JP5674851B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
請求項3記載の発明のように、この基板処理方法において、基板は、金属膜を含む基板であってもよい。
この発明によれば、金属膜を含む基板に疎水化剤が供給され、当該基板の金属膜が疎水化される。その後、基板が乾燥される。処理対象の基板は、疎水化されてから乾燥するまで水が接触しない状態に保たれる。金属膜を疎水化させる疎水化剤によって疎水化された基板に水が接触すると、基板の疎水性が大幅に低下してしまう場合がある。したがって、このような疎水化剤が基板に供給された場合であっても、基板の疎水性が大幅に低下することを防止することができる。これにより、パターンの倒壊を抑制または防止することができる。
また、請求項5記載の発明のように、この基板処理方法は、前記第1溶剤リンス工程が行われる前に、水を含むリンス液を前記基板に供給する水リンス工程をさらに含んでいてもよい。この場合、前記第1溶剤リンス工程において前記基板に供給される前記溶剤は、リンス液および疎水化剤を溶解させることができ、かつ水より表面張力が小さい溶剤であってもよい。
請求項8記載の発明のように、この基板処理装置において、基板は、金属膜を含む基板であってもよい。この発明によれば、請求項3に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
図1および図2は、それぞれ、本発明の第1実施形態に係る基板処理装置1の概略構成を示す模式図である。図3は、本発明の第1実施形態に係る基板処理装置1の電気的構成を説明するためのブロック図である。
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。図1および図2に示すように、基板処理装置1は、基板Wを水平に保持して回転させるスピンチャック2(基板保持手段、基板乾燥手段)と、スピンチャック2の上方に配置された遮断板3と、スピンチャック2に保持された基板Wに処理液を供給する処理液供給機構4とを備えている。
により、基板Wを周囲から挟むことができる。さらに、スピンチャック2は、基板Wを保持した状態でスピンモータ7の駆動力をスピンベース5に入力することにより、基板Wの中心を通る鉛直な回転軸線まわりに基板Wを回転させることができる。スピンチャック2は、挟持式の基板保持機構に限らず、基板Wの下面(裏面)を吸着して保持するバキューム式などの他の形式の基板保持機構であってもよい。
水、電解イオン水、水素水、オゾン水、および希釈濃度(たとえば、10〜100ppm程度)の塩酸水のいずれかである。
また、第1疎水化剤および第2疎水化剤は、互いに種類の異なる疎水化剤である。第1疎水化剤および第2疎水化剤は、水を含まない液体である。第1疎水化剤は、たとえば、シリコン自体およびシリコンを含む化合物を疎水化させるシリコン系疎水化剤、または金属自体および金属を含む化合物を疎水化させるメタル系疎水化剤である。第2疎水化剤についても同様である。
シリコン系疎水化剤は、たとえば、シランカップリング剤である。シランカップリング剤は、たとえば、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)、TMS(テトラメチルシラン)、フッ素化アルキルクロロシラン、アルキルジシラザン、および非クロロ系疎水化剤の少なくとも一つを含む。
また、溶剤は、疎水化剤および水を溶解させることができ、かつ水を含まない液体である。溶剤は、たとえば、アルコール、ケトン、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)、EGMEA(エチレングリコールモノメチルエーテル)、およびフッ素系溶剤の少なくとも一つを含む。溶剤は、水よりも表面張力が小さく、かつ水よりも沸点が低い。
ケトンは、たとえば、アセトン、およびジエチルケトンの少なくとも一つを含む。
フッ素系溶剤は、たとえば、HFE(ハイドロフルオロエーテル)、HFC(ハイドロフルオロカーボン)の少なくとも一つを含む。
