JP2018056176A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
化合物(A):炭素数3〜6のフルオロアルカン、又は当該フルオロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、水酸基、酸素原子、カルボキシル基及びパーフルオロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(B):炭素数3〜6のフルオロシクロアルカン、又は当該フルオロシクロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、水酸基、酸素原子、カルボキシル基及びパーフルオロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(C):炭素数10のフルオロビシクロアルカン、又は当該フルオロビシクロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、ハロゲン原子を有してもよいシクロアルキル基、及びハロゲン原子を有してもよいシクロアルキル基を有するアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(D):フルオロテトラシアノキノジメタン、又は当該フルオロテトラシアノキノジメタンに、フッ素基を除くハロゲン基が少なくとも1つ結合したもの;
化合物(E):フルオロシクロトリホスファゼン、又は当該フルオロシクロトリホスファゼンに、フッ素基を除くハロゲン基、フェノキシ基及びアルコキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの
化合物(A):炭素数3〜6のフルオロアルカン、又は当該フルオロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、水酸基、酸素原子、カルボキシル基及びパーフルオロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(B):炭素数3〜6のフルオロシクロアルカン、又は当該フルオロシクロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、水酸基、酸素原子、カルボキシル基及びパーフルオロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(C):炭素数10のフルオロビシクロアルカン、又は当該フルオロビシクロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、ハロゲン原子を有してもよいシクロアルキル基、及びハロゲン原子を有してもよいシクロアルキル基を有するアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(D):フルオロテトラシアノキノジメタン、又は当該フルオロテトラシアノキノジメタンに、フッ素基を除くハロゲン基が少なくとも1つ結合したもの;
化合物(E):フルオロシクロトリホスファゼン、又は当該フルオロシクロトリホスファゼンに、フッ素基を除くハロゲン基、フェノキシ基及びアルコキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの
即ち、本発明によれば、例えば、基板のパターン形成面上に液体が存在する場合に、当該液体を処理液に置き換え、当該処理液を凝固させて凝固体を形成させた後に、当該凝固体を昇華させて、液体の除去を図るものである。そして、処理液中には、濃度0.001体積%〜0.8体積%の範囲内のアルコールが含まれるため、処理液中に不純物としての有機物が存在しても、当該有機物を結晶核として結晶粒が成長するのを抑制することができる。その結果、結晶粒界の発生や成長を抑制した結晶構造の凝固体を得ることができる。これにより、結晶粒界の発生等に起因した応力がパターンに作用するのを低減することができ、パターンの倒壊を低減することができる。
本発明の第1実施形態について、以下に説明する。
図1は、本実施形態に係る基板処理装置1の概略を表す説明図である。図2は、基板処理装置1の内部構成を表す概略平面図である。尚、各図に於いては、図示したものの方向関係を明確にするために、適宜XYZ直交座標軸を表示する。図1及び図2に於いて、XY平面は水平面を表し、十Z方向は鉛直上向きを表す。
先ず、基板処理装置1の構成について、図1及び図2に基づき説明する。
基板処理装置1は、基板Wを収容する容器であるチャンバ11と、基板Wを保持する基板保持手段51と、基板処理装置1の各部を制御する制御ユニット13と、基板保持手段51に保持される基板Wへ乾燥補助液としての処理液を供給する処理液供給手段(供給手段)21と、基板保持手段51に保持される基板WへIPA(イソプロピルアルコール)を供給するIPA供給手段31と、基板保持手段51に保持される基板Wヘ気体を供給する気体供給手段41(凝固手段、昇華手段)と、基板保持手段51に保持される基板Wへ供給され、基板Wの周録部外側へ排出されるIPAや乾燥補助液等を捕集する飛散防止カップ12と、基板処理装置1の各部の後述するアームをそれぞれ独立に旋回駆動させる旋回駆動部14と、チャンバ11の内部を減圧する減圧手段71とを少なくとも備える。また、基板処理装置1は基板搬入出手段、チャックピン開閉機構及び湿式洗浄手段を備える(何れも図示しない)。基板処理装置1の各部について、以下に説明する。
