KR101055465B1

KR101055465B1 - 기판 처리법 및 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR101055465B1
Application number: KR1020057025472A
Authority: KR
Inventors: 가츠요시 나카추카사; 가즈히사 오가사와라; 요시아키 사카이하라; 요시히로 하루키; 무네노리 가와테
Original assignee: 가부시키가이샤 제이.이.티.
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2011-08-08
Anticipated expiration: 2023-12-02
Also published as: IL172852A0; JP2005026478A; US20060162745A1; CN1791968A; AU2003284537A1; EP1641032A1; US7648580B2; CN100380602C; WO2005004217A1; KR20060030070A; JP3560962B1

Abstract

처리조 (10) 를 세정 처리부 (15) 와 건조 처리부 (30) 로 구분하고, 두 처리부의 접합부에 간극 (clearance) 을 형성하고, 이 간극을 씽크 (29) 에 연통시키고, 기판 건조시에 기판을 세정 처리부로부터 상기 건조 처리부에 이동시키고, 간극이 형성된 아래쪽에 다공판 (28) 을 삽입하고, 건조 처리부 (30) 의 내압이 씽크 (29) 의 내압보다 높고 또한 세정 처리부 (15) 의 내압이 건조 처리부 (30) 의 내압보다 낮아지도록 하고, 건조 가스를 상기 기판에 분사하도록 한다. 이 경우, 상기 다공판 (28) 은 소정 지름의 작은 구멍을 복수개 마련한 펀칭 플레이트인 것이 바람직하다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 건조 가스가 복수매의 기판 집합체에 균일 하고 또한 안정되게 공급될 수 있도록 한 기판 처리법 및 장치가 얻어진다.

Description

기판 처리법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING DEVICE}

본 발명은 반도체 웨이퍼, 액정표시장치용 기판, 기록 디스크용 기판, 혹은 마스크용 기판이나 그 외의 기판을 처리하기 위한 기판 처리법 및 그 장치에 관한 것이며, 상세하게는 상기 각종 기판의 약액에 의한 처리로부터 건조 등에 이르는 일련의 표면 처리를 1 개의 처리조에서 실시할 수 있도록 한 기판 처리법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에서, 각종 기판 가운데, 예를 들면 반도체 웨이퍼의 표면을 청정하게 만들기 위해서, 웨이퍼 표면을 약액에 의해서 세정한 후 순수(純水) 등의 처리액에 의해서 세정을 수행하고, 또한 이소프로필 알코올 (IPA) 등의 유기 용매를 이용해 웨이퍼를 건조시키는 처리가 수행되고 있다. 보다 구체적으로는, 이 처리는 웨이퍼를 약액 및 순수에 의해서 세정한 후, 웨이퍼를 IPA 의 증기에 쬐어 웨이퍼의 표면에 IPA 를 응축시키고, 이 IPA 의 응축에 의해 그때까지 웨이퍼에 부착하고 있던 순수를 IPA 와 치환시켜, 이 순수가 웨이퍼의 표면으로부터 흘러 떨어짐에 따라 파티클 등의 오염 물질을 씻어 흘리는 공정, 그 후 IPA 를 증발시켜 웨이퍼 표면을 건조시키는 건조 공정으로 이루어진다. 이 건조 공정에서, 웨이퍼 의 표면에 물 방울이 조금이라도 남으면, 웨이퍼 표면에 워터마크가 형성되며, 이 워터마크는 파티클과 마찬가지로 웨이퍼의 품질을 악화시키는 원인이 된다. 이 때문에, 반도체의 제조 공정에서는 이러한 오염 물질 등이 웨이퍼에 부착하지 않도록 해야 한다. 따라서, 이와 같은 대책을 강구한 웨이퍼 등의 기판 표면 처리법 및 처리 장치가 다수 고안되어 실용화되어, 특허 문헌에서도, 예를 들면 일본 특개 2001-271188 호 공보 (도 1, 제 5 페이지 우측란 ~ 제 6 페이지 좌측란 참조) 등, 많이 소개되어 있다.

상기 특허 문헌에 기재된 기판 처리 장치는 1 개의 처리조를 갖추며, 이 처리조는 상부가 개구한 바닥이 있는 상자와 그 개구를 덮는 덮개로 이루어지고, 상자의 개구는 다수매의 웨이퍼를 수직 상태로 소요 간격을 두고 병렬적으로 지지 수용 할 수 있는 정도의 크기로 형성되며, 상자의 깊이는 웨이퍼를 몰입상으로 침청할 때 그 상부측에 불활성 가스를 공급하는 적당한 부피의 상부 공간이 확보되는 정도의 깊이로 형성된 것이다. 이 처리조를 이용하여 약액 처리, 약액을 세정용 순수에 의해 웨이퍼의 표면으로부터 씻어 떨어뜨리는 수세 처리, 이 수세 처리가 종료한 후에 웨이퍼의 표면에 부착 잔류하고 있는 부착수를 유기 용매의 증기와 불활성 가스와의 혼합 치환에 의해 제거하는 건조 처리 등에 이르는 처리가 수행된다.

여기서, 상기 웨이퍼의 건조 공정에 있어서의 처리조내에서의 불활성 가스 흐름을 조사했는데, 도 9 에 나타낸 바와 같은 루트가 관찰되었다. 덧붙여, 도 9 는 처리조내에서의 불활성 가스의 흐름을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 이 기판 처리 장치 (1) 는 상면이 개구한 바닥이 있는 상자형 내부조 (2₁) 와, 이 내부조 (2₁) 의 상부 외주를 포위하는 외부조 (2₂) 와, 이 외부조의 상부에 설치된 개폐 가능한 덮개 (2₃) 로 이루어진 처리조 (2) 를 갖추고 있다. 내부조 (2₁) 의 저부에는 처리액 배출구 (2₁₂) 가 형성되며, 이 배출구에 배기관 (5) 이 접속되고, 그외 말단은 진공 펌프 등에 연결되어 있다. 또, 외부조 (2₂) 내에는 증기 토출구 (8) 가 돌출하며, 이러한 토출구 (8) 는 증기 공급 기구 (9) 에 연결되어 있다. 또한, 덮개 (2₃) 의 상부에는 가스 분사 노즐 (4₁) 이 설치되며, 그 분사 노즐 (4₁) 은 배관 (4) 에 의해 질소 가스 공급원 (7) 에 접속되어 있다.

