JP2019062004A - 基板処理方法、基板処理液及び基板処理装置 - Google Patents

基板処理方法、基板処理液及び基板処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】基板の表面に形成されたパターンの倒壊を防止しつつ、基板の表面に付着した液体を除去することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。【解決手段】本発明の基板処理方法は、基板のパターン形成面に、融解状態の柔粘性結晶材料を含む基板処理液を供給する供給工程と、前記パターン形成面上で、前記柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態にして柔粘性結晶層を形成する柔粘性結晶層形成工程と、前記柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させて、前記パターン形成面から除去する除去工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体基板、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、FED(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板等の各種基板に付着した液体を基板から除去する基板処理方法、基板処理液及び基板処理装置に関する。
半導体装置や液晶表示装置等の電子部品の製造工程では、液体を使用する様々な湿式処理を基板に対して施した後、湿式処理によって基板に付着した液体を除去するための乾燥処理を基板に対して施す。
湿式処理としては、基板表面の汚染物質を除去する洗浄処理が挙げられる。例えば、ドライエッチング工程により、凹凸を有する微細なパターンを形成した基板表面には、反応副生成物(エッチング残渣)が存在している。また、エッチング残渣の他に、基板表面には金属不純物や有機汚染物質等が付着している場合があり、これらの物質を除去するために、基板へ洗浄液を供給する等の洗浄処理を行う。
洗浄処理の後には、洗浄液をリンス液により除去するリンス処理と、リンス液を乾燥する乾燥処理が施される。リンス処理としては、洗浄液が付着した基板表面に対して脱イオン水(DIW:Deionized Water)等のリンス液を供給し、基板表面の洗浄液を除去するリンス処理が挙げられる。その後、リンス液を除去することにより基板を乾燥させる乾燥処理を行う。
近年、基板に形成されるパターンの微細化に伴い、凹凸を有するパターンの凸部に於けるアスペクト比(パターン凸部に於ける高さと幅の比)が大きくなってきている。このため、乾燥処理の際、パターンの凹部に入り込んだ洗浄液やリンス液等の液体と、液体に接する気体との境界面に作用する表面張力が、パターン中の隣接する凸部同士を引き寄せて倒壊させる、いわゆるパターン倒壊の問題がある。
この様な表面張力に起困するパターンの倒壊の防止を目的とした乾燥技術として、例えば、特許文献1には、構造体(パターン)が形成された基板に溶液を接触させ、当該溶液を固体に変化させてパターンの支持体とし、当該支持体を固相から気相に、液相を経ることなく変化させて除去する方法が開示されている。また、特許文献1には、支持材として、メタクリル系樹脂材料、スチレン系樹脂材料及びフッ化炭素系材料の少なくとも何れかを用いることが開示されている。
また、特許文献2及び特許文献3には、基板上に昇華性物質の溶液を供給し、溶液中の溶媒を乾燥させて基板上を固相の昇華性物質で満たし、昇華性物質を昇華させる乾燥技術が開示されている。これらの特許文献によれば、固体と、固体に接する気体との境界面には表面張力が作用しないため、表面張力に起因するパターンの倒壊を抑制することができるとされている。
また、特許文献4には、液体が付着した基板にターシャリーブタノール(t−ブタノール)の融液を供給し、基板上でt−ブタノールを凝固させて凝固体を形成した後、t−ブタノールを昇華させて除去する乾燥技術が開示されている。
特許文献1〜4に開示の乾燥技術は、それ以前のものと比較して、パターンの高い倒壊抑制効果を期待することができる。しかし、微細かつアスペクト比が高い(即ち、凸パターンの幅に対して、凸パターンの高さがより高い)微細パターンの場合では、特許文献1〜4に開示の乾燥技術を用いても、依然としてパターンの倒壊が発生している。パターンの倒壊発生の原因は様々であるが、その一つとして昇華性物質とパターン表面の間に働く力が挙げられる。
即ち、昇華を利用した凍結乾燥(又は昇華乾燥)方法では、基板表面の乾燥過程に於いて昇華性物質は固体状態から液体状態を経ることなく気体状態となる。そして、パターン面と昇華性物質の界面に於いては、イオン結合や水素結合、ファンデルワールス等の力が作用している。そのため、昇華乾燥に於いて、昇華性物質に不均一な相変化(昇華性物質の固化あるいは昇華)が起こると、これによりパターンに応力が加わり、パターンの倒壊が発生する。また、これらの力は昇華性物質が有する物性に大きく依存する。従って、微細パターンに対しても昇華乾燥によるパターンの倒壊発生を低減するためには、当該微細パターンに適した昇華性物質を選定する必要がある。
また非特許文献1には、凹凸を有する微細なパターンが形成された基板上に、シクロヘキサンからなる基材処理液を供給した後、当該基板処理液を−40℃で凝固させ、その後、凝固した基板処理液を昇華させることが開示されている。
しかし非特許文献1によれば、シクロヘキサンを基板処理液として用いた場合には、パターンの倒壊を十分に抑制できないことが開示されている。
特開2013−16699号公報 特開2012−243869号公報 特開2013−258272号公報 特開2015−142069号公報
Mehul N. Patel, Steve Sirard, Ratchana Limary, and Diane Hymes: "Freeze Drying Chemistries for Wet Processing of High Aspect Ratio Structures", SEMATECH SPCC(Surface Preparation and Cleaning Conference)予稿集、2015年5月
本発明は、前記課題を鑑みなされたものであり、基板の表面に形成されたパターンの倒壊を防止しつつ、基板の表面に付着した液体を除去することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。
本発明に係る基板処理方法は、前記の課題を解決する為に、基板のパターン形成面に、融解状態の柔粘性結晶材料を含む基板処理液を供給する供給工程と、前記パターン形成面上で、前記柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態にして柔粘性結晶層を形成する柔粘性結晶層形成工程と、前記柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させて、前記パターン形成面から除去する除去工程と、を含むことを特徴とする。
前記の構成によれば、基板処理液に融解状態の柔粘性結晶材料を少なくとも含有させることにより、従来の昇華性物質を用いた凍結乾燥(又は昇華乾燥)とは異なる方法により基板処理を行うことが可能になる。即ち、従来の基板処理方法では、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、昇華性物質を含む基板処理液を当該パターン形成面に供給した後、少なくとも昇華性物質を固体状態に凝固させて凝固体を形成し、更にこの凝固体を昇華させることにより、前記液体を除去していた。しかし、基板処理液を凝固させて凝固体を形成した場合、昇華性物質を含む基板処理液中に不純物としての有機物等が存在すると、当該有機物が昇華性物質を含む基板処理液を凝固させる際に結晶核となり得る。これにより、それぞれの不純物が結晶核となって結晶粒が成長し、やがて成長した結晶粒同士が衝突することで、境界に結晶粒界が発生する。この結晶粒界の発生により、パターンに応力が加えられ、パターンの倒壊が発生していた。
これに対し、前記構成の基板処理方法では、先ず、基板処理液として融解状態の柔粘性結晶材料を含むものを用いる。また、従来の凝固工程に代えて、柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態にして柔粘性結晶層を形成する柔粘性結晶層形成工程を行う。更に、柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させ、柔粘性結晶層を除去する(除去工程)。ここで、柔粘性結晶の状態は液体状態と固体状態の中間状態にあり、流動性を有している。そのため、この様な柔粘性結晶層をパターン形成面上に形成することにより、結晶粒界の発生や成長を抑制することができる。その結果、前記の構成によれば、結晶粒界の発生及び成長に起因した応力がパターンに作用するのを低減し、微細かつアスペクト比の高いパターンに対しても、その倒壊の発生を抑制することができる。
また、前記の構成によれば、従来の昇華性物質を含む基板処理液が凝固した凝固体の場合と比較して、パターンに及ぼす応力を緩和することができる。その結果、パターンの倒壊の発生を一層低減することができる。
前記構成に於いては、前記柔粘性結晶層形成工程が、大気圧下に於いて、前記柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度範囲で、前記基板処理液を冷却する工程であることが好ましい。
柔粘性結晶材料を融解状態で含む基板処理液を前記温度範囲で冷却することにより、当該柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態にし、パターン形成面上に流動性を有する柔粘性結晶層を形成することができる。
前記構成に於いては、前記柔粘性結晶層形成工程又は除去工程の少なくとも何れか一方が、冷媒を、前記柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度で、前記基板に於けるパターン形成面とは反対側の裏面に向けて供給する工程であってもよい。
前記の構成によれば、柔粘性結晶層形成工程に於いては、パターン形成面とは反対側の裏面に向けて、柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度の冷媒を供給することにより、パターン形成面上に柔粘性結晶層を形成することができる。また、除去工程に於いては、冷媒を基板の裏面に向けて供給することにより、柔粘性結晶層が液体状態になるのを防止しながら、柔粘性結晶層を気体状態に状態変化させることができる。
前記構成に於いては、前記柔粘性結晶層形成工程又は除去工程の少なくとも何れか一方が、少なくとも前記柔粘性結晶材料に対して不活性なガスを、当該柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該柔粘性結晶材料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工程であってもよい。
