WO2021205909A1 - 基板処理方法、及び基板処理装置 - Google Patents

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WO2021205909A1
WO2021205909A1 PCT/JP2021/012988 JP2021012988W WO2021205909A1 WO 2021205909 A1 WO2021205909 A1 WO 2021205909A1 JP 2021012988 W JP2021012988 W JP 2021012988W WO 2021205909 A1 WO2021205909 A1 WO 2021205909A1
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WO
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layer
organic solvent
liquid layer
liquid
water
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Application number
PCT/JP2021/012988
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English (en)
French (fr)
Inventor
幸吉 広城
和也 ▲高▼山
純 野中
光則 中森
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • This disclosure relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus.
  • the substrate surface is exposed to the vapor of IPA (2-propanol) before the substrate surface immersed in pure water is made water-repellent, and the pure water adhering to the substrate surface is converted to IPA.
  • the substrate is immersed in the liquid phase water repellent stored inside the treatment tank to make the surface of the substrate water repellent.
  • the substrate is then pulled from the liquid phase water repellent and the pulled substrate is exposed to IPA vapor to remove the water repellent from the substrate surface.
  • an inert gas is supplied toward the substrate surface to dry the substrate surface.
  • One aspect of the present disclosure provides a technique for suppressing the pattern collapse of the substrate surface, suppressing the generation of particles due to the reaction between the water repellent and water, and reducing the amount of the water repellent used.
  • the substrate processing method has the following (A) to (E).
  • B) The substrate is immersed in the aqueous layer.
  • C) A first liquid layer containing the first organic solvent is formed on the aqueous layer.
  • D) A second liquid layer containing a second organic solvent and a water repellent and not containing water is formed on the first liquid layer.
  • E The substrate immersed in the aqueous layer is brought into contact with the first liquid layer, the second liquid layer, and the gas on the second liquid layer in this order.
  • the present disclosure it is possible to suppress the generation of particles due to the reaction between the water repellent agent and water while suppressing the pattern collapse of the substrate surface, and it is possible to reduce the amount of the water repellent agent used.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a reaction between TMSDMA, which is a water repellent, and a silanol group on the surface of a substrate.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the reaction between TMSDMA, which is a water repellent, and water.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the reaction between TMSDMA, which is a water repellent, and methanol.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a substrate processing method according to an embodiment.
  • 5 (A) is an example of S101 of FIG. 4
  • FIG. 5 (B) is an example of S102 of FIG. 4
  • FIG. 5 (C) is a cross-sectional view showing an example of S103 of FIG.
  • FIG. 6 (A) is an example of S104 of FIG. 4
  • FIG. 6 (B) is an example of S105 of FIG. 4
  • FIG. 6 (C) is a cross-sectional view showing an example of S106a of FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a nozzle and a baffle plate.
  • FIG. 8 is a plan view showing an example of a discharge port and a discharge direction of the first organic solvent.
  • 9 (A) is an example of S106b of FIG. 4
  • FIG. 9 (B) is an example in the middle of S107 of FIG. 4
  • FIG. 10 (A) is a modified example of S106b of FIG. 4
  • FIG. 10 (B) is a modified example in the middle of S107 of FIG. 4
  • FIG. 10 (C) is a modified example of S107 of FIG. 4 at the time of completion.
  • 9 (D) is a cross-sectional view showing a modified example of S108 of FIG.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a substrate processing method according to a modified example.
  • 12 (A) is an example of S111 of FIG. 11
  • FIG. 12 (B) is an example of S112 of FIG. 11
  • FIG. 12 (C) is a cross-sectional view showing an example of S113 of FIG.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a modified example of the nozzle and the baffle plate.
  • the same or corresponding configurations may be designated by the same reference numerals and description thereof may be omitted.
  • the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are perpendicular to each other.
  • the X-axis direction and the Y-axis direction are the horizontal direction, and the Z-axis direction is the vertical direction.
  • the substrate As a method of cleaning the substrate, the substrate is immersed in water stored inside the cleaning tank. Conventionally, when the substrate is dried, the uneven pattern on the substrate surface may collapse due to the surface tension of water remaining on the substrate surface.
  • a water repellent that is effective without drying the surface of the substrate is used, for example, one having a Si—N bond is used.
  • the water repellent having a Si—N bond include those represented by the following general formula (1).
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 are functional groups such as an alkyl group or a group in which at least a part of hydrogen of the alkyl group is replaced with fluorine, respectively.
  • an agent other than the one represented by the above general formula (1) may be used.
  • hexamethyldisilazane (1,1,1,3,3,3-Hexamethyldisilazane: HMDS) may be used.
  • TMSDM reacts with the silanol group (Si—OH group) of the substrate surface Wa to make the substrate surface Wa water repellent. Since the reaction shown in FIG. 1 also occurs in a liquid, a water-repellent effect can be obtained before the substrate surface Wa dries. Even with a water repellent having a Si—N bond other than TMSDMA, a reaction similar to the reaction shown in FIG. 1 occurs.
  • TMSDM also reacts with water to produce organic silanol.
  • Organic silanol produces particles by a polymerization reaction. Even with a water repellent having a Si—N bond other than TMSDMA, a reaction similar to the reaction shown in FIG. 2 occurs.
  • the substrate W immersed in the aqueous layer F0 is divided into the first liquid layer F1 and the second liquid layer F2.
  • the substrate W is made water repellent and dried.
  • the substrate W is made water-repellent and dried by pulling up the substrate W from the cleaning tank 10.
  • the liquid level of the aqueous layer F0 may be lowered inside the cleaning tank 10 as shown in FIGS. 10A to 10C.
  • the substrate W is held vertically inside the aqueous layer F0, and the thickness of the aqueous layer F0 is larger than the diameter of the substrate W.
  • the thickness of the layer is the depth of the layer.
  • the first liquid layer F1 contains the first organic solvent L1.
  • the first liquid layer F1 separates the aqueous layer F0 and the second liquid layer F2.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is smaller than the diameter of the substrate W.
  • the second liquid layer F2 contains the second organic solvent L2 and a water repellent, and does not contain water.
  • the fact that the second liquid layer F2 does not contain water means that the content of water in the second liquid layer F2 is 0% by volume or more and 1% by volume or less.
  • the thickness of the second liquid layer F2 is smaller than the diameter of the substrate W.
  • the substrate W comes into contact with the second liquid layer F2 before being exposed to the gas on the second liquid layer F2, and is made water repellent by the water repellent contained in the second liquid layer F2. Will be done. Therefore, it is possible to suppress the collapse of the uneven pattern of the substrate surface Wa. Further, since the second liquid layer F2 does not contain water, it is possible to suppress the generation of particles due to the reaction between water and the water repellent. Further, the amount of the water repellent used can be reduced as compared with the case of forming a layer of the water repellent having a thickness larger than the diameter of the substrate W as described in Patent Document 1. Furthermore, the water repellency and drying of the substrate W can be carried out by pulling up the substrate W once or draining the liquid once, and the throughput can be improved.
  • the substrate processing method includes, for example, S101 to S108 shown in FIG. S101 to S108 are carried out by the substrate processing apparatus 1 shown in FIG. 5 and the like, and are carried out under the control of the control unit 90 of the substrate processing apparatus 1.
  • the control unit 90 is, for example, a computer, and includes a CPU (Central Processing Unit) 91 and a storage medium 92 such as a memory.
  • the storage medium 92 stores programs that control various processes executed by the substrate processing device 1.
  • the control unit 90 controls the operation of the substrate processing device 1 by causing the CPU 91 to execute the program stored in the storage medium 92.
  • S101 to S108 is not particularly limited.
  • S105 may be performed before S104 or may be performed together with S103.
  • a part of S101 to S108 may not be carried out. For example, if almost no unreacted water repellent remains on the substrate W when S107 is completed, S108 may not be performed.
  • the water supply unit 20 supplies water such as DIW (deionized water) to the inside of the washing tank 10 to form the water layer F0.
  • DIW deionized water
  • the holding portion 30 holds the substrate W.
  • the substrate W is vertically held by the holding portion 30.
  • the elevating portion 51 lowers the holding portion 30 and immerses the substrate W in the water layer F0.
  • the thickness of the aqueous layer F0 is larger than the diameter of the substrate W, and the entire substrate W is immersed in the aqueous layer F0.
  • the drainage unit 55 drains the water inside the cleaning tank 10 and lowers the liquid level of the water layer F0.
  • the drainage unit 55 includes an on-off valve 56 and a flow rate controller 57.
  • the on-off valve 56 switches between discharging a liquid such as water and stopping the discharge.
  • the flow rate controller 57 controls the discharge flow rate of the liquid.
  • the height of the liquid level of the water layer F0 is detected by the liquid level sensor 58.
  • the liquid level sensor 58 is a non-contact type in this embodiment, but may be a contact type.
  • the drainage unit 55 stops the discharge of water, and the lowering of the liquid level of the water layer F0 is stopped. ..
  • the set height of the liquid level of the water layer F0 is determined by, for example, the height of the baffle plate 12. Even after the completion of S103, the thickness of the aqueous layer F0 is larger than the diameter of the substrate W, and the entire substrate W is immersed in the aqueous layer F0.
  • the liquid supply unit 60 forms the first liquid layer F1 containing the first organic solvent L1 on the aqueous layer F0.
  • the density of the first liquid layer F1 is preferably smaller than the density of the aqueous layer F0 and higher than the density of the second liquid layer F2 described later.
  • the laminated structure of the aqueous layer F0, the first liquid layer F1 and the second liquid layer F2 can be stably maintained.
  • the first organic solvent L1 is water-insoluble in this embodiment. If the first organic solvent L1 is water-insoluble, the infiltration of water from the aqueous layer F0 into the second liquid layer F2 can be easily restricted.
  • the water-insoluble means that, for example, the amount dissolved in 100 g of water (the limit amount soluble in 100 g of water) is 0 g or more and less than 10 g. Hereinafter, the amount dissolved in 100 g of water is also simply referred to as "dissolved amount”.
  • -DBE dibutyl ether
  • dissolution amount 30 mg As a specific example of a water-insoluble organic solvent, -DBE (dibutyl ether): dissolution amount 30 mg, density 0.764 g / cm 3 -NBA (butyl acetate): dissolution amount 1.4 g, density 0.882 g / cm 3 -Propyl acetate: dissolution amount 1.89 g, density 0.890 g / cm 3 -Ethyl acetate: dissolution amount 8.3 g, density 0.897 g / cm 3 -Cyclohexanone: dissolution amount 8.7 g, density 0.950 g / cm 3 And so on.
