KR20240043072A - 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기판 처리액 - Google Patents

기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기판 처리액 Download PDF

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KR20240043072A
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쇼고 구니에다
유타 사사키
요스케 하나와
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

본 발명에 따른 기판 처리 방법은, 기판(W)의 패턴 형성면을 처리하는 기판 처리 방법으로서, 상기 패턴 형성면에, 승화성 물질 및 용매를 포함하는 기판 처리액을 공급하는 공급 공정과, 상기 공급 공정에서 상기 패턴 형성면에 공급된 상기 기판 처리액의 액막 중의 용매를 증발시켜 상기 승화성 물질을 석출시켜, 상기 승화성 물질을 포함하는 고화막을 형성하는 고화 공정과, 상기 고화막을 승화시켜, 상기 고화막을 제거하는 승화 공정을 포함하고, 상기 승화성 물질이, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

Description

기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기판 처리액{SUBSTRATE TREATING METHOD, SUBSTRATE TREATING APPARATUS AND SUBSTRATE TREATING LIQUID}
본 발명은, 반도체 기판, 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 기판(이하, 「기판」이라고 한다.)에 부착된 액체를 기판으로부터 제거하는 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기판 처리액에 관한 것이다.
최근, 반도체 기판 등의 기판에 형성되는 패턴의 미세화에 따라, 요철을 갖는 패턴의 볼록부에 있어서의 어스펙트비(패턴 볼록부에 있어서의 높이와 폭의 비)가 커져 가고 있다. 이 때문에, 건조 처리 시에, 패턴의 오목부에 들어간 세정액이나 린스액 등의 액체와, 액체에 접하는 기체의 경계면에 작용하는 표면장력이, 패턴 중의 인접하는 볼록부들을 끌어 당겨 도괴시키는, 이른바 패턴 도괴의 문제가 있다.
이와 같은 패턴의 도괴의 방지를 목적으로 한 건조 기술로서, 예를 들면, 일본 특허 공개 2012-243869호 공보에는, 표면에 요철의 패턴이 형성된 기판 상의 액체를 제거하고, 기판을 건조시키는 기판 건조 방법이 개시되어 있다. 이 기판 건조 방법에 의하면, 기판에 승화성 물질의 용액을 공급하여, 패턴의 오목부 내에 용액을 충전하고, 용액 중의 용매를 건조시켜, 패턴의 오목부 내를 고체 상태의 상기 승화성 물질로 채워, 기판을 승화성 물질의 승화 온도보다 높은 온도로 가열하여, 승화성 물질을 기판으로부터 제거하는 것이 행해진다. 이에 따라, 이 특허 문헌에서는, 기판 상의 액체의 표면장력에 기인하여 생길 수 있는 패턴의 볼록 형상부를 도괴시키려고 하는 응력이, 패턴의 볼록 형상부에 작용하는 것을 억제하여, 패턴 도괴를 방지할 수 있다고 되어 있다.
또, 일본 특허 공개 2017-76817호 공보에는, 미세한 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면의 승화 건조를 행하는데 있어서, 시클로헥산-1,2-디카르복실산 등의 석출 물질을 지방족탄화수소 등의 용매에 용해시킨 용액을 이용하는 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법에 의하면, 액체 처리 후의 반도체 기판의 건조 시에, 패턴 도괴를 억제하는 것이 가능하게 되어 있다.
또, 일본 특허 공개 2021-9988호 공보 및 일본 특허 공개 2021-10002호 공보에는, 일본 특허 공개 2012-243869호 공보 및 일본 특허 공개 2017-76817호 공보에 개시된 승화 건조 방법과 비교해, 더욱 양호하게 패턴의 도괴를 억제하는 것이 가능한 승화 건조 기술이 개시되어 있다. 이들 특허 문헌에 의하면, 승화성 물질로서의 시클로헥사논옥심과 이소프로필 알코올을 포함하는 기판 처리액을 이용함으로써, 종래의 기판 처리액과 비교해, 부분적 또는 국소적인 영역에서의 패턴의 도괴를 양호하게 억제할 수 있다고 되어 있다.
그러나, 상술과 같은 승화 건조 방법을 이용했다고 해도, 패턴의 기계적 강도가 매우 작은 경우에는, 패턴의 도괴를 충분히 방지할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 기판의 표면에 형성된 패턴의 도괴를 한층 방지하여, 승화 건조를 행하는 것이 가능한 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기판 처리액을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 상기 패턴 형성면에, 승화성 물질 및 용매를 포함하는 기판 처리액을 공급하는 공급 공정과, 상기 공급 공정에서 상기 패턴 형성면에 공급된 상기 기판 처리액의 액막 중의 용매를 증발시켜 상기 승화성 물질을 석출시켜, 상기 승화성 물질을 포함하는 고화막을 형성하는 고화 공정과, 상기 고화막을 승화시켜, 상기 고화막을 제거하는 승화 공정을 포함하고, 상기 승화성 물질이, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 기판 처리 방법에 의하면, 예를 들면, 기판의 패턴 형성면 상에 액체가 존재하는 경우에, 승화 건조의 원리에 의해, 패턴의 도괴를 방지하면서 당해 액체의 제거를 가능하게 한다. 구체적으로는, 공급 공정에서 패턴 형성면에 기판 처리액을 공급한 후, 고화 공정에서 기판 처리액의 액막 중의 용매를 증발시킴으로써 승화성 물질을 석출시켜, 고화막을 형성한다. 계속해서, 고화막을 승화시킴으로써, 당해 고화막을 제거한다. 여기서, 상기의 구성에 있어서는, 기판 처리액으로서, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 한쪽의 승화성 물질을 포함하는 것을 이용한다. 이에 따라, 종래의 승화성 물질을 이용한 기판 처리액과 비교해, 기계적 강도가 매우 작은 패턴인 경우에도, 패턴의 도괴를 양호하게 억제하여 승화 건조를 행할 수 있다.
상기의 구성에 있어서, 상기 기판을, 상기 패턴 형성면의 수직 방향과 평행한 회전축선 둘레로 제1 회전 속도로 회전시킴으로써, 상기 패턴 형성면 상에 상기 공급 공정에서 공급된 기판 처리액의 액막을 박막화하는 박막화 공정을 더 포함하고, 상기 고화 공정은, 상기 제1 회전 속도보다 큰 제2 회전 속도로 상기 기판을 상기 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 액막 중의 용매를 증발시키는 공정인 것이 바람직하다.
또 상기의 구성에 있어서는, 상기 용매로서, 상기 승화성 물질보다 상온에 있어서의 증기압이 큰 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 용매의 증발에 의한 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등의 승화성 물질의 석출을 용이하게 하여, 승화성 물질을 포함하는 고화막의 형성을 양호하게 행할 수 있다.
또한 상기의 구성에 있어서는, 상기 용매가, 메탄올, 부탄올, 이소프로필 알코올 및 아세톤 중 적어도 어느 1종인 것이 바람직하다.
또 본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 상기의 과제를 해결하기 위해, 기판의 패턴 형성면을 처리하는 기판 처리 장치로서, 상기 기판을, 상기 패턴 형성면의 수직 방향과 평행한 회전축선 둘레로 회전 가능하게 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판 유지부에 의해 유지된 상기 기판의 패턴 형성면에, 승화성 물질 및 용매를 포함하는 기판 처리액을 공급하는 공급부와, 상기 승화성 물질을 포함하는 고화막을 승화시켜, 상기 고화막을 제거하는 승화부를 구비하고, 상기 기판 유지부는, 상기 공급부가 상기 패턴 형성면에 공급한 상기 기판 처리액의 액막 중의 용매를 증발시켜 상기 승화성 물질을 석출시켜, 상기 승화성 물질을 포함하는 고화막을 형성하는 것이며, 상기 공급부가 공급하는 상기 기판 처리액에 있어서의 상기 승화성 물질이, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 기판 처리 장치에 의하면, 예를 들면, 기판의 패턴 형성면 상에 액체가 존재하는 경우에, 승화 건조의 원리에 의해, 패턴의 도괴를 방지하면서 당해 액체의 제거를 가능하게 한다. 구체적으로는, 기판 유지부가, 기판을, 그 패턴 형성면의 수직 방향과 평행한 회전축선 둘레로 회전 가능하도록 유지한다. 또, 공급부가, 기판 유지부에 유지된 기판의 패턴 형성면에 기판 처리액을 공급한다. 여기서, 기판 유지부는, 기판을 회전시킴으로써 기판 처리액의 액막으로부터 용매를 증발시킨다. 이에 따라, 승화성 물질을 석출시켜, 고화막을 형성할 수 있다. 계속해서, 승화부가 승화성 물질을 포함하는 고화막을 승화시킴으로써, 당해 고화막을 제거할 수 있다. 여기서, 상기의 구성에 있어서는, 기판 처리액으로서, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 한쪽의 승화성 물질을 포함하는 것을 이용한다. 이에 따라, 종래의 승화성 물질을 이용한 기판 처리액과 비교해, 기계적 강도가 매우 작은 패턴인 경우에도, 패턴의 도괴를 양호하게 억제하여 승화 건조를 행할 수 있다.
상기의 구성에 있어서, 상기 기판 유지부는, 상기 기판을 상기 회전축선 둘레로 회전시킴으로써, 상기 공급부가 상기 패턴 형성면에 공급한 상기 기판 처리액의 액막을 박막화하고, 상기 기판 처리액의 액막을 박막화시킬 때의 제1 회전 속도보다 빠른 제2 회전 속도로, 상기 기판을 상기 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 액막 중의 용매를 증발시키는 것이 바람직하다.