前記の構成によれば、柔粘性結晶層形成工程に於いては、柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度の不活性ガスを、パターン形成面に向けて供給するので、柔粘性結晶材料を冷却して柔粘性結晶の状態にすることができる。また、除去工程に於いては、前記パターン形成面に形成されている柔粘性結晶層に対しても不活性ガスを供給することにより、当該柔粘性結晶層を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させることができる。尚、不活性ガスは柔粘性結晶材料に対して不活性であるため、当該柔粘性結晶材料は変性することがない。
前記構成に於いては、前記除去工程が、少なくとも前記柔粘性結晶材料に対して不活性なガスを、当該柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、柔粘性結晶材料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と共に、冷媒を、前記柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度で、前記基板に於けるパターン形成面とは反対側の裏面に向けて供給する工程であってもよい。
前記の構成によれば、パターン形成面に形成されている柔粘性結晶層に対しては、柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度で不活性ガスを供給することにより、柔粘性結晶層を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させることができる。また、前記パターン形成面とは反対側の裏面に対しては、柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度で冷媒を供給することにより、柔粘性結晶層が液体状態になるのを防止しながら、これを気体状態に状態変化させることができる。尚、不活性ガスは昇華性物質及び溶媒に対して不活性であるため、当該昇華性物質及び溶媒は変性することがない。
前記の構成に於いては、前記柔粘性結晶層形成工程又は除去工程の少なくとも何れか一方が、前記基板処理液が供給された前記パターン形成面又は前記柔粘性結晶層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工程であってもよい。
前記の構成によれば、柔粘性結晶層形成工程に於いて、基板処理液が供給されている基板のパターン形成面を、大気圧よりも低い環境下に減圧させることにより、柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態に状態変化させ、柔粘性結晶層を形成することができる。また、除去工程に於いて、柔粘性結晶層が形成されているパターン形成面を、同様に大気圧よりも低い環境下に減圧させることにより、柔粘性結晶層を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させ、これを除去することができる。
前記構成に於いては、前記柔粘性結晶材料がシクロヘキサンであることが好ましい。
本発明に係る基板処理液は、前記の課題を解決する為に、パターン形成面を有する基板の処理に用いられる基板処理液であって、融解状態の柔粘性結晶材料を含み、前記柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、凝固点以下の条件下で凝固されることなく、柔粘性結晶の状態で用いられることを特徴とする。
前記の構成によれば、基板処理液に融解状態の柔粘性結晶材料を少なくとも含有させることにより、従来の昇華性物質を用いた凍結乾燥(又は昇華乾燥)とは異なる方法により基板処理を行うことが可能になる。即ち、柔粘性結晶材料を基板処理液に含有させ、かつ柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、凝固点以下の条件下で用いることにより、基板処理の際に、当該基板処理液を凝固させることなく、柔粘性結晶の状態で行うことができる。ここで、柔粘性結晶の状態は液体状態と固体状態の中間状態にあり、流動性を有している。そのため、柔粘性結晶材料を、固体状態ではなく柔粘性結晶の状態にすることで、従来の昇華性物質を用いて凝固させた場合に発生していた結晶粒界やその成長を抑制することができる。その結果、前記の構成によれば、結晶粒界の発生及び成長に起因した応力がパターンに加わるのを防止することができ、微細かつアスペクト比の高いパターンの場合でもパターンの倒壊を防止することができる。また、前記の構成によれば、基板処理液の凝固によりパターンに及ぼす応力自体をなくすことができるので、パターンの倒壊の発生を一層低減することができる。
前記構成に於いては、前記柔粘性結晶材料がシクロヘキサンであることが好ましい。
本発明に係る基板処理装置は、前記の課題を解決する為に、前記に記載の基板処理方法に用いられる基板処理装置であって、前記基板のパターン形成面に、前記基板処理液を供給する供給手段と、前記パターン形成面上で、前記柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態にして柔粘性結晶層を形成する柔粘性結晶層形成手段と、前記柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させて、前記パターン形成面から除去する除去手段と、を備えることを特徴とする。
前記の構成によれば、基板処理液に融解状態の柔粘性結晶材料を少なくとも含有させることにより、従来の昇華性物質を用いた凍結乾燥(又は昇華乾燥)とは異なる方法で基板処理を行うことが可能な基板処理装置を提供することができる。即ち、従来の基板処理装置では、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、供給手段が昇華性物質を含む基板処理液を当該パターン形成面に供給した後、凝固手段が少なくとも昇華性物質を固体状態に凝固させて凝固体を形成し、更に昇華手段がこの凝固体を昇華させることにより、前記液体を除去していた。しかし、基板処理液を凝固させて凝固体を形成した場合、昇華性物質を含む基板処理液中に不純物としての有機物等が存在すると、当該有機物が昇華性物質を含む基板処理液を凝固させる際に結晶核となり得る。これにより、それぞれの不純物が結晶核となって結晶粒が成長し、やがて成長した結晶粒同士が衝突することで、境界に結晶粒界が発生する。この結晶粒界の発生により、パターンに応力が加えられ、パターンの倒壊が発生する。
これに対し、前記構成の基板処理装置によれば、先ず、基板処理液として融解状態の柔粘性結晶材料を含むものを用いる。また、従来の凝固手段に代えて、柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態にして柔粘性結晶層を形成する柔粘性結晶層形成手段を備える。更に、柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させ、柔粘性結晶層を除去する除去手段を備える。ここで、柔粘性結晶の状態は液体状態と固体状態の中間状態にあり、流動性を有している。そのため、この様な柔粘性結晶層をパターン形成面上に形成することにより、結晶粒界の発生や成長を抑制することができる。その結果、前記の構成によれば、結晶粒界の発生及び成長に起因した応力がパターンに作用するのを低減し、微細かつアスペクト比の高いパターンに対しても、その倒壊の発生を抑制することができる。
また、前記の構成によれば、従来の昇華性物質を含む基板処理液が凝固した凝固体の場合と比較して、パターンに及ぼす応力を緩和することができる。その結果、パターンの倒壊の発生を一層低減することができる。
本発明は、前記に説明した手段により、以下に述べるような効果を奏する。
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、柔粘性結晶材料を含む基板処理液に置き換えた後、当該柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態にして柔粘性結晶層を形成させた上で、当該柔粘性結晶層を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させる。そのため、結晶粒界の発生に起因したパターンの倒壊を抑制することができる。また、柔粘性結晶材料が柔粘性結晶の状態となった柔粘性結晶層流動性を有しているため、昇華性物質を凝固体とした場合と比較して、パターンに応力が加わるのを低減することができる。その結果、本発明によれば、従来の昇華性物質を用いた凍結乾燥(又は昇華乾燥)とは異なる方法によりパターンの倒壊を一層抑制することが可能な基板処理方法、基板処理液及び基板処理装置を提供することができる。
本発明の第1実施形態に係る基板処理装置の概略を表す説明図である。 基板処理装置を表す概略平面図である。 基板処理装置に於ける基板保持手段の概略を表す断面模式図である。 図4(a)は基板処理装置に於ける基板処理液貯留部の概略構成を示すブロック図であり、図4(b)は当該基板処理液貯留部の具体的構成を示す説明図である。 基板処理装置に於ける気体貯留部の概略構成を示すブロック図である。 基板処理装置に於ける冷媒貯留部の概略構成を示すブロック図である。 基板処理装置に於ける制御ユニットの概略構成を示す説明図である。 基板処理装置を用いた基板処理方法を示すフローチャートである。 基板処理方法の各工程に於ける基板の様子を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る基板処理方法の各工程に於ける基板の様子を示す図である。 本発明の第3実施形態に係る基板処理方法の各工程に於ける基板の様子を示す図である。 本発明の実施例及び比較例で使用した未処理のシリコン基板のパターン形成面を表すSEM画像である。 本発明の実施例1に係る基板処理を施したシリコン基板のパターン形成面を表すSEM画像である。 比較例1に係る基板処理を施したシリコン基板のパターン形成面を表すSEM画像である。 比較例2に係る基板処理を施したシリコン基板のパターン形成面を表すSEM画像である。 比較例3に係る基板処理を施したシリコン基板のパターン形成面を表すSEM画像である。 比較例4に係る基板処理を施したシリコン基板のパターン形成面を表すSEM画像である。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について、以下に説明する。
本実施形態に係る基板処理装置は、例えば、各種の基板の処理に用いることができる。「基板」とは、半導体基板、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、FED(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板等の各種基板をいう。本実施形態では、基板処理装置1を半導体基板(以下、「基板」という。)の処理に用いる場合を例にして説明する。
基板としては、一方主面のみに回路パターン等(以下「パターン」と記載する)が形成されているものを例にしている。ここで、パターンが形成されているパターン形成面(主面)を「表面」と称し、その反対側のパターンが形成されていない主面を「裏面」と称する。また、下方に向けられた基板の面を「下面」と称し、上方に向けられた基板の面を「上面」と称する。以下に於いては、上面を表面として説明する。尚、本明細書に於いて「パターン形成面」とは、平面状、曲面状又は凹凸状の何れであるかを問わず、基板に於いて、任意の領域に凹凸パターンが形成されている面を意味する。
