KR20230123435A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20230123435A
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야스오 기요하라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 초임계 건조 후의 기판의 파티클 레벨을 저감한다.
[해결수단] 본 개시의 기판 처리 장치는, 표면에 액체가 부착된 기판에 대하여 초임계 상태의 처리 유체를 이용하여 초임계 건조 처리를 행하는 기판 처리 장치로서, 기판에 대하여 초임계 건조 처리가 행해지는 내부 공간을 갖는 처리 용기와, 처리 용기가 배치된 처리 영역과, 기판의 반입 반출을 위한 반입 반출 영역이 그 내부에 설정된 하우징과, 반입 반출 영역에 설치되고, 하우징의 외부로부터 반입 반출 영역에 들어온 기판 반송 아암의 사이에서 기판의 전달을 행하는 전달부와, 전달부와 처리 용기의 사이에서 기판을 이송하는 기판 이송 기구와, 반입 반출 영역에 건식 가스를 공급할 수 있도록 설치된 가스 공급부를 구비한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 개시는, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 집적 회로의 적층 구조를 형성하는 반도체 장치의 제조에 있어서는, 약액 세정 혹은 웨트 에칭 등의 액처리가 행해진다. 최근 점점 더 미세화가 진행되고 있는 패턴의 도괴를 보다 확실하게 방지하기 위해, 최근에는, 액처리의 최종 공정인 건조 공정에 있어서 초임계 상태의 처리 유체를 이용한 건조 방법이 이용되고 있다(예컨대 특허문헌 1을 참조).
특허문헌 1 : 일본특허공개 제2019-091772호 공보
본 개시는, 초임계 건조 후의 기판의 파티클 레벨을 저감할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 개시의 일실시형태에 의하면, 표면에 액체가 부착된 기판에 대하여 초임계 상태의 처리 유체를 이용하여 초임계 건조 처리를 행하는 기판 처리 장치로서, 상기 기판에 대하여 초임계 건조 처리가 행해지는 내부 공간을 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기가 배치된 처리 영역과, 기판의 반입 반출을 위한 반입 반출 영역이 그 내부에 설정된 하우징과, 상기 반입 반출 영역에 설치되고, 상기 하우징의 외부로부터 상기 반입 반출 영역에 들어온 기판 반송 아암의 사이에서 기판의 전달을 행하는 전달부와, 상기 전달부와 상기 처리 용기의 사이에서 기판을 이송하는 기판 이송 기구와, 상기 반입 반출 영역에, 건식 가스를 공급할 수 있도록 설치된 가스 공급부를 구비한 기판 처리 장치가 제공된다.
본 개시의 상기 실시형태에 의하면, 초임계 건조 후의 기판의 파티클 레벨을 저감할 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치의 일실시형태에 따른 기판 처리 시스템의 개략 횡단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 시스템에 포함되는 초임계 건조 유닛의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 3은 도 2의 초임계 건조 유닛에 포함되는 처리 용기의 횡단면도이다.
도 4는 도 2의 초임계 건조 유닛의 하우징에 설치된 반입 반출구 및 도어를 도시하는 개략도이다.
도 5는 도 2의 초임계 건조 유닛에 대하여 처리 유체의 공급, 배출을 행하는 배관 계통의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6a는 초임계 건조 유닛의 동작을 설명하는 작용도이다.
도 6b는 초임계 건조 유닛의 동작을 설명하는 작용도이다.
도 6c는 초임계 건조 유닛의 동작을 설명하는 작용도이다.
도 6d는 초임계 건조 유닛의 동작을 설명하는 작용도이다.
도 6e는 초임계 건조 유닛의 동작을 설명하는 작용도이다.
도 6f는 초임계 건조 유닛의 동작을 설명하는 작용도이다.
도 6g는 초임계 건조 유닛의 동작을 설명하는 작용도이다.
도 6h는 초임계 건조 유닛의 동작을 설명하는 작용도이다.
도 6i는 초임계 건조 유닛의 동작을 설명하는 작용도이다.
도 6j는 초임계 건조 유닛의 동작을 설명하는 작용도이다.
이하에 기판 처리 장치의 일실시형태에 따른 기판 처리 시스템(1)의 구성에 관해 도 1을 참조하여 간단히 설명한다. 설명을 간략하게 하기 위해, XYZ 직교 좌표계(도 1의 좌측 아래를 참조)를 설정하고, 적절하게 참조하는 것으로 한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 시스템(1)은, 반입 반출 스테이션(2)과, 처리 스테이션(3)을 구비하고 있다.
반입 반출 스테이션(2)은, 로드 포트(11)와, 반송 블록(12)을 구비하고 있다. 로드 포트(11)에는 복수의 캐리어(C)가 재치된다. 각 캐리어(C)는, 복수매의 기판(W)(예컨대 반도체 웨이퍼)을 수평 자세로 연직 방향으로 간격을 두고 수용한다.
반송 블록(12) 내에는, 반송 장치(13) 및 전달 유닛(14)이 설치되어 있다. 전달 유닛(14)은, 1장 내지 복수매의 미처리의 기판(W)(처리 스테이션(3)에서 처리되기 전의 기판(W))을 일시적으로 재치하는 미처리 기판 재치부와, 1장 내지 복수매의 처리 완료 기판(W)(처리 스테이션(3)에서 처리된 기판(W))을 일시적으로 재치하는 처리 완료 기판 재치부를 갖고 있다. 반송 장치(13)는, 로드 포트(11)에 재치된 임의의 캐리어(C)와, 전달 유닛(14)의 사이에서 기판(W)을 반송할 수 있다.
처리 스테이션(3)은, 반송 블록(4)과, 반송 블록(4)의 Y 방향 양쪽에 설치된 한쌍의 처리 블록(5)을 구비하고 있다. 각 처리 블록(5)에는, 액처리 유닛(17)과, 초임계 건조 유닛(18)과, 처리 유체 공급 캐비닛(19)이 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 액처리 유닛(17) 및 초임계 건조 유닛(18)은 매엽식의 처리 유닛이다.
액처리 유닛(17)은, 반도체 장치 제조의 기술분야에 있어서 주지인 회전식의 액처리 유닛이며, 스핀 척 및 복수의 노즐(모두 도시하지 않음)을 구비하고 있다. 스핀 척은, 기판(W)을 수평 자세로 유지하여 연직 축선 둘레에 회전시킨다. 노즐은, 스핀 척에 유지되어 회전하는 기판(W)에 대하여, 기판(W)의 액처리에 필요한 여러가지 처리 유체를 공급한다. 초임계 건조 유닛(18)에 관해서는 후술한다. 처리 유체 공급 캐비닛(19)으로부터, 액처리 유닛(17) 및 초임계 건조 유닛(18)에 처리에 필요한 처리 유체가 공급된다.
반송 블록(4)은, 반송 영역(15)과, 반송 영역(15) 내에 배치된 반송 장치(16)를 구비하고 있다. 반송 장치(16)는, 전달 유닛(14)과, 임의의 액처리 유닛(17)과, 임의의 초임계 건조 유닛(18)의 사이에서 기판(W)을 반송할 수 있다.
각 처리 블록(5)은 다층(예컨대 3층) 구조를 갖고 있어도 좋다. 이 경우, 각 층에, 액처리 유닛(17), 초임계 건조 유닛(18) 및 처리 유체 공급 캐비닛(19)이 1개씩 설치된다. 이 경우, 하나의 반송 장치(16)가 모든 층의 액처리 유닛(17) 및 초임계 건조 유닛(18)에 액세스 가능하게 되어 있어도 좋다.
기판 처리 시스템(1)은 제어 장치(6)를 구비하고 있다. 제어 장치(6)는, 예를 들면 컴퓨터이며, 연산 처리부(61)와 기억부(62)를 구비하고 있다. 연산 처리부(61)는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random AccessMemory), 입출력 포트 등을 갖는 마이크로 컴퓨터나 각종 회로를 포함한다. 이러한 마이크로 컴퓨터의 CPU는, ROM에 기억되어 있는 프로그램을 독출하여 실행하는 것에 의해, 반송 장치(13, 16), 액처리 유닛(17), 초임계 건조 유닛(18) 및 처리 유체 공급 캐비닛(19) 등의 제어를 실현한다. 또, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체에 기록되어 있던 것이며, 그 기록 매체로부터 제어 장치(6)의 기억부(62)에 인스톨된 것이어도 좋다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체로는, 예를 들면 하드디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트디스크(CD), 마그넷옵티컬디스크(MO), 메모리카드 등이 있다. 기억부(62)는, 예를 들면, RAM, 플래시메모리(Flash Memory) 등의 반도체 메모리 소자, 또는, 하드디스크, 광디스크 등의 기억 장치에 의해 실현된다.
