KR20240072061A - 기판 처리 방법 - Google Patents

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KR20240072061A
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노리타케 스미
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

본 발명에 따른 기판 처리 방법은, 상면에 액 축적된 기판을, 평판 형상의 지지 트레이에 재치하여 수평 자세로 지지하는 공정과, 지지 트레이를 챔버의 내부 공간에 수용하여 내부 공간을 밀폐하는 공정과, 지지 트레이의 하면과 내부 공간의 저면의 간극 공간을 향하여, 가압된 기체를 도입하는 공정과, 내부 공간에 초임계 처리 유체를 도입하고, 기판을 상기 초임계 처리 유체에 의해 처리하는 공정을 구비하고 있다. 챔버에 반입되어 오는 기판의 하면에 부착된 액체의 제거에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

Description

기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
이 발명은, 처리 용기 내에서 초임계 상태의 처리 유체를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 기술에 관한 것이다.
반도체 기판, 표시 장치용 유리 기판 등의 각종 기판의 처리 공정에는, 기판을 각종의 처리 유체에 의해 처리하는 것이 포함된다. 이와 같은 처리는, 처리 유체의 효율적인 이용이나 외부로의 산일 방지를 목적으로 하여, 기밀성의 처리 용기 내에서 행해지는 경우가 있다. 예를 들면 일본 특허공개 2021-136373호 공보(특허 문헌 1)에 기재된 처리 장치에서는, 측면에 개구를 갖는 챔버의 내부 공간에, 처리 대상이 되는 기판이, 뚜껑부와 일체화된 평판 형상의 지지 트레이에 재치(載置)된 상태로 반입된다. 그리고, 뚜껑부가 개구를 폐색함으로써 내부 공간이 밀폐된다. 이 상태에서, 초임계 상태의 처리 유체가 도입되어 기판이 처리된다. 챔버의 내부 공간은, 기판 및 지지 트레이의 포락 외형보다 미소하게 크게 형성되어 있다. 그 때문에, 처리 유체의 사용량을 저감하고, 처리 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
이런 종류의 기술에서는, 처리 전의 기판이 노출되어 공기에 접하는 것을 회피하기 위해, 혹은 기판 표면에 형성된 미세 패턴의 도괴를 방지하기 위해, 기판이 그 표면에 액 축적된 상태에서 챔버에 반입되는 경우가 있다. 상기 종래 기술에 있어서도, 반입되어 오는 기판은, 세정 처리 후의 표면이 유기용제, 예를 들면 IPA(이소프로필 알코올)의 액막으로 덮인 것이다.
이와 같은 액막을 형성하는 액체는, 반송 시에는 기판의 표면 보호에 기여하는 것이나, 그 후의 초임계 처리에 있어서는 조기에 제거되어야 할 것이다. 그러나, 상기 종래 기술과 같이 기판이 지지 트레이에 재치된 상태로 반입되는 경우, 기판 하면과 지지 트레이의 미소한 간극에 들어간 액체는 특히 배출되기 어렵다. 이 때문에, 액체를 완전히 배출하기 위한 처리에 필요로 하는 시간이 길어지거나, 액체가 길게 잔류함으로써 처리 결과가 불량이 된다는 문제가 생길 수 있다.
이러한 점에서, 기판의 하면측에 돌아 들어간 액체를 조기에 배출하기 위한 대책이 강구되는 것이 바람직하지만, 그와 같은 대책이 취해지지 않은 상기 종래 기술은, 이 점에 있어서 개량의 여지가 있었다.
이 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 챔버 내에서 초임계 상태의 처리 유체를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 기술에 있어서, 챔버에 반입되어 오는 기판의 하면에 부착된 액체의 제거에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명에 따른 기판 처리 방법의 하나의 양태는, 상면에 액 축적된 기판을, 평판 형상의 지지 트레이에 재치하여 수평 자세로 지지하는 공정과, 상기 지지 트레이를 챔버의 내부 공간에 수용하여 상기 내부 공간을 밀폐하는 공정과, 상기 지지 트레이의 하면과 상기 내부 공간의 저면의 간극 공간을 향하여, 가압된 기체를 도입하는 공정과, 상기 내부 공간에 초임계 처리 유체를 도입하여, 상기 기판을 상기 초임계 처리 유체에 의해 처리하는 공정을 구비하고 있다. 여기서, 「수평 자세」란, 엄밀한 의미에서의 「수평」인 자세뿐만 아니라, 기판상의 액막이 파괴되지 않을 정도의 작은 기울기를 기판이 갖는 「대략 수평」인 경우도 포함하는 것으로 한다.
이와 같이 구성된 발명에서는, 상면에 액 축적된 기판이 지지 트레이에 재치되어 챔버에 수용된 후, 지지 트레이의 하면측에 가압 기체가 도입된다. 챔버가 밀폐된 직후에는 내부 공간의 기압은 대기압이며, 이 상태에서 지지 트레이의 하면측에 가압 기체가 도입됨으로써, 최종적으로 내부 공간은 가압 기체로 충만하다. 이 과정에서, 지지 트레이의 하방측에서 상방측을 향하여 압력 구배에 기인하는 기류가 발생한다. 이 기류는 기판 하면과 지지 트레이의 간극에도 들어가, 기판 하면에 부착되어 있는 액체를 밀어낸다. 그 결과, 기판 하면으로부터의 액체의 제거를 촉진하는 것이 가능하다.
상기와 같이, 본 발명에서는, 기판과 함께 챔버에 수용된 지지 트레이의 하면측에 우선 가압 기체를 도입함으로써, 기판 하면에 부착된 액체를 밀어낼 수 있다. 그 때문에, 그 후의 초임계 처리에 있어서 잔류 액체를 제거하는데 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 또, 액체의 잔류에 기인하는 처리 불량을 억제하는 것이 가능하다.
이 발명의 상기 및 그 외의 목적과 신규 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 일실시 형태의 개략 구성을 나타내는 도이다.
도 2는 처리 유닛의 주요부를 나타내는 사시도이다.
도 3은 기판 처리 시스템에 의해 실행되는 처리를 나타내는 플로차트이다.
도 4는 초임계 건조 처리의 처리 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 5는 처리 공간에 있어서의 처리 유체의 흐름을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 6은 건조 가스 공급 처리에 있어서의 챔버 내의 기류를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 7은 처리 유체의 유통 경로의 일례를 나타내는 도이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일실시 형태의 개략 구성을 나타내는 도이다. 이 기판 처리 장치(1)는, 초임계 유체를 이용하여, 예를 들면 반도체 기판과 같은 각종 기판의 표면을 처리하기 위한 장치이다. 이하의 각 도면에 있어서의 방향을 통일적으로 나타내기 위해, 도 1에 나타내는 바와 같이 XYZ 직교 좌표계를 설정한다. 여기서, XY평면은 수평면이며, 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, 플라스마 표시용 유리 기판, FED(Field Emission Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판 등의 각종 기판을 적용 가능하다. 이하에서는 주로 원반 형상의 반도체 웨이퍼의 처리에 이용되는 기판 처리 장치를 예로 채택하여 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 위에 예시한 각종의 기판의 처리에도 동일하게 적용 가능하다. 또 기판의 형상에 대해서도 각종의 것을 적용 가능하다.
또한, 본 실시 형태의 기판 처리 장치(1)의 주요 구성 및 기본적인 동작의 대부분은, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 것과 공통되어 있다. 이 때문에, 특허 문헌 1을 참조함으로써 이해할 수 있는, 각 부의 구성이나 동작 원리 등에 대해서는, 본 명세서에서는 기재를 간략화 또는 생략하는 경우가 있다.
