JP6376554B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
スピンチャックに保持された基板に対して薬液が供給される。その後、リンス液が基板に供給される。これにより、基板上の薬液がリンス液に置換される。その後、基板上のリンス液を排除するためのスピンドライ工程が行われる。スピンドライ工程では、基板が高速回転されることにより、基板に付着しているリンス液が振り切られて除去(乾燥)される。
特許文献1のように、スピンドライ工程の前に有機溶剤の液体を基板に供給する場合には、表面張力の低い有機溶剤の液体がパターン間に存在するので、基板の乾燥時にパターンに加わる力が低下する結果、パターン倒壊を防止できると考えられている。
請求項3に記載の発明は、前記液膜排除手段は、処理液の液膜と基板の上面との間に気相が介在している状態で前記基板保持手段に保持されている基板上の処理液の液膜の周縁部に接触する外方誘導面を含み、前記外方誘導面と処理液の液膜との接触により、処理液を基板の上面から基板の周囲に誘導する誘導部材を含む、請求項1または2に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、処理液の液膜と基板の上面との間に気相が形成されている状態で、基板の上面の一部の領域である吹き付け位置に気体が吹き付けられる。吹き付け位置にある処理液は、気体の供給によってその周囲に押し退けられる。これにより、吹き付け位置に乾燥領域が形成される。さらに、処理液が気体の供給によって吹き付け位置からその周囲に移動するので、基板の周縁部に向かう外向きの流れが処理液の液膜に形成される。したがって、基板上の処理液の液膜は、この流れによって、多数の小滴に***することなく、塊のまま基板から排除される。これにより、処理液の液膜を基板から素早く短時間で排除できる。
この構成によれば、処理液の沸点以上の温度で基板が均一に加熱される。これにより、処理液の液膜と基板の上面との間に気相が形成される。その後、互いに温度が異なる高温領域および低温領域が、基板の上面に形成される。そのため、処理液の液膜内に温度差が発生し、低温の方に移動する流れが処理液の液膜に形成される。したがって、基板上の処理液の液膜は、この流れによって、多数の小滴に***することなく、塊のまま基板から排除される。これにより、処理液の液膜を基板から素早く短時間で排除できる。
この構成によれば、処理液の液膜と基板の上面との間に気相が形成されている状態で、基板の上面が斜めに傾けられる。これにより、基板上の処理液の液膜は、基板の上面に沿って下方に流れ落ちる。したがって、基板上の処理液の液膜を基板から素早く短時間で排除できる。しかも、基板の上面に垂直な方向における加熱手段と基板との間隔が一定に維持されるので、基板だけを傾ける場合に比べて加熱のむらが発生し難く、安定した基板の加熱を継続できる。
請求項7に記載の発明は、前記均一加熱工程は、前記基板の上面の温度を面内全域で均一化する工程である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
請求項8に記載の発明は、前記均一加熱工程は、前記複数のヒータによって前記基板を下方から加熱する工程である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
基板処理装置1は、シリコンウエハなどの円板状の基板Wを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。図1に示すように、基板処理装置1は、処理液で基板Wを処理する複数の処理ユニット2と、処理ユニット2で処理される複数枚の基板Wを収容するキャリアCが載置されるロードポートLPと、ロードポートLPと処理ユニット2との間で基板Wを搬送する搬送ロボットIRおよび搬送ロボットCRと、基板処理装置1を制御する制御装置3とを含む。
図2に示すように、処理ユニット2は、さらに、第1保持ユニット15および第2保持ユニット29を収容する開閉可能なインナーチャンバー7と、回転軸線A1まわりにインナーチャンバー7を取り囲む筒状のカップ38と、インナーチャンバー7およびカップ38を収容するアウターチャンバー4とを含む。
図2に示すように、ホットプレート30は、水平で平坦な円形の上面31aを有するプレート本体31と、基板Wの下面がプレート本体31の上面31aに近接した状態で基板Wをプレート本体31の上方で支持する複数の支持ピン32と、複数の支持ピン32に保持されている基板Wをその下方から室温(たとえば、20〜30℃)よりも高い温度で加熱する複数のヒータ33とを含む。複数のヒータ33は、加熱手段の一例である。
