KR20230131489A - 치환 종료 시의 판정 방법, 기판 처리 방법 및 기판처리 장치 - Google Patents

치환 종료 시의 판정 방법, 기판 처리 방법 및 기판처리 장치 Download PDF

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노리타케 스미
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

본 발명에 따른 치환 종료 시의 판정 방법은, 챔버 내에 치환 대상액이 존재하지 않는 드라이 상태와, 챔버 내에 치환 대상액이 존재하는 웨트 상태 각각에서, 소정의 급배 레시피에 따라서 처리 유체를 공급 및 배출하여, 처리 유체를 초임계 상태로 유지하면서 밀도 프로파일을 취득한다. 웨트 상태에서의 밀도가 드라이 상태보다 커진 후, 양자의 밀도가 실질적으로 같아질 때를, 처리 유체에 의한 치환 대상액의 치환이 종료된 때로 판정한다. 챔버 내에서 초임계 상태의 처리 유체에 의해 치환 대상액을 치환하는데 있어서, 치환의 종료 시기를 적절히 판정하는 것이 가능하다.

Description

치환 종료 시의 판정 방법, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
이 발명은, 챔버 내에서 초임계 상태의 처리 유체에 의해 치환 대상액을 치환하는 기술에 관한 것이며, 특히 치환이 종료된 때를 판정하는 방법에 관한 것이다.
반도체 기판, 표시 장치용 유리 기판 등의 각종 기판의 처리 공정에는, 기판의 표면을 각종 처리 유체에 의해 처리하는 것이 포함된다. 처리 유체로서 약액이나 린스액 등의 액체를 이용하는 처리는 종래부터 널리 행해지고 있지만, 최근에는 초임계 유체를 이용한 처리도 실용화되어 있다. 특히, 표면에 미세 패턴이 형성된 기판의 처리에 있어서는, 액체에 비해 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 저감할 수 있다.
예를 들면 특허문헌 1에는, 기판에 부착된 액체를 초임계 유체에 의해 치환하고, 기판의 건조 처리를 행하는 기판 처리 장치가 기재되어 있다. 보다 구체적으로는, 특허문헌 1에는, 초임계 처리 유체로서 이산화탄소를, 이에 의해 치환되는 치환 대상액으로서 IPA(Isopropyl alcohol; 이소프로필알코올)를 이용한 경우의 건조 처리의 흐름이 상세히 기재되어 있다. 이 처리에서는, 기판을 수용한 챔버 내가 초임계 유체로 채워지고, 치환된 치환 대상액을 포함하는 초임계 유체가 배출된 후에, 챔버를 감압하여 초임계 유체를 기화시킴으로써 기판이 건조된다.
일본국 특허공개 2018-081966호 공보
챔버 내에 치환 대상액이 잔류하고 있는 상태에서 초임계 유체의 기화가 개시되면, 치환 대상액이 기판에 재부착되어 버려 건조 불량을 야기할 우려가 있다. 이 때문에, 치환 대상액이 챔버로부터 완전히 배출되고 나서 초임계 유체의 기화가 시작되도록, 처리 레시피를 구성할 필요가 있다. 그러나, 고압 챔버 내에서 치환 대상액의 배출이 완료된 시기를 판별하는 방법은 지금까지 확립되어 있지 않다. 그 때문에, 배출이 완료될 시간보다 길게 초임계 상태를 유지함으로써, 치환 대상액이 기판에 재부착된다는 문제의 회피를 도모하고 있는 것이 현상이다. 상기 종래 기술에 있어서도, 임계 압력을 밑돌지 않는 범위에서 승압과 강압을 반복하면서 단계적으로 압력을 저하시키는 구성으로 되어 있으나, 어느 시점에서 치환 대상액의 배출이 완료되었다고 말할 수 있는지에 대해서는 명확한 기재가 없다.
이와 같은 종래 기술에서는, 처리에 필요한 시간 및 처리 유체의 소비량에 있어서 낭비가 발생하고 있으며, 처리 비용 및 환경 부하가 커진다는 문제가 있다. 이 점에서, 챔버 내에서 치환 처리가 종료된 타이밍을 파악하기 위한 기술이 확립되는 것이 바람직하다.
이 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 챔버 내에서 초임계 상태의 처리 유체에 의해 치환 대상액을 치환함에 있어서, 치환의 종료 시기를 적절히 판정할 수 있는 기술을 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다. 또, 이 기술을 이용한 기판 처리에 의해, 처리에 필요한 시간 및 처리 유체의 소비량의 저감을 도모하는 것을 제2의 목적으로 한다.
이 발명의 일 양태는, 챔버 내에서 초임계 상태의 처리 유체에 의해 치환 대상액을 치환하는 처리에 있어서의, 치환 종료 시의 판정 방법이다. 이 발명은, 상기 제1의 목적을 달성하기 위하여, 상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서, 소정의 급배(給排) 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지하면서, 상기 챔버 내의 상기 처리 유체의 밀도의 시간 변화를 나타내는 밀도 프로파일을 취득하는 제1 공정과, 상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하는 상태에서, 상기 급배 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지하면서, 밀도 프로파일을 취득하는 제2 공정과, 상기 제1 공정 및 상기 제2 공정 각각에서 취득된 상기 밀도 프로파일에 의거하여 상기 치환 종료 시를 판정하는 제3 공정을 구비하고 있다. 여기서, 상기 급배 레시피는, 상기 챔버 내를 상기 초임계 상태의 처리 유체에 의해 채우도록 미리 정해진 것이다.
상기 제3 공정에서는, 상기 제1 공정 및 상기 제2 공정 각각에서 취득된 상기 밀도 프로파일이 비교된다. 그리고, 상기 제2 공정에서 취득된 상기 밀도가 상기 제1 공정에서 취득된 상기 밀도보다 커진 후, 상기 제1 공정 및 상기 제2 공정 각각에서 취득된 상기 밀도가 실질적으로 같아질 때가, 상기 처리 유체에 의한 상기 치환 대상액의 치환이 종료된 때가 된다.
이와 같이 구성된 발명에서는, 초임계 상태의 처리 유체에 의한 치환 대상액의 치환이 종료된 시기를 적절히 파악하는 것이 가능하다. 그 이유는 이하와 같다. 상세한 것은 후술하지만, 본원 발명자가 얻은 지견에 의하면, 소정의 급배 레시피에 따라서 챔버에 대한 처리 유체의 공급 및 배출을 행하면서 챔버 내의 유체의 밀도 변화를 계측하면, 다음과 같은 특징이 나타내어진다.