이 기판 처리 장치 (1) 에서는 질소 가스 공급원 (7) 으로부터의 질소 가스 N₂ (건조 가스) 가 처리조 (2) 의 상부로부터 분사되면, 분사된 질소 가스 N₂ 는 아래쪽으로 향해 흘러 웨이퍼 집적체 (W') 에 분사되고, 그 후에 배기관 (5) 으로부터 조밖으로 방출된다. 이 때, 일부 분사 가스는 외부조 (2₂) 와 덮개 (2₃) 와의 간극 (a) 으로부터 씽크 (3) 의 밖으로 방출된다. 씽크 (3) 의 밖은 대기압으로 되어 있다. 또 웨이퍼 집적체 (W') 에 분사된 가스는 도 9 의 화살표로 나타내는 바와 같이 내부조 (2₁) 의 저벽면 등에 충돌해 상승하여 처리조 (2) 내를 환류하며, 이렇게 환류한 후에 배기관 (5) 으로부터 밖으로 방출된다. 그리고 웨이퍼 집적체 (W') 는 분사 노즐 (4₁) 로부터 직접 분사된 가스 및 처리조 (2) 내를 환류한 가스 에 의해 표면 건조를 수행하도록 되어 있다.

그렇지만, 상기 특허 문헌에 기재된 기판 처리 장치에서는 건조 가스의 일부는 처리조내에서 환류되면서 배기관으로부터 밖으로 방출되므로, 처리조내에서의 건조 가스의 흐름은 일정하게 되지 않고 난류 상태로 되어 버린다. 그 결과, 개개의 웨이퍼로는 균일하게 질소 가스가 공급되지 않고, 기판면에 처리 얼룩이 발생한다. 이 처리 얼룩은 건조 가스가 많아지면 많아질수록 난류 상태가 심해져 처리 얼룩도 확대되어, 안정한 표면 처리가 불가능하게 된다. 또, 내부조 저부의 처리액 배출구가 1 개이기 때문에, 건조 가스 유량이 많고, 예를 들면 100 L/min 정도가 되면 조내의 난류가 격렬해지는 것도 밝혀져 있다. 그 난류 발생원의 하나는 처리조에서 건조 처리부와 세정 처리부가 구분되어 있지 않기 때문이라고도 생각된다.

한편, 배기관이 접속되는 배기 처리 설비를 조사해 보면, 상기 난류의 원인이 이 배기 처리 설비에도 있는 것을 알았다. 통상, 기판 처리 장치로부터의 배기관은 공장내의 배기 처리 설비에 접속되어 있다. 이 배기 처리 설비는 진공 펌프가 사용되며, 이 펌프에 복수개의 기기·장치가 접속되어 일괄적으로 배기 처리의 관리가 이루어지고 있다. 그 때문에, 개개의 기기·장치의 사양을 고려해 그러한 기기·장치마다 치밀하게 조정하는 것이 곤란하고, 개별 조정을 실시하려고 하면 설비비의 상승을 피할 수 없다. 게다가, 통상의 배기 처리 설비에서는 기동 초기 혹은 정지시에 배기원압의 변동이 격렬해지고 있다. 이 때문에, 고품질을 유지하면서 대량의 웨이퍼를 처리하려면, 이 배기 처리 설비에 있어서의 배기원압의 영향을 최소로 하지 않으면 안되지만, 상기의 기판 처리 장치에서는 그 조정이 지극히 어렵다.

근래, 처리조내에서 처리되는 웨이퍼 등의 기판은 처리 능률을 높이기 위해서 가능한한 다수의 기판을 승강 기구에 유지한 상태로 조내에 삽입할 필요가 있고, 경우에 따라서는 50~100 매라는 로트 단위로 기판이 처리조내에서 동시에 처리된다. 이 경우, 각 기판은 수직으로 세운 자세로 서로 평행하게 지지되기 때문에, 기판간의 피치는 수 mm 로 좁게 된다. 이와 같이 다량의 기판을 처리조내에서 약액 처리하거나 순수에 의한 린스 처리를 수행하는 경우, 처리조내에 다량의 기판을 삽입한 채로 처리액을 처리조 내부에 공급하거나 다른 처리액 등으로 치환시킬 필요가 있지만, 그 때에 각 기판에 대한 처리 속도가 불규칙하거나, 건조에 요구되는 시간이 길게 걸림으로써 파티클 등이 발생하기 쉬운 등의 문제가 있다.

본 발명은 이상과 같은 사정을 감안해, 특히 종래예에 있어서의 건조 공정에서의 과제를 해결하는 것이며, 본 발명의 제 1 의 목적은 건조 가스가 복수매의 기판 집합체에 균일한 한편 안정되게 공급될 수 있도록 한 기판 처리법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제 2 목적은, 대량의 기판을 처리할 때에 기판의 표면에 부착하는 오염 물질을 줄여, 오염에 의한 수율의 저하를 방지한 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적은 이하의 수단에 의해서 달성할 수 있다. 즉, 본 발명의 기판 처리법은 처리조를 세정 처리부와 건조 처리부로 구분하고, 상기 두 처리부의 접합부에 간극을 형성하고, 상기 간극을 씽크에 연통시키고, 기판 건조시에 기판을 상기 세정 처리부로부터 상기 건조 처리부로 이동시키고, 이 간극이 형성된 아래쪽에 다공판을 삽입하고, 상기 건조 처리부의 내압이 씽크의 내압보다 높고, 또한 상기 세정 처리부의 내압이 건조 처리부의 내압보다 낮아지도록 하고, 건조 가스를 상기 기판에 분사시키는 것을 특징으로 한다.