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 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 위해, 제어 유닛(90)은, 각종의 제어 프로그램을 실행하는 CPU(91), 처리 데이터를 일시적으로 기억하는 메모리(92), CPU(91)가 실행하는 제어 프로그램을 기억하는 스토리지(93), 및 유저나 외부 장치와 정보 교환을 행하기 위한 인터페이스(94) 등을 구비하고 있다. 후술하는 장치의 동작은, CPU(91)가 미리 스토리지(93)에 기입된 제어 프로그램을 실행하여 장치 각 부에 소정의 동작을 행하게 함으로써 실현된다.
처리 유닛(10)은, 대좌(11) 상에 처리 챔버(12)가 장착된 구조를 갖고 있다. 처리 챔버(12)는, 몇가지의 금속 블록의 조합에 의해 구성되며, 공동이 된 그 내부 공간이 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 슬릿형의 개구(121)가 형성되어 있어, 개구(121)를 통하여 처리 공간(SP)과 외부 공간이 연통하고 있다.
처리 챔버(12)의 (-Y)측 측면에는, 개구(121)를 폐색하도록 뚜껑 부재(13)가 설치되어 있다. 뚜껑 부재(13)가 처리 챔버(12)의 개구(121)를 폐색함으로써 기밀성의 처리 용기가 구성되며, 내부의 처리 공간(SP)에서 기판(S)에 대한 고압 하에서의 처리가 가능해진다. 뚜껑 부재(13)의 (+Y)측 측면에는 평판 형상의 지지 트레이(15)가 수평 자세로 장착되어 있으며, 지지 트레이(15)의 상면은 기판(S)을 재치 가능한 지지면으로 되어 있다. 뚜껑 부재(13)는 도시를 생략하는 지지 기구에 의해, Y방향으로 수평 이동 가능하게 지지되어 있다.
뚜껑 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, 볼나사 기구, 솔레노이드, 에어 실린더 등의 직동 기구를 갖고 있으며, 이와 같은 직동 기구가 뚜껑 부재(13)를 Y방향으로 이동시킨다. 진퇴 기구(53)는 제어 유닛(90)으로부터의 제어 지령에 따라 동작한다.
뚜껑 부재(13)가 (-Y) 방향으로 이동함으로써 처리 챔버(12)로부터 이격하여, 점선으로 나타내는 바와 같이 지지 트레이(15)가 처리 공간(SP)으로부터 개구(121)를 통하여 외부로 인출되면, 지지 트레이(15)로의 액세스가 가능해진다. 즉, 지지 트레이(15)로의 기판(S)의 재치, 및 지지 트레이(15)에 재치되어 있는 기판(S)의 취출이 가능해진다. 한편, 뚜껑 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.
뚜껑 부재(13)가 (+Y) 방향으로 이동하여 개구(121)를 막음으로써, 처리 공간(SP)이 밀폐된다. 뚜껑 부재(13)의 (+Y)측 측면과 처리 챔버(12)의 (-Y)측 측면의 사이에는 시일 부재(122)가 설치되어, 처리 공간(SP)의 기밀 상태가 유지된다. 시일 부재(122)는 예를 들면 고무제이다. 또, 도시하지 않은 로크 기구에 의해, 뚜껑 부재(13)는 처리 챔버(12)에 대해 고정된다. 이와 같이, 이 실시 형태에서는, 뚜껑 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 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 물질의 처리 유체, 예를 들면 이산화탄소가 기체, 액체 또는 초임계의 상태로 처리 유닛(10)에 공급된다. 이산화탄소는 비교적 저온, 저압에서 초임계의 상태가 되고, 또 기판 처리에 다용되는 유기용제를 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 충전되어, 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 있어, 처리 후의 유체는 유체 회수부(55)에 의해 회수된다. 유체 공급부(57) 및 유체 회수부(55)는 제어 유닛(90)에 의해 제어되어 있다. 또한 후술하는 바와 같이, 유체 공급부(57)는, 초임계 상태가 되는 이산화탄소 등의 처리 유체 외에, 가압된 불활성 가스, 예를 들면 질소 가스를 처리 챔버(12)에 공급하는 기능을 갖고 있다.
초임계 상태의 처리 유체가 처리 챔버(12) 내에서 차가워져 상변화하는 것을 방지하기 위해, 처리 챔버(SP) 내부에는 적당한 열원이 설치되는 것이 바람직하다. 특히 기판(S)의 주변에서 의도하지 않는 상변화가 발생하는 것을 방지하기 위해, 이 실시 형태에서는 지지 트레이(15)에 히터(도시 생략)가 내장되어 있다. 히터는 공급 유닛(50)의 온도 제어부(59)에 의해 온도 제어되어 있다. 온도 제어부(59)는 제어 유닛(90)으로부터의 제어 지령에 따라 작동하며, 후술하는 바와 같이, 유체 공급부(57)로부터 공급되는 처리 유체의 온도를 제어하는 기능도 갖고 있다.
처리 공간(SP)은, 지지 트레이(15) 및 이에 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 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 있지만, 지지 트레이(15) 및 기판(S)과, 처리 공간(SP)의 내벽면 사이의 간극은 미소하다. 따라서, 처리 공간(SP)을 충전하기 위해 필요한 처리 유체의 양은 비교적 적어도 된다.
이재 유닛(30)은, 외부의 반송 장치와 지지 트레이(15)의 사이에 있어서의 기판(S)의 수도를 담당한다. 이 목적을 위해, 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 의해, Z방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 승강 부재(33)의 상부에는 대략 수평의 상면을 갖는 베이스 부재(35)가 장착되어 있다. 베이스 부재(35)의 상면에서 상향으로, 복수의 리프트 핀(37)이 세워 설치되어 있다. 리프트 핀(37)의 각각은, 그 상단부가 기판(S)의 하면에 맞닿음으로써 기판(S)을 하방으로부터 수평 자세로 지지한다. 기판(S)을 수평 자세로 안정적으로 지지하기 위해, 상단부의 높이가 서로 동일한 3 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, 볼나사 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 운동하고, 이와 일체적으로 복수의 리프트 핀(37)이 상하 운동한다. 이에 따라, 이재 유닛(30)과 지지 트레이(15)의 사이에서의 기판(S)의 수도가 실현된다.
도 2는 처리 유닛의 주요부를 나타내는 사시도이다. 뚜껑 부재(13)가 (-Y) 방향으로 이동한 이격 상태에 있을 때, 지지 트레이(15)는 처리 챔버(12)로부터 외부 공간으로 인출된 상태가 된다. 이 때의 지지 트레이(15)의 하방에, 리프트 핀(37)을 갖는 베이스 부재(35)가 배치되어 있다. 지지 트레이(15) 중 리프트 핀(37)의 바로 윗쪽에 상당하는 위치에는, 리프트 핀(37)의 직경보다 대직경의 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 장치의 핸드(H)에 의해 지지되어 반송되어 오는 기판(S)이 리프트 핀(37)에 수도된다. 핸드(H)의 퇴피 후에 리프트 핀(37)이 하강함으로써, 기판(S)은 리프트 핀(37)으로부터 지지 트레이(15)로 수도된다. 기판(S)의 반출은, 상기와 반대의 순서에 의해 행할 수 있다.
