KR20200138052A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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나오즈미 후지와라
마사유키 오쓰지
마사히코 가토
유 야마구치
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

기판 처리 방법은, 액체를 거치지 않고 고체에서 기체로 변화하는 승화성 물질과 상기 승화성 물질을 용해시키는 용매를 포함하는 용액인 승화성 물질 함유액을, 패턴이 형성된 기판의 표면에 공급함으로써, 상기 기판의 표면을 덮는 상기 승화성 물질 함유액의 액막을 상기 기판의 표면 상에 형성하는 승화성 물질 함유 액막 형성 공정과, 상기 액막으로부터 상기 용매를 증발시켜 상기 승화성 물질의 고체를 형성함으로써, 상기 승화성 물질의 고체가 결정화하기 전의 결정 전 전이 상태인 전이 상태막을 상기 기판의 표면에 형성하는 전이 상태막 형성 공정과, 상기 승화성 물질의 고체를 상기 결정 전 전이 상태로 유지하면서, 상기 기판의 표면 상의 상기 승화성 물질의 고체를 승화시킴으로써, 상기 전이 상태막을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 전이 상태막 제거 공정을 포함한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
이 출원은, 2019년 5월 30일 제출된 일본국 특허 출원 2019-101599호에 의거하는 우선권을 주장하고 있으며, 이러한 출원의 전체 내용은 여기에 인용에 의해 편입되는 것으로 한다.
이 발명은, 기판을 처리하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다. 처리 대상이 되는 기판에는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 기판, 유기EL(Electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD(Flat Panel Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양전지용 기판 등의 기판이 포함된다.
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 제조 공정에서는, 기판에 대해 필요에 따른 처리가 행해진다. 이러한 처리에는, 약액이나 린스액 등을 기판에 공급하는 것이 포함된다. 린스액이 공급된 후, 린스액을 기판으로부터 제거하여, 기판을 건조시킨다. 기판을 1장씩 처리하는 매엽식 기판 처리 장치에서는, 기판의 고속 회전에 의해 기판에 부착되어 있는 액체를 제거함으로써, 기판을 건조시키는 스핀 드라이가 행해진다.
기판의 표면에 패턴이 형성되어 있는 경우, 기판을 건조시킬 때에, 기판에 부착되어 있는 린스액의 표면장력이 패턴에 작용하여, 패턴이 도괴하는 경우가 있다. 그 대책으로서, IPA(이소프로필알코올) 등의 표면장력이 낮은 액체를 기판에 공급하거나, 기판의 표면을 소수화하여 패턴에 대해 액체가 미치는 표면장력을 저감시키기 위해서, 소수화제를 기판에 공급하거나 하는 수법이 취해진다. 그러나, IPA나 소수화제를 이용하여 패턴에 작용하는 표면장력을 저감하였다 하더라도, 패턴의 강도에 따라서는, 패턴 도괴를 충분히 방지할 수 없을 우려가 있다.
근래, 패턴 도괴를 방지하면서 기판을 건조시키는 기술로서 승화 건조가 주목받고 있다. 일본국 특허공개 2018-139331호 공보에는, 승화 건조를 행하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치의 일례가 개시되어 있다. 일본국 특허공개 2018-139331호 공보에 기재된 승화 건조에서는, 승화성 물질의 용액이 기판의 표면에 공급되어, 기판 상의 DIW(탈이온수)가 승화성 물질의 용액으로 치환된다. 그 후, 승화성 물질의 용액 중의 용매를 증발시킴으로써, 승화성 물질이 석출되어, 고체 상태의 승화성 물질로 이루어지는 막이 형성된다. 그리고, 기판을 가열하여 승화성 물질을 승화시킴으로써, 고체 상태의 승화성 물질로 이루어지는 막이 기판으로부터 제거된다.
일본국 특허공개 2018-139331호 공보에 개시된 승화 건조에서는, 기판 상으로부터 용매를 증발시켜 고체 상태의 승화성 물질로 이루어지는 막을 형성하여 기판 상으로부터 액체를 배제한 후에, 고체 상태의 승화성 물질을 승화시킨다. 그 때문에, 액체로부터 패턴에 작용하는 표면장력을 저감할 수 있다.
그러나, 기판 상의 패턴에는, 승화성 물질의 고체로부터 힘이 작용하는 경우도 있을 수 있다. 자세하게는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 승화 건조에 있어서 형성되는 승화성 물질의 고체는 결정화하는 경우가 있다. 승화성 물질의 결정(Cr) 중에 있어서, 승화성 물질의 분자가 규칙적으로 늘어서 있다. 결정(Cr)의 배향(방위)은, 결정(Cr)마다 다르다. 그 때문에, 인접하는 결정(Cr)끼리의 사이에는, 응력(전단 응력)을 수반하는 계면(결정 계면(CI))이 발생한다. 승화성 물질의 결정 계면(CI)에 발생하는 응력에 기인하여, 승화성 물질의 결정 계면(CI)의 근방의 패턴에 힘이 작용할 우려가 있다.
그래서, 이 발명의 하나의 목적은, 승화성 물질의 고체의 결정화에 기인하는 응력의 영향을 저감하여, 기판 상의 패턴의 도괴를 줄일 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
이 발명의 일실시 형태는, 액체를 거치지 않고 고체에서 기체로 변화하는 승화성 물질과 상기 승화성 물질을 용해시키는 용매를 포함하는 용액인 승화성 물질 함유액을, 패턴이 형성된 기판의 표면에 공급함으로써, 상기 기판의 표면을 덮는 상기 승화성 물질 함유액의 액막을 상기 기판의 표면 상에 형성하는 승화성 물질 함유 액막 형성 공정과, 상기 액막으로부터 상기 용매를 증발시켜 상기 승화성 물질의 고체를 형성함으로써, 상기 승화성 물질의 고체가 결정화하기 전의 결정 전 전이 상태인 전이 상태막을 상기 기판의 표면에 형성하는 전이 상태막 형성 공정과, 상기 승화성 물질의 고체를 상기 결정 전 전이 상태로 유지하면서, 상기 기판의 표면 상의 상기 승화성 물질의 고체를 승화시킴으로써, 상기 전이 상태막을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 전이 상태막 제거 공정을 포함하는, 기판 처리 방법을 제공한다.
이 방법에 의하면, 승화성 물질 함유액의 액막으로부터 용매를 증발시킴으로써, 전이 상태막이 기판의 표면 상에 형성된다. 전이 상태막 중의 승화성 물질의 고체는, 결정화되기 전의 결정 전 전이 상태이다. 그 후, 전이 상태막 중의 승화성 물질의 고체가 결정 전 전이 상태로 유지되면서 승화됨으로써 전이 상태막이 기판의 표면으로부터 제거된다. 즉, 승화성 물질의 고체가 결정화된 상태를 경유하지 않고 전이 상태막이 기판의 표면으로부터 제거된다. 따라서, 승화성 물질의 고체의 결정화에 기인하는 응력의 영향을 저감하여, 기판 상의 패턴의 도괴를 줄일 수 있다.
이 명세서에 있어서, 승화성 물질의 고체가 결정화한다는 것은, 단지 승화성 물질의 결정이 형성되는 것은 아니다. 승화성 물질의 고체가 결정화한다는 것은, 인접하는 승화성 물질의 결정끼리 응력을 수반하는 결정 계면을 형성할 정도로 결정이 성장하는 것을 말한다. 구체적으로는, 승화성 물질의 결정이, 패턴끼리의 간격 이상의 사이즈로 성장하는 것을 말한다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 전이 상태막 중의 상기 승화성 물질의 고체가, 어모퍼스 고체를 포함한다. 어모퍼스 고체 중에 있어서의 승화성 물질의 분자는 불규칙적으로 늘어서 있다. 승화성 물질의 고체는, 어모퍼스 고체이기 때문에, 결정화한 승화성 물질의 고체와는 달리, 명확한 계면을 갖지 않는다. 그 때문에, 승화성 물질의 어모퍼스 고체가 기판의 표면의 패턴에 미치는 물리력은 작다. 따라서, 패턴의 도괴를 억제할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 전이 상태막 중의 상기 승화성 물질의 고체가, 미결정 고체를 포함한다. 미결정 고체란, 승화성 물질의 분자가 규칙적으로 늘어서 있는 고체로서, 인접하는 고체끼리 면접촉하지 않을 정도의 크기의 고체이다. 그 때문에, 승화성 물질의 미결정 고체끼리의 사이에는 응력이 발생하기 어렵기 때문에, 기판의 표면의 패턴에 물리력을 미치기 어렵다. 따라서, 패턴의 도괴를 억제할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 전이 상태막 형성 공정이 개시되고 나서 상기 전이 상태막 제거 공정이 개시될 때까지의 시간인 전이 상태막 형성 시간은, 상기 전이 상태막 형성 공정이 개시되고 나서 상기 승화성 물질의 결정이 형성될 때까지 필요로 하는 시간인 결정화 시간의 절반보다 길다. 그리고, 상기 전이 상태막 형성 시간은, 상기 결정화 시간보다 짧다.
전이 상태막 형성 시간이 너무 짧으면, 전이 상태막 제거 공정이 개시되는 시점에서 기판의 표면 상에 잔류하고 있는 용매의 양이 비교적 많아진다. 따라서, 승화성 물질을 승화시킬 때에, 기판의 표면 상의 용매의 표면장력이 패턴에 작용하여, 패턴이 도괴할 우려가 있다. 반대로, 전이 상태막 형성 시간이 너무 길면, 승화성 물질의 고체가 결정화한 상태로 승화된다. 그 때문에, 결정 계면에 발생하는 응력에 기인하여 패턴에 작용하는 힘에 의해 패턴이 도괴할 우려가 있다.
그래서, 전이 상태막 형성 시간이, 결정화 시간의 절반보다 길고, 결정화 시간보다 짧으면, 전이 상태막 제거 공정의 개시 시에 기판의 표면 상에 잔류하는 용매의 양을 충분히 저감하면서, 승화성 물질의 고체의 결정화를 피할 수 있다. 이것에 의해, 기판 상의 패턴의 도괴를 줄일 수 있다. 특히, 전이 상태막 형성 시간이, 결정화 시간의 2/3의 길이의 시간이면, 기판 상의 패턴의 도괴를 한층 더 줄일 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판 처리 방법이, 상기 전이 상태막 형성 공정의 실행 전에, 상기 기판의 표면의 중앙부를 통과하는 연직 축선 둘레로 상기 기판을 회전시켜 상기 기판의 표면으로부터 상기 승화성 물질 함유액을 배제함으로써, 상기 액막을 박막화하는 박막화 공정을 추가로 포함한다. 그 때문에, 박막화 공정 후에 실행되는 전이 상태막 형성 공정에 있어서, 박막화된 승화성 물질 함유액의 액막으로부터 용매를 증발시킴으로써 전이 상태막을 형성할 수 있다. 그 때문에, 전이 상태막을 신속하게 형성할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 전이 상태막 형성 공정이, 상기 기판의 표면의 중앙부를 통과하는 연직 축선 둘레로 상기 기판을 회전시켜 상기 액막 중의 상기 용매를 증발시킴으로써, 상기 전이 상태막을 형성하는 공정을 포함한다. 그 때문에, 승화성 물질 함유액의 액막으로부터 용매를 신속하게 증발시킬 수 있다. 따라서, 전이 상태막을 신속하게 형성할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 기판 처리 방법이, 상기 기판의 표면의 중앙부를 통과하는 연직 축선 둘레로 소정의 제1 회전 속도로 상기 기판을 회전시켜 상기 기판의 표면 상의 상기 액막에 원심력을 작용시킴으로써, 상기 액막을 박막화하는 박막화 공정을 추가로 포함한다. 그리고, 상기 전이 상태막 형성 공정은, 상기 박막화 공정 후, 상기 제1 회전 속도보다 낮은 소정의 제2 회전 속도로 상기 기판의 회전 속도를 변경하여 상기 액막 중의 상기 용매를 증발시킴으로써, 상기 전이 상태막을 형성하는 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 박막화 공정에 있어서, 비교적 고속도인 제1 회전 속도로 기판이 회전된다. 그 때문에, 원심력에 의해 기판의 표면 상으로부터 승화성 물질 함유액이 신속하게 배제된다. 또한, 기판의 표면 상의 승화성 물질 함유액의 액막을 신속하게 박막화할 수 있다. 그리고, 전이 상태막 형성 공정에 있어서, 비교적 저속도인 제2 회전 속도로 기판이 회전된다. 이것에 의해, 기판의 표면 상의 승화성 물질 함유액의 액막에 작용하는 원심력을 저감할 수 있다. 그 때문에, 승화성 물질 함유액이 기판의 표면 상으로부터 완전하게 배제되는 것을 방지하면서, 즉, 승화성 물질 함유액의 액막을 기판 상에 유지하면서, 액막으로부터 용매를 증발시켜 신속하게 전이 상태막을 형성할 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 전이 상태막 제거 공정이, 상기 전이 상태막에 대해서 기체를 분사함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 승화성 물질의 고체를 승화시키는 분사 승화 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 기체의 분사라고 하는 쉬운 수법에 의해, 기판의 표면 상의 승화성 물질의 고체를 승화시킬 수 있다.