이 기판 처리법에 의하면, 기판 건조시에 건조 가스는 건조 처리부에서 복수매의 기판군으로 공급된 후에, 일부의 건조 가스는 상기 간극으로부터 씽크로, 나머지가 세정 처리부를 통해 외부로 배기된다. 이 때, 건조 처리부의 내압이 세정 처리부의 내압보다 확실히 높아지므로, 건조 처리부에서의 건조 가스의 다운 플로우가 부드럽게 되어, 건조 가스의 층류에 의해서 복수매의 기판군의 표면 처리를 효율적으로 수행할 수 있다.

또, 본 발명의 기판 처리법은, 상기 세정 처리부는 그 저부에 처리액 공급부 및 처리액 배출부를 각각 독립적으로 마련하고, 기판 세정시에 이하의 (a)~(d) 공정을 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

(a) 상기 처리액 공급부로부터 상기 처리조내에 약액을 공급하고, 상기 처리조내에 약액을 저장 유지하는 공정,

(b) 상기 처리조내에 상기 기판을 투입 침청하고, 소정 시간 상기 기판의 약액 처리를 실시하는 공정,

(c) 약액 처리의 종료후에 상기 처리액 공급부로부터 세정액을 공급하고, 상기 약액을 상기 처리조로부터 이 처리액 배출부를 통해 배출하는 공정,

(d) 상기 약액을 배출한 후에, 상기 세정액의 공급을 정지하는 공정.

이 기판 처리법에 의하면, 공통의 처리조를 이용해 약액, 세정 및 건조의 일련의 처리를 수행할 수 있으므로, 이 일련의 처리중에 기판이 공기에 노출되는 일이 없다. 따라서, 기판 처리의 효율이 상승함과 동시에 자연 산화막의 형성을 억제, 및 파티클 등에 의한 오염을 방지할 수 있다.

상기 처리액 배출부에는, 상기 처리액 배출부에 드레인 기구를 마련해, 기판 건조시에 상기 세정 처리부와 상기 건조 처리부와의 사이에 다공판을 삽입하는 것과 동시에 상기 드레인 기구를 작동시켜 상기 세정 처리부내의 처리액을 단시간에 배출시키는 것, 또 상기 다공판은 소정 지름의 작은 구멍을 복수개 마련한 펀칭 플레이트인 것이 바람직하다.

이 기판 처리법에 의하면, 펀칭 플레이트의 각각의 작은 구멍은 건조 가스를 분산시킴과 동시에 오리피스 효과에 의해서 건조 처리부의 내압을 세정 처리부의 내압보다 확실히 높게 할 수 있다. 또, 상기 드레인 기구의 작동에 의해 상기 세정 처리부내의 처리액을 재빠르게 대량으로 배출시킴으로써, 건조 처리부에서의 건조 가스의 다운플로우가 부드럽게 되고, 건조 가스의 층류에 의해서 복수매의 기판군의 표면 처리를 효율적으로 수행할 수 있다.

본 발명의 기판 처리 장치는 처리해야 할 복수매의 기판을 서로 같은 피치로 평행하고 수직인 자세로 지지하는 지지 수단과, 상기 지지 수단에 의해서 지지되는 기판의 집합체를 수용하는 세정 처리조와, 상기 세정 처리조의 상부 개구를 덮어 건조 처리조로서 기능하는 덮개를 갖추며, 상기 덮개는 상기 기판의 집합체를 수용할 수 있는 크기를 갖는 천정면이 폐쇄되고 하부가 개구한 용기로 이루어지며, 상기 용기의 천정면에 복수개의 분사 노즐이 면상에 거의 같은 간격으로 정렬되고, 각 분사 노즐 구멍이 상기 기판 집합체를 향해서 설치되며, 상기 덮개가 상기 세정 처리조의 상부 개구를 덮을 때에, 상기 세정 처리조와 상기 덮개와의 사이에 씽크에 연통한 간극이 형성되는 한편, 상기 간극의 아래쪽에 다공판이 삽입되도록 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

이 기판 처리 장치에 의하면, 기판 건조시에 건조 가스는 건조 처리조에서 복수매의 기판군에 공급된 후에, 일부의 건조 가스는 상기 간극으로부터 씽크로, 나머지가 세정 처리조를 통해 외부로 배기된다. 이 때, 건조 처리조의 내압이 세정 처리부의 내압보다 확실히 높아지므로, 건조 처리조에서의 건조 가스의 다운 플로우가 부드럽게 되고, 건조 가스의 층류에 의해서 복수매의 기판군의 표면 처리를 효율적으로 수행할 수 있다.

또, 상기 세정 처리조는 그 저부에 각각 독립적으로 설치된 처리액 공급부 및 처리액 배출부와, 상기 처리액 공급부에 접속되어 상기 처리조에 처리액을 공급하는 처리액 공급계 배관과, 상기 처리액 공급계 배관에 약액을 공급하는 약액 공급원과, 상기 처리액 공급계 배관을 통해 세정액을 상기 처리조에 공급하며 또한 이 세정액을 상기 처리조의 상부로부터 흘러넘치게 함으로써 상기 기판을 세정하는 세정액 공급 수단과, 상기 처리액 배출부에 접속되어 상기 처리조로부터 배출되는 세정액을 상기 처리조의 외부로 이끄는 배출 배관을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 공통의 처리조를 이용해 약액, 세정 및 건조의 일련의 처리를 수행할 수 있으므로, 이 일련의 처리중에 기판이 공기에 노출되는 일이 없다. 따라서, 기판 처리의 효율이 상승함과 동시에 자연 산화막의 형성을 억제, 및 파티클 등에 의한 오염을 방지할 수 있다.

상기 처리액 배출부에는 드레인 기구를 마련해 상기 기판 집합체의 건조시에 상기 다공판이 상기 세정 처리조와 상기 덮개와의 사이에 삽입되는 것과 동시에 상기 드레인 기구를 작동시키는 것, 또 상기 복수개의 분사 노즐은 상기 기판 집합체의 외주 둘레에 따라서 상기 외주 둘레와 각 노즐 구멍과의 거리가 대략 같아지도록 상기 용기의 천정면에 설치되어 있는 것, 또한 상기 다공판은 소정 지름의 구멍을 복수개 가지는 펀칭 플레이트인 것이 바람직하다.

