JP6653228B2 - 基板の洗浄方法および基板処理装置 - Google Patents

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Description

実施形態は、基板の洗浄方法および基板処理装置に関する。
半導体装置の微細化が進んでいる。微細化された半導体装置のリソグラフィ技術として、インプリントリソグラフィが知られている。インプリントリソグラフィでは、転写原版として、インプリントリソグラフィテンプレート（以下、テンプレート）が使用される。テンプレートは、基板、例えば、ガラス基板の１つである。テンプレートは、半導体ウェハ等の上に形成されたレジスト層に接触される。レジスト層には、テンプレートのパターン面に設けられたパターンが転写される。テンプレートは転写原版となるため、そのパターン面の清浄度は、パーティクル等の異物が極めて少ない、高い清浄度とすることが望まれている。
特許第４７６７１３８号公報
実施形態は、パターン面の清浄度が高い基板を得ることが可能な基板の洗浄方法および基板処理装置を提供する。
実施形態の基板の洗浄方法は、第１洗浄工程と、第２洗浄工程とを含む。第１洗浄工程は、被処理基板を洗浄する。第２洗浄工程は、前記第１洗浄工程に続いて、前記第１洗浄工程とは異なった洗浄法を用いて、前記被処理基板を洗浄する。前記第１洗浄工程は、酸性洗浄およびアルカリ洗浄の少なくとも１つを含む。前記第２洗浄工程は、凍結洗浄を含む。前記被処理基板は、その上に液膜を形成した状態で、前記第１洗浄工程から前記第２洗浄工程へ搬送され、前記凍結洗浄は、凝固対象液を液体の状態で、被処理基板上に供給する工程と、前記被処理基板上の前記凝固対象液を、凝固させる工程と、前記被処理基板上の前記凝固対象液の凝固体を、融解させる工程と、を含む。
図１は第１実施形態に係る基板の洗浄方法の一例を示す流れ図である。 図２はテンプレートの一例を示す模式断面図である。 図３（Ａ）〜（Ｄ）は第１実施形態に係る基板の洗浄方法の一例を示す模式断面図である。 図４（Ａ）は参考例の凍結洗浄の結果を示す図、（Ｂ）〜（Ｄ）は参考例の微小パーティクルの除去の様子を示す模式断面図である。 図５（Ａ）は実施形態の凍結洗浄の結果を示す図、（Ｂ）〜（Ｄ）は実施形態の微小パーティクルの除去の様子を示す模式断面図である。 図６は第２実施形態に係る基板の洗浄装置を概略的に示す模式断面図である。 図７は第３実施形態に係る基板の洗浄方法の一例を示す流れ図である。 図８はステップＳＴ１２およびステップＳＴ１３の一例を示す流れ図である。 図９はステップＳＴ１２の別の例を示す流れ図である。 図１０はステップＳＴ１２の別の例を示す流れ図である。 図１１はステップＳＴ１２の別の例を示す流れ図である。 図１２はパーティクルサイズと除去率との関係を示す図である。 図１３はパーティクルサイズと除去率との関係を示す図である。 図１４はパーティクルサイズと除去率との関係を示す図である。 図１５は基板の生産システムの第１例を示す模式ブロック図である。 図１６はテンプレートの搬送状態の一例を示す模式断面図である。 図１７は基板の生産システムの第２例を示す模式ブロック図である。 図１８は生産システムの第２例に用いられる基板の洗浄装置を概略的に示す模式断面図である。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。各図面中、同じ要素には同じ符号を付す。実施形態は、インプリントリソグラフィ、例えば、ナノインプリントリソグラフィに使用されるテンプレートの洗浄を例示する。
＜第１実施形態＞
＜洗浄方法＞
図１は、第１実施形態に係る基板の洗浄方法の一例を示す流れ図である。図２は、テンプレートの一例を示す模式断面図である。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、第１実施形態に係る基板の洗浄方法の一例を示す模式断面図である。
０．被処理基板の搬入
被処理基板を、洗浄装置の処理チャンバー内に搬入する。図２に示すように、被処理基板の一例は、例えば、ナノインプリントリソグラフィに使用されるテンプレート１０である。
テンプレート１０は、例えば、石英基板１を含む。石英基板１のパターン面１ａには、凸状のメサ２が設けられている。パターン領域３は、メサ２内に設けられる。テンプレート１０は、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程の“原版”である。テンプレート１０のパターン領域３は、リソグラフィ工程において、例えば、半導体ウェハ上のレジスト層に押圧される。これにより、パターン領域３に設けられたパターンに対応したパターンが、例えば、レジスト層に転写される。パターン領域３に設けられたパターンは、半導体装置の配線パターンや、開孔パターンに対応する。実施形態では、パターンとして、例えば、ライン＆スペース（Ｌ／Ｓ）パターンを形成した。