基板処理装置は、基板に付着しているパーティクル等の汚染物質を除去するための洗浄処理(リンス処理を含む。)、及び洗浄処理後の乾燥処理に用いられる枚葉式の基板処理装置である。
<1−1 基板処理装置の構成>
先ず、本実施形態に係る基板処理装置の構成について、図1〜図3に基づき説明する。
図1は、本実施形態に係る基板処理装置の概略を表す説明図である。図2は、基板処理装置の内部構成を表す概略平面図である。図3は、基板処理装置に於ける基板保持手段の概略を表す断面模式図である。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、+Z方向は鉛直上向きを表す。
図1に示すように、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Wの表面Waに基板処理液を供給する基板処理液供給手段(供給手段)21と、基板Wの表面WaにIPAを供給するIPA供給手段31と、基板Wの表面Waに気体を供給する気体供給手段(柔粘性結晶層形成手段、除去手段)41と、IPAや基板処理液等を捕集する飛散防止カップ12と、後述の各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(除去手段)71と、基板Wの裏面Wbに冷媒を供給する冷媒供給手段(柔粘性結晶層形成手段、除去手段)81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。尚、図1及び図2には、乾燥処理に用いる部位のみが示され、洗浄処理に用いる洗浄用のノズル等が図示されていないが、基板処理装置1は当該ノズル等を備えていてもよい。
基板保持手段51は基板Wを保持する手段であり、図3に示すように、基板表面Waを上方に向けた状態で基板Wを略水平姿勢に保持して回転させるものである。この基板保持手段51は、スピンベース53と回転支軸57とが一体的に結合されたスピンチャック55を有している。スピンベース53は平面視に於いて略円形形状を有しており、その中心部に、略鉛直方向に延びる中空状の回転支軸57が固定されている。回転支軸57はモータを含むチャック回転機構56の回転軸に連結されている。チャック回転機構56は円筒状のケーシング52内に収容され、回転支軸57はケーシング52により、鉛直方向の回転軸周りに回転自在に支持されている。
チャック回転機構56は、制御ユニット13のチャック駆動部(図示しない)からの駆動により回転支軸57を回転軸周りに回転させる。これにより、回転支軸57の上端部に取り付けられたスピンベース53が回転軸周りに回転する。制御ユニット13は、チャック駆動部を介してチャック回転機構56を制御して、スピンベース53の回転速度を調整することが可能である。
スピンベース53の周縁部付近には、基板Wの周端部を把持するための複数個のチャックピン54が立設されている。チャックピン54の設置数は特に限定されないが、円形状の基板Wを確実に保持するために、少なくとも3個以上設けることが好ましい。本実施形態では、スピンベース53の周縁部に沿って等間隔に3個配置する(図2参照)。それぞれのチャックピン54は、基板Wの周縁部を下方から支持する基板支持ピンと、基板支持ピンに支持された基板Wの外周端面を押圧して基板Wを保持する基板保持ピンとを備えている。
また、各チャックピン54は、基板保持ピンが基板Wの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持ピンが基板Wの外周端面から離れる解放状態との間で切り替え可能となっており、装置全体を制御する制御ユニット13からの動作指令に応じて状態切替が実行される。より詳細には、スピンベース53に対して基板Wを搬入出する際は、それぞれのチャックピン54を解放状態とし、基板Wに対して後述する洗浄処理から除去処理までの基板処理を行う際には、それぞれのチャックピン54を押圧状態とする。チャックピン54を押圧状態とすると、チャックピン54は基板Wの周縁部を把持して、基板Wがスピンベース53から所定間隔を隔てて水平姿勢(XY面)に保持される。これにより、基板Wは、その表面Waを上方に向けた状態で水平に保持される。尚、基板Wの保持方式はこれに限定されるものではなく、例えば、基板Wの裏面Wbをスピンチャック等の吸着方式により保持するようにしてもよい。
スピンチャック55に基板Wが保持された状態、より具体的にはスピンベース53に設けられたチャックピン54によって基板Wがその周縁部を保持された状態でチャック回転機構56が作動することで、基板Wは鉛直方向の回転軸A1周りに回転する。
処理液供給手段(供給手段)21は、基板保持手段51に保持されている基板Wのパターン形成面に基板処理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25と、バルブ26と、基板処理液貯留部27とを少なくとも備える。
基板処理液貯留部27は、図4(a)及び図4(b)に示すように、基板処理液貯留タンク271と、基板処理液貯留タンク271内の基板処理液を撹拌する撹拌部277と、基板処理液貯留タンク271を加圧して基板処理液を送出する加圧部274と、基板処理液貯留タンク271内の基板処理液を加熱する温度調整部272とを少なくとも備える。尚、図4(a)は基板処理液貯留部27の概略構成を示すブロック図であり、同図(b)は当該基板処理液貯留部27の具体的構成を示す説明図である。
撹拌部277は、基板処理液貯留タンク271内の基板処理液を撹拌する回転部279と、回転部279の回転を制御する撹拌制御部278を備える。撹拌制御部278は制御ユニット13と電気的に接続している。回転部279は、回転軸の先端(図4(b)に於ける回転部279の下端)にプロペラ状の攪拌翼を備えており、制御ユニット13が撹拌制御部278へ動作指令を行い、回転部279が回転することで、攪拌翼が基板処理液を撹拌し、基板処理液中の柔粘性結晶材料(詳細については後述する。)等の濃度及び温度を均一化する。
また、基板処理液貯留タンク271内の基板処理液の濃度及び温度を均一にする方法としては、前述した方法に限られず、別途循環用のポンプを設けて基板処理液を循環する方法等、公知の方法を用いることができる。
加圧部274は、基板処理液貯留タンク271内を加圧する気体の供給源である窒素ガスタンク275、窒素ガスを加圧するポンプ276及び配管273により構成される。窒素ガスタンク275は配管273により基板処理液貯留タンク271と管路接続されており、また配管273にはポンプ276が介挿されている。
温度調整部272は制御ユニット13と電気的に接続しており、制御ユニット13の動作指令により基板処理液貯留タンク271に貯留されている基板処理液を加熱して温度調整を行うものである。温度調整は、基板処理液の液温が、当該基板処理液に含まれる柔粘性結晶材料の融点以上となるように行われればよい。これにより、基板処理液が融解状態の柔粘性結晶材料を含むものである場合は、当該柔粘性結晶材料の融解状態を維持することができる。尚、温度調整の上限としては、沸点よりも低い温度であることが好ましい。また、温度調整部272としては特に限定されず、例えば、抵抗加熱ヒータや、ペルチェ素子、温度調整した水を通した配管等、公知の温度調整機構を用いることができる。尚、本実施形態に於いて、温度調整部272は任意の構成である。例えば、基板処理液が融解状態の柔粘性結晶材料を含むものであり、基板処理装置1の設置環境が柔粘性結晶材料の融点よりも高温の環境にある場合には、当該柔粘性結晶材料の融解状態を維持することができるので、基板処理液の加熱は不要となる。その結果、温度調整部272を省略することができる。
基板処理液貯留部27(より詳細には、基板処理液貯留タンク271)は、配管25を介して、ノズル22と管路接続しており、配管25の経路途中にはバルブ26が介挿される。
基板処理液貯留タンク271内には気圧センサ(図示しない)が設けられ、制御ユニット13と電気的に接続されている。制御ユニット13は、気圧センサが検出した値に基づいてポンプ276の動作を制御することにより、基板処理液貯留タンク271内の気圧を大気圧より高い所定の気圧に維持する。一方、バルブ26も制御ユニット13と電気的に接続しており、通常は閉栓されている。また、バルブ26の開閉も、制御ユニット13の動作指令によって制御される。そして、制御ユニット13が基板処理液供給手段21へ動作指令を行い、バルブ26を開栓すると、加圧されている基板処理液貯留タンク271内から基板処理液が圧送され、配管25を介してノズル22から吐出される。これにより、基板処理液を基板Wの表面Waに供給することができる。尚、基板処理液貯留タンク271は、前述のとおり窒素ガスによる圧力を用いて基板処理液を圧送するため、気密に構成されることが好ましい。
ノズル22は、水平に延設されたアーム23の先端部に取り付けられており、スピンベース53の上方に配置される。アーム23の後端部は、Z方向に延設された旋回軸24により軸J1まわりに回転自在に支持され、旋回軸24はチャンバ11内に固設される。旋回軸24を介して、アーム23は旋回駆動部14と連結される。旋回駆動部14は、制御ユニット13と電気的に接続し、制御ユニット13からの動作指令によりアーム23を軸J1まわりに回動させる。アーム23の回動に伴って、ノズル22も移動する。
ノズル22は、図2に実線で示すように、通常は基板Wの周縁部より外側であって、飛散防止カップ12よりも外側の退避位置P1に配置される。アーム23が制御ユニット13の動作指令により回動すると、ノズル22は矢印AR1の経路に沿って移動し、基板Wの表面Waの中央部(軸A1又はその近傍)の上方位置に配置される。
IPA供給手段31は、図1に示すように、基板保持手段51に保持されている基板WにIPA(イソプロピルアルコール)を供給するユニットであり、ノズル32と、アーム33と、旋回軸34と、配管35と、バルブ36と、IPAタンク37と、を備える。
IPAタンク37は、配管35を介して、ノズル32と管路接続しており、配管35の経路途中にはバルブ36が介挿される。IPAタンク37には、IPAが貯留されており、図示しない加圧手段によりIPAタンク37内のIPAが加圧され、配管35からノズル32方向へIPAが送られる。
バルブ36は、制御ユニット13と電気的に接続しており、通常は、閉栓されている。バルブ36の開閉は、制御ユニット13の動作指令によって制御される。制御ユニット13の動作指令によりバルブ36が開栓すると、IPAが配管35を通って、ノズル32から基板Wの表面Waに供給される。
ノズル32は、水平に延設されたアーム33の先端部に取り付けられて、スピンベース53の上方に配置される。アーム33の後端部は、Z方向に延設された旋回軸34により軸J2まわりに回転自在に支持され、旋回軸34はチャンバ11内に固設される。アーム33は、旋回軸34を介して旋回駆動部14に連結される。旋回駆動部14は、制御ユニット13と電気的に接続し、制御ユニット13からの動作指令によりアーム33を軸J2まわりに回動させる。アーム33の回動に伴って、ノズル32も移動する。
ノズル32は、図2に実線で示すように、通常は基板Wの周縁部より外側であって、飛散防止カップ12よりも外側の退避位置P2に配置される。アーム33が制御ユニット13の動作指令により回動すると、ノズル32は矢印AR2の経路に沿って移動し、基板Wの表面Waの中央部(軸A1又はその近傍)の上方位置に配置される。