지지 트레이(15)의 상면에는, 기판(S)의 평면 사이즈보다 조금 큰 사이즈의 오목부(153)가 형성되어 있다. 리프트 핀(37)에서 지지 트레이(15)로 수도된 기판(S)은, 이 오목부(153)에 수용됨으로써 지지 트레이(15) 상에서의 수평 방향으로의 변위가 규제된다. 리프트 핀(37)이 기판(S)의 하면을 지지하여 승강시켜, 그 기판(S)이 오목부(153)에 수용된다는 위치 관계에서, 리프트 핀(37)을 삽입 통과시키기 위한 관통 구멍(152)은 오목부(153)의 내부에 형성되게 된다.
도 3은 이 기판 처리 장치를 포함하는 기판 처리 시스템에 의해 실행되는 처리의 일부를 나타내는 플로차트이다. 이 기판 처리 장치(1)는, 전(前) 공정에 있어서 세정액에 의해 세정된 기판(S)을 건조시키는 목적으로 사용된다. 구체적으로는 이하와 같다. 전 공정과 기판(S)이 세정액에 의해 세정된 후(단계 S101), 이소프로필 알코올(IPA)에 의한 액막이 표면에 형성된 상태에서(단계 S102), 기판 처리 장치(1)에 반송되어 온다(단계 S103).
예를 들면 기판(S)의 표면에 미세 패턴이 형성되어 있는 경우, 기판(S)에 잔류 부착되어 있는 액체의 표면장력에 의해 패턴의 도괴가 생길 우려가 있다. 또, 불완전한 건조에 의해 기판(S)의 표면에 워터 마크가 잔류하는 경우가 있다. 또, 기판(S) 표면이 바깥 공기에 접함으로써 산화 등의 변질을 일으키는 경우가 있다. 이와 같은 문제를 미연에 회피하기 위해, 기판(S)의 표면(패턴 형성면)을 액체 또는 고체의 표면층으로 덮은 상태에서 반송하는 경우가 있다.
예를 들면 세정액이 물을 주성분으로 하는 것인 경우에는, 이로부터 표면장력이 낮고, 또한 기판에 대한 부식성이 낮은 액체, 예를 들면 IPA나 아세톤 등의 유기용제에 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.
기판(S)은, 패턴 형성면을 상면으로 하고, 게다가 그 상면이 얇은 액막에 덮인 상태에서 지지 트레이(15)에 재치된다(단계 S104). 지지 트레이(15) 및 뚜껑 부재(13)가 일체적으로 (+Y) 방향으로 이동하면, 기판(S)을 지지하는 지지 트레이(15)가 처리 챔버(12) 내의 처리 공간(SP)에 수용됨과 함께, 개구(121)가 뚜껑 부재(13)에 의해 폐색된다(단계 S105).
지지 트레이(15)와 함께 기판(S)이 반입되어 밀폐된 처리 공간(SP)에서는, 우선 지지 트레이(15)의 하방을 향하여 건조 가스가 공급된다(단계 S106). 이는, 기판(S)의 하면측에 부착된 액체를 기류에 의해 밀어내어 기판(S)으로부터 제거하기 위한 처리이다.
기판(S)의 하면과 지지 트레이(15)의 상면, 보다 구체적으로는 기판(S)을 수용하는 오목부(153)의 상면과의 사이에는, 반입 시에 기판(S)의 하면에 부착되어 있던 액체, 또는, 반입 후에 상면에서 돌아 들어온 액체가 들어가 있는 경우가 있다. 후에 도입되는 초임계 처리 유체에 의해, 액막을 형성하고 있는 액체는 치환된다. 그러나, 이와 같은 미소한 간극에 들어간 액체를 치환하려면 긴 시간을 필요로 하고, 이에 따라 처리 유체의 사용량도 증대한다. 또, 치환되는 일 없이 잔류한 액체는 오염물의 기판(S)으로의 재부착 등 처리 불량을 야기한다.
이 문제를 회피하기 위해, 이 실시 형태에서는, 지지 트레이(15)의 하방측으로부터 가압된 건조 가스, 예를 들면 질소 가스를 도입함으로써, 기판(S)의 하면과 지지 트레이(15)의 상면의 간극에 들어간 액체를 외부로 밀어내는 처리를 행한다. 여기에서는 액체를 챔버 밖으로 배출하는 것까지는 요구되지 않는다. 이 처리의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
건조 가스의 공급 후, 초임계 건조 처리가 실행된다(단계 S107). 그리고, 처리 후의 기판(S)은 후속 공정으로 불출된다(단계 S108). 즉, 뚜껑 부재(13)가 (-Y) 방향으로 이동함으로써 지지 트레이(15)가 처리 챔버(12)로부터 외부로 인출되어, 이재 유닛(30)을 통하여 외부의 반송 장치로 기판(S)이 수도된다. 이 때, 기판(S)은 건조한 상태가 되어 있다. 후속 공정의 내용은 임의이다.
도 4는 초임계 건조 처리의 처리 공정을 나타내는 플로차트이다. 이하에서는 처리 유체로서 이산화탄소(CO2)가 이용되는 사례를 설명하지만, 처리 유체의 종류는 이에 한정되지 않는다. 외부로부터 퍼들형 액막(LP)(도 5)이 형성된 기판(S)이 처리 챔버(12)에 반입되고, 건조 가스의 공급이 행해진 후, 처리 유체가 기상 상태로 처리 공간(SP)에 도입된다(단계 S201). 처리 공간(SP) 내를 배기하면서 기상의 처리 유체를 송입함으로써, 처리 공간(SP)의 분위기가 처리 유체에 의해 치환된다.
계속해서, 액상 상태의 처리 유체가 처리 공간(SP)에 도입된다(단계 S202). 액상의 이산화탄소는 기판(S) 상의 액막(LP)을 구성하는 액체(유기용제；예를 들면 IPA)를 잘 녹여, 기판(S)의 상면으로부터 유리시킨다. 처리 공간(SP) 내의 액체를 배출함으로써, 기판(S)에 잔류하는 IPA를 배출할 수 있다(단계 S203).
다음에, 초임계 상태의 처리 유체가 처리 공간(SP)에 도입된다(단계 S204). 처리 챔버(12)의 외부에서 미리 초임계 상태가 된 처리 유체가 도입되어도 되고, 또 액상의 처리 유체로 채워진 처리 챔버(12) 내의 온도 및 압력을 임계점 이상으로 함으로써, 처리 유체를 초임계 상태에 이르게 하는 양태여도 된다.
그 후, 처리 챔버(12) 내가 온도를 유지하면서 감압됨으로써, 초임계 유체는 액상을 거치는 일 없이 기화하여 배출된다(단계 S205). 이에 따라 기판(S)은 건조 상태가 된다. 이전, 기판(S)의 패턴 형성면이 액상과 기상의 계면에 노출되는 일이 없기 때문에, 액체의 표면장력에 기인하는 패턴 도괴의 발생이 방지된다. 또, 초임계 유체는 표면장력이 매우 낮기 때문에, 표면에 미세한 패턴이 형성된 기판이어도 패턴 내부까지 처리 유체가 잘 돌아 들어간다. 이 때문에, 패턴 내부에 잔류하는 액체 등을 효율적으로 치환할 수 있다. 이와 같이 하여 기판(S)이 양호하게 건조된다.
상기한 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 기판(S)이 수용된 처리 챔버(12) 내의 처리 공간(SP)을 초임계 유체로 충전함으로써, 기판(S)에 잔류하는 액체 성분을 제거하여 기판(S)을 건조시킨다. 이 때문에, 기판(S)에 접하는 초임계 유체에 불순물이 포함되어 있으면, 건조 후의 기판(S)에 불순물이 잔류 부착되어 기판(S)을 오염시키게 된다.