Ｌ／Ｓパターンの一例は、ハーフピッチ約２０ｎｍで、掘り込み深さ約４０ｎｍである。このようなテンプレート１０のパターン面１ａ上には、例えば、約１５ｎｍ以下のサイズの微小パーティクルが、約２０個程度存在する。微小パーティクルは、アルカリ性洗浄液および酸性洗浄液を用いた洗浄だけでは、除去することが難しい。そこで、実施形態では、例えば、アルカリ性洗浄液および酸性洗浄液を用いた洗浄に続けて、以下の洗浄を行う。
１．ステージ上への被処理基板の載置
図１中のステップＳＴ１に示すように、テンプレート（被処理基板）１０を、洗浄装置のチャンバー内に設けられたステージ（図示せず）上に載置する。
２．凝固対象液の表面張力の調節
図１中のステップＳＴ２に示すように、凝固対象液の表面張力を、調節する。凝固対象液の一例は、純水（DeIonized Water：ＤＩＷ）である。ＤＩＷは、溶媒である。ＤＩＷ中には、調節剤が調合される。調節剤は、凝固対象液の表面張力を調節する。調節剤の例は、界面活性剤、およびアルコールの少なくとも１つを含む。実施形態では、アルコールを用いた。アルコールの一例は、イソプロピルアルコール（IsoPropyl Alcohol：ＩＰＡ）である。ＩＰＡを、ＤＩＷに調合すると、ＤＩＷの表面張力は、調合前に比較して、低くなる。ＤＩＷの温度は、例えば、常温である。
凝固対象液の表面張力は、例えば、凝固対象液中の調節剤の濃度に基づいて、調節される。表面張力は、例えば、凝固対象液中の調節剤の濃度が高まるにつれて低くなる。あるいは凝固対象液中の調節剤の濃度が“臨界濃度”を超えると、急激に低くなる。表面張力が“設定値”に達したか否かは、例えば、凝固対象液中の調節剤の濃度を計測し、濃度が“設定値”に達したか否かで判断される。実施形態では、ＤＩＷ中のＩＰＡの濃度が“設定値”に達したか否かで、表面張力が“設定値”に達したか否かを判断した。
例えば、実施形態では、常温のＤＩＷに、ＩＰＡを約１０ｗｔ％調合した。ＩＰＡの濃度は、設定される表面張力に応じて変更される。実用的な範囲の一例を挙げるならば、３０ｗｔ％以下の有限値である。
調節剤として、界面活性剤を用いる場合も同様である。表面張力は、例えば、ＤＩＷ中の界面活性剤の濃度に基づいて、調節される。界面活性剤の濃度の、実用的な範囲の一例を挙げるならば、３０ｗｔ％以下の有限値である。実施形態に適用可能な界面活性剤としては、１つの分子中に、親水基と疎水基とを持つ化合物を挙げることができる。
実施形態では、ステップＳＴ１の後に、ステップＳＴ２を実行する例を示している。しかし、ステップＳＴ１とステップＳＴ２との順番は、逆でもよい。
３．凝固対象液の供給
凝固対象液の表面張力を調節した後、図１中のステップＳＴ３、および図３（Ａ）に示すように、凝固対象液を、テンプレート（被処理基板）１０上に供給する。これにより、液膜１４が、テンプレート１０のパターン面１ａ上に、例えば、パドル（puddle）状に形成される。パターン面１ａ上には、微小パーティクルが存在する。微小パーティクル１５のサイズは、例えば、約１５ｎｍ以下である。
ステップＳＴ３の前に、パターン面１ａを、例えば、親水化させてもよい。パターン面１ａを親水化しておくことで、親水化しない場合に比較して、液膜１４をパターン面１ａ上に形成しやすくなる。親水化処理の一例は、紫外線処理である。
ステップＳＴ３は、テンプレート（被処理基板）１０を冷却した状態で行ってもよい。例えば、テンプレート１０を予め冷却しておく。凝固対象液は、予め冷却されたテンプレート１０上に供給する。このように、テンプレート１０を予め冷却することで、例えば、次に行われるステップＳＴ４に要する時間を短縮できる、という利点を得ることができる。
４．凝固対象液の凝固
図１中のステップＳＴ４、および図３（Ｂ）に示すように、凝固対象液（液膜１４）を、凝固（凍結）させる。これにより、凝固膜１４ａが、テンプレート１０上のパターン面１ａ上に形成される。液膜１４を凝固させるには、冷却ガスを、例えば、液膜１４、あるいはテンプレート１０の裏面に吐出し、液膜１４を冷却する。冷却ガスの一例は、窒素（Ｎ２）ガスである。Ｎ２ガスの温度の一例は、−１００℃である。液膜１４の冷却は、冷却ガスの吐出の他、チャンバー内を低温に保つ、いわゆる“冷蔵庫方式”であってもよい。
凝固対象液が、例えば、ＤＩＷである場合、液膜１４を凝固させると、液膜１４は膨張する。液膜１４が凝固膜１４ａとなり、体積が膨張すると、微小パーティクル１５は、パターン面１ａから、例えば、数ｎｍ程度、浮き上がる。
５．凝固体の融解
図１中のステップＳＴ５および図３（Ｃ）に示すように、融解液を、凝固膜１４ａに供給し、凝固膜１４ａを、融解（解凍）する。融解液の一例は、ＤＩＷである。融解液は、流体であればよい。流体は、気体であってもよい。流体は、温度調節されていてもよい。流体は、凝固膜１４ａに供給するばかりでなく、凝固膜１４ａに接触させるだけもよい。融解液を用いずに、凝固膜１４ａを自然解凍させてもよい。
６．被処理基板のリンス
図１中のステップＳＴ６および図３（Ｃ）に示すように、リンス液を、テンプレート１０に供給し、テンプレート（被処理基板）１０をリンスする。リンス液の一例は、ＤＩＷである。微小パーティクル１５は、融解した凝固膜１４ａとともに、テンプレート１０のパターン面１ａ上から除去される。なお、テンプレート１０のリンスは、ＤＩＷで行うこともあるし、極低濃度のアルカリ性水溶液で行うこともある。
