KR20210001965A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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히로아키 다카하시
마사히코 가토
유 야마구치
유타 사사키
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Abstract

[과제] 우수한 건조 성능을 가지며, 표면에 패턴이 형성된 기판을 양호하게 건조시킨다.
[해결 수단] 용매에 대해 시클로헥사논옥심이 녹은 처리액을, 패턴이 형성된 기판의 표면에 공급하여 처리액의 액막을 기판의 표면에 형성하는 액막 형성 공정과, 처리액의 액막을 고체화시켜 시클로헥사논옥심의 고체화막을 형성하는 고체화막 형성 공정과, 고체화막을 승화시켜 기판의 표면으로부터 제거하는 승화 공정을 구비하고 있다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
이 발명은, 표면에 패턴이 형성된 기판을 처리하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다. 기판에는, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 기판, 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 전자 부품의 제조 공정에 있어서는, 기판의 표면에 성막이나 에칭 등의 처리를 반복해서 실시하여 패턴을 형성하는 공정이 포함된다. 또, 이 패턴 형성 후에 있어서, 약액에 의한 세정 처리, 린스액에 의한 린스 처리 및 건조 처리 등이 이 순서로 행해지지만, 패턴의 미세화에 수반하여 건조 처리의 중요성이 특별히 높아지고 있다. 즉, 건조 처리에 있어서 패턴 도괴의 발생을 억제 또는 방지하는 기술이 중요해지고 있다. 그래서, 예를 들면 일본국 특허공개 2012-243869호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 장뇌를 IPA(이소프로필알코올: isopropyl alcohol)에 용해시킨 처리액을 이용하여 기판을 승화 건조시키는 기판 처리 방법이 제안되어 있다.
상기 종래 기술에서는, 승화성 물질의 대표예인 장뇌를 이용함으로써 기판의 건조 성능을 높이고 있다. 그러나, 기판 처리 조건에 따라서는 패턴의 도괴를 억제하지 못하여, 종래 기술은 전자 부품의 제조 현장에서 요구되는 건조 성능을 만족하기에 이르지 않았다.
이 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 우수한 건조 성능을 가지며, 표면에 패턴이 형성된 기판을 양호하게 건조시킬 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명의 일양태는, 기판 처리 방법이며, 용매에 대해 시클로헥사논옥심이 녹은 처리액을, 패턴이 형성된 기판의 표면에 공급하여 처리액의 액막을 기판의 표면에 형성하는 액막 형성 공정과, 처리액의 액막을 고체화시켜 시클로헥사논옥심의 고체화막을 형성하는 고체화막 형성 공정과, 고체화막을 승화시켜 기판의 표면으로부터 제거하는 승화 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 이 발명의 다른 양태는, 기판 처리 장치이며, 용매를 저류하는 용매 저류부와, 용매와 같은 용매에 대해 시클로헥사논옥심이 녹은 처리액을 저류하는 처리액 저류부와, 처리액을 용매 저류부로부터 공급되는 용매로 희석된 농도 조정이 완료된 처리액을, 패턴이 형성된 기판의 표면에 공급하는 처리액 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이 구성된 발명에 의하면, 승화성 물질로서 시클로헥사논옥심을 이용하여 승화 건조를 실행할 수 있다. 따라서, 다양한 기판 처리 조건에 있어서 패턴의 도괴를 방지하면서 기판을 양호하게 건조시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 제1 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 기판 처리 장치의 측면도이다.
도 3은 처리 유닛의 구성을 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는 처리 유닛을 제어하는 제어부의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5는 처리액 공급부의 구성을 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 제1 실시 형태에서 실행되는 기판 처리의 내용을 나타내는 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 제2 실시 형태에서 실행되는 기판 처리의 내용을 나타내는 도이다.
도 8은 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 제3 실시 형태에서 실행되는 기판 처리의 내용을 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 제4 실시 형태에서 실행되는 기판 처리의 타이밍 차트이다.
도 10은 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 검증 결과를 정리한 도이다.
＜제1 실시 형태＞
＜＜기판 처리 장치의 전체 구성＞＞
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 제1 실시 형태의 개략 구성을 나타내는 평면도이다. 또, 도 2는 도 1에 나타내는 기판 처리 장치의 측면도이다. 이들 도면은 장치의 외관을 나타내는 것이 아니라, 기판 처리 장치(100)의 외벽 패널이나 그 외의 일부 구성을 제외함으로써 그 내부 구조를 알기 쉽게 나타낸 모식도이다. 이 기판 처리 장치(100)는, 예를 들면 클린 룸 내에 설치되며, 일방 주면에만 회로 패턴 등(이하 「패턴」이라고 칭한다)이 형성된 기판(W)을 한 장씩 처리하는 매엽식의 장치이다. 그리고, 기판 처리 장치(100)에 있어서 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 제1 실시 형태가 실행된다. 본 명세서에서는, 패턴이 형성되어 있는 패턴 형성면(일방 주면)을 「표면(Wf)」라고 칭하고, 그 반대측의 패턴이 형성되어 있지 않은 타방 주면을 「이면(Wb)」라고 칭한다. 또, 하방으로 향해진 면을 「하면」이라고 칭하고, 상방으로 향해진 면을 「상면」이라고 칭한다. 또, 본 명세서에 있어서 「패턴 형성면」이란, 평면형상, 곡면형상 또는 요철형상 중 어느 것인지를 불문하고, 기판에 있어서, 임의의 영역에 요철 패턴이 형성되어 있는 면을 의미한다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서의 「기판」으로서는, 반도체 웨이퍼, 포토마스크용 유리 기판, 액정 표시용 유리 기판, 플라즈마 표시용 유리 기판, FED(Field Emission Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판 등의 각종 기판을 적용 가능하다. 이하에서는 주로 반도체 웨이퍼의 처리에 이용되는 기판 처리 장치를 예로 들어 도면을 참조하여 설명하는데, 상기에 예시한 각종의 기판의 처리에도 동일하게 적용 가능하다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 장치(100)는, 기판(W)에 대해 처리를 실시하는 기판 처리부(110)와, 이 기판 처리부(110)에 결합된 인덱서부(120)를 구비하고 있다. 인덱서부(120)는, 기판(W)을 수용하기 위한 용기(C)(복수의 기판(W)을 밀폐한 상태로 수용하는 FOUP(Front Opening Unified Pod), SMIF(Standard Mechanical Interface) 포드, OC(Open Cassette) 등)를 복수개 유지할 수 있는 용기 유지부(121)와, 이 용기 유지부(121)에 유지된 용기(C)에 액세스하여, 미처리 기판(W)을 용기(C)로부터 취출하거나, 처리가 완료된 기판(W)을 용기(C)에 수납하기 위한 인덱서 로봇(122)을 구비하고 있다. 각 용기(C)에는, 복수장의 기판(W)이 거의 수평인 자세로 수용되어 있다.
인덱서 로봇(122)은, 장치 하우징에 고정된 베이스부(122a)와, 베이스부(122a)에 대해 연직축 둘레로 회동 가능하게 설치된 다관절 아암(122b)과, 다관절 아암(122b)의 선단에 장착된 핸드(122c)를 구비한다. 핸드(122c)는 그 상면에 기판(W)을 재치하여 유지할 수 있는 구조로 되어 있다. 이와 같은 다관절 아암 및 기판 유지용의 핸드를 가지는 인덱서 로봇은 공지이므로 상세한 설명을 생략한다.
기판 처리부(110)는, 평면에서 볼 때 거의 중앙에 배치된 기판 반송 로봇(111)과, 이 기판 반송 로봇(111)을 둘러싸도록 배치된 복수의 처리 유닛(1)을 구비하고 있다. 구체적으로는, 기판 반송 로봇(111)이 배치된 공간을 바라보고 복수의(이 예에서는 8개의) 처리 유닛(1)이 배치되어 있다. 이들 처리 유닛(1)에 대해 기판 반송 로봇(111)은 랜덤으로 액세스하여 기판(W)을 수도(受渡)한다. 한편, 각 처리 유닛(1)은 기판(W)에 대해 소정의 처리를 실행한다. 본 실시 형태에서는, 이들 처리 유닛(1)은 동일한 기능을 가지고 있다. 이 때문에, 복수 기판(W)의 병렬 처리가 가능하게 되어 있다.
＜＜처리 유닛(1)의 구성＞＞
도 3은 처리 유닛의 구성을 나타내는 부분 단면도이다. 또, 도 4는 처리 유닛을 제어하는 제어부의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 각 처리 유닛(1)에 대해 제어부(4)를 설치하고 있지만, 1대의 제어부에 의해 복수의 처리 유닛(1)을 제어하도록 구성해도 된다. 또, 기판 처리 장치(100) 전체를 제어하는 제어 유닛(도시 생략)에 의해 처리 유닛(1)을 제어하도록 구성해도 된다.
처리 유닛(1)은, 내부 공간(21)을 가지는 챔버(2)와, 챔버(2)의 내부 공간(21)에 수용되어 기판(W)을 유지하는 스핀 척(3)을 구비하고 있다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 챔버(2)의 측면에 셔터(23)가 설치되어 있다. 셔터(23)에는 셔터 개폐 기구(22)(도 4)가 접속되어 있고, 제어부(4)로부터의 개폐 지령에 따라 셔터(23)를 개폐시킨다. 보다 구체적으로는, 처리 유닛(1)에서는, 미처리 기판(W)을 챔버(2)에 반입할 때에 셔터 개폐 기구(22)는 셔터(23)를 열어, 기판 반송 로봇(111)의 핸드에 의해 미처리 기판(W)이 페이스 업 자세로 스핀 척(3)에 반입된다. 즉, 기판(W)은 표면(Wf)을 상방을 향한 상태로 스핀 척(3) 상에 재치된다. 그리고, 당해 기판 반입 후에 기판 반송 로봇(111)의 핸드가 챔버(2)로부터 퇴피하면, 셔터 개폐 기구(22)는 셔터(23)를 닫는다. 그리고, 챔버(2)의 내부 공간(21) 내에서 후술하는 바와 같이 약액, DIW(탈이온수: deionized water), IPA 처리액 및 질소 가스가 기판(W)의 표면(Wf)에 공급되어 원하는 기판 처리가 상온 환경 하에서 실행된다. 또, 기판 처리의 종료 후에 있어서는, 셔터 개폐 기구(22)가 셔터(23)를 다시 열어, 기판 반송 로봇(111)의 핸드가 처리가 완료된 기판(W)을 스핀 척(3)으로부터 반출한다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 챔버(2)의 내부 공간(21)이 상온 환경으로 유지되면서 기판 처리를 행하는 처리 공간으로서 기능한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「상온」이란, 5℃~35℃의 온도 범위에 있는 것을 의미한다.
