KR102048154B1 - 기판 처리 방법, 기판 처리액 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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

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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

본 발명의 기판 처리 방법은, 기판의 패턴 형성면의 건조 처리를 행하는 기판 처리 방법으로서, 상기 기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하는 기판 처리액을 공급하는 공급 공정과, 상기 패턴 형성면 상에서, 상기 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 공정과, 상기 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 처리 방법, 기판 처리액 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD, SUBSTRATE PROCESSING LIQUID AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 기판, 포토마스크용 유리 기판, 액정 표시용 유리 기판, 플라즈마 표시용 유리 기판, FED(Field Emission Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판 등의 각종 기판에 부착된 액체를 기판으로부터 제거하는 기판 처리 방법, 기판 처리액 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 전자 부품의 제조 공정에서는, 액체를 사용하는 다양한 습식 처리를 기판에 대해 실시한 후, 습식 처리에 의해 기판에 부착된 액체를 제거하기 위한 건조 처리를 기판에 대해 실시한다.
습식 처리로서는, 기판 표면의 오염 물질을 제거하는 세정 처리를 들 수 있다. 예를 들면, 드라이 에칭 공정에 의해, 요철을 가지는 미세한 패턴을 형성한 기판 표면에는, 반응 부생성물(에칭 잔사)이 존재하고 있다. 또, 에칭 잔사 외에, 기판 표면에는 금속 불순물이나 유기 오염 물질 등이 부착되어 있는 경우가 있어, 이러한 물질을 제거하기 위해, 기판으로 세정액을 공급하는 등의 세정 처리를 행한다.
세정 처리 후에는, 세정액을 린스액에 의해 제거하는 린스 처리와, 린스액을 건조하는 건조 처리가 실시된다. 린스 처리로서는, 세정액이 부착된 기판 표면에 대해 탈이온수(DIW: Deionized Water) 등의 린스액을 공급하고, 기판 표면의 세정액을 제거하는 린스 처리를 들 수 있다. 그 후, 린스액을 제거함으로써 기판을 건조시키는 건조 처리를 행한다.
최근, 기판에 형성되는 패턴의 미세화에 수반하여, 요철을 가지는 패턴의 볼록부에서의 종횡비(패턴 볼록부에서의 높이와 폭의 비)가 커지고 있다. 이 때문에, 건조 처리 시, 패턴의 오목부에 들어간 세정액이나 린스액 등의 액체와, 액체에 접하는 기체의 경계면에 작용하는 표면 장력이, 패턴 내의 인접하는 볼록부들을 끌어 들여 도괴시키는, 이른바 패턴 도괴의 문제가 있다.
이와 같은 표면 장력에 기인하는 패턴의 도괴의 방지를 목적으로 한 건조 기술로서, 예를 들면, 일본국 특허 공개 2013-16699호 공보에는, 구조체(패턴)가 형성된 기판에 용액을 접촉시키고, 당해 용액을 고체로 변화시켜 패턴의 지지체로 하고, 당해 지지체를 고상에서 기상으로, 액상을 거치지 않고 변화시켜 제거하는 방법이 개시되어 있다. 또, 이 특허 문헌에는, 지지재로서, 메타크릴계 수지 재료, 스티렌계 수지 재료 및 불화 탄소계 재료 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것이 개시되어 있다.
또, 일본국 특허 공개 2012-243869호 공보 및 일본국 특허 공개 2013-258272호 공보에는, 기판 상에 승화성 물질의 용액을 공급하고, 용액 중의 용매를 건조시켜 기판 상을 고상의 승화성 물질로 채우고, 승화성 물질을 승화시키는 건조 기술이 개시되어 있다. 이러한 특허 문헌에 의하면, 고체와, 고체에 접하는 기체의 경계면에는 표면 장력이 작용하지 않기 때문에, 표면 장력에 기인하는 패턴의 도괴를 억제할 수 있다고 되어 있다.
또, 일본국 특허 공개 2015-142069호 공보에는, 액체가 부착된 기판에 터셔리부탄올(t-부탄올)의 융액을 공급하고, 기판 상에서 t-부탄올을 응고시켜 응고체를 형성한 후, t-부탄올을 승화시켜 제거하는 건조 기술이 개시되어 있다.
