리 유체에 의한 처리를 실행하는 경우에는, 처리 완료된 기판의 반출을 개시하고 나서 미처리 기판의 반입을 종료할 때까지의 동안, 계속해서 가열을 행하도록 해도 된다. 이와 같이 복수의 기판에 대하여 순차적으로 처리를 행하는 경우에는, 기판의 교체를 행하는 동안 히터에 의한 가열을 계속해서 실시함으로써, 챔버 내의 온도 저하를 방지하는 것이 가능하다.
이 발명은, 챔버 내에 도입한 초임계 처리 유체를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치 전반에 적용할 수 있다. 예를 들면, 반도체 기판 등의 기판을 초임계 유체에 의하여 건조시키는 기판 건조 처리에 적용할 수 있다.
1: 기판 처리 장치
12: 처리 챔버(챔버)
15: 지지 트레이
55: 유체 회수부(급배부)
57: 유체 공급부(급배부)
59: 온도 조정부(제어부)
90: 제어 유닛(제어부)
155, 155a, 155b: 히터
S: 기판
SP: 처리 공간

Claims (10)

  1. 초임계 상태의 처리 유체에 의하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 있어서,
    상기 기판을 수용 가능한 처리 공간을 내부에 갖는 챔버와,
    상기 처리 공간에 대하여 상기 처리 유체의 공급 및 배출을 행하는 급배부와,
    상기 챔버 내에서 상기 기판보다 하방에 배치되어, 상기 챔버 내를 가열하는 히터와,
    상기 히터를 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 처리 공간에 초임계 상태의 상기 처리 유체가 도입될 때부터 소정의 기간에 대해서는 상기 히터에 의한 가열을 정지시키는, 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 급배부는, 상기 처리 공간 내가 초임계 상태의 상기 처리 유체로 채워진 상태가 일정 시간 계속된 후에, 상기 처리 유체를 배출하여 상기 기판을 건조시키고,
    상기 제어부는, 적어도 상기 처리 공간이 초임계 상태의 상기 처리 유체로 채워져 있는 기간, 상기 가열을 정지시키는, 기판 처리 장치.
  3. 상기 기판에 부착된 치환 대상액을 상기 처리 유체에 의하여 치환하여 상기 기판을 건조시키는 청구항 1에 기재된 기판 처리 장치로서,
    상기 제어부는, 상기 처리 공간에 잔류하는 상기 치환 대상액의 상기 처리 유체에 의한 치환이 완료될 때까지의 동안, 상기 가열을 정지시키는, 기판 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 치환 대상액의 치환이 완료된 후, 상기 가열을 개시시키는, 기판 처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 급배부는, 상기 처리 공간 내가 초임계 상태의 상기 처리 유체로 채워진 상태가 일정 시간 계속된 후에, 상기 처리 공간을 감압하여 상기 기판을 건조시키고,
    상기 제어부는, 상기 급배부가 상기 처리 공간의 감압을 개시하기보다 전에, 상기 가열을 개시시키는, 기판 처리 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급배부는, 기상 또는 액상의 상기 처리 유체를 상기 챔버에 공급하고,
    상기 제어부는, 상기 처리 유체가 상기 처리 공간에서 초임계 상태로 전환하기보다 전에 상기 가열을 정지시키는, 기판 처리 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상부에 상기 기판을 재치(載置) 가능한 평판 형상을 갖고, 상기 처리 공간에 대하여 진퇴 이동함으로써 상기 기판을 상기 챔버에 대하여 출납하는 지지 트레이를 구비하고,
    상기 히터가 상기 지지 트레이에 설치되어 있는, 기판 처리 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 히터에 의한 가열 목표 온도를 상기 처리 유체의 온도보다 낮은 온도로 설정함으로써, 실질적으로 상기 가열을 정지시키는, 기판 처리 장치.
  9. 챔버 내의 처리 공간에서, 초임계 상태의 처리 유체에 의하여 기판을 처리하는 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 챔버 내에서 상기 기판보다 하방에, 상기 챔버 내를 가열하는 히터를 배치하고,
    상기 처리 공간에 상기 기판을 반입함과 더불어 상기 히터에 의한 가열을 행하고,
    상기 처리 유체를 상기 처리 공간에 공급하여, 상기 처리 공간을 초임계 상태의 상기 처리 유체에 의하여 채운 후, 상기 처리 유체를 상기 처리 공간으로부터 배출하고,
    상기 처리 공간에 초임계 상태의 상기 처리 유체가 도입될 때부터 소정의 기간에 대해서는, 상기 가열을 정지하는, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 처리 유체에 의한 처리가 종료된 처리 완료된 기판을 상기 챔버로부터 반출한 후, 새롭게 미처리 기판을 상기 챔버에 반입하여 상기 처리 유체에 의한 처리를 실행하고,
    상기 처리 완료된 기판의 반출을 개시하고 나서 상기 미처리 기판의 반입을 종료할 때까지의 동안, 계속해서 상기 가열을 행하는, 기판 처리 방법.
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