스핀 척(3)은, 기판(W)을 파지하는 복수의 척 핀(31)과, 복수의 척 핀(31)을 지지하며 수평 방향을 따르는 원반형상으로 형성된 스핀 베이스(32)와, 스핀 베이스(32)에 연결된 상태로 기판(W)의 표면 중심으로부터 연장되는 면법선과 평행한 회전축선(C1) 둘레로 회전 가능하게 설치된 중심축(33)과, 모터에 의해 중심축(33)을 회전축선(C1) 둘레로 회전시키는 기판 회전 구동 기구(34)를 구비하고 있다. 복수의 척 핀(31)은, 스핀 베이스(32)의 상면의 주연부에 설치되어 있다. 이 실시 형태에서는, 척 핀(31)은 둘레 방향으로 등간격을 두고 배치되어 있다. 그리고, 스핀 척(3)에 재치된 기판(W)을 척 핀(31)에 의해 파지한 상태로 제어부(4)로부터의 회전 지령에 따라 기판 회전 구동 기구(34)의 모터가 작동하면, 기판(W)은 회전축선(C1) 둘레로 회전한다. 또, 이와 같이 기판(W)을 회전시킨 상태로, 제어부(4)로부터의 공급 지령에 따라 분위기 차단 기구(5)에 설치된 노즐로부터 약액, IPA, DIW, 처리액 및 질소 가스가 순차적으로 기판(W)의 표면(Wf)에 공급된다.
분위기 차단 기구(5)는, 차단판(51)과, 차단판(51)에 일체 회전 가능하게 설치된 상측 스핀축(52)과, 차단판(51)의 중앙부를 상하 방향으로 관통하는 노즐(53)을 가지고 있다. 차단판(51)은 기판(W)과 거의 동일한 직경 또는 그 이상의 직경을 가지는 원판형상으로 마무리되어 있다. 차단판(51)은 스핀 척(3)에 유지된 기판(W)의 상면에 간격을 두고 대향 배치되어 있다. 이 때문에, 차단판(51)의 하면이 기판(W)의 표면(Wf) 전역에 대향하는 원형의 기판 대향면(51a)으로서 기능한다. 또, 기판 대향면(51a)의 중앙부에는, 차단판(51)을 상하로 관통하는 원통형의 관통 구멍(51b)이 형성되어 있다.
상측 스핀축(52)은 차단판(51)의 중심을 지나 연직으로 연장되는 회전축선(기판(W)의 회전축선(C1)과 일치하는 축선) 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다. 상측 스핀축(52)은 원통형상을 가지고 있다. 상측 스핀축(52)의 내주면은, 상기 회전축선을 중심으로 하는 원통면에 형성되어 있다. 상측 스핀축(52)의 내부 공간은, 차단판(51)의 관통 구멍(51b)에 연통하고 있다. 상측 스핀축(52)은, 차단판(51)의 상방에서 수평으로 연장되는 지지 아암(54)에 상대 회전 가능하게 지지되어 있다.
노즐(53)은 스핀 척(3)의 상방에 배치되어 있다. 노즐(53)은 지지 아암(54)에 대해 회전 불가능 상태로 지지 아암(54)에 의해 지지되어 있다. 또, 노즐(53)은, 차단판(51), 상측 스핀축(52), 및 지지 아암(54)과 일체적으로 승강 가능하게 되어 있다. 노즐(53)의 하단부에는 토출구(53a)가 설치되어, 스핀 척(3)에 유지되어 있는 기판(W)의 표면(Wf)의 중앙부에 대향한다.
차단판(51)에는, 전동 모터 등을 포함하는 구성의 차단판 회전 구동 기구(55)(도 4)가 결합되어 있다. 차단판 회전 구동 기구(55)는 제어부(4)로부터의 회전 지령에 따라 차단판(51) 및 상측 스핀축(52)을 지지 아암(54)에 대해 회전축선(C1) 둘레로 회전시킨다. 또, 지지 아암(54)에는 차단판 승강 구동 기구(56)가 결합되어 있다. 차단판 승강 구동 기구(56)는 제어부(4)로부터의 승강 지령에 따라 차단판(51), 상측 스핀축(52) 및 노즐(53)을 지지 아암(54)과 일체적으로 연직 방향(Z)으로 승강시킨다. 보다 구체적으로는, 차단판 승강 구동 기구(56)는, 기판 대향면(51a)이 스핀 척(3)에 유지되어 있는 기판(W)의 표면(Wf)에 근접하여 표면(Wf)의 상방 공간을 주변 분위기로부터 실질적으로 차단하는 차단 위치(도 1, 도 6, 도 7의 우측 상단에 나타내는 위치)와, 차단 위치보다 크게 상방으로 퇴피한 퇴피 위치(도 7의 우측 중단 및 우측 하단에 나타내는 위치, 도 8에 나타내는 위치)의 사이에서 승강시킨다.
노즐(53)의 상단부는, 약액 공급 유닛(61), 린스액 공급 유닛(62), 유기 용제 공급 유닛(63), 처리액 공급 유닛(64) 및 기체 공급 유닛(65)이 접속되어 있다.
약액 공급 유닛(61)은, 노즐(53)에 접속된 약액 배관(611)과, 약액 배관(611)에 개재된 밸브(612)를 가지고 있다. 약액 배관(611)은 약액의 공급원과 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 약액은 기판(W)의 표면(Wf)을 세정하는 기능을 가지고 있으면 되고, 예를 들면 산성 약액으로서 예를 들면 불산(HF), 염산, 황산, 인산, 질산 중 적어도 1개를 포함하는 약액을 이용할 수 있다. 또, 알칼리 약액으로서는, 예를 들면 암모니아 및 수산기 중 적어도 1개를 포함하는 약액을 이용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 약액으로서 불산을 이용하고 있다. 이 때문에, 제어부(4)로부터의 개폐 지령에 따라 밸브(612)가 열리면, 불산 약액이 노즐(53)에 공급되어, 토출구(53a)로부터 기판(W)의 표면 중앙부를 향해서 토출된다.
린스액 공급 유닛(62)은, 노즐(53)에 접속된 린스액 배관(621)과, 린스액 배관(621)에 개재된 밸브(622)를 가지고 있다. 린스액 배관(621)은 린스액의 공급원과 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 린스액으로서 DIW를 이용하고 있으며, 제어부(4)로부터의 개폐 지령에 따라 밸브(622)가 열리면, DIW가 노즐(53)에 공급되어, 토출구(53a)로부터 기판(W)의 표면 중앙부를 향해서 토출된다. 또한, 린스액으로서는, DIW 이외에, 예를 들면 탄산수, 전해 이온수, 수소수, 오존수 및 희석 농도(예를 들어, 10ppm~100ppm 정도)의 염산수 중 어느 것을 이용해도 된다.
유기 용제 공급 유닛(63)은, 공기보다 비중이 크고 또한 물보다 낮은 표면 장력을 가지는 저표면 장력 액체로서의 유기 용제를 공급하기 위한 유닛이다. 유기 용제 공급 유닛(63)은, 노즐(53)에 접속된 유기 용제 배관(631)과, 유기 용제 배관(631)에 개재된 밸브(632)를 가지고 있다. 유기 용제 배관(631)은 유기 용제의 공급원과 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 유기 용제로서 IPA가 이용되어 있고, 제어부(4)로부터의 개폐 지령에 따라 밸브(632)가 열리면, IPA가 노즐(53)에 공급되어, 토출구(53a)로부터 기판(W)의 표면 중앙부를 향해서 토출된다. 또한, 유기 용제로서는, IPA 이외에, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 아세톤, EG(에틸렌글리콜) 및 HFE(하이드로플루오로에테르)를 이용할 수 있다. 또, 유기 용제로서는, 단체 성분 만으로 이루어지는 경우 뿐만이 아니라, 다른 성분과 혼합한 액체여도 된다. 예를 들면 IPA와 아세톤의 혼합액이어도 되고, IPA와 메탄올의 혼합액이어도 된다.
처리액 공급 유닛(64)은, 스핀 척(3)에 유지되어 있는 기판(W)을 건조시킬 때의 건조 보조액으로서 기능하는 처리액을 기판(W)의 표면(Wf)에 공급하는 유닛이다. 처리액 공급 유닛(64)은, 노즐(53)에 접속된 처리액 배관(641)과, 처리액 배관(641)에 개재된 밸브(642)를 가지고 있다. 처리액 배관(641)은 처리액의 공급원으로서 기능하는 처리액 공급부와 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 처리액으로서 IPA에 대해 승화성 물질로서 시클로헥사논옥심이 녹은 시클로헥사논옥심 용액이 이용된다. 또한, 본 명세서에 있어서 「승화성」이란, 단체, 화합물 혹은 혼합물이 액체를 거치지 않고 고체에서 기체, 또는 기체에서 고체로 상전이하는 특성을 가지는 것을 의미하고, 「승화성 물질」이란 그와 같은 승화성을 가지는 물질을 의미한다. 또, 처리액의 상세에 대해서는 후술한다.
도 5는 처리액 공급부의 구성을 나타내는 도이다. 이 도면 중의 부호 FB, CC는 각각 「유체 박스」 및 「캐비넷」을 나타내고 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 처리액 배관(641)이 처리액 공급부(400)의 유체 박스(FB) 내에 연장 설치됨과 함께, 유체 박스(FB) 내에서 밸브(642)가 처리액 배관(641)에 장착되어, 처리액의 공급/공급 정지를 전환 가능하게 되어 있다.
처리액 공급부(400)는, 처리액의 원액으로서 시클로헥사논옥심 용액을 저류하는 원액 탱크(401)와, 원액에 포함되는 용매와 동일 명칭의 용매(본 실시 형태에서는 IPA)를 희석액으로서 저류하는 희석액 탱크(405)를 가지고 있다. 원액 탱크(401)는, 제1 개별 배관(402)에 의해, 믹싱 밸브(409)의 제1 개별 유로(412)에 접속되어 있다. 한편, 희석액 탱크(405)는, 제2 개별 배관(406)에 의해, 믹싱 밸브(409)의 제2 개별 유로(413)에 접속되어 있다.
원액 탱크(401) 내의 원액은, 제1 개별 배관(402)에 개재된 제1 펌프(403)에 의해 믹싱 밸브(409)에 보내진다. 원액 탱크(401)로부터 믹싱 밸브(409)에 보내지는 원액의 유량은, 제1 개별 배관(402)의 내부를 개폐하는 제1 전동 밸브(404)에 의해 변경 가능하게 되어 있다. 또 마찬가지로, 희석액 탱크(405) 내의 희석액은, 제2 개별 배관(406)에 개재된 제2 펌프(407)에 의해 믹싱 밸브(409)에 보내진다. 희석액 탱크(405)로부터 믹싱 밸브(409)에 보내지는 희석액의 유량은, 제2 개별 배관(406)의 내부를 개폐하는 제2 전동 밸브(408)에 의해 변경 가능하게 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 제1 전동 밸브(404) 및 제2 전동 밸브(408)는 모두 전동 니들 밸브이다. 여기서, 제1 전동 밸브(404) 및 제2 전동 밸브(408) 중 적어도 한쪽은, 전동 니들 밸브 이외의 전동 밸브여도 된다. 또한, 전동 니들 밸브의 구성은 주지이기 때문에 상세한 설명을 생략하는데, 전동 밸브(404, 408)의 개폐 및 개도(開度)는 제어부(4)에 의해 제어된다.