또 상기의 구성에 있어서는, 상기 용매로서, 상기 승화성 물질보다 상온에 있어서의 증기압이 큰 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 용매의 증발에 의한 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등의 승화성 물질의 석출을 용이하게 하여, 승화성 물질을 포함하는 고화막의 형성을 양호하게 행할 수 있다.
또한 상기의 구성에 있어서는, 상기 용매가, 메탄올, 부탄올, 이소프로필 알코올 및 아세톤 중 적어도 어느 1종인 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 따른 기판 처리액은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 패턴 형성면을 갖는 기판 상의 액체의 제거에 이용하는 기판 처리액으로서, 승화성 물질과, 용매를 포함하고, 상기 승화성 물질이, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성에 의하면, 기판 처리액에, 승화성 물질로서 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 하나를 함유시킴으로써, 종래의 승화성 물질을 이용한 기판 처리액과 비교해, 기계적 강도가 매우 작은 패턴인 경우에도, 패턴의 도괴를 양호하게 억제하여 승화 건조를 행할 수 있다.
또 상기의 구성에 있어서는, 상기 용매가, 상기 승화성 물질보다 상온에 있어서의 증기압이 큰 것인 것이 바람직하다. 이에 따라, 용매의 증발에 의한 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등의 승화성 물질의 석출을 용이하게 하여, 승화성 물질을 포함하는 고화막의 형성을 양호하게 행할 수 있다.
또한 상기의 구성에 있어서는, 상기 용매가, 메탄올, 부탄올, 이소프로필 알코올 및 아세톤 중 적어도 어느 1종인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 종래의 승화성 물질을 함유한 기판 처리액과 비교해, 기판의 패턴 형성면에 있어서의 패턴의 도괴를 억제할 수 있고, 특히 기계적 강도가 매우 작은 패턴이어도 패턴의 도괴를 양호하게 억제하는 것이 가능한 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기판 처리액을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는, 기판 처리 장치에 있어서의 처리 유닛의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 3a는, 기판 처리액 저류부의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3b는, 당해 기판 처리액 저류부의 구체적 구성을 나타내는 설명도이다.
도 4는, 기판 처리 장치에 있어서 기체 저류부의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 6a는, 기판 처리액 공급 공정 종료 후의 기판(W)의 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6b는, 박막화 공정 종료 후의 기판(W)의 모습을 나타내는 모식도이다.
도 7a는, 고화 공정 개시 시의 기판(W)의 모습을 나타내는 모식도이다.
도 7b는, 기판의 표면 상에 고화막이 형성된 모습을 나타내는 모식도이다.
도 7c는, 고화막이 승화에 의해 제거된 모습을 나타내는 모식도이다.
도 8은, 용매의 증발에 의해 기판(W) 상의 기판 처리액의 액막(박막)의 두께가 감소하는 이미지의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 기판 처리액에 있어서의 시클로헥사논옥심의 농도와, 시클로헥사논옥심으로 이루어지는 고화막의 막두께 사이에 있어서의 농도 검량선을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시의 한 형태에 대해서, 이하에 설명한다.
본 명세서에 있어서, 「기판」이란, 반도체 기판, 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 말한다. 또, 본 명세서에 있어서 「패턴 형성면」이란, 평면 형상, 곡면 형상 또는 요철 형상 중 어느 하나를 불문하고, 기판에 있어서, 임의의 영역에 요철 패턴이 형성되어 있는 면을 의미한다. 또 본 명세서에 있어서, 기판으로서는 한쪽 주면에만 회로 패턴 등(이하 「패턴」이라고 기재한다)이 형성되어 있는 것을 예로 하고 있다. 여기서, 패턴이 형성되어 있는 패턴 형성면(주면)을 「표면」이라고 칭하고, 그 반대측의 패턴이 형성되어 있지 않은 주면을 「이면」이라고 칭한다. 또, 하방으로 향해진 기판의 면을 「하면」이라고 칭하고, 상방으로 향해진 기판의 면을 「상면」이라고 칭한다. 또한, 본 실시 형태에서는 상면을 표면으로서 설명한다.
(기판 처리액)
먼저, 본 실시 형태에 따른 기판 처리액에 대해서 설명한다.
본 실시 형태의 기판 처리액은, 승화성 물질과 용매를 포함한다. 본 실시 형태의 기판 처리액은, 승화성 물질 및 용매 만으로 이루어지는 경우여도 된다. 본 실시의 형태의 기판 처리액은, 기판의 패턴 형성면에 존재하는 액체를 제거하기 위한 건조 처리에 있어서, 당해 건조 처리를 보조하는 기능을 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「승화성」이란, 단체, 화합물 혹은 혼합물이 액체를 거치지 않고 고체에서 기체, 또는 기체에서 고체로 상전이하는 특성을 갖는 것을 의미하고, 「승화성 물질」이란 그와 같은 승화성을 갖는 물질을 의미한다.
승화성 물질로서는, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올(증기압 0.18Pa(20℃)) 및 3-트리플루오로메틸벤조산(증기압 26.7Pa(25℃)) 중 적어도 어느 한쪽(이하, 「2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등」이라고 하는 경우가 있다.)을 포함한다. 승화성 물질은 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 또는 3-트리플루오로메틸벤조산 만으로 이루어지는 경우여도 된다.
2,5-디메틸-2,5-헥산디올은 이하의 화학식 (1)로 표시된다. 또, 3-트리플루오로메틸벤조산은 이하의 화학식 (2)로 표시된다. 이들 화합물은, 본 실시 형태의 기판 처리액에서는 승화성 물질로서 기능할 수 있다.
2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등은, 기판 처리액 중에 있어서, 용매에 용해된 상태에서 존재하는 것이 바람직하다. 여기서 본 명세서에 있어서 「용해된 상태」란, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등이, 예를 들면, 23℃의 용매 100g에 대해, 0.1g 이상 용해되는 것을 의미한다.
2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등의 함유량(농도)은, 예를 들면, 기판의 패턴 형성면 상에 형성되는 기판 처리액의 고화막의 두께 등에 따라 적절히 설정될 수 있다. 예를 들면, 승화성 물질로서 2,5-디메틸-2,5-헥산디올을 이용하는 경우, 그 함유량은, 기판 처리액의 전체 체적에 대해 2vol% 이상, 10vol% 이하인 것이 바람직하고, 2.3vol% 이상, 9.2vol% 이하인 것이 보다 바람직하고, 3vol% 이상, 6vol% 이하인 것이 특히 바람직하다. 2,5-디메틸-2,5-헥산디올의 함유량을 2vol% 이상으로 함으로써, 미세하고 또한 어스펙트비가 큰 패턴을 구비한 기판에 대해서도, 패턴의 도괴를 한층 양호하게 억제할 수 있다. 그 한편, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올의 함유량을 10vol% 이하로 함으로써, 고화막의 막두께가 과도하게 너무 커지는 것을 억제하여, 패턴의 도괴율이 너무 커지는 것을 방지할 수 있다. 또, 승화성 물질로서 3-트리플루오로메틸벤조산을 이용하는 경우, 그 함유량은, 기판 처리액의 전체 체적에 대해 2vol% 이상, 6vol% 이하인 것이 바람직하고, 2.2vol% 이상, 5vol% 이하인 것이 보다 바람직하고, 2.2vol% 이상, 3vol% 이하인 것이 특히 바람직하다. 3-트리플루오로메틸벤조산의 함유량을 2vol% 이상으로 함으로써, 미세하고 또한 어스펙트비가 큰 패턴을 구비한 기판에 대해서도, 패턴의 도괴를 한층 양호하게 억제할 수 있다. 그 한편, 3-트리플루오로메틸벤조산의 함유량을 6vol% 이하로 함으로써, 고화막의 막두께가 과도하게 너무 커지는 것을 억제하여, 패턴의 도괴율이 너무 커지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 본 발명의효과를 해치지 않는 범위에서, 기판 처리액 중에 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등 이외의 공지의 승화성 물질이 함유되어 있어도 된다. 이 경우, 다른 승화성 물질의 함유량은, 그 종류 등에 따라 적절히 설정할 수 있다.
용매는, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등을 용해시키는 용매로서 기능할 수 있다. 용매로서는, 상온에 있어서의 증기압이, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등의 승화성 물질의 상온에 있어서의 증기압보다 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 용매를 증발시켜 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등의 승화성 물질을 석출시키는 것을 용이하게 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「상온」이란, 5℃ 이상 35℃ 이하, 10℃ 이상 30℃ 이하, 또는 20℃ 이상 25℃ 이하의 온도 범위에 있는 것을 의미한다.
용매로서는, 메탄올(증기압 12.8kPa(20℃)), 부탄올(0.6kPa(20℃)) 및 이소프로필 알코올(증기압 4.4kPa(20℃)) 등의 알코올류, 및 아세톤(증기압 24kPa(20℃)) 중 적어도 어느 1종인 것이 바람직하다. 이들 용매 중, 본 실시 형태에서는 이소프로필 알코올이 바람직하다. 이소프로필 알코올의 상온에 있어서의 증기압은, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등의 상온에 있어서의 증기압보다 크기 때문이다.
본 실시 형태에 따른 기판 처리액의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 상온·대기압 하에 있어서, 일정한 함유량이 되도록 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등의 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.
기판 처리액의 제조 방법에 있어서는, 용매에 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등의 결정물을 첨가한 후에, 여과를 행해도 된다. 이에 따라, 기판 처리액을 기판의 패턴 형성면 상에 공급하여 액체의 제거에 이용했을 때에, 당해 패턴 형성면 상에 기판 처리액 유래의 잔사가 발생하는 것을 저감 또는 방지할 수 있다. 여과 방법으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 필터 여과 등을 채용할 수 있다.