다음으로, 전술한 기판 처리 시스템(1)에서의 기판(W)의 반송 플로우에 관해 간단히 설명한다.
도시하지 않은 외부 반송 로보트가, 미처리의 기판(W)을 수용한 캐리어(C)를 로드 포트(11)에 재치한다. 반송 장치(13)가 1장의 기판(W)을 캐리어(C)로부터 취출하고, 전달 유닛(14)에 반입한다. 반송 장치(16)가 전달 유닛(14)으로부터 기판(W)을 취출하고, 액처리 유닛(17)에 반입한다.
액처리 유닛(17) 내에 있어서, 복수의 공정으로 이루어진 액처리가 실시된다. 비한정적인 일실시형태에 있어서, 액처리는, 적어도 1회의 약액 처리 공정, 적어도 1회의 린스 공정, IPA 치환 공정을 포함한다. 약액 처리 공정에서는, 스핀 척에 의해 회전되고 있는 기판(W)에 대하여 노즐로부터 세정용의 약액 혹은 웨트 에칭용의 약액이 공급된다. 린스 공정에서는, 스핀 척에 의해 회전되고 있는 기판(W)에 대하여 노즐로부터 린스액(예컨대 DIW(순수))이 공급되고, 기판(W)의 표면에 잔류하는 약액 및 반응 생성물이 씻겨진다. IPA 치환 공정에서는, 스핀 척에 의해 회전되고 있는 기판(W)에 대하여 노즐로부터 IPA(이소프로필알코올)이 공급되고, 기판(W)의 표면(패턴의 오목부의 표면을 포함)에 있는 린스액이 IPA로 치환된다. 그 후, 노즐로부터 IPA가 공급된 채로 기판의 회전 속도를 극저속까지 낮춰 IPA의 막두께를 조정한 후에, IPA의 공급을 정지함과 더불어 기판(W)의 회전을 정지한다. 이것에 의해 기판(W)의 표면이 원하는 막두께의 IPA 액막(IPA 퍼들)로 덮인 상태가 된다. 최종적으로 기판(W)의 표면(패턴의 오목부의 표면을 포함)이 원하는 막두께의 IPA 액막으로 덮인 상태가 되는 것이라면, 그 이전의 처리 공정의 내용은 임의이다.
다음으로, 표면에 IPA 퍼들이 형성된 기판(W)이, 반송 장치(16)에 의해 액처리 유닛(17)으로부터 취출되고, 초임계 건조 유닛(18)에 반입된다. 초임계 건조 유닛(18)에서는, 초임계 건조 기술을 이용하여, 설명하는 순서대로 기판(W)의 건조가 행해진다. 초임계 건조 기술은, 패턴 도괴를 발생시킬 수 있는 표면장력이 패턴에 작용하지 않는다는 점에서, 미세하고 또한 고어스펙트비의 패턴이 형성된 기판의 건조에 유리하게 이용할 수 있다. 그 후, 반송 장치(16)는, 건조한 기판(W)을 초임계 건조 유닛(18)으로부터 취출하고, 전달 유닛(14)에 반입한다. 반송 장치(13)는 이 기판(W)을 전달 유닛(14)으로부터 취출하고, 로드 포트(11)에 재치된 원래의 캐리어(C)에 수용한다. 이상에 의해 1장의 기판에 대한 일련의 처리가 종료한다.
다음으로, 초임계 건조 유닛(18)의 구성 및 동작에 관해 상세히 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 초임계 건조 유닛(18)은 하우징(케이스)(100)을 갖고 있다. 하우징(100)의 내부에는, 초임계 처리 챔버로서 형성된 처리 용기(111)가 배치되는 처리 영역(101)(도 2의 우측의 영역)과, 기판(W)의 반입 반출을 위한 작업 영역이 되는 반입 반출 영역(102)(도 2의 좌측의 영역)이 설정되어 있다. 하우징(100)은 대략 직방체 형상의 상자형이며, 처리 영역(101) 및 반입 반출 영역(102)을 실질적으로 완전히 포위하고 있다. 하우징(100)에 관해서는 도 1도 참조하기 바란다.
초임계 건조 유닛(18)은 또한, 처리 용기(111) 내에서 기판(W)을 유지하는 기판 유지 트레이(112)(이하, 단순히 「트레이(112)」라고 함)를 갖고 있다. 트레이(112)는, 처리 용기(111)의 측벽에 형성된 개구(111C)를 막는 덮개부(113)와, 덮개부(덮개체)(113)에 일체적으로 연결된 수평 방향으로 연장되는 기판 유지부(114)를 갖는다. 기판 유지부(114)는 플레이트(115)와, 플레이트(115)의 상면에 설치된 복수의 지지 핀(116)을 갖고 있다. 기판(W)은, 그 표면(디바이스 내지 패턴이 형성된 면)을 위로 향하게 한 상태로, 지지 핀(116) 상에 수평 자세로 재치된다. 기판(W)이 지지 핀(116) 상에 재치되면, 플레이트(115)의 상면과 기판(W)의 하면(이면) 사이에 간극이 형성된다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 플레이트(115)는, 평면시에서, 전체적으로 대략 장방형이다. 플레이트(115)의 면적은 기판(W)보다 크고, 기판 유지부(114)의 소정 위치에 기판(W)이 재치되었을 때에 플레이트(115)를 바로 아래에서 보면, 기판(W)은 플레이트(115)에 완전히 덮인다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 플레이트(115)에는, 상기 플레이트(115)를 상하로 관통하는 복수(예컨대 3개)의 관통 구멍(118)이 형성되어 있다. 복수의 관통 구멍(118)은, 플레이트(115)의 하측 공간에 공급된 처리 유체를 플레이트(115)의 상측 공간에 유입되는 역할을 한다. 관통 구멍(118)은, 기판 유지부(114)와 전술한 반송 장치(16)(도 1 참조)의 아암의 사이에서 기판(W)의 전달을 행할 때에, 후술하는 리프트 핀(171)을 통과시키는 역할도 한다.
트레이(112)는, 도 2에 있어서 아우트라인이 있는 흰색의 네모난 상자에 의해 개략적으로 도시된 트레이 이동 기구(112M)에 의해, 폐쇄 위치(도 2의 우측 위치)와 개방 위치(도 2의 좌측 위치)의 사이에서 수평 방향(X 방향)으로 이동할 수 있다. 트레이 이동 기구(112M)는, 상세한 도시는 하지 않지만, 예컨대, 하우징(100)의 바닥판(100F)의 위에서 X 방향으로 연장되는 가이드 레일과, 덮개부(113)에 결합됨과 더불어 가이드 레일을 따라 주행하는 이동체로 구성할 수 있다.
트레이(112)의 폐쇄 위치에서는, 기판 유지부(114)가 처리 영역(101) 내, 상세하게는 처리 용기(111)의 내부 공간(처리 공간) 내에 위치하고, 또한 덮개부(113)가 처리 용기(111)의 측벽의 개구(111C)를 폐쇄한다. 트레이(112)의 개방 위치에서는, 기판 유지부(114)가 처리 용기(111) 밖의 반입 반출 영역(102) 내에 위치하고, 기판 유지부(114)와 반송 장치(16)의 반송 아암과의 사이에서, 후술하는 리프트 핀(171)을 통해 기판(W)의 전달을 행하는 것이 가능하다. 또한, 트레이(112)가 개방 위치에 있을 때, 덮개부(113)는 처리 용기(111)의 측벽의 개구(111C)를 개방한다. 따라서, 트레이 이동 기구(112M)는 덮개체 개폐 기구라고도 할 수 있다.
도 2의 좌측에 도시하는 바와 같이, 반입 반출 영역(102)에는 기판 리프터(170)가 설치되어 있다. 기판 리프터(170)는, 복수, 예컨대 3개의 리프트 핀(171)과, 리프트 핀(171)이 상면에 고정된 베이스(172)와, 베이스(172)를 승강시키는 도시하지 않은 승강 기구를 갖고 있다. 리프트 핀(171)은, 리프트 핀(171)을 상승 위치(도 2에서 실선으로 도시함)로 상승시켰을 때에 개방 위치에 있는 트레이(112)의 관통 구멍(118)을 통과하는 위치에 설치되어 있다.
