JP6591280B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、基板処理装置および基板処理方法に関する。
スピンコート法では、基板を回転させつつ基板に塗布液を滴下することで、基板に遠心力により塗布液を塗布する。これにより、基板に膜厚均一性の高い塗布膜を形成することができる。一般に、塗布液の粘度が１０ｃＰ以下の低粘度であると塗布膜の膜厚が薄くなるため、塗布液の粘度は１０ｃＰ以上の高粘度に調整されることが多い。しかしながら、スピンコート法では、基板上の過剰な塗布液を遠心力により振り切るため、塗布膜の膜厚を厚くすることが難しい。また、スピンコート法では、塗布液から溶媒を揮発させる加熱処理の開始が遅れると、塗布液が加熱処理の開始までに自然乾燥してしまい、所望の状態の塗布膜が得られなくなる。
一方、洗浄後の基板の乾燥方法として、固化乾燥が知られている。固化乾燥では、昇華性物質（固化剤）を含む塗布液をスピンコート法により基板に塗布し、塗布液から溶媒を除去することで、基板に昇華性物質を含む塗布膜を形成する。そして、昇華性物質を昇華させることで基板から塗布膜を除去して、基板を乾燥させる。しかしながら、昇華性物質は一般に低分子物質であり、低分子物質を含む塗布液を基板に塗布すると塗布膜のムラが発生しやすい。また、溶媒の除去のために基板を加熱し過ぎると、昇華性物質が昇華してしまうため、溶媒は低温で除去する必要がある。そのため、固化乾燥では沸点の低い溶媒を用いることが望ましい。しかしながら、沸点の低い溶媒は一般に粘度が低いため、塗布膜の膜厚を厚くすることが難しい。
特開２０１３−１９７１１５号公報 特開２００５−３２２７９１号公報
基板に塗布膜を良好な状態で形成することが可能な基板処理装置および基板処理方法を提供する。
一の実施形態によれば、基板処理装置は、基板を保持して回転させる基板保持回転部と、前記基板の第１面に洗浄液を供給する洗浄液供給部と、前記基板の前記第１面にリンス液を供給するリンス液供給部と、前記基板の前記第１面に第１塗布液を供給する第１塗布液供給部と、前記基板を第２面から加熱する加熱部と、前記基板の処理を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記基板保持回転部により前記基板を第１回転数で回転させつつ、前記基板の前記第１面に前記第１塗布液供給部から前記第１塗布液を供給する。前記制御部はさらに、前記基板の前記第１面に前記第１塗布液を供給した後に、前記基板保持回転部により前記基板を前記第１回転数と異なる第２回転数で回転させつつ、前記加熱部により前記基板を前記第２面から加熱することで、前記第１塗布液から溶媒を揮発させて、前記基板の前記第１面に前記第１塗布液の溶質を含有する塗布膜を形成する。
第１実施形態の基板処理装置の構成を模式的に示す断面図である。 第１実施形態の基板処理装置の動作を示すタイムチャートである。 第１実施形態の基板処理装置の動作を説明するための断面図である。 第１実施形態の基板処理方法を示す断面図である。 第１実施形態とその比較例の基板処理方法を比較するための断面図である。 第２実施形態の基板処理装置の構成を模式的に示す断面図である。 第３実施形態の基板処理装置の構成を模式的に示す断面図である。 第１および第３実施形態の塗布膜の観察結果を模式的に示す平面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の基板処理装置の構成を模式的に示す断面図である。
図１の基板処理装置は、基板保持回転部１と、流体供給部２と、ノズル移動部３と、制御部４とを備えている。図１の基板処理装置は、基板（ウェハ）５を洗浄およびリンスするためや、その後に基板５を固化乾燥により乾燥させるために使用される。固化乾燥とは、洗浄液やリンス液で濡れた基板５を乾燥させる乾燥方法であって、洗浄液やリンス液を昇華性物質を含む溶液に置換した後に、昇華性物質を基板５上に析出させ、析出した昇華性物質を昇華や分解などにより除去することで、基板５を乾燥させる乾燥方法である。
（１）基板保持回転部１
基板保持回転部１は、保持部１１と、回転軸１２と、駆動部１３と、複数のチャックピン１４と、カップ１５とを備えている。
保持部１１は、基板５を複数のチャックピン１４により水平に保持する。これらのチャックピン１４は、保持部１１の端部に互いに周方向に間隔を隔てて配置されている。これらのチャックピン１４は、基板５の端面を把持することで基板５を水平に固定する。
基板５の例は、シリコン基板などの半導体基板と、半導体基板上の被加工層とを備える被加工基板である。図１は、基板１の表面（上面）Ｓａや裏面（下面）Ｓｂに平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、基板１の表面Ｓａや裏面Ｓｂに垂直なＺ方向とを示している。表面Ｓａは、第１面の例である。裏面Ｓｂは、第２面の例である。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。本実施形態の−Ｚ方向は、重力方向とほぼ平行である。
保持部１１は、回転軸１２の上端に回転軸１２と同心円状に固定されており、回転軸１２を中心に回転可能である。回転軸１２は、モータなどの駆動部１３に接続されている。駆動部１３は、回転軸１２を回転させることで、保持部１１や基板５を回転させることができる。符号Ｌは、基板５、保持部１１、回転軸１２の回転中心を示し、符号Ｒは、基板５、保持部１１、回転軸１２の回転方向を示している。