믹싱 밸브(409)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 개별 유로(412) 및 제2 개별 유로(413)에 더하여, 제1 개별 유로(412)에서의 액체의 역류를 방지하는 제1 체크 밸브(410)와, 제2 개별 유로(413)에서의 액체의 역류를 방지하는 제2 체크 밸브(411)와, 제1 개별 유로(412) 및 제2 개별 유로(413)의 하류단에 접속된 집합 유로(414)를 가지고 있다. 이 때문에, 제어부(4)에 의해 제1 전동 밸브(404) 및 제2 전동 밸브(408)의 양쪽이 열리면, 원액 및 희석액은, 믹싱 밸브(409)의 집합 유로(414) 내를 하류로 흐르면서 서로 섞인다(유동 혼합 공정). 이것에 의해, 원액(시클로헥사논옥심 용액)이 희석액(IPA)으로 희석되어, 원하는 농도의 처리액이 작성된다.
믹싱 밸브(409)의 집합 유로(414)는 처리액 배관(641)에 접속되어 있다. 또, 처리액 배관(641)에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 처리액을 교반하는 인라인 믹서(415)가 밸브(642)의 상류측에 개재되어 있다. 인라인 믹서(415)는 처리액 배관(641)에 개재된 파이프(415p)를 가지고 있다. 또, 파이프(415p) 내에는 교반 핀(415f)이 배치되어 있다. 교반 핀(415f)은 액체의 유통 방향으로 연장되는 축선 둘레로 비틀린 구조를 가지고 있다. 이 때문에, 인라인 믹서(415)는 스태틱 믹서로서 기능한다. 즉, 처리액 공급부(400)에서는, 원액 탱크(401) 및 희석액 탱크(405)로부터 공급된 원액 및 희석액은 믹싱 밸브(409)로 혼합되고, 그 후, 인라인 믹서(415)로 더 혼합된다. 이것에 의해, 승화성 물질 및 용매가 균일하게 서로 섞인다.
처리액 공급부(400)는, 처리액 배관(641)으로부터 분기한 분기 배관(416)을 포함한다. 분기 배관(416)의 상류단은, 처리액 배관(641)에 접속되어 있다. 처리액 배관(641) 내의 일부의 처리액은, 분기 배관(416)의 상류단을 통과하여, 노즐(53)에 공급된다. 한편, 처리액 배관(641) 내의 나머지의 처리액은, 분기 배관(416)의 상류단으로부터 분기 배관(416) 내에 유입된다. 분기 배관(416)의 하류단은, 보충 탱크(420)에 접속되어 있다. 분기 배관(416)의 하류단은, 다른 처리 유닛(1)에 설치된 처리액 배관(641)에 접속되어 있어도 되고, 배액 장치(도시 생략)에 접속되어 있어도 된다.
처리액 공급부(400)는, 처리액 배관(641)으로부터 분기 배관(416)으로 흐르는 처리액의 유량을 변경하는 유량 조정 밸브(418)를 구비하고 있어도 된다. 유량 조정 밸브(418)는 제어부(4)에 의해 개도 조정 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 처리액 배관(641)으로부터 분기 배관(416)으로 흐르는 처리액의 유량은, 유량 조정 밸브(418)의 개도에 따라 변경된다. 처리액 공급부(400)는, 유량 조정 밸브(418) 대신에, 직경이 분기 배관(416)의 내경보다 작은 구멍이 형성된 오리피스판을 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 처리액은, 오리피스판의 구멍의 면적에 따른 유량으로, 처리액 배관(641)으로부터 분기 배관(416)으로 흐른다.
처리액 공급부(400)는, 처리액에 있어서의 승화성 물질의 농도를 측정하는 용액 농도계(417)를 구비하고 있다. 도 5에서는, 용액 농도계(417)는 분기 배관(416)에 개재되어 있다. 단, 용액 농도계(417)의 설치 위치는 이것에 한정되는 것이 아니라, 믹싱 밸브(409)의 하류이면 임의이다. 예를 들면 용액 농도계(417)를 인라인 믹서(415)의 상류 또는 하류에 배치해도 되고, 노즐(53)에 배치해도 된다. 혹은, 노즐(53)로부터 토출된 처리액의 농도를, 용액 농도계(417)로 하여금 측정하게 해도 된다.
용액 농도계(417)는 광학 농도계이다. 용액 농도계(417)는, 광학 농도계 이외의 농도계여도 된다. 제어부(4)는 용액 농도계(417)의 검출값에 의거하여 원액 및 희석액의 혼합비, 즉, 원액에 대한 희석액의 비율을 변경한다. 구체적으로는, 제어부(4)는, 용액 농도계(417)의 검출값에 의거하여 제1 전동 밸브(404) 및 제2 전동 밸브(408) 중 적어도 한쪽의 개도를 변경한다. 이것에 의해, 처리액에 포함되는 승화성 물질의 비율이 증가 또는 감소하고, 처리액 중에 있어서의 승화성 물질(시클로헥사논옥심)의 농도가 설정 농도 범위 내의 값으로 조정된다. 또한, 농도 범위에 대해서는 다음에 상세하게 서술한다.
처리액 공급부(400)는, 원액 탱크(401) 내에 공급되는 보충액을 저류하는 보충 탱크(420)를 구비하고 있어도 된다. 보충 탱크(420)는, 보충 배관(421)에 의해 원액 탱크(401)에 접속되어 있다. 보충 탱크(420) 내의 보충액은, 보충 배관(421)에 개재된 보충 펌프(422)에 의해 원액 탱크(401)에 보내진다. 보충액은 시클로헥사논옥심 용액이다. 보충액에 있어서의 승화성 물질의 농도는, 원액에 있어서의 승화성 물질의 농도보다 낮다.
처리액 공급부(400)는, 보충 탱크(420) 내에 용매(IPA)를 공급하는 용매 배관(423)과, 용매 배관(423)의 내부를 개폐하는 용매 밸브(424)를 구비하고 있다. 처리액 공급부(400)는, 또한, 보충 탱크(420) 내의 보충액을 순환시키는 순환 배관(425)과, 보충 탱크(420) 내의 보충액을 순환 배관(425)에 보내는 순환 펌프(426)와, 순환 배관(425) 내의 보충액에 있어서의 승화성 물질의 농도를 측정하는 순환 농도계(427)를 구비하고 있다. 순환 배관(425)의 상류단 및 하류단은, 보충 탱크(420)에 접속되어 있다.
처리액 배관(641)으로부터 분기한 분기 배관(416)의 하류단은, 보충 탱크(420)에 접속되어 있다. 처리액 배관(641) 내를 흐르는 처리액은, 분기 배관(416)을 통하여 보충 탱크(420)에 공급되어, 보충 탱크(420) 내의 보충액과 섞인다. 처리액의 농도는, 원액에 있어서의 승화성 물질의 농도보다 낮다. 보충 탱크(420) 내의 보충액에 있어서의 승화성 물질은, 순환 농도계(427)에 의해 검출된다. 보충액에 있어서의 승화성 물질의 농도가 기준 농도보다 높은 경우, 제어부(4)는, 용매 밸브(424)를 열어, 용매(IPA)를 보충 탱크(420) 내에 공급한다. 이것에 의해, 보충액에 있어서의 승화성 물질의 농도가 저하되어, 기준 농도로 조정된다.
원액 탱크(401) 내의 원액에는, 승화성 물질과 용매가 포함된다. 용매가 원액으로부터 증발하면, 원액에 있어서의 승화성 물질의 농도가 상승하여, 승화성 물질이 석출될지도 모른다. 이 경우, 제1 개별 배관(402)의 상류단이 승화성 물질의 고체로 막혀, 원액이 제1 개별 배관(402)을 흐르지 않거나 혹은 대부분 흐르지 않게 될 가능성이 있다. 보충 탱크(420) 내의 보충액을 원액 탱크(401)에 공급하면, 원액에 있어서의 승화성 물질의 농도를 포화 농도 미만으로 유지할 수 있어, 승화성 물질의 석출을 방지할 수 있다.
보충 탱크(420)로부터 원액 탱크(401)로의 보충액의 공급은, 정기적으로 행해져도 되고, 원액 탱크(401) 내의 원액이 제1 개별 배관(402)에 보내진 회수에 따라 행해져도 된다. 혹은, 원액 탱크(401) 내의 원액에 있어서의 승화성 물질의 농도를 농도계로 측정하고, 농도계의 검출값에 따라 보충 탱크(420)로부터 원액 탱크(401)에 보충액을 공급해도 된다. 어느 경우도, 원액 탱크(401) 내의 원액이 보충액으로 옅어지므로, 제1 개별 배관(402)의 상류단이 승화성 물질의 고체로 막히는 것을 방지할 수 있다.
도 3으로 되돌아와 설명을 계속한다. 제어부(4)로부터의 개폐 지령에 따라 밸브(642)가 열리면, 처리액 공급 유닛(64)으로부터 공급되는 처리액(원하는 농도로 조정된 시클로헥사논옥심 용액)은 처리액이 노즐(53)에 공급되어, 토출구(53a)로부터 기판(W)의 표면 중앙부를 향해서 토출된다.
기체 공급 유닛(65)은, 노즐(53)에 접속된 기체 공급 배관(651)과, 기체 공급 배관(651)을 개폐하는 밸브(652)를 가지고 있다. 기체 공급 배관(651)은 기체의 공급원과 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 기체로서 제습된 질소 가스가 이용되어 있고, 제어부(4)로부터의 개폐 지령에 따라 밸브(652)가 열리면, 질소 가스가 노즐(53)에 공급되어, 토출구(53a)로부터 기판(W)의 표면 중앙부를 향해서 뿜어내어진다. 또한, 기체로서는, 질소 가스 이외에, 제습된 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 이용해도 된다.
처리 유닛(1)에서는, 스핀 척(3)을 둘러싸도록, 배기통(80)이 설치되어 있다. 또, 스핀 척(3)과 배기통(80) 사이에 배치된 복수의 컵(81, 82)(제1 컵(81) 및 제2 컵(82))과, 기판(W)의 주위에 비산한 처리액을 받는 복수의 가드(84~86)(제1 가드(84)~제3 가드(86))가 설치되어 있다. 또, 가드(84~86)에 대해 가드 승강 구동 기구(87~89)(제1~제3 가드 승강 구동 기구(87~89))가 각각 연결되어 있다. 가드 승강 구동 기구(87~89)는 각각 제어부(4)로부터의 승강 지령에 따라 가드(84~86)를 독립적으로 승강시킨다. 또한, 제1 가드 승강 구동 기구(87)의 도 3에 대한 도시는 생략되어 있다.
