JP2018026402A - 液処理方法、基板処理装置及び記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板のパターン内に存在する純水を除去して溶剤に早く置換することが可能な液処理方法などを提供する。
【解決手段】水平に保持され、表面にパターンが形成された基板に対して純水を供給した後、基板を乾燥する液処理方法は、基板の表面に純水を供給する純水供給工程と、前記純水供給工程の後、純水が存在する基板の表面に、水の沸点以上の温度に加熱された溶剤を液体の状態で供給する加熱溶剤供給工程と、前記基板表面の溶剤を除去して前記基板を乾燥させる乾燥工程と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板に純水を供給して液処理を行う液処理方法関する。
基板である半導体ウエハ（以下、ウエハという）に対して液処理を行う枚葉式のスピン洗浄装置では、回転するウエハの表面に例えばアルカリ性や酸性の薬液を供給し、ウエハ表面のごみや自然酸化物などを除去している。ウエハ表面に残存する薬液は純水などのリンス液により除去され、リンス液を純水より揮発性の高い溶剤（例えばＩＰＡ）に置換した後、溶剤を除去して乾燥したウエハが得られる（例えば特許文献１）。しかしながら、リンス液を溶剤に置換するまでの時間を短くする点で更なる改善の要求がある。
特開２００７−０３６１８０号公報：段落００３９〜００４０
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板のパターン内に存在する純水を溶剤に早く置換することが可能な液処理方法、基板処理装置、及び記憶媒体を提供することにある。
本発明の液処理方法は、水平に保持され、表面にパターンが形成された基板に対して純水を供給した後、基板を乾燥する液処理方法において、
基板の表面に純水を供給する純水供給工程と、
前記純水供給工程の後、純水が存在する基板の表面に、水の沸点以上の温度に加熱された溶剤を液体の状態で供給する加熱溶剤供給工程と、
前記基板表面の溶剤を除去して前記基板を乾燥させる乾燥工程と、を含むことを特徴とする。
本発明は、純水の供給が行われた後の基板の表面に、水の沸点以上の温度に加熱された溶剤を液体の状態で供給し、基板のパターン内に存在する純水を溶剤に早く置換することができる。
本発明の実施の形態に係る処理ユニットを備えた基板処理システムの概要を示す平面図である。 前記処理ユニットの概要を示す縦断側面図である。 前記処理ユニットの平面図である。 前記処理ユニットにより実施される液処理の工程図である。 加熱溶剤が供給されたウエハの表面を模式的に示す作用図である。 他の実施形態に係る液処理の工程図である。 裏面加温機構を備えた処理ユニットの構成図である。 裏面加温を併用した加熱ＨＦＯ供給によるウエハ処理の作用図である。 加熱ＨＦＯ供給時の乾燥界面の温度変化を示す実験結果である。
図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図１に示すように、基板処理システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。
搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚の基板、本実施形態では半導体ウエハ（以下ウエハＷ）を水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。
搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置１３と、受渡部１４とを備える。基板搬送装置１３は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１３は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウエハＷの搬送を行う。
処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送部１５と、複数の処理ユニット１６とを備える。複数の処理ユニット１６は、搬送部１５の両側に並べて設けられる。
搬送部１５は、内部に基板搬送装置１７を備える。基板搬送装置１７は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１７は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウエハＷの搬送を行う。
処理ユニット１６は、基板搬送装置１７によって搬送されるウエハＷに対して所定の基板処理を行う。
また、基板処理システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