반송 영역(15)에 면한 하우징(100)의 벽체에는, 하우징(100)에 대하여 기판(W)을 반입 반출하기 위한 반입 반출구(180)가 설치되어 있다. 반입 반출구(180)는, 도 2에서는 일점쇄선으로 도시되어 있고, 도 2에서의 앞쪽 하우징(100)의 벽에 형성되어 있다. 반입 반출구(180)는, 도어(182)(도 4에만 도시함)에 의해 개폐할 수 있게 되어 있다. 도어(182)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 한쪽만 잡은 플랩과 같은 형태이어도 좋고, 혹은, 상하 방향 또는 수평 방향(X 방향)으로 이동 가능한 슬라이드 도어와 같은 형태이어도 좋다.
후술하는 바와 같이 사용되는 퍼지 가스(건식 가스)가 질소 가스인 경우, 질소 가스 농도가 높아지면, 기판 처리 시스템(1)의 근방에 있는 오퍼레이터에게 악영향이 생길 우려가 있다. 또한, 반송 영역(15)의 분위기가 반입 반출 영역(102)에 유입되면, 퍼지 효과가 낮아진다. 이 때문에, 도어(182)는, 반입 반출 영역(102)과 반송 영역(15)(도 1 참조)의 사이에서 반입 반출구(180)를 통한 분위기의 유동이 없거나 혹은 거의 없도록 반입 반출구(180)를 폐색하는 것이 바람직하다.
기판 리프터(170)의 리프트 핀(171)이 상승 위치에 있을 때, 반입 반출구(180)를 통과하여 반입 반출 영역(102)에 침입해 온 반송 장치(16)(도 1을 참조)의 기판 반송 아암(도 2에는 도시하지 않음)은, 리프트 핀(171)의 위에 기판(W)을 놓을 수 있고, 또한, 리프트 핀(171)의 위에 있는 기판(W)을 제거할 수 있다. 즉, 리프트 핀(171)은, 기판 반송 아암과의 사이에서 기판의 전달을 행하는 전달부이다. 또한, 전술한 트레이(112) 및 트레이 이동 기구(112M)는, 전달부(리프트 핀(171))와 처리 용기(111)의 사이에서 기판(W)을 이송하는 기판 이송 기구라고 할 수 있다. 또, 리프트 핀(171)이 하강 위치(도 2에서 일점쇄선으로 도시함)에 있을 때에는, 리프트 핀(171)은 트레이(112)의 수평 이동을 방해하지 않는다.
여기서 다시 처리 용기(111) 및 트레이(112)의 설명으로 되돌아간다. 트레이(112)가 폐쇄 위치(도 2의 우측 위치)에 있을 때, 플레이트(115)에 의해, 처리 용기(111)의 내부 공간이, 처리중에 기판(W)이 존재하는 플레이트(115)의 상측의 상측 공간(111A)과, 플레이트(115)의 하측의 하측 공간(111B)으로 분할된다. 단, 상측 공간(111A)과 하측 공간(111B)이 완전히 분리되어 있는 것은 아니며, 플레이트(115)에 형성된 관통 구멍(118) 및 긴 구멍(119), 및 플레이트(115)의 둘레 가장자리부와 처리 용기(111)의 내벽면 사이의 간극을 통해 상측 공간(111A)과 하측 공간(111B)이 연통하고 있다.
처리 용기(111)에는, 제1 토출부(121) 및 제2 토출부(122)가 설치되어 있다. 제1 토출부(121) 및 제2 토출부(122)는, 초임계 유체(초임계 상태에 있는 처리 유체)의 공급원(130)으로부터 공급된 처리 유체(본 예에서는 이산화탄소(이하, 간편하게 「CO2」라고도 기재함))를 처리 용기(111)의 내부 공간에 토출한다.
제1 토출부(121)는, 폐쇄 위치에 있는 트레이(112)의 플레이트(115)의 하측에 설치되어 있다. 제1 토출부(121)는, 플레이트(115)의 하면을 향해(위를 향해), 하측 공간(111B) 내에 CO2(처리 유체)를 토출한다. 제1 토출부(121)는, 처리 용기(111)의 바닥벽에 형성된 관통 구멍에 의해 구성할 수 있다. 제1 토출부(121)는 처리 용기(111)의 바닥벽에 부착된 노즐체이어도 좋다.
제2 토출부(122)는, 폐쇄 위치에 있는 트레이(112)의 기판 유지부(114) 상에 재치된 기판(W)의 전방(X 정방향으로 진행된 위치)에 위치하도록 설치되어 있다. 제2 토출부(122)는, 대략 수평 방향 혹은 약간 비스듬히 아래를 향해, 상측 공간(111A) 내에 CO2를 공급한다. 도시된 실시형태에서는, 제2 토출부(122)는, 덮개부(113)와 반대측의 처리 용기(111)의 측벽에 설치되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제2 토출부(122)는, 막대형의 노즐체에 의해 구성되어 있다. 상세하게는, 제2 토출부(122)는, 기판(W)의 폭방향(Y 방향)으로 연장되는 관(122a)에, 복수의 토출구(122b)를 뚫는 것에 의해 형성되어 있다. 복수의 토출구(122b)는, 예컨대 Y 방향으로 등간격으로 나열되어 있다. 각 토출구(122b)는, 개구(111C)쪽을 향해(대략 X 부방향으로), 상측 공간(111A) 내에 CO2를 공급한다.
처리 용기(111)에는 또한, 처리 용기(111)의 내부 공간으로부터 처리 유체를 배출하는 유체 배출부(124)가 설치되어 있다. 유체 배출부(124)는, 제2 토출부(122)와 대략 동일한 구성을 갖는 헤더로서 구성되어 있다. 상세하게는, 유체 배출부(124)는, 수평 방향으로 연장되는 관(124a)에, 복수의 배출구(124b)를 뚫는 것에 의해 형성되어 있다. 복수의 배출구(124b)는, 예컨대 Y 방향에 등간격으로 나열되어 있다. 각 배출구(124b)는, 상측을 향해 있고, 또한, 플레이트(115)의 긴 구멍(119)쪽을 향해 있다.
도시된 실시형태에서는, 유체 배출부(124)는, 개구(111C)의 근방에 있어서, 처리 용기(111)의 바닥벽에 뚫린 오목한 곳 안에 설치되어 있다. CO2는, 도 6h에 화살표로 도시하는 바와 같이, 상측 공간(111A) 내의 기판(W)의 상측 영역을 통과하여 흐른 후에, 플레이트(115)에 형성된 긴 구멍(119)(혹은 플레이트(115)의 둘레 가장자리부에 설치된 연통로)을 통과하여 하측 공간(111B)에 유입된 후, 유체 배출부(124)로부터 배출된다.
처리 용기(111)에는, 트레이(112)를 폐쇄 위치에 고정하기 위한 록 기구가 설치되어 있다. 록 기구는, 처리 용기(111)에 형성된 가이드 구멍 또는 가이드 홈을 따라서, 도시하지 않은 승강 기구(예컨대 에어 실린더 또는 볼나사 등)에 의해 승강하는 빗장모양의 록 부재(125)를 갖고 있다. 도 2에는, 상승 위치(록 위치)에 있는 록 부재(125)가 실선으로 도시되어 있고, 하강 위치(언록 위치)에 있는 록 부재(125)가 일점쇄선으로 도시되어 있다.
도 2에 있어서 화살표 V에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 처리 용기(111)에는, 폐쇄 위치에 있는 트레이(112)의 덮개부(113)를 처리 용기(111)의 대향면에 진공 흡착하기 위한 흡인 라인이 형성되어 있다. 흡인 라인은, 진공 펌프 등의 흡인용 기기에 접속되어 있다. 트레이(112)를 폐쇄 위치로 이동시킨 후에, 덮개부(113)를 흡인하는 것에 의해, 덮개부(113)와 처리 용기(111)의 사이에 설치된 시일 부재(200)(도 2에만 개략적으로 도시함)를 찌부러뜨리면서, 덮개부(113)를 처리 용기(111)의 대향면에 밀접시킬 수 있다. 이것에 의해, 록 부재(125)를 도 2에 도시하는 상승 위치(록 위치)로 원활하게 이동시킬 수 있다. 록 부재(125)를 상승 위치에 위치시키는 것에 의해, 처리 용기(111)의 내압이 높아지더라도 트레이(112)가 개방 방향(X 부방향)으로 이동하지는 않는다.
