JP7030633B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
たとえば、ドライエッチング工程等を経て、凹凸を有する微細なパターンを形成した基板の表面(パターン形成面)には、反応副生成物であるエッチング残渣、金属不純物や有機汚染物質等が付着していることがある。これらの物質を基板の表面から除去するために、薬液(エッチング液、洗浄液等)を用いた薬液処理が実施される。また、薬液処理の後には、薬液をリンス液によって除去するリンス処理が行われる。典型的なリンス液は、脱イオン水等である。その後、基板の表面からリンス液を除去することによって基板を乾燥させる乾燥処理が行われる。
また、ターシャリーブタノールの凝固点は、一般的な基板処理に用いられる室温(22℃~25℃の範囲内で、たとえば約23℃)より、やや高い(約25.7℃)。そのため、ターシャリーブタノールのような室温以上の凝固点を有する昇華性物質を用いる場合、配管内での凝固を防止するために、配管内の昇華性物質に熱を与える必要がある。具体的には、温度調節機構を配管に設けることが考えられる。この場合、昇華性物質が流通する配管の全域に、温度調節機構を設けることが望ましい。そのため、コストが大きく増大するおそれがある。また、装置トラブルによる温度調節機構の停止等により、昇華性物質が配管内で凝固すると、復旧のために多大の時間を要してしまう。すなわち、ターシャリーブタノールのような室温以上の凝固点を有する昇華性物質をそのまま基板乾燥に用いる場合には、配管内での昇華性物質の凝固の懸念が残る。
また、この発明の他の目的は、乾燥補助物質の意図しない凝固を大きなコストアップなく回避しながら、基板の表面を良好に処理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ことである。
この構成によれば、昇華性物質と、第1の溶媒と、薬剤とが互いに混ざり合った混合乾燥補助物質が、基板の表面に供給される。この場合固化膜が、昇華性物質だけでなく薬剤を含むことがある。この場合、固化膜に、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を薬剤によって阻害することができる。これにより、固化膜においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
この構成によれば、乾燥補助物質と、第1の溶媒と、第2の溶媒とが互いに混ざり合った混合乾燥補助物質が、基板の表面に供給される。固化膜が、乾燥補助物質だけでなく第2の溶媒を含むことがある。この場合、固化膜に、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を第2の溶媒によって阻害することができる。これにより、固化膜においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
この構成によれば、第1の溶媒の蒸気圧が、乾燥補助物質の蒸気圧および第2の溶媒の蒸気圧より高い。そのため、基板の表面に存在する混合乾燥補助物質から第1の溶媒が優先的に蒸発させられ、これにより、乾燥補助物質を含む固化膜が形成される。固化膜には、乾燥補助物質だけでなく、第2の溶媒が含まれることがある。この場合、固化膜に、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を第2の溶媒によって阻害することができる。これにより、固化膜においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
この構成によれば、基板の表面に供給された混合乾燥補助物質から第1の溶媒を蒸発させながら、当該混合乾燥補助物質が固化される。第1の溶媒の蒸発に伴って、乾燥補助物質が析出される。これにより、混合乾燥補助物質の固化が進行する。
この構成によれば、乾燥補助物質および第2の溶媒が固化膜に含まれる場合には、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を第2の溶媒によって阻害することができる。これにより、固化膜においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
この構成によれば、乾燥補助物質の蒸気圧が第2の溶媒の蒸気圧より高い。そのため、基板の表面に存在する混合乾燥補助物質から第2の溶媒は蒸発しない。固化膜が、乾燥補助物質だけでなく第2の溶媒も含むので、固化膜に、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を第2の溶媒によって阻害することができる。これにより、固化膜においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
この構成によれば、液体状の第2の溶媒が固化膜に含まれている。そのため、固化膜から乾燥補助物質が除去された後に、液体状の第2の溶媒が残留する。
この発明の一実施形態では、前記制御装置が、前記除去工程の後に、前記基板の表面から、液体状の前記第2の溶媒を蒸発させる溶媒蒸発工程をさらに実行する。
この発明の一実施形態では、前記基板の表面にはパターンが形成され、前記除去工程の後に残存する前記第2の溶媒の厚みが前記パターンの高さよりも薄い。