이상의 특허 문헌에 개시된 건조 기술은, 그 이전의 것과 비교해, 패턴이 높은 도괴 억제 효과를 기대할 수 있다. 그러나, 미세하고 또한 종횡비가 높은(즉, 볼록 패턴의 폭에 대해, 볼록 패턴의 높이가 보다 높다) 미세 패턴의 경우에는, 이러한 특허 문헌에 개시된 건조 기술을 이용해도, 여전히 패턴의 도괴가 발생하고 있다. 패턴의 도괴 발생의 원인은 다양하지만, 그 하나로서 승화성 물질과 패턴 표면의 사이에 작용하는 힘을 들 수 있다.
즉, 승화를 이용한 동결 건조(또는 승화 건조) 방법에서는, 기판 표면의 건조 과정에 있어서 승화성 물질은 고체 상태에서 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태가 된다. 그리고, 패턴면과 승화성 물질의 계면에 있어서는, 이온 결합이나 수소 결합, 판 데르 발스 등의 힘이 작용하고 있다. 그 때문에, 승화 건조에 있어서, 승화성 물질에 불균일한 상변화(승화성 물질의 고체화 혹은 승화)가 일어나면, 이것에 의해 패턴에 응력이 가해져, 패턴의 도괴가 발생한다. 또, 이러한 힘은 승화성 물질이 가지는 물성에 크게 의존한다. 따라서, 미세 패턴에 대해서도 승화 건조에 의한 패턴의 도괴 발생을 저감하기 위해서는, 당해 미세 패턴에 적절한 승화성 물질을 선정할 필요가 있다.
또, Mehul N. Patel, Steve Sirard, Ratchana Limary, and Diane Hymes("Freeze Drying Chemistries for Wet Processing of High Aspect Ratio Structures", SEMATECH SPCC(Surface Preparation and Cleaning Conference) 예고집, 2015년 5월)에는, 요철을 가지는 미세한 패턴이 형성된 기판 상에, 시클로헥산으로 이루어지는 기재 처리액을 공급한 후, 당해 기판 처리액을 -40℃로 응고시키고, 그 후, 응고한 기판 처리액을 승화시키는 것이 개시되어 있다.
그러나 이 선행 기술 문헌에 의하면, 시클로헥산을 기판 처리액으로서 이용한 경우에는, 패턴의 도괴를 충분히 억제할 수 없는 것이 개시되어 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 기판의 표면에 형성된 패턴의 도괴를 방지하면서, 기판의 표면에 부착된 액체를 제거할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관련된 기판 처리 방법은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 기판의 패턴 형성면의 건조 처리를 행하는 기판 처리 방법으로서, 상기 기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하는 기판 처리액을 공급하는 공급 공정과, 상기 패턴 형성면 상에서, 상기 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 공정과, 상기 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성에 의하면, 기판 처리액에 융해 상태의 유점성 결정 재료를 적어도 함유시킴으로써, 종래의 승화성 물질을 이용한 동결 건조(또는 승화 건조)와는 상이한 방법에 의해 기판 처리를 행하는 것이 가능해진다. 즉, 종래의 기판 처리 방법에서는, 예를 들면, 기판의 패턴 형성면 상에 액체가 존재하는 경우에, 승화성 물질을 포함하는 기판 처리액을 당해 패턴 형성면에 공급한 후, 적어도 승화성 물질을 고체 상태로 응고시켜 응고체를 형성하고, 또한 이 응고체를 승화시킴으로써, 상기 액체를 제거하고 있었다. 그러나, 기판 처리액을 응고시켜 응고체를 형성한 경우, 승화성 물질을 포함하는 기판 처리액 중에 불순물로서의 유기물 등이 존재하면, 당해 유기물이 승화성 물질을 포함하는 기판 처리액을 응고시킬 때에 결정핵이 될 수 있다. 이것에 의해, 각각의 불순물이 결정핵이 되어 결정립이 성장하고, 결국은 성장한 결정립들이 충돌함으로써, 경계에 결정립계가 발생한다. 이 결정립계의 발생에 의해, 패턴에 응력이 가해져, 패턴의 도괴가 발생하고 있었다.
