CN108701604B - 基板处理方法及基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

在将内侧杯部(24)的上端配置于较外侧杯部(25)的上端靠下方的位置的外侧杯相对状态下，一面以通过外侧杯部(25)的内侧面接收从上表面(91)飞散的液体的方式使基板(9)以较高的转速旋转，一面朝上表面(91)上依次供给纯水、混合液及有机溶剂。接着，在内侧杯部(24)的内侧面被配置于基板(9)的周围的内侧杯相对状态下，朝上表面(91)供给填充材料溶液，在上表面(91)上填充填充材料溶液。由此，防止填充材料溶液与纯水在内侧杯部(24)内混合，从而防止填充材料溶液的胶状化等。通过供给将有机溶剂与纯水混合而成的混合液，抑制形成于上表面(91)的图案要素的倒塌。

Description

基板处理方法及基板处理装置
技术领域
本发明涉及一种基板处理方法及基板处理装置。
背景技术
以往，在半导体基板(以下，简称为“基板”)的制造步骤中，使用基板处理装置对基板实施各种各样的处理。例如，通过对表面上形成有抗蚀剂的图案的基板供给药液，对基板的表面进行蚀刻等的处理。在供给药液之后，还进行对基板供给纯水以除去表面的药液的冲洗处理、及使基板高速旋转而除去表面的纯水的干燥处理。
在基板的表面形成有多个微细图案要素的情况下，若依次进行用纯水的冲洗处理及干燥处理，则在干燥途中，在相邻的两个图案要素之间形成纯水的液面。在该情况下，有可能因作用于图案要素的纯水的表面张力而造成图案要素倒塌。因此，提出有一种方法，其通过将填充材料溶液填充在多个图案要素之间，且以干式蚀刻等使固化的填充材料升华，以防止在干燥处理中的图案要素的倒塌。
另外，在日本特开2014-72439号公报(文献1)中，记载有以下的问题：当在执行冲洗处理后，使纯水滞留于基板的表面而形成积液(puddle)状态的液膜，并用于IPA(异丙醇)取代该液膜中含有的纯水，从而形成积液状态的IPA的液膜时，在疏水性高的基板或大径的基板中，在纯水液膜的形成中，会在液膜产生龟裂而使基板表面露出。此外，在文献1中，揭示有一种在冲洗处理后，朝基板的表面供给纯水与IPA的混合液的方法。在该方法中，混合液因具有较低的表面张力而使其良好地扩散在基板的表面上，从而可用于含水的状态的液膜覆盖基板的表面的整个区域。
然而，在朝主表面上供给填充材料溶液时，为了将填充材料溶液填充在图案要素之间，将基板的转速设定为较低。因此，在具有多个杯部的基板处理装置中，从主表面上溢出的填充材料溶液由最内侧的杯部接收。此外，根据填充材料溶液的种类，填充材料溶液因与纯水混合而有可能变成胶状。在该情况下，由于造成设置于内侧杯部的排液管路堵塞，因此要求能抑制纯水朝内侧杯部内的流入，防止填充材料溶液与纯水混合。
另一方面，为了将填充材料溶液适当地填充在图案要素之间的间隙，优选在供给填充材料溶液之前，在基板的主表面上形成IPA的液膜。例如，在进行了用纯水的冲洗处理后的基板的主表面上形成有较厚的纯水的液膜的状态下，通过朝主表面上供给IPA，形成IPA的液膜。然而，在纯水的液膜的形成中，需要减小基板的转速，因此纯水会着落在内侧杯部内。因此，为了防止填充材料溶液与纯水在内侧杯部内混合，要求不形成纯水的液膜，而形成IPA的液膜。实际上，若在用纯水的冲洗处理后，不形成纯水的液膜，而直接将IPA供给在主表面上，则根据图案要素的形状或大小、配置等，确认出图案要素会发生倒塌。
此外，在喷出纯水等的喷嘴与喷出IPA的喷嘴互不相同的基板处理装置中，在纯水的供给后形成有纯水的液膜的状态下，需要将两个喷嘴进行交换。然而，在为了防止填充材料溶液与纯水在内侧杯部内混合而省去纯水的液膜的形成的情况下，在交换两个喷嘴的期间，基板的主表面产生局部干燥，从而有图案要素倒塌的担忧。
发明内容
本发明面向一种基板处理方法，该基板处理方法用于基板处理装置，该基板处理装置具备：外侧杯部，其围绕于在一个主表面形成有图案的基板的周围；以及内侧杯部，其配置于外侧杯部的内侧，且该基板处理方法的目的在于，在防止填充材料溶液与纯水在内侧杯部内混合，并抑制在供给填充材料溶液前的图案要素的倒塌。
本发明的一基板处理方法，其中，具备：a)步骤，在将上述内侧杯部的上端配置于较上述外侧杯部的上端更靠下方的位置的第一状态下，朝通过基板旋转机构旋转的上述基板的朝向上方的上述主表面供给纯水，并由上述外侧杯部的内侧面接收从上述主表面飞散的上述纯水；b)步骤，在上述第一状态下，朝旋转的上述基板的上述主表面供给将规定的有机溶剂与纯水混合而成的混合液，并由上述外侧杯部的上述内侧面接收从上述主表面飞散的上述混合液；c)步骤，在上述第一状态下，朝旋转的上述基板的上述主表面供给上述有机溶剂，并通过上述外侧杯部的上述内侧面接收从上述主表面飞散的上述有机溶剂；d)步骤，一面在上述主表面上保持覆盖上述主表面的上述有机溶剂的液膜，一面通过使上述内侧杯部相对于上述基板上升来形成使上述内侧杯部的内侧面配置于上述基板的周围的第二状态；及e)步骤，在上述第二状态下，通过朝上述主表面供给比重较上述有机溶剂大的填充材料溶液，在上述主表面上填充上述填充材料溶液。
根据本发明，可抑制纯水朝内侧杯部内的流入，防止填充材料溶液与纯水混合，并可抑制在填充材料溶液的供给前的图案要素的倒塌。