この発明の一実施形態では、前記混合乾燥補助物質が、前記第2の溶媒を、前記乾燥補助物質および前記第1の溶媒の双方よりも少ない割合で含有する。
この発明の一実施形態では、前記混合乾燥補助物質が、前記乾燥補助物質を、前記第1の溶媒よりも少ない割合で含有する。
固化前の液膜の膜厚が厚ければ厚いほど、固化膜形成工程によって形成される固化膜に残留する内部応力(歪み)が大きくなる。固化膜形成工程の開始前における液膜の膜厚を薄くすることで、固化膜形成工程によって形成される固化膜に残留する内部応力を、できるだけ小さくすることができる。
この発明の一実施形態では、前記固化膜形成工程によって形成される前記固化膜において、前記乾燥補助物質が前記第2の溶媒よりも多く含まれており、かつ前記第2の溶媒が前記固化膜に分散した状態で存在している。
この構成によれば、乾燥補助物質、第1の溶媒および第2の溶媒を含む混合乾燥補助物質は、乾燥補助物質および第1の溶媒を含み、かつ第2の溶媒を含まない液体よりも、固化膜の形成速度が遅い。
この明細書において、「室温」とは、基板処理装置が設置される室内における温度をいう。一般的には、22℃~25℃の範囲内で、たとえば約23℃である。
この構成によれば、混合乾燥補助物質の凝固点が室温よりも低いので、室温において、混合乾燥補助物質が液状を維持する。そのため、乾燥補助物質の意図しない凝固を確実に回避できる。
この構成によれば、混合乾燥補助物質において、昇華性物質と第1の溶媒と薬剤とが互いに溶け合った態様にできる。そのため、混合乾燥補助物質において、昇華性物質と第1の溶媒と薬剤とを偏りなく均一に混ざり合わせることができる。
固化前の液膜の膜厚が厚ければ厚いほど、固化膜形成工程によって形成される固化膜に残留する内部応力(歪み)が大きくなる。固化膜形成工程の開始前における液膜の膜厚を薄くすることで、固化膜形成工程によって形成される固化膜に残留する内部応力を、できるだけ小さくすることができる。
この発明の一実施形態では、前記基板処理装置が、前記基板保持ユニットに保持されている基板の表面に対し処理液を供給するための処理液供給ユニットをさらに含む。そして、前記制御装置が、前記混合乾燥補助物質供給工程に先立って、前記処理液供給ユニットによって前記基板の表面に処理液を供給する工程をさらに実行してもよい。また、前記制御装置が、前記混合乾燥補助物質供給工程において、処理液が付着している前記基板の表面に前記混合乾燥補助物質を供給する工程を実行してもよい。
この発明の一実施形態では、前記基板処理装置が、第1のチャンバと、前記第1のチャンバとは別の第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間で基板を搬送するための基板搬送ユニットとをさらに含む。そして、前記制御装置が、前記第1のチャンバの内部で前記固化膜形成工程を実行し、かつ前記第2のチャンバの内部で前記除去工程を実行する。
この構成によれば、昇華性物質と、第1の溶媒と、薬剤とが互いに混ざり合った混合乾燥補助物質が、基板の表面に供給される。この場合固化膜が、昇華性物質だけでなく薬剤を含むことがある。この場合、固化膜に、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を薬剤によって阻害することができる。これにより、固化膜においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
この構成によれば、乾燥補助物質と、第1の溶媒と、第2の溶媒とが互いに混ざり合った混合乾燥補助物質が、基板の表面に供給される。固化膜が、乾燥補助物質だけでなく第2の溶媒を含むことがある。この場合、固化膜に、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を第2の溶媒によって阻害することができる。これにより、固化膜においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
この構成によれば、第1の溶媒の蒸気圧が、乾燥補助物質の蒸気圧および第2の溶媒の蒸気圧より高い。そのため、基板の表面に存在する混合乾燥補助物質から第1の溶媒が優先的に蒸発させられ、これにより、乾燥補助物質を含む固化膜が形成される。固化膜には、乾燥補助物質だけでなく、第2の溶媒が含まれることがある。この場合、固化膜に、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を第2の溶媒によって阻害することができる。これにより、固化膜においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
この構成によれば、基板の表面に供給された混合乾燥補助物質から第1の溶媒を蒸発させながら、当該混合乾燥補助物質が固化される。第1の溶媒の蒸発に伴って、乾燥補助物質が析出される。これにより、混合乾燥補助物質の固化が進行する。
この構成によれば、乾燥補助物質および第2の溶媒が固化膜に含まれる場合には、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を第2の溶媒によって阻害することができる。これにより、固化膜においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