上記のように構成された基板処理システム１では、まず、搬入出ステーション２の基板搬送装置１３が、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣからウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウエハＷは、処理ステーション３の基板搬送装置１７によって受渡部１４から取り出されて、処理ユニット１６へ搬入される。
処理ユニット１６へ搬入されたウエハＷは、処理ユニット１６によって処理された後、基板搬送装置１７によって処理ユニット１６から搬出されて、受渡部１４に載置される。そして、受渡部１４に載置された処理済のウエハＷは、基板搬送装置１３によってキャリア載置部１１のキャリアＣへ戻される。
図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２０と、基板保持機構３０と、処理流体供給部４０と、回収カップ５０とを備える。
チャンバ２０は、基板保持機構３０と処理流体供給部４０と回収カップ５０とを収容する。チャンバ２０の天井部には、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）２１が設けられる。ＦＦＵ２１は、チャンバ２０内にダウンフローを形成する。
基板保持機構３０は、保持部３１と、支柱部３２と、駆動部３３とを備える。保持部３１は、ウエハＷを水平に保持する。支柱部３２は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部３３によって回転可能に支持され、先端部において保持部３１を水平に支持する。駆動部３３は、支柱部３２を鉛直軸まわりに回転させる。かかる基板保持機構３０は、駆動部３３を用いて支柱部３２を回転させることによって支柱部３２に支持された保持部３１を回転させ、これにより、保持部３１に保持されたウエハＷを回転させる。
処理流体供給部４０は、ウエハＷに対して処理流体を供給する。処理流体供給部４０は、処理流体供給源７０に接続される。
回収カップ５０は、保持部３１を取り囲むように配置され、保持部３１の回転によってウエハＷから飛散する処理液を捕集する。回収カップ５０の底部には、排液口５１が形成されており、回収カップ５０によって捕集された処理液は、かかる排液口５１から処理ユニット１６の外部へ排出される。また、回収カップ５０の底部には、ＦＦＵ２１から供給される気体を処理ユニット１６の外部へ排出する排気口５２が形成される。
上述の基板処理システム１に設けられている処理ユニット１６は、実施の形態に係わる液処理方法を実行するための基板処理装置に相当している。以下、図３を参照しながら、当該処理ユニット１６の構成について説明する。
本例の処理ユニット１６において既述の処理流体供給部４０は、基板保持機構（基板保持部）３０に保持されたウエハＷに対して、薬液の供給、及びＤＩＷ（Deionized Water、純水）の供給を行うための薬液ノズル４１２と、溶剤であるＨＦＯ（Hydro Fluoro Olefin）の供給を行うためのＨＦＯノズル４１３とを備えている。
これらのノズル４１２、４１３は共通のノズルヘッド４２に設けられ、ノズルヘッド４２はノズルアーム４３を介して当該ノズルアーム４３の基端部側の回転駆動部４４に接続されている。この回転駆動部４４を用いてノズルアーム４３を横方向に回転移動させることにより、基板保持機構３０に保持されたウエハＷ中央部の上方側の処理位置と、ウエハＷの上方から退避して待機するための待機位置との間で各ノズル４１２、４１３を移動させることができる。待機位置には、ノズル４１２、４１３を待機させるための待機部２３が設けられている。図３中、処理位置に配置されたノズルヘッド４２、ノズルアーム４３を実線で示し、待機位置に配置されたノズルヘッド４２、ノズルアーム４３を破線で示してある。
薬液ノズル４１２は、開閉バルブＶ２を介して薬液供給源７２に接続され、また開閉バルブＶ３を介してＤＩＷ供給源７３に接続されている。
薬液供給源７２からは、ウエハＷの表面の処理の目的に応じて供給される１種または複数種の薬液が供給される。本実施形態においては、１種類の薬液で記載している。薬液ノズル４１２から、薬液が開閉バルブＶ２を介して供給される。
また、薬液ノズル４１２から、ＤＩＷが開閉バルブＶ３を介して供給される。ＤＩＷ供給時の薬液ノズル４１２は純水供給ノズルに相当する。
ＨＦＯノズル４１３は、開閉バルブＶ４を介してＨＦＯ供給源７４に接続されている。ＨＦＯ供給源７４からは、ウエハＷの表面に供給されたＤＩＷと置換されるＨＦＯが供給される。ＨＦＯはオレフィン中の水素原子の一部または全部をフッ素原子にて置換した化学物質の総称ある。ＨＦＯは本実施の形態の溶剤に相当し、ＨＦＯノズル４１３は、溶剤供給ノズルに相当する。
