JP6442359B2 - 液充填方法および充填材層形成方法 - Google Patents

液充填方法および充填材層形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、パターンが形成された基板の主面に対する処理液による処理後に、当該主面上に充填材溶液を充填する液充填方法、および、充填材層を形成する充填材層形成方法に関する。
従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程では、基板処理装置を用いて基板に対して様々な処理が施される。例えば、表面上にレジストのパターンが形成された基板に薬液を供給することにより、基板の表面に対してエッチング等の処理が行われる。薬液の供給後には、基板に純水を供給して表面の薬液を除去するリンス処理や、基板を高速に回転して表面の純水を除去する乾燥処理がさらに行われる。
多数の微細なパターン要素が基板の表面に形成されている場合に、純水によるリンス処理および乾燥処理を順に行うと、乾燥途上において、隣接する２つのパターン要素の間に純水の液面が形成される。この場合、純水の表面張力がパターン要素に作用し、パターン要素が倒壊する虞がある。そこで、特許文献１では、基板の回路パターンの間に形成される凹部に残留するリンス液を充填剤（ポリマー）で置換して凹部を充填剤で充填固化し、その後、プラズマ処理により基板の表面から充填剤を除去する手法が開示されている。また、特許文献２では、凸形状パターンが形成された基板の表面に付着したリンス液を、溶質が溶媒に溶解された溶液と置換し、続いて、当該溶媒を蒸発させて溶質を基板の表面上に析出させ、その後、析出した溶質を昇華させる手法が開示されている。
上記のように、多数のパターン要素間に充填材溶液を充填し、固化した充填材をドライエッチング等により昇華させる手法（「Sacrificial Polymer Fill（SPF）」とも呼ばれる。）において、例えば、充填材溶液として水ベースのポリマー溶液を用いる場合、引火点がないため、高い安全性が確保される。また、当該ポリマー溶液を基板上に付与する際に、周囲に飛散したポリマーを水で容易に洗浄することができ、メンテナンス性の確保および装置の製造コストの抑制が可能となる。
特開２０１１−１２４３１３号公報 特開２０１３−２５８２７２号公報
ところで、上記手法では、パターン要素間に充填材が自重により拡散するように、粘度が比較的低い充填材溶液が利用される。また、ドライエッチングのスループットを向上するために、充填材溶液の基板上への付与後に、例えば、毎分１５００回等の比較的高い回転数にて基板を回転することにより、充填材溶液の振り切り（スピンオフ）を行って、充填材溶液の層の厚さが薄くされる。しかしながら、上記処理では、パターン要素の変形が生じることがある。表面張力が大きい水ベースのポリマー溶液を利用する場合、パターン要素の変形が特に顕著となる。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、充填材溶液を利用した充填材の充填においてパターン要素の変形を抑制することを目的としている。
請求項１に記載の発明は、パターンが形成された基板の主面に対する処理液による処理後に、前記主面上に充填材溶液を充填する液充填方法であって、ａ）基板の主面上において直立する多数のパターン要素が形成されており、粘度が３センチポアズ以上である充填材溶液を、前記主面の中央部に付与する工程と、ｂ）前記基板の半径をｒミリメートルとし、（１５０／ｒ）の平方根に１０００を乗じて得た値をＶとして、前記基板を毎分Ｖ回以下の回転数にて回転することにより、前記主面の全体に付着する処理液を前記充填材溶液に置換して所定の厚さの溶液層を形成する工程とを備え、前記充填材溶液が、表面張力低下剤を含む。
請求項２に記載の発明は、パターンが形成された基板の主面に対する処理液による処理後に、前記主面上に充填材溶液を充填する液充填方法であって、ａ）基板の主面上において直立する多数のパターン要素が形成されており、充填材溶液を前記主面の中央部に付与する工程と、ｂ）前記基板を回転することにより、前記主面の全体に付着する処理液を前記充填材溶液に置換して所定の厚さの溶液層を形成する工程とを備え、前記ａ）工程にて付与される前記充填材溶液の粘度、および、前記ｂ）工程における前記基板の回転数が、固化した前記溶液層におけるボイドの発生を抑制する条件に設定され、前記充填材溶液が、表面張力低下剤を含む。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の液充填方法であって、前記充填材溶液が、溶媒として水を含む。
