TWI635556B - Substrate processing method - Google Patents

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TWI635556B TW106102614A TW106102614A TWI635556B TW I635556 B TWI635556 B TW I635556B TW 106102614 A TW106102614 A TW 106102614A TW 106102614 A TW106102614 A TW 106102614A TW I635556 B TWI635556 B TW I635556B
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Abstract

本發明提供一種基板處理方法，係包含：基板保持步驟，係水平保持於上面形成有圖案的基板；液膜形成步驟，係於上述基板之上面，形成較上述圖案高度為厚之處理液之液膜；吐出口配置步驟，係依使第1吐出口朝向上述基板上面之包含旋轉中心之既定第1區域，且使第2吐出口朝向上述基板上面之包圍上述第1區域外側之既定第2區域的方式，配置上述第1及第2吐出口；第1吐出步驟，係由上述第1吐出口吐出含有低表面張力液之氣體，且不由上述第2吐出口吐出上述含有低表面張力液之氣體，該含有低表面張力液之氣體係含有比重較空氣大且具有較上述處理液之表面張力為低的低表面張力液之蒸氣；第2吐出步驟，係於上述第1吐出步驟後，由上述第2吐出口吐出上述含有低表面張力液之氣體，且不由上述第1吐出口吐出上述含有低表面張力液之氣體；以及旋轉步驟，係與上述第1及第2吐出步驟並行，使上述基板繞既定之鉛直軸線旋轉。

Description

基板處理方法
本發明係關於使用處理液對基板之上面進行處理之基板處理方法。基板係包括例如半導體晶圓、液晶顯示裝置用基板、電漿顯示器用基板、FED(Field Emission Display，場發射顯示器)用基板、光碟用基板、磁碟用基板、磁光碟用基板、光罩用基板、陶瓷基板、太陽電池用基板等。
於半導體裝置之製造步驟中，係對半導體晶圓等之基板之表面供給處理液，使用處理液對此基板表面進行處理。
例如，依單片處理基板之單片式的基板處理裝置，係具備：幾乎水平地保持基板，並使該基板旋轉的旋轉夾具；與用於對藉此旋轉夾具而旋轉之基板之上面供給處理液的噴嘴。例如，對保持於旋轉夾具之基板供給藥液，其後供給水，藉此，將基板上之藥液置換為沖洗液。其後，進行用於由基板之上面上排除水的乾燥處理。作為乾燥處理，已知有將異丙醇(isopropyl alcohol，IPA)等低表面張力液之蒸氣供給至呈旋轉狀態之基板之表面的手法。例如羅塔哥尼乾燥(Rotagoni drying)(參照專利文獻1)為此手法之一例。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-131783號公報
作為此種乾燥方法，具體而言，係於基板上面形成處理液(水)之液膜，對此處理液之液膜吹附含有低表面張力液之氣體(低表面張力液之蒸氣)，藉此形成液膜去除區域。然後，使液膜去除區域擴大並以液膜去除區域被覆基板上面全域，藉此使處理液之液膜中之與液膜去除區域之交界(以下稱為「液膜交界」)由基板中央部移動至基板周緣，如此可使基板上面乾燥。
本案發明者發現，在採用此種乾燥手法的情況，藉由依將液膜交界之處理液之液面與基板上面所成角度(以下稱為「液膜交界之液面角度」)確保為較大之狀態使液膜交界移動，可依極短時間去除存在於圖案間的處理液。於乾燥時，由於隨著存在於圖案間之處理液之去除時間越短、可抑制乾燥時之圖案倒壞，故作為可抑制圖案倒壞之乾燥方法而受到本案發明者之矚目。
然而，專利文獻1記載之手法中，隨著液膜去除區域之擴大而液膜交界遠離吐出口。因此，隨著液膜去除區域之擴大，將無法使液膜交界之周圍保持於含有低表面張力液之氣體的環境中。此時，無法較大地保持液膜交界之液面角度，其結果，有隨著液膜去除區域之擴大而發生圖案倒壞之虞。
因此，本發明之目的在於提供一種基板處理方法，可於涵括由液膜去除區域之形成起至該液膜去除區域擴大至基板上面全域的期間，將含有低表面張力液之氣體持續供給至處理液之液膜中之與液膜去除區域之交界，藉此可一面抑制或防止圖案倒壞， 一面由基板上面去除處理液。
本發明提供一種基板處理方法，係包含：基板保持步驟，係水平保持於上面形成有圖案的基板；液膜形成步驟，係於上述基板之上面，形成較上述圖案高度為厚之處理液之液膜；吐出口配置步驟，係依使第1吐出口朝向上述基板上面之包含旋轉中心之既定第1區域，且使第2吐出口朝向上述基板上面之包圍上述第1區域外側之既定第2區域的方式，配置上述第1及第2吐出口；第1吐出步驟，係由上述第1吐出口吐出含有低表面張力液之氣體，且不由上述第2吐出口吐出上述含有低表面張力液之氣體，該含有低表面張力液之氣體係含有比重較空氣大且具有較上述處理液之表面張力為低的低表面張力液之蒸氣；第2吐出步驟，係於上述第1吐出步驟後，由上述第2吐出口吐出上述含有低表面張力液之氣體，且不由上述第1吐出口吐出上述含有低表面張力液之氣體；以及旋轉步驟，係與上述第1及第2吐出步驟並行，使上述基板繞既定之鉛直軸線旋轉。
根據此方法，於第1吐出步驟中，由第1吐出口吐出含有低表面張力液之氣體，且不由第2吐出口吐出含有低表面張力液之氣體。亦即，於第1吐出步驟中，係朝基板上面之第1區域吐出含有低表面張力液之氣體，而不朝包圍第1區域之第2區域吐出含有低表面張力液之氣體。又，於第1吐出步驟後之第2吐出步驟中，係由第2吐出口吐出含有低表面張力液之氣體，且不由第1吐出口吐出含有低表面張力液之氣體。亦即，於第2吐出步驟中，係不朝基板上面之第1區域吐出含有低表面張力液之氣體，而朝包圍 第1區域之第2區域吐出含有低表面張力液之氣體。
第1吐出步驟中，係一邊旋轉基板，一邊朝基板上面之包含旋轉中心之區域吐出含有低表面張力液之氣體。若使基板旋轉加速，則受到基板旋轉之離心力，基板上面之包含旋轉中心之區域的處理液被推展至外方。其結果，處理液之液膜部分地薄膜化，因此於基板上面之包含旋轉中心之區域形成液膜去除區域。於液膜去除區域，係保持著於處理液之液膜中與液膜交界附近之部分(以下稱為「液膜交界附近部分」)相連之處理液之薄膜。
若液膜交界附近部分之周圍為含有低表面張力液之氣體的環境，則於處理液之薄膜中液膜交界附近之部分(以下稱為「薄膜之液膜交界附近部分」)與處理液之液膜之主體(bulk)部分間發生低表面張力液之濃度差、亦即表面張力差，由於馬蘭哥尼效果所造成之處理液之收縮作用，顯示液膜交界附近部分朝上方隆起般的行為。其結果，液膜交界之處理液之液面與基板上面所成角度(以下稱為「液膜交界之液面角度」)變大。
於液膜去除區域之形成時、或液膜去除區域較小時，係執行第1吐出步驟，其後，在液膜去除區域進行了某程度的既定時機，停止第1吐出步驟之執行並同時開始執行第2吐出步驟。亦即，於此時機，將吐出含有低表面張力液之氣體的吐出口由第1吐出口切換為第2吐出口。藉此，可使基板上面之含有低表面張力液之氣體的供給位置，追隨因液膜去除區域之擴大所伴隨之液膜交界移動而移動。從而，在涵括由液膜去除區域之形成起至該液膜去除區域擴大至基板全域為止的期間，可將液膜交界附近部分之周圍持續保持為含有低表面張力液之氣體的環境，藉此，可於該期間將液 膜交界附近部分之液面角度持續保持為較大。故而，可一面抑制或防止圖案倒壞，一面由基板上面去除處理液。
此發明之一實施形態中，由上述第1吐出口所吐出之氣體之吐出方向係包括鉛直下方，由上述第2吐出口所吐出之氣體之吐出方向係包括斜下外方。