이와 같은 오염원으로서는, 반입 시에 기판(S)에 부착되어 있던 액체의 잔류물이나, 외부로부터 처리 공간(SP)에 반입되는 불순물 등이 있다. 특히, 처리 챔버(12)의 개구(121)의 근방에서는, 기판(S)의 반입·반출 시에 외부 공간으로부터 도래하는 불순물이나, 시일 부재(122) 등의 부재로부터 발생하는 불순물이 처리 유체에 혼입되는 경우가 있다. 이하에서는, 초임계 건조 처리 중에 기판(S)이 불순물에 의해 오염되는 것을 방지하기 위해, 본 실시 형태에 있어서 채택하고 있는 대책에 대해서 설명한다.
도 5는 처리 공간에 있어서의 처리 유체의 흐름을 모식적으로 나타내는 도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 처리 유체를 공급하는 유체 공급부(57)는, 처리 공간(SP)의 (+Y)측, 즉 처리 공간(SP)으로부터 보아 개구(121)와는 반대측에 설치된 도입 유로(123, 124)에 접속되어 있다. 보다 구체적으로는, 처리 공간(SP)에 수용된 기판(S)의 (+Y)측 단부보다 더 (+Y)측에 있어서, 처리 챔버(12)에 제1 도입 유로(123), 제2 도입 유로(124)가 형성되어 있다.
제1 도입 유로(123)는 밸브(161)를 갖는 배관(162)에 의해 유체 공급부(57)에 접속되어 있다. 밸브(161)가 열림으로써, 유체 공급부(57)로부터의 처리 유체(CO2)가 제1 도입 유로(123)에 유입된다. 제1 도입 유로(123)는 유체의 유통 방향을 최종적으로 수평 방향((-Y) 방향)으로 하여, 처리 공간(SP)의 (+Y)측 단부에 있어서 처리 공간(SP)에 면하여 개구하는 제1 도입구(123a)로부터 처리 유체를 토출한다.
한편, 제2 도입 유로(124)는, 밸브(163)를 갖는 배관(164)과, 밸브(165)를 갖는 배관(166)에 의해 유체 공급부(57)에 접속되어 있다. 배관(164)에는, 유체 공급부(57)로부터 공급되는 처리 유체(CO2)가 통과 이송되며, 밸브(163)는 그 유로의 개폐 및 유량의 조정을 담당한다. 한편, 배관(166)에는, 유체 공급부(57)로부터 공급되는 질소 가스가 통과 이송되며, 밸브(165)는 그 유로의 개폐 및 유량의 조정을 담당한다. 배관(164)과 배관(166)은, 각각 밸브(163, 165)의 출력측에서 합류하여, 제2 도입 유로(124)에 접속되어 있다. 따라서, 제2 도입 유로(124)에는, 배관(164)을 통한 처리 유체의 공급과, 배관(166)을 통한 질소 가스의 공급을 행하는 것이 가능하다.
밸브(163)가 열림으로써, 유체 공급부(57)로부터의 처리 유체가 제2 유로(124)에 흘러든다. 또, 밸브(165)가 열림으로써, 유체 공급부(57)로부터 질소 가스가 제2 유로(124)에 흘러든다. 제2 도입 유로(124)는, 유체의 유통 방향을 최종적으로 수평 방향((-Y) 방향)으로 하여, 처리 공간(SP)의 (+Y)측 단부에 있어서 처리 공간(SP)에 면하여 개구하는 제2 도입구(124a)로부터 이들 유체를 토출한다.
제1 도입구(123a)는, 처리 공간(SP) 내에서 유지되는 기판(S)보다 상방의 처리 공간(SP)에 면하여 개구하고 있다. 한편, 제2 도입구(124a)는, 처리 공간(SP) 내에서 유지되는 기판(S)보다 하방, 보다 엄밀하게는 기판(S)을 지지하는 지지 트레이(15)보다 하방의 처리 공간(SP)에 면하여 개구하고 있다. 제1 도입구(123a) 및 제2 도입구(124a)는, 일정한 개구 폭을 갖고 X방향으로 가늘고 길게 연장되는 슬릿형의 개구이며, X방향에 있어서는 기판(S)의 양단부보다 외측까지 연장되어 있다. 따라서, 제1 도입구(123a) 및 제2 도입구(124a)로부터 각각 토출되는 처리 유체는, 상하 방향(Z방향)으로 얇고, 또한 X방향으로는 기판(S)의 폭보다 넓은 박층 형상이며 (-Y) 방향을 향하는 흐름으로서, 처리 공간(SP)에 도입된다. 또한, 최종적으로 제1 도입구(123a), 제2 도입구(124a)로부터 토출되는 처리 유체의 방향이 대체로 수평 방향이 되고 있으면 되고, 도중의 유로 형상은 도시된 것에 한정되지 않는다.
기판(S)의 주위를 초임계 유체로 채운다는 처리의 목적에서는, 처리 공간(SP)이 초임계 유체로 채워질 때까지 처리 유체의 배출을 행하지 않는다는 선택지도 있을 수 있다. 그러나, 이와 같이 하면 처리 공간(SP) 내에서 처리 유체가 체류하여, 처리 공간(SP) 내에 존재하는 불순물이 기판(S)에 부착되어 기판(S)을 오염시킬 우려가 있다. 이를 방지하기 위해서는, 초임계 상태에 있어서도 처리 유체의 배출을 행하여, 기판(S)에 상시 청정한 처리 유체가 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
이 때문에, 처리 공간(SP)의 (-Y)측 단부 근방에는, 처리 유체를 배출하기 위한 제1 배출 유로(125) 및 제2 배출 유로(126)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 처리 공간(SP)에 수용되는 기판(S)보다 (-Y)측의 처리 공간(SP)의 천정면에, 제1 배출구(125a)가 개구하고 있다. 이 제1 배출구(125a)에 연통하는 제1 배출 유로(125)가, 밸브(175)를 갖는 배관(176)을 통하여 유체 회수부(55)에 접속되어 있다. 밸브(175)가 열림으로써, 처리 공간(SP) 내의 처리 유체가 제1 배출 유로(125)를 통하여 유체 회수부(55)로 배출된다.
한편, 처리 공간(SP)에 수용되는 기판(S)의 (-Y)측 단부보다 더 (-Y)측의 처리 공간(SP)의 저면에 제2 배출구(126a)가 개구하고 있다. 이 제2 배출구(126a)에 연통하는 제2 배출 유로(126)가, 밸브(177)를 갖는 배관(178)을 통하여 유체 회수부(55)에 접속되어 있다. 밸브(177)가 열림으로써, 처리 공간(SP) 내의 처리 유체가 제2 배출 유로(126)를 통하여 유체 회수부(55)로 배출된다.
제1 배출구(125a) 및 제2 배출구(126a)는, 일정한 개구 폭을 갖고 X방향으로 가늘고 길게 연장되는 슬릿형의 개구이며, X방향에 있어서는 기판(S)의 단부보다 외측까지 연장되어 있다. Y방향에 있어서는, 이들은 기판(S)의 (-Y)측 단부보다 더 (-Y)측에서 개구하고 있다. 또, 이들 설치 위치의 근방에서는, 처리 공간(SP)은 지지 트레이(15)에 의해 상하 방향으로 거의 분단되어 있다. 따라서, 기판(S)의 상방을 흐르는 처리 유체는 제1 배출구(125a)로부터 배출되는 한편, 지지 트레이(15)의 하방을 흐르는 처리 유체는 제2 배출구(126a)로부터 배출되게 된다.