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の液充填方法であって、前記表面張力低下剤がイソプロピルアルコールである。
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の液充填方法であって、前記充填材溶液の粘度が１５センチポアズ以下である。
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の液充填方法であって、前記ｂ）工程における前記基板の回転数が、毎分３００回以上である。
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の液充填方法であって、前記多数のパターン要素において互いに隣接するパターン要素の先端が、前記主面に沿って伸びるブリッジにより連結されている。
請求項８に記載の発明は、パターンが形成された基板の主面に対する処理液による処理後に、前記主面上に充填材溶液を充填して充填材層を形成する充填材層形成方法であって、ａ）基板の主面上において直立する多数のパターン要素が形成されており、粘度が３センチポアズ以上である充填材溶液を、前記主面の中央部に付与する工程と、ｂ）前記基板の半径をｒミリメートルとし、（１５０／ｒ）の平方根に１０００を乗じて得た値をＶとして、前記基板を毎分Ｖ回以下の回転数にて回転することにより、前記主面の全体に付着する処理液を前記充填材溶液に置換して所定の厚さの溶液層を形成する工程と、ｃ）前記基板をベークして前記溶液層を固化し、充填材層を形成する工程とを備える。
請求項９に記載の発明は、パターンが形成された基板の主面に対する処理液による処理後に、前記主面上に充填材溶液を充填して充填材層を形成する充填材層形成方法であって、ａ）基板の主面上において直立する多数のパターン要素が形成されており、充填材溶液を前記主面の中央部に付与する工程と、ｂ）前記基板を回転することにより、前記主面の全体に付着する処理液を前記充填材溶液に置換して所定の厚さの溶液層を形成する工程と、ｃ）前記基板をベークして前記溶液層を固化し、充填材層を形成する工程とを備え、前記ａ）工程にて付与される前記充填材溶液の粘度、および、前記ｂ）工程における前記基板の回転数が、前記充填材層におけるボイドの発生を抑制する条件に設定されている。
請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載の充填材層形成方法であって、前記充填材溶液が、溶媒として水を含む。
請求項１１に記載の発明は、請求項８ないし１０のいずれかに記載の充填材層形成方法であって、前記充填材溶液が、表面張力低下剤を含む。
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の充填材層形成方法であって、前記表面張力低下剤がイソプロピルアルコールである。
請求項１３に記載の発明は、請求項８ないし１２のいずれかに記載の充填材層形成方法であって、前記充填材溶液の粘度が１５センチポアズ以下である。
請求項１４に記載の発明は、請求項８ないし１３のいずれかに記載の充填材層形成方法であって、前記ｂ）工程における前記基板の回転数が、毎分３００回以上である。
請求項１５に記載の発明は、請求項８ないし１４のいずれかに記載の充填材層形成方法であって、前記多数のパターン要素において互いに隣接するパターン要素の先端が、前記主面に沿って伸びるブリッジにより連結されている。
本発明によれば、充填材溶液を利用した充填材の充填においてパターン要素の変形を抑制することができる。
基板処理装置の構成を示す平面図である。 洗浄ユニットの構成を示す図である。 基板の処理の流れを示す図である。 基板上のパターンを示す図である。 基板上のパターンおよび溶液層を示す図である。 基板上のパターンおよび充填材層を示す図である。 充填材溶液の粘度および基板の回転数と、ボイド不良の有無との関係を示す図である。 基板上のパターンを示す平面図である。 基板上のパターンを示す断面図である。 充填材層の除去後の基板上のパターンを示す断面図である。 充填材層の除去後の基板上のパターンを示す平面図である。 基板上のパターンおよび溶液層を示す図である。 充填材溶液の粘度および基板の回転数と、変形不良の有無との関係を示す図である。
図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１の構成を示す平面図である。基板処理装置１は、キャリア保持部２と、基板受渡部３と、インデクサロボットＩＲと、センターロボットＣＲと、２つの洗浄ユニット４と、２つの熱処理ユニット５と、制御部１０とを備える。