この構成によれば、乾燥補助物質の蒸気圧が第2の溶媒の蒸気圧より高い。そのため、基板の表面に存在する混合乾燥補助物質から第2の溶媒は蒸発しない。固化膜が、乾燥補助物質だけでなく第2の溶媒も含むので、固化膜に、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を第2の溶媒によって阻害することができる。これにより、固化膜においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
図1は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置を上から見た模式図である。基板処理装置1は、シリコンウエハなどの基板Wを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。この実施形態では、基板Wは、円板状の基板である。基板処理装置1は、薬液およびリンス液を含む処理液で基板Wを処理する複数の処理ユニット2と、処理ユニット2で処理される複数枚の基板Wを収容する基板収容器が載置されるロードポートLPと、ロードポートLPと処理ユニット2との間で基板Wを搬送するインデクサロボットIRおよび基板搬送ロボットCRと、基板処理装置1を制御する制御装置3とを含む。インデクサロボットIRは、基板収容器と基板搬送ロボットCRとの間で基板Wを搬送する。基板搬送ロボットCRは、インデクサロボットIRと処理ユニット2との間で基板Wを搬送する。複数の処理ユニット2は、たとえば、同様の構成を有している。基板処理装置1は、常圧かつ室温(たとえば約23℃)環境下で設置されている。
処理ユニット2は、箱形のチャンバ4と、チャンバ4内で一枚の基板Wを水平な姿勢で保持して、基板Wの中心を通る鉛直な回転軸線A1まわりに基板Wを回転させるスピンチャック(基板保持ユニット)5と、スピンチャック5に保持されている基板Wの上面(基板Wの表面Wa(図4参照))に薬液(処理液)を供給する薬液供給ユニット(処理液供給ユニット)6と、スピンチャック5に保持されている基板Wの上面にリンス液(処理液)を供給するリンス液供給ユニット(処理液供給ユニット)7と、スピンチャック5に保持されている基板Wの上面に溶媒(処理液)を供給する溶媒供給ユニット(処理液供給ユニット)8と、スピンチャック5に保持されている基板Wの上面に混合昇華剤(混合乾燥補助物質)を供給する混合昇華剤供給ユニット(混合乾燥補助物質供給ユニット)9と、スピンチャック5に保持されている基板Wの上面に対向し、基板Wの上方の空間をその周囲の雰囲気から遮断する遮断部材10と、スピンチャック5に保持されている基板Wの下面(基板Wの裏面Wb(図7A等参照))の中央部に向けて処理液を吐出する下面ノズル11と、スピンチャック5の側方を取り囲む筒状の処理カップ12とを含む。
スピンベース18は、基板Wの外径よりも大きな外径を有する水平な円形の上面18aを含む。上面18aには、その周縁部に複数個(3個以上。たとえば6個)の挟持部材19が配置されている。複数個の挟持部材19は、上面18aの周縁部において、基板Wの外周形状に対応する円周上で適当な間隔を空けてたとえば等間隔に配置されている。
遮断板20は、その下面に、基板Wの上面全域に対向する円形の基板対向面20aを有している。基板対向面20aの中央部には、遮断板20を上下に貫通する円筒状の貫通穴20bが形成されている。貫通穴20bに、上面ノズル21が挿通している。基板対向面20aの外周縁には、全域に亘って下方に向けて突出する筒状部が形成されていてもよい。
遮断部材10には、電動モータ、ボールねじ等を含む構成の遮断部材昇降ユニット22(図4参照)が結合されている。遮断部材昇降ユニット22は、遮断板20および上面ノズル21を鉛直方向に昇降する。
薬液配管34に供給される薬液は、洗浄液およびエッチング液を含む。さらに具体的には、薬液は、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水、有機酸(たとえばクエン酸、蓚酸など)、有機アルカリ(たとえば、TMAH:テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなど)および界面活性剤、腐食防止剤の少なくとも1つを含む液である。
さらに、リンス液供給ユニット7は、上面ノズル21を、リンス液ノズルとして備えていてもよい。すなわち、リンス液配管37からのリンス液が上面ノズル21に供給されていてもよい。
溶媒配管44に供給される溶媒は、混合昇華剤供給ユニット9によって供給される混合昇華剤に対する可溶性(混和性)を有している。すなわち、溶媒は、混合昇華剤に含まれる昇華性物質、第1の溶媒および第2の溶媒に対する可溶性(混和性)を有している。溶媒は、基板Wの表面Waへの混合昇華剤の供給に先立って表面Waに供給される前供給液として用いられる。
溶媒配管44に供給される溶媒の具体例は、たとえばIPA(isopropyl alcohol)に代表される有機溶媒である。このような有機溶媒として、IPA以外に、たとえば、メタノール、エタノール、アセトン、EG(エチレングリコール)、HFE(ハイドロフルオロエーテル)、n-ブタノール、t-ブタノール、イソブチルアルコールおよび2-ブタノールを例示することができる。また、有機溶媒としては、単体成分のみからなる場合だけでなく、他の成分と混合した液体であってもよい。また、それ以外の溶媒を用いることもできる。
