KR102504972B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

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마사유키 오쓰지
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

응고점이 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 기판(W)의 표면에 공급하고, 패턴(P1)의 표면에 흡착 물질을 흡착시킨다. 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 일부를 응고시키고, 흡착 물질을 포함하는 응고막(101)을 패턴(P1)의 표면을 따라 형성한다. 응고막(101)을 기판(W)의 표면에 남기면서, 응고막(101)의 형성에 이용되지 않은 잉여의 건조 전 처리액을 기판(W)의 표면으로부터 제거한다. 잉여의 건조 전 처리액을 제거한 후에, 혹은, 잉여의 건조 전 처리액을 제거하면서, 응고막(101)을 기체로 변화시킴으로써 기판(W)의 표면으로부터 제거한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
이 출원은, 2018년 7월 25일 제출의 일본 특허 출원 2018-139165호에 의거하는 우선권을 주장하고 있고, 이 출원의 전체 내용은 여기에 인용에 의하여 편입되는 것으로 한다.
본 발명은, 기판을 처리하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다. 처리 대상의 기판에는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치나 유기 EL(electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양 전지용 기판 등이 포함된다.
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 제조 공정에서는, 반도체 웨이퍼나 액정 표시 장치용 유리 기판 등의 기판에 대하여 필요에 따른 처리가 행해진다. 이와 같은 처리에는, 약액이나 린스액 등의 처리액을 기판에 공급하는 것이 포함된다. 처리액이 공급된 후에는, 처리액을 기판으로부터 제거하여, 기판을 건조시킨다.
기판의 표면에 패턴이 형성되어 있는 경우, 기판을 건조시킬 때에, 기판에 부착되어 있는 처리액의 표면 장력에 기인하는 힘이 패턴에 가해져, 패턴이 도괴하는 경우가 있다. 그 대책으로서, IPA(이소프로필알코올) 등의 표면 장력이 낮은 액체를 기판에 공급하거나, 패턴에 대한 액체의 접촉각을 90도에 근접시키는 소수화제를 기판에 공급하거나 하는 방법이 채용된다. 그러나, IPA나 소수화제를 이용했다고 하더라도, 패턴을 도괴시키는 도괴력이 영이 되지는 않기 때문에, 패턴의 강도에 따라서는, 이들 대책을 행했다고 하더라도, 충분히 패턴의 도괴를 방지할 수 없는 경우가 있다.
최근, 패턴의 도괴를 방지하는 기술로서 승화 건조가 주목받고 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는, 승화 건조를 행하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 승화 건조에서는, 승화성 물질의 융액이 기판의 표면에 공급되어, 기판 상의 DIW가 승화성 물질의 융액으로 치환된다. 그 후, 기판 상의 승화성 물질의 융액이 냉각되어, 승화성 물질의 응고체가 형성된다. 그 후, 기판 상의 승화성 물질의 응고체를 승화시킨다. 이에 의하여, 승화성 물질의 융액이 기판으로부터 제거되어, 기판이 건조된다.
일본국 특허공개 2015-142069호 공보
특허문헌 1에서는, 서로 이웃하는 2개의 볼록 형상 패턴의 사이뿐만 아니라, 패턴의 상방에도 승화성 물질의 융액이 있는 상태로, 승화성 물질의 융액을 응고시킨다. 액체가 매우 좁은 공간에 배치되면, 응고점 강하가 발생한다. 반도체 웨이퍼 등의 기판에서는, 서로 이웃하는 2개의 패턴의 간격이 좁으므로, 패턴의 사이에 위치하는 승화성 물질의 응고점이 강하해 버린다. 따라서, 패턴의 사이에 위치하는 승화성 물질의 응고점은, 패턴의 상방에 위치하는 승화성 물질의 응고점보다 낮다.
패턴의 사이에 위치하는 승화성 물질의 응고점만이 낮으면, 승화성 물질의 융액의 표층, 즉, 승화성 물질의 상면(액면)으로부터 패턴의 상면까지의 범위에 위치하는 액체층이 먼저 응고하고, 패턴의 사이에 위치하는 승화성 물질의 융액이 응고하지 않아 액체인 채로 남는 경우가 있다. 이 경우, 고체(승화성 물질의 응고체)와 액체(승화성 물질의 융액)의 계면이 패턴의 근방에 형성되고, 패턴을 도괴시키는 도괴력이 발생하는 경우가 있다. 패턴의 미세화에 의하여 패턴이 더욱 취약해지면, 이와 같은 약한 도괴력으로도, 패턴이 도괴해 버린다.
또, 패턴의 사이에 위치하는 승화성 물질의 융액이 응고하지 않은 상태로 패턴이 도괴하면, 서로 이웃하는 2개의 패턴의 선단부끼리가 서로 접촉하는 경우가 있다. 이 경우, 승화성 물질의 응고체를 승화시켜도, 패턴의 선단부끼리가 서로 접촉한 접착 상태가 유지되어, 패턴이 수직 상태로 돌아오지 않는 경우가 있다. 따라서, 승화 건조를 행했다고 하더라도, 패턴의 강도에 따라서는, 충분히 패턴의 도괴를 방지할 수 없는 경우가 있다.
그래서, 본 발명의 목적 중 하나는, 승화 건조로 기판을 건조시켰을 때에 발생하는 패턴의 도괴를 감소시켜, 패턴의 도괴율을 저하시킬 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 형태는, 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 상기 흡착 물질보다 상기 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮아, 상기 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함하고, 응고점이 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하여, 상기 패턴의 표면에 상기 흡착 물질을 흡착시키는 건조 전 처리액 공급 공정과, 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액의 일부를 응고시켜, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 냉각 공정과, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 잉여액 제거 공정과, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거한 후에, 혹은, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하면서, 상기 응고막을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 고체 제거 공정을 포함하는, 기판 처리 방법을 제공한다. 냉각 공정은, 기판 상의 건조 전 처리액을 응고시키는 응고 공정 및 응고막을 포함하는 응고체를 형성하는 응고체 형성 공정의 일례이다. 응고막은, 건조 전 처리액이 고화(固化)한 고화막에 상당한다.
이 구성에 의하면, 흡착 물질과 용해 물질을 포함하는 건조 전 처리액을 기판의 표면에 공급한다. 흡착 물질은, 용해 물질보다 패턴의 표면에 대한 친화성이 높아, 용해 물질보다 패턴의 표면에 흡착하기 쉽다. 건조 전 처리액에 포함되는 흡착 물질은, 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착한다. 따라서, 패턴의 표면과 건조 전 처리액의 계면을 나타내는 고액 계면에서 건조 전 처리액 중의 흡착 물질의 농도가 증가한다. 그 때문에, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액의 응고점은, 흡착 물질의 응고점에 가까운 온도까지 상승한다.
건조 전 처리액을 기판의 표면에 공급한 후에는, 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 기판의 표면 상의 건조 전 처리액을 냉각한다. 고액 계면 부근의 건조 전 처리액의 응고점이 상승하고 있으므로, 기판 상의 건조 전 처리액을 냉각 온도에서 냉각하면, 건조 전 처리액이 고액 계면 및 그 근방에서 응고한다. 이에 의하여, 흡착 물질을 포함하는 응고막이 패턴의 표면을 따라 형성된다. 그 후, 기판 상의 응고막을 기체로 변화시킨다. 이에 의하여, 응고막이 기판의 표면으로부터 제거된다.
응고막이 패턴의 표면을 따라 형성되므로, 응고막을 제거할 때까지의 동안에 서로 이웃하는 2개의 패턴이 서로 가까워지는 방향으로 도괴했다고 하더라도, 이 2개의 패턴은, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막을 개재하여 접한다. 따라서, 패턴이 소성(塑性) 변형이나 파손되어 있지 않으면, 응고막을 제거하면, 도괴한 패턴은, 패턴의 복원력으로 수직 상태로 돌아온다. 바꾸어 말하면, 응고막을 제거할 때까지의 동안에 패턴이 도괴하더라도, 응고막을 제거한 후에는, 패턴이 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴의 강도가 높은 경우뿐만 아니라, 패턴의 강도가 낮은 경우도, 최종적인 패턴의 도괴율을 개선할 수 있다.
패턴은, 단일의 재료로 형성된 구조물이어도 되고, 기판의 두께 방향으로 적층된 복수의 층을 포함하는 구조물이어도 된다. 패턴의 표면은, 기판의 두께 방향에 직교하는 기판의 평면에 대하여 수직 또는 대략 수직인 측면과, 기판의 평면과 평행 또는 대략 평행인 상면을 포함한다. 응고막은, 예를 들면, 패턴의 표면과 평행 또는 대략 평행인 표면을 갖는 박막이다. 응고막이 패턴의 표면 전역에 형성되는 경우, 응고막의 표면은, 패턴의 상면과 평행 또는 대략 평행인 상면과, 패턴의 측면과 평행 또는 대략 평행인 측면을 포함한다. 패턴의 표면 전역이 아니라, 패턴의 표면의 일부만이, 응고막에 덮여도 된다. 응고막의 두께는, 패턴의 높이보다 작아도 되고, 서로 이웃하는 2개의 패턴의 간격(서로 이웃하는 2개의 패턴의 측면의 간격)보다 작아도 된다.
용해 물질이 흡착 물질보다 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮다는 것은, 흡착 물질이 용해 물질보다 패턴의 표면에 흡착하기 쉬운 것을 의미한다. 흡착 물질과 용해 물질을 포함하는 건조 전 처리액을 기판의 표면에 공급하면, 건조 전 처리액에 포함되는 흡착 물질이 패턴의 표면에 흡착하여, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액 중의 흡착 물질의 농도가 높아진다. 고액 계면 부근의 건조 전 처리액 중의 흡착 물질의 농도는, 기판에 공급되기 전의 건조 전 처리액 중의 흡착 물질의 농도보다 높다. 용해 물질이 흡착 물질보다 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮다는 것은, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액 중의 흡착 물질의 농도가 이와 같이 되는 관계를 의미한다.
상기 기판 처리 방법은, 상기 응고막이 형성되고 나서 상기 기판의 표면으로부터 제거될 때까지, 상기 응고막을 상기 흡착 물질의 응고점 이하의 온도로 유지하는 온도 유지 공정을 추가로 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 실온, 즉, 기판이 배치되는 챔버 중의 온도가 흡착 물질의 응고점 이하이면, 기판 상의 응고막을 강제적으로 냉각하지 않고 흡착 물질의 응고점 이하의 온도로 유지할 수 있다. 실온이 흡착 물질의 응고점보다 높으면, 기판에 접하는 쿨링 플레이트나 실온보다 저온의 냉각 유체를 이용하여, 기판 상의 응고막을 강제적으로 냉각하면 된다.
상기 실시 형태에 있어서, 이하의 특징 중 적어도 하나가, 상기 기판 처리 방법에 더해져도 된다.
상기 고체 제거 공정은, 상기 응고막을 개재하여 접하는 도괴한 2개의 상기 패턴의 사이로부터 상기 응고막을 제거함으로써, 도괴한 상기 패턴의 형상을 상기 패턴의 복원력으로 복원하는 패턴 복원 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 상술한 바와 같이, 서로 이웃하는 2개의 패턴이 서로 가까워지는 방향으로 도괴했다고 하더라도, 이 2개의 패턴은, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막을 개재하여 접한다. 따라서, 패턴이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 응고막을 제거하면, 도괴한 패턴이 탄성 회복력으로 회복한다. 이에 의하여, 패턴의 강도가 낮은 경우이더라도, 최종적인 패턴의 도괴율을 개선할 수 있다.
응고막을 제거하기 전에는, 응고막의 일부가 도괴한 2개의 패턴의 사이에 개재한다. 응고막을 제거한 후에 도괴한 패턴의 형상이 원래대로 돌아간다면, 도괴한 2개의 패턴의 일부가, 응고막을 제거하기 전에 직접적으로 접하고 있어도 된다. 이와 같은 경우여도, 응고막을 제거하면, 2개의 패턴을 도괴 상태로 유지하는 접착력이 약해지므로, 패턴이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 도괴한 패턴은, 패턴의 복원력으로 수직 상태로 돌아온다.
상기 흡착 물질은, 친수기 및 소수기를 둘 다 포함하는 양친매성 분자이다.
이 구성에 의하면, 친수기 및 소수기가 둘 다 흡착 물질의 분자에 포함되어 있다. 따라서, 패턴의 표면이 친수성 또는 소수성이더라도, 혹은, 친수성인 부분과 소수성인 부분이 패턴의 표면에 포함되어 있어도, 흡착 물질은, 패턴의 표면에 흡착한다. 이에 의하여, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액 중의 흡착 물질의 농도가 높아져, 건조 전 처리액의 응고점이 흡착 물질의 응고점에 가까운 온도까지 상승한다. 이에 의하여, 흡착 물질을 포함하는 응고막을 패턴의 표면을 따라 형성할 수 있다.
상기 냉각 공정은, 상기 기판을 개재하여 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각하는 간접 냉각 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 기판의 표면 상의 건조 전 처리액을 직접적으로 냉각하는 것이 아니라, 기판을 냉각함으로써 기판의 표면 상의 건조 전 처리액을 간접적으로 냉각한다. 따라서, 기판의 표면 상의 건조 전 처리액 중 기판의 표면(패턴의 표면을 포함한다)에 접하는 바닥층이 효율적으로 냉각된다. 이에 의하여, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액을 우선적으로 냉각할 수 있어, 응고막을 효율적으로 형성할 수 있다.
상기 흡착 물질의 응고점은, 실온 이상이고, 상기 건조 전 처리액의 응고점은, 실온보다 낮으며, 상기 건조 전 처리액 공급 공정은, 실온의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하는 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 실온의 건조 전 처리액을 기판에 공급한다. 흡착 물질의 응고점이 실온 이상인 한편, 건조 전 처리액의 응고점은 실온보다 낮다. 흡착 물질의 융액을 기판에 공급하는 경우는, 흡착 물질을 액체로 유지하기 위하여 흡착 물질을 가열할 필요가 있다. 이에 반하여, 건조 전 처리액을 기판에 공급하는 경우는, 건조 전 처리액을 가열하지 않아도 건조 전 처리액을 액체로 유지할 수 있다. 이에 의하여, 기판의 처리에 필요로 하는 에너지의 소비량을 감소시킬 수 있다.
상기 냉각 공정은, 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 상기 건조 전 처리액의 응고점보다 높은 상기 냉각 온도에서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 공정이고, 상기 잉여액 제거 공정은, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 제거하는 액체 제거 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 기판의 표면 상의 건조 전 처리액을, 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 건조 전 처리액의 응고점보다 높은 냉각 온도에서 냉각한다. 냉각 온도가 흡착 물질의 응고점보다 낮으므로, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액이 응고하여, 응고막이 형성된다. 한편, 냉각 온도가 건조 전 처리액의 응고점보다 높으므로, 고액 계면으로부터 떨어진 위치에서는, 건조 전 처리액은, 응고하지 않아 액체로 유지된다.
응고하지 않은 건조 전 처리액을 제거할 때에, 건조 전 처리액의 상면(액면)이 서로 이웃하는 2개의 패턴의 사이로 이동하여, 패턴이 도괴했다고 하더라도, 이 2개의 패턴은, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막을 개재하여 접한다. 따라서, 패턴이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 응고막을 제거하면, 도괴한 패턴은, 자신의 복원력으로 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴의 강도가 낮은 경우이더라도, 최종적인 패턴의 도괴율을 개선할 수 있다.