キャリアＣは、複数の基板９を積層して収容可能な収容器である。キャリアＣは、未処理の基板９や、処理済の基板９を収容する。本実施の形態における基板９は円板状であり、直径は３００ミリメートル（ｍｍ）である。キャリア保持部２は、複数のキャリアＣを支持する。
図１において破線の矢印で概念的に示すように、インデクサロボットＩＲは、基板９を保持した状態で旋回および進退自在のアームにより、基板９を任意の位置に搬送することが可能である。インデクサロボットＩＲは、基板９を保持した状態で上下方向にも進退自在である。キャリア保持部２に載置されたキャリアＣ内の未処理の基板９は、インデクサロボットＩＲによって、基板受渡部３のパス３１に搬送される。パス３１は、複数の基板９を一時的に保管するバッファとして機能する。パス３１に載置された処理済の基板９は、インデクサロボットＩＲによってキャリア保持部２に載置されたキャリアＣ内に搬送される。図１では、図示の都合上、パス３１を二点鎖線にて示している。
センターロボットＣＲは、基板９を保持した状態で旋回および進退自在のアームにより、基板９を任意の位置に搬送することが可能である。センターロボットＣＲは、この動作により、基板受渡部３のパス３１と、洗浄ユニット４と、熱処理ユニット５との間で基板９を搬送する。
熱処理ユニット５は、例えば、ホットプレートを有する。洗浄ユニット４において後述の処理が施された基板９が、センターロボットＣＲを介してホットプレート上に載置される。これにより、基板９が所定の温度に加熱される。熱処理ユニット５における基板９の加熱は、ランプによる赤外線の照射や、温風の付与等、他の手法にて行われてよい。
図２は、洗浄ユニット４の構成を示す図である。洗浄ユニット４は、基板保持部であるスピンチャック４２と、基板回転機構であるスピンモータ４１と、スピンチャック４２の周囲を囲むカップ４３とを備える。センターロボットＣＲから受け渡された未処理の基板９は、スピンチャック４２上に載置される。スピンチャック４２は、その上面に図示省略の複数の吸引穴を有し、基板９の一の主面である下面９２が複数の吸引穴に吸着される。これにより、基板９が水平な姿勢にてスピンチャック４２により保持される。スピンチャック４２の下面には、上下方向（鉛直方向）に伸びるシャフト４２１が接続される。シャフト４２１の中心軸Ｊ１は、基板９の中心を通る。スピンモータ４１は、シャフト４２１を回転する。これにより、スピンチャック４２および基板９が中心軸Ｊ１を中心として回転する。なお、スピンチャック４２は、基板９の裏面を吸着する構造に限らず、例えば、基板９の周縁に複数の挟持部材を接触させることにより、基板９を挟持する構造等であってもよい。
洗浄ユニット４は、薬液供給部４４１と、リンス液供給部４４２と、第１ノズル４４３と、下ノズル４４４と、充填材溶液供給部４５１と、第２ノズル４５２と、第２ノズル移動機構４５３とをさらに備える。充填材溶液供給部４５１は、第２ノズル４５２に弁を介して接続される。薬液供給部４４１は、第１ノズル４４３に弁を介して接続される。リンス液供給部４４２は、第１ノズル４４３に弁を介して接続される。リンス液供給部４４２は、下ノズル４４４にも弁を介して接続される。
第２ノズル移動機構４５３は、第２ノズル４５２を、基板９の上面９１（他の主面）に対向する対向位置と、水平方向において基板９から離れた待機位置とに選択的に配置する。図示省略の第１ノズル移動機構により、第１ノズル４４３も、基板９の上面９１に対向する対向位置と、水平方向において基板９から離れた他の待機位置とに選択的に配置される。下ノズル４４４は、スピンチャック４２の下方に位置する支持台４４５に取り付けられる。
図３は、基板処理装置１における基板９の処理の流れを示す図である。まず、キャリアＣ内の未処理の基板９が、インデクサロボットＩＲおよびセンターロボットＣＲにより洗浄ユニット４内へと搬送される。洗浄ユニット４では、スピンチャック４２により基板９の下面９２が保持され、基板９の上面９１が上方を向く。
ここで、基板９の上面９１には、図４に示すように、パターン９１０が形成されている。パターン９１０は、多数のパターン要素９１１と、複数のブリッジ９１２とを含む。各パターン要素９１１は、上面９１上において直立する柱（ピラー）状である。基板９は、ピラー構造のメモリの製造に用いられる。例えば、パターン要素９１１の高さは１．３マイクロメートル（μｍ）であり、幅は４５ナノメートル（ｎｍ）である。パターン要素９１１のアスペクト比は３０である。また、互いに隣接するパターン要素９１１間の間隔は４５ｎｍである。各ブリッジ９１２は上面９１に沿って伸びる。図４では、横方向に伸びる複数のブリッジ９１２が、紙面に垂直な方向に配列される。パターン９１０では、多数のパターン要素９１１において、横方向に互いに隣接するパターン要素９１１の先端が、ブリッジ９１２により連結される。
