JPWO2020022103A1

JPWO2020022103A1 - 基板処理方法及び基板処理装置

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Publication number: JPWO2020022103A1
Application number: JP2020532298A
Authority: JP
Inventors: 倫太郎樋口
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-08-02
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Abstract

［課題］基板の乾燥処理において、基板を高温に加熱することなくパターン倒壊を防止すること。［解決手段］表面に凹凸のパターンが形成された基板上の液体を除去して基板を乾燥させる基板処理方法は、前記基板に分解性高分子材料の溶液（ＢＬ）を供給して、前記パターンの凹部内に前記溶液を充填する分解性高分子材料充填工程と、前記溶液中の溶媒を乾燥させて、前記パターンの凹部内を固体の状態の前記分解性高分子材料（ＢＳ）で満たす分解性高分子材料乾燥工程と、前記基板を１００℃以下の低温で加熱して、前記分解性高分子材料を基板から除去する分解性高分子材料除去工程と、を備えている。

Description

本開示は、基板処理方法および基板処理装置に関する。

特許文献１には、基板の乾燥処理において、基板表面に昇華性物質の溶液を供給して、基板のパターンの凹部内に溶液を充填し、その後昇華性物質を乾燥させてパターンの凹部内に固体状態の昇華性物質を満たし、その後に基板を加熱して昇華性物質を昇華させて除去する基板処理方法が示されている。

特許文献１によれば、パターンの凹部内に昇華性物質を固体状態で満たし、その後この昇華性物質を昇華させて除去するため、昇華性物質を液相を経由しないで除去することができ、基板のパターンの倒壊を防止することができる。

特開２０１５−０９２６１９号公報

本開示は、基板の乾燥処理において、基板を高温に加熱することなく、パターン倒壊を防止することができる基板の処理技術を提供する。

本開示の実施の形態は、表面に凹凸のパターンが形成された基板上の液体を除去して基板を乾燥させる基板処理方法において、前記基板に分解性高分子材料と溶媒を含む溶液を供給して、前記パターンの凹部内に前記溶液を充填する分解性高分子材料充填工程と、前記溶液中の前記溶媒を乾燥させて、前記パターンの凹部内を固体状態の前記分解性高分子材料で満たす分解性高分子材料乾燥工程と、前記分解性高分子材料に対して、１００℃以下の環境下で加熱処理、光照射処理、酸性ガスまたはアルカリ性ガスを用いたガス反応処理のいずれかを実施して、前記分解性高分子材料を前記基板から除去する分解性高分子材料除去工程と、を備えた基板処理方法である。

本開示の実施の形態によれば、基板の乾燥処理において、基板を高温に加熱することなく、パターン倒壊を防止することができる。

図１は本開示の実施の形態による基板処理方法を実施するための基板処理装置の全体構成を示す概略平面図。図２は図１の基板処理装置に設けられた液処理ユニットの構成を示す概略図。図３は図２の液処理ユニットの概略平面図図４Ａは図１の基板処理装置に設けられた分解性高分子材料除去ユニットの構成を示す概略図。図４Ｂは変形例としての分解性高分子材料除去ユニットの構成を示す概略図。図４Ｃは他の変形例としての分解性高分子材料除去ユニットの構成を示す概略図。図５（ａ）〜（ｄ）は基板処理方法の工程を説明するための概略図。図６は固体状態の分解性高分子材料が分解される様子を示す模式図。図７は基板処理方法の一連の工程を実行しうる単一の処理ユニットの構成を説明する概略図。図８は光源から断続的に光を照射した場合の分解性高分子材料が分解する状態を示す図。

次に、添付図面を参照して実施の形態について説明する。まずは、液処理後の基板を乾燥させる基板処理方法を実施するための基板処理装置について説明する。なお、基板処理方法は、好ましくは、前工程と組み合わされて一連のプロセスとして実施される。ここでは、前工程としての薬液洗浄工程およびリンス工程と組み合わされて一連のプロセスとして実施される基板処理方法について説明する。

図１に示すように、この基板処理装置は、基板搬入出部１と、液処理部２とを備えた洗浄処理装置である。基板搬入出部１は、キャリア載置部３、搬送部４および受け渡し部５を有する。キャリア載置部３に複数の基板を収容したキャリアＣが載置され、搬送部４に設けられた搬送機構４ａがキャリアＣから基板を搬出して受け渡し部５に設けられた受け渡しユニット５ａに搬送する。液処理部２は、基板に洗浄処理を施すための複数の液処理ユニット１０と、基板に対して分解性高分子材料除去の処理を行う複数の分解性高分子材料除去ユニット６０と、基板搬送機構６とを有している。基板搬送機構６は、受け渡しユニット５ａ、液処理ユニット１０および分解性高分子材料除去ユニット６０にアクセス可能であり、各液処理ユニット１０および各分解性高分子材料除去ユニット６０に対して基板の搬入出を行う。