제어부(4)는, CPU 등의 연산 유닛, 고정 메모리 디바이스, 하드 디스크 드라이브 등의 기억 유닛, 및 입출력 유닛을 가지고 있다. 기억 유닛에는, 연산 유닛이 실행하는 프로그램이 기억되어 있다. 그리고, 제어부(4)는 상기 프로그램에 따라서 장치 각 부를 제어함으로써, 다음에 설명하는 처리액을 이용하여 도 6에 나타내는 기판 처리를 실행한다. 이하, 처리액의 상세와, 기판 처리 방법에 대해서 차례로 상세하게 서술한다.
＜＜처리액＞＞
다음에, 본 실시 형태에서 이용하는 처리액에 대해서, 이하에 설명한다. 본 실시 형태의 처리액은, 시클로헥사논옥심과, 용매를 적어도 포함한다. 본 실시 형태의 처리액은, 기판의 패턴 형성면에 존재하는 액체를 제거하기 위한 건조 처리에 있어서, 당해 건조 처리를 보조하는 기능을 한다.
시클로헥사논옥심은 이하의 화학식 (1)로 표시되고, 본 실시 형태의 처리액에서는 승화성 물질로서 기능할 수 있다.
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또, 시클로헥사논옥심은, 응고점이 90.5℃, 비점이 210℃, 증기압이 0.00717Torr~251.458Torr(0.96Pa~33.52kPa), 융해 엔트로피 ΔS가 30.0J/mol·K, n-옥탄올/물 분배계수가 +1.2인 물성치를 가진다. 시클로헥사논옥심이 가지는 응고점이면, 패턴 형성면에 있어서의 좁은 공간에서의 응고점 강하에 의한 응고(동결) 불량을 방지할 수 있다. 또, 응고시킬 때의 냉매를 불필요하게 할 수 있다.
시클로헥사논옥심은, 처리액 중에 있어서, 용매에 용해된 상태로 존재하는 것이 바람직하다.
시클로헥사논옥심의 함유량은, 예를 들면, 처리액을 기판의 패턴 형성면 상에 공급할 때의 공급 조건 등에 따라 적절히 설정될 수 있는 것인데, 처리액의 전체 체적에 대해 0.1체적% 이상 10체적% 이하인 것이 바람직하고, 1.25체적% 이상 5체적% 이하인 것이 보다 바람직하고, 2체적% 이상 4체적% 이하인 것이 특히 바람직하다. 시클로헥사논옥심의 함유량을 0.1체적% 이상으로 함으로써, 미세하고 또한 종횡비가 큰 패턴을 구비한 기판에 대해서도, 부분적 또는 국소적인 영역에 있어서의 패턴의 도괴를 한층 양호하게 억제할 수 있다. 그 한편, 시클로헥사논옥심의 함유량을 10체적% 이하로 함으로써, 상온에서의 용매에 대한 시클로헥사논옥심의 용해성을 양호하게 하여, 균일하게 용해시키는 것이 가능하게 된다. 또, 본 명세서에 있어서 「용해성」이란, 시클로헥사논옥심이 예를 들면 23℃의 용매 100g에 대해, 10g 이상 용해되는 것을 의미한다.
상기 용매는, 시클로헥사논옥심을 용해시키는 용매로서 기능할 수 있다. 상기 용매는, 구체적으로는, 알코올류, 케톤류, 에테르류, 시클로알칸류 및 물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이다.
상기 알코올류로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 메틸알코올(융점: -98℃, n-옥탄올/물 분배계수: -0.82~-0.66), 에틸알코올(융점: -117℃, n-옥탄올/물 분배계수: -0.32), 이소프로필알코올(융점: -90℃, n-옥탄올/물 분배계수: +0.05), n-부틸알코올(융점: -90℃, n-옥탄올/물 분배계수: +0.88), tert-부틸알코올(융점: 25℃, n-옥탄올/물 분배계수: +0.3), 시클로헥사놀(융점: 23℃~25℃, n-옥탄올/물 분배계수: +1.2) 등을 들 수 있다.
상기 케톤류로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 아세톤(융점: -95℃, n-옥탄올/물 분배계수: -0.24) 등을 들 수 있다.
상기 에테르류로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(융점: -87℃, n-옥탄올/물 분배계수: +0.43) 등을 들 수 있다.
상기 시클로알칸류로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 시클로헥산(융점: 7℃, n-옥탄올/물 분배계수: +3.4) 등을 들 수 있다.
상기 물로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 순수 등을 들 수 있다.
예시한 용매는 모두, 각각 단독으로 시클로헥사논옥심과 조합하여 이용하는 것이 가능하다. 또, 예시한 용매의 2종 이상과, 시클로헥사논옥심을 조합하여 이용하는 것도 가능하다.
또 상기 용매는, 시클로헥사논옥심이 양호한 용해성을 나타내는 것임이 바람직하다.
또한, 예시한 용매 중, 부분적 또는 국소적인 영역에서의 패턴 도괴를 양호하게 억제할 수 있다는 관점에서는, 이소프로필알코올 등을 들 수 있다.
상기 용매의 n-옥탄올/물 분배계수는, -0.85~+1.5의 범위가 바람직하고, -0.82~+1.2의 범위가 보다 바람직하고, 0~+1.2의 범위가 특히 바람직하다.
상기 용매의 증기압은, 상온에 있어서 500Pa 이상인 것이 바람직하고, 1000Pa 이상인 것이 보다 바람직하고, 5000Pa 이상인 것이 특히 바람직하다. 상술한 시클로헥사논옥심의 증기압과의 차이가 클 수록, 시클로헥사논옥심이 저농도인 경우에서도 고체화막의 성막을 가능하게 한다. 그 결과, 처리 비용의 삭감 및 잔사의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 증기압에 의한 배관 등에 대한 부하 경감의 관점에서는, 용매의 증기압은 10KPa 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 따른 처리액의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 상온·대기압 하에 있어서, 일정한 함유량이 되도록 시클로헥사논옥심의 결정물을 용매에 첨가하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 「대기압 하」란 표준 대기압(1기압, 1013hPa)을 중심으로, 0.7기압 이상 1.3기압 이하의 환경을 의미한다.
처리액의 제조 방법에 있어서는, 용매에 시클로헥사논옥심의 결정물을 첨가한 후에, 여과를 행해도 된다. 이것에 의해, 처리액을 기판의 패턴 형성면 상에 공급하여, 액체의 제거에 이용했을 때에, 당해 패턴 형성면 상에 처리액 유래의 잔사가 발생하는 것을 저감 또는 방지할 수 있다. 여과 방법으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 필터 여과 등을 채용할 수 있다.
본 실시 형태의 처리액은 상온에서의 보관이 가능하다. 단, 용매의 증발에 기인하여 시클로헥사논옥심의 농도가 변화하는 것을 억제한다는 관점에서는, 저온(예를 들면, 5℃ 정도)에서 보관해 두는 것이 바람직하다. 저온에서 보관되어 있는 처리액을 사용할 때에는, 결로에 의한 수분의 혼입을 방지한다는 관점에서, 처리액의 액체의 온도를 사용 온도 또는 실온 등으로 한 후에 사용하는 것이 바람직하다.
＜＜기판 처리 방법＞＞
다음에, 도 1에 나타내는 기판 처리 장치(100)를 이용한 기판 처리 방법에 대해서 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은 도 1의 기판 처리 장치에서 실행되는 기판 처리의 내용을 나타내는 도이다. 이 도면(및 다음에 설명하는 도 7, 도 8)에서는, 좌측에 하나의 처리 유닛(1)에서 실행되는 기판 처리의 플로차트가 나타나 있다. 또, 우측 상단, 우측 중단 및 우측 하단에 각각 액막 형성 공정, 고체화막 형성 공정 및 승화 공정이 모식적으로 도시됨과 함께, 기판(W)의 표면(Wf)의 일부를 확대해서 도시하고 있다. 단, 이해 용이를 목적으로, 필요에 따라 각 부의 치수나 수 등을 과장 또는 간략화하여 그리고 있다.
기판 처리 장치(100)에 있어서의 처리 대상은, 예를 들면 실리콘 웨이퍼이며, 패턴 형성면인 표면(Wf)에 요철형상의 패턴(PT)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 볼록부(PT1)는 100~600nm의 범위의 높이이며, 5~50nm의 범위의 폭을 가지고 있다. 또, 인접하는 2개의 볼록부(PT1)의 최단 거리(오목부의 최단폭)는, 5~150nm의 범위이다. 볼록부(PT1)의 종횡비, 즉 높이를 폭으로 제산한 값(높이 H/폭 WD)은 5~35이다.
또, 패턴(PT)은, 미세한 트렌치에 의해 형성된 라인형상의 패턴이 반복해서 늘어서는 것이어도 된다. 또, 패턴(PT)은, 박막에, 복수의 미세구멍(보이드(void) 또는 포어(pore))을 형성함으로써 형성되어 있어도 된다. 패턴(PT)은, 예를 들어 절연막을 포함한다. 또, 패턴(PT)은 도체막을 포함하고 있어도 된다. 보다 구체적으로는, 패턴(PT)은, 복수의 막을 적층한 적층막에 의해 형성되어 있고, 또, 절연막과 도체막을 포함하고 있어도 된다. 패턴(PT)은 단층막으로 구성되는 패턴이어도 된다. 절연막은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막이어도 된다. 또, 도체막은, 저저항화를 위한 불순물을 도입한 아몰퍼스 실리콘막이어도 되고, 금속막(예를 들면 TiN막)이어도 된다. 또, 패턴(PT)은, 프런트엔드로 형성된 것이어도 되고, 백엔드에 형성된 것이어도 된다. 또한, 패턴(PT)은, 소수성막이어도 되고, 친수성막이어도 된다. 친수성막으로서 예를 들면 TEOS막(실리콘 산화막의 일종)이 포함된다.
또, 도 6에 나타내는 각 공정은, 특별히 명시하지 않는 한, 대기압 환경 하에서 처리된다. 여기서, 대기압 환경과는 표준 대기압(1기압, 1013hPa)을 중심으로, 0.7기압 이상 1.3기압 이하의 환경을 가리킨다. 특히, 기판 처리 장치(100)가 양압이 되는 클린 룸 내에 배치되는 경우에는, 기판(W)의 표면(Wf)의 환경은, 1기압보다 높아진다.