カップ１５は、保持部１１の周囲に保持部１１と同心円状に配置されており、おおむね筒状の形状を有する。カップ１５の上端は、チャックピン１４の上端よりも高い位置にある。カップ１５は、基板５上の液体が回転により周囲に飛散することを防止するために設けられている。本実施形態では、保持部１１の周囲に複数のカップ１５が配置されていてもよい。
（２）流体供給部２
（２ａ）洗浄液
流体供給部２は、洗浄液ノズル２１ａと、洗浄液タンク２２ａと、洗浄液供給管２３ａと、洗浄液バルブ２４ａとを備えている。これらの構成要素２１ａ〜２４ａは、洗浄液供給部の例である。
洗浄液ノズル２１ａは、洗浄液を貯留する洗浄液タンク２２ａに洗浄液供給管２３ａを介して接続されている。洗浄液の例は、ＨＦ（フッ化水素）水溶液、ＳＣ１、ＳＣ２などの薬液である。洗浄液供給管２３ａには、洗浄液の流量を調整する洗浄液バルブ２４ａが設けられている。
洗浄液ノズル２１ａは、洗浄液タンク２２ａからの洗浄液を基板５の表面Ｓａに吐出する。洗浄液ノズル２１ａは、基板５から離間した待機位置と、基板５の表面Ｓａの上方の供給位置との間を移動可能である。洗浄液は、洗浄対象の基板５の表面Ｓａに供給され、基板５の表面Ｓａを洗浄するために使用される。洗浄液ノズル２１ａは、基板５の表面Ｓａの上方に固定されて設置されていてもよい。
（２ｂ）リンス液
流体供給部２はさらに、リンス液ノズル２１ｂと、リンス液タンク２２ｂと、リンス液供給管２３ｂと、リンス液バルブ２４ｂとを備えている。これらの構成要素２１ｂ〜２４ｂは、リンス液供給部の例である。
リンス液ノズル２１ｂは、リンス液を貯留するリンス液タンク２２ｂにリンス液供給管２３ｂを介して接続されている。リンス液の例は、純水である。リンス液供給管２３ｂには、リンス液の流量を調整するリンス液バルブ２４ｂが設けられている。
リンス液ノズル２１ｂは、リンス液タンク２２ｂからのリンス液を基板５の表面Ｓａに吐出する。リンス液ノズル２１ｂは、基板５から離間した待機位置と、基板５の表面Ｓａの上方の供給位置との間を移動可能である。リンス液は、洗浄液が残る基板５の表面Ｓａに供給され、基板５の表面Ｓａをリンスするために使用される。リンス液ノズル２１ｂは、基板５の表面Ｓａの上方に固定されて設置されていてもよい。
（２ｃ）プリウェット液
流体供給部２はさらに、プリウェット液ノズル２１ｃと、プリウェット液タンク２２ｃと、プリウェット液供給管２３ｃと、プリウェット液バルブ２４ｃとを備えている。これらの構成要素２１ｃ〜２４ｃは、第２塗布液供給部の例である。
プリウェット液ノズル２１ｃは、プリウェット液を貯留するプリウェット液タンク２２ｃにプリウェット液供給管２３ｃを介して接続されている。プリウェット液の例は、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）である。プリウェット液供給管２３ｃには、プリウェット液の流量を調整するプリウェット液バルブ２４ｃが設けられている。プリウェット液は、リンス液や昇華性物質溶液と混合可能な液体であれば、ＩＰＡ以外でもよい。
プリウェット液ノズル２１ｃは、プリウェット液タンク２２ｃからのプリウェット液を基板５の表面Ｓａに吐出する。プリウェット液ノズル２１ｃは、基板５から離間した待機位置と、基板５の表面Ｓａの上方の供給位置との間を移動可能である。プリウェット液は、リンス液が残る基板５の表面Ｓａに供給され、リンス液と置換するために使用される。
本実施形態の基板処理装置は、基板５を所定の回転数（第３回転数）で回転させつつ基板５にプリウェット液を供給することで、基板５の表面Ｓａに遠心力によりプリウェット液を塗布する。本実施形態のプリウェット液は、基板５の中心部に吐出され、基板５の中心部から外周部へと遠心力により拡がっていく。
（２ｄ）昇華性物質溶液
流体供給部２はさらに、昇華性物質溶液ノズル２１ｄと、昇華性物質溶液タンク２２ｄと、昇華性物質溶液供給管２３ｄと、昇華性物質溶液バルブ２４ｄとを備えている。これらの構成要素２１ｄ〜２４ｄは、第１塗布液供給部の例である。
昇華性物質溶液ノズル２１ｄは、昇華性物質溶液を貯留する昇華性物質溶液タンク２２ｄに昇華性物質溶液供給管２３ｄを介して接続されている。昇華性物質は、常温常圧で固体であって、常温での蒸気圧が１ｋＰａ以下の物質である。本実施形態の昇華性物質は、５００以下の分子量を有している。昇華性物質溶液の例は、シクロヘキサンジカルボン酸などの溶液である。昇華性物質溶液供給管２３ｄには、昇華性物質溶液の流量を調整する昇華性物質溶液バルブ２４ｄが設けられている。
昇華性物質溶液ノズル２１ｄは、昇華性物質溶液タンク２２ｄからの昇華性物質溶液を基板５の表面Ｓａに吐出する。昇華性物質溶液ノズル２１ｄは、基板５から離間した待機位置と、基板５の表面Ｓａの上方の供給位置との間を移動可能である。昇華性物質溶液は、プリウェット液が残る基板５の表面Ｓａに供給され、プリウェット液と置換するために使用される。
本実施形態の基板処理装置は、基板５を所定の回転数（第１回転数）で回転させつつ基板５に昇華性物質溶液を供給することで、基板５の表面Ｓａに遠心力により昇華性物質溶液を塗布する。本実施形態の昇華性物質溶液は、基板５の中心部に吐出され、基板５の中心部から外周部へと遠心力により拡がっていく。