昇華性物質、第1の溶媒および第2の溶媒の組み合わせとして、1,3,5-トリオキサン(trioxane)、IPAおよびPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)の組み合わせを例示できる。1,3,5-トリオキサン、IPAおよびPGMEAの蒸気圧は、たとえば、それぞれ、2.3kPa、4.3kPa、0.5kPaである。
昇華性物質(1,3,5-トリオキサン)の常圧での凝固点TF0は、64℃である。昇華性物質と第1の溶媒との混合による凝固点降下により、混合昇華剤の凝固点TFMが、昇華性物質の凝固点TF0よりも下がる。混合昇華剤の凝固点TFMは、混合昇華剤に含まれる第1の溶媒の含有割合に依存する。図3に示すように、第1の溶媒の含有割合が大きくなると、混合昇華剤の凝固点TFMが室温未満に下がる。本実施の形態での第1の溶媒の含有割合は、約90%である。もちろん、第2の溶媒も混合昇華剤の凝固点降下に僅かながら寄与しているのであるが、混合昇華剤における第2の溶媒の混合割合が微小に少ないため、混合昇華剤の凝固点降下に与える影響はほとんど無視できる。
冷却流体バルブ56が開かれると、冷却流体供給源からの冷却流体が、冷却流体配管52および下面供給配管51を介して下面ノズル11に供給される。下面ノズル11に供給された冷却流体は、吐出口11aからほぼ鉛直上向きに吐出される。下面ノズル11から吐出された冷却流体液は、スピンチャック5に保持された基板Wの下面中央部に対してほぼ垂直に入射する。この実施形態では、下面ノズル11、冷却流体配管52および冷却流体バルブ56によって冷却ユニットが構成されている。
制御装置3は、たとえばマイクロコンピュータを用いて構成されている。制御装置3はCPU等の演算ユニット、固定メモリデバイス、ハードディスクドライブ等の記憶ユニット、および入出力ユニットを有している。記憶ユニットには、演算ユニットが実行するプログラムが記憶されている。
以下では、パターン形成面である、表面Waにパターン100が形成された基板Wを処理する場合について説明する。
パターン100は、たとえば絶縁膜を含む。また、パターン100は、導体膜を含んでいてもよい。より具体的には、パターン100は、複数の膜を積層した積層膜により形成されており、さらには、絶縁膜と導体膜とを含んでいてもよい。パターン100は、単層膜で構成されるパターンであってもよい。絶縁膜は、シリコン酸化膜(SiO2膜)やシリコン窒化膜(SiN膜)であってもよい。また、導体膜は、低抵抗化のための不純物を導入したアモルファスシリコン膜であってもよいし、金属膜(たとえばTiN膜)であってもよい。
図6は、処理ユニット2による基板処理例を説明するための流れ図である。図7A~7Fは、この基板処理例が実行されているときの基板Wの周辺の状態を示す模式図である。 図8A~8Eは、この基板処理例が実行されているときの基板Wの表面Wa付近の状態を示す拡大図である。
制御装置3は、ノズル等が全てスピンチャック5の上方から退避しており、遮断部材10が退避位置に配置されている状態で、基板Wを保持している基板搬送ロボットCR(図1参照)のハンドHをチャンバ4の内部に進入させる。これにより、基板Wがその表面Waを上方に向けた状態でスピンチャック5に受け渡され、スピンチャック5に保持される。
基板Wの回転速度が液処理速度に達すると、制御装置3は、薬液工程(図6のステップS2)を実行開始する。具体的には、制御装置3は、ノズル移動ユニット33を制御して、薬液ノズル31を、退避位置から処理位置に移動させる。また、制御装置3は、薬液バルブ35を開く。これにより、薬液配管34を通って薬液ノズル31に薬液が供給され、薬液ノズル31の吐出口から吐出された薬液が基板Wの表面Waに着液する。
次いで、制御装置3は、基板W上の薬液をリンス液に置換して、基板Wの表面Waを洗い流すリンス工程(図6のステップS3)を実行する。具体的には、制御装置3は、リンス液バルブ38を開く。それにより、回転状態の表面Waの中央部に向けて、リンス液ノズル36からリンス液が吐出される。基板Wの表面Waに供給されたリンス液は、基板Wの回転による遠心力を受けて基板Wの周縁部に移動して、基板Wの周縁部から基板Wの側方に排出される。これにより、基板W上に付着している薬液がリンス液によって洗い流される。
次いで、制御装置3は、置換工程(図6のステップS4)を実行する。置換工程(S4)は、基板W上のリンス液を、リンス液(水)および混合昇華剤の双方に親和性を有する溶媒(この例では、IPA等の有機溶媒)に置換する工程である。
溶媒の吐出開始から予め定める期間が経過すると、制御装置3は、溶媒バルブ45を閉じて、溶媒ノズル41からの溶媒の吐出を停止する。これにより、置換工程(S4)が終了する。また、制御装置3は、溶媒ノズル41を退避位置に戻す。
具体的には、制御装置3は、ノズル移動ユニット48を制御して、混合昇華剤ノズル46を、スピンチャック5の側方の退避位置から、基板Wの表面Waの中央部に上方に移動させる。そして、制御装置3は、混合昇華剤バルブ50を開いて、図7Aに示すように、基板Wの上面(表面Wa)の中央部に向けて混合昇華剤ノズル46から混合昇華剤を吐出する。前述のように、混合昇華剤ノズル46に供給される混合昇華剤は、その凝固点TFM(図3参照)が、大気圧下において室温未満になるように、第1の溶媒および第2の溶媒の含有割合(とくに第1の溶媒の含有割合)が定められている。そのため、混合昇華剤ノズル46から吐出される混合昇華剤は、液体状を維持している。