本发明的一优选方式中，上述基板处理装置还具备与上述主表面相对的喷嘴，从上述喷嘴喷出上述a)步骤中的上述纯水、上述b)步骤中的上述混合液、及上述c)步骤中的上述有机溶剂。
该情况下，优选，在上述b)步骤中使上述混合液中的上述有机溶剂的浓度逐渐升高。
本发明的另一优选方式中，从固定于较上述主表面更靠上方的规定位置的固定喷嘴至少喷出上述混合液，与从上述固定喷嘴的喷出动作并行，使第一喷嘴从与上述主表面相对的位置朝从上述主表面的上方离开的待机位置移动，并且，使配置于从上述主表面的上方离开的另一待机位置的第二喷嘴，朝与上述主表面相对的位置移动，所述第一喷嘴利用于上述a)步骤的上述纯水的供给、或较上述a)步骤更靠前的处理液的供给，在上述c)步骤中从上述第二喷嘴喷出上述有机溶剂。
本发明的另一基板处理方法，具备：a)步骤，在将上述内侧杯部的上端配置于较上述外侧杯部的上端更靠下方的位置的第一状态下，从固定于较上述主表面更靠上方的规定位置的固定喷嘴，朝通过基板旋转机构旋转的上述基板的朝向上方的上述主表面连续地供给纯水，并由上述外侧杯部的内侧面接收从上述主表面飞散的上述纯水；b)步骤，与上述a)步骤并行，使利用于较上述a)步骤更靠前的处理液的供给的第一喷嘴，从与上述主表面相对的位置朝从上述主表面的上方离开的待机位置移动，并且，使配置于从上述主表面的上方离开的另一待机位置的第二喷嘴，朝与上述主表面相对的位置移动；c)步骤，在上述第一状态下，从上述第二喷嘴朝旋转的上述基板的上述主表面供给规定的有机溶剂，并由上述外侧杯部的上述内侧面接收从上述主表面飞散的上述有机溶剂；d)步骤，一面在上述主表面上保持覆盖上述主表面的上述有机溶剂的液膜，一面通过使上述内侧杯部相对于上述基板上升来形成使上述内侧杯部的内侧面配置于上述基板的周围的第二状态；以及e)步骤，在上述第二状态下，通过朝上述主表面供给比重较上述有机溶剂大的填充材料溶液，在上述主表面上填充上述填充材料溶液。
本发明还面向一种基板处理装置。基板处理装置具备：基板保持部，其在使形成有图案的基板的主表面朝向上方的状态下保持上述基板；基板旋转机构，其使上述基板保持部与上述基板一同旋转；外侧杯部，其围绕于上述基板的周围；内侧杯部，其配置于上述外侧杯部的内侧；升降机构，其使上述内侧杯部相对于上述基板升降；纯水供给部，其朝上述主表面供给纯水；混合液供给部，其朝上述主表面供给将规定的有机溶剂与纯水混合而成的混合液；有机溶剂供给部，其朝上述主表面供给上述有机溶剂；填充材料溶液供给部，其朝上述主表面供给比重较上述有机溶剂大的填充材料溶液；以及控制部，其在将上述内侧杯部的上端配置于较上述外侧杯部的上端更靠下方的位置的第一状态下，一面通过上述纯水供给部、上述混合液供给部及上述有机溶剂供给部，朝通过上述基板旋转机构旋转的上述基板的上述主表面，依次供给上述纯水、上述混合液及上述有机溶剂，一面由上述外侧杯部的内侧面接收从上述主表面飞散的液体，然后，一面在上述主表面上保持覆盖上述主表面的上述有机溶剂的液膜，一面通过上述升降机构使上述内侧杯部相对于上述基板上升来形成使上述内侧杯部的内侧面配置于上述基板的周围的第二状态，在上述第二状态下，通过上述填充材料溶液供给部朝上述主表面供给上述填充材料溶液，在上述主表面上填充上述填充材料溶液。
上述的目的及其他目的、特征、形式及优点，通过参照附图在以下进行的本发明的详细说明更加明确。
附图说明
图1为表示基板处理装置的结构的图。
图2为表示基板的处理流程的图。
图3为表示基板处理装置的剖视图。
图4为表示基板处理装置的剖视图。
图5为用于说明比较例的处理的图。
图6为用于说明比较例的处理的图。
图7为表示基板处理装置的另一例的图。
图8为表示基板的处理的一部分流程的图。
图9为表示基板处理装置的剖视图。
图10为表示基板处理装置的剖视图。
图11为表示混合液中的有机溶剂的浓度与混合液和纯水的溶解性之间的关系的图。
图12为表示混合液中的有机溶剂的浓度与混合液和纯水的溶解性之间的关系的图。
具体实施方式
图1为表示本发明的一实施方式的基板处理装置1的结构的图。基板处理装置1的各结构要素通过控制部10所控制。基板处理装置1具备旋转卡盘22、旋转马达21、杯单元23及腔室5。圆板状的基板9载置在基板保持部即旋转卡盘22上。旋转卡盘22通过吸引吸附基板9的下表面，以水平的姿势保持基板9。以下的说明中，将朝向上方的基板9的主表面91称为“上表面91”。在上表面91形成有规定的图案，该图案包含例如直立的多个图案要素。
在旋转卡盘22连接有朝上下方向(铅垂方向)延伸的轴221。轴221垂直于基板9的上表面91，且轴221的中心轴J1通过基板9的中心。基板旋转机构即旋转马达21使轴221旋转。由此，旋转卡盘22及基板9以朝向上下方向的中心轴J1为中心进行旋转。
杯单元23具备接液部230、内侧防溅部241、及外侧防溅部251。接液部230具备基座部231、环状底部232、内侧周壁部233、及外侧周壁部234。基座部231是以中心轴J1为中心的筒状。基座部231外嵌于后述的腔室内侧壁部53，而被安装于腔室内侧壁部53的外侧面。环状底部232是以中心轴J1为中心的圆环板状，且从基座部231的下端部朝外侧伸展。外侧周壁部234及内侧周壁部233皆为以中心轴J1为中心的筒状。外侧周壁部234从环状底部232的外周部朝上方突出，内侧周壁部233在环状底部232上且在基座部231与外侧周壁部234之间朝上方突出。基座部231、环状底部232、内侧周壁部233及外侧周壁部234优选作为一个构件而一体形成。