このように、本実施形態の基板処理装置は、リンス液をプリウェット液に置換し、プリウェット液を昇華性物質溶液に置換する。しかしながら、本実施形態の基板処理装置は、リンス液をダイレクトに昇華性物質溶液に置換してもよい。この場合、流体供給部２は、プリウェット液ノズル２１ｃ、プリウェット液タンク２２ｃ、プリウェット液供給管２３ｃ、およびプリウェット液バルブ２４ｃを備えていなくてもよい。
（２ｅ）加熱液
流体供給部２はさらに、加熱液ノズル２１ｅと、加熱液タンク２２ｅと、加熱液供給管２３ｅと、加熱液バルブ２４ｅとを備えている。これらの構成要素２１ｅ〜２４ｅは、加熱部の例である。
加熱液ノズル２１ｅは、加熱液を貯留する加熱液タンク２２ｅに加熱液供給管２３ｅを介して接続されている。加熱液の例は、所定の温度に加熱された水である。加熱液供給管２３ｅには、加熱液の流量を調整する加熱液バルブ２４ｅが設けられている。本実施形態の加熱液の温度は、プリウェット液の沸点よりも低く設定される。プリウェット液がＩＰＡ（沸点：７８℃）の場合、加熱液の温度は例えば５０℃〜７５℃に設定される。また、リンス液をダイレクトに昇華性物質溶液に置換する場合には、本実施形態の加熱液の温度は、リンス液の沸点よりも低く設定される。
加熱液ノズル２１ｅは、加熱液タンク２２ｅからの加熱液を基板５の裏面Ｓｂに吐出する。これにより、基板５を裏面Ｓｂから加熱することができる。加熱液ノズル２１ｅは、基板５の裏面Ｓｂの下方に配置されている。加熱液は、基板５の表面Ｓａに昇華性物質溶液が残る状態で基板５の裏面Ｓｂに供給され、昇華性物質溶液を加熱するために使用される。これにより、昇華性物質溶液から溶媒を揮発させて、基板５の表面Ｓａに昇華性物質溶液の溶質（昇華性物質）を含有する塗布膜を形成することができる。
本実施形態の基板処理装置は、基板５を所定の回転数（第２回転数）で回転させつつ基板５に加熱液を供給することで、昇華性物質を遠心力が作用する状態で析出させる。これにより、基板５の表面Ｓａに膜厚均一性の高い塗布膜を形成することができる。本実施形態では、加熱液を供給する際の基板５の回転数（第２回転数）は、昇華性物質溶液を供給する際の基板５の回転数（第１回転数）や、プリウェット液を供給する際の基板５の回転数（第３回転数）よりも小さく設定される。これにより、基板５の加熱時の昇華性物質溶液の振り切り量を減らすことができ、塗布膜の膜厚を厚くすることができる。第２回転数は、例えば３００ｒｐｍ以下に設定される。
なお、加熱液ノズル２１ｅは、基板５の中心部に加熱液を吐出してもよいし、基板５の外周部に加熱液を吐出してもよい。また、加熱液ノズル２１ｅは、基板５の裏面Ｓｂに対して垂直に加熱液を吐出してもよいし、基板５の裏面Ｓｂに対して斜めに加熱液を吐出してもよい。
（３）ノズル移動部３
ノズル移動部３は、アーム部３１と、回転軸３２と、駆動部３３とを備えている。
洗浄液ノズル２１ａ、リンス液ノズル２１ｂ、プリウェット液ノズル２１ｃ、および昇華性物質溶液ノズル２１ｄは、アーム部３１の一端に連結されている。回転軸３２は、アーム部３１の他端に連結されている。回転軸３２は、モータなどの駆動部３３に接続されている。駆動部３３は、回転軸３２を回転させることで、アーム部３１を回転させることができる。
ノズル移動部３は、アーム部３１の回転により、洗浄液ノズル２１ａ、リンス液ノズル２１ｂ、プリウェット液ノズル２１ｃ、および昇華性物質溶液ノズル２１ｄを待機位置と供給位置との間で移動させることができる。ノズル移動部３は、これらのノズル２１ａ〜２１ｄを同時に移動させてもよいし、これらのノズル２１ａ〜２１ｄを個別に移動させてもよい。
（４）制御部４
制御部４は、基板処理装置による基板５の処理を制御する。例えば、制御部４は、駆動部１３の動作を制御することで、基板５の回転数を制御する。また、制御部４は、洗浄液バルブ２４ａ、リンス液バルブ２４ｂ、プリウェット液バルブ２４ｃ、昇華性物質溶液バルブ２４ｄ、加熱液バルブ２４ｅの開閉や開度を制御することで、洗浄液、リンス液、プリウェット液、昇華性物質溶液、加熱液の流通や流量を制御する。また、制御部４は、駆動部３３の動作を制御することで、洗浄液ノズル２１ａ、リンス液ノズル２１ｂ、プリウェット液ノズル２１ｃ、および昇華性物質溶液ノズル２１ｄの位置を制御する。
以上のように、本実施形態では、基板５の表面Ｓａに昇華性物質溶液を供給した後に、基板５を所定の回転数で回転させつつ基板５を裏面Ｓｂから加熱する。よって、本実施形態によれば、昇華性物質を遠心力が作用する状態で析出させることができ、基板５の表面Ｓａに膜厚均一性の高い塗布膜を形成することができる。
本実施形態の基板処理は、例えば次のような利点を有する。
まず、本実施形態では基板５を回転させつつ基板５を加熱するため、昇華性物質溶液中に遠心力による対流と温度差によるマランゴニ対流とを発生させて、昇華性物質溶液を一様に濃縮することができる。これにより、塗布膜のムラの発生を抑制し、塗布膜の膜厚均一性を向上させることができる。
また、もし基板５を表面Ｓａからヒーター等により加熱すると、昇華性物質溶液の液膜の表面に膜が形成され、昇華性物質溶液が十分に加熱されない可能性がある。この場合、塗布膜が生乾きの状態になり、塗布膜が剥がれたり、塗布膜中にクラックが発生する可能性がある。一方、本実施形態では基板５を裏面Ｓｂから加熱するため、塗布膜の生乾きを抑制することができる。