상기 냉각 공정은, 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 상기 건조 전 처리액의 응고점 이하인 상기 냉각 온도에서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하고, 그 후, 상기 흡착 물질 및 용해 물질을 포함하며, 상기 응고막을 개재하여 상기 패턴의 표면에 접하는 응고층을 형성하는 공정이고, 상기 잉여액 제거 공정은, 기체로의 변화에 의하여 상기 응고막이 상기 기판의 표면으로부터 제거되어 있을 때에, 상기 응고층을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 상전이 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 기판의 표면 상의 건조 전 처리액을, 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 건조 전 처리액의 응고점 이하인 냉각 온도에서 냉각한다. 냉각 온도가 흡착 물질의 응고점보다 낮으므로, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액이 응고하여, 응고막이 형성된다. 또한, 냉각 온도가 건조 전 처리액의 응고점 이하이므로, 고액 계면으로부터 떨어진 위치여도, 건조 전 처리액이 응고한다. 이에 의하여, 응고막을 개재하여 패턴의 표면에 접하는 응고층이 형성된다. 응고층은, 응고막이 기판의 표면으로부터 제거되어 있을 때에 기체로 변화하여 기판의 표면으로부터 제거된다.
서로 이웃하는 2개의 패턴의 간격이 좁으므로, 응고층이 형성될 때에, 고체와 액체의 계면이 패턴의 근방에 형성되고, 패턴을 도괴시키는 도괴력이 발생하는 경우가 있다. 이 도괴력으로 패턴이 도괴했다고 하더라도, 패턴이 도괴하기 전에 응고막이 형성되어 있으므로, 서로 이웃하는 2개의 패턴은, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막을 개재하여 접한다. 따라서, 패턴이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 응고막을 제거하면, 도괴한 패턴은, 자신의 복원력으로 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴의 강도가 낮은 경우이더라도, 최종적인 패턴의 도괴율을 개선할 수 있다.
상기 냉각 공정은, 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 상기 건조 전 처리액의 응고점 이하인 상기 냉각 온도에서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하고, 그 후, 상기 흡착 물질 및 용해 물질을 포함하며, 상기 응고막을 개재하여 상기 패턴의 표면에 접하는 응고층을 형성하는 공정이고, 상기 잉여액 제거 공정은, 상기 응고층의 온도를, 상기 냉각 온도보다 높고, 상기 흡착 물질의 응고점 이하인 융해 온도까지 상승시킴으로써, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서 상기 응고층을 융해시키는 융해 공정과, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고층의 융해에 의하여 발생한 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 액체 제거 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 기판의 표면 상의 건조 전 처리액을, 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 건조 전 처리액의 응고점 이하인 냉각 온도에서 냉각한다. 냉각 온도가 흡착 물질의 응고점보다 낮으므로, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액이 응고하여, 응고막이 형성된다. 또한, 냉각 온도가 건조 전 처리액의 응고점 이하이므로, 고액 계면으로부터 떨어진 위치여도, 건조 전 처리액이 응고한다. 이에 의하여, 응고막을 개재하여 패턴의 표면에 접하는 응고층이 형성된다.
응고층이 형성된 후에는, 응고층의 온도를, 냉각 온도보다 높고, 흡착 물질의 응고점 이하인 융해 온도까지 상승시킨다. 이에 의하여, 기판 상의 응고층이 융해하여, 건조 전 처리액으로 돌아온다. 응고층의 융해에 의하여 발생한 건조 전 처리액은, 응고막을 기판의 표면에 남기면서, 기판의 표면으로부터 제거된다. 이에 의하여, 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 건조 전 처리액이 제거된다.
응고층의 융해에 의하여 발생한 건조 전 처리액을 제거할 때에, 건조 전 처리액의 상면이 서로 이웃하는 2개의 패턴의 사이로 이동하여, 패턴이 도괴했다고 하더라도, 이 2개의 패턴은, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막을 개재하여 접한다. 따라서, 패턴이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 응고막을 제거하면, 도괴한 패턴은, 자신의 복원력으로 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴의 강도가 낮은 경우이더라도, 최종적인 패턴의 도괴율을 개선할 수 있다.
상기 융해 공정은, 상기 응고층을 가열함으로써, 상기 응고층의 온도를 상기 융해 온도까지 상승시키는 가열 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 기판 상의 응고층이 강제적으로 가열되어 융해한다. 이에 의하여, 응고층을 단시간에 건조 전 처리액으로 되돌릴 수 있다.
상기 융해 온도는, 실온이고, 상기 융해 공정은, 상기 응고층이 융해할 때까지, 상기 응고층을 방치하는 방치 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 기판 상의 응고층을 실온의 공간에서 방치한다. 융해 온도는 실온이다. 따라서, 기판 상의 응고층을 방치하면, 응고층의 온도는 완만하게 융해 온도에 가까워진다. 그리고, 응고층의 온도가 융해 온도(실온)에 도달하면, 응고층이 융해하여 건조 전 처리액으로 돌아온다. 따라서, 기판 상의 응고층을 강제적으로 가열하지 않아도 융해시킬 수 있다.
상기 액체 제거 공정은, 상기 기판을 수평으로 유지하면서 연직인 회전축선 둘레로 회전시킴으로써, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 제거하는 기판 회전 유지 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 응고막의 표면 상에 건조 전 처리액이 있는 상태로, 기판을 수평으로 유지하면서 연직인 회전축선 둘레로 회전시킨다. 기판 상의 건조 전 처리액은, 원심력에 의하여 기판으로부터 배출된다. 그것과 동시에, 기판 상의 건조 전 처리액의 일부는, 기판의 회전에 의하여 발생하는 기류에 의하여 증발한다. 이에 의하여, 응고막을 기판의 표면에 남기면서, 잉여의 건조 전 처리액을 기판의 표면으로부터 제거할 수 있다.
상기 액체 제거 공정은, 상기 기판의 표면을 향하여 기체를 토출함으로써, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 제거하는 기체 공급 공정을 포함한다.
이 구성에 의하면, 응고막의 표면 상에 건조 전 처리액이 있는 상태로, 기판의 표면에 기체를 내뿜는다. 기판 상의 건조 전 처리액은, 기체의 압력으로 기판으로부터 배출된다. 그것과 동시에, 기판 상의 건조 전 처리액의 일부는, 기체의 공급에 의하여 증발한다. 이에 의하여, 응고막을 기판의 표면에 남기면서, 잉여의 건조 전 처리액을 기판의 표면으로부터 제거할 수 있다.
상기 고체 제거 공정은, 상기 응고막을 포함하는 응고체를 승화시키는 승화 공정과, 상기 응고체의 분해(예를 들면 열분해나 광분해)에 의하여 상기 응고체를 고체 또는 액체로부터 기체로 변화시키는 분해 공정과, 상기 응고체의 반응(예를 들면 산화 반응)에 의하여 상기 응고체를 고체 또는 액체로부터 기체로 변화시키는 반응 공정과, 상기 응고체에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 조사 공정 중 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.
상기 승화 공정은, 상기 기판을 수평으로 유지하면서 연직인 회전축선 둘레로 회전시키는 기판 회전 유지 공정과, 상기 응고체에 기체를 내뿜는 기체 공급 공정과, 상기 응고체를 가열하는 가열 공정과, 상기 응고체에 접하는 분위기의 압력을 저하시키는 감압 공정과, 상기 응고체에 광을 조사하는 광조사 공정과, 상기 응고체에 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동 부여 공정 중 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.
본 발명의 다른 실시 형태는, 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 상기 흡착 물질보다 상기 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮아, 상기 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함하고, 응고점이 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하여, 상기 패턴의 표면에 상기 흡착 물질을 흡착시키는 건조 전 처리액 공급 유닛과, 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액의 일부를 응고시켜, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 냉각 유닛과, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 잉여액 제거 유닛과, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거한 후에, 혹은, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하면서, 상기 응고막을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 고체 제거 유닛을 구비하는, 기판 처리 장치를 제공한다. 이 구성에 의하면, 상술한 효과와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
상기 냉각 유닛은, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 직접적으로 냉각하는 직접 냉각 유닛과, 상기 기판을 개재하여 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각하는 간접 냉각 유닛 중 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.
상기 잉여액 제거 유닛은, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 제거하는 액체 제거 유닛과, 기체로의 변화에 의하여 상기 응고막이 상기 기판의 표면으로부터 제거되어 있을 때에, 상기 응고층을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 상전이 유닛과, 상기 응고층의 온도를, 상기 냉각 온도보다 높고, 상기 흡착 물질의 응고점 이하인 융해 온도까지 상승시킴으로써, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서 상기 응고층을 융해시키는 융해 유닛 중 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.
상기 융해 유닛이 상기 잉여액 제거 유닛에 포함되는 경우, 상기 융해 유닛은, 상기 응고층을 가열함으로써, 상기 응고층의 온도를 상기 융해 온도까지 상승시키는 가열 유닛과, 상기 응고층이 융해할 때까지, 상기 응고층을 방치하는 방치 유닛 중 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.
본 발명에 있어서의 상술한, 또는 또 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도면을 참조하여 다음에 기술하는 실시 형태의 설명에 의하여 밝혀진다.
도 1a는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 위에서 본 모식도이다.
도 1b는, 기판 처리 장치를 측방에서 본 모식도이다.
도 2는, 기판 처리 장치에 구비된 처리 유닛의 내부를 수평으로 본 모식도이다.
도 3은, 제어 장치의 하드웨어를 나타내는 블럭도이다.
도 4는, 기판 처리 장치에 의하여 행해지는 기판의 처리의 일례(제1 처리예)에 대하여 설명하기 위한 공정도이다.
도 5a는, 도 4에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5b는, 도 4에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5c는, 도 4에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5d는, 도 4에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 6은, 기판 처리 장치에 의하여 행해지는 기판의 처리의 일례(제2 처리예)에 대하여 설명하기 위한 공정도이다.
도 7a는, 도 6에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 7b는, 도 6에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 7c는, 도 6에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 8은, 기판 처리 장치에 의하여 행해지는 기판의 처리의 일례(제3 처리예)에 대하여 설명하기 위한 공정도이다.
도 9a는, 도 8에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 9b는, 도 8에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 9c는, 도 8에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 9d는, 도 8에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판의 상태를 나타내는 모식도이다.
이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치(1) 내의 기압은, 특별히 언급이 없는 한, 기판 처리 장치(1)가 설치되는 클린 룸 내의 기압(예를 들면 1기압 또는 그 근방의 값)으로 유지되고 있는 것으로 한다.
도 1a는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)를 위에서 본 모식도이다.
도 1b는, 기판 처리 장치(1)를 측방에서 본 모식도이다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼 등의 원판 형상의 기판(W)을 1장씩 처리하는 매엽식의 장치이다. 기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 수용하는 캐리어(C)를 유지하는 로드 포트(LP)와, 로드 포트(LP) 상의 캐리어(C)로부터 반송된 기판(W)을 처리액이나 처리 가스 등의 처리 유체로 처리하는 복수의 처리 유닛(2)과, 로드 포트(LP) 상의 캐리어(C)와 처리 유닛(2)의 사이에서 기판(W)을 반송하는 반송 로봇과, 기판 처리 장치(1)를 제어하는 제어 장치(3)를 구비하고 있다.
반송 로봇은, 로드 포트(LP) 상의 캐리어(C)에 대하여 기판(W)의 반입 및 반출을 행하는 인덱서 로봇(IR)과, 복수의 처리 유닛(2)에 대하여 기판(W)의 반입 및 반출을 행하는 센터 로봇(CR)을 포함한다. 인덱서 로봇(IR)은, 로드 포트(LP)와 센터 로봇(CR)의 사이에서 기판(W)을 반송하고, 센터 로봇(CR)은, 인덱서 로봇(IR)과 처리 유닛(2)의 사이에서 기판(W)을 반송한다. 센터 로봇(CR)은, 기판(W)을 지지하는 핸드(H1)를 포함하고, 인덱서 로봇(IR)은, 기판(W)을 지지하는 핸드(H2)를 포함한다.
복수의 처리 유닛(2)은, 평면에서 보았을 때 센터 로봇(CR)의 둘레에 배치된 복수의 타워(TW)를 형성하고 있다. 도 1a는, 4개의 타워(TW)가 형성되어 있는 예를 나타내고 있다. 센터 로봇(CR)은, 어느 타워(TW)에도 액세스 가능하다. 도 1b에 나타내는 바와 같이, 각 타워(TW)는, 상하에 적층된 복수(예를 들면 3개)의 처리 유닛(2)을 포함한다.
도 2는, 기판 처리 장치(1)에 구비된 처리 유닛(2)의 내부를 수평으로 본 모식도이다.
처리 유닛(2)은, 기판(W)에 처리액을 공급하는 웨트 처리 유닛(2w)이다. 처리 유닛(2)은, 내부 공간을 갖는 상자형의 챔버(4)와, 챔버(4) 내에서 1장의 기판(W)을 수평으로 유지하면서 기판(W)의 중앙부를 통과하는 연직인 회전축선(A1) 둘레로 회전시키는 스핀 척(10)과, 회전축선(A1) 둘레로 스핀 척(10)을 둘러싸는 통 형상의 처리 컵(21)을 포함한다.
챔버(4)는, 기판(W)이 통과하는 반입 반출구(5b)가 설치된 상자형의 격벽(5)과, 반입 반출구(5b)를 개폐하는 셔터(7)를 포함한다. FFU6(팬·필터·유닛)은, 격벽(5)의 상부에 설치된 송풍구(5a)의 위에 배치되어 있다. FFU6은, 클린 에어(필터에 의하여 여과된 공기)를 송풍구(5a)로부터 챔버(4) 내에 상시 공급한다. 챔버(4) 내의 기체는, 처리 컵(21)의 바닥부에 접속된 배기 덕트(8)를 통하여 챔버(4)로부터 배출된다. 이에 의하여, 클린 에어의 다운플로가 챔버(4) 내에 상시 형성된다. 배기 덕트(8)에 배출되는 배기의 유량은, 배기 덕트(8) 내에 배치된 배기 밸브(9)의 개도(開度)에 따라 변경된다.
스핀 척(10)은, 수평인 자세로 유지된 원판 형상의 스핀 베이스(12)와, 스핀 베이스(12)의 상방에서 기판(W)을 수평인 자세로 유지하는 복수의 척 핀(11)과, 스핀 베이스(12)의 중앙부로부터 하방으로 연장되는 스핀 축(13)과, 스핀 축(13)을 회전시킴으로써 스핀 베이스(12) 및 복수의 척 핀(11)을 회전시키는 스핀 모터(14)를 포함한다. 스핀 척(10)은, 복수의 척 핀(11)을 기판(W)의 외주면에 접촉시키는 협지식의 척에 한정되지 않고, 비(非)디바이스 형성면인 기판(W)의 이면(하면)을 스핀 베이스(12)의 상면(12u)에 흡착시킴으로써 기판(W)을 수평으로 유지하는 진공식의 척이어도 된다.
처리 컵(21)은, 기판(W)으로부터 바깥쪽으로 배출된 처리액을 받아내는 복수의 가드(24)와, 복수의 가드(24)에 의하여 하방으로 안내된 처리액을 받아내는 복수의 컵(23)과, 복수의 가드(24) 및 복수의 컵(23)을 둘러싸는 원통 형상의 외벽 부재(22)를 포함한다. 도 2는, 4개의 가드(24)와 3개의 컵(23)이 설치되어 있고, 가장 외측의 컵(23)이 위로부터 3번째의 가드(24)와 일체인 예를 나타내고 있다.