이 발명의 일실시 형태에서는, 상기 분사 승화 공정이, 상기 기판의 표면의 중앙 영역에 기체를 분사함으로써 상기 승화성 물질의 고체를 승화시켜, 상기 기판의 표면의 상기 중앙 영역에 건조 영역을 형성하는 건조 영역 형성 공정과, 상기 기판의 표면에 있어서의 기체의 분사 위치를 상기 기판의 표면의 주연 영역을 향하여 이동시키면서 상기 건조 영역을 확대하는 건조 영역 확대 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 기판의 표면의 중앙 영역으로의 기체의 분사에 의해 건조 영역이 형성된다. 그 후, 기체의 분사 위치가 기판의 표면의 주연 영역을 향하여 이동된다. 그 때문에, 건조 영역의 주연 부근의 승화성 물질의 고체에 기체의 분사력을 효율적으로 작용시킬 수 있다. 따라서, 건조 영역을 신속하게 확대할 수 있다. 그 결과, 전이 상태막의 형성이 개시되고 나서 승화성 물질의 고체가 승화될 때까지의 시간의 차를, 기판의 표면의 중앙 영역과 기판의 표면의 주연 영역으로 저감할 수 있다. 따라서, 기판의 표면의 전역에 있어서 패턴의 도괴를 균일하게 줄일 수 있다.
이 발명의 다른 실시 형태는, 액체를 거치지 않고 고체에서 기체로 변화하는 승화성 물질과 상기 승화성 물질을 용해시키는 용매를 포함하는 용액인 승화성 물질 함유액을, 기판의 표면에 공급하는 승화성 물질 함유액 공급 유닛과, 기판의 표면의 중앙부를 통과하는 연직 축선 둘레로 기판을 회전시키는 기판 회전 유닛과, 기판의 표면 상으로부터 상기 승화성 물질의 고체를 승화시키는 승화 유닛과, 상기 승화성 물질 함유액 공급 유닛, 상기 기판 회전 유닛 및 상기 승화 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
그리고, 상기 컨트롤러가, 상기 승화성 물질 함유액 공급 유닛으로부터, 패턴이 형성된 기판의 표면에 상기 승화성 물질 함유액을 공급함으로써, 상기 기판의 표면을 덮는 상기 승화성 물질 함유액의 액막을 상기 기판의 표면 상에 형성하는 승화성 물질 함유 액막 형성 공정과, 상기 기판 회전 유닛에 의해 상기 액막으로부터 상기 용매를 증발시켜 상기 승화성 물질의 고체를 형성함으로써, 상기 승화성 물질의 고체가 결정화하기 전의 결정 전 전이 상태인 전이 상태막을 상기 기판의 표면에 형성하는 전이 상태막 형성 공정과, 상기 승화성 물질의 고체를 상기 결정 전 전이 상태로 유지하면서, 상기 승화 유닛에 의해 상기 기판의 표면 상의 상기 승화성 물질의 고체를 승화시키는 전이 상태막 제거 공정을 실행하도록 프로그램 되어 있다.
이 장치에 의하면, 승화성 물질 함유액의 액막으로부터 용매를 증발시킴으로써, 전이 상태막이 기판의 표면 상에 형성된다. 전이 상태막 중의 승화성 물질의 고체는, 결정화되기 전의 결정 전 전이 상태이다. 그 후, 전이 상태막 중의 승화성 물질의 고체가 결정 전 전이 상태로 유지되면서 승화됨으로써 전이 상태막이 기판의 표면으로부터 제거된다. 즉, 승화성 물질의 고체가 결정화된 상태를 경유하지 않고 전이 상태막이 기판의 표면으로부터 제거된다. 따라서, 승화성 물질의 고체의 결정화에 기인하는 응력의 영향을 저감하여, 기판 상의 패턴의 도괴를 줄일 수 있다.
본 발명에 있어서의 상술의, 또는 또 다른 목적, 특징 및 효과는, 첨부 도면을 참조하여 다음에 서술하는 실시 형태의 설명에 의해 명확해진다.
도 1은, 이 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 레이아웃을 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 2는, 상기 기판 처리 장치에 구비되는 처리 유닛의 개략 구성을 나타내는 모식적인 부분 단면도이다.
도 3은, 상기 기판 처리 장치의 주요부의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4는, 상기 기판 처리 장치에 의한 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5a는, 상기 기판 처리의 승화성 물질 함유 액막 형성 공정(단계 S5)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5b는, 상기 기판 처리의 박막화 공정(단계 S6)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5c는, 상기 기판 처리의 전이 상태막 형성 공정(단계 S7)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5d는, 상기 전이 상태막 형성 공정(단계 S7)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5e는, 상기 기판 처리의 전이 상태막 제거 공정(단계 S8)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5f는, 상기 전이 상태막 제거 공정(단계 S8)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5g는, 상기 기판 처리의 하면 린스 공정(단계 S9)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6a는, 상기 전이 상태막 형성 공정(단계 S7)에 있어서의 기판의 표면의 모습의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6b는, 상기 전이 상태막 형성 공정(단계 S7)에 있어서의 기판의 표면의 모습의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은, 상기 전이 상태막 형성 공정(단계 S7)에 있어서의 기판의 표면의 모습의 다른 예를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8a는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 의한 전이 상태막 제거 공정(단계 S8)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8b는, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 의한 전이 상태막 제거 공정(단계 S8)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는, 소편(小片) 기판을 이용한 실험의 결과를 나타내는 그래프이며, 소편 기판의 회전 속도와 결정화 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 소편 기판을 이용한 실험의 결과를 나타내는 그래프이며, 전이 상태막 형성 시간과 패턴 도괴율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11a는, 전이 상태막 형성 시간과 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11b는, 전이 상태막 형성 시간과 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11c는, 전이 상태막 형성 시간과 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11d는, 전이 상태막 형성 시간과 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12a는, 상기 박막화 공정에 있어서의 기판의 회전 속도와 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12b는, 상기 박막화 공정에 있어서의 기판의 회전 속도와 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12c는, 상기 박막화 공정에 있어서의 기판의 회전 속도와 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13a는, 상기 전이 상태막 형성 공정에 있어서의 기판의 회전 속도와 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13b는, 상기 전이 상태막 형성 공정에 있어서의 기판의 회전 속도와 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 승화성 물질의 고체가 결정화했을 경우의 기판의 표면의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 이 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 레이아웃을 나타내는 모식적인 평면도이다.
기판 처리 장치(1)는, 실리콘 웨이퍼 등의 기판(W)을 한 장씩 처리하는 매엽식 장치이다. 이 실시 형태에서는, 기판(W)은, 원판형의 기판이다.
기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 유체로 처리하는 복수의 처리 유닛(2)과, 처리 유닛(2)으로 처리되는 복수 장의 기판(W)을 수용하는 캐리어(C)가 재치(載置)되는 로드 포트(LP)와, 로드 포트(LP)와 처리 유닛(2)의 사이에서 기판(W)을 반송하는 반송 로봇(IR 및 CR)과, 기판 처리 장치(1)를 제어하는 컨트롤러(3)를 포함한다.
반송 로봇(IR)은, 캐리어(C)와 반송 로봇(CR)의 사이에서 기판(W)을 반송한다. 반송 로봇(CR)은, 반송 로봇(IR)과 처리 유닛(2)의 사이에서 기판(W)을 반송한다. 복수의 처리 유닛(2)은, 예를 들면, 동일한 구성을 갖고 있다. 자세한 것은 후술하는데, 처리 유닛(2) 내에서 기판(W)에 공급되는 처리액에는, 약액, 린스액, 치환액, 승화성 물질 함유액, 열매(熱媒) 등이 포함된다.
각 처리 유닛(2)은, 챔버(4)와, 챔버(4) 내에 배치된 처리 컵(7)을 구비하고 있으며, 처리 컵(7) 내에서 기판(W)에 대한 처리를 실행한다. 챔버(4)에는, 반송 로봇(CR)에 의해, 기판(W)을 반입하거나 기판(W)을 반출하거나 하기 위한 출입구(4a)가 형성되어 있다. 챔버(4)에는, 출입구(4a)를 개폐하는 셔터 유닛(도시하지 않음)이 구비되어 있다.
도 2는, 처리 유닛(2)의 구성예를 설명하기 위한 모식도이다. 처리 유닛(2)은, 스핀 척(5)과, 대향 부재(6)와, 처리 컵(7)과, 중앙 노즐(12)과, 하면 노즐(13)을 포함한다.
스핀 척(5)은, 기판(W)을 수평으로 유지하면서, 기판(W)의 중앙부를 통과하는 연직인 회전 축선(A1)(연직 축선) 둘레로 기판(W)을 회전시킨다. 스핀 척(5)은, 복수의 척 핀(20)과, 스핀 베이스(21)와, 회전축(22)과, 스핀 모터(23)를 포함한다.
스핀 베이스(21)는, 수평 방향을 따르는 원판 형상을 갖고 있다. 스핀 베이스(21)의 상면에는, 기판(W)의 주연을 파지(把持)하는 복수의 척 핀(20)이, 스핀 베이스(21)의 둘레 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 스핀 베이스(21) 및 복수의 척 핀(20)은, 기판(W)을 수평으로 유지하는 기판 유지 유닛을 구성하고 있다. 기판 유지 유닛은, 기판 홀더라고도 한다.
회전축(22)은, 회전 축선(A1)을 따라서 연직 방향으로 연장되어 있다. 회전축(22)의 상단부는, 스핀 베이스(21)의 하면 중앙에 결합되어 있다. 스핀 모터(23)는, 회전축(22)에 회전력을 부여한다. 스핀 모터(23)에 의해 회전축(22)이 회전됨으로써, 스핀 베이스(21)가 회전된다. 이것에 의해, 기판(W)이 회전 축선(A1)의 둘레로 회전된다. 스핀 모터(23)는, 회전 축선(A1) 둘레로 기판(W)을 회전시키는 기판 회전 유닛의 일례이다.
대향 부재(6)는, 스핀 척(5)에 유지된 기판(W)에 상방으로부터 대향한다. 대향 부재(6)는, 기판(W)과 거의 같은 지름 또는 그것 이상의 지름을 갖는 원판형으로 형성되어 있다. 대향 부재(6)는, 기판(W)의 상면(상측의 표면)에 대향하는 대향면(6a)을 갖는다. 대향면(6a)은, 스핀 척(5)보다 상방에서 거의 수평면을 따라서 배치되어 있다.
대향 부재(6)에 있어서 대향면(6a)과는 반대측에는, 중공축(60)이 고정되어 있다. 대향 부재(6)에 있어서 평면에서 볼 때 회전 축선(A1)과 겹쳐지는 부분에는, 대향 부재(6)를 상하로 관통하여, 중공축(60)의 내부 공간(60a)과 연통하는 개구(6b)가 형성되어 있다.
대향 부재(6)는, 대향면(6a)과 기판(W)의 상면의 사이의 공간 내의 분위기를 당해 공간의 외부의 분위기로부터 차단한다. 그 때문에, 대향 부재(6)는, 차단판이라고도 불린다.
처리 유닛(2)은, 대향 부재(6)의 승강을 구동하는 대향 부재 승강 유닛(61)을 추가로 포함한다. 대향 부재 승강 유닛(61)은, 예를 들면, 중공축(60)을 지지하는 지지 부재(도시하지 않음)에 결합된 볼나사 기구(도시하지 않음)와, 당해 볼나사 기구에 구동력을 부여하는 전동 모터(도시하지 않음)를 포함한다. 대향 부재 승강 유닛(61)은, 대향 부재 리프터(차단판 리프터)라고도 한다.
대향 부재 승강 유닛(61)은, 하위치로부터 상위치까지의 임의의 위치(높이)에 대향 부재(6)를 위치시킬 수 있다. 하위치란, 대향 부재(6)의 가동 범위에 있어서, 대향면(6a)이 기판(W)에 가장 근접하는 위치이다. 대향 부재(6)가 하위치에 위치할 때, 기판(W)의 상면과 대향면(6a)의 사이의 거리는, 예를 들면, 1mm이다. 상위치란, 대향 부재(6)의 가동 범위에 있어서, 대향면(6a)이 기판(W)으로부터 가장 이격하는 위치이다.
처리 컵(7)은, 스핀 척(5)에 유지된 기판(W)으로부터 바깥쪽으로 비산하는 액체를 받아내는 복수의 가드(71)와, 복수의 가드(71)에 의해 하방으로 안내된 액체를 받아내는 복수의 컵(72)과, 복수의 가드(71)와 복수의 컵(72)을 둘러싸는 원통형의 외벽 부재(73)를 포함한다. 도 2는, 4개의 가드(71)와 3개의 컵(72)이 설치되어 있으며, 가장 외측의 컵(72)이 위로부터 3번째의 가드(71)와 일체인 예를 나타내고 있다.
처리 유닛(2)은, 복수의 가드(71)를 개별적으로 승강시키는 가드 승강 유닛(74)을 포함한다. 가드 승강 유닛(74)은, 예를 들면, 각 가드(71)에 결합된 복수의 볼나사 기구(도시하지 않음)와, 각 볼나사 기구에 구동력을 각각 부여하는 복수의 모터(도시하지 않음)를 포함한다. 가드 승강 유닛(74)은, 가드 리프터라고도 한다.
