JP6825956B2 - 基板処理装置、基板処理方法および紫外線照射手段の選択方法 - Google Patents

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Description

この発明は、基板処理装置、基板処理方法および紫外線照射手段の選択方法に関し、特に基板上の有機物を紫外線により分解して除去する技術に関する。
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処理(いわゆるウェットエッチング)が行われる。このエッチング処理の後には、基板に純水を供給して表面の薬液を洗い流すリンス処理、および、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(微細構造物とも呼ぶ)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、純水の表面張力が微細構造物に作用して、微細構造物が倒壊する可能性がある。この倒壊は微細構造物の幅が狭くアスペクト比が高いほど生じやすく、また微細構造物の間の隙間が狭いほど生じやすい。
この倒壊を抑制すべく、微細構造物の表面を撥水化(疎水化)して撥水膜(有機物)を形成する撥水化処理が提案されている。この撥水化処理では、撥水剤としてシリル化剤が多く用いられており、シリル化剤による撥水効果を向上させるために、シリル化剤に活性剤を混合させることも行われている。
その一方で、乾燥処理の後にはこの撥水膜は不要となる。よって従来では、この撥水膜を除去する手法も提案されている。例えば特許文献1には、基板の有機物を分解および除去する基板処理装置が開示されている。この基板処理装置には、紫外線照射手段が設けられている。特許文献1では、紫外線照射手段が基板に紫外線を照射することにより、基板の有機不純物を分解および除去している。
特開2011−204944号公報
特許文献1において、有機物の分解という観点では、光子のエネルギーが高い紫外線、つまり波長の短い紫外線を採用することが好ましい。光子のエネルギーが高いほど、より多くの種類の分子結合を切断することができ、有機物を速やかに分解できるからである。
その一方で、近年、基板上のパターンは微細化されている。つまり、微細構造物の幅は狭くなるとともに、微細構造物の相互間の隙間も狭くなっている。このように微細構造物の隙間が狭くなると、波長の短い紫外線ほど、この隙間に入り込みにくくなる。波長の短い紫外線は回折しにくいからである。このように紫外線が当該隙間に入り込みにくい場合には、当該隙間に存在する有機物へと紫外線が作用しにくい。これにより、有機物の除去が不十分になる。
また微細構造物の隙間においては、その深さ方向(微細構造物の高さ方向)において、紫外線の強度に強弱が生じ得る。紫外線が微細構造物の隙間で回折および反射して干渉するからである。当該隙間のうち紫外線の強度が小さくなる領域においては有機物が分解されにくく、有機物の除去が不十分になる。
そこで本発明は、基板の表面に形成される微細構造物の隙間において、より広範囲で紫外線を作用させて有機物を分解できる基板処理装置、基板処理方法および紫外線照射手段の選択方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、基板処理装置の第1の態様は、基板保持手段と複数の紫外線照射手段と制御手段とを備える。基板保持手段は基板を保持する。紫外線照射手段は基板保持手段によって保持された複数の微細構造物が形成された前記基板の前記微細構造物の間の隙間に、互いに異なるスペクトルで紫外線を照射する。制御手段は複数の紫外線照射手段を制御する。制御手段は、互いに異なるスペクトルを有することにより、当該隙間において強度が足りない領域の強度不足を互いに補う複数の紫外線が当該隙間に入り込むことができるように複数の紫外線照射手段を制御する。
基板処理装置の第2の態様は、第1の態様にかかる基板処理装置であって、複数の紫外線照射手段は第1紫外線照射手段および第2紫外線照射手段を含む。第1紫外線照射手段から出力される第1紫外線の強度は、微細構造物の隙間において深さ方向に第1周期で増減する。第2紫外線照射手段から出力される第2紫外線の強度は、微細構造物の隙間において深さ方向に第2周期で増減する。第1紫外線の強度がボトム値をとるときの深さ方向の位置を中心とし、深さ方向の幅が第1周期の半周期に相当する第1領域内において、第2紫外線の強度がピーク値をとる。
基板処理装置の第3の態様は、第2の態様にかかる基板処理装置であって、前記複数の紫外線照射手段は第3紫外線照射手段を含み、前記第3紫外線照射手段から出力される第3紫外線の強度は、前記微細構造物の前記隙間において前記深さ方向に第3周期で増減し、前記第3紫外線の強度がボトム値をとるときの前記深さ方向の位置を中心とし、前記深さ方向の幅が前記第3周期の半周期に相当する第2領域と、前記第1領域とが互いに重複する領域内において、前記第2紫外線の強度がピーク値をとる。
基板処理装置の第4の態様は、第1の態様にかかる基板処理装置であって、複数の紫外線照射手段は3つ以上ある。制御手段は取得手段および選択手段を備える。取得手段は、微細構造物の隙間の幅および深さの少なくともいずれか一方に応じて変化する情報を取得する。選択手段は、複数の紫外線照射手段のうち2以上の紫外線照射手段に紫外線を照射させるかを選択する選択動作を、当当該情報に基づいて行う。
基板処理装置の第5の態様は、第4の態様にかかる基板処理装置であって、前記選択手段は、前記微細構造物の隙間が広い、または、浅いほど、波長が短い紫外線照射手段を前記情報に基づいて選択する。
基板処理装置の第6の態様は、第5の態様にかかる基板処理装置であって、前記複数の紫外線照射手段は、第1ピーク波長を含むスペクトルで第1紫外線を照射する第1紫外線照射手段と、前記第1ピーク波長よりも長い第2ピーク波長を含むスペクトルで第2紫外線を照射する第2紫外線照射手段とを含み、前記選択手段は前記情報に基づいて第1紫外線照射手段および第2紫外線照射手段を選択し、前記第1紫外線の強度は前記微細構造物の前記隙間で深さ方向において第1周期で増減し、前記第1紫外線の強度がボトム値をとるときの前記深さ方向の位置を中心とし、前記深さ方向の幅が前記第1周期の半周期に相当する領域内において、前記第2紫外線の強度がピーク値をとる。
基板処理装置の第7の態様は、第の態様にかかる基板処理装置であって、前記複数の紫外線照射手段は、前記第2ピーク波長よりも長い第3ピーク波長を含むスペクトルで第3紫外線を照射する第3紫外線照射手段を含み、前記選択手段は、第1情報に基づいて、前記第1紫外線照射手段および前記第2紫外線照射手段を選択し、前記第3紫外線照射手段を選択せず、前記第1情報よりも前記微細構造物の前記隙間が狭いまたは深い第2情報に基づいて、前記第2紫外線照射手段および前記第3紫外線照射手段を選択する。
基板処理装置の第8の態様は、第1から第7のいずれか一つの態様にかかる基板処理装置であって、複数の紫外線照射手段の各々と基板保持手段との間の距離は、複数の紫外線照射手段によって照射される紫外線のピーク波長が長いほど、短い。
基板処理装置の第9の態様は、第1から第8のいずれか一つの態様にかかる基板処理装置であって、制御手段は、複数の紫外線照射手段の各々の照射期間の少なくとも一部が重なるように、前記複数の紫外線照射手段を制御する。
基板処理装置の第10の態様は、第1から第9のいずれか一つの態様にかかる基板処理装置であって、複数の紫外線照射手段は、基板保持手段によって保持された基板と空間を隔てて対向している。基板処理装置は、当該空間へと不活性ガスを供給する気体供給手段を更に備える。
基板処理装置の第11の態様は、第1から第10のいずれか一つの態様にかかる基板処理装置であって、複数の紫外線照射手段の各々は基板保持手段によって保持された基板の表面の全面に紫外線を照射する。
基板処理装置の第12の態様は、第1から第11のいずれか一つの態様にかかる基板処理装置であって、前記基板保持手段を水平方向に沿って前記複数の紫外線照射手段に対して相対的に移動させる移動手段を更に備える。
基板処理装置の第13の態様は、第1から第12のいずれか一つの態様にかかる基板処理装置であって、基板の表面に直交する回転軸を中心として基板保持手段を回転させる回転手段を更に備える。
基板処理装置の第14の態様は、第1から第13のいずれか一つの態様にかかる基板処理装置であって、前記微細構造物のアスペクト比は3.5以上、前記微細構造物のピッチは50nm以下、または、前記微細構造物の間隔は40nm以下である。
基板処理方法の第15の態様は、基板保持手段が基板を保持し、複数の紫外線照射手段が、基板保持手段に保持された複数の微細構造物が形成された前記基板の前記微細構造物の間の隙間に、互いに異なるスペクトルで紫外線を照射し、互いに異なるスペクトルを有することにより、当該隙間において強度が足りない領域の強度不足を互いに補う複数の紫外線が当該隙間に入り込むことができるように複数の紫外線照射手段を制御する
紫外線照射手段の選択方法の第16の態様は、複数の微細構造物が形成された基板を保持する基板保持部と、前記基板の前記微細構造物の隙間に紫外線を照射する複数の紫外線照射手段を有する基板処理装置において、紫外線照射手段を選択する方法であって、微細構造物の間の隙間に進入可能な第1紫外線を照射する第1紫外線照射手段を選択する第1工程と、前記第1紫外線のピーク波長よりも長いピーク波長を有し、前記微細構造物の隙間において前記第1紫外線の強度が不足する領域の強度不足を補う第2紫外線を照射する第2紫外線照射手段を選択する第2工程とを備える。
紫外線照射手段の選択方法の第17の態様は、第16の態様にかかる紫外線照射手段の選択方法であって、前記第1工程において、前記第1紫外線の強度が前記微細構造物の隙間の深さ方向において周期的に増減する場合、前記第1紫外線の強度の少なくとも一つのピーク値のうち最小となるピーク値が基準値よりも大きいと判断したときに、前記第1紫外線照射手段を選択する。
紫外線照射手段の選択方法の第18の態様は、第17の態様にかかる紫外線照射手段の選択方法であって、前記第2工程において、前記第1紫外線の強度がボトム値をとるときの前記深さ方向の位置を中心とし、前記深さ方向の幅が前記第1紫外線の強度の半周期に相当する領域内において、前記第2紫外線の強度がピーク値をとると判断したときに、前記第2紫外線照射手段を選択する。
紫外線照射手段の選択方法の第19の態様は、第18の態様にかかる紫外線照射手段の選択方法であって、第3紫外線照射手段から照射され前記第2紫外線のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第3紫外線の強度、および、前記第2紫外線の強度の両方が前記領域においてピーク値をとる場合に、前記第2紫外線照射手段を選択し、前記第3紫外線照射手段を選択しない。
紫外線照射手段の選択方法の第20の態様は、第16の態様にかかる紫外線照射手段の選択方法であって、前記第1工程において、前記第1紫外線の強度が前記微細構造物の隙間の深さ方向において単調減少するときには、所定の深さ位置における前記第1紫外線の強度が基準値よりも大きいと判断したときに、前記第1紫外線照射手段を選択する第3工程を更に備える。
基板処理装置の第1の態様、第14の態様および基板処理方法の第15の態様によれば、複数の紫外線照射手段が互いに異なるスペクトルで紫外線を基板の表面に照射する。つまり複数の紫外線照射手段が出力する紫外線のピーク波長は互いに相違する。
各紫外線の強度は微細構造物の隙間の深さ方向において周期的に増減する。各紫外線は微細構造物の隙間において回折、反射および干渉するからである。その周期はピーク波長に依存するので、各紫外線の周期は互いに相違する。よって、ある第1ピーク波長の第1紫外線の強度が低い領域において、強度が高い他の第2ピーク波長の第2紫外線が存在する。つまり、当該領域における第1紫外線の強度不足を第2紫外線の強度が補うことができる。したがって第1紫外線のみでは有機物を分解しにくかった領域でも、第2紫外線によって有機物をより効果的に分解することができる。