미처리 기판(W)이 처리 유닛(1)에 반입되기 전에 있어서는, 제어부(4)가 장치 각 부에 지령을 주어 처리 유닛(1)은 초기 상태로 세트된다. 즉, 셔터 개폐 기구(22)에 의해 셔터(23)(도 1, 도 2)는 닫혀져 있다. 기판 회전 구동 기구(34)에 의해 스핀 척(3)은 기판(W)의 로딩에 적합한 위치로 위치 결정 정지됨과 함께, 도시하지 않은 척 개폐 기구에 의해 척 핀(31)은 열린 상태가 되어 있다. 차단판(51)은 차단판 승강 구동 기구(56)에 의해 퇴피 위치로 위치 결정됨과 함께, 차단판 회전 구동 기구(55)에 의한 차단판(51)의 회전은 정지되어 있다. 가드(84~86)는 모두 하방으로 이동하여 위치 결정되어 있다. 또한, 밸브(612, 622, 632, 642, 652)는 모두 닫혀져 있다.
미처리 기판(W)이 기판 반송 로봇(111)에 의해 반송되어 오면, 셔터(23)가 열린다. 셔터(23)의 열림에 맞추어 기판(W)은 기판 반송 로봇(111)에 의해 챔버(2)의 내부 공간(21)에 반입되고, 표면(Wf)을 상방을 향한 상태로 스핀 척(3)에 수도된다. 그리고, 척 핀(31)이 닫힌 상태가 되어, 기판(W)은 스핀 척(3)에 유지된다(단계 S1: 기판의 반입).
기판(W)의 반입에 이어서, 기판 반송 로봇(111)이 챔버(2)의 밖으로 퇴피하고, 또한 셔터(23)가 다시 닫힌 후, 제어부(4)는 기판 회전 구동 기구(34)의 모터를 제어하여 스핀 척(3)의 회전 속도(회전수)를, 소정의 처리 속도(약 10~3000rpm의 범위 내에서, 예를 들면 800~1200rpm)까지 상승시키고, 그 처리 속도로 유지시킨다. 또, 제어부(4)는, 차단판 승강 구동 기구(56)를 제어하여, 차단판(51)을 퇴피 위치로부터 하강시켜 차단 위치에 배치한다(단계 S2). 또, 제어부(4)는, 가드 승강 구동 기구(87~89)를 제어하여 제1 가드(84)~제3 가드(86)를 상측 위치로 상승시킴으로써, 제1 가드(84)를 기판(W)의 둘레 단면에 대향시킨다.
기판(W)의 회전이 처리 속도에 이르면, 이어서, 제어부(4)는 밸브(612)를 연다. 이것에 의해, 노즐(53)의 토출구(53a)로부터 약액(본 실시 형태에서는 HF)이 토출되어, 기판(W)의 표면(Wf)에 공급된다. 기판(W)의 표면(Wf) 상에서는, HF가 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 주연부로 이동한다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wf)의 전체가 HF에 의한 약액 세정을 받는다(단계 S3). 이 때, 기판(W)의 주연부에 도달한 HF는 기판(W)의 주연부로부터 기판(W)의 측방으로 배출되고, 제1 가드(84)의 내벽에 받아져, 도시를 생략한 배액 경로를 따라 기기 밖의 폐액 처리 설비에 보내진다. 이 HF 공급에 의한 약액 세정은 미리 정해진 세정 시간만큼 계속되고, 그것이 경과하면, 제어부(4)는 밸브(612)를 닫고, 노즐(53)로부터의 HF의 토출을 정지시킨다.
약액 세정에 이어서, 린스액(DIW)에 의한 린스 처리가 실행된다(단계 S4). 이 DIW 린스에서는, 제어부(4)는 제1 가드(84)~제3 가드(86)의 위치를 유지하면서, 밸브(622)를 연다. 이것에 의해, 약액 세정 처리를 받은 기판(W)의 표면(Wf)의 중앙부에 대해 노즐(53)의 토출구(53a)로부터 DIW가 린스액으로서 공급된다. 그러면, DIW가 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 주연부로 이동한다. 이것에 의해, 기판(W) 상에 부착되어 있는 HF가 DIW에 의해 씻어내어진다. 이 때, 기판(W)의 주연부로부터 배출된 DIW는, 기판(W)의 주연부로부터 기판(W)의 측방에 배출되고, HF와 동일하게 하여 기기 밖의 폐액 처리 설비에 보내진다. 이 DIW 린스는 미리 정해진 린스 시간만큼 계속되고, 그것이 경과하면, 제어부(4)는 밸브(622)를 닫고, 노즐(53)로부터의 DIW의 토출을 정지시킨다.
DIW 린스의 완료 후, DIW보다 표면 장력이 낮은 유기 용제(본 실시 형태에서는 IPA)에 의한 치환 처리가 실행된다(단계 S5). IPA 치환에서는, 제어부(4)는, 가드 승강 구동 기구(87, 88)를 제어하여 제1 가드(84) 및 제2 가드(85)를 하측 위치로 하강시킴으로써, 제3 가드(86)를 기판(W)의 둘레 단면에 대향시킨다. 그리고, 제어부(4)는 밸브(632)를 연다. 그것에 의해, DIW가 부착되어 있는 기판(W)의 표면(Wf)의 중앙부를 향해서 노즐(53)의 토출구(53a)로부터 IPA가 저표면 장력 액체로서 토출된다. 기판(W)의 표면(Wf)에 공급된 IPA는, 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 표면(Wf)의 전역으로 퍼진다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wf)의 전역에 있어서, 당해 표면(Wf)에 부착되어 있는 DIW(린스액)가 IPA에 의해 치환된다. 또한, 기판(W)의 표면(Wf)을 이동하는 IPA는, 기판(W)의 주연부로부터 기판(W)의 측방으로 배출되고, 제3 가드(86)의 내벽에 받아져, 도시를 생략한 회수 경로를 따라 회수 설비에 보내진다. 이 IPA 치환은 미리 정해진 치환 시간만큼 계속되고, 그것이 경과하면, 제어부(4)는 밸브(632)를 닫고, 노즐(53)로부터의 IPA의 토출을 정지시킨다.
IPA 치환 다음에, 본 발명의 기판 처리 방법의 제1 실시 형태에 상당하는 승화 건조 공정(단계 S6)이 실행된다. 이 승화 건조 공정은, 처리액의 액막을 형성하는 액막 형성 공정(단계 S6-1)과, 처리액의 액막을 고체화시켜 시클로헥사논옥심의 고체화막을 형성하는 고체화막 형성 공정(단계 S6-2)과, 고체화막을 승화시켜 기판(W)의 표면(Wf)으로부터 제거하는 승화 공정(단계 S6-3)을 구비하고 있다.
단계 S6-1에서는, 제어부(4)는, 제2 가드 승강 구동 기구(88)를 제어하여 제2 가드(85)를 상측 위치로 상승시킴으로써, 제2 가드(85)를 기판(W)의 둘레 단면에 대향시킨다. 그리고, 제어부(4)는 밸브(642)를 연다. 그것에 의해, 도 6의 우측 상단에 나타내는 바와 같이, IPA가 부착되어 있는 기판(W)의 표면(Wf)의 중앙부를 향해서 노즐(53)의 토출구(53a)로부터 처리액(시클로헥사논옥심 용액)이 건조 보조액으로서 토출되어, 기판(W)의 표면(Wf)에 공급된다. 기판(W)의 표면(Wf) 상의 처리액은, 기판(W)의 회전에 의한 원심력을 받아 기판(W)의 표면(Wf)의 전역으로 퍼진다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wf)의 전역에 있어서, 당해 표면(Wf)에 부착되어 있는 IPA가 처리액에 의해 치환되어, 도 6의 우측 상단의 도면에 나타내는 바와 같이 표면(Wf)에 처리액의 액막(LF)이 형성된다. 액막(LF)의 두께는 볼록부(PT1)의 높이보다 크고, 액막(LF) 중에 패턴(PT) 전체가 침지되어 있다. 또, 처리액에 포함되는 시클로헥사논옥심의 농도, 볼록부(PT1)의 높이나 종횡비에 따라 기판(W)의 회전 속도를 300rpm~3000rpm의 범위 내에서 적절히 변경하여 액막(LF)의 두께를 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들면 액막(LF)을 두껍게 설정하고 싶은 경우에는 회전 속도를 낮게 설정하면 되고, 반대로 액막(LF)을 얇게 설정하고 싶은 경우에는 회전 속도를 높게 설정하면 된다. 이렇게 하여, 원하는 막두께를 가지는 액막(LF)이 형성되면, 제어부(4)는 밸브(642)를 닫고, 노즐(53)로부터의 처리액의 토출을 정지시킨다.
다음의 단계 S6-2에서는, 제어부(4)는 밸브(652)를 연다. 그것에 의해, 도 6의 우측 중단에 나타내는 바와 같이, 제습된 질소 가스가 처리액의 액막(LF)으로 덮인 상태로 회전하고 있는 기판(W)의 표면(Wf)을 향해서 토출된다. 본 실시 형태에서는, 기판(W)을 회전시킴으로써 처리액 중의 용매 성분, 즉 IPA의 증발이 촉진된다. 그에 따라, 처리액 중의 용질 성분, 즉 시클로헥사논옥심의 농도가 상승함으로써 용매(IPA)의 포화 농도를 초과한다(또는 기화열이 빼앗긴다). 이것에 의해, 처리액의 액막(LF)에 포함되는 승화성 물질인 시클로헥사논옥심이 석출되어 기판(W)의 표면(Wf)에 고체형상의 고체화막(SF)이 형성된다. 또, 기판(W)의 회전과 병행하여 질소 가스를 뿜어내어 고체화막(SF)의 석출 촉진을 도모하고 있다. 여기서, 밸브(652)를 여는 타이밍, 즉 질소 가스의 토출 개시 타이밍에 대해서는 시클로헥사논옥심의 석출 개시 전이어도 석출 개시 후여도 된다. 또, 질소 가스의 토출은 시클로헥사논옥심의 고체화막을 형성하기 위한 필수 구성은 아니지만, 스루풋의 향상을 도모하기 위해서는 질소 가스의 토출을 병용하는 것이 바람직하다.
다음에, 제어부(4)는 승화 공정을 실행한다(단계 S6-3). 제어부(4)는, 제2 가드 승강 구동 기구(88)를 제어하여 제2 가드(85)를 하측 위치로 하강시킴으로써, 제3 가드(86)를 기판(W)의 둘레 단면에 대향시킨다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제어부(4)는 기판(W)의 회전 속도를 고체화막(SF)의 형성 공정(단계 S6-2)부터 계속시키고 있지만, 고속도까지 가속시켜도 된다. 또, 제어부(4)는, 차단판 회전 구동 기구(55)를 제어하여, 차단판(51)을 기판(W)의 회전과 동일 방향으로 동등한 속도로 회전시킨다. 기판(W)의 회전에 수반하여, 고체화막(SF)과, 그 주위의 분위기의 접촉 속도가 증대한다. 이것에 의해, 고체화막(SF)의 승화를 촉진시킬 수 있어, 단기간 중에 고체화막(SF)을 승화시킬 수 있다. 단, 차단판(51)의 회전은 승화 공정의 필수 구성은 아니며, 임의 구성이다.