次いで、混合昇華剤の液膜71の膜厚を減少させる膜厚減少工程(図6のステップS6)が実行される。
固化膜形成工程(S7)は、混合昇華剤から第1の溶媒を蒸発させながら、混合昇華剤に含まれる昇華性物質を固化する工程である。
この実施形態では、固化膜形成工程(S7)が、基板Wの表面Waに、気体としての不活性ガスを吹き付ける気体吹き付け工程と、基板Wの表面Waを冷却する冷却工程と、基板Wを所定の回転速度で回転させる基板回転工程とを含む。気体吹き付け工程と、冷却工程と、基板回転工程とは、互いに並行して実行される。
気体吹き付け工程において、制御装置3が気体バルブ25を開く。それにより、図7Cに示すように、回転状態の基板Wの表面Waの中央部に向けて、上面ノズル21の吐出口21aから除湿された不活性ガスが吐出される。上面ノズル21からの不活性ガスは、基板Wの表面Waに吹き付けられる。また、遮断空間30を基板Wの表面Waに吹き付けられた不活性ガスは、遮断空間30を基板Wの外周部に向けて移動する。このような不活性ガスの吹き付けにより、薄膜72に含まれる混合昇華剤からの第1の溶媒の蒸発が促進される。
不活性ガスの吐出開始から予め定める期間が経過すると、図7Dおよび図8Cに示すように、薄膜72に含まれる昇華性物質の全てが固化し、基板Wの表面Waに、基板Wの表面Waの全域を覆う固化膜73が形成される。固化膜73の形成が終了するタイミングで、制御装置3が冷却流体バルブ56を閉じる。これにより、基板Wの裏面Wbへの冷却流体の供給が停止される 。
前述のように、混合昇華剤ノズル46から吐出される混合昇華剤における、昇華性物質(1,3,5-トリオキサン)と第1の溶媒(IPA)との混合比(含有割合比)は、第1の溶媒の含有割合の方が、昇華性物質の含有割合よりも多い(約9:1)。一方で、固化膜73は、第1の溶媒を含有しない。その結果、固化膜73の膜厚W13が、固化膜形成工程(S7)の開始時における薄膜72の膜厚W12よりも薄くなる。固化膜73の膜厚は、パターン100の高さTよりも高い範囲内において可能な限り薄く、すなわち低く設定されることが望ましい。固化膜73の膜厚は、薄膜72の厚みの調整や、基板Wに供給される加熱流体の温度や、混合昇華剤ノズル46から吐出される混合昇華剤における、昇華性物質と第1の溶媒との混合比によって調整される。
固化前の液膜(薄膜72)の膜厚が厚ければ厚いほど、固化膜形成工程(S7)によって形成される固化膜73に残留する内部応力(歪み)が大きくなる。固化膜形成工程(S7)の開始直前における液膜(薄膜72)の膜厚を薄くすることで、固化膜形成工程(S7)によって形成される固化膜73に残留する内部応力を、できるだけ小さくすることができる。
また、固化膜73の昇華を促進させるために、除去工程(S8)に並行して、制御装置3が、基板Wを高速で回転させる基板高回転工程(スピンオフ)と、基板Wの表面Waに気体を吹き付ける気体吹き付け工程とが実行される。
除去工程(S8)の終了後には、図8Eに示すように、基板Wの表面Waにおいて、パターン100(各構造体101)の上部分に第2の溶媒の液膜76が残留する。この第2の溶媒の液膜76の厚みW14は、極めて薄い(たとえば数十nm~数百nm)。すなわち、除去工程(S8)の後に残存する第2の溶媒の液膜76の厚みがパターン100の高さT(図5参照)よりも薄い。
その後、基板Wの表面Waの全域から第2の溶媒が除去された後の所定のタイミングで、制御装置3は、スピンモータ16を制御してスピンチャック5の回転を停止させる。また、制御装置3は、気体バルブ25を閉じる。また、制御装置3は、遮断部材昇降ユニット27を制御して、遮断部材10を退避位置まで上昇させる。
以上によりこの実施形態によれば、昇華性物質と、第1の溶媒と、第2の溶媒とが互いに混ざり合った混合昇華剤が、基板Wの表面Waに供給される。第1の溶媒の蒸気圧が、昇華性物質の蒸気圧および第2の溶媒の蒸気圧より高い。そのため、基板Wの表面Waに存在する混合乾燥補助物質から第1の溶媒が優先的に蒸発させられ、これにより、昇華性物質を含む固化膜73が形成される。昇華性物質の蒸気圧が第2の溶媒の蒸気圧より高い。そのため、基板Wの表面Waに存在する混合乾燥補助物質から第2の溶媒は蒸発しない。固化膜73が、昇華性物質だけでなく第2の溶媒を含むので、固化膜73に、結晶欠陥に起因するクラックが発生しても、その成長を第2の溶媒によって阻害することができる。これにより、固化膜73においてクラックが成長することを抑制または防止できる。ゆえに、クラックの成長に起因するパターン倒壊の発生を抑制または防止できる。
また、混合昇華剤供給工程(S5)において、昇華性物質と第1の溶媒と第2の溶媒とが混ざり合った混合液からなる混合昇華剤が、基板Wの表面Waに供給される。昇華性物質は、室温以上の凝固点TF0を有しているため、室温の温度条件下において一部または全体が固体状をなす。この実施形態では、混合昇華剤の凝固点TFMが室温よりも低く設定されている。そのため、室温において、混合昇華剤が液状を維持する。そのため、昇華性物質の意図しない凝固を大きなコストアップなく回避しながら、基板Wの表面Waを良好に乾燥させることができる。
たとえば、固化膜形成工程(S7)が、冷却工程に代えて、加熱ユニットによって基板Wの表面Waを加熱する加熱工程を含んでいてもよい。すなわち、固化膜形成工程(S7)が、気体吹き付け工程と、加熱工程と、基板回転工程とを含む。