図２の洗浄ユニット４では、まず、基板９の上面９１に対して薬液による処理が行われる（ステップＳ１１）。薬液による処理では、まず、第１ノズル移動機構により第１ノズル４４３が基板９の上面９１に対向する対向位置に配置される。また、スピンモータ４１により、所定の回転数（回転速度）での基板９の回転が開始される。そして、薬液供給部４４１により薬液が第１ノズル４４３を介して上面９１に連続的に供給される。回転する基板９の上面９１から飛散する薬液は、カップ４３にて受けられて回収される。薬液は、例えば、希フッ酸（ＤＨＦ）またはアンモニア水を含む洗浄液である。薬液の供給は所定時間継続される。なお、薬液による処理、および、後述のリンス液による処理では、第１ノズル移動機構により、第１ノズル４４３が水平方向に揺動してもよい。
薬液による処理が完了すると、リンス液供給部４４２によりリンス液が第１ノズル４４３を介して上面９１に供給される（ステップＳ１２）。リンス液は、例えば、純水である。リンス液によるリンス処理では、例えば、毎分２リットルのリンス液が上面９１に連続的に供給され、基板９の回転数は毎分１２００回（１２００ｒｐｍ）である。リンス液の供給は所定時間継続され、その後、停止される。第１ノズル４４３は、第１ノズル移動機構により待機位置へと移動する。
リンス液の供給の停止後、例えば、８００ｒｐｍで５秒間だけ基板９の回転が継続され、リンス液の振り切り（スピンオフ）が行われることが好ましい。これにより、基板９の上面９１の全体に形成されているリンス液の液膜を保持しつつ、当該液膜の厚さ、すなわち、上面９１上に残留するリンス液の量が低減される。上面９１上に残留するリンス液の量は、例えば、０．１ミリリットル（ｍｌ）である。なお、ステップＳ１１，Ｓ１２に並行して、リンス液供給部４４２によりリンス液が下ノズル４４４を介して下面９２に供給されてよい。
薬液およびリンス液を含む処理液による処理が完了すると、第２ノズル移動機構４５３により第２ノズル４５２が基板９の上面９１の中央部に対向する対向位置に配置される。そして、充填材溶液供給部４５１により、上面９１の中央部に常温の充填材溶液が第２ノズル４５２を介して所定量（例えば、１０ｍｌ）だけ付与される（ステップＳ１３）。本実施の形態では、ステップＳ１３および後述のステップＳ１４の処理は、常温環境下にて行われる。
充填材溶液の付与の際における基板９の回転数は、例えば１００ｒｐｍであり、充填材溶液の付与の完了後も、所定時間（例えば、６０秒）だけ当該回転数での基板９の回転が継続されることが好ましい。これにより、上面９１上の充填材溶液が中央部から外周部へとある程度拡がり、互いに隣接するパターン要素９１１の間にも入り込む。基板９の回転が停止した状態で、充填材溶液が上面９１に付与され、その後、基板９の回転が開始されてもよい。上面９１に付与される充填材溶液の量は、後述のステップＳ１４にて上面９１の全体を被覆可能な量以上（例えば、５ｍｌ以上）であるならば、特に限定されないが、基板９の処理に係るコストを削減するという観点では、充填材溶液の量は、少ないことが好ましい。
ここで、充填材溶液の詳細について述べる。本実施の形態における充填材溶液は、アクリル樹脂等のポリマーである充填材を水に溶解させた溶液である。充填材溶液における充填材の濃度が高くなるに従って、充填材溶液の粘度が高くなる。充填材溶液の濃度は１０重量パーセント濃度（ｗｔ％）以上に調整されており、これにより、常温における充填材溶液の粘度は、３センチポアズ（ｃＰ）（０．００３パスカル秒）以上となる。充填材溶液の粘度は、１５ｃＰ以下であることが好ましく、この場合、充填材溶液の濃度は３２ｗｔ％以下に調整される。本実施の形態では、充填材溶液の粘度は、７．５ｃＰである。充填材溶液の粘度の好ましい数値範囲の詳細については後述する。充填材溶液における溶媒は、水以外にアルコールであってもよい。充填材は、水またはアルコールに対して溶解性を有するものであり、例えば、所定温度以上に加熱することにより架橋反応が生じるものである。
続いて、基板９の回転数を上昇させることにより、充填材溶液の付与時よりも高い回転数での基板９の回転が所定時間だけ行われる（ステップＳ１４）。これにより、上面９１の中央部に付着する充填材溶液が上面９１の全体へと拡がる。また、上面９１上において、互いに隣接するパターン要素９１１の間にも充填材溶液が充填される。このようにして、基板９の上面９１の全体に付着していたリンス液が充填材溶液に置換され、図５に示すように、所定の厚さの充填材溶液の層８１（以下、「溶液層８１」という。）が上面９１全体に形成される。このとき、充填材溶液の振り切り（スピンオフ）も行われ、溶液層８１の厚さがある程度薄くなる。ステップＳ１４では、基板９の回転に並行して、リンス液供給部４４２によりリンス液が下ノズル４４４を介して下面９２に供給されることが好ましい。これにより、充填材溶液が下面９２側に回り込むことが防止される。
