KR20160134496A - 액 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

기판의 상면 상에는, 직립하는 다수의 패턴 요소가 형성된다. 기판의 상면에 대한 처리액에 의한 처리 후에, 당해 상면 상에 충전재 용액을 충전하는 액 충전 처리에서는, 점도가 3 센티푸아즈 이상인 충전재 용액이, 상면의 중앙부에 부여된다. 그리고, 기판을 매분 1000 회 이하의 회전수로 회전시킴으로써, 상면의 전체에 부착되는 처리액이 충전재 용액으로 치환되어 소정 두께의 용액층이 형성된다. 이와 같이, 충전재 용액의 점도를 비교적 높게 하고, 또한, 기판의 회전시에 작용하는 원심력을 비교적 낮게 함으로써, 충전재 용액을 이용한 충전재의 충전에 있어서 패턴 요소의 변형을 억제할 수 있다.

Description

액 충전 방법{LIQUID FILLING METHOD}
본 발명은, 패턴이 형성된 기판의 주면에 대한 처리액에 의한 처리 후에, 당해 주면 상에 충전재 용액을 충전하는 액 충전 방법에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 기판 (이하, 간단히 「기판」이라고 한다) 의 제조 공정에서는, 기판 처리 장치를 사용하여 기판에 대해 여러 가지 처리가 실시된다. 예를 들어, 표면 상에 레지스트의 패턴이 형성된 기판에 약액을 공급함으로써, 기판의 표면에 대해 에칭 등의 처리가 실시된다. 약액의 공급 후에는, 기판에 순수를 공급하여 표면의 약액을 제거하는 린스 처리나, 기판을 고속으로 회전시켜 표면의 순수를 제거하는 건조 처리가 추가로 실시된다.
다수의 미세한 패턴 요소가 기판의 표면에 형성되어 있는 경우에, 순수에 의한 린스 처리 및 건조 처리를 순서대로 실시하면, 건조 도중에 있어서, 인접하는 2 개의 패턴 요소 사이에 순수의 액면이 형성된다. 이 경우, 순수의 표면 장력이 패턴 요소에 작용하여, 패턴 요소가 도괴될 우려가 있다. 그래서, 일본 공개특허공보 2011-124313호에서는, 기판의 회로 패턴 사이에 형성되는 오목부에 잔류하는 린스액을 충전제 (폴리머) 로 치환하여 오목부를 충전제로 충전 고화하고, 그 후, 플라즈마 처리에 의해 기판의 표면으로부터 충전제를 제거하는 수법이 개시되어 있다. 또, 일본 공개특허공보 2013-258272호에서는, 볼록 형상 패턴이 형성된 기판의 표면에 부착된 린스액을 용질이 용매에 용해된 용액으로 치환하고, 계속해서, 당해 용매를 증발시켜 용질을 기판의 표면 상에 석출시키고, 그 후, 석출된 용질을 승화시키는 수법이 개시되어 있다.
상기와 같이, 다수의 패턴 요소 사이에 충전재 용액을 충전하고, 고화된 충전재를 드라이 에칭 등에 의해 승화시키는 수법 (「Sacrificial Polymer Fill (SPF)」이라고도 불린다) 에 있어서, 예를 들어, 충전재 용액으로서 물 베이스의 폴리머 용액을 사용하는 경우, 인화점이 없기 때문에 높은 안전성이 확보된다. 또, 당해 폴리머 용액을 기판 상에 부여할 때, 주위에 비산된 폴리머를 물로 용이하게 세정할 수 있고, 메인터넌스성의 확보 및 장치의 제조 비용의 억제가 가능해진다.
그런데, 상기 수법에서는, 패턴 요소 간에 충전재가 자중에 의해 확산되도록, 점도가 비교적 낮은 충전재 용액이 이용된다. 또, 드라이 에칭의 스루풋을 향상시키기 위해, 충전재 용액의 기판 상으로의 부여 후에, 예를 들어, 매분 1500 회 등의 비교적 높은 회전수로 기판을 회전시킴으로써, 충전재 용액의 제거 (스핀 오프) 를 실시하여, 충전재 용액의 층의 두께가 얇아진다. 그러나, 상기 처리에서는, 패턴 요소의 변형이 발생하는 경우가 있다. 표면 장력이 큰 물 베이스의 폴리머 용액을 이용하는 경우, 패턴 요소의 변형이 특히 현저해진다.
본 발명은, 패턴이 형성된 기판의 주면에 대한 처리액에 의한 처리 후에, 상기 주면 상에 충전재 용액을 충전하는 액 충전 방법에 적합하고, 충전재 용액을 이용한 충전재의 충전에 있어서 패턴 요소의 변형을 억제하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관련된 하나의 액 충전 방법은, a) 기판의 주면 상에 있어서 직립하는 다수의 패턴 요소가 형성되어 있고, 점도가 3 센티푸아즈 이상인 충전재 용액을, 상기 주면의 중앙부에 부여하는 공정과, b) 상기 기판의 반경을 r 밀리미터로 하고, (150/r) 의 제곱근에 1000 을 곱하여 얻은 값을 V 로 하고, 상기 기판을 매분 V 회 이하의 회전수로 회전시킴으로써, 상기 주면의 전체에 부착되는 처리액을 상기 충전재 용액으로 치환하여 소정 두께의 용액층을 형성하는 공정을 구비한다.
본 발명에 의하면, 충전재 용액을 이용한 충전재의 충전에 있어서 패턴 요소의 변형을 억제할 수 있다.
본 발명의 하나의 국면에서는, 상기 충전재 용액이 용매로서 물을 함유한다.