하우징(100)에는, 반입 반출 영역(102) 내의 분위기를 배출하는 배기구(184)가 설치되어 있다. 배기구(184)에는, 배기로(배기관)(185)를 통해, 이 기판 처리 시스템(1)이 설치되어 있는 반도체 장치 제조 공장의 배기 덕트(흡인 감압되어 있음)에 접속되어 있다. 배기구(184) 또는 배기로(185)에는, 밸브(186) 예컨대 버터플라이 밸브가 설치되어 있다. 밸브(186)의 개방도를 조절하는 것에 의해, 배기구(184)로부터 배출되는 가스의 유량을 조절할 수 있다.
다음으로, 초임계 건조 유닛(18)에 있어서, 처리 용기(111)에 대하여 처리 유체(CO2)의 공급 및 배출을 행하는 공급/배출계에 관해, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에 도시한 배관 계통도에 있어서, 원으로 둘러싼 T로 나타내는 부재는 온도 센서, 원으로 둘러싼 P로 나타내는 부재는 압력 센서이다. 부호 OLF가 부여된 부재는 오리피스(고정 조리개)이며, 그 하류측의 배관 내를 흐르는 CO2의 압력을 원하는 값까지 저하시킨다. 사각으로 둘러싼 SV로 나타내는 부재는 안전 밸브(릴리프 밸브)이며, 예측하지 못한 과대 압력에 의해 배관, 센서류 등의 초임계 건조 장치의 구성 요소가 파손되는 것을 방지한다. 부호 F가 부여된 부재는 필터이며, CO2 중에 포함되는 파티클 등의 오염 물질을 제거한다. 부호 CV가 부여된 부재는 체크 밸브(논리턴 밸브)이다. 원으로 둘러싼 FV로 나타내는 부재는 플로우미터(유량계)이다. 사각으로 둘러싼 H로 나타내는 부재는 CO2을 온도 조절하기 위한 히터이다. 참조 부호 V가 부여된 부재는 개폐 밸브이다. 상기 각종 부재의 어느 개체를 다른 개체로부터 구별할 필요가 있는 경우에는, 알파벳의 말미에 숫자를 붙이는 것으로 한다(예컨대 「개폐 밸브(V2)」). 도 5에는 10개의 개폐 밸브(V)가 그려져 있는데, 이들을 서로 구별하기 위해 참조 부호 V1∼V10이 할당되어 있다.
초임계 건조 장치는, 초임계 유체(초임계 CO2)의 공급원으로서의 초임계 유체 공급 장치(130)를 갖는다. 초임계 유체 공급 장치(130)는, 예컨대 탄산 가스 봄베, 가압 펌프, 히터 등을 구비한 주지의 구성을 갖고 있다. 초임계 유체 공급 장치(130)는, 후술하는 초임계 상태 보증 압력(구체적으로는 약 16 MPa)을 넘는 압력으로 초임계 CO2를 송출하는 능력을 갖고 있다.
초임계 유체 공급 장치(130)에는 주공급 라인(132)이 접속되어 있다. 본 명세서에 있어서 「라인」이라고 불리는 부재는, 파이프(배관 부재)에 의해 구성할 수 있다.
주공급 라인(132)은 분기점(133)에 있어서, 제1 공급 라인(134)과 제2 공급 라인(136)으로 분기되어 있다. 제1 공급 라인(134)은 처리 용기(111)의 제1 토출부(121)에 접속되어 있다. 제2 공급 라인(136)은 처리 용기(111)의 제2 토출부(122)에 접속되어 있다. 또, 도 5의 배관 계통도에 있어서, 제1 공급 라인(134)은, 분기점(133)과 제2 토출부(122)의 사이를 전체적으로 대략 U자형으로 연장되어 있다.
처리 용기(111)의 유체 배출부(124)에 배출 라인(138)이 접속되어 있다. 배출 라인(138)에는 압력 조정 밸브(140)가 설치되어 있다. 압력 조정 밸브(140)의 개방도를 조절하는 것에 의해, 압력 조정 밸브(140)의 1차측 압력을 조절할 수 있고, 따라서, 처리 용기(111) 내의 압력을 조절할 수 있다. 또한, 압력 조정 밸브(140)의 개방도를 조절하는 것에 의해, 처리 용기(111)로부터의 처리 유체의 배출 속도도 조절할 수 있다.
도 1에 도시한 제어 장치(6) 혹은 그 하위 컨트롤러가, 처리 용기(111) 내의 압력의 측정치(PV)와 설정치(SV)의 편차에 기초하여, 처리 용기(111) 내의 압력이 설정치로 유지되도록, 압력 조정 밸브(140)의 개방도(구체적으로는 밸브체의 위치)를 피드백 제어한다. 처리 용기(111) 내의 압력의 측정치로는, 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 배출 라인(138)의 개폐 밸브(V3)와 처리 용기(111)의 사이에 설치된 참조 부호 PS가 부여된 압력 센서의 검출치를 이용할 수 있다. 압력 조정 밸브(140)는, 제어 장치(6)로부터의 지령치에 기초하여(피드백 제어가 아니라) 고정 개방도로 설정할 수 있다.
제1 공급 라인(134) 상에 설정된 분기점(142)에 있어서, 제1 공급 라인(134)으로부터 바이패스 라인(144)이 분기되어 있다. 바이패스 라인(144)은, 배출 라인(138)에 설정된 합류점(146)에 있어서, 배출 라인(138)에 접속되어 있다. 합류점(146)은 압력 조정 밸브(140)의 상류측에 있다.
압력 조정 밸브(140)의 상류측에 있어서 배출 라인(138)에 설정된 분기점(148)에 있어서, 배출 라인(138)으로부터 분기 배출 라인(150)이 분기되어 있다. 분기 배출 라인(150)의 하류단은, 예컨대, 초임계 건조 장치의 외부의 대기 공간에 개방되어 있거나, 혹은 공장 배기 덕트에 접속되어 있다. 배출 라인(138)의 하류단은, 직접적으로, 또는 CO2에 포함되는 유용 성분(예컨대 IPA)을 회수하는 회수 장치(도시하지 않음)를 통해 공장 배기 덕트에 접속되어 있다.
제1 공급 라인(134)의 필터(F)의 바로 상류측에 설정된 합류점(160)에, 퍼지 가스 공급 라인(161)이 접속되어 있다. 퍼지 가스 공급 라인(161)의 상류단은, 퍼지 가스 공급원(162)에 접속되어 있다. 퍼지 가스 공급 라인(161)에는, 상류측으로부터 순서대로, 개폐 밸브(V9), 퍼지 가스 가열용의 히터(H), 체크 밸브(CV), 개폐 밸브(V10)가 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 퍼지 가스는 클린룸 내 공기보다 수분 함유량(습도)이 낮은 가스, 즉 건식 가스가며, 구체적으로는 질소 가스(N2 가스)이다. 퍼지 가스는 공장용력으로서 제공된 것을 이용할 수 있다.
퍼지 가스 공급 라인(161)의 히터(H)보다 하류측의 부분, 및, 제1 공급 라인(134)의 합류점(160)으로부터 제1 토출부(121)에 이르기까지의 부분에, 라인(배관)의 보온을 위해, 단열재 혹은 배관 히터를 설치하는 것이 바람직하다. 배관 히터로는, 테이프 히터(리본 히터), 재킷 히터, 맨틀 히터가 예시된다. 배관을 이중관 구조로 하여, 내관에 퍼지 가스, 외관에 가열 유체를 흘려도 좋다.
예시적인 일실시형태에 있어서는, 퍼지 가스 공급 라인(161) 중의 히터(H)로부터 개폐 밸브(V10)까지의 영역에 단열재가 설치되고, 퍼지 가스 공급 라인(161)의 개폐 밸브(V10)로부터 합류점(160)까지의 사이 및 제1 공급 라인(134)의 합류점(160)으로부터 처리 용기(111)에 대한 접속점까지의 사이에 배관 히터가 설치된다.