  • -DBE dibutyl ether
  • dissolution amount 30 mg As a specific example of a water-insoluble organic solvent, -DBE (dibutyl ether): dissolution amount 30 mg, density 0.764 g / cm 3 -NBA (butyl a
  • the liquid supply unit 60 includes a nozzle 61, a flow rate controller 62, and a first on-off valve 63.
  • the nozzle 61 is arranged above the liquid level of the water layer F0 and discharges the first organic solvent L1 and the like.
  • the flow rate controller 62 controls the discharge flow rate of the first organic solvent L1 and the like.
  • the first on-off valve 63 switches between discharging the first organic solvent L1 and stopping the discharge thereof.
  • the flow rate controller 62 may control the flow rate of the first organic solvent L1 to be constant during the formation of the first liquid layer F1. Compared with the case where the flow rate of the first organic solvent L1 fluctuates during the formation of the first liquid layer F1, it is easier to maintain the laminated structure of the aqueous layer F0 and the first liquid layer F1.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is controlled by the total supply amount of the first organic solvent L1.
  • the total supply amount is calculated by integrating the flow rate over time.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is calculated by dividing the total supply amount of the first organic solvent L1 by the area of the liquid surface of the aqueous layer F0.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is at least smaller than the diameter of the substrate W.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is appropriately determined according to the type of the first organic solvent L1.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is, for example, 1.0 mm or more and 5.0 mm or less.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is 1.0 mm or more, the infiltration of water from the aqueous layer F0 into the second liquid layer F2 can be suppressed.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is 5.0 mm or less, wasteful use of the first organic solvent L1 can be suppressed.
  • the first organic solvent L1 is water-insoluble in this embodiment, it may be water-soluble. Even if the first organic solvent L1 is water-soluble, if the thickness of the first liquid layer F1 is thick, the infiltration of water from the aqueous layer F0 into the second liquid layer F2 can be suppressed.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is set according to the amount of the first organic solvent L1 dissolved in 100 g of water. The larger the amount of dissolution, the thicker the thickness of the first liquid layer F1 is set.
  • Water-soluble is classified into medium-water-soluble and highly water-soluble, depending on the amount of dissolution.
  • the water-soluble means that, for example, the amount dissolved in 100 g of water is 10 g or more and 30 g or less.
  • high water solubility means that, for example, the amount dissolved in 100 g of water exceeds 30 g.
  • the upper limit of the amount dissolved in 100 g of water is not particularly limited.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is, for example, 3.0 mm or more and 8.0 mm or less.
  • a water-soluble organic solvent -PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate): dissolution amount 19.8 g, density 0.969 g / cm 3 -Methyl acetate: dissolution amount 24.4 g, density 0.932 g / cm 3 2-Butanone: dissolution amount 27.5 g, density 0.805 g / cm 3 And so on.
  • the thickness of the first liquid layer F1 is, for example, 5.0 mm or more and 8.0 mm or less.
  • -IPA (2-propanol) Density 0.786 g / cm 3
  • -Acetone Density 0.791 g / cm 3 And so on.
  • the liquid supply unit 60 may further include a nozzle moving mechanism 68.
  • the nozzle moving mechanism 68 raises and lowers the nozzle 61.
  • the nozzle 61 is brought as close as possible to the liquid level of the aqueous layer F0 before discharging the first organic solvent L1.
  • the first liquid layer F1 can be gently superposed on the aqueous layer F0, and the disorder of the laminated structure can be suppressed.
  • the liquid supply unit 60 may further include a distance sensor 69.
  • the distance sensor 69 measures the gap between the liquid level of the water layer F0 and the nozzle 61.
  • the height of the nozzle 61 is set so that the gap is larger than the thickness of the first liquid layer F1.
  • a proximity sensor or the like is used as the distance sensor 69.
  • a baffle plate 12 may be provided on the side wall 11 of the cleaning tank 10.
  • the baffle plate 12 prevents the first organic solvent L1 from falling near the liquid level of the water layer F0.
  • the vicinity of the liquid surface of the water layer F0 means, for example, a range in which the vertical distance H from the liquid surface of the water layer F0 is 0 mm or more and 10 mm or less.
  • the boundary between the side wall 11 and the upper surface of the baffle plate 12 may be near the liquid surface of the water layer F0.
  • the falling speed of the first organic solvent L1 can be reduced, and the first liquid layer F1 can be gently superposed on the aqueous layer F0.
  • the baffle plate 12 inclines downward as the distance from the side wall 11 increases, for example.
  • the baffle plate 12 determines the direction of the flow of the first organic solvent L1.
  • the baffle plate 12 causes the flow of the first organic solvent L1 to have a horizontal component.
  • the boundary between the side wall 11 and the upper surface of the baffle plate 12 is above the liquid level of the water layer F0 in FIG. 7, but as shown in FIG. 13, even if it is below the liquid level of the water layer F0. good. In either case, it is possible to prevent the first organic solvent L1 from diving deeply from the liquid surface of the aqueous layer F0, and it is possible to prevent the first organic solvent L1 from mixing with the aqueous layer F0. However, when the boundary between the side wall 11 and the upper surface of the baffle plate 12 is below the liquid level of the water layer F0, the water layer remains in a lump without dispersing the first organic solvent L1 as compared with the case where it is above. It can be supplied to F0, and the mixing of the first organic solvent L1 with the aqueous layer F0 can be further suppressed.
  • the baffle plate 12 When the boundary between the side wall 11 and the upper surface of the baffle plate 12 is below the liquid level of the water layer F0, the baffle plate 12 is provided horizontally for the purpose of directing the flow of the first organic solvent L1 to the side. Alternatively, it may be provided so as to incline upward as the distance from the side wall 11 increases for the purpose of directing the flow of the first organic solvent L1 upward. However, the baffle plate 12 may be provided so as to incline downward as it is separated from the side wall 11 so that a liquid pool which is a cause of generation of particles or the like does not occur near the boundary between the side wall 11 and the upper surface of the baffle plate 12. ..
  • the discharge port 61a of the nozzle 61 may be arranged diagonally downward toward the side wall 11 of the cleaning tank 10. Since the discharge port 61a is directed to the side wall 11, the first organic solvent L1 can flow down along the side wall 11. Further, since the discharge port 61a is arranged diagonally downward, it is possible to suppress the liquid splash of the first organic solvent L1 at the time of collision with the side wall 11 as compared with the case where the discharge port 61a is arranged horizontally.
  • a plurality of discharge ports 61a of the nozzle 61 may be provided.
  • the flow velocity of the first organic solvent L1 can be reduced, and the first liquid layer F1 can be gently superposed on the aqueous layer F0.
  • the number of discharge ports 61a increases, the flow velocity of the first organic solvent L1 decreases.
  • the plurality of discharge ports 61a are arranged in the same direction along the side wall 11 of the cleaning tank 10 when viewed upward, and discharge the first organic solvent L1 counterclockwise, for example.
  • the first organic solvent L1 can flow in the same direction, and a spiral rectification can be formed. Therefore, the generation of turbulent flow can be suppressed, and a laminated structure of the aqueous layer F0 and the first liquid layer F1 can be easily formed.
  • the drainage unit 55 discharges the water inside the cleaning tank 10, lowers the liquid level of the water layer F0, and lowers the first liquid layer F1.
  • the height of the liquid level of the first liquid layer F1 is detected by the liquid level sensor 58.
  • the height of the liquid level of the first liquid layer F1 is lowered to a preset height based on, for example, the height of the baffle plate 12.
  • the thickness of the aqueous layer F0 is larger than the diameter of the substrate W, and the entire substrate W is immersed in the aqueous layer F0.
  • the second liquid layer F2 is formed on the first liquid layer F1.
  • the second liquid layer F2 contains the second organic solvent L2 and a water repellent agent, and does not contain water.
  • the second organic solvent L2 is water-soluble in this embodiment.
  • the surface tension of an organic solvent is smaller than the surface tension of water. Therefore, if the water remaining in the recess is replaced with the second organic solvent L2, the collapse of the uneven pattern can be further suppressed.
  • the first organic solvent L1 is water-insoluble in this embodiment. Therefore, even if the substrate W is brought into contact with the first liquid layer F1, it is difficult to replace the water remaining in the concave portions of the uneven pattern of the substrate surface Wa with the water-insoluble first organic solvent L1.
  • the second organic solvent L2 is preferably water-soluble, and more preferably highly water-soluble.
  • the second organic solvent L2 may be water-soluble or water-insoluble, but is preferably water-soluble, and more preferably highly water-soluble. It is sex.
  • the second liquid layer F2 contains a second organic solvent L2 and a water repellent.
  • the alcohols When alcohols are used as the second organic solvent L2, the alcohols have an OH group like water, so that the second organic solvent L2 reacts with the water repellent.
  • the reaction of TMSDM with methanol produces a Si-OCH 3 bond.
  • the Si—OCH 3 bond does not cause a polymerization reaction in an environment in the absence of water.
  • alcohols have OH groups like water, but unlike water, they do not generate particles.
  • the second liquid layer F2 may contain a trace amount of water. As a result, minute particles may be generated.
  • a second organic solvent L2 that does not contain an OH group is used.
  • the second organic solvent L2 containing no OH group for example, ketones, esters, ethers and the like are used.
  • the second organic solvent L2 is preferably water-soluble as described above.
  • the water-soluble second organic solvent L2 containing no OH group include acetone, PGMEA, methyl acetate, 2-butanone and the like.
  • acetone is particularly preferable from the viewpoint of high water solubility.
  • S106 includes, for example, S106a and S106b.
  • the liquid supply unit 60 forms the initial layer F2A of the second liquid layer F2 on the first liquid layer F1.
  • the initial layer F2A contains the second organic solvent L2 and does not contain a water repellent and water.
  • the liquid supply unit 60 includes a second on-off valve 64 in addition to the nozzle 61 and the flow rate controller 62.
  • the second on-off valve 64 switches between discharging the second organic solvent L2 and stopping the discharge thereof.
  • the nozzle 61 and the flow rate controller 62 of the present embodiment are common to both the first organic solvent L1 and the second organic solvent L2, but a nozzle and a flow rate controller are provided for each type of liquid. You may.
  • the nozzle 61 is brought as close as possible to the liquid level of the first liquid layer F1 by the nozzle moving mechanism 68 before discharging the second organic solvent L2.
  • the height of the nozzle 61 is set so that the gap between the liquid level of the first liquid layer F1 and the nozzle 61 is larger than the thickness of the initial layer F2A.
  • the gap between the liquid level of the first liquid layer F1 and the nozzle 61 is measured by, for example, a distance sensor 69.
  • the flow rate controller 62 may control the flow rate of the second organic solvent L2 to be constant during the formation of the initial layer F2A. Compared with the case where the flow rate of the second organic solvent L2 fluctuates during the formation of the initial layer F2A, it is easier to maintain the laminated structure of the aqueous layer F0, the first liquid layer F1 and the initial layer F2A.