根據此方法，第2吐出步驟中，使含有低表面張力液之氣體由第2吐出口朝斜下外方吐出。由於低表面張力液之比重大於空氣，故由第2吐出口所吐出之含有低表面張力液之氣體係於基板上面附近，沿著該上面朝外方移動，並與液膜交界衝撞。因此，可效率良好地將含有低表面張力液之氣體供給至液膜交界。而且，由於含有低表面張力液之氣體之移動方向與液膜交界之移動方向一致，故不論液膜交界之移動狀況，可對液膜交界持續供給含有低表面張力液之氣體。
上述含有低表面張力液之氣體亦可具有較常溫高之溫度。
根據此方法，由第1吐出口或第2吐出口所吐出之含有低表面張力液之氣體，係具有較常溫高之溫度。此時，若基板上面所形成之處理液之液膜之液溫為常溫，則由於供給至基板上面之含有低表面張力液之氣體具有較處理液之液膜高之溫度，故於第1吐出步驟及第2吐出步驟中，含有低表面張力液之氣體對基板上面之凝結量增大，隨此而處理液之薄膜變厚。藉此，液膜交界附近部分與處理液之液膜之主體部分之間的低表面張力液的濃度差、亦即液膜交界附近部分與處理液之液膜之主體部分之間的表面張力差變大。因此，作用至處理液之液膜的馬蘭哥尼效果增強，其結果， 液膜交界之液面角度更加變大。從而，在由液膜去除區域之形成起至該液膜去除區域擴大至基板上面全域為止的期間，可將液膜交界之液面角度持續保持為更大。
上述第2吐出步驟亦可包含將不含上述低表面張力液之蒸氣且比重較上述低表面張力液小之惰性氣體由上述第1吐出口吐出的步驟。
根據此方法，於第2吐出步驟中，使惰性氣體朝基板上面之第1區域吐出。藉由將惰性氣體供給至基板上面之中央部，將基板上面之中央部上之環境置換為該氣體，而進行處理液之薄膜所含之低表面張力液之蒸發。藉此，可促進基板上面之中央部的處理液去除(乾燥)。
又，供給至第1區域之惰性氣體，係將朝第2區域吐出之含有低表面張力液之氣體朝徑向外方推展。藉此，可將含有低表面張力液之氣體推抵至液膜交界，故而，可將液膜交界附近部分之周圍保持為含有低表面張力液之氣體的環境。
在使用IPA(異丙醇，isopropyl alcohol)或HFE(氫氟醚)等作為上述低表面張力液的情況，可採用氮氣、氦氣、氬氣等作為上述惰性氣體。
上述含有低表面張力液之氣體具有較常溫高之溫度，且上述第2吐出步驟亦可包含將不含上述低表面張力液之蒸氣且比重較上述低表面張力液小之惰性氣體由上述第1吐出口吐出的步驟。
在含有低表面張力液之氣體具有較常溫高之溫度的情況，較佳係為了增強作用至處理液之液膜的馬蘭哥尼效果而使含 有低表面張力液之氣體具有高溫。然而，此情況下，隨著含有低表面張力液之氣體對基板上面之凝結量增大，薄膜之液膜交界附近部分之厚度亦增大。在薄膜之液膜交界附近部分之厚度超過圖案高度的情況，有隨著液膜交界之移動(液膜去除區域之擴大)而圖案倒壞之虞。
然而，於第2吐出步驟中，藉由由第1吐出口吐出惰性氣體而推展液膜去除區域，結果促進液膜交界之移動。因此，在薄膜之液膜交界附近部分之厚度變厚前，可使液膜交界移動至基板外周端。從而，在圖案倒壞前，可由基板上面全域去除處理液(使其乾燥)。
上述第1吐出步驟亦可包含將不含上述低表面張力液之蒸氣且比重較上述低表面張力液小之惰性氣體由上述第2吐出口吐出的步驟。
根據此方法，於第1吐出步驟中由第2吐出口吐出惰性氣體。於第1吐出步驟中，由於液膜去除區域在基板之包含旋轉中心的區域以小徑存在，故處理液之液膜之主體部分位於第2區域。從而，藉由由第2吐出口吐出惰性氣體，可藉由惰性氣體覆蓋處理液之液膜之主體部分的上面。藉此，於第1吐出步驟中，可抑制或防止含有低表面張力液之氣體環境對處理液之液膜之主體部分的供給。
假設不僅是液膜交界附近部分，液膜之主體部分之上面周圍亦為含有低表面張力液之氣體的環境，則馬蘭哥尼效果變弱，有交界部分之液面角度變小之虞。對此，根據第5項記載之方法，由於主要僅對液膜交界附近部分供給低表面張力液，故可增加 馬蘭哥尼效果，其結果可將交界部分之液面角度持續保持為較大。
又，第1吐出步驟中，藉由低表面張力液與惰性氣體之比重差，於距基板上面附近之較低位置流動含有低表面張力液之氣體，在遠離基板上面之較高位置流動惰性氣體。因此，可使由第1吐出口所吐出之含有低表面張力液之氣體，於基板上面附近沿著該上面朝外方移動，藉此，可使含有低表面張力液之氣體與液膜交界衝撞。從而，在液膜交界移動至第1區域外後，仍可將含有低表面張力液之氣體良好地持續供給至液膜交界。
在使用IPA(異丙醇，isopropyl alcohol)或HFE(氫氟醚)等作為上述低表面張力液的情況，可採用氮氣、氦氣、氬氣等作為上述惰性氣體。
上述處理液亦可包含水，上述低表面張力液亦可包含有機溶劑。
本發明之上述內容或其他目的、特徵及效果，將參照隨附圖式由下述實施形態之說明所闡明。
1‧‧‧基板處理裝置
2‧‧‧處理單元
3‧‧‧控制裝置
4‧‧‧腔室
5‧‧‧旋轉夾具
6‧‧‧藥液供給單元
7‧‧‧水供給單元
8‧‧‧氣體吐出噴嘴
9‧‧‧杯
9a‧‧‧上端部
10‧‧‧隔壁
11‧‧‧附近區域
12‧‧‧排氣管
13‧‧‧旋轉馬達
14‧‧‧旋轉軸
15‧‧‧旋轉基底
16‧‧‧挾持構件
17‧‧‧藥液噴嘴
18‧‧‧藥液配管
19‧‧‧藥液閥
20‧‧‧水噴嘴
21‧‧‧水配管
22‧‧‧水閥
23‧‧‧噴嘴臂
24‧‧‧第3噴嘴移動單元
31‧‧‧第1筒
31a‧‧‧下端部分
32‧‧‧第2筒
33‧‧‧第1喇叭狀部
33a‧‧‧下端部分
34‧‧‧第1氣體流路
36‧‧‧第1吐出口
37‧‧‧筒狀部
37a‧‧‧下端部分
38‧‧‧封閉部
39‧‧‧第2喇叭狀部
39a‧‧‧下端部分
40‧‧‧第2吐出口
42‧‧‧第2氣體流路
43‧‧‧第1噴嘴移動單元
44‧‧‧第2噴嘴移動單元
46‧‧‧第1區域
47‧‧‧第2區域
51‧‧‧第1有機溶劑蒸氣配管
52‧‧‧第1有機溶劑蒸氣閥
53‧‧‧第1流量調整閥
54‧‧‧第1惰性氣體配管
55‧‧‧第1惰性氣體閥
56‧‧‧第2流量調整閥
61‧‧‧第2有機溶劑蒸氣配管
62‧‧‧第2有機溶劑蒸氣閥
63‧‧‧第3流量調整閥
64‧‧‧第2情性氣體配管
65‧‧‧第2惰性氣體閥
66‧‧‧第4流量調整閥
70‧‧‧液膜
70a‧‧‧液膜交界附近部分
75‧‧‧液膜去除區域
76‧‧‧薄膜
76a‧‧‧液膜交界附近部分
80‧‧‧液膜交界
92‧‧‧主體部分
102‧‧‧構造體
103‧‧‧上面
111‧‧‧FFU
201‧‧‧基板處理裝置
208‧‧‧氣體吐出噴嘴
212‧‧‧第3筒
213‧‧‧筒狀部
213a‧‧‧下端部分
214‧‧‧封閉部
215‧‧‧第3喇叭狀部
215a‧‧‧下端部分
216‧‧‧第3氣體流路
217‧‧‧第3吐出口
218‧‧‧第3惰性氣體配管
219‧‧‧第3惰性氣體閥
220‧‧‧第4流量調整閥
301‧‧‧基板處理裝置
302‧‧‧對向構件
304‧‧‧對向面
305‧‧‧保持器
308‧‧‧氣體吐出噴嘴
310‧‧‧窄空間
311‧‧‧支撐構件升降單元
312‧‧‧貫通孔
A0‧‧‧旋轉中心
A1‧‧‧旋轉軸線
A2‧‧‧中心軸線
C‧‧‧載體
CR、IR‧‧‧搬送機器人
D1、D2、D3‧‧‧吐出方向
LP‧‧‧裝載埠
P‧‧‧圖案
T‧‧‧膜厚
W‧‧‧基板
W1‧‧‧線寬
W2‧‧‧間隙
θ‧‧‧液面角度
圖1為用於說明用以執行本發明第1實施形態之基板處理方法之基板處理裝置之內部配置的圖解性俯視圖。
圖2為用於說明上述基板處理裝置所具備之處理單元之構成例的圖解性剖面圖。
圖3為用於說明上述基板處理裝置所具備之氣體吐出噴嘴之構成例的示意性縱剖面圖。
圖4為用於說明上述基板處理裝置之主要部分之電性構成的方 塊圖。
圖5為擴大表示上述處理單元之處理對象之基板W表面的剖面圖。
圖6A為用於說明藉由上述基板處理裝置所進行之基板處理之一例的流程圖。
圖6B為用於說明上述基板處理之一例中的沖洗步驟及乾燥步驟的時序圖。
圖7為用於說明積滯沖洗步驟的圖解性剖面圖。
圖8為用於說明接著圖7所執行之步驟(積滯沖洗步驟)的圖解性剖面圖。