다음으로, 1장의 기판(W)의 처리 및 그것에 관련된 1 사이클의 초임계 건조 유닛(18)의 동작에 관해 설명한다. 이하에 설명하는 동작은, 도 1에 도시한 제어 장치(6) 혹은 그 하위 컨트롤러에 의한 제어하에 자동적으로 행해진다.
기판(W)의 반입에 앞서, 록 부재(125)가 하강 위치로 하강되고, 트레이(112)의 개방 대기 상태가 된다(단계 1). 이 때 이미 처리 용기(111) 내부에는 제1 토출부(121)로부터 처리 용기(111) 내에 퍼지 가스(여기서는 핫 N2 가스(가열된 질소 가스)를 이용하는 것으로 한다)가 토출되어 있다. 이 상태가 도 6a에 도시되어 있다. 퍼지 가스의 토출은, 개폐 밸브(V2, V4, V5, V6)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(V9, V10)를 개방하는 것에 의해 행해진다. 다른 개폐 밸브의 상태는 임의이다. 또 이 때, 개폐 밸브(V6, V7)를 개방함과 더불어 압력 조절 밸브(140)를 적당한 작은 개방도로 하여, 유체 배출부(124)를 통해 처리 용기(111) 내로부터 공기를 빼면서, 처리 용기(111) 내에 퍼지 가스를 공급해도 좋다.
다음으로, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 트레이(112)가 개방 위치로 이동된다(단계 2). 이것에 의해 처리 용기(111) 내에 공급되어 있는 퍼지 가스가 개구(111C)를 통과하여 반입 반출 영역(102) 내에 유출되게 된다. 시간의 경과와 함께 반입 반출 영역(102) 내의 퍼지 가스 농도가 높아지고, 이것에 의해 반입 반출 영역(102) 내의 습도(분위기 중의 수분 함유량)도 감소해 간다. 이 때, 처리 용기(111) 내의 분위기도 퍼지 가스에 의해 퍼지된다. 또 이 때, 밸브(186)를 개방하여 배기로(185)를 통해 반입 반출 영역(102) 내의 분위기를 배기하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 반입 반출 영역(102)의 질소 가스 분위기로의 치환을 촉진할 수 있고, 또한, 질소 가스가 반송 영역(15)에 누출되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
다음으로, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 리프트 핀(171)이 상승 위치로 상승하여 플레이트(115)의 관통 구멍(118)에 삽입되고, 전달 대기 상태가 된다(단계 3). 이 때에도 계속해서 처리 용기(111) 내에 공급되어 있는 퍼지 가스가 개구(111C)를 통과하여 반입 반출 영역(102) 내에 유출되고 있다.
처리 용기(111)의 내부 및 반입 반출 영역(102) 내의 분위기가 충분히 퍼지 가스로 치환되면, 반입 반출구(180)의 도어(182)가 개방되고, 표면에 IPA 퍼들이 형성된 기판(W)을 유지한 반송 장치(16)(도 1을 참조)의 아암이 반입 반출구(180)를 통과하여 반입 반출 영역(102) 내에 침입하고, 리프트 핀(171)의 위에 기판(W)을 놓는다(단계 4). 이 때의 상태가 도 6d에 도시되어 있다.
「반입 반출 영역(102) 내의 분위기가 충분히 퍼지 가스로 치환되었다」란, 예컨대, 반입 반출 영역(102)의 습도가 미리 정해진 값(예컨대 습도 25%) 이하가 되었거나, 혹은 퍼지 가스(질소 가스) 농도가 미리 정해진 값(예컨대 질소 농도 85%) 이상이 된 것을 의미한다. 이것을 검출하기 위해, 반입 반출 영역(102) 내의 분위기의 습도 또는 질소 농도를 검출하는 센서를 설치해도 좋다. 이것 대신에, 단계 2의 개시로부터 소정 시간이 경과함으로써, 반입 반출 영역(102) 내의 분위기의 습도 또는 질소 농도가 원하는 값이 된 것으로 간주해도 좋다.
1 사이클의 시간을 단축하기 위해서는, 빠르게 반입 반출 영역(102) 내의 분위기를 퍼지 가스로 치환하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 단계 1에 있어서, 처리 용기(111)의 개구(111C)를 덮개부(113)에 의해 밀폐하지 않고, 처리 용기(111)와 덮개부(113)의 사이를 통해 처리 용기(111)로부터 반입 반출 영역(102) 내에 퍼지 가스를 누설시켜도 좋다. 혹은, 단계 2에서 트레이(112)가 개방 위치로 이동을 시작하고 덮개부(113)가 개구를 개방하기 시작했다면, 제1 토출부(121)로부터의 퍼지 가스의 토출 유량을 증가시켜도 좋다.
단계 1에 있어서, 전술한 바와 같이 처리 용기(111)로부터 반입 반출 영역(102) 내에 퍼지 가스를 누설시킨 경우, 배출 라인(138)을 통해 처리 용기(111)를 배기하지 않아도 좋다. 이렇게 함으로써, 퍼지 가스를 폐기하지 않고 반입 반출 영역(102)의 분위기 조정에 유효하게 이용할 수 있다. 단, 처리 용기(111)와 덮개부(113)의 사이를 밀봉하여, 처리 용기(111)로부터 퍼지 가스를 배출 라인(138)을 통해 배출해도 상관없다.
리프트 핀(171)의 위에 기판(W)이 놓이면, 리프트 핀(171)이 하강 위치로 하강한다. 하강의 도중에, 리프트 핀(171)으로부터 트레이(112)(상세하게는 기판 유지부(114)의 지지 핀(116))에 기판(W)이 전달된다(단계 5). 이 때의 상태가 도 6e에 도시되어 있다.
이어서, 트레이(112)가 폐쇄 위치로 이동하고, 이것에 의해, 처리 용기(111)의 내부 공간에 기판(W)을 유지한 기판 유지부(114)가 수용되고, 처리 용기(111)의 개구(111C)가 덮개부(113)에 의해 폐색된다(단계 6). 이 때의 상태가 도 6f에 도시되어 있다. 개구(111C)가 덮개부(113)에 의해 폐색되면, 제1 토출부(121)로부터의 퍼지 가스의 토출은 정지된다.
단계 5에 있어서 트레이(112)에 기판(W)이 놓이면, 기판(W)은 개구(111C)로부터 반입 반출 영역(102)으로 유출되는 퍼지 가스의 주류 중에 위치하게 된다. 퍼지 가스의 흐름에 의해, 기판(W)의 표면의 IPA 퍼들에 악영향(문제가 되는 레벨의 IPA의 증발, 흔들림, 기판으로부터의 탈락)이 생겨서는 안된다. 이러한 악영향을 방지하기 위해, 트레이(112)에 기판(W)이 놓이면, 제1 토출부(121)로부터의 퍼지 가스의 토출 유량을 저하시켜도 좋다. 혹은, 단계 6에 있어서 기판(W)을 얹은 트레이(112)가 처리 용기(111)를 향해 이동을 시작한 후, 기판(W)과 개구(111C) 사이의 거리가 미리 정해진 거리 이하가 되면, 제1 토출부(121)로부터의 퍼지 가스의 토출 유량을 저하시켜도 좋다. 또한, 반입 반출 영역(102)의 습도가 충분히 낮아진 것이라면, 트레이(112)에 기판(W)이 놓이면, 제1 토출부(121)로부터의 퍼지 가스의 토출을 정지해도 좋다.
제2 토출부(122)로부터 처리 용기(111) 내에 대한 퍼지 가스의 토출을 행할 수도 있다. 이 경우에는, 도 5에 있어서 일점쇄선으로 도시하는 라인이 이용된다. 단, 제2 토출부(122)로부터 퍼지 가스의 토출을 행하면, 특히 기판(W)을 유지한 트레이(112)가 폐쇄 위치에 근접할수록, 기판(W) 상의 IPA 퍼들에 직접적으로 퍼지 가스가 충돌하여, 전술한 악영향이 생길 우려가 높아진다. 이 악영향을 회피하기 위해서는, 예컨대 퍼지 가스의 토출 유량의 치밀한 제어가 필요해진다. 이 때문에, 퍼지 가스는 제1 토출부(121)로부터 토출하는 쪽이 바람직하다. 퍼지 가스를 제1 토출부(121)로부터 토출하면, 기판을 유지하고 있는 트레이(112)의 위치에 상관없이, 기판(W) 상의 IPA 퍼들에 직접적으로 퍼지 가스가 고유속으로 충돌할 우려는 거의 없다.