본 발명의 다른 국면에서는, 상기 충전재 용액이 표면 장력 저하제를 함유한다.
이 경우에, 바람직하게는, 상기 표면 장력 저하제가 이소프로필알코올이다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서는, 상기 충전재 용액의 점도가 15 센티푸아즈 이하이다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에서는, 상기 b) 공정에 있어서의 상기 기판의 회전수가 매분 300 회 이상이다.
바람직하게는, 상기 다수의 패턴 요소에 있어서 서로 인접하는 패턴 요소의 선단이, 상기 주면을 따라 신장되는 브릿지에 의해 연결되어 있다.
본 발명에 관련된 다른 액 충전 방법은, a) 기판의 주면 상에 있어서 직립하는 다수의 패턴 요소가 형성되어 있고, 충전재 용액을 상기 주면의 중앙부에 부여하는 공정과, b) 상기 기판을 회전시킴으로써, 상기 주면의 전체에 부착되는 처리액을 상기 충전재 용액으로 치환하여 소정 두께의 용액층을 형성하는 공정을 구비하고, 상기 a) 공정에서 부여되는 상기 충전재 용액의 점도, 및, 상기 b) 공정에 있어서의 상기 기판의 회전수가, 고화된 상기 용액층에 있어서의 보이드의 발생을 억제하는 조건으로 설정되어 있다.
상기 서술한 목적 및 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 이하에 실시하는 이 발명의 상세한 설명에 의해 명백해진다.
도 1 은 기판 처리 장치의 구성을 나타내는 평면도.
도 2 는 세정 유닛의 구성을 나타내는 도면.
도 3 은 기판 처리의 흐름을 나타내는 도면.
도 4 는 기판 상의 패턴을 나타내는 도면.
도 5 는 기판 상의 패턴 및 용액층을 나타내는 도면.
도 6 은 기판 상의 패턴 및 충전재층을 나타내는 도면.
도 7 은 충전재 용액의 점도 및 기판의 회전수와, 보이드 불량의 유무의 관계를 나타내는 도면.
도 8 은 기판 상의 패턴을 나타내는 평면도.
도 9 는 기판 상의 패턴을 나타내는 단면도.
도 10 은 충전재층의 제거 후의 기판 상의 패턴을 나타내는 단면도.
도 11 은 충전재층의 제거 후의 기판 상의 패턴을 나타내는 평면도.
도 12 는 기판 상의 패턴 및 용액층을 나타내는 도면.
도 13 은 충전재 용액의 점도 및 기판의 회전수와, 변형 불량의 유무의 관계를 나타내는 도면.
도 1 은, 본 발명의 하나의 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1) 의 구성을 나타내는 평면도이다. 기판 처리 장치 (1) 는, 캐리어 유지부 (2) 와, 기판 수도부 (3) 와, 인덱서 로봇 (IR) 과, 센터 로봇 (CR) 과, 2 개의 세정 유닛 (4) 과, 2 개의 열처리 유닛 (5) 과, 제어부 (10) 를 구비한다.
캐리어 (C) 는, 복수의 기판 (9) 을 적층하여 수용 가능한 수용기이다. 캐리어 (C) 는, 미처리 기판 (9) 이나, 처리 완료 기판 (9) 을 수용한다. 본 실시형태에 있어서의 기판 (9) 은 원판상으로, 직경은 300 밀리미터 (㎜) 이다. 캐리어 유지부 (2) 는 복수의 캐리어 (C) 를 지지한다.
도 1 에 있어서 파선의 화살표로 개념적으로 나타내는 바와 같이, 인덱서 로봇 (IR) 은, 기판 (9) 을 유지한 상태에서 자유롭게 선회 및 진퇴할 수 있는 아암에 의해, 기판 (9) 을 임의의 위치로 반송하는 것이 가능하다. 인덱서 로봇 (IR) 은, 기판 (9) 을 유지한 상태에서 상하 방향으로도 자유롭게 진퇴할 수 있다. 캐리어 유지부 (2) 에 재치 (載置) 된 캐리어 (C) 내의 미처리 기판 (9) 은, 인덱서 로봇 (IR) 에 의해, 기판 수도부 (3) 의 패스 (31) 로 반송된다. 패스 (31) 는, 복수의 기판 (9) 을 일시적으로 보관하는 버퍼로서 기능한다. 패스 (31) 에 재치된 처리 완료 기판 (9) 은, 인덱서 로봇 (IR) 에 의해 캐리어 유지부 (2) 에 재치된 캐리어 (C) 내로 반송된다. 도 1 에서는, 도시의 형편상, 패스 (31) 를 2 점 쇄선으로 나타내고 있다.
센터 로봇 (CR) 은, 기판 (9) 을 유지한 상태에서 자유롭게 선회 및 진퇴할 수 있는 아암에 의해, 기판 (9) 을 임의의 위치로 반송하는 것이 가능하다. 센터 로봇 (CR) 은, 이 동작에 의해 기판 수도부 (3) 의 패스 (31) 와, 세정 유닛 (4) 과, 열처리 유닛 (5) 사이에서 기판 (9) 을 반송한다.
열처리 유닛 (5) 은, 예를 들어, 핫 플레이트를 갖는다. 세정 유닛 (4) 에 있어서 후술하는 처리가 실시된 기판 (9) 이, 센터 로봇 (CR) 을 통하여 핫 플레이트 상에 재치된다. 이로써, 기판 (9) 이 소정의 온도로 가열된다. 열처리 유닛 (5) 에 있어서의 기판 (9) 의 가열은, 램프에 의한 적외선의 조사나, 온풍의 부여 등, 다른 수법으로 실시되어도 된다.