먼저, 챔버 내에 치환 대상액이 존재하지 않는 상태, 즉 챔버 내가 처리 유체만으로 채워지는 상태에서는, 챔버에 공급되는 처리 유체의 양과 챔버로부터 배출되는 처리 유체의 양의 밸런스에 의해 정해지는 밀도 변화가 나타난다. 한편, 챔버 내에 미리 치환 대상액이 존재하는 상태에서 처리 유체의 공급 및 배출을 행하면, 당초에는 치환 대상액이 존재하지 않는 상태보다 밀도가 높은 상태가 계속된다. 그러나, 어느 시점에서 밀도차는 없어지고, 그 이후의 밀도 변화는 거의 같아진다.
여기서, 처리 유체 중에 포함되는 치환 대상액의 양을 평가하면, 치환 대상액이 존재하지 않는 상태보다 밀도가 큰 상태에서는, 처리 유체에 치환 대상액이 포함된다. 한편, 밀도차가 없어진 이후는, 처리 유체 중에 치환 대상액이 포함되어 있지 않다. 바꾸어 말하면, 밀도차가 있는 기간은 처리 유체 중에 치환 대상액이 잔류하고 있으며, 밀도차가 해소된 시점에서 치환 대상액의 잔류가 없어졌다고 생각할 수 있다.
따라서, 챔버 내에 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서의 밀도 프로파일을 측정해 두면, 이것과 챔버 내에 치환 대상액이 존재하는 상태에서의 밀도 프로파일을 비교함으로써, 치환 대상액이 존재하지 않게 되는 시기를 파악하는 것이 가능해진다. 양자의 밀도가 일치할 때를, 치환 대상액이 존재하지 않게 되는 때라고 생각할 수 있기 때문이다.
구체적으로는, 챔버 내에 치환 대상액이 존재하는 상태에서의 밀도 프로파일이, 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서의 밀도 프로파일보다 높은 밀도를 나타낸 후, 양자에 유의한 차가 없어졌을 때, 치환이 종료되었다고 간주할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 치환의 종료 시기를 적절히 판정하는 것이 가능하다.
또, 이 발명의 다른 양태는, 치환 대상액의 액막으로 표면이 덮인 기판을 초임계 상태의 처리 유체로 치환하여 상기 기판을 건조시키는 기판 처리 방법으로써, 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여, 상기 액막을 갖는 상기 기판을 챔버 내에 수용하는 공정과, 소정의 급배 레시피에 의거하여 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출하여, 상기 챔버 내를 초임계 상태의 상기 처리 유체로 채우는 공정과, 상기 초임계 상태를 소정 시간 계속한 후, 상기 처리 유체를 상기 챔버로부터 배출하여 상기 기판을 건조시키는 공정을 구비하고 있다.
여기서, 상기 소정 시간은, 상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하는 상태에서, 상기 급배 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지했을 때의 상기 처리 유체의 밀도가, 상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서, 상기 급배 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지했을 때의 상기 처리 유체의 밀도보다 커진 후에 실질적으로 같아질 때에 따라 결정된다.
또, 이 발명의 다른 양태는, 치환 대상액의 액막으로 표면이 덮인 기판을 초임계 상태의 처리 유체로 치환하여 상기 기판을 건조시키는 기판 처리 방법으로써, 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여, 상기 액막을 갖는 상기 기판을 챔버 내에 수용하는 공정과, 소정의 급배 레시피에 의거하여 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출하여, 상기 챔버 내를 초임계 상태의 상기 처리 유체로 채우는 공정과, 상기 챔버 내의 상기 처리 유체의 밀도를 검출하고, 그 검출값에 의거하여 상기 치환이 종료된 때를 판정하는 공정과, 상기 치환이 종료되었다고 판정된 후, 상기 처리 유체를 상기 챔버로부터 배출하여 상기 기판을 건조시키는 공정을 구비하고 있다.
이 방법에서는, 상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서 상기 급배 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지하면서 미리 계측된, 상기 챔버 내의 상기 처리 유체의 밀도 변화와, 상기 검출값에 의거하여, 상기 치환이 종료된 때가 판정된다.
또, 이 발명의 다른 양태는, 치환 대상액의 액막으로 표면이 덮인 기판을 초임계 상태의 처리 유체로 치환하여 상기 기판을 건조시키는 기판 처리 장치로써, 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여, 상기 액막을 갖는 상기 기판을 내부에 수용하는 챔버와, 소정의 급배 레시피에 의거하여, 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체의 공급 및 배출을 행하는 급배부와, 상기 챔버 내의 상기 처리 유체의 밀도를 검출하는 밀도 검출부와, 상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서 상기 급배 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지하면서 미리 상기 밀도 검출부에 의해 검출된, 상기 챔버 내의 상기 처리 유체의 밀도 변화와, 상기 밀도 검출부에 의해 검출되는 상기 밀도의 검출값에 의거하여 상기 치환이 종료된 때를 판정하는 제어부를 구비하고 있다.
이와 같이 구성된 발명에서는, 상기 원리에 의해, 처리 유체에 의한 치환 대상액의 치환이 종료되는 타이밍을 적절히 파악할 수 있다. 그 때문에, 치환 대상액이 챔버 내에 잔류한 상태에서 처리 유체가 기화되어 버리는 것에 기인하는 건조 불량을 확실히 방지하면서, 초임계 상태를 필요 이상으로 계속하는 것에 기인하는 낭비를 억제할 수 있다. 그 결과, 처리 시간이나 처리 유체의 소비량의 저감을 실현하는 것이 가능해진다.
상기와 같이, 본 발명에서는, 챔버 내의 처리 유체의 밀도 변화에 의거하여 치환 처리의 종료 시를 판정함으로써, 치환 대상액이 배제된 시기를 적절히 파악할 수 있다. 또 그 지견을 이용함으로써, 기판 처리에 있어서의 처리 시간 및 처리 유체의 소비량의 저감을 도모하는 것이 가능해진다.
이 발명의 상기 및 그 외의 목적과 신규한 특징은, 첨부 도면을 참조하면서 다음의 상세한 설명을 읽으면, 보다 완전히 분명해질 것이다. 단, 도면은 오로지 해설을 위한 것이며, 이 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 이 기판 처리 장치에 의해 실행되는 처리의 개요를 나타내는 플로 차트이다.
도 3은, 초임계 처리에 있어서의 각 부의 상태 변화를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 4는, 본 실시 형태에 있어서의 치환 종료 시의 판정 처리를 나타내는 플로 차트이다.
도 5는, 초임계 건조 처리의 변형예를 나타내는 플로 차트이다.