가드(24)는, 스핀 척(10)을 둘러싸는 원통부(25)와, 원통부(25)의 상단부로부터 회전축선(A1)을 향하여 비스듬한 위로 연장되는 원환 형상의 천장부(26)를 포함한다. 복수의 천장부(26)는, 상하에 겹쳐 있고, 복수의 원통부(25)는, 동심원 형상으로 배치되어 있다. 천장부(26)의 원환 형상의 상단은, 평면에서 보았을 때 기판(W) 및 스핀 베이스(12)를 둘러싸는 가드(24)의 상단(24u)에 상당한다. 복수의 컵(23)은, 각각, 복수의 원통부(25)의 하방에 배치되어 있다. 컵(23)은, 가드(24)에 의하여 하방으로 안내된 처리액을 받아내는 환 형상의 수액(受液) 홈을 형성하고 있다.
처리 유닛(2)은, 복수의 가드(24)를 개별적으로 승강시키는 가드 승강 유닛(27)을 포함한다. 가드 승강 유닛(27)은, 상측 위치로부터 하측 위치까지의 임의의 위치에 가드(24)를 위치시킨다. 도 2는, 2개의 가드(24)가 상측 위치에 배치되어 있고, 나머지 2개의 가드(24)가 하측 위치에 배치되어 있는 상태를 나타내고 있다. 상측 위치는, 가드(24)의 상단(24u)이 스핀 척(10)에 유지되어 있는 기판(W)이 배치되는 유지 위치보다 상방에 배치되는 위치이다. 하측 위치는, 가드(24)의 상단(24u)이 유지 위치보다 하방에 배치되는 위치이다.
회전하고 있는 기판(W)에 처리액을 공급할 때는, 적어도 하나의 가드(24)가 상측 위치에 배치된다. 이 상태로, 처리액이 기판(W)에 공급되면, 처리액이 원심력으로 기판(W)으로부터 떨쳐 내어진다. 떨쳐 내어진 처리액은, 기판(W)에 수평으로 대향하는 가드(24)의 내면에 충돌하여, 이 가드(24)에 대응하는 컵(23)으로 안내된다. 이에 의하여, 기판(W)으로부터 배출된 처리액이 처리 컵(21)에 모아진다.
처리 유닛(2)은, 스핀 척(10)에 유지되어 있는 기판(W)을 향하여 처리액을 토출하는 복수의 노즐을 포함한다. 복수의 노즐은, 기판(W)의 상면을 향하여 약액을 토출하는 약액 노즐(31)과, 기판(W)의 상면을 향하여 린스액을 토출하는 린스액 노즐(35)과, 기판(W)의 상면을 향하여 건조 전 처리액을 토출하는 건조 전 처리액 노즐(39)과, 기판(W)의 상면을 향하여 치환액을 토출하는 치환액 노즐(43)을 포함한다.
약액 노즐(31)은, 챔버(4) 내에서 수평으로 이동 가능한 스캔 노즐이어도 되고, 챔버(4)의 격벽(5)에 대하여 고정된 고정 노즐이어도 된다. 린스액 노즐(35), 건조 전 처리액 노즐(39), 및 치환액 노즐(43)에 대해서도 동일하다. 도 2는, 약액 노즐(31), 린스액 노즐(35), 건조 전 처리액 노즐(39), 및 치환액 노즐(43)이, 스캔 노즐이고, 이들 4개의 노즐에 각각 대응하는 4개의 노즐 이동 유닛이 설치되어 있는 예를 나타내고 있다.
약액 노즐(31)은, 약액 노즐(31)에 약액을 안내하는 약액 배관(32)에 접속되어 있다. 약액 배관(32)에 개재 설치된 약액 밸브(33)가 개방되면, 약액이, 약액 노즐(31)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다. 약액 노즐(31)로부터 토출되는 약액은, 황산, 질산, 염산, 불산, 인산, 아세트산, 암모니아수, 과산화 수소수, 유기산(예를 들면 시트르산, 옥살산 등), 유기 알칼리(예를 들면, TMAH: 테트라메틸암모늄하이드록사이드 등), 계면활성제, 및 부식 방지제 중 적어도 1개를 포함하는 액이어도 되고, 그 이외의 액체여도 된다.
도시는 하지 않지만, 약액 밸브(33)는, 약액이 흐르는 내부 유로와 내부 유로를 둘러싸는 환 형상의 밸브 시트가 설치된 밸브 보디와, 밸브 시트에 대하여 이동 가능한 밸브체와, 밸브체가 밸브 시트에 접촉하는 폐쇄 위치와 밸브체가 밸브 시트로부터 떨어진 개방 위치의 사이에서 밸브체를 이동시키는 액추에이터를 포함한다. 다른 밸브에 대해서도 동일하다. 액추에이터는, 공압 액추에이터 또는 전동 액추에이터여도 되고, 이들 이외의 액추에이터여도 된다. 제어 장치(3)는, 액추에이터를 제어함으로써, 약액 밸브(33)를 개폐시킨다.
약액 노즐(31)은, 연직 방향 및 수평 방향 중 적어도 한쪽으로 약액 노즐(31)을 이동시키는 노즐 이동 유닛(34)에 접속되어 있다. 노즐 이동 유닛(34)은, 약액 노즐(31)로부터 토출된 약액이 기판(W)의 상면에 착액하는 처리 위치와, 약액 노즐(31)이 평면에서 보았을 때 처리 컵(21)의 둘레에 위치하는 대기 위치의 사이에서 약액 노즐(31)을 수평으로 이동시킨다.
린스액 노즐(35)은, 린스액 노즐(35)에 린스액을 안내하는 린스액 배관(36)에 접속되어 있다. 린스액 배관(36)에 개재 설치된 린스액 밸브(37)가 개방되면, 린스액이, 린스액 노즐(35)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다. 린스액 노즐(35)로부터 토출되는 린스액은, 예를 들면, 순수(탈이온수: DIW(Deionized Water))이다. 린스액은, 탄산수, 전해 이온수, 수소수, 오존수, 및 희석 농도(예를 들면, 10~100ppm 정도)의 염산수 중 어느 하나여도 된다.
린스액 노즐(35)은, 연직 방향 및 수평 방향 중 적어도 한쪽으로 린스액 노즐(35)을 이동시키는 노즐 이동 유닛(38)에 접속되어 있다. 노즐 이동 유닛(38)은, 린스액 노즐(35)로부터 토출된 린스액이 기판(W)의 상면에 착액하는 처리 위치와, 린스액 노즐(35)이 평면에서 보았을 때 처리 컵(21)의 둘레에 위치하는 대기 위치의 사이에서 린스액 노즐(35)을 수평으로 이동시킨다.
건조 전 처리액 노즐(39)은, 건조 전 처리액 노즐(39)로 건조 전 처리액을 안내하는 건조 전 처리액 배관(40)에 접속되어 있다. 건조 전 처리액 배관(40)에 개재 설치된 건조 전 처리액 밸브(41)가 개방되면, 건조 전 처리액이, 건조 전 처리액 노즐(39)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다. 마찬가지로, 치환액 노즐(43)은, 치환액 노즐(43)에 치환액을 안내하는 치환액 배관(44)에 접속되어 있다. 치환액 배관(44)에 개재 설치된 치환액 밸브(45)가 개방되면, 치환액이, 치환액 노즐(43)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다.
건조 전 처리액은, 패턴(P1)(도 5a 참조)의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함한다. 건조 전 처리액은, 흡착 물질 및 용해 물질이 균일하게 용합한 용액이다. 흡착 물질 및 용해 물질 중 어느 것이 용질이어도 된다. 흡착 물질 및 용해 물질과 용합하는 용매가 건조 전 처리액에 포함되는 경우는, 흡착 물질 및 용해 물질이 둘 다 용질이어도 된다.
건조 전 처리액의 응고점(1기압에서의 응고점. 이하 동일.)은, 흡착 물질의 응고점보다 낮다. 마찬가지로, 용해 물질의 응고점은, 흡착 물질의 응고점보다 낮다. 건조 전 처리액의 응고점은, 실온(23℃ 또는 그 근방의 값)보다 낮다. 건조 전 처리액의 응고점은, 실온 이상이어도 된다. 흡착 물질은, 용해 물질보다 패턴(P1)의 표면에 대한 친화성이 높은 물질이다. 흡착 물질은, 친수기 및 소수기를 둘 다 포함하는 양친매성 분자여도 된다. 흡착 물질의 증기압은, 용해 물질의 증기압보다 낮아도 되고, 용해 물질의 증기압보다 높아도 된다. 용해 물질의 증기압은, 물의 증기압보다 높아도 된다.
흡착 물질은, 상온 또는 상압에서 액체를 거치지 않고 고체로부터 기체로 변화하는 승화성 물질이어도 되고, 승화성 물질 이외의 물질이어도 된다. 마찬가지로, 용해 물질은, 승화성 물질이어도 되고, 승화성 물질 이외의 물질이어도 된다. 건조 전 처리액에 포함되는 승화성 물질의 종류는 2개 이상이어도 된다. 즉, 흡착 물질 및 용해 물질이 둘 다 승화성 물질이고, 흡착 물질 및 용해 물질과는 종류가 상이한 승화성 물질이 건조 전 처리액에 포함되어 있어도 된다.
승화성 물질은, 예를 들면, 2-메틸-2-프로판올(별명: tert-부틸알코올, t-부틸알코올, 터셔리부틸알코올)이나 시클로헥산올 등의 알코올류, 불화탄화수소 화합물, 1,3,5-트리옥산(별명: 메타포름알데하이드), 장뇌(별명: 캠퍼, 캄퍼), 나프탈렌, 요오드, 및 시클로헥산 중 어느 하나여도 되고, 이들 이외의 물질이어도 된다.
용매는, 예를 들면, 순수, IPA, HFE(하이드로플루오로에테르), 아세톤, PGMEA(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트), PGEE(프로필렌글리콜모노에틸에테르, 1-에톡시-2-프로판올), 에틸렌글리콜, 및 하이드로플루오로카본(hydrofluorocarbon)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종이어도 된다. 혹은, 승화성 물질이 용매여도 된다.
이하에서는, 흡착 물질이 터셔리부틸알코올이고, 용해 물질이 HFE인 예에 대하여 설명한다. 흡착 물질 및 용해 물질의 조합은, 터셔리부틸알코올 및 HFE의 조합 이외에, 터셔리부틸알코올 및 순수여도 되고, 시클로헥산올 및 HFE여도 되며, 장뇌 및 시클로헥산(실온에서 액체)이어도 된다.
터셔리부틸알코올의 응고점은, 25℃ 또는 그 근방의 값이다. HFE의 응고점은, 물의 응고점(0℃)보다 낮다. 터셔리부틸알코올의 분자식은, C4H10O이고, 메틸기와 하이드록실기가 터셔리부틸알코올의 분자에 포함된다. 터셔리부틸알코올은, 계면활성제의 일례이다. 터셔리부틸알코올은, 물이나 알코올에 균일하게 녹는 한편, HFE는, 물에 거의 녹지 않는다. HFE의 표면 장력은, 물의 표면 장력보다 낮다. 터셔리부틸알코올 및 HFE의 용액의 응고점은, 실온보다 낮다. 기판 처리 장치(1)는, 실온으로 유지된 클린 룸 내에 배치되어 있다. 따라서, 건조 전 처리액을 가열하지 않아도, 건조 전 처리액을 액체로 유지할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 치환액은, 린스액의 액막으로 덮인 기판(W)의 상면에 공급되고, 건조 전 처리액은, 치환액의 액막으로 덮인 기판(W)의 상면에 공급된다. 치환액은, 린스액 및 건조 전 처리액 둘 다와 용합하는 액체이다. 치환액은, 예를 들면, IPA 또는 HFE이다. 치환액은, IPA 및 HFE의 혼합액이어도 되고, IPA 및 HFE 중 적어도 한쪽과 이들 이외의 성분을 포함하고 있어도 된다. IPA 및 HFE는, 물 및 불화탄화수소 화합물 둘 다와 용합하는 액체이다. HFE는 난용해성이지만, IPA에 섞이기 때문에, 기판(W) 상의 린스액을 IPA로 치환한 후, HFE를 기판(W)에 공급해도 된다.
린스액의 액막으로 덮인 기판(W)의 상면에 치환액이 공급되면, 기판(W) 상의 대부분의 린스액은, 치환액에 의하여 밀려나, 기판(W)으로부터 배출된다. 나머지의 미량의 린스액은, 치환액에 녹아들어가, 치환액 중으로 확산된다. 확산된 린스액은, 치환액과 함께 기판(W)으로부터 배출된다. 따라서, 기판(W) 상의 린스액을 효율적으로 치환액으로 치환할 수 있다. 동일한 이유에 의하여, 기판(W) 상의 치환액을 효율적으로 건조 전 처리액으로 치환할 수 있다. 이에 의하여, 기판(W) 상의 건조 전 처리액에 포함되는 린스액을 감소시킬 수 있다.
건조 전 처리액 노즐(39)은, 연직 방향 및 수평 방향 중 적어도 한쪽으로 건조 전 처리액 노즐(39)을 이동시키는 노즐 이동 유닛(42)에 접속되어 있다. 노즐 이동 유닛(42)은, 건조 전 처리액 노즐(39)로부터 토출된 건조 전 처리액이 기판(W)의 상면에 착액하는 처리 위치와, 건조 전 처리액 노즐(39)이 평면에서 보았을 때 처리 컵(21)의 둘레에 위치하는 대기 위치의 사이에서 건조 전 처리액 노즐(39)을 수평으로 이동시킨다.
마찬가지로, 치환액 노즐(43)은, 연직 방향 및 수평 방향 중 적어도 한쪽으로 치환액 노즐(43)을 이동시키는 노즐 이동 유닛(46)에 접속되어 있다. 노즐 이동 유닛(46)은, 치환액 노즐(43)로부터 토출된 치환액이 기판(W)의 상면에 착액하는 처리 위치와, 치환액 노즐(43)이 평면에서 보았을 때 처리 컵(21)의 둘레에 위치하는 대기 위치의 사이에서 치환액 노즐(43)을 수평으로 이동시킨다.
처리 유닛(2)은, 스핀 척(10)의 상방에 배치된 차단 부재(51)를 포함한다. 도 2는, 차단 부재(51)가 원판 형상의 차단판인 예를 나타내고 있다. 차단 부재(51)는, 스핀 척(10)의 상방에 수평으로 배치된 원판부(52)를 포함한다. 차단 부재(51)는, 원판부(52)의 중앙부로부터 상방으로 연장되는 통 형상의 지축(支軸)(53)에 의하여 수평으로 지지되어 있다. 원판부(52)의 중심선은, 기판(W)의 회전축선(A1) 상에 배치되어 있다. 원판부(52)의 하면은, 차단 부재(51)의 하면(51L)에 상당한다. 차단 부재(51)의 하면(51L)은, 기판(W)의 상면에 대향하는 대향면이다. 차단 부재(51)의 하면(51L)은, 기판(W)의 상면과 평행이고, 기판(W)의 직경 이상의 외경을 갖고 있다.
차단 부재(51)는, 차단 부재(51)를 연직으로 승강시키는 차단 부재 승강 유닛(54)에 접속되어 있다. 차단 부재 승강 유닛(54)은, 상측 위치(도 2에 나타내는 위치)로부터 하측 위치까지의 임의의 위치에 차단 부재(51)를 위치시킨다. 하측 위치는, 약액 노즐(31) 등의 스캔 노즐이 기판(W)과 차단 부재(51)의 사이에 진입할 수 없는 높이까지 차단 부재(51)의 하면(51L)이 기판(W)의 상면에 근접하는 근접 위치이다. 상측 위치는, 스캔 노즐이 차단 부재(51)와 기판(W)의 사이에 진입 가능한 높이까지 차단 부재(51)가 퇴피한 이격 위치이다.