圖9為用於說明接著圖8所執行之步驟(第1吐出步驟)的圖解性剖面圖。
圖10為用於說明接著圖9所執行之步驟(第1吐出步驟)的圖解性剖面圖。
圖11為用於說明接著圖10所執行之步驟(第2吐出步驟)的圖解性剖面圖。
圖12為用於說明接著圖11所執行之步驟(第2吐出步驟)的圖解性剖面圖。
圖13為用於說明接著圖12所執行之旋轉乾燥步驟的圖解性剖面圖。
圖14為用於說明水之液膜交界附近部分所發生之馬蘭哥尼效果的圖。
圖15為用於說明用以執行本發明第2實施形態之基板處理方法的基板處理裝置所具備之氣體吐出噴嘴之構成例的示意性縱剖 面圖。
圖16為用於說明藉由上述基板處理裝置所進行之基板處理之一例中之沖洗步驟及旋轉乾燥步驟的時序圖。
圖17為用於說明用以執行本發明第3實施形態之基板處理方法的基板處理裝置之構成的圖解性之圖。
圖1為用於說明用以執行本發明第1實施形態之基板處理方法之基板處理裝置1之內部配置的圖解性俯視圖。基板處理裝置1係對矽晶圓等之基板W依單片進行處理的單片式裝置。此實施形態中，基板W為圓板狀之基板。基板處理裝置1係包含：對基板W使用處理液進行處理的複數之處理單元2；裝載埠LP，係載置收容由處理單元2所處理之複數片基板W的載體C；搬送機器人IR及CR，係於裝載埠LP與處理單元2之間搬送基板W；與控制裝置3，係控制基板處理裝置1。搬送機器人IR係於載體C與搬送機器人CR之間搬送基板W。搬送機器人CR係於搬送機器人IR與處理單元2之間搬送基板W。複數之處理單元2例如具有相同構成。
圖2為用於說明處理單元2之構成例的圖解性剖面圖。
處理單元2係具備：箱形之腔室4；於腔室4內依水平姿勢保持一片基板W，使基板W繞通過基板W中心之鉛直之旋轉軸線A1進行旋轉的旋轉夾具5；用於對由旋轉夾具5所保持之基板W上面供給藥液的藥液供給單元6：用於對由旋轉夾具5所保持之基板W上面供給水(處理液)作為沖洗液的水供給單元7；用於 對由旋轉夾具5所保持之基板W上方，供給比重較空氣大之作為低表面張力液之有機溶劑之一例的IPA(異丙醇)之蒸氣(含有低表面張力液之氣體，IPA Vapor)及惰性氣體之至少一者的氣體吐出噴嘴8；與包圍旋轉夾具5周圍的筒狀之杯9。
腔室4係包含：收容旋轉夾具5或噴嘴之箱狀之隔壁10；由隔壁10上部對隔壁10內吹送清潔空氣(藉過濾器所過濾之空氣)的作為送風單元之FFU(fan filter unit，風扇過濾單元)111；與由隔壁10下部將腔室4內氣體排出的排氣管12。FFU111係配置於隔壁10上方，安裝於隔壁10之頂板。FFU111係由隔壁10之頂板朝下對腔室4內吹送清潔空氣。排氣管12係連接於杯9底部，朝設置基板處理裝置1之工廠中所設有的排氣處理設備導出腔室4內之氣體。從而，於腔室4內朝下方流動之下降流(down flow)係藉由FFU111及排氣管12所形成。基板W之處理係依於腔室4內形成有下降流的狀態進行。
作為旋轉夾具5，係採用於水平方向上挾持基板W並水平保持基板W的挾持式夾具。具體而言，旋轉夾具5係包含：旋轉馬達13；與此旋轉馬達13之驅動軸呈一體化的旋轉軸14；與於旋轉軸14之上端大致水平安裝的圓板狀之旋轉基底15。
於旋轉基底15上面，於其周緣部配置著複數個(3個以上，例如6個)之挾持構件16。複數個之挾持構件16係於旋轉基底15之上面周緣部，在對應基板W外周形狀之圓周上隔著適當間隔而配置。
又，作為旋轉夾具5，並不侷限於挾持式，例如亦可採用對基板W背面進行真空吸附，藉此依水平姿勢保持基板W， 再依此狀態繞鉛直之旋轉軸線進行旋轉，藉此使旋轉夾具5所保持之基板W旋轉的真空吸附式者(真空夾具)。
藥液供給單元6係包含：藥液噴嘴17；連接於藥液噴嘴17之藥液配管18；介設於藥液配管18之藥液閥19；與使藥液噴嘴17移動之第1噴嘴移動單元43。藥液噴嘴17為例如依連續流狀態吐出液體的直流噴嘴。於藥液配管18係供給來自藥液供給源的藥液。
若打開藥液閥19，由藥液配管18供給至藥液噴嘴17的藥液，係由藥液噴嘴17吐出至下方。若關閉藥液閥19，則停止來自藥液噴嘴17的藥液吐出。第1噴嘴移動單元43使藥液噴嘴17於由藥液噴嘴17所吐出之藥液供給至基板W上面的處理位置、與藥液噴嘴17於俯視下退避至旋轉夾具5之側方的退避位置之間移動。
藥液之具體例為蝕刻液及洗淨液。更具體而言，藥液可為氫氟酸、SC1(氨-過氧化氫水混合液)、SC2(鹽酸-過氧化氫水混合液)、氟化銨、緩衝氫氟酸(氫氟酸與氟化銨之混合液)等。
水供給單元7係包含：水噴嘴20；連接於水噴嘴20之水配管21；介設於水配管21之水閥22；與使水噴嘴20移動之第2噴嘴移動單元44。水噴嘴20為例如依連續流狀態吐出液體的直流噴嘴。於水配管21，係供給來自水供給源的常溫(約23℃)之水。
若打開水閥22，由水配管21供給至水噴嘴20的水，係由水噴嘴20吐出至下方。若關閉水閥22，則停止來自水噴嘴20之水吐出。第2噴嘴移動單元44係使水噴嘴20於由水噴嘴20所吐出之藥液供給至基板W上面的處理位置、與水噴嘴20於俯視下 退避至旋轉夾具5之側方的退避位置之間移動。
水之具體例為例如去離子水(DIW)，但並不限定於DIW，亦可為碳酸水、電解離子水、氫水、臭氧水及稀釋濃度(例如10ppm~100ppm左右)的鹽酸水之任一者。
尚且，藥液噴嘴17及水噴嘴20並不一定需要設置為可掃描，例如亦可採用固定設置於旋轉夾具5上方，使處理液(藥液或水)著液至基板W上面之既定位置、亦即所謂固定噴嘴的形態。
氣體吐出噴嘴8係安裝於噴嘴臂23之前端部。於噴嘴臂23，連結著使噴嘴臂23昇降或搖動、使氣體吐出噴嘴8移動的第3噴嘴移動單元24。第3噴嘴移動單元24例如使用支撐器、滾珠螺桿機構等所構成。
圖3為用於說明氣體吐出噴嘴8之構成例的示意性縱剖面圖。圖3表示氣體吐出噴嘴8接近基板W上面而配置的狀態。
氣體吐出噴嘴8係具有第1筒(內筒)31、外嵌於第1筒31並包圍第1筒31的第2筒(外筒)32的雙重之氣體吐出噴嘴。第1筒31及第2筒32分別之中心軸線係配置於包含鉛直軸線的共通之中心軸線A2上。第1筒31係除了下端部分31a之外形成為圓筒狀。第1筒31及第2筒32係分別使用氯乙烯、PCTFE(聚氯三氟乙烯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(全氟烷基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物)等之樹脂材料所形成。
第1筒31之下端部分31a係包含朝向下方擴展之第1喇叭狀部33。第1喇叭狀部33之下端部分33a係構成氣體吐出噴嘴8之下端。第1筒31之內部空間係構成第1氣體流路34，該第1氣體流路34係供自第1有機溶劑蒸氣配管51供給之有機溶劑蒸 氣、或自第2惰性氣體配管64供給之惰性氣體流通。第1氣體流路34之下端係開口為圓形，藉由此開口而形成第1吐出口36。此外，第1筒31之下端部分31a係形成為喇叭狀。因此，自第1吐出口36之中央部吐出之氣體係朝向鉛直下方吐出，此外，自第1吐出口36之周緣部吐出之氣體係朝向斜下外方吐出。亦即，第1吐出口36係朝向大致下方而吐出流通於第1氣體流路34之氣體(有機溶劑蒸氣或惰性氣體)整體。
第2筒32係包含筒狀部37、及封閉筒狀部37之上端部之封閉部38。第1筒31之外周與封閉部38內周之間係由密封構件(未圖示)氣密地密封。筒狀部37之下端部分37a係包含朝向下方擴展之第2喇叭狀部39。第2喇叭狀部39係具有較第1喇叭狀部33更大之彎曲率。第2喇叭狀部39之下端部分39a之相對於鉛直方向之傾斜角度係較第1喇叭狀部33之下端部分33a大。第2喇叭狀部39之下端部分39a係位於較第1喇叭狀部33之下端部分33a更靠上方。第1筒31與第2筒32之筒狀部37之間之空間係構成第2氣體流路42，該第2氣體流路42係供自第2有機溶劑蒸氣配管61供給之有機溶劑蒸氣、或自第2惰性氣體配管64供給之惰性氣體流通。