内侧防溅部241及外侧防溅部251皆为以中心轴J1为中心的大致圆筒状的构件，且围绕在旋转卡盘22的周围。内侧防溅部241配置在外侧防溅部251与旋转卡盘22之间。在内侧防溅部241的下部设置有在与内侧周壁部233之间形成微小间隙的卡合部242。卡合部242与内侧周壁部233被维持非接触状态。内侧防溅部241通过防溅部升降机构26可在上下方向上移动。在外侧防溅部251的下部也设置有卡合部252，在卡合部252与外侧周壁部234之间形成有微小的间隙。卡合部252与外侧周壁部234被维持非接触状态。外侧防溅部251也通过防溅部升降机构26可与内侧防溅部241独立地在上下方向上移动。
在外侧防溅部251与基板9在水平方向上直接相对的状态下，若朝旋转的基板9的上表面91供给处理液，则从该上表面91飞散的该处理液由外侧防溅部251所接收。该处理液在环状底部232中贮留在内侧周壁部233与外侧周壁部234之间的区域，且经由设置于该区域的外侧排液管路253朝外部排出。在杯单元23中，由包含外侧周壁部234的接液部230的一部分、及外侧防溅部251，构成围绕在基板9的周围的外侧杯部25。
此外，在内侧防溅部241与基板9在水平方向上直接相对的状态下(参照后述的图4)，若朝旋转的基板9的上表面91供给处理液，则从该上表面91飞散的该处理液，由内侧防溅部241所接收。该处理液在环状底部232中贮留在基座部231与内侧周壁部233之间的区域，且经由设置在该区域的内侧排液管路243朝外部排出。在杯单元23中，由包含内侧周壁部233的接液部230的一部分、及内侧防溅部241，构成配置于外侧杯部25的内侧的内侧杯部24。内侧杯部24及外侧杯部25也可包含其他的结构要素。在基板处理装置1中，也可设置包含内侧杯部24及外侧杯部25的三个以上的杯部。
腔室5具备腔室底部51、腔室上底部52、腔室内侧壁部53、腔室外侧壁部54、及腔室顶盖部55。腔室底部51为板状，且覆盖旋转马达21及杯单元23的下方。腔室上底部52是以中心轴J1为中心的大致圆环板状。腔室上底部52在腔室底部51的上方覆盖旋转马达21的上方，并覆盖旋转卡盘22的下方。腔室内侧壁部53是以中心轴J1为中心的大致圆筒状。腔室内侧壁部53从腔室上底部52的外周部朝下方延伸至腔室底部51。腔室内侧壁部53位于杯单元23的径向内侧。
腔室外侧壁部54是大致筒状，且位于杯单元23的径向外侧。腔室外侧壁部54从腔室底部51的外周部朝上方伸展至腔室顶盖部55的外周部。腔室顶盖部55为板状，且覆盖杯单元23及旋转卡盘22的上方。在腔室外侧壁部54设置有用于将基板9搬入及搬出腔室5内的搬入搬出口541。搬入搬出口541由盖部542封闭，从而腔室5的内部空间成为封闭空间50。
基板处理装置1还具备第一喷嘴31、第二喷嘴32、第一喷嘴移动机构33、第二喷嘴移动机构34、药液供给部41、纯水供给部42、有机溶剂供给部43、及填充材料溶液供给部44。第一喷嘴31例如为朝上下方向延伸的直管式喷嘴，且被安装于第一喷嘴移动机构33的臂331。第一喷嘴移动机构33通过使臂331以平行于中心轴J1的轴为中心进行转动，选择性地将第一喷嘴31配置于与基板9的上表面91相对的相对位置、或从上表面91的上方离开的待机位置。配置于相对位置的第一喷嘴31与上表面91的中央部相对。待机位置是在水平方向上从基板9分离的位置。第一喷嘴移动机构33也可在上下方向上升降臂331。第二喷嘴移动机构34是与第一喷嘴移动机构33相同的结构，也可通过第二喷嘴移动机构34选择性地将第二喷嘴32配置于与基板9的上表面91相对的相对位置、或从上表面91的上方离开的另一待机位置。
药液供给部41经由开闭阀450连接于连接部45。纯水供给部42经由流量控制阀451及开闭阀452连接于连接部45，有机溶剂供给部43经由流量控制阀453及开闭阀454连接于连接部45。也可在药液供给部41与连接部45之间设置流量控制阀。连接部45经由开闭阀459连接于第一喷嘴31。例如，由连接部45及靠近连接部45设置的多个开闭阀450、452、454、459，构成一个多通道阀装置(混合阀)。填充材料溶液供给部44经由开闭阀461连接于第二喷嘴32。通过药液供给部41、纯水供给部42、有机溶剂供给部43及填充材料溶液供给部44分别朝基板9的上表面91供给处理液即药液、纯水、有机溶剂及填充材料溶液。
图2为表示基板处理装置1的基板9的处理流程的图。首先，通过外部的搬送机构将未处理的基板9经由搬入搬出口541搬入腔室5内，且由旋转卡盘22进行保持(步骤S11)。在基板9的搬入时，通过防溅部升降机构26使内侧防溅部241及外侧防溅部251下降，防止搬入的基板9与内侧防溅部241及外侧防溅部251接触(在后述的基板9的搬出中也相同)。若搬送机构移动到腔室5外，则由盖部542将搬入搬出口541封闭。
接着，外侧防溅部251上升至图1所示的位置，将外侧防溅部251的上端配置于较基板9靠上方。此外，内侧防溅部241的上端位于较基板9靠下方的位置。由此，形成将内侧杯部24的上端配置于较外侧杯部25的上端靠下方的位置的外侧杯相对状态(步骤S12)。在外侧杯相对状态下，外侧防溅部251与基板9在水平方向上直接相对。