次に、液処理ユニット１０の構成について図２を参照して説明する。液処理ユニット１０は、基板、本例では半導体ウエハＷを概ね水平に保持して回転するスピンチャック１１を有している。スピンチャック１１は、ウエハＷの周縁部を保持する複数の保持部材１２によって基板を水平姿勢で保持する基板保持部１４と、この基板保持部１４を回転駆動する回転駆動部１６とを有している。基板保持部１４の周囲には、ウエハＷから飛散した薬液、リンス液、後述の昇華性物質溶液等の各種の処理液を受け止めるカップ１８が設けられている。なお、前述した基板搬送機構６と基板保持部１４との間でウエハＷの受け渡しができるように、基板保持部１４およびカップ１８は相対的に上下方向に移動できるようになっている。

液処理ユニット１０は、ウエハＷに薬液（ＣＨＭ）を供給するための薬液ノズル２０と、ウエハＷに純水（ＤＩＷ）を供給するリンスノズル２２と、ウエハＷにＮ２ガスを供給するＮ２ガスノズル２４とを有している。薬液ノズル２０には、薬液供給源から適当な流量調整器例えば流量調整弁２０ａと開閉弁２０ｂとが介設された薬液管路２０ｃを介して薬液が供給される。リンスノズル２２には、ＤＩＷ供給源から、適当な流量調整器例えば流量調整弁２２ａと開閉弁２２ｂとが介設されたＤＩＷ管路２２ｃを介してＤＩＷが供給される。Ｎ２ガスノズル２４には、Ｎ２ガス供給源から、適当な流量調整器例えば流量調整弁２４ａと開閉弁２４ｂとが介設されたＮ２ガス管路２４ｃを介してＮ２ガスが供給される。

さらに液処理ユニット１０は、ウエハＷに分解性高分子材料の溶液を供給するための分解性高分子材料溶液ノズル３０を有している。この分解性高分子材料の溶液は、分解性高分子材料の溶媒を含んでいる。分解性高分子材料溶液ノズル３０には、分解性高分子材料溶液供給源としてのタンク３１から、適当な流量調整器例えば流量調整弁３０ａと開閉弁３０ｂとが介設された分解性高分子材料溶液管路３０ｃを介して分解性高分子材料の溶液が供給される。分解性高分子材料の溶液を貯留するタンク３１には、ポンプ３４が介設された循環管路３２が接続されている。分解性高分子材料の溶液の飽和度は、ウエハＷへの供給前に分解性高分子材料の析出が生じず、かつ、乾燥工程の開始後速やかに析出が生じる程度の値に設定することが好ましい。分解性高分子材料溶液ノズル３０からウエハＷに供給される分解性高分子材料の溶液の温度は、常温以下の温度、例えば１０度〜常温の範囲内の温度とすることができる。この場合、例えば、溶液を冷却するための冷却装置を循環管路３２に設けることができる。溶液の温度を低くすることにより、分解性高分子材料の濃度が低くても（溶解させる分解性高分子材料が少量でも）高い飽和度の溶液を供給することができる。また、前工程（例えば常温ＤＩＷリンス）でウエハＷが冷やされている場合、分解性高分子材料がウエハに触れた瞬間に析出が始まること、すなわち望ましくないタイミングでの析出開始を防止することができるので、プロセスの制御が容易となる。

しかしながら、高濃度の分解性高分子材料の溶液を供給することが望まれる場合には、循環管路３２にヒーターを設け、分解性高分子材料の溶液を比較的高温に維持してもよい。なお、この場合、供給前の分解性高分子材料の析出を防止するために、分解性高分子材料溶液管路３０ｃにテープヒーター等のヒーターまたは断熱材を設けることが好ましい。

図３に示すように、薬液ノズル２０、リンスノズル２２、Ｎ２ガスノズル２４および分解性高分子材料溶液ノズル３０は、ノズル移動機構５０により駆動される。ノズル移動機構５０は、ガイドレール５１と、ガイドレール５１に沿って移動可能な駆動機構内蔵型の移動体５２と、その基端が移動体５２に取り付けられるとともにその先端に上記のノズル２０、２２、２４、３０を保持するノズルアーム５３とを有している。ノズル移動機構５０は、上記のノズル２０、２２、２４、３０を、基板保持部１４に保持されたウエハＷの中心の真上の位置とウエハＷの周縁の真上の位置との間で移動させることができ、さらには、平面視でカップ１８の外側にある待機位置まで移動させることもできる。