도 1은 본 발명에 따른 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 장치이며, 본 발명에 따른 치환 종료 시의 판정 방법 및 기판 처리 방법을 실행하는데 적합한 장치 구성을 갖는 것이다. 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, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판 등의 각종 기판을 적용 가능하다. 이하에서는 주로 원반 형상의 반도체 웨이퍼의 처리에 이용되는 기판 처리 장치를 예로 채택하고 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 위에 예시한 각종 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 않는 외부의 반송 장치에 의해 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, 각종 제어 프로그램을 실행한다. 메모리(92)는, 처리 데이터를 일시적으로 기억한다. 스토리지(93)는, CPU(91)가 실행하는 제어 프로그램을 기억한다. 인터페이스(94)는, 유저나 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 의해 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 통해, 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 가지며, 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 의해, 내부의 처리 공간(SP)에서 기판(S)에 대한 고압 하에서의 처리가 가능해진다. 덮개 부재(13)의 (+Y) 측 측면에는 평판 형상의 지지 트레이(15)가 수평 자세로 장착되어 있다. 지지 트레이(15)의 상면(151)은, 기판(S)을 재치(載置) 가능한 지지면으로 되어 있다. 덮개 부재(13)는 도시를 생략하는 지지 기구에 의해, Y방향으로 수평 이동 가능하게 지지되어 있다.
덮개 부재(13)는, 공급 유닛(50)에 설치된 진퇴 기구(53)에 의해, 처리 챔버(12)에 대해 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 통해 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 더불어 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 측면 사이에는 시일 부재(122)가 설치되고, 처리 공간(SP)의 기밀 상태가 유지된다. 시일 부재(122)는 예를 들면 고무제이다. 또, 도시하지 않는 로크 기구에 의해, 덮개 부재(13)는 처리 챔버(12)에 대해 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) 사이에서 전환된다.
처리 공간(SP)의 기밀 상태가 확보된 상태에서, 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 다용되는 유기 용제를 잘 녹이는 성질을 갖는다는 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 의해 처리된다. 공급 유닛(50)에는 유체 회수부(55)가 설치되어 있고, 처리 후의 유체는 유체 회수부(55)에 의해 회수된다. 유체 공급부(57) 및 유체 회수부(55)는, 제어 유닛(90)에 의해 제어되고 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 안길이를 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 근소하다. 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)보다 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 대해 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 의해, 처리 공간(SP) 내에서는, 기판(S)의 상방과 지지 트레이(15)의 하방 각각에, (+Y) 측으로부터 (-Y) 측을 향하는 처리 유체의 층류가 형성되게 된다.
처리 공간(SP)으로부터 유체 회수부(55)에 이르는 처리 유체의 배출 경로가 되는 배관에는, 처리 공간(SP)으로부터 배출되는 처리 유체의 밀도를 검출하는 밀도 검출부(171, 172)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 처리 공간(SP) 중 지지 트레이(15)보다 상방의 공간으로부터 처리 유체를 배출하는 배관에 밀도 검출부(171)가, 지지 트레이(15)보다 하방의 공간으로부터 처리 유체를 배출하는 배관에 밀도 검출부(172)가 각각 설치되어 있다.
밀도 검출부(171, 172)로서는, 예를 들면 코리올리 유량계를 이용할 수 있다. 밀도 검출부(171, 172)에 의해, 처리 공간(SP) 내의 처리 유체의 밀도를 검출할 수 있다. 챔버 내의 유체의 밀도를 계측한다는 목적에서는, 처리 공간(SP)으로부터 밀도 검출부(171, 172)에 이르는 처리 유체의 유로를 구성하는 배관에 대해서는 압력 손실이 작은 것인 것이 바람직하다. 또, 처리 공간(SP)에 직접 면하도록 밀도 검출부가 배치되어도 된다.
이재 유닛(30)은, 외부의 반송 장치와 지지 트레이(15) 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 않는 지지 기구에 의해, 본체(31)에 대해 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 3개 이상의 리프트 핀(37)이 설치되는 것이 바람직하다.
승강 부재(33)는, 공급 유닛(50)에 설치된 승강 기구(51)에 의해 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 있으며, 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 의해 베이스 부재(35)가 상하 이동하고, 이와 일체적으로 복수의 리프트 핀(37)이 상하 이동한다. 이에 의해, 이재 유닛(30)과 지지 트레이(15) 사이에서 기판(S)의 수도가 실현된다. 보다 구체적으로는, 도 1에 점선으로 나타내는 바와 같이, 지지 트레이(15)가 챔버 밖으로 인출된 상태에서 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 상태에서, 외부의 반송 장치에 의해 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 의해 행할 수 있다.
도 2는 이 기판 처리 장치에 의해 실행되는 처리의 개요를 나타내는 플로 차트이다. 이 기판 처리 장치(1)는, 초임계 건조 처리, 즉 전(前) 공정에 있어서 세정액에 의해 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 의해 세정된다. 그 후, 예를 들면 이소프로필알코올(IPA) 등의 유기 용제에 의한 액막이 표면에 형성된 상태에서, 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 의해 패턴의 도괴가 발생할 우려가 있다. 또, 불완전한 건조에 의해 기판(S)의 표면에 워터 마크가 잔류하는 경우가 있다. 또, 기판(S) 표면이 외기에 접촉함으로써 산화 등의 변질이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 문제를 미연에 회피하기 위하여, 기판(S)의 표면(패턴 형성면)을, 액체 또는 고체의 표면층으로 덮은 상태에서 반송하는 경우가 있다.
예를 들면 세정액이 물을 주성분으로 하는 것인 경우에는, 이보다 표면 장력이 낮고, 또한 기판에 대한 부식성이 낮은 액체, 예를 들면 IPA나 아세톤 등의 유기 용제에 의해 액막을 형성한 상태에서, 반송이 실행된다. 즉, 기판(S)은, 수평 상태로 지지되고, 또한 그 상면에 액막이 형성된 상태에서, 기판 처리 장치(1)에 반송되어 온다. 여기에서는 액막 재료의 일례로서 IPA가 이용되는 것으로 한다.
도시하지 않는 반송 장치에 의해 반송되어 온 기판(S)은 처리 챔버(12)에 수용된다(단계 S101). 구체적으로는, 기판(S)은, 패턴 형성면을 상면으로 하고, 게다가 그 상면이 얇은 액막에 덮인 상태에서 반송되어 온다. 도 1에 점선으로 나타내는 바와 같이, 덮개 부재(13)가 (-Y) 측으로 이동하고 지지 트레이(15)가 인출된 상태에서, 리프트 핀(37)이 상승한다. 반송 장치는 기판(S)을 리프트 핀(37)에 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 의해 폐색된다.
이 상태에서, 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 의해 처리 유체가 도입되고 있는 동안에도, 유체 회수부(55)에 의한 처리 공간(SP)으로부터의 처리 유체의 배출이 실행되고 있다. 이에 의해, 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 저하되어 챔버 내는 감압된다. 이와 같은 처리 유체의 처리 챔버(12)에 대한 공급 및 처리 챔버(12)로부터의 배출에 대해서는, 미리 작성된 급배 레시피에 의거하여 행해진다. 즉, 제어 유닛(90)이 급배 레시피에 의거하여 유체 공급부(57) 및 유체 회수부(55)를 제어함으로써, 처리 유체의 공급·배출 타이밍이나 그 유량 등이 조정된다.