  • the thickness of the initial layer F2A is controlled by the total supply amount of the second organic solvent L2.
  • the total supply amount is calculated by integrating the flow rate over time.
  • the thickness of the initial layer F2A is calculated by dividing the total supply amount of the second organic solvent L2 by the area of the liquid surface of the aqueous layer F0.
  • the thickness of the initial layer F2A is at least smaller than the diameter of the substrate W.
  • the thickness of the initial layer F2A is appropriately determined according to the type of the second organic solvent L2, and is, for example, 2 mm or more and 10 mm or less.
  • the thickness of the initial layer F2A is 2 mm or more, a second liquid layer F2 having a sufficient thickness can be obtained, and a sufficient water repellent effect can be obtained later. Further, when the thickness of the initial layer F2A is 10 mm or less, wasteful use of the second organic solvent L2 can be suppressed.
  • the gas supply unit 70 puts the steam G1 of the water repellent into the drying chamber DR in a state where the drying container 15 forms the drying chamber DR above the washing tank 10.
  • the gas supply unit may supply an inert gas such as nitrogen gas to the drying chamber DR in addition to the steam G1 of the water repellent.
  • the water-repellent vapor G1 is condensed at the liquid surface of the initial layer F2A and dissolved in the second organic solvent L2 constituting the initial layer F2A. As a result, the second liquid layer F2 is obtained. As described above, the second liquid layer F2 contains the second organic solvent L2 and the water repellent, and does not contain water.
  • the gas supply unit 70 includes a nozzle 71, a flow rate controller 72, and a first on-off valve 73.
  • the nozzle 71 discharges steam G1 or the like of a water repellent.
  • the flow rate controller 72 controls the discharge flow rate of the water repellent vapor G1 and the like.
  • the first on-off valve 73 switches between discharging the steam G1 of the water repellent agent and stopping the discharge thereof.
  • the thickness of the second liquid layer F2 is appropriately determined according to the type of the second organic solvent L2, and is, for example, 3 mm or more and 15 mm or less.
  • the thickness of the second liquid layer F2 is 3 mm or more, the contact time between the second liquid layer F2 and the substrate W is long, and a sufficient water repellent effect can be obtained. Further, when the thickness of the second liquid layer F2 is 15 mm or less, wasteful use of the second organic solvent L2 and the water repellent can be suppressed.
  • the second liquid layer F2 is formed by the liquid supply unit 60 and the gas supply unit 70, and the first liquid layer F1 is formed by the liquid supply unit 60. Therefore, in the present embodiment, the liquid layer forming unit 80 forming the first liquid layer F1 and the second liquid layer F2 is composed of a liquid supply unit 60 and a gas supply unit 70.
  • the liquid layer forming unit 80 may be composed of only the liquid supply unit 60.
  • the liquid supply unit 60 can form the second liquid layer F2 by supplying a mixed liquid of the second organic solvent L2 and the water repellent agent onto the first liquid layer F1 instead of the second organic solvent L2.
  • the contact portion 50 places the substrate W immersed in the aqueous layer F0 in the first liquid layer. F1, the second liquid layer F2, and the gas on the second liquid layer F2 are brought into contact with each other in this order.
  • the contact portion 50 includes, for example, an elevating portion 51, and the elevating portion 51 raises the holding portion 30 and pulls up the substrate W from the cleaning tank 10.
  • the substrate W comes into contact with the second liquid layer F2 before being exposed to the gas on the second liquid layer F2, and is made water repellent by the water repellent contained in the second liquid layer F2. Will be done. Therefore, it is possible to suppress the collapse of the uneven pattern of the substrate surface Wa. Further, since the second liquid layer F2 does not contain water, it is possible to suppress the generation of particles due to the reaction between water and the water repellent. Further, the amount of the water repellent used can be reduced as compared with the case of forming a layer of the water repellent having a thickness larger than the diameter of the substrate W as described in Patent Document 1. Furthermore, the water repellency and drying of the substrate W can be performed by pulling up the substrate W once, and the throughput can be improved. As will be described in detail later, it is also possible to make the substrate W water repellent and dry it by draining the liquid once.
  • the gas supply unit 70 supplies the vapor G2 of the organic solvent to the drying chamber DR, and the vapor G1 of the water repellent agent remaining in the drying chamber DR of the organic solvent. Replace with steam G2.
  • the gas supply unit 70 may supply an inert gas such as nitrogen gas to the drying chamber DR in addition to the vapor G2 of the organic solvent.
  • the vapor G2 of the organic solvent is condensed on the substrate surface Wa and washes away the unreacted water repellent remaining on the substrate surface Wa. Excess water repellent can be removed.
  • the gas supply unit 70 includes a second on-off valve 74 in addition to the nozzle 71 and the flow rate controller 72.
  • the second on-off valve 74 switches between discharging the vapor G2 of the organic solvent and stopping the discharge thereof.
  • the nozzle 71 and the flow rate controller 72 of the present embodiment are common to both the steam G1 of the water repellent agent and the steam G2 of the organic solvent, but a nozzle and a flow rate controller are provided for each type of steam. May be done.
  • the excess water repellent can be removed at the same time as S107. If the gas supply unit 70 supplies the vapor G2 of the organic solvent to the drying chamber DR before S107 and replaces the steam G1 of the water repellent agent remaining in the drying chamber DR with the vapor G2 of the organic solvent, surplus at the same time as S107. Water repellent can be removed. After removing the excess water repellent and before carrying out the substrate W, the gas in the drying chamber DR may be replaced with an inert gas.
  • the washing tank 10 also serves as the drying container 15.
  • a lid 16 is attached to the upper part of the washing tank 10.
  • the gas supply unit 70 supplies the steam G1 of the water repellent agent with the lid 16 attached to the upper part of the cleaning tank 10.
  • the water-repellent vapor G1 is condensed at the liquid surface of the initial layer F2A and dissolved in the second organic solvent L2 constituting the initial layer F2A. As a result, the second liquid layer F2 is obtained.
  • the substrate W in which the contact portion 50 is immersed in the aqueous layer F0 is subjected to the first liquid layer F1 and the second liquid layer F2. And the gas on the second liquid layer F2 are brought into contact with each other in this order.
  • the contact portion 50 includes, for example, a drainage portion 55, and the drainage portion 55 lowers the liquid level of the water layer F0 and lowers the first liquid layer F1 and the second liquid layer F2.
  • the drainage unit 55 discharges the aqueous layer F0, the first liquid layer F1, and the second liquid layer F2 in this order.
  • a drying chamber DR is formed inside the washing tank 10.
  • the gas supply unit 70 supplies the vapor G2 of the organic solvent to the drying chamber DR, and the vapor G1 of the water repellent agent remaining in the drying chamber DR of the organic solvent. Replace with steam G2.
  • the vapor G2 of the organic solvent is condensed on the substrate surface Wa and washes away the unreacted water repellent remaining on the substrate surface Wa. Excess water repellent can be removed.
  • the substrate processing method shown in FIG. 11 is carried out by the substrate processing apparatus 1 shown in FIG. 12 and the like, and is carried out under the control of the control unit 90 of the substrate processing apparatus 1.
  • S111 is performed after S105.
  • the liquid supply unit 60 forms the second liquid layer F2 on the first liquid layer F1.
  • the liquid supply unit 60 supplies the mixed liquid L2A containing the second organic solvent L2 and the water repellent agent onto the first liquid layer F1 to form the second liquid layer F2.
  • the mixed solution L2A does not contain water.
  • the liquid supply unit 60 includes a second on-off valve 64 in addition to the nozzle 61 and the flow rate controller 62.
  • the second on-off valve 64 controls the flow rate of the mixed liquid L2A.
  • the nozzle 61 and the flow rate controller 62 of the present embodiment are common to both the first organic solvent L1 and the mixed liquid L2A, but even if a nozzle and a flow rate controller are provided for each type of liquid. good.
  • the nozzle 61 is brought as close as possible to the liquid level of the first liquid layer F1 by the nozzle moving mechanism 68 before discharging the mixed liquid L2A.
  • the height of the nozzle 61 is set so that the gap between the liquid level of the first liquid layer F1 and the nozzle 61 is larger than the thickness of the second liquid layer F2.
  • the gap between the liquid level of the first liquid layer F1 and the nozzle 61 is measured by, for example, a distance sensor 69.
  • the flow rate controller 62 may control the flow rate of the mixed liquid L2A to be constant during the formation of the second liquid layer F2. Compared with the case where the flow rate of the mixed liquid L2A fluctuates during the formation of the second liquid layer F2, it is easier to maintain the laminated structure of the aqueous layer F0, the first liquid layer F1 and the second liquid layer F2.
  • the thickness of the second liquid layer F2 is controlled by the total supply amount of the mixed liquid L2A.
  • the total supply amount is calculated by integrating the flow rate over time.
  • the thickness of the second liquid layer F2 is calculated by dividing the total supply amount of the mixed liquid L2A by the area of the liquid surface of the aqueous layer F0.
  • the thickness of the second liquid layer F2 is at least smaller than the diameter of the substrate W.
  • the thickness of the second liquid layer F2 is appropriately determined according to the type of the mixed liquid L2A, and is, for example, 3 mm or more and 15 mm or less.
  • the thickness of the second liquid layer F2 is 3 mm or more, the contact time between the second liquid layer F2 and the substrate W is long, and a sufficient water repellent effect can be obtained. Further, when the thickness of the second liquid layer F2 is 15 mm or less, wasteful use of the mixed liquid L2A and the water repellent can be suppressed.
  • the drainage unit 55 discharges the water inside the cleaning tank 10 to lower the liquid level of the water layer F0, and the first liquid layer F1 and the first liquid layer F1 and the first liquid layer F0.
  • the two-component layer F2 is lowered.
  • the height of the liquid level of the second liquid layer F2 is detected by the liquid level sensor 58.
  • the height of the liquid level of the second liquid layer F2 is lowered to a preset height based on, for example, the height of the baffle plate 12. Even after the completion of S112, the thickness of the aqueous layer F0 is larger than the diameter of the substrate W, and the entire substrate W is immersed in the aqueous layer F0.
  • the liquid supply unit 60 forms the third liquid layer F3 on the second liquid layer F2.
  • the liquid supply unit 60 supplies a third organic solvent L3 different from the second organic solvent L2 onto the second liquid layer F2 to form the third liquid layer F3.
  • the third liquid layer F3 has only the third organic solvent L3, and may not contain water or a water repellent.
  • the fact that the third liquid layer F3 does not contain water means that the content of water in the third liquid layer F3 is 0% by volume or more and 1% by volume or less.