처리 용기(111) 내에 기판(W)이 수용되면, 다음으로, 처리 용기(111)의 벽체 내에 설치된 흡인 라인을 통해 덮개부(113)가 흡인되고(도 6g의 화살표 V를 참조), 덮개부(113)가 처리 용기(111)에 흡착된다(단계 7). 이것에 의해 덮개부(113)와 처리 용기(111)의 대향면 사이를 시일하는 시일 부재(200)(도 2에만 흑색 원으로 개략적으로 도시되어 있음)가 크게 찌부러진다.
이 상태로, 록 부재(125)를 도 2에 도시하는 상승 위치(록 위치)로 상승시킨다(단계 8). 이 때 덮개부(113)가 처리 용기(111)에 밀접해 있기 때문에, 록 부재(125)를 원활하게 상승시킬 수 있다. 이 때의 상태가, 도 6g에 도시되어 있다. 다음으로, 덮개부(113)의 흡착이 해제된다(단계 9). 덮개부(113)의 흡인이 해제된 후에도, 덮개부(113)는 록 부재(125)에 의해 처리 용기(111)에 압박되어 있고, 도 2에 도시된 시일 부재(200)에 의해 덮개부(113)와 처리 용기(111)의 대향면 사이는 충분히 시일되어 있다. 즉, 처리 용기(111) 내에 밀폐된 처리 공간이 형성되어 있다.
다음으로, 처리 용기(111) 내에 있어서, 공지의 순서에 따라서 기판(W)의 초임계 건조 처리가 행해진다(단계 10). 이하에 초임계 건조 처리의 각 공정(승압 공정, 유통 공정, 배출 공정)의 일례에 관해 간단히 설명해 둔다. 또, 퍼지 가스 공급 라인(161)의 개폐 밸브(V9, V10)는, 초임계 건조 처리의 개시전에 폐쇄되고, 초임계 건조 처리가 종료할 때까지 폐쇄한 상태가 된다. 또, 초임계 건조 처리는, 승압 공정, 유통 공정 및 배출 공정을 구비하고 있으면 되며, 각 공정에서의 상세한 순서는 이하에 설명하는 것에 한정되는 것은 아니다.
승압 공정에서는, 개폐 밸브(V1, V2, V5, V7)를 개방 상태로 하고, 개폐 밸브(V3, V4, V6, V8)를 폐쇄 상태로 한다. 조절 밸브(140)의 개방도는 적당한 고정 개방도에 고정한다. 초임계 유체 공급 장치(130)로부터 주공급 라인(132)에 초임계 상태로 송출된 CO2는, 제1 공급 라인(134) 및 제1 토출부(121)를 통해 처리 용기(111) 내에 유입된다. 처리 용기(111) 내에 CO2가 충전되어 감에 따라서, 처리 용기(111) 내의 압력이 상승해 간다.
승압 공정의 개시 직후에 개폐 밸브(V5)를 개방해 놓는 것에 의해, 제1 공급 라인(134)에 유입된 CO2의 일부를 바이패스 라인(144)에 분산시키는 것에 의해, 과대한 유량 및 유속으로 가스 상태의 CO2가 고유속으로 상압의 처리 용기(111) 내에 유입되는 것을 방지한다. 또, 개폐 밸브(V5)를 개방하고 있는 동안은, 개폐 밸브(V7, V8)를 폐쇄하여, 처리 용기(111)의 하류측의 라인 내에 CO2를 체류시켜 두어도 좋다. 처리 용기(111)의 내압이 어느 정도 높아지면, 개폐 밸브(V5)를 폐쇄하여, 승압 공정을 계속한다.
승압 단계에 있어서 제1 토출부(121)로부터 CO2를 처리 용기(111) 내에 유입시키는 것에 의해, 가스 상태의 CO2가 고유속으로 기판(W)의 표면의 IPA 퍼들에 충돌하여, IPA에 악영향을 미치는 것이 방지된다.
처리 용기(111) 내의 압력이 CO2의 임계 압력(약 8 MPa)을 넘으면, 임계 상태가 된 CO2가 기판(W) 상의 IPA에 용해되게 된다. 승압 단계는, 처리 용기(111) 내의 압력이, 기판(W) 상의 혼합 유체(CO2+IPA) 중의 IPA 농도 및 상기 혼합 유체의 온도에 상관없이, 상기 혼합 유체가 초임계 상태로 유지되는 것이 보증되는 압력(초임계 상태 보증 압력)이 될 때까지 계속된다. 초임계 상태 보증 압력은 대략 16 MPa 정도이다.
처리 용기(111) 내의 압력이 초임계 상태 보증 압력에 도달한 것이 검출되면, 개폐 밸브(V1, V2, V5, V8)를 폐쇄 상태로 하고, 개폐 밸브(V3, V4, V6, V7)를 개방 상태로 하고, 조절 밸브(140)의 동작 모드를 피드백 제어 모드로 전환하고, 유통 공정으로 이행한다. 이 때, 제어 장치(6)(또는 그 하위 컨트롤러)는, 처리 용기(111) 내의 압력이 설정치(설정치 SV=16 MPa)로 유지되도록, 조절 밸브(140)의 개방도(조작량 MV)를 조절하는 피드백 제어를 실행한다. 구체적으로는, 처리 용기(111)의 바로 하류측의 배출 라인(138)에 설치된 압력 센서(P)에 의해 검출된 처리 용기(111) 내의 압력(측정치 PV)이 설정치 SV와 일치하도록, 조절 밸브(140)의 개방도(조작량 MV)가 피드백 제어된다.
유통 공정에서는, 제2 토출부(122)로부터 처리 용기(111) 내에 공급된 초임계 CO2가 기판의 상측 영역을 흐르고, 그 후 유체 배출부(124)로부터 배출된다. 이 때, 처리 용기(111) 내에는, 기판(W)의 표면과 대략 평행하게 유동하는 초임계 CO2의 층류가 형성된다. 초임계 CO2의 층류에 노출된 기판(W)의 표면 상의 혼합 유체(IPA+CO2) 중의 IPA는 초임계 CO2로 치환되어 간다. 최종적으로는, 기판(W)의 표면 상에 있던 IPA의 거의 전부가 초임계 CO2로 치환된다. 유통 공정의 실시중인 상태가, 도 6h에 도시되어 있다.
유체 배출부(124)로부터 배출된 IPA 및 초임계 CO2로 이루어진 혼합 유체는, 배출 라인(138)을 흐른 후에 회수된다. 혼합 유체 중에 포함되는 IPA는 분리하여 재이용할 수 있다.
기판(W) 상의 IPA의 초임계 CO2로의 치환이 완료되면, 개폐 밸브(V1, V2, V3, V4, V5)를 폐쇄 상태로 하고, 개폐 밸브(V6, V7, V8)를 개방 상태로 하고, 조절 밸브(140)의 개방도를 큰 개방도로 고정하여, 배출 공정으로 이행하고, 처리 용기(111)의 설정 압력을 상압까지 낮춘다. 처리 용기(111) 내의 압력의 저하에 따라, 기판(W)의 패턴 내에 있던 초임계 CO2가 기체가 되어 패턴 내로부터 이탈하고, 기체 상태의 CO2는 처리 용기(111)로부터 배출되어 간다. 마지막으로, 개폐 밸브(V5)를 개방하고, 개폐 밸브(V1)와 개폐 밸브(V5)의 사이에 잔류되어 있던 CO2를 빼낸다. 이상에 의해 1장의 기판(W)의 초임계 건조 처리가 종료한다.
기판(W)의 초임계 건조 처리가 종료하면, 처리 용기(111)의 벽체 내에 설치된 흡인 라인을 통해 덮개부(113)가 흡인되고, 덮개부(113)를 처리 용기(111)에 진공 흡착한다(단계 11). 이 상태로, 록 부재(125)를 하강 위치(언록 위치)로 하강시킨다(단계 12). 이 때의 상태가 도 6i에 도시되어 있다. 록 부재(125)가 하강 위치로 이동하면, 덮개부(113)의 흡인이 해제된다(단계 13).