처리 공간(SP) 내에서 처리 유체의 압력이 상승하여 임계 압력을 초과하면, 처리 유체는 챔버 내에서 초임계 상태가 된다. 즉, 처리 공간(SP) 내에서의 상변화에 의해, 처리 유체가 기상으로부터 초임계 상태로 천이한다. 또한, 초임계 상태의 처리 유체는 외부로부터 공급되어도 된다. 처리 공간(SP)에 초임계 유체가 도입됨으로써, 기판(S)을 덮는 IPA 등의 유기 용제가 초임계 유체에 의해 치환된다. 기판(S)의 표면으로부터 유리된 유기 용제는, 처리 유체에 녹아 들어간 상태로 처리 유체와 더불어 처리 챔버(12)로부터 배출되고, 기판(S)으로부터 제거된다. 즉, 초임계 상태의 처리 유체는, 기판(S)에 부착되는 유기 용제를 치환 대상액으로 하여 이를 치환하고, 처리 챔버(12) 밖으로 배출하는 기능을 갖는다.
처리 챔버(12) 내에서의 초임계 유체에 의한 치환 대상액의 치환이 종료되면(단계 S103), 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). 이 때 처리 유체의 공급은 정지되어도 되고, 또 소량의 처리 유체가 계속해서 공급되는 양태여도 된다. 처리 공간(SP)이 초임계 유체로 채워진 상태에서 감압됨으로써, 처리 유체는 초임계 상태로부터 상변화하여 기상이 된다. 기화한 처리 유체를 외부로 배출함으로써, 기판(S)은 건조 상태가 된다. 이 때, 급격한 온도 저하에 의해 고상 및 액상이 발생하는 일이 없도록, 감압 속도가 조정된다. 이에 의해 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 치환하고, 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 통해 외부의 반송 장치로 기판(S)이 수도된다. 이 때, 기판(S)은 건조한 상태가 되어 있다. 후 공정의 내용은 임의이다. 다음에 처리해야 하는 기판이 없으면(단계 S106에 있어서 NO), 처리는 종료된다. 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.
다음으로, 초임계 유체에 의한 치환 대상액의 치환이 어느 시점에서 종료되었다고 간주하는지를 결정하는 방법에 대하여 설명한다. 상기와 같이, 초임계 유체에 의한 치환 대상액의 치환이 종료된 후, 챔버 내가 감압되어 처리 유체가 기화함으로써 기판의 건조가 행해진다. 여기서, 만약 처리 공간(SP) 내에 치환 대상액이 잔류한 상태에서 처리 유체가 기화해 버리면, 치환 대상액이 기판(S)에 재부착되어 건조 불량을 일으킬 우려가 있다. 이를 회피하기 위하여, 처리 유체에 의한 치환이 종료된 상태, 즉 처리 공간(SP)으로부터 치환 대상액이 완전히 배출된 상태에서, 처리 유체의 기화가 일어나도록 할 필요가 있다.
그러기 위해서는, 챔버 내에서 치환 처리가 종료된 타이밍을 적절히 파악할 필요가 있다. 그러나, 고압 하의 처리 챔버(12) 내에서 치환 대상액이 완전히 배출되었는지를 판별하는 방법은 지금까지 알려져 있지 않았다. 그 때문에, 지금까지는, 치환 처리를 완료시키는데 필요하다고 추정되는 기간보다 길게 초임계 상태를 유지함으로써, 치환 대상액의 잔류를 확실하게 회피한다는 방법이 채택되어 왔다.
이 경우, 치환 대상액이 완전히 배출된 이후에도 초임계 상태가 유지되기 때문에, 처리 시간 및 처리 유체의 소비량이 커져 버린다. 또, 치환이 확실히 종료되었다는 것이 보증되는 것도 아니다. 이 점에서, 치환 처리의 종료 시기를 보다 확실하게 파악하는 것이 요구된다. 이하, 그 하나의 수법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 초임계 처리에 있어서의 각 부의 상태 변화를 나타내는 타이밍 차트이다. 보다 구체적으로는, 도 3은, 급배 레시피에 의거하는 처리 유체의 공급 및 배출의 타이밍과, 이에 수반하는 처리 챔버(12) 내의 상태 변화의 관계를 나타내는 도면이다. 우선, 처리 유체의 공급 및 배출의 타이밍과 그 양을 규정한 급배 레시피에 대하여 설명한다.
초기 상태에서는, 처리 챔버(12)에 기판(S)을 수용하기 위하여 덮개 부재(13)가 열려, 처리 공간(SP)은 대기 개방되어 있다. 즉 챔버 내 압력은 거의 대기압(Pa)이며, 임계 압력(Pc)보다 충분히 작다. 한편, 처리 유체로서의 이산화탄소의 임계 온도(Tc)가 실온에 가까운 점에서, 챔버 내 온도는 임계 온도(Tc)에 가까운 온도로 되어 있다. 도면에서는 챔버 내 온도가 임계 온도(Tc)보다 조금 높지만, 임계 온도(Tc)보다 낮은 케이스도 있을 수 있다.
기판(S)의 수용 후, 시각 T1에 있어서, 기상의 처리 유체가 소정의 유량으로 처리 공간(SP)에 도입 개시된다. 이 때, 일정량으로의 배출도 행해진다. 배출 유량에 대해 공급 유량을 크게 함으로써, 챔버 내 압력이 차츰 상승한다. 챔버 내 압력이 임계 압력(Pc)에 이르는 시각 T2에 있어서, 챔버 내 온도가 임계 온도(Tc)를 웃돌고 있으면 처리 유체는 초임계 상태로 상전이한다.
시각 T3에 있어서, 처리 유체의 공급량이 챔버 내 압력을 대략 일정하게 유지하는 양으로 조정되고, 이 이후에는 챔버 내 압력이 대략 일정하게 유지된다. 그리고, 시각 T4에 있어서 감압이 개시된다. 즉, 처리 유체의 공급량이 크게 줄어드는 한편으로 배출량이 크게 늘어남으로써 배출 과다가 되어, 챔버 내 압력이 급격하게 저하된다. 처리 유체의 급격한 팽창에 수반하여 챔버 내 온도도 저하된다.
챔버 내 압력이 임계 압력(Pc)를 밑돌거나, 또는 챔버 내 온도가 임계 온도(Tc)를 밑도는 시각 T5에 있어서, 처리 유체는 기상으로 상전이한다. 챔버 내 압력이 거의 대기압(Pa)까지 저하되는 시각 T6 이후, 처리 공간(SP)을 대기 개방하고 기판(S)을 반출할 수 있다. 초임계 상태의 처리 유체가 액상을 거치는 일 없이 기상으로 전이하도록, 감압 속도가 설정된다.