なお、図示されたスピンチャック１１の基板保持部１４は、可動の保持部材１２によってウエハＷの周縁部を把持するいわゆるメカニカルチャックタイプのものであったが、これに限定されるものではなく、ウエハＷの裏面中央部を真空吸着するいわゆるバキュームチャックタイプのものであってもよい。また、図示されたノズル移動機構５０は、ノズルを並進運動させるいわゆるリニアモーションタイプのものであったが、鉛直軸線周りに回動するアームの先端にノズルが保持されているいわゆるスイングアームタイプのものであってもよい。また、図示例では、４つのノズル２０、２２、２４、３０が共通のアームにより保持されていたが、それぞれ別々のアームに保持されて独立して移動できるようになっていてもよい。

次に分解性高分子材料除去ユニット６０について図４Ａを参照して説明する。分解性高分子材料除去ユニット６０は、処理容器６４と、処理容器６４内に設けられ抵抗加熱ヒーター６２が内蔵された熱板６１と、熱板６１上面から突出する複数の保持ピン６３とを有している。保持ピン６３はウエハＷの下面周縁部を支持し、ウエハＷの下面と熱板６１の上面との間に小さな隙間が形成される。処理容器６４に、バルブ６６と、ポンプ６７と、分解性高分子材料回収装置６８とを有する排気管６５が接続されている。分解性高分子材料回収装置６８より上流側の排気管６５および処理容器６４に分解性高分子材料が付着することを防止するために、排気管６５および処理容器６４の表面を高温に維持するヒーターを設けることが好ましい。分解性高分子材料回収装置６８としては、排気が通流するチャンバ内に設けた冷却板上に分解性高分子材料を析出させる形式のものや、排気が通流するチャンバ内で分解性高分子材料のガスに冷却流体を接触させる形式のもの等、さまざまな公知の分解性高分子材料回収装置を用いることができる。

次に、上述の液処理ユニット１０および分解性高分子材料除去ユニット６０を備えた基板処理装置により実行される液処理工程（ここでは薬液洗浄工程およびリンス工程）と、これに続いて実行される基板処理方法の各工程とからなる一連の処理工程について説明する。

半導体装置を形成する膜、例えばＳｉＮ膜にパターンを付与するためにドライエッチングを施したウエハＷが、基板搬送機構６により液処理ユニット１０に搬入され、スピンチャック１１により水平に保持される。

ウエハＷが所定速度で回転され、ウエハＷの中心の上方に薬液ノズル２０を位置させて、薬液ノズル２０から薬液がウエハＷに吐出されて、薬液によりエッチング残渣やパーティクルなどを基板表面から除去する薬液洗浄処理が実施される（薬液洗浄工程）。この薬液洗浄工程では、ＤＨＦ、ＢＨＦ、ＳＣ−１、ＳＣ−２、ＡＰＭ、ＨＰＭ、ＳＰＭ等を薬液として使用することができる。

次に、引き続きウエハＷを回転させたまま、ウエハＷの中心の上方にリンスノズル２２を位置させて、リンスノズル２２からＤＩＷがウエハＷに吐出されて、ウエハＷ上の薬液およびエッチング残渣やパーティクルが除去される（リンス工程）。この状態が、図５（ａ）に示されている。このまま続けてスピン乾燥等の乾燥処理を行うと、背景技術の項で説明したようにパターン倒れ（パターン１００の凸状部１０１の倒壊）が生じるおそれがある。