また、本実施形態では、基板５の加熱時の回転数を、プリウェット液や昇華性物質溶液の供給時の回転数と異なる値に設定する。具体的には、基板５の加熱時の回転数を、プリウェット液や昇華性物質溶液の供給時の回転数よりも小さく設定する。これにより、基板５の加熱時の昇華性物質溶液の振り切り量を減らすことができ、塗布膜の膜厚を厚くすることができる。
このように、本実施形態によれば、基板５に塗布膜を良好な状態で形成することが可能となる。例えば、本実施形態によれば、膜厚が均一で、膜厚が厚く、十分に乾燥した塗布膜を形成することが可能となる。また、本実施形態によれば、これらの利点により、低粘度の塗布液や低分子物質の昇華性物質を用いても塗布膜を良好な状態で形成することが可能となる。
本実施形態の基板処理装置は、基板５の表面Ｓａに塗布膜を形成した後、昇華性物質を昇華させることで基板５から塗布膜を除去する。このようにして、本実施形態の固化乾燥が実施される。例えば、本実施形態の基板処理装置は、加熱液ノズル２１ｅからの加熱液により基板５を裏面Ｓｂから加熱することで、昇華性物質を昇華させる。この場合の加熱液ノズル２１ｅ等は、昇華部の例である。なお、昇華性物質は、加熱液ノズル２１ｅ等と異なる機器により昇華されてもよい。
図２は、第１実施形態の基板処理装置の動作を示すタイムチャートである。
グラフ(ａ)は、基板５の回転数の時間変化を表す。グラフ(ｂ)〜(ｆ)は、洗浄液、リンス液、プリウェット液、昇華性物質溶液、加熱液の供給タイミングを表す。これらのグラフの横軸は、時間を表す。
まず、基板５を回転数Ｒ１で回転させつつ、基板５の表面Ｓａに洗浄液を供給する（ステップＳ１）。その結果、洗浄液が基板５の中心部から外周部へと拡がり、基板５が洗浄液により洗浄される。ステップＳ１において、制御部４は、洗浄液ノズル２１ａを供給位置に移動し、基板５を回転数Ｒ１で回転させつつ洗浄液ノズル２１ａから基板５に洗浄液を吐出する。その結果、基板５の表面Ｓａに洗浄液が付着する。
次に、基板５を回転数Ｒ２で回転させつつ、基板５の表面Ｓａにリンス液を供給する（ステップＳ２）。その結果、リンス液が基板５の中心部から外周部へと拡がり、基板５がリンス液によりリンスされる。ステップＳ２において、制御部４は、リンス液ノズル２１ｂを供給位置に移動し、基板５を回転数Ｒ２で回転させつつリンス液ノズル２１ｂから基板５にリンス液を吐出する。その結果、基板５上の洗浄液がリンス液に置換され、基板５の表面Ｓａにリンス液が付着する。
回転数Ｒ２は、回転数Ｒ１と同じ値でもよいし、回転数Ｒ１と異なる値でもよい。回転数Ｒ２は、洗浄液とリンス液の置換効率を考慮して任意に設定可能である。本実施形態の回転数Ｒ２は、回転数Ｒ１よりも大きく設定される。
次に、基板５を回転数Ｒ３で回転させつつ、基板５の表面Ｓａにプリウェット液を供給する（ステップＳ３）。その結果、プリウェット液が基板５の中心部から外周部へと拡がり、基板５にプリウェット液が塗布される。ステップＳ３において、制御部４は、プリウェット液ノズル２１ｃを供給位置に移動し、基板５を回転数Ｒ３で回転させつつプリウェット液ノズル２１ｃから基板５にプリウェット液を吐出する。その結果、基板５上のリンス液がプリウェット液に置換され、基板５の表面Ｓａにプリウェット液が付着する。
回転数Ｒ３は、回転数Ｒ２と同じ値でもよいし、回転数Ｒ２と異なる値でもよい。回転数Ｒ３は、リンス液とプリウェット液の置換効率を考慮して任意に設定可能である。本実施形態の回転数Ｒ３は、回転数Ｒ１、Ｒ２よりも小さく設定される。回転数Ｒ３は、第３回転数の例である。
次に、基板５を回転数Ｒ４で回転させつつ、基板５の表面Ｓａに昇華性物質溶液を供給する（ステップＳ４）。その結果、昇華性物質溶液が基板５の中心部から外周部へと拡がり、基板５に昇華性物質溶液が塗布される。ステップＳ４において、制御部４は、昇華性物質溶液ノズル２１ｄを供給位置に移動し、基板５を回転数Ｒ４で回転させつつ昇華性物質溶液ノズル２１ｄから基板５に昇華性物質溶液を吐出する。その結果、基板５上のプリウェット液が昇華性物質溶液に置換され、基板５の表面Ｓａに昇華性物質溶液が付着する。
回転数Ｒ４は、回転数Ｒ３と同じ値でもよいし、回転数Ｒ３と異なる値でもよい。回転数Ｒ４は、プリウェット液と昇華性物質溶液の置換効率を考慮して任意に設定可能である。本実施形態の回転数Ｒ４は、回転数Ｒ１と等しく、回転数Ｒ２よりも小さく、回転数Ｒ３よりも大きく設定される。回転数Ｒ４は、第１回転数の例である。
なお、本実施形態のプリウェット液は、基板５の回転数がＲ３からＲ４に変化した後も吐出され続ける。そのため、回転数がＲ４である期間の一部において、本実施形態のプリウェット液は昇華性物質溶液と共に吐出され続ける。
次に、基板５を回転数Ｒ５で回転させつつ、基板５の裏面Ｓｂに加熱液を供給する（ステップＳ５）。その結果、昇華性物質溶液から溶媒が揮発され、基板５の表面Ｓａに昇華性物質を含有する塗布膜が形成される。ステップＳ５において、制御部４は、基板５を回転数Ｒ５で回転させつつ、加熱液ノズル２１ｅから基板５に加熱液を吐出する。その結果、基板５上の昇華性物質溶液が加熱され、基板５上に昇華性物質が析出する。
本実施形態の回転数Ｒ５は、回転数Ｒ３、Ｒ４と異なる値に設定される。具体的には、本実施形態の回転数Ｒ５は、回転数Ｒ１〜Ｒ４よりも小さく設定される。回転数Ｒ５は、例えば３００ｒｐｍ以下である。これにより、基板５上の昇華性物質溶液が回転により周囲に飛散することを十分に抑制することが可能となる。回転数Ｒ５は、第２回転数の例である。