７．被処理基板の乾燥
図１中のステップＳＴ７および図３（Ｄ）に示すように、テンプレート（被処理基板）１０を、乾燥させる。乾燥終了後、テンプレート１０を、洗浄装置の処理チャンバー内から搬出する。これにより、第１実施形態に係る基板の洗浄方法の一例が終了する。
＜参考例との比較＞
図４（Ａ）は、参考例の凍結洗浄の結果を示す図、（Ｂ）〜（Ｄ）は、参考例の微小パーティクルの除去の様子を示す模式断面図である。図５（Ａ）は、実施形態の凍結洗浄の結果を示す図、（Ｂ）〜（Ｄ）は、実施形態の微小パーティクルの除去の様子を示す模式断面図である。
参考例は、凍結洗浄として、ＤＩＷを凝固させる場合である。参考例のＤＩＷには、アルコール、および界面活性剤等の調節剤は、調合されていない。
図４（Ａ）に示すように、凍結洗浄前、テンプレート１０のパターン面１ａ上には、微小パーティクルが、６０個存在していた。うち、３８個が無機系パーティクルで、２２個が有機系パーティクルであった。微小パーティクルは、約１５ｎｍ以下のサイズのものである。
凍結洗浄後、微小パーティクルは、１４個に減少した。うち、２個が無機系パーティクルで、１２個が有機系パーティクルであった。参考例の無機系パーティクルの除去率は、約９５％、有機系パーティクルの除去率は、約４５％である。参考例は、無機系パーティクルの除去率と、有機系パーティクルの除去率との差が大きい。有機系パーティクルの除去率は５０％を下回る。このため、参考例の微小パーティクル全体の除去率は、約７７％にとどまる。
実施形態は、ＩＰＡをＤＩＷに調合した液を凝固させる場合である。実施形態では、ＤＩＷに１０ｗｔ％のＩＰＡを調合した。
図５（Ａ）に示すように、凍結洗浄前、テンプレート１０のパターン面１ａ上には、微小パーティクルが、４６個存在していた。うち、３１個が無機系パーティクルで、１５個が有機系パーティクルであった。
凍結洗浄後、微小パーティクルは、５個に減少した。うち、３個が無機系パーティクルで、２個が有機系パーティクルであった。実施形態の無機系パーティクルの除去率は、約９０％、有機系パーティクルの除去率は、約８７％である。実施形態によれば、参考例に比較して、無機系パーティクルの除去率と、有機系パーティクルの除去率との差を小さくできる。しかも、実施形態では、無機系パーティクルの除去率として約９０％を確保しつつ、有機系パーティクルの除去率を高めることができる。実施形態の微小パーティクル全体の除去率も、参考例の約７７％から約８９％に向上する。
実施形態の有機パーティクルの除去率が、参考例に比較して向上する理由としては、例えば、以下の事項が考えられる。
図４（Ｂ）に示すように、無機系パーティクル１５ｉは、ＤＩＷに対して、比較的良い親水性を持つ。したがって、ＤＩＷは、無機系パーティクル１５ｉの下に、比較的浸透しやすい。しかし、有機系パーティクル１５ｏは、ＤＩＷに対して、疎水性を持つ場合が多い。ＤＩＷは、有機系パーティクル１５ｏの下に浸透しにくい。
このため、図４（Ｃ）に示すように、液膜１４が凝固膜１４ａに変化し、たとえ、体積が膨張したとしても、有機系パーティクル１５ｏは、パターン面１ａ上から浮き上がりにくい。結果として、参考例では、図４（Ｄ）に示すように、有機系パーティクル１５ｏは、パターン面１ａ上に、残ってしまう。
これに対して、実施形態では、凝固対象液の表面張力が、例えば、溶媒であるＤＩＷに比較して、小さくなるように調節される。このため、図５（Ｂ）に示すように、凝固対象液は、有機系パーティクル１５ｏの表面にも馴染みやすくなる。したがって、凝固対象液は、参考例に比較して、無機系パーティクル１５ｉの下だけでなく、有機系パーティクル１５ｏの下にも、浸透しやすくなる。
液膜１４が凝固膜１４ａに変化して膨張する際、図５（Ｃ）に示すように、有機系パーティクル１５ｏは、参考例に比較して、パターン面１ａ上から浮き上がりやすくなる。したがって、実施形態によれば、図５（Ｄ）に示すように、有機系パーティクル１５ｏについても、パターン面１ａ上から除去しやすくなる。
第１実施形態に係る基板の洗浄方法によれば、パターン面の清浄度が高い基板を得ることが可能な基板の洗浄方法を提供できる。
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態に係る基板の洗浄方法を実行することが可能な基板処理装置の例である。実施形態の基板処理装置は、例えば、洗浄装置である。
＜洗浄装置＞
図６は、第２実施形態に係る基板の洗浄装置を概略的に示す模式断面図である。
図６に示すように、洗浄装置２０ａは、ステージ１１と、凝固対象液供給機構１６と、冷却ガス供給機構１７と、融解液供給機構１８とを備えている。
ステージ１１内には、リフトピン２１が設けられる。テンプレート１０は、リフトピン２１によって、載置面１１ａ上に支持される。ステージ１１は、シャフト２２によって支持される。リフトピン２１、およびシャフト２２は、図示せぬ駆動機構に接続される。駆動機構は、リフトピン２１を、ステージ１１の載置面１１ａに対して上下方向に上下動させ、そして、シャフト２２を、載置面１１ａに対して水平方向に回転させる。ステージ１１は、洗浄カップ２３の中に収容される。洗浄カップ２３の平面形状は、例えば、円筒状である。
