WO2024047955A1 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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WO2024047955A1
WO2024047955A1 PCT/JP2023/017843 JP2023017843W WO2024047955A1 WO 2024047955 A1 WO2024047955 A1 WO 2024047955A1 JP 2023017843 W JP2023017843 W JP 2023017843W WO 2024047955 A1 WO2024047955 A1 WO 2024047955A1
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WO
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substrate
substrate processing
pattern
light
flash
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/017843
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English (en)
French (fr)
Inventor
悠太 佐々木
泰治 宮本
一国雄 溝端
翔太 内田
正幸 尾辻
Original Assignee
株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス filed Critical 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
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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

  • the present invention relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus for drying a substrate on which a fine pattern is formed.
  • Substrates to be processed include, for example, semiconductor substrates, liquid crystal display substrates, flat panel display (FPD) substrates, optical disk substrates, magnetic disk substrates, solar cell substrates, and the like.
  • semiconductor substrates (hereinafter simply referred to as "substrates").
  • One such treatment process is a drying process in which a wet substrate that has been subjected to wet cleaning or the like is dried.
  • nanostructure patterns with large aspect ratios are sometimes formed on substrates.
  • the main cause of collapse of nanostructures during the drying process is the capillary force that acts on the nanostructures during the drying process of the liquid attached to the substrate.
  • the most commonly taken countermeasure to this problem is to use a liquid with low surface tension as a treatment liquid during drying, and IPA (isopropyl alcohol) is typically used.
  • Capillary force depends on the surface tension of the liquid, so by using a liquid with low surface tension such as IPA as a processing liquid during drying, the capillary force acting on the nanostructure pattern can be reduced and pattern collapse can be suppressed. becomes possible.
  • Patent Document 1 discloses a technique for instantly evaporating moisture and preventing pattern collapse by irradiating flash light from a flash lamp onto a substrate after cleaning processing.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a substrate processing method and a substrate processing apparatus that can reliably suppress pattern collapse.
  • a first aspect of the present invention provides a substrate processing method for drying a substrate on which a pattern is formed, including a supply step of supplying a processing liquid to the surface of the substrate, and a step of supplying a processing liquid to the surface of the substrate. a light irradiation step of evaporating the processing liquid by irradiating and heating the surface; The drying time required from when capillary force begins to act on the pattern to when the processing liquid is removed from the surface of the substrate is shorter than the drying time.
  • the surface of the substrate is irradiated with flash light from a flash lamp.
  • a third aspect is the substrate processing method according to the second aspect, in which in the light irradiation step, the energy of the flash light to be irradiated is adjusted according to the pillar spacing between adjacent pillars in the pattern.
  • the energy of the flash light to be irradiated is increased as the pillar interval becomes narrower.
  • the surface of the substrate is irradiated with laser light.
  • the processing liquid is isopropyl alcohol.
  • a substrate processing apparatus for drying a substrate on which a pattern is formed, including: a substrate holding section that holds the substrate; a processing liquid supply section that supplies a processing liquid to a surface of the substrate; a light irradiation unit that evaporates the processing liquid by irradiating light onto the surface of the pattern and heating the surface;
  • the drying time required from when capillary force begins to act on the pattern to when the processing liquid is removed from the surface of the substrate is shorter.
  • the light irradiation section includes a flash lamp that irradiates a surface of the substrate with flash light.
  • the energy of the flash light emitted from the flash lamp is adjusted according to the pillar spacing between adjacent pillars in the pattern.
  • the narrower the pillar spacing the greater the energy of the flash light irradiated from the flash lamp.
  • the substrate processing apparatus is provided between the light irradiation section and the substrate holding section, and is provided between the light irradiation section and the substrate holding section to prevent flash light emitted from the flash lamp. It further includes a filter that cuts light with a wavelength of 400 nm or less.
  • the light irradiation unit irradiates the surface of the substrate with laser light.
  • a fourteenth aspect is the substrate processing apparatus according to any one of the eighth to thirteenth aspects, wherein the processing liquid is isopropyl alcohol.
  • the processing liquid is applied to the substrate after the capillary force starts acting on the pattern, which is longer than the collapse time required from when the capillary force starts acting on the pattern until the pattern collapses. Since the drying time required for removal from the surface is shorter, pattern collapse can be reliably suppressed even if the pattern has a large aspect ratio.
  • the energy of the flash light irradiated increases as the pillar spacing becomes narrower, so that the drying time can be reliably shorter than the collapse time, resulting in pattern collapse. can be suppressed more reliably.
  • the substrate processing method since flash light with a wavelength of 400 nm or less is cut is irradiated, damage to the substrate can be suppressed.
  • the processing liquid is applied to the substrate after the capillary force starts acting on the pattern, which is longer than the collapse time required from when the capillary force starts acting on the pattern until the pattern collapses. Since the drying time required for removal from the surface is shorter, pattern collapse can be reliably suppressed even if the pattern has a large aspect ratio.
  • the energy of the flash light emitted from the flash lamp increases as the pillar spacing becomes narrower, so that the drying time can be reliably shorter than the collapse time. , pattern collapse can be more reliably suppressed.
  • the substrate processing apparatus further includes a filter that is provided between the light irradiation section and the substrate holding section and that cuts light with a wavelength of 400 nm or less from the flash light emitted by the flash lamp. , damage to the substrate can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the internal layout of a single-wafer cleaning apparatus equipped with a substrate processing apparatus according to the present invention
  • FIG. 1 is a side view showing the main part configuration of a substrate processing apparatus according to the present invention. It is a flowchart which shows the processing procedure in a processing unit.
  • FIG. 3 is a diagram showing a pattern formed on a substrate.
  • FIG. 3 is a diagram showing the state of the substrate immediately after IPA is supplied.
  • FIG. 6 is a diagram showing the state of the substrate when the liquid level of IPA coincides with the upper end of the pillar. It is a figure which shows the state in which the difference arises in the liquid level of IPA.
  • FIG. 1 is a schematic plan view for explaining the internal layout of a single wafer cleaning apparatus 100 equipped with a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • the single wafer cleaning apparatus 100 is an apparatus that sequentially cleans substrates W one by one.
  • the substrate W to be processed is a disk-shaped semiconductor substrate made of silicon. Note that in FIG. 1 and the subsequent figures, the dimensions and numbers of each part are exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.
  • the single wafer cleaning apparatus 100 performs a surface cleaning process by discharging a chemical solution and a rinsing liquid onto the surface of the substrate W, and then performs a drying process on the substrate W.
  • the above-mentioned chemical solutions include, for example, a solution for etching or a solution for removing particles. (mixed solution with water), SC-2 solution (mixed solution with hydrochloric acid, hydrogen peroxide solution, and pure water), buffered hydrofluoric acid (BHF), or dilute hydrofluoric acid (DHF). Furthermore, pure water is typically used as the rinsing liquid.
  • processing solutions chemical solutions, rinsing solutions, organic solvents, and the like will be collectively referred to as "processing solutions.”
  • the single wafer cleaning apparatus 100 includes a plurality of processing units 1 and 101, a load port LP, an indexer robot 102, a main transfer robot 103, and a control section 90.
  • a carrier C that accommodates a plurality of substrates W to be processed by the single wafer cleaning apparatus 100 is placed on the load port LP.
  • the carrier C containing unprocessed substrates W is transported by an automatic guided vehicle (AGV, OHT) or the like and placed on the load port LP. Further, the carrier C containing the processed substrate W is also taken away from the load port LP by the automatic guided vehicle.
  • AGV automatic guided vehicle
  • the carrier C is typically a FOUP (front opening unified pod) that stores the substrate W in a sealed space.
  • the carrier C is in a state in which a plurality of substrates W are stacked and arranged at regular intervals in the vertical direction in a horizontal posture (a posture in which the normal to the main surface of the substrate W is along the vertical direction) using a plurality of holding shelves formed inside the carrier C. hold it.
  • the maximum number of sheets that can be accommodated in carrier C is 25 or 50 sheets.
  • the carrier C may be a SMIF (Standard Mechanical Inter Face) pod or an OC (open cassette) that exposes the accommodated substrate W to the outside air.
  • the indexer robot 102 is configured to be able to slide, rotate, and move the hand that holds the substrate W forward and backward.