なお、本実施形態の加熱液は、昇華性物質溶液が吐出されている間に吐出され始めることが望ましい。すなわち、加熱液の吐出期間は、昇華性物質溶液の吐出期間とオーバーラップさせることが望ましい。これにより、基板５が充分に加熱される前に昇華性物質が析出することを防止することができる。このように、本実施形態の加熱液は、昇華性物質溶液がすべて供給された後に供給され始めてもよいし、昇華性物質溶液の一部が供給された後に供給され始めてもよい。
ステップＳ５での加熱液の温度は、昇華性物質溶液から溶媒を揮発させることが可能であれば、どのような値でもよい。ただし、加熱液の温度は、昇華性物質の融点より低いことが望ましい。理由は、塗布膜の形成中に昇華性物質が融解すると、昇華性物質の表面張力等により基板５の表面Ｓａに形成されたパターンが崩壊するおそれがあるためである。また、加熱液の温度は、昇華性物質溶液の溶媒の沸点より低いことが望ましい。理由は、塗布膜の形成中に溶媒が沸騰して塗布膜の膜厚均一性を悪化させることを抑制するためである。また、加熱液の温度は、室温以上であることが望ましい。
ステップＳ１〜Ｓ５をすべて行って塗布膜を形成する第１実験と、ステップＳ１〜Ｓ５を加熱液を用いずに行って塗布膜を形成する第２実験とを実施した。昇華性物質溶液の粘度は、２．４ｃＰに設定した。加熱液の温度は、６０℃に設定した。この場合、第２実験の塗布膜を光学顕微鏡で観察したところ、図８(ａ)および図８(ｂ)に示すように、ベナードセルＢが形成され、ベナードセルＢ同士の境界に塗布膜のない領域Ｋ１や、核Ｃの周辺に塗布膜のない領域Ｋ２が発生し、塗布膜のムラが発生した。図８は、第１および第３実施形態の塗布膜の観察結果を模式的に示す平面図である。一方、第１実験の塗布膜を光学顕微鏡で観察したところ、塗布膜が基板５の表面Ｓａの全面に形成され、塗布膜のムラはほとんど発生しなかった。
本実施形態の基板処理装置は、ステップＳ５の後に基板５のベーク処理を実施してもよい。これにより、塗布膜中にわずかに残留している溶媒を除去することができる。ベーク処理は例えば、基板５を回転させずに静止させた状態で常圧加熱により行われる。一方、このような溶媒は、基板５の減圧乾燥により除去してもよい。
本実施形態の基板５は例えば、２次元または３次元のＮＡＮＤフラッシュメモリを備えていてもよいし、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の構造を備えていてもよい。本実施形態の基板処理は、表面Ｓａに凹凸パターンを備える基板５の固化乾燥に適用することが望ましい。本実施形態によれば、アスペクト比の高い凹凸パターンを備える基板５に固化乾燥を適用する場合に、これらの凹凸パターンを厚い塗布膜で覆うことができ、基板５の固化乾燥を適切に行うことが可能となる。これにより、この基板５から製造される半導体装置の歩留まりを向上させることが可能となる。
図３は、第１実施形態の基板処理装置の動作を説明するための断面図である。
図３は、ステップＳ４を行う基板処理装置を示している。ステップＳ４において、制御部４は、昇華性物質溶液ノズル２１ｄを供給位置に移動し、基板５を回転数Ｒ４で回転させつつ昇華性物質溶液ノズル２１ｄから基板５に昇華性物質溶液を吐出する。図３の供給位置は、基板５の回転中心軸Ｌ上に位置している。
なお、本実施形態の制御部５は、ステップＳ４と同様に、ステップＳ１〜Ｓ３でも洗浄液ノズル２１ａ、リンス液ノズル２１ｂ、プリウェット液ノズル２１ｃを供給位置に移動する。この場合の供給位置は、図３の位置と同じでもよいし、図３の位置と異なっていてもよい。
図４は、第１実施形態の基板処理方法を示す断面図である。この基板処理方法は、図１の基板処理装置により実行される。
まず、ステップＳ１〜Ｓ３の実行後に、基板５を回転数Ｒ４で回転させつつ、基板５の表面Ｓａに昇華性物質溶液６を供給する（図４(ａ)）。その結果、基板５に昇華性物質溶液６が塗布され、基板５に設けられたパターン５ａが昇華性物質溶液６で覆われる。基板５のパターン５ａの例は、３次元メモリのメモリ構造である。
次に、基板５を回転数Ｒ４と異なる回転数Ｒ５で回転させつつ、基板５の裏面Ｓｂに加熱液７を供給する（図４(ｂ)）。その結果、昇華性物質溶液６から溶媒が揮発され、基板５の表面Ｓａに昇華性物質を含有する塗布膜８が形成される。本実施形態では、基板５のパターン５ａが塗布膜８で完全に覆われる。
次に、昇華性物質を昇華させることで、基板５から塗布膜８を除去する（図４(ｃ)）。このようにして、本実施形態の固化乾燥が実施される。符号９は、昇華により生じた生成物を示す。昇華性物質は、加熱液ノズル２１ｅからの加熱液により加熱されることで昇華されてもよいし、その他の方法により昇華されてもよい。
図５は、第１実施形態とその比較例の基板処理方法を比較するための断面図である。
図５(ａ)は、比較例の基板処理方法を示す。図５(ａ)では、加熱液７を用いずにステップＳ５を行って塗布膜８を形成している。この場合、回転数Ｒ５が高速に設定され、基板５上の過剰な昇華性物質溶液６が遠心力により振り切られる。よって、塗布膜８の膜厚が薄くなってしまう。その結果、塗布膜８が不足する可能性や、基板５のパターン５ａが塗布膜８で完全に覆われない可能性がある。
図５(ｂ)は、第１実施形態の基板処理方法を示す。図５(ｂ)では、加熱液７を用いてステップＳ５を行って塗布膜８を形成している。この場合、回転数Ｒ５を低速に設定することで、昇華性物質溶液６の振り切り量を減らすことができる。これにより、塗布膜８の膜厚を十分に厚くすることが可能となり、固化乾燥を適切に実施することが可能となる。さらには、昇華性物質溶液６中の対流Ｆにより、塗布膜８の膜厚均一性を向上させることが可能となる。