단계 13에 있어서 덮개부(113)의 흡인이 해제되면, 다시 퍼지 가스를 제1 토출부(121)로부터 토출한다(도 6j를 참조). 퍼지 가스는 처리가 끝난(건조한) 기판(W)의 상태에 큰 영향을 미치는 것은 아니다. 그러나, 퍼지 가스를 계속 공급하는 것은, 처리 용기(111) 및 반입 반출 영역(102)을 계속적으로 저습도 분위기로 유지하는 데에 있어서 유익하고, 예컨대, 다음 기판(W)에 대한 1 사이클의 소요 시간을 단축하는 것으로도 이어진다. 따라서, 단계 13에서 퍼지 가스의 토출을 재개했다면, 본 사이클의 최종 단계까지, 퍼지 가스를 제1 토출부(121)로부터 계속 토출하는 것이 바람직하다.
다음으로, 트레이(112)가 개방 위치로 이동한다(단계 14). 이 때의 상태는 도 6e와 동일하다. 제1 토출부(121)로부터의 퍼지 가스의 토출은, 트레이(112)가 개방 위치로 이동하기 시작했을 때에 시작해도 좋다. 또, 트레이(112)가 처리 용기(111)의 내부 공간에 가까운 경우(예컨대 트레이(112)가 부분적으로 처리 용기(111) 중에 있을 때)에 대유량으로 제1 토출부(121)로부터 퍼지 가스를 토출하면, 트레이(112) 상에서의 기판(W)의 위치 어긋남이 생길 우려가 있다. 이 때문에, 트레이(112)가 처리 용기(111)의 내부 공간으로부터 소정의 거리만큼 떨어질 때까지는 작은 유량으로 제1 토출부(121)로부터 퍼지 가스를 토출하고, 상기 소정의 거리만큼 떨어진 후에 퍼지 가스의 토출 유량을 증가시켜도 좋다.
다음으로, 리프트 핀(171)을 상승 위치로 상승시킨다(단계 15). 이것에 의해, 리프트 핀(171)은, 플레이트(115)의 관통 구멍(118)을 통과하여 상승하여 기판(W)을 플레이트(115)의 상측으로 들어올리고, 기판(W)은 전달 대기 상태가 된다. 이 때의 상태는 도 6d와 동일하다.
다음으로, 반입 반출구(180)의 도어(182)가 개방되고, 기판(W)을 유지한 반송 장치(16)(도 1을 참조)의 아암이 반입 반출구(180)를 통과하여 반입 반출 영역(102) 내에 침입하고, 리프트 핀(171)으로부터 기판(W)을 제거한다(단계 16). 이 때의 상태는 도 6c와 동일하다. 그 후, 반송 장치(16)의 아암은 반입 반출 영역(102)으로부터 후퇴하고, 도어(182)가 폐쇄된다.
다음으로 리프트 핀(171)을 하강 위치로 강하시킨다(단계 17). 이 때의 상태는 도 6b와 동일하다. 다음으로, 트레이(112)를 폐쇄 위치로 이동시켜, 단계 1과 동일한 상태로 한다. 이 때의 상태는 도 6a와 동일하다.
다음으로, 하우징(100)의 반입 반출 영역(102) 내의 분위기를 배기하는 배기로(185)의 작용에 관해 설명한다. 단계 7부터 단계 13까지의 사이에, 처리 용기(111)는 밀폐되어 있기 때문에, 반입 반출 영역(102) 내에는 새로운 퍼지 가스가 공급되지는 않는다. 또한, 단계 7부터 단계 13까지의 사이에, 처리 용기(111)는 밀폐되고, 또한, 도어(182)가 폐쇄되어 있기 때문에, 반입 반출 영역(102) 내에 오염 물질이 침입하지도 않는다. 따라서, 단계 7부터 단계 13의 사이에, 배기로(185)를 통한 반입 반출 영역(102)의 배기를 행할 필요는 없다.
단계 2부터 단계 6까지의 사이, 및 단계 14부터 단계 17까지의 사이에, 처리 용기(111)에 공급된 퍼지 가스가 반입 반출 영역(102) 내에 유출되고 있다. 이 때, 배기로(185)를 통해 반입 반출 영역(102) 내의 분위기를 배출하는 것에 의해, 반입 반출 영역(102) 내의 분위기의 퍼지 가스로의 치환을 촉진할 수 있다. 반입 반출 영역(102) 내에 유입되는 퍼지 가스의 유량과 대략 같은 유량으로, 배기로(185)를 통해 반입 반출 영역(102) 내를 배기하는 것이 바람직하다. 배기구로부터의 배기 유량을 조절하기 위해, 배기로(185)에 설치된 밸브(186)의 개방도가 조절된다. 반입 반출 영역(102) 내의 압력과 반송 영역(15) 내의 압력이 대략 같아지도록(예컨대 피드백 제어에 의해) 배기로(185)를 통한 배기 유량을 조절하는 것에 의해, 반입 반출 영역(102)와 반송 영역(15)의 사이에서의 분위기 이동을 최소한으로 억제할 수 있다. 분위기 이동은, 도어(182)가 개방되어 있을 때, 혹은 도어(182)가 폐쇄되어 있더라도 반입 반출구(180)의 가장자리와 도어(182)의 사이에 간극이 있는 경우에 생길 수 있다. 분위기 중의 농도가 높아지면 인체에 악영향을 미치는 가스, 예컨대 질소 가스가 퍼지 가스로서 이용되고 있는 경우, 퍼지 가스가 반입 반출 영역(102)으로부터 반송 영역(15)에 다량으로 유출되면, 장치 오퍼레이터 내지 작업자의 안전을 위협할 가능성이 있다. 그러나, 반입 반출 영역(102) 내의 압력과 반송 영역(15) 내의 압력을 대략 같게 함으로써, 이러한 리스크를 방지할 수 있다.
상기 실시형태에 의하면, 표면에 IPA 퍼들이 형성된 기판(W)이 반입되기 전에 반입 반출 영역(102)에 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해 반입 반출 영역(102)의 분위기 중의 수분량(습도)을 저하시키고 있다. 이 때문에, IPA 중에 수분이 용해되는 것에 의해(IPA의 흡습에 의해), 건조 후의 기판의 표면에 파티클이 잔류하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에 의하면, 반입 반출 영역(102)에 대한 퍼지 가스의 공급은 제1 토출부(121) 및 처리 용기(111)의 내부 공간을 통해 행하고 있다. 이 때문에, 반입 반출 영역(102) 내 분위기의 수분량뿐만 아니라, 처리 용기(111)의 내부 공간의 수분량도 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 기판(W)을 처리 용기(111)의 내부 공간에 반입한 후에도 기판(W) 상의 IPA 중에 수분이 용해되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 반입 반출 영역(102)에 대한 퍼지 가스의 공급을 위해 전용의 퍼지 가스 공급 장치를 설치할 필요가 없어진다.
상기 실시형태에 있어서는, 반입 반출 영역(102) 내에 대한 퍼지 가스의 공급은, 전부 제1 토출부(121) 및 처리 용기(111)의 내부 공간을 통해 행했지만, 이것에 한정되지는 않는다. 반입 반출 영역(102) 내에 직접적으로 퍼지 가스를 토출하는 퍼지 가스 토출 장치(190)(도 2에 일점쇄선으로 도시한다)를 예컨대 반입 반출 영역(102)에 면한 하우징(100)의 벽체에 설치해도 좋다. 퍼지 가스 토출 장치(190)는 팬필터 유닛이어도 좋다. 이 경우, 퍼지 가스 토출 장치(190)는, 이 기판 처리 시스템(1)이 설치되는 클린룸 내의 공기를 취입하고, 필터(예컨대 ULPA 필터)에 의해 여과하여 반입 반출 영역(102) 내에 토출하는 기능에 더해, 퍼지 가스를 토출하는 기능을 갖고 있어도 좋다.
퍼지 가스 토출 장치(190)는, 반입 반출 영역(102) 내에 있어서 상승 위치에 있는 리프트 핀(171)에 의해 지지된 기판(W)의 표면(상면)에 직접적으로 가스를 분무하지 않는 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 처리 전의 기판(W)의 상면을 덮는 IPA 퍼들이 퍼지 가스에 의해 악영향을 받는 리스크를 저감할 수 있다. 퍼지 가스 토출 장치(190)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 리프트 핀(171)에 의해 지지된 기판(W)의 표면보다 낮은 영역을 향해 퍼지 가스를 횡방향으로(X 방향으로) 토출하도록 설치하는 것도 바람직하다.