  • the indexer robot 102 transports the substrate W between the carrier C and the main transport robot 103.
  • the indexer robot 102 takes out the unprocessed substrate W from the carrier C and transfers it to the main transfer robot 103. Further, the indexer robot 102 receives the processed substrate W from the main transfer robot 103 and stores it in the carrier C.
  • the main transfer robot 103 is configured to be able to rotate, move up and down, and move the arm that holds the substrate W back and forth.
  • the main transfer robot 103 carries the substrate W received from the indexer robot 102 into either the processing unit 1 or the processing unit 101 . Further, the main transfer robot 103 transfers the substrate W, which has been carried out from either the processing unit 1 or the processing unit 101, to the indexer robot 102. Further, the main transport robot 103 may transport the substrate W between the processing unit 1 and the processing unit 101. For example, the main transfer robot 103 carries the substrate W carried out from the processing unit 101 into the processing unit 1.
  • the processing unit 101 performs a cleaning process on one substrate W.
  • the processing unit 1 performs a drying process on one substrate W.
  • a total of 12 processing units 101 or 12 processing units 1 are installed in the single wafer cleaning apparatus 100 of this embodiment. Specifically, four towers, each consisting of three processing units (processing unit 101 or processing unit 1) stacked vertically, are arranged to surround the main transfer robot 103. In FIG. 1, one stage of processing units stacked in three stages is schematically shown, and one processing unit 1 and three processing units 101 surround a main transfer robot 103. It is located in Note that the number of processing units in the single wafer cleaning apparatus 100 is not limited to 12, and may be changed as appropriate.
  • FIG. 2 is a side view showing the main configuration of the processing unit 1.
  • the processing unit 1 mainly includes a processing chamber 10 , a rotation holding section 20 , a processing liquid nozzle 30 , a light irradiation section 50 , and a control section 90 .
  • the processing chamber 10 is a hollow housing. Inside the processing chamber 10, a rotation holding section 20, a processing liquid nozzle 30, and the like are provided. During substrate processing, the processing chamber 10 accommodates a substrate W to be processed.
  • the processing chamber 10 is provided with a loading/unloading port (not shown).
  • the loading/unloading entrance is opened and closed by a shutter.
  • the main transfer robot 103 carries the substrate W into and out of the processing chamber 10 while the carry-in/out entrance is open.
  • the loading/unloading entrance is closed while the substrate W is being processed.
  • the rotation holding unit 20 includes a spin chuck 22 and a spin motor 25.
  • the spin chuck 22 is a substrate holder that holds the substrate W in a horizontal position.
  • the spin chuck 22 in this embodiment is a vacuum suction type chuck.
  • the spin chuck 22 attracts and holds the center portion of the lower surface of the substrate W.
  • the spin chuck 22 may be another type of chuck such as a clamping type mechanical chuck.
  • the spin chuck 22 has a disk shape with a diameter smaller than the diameter of the substrate W.
  • the peripheral edge of the substrate W protrudes outside the outer peripheral end of the spin chuck 22.
  • the spin chuck 22 is connected to a spin motor 25 via a spin shaft 27. That is, the upper end of the spin shaft 27 of the spin motor 25 is connected to the center of the lower surface of the spin chuck 22 .
  • the spin motor 25 rotates the spin shaft 27 while the substrate W is held by the spin chuck 22, the substrate W and the spin chuck 22 rotate in a horizontal plane around the rotation axis A1 along the vertical direction. .
  • a cup 40 is provided to surround the spin chuck 22.
  • the cup 40 has a cylindrical shape, and the upper part of the cup 40 is inclined so that it approaches the spin chuck 22 as it goes upward.
  • the inner diameter of the upper end portion of the cup 40 is larger than the diameter of the substrate W.
  • the upper end of the cup 40 is higher than the height of the substrate W held by the spin chuck 22. Therefore, the liquid scattered by the centrifugal force from the substrate W rotated by the spin motor 25 is received and collected by the cup 40.
  • the liquid collected by the cup 40 is discharged from a drain pipe 45 provided at the bottom of the cup 40.
  • the cup 40 may have a multi-stage structure in which a plurality of collection ports are provided for different purposes.
  • the processing liquid nozzle 30 is attached to the tip of a rod-shaped nozzle arm 31 that extends in the horizontal direction.
  • the nozzle arm 31 is supported by an arm support shaft 32 that extends in the vertical direction.
  • the arm support shaft 32 is connected to a nozzle drive section 33.
  • the nozzle drive unit 33 rotates the arm support shaft 32 around a rotation axis A2 along the vertical direction.
  • the processing liquid nozzle 30 moves to a standby position outside the cup 40 and above the substrate W held by the spin chuck 22. It moves along an arcuate trajectory between the processing position and the processing position.
  • the nozzle drive unit 33 moves the arm support shaft 32 and the nozzle arm 31 up and down. Thereby, the processing liquid nozzle 30 also moves up and down along the vertical direction.
  • a processing liquid is supplied to the processing liquid nozzle 30 from a processing liquid supply source (not shown).
  • the processing liquid nozzle 30 discharges the supplied processing liquid downward.
  • the processing liquid is supplied to the surface of the substrate W by the processing liquid nozzle 30 discharging the processing liquid at a processing position above the substrate W.
  • the treatment liquid nozzle 30 supplies IPA (isopropyl alcohol) to the substrate W as the treatment liquid.
  • the light irradiation unit 50 is arranged at the top of the processing chamber 10.
  • the light irradiation unit 50 includes a light source made of a plurality of xenon flash lamps FL, and a reflector 52 provided to cover the upper side of the light source. Note that the light irradiation unit 50 may be provided above the processing chamber 10 in a lamp house separate from the processing chamber 10.
  • the plurality of flash lamps FL are rod-shaped lamps each having an elongated cylindrical shape, and the longitudinal direction of each flash lamp FL is along the main surface of the substrate W held by the rotation holding unit 20 (that is, along the horizontal direction). They are arranged in a plane so that they are parallel to each other. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.
  • the xenon flash lamp FL consists of a cylindrical glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a condenser at both ends. and an attached trigger electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, no electricity will flow inside the glass tube under normal conditions even if a charge is stored in the capacitor. However, when a high voltage is applied to the trigger electrode to break the insulation, the electricity stored in the capacitor instantly flows into the glass tube, and the excitation of xenon atoms or molecules at that time causes light to be emitted.
  • the electrostatic energy previously stored in the capacitor is converted into extremely short light pulses of 0.1 milliseconds to 100 milliseconds, so it is extremely strong compared to halogen lamps, etc. It has the characteristic of being able to irradiate light. That is, the flash lamp FL emits flash light for an irradiation time of 0.1 milliseconds to 100 milliseconds.
  • the reflector 52 is provided above the plurality of flash lamps FL so as to cover them all.
  • the basic function of the reflector 52 is to reflect the flash light emitted from the plurality of flash lamps FL downward.
  • the reflector 52 is formed of an aluminum alloy plate, and its surface (the surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting.
  • Power is supplied from a power supply unit 60 to each of the plurality of flash lamps FL.
  • the power supply unit 60 includes a capacitor, a coil, and the like.
  • the power supply unit 60 applies a preset voltage to a capacitor to accumulate electric charge, and supplies the electricity accumulated in the capacitor to the flash lamp FL during flash light irradiation.
  • the energy of the flash light emitted from the flash lamp FL is determined by the energy stored in the capacitor of the power supply unit 60.
  • the energy stored in the capacitor is CV 2 /2. Since the capacitance C is a constant specific to the capacitor, the energy stored in the capacitor can be adjusted by the charging voltage V.
  • the power supply unit 60 may be provided with an IGBT (insulated gate bipolar transistor), and the IGBT may define the waveform of the current flowing through the flash lamp FL, thereby adjusting the light emission time of the flash lamp FL.
  • An optical filter 70 is provided between the light irradiation section 50 and the rotation holding section 20.
  • the optical filter 70 cuts ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less from the flash light emitted by the flash lamp FL.
  • the control unit 90 controls various operating mechanisms provided in the single wafer cleaning apparatus 100.
  • the control section 90 also controls the operation of the processing unit 1.