凝固対象液供給機構１６は、液供給ノズル２４と、調合部２５と、濃度計測部２６とを含む。液供給ノズル２４は、ステージ１１の上方に配置される。液供給ノズル２４は、バルブ２７を介して、調合部２５に接続される。凝固対象液供給機構１６は、凝固対象液を、液供給ノズル２４を介してテンプレート１０のパターン面１ａ上に供給する。
調合部２５には、ＤＩＷ（純水）と、調節剤（界面活性剤／アルコール）とが供給される。調節剤は、調合部２５内で、ＤＩＷに調合される。濃度計測部２６は、調合部２５内のＤＩＷ中の調節剤の濃度を計測する。濃度計測部２６による計測結果は、制御装置２８に伝えられる。
制御装置２８は、計測結果に基づいて、濃度が“設定値”に達したか否かを判断する。制御装置２８は、濃度が“設定値”に達すると、バルブ制御部２９に対して“バルブ２７を開けよ”の指示を出す。指示を受けたバルブ制御部２９は、バルブ２７を開ける。これにより、調合部２５内の凝固対象液は、液供給ノズル２４を介してテンプレート１０のパターン面１ａ上に供給される。
冷却ガス供給機構１７は、ガス吐出ノズル３０を含む。冷却ガス供給機構１７は、冷却ガスを、ガス吐出ノズル３０を介してテンプレート１０のパターン面１ａ上に吐出する。これにより、パターン面１ａ上の液膜は、凝固される。
融解液供給機構１８は、液供給ノズル３１を含む。融解液供給機構１８は、融解液を、液供給ノズル３１を介してテンプレート１０のパターン面１ａ上に供給する。これにより、パターン面１ａ上の凝固膜は、融解される。
第１実施形態に係る基板の洗浄方法は、例えば、図６に示すような洗浄装置２０ａによって、実行することが可能である。
＜第３実施形態＞
第３実施形態は、実施形態に係る基板の洗浄方法を、実際の基板の洗浄に応用する場合の１つの例である。
＜洗浄方法＞
図７は、第３実施形態に係る基板の洗浄方法の一例を示す流れ図である。図８は、ステップＳＴ１２、およびステップＳＴ１３の一例を示す流れ図である。
１．被処理基板の搬入
図７中のステップＳＴ１１に示すように、被処理基板、例えば、図２に示したテンプレート１０を、洗浄装置の処理チャンバー内に搬入する。次いで、テンプレート１０を、ステージ上に載置する。
２．被処理基板の通常洗浄
図７中のステップＳＴ１２に示すように、テンプレート１０に対して、通常洗浄を行う。通常洗浄は、例えば、図８中のステップＳＴ１２１、およびステップＳＴ１２２に示すように、酸処理、およびアルカリ処理を行う。酸処理、およびアルカリ処理の順序は、逆であってもよい。通常洗浄は、酸処理、又はアルカリ処理のいずれか１つだけを実施してもよい。
ステップＳＴ１２１に示す酸処理は、例えば、酸性の洗浄液を用いた二流体スプレー洗浄、又は酸性の洗浄液を用いた超音波洗浄によって実施される。酸処理は、二流体スプレー洗浄、および超音波洗浄の双方を実施してもよい。
ステップＳＴ１２２に示すアルカリ処理は、例えば、アルカリ性の洗浄液を用いた二流体スプレー洗浄、又は酸性の洗浄液を用いた超音波洗浄によって実施される。アルカリ処理についても、二流体スプレー洗浄、および超音波洗浄の双方を実施してもよい。
図９〜図１１は、ステップＳＴ１２の別の例を示す流れ図である。
図９中のステップＳＴ１２０に示すように、例えば、ステップＳＴ１２１の前に、基板表面改質処理を行ってもよい。基板表面改質処理の一例は、例えば、テンプレート１０のパターン面１ａの親水化処理である。
また、図１０中のステップＳＴ１２３およびＳＴ１２４に示すように、例えば、ステップＳＴ１２２の後に、リンス処理および乾燥処理を行ってもよい。リンス処理（ＳＴ１２３）では、例えば、リンス液を用いたリンスが行われる。乾燥処理（ＳＴ１２４）では、リンス後の乾燥が行われる。
リンス後の乾燥は、省略することもできる。リンス後の乾燥を省略した場合は、図１１中のステップＳＴ１２５に示すように、例えば、テンプレート１０のパターン面１ａ上に、液膜を形成した状態で、テンプレート１０を、次のステップへと搬送する。液膜は、例えば、ＤＩＷである。ステップ１２５では、テンプレート１０が、例えば、ＤＩＷをテンプレート１０のパターン面１ａ上にパドル状に盛り、液膜を形成した状態で搬送される。液膜は、ＤＩＷの他、例えば、ＤＩＷ以外のリンス液等を用いて形成してもよい。
パターン面１ａ上に、液膜が形成されたテンプレート１０は、パターン面１ａが液膜によって覆われた状態となる。このため、パターン面１ａを液膜によって覆わない場合に比較して、搬送中のテンプレート１０に、
１．パーティクルが、パターン面１ａ上に付着すること
２．雰囲気中を漂う有機物が、パターン面１ａ上に付着すること
を抑制できる、という利点を得ることができる。
例えば、雰囲気中を漂う有機物は、テンプレート１０に“乾燥シミ”を生じさせる原因の１つとなる。“乾燥シミ”がパターン面１ａに生じたテンプレート１０では、例えば、インプリント時に、パターン欠陥を引き起こすリスクが増す。