通过第一喷嘴移动机构33将第一喷嘴31配置于与基板9的上表面91的中央部相对的相对位置，且通过旋转马达21以规定的转速(旋转速度)开始基板9的旋转。然后，通过开启开闭阀450，朝连接部45的内部空间供给药液，且通过开启开闭阀459而使药液经由第一喷嘴31连续地供给于上表面91(步骤S13)。上表面91上的药液借助基板9的旋转朝外缘部扩散，如图3中粗线所示，将药液供给于整个上表面91。此外，从外缘部飞散的药液由外侧杯部25的内侧面接收而被回收。药液例如为包含稀释氢氟酸((DHF)或氨水的清洗液。药液也可为利用于基板9上的氧化膜的除去或显影、或者蚀刻等、清洗以外的处理的液体。药液的供给继续规定时间后，通过关闭开闭阀450来停止药液的供给。在药液的处理中，第一喷嘴31也可通过图1的第一喷嘴移动机构33在水平方向上摆动。
若完成用药液的处理后，通过开启开闭阀452朝连接部45的内部空间供给冲洗液即纯水，纯水经由第一喷嘴31被连续地供给于上表面91(步骤S14)。由此，进行用纯水冲洗上表面91上的药液的冲洗处理。在冲洗处理中，整个上表面91用纯水所覆盖。在纯水的供给中，通过旋转马达21以较高的转速继续基板9的旋转(在后述的混合液及有机溶剂的供给时也相同)。此外，维持外侧杯相对状态，从基板9飞散的纯水由外侧杯部25的内侧面接收后，被排出到外部。
若纯水的供给被继续规定时间，则在维持开启开闭阀452的状态下，将开闭阀454开启。由此，有机溶剂也与纯水一同被供给于连接部45的内部空间，且在连接部45中生成将有机溶剂与纯水混合的混合液(稀释有机溶剂)。有机溶剂例如为IPA(异丙醇)、甲醇、乙醇、丙酮等，且表面张力较纯水低。本实施方式中，作为有机溶剂利用IPA。
混合液经由第一喷嘴31被连续地供给于上表面91，且从基板9飞散的混合液由外侧杯部25的内侧面所接收(步骤S15)。此时，控制部10通过控制连接于有机溶剂供给部43的流量控制阀453的开度、及连接于纯水供给部42的流量控制阀451的开度，调整有机溶剂与纯水的混合比、即混合液中的有机溶剂的浓度。在本实施方式中，从有机溶剂供给部43朝连接部45的有机溶剂的供给流量被逐渐(阶段性地)增大。此外，从纯水供给部42朝连接部45的纯水的供给流量被逐渐降低。因此，在步骤S15中，供给于上表面91的混合液中的有机溶剂的浓度从0％附近逐渐升高至100％附近。另外，也可在第一喷嘴31与连接部45之间设置管路混合器(In-Line mixer)等。
若从纯水供给部42朝连接部45供给的纯水的供给流量变为0，而变得无朝连接部45的纯水的供给，则仅有机溶剂(纯有机溶剂)经由第一喷嘴31被连续地供给于上表面91(步骤S16)。由此，整个上表面91由有机溶剂覆盖。从基板9飞散的有机溶剂由外侧杯部25的内侧面所接收。
若从仅为有机溶剂的供给开始经过规定时间，则使基板9的转速降低、或者停止基板9的旋转。此外，有机溶剂的供给也通过流量控制阀453被停止。由此，形成覆盖整个上表面91的较厚的有机溶剂的液膜。液膜是覆盖基板9的整个上表面91的连续的层、即所谓积液状的液膜。
此外，通过防溅部升降机构26使内侧防溅部241从图3所示的位置上升至图4所示的位置，以使外侧防溅部251的上端、及内侧防溅部241的上端双方位于较基板9靠上方。由此，形成将内侧杯部24的内侧面配置于基板9的周围的内侧杯相对状态(步骤S17)。在内侧杯相对状态下，内侧防溅部241与基板9在水平方向上直接相对。
位于相对位置的第一喷嘴31通过第一喷嘴移动机构33朝从上表面91的上方离开的待机位置移动。此外，位于另一待机位置的第二喷嘴32通过第二喷嘴移动机构34朝与上表面91的中央部相对的相对位置移动。在内侧防溅部241上升的期间、及交换第一喷嘴31与第二喷嘴32的期间，因在上表面91上保持有有机溶剂的液膜而上表面91不会干燥。
接着，增大基板9的转速，并通过填充材料溶液供给部44且经由第二喷嘴32朝上表面91的中央部仅供给规定量的填充材料溶液(步骤S18)。填充材料溶液例如包含丙烯酸树脂等的聚合物。作为填充材料溶液中的溶媒，例示有乙醇等。填充材料相对于该溶媒具有溶解性，例如，通过加热至规定温度以上会产生交联反应。
在完成填充材料溶液的供给后，继续规定时间基板9的旋转。由此，上表面91上的填充材料溶液从中央部朝外周部扩散，在上表面91的有机溶剂的液膜上形成填充材料溶液的均匀的液层(图4中，用粗线表示这些液层)。在基板处理装置1中，形成有内侧杯相对状态，且从基板9飞散的填充材料溶液由内侧杯部24的内侧面所接收。此外，由于填充材料溶液的比重较有机溶剂的比重大，因此在上表面91上将填充材料溶液的液层与有机溶剂的液层互换。由此，填充材料溶液还进入相互邻接的图案要素之间(微小间隙)，从而将填充材料溶液填充在上表面91上。另外，填充材料溶液的供给时的基板9的转速，例如较上述药液、纯水及有机溶剂的连续供给时的转速小。也可在停止基板9的旋转的状态下，朝上表面91供给填充材料溶液，然后开始基板9的旋转。
表面的有机溶剂的液层借助持续基板9的旋转而被除去(spin-off：甩掉)。在基板处理装置1中，例如，也可在与基板9的上表面91或下表面的外缘部相对的位置设置辅助喷嘴，通过从辅助喷嘴喷出有机溶剂，除去附着于基板9的外缘部的填充材料溶液(边缘冲洗)。外缘部的有机溶剂借助基板9的旋转而被除去(spin dry：旋转干燥)。