또, 승화 공정 S6-3에 있어서는, 제어부(4)는 고체화막(SF)의 형성부터 계속해서 밸브(652)를 연 상태를 유지하여, 도 6의 우측 하단에 나타내는 바와 같이, 회전 상태의 기판(W)의 표면(Wf)의 중앙부를 향해서 노즐(53)의 토출구(53a)로부터 제습된 질소 가스가 토출된다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wf)과 차단판(51)의 기판 대향면(51a) 사이에 끼워진 차단 공간을 저습도 상태로 유지하면서, 승화 공정을 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 승화 공정 S6-3에서는, 고체화막(SF)의 승화에 수반하여 승화열이 빼앗기고, 고체화막(SF)이 시클로헥사논옥심의 응고점(융점) 이하로 유지된다. 그 때문에, 고체화막(SF)을 구성하는 승화성 물질, 즉 시클로헥사논옥심이 융해하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wf)의 패턴(PT)의 사이에 액상이 존재하지 않기 때문에, 패턴(PT)의 도괴의 문제를 완화하면서, 기판(W)을 건조시킬 수 있다.
승화 건조 공정 S6의 개시부터 미리 정한 승화 시간이 경과하면, 단계 S7에 있어서, 제어부(4)는 기판 회전 구동 기구(34)의 모터를 제어하여 스핀 척(3)의 회전을 정지시킨다. 또, 제어부(4)는, 차단판 회전 구동 기구(55)를 제어하여 차단판(51)의 회전을 정지시킴과 함께, 차단판 승강 구동 기구(56)를 제어하여 차단판(51)을 차단 위치로부터 상승시켜 퇴피 위치로 위치 결정한다. 또한, 제어부(4)는, 제3 가드 승강 구동 기구(89)를 제어하여, 제3 가드(86)에 하강시키고, 모든 가드(86~88)를 기판(W)의 둘레 단면으로부터 하방으로 퇴피시킨다.
그 후, 제어부(4)가 셔터 개폐 기구(22)를 제어하여 셔터(23)(도 1, 도 2)를 연 후에, 기판 반송 로봇(111)이 챔버(2)의 내부 공간에 진입하고, 척 핀(31)에 의한 유지가 해제된 처리가 완료된 기판(W)을 챔버(2) 밖으로 반출한다(단계 S8). 또한, 기판(W)의 반출이 완료되고 기판 반송 로봇(111)이 처리 유닛(1)으로부터 멀어지면, 제어부(4)는 셔터 개폐 기구(22)를 제어하여 셔터(23)를 닫는다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 기판(W)의 표면(Wf)에 부착한 IPA를, 승화성 물질의 하나인 시클로헥사논옥심이 용매에 용해된 처리액으로 치환하여 액막(LF)을 형성한다. 다음에 시클로헥사논옥심을 석출시켜 시클로헥사논옥심의 고체화막(SF)을 형성한 후에, 이것을 승화시키고 있다. 즉, 고체화막(SF)은 액체 상태를 경유하지 않고, 기판(W)의 표면(Wf)으로부터 제거된다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 방법을 이용함으로써, 패턴(PT)의 도괴를 방지하면서 기판(W)을 건조시키는 것이 가능하다.
또, 상기 실시 형태에서는, 믹싱 밸브(409)에 대해, 제1 개별 배관(402)에 의해 원액 탱크(401)를 접속함과 함께, 제2 개별 배관(406)에 의해 희석액 탱크(405)를 접속하고 있다. 그리고, 원액 탱크(401)로부터 처리액의 원액(시클로헥사논옥심 용액)과, 희석액 탱크(405)로부터 희석액(IPA)을 믹싱 밸브(409)에 공급하여 혼합시킴으로써 처리액의 농도를 조정하고 있다. 따라서, 벤더로부터 제공된 고가의 원액을 희석하여, 다음에 상세하게 설명하는 바와 같이 기판(W)의 종류나 회전수 등의 기판 처리 조건에 적합한 농도로 조정할 수 있다. 또, 보충 탱크(420)에 저류되는 처리액이나 원액의 농도가 다소 변동했다고 해도, 처리액 중의 승화성 물질(시클로헥사논옥심)의 농도를 안정시킬 수 있어, 기판(W)을 양호하게 건조시킬 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
상기 제 1 실시 형태에서는, 도 6의 우측 중단에 나타내는 바와 같이, 차단판(51)을 차단 위치로 위치 결정시킨 상태로 노즐(53)의 토출구(53a)로부터 질소 가스를 기판(W)의 표면(Wf)의 중앙부를 향해서 뿜어내어 액막(LF) 전체를 고체화시키고 있다. 이 때문에, 표면(Wf)의 중앙부 및 그 주위에서는, 제습된 질소 가스가 직접 공급되어 고체화 처리의 진행은 비교적 빠르다. 이에 반해, 중앙부로부터 기판(W)의 직경 방향에 멀어짐에 따라서 질소 가스 중에 용매(IPA)의 증기량이 증대한다. 그 결과, 액막(LF) 주연부에서의 고체화 속도는 중앙부에서의 그것에 비해 늦어져, 기판(W)의 표면(Wf) 전체에서의 균일한 고체화가 어려운 경우가 있다. 그래서, 기판(W)의 표면(Wf)을 향한 질소 가스의 토출에 대해서는, 전용의 질소 가스 노즐로 행해도 된다(제2 실시 형태).
도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 제2 실시 형태를 나타내는 도이다. 이 제2 실시 형태가 제1 실시 형태와 크게 상이한 점은, 제습된 질소 가스를 기판(W)의 표면(Wf)을 향해서 토출하는 전용의 노즐(7)이 설치되고, 당해 노즐(7)을 이용하여 고체화막 형성 공정(단계 S6-2) 및 승화 공정(단계 S6-3)을 실행하고 있는 점이다. 즉, 기판의 반입(단계 S1)으로부터 처리액의 액막 형성(단계 S6-1)까지는 제1 실시 형태와 동일하게 하여 행해진다.
한편, 액막(LF)이 형성되면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 차단판(51)이 차단 위치로부터 퇴피 위치로 상승된다(단계 S6-4). 이것에 의해, 스핀 척(3)에 유지되어 있는 기판(W)의 표면(Wf)과 차단판(51) 사이에 노즐(7)이 수평 방향으로 주사하는데 충분한 공간이 형성된다. 이 후에, 이 도면의 우측 중단에 나타내는 바와 같이, 회전하고 있는 기판(W)의 표면(Wf)을 따라 노즐(7)을 주사시키면서 노즐(7)의 하단에 설치된 토출구(71)로부터 제습된 질소 가스를 기판(W)의 표면(Wf)을 향해서 토출한다. 여기서, 노즐(7)의 주사 경로로서는, 예를 들면 기판(W)의 중앙부의 바로 윗쪽 위치로부터 기판(W)의 직경 방향을 향하는 경로를 채용할 수 있다. 또, 당해 경로를 왕복 주사하면서 노즐(7)로부터 질소 가스를 연속적으로 토출시켜도 된다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wf)의 각 부에 대해 제습된 질소 가스가 직접 공급된다. 그 결과, 제1 실시 형태에 비해, 기판(W)의 표면(Wf) 전체에 걸쳐 고체화막(SF)을 높은 균일성으로 형성할 수 있다(단계 S6-5). 또, 승화 공정(단계 S6-6)도 표면(Wf) 전체에 걸쳐 높은 균일성으로 실행할 수 있다.
이와 같은 승화 건조 공정(단계 S6(=S6-1, S6-4, S6-5, S6-6))을 행함으로써, 패턴(PT)의 도괴를 더 효과적으로 방지하면서 기판(W)의 승화 건조를 행할 수 있다. 그 후에 있어서, 제1 실시 형태와 동일하게 하여, 기판 회전의 정지(단계 S7) 및 기판의 반출(단계 S8)이 실행된다.
＜제3 실시 형태＞
상기 제 1 실시 형태에서는, 승화 건조 공정(단계 S6)의 전부에 있어서 차단판(51)을 이용하고 있다. 또, 상기 제 2 실시 형태에서는, 승화 건조 공정(단계 S6)의 일부, 즉 처리액의 액막 형성(단계 S6-1)에 있어서 차단판(51)을 이용하고 있다. 그러나, 승화 건조 공정(단계 S6)의 실행에 있어서 차단판(51)은 필수의 구성은 아니며, 예를 들면 차단판(51)을 이용하지 않고 승화 건조 공정(단계 S6)의 전부를 실행해도 된다(제3 실시 형태).
도 8은 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 제3 실시 형태에서 실행되는 기판 처리의 내용을 나타내는 도이다. 제3 실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 처리 유닛(1)에 대해, 제2 실시 형태와 마찬가지로 질소 가스 토출용의 노즐(7)을 설치함과 함께, 처리액을 토출하는 처리액 토출용 노즐(8)을 설치하여, 이하의 공정을 실행한다.
제3 실시 형태에서는, 기판의 반입(단계 S1)부터 IPA 치환(단계 S5)까지는 제1 실시 형태나 제2 실시 형태와 동일하게 하여 행해진다. 한편, IPA 치환이 완료되면, 다음에 설명하는 승화 건조 공정(단계 S6)이 실행된다. 우선, 차단판(51)이 차단 위치로부터 퇴피 위치로 상승된다(단계 S6-7). 이에 이어서, 차단판(51)을 퇴피 위치로 위치 결정한 채로, 스핀 척(3)에 유지되어 있는 기판(W)의 표면(Wf)과 차단판(51) 사이에 형성되는 공간을 처리액 토출용 노즐(8)이 이동하여, 기판(W)의 중앙부의 바로 윗쪽 위치로 위치 결정된다. 이 처리액 토출용 노즐(8)은 처리액 배관(641)과 접속되어 있다. 그리고, 회전하고 있는 기판(W)의 표면(Wf)을 향해서 처리액 토출용 노즐(8)로부터 처리액이 토출된다. 이것에 의해, 처리액의 액막(LF)이 기판(W)의 표면(Wf)에 형성된다(단계 S6-8). 또, 그 이후는 제2 실시 형태와 동일하게 하여 고체화막(SF)이 형성된(단계 S6-5) 후, 당해 고체화막(SF)이 승화 제거된다(단계 S6-6).
＜제4 실시 형태＞
상기 제 1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에서는, 기판(W)의 회전 속도(회전수)를 일정하게 유지하면서 고체화막 형성 공정(단계 S6-2, S6-5)을 실행하고 있지만, 고체화막 형성 공정에 있어서 기판(W)의 회전 속도를 일시적으로 저하시킴으로써 패턴(PT)에 승화성 물질을 충전하는 충전 처리(dwell)를 고체화 처리와 아울러 행해도 된다(제4 실시 형태).