본 실시의 형태의 기판 처리액은, 상온에서의 보관이 가능하다. 단, 용매의 증발에 기인하여 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 등의 농도가 변화하는 것을 억제한다는 관점에서는, 저온(예를 들면, 20℃ 정도)에서 보관해 두는 것이 바람직하다. 또, 용매의 증발을 막기 위해서는, 기판 처리액을 밀폐된 어두운 곳에서 보관해 두는 것이 보다 바람직하다. 저온에서 보관되어 있는 기판 처리액을 사용할 때에는, 결로에 의한 수분의 혼입을 방지한다는 관점에서, 기판 처리액의 액체의 온도를 사용 온도 또는 실온 등으로 한 후에 사용하는 것이 바람직하다.
(기판 처리 장치)
＜기판 처리 장치의 전체 구성＞
본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 대해서, 도 1에 의거하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
본 실시 형태의 기판 처리 장치(100)는, 기판에 부착되어 있는 파티클 등의 오염 물질을 제거하기 위한 세정 처리(린스 처리를 포함한다.), 및 세정 처리 후의 건조 처리에 이용되는 매엽식의 기판 처리 장치이다.
기판 처리 장치(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 기판(W)에 다양한 처리를 실시하는 기판 처리부(110)와, 인덱서부(120)를 구비하고 있다.
인덱서부(120)는, 이 기판 처리부(110)에 기판(W)을 공급하거나, 또는 기판 처리부(110)로부터 기판(W)을 회수하는 기능을 갖는다. 인덱서부(120)는, 구체적으로는, 4개의 용기 유지부(121)를 구비하고 있으며, 또한 각 용기 유지부(121)에는, 각각 1개의 용기(C)가 설치되어 있다. 용기(C)로서는, 예를 들면, 복수의 기판(W)을 밀폐한 상태로 수용하는 FOUP(Front Opening Unified Pod), SMIF(Standard Mechanical Interface) 포드, OC(Open Cassette) 등을 들 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 용기 유지부(121)가 4개인 경우를 예로 하여 설명하나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 용기 유지부(121)는 복수이면 된다.
또 인덱서부(120)는, 기판(W)을 반송하기 위한 제1 반송부(122)를 더 구비한다. 제1 반송부(122)는, 용기 유지부(121)와 기판 처리부(110)의 사이에 설치된다. 제1 반송부(122)는, 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 재치(載置)하여 유지할 수 있는 구조로 되어 있다. 제1 반송부(122)는, 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 수납할 수 있다.
기판 처리부(110)는, 기판에 대해 세정 처리(린스 처리를 포함한다.)나 세정 처리 후의 건조 처리를 실시한다. 기판 처리부(110)는, 평면에서 볼 때에 거의 중앙에 배치된 제2 반송부(111)와, 이 제2 반송부(111)를 둘러싸도록 배치된 4개의 처리 유닛(1)을 구비한다. 제2 반송부(111)로서는, 예를 들면, 기판 반송 로봇을 이용할 수 있다. 제2 반송부(111)는, 각 처리 유닛(1)에 대해 랜덤으로 액세스하여 기판(W)을 수도(受渡)한다. 기판 처리부(110)는, 처리 유닛(1)을 복수 구비함으로써, 복수의 기판(W)의 병렬 처리를 가능하게 하고 있다.
＜처리 유닛의 구성＞
다음에, 처리 유닛(1)의 구성에 대해서, 도 2~도 4에 의거하여 설명한다.
도 2는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략을 나타내는 설명도이다. 도 3a는 기판 처리액 저류부의 개략 구성을 나타내는 블럭도이며, 도 3b는 기판 처리액 저류부의 구체적 구성을 나타내는 설명도이다. 도 4는, 기체 저류부의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다. 또한, 도 2에 있어서는, 도시하긴 했지만 방향 관계를 명확하게 하기 위해, 적절히 XYZ 직교 좌표축을 표시한다. 이 도면에 있어서, XY 평면은 수평면을 나타내고, +Z 방향은 연직 상방향을 나타낸다.
처리 유닛(1)은, 기판(W)을 수용하는 용기인 챔버(11)와, 기판(W)을 유지하는 기판 유지부(51)와, 기판 유지부(51)에 유지되는 기판(W)에 기판 처리액을 공급하는 처리액 공급부(공급부)(21)와, 기판 유지부(51)에 유지되는 기판(W)에 IPA(이소프로필 알코올)를 공급하는 IPA 공급부(31)와, 기판 유지부(51)에 유지되는 기판(W)에 기체를 공급하는 기체 공급부(41)(승화부)와, 기판 유지부(51)에 유지되는 기판(W)으로 공급되어, 기판(W)의 주연부 외측에 배출되는 IPA나 기판 처리액 등을 포집하는 비산 방지 컵(12)과, 처리 유닛(1)의 각 부의 후술하는 아암을 각각 독립적으로 선회 구동시키는 선회 구동부(14)를 적어도 구비한다.
기판 유지부(51)는, 회전 구동부(52)와, 스핀 베이스(53)와, 척 핀(54)을 구비한다. 스핀 베이스(53)는, 기판(W)보다 약간 큰 평면 사이즈를 갖고 있다. 스핀 베이스(53)의 주연부 부근에는, 기판(W)의 주연부를 파지하는 복수개의 척 핀(54)이 세워 설치되어 있다. 척 핀(54)의 설치수는 특별히 한정되지 않지만, 원형상의 기판(W)을 확실히 유지하기 위해, 적어도 3개 이상 설치하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 스핀 베이스(53)의 주연부를 따라 등간격으로 3개 배치한다. 각 척 핀(54)은, 기판(W)의 주연부를 하방으로부터 지지하는 기판 지지 핀과, 기판 지지 핀에 지지된 기판(W)의 외주 단면을 가압하여 기판(W)을 유지하는 기판 유지 핀을 구비하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 스핀 베이스(53)와 척 핀(54)으로 기판(W)을 유지하는 경우를 예로 하여 설명하나, 본 발명은 이 기판 유지 방식에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 기판(W)의 이면(Wb)을 스핀 척 등의 흡착 방식에 의해 유지하도록 해도 된다.
스핀 베이스(53)는, 회전 구동부(52)에 연결된다. 회전 구동부(52)는, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해, Z방향을 따른 축(Al) 둘레로 회전한다. 회전 구동부(52)는, 공지의 벨트, 모터 및 회전축에 의해 구성된다. 회전 구동부(52)가 축(Al) 둘레로 회전하면, 이에 따라 스핀 베이스(53)의 상방에서 척 핀(54)에 의해 유지되는 기판(W)은, 스핀 베이스(53)와 함께, 기판(W)의 표면(Wf)의 수직 방향과 평행한 회전축선 둘레, 즉 축(Al) 둘레로 회전한다.
다음에, 처리액 공급부(공급부)(21)에 대해서 설명한다.
처리액 공급부(21)는, 기판(W)의 패턴 형성면에 기판 처리액을 공급하는 유닛이다. 처리액 공급부(21)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 노즐(22)과, 아암(23)과, 선회축(24)과, 배관(25)과, 밸브(26)와, 기판 처리액 저류부(27)를 적어도 구비한다.
노즐(22)은, 수평으로 연장 설치된 아암(23)의 선단부에 장착되며, 스핀 베이스(53)의 상방에 배치된다. 아암(23)의 후단부는, Z방향으로 연장 설치된 선회축(24)에 의해 축(J1) 둘레로 회전 가능하게 지지되며, 선회축(24)은 챔버(11) 내에 고정 설치된다. 아암(23)은, 선회축(24)을 통하여 선회 구동부(14)에 연결된다. 선회 구동부(14)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어, 제어 유닛(13)으로부터의 동작 지령에 의해 아암(23)을 축(J1) 둘레로 회동시킨다. 아암(23)의 회동에 따라, 노즐(22)도 이동한다. 또한, 노즐(22)은, 통상은 기판(W)의 주연부보다 외측이며, 비산 방지 컵(12)보다 외측의 퇴피 위치에 배치된다. 아암(23)이 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 회동하면, 노즐(22)은 기판(W)의 표면(Wf)의 중앙부(축(A1) 또는 그 근방)의 상방 위치에 배치된다.
밸브(26)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 통상은 닫혀 있다. 밸브(26)의 개폐는, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 제어된다. 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 밸브(26)가 열리면, 기판 처리액이 배관(25)을 통과하여, 노즐(22)로부터 기판(W)의 표면(Wf)에 공급된다.
기판 처리액 저류부(27)는, 도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이, 기판 처리액 저류 탱크(271)와, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내의 기판 처리액을 교반하는 교반부(277)와, 기판 처리액 저류 탱크(271)를 가압하여 기판 처리액을 송출하는 가압부(274)와, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내의 기판 처리액을 가열하는 온도 조정부(272)를 적어도 구비한다.
교반부(277)는, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내의 기판 처리액을 교반하는 회전부(279)와, 회전부(279)의 회전을 제어하는 교반 제어부(278)를 구비한다. 교반 제어부(278)는 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있다. 회전부(279)는, 회전축의 선단(도 3b에 있어서의 회전부(279)의 하단)에 프로펠러 형상의 교반 날개를 구비하고 있으며, 제어 유닛(13)이 교반 제어부(278)로 동작 지령을 행하여, 회전부(279)가 회전됨으로써, 교반 날개가 기판 처리액을 교반하여, 기판 처리액 중의 승화성 물질의 농도, 및 기판 처리액의 온도를 균일화한다.
또, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내의 기판 처리액의 농도 및 온도를 균일하게 하는 방법으로서는, 상술한 방법에 한정되지 않으며, 별도 순환용의 펌프를 설치하여 기판 처리액을 순환하는 방법 등, 공지의 방법을 이용할 수 있다.
가압부(274)는, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내를 가압하는 불활성 가스의 공급원인 질소 가스 탱크(275), 질소 가스를 가압하는 펌프(276) 및 배관(273)에 의해 구성된다. 질소 가스 탱크(275)는 배관(273)에 의해 기판 처리액 저류 탱크(271)와 관로 접속되어 있으며, 또 배관(273)에는 펌프(276)가 끼워져 있다.
온도 조정부(272)는 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 기판 처리액 저류 탱크(271)에 저류되어 있는 기판 처리액을 가열하거나 하여 온도 조정을 행하는 것이다. 온도 조정은, 예를 들면, 기판 처리액 중에 용해되어 있는 승화성 물질이 석출되지 않도록 행해진다. 또한, 온도 조정의 상한으로서는, IPA 등의 용매의 비점보다 낮은 온도인 것이 바람직하다. 이에 따라, 용매의 증발을 방지하여, 원하는 조성의 기판 처리액이 기판(W)에 공급되지 못하게 되는 것을 방지할 수 있다. 또, 온도 조정부(272)로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 저항 가열 히터나, 펠티에 소자, 온도 조정한 물을 통과시킨 배관 등, 공지의 온도 조정 기구를 이용할 수 있다.
IPA 공급부(31)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 기판 유지부(51)에 유지되어 있는 기판(W)에 IPA를 공급하는 유닛이다. IPA 공급부(31)는, 노즐(32)과, 아암(33)과, 선회축(34)과, 배관(35)과, 밸브(36)와, IPA 탱크(37)를 구비한다.
노즐(32)은, 수평으로 연장 설치된 아암(33)의 선단부에 장착되며, 스핀 베이스(53)의 상방에 배치된다. 아암(33)의 후단부는, Z방향으로 연장 설치된 선회축(34)에 의해 축(J2) 둘레로 회전 가능하게 지지되며, 선회축(34)은 챔버(11) 내에 고정 설치된다. 아암(33)은, 선회축(34)을 통하여 선회 구동부(14)에 연결된다. 선회 구동부(14)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어, 제어 유닛(13)으로부터의 동작 지령에 의해 아암(33)을 축(J2) 둘레로 회동시킨다. 아암(33)의 회동에 따라, 노즐(32)도 이동한다. 또한, 노즐(32)은, 통상은 기판(W)의 주연부보다 외측이며, 비산 방지 컵(12)보다 외측의 퇴피 위치에 배치된다. 아암(33)이 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 회동하면, 노즐(32)은 기판(W)의 표면(Wf)의 중앙부(축(A1) 또는 그 근방)의 상방 위치에 배치된다.
밸브(36)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 통상은 닫혀 있다. 밸브(36)의 개폐는, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 제어된다. 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 밸브(36)가 열리면, IPA가 배관(35)을 통과하여, 노즐(32)로부터 기판(W)의 표면(Wf)에 공급된다.
IPA 탱크(37)는, 배관(35)을 통하여, 노즐(32)과 관로 접속되어 있으며, 배관(35)의 경로 도중에는 밸브(36)가 끼워진다. IPA 탱크(37)에는, IPA가 저류되어 있으며, 도시하지 않은 펌프에 의해 IPA 탱크(37) 내의 IPA가 가압되어, 배관(35)으로부터 노즐(32) 방향으로 IPA가 보내진다.
또한, 본 실시 형태에서는, IPA 공급부(31)에 있어서 IPA를 이용하나, 본 발명은, 승화성 물질 및 탈이온수(DIW： Deionized Water)에 대해 용해성을 갖는 액체이면 되고, IPA에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에 있어서 IPA의 대체로서는, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 벤젠, 사염화탄소, 클로로포름, 헥산, 데칼린, 테트랄린, 아세트산, 시클로헥사놀, 에테르, 또는 히드로플루오로에테르(Hydro Fluoro Ether) 등을 들 수 있다.
기체 공급부(41)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 기판 유지부(51)에 유지되어 있는 기판(W)에 기체를 공급하는 유닛이며, 노즐(42)과, 아암(43)과, 지지축(44)과, 배관(45)과, 밸브(46)와, 기체 저류부(47)와, 차단판(48)과, 승강 기구(49)와, 차단판 회전 기구(도시하지 않음)를 구비한다.
기체 저류부(47)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 기체를 저류하는 기체 탱크(471)와, 기체 탱크(471)에 저류되는 기체의 온도를 조정하는 기체 온도 조정부(472)를 구비한다. 기체 온도 조정부(472)는 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 기체 탱크(471)에 저류되어 있는 기체를 가열 또는 냉각하여 온도 조정을 행하는 것이다. 기체 온도 조정부(472)로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 펠티에 소자, 온도 조정한 물을 통과시킨 배관 등, 공지의 온도 조정 기구를 이용할 수 있다.
또, 기체 저류부(47)(보다 자세한 것은, 기체 탱크(471))는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 배관(45)을 통하여, 노즐(42)과 관로 접속되어 있으며, 배관(45)의 경로 도중에는 밸브(46)가 끼워진다. 도시하지 않은 가압 수단에 의해 기체 저류부(47) 내의 기체가 가압되어, 배관(45)으로 보내진다. 또한, 가압 수단은, 펌프 등에 의한 가압 외에, 기체를 기체 저류부(47) 내에 압축 저류함으로써도 실현될 수 있기 때문에, 어느 가압 수단을 이용해도 된다.
밸브(46)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 통상은 닫혀 있다. 밸브(46)의 개폐는, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 제어된다. 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 밸브(46)가 열리면, 기체 탱크(471)에 저류되어 있는 질소 가스 등의 불활성 가스가, 배관(45)을 통과하여, 노즐(42)로부터 토출된다.
노즐(42)은, 지지축(44)의 선단에 설치되어 있다. 또, 지지축(44)은, 수평 방향으로 연장 설치된 아암(43)의 선단부에 유지되어 있다. 이에 따라, 노즐(42)은, 스핀 베이스(53)의 상방, 보다 상세하게는, 기판(W)의 표면(Wf)의 중앙부(축(A1) 또는 그 근방)의 상방 위치에 배치된다.
아암(43)은 대략 수평 방향으로 연장 설치되어 있으며, 그 후단부가 승강 기구(49)에 의해 지지되어 있다. 또, 아암(43)은, 승강 기구(49)를 통하여 승강 구동부(16)와 접속되어 있다. 그리고, 승강 구동부(16)는 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 제어 유닛(13)으로부터의 동작 지령에 의해 승강 기구(49)를 상하 방향으로 승강시킴으로써, 아암(43)도 일체적으로 승강된다. 이에 따라, 노즐(42) 및 차단판(48)을 스핀 베이스(53)에 근접시키거나, 또는 이격시킬 수 있다. 구체적으로는, 제어 유닛(13)이 승강 기구(49)의 동작을 제어하여, 처리 유닛(1)에 대해 기판(W)을 반입출시킬 때에는, 노즐(42) 및 차단판(48)을 스핀 척(55)의 상방의 이격 위치(도 2에 나타내는 위치)로 상승시키는 한편, 후술하는 승화 공정을 행할 때에는, 기판(W)의 표면(Wf)에 대해 설정된 이격 거리가 되는 것 같은 높이 위치까지, 노즐(42) 및 차단판(48)을 하강시킨다. 또한, 승강 기구(49)는, 챔버(11) 내에 고정하여 설치되어 있다.
지지축(44)은 중공의 대략 원통 형상을 갖고 있으며, 그 내부에 가스 공급관(도시하지 않음)이 삽입 통과되어 있다. 그리고, 가스 공급관은 배관(45)과 연통되어 있다. 이에 따라, 기체 저류부(47)에 저류되어 있는 질소 가스가 가스 공급관을 흐르는 것을 가능하게 하고 있다. 또, 가스 공급관의 선단은, 상술한 노즐(42)에 접속되어 있다.
차단판(48)은, 중심부에 개구를 갖는 임의의 두께의 원판 형상의 형상을 갖고 있으며, 지지축(44)의 하단부에 대략 수평으로 장착되어 있다. 차단판(48)의 하면은 기판(W)의 표면(Wf)에 대향하는 기판 대향면이 되어 있으며, 또한, 기판(W)의 표면(Wf)과 대략 평행하게 되어 있다. 또, 차단판(48)은, 기판(W)의 직경과 동등 이상의 직경을 갖는 크기가 되도록 형성되어 있다. 또한, 차단판(48)은, 그 개구에 노즐(42)이 위치하도록 설치되어 있다. 또한, 차단판(48)에는, 전동 모터 등을 포함하는 구성의 차단판 회전 기구가 접속되어 있다. 차단판 회전 기구는, 제어 유닛(13)으로부터의 동작 회전 지령에 따라, 차단판(48)을 지지축(44)에 대해 회전축선(C1) 둘레로 회전시킨다. 또, 차단판 회전 기구는, 후술하는 승화 공정 시에, 기판(W)의 회전에 동기시켜 회전시킬 수 있다.