このような事情に対し、図１１に示した実施形態は、搬送時、パターン面１ａを液膜によって覆う。このため、雰囲気中を漂う有機物がパターン面１ａへの付着を抑制できる。したがって、図１１に示した実施形態によって製造されたテンプレート１０によれば、パターン面１ａ上への“乾燥シミ”の発生をも抑制できる。この結果、搬送時、パターン面１ａが液膜によって覆わない場合に比較して、インプリント時に、パターン欠陥を引き起こし難い、テンプレート１０を得ることができる。
３．被処理基板の凍結洗浄
通常洗浄の後、図７中のステップＳＴ１２に示すように、テンプレート１０に対して、凍結洗浄を行う。凍結洗浄は、例えば、図８中のステップＳＴ１３１〜ステップＳＴ１３４に示すように、第１実施形態で説明した洗浄方法が実施される。例えば、ステップＳＴ１３１〜ＳＴ１３４は、それぞれ図１中のステップＳＴ２〜ステップＳＴ５に対応する。
４．被処理基板のリンス
図７中のステップＳＴ１４に示すように、テンプレート１０に対して、リンス処理を行う。ステップＳＴ１４は、図１中のステップＳＴ６に対応する。リンス液としては、ＤＩＷの他、アルカリ性水溶液を用いてもよい。例えば、アルカリ性水溶液を用いると、ＤＩＷに比較して、テンプレート１０のパターン面１ａへのパーティクルの再付着を抑制することが可能である。
５．被処理基板の乾燥
図７中のステップＳＴ１５に示すように、テンプレート１０に対して、乾燥処理を行う。ステップＳＴ１５は、図１中のステップＳＴ７に対応する。第３実施形態においても、テンプレート１０の乾燥は、必要に応じて実施されればよい。
６．被処理基板の搬出
図７中のステップＳＴ１６に示すように、テンプレート１０を、洗浄装置の処理チャンバーから搬出する。これにより、第３実施形態に係る基板の洗浄方法の一例が終了する。
図１２〜図１４は、パーティクルサイズと除去率との関係を示す図である。
図１２は、通常洗浄におけるパーティクルサイズと除去率との関係を示す。
図１２に示すように、通常洗浄ＳＴ１２の除去率は、パーティクルサイズが小さくなるにつれて低下する傾向を示す。通常洗浄ＳＴ１２では、パーティクルサイズが、おおよそ４０ｎｍよりも小さくなると、除去率は５０％を下回る。図９に示す傾向から、通常洗浄ＳＴ１２では、パーティクルサイズが約２０ｎｍ以下となると、除去率が約２０％を下回る。さらに、パーティクルサイズが約１５ｎｍ以下となると、除去率が約１０％を下回る。
図１３は、凍結洗浄におけるパーティクルサイズと除去率との関係を示す。
図１３に示すように、凍結洗浄ＳＴ１３の除去率は、通常洗浄ＳＴ１２とは反対に、パーティクルサイズが小さくなるにつれて上昇する傾向を示す。凍結洗浄ＳＴ１３では、パーティクルサイズが、おおよそ４０ｎｍよりも小さくなると、除去率は５０％を超える。図１０に示す傾向から、凍結洗浄ＳＴ１３では、パーティクルサイズが約２０ｎｍ以下となると、除去率が約９０％に達する。さらに、パーティクルサイズが約１５ｎｍ以下となると、除去率が約９０％を超える。
図１４は、第３実施形態におけるパーティクルサイズと除去率との関係を示す。
図１４に示すように、第３実施形態は、通常洗浄ＳＴ１２と、凍結洗浄ＳＴ１３とを行う。したがって、第３実施形態によれば、例えば、サイズが約１５ｎｍ以下の微小パーティクルから、サイズが約１５ｎｍを超えるパーティクルまでの除去率が、約９０％を超える。例えば、除去率は、１００％に限りなく近づけることも可能となる。凍結洗浄ＳＴ１３は、例えば、第１実施形態に係る基板の洗浄方法を用いて行うことが好ましい。
このように、第３実施形態によれば、凍結洗浄ＳＴ１３のみでは困難であった、サイズが約１５ｎｍを超えるパーティクルの除去率を、高めることができる。したがって、パターン面１ａの清浄度が、さらに高い基板を得ることが可能な基板の洗浄方法を提供できる。
＜第４実施形態＞
第４実施形態は、第３実施形態に係る基板の洗浄方法を実行することが可能な基板の生産システムの例である。
＜生産システム：第１例＞
図１５は、基板の生産システムの第１例を示す模式ブロック図である。
図１５に示すように、生産システム１００ａは、処理部１０１と、操作部１０２と、記憶部１０３と、制御装置１０４とを含む。生産システム１００ａは、被処理基板に対して処理を施す基板処理装置である。
処理部１０１は、例えば、テンプレート１０を、洗浄する。処理部１０１は、例えば、ローダー１０５と、アンローダー１０６と、基板搬送部１０７と、酸処理ユニット１０８と、アルカリ処理ユニット１０９と、凍結処理ユニット１１０ａと、有機処理ユニット１１１とを含む。
ローダー１０５は、洗浄前のテンプレート１０を、処理部１０１に搬入する。アンローダー１０６は、洗浄後のテンプレート１０を、処理部１０１から搬出する。
基板搬送部１０７は、ローダー１０５、アンローダー１０６、基板搬送部１０７、酸処理ユニット１０８、アルカリ処理ユニット１０９、凍結処理ユニット１１０ａ、および有機処理ユニット１１１を相互に接続する。基板搬送部１０７は、内部に搬送路１０７ａを含む。搬送路１０７ａは、大気に対して気密状態に保持可能な構造を持つ。本明細書において、大気とは、例えば、生産工場のクリーンルーム内の雰囲気である。クリーンルーム内の雰囲気は、生産システム１００ａの外、例えば、処理部１０１の外の雰囲気である。大気に対して気密状態に保持可能な搬送路１０７ａは、搬送路１０７ａの中の雰囲気の清浄度を、例えば、処理部１０１の外の雰囲気よりも高めることが可能である。