본원 발명자는, 이와 같은 일련의 처리에 있어서의 챔버 내의 유체의 밀도 변화를 관측하고, 이하와 같은 지견을 얻었다. 관측된 밀도 변화의 예가 도 3 하부에 나타내어져 있다. 초기 상태에서 챔버 내에 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서의 밀도 변화가 실선으로 나타내어진다. 챔버 내의 유체의 밀도는 챔버 내의 온도와 압력에 의존하고, 온도 변화가 작으면 대체로 압력 변화에 따라서 추이한다고 말할 수 있다.
한편, 미리 챔버 내에 치환 대상액을 존재시킨 상태에서 동일하게 처리 유체의 급배를 행하면, 도면에 파선 및 점선으로 나타내는 바와 같이, 치환 대상액이 존재하지 않는 상태보다 밀도는 높아지고, 그 후에는 밀도차가 점차 감소하여, 어느 시각 Tx 이후에는 치환 대상액이 존재하지 않는 상태와 거의 같은 추이가 된다. 파선으로 나타내는 바와 같이 당초보다 높은 밀도를 나타내는 케이스와, 점선으로 나타내는 바와 같이 밀도 증가의 시작이 늦는 케이스가 있을 수 있는데, 모두 최종적으로는 치환 대상액이 존재하지 않는 상태보다 고밀도에 도달한다. 이는, 초임계 상태가 된 처리 유체가 치환 대상액을 용존시킴으로써, 같은 압력, 온도에서 치환 대상액을 포함하지 않는 처리 유체보다 밀도가 높아진 것으로 생각할 수 있다.
처리 유체의 공급과 배출을 계속함으로써, 챔버 내의 치환 대상액의 농도는 차츰 저하되고, 최종적으로는 잔류량이 제로가 된다. 상기한 경시적인 밀도차의 감소와, 시각 Tx 이후에 있어서의 밀도 변화의 추이는, 이 상황에 대응한 것으로 생각할 수 있다.
처리 공간(SP) 내에 치환 대상액이 존재하지 않는 상태와 존재하는 상태 각각에서, 상기와 같은 챔버 내 유체의 밀도의 시간 변화를 나타내는 밀도 프로파일을 계측하고, 그들을 비교한다. 그러면, 처리 공간(SP) 내로부터 치환 대상액이 완전히 제거되는, 즉 처리 유체에 의한 치환이 종료되는 시기를 파악하는 것이 가능해진다. 이 원리에 의거하는 치환 종료 시의 판정 방법에 대하여, 이하에 설명한다.
도 4는 본 실시 형태에 있어서의 치환 종료 시의 판정 처리를 나타내는 플로 차트이다. 이 처리는,
(1) 챔버 내에 치환 대상액이 없는 상태에서의 밀도 프로파일 취득(단계 S201~S205),
(2) 챔버 내에 치환 대상액이 있는 상태에서의 밀도 프로파일 취득(단계 S206~S210), 및,
(3) 밀도 프로파일의 비교에 의거하는 치환 종료 시의 판정(단계 S211),
의 각 공정을 포함한다. 이하의 설명에 있어서는, 「챔버 내에 치환 대상액이 없는 상태」를 「드라이 상태」, 「챔버 내에 치환 대상액이 있는 상태」를 「웨트 상태」라고 칭하는 경우가 있다.
처음에, 챔버 내에 치환 대상액이 없는 드라이 상태에서의 밀도 프로파일이 취득된다. 구체적으로는, 표면에 액막이 형성되어 있지 않은 기판(S)을 챔버 내에 수용하고(단계 S201), 미리 정해진 급배 레시피에 따라서 처리 유체를 챔버 내에 도입한다(단계 S202). 그 사이에, 각 시각에 있어서의 챔버 내의 유체의 밀도가 검출되고(단계 S203), 이에 의해 유체의 밀도의 시간 변화를 나타내는 밀도 프로파일이 취득된다.
챔버 내의 유체의 밀도의 검출은, 처리 챔버(12)로부터의 처리 유체의 배출 경로에 설치된 밀도 검출부(171, 172)에 의해 행하는 것이 가능하다. 밀도 검출부(171, 172)로서 예를 들면 코리올리 유량계와 같은 질량 유량계를 이용함으로써, 유통되는 유체의 질량 유량을 계측하고, 유체의 밀도를 구할 수 있다. 이 경우의 밀도 검출에는, 2개의 밀도 검출부(171, 172) 중 어느 한쪽의 검출 결과가 이용되어도 되고, 또 각각의 검출 결과의 평균값이 이용되어도 된다.
급배 레시피에 의거하는 처리 유체의 급배가 종료되면(단계 S204), 챔버 내가 감압되고, 최종적으로 대기 개방되어 기판(S)이 반출된다(단계 S205). 여기까지의 처리에 의해, 드라이 상태에서의 밀도 프로파일이 얻어진다.
급배 레시피로서는, 예를 들면 도 3과 같이 실제의 초임계 건조 처리를 상정한 것을 이용할 수 있다. 그러나, 보다 간편하게는, 초임계 상태를 유지할 수 있는 한에 있어서, 예를 들면 일정량으로의 처리 유체의 공급 및 배출을 지속하도록 해도 된다. 단, 실제 처리 시의 상태에 입각한 데이터를 취득한다는 의미에 있어서는, 초임계 건조 처리에 있어서의 급배 레시피에 따른 것으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 후술하는 바와 같이, 여기에서의 처리 결과를 이용하여 급배 레시피를 최적화할 수 있기 때문에, 특히 챔버 내의 감압을 개시하는 시각 이후의 과정에 대해서는 실제의 처리 레시피를 고려할 필요는 없다. 또, 여기에서는 챔버 내에 액막이 형성되어 있지 않은 기판(S)을 수용하여 밀도 프로파일을 취득하고 있지만, 보다 간편하게는, 기판(S)을 수용하지 않고 밀도 프로파일의 취득을 행하는 것도 가능하다.
다음으로, 챔버 내에 치환 대상액이 있는 웨트 상태에서의 밀도 프로파일이 취득된다. 구체적으로는, 표면에 치환 대상액에 의한 액막이 형성된 기판(S)을 챔버 내에 수용하고(단계 S206), 상기와 동일한 급배 레시피에 따라서 처리 유체를 챔버 내에 도입한다(단계 S207). 레시피가 종료될 때까지의 동안, 각 시각에 있어서의 챔버 내의 유체의 밀도가 검출되고(단계 S208, S209), 이에 의해 챔버 내에 치환 대상액이 있는 웨트 상태에서의 밀도 프로파일이 구해진다. 그 후, 챔버 내가 감압되고 기판(S)이 반출된다(단계 S210).