제1 도입 유로(123)에 공급되는 처리 유체의 유량과, 제1 배출 유로(125)로부터 배출되는 처리 유체의 유량이 동일해지도록, 밸브(161, 175)의 개도 조정이 행해진다. 마찬가지로 제2 도입 유로(124)에 공급되는 처리 유체의 유량과, 제2 배출 유로(126)로부터 배출되는 처리 유체의 유량이 동일해지도록, 밸브(163, 177)의 개도 조정이 행해진다.
이들 구성에 의해, 유체 공급부(57)로부터 제1 도입 유로(123)를 통하여 도입되는 처리 유체는, 제1 도입구(123a)로부터 거의 수평 방향으로 토출되고, 기판(S)의 상면을 따라 흘러 제1 배출구(125a)로부터 외부로 배출되고, 최종적으로 유체 회수부(55)에 회수된다. 한편, 유체 공급부(57)로부터 제2 도입 유로(124)를 통하여 도입되는 처리 유체는, 제2 도입구(124a)로부터 거의 수평 방향으로 토출되고, 지지 트레이(15)의 하면을 따라 흘러 제2 배출구(126a)로부터 외부에 배출되고, 최종적으로 유체 회수부(55)에 회수된다. 즉, 처리 공간(SP) 내에서는, 기판(S)의 상방 및 지지 트레이(15)의 하방의 각각에, (-Y) 방향을 향하는 처리 유체의 층류가 형성된다고 기대된다. 도 5에 나타내는 흰색 화살표는, 이와 같은 처리 유체의 흐름을 모식적으로 나타낸 것이다.
이와 같이, 처리 공간(SP), 특히 기판(S)의 상방의 공간에 있어서 한방향을 향하는 처리 유체의 층류를 형성함으로써, 기판(S)의 주위에서 난류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 만일 기판(S)의 표면에 액체가 부착되어 있었다고 해도, 이것이 초임계 상태의 처리 유체에 녹아 들어 하류측으로 흘러간다. 이에 따라, 건조 후의 기판(S)에 잔류하는 것은 회피된다. 또, 오염원이 되는 불순물이 발생하기 쉬운 개구(121)가 기판(S)보다 하류측이 되도록 처리 유체의 유통 방향을 설정함으로써, 개구(121)의 주변에서 발생한 불순물이 난류에 의해 상류측으로 운반되어 기판(S)에 부착하는 것이 회피된다. 이에 따라, 기판(S)을 오염되는 일 없이 양호하게 건조시키는 것이 가능하다.
다음에, 이 실시 형태에 있어서 실행되는, 건조 가스 공급 처리(도 3의 단계 S106)에 대해서 설명한다. 상기한 대로, 이 처리는, 기판(S)을 처리 공간(SP)에 수용한 후, 초임계 처리에 앞서, 기판(S)과 지지 트레이(15)의 간극에 들어가 있는 액체를 밀어내기 위한 처리이다.
도 6은 건조 가스 공급 처리에 있어서의 챔버 내의 기류를 모식적으로 나타내는 도이다. 기판(S)을 재치한 지지 트레이(15)가 처리 공간(SP)에 수용되고, 뚜껑부(13)가 개구(121)를 폐색한 시점에서는, 각 밸브(161, 163, 165, 175, 177)은 닫혀 있으며, 또 처리 공간(SP) 내의 압력은 대기압이다. 이 상태에서, 밸브(165)가 열린다. 그러면, 유체 공급부(57)로부터 공급되는 가압된 질소 가스(N2 가스)가, 제2 도입 유로(124)를 통하여 제2 도입구(124a)로부터 처리 공간(SP)에 도입된다. 이 때의 질소 가스의 압력으로서는, 대기압보다는 유의하게 높고, 처리 유체의 임계 압력보다는 유의하게 낮은 값, 예를 들면 0.1MPa 정도로 할 수 있다.
도 6에 있어서 흰색 화살표는, 처리 공간(SP)에 도입되는 질소 가스의 흐름을 모식적으로 나타낸 것이다. 가압된 질소 가스는, 제2 도입구(124a)로부터, 지지 트레이(15)의 하면과 처리 공간(SP)의 저면 사이의 공간을 향하여 대략 수평 방향으로 토출된다. 이에 따라, 지지 트레이(15)의 하방에 있어서 압력이 급격하게 상승한다. 한편, 지지 트레이(15)의 상방에서는 압력 상승이 보다 완만하다. 따라서, 지지 트레이(15)의 상방과 하방의 사이에서 압력차가 발생하고, 이에 기인하여, 지지 트레이(15)의 하방에서 상방을 향하려고 하는 기류가 발생한다.
처리 공간(SP)은 지지 트레이(15)에 의해 상하로 거의 분단되어 있기 때문에, 단기적으로는 큰 압력차가 발생하여, 유속이 빠른 기류가 발생한다. 이와 같은 기류는, 예를 들면 지지 트레이(15)의 측면과 처리 공간(SP)의 측벽면의 사이와 같은 작은 간극을 통과하여 지지 트레이(15)의 상방으로 향한다. 그 일부는, 지지 트레이(15)에 형성된 관통 구멍(152)을 통하여 기판(S)과 지지 트레이(15)의 간극에도 들어간다. 이 때, 기판(S)의 하면에 부착된 액체가 기류에 의해 밀려나, 기판(S)과 지지 트레이(15)의 간극으로부터 밀려나온다. 한편, 지지 트레이(15)의 상방에서는, 강한 기류를 발생시키는 수평 방향의 큰 압력차는 없다. 이 때문에, 기판(S)의 상면을 덮는 액막(LP)에 대한 영향은 작다.
기판(S)과 지지 트레이(15)의 간극으로부터 밀려나온 액체는, 계속되는 초임계 건조 처리에 있어서의 처리 유체의 도입에 의해, 처리 공간(SP)으로부터 외부로 배출된다. 건조 가스 공급 처리에서는, 기판(S)과 지지 트레이(15)의 사이의 좁은 간극에 들어간 액체가 얼마든지여도 외부로 밀려나옴으로써, 초임계 건조 처리에 있어서 액체의 배출에 필요로 하는 시간을 단축하는 효과를 발생시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 건조 가스 공급 처리에서는 액체가 완전히 제거될 필요는 없다.
건조 가스가 처리 공간(SP)에 충만하여, 처리 공간(SP)의 압력이 도입되는 건조 가스의 압력과 거의 동일해진 시점에서, 밸브(165)가 닫히고, 건조 가스의 공급은 정지된다. 그리고, 계속해서 밸브(161, 163)가 열림으로써, 처리 공간(SP)에 대해 기상의 처리 유체의 공급이 개시된다. 즉, 초임계 건조 처리가 개시된다.
건조 가스로서의 질소 가스는, 상온이어도 되지만, 다음에 도입되는 처리 유체와 동일한 정도의 온도로 가열되어 있어도 된다. 이는, 예를 들면 액체의 휘발을 촉진시키는 목적이 아니라, 처리 공간(SP) 내의 온도를 유지하기 위해서이다. 또, 건조 가스의 가스 종류는 질소 가스에 한정되지 않고, 각종의 화학 물질을 이용하는 것이 가능하다. 기판(S)에 대한 영향을 피하기 위해, 산소 및 수증기를 포함하지 않는 기체인 것이 바람직하다. 질소 가스는, 이들을 포함하지 않는 고순도의 가스를 입수 가능하고, 비교적 저비용인 점에서, 이와 같은 용도에 적합하다.