尚、本実施形態では、IPA供給手段31に於いてIPAを用いるが、本発明は、柔粘性結晶材料及び脱イオン水(DIW:Deionized Water)に対して溶解性を有する液体であればよく、IPAに限られない。本実施形態に於けるIPAの代替としては、メタノール、エタノール、アセトン、ベンゼン、四塩化炭素、クロロホルム、ヘキサン、デカリン、テトラリン、酢酸、シクロヘキサノール、エーテル、又はハイドロフルオロエーテル(Hydro Fluoro Ether)等が挙げられる。
気体供給手段41は、図1に示すように、基板保持手段51に保持されている基板Wへ気体を供給するユニットであり、ノズル42と、アーム43と、旋回軸44と、配管45と、バルブ46と、気体貯留部47と、を備える。
気体貯留部47は、図5に示すように、気体を貯留する気体タンク471と、気体タンク471に貯留される気体の温度を調整する気体温度調整部472とを備える。同図は、気体貯留部47の概略構成を示すブロック図である。気体温度調整部472は制御ユニット13と電気的に接続しており、制御ユニット13の動作指令により気体タンク471に貯留されている気体を加熱又は冷却して温度調整を行うものである。温度調整は、気体タンク471に貯留される気体が柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下の低い温度になるように行われればよい。気体温度調整部472としては特に限定されず、例えば、ペルチェ素子、温度調整した水を通した配管等、公知の温度調整機構を用いることができる。
また、気体貯留部47(より詳しくは、気体タンク471)は、図1に示すように、配管45を介して、ノズル42と管路接続しており、配管45の経路途中にはバルブ46が介挿される。図示しない加圧手段により気体貯留部47内の気体が加圧され、配管45へ送られる。尚、加圧手段は、ポンプ等による加圧の他、気体を気体貯留部47内に圧縮貯留することによっても実現できるため、いずれの加圧手段を用いてもよい。
バルブ46は、制御ユニット13と電気的に接続しており、通常は閉栓されている。バルブ46の開閉は、制御ユニット13の動作指令によって制御される。制御ユニット13の動作指令によりバルブ46が開栓すると、配管45を通って、ノズル42から気体が基板Wの表面Waに供給される。
ノズル42は、水平に延設されたアーム43の先端部に取り付けられて、スピンベース53の上方に配置される。アーム43の後端部は、Z方向に延設された旋回軸44により軸J3まわりに回転自在に支持され、旋回軸44はチャンバ11内に固設される。旋回軸44を介して、アーム43は旋回駆動部14と連結される。旋回駆動部14は、制御ユニット13と電気的に接続し、制御ユニット13からの動作指令によりアーム43を軸J3まわりに回動させる。アーム43の回動に伴って、ノズル42も移動する。
また、ノズル42は、図2に実線で示すように、通常は基板Wの周縁部より外側であって、飛散防止カップ12よりも外側の退避位置P3に配置される。アーム43が制御ユニット13の動作指令により回動すると、ノズル42は矢印AR3の経路に沿って移動し、基板Wの表面Waの中央部(軸A1又はその近傍)の上方位置に配置される。表面Wa中央部の上方位置にノズル42が配置される様子を、図2に於いて点線で示す。
気体タンク471には、柔粘性結晶材料に対して少なくとも不活性なガス、より具体的には窒素ガスが貯留されている。また、貯留されている窒素ガスは、気体温度調整部472に於いて、柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下、好ましくは柔粘性結晶材料の凝固点より5℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度に調整されている。窒素ガスの温度は柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下であれば特に限定されないが、通常は、凝固点より50℃低い温度以上、室温以下の範囲内に設定することができる。窒素ガスの温度を15℃以上にすることにより、チャンバ11の内部に存在する水蒸気が凝固して基板Wの表面Waに付着等するのを防止し、基板Wへ悪影響が生じるのを防止することができる。
また、本実施形態で用いる窒素ガスは、その露点が柔粘性結晶材料の凝固点以下の乾燥気体であることが好適である。窒素ガスを大気圧環境下で柔粘性結晶層(詳細については後述する。)に吹き付けると、柔粘性結晶層中の柔粘性結晶材料が、窒素ガス中に液体状態を経ることなく気体状態に状態変化する。窒素ガスは柔粘性結晶層に供給され続けるので、発生した気体状態の柔粘性結晶材料の窒素ガス中に於ける分圧は、気体状態の柔粘性結晶材料の当該窒素ガスの温度に於ける飽和蒸気圧よりも低い状態に維持され、少なくとも柔粘性結晶層表面に於いては、気体状態の柔粘性結晶材料がその飽和蒸気圧以下で存在する雰囲気下で満たされる。
また、本実施形態では、気体供給手段41により供給される気体として窒素ガスを用いるが、本発明の実施としては、柔粘性結晶材料に対して不活性な気体であればこれに限定されない。第1実施形態に於いて、窒素ガスの代替となる気体としては、アルゴンガス、ヘリウムガス又は空気(窒素ガス濃度80%、酸素ガス濃度20%の気体)が挙げられる。あるいは、これら複数種類の気体を混合した混合気体であってもよい。
減圧手段71は、図1に示すように、チャンバ11の内部を大気圧よりも低い環境に減圧する手段であり、排気ポンプ72と、配管73と、バルブ74とを備える。排気ポンプ72は配管73を介してチャンバ11と管路接続し、気体に圧力を加える公知のポンプである。排気ポンプ72は、制御ユニット13と電気的に接続しており、通常は停止状態である。排気ポンプ72の駆動は、制御ユニット13の動作指令によって制御される。また、配管73にはバルブ74が介挿される。バルブ74は、制御ユニット13と電気的に接続しており、通常は閉栓されている。バルブ74の開閉は、制御ユニット13の動作指令によって制御される。
制御ユニット13の動作指令により排気ポンプ72が駆動され、バルブ74が開栓されると、排気ポンプ72によって、チャンバ11の内部に存在する気体が配管73を介してチャンバ11の外側へ排気される。
飛散防止カップ12は、スピンベース53を取り囲むように設けられる。飛散防止カップ12は図示省略の昇降駆動機構に接続され、Z方向に昇降可能となっている。基板Wのパターン形成面に基板処理液やIPAを供給する際には、飛散防止カップ12が昇降駆動機構によって図1に示すような所定位置に位置決めされ、チャックピン54により保持された基板Wを側方位置から取り囲む。これにより、基板Wやスピンベース53から飛散する基板処理液やIPA等の液体を捕集することができる。
冷媒供給手段81は基板Wの裏面Wbに冷媒を供給するユニットであり、本発明の柔粘性結晶層形成手段や除去手段の一部を構成する。より具体的には、冷媒供給手段81は、図1及び図3に示すように、冷媒貯留部82と、配管83と、バルブ84と、冷媒供給部85とを少なくとも備える。
冷媒貯留部82は、図6に示すように、冷媒を貯留する冷媒タンク821と、冷媒タンク821に貯留される冷媒の温度を調整する冷媒温度調整部822とを備える。図6は、冷媒貯留部82の概略構成を示すブロック図である。
冷媒温度調整部822は制御ユニット13と電気的に接続しており、制御ユニット13の動作指令により冷媒タンク821に貯留されている冷媒を加熱又は冷却して温度調整を行うものである。温度調整は、冷媒タンク821に貯留される冷媒が柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該柔粘性結晶材料の凝固点以下の低い温度になるように行われればよい。尚、冷媒温度調整部822としては特に限定されず、例えば、ペルチェ素子を用いるチラー、温度調整した水を通した配管等、公知の温度調整機構等を用いることができる。
冷媒貯留部82は、配管83を介して冷媒供給部85に接続しており、配管83の経路途中にはバルブ84が介挿される。冷媒貯留部82内の冷媒は図示しない加圧手段により加圧され、配管83へ送られる。尚、加圧手段は、ポンプ等による加圧の他、気体を冷媒貯留部82内に圧縮貯留することによっても実現できるため、いずれの加圧手段を用いてもよい。
バルブ84は、制御ユニット13と電気的に接続しており、通常は閉栓されている。バルブ84の開閉は、制御ユニット13の動作指令によって制御される。制御ユニット13の動作指令によりバルブ84が開栓すると、配管83を通って、冷媒供給部85を介して冷媒が基板Wの裏面Wbに供給される。
冷媒供給部85は、スピンチャック55により水平姿勢に支持される基板Wの下方に設けられている。冷媒供給部85は、図3に示すように、水平な上面を基板Wの裏面Wbと対向して配置させる対向部材851と、対向部材851の中心部に取り付けられて鉛直方向下向きに延びる供給管852と、流体状の冷媒を基板Wの裏面Wbに向けて吐出する吐出部853とを少なくとも備える。
対向部材851は、基板Wより面積が小さい円盤状の外形を有している。また、対向部材851は、基板Wと任意の距離だけ離間して設けられている。対向部材851と基板Wの間の離間距離は特に限定されず、冷媒が満たされる程度に適宜設定すればよい。
供給管852は中空の回転支軸57の中央部に挿通されている。吐出部853は、供給管852に於いて基板Wの裏面Wbの中心部Cbに向けて開口しており、冷媒貯留部82から供給される冷媒を基板Wの裏面Wbに向けて吐出する。吐出部853の開口面積は特に限定されず、吐出量等を考慮して適宜設定することができる。尚、供給管852は回転支軸57と接続されておらず、スピンチャック55が回転しても、吐出部853が回転することはない。
冷媒としては、柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下、好ましくは柔粘性結晶材料の凝固点より5℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度の液体又は気体が挙げられる。更に、液体としては特に限定されず、例えば、所定温度の冷水等が挙げられる。また、気体としては特に限定されず、例えば、柔粘性結晶材料に不活性なガス、より詳細には所定温度の窒素ガス等が挙げられる。
制御ユニット13は、基板処理装置1の各部と電気的に接続しており(図1参照)、各部の動作を制御する。図7は、制御ユニット13の構成を示す模式図である。図7に示すように、制御ユニット13は、演算処理部15と、メモリ17と、を有するコンピュータにより構成される。演算処理部15としては、各種演算処理を行うCPUを用いる。また、メモリ17は、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるROM、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるRAM及び制御用ソフトウェアやデータ等を記憶しておく磁気ディスクを備える。磁気ディスクには、基板Wに応じた基板処理条件(レシピ)が、予め格納されている。CPUは、基板処理条件をRAMに読み出し、その内容に従って基板処理装置1の各部を制御する。
<1−2 基板処理液>
次に、本実施形態で用いる処理液について、以下に説明する。