퍼지 가스 토출 장치(190)를 설치하는 것에 의해, 처리 용기(111)의 개폐 상태에 상관없이, 반입 반출 영역(102) 내에 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 예컨대 단계 1에 있어서, 처리 용기(111)가 폐색되어 있을 때에, 반입 반출 영역(102) 내에 퍼지 가스를 공급할 수 있다면, 반입 반출 영역(102) 내를 단시간에 소정의 퍼지 가스 농도(혹은 소정의 습도)로 할 수 있다. 또한, 처리 용기(111)가 개방되어 있을 때에는, 퍼지 가스 공급 장치로부터 반입 반출 영역(102) 내에 퍼지 가스를 공급하는 동시에 제1 토출부(121)로부터 처리 용기(111)를 통해 반입 반출 영역(102) 내에 퍼지 가스를 공급하는 것에 의해, 반입 반출 영역(102) 내를 단시간에 소정의 퍼지 가스 농도(혹은 소정의 습도)로 할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 퍼지 가스로서 습도가 낮은 건식 가스를 이용했다. 또, 「건식 가스」란, 기판 처리 시스템(1)이 설치되는 클린룸 내 분위기(공기)보다 수분 함유량(습도)이 낮은 가스를 의미한다. 보다 구체적으로는, 상기 실시형태에서는 퍼지 가스(건식 가스)로서 고온의 질소 가스를 이용했지만, 상온의 질소 가스를 이용하는 것도 가능하다. 단, IPA 퍼들에 용해되는 수분을 감소시키는 관점에서는, 고온의 질소 가스를 이용하는 쪽이 바람직하다. 또한, 퍼지 가스(건식 가스)는, 질소 가스에 한정되지 않고, 수분 함유량이 낮은 다른 가스, 예컨대 드라이 에어이어도 좋다. 또, 드라이 에어란, 클린룸 내 공기 혹은 이것과 동등한 공기로부터, 제습 장치(이것은 반도체 장치 제조의 기술분야에 있어서 주지이다)를 이용하여 수분을 제거한 것을 의미한다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시형태는, 첨부한 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 여러가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
기판은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 유리 기판, 세라믹 기판 등의 반도체 장치의 제조에 있어서 이용되는 다른 종류의 기판이어도 좋다.

Claims (13)

  1. 표면에 액체가 부착된 기판에 대하여 초임계 상태의 처리 유체를 이용하여 초임계 건조 처리를 행하는 기판 처리 장치로서,
    상기 기판에 대하여 초임계 건조 처리가 행해지는 내부 공간을 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기가 배치된 처리 영역과, 기판의 반입 반출을 위한 반입 반출 영역이 그 내부에 설정된 하우징과,
    상기 반입 반출 영역에 설치되고, 상기 하우징의 외부로부터 상기 반입 반출 영역에 들어온 기판 반송 아암과의 사이에서 기판의 전달을 행하는 전달부와,
    상기 전달부와 상기 처리 용기의 사이에서 기판을 이송하는 기판 이송 기구와,
    상기 반입 반출 영역에, 건식 가스를 공급할 수 있도록 설치된 가스 공급부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 처리 용기의 상기 내부 공간에 건식 가스를 토출하는 가스 토출부를 포함하고, 상기 내부 공간이 상기 반입 반출 영역에 연통하고 있을 때에, 상기 가스 토출부로부터 상기 내부 공간 내에 토출된 상기 건식 가스가 상기 내부 공간을 퍼지하면서 상기 반입 반출 영역에 유출되는 것에 의해, 상기 반입 반출 영역에 상기 건식 가스가 공급되는 것인 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리 용기의 상기 내부 공간에 상기 가스 토출부로부터 토출되기 전에 상기 건식 가스를 가열하는 히터를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 가스 토출부는, 상기 건식 가스의 공급원 및 상기 처리 유체의 공급원에 접속되고, 상기 가스 토출부를, 상기 건식 가스의 공급원 또는 상기 처리 유체의 공급원에 선택적으로 연통시킬 수 있는 전환 기구를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 반입 반출 영역에 개구된 분출구를 갖는 가스 토출 장치를 포함하는 것인 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전달부는, 그 앞단부에 의해 기판을 하측으로부터 지지하는 승강 가능한 리프트 핀을 포함하고, 상기 기판 이송 기구는, 상기 기판을 수평 자세로 지지하여 상기 반입 반출 영역과 상기 처리 용기의 상기 내부 공간의 사이에서 수평 방향으로 이동 가능한 트레이를 포함하는 것인 기판 처리 장치.
  7. 제2항, 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 처리 용기의 상기 내부 공간에서 초임계 건조 처리가 실시되기 전의 기판이, 상기 전달부에 전달되었을 때부터, 상기 기판 이송 기구에 의해 상기 처리 용기의 상기 내부 공간까지 이송되었을 때까지의 기간 중의 적어도 일부의 기간 내에, 상기 가스 토출부로부터의 상기 건식 가스의 토출을 정지하거나, 혹은, 상기 건식 가스의 토출 유량을 상기 기판이 상기 전달부에 전달되었을 때보다 전의 토출 유량보다 감소시키는 것인 기판 처리 장치.
  8. 제2항, 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 처리 용기의 상기 내부 공간에서 초임계 건조 처리가 실시된 기판이, 상기 내부 공간으로부터 상기 기판 이송 기구에 의해 상기 전달부에 이송될 때에, 상기 기판이 상기 내부 공간으로부터 미리 정해진 거리만큼 떨어질 때까지의 동안에, 상기 가스 토출부로부터의 상기 건식 가스의 토출을 정지하거나, 혹은 상기 건식 가스를 제1 토출 유량으로 토출하고, 상기 기판이 상기 내부 공간으로부터 상기 미리 정해진 거리만큼 떨어진 후에, 상기 건식 가스의 토출 유량을 상기 제1 토출 유량보다 큰 제2 토출 유량으로 증대시키는 것인 기판 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 반입 반출 영역을 배기하는 배기부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 가스 공급부에 의한 상기 반입 반출 영역에 대한 상기 건식 가스의 공급 유량과, 상기 배기부로부터의 배기 유량이 대략 균형이 잡히도록, 상기 가스 공급부 및 상기 배기부를 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건식 가스는 질소 가스인 것인 기판 처리 장치.
  12. 기판에 대하여 초임계 건조 처리가 행해지는 내부 공간을 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기가 배치된 처리 영역과, 기판의 반입 반출을 위한 반입 반출 영역이 그 내부에 설정된 하우징과,
    상기 반입 반출 영역에 설치되고, 상기 하우징의 외부로부터 상기 반입 반출 영역에 들어온 기판 반송 아암과의 사이에서 기판의 전달을 행하는 전달부와,
    상기 전달부와 상기 처리 용기의 사이에서 기판을 이송하는 기판 이송 기구와,
    상기 반입 반출 영역에, 건식 가스를 공급할 수 있도록 설치된 가스 공급부
    를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여, 표면에 액체가 부착된 상기 기판을 초임계 건조 처리에 의해 건조시키는 기판 처리 방법으로서,
    상기 가스 공급부에 의해 상기 반입 반출 영역에 상기 건식 가스를 공급하는 단계와,
    상기 반입 반출 영역 내의 분위기의 수분 함유량이 미리 정해진 값보다 작아진 후에, 표면에 액체가 부착된 상기 기판을 상기 기판 반송 아암에 의해 상기 반입 반출 영역에 반입하고 상기 전달부에 전달하는 단계와,
    상기 전달부로부터 상기 기판 이송 기구에 기판을 전달하는 단계와,
    상기 기판 이송 기구에 의해 유지된 기판을 상기 처리 용기의 상기 내부 공간에 수용하는 단계와,
    상기 처리 용기의 상기 내부 공간에서 초임계 건조 처리를 행하는 단계
    를 포함하는 기판 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 처리 용기의 상기 내부 공간에 건식 가스를 토출하는 가스 토출부를 포함하고, 상기 내부 공간이 상기 반입 반출 영역에 연통하고 있을 때에, 상기 가스 토출부로부터 상기 내부 공간 내에 토출된 상기 건식 가스가 상기 내부 공간을 퍼지하면서 상기 반입 반출 영역에 유출되는 것에 의해, 상기 반입 반출 영역에 상기 건식 가스가 공급되는 것인 기판 처리 방법.
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