이렇게 하여 드라이 상태와 웨트 상태에서 각각 취득된 밀도 프로파일에 의거하여, 당해 급배 레시피를 따른 처리에 있어서의 치환 종료 시가 판정된다(단계 S211). 구체적으로는, 양 프로파일을 처리 개시 시로부터의 경과 시간이 같아지는 시각들을 비교하고, 웨트 상태에서의 밀도가 드라이 상태에서의 밀도를 유의하게 웃돈 후, 양자의 차가 실질적으로 제로가 되는 시각(도 3에 있어서의 시각 Tx)을 특정한다. 「유의하게 웃도는」 사상(事象) 및 「차가 실질적으로 제로가 되는」 사상에 대해서는, 웨트 상태와 드라이 상태의 밀도차를, 양 사상 각각에 대해 적절히 설정된 역치와 비교함으로써 판정 가능하다.
이와 같이 하여 치환 종료 시가 특정되면, 이하와 같이 하여 도 3의 급배 레시피를 개정하고 처리를 최적화하는 것이 가능하다. 즉, 특정된 시각 Tx에 있어서, 초임계 처리 유체에 의한 치환 대상액의 치환은 완료되어 있으며, 치환 대상액은 처리 공간(SP)으로부터 제거되어 있다. 따라서, 이 시각 Tx 이후에는 처리 유체를 기화시켜 배출해도 되며, 초임계 상태를 유지할 필요는 없다.
즉, 현상(도 3)은 시각 T4로 설정되어 있는 챔버 내의 감압을 시각 Tx로 앞당겨도 되며, 이에 의해 처리 시간의 단축 및 처리 유체의 소비량의 삭감을 도모하는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 도 2의 플로 차트 중 단계 S103에 있어서의, 치환이 종료되었는지 여부의 판정을, 「시각 Tx를 초과했는지 여부」에 따라 행할 수 있다. 또, 시각 Tx에 있어서의 챔버 내의 압력 혹은 유체 밀도의 값을 미리 구하여 역치로 해두고, 처리 중에 검출되는 그들 값이 역치에 이른 것을 「치환이 종료되었다」고 판정하도록 해도 된다.
이와 같이 함으로써, 초임계 상태를 불필요하게 길게 유지하는 것이 회피되어, 처리 시간의 단축 및 처리 유체의 소비량의 삭감을 도모할 수 있다. 또한, 측정 오차나 처리의 편차를 고려하여, 이들 역치에 다소의 마진을 가지게 하도록 해도 된다. 이 경우에서도, 치환이 종료되는 시기가 특정되어 있는 점에서, 필요 이상으로 큰 마진을 부여하는 것에 의한 처리 시간 및 유체 소비량의 증대를 억제하는 것이 가능하다.
또한, 시각 Tx에 있어서 초임계 상태가 유지되고 있으면 된다는 관점에서는, 시각 Tx보다 빨리 감압을 개시하고, 시각 Tx를 경과한 시점에서 처리 유체의 기화가 개시되도록 해도 된다. 단, 시각 Tx 이전에 있어서의 급배 레시피가 변경되도록 되기 때문에, 시각 Tx 자체가 변동하는 경우가 있을 수 있다. 이 때문에, 그와 같이 변경된 급배 레시피에 있어서도 초임계 처리가 양호하게 진행되는지 여부에 대해서는 별도 검증할 필요가 있다. 구체적으로는, 변경된 급배 레시피에 있어서의 치환 종료 시각 Tx에 있어서 초임계 상태가 유지되고 있는 것을 확인하는 것이 필요하다. 그러기 위해서는, 변경 후의 급배 레시피에 대하여 도 4의 판정 처리를 실행하여 치환 종료 시 Tx를 특정하고, 그 때의 챔버 내 압력 및 온도가 임계점을 웃돌고 있는지 여부를 판정하면 된다. 만약 이 시점에서 초임계 상태를 벗어나 있는 경우에는, 감압의 개시 시각을 늦출 필요가 있다.
상기한 치환 종료 시의 판정과 그에 의거하는 급배 레시피의 조정에 대해서는, 기판 처리 장치(1)의 공용(供用) 개시 시에 행할 필요가 있으며, 장치 개체마다 실행되는 것이 바람직하다. 또, 기판(S)이나 치환 대상액의 종류가 변경된 경우나, 급배 레시피가 변경된 경우와 같이, 처리 조건에 어떠한 변경이 있었을 때에는 당연히 다시 행할 필요가 있다. 또, 장치의 메인터넌스 시 등에도 정기적으로 실행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 치환 종료 시각 Tx를 미리 구해 두고, 당해 시각 Tx의 경과 또는 압력 등의 검출값이 시각 Tx에 대응하는 값이 된 것을, 초임계 처리의 종기로 하고 있다. 이에 반해, 초임계 건조 처리를 이하와 같이 변형하면, 미리 치환 종료 시각 Tx를 구해 두지 않아도 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다. 이 처리의 전제로서, 사전에 도 4의 단계 S201~S205가 실행되어, 드라이 상태에서의 밀도 프로파일이 미리 구해져 있는 것으로 한다.
도 5는 초임계 건조 처리의 변형예를 나타내는 플로 차트이다. 챔버 내에 기판(S)을 수용하고, 소정의 급배 레시피에 따라서 처리 유체를 도입하는 점에 대해서는 상기 실시 형태와 같다(단계 S301, S302). 치환 처리의 종료 시를 판정하는 방법이, 상기 실시 형태와는 상이하다. 이 변형예에서는, 챔버 내의 처리 유체의 밀도를 검출하고(단계 S303), 미리 취득되어 있는 드라이 상태의 밀도 프로파일에 있어서 대응하는 시각의 검출값과 비교된다(단계 S304).
상기한 바와 같이, 웨트 상태에서는 유체의 밀도는 당초 드라이 상태보다 높아지고, 그 후 밀도차가 작아져 있는 시각 Tx 이후에는 거의 차가 없어진다. 따라서, 드라이 상태와의 실질적인 밀도차가 없어지면(단계 S305), 치환 처리는 종료되었다고 간주할 수 있다. 즉, 이 변형예에서는, 처리 중인 유체의 밀도를 상시 검출하고, 그 밀도 변화가 미리 취득된 드라이 상태의 밀도 프로파일과 일치했을 때를 치환 종료로 간주한다. 이렇게 하는 것에 의해서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 초임계 상태를 불필요하게 길게 유지하는 것을 회피하여, 처리 시간의 단축 및 처리 유체의 소비량의 삭감을 도모할 수 있다.
치환이 종료된 후의 처리는 상기 실시 형태와 동일하다. 즉, 챔버 내를 감압하고 기판을 반출한 후, 필요에 따라 상기 처리를 반복함으로써 복수 기판에 대한 처리를 실행한다(단계 S306~S308).