  • the fact that the third liquid layer F3 does not contain a water repellent means that the content of the water repellent in the third liquid layer F3 is 0% by volume or more and 1% by volume or less.
  • the third organic solvent L3 may have a lower density than the second organic solvent L2. Further, the third organic solvent L3 may have higher water solubility than the second organic solvent L2. For example, the second organic solvent L2 may be medium-water-soluble, and the third organic solvent L3 may be highly water-soluble.
  • the liquid supply unit 60 includes a third on-off valve 65 in addition to the nozzle 61 and the flow rate controller 62.
  • the third on-off valve 65 switches between discharging the third organic solvent L3 and stopping the discharge thereof.
  • the nozzle 61 and the flow rate controller 62 of the present embodiment are common to both the first organic solvent L1 and the third organic solvent L3, but a nozzle and a flow rate controller are provided for each type of liquid. You may.
  • the nozzle 61 is brought as close as possible to the liquid level of the second liquid layer F2 by the nozzle moving mechanism 68 before discharging the third organic solvent L3.
  • the height of the nozzle 61 is set so that the gap between the liquid level of the second liquid layer F2 and the nozzle 61 is larger than the thickness of the third liquid layer F3.
  • the gap between the liquid level of the second liquid layer F2 and the nozzle 61 is measured by, for example, a distance sensor 69.
  • the flow rate controller 62 may control the flow rate of the third organic solvent L3 to be constant during the formation of the third liquid layer F3.
  • the laminated structure of the aqueous layer F0, the first liquid layer F1, the second liquid layer F2, and the third liquid layer F3 is maintained as compared with the case where the flow rate of the third organic solvent L3 fluctuates during the formation of the third liquid layer F3. It's easy to do.
  • the thickness of the third liquid layer F3 is controlled by the total supply amount of the third organic solvent L3.
  • the total supply amount is calculated by integrating the flow rate over time.
  • the thickness of the third liquid layer F3 is calculated by dividing the total supply amount of the third organic solvent L3 by the area of the liquid surface of the aqueous layer F0.
  • the thickness of the third liquid layer F3 is at least smaller than the diameter of the substrate W.
  • the thickness of the third liquid layer F3 is appropriately determined according to the type of the third organic solvent L3, and is, for example, 2 mm or more and 8 mm or less.
  • the thickness of the third liquid layer F3 is 2 mm or more, the contact time between the third liquid layer F3 and the substrate W is long, and excess water repellent is sufficiently removed. Further, when the thickness of the third liquid layer F3 is 8 mm or less, wasteful use of the third organic solvent L3 can be suppressed.
  • the contact portion 50 causes the substrate W immersed in the aqueous layer F0 to be subjected to the first liquid layer F1, the second liquid layer F2, the third liquid layer F3, and the third liquid.
  • the gas on the layer F3 is brought into contact with the gas in this order.
  • the contact portion 50 includes, for example, an elevating portion 51, and the elevating portion 51 raises the holding portion 30 and pulls up the substrate W from the cleaning tank 10.
  • the contact portion 50 includes a drainage portion 55, and the drainage portion 55 lowers the liquid level of the aqueous layer F0 and lowers the first liquid layer F1, the second liquid layer F2, and the third liquid layer F3.
  • the drainage unit 55 discharges the aqueous layer F0, the first liquid layer F1, the second liquid layer F2, and the third liquid layer F3 in this order.
  • Table 1 shows the presence or absence of white turbidity of the first liquid layer F1, the second liquid layer F2, the third liquid layer F3, the gas on the third liquid layer F3, and the liquid inside the cleaning tank 10, and the substrate.
  • the experimental results for investigating the relationship with the collapse rate (%) of the uneven pattern on the surface are shown.
  • the aqueous layer F0 was formed by DIW.
  • C 6 H 10 O is cyclohexanone.
  • the presence or absence of cloudiness was visually confirmed.
  • the presence or absence of cloudiness indicates the presence or absence of generation of particles.
  • the presence of white turbidity means that particles are generated, and the absence of white turbidity means that no particles are generated.
  • the collapse rate was calculated by examining the presence or absence of collapse of a total of 3,500 pillars at five locations on the rectangular substrate surface having a long side of 12.5 mm and a short side of 10 mm. If the collapse rate exceeds 90%, the calculation time is wasted, so the collapse rate is set to 100%.