가드 승강 유닛(74)은, 상위치로부터 하위치까지의 임의의 위치에 가드(71)를 위치시킨다. 도 2는, 2개의 가드(71)가 상위치에 배치되어 있으며, 나머지 2개의 가드(71)가 하위치에 배치되어 있는 상태를 나타내고 있다. 가드(71)가 상위치에 위치할 때, 가드(71)의 상단(71u)은, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)보다 상방에 배치된다. 가드(71)가 하위치에 위치할 때, 가드(71)의 상단(71u)은, 스핀 척(5)에 유지되어 있는 기판(W)보다 하방에 배치된다.
회전하고 있는 기판(W)에 처리액을 공급할 때에는, 적어도 하나의 가드(71)가 상위치에 배치된다. 이 상태에서, 처리액이 기판(W)에 공급되면, 처리액이 원심력으로 기판(W)으로부터 떨쳐진다. 떨쳐진 처리액은, 기판(W)에 수평으로 대향하는 가드(71)의 내면에 충돌하고, 이 가드(71)에 대응하는 컵(72)으로 안내된다. 이것에 의해, 기판(W)으로부터 배출된 처리액이 처리 컵(7)에 모아진다.
중앙 노즐(12)은, 대향 부재(6)의 중공축(60)의 내부 공간(60a)에 수용되어 있다. 중앙 노즐(12)의 선단에 설치된 토출구(12a)는, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 상방으로부터 대향한다. 기판(W)의 상면의 중앙 영역이란, 기판(W)의 상면의 회전 중심(중앙부) 및 그 주변의 영역이다. 한편, 기판(W)의 상면의 주연 및 그 주변의 영역을, 기판의 상면의 주연 영역이라고 한다. 중앙 노즐(12)은, 대향 부재(6)와 함께 승강한다.
중앙 노즐(12)은, 유체를 하방으로 토출하는 복수의 튜브(제1 튜브(31), 제2 튜브(32), 제3 튜브(33), 제4 튜브(34) 및 제5 튜브(35))와, 복수의 튜브를 둘러싸는 통형의 케이싱(30)을 포함한다. 복수의 튜브 및 케이싱(30)은, 회전 축선(A1)을 따라서 상하 방향으로 연장되어 있다. 중앙 노즐(12)의 토출구(12a)는, 제1 튜브(31)의 토출구이기도 하고, 제2 튜브(32)의 토출구이기도 하며, 제3 튜브(33)의 토출구이기도 하다. 또한, 중앙 노즐(12)의 토출구(12a)는, 제4 튜브(34)의 토출구이기도 하고, 제5 튜브(35)의 토출구이기도 하다.
제1 튜브(31)(중앙 노즐(12))는, 약액을 연속류로 기판(W)의 상면에 공급(토출)하는 약액 공급 유닛의 일례이다. 제2 튜브(32)(중앙 노즐(12))는, 린스액을 연속류로 기판(W)의 상면에 공급(토출)하는 린스액 공급 유닛의 일례이다. 제3 튜브(33)(중앙 노즐(12))는, 승화성 물질 함유액을 연속류로 기판(W)의 상면에 공급(토출)하는 승화성 물질 함유액 공급 유닛의 일례이다. 제4 튜브(34)(중앙 노즐(12))는, 치환액을 연속류로 기판(W)의 상면에 공급(토출)하는 치환액 공급 유닛의 일례이다. 제5 튜브(35)는, 기체를 기판(W)의 상면과 대향 부재(6)의 대향면(6a)의 사이에 공급(토출)하는 기체 공급 유닛의 일례이다.
제1 튜브(31)는, 약액을 제1 튜브(31)에 안내하는 약액 배관(40)에 접속되어 있다. 약액 배관(40)에 끼워 설치된 약액 밸브(50)가 열리면, 약액이, 제1 튜브(31)(중앙 노즐(12))로부터 기판(W)의 상면의 중앙 영역을 향하여 연속류로 토출 된다.
제1 튜브(31)로부터 토출되는 약액은, 예를 들면, 황산, 아세트산, 질산, 염산, 불화수소산, 암모니아수, 과산화수소수, 유기산(예를 들면, 구연산, 옥살산 등), 유기 알칼리(예를 들면, TMAH：테트라메틸암모늄하이드로옥사이드 등), 계면활성제, 부식 방지제 중 적어도 하나를 포함하는 액이다. 이들을 혼합한 약액의 예로서는, SPM액(sulfuric acid/hydrogen peroxide mixture：황산과산화수소수 혼합액), SC1액(ammonia-hydrogen peroxide mixture：암모니아과산화수소수 혼합액) 등을 들 수 있다.
제2 튜브(32)는, 린스액을 제2 튜브(32)에 안내하는 린스액 배관(41)에 접속되어 있다. 린스액 배관(41)에 끼워 설치된 린스액 밸브(51)가 열리면, 린스액이, 제2 튜브(32)(중앙 노즐(12))로부터 기판(W)의 상면의 중앙 영역을 향하여 연속류로 토출된다.
제2 튜브(32)로부터 토출되는 린스액은, 예를 들면, DIW이다. 린스액으로서는, DIW 이외에도, 물을 함유하는 액체를 이용할 수 있다. 린스액으로서는, DIW 이외에, 예를 들면, 탄산수, 전해 이온수, 수소수, 오존수, 암모니아수 및 희석 농도(예를 들면, 10ppm~100ppm 정도)의 염산수 등을 이용할 수 있다.
제3 튜브(33)는, 승화성 물질 함유액을 제3 튜브(33)에 안내하는 승화성 물질 함유액 배관(42)에 접속되어 있다. 승화성 물질 함유액 배관(42)에 끼워 설치된 승화성 물질 함유액 밸브(52)가 열리면, 승화성 물질 함유액이, 제3 튜브(33)(중앙 노즐(12))로부터 기판(W)의 상면의 중앙 영역을 향하여 연속류로 토출된다.
제3 튜브(33)로부터 토출되는 승화성 물질 함유액은, 용질에 상당하는 승화성 물질과, 승화성 물질과 용해되는(승화성 물질을 용해시키는) 용매를 포함하는 용액이다. 승화성 물질 함유액으로부터 용매가 증발(휘발)함으로써, 승화성 물질의 고체가 석출된다.
승화성 물질 함유액에 포함되는 승화성 물질은, 상온(실온과 동의) 또는 상압(기판 처리 장치(1) 내의 압력. 예를 들면 1기압 또는 그 근방의 값)에서 액체 상태를 거치지 않고 고체 상태에서 기체 상태로 변화하는 물질이어도 된다.
승화성 물질 함유액에 포함되는 승화성 물질은, 아미노기, 히드록시기 또는 카르보닐기 중 적어도 어느 하나를 갖는다. 단, 승화성 물질이 1분자당 갖는 히드록시기는 최대로 1개이다. 승화성 물질은, 바람직하게는, 5원환 또는 6원환의 탄화수소 고리 또는 복소 고리를 포함하고 있다.
승화성 물질에 있어서, 아미노기 및/또는 카르보닐기는, 탄화수소 고리 또는 복소 고리에 있어서의 고리의 일부이다. 승화성 물질에 있어서, 히드록시기는, 탄화수소 고리 또는 복소 고리에 있어서의 고리에 직접 부가된다. 즉, 카르복실기를 갖는 화합물은, 이 형태에서는, 승화성 물질에 해당하지 않는다. 적합하게는, 승화성 물질은, 바구니형의 입체 구조의 모골격을 갖는다. 바구니형의 입체 구조는, 예를 들면, 1,4-Diazabicyclo［2.2.2］octane(이하, DABCO)을 들 수 있다. 분자량과 비교하여, 큰 부피를 억제할 수 있는 점이 유리하다. 다른 일양태로서, 승화성 물질에 있어서, 아미노기가 고리에 직접 부가되는 양태도 적합하다. 예를 들면, 1-아다만탄아민은, 바구니형의 입체 구조의 모골격을 갖고, 아미노기는 고리의 일부가 아닌, 고리에 직접 부가된다.
승화성 물질은, 바람직하게는, 1분자당 갖는 아미노기가 1~5개(보다 적합하게는 1~4개, 더욱 적합하게는 2~4개), 카르보닐기가 1~3개(보다 적합하게는 1~2개), 및/또는 히드록시기가 1개이다. 아미노기는 C=N-(이미노기)와 같이, 질소 원자의 결합수(結合手)가 이중 결합에 사용되는 양태도 포함한다. 아미노기의 수는 1분자 중에 존재하는 질소 원자의 수로 센다. 승화성 물질은, 1분자 중에 아미노기, 카르보닐기 또는 히드록시기 중 어느 1종류를 갖는 형태인 것이 바람직하다. 승화성 물질은, 1분자 중에 카르보닐기와 아미노기를 갖고 있어도 된다.
승화성 물질의 분자량은, 80~300(바람직하게는 90~200)이다. 이론에 구속되지 않지만, 분자량이 너무 크면, 기화 시에 에너지가 필요하게 되어 본 발명에 관련된 방법으로 적합하지 않다고 생각될 수 있다.
승화성 물질의 구체예로서, 이하의 것을 들 수 있다. 즉, 승화성 물질은, 예를 들면, 무수 프탈산, 카페인, 멜라민, 1,4-벤조퀴논, 장뇌, 헥사메틸렌테트라민, 헥사히드로-1,3,5-트리메틸-1,3,5-트리아진, 1-아다만탄올, 1,4-디아자비시클로［2.2.2］옥탄, 보르네올, (-)-보르네올, (±)-이소보르네올, 1,2-시클로헥산디온, 1,3-시클로헥산디온, 1,4-시클로헥산디온, 3-메틸-1,2-시클로펜탄디온, (±)-캄퍼퀴논, (-)-캄퍼퀴논, (＋)-캄퍼퀴논, 1-아다만탄아민 중 어느 하나이다. 승화성 물질로서, 상기의 구체예의 혼합물을 이용해도 된다.
승화성 물질에는, 미량의 불순물이 혼입되어 있어도 된다. 예를 들면, 승화성 물질이 무수 프탈산인 경우, 승화성 물질의 전량을 기준으로 하여 불순물(무수 프탈산 이외)이 2질량% 이하 존재하는 것이 허용된다(적합하게는 1질량% 이하, 보다 적합하게는 0.1질량% 이하, 더욱 적합하게는 0.01질량% 이하).
승화성 물질 함유액에 포함되는 용매로서는, 메탄올(MeOH), 에탄올(EtOH), 이소프로판올(IPA) 등의 알코올류, 헥산, 헵탄, 옥탄 등의 알칸류, 에틸부틸에테르, 디부틸에테르, 테트라히드로푸란(THF) 등의 에테르류, 유산메틸, 유산에틸(EL) 등의 유산에스테르류, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 2-헵타논, 시클로펜타논, 시클로헥사논 등의 케톤류, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등의 아미드류, γ-부티로락톤 등의 락톤류 등을 들 수 있다.
상기 에테르류로서, 그 외에 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르 등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르류, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르아세테이트류, 프로필렌글리콜모노메틸에테르(PGME), 프로필렌글리콜모노에틸에테르(PGEE) 등의 프로필렌글리콜모노알킬에테르류, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등의 프로필렌글리콜모노알킬에테르아세테이트류 등을 들 수 있다. 승화성 물질 함유액에 포함되는 용매로서, 이러한 유기용매를 단독으로 사용할 수 있고, 이러한 유기용매를 2종 이상 혼합한 것을 사용할 수도 있다.
승화성 물질 함유액에 포함되는 용매는, MeOH, EtOH, IPA, THF, PGEE, 벤젠, 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 이들의 어떠한 조합으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 승화성 물질 함유액에 포함되는 용매는, 보다 바람직하게는, MeOH, EtOH, IPA, PGEE, 아세톤, 이들의 어떠한 조합으로부터, 더욱 바람직하게는, MeOH, EtOH, IPA, PGEE로부터 선택된다. 승화성 물질 함유액에 포함되는 용매는, 2종류의 물질의 혼합액인 경우, 그 체적비는, 바람직하게는 20：80~80：20이고, 보다 바람직하게는 30：70~70：30, 더욱 바람직하게는 40：60~60：40이다.
제4 튜브(34)는, 치환액을 제4 튜브(34)에 안내하는 치환액 배관(43)에 접속되어 있다. 치환액 배관(43)에 끼워 설치된 치환액 밸브(53)가 열리면, 치환액이, 제4 튜브(34)(중앙 노즐(12))로부터 기판(W)의 상면의 중앙 영역을 향하여 연속류로 토출된다.
제4 튜브(34)로부터 토출되는 치환액은, 예를 들면, IPA이다. 치환액은, IPA 및 HFE의 혼합액이어도 되고, IPA 및 HFE 중 적어도 한쪽과 이들 이외의 성분을 포함하고 있어도 된다. IPA는, 물 및 불화탄화수소 화합물 중 어느 하나와도 혼화하는 액체이다.
후술하는 바와 같이, 제4 튜브(34)로부터 토출되는 치환액은, 린스액의 액막으로 덮인 기판(W)의 상면에 공급되고, 제3 튜브(33)로부터 토출되는 승화성 물질 함유액은, 치환액의 액막으로 덮인 기판(W)의 상면에 공급된다. 치환액은, 린스액 및 승화성 물질 함유액의 양쪽 모두와 용해되는 액체이면 된다. 즉, 치환액은, 린스액 및 승화성 물질 함유액의 양쪽 모두에 대해 상용성(혼화성)을 갖고 있으면 된다. 상용성이란, 2종류의 액체가 서로 녹아 섞이는 성질이다.