또, 처리 유체인 이산화탄소를 건조 가스로서 이용하는 것도 가능하다. 처리 유체와 같은 가스 종류를 건조 가스로서 이용하는 경우, 종래 기술의 처리와 상이한 것은, 지지 트레이(15)의 수용 후, 지지 트레이(15)의 하방 만을 향하여 가압된 처리 유체가 토출되는 기간이 설치되는 점이다. 즉, 지지 트레이(15)가 처리 공간(SP)에 수용된 후, 밸브(161)가 닫히고, 또한 밸브(163)가 열린 상태가 일정기간 계속된다.
이에 따라, 기상의 처리 유체가 지지 트레이(15)의 하방으로 도입되어, 압력차에 의한 기류가 기판(S)과 지지 트레이(15)의 간극의 액체를 밀어내도록 작용한다. 이에 반해, 최초부터 지지 트레이(15)의 상방 및 하방의 양쪽에 처리 유체를 공급한 경우에는, 상기한 압력차에 기인하는 기류는 발생하지 않고, 따라서 기판(S) 하면측의 액체를 밀어내는 작용은 작아져 버린다.
다음에, 이와 같은 조건을 실현하기 위한 보다 구체적인 시스템 구성에 대해서, 몇가지의 예를 이용하여 설명한다. 또한, 상기에서는 원리 설명을 위해, 제1 도입 유로(123) 및 제2 도입 유로(124)의 각각과 유체 공급부(57)의 사이에 설치되는 밸브 및 배관이, 간략화한 형태로 표현되어 있었다. 실제로는, 이하에 예시하는 바와 같이, 처리 유체를 필요한 때에 필요한 상태로 처리 공간(SP)에 도입하기 때문에, 처리 유체의 공급 경로는 보다 복잡한 것이 된다.
도 7은 처리 유체의 유통 경로의 일례를 나타내는 도이다. 이하에서는, 유체의 유통 경로로서 유체 공급부(57)와 처리 챔버(12)의 사이, 및, 처리 챔버(12)와 유체 회수부(55)의 사이에 설치되는 배관계의 전체에 대해 부호 200을 붙이는 것으로 한다. 이 예에서는, 유체 공급부(57)는, 처리 유체로서의 이산화탄소(CO2)를, 기상, 액상 및 초임계 각각의 상태로 공급하는 기능과, 건조 가스로서의 질소(N2) 가스를 공급하는 기능을 갖고 있다.
기체 CO2의 출력은, 2개의 배관(201, 221)으로 분기하고 있다. 한쪽의 배관(201)에는 밸브(202)가 끼워져 있다. 다른 쪽의 배관(221)에는 밸브(222)가 끼워져 있다. 마찬가지로, 액체 CO2의 출력은, 2개의 배관(203, 223)으로 분기하고 있다. 한쪽의 배관(203)에는 밸브(204)가 끼워져 있다. 다른 쪽의 배관(223)에는 밸브(224)가 끼워져 있다.
또, 초임계 CO2의 출력은, 2개의 배관(207, 227)으로 분기하고 있다. 한쪽의 배관(207)에는 밸브(208)가 끼워져 있다. 밸브(208)의 출력측에는 히터(209)가 설치되어 있다. 히터(209)의 출력측에 접속된 배관(210)에는 밸브(211)가 끼워져 있다. 마찬가지로, 다른 쪽의 배관(227)에는 밸브(228)가 끼워지고, 밸브(228)의 출력측에는 히터(229)가 설치되어 있다. 히터(229)의 출력측에 접속된 배관(230)에는 밸브(231)가 끼워져 있다.
배관(201, 203)는 밸브(202, 204)의 출력측에서 합류하여 배관(205)이 되어 있다. 배관(205)에는 밸브(206)가 끼워져 있다. 배관(205, 210)은 밸브(206, 211)의 출력측에서 합류하여, 배관(212)으로서 처리 챔버(12)의 제1 도입 유로(123)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 배관(221, 223)은 밸브(222, 224)의 출력측에서 합류하여 배관(225)이 되어 있으며, 배관(225)에는 밸브(226)가 끼워져 있다. 배관(225, 230)은 밸브(226, 231)의 출력측에서 합류하여, 배관(232)으로서, 처리 챔버(12)의 제2 도입 유로(124)에 접속되어 있다.
또한, 처리 유체의 흐름을 명시하는 것을 우선하기 위해, 도 7에 있어서는, 처리 챔버(12)에 있어서의 제1 도입 유로(123), 제2 도입 유로(124), 제1 배출 유로(125) 및 제2 배출 유로(126)의 설치 위치가, 도 5 등에 나타내는 것과는 상이하다. 구체적으로는, 도입 유로와 배출 유로의 위치 관계가 좌우에 있어서 반대로 되어 있다.
히터(209)의 출력측에 있어서, 배관(210)으로부터 배관(213)이 분기하고 있으며, 배관(213)에는 밸브(214)이 끼워져 있다. 마찬가지로, 히터(229)의 출력측에서 배관(230)으로부터 배관(233)이 분기하고, 배관(233)에는 밸브(234)가 끼워져 있다. 배관(213, 233)은, 배관 내의 초임계 유체를 유체 공급부(57)로 되돌리는 순환 경로로서 설치되어 있다.
처리 챔버(12)의 제1 배출 유로(125)에는 배관(251)이 접속되고, 배관(251)에는 온도 센서(252)와 밸브(253)가 끼워져 있다. 밸브(253)의 출력측은 유체 회수부(55)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 제2 배출 유로(126)에는 배관(261)이 접속되고, 배관(261)에는 유체의 온도를 검출하는 온도 센서(262)와 밸브(263)가 끼워져 있다. 밸브(263)의 출력측은 유체 회수부(55)에 접속되어 있다.
유체 공급부(57)의 질소 가스 출력은, 배관(241)을 통하여 처리 챔버(12)의 제2 도입구(124)에 접속되어 있다. 보다 구체적으로는, 배관(241)에는, 밸브(242), 히터(249), 밸브(246)가, 질소 가스의 유통 방향을 따라 이 순서로 끼워져 있다. 배관(241)은 그 종단에서 배관(232)에 합류하고 있다.
상기한 밸브류는 제어 유닛(90)으로부터의 제어 지령에 따라 동작하여, 배관의 개폐 및 유량 조절을 행한다. 특히 처리 공간(SP)에 초임계 유체가 공급될 때는, 처리 챔버(12)의 제1 도입 유로(123)에 공급되는 처리 유체의 유량과 제1 배출 유로(125)로부터 배출되는 처리 유체의 유량이 동일해지도록, 그 유통 경로 상의 각 밸브의 개도 조정이 행해진다. 또 제2 도입 유로(124)에 공급되는 처리 유체의 유량과 제2 배출 유로(126)로부터 배출되는 처리 유체의 유량이 동일해지도록, 그 유통 경로 상의 각 밸브의 개도 조정이 행해진다.