以上のように、本基板処理装置によれば、より広範囲に紫外線を作用させて有機物を分解することができる。
基板処理装置の第2の態様によれば、第1紫外線がボトム値をとるときの位置の近傍で、第2紫外線がピーク値をとる。よって、第1紫外線による強度不足をより適切に第2紫外線が補うことができる。
基板処理装置の第3の態様によれば、第1紫外線および第3紫外線の強度が不足する領域において、その強度不足を第2紫外線が補うことができる。
基板処理装置の第4の態様によれば、微細構造物の隙間の幅または深さに応じた紫外線照射手段を選択できる。
基板処理装置の第5の態様において、微細構造物の隙間が広い、または狭い場合に、より短いピーク波長の紫外線が採用される。この短いピーク波長の紫外線は隙間が広い、または狭いほど当該隙間に進入しやすい。しかも短いピーク波長の紫外線はより多くの種類の分子結合を切断できるので、有機物を速やかに分解でき、ひいてはより効果的に有機物を分解できる。
基板処理装置の第6の態様によれば、第1紫外線がボトム値をとるときの深さ位置の近傍で、第2紫外線がピーク値をとる。よって、第1基板の微細構造物の隙間における第1紫外線の強度不足をより適切に第2紫外線が補うことができる。
基板処理装置の第7の態様によれば、微細構造物の隙間が広いまたは狭い場合には、より短いピーク波長の第1紫外線照射手段および第2紫外線照射手段が選択される。これにより、より効果的に有機物を分解できる。しかも、第3紫外線照射手段は選択されないので、第3紫外線照射手段の電力消費を回避できる。
基板処理装置の第8の態様によれば、波長の長短という観点では、波長が長い紫外線ほど有機物の除去速度は遅い。一方で、紫外線の強度は一般的には紫外線照射手段から遠ざかるほど低下する。第8の態様によれば、ピーク波長が長いほど、紫外線照射手段と基板との距離が近い。よって、ピーク波長の長い紫外線でもより効果的に有機物を除去することができる。
基板処理装置の第9の態様によれば、有機物の除去処理のスループットを向上できる。
基板処理装置の第10の態様によれば、紫外線照射手段と基板との間の空間の酸素の濃度を不活性ガスにより低減することができる。酸素は紫外線を吸収するので、酸素の濃度の低下により、基板上の紫外線の強度を向上できる。
基板処理装置の第11の態様によれば、広い範囲で基板に紫外線を照射できる。
基板処理装置の第12の態様によれば、紫外線照射手段が紫外線を基板の全面に照射できなくても、基板を移動させることで、紫外線を基板の全面に照射できる。
基板処理装置の第13の態様によれば、基板に均一に紫外線を照射できる。
紫外線照射手段の選択方法の第16の態様によれば、第1紫外線のみでは有機物を分解しにくかった領域でも、第2紫外線によって有機物をより効果的に分解できる。
紫外線照射手段の選択方法の第17の態様によれば、微細構造物の隙間に適切に進入可能な紫外線を第1紫外線として採用できる。
紫外線照射手段の選択方法の第18の態様によれば、第1紫外線がボトム値をとるときの位置の近傍で、第2紫外線がピーク値をとる。よって、第1紫外線による強度不足をより適切に第2紫外線が補うことができる。
紫外線照射手段の選択方法の第19の態様によれば、第1紫外線の強度が不足する領域内において、第2紫外線および第3紫外線の両方がピーク値をとる場合には、ピーク波長の短い第2紫外線照射手段を選択し、第3紫外線照射手段を選択しない。これによれば、より有機物の分解に適した第2紫外線照射手段を選択しつつも、第3紫外線照射手段による電力消費を回避できる。
紫外線照射手段の選択方法の第20の態様によれば、微細構造物の隙間に適切に進入可能な紫外線を第1紫外線として採用できる。
基板処理装置の構成の一例を概略的に示す図である。 基板処理装置の構成の一例を概略的に示す図である。 基板処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 紫外線の強度の模式的な一例を等高線で示す図である。 紫外線の強度の模式的な一例を示すグラフである。 紫外線照射器の選択方法の一例を概略的に示すフローチャートである。 紫外線照射器の選択方法の一例を具体的に示すフローチャートである。 紫外線の照射時間と純水の接触角との関係の一例を概略的に示すグラフである。 基板処理装置の構成の一例を概略的に示す図である。 基板処理装置の構成の一例を概略的に示す図である。 基板処理装置の構成の一例を概略的に示す図である。 紫外線の強度の模式的な一例を等高線で示す図である。 紫外線の強度の模式的な一例を示すグラフである。 紫外線の強度の模式的な一例を等高線で示す図である。 紫外線の強度の模式的な一例を示すグラフである。 紫外線の強度の模式的な一例を等高線で示す図である。 紫外線の強度の模式的な一例を示すグラフである。 紫外線照射器の選択方法の一例を示すフローチャートである。 紫外線照射器の選択方法の一例を示すフローチャートである。 基板の微細構造物の相互間の隙間の幅と、その基板に照射する紫外線の波長との関係の一例を示す図である。 基板処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 紫外線の強度の模式的な一例を等高線で示す図である。 紫外線の強度の模式的な一例を示すグラフである。 紫外線の強度の模式的な一例を等高線で示す図である。 紫外線の強度の模式的な一例を示すグラフである。 基板の微細構造物の相互間の隙間の深さと、その基板に照射する紫外線の波長との関係の一例を示す図である。
以下、図面を参照しつつ実施の形態について詳細に説明する。図面には、各構成の位置関係の説明するために、Z方向を鉛直方向とし、XY平面を水平面とするXYZ直交座標系を適宜付している。また理解容易の目的で、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。また以下では、適宜に「+Z軸側」および「−Z軸側」という表現を導入する。「+Z軸側」はZ方向において上側を意味し、「−Z軸側」はZ方向において下側を意味する。
第1の実施の形態.
<基板処理装置>
図1および図2は、基板処理装置10の構成の一例を概略的に示す図である。この基板処理装置10には、基板W1が搬入される。
基板W1は半導体基板であって、その表面(主面)には複数の微細構造物(不図示)が形成されている。微細構造物とは、金属パターン、半導体パターンおよびレジストパターンなどのパターンである。よって、基板W1の主面は微細構造物による凹凸形状を呈している。
この微細構造物は基板処理装置10に基板W1が搬入される前の工程で形成される。例えばレジストパターンが形成された基板W1に対して薬液を供給してエッチング処理を行うことで、基板W1の主面に金属などのパターンが形成される。このエッチング処理の後には、リンス処理、撥水化処理および乾燥処理が行われる。リンス処理は基板W1に対して純水を供給して薬液を洗い流す処理である。乾燥処理は例えば基板W1を水平面で回転させることにより、基板を乾燥させる処理である。この乾燥途上では、純水の表面張力に起因して微細構造物が倒壊し得る。この倒壊は微細構造物のアスペクト比(幅に対する高さの比)が高いほど生じやすく、例えばアスペクト比が3.5以上であると微細構造物は倒壊しやすい。ここでは、基板W1に形成された微細構造物のアスペクト比は3.5以上であるとする。また微細構造物の間隔(隙間の幅)が狭いほど微細構造物は倒壊しやすい。ここでは、微細構造物の間隔が40nm以下であるとする。あるいは、微細構造物のピッチ(中心同士の間の距離)が50nm以下であるとする。
この倒壊を抑制すべく、乾燥処理の前に撥水化処理が行われる。撥水化処理は撥水剤を含む処理液を基板W1の主面に供給して微細構造物の表面に撥水膜(有機物)を形成する処理である。これにより、微細構造物に作用する純水の表面張力を低減することができ、乾燥処理における微細構造物の倒壊を抑制することができる。その一方で、このような撥水膜は半導体製品としては不要である。よって乾燥処理の後にその除去が望まれる。
基板処理装置10は、基板W1に対して有機物の除去処理を行う装置である。この基板処理装置10は基板保持部1、移動機構12、回転機構15、複数の紫外線照射器2、筒部材3、気体供給部42および排気部61を備えている。
<基板保持部>
基板保持部1は、基板W1を水平に保持する部材である。基板W1が半導体基板(すなわち半導体ウエハ)の場合、基板W1は略円形の平板状である。基板W1は微細構造物が形成された主面を+Z軸側に向けて保持される。
基板保持部1は円柱状の形状を有しており、上面1aと側面1bと下面1cとを有している。側面1bは上面1aの周縁および下面1cの周縁を連結する。基板保持部1の上面1aの上には、基板W1が載置される。基板保持部1は例えばセラミック等で形成され得る。図1の例では、基板保持部1の上面1aには、溝11が形成されている。この溝11には、不図示の基板搬送ロボットが基板W1を基板保持部1に載置する際に、その搬送ロボットのハンドが入り込む。
<紫外線照射器>
複数の紫外線照射器2は基板保持部1よりも+Z軸側に配置されており、基板保持部1によって保持された基板W1の主面へと紫外線を照射する。図1および図2の例においては、複数の紫外線照射器2として2種類の紫外線照射器2a,2bが設けられている。紫外線照射器2a,2bは互いに異なるスペクトル(分光分布)で紫外線を照射する。ここで、「異なるスペクトル」の定義について説明する。異なるスペクトルとは、光源から出力される光のスペクトルに含まれるピーク波長が互いに相違することを意味する。ピーク波長とは、そのスペクトルにおいて光の強度がピーク値をとるときの波長である。このピーク波長は一つの光源のスペクトルにおいて複数存在し得る。例えば低圧水銀ランプから照射される紫外線のピーク波長は複数あり、例えば185[nm]および254[nm]である。
複数の紫外線照射器2としては、低圧水銀ランプの他、高圧水銀ランプ、エキシマランプ、メタルハライドランプおよびUV(ultraviolet)−LED(Light Emitting Diode)などの光源が採用され得る。これら各種の光源から照射される光のスペクトルは互いに相違する。
また同じ種類の光源であってもスペクトルは相違し得る。例えばエキシマランプは放電ガス(例えば希ガスまたは希ガスハロゲン化合物)を充填した石英管と、一対の電極とを備えている。放電ガスは一対の電極間に存在している。一対の電極間に高周波・高電圧を印加することにより、放電ガスが励起されてエキシマ状態となる。放電ガスはエキシマ状態から基底状態へ戻る際に紫外線を発生する。このエキシマランプから照射される紫外線のスペクトルは、放電ガスの種類等に応じて相違し得る。具体的には、エキシマランプから照射される紫外線のピーク波長は放電ガスの種類等に応じて、126[nm]、146[nm]、172[nm]、222[nm]または308[nm]などの値をとり得る。
つまり複数の紫外線照射器2としては、低圧水銀ランプおよびエキシマランプなどの複数種類の光源を採用してもよく、あるいは、スペクトルの異なる同一種の光源を採用してもよい。
なお以下では冗長な表現を避けるべく、紫外線照射器から照射される紫外線のスペクトルおよびピーク波長を、それぞれ紫外線照射器のスペクトルおよび紫外線照射器のピーク波長とも呼ぶ。また以下では簡単のために、紫外線照射器2a,2bのピーク波長(波長λa,λbと呼ぶ)は一つであるとし、それぞれ126[nm]および172[nm]とする。
紫外線照射器2の形状は任意であるものの、例えば紫外線照射器2は点光源であってもよい。図1および図2の例においては、複数の紫外線照射器2aおよび複数の紫外線照射器2bが設けられている。複数の紫外線照射器2aは基板W1に対して均等に分散配置される。これにより、紫外線照射器2aは基板W1の主面の全面へと紫外線をより均一に照射することができる。紫外線照射器2bについても同様である。
あるいは紫外線照射器2は線光源であってもよい。この紫外線照射器2は長手方向に長い棒状の形状を有している。紫外線照射器2はその長手方向がY方向に沿う姿勢で、X方向に沿って並んで配置される。あるいは、紫外線照射器2はリング状の形状を有していてもよい。複数の紫外線照射器2は同心円状に配置される。これらの紫外線照射器2も基板W1の主面の全面へと紫外線を照射する。