이상과 같이, 이 실시 형태에서는, 챔버 내에 치환 대상액이 존재하지 않는 드라이 상태에 있어서의 밀도 프로파일과, 챔버 내에 치환 대상액이 있는 웨트 상태에 있어서의 밀도 프로파일에 의거하여, 처리 유체에 의한 치환 대상액의 치환 종료 시가 판정된다. 이 때문에, 종래는 건조 불량을 방지하기 위하여 길게 설정되어 있던, 초임계 상태를 유지하는 시간의 길이를 최적화할 수 있다. 이에 의해, 처리 시간의 단축 및 처리 유체의 소비량의 삭감을 도모하는 것이 가능하다.
미리 드라이 상태와 웨트 상태 각각에서 밀도 프로파일을 구하고 치환 종료 시를 특정해 두면, 그 지견에 의거하여 초임계 건조 처리의 처리 레시피를 최적화할 수 있다. 이렇게 함으로써, 이후의 초임계 건조 처리를 효율적, 또한 양호하게 행하는 것이 가능해진다. 또, 드라이 상태에서 구한 밀도 프로파일과, 실제 처리 시의 밀도 검출 결과에 의거하여 초임계 건조 처리를 실행하도록 해도, 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 이 실시 형태에 있어서는, 처리 챔버(12)가 본 발명의 「챔버」로서 기능하고 있고, 밀도 검출부(171, 172)가 본 발명의 「밀도 검출부」 및 「질량 유량계」에 상당하고 있다. 또, 유체 공급부(57) 및 유체 회수부(55)가 일체로서, 본 발명의 「급배부」로서 기능하고 있다. 또, 제어 유닛(90)이 본 발명의 「제어부」로서 기능하고 있다.
그리고, 도 4의 플로 차트에 있어서의 단계 S201~S205가 본 발명의 「제1 공정」에, 단계 S206~S210이 본 발명의 「제2 공정」에, 단계 S211이 본 발명의 「제3 공정」에 각각 상당하고 있다. 한편, 도 5에 나타내는 초임계 건조 처리의 변형예에 있어서는, 사전에 행해지고 있는 도 4에 있어서의 단계 S201~S205가 본 발명의 「제1 공정」에 상당하고, 도 5에 있어서의 단계 S303이 본 발명의 「제2 공정」에 상당하고, 단계 S304~S305가 본 발명의 「제3 공정」에 상당하게 된다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 그 취지를 벗어나지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 본 발명에 따른 치환 종료 시의 판정 방법을, 초임계 건조 처리의 처리 레시피를 최적화하는 목적으로 적용하고 있다. 그러나, 이 방법의 적용 대상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 치환 처리의 종료 후에 다음의 처리 공정을 실행할 때에, 치환 처리의 종료 시의 판정을 위하여 본 발명이 이용되어도 된다.
또 예를 들면, 상기 실시 형태의 기판 처리 장치(1)에서는, 처리 유체의 배출 경로에 밀도 검출부(171, 172)가 설치되어 있다. 그러나, 챔버 내의 유체의 밀도를 검출할 수 있는 한에 있어서, 이들의 배치 위치는 상기에 한정되지 않는다. 또, 상기 실시 형태에서는 처리 공간(SP) 중 지지 트레이(15)의 상부 공간과 하부 공간에 각각 배출 경로가 접속되고, 그들 배출 경로에 각각 밀도 검출부가 배치되어 있다. 그러나, 배출 경로의 위치나 그 수에 대해서는 임의이며, 밀도 검출부의 배치도 그에 따라 적절히 변경하는 것이 가능하다. 또, 밀도 검출부는 코리올리 유량계에 한정되는 것도 아니다.
또, 미리 치환 종료 시각 Tx를 특정하고 이에 의거하여 처리 레시피를 최적화하는 양태에서는, 실제의 초임계 건조 처리에 있어서 밀도 검출을 행하는 것은 필수의 요건은 아니다. 이 때문에, 치환 종료 시각 Tx를 구하는 예비 실험 시에만 밀도 검출부가 배치되도록 해도 된다.
또, 상기 실시 형태의 처리에서 사용되는 각종 화학 물질은 일부의 예를 나타낸 것이며, 상기한 본 발명의 기술 사상에 합치하는 것이라면, 이를 대신하여 다양한 것을 사용하는 것이 가능하다.
이상, 구체적인 실시 형태를 예시하여 설명해 온 바와 같이, 본 발명에 따른 치환 종료 시의 판정 방법에 있어서는, 제1 공정은 건조한 기판을 챔버 내에 수용한 상태에서 행하는 한편, 제2 공정은 치환 대상액으로 젖은 기판을 챔버 내에 수용한 상태에서 행할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 치환 대상액의 유무 이외의 조건을 같게 함으로써, 정밀도가 좋은 판정이 가능해진다.
또 예를 들면, 처리 유체의 밀도에 대해서는, 챔버로부터의 처리 유체의 배출 경로에 배치한 질량 유량계의 계측 결과에 의거하여 검출하는 것이 가능하다.
또, 본 발명에 따른 치환 종료 시의 판정 방법은, 본 발명에 따른 기판 처리 방법에 적용하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 기판 처리 방법의 제1의 양태에 있어서의 「소정 시간」에 대해서는, 본 발명에 따른 치환 종료 시의 판정 방법을 미리 실행하고, 그 결과에 의거하여 결정하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 기판 처리 방법의 제2의 양태에서는, 본 발명에 따른 치환 종료 시의 판정 방법을 미리 실행하여 치환이 종료되었다고 간주될 때의 챔버 내 압력 또는 유체의 밀도의 값을 구해 두고, 실제 처리 시의 검출값이 당해 값과 실질적으로 같아졌을 때에, 치환이 종료되었다고 판정할 수 있다.
또, 본 발명의 기판 처리 방법에 있어서, 본 발명에 따른 치환 종료 시의 판정 방법은, 기판의 종류, 액막을 구성하는 치환 대상액의 양, 급배 레시피 중 적어도 하나가 변경되었을 때에, 기판의 건조 처리에 앞서 실행되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 실제의 기판의 처리에 있어서의 처리 시간이나 유체 소비량의 낭비를 억제하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 있어서는, 치환이 종료되었다고 판정하면, 챔버 내의 처리 유체를 배출하여 기판을 건조시키는 처리를 실행하도록 구성되어도 된다. 치환이 종료된 이후에는 초임계 상태를 유지할 필요는 없기 때문에, 치환의 종료 후에 신속하게 건조 처리로 이행함으로써, 처리 시간의 단축 및 처리 유체의 소비량의 저감이 가능해진다.
이상, 특정 실시예를 따라 발명을 설명했지만, 이 설명은 한정적인 의미로 해석되는 것을 의도한 것은 아니다. 발명의 설명을 참조하면, 본 발명의 그 외의 실시 형태와 마찬가지로, 개시된 실시 형태의 다양한 변형예가, 이 기술에 정통한 자에게 명확해질 것이다. 고로, 첨부된 특허 청구범위는, 발명의 진정한 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 당해 변형예 또는 실시 형태를 포함하는 것으로 생각할 수 있다.