若基板9的旋转停止，则通过外部的搬送机构经由图1的搬入搬出口541将基板9搬出至腔室5外(步骤S19)。基板9通过外部的热板烘烤，而被除去填充材料溶液的液层中的溶媒成分，并将填充材料硬化(固化)。即，在相邻的图案要素之间填充有固化的填充材料。将基板9朝干式蚀刻装置搬送，通过干式蚀刻除去填充材料。
此时，由于夹杂在相邻的图案要素之间的夹杂物(填充材料)是固体，因此在夹杂物的表面张力不作用于图案要素的状态下除去填充材料。冲洗处理之后的上述一系列的处理，可视作附着于上表面91的纯水(冲洗液)的干燥处理，通过该干燥处理防止因干燥途中的纯水的表面张力而引起的图案要素的变形。填充材料的除去也可通过不使用液体的其他方法进行。例如，根据填充材料的种类，通过在减压状态下将填充材料加热，来进行利用填充材料的升华的除去。
在此，对在用纯水的冲洗处理后，形成纯水的液膜(即，进行纯水积液)的比较例的处理进行说明。在比较例的处理中，用纯水对基板9的上表面91进行冲洗处理之后，将基板9的转速及纯水的供给流量减小，如图5所示，在上表面91上形成有较厚的纯水的液膜911。此时，从上表面91溢出的纯水着落于内侧杯部24内。此外，纯水的液膜911的形成，由于从冲洗处理起被连续地进行，因此基板9的转速在大量的纯水存在于上表面91上的状态下被降低。因此，纯水有时也会附着于内侧防溅部241的内侧面的上部249。接着，朝上表面91上供给有机溶剂，形成有机溶剂的液膜。此时，有机溶剂以进入纯水的液膜911与基板9的上表面91之间的方式扩散至整个上表面91。在比较例的处理中，不进行混合液的供给。有机溶剂的供给后，如图6所示，形成使内侧杯部24的内侧面配置于基板9的周围的内侧杯相对状态。然后，将填充材料溶液供给于上表面91上。
在比较例的处理中，在纯水的液膜911的形成时着落于内侧杯部24内的纯水，附着于内侧杯部24的内侧面等，且填充材料溶液与该纯水混合。因此，根据填充材料溶液的种类，填充材料溶液有可能变成胶状而将设置于内侧杯部24的内侧排液管路243(参照图1)堵塞。此外，附着于内侧防溅部241的内侧面的上部249的纯水，也有可能着落于填充有填充材料溶液的上表面91上。
此外，若假设在图2中将朝基板9供给混合液的步骤S15省去的其他比较例的处理，则在该其他比较例的处理中，上表面91上的图案要素有可能因有机溶剂的供给而倒塌。图案要素倒塌的原因虽不一定明确，但作为其中的一个原因，可列举会产生仅极少地存在纯水的局部区域的情形(即，可能对图案要素产生表面张力的影响的仅存在极少的纯水的区域，以下表现为“局部的干燥”)。例如，供给于上表面91的中央部的有机溶剂以将上表面91上的纯水(因基板9的高速旋转而变为薄层)朝外侧挤出的方式扩散、即有机溶剂以有机溶剂与纯水的边界从中央部附近朝外缘部移动的方式在上表面91上扩散。此时，基于有机溶剂与纯水的低溶解性(为两者的混合难易度，也可视作亲和性)、或有机溶剂与纯水的表面张力的差的起因，可能在两者的边界产生上表面91的局部的干燥。若产生局部的干燥，则图案要素会因作用于图案要素的表面张力的影响而倒塌。
相对于此，在图1的基板处理装置1中，在形成外侧杯相对状态之后，一面以由外侧杯部25的内侧面接收从上表面91飞散的液体的方式使基板9以较高的转速旋转，一面依次朝基板9的上表面91上供给纯水、混合液及有机溶剂。然后，在内侧杯相对状态下，朝上表面91供给填充材料溶液，从而在上表面91上填充填充材料溶液。通过以上的处理，可抑制纯水的朝内侧杯部24内的流入，防止(或抑制)填充材料溶液与纯水混合。此外，将与纯水的溶解性较有机溶剂高、或与纯水的表面张力之差较有机溶剂小的混合液，供给于施加有纯水的上表面91。由此，不容易在混合液与纯水的边界产生上表面91的局部的干燥。结果，可一面省去纯水的液膜911的形成处理，一面抑制填充材料溶液的供给前的图案要素的倒塌。并且，在将有机溶剂的液膜形成在上表面91上的状态下，朝上表面91供给填充材料溶液，从而可将填充材料溶液适当地填充在图案要素间的间隙内。
另外，虽在内侧防溅部241内存在有纯有机溶剂，但有机溶剂与填充材料溶液混合的情况并不会造成问题。此外，由于步骤S16中的朝基板9上的有机溶剂的供给量少，因此有机溶剂不易附着于内侧防溅部241的内侧面的上部249(参照图5)。因此，还可防止附着于该上部249的液体的朝上表面91着落。
在基板处理装置1中，在朝上表面91上供给混合液时，混合液中的有机溶剂的浓度被逐渐升高。由此，可确保存在于上表面91上的液体(纯水或浓度低的混合液)与混合液之间的一定的溶解性，更确实地抑制上表面91的局部的干燥，并且可在上表面91上形成有机溶剂的液膜。此外，在步骤S14～S16中，通过从同一第一喷嘴31依次喷出纯水、混合液及有机溶剂，可简化与这些处理液的喷出相关的处理。
图7为表示基板处理装置的另一例的图。在图7的基板处理装置1a中，除了第一及第二喷嘴31、32外，还设置有第三喷嘴32a、及固定喷嘴35。此外，药液供给部41、纯水供给部42、有机溶剂供给部43及填充材料溶液供给部44、与第一喷嘴31、第二喷嘴32、第三喷嘴32a及固定喷嘴35的连接关系与图1的基板处理装置1不同。其他的结构与图1的基板处理装置1相同，且对相同的结构标注相同的附图标记。