제1 도입 유로(123)에 공급되는 처리 유체의 양과, 제2 도입 유로(124)에 공급되는 처리 유체의 양 사이의 비율이 너무 크거나 혹은 너무 작으면, 기판(S)의 하방을 흐르는 처리 유체가 기판(S)의 상방으로 넘쳐 나오거나, 혹은 반대로 기판(S)의 상방을 흐르는 처리 유체가 하방으로 넘쳐 나온다는 현상이 생길 우려가 있다. 제1 도입 유로(123)에 공급되는 처리 유체의 유량과, 제2 도입 유로(124)에 공급되는 처리 유체의 유량은, 기판 상방 및 하방 각각에서의 유로 단면적의 비율에 따라, 1：5에서 5：1의 사이로 하는 것이 바람직하다.
또, 히터(209, 229)는 공급 유닛(50)의 온도 제어부(59)에 의해 제어되어, 통과 이송되는 유체를 가열하여 목표 온도로 조절한다. 이 목적을 위해, 히터(209, 229)는, 유체의 온도를 검출하는 도시하지 않은 온도 센서를 갖고 있는 것으로 한다. 이들 온도 센서 및 온도 센서(252, 262)의 출력은 온도 제어부(59)에 부여된다. 이들 검출 결과에 의거하여 온도 제어부(59)는 히터(209, 229)의 통전 제어를 행한다.
도 4에 나타낸 초임계 건조 처리와 대응 지어 설명하면, 기상의 처리 유체가 공급되는 단계 S201에 있어서는, 유체 공급부(57)의 기체 출력으로부터 처리 챔버(12)에 이르는 경로 상의 밸브(202, 206, 222, 226)가 열린다. 이에 따라, 처리 유체로서 기체의 이산화탄소(CO2)가 처리 공간(SP)에 공급된다. 한편, 액상의 처리 유체가 공급되는 단계 S202에서는, 유체 공급부(57)의 액체 출력으로부터 처리 챔버(12)에 이르는 경로 상의 밸브(204, 206, 224, 226)가 열림으로써, 처리 유체로서 액체의 이산화탄소(CO2)가 처리 공간(SP)에 공급된다.
또, 처리 유체로서 초임계 유체가 공급되는 단계 S204에서는, 유체 공급부(57)의 초임계 출력으로부터 처리 챔버(12)에 이르는 경로 상의 밸브(208, 211, 228, 231)가 열린다. 이에 따라, 처리 챔버(12)의 제1 도입 유로(123)에는 히터(209)를 통하여 출력되는 초임계 유체가, 또 제2 도입 유로(124)에는 히터(229)를 통하여 출력되는 초임계 유체가, 각각 공급된다.
제어 유닛(90)으로부터의 제어 지령에 따라 밸브(253, 263)가 적당한 타이밍에 열림으로써, 처리 공간(SP)으로부터의 처리 유체의 배출량이 조절된다. 이와 같이, 초임계 건조 처리의 진행에 따라 각 밸브가 협조 동작함으로써, 처리 내용에 따른 양태로 처리 유체를 처리 챔버(12)에 공급하고, 또 처리 챔버(12)로부터 배출할 수 있다.
또, 도 3의 단계 S106에 나타낸 건조 가스 공급 처리에서는, 밸브(242)가 열림으로써, 유체 공급부(57)로부터 가압 출력되는 질소 가스가 히터(249)에 공급되고, 질소 가스는 소정의 온도로 가온된다. 그리고, 밸브(246)가 열림으로써, 데워진 질소 가스가 제2 도입 유로(124)를 통하여 처리 공간(SP)에 공급된다. 이 의미에 있어서는, 배관(241)이 도 5의 배관(166)에, 밸브(246)가 도 5의 밸브(165)에, 각각 1대 1로 대응하고 있다고도 할 수 있다.
초임계 상태의 처리 유체에 대해서는, 배관 내에서의 체류나 압손에 기인하여 처리 유체의 온도나 압력이 변화하여, 처리 공간(SP)에 공급되는 처리 유체의 상태가 소기의 것과 상이한 경우가 있을 수 있다. 예를 들면, 히터(209, 229)의 출력에 있어서의 처리 유체의 온도가 목표 온도가 되어 있었다고 해도, 배관 상에서 차가워져 버려 처리 공간(SP)에 도입되는 시점에서의 온도가 목표 온도보다 저하되어 있는 경우가 있다.
이 문제에 대응하기 위해서는, 예를 들면 다음과 같은 방법을 생각할 수 있다. 제1로는, 히터(209, 229)의 출력을 상시 순환시켜 두는 방법이 있다. 구체적으로는, 초임계 유체가 처리 챔버(12)에 보내지지 않을 때, 즉 밸브(211, 231)가 닫혀 있을 때는 밸브(214, 234)를 열어, 배관(213, 233)을 통한 초임계 유체의 순환 경로를 형성해 둔다. 이와 같이 하면, 목표 온도로 제어된 초임계 유체가 상시 순환 경로를 순환하게 된다. 이에 따라, 공급 불요 시의 배관의 온도 저하를 방지함과 함께, 필요한 때에는 신속하게 소정 온도의 처리 유체를 공급할 수 있다.
제2로는, 배출측에서의 온도 검출 결과를 이용하는 방법이 있다. 즉, 제1 배출 유로(125)로부터 배관(251)을 통하여 배출되는 처리 유체의 온도를 온도 센서(252)에 의해 검출함으로써, 처리 공간(SP) 내에서 기판(S)의 상방을 흐르는 처리 유체의 온도를 검출할 수 있다. 또, 제2 배출 유로(126)로부터 배관(261)을 통하여 배출되는 처리 유체의 온도를 온도 센서(262)에 의해 검출함으로써, 처리 공간(SP) 내에서 지지 트레이(15)의 하방을 흐르는 처리 유체의 온도를 검출할 수 있다. 이들 온도 검출 결과를 히터(209, 229)에서의 온도 제어에 피드백함으로써, 처리 공간(SP) 내를 흐르는 처리 유체의 온도를 본래의 목표 온도에 접근시킬 수 있다.
이 방법은, 처리 공간(SP) 내부에 처리 유체의 온도를 변화시키는 요인이 있는 경우에도 유효하다. 예를 들면, 가온된 지지 트레이(15)의 온도가 지지 트레이(15)의 하방으로 공급되는 처리 유체의 온도보다 높은 경우, 처리 유체가 데워짐으로써 처리 공간(SP) 내에 상승류가 발생하는 경우가 있을 수 있다. 배출 경로 상에 설치된 온도 센서는, 이와 같은 온도 변화를 검출할 수 있다. 따라서, 검출 결과를 히터 제어에 피드백함으로써 난류의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기한 도 7의 장치 구성은, 특허 문헌 1의 도 7에 기재된 배관계에, 질소 가스를 공급하기 위한 유통 경로를 부가한 것에 상당하고 있다. 특허 문헌 1에 기재되어 있는 배관계의 몇가지의 변형예에 대해서도, 질소 가스를 공급하기 위한 유통 경로를 부가함으로써, 본 실시 형태에도 적용 가능하다.
또, 건조 가스로서 기상 CO2를 이용하는 경우에는, 특허 문헌 1에 기재된 각 배관계를 그대로 사용하는 것이 가능하다. 즉, 이들과 같은 배관계를 이용하여, 밸브의 개폐 타이밍의 제어 상태를 변경함으로써, 본 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 지지 트레이(15)의 수용 후에, 지지 트레이(15)의 하방에 처리 유체를 도입하는 유통 경로 만을 여는 기간이 설치됨으로써, 도입되는 가압 기체에 의해 발생하는 기류를 이용하여 기판(S) 하면의 액체를 밀어낼 수 있다.