ステップＳ１４における基板９の回転数は、１０００ｒｐｍ以下に設定される。一の処理例では、基板９の回転は、３００ｒｐｍの回転数にて９０秒間だけ継続される。他の処理例では、基板９の回転は、５００ｒｐｍの回転数にて３０秒間だけ継続される。さらに他の処理例では、基板９の回転は、８００ｒｐｍの回転数にて１０秒間だけ継続される。基板９の回転数の好ましい数値範囲の詳細については後述する。
基板９の回転が停止されると、図１のセンターロボットＣＲにより基板９が洗浄ユニット４から搬出され、続いて、熱処理ユニット５内に搬入される。熱処理ユニット５では、基板９が、例えば１２０℃にて１分間加熱される。すなわち、基板９がベークされ（ステップＳ１５）、溶液層８１における溶媒成分（ここでは、水分）が除去されるとともに、充填材が硬化（固化）する。
その後、センターロボットＣＲにより基板９が熱処理ユニット５から搬出され、インデクサロボットＩＲを介してキャリアＣ内に戻される。これにより、基板処理装置１における基板９の処理が完了する。
隣接するパターン要素９１１間に固化した充填材が充填された基板９は、外部のドライエッチング装置へと搬送される。そして、ドライエッチングにより充填材が除去される。このとき、隣接するパターン要素９１１間に介在する介在物（充填材）は固体であるため、パターン要素９１１に対して介在物の表面張力が作用しない状態で充填材が除去される。上記ステップＳ１３〜Ｓ１５の処理、および、充填材の除去処理は、上面９１に付着するリンス液の乾燥処理と捉えることができ、上記乾燥処理により、乾燥途上のリンス液の表面張力によるパターン要素の変形が防止される。充填材の除去は、液体を用いない他の手法により行われてもよい。例えば、充填材の種類によっては、減圧下にて充填材を加熱することにより、充填材の昇華による除去が行われる。
次に、ステップＳ１３にて基板９上に付与される充填材溶液の粘度が３ｃＰ未満である、または、ステップＳ１４における基板９の回転数が１０００ｒｐｍよりも大きい比較例の処理を行った場合について説明する。比較例の処理を行った場合、図６に示すように、ステップＳ１５の基板９のベークにより固化した溶液層８２（すなわち、充填材の層であり、以下、「充填材層８２」という。）において、充填材の欠落部分であるボイド８２１が発生することがあり、この場合、ボイド８２１の発生位置においてパターン要素の変形が生じてしまう。図６では、変形したパターン要素に符号９１１ａを付している。図６の例では、ブリッジ９１２の存在により、パターン要素９１１ａにおける中央近傍の変形量が大きくなる。
充填材層８２におけるボイド８２１の発生原因は明確ではないが、ステップＳ１４における基板９の回転の際に、水分がある程度低減された（半乾き状態の）溶液層８１において遠心力により充填材溶液が欠落した微小な部位（ボイド８２１の素と捉えることもできる。）が生じ、ステップＳ１５における基板９のベークにより当該部位が大きくなって、観察可能なボイド８２１となっていることが考えられる。このとき、固化前の充填材溶液の表面張力の影響により、パターン要素９１１ａの変形が生じる。
ここで、ステップＳ１３にて基板９上に付与される充填材溶液の粘度、および、ステップＳ１４における基板９の回転数と、充填材層８２に発生するボイド８２１の密度との関係を表１に示す。ボイド密度は、充填材層８２の上面９１に垂直な断面において、上面９１に沿う方向における１μｍの範囲に観察されるボイド８２１の個数を示す。なお、表１では、充填材溶液の濃度も示している。
Figure 0006442359
図７は、充填材溶液の粘度および基板９の回転数と、ボイド不良の有無との関係を示す図である。図７では、１μｍの範囲に観察されるボイド８２１の個数（ボイド密度）が０．０５以上であるサンプルを不良（ボイド不良）として、当該サンプルの条件を黒い丸にてプロットし、ボイド密度が０．０５未満であるサンプルを良として、当該サンプルの条件を白い丸にてプロットしている。図７に示すように、充填材溶液の粘度が３ｃＰ未満である場合、および、基板９の回転数が１０００ｒｐｍよりも大きい場合に、ボイド密度が高いボイド不良が発生することが判る。図７では、ボイド不良が発生する充填材溶液の粘度の範囲、および、基板９の回転数の範囲に実線の平行斜線を付している（後述の図１３において同様）。充填材溶液の粘度が３ｃＰ未満である場合には、上面９１に対する充填材溶液の付着力が低下することにより、また、基板９の回転数が１０００ｒｐｍよりも大きい場合には、遠心力が過度に大きくなることにより、ボイド８２１が発生し易くなると考えられる。