이에 반해, 상기 구성의 기판 처리 방법에서는, 먼저, 기판 처리액으로서 융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하는 것을 이용한다. 또, 종래의 응고 공정 대신에, 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 공정을 행한다. 또한, 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 유점성 결정층을 제거한다(제거 공정). 여기서, 유점성 결정 상태는 액체 상태와 고체 상태의 중간 상태에 있으며, 유동성을 가지고 있다. 그 때문에, 이와 같은 유점성 결정층을 패턴 형성면 상에 형성함으로써, 결정립계의 발생이나 성장을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기의 구성에 의하면, 결정립계의 발생 및 성장에 기인한 응력이 패턴에 작용하는 것을 저감시켜, 미세하고 또한 종횡비가 높은 패턴에 대해서도, 그 도괴의 발생을 억제할 수 있다.
또, 상기의 구성에 의하면, 종래의 승화성 물질을 포함하는 기판 처리액이 응고한 응고체의 경우와 비교해, 패턴에 미치는 응력을 완화할 수 있다. 그 결과, 패턴의 도괴의 발생을 한층 저감할 수 있다.
상기 구성에 있어서는, 상기 유점성 결정층 형성 공정이, 대기압 하에서, 상기 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도 범위에서, 상기 기판 처리액을 냉각하는 공정인 것이 바람직하다.
유점성 결정 재료를 융해 상태로 포함하는 기판 처리액을 상기 온도 범위에서 냉각함으로써, 당해 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여, 패턴 형성면 상에 유동성을 가지는 유점성 결정층을 형성할 수 있다.
상기 구성에 있어서는, 상기 유점성 결정층 형성 공정 또는 제거 공정 중 적어도 어느 한 쪽이, 냉매를, 상기 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로, 상기 기판에서의 패턴 형성면과는 반대측의 이면을 향해 공급하는 공정이어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 유점성 결정층 형성 공정에 있어서는, 패턴 형성면과는 반대측의 이면을 향해, 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도의 냉매를 공급함으로써, 패턴 형성면 상에 유점성 결정층을 형성할 수 있다. 또, 제거 공정에 있어서는, 냉매를 기판의 이면을 향해 공급함으로써, 유점성 결정층이 액체 상태가 되는 것을 방지하면서, 유점성 결정층을 기체 상태로 상태 변화시킬 수 있다.
상기 구성에 있어서는, 상기 유점성 결정층 형성 공정 또는 제거 공정 중 적어도 어느 한 쪽이, 적어도 상기 유점성 결정 재료에 대해 불활성인 가스를, 당해 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로, 상기 패턴 형성면을 향해 공급하는 공정이어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 유점성 결정층 형성 공정에 있어서는, 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도의 불활성 가스를, 패턴 형성면을 향해 공급하므로, 유점성 결정 재료를 냉각하여 유점성 결정 상태로 할 수 있다. 또, 제거 공정에 있어서는, 상기 패턴 형성면에 형성되어 있는 유점성 결정층에 대해서도 불활성 가스를 공급함으로써, 당해 유점성 결정층을, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시킬 수 있다. 또한, 불활성 가스는 유점성 결정 재료에 대해 불활성이기 때문에, 당해 유점성 결정 재료는 변성되는 일이 없다.
상기 구성에 있어서는, 상기 제거 공정이, 적어도 상기 유점성 결정 재료에 대해 불활성인 가스를, 당해 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로, 상기 패턴 형성면을 향해 공급함과 함께, 냉매를, 상기 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로, 상기 기판에서의 패턴 형성면과는 반대측의 이면을 향해 공급하는 공정이어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 패턴 형성면에 형성되어 있는 유점성 결정층에 대해서는, 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로 불활성 가스를 공급함으로써, 유점성 결정층을, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시킬 수 있다. 또, 상기 패턴 형성면과는 반대측의 이면에 대해서는, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로 냉매를 공급함으로써, 유점성 결정층이 액체 상태가 되는 것을 방지하면서, 이것을 기체 상태로 상태 변화시킬 수 있다. 또한, 불활성 가스는 승화성 물질 및 용매에 대해 불활성이기 때문에, 당해 승화성 물질 및 용매는 변성되는 일이 없다.
상기의 구성에 있어서는, 상기 유점성 결정층 형성 공정 또는 제거 공정 중 적어도 어느 한 쪽이, 상기 기판 처리액이 공급된 상기 패턴 형성면 또는 상기 유점성 결정층이 형성된 상기 패턴 형성면을, 대기압보다 낮은 환경 하로 감압시키는 공정이어도 된다.