  • the hardware configuration of the control unit 90 is similar to that of a general computer. That is, the control unit 90 includes a CPU, which is a circuit that performs various calculation processes, a ROM, which is a read-only memory that stores basic programs, a RAM, which is a readable and writable memory that stores various information, and control software and data.
  • a storage unit 91 (for example, a magnetic disk or SSD) for storing data is provided.
  • the control section 90 is electrically connected to the spin motor 25 of the rotation holding section 20 and the nozzle drive section 33, and controls their operations.
  • a conversion table 93 is stored in the storage unit 91 of the control unit 90.
  • the correlation between the pillar spacing in the pattern formed on the substrate W and the charging voltage applied to the flash lamp FL is registered.
  • the control unit 90 controls the power supply unit 60 to charge the capacitor with the charging voltage V determined from the conversion table 93. Note that control using the conversion table 93 will be further described later.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the processing procedure in the processing unit 1.
  • a nanostructure pattern is formed on the substrate W to be processed in this embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a pattern formed on the substrate W.
  • the base portion 81 of the substrate W is a flat silicon disc-shaped member.
  • a large number of elongated cylindrical pillars 85 are erected on the surface of the base portion 81 of the substrate W, forming a nanostructure pattern.
  • the diameter d of the cylindrical pillar 85 is 30 nm
  • the height h is 600 nm. That is, the aspect ratio in the nanostructure pattern is 20.
  • the pillar spacing p between adjacent pillars 85 is 60 nm.
  • a substrate W on which a nanostructure pattern including a plurality of pillars 85 is formed is carried into the single-wafer cleaning apparatus 100 and subjected to processing.
  • the processing unit 101 performs a cleaning process on the substrate W (step S1).
  • the indexer robot 102 takes out one unprocessed substrate W from the carrier C of the load port LP and hands it to the main transfer robot 103, and the main transfer robot 103 carries the received substrate W into the processing unit 101.
  • surface cleaning processing of the substrate W is performed. Specifically, after a cleaning process is performed to remove particles by supplying a chemical solution to the surface of the rotating substrate W, pure water is supplied to the surface of the substrate W to perform a rinsing process.
  • the substrate W on which the cleaning process using the processing liquid has been completed is carried out from the processing unit 101 by the main transfer robot 103 and carried into the processing unit 1. Since the processing liquid is attached to the substrate W immediately after the cleaning processing is completed, the processing unit 1 performs a drying processing on the substrate W. Note that the processing unit 101 may rotate the substrate W after the cleaning treatment at high speed and shake it off to dry it, but in this case as well, the water cannot be completely removed from the substrate W, so the processing unit 1 is used. Drying treatment is required.
  • the main transfer robot 103 carries the substrate W after the cleaning process into the processing chamber 10 and holds it on the spin chuck 22 (step S2).
  • the spin chuck 22 attracts the center portion of the lower surface of the loaded substrate W and holds the substrate W in a horizontal position.
  • the processing liquid nozzle 30 moves from a standby position outside the cup 40 to a processing position above the substrate W. Further, rotation of the substrate W by the spin motor 25 is started. Subsequently, the processing liquid nozzle 30 supplies the processing liquid to the surface of the substrate W (step S3).
  • the treatment liquid nozzle 30 supplies IPA (isopropyl alcohol) as the treatment liquid.
  • the processing liquid nozzle 30 supplies 20 ⁇ l of IPA per 1 cm 2 to the surface of the substrate W.
  • the surface tension of IPA is lower than that of water, and by supplying IPA, the moisture attached to the substrate W is replaced with IPA. After supplying a predetermined amount of IPA, the treatment liquid nozzle 30 returns from the treatment position to the standby position.
  • FIG. 5 is a diagram showing the state of the substrate W immediately after IPA is supplied.
  • the liquid level of IPA is higher than the upper end of pillar 85. That is, the plurality of pillars 85 are entirely submerged in the IPA liquid.
  • no meniscus is formed between adjacent pillars 85, and therefore no capillary force is generated. Therefore, there is no stress acting on the plurality of pillars 85, and the pillars 85 do not deform and collapse. Note that even during the cleaning process in the processing unit 101, the entire pillar 85 remains in the processing liquid, so there is no risk of the pattern collapsing.
  • Pre-drying means removing a portion of the IPA above the upper end of the pillar 85.
  • preliminary drying is performed by scattering of IPA and evaporation of IPA as the substrate W rotates. The period during which preliminary drying is performed is at the latest while the liquid level of IPA is equal to or higher than the upper end of the pillar 85.
  • evaporation of IPA may be promoted by, for example, blowing hot air onto the substrate W.
  • preliminary drying may be performed in which IPA is evaporated only by natural drying.
  • FIG. 6 is a diagram showing the state of the substrate W when the liquid level of IPA coincides with the upper end of the pillar 85.
  • a meniscus is formed between adjacent pillars 85 when the IPA liquid level falls to a height that matches the upper end of the pillars 85.
  • capillary force acts on the pillars 85 on both sides of the meniscus.
  • the flash lamp FL irradiates the surface of the substrate W with flash light when the liquid level of IPA matches the upper end of the pillar 85 (step S5).
  • the surface of the substrate W is instantaneously A very large amount of thermal energy is given to the IPA which is heated strongly and remains on the surface.
  • thermal energy greater than the amount of evaporation heat required to evaporate the IPA remaining on the surface of the substrate W, the IPA is instantaneously evaporated and the substrate W is dried.
  • the substrate W can be dried without collapsing the pattern. Note that when performing flash light irradiation, the processing liquid nozzle 30 is located at a standby position outside the cup 40, and the rotation of the substrate W is stopped.
  • the main transfer robot 103 carries out the substrate W from the processing chamber 10 (step S6). Thereafter, the substrate W is transferred from the main transfer robot 103 to the indexer robot 102 and returned to the carrier C.
  • the capillary force acting on each pillar 85 from the surroundings will also be uniform, and the pillars 85 will not be deformed. However, if a difference in liquid level occurs as shown in FIG. 7, the balance of capillary forces acting on each pillar 85 will be lost, causing the pillar 85 to deform. When the degree of deformation of the pillar 85 increases, the pillar 85 comes into contact with the adjacent pillar 85, leading to pattern collapse, as shown in FIG.
  • flash light irradiation is performed so that IPA evaporates at a faster rate than the rate at which a difference in liquid level occurs due to the interaction caused by capillary force.
  • processing can be performed after capillary force starts acting on the pattern, which is longer than the collapse time required from the time capillary force starts acting on the pattern until the pattern collapses.
  • the drying time required to remove the liquid from the surface of the substrate W is made shorter. Note that the pattern collapses when the pillar 85 deforms and comes into contact with the adjacent pillar 85.
  • FIG. 9 is a diagram showing the correlation between drying speed and pattern collapse rate.
  • the cross mark indicates natural drying of only IPA, which has the slowest drying speed and a high rate of pattern collapse.
  • the square mark indicates the case where nitrogen gas at room temperature is sprayed onto IPA, and although the drying speed is slightly faster than natural drying, the collapse rate is similarly high.
  • the triangle mark indicates the case where normal heating is applied to IPA, and although the drying rate becomes considerably faster, the collapse rate is still high.
  • the circles indicate cases where IPA is irradiated with flash light as in this embodiment, and the drying rate is extremely high and the pattern collapse rate is low.
  • the energy of the flash light is adjusted according to the pillar interval p between adjacent pillars 85 in the pattern.
  • the collapse time from when capillary force begins to act on the pattern until the processing liquid is removed from the surface of the substrate W is longer than the collapse time required from when capillary force begins to act on the pattern until the pattern collapses.
  • the flash light is applied so that the drying time required is shorter.
  • the collapse time required for the pattern to collapse is the time required from when a pillar 85 starts deforming until it contacts an adjacent pillar 85, and becomes shorter as the pillar interval p becomes smaller. Therefore, as the pillar spacing p becomes narrower, the drying time needs to be shorter, and the energy of the flash light needs to be increased.
  • the charging voltage V applied to the capacitor of the power supply unit 60 is increased as the pillar interval p becomes narrower.
  • FIG. 10 is a diagram showing a conversion table 93 in which the correlation between the pillar spacing p and the required charging voltage V is registered.
  • the correlation between the pillar spacing p and the required charging voltage V is determined in advance through experiments or simulations, and the conversion table 93 is created based on it.