処理液供給手段21は、基板Wのパターン形成面に乾燥補助液を供給するユニットであり、図1に示すように、ノズル22と、アーム23と、旋回軸24と、配管25a及び配管25bと、バルブ26a及びバルブ26bと、処理液貯留部27とを少なくとも備える。
次に、本実施形態で用いる乾燥補助液について、以下に説明する。
本実施形態の乾燥補助液は、融解状態の乾燥補助物質(昇華性物質)と、当該融解状態の昇華性物質に対し相溶性を示すIPAとを少なくとも含む処理液であり、基板のパターン形成面に存在する液体を除去するための乾燥処理に於いて、当該乾燥処理を補助する機能を果たす。尚、本実施形態では、処理液にIPAを含む場合を例にして以下に説明するが、融解状態の昇華性物質に対し相溶性を示すアルコールであれば本発明はIPAに限定されない。
化合物(B):炭素数3〜6のフルオロシクロアルカン、又は当該フルオロシクロアルカンに置換基が結合したもの
化合物(C):炭素数10のフルオロビシクロアルカン、又は当該フルオロビシクロアルカンに置換基が結合したもの
化合物(D):フルオロテトラシアノキノジメタン、又は当該フルオロテトラシアノキノジメタンに置換基が結合したもの
化合物(E):フルオロシクロトリホスファゼン、又は当該フルオロシクロトリホスファゼンに置換基が結合したもの
化合物(A)としては、下記一般式(1)で表される炭素数3〜6のフルオロアルカンが挙げられる。
化合物(B)としては、下記一般式(2)で表される炭素数3〜6のフルオロシクロアルカンが挙げられる。
化合物(C)に於ける炭素数10のフルオロビシクロアルカンとしては、例えば、フルオロビシクロ[4.4.0]デカン、フルオロビシクロ[3.3.2]デカン、ペルフルオロビシクロ[4.4.0]デカン、ペルフルオロビシクロ[3.3.2]デカン等が挙げられる。
前記化合物(D)に於けるフルオロテトラシアノキノジメタンとしては、例えば、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン等が挙げられる。
化合物(E)に於けるフルオロシクロトリホスファゼンとしては、ヘキサフルオロシクロトリホスファゼン、オクタフルオロシクロテトラホスファゼン、デカフルオロシクロペンタホスファゼン、ドデカフルオロシクロヘキサホスファゼン等が挙げられる。
次に、本実施形態の基板処理装置1を用いた基板処理方法について、図6及び図7に基づき、以下に説明する。図6は、第1実施形態に係る基板処理装置1の動作を示すフローチャートである。図7は、図6の各工程に於ける基板Wの様子を示す模式図である。尚、基板W上には、凹凸のパターンWpが前工程により形成されている。パターンWpは、凸部Wp1及び凹部Wp2を備えている。本実施形態に於いて、凸部Wp1は、100〜600nmの範囲の高さであり、10〜50nmの範囲の幅である。また、隣接する2個の凸部Wp1間に於ける最短距離(凹部Wp2の最短幅)は、10〜50nmの範囲である。凸部Wp1のアスペクト比、即ち高さを幅で除算した値(高さ/幅)は、10〜20である。
本発明に係る第2実施形態について、以下に説明する。
本実施形態は、第1実施形態と比較して、処理液が洗浄液及び/又はリンス液として用いられ、かつ、処理液の供給工程が洗浄・リンス工程として行われる点が異なる。この様な構成によって、本実施形態では、工程数の削減を図り、処理効率の向上を図ると共に、パターンの倒壊を抑制することができ、基板Wの表面を良好に乾燥することができる。
第2実施形態に係る基板処理装置及び制御ユニットは、第1実施形態に係る基板処理装置1及び制御ユニット13と基本的に同一の構成を有するものを用いることができる(図1及び図2参照)。従って、その説明は同一符号を付して省略する。
次に、第1実施形態と同様の構成の基板処理装置1を用いた、第2実施形態に係る基板処理方法について説明する。
本発明に係る第3実施形態について、以下に説明する。本実施形態は、第1実施形態及び第2実施形態と比較して、凝固工程S14及び昇華工程S15に於いて、窒素ガスの供給に代えて、チャンバ内部を減圧した点が異なる。この様な構成によっても、パターンの倒壊を抑制しつつ、基板Wの表面を良好に乾燥することができる。
第3実施形態に係る基板処理装置及び制御ユニットは、第1実施形態に係る基板処理装置1及び制御ユニット13と基本的に同一の構成を有するものであるため(図1及び図2参照)、その説明は同一符号を付して省略する。また、本実施形態で使用する乾燥補助液も、第1実施形態に係る乾燥補助液と同様であるため、その説明は省略する。
次に、第1実施形態と同様の構成の基板処理装置1を用いた、第3実施形態に係る基板処理方法について説明する。
以上の説明に於いては、本発明の好適な実施態様について説明した。しかし、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではなく、その他の様々な形態で実施可能である。以下に、その他の主な形態を例示する。