또, 상기의 사례의 배관계(200)에서는, 기상, 액상 및 초임계의 각 상태에서의 처리 유체의 유통 경로가 분리되어 있어, 공유되는 경로가 최소한으로 한정되어 있다. 이 때문에, 각 상태의 처리 유체의 온도를 개별적으로 설정할 수 있고, 처리의 목적에 따라 각각을 최적화할 수 있다. 이 때문에, 초임계 건조 처리를 최적의 조건에서 실행하여, 기판(S)을 양호하게 건조시키는 것이 가능하다. 또 처리의 진행에 따라 유체의 온도를 변화시킬 필요가 없기 때문에, 처리의 스루풋의 점에서도 유리하다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 초임계 처리용의 처리 유체로서 이산화탄소가, 또 액막을 형성하기 위한 액체로서 IPA가 이용되어 있다. 그러나, 이는 단순한 예시이며, 이용되는 화학 물질은 이들에 한정되는 것은 아니다.
또, 상기 실시 형태의 지지 트레이(15)는, 히터를 내장하고, 또 리프트 핀(37)을 삽입 통과시키기 위한 관통 구멍(152)을 갖는 것이다. 그러나, 이들 중 적어도 하나가 설치되지 않는 경우여도, 상기 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻는 것이 가능하다. 따라서, 외부로부터의 기판의 수도는 리프트 핀을 개재하는 것이 아니어도 되고, 예를 들면 외부의 반송 장치가 직접 지지 트레이에 기판을 재치하는 구성이어도 된다. 이 경우, 이재 유닛(30)은 생략할 수 있다. 이 경우여도, 지지 트레이(15)의 상면, 보다 구체적으로는 오목부(153)에 기판(S)으로부터 흘러내린 액체에 의한 액고임이 발생하는 것을 방지하기 위해, 액체를 하방으로 낙하시키기 위한 관통 구멍, 또는 오목부(153)의 주연부의 절결 등이 적당히 형성되는 것이 바람직하다.
또 예를 들면, 상기 실시 형태의 건조 가스 공급 처리에서는, 처리 챔버(12)에 접속되는 배관계 중, 지지 트레이(15)의 하방으로 건조 가스를 공급하는 유통 경로 만이 열리고, 다른 도입 유로 및 배출 유로는 닫혀 있다. 이 대신에, 도 6의 밸브(175)에 상당하는 도 7의 밸브(263)를 함께 열어, 기판(S)과 지지 트레이(15)의 간극으로부터 밀려나온 액체의 외부로의 배출을 촉진시키도록 해도 된다.
이상, 구체적인 실시 형태를 예시하여 설명해 온 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 기체로서는 질소 가스 또는 이산화탄소를 이용 가능하다. 질소는, 산소나 수증기 등의 함유량이 적은 고순도의 것을 이용 가능하고, 그 자체가 기판에 주는 악영향이 작기 때문에, 이와 같은 용도의 가스로서 적합하다. 한편, 이산화탄소는, 임계점이 낮고 초임계 처리 유체로서도 이용 가능한 물질이다. 따라서, 다른 기체를 도입하기 위한 장치 구성을 추가하지 않고 본 발명을 실시 가능하다.
또, 이들 기체는, 미리 가열된 상태에서 내부 공간에 도입되어도 된다. 기판의 하면에 부착된 액체를 기류 형성에 의해 밀어내는 목적으로 공급되는 본 발명의 기체는, 액체를 증발시킬 만한 열량을 갖는 것을 필요로 하지 않는다. 한편, 가스 유통에 의한 챔버 내의 온도 저하는, 후속의 초임계 처리 유체에 의한 처리의 안정성을 저하시킨다. 이 때문에, 미리 가열된 기체를 도입하는 것은, 챔버 내의 온도 안정화에 이바지하는 것이다.
또, 이 발명은, 기체를 도입함으로써, 내부 공간 중 지지 트레이보다 하방의 공간과 지지 트레이보다 상방의 공간의 사이에, 하방의 공간이 고압이 되는 압력차를 발생시키도록 구성되어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 압력차에 의해 발생하는 유속이 빠른 기류에 의해 기판의 하면에 부착된 액체가 밀려나, 기판과 지지 트레이의 간극으로부터 밀려 나온다.
또, 이 발명에 있어서는, 지지 트레이 중 기판이 재치되는 부위에, 상하 방향의 관통 구멍이 형성되어 있어도 된다. 이 관통 구멍은, 지지 트레이로의 기판의 재치를 위한 리프트 핀을 삽입 통과시키기 위한 것이어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 지지 트레이의 하방에 도입된 가압 기체가 관통 구멍을 통과하여 기판의 하면에 도달하기 때문에, 기판 하면측에 돌아 들어간 액체의 제거 효과를 높이는 것이 가능하다.
예를 들면, 지지 트레이의 상면에, 기판의 평면 사이즈보다 큰 평면 사이즈를 갖고 기판을 수용하는 오목부가 형성되고, 관통 구멍이 오목부의 내부에 형성되어도 된다. 이 경우, 관통 구멍의 위치는 재치되는 기판의 바로 아래 위치가 되기 때문에, 가압 기체를 효과적으로 기판 하면으로 송입하는 것이 가능하다.
이 발명은, 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치 전반에 적용할 수 있다. 특히, 반도체 기판 등의 기판을 초임계 유체에 의해 건조시키는 기판 건조 처리에 적합하게 적용할 수 있다.
이상, 특정의 실시예에 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 분명해질 것이다. 그러므로, 첨부된 특허 청구의 범위는, 발명의 진정한 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서, 당해 변형예 또는 실시 형태를 포함하는 것으로 생각할 수 있다.
1: 기판 처리 장치 12: 처리 챔버
13: 뚜껑부 15: 지지 트레이
37: 리프트 핀 57: 유체 공급부
152: 관통 구멍 153: 오목부
S: 기판 SP: 처리 공간

Claims (9)

  1. 상면에 액 축적된 기판을, 평판 형상의 지지 트레이에 재치(載置)하여 수평 자세로 지지하는 공정과,
    상기 지지 트레이를 챔버의 내부 공간에 수용하여 상기 내부 공간을 밀폐하는 공정과,
    상기 지지 트레이의 하면과 상기 내부 공간의 저면의 간극 공간을 향하여, 가압된 기체를 도입하는 공정과,
    상기 내부 공간에 초임계 처리 유체를 도입하여, 상기 기판을 상기 초임계 처리 유체에 의해 처리하는 공정
    을 구비하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기체는 질소 가스인, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    가열된 상기 질소 가스가 상기 내부 공간에 도입되는, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 초임계 처리 유체는 이산화탄소인, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기체는 이산화탄소인, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기체를 도입함으로써, 상기 내부 공간 중 상기 지지 트레이보다 하방의 공간과 상기 지지 트레이보다 상방의 공간의 사이에, 상기 하방의 공간이 고압이 되는 압력차를 발생시키는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 트레이 중 상기 기판이 재치되는 부위에, 상하 방향의 관통 구멍이 형성되는, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 지지 트레이에는, 리프트 핀을 삽입 통과시키기 위한 상기 관통 구멍이 형성되고, 상기 지지 트레이로의 상기 기판의 재치는, 상기 관통 구멍에 삽입 통과시킨 상기 리프트 핀의 승강에 의해 실현되는, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 지지 트레이의 상면에는, 상기 기판의 평면 사이즈보다 큰 평면 사이즈를 갖고 상기 기판을 수용하는 오목부가 형성되고, 상기 관통 구멍이 상기 오목부의 내부에 형성되는, 기판 처리 방법.
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