이 기판 처리 장치에 의하면, 건조 가스를 상기 기판 집합체에 균일하고 안정되게 공급할 수 있게 된다.

도 1 은 본 발명의 한 실시 형태의 기판 처리 장치를 나타내는 단면도,

도 2 는 처리조를 나타내는 측면도,

도 3 은 도 2 의 처리조를 다른 쪽으로부터 본 측면도,

도 4 는 덮개 상부로부터 투시한 평면도,

도 5 는 도 4 에 나타내는 덮개의 측면도,

도 6 은 일련의 처리 타임차트를 나타내는 표,

도 7 은 세정·건조 공정을 나타내며, 도 7(a) 는 세정 공정, 도 7(b) 는 건조 공정 1, 도 7(c) 는 건조 공정 2, 도 7(d) 는 건조 공정 3 을 설명하는 단면도,

도 8 은 도 7(c) 에 있어서의 건조 가스의 흐름을 모식적으로 나타내는 단면도,

도 9 는 종래 기술의 기판 처리 장치에 있어서의 처리조내에서의 불활성 가스의 흐름을 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 매우 적합한 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한 본 발명은 도면에 기재된 것으로 한정되는 것은 아니다.

도 1 을 참조하여, 기판 처리 장치 (10) 는 기판의 일례로서 반도체 웨이퍼 (W) 를 처리하기 위한 설비이다. 여기서 말하는 처리란, 예를 들면 웨이퍼 (W) 를 약액에 의해서 에칭하고, 웨이퍼 (W) 의 표면을 플루오르산 처리하는 공정, 혹은 웨이퍼 (W) 를 물로 씻는 린스 처리, 물로 씻은 후의 웨이퍼 (W) 를 유기 용매로 건조하는 건조 처리 등이다. 이러한 일련의 처리는 1 개의 처리조 (15) 내에서 연속적으로 수행된다.

처리조 (15) 는 도 2 ~ 5 에 나타내는 바와 같이, 그 부속 장치와 함께 수용할 수 있는 부피를 가지는 수용실 (11) 에 설치된다. 부속 장치는 수용실내의 공조를 수행하는 공조 장치, 처리조에 각종 처리액을 공급하는 공급원, 웨이퍼 반송 기구 등이며, 도면에서는 이들은 생략되어 있다. 처리조 (15) 는 상면이 개구한 바닥을 갖는 상자형 내부조 (20) 와, 이 내부조 (20) 의 상부 외주를 포위하는 외 부조 (25) 와, 이 내부조 (20) 의 개구를 덮는 덮개 (30) 을 갖추며, 내외부조 (20, 25) 는 씽크 (29) 내에 수용된다. 내외부조 (20, 25) 는 플루오르산이나 IPA 등의 유기 용매에 의해서 부식되기 어려운 재료, 예를 들면 폴리플루오르화비닐리덴 등으로 형성된다.

내부조 (20) 는 대량의 커다란 웨이퍼 (W), 예를 들면 직경 300 mm, 50 매 정도를 보유구 (62) 에서 보유하고, 처리액에 침청하여 처리할 수 있는 깊이를 가지며, 그 저부에 처리액 배출부 (21) 및 처리액 공급부 (22) 가 설치된다. 기판 보유구 (62) 는, 예를 들면 카셋트 가이드를 이용하며, 이 카셋트 가이드 (62) 에는 복수매의 웨이퍼 (W) 가 서로 평행하게 같은 피치로, 한편 수직으로 기립한 상태로 보유된다. 이 기판 보유구 (카셋트 가이드) (62) 는 승강 기구 (60) 에 연결되며, 이 승강 기구에는 승강 수단 (61) 이 설치되고, 이 승강 수단 (61) 에 의해 카셋트 가이드 (62) 가 상하 수직 방향으로 이동되고, 내부조 (20) 로의 출납을 수행한다. 도 2 의「건조 위치」는 건조 공정의 위치를 나타내며,「헹굼 위치」는 세정 공정의 위치를 나타내고 있다. 승강 수단 (61) 에는, 예를 들면 에어 실린더 기구가 사용된다.

카셋트 가이드 (62) 로부터 웨이퍼 집합체를 꺼내는 것은 이동 기구 (50) 에 의해 수행된다. 이 이동 기구 (50) 는 로봇 기구 (도시 생략) 에 연결된 복수개의 파지조(把持爪) (50₁, 50₂) 를 갖추며, 이러한 파지조 (50₁, 50₂) 에 의해서 웨이퍼 집합체가 파지되어 소정 장소로 이동된다. 또, 처리액 배출부 (21) 는 도 2 에 나 타내는 바와 같이, 지름이 작은 배출구 (21₁) 와 지름이 큰 배출구 (21₂) 로 이루어지며, 지름이 큰 배출구 (21₂) 는 처리조내의 처리액을 재빠르게 배출하는 드레인 기구로서 기능한다. 지름이 작은 배출구 (21₁) 는 내부조 (20) 의 저부 및 관내에 저장된 처리액을 배출시키는 것이다. 외부조 (25) 는 내부조 (20) 의 상부로부터 넘쳐 나오는 처리액을 받아들이기 위한 오버플로우조로서 기능한다. 이 외부조 (25) 의 낮은 위치에 배출구 (25₁) 가 설치된다.