도 2 는, 세정 유닛 (4) 의 구성을 나타내는 도면이다. 세정 유닛 (4) 은, 기판 유지부인 스핀 척 (42) 과, 기판 회전 기구인 스핀 모터 (41) 와, 스핀 척 (42) 의 주위를 둘러싸는 컵 (43) 을 구비한다. 센터 로봇 (CR) 으로부터 수도된 미처리 기판 (9) 은, 스핀 척 (42) 상에 재치된다. 스핀 척 (42) 은, 그 상면에 도시 생략된 복수의 흡인공을 갖고, 기판 (9) 의 하나의 주면인 하면 (92) 이 복수의 흡인공에 흡착된다. 이로써, 기판 (9) 이 수평한 자세로 스핀 척 (42) 에 의해 유지된다. 스핀 척 (42) 의 하면에는, 상하 방향 (연직 방향) 으로 신장되는 샤프트 (421) 가 접속된다. 샤프트 (421) 의 중심축 (J1) 은, 기판 (9) 의 중심을 통과한다. 스핀 모터 (41) 는 샤프트 (421) 를 회전시킨다. 이로써, 스핀 척 (42) 및 기판 (9) 이 중심축 (J1) 을 중심으로 하여 회전된다. 또한, 스핀 척 (42) 은, 기판 (9) 의 이면을 흡착하는 구조에 한정되지 않고, 예를 들어, 기판 (9) 의 둘레 가장자리에 복수의 협지 부재를 접촉시킴으로써, 기판 (9) 을 협지하는 구조 등이어도 된다.
세정 유닛 (4) 은 약액 공급부 (441) 와, 린스액 공급부 (442) 와, 제 1 노즐 (443) 과, 하측 노즐 (444) 과, 충전재 용액 공급부 (451) 와, 제 2 노즐 (452) 과, 제 2 노즐 이동 기구 (453) 를 추가로 구비한다. 충전재 용액 공급부 (451) 는, 제 2 노즐 (452) 에 밸브를 개재하여 접속된다. 약액 공급부 (441) 는, 제 1 노즐 (443) 에 밸브를 개재하여 접속된다. 린스액 공급부 (442) 는, 제 1 노즐 (443) 에 밸브를 개재하여 접속된다. 린스액 공급부 (442) 는, 하측 노즐 (444) 에도 밸브를 개재하여 접속된다.
제 2 노즐 이동 기구 (453) 는, 제 2 노즐 (452) 을 기판 (9) 의 상면 (91) (다른 주면) 에 대향하는 대향 위치와, 수평 방향에 있어서 기판 (9) 으로부터 떨어진 대기 위치에 선택적으로 배치된다. 도시 생략된 제 1 노즐 이동 기구에 의해, 제 1 노즐 (443) 도 기판 (9) 의 상면 (91) 에 대향하는 대향 위치와, 수평 방향에 있어서 기판 (9) 으로부터 떨어진 다른 대기 위치에 선택적으로 배치된다. 하측 노즐 (444) 은, 스핀 척 (42) 의 하방에 위치하는 지지대 (445) 에 장착된다.
도 3 은, 기판 처리 장치 (1) 에 있어서의 기판 (9) 처리의 흐름을 나타내는 도면이다. 먼저, 캐리어 (C) 내의 미처리 기판 (9) 이, 인덱서 로봇 (IR) 및 센터 로봇 (CR) 에 의해 세정 유닛 (4) 내로 반송된다. 세정 유닛 (4) 에서는, 스핀 척 (42) 에 의해 기판 (9) 의 하면 (92) 이 유지되고, 기판 (9) 의 상면 (91) 이 상방을 향한다.
여기서, 기판 (9) 의 상면 (91) 에는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 패턴 (910) 이 형성되어 있다. 패턴 (910) 은, 다수의 패턴 요소 (911) 와, 복수의 브릿지 (912) 를 포함한다. 각 패턴 요소 (911) 는, 상면 (91) 상에 있어서 직립하는 기둥 (필러) 상이다. 기판 (9) 은, 필러 구조의 메모리의 제조에 사용된다. 예를 들어, 패턴 요소 (911) 의 높이는 1.3 마이크로미터 (㎛) 이고, 폭은 45 나노미터 (㎚) 이다. 패턴 요소 (911) 의 애스펙트비는 30 이다. 또, 서로 인접하는 패턴 요소 (911) 간의 간격은 45 ㎚ 이다. 각 브릿지 (912) 는 상면 (91) 을 따라 신장된다. 도 4 에서는, 횡 방향으로 신장되는 복수의 브릿지 (912) 가, 지면에 수직인 방향에 배열된다. 패턴 (910) 에서는, 다수의 패턴 요소 (911) 에 있어서, 횡 방향으로 서로 인접하는 패턴 요소 (911) 의 선단이 브릿지 (912) 에 의해 연결된다.
도 2 의 세정 유닛 (4) 에서는, 먼저, 기판 (9) 의 상면 (91) 에 대해 약액에 의한 처리가 실시된다 (스텝 S11). 약액에 의한 처리에서는, 먼저, 제 1 노즐 이동 기구에 의해 제 1 노즐 (443) 이 기판 (9) 의 상면 (91) 에 대향하는 대향 위치에 배치된다. 또, 스핀 모터 (41) 에 의해, 소정의 회전수 (회전 속도) 로의 기판 (9) 의 회전이 개시된다. 그리고, 약액 공급부 (441) 에 의해 약액이 제 1 노즐 (443) 을 통하여 상면 (91) 에 연속적으로 공급된다. 회전하는 기판 (9) 의 상면 (91) 으로부터 비산되는 약액은, 컵 (43) 에서 수용되어 회수된다. 약액은, 예를 들어, 희불산 (DHF) 또는 암모니아수를 함유하는 세정액이다. 약액의 공급은 소정 시간 계속된다. 또한, 약액에 의한 처리, 및, 후술하는 린스액에 의한 처리에서는, 제 1 노즐 이동 기구에 의해, 제 1 노즐 (443) 이 수평 방향으로 요동해도 된다.