リンス液ノズル46から吐出されるリンス液は、純水(脱イオン水:Deionzied Water)である。リンス液ノズル46から吐出されるリンス液は、純水に限らず、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水、および希釈濃度(たとえば、10〜100ppm程度)の塩酸水のいずれかであってもよい。
上溶剤ノズル54から吐出される溶剤の液体は、室温のIPAの液体である。IPAの液体は、水よりも表面張力が小さく、水よりも沸点が低い低表面張力液の一例である。低表面張力液は、IPAに限らず、HFE(ハイドロフロロエーテル)の液体であってもよい。
図2に示すように、カップ38は、上位置(図2に示す位置)と下位置との間で鉛直方向に昇降可能である。上位置は、カップ38の上端がインナーチャンバー7の下周壁部10の上端とノズルアーム49との間の高さに位置する処理位置である。下位置は、カップ38の上端がインナーチャンバー7の下周壁部10の上端よりも下方に位置する退避位置である。処理ユニット2は、カップ38を上位置と下位置との間で鉛直方向に昇降させるカップ昇降ユニット(図示せず)を含む。上蓋11およびカップ38が上位置に位置している状態では、第1保持ユニット15に保持されている基板Wからその周囲に排出された処理液が、カップ38によって受け止められ、カップ38内に集められる。そして、カップ38内に集められた処理液は、図示しない回収装置または排液装置に送られる。
図11Aに示すように、パターン101は、凸形状(柱状)を有する構造物102が行列状に配置されたものであってもよい。この場合、構造物102の線幅W1はたとえば10nm〜45nm程度であり、隣接する構造物102間の隙間W2はたとえば10nm〜数μm程度である。
また、パターン101は、薄膜に、複数の微細孔(ボイド(void)またはポア(pore))を設けることにより形成されていてもよい。
パターン101は、たとえば絶縁膜を含む。また、パターン101は、導体膜を含んでいてもよい。より具体的には、パターン101は、複数の膜を積層した積層膜により形成されていてもよい。積層膜は、絶縁膜と導体膜とを含んでいてもよい。パターン101は、単層膜で構成されるパターンであってもよい。絶縁膜は、シリコン酸化膜(SiO2膜)やシリコン窒化膜(SiN膜)であってもよい。また、導体膜は、低抵抗化のための不純物を導入したアモルファスシリコン膜であってもよいし、金属膜(たとえば金属配線膜)であってもよい。
次に、処理ユニット2によって行われる基板Wの処理の一例について説明する。以下では、図2および図10を参照する。処理ユニット2によって基板Wが処理されるときには、アウターチャンバー4内に基板Wを搬入する搬入工程(図10のステップS1)が行われる。
具体的には、制御装置3は、アーム揺動ユニット50を制御することにより上蓋11が上位置に退避し、ホットプレート30が基板Wから離れた状態で、ノズルアーム49を退避位置から処理位置に移動させる。これにより、薬液ノズル43は、インナーチャンバー7の下周壁部10とインナーチャンバー7の上周壁部13との間を通って、基板Wの上方に移動する。制御装置3は、薬液ノズル43を基板Wの上方に移動させた後、薬液バルブ45を開いて、回転している基板Wの上面に向けて薬液を薬液ノズル43に吐出させる。制御装置3は、この状態でアーム揺動ユニット50を制御することにより、基板Wの上面に対する薬液の着液位置を中央部と周縁部との間で移動させる。そして、薬液バルブ45が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置3は、薬液バルブ45を閉じて、薬液の吐出を停止させる。
具体的には、制御装置3は、ノズルアーム49に保持されているリンス液ノズル46が基板Wの上方に位置しており、ホットプレート30が基板Wから離れた状態で、リンス液バルブ48を開く。これにより、純水が、回転している基板Wの上面中央部に向けてリンス液ノズル46から吐出される。そのため、基板W上の薬液が純水によって洗い流され、基板Wの上面全域を覆う純水の液膜が形成される。そして、リンス液バルブ48が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置3は、リンス液バルブ48を閉じて、純水の吐出を停止させる。その後、制御装置3は、アーム揺動ユニット50を制御することにより、ノズルアーム49を処理位置から退避位置に移動させる。