  • the created conversion table 93 is stored in the storage section 91 of the control section 90 (see FIG. 2).
  • the conversion table 93 has registered a correlation in which the smaller the pillar spacing p is, the larger the required charging voltage V is.
  • the control unit 90 reads the charging voltage V corresponding to the pillar spacing p in the pattern formed on the substrate W from the conversion table 93, and controls the power supply unit 60 to charge the capacitor with the charging voltage V.
  • the flash light with appropriate energy is irradiated according to the pillar spacing p in the pattern formed on the substrate W, and the drying time can be shorter than the collapse time mentioned above. , pattern collapse can be reliably suppressed.
  • the pillar spacing p in the pattern may be described in the processing recipe, for example.
  • an optical filter 70 that cuts light with a wavelength of 400 nm or less from the flash light.
  • the surface of the substrate W is irradiated with flash light from which ultraviolet light with a wavelength of 400 nm or less is removed.
  • Ultraviolet light with a wavelength of 400 nm or less has a significant chemical effect, and by cutting such light with a wavelength of 400 nm or less from the flash light, it is possible to prevent extremely strong flash light from damaging the pattern. becomes possible.
  • IPA is supplied to the substrate W as the treatment liquid, but the present invention is not limited to this, and other types of treatment liquid may be supplied.
  • pure water may be supplied to the substrate W as a processing liquid from the processing liquid nozzle 30, and then flash light may be irradiated to evaporate the pure water.
  • IPA has a lower heat of evaporation and a lower surface tension, so using IPA as in the above embodiment allows the substrate W to be dried with a flash light of lower energy, and the pattern It is also difficult to collapse.
  • the substrate W coated with IPA is irradiated with flash light from the flash lamp FL to achieve a drying time shorter than the collapse time.
  • Laser light may be irradiated.
  • Laser light also has an extremely short irradiation time and high intensity. Therefore, even if the substrate W coated with IPA is irradiated with laser light, the drying time can be shorter than the collapse time, and pattern collapse can be suppressed.
  • the flash light is irradiated when the IPA liquid level coincides with the upper end of the pillar 85, but before the IPA liquid level coincides with the upper end of the pillar 85, the substrate W is exposed to the flash light.
  • the surface may be irradiated with flash light. That is, the substrate W may be irradiated with flash light while the IPA liquid level is higher than the upper end of the pillar 85.
  • the preliminary drying in the above embodiment is not an essential step, and it is also possible to irradiate with flash light without performing preliminary drying.
  • the amount of IPA remaining on the surface of the substrate W increases, and the amount of evaporation heat required to completely evaporate it becomes larger than in the above embodiment, so the amount of heat exceeding the amount of evaporation heat is In order to provide energy, the energy of the flash light needs to be greater. Therefore, it is most preferable to irradiate the flash light when the liquid level of IPA coincides with the upper end of the pillar 85, as in the above embodiment.
  • the processing unit 101 performs the cleaning process of the substrate W, and the processing unit 1 performs the drying process, but it is also possible to perform both the cleaning process and the drying process in one processing unit. good.
  • the processing unit 1 may further be provided with a cleaning liquid nozzle that discharges a cleaning liquid, and the cleaning process and drying process of the substrate W may be performed continuously within the processing unit 1.

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Abstract

洗浄処理後の基板に処理液ノズルから一定量のＩＰＡを供給する。予備乾燥によってＩＰＡの液面レベルが徐々に低下し、ＩＰＡの液面が基板に形成されたパターンのピラーの上端と一致したときにフラッシュランプから基板の表面にフラッシュ光を照射して残留するＩＰＡを瞬間的に蒸発させる。照射時間が極めて短く強度の強いフラッシュ光を照射することによって、パターンに毛管力が作用し始めてからパターンが倒壊するまでに要する倒壊時間よりもパターンに毛管力が作用し始めてから処理液を基板の表面から除去するまでに要する乾燥時間の方が短時間となる。アスペクト比が大きなパターンであってもパターン倒壊を確実に抑制することができる。

Description

基板処理方法および基板処理装置