このリンス工程の後に、基板乾燥方法の一連の工程が実行される。

まず、引き続きウエハＷを回転させたまま、ウエハＷの中心の上方に分解性高分子材料溶液ノズル３０を位置させて、分解性高分子材料溶液ノズル３０から分解性高分子材料の溶液がウエハＷに吐出されて、ウエハＷ上にあるＤＩＷを分解性高分子材料の溶液（ＢＬ）で置換し、パターン間に分解性高分子材料の溶液を充填する（分解性高分子材料充填工程）。この状態が、図５（ｂ）に示されている。ＤＩＷが分解性高分子材料の溶液で置換されてパターン間に分解性高分子材料の溶液が充填されたら、ウエハＷの回転を調整することにより、分解性高分子材料の溶液の膜厚を調整する。後述する溶媒乾燥工程において、分解性高分子材料の溶液から溶媒を乾燥させることから、得られる分解性高分子材料の膜（固体の膜）の膜厚は、分解性高分子材料の溶液の膜厚よりも薄くなる。その点を考慮して、最終的に所望の膜厚の分解性高分子材料の膜（固体の膜）が得られるように、分解性高分子材料の溶液の膜厚を調整する。なお、リンス工程から分解性高分子材料充填工程への移行の際に、パターンの凸状部１０１の上端が十分にＤＩＷに浸っていないと、凸状部１０１にＤＩＷの表面張力が作用し、凸状部１０１が倒れるおそれがある。従って、（ａ）リンス工程の終期にＤＩＷの吐出量を増す、（ｂ）リンス工程の終期および分解性高分子材料充填工程の初期にウエハＷの回転数を低下させるか、ウエハＷの回転を停止する、（ｃ）リンス工程の終期と分解性高分子材料充填工程の初期とをオーバーラップさせる（分解性高分子材料充填工程の初期までＤＩＷを吐出し続ける）、等の操作を行うことが好ましい。リンス工程の終期と分解性高分子材料充填工程の初期とをオーバーラップさせる場合は、リンスノズル２２からリンス液を吐出させたままノズルアーム５３を移動させ、分解性高分子材料溶液ノズル３０をウエハＷの中心の上方に位置させる。そして、分解性高分子材料の溶液がウエハＷに吐出され始めた後に、リンス液の吐出を停止する。

分解性高分子材料充填工程の次に、溶液中の溶媒を乾燥させて、分解性高分子材料を析出させ、固体の分解性高分子材料からなる膜を形成する（分解性高分子材料乾燥工程）。
分解性高分子材料乾燥工程の終了時の状態が図５（ｃ）に示されており、凹部１０２に固体状態の分解性高分子材料（ＢＳ）が充填されている。分解性高分子材料からなる膜の膜厚「ｔ」は、パターンの凸状部１０１を十分に覆う限りにおいて、なるべく薄くすることが好ましい。溶媒が乾燥する際にもパターンの凸状部１０１には表面張力が働くため、その表面張力によってパターンが倒れない程度に、固体の分解性高分子材料からなる膜がパターン間に形成されていればよい。また、形成される分解性高分子材料からなる膜の膜厚「ｔ」は、均一であることが好ましい。溶媒乾燥工程は、様々な方法で実行することができるが、図示された液処理ユニット１０を用いる場合には、ウエハＷを回転させながら（遠心力による振り切り）、Ｎ２ガスノズルからＮ２ガスをウエハＷに吹き付けることにより行うことができる。ウエハＷの回転を制御することにより、ウエハＷ上に吐出された分解性高分子材料の溶液の外周に向かう流れを制御することができ、分解性高分子材料の溶液の膜厚および分解性高分子材料からなる膜の膜厚を容易に調整することができる。また、均一な膜厚の分解性高分子材料からなる膜を形成することができる。なお、ウエハＷにホットＮ２ガスのような加熱された気体を吹き付けて、溶媒の乾燥を促進させてもよく、かかる場合には、ウエハＷの温度すなわち分解性高分子材料の温度が、分解性高分子材料の分解温度未満、具体的には溶液中の溶媒は乾燥するが分解性高分子材料は分解しない温度に維持されるような条件で行う。

分解性高分子材料乾燥工程は、上述したＮ２ガスだけでなく例えば清浄空気やＣＤＡ（クリーンドライエア）のような他の乾燥促進流体を吹き付けることにより実行または促進することができる。また、分解性高分子材料乾燥工程は、スピンチャックの基板保持部の円板部分に内蔵された抵抗加熱ヒーター等の加熱手段１４Ａによって、あるいはトッププレートに設けられたＬＥＤランプヒーター等の加熱手段によって、ウエハＷを分解性高分子材料の分解温度未満の温度、具体的には溶液中の溶媒は乾燥するが分解性高分子材料は分解しない温度に加熱することにより実行ないし促進することができる。

分解性高分子材料乾燥工程が終了したら、基板搬送機構６により、液処理ユニット１０からウエハＷを搬出し、図４Ａに示す分解性高分子材料除去ユニット６０の処理容器６４内に搬入する。この場合、ウエハＷはウエハゲート６４Ａを介して処理容器６４内に搬入される。次に処理容器６４に接続された排気管６５に設けられたポンプ６７により処理容器６４内を吸引しながら、昇温された熱板６１により分解性高分子材料の分解温度よりも高い温度にウエハＷが加熱される。