本実施形態の基板処理液は、融解状態の柔粘性結晶材料を含み、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基板処理液としての機能を果たす。
ここで、本明細書に於いて「融解状態」とは、柔粘性結晶材料が完全に又は一部融解することにより流動性を有し、液状となっている状態を意味する。また、「柔粘性結晶」とは規則的に整列した三次元結晶格子から構成されるが、分子の配向が液体の状態にあり、かつ、分子の重心位置が結晶の状態にあり、更に配向的、回転的な無秩序さが存在する物質を意味する。そして「柔粘性結晶材料」とは液体状態から固体状態、又は固体状態から液体状態に状態変化する過程に於いて、当該柔粘性結晶の状態を形成し得る材料を意味する。従って、本明細書に於いて「柔粘性結晶の状態」とは、液体状態と固体状態の間の中間相の1つを意味する。
本実施形態に於いて柔粘性結晶材料は、昇華性物質としての性質を有していてもよい。ここで、本明細書に於いて「昇華性」とは、単体、化合物若しくは混合物が液体を経ずに固体から気体、又は気体から固体へと相転移する特性を有することを意味し、「昇華性物質」とはそのような昇華性を有する物質を意味する。
柔粘性結晶材料の蒸気圧は、常温に於いて1KPa〜5MPaが好ましく、5KPa〜1MPaがより好ましい。尚、本明細書に於いて「常温」とは5℃〜35℃の温度範囲にあることを意味する。
柔粘性結晶材料の凝固点は、常温に於いて0℃〜100℃が好ましく、20℃〜50℃がより好ましい。柔粘性結晶材料の凝固点が0℃以上であると、冷水により柔粘性結晶材料を固化できるため、冷却機能のコストを削減することができる。その一方、柔粘性結晶材料の凝固点が100℃以下であると、温水で柔粘性結晶材料を液化できるため、昇温機構のコストを削減することができる。
基板処理液中に含まれる柔粘性結晶材料は融解状態で含まれるものの他、融解状態の柔粘性結晶材料のみからなるものであってもよい。
柔粘性結晶材料としては特に限定されず、例えば、シクロヘキサン等が挙げられる。
柔粘性結晶材料と溶媒を混合させる場合には、溶媒は、柔粘性結晶材料に対し相溶性を示すものが好ましい。溶媒としては、具体的には、例えば、純水、DIW、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エステル、アルコール、及びエーテルからなる群より選ばれた少なくとも1種が挙げられる。より具体的には、純水、DIW、メタノール、エタノール、IPA、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、NMP、DMF、DMA、DMSO、ヘキサン、トルエン、PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)、PGME(プロピレングリコールモノメチルエーテル)、PGPE(プロピレングリコールモノプロピルエーテル)、PGEE(プロピレングリコールモノエチルエーテル)、GBL、アセチルアセトン、3−ペンタノン、2−ヘプタノン、乳酸エチル、シクロヘキサノン、ジブチルエーテル、HFE(ハイドロフルオロエーテル)、エチルノナフルオロイソブチルエーテル、エチルノナフルオロブチルエーテル、及びm−キシレンヘキサフルオライドからなる群より選ばれた少なくとも1種が挙げられる。
基板処理液中に於ける柔粘性結晶材料の含有量は特に限定されず、適宜設定することができる。
<1−3 基板処理方法>
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8及び図9に基づき、以下に説明する。図8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9は、図8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、5〜50nm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、5〜150nm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、5〜35である。
図9(a)〜9(e)までの各図は、特に明示しないかぎり、大気圧環境下で処理される。ここで、大気圧環境とは標準大気圧(1気圧、1013hPa)を中心に、0.7気圧以上1.3気圧以下の環境のことを指す。特に、基板処理装置1が陽圧となるクリーンルーム内に配置される場合には、基板Wの表面Waの環境は、1気圧よりも高くなる。
まず、所定の基板Wに応じた基板処理プログラム19がオペレータにより実行指示される。その後、基板Wを基板処理装置1に搬入する準備として、制御ユニット13が動作指令を行い以下の動作をする。即ち、チャック回転機構56の回転を停止し、チャックピン54を基板Wの受け渡しに適した位置へ位置決めする。また、バルブ26、36、46、74を閉栓し、ノズル22、32、42をそれぞれ退避位置Pl、P2、P3に位置決めする。そして、チャックピン54を図示しない開閉機構により開状態とする。
未処理の基板Wが、図示しない基板搬入出機構により基板処理装置1内に搬入され、チャックピン54上に載置されると、図示しない開閉機構によりチャックピン54を閉状態とする。
未処理の基板Wが基板保持手段51に保持された後、基板に対して、図示しない湿式洗浄手段により、洗浄工程S11を行う。洗浄工程S11には、基板Wの表面Waに洗浄液を供給して洗浄した後、当該洗浄液を除去するためのリンス処理が含まれる。洗浄液(リンス処理の場合はリンス液)の供給は、制御ユニット13によるチャック回転機構56への動作指令により、軸A1まわりに一定速度で回転する基板Wの表面Wfに対し行われる。洗浄液としては特に限定されず、例えば、SC−1(アンモニア、過酸化水素水、及び水を含む液体)やSC−2(塩酸、過酸化水素水、及び水を含む液体)等が挙げられる。また、リンス液としては特に限定されず、例えば、DIW等が挙げられる。洗浄液及びリンス液の供給量は特に限定されず、洗浄する範囲等に応じて適宜設定することができる。また、洗浄時間についても特に限定されず、適宜必要に応じて設定することができる。
尚、本実施形態に於いては、湿式洗浄手段により、基板Wの表面WaにSC−1を供給して当該表面Waを洗浄した後、更に表面WaにDIWを供給して、SC−1を除去する。
図9(a)は、洗浄工程S11の終了時点に於ける基板Wの様子を示している。図9(a)に示すように、パターンWpが形成された基板Wの表面Waには、洗浄工程S11に於いて供給されたDIW(図中に「60」にて図示)が付着している。
次に、DIW60が付着している基板Wの表面WaへIPAを供給するIPAリンス工程S12を行う(図8参照)。まず、制御ユニット13がチャック回転機構56へ動作指令を行い、基板Wを軸A1まわりに一定速度で回転させる。
次に、制御ユニット13が旋回駆動部14へ動作指令を行い、ノズル32を基板Wの表面Wa中央部へ位置決めする。そして、制御ユニット13がバルブ36へ動作指令を行い、バルブ36を開栓する。これにより、IPAを、IPAタンク37から配管35及びノズル32を介して、基板Wの表面Waに供給する。
基板Wの表面Waに供給されたIPAは、基板Wが回転することにより生ずる遠心力により、基板Wの表面Wa中央付近から基板Wの周線部に向かって流動し、基板Wの表面Waの全面に拡散する。これにより、基板Wの表面Waに付着するDIWがIPAの供給によって除去され、基板Wの表面Waの全面がIPAで覆われる。基板Wの回転速度は、IPAからなる膜の膜厚が、表面Waの全面に於いて、凸部Wp1の高さよりも高くなる程度に設定されるのが好ましい。また、IPAの供給量は特に限定されず、適宜設定することができる。
IPAリンス工程S12の終了後、制御ユニット13がバルブ36へ動作指令を行い、バルブ36を閉栓する。また、制御ユニット13が旋回駆動部14へ動作指令を行い、ノズル32を退避位置P2に位置決めする。
図9(b)は、IPAリンス工程S12の終了時点に於ける基板Wの様子を示している。図9(b)に示すように、パターンWpが形成された基板Wの表面Waには、IPAリンス工程S12に於いて供給されたIPA(図中に「61」にて図示)が、付着しており、DIW60はIPA61により置換されて基板Wの表面Waから除去される。
次に、IPA61が付着した基板Wの表面Waに、融解状態にある柔粘性結晶材料を含んだ基板処理液を供給する基板処理液供給工程(供給工程)S13を行う(図8参照)。即ち、制御ユニット13がチャック回転機構56へ動作指令を行い、基板Wを軸A1まわりに一定速度で回転させる。このとき、基板Wの回転速度は、基板処理液からなる液膜の膜厚が、表面Waの全面に於いて、凸部Wp1の高さよりも高くなる程度に設定されるのが好ましい。
続いて、制御ユニット13が旋回駆動部14へ動作指令を行い、ノズル22を基板Wの表面Wa中央部へ位置決めする。そして、制御ユニット13がバルブ26へ動作指令を行い、バルブ26を開栓する。これにより、基板処理液を、基板処理液貯留タンク271から配管25及びノズル22を介して、基板Wの表面Waに供給する。基板Wの表面Waに供給された基板処理液は、基板Wが回転することにより生ずる遠心力により、基板Wの表面Wa中央付近から基板Wの周縁部に向かって流動し、基板Wの表面Waの全面に拡散する。これにより、基板Wの表面Waに付着していたIPAが基板処理液の供給によって除去され、基板Wの表面Waの全面が基板処理液で覆われる(図9(c)参照)。
供給される基板処理液の液温は、少なくとも基板Wの表面Waに供給された後に於いて、柔粘性結晶材料の融点以上、かつ沸点よりも低い範囲で設定される。例えば、柔粘性結晶材料としてシクロヘキサン(融点4〜7℃、沸点80.74℃)を用いる場合には、4℃以上80.74℃未満の範囲で設定されることが好ましい。これにより、基板Wの表面Wa上での基板処理液62からなる液膜の形成を可能にする。また、基板処理液の供給量は特に限定されず、適宜設定することができる。
また、基板処理液供給工程S13で供給される直前の基板処理液62の液温は、例えば、基板Wの温度及びチャンバ11内の雰囲気温度が柔粘性結晶材料の融点未満の場合、供給後に基板W上で基板処理液62が柔粘性結晶の状態又は固体状態になるのを防止するため、当該融点よりも十分に高い温度に調整されるのが好ましい。
基板処理液供給工程S13の終了の際には、制御ユニット13はバルブ26へ動作指令を行い、バルブ26を閉栓する。また、制御ユニット13は旋回駆動部14へ動作指令を行い、ノズル22を退避位置Plに位置決めする。
次に、図8に示すように、基板Wの表面Waに供給された基板処理液62を冷却して、柔粘性結晶層を形成する柔粘性結晶層形成工程S14を行う。まず、制御ユニット13がチャック回転機構56へ動作指令を行い、基板Wを軸A1まわりに一定速度で回転させる。このとき、基板Wの回転速度は基板処理液62が表面Waの全面で凸部Wplよりも高い所定厚さの膜厚を形成できる程度の速度に設定される。
続いて、制御ユニット13がバルブ84へ動作指令を行い、バルブ84を開栓する。これにより、冷媒タンク821に貯留されている冷媒(例えば、所定温度の冷水等)64を、配管83及び供給管852を介して、吐出部853から基板Wの裏面Wbに向けて吐出させる。