  • Example 1 In Examples 1, 3, 4, 7, 9, 11 and 13, the collapse rate was 100% because the water repellent was not used.
  • Example 2 since the first liquid layer F1 and the second liquid layer F2 were not formed, white turbidity was observed by the reaction between the MTSDMA vapor and the aqueous layer F0.
  • Example 5 In Examples 5, 6, 8, 10, 12, 14 and 15, since the first liquid layer F1 and the second liquid layer F2 were formed, no cloudiness was observed and the collapse rate was low.

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Abstract

基板処理方法は、下記（Ａ）～（Ｅ）を有する。（Ａ）洗浄槽の内部に水を供給し、水層を形成する。（Ｂ）前記水層の内部に基板を浸漬させる。（Ｃ）前記水層の上に、第１有機溶剤を含む第１液層を形成する。（Ｄ）前記第１液層の上に、水溶性の第２有機溶剤と撥水剤とを含み、且つ水を含まない第２液層を形成する。（Ｅ）前記水層に浸漬させた前記基板を、前記第１液層と、前記第２液層と、前記第２液層の上のガスとに、この順番で接触させる。

Description

基板処理方法、及び基板処理装置
　本開示は、基板処理方法、及び基板処理装置に関する。
　特許文献１に記載の基板処理方法は、純水に浸漬した基板表面を撥水化する前に、基板表面をＩＰＡ（２－プロパノール）の蒸気にさらし、基板表面に付着した純水をＩＰＡに置換する。その後、処理槽の内部に貯めた液相の撥水剤に基板を浸漬し、基板表面を撥水化する。次いで、液相の撥水剤から基板を引き上げ、引き上げた基板をＩＰＡ蒸気にさらし、基板表面から撥水剤を除去する。最後に、基板表面に向けて不活性ガスを供給し、基板表面を乾燥させる。
日本国特開２０１９－１４０４０１号公報
　本開示の一態様は、基板表面のパターン倒壊を抑制しつつ、撥水剤と水の反応によるパーティクルの発生を抑制し、且つ、撥水剤の使用量を低減する、技術を提供する。
　本開示の一態様に係る基板処理方法は、下記（Ａ）～（Ｅ）を有する。（Ａ）洗浄槽の内部に水を供給し、水層を形成する。（Ｂ）前記水層の内部に基板を浸漬させる。（Ｃ）前記水層の上に、第１有機溶剤を含む第１液層を形成する。（Ｄ）前記第１液層の上に、第２有機溶剤と撥水剤とを含み、且つ水を含まない第２液層を形成する。（Ｅ）前記水層に浸漬させた前記基板を、前記第１液層と、前記第２液層と、前記第２液層の上のガスとに、この順番で接触させる。
　本開示の一態様によれば、基板表面のパターン倒壊を抑制しつつ、撥水剤と水の反応によるパーティクルの発生を抑制でき、且つ、撥水剤の使用量を低減できる。
図１は、撥水剤であるＴＭＳＤＭＡと、基板表面のシラノール基との反応の一例を示す図である。 図２は、撥水剤であるＴＭＳＤＭＡと、水との反応の一例を示す図である。 図３は、撥水剤であるＴＭＳＤＭＡと、メタノールとの反応の一例を示す図である。 図４は、一実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。 図５（Ａ）は図４のＳ１０１の一例を、図５（Ｂ）は図４のＳ１０２の一例を、図５（Ｃ）は図４のＳ１０３の一例を示す断面図である。 図６（Ａ）は図４のＳ１０４の一例を、図６（Ｂ）は図４のＳ１０５の一例を、図６（Ｃ）は図４のＳ１０６ａの一例を示す断面図である。 図７は、ノズル及び邪魔板の一例を示す断面図である。 図８は、第１有機溶剤の吐出口及び吐出方向の一例を示す平面図である。 図９（Ａ）は図４のＳ１０６ｂの一例を、図９（Ｂ）は図４のＳ１０７の途中の一例を、図９（Ｃ）は図４のＳ１０７の完了時の一例を、図９（Ｄ）は、図４のＳ１０８の一例を示す断面図である。 図１０（Ａ）は図４のＳ１０６ｂの変形例を、図１０（Ｂ）は図４のＳ１０７の途中の変形例を、図１０（Ｃ）は図４のＳ１０７の完了時の変形例を、図９（Ｄ）は、図４のＳ１０８の変形例を示す断面図である。 図１１は、変形例に係る基板処理方法を示すフローチャートである。 図１２（Ａ）は図１１のＳ１１１の一例を、図１２（Ｂ）は図１１のＳ１１２の一例を、図１２（Ｃ）は図１１のＳ１１３の一例を示す断面図である。 図１３は、ノズル及び邪魔板の変形例を示す断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。本明細書において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は互いに垂直な方向である。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向である。
　基板の洗浄方法として、洗浄槽の内部に貯めた水に基板を浸漬することが行われている。従来、基板の乾燥時に、基板表面に残る水の表面張力によって、基板表面の凹凸パターンが倒壊してしまうことがあった。
　そこで、凹凸パターンの倒壊を抑制すべく、基板表面を撥水化する技術が検討されている。撥水剤として、アルコキシド系シランカップリング剤を用いる場合、アニール処理が行われ、撥水効果が得られる前に、基板表面が乾燥してしまう。
　本実施形態では、基板表面を乾燥しなくても効果の得られる撥水剤が用いられ、例えばＳｉ－Ｎ結合を有するものが用いられる。Ｓｉ－Ｎ結合を有する撥水剤として、下記一般式（１）で表されるものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　上記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は、それぞれ、アルキル基又はアルキル基の水素の少なくとも一部をフッ素に置換した基などの官能基である。
　上記一般式（１）の具体例として、
・（トリメチルシリル）ジメチルアミン（Ｎ，Ｎ－Ｄｉｍｅｔｈｙｌｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌａｍｉｎｅ：ＴＭＳＤＭＡ）
・ノナフルオロヘキシルジメチル（ジメチルアミノ）シラン（ＮＦＨＤＭＡ）
・ジメチルアミノトリエチルシラン（（Ｎ，Ｎ－Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｔｒｉｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ）
・ブチルジメチル（ジメチルアミノ）シラン（Ｂｕｔｙｌｄｉｍｅｔｈｙｌ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｓｉｌａｎｅ）
・オクチルジメチル（ジメチルアミノ）シラン（ｎ－Ｏｃｔｙｌｄｉｍｅｔｈｙｌ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｓｉｌａｎｅ）
などが挙げられる。
　なお、Ｓｉ－Ｎ結合を有する撥水剤として、上記一般式（１）で表されるもの以外のものが用いられてもよい。例えば、ヘキサメチルジシラザン（１，１，１，３，３，３－Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ：ＨＭＤＳ）が用いられてもよい。
　図１に示すように、ＴＭＳＤＭＡは、基板表面Ｗａのシラノール基（Ｓｉ－ＯＨ基）と反応し、基板表面Ｗａを撥水化させる。図１に示す反応は液中でも生じるので、基板表面Ｗａが乾燥する前に、撥水効果が得られる。なお、ＴＭＳＤＭＡ以外のＳｉ－Ｎ結合を有する撥水剤でも、図１に示す反応と同様の反応が生じる。
　図２に示すように、ＴＭＳＤＭＡは、水とも反応し、有機シラノールを生じさせる。有機シラノールは、重合反応によって、パーティクルを生じさせてしまう。なお、ＴＭＳＤＭＡ以外のＳｉ－Ｎ結合を有する撥水剤でも、図２に示す反応と同様の反応が生じる。
　詳しくは後述するが、本実施形態では、図９（Ａ）～図９（Ｃ）に示すように、水層Ｆ０に浸漬した基板Ｗを、第１液層Ｆ１と、第２液層Ｆ２と、第２液層Ｆ２の上のガスとにこの順番で接触させることにより、基板Ｗの撥水化と乾燥とを実施する。具体的には、例えば、洗浄槽１０から基板Ｗを引き上げることにより、基板Ｗの撥水化と乾燥とを実施する。なお、洗浄槽１０から基板Ｗを引き上げる代わりに、図１０（Ａ）～図１０（Ｃ）に示すように、洗浄槽１０の内部にて水層Ｆ０の液面を下げてもよい。
　水層Ｆ０の内部で基板Ｗは鉛直に保持され、水層Ｆ０の厚みは基板Ｗの直径よりも大きい。層の厚みは、層の深さのことである。第１液層Ｆ１は、第１有機溶剤Ｌ１を含む。第１液層Ｆ１は、水層Ｆ０と第２液層Ｆ２とを隔てる。第１液層Ｆ１の厚みは、基板Ｗの直径よりも小さい。第２液層Ｆ２は、第２有機溶剤Ｌ２と撥水剤とを含み、水を含まない。第２液層Ｆ２が水を含まないとは、第２液層Ｆ２における水の含有量が０体積％以上１体積％以下であることを意味する。第２液層Ｆ２の厚みは、基板Ｗの直径よりも小さい。
　本実施形態によれば、基板Ｗは、第２液層Ｆ２の上のガスにさらされる前に、第２液層Ｆ２に接触し、第２液層Ｆ２に含まれる撥水剤によって撥水化される。それゆえ、基板表面Ｗａの凹凸パターンの倒壊を抑制できる。また、第２液層Ｆ２は水を含まないので、水と撥水剤の反応によるパーティクルの発生を抑制できる。更に、特許文献１に記載のように基板Ｗの直径よりも大きい厚みの撥水剤の層を形成する場合に比べて、撥水剤の使用量を削減できる。更にまた、基板Ｗの撥水化と乾燥とを、１回の基板Ｗの引き上げ、又は１回の液抜きによって実施でき、スループットを向上できる。
　次に、図４を参照して、基板処理方法について説明する。基板処理方法は、例えば図４に示すＳ１０１～Ｓ１０８を有する。Ｓ１０１～Ｓ１０８は、図５等に示す基板処理装置１によって実施され、基板処理装置１の制御部９０による制御下で実施される。
　制御部９０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）９１と、メモリなどの記憶媒体９２とを備える。記憶媒体９２には、基板処理装置１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部９０は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、基板処理装置１の動作を制御する。
　なお、Ｓ１０１～Ｓ１０８の順番は特に限定されない。例えば、洗浄槽１０の側壁１１に邪魔板１２が設けられない場合、Ｓ１０５は、Ｓ１０４の前に実施されてもよく、Ｓ１０３とまとめて行われてもよい。また、Ｓ１０１～Ｓ１０８の一部は実施されなくてもよい。例えば、Ｓ１０７の完了時に基板Ｗに未反応の撥水剤がほとんど残らない場合、Ｓ１０８は実施されなくてもよい。