제5 튜브(35)는, 기체를 제5 튜브(35)에 안내하는 제1 기체 배관(44)에 접속되어 있다. 제1 기체 배관(44)에는, 제1 기체 밸브(54) 및 제1 기체 유량 조정 밸브(58)가 끼워 설치되어 있다. 제1 기체 밸브(54)가 열리면, 기체가, 제5 튜브(35)(중앙 노즐(12))로부터 중앙 영역을 향하여 토출된다. 제1 기체 유량 조정 밸브(58)의 개도(開度)가 조정됨으로써, 중앙 노즐(12)의 토출구(12a)로부터 토출되는 기체의 유량이 조정된다.
중앙 노즐(12)로부터 토출되는 기체는, 예를 들면, 질소 가스(N2) 등의 불활성 가스이다. 중앙 노즐(12)로부터 토출되는 기체는, 공기이어도 된다. 불활성 가스란, 질소 가스에 한정되지 않고, 기판(W)의 상면이나, 기판(W)의 상면에 형성된 패턴에 대해 불활성인 가스이다. 불활성 가스의 예로서는, 질소 가스 외에, 아르곤 등의 희가스류를 들 수 있다.
대향 부재(6)의 중공축(60)의 내주면과 중앙 노즐(12)의 외주면은, 상하로 연장되는 통형의 기체 유로(65)를 형성하고 있다. 기체 유로(65)는, 불활성 가스 등의 기체를 기체 유로(65)에 안내하는 제2 기체 배관(45)에 접속되어 있다. 제2 기체 배관(45)에는, 제2 기체 밸브(55) 및 제2 기체 유량 조정 밸브(59)가 끼워 설치되어 있다. 제2 기체 밸브(55)가 열리면, 기체가, 기체 유로(65)의 하단부로부터 하방으로 토출된다. 제2 기체 유량 조정 밸브(59)의 개도가 조정됨으로써, 기체 유로(65)로부터 토출되는 기체의 유량이 조정된다.
기체 유로(65)로부터 토출되는 기체는, 중앙 노즐(12)로부터 토출되는 기체와 동일한 기체이다. 즉, 기체 유로(65)로부터 토출되는 기체는, 예를 들면, 질소 가스(N2) 등의 불활성 가스이어도 되고, 공기이어도 된다.
기체 유로(65)로부터 토출되는 기체 및 중앙 노즐(12)로부터 토출되는 기체는, 모두 대향 부재(6)의 개구(6b)를 경유하여, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 분사된다.
하면 노즐(13)은, 스핀 베이스(21)의 상면 중앙부에서 개구하는 관통 구멍(21a)에 삽입되어 있다. 하면 노즐(13)의 토출구(13a)는, 스핀 베이스(21)의 상면으로부터 노출되어 있다. 하면 노즐(13)의 토출구(13a)는, 기판(W)의 하면의 중앙부에 하방으로부터 대향한다.
하면 노즐(13)은, 열매를 하면 노즐(13)에 안내하는 열매 배관(46)에 접속되어 있다. 열매 배관(46)에는, 열매 밸브(56A) 및 열매 유량 조정 밸브(56B)가 끼워 설치되어 있다. 열매 밸브(56A)가 열리면, 열매가, 하면 노즐(13)로부터 기판(W)의 하면의 중앙 영역을 향하여 연속적으로 토출된다. 열매 유량 조정 밸브(56B)의 개도가 조정됨으로써, 하면 노즐(13)로부터 토출되는 열매의 유량이 조정된다. 하면 노즐(13)은, 기판(W)을 가열하기 위한 열매를 기판(W)에 공급하는 열매 공급 유닛의 일례이다.
하면 노즐(13)로부터 토출되는 열매는, 예를 들면, 실온보다 높고, 승화성 물질 함유액에 포함되는 용매의 비점보다 낮은 온도를 갖는 고온 DIW이다. 예를 들면, 승화성 물질 함유액에 포함되는 용매가 IPA인 경우, 고온 DIW의 온도는 60℃~80℃로 설정된다.
하면 노즐(13)로부터 토출되는 열매에 의해, 기판(W)의 하면을 세정할 수도 있다. 즉, 하면 노즐(13)은, 기판(W)의 하면에 린스액으로서의 고온 DIW를 공급하는 하면 린스액 공급 유닛으로서도 기능한다.
도 3은, 기판 처리 장치(1)의 주요부의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다. 컨트롤러(3)는, 마이크로 컴퓨터를 구비하고, 소정의 제어 프로그램에 따라서 기판 처리 장치(1)에 구비된 제어 대상을 제어한다.
구체적으로는, 컨트롤러(3)는, 프로세서(CPU)(3A)와, 제어 프로그램이 격납된 메모리(3B)를 포함한다. 컨트롤러(3)는, 프로세서(3A)가 제어 프로그램을 실행함으로써, 기판 처리를 위한 여러 가지 제어를 실행하도록 구성되어 있다.
특히, 컨트롤러(3)는, 반송 로봇(IR, CR), 스핀 모터(23), 대향 부재 승강 유닛(61), 가드 승강 유닛(74), 약액 밸브(50), 린스액 밸브(51), 승화성 물질 함유액 밸브(52), 치환액 밸브(53), 제1 기체 밸브(54), 제2 기체 밸브(55), 열매 밸브(56A), 열매 유량 조정 밸브(56B), 제1 기체 유량 조정 밸브(58), 제2 기체 유량 조정 밸브(59)를 제어하도록 프로그램되어 있다.
도 4는, 기판 처리 장치(1)에 의한 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4에는, 주로, 컨트롤러(3)가 프로그램을 실행함으로써 실현되는 처리가 나타내지고 있다. 도 5a~도 5g는, 기판 처리의 각 공정의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
이하에서는, 주로 도 2 및 도 4를 참조한다. 도 5a~도 5g에 대해서는 적절히 참조한다.
기판 처리 장치(1)에 의한 기판 처리에서는, 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 기판 반입 공정(단계 S1), 약액 공급 공정(단계 S2), 린스 공정(단계 S3), 치환 공정(단계 S4), 승화성 물질 함유 액막 형성 공정(단계 S5), 박막화 공정(단계 S6), 전이 상태막 형성 공정(단계 S7), 전이 상태막 제거 공정(단계 S8), 하면 린스 공정(단계 S9), 스핀 드라이 공정(단계 S10) 및, 기판 반출 공정(단계 S11)이 이 순서대로 실행된다.
우선, 미처리의 기판(W)은, 반송 로봇(IR, CR)(도 1 참조)에 의해 캐리어(C)로부터 처리 유닛(2)에 반입되고, 스핀 척(5)에 건네진다(단계 S1). 이것에 의해, 기판(W)은, 스핀 척(5)에 의해 수평으로 유지된다(기판 유지 공정). 스핀 척(5)에 의한 기판(W)의 유지는, 스핀 드라이 공정(단계 S10)이 종료될 때까지 계속된다. 기판(W)의 반입 시에는, 대향 부재(6)는, 상위치에 퇴피하고 있고, 복수의 가드(71)는, 하위치에 퇴피하고 있다.
반송 로봇(CR)이 처리 유닛(2) 밖으로 퇴피한 후, 약액 공급 공정(단계 S2)이 개시된다. 약액 공급 공정에서는, 기판(W)의 상면이 약액에 의해 처리된다.
구체적으로는, 스핀 모터(23)가, 스핀 베이스(21)를 회전시킨다. 이것에 의해, 수평으로 유지된 기판(W)이 회전된다(기판 회전 공정). 약액 공급 공정에서는, 기판(W)은, 소정의 약액 속도로 회전된다. 약액 속도는, 예를 들면, 1200rpm이다.
대향 부재 승강 유닛(61)은, 대향 부재(6)를 상위치와 하위치의 사이의 처리 위치로 이동시킨다. 그리고, 대향 부재(6)가 처리 위치에 위치하고, 또한, 적어도 1개의 가드(71)가 상위치에 위치하는 상태에서, 약액 밸브(50)가 열린다. 이것에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 상면의 중앙 영역을 향하여, 중앙 노즐(12)로부터 약액이 공급(토출)된다(약액 공급 공정, 약액 토출 공정).
중앙 노즐(12)로부터 토출된 약액은, 회전 상태의 기판(W)의 상면에 착액한 후, 원심력에 의해 기판(W)의 상면을 따라서 바깥쪽으로 흐른다. 그 때문에, 약액이 기판(W)의 상면 전체에 공급되어, 기판(W)의 상면 전체를 덮는 약액의 액막이 형성된다.
다음으로, 린스 공정(단계 S3)이 개시된다. 린스 공정에서는, 기판(W) 상의 약액이 린스액에 의해 씻어내진다.
구체적으로는, 약액의 토출이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 약액 밸브(50)가 닫혀진다. 이것에 의해, 기판(W)에 대한 약액의 공급이 정지된다. 그리고, 대향 부재(6)를 처리 위치에 유지한 채로, 린스액 밸브(51)가 열린다. 이것에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 상면의 중앙 영역을 향하여, 중앙 노즐(12)로부터 린스액이 공급(토출)된다(린스액 공급 공정, 린스액 토출 공정).
린스액의 토출이 개시되기 전에, 가드 승강 유닛(74)은, 기판(W)으로부터 배출되는 액체를 받아내는 가드(71)를 바꾸기 위해서, 적어도 하나의 가드(71)를 연직으로 이동시켜도 된다.
린스 공정에서는, 기판(W)은, 소정의 린스 속도로 회전된다. 린스 속도는, 예를 들면, 1200rpm이다.
중앙 노즐(12)로부터 토출된 린스액은, 회전 상태의 기판(W)의 상면에 착액한 후, 원심력에 의해 기판(W)의 상면을 따라서 바깥쪽으로 흐른다. 그 때문에, 린스액이 기판(W)의 상면 전체에 공급되어, 기판(W)의 상면 전체를 덮는 린스액의 액막이 형성된다.
다음으로, 린스액 및 승화성 물질 함유액의 양쪽 모두에 대한 상용성을 갖는 치환액을 기판(W)의 상면에 공급하여, 기판(W) 상의 린스액을 치환액으로 치환하는 치환 공정(단계 S4)이 행해진다.
구체적으로는, 린스액의 토출이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 린스액 밸브(51)가 닫혀진다. 이것에 의해, 기판(W)에 대한 린스액의 공급이 정지된다. 그리고, 대향 부재(6)가 처리 위치에 위치하는 상태에서, 치환액 밸브(53)가 열린다. 이것에 의해, 회전 상태의 기판(W)의 상면의 중앙 영역을 향하여, 중앙 노즐(12)로부터 치환액이 공급(토출)된다(치환액 공급 공정, 치환액 토출 공정).
치환액의 토출이 개시되기 전에, 가드 승강 유닛(74)은, 기판(W)으로부터 배출되는 액체를 받아내는 가드(71)를 바꾸기 위해서, 적어도 하나의 가드(71)를 연직으로 이동시켜도 된다.
치환 공정에서는, 기판(W)은, 소정의 치환 속도로 회전된다. 치환 속도는, 예를 들면, 300rpm이다. 이 실시 형태에서는, 린스 공정에 있어서의 기판(W)의 회전 속도 및 치환 공정에 있어서의 기판(W)의 회전 속도는, 모두 300rpm이다. 그러나, 기판(W)은, 린스 공정의 종료 전의 소정 기간 및 치환 공정의 개시 후의 소정 기간에 있어서 저속도로 회전되어도 된다. 구체적으로는, 기판(W)의 회전 속도는, 린스 공정의 종료 전에, 예를 들면, 10rpm의 저속도로 변경되고, 치환 공정이 개시된 후, 300rpm으로 변경되어도 된다.
중앙 노즐(12)로부터 토출된 치환액은, 회전 상태의 기판(W)의 상면에 착액한 후, 원심력에 의해 기판(W)의 상면을 따라서 바깥쪽으로 흐른다. 그 때문에, 치환액이 기판(W)의 상면 전체에 공급되어, 기판(W)의 상면 전체를 덮는 치환액의 액막이 형성된다.
다음으로, 기판(W) 상의 린스액이 치환액으로 치환된 후에, 승화성 물질 함유액을 기판(W)의 상면에 공급하여, 승화성 물질 함유액의 액막(100)(승화성 물질 함유 액막)을 기판(W) 상에 형성하는 승화성 물질 함유 액막 형성 공정(단계 S5)이 행해진다.
구체적으로는, 치환액의 토출이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 치환액 밸브(53)가 닫혀진다. 이것에 의해, 기판(W)에 대한 치환액의 공급이 정지된다. 그리고, 대향 부재(6)가 처리 위치에 위치하는 상태에서, 승화성 물질 함유액 밸브(52)가 열린다. 이것에 의해, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 회전 상태의 기판(W)의 상면의 중앙 영역을 향하여, 중앙 노즐(12)로부터 승화성 물질 함유액이 공급(토출)된다.
승화성 물질 함유액의 토출이 개시되기 전에, 가드 승강 유닛(74)은, 기판(W)으로부터 배출되는 액체를 받아내는 가드(71)를 바꾸기 위해서, 적어도 하나의 가드(71)를 연직으로 이동시켜도 된다.