基板Wの裏面Wbに向けて供給された冷媒64は、基板Wが回転することにより生ずる遠心力により、基板Wの裏面Wb中央付近から基板Wの周縁部方向に向かって流動し、基板Wの裏面Wbの全面に拡散する。これにより、基板Wの表面Waに形成されている基板処理液62の液膜が、柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下、好ましくは柔粘性結晶材料の凝固点より5℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下の低温に冷却されて、柔粘性結晶層63が形成される(図9(d)参照)。
図9(d)は、柔粘性結晶層形成工程S14の終了時点に於ける基板Wの様子を示している。図9(d)に示すように、基板処理液供給工程S13に於いて供給された基板処理液62が基板Wの裏面Wbへの冷媒64の供給により冷却されることにより、柔粘性結晶材料が柔粘性結晶の状態となり、柔粘性結晶層63が形成される。
柔粘性結晶層63は柔粘性結晶の状態で存在する柔粘性結晶材料を少なくとも含んでおり、当該柔粘性結晶の状態の柔粘性結晶材料は分子間の結合が相互に弱くなっているが、各分子は相対的位置関係を変更しないため、その位置で回転しやすい状態となっている。そのため、柔粘性結晶層63は、例えば、従来の昇華性物質で形成された凝固体と比較して柔らかく流動性を備えている。これにより、結晶粒界の発生や成長を抑制することができ、当該結晶粒界の発生及び成長に起因した応力がパターンに作用するのを低減し、微細かつアスペクト比の高いパターンに対しても、その倒壊の発生を抑制することができる。また、凝固体の場合と比較して、パターンに及ぼす応力の緩和も図れ、パターンの倒壊の発生を一層低減することができる。尚、柔粘性結晶層63は、基板W上に液体等が存在しており、基板処理液62が当該液体と混合した状態で柔粘性結晶層となった場合には、当該液体等も含み得る。
次に、図8に示すように、基板Wの表面Waに形成された柔粘性結晶層63を、液体状態を経ることなく気体状態にして、基板Wの表面Waから除去する除去工程S15を行う。除去工程S15に於いては、冷媒供給手段81による基板Wの裏面Wbへの冷水(例えば、柔粘性結晶材料としてシクロヘキサンを用いる場合は、0℃の冷水)の供給を継続しながら行う。これにより、柔粘性結晶層63を、柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度で冷却することができ、柔粘性結晶材料が融解するのを基板Wの裏面Wb側から防止することができる。
除去工程S15に於いては、まず制御ユニット13がチャック回転機構56へ動作指令を行い、基板Wを軸A1まわりに一定速度で回転させる。このとき、基板Wの回転速度は、窒素ガスが基板Wの回転により基板Wの周縁部に十分に供給される程度の速度に設定される。
続いて、制御ユニット13が旋回駆動部14へ動作指令を行い、ノズル42を基板Wの表面Wa中央部へ位置決めする。そして、制御ユニット13がバルブ46へ動作指令を行い、バルブ46を開栓する。これにより、気体(例えば、柔粘性結晶材料としてシクロヘキサンを用いる場合は、0℃の窒素ガス)を、気体タンク471から配管45及びノズル42を介して、基板Wの表面Waに向けて供給する。
ここで、窒素ガスに於ける柔粘性結晶材料の蒸気の分圧は、当該窒素ガスの供給温度に於ける柔粘性結晶材料の飽和蒸気圧よりも低く設定される。従って、この様な窒素ガスを基板Wの表面Waに供給し、柔粘性結晶層63に接触すると、当該柔粘性結晶層63に含まれる柔粘性結晶の状態の柔粘性結晶材料が気体状態となる。尚、窒素ガスは柔粘性結晶材料の融点よりも低温であるため、柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料が液体状態となるのを防止しつつ、当該柔粘性結晶材料を気体状態にすることができる。
柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させることにより、基板Wの表面Wa上に存在するIPA等の物質除去の際に、パターンWpに表面張力が作用するのを防止しパターン倒壊の発生を抑制しながら、基板Wの表面Waを良好に乾燥することができる。
図9(e)は、除去工程S15の終了時点に於ける基板Wの様子を示している。図9(e)に示すように、柔粘性結晶層形成工程S14に於いて形成された柔粘性結晶材料が柔粘性結晶の状態で存在する柔粘性結晶層63が、所定温度の窒素ガスの供給により気体状態となって表面Waから除去され、基板Wの表面Waの乾燥が完了する。
除去工程S15の終了後、制御ユニット13がバルブ46へ動作指令を行い、バルブ46を閉栓する。また、制御ユニット13が旋回駆動部14へ動作指令を行い、ノズル42を退避位置P3に位置決めする。
これにより、一連の基板乾燥処理が終了する。上述のような基板乾燥処理の後、図示しない基板搬入出機構により、乾燥処理済みの基板Wがチャンバ11から搬出される。
以上の様に、本実施形態では、柔粘性結晶材料が融解した状態で含まれる基板処理液を、IPAが付着した基板Wの表面Waに供給し、当該柔粘性結晶材料が柔粘性結晶の状態で存在する柔粘性結晶層を、基板Wの表面Wa上に形成させる。その後、柔粘性結晶の状態で存在する柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させて、基板Wの表面Waから柔粘性結晶層を除去することで、基板Wの乾燥処理を行う。これにより、本実施形態では、従来の基板乾燥処理技術と比べ、微細かつアスペクト比の高いパターンに対しても、倒壊をより確実に抑制することが可能になる。
(第2実施形態)
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、柔粘性結晶層形成工程S14に於いては、冷媒供給手段81による冷媒の供給に代えて、気体供給手段41による窒素ガスの供給を行い、除去工程S15に於いては、基板Wの裏面Wbに対して冷媒の供給を行わず、当該窒素ガスの供給のみを行う点が異なる。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Waを良好に乾燥することができる。
<2−1 基板処理装置の構成及び処理液>
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〜図7参照)。従って、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基板処理液も、第1実施形態に係る基板処理液と同様であるため、その説明は省略する。
<2−2 基板処理方法>
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。
以下、図1〜図8及び図10を適宜参照しながら基板処理の工程を説明する。図10は、第2実施形態に於ける図8の各工程での基板Wの様子を示す模式図である。尚、第2実施形態に於いて、図10(a)〜10(c)に示す洗浄工程S11、IPAリンス工程S12及び基板処理液供給工程S13の各工程は、第1実施形態と同様であるため、それらの説明を省略する。
図8を参照する。洗浄工程S11、IPAリンス工程S12及び基板処理液供給工程S13が実行された後、基板Wの表面Waに供給された基板処理液62の液膜を冷却して、柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態に状態変化させ柔粘性結晶層を形成する柔粘性結晶層形成工程S14を行う。具体的には、まず、制御ユニット13がチャック回転機構56へ動作指令を行い、基板Wを軸A1まわりに一定速度で回転させる。このとき、基板Wの回転速度は、基板処理液からなる液膜の膜厚が、表面Waの全面に於いて、凸部Wp1の高さよりも高くなる程度に設定されるのが好ましい。
続いて、制御ユニット13が旋回駆動部14へ動作指令を行い、ノズル42を基板Wの表面Wa中央部へ位置決めする。そして、制御ユニット13がバルブ46へ動作指令を行い、バルブ46を開栓する。これにより、気体(本実施形態では、0℃の窒素ガス)を、気体貯留部47から配管45及びノズル42を介して、基板Wの表面Waに向けて供給する。
基板Wの表面Waに向けて供給された前記窒素ガスは、基板Wが回転することにより生ずる遠心力により、基板Wの表面Wa中央付近から基板Wの周縁部方向に向かって流動し、基板処理液62の液膜に覆われた基板Wの表面Waの全面に拡散する。これにより、基板Wの表面Waに形成されている基板処理液62の液膜が、柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該凝固点以下、好ましくは柔粘性結晶材料の凝固点より5℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度に冷却される。これにより、第1実施形態に於いて説明したのと同様の理由により、基板Wの表面Wa上には、柔粘性結晶層63が形成される。
尚、第2実施形態では窒素ガスを用いて基板処理液の冷却を行っているが、本発明の実施としては、柔粘性結晶材料に対して不活性な気体であればよく、窒素ガスに限定されない。柔粘性結晶材料に対して不活性な気体の具体的例としては、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、空気(窒素ガス80体積%、酸素ガス20体積%の混合気体)等が挙げられる。あるいは、これら複数種類の気体を混合した混合気体であってもよい。
次に、基板Wの表面Waに形成された柔粘性結晶層63を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させて、基板Wの表面Waから除去する除去工程S15を行う。除去工程S15に於いても、柔粘性結晶層形成工程S14から引続き、ノズル42からの窒素ガスの供給が継続される。
ここで、窒素ガスに於ける柔粘性結晶材料の蒸気の分圧は、当該窒素ガスの供給温度に於ける柔粘性結晶材料の飽和蒸気圧よりも低く設定される。そのため、この様な窒素ガスが柔粘性結晶層63に接触すると、当該柔粘性結晶層63に含まれる柔粘性結晶の状態の柔粘性結晶材料が気体状態となる。尚、窒素ガスは柔粘性結晶材料の融点よりも低温であるため、柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料が液体状態となるのを防止しつつ、当該柔粘性結晶材料を気体状態にすることができる。
柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させることにより、基板Wの表面Wa上に存在するIPA等の物質除去の際に、パターンWpに表面張力が作用するのを防止しパターン倒壊の発生を抑制しながら、基板Wの表面Waを良好に乾燥することができる。
図10(e)は、除去工程S15の終了時点に於ける基板Wの様子を示している。図10(e)に示すように、柔粘性結晶層形成工程S14に於いて形成された柔粘性結晶材料が柔粘性結晶の状態で存在する柔粘性結晶層63が、所定温度の窒素ガスの供給により気体状態となって表面Waから除去され、基板Wの表面Waの乾燥が完了する。
除去工程S15の終了後、制御ユニット13がバルブ46へ動作指令を行い、バルブ46を閉栓する。また、制御ユニット13が旋回駆動部14へ動作指令を行い、ノズル42を退避位置P3に位置決めする。
これにより、一連の基板乾燥処理が終了する。上述のような基板乾燥処理の後、図示しない基板搬入出機構により、乾燥処理済みの基板Wがチャンバ11から搬出される。