약액에 의한 처리가 완료되면, 린스액 공급부 (442) 에 의해 린스액이 제 1 노즐 (443) 을 통하여 상면 (91) 에 공급된다 (스텝 S12). 린스액은, 예를 들어, 순수이다. 린스액에 의한 린스 처리에서는, 예를 들어, 매분 2 리터의 린스액이 상면 (91) 에 연속적으로 공급되고, 기판 (9) 의 회전수는 매분 1200 회 (1200 rpm) 이다. 린스액의 공급은 소정 시간 계속되고, 그 후, 정지된다. 제 1 노즐 (443) 은, 제 1 노즐 이동 기구에 의해 대기 위치로 이동한다.
린스액의 공급 정지 후, 예를 들어, 800 rpm 으로 5 초간 만큼 기판 (9) 의 회전이 계속되고, 린스액의 제거 (스핀 오프) 가 실시되는 것이 바람직하다. 이로써, 기판 (9) 의 상면 (91) 의 전체에 형성되어 있는 린스액의 액막을 유지하면서, 당해 액막의 두께, 즉, 상면 (91) 상에 잔류하는 린스액의 양이 저감된다. 상면 (91) 상에 잔류하는 린스액의 양은, 예를 들어, 0.1 밀리리터 (㎖) 이다. 또한, 스텝 S11, S12 에 병행하여, 린스액 공급부 (442) 에 의해 린스액이 하측 노즐 (444) 을 통하여 하면 (92) 에 공급되어도 된다.
약액 및 린스액을 함유하는 처리액에 의한 처리가 완료되면, 제 2 노즐 이동 기구 (453) 에 의해 제 2 노즐 (452) 이 기판 (9) 의 상면 (91) 의 중앙부에 대향하는 대향 위치에 배치된다. 그리고, 충전재 용액 공급부 (451) 에 의해, 상면 (91) 의 중앙부에 상온의 충전재 용액이 제 2 노즐 (452) 을 통하여 소정량 (예를 들어, 10 ㎖) 만큼 부여된다 (스텝 S13). 본 실시형태에서는, 스텝 S13 및 후술하는 스텝 S14 의 처리는, 상온 환경하에서 실시된다.
충전재 용액의 부여시에 있어서의 기판 (9) 의 회전수는, 예를 들어 100 rpm이고, 충전재 용액의 부여 완료 후에도, 소정 시간 (예를 들어, 60 초) 만큼 당해 회전수로의 기판 (9) 의 회전이 계속되는 것이 바람직하다. 이로써, 상면 (91) 상의 충전재 용액이 중앙부로부터 외주부로 어느 정도 확산되어, 서로 인접하는 패턴 요소 (911) 사이에도 들어간다. 기판 (9) 의 회전이 정지된 상태에서, 충전재 용액이 상면 (91) 에 부여되고, 그 후, 기판 (9) 의 회전이 개시되어도 된다. 상면 (91) 에 부여되는 충전재 용액의 양은, 후술하는 스텝 S14 에서 상면 (91) 의 전체를 피복 가능한 양 이상 (예를 들어, 5 ㎖ 이상) 이라면, 특별히 한정되지 않지만, 기판 (9) 의 처리에 관련된 비용을 삭감한다는 관점에서는, 충전재 용액의 양은 적은 것이 바람직하다.
여기서, 충전재 용액의 상세에 대하여 서술한다. 본 실시형태에 있어서의 충전재 용액은, 아크릴 수지 등의 폴리머인 충전재를 물에 용해시킨 용액이다. 충전재 용액에 있어서의 충전재의 농도가 높아짐에 따라, 충전재 용액의 점도가 높아진다. 충전재 용액의 농도는 10 중량퍼센트 농도 (wt％) 이상으로 조정되어 있고, 이로써, 상온에 있어서의 충전재 용액의 점도는 3 센티푸아즈 (cP) (0.003 파스칼초) 이상이 된다. 충전재 용액의 점도는 15 cP 이하인 것이 바람직하고, 이 경우, 충전재 용액의 농도는 32 wt％ 이하로 조정된다. 본 실시형태에서는, 충전재 용액의 점도는 7.5 cP 이다. 충전재 용액의 점도의 바람직한 수치 범위의 상세에 대해서는 후술한다. 충전재 용액에 있어서의 용매는, 물 이외에 알코올이어도 된다. 충전재는, 물 또는 알코올에 대해 용해성을 갖는 것으로, 예를 들어, 소정 온도 이상으로 가열함으로써 가교 반응이 발생하는 것이다.
계속해서, 기판 (9) 의 회전수를 상승시킴으로써, 충전재 용액의 부여시보다 높은 회전수로의 기판 (9) 의 회전이 소정 시간 만큼 실시된다 (스텝 S14). 이로써, 상면 (91) 의 중앙부에 부착되는 충전재 용액이 상면 (91) 의 전체로 확산된다. 또, 상면 (91) 상에 있어서, 서로 인접하는 패턴 요소 (911) 사이에도 충전재 용액이 충전된다. 이와 같이 하여, 기판 (9) 의 상면 (91) 의 전체에 부착되어 있던 린스액이 충전재 용액으로 치환되고, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 소정 두께의 충전재 용액의 층 (81) (이하, 「용액층 (81)」이라고 한다) 이 상면 (91) 전체에 형성된다. 이 때, 충전재 용액의 제거 (스핀 오프) 도 실시되어, 용액층 (81) 의 두께가 어느 정도 얇아진다. 스텝 S14 에서는, 기판 (9) 의 회전에 병행하여, 린스액 공급부 (442) 에 의해 린스액이 하측 노즐 (444) 을 통하여 하면 (92) 에 공급되는 것이 바람직하다. 이로써, 충전재 용액이 하면 (92) 측에 스며 들어가는 것이 방지된다.