本例において、ウエハＷに供給されるＨＦＯはＤＩＷの沸点（１００℃）よりも高い沸点を持つものが採用される。このような特性を持つＨＦＯとして、シネラ（ケマーズ社の米国登録商標、沸点：１１０．５℃）、スープリオン（同社の米国登録商標、沸点：１１０．５℃）などを例示することができる。
一般に液体は、温度が高くなるに連れて表面張力が低くなる特性を有する。この点、ＨＦＯ、例えば上述のシネラは、１００℃における表面張力が９．４ｍＮ／ｍであり、２０℃の水（表面張力：７２．８ｍＮ／ｍ）の８分の１程度の表面張力しかない。
また、ＤＩＷの供給が行われた後に供給される溶剤として一般に用いられているＩＰＡ（Isopropyl Alcohol、沸点：８２．４℃）は、沸点近くの７０℃に加熱した場合であっても表面張力が１５．４ｍＮ／ｍである。従って、ＤＩＷの沸点以上の温度に加熱されたＨＦＯは、表面張力が小さく、ウエハＷの表面から除去される際にパターンに加わる力も小さい。
そこで本例の処理ユニット１６においては、ＨＦＯ供給源７４の下流側に加熱部７４１が設けられ、１００℃（ＤＩＷの沸点）以上、且つ、ＨＦＯの沸点未満の温度に当該ＨＦＯを加熱し、加熱されたＨＦＯを液体の状態でＨＦＯノズル４１３からウエハＷの表面へと供給する構成となっている。
ＨＦＯの加熱を行う加熱部７４１の構成に特段の限定はない。例えば加熱対象のＨＦＯが流れる加熱容器に伝熱ヒーターを設け、伝熱ヒーターにより加熱容器を加熱することにより、その内部のＨＦＯを加熱してもよい。また、高周波電力が印加されるコイルを用いて加熱容器内を通流するＨＦＯを直接加熱する誘電加熱方式を採用してもよい。
加熱部７４１は、その出口側に設けられた不図示の温度検出部の検出値に基づき、ウエハＷに供給されるＨＦＯの温度が予め設定された温度（１００℃以上、ＨＦＯの沸点未満の温度）に近づくように伝熱ヒーターや高周波電力の出力を増減することができる。
図３を用いて説明した各ノズル４１２、４１３の待機位置と処理位置との間の移動や各供給源７２〜７４からの液体の供給／停止、加熱部７４１にて加熱されるＨＦＯの温度設定など処理ユニット１６の動作は、既述の制御部１８によって制御される。
以上に説明した構成を備える処理ユニット１６を用いて実施される液処理の内容について図４、図５を参照しながら説明する。
基板搬送装置１７により処理ユニット１６内に搬入されたウエハＷが基板保持機構３０に保持されると、待機位置にて待機していたノズルヘッド４２（各ノズル４１２、４１３）を処理位置に移動させ、ウエハＷを所定の回転速度で回転させて薬液ノズル４１２より薬液の供給を行う（図４の処理Ｐ１）。この観点で、図２に示す支柱部３２や駆動部３３は、保持部３１に保持されたウエハＷを回転させる回転機構に相当する。
薬液による処理を終えたら、薬液ノズル４１２から供給する液体をＤＩＷに切り替えてリンス洗浄を実行する（図４の処理Ｐ２、純水供給工程）。具体的には、ウエハＷを回転させたまま、薬液の液膜が存在するウエハＷにＤＩＷを供給する。
所定時間、リンス洗浄を実行したら、薬液ノズル４１２からのＤＩＷの供給を停止すると共に、回転するウエハＷの表面に対して、ＨＦＯノズル４１３から加熱されたＨＦＯによるＤＩＷの置換を開始する（図４の処理Ｐ３、加熱溶剤供給工程）。
ここで加熱部７４１の下流側には、前回のＨＦＯ供給時にＨＦＯノズル４１３まで到達しなかったＨＦＯが滞留し、ＨＦＯの温度が低下しているおそれもある。そこで、温度の低下したＨＦＯは、不図示の回収ラインへと排出、回収すると共に、回収ラインへのＨＦＯの排出中にＨＦＯの加熱を開始し、ＨＦＯの流路をＨＦＯノズル４１３側に切り替えたら、予め設定された温度に加熱されたＨＦＯが、ウエハＷの表面に速やかに供給される構成を採用してもよい。
図５に示すように、ＨＦＯノズル４１３から供給されたＨＦＯは、回転するウエハＷの表面に広がってＤＩＷと置換される。このとき、ＨＦＯ７４０に対するＤＩＷの溶解性が低いことにより、ウエハＷの表面には、ＨＦＯ７４０と置換されずに、ＤＩＷが残存してしまう領域が形成される場合もある。このような場合であっても、ＤＩＷの沸点以上の温度に加熱されたＨＦＥが連続的に供給されるので、ウエハＷの表面に残存しているＤＩＷはＨＦＯ７４０によって加熱された後、気化し、例えば水蒸気７３０となってＨＦＯ７４０の液膜から外部へと放出される。
特にウエハＷの表面に形成されたパターン内に入り込んだＤＩＷは、水の溶解性が小さいＨＦＯ７４０との置換が困難な場合がある。この点、ＨＦＯ７４０によりＤＩＷを加熱して水蒸気７３０に変化させることにより、パターン内からの排出が容易となる。なお、ウエハＷの表面に形成されているパターンは十分に小さいので、ＨＦＯ７４０を介して十分な熱量を供給することにより、ＤＩＷの気液界面が殆ど形成されることがないか、気液界面が形成される時間を非常に短い時間に抑えつつ、ＤＩＷを液体から水蒸気７３０へと変化させることができる。そして水蒸気７３０が排出されたパターン内には、水蒸気７３０よりも比重の大きなＨＦＯ７４０が進入する。