복수의 노즐은, 차단 부재(51)의 하면(51L)의 중앙부에서 개구하는 상측 중앙 개구(61)을 개재하여 처리액이나 처리 가스 등의 처리 유체를 하방으로 토출하는 중심 노즐(55)를 포함한다. 중심 노즐(55)은, 회전축선(A1)을 따라 상하로 연장되어 있다. 중심 노즐(55)은, 차단 부재(51)의 중앙부를 상하로 관통하는 관통 구멍 내에 배치되어 있다. 차단 부재(51)의 내주면은, 경방향(회전축선(A1)에 직교하는 방향)으로 간격을 두고 중심 노즐(55)의 외주면을 둘러싸고 있다. 중심 노즐(55)은, 차단 부재(51)와 함께 승강한다. 처리액을 토출하는 중심 노즐(55)의 토출구는, 차단 부재(51)의 상측 중앙 개구(61)의 상방에 배치되어 있다.
중심 노즐(55)은, 중심 노즐(55)에 불활성 가스를 안내하는 상측 기체 배관(56)에 접속되어 있다. 기판 처리 장치(1)는, 중심 노즐(55)로부터 토출되는 불활성 가스를 가열 또는 냉각하는 상측 온도 조절기(59)를 구비하고 있어도 된다. 상측 기체 배관(56)에 개재 설치된 상측 기체 밸브(57)가 개방되면, 불활성 가스의 유량을 변경하는 유량 조정 밸브(58)의 개도에 대응하는 유량으로, 불활성 가스가, 중심 노즐(55)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다. 중심 노즐(55)로부터 토출되는 불활성 가스는, 질소 가스이다. 불활성 가스는, 헬륨 가스나 아르곤 가스 등의 질소 가스 이외의 가스여도 된다.
차단 부재(51)의 내주면과 중심 노즐(55)의 외주면은, 상하로 연장되는 통 형상의 상측 기체 유로(62)를 형성하고 있다. 상측 기체 유로(62)는, 불활성 가스를 차단 부재(51)의 상측 중앙 개구(61)로 유도하는 상측 기체 배관(63)에 접속되어 있다. 기판 처리 장치(1)는, 차단 부재(51)의 상측 중앙 개구(61)로부터 토출되는 불활성 가스를 가열 또는 냉각하는 상측 온도 조절기(66)를 구비하고 있어도 된다. 상측 기체 배관(63)에 개재 설치된 상측 기체 밸브(64)가 개방되면, 불활성 가스의 유량을 변경하는 유량 조정 밸브(65)의 개도에 대응하는 유량으로, 불활성 가스가, 차단 부재(51)의 상측 중앙 개구(61)로부터 하방으로 연속적으로 토출된다. 차단 부재(51)의 상측 중앙 개구(61)로부터 토출되는 불활성 가스는, 질소 가스이다. 불활성 가스는, 헬륨 가스나 아르곤 가스 등의 질소 가스 이외의 가스여도 된다.
복수의 노즐은, 기판(W)의 하면 중앙부를 향하여 처리액을 토출하는 하면 노즐(71)을 포함한다. 하면 노즐(71)은, 스핀 베이스(12)의 상면(12u)과 기판(W)의 하면의 사이에 배치된 노즐 원판부와, 노즐 원판부로부터 하방으로 연장되는 노즐 통 형상부를 포함한다. 하면 노즐(71)의 토출구는, 노즐 원판부의 상면 중앙부에서 개구하고 있다. 기판(W)이 스핀 척(10)에 유지되어 있을 때는, 하면 노즐(71)의 토출구가, 기판(W)의 하면 중앙부에 상하로 대향한다.
하면 노즐(71)은, 가열 유체의 일례인 온수(실온보다 고온의 순수)를 하면 노즐(71)로 안내하는 가열 유체 배관(72)에 접속되어 있다. 하면 노즐(71)에 공급되는 순수는, 가열 유체 배관(72)에 개재 설치된 하측 히터(75)에 의하여 가열된다. 가열 유체 배관(72)에 개재 설치된 가열 유체 밸브(73)가 개방되면, 온수의 유량을 변경하는 유량 조정 밸브(74)의 개도에 대응하는 유량으로, 온수가, 하면 노즐(71)의 토출구로부터 상방으로 연속적으로 토출된다. 이에 의하여, 온수가 기판(W)의 하면에 공급된다.
하면 노즐(71)은, 또한, 냉각 유체의 일례인 냉수(실온보다 저온의 순수)를 하면 노즐(71)로 안내하는 냉각 유체 배관(76)에 접속되어 있다. 하면 노즐(71)에 공급되는 순수는, 냉각 유체 배관(76)에 개재 설치된 쿨러(79)에 의하여 냉각된다. 냉각 유체 배관(76)에 개재 설치된 냉각 유체 밸브(77)가 개방되면, 냉수의 유량을 변경하는 유량 조정 밸브(78)의 개도에 대응하는 유량으로, 냉수가, 하면 노즐(71)의 토출구로부터 상방으로 연속적으로 토출된다. 이에 의하여, 냉수가 기판(W)의 하면에 공급된다.
하면 노즐(71)의 외주면과 스핀 베이스(12)의 내주면은, 상하로 연장되는 통 형상의 하측 기체 유로(82)를 형성하고 있다. 하측 기체 유로(82)는, 스핀 베이스(12)의 상면(12u)의 중앙부에서 개구하는 하측 중앙 개구(81)를 포함한다. 하측 기체 유로(82)는, 불활성 가스를 스핀 베이스(12)의 하측 중앙 개구(81)로 유도하는 하측 기체 배관(83)에 접속되어 있다. 기판 처리 장치(1)는, 스핀 베이스(12)의 하측 중앙 개구(81)로부터 토출되는 불활성 가스를 가열 또는 냉각하는 하측 온도 조절기(86)를 구비하고 있어도 된다. 하측 기체 배관(83)에 개재 설치된 하측 기체 밸브(84)가 개방되면, 불활성 가스의 유량을 변경하는 유량 조정 밸브(85)의 개도에 대응하는 유량으로, 불활성 가스가, 스핀 베이스(12)의 하측 중앙 개구(81)로부터 상방으로 연속적으로 토출된다.
스핀 베이스(12)의 하측 중앙 개구(81)로부터 토출되는 불활성 가스는, 질소 가스이다. 불활성 가스는, 헬륨 가스나 아르곤 가스 등의 질소 가스 이외의 가스여도 된다. 기판(W)이 스핀 척(10)에 유지되어 있을 때에, 스핀 베이스(12)의 하측 중앙 개구(81)가 질소 가스를 토출하면, 질소 가스는, 기판(W)의 하면과 스핀 베이스(12)의 상면(12u)의 사이를 모든 방향으로 방사 형상으로 흐른다. 이에 의하여, 기판(W)과 스핀 베이스(12) 사이의 공간이 질소 가스로 채워진다.
도 3은, 제어 장치(3)의 하드웨어를 나타내는 블럭도이다.
제어 장치(3)는, 컴퓨터 본체(3a)와, 컴퓨터 본체(3a)에 접속된 주변 장치(3b)를 포함하는, 컴퓨터이다. 컴퓨터 본체(3a)는, 각종 명령을 실행하는 CPU(91)(central processing unit: 중앙 처리 장치)와, 정보를 기억하는 주기억 장치(92)를 포함한다. 주변 장치(3b)는, 프로그램(P) 등의 정보를 기억하는 보조 기억 장치(93)와, 리무버블 미디어(M)로부터 정보를 판독하는 판독 장치(94)와, 호스트 컴퓨터 등의 다른 장치와 통신하는 통신 장치(95)를 포함한다.
제어 장치(3)는, 입력 장치(96) 및 표시 장치(97)에 접속되어 있다. 입력 장치(96)는, 유저나 메인터넌스 담당자 등의 조작자가 기판 처리 장치(1)에 정보를 입력할 때에 조작된다. 정보는, 표시 장치(97)의 화면에 표시된다. 입력 장치(96)는, 키보드, 포인팅 디바이스, 및 터치 패널 중 어느 하나여도 되고, 이들 이외의 장치여도 된다. 입력 장치(96) 및 표시 장치(97)를 겸하는 터치 패널 디스플레이가 기판 처리 장치(1)에 설치되어 있어도 된다.
CPU(91)는, 보조 기억 장치(93)에 기억된 프로그램(P)을 실행한다. 보조 기억 장치(93) 내의 프로그램(P)은, 제어 장치(3)에 미리 인스톨된 것이어도 되고, 판독 장치(94)를 통하여 리무버블 미디어(M)로부터 보조 기억 장치(93)에 보내진 것이어도 되며, 호스트 컴퓨터 등의 외부 장치로부터 통신 장치(95)를 통하여 보조 기억 장치(93)에 보내진 것이어도 된다.
보조 기억 장치(93) 및 리무버블 미디어(M)는, 전력이 공급되고 있지 않아도 기억을 유지하는 불휘발성 메모리이다. 보조 기억 장치(93)는, 예를 들면, 하드 디스크 드라이브 등의 자기 기억 장치이다. 리무버블 미디어(M)는, 예를 들면, 콤팩트 디스크 등의 광디스크 또는 메모리 카드 등의 반도체 메모리이다. 리무버블 미디어(M)는, 프로그램(P)이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 일례이다. 리무버블 미디어(M)는, 일시적이 아닌 유형의 기록 매체(non-transitory tangible recording medium)이다.
보조 기억 장치(93)는, 복수의 레시피를 기억하고 있다. 레시피는, 기판(W)의 처리 내용, 처리 조건, 및 처리 순서를 규정하는 정보이다. 복수의 레시피는, 기판(W)의 처리 내용, 처리 조건, 및 처리 순서 중 적어도 하나에 있어서 서로 상이하다. 제어 장치(3)는, 호스트 컴퓨터에 의하여 지정된 레시피에 따라 기판(W)이 처리되도록 기판 처리 장치(1)를 제어한다. 이하의 각 공정은, 제어 장치(3)가 기판 처리 장치(1)를 제어함으로써 실행된다. 바꾸어 말하면, 제어 장치(3)는, 이하의 각 공정을 실행하도록 프로그램되어 있다.
다음으로, 기판(W)을 처리하는 3개의 예에 대하여 설명한다.
처리되는 기판(W)은, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼이다. 기판(W)의 표면은, 트랜지스터나 커패시터 등의 디바이스가 형성되는 디바이스 형성면에 상당한다. 기판(W)은, 패턴 형성면인 기판(W)의 표면에 패턴(P1)(도 5a 참조)이 형성된 기판(W)이어도 되고, 기판(W)의 표면에 패턴(P1)이 형성되어 있지 않은 기판(W)이어도 된다. 후자의 경우, 후술하는 약액 공급 공정에서 패턴(P1)이 형성되어도 된다.
제1 처리예
먼저, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 일부를 응고시킨 후, 응고한 건조 전 처리액을 남기면서, 응고하지 않은 건조 전 처리액을 기판(W)으로부터 제거하는 예에 대하여 설명한다.
도 4는, 기판 처리 장치(1)에 의하여 행해지는 기판(W)의 처리의 일례(제1 처리예)에 대하여 설명하기 위한 공정도이다. 도 5a~도 5d는, 도 4에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판(W)의 상태를 나타내는 모식도이다. 이하에서는, 도 2 및 도 4를 참조한다. 도 5a~도 5d에 대해서는 적절히 참조한다.
기판 처리 장치(1)에 의하여 기판(W)이 처리될 때는, 챔버(4) 내에 기판(W)을 반입하는 반입 공정(도 4의 단계 S1)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재(51)가 상측 위치에 위치하고 있고, 모든 가드(24)가 하측 위치에 위치하고 있으며, 모든 스캔 노즐이 대기 위치에 위치하고 있는 상태로, 센터 로봇(CR)(도 1a 참조)이, 기판(W)을 핸드(H1)로 지지하면서, 핸드(H1)를 챔버(4) 내에 진입시킨다. 그리고, 센터 로봇(CR)은, 기판(W)의 표면이 위를 향하게 한 상태로 핸드(H1) 상의 기판(W)을 복수의 척 핀(11) 위에 둔다. 그 후, 복수의 척 핀(11)이 기판(W)의 외주면에 눌려져, 기판(W)이 파지된다. 센터 로봇(CR)은, 기판(W)을 스핀 척(10) 위에 둔 후, 핸드(H1)를 챔버(4)의 내부로부터 퇴피시킨다.
다음으로, 상측 기체 밸브(64) 및 하측 기체 밸브(84)가 개방되어, 차단 부재(51)의 상측 중앙 개구(61) 및 스핀 베이스(12)의 하측 중앙 개구(81)가 질소 가스의 토출을 개시한다. 이에 의하여, 기판(W)과 차단 부재(51) 사이의 공간이 질소 가스로 채워진다. 마찬가지로, 기판(W)과 스핀 베이스(12) 사이의 공간이 질소 가스로 채워진다. 한편, 가드 승강 유닛(27)이 적어도 하나의 가드(24)를 하측 위치로부터 상측 위치로 상승시킨다. 그 후, 스핀 모터(14)가 구동되어, 기판(W)의 회전이 개시된다(도 4의 단계 S2). 이에 의하여, 기판(W)이 액체 공급 속도로 회전한다.
다음으로, 약액을 기판(W)의 상면에 공급하여, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 약액의 액막을 형성하는 약액 공급 공정(도 4의 단계 S3)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재(51)가 상측 위치에 위치하고 있고, 적어도 하나의 가드(24)가 상측 위치에 위치하고 있는 상태로, 노즐 이동 유닛(34)이 약액 노즐(31)을 대기 위치로부터 처리 위치로 이동시킨다. 그 후, 약액 밸브(33)가 개방되어, 약액 노즐(31)이 약액의 토출을 개시한다. 약액 밸브(33)가 개방되고 나서 소정 시간이 경과하면, 약액 밸브(33)가 폐쇄되어, 약액의 토출이 정지된다. 그 후, 노즐 이동 유닛(34)이 약액 노즐(31)을 대기 위치로 이동시킨다.
약액 노즐(31)로부터 토출된 약액은, 액체 공급 속도로 회전하고 있는 기판(W)의 상면에 착액한 후, 원심력에 의하여 기판(W)의 상면을 따라 바깥쪽으로 흐른다. 그 때문에, 약액이 기판(W)의 상면 전역에 공급되어, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 약액의 액막이 형성된다. 약액 노즐(31)이 약액을 토출하고 있을 때, 노즐 이동 유닛(34)은, 기판(W)의 상면에 대한 약액의 착액 위치가 중앙부와 외주부를 통과하도록 착액 위치를 이동시켜도 되고, 착액 위치를 중앙부에서 정지시켜도 된다.
다음으로, 린스액의 일례인 순수를 기판(W)의 상면에 공급하여, 기판(W) 상의 약액을 씻어 내는 린스액 공급 공정(도 4의 단계 S4)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재(51)가 상측 위치에 위치하고 있고, 적어도 하나의 가드(24)가 상측 위치에 위치하고 있는 상태로, 노즐 이동 유닛(38)이 린스액 노즐(35)을 대기 위치로부터 처리 위치로 이동시킨다. 그 후, 린스액 밸브(37)가 개방되어, 린스액 노즐(35)이 린스액의 토출을 개시한다. 순수의 토출이 개시되기 전에, 가드 승강 유닛(27)은, 기판(W)으로부터 배출된 액체를 받아내는 가드(24)를 전환하기 위하여, 적어도 하나의 가드(24)를 연직으로 이동시켜도 된다. 린스액 밸브(37)가 개방되고 나서 소정 시간이 경과하면, 린스액 밸브(37)가 폐쇄되어, 린스액의 토출이 정지된다. 그 후, 노즐 이동 유닛(38)이 린스액 노즐(35)을 대기 위치로 이동시킨다.