승화성 물질 함유 액막 형성 공정에 있어서도 기판(W)의 회전은 계속되고 있다. 즉, 기판 회전 공정은, 승화성 물질 함유 액막 형성 공정과 병행하여 실행된다. 승화성 물질 함유액의 토출 중, 기판(W)은, 소정의 공급 회전 속도로 회전된다. 공급 회전 속도는, 예를 들면, 300rpm이다.
중앙 노즐(12)로부터 토출된 승화성 물질 함유액은, 회전 상태의 기판(W)의 상면에 착액한 후, 원심력에 의해 기판(W)의 상면을 따라서 바깥쪽으로 흐른다. 그 때문에, 승화성 물질 함유액이 기판(W)의 상면 전체에 공급되어, 기판(W)의 상면 전체를 덮는 승화성 물질 함유액의 액막(100)이 형성된다. 이와 같이, 중앙 노즐(12)은, 기판(W)의 상면에 승화성 물질 함유액의 액막(100)을 형성하는 승화성 물질 함유 액막 형성 유닛으로서 기능한다.
다음으로, 승화성 물질 함유액의 액막(100)에 원심력을 작용시킴으로써 기판(W)의 상면으로부터 승화성 물질 함유액을 배제하여, 승화성 물질 함유액의 액막(100)을 박막화하는 박막화 공정(단계 S6)이 실행된다.
구체적으로는, 승화성 물질 함유액의 토출이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 승화성 물질 함유액 밸브(52)가 닫혀진다. 이것에 의해, 기판(W)에 대한 승화성 물질 함유액의 공급이 정지된다. 그리고, 대향 부재 승강 유닛(61)은, 대향 부재(6)를 상위치로 이동시킨다.
도 5b에 나타내는 바와 같이, 승화성 물질 함유액의 토출의 정지와 거의 동시에, 기판(W)의 회전 속도를, 박막화 회전 속도로 변경한다. 박막화 회전 속도는, 예를 들면, 500rpm이다.
박막화 공정 종료 시의 승화성 물질 함유액의 액막(100)의 막두께는, 기판(W)의 회전 속도(박막화 회전 속도의 설정치) 및 박막화 공정이 실행되는 시간에 의해 변동한다. 예를 들면, 박막화 회전 속도를 750rpm으로 했을 경우에는, 박막화 회전 속도를 500rpm으로 했을 경우와 비교하여, 박막화 공정 종료 시의 승화성 물질 함유액의 액막(100)의 막두께가 작아진다.
박막화 공정 종료 후의 승화성 물질 함유액의 액막(100)의 막두께를 원하는 막두께로 하기 위해서, 박막화 회전 속도 및 박막화 공정의 계속 시간이 조정된다. 즉, 박막화 공정은, 승화성 물질 함유액의 액막(100)의 막두께를 조정하는 막두께 조정 공정이기도 하다.
또한, 박막화 후의 액막(100)의 막두께는, 기판(W)의 두께보다 훨씬 얇지만, 도 5b에서는, 설명의 편의상, 과장하여(기판(W)의 두께와 같은 정도가 되도록) 도시되어 있다(도 5c에 있어서도 동일).
다음으로, 승화성 물질 함유액의 액막(100)으로부터 용매를 증발시킴으로써, 전이 상태막(101)을 기판(W)의 상면에 형성하는 전이 상태막 형성 공정(단계 S7)이 실행된다.
자세한 것은, 후술하는데, 전이 상태막(101) 중에 있어서, 승화성 물질의 고체는, 결정화하기 전의 결정 전 전이 상태이다. 전이 상태막(101) 중에는, 승화성 물질의 고체와, 승화성 물질이 용해된 용매가 혼재한다.
전이 상태막 형성 공정에서는, 구체적으로는, 박막화 공정이 개시되고 나서 소정 시간이 경과하면, 도 5c에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 회전 속도를, 박막화 회전 속도로부터, 소정의 전이 상태막 형성 회전 속도로 변경한다. 전이 상태막 형성 회전 속도는, 예를 들면, 100rpm이다. 전이 상태막 형성 회전 속도는, 박막화 회전 속도보다 낮다. 기판(W)의 회전의 감속을 계기로 전이 상태막 형성 공정이 개시된다.
전이 상태막 형성 공정에서는, 기판(W)의 회전 속도가 비교적 낮기 때문에, 기판(W)의 상면으로부터의 승화성 물질 함유액의 비산이 억제된다. 그 때문에, 승화성 물질 함유액을 기판(W)의 상면으로부터 완전하게 배제되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 승화성 물질 함유액의 액막(100)을 기판(W) 상에 유지하면서, 액막(100)으로부터 용매를 증발시킬 수 있다.
그 한편으로, 기판(W)의 회전에 의해, 기판(W)의 상면 부근의 분위기에는, 기판(W)의 회전 중심측으로부터 기판(W)의 주연측을 향하는 기류가 발생한다. 기판(W)의 상면 부근의 분위기 중의 기체 상태의 용매의 양이 저감되어, 기판(W)의 상면의 승화성 물질의 액막(100)으로부터의 용매의 증발이 촉진된다. 용매가 증발함으로써, 액막(100) 중에 승화성 물질의 고체가 형성되고, 머지않아, 도 5d에 나타내는 바와 같이, 전이 상태막(101)이 형성된다.
다음으로, 전이 상태막(101) 중의 승화성 물질의 고체를 결정 전 전이 상태로 유지하면서, 기판(W) 위의 승화성 물질의 고체를 승화시킴으로써, 전이 상태막(101)을 기판(W)의 상면으로부터 제거하는 전이 상태막 제거 공정(단계 S8)이 실행된다.
구체적으로는, 도 5e에 나타내는 바와 같이, 대향 부재 승강 유닛(61)이, 대향 부재(6)를 하위치로 이동시킨다. 그리고, 기판(W)의 회전 속도는, 소정의 승화 회전 속도로 변경된다. 소정의 승화 회전 속도는, 예를 들면, 300rpm이다.
또한, 대향 부재(6)가 하위치에 위치할 때, 대향면(6a)과 기판(W)의 상면의 거리는, 예를 들면, 1mm라고 하였다. 도 5e에서는, 설명의 편의상, 과장하여(기판(W)의 두께보다 커지도록) 도시되어 있다(도 5f 및 도 5g에 있어서도 동일).
그리고, 대향 부재(6)가 하위치에 위치하는 상태에서, 제1 기체 밸브(54) 및 제2 기체 밸브(55)가 열린다. 이것에 의해, 대향 부재(6)의 개구(6b)로부터, 기판(W)의 상면의 중앙 영역을 향하여, 질소 가스 등의 기체가 분사된다. 중앙 노즐(12)로부터 토출되는 기체의 유량이, 소정의 제1 기체 유량이 되도록 제1 기체 유량 조정 밸브(58)가 조정된다. 제1 기체 유량은, 예를 들면, 150L/min이다. 기체 유로(65)로부터 토출되는 기체의 유량이, 소정의 제2 기체 유량이 되도록 제2 기체 유량 조정 밸브(59)가 조정된다. 제2 기체 유량은, 예를 들면, 50L/min이다. 전이 상태막 제거 공정에 있어서 기판(W)의 상면을 향하여 분사되는 기체의 유량의 총량을 분사 유량이라고 한다. 그 때문에, 분사 유량은, 예를 들면, 200L/min이다.
기판(W)의 상면의 중앙 영역에 분사된 기체에 의해, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 있어서의 전이 상태막(101)의 부근의 분위기 중으로부터 기체 상태의 용매 및 승화성 물질이 배제된다. 그 때문에, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 있어서 승화성 물질의 고체의 승화 및 용매의 증발이 촉진된다(승화 공정, 분사 승화 공정, 분사 증발 공정). 중앙 노즐(12) 및 기체 유로(65)는, 승화 유닛으로서 기능한다.
승화성 물질의 고체의 승화 및 용매의 증발에 의해, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 있어서 전이 상태막(101)이 서서히 얇아지고, 머지않아, 기판(W)의 상면의 중앙 영역의 전이 상태막(101)이 소멸한다. 이것에 의해, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 있어서, 기판(W)의 상면이 건조된 건조 영역(D)이 형성된다(건조 영역 형성 공정). 건조 영역(D)은, 평면에서 볼 때, 기판(W)의 상면의 회전 중심을 중심으로 하는 원 형상이다.
그 후, 기판(W)의 상면의 중앙 영역으로의 기체의 분사를 계속함으로써, 도 5f에 나타내는 바와 같이, 건조 영역(D)이 확대된다(건조 영역 확대 공정). 구체적으로는, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 분사된 기체가 기판(W)의 주연을 향하여 방사상으로 확산하는 기류(F)를 형성한다. 이 기류(F)가 건조 영역(D)의 주연에 도달함으로써, 건조 영역(D)의 주연에 있어서, 전이 상태막(101) 중의 승화성 물질의 고체의 승화 및 용매의 증발이 촉진된다. 이것에 의해, 건조 영역(D)이 평면에서 볼 때, 기판(W)의 상면의 회전 중심을 중심으로 하는 원 형상을 유지하면서 확산된다.
최종적으로는, 건조 영역(D)이 더욱 확대됨으로써, 건조 영역(D)의 주연이 기판(W)의 주연으로까지 달하여 전이 상태막(101)이 소멸한다. 바꾸어 말하면, 건조 영역(D)이 기판(W)의 상면의 전역으로 확산된다.
이와 같이, 승화성 물질의 고체가 결정화되어 있지 않은 상태를 유지하면서, 기판(W)의 상면의 전체로부터 전이 상태막(101)을 배제하고, 기판(W)의 상면을 건조할 수 있다(승화성 물질 함유 액막 배제 공정, 기판 상면 건조 공정).
전이 상태막 형성 공정이 개시되고 나서 전이 상태막 제거 공정이 개시될 때까지의 시간(전이 상태막 형성 시간)은, 전이 상태막 형성 공정이 개시되고 나서 승화성 물질의 결정이 형성될 때까지 필요로 하는 시간(결정화 시간)보다 짧을 필요가 있다.
결정화 시간은, 육안에 의해 측정할 수 있다. 승화성 물질의 고체가 결정화하면, 기판(W) 상에 액막(100)이나 전이 상태막(101)이 존재하고 있는 상태보다 기판(W)의 상면이 하얗게 탁해진다. 그 때문에, 기판(W)의 상면의 색을 확인함으로써, 승화성 물질의 고체의 결정화를 확인할 수 있다. 따라서, 촬상기(도시하지 않음)를 이용하여, 기판(W)의 상면을 촬영함으로써, 결정화 시간을 측정하는 결정화 시간 측정 공정이 전이 상태막 형성 공정과 병행하여 실행되어도 된다.
전이 상태막 형성 시간은, 결정화 시간의 절반보다 긴 것이 바람직하다. 그렇다면, 전이 상태막 중에 승화성 물질의 고체가 알맞게 존재하는 상태에서 전이 상태막 제거 공정을 실행할 수 있다. 전이 상태막 형성 시간은, 결정화 시간의 2/3의 길이의 시간인 것이 한층 더 바람직하다.
다음으로, 기판(W)의 상면이 건조된 상태를 유지하면서 기판(W)의 하면을 세정하는 하면 린스 공정(단계 S9)이 실행된다.
구체적으로는, 기판(W)의 상면이 건조된 후, 기판(W)의 상면에 대한 기체의 분사를 유지하면서, 열매 밸브(56A)가 열린다. 이것에 의해, 도 5g에 나타내는 바와 같이, 하면 노즐(13)로부터 기판(W)의 하면의 중앙 영역을 향하여 열매가 토출된다. 하면 노즐(13)로부터 토출되는 열매의 유량이 소정의 하면 린스 유량이 되도록, 열매 유량 조정 밸브(56B)의 개도가 조정된다. 대향 부재(6)는, 하위치에 유지되어 있다.
하면 노즐(13)로부터 토출된 열매는, 회전 상태의 기판(W)의 하면에 착액한 후, 원심력에 의해 기판(W)의 하면을 따라서 바깥쪽으로 흐른다. 이것에 의해, 열매가 기판(W)의 하면의 전체에 확산되어, 기판(W)의 하면이 세정된다.
열매에 의해 기판(W)의 하면이 세정되는 동안, 기판(W)의 상면으로의 기체의 분사가 계속되고 있으며, 기판(W)의 상면의 중앙 영역으로부터 기판(W)의 주연을 향하는 기류(F)가 형성되어 있다. 기류(F)에 의해, 가드(71)로부터 튀어 오른 열매를 가드(71)를 향하여 되밀어낼 수 있다. 기류(F)에 의해, 열매가 기판(W)의 하면으로부터 기판(W)의 주연을 거쳐 상면에 돌아 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 상면으로의 열매의 부착을 억제할 수 있다.
이 실시 형태와 같이, 하면 린스 공정에 있어서 열매를 이용함으로써, 기판(W)을 가열할 수 있다. 그 때문에, 기판(W)의 상면에 잔류하는 근소한 액체의 증발을 촉진할 수 있다.
열매의 토출이 개시되기 전에, 가드 승강 유닛(74)은, 기판(W)으로부터 배출되는 액체를 받아내는 가드(71)를 바꾸기 위해서, 적어도 하나의 가드(71)를 연직으로 이동시켜도 된다.
다음으로, 기판(W)을 고속 회전시킴으로써 기판(W)의 상면 및 기판(W)의 하면을 건조시키는 스핀 드라이 공정(단계 S10)이 실행된다.