ウエハＷの表面のＤＩＷがＨＦＯ７４０と十分に置換された後、ＨＦＯノズル４１３からのＨＦＯの供給を停止する。そして、ウエハＷを回転させたままＨＦＯを除去することでウエハＷの乾燥処理を行う（図４の処理Ｐ４、除去工程）。
既述のように１００℃以上に加熱されたＨＦＯ７４０は、ＤＩＷと比較して表面張力が大幅に小さいので、パターン倒れの発生を抑えつつ、ウエハＷを乾燥させることができる。なおＨＦＯ７４０には、常温において水よりも表面張力が小さいものがある（例えば既述のシネラは、２５℃における表面張力が１６．８ｍＮ／ｍ）。従って、ウエハＷの表面に残存していたＤＩＷがＨＦＯ７４０と置換された後は、当該ＨＦＯ７４０の表面張力が水よりも小さい限りは、乾燥処理を行っている期間中のＨＦＯ７４０の温度が１００℃よりも低くなってもよい。
ＨＦＯノズル４１３からのＨＦＯの供給停止後、所定時間、ウエハＷの乾燥処理を実行しウエハＷの表面のＨＦＯを十分に除去したら、ウエハＷの回転を停止し、当該ウエハＷについての液処理を終了する。しかる後、搬入時とは反対の手順で処理ユニット１６からウエハＷを搬出する。
本実施の形態によれば以下の効果がある。ＤＩＷの供給が行われた後のウエハＷの表面に、ＨＦＯを液体の状態（ＨＦＯの沸点以下の温度）で供給するので、ＨＦＯによってＤＩＷを押し流すことができる。さらに、ＤＩＷの沸点以上の温度に加熱されたＨＦＯを供給するので、ＨＦＯの熱によりＤＩＷを気化させてウエハＷの表面から除去することができる。このように、ＤＩＷの沸点以上の温度に加熱されたＨＦＯを液体の状態で供給するので、ウエハＷのパターン内に存在するＤＩＷをＨＦＯに早く置換することができる。
また、乾燥処理の際にはウエハＷのパターン内にはＤＩＷが残っていないので、パターン倒れの発生を抑えることができる。さらに、加熱されたＨＦＯはＤＩＷおよびＩＰＡよりも表面張力が小さいので、パターン倒れの発生をより抑えることができる。
加熱されたＨＦＯの供給は、ＤＩＷによるリンス洗浄の直後に実施する場合に限定されない。例えば図６に示すように、ＤＩＷによるリンス洗浄（処理Ｐ２）と加熱されたＨＦＯの供給（処理Ｐ３）との間に、ウエハＷの表面を撥水化する撥水化剤の供給を行う場合にも適用できる（処理ＰＡ、撥水化剤供給工程）。
一般に、撥水化剤はＤＩＷに対して非溶解性であり、互いに混ざり合わないため、ＤＩＷで覆われたウエハＷの表面に撥水化剤を供給しても置換が困難な場合がある。また、撥水化剤の中には、水と反応して撥水化能力が低下してしまうものも存在する。
しかしながら、撥水化剤の供給の後に、ＤＩＷの沸点以上に加熱されたＨＦＯを供給する場合には、ＤＩＷが撥水化剤と十分に置換されずウエハＷの表面に残存する領域が形成された場合であっても、図５を用いて説明したメカニズムにより、ＤＩＷを気化させ、水蒸気７３０としてウエハＷの表面から除去することができる。
ウエハＷに対して撥水化剤の供給を行う場合には、例えば図３を用いて説明した処理ユニット１６に撥水化剤供給部を設け、他の処理液の供給部７２〜７４と同様に、処理流体供給部４０のノズルヘッド４２に撥水化剤ノズル（撥水化剤供給ノズル）を設ける。そして、開閉バルブなどが介設された配管ラインにより、これら撥水化剤供給部と撥水化剤ノズルとを接続する機器構成を例示することができる（撥水化剤供給部や撥水化剤ノズル、開閉バルブはいずれも不図示）。
撥水化剤供給部からは、ウエハＷの表面を撥水化し、ウエハＷの表面に形成されているパターンに働く表面張力を低減するための撥水化剤が供給される。撥水化剤としては、トリメチルシリルジメチルアミン（ＴＭＳＤＭＡ）やヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリメチルシリルジエチルアミン（ＴＭＳＤＥＡ）、ジメチル（ジメチルアミノ）シラン（ＤＭＳＤＭＡ）、1,1,3,3−テトラメチルジシラン（ＴＭＤＳ）などを採用することができる。
図６に示すように、ＤＩＷによるリンス洗浄（処理Ｐ２）に続いて撥水化剤ノズルから回転するウエハＷの表面に撥水化剤を供給し、ウエハＷの撥水化処理（処理ＰＡ）を実施する。そして所定時間、撥水化処理を実行したら、撥水化剤ノズルからの撥水化剤の供給を停止すると共に、回転するウエハＷの表面に対して、ＨＦＯノズル４１３から加熱されたＨＦＯの供給を開始する（図６の処理Ｐ３）。
このとき撥水化剤は、ＨＦＯなどのフッ素含有溶剤に対して溶解性を有しているので、ウエハＷの表面に残存する撥水化剤はＨＦＯに溶解し、回転するウエハＷの表面を流れてウエハＷの外へ排出される。一方、撥水化剤と置換されなかったＤＩＷがウエハＷの表面に残存している場合であっても、ＤＩＷの沸点以上に加熱されたＨＦＯによりＤＩＷを加熱し、気化させて水蒸気７３０としてウエハＷの表面から除去することができる（図５）。