　本発明は、微細なパターンが形成された基板を乾燥させる基板処理方法および基板処理装置に関する。処理対象となる基板には、例えば、半導体基板、液晶表示装置用基板、flat panel display（ＦＰＤ）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、または、太陽電池用基板などが含まれる。
　従来より、半導体デバイスの製造工程では、半導体基板（以下、単に「基板」と称する）に対して洗浄、成膜、熱処理等の種々の処理プロセスが行われている。そのような処理プロセスの一つに、ウェット洗浄等が行われた濡れた基板を乾燥させる乾燥プロセスがある。
　また、近年の微細化の進展にともなって、基板にはアスペクト比の大きなナノ構造物パターンが形成されることもある。乾燥プロセスにおいては、このようなアスペクト比の大きなナノ構造物が倒壊するという課題がある。乾燥プロセス工程にてナノ構造物が倒壊する主たる原因は、基板に付着した液体が乾燥する過程でナノ構造物に作用する毛管力(capillary force)であることが判明している。この課題に対して最も一般的に採られている対策は乾燥時の処理液として表面張力の小さな液体を用いることであり、典型的にはＩＰＡ（イソプロピルアルコール）が使用されている。毛管力は液体の表面張力に依存するため、ＩＰＡのような表面張力の小さな液体を乾燥時の処理液として用いることによって、ナノ構造物パターンに作用する毛管力を小さくしてパターン倒壊を抑制することが可能となる。
　一方、特許文献１には、洗浄処理後の基板に対してフラッシュランプからフラッシュ光を照射することによって、水分を瞬間的に蒸発させてパターン倒壊を防止する技術が開示されている。
特開２００７－１９１５８号公報
　しかしながら、ＩＰＡのような表面張力の小さな液体を用いたとしても、表面張力が０にはならないため、パターンに作用する毛管力を低減するには限界がある。また、フラッシュ光照射によって乾燥処理を行った場合にも、特にアスペクト比が１５を超えるような次世代型のナノ構造物パターンでは十分にパターン倒壊を防ぐことは困難である。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、パターン倒壊を確実に抑制することができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、この発明の第１の態様は、パターンが形成された基板を乾燥させる基板処理方法において、前記基板の表面に処理液を供給する供給工程と、前記基板の表面に光を照射して当該表面を加熱することによって前記処理液を蒸発させる光照射工程と、を備え、前記光照射工程では、前記パターンに毛管力が作用し始めてから前記パターンが倒壊するまでに要する倒壊時間よりも前記パターンに毛管力が作用し始めてから前記処理液を前記基板の表面から除去するまでに要する乾燥時間の方が短時間である。
　また、第２の態様は、第１の態様に係る基板処理方法において、前記光照射工程では、前記基板の表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射する。
　また、第３の態様は、第２の態様に係る基板処理方法において、前記光照射工程では、前記パターンにおける隣り合うピラーの間のピラー間隔に応じて照射するフラッシュ光のエネルギーを調整する。
　また、第４の態様は、第３の態様に係る基板処理方法において、前記光照射工程では、前記ピラー間隔が狭くなるほど照射するフラッシュ光のエネルギーを大きくする。
　また、第５の態様は、第２から第４のいずれかの態様に係る基板処理方法において、前記光照射工程では、波長４００ｎｍ以下の光をカットしたフラッシュ光を照射する。
　また、第６の態様は、第１から第５のいずれかの態様に係る基板処理方法において、前記光照射工程では、前記基板の表面にレーザー光を照射する。
　また、第７の態様は、第１から第６のいずれかの態様に係る基板処理方法において、前記処理液は、イソプロピルアルコールである。
　また、第８の態様は、パターンが形成された基板を乾燥させる基板処理装置において、前記基板を保持する基板保持部と、前記基板の表面に処理液を供給する処理液供給部と、前記基板の表面に光を照射して当該表面を加熱することによって前記処理液を蒸発させる光照射部と、を備え、前記パターンに毛管力が作用し始めてから前記パターンが倒壊するまでに要する倒壊時間よりも前記パターンに毛管力が作用し始めてから前記処理液を前記基板の表面から除去するまでに要する乾燥時間の方が短時間である。
　また、第９の態様は、第８の態様に係る基板処理装置において、前記光照射部は、前記基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプを有する。
　また、第１０の態様は、第９の態様に係る基板処理装置において、前記パターンにおける隣り合うピラーの間のピラー間隔に応じて前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーを調整する。
　また、第１１の態様は、第１０の態様に係る基板処理装置において、前記ピラー間隔が狭くなるほど前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーを大きくする。
　また、第１２の態様は、第９から第１１のいずれかの態様に係る基板処理装置において、前記光照射部と前記基板保持部との間に設けられ、前記フラッシュランプが出射するフラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の光をカットするフィルターをさらに備える。
　また、第１３の態様は、第８から第１２のいずれかの態様に係る基板処理装置において、前記光照射部は、前記基板の表面にレーザー光を照射する。
　また、第１４の態様は、第８から第１３のいずれかの態様に係る基板処理装置において、前記処理液は、イソプロピルアルコールである。
　第１から第７の態様に係る基板処理方法によれば、パターンに毛管力が作用し始めてからパターンが倒壊するまでに要する倒壊時間よりもパターンに毛管力が作用し始めてから処理液を基板の表面から除去するまでに要する乾燥時間の方が短時間であるため、アスペクト比が大きなパターンであってもパターン倒壊を確実に抑制することができる。
　特に、第４の態様に係る基板処理方法によれば、ピラー間隔が狭くなるほど照射するフラッシュ光のエネルギーを大きくするため、倒壊時間よりも乾燥時間の方を確実に短くすることができ、パターン倒壊をより確実に抑制することができる。
　特に、第５の態様に係る基板処理方法によれば、波長４００ｎｍ以下の光をカットしたフラッシュ光を照射するため、基板にダメージを与えるのを抑制することができる。
　第８から第１４の態様に係る基板処理装置によれば、パターンに毛管力が作用し始めてからパターンが倒壊するまでに要する倒壊時間よりもパターンに毛管力が作用し始めてから処理液を基板の表面から除去するまでに要する乾燥時間の方が短時間であるため、アスペクト比が大きなパターンであってもパターン倒壊を確実に抑制することができる。
　特に、第１１の態様に係る基板処理装置によれば、ピラー間隔が狭くなるほどフラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーを大きくするため、倒壊時間よりも乾燥時間の方を確実に短くすることができ、パターン倒壊をより確実に抑制することができる。
　特に、第１２の態様に係る基板処理装置によれば、光照射部と基板保持部との間に設けられ、フラッシュランプが出射するフラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の光をカットするフィルターをさらに備えるため、基板にダメージを与えるのを抑制することができる。
本発明に係る基板処理装置を搭載した枚葉式洗浄装置の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。 本発明に係る基板処理装置の要部構成を示す側面図である。 処理ユニットにおける処理手順を示すフローチャートである。 基板に形成されたパターンを示す図である。 ＩＰＡが供給された直後の基板の状態を示す図である。 ＩＰＡの液面がピラーの上端と一致したときの基板の状態を示す図である。 ＩＰＡの液面レベルに差が生じた状態を示す図である。 パターン倒壊の状態を示す図である。 乾燥速度とパターン倒壊率との相関を示す図である。 ピラー間隔と必要な充電電圧との相関関係を登録した変換テーブルを示す図である。
　以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下において、相対的または絶対的な位置関係を示す表現（例えば、「一方向に」、「一方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」、「同軸」、など）は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。また、等しい状態であることを示す表現（例えば、「同一」、「等しい」、「均質」、など）は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。また、形状を示す表現（例えば、「円形状」、「四角形状」、「円筒形状」、など）は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲の形状を表すものとし、例えば凹凸または面取りなどを有していてもよい。また、構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、「有する」、といった各表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的表現ではない。また、「Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも一つ」という表現には、「Ａのみ」、「Ｂのみ」、「Ｃのみ」、「Ａ、ＢおよびＣのうち任意の２つ」、「Ａ、ＢおよびＣの全て」が含まれる。