於第2氣體流路42之下端部分係藉由第1喇叭狀部33之下端部分33a與第2喇叭狀部39之下端部分39a而區隔有朝向斜下外方之環狀的第2吐出口40。第2吐出口40係朝斜下外方且環狀地吐出流通於第2氣體流路42之氣體(有機溶劑蒸氣或惰性氣體)。第2喇叭狀部39之下端部分39a之相對於鉛直方向之傾斜角度係較第1喇叭狀部33之下端部分33a大，因而來自第2吐出 口40之氣體之吐出方向D2相對於鉛直方向之傾斜角度係較來自第1吐出口36之氣體之吐出方向D1相對於鉛直方向之傾斜角度大。換言之，來自第2吐出口40之氣體之吐出方向D2之相對於鉛直方向之傾斜比例係較來自第1吐出口36之氣體之吐出方向D1大。
於氣體吐出噴嘴8之第1氣體流路34係連接有：第1有機溶劑蒸氣配管51，其係被供給有來自有機溶劑蒸氣供給源之高溫(較常溫高之溫度，例如約80℃)之有機溶劑蒸氣(例如IPA蒸氣)；及第1惰性氣體配管54，其係被供給有來自惰性氣體供給源之惰性氣體(例如氮氣、氬氣及氦氣中之1種以上)。供給至第1惰性氣體配管54之惰性氣體之比重係較供給至氣體吐出噴嘴8之有機溶劑蒸氣小。於第1有機溶劑蒸氣配管51係介設有：第1有機溶劑蒸氣閥52，其係用以開關第1有機溶劑蒸氣配管51；及第1流量調整閥53，其係調節第1有機溶劑蒸氣配管51之開度，而用以調整自第1吐出口36吐出之有機溶劑蒸氣之流量。雖未圖示，但第1流量調整閥53係包含於內部設置有閥座之閥身、對閥座進行開關之閥體、及使閥體在開位置與閉位置之間移動之致動器。於其他之流量調整閥亦相同。於第1惰性氣體配管54係介設有：第1惰性氣體閥55，其係用以開關第1惰性氣體配管54；及第2流量調整閥56，其係調節第1惰性氣體配管54之開度，而用以調整自第1吐出口36吐出之惰性氣體之流量。藉由一面關閉第1惰性氣體閥55，一面打開第1有機溶劑蒸氣閥52，來自第1有機溶劑蒸氣配管51之高溫之有機溶劑蒸氣係被供給至第1氣體流路34。流動於第1氣體流路34而到達第1氣體流路34之下端之高溫之有機溶劑蒸氣係自第1吐出口36吐出。此外，藉由一面關閉第1有機 溶劑蒸氣閥52，一面打開第1惰性氣體閥55，來自第1惰性氣體配管54之惰性氣體係被供給至第1氣體流路34。流動於第1氣體流路34而到達第1氣體流路34之下端之惰性氣體係自第1吐出口36吐出。
於氣體吐出噴嘴8之第2氣體流路42，連接著：供給來自有機溶劑蒸氣供給源之高溫(較常溫高之溫度，例如約80℃)的有機溶劑蒸氣(例如IPA蒸氣)的第2有機溶劑蒸氣配管61；與供給來自惰性氣體供給源之惰性氣體(例如氮氣、氬氣及氦氣中之1種以上)的第2惰性氣體配管64。供給至第2有機溶劑蒸氣配管61之有機溶劑蒸氣，係比重較供給至氣體吐出噴嘴8之有機溶劑蒸氣小。於第2有機溶劑蒸氣配管61，介設有：用於開關第2有機溶劑蒸氣配管61之第2有機溶劑蒸氣閥62；與調節第2有機溶劑蒸氣配管61之開度，用於調整由第2吐出口40所吐出之有機溶劑蒸氣之流量的第3流量調整閥63。於第2惰性氣體配管64，介設有：用於開關第2惰性氣體配管64之第2惰性氣體閥65；與調節第2惰性氣體配管64之開度，用於調整由第2吐出口40所吐出之惰性氣體之流量的第4流量調整閥66。藉由關閉第1惰性氣體閥55並打開第2有機溶劑蒸氣閥62，將來自第1有機溶劑蒸氣配管51之高溫之有機溶劑蒸氣供給至第2氣體流路42。於第1氣體流路34流通並到達第2氣體流路42下端之高溫之有機溶劑蒸氣，係由第2吐出口40吐出。又，藉由關閉第2有機溶劑蒸氣閥62並打開第2惰性氣體閥65，將來自第2惰性氣體配管64之惰性氣體供給至第2氣體流路42。於第2氣體流路42流通並到達第2氣體流路42下端之惰性氣體，係由第2吐出口40吐出。
在藉由基板處理裝置1對基板W進行處理時，如圖3所示，隨著旋轉夾具5之旋轉，基板W繞旋轉軸線(既定之鉛直軸線)A1進行旋轉。於此狀態下，氣體吐出噴嘴8係配置成使第1喇叭狀部33之下端部分33a與基板W上面之間隔著既定間隔(例如約10mm)而相對向的下位置。此時，氣體吐出噴嘴8之中心軸線A2係與旋轉軸線A1大致一致。
於此狀態，若選擇性地打開第1有機溶劑蒸氣閥52及第1惰性氣體閥55，則由第1吐出口36所吐出之氣體(有機溶劑蒸氣或惰性氣體)係吹附於基板W上面之以旋轉中心A0(旋轉軸線A1上)為中心之大致圓形的第1區域46。又，於此狀態，若選擇性地打開第2有機溶劑蒸氣閥62及第2惰性氣體閥65，則由第2吐出口40所吐出之氣體(有機溶劑蒸氣或惰性氣體)係吹附於包圍第1區域46外側之大致圓環狀的第2區域47。於對450mm之基板W進行處理之基板處理裝置1時，大致圓形狀之第1區域46之直徑為例如約50mm，大致圓環狀之第2區域47之內徑為例如約50mm，其外徑為例如約150mm。
如圖2所示，杯9係配置於較由旋轉夾具5所保持之基板W更靠外方(遠離旋轉軸線A1之方向)。杯9係包圍旋轉基底15。在旋轉夾具5使基板W旋轉的狀態，若將處理液供給至基板W，則供給至基板W之處理液被甩除至基板W周圍。在將處理液供給至基板W時，朝上開放之杯9之上端部9a係配置於較旋轉基底15更靠上方。從而，排出於基板W周圍之藥液或水等處理液，係由杯9所承接。而且，由杯9所承接之處理液，係被送至未圖示之回收裝置或廢液裝置。
圖4為用於說明基板處理裝置1之主要部分之電性構成的方塊圖。
控制裝置3係例如使用微電腦所構成。控制裝置3係具有CPU等運算單元、固定記憶體裝置、硬碟驅動器等記憶單元、及輸出入單元。記憶單元係記憶著由運算單元所執行之程式。
控制裝置3係依照事先決定之程式，控制旋轉馬達13、第1~第3噴嘴移動單元43、44、24等動作。進而，控制裝置3係控制藥液閥19、水閥22、第1有機溶劑蒸氣閥52、第1惰性氣體閥55、第2有機溶劑蒸氣閥62、第2惰性氣體閥65、第1流量調整閥53、第2流量調整閥56、第3流量調整閥63、第4流量調整閥66等之開關動作等。
圖5為擴大表示處理單元2之處理對象之基板W表面的剖面圖。處理對象之基板W為例如矽晶圓，於其屬於圖案形成面之表面(上面103)形成有圖案P。圖案P為例如細微圖案。圖案P係如圖5所示般，可為使具有凸形狀(柱狀)之構造體102配置為行列狀者。此時，構造體102之線寬W1設為例如10nm~45nm左右，圖案P之間隙W2設為例如10nm~數μm左右。圖案P之膜厚T為例如1μm左右。又，圖案P亦可例如長寬比(膜厚T相對於線寬W1的比)為例如5~500左右(典型為5~50左右)。
又，圖案P亦可為使藉由細微溝所形成之線狀圖案重複排列者。又，圖案P亦可藉由於薄膜設置複數之細微孔(空隙(void)或孔洞(pore))而形成。
圖案P係例如包含絕緣膜。又，圖案P亦可包含導體膜。更具體而言，圖案P係藉由積層了複數膜之積層膜所形成，進 而亦可含有絕緣膜與導體膜。圖案P亦可為由單層膜所構成的圖案。絕緣膜亦可為氧化矽膜(SiO2膜)或氮化矽膜(SiN膜)。又，導體膜可為導入了用於低電阻化之雜質的非晶質矽膜，亦可為金屬膜(例如金屬佈線膜)。
又，圖案P可為親水性膜。作為親水性膜，可例示TEOS膜(氧化矽膜之一種)。
圖6A為用於說明藉由基板處理裝置1所進行之基板處理之一例的流程圖。圖6B為用於說明基板處理裝置1中所執行之沖洗步驟(S3)及乾燥步驟(S4)的時序圖。圖7~圖13為用於說明積滯沖洗步驟T11至旋轉乾燥步驟T3為止之各步驟的圖解性圖。圖14為用於說明水之液膜交界附近部分70a所產生之馬蘭哥尼效果的圖。
參照圖1~圖13說明基板處理。並適當參照圖14。
未處理之基板W(例如直徑450mm之圓形基板)，係藉由搬送機器人IR、CR由載體C搬入至處理單元2，再搬入至腔室4內，將基板W依其表面(圖案形成面)朝上方之狀態交送至旋轉夾具5，由旋轉夾具5保持基板W(S1：基板搬入步驟(基板保持步驟))。在基板W搬入前，藥液噴嘴17、水噴嘴20及氣體吐出噴嘴8係退避至設定在旋轉夾具5側方的待機位置。
