JP2018043173A - 犠牲膜形成方法、基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
たとえば、基板を1枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置は、基板をほぼ水平に保持しつつ、その基板を回転させるスピンチャックと、このスピンチャックによって回転される基板の上面に処理液を供給するノズルとを備えている。
その後、基板上のリンス液を排除するために、乾燥工程が実行される。乾燥工程としては、基板を高速で回転させて振り切り乾燥させるスピンドライ工程が知られている。
そこで、パターンの倒壊を抑制または防止すべく、基板上のリンス液を、IPA(isopropyl alcohol)などの低表面張力液に置換して乾燥させる手法が知られている(特許文献1、2等参照)。
たとえば、パターン間に、犠牲ポリマを隙間なく充てんして犠牲層を形成すれば、パターンの倒壊を防止できる。犠牲層は、たとえば、基板上のリンス液を、犠牲ポリマの溶液に置換させた後、乾燥させることによって形成できる。
そのため、とくに、基板処理の最終段階であるリンス後の乾燥工程で、再び、多量の残渣が発生するおそれのある犠牲層を形成することは、極力避けなければならない。
とくに、液膜保持工程から引き続いて基板を加熱することにより、犠牲膜を効率よく短時間で形成できる。
前記の目的を達成するための、請求項3に記載の発明は、前記基板に処理液を供給する処理液供給工程と、前記処理液供給工程の後、前記基板を高速で回転させて振り切り乾燥させるスピンドライ工程と、前記処理液供給工程に先立って実行され、前記基板の表面に形成されたパターンの、基部を除く少なくとも先端部に、前記請求項1または2に記載の方法を用いて犠牲膜を形成する犠牲膜形成工程とを含む、基板処理方法を提供する。
図1は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置1のレイアウトを示す図解的な平面図である。
基板処理装置1は、薬液やリンス液などの処理液によって半導体ウエハ等の円板状の基板Wを一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置である。基板処理装置1の処理対象の基板Wには、表面にパターンが形成されている。基板処理装置1は、インデクサブロック2と、インデクサブロック2に結合された処理ブロック3と、基板処理装置1に備えられた装置の動作やバルブの開閉を制御する制御装置4とを備えている。制御装置4は、例えば、マイクロコンピュータを用いて構成されている。制御装置4は、CPU等の演算ユニット、固定メモリデバイス、ハードディスクドライブ等の記憶ユニット、および入出力ユニットを有している。記憶ユニットには、基板処理を行うためのレシピ(演算ユニットが実行するプログラム)が記憶されている。
インデクサロボットIRおよびセンターロボットCRは、制御装置4によって制御される。
犠牲膜形成ユニット7aは、基板Wを水平に保持して回転させる基板保持台8(基板保持ユニット)と、基板保持台8に保持された基板Wの上面に、犠牲ポリマの溶液(犠牲ポリマ溶液)を供給する犠牲ポリマ溶液ノズル9と、基板保持台8および犠牲ポリマ溶液ノズル9を収容するチャンバ10とを備えている。
チャンバ10は、チャンバ10内に対する基板Wの搬入/搬出のための開口21が形成された隔壁22と、この開口21を覆うゲートシャッタ23とを含む。ゲートシャッタ23は、隔壁22の外に配置されている。ゲートシャッタ23には、シリンダを含むゲート開閉機構24が結合されている。ゲート開閉機構24は、ゲートシャッタ23が隔壁22の外面に密着して開口21を密閉する閉鎖位置と、ゲートシャッタ23が隔壁22の側方へ離間しつつ下降して開口21を大きく開放する開放位置との間で、ゲートシャッタ23を移動させる。
次に、犠牲膜形成ユニット7aにおいて実行される基板Wの処理について説明する。