도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 제4 실시 형태에서 실행되는 기판 처리의 타이밍 차트이다. 이 도면에 있어서의 「처리액」, 「기판의 회전 속도」 및 「N2 가스」는 각각 처리액의 토출 타이밍, 기판(W)의 회전 속도의 변화 및 질소 가스의 토출 타이밍을 나타내고 있다. 이 제4 실시 형태가 제1 실시 형태와 크게 상이한 점은, 고체화막 형성 공정(단계 S6-2)에 충전 처리(단계 S6-2a)가 포함되어 있는 점이며, 그 외의 구성은 기본적으로 제1 실시 형태와 동일하다. 그래서, 이하에 있어서는 차이점을 중심으로 설명하고, 동일 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
제4 실시 형태에서는, 이 도면에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 300rpm으로 회전하는 기판(W)의 표면(Wf)에 처리액이 토출되어 처리액의 액막(LF)이 형성된다(액막 형성 공정: 단계 S6- 1). 액막 형성 공정이 완료된 타이밍 t1에 제어부(4)는 밸브(642)를 닫아 노즐(53)로부터의 처리액의 토출을 정지한 다음에 500rpm까지 회전 속도를 올려, 소정 시간(예를 들면 2초간) 유지함으로써, 여분의 처리액이 기판(W)으로부터 떨쳐내어진다. 또한, 단계 S6-1의 액막 형성 공정에 있어서, 처리액 토출 시의 기판(W)의 회전 속도를 500rpm로 한 다음, 처리액의 토출이 정지해도, 기판(W)의 회전 속도에 대해서는 그대로 유지해도 된다.
그에 이어서, 제어부(4)는 기판 회전 구동 기구(34)의 모터를 제어하여 충전 처리에 적절한 회전 속도(본 실시 형태에서는 100rpm)까지 감속시키고(타이밍 t3), 그 회전 속도를 타이밍 t4까지 유지시킨다. 이와 같이 기판(W)을 저속 회전시키는 동안(타이밍 t3~t4)에, 처리액의 레벨링이 일어나, 액막(LF)의 두께가 기판(W)의 표면(Wf) 전체에 걸쳐 균일화된다. 그 때문에, 승화성 물질(시클로헥사논옥심)의 석출과 동시에 패턴(PT)에 승화성 물질이 기판(W)의 표면(Wf) 전체에 균등하게 들어간다. 게다가, 저회전이기 때문에, 증발한 용매 성분(본 실시 형태에서는 IPA 증발)은 기판(W)의 표면(Wf)의 상방으로 균일하게 모이기 쉬워, 액막(LF)으로부터의 용매 성분의 증발 속도는 기판(W)의 표면(Wf) 내에서 균일하게 된다. 이렇게 하여 승화성 물질의 충전 처리(단계 S6-2a)가 완료된 타이밍 t4에 제어부(4)는 기판 회전 구동 기구(34)의 모터를 제어하여 시간(=t5-t4)을 들여 회전 속도를 상승시켜 고체화를 촉진시킨다. 또, 증속하고 있는 동안에 제어부(4)는 밸브(652)를 열어, 고체화 직전에 질소 가스를 액막(LF)을 향해서 토출한다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wf) 전체가 한번에 고체화된다. 이에 이어서, 승화 공정(단계 S6-3)이 실행된다.
이상과 같이, 제4 실시 형태에서는, 고체화막 형성 공정에 있어서 충전 처리를 포함하고 있기 때문에, 기판(W)의 면 내에서의 고체화 시간의 불균형을 억제하여, 패턴(PT)에 대해 승화성 물질을 보다 균일하게 결정 성장시킬 수 있다.
또, 본 실시 형태에 있어서는, 차단판(51)을 하강시켜 차단 위치에 배치시킨 상태로 승화성 물질의 충전 처리(단계 S6-2a)를 실시하고 있다. 이 때문에, 기판(W)의 표면(Wf)에 있어서 용매 성분의 분위기를 균일하게 형성할 수 있어, 기판(W)의 면 내에서의 고체화 시간의 불균형을 더 양호하게 억제할 수 있다. 그 결과, 다양한 기판 처리 조건에 있어서 패턴(PT)의 도괴를 방지하면서 기판(W)을 더 양호하게 건조시킬 수 있다.
또한, 제4 실시 형태에서는, 승화성 물질의 충전 처리(단계 S6-2a) 후에, 회전 속도의 상승과 질소 가스의 토출을 병행해서 행하고 있지만, 회전 속도의 상승 전후에 질소 가스의 토출을 개시해도 된다. 또, 기판(W)을 저속 회전시키는 시간(=t4-t5)에 대해서는, 예를 들면 15초 내지 35초로 설정해도 되고, 또 20초 내지 30초가 바람직하다.
또, 충전 처리를 행하는 경우, 패턴(PT)의 사이에 충전된 승화성 물질이 완전하게 고체화하기 전에, 승화 공정(단계 S6-3)을 개시해도 된다. 즉, 승화성 물질의 고체가 결정화하기 전의 결정전 천이 상태로 유지되면서 승화되어도 된다. 이것에 의해, 승화성 물질의 고체가 결정화된 상태를 경유하지 않고 기판(W)의 표면(Wf)으로부터 제거된다. 따라서, 승화성 물질의 고체의 결정화에 기인하는 응력의 영향을 저감하여, 기판(W) 상의 패턴(PT)의 도괴를 더 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 제4 실시 형태에서는, 제1 실시 형태의 고체화막 형성 공정(단계 S6-2)에 충전 처리(단계 S6-2a)를 포함시키고 있지만, 제2 실시 형태나 제3 실시 형태의 고체화막 형성 공정(단계 S6-5)에 상기 충전 처리를 포함시켜도 된다.
＜제5 실시 형태＞
상기 제 1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에서는 분위기 차단 기구(5)를 이용하고 있지만, 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 적용하는데 있어서 기판 처리 장치가 분위기 차단 기구(5)를 장비하는 것이 필수라는 것은 아니다. 즉, 분위기 차단 기구(5)를 장비하고 있지 않는 기판 처리 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 단계 S6-1이 본 발명의 「액막 형성 공정」의 일례에 상당하고, 단계 S6-2, S6-5가 본 발명의 「고체화막 형성 공정」의 일례에 상당하고, 단계 S6-3, S6-6이 본 발명의 「승화 공정」의 일례에 상당하고 있다. 또, IPA가 본 발명의 「용매」의 일례에 상당하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 용매는, 융해 상태의 시클로헥사논옥심을 혼합시키는 경우에는, 당해 융해 상태의 시클로헥사논옥심에 대해 상용성을 나타내는 것이 바람직하다. 또, 용질로서의 시클로헥사논옥심을 용해시키는 경우에는, 시클로헥사논옥심에 대해 용해성을 나타내는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, 순수, DIW, 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 에스테르, 알코올, 케톤, 시클로알칸 및 에테르로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 순수, DIW, 메탄올, 에탄올, IPA, 부탄올, n-부틸알코올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, NMP, DMF, DMA, DMSO, 헥산, 톨루엔, PGMEA(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트), PGME(프로필렌글리콜모노메틸에테르), PGPE(프로필렌글리콜모노프로필에테르), PGEE(프로필렌글리콜모노에틸에테르), GBL, 아세틸아세톤, 3-펜타논, 2-헵타논, 락트산 에틸, 시클로헥사논, 디부틸에테르, HFE(하이드로플루오로에테르), 에틸노나플루오로이소부틸에테르, 에틸노나플루오로부틸에테르, 및 m-크실렌헥사플루오리드, 시클로헥산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 들 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서, 원액 탱크(401) 및 희석액 탱크(405)가 각각 본 발명의 「처리액 저류부」 및 「용매 저류부」의 일례에 상당하고 있다. 또, 제1 개별 배관(402) 및 제2 개별 배관(406)이 각각 본 발명의 「제1 배관」 및 「제2 배관」의 일례에 상당하고 있다. 또, 믹싱 밸브(409)가 본 발명의 「혼합 부재」의 일례에 상당하고 있다. 또한, 원액 탱크(401)에 저류된 원액이 본 발명의 「상기 용매와 같은 용매에 대해 시클로헥사논옥심이 녹은 처리액」에 상당하고, 믹싱 밸브(409)의 집합 유로(414)로부터 처리액 배관(641)을 통하여 송액되는 처리액이 본 발명의 「농도 조정이 완료된 처리액」에 상당하고 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 실시하는 것이 가능하다. 예를 들면 상기 실시 형태에서는, 고체화막 형성 공정(단계 S6-2, S6-5)이 완료된 후에 승화 공정(단계 S6-3, S6-6)을 실행하고 있지만, 양자를 일부 중복시켜도 된다.
또, 상기 실시 형태에서는, 고체화막 형성 공정(단계 S6-2, S6-5)에 있어서 처리액을 고체화시키기 위해 기판(W)을 회전시킴과 함께 당해 기판(W)의 표면(Wf)을 향해서 질소 가스를 토출하고 있지만, 또한 기판(W)의 이면(Wb)(도 1)에 대해서 온도 조정된 DIW 등의 매체를 공급하여 고체화를 촉진시키도록 구성해도 된다.
또, 상기 실시 형태에서는, 믹싱 밸브(409)를 이용하여 원액과 희석액을 혼합시켜 처리액 중에 있어서의 승화성 물질(시클로헥사논옥심)의 농도를 조정하고 있지만, 희석액 탱크(405)로부터 배관(본 발명의 「제3 배관」의 일례에 상당)을 통하여 용매를 원액 탱크(401)에 공급해도 된다. 즉, 원액 탱크(401) 내에서 농도 조정을 행하여, 농도 조정이 완료된 처리액을 원액 탱크(401)로부터 처리액 배관(641)을 통하여 노즐에 송액하도록 구성해도 된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 바람직한 양태에 대해서, 실시예를 참조하면서 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 원래 하기의 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니다. 따라서, 전후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당하게 변경을 더하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
＜농도와 회전 속도의 관계＞
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 전자 부품을 제조하는데 있어서, 실리콘 웨이퍼 등의 기판의 표면에 고종횡비의 패턴을 제조할 필요가 생기고 있다. 그러나, 당해 패턴이 형성된 기판을 양호하게 건조시키는 것이 어려워지고 있다. 그래서, 고종횡비의 패턴을 가지는 기판의 일례로서, 종횡비가 18.4인 패턴을 가지는 기판(이하 「기판(A)」라고 한다)을 준비하여 이하의 검증을 행했다.
우선, 일본국 특허공개 2012-243869호 공보에 기재의 처리액, 즉 승화성 물질(장뇌)을 IPA에 용해시킨 처리액(이하 「종래의 처리액」이라고 한다)을 이용하여 도 6에 나타내는 순서로 기판 처리했다. 여기에서는, 기판의 회전 속도와 처리액에 있어서의 승화성 물질의 농도(이하, 단지 「농도」라고 한다)를 각각 상이하게 하면서 다양한 조합(회전 속도, 농도)으로 승화 건조를 행했다. 그러나, 승화 건조 후의 기판(A)에 대해 패턴의 도괴율을 조사했더니, 어느 조합에 있어서도, 100% 혹은 100% 가까운 도괴율로 패턴이 도괴하고 있었다.