在搬送機器人CR退避至處理單元2外後，控制裝置3執行藥液步驟(步驟S2)。具體而言，控制裝置3係控制旋轉馬達13使旋轉基底15依既定之液處理速度(例如約800rpm)旋轉。又，控制裝置3係藉由控制第1噴嘴移動單元43，使藥液噴嘴17由退避位置移動至處理位置。其後，控制裝置3係打開藥液閥19，朝旋 轉狀態之基板W上面由藥液噴嘴17吐出藥液。由藥液噴嘴17所吐出之藥液係在供給至基板W上面後，因離心力而沿著基板W上面朝外方流動。進而，控制裝置3係依基板W旋轉之狀態，使藥液對基板W上面之供給位置於中央部與周緣部之間移動。藉此，藥液之供給位置通過基板W上面全域，掃描(scan)基板W上面全域，使基板W上面全域均勻地處理。在由藥液之吐出開始經過既定期間後，控制裝置3係關閉藥液閥19，使來自藥液閥17之藥液吐出停止，其後，控制第1噴嘴移動單元43，藉此使藥液噴嘴17由旋轉夾具5上方退避。
接著，控制裝置3執行沖洗步驟(步驟S3)。沖洗步驟係將基板W上之藥液置換為水並由基板W上排除藥液的步驟。具體而言，控制裝置3係控制第2噴嘴移動單元44，藉此使水噴嘴20由退避位置移動至處理位置。控制裝置3係打開水閥22。藉此，朝旋轉狀態之基板W上面，由水噴嘴20供給水。所供給之水係藉由離心力而遍及基板W全面。藉由此水，沖除附著於基板W上的藥液。
在水之供給開始起經過既定期間後，依基板W上面全域由水被覆的狀態，控制裝置3係控制旋轉馬達13，使基板W之旋轉速度由液處理速度階段性地減速為積滯速度(零或約40rpm以下的低旋轉速度。於圖6B之例中，例如約10rpm)。其後，將基板W之旋轉速度維持為積滯速度(積滯沖洗步驟T11(液膜形成步驟))。藉此，如圖7所示，於基板W上面，被覆基板W上面全域之水之液膜(處理液之液膜)70被支撐為積滯狀。於此狀態下，作用至基板W上面之水之液膜70的離心力小於在水與基板W上面間所 作用之表面張力，或上述離心力與上述表面張力幾乎呈抗衡。藉由基板W之減速，作用至基板W上之水的離心力減弱，由基板W上排出之水量減少。又，於積滯沖洗步驟T11中，於積滯狀之水之液膜70後亦可繼續對基板W供給水。
在將基板W減速為積滯速度後經過既定期間時，控制裝置3係控制第3噴嘴移動單元24，將氣體吐出噴嘴8由退避位置拉出至基板W中央部上方。於此狀態下，氣體吐出噴嘴8之中心軸線A2與旋轉軸線A1呈大致一致。
在將基板W減速為積滯速度後經過既定期間時，控制裝置3係關閉水閥22，停止由水噴嘴20之水吐出。其後，控制裝置3係藉由控制第2噴嘴移動單元44，將水噴嘴20回到退避位置。
其後，控制裝置3係控制第3噴嘴移動單元24，將氣體吐出噴嘴8下降至下位置(吐出口配置步驟)。在由水噴嘴20經過既定期間時，控制裝置3係控制旋轉馬達13，使基板W之旋轉加速。藉此，結束積滯沖洗步驟T11(沖洗步驟(S3)結束)。
接著，控制裝置3執行乾燥步驟(步驟S4)。於乾燥步驟(S4)中，控制裝置3控制旋轉馬達13使基板W之旋轉速度上升至既定之第1旋轉速度(例如約50rpm)(旋轉步驟)。受到因基板W之旋轉(約50rpm之旋轉)所造成之離心力，基板W之中央部之水被推展至外方，其結果，於基板W中央部水之液膜70部分薄膜化，因此，於基板W中央部形成圓形之液膜去除區域75(參照圖9)。於液膜去除區域75之形成後，控制裝置3亦控制旋轉馬達13將基板W之旋轉速度維持為第1旋轉速度(例如約50rpm)(旋轉步驟)。藉 此，液膜去除區域75逐漸擴大(參照圖10)。亦即，水之液膜70中之與液膜去除區域75的交界80(以下稱為「液膜交界80」)朝徑向外方移動。
其後，在成為既定時機時，控制裝置3係控制旋轉馬達13，將基板W之旋轉速度上升至較第1旋轉速度快之既定之第2旋轉速度(例如約100rpm)，並維持為此速度(旋轉步驟)。隨著基板W之旋轉速度上升，液膜去除區域75更加擴大，使其擴大至基板W上面全域。因此，液膜交界80亦朝徑向外方移動。
在液膜去除區域75擴大至基板W上面全域後，控制裝置3將基板W之旋轉更加加速至甩乾乾燥速度(例如約1500rpm)。在基板W之旋轉加速後經過既定期間時，控制裝置3係控制旋轉馬達13使旋轉夾具5之旋轉停止。其後，搬送機器人CR進入至處理單元2，將處理完畢之基板W搬出至處理單元2外(步驟S5)。此基板W係由搬送機器人CR交給搬送機器人IR，藉由搬送機器人IR收納至載體C。
於乾燥步驟(S4)中，自氣體吐出噴嘴8吐出氣體(有機溶劑蒸氣及惰性氣體)。
於乾燥步驟(S4)中，控制裝置3係在基板W加速至第1旋轉速度的同時，開始執行第1吐出步驟T1。具體而言，控制裝置3係一邊關閉第1惰性氣體閥55、一邊打開第1有機溶劑蒸氣閥52，且一邊關閉第2有機溶劑蒸氣閥62、一邊打開第2惰性氣體閥65。因此，在來自第1有機溶劑蒸氣配管51之高溫之有機溶劑蒸氣被供給至第1氣體流路34的同時，來自第2惰性氣體配管64之惰性氣體被供給至第2氣體流路42。藉此，在使高溫之有機溶劑蒸 氣由第1吐出口36朝吐出方向D1吐出時，使惰性氣體由第2吐出口40朝吐出方向D2吐出。由第1吐出口36所吐出之高溫之有機溶劑蒸氣，係吹附至大致圓形之第1區域46(參照圖3)，由第2吐出口40所吐出之惰性氣體，係吹附至大致圓環狀之第2區域47(參照圖3)。於此實施形態之第1吐出步驟T1中，由第1吐出口36所吐出之有機溶劑蒸氣之吐出流量例如為約30(公升/分鐘)，由第2吐出口40所吐出之惰性氣體之吐出流量例如為約10(公升/分鐘)。藉由從第1吐出口36及第2吐出口40吐出氣體，基板W上方空間中基板W上面之附近區域(以下簡稱為「附近區域」)11(參照圖9)被有機溶劑蒸氣與惰性氣體所充滿。
於第1吐出步驟T1，基板W之旋轉速度維持為第1旋轉速度(約50rpm)。而且，如上述般藉由因基板W之旋轉(約50rpm之旋轉)所造成之離心力的作用，於基板W上面之包含旋轉中心A0的區域形成小徑之液膜去除區域75。
藉由高溫之有機溶劑蒸氣之吹附，液膜去除區域75之周圍係由高溫之有機溶劑蒸氣環境所充滿。藉此，於水之液膜70中，對液膜交界80附近之部分(以下稱為「液膜交界附近部分70a」)供給高溫之有機溶劑蒸氣。於液膜去除區域75形成水之薄膜76。由於有機溶劑多量地溶入至薄膜76，故水之薄膜76依高濃度含有有機溶劑。進而由於液膜去除區域75周圍被保持為有機溶劑蒸氣之環境，故有機溶劑蒸氣之擴散不進行，其結果，抑制或防止水之薄膜76所含之有機溶劑的蒸發進行。從而，於液膜去除區域75，無法將水全部完全去除，保持水之薄膜76。於此實施形態中，水之薄膜76之厚度厚達數百nm之等級，且設定為較圖案P之高度低。
水之薄膜76之所以較厚，係由於下述理由。亦即，由第1吐出口36吐出之有機溶劑蒸氣，係具有較常溫(例如約23℃)高之溫度(例如約80℃)。另一方面，由水噴嘴20所吐出之水之液溫為常溫，因此，於基板W上面所形成之水之液膜70之液溫亦為常溫。因此，由於供給至基板W上面之有機溶劑蒸氣具有較水之液膜70高的溫度，故於第1吐出步驟T1中，有機溶劑蒸氣多量地凝結於基板W上面，隨此使水之薄膜76變厚。亦即，於此實施形態中，供給至基板W上面之有機溶劑蒸氣之溫度為高溫(例如約80℃)，故水之薄膜76設定為較厚。
又，於第1吐出步驟T1中，由第2吐出口40吐出惰性氣體。於第1吐出步驟T1中，由於液膜去除區域75於基板W之包含旋轉中心A0之區域依小徑存在，故水之液膜70之主體部分92位於第2區域47。從而，藉由由第2吐出口40吐出惰性氣體，可藉由惰性氣體覆蓋水之液膜70之主體部分92上面。