冷却流体バルブ56が閉じられている状態で加熱流体バルブ57が開かれると、加熱流体供給源からの加熱流体が、加熱流体配管53および下面供給配管51を介して下面ノズル11に供給される。下面ノズル11に供給された加熱流体は、吐出口11aからほぼ鉛直上向きに吐出される。下面ノズル11から吐出された加熱液は、スピンチャック5に保持された基板Wの下面中央部に対してほぼ垂直に入射する。下面ノズル11、加熱流体配管53および加熱流体バルブ57によって加熱ユニットが構成されている。
また、前述の基板処理例の固化膜形成工程(S7)において基板Wの表面Waを加熱する加熱ユニットは、前述の実施形態のような、加熱流体を基板Wの裏面Wbに供給する構成に限られない。図10に示すような、基板Wの裏面Wbの下方に対向配置されるホットプレート201を、加熱ユニットとして用いることもできる。また、前述の基板処理例の固化膜形成工程(S7)において基板Wの表面Waを加熱する加熱ユニットは、前述の実施形態のような、加熱流体を基板Wの裏面Wbに供給する構成に限られない。図10に示すような、基板Wの裏面Wbの下方に対向配置されるホットプレート201を、加熱ユニットとして用いることもできる。ホットプレート201は、下面ノズル11の代わりに設けられている。ホットプレート201には、内蔵ヒータ202が内蔵されている。内蔵ヒータ202は、たとえば、通電により発熱する電熱線である。ホットプレート201は、スピンベース18の上方で、かつ、挟持部材19に保持される基板Wの下方に配置される。ホットプレート201は、基板Wの裏面Wbの全域に対向する上面201aを有している。スピンチャック5が回転しても、ホットプレート201は回転しない。ホットプレート201の温度は、制御装置3によって変更される。ホットプレート201の上面201aの温度は、面内で均一である。制御装置3がホットプレート201の温度を上昇させることにより、基板Wの表面Waの全域が均一に加熱される。
図11に示すように、内蔵ヒータ301は、遮断部材10の遮断板20の内部に配置されている。内蔵ヒータ301は、遮断部材10とともに昇降する。基板Wは、内蔵ヒータ301の下方に配置される。内蔵ヒータ301は、たとえば、通電により発熱する電熱線である。内蔵ヒータ301の温度は、制御装置3によって変更される。基板対向面20aの温度は、面内で均一である。
また、前述の基板処理例の固化膜形成工程(S7)において、気体吹き付け工程、加熱工程(図9Aおよび図9Bを用いて前述)に、次に述べる減圧工程を加えた3つの工程のうち少なくとも一つの工程が実行されれば足りる。
また、固化膜形成工程(S7)において、冷却工程、加熱工程、気体吹き付け工程および減圧工程の少なくとも1つに併せて、あるいはこれらの工程に代えて、室温常圧下における自然蒸発や、基板Wの表面Wa上の混合昇華剤への超音波振動の付与により、基板Wの表面Wa上の混合昇華剤に含まれる第1の溶媒を蒸発させるようにしてもよい。
また、前述の基板処理例の固化膜形成工程(S7)の後に膜厚減少工程(S6)を実行させてもよい。この場合、固化された第1の昇華性物質(および第2の昇華性物質)を溶解する溶媒を固化膜73上に供給し、固化膜の一部を溶解することによって薄膜化すればよい。もしくは、固化膜73の上方から固化膜73の一部をブレードなどにより掻き取るような物理的除去によって薄膜化してもよい。
また、混合昇華剤供給ユニット9から供給される混合昇華剤の凝固点TFMが室温未満ではなく室温以上であってもよい。この場合には、混合昇華剤供給ユニット9の内部で、混合昇華剤を液体状に維持するための装置(温調装置)等が必要になる。しかしながら、混合昇華剤の凝固点TFMが凝固点降下によって昇華性物質の凝固点TF0よりも低く下がっているので、混合昇華剤を液体状に維持しておくための熱量の低減を図ることができる。
処理ユニット2は、基板Wに処理液を供給するウェット処理ユニット2Wに加えて、基板Wに処理液を供給せずに基板Wを処理するドライ処理ユニット2Dを含む。図13は、ドライ処理ユニット2Dが、チャンバ(第2のチャンバ)4D内に処理ガスを案内する処理ガス配管601と、チャンバ4D内の処理ガスをプラズマに変化させるプラズマ発生装置602とを含む例を示している。プラズマ発生装置602は、基板Wの上方に配置される上電極603と、基板Wの下方に配置される下電極604とを含む。
ある。
この明細書および添付図面からは、特許請求の範囲に記載した特徴以外にも、以下のような特徴が抽出され得る。これらの特徴は、課題を解決するための手段の項に記載した特徴と任意に組み合わせ可能である。
前記基板保持ユニットに保持されている基板の表面に、乾燥補助物質と、第1の溶媒と、前記乾燥補助物質および前記第1の溶媒とは異なる薬剤とが互いに混ざり合った混合乾燥補助物質を供給する混合乾燥補助物質供給ユニットと、
前記基板保持ユニットに保持されている基板の表面に存在する前記混合乾燥補助物質から前記第1の溶媒を蒸発させることにより、前記乾燥補助物質および前記薬剤を含む固化膜を形成する固化膜形成ユニットと、
前記基板保持ユニットに保持されている基板の表面に形成された前記固化膜に含まれる前記乾燥補助物質を除去する除去ユニットとを含む、基板処理装置を提供する。
B1:
乾燥補助物質(昇華性物質)と、前記乾燥補助物質の蒸気圧よりも低い蒸気圧を有する溶媒(第2の溶媒)とが互いに混ざり合った乾燥補助液であって、前記乾燥補助液が、前記溶媒を、前記乾燥補助物質よりも少ない割合で含有する乾燥補助液を、基板の表面に供給する乾燥補助液供給工程と、
前記基板の表面に存在する前記乾燥補助液を固化させることにより、前記乾燥補助物質および前記溶媒を含む固化膜を形成する固化膜形成工程と、
前記固化膜に含まれる前記乾燥補助物質を除去する除去工程とを含む、基板処理方法。
2 :処理ユニット
3 :制御装置
4 :チャンバ(第1のチャンバ)
4D :チャンバ(第2のチャンバ)
5 :スピンチャック(基板保持ユニット)
6 :薬液供給ユニット(処理液供給ユニット)
7 :リンス液供給ユニット(処理液供給ユニット)
8 :溶媒供給ユニット(処理液供給ユニット)
9 :混合昇華剤供給ユニット(混合乾燥補助物質供給ユニット)
11 :下面ノズル(加熱ユニット、冷却ユニット)
16 :スピンモータ(回転ユニット)
21 :上面ノズル(気体吹き付けユニット)
24 :気体配管(気体吹き付けユニット)
25 :気体バルブ(気体吹き付けユニット)
30 :遮断空間
52 :冷却流体配管(冷却ユニット)
53 :加熱流体配管(加熱ユニット)
56 :冷却流体バルブ(冷却ユニット)
57 :加熱流体バルブ(加熱ユニット)
71 :液膜
73 :固化膜
201 :ホットプレート(加熱ユニット)
301 :内蔵ヒータ(加熱ユニット)
401 :排気力調整ユニット(減圧ユニット)
501 :クーリングプレート(冷却ユニット)
A1 :回転軸線
TF0 :昇華性物質の凝固点
TFM :混合昇華剤の凝固点
W :基板
Wa :表面
Wb :裏面
Claims (27)
- 基板を保持する基板保持ユニットと、
前記基板保持ユニットに保持されている基板の表面に、乾燥補助物質と、第1の溶媒と、前記乾燥補助物質および前記第1の溶媒とは異なる種類の溶媒であって前記乾燥補助物質が溶解可能な第2の溶媒とが互いに混ざり合った混合乾燥補助物質を供給するための混合乾燥補助物質供給ユニットと、
前記基板保持ユニットに保持されている基板の表面から前記第1の溶媒を蒸発させるための蒸発ユニットと、
前記基板保持ユニットに保持されている基板の表面から前記乾燥補助物質を除去するための除去ユニットと、
前記混合乾燥補助物質供給ユニット、前記蒸発ユニットおよび前記除去ユニットを制御する制御装置とを含み、
前記制御装置が、
前記基板の表面に、前記混合乾燥補助物質供給ユニットによって前記混合乾燥補助物質を供給する混合乾燥補助物質供給工程と、
前記基板の表面に存在する前記混合乾燥補助物質から前記第1の溶媒を前記蒸発ユニットによって蒸発させることにより、前記乾燥補助物質および前記第2の溶媒を含む固化膜を形成する固化膜形成工程と、
前記固化膜に含まれる前記乾燥補助物質を除去する除去工程とを実行する、基板処理装置。 - 前記乾燥補助物質が、昇華性を有する昇華性物質を含む、請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第1の溶媒の蒸気圧が、前記乾燥補助物質の蒸気圧および前記第2の溶媒の蒸気圧よりも高い、請求項1または2に記載の基板処理装置。
- 前記制御装置が、前記固化膜形成工程において、前記混合乾燥補助物質から前記第1の溶媒を蒸発させながら前記混合乾燥補助物質に含まれる前記乾燥補助物質を固化する工程を実行する、請求項3に記載の基板処理装置。
- 前記固化膜形成工程によって形成される前記固化膜が、前記第1の溶媒を含まない、請求項3または4に記載の基板処理装置。
- 前記第2の溶媒の蒸気圧が、前記乾燥補助物質の蒸気圧よりも低い、請求項3~5のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記固化膜形成工程によって形成される前記固化膜において、前記第2の溶媒が液体状をなしている、請求項1~6のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記制御装置が、前記除去工程の後に、前記基板の表面から、液体状の前記第2の溶媒を蒸発させる溶媒蒸発工程をさらに実行する、請求項7に記載の基板処理装置。
- 前記基板の表面にはパターンが形成され、
前記除去工程の後に残存する前記第2の溶媒の厚みが前記パターンの高さよりも薄い、請求項7または8に記載の基板処理装置。 - 前記混合乾燥補助物質が、前記第2の溶媒を、前記乾燥補助物質および前記第1の溶媒の双方よりも少ない割合で含有する、請求項1~9のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記混合乾燥補助物質が、前記乾燥補助物質を、前記第1の溶媒よりも少ない割合で含有する、請求項10に記載の基板処理装置。
- 前記固化膜形成工程によって形成される前記固化膜において、前記乾燥補助物質が前記第2の溶媒よりも多く含まれており、かつ前記第2の溶媒が前記固化膜に分散した状態で存在している、請求項10または11に記載の基板処理装置。
- 前記固化膜形成工程における前記固化膜の形成速度が、前記乾燥補助物質および前記第1の溶媒を含みかつ前記第2の溶媒を含まない液体に基づいて前記固化膜を形成するときの形成速度よりも遅い、請求項1~12のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記乾燥補助物質が室温以上の凝固点を有しており、かつ