以下、ウエハＷの乾燥処理（図５の処理Ｐ４）以降は、図４を用いて説明した例と同様なので再度の説明を省略する。
次いで、加熱ＨＦＯを供給して加熱ＨＦＯ置換（加熱溶剤供給工程）を行うにあたり、ウエハＷの乾燥処理（ＨＦＯの除去工程）Ｐ４を実行するとき、ウエハＷの表面のパターン倒れの発生リスクを低減する例について説明する。ここで本例では、回転するウエハＷの中央部に加熱ＨＦＯを供給して加熱ＨＦＯ置換処理Ｐ３を行った後、ＨＦＯノズル４１３からのＨＦＯの供給位置を、回転するウエハＷの中央部側から周縁部側へと移動させることにより、ウエハＷ表面からＨＦＯを除去（乾燥処理Ｐ４）する。
この場合、図７に示すように、図２、図３に示す処理流体供給部４０（ＨＦＯノズル４１３）やＨＦＯ供給源７４、加熱部７４１などを備えた供給機構を用いてＨＦＯの供給が行われる。本例の基板保持機構３０ａにおいては、保持部３１に設けられた複数の支持ピン３１１によってウエハＷが保持され、保持部３１の上面とウエハＷの裏面との間には隙間が形成されている。
また、支柱部３２及び保持部３１には、ウエハＷの中央部の下方位置から、前記隙間へ向けて加温流体を供給するための温水流路３２１が形成されている。温水流路３２１の上流側には、沸点（１００℃）よりも低い温度であり、好ましくは５０℃以上の例えば７５℃に加熱された加温流体であるＤＩＷの温水を供給する温水供給源７６が接続されている。この温水は、ＨＦＯの液温未満の温度に加熱された状態で供給される。
支柱部３２を回転させることにより、ウエハＷを回転させながら温水流路３２１から温水を供給すると、前記隙間内に温水が広がり、ウエハＷの裏面全体に温水を供給することができる。
温水によるウエハＷの加温は、加熱されたＨＦＯによる加熱ＨＦＯ置換処理Ｐ３を行った後、ウエハＷの乾燥処理（ＨＦＯの除去工程）Ｐ４を実行するとき、ウエハＷの表面のパターン倒れの発生リスクを低減するために実施される。
既述のように本例では、回転するウエハＷの中央部に加熱ＨＦＯを供給して加熱ＨＦＯ置換処理Ｐ３を行った後、ＨＦＯノズル４１３からのＨＦＯの供給位置を、回転するウエハＷの中央部側から周縁部側へと移動させることにより、ウエハＷ表面からのＨＦＯの除去（乾燥処理Ｐ４）を実施する。
はじめに、加熱されたＨＦＯを供給してＤＩＷとの置換処理（図６に示した例のように、撥水化処理（処理ＰＡ）を行う場合には撥水化剤との置換処理）を行った後、ＨＦＯの供給位置をウエハＷの中央部側から周縁部側へと移動させる際に、ウエハＷに対して何らの温度調整も行わない場合を考える。当該手法を採用すると、ウエハＷの面内の中央部側から周縁部側へ向けて次第にパターン倒れの発生リスクが上昇する傾向があることを確認している。
ウエハＷを回転させながら加熱ＨＦＯの供給を行うとき、ウエハＷの周縁側へ向かうほど、ウエハＷの表面の各位置における接線方向の速度は大きくなると共に、単位面積あたりの加熱ＨＦＯの供給量も少なくなる。この結果、ウエハＷの周囲の雰囲気によるＨＦＯの空冷の影響が大きくなるので、ＨＦＯの温度低下幅が大きくなることにより表面張力が増大し、周縁部側に向かうに連れてパターン倒れの発生リスクが大きくなるものと考えられる。
そこで本例の基板保持機構３０ａは、温水流路３２１からウエハＷの裏面側に温水を供給することにより、ＨＦＯの供給位置を移動させながらＨＦＯの除去を行う際のウエハＷの温度低下を抑え、これによりパターン倒れの発生を抑制する裏面加温機構を備える。
このように、ウエハＷの裏面側に温水を供給する機構を備える基板保持機構３０ａにおいては、ＨＦＯの供給位置を移動させながらＨＦＯの除去を行う期間中、常時、ウエハＷの裏面側への温水供給を行ってもよい。ＨＦＯの除去を行う期間中、常時、温水供給を行うと、温水供給を行わない場合と比較して、ウエハＷの周縁部側では、パターン倒れの発生リスクを小さくすることができる。
一方で、常時温水供給を行うと、温水供給を行わない場合と比較して、ウエハＷの中央部側の温度が低下する傾向が確認された（図９）。温度が低いとパターン倒れの発生リスクが高くなる。但し、ウエハＷの裏面側からの温水供給の有無に係らず、加熱したＨＦＯを供給することにより、ＨＦＯを加熱しない場合と比較してパターン倒れの発生数を低減できることは勿論である。
このようにウエハＷの中心部の温度が低下する原因としては、ウエハＷの裏面に供給される温水の温度が、加熱ＨＦＯの温度よりも低い場合に、温水が加熱ＨＦＯを冷却してしまうことが考えられる。即ち、ＤＩＷの沸騰防止や機器制約などの観点から、温水は沸点よりも低い温度、例えば７５℃で供給される。これに対して、加熱ＨＦＯが温水よりも高い温度で供給される場合は、ウエハＷへの供給されたＨＦＯの温度が比較的高い温度に維持される領域、即ち、ウエハＷの中央部側の領域では、ウエハＷ上のＨＦＯが、裏面側に供給された温水によって冷却されてしまう場合がある。このような場合に、温水によるＨＦＯの冷却の影響が大きくなると、ＨＦＯの表面張力が増大してしまい、ウエハＷの中央部側で相対的にパターン倒れの発生リスクが高くなるものと考えられる。