第1疎水化剤供給ユニット16は、第1疎水化剤(液体)が貯留された第1タンク23と、希釈溶剤(液体)が貯留された第2タンク24とを含む。さらに、第1疎水化剤供給ユニット16は、第1タンク23に接続された第1配管25と、第2タンク24に接続された第2配管26と、第1配管25に介装された第1バルブ27および第1流量調整バルブ28と、第2配管26に介装された第2バルブ29および第2流量調整バルブ30と、第1配管25および第2配管26に接続された集合配管31とを含む。
アルコールは、たとえば、メチルアルコール、エタノール、プロピルアルコール、およびIPAの少なくとも一つを含む。
ケトンは、たとえば、アセトン、およびジエチルケトンの少なくとも一つを含む。
フッ素系溶剤は、たとえば、HFE、HFCの少なくとも一つを含む。
第1疎水化剤が、メタル系疎水化剤の一例である疎水基を有するアミンである場合には、親水性溶媒が希釈溶剤として用いられる。すなわち、たとえば、メチルアルコール、エタノール、IPA、プロピルアルコールなどの一価アルコールや、エチレングリコールなどの多価アルコールや、アセトン、ジエチルケトンなどのケトンが、希釈溶剤として用いられる。
」は、基板W自体の上面(表面)およびパターンPの表面を含む。
基板処理装置1によって処理される基板Wは、たとえば、積層膜32のパターンPが形成された基板Wである。積層膜32は、たとえば、第1膜32a、第2膜32b、および第3膜32cを含む。これらの膜32a、32b、32cは、基板W自体の表面に近い側から第3膜32c、第2膜32b、第1膜32aの順番で積層されている。すなわち、第1膜32aは、第2膜32bおよび第3膜32cに対して上層膜に相当し、第2膜32bおよび第3膜32cは、第1膜32aに対して下層膜に相当する。また、第2膜32bは、第3膜32cに対して上層膜に相当し、第3膜32cは、第2膜32bに対して下層膜に相当する。第1膜32aは、たとえば、シリコンを含む膜、窒化膜、および金属膜のいずれかである。第2膜32bおよび第3膜32cについても同様である。
窒化膜は、たとえば、SiN膜である。SiN膜は、シリコンを含む膜でもある。
第1膜32a、第2膜32b、および第3膜32cの組み合わせの具体例は、「シリコンを含む膜(第1膜32a)、シリコンを含む膜(第2膜32b)、金属膜(第3膜32c)」や、「金属膜(第1膜32a)、シリコンを含む膜(第2膜32b)、シリコンを含む膜(第3膜32c)」、「SiN膜(第1膜32a)、BSG膜(第2膜32b)、ポリシリコン膜(第3膜32c)」、「BSG膜(第1膜32a)、TEOS膜(第2膜32b)、ポリシリコン膜(第3膜32c)」、「SiN膜(第1膜32a)、金属膜(第2膜32b)、任意の膜(第3膜32c)」である。第1膜32a、第2膜32b、および第3膜32cは、これらの組み合わせに限らず、他の組み合わせであってもよい。
以下では、第1膜32a、第2膜32b、および第3膜32cの具体的な組み合わせと、各組み合わせにおいて用いられる第1疎水化剤および第2疎水化剤の具体例について説明する。
第1膜32a、第2膜32b、および第3膜32cが、それぞれ、シリコンを含む膜、シリコンを含む膜、金属膜である場合、第1処理例では、たとえば、シリコン系疎水化剤またはメタル系疎水化剤が第1疎水化剤として用いられる。したがって、シリコンを含む膜または金属膜が疎水化される。図示はしないが、第1膜32a、第2膜32b、および第3膜32cが、それぞれ、金属膜、シリコンを含む膜、シリコンを含む膜である場合にも、第1処理例では、たとえば、シリコン系疎水化剤またはメタル系疎水化剤が第1疎水化剤として用いられる。
第1膜32a、第2膜32b、および第3膜32cが、それぞれ、SiN膜、BSG膜、ポリシリコン膜である場合、第1処理例では、たとえば、シリコン系疎水化剤が第1疎水化剤として用いられる。シリコン系疎水化剤が第1疎水化剤として用いられる場合、第1膜32a、第2膜32b、および第3膜32cが疎水化される。一方、メタル系疎水化剤が第1疎水化剤として用いられる場合、第1膜32a、第2膜32b、および第3膜32cのいずれもが、シリコンを含む膜であるため、疎水化性能は低い。したがって、第1処理例では、シリコン系疎水化剤が第1疎水化剤として用いられることが好ましい。