스텝 S14 에 있어서의 기판 (9) 의 회전수는 1000 rpm 이하로 설정된다. 하나의 처리예에서는, 기판 (9) 의 회전은, 300 rpm 의 회전수로 90 초간 만큼 계속된다. 다른 처리예에서는, 기판 (9) 의 회전은, 500 rpm 의 회전수로 30 초간 만큼 계속된다. 또 다른 처리예에서는, 기판 (9) 의 회전은, 800 rpm 의 회전수로 10 초간 만큼 계속된다. 기판 (9) 의 회전수의 바람직한 수치 범위의 상세에 대해서는 후술한다.
기판 (9) 의 회전이 정지되면, 도 1 의 센터 로봇 (CR) 에 의해 기판 (9) 이 세정 유닛 (4) 으로부터 반출되고, 계속해서, 열처리 유닛 (5) 내에 반입된다. 열처리 유닛 (5) 에서는, 기판 (9) 이, 예를 들어 120 ℃ 에서 1 분간 가열된다. 즉, 기판 (9) 이 베이크되고 (스텝 S15), 용액층 (81) 에 있어서의 용매 성분 (여기서는, 수분) 이 제거됨과 함께, 충전재가 경화 (고화) 된다.
그 후, 센터 로봇 (CR) 에 의해 기판 (9) 이 열처리 유닛 (5) 으로부터 반출되고, 인덱서 로봇 (IR) 을 통하여 캐리어 (C) 내에 되돌려진다. 이로써, 기판 처리 장치 (1) 에 있어서의 기판 (9) 의 처리가 완료된다.
인접하는 패턴 요소 (911) 간에 고화된 충전재가 충전된 기판 (9) 은, 외부의 드라이 에칭 장치로 반송된다. 그리고, 드라이 에칭에 의해 충전재가 제거된다. 이 때, 인접하는 패턴 요소 (911) 간에 개재되는 개재물 (충전재) 은 고체이기 때문에, 패턴 요소 (911) 에 대해 개재물의 표면 장력이 작용하지 않는 상태에서 충전재가 제거된다. 상기 스텝 S13 ∼ S15 의 처리, 및, 충전재의 제거 처리는, 상면 (91) 에 부착되는 린스액의 건조 처리로 파악할 수 있고, 상기 건조 처리에 의해, 건조 도중의 린스액의 표면 장력에 의한 패턴 요소의 변형이 방지된다. 충전재의 제거는, 액체를 사용하지 않는 다른 수법에 의해 실시되어도 된다. 예를 들어, 충전재의 종류에 따라서는, 감압하에서 충전재를 가열함으로써, 충전재의 승화에 의한 제거가 실시된다.
다음으로, 스텝 S13 에서 기판 (9) 상에 부여되는 충전재 용액의 점도가 3 cP 미만이거나, 또는, 스텝 S14 에 있어서의 기판 (9) 의 회전수가 1000 rpm 보다 큰 비교예의 처리를 실시한 경우에 대해 설명한다. 비교예의 처리를 실시한 경우, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 스텝 S15 의 기판 (9) 의 베이크에 의해 고화된 용액층 (82) (즉, 충전재의 층으로, 이하, 「충전재층 (82)」이라고 한다) 에 있어서, 충전재의 결락 부분인 보이드 (821) 가 발생하는 경우가 있고, 이 경우, 보이드 (821) 의 발생 위치에 있어서 패턴 요소의 변형이 발생한다. 도 6 에서는, 변형된 패턴 요소에 부호 911a 를 교부하고 있다. 도 6 의 예에서는, 브릿지 (912) 의 존재에 의해, 패턴 요소 (911a) 에 있어서의 중앙 근방의 변형량이 커진다.
충전재층 (82) 에 있어서의 보이드 (821) 의 발생 원인은 명확하지 않지만, 스텝 S14 에 있어서의 기판 (9) 의 회전시에, 수분이 어느 정도 저감된 (반건조 상태의) 용액층 (81) 에 있어서 원심력에 의해 충전재 용액이 결락된 미소한 부위 (보이드 (821) 의 소 (素) 라고 파악할 수도 있다) 가 발생하여, 스텝 S15 에 있어서의 기판 (9) 의 베이크에 의해 당해 부위가 커져, 관찰 가능한 보이드 (821) 로 되어 있는 것을 생각할 수 있다. 이 때, 고화 전의 충전재 용액의 표면 장력의 영향에 의해, 패턴 요소 (911a) 의 변형이 발생한다.
여기서, 스텝 S13 에서 기판 (9) 상에 부여되는 충전재 용액의 점도, 및, 스텝 S14 에 있어서의 기판 (9) 의 회전수와, 충전재층 (82) 에 발생하는 보이드 (821) 의 밀도의 관계를 표 1 에 나타낸다. 보이드 밀도는, 충전재층 (82) 의 상면 (91) 에 수직인 단면에 있어서, 상면 (91) 을 따른 방향에 있어서의 1 ㎛ 의 범위에 관찰되는 보이드 (821) 의 개수를 나타낸다. 또한, 표 1 에서는, 충전재 용액의 농도도 나타내고 있다.