如圖14所示，若液膜交界附近部分70a之周圍為有機溶劑蒸氣環境，則水之薄膜76中於液膜交界80之附近部分(以下稱為「薄膜之液膜交界附近部分76a」)與水之液膜70之主體部分92之間發生有機溶劑的濃度差、亦即表面張力差，藉由因馬蘭哥尼效果所造成之水之收縮作用，顯示液膜交界附近部分70a朝上方隆起的行為。其結果，液膜交界附近部分70a之水之液面角度(相對於水平面之角度)θ(以下稱為「液膜交界80之液面角度θ」)變大。
於此第1吐出步驟T1中，由於藉由惰性氣體被覆水之液膜70之主體部分92上面，故僅對液膜交界附近部分70a供給有機溶劑蒸氣，並採用高溫之有機溶劑蒸氣作為該有機溶劑蒸氣。 因此，可使液膜交界附近部分70a與水之液膜70之主體部分92之間的有機溶劑蒸氣之濃度差加大，故可使液膜交界附近部分70a與水之液膜70之主體部分92之間的表面張力差加大。藉此，作用至水之液膜70的馬蘭哥尼效果增強，其結果，液膜交界80之液面角度θ更加變大。
如上述，於液膜去除區域75形成後，亦將基板W之旋轉速度維持為第1旋轉速度(例如約50rpm)，藉此，液膜去除區域75擴大為某程度大小。隨著液膜去除區域75之擴大，液膜交界80朝基板W之徑向外方移動。此時，如圖10所示，亦有液膜交界80超出第1區域46外的情形。
然而，此情況下，如圖10所示，由於有機溶劑與惰性氣體之比重差，而於附近區域11中接近基板W上面之較低位置流動有機溶劑之蒸氣，於附近區域11中遠離基板W上面之較高位置流動惰性氣體。因此，可使由第1吐出口36所吐出之有機溶劑蒸氣，於基板W上面附近沿著該上面朝外方移動，可使有機溶劑蒸氣與液膜交界80衝撞。從而，在液膜交界80移動至第1區域46外後，仍可將有機溶劑蒸氣良好地持續供給至液膜交界80。
又，雖說明了將第1吐出步驟T1之開始時機設為與基板W加速為第1旋轉速度之時機相同，但亦可較基板W加速為第1旋轉速度之時機早。
又，控制裝置3係在基板W加速為第2旋轉速度的同時，開始執行第2吐出步驟T2。具體而言，控制裝置3係關閉第1有機溶劑蒸氣閥52而打開第1惰性氣體閥55，且關閉第2惰性氣體閥65而打開第2有機溶劑蒸氣閥62。因此，在來自第1惰 性氣體配管54之惰性氣體被供給至第1氣體流路34的同時，來自第2有機溶劑蒸氣配管61之高溫之有機溶劑蒸氣被供給至第2氣體流路42。藉此，在使惰性氣體由第1吐出口36朝吐出方向D1吐出時，使高溫之有機溶劑蒸氣由第2吐出口40朝吐出方向D2吐出。由第1吐出口36所吐出之惰性氣體，係吹附至大致圓形之第1區域46(參照圖3)，由第2吐出口40所吐出之高溫之有機溶劑蒸氣，係吹附至大致圓環狀之第2區域47(參照圖3)。於此實施形態之第2吐出步驟T2中，由第1吐出口36所吐出之惰性氣體之吐出流量例如為約30(公升/分鐘)，由第2吐出口40所吐出之有機溶劑蒸氣之吐出流量例如為約100(公升/分鐘)。
於第2吐出步驟T2，係將基板W之旋轉速度維持為第2旋轉速度(約100rpm)。藉此，液膜去除區域75擴大至基板W全域。隨著液膜去除區域75之擴大，液膜交界80朝基板W之徑向外方移動。
於第2吐出步驟T2中，由第2吐出口40使高溫之有機溶劑蒸氣朝斜下外方吐出。由於有機溶劑之比重較空氣大，故由第2吐出口40所吐出之有機溶劑蒸氣，係於附近區域11中接近基板W上面之較低位置，沿著該上面朝外方移動，並與液膜交界80衝撞。藉此，於第2吐出步驟T2中，可將有機溶劑蒸氣良好供給至液膜交界80。而且，由於有機溶劑蒸氣之移動方向與液膜交界80之移動方向均於徑向外方上為一致，故不論液膜交界80之移動狀況如何，均可對液膜交界80持續供給高溫之有機溶劑蒸氣。
又，於第2吐出步驟T2中，供給至基板W上面之有機溶劑蒸氣亦具有較水之液膜70高的溫度。因此，有機溶劑蒸氣 於基板W上面多量地凝結，隨此而水之薄膜76變厚。從而，水之薄膜76之厚度係與第1吐出步驟T1同樣地設定為較厚之數百nm等級。
又，於第2吐出步驟T2中，由第1吐出口36朝基板W上面之第1區域46吐出惰性氣體。藉由將惰性氣體供給至基板W上面之第1區域46，將基板W上面中央部之環境置換為惰性氣體，使水之薄膜76所含之有機溶劑蒸氣的蒸發進行。藉此，由基板W上面之中央部去除水之薄膜，使基板W上面之中央部乾燥。
又，供給至第1區域46的惰性氣體，係將朝第2區域47吐出之有機溶劑蒸氣朝徑向外方推展。藉此，可使由第1吐出口36所吐出、於基板W上面附近沿著該上面移動的有機溶劑蒸氣推抵至液膜交界80，故而，可將液膜交界附近部分70a之周圍保持為有機溶劑蒸氣之環境。此時，藉由採用氬氣等比重較大的氣體作為由氣體吐出噴嘴8所吐出之惰性氣體，可更容易推展有機溶劑蒸氣。
然而，如上述，由於供給至基板W上面之有機溶劑蒸氣具有較水之液膜70高的溫度，故有機溶劑蒸氣多量地凝結於基板W上面。由於有機溶劑蒸氣之凝結，若薄膜之液膜交界附近部分76a之厚度超過圖案P之高度，則有隨著液膜交界80之移動(液膜去除區域75之擴大)而圖案P倒壞之虞。
然而，於第2吐出步驟T2中，藉由由第1吐出口36所吐出之惰性氣體推展液膜去除區域75，結果促進液膜交界80之移動。藉此，在薄膜之液膜交界附近部分76a之厚度變厚前，可使液膜交界80移動至基板W之外周端(亦即，將液膜去除區域75擴 展至基板W上面全域)。從而，在圖案P倒壞前，可由基板W上面全域將水去除(使其乾燥)。
又，雖說明了將第2吐出步驟T2之開始時機設為與基板W加速為第2旋轉速度之時機相同，但亦可較基板W加速為第2旋轉速度之時機早。
在第2吐出步驟T2開始起經過事先決定之期間(例如5秒)時，液膜去除區域75已擴大至基板W上面全域。於此時機，控制裝置3係使基板W之旋轉更加加速至甩乾乾燥速度(例如約1500rpm)。亦即，控制裝置3開始執行旋轉乾燥步驟T3。
又，控制裝置3係在與將基板W加速為甩乾乾燥速度(例如約1500rpm)之同時，開始執行旋轉乾燥步驟T3。具體而言，控制裝置3係於維持第1有機溶劑蒸氣閥52之關狀態及第1惰性氣體閥55之開狀態之下，關閉第2有機溶劑蒸氣閥62並打開第2惰性氣體閥65。藉此，由第1吐出口36及第2吐出口40之雙方吐出惰性氣體。由第1吐出口36所吐出之惰性氣體係吹附至大致圓形之第1區域46(參照圖3)，由第2吐出口40所吐出之惰性氣體係吹附至大致圓環狀之第2區域47(參照圖3)。
在旋轉乾燥步驟T3結束時，控制裝置3控制第3噴嘴移動單元24，將氣體吐出噴嘴8上拉至基板W中央部上方後使其退避至退避位置。
如以上，根據此實施形態，於第1吐出步驟T1中，由第1吐出口36朝基板W上面之第1區域46吐出有機溶劑蒸氣，且由第2吐出口40朝包圍第1區域46之第2區域47吐出惰性氣體。
於第1吐出步驟T1，係一邊使基板W旋轉、一邊對基板W上面之包含旋轉中心A0的區域供給有機溶劑蒸氣。受到因基板W之旋轉(50rpm之旋轉)所造成的離心力，基板W上面之包含旋轉中心A0之區域的水被推展至外方。其結果，於基板W上面之包含旋轉中心A0之區域中水之液膜70部分地薄膜化，因此於基板W中央部形成液膜去除區域75。於液膜去除區域，保持與液膜交界附近部分70a相連的水之薄膜76。
在液膜交界附近部分70a之周圍為有機溶劑蒸氣之環境時，於薄膜之液膜交界附近部分76a與水之液膜70之主體部分92之間產生有機溶劑之濃度差、亦即表面張力差，由於馬蘭哥尼效果所造成之水之收縮作用，顯示液膜交界附近部分70a朝上方隆起的行為。其結果，液膜交界80之液面角度θ變大。
而且，於此實施形態中，係在液膜去除區域75為較小時開始執行第1吐出步驟T1，其後，在液膜去除區域75擴大中之既定時機，停止第1吐出步驟T1之執行並開始執行第2吐出步驟T2。亦即，在液膜去除區域75之擴大進行至某程度的時機，將吐出有機溶劑之吐出口由第1吐出口36切換為第2吐出口40。藉此，可使基板W上面之有機溶劑蒸氣之供給位置追隨因液膜去除區域75擴大而液膜交界80之移動而移動。從而，在涵括液膜去除區域75之形成起至該液膜去除區域75擴大至基板W全域的期間，可將液膜交界附近部分70a周圍持續保持為有機溶劑蒸氣之環境，藉此，於該期間中，可將液膜交界80之液面角度θ持續保持較大。故而，可抑制或防止圖案P倒壞，並由基板W上面去除水。