以上のように、本実施形態では、基板５を第１回転数Ｒ４で回転させつつ基板５の表面Ｓａに昇華性物質溶液を供給する。さらに、本実施形態では、基板５を第２回転数Ｒ５で回転させつつ基板５を裏面Ｓｂから加熱することで、昇華性物質溶液から溶媒を揮発させて、基板５の表面Ｓａに昇華性物質を含有する塗布膜を形成する。よって、本実施形態によれば、基板５に塗布膜を良好な状態で形成することが可能となる。
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の基板処理装置の構成を模式的に示す断面図である。図６では、図１〜図５に示す構成要素と同一または類似の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図６の基板処理装置は、加熱液ノズル２１ｅとして、第１〜第３加熱液ノズル２１ｅ１〜２１ｅ３を備え、加熱液供給管２３ｅとして、第１〜第３加熱液供給管２３ｅ１〜２３ｅ３を備え、加熱液バルブ２４ｅとして、第１〜第３加熱液バルブ２４ｅ１〜２４ｅ３を備えている。第１〜第３加熱液ノズル２１ｅ１〜２１ｅ３は、複数のノズルの例である。第１〜第３加熱液ノズル２１ｅ１〜２１ｅ３のうちの任意の２つは、第１および第２ノズルの例である。
第１〜第３加熱液ノズル２１ｅ１〜２１ｅ３はそれぞれ、加熱液を貯留する加熱液タンク２２ｅに第１〜第３加熱液供給管２３ｅ〜２３ｅ３を介して接続されている。第１〜第３加熱液供給管２３ｅ１〜２３ｅ３にはそれぞれ、加熱液の流量を調整する第１〜第３加熱液バルブ２４ｅ１〜２４ｅ３が設けられている。
第１〜第３加熱液ノズル２１ｅ１〜２１ｅ３はそれぞれ、加熱液タンク２２ｅからの加熱液を基板５の裏面Ｓｂの第１〜第３吐出箇所Ｐ１〜Ｐ３に吐出する。第１〜第３吐出箇所Ｐ１〜Ｐ３と回転中心Ｌとの距離は互いに異なる。具体的には、第１吐出箇所Ｐ１は、回転中心Ｌに近い基板５の中心部に位置する。第３吐出箇所Ｐ３は、回転中心Ｌから遠い基板５の外周部に位置する。第２吐出箇所Ｐ２は、第１吐出箇所Ｐ１と第３吐出箇所Ｐ３との間に位置する。
第１加熱液ノズル２１ｅ１からの加熱液、第２加熱液ノズル２１ｅ２からの加熱液、および第３加熱液ノズル２１ｅ３からの加熱液は、同じ温度でもよいし、異なる温度でもよい。本実施形態では、あるノズルと回転中心Ｌとの距離が遠くなるほど、そのノズルからの加熱液の温度を高く設定する。よって、第２加熱液ノズル２１ｅ２からの加熱液の温度は、第１加熱液ノズル２１ｅ１からの加熱液の温度よりも高く設定される。また、第３加熱液ノズル２１ｅ３からの加熱液の温度は、第２加熱液ノズル２１ｅ２からの加熱液の温度よりも高く設定される。
なお、本実施形態の基板処理装置は、加熱液ノズル２１ｅとして、第１〜第Ｎ加熱液ノズル２１ｅ１〜２１ｅＮを備えていてもよい（Ｎは２以上の整数）。Ｎの値は３以外でもよい。本実施形態によれば、第１〜第Ｎ加熱液ノズル２１ｅ１〜２１ｅＮからの加熱液により基板５を裏面Ｓｂから加熱することで、基板５を効率的に加熱することができる。
本実施形態の基板処理装置は、基板５を所定の回転数（第２回転数）で回転させつつ、第１〜第３加熱液ノズル２１ｅ１〜２１ｅ３からの加熱液を基板５に供給する。これにより、昇華性物質を遠心力が作用する状態で析出させ、基板５の表面Ｓａに膜厚均一性の高い塗布膜を形成することができる。この際、第２加熱液ノズル２１ｅ２からの加熱液を、第１加熱液ノズル２１ｅ１からの加熱液よりも高温に設定し、第３加熱液ノズル２１ｅ３からの加熱液を、第２加熱液ノズル２１ｅ２からの加熱液よりも高温に設定することが望ましい。これにより、基板５の外周部の温度が基板５の中心部の温度よりも高くなるように基板５を加熱することができる。第２回転数は、例えば１５０ｒｐｍ以下である。
外周部の昇華性物質溶液は、中心部の昇華性物質溶液よりも強い遠心力を受けるため、中心部の昇華性物質溶液よりも高速で拡がっていく。そのため、外周部の昇華性物質溶液の厚さは中心部に比べて薄くなりやすく、その結果、外周部の塗布膜の厚さも中心部に比べて薄くなりやすい。そこで、ノズル２１ｅ２からの加熱液をノズル２１ｅ１からの加熱液よりも高温に設定し、ノズル２１ｅ３からの加熱液をノズル２１ｅ２からの加熱液よりも高温に設定することが考えられる。これにより、外周部の昇華性物質溶液から溶媒を揮発されやすくし、外周部の塗布膜が薄くなることを抑制することができる。
本実施形態の基板処理は例えば、図２のステップＳ１〜Ｓ５により実行可能である。この際、回転数Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は例えば、１０００ｒｐｍ、８００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、１００ｒｐｍに設定される。プリウェット液がＩＰＡの場合、回転数Ｒ５は３０〜１５０ｒｐｍに設定することが望ましく、加熱液の温度は３０〜７０℃に設定することが望ましい。ステップＳ５の加熱液を停止した後、基板５を高速で回転させて、基板５から加熱液を振り切ってもよい。この際の基板５の回転数は、例えば１０００ｒｐｍである。なお、これらの回転数Ｒ１〜Ｒ５は、第１実施形態に適用してもよい。