以上に説明したように、パターン９１０が形成された基板９の上面９１に対する処理液による処理後に、当該上面９１上に充填材溶液を充填する液充填処理では、まず、粘度が３センチポアズ以上である充填材溶液が、上面９１の中央部に付与される。そして、基板９を毎分１０００回以下の回転数にて回転することにより、上面９１の全体に付着する処理液が充填材溶液に置換されて所定の厚さの溶液層８１が形成される。このように、充填材溶液の粘度を比較的高くし、かつ、基板９の回転時に作用する遠心力を比較的低くすることにより、充填材層８２におけるボイド８２１の発生を抑制することができる。その結果、充填材溶液を利用した充填材の充填において、ボイド８２１の発生に起因するパターン要素９１１の変形を抑制することができる。換言すると、上面９１上に付与される充填材溶液の粘度、および、溶液層８１の形成時における基板９の回転数が、固化した溶液層（充填材層８２）におけるボイド８２１の発生を抑制する条件（例えば、互いに隣接するパターン要素９１１同士の接触が生じる程度のボイド８２１の発生を抑制する条件）に設定されていることにより、パターン要素９１１の変形を抑制することができる。
表１では、充填材溶液の粘度が３ｃＰ以上であり、基板９の回転数が１０００ｒｐｍ以下である場合に、ボイド密度が低くなることが判る。また、表１から明らかなように、充填材溶液の粘度が高いほどボイド密度が低くなるため、充填材溶液の粘度は、例えば５ｃＰ以上であることが好ましく、７．５ｃＰ以上であることがより好ましいといえる。同様に、基板９の回転数が低いほどボイド密度が低くなるため、ステップＳ１４における基板９の回転数は、例えば８００ｒｐｍ以下であることが好ましく、３００ｒｐｍであることがより好ましいといえる。
ところで、充填材溶液の粘度が過度に高くなると、基板９の上面９１の全体に充填材溶液を短時間に拡散させることが困難となる。実際には、充填材溶液の拡がり不良を抑制するという観点では、充填材溶液の粘度は、１５センチポアズ以下であることが好ましい。また、基板９の回転数を過度に低くすると、溶液層８１における水分の低減を短時間に行うことが困難となり、基板９を洗浄ユニット４から熱処理ユニット５へと搬送する際に、上面９１上の充填材溶液が周囲に飛散して、センターロボットＣＲ等を汚してしまう。基板９の搬送時に上面９１上の充填材溶液が飛散しない程度に溶液層８１を半乾きの状態にするという観点では、ステップＳ１４における基板９の回転数は、毎分３００回以上であることが好ましい。図７では、ボイド不良が発生する充填材溶液の粘度の範囲、および、基板９の回転数の範囲（実線の平行斜線の範囲）を除き、充填材溶液の粘度が１５ｃＰよりも大きい範囲、および、基板９の回転数が３００ｒｐｍ未満の範囲のそれぞれに、破線の平行斜線を付している（後述の図１３において同様）。
パターン要素９１１の変形を抑制する上記手法は、図４とは異なる構造のパターンを有する基板９においても利用可能である。図８は、基板９上のパターン９１０を示す平面図であり、図９は、基板９上のパターン９１０を示す断面図である。図９では、基板９の上面９１に垂直な断面を示しており、パターン要素９１１の断面を示す平行斜線の図示を省略している（後述の図１０および図１２において同様）。図８では、パターン要素９１１を白い線にて示す（後述の図１１において同様）。パターン９１０は、多数のパターン要素９１１を含む。各パターン要素９１１は、上面９１上において直立し、例えば、パターン要素９１１の高さは３５０ｎｍである。図８に示すように、上面９１に垂直な方向から見た場合に、パターン要素９１１は細長い形状を有する。
図８および図９に示すパターン９１０が形成された基板９に対する液充填処理においても、図３のステップＳ１３では、粘度が３ｃＰ以上である充填材溶液が、上面９１の中央部に付与される。ステップＳ１４では、基板９を１０００ｒｐｍ以下の回転数にて回転することにより、上面９１の全体に付着する処理液が充填材溶液に置換されて所定の厚さの溶液層が形成される。これにより、充填材溶液を利用した充填材の充填において、パターン要素９１１の変形を抑制することができる。
ここで、ステップＳ１３にて基板９上に付与される充填材溶液の粘度が３ｃＰ未満である、または、ステップＳ１４における基板９の回転数が１０００ｒｐｍよりも大きい比較例の処理を図８および図９の基板９に対して行うと、図１０および図１１に示すように、充填材層の除去後のパターン要素９１１ａにおいて、その先端が隣接する他のパターン要素９１１の先端と付着する変形が生じることがある。このようなパターン要素９１１ａの変形の原因は明確ではないが、ステップＳ１４における基板９の回転時における遠心力による充填材溶液の過度な移動により、図１２に示すように、一部のパターン要素９１１ａが大きく傾き、その先端が他のパターン要素９１１の先端と付着すると考えられる。