기체 탱크(471)에는, 기판 처리액(승화성 물질)에 대해 적어도 불활성인 가스, 보다 구체적으로는 질소 가스가 저류되어 있다. 또 질소 가스는, 기체 온도 조정부(472)에 있어서, 승화성 물질의 응고점 이하의 온도로 조정되어 있다. 질소 가스의 온도는 승화성 물질의 응고점 이하의 온도이면 특별히 한정되지 않지만, 통상은, 0℃ 이상 15℃ 이하의 범위 내로 설정할 수 있다. 질소 가스의 온도를 0℃ 이상으로 함으로써, 챔버(11)의 내부에 존재하는 수증기가 응고하여 기판(W)의 표면(Wf)에 부착되거나 하는 것을 방지하여, 기판(W)에 악영향이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서 이용하는 질소 가스는, 그 노점이 0℃ 이하의 건조 기체인 것이 바람직하다. 질소 가스를 대기압 환경 하에서 기판 처리액의 고화막에 뿜어내면, 고화막에 포함되는 승화성 물질이 질소 가스 중에 승화된다. 질소 가스는 고화막에 계속 공급되므로, 승화에 의해 발생한 기체 상태의 승화성 물질의 질소 가스 중에 있어서 분압은, 기체 상태의 승화성 물질의 당해 질소 가스의 온도에 있어서 포화 증기압보다 낮은 상태로 유지되며, 적어도 고화막 표면에 있어서는, 기체 상태의 승화성 물질이 그 포화 증기압 이하에서 존재하는 분위기 하에서 채워진다.
또, 본 실시 형태에서는, 기체 저류부(47)에 저류하는 기체로서 질소 가스를 이용하나, 본 발명의 실시로서는, 승화성 물질에 대해 불활성인 기체이면 이에 한정되지 않는다. 질소 가스의 대체가 되는 기체로서는, 아르곤 가스, 헬륨 가스 또는 공기(질소 가스 농도 80%, 산소 가스 농도 20%의 기체)를 들 수 있다. 혹은, 이들 복수 종류의 기체를 혼합한 혼합 기체를 이용해도 된다. 또, 이들 기체에 포함되는 수분량을 일정한 값 이하로 저감한 건조 불활성 가스를 이용해도 된다. 건조 불활성 가스에 포함되는 수분량으로서는 1000ppm 이하가 바람직하고, 100ppm 이하가 보다 바람직하고, 10ppm 이하가 특히 바람직하다. 건조 불활성 가스 중의 수분량을 1000ppm 이하로 함으로써, 승화 공정 중에 있어서의 결로를 방지할 수 있다.
또한, 기체 공급부(41)는, 기판 처리액 공급부가 장착된 구성이어도 된다. 이 경우, 기판 처리액 공급부의 노즐(22)은, 불활성 가스 등을 토출하기 위한 노즐(42)과 병존하도록, 지지축(44)의 선단에 설치된다. 또, 지지축(44)의 내부에는, 기판 처리액을 공급하기 위한 공급관(도시하지 않음)도 삽입 통과되고, 이 공급관은 배관(25)과 연통된 구성이 된다. 이에 따라, 기판 처리액 저류부(27)에 저류되어 있는 기판 처리액이 공급관을 흐르는 것을 가능하게 한다.
비산 방지 컵(12)은, 스핀 베이스(53)를 둘러싸도록 설치된다. 비산 방지 컵(12)은 도시 생략한 승강 구동 기구에 접속되며, Z방향으로 승강 가능하게 되어 있다. 기판(W)의 패턴 형성면에 기판 처리액이나 IPA를 공급할 때에는, 비산 방지 컵(12)이 승강 구동 기구에 의해 도 2에 나타내는 소정 위치로 위치 결정되어, 척 핀(54)에 의해 유지된 기판(W)을 측방 위치로부터 둘러싼다. 이에 따라, 기판(W)이나 스핀 베이스(53)로부터 비산하는 기판 처리액이나 IPA 등의 액체를 포집할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 기판 처리 장치(100)는 처리 유닛(1)에 있어서, 기판(W)의 패턴 형성면에 약액을 공급하는 약액 공급 유닛, 및 당해 패턴 형성면에 린스액을 공급하는 린스액 공급 유닛을 더 구비해도 된다.
약액 공급 유닛 및 린스액 공급 유닛으로서는, 예를 들면, IPA 공급부(31)와 마찬가지로, 노즐과, 아암과, 선회축과, 배관과, 밸브와, 약액 저류 탱크를 구비하는 것을 채용할 수 있다. 따라서, 이들의 상세한 설명에 대해서는 생략한다. 또한, 약액 공급 유닛이 공급하는 약액으로서는, 예를 들면, 황산, 질산, 염산, 불산, 인산, 아세트산, 암모니아수, 과산화 수소수, 유기산(예를 들면 구연산, 옥살산 등), 유기 알칼리(예를 들면, TMAH： 테트라메틸암모늄히드로옥사이드 등), 계면활성제, 및 부식 방지제 중 적어도 어느 1개를 포함하는 것을 들 수 있다. 또, 린스액 공급 유닛이 공급하는 린스액으로서는, 예를 들면, 탈이온수(DIW: Deionized Water), 탄산수, 전해 이온수, 수소수, 오존수 및 희석 농도(예를 들면, 10~100ppm 정도)의 염산수 중 어느 하나여도 된다.
＜제어 유닛의 구성＞
제어 유닛(13)은, 처리 유닛(1)의 각 부와 전기적으로 접속되어 있으며(도 2~도 4 참조), 각 부의 동작을 제어한다. 제어 유닛(13)은, 연산 처리부와, 메모리를 갖는 컴퓨터에 의해 구성된다. 연산 처리부로서는, 각종 연산 처리를 행하는 CPU를 이용한다. 또, 메모리는, 기판 처리 프로그램을 기억하는 읽어내기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비한다. 자기 디스크에는, 기판(W)에 따른 기판 처리 조건 정보(처리 레시피)나 처리 유닛(1)을 제어하기 위한 제어 조건 정보 등이 미리 저장되어 있다. CPU는, 기판 처리 조건 정보 및 제어 조건 정보 등을 RAM으로부터 읽어내고, 그 내용에 따라서 처리 유닛(1)의 각 부를 제어한다.
(기판 처리 방법)
다음에, 본 실시 형태의 기판 처리 장치(100)를 이용한 기판 처리 방법에 대해서, 도 5~도 8에 의거하여, 이하에 설명한다.
도 5는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)를 이용한 기판 처리 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 도 6a는, 기판 처리액 공급 공정 종료 후의 기판(W)의 모습을 나타내는 모식도이며, 도 6b는, 박막화 공정 종료 후의 기판(W)의 모습을 나타내는 모식도이다. 도 7a는, 고화 공정 개시 시의 기판(W)의 모습을 나타내는 모식도이며, 도 7b는, 기판(W)의 표면(Wf) 상에 고화막(63)이 형성된 모습을 나타내는 모식도이며, 도 7c는, 고화막(63)이 승화에 의해 제거된 모습을 나타내는 모식도이다. 도 8은, 용매의 증발에 의해 기판(W) 상의 기판 처리액의 액막(박막)의 두께가 감소하는 이미지의 일례를 나타내는 그래프이다.
또한, 기판(W) 상에는, 요철의 패턴(Wp)이 전 공정에 의해 형성되어 있다(도 6a 등 참조). 패턴(Wp)은, 볼록부(Wp1) 및 오목부(Wp2)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에 있어서, 볼록부(Wp1)는, 예를 들면 100nm~600nm의 범위의 높이이며, 5nm~50nm의 범위의 폭이다. 또, 인접하는 2개의 볼록부(Wp1) 간에 있어서 최단 거리(오목부(Wp2)의 최단 폭)는, 예를 들면, 5~150nm의 범위이다. 볼록부(Wp1)의 어스펙트비, 즉 높이를 폭으로 제산한 값(높이/폭)은, 예를 들면, 5~35의 범위이다.
본 실시 형태에 따른 기판 처리 방법은, 기판 반입·기판의 회전 개시 공정(S1), 약액 공급 공정(S2), 린스액 공급 공정(S3), 치환액 공급 공정(S4), 기판 처리액 공급 공정(S5), 박막화 공정(S6), 고화 공정(S7)), 승화 공정(S8)), 및 기판의 회전 정지·기판 반출 공정(S9)을 포함한다. 이들 각 공정은, 특별히 개시하지 않는 한, 대기압 환경 하에서 처리된다. 여기서, 대기압 환경과는 표준 대기압(1기압, 1013hPa)을 중심으로, 0.7기압~1.3기압의 환경을 가리킨다. 특히, 기판 처리 장치(100)이 양압이 되는 클린 룸 내에 배치되는 경우에는, 기판(W)의 표면(Wf)의 환경은, 1기압보다 높아진다.
단계 S1： 기판 반입·기판의 회전 개시 공정
먼저, 소정의 기판(W)에 따른 기판 처리 프로그램이 오퍼레이터에 의해 실행 지시된다. 그 후, 기판(W)을 처리 유닛(1)에 반입할 준비로서, 제어 유닛(13)이 동작 지령을 행하여 이하의 동작을 한다. 즉, 회전 구동부(52)의 회전을 정지시키고, 척 핀(54)을 기판(W)의 수도에 적합한 위치로 위치 결정한다. 또, 밸브(26, 36, 46)를 닫고, 노즐(22, 32, 42)을 각각 퇴피 위치로 위치 결정한다. 그리고, 척 핀(54)을 도시하지 않은 개폐 기구에 의해 열린 상태로 한다.
인덱서부(120)의 용기(C) 내에 밀폐한 상태로 수용되어 있는 미처리 기판(W)이, 제1 반송부(122) 및 제2 반송부(111)에 의해 처리 유닛(1) 내에 반입되어, 척 핀(54) 상에 재치되면, 도시하지 않은 개폐 기구에 의해 척 핀(54)을 닫힌 상태로 한다. 이에 따라, 미처리 기판(W)이 기판 유지부(51)에 의해 유지된다. 미처리 기판(W)은, 기판 유지부(51)에 의해 대략 수평 자세가 되도록 유지되어 있다.