　図１は、本発明に係る基板処理装置を搭載した枚葉式洗浄装置１００の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。枚葉式洗浄装置１００は、基板Ｗを１枚ずつ順次に洗浄する装置である。処理対象となる基板Ｗはシリコンの円板形状の半導体基板である。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
　枚葉式洗浄装置１００は、基板Ｗの表面に薬液およびリンス液を吐出して表面洗浄処理を行った後、基板Ｗの乾燥処理を行う。上記の薬液としては、例えば、エッチング処理を行うための液、または、パーティクルを除去するための液などが含まれ、具体的には、ＳＣ－１液（水酸化アンモニウムと過酸化水素水と純水との混合溶液）、ＳＣ－２液（塩酸と過酸化水素水と純水との混合溶液）、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）、または、希フッ酸（ＤＨＦ）などが用いられる。また、リンス液としては、典型的には純水が用いられる。以下の説明では、薬液、リンス液および有機溶剤などを総称して「処理液」とする。
　枚葉式洗浄装置１００は、複数の処理ユニット１，１０１と、ロードポートＬＰと、インデクサロボット１０２と、主搬送ロボット１０３と、制御部９０とを備える。
　ロードポートＬＰには、枚葉式洗浄装置１００で処理される複数枚の基板Ｗを収容するキャリアＣが載置される。未処理の基板Ｗを収容したキャリアＣは無人搬送車（ＡＧＶ、ＯＨＴ）等によって搬送されてロードポートＬＰに載置される。また、処理済みの基板Ｗを収容したキャリアＣも無人搬送車によってロードポートＬＰから持ち去られる。
　キャリアＣは、典型的には、基板Ｗを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(front opening unified pod)である。キャリアＣは、その内部に形設された複数の保持棚によって複数の基板Ｗを水平姿勢（基板Ｗの主面の法線が鉛直方向に沿う姿勢）で鉛直方向に一定間隔で積層配列した状態で保持する。キャリアＣの最大収容枚数は、２５枚または５０枚である。なお、キャリアＣの形態としては、ＦＯＵＰの他に、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納した基板Ｗを外気に曝すＯＣ(open cassette)であっても良い。
　インデクサロボット１０２は、スライド移動、旋回動作、および、基板Ｗを保持するハンドの進退移動を可能に構成されている。インデクサロボット１０２は、キャリアＣと主搬送ロボット１０３との間で基板Ｗを搬送する。インデクサロボット１０２は、未処理の基板ＷをキャリアＣから取り出して主搬送ロボット１０３に渡す。また、インデクサロボット１０２は、処理済みの基板Ｗを主搬送ロボット１０３から受け取ってキャリアＣに収納する。
　主搬送ロボット１０３は、旋回動作、昇降動作、および、基板Ｗを保持するアームの進退移動を可能に構成されている。主搬送ロボット１０３は、インデクサロボット１０２から受けとった基板Ｗを処理ユニット１または処理ユニット１０１のいずれかに搬入する。また、主搬送ロボット１０３は、基板Ｗを処理ユニット１または処理ユニット１０１のいずれかから搬出した基板Ｗをインデクサロボット１０２に渡す。また、主搬送ロボット１０３は、処理ユニット１と処理ユニット１０１との間で基板Ｗを搬送することもある。例えば、主搬送ロボット１０３は、処理ユニット１０１から搬出した基板Ｗを処理ユニット１に搬入する。
　処理ユニット１０１は、１枚の基板Ｗに対して洗浄処理を行う。処理ユニット１は、１枚の基板Ｗに対して乾燥処理を行う。本実施形態の枚葉式洗浄装置１００には、処理ユニット１０１または処理ユニット１が合計で１２個搭載されている。具体的には、それぞれが３個の処理ユニット（処理ユニット１０１または処理ユニット１）を鉛直方向に積層してなるタワーが４つ主搬送ロボット１０３の周囲を取り囲むように配置されている。図１では、３段に重ねられた処理ユニットのうちの１段が概略的に示されており、１個の処理ユニット１と３個の処理ユニット１０１とが主搬送ロボット１０３の周囲を囲むように配置されている。なお、枚葉式洗浄装置１００における処理ユニットの数量は、１２個に限定されるものではなく、適宜変更されてもよい。
　次に、枚葉式洗浄装置１００に搭載された処理ユニット１について説明する。本発明に係る基板処理装置である処理ユニット１は、洗浄処理後の基板Ｗの乾燥処理を行う。図２は、処理ユニット１の要部構成を示す側面図である。処理ユニット１は、主として、処理チャンバー１０と、回転保持部２０と、処理液ノズル３０と、光照射部５０と、制御部９０とを備える。
　処理チャンバー１０は中空の筐体である。処理チャンバー１０の内側に、回転保持部２０および処理液ノズル３０等が設けられる。基板処理時には、処理チャンバー１０は処理対象となる基板Ｗを収容する。
　処理チャンバー１０には、図示省略の搬出入口が設けられている。その搬出入口はシャッターによって開閉される。搬出入口が開放されている状態にて、主搬送ロボット１０３による処理チャンバー１０に対する基板Ｗの搬入および搬出が行われる。基板Ｗの処理中は搬出入口は閉鎖される。
　回転保持部２０は、スピンチャック２２およびスピンモータ２５を備える。スピンチャック２２は、基板Ｗを水平姿勢にて保持する基板保持部である。本実施形態におけるスピンチャック２２は、真空吸着式のチャックである。スピンチャック２２は、基板Ｗの下面の中央部を吸着保持する。なお、スピンチャック２２は、挟持式のメカニカルチャックなどの他の形態のチャックであってもよい。
　スピンチャック２２は、基板Ｗの直径よりも小さな径の円板形状を有する。基板Ｗの下面がスピンチャック２２に吸着保持された状態では、基板Ｗの周縁部が、スピンチャック２２の外周端よりも外側にはみ出ている。
　スピンチャック２２は、スピン軸２７を介してスピンモータ２５と連結される。すなわち、スピンモータ２５のスピン軸２７の上端がスピンチャック２２の下面中央部に接続される。スピンチャック２２に基板Ｗが吸着保持されている状態にてスピンモータ２５がスピン軸２７を回転させると、鉛直方向に沿った回転軸Ａ１まわりで水平面内にて基板Ｗおよびスピンチャック２２が回転する。
　スピンチャック２２の周囲を囲むようにカップ４０が設けられる。カップ４０は円筒形状を有しており、カップ４０の上部は上に向かうほどスピンチャック２２に近付くように傾斜している。ただし、カップ４０の上端部分の内径は基板Ｗの直径よりも大きい。カップ４０の上端はスピンチャック２２に保持された基板Ｗの高さ位置よりも高い。従って、スピンモータ２５によって回転される基板Ｗから遠心力によって飛散した液体はカップ４０によって受け止められて回収される。カップ４０によって回収された液体はカップ４０の底部に設けられた排液管４５から排出される。なお、カップ４０は、回収口を目的別に複数設けた多段構造のものであっても良い。
　処理液ノズル３０は、水平方向に延びる棒状のノズルアーム３１の先端に取り付けられている。ノズルアーム３１は、鉛直方向に延びるアーム支持軸３２に支持されている。アーム支持軸３２は、ノズル駆動部３３に接続されている。ノズル駆動部３３は、鉛直方向に沿った回転軸Ａ２まわりでアーム支持軸３２を回動させる。ノズル駆動部３３がアーム支持軸３２を回動させると、ノズルアーム３１が旋回動作を行い、処理液ノズル３０がカップ４０よりも外方の待機位置とスピンチャック２２に保持された基板Ｗの上方の処理位置との間で円弧軌道に沿って移動する。
　また、ノズル駆動部３３は、アーム支持軸３２およびノズルアーム３１を昇降移動させる。これにより、処理液ノズル３０は鉛直方向に沿って上下にも移動する。
　処理液ノズル３０には、図示を省略する処理液供給源から処理液が送給される。処理液ノズル３０は、送給された処理液を下方に向けて吐出する。処理液ノズル３０が基板Ｗの上方の処理位置にて処理液を吐出することにより、基板Ｗの表面に処理液が供給される。本実施形態では、処理液ノズル３０が処理液としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を基板Ｗに供給する。
　光照射部５０は、処理チャンバー１０の上部に配置される。光照射部５０は、複数本のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。なお、光照射部５０は、処理チャンバー１０の上方に処理チャンバー１０とは別体のランプハウス内に設けられても良い。
　複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が回転保持部２０に保持される基板Ｗの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。
　キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された円筒形状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、ハロゲンランプ等に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。すなわち、フラッシュランプＦＬは、０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドの照射時間にてフラッシュ光を照射する。
　また、リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を下方の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されている。
　複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれには電源ユニット６０から電力供給がなされる。電源ユニット６０は、コンデンサーやコイル等を備える。電源ユニット６０は、予め設定された電圧をコンデンサーに印加して電荷を蓄積し、フラッシュ光照射時には当該コンデンサーに蓄積した電気をフラッシュランプＦＬに供給する。
　フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光のエネルギーは、電源ユニット６０のコンデンサーに蓄えられたエネルギーによって規定される。静電容量Ｃのコンデンサーに充電電圧Ｖにて充電を行ったときに当該コンデンサーに蓄えられるエネルギーはＣＶ２／２となる。静電容量Ｃはコンデンサーに固有の定数であるため、コンデンサーに蓄えられるエネルギーは充電電圧Ｖによって調整することができる。なお、電源ユニット６０にＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を設け、そのＩＧＢＴによってフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形を規定することにより、フラッシュランプＦＬの発光時間を調整するようにしても良い。
　光照射部５０と回転保持部２０との間には光学フィルター７０が設けられる。光学フィルター７０は、フラッシュランプＦＬが出射するフラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の紫外光をカットする。
　制御部９０は、枚葉式洗浄装置１００に設けられた種々の動作機構を制御する。制御部９０は、処理ユニット１の動作も制御する。制御部９０のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行う回路であるＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく記憶部９１（例えば、磁気ディスクまたはＳＳＤ）を備えている。制御部９０は、回転保持部２０のスピンモータ２５やノズル駆動部３３と電気的に接続されており、これらの動作を制御する。
　制御部９０の記憶部９１には変換テーブル９３が格納されている。変換テーブル９３には、基板Ｗに形成されたパターンにおけるピラー間隔とフラッシュランプＦＬに印加する充電電圧との相関関係が登録されている。制御部９０は、変換テーブル９３から求められた充電電圧Ｖにてコンデンサーを充電するように電源ユニット６０を制御する。なお、変換テーブル９３を用いた制御についてはさらに後述する。
　次に、枚葉式洗浄装置１００に搭載された処理ユニット１の処理動作について説明する。図３は、処理ユニット１における処理手順を示すフローチャートである。本実施形態にて処理対象となる基板Ｗにはナノ構造物パターンが形成されている。
　図４は、基板Ｗに形成されたパターンを示す図である。基板Ｗの基体部８１は、平坦なシリコンの円板形状の部材である。基板Ｗの基体部８１の表面には細長い円柱形状のピラー８５が多数立設されてナノ構造物パターンを構成している。本実施形態においては、例えば、円柱形状のピラー８５の直径ｄは３０ｎｍであり、高さｈは６００ｎｍである。すなわち、ナノ構造物パターンにおけるアスペクト比は２０となる。また、例えば、隣り合うピラー８５の間のピラー間隔ｐは６０ｎｍである。このような複数のピラー８５が立設されてなるナノ構造物パターンが形成された基板Ｗが枚葉式洗浄装置１００に搬入されて処理に供される。
　図３に戻り、処理ユニット１での処理に先立って処理ユニット１０１による基板Ｗの洗浄処理が行われる（ステップＳ１）。まず、インデクサロボット１０２がロードポートＬＰのキャリアＣから１枚の未処理の基板Ｗを取り出して主搬送ロボット１０３に渡し、主搬送ロボット１０３が受け取った基板Ｗを処理ユニット１０１に搬入する。処理ユニット１０１では基板Ｗの表面洗浄処理が行われる。具体的には、回転する基板Ｗの表面に薬液を供給してパーティクルを除去する洗浄処理を行った後、その基板Ｗの表面に純水を供給してリンス処理を行う。処理液を用いた洗浄処理が終了した基板Ｗが主搬送ロボット１０３によって処理ユニット１０１から搬出されて処理ユニット１に搬入される。洗浄処理が終了した直後の基板Ｗには処理液が付着しているため、処理ユニット１にて基板Ｗの乾燥処理を行うのである。なお、処理ユニット１０１では洗浄処理後の基板Ｗを高速回転させて振り切り乾燥を行うようにしても良いが、この場合も完全には水分を基板Ｗから取り除くことはできないため処理ユニット１を用いた乾燥処理が必要となる。
　主搬送ロボット１０３は、洗浄処理後の基板Ｗを処理チャンバー１０内に搬入してスピンチャック２２に保持させる（ステップＳ２）。スピンチャック２２は、搬入された基板Ｗの下面中央部を吸着して基板Ｗを水平姿勢で保持する。
　基板Ｗがスピンチャック２２に保持された後、処理液ノズル３０がカップ４０よりも外方の待機位置から基板Ｗの上方の処理位置にまで移動する。また、スピンモータ２５による基板Ｗの回転を開始する。続いて、処理液ノズル３０が基板Ｗの表面に処理液を供給する（ステップＳ３）。本実施形態においては、処理液ノズル３０は、処理液としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を供給する。処理液ノズル３０は、１ｃｍ２あたり２０μｌのＩＰＡを基板Ｗの表面に供給する。ＩＰＡの表面張力は水の表面張力よりも小さく、ＩＰＡが供給されることによって基板Ｗに付着していた水分はＩＰＡに置換される。所定量のＩＰＡを供給した後、処理液ノズル３０は処理位置から再び待機位置に戻る。
　図５は、ＩＰＡが供給された直後の基板Ｗの状態を示す図である。ＩＰＡが供給された直後の時点では、ＩＰＡの液面がピラー８５の上端よりも高い。すなわち、複数のピラー８５の全体がＩＰＡの液中に没している。このように、複数のピラー８５の全体がＩＰＡの液中に存在している状態では、隣り合うピラー８５間にメニスカスが形成されないため、毛管力も発生していない。従って、複数のピラー８５に作用する応力はなく、ピラー８５が変形して倒壊することもない。なお、処理ユニット１０１での洗浄処理中もピラー８５の全体が処理液中に存在していることとなるためパターン倒壊のおそれはない。
　ＩＰＡが供給された基板Ｗが回転することによって、基板Ｗの表面全体にＩＰＡが薄く拡がって塗布されることとなる。また、基板Ｗの回転にともなう遠心力によって、ピラー８５の上端よりも上方のＩＰＡの一部が基板Ｗから飛散する。これにより、基板Ｗの予備乾燥が進行することとなる（ステップＳ４）。予備乾燥とは、ピラー８５の上端よりも上方のＩＰＡの一部を除去することである。本実施形態では、基板Ｗの回転にともなうＩＰＡの飛散とＩＰＡの蒸発とによって予備乾燥が行われる。予備乾燥が行われる期間は、遅くともＩＰＡの液面がピラー８５の上端以上となっている間である。なお、予備加熱としては、例えば温風を基板Ｗに吹き付けることによってＩＰＡの蒸発を促進するようにしても良い。或いは、自然乾燥のみによってＩＰＡを蒸発させる予備乾燥としても良い。
　予備乾燥によってＩＰＡの液面は徐々に下がり、やがてＩＰＡの液面がピラー８５の上端と一致するようになる。図６は、ＩＰＡの液面がピラー８５の上端と一致したときの基板Ｗの状態を示す図である。ピラー８５の上端と一致する高さ位置にまでＩＰＡの液面レベルが低下した時点で隣り合うピラー８５間にメニスカスが形成される。メニスカスが形成されると、そのメニスカスを挟む両側のピラー８５に毛管力が作用する。
　本実施形態においては、ＩＰＡの液面がピラー８５の上端と一致した時点でフラッシュランプＦＬが基板Ｗの表面にフラッシュ光を照射する（ステップＳ５）。照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセンド以下（本実施形態では、５ミリセカンド）と極めて短く、かつ、強度の強いフラッシュ光を基板Ｗに照射することによって、基板Ｗの表面が瞬間的に強く加熱されて当該表面に残留しているＩＰＡに非常に大きな熱エネルギーが与えられる。基板Ｗの表面に残留しているＩＰＡを蒸発させるのに必要な蒸発熱量以上の熱エネルギーを瞬間的に与えることによって、ＩＰＡが一瞬で蒸発して基板Ｗが乾燥される。すなわち、毛管力によってパターンが倒壊するよりも早くＩＰＡを蒸発させることにより、パターンを倒壊させることなく基板Ｗを乾燥させることができるのである。なお、フラッシュ光の照射を行うときには、処理液ノズル３０はカップ４０よりも外方の待機位置に位置するとともに、基板Ｗの回転は停止している。
　基板Ｗの乾燥処理が終了した後、主搬送ロボット１０３は、処理チャンバー１０から基板Ｗを搬出する（ステップＳ６）。その後、基板Ｗは主搬送ロボット１０３からインデクサロボット１０２に渡されてキャリアＣに戻される。
　本実施形態においては、ＩＰＡの液面がピラー８５の上端と一致してメニスカスによる毛管力がパターンに作用し始めた時点でフラッシュ光を照射して残留するＩＰＡを瞬間的に蒸発させている。フラッシュ光を照射しなかった場合、ＩＰＡの液面がピラー８５の上端と一致した時点以降においては、毛管力に起因した相互作用による液面の移動が支配的となる。そうすると、図７に示すように、ピラー８５間によって液面レベルに差が生じることとなる。ＩＰＡの液面がピラー８５の上端と一致した時点以降においても液面レベルが均一であるのが理想的なのであるが、そのようにはならず、必ず液面レベルに差が生じる。
　液面レベルが均一であれば、各ピラー８５に周囲から作用する毛管力も均一となり、ピラー８５が変形することはない。しかし、図７に示すような液面レベルの差が生じると、各ピラー８５に作用する毛管力のバランスが崩れ、ピラー８５が変形することとなる。そして、ピラー８５の変形の程度が大きくなると、図８に示すように、ピラー８５が隣のピラー８５に接触してパターン倒壊に至るのである。
　そこで本実施形態においては、毛管力に起因した相互作用によって液面レベルに差が生じる速度よりも早い速度でＩＰＡが蒸発するようにフラッシュ光照射を行っている。換言すれば、照射時間が極めて短く強度の強いフラッシュ光を照射することによって、パターンに毛管力が作用し始めてからパターンが倒壊するまでに要する倒壊時間よりもパターンに毛管力が作用し始めてから処理液を基板Ｗの表面から除去するまでに要する乾燥時間の方が短時間となるようにしているのである。なお、パターンが倒壊するときとは、ピラー８５が変形して隣のピラー８５に接触するときである。