供給されると、第1膜32a(SiN膜)がさらに疎水化される。すなわち、SiN膜は、シリコン系疎水化剤Iによって疎水化された後、シリコン系疎水化剤Iとは異なる種類のシリコン系疎水化剤IIによってさらに疎水化される。このように、上層膜および下層膜が疎水化された後、上層膜がさらに疎水化される。シリコン系疎水化剤Iおよびシリコン系疎水化剤IIによる疎水化処理の詳細は後述する。
第1膜32a、第2膜32b、および第3膜32cが、それぞれ、SiN膜、金属膜、任意の膜である場合、第1処理例では、たとえば、シリコン系疎水化剤(好ましくは、非クロロ系疎水化剤)またはメタル系疎水化剤が第1疎水化剤として用いられる。シリコン系疎水化剤が第1疎水化剤として用いられる場合、第1膜32a(SiN膜)が疎水化される。一方、メタル系疎水化剤が第1疎水化剤として用いられる場合、第2膜32b(金属膜)が疎水化される。
一方、図12に示すように、メタル系疎水化剤に浸漬されたSiO2の試験片に対する純水の接触角は、いずれの浸漬時間においても約40度である。また、図12に示すように、メタル系疎水化剤に浸漬されたTiNの試験片に対する純水の接触角は、いずれの浸漬時間においても約80度である。
角を示すグラフである。図14におけるリンス前の接触角は、メタル系疎水化剤の一例である疎水基を有するアミンに浸漬された、金属を含む化合物が、リンスされる前の接触角である。また、図14におけるリンス後の接触角は、疎水基を有するアミンに浸漬された金属を含む化合物が、溶剤A、溶剤B、および純水のいずれかによってリンスされた後の接触角である。溶剤Aおよび溶剤Bは、種類の異なる溶剤である。溶剤Aは、第1処理例および第2処理例において第1溶剤および第2溶剤として用いられる溶剤である。溶剤Bについても同様である。
前述のように、SiNは、シリコン系疎水化剤Iおよびシリコン系疎水化剤IIの両方の疎水化剤によって疎水化される。シリコン系疎水化剤IIの疎水基は、シリコン系疎水化剤Iの疎水基よりも短い。つまり、シリコン系疎水化剤IIの疎水基の分子量は、シリコン系疎水化剤Iの疎水基の分子量よりも小さい。SiNに対する疎水化剤の反応性は、疎水基が短いほど高い。したがって、シリコン系疎水化剤IIは、シリコン系疎水化剤IよりもSiNに対する反応性が高い。一方、SiNに対する反応性が同じであれば、疎水基が長いほど、SiNに対する純水の接触角を増加させることができる。したがって、シリコン系疎水化剤Iは、シリコン系疎水化剤IIよりもSiNを効率的に疎水化させることができる。
基と反応せずに残ったSiNの官能基に、シリコン系疎水化剤IIの疎水基を反応させることができる。これにより、SiNを十分に疎水化させることができる。したがって、SiN膜に対しては、疎水基の長いシリコン系疎水化剤Iを供給した後に、疎水基の短いシリコン系疎水化剤IIを供給することが好ましい。
パターンPが形成された基板Wを乾燥させると、基板Wが乾燥していく過程でパターンP同士を引き付ける力が加わって、パターンPが倒壊する場合がある。このときパターンPに加わる力Fは、たとえば、以下の式(1)により表される。
F=(2×σ×Hcosθ)/L・・・(式1)
「σ」は、処理液の表面張力であり、「θ」は、接触角であり、「H」は、パターンPの高さであり、「L」は、パターンP間の間隔である。
また、接触角θが90度に近づくほどパターンPに加わる力Fが減少することが分かる。したがって、基板Wの表面を疎水化させて接触角θを90度に近づけることにより、パターンPの倒壊を抑制または防止することができる。
前述の第1処理例および第2処理例では、疎水化剤によって基板Wが疎水化される(第1疎水化処理および第2疎水化処理)。これにより、基板Wに対する処理液の接触角が90度に近づけられる。したがって、パターンPに加わる力を減少させて、パターンPの倒壊を抑制または防止することができる。