린스액 노즐(35)로부터 토출된 순수는, 액체 공급 속도로 회전하고 있는 기판(W)의 상면에 착액한 후, 원심력에 의하여 기판(W)의 상면을 따라 바깥쪽으로 흐른다. 기판(W) 상의 약액은, 린스액 노즐(35)로부터 토출된 순수로 치환된다. 이에 의하여, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 순수의 액막이 형성된다. 린스액 노즐(35)이 순수를 토출하고 있을 때, 노즐 이동 유닛(38)은, 기판(W)의 상면에 대한 순수의 착액 위치가 중앙부와 외주부를 통과하도록 착액 위치를 이동시켜도 되고, 착액 위치를 중앙부에서 정지시켜도 된다.
다음으로, 린스액 및 건조 전 처리액 둘 다와 용합하는 치환액을 기판(W)의 상면에 공급하여, 기판(W) 상의 순수를 치환액으로 치환하는 치환액 공급 공정(도 4의 단계 S5)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재(51)가 상측 위치에 위치하고 있고, 적어도 하나의 가드(24)가 상측 위치에 위치하고 있는 상태로, 노즐 이동 유닛(46)이 치환액 노즐(43)을 대기 위치로부터 처리 위치로 이동시킨다. 그 후, 치환액 밸브(45)가 개방되어, 치환액 노즐(43)이 치환액의 토출을 개시한다. 치환액의 토출이 개시되기 전에, 가드 승강 유닛(27)은, 기판(W)으로부터 배출된 액체를 받아내는 가드(24)를 전환하기 위하여, 적어도 하나의 가드(24)를 연직으로 이동시켜도 된다. 치환액 밸브(45)가 개방되고 나서 소정 시간이 경과하면, 치환액 밸브(45)가 폐쇄되어, 치환액의 토출이 정지된다. 그 후, 노즐 이동 유닛(46)이 치환액 노즐(43)을 대기 위치로 이동시킨다.
치환액 노즐(43)로부터 토출된 치환액은, 액체 공급 속도로 회전하고 있는 기판(W)의 상면에 착액한 후, 원심력에 의하여 기판(W)의 상면을 따라 바깥쪽으로 흐른다. 기판(W) 상의 순수는, 치환액 노즐(43)로부터 토출된 치환액으로 치환된다. 이에 의하여, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 치환액의 액막이 형성된다. 치환액 노즐(43)이 치환액을 토출하고 있을 때, 노즐 이동 유닛(46)은, 기판(W)의 상면에 대한 치환액의 착액 위치가 중앙부와 외주부를 통과하도록 착액 위치를 이동시켜도 되고, 착액 위치를 중앙부에서 정지시켜도 된다. 또, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 치환액의 액막이 형성된 후, 치환액 노즐(43)에 치환액의 토출을 정지시키면서, 기판(W)을 퍼들 속도(예를 들면, 0을 초과하는 20rpm 이하의 속도)로 회전시켜도 된다.
다음으로, 건조 전 처리액을 기판(W)의 상면에 공급하여, 건조 전 처리액의 액막을 기판(W) 상에 형성하는 건조 전 처리액 공급 공정(도 4의 단계 S6)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재(51)가 상측 위치에 위치하고 있고, 적어도 하나의 가드(24)가 상측 위치에 위치하고 있는 상태로, 노즐 이동 유닛(42)이 건조 전 처리액 노즐(39)을 대기 위치로부터 처리 위치로 이동시킨다. 그 후, 건조 전 처리액 밸브(41)가 개방되어, 건조 전 처리액 노즐(39)이 건조 전 처리액의 토출을 개시한다. 건조 전 처리액의 토출이 개시되기 전에, 가드 승강 유닛(27)은, 기판(W)으로부터 배출된 액체를 받아내는 가드(24)를 전환하기 위하여, 적어도 하나의 가드(24)를 연직으로 이동시켜도 된다. 건조 전 처리액 밸브(41)가 개방되고 나서 소정 시간이 경과하면, 건조 전 처리액 밸브(41)가 폐쇄되어, 건조 전 처리액의 토출이 정지된다. 그 후, 노즐 이동 유닛(42)이 건조 전 처리액 노즐(39)을 대기 위치로 이동시킨다.
건조 전 처리액 노즐(39)로부터 토출된 건조 전 처리액은, 액체 공급 속도로 회전하고 있는 기판(W)의 상면에 착액한 후, 원심력에 의하여 기판(W)의 상면을 따라 바깥쪽으로 흐른다. 기판(W) 상의 치환액은, 건조 전 처리액 노즐(39)로부터 토출된 건조 전 처리액으로 치환된다. 이에 의하여, 기판(W)의 상면 전역을 덮는 건조 전 처리액의 액막이 형성된다. 건조 전 처리액 노즐(39)이 건조 전 처리액을 토출하고 있을 때, 노즐 이동 유닛(42)은, 기판(W)의 상면에 대한 건조 전 처리액의 착액 위치가 중앙부와 외주부를 통과하도록 착액 위치를 이동시켜도 되고, 착액 위치를 중앙부에서 정지시켜도 된다.
도 5a는, 건조 전 처리액이, 흡착 물질로서의 터셔리부틸알코올과, 용해 물질로서의 HFE를 포함하는 예를 나타내고 있다. 도 5a에서는, 터셔리부틸알코올을 TBA로 표기하고 있다. 이 예에서는, 터셔리부틸알코올의 단분자막(Fm)이 패턴(P1)의 표면을 포함하는 기판(W)의 표면을 따라 형성되어 있다. 터셔리부틸알코올의 분자에는, 메틸기(도 5a 중의 검은 동그라미)와 하이드록실기가 포함된다. 메틸기는 소수기이며, 하이드록실기는 친수기이다.
도 5a의 예에서는, 터셔리부틸알코올의 하이드록실기가 기판(W)의 표면측에 배치되어 있고, 터셔리부틸알코올의 메틸기가 터셔리부틸알코올의 기판(W)의 표면에 대하여 터셔리부틸알코올의 하이드록실기와는 반대측에 배치되어 있다. 이 예에서는, 터셔리부틸알코올의 하이드록실기가 기판(W)의 표면에 위치하는 하이드록실기에 끌어 당겨져, 터셔리부틸알코올의 분자가 기판(W)의 표면에 흡착하고 있다. 동일한 현상이 기판(W)의 표면의 모든 장소에서 일어나, 건조 전 처리액에 포함되는 터셔리부틸알코올이 기판(W)의 표면의 각 부에 흡착하고 있다.
건조 전 처리액에 포함되는 터셔리부틸알코올이 기판(W)의 표면의 각 부에 흡착하면, 기판(W)의 표면과 건조 전 처리액의 계면을 나타내는 고액 계면에서 건조 전 처리액 중의 터셔리부틸알코올의 농도가 증가하고, 고액 계면으로부터 떨어진 위치에서 건조 전 처리액 중의 터셔리부틸알코올의 농도가 저하한다. 고액 계면 부근의 건조 전 처리액의 주성분은 터셔리부틸알코올이기 때문에, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액의 응고점은, 터셔리부틸알코올의 응고점 또는 이것에 가까운 온도까지 상승한다. 한편, 고액 계면으로부터 떨어진 위치에서는, 터셔리부틸알코올의 농도가 저하하고 있으므로, 응고점 강하의 정도가 경감되어, 건조 전 처리액의 응고점이 HFE의 응고점에 가까워진다.
건조 전 처리액의 액막을 형성한 후에는, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 일부를 제거하고, 기판(W)의 상면 전역이 건조 전 처리액의 액막으로 덮인 상태를 유지하면서, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 막두께(액막의 두께)를 감소시키는 막두께 감소 공정(도 4의 단계 S7)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재 승강 유닛(54)이 차단 부재(51)를 상측 위치로부터 하측 위치로 하강시킨다. 이에 의하여, 차단 부재(51)의 하면(51L)이 기판(W)의 상면에 근접한다. 그리고, 차단 부재(51)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로, 스핀 모터(14)가 기판(W)을 막두께 감소 속도로 회전시킨다. 막두께 감소 속도는, 액체 공급 속도와 동일해도 되고, 상이해도 된다.
기판(W) 상의 건조 전 처리액은, 건조 전 처리액의 토출이 정지된 후에도, 원심력에 의하여 기판(W)으로부터 바깥쪽으로 배출된다. 그 때문에, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 액막의 두께가 감소한다. 기판(W) 상의 건조 전 처리액이 어느 정도 배출되면, 단위 시간당 기판(W)으로부터의 건조 전 처리액의 배출량이 영 또는 대략 영으로 감소한다. 이에 의하여, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 액막의 두께가 기판(W)의 회전 속도에 따른 값으로 안정된다.
다음으로, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 냉각하여, 건조 전 처리액을 응고시키는 냉각 공정(도 4의 단계 S8)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재(51)가 하측 위치에 위치하고 있고, 기판(W)이 액체 공급 속도로 회전하고 있는 상태로, 냉각 유체 밸브(77)가 개방되어, 하면 노즐(71)이 냉수의 토출을 개시한다. 하면 노즐(71)로부터 상방으로 토출된 냉수는, 기판(W)의 하면 중앙부에 착액한 후, 회전하고 있는 기판(W)의 하면을 따라 바깥쪽으로 흐른다. 이에 의하여, 냉수가 기판(W)의 하면 전역에 공급된다. 그리고, 냉각 유체 밸브(77)가 개방되고 나서 소정 시간이 경과하면, 냉각 유체 밸브(77)가 폐쇄되어, 냉수의 토출이 정지된다.
냉수의 온도는, 실온보다 낮다. 냉수의 온도는, 건조 전 처리액에 포함되는 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 기판(W)에 공급되기 전의 건조 전 처리액의 응고점보다 높다. 따라서, 기판(W) 상의 건조 전 처리액은, 냉수에 의하여, 기판(W)을 개재하여 균일하게 냉각된다. 특히, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 직접 냉각하는 것이 아니라, 기판(W)을 개재하여 건조 전 처리액을 냉각하므로, 기판(W)의 표면과 건조 전 처리액의 계면을 나타내는 고액 계면 부근의 건조 전 처리액이 우선적으로 냉각된다.
상술한 바와 같이, 건조 전 처리액을 기판(W)에 공급하면, 건조 전 처리액에 포함되는 흡착 물질이, 패턴(P1)의 표면을 포함하는 기판(W)의 표면의 각 부에 흡착하여, 고액 계면에서 건조 전 처리액 중의 흡착 물질의 농도가 증가한다. 고액 계면 부근의 건조 전 처리액의 응고점은, 흡착 물질의 응고점에 가까운 온도까지 상승한다. 한편, 고액 계면으로부터 떨어진 위치에서는, 건조 전 처리액의 응고점이 용해 물질의 응고점에 가까워진다.
흡착 물질의 응고점보다 낮고 기판(W)에 공급되기 전의 건조 전 처리액의 응고점보다 높은 냉각 온도에서, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 냉각하면, 건조 전 처리액이 고액 계면 및 그 근방에서 응고한다. 한편, 건조 전 처리액의 응고점이 냉각 온도보다 낮으므로, 고액 계면으로부터 떨어진 위치에서는, 건조 전 처리액은, 응고하지 않아 액체로 유지된다. 그 때문에, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 흡착 물질을 포함하는 응고막(101)이 기판(W)의 표면을 따라 형성되어, 응고하지 않은 건조 전 처리액과 기판(W)의 표면의 사이에 개재한다.
응고막(101)은, 최종적으로 기판(W)으로부터 제거되는 희생막에 상당한다. 도 5b는, 응고막(101)을 포함하는 응고체의 단면의 일례를 나타내고 있다. 패턴(P1)의 표면을 포함하는 기판(W)의 표면은, 응고막(101)으로 덮여 있다. 응고막(101)은, 패턴(P1)의 측면(Ps)을 덮는 측면막(101s)과, 패턴(P1)의 상면(Pu)을 덮는 상면막(101u)과, 기판(W)의 바닥면(기판(W)의 평면(Ws))을 덮는 바닥면막(101b)을 포함한다. 측면막(101s)의 상단부와 상면막(101u)은, 패턴(P1)의 선단부를 덮는 선단막을 구성하고 있다.
도 5b에 나타내는 예에서는, 응고막(101)의 두께(T1)는, 패턴(P1)의 높이(Hp)보다 작다. 응고막(101)의 두께(T1)는, 패턴(P1)의 폭(Wp)보다 작아도 되고, 서로 이웃하는 2개의 패턴(P1)의 간격(G1)보다 작아도 된다. 응고막(101)의 2개의 측면막(101s)은, 패턴(P1)의 폭방향(도 5b의 좌우 방향)으로 간격을 두고 서로 마주보고 있다. 응고하지 않은 건조 전 처리액은, 패턴(P1)의 상방뿐만 아니라, 서로 이웃하는 2개의 패턴(P1)의 사이에도 위치하고 있다. 이 건조 전 처리액은, 패턴(P1)의 표면에 직접 접하고 있는 것이 아니라, 응고막(101)을 개재하여 패턴(P1)의 표면에 접하고 있다.
응고막(101)이 건조 전 처리액 중에 형성된 후에는, 응고막(101)을 기판(W)의 상면에 남기면서, 잉여의 건조 전 처리액을 기판(W)의 상면으로부터 제거하는 액체 제거 공정(도 4의 단계 S9)이 행해진다.
건조 전 처리액의 제거는, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 향하여 질소 가스를 토출함으로써 행해도 되고, 기판(W)을 회전 방향으로 가속함으로써 행해도 된다. 혹은, 질소 가스의 토출 및 기판(W)의 가속을 둘 다 행해도 된다. 건조 전 처리액의 냉각에 의하여 응고막(101)이 형성된 후에, 잉여의 건조 전 처리액이 기판(W)으로부터 제거된다면, 건조 전 처리액의 제거는, 건조 전 처리액의 냉각을 개시하기 전 또는 후에 개시되어도 되고, 건조 전 처리액의 냉각을 개시함과 동시에 개시되어도 된다.
질소 가스의 토출에 의하여 잉여의 건조 전 처리액을 배출하는 경우, 차단 부재(51)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로, 상측 기체 밸브(57)를 개방하여, 중심 노즐(55)에 질소 가스의 토출을 개시시킨다. 중심 노즐(55)로부터 하방으로 토출된 질소 가스는, 기판(W)의 상면과 차단 부재(51)의 하면(51L) 사이의 공간을 방사 형상으로 흐른다. 중심 노즐(55)로부터의 질소 가스의 토출에 더하여 또는 대신에, 유량 조정 밸브(65)의 개도를 변경하여, 차단 부재(51)의 상측 중앙 개구(61)로부터 토출되는 질소 가스의 유량을 증가시켜도 된다. 어느 경우도, 기판(W) 상의 잉여의 건조 전 처리액은, 방사 형상으로 흐르는 질소 가스의 압력을 받아 기판(W) 상을 바깥쪽으로 흐른다. 그것과 동시에, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 일부는, 질소 가스의 공급에 의하여 증발한다. 이에 의하여, 잉여의 건조 전 처리액이 기판(W)으로부터 제거된다.