複数の紫外線照射器2よりも−Z軸側(具体的には紫外線照射器2と基板W1との間)には、紫外線に対する透光性、耐熱性かつ対食性を有する板状体として石英ガラス21が設けられている。この石英ガラス21は水平に設けられて、複数の紫外線照射器2の全てとZ方向において対向している。石英ガラス21は基板処理装置10内の雰囲気に対して、紫外線照射器2を保護することができる。複数の紫外線照射器2からの紫外線はこの石英ガラス21を透過して基板W1の主面へと照射される。
<移動機構>
移動機構12は基板保持部1をZ方向に沿って移動させることができる。例えば移動機構12は回転機構15を介して基板保持部1の下面1cに取り付けられている。この移動機構12は、基板保持部1が紫外線照射器2に近い第1位置(図2参照)と、基板保持部1が紫外線照射器2から遠い第2位置(図1参照)との間で、基板保持部1を往復移動させることができる。後に説明するように、第1位置は、紫外線を用いた処理を基板W1に対して行うときの基板保持部1の位置であり、第2位置は、基板W1の授受を行うときの基板保持部1の位置である。第1位置における基板保持部1と紫外線照射器2との間の距離は、第2位置における基板保持部1と紫外線照射器2との間の距離よりも短い。移動機構12には、例えばエアシリンダ、ボールねじ機構または一軸ステージなどを採用し得る。移動機構12はベローズによって周囲が覆われていてもよい。
<回転機構>
回転機構15は基板保持部1を水平面で回転させる。より具体的には回転機構15は基板W1の中心を通り基板W1の主面に直交する回転軸を中心として、基板保持部1を回転させる。回転機構15は例えばモータである。基板保持部1の回転により、基板W1が水平面で回転する。
回転機構15は紫外線照射器2による紫外線の照射中に基板保持部1を回転させる。よって、基板W1が回転した状態で紫外線が基板W1へと照射される。これにより、紫外線をより均一に基板W1の主面に照射することができる。
<筒部材および気体供給部>
筒部材3は内周面(内面)3a、外周面3b、上面3cおよび下面3dを有しており、筒状形状を有している。上面3cは、内周面3aと外周面3bとを連結する面であって、+Z軸側の面である。下面3dは、内周面3aと外周面3bとを連結する面であって、−Z軸側の面である。筒部材3は円筒形状を有している。筒部材3の内周面3aの径は基板保持部1の側面1bの径よりも大きい。図2を参照して、筒部材3の内周面3aは、基板保持部1が第1位置で停止した状態において、基板保持部1の側面1bを囲んでいる。
基板保持部1が第1位置で停止した状態(図2)において、紫外線照射器2が紫外線を照射する。これにより、紫外線を用いた処理が基板W1に対して行われる。その一方で、基板保持部1が第1位置で停止した状態では、基板W1の周囲が石英ガラス21、筒部材3および基板保持部1によって囲まれる。したがって、この状態では基板W1を基板保持部1から容易に取り出すことができない。
そこで、移動機構12は基板保持部1を第2位置に移動させる(図1)。これにより、基板保持部1は筒部材3の内周面3aの内部から、紫外線照射器2に対して遠ざかる方向に退く。この第2位置において、基板W1は筒部材3の下面3dに対して−Z軸側に位置する。よって、基板W1は筒部材3によって阻害されることなく、不図示の基板搬送手段によって基板処理装置10から搬出される。逆に、基板保持部1が第2位置で停止した状態で、基板搬送手段が基板W1を基板保持部1へ載置する。
筒部材3には、貫通孔321,322が形成されている。貫通孔321,322は筒部材3を貫通して、石英ガラス21と基板W1との間の空間に連通している。以下では、当該空間を作用空間H1とも呼ぶ。紫外線照射器2はこの作用空間H1を隔てて基板保持部1と対向する。貫通孔321,322の一端は筒部材3の上面3cにおいて開口している。以下では、貫通孔321,322の一端を開口部(給気開口部)321a,322aと呼ぶ。開口部321a,322aが形成された位置において、筒部材3の上面3cは空隙を介して石英ガラス21の周縁部と対向している。開口部321a,322aは作用空間H1に連続している。つまり、貫通孔321,322は作用空間H1と連通する。開口部321a,322aは、内周面3aの中心軸を介して互いに向かい合う位置に形成されている。
貫通孔321,322の他端は筒部材3の外周面3bにおいて開口している。貫通孔321,322の他端は気体供給部42に連結されている。具体的には、貫通孔321の他端は気体供給部42aに接続され、貫通孔322の他端は気体供給部42bに接続されている。気体供給部42a,42bは不活性ガス(例えば窒素またはアルゴンなど)などの気体を、それぞれ貫通孔321,322を経由して作用空間H1に供給する。つまり、貫通孔321,322は給気用の経路として機能する。
気体供給部42a,42bの各々は、配管421、開閉弁422および気体供給源423を備えている。以下では、気体供給部42aに属する配管421、開閉弁422および気体供給源423をそれぞれ配管421a、開閉弁422aおよび気体供給源423aと呼び、気体供給部42bに属する配管421、開閉弁422および気体供給源423をそれぞれ配管421b、開閉弁422bおよび気体供給源423bと呼ぶ。気体供給部42a,42bは配管421の接続先を除いて、互いに同一である。気体供給源423a,423bは、作用空間H1へと供給すべき気体を収容している。気体供給源423aは配管421aの一端に連結され、気体供給源423bは配管421bの一端に連結される。開閉弁422aは配管421aに設けられて、配管421aの開閉を切り替え、開閉弁422bは配管421bに設けられて、配管421bの開閉を切り替える。配管421aの他端は貫通孔321の他端に連結され、配管421bの他端は貫通孔322の他端に連結される。
<密閉空間>
基板処理装置10は密閉空間を形成してもよい。図1および図2の例においては、天井部材52、筒部材3、隔壁5および床部51が互いに連結して密閉空間を形成している。天井部材52の下面は、その周縁側の部分において、筒部材3側に突起する突起形状を有している。逆に言えば、天井部材52の中央付近は−Z軸側に開口する凹形状を有している。この凹形状には複数の紫外線照射器2および石英ガラス21が配置されている。石英ガラス21の側面は天井部材52の突起形状の内面に当接している。筒部材3の上面3cのうち外周側の部分は、天井部材52の突起形状にZ方向で連結されている。貫通孔321,322の開口部321a,322aは上面3cのうち内周側の部分に形成されており、石英ガラス21の下面とZ方向において空隙を介して対面する。隔壁5は筒部材3の下面3dと連結している。隔壁5はZ方向に延在して床部51に連結される。天井部材52、筒部材3、隔壁5および床部51によって形成される密閉空間には、複数の紫外線照射器2、石英ガラス21、基板保持部1および移動機構12が収容される。
<排気>
隔壁5には、排気用の貫通孔53が形成されている。この貫通孔53は排気部61に連結されている。排気部61は、例えば、貫通孔53に連結される配管611などを備えている。基板処理装置10の内部の気体は配管611を経由して外部へと排気される。
<シャッタ>
隔壁5には、基板W1用の出入り口として機能するシャッタ(不図示)が設けられている。シャッタが開くことにより、基板処理装置10の内部と外部とが連通する。基板搬送手段は、この開いたシャッタを介して基板W1を基板処理装置10の内部に搬入したり、また基板W1を搬出することができる。
<制御部>
紫外線照射器2、移動機構12、回転機構15、気体供給部42の開閉弁422、シャッタおよび基板搬送手段は、制御部7によって制御される。
制御部7は電子回路機器であって、例えばデータ処理装置および記憶媒体を有していてもよい。データ処理装置は例えばCPU(Central Processor Unit)などの演算処理装置であってもよい。記憶部は非一時的な記憶媒体(例えばROM(Read Only Memory)またはハードディスク)および一時的な記憶媒体(例えばRAM(Random Access Memory))を有していてもよい。非一時的な記憶媒体には、例えば制御部7が実行する処理を規定するプログラムが記憶されていてもよい。処理装置がこのプログラムを実行することにより、制御部7が、プログラムに規定された処理を実行することができる。もちろん、制御部7が実行する処理の一部または全部がハードウェアによって実行されてもよい。
<基板処理装置の動作>
図3は、基板処理装置10の動作の一例を示すフローチャートである。移動機構12は初期的には、基板保持部1を第2位置で停止させている(図1)。またここでは一例として排気部61による排気は常時行われている。ステップS1にて、制御部7はシャッタを開いた上で、基板搬送手段を制御して基板W1を基板保持部1の上に配置し、その後シャッタを閉じる。この基板W1の+Z軸側の主面には、微細構造物が形成されており、その微細構造物の表面には有機物(例えば撥水膜)が存在している。
次にステップS2にて、制御部7は例えば気体供給部42を制御して、気体の供給を開始する。これにより、開口部321a,322aの各々から気体が吐出される。気体としては、例えば窒素を採用することができる。なおステップS1,S2の実行順序は逆であってもよく、これらが並行して実行されてもよい。
次にステップS3にて、制御部7は移動機構12を制御して基板保持部1を紫外線照射器2へと近づけ、第1位置で停止させる。このとき、紫外線照射器2と基板W1との間の距離は2〜3[mm]程度に設定される。なおステップS3は必ずしもステップS2の次に実行される必要は無く、ステップS1の後に実行されればよい。
次にステップS4にて、制御部7は回転機構15を制御して、基板保持部1を回転させる。これにより基板W1が水平面で回転する。なおステップS4は必ずしもステップS3の次に実行される必要は無く、ステップS1の後に実行されればよい。
次にステップS5にて、制御部7は複数の紫外線照射器2(ここでは紫外線照射器2a,2b)の全てに紫外線を照射させる。なお制御部7は、作用空間H1の雰囲気が所定の雰囲気になったとき(例えば酸素濃度が基準値よりも低くなったとき)に、ステップS5を実行してもよい。例えば制御部7はステップS4からの経過時間が所定の基準値よりも長いときに、所望の雰囲気になったと判断してもよい。経過時間の計時はタイマ回路などの計時回路によって行われ得る。あるいは、作用空間H1の雰囲気(例えば酸素濃度)を計測し、制御部7は、作用空間H1の雰囲気が所定の雰囲気になっているか否かを、その計測値に基づいて判断してもよい。
複数の紫外線照射器2による紫外線の照射によって、紫外線を用いた有機物の除去処理が基板W1に対して行われる。具体的には、紫外線が基板W1の主面に存在する有機物(例えば撥水膜)に作用して、有機物を分解して除去することができる。なぜなら、紫外線は光子のエネルギーが大きく、有機物の分子結合を切断できるからである。光子のエネルギーは波長が短いほど大きいので、波長の短い紫外線ほどより多くの種類の分子結合を切断することができ、高い除去速度で有機物を除去できる。よってこの観点では、より波長の短い紫外線を用いることが望ましい。
その一方で、後のシミュレーション結果でも示すように、微細構造物の相互間の隙間が狭い場合、波長の短い紫外線ほどその隙間に入りにくい。なぜなら、波長が短い紫外線ほど回折しにくいからである。また紫外線は微細構造物の隙間において回折、反射および干渉し合って、その隙間の深さ方向で強弱を呈する。
図4および図5は、基板W1の微細構造物P1の近傍の紫外線の強度の一例を波長ごとに示す図である。図4および図5はシミュレーション結果を示している。図4の紙面左側には波長λa(=126[nm])の紫外線を用いたときの結果が示され、紙面右側には波長λb(=172[nm])の紫外線を用いたときの結果が示されている。図4の例では、紫外線の強度が等高線C1〜C4で示されている。等高線C1〜C4で示される紫外線の強度はその符号の数字が小さいほど高い。つまり等高線C1で示される強度が最も高く、等高線C4で示される強度が最も低く、等高線C2で示される強度は等高線C3で示される強度よりも高い。