図８および図９のパターン９１０を有する基板９における、充填材溶液の粘度および基板９の回転数と、変形したパターン要素９１１ａの発生密度との関係を表２に示す。変形したパターン要素９１１ａの発生密度（表２では、「変形発生密度」と記す。）は、上面９１の１μｍ２の範囲に観察される変形したパターン要素９１１ａの個数を示す。
Figure 0006442359
図１３は、充填材溶液の粘度および基板９の回転数と、変形不良の有無との関係を示す図である。図１３では、１μｍ２の範囲に観察される変形したパターン要素９１１ａの個数（変形発生密度）が１．０以上であるサンプルを不良として、当該サンプルの条件を黒い丸にてプロットし、変形発生密度が１．０未満であるサンプルを良として、当該サンプルの条件を白い丸にてプロットしている。図１３に示すように、図８および図９のパターン９１０を有する基板９においても、充填材溶液の粘度が３ｃＰ未満である場合、および、基板９の回転数が１０００ｒｐｍよりも大きい場合に、変形発生密度が高くなることが判る。すなわち、充填材溶液の粘度を３ｃＰ以上とし、基板９の回転数を１０００ｒｐｍ以下とすることにより、パターン要素９１１の変形が抑制されることが判る。
パターン要素９１１の変形をより確実に抑制するという観点では、ステップＳ１３において、基板９の上面９１に付与される充填材溶液が、表面張力低下剤を含むことが好ましい。表面張力低下剤として、例えば、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が例示される。表面張力低下剤を含む充填材溶液では、表面張力低下剤を含まない充填材溶液よりも表面張力が低くなり、基板９の上面９１に対する濡れ性が増大する。これにより、基板９の回転に伴う充填材溶液の過度な移動が抑制され、パターン要素９１１の変形をさらに抑制することが実現される。
上記液充填処理では様々な変形が可能である。
上記実施の形態では、直径３００ｍｍの基板９について述べたが、液充填処理は、他のサイズの基板９に対して利用されてよい。他のサイズの基板９では、パターン要素９１１の変形に対する充填材溶液の粘度の影響は、直径３００ｍｍの基板９の場合と同じであると捉えられるが、ステップＳ１４における基板９の回転による遠心力の影響は、直径３００ｍｍの基板９の場合と相違する。直径３００ｍｍの基板９の場合の条件に基づいて、当該遠心力の影響を抑制する条件を一般化して示すと、図３のステップＳ１４では、基板９の半径をｒミリメートルとし、（１５０／ｒ）の平方根に１０００を乗じて得た値をＶとして、基板９を毎分Ｖ回以下の回転数にて回転することが好ましいといえる。これにより、様々なサイズの基板９において、パターン要素９１１の変形を抑制することが実現される。
溶媒として水を含む充填材溶液では、表面張力が比較的高くなるため、上面９１に対する付着力が低くなる。したがって、パターン要素９１１の変形を抑制する上記手法は、水ベースの充填材溶液を用いる場合に、特に適しているといえる。
上記実施の形態では、洗浄処理の一部であるリンス液によるリンス後に、基板９の上面９１上に充填材溶液が充填されるが、充填材溶液の充填は、洗浄処理以外の様々な処理（例えば、エッチング処理）の後に行われてよい。また、基板処理装置１の設計によっては、ステップＳ１５における基板９のベークが外部の装置にて行われてもよい。
基板処理装置１にて処理される基板は半導体基板には限定されず、ガラス基板や他の基板であってもよい。
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
９ 基板
８１ 溶液層
８２ 充填材層
９１ 上面
８２１ ボイド
９１０ パターン
９１１，９１１ａ パターン要素
９１２ ブリッジ
Ｓ１１〜Ｓ１５ ステップ

Claims (15)

  1. パターンが形成された基板の主面に対する処理液による処理後に、前記主面上に充填材溶液を充填する液充填方法であって、
    ａ）基板の主面上において直立する多数のパターン要素が形成されており、粘度が３センチポアズ以上である充填材溶液を、前記主面の中央部に付与する工程と、
    ｂ）前記基板の半径をｒミリメートルとし、（１５０／ｒ）の平方根に１０００を乗じて得た値をＶとして、前記基板を毎分Ｖ回以下の回転数にて回転することにより、前記主面の全体に付着する処理液を前記充填材溶液に置換して所定の厚さの溶液層を形成する工程と、
    を備え、
    前記充填材溶液が、表面張力低下剤を含むことを特徴とする液充填方法。
  2. パターンが形成された基板の主面に対する処理液による処理後に、前記主面上に充填材溶液を充填する液充填方法であって、