덮개 (30) 는 도 5 에 나타내는 바와 같이, 하부가 개구하고 상부가 폐쇄되어 내부에 다수매의 웨이퍼 (W) 를 모은 웨이퍼 집합체 (W') 를 수납할 수 있는 크기를 가지는 상자형 용기 (31) 로 이루어지며, 이 용기 (31) 는 플루오르산이나 IPA 등의 유기 용매에 의해서 부식되기 어려운 재료로 형성된다. 이 덮개 (30) 는 이동 수단 (55) (도 3 참조) 에 의해 수평 방향으로 이동할 수 있게 되어 있다. 이 이동 수단 (55) 은 도 2 의 화살표로 나타내는 바와 같이, 덮개 (30) 를 내부조 (20) 의 상부에 수평 방향으로 이동시킴으로써, 내부조 (20) 의 개구를 막거나 열거나 한다. 즉, 내부조 (20) 위에 위치하는 덮개 (30) 를 수직 방향으로 소정 거리만큼 들어올려 수평 방향으로 이동시키고, 그 후 수직 방향의 아래쪽으로 내려서, 대기 상태에서 보유된다. 이 덮개 (30) 의 이동은 내부조 (20) 내로의 웨이퍼 집합체 (W') 의 반입 및 처리제의 웨이퍼 집합체를 내부조 (20) 로부터 꺼낼 때에 수행된다.

또, 상자형 용기 (31) 는 도 5 에 나타내는 바와 같이, 그 위에 거의 아치형 의 천정면 (32) 이 형성되며, 이 천정면 (32) 에 불활성 가스를 분사하는 복수개의 분사 노즐 (33₁~33₇) 이 거의 같은 간격으로 사방으로 정렬해 배설된다. 복수개의 노즐 (33) 은 도 4 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 집합체 (W')의 윗쪽에 있고, 행 방향으로 거의 같은 간격으로 배열된 복수개의 분사 노즐 (33₁~33₇) 이 열 방향으로도 거의 같은 간격으로 복수열이 배설된다. 도 4 에서는 행 방향으로 7 개 배열한 것이 6 열, 합계 42 개의 분사 노즐 (33₁~33₈₆) 이 웨이퍼 집합체 (W') 의 상부 외주 둘레에 배설되어 있다. 행 방향에 있어서의 7 개의 분사 노즐 (33₁~33₇) 과 웨이퍼 집합체 (W') 와의 관계는 도 5 에 나타내는 바와 같이, 각 분사 노즐 (33₁~33₇) 과 웨이퍼 집합체 (W') 의 외주 둘레와의 거리는 거의 같아지도록 천정면 (32) 에 배설된다. 천정면 (32) 을 아치형으로 형성함으로써, 웨이퍼 (W) 는 대략 원판형을 이루고 있으므로, 상기 거리를 동일하게 하는 것이 용이하게 된다. 이 천정면의 형상은 웨이퍼 (W) 의 형상에 맞추어 변경되며, 상기 거리를 거의 같게 하는 것이 바람직하다.

각 분사 노즐 (33) 은 가스 공급관 (34₂) 이 접속되며, 이 공급관 (34₂) 은 분기되고, 이러한 분기관 (34₂₁, 34₂₂) 에 각각 개수가 같거나 혹은 거의 같은 수의 분사 노즐 (33) 이 결합된다. 이것에 의해, 각 분사 노즐에 거의 균등하게 가스를 분배할 수 있다. 이러한 각 분사 노즐 (33) 은 각각 분사 가스가 소정 각도로 확산되는 것을 사용하며, 각 분사 노즐로부터 웨이퍼 집합체의 외주 둘레로 가스가 분사되었을 때에, 인접하는 분사 노즐, 예를 들면 분사 노즐 (33₂) 과 분사 노즐 (33₃) 의 사이의 분사 가스가 웨이퍼 집합체의 외주 둘레 (b) 에서 겹치도록 설정하는 것이 바람직하다. 복수개의 분사 노즐 (33) 을 상기와 같이 하여 천정면 (32) 에 정렬해 배열함으로써, 웨이퍼 집합체 (W) 에 거의 균일하게 가스를 공급할 수 있다.

내외부조 (20, 25) 와 덮개 (30) 와의 사이에는, 도 2, 3, 5 에 나타내는 바와 같이 중간 연결 부재 (26) 및 다공판 삽입 기구 (27) 가 배설된다. 중간 연결 부재 (26) 는 덮개 (30) 의 하부 개구와 동일한 크기의 개구를 갖는 통형 몸체로 형성된다. 이 통형 몸체는 플루오르산이나 IPA 등의 유기 용매에 의해서 부식되기 어려운 재료로 형성된다. 이 중간 연결 부재 (26) 는 다공판 삽입 기구 (27) 의 윗쪽에 설치되며, 아래쪽의 개구 (26₂) 는 다공판을 수납한 틀 (27₁) 의 윗면에 거의 맞닿도록 위치가 결정되고, 윗쪽의 개구 (26₁) 는 상자형 용기 (31) 의 하부 개구 (31₁) 와 들어맞게 된다. 또한 덮개 (30) 를 직접 틀 (27₁) 에 들어맞도록 하여 중간 연결 부재를 생략해도 된다.

다공판 (28) 은 소정 처리가 종료한 웨이퍼 집적체 (W') 를 건조하는 공정에서, 내외부조 (20, 25) 와 중간 연결 부재 (26) 와의 사이에 삽입되는 평판형의 플레이트로 이루어지며, 판형 면에는 복수개의 작은 구멍이 천공 설치된 것이다. 이 다공판은 플루오르산이나 IPA 등의 유기 용매에 의해서 부식되기 어려운 재료로 형 성된다. 이 다공판 (28) 은 틀 (27₁) 내에 수납되며, 이동 기구 (도시 생략) 에 연결되어 도 2 에 나타내는 바와 같이 수평 방향으로 슬라이드 이동된다. 다공판 (28) 을 수납하는 틀 (27₁) 은 소정의 세로폭 (수직 방향) 을 가지고 있고, 다공판 (28) 이 틀 (27₁) 에 수납되었을 때에 틀 (27₁) 과 다공판 (28) 과의 사이에 간극 (27₂) 이 형성되도록 되어 있다.