固定喷嘴35在较基板9的上表面91靠上方(图7中，较外侧杯部25的上端靠上方)的规定位置，被固定于腔室5。此外，在沿中心轴J1观察的情况下，固定喷嘴35配置于不与基板9重叠的位置。纯水供给部42经由流量控制阀451及开闭阀452连接于连接部45，有机溶剂供给部43经由流量控制阀453及开闭阀454连接于连接部45。连接部45经由开闭阀459连接于固定喷嘴35。纯水供给部42还经由开闭阀471、472被连接于第一喷嘴31。有机溶剂供给部43还经由开闭阀473连接于第二喷嘴32。药液供给部41经由开闭阀475、472连接于第一喷嘴31。填充材料溶液供给部44经由开闭阀476连接于第三喷嘴32a。第二喷嘴32及第三喷嘴32a通过第二/第三喷嘴移动机构34a进行移动。
图8为表示基板处理装置1a的基板9的处理的一部分流程的图，且表示在图2中的步骤S13与步骤S16之间进行的处理。在图7的基板处理装置1a中，通过在外侧杯相对状态下开启开闭阀475、472，从配置于与基板9的上表面91相对的相对位置的第一喷嘴31连续地喷出药液。来自第一喷嘴31的药液被供给于旋转的基板9的上表面91，且从上表面91飞散的药液由外侧杯部25的内侧面所接收(图2：步骤S13)。若将开闭阀475关闭而完成药液的供给，则通过开启开闭阀471，经由第一喷嘴31将纯水连续地供给至上表面91，从而用纯水对上表面91进行冲洗处理(图8：步骤S14)。此外，通过开启开闭阀452、459，如图9所示，经由固定喷嘴35朝上表面91供给纯水。
若来自固定喷嘴35的纯水的供给开始后，则停止来自第一喷嘴31的纯水的供给。接着，通过图7的第一喷嘴移动机构33使第一喷嘴31在水平方向上朝从基板9离开的待机位置移动(步骤S21)。此外，配置于另一待机位置的第二喷嘴32通过第二/第三喷嘴移动机构34a，朝与上表面91的中央部相对的相对位置移动(步骤S22)。另外，也可在完成来自第一喷嘴31的药液的供给后，仅从固定喷嘴35朝上表面91供给纯水。
与上述步骤S21、S22中的第一及第二喷嘴31、32的移动并行，继续来自固定喷嘴35的处理液的供给。具体而言，若来自固定喷嘴35的纯水的供给被继续规定时间，则维持开启连接于纯水供给部42的开闭阀452的状态不变，将连接于有机溶剂供给部43的开闭阀454开启。由此，还朝连接部45的内部空间供给有机溶剂，生成将有机溶剂与纯水混合的混合液。混合液经由固定喷嘴35被连续地供给于上表面91，且从基板9飞散的混合液，由外侧杯部25的内侧面接收(步骤S15)。此时，通过控制流量控制阀451、453的开度，使混合液中的有机溶剂的浓度从0％附近逐渐升高至100％附近。
若混合液的有机溶剂的浓度变为0％附近，则通过开启开闭阀473，如图10所示，经由第二喷嘴32连续地朝上表面91供给有机溶剂(纯有机溶剂)(图2：步骤S16)。若来自第二喷嘴32的有机溶剂的供给开始后，则停止来自固定喷嘴35的混合液的供给。从旋转的基板9飞散的有机溶剂，由外侧杯部25的内侧面所接收。
若从有机溶剂的供给开始经过规定时间，则降低基板9的转速、或停止基板9的旋转。此外，还停止有机溶剂的供给。由此，形成覆盖整个上表面91的较厚的有机溶剂的液膜。在保持上表面91上的有机溶剂的液膜的状态下，通过图7的防溅部升降机构26使内侧防溅部241上升，形成内侧杯相对状态(步骤S17)。接着，通过开启开闭阀476，从填充材料溶液供给部44经由第三喷嘴32a朝上表面91的中央部仅供给规定量的填充材料溶液(步骤S18)。然后，停止基板9的旋转，通过外部的搬送机构，将基板9搬出至腔室5外(步骤S19)。
如以上说明的那样，在图7的基板处理装置1a中，喷出纯水或包含纯水的液体的喷嘴(第一喷嘴31及固定喷嘴35)、与喷出有机溶剂的第二喷嘴32被分别设置，且从第二喷嘴32不会喷出包含纯水的液体。此外，在这种结构中，与来自固定喷嘴35的纯水及混合液的喷出动作并行，使被利用于朝上表面91供给药液的第一喷嘴31从相对位置朝待机位置移动，并且，使配置于另一待机位置的第二喷嘴32朝相对位置移动。然后，接续来自固定喷嘴35的混合液的喷出，从第二喷嘴32喷出纯有机溶剂。通过以上的处理，在第一喷嘴31与第二喷嘴32的交换时，可防止基板9的上表面91干燥。此外，通过混合液的供给，不容易产生上表面91的局部的干燥，可抑制填充材料溶液的供给前的图案要素的倒塌。并且，可省去纯水的液膜911的形成，抑制纯水的朝内侧杯部24内的流入，从而可防止填充材料溶液与纯水混合。
在图7的基板处理装置1a中，也可从固定喷嘴35仅喷出混合液。该情况下，从第一喷嘴31朝基板9供给纯水(步骤S14)，接着，从固定喷嘴35朝基板9供给混合液(步骤S15)。利用于纯水的供给的第一喷嘴31的朝待机位置的移动(步骤S21)、及利用于有机溶剂的供给的第二喷嘴32的朝相对位置的移动(步骤S22)，与步骤S15中的来自固定喷嘴35的混合液的喷出动作并行进行。如上所述，通过从固定喷嘴35至少喷出混合液，在第一喷嘴31与第二喷嘴32的交换时，可防止基板9的上表面91干燥。
在图7的基板处理装置1a中，在接续冲洗处理供给有机溶剂不会成为问题的情况下，也可省去图8中的步骤S15，从固定喷嘴35仅喷出纯水。