具体的には、制御装置3は、蓋昇降ユニット14を制御することにより、ノズルアーム49が退避位置に退避しており、基板Wの上面全域が純水の液膜で覆われている状態で、上蓋11を上位置から下位置に移動させる。これにより、上蓋11の上周壁部13とチャンバー本体8の下周壁部10との間の隙間が密閉される。このとき、基板Wは、固定ピン16および可動ピン19に把持されている。また、ホットプレート30は、仮にヒータ33が発熱していてもヒータ33の熱が基板Wに十分伝わらない高さまで基板Wから離れている。
具体的には、制御装置3は、上蓋11が下位置に移動した後、上リンス液バルブ53を開いて、回転している基板Wの上面中央部に向けて上リンス液ノズル51に純水を吐出させる。これにより、基板Wの上面全域を覆う液膜が、上リンス液ノズル51から吐出された純水によって形成される。また、基板Wの周縁部からその周囲に飛散した純水は、チャンバー本体8の底壁部9から排出される。上リンス液バルブ53が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置3は、上リンス液バルブ53を閉じて、純水の吐出を停止させる。
具体的には、制御装置3は、インナーチャンバー7が閉じられており、基板Wの上面全域が純水の液膜で覆われている状態で、上溶剤バルブ56を開く。このとき、基板Wは、固定ピン16および可動ピン19に把持されており、ホットプレート30は、基板Wから離れている。上溶剤ノズル54から吐出されたIPAの液体は、回転している基板Wの上面中央部に着液し、基板Wの上面に沿って外方に流れる。これにより、基板W上の純水がIPAの液体に置換され、基板Wの上面全域を覆うIPAの液膜が形成される。そして、上溶剤バルブ56が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置3は、上溶剤バルブ56を閉じて、IPAの吐出を停止させる。
具体的には、制御装置3は、ヒータ33への通電を開始することにより、ヒータ33を発熱させる。ヒータ33の発熱は、基板Wがホットプレート30に支持されるのと同時に開始されてもよいし、基板Wがホットプレート30に支持される前または後に開始されてもよい。ヒータ33の発熱により、ホットプレート30の温度(プレート本体31の温度)が、IPAの沸点(82.4℃)よりも高い液膜浮上温度(たとえば、IPAの沸点より10〜50℃高い温度)に達し、その温度に維持される。これにより、基板Wの上面の全ての位置でIPAの液体が蒸発し、IPAの液膜が基板Wの上面から離れる。なお、このとき、基板Wと複数の誘導部材60とは、浮上後のIPAの液膜が複数の誘導部材60の外方誘導面63および下方誘導面64に接しない位置関係に設定されている。IPAの液膜の浮上の詳細については後述する。
具体的には、制御装置3は、IPAの液膜が基板Wの上面から浮上した状態で、複数の誘導部材60の外方誘導面63をIPAの液膜の周縁部に接触させる。制御装置3は、例えば、ホットプレート30を有機溶剤加熱工程(図10のステップS8)のときよりも微小量上昇させて、複数の誘導部材60の外方誘導面63を基板W上のIPAの液膜に接触させる。これに限らず、ホットプレート30の高さは有機溶剤加熱工程時と有機溶剤排除工程時とで、同一であってもよい。すなわち、基板W上のIPAの液膜は有機溶剤加熱工程(ステップS8)の段階から複数の誘導部材60の外方誘導面63に接触していてもよい。IPAの液膜は、複数の誘導部材60との接触により基板Wに対して移動し、基板Wから排除される。IPAの液膜の排除の詳細については後述する。
具体的には、制御装置3は、支持リング23の回転角とホットプレート30の高さとを制御することにより、チャック開閉ユニット25が可動ピン19を駆動可能な位置までチャック開閉ユニット25および可動ピン19を移動させる。チャック開閉ユニット25は常時閉のユニットであるから、可動ピン19は閉位置に配置されている。そのため、制御装置3は、チャック開閉ユニット25を制御することにより、可動ピン19を閉位置から開位置に移動させる。制御装置3は、プレート昇降ユニット37を制御することにより、この状態でホットプレート30を下方に移動させる。これにより、複数の固定ピン16が基板Wの下面に接触し、ホットプレート30が、基板Wの下面から離れる。
具体的には、制御装置3は、蓋昇降ユニット14を制御することにより、上蓋11を下位置から上位置に移動させる。このとき、ホットプレート30は、基板Wから離れているものの、チャック開閉ユニット25が可動ピン19を駆動可能な位置に配置されている。チャック開閉ユニット25は、可動ピン19を開位置に位置させている。制御装置3は、上蓋11が上位置に退避しており、カップ38が下位置に位置している状態で、搬送ロボットCRのハンドHをアウターチャンバー4内に進入させる。そして、制御装置3は、複数の固定ピン16に支持されている基板Wを搬送ロボットCRのハンドHに支持させる。その後、制御装置3は、搬送ロボットCRのハンドHをアウターチャンバー4内から退避させる。これにより、処理済みの基板Wがアウターチャンバー4から搬出される。