Figure pat00001
도 7 은, 충전재 용액의 점도 및 기판 (9) 의 회전수와, 보이드 불량의 유무의 관계를 나타내는 도면이다. 도 7 에서는, 1 ㎛ 의 범위에서 관찰되는 보이드 (821) 의 개수 (보이드 밀도) 가 0.05 이상인 샘플을 불량 (보이드 불량) 으로 하여, 당해 샘플의 조건을 검은 동그라미로 플롯하고, 보이드 밀도가 0.05 미만인 샘플을 양호로 하여, 당해 샘플의 조건을 흰 동그라미로 플롯하고 있다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 충전재 용액의 점도가 3 cP 미만인 경우, 및, 기판 (9) 의 회전수가 1000 rpm 보다 큰 경우에, 보이드 밀도가 높은 보이드 불량이 발생하는 것을 알 수 있다. 도 7 에서는, 보이드 불량이 발생하는 충전재 용액의 점도의 범위, 및, 기판 (9) 의 회전수의 범위에 실선의 평행 사선을 교부하고 있다 (후술하는 도 13 에 있어서 동일). 충전재 용액의 점도가 3 cP 미만인 경우에는, 상면 (91) 에 대한 충전재 용액의 부착력이 저하됨으로써, 또, 기판 (9) 의 회전수가 1000 rpm 보다 큰 경우에는, 원심력이 과도하게 커짐으로써, 보이드 (821) 가 발생하기 쉬워진다고 생각할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 패턴 (910) 이 형성된 기판 (9) 의 상면 (91) 에 대한 처리액에 의한 처리 후에, 당해 상면 (91) 상에 충전재 용액을 충전하는 액 충전 처리에서는, 먼저, 점도가 3 센티푸아즈 이상인 충전재 용액이, 상면 (91) 의 중앙부에 부여된다. 그리고, 기판 (9) 을 매분 1000 회 이하의 회전수로 회전시킴으로써, 상면 (91) 의 전체에 부착되는 처리액이 충전재 용액으로 치환되어 소정 두께의 용액층 (81) 이 형성된다. 이와 같이, 충전재 용액의 점도를 비교적 높게 하고, 또한, 기판 (9) 의 회전시에 작용하는 원심력을 비교적 낮게 함으로써, 충전재층 (82) 에 있어서의 보이드 (821) 의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 충전재 용액을 이용한 충전재의 충전에 있어서, 보이드 (821) 의 발생에서 기인되는 패턴 요소 (911) 의 변형을 억제할 수 있다. 바꾸어 말하면, 상면 (91) 상에 부여되는 충전재 용액의 점도, 및, 용액층 (81) 의 형성시에 있어서의 기판 (9) 의 회전수가, 고화된 용액층 (충전재층 (82)) 에 있어서의 보이드 (821) 의 발생을 억제하는 조건 (예를 들어, 서로 인접하는 패턴 요소 (911) 끼리의 접촉이 발생하는 정도의 보이드 (821) 의 발생을 억제하는 조건) 으로 설정되어 있음으로써, 패턴 요소 (911) 의 변형을 억제할 수 있다.
표 1 에서는, 충전재 용액의 점도가 3 cP 이상이고, 기판 (9) 의 회전수가 1000 rpm 이하인 경우에, 보이드 밀도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 또, 표 1 로부터 명백한 바와 같이, 충전재 용액의 점도가 높을수록 보이드 밀도가 낮아지기 때문에, 충전재 용액의 점도는, 예를 들어 5 cP 이상인 것이 바람직하고, 7.5 cP 이상인 것이 보다 바람직하다고 할 수 있다. 동일하게, 기판 (9) 의 회전수가 낮을수록 보이드 밀도가 낮아지기 때문에, 스텝 S14 에 있어서의 기판 (9) 의 회전수는, 예를 들어 800 rpm 이하인 것이 바람직하고, 300 rpm 인 것이 보다 바람직하다고 할 수 있다.
그런데, 충전재 용액의 점도가 과도하게 높아지면, 기판 (9) 의 상면 (91) 의 전체에 충전재 용액을 단시간에 확산시키는 것이 곤란해진다. 실제로는, 충전재 용액의 확산 불량을 억제한다는 관점에서는, 충전재 용액의 점도는, 15 센티푸아즈 이하인 것이 바람직하다. 또, 기판 (9) 의 회전수를 과도하게 낮게 하면, 용액층 (81) 에 있어서의 수분의 저감을 단시간에 실시하는 것이 곤란해져, 기판 (9) 을 세정 유닛 (4) 으로부터 열처리 유닛 (5) 으로 반송할 때, 상면 (91) 상의 충전재 용액이 주위에 비산되어, 센터 로봇 (CR) 등을 오염시킨다. 기판 (9) 의 반송시에 상면 (91) 상의 충전재 용액이 비산되지 않을 정도로 용액층 (81) 을 반건조 상태로 한다는 관점에서는, 스텝 S14 에 있어서의 기판 (9) 의 회전수는, 매분 300 회 이상인 것이 바람직하다. 도 7 에서는, 보이드 불량이 발생하는 충전재 용액의 점도의 범위, 및, 기판 (9) 의 회전수의 범위 (실선의 평행 사선의 범위) 를 제외하고, 충전재 용액의 점도가 15 cP 보다 큰 범위, 및, 기판 (9) 의 회전수가 300 rpm 미만인 범위의 각각에, 파선의 평행 사선을 교부하고 있다 (후술하는 도 13 에 있어서 동일).