酸処理ユニット１０８は、テンプレート１０に対して、酸処理を行う。酸処理は、例えば、図８中のステップＳＴ１２１に示した酸性の洗浄液を用いた洗浄である。酸処理ユニット１０８は、必要に応じて設けられれば良い。酸処理ユニット１０８は、省略することが可能である。
アルカリ処理ユニット１０９は、テンプレート１０に対して、アルカリ処理を行う。アルカリ処理は、例えば、図８中のステップＳＴ１２２に示したアルカリ性の洗浄液を用いた洗浄である。アルカリ処理ユニット１０９についても、必要に応じて設けられれば良く、省略されてもよい。
凍結処理ユニット１１０ａは、テンプレート１０に対して、凍結処理を行う。凍結処理は、例えば、図８中のステップＳＴ１３１〜ステップＳＴ１３４に示した凍結洗浄である。凍結処理ユニット１１０ａは、例えば、図６に示した洗浄装置２０ａを含む。図６に示した制御装置２８は、例えば、図１２に示す制御装置１０４と共通化されてもよい。
有機処理ユニット１１１は、テンプレート１０に対して、有機処理を行う。有機処理は、例えば、ＩＰＡを用いたＩＰＡ乾燥である。ＩＰＡ乾燥の他、ＩＰＡを用いたＩＰＡ洗浄、あるいは有機系の薬液を用いたテンプレート１０の親水化処理であってもよい。有機処理ユニット１１１についても、必要に応じて設けられる。有機処理ユニット１１１も、省略することが可能である。
搬送装置１１２は、基板搬送部１０７の搬送路１０７ａに設けられる。搬送装置１１２は、搬送路１０７ａの中を移動し、処理部１０１に搬入されたテンプレート１０を、処理部１０１内で搬送する。実施形態の搬送装置１１２は、テンプレート１０を、ローダー１０５、アンローダー１０６、酸処理ユニット１０８、アルカリ処理ユニット１０９、凍結処理ユニット１１０ａ、および有機処理ユニット１１１の相互間で搬送する。搬送装置１１２は、テンプレート１０を、大気にさらすことなく、搬送路１０７の中で搬送する。
操作部１０２は、例えば、オペレータが、生産システム１００ａを管理するために、入力操作等を行うタッチパネルや、稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含む。記憶部１０３は、例えば、テンプレート１０に対して、洗浄処理を進める制御レシピ等が格納される。制御装置１０４は、例えば、マイクロプロセッサを含む。制御装置１０４は、操作部１０２からの指示に基づいて、制御レシピを記憶部１０３から読み出す。制御装置１０４は、制御レシピに従って処理部１０１を制御する。
生産システム１００ａは、処理ユニットとして、酸処理ユニット１０８と、アルカリ処理ユニット１０９と、凍結処理ユニット１１０ａと、有機処理ユニット１１１とを備えている。生産システム１００ａは、他の処理ユニットとして、ドライアッシングユニット、紫外線（ＵＶ）／真空紫外線（ＶＵＶ）などの電磁波を照射する電磁波照射ユニットなどを備えることも可能である。
ドライアッシングユニットは、例えば、洗浄前のテンプレート１０上に残っているフォトレジストを除去に用いられる。電磁波照射ユニットは、例えば、洗浄前のテンプレート１０の親水化処理に用いられる。
第３実施形態に係る基板の洗浄方法は、例えば、図１５に示すような生産システム１００ａによって、実行することが可能である。
さらに、生産システム１００ａの基板搬送部１０７は、大気に対して気密状態に保持可能な搬送路１０７ａを含む。このような搬送路１０７ａは、例えば、ミニエンバイロメント（mini-environment）の１つといえる。このような搬送路１０７ａを介して、基板搬送部１０７は、ローダー１０５、アンローダー１０６、基板搬送部１０７、酸処理ユニット１０８、アルカリ処理ユニット１０９、凍結処理ユニット１１０ａ、および有機処理ユニット１１１を相互に接続する。
搬送路１０７ａを、大気に対して気密状態に保持しておけば、搬送路１０７ａの中の雰囲気の清浄度は、例えば、処理部１０１の外の雰囲気よりも高い状態に保持できる。搬送装置１１２は、清浄度が高い搬送路１０７ａの中を、テンプレート１０を大気にさらすことなく、搬送できる。
例えば、通常洗浄を行う通常洗浄装置と、凍結洗浄を行う凍結洗浄装置とが、独立していたとする。このような生産システムの場合、テンプレート１０を、通常洗浄装置から凍結洗浄装置へ搬送するとき、テンプレート１０を、一旦、通常洗浄装置の外へ搬出しなければならない。このため、テンプレート１０は、大気にさらされることとなる。
通常洗浄されたテンプレート１０が大気にさらされると、大気中、例えば、通常洗浄装置の外の雰囲気中を漂うパーティクルが、テンプレート１０のパターン面１ａに再付着する可能性が高まる。
凍結洗浄では、図１３に示したように、サイズが、例えば、約５０ｎｍ以上のパーティクル（以下、便宜上、ラージパーティクルという）の除去率が低下する、という傾向が見られる。このため、凍結洗浄の前に、通常洗浄において“ラージパーティクル”を除去したとしても、通常洗浄装置から凍結洗浄装置へテンプレート１０を大気にさらした状態で搬送してしまうと、“ラージパーティクル”が、パターン面１ａに再付着する可能性が高まる。“ラージパーティクル”がパターン面１ａに再付着してしまうと、凍結洗浄を行っても、パターン面１ａの清浄度が高いテンプレート１０を得難くなる。