次に分解性高分子材料除去ユニット６０における作用について具体的に説明する。

まず分解性高分子材料除去ユニット６０により除去される分解性高分子材料として、ポリペルオキシド（９０℃で熱分解）を用いた場合の例を示す。この場合、液処理ユニット１０において、分解性高分子材料の溶液として、溶液濃度１０ｗｔ％のポリペルオキシドと、溶媒としてのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）とを含む溶液を用いて、ウエハＷの凹部１０２内に分解性高分子材料の溶液が充填され、５０℃で５分間加熱されて、溶媒が除去される。このように、分解性高分子材料除去ユニット６０内に搬送されるウエハＷにおいて、予め凹部１０２内に固体状態の分解性高分子材料が充填されている。

分解性高分子材料除去ユニット６０において、ウエハＷは昇温された熱板６１によりポリペルオキシドの熱分解温度（９０℃）以上、例えば９０℃以上１００℃以下の温度で３０分間加熱される。

この際、分解性高分子材料除去ユニット６０の処理容器６４内が、排気管６５のポンプ６７により減圧される。同時にＮ２ガス供給源７１により処理容器６４内がＮ２ガス雰囲気となり、ウエハＷの凹部１０２内に充填されている固体状態の分解性高分子材料（ＢＳ）が分解除去される。

図６に固体状態の分解性高分子材料（ＢＳ）が分解される様子を示す。図６は固体状態の分解性高分子材料（ＢＳ）が分離される様子を示す模式図である。図６に示すように、ウエハＷ上の固体状態の分解性高分子材料（ＢＳ）は多数のモノマーからなり、ウエハＷが加熱されて、分解性高分子材料（ＢＳ）が分解し、モノマー同士が分離する。その後、互いに分離した分解性高分子材料のモノマーが輝発してウエハＷ上から除去される。

分解性高分子材料除去工程の終了時の状態が図５（ｄ）に示されており、凹部１０２に充填されていた分解性高分子材料が除去されており、所望のパターンが得られている。なお、分解された分解性高分子材料のモノマーは、分解性高分子材料回収装置６８により回収される。そして、基板乾燥方法を終えたウエハＷは、基板搬送機構６により、分解性高分子材料除去ユニット６０から搬出され、受け渡し部を介してキャリアＣに搬送される。

上記の実施形態によれば、リンス工程の後にパターン１００の凹部１０２に入り込んだリンス液を分解性高分子材料の溶液で置換して分解性高分子材料の溶液で充填し、この溶液中の溶媒を乾燥させることにより析出させた固体の分解性高分子材料で凹部１０２を満たす。その後ウエハＷを９０℃〜１００℃の比較的低温で加熱することにより、分解性高分子材料を分解させて凹部１０２内から除去するようにしている。このためパターン１００の凸状部１０１にリンス液の高い表面張力に起因する応力が作用することがない。このため、凸状部１０１の倒れすなわちパターン倒壊を防止することができる。しかも、プラズマ処理装置を必要とせず、分解性高分子材料除去ユニット６０を従来装置に追加するだけで、上記の基板処理方法を実行することができる。またウエハＷを９０℃〜１００℃の比較的低温で加熱することにより分解性高分子材料を除去することができるので、分解性高分子材料を除去するための加熱装置を簡略化することができ、かつ加熱処理を簡便に行うことができる。

また、ウエハＷを回転させながら分解性高分子材料乾燥工程を実施して、固体の分解性高分子材料からなる膜の膜厚をパターンの凸状部１０１を十分に覆う限りで薄くするので、次の分解性高分子材料除去工程を短時間で終了することができ、処理時間を短くすることができる。さらに、分解性高分子材料からなる膜の膜厚を均一にすることで、分解性高分子材料除去工程に要する時間を最小限にすることができる。

上記実施形態においては、リンス工程から分解性高分子材料乾燥工程までの各工程を同じ一つの処理部（液処理ユニット１０）で行い、分解性高分子材料除去工程のみを別の一つの処理部（分解性高分子材料除去）により行っている。しかしながら、リンス工程から分解性高分子材料乾燥工程までに加えて、分解性高分子材料除去工程も一つの処理部（ユニット）で行うことも可能である。この場合、図２に示す液処理ユニット１０に構成要素を追加して図７に示すように構成すればよい。すなわち、図７に示すように、基板保持部１４の円板部分に、抵抗加熱ヒーターのような加熱手段１４Ａが設けられる。また、基板保持部１４により保持されたウエハＷの上方を覆い、昇降可能なトッププレート８０が設けられる。トッププレート８０には、ＬＥＤランプヒーター８１のような加熱手段が設けられる。トッププレート８０の中央部には排気穴８２が設けられており、この排気穴８２には、バルブ６６、ポンプ６７および分解性高分子材料回収装置６８が設けられた排気管６５が接続されている（図４Ａに示したものと同じでよい）。さらに、ウエハＷに、薬液、リンス液、昇華性物質の溶液、および乾燥促進流体を吐出するノズル２０，２２，２４，３０を備え、これらのノズルはウエハＷの中心の上方とカップ１８の外側にある待機位置の間を移動することができる。