이 간극 (27₂) 은, 예를 들면 2 mm 정도의 간극으로, 건조 공정에서 건조 가스의 일부가 씽크 (29) 내로 방출되도록 되어 있다. 따라서, 내부조 (20) 와 덮개 (30) 와의 사이에 간극 (x) (도 8 에서는 이 간극을 x 로 나타내고 있다) 이 형성되므로, 이 간극 (x) 에 의해 내부조 (20) 와 덮개 (30) 와의 사이가 밀폐되는 일 없이 반밀폐, 즉 건조 처리부와 세정 처리부와의 사이가 반밀폐 상태로 된다. 또, 다공판 (28) 은 내외부조 (20, 25) 와 중간 연결 부재 (26) 와의 사이에 삽입되며, 내부조와 덮개를 구분, 즉 세정 처리부와 건조 처리부를 나누는 셔터로서 기능한다.

다음에, 도 1 을 참조해 상기 처리조와 부속 장치와의 배관 접속을 설명한다. 내부조 (20) 의 저부에 설치된 처리액 공급부 (22) 에는 처리액 도입관 (22₁) 이 접속되며, 이 도입관 (22₁) 은 유량 제어 밸브 및 펌프를 통해 순수 공급원 (38) 에 접속되어 있다. 이 처리액 도입관 (22₁) 은 처리액 공급계 배관의 기능을 이루며, 이 배관과 유량 제어 밸브 및 펌프로 세정액 공급 수단이 구성된다. 또, 이 처리액 도입관 (22₁) 에는 마찬가지로 유량 제어 밸브를 통해 약액 공급원 (39) 에도 접속되어 있다. 약액 공급원 (39) 은 원하는 약액을 소정 농도 및 소정 온도로 조제하기 위한 약액 조합 수단 (도시 생략) 을 갖추고 있다. 약액은 처리의 목적 (예를 들면 세정, 에칭, 산화 등의 처리) 에 따라, 예를 들면 플루오르산, 염산, 과산화수소수, 황산, 오존수, 암모니아수, 계면활성제, 아민계 유기 용매, 불소계 유기 용매, 전해 이온수 등으로부터 선택되며, 필요에 따라서 이러한 복수의 약액을 혼합한 것이 사용된다.

또, 내부조 (20) 의 저부에 설치된 처리액 배출부 (21) 는 도 2 에 나타내는 바와 같이 지름이 작은 배출구 (21₁) 와 지름이 큰 배출구 (21₂) 로 이루어지며, 각각 내부조 배액관 (23₁, 23₂) 에 접속되고, 이러한 배액관 (23₁) 은 개폐 밸브, 펌프, 유량 제어 밸브를 통해 배액 처리 설비 (40) 에 접속되어 있다. 또한, 배액관 (23₂) 도 마찬가지로 개폐 밸브, 펌프, 유량 제어 밸브를 통해 배기 처리 설비 (41) 에 접속된다. 또, 씽크 (29) 도 배기 처리 설비 (41₁) 에 접속되어 있다. 외부조 (25) 의 낮은 위치에는 드레인관 (25₁) 이 접속되며, 이 드레인관 (25₁) 은 배액관 (23₁) 에 접속되어 있다.

처리조 (15) 의 근방에는 증기 공급 기구 (37) 가 설치된다. 이 증기 공급 기구 (37) 는 웨이퍼 (W) 의 표면에 부착 잔류하고 있는 부착수와 혼합하기 쉽고, 표면 장력이 지극히 작은, 예를 들면 이소프로필 알코올 (IPA) 용매 등으로 이루어 진 유기 용매를 저장함과 동시에, 이 유기 용매를 가열시켜 기화시키기 위한 증기 발생조 (37₁) 를 갖추고 있다. 이 증기 발생조 (37₁) 는 가열조 (37₂) 내의 온수에 침청되어 유기 용매를 가열시켜 기화시킨다. 이 증기 발생조 (37₁) 와 유기 용매 (IPA) 공급원 (36) 은 배관 (36₁) 에 접속되어, 증기 발생조 (37₁) 에 IPA 가 공급된다.

또, 증기 발생조 (37₁) 와 제 2 질소 가스 N₂ 발생원 (35) 은 분기관 (35₁₁, 35₁₂) 으로 접속되어 있다. 한쪽의 분기관 (35₁₂) 으로부터는 증기 발생조 (37₁) 의 저부로 질소 가스 N₂ 가 보내져, 증기 발생조 (37₁) 내에 저장되어 있는 IPA 내에 기포를 발생시키고 IPA 의 증발을 촉진한다. 또, 다른쪽의 분기관 (35₁₁) 으로부터 공급되는 질소 가스 N₂ 는 캐리어 가스로서 이용된다. 또, 이 증기 발생조 (37₁) 는 배관 (37₁₂) 을 통해 배관 (34₂) 에 연결되며, 증기 발생조 (37₁) 로부터 분사 노즐 (33) 로 캐리어 가스 N₂ 및 IPA 증기의 혼합 가스가 공급된다. 제 1 질소 가스 N₂ 발생원 (34) 은 배관 (34₁, 34₂) 를 통해 분사 노즐 (33) 로 질소 가스 N₂ 가 공급된다. 이 질소 가스 N₂ 는 처리조 (15) 내를 퍼지할 뿐만 아니라 마무리 건조에도 사용된다.

다음에, 이 기판 처리 장치를 이용한 일련의 처리를 도 6, 도 7 을 참조해 설명한다. 덧붙여 도 6 은 일련의 처리 타임 차트를 나타내며, 도 7 은 세정·건조 공정을 나타내고, 동일한 도(a) 는 세정 공정, 동일한 도(b) 는 건조 공정 1, 동일한 도(c) 는 건조 공정 2, 동일한 도(d) 는 건조 공정 3 을 설명하는 단면도이다.

도 1, 6 을 참조하여, 먼저 처리조 (15) 의 덮개 (30) 를 열고, 웨이퍼 집합체 (W') 를 내부조 (20) 내에 수용한다. 이 때, 내부조 (20) 내에는 원하는 약액, 예를 들면 플루오르산 (HF) 이 약액 공급원 (39) 으로부터 처리액 도입관 (22₁) 과 처리액 공급부 (22) 를 통해 내부조 (20) 에 공급되어 저장되어 있다. 따라서, 웨이퍼 집합체 (W') 는 이 처리액에 침청됨으로써, 약액에 따른 처리 (예를 들면 에칭이나 플루오르산 처리, 세정 등) 를 수행한다.