このような事情に対し、図１５に示した生産システム１００ａは、通常洗浄装置（例えば、アルカリ処理ユニット１０９）から凍結洗浄装置（例えば、凍結処理ユニット１１０ａ）へテンプレート１０を大気にさらすことなく搬送できる。このため、通常洗浄装置から凍結洗浄装置へテンプレート１０を大気にさらした状態で搬送する生産システムに比較して、“ラージパーティクル”が、パターン面１ａに再付着する可能性を低減できる。したがって、図１５に示した生産システム１００ａによれば、パターン面１ａの清浄度が、より高いテンプレート１０を生産できる。
図１６は、テンプレート１０の搬送状態の一例を示す模式断面図である。
図１６に示すように、搬送装置１１２は、テンプレート１０を、パターン面１ａを液膜１９によって覆った状態で搬送可能なものであってもよい。この場合、搬送装置１１２は、パターン面１ａ上に液膜１９が形成されたテンプレート１０を、搬送ピック１２０上に保持する。搬送装置１１２は、図１６に示すテンプレート１０を、搬送ピック１２０上に保持した状態で、例えば、搬送路１０７ａの中を移動する。
このような搬送装置１１２によれば、テンプレート１０を、例えば、通常洗浄装置（例えば、アルカリ処理ユニット１０９）から凍結洗浄装置（例えば、凍結処理ユニット１１０ａ）へパターン面１ａが液膜１９によって覆われた状態で搬送できる。このため、第３実施形態で説明した、
１．パーティクルが、パターン面１ａ上に付着すること
２．雰囲気中を漂う有機物が、パターン面１ａ上に付着すること
を抑制できる、という利点を得ることができる。
図１６に示した搬送装置１１２は、単独で用いることも可能である。しかし、図１５に示した生産システム１００ａのように、大気に対して気密状態に保持可能な搬送路１０７ａに用いられることが、好ましい。例えば、パターン面１ａ上への、“ラージパーティクル”を含むパーティクルの付着並びに雰囲気中を漂う有機物の付着を、より強力に抑制できるためである。
＜生産システム：第２例＞
図１７は、基板の生産システムの第２例を示す模式ブロック図である。
図１７に示すように、生産システム１００ｂが、図１５に示した生産システム１００ａと異なるところは、凍結処理ユニット１１０ａに代えて、酸／アルカリ／凍結処理ユニット１００ｂを備えていることである。酸／アルカリ／凍結処理ユニット１００ｂは、テンプレート１０に対して、酸処理と、アルカリ処理と、凍結処理とを行う。酸処理、アルカリ処理、および凍結処理は、例えば、洗浄処理である。この洗浄処理は、通常洗浄処理と、凍結洗浄処理とを含む。
このような生産システム１００ｂでは、生産システム１００ａに比較して、酸処理ユニット１０８、およびアルカリ処理ユニット１０９を省略することが可能である。図１７に示すように、生産システム１００ｂでは、酸処理ユニット１０８、およびアルカリ処理ユニット１０９が省略されている。
図１８は、生産システムの第２例に用いられる基板の洗浄装置を概略的に示す模式断面図である。
図１８に示すように、酸／アルカリ／凍結処理ユニット１１０ｂは、例えば、洗浄装置２０ｂを含む。洗浄装置２０ｂが、図６に示した洗浄装置２０ａと異なるところは、酸性洗浄液供給機構４０と、アルカリ性洗浄液供給機構４１とを備えていること、である。
酸性洗浄液供給機構４０は、液供給ノズル４２を含む。酸性洗浄液供給機構４０は、酸性洗浄液を、液供給ノズル４２を介してテンプレート１０のパターン面１ａ上に供給する。液供給ノズル４２の一例は、例えば、二流体スプレーノズルである。二流体スプレーノズルは、酸性洗浄液を、ガスとともにパターン面１ａ上に吐出する。
アルカリ洗浄液供給機構４１は、液供給ノズル４３を含む。アルカリ性洗浄液供給機構４１は、アルカリ性洗浄液を、液供給ノズル４３を介してテンプレート１０のパターン面１ａ上に供給する。液供給ノズル４３の一例も、例えば、二流体スプレーノズルである。二流体スプレーノズルの場合、アルカリ性洗浄液を、ガスとともにパターン面１ａ上に吐出する。
酸／アルカリ／凍結処理ユニット１１０ｂには、図１８に示すような洗浄装置２０ｂを用いることができる。
上述した第１〜第４実施形態には、代表的に、例えば、以下の主要な態様(１)〜(４)が例示される。
(１) 凍結洗浄の際、凝固対象液に、表面張力を調節する調節剤を調合する。これにより、調節剤を調合しない場合に比較して、有機系パーティクルの除去率が向上する。
(２) 凍結洗浄の前に、通常洗浄（例えば、酸処理、又はアルカリ処理のいずれか１つ）を行う。これにより、通常洗浄を行わない場合に比較して、例えば、サイズが約１５ｎｍ以下の微小パーティクルから、サイズが約１５ｎｍを超えるパーティクルまでの除去率が向上する。
(３) 例えば、(２)において、通常洗浄装置（例えば、アルカリ処理ユニット１０９）から凍結洗浄装置（例えば、凍結処理ユニット１１０ａ）へ、テンプレート１０を大気にさらすことなく搬送する。これにより、テンプレート１０を大気にさらした状態で搬送する場合に比較して、サイズが、例えば、約５０ｎｍ以上のパーティクルの再付着を抑制できる。したがって、凍結洗浄による洗浄効果が、より良好に得られる。