以上のように、本実施形態では、基板５の温度を基板５の回転中心Ｌからの距離に応じて制御する。よって、本実施形態によれば、塗布膜のムラをより効果的に抑制することが可能となる。
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態の基板処理装置の構成を模式的に示す断面図である。図７では、図１〜図６に示す構成要素と同一または類似の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図７の基板処理装置は、図１に示す構成要素に加え、ガスノズル２１ｆと、ガスタンク２２ｆと、ガス供給管２３ｆと、ガスバルブ２４ｆと、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）２５ｆとを備えている。これらの構成要素２１ｆ〜２５ｆは、ガス供給部の例である。
ガスノズル２１ｆは、ガスを貯留するガスタンク２２ｆにガス供給管２３ｆを介して接続されている。ガスの例は、昇華性物質溶液と反応しない不活性ガスであり、例えば、希ガスや窒素（Ｎ２）ガスである。ガス供給管２３ｆには、ガスの流量を調整するガスバルブ２４ｆおよびＭＦＣ２５ｆが設けられている。これらの構成要素２１ｆ〜２５ｆの動作は、制御部４により制御される。
本実施形態のガスは、基板５の上方の蒸気濃度を制御するために使用される。この蒸気は、基板５上の昇華性物質溶液の溶媒から発生する。本実施形態のガスは、この蒸気濃度を制御することができれば、どのような方法で供給されてもよい。例えば、ガスノズル２１ｆは、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）に置き換えてもよい。この場合、ＭＦＣ２５ｆは、ＦＦＵのファンの出力をモニタすることで代替してもよい。
ガスノズル２１ｆは、ガスタンク２２ｆからのガスを基板５の表面Ｓａ側に吐出する。ガスノズル２１ｆは、基板５から離間した待機位置と、基板５の表面Ｓａの上方の供給位置との間を移動可能である。本実施形態の供給位置は、基板５の回転中心軸Ｌ上に位置している。本実施形態のガスは、ステップＳ５にて基板５が回転されつつ加熱されている間に供給される。
本実施形態では、ガスノズル２１ｆからのガスにより基板５の表面Ｓａ側の風速を制御する。理由は、基板５の上方の蒸気濃度を低下させて、基板５上の昇華性物質溶液から溶媒を揮発されやすくするためである。
点Ｐは、基板５の表面Ｓａから距離Ｄだけ離れた高さに位置し、基板５の回転中心軸Ｌの付近に位置している。本実施形態では、距離Ｄが２０ｍｍの場合の点Ｐでの風速が１．０ｍ／ｓ未満になるように、ガスノズル２１ｆからガスを供給する。これにより、基板５の上方での昇華性物質溶液の溶媒蒸気濃度を所定濃度よりも低く抑えることができる。
例えば、距離Ｄが２０ｍｍの場合の点Ｐでの風速を１．０ｍ／ｓ未満に設定すると、基板５の表面Ｓａ付近での蒸気濃度を１２００ｐｐｍ未満に抑えることができる。距離Ｄが２０ｍｍの場合の点Ｐでの風速は、例えば０．３〜１．０ｍ／ｓに設定される。
加熱液を用いてステップＳ５を行って塗布膜を形成する第１実験と、加熱液を用いずにステップＳ５を行って塗布膜を形成する第２実験と、ガスノズル２１ｆからのガスを用いてステップＳ５を行って塗布膜を形成する第３実験とを実施した。昇華性物質溶液の粘度は、２．４ｃＰに設定した。加熱液の温度は、６０℃に設定した。この場合、第１〜第３実験の塗布膜を光学顕微鏡で観察したところ、図８(ｃ)に示すように、第３実験ではベナードセルＢ同士の境界に塗布膜のない領域Ｋ３が第１実験に比べて縮小し、第３実験の塗布膜のムラが第１実験に比べて改善された。例えば、距離Ｄが２０ｍｍの場合の点Ｐでの風速を０．５ｍ／ｓに設定すると、基板５の表面Ｓａ付近での蒸気濃度が７６０ｐｐｍとなり、ベナードセルＢの寸法を２μｍ以下に抑えることができた。
しかしながら、基板５の表面Ｓａ側の風速を速くし過ぎると、昇華性物質溶液からの溶媒の揮発量が多くなり過ぎる場合がある。この場合、基板５の表面Ｓａ付近での蒸気濃度が逆に高くなり、ベナードセルＢの寸法が大きくなる。例えば、距離Ｄが２０ｍｍの場合の点Ｐでの風速を１．０ｍ／ｓに設定すると、基板５の表面Ｓａ付近での蒸気濃度が２０５０ｐｐｍとなり、ベナードセルＢの寸法が１０μｍ以上に達した。さらには、ガスノズル２１ｆからのガスが基板５上の昇華性物質溶液に直接接触し、別のモードの塗布膜のムラが発生した。すなわち、風乾による塗布膜のムラが発生した。そのため、本実施形態では、基板５の表面Ｓａ側の風速が速くなり過ぎないように、距離Ｄが２０ｍｍの場合の点Ｐでの風速を１．０ｍ／ｓ未満に設定している。
以上のように、本実施形態では、ガスノズル２１ｆからのガスにより基板５の表面Ｓａ側の風速を制御する。よって、本実施形態によれば、塗布膜のムラをより効果的に抑制することが可能となる。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
１：基板保持回転部、２：流体供給部、３：ノズル移動部、４：制御部、５：基板、
５ａ：パターン、６：昇華性物質溶液、７：加熱液、８：塗布膜、９：生成物、
１１：保持部、１２：回転軸、１３：駆動部、１４：チャックピン、１５：カップ、
２１ａ：洗浄液ノズル、２１ｂ：リンス液ノズル、２１ｃ：プリウェット液ノズル、
２１ｄ：昇華性物質溶液ノズル、２１ｅ：加熱液ノズル、２１ｆ：ガスノズル、
２１ｅ１、２１ｅ２、２１ｅ３：第１、第２、第３加熱液ノズル、