これらの事象を踏まえ、本例の基板保持機構３０ａを備えた処理ユニット１６は、適切なタイミングにてウエハＷの裏面への温水の供給を開始することにより、加熱ＨＦＯの供給による表面張力の低減の効果を引き出すことができる。
上述の基板保持機構３０ａを利用してウエハＷに対して実施される処理について、図８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。なお、図示の便宜上、図８（ａ）〜（ｄ）においては、保持部３１や支柱部３２の記載を省略してある。
ウエハＷの中央部の上方側へＨＦＯノズル４１３を配置し、ＤＩＷが供給されたウエハＷの表面に加熱ＨＦＯを供給してＤＩＷと置換する処理（図４の加熱ＨＦＯ置換処理Ｐ３）を行う。この加熱ＨＦＯ置換処理を所定時間実施した後、中央部側から周縁部側へ向けてＨＦＯノズル４１３を移動させることにより、ＨＦＯの除去（乾燥処理Ｐ６）を開始する（図８（ａ））。
ＨＦＯノズル４１３を移動させていくと、ＨＦＯ７４０に働く遠心力が比較的小さいウエハＷの中央部側の領域では、ＨＦＯの供給位置よりも外周側に形成される液膜（図８中のＨＦＯ７４０）よりも膜厚が薄い、残存液膜７４０ａが形成される。当該残存液膜７４０ａが存在しているときに、ウエハＷの裏面に加熱ＨＦＯよりも低温の温水を供給してしまうと、残存液膜７４０ａを構成するＨＦＯの温度が低下して表面張力が大きくなり、ＨＦＯが蒸発する際にパターン倒れを引き起こしやすくなってしまう。
そこでウエハＷの中央部側の領域にＨＦＯの残存液膜７４０ａが形成されている期間中は、ウエハＷの裏面側へ温水を供給開始せずに、残存液膜７４０ａが遠心力および揮発によってウエハＷ上からなくなるのを待つ（図８（ｂ））。「残存液膜７４０ａがなくなる」とは、ＨＦＯの供給位置を移動させながら回転するウエハＷを目視した場合に、残存液膜７４０ａの存在が確認できなくなる状態である。
ここで、ウエハＷの中央部側から周縁部側へと移動させるＨＦＯノズル４１３の移動速度は、残存液膜７４０ａが揮発する時点にて、ＨＦＯノズル４１３がウエハＷの周縁部側へ到達しない程度の移動速度に設定することが好ましい。ＨＦＯノズル４１３の移動速度を大きくしすぎると、ウエハＷの裏面側への温水の供給を開始する前にＨＦＯノズル４１３がウエハＷの周縁部側に到達してしまい、当該周縁部側におけるパターン倒れの発生リスクが大きくなってしまうおそれがある。より詳細には、中央部側の領域の残存液膜７４０ａがウエハＷ上からなくなる時点で、ＨＦＯノズル４１３はウエハＷの半径の１／２よりも内側に位置する程度の移動速度に設定することが好ましい。なお、ウエハＷの中央部側から周縁部側へと移動するＨＦＯノズル４１３の移動経路上で、ＨＦＯノズル４１３の移動速度は一定でなくてもよく、移動の途中で移動速度を変化させてもよい。
そして、ＨＦＯが供給されなくなった中央部側の領域における残存液膜７４０ａがウエハＷ上からなくなった時点に、温水流路３２１からウエハＷの裏面への温水の供給を開始する（図８（ｃ））。各ウエハＷに対してＨＦＯノズル４１３の移動速度が一定であり（ＨＦＯノズル４１３の移動速度を変化させる場合は、移動速度の変化工程が同じであり）、ＨＦＯノズル４１３からのＨＦＯ７４０の吐出流量やウエハＷの回転速度などの条件が揃っている場合には、残存液膜７４０ａがウエハＷからなくなった時点に対して、中央部側から周縁部側への移動経路上のＨＦＯノズル４１３の位置は、異なるウエハＷを処理してもほぼ一定となる。
そこで本例の処理ユニット１６においては、予備実験などにより、ウエハＷの中央領域の残存液膜７４０ａがウエハＷ上からなくなった時点と、その時点における前記移動経路上のＨＦＯノズル４１３の位置とを把握してある。そして、各ウエハＷの処理時には、前記対応関係に基づき、ＨＦＯノズル４１３が前記移動経路上の予め設定された位置に到達した時点にてウエハＷの裏面への温水の供給を開始する。
ウエハＷの裏面への温水の供給を開始した後も、ＨＦＯノズル４１３はＨＦＯを吐出しながら、前記移動経路に沿ってウエハＷの周縁部側へ向けて移動する（図８（ｄ））。ウエハＷの周縁部側においては、空冷の影響に伴うＨＦＯの温度低下が温水供給の供給により緩和され、ＨＦＯの表面張力の増大が抑えられ、パターン倒れの発生を抑制することができる。
ＨＦＯノズル４１３がウエハＷの周縁部に到達した後は、ＨＦＯノズル４１３からのＨＦＯの供給及び温水流路３２１からの温水の供給を停止する一方、ウエハＷの回転を継続して残存するＨＦＯや温水を振り切った後、ウエハＷの回転を停止する。