계속해서, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해, 기판 유지부(51)의 회전 구동부(52)가 스핀 베이스(53)를 회전시킨다. 이에 따라, 스핀 베이스(53)의 상방에서 척 핀(54)에 의해 유지되는 기판(W)을 회전축선 둘레로 회전시킨다. 스핀 척(55)의 회전 속도(회전수)(기판(W)의 회전 속도(회전수))로서는, 예를 들면 약 10rpm~3000rpm, 바람직하게는 800~1200rpm의 범위 내에서 설정할 수 있다.
단계 S2： 약액 공급 공정
다음에, 기판 유지부(51)에 의해 기판(W)을 회전시킨 상태에서, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해, 약액 공급 유닛으로부터 당해 기판(W)의 표면(Wf) 상에 약액이 공급된다. 이에 따라, 기판(W)의 표면(Wf)에 형성되어 있는 자연 산화막이 에칭된다. 에칭 종료 후, 약액의 공급은 정지된다.
단계 S3： 린스액 공급 공정
다음에, 기판 유지부(51)에 의해 기판(W)을 회전시킨 상태에서, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해, 린스액 공급 유닛으로부터 당해 기판(W)의 표면(Wf) 상에 린스액이 공급된다. 표면(Wf)에 공급된 린스액은, 기판(W)이 회전됨으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판(W)의 표면(Wf) 중앙 부근에서 기판(W)의 주연부를 향하여 유동하여, 기판(W)의 표면(Wf)의 전체면에 확산된다. 이에 따라, 기판(W)의 표면(Wf)에 부착되는 약액이 린스액의 공급에 의해 제거되어, 기판(W)의 표면(Wf)의 전체면이 린스액으로 덮인다. 기판(W)의 표면(Wf)의 전체면이 린스액으로 덮인 후, 린스액의 공급은 정지된다.
단계 S4： 치환액 공급 공정
다음에, 기판 유지부(51)에 의해 기판(W)을 회전시킨 상태에서, 당해 기판(W)의 표면(Wf) 상에 치환액으로서의 IPA가 공급된다. 즉, 제어 유닛(13)이 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(32)을 기판(W)의 표면(Wf) 중앙부로 위치 결정한다. 그리고, 제어 유닛(13)이 밸브(36)로 동작 지령을 행하여, 밸브(36)를 연다. 이에 따라, IPA를, IPA 탱크(37)로부터 배관(35) 및 노즐(32)을 통하여, 기판(W)의 표면(Wf)에 공급한다.
기판(W)의 표면(Wf)에 공급된 IPA는, 기판(W)이 회전됨으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판(W)의 표면(Wf) 중앙 부근에서 기판(W)의 주연부를 향하여 유동하여, 기판(W)의 표면(Wf)의 전체면에 확산된다. 이에 따라, 기판(W)의 표면(Wf)에 부착되는 린스액이 IPA의 공급에 의해 제거되어, 기판(W)의 표면(Wf)의 전체면이 IPA로 덮인다. 기판(W)의 회전 속도는, IPA로 이루어지는 막의 막두께가, 표면(Wf)의 전체면에 있어서, 볼록부(Wp1)의 높이보다 높아지는 정도로 설정되는 것이 바람직하다. 또, IPA의 공급량은 특별히 한정되지 않으며, 적절히 설정할 수 있다. 치환액 공급 공정의 종료 시에, 제어 유닛(13)은 밸브(36)로 동작 지령을 행하여, 밸브(36)를 닫는다. 또, 제어 유닛(13)은 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(32)을 퇴피 위치로 위치 결정한다.
단계 S5： 기판 처리액 공급 공정
다음에, IPA가 부착된 기판(W)의 표면(Wf)에, 기판 처리액을 공급한다.
즉, 제어 유닛(13)이 회전 구동부(52)로 동작 지령을 행하여, 기판(W)을 축(A1) 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 계속해서, 제어 유닛(13)이 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(22)을 기판(W)의 표면(Wf) 중앙부로 위치 결정한다. 그리고, 제어 유닛(13)이 밸브(26)로 동작 지령을 행하여, 밸브(26)를 연다. 이에 따라, 기판 처리액을, 기판 처리액 저류 탱크(271)로부터 배관(25) 및 노즐(22)을 통하여, 기판(W)의 표면(Wf)에 공급한다. 기판(W)의 표면(Wf)에 공급된 기판 처리액은, 기판(W)이 회전됨으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판(W)의 표면(Wf) 중앙 부근에서 기판(W)의 주연부를 향하여 유동하여, 기판(W)의 표면(Wf)의 전체면에 확산된다. 이에 따라, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 표면(Wf)에 부착되어 있던 IPA가 처리액의 공급에 의해 제거되어, 기판(W)의 표면(Wf)의 전체면이 기판 처리액으로 덮여, 당해 기판 처리액의 액막(60)이 형성된다.
기판 처리액 공급 공정의 종료 시에, 제어 유닛(13)은 밸브(26)로 동작 지령을 행하여, 밸브(26)를 닫는다. 또, 제어 유닛(13)은 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(22)을 퇴피 위치로 위치 결정한다.
단계 S6： 박막화 공정
계속해서, 기판(W)의 표면(Wf) 상에 형성된 기판 처리액의 액막(60)의 박막화를 행한다.
즉, 제어 유닛(13)이 회전 구동부(52)로 동작 지령을 행하여, 기판(W)을 축(A1) 둘레로 일정 속도(제1 회전 속도)로 회전시킨다. 이에 따라, 기판(W)이 회전됨으로써 발생하는 원심력의 작용을 이용하여, 과잉한 기판 처리액을 기판(W)의 표면(Wf)으로부터 떨쳐낸다. 기판(W)의 표면(Wf)으로부터 떨쳐냄으로써, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 액막(60)을 최적의 막두께의 박막(61)으로 할 수 있다. 또한, 기판 처리액 공급 공정에 있어서, 기판 처리액의 공급량이나 기판(W)의 회전 속도 등의 제어에 의해, 액막(60)의 박막화가 가능한 경우에는, 본 공정을 생략해도 된다.
본 공정에 있어서 기판(W)의 제1 회전 속도는, 액막(60)의 막두께에 따라 설정된다. 제1 회전 속도는, 통상은, 회전수로 100rpm 이상, 1500rpm 이하의 범위에서 설정되며, 바람직하게는 100rpm 이상, 1000rpm 이하, 보다 바람직하게는 100rpm 이상, 500rpm 이하이다.
단계 S7： 고화 공정
다음에, 기판 처리액의 박막(61)으로부터 용매를 증발시켜 승화성 물질을 석출시켜, 고화막을 형성한다.
즉, 제어 유닛(13)이 회전 구동부(52)로 동작 지령을 행하여, 기판(W)을 축(A1) 둘레로, 제1 회전 속도보다 빠른 제2 회전 속도로 회전시킨다. 용매의 증기압은 용질에 상당하는 승화성 물질의 증기압보다 높기 때문에, 용매는 승화성 물질의 증발 속도보다 큰 증발 속도로 증발한다. 그 때문에, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 박막(61) 중의 용매가 증발을 시작한다. 그리고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 승화성 물질의 농도가 서서히 증가하면서, 박막(61)의 막두께가 서서히 감소해 간다.
또한, 박막(61) 중의 승화성 물질이 과포화 상태가 되면, 승화성 물질이 석출을 시작하여, 박막(61)의 표층 부분으로부터 고화막(62)이 형성되고, 그 후, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 표면(Wf) 전역을 덮는 고화막(63)이 형성된다.
여기서, 고화막(63)의 막두께는, 패턴 형성면에 있어서의 볼록부(Wp1)(패턴)의 높이(H)에 대해, 소정의 비율의 범위 내인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 예를 들면, 승화성 물질로서 2,5-디메틸-2,5-헥산디올을 이용한 경우, 높이(H)에 대해 85% 이상, 365% 이하의 범위가 바람직하고, 89% 이상, 360% 이하의 범위가 보다 바람직하다. 또, 승화성 물질로서 3-트리플루오로메틸벤조산을 이용한 경우, 높이(H)에 대해 80% 이상, 200% 이하의 범위가 바람직하고, 85% 이상, 190% 이하의 범위가 보다 바람직하다. 볼록부(Wp1)의 높이(H)에 대한 고화막(63)의 막두께의 비율이 이들 수치 범위 내에 있으면, 패턴의 도괴를 한층 양호하게 억제할 수 있다.
또한, 고화막(63)의 막두께의 제어는, 기판 처리액에 있어서의 승화성 물질의 농도를 조정함으로써 가능하다. 그리고, 본 발명에 있어서는, 승화성 물질로서 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산을 이용함으로써, 종래의 승화성 물질과 비교해, 패턴의 도괴를 양호하게 억제할 수 있는 고화막의 막두께의 범위를 비교적 넓게 할 수 있다. 즉, 본 발명의 기판 처리 방법이면, 고화막(63)의 막두께에 관하여, 패턴의 도괴를 양호하게 억제할 수 있는 조건의 범위를 넓게 설정할 수 있어, 프로세스 윈도우가 우수하다.
단계 S8： 승화 공정
계속해서, 기판(W)의 표면(Wf) 상에 형성된 고화막(63)을 승화시켜 제거한다.