패턴 요소 (911) 의 변형을 억제하는 상기 수법은, 도 4 와는 상이한 구조의 패턴을 갖는 기판 (9) 에 있어서도 이용 가능하다. 도 8 은, 기판 (9) 상의 패턴 (910) 을 나타내는 평면도이고, 도 9 는, 기판 (9) 상의 패턴 (910) 을 나타내는 단면도이다. 도 9 에서는, 기판 (9) 의 상면 (91) 에 수직인 단면을 나타내고 있고, 패턴 요소 (911) 의 단면을 나타내는 평행 사선의 도시를 생략하고 있다(후술하는 도 10 및 도 12 에 있어서 동일). 도 8 에서는, 패턴 요소 (911) 를 흰 선으로 나타낸다 (후술하는 도 11 에 있어서 동일). 패턴 (910) 은, 다수의 패턴 요소 (911) 를 포함한다. 각 패턴 요소 (911) 는, 상면 (91) 상에 있어서 직립하고, 예를 들어, 패턴 요소 (911) 의 높이는 350 ㎚ 이다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 상면 (91) 에 수직인 방향에서 본 경우에, 패턴 요소 (911) 는 가늘고 긴 형상을 갖는다.
도 8 및 도 9 에 나타내는 패턴 (910) 이 형성된 기판 (9) 에 대한 액 충전 처리에 있어서도, 도 3 의 스텝 S13 에서는, 점도가 3 cP 이상인 충전재 용액이, 상면 (91) 의 중앙부에 부여된다. 스텝 S14 에서는, 기판 (9) 을 1000 rpm 이하의 회전수로 회전시킴으로써, 상면 (91) 의 전체에 부착되는 처리액이 충전재 용액으로 치환되어 소정 두께의 용액층이 형성된다. 이로써, 충전재 용액을 이용한 충전재의 충전에 있어서, 패턴 요소 (911) 의 변형을 억제할 수 있다.
여기서, 스텝 S13 에서 기판 (9) 상에 부여되는 충전재 용액의 점도가 3 cP미만이거나, 또는, 스텝 S14 에 있어서의 기판 (9) 의 회전수가 1000 rpm 보다 큰 비교예의 처리를 도 8 및 도 9 의 기판 (9) 에 대해 실시하면, 도 10 및 도 11 에 나타내는 바와 같이, 충전재층의 제거 후의 패턴 요소 (911a) 에 있어서, 그 선단이 인접하는 다른 패턴 요소 (911) 의 선단과 부착되는 변형이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 패턴 요소 (911a) 의 변형의 원인은 명확하지 않지만, 스텝 S14 에 있어서의 기판 (9) 의 회전시에 있어서의 원심력에 의한 충전재 용액의 과도한 이동에 의해, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 일부의 패턴 요소 (911a) 가 크게 기울고, 그 선단이 다른 패턴 요소 (911) 의 선단과 부착된다고 생각할 수 있다.
도 8 및 도 9 의 패턴 (910) 을 갖는 기판 (9) 에 있어서의, 충전재 용액의 점도 및 기판 (9) 의 회전수와, 변형된 패턴 요소 (911a) 의 발생 밀도의 관계를 표 2 에 나타낸다. 변형된 패턴 요소 (911a) 의 발생 밀도 (표 2 에서는, 「변형 발생 밀도」라고 기재한다) 는, 상면 (91) 의 1 μ㎡ 의 범위에서 관찰되는 변형된 패턴 요소 (911a) 의 개수를 나타낸다.
Figure pat00002
도 13 은, 충전재 용액의 점도 및 기판 (9) 의 회전수와, 변형 불량의 유무의 관계를 나타내는 도면이다. 도 13 에서는, 1 μ㎡ 의 범위에서 관찰되는 변형된 패턴 요소 (911a) 의 개수 (변형 발생 밀도) 가 1.0 이상인 샘플을 불량으로 하여, 당해 샘플의 조건을 검은 동그라미로 플롯하고, 변형 발생 밀도가 1.0 미만인 샘플을 양호로 하여, 당해 샘플의 조건을 흰 동그라미로 플롯하고 있다. 도 13 에 나타내는 바와 같이, 도 8 및 도 9 의 패턴 (910) 을 갖는 기판 (9) 에 있어서도, 충전재 용액의 점도가 3 cP 미만인 경우, 및, 기판 (9) 의 회전수가 1000 rpm 보다 큰 경우에, 변형 발생 밀도가 높아지는 것을 알 수 있다. 즉, 충전재 용액의 점도를 3 cP 이상으로 하고, 기판 (9) 의 회전수를 1000 rpm 이하로 함으로써, 패턴 요소 (911) 의 변형이 억제되는 것을 알 수 있다.
패턴 요소 (911) 의 변형을 보다 확실하게 억제한다는 관점에서는, 스텝 S13 에 있어서, 기판 (9) 의 상면 (91) 에 부여되는 충전재 용액이, 표면 장력 저하제를 함유하는 것이 바람직하다. 표면 장력 저하제로서, 예를 들어, 이소프로필알코올 (IPA) 이 예시된다. 표면 장력 저하제를 함유하는 충전재 용액에서는, 표면 장력 저하제를 함유하지 않는 충전재 용액보다 표면 장력이 낮아져, 기판 (9) 의 상면 (91) 에 대한 젖음성이 증대된다. 이로써, 기판 (9) 의 회전에 수반하는 충전재 용액의 과도한 이동이 억제되어, 패턴 요소 (911) 의 변형을 더욱 억제하는 것이 실현된다.
상기 액 충전 처리에서는 여러 가지 변형이 가능하다.