이 발명은, 챔버 내에 도입한 처리 유체를 이용하여 치환 대상액을 치환하는 처리 전반에 적용할 수 있다. 예를 들면, 반도체 기판 등의 기판을 초임계 유체에 의해 건조시키는 기판 건조 처리에 적용할 수 있다.
1: 기판 처리 장치
12: 처리 챔버(챔버)
55: 유체 회수부(급배부)
57: 유체 공급부(급배부)
90: 제어 유닛(제어부)
171, 172: 밀도 검출부(밀도 검출부, 질량 유량계)
S: 기판
S201~S205: 제1 공정
S206~S210, S303: 제2 공정
S211, S304~S305: 제3 공정
SP: 처리 공간

Claims (11)

  1. 챔버 내에서 초임계 상태의 처리 유체에 의해 치환 대상액을 치환하는 처리에 있어서의, 치환 종료 시의 판정 방법으로서,
    상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서, 소정의 급배(給排) 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지하면서, 상기 챔버 내의 상기 처리 유체의 밀도의 시간 변화를 나타내는 밀도 프로파일을 취득하는 제1 공정과,
    상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하는 상태에서, 상기 급배 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지하면서, 상기 밀도 프로파일을 취득하는 제2 공정과,
    상기 제1 공정 및 상기 제2 공정 각각에서 취득된 상기 밀도 프로파일에 의거하여 상기 치환 종료 시를 판정하는 제3 공정
    을 구비하며, 상기 급배 레시피는, 상기 챔버 내를 상기 초임계 상태의 처리 유체에 의해 채우도록 미리 정해지고, 상기 제3 공정에서는,
    상기 제1 공정 및 상기 제2 공정 각각에서 취득된 상기 밀도 프로파일을 비교하여,
    상기 제2 공정에서 취득된 상기 밀도가 상기 제1 공정에서 취득된 상기 밀도보다 커진 후, 상기 제1 공정 및 상기 제2 공정 각각에서 취득된 상기 밀도가 실질적으로 같아질 때를, 상기 처리 유체에 의한 상기 치환 대상액의 치환이 종료된 때로 판정하는, 치환 종료 시의 판정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 공정은 건조한 기판을 상기 챔버 내에 수용한 상태에서 행해지는 한편, 상기 제2 공정은 상기 치환 대상액으로 젖은 기판을 상기 챔버 내에 수용한 상태에서 행해지는, 치환 종료 시의 판정 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 챔버로부터의 상기 처리 유체의 배출 경로에 배치한 질량 유량계의 계측 결과에 의거하여, 상기 처리 유체의 밀도를 검출하는, 치환 종료 시의 판정 방법.
  4. 치환 대상액의 액막으로 표면이 덮인 기판을 초임계 상태의 처리 유체로 치환하여 상기 기판을 건조시키는 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 액막을 갖는 상기 기판을 챔버 내에 수용하는 공정과,
    소정의 급배 레시피에 의거하여 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출하여, 상기 챔버 내를 초임계 상태의 상기 처리 유체로 채우는 공정과,
    상기 초임계 상태를 소정 시간 계속한 후, 상기 처리 유체를 상기 챔버로부터 배출하여 상기 기판을 건조시키는 공정
    을 구비하며, 상기 소정 시간은,
    상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하는 상태에서, 상기 급배 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지했을 때의 상기 처리 유체의 밀도가, 상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서, 상기 급배 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지했을 때의 상기 처리 유체의 밀도보다 커진 후에 실질적으로 같아질 때에 따라 결정되는, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 소정 시간은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 치환 종료 시의 판정 방법을 미리 실행하고, 그 결과에 의거하여 결정되는, 기판 처리 방법.
  6. 치환 대상액의 액막으로 표면이 덮인 기판을 초임계 상태의 처리 유체로 치환하여 상기 기판을 건조시키는 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 액막을 갖는 상기 기판을 챔버 내에 수용하는 공정과,
    소정의 급배 레시피에 의거하여 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출하여, 상기 챔버 내를 초임계 상태의 상기 처리 유체로 채우는 공정과,
    상기 챔버 내의 상기 처리 유체의 밀도를 검출하고, 그 검출값에 의거하여 상기 치환이 종료된 때를 판정하는 공정과,
    상기 치환이 종료되었다고 판정된 후, 상기 처리 유체를 상기 챔버로부터 배출하여 상기 기판을 건조시키는 공정
    을 구비하며, 상기 치환이 종료되었을 때의 판정은,
    상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서, 상기 급배 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지하면서 미리 계측된, 상기 챔버 내의 상기 처리 유체의 밀도 변화와,
    상기 검출값
    에 의거하여 행해지는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    미리 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 치환 종료 시의 판정 방법을 실행하여, 상기 치환이 종료되었다고 간주될 때의 상기 챔버 내의 압력 또는 상기 밀도의 기준값을 구해 두고,
    상기 검출값이 상기 기준값과 실질적으로 같아졌을 때에, 상기 치환이 종료되었다고 판정하는, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 5 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 기판의 종류, 상기 액막을 구성하는 상기 치환 대상액의 양, 상기 급배 레시피 중 적어도 하나가 변경되었을 때에, 상기 기판의 건조 처리에 앞서, 상기 치환 종료 시의 판정 방법을 실행하는, 기판 처리 방법.
  9. 치환 대상액의 액막으로 표면이 덮인 기판을 초임계 상태의 처리 유체로 치환하여 상기 기판을 건조시키는 기판 처리 장치에 있어서,
    상기 액막을 갖는 상기 기판을 내부에 수용하는 챔버와,
    소정의 급배 레시피에 의거하여, 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체의 공급 및 배출을 행하는 급배부와,
    상기 챔버 내의 상기 처리 유체의 밀도를 검출하는 밀도 검출부와,
    상기 챔버 내에 상기 치환 대상액이 존재하지 않는 상태에서 상기 급배 레시피에 따라서 상기 챔버에 대해 상기 처리 유체를 공급 및 배출함으로써 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 유지하면서 미리 상기 밀도 검출부에 의해 검출된, 상기 챔버 내의 상기 처리 유체의 밀도 변화와, 상기 밀도 검출부에 의해 검출되는 상기 밀도의 검출값에 의거하여 상기 치환이 종료된 때를 판정하는 제어부
    를 구비하는, 기판 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 밀도 검출부는, 상기 챔버로부터의 상기 처리 유체의 배출 경로 상에 배치된 질량 유량계를 가지며, 상기 질량 유량계의 계측 결과에 의거하여 상기 처리 유체의 밀도를 검출하는, 기판 처리 장치.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 치환이 종료되었다고 판정하면, 상기 챔버 내의 상기 처리 유체를 배출하여 상기 기판을 건조시키는, 기판 처리 장치.
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