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