상기 실시형태에서는, 직경 300 ㎜ 의 기판 (9) 에 대해 서술했지만, 액 충전 처리는, 다른 사이즈의 기판 (9) 에 대해 이용되어도 된다. 다른 사이즈의 기판 (9) 에서는, 패턴 요소 (911) 의 변형에 대한 충전재 용액의 점도의 영향은, 직경 300 ㎜ 인 기판 (9) 의 경우와 동일하다고 파악할 수 있지만, 스텝 S14 에 있어서의 기판 (9) 의 회전에 의한 원심력의 영향은, 직경 300 ㎜ 의 기판 (9) 의 경우와 상이하다. 직경 300 ㎜ 인 기판 (9) 의 경우의 조건에 기초하여, 당해 원심력의 영향을 억제하는 조건을 일반화하여 나타내면, 도 3 의 스텝 S14 에서는, 기판 (9) 의 반경을 r 밀리미터로 하고, (150/r) 의 제곱근에 1000 을 곱하여 얻은 값을 V 로 하고, 기판 (9) 을 매분 V 회 이하의 회전수로 회전시키는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 이로써, 여러 가지 사이즈의 기판 (9) 에 있어서, 패턴 요소 (911) 의 변형을 억제하는 것이 실현된다.
용매로서 물을 함유하는 충전재 용액에서는, 표면 장력이 비교적 높아지기 때문에, 상면 (91) 에 대한 부착력이 낮아진다. 따라서, 패턴 요소 (911) 의 변형을 억제하는 상기 수법은, 물 베이스의 충전재 용액을 사용하는 경우에, 특별히 적합하다고 할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 세정 처리의 일부인 린스액에 의한 린스 후에, 기판 (9) 의 상면 (91) 상에 충전재 용액이 충전되지만, 충전재 용액의 충전은, 세정 처리 이외의 여러 가지 처리 (예를 들어, 에칭 처리) 후에 실시되어도 된다. 또, 기판 처리 장치 (1) 의 설계에 따라서는, 스텝 S15 에 있어서의 기판 (9) 의 베이크가 외부의 장치에서 실시되어도 된다.
기판 처리 장치 (1) 에서 처리되는 기판은 반도체 기판에는 한정되지 않고, 유리 기판이나 다른 기판이어도 된다.
상기 실시형태 및 각 변형예에 있어서의 구성은, 서로 모순되지 않는 한 적절히 조합되어도 된다.
발명을 상세하게 묘사하여 설명했지만, 기술한 설명은 예시적으로 한정적인 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 다수의 변형이나 양태가 가능하다고 할 수 있다.
9 : 기판
81 : 용액층
82 : 충전재층
91 : 상면
821 : 보이드
910 : 패턴
911, 911a : 패턴 요소
912 : 브릿지
S11 ∼ S15 : 스텝

Claims (14)

  1. 패턴이 형성된 기판의 주면에 대한 처리액에 의한 처리 후에, 상기 주면 상에 충전재 용액을 충전하는 액 충전 방법으로서,
    a) 기판의 주면 상에 있어서 직립하는 다수의 패턴 요소가 형성되어 있고, 점도가 3 센티푸아즈 이상인 충전재 용액을, 상기 주면의 중앙부에 부여하는 공정과,
    b) 상기 기판의 반경을 r 밀리미터로 하고, (150/r) 의 제곱근에 1000 을 곱하여 얻은 값을 V 로 하고, 상기 기판을 매분 V 회 이하의 회전수로 회전시킴으로써, 상기 주면의 전체에 부착되는 처리액을 상기 충전재 용액으로 치환하여 소정 두께의 용액층을 형성하는 공정
    을 구비하는, 액 충전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전재 용액이 용매로서 물을 함유하는, 액 충전 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전재 용액이 표면 장력 저하제를 함유하는, 액 충전 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 표면 장력 저하제가 이소프로필알코올인, 액 충전 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전재 용액의 점도가 15 센티푸아즈 이하인, 액 충전 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 공정에 있어서의 상기 기판의 회전수가 매분 300 회 이상인, 액 충전 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 패턴 요소에 있어서 서로 인접하는 패턴 요소의 선단이, 상기 주면을 따라 신장되는 브릿지에 의해 연결되어 있는, 액 충전 방법.
  8. 패턴이 형성된 기판의 주면에 대한 처리액에 의한 처리 후에, 상기 주면 상에 충전재 용액을 충전하는 액 충전 방법으로서,
    a) 기판의 주면 상에 있어서 직립하는 다수의 패턴 요소가 형성되어 있고, 충전재 용액을 상기 주면의 중앙부에 부여하는 공정과,
    b) 상기 기판을 회전시킴으로써, 상기 주면의 전체에 부착되는 처리액을 상기 충전재 용액으로 치환하여 소정 두께의 용액층을 형성하는 공정
    을 구비하고,
    상기 a) 공정에서 부여되는 상기 충전재 용액의 점도, 및, 상기 b) 공정에 있어서의 상기 기판의 회전수가, 고화된 상기 용액층에 있어서의 보이드의 발생을 억제하는 조건으로 설정되어 있는, 액 충전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 충전재 용액이 용매로서 물을 함유하는, 액 충전 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 충전재 용액이 표면 장력 저하제를 함유하는, 액 충전 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 표면 장력 저하제가 이소프로필알코올인, 액 충전 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전재 용액의 점도가 15 센티푸아즈 이하인, 액 충전 방법.
  13. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b) 공정에 있어서의 상기 기판의 회전수가 매분 300 회 이상인, 액 충전 방법.
  14. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 패턴 요소에 있어서 서로 인접하는 패턴 요소의 선단이, 상기 주면을 따라 신장되는 브릿지에 의해 연결되어 있는, 액 충전 방법.
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