기판(W)의 가속에 의하여 잉여의 건조 전 처리액을 배출하는 경우, 스핀 모터(14)는, 기판(W)의 회전 속도를 막두께 감소 속도보다 큰 액체 제거 속도까지 증가시키고, 액체 제거 속도로 유지한다. 액체 제거 속도는, 액체 공급 속도와 동일해도 되고, 상이해도 된다. 기판(W) 상의 잉여의 건조 전 처리액은, 기판(W)의 회전에 의하여 발생하는 원심력을 받아 기판(W) 상을 바깥쪽으로 흐른다. 그것과 동시에, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 일부는, 질소 가스의 공급에 의하여 증발한다. 이에 의하여, 잉여의 건조 전 처리액이 기판(W)으로부터 제거된다. 따라서, 질소 가스의 토출과 기판(W)의 가속을 둘 다 행하면, 잉여의 건조 전 처리액을 신속하게 기판(W)으로부터 제거할 수 있다.
잉여의 건조 전 처리액을 기판(W)으로부터 제거하기 전에는, 건조 전 처리액의 상면(액면)이, 패턴(P1)의 상방에 위치하고 있다. 건조 전 처리액의 상면은, 건조 전 처리액이 감소함에 따라 패턴(P1)에 가까워진다. 기판(W) 상의 건조 전 처리액이 어느 정도까지 감소하면, 건조 전 처리액의 상면이 서로 이웃하는 2개의 볼록 형상 패턴(P1)의 사이로 이동한다. 즉, 기체와 액체(건조 전 처리액)의 계면이 패턴(P1)의 사이로 이동하여, 건조 전 처리액의 표면 장력에 기인하는 도괴력이 응고막(101)으로 코팅된 패턴(P1)에 가해진다.
건조 전 처리액의 표면 장력에 기인하는 도괴력이 패턴(P1)에 가해지면, 패턴(P1)의 강도에 따라서는, 패턴(P1)이 도괴하는 경우가 있다. 도 5c는, 잉여의 건조 전 처리액의 제거에 의하여 패턴(P1)이 도괴한 상태를 나타내고 있다. 응고막(101)에는, 복수의 패턴(P1)의 선단부를 각각 덮는 복수의 측면막(101s)이 포함된다. 서로 이웃하는 2개의 패턴(P1)이 서로 가까워지는 방향으로 도괴하면, 2개의 측면막(101s)은, 서로 떨어진 상태로부터 서로 접한 상태로 변화한다. 따라서, 도괴한 2개의 패턴(P1)의 선단부는, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막(101)을 개재하여 접한다.
도괴한 패턴(P1)은, 패턴(P1)의 복원력(탄력)으로 기판(W)의 바닥면(기판(W)의 평면(Ws))에 대하여 수직인 수직 상태로 돌아오려고 한다. 한편, 도괴한 2개의 패턴(P1)의 선단부를 각각 덮는 2개의 측면막(101s)이 서로 접촉하면, 2개의 측면막(101s)의 사이에 접착력이 발생한다. 이 접착력이 패턴(P1)의 복원력보다 강한 경우, 도괴한 패턴(P1)은, 수직 상태로 돌아오지 않고, 기판(W)의 바닥면에 대하여 기울어진 도괴 상태로 유지된다.
잉여의 건조 전 처리액을 기판(W)으로부터 제거한 후에는, 기판(W) 상의 응고막(101)을 승화시켜, 기판(W)의 상면으로부터 제거하는 승화 공정(도 4의 단계 S10)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재(51)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로, 스핀 모터(14)가 기판(W)을 승화 속도로 회전시킨다. 승화 속도는, 액체 공급 속도와 동일해도 되고, 상이해도 된다. 상측 기체 밸브(57)가 폐쇄되어 있는 경우는, 상측 기체 밸브(57)를 개방하여, 중심 노즐(55)에 질소 가스의 토출을 개시시킨다. 상측 기체 밸브(57)가 개방되어 있는 경우는, 유량 조정 밸브(58)의 개도를 변경하여, 중심 노즐(55)로부터 토출되는 질소 가스의 유량을 증가시켜도 된다. 승화 속도에서의 기판(W)의 회전이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 스핀 모터(14)가 멈추어, 기판(W)의 회전이 정지된다(도 4의 단계 S11).
승화 속도에서의 기판(W)의 회전 등이 개시되면, 기판(W) 상의 응고막(101)은, 액체를 거치지 않고 기체로 변화한다. 응고막(101)으로부터 발생한 기체(흡착 물질을 포함하는 기체)는, 기판(W)과 차단 부재(51) 사이의 공간을 방사 형상으로 흘러, 기판(W)의 상방으로부터 배출된다. 이에 의하여, 응고막(101)이 기판(W)의 상면으로부터 제거된다. 또한, 응고막(101)의 승화를 개시하기 전에, 순수 등의 액체가 기판(W)의 하면에 부착하고 있었다고 하더라도, 이 액체는 기판(W)의 회전에 의하여 기판(W)으로부터 제거된다. 이에 의하여, 응고막(101) 등의 불필요한 물질이 기판(W)으로부터 제거되고, 기판(W)이 건조된다.
도 5c에 나타내는 바와 같이, 잉여의 건조 전 처리액을 제거했을 때에 패턴(P1)이 도괴했다고 하더라도, 응고막(101)을 제거하면, 도 5d에 나타내는 바와 같이, 도괴한 2개의 패턴(P1)의 선단부의 사이로부터 응고막(101)이 없어진다. 이에 의하여, 2개의 패턴(P1)을 도괴 상태로 유지하는 접착력이 약해진다. 패턴(P1)이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 도괴한 패턴(P1)은, 패턴(P1)의 복원력(도 5d 중의 흑색의 화살표 참조)으로 수직 상태로 돌아온다. 따라서, 잉여의 건조 전 처리액을 제거했을 때에 패턴(P1)이 도괴하더라도, 응고막(101)을 제거한 후에는, 패턴(P1)이 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴(P1)의 강도가 낮은 경우이더라도, 최종적인 패턴(P1)의 도괴율을 개선할 수 있다.
응고막(101)을 제거한 후에는, 기판(W)을 챔버(4)로부터 반출하는 반출 공정(도 4의 단계 S12)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재 승강 유닛(54)이 차단 부재(51)를 상측 위치까지 상승시키고, 가드 승강 유닛(27)이 모든 가드(24)를 하측 위치까지 하강시킨다. 또한, 상측 기체 밸브(64) 및 하측 기체 밸브(84)가 폐쇄되어, 차단 부재(51)의 상측 중앙 개구(61)와 스핀 베이스(12)의 하측 중앙 개구(81)가 질소 가스의 토출을 정지한다. 그 후, 센터 로봇(CR)이, 핸드(H1)를 챔버(4) 내에 진입시킨다. 센터 로봇(CR)은, 복수의 척 핀(11)이 기판(W)의 파지를 해제한 후, 스핀 척(10) 상의 기판(W)을 핸드(H1)로 지지한다. 그 후, 센터 로봇(CR)은, 기판(W)을 핸드(H1)로 지지하면서, 핸드(H1)를 챔버(4)의 내부로부터 퇴피시킨다. 이에 의하여, 처리 완료된 기판(W)이 챔버(4)로부터 반출된다.
제2 처리예
다음으로, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 일부만을 응고시키는 것이 아니라, 기판(W) 상의 모든 건조 전 처리액을 응고시키는 예에 대하여 설명한다.
도 6은, 기판 처리 장치(1)에 의하여 행해지는 기판(W)의 처리의 일례(제2 처리예)에 대하여 설명하기 위한 공정도이다. 도 7a~도 7c는, 도 6에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판(W)의 상태를 나타내는 모식도이다. 도 7b는, 응고막(101)과 응고층(102)의 사이에 명확한 경계가 있도록 그려져 있지만, 실제로는 이와 같은 경계는 존재하지 않는다. 이것은 후술하는 도 9a에 대해서도 동일하다.
이하에서는, 도 2 및 도 6을 참조한다. 도 7a~도 7c에 대해서는 적절히 참조한다. 이하에서는, 냉각 공정이 개시되고 나서 승화 공정이 종료할 때까지의 흐름을 설명한다. 그 이외의 공정은, 제1 처리예와 동일하므로, 그 설명을 생략한다.
건조 전 처리액이 기판(W)에 공급된 후에는, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 냉각하고, 건조 전 처리액을 응고시키는 냉각 공정(도 6의 단계 S13)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재(51)가 하측 위치에 위치하고 있고, 기판(W)이 액체 공급 속도로 회전하고 있는 상태로, 냉각 유체 밸브(77)가 개방되어, 하면 노즐(71)이 액체 질소 등의 냉각액의 토출을 개시한다. 하면 노즐(71)로부터 상방으로 토출된 냉각액은, 기판(W)의 하면 중앙부에 착액한 후, 회전하고 있는 기판(W)의 하면을 따라 바깥쪽으로 흐른다. 이에 의하여, 냉각액이 기판(W)의 하면 전역에 공급된다. 그리고, 냉각 유체 밸브(77)가 개방되고 나서 소정 시간이 경과하면, 냉각 유체 밸브(77)가 폐쇄되어, 냉각액의 토출이 정지된다.
냉각액의 온도는, 실온보다 낮다. 냉각액의 온도는, 건조 전 처리액에 포함되는 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 기판(W)에 공급되기 전의 건조 전 처리액의 응고점 이하이다. 따라서, 기판(W) 상의 건조 전 처리액은, 냉각액에 의하여, 기판(W)을 개재하여 균일하게 냉각된다. 특히, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 직접 냉각하는 것이 아니라, 기판(W)을 개재하여 건조 전 처리액을 냉각하므로, 기판(W)의 표면과 건조 전 처리액의 계면을 나타내는 고액 계면 부근의 건조 전 처리액이 우선적으로 냉각된다.
상술한 바와 같이, 건조 전 처리액을 기판(W)에 공급하면, 건조 전 처리액에 포함되는 흡착 물질이, 패턴(P1)의 표면을 포함하는 기판(W)의 표면의 각 부에 흡착하여, 기판(W)의 표면과 건조 전 처리액의 계면을 나타내는 고액 계면에서 건조 전 처리액 중의 흡착 물질의 농도가 증가한다. 고액 계면 부근의 건조 전 처리액의 응고점은, 흡착 물질의 응고점에 가까운 온도까지 상승한다. 한편, 고액 계면으로부터 떨어진 위치에서는, 건조 전 처리액의 응고점이 용해 물질의 응고점에 가까워진다.
고액 계면 부근의 건조 전 처리액의 응고점은, 고액 계면으로부터 떨어진 위치의 건조 전 처리액의 응고점보다 높다. 따라서, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 냉각하면, 고액 계면 부근에서 건조 전 처리액의 응고가 시작되고, 그 후, 고액 계면으로부터 떨어진 위치에서 건조 전 처리액의 응고가 시작된다. 그 때문에, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 흡착 물질을 포함하는 응고막(101)이 먼저 형성된다. 그 후, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 흡착 물질 및 용해 물질을 포함하는 응고층(102)이 형성된다. 이에 의하여, 기판(W) 상의 모든 또는 거의 모든 건조 전 처리액이 응고한다.
도 7a에 나타내는 바와 같이, 응고층(102)이 형성되기 전에는, 응고막(101)의 2개의 측면막(101s)의 사이뿐만 아니라, 응고막(101)의 상면막(101u)의 상방에도 건조 전 처리액이 존재하고 있다. 패턴(P1)의 간격이 좁으므로, 패턴(P1)의 사이에 위치하는 건조 전 처리액의 응고점이 강하한다. 패턴(P1)의 사이에 위치하는 건조 전 처리액의 응고점은, 패턴(P1)의 상방에 위치하는 건조 전 처리액의 응고점보다 낮다. 따라서, 응고층(102)이 형성되는 과정에서, 고체(응고층(102))와 액체(건조 전 처리액)의 계면이 2개의 측면막(101s)의 사이에 형성되는 경우가 있다. 이 경우, 건조 전 처리액의 표면 장력에 기인하는 도괴력이 측면막(101s)을 개재하여 패턴(P1)에 가해져, 패턴(P1)이 도괴하는 경우가 있다.
그러나, 패턴(P1)의 표면이 응고막(101)으로 덮여 있으므로, 서로 이웃하는 2개의 패턴(P1)이 서로 가까워지는 방향으로 도괴했다고 하더라도, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 이 2개의 패턴(P1)의 선단부는, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막(101)을 개재하여 접한다. 그리고, 이 상태로 응고층(102)이 형성된다. 따라서, 패턴(P1) 및 응고막(101)은, 응고층(102)에 의하여 이동이 규제된다. 그 때문에, 응고층(102)이 형성된 후에는, 도괴한 패턴(P1)은, 수직 상태로 돌아오지 않고 도괴 상태로 유지된다.
기판(W) 상의 건조 전 처리액을 응고시킨 후에는, 기판(W) 상의 응고막(101)을 승화시켜, 기판(W)의 상면으로부터 제거하는 승화 공정(도 6의 단계 S14)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재(51)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로, 스핀 모터(14)가 기판(W)을 승화 속도로 회전시킨다. 승화 속도는, 액체 공급 속도와 동일해도 되고, 상이해도 된다. 상측 기체 밸브(57)가 폐쇄되어 있는 경우는, 상측 기체 밸브(57)를 개방하여, 중심 노즐(55)에 질소 가스의 토출을 개시시킨다. 상측 기체 밸브(57)가 개방되어 있는 경우는, 유량 조정 밸브(58)의 개도를 변경하여, 중심 노즐(55)로부터 토출되는 질소 가스의 유량을 증가시켜도 된다. 승화 속도에서의 기판(W)의 회전이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 스핀 모터(14)가 멈추어, 기판(W)의 회전이 정지된다(도 6의 단계 S11).
응고막(101)은, 흡착 물질을 포함하는 박막이다. 응고층(102)은, 흡착 물질 및 용해 물질을 포함하는 박막이다. 흡착 물질이 터셔리부틸알코올이고, 용해 물질이 HFE인 경우, 승화 속도에서의 기판(W)의 회전 등이 개시되면, 응고층(102)이 융해하여, 건조 전 처리액으로 돌아온다. 건조 전 처리액에 포함되는 HFE는, 증발에 의하여 기판(W) 상으로부터 없어진다. 그 때문에, 건조 전 처리액으로부터 터셔리부틸알코올의 결정이 석출된다. 이 결정과 응고막(101)은, 액체를 거치지 않고 기체로 변화한다. 이에 의하여, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 응고막(101) 및 응고층(102)을 포함하는 응고체가 기판(W)의 상면으로부터 제거된다.
흡착 물질 및 용해 물질이 종류가 서로 상이한 승화성 물질인 경우는, 승화 속도에서의 기판(W)의 회전 등이 개시되면, 기판(W) 상의 응고층(102)은, 액체를 거치지 않고 기체로 변화한다. 이때, 기판(W) 상의 응고막(101)도, 액체를 거치지 않고 기체로 변화한다. 발생한 기체는, 기판(W)과 차단 부재(51) 사이의 공간을 방사 형상으로 흘러, 기판(W)의 상방으로부터 배출된다. 이에 의하여, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 응고막(101) 및 응고층(102)을 포함하는 응고체가 기판(W)의 상면으로부터 제거된다.
응고막(101) 및 응고층(102)을 형성했을 때나, 응고층(102)을 제거할 때에, 패턴(P1)이 도괴했다고 하더라도, 응고막(101)을 제거하면, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 도괴한 2개의 패턴(P1)의 선단부의 사이로부터 응고막(101)이 없어진다. 이에 의하여, 2개의 패턴(P1)을 도괴 상태로 유지하는 접착력이 약해진다. 패턴(P1)이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 도괴한 패턴(P1)은, 패턴(P1)의 복원력(도 7c 중의 흑색의 화살표 참조)으로 수직 상태로 돌아온다. 따라서, 응고막(101)을 제거하기 전에 패턴(P1)이 도괴하고 있어도, 응고막(101)을 제거한 후에는, 패턴(P1)이 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴(P1)의 강도가 낮은 경우이더라도, 최종적인 패턴(P1)의 도괴율을 개선할 수 있다.