このような構成の処理ユニットにおいては、まず、トッププレート８０が上昇した状態で基板が処理ユニットに搬入され、保持部材１２によってウエハＷが保持される。保持されたウエハＷの上方にノズルが移動し、各ノズル２０、２２、２４、３０からそれぞれ流体が吐出される。そして、分解性高分子材料乾燥工程まで終えると、ノズルをカップ１８の外側にある待機位置に移動させる。ノズルがカップ１８の外側に出た後、トッププレート８０が下降して基板保持部１４との間に処理空間を形成する。その後、加熱手段１４ＡによりウエハＷが９０℃〜１００℃の温度に加熱され、パターン１００の凹部１０２に充填されていた分解性高分子材料が除去される。このとき、排気管６５およびトッププレート８０の表面も分解性高分子材料の分解温度（９０℃）よりも高い温度に加熱される。分解性高分子材料が除去されて基板乾燥方法が終了したら。トッププレート７０を上昇させ、ウエハＷを処理ユニットから搬出する。

次に図４Ｂにより本実施の形態の変形例について説明する。

図４Ｂに示す変形例は、分解性高分子材料として、光分解性高分子材料を用いたものであり、他の構成は図１乃至図４Ａ、および図５乃至図６に示す実施の形態と略同一である。

図４Ｂに示すように、分解性高分子材料除去ユニット６０により除去される分解性高分子材料として、光分解性のポリケトンが用いられる。この場合、図２に示す液処理ユニット１０において、分解性高分子材料の溶液として、溶液濃度１０ｗｔ％のポリケトンと、溶媒としてのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）とを含む溶液を用いて、ウエハＷの凹部１０２内に分解性高分子材料の溶液が充填され、６０℃で５分間加熱されて、溶媒が除去される。このように、予め凹部１０２内に固体状態の分解性高分子材料が充填されたウエハＷは、分解性高分子材料除去ユニット６０の処理容器６４内にウエハゲート６４Ａを介して搬入される。

次に、分解性高分子材料除去ユニット６０の処理容器６４内が、排気管６５のポンプ６７により減圧される。またＮ２ガス供給装置７１により処理容器６４内がＮ２ガス雰囲気となる。

この間、処理容器６４内に搬入されたウエハＷは熱板６１上面の保持ピン６３により保持され、熱板６１によりウエハＷが１００℃以下の温度、例えば６０℃〜９０℃の温度まで加熱される。また処理容器６４の熱板６１により保持されたウエハＷに対して光源７５から２６０−３６５ｎｍの波長をもつＵＶ光（紫外線光）が連続的に照射される。処理容器６４内には光源７５を保護する透明板７６が設けられ、光源７５から照射されるＵＶ光は透明板７６の透過部分７６ａを通ってウエハＷ上に照射される。

このときウエハＷの凹部１０２内に充填された固体状態のポリケトンからなる分解性高分子材料ＢＳは、光分解されてウエハＷから除去され、排気管６５を通って排出されて分解性高分子材料回収装置６８へ送られる。

なお、光源７５から照射される光としては２６０−３６５ｎｍの波長のＵＶ光に限らず、１５０−８００ｎｍの波長の光を用いてもよい。

次に図４Ｂに示す本実施の形態の他の変形例について、更に説明する。

分解性高分子材料除去ユニット６０により除去される分解性高分子材料として、光分解性のポリケトンが用いられる。この場合、図２に示す液処理ユニット１０において、分解性高分子材料の溶液として、溶液濃度１０ｗｔ％のポリケトンと、溶媒としてのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）とを含む溶液を用いて、ウエハＷの凹部１０２内に分解性高分子材料の溶液が充填され、６０℃で５分間加熱されて、溶媒が除去される。このように、予め凹部１０２内に固体状態の分解性高分子材料が充填されたウエハＷは、分解性高分子材料除去ユニット６０の処理容器６４内にウエハゲート６４Ａを介して搬入される。

この間、処理容器６４内に搬入されたウエハＷは熱板６１上面の保持ピン６３により保持され、熱板６１によりウエハＷが１００℃以下の温度、例えば６０℃〜９０℃の温度まで加熱される。また処理容器６４の熱板６１により保持されたウエハＷに対して光源７５から２６０−３６５ｎｍの波長をもつＵＶ光が断続的に照射される。処理容器６４内には光源７５を保護する透明板７６が設けられ、光源７５から照射されるＵＶ光は透明板７６の透過部分７６ａを通ってウエハＷ上に照射される。