図4では、略矩形状の微細構造物P1の断面も示されている。この微細構造物P1は、本体部である矩形状のシリコンP11と、そのシリコンの表面に形成されたSiO膜P12とによって形成されていると想定できる。SiO膜P12の膜厚は1[nm]程度以下である。また微細構造物P1の高さおよび幅はそれぞれ200[nm]および10[nm]に設定されている。図4では、一つの微細構造物P1の近傍の紫外線の強度を示しているものの、実際のシミュレーションは、複数の微細構造物P1が水平方向に同じ間隔(ピッチ)で並んで配置された構造について行われている。このシミュレーションにおいて、微細構造物P1のピッチは50[nm]に設定されている。よって、微細構造物P1の隙間の幅は40[nm]である。
図5では、微細構造物P1の側面における紫外線の強度が当該隙間の深さ方向(Z方向)に対して示されている。以下では、当該隙間の深さ方向における位置を深さ位置と呼ぶ。また微細構造物P1の上端(+Z軸側の端)の深さ位置を0[nm]と定義する。微細構造物P1の高さは200[nm]なので、微細構造物P1の下端(−Z軸側の端)の深さ位置は200[nm]となる。図5では、紫外線照射器2aからの波長λaの紫外線の強度が実線で示され、紫外線照射器2bからの波長λbの紫外線の強度が破線で示されている。
図4および図5に示されるように、波長λaの紫外線の強度は、その深さ位置が微細構造物P1の上端から下端へと向かうにしたがって、増減を繰り返しながらもそのピーク値(極大値)が徐々に低減する傾向を示す。一方で、波長λbの紫外線の強度はその深さ位置が微細構造物P1の上端から下端へ向かうにしたがって増減を繰り返すものの、そのピーク値はさほど低減しない。
微細構造物P1の隙間の深さ方向での紫外線の増減周期は波長λa,λbごとに相違する。よって紫外線の強度が各ピーク値をとるときの深さ位置は波長λa,λbごとに相違し、紫外線の強度が各ボトム値(極小値)をとるときの深さ位置も波長λa,λbごとに相違する。例えば深さ位置140[nm]近傍において、波長λaの紫外線の強度はボトム値をとるのに対して、波長λbの紫外線の強度はピーク値をとる。つまり、深さ位置140[nm]近傍の領域では、波長λaの紫外線の強度不足を、波長λbの紫外線の強度によって補うことができる。
つまり、複数の紫外線照射器2a,2bの両方が基板W1の主面に紫外線を照射することにより、波長λaの紫外線の強度が低く有機物を分解しにくい領域であっても、波長λbの紫外線によって有機物を分解することができるのである。
再び図3を参照して、次にステップS6にて、制御部7は、基板W1に対する処理を終了すべきか否かを判断する。例えば制御部7はステップS5からの経過時間が所定時間を超えているときに、処理を終了すべきと判断してもよい。処理を終了すべきと判断したときには、ステップS7にて、制御部7は複数の紫外線照射器2に紫外線の照射を停止させる。これにより、紫外線を用いた有機物の除去処理が終了する。
以上のように、本基板処理装置10においては、紫外線照射器2a,2bが互いに異なるスペクトルで紫外線を基板W1の主面に照射する。これにより、微細構造物P1の隙間において波長λaの紫外線の強度が小さい領域でも、波長λbの紫外線が有機物を分解して除去できる。よって、微細構造物P1の隙間に存在する有機物をより広範囲に除去することができる。
<波長の選択>
次にピーク波長の選択(選定)の考え方の一例について説明する。図6は、この選択方法の一例を概念的に示すフローチャートであり、図7は、選択方法の一例をより具体的に示すフローチャートである。まずステップS100にて、微細構造物P1の隙間に進入可能な紫外線であって、短い波長の紫外線を照射する紫外線照射器2を選択する。例えば波長の短い紫外線の強度が微細構造物P1の隙間において十分に大きい場合に、この紫外線を照射する紫外線照射器2を選択する。具体的には、このステップS100は例えば図7のステップS101〜S103によって実行される。
ステップS101においては、ある波長の紫外線の強度のピーク値が所定の基準値よりも高いか否かを判断する。なお後述するように、ステップS101は波長を変えて繰り返し実行され得る。第1回目のステップS101における波長は、候補となる波長のうち最も短い波長である。
紫外線の強度のピーク値は図5に示すように複数存在する場合がある。この場合には、複数のピーク値のうち最小となるピーク値が基準値よりも大きいか否かを判断する。例えば図5を参照して、波長λaの紫外線の強度のピーク値は複数存在している。このピーク値はその深さ位置が大きいほど小さくなる傾向ある。よって最小のピーク値は、深さ位置が最も大きいときのピーク値A1である。このピーク値A1はシミュレーションまたは実験等により求めることができる。
ステップS101にて最小のピーク値が基準値よりも小さいと判断したときには、ステップS102にて、波長をより長い波長に変更し、変更後の波長の紫外線を用いて再びステップS101を実行する。つまり、ある波長の最小のピーク値が基準値よりも小さいときには、その紫外線は微細構造物P1の隙間に十分に進入しないと判断して、当該波長よりも長い波長の紫外線について同様の判断を行うのである。
一方で、ステップS101にて最小のピーク値が基準値よりも大きいと判断したときには、ステップS103にて、この波長の紫外線を照射する紫外線照射器2を選択(選定)する。即ち、この波長の紫外線を照射する紫外線照射器2を基板処理装置10に設けることを決定する。これにより、微細構造物Pの隙間に適切に進入可能であって、より短い波長の紫外線を選択することができる。ここでは、波長λaの紫外線が選択されると仮定する。
再び図6を参照して、ステップS100の次のステップS200にて、ステップS100にて選択された波長λaよりも長い波長の紫外線であって、波長λaの紫外線の強度が不足する領域で強度が増大する紫外線を照射する紫外線照射器2を選択する。このステップS200は例えば図7のステップS201〜S203によって実行される。ステップS201においては、波長λaの紫外線の強度が小さい領域R1〜R4内の少なくともいずれか一つにおいて、波長λaよりも長い波長の紫外線の強度がピーク値をとるか否かを判断する。ステップS201において否定的な判断がなされると、ステップS202において、波長をより長い波長に変更し、変更された波長を用いて再びステップS201を実行する。つまり、ステップS201にて否定的な判断がなされた紫外線では、領域R1〜R4における波長λaの紫外線の強度不足を十分に補うことができない、と判断して、より長い波長の紫外線について同様の判断を行うのである。ステップS201において肯定的な判断がなされると、ステップS203にて、その波長の紫外線を照射する紫外線照射器2を選択する。即ち、この波長の紫外線を照射する紫外線照射器2を基板処理装置10に設置することを決定する。ここでは波長λbが選択されると仮定する。選択これにより、波長λaの紫外線の強度が不足する領域において、その強度不足を波長λbの紫外線が補うことができる。
次に領域R1〜R4の定義の一例についてより詳細に説明する。ここでは領域Rn(nは1〜4)を領域Rnの深さ方向の中心と、領域Rnの深さ方向の幅とで定義する。具体的には、領域Rnの中心は波長λaの紫外線の強度がボトム値Bn(nは1〜4)をとるときの深さ位置と等しく、領域Rnの幅は波長λaの紫外線の強度の深さ方向の周期(増減周期)Wt1の半周期と等しい。
このような領域Rnにおいては波長λaの紫外線の強度は低い。よって、領域Rn内のいずれかにおいて、波長λbの紫外線の強度がピーク値をとれば、その領域での波長λaの紫外線の強度不足を波長λbの紫外線が効果的に補うことができる。
また図5に示すように、ボトム値Bnは深さ位置が深いほど小さくなる傾向を示している。したがって、最も浅い位置にある領域R1よりも深い位置にある領域R2〜R4において、波長λaの紫外線の強度不足がより顕著になる。よってステップS21においては、紫外線の強度が、領域R1よりも浅い位置にある例えば領域R2〜R4内のいずれかにおいてピーク値をとるか否かを判断してもよい。図5の例では、波長λbの紫外線の強度は領域R3内においてピーク値をとる。これにより、領域R3における波長λaの紫外線の顕著な強度不足を波長λbの紫外線によって補うことができる。
また例えば、微細構造物P1の高さ方向における中点(図5では深さ位置100[nm])よりも微細構造物P1の下端側にある領域R3,R4内のいずれかにおいて、波長λbの紫外線の強度がピーク値をとるように、波長λbを選択してもよい。
<紫外線照射器2の照射期間>
図3のフローチャートにおいては、紫外線照射器2a,2bが同時に紫外線を照射している。つまり紫外線照射器2a,2bの照射期間は互いに完全に重なる。これによれば、紫外線照射器2a,2bの一方が照射を終了した後に他方が照射する場合に比べて、有機物の除去処理のスループットを向上することができる。
なお紫外線照射器2a,2bの照射期間は互いにずれていてもよく、各照射期間の少なくとも一部が互いに重複していればよい。これによっても、紫外線照射器2a,2bの一方が照射を終了した後に他方が照射する場合に比べれば、除去処理のスループットを向上できる。
<不活性ガスの供給>
作用空間H1において酸素が存在している場合には、この酸素は紫外線を吸収してオゾンに変化し得る。このオゾンは酸化力が強いので、基板W1の有機物を分解することが可能である。しかしながら、このオゾンによる有機物の除去能力は紫外線の直接照射による有機物の除去能力に比べて非常に小さい。例えばオゾンによる有機物の除去に要する処理時間は紫外線の直接照射による有機物の除去に要する処理時間の約30倍以上である。したがって、作用空間H1における酸素の濃度は低い方が好ましい。
図1および図2の例では、気体供給部42が不活性ガスを作用空間H1へと供給しているので、この作用空間H1における酸素の濃度を低下させることができる。よって、酸素に起因した基板W1の主面上の紫外線の強度低下を抑制することができる。
図8は紫外線の照射時間と純水の接触角との関係の一例を概略的に示すグラフである。純水の接触角は、微細構造物P1の相互間に溜まった純水についての接触角である。微細構造物P1の有機物が除去されるにしたがって、この接触角は低減していく。図8の例では、気体供給部42が不活性ガス(例えば窒素)の供給しているときの接触角が黒丸のグラフで示され、不活性ガスを供給していないときの接触角が白抜きの四角のグラフで示されている。図8のグラフから理解できるように、気体供給部42が不活性ガスを供給することによって、有機物をより速やかに除去することができる。
<基板処理装置10A>
図9および図10は、基板処理装置10の他の一例たる基板処理装置10Aの構成を概略的に示す図である。図9は、基板処理装置10Aを示す側面図であり、図10は、基板処理装置10Aを示す平面図である。
基板処理装置10Aは基板保持部1Aと複数の紫外線照射器2Aと移動機構8Aと気体供給部4Aとを備えている。
基板保持部1Aは載置板13と一対の柱部材14とを備えている。載置板13は板状部材であって水平に設けられる。載置板13の上には基板W1が載置される。基板W1は微細構造物が形成された主面が+Z軸側に向くように載置される。一対の柱部材14はZ方向に延在する柱状の部材であって、載置板13のY方向の両端をそれぞれ支持する。よってX方向から見ると、基板保持部1Aは架橋構造を有している。
移動機構8Aは基板保持部1AをX方向に沿って往復移動させる。この移動機構8Aは送り軸81、送り軸モータ82、一対のガイドレール83および連結部材84を含む。送り軸81はX方向に沿って延在するように設けられている。送り軸81は、例えばボールねじであり、送り軸モータ82の回転軸に接続される。