具体而言，若完成从第一喷嘴31朝上表面91的药液的供给(图2：步骤S13)，且开始来自固定喷嘴35的纯水的供给(图8：步骤S14)，则第一喷嘴31通过第一喷嘴移动机构33朝待机位置移动(步骤S21)。接着，配置于另一待机位置的第二喷嘴32通过第二/第三喷嘴移动机构34a朝相对位置移动(步骤S22)。然后，若来自固定喷嘴35的纯水的供给停止后，则经由第二喷嘴32朝上表面91连续地供给有机溶剂(纯有机溶剂)(图2：步骤S16)。在基板处理装置1a中，在进行步骤S13、S14、S16的期间，维持外侧杯相对状态，从旋转的基板9飞散的药液、纯水及有机溶剂，由外侧杯部25的内侧面接收。后续的处理与上述相同。
在从固定喷嘴35仅喷出纯水的基板处理装置1a中，与从固定喷嘴35朝上表面91连续地供给纯水的处理并行，使利用于药液的供给的第一喷嘴31从相对位置朝待机位置移动，并且，使配置于另一待机位置的第二喷嘴32朝相对位置移动。然后，大致接续来自固定喷嘴35的纯水的喷出，从第二喷嘴32喷出纯有机溶剂。如此，在第一喷嘴31与第二喷嘴32的交换时，通过从固定喷嘴35供给纯水，可防止基板9的上表面91干燥。结果，可抑制填充材料溶液的供给前的图案要素的倒塌。此外，与上述例子相同，从旋转的基板9的上表面91飞散的纯水，由外侧杯部25的内侧面接收。由此，可抑制纯水朝内侧杯部24内的流入，防止填充材料溶液与纯水混合。
此外，在从固定喷嘴35仅喷出纯水的情况下，也可在停止来自固定喷嘴35的纯水的喷出之前，开始从配置于相对位置的第二喷嘴32喷出纯有机溶剂。换言之，局部并行地进行朝基板9的上表面91的纯水的供给、和朝上表面91的有机溶剂的供给。该情况下，在基板9上实质上会生成混合液、即，朝基板9供给混合液。然后，停止来自固定喷嘴35的纯水的喷出，朝基板9仅供给纯有机溶剂。该情况下，也可抑制因上表面91的局部的干燥而引起的图案要素的倒塌。
在上述基板处理装置1、1a中，可进行各种各样的变形。
在基板处理装置1、1a中，虽然将纯水供给部42、有机溶剂供给部43及连接部45作为主要的结构要素，构成将混合液供给于上表面91的混合液供给部，但混合液供给部也可与纯水供给部42及有机溶剂供给部43独立地实现。
混合液中的有机溶剂的浓度也可恒定。图11及图12为表示调查混合液中的有机溶剂(在此为IPA)的浓度、与混合液和纯水的溶解性之间的关系的实验结果的图。在本实验中，准备由封闭构件将一端封闭的直径为19mm的管，且在将15cc的纯水蓄积于朝上下方向延伸的该管内的状态下，沿该管的内面注入2cc的IPA浓度为10vol％(体积百分比浓度)、20vol％、50vol％、100vol％的混合液(IPA浓度为100vol％的情况，为纯有机溶剂)。在封闭构件设置有直径3mm的取样管，且在从混合液的注入算起经过0.5分钟、1分钟、2分钟之后，通过取样管抽取混合液与纯水的边界附近的微量的液体，测定了该液体的IPA浓度。图11及图12表示在从混合液的注入前的纯水的液面的位置(相当在混合液与纯水的边界)朝封闭构件侧分别为5mm及10mm的位置抽取的液体的IPA浓度。
由图11及图12可知，在IPA浓度为100vol％的情况(图11及图12中，标示为“IPA100％”。以下相同)，可以说边界附近的IPA浓度的上升小，有机溶剂相对纯水的溶解性低。另一方面，在IPA浓度为10vol％、20vol％、50vol％的情况下，可以说边界附近的IPA浓度的上升，较100vol％的情况大，混合液相对纯水的溶解性高。由此，在将混合液的有机溶剂的浓度设为恒定的情况下，为了更可靠地抑制局部的干燥，优选该浓度为50vol％以下且10vol％以上。此外，根据有效地使用有机溶剂的观点，优选该浓度为30％以下，更优选为20％以下。
在基板处理装置1、1a中，也可通过设置升降旋转卡盘22的升降机构，在外侧杯相对状态下，通过使旋转卡盘22及基板9(例如，参照图1)下降、即使内侧杯部24相对于基板9上升，而形成内侧杯相对状态。如此，基板处理装置1、1a的升降机构，只要使内侧杯部24相对于基板9升降即可。
基板9可以各种的形式保持。例如，也可由把持基板9的外缘部的基板保持部，在使形成有图案的主表面朝向上方的状态下保持基板9。
以基板处理装置1、1a处理的基板不限于半导体基板，也可为玻璃基板或其他基板。
上述实施方式及各变形例的结构，只要不相互矛盾，就可适当组合。
虽然对发明详细地进行了描述及说明，但已述的说明仅为例示而非用于限制。因此，只要不超出本发明的范围，即可实施多个变形或方式。
附图标记说明
1、1a 基板处理装置
9 基板
10 控制部
21 旋转马达
22 旋转卡盘
24 内侧杯部
25 外侧杯部
26 防溅部升降机构
31 第一喷嘴
32 第二喷嘴
35 固定喷嘴
42 纯水供给部
43 有机溶剂供给部
44 填充材料溶液供给部
45 连接部
91 (基板的)上表面
S11～19、S21、S22 步骤

Claims (9)

1.一种基板处理方法，其中，该基板处理方法用于基板处理装置，该基板处理装置具备：外侧杯部，其围绕于在一个主表面形成有图案的基板的周围；及内侧杯部，其配置于上述外侧杯部的内侧；该基板处理方法具备：
a)步骤，在将上述内侧杯部的上端配置于较上述外侧杯部的上端更靠下方的位置的第一状态下，朝通过基板旋转机构旋转的上述基板的朝向上方的上述主表面供给纯水，并由上述外侧杯部的内侧面接收从上述主表面飞散的上述纯水；
b)步骤，在上述第一状态下，朝旋转的上述基板的上述主表面供给将规定的有机溶剂与纯水混合而成的混合液，并由上述外侧杯部的上述内侧面接收从上述主表面飞散的上述混合液；