前記混合乾燥補助物質の凝固点が、前記乾燥補助物質の凝固点よりも低い、請求項1~13のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記混合乾燥補助物質の凝固点が、室温よりも低い、請求項14に記載の基板処理装置。
- 前記乾燥補助物質、前記第1の溶媒および前記第2の溶媒が、互いに可溶性を有している、請求項1~15のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記基板保持ユニットによって保持されている基板を、当該基板の中央部を通る回転軸線回りに回転させるための回転ユニットをさらに含み、
前記制御装置が、前記固化膜形成工程に並行しておよび/または前記固化膜形成工程に先立って、前記回転ユニットによって前記基板を回転させて前記基板の表面から前記混合乾燥補助物質の一部を遠心力によって排除して、前記表面に形成されている前記混合乾燥補助物質の液膜の膜厚を減少させる膜厚減少工程をさらに実行する、請求項1~16のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記基板保持ユニットに保持されている基板の表面に対し処理液を供給するための処理液供給ユニットをさらに含み、
前記制御装置が、前記混合乾燥補助物質供給工程に先立って、前記処理液供給ユニットによって前記基板の表面に処理液を供給する工程をさらに実行し、
前記制御装置が、前記混合乾燥補助物質供給工程において、処理液が付着している前記基板の表面に前記混合乾燥補助物質を供給する工程を実行する、請求項1~17のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記蒸発ユニットが、前記基板保持ユニットによって保持されている基板を加熱するための加熱ユニットと、前記基板保持ユニットによって保持されている基板を冷却するための冷却ユニットと、前記基板保持ユニットによって保持されている基板に気体を吹き付けるための気体吹き付けユニットと、前記基板保持ユニットによって保持されている基板の周囲の空間を減圧する減圧ユニットと、前記基板保持ユニットによって保持されている基板を、当該基板の中央部を通る回転軸線回りに回転させるための回転ユニットとのうちの少なくとも一つを含み、
前記制御装置が、前記固化膜形成工程において、前記加熱ユニットによって前記混合乾燥補助物質を加熱する工程と、前記冷却ユニットによって前記混合乾燥補助物質を冷却する工程と、前記気体吹き付けユニットによって前記混合乾燥補助物質に気体を吹き付ける工程と、前記減圧ユニットによって前記混合乾燥補助物質の周囲の空間を減圧する減圧工程と、前記基板を前記回転軸線回りに高速度で回転させる高速回転工程とのうちの少なくとも一つを実行する、請求項1~18のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記制御装置が、前記除去工程において、前記固化膜を固体から気体に昇華させる昇華工程と、前記固化膜の分解により前記固化膜を液体状態を経ずに気体に変化させる分解工程と、前記固化膜の反応により前記固化膜を液体状態を経ずに気体に変化させる反応工程とのうちの少なくとも一つを実行する、請求項1~19のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 第1のチャンバと、
前記第1のチャンバとは別の第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間で基板を搬送するための基板搬送ユニットとをさらに含み、
前記制御装置が、前記第1のチャンバの内部で前記固化膜形成工程を実行し、かつ前記第2のチャンバの内部で前記除去工程を実行する、請求項1~20のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 乾燥補助物質と、第1の溶媒と、前記乾燥補助物質および前記第1の溶媒とは異なる種類の溶媒であって前記乾燥補助物質が溶解可能な第2の溶媒とが互いに混ざり合った混合乾燥補助物質を、基板の表面に供給する混合乾燥補助物質供給工程と、
前記基板の表面に存在する前記混合乾燥補助物質から前記第1の溶媒を蒸発させかつ前記混合乾燥補助物質に含まれる前記乾燥補助物質を固化させることにより、前記乾燥補助物質および前記第2の溶媒を含む固化膜を形成する固化膜形成工程と、
前記固化膜に含まれる前記乾燥補助物質を除去する除去工程とを含む、基板処理方法。 - 前記乾燥補助物質が、昇華性を有する昇華性物質を含む、請求項22に記載の基板処理方法。
- 前記第1の溶媒の蒸気圧が、前記乾燥補助物質の蒸気圧および前記第2の溶媒の蒸気圧よりも高い、請求項23に記載の基板処理方法。
- 前記固化膜形成工程が、前記混合乾燥補助物質から前記第1の溶媒を蒸発させながら前記混合乾燥補助物質に含まれる前記乾燥補助物質を固化する工程を含む、請求項24に記載の基板処理方法。
- 前記固化膜形成工程によって形成される前記固化膜が、前記第1の溶媒を含まない、請求項24または25に記載の基板処理方法。
- 前記第2の溶媒の蒸気圧が、前記乾燥補助物質の蒸気圧よりも低い、請求項24~26のいずれか一項に記載の基板処理方法。
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