このとき、図８に示すように、光源７５からＵＶ光が照射され、ウエハＷの凹部１０２内に充填された固体状態のポリケトンからなる分解性高分子材料（ＢＳ）のうち、上部の分解性高分子材料（ＢＳ）が光分解されて液化する。次に光源７５からのＵＶ光の照射が中断され、凹部１０２内の液化した分解性高分子材料（ＢＳ１）が輝発して除去される。
次に光源７５から再びＵＶ光が照射され、上部の固体状態のポリケトンからなる分解性高分子材料が光分解されて液化する。

次に光源７５からのＵＶ光の照射が中断され、凹部１０２内の液化した分解性高分子材料（ＢＳ１）が揮発して除去される。

このように光源７５からのＵＶ光の照射を断続的に行うことにより、凹部１０２内の固固体状態の分解性高分子材料（ＢＳ）を段階的に液化させながら除去することができるため、凹部１０２内に液体状態の分解性高分子材料（ＢＳ１）が残ったとしても、パターン１００の凸状部１０１に加わる液体の表面張力を小さく抑えて、パターンの倒壊を防止することができる。

次に図４Ｃにより本実施の形態の他の変形例について述べる。図４Ｃに示す変形例は、分解性高分子材料として、ガス分解性高分子材料を用いたものであり、他の構成は図１乃至図４Ａ、および図５乃至図６に示す実施の形態と略同一である。

分解性高分子材料除去ユニット６０により除去される分解性高分子材料として、ガス分解性のポリエステルが用いられる。この場合、液処理ユニット１０において、分解性高分子材料の溶液として、溶液濃度１０ｗｔ％のポリエステルと、溶媒としてのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）とを含む溶液を用いて、ウエハＷの凹部１０２内に分解性高分子材料の溶液が充填され、６０℃で５分間加熱されて、溶媒が除去される。このように、予め凹部１０２内に固体状態の分解性高分子材料が充填されたウエハＷは、分解性高分子材料除去ユニット６０の処理容器６４内にウエハゲート６４Ａを介して搬入される。

次に処理容器６４内にアルカリ性ガス供給源７２から５０ｖｏｌ％のアルカリ性ガス、例えばアンモニア、メチルアミン、ジメチルアミンなどのアルカリ性ガスが供給され、処理容器６４内がアンモニア性ガスと、水分を含む空気とにより充満される。

この間、処理容器６４内に搬入されたウエハＷは熱板６１上面の保持ピン６３により保持され、熱板６１によりウエハＷが１００℃以下の温度、例えば６０℃〜９０℃の温度まで加熱される。

このとき、ウエハＷの凹部１０２内に充填された固体状態のポリエステルからなる分解性高分子材料ＢＳは、アルカリ性ガスによるガス反応により分解される。

次に処理容器６４内にＮ２ガス供給源７１からＮ２ガスが供給される。このときポンプ６７により処理容器６４内が吸引され、処理容器６４内がＮ２ガスにより１００％置換される。

次にＮ２ガス供給源７１から処理容器６４へのＮ２ガス供給が停止し、ポンプ６７により処理容器６４内が吸引され、処理容器６４内が減圧される。この間、熱板６１上のウエハＷは引き続いて、１００℃以下、例えば６０℃〜９０℃の温度まで３０分間加熱される。

処理容器６４内で、ガス反応により分解された分解性高分子材料ＢＳは、その後、ポンプ６７により吸引され、排気管６５を通って排出されて分解性高分子材料回収装置６８へ送られる。

なお、図４Ｃに示す変形例において、アルカリ性ガス供給源７２から処理容器６４へアンモニア性ガスを供給して分解性高分子材料ＢＳを分解した例を示したが、これに限らず塩酸、二酸化炭素、硫化水素等の酸性ガスを酸性ガス供給源７３から処理容器６４へ供給して酸性ガスにより分解性高分子材料ＢＳを分解してもよい。

なお、図４Ａ〜図４Ｃに示す実施の形態および変形例において、溶液中の分解性高分子材料の溶液濃度を１０ｗｔ％とした例を示したが、これに限らず溶液中の分解性高分子材料の溶液濃度を１〜３０ｗｔ％の範囲で調整することができる。

また、図４Ａ〜図４Ｃに示す実施の形態および変形例において、溶液中の溶媒としてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用いた例を示したが、これに限らず溶媒として、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、トルエン、酢酸２−メトキシ−１−メチルエチル（ＰＭシンナー）、シクロヘキサン、シクロヘキサノンを用いてもよい。