センターロボットCRは、犠牲膜形成ユニット7a内に基板Wを搬入する。犠牲膜形成ユニット7a内への基板Wの搬入に先立ち、ゲート開閉機構24が制御装置4によって駆動される。これにより、ゲートシャッタ23が開放位置に配置され、チャンバ10の開口21が開放される。また、リフトピン昇降機構18が制御装置4によって駆動されて、複数本のリフトピン15の先端が、基板保持台8の上方に突出される。
液膜形成工程は、基板Wの上面に、当該上面を覆う犠牲ポリマ溶液25の、パドル状の液膜26を保持させる工程である。液膜形成工程において、制御装置4は、基板回転機構12を制御して、基板Wの回転をパドル速度(零〜100rpm)に維持させる。基板Wをパドル速度で回転させることにより、基板W上に供給された犠牲ポリマ溶液25に作用する遠心力を小さくして、基板Wの上面からの、犠牲ポリマ溶液25の排出を抑制できる。そして、基板Wの、パターンPが形成された上面全域に犠牲ポリマ溶液25が供給されて、基板Wの表面を覆う液膜26が形成される(図3A参照)。
図2を参照して、犠牲膜が形成された後は、リフトピン昇降機構18が制御装置4によって駆動される。これにより、複数本のリフトピン15が上昇され、基板Wが基板保持台8に対して上方に離間する位置(たとえば、センターロボットCRとの間で基板Wの受け渡しが可能な位置)まで持ち上げられる。そして、ゲート開閉機構24が制御装置4によって駆動され、ゲートシャッタ23が開放位置に配置される。これにより、チャンバ10の開口21が開放される。その後、リフトピン15によって支持された基板Wが、センターロボットCRによってチャンバ10内から搬出される。
液処理ユニット7bは、基板Wを水平に保持して回転させるスピンチャック29(基板保持ユニット)と、スピンチャック29に保持された基板Wの上面に薬液を供給する薬液ノズル30と、スピンチャック29に保持された基板Wの上面にリンス液を供給するリンス液ノズル31と、スピンチャック29、薬液ノズル30およびリンス液ノズル31を収容するチャンバ32とを備えている。
薬液としては、エッチング液、洗浄液が挙げられる。さらに具体的には、薬液は、フッ酸、SC1(アンモニア過酸化水素水混合液)、SC2(塩酸過酸化水素水混合液)、フッ化アンモニウム、バッファードフッ酸(フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合液)などが挙げられる。
リンス液としては、純水(脱イオン水)、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水や、希釈濃度(たとえば、10〜100ppm程度)の塩酸水などが挙げられる。
次に、液処理ユニット7bにおいて実行される基板Wの処理について説明する。
センターロボットCRは、犠牲膜形成ユニット7aにおいて犠牲膜を形成した後の基板Wを、液処理ユニット7b内に搬入する。液処理ユニット7b内への基板Wの搬入に先立ち、ゲート開閉機構42が制御装置4によって駆動される。これにより、ゲートシャッタ41が開放位置に配置され、チャンバ32の開口39が開放される。その後、センターロボットCRが、チャンバ32内に基板Wを搬入し、この基板Wを、そのパターン形成面(表面)を上に向けた状態で、スピンチャック29上に載置する。そして、基板Wが、スピンベース33に一体回転可能に、スピンチャック29に保持される。
まず、薬液を基板Wに供給して、基板Wを処理する薬液処理が行われる。この薬液処理により、基板Wおよびパターンの表面の酸化膜、窒化膜、エッチング残渣などが除去される。具体的には、制御装置4は、スピンチャック29によって基板Wを回転させながら、薬液バルブ35を開いて、薬液ノズル30から、スピンチャック29に保持された基板Wの上面中央部に向けて薬液を吐出させる。薬液ノズル30から吐出された薬液は、基板Wの上面中央部に供給され、基板Wの回転による遠心力を受けて基板Wの上面に沿って外方に広がる。これにより、基板Wの上面全域に薬液が供給され、基板Wの上面全域が薬液で処理される。そして、薬液バルブ35が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置4は、薬液バルブ35を閉じて、薬液ノズル30からの薬液の吐出を停止させる。