구체적으로는, 대향 부재(6)를 하위치에 유지하고, 또한, 기판(W)의 상면으로의 기체의 분사를 유지한 상태에서, 열매 밸브(56A)를 닫는다. 그리고, 기판(W)의 회전 속도를 소정의 스핀 드라이 속도로 변경한다. 스핀 드라이 속도는, 예를 들면, 1500rpm이다. 스핀 드라이 공정에 의해, 기판(W)의 상면에 잔류하는 근소한 액체나, 기판(W)의 하면에 부착한 열매가 제거된다.
스핀 드라이 공정 후, 기판(W)의 회전이 정지된다. 가드 승강 유닛(74)이 모든 가드(71)를 하위치로 이동시킨다. 그리고, 제1 기체 밸브(54) 및 제2 기체 밸브(55)가 닫혀진다. 그리고, 대향 부재 승강 유닛(61)이 대향 부재(6)를 상위치로 이동시킨다.
반송 로봇(CR)이, 처리 유닛(2)에 진입하여, 스핀 척(5)의 척 핀(20)으로부터 처리가 완료된 기판(W)을 건져 내어, 처리 유닛(2) 밖으로 반출한다(단계 S11). 그 기판(W)은, 반송 로봇(CR)으로부터 반송 로봇(IR)으로 건네지고, 반송 로봇(IR)에 의해, 캐리어(C)에 수납된다.
도 6a 및 도 6b는, 전이 상태막 형성 공정(단계 S7)에 있어서의 기판(W)의 상면의 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
기판 처리가 실행되는 기판(W)의 상면에는, 미세한 패턴(160)이 형성되어 있다. 패턴(160)은, 기판(W)의 상면에 형성된 미세한 볼록형의 구조체(161)와, 인접하는 구조체(161)의 사이에 형성된 오목부(홈)(162)를 포함한다. 구조체(161)가 통형인 경우에는, 그 안쪽에 오목부가 형성되게 된다.
구조체(161)는, 절연체막을 포함하고 있어도 되고, 도체막을 포함하고 있어도 된다. 또한, 구조체(161)는, 복수의 막을 적층한 적층막이어도 된다.
패턴(160)의 아스펙트비는, 예를 들면, 10~50이다. 구조체(161)의 폭은 10nm~45nm 정도, 구조체(161)끼리의 간격(패턴(160)끼리의 간격이라고도 한다)은 10nm~수μm 정도이어도 된다. 구조체(161)의 높이는, 예를 들면 50nm~5μm 정도이어도 된다.
도 6a에는, 박막화 공정의 종료 직후(전이 상태막 형성 공정의 개시 직후)의 기판(W)의 상면의 모습이 나타내지고 있다. 도 6a에 나타내는 상태의 액막(100)으로부터 용매가 증발하면, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 승화성 물질의 고체가 석출되어, 전이 상태막(101)이 형성된다. 승화성 물질의 고체는, 예를 들면, 어모퍼스 고체(102)이다. 어모퍼스 고체(102) 중에 있어서, 승화성 물질의 분자는, 불규칙적으로 늘어서 있다. 그 때문에, 어모퍼스 고체(102)는, 승화성 물질의 결정(Cr)(도 14를 참조)과는 달리, 명확한 계면을 갖지 않는다.
한편, 도 7에 나타내는 바와 같이, 승화성 물질의 고체는, 미결정 고체(103)인 경우도 있을 수 있다. 미결정 고체(103) 중의 승화성 물질의 분자는, 결정화된 승화성 물질의 고체와 동일하게, 규칙적으로 늘어서 있다.
여기서, 승화성 물질의 고체가 결정화한다는 것은, 인접하는 결정끼리 결정 계면을 형성할 정도로 성장하는 것을 말한다. 구체적으로는, 승화성 물질의 결정이, 패턴(160)의 구조체(161)끼리의 간격 이상의 사이즈로 성장하면, 인접하는 결정끼리의 사이에 결정 계면이 형성된다.
결정화 시간은, 기판(W)의 회전 속도가 전이 상태막 형성 회전 속도로 변경되고 나서, 패턴(160)의 구조체(161)끼리의 간격 이상의 사이즈로 성장된 결정이 발생하기 시작할 때까지 필요로 하는 시간이다.
한편, 인접하는 미결정 고체(103)의 사이에는 결정 계면이 형성되어 있지 않으며, 패턴(160)의 구조체(161)끼리의 간격보다 작은 사이즈이다. 미결정 고체(103)는, 서로 면접촉하지 않을 정도의 크기의 결정이다. 그 때문에, 미결정 고체(103)끼리의 사이에는, 전단 응력이 발생하지 않는다. 구체적으로는, 미결정 고체(103)는, 패턴(160)의 구조체(161)끼리의 간격보다 작은 사이즈의 승화성 물질의 결정이다. 「미결정 고체(103)가 서로 면접촉하지 않는 상태」에는, 미결정 고체(103)끼리가 전혀 접촉하고 있지 않는 상태가 포함된다. 「미결정 고체(103)가 서로 면접촉하지 않는 상태」에는, 미결정 고체(103)끼리가 거의 접촉하고 있지 않기는 하지만, 미결정 고체(103)끼리의 사이에 전단 응력이 발생하지 않을 정도로 접촉하고 있는 상태도 포함된다.
도시하지 않지만, 전이 상태막(101) 중에는, 어모퍼스 고체(102) 및 미결정 고체(103)가 혼재하고 있는 경우도 있을 수 있다.
제1 실시 형태에 의하면, 승화성 물질 함유액의 액막(100)으로부터 용매를 증발시켜 결정 전 전이 상태의 승화성 물질의 고체(어모퍼스 고체(102) 또는 미결정 고체(103))를 석출시킴으로써, 전이 상태막(101)이 기판(W)의 상면에 형성된다(전이 상태막 형성 공정). 그리고, 전이 상태막(101) 중의 고체가 결정 전 전이 상태로 유지된 채로 승화된다(승화 공정). 이것에 의해, 기판(W)의 상면으로부터 전이 상태막(101)이 제거된다(전이 상태막 제거 공정). 승화성 물질의 고체가 승화할 때에, 기판(W) 상에 남는 용매도 증발한다. 이것에 의해, 기판(W)의 상면이 건조된다.
그 때문에, 승화성 물질의 고체가 결정화된 상태를 경유하지 않고 전이 상태막(101)이 기판(W)의 상면으로부터 제거된다. 따라서, 승화성 물질의 결정화에 기인하는 응력의 영향을 저감하여, 기판(W) 상의 패턴(160)의 도괴를 줄일 수 있다.
자세하게는, 전이 상태막(101) 중의 승화성 물질의 고체는, 어모퍼스 고체(102) 또는 미결정 고체(103)이기 때문에, 응력을 수반하는 결정 계면(CI)(도 14를 참조)을 갖지 않는다. 그 때문에, 승화성 물질의 고체가 결정화했을 때에 결정 계면(CI)의 근방에서 발생하는 응력의 영향을 받지 않고 승화성 물질의 고체를 승화시킬 수 있다. 따라서, 패턴(160)의 도괴를 억제할 수 있다.
전이 상태막 형성 시간이 너무 짧으면, 전이 상태막 제거 공정이 개시되는 시점에서 기판의 표면 상에 잔류하고 있는 용매의 양이 비교적 많아진다. 따라서, 승화성 물질의 고체를 승화시킬 때에, 기판의 표면 상의 용매의 표면장력이 패턴(160)에 작용하여, 패턴(160)이 도괴할 우려가 있다. 반대로, 전이 상태막 형성 시간이 너무 길면, 승화성 물질의 고체가 결정화한 상태로 승화된다. 그 때문에, 결정 계면(CI)에 발생하는 응력에 기인하여 패턴(160)에 작용하는 힘에 의해 패턴(160)이 도괴할 우려가 있다.
그래서, 전이 상태막 형성 시간이, 결정화 시간의 절반보다 길고, 결정화 시간보다 짧으면, 전이 상태막 제거 공정의 개시 시에 기판(W)의 상면에 잔류하는 용매의 양을 충분히 저감하면서, 승화성 물질의 고체의 결정화를 피할 수 있다. 이것에 의해, 기판(W) 상의 패턴(160)의 도괴를 줄일 수 있다.
특히, 전이 상태막 형성 시간이, 결정화 시간의 2/3의 길이의 시간이면, 승화성 물질의 고체의 결정화를 피하면서, 전이 상태막 제거 공정의 개시 시에 기판(W)의 상면에 잔류하는 용매의 양을 가능한 한 저감할 수 있다. 따라서, 기판(W) 상의 패턴의 도괴를 한층 더 줄일 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 의하면, 승화성 물질 함유액의 액막(100)을 박막화하는 박막화 공정이 실행된다. 그 때문에, 박막화 공정 후에 실행되는 전이 상태막 형성 공정에 있어서, 박막화된 승화성 물질 함유액의 액막(100)으로부터 용매를 증발시킴으로써 전이 상태막(101)을 형성할 수 있다. 그 때문에, 전이 상태막(101)을 신속하게 형성할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 의하면, 전이 상태막(101)은, 주로 기판(W)의 회전에 의해 용매를 증발시킴으로써 형성된다. 그 때문에, 승화성 물질 함유액의 액막(100)으로부터 용매를 신속하게 증발시킬 수 있다. 따라서, 전이 상태막(101)을 신속하게 형성할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 의하면, 박막화 공정에 있어서, 비교적 고속도인 박막화 회전 속도(제1 회전 속도)로 기판(W)이 회전된다. 그 때문에, 원심력에 의해 기판(W)의 상면으로부터 승화성 물질 함유액이 신속하게 배제된다. 또한, 기판(W)의 상면의 승화성 물질 함유액의 액막(100)의 막두께가 신속하게 조정된다. 그리고, 전이 상태막 형성 공정에 있어서, 비교적 저속도인 전이 상태막 형성 회전 속도(제2 회전 속도)로 기판(W)이 회전된다. 이것에 의해, 기판(W)의 상면의 승화성 물질 함유액의 액막(100)에 작용하는 원심력을 저감할 수 있다. 그 때문에, 박막화 공정에 있어서 막두께가 조정된 상태의 액막(100)을 기판(W)의 상면에 유지하면서, 액막(100)으로부터 용매를 증발시켜 신속하게 전이 상태막(101)을 형성할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 전이 상태막 제거 공정에 있어서, 기판(W)의 상면의 승화성 물질의 고체(어모퍼스 고체(102)나 미결정 고체(103))는, 기체의 분사에 의해 승화된다(분사 승화 공정). 즉, 기체의 분사라고 하는 쉬운 수법에 의해, 기판(W)의 상면의 승화성 물질의 고체를 승화시킬 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
도 8a 및 도 8b는, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)에 의한 전이 상태막 제거 공정(단계 S8)의 모습을 설명하기 위한 모식도이다. 도 8a 및 도 8b에 있어서, 전술의 도 1~도 7에 나타내진 구성과 동등한 구성에 대해서는, 도 1 등과 동일한 참조 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
제2 실시 형태에 따른 처리 유닛(2P)이 제1 실시 형태의 처리 유닛(2)(도 2 참조)과 주로 상이한 점은, 적어도 수평 방향으로 이동 가능하고, 기판(W)의 상면을 향하여 기체를 토출할 수 있는 이동 기체 노즐(14)을 포함하는 점이다.
이동 기체 노즐(14)은, 기체 노즐 이동 유닛(39)에 의해, 수평 방향 및 연직 방향으로 이동된다. 이동 기체 노즐(14)은, 중심 위치와, 홈 위치(퇴피 위치)의 사이에서 이동할 수 있다.
이동 기체 노즐(14)은, 중심 위치에 위치할 때, 기판(W)의 상면의 회전 중심에 대향한다. 이동 기체 노즐(14)은, 홈 위치에 위치할 때, 기판(W)의 상면에는 대향하지 않으며, 평면에서 볼 때, 처리 컵(7)의 바깥쪽에 위치한다. 이동 기체 노즐(14)은, 연직 방향으로의 이동에 의해, 기판(W)의 상면에 접근하거나, 기판(W)의 상면으로부터 상방으로 퇴피하거나 할 수 있다.
기체 노즐 이동 유닛(39)은, 예를 들면, 이동 기체 노즐(14)을 지지하고 수평으로 연장되는 아암(39a)과, 아암(39a)을 구동하는 아암 구동 유닛(39b)을 포함한다. 아암 구동 유닛(39b)은, 아암(39a)에 결합되어 연직 방향을 따라서 연장되는 회동축(도시하지 않음)과, 회동축을 승강시키거나 회동시키거나 하는 회동축 구동 유닛(도시하지 않음)을 포함한다.
회동축 구동 유닛은, 회동축을 연직인 회동 축선 둘레로 회동시킴으로써 아암(39a)을 요동시킨다. 또한, 회동축 구동 유닛은, 회동축을 연직 방향을 따라서 승강함으로써, 아암(39a)을 상하동시킨다. 아암(39a)의 요동 및 승강에 따라서, 이동 기체 노즐(14)이 수평 방향 및 연직 방향으로 이동한다.
이동 기체 노즐(14)은, 기체를 이동 기체 노즐(14)에 안내하는 이동 기체 배관(47)에 접속되어 있다. 이동 기체 배관(47)에 끼워 설치된 이동 기체 밸브(57)가 열리면, 기체가, 이동 기체 노즐(14)의 토출구로부터 하방으로 연속적으로 토출된다.