　先ず、Ｓ１０１では、図５（Ａ）に示すように、水供給部２０が、洗浄槽１０の内部にＤＩＷ（脱イオン水）などの水を供給し、水層Ｆ０を形成する。洗浄槽１０の上方では、保持部３０が、基板Ｗを保持する。基板Ｗは、保持部３０によって鉛直に保持される。
　次に、Ｓ１０２では、図５（Ｂ）に示すように、昇降部５１が、保持部３０を下降させ、水層Ｆ０の内部に基板Ｗを浸漬させる。水層Ｆ０の厚みは基板Ｗの直径よりも大きく、基板Ｗの全体が水層Ｆ０に浸漬される。
　次に、Ｓ１０３では、図５（Ｃ）に示すように、排液部５５が、洗浄槽１０の内部の水を排出し、水層Ｆ０の液面を低下させる。排液部５５は、開閉弁５６と、流量制御器５７と、を含む。開閉弁５６は、水等の液体の排出と、その停止とを切り換える。流量制御器５７は、液体の排出流量を制御する。
　水層Ｆ０の液面の高さは、液面レベルセンサ５８によって検出する。液面レベルセンサ５８は、本実施形態では非接触式であるが、接触式であってもよい。水層Ｆ０の液面の高さが設定高さまで低下したことを液面レベルセンサ５８が検出すると、排液部５５が水の排出を停止し、水層Ｆ０の液面の低下が停止させられる。水層Ｆ０の液面の設定高さは、例えば邪魔板１２の高さ等で決められる。Ｓ１０３の完了後も、水層Ｆ０の厚みは基板Ｗの直径よりも大きく、基板Ｗの全体が水層Ｆ０に浸漬される。
　次に、Ｓ１０４では、図６（Ａ）に示すように、液供給部６０が、水層Ｆ０の上に、第１有機溶剤Ｌ１を含む第１液層Ｆ１を形成する。第１液層Ｆ１の密度は、好ましくは、水層Ｆ０の密度よりも小さく、且つ後述の第２液層Ｆ２の密度よりも大きい。水層Ｆ０と第１液層Ｆ１と第２液層Ｆ２との積層構造を安定的に維持できる。
　第１有機溶剤Ｌ１は、本実施形態では非水溶性である。第１有機溶剤Ｌ１が非水溶性であれば、水層Ｆ０から第２液層Ｆ２への水の浸入を容易に制限できる。非水溶性とは、例えば１００ｇの水に対する溶解量（１００ｇの水に溶ける限界量）が０ｇ以上１０ｇ未満であることを意味する。以下、１００ｇの水に対する溶解量を、単に「溶解量」とも呼ぶ。非水溶性の有機溶剤の具体例として、
・ＤＢＥ（ジブチルエーテル）：溶解量３０ｍｇ、密度０．７６４ｇ／ｃｍ３
・ｎＢＡ（酢酸ブチル）：溶解量１．４ｇ、密度０．８８２ｇ／ｃｍ３
・酢酸プロピル：溶解量１．８９ｇ、密度０．８９０ｇ／ｃｍ３
・酢酸エチル：溶解量８．３ｇ、密度０．８９７ｇ／ｃｍ３
・シクロヘキサノン：溶解量８．７ｇ、密度０．９５０ｇ／ｃｍ３
などが挙げられる。
　液供給部６０は、ノズル６１と、流量制御器６２と、第１開閉弁６３と、を含む。ノズル６１は、水層Ｆ０の液面よりも上方に配置され、第１有機溶剤Ｌ１等を吐出する。流量制御器６２は、第１有機溶剤Ｌ１等の吐出流量を制御する。第１開閉弁６３は、第１有機溶剤Ｌ１の吐出と、その停止とを切り換える。
　流量制御器６２は、第１液層Ｆ１の形成中、第１有機溶剤Ｌ１の流量を一定に制御してもよい。第１液層Ｆ１の形成中に第１有機溶剤Ｌ１の流量が変動する場合に比べて、水層Ｆ０と第１液層Ｆ１の積層構造を維持しやすい。
　第１液層Ｆ１の厚みは、第１有機溶剤Ｌ１の総供給量で制御される。総供給量は、流量を時間積分して算出される。第１液層Ｆ１の厚みは、第１有機溶剤Ｌ１の総供給量を、水層Ｆ０の液面の面積で除して算出される。第１液層Ｆ１の厚みは、少なくとも基板Ｗの直径よりも小さい。第１液層Ｆ１の厚みは、第１有機溶剤Ｌ１の種類に応じて適宜決められる。
　第１有機溶剤Ｌ１が非水溶性である場合、第１液層Ｆ１の厚みは、例えば１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。第１液層Ｆ１の厚みが１．０ｍｍ以上であれば、水層Ｆ０から第２液層Ｆ２への水の浸入を抑制できる。また、第１液層Ｆ１の厚みが５．０ｍｍ以下であれば、第１有機溶剤Ｌ１の無駄な使用を抑制できる。
　なお、第１有機溶剤Ｌ１は本実施形態では非水溶性であるが、水溶性であってもよい。第１有機溶剤Ｌ１が水溶性であっても、第１液層Ｆ１の厚みが厚ければ、水層Ｆ０から第２液層Ｆ２への水の浸入を抑制できる。第１液層Ｆ１の厚みは、１００ｇの水に対する第１有機溶剤Ｌ１の溶解量に応じて設定される。その溶解量が多いほど、第１液層Ｆ１の厚みが厚く設定される。
　水溶性は、溶解量に応じて、中水溶性と、高水溶性と、に区分される。中水溶性とは、例えば１００ｇの水に対する溶解量が１０ｇ以上３０ｇ以下であることを意味する。一方、高水溶性とは、例えば１００ｇの水に対する溶解量が３０ｇを超えることを意味する。高水溶性の場合、１００ｇの水に対する溶解量の上限値は、特に限定されない。
　第１有機溶剤Ｌ１が中水溶性である場合、第１液層Ｆ１の厚みは、例えば３．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である。中水溶性の有機溶剤の具体例として、
・ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）：溶解量１９．８ｇ、密度０．９６９ｇ／ｃｍ３
・酢酸メチル：溶解量２４．４ｇ、密度０．９３２ｇ／ｃｍ３
・２－ブタノン：溶解量２７．５ｇ、密度０．８０５ｇ／ｃｍ３
などが挙げられる。
　第１有機溶剤Ｌ１が高水溶性である場合、第１液層Ｆ１の厚みは、例えば５．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である。高水溶性の有機溶剤の具体例として、
・ＩＰＡ（２－プロパノール）：密度０．７８６ｇ／ｃｍ３
・アセトン：密度０．７９１ｇ／ｃｍ３
などが挙げられる。
　液供給部６０は、更に、ノズル移動機構６８を含んでもよい。ノズル移動機構６８は、ノズル６１を昇降させる。ノズル６１は、第１有機溶剤Ｌ１の吐出前に、できるだけ水層Ｆ０の液面に近づけられる。水層Ｆ０の上に第１液層Ｆ１を静かに重ねることができ、積層構造の乱れを抑制できる。
　液供給部６０は、更に、距離センサ６９を含んでもよい。距離センサ６９は、水層Ｆ０の液面とノズル６１とのギャップを測定する。そのギャップが第１液層Ｆ１の厚みよりも大きくなるように、ノズル６１の高さが設定される。距離センサ６９として、例えば近接センサなどが用いられる。
　ところで、図７に示すように、洗浄槽１０の側壁１１には、邪魔板１２が設けられてもよい。邪魔板１２は、水層Ｆ０の液面付近にて、第１有機溶剤Ｌ１の落下を邪魔する。水層Ｆ０の液面付近とは、例えば水層Ｆ０の液面からの鉛直方向距離Ｈが０ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲をいう。本実施形態では第１有機溶剤Ｌ１が側壁１１を伝って落下するので、側壁１１と邪魔板１２の上面との境界が水層Ｆ０の液面付近にあればよい。第１有機溶剤Ｌ１の落下速度を低減でき、水層Ｆ０の上に第１液層Ｆ１を静かに重ねることができる。邪魔板１２は、例えば、側壁１１から離れるほど下方に傾斜する。邪魔板１２は、第１有機溶剤Ｌ１の流れの向きを決める。邪魔板１２によって、第１有機溶剤Ｌ１の流れは水平方向成分を有するようになる。
　なお、側壁１１と邪魔板１２の上面との境界は、図７では水層Ｆ０の液面よりも上方にあるが、図１３に示すように水層Ｆ０の液面よりも下方にあってもよい。いずれの場合も、第１有機溶剤Ｌ１が水層Ｆ０の液面から深く潜るのを抑制でき、第１有機溶剤Ｌ１が水層Ｆ０と混じり合うのを抑制できる。但し、側壁１１と邪魔板１２の上面との境界が水層Ｆ０の液面よりも下方にある場合、上方にある場合に比べて、第１有機溶剤Ｌ１を分散させることなく塊状のまま水層Ｆ０に供給でき、第１有機溶剤Ｌ１が水層Ｆ０と混じり合うのをより抑制できる。
　なお、側壁１１と邪魔板１２の上面との境界が水層Ｆ０の液面よりも下方にある場合、邪魔板１２は、第１有機溶剤Ｌ１の流れを横に向ける目的で水平に設けられてもよいし、第１有機溶剤Ｌ１の流れを上に向ける目的で側壁１１から離れるほど上方に傾斜するように設けられてもよい。但し、側壁１１と邪魔板１２の上面との境界付近にパーティクル等の発生原因である液だまりが生じないように、邪魔板１２は側壁１１から離れるほど下方に傾斜するように設けられてもよい。
　ノズル６１の吐出口６１ａは、洗浄槽１０の側壁１１に向けて、斜め下向きに配置されてもよい。吐出口６１ａが側壁１１に向けられるので、側壁１１に沿って第１有機溶剤Ｌ１を流下できる。また、吐出口６１ａが斜め下向きに配置されるので、水平に配置される場合に比べて、側壁１１との衝突時に第１有機溶剤Ｌ１の液跳ねを抑制できる。
　図８に示すように、ノズル６１の吐出口６１ａは、複数設けられてもよい。複数の吐出口６１ａに第１有機溶剤Ｌ１を分配すれば、第１有機溶剤Ｌ１の流速を小さくでき、水層Ｆ０の上に第１液層Ｆ１を静かに重ねることができる。吐出口６１ａの数が多いほど、第１有機溶剤Ｌ１の流速が小さくなる。
　なお、吐出口６１ａの数を複数にすることで、第１有機溶剤Ｌ１の流速を小さくする代わりに、第１有機溶剤Ｌ１の供給時間を短縮し、スループットを向上することも可能である。
　複数の吐出口６１ａは、上方視にて洗浄槽１０の側壁１１に沿って同じ向きに配置され、例えば反時計回りに第１有機溶剤Ｌ１を吐出する。同一方向に第１有機溶剤Ｌ１を流すことができ、渦巻き状の整流を形成できる。従って、乱流の発生を抑制でき、水層Ｆ０と第１液層Ｆ１の積層構造を容易に形成できる。
　次に、Ｓ１０５では、図６（Ｂ）に示すように、排液部５５が、洗浄槽１０の内部の水を排出し、水層Ｆ０の液面を低下させ、第１液層Ｆ１を下降させる。第１液層Ｆ１の液面の高さは、液面レベルセンサ５８によって検出する。第１液層Ｆ１の液面の高さは、例えば邪魔板１２の高さ等に基づき予め設定された高さまで低下させられる。Ｓ１０５の完了後も、水層Ｆ０の厚みは基板Ｗの直径よりも大きく、基板Ｗの全体が水層Ｆ０に浸漬される。
　次に、Ｓ１０６では、第１液層Ｆ１の上に、第２液層Ｆ２を形成する。第２液層Ｆ２は、第２有機溶剤Ｌ２と撥水剤とを含み、且つ水を含まない。第２有機溶剤Ｌ２は、本実施形態では水溶性である。基板Ｗを第２液層Ｆ２に接触させれば、基板表面Ｗａの凹凸パターンの凹部に残る水を、水溶性の第２有機溶剤Ｌ２で置換できる。一般的に、有機溶剤の表面張力は、水の表面張力よりも小さい。それゆえ、凹部に残る水を第２有機溶剤Ｌ２に置換すれば、凹凸パターンの倒壊をより抑制できる。
　なお、第１有機溶剤Ｌ１は、本実施形態では非水溶性である。それゆえ、基板Ｗを第１液層Ｆ１に接触させても、基板表面Ｗａの凹凸パターンの凹部に残る水を、非水溶性の第１有機溶剤Ｌ１には置換困難である。第１有機溶剤Ｌ１が非水溶性である場合、第２有機溶剤Ｌ２は好ましくは水溶性であり、より好ましくは高水溶性である。
　一方、第１有機溶剤Ｌ１が水溶性である場合、基板Ｗを第１液層Ｆ１に接触させれば、基板表面Ｗａの凹凸パターンの凹部に残る水を、水溶性の第１有機溶剤Ｌ１に置換できる。従って、第１有機溶剤Ｌ１が水溶性である場合、第２有機溶剤Ｌ２は水溶性であってもよいし非水溶性であってもよいが、好ましくは水溶性であり、より好ましくは高水溶性である。
　ところで、第２液層Ｆ２は、第２有機溶剤Ｌ２と撥水剤とを含む。第２有機溶剤Ｌ２として、アルコール類が用いられる場合、アルコール類は水と同様にＯＨ基を有するので、第２有機溶剤Ｌ２と撥水剤とが反応する。
　例えば、図３に示すように、ＴＭＳＤＭＡとメタノールとの反応によって、Ｓｉ－ＯＣＨ３結合が生じる。Ｓｉ－ＯＣＨ３結合は、図２に示すＳｉ－ＯＨ結合とは異なり、水が存在しない環境では重合反応を生じさせない。