上面全域がIPAの液膜で覆われた基板Wは、前述の有機溶剤加熱工程(図10のステップS8)において液膜浮上温度で均一に加熱され、液膜浮上温度に維持される。さらに、基板W上のIPAの液膜の加熱は、基板Wが回転しておらず、静止している状態で行われる。液膜浮上温度は、IPAの沸点(82.4℃)よりも所定温度(たとえば、10〜50℃)高い温度である。液膜浮上温度は、浮上しているIPAの液膜が沸騰しない程度の温度である。
図11Aに示すように、パターン101の内部(隣接する2つ構造物の間の空間または筒状の構造物の内部空間)は、IPAの液体で満たされている。IPAの蒸気の発生によって、パターン101の内部は気体で満たされる。つまり、図11Bに示すように、パターン101内のIPAの液体は、基板Wの加熱によりパターン101内から瞬時に排出される。さらに、基板W上のIPAの液膜111は、IPAの蒸気の発生によって徐々に持ち上げられ、パターン101から離れる。つまり、IPAの蒸気を含む気相112が、パターン101の上面(構造物102の上面102A)とIPAの液膜111との間に介在し、IPAの液膜111が、気相112を介して基板Wに支持される。
1つ目の要因は、基板Wの長時間の加熱による多量のIPAの蒸気の発生またはIPAの液膜111の沸騰である。多量のIPAの蒸気が発生したり、IPAの液膜111が沸騰すると、IPAの蒸気がその上方のIPAの液膜111を突き破って当該IPAの液膜111の上方に噴き出し、その結果、IPAの液膜111に亀裂等113を生じさせるおそれがある。1つ目の要因は、液膜浮上温度や液膜の加熱時間を調整することで対処している。
気相がIPAの液膜と基板Wの上面との間の介在しているとき、基板W上のIPAの液膜に働く摩擦抵抗は、零と見なせるほど小さい。そのため、基板Wの上面に平行な方向の力が、浮上しているIPAの液膜に加わると、IPAの液膜は簡単に移動する。
図15Aに示すように、基板Wの表面に形成されたパターンが低い場合、制御装置3は、液膜浮上温度(ホットプレート30の温度)をIPAの沸点以上の範囲で低めに設定する。さらに、制御装置3は、必要に応じて、(1L)および(2L)の少なく一つを実行する。(1L)消費電力を減少させるために、ホットプレート30が液膜浮上温度で基板Wを加熱している時間を減少させる。(2L)IPAの液体の消費量を減少させるために、有機溶剤供給工程(図10のステップS6)において形成される基板WのIPAの液膜の厚み、すなわち、基板W上のIPAの液量を減少させる。
図15Bに示すように、パターンが高く、パターンの高さが均一である場合、制御装置3は、たとえば、液膜浮上温度(加熱温度)の上昇、加熱時間の増加、およびIPAの液量の増加の全てを実行する。さらに、制御装置3は、ホットプレート30に基板Wの上面を均一に加熱させる。
たとえば、パターンのアスペクト比が大きくなると、パターンの表面とIPAの液体との接触面積が増加し、基板WからIPAの液体への熱の伝達効率が高まる結果、基板Wの温度が低下し易い。これとは反対に、パターンのアスペクト比が小さくなると、基板Wの温度が上昇し易い。さらに、パターンのアスペクト比が大きくなると、パターンの内部に存在するIPAの液量が増加するので、より多くの熱を基板Wに与えないと、パターン内のIPAの液体を短時間で排除できない。
本発明の第1実施形態の説明は以上であるが、本発明は、第1実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の変更が可能である。
具体的には、図18に示すように、制御装置3は、有機溶剤排除工程(図10のステップS9)において、上気体バルブ59を開いて、液膜排除手段としての上気体ノズル57に窒素ガスを吐出させてもよい。この場合、窒素ガスの温度は、室温であってもよいし、IPAの沸点以上(好ましくは、ホットプレート30の温度以上)であってもよい。また、窒素ガスの吐出は、IPAの液膜が基板W上からなくなるまで継続されてもよいし、IPAの液膜が基板W上からなくなる前に停止されてもよい。
また、有機溶剤加熱工程(図10のステップS8)において基板Wの上面が部分的に露出することを防止するために、IPAの液体を基板Wの上面に適宜補充してもよい。
また、前述の全ての実施形態のうちの2つ以上が組み合わされてもよい。
3 :制御装置
4 :アウターチャンバー