ここで、ウエハＷの裏面に供給する加温流体は、温水に限定されるものではない。例えば加熱されたＨＦＯを用いてもよいし、加熱された気体、例えば加熱清浄空気によりウエハＷの温度低下を抑制してもよい。
以上に説明した各種の実施形態において、１００℃以上に加熱され、液体の状態でウエハＷに供給される溶剤はＨＦＯに限定されるものではなく、ＨＦＥやＨＦＣ、ＰＦＣ（Perfluoro Carbon）であってもよい。分子内にエーテル結合を持つ炭化水素の一部の水素をフッ素に置換したフッ素含有溶剤であるＨＦＥの例としてノベック（住友スリーエム株式社の登録商標）７５００（沸点：１２８℃）を挙げることができる。また炭化水素の一部の水素をフッ素に置換したフッ素含有溶剤であるＨＦＣの例としては、アサヒクリン（旭硝子株式会社の登録商標）ＡＣ−６０００（沸点：１１５℃）、また炭化水素の全ての水素をフッ素に置換したフッ素含有溶剤の例としてフロリナート（住友スリーエム株式社の登録商標）ＦＣ４０（沸点：１６５℃）を例示することができる。
さらには、１００℃以上に加熱され、液体の状態でウエハＷに供給される溶剤はフッ素含有溶剤に限定されるものでもなく、フッ素を含有しない有機溶剤、例えば乳酸エチル（沸点１５５℃）などを例示することができる。
（実験）
ウエハＷの中央部側から周縁部側に向けてＨＦＯの供給位置を移動させながらＨＦＯの除去を行うにあたり、ウエハＷの裏面への温水の供給条件を変化させてウエハＷの表面温度の推移を測定した。
Ａ．実験条件
回転するウエハＷに対して撥水剤による撥水化処理（図６の処理ＰＡ）を行った後、１００℃に加熱されたＨＦＯを供給してＨＦＯ置換処理（同Ｐ３）を実施し、次いでＨＦＯの供給位置をウエハＷの中央部側から周縁部側へと移動させることにより乾燥処理（同Ｐ４）を実施した。
（実施例）
乾燥処理Ｐ４の実行時、ＨＦＯノズル４１３がウエハＷの中心から４０ｍｍの位置に到達したタイミングにてウエハＷの裏面に対し７５℃に加熱された温水の供給を開始した。この場合におけるＨＦＯの供給位置から所定の距離離れた内側位置におけるウエハＷの温度の推移を測定した。このとき、ＨＦＯノズル４１３がウエハＷの中心から４０ｍｍの位置に到達する時点にて、残存液膜７４０ａはほぼなくなった状態となる。また内側位置とは、ＨＦＯノズル４１３から吐出されたＨＦＯがウエハＷの表面に到達する位置から、数ｍｍ程度、ウエハＷの半径方向内側に離れた位置であり、残存液膜７４０ａが蒸発した後は、乾燥したウエハＷの表面と、ＨＦＯ７４０との界面の位置に相当する。
（参考例１）
ウエハＷの裏面への温水の供給を行わなかった点を除いて実施例と同様の条件でウエハＷの温度推移を測定した。
（参考例２）
ＨＦＯノズル４１３を移動させる期間中、常時、ウエハＷの裏面に温水を供給した点を除いて実施例と同様の条件でウエハＷの温度推移を測定した。
Ｂ．実験結果
実施例及び参考例１、２におけるＨＦＯの供給位置の内側位置の温度の推移を図９に示す。図９の横軸は、ウエハＷの中心からの半径方向の距離である。図９の縦軸は、ＨＦＯノズル４１３が移動してきた時点における前記内側位置の温度を示している。図９において実施例の温度推移の傾向線を実線で示し、参考例１、２の各傾向線を、破線または一点鎖線で示す。
図９によると、実施例におけるＨＦＯの供給位置の内側位置における温度はウエハＷの中心部側で約８５℃と最も高くなり、ＨＦＯノズル４１３がウエハＷの周縁部側に移動するに連れて次第に低下した。そして、ＨＦＯノズル４１３がウエハＷの外周端に到達したとき、前記内側位置の温度は最も低く、約６５℃であった。
これに対して、温水の供給を行わない参考例１においては、ウエハＷの中央部側の領域における温度推移は、実施例とほぼ同様であったが、ＨＦＯノズル４１３がウエハＷの中心から約４０ｍｍ離れた位置に到達して以降は、急激に前記内側位置の温度が低下し、さらにウエハＷの外周端到達時には約４０℃まで低下した。これに対して、ウエハＷの裏面に常時、温水を供給した参考例２では、ＨＦＯノズル４１３がウエハＷの中心から約６５ｍｍ離れた位置に到達した後は、実施例とほぼ同じ温度推移を示した。一方、ウエハＷの中央側の領域ではＨＦＯ（１００℃）よりも低温の温水（７５℃）供給の影響を受けて、内側位置の温度が大きく低下している。
Ｗ ウエハ
１６ 処理ユニット
３０、３０ａ
基板保持機構
４１２ 薬液ノズル
４１３ ＨＦＯノズル
７３０ 水蒸気
７４１ 加熱部
７４０ ＨＦＯ
７４０ａ 残存液膜

Claims (14)

  1. 水平に保持され、表面にパターンが形成された基板に対して純水を供給した後、基板を乾燥する液処理方法において、
    基板の表面に純水を供給する純水供給工程と、
    前記純水供給工程の後、純水が存在する基板の表面に、水の沸点以上の温度に加熱された溶剤を液体の状態で供給する加熱溶剤供給工程と、