モデルパターンが表面に形成されたシリコン基板を準備し、当該シリコン基板から、一辺が1cm角のクーポン(供試体)を切り出した。図11に、クーポンのモデルパターンが形成された面を表すSEM(Scanning Electron Microscope)画像を示す。モデルパターンとしては、円柱の直径が約30nm、アスペクト比が約20の円柱が配列されたパターンを採用した。図15中に、白色で示す部分が円柱部分(即ち、パターンの凸部)の頭部であり、黒色で示す部分がパターンの凹部である。図11に示すように、パターン形成面には、規則的に略等しい大きさの白丸が配列していることが確認されている。
本実施例に於いては、前記シリコン基板から切り出したクーポンを用いて、以下に述べる手順にてその乾燥処理を行い、パターン倒壊の抑制効果を評価した。
尚、前記倒壊率は、以下の式により算出した値である。
倒壊率(%)=(任意の領域に於ける倒壊した凸部の数)÷(当該領域に於ける凸部の総数)×100
実施例2〜5においては、乾燥補助液に対するIPA濃度を下記表1に示す通りに変更した。それ以外は、実施例1と同様にして、各実施例のクーポンのパターン形成面の乾燥処理を行った。結果を下記表1及び図17に示す。何れの実施例においてもパターン倒壊の発生は抑制されており、表示された領域に於ける倒壊率は下記表1及び図17に示す通りであった。これにより、乾燥補助物質として融解状態の1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタンと、一定範囲の濃度のIPAを含む乾燥補助液を用いた場合には、パターンの倒壊を極めて良好に抑制することができ、昇華乾燥に有効であることが示された。
本比較例に於いては、乾燥補助液として、融解状態の1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタンのみからなるものを用いた。それ以外は、実施例1と同様にして、クーポンのパターン形成面の乾燥処理を行った。図14は、クーポンにおけるパターン形成面のSEM画像である。乾燥処理前のクーポンのパターン形成面(図15参照)と比較して、多くの箇所で白丸が大きくなった部分が観察され、クラック状のパターンの倒壊が確認された。また、パターン倒壊率は、17.94%であった(下記表1及び図14参照)。
比較例2においては、乾燥補助液に対するIPA濃度を下記表1に示す通りに変更した。それ以外は、実施例1と同様にして、本比較例のクーポンのパターン形成面の乾燥処理を行った。その結果、表示された領域に於ける倒壊率は23.67%であった(下記表1及び図17参照)。これにより、乾燥補助物質として融解状態の1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタンと、IPAを含む乾燥補助液を用いた場合であっても、IPAの濃度が1体積%の場合には、パターンの倒壊が十分に低減できないことが確認された。
表1及び図13に示すように、乾燥補助物質として、フッ化炭素化合物の一種である1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタンを用い、かつ、濃度0.01体積%〜0.5体積%の範囲内でイソプロピルアルコールを含有させた実施例1〜5の場合には、IPAを含有させない比較例1の場合と比較して、パターンの倒壊の発生が良好に抑制されていることが確認された。
11 チャンバ
12 飛散防止カップ
13 制御ユニット
14 旋回駆動部
15 演算処理部
17 メモリ
19 基板処理プログラム
21 処理液供給手段(供給手段)
22 ノズル
23 アーム
24 旋回軸
25a、25b 配管
26a、26b バルブ
27 処理液貯留部
31 IPA供給手段
32 ノズル
33 アーム
34 旋回軸
35 配管
36 バルブ
37 IPAタンク
41 気体供給手段(凝固手段、昇華手段)
42 ノズル
43 アーム
44 旋回軸
45 配管
46 バルブ
47 気体タンク
51 基板保持手段
52 回転駆動部
53 スピンベース
54 チャックピン
61 IPA
62 乾燥補助液
63 凝固体
71 減圧手段
72 排気ポンプ
74 バルブ
271 処理液貯留タンク
272 温度調整部
273 配管
274 加圧部
275 窒素ガスタンク
276 ポンプ
277 撹拌部
278 撹拌制御部
279 回転部
471 気体貯留部
472 気体温度調整部
A1、J1、J2、J3 軸
AR1、AR2、AR3 矢印
P1、P2、P3 退避位置
S11 洗浄工程
S12 IPAリンス工程
S13 処理液供給工程(供給工程)
S14 凝固工程
S15 昇華工程
S16 洗浄・リンス工程
W 基板
Wf (基板の)表面
Wb (基板の)裏面
Wp (基板表面の)パターン
Wp1 (パターンの)凸部
Wp2 (パターンの)凹部
Claims (23)
- 融解状態の昇華性物質、及び当該昇華性物質に対し相溶性を示すアルコールを含む処理液を、基板のパターン形成面に供給する供給手段と、
前記処理液を、前記パターン形成面上で凝固させて凝固体を形成する凝固手段と、
前記凝固体を昇華させて、前記パターン形成面から除去する昇華手段と、
を備え、
前記昇華性物質はフッ化炭素化合物を含むものであり、