    ａ）基板の主面上において直立する多数のパターン要素が形成されており、充填材溶液を前記主面の中央部に付与する工程と、
    ｂ）前記基板を回転することにより、前記主面の全体に付着する処理液を前記充填材溶液に置換して所定の厚さの溶液層を形成する工程と、
    を備え、
    前記ａ）工程にて付与される前記充填材溶液の粘度、および、前記ｂ）工程における前記基板の回転数が、固化した前記溶液層におけるボイドの発生を抑制する条件に設定され、
    前記充填材溶液が、表面張力低下剤を含むことを特徴とする液充填方法。
  3. 請求項１または２に記載の液充填方法であって、
    前記充填材溶液が、溶媒として水を含むことを特徴とする液充填方法。
  4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の液充填方法であって、
    前記表面張力低下剤がイソプロピルアルコールであることを特徴とする液充填方法。
  5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の液充填方法であって、
    前記充填材溶液の粘度が１５センチポアズ以下であることを特徴とする液充填方法。
  6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の液充填方法であって、
    前記ｂ）工程における前記基板の回転数が、毎分３００回以上であることを特徴とする液充填方法。
  7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の液充填方法であって、
    前記多数のパターン要素において互いに隣接するパターン要素の先端が、前記主面に沿って伸びるブリッジにより連結されていることを特徴とする液充填方法。
  8. パターンが形成された基板の主面に対する処理液による処理後に、前記主面上に充填材溶液を充填して充填材層を形成する充填材層形成方法であって、
    ａ）基板の主面上において直立する多数のパターン要素が形成されており、粘度が３センチポアズ以上である充填材溶液を、前記主面の中央部に付与する工程と、
    ｂ）前記基板の半径をｒミリメートルとし、（１５０／ｒ）の平方根に１０００を乗じて得た値をＶとして、前記基板を毎分Ｖ回以下の回転数にて回転することにより、前記主面の全体に付着する処理液を前記充填材溶液に置換して所定の厚さの溶液層を形成する工程と、
    ｃ）前記基板をベークして前記溶液層を固化し、充填材層を形成する工程と、
    を備えることを特徴とする充填材層形成方法。
  9. パターンが形成された基板の主面に対する処理液による処理後に、前記主面上に充填材溶液を充填して充填材層を形成する充填材層形成方法であって、
    ａ）基板の主面上において直立する多数のパターン要素が形成されており、充填材溶液を前記主面の中央部に付与する工程と、
    ｂ）前記基板を回転することにより、前記主面の全体に付着する処理液を前記充填材溶液に置換して所定の厚さの溶液層を形成する工程と、
    ｃ）前記基板をベークして前記溶液層を固化し、充填材層を形成する工程と、
    を備え、
    前記ａ）工程にて付与される前記充填材溶液の粘度、および、前記ｂ）工程における前記基板の回転数が、前記充填材層におけるボイドの発生を抑制する条件に設定されていることを特徴とする充填材層形成方法。
  10. 請求項８または９に記載の充填材層形成方法であって、
    前記充填材溶液が、溶媒として水を含むことを特徴とする充填材層形成方法。
  11. 請求項８ないし１０のいずれかに記載の充填材層形成方法であって、
    前記充填材溶液が、表面張力低下剤を含むことを特徴とする充填材層形成方法。
  12. 請求項１１に記載の充填材層形成方法であって、
    前記表面張力低下剤がイソプロピルアルコールであることを特徴とする充填材層形成方法。
  13. 請求項８ないし１２のいずれかに記載の充填材層形成方法であって、
    前記充填材溶液の粘度が１５センチポアズ以下であることを特徴とする充填材層形成方法。
  14. 請求項８ないし１３のいずれかに記載の充填材層形成方法であって、
    前記ｂ）工程における前記基板の回転数が、毎分３００回以上であることを特徴とする充填材層形成方法。
  15. 請求項８ないし１４のいずれかに記載の充填材層形成方法であって、
    前記多数のパターン要素において互いに隣接するパターン要素の先端が、前記主面に沿って伸びるブリッジにより連結されていることを特徴とする充填材層形成方法。
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