이동 기체 노즐(14)로부터 토출되는 기체는, 예를 들면, 질소 가스(N2) 등의 불활성 가스이다. 이동 기체 노즐(14)로부터 토출되는 기체는, 공기이어도 된다.
제2 실시 형태에 따른 컨트롤러(3)는, 제1 실시 형태에 따른 컨트롤러(3)가 제어하는 대상에 더하여, 이동 기체 밸브(57) 및 기체 노즐 이동 유닛(39)을 제어한다(도 3 참조).
제2 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)에서는, 도 4에 나타내는 흐름도와 동일한 기판 처리가 가능하다. 자세하게는, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리는, 전이 상태막 제거 공정(단계 S8)에 있어서의 건조 영역(D)의 형성, 및, 건조 영역(D)의 확대가, 주로 이동 기체 노즐(14)로부터의 기체의 분사에 의해 행해지는 점을 제외하고는, 제1 실시 형태에 따른 기판 처리와 거의 같다. 이하에서는, 제2 실시 형태에 따른 기판 처리의 전이 상태막 제거 공정에 대해 설명한다.
도 8a에 나타내는 바와 같이, 기체 노즐 이동 유닛(39)이, 이동 기체 노즐(14)을 중앙 위치로 이동시킨다. 이동 기체 노즐(14)이 중심 위치에 위치하는 상태에서, 이동 기체 밸브(57)가 열린다. 이것에 의해, 이동 기체 노즐(14)의 토출구로부터 기판(W)의 상면을 향하여 기체가 토출된다(기체 토출 공정). 이동 기체 노즐(14)로부터 토출된 기체는, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 분사된다.
기판(W)의 상면의 중앙 영역에 분사된 기체에 의해, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 있어서의 전이 상태막(101)의 부근의 분위기 중으로부터 기체 상태의 용매 및 승화성 물질이 배제된다. 그 때문에, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 있어서 승화성 물질의 승화 및 용매의 증발이 촉진된다(승화 공정, 분사 승화 공정, 분사 증발 공정). 이동 기체 노즐(14)은, 승화 유닛으로서 기능한다.
승화성 물질의 승화 및 용매의 증발에 의해, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 있어서 전이 상태막(101)이 서서히 얇아지고, 머지않아, 기판(W)의 상면의 중앙 영역의 전이 상태막(101)이 소멸한다. 이것에 의해, 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 있어서, 기판(W)의 상면이 건조된 건조 영역(D)이 형성된다(건조 영역 형성 공정). 건조 영역(D)은, 평면에서 볼 때, 기판(W)의 상면의 회전 중심을 중심으로 하는 원 형상이다.
그 후, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 기체 노즐 이동 유닛(39)이, 기판(W) 상에 있어서 기체가 분사되는 위치(기체 분사 위치)가 기판(W)의 상면의 주연 영역을 향하여 이동하도록, 이동 기체 노즐(14)을 이동시킨다. 이것에 의해, 이동 기체 노즐(14)로부터 토출되는 기체가, 전이 상태막(101)의 내주연에 분사되고, 전이 상태막(101)의 내주연에 있어서 승화성 물질의 고체의 승화 및 용매의 증발이 촉진된다.
단, 기체 분사 위치는, 기판(W)에 있어서 건조 영역(D)의 주연과 겹쳐지는 위치, 또는, 건조 영역(D)의 주연보다 기판(W)의 회전 중심측에 위치하는 것이 바람직하다.
게다가, 기판(W)은, 소정의 승화 회전 속도로 회전하고 있기 때문에, 기체 분사 위치는, 기판(W)의 회전 방향으로 상대 이동한다. 그 때문에, 전이 상태막(101)의 내주연에는, 회전 방향의 전체 둘레에 있어서 균일하게 기체가 분사된다. 이것에 의해, 건조 영역(D)이, 평면에서 볼 때, 기판(W)의 상면의 회전 중심을 중심으로 하는 원 형상을 유지하면서 확산된다.
최종적으로는, 건조 영역(D)이 더욱 확대됨으로써, 건조 영역(D)의 주연이 기판(W)의 주연으로까지 달하여 전이 상태막(101)이 소멸한다. 즉, 건조 영역(D)이 기판(W)의 상면의 전역으로 확산된다. 바꾸어 말하면, 기판(W)의 상면의 전체로부터 전이 상태막(101)이 배제되고 기판(W)의 상면이 건조된다(승화성 물질 함유 액막 배제 공정, 기판 상면 건조 공정). 그 후, 제1 실시 형태에 따른 기판 처리와 동일하게, 하면 린스 공정(단계 S9)이 개시된다.
제2 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 동일한 효과를 이룬다.
제2 실시 형태에 의하면, 기판(W)의 상면의 중앙 영역으로의 기체의 분사에 의해, 건조 영역(D)이 형성된다. 그 후, 기체 분사 위치가 기판(W)의 상면의 주연 영역을 향하여 이동된다. 그 때문에, 건조 영역(D)의 주연 부근의 전이 상태막(101) 중의 승화성 물질의 고체에 기체의 분사력을 효율적으로 작용시킬 수 있다. 따라서, 건조 영역(D)을 신속하게 확대할 수 있다. 그 결과, 전이 상태막(101)의 형성이 개시되고 나서 승화성 물질의 고체가 승화될 때까지의 시간의 차를, 기판(W)의 상면의 중앙 영역과 기판(W)의 상면의 주연 영역으로 저감할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 상면의 전역에 있어서 패턴(160)의 도괴를 균일하게 줄일 수 있다.
이 발명은, 이상으로 설명한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 또 다른 형태로 실시할 수 있다.
예를 들면, 상술의 실시 형태에서는, 약액, 린스액, 승화성 물질 함유액 및 치환액은, 중앙 노즐(12)로부터 토출된다. 그러나, 각 액체가 개별의 노즐로부터 토출되어도 된다. 예를 들면, 약액 노즐, 린스액 노즐, 승화성 물질 함유액 노즐 및 치환액 노즐을, 이동 노즐로서 설치해도 된다. 또한, 약액 노즐, 린스액 노즐, 승화성 물질 함유액 노즐 및 치환액 노즐을, 수평 방향 및 연직 방향에 있어서의 위치가 고정된 고정 노즐로서 중앙 노즐(12)과는 별도로 설치해도 된다.
또한, 예를 들면, 중앙 노즐(12), 기체 유로(65) 및 이동 기체 노즐(14)로부터 토출되는 기체는, 고온 불활성 가스나 고온 공기 등의 고온 기체이어도 된다. 그렇다면, 용매의 증발이나 승화성 물질의 고체의 승화를 촉진할 수 있다.
또한, 하면 린스 공정에 있어서, 기판(W)을 가열할 필요가 없는 경우에는, 하면 노즐(13)로부터 토출되는 액체는, 열매일 필요는 없으며, 린스액이어도 된다.
또한, 상술의 각 실시 형태에서는, 전이 상태막 제거 공정에 있어서, 기판(W)의 중심 영역에 건조 영역(D)이 형성된 후, 건조 영역(D)이 확대됨으로써, 기판(W)의 상면으로부터 전이 상태막(101)이 제거된다. 그러나, 전이 상태막(101)은, 기판(W)의 상면의 전역에 있어서 균일하게 얇게 되어, 기판(W)의 상면으로부터 제거되어도 된다. 기판(W)의 상면의 중앙 영역에 기체를 분사하는 것이 아닌, 기판(W)의 상면과 대향면(6a)의 사이에 기체를 충만시키는 기판 처리이면, 기판(W)의 상면의 전체로부터 용매를 증발시키기 쉽다.
이하에서는, 도 9~도 13b를 이용하여, 본 발명에 의한 패턴 도괴의 억제 효과에 대해 조사하기 위해서 행한 실험의 결과에 대해 설명한다.
도 9 및 도 10의 실험에서는, 소편형의 기판(소편 기판)을 이용하여, 이하의 전처리를 실시하였다. 전처리에서는, IPA에 소편 기판을 침지한 후, 승화성 물질 함유액에 소편 기판을 침지하였다. 그 후, 소편 기판에 대해 박막화 공정, 전이 상태막 형성 공정, 및 전이 상태막 제거 공정을 행하였다. 그 후, 소편 기판을 60℃에서 10초간 가열한 후, 소편 기판의 표면에 질소를 40L/min의 유량으로 60초간 분사하였다. 그 후, 주사형 전자현미경(SEM)을 이용하여 패턴 도괴율을 측정하였다.
도 9는, 전이 상태막 형성 공정에 있어서의 소편 기판의 전이 상태막 형성 회전 속도와, 결정화 시간의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내고 있다. 이 실험에서는, 박막화 공정에 있어서, 소편 기판을 500rpm으로 2초간 회전시켰다. 이 실험에서는, 전이 상태막 제거 공정에 있어서, 소편 기판을 300rpm으로 60초간 회전시키면서, 소편 기판에 대해 질소 가스를 40L/min의 유량으로 60초간 분사하였다. 이 실험에서는, 전이 상태막 형성 회전 속도가 상이한 복수의 전처리를, 각각, 복수의 소편 기판에 대해 행하였다. 결정화 시간의 측정은, 각 소편 기판의 전이 상태막 형성 공정 중에 육안으로 승화성 물질의 고체의 결정화를 관찰함으로써 행하였다.
도 9는, 전이 상태막 형성 회전 속도와, 결정화 시간의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 실험으로부터, 도 9에 나타내는 바와 같이, 전이 상태막 형성 회전 속도가 빠를수록, 결정화 시간이 짧아지는 것을 알 수 있었다.
도 10은, 전이 상태막 형성 시간과 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내고 있다. 이 실험에서는, 박막화 공정에 있어서, 소편 기판을 500rpm으로 2초간 회전시켰다. 이 실험에서는, 전이 상태막 제거 공정에 있어서, 소편 기판을 300rpm으로 60초간 회전시키면서, 소편 기판에 대해 질소 가스를 40L/min의 유량으로 60초간 분사하였다. 이 실험에서는, 전이 상태막 형성 회전 속도 및 전이 상태막 형성 시간이 상이한 복수의 전처리를, 각각, 복수의 소편 기판에 대해 행하였다.
도 10은, 전이 상태막 형성 시간과 패턴 도괴율의 관계를 나타내는 그래프이다. 전이 상태막 형성 회전 속도가 100rpm인 경우, 전이 상태막 형성 시간이, 결정화 시간의 절반의 시간보다 길고, 결정화 시간보다 짧은 경우에, 패턴 도괴율이 저감되었다. 특히, 전이 상태막 형성 시간이, 결정화 시간의 2/3의 길이의 시간이면, 패턴 도괴율이 극적으로 저감되었다.
또한, 전이 상태막 형성 회전 속도가 100rpm인 경우에는, 전이 상태막 형성 회전 속도가 300rpm인 경우와 비교하여, 패턴 도괴율이 낮아지는 전이 상태막 형성 시간의 범위가 넓어졌다. 그 때문에, 전이 상태막 형성 회전 속도를 느리게 함으로써, 전이 상태막 형성 시간의 조정 범위(마진)를 넓게 할 수 있는 것이 짐작된다.
도 11a~도 13b에 나타내는 실험에서는, 반경 150mm의 원 형상의 기판을 이용하여 제1 실시 형태에 따른 기판 처리를 행한 후, SEM을 이용하여 패턴 도괴율을 측정하였다.
도 11a~도 11d는, 전이 상태막 형성 시간과 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 이 실험에서는, 전이 상태막 형성 시간이 상이한 복수의 기판 처리를, 각각, 복수의 기판에 대해 행하였다. 그리고, 기판 처리가 실시된 후의 각 기판 상의 패턴의 도괴율을 기판 상의 복수 개소(300개소)에 있어서 측정하였다.
이 실험에서는, 박막화 공정에 있어서, 기판을 500rpm으로 2초간 회전시켰다. 또한, 이 실험에서는, 전이 상태막 제거 공정에 있어서, 기판에 대해 중앙 노즐(12)로부터 질소 가스를 100L/min의 유량으로 분사하고, 기판을 300rpm으로 회전시켰다. 이 실험에서는, 전이 상태막 형성 공정에 있어서, 기판을 100rpm으로 회전시켰다.
도 11a~도 11d에 나타내는 그래프에 있어서, 가로축은, 기판의 상면에 있어서의 측정 위치(기판의 회전 중심으로부터 측정 개소까지의 거리)를 나타내고 있으며, 세로축은, 각 측정 개소에 있어서의 패턴의 도괴율을 나타내고 있다.
도 11a는, 전이 상태막 형성 시간을 10초로 했을 경우의, 기판 상의 복수 개소에 있어서의 패턴 도괴율을 나타내는 그래프이다. 전이 상태막 형성 시간을 10초로 했을 경우의, 기판 상에 있어서의 패턴 도괴율의 평균치는, 41%였다. 도 11b는, 전이 상태막 형성 시간을 20초로 했을 경우의, 기판 상의 복수 개소에 있어서의 패턴 도괴율을 나타내는 그래프이다. 전이 상태막 형성 시간을 20초로 했을 경우의, 기판 상에 있어서의 패턴 도괴율의 평균치는, 39.1%였다. 도 11c는, 전이 상태막 형성 시간을 30초로 했을 경우의, 기판 상의 복수 개소에 있어서의 패턴 도괴율을 나타내는 그래프이다. 전이 상태막 형성 시간을 30초로 했을 경우의, 기판 상에 있어서의 패턴 도괴율의 평균치는, 43.9%였다. 도 11d는, 전이 상태막 형성 시간을 40초로 했을 경우의, 기판 상의 복수 개소에 있어서의 패턴 도괴율을 나타내는 그래프이다. 전이 상태막 형성 시간을 40초로 했을 경우의, 기판 상에 있어서의 패턴 도괴율의 평균치는, 61.4%였다.