前記アルコールの濃度が、前記処理液に対し0.001体積%〜0.8体積%の範囲内であることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項1に記載の基板処理装置であって、
前記フッ化炭素化合物が、下記化合物(A)〜(E)の少なくとも何れかであることを特徴とする、基板処理装置。
化合物(A):炭素数3〜6のフルオロアルカン、又は当該フルオロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、水酸基、酸素原子、カルボキシル基及びパーフルオロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(B):炭素数3〜6のフルオロシクロアルカン、又は当該フルオロシクロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、水酸基、酸素原子、カルボキシル基及びパーフルオロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(C):炭素数10のフルオロビシクロアルカン、又は当該フルオロビシクロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、ハロゲン原子を有してもよいシクロアルキル基、及びハロゲン原子を有してもよいシクロアルキル基を有するアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(D):フルオロテトラシアノキノジメタン、又は当該フルオロテトラシアノキノジメタンに、フッ素基を除くハロゲン基が少なくとも1つ結合したもの;
化合物(E):フルオロシクロトリホスファゼン、又は当該フルオロシクロトリホスファゼンに、フッ素基を除くハロゲン基、フェノキシ基及びアルコキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの - 請求項2に記載の基板処理装置であって、
前記化合物(A)は、テトラデカフルオロヘキサンであることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項2に記載の基板処理装置であって、
前記化合物(B)は、1,1,2,2−テトラクロロ−3,3,4,4−テトラフルオロシクロブタン、1,2,3,4,5−ペンタフルオロシクロペンタン、1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタン、フルオロシクロヘキサン、ドデカフルオロシクロヘキサン、1,1,4−トリフルオロシクロヘキサン、2−フルオロシクロヘキサノール、4,4−ジフルオロシクロヘキサノン、4,4−ジフルオロシクロヘキサンカルボン酸及び1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−ウンデカフルオロ−1−(ノナフルオロブチル)シクロヘキサンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項2に記載の基板処理装置であって、
前記化合物(C)は、2−[ジフルオロ(ウンデカフルオロシクロヘキシル)メチル]−1,1,2,3,3,4,4,4a,5,5,6,6,7,7,8,8,8a−ヘプタデカフルオロデカヒドロナフタレンであることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項2に記載の基板処理装置であって、
前記化合物(D)は、テトラフルオロテトラシアノキノジメタンであることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項2に記載の基板処理装置であって、
前記化合物(E)は、ヘキサフルオロシクロトリホスファゼンであることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項1〜7の何れか1項に記載の基板処理装置であって、
前記アルコールは、イソプロピルアルコールであることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載の基板処理装置であって、
前記供給手段は、前記処理液を大気圧下で、前記基板のパターン形成面に供給するものであり、
前記凝固手段は、前記処理液を大気圧下で当該処理液の凝固点以下に冷却するものであることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載の基板処理装置であって、
前記昇華性物質としてのフッ化炭素化合物は、大気圧下で昇華性を有し、
前記昇華手段は、前記昇華性物質を大気圧下で昇華させることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項10に記載の基板処理装置であって、
前記凝固手段及び昇華手段は、少なくとも前記昇華性物質及び前記アルコールに対して不活性な不活性ガスを、前記処理液の凝固点以下の温度で、前記パターン形成面に向けて供給する共通の気体供給手段であることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載の基板処理装置であって、