즉, 제어 유닛(13)이 승강 구동부(16)에 동작 지령을 행함으로써, 승강 기구(49)가 노즐(42) 및 차단판(48)을, 기판(W)의 표면(Wf)과의 이격 거리가 미리 설정된 값이 될 때까지 하강시켜, 당해 기판(W)에 근접시킨다. 노즐(42) 및 차단판(48)이 기판(W)의 표면(Wf)에 대해, 설정된 이격 거리에까지 근접시킨 후, 제어 유닛(13)은, 차단판(48)을 기판(W)과 동기시키도록 축(A1) 둘레로 일정 속도로 회전시킨다.
계속해서, 제어 유닛(13)이 밸브(46)로 동작 지령을 행하여, 밸브(46)를 연다. 이에 따라, 불활성 가스를, 기체 탱크(471)로부터 배관(45) 및 노즐(42)을 통하여, 기판(W)의 표면(Wf)를 향하여 공급한다. 이 때, 기판(W) 및 차단판(48)은 동기하여 회전하고 있기 때문에, 이 회전으로 발생하는 원심력에 의해, 불활성 가스가 기판(W)의 표면(Wf)의 중심 부근에서 기판(W)의 주연부를 향하여 유동하여, 기판(W)의 표면(Wf)의 전체면에 확산된다. 이에 따라, 고화막(63)과 불활성 가스의 접촉 속도를 증대시켜, 고화막(63)의 승화를 촉진시킬 수 있다.
또, 기판(W)의 표면(Wf) 상에 존재하는 공기를 불활성 가스로 치환할 수 있다. 그리고, 불활성 가스로 치환함으로써, 표면(Wf)에 형성된 고화막(63)을 불활성 가스의 유동 하에 두어, 공기 등에 노출되는 것을 방지하고, 기판(W)과 차단판(48) 사이의 공간을 저온 상태로 유지하면서 고화막(63)을 승화시킬 수 있다. 그리고, 고화막(63)의 승화에 따라 승화열이 빼앗겨, 고화막(63)이 승화성 물질의 응고점(융점) 이하로 유지된다. 그 때문에, 고화막(63)에 포함되는 승화성 물질이 융해되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 표면(Wf)의 패턴 간에 액상이 존재하지 않기 때문에, 패턴의 도괴의 발생을 억제하면서, 기판(W)을 건조시킬 수 있다.
불활성 가스의 유량은, 200l/min 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 50l/min 이상, 200l/min 이하, 더 바람직하게는 40l/min 이상, 50l/min 이하이다. 불활성 가스의 유량을 200l/min 이하로 함으로써, 당해 불활성 가스를 뿜어내는 것에 기인하는 패턴의 도괴를 방지할 수 있다. 또, 불활성 가스의 토출 시간은, 승화성 물질의 승화 시간에 따라 적절히 설정할 수 있다.
승화 공정(S8)의 개시부터 미리 정하는 승화 시간이 경과되면, 제어 유닛(13)이 밸브(46)로 동작 지령을 행하여, 밸브(46)를 닫는다.
단계 S9： 기판의 회전 정지·기판 반출 공정
승화 공정(S8)의 종료 후, 제어 유닛(13)은 회전 구동부(52)로 동작 지령을 행하여 스핀 베이스(53)의 회전을 정지시킨다. 또, 제어 유닛(13)은, 차단판 회전 기구를 제어하여 차단판(48)의 회전을 정지시킴과 함께, 승강 구동부(16)를 제어하여 차단판(48)을 차단 위치로부터 상승시켜 퇴피 위치로 위치 결정한다.
그 후, 제2 반송부(111)가 챔버(11)의 내부 공간에 진입하여, 척 핀(54)에 의한 유지가 해제된 처리가 완료된 기판(W)을 챔버(11) 밖으로 반출하여, 일련의 기판 건조 처리를 종료한다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 기판 처리액으로서 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 한쪽의 승화성 물질을 포함하는 것을 이용함으로써, 종래의 승화성 물질을 이용한 승화 건조 기술과 비교해, 기판(W) 상의 패턴의 도괴를 양호하게 억제할 수 있다. 특히, 본 실시 형태는, 기계적 강도가 매우 작은 패턴인 경우에도, 매우 유효하게 패턴의 도괴의 발생을 억제할 수 있다.
(변형예)
이상의 설명에 있어서는, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 외의 다양한 형태로 실시 가능하다. 이하에, 그 외의 주된 형태를 예시한다.
상술한 실시 형태에서는, 고화 공정(S7)을 종료한 후에, 승화 공정(S8)을 행하는 경우에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 승화 공정(S8)은, 고화 공정(S7)의 개시 후에 개시되며, 또한, 고화 공정(S7)과 병행해서 행해도 된다. 상술한 대로, 고화막은, 용매의 증발에 의해 승화성 물질이 석출되어 액막의 표층 부분부터 형성되어 간다. 그 때문에, 승화 공정(S8)은, 고화 공정(S7)의 종료 전에 개시되어도 된다. 이에 따라, 단기간에 기판(W)의 승화 건조를 행할 수 있다.
또, 상술한 실시 형태에서는, 기체 공급부가 차단판을 구비하는 경우를 예로 하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 이 양태에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 차단판을 구비하지 않는 기체 공급부를 이용하여, 승화 공정(S8)을 행해도 된다.
이하에, 이 발명의 적합한 실시예를 예시적으로 상세하게 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 재료나 배합량 등은, 특별히 한정적인 기재가 없는 한, 이 발명의 범위를 이들 만으로 한정하는 취지의 것은 아니다.
(패턴을 갖는 기판)
패턴을 갖는 기판으로서, 모델 패턴이 표면에 형성된 실리콘 기판을 준비하고, 당해 실리콘 기판으로부터, 한 변이 1cm2인 쿠폰(공시체)을 잘라내었다. 모델 패턴으로서는, 높이 약 300nm의 원기둥이 배열된 패턴을 채용했다.
(실시예 1)
본 실시예에 있어서는, 상술한 실리콘 기판으로부터 잘라낸 쿠폰을 이용하여, 이하에 서술하는 순서로 그 승화 건조 처리를 행하고, 패턴 도괴의 억제 효과를 평가했다.
먼저 쿠폰을, 농도 10질량%의 불화 수소산에 20초간 침지시킨 후(약액 공급 공정), DIW에 1분간 침지시켜 린스했다(린스액 공급 공정). 또한, DIW에 의한 린스 후의 쿠폰을 IPA에 1분간 침지시켜, 쿠폰 상의 패턴 형성면에 존재하는 DIW를 IPA로 치환했다(치환액 공급 공정).
계속해서, IPA가 표면에 잔존하는 쿠폰을, 상온(25℃)·대기압(1atm) 하에서 기판 처리액(액체의 온도： 25℃)에 30초간 침지시켜, 쿠폰 상의 패턴 형성면에 존재하는 IPA를 기판 처리액에 치환했다(기판 처리액 공급 공정). 또, 기판 처리액으로서는, 농도 2.3vol%의 2,5-디메틸-2,5-헥산디올(승화성 물질)과, IPA로 이루어지는 것을 이용했다.
또한, 기판 처리액 공급 후의 쿠폰을, 회전축선 둘레로 회전 속도 10rpm로 5초간 회전시켜, 패턴 형성면 상의 기판 처리액의 액막을 박막화했다(박막화 공정).
계속해서, 박막 화공정 후의 쿠폰을, 회전축선 둘레로 회전 속도 1500rpm로 회전시켜, IPA를 증발시키고 2,5-디메틸-2,5-헥산디올을 석출시켜, 당해 2,5-디메틸-2,5-헥산디올로 이루어지는 고화막을 형성했다(고화 공정).
쿠폰의 패턴 형성면 상에 고화막이 형성된 후, 이 고화막에 질소 가스를 뿜어내어 승화시켰다(승화 공정). 또 승화 공정은, 쿠폰을, 회전축선 둘레로 회전 속도 1500rpm로 회전시키면서 행했다. 또한, 질소 가스의 유량은, 40/min로 했다. 또한, 고화 공정 및 승화 공정의 전체의 처리 시간은 120초로 했다.
이상과 같이 하여 얻어진 승화 건조 후의 쿠폰에 대해서, SEM 화상으로부터 패턴의 도괴율을 산출하고, 당해 도괴율에 의해, 패턴 형성면에 있어서 패턴 도괴의 억제 효과를 평가했다. 또한, 도괴율은, 임의의 7개의 영역에 있어서의 도괴율을 이하의 식에 의해 산출하고, 또한 그 평균치로 한 것이다.
도괴율(%)=(임의의 영역에 있어서의 도괴한 볼록부의 수)÷(당해 영역에 있어서 볼록부의 총수)×100
그 결과, 건조 처리 전의 쿠폰의 패턴 형성면과 비교해, 건조 처리 후의 도괴율은 7.83%였다. 이에 따라, 승화성 물질로서 2,5-디메틸-2,5-헥산디올을 이용한 경우에는, 패턴의 도괴를 매우 양호하게 억제할 수 있어, 승화 건조에 유효하다는 것이 확인되었다.
또, 본 실시예에서 형성된 2,5-디메틸-2,5-헥산디올로 이루어지는 고화막의 막두께를, 농도 검량선을 이용하여 산출했다. 농도 검량선으로서는 도 9에 나타내는 것을 이용하여, 당해 농도 검량선으로부터 이하의 식에 의거하여, 고화막의 막두께를 산출했다. 그 결과, 본 실시예에 있어서는, 고화막의 막두께는 270nm였다. 이것은, 쿠폰에 있어서의 패턴의 높이(300nm)의 89%에 상당하는 것이었다.