이와 같이, 전이 상태막 형성 시간을 10초, 20초, 또는 30초로 했을 경우의 패턴 도괴율은, 전이 상태막 형성 시간을 40초로 했을 경우와 비교하여 낮다는 결과가 얻어졌다. 이 결과로부터, 전이 상태막 형성 시간을 40초로 했을 경우에는, 전이 상태막 제거 공정의 개시 시에 있어서 기판의 상면에 승화성 물질의 결정이 발생하고 있는 것이 짐작된다. 반대로, 전이 상태막 형성 시간을 10초, 20초 또는 30초로 했을 경우에는, 기판의 상면에 승화성 물질의 결정이 발생하지 않는 것이 짐작된다.
도 12a~도 12c는, 박막화 회전 속도와 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 이 실험에서는, 박막화 회전 속도가 상이한 복수의 기판 처리를, 각각 복수의 기판에 대해 행하였다. 그 후, 기판 처리가 실시된 후의 각 기판 상의 패턴의 도괴율을 기판 상의 복수 개소(300개소)에 있어서 측정하였다.
이 실험에서는, 전이 상태막 형성 공정에 있어서, 기판을 100rpm으로 회전시켜, 전이 상태막 형성 시간을 결정화 시간의 2/3의 길이의 시간으로 하였다. 또한, 이 실험에서는, 전이 상태막 제거 공정에 있어서, 중앙 노즐(12)로부터 토출되는 질소 가스의 유량을 150L/min로 하고, 기체 유로(65)로부터 토출되는 질소 가스의 유량을 50L/min로 하고, 기판의 회전 속도를 300rpm으로 하였다. 또한, 이 실험에서는, 박막화 공정에 있어서 기판을 박막화 회전 속도로 2초간 회전시켰다.
도 12a~도 12c에 나타내는 그래프에 있어서, 가로축은, 기판의 상면에 있어서의 측정 위치(기판의 회전 중심으로부터 측정 개소까지의 거리)를 나타내고 있으며, 세로축은, 각 측정 개소에 있어서의 패턴의 도괴율을 나타내고 있다.
도 12a는, 박막화 회전 속도를 300rpm으로 했을 경우의, 기판 상의 복수 개소에 있어서의 패턴 도괴율을 나타내는 그래프이다. 박막화 회전 속도를 300rpm으로 했을 경우의, 기판 상에 있어서의 패턴 도괴율의 평균치는, 28.7%였다. 도 12b는, 박막화 회전 속도를 500rpm으로 했을 경우의, 기판 상의 복수 개소에 있어서의 패턴 도괴율을 나타내는 그래프이다. 박막화 회전 속도를 500rpm으로 했을 경우의, 기판 상에 있어서의 패턴 도괴율의 평균치는, 41.8%였다. 도 12c는, 박막화 회전 속도를 750rpm으로 했을 경우의, 기판 상의 복수 개소에 있어서의 패턴 도괴율을 나타내는 그래프이다. 박막화 회전 속도를 750rpm으로 했을 경우의, 기판 상에 있어서의 패턴 도괴율의 평균치는, 77.3%였다.
이와 같이, 박막화 회전 속도를 750rpm으로 했을 경우와 비교하여, 박막화 회전 속도를 500rpm 또는 300rpm으로 했을 경우의 패턴 도괴율이 낮다는 결과가 얻어졌다.
박막화 회전 속도를 500rpm 또는 300rpm으로 한 기판 처리에서는, 승화성 물질 함유액의 액막이 충분한 두께로 유지된 상태에서 전이 상태막 형성 공정이 개시되고, 기판의 상면에 승화성 물질의 결정이 발생하기 전에 전이 상태막 제거 공정이 개시되었기 때문에, 패턴 도괴율이 낮아진 것으로 짐작된다. 박막화 회전 속도를 750rpm으로 한 기판 처리에서는, 승화성 물질 함유액의 기액 계면이 패턴의 선단보다 하방에 위치할 정도로 승화성 물질 함유액의 액막이 얇아져, 패턴에 표면장력이 작용했기 때문에, 패턴 도괴율이 높아진 것으로 짐작된다.
도 13a 및 도 13b는, 전이 상태막 형성 회전 속도와 패턴 도괴율의 관계성을 조사하기 위해서 행한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 이 실험에서는, 전이 상태막 형성 회전 속도가 상이한 복수의 기판 처리를, 각각, 복수의 기판에 대해 행하였다. 그 후, 기판 처리가 실시된 후의 각 기판 상의 패턴의 도괴율을 기판 상의 복수 개소(300개소)에 있어서 측정하였다.
이 실험에서는, 전이 상태막 형성 시간을 결정화 시간의 2/3의 길이의 시간으로 하였다. 구체적으로는, 전이 상태막 형성 회전 속도가 10rpm인 경우에는, 전이 상태막 형성 시간을 40초로 하고, 전이 상태막 형성 회전 속도가 100rpm인 경우에는, 전이 상태막 형성 시간을 25초로 하였다. 또한, 이 실험에서는, 박막화 공정에 있어서, 박막화 회전 속도를 500rpm으로 하고, 기판을 2초간 회전시켰다. 또한, 이 실험에서는, 전이 상태막 제거 공정에 있어서, 중앙 노즐(12)로부터 토출되는 질소 가스의 유량을 150L/min로 하고, 기체 유로(65)로부터 토출되는 질소 가스의 유량을 50L/min로 하였다. 승화 회전 속도를 300rpm으로 하였다.
도 13a 및 도 13b에 나타내는 그래프에 있어서, 가로축은, 기판의 상면에 있어서의 측정 위치(기판의 회전 중심으로부터 측정 개소까지의 거리)를 나타내고 있으며, 세로축은, 각 측정 개소에 있어서의 패턴의 도괴율을 나타내고 있다.
도 13a는, 전이 상태막 형성 회전 속도를 10rpm으로 했을 경우의, 기판 상의 복수 개소에 있어서의 패턴 도괴율을 나타내는 그래프이다. 전이 상태막 형성 회전 속도를 10rpm으로 했을 경우의, 기판 상에 있어서의 패턴 도괴율의 평균치는, 36.2%였다. 도 13b는, 전이 상태막 형성 회전 속도를 100rpm으로 했을 경우의, 기판 상의 복수 개소에 있어서의 패턴 도괴율을 나타내는 그래프이다. 전이 상태막 형성 회전 속도를 100rpm으로 했을 경우의, 기판 상에 있어서의 패턴 도괴율의 평균치는, 41.8%였다.
이와 같이, 전이 상태막 형성 회전 속도에 상관없이, 패턴 도괴율을 충분히 저감할 수 있었다. 그 이유로서는, 전이 상태 형성 시간을, 결정화 시간의 2/3의 길이의 시간으로 했기 때문에, 승화성 물질의 결정이 발생하기 전에, 또한, 용매를 충분히 증발시킨 후에 승화를 개시할 수 있었기 때문으로 짐작된다.
도 11a~도 12c에 나타내는 실험 결과로부터, 전이 상태막 형성 시간(전이 상태막 제거 공정의 개시 타이밍)이나, 전이 상태막 형성 공정 개시 시의 승화성 물질 함유액의 액막의 막두께가, 패턴 도괴율에 크게 영향을 미치는 것이 짐작된다. 도 13a 및 도 13b에 나타내는 실험 결과로부터, 전이 상태막 형성 회전 속도에 상관없이, 전이 상태막 형성 시간을 결정화 시간의 2/3의 길이의 시간으로 하면, 패턴 도괴율을 저감할 수 있는 것이 짐작된다.
본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명해 왔지만, 이들은 본 발명의 기술적 내용을 분명하게 하기 위해서 이용된 구체예에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체예로 한정하여 해석되어야 하는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (11)

  1. 액체를 거치지 않고 고체에서 기체로 변화하는 승화성 물질과 상기 승화성 물질을 용해시키는 용매를 포함하는 용액인 승화성 물질 함유액을, 패턴이 형성된 기판의 표면에 공급함으로써, 상기 기판의 표면을 덮는 상기 승화성 물질 함유액의 액막을 상기 기판의 표면 상에 형성하는 승화성 물질 함유 액막 형성 공정과,
    상기 액막으로부터 상기 용매를 증발시켜 상기 승화성 물질의 고체를 형성함으로써, 상기 승화성 물질의 고체가 결정화하기 전의 결정 전 전이 상태인 전이 상태막을 상기 기판의 표면에 형성하는 전이 상태막 형성 공정과,
    상기 승화성 물질의 고체를 상기 결정 전 전이 상태로 유지하면서, 상기 기판의 표면 상의 상기 승화성 물질의 고체를 승화시킴으로써, 상기 전이 상태막을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 전이 상태막 제거 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전이 상태막 중의 상기 승화성 물질의 고체가, 어모퍼스 고체를 포함하는, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전이 상태막 중의 상기 승화성 물질의 고체가, 미결정 고체를 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전이 상태막 형성 공정이 개시되고 나서 상기 전이 상태막 제거 공정이 개시될 때까지의 시간인 전이 상태막 형성 시간은, 상기 전이 상태막 형성 공정이 개시되고 나서 상기 승화성 물질의 결정이 형성될 때까지 필요로 하는 시간인 결정화 시간의 절반보다 길고, 상기 결정화 시간보다 짧은, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전이 상태막 형성 시간이, 상기 결정화 시간의 2/3의 길이의 시간인, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전이 상태막 형성 공정의 실행 전에, 상기 기판의 표면의 중앙부를 통과하는 연직 축선 둘레로 상기 기판을 회전시켜 상기 기판의 표면으로부터 상기 승화성 물질 함유액을 배제함으로써, 상기 액막을 박막화하는 박막화 공정을 추가로 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전이 상태막 형성 공정이, 상기 기판의 표면의 중앙부를 통과하는 연직 축선 둘레로 상기 기판을 회전시켜 상기 액막 중의 상기 용매를 증발시킴으로써, 상기 전이 상태막을 형성하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기판의 표면의 중앙부를 통과하는 연직 축선 둘레로 소정의 제1 회전 속도로 상기 기판을 회전시켜 상기 기판의 표면 상의 상기 액막에 원심력을 작용시킴으로써, 상기 액막을 박막화하는 박막화 공정을 추가로 포함하고,
    상기 전이 상태막 형성 공정은, 상기 박막화 공정 후, 상기 제1 회전 속도보다 낮은 소정의 제2 회전 속도로 상기 기판의 회전 속도를 변경하여 상기 액막 중의 상기 용매를 증발시킴으로써, 상기 전이 상태막을 형성하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전이 상태막 제거 공정이, 상기 전이 상태막에 대해서 기체를 분사함으로써, 상기 기판의 표면 상의 상기 승화성 물질의 고체를 승화시키는 분사 승화 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분사 승화 공정이, 상기 기판의 표면의 중앙 영역에 기체를 분사함으로써 상기 승화성 물질의 고체를 승화시켜, 상기 기판의 표면의 상기 중앙 영역에 건조 영역을 형성하는 건조 영역 형성 공정과, 상기 기판의 표면에 있어서의 기체의 분사 위치를 상기 기판의 표면의 주연 영역을 향하여 이동시키면서 상기 건조 영역을 확대하는 건조 영역 확대 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  11. 액체를 거치지 않고 고체에서 기체로 변화하는 승화성 물질과 상기 승화성 물질을 용해시키는 용매를 포함하는 용액인 승화성 물질 함유액을, 기판의 표면에 공급하는 승화성 물질 함유액 공급 유닛과,
    기판의 표면의 중앙부를 통과하는 연직 축선 둘레로 기판을 회전시키는 기판 회전 유닛과,
    기판의 표면 상으로부터 상기 승화성 물질의 고체를 승화시키는 승화 유닛과,
    상기 승화성 물질 함유액 공급 유닛, 상기 기판 회전 유닛 및 상기 승화 유닛을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러가, 상기 승화성 물질 함유액 공급 유닛으로부터, 패턴이 형성된 기판의 표면에 상기 승화성 물질 함유액을 공급함으로써, 상기 기판의 표면을 덮는 상기 승화성 물질 함유액의 액막을 상기 기판의 표면 상에 형성하는 승화성 물질 함유 액막 형성 공정과, 상기 기판 회전 유닛에 의해 상기 액막으로부터 상기 용매를 증발시켜 상기 승화성 물질의 고체를 형성함으로써, 상기 승화성 물질의 고체가 결정화하기 전의 결정 전 전이 상태인 전이 상태막을 상기 기판의 표면에 형성하는 전이 상태막 형성 공정과, 상기 승화성 물질의 고체를 상기 결정 전 전이 상태로 유지하면서, 상기 승화 유닛에 의해 상기 기판의 표면 상의 상기 승화성 물질의 고체를 승화시키는 전이 상태막 제거 공정을 실행하도록 프로그램되어 있는, 기판 처리 장치.
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