이에 반해, 상기 실시 형태로 설명한 처리액, 즉 승화성 물질(시클로헥사논옥심)을 IPA에 용해시킨 처리액(이하 「본원의 처리액」이라고 한다)을 이용하여 도 6에 나타내는 순서로 기판 처리했더니, 거의 제로에 가까운 패턴 도괴율로 승화 건조를 실행 가능한 것을 확인했다. 여기서, 시클로헥사논옥심의 IPA에 대한 용해도는 10체적% 정도며, IPA 중에 시클로헥사논옥심을 균일하게 분산시키기 위해서는 본원의 처리액에서는, 농도를 10체적% 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 그래서, 농도가 1.25체적%, 2.5체적% 및 5체적%인 본원의 처리액을 준비하여, 승화 건조 공정(단계 S6)에 있어서의 회전 속도를 500rpm, 1000rpm, 1500rpm, 2000rpm, 2500rpm, 3000rpm의 6단계로 전환하면서, 승화 건조를 행했다. 그리고, 각 조합에 있어서의 패턴 도괴율을 검증했다. 그 결과는 도 10에 나타내는 대로이다. 이 도면 중의 표 「◎」은 패턴 도괴율이 1% 미만인 것을 나타내고, 표 「○」은 패턴 도괴율이 1% 이상 5% 미만인 것을 나타내고, 표 「△」은 패턴 도괴율이 5% 이상 20% 미만인 것을 나타내고, 표 「×」은 패턴 도괴율이 20% 이상인 것을 나타내고 있다.
도 10으로부터 분명한 바와 같이, 종래의 처리액에서는 패턴 도괴를 막을 수 없는 정도까지 종횡비가 높아진 기판(A)에 대해서도 본원의 처리액을 이용함으로써 양호하게 건조시킬 수 있다.
또, 우수한 결과가 얻어지는 범위(도 10에 있어서 도트를 붙인 범위)는 농도와 회전 속도와 비례적인 관계에 있다. 즉, 패턴 도괴를 효과적으로 억제 혹은 방지하기 위해서는, 농도의 하강에 수반하여 기판(A)의 회전 속도를 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 시클로헥사논옥심의 IPA에 대한 용해도가 10체적% 정도이기 때문에, 농도는 10체적% 이하로 설정하는 것이 바람직하는데, 승화성 물질(시클로헥사논옥심)의 사용량을 억제하여 런닝 코스트의 저감을 도모함과 함께 기판(A)의 회전 속도의 저감을 도모한다는 관점에서, 농도는 5체적% 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 농도를 낮춤으로써 처리액에 포함되는 승화성 물질의 절대량도 저하된다. 그 때문에, 양호한 승화 건조를 달성하기 위해서는, 농도를 적어도 0.1체적% 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판(A)보다 더 종횡비가 높은 기판, 구체적으로는 종횡비가 22.6인 패턴을 가지는 기판(이하 「기판(B)」라고 한다)을 준비하여 상기와 같은 실험을 실시했더니, 본원의 처리액을 이용함으로써 패턴 도괴를 억제하면서 승화 건조할 수 있는 것을 알 수 있었다. 특히, 본원의 처리액의 농도가 0.76체적%이며, 또한 기판의 회전 속도가 300rpm와 같은 조합으로 도 6에 나타내는 순서로 기판 처리한 경우, 패턴 도괴율을 3.2%로까지 억제할 수 있었다.
＜기판의 종류＞
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 전자 부품을 제조하는데 있어서는, 프런트엔드 프로세스와 백엔드 프로세스가 실행된다. 예를 들면 LSI 등의 반도체 장치에서는, 프런트엔드 프로세스에 의해 실리콘 웨이퍼 등의 기판의 표면에 FET(Field effect transistor) 등의 소자나 캐패시터 등이 형성된다. 미세화의 진행에 수반하여 프런트엔드 프로세스에서는, 고종횡비의 패턴이 형성된다. 상기한 기판(A)이나 기판(B)도 프런트엔드 프로세스로 제조되지만, 현재 상태로서는 종횡비가 35인 기판이 존재하고 있다. 그래서, 이와 같은 기판에 대해서 본원의 처리액을 이용했더니, 패턴 도괴의 발생을 억제하면서 승화 건조를 실행 가능했다.
또, 백엔드 프로세스에 의해, 프런트엔드 프로세스를 받은 기판의 표면에 복수의 배선층 등이 형성된다. 상부층으로 감에 따라 외부 단자와의 접속을 고려하여 배선 피치는 넓어진다. 그 때문에, 백엔드 프로세스로 제조되는 패턴의 종횡비는 프런트엔드 프로세스에 비해 작고, 현재 상태로서는 6~7 정도이다. 그러나, 근접하는 배선 간의 전기 용량(배선 간 용량)을 저하시키는 등의 기술적 요망으로부터, 백엔드 프로세스에서는 저유전율 재료(LOW-K재료)로 구성된 층간 절연층에 패턴이 형성된다. 예를 들면 SiO2에 탄소를 도프한 SiOC가 이용된다. 당해 SiOC는 실리콘 웨이퍼 등과 비교해서 경도가 낮다. 그 때문에, 종횡비가 비교적 낮기는 하지만, 패턴 도괴가 큰 문제가 되고 있다. 이와 같은 기판에 대해서도, 본원의 처리액을 이용했더니, 패턴 도괴의 발생을 억제하면서 승화 건조할 수 있었다.
＜기판의 표면 특성＞
표면에 패턴이 형성된 기판에 대해서 습식 처리를 행하는 경우, 기판의 표면에 자외광을 조사하는 등의 친수화 처리를 행하는 경우가 있다. 이것은 기판의 표면 특성을 친수성으로 함으로써 패턴의 사이에 액체가 들어가는 것을 용이하게 하기 때문이다. 또한, 여기서 말하는 친수성이란, 예를 들면 접촉각이 30도 이하인 것을 말한다.
그 한편, 당해 액체에 의한 습식 처리를 행한 후에 승화 건조를 행한 경우에는, 기판의 표면이 친수성을 가지기 때문에 패턴 도괴가 발생하기 쉬워져 있다. 사실, 종래의 처리액을 이용하여 도 6에 나타내는 순서로 승화 건조를 행하면, 동일한 패턴을 가지는 기판에 있어서 표면 특성의 차이에 따라 패턴 도괴 성능에 차이가 발생했다. 즉, 표면 특성이 소수성을 가지는 기판에 대해서는 패턴 도괴를 발생시키지 않고 양호하게 승화 건조할 수 있었다. 이에 반해, 친수성을 가지는 기판에서는, 패턴 도괴를 억제할 수 없었다.
이에 반해, 본원의 처리액을 이용하여 상기 실시 형태에 나타내는 순서로 기판 처리를 행하면, 기판의 표면이 소수성 및 친수성 중 어느 경우도, 패턴 도괴를 억제하면서 기판 처리할 수 있었다. 즉, 상기 기판 처리를 이용함으로써 패턴의 도괴를 방지하면서 표면이 친수성 또는 소수성을 가지고 있는 기판을 양호하게 건조시킬 수 있다. 이 발명은, 표면에 패턴이 형성된 기판을 처리하는, 기판 처리 기술 전반에 적용할 수 있다.
LF: 액막 PT: 패턴
SF: 고체화막 W: 기판
Wf: (기판의) 표면

Claims (15)

  1. 용매에 대해 시클로헥사논옥심이 녹은 처리액을, 패턴이 형성된 기판의 표면에 공급하여 상기 처리액의 액막을 상기 기판의 표면에 형성하는 액막 형성 공정과,
    상기 처리액의 액막을 고체화시켜 상기 시클로헥사논옥심의 고체화막을 형성하는 고체화막 형성 공정과,
    상기 고체화막을 승화시켜 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 승화 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리액에 포함되는 상기 시클로헥사논옥심의 농도는, 상기 시클로헥사논옥심의 상기 용매에 대한 용해도보다 낮은, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 처리액에 포함되는 상기 시클로헥사논옥심의 농도는 0.1체적%보다 높고 10체적% 이하인, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액막 형성 공정에서는, 상기 기판의 표면의 면법선과 평행한 회전축선 둘레로 상기 기판은 회전하고 있으며,
    상기 기판의 회전 속도는 300rpm 이상 및 3000rpm 이하인, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판의 회전 속도가 높게 설정됨에 따라, 상기 처리액에 포함되는 상기 시클로헥사논옥심의 농도는 비례적으로 높게 설정되는, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 고체화막 형성 공정은, 상기 액막 형성 공정에 있어서의 상기 기판의 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 상기 회전축선 둘레로 상기 기판을 회전시켜 상기 시클로헥사논옥심을 상기 패턴 내에 충전하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고체화막 형성 공정은, 상기 시클로헥사논옥심을 상기 패턴 내에 충전한 후에 상기 기판의 회전 속도를 상승시켜 상기 액막의 고체화를 촉진시키는, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 고체화막 형성 공정은, 상기 시클로헥사논옥심을 상기 패턴 내에 충전한 후에 상기 기판에 불활성 가스를 토출하여 상기 액막의 고체화를 촉진시키는, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴은 프런트엔드 프로세스로 형성되고,
    상기 패턴의 종횡비는 35 이하인, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴은 백엔드 프로세스로 형성되고,
    상기 패턴의 종횡비는 7 이하인, 기판 처리 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 표면은 친수성 또는 소수성을 가지고 있는, 기판 처리 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용매는, 순수, 탈이온수, 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 에스테르, 알코올류, 케톤류, 시클로알칸류 및 에테르류로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 액체인, 기판 처리 방법.
  13. 용매를 저류하는 용매 저류부와,
    상기 용매와 같은 용매에 대해 시클로헥사논옥심이 녹은 처리액을 저류하는 처리액 저류부와,
    상기 처리액을 상기 용매 저류부로부터 공급되는 용매로 희석된 농도 조정이 완료된 처리액을, 패턴이 형성된 기판의 표면에 공급하는 처리액 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 처리액 공급부는,
    혼합 부재와,
    상기 혼합 부재와 상기 처리액 저류부를 접속하는 제1 배관과,
    상기 혼합 부재와 상기 용매 저류부를 접속하는 제2 배관을 가지며,
    상기 제1 배관을 통하여 공급되는 상기 처리액과 상기 제2 배관을 통하여 공급되는 상기 용매를 상기 혼합 부재로 혼합하여 희석한 상기 농도 조정이 완료된 처리액을 상기 기판의 표면을 향하여 송액하는, 기판 처리 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 용매 저류부와 상기 처리액 저류부를 접속하는 제3 배관을 구비하고,
    상기 처리액 공급부는, 상기 제3 배관을 통하여 상기 용매를 상기 처리액 저류부에 공급하여 희석한 상기 농도 조정이 완료된 처리액을 상기 기판의 표면에 공급하는, 기판 처리 장치.
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