    前記基板表面の溶剤を除去して前記基板を乾燥させる乾燥工程と、を含むことを特徴とする液処理方法。
  2. 前記加熱溶剤供給工程では、基板を鉛直軸回りに回転させ、基板の表面の純水を遠心力により追い出しながら前記加熱された溶剤と置換することを特徴とする請求項１に記載の液処理方法。
  3. 前記加熱溶剤供給工程では、基板の表面の純水を蒸発させながら前記加熱された溶剤と置換することを特徴とする請求項１または２に記載の液処理方法。
  4. 前記純水供給工程に続いて、前記基板の表面に、当該基板の表面を撥水化する撥水化剤を供給する撥水化剤供給工程を含み、
    前記加熱溶剤供給工程は、純水が前記基板の表面に残った状態であり、前記撥水化剤供給工程の後に実施されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の液処理方法。
  5. 前記溶剤はフッ素含有溶剤であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の液処理方法。
  6. 前記加熱溶剤供給工程では、前記基板の中央部を通る鉛直軸周りに当該基板を回転させ、前記中央部へ前記加熱された溶剤を供給することと、
    前記除去工程では、前記加熱された溶剤の供給位置を、前記回転する基板の中央部側から周縁部側へと移動させることと、
    前記加熱された溶剤の供給位置が、前記中央部側から周縁部側への経路上の予め設定された位置に到達してから、前記回転する基板の裏面に、加温流体を供給することと、を特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の液処理方法。
  7. 前記予め設定された位置は、前記加熱された溶剤の供給位置が前記中央部から移動した後、当該中央部における加熱された溶剤の液膜がなくなった時点に対応した位置であることを特徴とする請求項６に記載の液処理方法。
  8. 前記加温流体は、５０℃以上、沸点未満の温度に加熱された純水であることを特徴とする請求項６または７に記載の液処理方法。
  9. 表面にパターンが形成された基板に純水を供給した後、基板を乾燥する基板処理装置において、
    基板を水平に保持する基板保持部と、
    基板の表面に純水を供給する純水供給ノズル、溶剤を供給する溶剤供給ノズルと、
    前記溶剤供給ノズルに供給される溶剤を加熱する加熱部と、
    前記純水供給ノズルから基板の表面に純水を供給するステップと、前記純水供給の後、前記溶剤供給ノズルから、純水が存在する基板の表面に、前記加熱部により水の沸点以上の温度に加熱された溶剤を液体の状態で供給するステップと、前記基板表面の溶剤を除去して前記基板を乾燥させるステップと、を実行するための制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
  10. 前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転機構を備え、
    前記加熱された溶剤を供給するステップでは、前記回転機構により基板保持部に保持された基板を鉛直軸回りに回転させ、基板の表面の純水を遠心力により追い出しながら前記加熱された溶剤と置換することを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 前記加熱された溶剤を供給するステップでは、基板の表面の純水を蒸発させながら前記加熱された溶剤と置換することを特徴とする請求項９または１０に記載の基板処理装置。
  12. 前記基板の表面を撥水化する撥水化剤を供給する撥水化剤供給ノズルを備え、
    前記制御部は、前記純水を供給するステップに続いて、前記撥水化剤供給ノズルから、前記基板の表面に撥水化剤を供給するステップを実施し、前記加熱された溶剤を供給するステップは、純水が前記基板の表面に残った状態であり、前記撥水化剤を供給するステップの後に実施するように制御信号を出力することを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  13. 前記溶剤はフッ素含有溶剤であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  14. 水平に保持された基板に対して純水を供給した後、基板を乾燥する基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし８のいずれか一つに記載の液処理方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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