前記昇華手段は、前記凝固体が形成された前記パターン形成面を、大気圧よりも低い環境下に減圧させる減圧手段であることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項12に記載の基板処理装置であって、
前記凝固手段として前記減圧手段を用いることを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項1〜13の何れか1項に記載の基板処理装置であって、
前記供給手段は、前記処理液の温度を前記昇華性物質の融点以上、かつ、当該昇華性物質又は前記アルコールの何れか低い方の沸点より低い温度に調整する処理液温度調整部を有することを特徴とする、基板処理装置。 - 請求項1〜14の何れか1項に記載の基板処理装置であって、
前記供給手段は、前記基板のパターン形成面に前記処理液を洗浄液又はリンス液として供給することにより、当該パターン形成面に対し洗浄又はリンスを行うものであることを特徴とする、基板処理装置。 - 融解状態の昇華性物質、及び当該昇華性物質に対し相溶性を示すアルコールを含む処理液を、基板のパターン形成面に供給する供給工程と、
前記処理液を、前記パターン形成面上で凝固させて凝固体を形成する凝固工程と、
前記凝固体を昇華させて、前記パターン形成面から除去する昇華工程と、
を含み、
前記昇華性物質はフッ化炭素化合物を含むものであり、
前記アルコールの濃度が、前記処理液に対し0.001体積%〜0.8体積%の範囲内であることを特徴とする、基板処理方法。 - 請求項16に記載の基板処理方法であって、
前記フッ化炭素化合物が、下記化合物(A)〜(E)の少なくとも何れかであることを特徴とする、基板処理方法。
化合物(A):炭素数3〜6のフルオロアルカン、又は当該フルオロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、水酸基、酸素原子、カルボキシル基及びパーフルオロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(B):炭素数3〜6のフルオロシクロアルカン、又は当該フルオロシクロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、水酸基、酸素原子、カルボキシル基及びパーフルオロアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(C):炭素数10のフルオロビシクロアルカン、又は当該フルオロビシクロアルカンに、フッ素基を除くハロゲン基、ハロゲン原子を有してもよいシクロアルキル基、及びハロゲン原子を有してもよいシクロアルキル基を有するアルキル基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの;
化合物(D):フルオロテトラシアノキノジメタン、又は当該フルオロテトラシアノキノジメタンに、フッ素基を除くハロゲン基が少なくとも1つ結合したもの;
化合物(E):フルオロシクロトリホスファゼン、又は当該フルオロシクロトリホスファゼンに、フッ素基を除くハロゲン基、フェノキシ基及びアルコキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種が結合したもの - 請求項17に記載の基板処理方法であって、
前記化合物(A)は、テトラデカフルオロヘキサンであることを特徴とする、基板処理方法。 - 請求項17に記載の基板処理方法であって、
前記化合物(B)は、1,1,2,2−テトラクロロ−3,3,4,4−テトラフルオロシクロブタン、1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタン、フルオロシクロヘキサン、ドデカフルオロシクロヘキサン、1,1,4−トリフルオロシクロヘキサン、2−フルオロシクロヘキサノール、4,4−ジフルオロシクロヘキサノン、4,4−ジフルオロシクロヘキサンカルボン酸及び1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−ウンデカフルオロ−1−(ノナフルオロブチル)シクロヘキサンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、基板処理方法。 - 請求項17に記載の基板処理方法であって、
前記化合物(C)は、2−[ジフルオロ(ウンデカフルオロシクロヘキシル)メチル]−1,1,2,3,3,4,4,4a,5,5,6,6,7,7,8,8,8a−ヘプタデカフルオロデカヒドロナフタレンであることを特徴とする、基板処理方法。 - 請求項17に記載の基板処理方法であって、
前記化合物(D)は、テトラフルオロテトラシアノキノジメタンであることを特徴とする、基板処理方法。 - 請求項17に記載の基板処理方法であって、
前記化合物(E)は、ヘキサフルオロシクロトリホスファゼンであることを特徴とする、基板処理方法。 - 請求項16〜22の何れか1項に記載の基板処理方法であって、
前記アルコールは、イソプロピルアルコールであることを特徴とする、基板処理方法。
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