(４) 例えば、(２)において、通常洗浄装置（例えば、アルカリ処理ユニット１０９）から凍結洗浄装置（例えば、凍結処理ユニット１１０ａ）へ、テンプレート１０のパターン面１ａ上に、液膜１９を形成した状態で搬送する。これにより、液膜１９を形成しないで搬送する場合に比較して、パターン面１ａ上へのパーティクルの付着並びに雰囲気中を漂う有機物の付着を抑制できる。したがって、凍結洗浄による洗浄効果が、より良好になるとともに、パターン面１ａ上への有機物の付着に起因した“乾燥シミ”の発生を抑制できる。
上記態様(１)および上記態様(２)は、互いに独立して実施することも可能であるし、組み合わせて実施することも可能である。
また、上記態様(３)および上記態様(４)についても、互いに独立して実施することも可能であるし、組み合わせて実施することも可能である。
以上、第１〜第４実施形態について説明した。しかし、実施形態は、上記第１〜第４実施形態に限られるものではない。これらの実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、および変更を行うことができる。
例えば、実施形態では、“通常洗浄”および“凍結洗浄”という用語を使用した。これらの用語は、“通常洗浄”は“本洗浄”に、“凍結洗浄”は“仕上げ洗浄”に読み替えることもできる。
例えば、実施形態は、インプリントリソグラフィ、例えば、ナノインプリントリソグラフィに使用されるテンプレート１０の洗浄を例示した。しかし、実施形態は、例えば、フラットパネルディスプレイの生産、太陽光パネルの生産、および半導体装置の生産等における基板の洗浄にも適用することができる。
１…石英基板、１ａ…パターン面、２…メサ、３…パターン領域、１０…テンプレート、１１…ステージ、１１ａ…載置面、１４…液膜、１４ａ…凝固膜、１５…微小パーティクル、１５ｏ…有機系パーティクル、１５ｉ…無機系パーティクル、１６…凝固対象液供給機構、１７…冷却ガス供給機構、１８…融解液供給機構、１９…液膜、２０ａ、２０ｂ…洗浄装置、２１…リフトピン、２２…シャフト、２３…洗浄カップ、２４…液供給ノズル、２５…調合部、２６…濃度計測部、２７…バルブ、２８…制御装置、２９…バルブ制御部、３０…ガス吐出ノズル、３１…液供給ノズル、４０…酸性洗浄液供給機構、４１…アルカリ性洗浄液供給機構、４２…液供給ノズル、４３…液供給ノズル、１００ａ、１００ｂ…生産システム、１０１…処理部、１０２…操作部、１０３…記憶部、１０４…制御装置、１０５…ローダー、１０６…アンローダー、１０７…基板搬送部、１０７ａ…搬送路、１０８…酸処理ユニット、１０９…アルカリ処理ユニット、１１０ａ…凍結処理ユニット、１１０ｂ…酸／アルカリ／凍結処理ユニット、１１１…有機処理ユニット、１１２…搬送装置、１２０…搬送ピック

Claims (5)

  1. 被処理基板を洗浄する第１洗浄工程と、
    前記第１洗浄工程に続いて、前記第１洗浄工程とは異なった洗浄法を用いて、前記被処理基板を洗浄する第２洗浄工程と、
    を備え、
    前記第１洗浄工程は、酸性洗浄およびアルカリ洗浄の少なくとも１つを含み、
    前記第２洗浄工程は、凍結洗浄を含み、
    前記被処理基板は、その上に液膜を形成した状態で、前記第１洗浄工程から前記第２洗浄工程へ搬送され、
    前記凍結洗浄は、
    凝固対象液を液体の状態で、被処理基板上に供給する工程と、
    前記被処理基板上の前記凝固対象液を、凝固させる工程と、
    前記被処理基板上の前記凝固対象液の凝固体を、融解させる工程と、
    を含む、基板の洗浄方法。
  2. 前記被処理基板を、前記第１洗浄工程から前記第２洗浄工程へ搬送する際、
    前記被処理基板を大気にさらすことなく搬送する、請求項１記載の基板の洗浄方法。
  3. 前記凝固対象液は、前記凝固対象液の表面張力を調節する調節剤を含む、請求項１又は２に記載の基板の洗浄方法。
  4. 被処理基板に対して第１洗浄を行う、第１洗浄装置と、
    前記被処理基板に対して、前記第１洗浄とは異なる第２洗浄を行う、第２洗浄装置と、
    前記第１洗浄装置と前記第２洗浄装置とを接続し、内部に搬送路を含む基板搬送部と、
    前記搬送路に設けられた、前記被処理基板を搬送する搬送装置と、
    を備え、
    前記第１洗浄装置は、酸処理ユニットおよびアルカリ処理ユニットの少なくとも１つを含み、
    前記第２洗浄装置は、前記被処理基板上の凝固対象液を凝固させる凍結処理ユニットを含み、
    前記第１洗浄装置において、前記被処理基板上に液膜を形成し、
    前記液膜が形成された前記被処理基板を、前記基板搬送部を介して、前記第１洗浄装置から前記第２洗浄装置へ搬送し、
    前記第２洗浄装置において、前記被処理基板上に前記凝固対象液を供給するように制御される、基板処理装置。
  5. 前記搬送路は、大気に対して気密状態に保持可能である、請求項４記載の基板処理装置。
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