고화막의 막두께(nm)=검량선의 기울기(115.8nm/ol%)×기판 처리액에 있어서의 승화성 물질의 농도(vol%)
또한, 도 9는, 기판 처리액에 있어서의 시클로헥사논옥심의 농도와, 시클로헥사논옥심으로 이루어지는 고화막의 막두께 사이에 있어서의 농도 검량선을 나타내는 그래프이다. 농도 검량선의 기울기는 용질인 승화성 물질의 종류에 따라 크게 변화하지 않기 때문에, 본 실험예에서는, 시클로헥사논옥심의 농도 검량선을 이용하는 것으로 했다.
(실시예 2)
본 실시예에 있어서는, 기판 처리액에 있어서의 2,5-디메틸-2,5-헥산디올의 농도를 3.2vol%로 변경했다. 그 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 패턴 형성면에 있어서 패턴 도괴의 억제 효과를 평가했다. 그 결과, 도괴율은 0.86%였다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 고화막의 막두께도 도 9에 나타내는 농도 검량선을 이용하여 산출했다. 그 결과, 고화막의 막두께는 370nm였다. 이것은, 쿠폰에 있어서의 패턴의 높이(300nm)의 124%에 상당하는 것이었다.
(실시예 3)
본 실시예에 있어서는, 기판 처리액에 있어서의 2,5-디메틸-2,5-헥산디올의 농도를 4.8vol%로 변경했다. 그 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 패턴 형성면에 있어서 패턴 도괴의 억제 효과를 평가했다. 그 결과, 도괴율은 1.69%였다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 고화막의 막두께도 도 9에 나타내는 농도 검량선을 이용하여 산출했다. 그 결과, 고화막의 막두께는 560nm였다. 이것은, 쿠폰에 있어서의 패턴의 높이(300nm)의 185%에 상당하는 것이었다.
(실시예 4)
본 실시예에 있어서는, 기판 처리액에 있어서의 2,5-디메틸-2,5-헥산디올의 농도를 6.3vol%로 변경했다. 그 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 패턴 형성면에 있어서 패턴 도괴의 억제 효과를 평가했다. 그 결과, 도괴율은 10.1%였다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 고화막의 막두께도 도 9에 나타내는 농도 검량선을 이용하여 산출했다. 그 결과, 고화막의 막두께는 730nm였다. 이것은, 쿠폰에 있어서의 패턴의 높이(300nm)의 243%에 상당하는 것이었다.
(실시예 5)
본 실시예에 있어서는, 기판 처리액에 있어서의 2,5-디메틸-2,5-헥산디올의 농도를 9.2vol%로 변경했다. 그 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 패턴 형성면에 있어서 패턴 도괴의 억제 효과를 평가했다. 그 결과, 도괴율은 3.70%였다.
또, 실시예 1과 동일하게 하여, 고화막의 막두께도 도 9에 나타내는 농도 검량선을 이용하여 산출했다. 그 결과, 고화막의 막두께는 1100nm였다. 이것은, 쿠폰에 있어서의 패턴의 높이(300nm)의 360%에 상당하는 것이었다.
(실시예 6)
본 실시예에 있어서는, 승화성 물질로서 3-트리플루오로메틸벤조산을 이용하여 그 농도를 기판 처리액에 대해 2.2vol%로 변경했다. 그들 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 패턴 형성면에 있어서 패턴 도괴의 억제 효과를 평가했다. 그 결과, 도괴율은 3.27%였다.
또, 농도 검량선의 기울기는 용질인 승화성 물질의 종류에 따라 크게 변화하지 않기 때문에, 실시예 1과 마찬가지로, 고화막의 막두께도 도 9에 나타내는 농도 검량선을 이용하여 산출했다. 그 결과, 고화막의 막두께는 250nm였다. 이것은, 쿠폰에 있어서의 패턴의 높이(300nm)의 85%에 상당하는 것이었다.
(실시예 7)
본 실시예에 있어서는, 3-트리플루오로메틸벤조산의 농도를 기판 처리액에 대해 3.2vol%로 변경했다. 그 이외에는 실시예 6과 동일하게 하여, 패턴 형성면에 있어서 패턴 도괴의 억제 효과를 평가했다. 그 결과, 도괴율은 13.2%였다.
또, 실시예 6과 동일하게 하여, 고화막의 막두께도 도 9에 나타내는 농도 검량선을 이용하여 산출했다. 그 결과, 고화막의 막두께는 370nm였다. 이것은, 쿠폰에 있어서의 패턴의 높이(300nm)의 124%에 상당하는 것이었다.
(실시예 8)
본 실시예에 있어서는, 3-트리플루오로메틸벤조산의 농도를 기판 처리액에 대해 5.0vol%로 변경했다. 그 이외에는 실시예 6과 동일하게 하여, 패턴 형성면에 있어서 패턴 도괴의 억제 효과를 평가했다. 그 결과, 도괴율은 11.1%였다.
또, 실시예 6과 동일하게 하여, 고화막의 막두께도 도 9에 나타내는 농도 검량선을 이용하여 산출했다. 그 결과, 고화막의 막두께는 580nm였다. 이것은, 쿠폰에 있어서의 패턴의 높이(300nm)의 190%에 상당하는 것이었다.
승화성 물질
의 종류		 승화성 물질
의 농도 (vol%)		 도괴율(%) 고화막의
막두께(nm)		 패턴 높이에
대한 고화막의 막두께의 비율(%)
실시예１ 2,5-디메틸-2,5-
헥산디올		 2.3 7.83 270 89
실시예２ 3.2 0.86 370 124
실시예３ 4.8 1.69 560 185
실시예４ 6.3 10.1 730 243
실시예５ 9.2 3.70 1100 360
실시예６ 3-트리플루오로
메틸벤조산		 2.2 3.27 250 85
실시예７ 3.2 13.2 370 124
실시예８ 5.0 11.1 580 190
본 발명은, 기판의 패턴 형성면에 부착되는 액체를 제거하는 건조 기술, 및 당해 건조 기술을 이용하여 기판의 표면을 처리하는 기판 처리 기술 전반에 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 기판의 패턴 형성면을 처리하는 기판 처리 방법으로서,
    상기 패턴 형성면에, 승화성 물질 및 용매를 포함하는 기판 처리액을 공급하는 공급 공정과,
    상기 공급 공정에서 상기 패턴 형성면에 공급된 상기 기판 처리액의 액막 중의 용매를 증발시켜 상기 승화성 물질을 석출시켜, 상기 승화성 물질을 포함하는 고화막을 형성하는 고화 공정과,
    상기 고화막을 승화시켜, 상기 고화막을 제거하는 승화 공정
    을 포함하고,
    상기 승화성 물질이, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판을, 상기 패턴 형성면의 수직 방향과 평행한 회전축선 둘레로 제1 회전 속도로 회전시킴으로써, 상기 패턴 형성면 상에 상기 공급 공정에서 공급된 기판 처리액의 액막을 박막화하는 박막화 공정을 더 포함하고,
    상기 고화 공정은, 상기 제1 회전 속도보다 큰 제2 회전 속도로 상기 기판을 상기 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 액막 중의 용매를 증발시키는 공정인, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 용매로서, 상기 승화성 물질보다 상온에 있어서의 증기압이 큰 것을 이용하는, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 용매가, 메탄올, 부탄올, 이소프로필 알코올 및 아세톤 중 적어도 어느 1종인, 기판 처리 방법.
  5. 기판의 패턴 형성면을 처리하는 기판 처리 장치로서,
    상기 기판을, 상기 패턴 형성면의 수직 방향과 평행한 회전축선 둘레로 회전 가능하게 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판 유지부에 의해 유지된 상기 기판의 패턴 형성면에, 승화성 물질 및 용매를 포함하는 기판 처리액을 공급하는 공급부와,
    상기 승화성 물질을 포함하는 고화막을 승화시켜, 상기 고화막을 제거하는 승화부
    를 구비하고,
    상기 기판 유지부는,
    상기 공급부가 상기 패턴 형성면에 공급한 상기 기판 처리액의 액막 중의 용매를 증발시켜 상기 승화성 물질을 석출시켜, 상기 승화성 물질을 포함하는 고화막을 형성하는 것이며,
    상기 공급부가 공급하는 상기 기판 처리액에 있어서의 상기 승화성 물질이, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 기판 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 기판 유지부는,
    상기 기판을 상기 회전축선 둘레로 회전시킴으로써, 상기 공급부가 상기 패턴 형성면에 공급한 상기 기판 처리액의 액막을 박막화하고,
    상기 기판 처리액의 액막을 박막화시킬 때의 제1 회전 속도보다 빠른 제2 회전 속도로, 상기 기판을 상기 회전축선 둘레로 회전시켜, 상기 액막 중의 용매를 증발시키는, 기판 처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 용매로서, 상기 승화성 물질보다 상온에 있어서의 증기압이 큰 것을 이용하는, 기판 처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 용매가, 메탄올, 부탄올, 이소프로필 알코올 및 아세톤 중 적어도 어느 1종인, 기판 처리 장치.
  9. 패턴 형성면을 갖는 기판 상의 액체의 제거에 이용하는 기판 처리액으로서,
    승화성 물질과,
    용매
    를 포함하고,
    상기 승화성 물질이, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올 및 3-트리플루오로메틸벤조산 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 기판 처리액.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 용매가, 상기 승화성 물질보다 상온에 있어서의 증기압이 큰 것인, 기판 처리액.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 용매가, 메탄올, 부탄올, 이소프로필 알코올 및 아세톤 중 적어도 어느 1종인, 기판 처리액.
KR1020230101507A 2022-09-26 2023-08-03 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기판 처리액 KR20240043072A (ko)

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