一対のガイドレール83もX方向に沿って延在するように設けられる。送り軸81および一対のガイドレール83は互いに平行となるように配置される。一対のガイドレール83上には、一対の柱部材14がそれぞれX方向に移動可能に設けられる。一対の柱部材14は共通の高さを有する。一対の柱部材14の上端部をつなぐように載置板13が設けられる。載置板13は、略円形状を有する板状部材であり、一対の柱部材14により支持される。また載置板13の下面には、載置板13と送り軸81とを連結する連結部材84が設けられる。
移動機構8A(具体的には送り軸モータ82)は制御部7により制御される。送り軸モータ82が動作することにより送り軸81が回転する。これにより連結部材84およびこれに固定された基板保持部1AがX方向に沿って移動する。
複数の紫外線照射器2Aは紫外線照射器2と同様に、互いに異なるスペクトルで紫外線を照射する。図9および図10の例では、2つの紫外線照射器2Aが示されている。紫外線照射器2Aは線光源であって、その長手方向がY方向に沿う姿勢で、X方向に並んで配置される。紫外線照射器2AのY方向の長さは基板W1の直径よりも長く、X方向の幅は基板W1の半径よりも短い。紫外線照射器2Aは、移動機構8Aによって移動される基板W1の移動経路の途中位置において、基板W1よりも+Z軸側に配置されている。よって基板W1は複数の紫外線照射器2Aを横切ることになる。
基板保持部1A、移動機構8Aおよび紫外線照射器2Aは所定の収容部5Aに収容されていてもよい。この収容部5Aには、その内部と外部との間で基板W1を搬出入するための開口部(不図示)が形成されている。この開口部は開閉可能に形成されていてもよい。
気体供給部4Aは収容部5Aの内部へと不活性ガス(例えば窒素またはアルゴン)を供給する。収容部5Aには給気用の貫通孔51Aが形成されており、この貫通孔51Aに気体供給部4Aの配管41Aの一端が接続される。配管の他端は気体を収容する気体供給源42Aに接続される。当該配管41Aには開閉弁43Aが設けられる。
収容部5Aには、排気用の貫通孔(不図示)が形成されていてもよい。収容部5Aの内部の気体はこの排気用の貫通孔を介して外部へと排気される。
紫外線照射器2A、移動機構8Aおよび気体供給部4Aは制御部7Aによって制御される。制御部7Aは制御部7と同様に構成される。制御部7Aは気体供給部4Aを制御して例えば窒素を収容部5Aの内部へと供給する。これにより、収容部5Aの内部空間の酸素濃度を低減することができる。そして制御部7Aは紫外線照射器2Aおよび移動機構8Aを制御して、複数の紫外線照射器2Aに紫外線を照射させた状態で、基板W1をX方向に沿って移動させる。これにより、基板W1は紫外線照射器2Aの直下をX方向に沿って横切る。よって、基板W1の主面の全面には、複数の紫外線照射器2Aから異なるスペクトルで紫外線が照射されることになる。よって、この基板処理装置10Aにおいても、基板処理装置10と同様に、微細構造物P1の隙間において、より広範囲に有機物を除去することができる。
なお基板処理装置10Aにおいても、回転機構が設けられてもよい。この回転機構は基板W1の中心を通りZ方向に沿う軸を中心として基板保持部1Aを回転させる。
<紫外線照射器2と基板W1との間の距離>
複数の紫外線照射器2の各々と基板保持手段1との間の距離は、紫外線照射器2から照射される紫外線のピーク波長が長いほど、短く設定されてもよい。具体的には、波長λbは波長λaよりも長いので、紫外線照射器2bと基板保持部1との間の距離は紫外線照射器2aと基板保持部1との間の距離よりも短く設定される。つまり、紫外線照射器2bと基板W1との間の距離は紫外線照射器2aと基板W1との間の距離よりも短い。
さて波長の長短という観点では、上述のように、波長が長い紫外線ほど有機物の除去速度は遅い。その一方で、有機物に作用する紫外線の強度が高いほど除去速度は早い。この紫外線の強度は一般的には紫外線照射器2から遠ざかるほど低下する。
ここではピーク波長の長短という観点では除去速度が遅い紫外線照射器2bと基板W1との距離を、紫外線照射器2aと基板W1との間の距離よりも短く設定している。これにより、ピーク波長の長い紫外線でもより効果的に有機物を除去することができる。
<複数の装置>
上述の例では複数の紫外線照射器2が単一の基板処理装置10内において一つの基板保持部1に対応して設けられていた。しかるに、複数の紫外線照射装置は複数の装置に個別に設けられても構わない。例えば基板処理装置10は第1装置および第2装置を備える。この第1装置には、第1基板保持部および紫外線照射器2aが設けられ、第2装置には、第2基板保持部および紫外線照射器2bが設けられる。第1装置および第2装置の間には、基板W1を搬送する基板搬送手段が設けられる。第1基板保持部に保持された基板W1には、紫外線照射器2aによって波長λaの紫外線が照射されて、有機物が除去される。紫外線照射器2aによる照射が終了すると、基板搬送手段は第1基板保持部から第2基板保持部へと基板W1を搬送する。第2基板保持部に保持された基板W1には、紫外線照射器2bによって波長λbの紫外線が照射されて、有機物が除去される。よって波長λa,λbの紫外線の両方が有機物を分解して除去できる。
なお上述の例では、紫外線照射器2として、互いに異なるスペクトルで紫外線を照射する2種の紫外線照射器2a,2bを採用した。しかるに、3種以上の紫外線照射器2が採用されてもよい。これにより、さらに広範囲に有機物を除去することができる。
第2の実施の形態.
図11は、第2の実施の形態における基板処理装置10Bの構成の一例を示す図である。基板処理装置10Bは紫外線照射器2および制御部7の構成を除いて第1の実施の形態と同様である。第1の実施の形態では、互いにスペクトルの異なる2種以上の紫外線照射器2を採用してもよいのに対して、第2の実施の形態では、互いにスペクトルの異なる3種以上の紫外線照射器2(図11の例では、紫外線照射器2a〜2e)が設けられる。以下では簡単のために紫外線照射器2a〜2eのピーク波長は一つであるとし、それぞれを波長λa〜λeとも呼ぶ。波長λa〜λeはその符号のアルファベットの昇順に短い。つまり紫外線照射器2aの波長λaが最も短く、紫外線照射器2eの波長λeが最も長い。例えば紫外線照射器2a〜2eの波長λa〜λeはそれぞれ126[nm]、172[nm]、185[nm]、222[nm]および254[nm]である。
第1の実施の形態では、制御部7は有機物の除去処理において、全ての紫外線照射器2に紫外線を照射させた。これに対して第2の実施の形態では、制御部7は基板W1に対する除去処理で使用する2以上の紫外線照射器2を、その基板W1の微細構造物P1の隙間に応じて選択する。以下、より具体的な選択方法について説明する。
<微細構造物P1の隙間の幅>
図12〜図17は、紫外線の強度についてのシミュレーション結果の一例を概略的に示す図である。図12、図14および図16は、微細構造物P1の隙間の幅を異ならせたときのシミュレーション結果を示している。図12、図14および図16における当該隙間の幅はそれぞれ10[nm]、20[nm]および40[nm]である。微細構造物P1の幅および高さは図4の場合と同じであり、それぞれ10[nm]および200[nm]である。各図においては、波長が短い紫外線の強度ほど紙面左側に示されている。つまり波長λa(=126[nm])の紫外線の強度が最も左側に示され、波長λe(=254[nm])の紫外線の強度が最も右側に示されている。各図において紫外線の強度の高低は等高線C1〜C4で示されている。また各図では、この紫外線の強度の高低を各領域に付記した砂地のハッチングの粗密および白抜きでも示している。ハッチングが密であるほど紫外線の強度は高く、また白抜きの領域の紫外線の強度が最も低い。図13、図15および図17はそれぞれ図12、図14および図16の微細構造物P1の側面における紫外線の強度を波長λa〜λeごとに示すグラフである。
<隙間の幅が10nm[m]>
図12および図13に示す通り、微細構造物P1の隙間の幅が10[nm]と狭い場合には、最も短い波長λaの紫外線の強度は深さ位置に対して単調減少している。具体的には、当該強度は深さ位置が微細構造物P1の上端から下端へ向かうにしたがって急激に低減し、その後、緩やかに零に漸近する。つまり、この波長λaの紫外線はほとんど当該隙間へと入り込まない。
一方で、波長λb〜λeの紫外線の強度は深さ位置が微細構造物P1の上端から下端へ向かうにしたがって周期的に増減しつつ、そのピーク値が徐々に低減する傾向を示している。そのピーク値の低減は波長が短い紫外線ほど顕著である。例えば波長λbの紫外線の強度のピーク値は波長λcの紫外線の強度のピーク値の半分程度である。また増減の周期は波長に依存すると考えられるので、紫外線の強度がピーク値をとるときの深さ位置は波長λa〜λeごとに相違し、紫外線の強度がボトム値をとるときの深さ位置も波長λa〜λeごとに相違している。
ここで、どの紫外線照射器2を使用するかを決定するための考え方を簡単に説明する。第1に、紫外線が微細構造物P1の間の隙間に十分に入り込む(進入する)ことができる紫外線照射器2を採用する。第2に、進入可能な紫外線のうちピーク波長の短い紫外線を照射する紫外線照射器2を優先的に採用する。光子のエネルギーの高い紫外線はより多くの種類の分子結合を切断でき、有機物の除去速度を向上できるからである。第3に、互いに異なるスペクトルで紫外線を照射する2以上の紫外線照射器2を採用する。より具体的には、第1の実施の形態の<波長の選択方法>で述べた条件を満たす紫外線を照射可能な2以上の紫外線照射器2を採用する。これにより、微細構造物P1の隙間において各ピーク波長の紫外線が強度不足を互いに効果的に補い合うことができる。よって、有機物をより広範囲に除去できる。第4に、紫外線照射器2による電力消費を回避すべく、可能であれば、使用する紫外線照射器2の数を少なくする。
図18は、この考え方に基づく紫外線照射手段の選択方法の一例を示すフローチャートである。ステップS211において、ある波長の紫外線の強度が微細構造物P1の深さ方向において単調減少で変化するか否かを判断する。この判断は例えばその紫外線の強度をシミュレーションまたは実験などにより求めることで判断できる。肯定的な判断がなされると、ステップS212にて、所定の深さ位置(例えば40[nm])における強度が基準値よりも大きいか否かを判断する。この強度が基準値よりも小さいと判断すると、ステップS213にて、波長をより長い波長に変更し、その変更後の波長を用いて再びステップS211を実行する。つまり、ステップS212にて否定的な判断がなされた波長の紫外線は微細構造物P1の隙間に十分に進入しないと判断して、より長い波長の紫外線についてステップS211を実行するのである。
ステップS212において強度が基準値よりも大きいと判断すると、ステップS214にて、その波長の紫外線を照射する紫外線照射器2を選択する。つまり、この波長の紫外線は微細構造物P1の間に十分に進入可能であるとして、その紫外線照射器2を選択するのである。
ステップS211において否定的な判断がなされたとき、または、ステップS214の次に、ステップS215にて、紫外線の強度のピーク値が基準値よりも大きいか否かを判断する。具体的には、最小のピーク値が基準値よりも大きいか否かを判断する。ピーク値が基準値よりも小さいと判断したときには、ステップS213を実行する。
ステップS215においてピーク値が基準値よりも大きいと判断したときには、ステップS216〜S219を実行する。ステップS216〜S219は図7のステップS103,S201〜S203と同一である。
ステップS219の次にステップS220において、既に選択された紫外線照射器2以外の紫外線照射器2を選択する必要か否かを判断する。例えば選択された紫外線照射器2の個数が所定個数よりも少ないときに、更なる紫外線照射器2が必要であると判断する。紫外線照射器2が必要であると判断したときには、ステップS218を実行し、不要であると判断したときには、選択を終了する。
上記シミュレーション結果および上記考え方に基づいて、波長λa〜λeの紫外線のうちどの紫外線を使用するかを次のように決定する。すなわち、微細構造物P1の隙間の幅が10[nm]程度である基板W1に対する有機物の除去処理においては、まず、波長λa,λbの紫外線を使用しない(波長λaについてはステップS212でNO、波長λbについてはステップS215でNO)。これらの紫外線の強度は微細構造物P1の隙間において低いからである。つまり、第1の考え方に則って、波長λa,λbの紫外線の不使用を決定する。