7 :インナーチャンバー
15 :第1保持ユニット(基板保持手段)
16 :固定ピン
19 :可動ピン
22 :可動把持部
25 :チャック開閉ユニット
29 :第2保持ユニット(基板保持手段)
30 :ホットプレート
33 :ヒータ(加熱手段、液膜排除手段)
51 :上リンス液ノズル(処理液供給手段)
53 :上リンス液バルブ(処理液供給手段)
54 :上溶剤ノズル(処理液供給手段)
56 :上溶剤バルブ(処理液供給手段)
57 :上気体ノズル(気体吐出手段、液膜排除手段)
59 :上気体バルブ(気体吐出手段、液膜排除手段)
60 :誘導部材(液膜排除手段)
61 :第1部分
62 :第2部分
63 :外方誘導面
64 :下方誘導面
73 :姿勢変更ユニット(姿勢変更手段、液膜排除手段)
74 :伸縮ユニット(姿勢変更手段、液膜排除手段)
78 :情報受付部
79 :記憶部
80 :温度設定部
81 :処理実行部
101 :パターン
102 :構造物
111 :液膜
W :基板
Claims (8)
- 基板を水平に保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の上面に処理液を供給することにより、基板の上面全域を覆う処理液の液膜を形成する処理液供給手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の上面全域をそれぞれ独立した温度で加熱する複数のヒータを含み、前記基板保持手段に保持されている基板を、基板の上面全域が処理液の液膜で覆われている状態で、処理液の沸点以上の温度で加熱することにより、処理液を蒸発させて、処理液の液膜と基板の上面との間に気相を形成する加熱手段と、
処理液の液膜と基板の上面との間に気相が介在している状態で、前記基板保持手段に保持されている基板に対して処理液の液膜を移動させることにより、基板から処理液の液膜を***させることなく塊のまま排除する液膜排除手段と、
基板の表面状態を含む基板情報が入力される情報受付部と、前記情報受付部に入力された前記基板情報に基づいて前記ヒータごとに前記複数のヒータの温度を設定する温度設定部とを含み、前記基板保持手段に保持されている基板を、基板の上面全域が処理液の液膜で覆われている状態で、前記温度設定部により温度が設定された前記複数のヒータによって、処理液の沸点以上の温度で均一に加熱することにより、処理液を蒸発させて、処理液の液膜と基板の上面との間に気相を形成する均一加熱工程を実行する制御装置と、を含む、基板処理装置。 - 前記基板情報は、パターンの形状、パターンの大きさ、およびパターンの材質の少なくとも一つを含む、請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記液膜排除手段は、
処理液の液膜と基板の上面との間に気相が介在している状態で前記基板保持手段に保持されている基板上の処理液の液膜の周縁部に接触する外方誘導面を含み、前記外方誘導面と処理液の液膜との接触により、処理液を基板の上面から基板の周囲に誘導する誘導部材を含む、請求項1または2に記載の基板処理装置。 - 前記液膜排除手段は、処理液の液膜と基板の上面との間に気相が形成されている状態で、前記基板保持手段に保持されている基板の上面に向けて気体を吐出することにより、処理液が排除された乾燥領域を基板の上面の一部の領域に形成する気体吐出手段を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記制御装置は、前記均一加熱工程の後に、処理液の液膜と基板の上面との間に気相が形成されている状態で、処理液の沸点以上の低温領域と前記低温領域よりも高温の高温領域とを基板の上面に形成する温度差発生工程をさらに実行する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記液膜排除手段は、前記加熱手段と基板との間隔を一定に維持しつつ、前記基板保持手段に水平に保持されている基板を斜めに傾ける姿勢変更手段を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記均一加熱工程は、前記基板の上面の温度を面内全域で均一化する工程である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記均一加熱工程は、前記複数のヒータによって前記基板を下方から加熱する工程である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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