第2実施形態では、柔粘性結晶層形成工程S14と除去工程S15に於いて、共通の気体供給手段41を用いて、柔粘性結晶材料に対して不活性な気体である窒素ガスを、柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度で供給する。これにより、柔粘性結晶層形成工程S14の後、即座に除去工程S15を開始することができ、基板処理装置1の各部を動作させることに伴う処理時間や、動作させる制御ユニット13の基板処理プログラム19のメモリ量を低減することができ、また処理に用いる部品数も少なくすることができるため装置コストを低減することができる効果がある。特に、本実施形態では減圧手段71は用いないため、減圧手段71を省略することができる。
(第3実施形態)
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2実施形態と比較して、柔粘性結晶層形成工程S14及び除去工程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。
<3−1 基板処理装置の全体構成及び基板処理液>
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基板処理液も、第1実施形態に係る基板処理液と同様であるため、その説明は省略する。
<3−2 基板処理方法>
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。
以下、図1〜図8及び図11を適宜参照しながら基板処理の工程を説明する。図11は、第3実施形態に於ける図8の各工程での基板Wの様子を示す模式図である。尚、第3実施形態に於いて、図8と、図11(a)〜図11(c)までに示す洗浄工程S11、IPAリンス工程S12及び基板処理液供給工程S13の各工程は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
ここで、図11(a)は、第3実施形態に於ける洗浄工程S11の終了時点に於いてDIW60の液膜に表面Waを覆われた基板Wの様子を示し、図11(b)は、第3実施形態に於けるIPAリンス工程S12の終了時点に於いてIPA61の液膜に表面Waを覆われた基板Wの様子を示し、図11(c)は、第3実施形態に於ける基板処理液供給工程S13の終了時点に於いて柔粘性結晶材料を融解した基板処理液62の液膜に表面Waを覆われた基板Wの様子を示している。
また、図11(a)〜11(c)までの各図は、特に指示しないかぎり、大気圧環境下で処理される。ここで、大気圧環境とは標準大気圧(1気圧、1013hPa)を中心に、0.7気圧以上1.3気圧以下の環境のことを指す。特に、基板処理装置1が陽圧となるクリーンルーム内に配置される場合には、基板Wの表面Waの環境は、1気圧よりも高くなる。また、図11(d)及び図11(e)に図示する処理(詳細は後述する。)は、1.7Pa(1.7×10−5気圧)の減圧環境下で行われる。
図8を参照する。洗浄工程S11、IPAリンス工程S12及び基板処理液供給工程S13が実行された後、基板Wの表面Waに供給された基板処理液62の液膜を冷却して、柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態に状態変化させ柔粘性結晶層を形成する柔粘性結晶層形成工程S14を行う。具体的には、まず、制御ユニット13がチャック回転機構56へ動作指令を行い、基板Wを軸A1まわりに一定速度で回転させる。このとき、基板Wの回転速度は、基板処理液からなる液膜の膜厚が、表面Waの全面に於いて、凸部Wp1の高さよりも高くなる程度に設定されるのが好ましい。
続いて、制御ユニット13が排気ポンプ72へ動作指令を行い、排気ポンプ72の駆動を開始する。そして制御ユニット13がバルブ74へ動作指令を行い、バルブ74を開栓する。これにより、チャンバ11内部の気体を、配管73を介してチャンバ11外部ヘ排気する。チャンバ11内部を配管73以外について密閉状態とすることで、チャンバ11の内部環境は大気圧から減圧される。
減圧は、大気圧(約1気圧、約1013hPa)〜0.01気圧(約10.13hPa)程度にまで行われる。尚、本願発明の実施に於いては当該気圧に限られず、減圧後のチャンバ11内の気圧は、チャンバ11等の耐圧性等に応じて適宜設定されてよい。チャンバ11内が減圧されると、基板Wの表面Waに供給された基板処理液62の蒸発が生じ、その気化熱によって、当該基板処理液62が冷却され、柔粘性結晶材料が柔粘性結晶の状態となる。
図11(d)は、柔粘性結晶層形成工程S14の終了時点に於ける基板Wの様子を示している。図11(d)に示すように、基板処理液供給工程S13に於いて供給された基板処理液62が、チャンバ11内の減圧に起因する基板処理液62の蒸発により冷却されて、当該柔粘性結晶材料が柔粘性結晶の状態となり、柔粘性結晶層63が形成される。
このとき、基板処理液62が蒸発した分だけ、柔粘性結晶層63の層厚は薄くなる。このため、本実施形態に於ける基板処理液供給工程S13では柔粘性結晶層形成工程S14に於ける基板処理液62の蒸発分を考慮した上で、基板処理液62が所定以上の厚さの液膜になるように、基板Wの回転速度等を調整するのが好ましい。
図8に戻る。次に、基板Wの表面Waに形成された柔粘性結晶層63を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させて、基板Wの表面Waから除去する除去工程S15を行う。除去工程S15に於いても、柔粘性結晶層形成工程S14から引続き、減圧手段71によるチャンバ11内の減圧処理が継続される。
減圧処理により、チャンバ11内の環境は柔粘性結晶材料の飽和蒸気圧よりも低い圧力となる。従って、この様な減圧環境を維持すると、柔粘性結晶層63に於ける柔粘性結晶の状態の柔粘性結晶材料が気体状態となる。
柔粘性結晶層63に於ける柔粘性結晶の状態の柔粘性結晶材料が気体状態となる際にも、柔粘性結晶層63から熱が奪われるため、柔粘性結晶層63は冷却される。従って、第3実施形態に於いて、除去工程S15は、チャンバ11内の環境が柔粘性結晶材料の融点よりも僅かに高い温度(常温環境)である場合にも、柔粘性結晶層63を別途冷却することなく柔粘性結晶層63を柔粘性結晶材料の融点よりも低温状態に維持することができ、柔粘性結晶層63に於ける柔粘性結晶材料が液体状態となるのを防止しつつ、柔粘性結晶層63の除去を行うことができる。その結果、別途の冷却機構を設ける必要がなく、装置コストや処理コストを低減することができる。
前述のように、柔粘性結晶の状態の柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させることにより、基板Wの表面Wa上に存在するIPA等の物質除去の際に、パターンWpに表面張力が作用するのを防止しパターン倒壊の発生を抑制しながら、基板Wの表面Waを良好に乾燥することができる。
図11(e)は、除去工程S15の終了時点に於ける基板Wの様子を示している。図11(e)に示すように、柔粘性結晶層形成工程S14に於いて形成された柔粘性結晶材料の柔粘性結晶層63が、チャンバ11内が減圧環境とされることにより気体状態となり表面Waから除去され、基板Wの表面Waの乾燥が完了する。
除去工程S15の終了後、制御ユニット13がバルブ74へ動作指令を行い、バルブ74を開栓する。また、制御ユニット13が排気ポンプ72へ動作指令を行い、排気ポンプ72の動作を停止する。そして、制御ユニット13がバルブ46へ動作指令を行い、バルブ46を開栓することで、気体タンク47から配管45及びノズル42を介してチャンバ11内に気体(窒素ガス)を導入し、チャンバ11内を減圧環境から大気圧環境へ復帰させる。このとき、ノズル42は退避位置P3に位置してもよいし、基板Wの表面Wa中央部に位置してもよい。
尚、除去工程S15の終了後、チャンバ11内を大気圧環境に復帰させる方法としては前記に限られず、各種の公知の手法が採用されてもよい。
以上により、一連の基板乾燥処理が終了する。上述のような基板乾燥処理の後、図示しない基板搬入出機構により、乾燥処理済みの基板Wがチャンバ11から搬出される。
以上のように、本実施形態では、柔粘性結晶材料を融解した基板処理液を、IPAが付着した基板Wの表面Waに供給して置換する。その後、柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態にして、基板Wの表面Wa上で柔粘性結晶層を形成した後、柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させて、基板Wの表面Waから除去する。これにより、基板Wの乾燥処理を行う。
本実施形態のように、減圧によって気体処理液の柔粘性結晶層を形成し、当該柔粘性結晶の除去を行っても、パターンの倒壊を防止しつつ基板Wの良好な乾燥を行うことができる。具体的なパターン抑制効果については、後述の実施例にて説明する。
また、本実施形態では、柔粘性結晶層形成工程S14と除去工程S15に於いて、共通の減圧手段71を用いて、チャンバ11の内部を減圧した。これにより、柔粘性結晶層形成工程S14の後、即座に除去工程S15を開始することができ、基板処理装置1の各部を動作させることに伴う処理時間や、動作させる制御ユニット13の基板処理プログラム19のメモリ量を低減することができ、また処理に用いる部品数も少なくすることができるため装置コストを低減することができる効果がある。特に、第3実施形態では低温の窒素ガスは用いないため、気体供給手段41に於ける温度調整部272を省いてもよいし、チャンバ11内を減圧環境から大気圧環境に復帰させる際に、気体供給手段41以外の手段を用いる場合には、気体供給手段41を省いてもよい。また、減圧は柔粘性結晶層形成工程S14又は除去工程S15の何れか一方で行ってもよい。
(変形例)
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。
第1実施形態から第3実施形態では、1個のチャンバ11内に於いて、基板Wに対し各工程が実行された。しかしながら、本発明の実施に関してはこれに限られず、各工程ごとにチャンバが用意されてもよい。
例えば、各実施形態に於いて、柔粘性結晶層形成工程S14までを第1チャンバで実行し、基板Wの表面Waに柔粘性結晶層が形成されたのち、第1チャンバから基板Wを搬出し、別の第2チャンバヘ柔粘性結晶層が形成された基板Wを搬入して、第2チャンバにて除去工程S15を行ってもよい。
以下に、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている材料や配合量等は、特に限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
(基板)
基板として、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た。図12に、シリコン基板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(倍率:2万倍)。モデルパターンとしては、直径28nm、高さ560nmの円柱(アスペクト比:20)が、約80nmの間隔を空けて配列されたパターンを採用した。図12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12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。