　このように、毛管力に起因した相互作用によって液面レベルに差が生じる速度よりも早い速度で基板Ｗを乾燥させることにより、アスペクト比が大きな次世代型のナノ構造物パターンであってもパターン倒壊を確実に抑制することができる。
　図９は、乾燥速度とパターン倒壊率との相関を示す図である。同図中、バツ印で示すのはＩＰＡのみの自然乾燥であり、乾燥速度は最も遅く、パターン倒壊率も高い。四角印で示すのは、ＩＰＡに常温の窒素ガスを吹き付けた場合であり、乾燥速度は自然乾燥よりは少し速くなるものの、倒壊率は同程度に高い。一方、三角印で示すのは、ＩＰＡに対して通常の加熱を行った場合であり、乾燥速度は相当に速くなるものの、倒壊率は依然として高い。これに対して、丸印は、本実施形態のようにＩＰＡに対してフラッシュ光照射を行った場合であり、乾燥速度は極めて高く、パターン倒壊率は低くなる。
　また、本実施形態においては、パターンにおける隣り合うピラー８５の間のピラー間隔ｐに応じてフラッシュ光のエネルギーを調整している。上述のように、本実施形態では、パターンに毛管力が作用し始めてからパターンが倒壊するまでに要する倒壊時間よりもパターンに毛管力が作用し始めてから処理液を基板Ｗの表面から除去するまでに要する乾燥時間の方が短時間となるようにフラッシュ光を照射している。パターンが倒壊するまでに要する倒壊時間は、ピラー８５が変形を開始してから隣のピラー８５に接触するまでに要する時間であり、ピラー間隔ｐが小さくなるほど短くなる。従って、ピラー間隔ｐが狭くなるほど、乾燥時間もより短くする必要があり、照射するフラッシュ光のエネルギーを大きくしなければならない。具体的には、ピラー間隔ｐが狭くなるほど、電源ユニット６０のコンデンサーに印加する充電電圧Ｖを大きくする。
　図１０は、ピラー間隔ｐと必要な充電電圧Ｖとの相関関係を登録した変換テーブル９３を示す図である。ピラー間隔ｐと必要な充電電圧Ｖとの相関関係については、予め実験またはシミュレーション等によって求め、それに基づいて変換テーブル９３を作成しておく。作成した変換テーブル９３は制御部９０の記憶部９１に格納する（図２参照）。図１０に示すように、変換テーブル９３には、ピラー間隔ｐが狭くなるほど必要な充電電圧Ｖが大きくなる相関関係が登録されている。
　制御部９０は、基板Ｗに形成されているパターンにおけるピラー間隔ｐに対応する充電電圧Ｖを変換テーブル９３から読み出し、その充電電圧Ｖにてコンデンサーを充電するように電源ユニット６０を制御する。このようにすれば、基板Ｗに形成されているパターンにおけるピラー間隔ｐに応じた適正なエネルギーのフラッシュ光が照射されることとなり、上述の倒壊時間よりも乾燥時間の方を短くすることができ、パターン倒壊を確実に抑制することができる。なお、パターンにおけるピラー間隔ｐは、例えば処理レシピに記述しておけば良い。
　また、本実施形態においては、フラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の光をカットする光学フィルター７０を設けている。フラッシュランプＦＬから出射された光が光学フィルター７０を透過するときに、フラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の光が取り除かれる。従って、基板Ｗの表面には波長４００ｎｍ以下の紫外光が除去されたフラッシュ光が照射されることとなる。波長４００ｎｍ以下の紫外光は化学的な作用が顕著であり、そのような波長４００ｎｍ以下の光をフラッシュ光からカットすることにより、極めて強い強度のフラッシュ光がパターンにダメージを与えるのを抑制することが可能となる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、処理液としてＩＰＡを基板Ｗに供給していたが、これに限定されるものではなく、他の種類の処理液を供給するようにしても良い。例えば、処理液ノズル３０から処理液として純水を基板Ｗに供給し、その後フラッシュ光を照射して純水を蒸発させるようにしても良い。もっとも、純水に比較してＩＰＡは蒸発熱が低く表面張力も小さいため、上記実施形態のようにＩＰＡを用いる方がより小さいエネルギーのフラッシュ光で基板Ｗを乾燥させることができ、かつ、パターンも倒壊しにくい。
　また、上記実施形態においては、ＩＰＡが塗布された基板ＷにフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射して倒壊時間よりも短い乾燥時間を実現していたが、これに代えて、基板Ｗの表面にレーザー光を照射するようにしても良い。レーザー光も照射時間が極めて短く、かつ、強度が強い。よって、ＩＰＡが塗布された基板Ｗにレーザー光を照射するようにしても、倒壊時間よりも乾燥時間の方を短くすることができ、パターン倒壊を抑制することができる。
　また、上記実施形態においては、ＩＰＡの液面がピラー８５の上端と一致した時点でフラッシュ光を照射していたが、ＩＰＡの液面がピラー８５の上端と一致するよりも前に基板Ｗの表面にフラッシュ光を照射するようにしても良い。すなわち、ＩＰＡの液面がピラー８５の上端よりも高い状態にて基板Ｗにフラッシュ光を照射するようにしても良い。この観点からは、上記実施形態の予備乾燥は必須の工程ではなく、予備乾燥を行うこと無くフラッシュ光を照射することも可能である。但し、この場合、基板Ｗの表面に残留しているＩＰＡの液量が多くなり、それを完全に蒸発させるのに必要な蒸発熱量が上記実施形態よりも大きくなるため、その蒸発熱量以上の熱エネルギーを与えるためにフラッシュ光のエネルギーをより大きくする必要がある。従って、上記実施形態のように、ＩＰＡの液面がピラー８５の上端と一致した時点でフラッシュ光を照射するのが最も好適である。
　また、上記実施形態においては、処理ユニット１０１で基板Ｗの洗浄処理を行い、処理ユニット１で乾燥処理を行っていたが、１つの処理ユニットで洗浄処理および乾燥処理の双方を行うようにしても良い。具体的には、例えば、処理ユニット１に洗浄液を吐出する洗浄液ノズルをさらに設け、処理ユニット１内で基板Ｗの洗浄処理と乾燥処理とを連続して行うようにしても良い。
　１，１０１　処理ユニット
　１０　処理チャンバー
　２０　回転保持部
　２２　スピンチャック
　２５　スピンモータ
　３０　処理液ノズル
　３３　ノズル駆動部
　４０　カップ
　５０　光照射部
　６０　電源ユニット
　７０　光学フィルター
　９０　制御部
　８５　ピラー
　９３　変換テーブル
　１００　枚葉式洗浄装置
　ＦＬ　フラッシュランプ
　Ｗ　基板

Claims (14)

  1. 　パターンが形成された基板を乾燥させる基板処理方法であって、
    　前記基板の表面に処理液を供給する供給工程と、
    　前記基板の表面に光を照射して当該表面を加熱することによって前記処理液を蒸発させる光照射工程と、
    を備え、
    　前記光照射工程では、前記パターンに毛管力が作用し始めてから前記パターンが倒壊するまでに要する倒壊時間よりも前記パターンに毛管力が作用し始めてから前記処理液を前記基板の表面から除去するまでに要する乾燥時間の方が短時間である基板処理方法。
  2. 　請求項１記載の基板処理方法において、
    　前記光照射工程では、前記基板の表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射する基板処理方法。
  3. 　請求項２記載の基板処理方法において、
    　前記光照射工程では、前記パターンにおける隣り合うピラーの間のピラー間隔に応じて照射するフラッシュ光のエネルギーを調整する基板処理方法。
  4. 　請求項３記載の基板処理方法において、
    　前記光照射工程では、前記ピラー間隔が狭くなるほど照射するフラッシュ光のエネルギーを大きくする基板処理方法。
  5. 　請求項２記載の基板処理方法において、
    　前記光照射工程では、波長４００ｎｍ以下の光をカットしたフラッシュ光を照射する基板処理方法。
  6. 　請求項１記載の基板処理方法において、
    　前記光照射工程では、前記基板の表面にレーザー光を照射する基板処理方法。
  7. 　請求項１記載の基板処理方法において、
    　前記処理液は、イソプロピルアルコールである基板処理方法。
  8. 　パターンが形成された基板を乾燥させる基板処理装置であって、
    　前記基板を保持する基板保持部と、
    　前記基板の表面に処理液を供給する処理液供給部と、
    　前記基板の表面に光を照射して当該表面を加熱することによって前記処理液を蒸発させる光照射部と、
    を備え、
    　前記パターンに毛管力が作用し始めてから前記パターンが倒壊するまでに要する倒壊時間よりも前記パターンに毛管力が作用し始めてから前記処理液を前記基板の表面から除去するまでに要する乾燥時間の方が短時間である基板処理装置。
  9. 　請求項８記載の基板処理装置において、
    　前記光照射部は、前記基板の表面にフラッシュ光を照射するフラッシュランプを有する基板処理装置。
  10. 　請求項９記載の基板処理装置において、
    　前記パターンにおける隣り合うピラーの間のピラー間隔に応じて前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーを調整する基板処理装置。
  11. 　請求項１０記載の基板処理装置において、
    　前記ピラー間隔が狭くなるほど前記フラッシュランプから照射するフラッシュ光のエネルギーを大きくする基板処理装置。
  12. 　請求項９記載の基板処理装置において、
    　前記光照射部と前記基板保持部との間に設けられ、前記フラッシュランプが出射するフラッシュ光から波長４００ｎｍ以下の光をカットするフィルターをさらに備える基板処理装置。
  13. 　請求項８記載の基板処理装置において、
    　前記光照射部は、前記基板の表面にレーザー光を照射する基板処理装置。
  14. 　請求項８記載の基板処理装置において、
    　前記処理液は、イソプロピルアルコールである基板処理装置。
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