이 약액 처리가 종료 후, 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이 순수 공급원 (38) 으로부터 처리액 도입관 (22₁) 과 처리액 공급부 (22) 를 통해 순수 (DIW) 가 내부조 (20) 에 공급된다. 이 순수 공급은 내부조 (20) 의 상부로부터 흘러넘치게 하면서 수행된다. 내부조 (20) 로부터 넘친 순수 (DIW) 는 외부조 (25) 에 흘러들어 드레인관 (25₁) 으로부터 배수관을 통해 배출된다. 이 순수의 공급을 비교적 장시간에 걸쳐 수행해, 내부조 (20) 내에 잔류하고 있던 상기 약액 (HF) 을 밀어낸다.

이 세정 공정이 종료한 후, 도 7(b) 에 나타내는 건조 공정 1 에서는 순수 (DIW) 의 연속 공급을 정지하고, 소량의 순수를 공급 (DIW 의 절수) 하면서, 웨이퍼 집합체 (W') 를 내부조 (20) 로부터 천천히 (Slow up Speed) 인상한다. 이 웨 이퍼 집합체 (W') 의 인상과 동시에, IPA 를 처리조 (15) 내에 공급하지만 소량의 IPA 를 공급할 수도 있다.

그 다음에, 도 7(c) 에 나타내는 건조 공정 2 에서는 처리조 (15) 저부의 배출구 (21₂) 의 드레인 기구 밸브를 작동시켜 처리액을 재빠르게 배출해, 다공판 (28) 을 틀 (27₁) 내에 수평 이동시켜 내외부조 (20, 25) 와 중간 연결 부재 (26) 와의 사이에 삽입한다. 또한, 내부조 (20) 내에 가온시킨 질소 가스 N₂ 와 IPA 가스와의 혼합 가스를 공급한다. 이러한 동작은 챠트에 나타내는 바와 같이 동시에 수행된다. 이 질소 가스 N₂ 는 증기 발생조 (37₁) 내에서 가열되어 있다. 이 공정에서, 처리조 (15) 내의 유기 용매의 증기는 각 웨이퍼 (W) 의 표면에 접하고, 웨이퍼 (W) 의 표면에 유기 용매의 증기가 응축해 유기 용매의 막이 형성된다. 웨이퍼 (W) 의 표면에 유기 용매의 막이 형성되면, 그때까지 웨이퍼 (W) 에 부착하고 있던 순수가 유기 용매와 치환되므로, 웨이퍼 (W) 의 표면으로부터 흘러 떨어진다. 도 7(d) 의 건조 공정 3 에서는 치환된 IPA 를 건조시키기 위해서 질소 가스 N₂ 가 공급되고, 건조 공정 3 이 종료되면 처리조 (15) 로부터 웨이퍼 집합체 (W') 가 꺼내진다.

상기 건조 공정 1~3 가운데, 건조 공정 2 에 있어서의 건조 가스의 흐름을 조사해 보면, 도 8 에 나타내는 바와 같은 루트가 관찰되었다. 도 8 은 도 7(c) 에 있어서의 건조 가스의 흐름을 모식적으로 나타낸 단면도이다. 건조 가스 (IPA + 고온 N₂) 는 덮개 (30) 의 상부 분사 노즐 (33) 로부터 웨이퍼 집합체 (W') 에 분사된다. 이 때, 내부조 (20) 와 덮개 (30) 와의 사이에 간극 (x) 이 형성되어 있고, 이 간극 (x) 에 의해 내부조 (20) 와 덮개 (30) 와의 사이가 완전하게 밀폐되는 일이 없이 반밀폐 상태, 즉 건조 처리부와 세정 처리부와의 사이가 반밀폐 상태로 되어 있다. 이 때문에, 웨이퍼 집합체 (W') 에 분사된 건조 가스는 그 일부가 내부조 (20) 와 덮개 (30) 와의 사이 간극 (x) 으로부터 씽크 (29) 내로 흐른다.

또, 처리조 (15) 는 공조된 수용실 (11) 내에 설치되어 있으므로, 이 수용실 (11) 의 윗쪽의 공조기 (12) 로부터 에어 (12a) 가 화살표의 아래쪽으로 분무되어 있다. 그 결과, 이 간극 (x) 으로부터 방출되는 건조 가스는 일부는 배관 (22₂) 를 통해 배기되며, 나머지 가스는 에어 (12a) 와 함께 씽크 (29) 내로 흘러 씽크 (29) 에 연결된 배기 장치에 의해 배기된다. 분사 노즐 (33) 로부터 분사된 건조 가스는 간극 (x) 을 통해 방출되므로, 내부조 (20) 에 유입하는 가스량은 그만큼 적게 된다. 이 간극 (x) 을 통해 방출되는 양은 비교적 다량으로 되어 있다. 이 때문에, 배기 처리 설비에 있어서의 배기원 변동의 영향을 받는 일 없이 건조 가스를 배기할 수 있다.

즉, 건조 가스는 웨이퍼 집합체 (W') 에 분사된 후에 일부가 간극 (x) 으로부터 씽크 (29) 내로 방출되므로, 내부조 (20) 에 유입하는 가스량은 그만큼 적게 되어 있다. 이 때문에, 배기원의 변동이 있어도 그 영향을 별로 받는 일 없이 건조 가스를 부드럽게 배기시킬 수 있다. 더욱 상술하면, 간극 (x) 을 마련함으로 써, 배기원의 변동을 내부조 및 외부조에 더하여 씽크를 포함한 넓은 공간에서 받아내게 되므로, 내부조 및 외부조의 좁은 공간에서 받아내는 것보다 그 영향을 작게 할 수 있고, 게다가 수용실 (11) 의 위쪽보다 대량의 클린 에어가 공급되고 있으므로 더욱 그 변동의 영향을 작게 할 수 있다.