キャリア保持部5に保持されたキャリアC内に収容された未処理の基板Wは、インデクサロボットIRによって搬出される。そして、キャリアC内から搬出された基板Wは、インデクサロボットIRからセンターロボットCRに渡される。センターロボットCRは、インデクサロボットIRから受け取った未処理の基板Wを犠牲膜形成ユニット7a内に搬入し、この基板Wを基板保持台8上の保持位置P1に載置する(基板保持工程)。
前述のように、パターンの基部は、犠牲膜で覆われずに露出されている。したがって、犠牲膜の形成後に、液処理ユニット7bにおいて、パターンの基部に対して、処理液供給工程、およびスピンドライ工程を実行できる。
以上のように第一実施形態では、基板Wの表面を覆う液膜26を、基板Wの側から加熱することで、いわゆるライデンフロスト現象により、パターンPの、基部を除く少なくとも先端部に保持させた状態で、乾燥させることができる。すなわち、基板Wの表面に形成されたパターンPの、とくに、互いに接触しやすい先端部を少なくとも含む領域を選択的に、従来に比べて少量の犠牲ポリマからなる犠牲膜27、28で被覆できる。
図6は、変形例としての、処理ユニット7cの概略構成を示す模式図である。この変形例の処理ユニット7cは、前述の図3の液処理ユニット7bに、犠牲膜形成のための機構を追加したものに該当する。したがって、図6においては、前述の図3に示された各部と同等の構成部分について、図2と同等の参照符号を付して、その説明を省略する。
処理ユニット7cは、スピンチャック29(基板保持ユニット)、薬液ノズル30およびリンス液ノズル31に加えて、チャンバ32内に、スピンチャック29に保持された基板Wの上面に犠牲ポリマ溶液を供給する犠牲ポリマ溶液ノズル43を備えている。スピンチャック29は、保持位置P3で基板Wを水平に保持する。保持位置P3は、犠牲膜形成位置と液処理位置を兼ねている。スピンベース33内には、スピンチャック29に保持された基板Wを加熱するためのヒータ44(加熱ユニット)が埋設されている。
制御装置4は、記憶ユニットに保持されているレシピの内容に基づいて、処理ユニット7cに含まれる、スピンモータ34、ヒータ44、犠牲ポリマ溶液バルブ45、薬液バルブ35、リンス液バルブ37およびゲート開閉機構42等の動作を制御する。
図4の液処理ユニット7bと同様の手順で、ゲート開閉機構42が制御装置4によって駆動され、ゲートシャッタ41が開放位置に配置されて、チャンバ32の開口39が開放される。次に、センターロボットCRが、チャンバ32内に基板Wを搬入し、この基板Wを、そのパターン形成面(表面)を上に向けた状態で、スピンチャック29上に載置する。そして、基板Wが、スピンベース33に一体回転可能に、スピンチャック29に保持される。
その後、制御装置4は、スピンモータ34を制御することにより、スピンチャック29に保持された基板Wを、前述したパドル速度で回転させる。次に、制御装置4は、基板Wをパドル速度で回転させながら、犠牲ポリマ溶液バルブ45を開いて、犠牲ポリマ溶液ノズル43から、スピンチャック29に保持された基板Wの上面中央部に向けて、犠牲ポリマ溶液を吐出させる。これにより基板Wの表面に、犠牲ポリマ溶液の液膜が形成される。
スピンドライ工程が所定時間に亘って行われた後は、制御装置4は、スピンモータ34を制御して、スピンチャック29による基板Wの回転を停止させる。その後、ゲート開閉機構42が制御装置4によって駆動され、ゲートシャッタ41が開放位置に配置されて、チャンバ32の開口39が開放される。そして、スピンチャック29に保持された基板WがセンターロボットCRによってチャンバ32内から搬出される。