又，藉由採用此實施形態之基板處理方法，即使是基 板W上面顯示親水性的情況(例如圖案P(參照圖5等)為親水性膜的情況)，仍可防止液膜交界80之液面角度θ變得過小。從而，即使在基板W上面顯示親水性的情況，仍可一面抑制圖案P倒壞、一面由基板W上面去除水。
又，由於供給至基板W上面之有機溶劑蒸氣具有較水之液膜70高之溫度，故於第1吐出步驟T1及第2吐出步驟T2中，有機溶劑蒸氣對基板W上面之凝結量增大，隨此而水之薄膜76變厚(數百nm等級)。藉此，於液膜交界附近部分70a與水之液膜70之主體部分92之間的有機溶劑蒸氣之濃度差、亦即液膜交界附近部分70a與水之液膜70之主體部分92之間的表面張力差變大。故而，作用於水之液膜70的馬蘭哥尼效果增強，其結果，液膜交界80之液面角度θ更加變大。從而，在涵括液膜去除區域75之形成起至該液膜去除區域75擴大至基板W上面全域的期間，可將液膜交界80之液面角度θ持續保持為更大。
又，第2吐出步驟T2中，由第2吐出口40將有機溶劑蒸氣朝斜下外方吐出。由於有機溶劑之比重較空氣重，故由第2吐出口40所吐出之有機溶劑蒸氣，在附近區域11中接近基板W上面的較低位置，沿著該上面朝外方移動，與液膜交界80衝撞。因此，可將有機溶劑蒸氣良好地供給至液膜交界80。而且，由於有機溶劑蒸氣之移動方向與液膜交界80之移動方向均於徑向外方上呈一致，故不論液膜交界80之移動狀況如何，可對液膜交界80持續供給有機溶劑蒸氣。
然而，在由氣體吐出噴嘴8吐出高溫之有機溶劑蒸氣的情況，有隨著有機溶劑蒸氣對基板W上面之凝結量增大，薄膜 之液膜交界附近部分76a之厚度亦增大之虞。在薄膜之液膜交界附近部分76a之厚度超過圖案P高度的情況，有隨著液膜交界80移動(液膜去除區域75之擴大)而圖案P倒壞之虞。
於此實施形態中，於第2吐出步驟T2中，由第1吐出口36吐出惰性氣體，因此，推展液膜去除區域75，結果促進液膜交界80之移動。藉此，在薄膜之液膜交界附近部分76a之膜厚變厚之前，可使液膜交界80移動至基板W外周端(亦即使液膜去除區域75擴展至基板W上面全域)。從而，可在圖案P倒壞前，由基板W上面全域去除水(使其乾燥)。
圖15為用於說明用以執行本發明第2實施形態之基板處理方法的基板處理裝置201所具備之氣體吐出噴嘴208之構成例的示意性縱剖面圖。
第2實施形態中，對於對應至第1實施形態所示各部的部分，係加註表示與圖1~圖13相同之元件符號，並省大致說明。
第2實施形態之基板處理裝置201所含之氣體吐出噴嘴208，與第1實施形態之基板處理裝置1所含之氣體吐出噴嘴8的相異點在於：藉由以環狀之第3氣體流路216包圍第2氣體流路42外方，構成三重之氣體吐出噴嘴。
具體而言，氣體吐出噴嘴208係進一步包含：包圍第2筒32之第3筒(外筒)212。第3筒212係以中心軸線A2作為中心軸線。第3筒212係包含筒狀部213、與封閉筒狀部213之上端部的封閉部214。於第2筒32外周與封閉部214之內周之間，係藉由密封構件(未圖示)氣密性地密封。筒狀部213之下端部分213a，係包含朝下方擴展之第3喇叭狀部215。第3喇叭狀部215係具有大 於第2喇叭狀部39的彎曲率。第3喇叭狀部215之下端部分215a之對鉛直方向之傾斜角度較第2喇叭狀部39之下端部分39a大。第3喇叭狀部215之下端部分215a係位於較第2喇叭狀部39之下端部分39a更上方。第2筒32與第3筒212之筒狀部213之間，係構成由第3惰性氣體配管218所供給之惰性氣體所流通的第3氣體流路216。
於第3氣體流路216之下端部分，係藉由第2喇叭狀部39之下端部分39a與第3喇叭狀部215之下端部分215a，區分出朝斜下外方之環狀之第3吐出口217。第3吐出口217係將在第3氣體流路216流通之惰性氣體朝斜下外方且環狀地吐出。第3喇叭狀部215之下端部分215a由於對鉛直方向之傾斜角度大於第2喇叭狀部39之下端部分39a，故由第3吐出口217之氣體之吐出方向D3之對鉛直方向的傾斜角度較由第2吐出口40之氣體之吐出方向D2之對鉛直方向之傾斜角度大。換言之，由第3吐出口217之氣體吐出方向D3之對鉛直方向之傾斜程度較由第2吐出口40之氣體吐出方向D2大。
對氣體吐出噴嘴208之第3氣體流路216，係連接著由惰性氣體供給源供給惰性氣體(例如氮氣、氬氣及氦氣中之一種以上)的第3惰性氣體配管218。於第3惰性氣體配管218，介設著用於開關第3惰性氣體配管218的第3惰性氣體閥219，與調節第3惰性氣體配管218之開度而用於調整由第3吐出口217所吐出之惰性氣體流量的第4流量調整閥220。藉由打開第3惰性氣體閥219，來自第3惰性氣體配管218之惰性氣體被供給至第3氣體流路216，於第3氣體流路216流動並到達第3氣體流路216之下端 的惰性氣體係由第3吐出口217吐出。
尚且，雖說明了將由第3吐出口217之氣體吐出方向D3設為朝斜下向外，但亦可為向外(亦即橫向)。
圖16為用於說明藉由基板處理裝置201所進行之基板處理之一例中之沖洗步驟及旋轉乾燥步驟的時序圖。
由基板處理裝置201所進行之基板處理例中，關於來自第1吐出口36及第2吐出口40之氣體吐出控制，由於與使用圖6A所說明之、由基板處理裝置1所進行之基板處理例相同，故省大致其說明。
在使氣體吐出噴嘴8配置於下位置後，若成為第1吐出步驟T1，則具體而言，控制裝置3打開第3惰性氣體閥219，將惰性氣體由第3吐出口217朝吐出方向D3吐出。由第3吐出口217所吐出之惰性氣體，係吹附至第2區域47外側之圓環狀區域。其後，在旋轉乾燥步驟T3結束為止，持續由第3吐出口217之惰性氣體吐出。
根據第2實施形態，係發揮與上述第1實施形態相關說明之作用效果同等的作用效果。
圖17為用於說明用以執行本發明第3實施形態之基板處理方法的基板處理裝置301之構成的圖解性圖。
第3實施形態中，與第1實施形態共通之部分係加註與圖1~圖14相同之參照符號並省大致說明。第3實施形態之基板處理裝置301與第1實施形態之基板處理裝置1相異的主要點在於：設置與由旋轉夾具5所保持之基板W之上面相對向的對向構件302，於對向構件302可一體移動地設置氣體吐出噴嘴308。
對向構件302為圓板狀。對向構件302之直徑係與基板W之直徑為同等，或大於基板W之直徑。於對向構件302之下面，形成有與由旋轉夾具5所保持之基板W之上面相對向、由平坦面所構成之圓形之對向面304。對向面304係與基板W上面全域相對向。對向構件302係藉由保持器305，依使對向構件302之中心軸線位於旋轉夾具5之旋轉軸線A1上的方式，依水平姿勢所支撐著。
於對向構件302之上面，係固定著以通過對向構件302中心之鉛直軸線(與旋轉夾具5之旋轉軸線A1一致的鉛直軸線)為中心軸線的中空圓筒狀之保持器305。保持器305係形成為中空，於其內部係使氣體吐出噴嘴308依於鉛直方向上延伸的狀態插通。氣體吐出噴嘴308係具備與第1實施形態之氣體吐出噴嘴8(參照圖3等)大致同等的構成。
氣體吐出噴嘴308係經由形成於對向構件302中央部之貫通孔312，突出至較對向面304更下方。氣體吐出噴嘴308係依使第1及第2吐出口36、40露出至較對向面304更下方的方式，決定相對於對向構件302的位置。更具體而言，對向面304與第2吐出口40上端之間的間隙為若干量。
於保持器305，結合著支撐構件升降單元311。控制裝置3係控制支撐構件升降單元311，使對向構件302之對向面304在接近由旋轉夾具5所保持之基板W上面的接近位置、與由旋轉夾具5上方大幅退避之退避位置之間升降。對向構件302位於接近位置時，氣體吐出噴嘴308之第1喇叭狀部33之下端部分33a與基板W上面，係隔著既定間隔(例如約7mm)而對向。又，對向面 304與基板W上面之間設定為窄間隔(例如約10mm)。