c)步骤，在上述第一状态下，朝旋转的上述基板的上述主表面供给上述有机溶剂，并通过上述外侧杯部的上述内侧面接收从上述主表面飞散的上述有机溶剂；
d)步骤，一面在上述主表面上保持覆盖上述主表面的上述有机溶剂的液膜，一面通过使上述内侧杯部相对于上述基板上升来形成使上述内侧杯部的内侧面配置于上述基板的周围的第二状态；以及
e)步骤，在上述第二状态下，通过朝上述主表面供给比重较上述有机溶剂大且与纯水混合会变成胶状的填充材料溶液，在上述主表面上填充上述填充材料溶液。
2.根据权利要求1所述的基板处理方法，其中，
上述基板处理装置还具备与上述主表面相对的喷嘴，
从上述喷嘴喷出上述a)步骤中的上述纯水、上述b)步骤中的上述混合液、及上述c)步骤中的上述有机溶剂。
3.根据权利要求2所述的基板处理方法，其中，
在上述b)步骤中使上述混合液中的上述有机溶剂的浓度逐渐升高。
4.根据权利要求1所述的基板处理方法，其中，
从固定于较上述主表面更靠上方的规定位置的固定喷嘴至少喷出上述混合液，
与从上述固定喷嘴的喷出动作并行，使第一喷嘴从与上述主表面相对的位置朝从上述主表面的上方离开的待机位置移动，并且，使配置于从上述主表面的上方离开的另一待机位置的第二喷嘴，朝与上述主表面相对的位置移动，所述第一喷嘴利用于上述a)步骤的上述纯水的供给、或较上述a)步骤更靠前的处理液的供给，
在上述c)步骤中从上述第二喷嘴喷出上述有机溶剂。
5.一种基板处理方法，其中，该基板处理方法用于基板处理装置，该基板处理装置具备：外侧杯部，其围绕于在一个主表面形成有图案的基板的周围；及内侧杯部，其配置于上述外侧杯部的内侧；该基板处理方法具备：
a)步骤，在将上述内侧杯部的上端配置于较上述外侧杯部的上端更靠下方的位置的第一状态下，从固定于较上述主表面更靠上方的规定位置的固定喷嘴，朝通过基板旋转机构旋转的上述基板的朝向上方的上述主表面连续地供给纯水，并由上述外侧杯部的内侧面接收从上述主表面飞散的上述纯水；
b)步骤，与上述a)步骤并行，使利用于较上述a)步骤更靠前的处理液的供给的第一喷嘴，从与上述主表面相对的位置朝从上述主表面的上方离开的待机位置移动，并且，使配置于从上述主表面的上方离开的另一待机位置的第二喷嘴，朝与上述主表面相对的位置移动；
c)步骤，在上述第一状态下，从上述第二喷嘴朝旋转的上述基板的上述主表面供给规定的有机溶剂，并由上述外侧杯部的上述内侧面接收从上述主表面飞散的上述有机溶剂；
d)步骤，一面在上述主表面上保持覆盖上述主表面的上述有机溶剂的液膜，一面通过使上述内侧杯部相对于上述基板上升来形成使上述内侧杯部的内侧面配置于上述基板的周围的第二状态；以及
e)步骤，在上述第二状态下，通过朝上述主表面供给比重较上述有机溶剂大且与纯水混合会变成胶状的填充材料溶液，在上述主表面上填充上述填充材料溶液。
6.一种基板处理装置，其中，具备：
基板保持部，其在使形成有图案的基板的主表面朝向上方的状态下保持上述基板；
基板旋转机构，其使上述基板保持部与上述基板一同旋转；
外侧杯部，其围绕于上述基板的周围；
内侧杯部，其配置于上述外侧杯部的内侧；
升降机构，其使上述内侧杯部相对于上述基板升降；
纯水供给部，其朝上述主表面供给纯水；
混合液供给部，其朝上述主表面供给将规定的有机溶剂与纯水混合而成的混合液；
有机溶剂供给部，其朝上述主表面供给上述有机溶剂；
填充材料溶液供给部，其朝上述主表面供给比重较上述有机溶剂大且与纯水混合会变成胶状的填充材料溶液；以及
控制部，其在将上述内侧杯部的上端配置于较上述外侧杯部的上端更靠下方的位置的第一状态下，一面通过上述纯水供给部、上述混合液供给部及上述有机溶剂供给部，朝通过上述基板旋转机构旋转的上述基板的上述主表面，依次供给上述纯水、上述混合液及上述有机溶剂，一面由上述外侧杯部的内侧面接收从上述主表面飞散的液体，然后，一面在上述主表面上保持覆盖上述主表面的上述有机溶剂的液膜，一面通过上述升降机构使上述内侧杯部相对于上述基板上升来形成使上述内侧杯部的内侧面配置于上述基板的周围的第二状态，在上述第二状态下，通过上述填充材料溶液供给部朝上述主表面供给上述填充材料溶液，在上述主表面上填充上述填充材料溶液。
7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其中，
还具备与上述主表面相对的喷嘴，
从上述喷嘴喷出来自上述纯水供给部的上述纯水、来自上述混合液供给部的上述混合液、及来自上述有机溶剂供给部的上述有机溶剂。
8.根据权利要求7所述的基板处理装置，其中，
上述混合液供给部在将上述混合液朝上述主表面供给时，使上述混合液中的上述有机溶剂的浓度逐渐升高。
9.根据权利要求6所述的基板处理装置，其中，
从固定于较上述主表面更靠上方的规定位置的固定喷嘴至少喷出上述混合液，
通过上述控制部的控制，与从上述固定喷嘴的喷出动作并行，通过喷嘴移动机构使第一喷嘴从与上述主表面相对的位置朝从上述主表面的上方离开的待机位置移动，并且，通过另一喷嘴移动机构使配置于从上述主表面的上方离开的另一待机位置的第二喷嘴，朝与上述主表面相对的位置移动，上述第一喷嘴利用于上述纯水的供给、或较上述纯水的供给更靠前的处理液的供给，
在上述有机溶剂的供给中，从上述第二喷嘴喷出上述有机溶剂。
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