JP6310583B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (11)
- 一方が他方の上に位置するように積層された第一および第二膜を含む積層膜のパターンが表面から突出しており、前記第一および第二膜が互いに種類の異なる膜であり、前記第一および第二膜のそれぞれがシリコンまたは金属を含む基板を処理する基板処理方法であって、
第1疎水化剤を前記基板に供給して前記第一膜の表面を疎水化させる第1疎水化工程と、
前記第1疎水化工程が行われた後に、前記第1疎水化剤とは異なる第2疎水化剤と前記第1疎水化剤とを溶解させることができる第2溶剤を、前記第1疎水化剤が前記基板に付着している状態で前記基板に供給する第2溶剤リンス工程と、
前記第2溶剤リンス工程が行われた後に、前記第2疎水化剤を、前記第2溶剤が前記基板に付着している状態で前記基板に供給して前記第二膜の表面を疎水化させる第2疎水化工程と、
前記第2疎水化工程が行われた後に、前記基板を乾燥させる乾燥工程と、を含む、基板処理方法。 - 一方が他方の上に位置するように積層された第一および第二膜を含む積層膜のパターンが表面から突出しており、前記第一および第二膜が互いに種類の異なる膜であり、前記第一および第二膜のそれぞれがシリコンまたは金属を含む基板を処理する基板処理方法であって、
第1疎水化剤を前記基板に供給して前記第一膜の表面を疎水化させる第1疎水化工程と、
前記第1疎水化工程が行われた後に、前記第1疎水化剤とは異なる第2疎水化剤を前記基板に供給して前記第二膜の表面を疎水化させる第2疎水化工程と、
前記第2疎水化工程が行われた後に、前記第2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、前記第2疎水化剤が前記基板に付着している状態で前記基板に供給する乾燥前リンス工程と、
前記乾燥前リンス工程が行われた後に、前記乾燥前リンス工程で供給された前記溶剤が付着している前記基板を回転させることにより、当該溶剤を前記基板の周囲に振り切って前記基板を乾燥させる乾燥工程と、を含む、基板処理方法。 - 前記基板処理方法は、前記第1疎水化剤を溶解させることができる第1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含み、
前記第1疎水化工程は、前記第1溶剤リンス工程が行われた後に、前記第1疎水化剤を、前記第1溶剤が前記基板に付着している状態で前記基板に供給して前記第一膜の表面を疎水化させる工程である、請求項1または2に記載の基板処理方法。 - 前記基板処理方法は、前記第1疎水化工程が行われた後に、前記第1疎水化剤と前記第2疎水化剤とを溶解させることができる第2溶剤を、前記第1疎水化剤が前記基板に付着している状態で前記基板に供給する第2溶剤リンス工程をさらに含み、
前記第2疎水化工程は、前記第2溶剤リンス工程が行われた後に、前記第2疎水化剤を、前記第2溶剤が前記基板に付着している状態で前記基板に供給して前記第二膜の表面を疎水化させる工程である、請求項2に記載の基板処理方法。 - 前記基板処理方法は、前記第2疎水化工程が行われた後に、前記第2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、前記第2疎水化剤が前記基板に付着している状態で前記基板に供給する乾燥前リンス工程をさらに含み、
前記乾燥工程は、前記乾燥前リンス工程が行われた後に、前記乾燥前リンス工程で供給された前記溶剤が付着している前記基板を回転させることにより、当該溶剤を前記基板の周囲に振り切って前記基板を乾燥させる工程である、請求項1に記載の基板処理方法。 - 前記第1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、前記基板に水が接触しない状態を保つ工程をさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記パターンは、前記基板の表面に近い側から前記第一膜、前記第二膜の順番で前記第一および第二膜が積層されたものである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記第一膜は、金属を含む膜であり、前記第二膜は、シリコンを含む膜である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記第一膜は、シリコンを含む膜であり、前記第二膜は、前記第一膜とは異なる、シリコンを含む膜である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 一方が他方の上に位置するように積層された第一および第二膜を含む積層膜のパターンが表面から突出しており、前記第一および第二膜が互いに種類の異なる膜であり、前記第一および第二膜のそれぞれがシリコンまたは金属を含む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前記基板に第1疎水化剤を供給する第1疎水化剤供給手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板に、前記第1疎水化剤とは異なる第2疎水化剤を供給する第2疎水化剤供給手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板に、前記第1疎水化剤と前記第2疎水化剤と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供給する溶剤供給手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板を乾燥させる基板乾燥手段と、
前記第1疎水化剤供給手段、第2疎水化剤供給手段、溶剤供給手段、および基板乾燥手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記第1疎水化剤供給手段に前記第1疎水化剤を前記基板に供給させて前記第一膜の表面を疎水化させる第1疎水化工程と、
前記第1疎水化工程が行われた後に、前記溶剤供給手段に前記溶剤を、前記第1疎水化剤が前記基板に付着している状態で前記基板に供給させる第2溶剤リンス工程と、
前記第2溶剤リンス工程が行われた後に、前記第2疎水化剤供給手段に前記第2疎水化剤を、前記溶剤が前記基板に付着している状態で前記基板に供給させて前記第二膜の表面を疎水化させる第2疎水化工程と、
前記第2疎水化工程が行われた後に、前記基板乾燥手段に前記基板を乾燥させる乾燥工程と、を実行する、基板処理装置。 - 一方が他方の上に位置するように積層された第一および第二膜を含む積層膜のパターンが表面から突出しており、前記第一および第二膜が互いに種類の異なる膜であり、前記第一および第二膜のそれぞれがシリコンまたは金属を含む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前記基板に第1疎水化剤を供給する第1疎水化剤供給手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板に、前記第1疎水化剤とは異なる第2疎水化剤を供給する第2疎水化剤供給手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板に、前記第1疎水化剤と前記第2疎水化剤と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供給する溶剤供給手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板を乾燥させる基板乾燥手段と、
前記第1疎水化剤供給手段、第2疎水化剤供給手段、溶剤供給手段、および基板乾燥手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記第1疎水化剤供給手段に前記第1疎水化剤を前記基板に供給させて前記第一膜の表面を疎水化させる第1疎水化工程と、
前記第1疎水化工程が行われた後に、前記第2疎水化剤供給手段に前記第2疎水化剤を前記基板に供給させて前記第二膜の表面を疎水化させる第2疎水化工程と、
前記第2疎水化工程が行われた後に、前記溶剤供給手段に前記溶剤を、前記第2疎水化剤が前記基板に付着している状態で前記基板に供給させる乾燥前リンス工程と、
前記乾燥前リンス工程が行われた後に、前記乾燥前リンス工程で供給された前記溶剤が付着している前記基板を前記基板乾燥手段に回転させることにより、当該溶剤を前記基板の周囲に振り切って前記基板を乾燥させる乾燥工程と、を実行する、基板処理装置。
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