　それゆえ、アルコール類は、水と同様にＯＨ基を有する反面、水とは異なりパーティクルを生じさせない。
　従って、第２有機溶剤Ｌ２として、アルコール類を使用可能である。但し、第２液層Ｆ２は、微量の水を含むことがある。その結果、微小なパーティクルが生じてしまうことがある。
　近年、基板表面Ｗａの凹凸パターンの微細化が進んでおり、微小なパーティクルでも問題が生じてしまう場合も考えられる。
　微小なパーティクルでも問題が生じてしまう場合、第２有機溶剤Ｌ２として、ＯＨ基を含まないものが用いられる。ＯＨ基を含まない第２有機溶剤Ｌ２として、例えば、ケトン類、エステル類、又はエーテル類等が用いられる。
　第２有機溶剤Ｌ２は、上記の通り水溶性であることが好ましい。ＯＨ基を含まない水溶性の第２有機溶剤Ｌ２として、アセトン、ＰＧＭＥＡ、酢酸メチル、又は２－ブタノン等が挙げられる。これらの中でも、アセトンは高水溶性の観点で特に好ましい。
　Ｓ１０６は、例えば、Ｓ１０６ａと、Ｓ１０６ｂと、を含む。先ず、Ｓ１０６ａでは、図６（Ｃ）に示すように、液供給部６０が、第１液層Ｆ１の上に、第２液層Ｆ２の初期層Ｆ２Ａを形成する。初期層Ｆ２Ａは、第２有機溶剤Ｌ２を含み、撥水剤と水とを含まない。
　液供給部６０は、ノズル６１と流量制御器６２の他に、第２開閉弁６４を含む。第２開閉弁６４は、第２有機溶剤Ｌ２の吐出と、その停止とを切り換える。なお、本実施形態のノズル６１と流量制御器６２とは第１有機溶剤Ｌ１と第２有機溶剤Ｌ２の両方に共通のものであるが、液体の種類毎にノズルと流量制御器とが設けられてもよい。
　ノズル６１は、第２有機溶剤Ｌ２の吐出前に、ノズル移動機構６８によって、できるだけ第１液層Ｆ１の液面に近づけられる。第１液層Ｆ１の液面とノズル６１とのギャップが初期層Ｆ２Ａの厚みよりも大きくなるように、ノズル６１の高さが設定される。第１液層Ｆ１の液面とノズル６１とのギャップは、例えば距離センサ６９によって測定する。ノズル６１が第２有機溶剤Ｌ２を吐出すると、邪魔板１２は第１液層Ｆ１の液面付近にて、第２有機溶剤Ｌ２の落下を邪魔する。
　流量制御器６２は、初期層Ｆ２Ａの形成中、第２有機溶剤Ｌ２の流量を一定に制御してもよい。初期層Ｆ２Ａの形成中に第２有機溶剤Ｌ２の流量が変動する場合に比べて、水層Ｆ０と第１液層Ｆ１と初期層Ｆ２Ａの積層構造を維持しやすい。
　初期層Ｆ２Ａの厚みは、第２有機溶剤Ｌ２の総供給量で制御される。総供給量は、流量を時間積分して算出される。初期層Ｆ２Ａの厚みは、第２有機溶剤Ｌ２の総供給量を、水層Ｆ０の液面の面積で除して算出される。初期層Ｆ２Ａの厚みは、少なくとも基板Ｗの直径よりも小さい。
　初期層Ｆ２Ａの厚みは、第２有機溶剤Ｌ２の種類に応じて適宜決められるが、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。初期層Ｆ２Ａの厚みが２ｍｍ以上であれば、十分な厚みの第２液層Ｆ２が得られ、後に十分な撥水効果が得られる。また、初期層Ｆ２Ａの厚みが１０ｍｍ以下であれば、第２有機溶剤Ｌ２の無駄な使用を抑制できる。
　次に、Ｓ１０６ｂでは、図９（Ａ）に示すように、乾燥容器１５が洗浄槽１０の上方に乾燥室ＤＲを形成した状態で、ガス供給部７０が撥水剤の蒸気Ｇ１を乾燥室ＤＲに供給する。ガス供給部は、撥水剤の蒸気Ｇ１に加えて、窒素ガスなどの不活性ガスをも乾燥室ＤＲに供給してもよい。
　撥水剤の蒸気Ｇ１は、初期層Ｆ２Ａの液面で凝縮され、初期層Ｆ２Ａを構成する第２有機溶剤Ｌ２に溶解する。その結果、第２液層Ｆ２が得られる。第２液層Ｆ２は、上記の通り、第２有機溶剤Ｌ２と撥水剤とを含み、水を含まない。
　ガス供給部７０は、ノズル７１と、流量制御器７２と、第１開閉弁７３と、を含む。ノズル７１は、撥水剤の蒸気Ｇ１等を吐出する。流量制御器７２は、撥水剤の蒸気Ｇ１等の吐出流量を制御する。第１開閉弁７３は、撥水剤の蒸気Ｇ１の吐出と、その停止とを切り換える。
　第２液層Ｆ２の厚みは、第２有機溶剤Ｌ２の種類に応じて適宜決められるが、例えば３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。第２液層Ｆ２の厚みが３ｍｍ以上であれば、第２液層Ｆ２と基板Ｗとの接触時間が長く、十分な撥水効果が得られる。また、第２液層Ｆ２の厚みが１５ｍｍ以下であれば、第２有機溶剤Ｌ２及び撥水剤の無駄な使用を抑制できる。
　第２液層Ｆ２は液供給部６０とガス供給部７０とによって形成され、第１液層Ｆ１は液供給部６０によって形成される。従って、本実施形態では、第１液層Ｆ１及び第２液層Ｆ２を形成する液層形成部８０は、液供給部６０とガス供給部７０とで構成される。
　なお、液層形成部８０は、液供給部６０のみで構成されてもよい。液供給部６０は、第２有機溶剤Ｌ２の代わりに、第２有機溶剤Ｌ２と撥水剤の混合液を、第１液層Ｆ１の上に供給すれば、第２液層Ｆ２を形成できる。
　次に、Ｓ１０７では、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示すように、接触部５０（図５（Ａ）参照）が、水層Ｆ０に浸漬させた基板Ｗを、第１液層Ｆ１と、第２液層Ｆ２と、第２液層Ｆ２の上のガスとに、この順番で接触させる。接触部５０は例えば昇降部５１を含み、昇降部５１が保持部３０を上昇させ、洗浄槽１０から基板Ｗを引き上げる。
　本実施形態によれば、基板Ｗは、第２液層Ｆ２の上のガスにさらされる前に、第２液層Ｆ２に接触し、第２液層Ｆ２に含まれる撥水剤によって撥水化される。それゆえ、基板表面Ｗａの凹凸パターンの倒壊を抑制できる。また、第２液層Ｆ２は水を含まないので、水と撥水剤の反応によるパーティクルの発生を抑制できる。更に、特許文献１に記載のように基板Ｗの直径よりも大きい厚みの撥水剤の層を形成する場合に比べて、撥水剤の使用量を削減できる。更にまた、基板Ｗの撥水化と乾燥とを、１回の基板Ｗの引き上げによって実施でき、スループットを向上できる。なお、詳しくは後述するが、基板Ｗの撥水化と乾燥とを、１回の液抜きによって実施することも可能である。
　次に、Ｓ１０８では、図９（Ｄ）に示すように、ガス供給部７０が有機溶剤の蒸気Ｇ２を乾燥室ＤＲに供給し、乾燥室ＤＲに残る撥水剤の蒸気Ｇ１を、有機溶剤の蒸気Ｇ２に置換する。ガス供給部７０は、有機溶剤の蒸気Ｇ２に加えて、窒素ガスなどの不活性ガスをも乾燥室ＤＲに供給してもよい。有機溶剤の蒸気Ｇ２は、基板表面Ｗａにて凝縮され、基板表面Ｗａに残る未反応の撥水剤を洗い落とす。余剰の撥水剤を除去できる。
　ガス供給部７０は、ノズル７１と流量制御器７２の他に、第２開閉弁７４を含む。第２開閉弁７４は、有機溶剤の蒸気Ｇ２の吐出と、その停止とを切り換える。なお、本実施形態のノズル７１と流量制御器７２とは撥水剤の蒸気Ｇ１と有機溶剤の蒸気Ｇ２の両方に共通のものであるが、蒸気の種類毎にノズルと流量制御器とが設けられてもよい。
　余剰の撥水剤の除去は、Ｓ１０７と同時に実施することも可能である。Ｓ１０７の前に、ガス供給部７０が有機溶剤の蒸気Ｇ２を乾燥室ＤＲに供給し、乾燥室ＤＲに残る撥水剤の蒸気Ｇ１を、有機溶剤の蒸気Ｇ２に置換すれば、Ｓ１０７と同時に余剰の撥水剤を除去できる。余剰の撥水剤の除去後、基板Ｗの搬出前に、乾燥室ＤＲのガスは不活性ガスで置換されてもよい。
　次に、図１０を参照して、洗浄槽１０から基板Ｗを引き上げる代わりに、洗浄槽１０の内部にて水層Ｆ０の液面を下げる技術について説明する。この場合、洗浄槽１０が乾燥容器１５を兼ねる。洗浄槽１０の上部には、蓋１６が取り付けられる。
　Ｓ１０６ｂでは、図１０（Ａ）に示すように、洗浄槽１０の上部に蓋１６が取り付けられた状態で、ガス供給部７０が撥水剤の蒸気Ｇ１を供給する。撥水剤の蒸気Ｇ１は、初期層Ｆ２Ａの液面で凝縮され、初期層Ｆ２Ａを構成する第２有機溶剤Ｌ２に溶解する。その結果、第２液層Ｆ２が得られる。
　次に、Ｓ１０７では、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）に示すように、接触部５０が、水層Ｆ０に浸漬させた基板Ｗを、第１液層Ｆ１と、第２液層Ｆ２と、第２液層Ｆ２の上のガスとに、この順番で接触させる。接触部５０は例えば排液部５５を含み、排液部５５が水層Ｆ０の液面を低下させ、第１液層Ｆ１及び第２液層Ｆ２を下降させる。排液部５５は、水層Ｆ０と、第１液層Ｆ１と、第２液層Ｆ２とをこの順番で排出させる。その結果、洗浄槽１０の内部に乾燥室ＤＲが形成される。
　次に、Ｓ１０８では、図１０（Ｄ）に示すように、ガス供給部７０が有機溶剤の蒸気Ｇ２を乾燥室ＤＲに供給し、乾燥室ＤＲに残る撥水剤の蒸気Ｇ１を、有機溶剤の蒸気Ｇ２に置換する。有機溶剤の蒸気Ｇ２は、基板表面Ｗａにて凝縮され、基板表面Ｗａに残る未反応の撥水剤を洗い落とす。余剰の撥水剤を除去できる。
　次に、図１１を参照して、第２液層Ｆ２の上に第３液層Ｆ３を更に形成する技術について説明する。図１１に示す基板処理方法は、図１２等に示す基板処理装置１によって実施され、基板処理装置１の制御部９０による制御下で実施される。図１１では、上記Ｓ１０５の後に、Ｓ１１１が行われる。
　Ｓ１１１では、図１２（Ａ）に示すように、液供給部６０が、第１液層Ｆ１の上に、第２液層Ｆ２を形成する。液供給部６０は、第２有機溶剤Ｌ２と撥水剤とを含む混合液Ｌ２Ａを第１液層Ｆ１の上に供給し、第２液層Ｆ２を形成する。混合液Ｌ２Ａは、水を含まない。
　液供給部６０は、ノズル６１と流量制御器６２の他に、第２開閉弁６４を含む。第２開閉弁６４は、混合液Ｌ２Ａの流量を制御する。なお、本実施形態のノズル６１と流量制御器６２とは第１有機溶剤Ｌ１と混合液Ｌ２Ａの両方に共通のものであるが、液体の種類毎にノズルと流量制御器とが設けられてもよい。
　ノズル６１は、混合液Ｌ２Ａの吐出前に、ノズル移動機構６８によって、できるだけ第１液層Ｆ１の液面に近づけられる。第１液層Ｆ１の液面とノズル６１とのギャップが第２液層Ｆ２の厚みよりも大きくなるように、ノズル６１の高さが設定される。第１液層Ｆ１の液面とノズル６１とのギャップは、例えば距離センサ６９によって測定する。ノズル６１が混合液Ｌ２Ａを吐出すると、邪魔板１２は第１液層Ｆ１の液面付近にて混合液Ｌ２Ａの落下を邪魔する。
　流量制御器６２は、第２液層Ｆ２の形成中、混合液Ｌ２Ａの流量を一定に制御してもよい。第２液層Ｆ２の形成中に混合液Ｌ２Ａの流量が変動する場合に比べて、水層Ｆ０と第１液層Ｆ１と第２液層Ｆ２の積層構造を維持しやすい。
　第２液層Ｆ２の厚みは、混合液Ｌ２Ａの総供給量で制御される。総供給量は、流量を時間積分して算出される。第２液層Ｆ２の厚みは、混合液Ｌ２Ａの総供給量を、水層Ｆ０の液面の面積で除して算出される。第２液層Ｆ２の厚みは、少なくとも基板Ｗの直径よりも小さい。
　第２液層Ｆ２の厚みは、混合液Ｌ２Ａの種類に応じて適宜決められるが、例えば３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。第２液層Ｆ２の厚みが３ｍｍ以上であれば、第２液層Ｆ２と基板Ｗとの接触時間が長く、十分な撥水効果が得られる。また、第２液層Ｆ２の厚みが１５ｍｍ以下であれば、混合液Ｌ２Ａ及び撥水剤の無駄な使用を抑制できる。