한편, 다공판 (28) 은 판형 몸체에 복수개의 작은 구멍이 존재하는 것이므로, 여기를 통과하는 건조 가스는 복수개의 작은 구멍에 의해서 분산되는 한편 오리피스 효과에 의해서 덮개 (30) 와 내부조 (20) 와의 사이, 즉 건조실을 구성하고 있는 덮개와 세정실을 구성하고 있는 내부조와의 사이에 큰 압력차가 발생해, 건조실에서의 건조 가스가 부드럽게 다운플로우하면서 배기된다. 이 때문에, 덮개 (30) (건조 처리부) 의 압력이 내부조 (20) (세정 처리부) 의 압력보다 확실히 높아진다.

이 상황을 처리조 (15) 및 씽크 (29) 내에서의 각 압력 관계로 나타내면,

P₁> P₂> P₃> 배기 원압

P₁> P₄> 배기원압의 관계가 성립하고 있다.

여기서 P₁ 은 덮개 (30) (건조 처리부) 의 압력, P₂ 는 내부조 (20), 압력 P₃ 은 배기관 내에서의 압력, P₄ 는 씽크 (29) 내의 압력이다.

따라서, 처리조 (15) 및 씽크 (29) 내에서의 각 압력이 상기 관계를 만족시키도록 함으로써, 이 건조 가스가 처리조 (15) 내에서 층류를 형성해 부드럽게 배기관으로부터 조외로 배기되며, 이 과정에서 건조 가스는 개개의 웨이퍼에 균일하 게 공급되어 기판의 표면에 워터마크가 형성되지 않고, 또 파티클의 제거 및 부착도 방지할 수 있다. 게다가, 파티클의 재부착도 저지할 수 있다. 그 이유는, 건조 가스가 처리조내에서 환류하지 않기 때문이다.

Claims

처리조를 세정 처리부와 건조 처리부로 구분하고, 상기 세정 처리부와 건조 처리부의 접합부에 간극을 형성하고, 상기 간극을 씽크에 연통시키고, 기판 건조시에 상기 기판을 상기 세정 처리부로부터 상기 건조 처리부로 이동시키고, 상기 간극이 형성된 아래쪽에 다공판을 삽입하고, 상기 건조 처리부의 내압이 씽크의 내압보다 높고 또한 상기 세정 처리부의 내압이 건조 처리부의 내압보다 낮도록 하고, 건조 가스를 상기 기판에 분사시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리법.
제 1 항에 있어서,

상기 세정 처리부는 그 저부에 처리액 공급부 및 처리액 배출부를 각각 독립적으로 설치하고, 기판 세정시에 이하의 (a)~(d) 공정을 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리법:

(a) 상기 처리액 공급부로부터 상기 처리조내에 약액을 공급하고, 상기 처리조내에 약액을 저장 유지하는 공정,

(b) 상기 처리조내에 상기 기판을 투입 침청하고, 소정 시간 상기 기판의 약액 처리를 실시하는 공정,

(c) 약액 처리의 종료후에 상기 처리액 공급부로부터 세정액을 공급하고, 상기 약액을 상기 처리조로부터 상기 처리액 배출부를 통해 배출하는 공정,

(d) 상기 약액을 배출한 후에, 상기 세정액의 공급을 정지하는 공정.
제 2 항에 있어서,

상기 처리액 배출부에는 드레인 기구를 설치하고, 기판 건조시에 상기 세정 처리부와 상기 건조 처리부와의 사이에 다공판을 삽입하는 것과 동시에 상기 드레인 기구를 작동시켜, 상기 세정 처리부내의 처리액을 배출시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리법.
제 1 항에 있어서,

상기 다공판은 소정 지름의 구멍을 복수개 마련한 펀칭 플레이트인 것을 특징으로 하는 기판 처리법.
처리해야 할 복수매의 기판을 서로 같은 피치로 평행이고 또한 수직인 자세로 지지하는 지지 수단과, 상기 지지 수단에 의해서 지지되는 기판의 집합체를 수용하는 세정 처리조와, 상기 세정 처리조의 상부 개구를 덮고 건조 처리조로서 기능하는 덮개를 갖추며, 상기 덮개는 상기 기판의 집합체를 수용할 수 있는 크기를 가지고 천정면이 폐쇄되어 하부가 개구한 용기로 이루어지며, 상기 용기의 천정면을 따라 복수 개의 분사 노즐이 투시면상에서 같은 간격으로 정렬되어 각 분사 노즐 구멍이 상기 기판 집합체를 향해서 설치되고, 상기 덮개가 상기 세정 처리조의 상부 개구를 덮을 때에 상기 세정 처리조와 상기 덮개와의 사이에 씽크로 연통한 간극이 형성되는 한편, 상기 간극의 아래쪽으로 다공판이 삽입할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 세정 처리조는 그 저부에 각각 독립적으로 설치된 처리액 공급부 및 처리액 배출부와, 상기 처리액 공급부에 접속되어 상기 처리조에 처리액을 공급하는 처리액 공급계 배관과, 상기 처리액 공급계 배관에 약액을 공급하는 약액 공급원과, 상기 처리액 공급계 배관을 통해 세정액을 상기 처리조에 공급하고 또한 이 세정액을 상기 처리조의 상부로부터 흘러넘치게 함으로써 상기 기판을 세정하는 세정액 공급 수단과, 상기 처리액 배출부에 접속되어 상기 처리조로부터 배출되는 세정액을 상기 처리조의 외부로 도입하는 배출 배관을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 처리액 배출부에는 드레인 기구를 설치하고, 상기 기판 집합체의 건조시에 상기 다공판이 상기 세정 처리조와 상기 덮개와의 사이에 삽입되는 것과 동시에 상기 드레인 기구를 작동시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 복수개의 분사 노즐은 상기 기판 집합체의 외주 둘레에 따라서 상기 외주 둘레와 각 노즐 구멍과의 거리가 같아지도록 상기 용기의 천정면에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 다공판은 소정 지름의 구멍을 복수개 가지는 펀칭 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.