以上のように変形例では、1つの処理ユニット7c内で、犠牲膜形成工程からスピンドライ工程までを一貫して実行できる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。
また、前述の実施形態では、液膜形成工程において、基板をパドル速度で回転させると説明したが、基板をパドル速度を上回る液処理速度(基板に強い遠心力が作用するような回転速度)で回転させるようにしてもよい。
また、前述の実施形態では、液膜保持工程後、引き続いて基板を加熱し続けて、乾燥工程を実行している。しかし、乾燥工程では、加熱を停止して、液膜保持工程の予熱だけで、液膜を乾燥させてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で、種々の設計変更を施すことが可能である。
4 制御装置
7a 犠牲膜形成ユニット
7b 液処理ユニット
7c 処理ユニット
8 基板保持台(基板保持ユニット)
12 基板回転機構(回転ユニット)
13、44 ヒータ(加熱ユニット)
20、46 犠牲ポリマ溶液供給管(犠牲ポリマ溶液供給ユニット)
25 犠牲ポリマ溶液
26 液膜
27、28 犠牲膜
29 スピンチャック(基板保持ユニット)
34 スピンモータ(回転ユニット)
36 薬液供給管(処理液供給ユニット)
38 リンス液供給管(処理液供給ユニット)
P パターン
P1 保持位置(犠牲膜形成位置)
P2 保持位置(液処理位置)
P3 保持位置(液処理位置+犠牲膜形成位置)
W 基板
図6は、変形例としての、処理ユニット7cの概略構成を示す模式図である。この変形例の処理ユニット7cは、前述の図4の液処理ユニット7bに、犠牲膜形成のための機構を追加したものに該当する。したがって、図6においては、前述の図4に示された各部と同等の構成部分について、図4と同等の参照符号を付して、その説明を省略する。
Claims (4)
- 基板の表面に形成されたパターンの、基部を除く少なくとも先端部に犠牲膜を形成する方法であって、
前記基板を、前記表面を上方に向けた状態で水平に保持させる基板保持工程と、
前記基板の表面に、犠牲ポリマの溶液を供給して前記基板の表面を覆う液膜を形成する液膜形成工程と、
前記基板を加熱して前記基板の表面に接する前記溶液を蒸発させることにより、前記液膜を前記パターンの、基部を除く少なくとも先端部に保持させる液膜保持工程と、
前記保持させた液膜を乾燥させる乾燥工程とを含む、
犠牲膜形成方法。 - 前記乾燥工程は、前記基板を加熱する工程を含む、請求項1に記載の犠牲膜形成方法。
- 前記基板に処理液を供給する処理液供給工程と、
前記処理液供給工程の後、前記基板を高速で回転させて振り切り乾燥させるスピンドライ工程と、
前記処理液供給工程に先立って実行され、前記基板の表面に形成されたパターンの、基部を除く少なくとも先端部に、前記請求項1または2に記載の方法を用いて犠牲膜を形成する犠牲膜形成工程とを含む、
基板処理方法。 - 液処理位置および犠牲膜形成位置で基板を水平に保持する基板保持ユニットと、
前記液処理位置および犠牲膜形成位置で、前記基板を、前記基板の中央部を通る回転軸線まわりに回転させる回転ユニットと、
前記液処理位置で、前記基板の上面に、処理液を供給する処理液供給ユニットと、
前記犠牲膜形成位置で、前記基板の上面に、犠牲ポリマの溶液を供給する犠牲ポリマ溶液供給ユニットと、
前記犠牲膜形成位置で、前記基板を加熱する加熱ユニットと、
前記回転ユニット、前記処理液供給ユニット、前記犠牲ポリマ溶液供給ユニットおよび前記加熱ユニットを制御する制御装置とを含み、
前記制御装置は、前記基板に処理液を供給する処理液供給工程と、前記処理液供給工程の後、前記基板を高速で回転させて振り切り乾燥させるスピンドライ工程と、前記処理液供給工程に先立って実行され、前記基板の上面に形成されたパターンの、基部を除く少なくとも先端部に、前記請求項1または2に記載の方法を用いて犠牲膜を形成する犠牲膜形成工程とを実行する、
基板処理装置。
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