２２ａ：洗浄液タンク、２２ｂ：リンス液タンク、２２ｃ：プリウェット液タンク、
２２ｄ：昇華性物質溶液タンク、２２ｅ：加熱液タンク、２２ｆ：ガスタンク、
２３ａ：洗浄液供給管、２３ｂ：リンス液供給管、２３ｃ：プリウェット液供給管、
２３ｄ：昇華性物質溶液供給管、２３ｅ：加熱液供給管、２３ｆ：ガス供給管、
２３ｅ１、２３ｅ２、２３ｅ３：第１、第２、第３加熱液供給管、
２４ａ：洗浄液バルブ、２４ｂ：リンス液バルブ、２４ｃ：プリウェット液バルブ、
２４ｄ：昇華性物質溶液バルブ、２４ｅ：加熱液バルブ、２４ｆ：ガスバルブ、
２４ｅ１、２４ｅ２、２４ｅ３：第１、第２、第３加熱液バルブ、２５ｆ：ＭＦＣ、
３１：アーム部、３２：回転軸、３３：駆動部

Claims (6)

  1. 基板を保持して回転させる基板保持回転部と、
    前記基板の第１面に洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
    前記基板の前記第１面にリンス液を供給するリンス液供給部と、
    前記基板の前記第１面に、前記リンス液と置換される第２塗布液を供給する第２塗布液供給部と、
    前記基板の前記第１面に、前記第２塗布液と置換される第１塗布液であって、塗布膜を形成可能な溶質と、揮発可能な溶媒とを含む第１塗布液を供給する第１塗布液供給部と、
    前記基板の第２面に加熱液を供給して前記基板を前記第２面から加熱する加熱部と、
    前記基板の処理を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    前記基板保持回転部により前記基板を回転させつつ、前記基板の前記第１面に前記洗浄液供給部から前記洗浄液を供給し、
    前記基板の前記第１面に前記洗浄液を供給した後に、前記基板保持回転部により前記基板を第４回転数で回転させつつ、前記基板の前記第１面に前記リンス液供給部から前記リンス液を供給し、
    前記基板の前記第１面に前記リンス液を供給した後に、前記基板保持回転部により前記基板を前記第４回転数よりも小さい第３回転数で回転させつつ、前記基板の前記第１面に前記第２塗布液供給部から前記第２塗布液を供給し、
    前記基板の前記第１面に前記第２塗布液を供給した後に、前記基板保持回転部により前記基板を前記第４回転数よりも小さい第１回転数で回転させつつ、前記基板の前記第１面に前記第１塗布液供給部から前記第１塗布液を供給し、
    前記基板の前記第１面に前記第１塗布液を供給した後に、前記基板保持回転部により前記基板を前記第１回転数よりも小さい第２回転数で回転させつつ、前記加熱部により前記基板の前記第２面に前記加熱液を供給して前記基板を前記第２面から加熱することで、前記第１塗布液から前記溶媒を揮発させて、前記基板の前記第１面に前記第１塗布液の前記溶質を含有する前記塗布膜を形成する、
    基板処理装置。
  2. 前記加熱部は、前記基板の前記第２面の複数箇所に異なる温度の前記加熱液を供給する複数のノズルを備える、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記加熱部は、
    前記基板の前記第２面の第１箇所に、第１温度の前記加熱液を供給する第１ノズルと、
    前記基板の前記第２面の第２箇所に、前記第１温度よりも高い第２温度の前記加熱液を供給する第２ノズルとを備え、
    前記第２箇所と前記基板の回転中心との距離は、前記第１箇所と前記基板の回転中心との距離よりも大きい、請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記基板の前記第１面側にガスを供給するガス供給部を備え、
    前記制御部は、前記基板を前記第２回転数で回転させつつ前記基板を加熱する際、前記ガス供給部からの前記ガスにより前記基板の前記第１面側の風速を制御する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  5. 基板を回転させつつ前記基板の第１面を洗浄液により洗浄し、
    前記基板の前記第１面に前記洗浄液を供給した後に、前記基板を第４回転数で回転させつつ前記基板の前記第１面をリンス液によりリンスし、
    前記基板の前記第１面に前記リンス液を供給した後に、前記基板を前記第４回転数よりも小さい第３回転数で回転させつつ前記基板の前記第１面に、前記リンス液と置換される第２塗布液を供給し、
    前記基板の前記第１面に前記第２塗布液を供給した後に、前記基板を前記第４回転数よりも小さい第１回転数で回転させつつ前記基板の前記第１面に、前記第２塗布液と置換される第１塗布液であって、塗布膜を形成可能な溶質と、揮発可能な溶媒とを含む第１塗布液を供給し、
    前記基板の前記第１面に前記第１塗布液を供給した後に、前記基板を前記第１回転数よりも小さい第２回転数で回転させつつ前記基板の第２面に加熱液を供給して前記基板を前記第２面から加熱することで、前記第１塗布液から前記溶媒を揮発させて、前記基板の前記第１面に前記第１塗布液の前記溶質を含有する前記塗布膜を形成する、
    ことを含む基板処理方法。
  6. 前記基板は、前記第２回転数で回転されつつ、前記基板の外周部の温度が前記基板の中心部の温度よりも高くなるように加熱される、請求項５に記載の基板処理方法。
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