また、第2処理例では、第1疎水化剤によって下層膜が疎水化された後、または第1疎水化剤によって下層膜および上層膜が疎水化された後に、第2疎水化剤によって上層膜が疎水化される。たとえば、上層膜が疎水化された後にさらに疎水化剤を基板Wに供給すると、上層膜が疎水化されているので、疎水化剤が下層膜まで十分に供給されない場合がある。したがって、下層膜が疎水化された後、または下層膜および上層膜が疎水化された後に、上層膜を疎水化する第2疎水化剤を基板Wに供給することにより、上層膜および下層膜を十分に疎水化させることができる。これにより、基板Wを十分に疎水化させることができる。
ズル14から吐出された疎水化剤の蒸気は、遮断板3と基板Wとの間を外方に広がり、遮断板3と基板Wとの間から排出される。これにより、遮断板3と基板Wとの間の空間が疎水化剤の蒸気で満たされる。また、中心軸ノズル14から吐出された疎水化剤の蒸気は、基板Wの上面に沿って外方に流れる。これにより、疎水化剤の蒸気が基板Wの上面全域に供給される。疎水化剤の蒸気が中心軸ノズル14から吐出される間、スピンチャック2によって保持された基板Wは、基板Wの中心を通る鉛直な回転軸線まわりに回転されてもよいし、非回転状態で保持されてもよい。
液体であるから、基板Wの上面全域に溶剤が供給されることにより、基板Wに付着している第1疎水化剤の液滴が、溶剤に置換される(第2溶剤リンス処理)。そして、第2溶剤リンス処理が所定時間にわたって行われると、制御装置22は、溶剤バルブ18を閉じて溶剤の吐出を停止させる。
この発明の実施の形態の説明は以上であるが、この発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
また、前述の第1処理例〜第4処理例では、基板Wに溶剤を供給する第1溶剤リンス処理が行われた後に、第1疎水化剤を基板Wに供給する第1疎水化処理が行われる場合について説明した。しかし、純水が第1疎水化剤に溶解し、かつ第1疎水化剤が純水に接触しても活性が低下しない場合には、基板Wに純水を供給する水リンス処理が行われた後に、第1溶剤リンス処理を行わずに、第1疎水化処理を行ってもよい。
ック2によって10〜30rpm程度の低回転速度で基板Wを回転させながら、または基板Wの回転を停止させながら、薬液ノズル10または中心軸ノズル14から処理液を吐出させる。そして、基板Wの上面を覆う処理液の液膜が形成された後に処理液の吐出を停止させる。その後、処理液の吐出を停止させた状態で、基板Wを前述の低回転速度で回転させながら、または基板Wの回転を停止させながら、処理液の液膜によって基板Wを処理する。
また、前述の第1処理例〜第4処理例では、積層膜32のパターンPが形成された基板Wが処理される場合について説明した。しかし、単膜のパターンPが形成された基板Wが処理されてもよい。たとえば、SiN膜のみのパターンPが形成された基板Wに対して、前述のように疎水基の長いシリコン系疎水化剤および疎水基の短いシリコン系疎水化剤を第2処理例もしくは第4処理例で処理されることにより、SiN膜を十分に疎水化することができる。
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。
2 スピンチャック(基板保持手段、基板乾燥手段)
16 第1疎水化剤供給ユニット
17 第2疎水化剤供給ユニット
18 溶剤バルブ(溶剤供給手段)
20 リンス液バルブ(リンス液供給手段)
22 制御装置(制御手段)
32 積層膜
201 基板処理装置
216 第1疎水化剤供給ユニット(疎水化剤供給手段)
217 第2疎水化剤供給ユニット(疎水化剤供給手段)
P パターン
S102 水リンス工程
S103 第1溶剤リンス工程
S104 第1疎水化工程
S105 乾燥前リンス工程
S106 乾燥工程
S107 第2溶剤リンス工程
S108 第2疎水化工程
S109 乾燥前リンス工程
S110 乾燥工程
S204 第1疎水化工程、第1蒸気供給工程
S205 乾燥工程、蒸発工程