제3 처리예
다음으로, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 응고시킨 후에, 응고한 건조 전 처리액을 융해시키는 예에 대하여 설명한다.
도 8은, 기판 처리 장치(1)에 의하여 행해지는 기판(W)의 처리의 일례(제3 처리예)에 대하여 설명하기 위한 공정도이다. 도 9a~도 9d는, 도 8에 나타내는 처리가 행해지고 있을 때의 기판(W)의 상태를 나타내는 모식도이다.
이하에서는, 도 2 및 도 8을 참조한다. 도 9a~도 9d에 대해서는 적절히 참조한다. 이하에서는, 응고막(101) 및 응고층(102)을 형성하는 냉각 공정이 종료되고 나서 승화 공정이 종료할 때까지의 흐름을 설명한다. 그 이외의 공정은, 제1 처리예와 동일하므로, 그 설명을 생략한다.
기판(W) 상의 건조 전 처리액의 냉각에 의하여 응고막(101) 및 응고층(102)이 형성된 후에는(도 9a 참조), 도 9b에 나타내는 바와 같이, 응고막(101)을 남기면서 응고층(102)을 융해시키는 융해 공정(도 8의 단계 S15)이 행해진다.
응고층(102)의 융해는, 응고층(102)을 융해시키는 융해 가스를 기판(W)의 상면을 향하여 토출해도 되고, 기판(W)의 상방에 배치된 히터를 발열시켜도 되며, 기판(W)의 상방에 배치된 가열 램프를 발광시켜도 된다. 융해 가스를 이용하는 경우, 하측 기체 밸브(84)를 개방하여, 실온보다 고온 혹은 실온의 질소 가스를 기판(W)의 상면을 향하여 하측 중앙 개구(81)에 토출시켜도 된다. 응고층(102)이 실온에서 융해한다면, 응고층(102)의 융해는, 응고층(102)을 일정 시간 방치함으로써 행해도 된다. 이들 중 2개 이상을 행해도 된다.
어느 경우도, 응고막(101)의 온도는, 냉각 온도로부터 융해 온도로 변화한다. 융해 온도는, 냉각 온도보다 높고, 흡착 물질의 응고점(융점)보다 낮은 온도이다. 따라서, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 응고막(101)이 기판(W)의 표면에 남은 채로, 응고층(102)이 건조 전 처리액으로 돌아온다. 응고막(101) 중 적어도 일부가 기판(W)의 표면에 남는다면, 응고층(102)을 융해시킬 때에, 응고막(101)의 일부도 융해해도 된다.
도 9c에 나타내는 바와 같이, 응고층(102)을 융해시킨 후에는, 응고막(101)을 기판(W)의 상면에 남기면서, 융해한 건조 전 처리액을 기판(W)의 상면으로부터 제거하는 액체 제거 공정(도 8의 단계 S16)이 행해진다. 건조 전 처리액의 제거는, 회전하고 있는 기판(W)의 상면을 향하여 질소 가스를 토출함으로써 행해도 되고, 기판(W)을 회전 방향으로 가속함으로써 행해도 된다. 혹은, 질소 가스의 토출 및 기판(W)의 가속을 둘 다 행해도 된다.
질소 가스의 토출에 의하여 잉여의 건조 전 처리액을 배출하는 경우, 차단 부재(51)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로, 상측 기체 밸브(57)를 개방하여, 중심 노즐(55)에 질소 가스의 토출을 개시시킨다. 중심 노즐(55)로부터 하방으로 토출된 질소 가스는, 기판(W)의 상면과 차단 부재(51)의 하면(51L) 사이의 공간을 방사 형상으로 흐른다. 중심 노즐(55)로부터의 질소 가스의 토출에 더하여 또는 대신에, 유량 조정 밸브(65)의 개도를 변경하여, 차단 부재(51)의 상측 중앙 개구(61)로부터 토출되는 질소 가스의 유량을 증가시켜도 된다. 어느 경우도, 기판(W) 상의 잉여의 건조 전 처리액은, 방사 형상으로 흐르는 질소 가스의 압력을 받아 기판(W) 상을 바깥쪽으로 흐른다. 그것과 동시에, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 일부는, 질소 가스의 공급에 의하여 증발한다. 이에 의하여, 잉여의 건조 전 처리액이 기판(W)으로부터 제거된다.
기판(W)의 가속에 의하여 잉여의 건조 전 처리액을 배출하는 경우, 스핀 모터(14)는, 기판(W)의 회전 속도를 막두께 감소 속도보다 큰 액체 제거 속도까지 증가시키고, 액체 제거 속도로 유지한다. 액체 제거 속도는, 액체 공급 속도와 동일해도 되고, 상이해도 된다. 기판(W) 상의 잉여의 건조 전 처리액은, 기판(W)의 회전에 의하여 발생하는 원심력을 받아 기판(W) 상을 바깥쪽으로 흐른다. 그것과 동시에, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 일부는, 질소 가스의 공급에 의하여 증발한다. 이에 의하여, 잉여의 건조 전 처리액이 기판(W)으로부터 제거된다. 따라서, 질소 가스의 토출과 기판(W)의 가속을 둘 다 행하면, 잉여의 건조 전 처리액을 신속하게 기판(W)으로부터 제거할 수 있다.
융해한 건조 전 처리액을 기판(W)으로부터 제거한 후에는, 기판(W) 상의 응고막(101)을 승화시켜, 기판(W)의 상면으로부터 제거하는 승화 공정(도 8의 단계 S17)이 행해진다.
구체적으로는, 차단 부재(51)가 하측 위치에 위치하고 있는 상태로, 스핀 모터(14)가 기판(W)을 승화 속도로 회전시킨다. 승화 속도는, 액체 공급 속도와 동일해도 되고, 상이해도 된다. 상측 기체 밸브(57)가 폐쇄되어 있는 경우는, 상측 기체 밸브(57)를 개방하여, 중심 노즐(55)에 질소 가스의 토출을 개시시킨다. 상측 기체 밸브(57)가 개방되어 있는 경우는, 유량 조정 밸브(58)의 개도를 변경하여, 중심 노즐(55)로부터 토출되는 질소 가스의 유량을 증가시켜도 된다. 승화 속도에서의 기판(W)의 회전이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 스핀 모터(14)가 멈추어, 기판(W)의 회전이 정지된다(도 8의 단계 S11).
승화 속도에서의 기판(W)의 회전 등이 개시되면, 기판(W) 상의 응고막(101)은, 액체를 거치지 않고 기체로 변화한다. 응고막(101)으로부터 발생한 기체(흡착 물질을 포함하는 기체)는, 기판(W)과 차단 부재(51) 사이의 공간을 방사 형상으로 흘러, 기판(W)의 상방으로부터 배출된다. 이에 의하여, 응고막(101)이 기판(W)의 상면으로부터 제거된다. 또한, 응고막(101)의 승화를 개시하기 전에, 순수 등의 액체가 기판(W)의 하면에 부착하고 있었다고 하더라도, 이 액체는 기판(W)의 회전에 의하여 기판(W)으로부터 제거된다. 이에 의하여, 응고막(101) 등의 불필요한 물질이 기판(W)으로부터 제거되고, 기판(W)이 건조된다.
도 9c에 나타내는 바와 같이, 응고층(102)을 형성할 때나 잉여의 건조 전 처리액을 제거했을 때에 패턴(P1)이 도괴했다고 하더라도, 응고막(101)을 제거하면, 도 9d에 나타내는 바와 같이, 도괴한 2개의 패턴(P1)의 선단부의 사이로부터 응고막(101)이 없어진다. 이에 의하여, 2개의 패턴(P1)을 도괴 상태로 유지하는 접착력이 약해진다. 패턴(P1)이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 도괴한 패턴(P1)은, 패턴(P1)의 복원력(도 9d 중의 흑색의 화살표 참조)으로 수직 상태로 돌아온다. 따라서, 응고층(102)을 형성할 때나 잉여의 건조 전 처리액을 제거했을 때에 패턴(P1)이 도괴하더라도, 응고막(101)을 제거한 후에는, 패턴(P1)이 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴(P1)의 강도가 낮은 경우이더라도, 최종적인 패턴(P1)의 도괴율을 개선할 수 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 흡착 물질과 용해 물질을 포함하는 건조 전 처리액을 기판(W)의 표면에 공급한다. 흡착 물질은, 용해 물질보다 패턴(P1)의 표면에 대한 친화성이 높아, 용해 물질보다 패턴(P1)의 표면에 흡착하기 쉽다. 건조 전 처리액에 포함되는 흡착 물질은, 기판(W)에 형성된 패턴(P1)의 표면에 흡착한다. 따라서, 패턴(P1)의 표면과 건조 전 처리액의 계면을 나타내는 고액 계면에서 건조 전 처리액 중의 흡착 물질의 농도가 증가한다. 그 때문에, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액의 응고점은, 흡착 물질의 응고점에 가까운 온도까지 상승한다.
건조 전 처리액을 기판(W)의 표면에 공급한 후에는, 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 기판(W)의 표면 상의 건조 전 처리액을 냉각한다. 고액 계면 부근의 건조 전 처리액의 응고점이 상승하고 있으므로, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 냉각 온도에서 냉각하면, 건조 전 처리액이 고액 계면 및 그 근방에서 응고한다. 이에 의하여, 흡착 물질을 포함하는 응고막(101)이 패턴(P1)의 표면을 따라 형성된다. 그 후, 기판(W) 상의 응고막(101)을 기체로 변화시킨다. 이에 의하여, 응고막(101)이 기판(W)의 표면으로부터 제거된다.
응고막(101)이 패턴(P1)의 표면을 따라 형성되므로, 응고막(101)을 제거할 때까지의 동안에 서로 이웃하는 2개의 패턴(P1)이 서로 가까워지는 방향으로 도괴했다고 하더라도, 이 2개의 패턴(P1)은, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막(101)을 개재하여 접한다. 따라서, 패턴(P1)이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 응고막(101)을 제거하면, 도괴한 패턴(P1)은, 패턴(P1)의 복원력으로 수직 상태로 돌아온다. 바꾸어 말하면, 응고막(101)을 제거할 때까지의 동안에 패턴(P1)이 도괴하더라도, 응고막(101)을 제거한 후에는, 패턴(P1)이 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴(P1)의 강도가 높은 경우뿐만 아니라, 패턴(P1)의 강도가 낮은 경우도, 최종적인 패턴(P1)의 도괴율을 개선할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 친수기 및 소수기가 둘 다 흡착 물질의 분자에 포함되어 있다. 따라서, 패턴(P1)의 표면이 친수성 또는 소수성이더라도, 혹은, 친수성인 부분과 소수성인 부분이 패턴(P1)의 표면에 포함되어 있어도, 흡착 물질은, 패턴(P1)의 표면에 흡착한다. 이에 의하여, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액 중의 흡착 물질의 농도가 높아지고, 건조 전 처리액의 응고점이 흡착 물질의 응고점에 가까운 온도까지 상승한다. 이에 의하여, 흡착 물질을 포함하는 응고막(101)을 패턴(P1)의 표면을 따라 형성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 기판(W)의 표면 상의 건조 전 처리액을 직접적으로 냉각하는 것이 아니라, 기판(W)을 냉각함으로써 기판(W)의 표면 상의 건조 전 처리액을 간접적으로 냉각한다. 따라서, 기판(W)의 표면 상의 건조 전 처리액 중 기판(W)의 표면(패턴(P1)의 표면을 포함한다)에 접하는 바닥층이 효율적으로 냉각된다. 이에 의하여, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액을 우선적으로 냉각할 수 있어, 응고막(101)을 효율적으로 형성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 실온의 건조 전 처리액을 기판(W)에 공급한다. 흡착 물질의 응고점이 실온 이상인 한편, 건조 전 처리액의 응고점은 실온보다 낮다. 흡착 물질의 융액을 기판(W)에 공급하는 경우는, 흡착 물질을 액체로 유지하기 위하여 흡착 물질을 가열할 필요가 있다. 이에 반하여, 건조 전 처리액을 기판(W)에 공급하는 경우는, 건조 전 처리액을 가열하지 않아도 건조 전 처리액을 액체로 유지할 수 있다. 이에 의하여, 기판(W)의 처리에 필요로 하는 에너지의 소비량을 감소시킬 수 있다.
제1 처리예에서는, 기판(W)의 표면 상의 건조 전 처리액을, 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 건조 전 처리액의 응고점보다 높은 냉각 온도에서 냉각한다. 냉각 온도가 흡착 물질의 응고점보다 낮으므로, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액이 응고하여, 응고막(101)이 형성된다. 한편, 냉각 온도가 건조 전 처리액의 응고점보다 높으므로, 고액 계면으로부터 떨어진 위치에서는, 건조 전 처리액은, 응고하지 않아 액체로 유지된다.
응고하지 않은 건조 전 처리액을 제거할 때에, 건조 전 처리액의 상면이 서로 이웃하는 2개의 패턴(P1)의 사이로 이동하여, 패턴(P1)이 도괴했다고 하더라도, 이 2개의 패턴(P1)은, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막(101)을 개재하여 접한다. 따라서, 패턴(P1)이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 응고막(101)을 제거하면, 도괴한 패턴(P1)은, 자신의 복원력으로 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴(P1)의 강도가 낮은 경우이더라도, 최종적인 패턴(P1)의 도괴율을 개선할 수 있다.
제2 처리예에서는, 기판(W)의 표면 상의 건조 전 처리액을, 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 건조 전 처리액의 응고점 이하인 냉각 온도에서 냉각한다. 냉각 온도가 흡착 물질의 응고점보다 낮으므로, 고액 계면 부근의 건조 전 처리액이 응고하여, 응고막(101)이 형성된다. 또한, 냉각 온도가 건조 전 처리액의 응고점 이하이므로, 고액 계면으로부터 떨어진 위치여도, 건조 전 처리액이 응고한다. 이에 의하여, 응고막(101)을 개재하여 패턴(P1)의 표면에 접하는 응고층(102)이 형성된다. 응고층(102)은, 응고막(101)이 기판(W)의 표면으로부터 제거되어 있을 때에 기체로 변화하여 기판(W)의 표면으로부터 제거된다.
서로 이웃하는 2개의 패턴(P1)의 간격이 좁으므로, 응고층(102)이 형성될 때에, 고체와 액체의 계면이 패턴(P1)의 근방에 형성되어 패턴(P1)을 도괴시키는 도괴력이 발생하는 경우가 있다. 이 도괴력으로 패턴(P1)이 도괴했다고 하더라도, 패턴(P1)이 도괴하기 전에 응고막(101)이 형성되어 있으므로, 서로 이웃하는 2개의 패턴(P1)은, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막(101)을 개재하여 접한다. 따라서, 패턴(P1)이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 응고막(101)을 제거하면, 도괴한 패턴(P1)은, 자신의 복원력으로 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴(P1)의 강도가 낮은 경우이더라도, 최종적인 패턴(P1)의 도괴율을 개선할 수 있다.
제3 처리예에서는, 응고층(102)이 형성된 후에는, 응고층(102)의 온도를, 냉각 온도보다 높고, 흡착 물질의 응고점 이하인 융해 온도까지 상승시킨다. 이에 의하여, 기판(W) 상의 응고층(102)이 융해하여, 건조 전 처리액으로 돌아온다. 응고층(102)의 융해에 의하여 발생한 건조 전 처리액은, 응고막(101)을 기판(W)의 표면에 남기면서, 기판(W)의 표면으로부터 제거된다. 이에 의하여, 응고막(101)의 형성에 이용되지 않은 잉여의 건조 전 처리액이 제거된다.