(実施例1)
本実施例に於いては、以下に述べる手順にて前記シリコン基板の乾燥処理を行い、パターン倒壊の抑制効果を評価した。また、シリコン基板の処理に於いては、第1実施形態で説明した基板処理装置を用いた。
<手順1−1 紫外光の照射>
先ず、シリコン基板の表面に紫外光を照射し、その表面特性を親水性にした。これにより、パターンの凹部に液体が入り込むのを容易にし、当該液体が供給された後に於いては、パターンの倒壊が生じやすい環境を人工的に作り出した。
<手順1−2 基板処理液供給工程>
次に、大気圧下にあるチャンバ11内で、乾燥したシリコン基板のパターン形成面に直接、柔粘性結晶材料が融解してなる基板処理液(液温25℃)を供給した。これにより、シリコン基板のパターン形成面上に、基板処理液からなる液膜を形成した。柔粘性結晶材料としては、シクロヘキサン(商品名:シクロヘキサン、和光純薬工業(株)製)を用いた。当該化合物は、表面張力が20℃の環境下で25.3mN/mであり、蒸気圧が37.7℃の環境下で22.5kPa(168.8mmHg)である。また、融点及び凝固点は4〜7℃であり、沸点は80.74℃であり、比重は25℃の環境下で0.779g/mlの物質である。
<手順1−3 柔粘性結晶層形成工程>
続いて、大気圧環境下で、基板処理液からなる液膜が形成されたシリコン基板の裏面に0℃の冷水を供給し、シリコン基板を介して基板処理液を冷却し、柔粘性結晶層を形成させた。
<手順1−4 除去工程>
続いて、シリコン基板を収容したチャンバ11内を減圧手段71により減圧し、柔粘性結晶層が液体状態になるのを防止しつつ、柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、気体状態に状態変化させて、シリコン基板のパターン形成面から柔粘性結晶層を除去した。
図13は、前記の手順1−1から手順1−4までを実行した後の、シリコン基板のSEM画像である(倍率:1万倍)。乾燥処理前のシリコン基板のパターン形成面(図12参照)と比較して、パターンの倒壊は殆ど見られず、表示された領域に於ける倒壊率は0.1%であった。これにより、柔粘性結晶材料としてシクロヘキサンを用いた場合には、パターンの倒壊を極めて良好に抑制することができ、基板乾燥に有効であることが示された。
尚、パターンの倒壊率は、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
(比較例1)
本比較例に於いては、基板処理液として、柔粘性結晶材料であるシクロヘキサンに代えて昇華性物質であるt−ブタノールを用いた。それ以外は、実施例1と同様にして、シリコン基板の乾燥処理を行った。
図14は、前記の手順を実行した後のシリコン基板に於いて、平均的なパターンの倒壊率が示されている領域についてのSEM画像である(倍率:2万倍)。乾燥処理前のシリコン基板のパターン形成面(図11参照)と比較して、多くの箇所で白色の斑模様の部分が観察され、結晶粒界の発生及び成長に起因するパターンの倒壊が発生していることが確認された。また、パターン倒壊率は、約52.3%であった。
(比較例2)
本比較例に於いては、基板処理液として、柔粘性結晶材料であるシクロヘキサンに代えて昇華性物質である酢酸を用いた。それ以外は、実施例1と同様にして、シリコン基板の乾燥処理を行った。
図15は、前記の手順を実行した後のシリコン基板に於いて、平均的なパターンの倒壊率が示されている領域についてのSEM画像である(倍率:2万倍)。乾燥処理前のシリコン基板のパターン形成面(図12参照)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、パターンの倒壊が低減できていないことが確認された。パターン倒壊率は、約99.1%であった。
(比較例3)
本比較例に於いては、基板処理液として、柔粘性結晶材料であるシクロヘキサンに代えて昇華性物質であるp−キシレンを用いた。それ以外は、実施例1と同様にして、シリコン基板の乾燥処理を行った。
図16は、前記の手順を実行した後のシリコン基板に於いて、平均的なパターンの倒壊率が示されている領域についてのSEM画像である(倍率:1万倍)。乾燥処理前のシリコン基板のパターン形成面(図12参照)と比較して、白色の斑模様の部分が観察され、結晶粒界の発生及び成長に起因するパターンの倒壊が発生していることが確認された。また、パターン倒壊率は、約27.9%であった。
(比較例4)
本比較例に於いては、基板処理液として、柔粘性結晶材料であるシクロヘキサンに代えて昇華性物質である1,1,2,2,3,3,4−ヘプタフルオロシクロペンタンを用いた。それ以外は、実施例1と同様にして、シリコン基板の乾燥処理を行った。
図17は、前記の手順を実行した後のシリコン基板に於いて、平均的なパターンの倒壊率が示されている領域についてのSEM画像である(倍率:1万倍)。乾燥処理前のシリコン基板のパターン形成面(図12参照)と比較して、一部に白丸の部分が観察され、パターンの倒壊が発生していることが確認された。パターン倒壊率は、約0.9%であった。
(結果)
図13〜図17及び表1に示すように、柔粘性結晶材料としてシクロヘキサンを用いた実施例1の場合には、従来の昇華性物質を用いた比較例1〜4の場合と比較して、パターン倒壊の発生を低減できることが確認された。
本発明は、基板の表面に付着する液体を除去する乾燥技術、及び当該乾燥技術を用いて基板の表面を処理する基板処理技術全般に適用することができる。
1 基板処理装置
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 基板処理液供給手段
22 ノズル
23 アーム
24 旋回軸
25 配管
26 バルブ
27 基板処理液貯留部
271 基板処理液貯留タンク
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
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
42 ノズル
43 アーム
44 旋回軸
45 配管
46 バルブ
47 気体貯留部
471 気体タンク
472 気体温度調整部
51 基板保持手段
52 ケーシング
53 スピンベース
54 チャックピン
55 スピンチャック
56 チャック回転機構
57 回転支軸
60 DIW
61 IPA
62 基板処理液
63 柔粘性結晶層
64 冷媒
65 冷媒
71 減圧手段
72 排気ポンプ
73 配管
74 バルブ
81 冷媒供給手段
82 冷媒貯留部
821 冷媒タンク
822 冷媒温度調整部
83 配管
84 バルブ
85 冷媒供給部
851 対向部材
852 供給管
853 吐出部
A1、J1、J2、J3 軸
AR1、AR2、AR3 矢印
Cb 基板の裏面側の中心部
P1、P2、P3 退避位置
S11 洗浄工程
S12 IPAリンス工程
S13 基板処理液供給工程
S14 柔粘性結晶層形成工程
S15 除去工程
W 基板
Wa (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 (10)

  1. 基板のパターン形成面に、融解状態の柔粘性結晶材料を含む基板処理液を供給する供給工程と、
    前記パターン形成面上で、前記柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態にして柔粘性結晶層を形成する柔粘性結晶層形成工程と、
    前記柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させて、前記パターン形成面から除去する除去工程と、
    を含むことを特徴とする基板処理方法。
  2. 請求項1に記載の基板処理方法であって、
    前記柔粘性結晶層形成工程が、大気圧下に於いて、前記柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度範囲で、前記基板処理液を冷却する工程であることを特徴とする、基板処理方法。
  3. 請求項1又は2に記載の基板処理方法であって、
    前記柔粘性結晶層形成工程又は除去工程の少なくとも何れか一方が、冷媒を、前記柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度で、前記基板に於けるパターン形成面とは反対側の裏面に向けて供給する工程であることを特徴とする、基板処理方法。
  4. 請求項1又は2に記載の基板処理方法であって、
    前記柔粘性結晶層形成工程又は除去工程の少なくとも何れか一方が、少なくとも前記柔粘性結晶材料に対して不活性なガスを、当該柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、当該柔粘性結晶材料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工程であることを特徴とする、基板処理方法。
  5. 請求項1又は2に記載の基板処理方法であって、
    前記除去工程が、少なくとも前記柔粘性結晶材料に対して不活性なガスを、当該柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、柔粘性結晶材料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と共に、冷媒を、前記柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、柔粘性結晶材料の凝固点以下の温度で、前記基板に於けるパターン形成面とは反対側の裏面に向けて供給する工程であることを特徴とする、基板処理方法。
  6. 請求項1又は2に記載の基板処理方法であって、
    前記柔粘性結晶層形成工程又は除去工程の少なくとも何れか一方が、前記基板処理液が供給された前記パターン形成面又は前記柔粘性結晶層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工程であることを特徴とする、基板処理方法。
  7. 請求項1〜6に記載の基板処理方法であって、
    前記柔粘性結晶材料がシクロヘキサンであることを特徴とする、基板処理方法。
  8. パターン形成面を有する基板の処理に用いられる基板処理液であって、
    融解状態の柔粘性結晶材料を含み、
    前記柔粘性結晶材料の凝固点より20℃低い温度以上、凝固点以下の条件下で凝固されることなく、柔粘性結晶の状態で用いられることを特徴とする、基板処理液。
  9. 請求項8に記載の基板処理液であって、
    前記柔粘性結晶材料がシクロヘキサンであることを特徴とする、基板処理液。
  10. 請求項1〜7の何れか1項に記載の基板処理方法に用いられる基板処理装置であって、
    前記基板のパターン形成面に、前記基板処理液を供給する供給手段と、
    前記パターン形成面上で、前記柔粘性結晶材料を柔粘性結晶の状態にして柔粘性結晶層を形成する柔粘性結晶層形成手段と、
    前記柔粘性結晶の状態にある柔粘性結晶材料を、液体状態を経ることなく気体状態に状態変化させて、前記パターン形成面から除去する除去手段と、を備えることを特徴とする基板処理装置。
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