一方で波長λcの紫外線の強度のピーク値は波長λbの紫外線の強度のピーク値の2倍程度であり(図13)、波長λcは当該隙間に十分に入り込むと考えることができる。しかも第2の考え方で示す通り、有機物の除去には波長が短い紫外線ほど有用である。したがってこの基板W1に対する有機物の除去処理において波長λcの紫外線を使用する(ステップS215でYES)。
また第3の考え方に則って、波長λcの紫外線の強度がボトム値をとる深さ位置の近傍(この位置を中心とした波長λcの紫外線の半周期の領域内)でピーク値をとる紫外線を使用する。図13を参照して、深さ位置60[nm]近傍においては、波長λcの紫外線の強度がボトム値をとるのに対して波長λdの紫外線の強度がピーク値をとる。また深さ位置120[nm]近傍において、波長λcの紫外線の強度がボトム値をとるのに対して波長λeの紫外線の強度がピーク値をとる。したがってこの基板W1に対する有機物の除去処理において、波長λd,λeの紫外線も使用する(ステップS217にてYES)。
以上のように、微細構造物P1の隙間の幅が10[nm]程度と狭い基板W1に対しては、紫外線照射器2a,2bには紫外線を照射させずに、紫外線照射器2c〜2eに紫外線を照射させるように決定する。これにより、紫外線照射器2a,2bによる電力消費を回避しつつ、微細構造物P1の隙間に存在する有機物をより広範囲で除去することができる。
<隙間の幅20[nm]>
次に微細構造物P1の隙間の幅が20[nm]である場合について述べる。図14および図15に示す通り、最も短い波長λaの紫外線の強度は深さ位置が微細構造物P1の上端から下端へと向かうにしたがって若干の増減を伴って低減しており、この紫外線は当該隙間へとほとんど入り込まない。なおこの波長λaの紫外線の強度は当該隙間において深さ方向において周期的に増減しているとも言える。
波長λb〜λeの紫外線の強度も当該隙間の深さ方向において周期的に増減する。また、波長λb〜λeの紫外線のピーク値の低減率は図13の場合に比して緩やかである。つまり、波長λb〜λeの紫外線は隙間の幅が10[nm]である場合に比べて、より隙間に入り込みやすくなっている。
上記シミュレーション結果および上記考え方に基づいて、次のように紫外線の使用/不使用を決定する。すなわち、微細構造物P1の隙間の幅が20[nm]程度である基板W1に対する除去処理においては、波長λaの紫外線を用いない(ステップS212またはステップS215でNO)。この紫外線の強度は微細構造物P1の隙間において低いからである。
一方で波長λb〜λeの紫外線は当該隙間に進入できる。波長が短い紫外線ほど有機物の除去に有用であるので、波長λbの紫外線を使用する(ステップS215でYES)。
また、この波長λbの紫外線の強度がボトム値をとるときの深さ位置の近傍(この位置を中心とした波長λbの紫外線の半周期の領域内)でピーク値をとる波長の紫外線を使用する。例えば深さ位置110[nm]近傍では、波長λbの紫外線の強度がボトム値をとるのに対して、波長λd,λeの紫外線の強度がピーク値をとる。よって波長λd,λeの紫外線を使用してもよい(ステップS207でYES)。ただし、その深さ位置での波長λd,λeの紫外線の強度はほぼ同一であるので、より波長の短い波長λdの紫外線で足りると考えることができる。よって第4の考え方にも則って、ここでは波長λeの紫外線は使用しない。これによれば、紫外線照射器2eによる電力消費を回避することができる。
図19はこの選択方法の一例を示すフローチャートである。ステップS231にて、第1紫外線(ここでは波長λb)の強度が低くなる領域の一つにおいて、第2紫外線(ここでは波長λd)および第3紫外線(ここでは波長λe)の強度の両方がピーク値をとるか否かを判断する。第1紫外線は、ステップS216で選択された紫外線照射器2が照射する紫外線である。当該領域は、第1紫外線の強度がボトム値をとるときの深さ位置を中心とし、第1紫外線の半周期に相当する領域である。第2紫外線および第3紫外線はステップS219で選択された紫外線照射器2が照射する紫外線である。ステップS231にて肯定的な判断がなされると、ステップS232にて、第2紫外線および第3紫外線のうち波長の短い方(ここでは波長λb)を照射する紫外線照射器2を選択し、波長の長い方(ここでは波長λc)を照射する紫外線照射器2は選択しない。これによれば、より波長の短い第2紫外線によって第1紫外線の強度不足を補うができ、当該領域の有機物をより効果的に除去することができる。しかも、第3紫外線を照射する紫外線照射器2を選択しないので、電力消費を回避できる。
波長λcの紫外線を採用すれば、波長λb,λdの紫外線の強度が不足する領域(例えば深さ位置60[nm]近傍)でその強度不足を補うことができる。よって波長λcの紫外線を採用してもよい。その一方で、波長λcの紫外線がピーク値をとるときの深さ位置は波長λbの紫外線がボトム値をとるときの深さ位置と比較的離れているので、電力消費の低減を優先するのであれば、波長λcの紫外線を採用しなくてもよい。ここでは、波長λcの紫外線も使用する。
この観点では、2つの紫外線の強度がそれぞれ低くなる第1領域および第2領域が互に重複する領域において、他の紫外線の強度がピーク値をとる場合に、当該他の紫外線の強度を選択しても構わない。
以上のように、微細構造物P1の隙間の幅が20[nm]程度である場合には、有機物の除去処理において、紫外線照射器2a,2eに紫外線を照射させずに、紫外線照射器2b〜2dに紫外線を照射させる。これにより、紫外線照射器2a,2eによる電力消費を回避しつつ、微細構造物P1の隙間に存在する有機物をより広範囲で除去することができる。
<隙間の幅が40[nm]>
次に微細構造物P1の隙間の幅が40[nm]である場合について述べる。図16および図17に示す通り、最も短い波長λaの紫外線は深さ位置が微細構造物P1の上端から下端へと向かうにしたがって増減を繰り返しつつ、そのピーク値が徐々に低減する傾向を示している。この波長λaの紫外線のピーク値は、図13に示す波長λcの紫外線のピーク値と同程度である。よって波長λaの紫外線は当該隙間に入り込む、と考えることができる。
波長λb〜λeの紫外線の強度も深さ方向において周期的に増減する。各紫外線の強度のピーク値は波長λaの紫外線のピーク値の2倍程度である。よって波長λb〜λeの紫外線も十分に当該隙間に入り込む。
上記シミュレーション結果および上記考え方に基づいて、次のように紫外線の使用/不使用を選択する。すなわち、微細構造物P1の隙間の幅が40[nm]程度である基板W1に対する有機物の除去処理においては、最も短い波長λaの紫外線を使用する(図18のステップS215でYES)。また波長λaの紫外線の強度がボトム値をとるときの深さ位置140[nm]近傍において波長λbの紫外線はピーク値をとるので、有機物の除去処理において波長λbの紫外線も使用する(ステップS217でYES)。これにより、この近傍での波長λaの紫外線の強度不足を補うことができる。
この深さ位置140[nm]近傍において波長λcの紫外線もピーク値をとる。よって波長λcの紫外線を使用してもよい(ステップS217でYES)。ここでは波長λcの紫外線も使用する。なお、この領域では、より波長の短い波長λbの紫外線によって波長λaの紫外線の強度不足を補うことができるので、電力消費の低減を優先するのであれば、波長λcの紫外線を使用しなくてもよい(図19のステップS232)。
波長λdの紫外線を使用しても構わない。しかしながら、図17によれば、波長λdの紫外線は波長λaの紫外線の強度不足を効果的に補わないので、ここでは、電力消費の低減を優先して波長λdの紫外線を使用しない。また波長λeの紫外線も使用しても構わないものの、波長λa〜λcの紫外線によって強度不足を十分に互いに補い合うことができると考えることができるので、ここでは電力消費を優先して波長λeの紫外線も使用しない(図18のステップS220でNO)。
以上のように、微細構造物P1の隙間の幅が40[nm]程度である場合には、有機物の除去処理において、紫外線照射器2d,2eに紫外線を照射させずに、紫外線照射器2a〜2cに紫外線を照射させる。これにより、紫外線照射器2d,2eによる電力消費を回避しつつ、微細構造物P1の隙間に存在する有機物をより広範囲で除去することができる。
図20は、基板W1の表面に形成された微細構造物P1の隙間の幅と、その基板W1に照射する紫外線の波長との関係の一例を示す図である。図20において、「○」はその紫外線を有機物の除去処理において使用することを示し、「×」はその紫外線を使用しないことを示し、「△」はその紫外線を使用しても使用しなくてもよいことを示す。
<制御部>
次に上述した選択動作を行う制御部7の構成について説明する。図11を参照して、制御部7は情報取得部71および選択部72を備えている。情報取得部71は、処理対象となる基板W1の情報である基板情報を取得する。この基板情報は例えば予め作業員によって入力されて制御部7の記憶部(例えばROM)に記憶されていてもよいし、あるいは、より上流側の装置から通信によって受信してもよい。基板情報は、例えば基板W1を識別するための識別情報を含んでいてもよい。あるいは基板情報は、この基板W1に形成される微細構造物P1の隙間の情報(具体的には、隙間の幅)を含んでいてもよい。
選択部72はどの紫外線照射器2を使用するのかを基板情報に基づいて選択する。例えば図20の表はテーブル情報として制御部7の記憶媒体(例えばROMなど)に記憶されていてもよい。選択部72は基板情報およびテーブル情報を参照して、どの紫外線照射器2を使用するのかを選択してもよい。あるいは、隙間の幅と波長の関係を示す関係式を定義し、この関係式に基づいて算出された波長に最も近い波長の紫外線を選択してもよい。
なお、基板処理装置10の前工程および後工程において、基板W1に対して種々の処理が行われる。例えば基板処理装置10の前工程において、エッチング処理、洗浄処理および乾燥処理が行われる。これらの処理においては、微細構造物P1のサイズに応じた処理条件(処理レシピ)が採用される。よって、これらの処理条件から、微細構造物P1の隙間の幅を推定することができる。したがって、情報取得部71は、基板W1に対して行われる処理条件を示す情報を取得してもよい。この場合、使用すべき紫外線照射器2を処理条件に対応づけたテーブル情報が記憶されていてもよい。
要するに、情報取得部71は微細構造物P1の幅に応じて変化する情報を取得し、選択部72がこの情報に基づいて紫外線照射器2を選択すればよい。
<基板処理装置10の動作>
図21は基板処理装置10Bの動作の一例を示す図である。ステップS11〜S14はそれぞれステップS1〜S4と同一である。ステップS14の次のステップS15にて、情報取得部71は基板保持部1に保持された基板W1の基板情報を取得する。この基板情報には、例えば微細構造物P1の隙間の幅を示す情報が含まれていてもよい。
次にステップS16にて、選択部72はどの紫外線照射器2を使用するのかを、基板情報に基づいて選択する。具体的な一例として、選択部72は微細構造物P1の隙間の幅が第1幅基準値(例えば15[nm])よりも小さい場合に、紫外線照射器2c〜2eを選択する。即ち、紫外線照射器2a,2bの不使用および紫外線照射器2c〜2edの使用を決定する。当該隙間の幅が第1幅基準値よりも大きく第2幅基準値(例えば30[nm])よりも小さい場合には、選択部72は紫外線照射器2b〜2dを選択する。即ち、紫外線照射器2a,2eの不使用および紫外線照射器2b〜2dの使用を決定する。当該隙間の幅が第2幅基準値よりも大きい場合には、選択部72は紫外線照射器2a〜2cを選択する。即ち、紫外線照射器2d,2eの不使用および紫外線照射器2a〜2cの使用を決定する。
なおステップS15,S16は必ずしもステップS14の後に実行する必要は無く、ステップS17よりも前に実行されればよい。