S207 第2疎水化工程、第2蒸気供給工程
S208 乾燥工程、蒸発工程
W 基板
Claims (10)
- パターンが形成された基板に疎水化剤の蒸気を供給して前記基板の表面を疎水化させる疎水化工程と、
前記疎水化工程が行われた後に、前記基板に付着している疎水化剤を蒸発させることにより前記基板を乾燥させる乾燥工程と、
前記疎水化工程が終了してから前記乾燥工程が終了するまで、水が前記基板に接触しない状態に保つ工程とを含む、基板処理方法。 - 前記疎水化工程は、パターンが形成された基板に疎水化剤の蒸気を供給して、前記パターンの内部を含む前記基板の表面を疎水化させる工程である、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記基板は、金属膜を含む基板である、請求項1または2に記載の基板処理方法。
- 前記疎水化工程が行われる前に、前記基板に溶剤を供給する第1溶剤リンス工程をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記第1溶剤リンス工程が行われる前に、水を含むリンス液を前記基板に供給する水リンス工程をさらに含み、
前記第1溶剤リンス工程において前記基板に供給される前記溶剤は、リンス液および疎水化剤を溶解させることができ、かつ水より表面張力が小さい溶剤である、請求項4に記載の基板処理方法。 - 基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された基板に疎水化剤の蒸気を供給する疎水化剤供給手段と、
前記基板保持手段に保持された基板に付着している疎水化剤を蒸発させることにより前記基板を乾燥させる基板乾燥手段と、
前記疎水化剤供給手段および基板乾燥手段を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、
前記疎水化剤供給手段を制御することにより、パターンが形成された基板を前記基板保持手段に保持させながら、前記疎水化剤供給手段からの疎水化剤の蒸気を前記基板に供給して前記基板の表面を疎水化させる疎水化工程と、
前記基板乾燥手段を制御することにより、前記疎水化工程が行われた後に、前記基板保持手段に保持された基板に付着している疎水化剤を蒸発させることにより前記基板を乾燥させる乾燥工程と、
前記疎水化工程が終了してから前記乾燥工程が終了するまで、水が前記基板に接触しない状態に保つ工程とを行う、基板処理装置。 - 前記疎水化工程は、パターンが形成された基板を前記基板保持手段に保持させながら、前記疎水化剤供給手段からの疎水化剤の蒸気を前記基板に供給して、パターンの内部を含む前記基板の表面を疎水化させる工程である、請求項6に記載の基板処理装置。
- 前記基板は、金属膜を含む基板である、請求項6または7に記載の基板処理装置。
- 前記基板処理装置は、溶剤を前記基板保持手段に保持された基板に供給する溶剤供給手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記溶剤供給手段を制御することにより、前記疎水化工程が行われる前に、前記溶剤供給手段からの溶剤を前記基板に供給する第1溶剤リンス工程をさらに行う、請求項6〜8のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記基板処理装置は、水を含むリンス液を前記基板保持手段に保持された基板に供給するリンス液供給手段をさらに含み、
前記溶剤供給手段は、リンス液および疎水化剤を溶解させることができ、かつ水より表面張力が小さい溶剤を、前記基板保持手段に保持された基板に供給するものであり、
前記制御手段は、前記リンス液供給手段を制御することにより、前記基板に前記溶剤を供給する前記第1溶剤リンス工程が行われる前に、前記リンス液供給手段からのリンス液を前記基板に供給する水リンス工程をさらに行う、請求項9に記載の基板処理装置。
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