第3實施形態之基板處理裝置301，係執行與第1實施形態之基板處理例(圖6A~圖13所示基板處理例)同等的處理。於乾燥步驟(圖6A之步驟S4)，控制裝置3係控制支撐構件升降單元311，將對向構件302配置於接近位置。其後，進行由氣體吐出噴嘴308之有機溶劑蒸氣及惰性氣體的吐出。由氣體吐出噴嘴308之第1及第2吐出口36、40的氣體吐出時機等及基板W之旋轉的態樣，係與第1實施形態之基板處理例(圖6A~圖13所示基板處理例)的情況同等。因此，第3實施形態係發揮相關第1實施形態所說明之效果同等的效果。
又，第3實施形態中，除了來自氣體吐出噴嘴308之有機溶劑蒸氣及惰性氣體關於第1實施形態所說明之作用效果之外，由於可由基板W上方之窄空間310(亦即，附近區域11)與基板W周圍阻斷，故附近區域11所流動之有機溶劑蒸氣之氣流及惰性氣體之氣流不易受到外部亂流的影響。藉此，可在涵括液膜去除區域75之形成起至該液膜去除區域75擴大至基板W全域的期間，穩定保持有機溶劑蒸氣之氣流及惰性氣體之氣流。
以上說明了本發明3種實施形態，但本發明亦可依其他形態實施。
例如，各實施形態中，亦可使第2吐出步驟T2中由第1吐出口36之有機溶劑蒸氣之吐出流量，於吐出開始後增大。此時，可對隨著液膜去除區域75之擴大而由旋轉中心A0遠離之液膜交界80，持續供給有機溶劑蒸氣。
又，上述各實施形態中，列舉了吐出有機溶劑蒸氣作 為氣體吐出噴嘴8、208、308所吐出之含有低表面張力液之氣體的構成為例，但亦可為吐出有機溶劑蒸氣與作為載體氣體之惰性氣體(例如氮氣)之混合氣體的構成。
又，上述各實施形態中，由氣體吐出噴嘴8、208、308所吐出之有機溶劑蒸氣為較常溫高之溫度的有機溶劑蒸氣，但亦可為使常溫之有機溶劑蒸氣由氣體吐出噴嘴8、208、308吐出。此時，若使基板W上面所形成之水之液膜70之液溫較常溫低，則供給至基板W上面之有機溶劑蒸氣具有較水之液膜70高的溫度，此時，可將第1吐出步驟T1及第2吐出步驟T2中形成於基板W上面之水之薄膜76保持為較厚。
又，第1吐出步驟T1/或及第2吐出步驟T2中，亦可與自氣體吐出噴嘴8、208、308之氣體吐出並行地，對基板W之周緣部(水之液膜70之主體部分92)使用水噴嘴20(參照圖2)等供給水。此時，必需依不對液膜去除區域75供給水之方式，在擴大之液膜去除區域75覆蓋基板W上面全域之前(亦即，液膜交界80到達基板W上面周緣前)的既定時機，停止水供給。
又，上述各實施形態中，於第1吐出步驟T1中，亦可不由第2吐出口40吐出惰性氣體。此時，附近區域11被有機溶劑蒸氣之環境充滿。因此，較佳係在將氣體吐出噴嘴8、208、308配置於下位置後，由第1吐出口36、第2吐出口40、第3吐出口217吐出惰性氣體，藉此於附近區域11充滿惰性氣體。此時，於第1吐出步驟T1，可藉由惰性氣體被覆水之液膜70之主體部分92上面，藉此可僅對液膜交界附近部分70a供給有機溶劑蒸氣。
又，亦可設為將第3實施形態之構成組合至第2實施 形態的構成。亦即，亦可設為將構成為三重噴嘴之氣體吐出噴嘴208組裝至第3實施形態之對向構件302內部的構成。
又，作為氣體吐出噴嘴之態樣，於第1~第3實施形態中顯示了氣體吐出噴嘴8、208、308之合計3種態樣，但氣體吐出噴嘴亦可為其他態樣。
亦即，上述實施形態所說明之氣體吐出噴嘴8、208、308，係採用於複數吐出口中越靠外側之吐出口、該吐出口之位置越高的構成，但亦可使所有吐出口之高度位置對齊。又，上述實施形態所說明之氣體吐出噴嘴8、208、308，係說明了於複數吐出口中越靠外側之吐出口、由該吐出口之氣體吐出方向相對於鉛直方向的傾斜角度越大，但亦可使所有吐出口之氣體吐出方向對齊(例如鉛直朝下)。
又，氣體吐出噴嘴並不侷限於雙重噴嘴或三重噴嘴，亦可採用四重以上之多重噴嘴。
又，此實施形態中，說明了於第1吐出步驟T1中由第1吐出口36所吐出之有機溶劑蒸氣(供給至基板W上面之有機溶劑蒸氣)為高溫(約80℃)，但於第1吐出步驟T1中，亦可使常溫之有機溶劑蒸氣、或常溫以上且未滿沸點(82.4℃)的既定溫度(例如約30℃~約60℃)之有機溶劑蒸氣由第1吐出口36吐出。此時，於液膜去除區域75所形成之水之薄膜76的厚度為數nm。
此時，液膜交界附近部分70a與水之液膜70之主體部分92之間的低表面張力液的濃度差，雖不如上述各實施形態之情況般大，但即使如此，亦即液膜交界附近部分70a與水之液膜70之主體部分92之間仍存在表面張力差，因此，亦可對水之液膜70 作用馬蘭哥尼效果。故而，顯示液膜交界附近部分70a朝上方隆起的行為。從而，在涵括由液膜去除區域75之形成起至該液膜去除區域75擴大至基板W全域的期間，可將液膜交界80之液面角度θ持續保持為較大。
又，上述各實施形態中，亦可將第2吐出步驟T2中之基板W之旋轉速度(第2旋轉速度)設為與第1吐出步驟T1中之基板W之旋轉速度(第1旋轉速度)相同程度的旋轉速度。
又，作為比重較空氣大且具有較水低之表面張力的低表面張力液，列舉屬於有機溶劑一例的IPA為例進行了說明，但作為此種低表面張力液，除了IPA以外，可採用例如甲醇、乙醇、丙酮、EG(乙二醇)、HFE(氫氟醚)、正丁醇、第三丁醇、異丁醇、2-丁醇等有機溶劑。
又，上述各實施形態中，列舉構成處理液之液膜(水之液膜70)之處理液為水的情況為例進行了說明，但構成液膜之處理液亦可為IPA(液體)。此時，作為低表面張力液亦可採用HFE或EG。
又，上述各實施形態中，針對基板處理裝置1、201、301為處理圓板狀基板W之裝置的情況進行了說明，但基板處理裝置1、201、301亦可為對液晶顯示裝置用玻璃基板等多角形基板進行處理的裝置。
雖針對本發明之實施形態進行了詳細說明，但此等僅為用於闡明本發明之技術內容的具體例，本發明並不應限定於此等具體例而解釋，本發明之範圍僅由隨附之申請專利範圍所限定。
本申請案係與於2016年1月28日向日本專利局提出 之日本專利特願2016-14567號對應，該申請案之所有揭示內容均藉由引用而併入本文中。

Claims (6)

  1. 一種基板處理方法，係包含：基板保持步驟，係水平保持於上面形成有圖案的基板；液膜形成步驟，係於上述基板之上面，形成較上述圖案高度為厚之處理液之液膜；吐出口配置步驟，係依使第1吐出口朝向上述基板上面之包含旋轉中心之既定第1區域，且使第2吐出口朝向上述基板上面之包圍上述第1區域外側之既定第2區域的方式，配置上述第1及第2吐出口；第1吐出步驟，係由上述第1吐出口吐出含有低表面張力液之氣體，且不由上述第2吐出口吐出上述含有低表面張力液之氣體，該含有低表面張力液之氣體係含有比重較空氣大且具有較上述處理液之表面張力為低的低表面張力液之蒸氣；第2吐出步驟，係於上述第1吐出步驟後，由上述第2吐出口吐出上述含有低表面張力液之氣體，且不由上述第1吐出口吐出上述含有低表面張力液之氣體；以及旋轉步驟，係與上述第1及第2吐出步驟並行，使上述基板繞既定之鉛直軸線旋轉。
  2. 如請求項1之基板處理方法，其中，由上述第1吐出口所吐出之氣體的吐出方向包括鉛直下方；由上述第2吐出口所吐出之氣體的吐出方向包括斜下外方。
  3. 如請求項1或2之基板處理方法，其中，上述含有低表面張力液之氣體係具有較常溫高之溫度。
  4. 如請求項1或2之基板處理方法，其中，上述第2吐出步驟係包含：由上述第1吐出口吐出不含上述低表面張力液之蒸氣且比重較上述低表面張力液為小之惰性氣體的步驟。
  5. 如請求項1或2之基板處理方法，其中，上述第1吐出步驟係包含：由上述第2吐出口吐出不含上述低表面張力液之蒸氣且比重較上述低表面張力液為小之惰性氣體的步驟。
  6. 如請求項1或2之基板處理方法，其中，上述處理液係包含水；上述低表面張力液係包含有機溶劑。
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