응고층(102)의 융해에 의하여 발생한 건조 전 처리액을 제거할 때에, 건조 전 처리액의 상면이 서로 이웃하는 2개의 패턴(P1)의 사이로 이동하여, 패턴(P1)이 도괴했다고 하더라도, 이 2개의 패턴(P1)은, 직접적으로 접하는 것이 아니라, 응고막(101)을 개재하여 접한다. 따라서, 패턴(P1)이 소성 변형이나 파손되어 있지 않으면, 응고막(101)을 제거하면, 도괴한 패턴(P1)은, 자신의 복원력으로 수직 상태로 돌아온다. 이에 의하여, 패턴(P1)의 강도가 낮은 경우이더라도, 최종적인 패턴(P1)의 도괴율을 개선할 수 있다.
제3 처리예에 있어서, 기판(W) 상의 응고층(102)을 강제적으로 가열하는 경우는, 응고층(102)을 단시간에 건조 전 처리액으로 되돌릴 수 있다. 기판(W) 상의 응고층(102)을 실온의 공간에서 방치하는 경우는, 응고층(102)의 온도는 완만하게 융해 온도에 가까워진다. 그리고, 응고층(102)의 온도가 융해 온도(실온)에 도달하면, 응고층(102)이 융해하여 건조 전 처리액으로 돌아온다. 따라서, 기판(W) 상의 응고층(102)을 강제적으로 가열하지 않아도 융해시킬 수 있다.
제1 및 제3 처리예에서는, 응고막(101)의 표면 상에 건조 전 처리액이 있는 상태로, 기판(W)을 수평으로 유지하면서 연직인 회전축선 둘레로 회전시킨다. 기판(W) 상의 건조 전 처리액은, 원심력에 의하여 기판(W)으로부터 배출된다. 그것과 동시에, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 일부는, 기판(W)의 회전에 의하여 발생하는 기류에 의하여 증발한다. 이에 의하여, 응고막(101)을 기판(W)의 표면에 남기면서, 잉여의 건조 전 처리액을 기판(W)의 표면으로부터 제거할 수 있다.
제1 및 제3 처리예에서는, 응고막(101)의 표면 상에 건조 전 처리액이 있는 상태로, 기판(W)의 표면에 기체를 내뿜는다. 기판(W) 상의 건조 전 처리액은, 기체의 압력으로 기판(W)으로부터 배출된다. 그것과 동시에, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 일부는, 기체의 공급에 의하여 증발한다. 이에 의하여, 응고막(101)을 기판(W)의 표면에 남기면서, 잉여의 건조 전 처리액을 기판(W)의 표면으로부터 제거할 수 있다.
다른 실시 형태
본 발명은, 상술한 실시 형태의 내용에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경이 가능하다.
예를 들면, 제1~제3 처리예 중 적어도 하나에 있어서, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 액체로 유지하기 위하여, 건조 전 처리액의 응고점보다 높고, 건조 전 처리액의 비점보다 낮은 액체 유지 온도로, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 유지하는 온도 유지 공정을 행해도 된다.
건조 전 처리액의 응고점과 실온의 차가 작으면, 기판(W) 상의 건조 전 처리액을 의도적으로 냉각하기 전에, 응고체가 형성되는 경우가 있다. 이와 같은 의도하지 않은 응고체의 형성을 방지하기 위하여, 기판(W)에 대한 건조 전 처리액의 공급을 개시하고 나서, 기판(W) 상의 건조 전 처리액의 냉각을 개시할 때까지의 기간에 있어서, 온도 유지 공정을 행해도 된다. 예를 들면, 가열한 질소 가스를 기판(W)의 상면 또는 하면을 향하여 토출해도 되고, 온수 등의 가열액을 기판(W)의 하면을 향하여 토출해도 된다.
순수 등의 기판(W) 상의 린스액을 건조 전 처리액으로 치환할 수 있는 경우는, 기판(W) 상의 린스액을 치환액으로 치환하는 치환액 공급 공정을 행하지 않고, 건조 전 처리액 공급 공정을 행해도 된다.
차단 부재(51)는, 원판부(52)에 더하여, 원판부(52)의 외주부로부터 하방으로 연장되는 통 형상부를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 차단 부재(51)가 하측 위치에 배치되면, 스핀 척(10)에 유지되어 있는 기판(W)은, 원통부에 둘러싸인다.
차단 부재(51)는, 스핀 척(10)과 더불어 회전축선(A1) 둘레로 회전해도 된다. 예를 들면, 차단 부재(51)가 기판(W)에 접촉하지 않도록 스핀 베이스(12) 상에 놓여져도 된다. 이 경우, 차단 부재(51)가 스핀 베이스(12)에 연결되므로, 차단 부재(51)는, 스핀 베이스(12)와 동일한 방향으로 동일한 속도에서 회전한다.
차단 부재(51)가 생략되어도 된다. 단, 기판(W)의 하면에 순수 등의 액체를 공급하는 경우는, 차단 부재(51)가 설치되는 것이 바람직하다. 기판(W)의 외주면을 타고 기판(W)의 하면으로부터 기판(W)의 상면 쪽으로 돌아 들어간 액적이나, 처리 컵(21)으로부터 안쪽으로 튀어 되돌아온 액적을 차단 부재(51)로 차단할 수 있어, 기판(W) 상의 건조 전 처리액에 혼입하는 액체를 감소시킬 수 있기 때문이다.
응고막(101)은, 웨트 처리 유닛(2w)과는 상이한 처리 유닛(2)으로 제거되어도 된다. 응고막(101)을 제거하는 처리 유닛(2)은, 기판 처리 장치(1)의 일부여도 되고, 기판 처리 장치(1)와는 상이한 기판 처리 장치의 일부여도 된다. 즉, 웨트 처리 유닛(2w)이 구비된 기판 처리 장치(1)와, 응고막(101)을 제거하는 처리 유닛(2)이 구비된 기판 처리 장치가, 동일한 기판 처리 시스템에 설치되어 있고, 응고막(101)을 제거하기 전에, 기판 처리 장치(1)로부터 다른 기판 처리 장치에 기판(W)을 반송해도 된다.
기판 처리 장치(1)는, 원판 형상의 기판(W)을 처리하는 장치에 한정되지 않고, 다각형의 기판(W)을 처리하는 장치여도 된다.
기판 처리 장치(1)는, 매엽식의 장치에 한정되지 않고, 복수 장의 기판(W)을 일괄하여 처리하는 배치(batch)식의 장치여도 된다.
상술한 모든 구성 중 2개 이상이 조합되어도 된다. 상술한 모든 단계 중 2개 이상이 조합되어도 된다.
건조 전 처리액 노즐(39)은, 건조 전 처리액 공급 유닛의 일례이다. 하면 노즐(71)은, 냉각 유닛, 간접 냉각 유닛, 및 가열 유닛의 일례이다. 중심 노즐(55) 및 스핀 모터(14)는, 잉여액 제거 유닛 및 액체 제거 유닛의 일례이다. 중심 노즐(55) 및 스핀 모터(14)는, 고체 제거 유닛, 상전이 유닛, 및 융해 유닛의 일례이기도 하다. 제어 장치(3)는, 방치 유닛의 일례이다.
본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명해 왔지만, 이들은 본 발명의 기술적 내용을 분명하게 하기 위하여 이용된 구체예에 지나지 않고, 본 발명은 이들 구체예에 한정하여 해석되어야 하는 것이 아니라, 본 발명의 정신 및 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.
1: 기판 처리 장치
2: 처리 유닛
3: 제어 장치
10: 스핀 척
14: 스핀 모터
39: 건조 전 처리액 노즐
55: 중심 노즐
59: 상측 온도 조절기
66: 상측 온도 조절기
71: 하면 노즐
75: 하측 히터
79: 쿨러
86: 하측 온도 조절기
101: 응고막
102: 응고층
A1: 회전축선
Hp: 패턴의 높이
P1: 패턴
Ps: 패턴의 측면
Pu: 패턴의 상면
T1: 응고막의 두께
W: 기판
Wp: 패턴의 폭

Claims (13)

  1. 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 상기 흡착 물질보다 상기 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮아, 상기 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함하고, 응고점이 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하여, 상기 패턴의 표면에 상기 흡착 물질을 흡착시키는 건조 전 처리액 공급 공정과,
    상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액의 일부를 응고시켜, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 냉각 공정과,
    상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 잉여액 제거 공정과,
    잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거한 후에, 혹은, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하면서, 상기 응고막을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 고체 제거 공정을 포함하며,
    상기 응고막의 2개의 측면막은, 상기 패턴의 폭방향으로 간격을 두고 서로 마주보고 있고, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액은, 서로 이웃하는 2개의 상기 패턴의 사이에 위치하는, 기판 처리 방법.
  2. 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 상기 흡착 물질보다 상기 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮아, 상기 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함하고, 응고점이 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하여, 상기 패턴의 표면에 상기 흡착 물질을 흡착시키는 건조 전 처리액 공급 공정과,
    상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액의 일부를 응고시켜, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 냉각 공정과,
    상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 잉여액 제거 공정과,
    잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거한 후에, 혹은, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하면서, 상기 응고막을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 고체 제거 공정을 포함하며,
    상기 고체 제거 공정은, 상기 응고막을 개재하여 접하는 도괴한 2개의 상기 패턴의 사이로부터 상기 응고막을 제거함으로써, 도괴한 상기 패턴의 형상을 상기 패턴의 복원력으로 복원하는 패턴 복원 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 흡착 물질은, 친수기 및 소수기를 둘 다 포함하는 양친매성 분자인, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각 공정은, 상기 기판을 개재하여 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각하는 간접 냉각 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 흡착 물질의 응고점은, 실온 이상이고,
    상기 건조 전 처리액의 응고점은, 실온보다 낮으며,
    상기 건조 전 처리액 공급 공정은, 실온의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 상기 흡착 물질보다 상기 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮아, 상기 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함하고, 응고점이 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하여, 상기 패턴의 표면에 상기 흡착 물질을 흡착시키는 건조 전 처리액 공급 공정과,
    상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액의 일부를 응고시켜, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 냉각 공정과,
    상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 잉여액 제거 공정과,
    잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거한 후에, 혹은, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하면서, 상기 응고막을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 고체 제거 공정을 포함하며,
    상기 냉각 공정은, 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 상기 건조 전 처리액의 응고점보다 높은 상기 냉각 온도에서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 공정이고,
    상기 잉여액 제거 공정은, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 제거하는 액체 제거 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 상기 흡착 물질보다 상기 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮아, 상기 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함하고, 응고점이 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하여, 상기 패턴의 표면에 상기 흡착 물질을 흡착시키는 건조 전 처리액 공급 공정과,
    상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액의 일부를 응고시켜, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 냉각 공정과,
    상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 잉여액 제거 공정과,
    잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거한 후에, 혹은, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하면서, 상기 응고막을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 고체 제거 공정을 포함하며,
    상기 냉각 공정은, 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 상기 건조 전 처리액의 응고점 이하인 상기 냉각 온도에서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하고, 그 후, 상기 흡착 물질 및 용해 물질을 포함하며, 상기 응고막을 개재하여 상기 패턴의 표면에 접하는 응고층을 형성하는 공정이고,
    상기 잉여액 제거 공정은, 기체로의 변화에 의하여 상기 응고막이 상기 기판의 표면으로부터 제거되어 있을 때에, 상기 응고층을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 상전이 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  8. 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 상기 흡착 물질보다 상기 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮아, 상기 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함하고, 응고점이 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하여, 상기 패턴의 표면에 상기 흡착 물질을 흡착시키는 건조 전 처리액 공급 공정과,
    상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액의 일부를 응고시켜, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 냉각 공정과,
    상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 잉여액 제거 공정과,
    잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거한 후에, 혹은, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하면서, 상기 응고막을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 고체 제거 공정을 포함하며,
    상기 냉각 공정은, 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮고, 상기 건조 전 처리액의 응고점 이하인 상기 냉각 온도에서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하고, 그 후, 상기 흡착 물질 및 용해 물질을 포함하며, 상기 응고막을 개재하여 상기 패턴의 표면에 접하는 응고층을 형성하는 공정이고,
    상기 잉여액 제거 공정은, 상기 응고층의 온도를, 상기 냉각 온도보다 높고, 상기 흡착 물질의 응고점 이하인 융해 온도까지 상승시킴으로써, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서 상기 응고층을 융해시키는 융해 공정과, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고층의 융해에 의하여 발생한 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 액체 제거 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 융해 공정은, 상기 응고층을 가열함으로써, 상기 응고층의 온도를 상기 융해 온도까지 상승시키는 가열 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 융해 온도는, 실온이고,
    상기 융해 공정은, 상기 응고층이 융해할 때까지, 상기 응고층을 방치하는 방치 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  11. 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 상기 흡착 물질보다 상기 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮아, 상기 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함하고, 응고점이 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하여, 상기 패턴의 표면에 상기 흡착 물질을 흡착시키는 건조 전 처리액 공급 공정과,
    상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액의 일부를 응고시켜, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 냉각 공정과,
    상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 잉여액 제거 공정과,
    잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거한 후에, 혹은, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하면서, 상기 응고막을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 고체 제거 공정을 포함하며,
    상기 잉여액 제거 공정은, 상기 기판을 수평으로 유지하면서 연직인 회전축선 둘레로 회전시킴으로써, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 제거하는 기판 회전 유지 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  12. 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 상기 흡착 물질보다 상기 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮아, 상기 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함하고, 응고점이 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하여, 상기 패턴의 표면에 상기 흡착 물질을 흡착시키는 건조 전 처리액 공급 공정과,
    상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액의 일부를 응고시켜, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 냉각 공정과,
    상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 잉여액 제거 공정과,
    잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거한 후에, 혹은, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하면서, 상기 응고막을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 고체 제거 공정을 포함하며,
    상기 잉여액 제거 공정은, 상기 기판의 표면을 향하여 기체를 토출함으로써, 상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 제거하는 기체 공급 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  13. 기판에 형성된 패턴의 표면에 흡착하는 흡착 물질과, 상기 흡착 물질보다 상기 패턴의 표면에 대한 친화성이 낮아, 상기 흡착 물질과 용합하는 용해 물질을 포함하고, 응고점이 상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하여, 상기 패턴의 표면에 상기 흡착 물질을 흡착시키는 건조 전 처리액 공급 유닛과,
    상기 흡착 물질의 응고점보다 낮은 냉각 온도에서 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액을 냉각함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 건조 전 처리액의 일부를 응고시켜, 상기 흡착 물질을 포함하는 응고막을 상기 패턴의 표면을 따라 형성하는 냉각 유닛과,
    상기 응고막을 상기 기판의 표면에 남기면서, 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 잉여액 제거 유닛과,
    잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거한 후에, 혹은, 잉여의 상기 건조 전 처리액을 상기 기판의 표면으로부터 제거하면서, 상기 응고막을 기체로 변화시킴으로써 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 고체 제거 유닛을 구비하며,
    상기 응고막의 2개의 측면막은, 상기 패턴의 폭방향으로 간격을 두고 서로 마주보고 있고, 상기 냉각 유닛에 의한 상기 응고막의 형성에 이용되지 않은 잉여의 상기 건조 전 처리액은, 서로 이웃하는 2개의 상기 패턴의 사이에 위치하는, 기판 처리 장치.
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