また、上記各実施の形態および変形例においては、基板乾燥方法の各工程が薬液洗浄工程と組み合わせられていたが、これに限定されるものではなく、基板乾燥方法の各工程を現像工程と組み合わせることもできる。例えば、露光装置により露光され、かつ所定の露光後処理、例えば露光後加熱（ＰＥＢ）処理が施されたフォトレジスト膜に、所定のパターンを形成するために現像工程が実施されるが、この現像工程の後のリンス工程の後に、上述した基板乾燥方法の各工程を行うことができる。現像工程において形成されたパターンのアスペクト比が高い場合においても、ＤＩＷ等の高表面張力液によるリンス工程後の乾燥工程時においてパターン倒れが生じる場合があり得るので、上述した基板乾燥方法は有益である。この方法を実行するための現像処理ユニットは、図１に示した液処理ユニット１０の薬液供給系（液供給源、ノズル、配管、弁等）を現像液の供給系に置換することにより構築することができる。

Ｗ基板（半導体ウエハ）
１１スピンチャック
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃリンス液供給手段
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃＮ２ガス供給手段
３０，３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３１，３２，３４分解性高分子材料溶液供給手段
６０分解性高分子材料除去ユニット
６１熱板
６２抵抗加熱ヒーター
６３保持ピン
６４処理容器
６５排気管
６６バルブ
６７ポンプ
６８分解性高分子材料回収装置
７１Ｎ２ガス供給源
７２アルカリ性ガス供給源
７３酸性ガス供給源
７５光源
１００パターン
１０１パターンの凸状部
１０２パターンの凹部

Claims

表面に凹凸のパターンが形成された基板上の液体を除去して基板を乾燥させる基板処理方法において、
前記基板に分解性高分子材料と溶媒を含む溶液を供給して、前記パターンの凹部内に前記溶液を充填する分解性高分子材料充填工程と、
前記溶液中の前記溶媒を乾燥させて、前記パターンの凹部内を固体状態の前記分解性高分子材料で満たす分解性高分子材料乾燥工程と、
前記分解性高分子材料に対して、１００℃以下の環境下で加熱処理、光照射処理、酸性ガスまたはアルカリ性ガスを用いたガス反応処理のいずれかを実施して、前記分解性高分子材料を前記基板から除去する分解性高分子材料除去工程と、を備えた基板処理方法。
前記分解性高分子材料は１００℃以下の温度で分解する熱分解性高分子材料からなり、
前記分解性高分子材料除去工程において、前記熱分解性高分子材料を１００℃以下の温度に加熱して熱分解することにより前記熱分解性高分子材料を前記基板から除去する、請求項１記載の基板処理方法。
前記分解性高分子材料は、光分解性高分子材料からなり、
前記分解性高分子材料除去工程において、前記光分解性高分子材料に対して１００℃以下の温度に加熱しながら光照射を実施することにより、前記光分解性高分子材料を前記基板から除去する、請求項１記載の基板処理方法。
前記分解性高分子材料除去工程において、前記光分解性高分子材料に対して１００℃以下の温度に加熱しながら断続的に光照射を実施する、請求項３記載の基板処理方法。
前記分解性高分子材料は、酸性ガスまたはアルカリ性ガスに対するガス分解性をもったガス分解性高分子材料からなり、
前記分解性高分子材料除去工程において、前記ガス分解性高分子材料に対して酸性ガスまたはアルカリ性ガスを用いたガス反応処理を実施することにより、前記ガス分解性高分子材料を前記基板から除去する、請求項１記載の基板処理方法。
前記溶液の前記溶媒は、水、アルコールまたはこれらの混合物である、請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。
前記分解性高分子材料充填工程の前に、前記基板にリンス液を供給するリンス工程が行われ、前記分解性高分子材料充填工程により前記基板上のリンス液が前記分解性高分子材料の前記溶液で置換される、請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。
前記分解性高分子材料除去工程の後に、前記分解性高分子材料を排気する工程を更に備えた、請求項１から７のうちいずれか一項に記載の基板処理方法。
基板に液を供給する液供給手段と、
前記基板に分解性高分子材料と溶媒を含む溶液を供給する分解性高分子材料溶液供給手段と、
前記基板に付着した前記溶液中の前記溶媒を乾燥させる溶媒乾燥手段と、
前記分解性高分子材料を前記基板から除去する分解性高分子材料除去手段と、を備えた基板処理装置。
前記基板処理装置は、前記基板から除去された前記分解性高分子材料を排出する排気手段を更に備えた、請求項９に記載の基板処理装置。