　次に、Ｓ１１２では、図１２（Ｂ）に示すように、排液部５５が、洗浄槽１０の内部の水を排出し、水層Ｆ０の液面を低下させ、第１液層Ｆ１及び第２液層Ｆ２を下降させる。第２液層Ｆ２の液面の高さは、液面レベルセンサ５８によって検出する。第２液層Ｆ２の液面の高さは、例えば邪魔板１２の高さ等に基づき予め設定された高さまで低下させられる。Ｓ１１２の完了後も、水層Ｆ０の厚みは基板Ｗの直径よりも大きく、基板Ｗの全体が水層Ｆ０に浸漬される。
　次に、Ｓ１１３では、図１２（Ｃ）に示すように、液供給部６０が、第２液層Ｆ２の上に、第３液層Ｆ３を形成する。液供給部６０は、第２有機溶剤Ｌ２とは異なる第３有機溶剤Ｌ３を第２液層Ｆ２の上に供給し、第３液層Ｆ３を形成する。
　第３液層Ｆ３は、第３有機溶剤Ｌ３のみを有し、水も撥水剤も含まなくてもよい。第３液層Ｆ３が水を含まないとは、第３液層Ｆ３における水の含有量が０体積％以上１体積％以下であることを意味する。また、第３液層Ｆ３が撥水剤を含まないとは、第３液層Ｆ３における撥水剤の含有量が０体積％以上１体積％以下であることを意味する。基板Ｗを第３液層Ｆ３に接触させれば、基板表面Ｗａに残る未反応の撥水剤を洗い落すことができ、余剰の撥水剤を除去できる。
　第３有機溶剤Ｌ３は、第２有機溶剤Ｌ２よりも、小さい密度を有してもよい。また、第３有機溶剤Ｌ３は、第２有機溶剤Ｌ２よりも、高い水溶性を有してもよい。例えば、第２有機溶剤Ｌ２は中水溶性であって、第３有機溶剤Ｌ３は高水溶性であってもよい。
　液供給部６０は、ノズル６１と流量制御器６２の他に、第３開閉弁６５を含む。第３開閉弁６５は、第３有機溶剤Ｌ３の吐出と、その停止とを切り換える。なお、本実施形態のノズル６１と流量制御器６２とは第１有機溶剤Ｌ１と第３有機溶剤Ｌ３の両方に共通のものであるが、液体の種類毎にノズルと流量制御器とが設けられてもよい。
　ノズル６１は、第３有機溶剤Ｌ３の吐出前に、ノズル移動機構６８によって、できるだけ第２液層Ｆ２の液面に近づけられる。第２液層Ｆ２の液面とノズル６１とのギャップが第３液層Ｆ３の厚みよりも大きくなるように、ノズル６１の高さが設定される。第２液層Ｆ２の液面とノズル６１とのギャップは、例えば距離センサ６９によって測定する。ノズル６１が第３有機溶剤Ｌ３を吐出すると、邪魔板１２は第２液層Ｆ２の液面付近にて、第３有機溶剤Ｌ３の落下を邪魔する。
　流量制御器６２は、第３液層Ｆ３の形成中、第３有機溶剤Ｌ３の流量を一定に制御してもよい。第３液層Ｆ３の形成中に第３有機溶剤Ｌ３の流量が変動する場合に比べて、水層Ｆ０と第１液層Ｆ１と第２液層Ｆ２と第３液層Ｆ３の積層構造を維持しやすい。
　第３液層Ｆ３の厚みは、第３有機溶剤Ｌ３の総供給量で制御される。総供給量は、流量を時間積分して算出される。第３液層Ｆ３の厚みは、第３有機溶剤Ｌ３の総供給量を、水層Ｆ０の液面の面積で除して算出される。第３液層Ｆ３の厚みは、少なくとも基板Ｗの直径よりも小さい。
　第３液層Ｆ３の厚みは、第３有機溶剤Ｌ３の種類に応じて適宜決められるが、例えば２ｍｍ以上８ｍｍ以下である。第３液層Ｆ３の厚みが２ｍｍ以上であれば、第３液層Ｆ３と基板Ｗとの接触時間が長く、余剰の撥水剤が十分に除去される。また、第３液層Ｆ３の厚みが８ｍｍ以下であれば、第３有機溶剤Ｌ３の無駄な使用を抑制できる。
　次に、Ｓ１１４では、図示しないが、接触部５０が、水層Ｆ０に浸漬させた基板Ｗを、第１液層Ｆ１と、第２液層Ｆ２と、第３液層Ｆ３と、第３液層Ｆ３の上のガスとに、この順番で接触させる。接触部５０は例えば昇降部５１を含み、昇降部５１が保持部３０を上昇させ、洗浄槽１０から基板Ｗを引き上げる。あるいは、接触部５０は排液部５５を含み、排液部５５が水層Ｆ０の液面を低下させ、第１液層Ｆ１、第２液層Ｆ２及び第３液層Ｆ３を下降させる。排液部５５は、水層Ｆ０と、第１液層Ｆ１と、第２液層Ｆ２と、第３液層Ｆ３とをこの順番で排出させる。
　表１に、第１液層Ｆ１と、第２液層Ｆ２と、第３液層Ｆ３と、第３液層Ｆ３の上のガスと、洗浄槽１０の内部の液体の白濁の有無と、基板表面の凹凸パターンの倒壊率（％）との関係について調べた実験結果を示す。なお、水層Ｆ０は、ＤＩＷで形成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１において、「Ｃ６Ｈ１０Ｏ」はシクロヘキサノンである。白濁の有無は、目視で確認した。白濁の有無は、パーティクルの発生の有無を表す。白濁が有ることはパーティクルの発生が有ることを意味し、白濁が無いことはパーティクルの発生が無いことを意味する。倒壊率は、長辺が１２．５ｍｍ、短辺が１０ｍｍの長方形の基板表面の５か所で合計３５００個のピラーの倒壊の有無を調べ、算出した。なお、倒壊率が９０％を超える場合には、算出時間が無駄なので、倒壊率１００％とした。
　例１、３、４、７、９、１１及び１３では、撥水剤を使用しなかったので、倒壊率は１００％であった。例２では、第１液層Ｆ１及び第２液層Ｆ２を形成しなかったので、ＴＭＳＤＭＡ蒸気と水層Ｆ０との反応によって、白濁が認められた。一方、例５、６、８、１０、１２、１４及び１５では、第１液層Ｆ１及び第２液層Ｆ２を形成したので、白濁が認められず、倒壊率も低かった。
　以上、本開示に係る基板処理方法及び基板処理装置の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。
　本出願は、２０２０年４月７日に日本国特許庁に出願した特願２０２０－０６９０１５号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０２０－０６９０１５号の全内容を本出願に援用する。
１０　洗浄槽
Ｌ１　第１有機溶剤
Ｌ２　第２有機溶剤
Ｆ０　水層
Ｆ１　第１液層
Ｆ２　第２液層
Ｗ　　基板

Claims (20)

  1. 　洗浄槽の内部に水を供給し、水層を形成することと、
    　前記水層の内部に基板を浸漬させることと、
    　前記水層の上に、第１有機溶剤を含む第１液層を形成することと、
    　前記第１液層の上に、第２有機溶剤と撥水剤とを含み、且つ水を含まない第２液層を形成することと、
    　前記水層に浸漬させた前記基板を、前記第１液層と、前記第２液層と、前記第２液層の上のガスとに、この順番で接触させることと、を有する、基板処理方法。
  2. 　前記第１有機溶剤は、非水溶性であり、
    　前記第２有機溶剤は、水溶性である、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 　前記第１有機溶剤は、水溶性であり、
    　前記第２有機溶剤も、水溶性である、請求項１に記載の基板処理方法。
  4. 　前記第１液層の密度は、前記水層の密度よりも小さく、且つ前記第２液層の密度よりも大きい、請求項１～３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  5. 　前記第２液層を形成することは、
    　前記第２有機溶剤を前記第１液層の上に供給し、前記第２有機溶剤を含み且つ水を含まない初期層を形成することと、
    　前記初期層の上に前記撥水剤の蒸気を供給し、前記初期層の液面で前記撥水剤の蒸気を凝縮させることと、を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  6. 　前記第２液層を形成することは、
    　前記第２有機溶剤と前記撥水剤との混合液を前記第１液層の上に供給することを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  7. 　前記水層に浸漬させた前記基板を、前記第１液層と、前記第２液層と、前記ガスとに、この順番で接触させることは、
    　前記洗浄槽の内部から前記基板を引き上げることを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  8. 　前記水層に浸漬させた前記基板を、前記第１液層と、前記第２液層と、前記ガスとに、この順番で接触させることは、
    　前記洗浄槽の内部にて前記水層の液面を下げることを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  9. 　前記撥水剤は、Ｓｉ－Ｎ結合を有する、請求項１～８のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  10. 　前記第２液層の上に、前記第２有機溶剤とは異なる第３有機溶剤を含む第３液層を形成することを更に有し、
    　前記水層に浸漬された前記基板は、前記第１液層と、前記第２液層と、前記第３液層と、前記第３液層の上の前記ガスとにこの順番で接触させられる、請求項１～９のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  11. 　前記ガスは、前記撥水剤の蒸気を含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  12. 　前記撥水剤の蒸気を有機溶剤の蒸気に置換し、置換した前記有機溶剤の蒸気を前記基板の表面にて凝縮させ、前記基板の表面に残る未反応の前記撥水剤を洗い落とすことを更に有する、請求項１１に記載の基板処理方法。
  13. 　前記第１有機溶剤の吐出口は、前記洗浄槽の側壁に向けて、斜め下向きに配置される、請求項１～１２のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  14. 　前記第１有機溶剤の吐出口は、複数設けられる、請求項１～１３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  15. 　複数の前記吐出口は、上方視にて前記洗浄槽の側壁に沿って同じ向きに配置される、請求項１４に記載の基板処理方法。
  16. 　前記洗浄槽の側壁には、前記水層の液面付近にて、前記第１有機溶剤の落下を邪魔する邪魔板が設けられる、請求項１～１５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  17. 　前記第１液層を形成することは、前記第１有機溶剤の流量を流量制御器によって一定に制御することを含む、請求項１～１６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  18. 　前記第１液層を形成することは、前記第１有機溶剤の総供給量で前記第１液層の厚みを制御することを含む、請求項１～１７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  19. 　前記水層の液面の高さを、液面レベルセンサで測定することを有する、請求項１～１８のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  20. 　洗浄槽と、
    　前記洗浄槽の内部に水を供給し、水層を形成する水供給部と、
    　基板を保持する保持部と、
    　前記水層の上に、第１有機溶剤を含む第１液層を形成し、前記第１液層の上に、第２有機溶剤と撥水剤とを含み、且つ水を含まない第２液層を形成する液層形成部と、
    　前記水層に浸漬させた前記基板を、前記第１液層と、前記第２液層と、前記第２液層の上のガスとに、この順番で接触させる接触部と、を備える基板処理装置。
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