ステップS17にて、制御部7は、選択された紫外線照射器2に紫外線の照射を開始させる。これにより、微細構造物P1の隙間の幅に応じた適切な紫外線が基板W1の主面に照射され、低い電力消費で当該隙間に存在する有機物をより広範囲に分解して除去することができる。
ステップS18,S19はそれぞれステップS6,S7と同一である。
<選択動作の概念的な説明>
ここで、上述の選択動作をより一般的に説明しておく。この説明において、第1から第3の紫外線照射器を導入する。図20の表と対応して説明するために、一例として、第1から第3の紫外線照射器をそれぞれ紫外線照射器2b,2d,2eと対応させる。よって以下では、第1から第3の紫外線照射器に符号2b,2d,2eを適宜に括弧で付記する。またその波長についても同様に符号を括弧で付記する。なおこの符号は理解を容易にするためのものであり、第1から第3の紫外線照射器がそれぞれ紫外線照射器2b,2d,2eに限定されるものではない。
第1紫外線照射器(2b)は、第1ピーク波長(λb)を含むスペクトルで紫外線を照射し、第2紫外線照射器(2d)は、第1ピーク波長(λb)よりも長い第2ピーク波長(λd)を含むスペクトルで紫外線を照射し、第3紫外線照射器(2e)は、第1ピーク波長(λb)よりも長く第2ピーク波長(λd)と異なる第3ピーク波長(λe)を含むスペクトルで紫外線を照射する。
<微細構造物の隙間が狭い場合>
選択部72はこの選択動作において、微細構造物P1の隙間が狭い基板W1(例えば10[nm])に対しては、第1紫外線照射器(2b)を選択せずに、第2紫外線照射器(2d)および第3紫外線照射器(2e)を選択する(図18のステップS215,S217でYES)。短い第1ピーク波長(λb)の紫外線は他の紫外線に比べて狭い隙間に入り込みにくいので、第1紫外線照射器(2b)の電力消費を回避すべく、第1紫外線照射器(2b)の不使用を決定するのである(ステップS212またはステップS215でNO)。
しかも、この選択によれば、第2紫外線照射器(2d)の第1ピーク波長(λc)の紫外線および第3紫外線照射器(2e)の第2ピーク波長(λe)の紫外線が、微細構造物P1の隙間において強度不足を互いに補い合うことができる。したがって、微細構造物P1の隙間において、より広範囲に有機物を除去できる。
図11を参照して、第2紫外線照射器(2d)の第2ピーク波長(λd)の紫外線の強度がボトム値をとるときの深さ位置(例えば約30[nm])を中心とし、その紫外線の増減周期の半周期を幅とした領域(Rd)内で、第3紫外線照射器(2e)の第3ピーク波長(λe)の紫外線の強度がピーク値をとるとよい。これにより、これらの紫外線がより効果的に強度不足を補い合うことができる。
<微細構造物の隙間が広い場合>
一方で、選択部72は微細構造物P1の隙間(例えば20[nm])が広い基板W1に対しては、第1紫外線照射器(2b)を選択する(ステップS212またはステップS215でYES)とともに、第2紫外線照射器(2d)を選択する(ステップS217でYES)。
これによれば、微細構造物P1の隙間が広い基板W1に対しては、紫外線がより隙間に進入しやすくなった第1紫外線照射器(2b)を使用することで、短い第1ピーク波長(λb)の紫外線によってより効果的に有機物を除去する。さらに第1紫外線照射器(2b)および第2紫外線照射器(2d)からの紫外線が微細構造物P1の隙間における紫外線の強度不足を互いに補い合う。これにより、微細構造物P1の隙間においてより広範囲に有機物を除去することができる。
また図13を参照して、第1ピーク波長(λb)の紫外線の強度がボトム値をとるときの深さ位置(例えば約45[nm])を中心とし、その紫外線の増減周期の半周期を幅とした領域(例えばRb1)内において、第2ピーク波長(λd)の紫外線の強度がピーク値をとることが望ましい。これにより、これらの紫外線がより効果的に強度不足を補い合うからである。
また第3紫外線照射器(2e)は紫外線を照射しなくてもよい(ステップS220でNO)。これにより、電力消費を低減できる。
<微細構造物P1の隙間の深さ>
図22〜図25は、紫外線の強度についてのシミュレーション結果の一例を概略的に示す図である。図22および図24は、微細構造物P1の相互間の隙間の深さを異ならせたときのシミュレーション結果を示す。図22および図24における当該隙間の深さはそれぞれ100[nm]および50[nm]である。図23および図25はそれぞれ図22および図24の微細構造物P1の側面における紫外線の強度を波長λa〜λeごとに示すグラフである。図23においては隙間の深さが100[nm]であるので、横軸の範囲は0[nm]〜100[nm]であり、同様に図25においては横軸の範囲は0[nm]〜50[nm]である。微細構造物P1の幅および微細構造物P1の隙間の幅は図12の場合と同じである。つまり微細構造物P1の幅は10[nm]であり、隙間の幅も10[nm]である。よって、図12、図13、図22〜図25は、微細構造物P1の高さ(=隙間の深さ)を相違させたときのシミュレーション結果を示すことになる。
<隙間の深さ200[nm]>
微細構造物P1の隙間の深さが200[nm]である場合については、図12および図13を参照して説明した通りであるので、ここでは繰り返しの説明を避ける。
<隙間の深さ100[nm]>
次に微細構造物P1の隙間の深さが100[nm]である場合について述べる。図22および図23に示すように、最も短い波長λaの紫外線の強度は深さ位置が微細構造物P1の上端から下端に向かうにしたがって低下する。これは、短い波長λaの紫外線は回折しにくく、狭い隙間(ここでは幅が10[nm])には入り込みにくいからである。
一方で、波長λb〜λeの紫外線の強度は隙間の深さ方向において周期的に増減しており、そのピーク値は高い。つまり波長λa〜λeの紫外線は当該隙間に入り込むことができる。なお波長λb,λcの紫外線のピーク値は波長λd,λeの紫外線のピーク値の半分程度である。
有機物の除去処理においてどの紫外線を使用するかの考え方は上述の通りである。そこで隙間の深さが100[nm]程度である基板W1に対しては、その有機物の除去処理における紫外線を次のように選択する。すなわち、波長λaの紫外線は隙間に入り込みにくいので、これを使用しない(図18のステップS212でNO)。隙間に進入可能な波長のうち最も短い波長λbの紫外線は使用する(ステップS215でYES)。また波長λbの紫外線の強度がボトム値をとるときの深さ位置30[nm]近傍においてピーク値をとる波長λdの紫外線も使用する(ステップS217でYES)。波長λcの紫外線は使用してもよいものの、波長λbの紫外線の強度不足を効果的に補わないので、ここでは電力消費の低減を優先して使用しない(ステップS217でNO)。波長λeの紫外線は深さ位置30[nm]近傍における波長λbの紫外線の強度不足を補うので、使用してもよい(ステップS217でYES)。その一方で、この領域では、より短い波長λdがλbの紫外線の強度不足を補うことができるので、波長λeの紫外線は使用しなくてもよい(図19のステップS232)。ここでは、波長λeの紫外線も使用しない。
以上のように、微細構造物P1の隙間の深さが100[nm]程度である場合には、有機物の除去処理において、紫外線照射器2a,2c,2eに紫外線を照射させずに、紫外線照射器2b,2dに紫外線を照射させるように決定する。これにより、紫外線照射器2a,2c,2eによる電力消費を回避しつつ、微細構造物P1の隙間に存在する有機物をより広範囲で除去することができる。
<隙間の深さ50[nm]>
次に微細構造物P1の隙間の深さが50[nm]である場合について述べる。図24および図25に示すように、最も短い波長λaの紫外線の強度は深さ位置が微細構造物P1の上端から下端に向かうにしたがって低下する。これは、短い波長λaの紫外線は回折しにくく、狭い隙間(ここでは幅が10[nm])には入り込みにくいからである。
しかしながら、隙間の深さが50[nm]と浅いので、隙間の深さに対する紫外線の進入距離は相対的に長くなる。例えば図13、図23および図25を参照して、深さ位置20[nm]における波長λaの紫外線の強度は微細構造物P1の隙間の深さに依らず、ほぼ同一である。この深さ位置を波長λaの紫外線の進入距離とみなすと、隙間の深さが200[nm]と深い場合(図13)には、隙間の深さに対する進入距離は短い。具体的には、波長λaの紫外線は隙間の全体に対して10分の1(=進入距離20[nm]/隙間の深さ200[nm])しか入り込めない。一方で、隙間の深さが50「nm」と浅い場合(図25)には、隙間の深さに対する進入距離が長くなる。具体的には隙間の全体の5分の2(=進入距離20[nm]/隙間の深さ50[nm])まで、波長λaの紫外線が入り込む。よって、この場合には、波長λaの紫外線も当該隙間に十分に入り込むことができると考えることができる。
波長λb〜λeの紫外線の強度は隙間の深さ方向において増減しており、十分に高い値をとる。つまり波長λa〜λeの紫外線も当該隙間に入り込むことができる。以上のように、隙間が浅い場合には、全ての波長λa〜λeの紫外線は隙間に入り込むと考えることができる。
上記シミュレーション結果および上記考え方に基づいて、次のように紫外線を選択する。すなわち、微細構造物P1の隙間の深さが50[nm]程度である基板W1に対する有機物の除去処理においては、波長λa,λeの紫外線を使用し、波長λb〜λcの紫外線を使用しない。つまり、最も短い波長λaの紫外線を使用し(図6のステップS100)、この紫外線の強度が低くなる領域で高くなる波長λeの紫外線も使用する(図6のステップS200)。波長λb〜λcの紫外線を使用してもよいものの、ここでは電力消費の回避を優先して波長λb〜λcの紫外線は使用しない。
以上のように、微細構造物P1の隙間の深さが50[nm]程度である場合には、有機物の除去処理において、紫外線照射器2b〜2dに紫外線を照射させずに、紫外線照射器2a,2eに紫外線を照射させる。これにより、紫外線照射器2b〜2cによる電力消費を回避しつつ、微細構造物P1の隙間に存在する有機物をより広範囲で除去することができる。
図26は、基板W1の表面に形成された微細構造物P1の隙間の深さと、その基板W1に照射する紫外線の波長との関係の一例を示す図である。
<基板処理装置10Bの動作>
基板処理装置10Bの具体的な動作の一例は図21と同様である。ただし基板W1の基板情報には、微細構造物P1の隙間の深さを示す情報が含まれている。ステップS16では、選択部72はどの紫外線照射器2を使用するかをその深さの情報に応じて上述のように選択する。具体的には選択部72は、微細構造物P1の隙間の深さが第1深さ基準値(例えば150[nm])よりも深いときに、紫外線照射器2a,2bの不使用および紫外線照射器2c〜2eの使用を決定し、隙間の深さが第1深さ基準値よりも浅く第2深さ基準値(例えば75[nm])よりも深いときに、紫外線照射器2a,2c,2eの不使用および紫外線照射器2b,2dの使用を決定し、隙間の深さが第2深さ基準値よりも浅いときに、紫外線照射器2c〜2dの不使用および紫外線照射器2a,2eの使用を決定する。
<選択動作の概念的な説明>
ここでも、上述の選択動作をより一般的に説明しておく。この説明においても、第1から第3の紫外線照射器を導入する。ここでは図26の表と対応して説明するために、一例として、波長λb〜λdの紫外線をそれぞれ照射する紫外線照射器2b〜2dに着目する。ここでは、第1紫外線照射器の一例として紫外線照射器2bを想定し、第2紫外線照射器の一例として紫外線照射器2dを想定し、第3紫外線照射器の一例として紫外線照射器2cを想定する。
この第1紫外線照射器(2b)は、第1ピーク波長(λb)を含むスペクトルで紫外線を照射し、第2紫外線照射器(2d)は、第1ピーク波長(λb)よりも長い第2ピーク波長(λd)を含むスペクトルで紫外線を照射し、第3紫外線照射器(2c)は、第1ピーク波長(λb)よりも長く第2ピーク波長(λd)と異なる第3ピーク波長(λc)を含むスペクトルで紫外線を照射する。
<微細構造物の隙間が深い場合>
選択部72はこの選択動作において、微細構造物P1の隙間が深い基板W1(例えば200[nm])に対しては、第1紫外線照射器(2b)に紫外線を照射させずに(図18のステップS212でNO)、第2紫外線照射器(2d)および第3紫外線照射器(2c)に紫外線を照射させる(ステップS215,217でYES)ように決定する。
これによれば、微細構造物P1の隙間が深い基板W1に対しては、紫外線が当該隙間に入り込みにくい第1紫外線照射器(2b)の電力消費を回避しつつ、第2紫外線照射器(2d)および第3紫外線照射器(2c)の紫外線が微細構造物P1の隙間における強度不足を互いに補い合う。これにより、微細構造物の隙間においてより広範囲に有機物を除去できる。
図13を参照して、第2ピーク波長(λd)の紫外線の強度がボトム値をとるときの深さ位置(例えば約30[nm])を中心とし、その紫外線の増減周期の半周期を幅とした領域(Rd)内で、第3ピーク波長(λc)の紫外線の強度がピーク値をとるとよい。これにより、これらの紫外線がより効果的に強度不足を補い合うことができる。
<微細構造物の隙間が浅い場合>
一方で、選択部72は微細構造物P1の隙間が浅い基板W1(例えば100[nm])に対しては、第1紫外線照射器(2b)および第2紫外線照射器(2d)に紫外線を照射させるように決定する(図18のステップS215,S217でYES)。
これによれば、微細構造物P1の隙間が浅い基板W1に対しては、相対的に紫外線が隙間に進入しやすくなった第1紫外線照射器(2b)を使用することで、短い第1ピーク波長(λb)の紫外線によってより効果的に有機物を除去できる。さらに第1紫外線照射器(2b)および第2紫外線照射器(2d)の紫外線は、微細構造物P1の隙間における強度不足を互いに補い合う。これにより、微細構造物P1の隙間においてより広範囲に有機物を除去することができる。
図23を参照して、第1ピーク波長(λb)の紫外線の強度がボトム値をとるときの深さ位置(例えば約30[nm])を中心とし、その紫外線の増減周期の半周期を幅とした領域(Rb2)内で、第2ピーク波長(λd)の紫外線の強度がピーク値をとることが望ましい。これにより、これらの紫外線がより効果的に強度不足を補い合うからである。
この場合、第3紫外線照射器(2c)は紫外線を照射しなくてもよい。これにより、電力消費を低減できる。
図11を参照して、情報取得部71は、微細構造物P1の隙間の深さに応じて変化する情報(例えば基板W1の識別情報、当該隙間の深さを示す情報、または、基板処理装置10の前工程あるいは後工程における基板W1の処理条件を示す情報)を取得する。
選択部72はどの紫外線照射器2を使用するのかを情報に基づいて選択する。例えば図26の表はテーブル情報として制御部7の記憶媒体(例えばROMなど)に記憶されていてもよい。選択部72は、情報取得部71によって取得した情報およびテーブル情報を参照して、どの紫外線照射器2を使用するのかを選択してもよい。あるいは、隙間の深さと波長の関係を示す関係式を定義し、この関係式に基づいて算出された波長に最も近い波長の紫外線を選択してもよい。
1,1A 基板保持手段(基板保持部)
2,2A,2a〜2e 紫外線照射手段(紫外線照射器)
4A,42,42a,42b 気体供給手段(気体供給部)
7 制御手段(制御部)
8A 移動手段(移動機構)
15 回転手段(回転機構)
71 情報取得手段
72 選択手段(選択部)

Claims (20)

  1. 基板を保持する基板保持手段と、
    前記基板保持手段によって保持された複数の微細構造物が形成された前記基板の前記微細構造物の間の隙間に、互いに異なるスペクトルで紫外線を照射する複数の紫外線照射手段と、
    前記複数の紫外線照射手段を制御する制御手段と
    を備え
    前記制御手段は、互いに異なるスペクトルを有することにより、前記隙間において強度が足りない領域の強度不足を互いに補う複数の紫外線が前記隙間に入り込むことができるように前記複数の紫外線照射手段を制御する、基板処理装置。
  2. 請求項1に記載の基板処理装置であって、
    前記複数の紫外線照射手段は第1紫外線照射手段および第2紫外線照射手段を含み、
    前記第1紫外線照射手段から出力される第1紫外線の強度は、前記微細構造物の前記隙間において深さ方向に第1周期で増減し、
    前記第2紫外線照射手段から出力される第2紫外線の強度は、前記微細構造物の前記隙間において前記深さ方向に第2周期で増減し、
    前記第1紫外線の強度がボトム値をとるときの前記深さ方向の位置を中心とし、前記深さ方向の幅が前記第1周期の半周期に相当する第1領域内において、前記第2紫外線の強度がピーク値をとる、基板処理装置。
  3. 請求項2に記載の基板処理装置であって、
    前記複数の紫外線照射手段は第3紫外線照射手段を含み、
    前記第3紫外線照射手段から出力される第3紫外線の強度は、前記微細構造物の前記隙間において前記深さ方向に第3周期で増減し、
    前記第3紫外線の強度がボトム値をとるときの前記深さ方向の位置を中心とし、前記深さ方向の幅が前記第3周期の半周期に相当する第2領域と、前記第1領域とが互いに重複する領域内において、前記第2紫外線の強度がピーク値をとる、基板処理装置。
  4. 請求項1に記載の基板処理装置であって、
    前記複数の紫外線照射手段は3つ以上あり、
    前記制御手段は、
    前記微細構造物の前記隙間の幅および深さの少なくともいずれか一方に応じて変化する情報を取得する取得手段と、
    前記複数の紫外線照射手段のうち2以上の紫外線照射手段に紫外線を照射させるかを、前記微細構造物の前記隙間の幅および前記深さの少なくともいずれか一方に応じて選択する選択動作を、前記情報に基づいて行う選択手段と
    を備える、基板処理装置。
  5. 請求項4に記載の基板処理装置であって、
    前記選択手段は、前記微細構造物の隙間が広い、または、浅いほど、波長が短い紫外線照射手段を前記情報に基づいて選択する、基板処理装置。
  6. 請求項5に記載の基板処理装置であって、
    前記複数の紫外線照射手段は、
    第1ピーク波長を含むスペクトルで第1紫外線を照射する第1紫外線照射手段と、
    前記第1ピーク波長よりも長い第2ピーク波長を含むスペクトルで第2紫外線を照射する第2紫外線照射手段と
    を含み、
    前記選択手段は前記情報に基づいて第1紫外線照射手段および第2紫外線照射手段を選択し、
    前記第1紫外線の強度は前記微細構造物の前記隙間で深さ方向において第1周期で増減し、
    前記第1紫外線の強度がボトム値をとるときの前記深さ方向の位置を中心とし、前記深さ方向の幅が前記第1周期の半周期に相当する領域内において、前記第2紫外線の強度がピーク値をとる、基板処理装置。
  7. 請求項に記載の基板処理装置であって、
    前記複数の紫外線照射手段は、
    前記第2ピーク波長よりも長い第3ピーク波長を含むスペクトルで第3紫外線を照射する第3紫外線照射手段を含み、
    前記選択手段は、
    第1情報に基づいて、前記第1紫外線照射手段および前記第2紫外線照射手段を選択し、前記第3紫外線照射手段を選択せず、
    前記第1情報よりも前記微細構造物の前記隙間が狭いまたは深い第2情報に基づいて、前記第2紫外線照射手段および前記第3紫外線照射手段を選択する、基板処理装置。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか一つに記載の基板処理装置であって、
    前記複数の紫外線照射手段の各々と前記基板保持手段との間の距離は、前記複数の紫外線照射手段によって照射される紫外線のピーク波長が長いほど、短い、基板処理装置。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか一つに記載の基板処理装置であって、
    前記制御手段は、前記複数の紫外線照射手段の各々の照射期間の少なくとも一部が重なるように、前記複数の紫外線照射手段を制御する、基板処理装置。
  10. 請求項1から請求項9のいずれか一つに記載の基板処理装置であって、
    前記複数の紫外線照射手段は、前記基板保持手段によって保持された基板と空間を隔てて対向しており、
    前記基板処理装置は、前記空間へと不活性ガスを供給する気体供給手段を更に備える、基板処理装置。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか一つに記載の基板処理装置であって、
    前記複数の紫外線照射手段の各々は前記基板保持手段によって保持された基板の表面の全面に紫外線を照射する、基板処理装置。
  12. 請求項1から請求項11のいずれか一つに記載の基板処理装置であって、
    前記基板保持手段を水平方向に沿って前記複数の紫外線照射手段に対して相対的に移動させる移動手段を更に備える、基板処理装置。
  13. 請求項1から請求項12のいずれか一つに記載の基板処理装置であって、
    基板の表面に直交する回転軸を中心として基板保持手段を回転させる回転手段を更に備える、基板処理装置。
  14. 請求項1から請求項13のいずれか一つに記載の基板処理装置であって、
    前記微細構造物のアスペクト比は3.5以上、前記微細構造物のピッチは50nm以下、または、前記微細構造物の間隔は40nm以下である、基板処理装置。
  15. 基板保持手段が基板を保持し、
    複数の紫外線照射手段が、前記基板保持手段に保持された複数の微細構造物が形成された前記基板の前記微細構造物の間の隙間に、互いに異なるスペクトルで紫外線を照射し、
    互いに異なるスペクトルを有することにより、前記隙間において強度が足りない領域の強度不足を互いに補う複数の紫外線が前記隙間に入り込むことができるように前記複数の紫外線照射手段を制御する、基板処理方法。
  16. 複数の微細構造物が形成された基板を保持する基板保持部と、前記基板の前記微細構造物の隙間に紫外線を照射する複数の紫外線照射手段を有する基板処理装置において、紫外線照射手段を選択する方法であって、
    微細構造物の間の隙間に進入可能な第1紫外線を照射する第1紫外線照射手段を選択する第1工程と、
    前記第1紫外線のピーク波長よりも長いピーク波長を有し、前記微細構造物の隙間において前記第1紫外線の強度が不足する領域の強度不足を補う第2紫外線を照射する第2紫外線照射手段を選択する第2工程と
    を備える、紫外線照射手段の選択方法。
  17. 請求項16に記載の紫外線照射手段の選択方法であって、
    前記第1工程において、前記第1紫外線の強度が前記微細構造物の隙間の深さ方向において周期的に増減する場合、前記第1紫外線の強度の少なくとも一つのピーク値のうち最小となるピーク値が基準値よりも大きいと判断したときに、前記第1紫外線照射手段を選択する、紫外線照射手段の選択方法。
  18. 請求項17に記載の紫外線照射手段の選択方法であって、
    前記第2工程において、前記第1紫外線の強度がボトム値をとるときの前記深さ方向の位置を中心とし、前記深さ方向の幅が前記第1紫外線の強度の半周期に相当する領域内において、前記第2紫外線の強度がピーク値をとると判断したときに、前記第2紫外線照射手段を選択する、紫外線照射手段の選択方法。
  19. 請求項18に記載の紫外線照射手段の選択方法であって、
    第3紫外線照射手段から照射され前記第2紫外線のピーク波長よりも長いピーク波長を有する第3紫外線の強度、および、前記第2紫外線の強度の両方が前記領域においてピーク値をとる場合に、前記第2紫外線照射手段を選択し、前記第3紫外線照射手段を選択しない、紫外線照射手段の選択方法。
  20. 請求項16に記載の紫外線照射手段の選択方法であって、
    前記第1工程において、前記第1紫外線の強度が前記微細構造物の隙間の深さ方向において単調減少するときには、所定の深さ位置における前記第1紫外線の強度が基準値よりも大きいと判断したときに、前記第1紫外線照射手段を選択する第3工程を更に備える、紫外線照射手段の選択方法。
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