상기의 구성에 의하면, 유점성 결정층 형성 공정에 있어서, 기판 처리액이 공급되어 있는 기판의 패턴 형성면을, 대기압보다 낮은 환경 하로 감압시킴으로써, 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 상태 변화시켜, 유점성 결정층을 형성할 수 있다. 또, 제거 공정에 있어서, 유점성 결정층이 형성되어 있는 패턴 형성면을, 마찬가지로 대기압보다 낮은 환경 하로 감압시킴으로써, 유점성 결정층을, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 이것을 제거할 수 있다.
상기 구성에 있어서는, 상기 유점성 결정 재료가 시클로헥산인 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 기판 처리액은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 패턴 형성면을 가지는 기판의 처리에 이용되는 기판 처리액으로서, 융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하고, 상기 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 응고점 이하의 조건 하에서 응고되지 않고, 유점성 결정 상태로 이용되는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성에 의하면, 기판 처리액에 융해 상태의 유점성 결정 재료를 적어도 함유시킴으로써, 종래의 승화성 물질을 이용한 동결 건조(또는 승화 건조)와는 상이한 방법에 의해 기판 처리를 행하는 것이 가능해진다. 즉, 유점성 결정 재료를 기판 처리액에 함유시키고, 또한 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 응고점 이하의 조건 하에서 이용함으로써, 기판 처리 시에, 당해 기판 처리액을 응고시키지 않고, 유점성 결정 상태로 행할 수 있다. 여기서, 유점성 결정 상태는 액체 상태와 고체 상태의 중간 상태에 있으며, 유동성을 가지고 있다. 그 때문에, 유점성 결정 재료를, 고체 상태가 아닌 유점성 결정 상태로 함으로써, 종래의 승화성 물질을 이용하여 응고시킨 경우에 발생하고 있던 결정립계나 그 성장을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기의 구성에 의하면, 결정립계의 발생 및 성장에 기인한 응력이 패턴에 가해지는 것을 방지할 수 있어, 미세하고 또한 종횡비가 높은 패턴의 경우에도 패턴의 도괴를 방지할 수 있다. 또, 상기의 구성에 의하면, 기판 처리액의 응고에 의해 패턴에 미치는 응력 자체를 없앨 수 있으므로, 패턴의 도괴의 발생을 한층 저감할 수 있다.
상기 구성에 있어서는, 상기 유점성 결정 재료가 시클로헥산인 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 기판 처리 장치는, 상기의 과제를 해결하기 위해, 기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하는 기판 처리액을 공급하는 공급 공정과, 상기 패턴 형성면 상에서, 상기 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 공정과, 상기 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 제거 공정을 포함하는 기판 처리 방법에 이용되는 기판 처리 장치로서, 상기 기판의 패턴 형성면에, 상기 기판 처리액을 공급하는 공급 수단과, 상기 패턴 형성면 상에서, 상기 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 수단과, 상기 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 제거 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성에 의하면, 기판 처리액에 융해 상태의 유점성 결정 재료를 적어도 함유시킴으로써, 종래의 승화성 물질을 이용한 동결 건조(또는 승화 건조)와는 상이한 방법으로 기판 처리를 행하는 것이 가능한 기판 처리 장치를 제공할 수 있다. 즉, 종래의 기판 처리 장치에서는, 예를 들면, 기판의 패턴 형성면 상에 액체가 존재하는 경우에, 공급 수단이 승화성 물질을 포함하는 기판 처리액을 당해 패턴 형성면에 공급한 후, 응고 수단이 적어도 승화성 물질을 고체 상태로 응고시켜 응고체를 형성하고, 또한 승화 수단이 이 응고체를 승화시킴으로써, 상기 액체를 제거하고 있었다. 그러나, 기판 처리액을 응고시켜 응고체를 형성한 경우, 승화성 물질을 포함하는 기판 처리액 중에 불순물로서의 유기물 등이 존재하면, 당해 유기물이 승화성 물질을 포함하는 기판 처리액을 응고시킬 때에 결정핵이 될 수 있다. 이것에 의해, 각각의 불순물이 결정핵이 되고 결정립이 성장하여, 결국은 성장한 결정립들이 충돌함으로써, 경계에 결정립계가 발생한다. 이 결정립계의 발생에 의해, 패턴에 응력이 가해져, 패턴의 도괴가 발생한다.
이에 반해, 상기 구성의 기판 처리 장치에 의하면, 먼저, 기판 처리액으로서 융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하는 것을 이용한다. 또, 종래의 응고 수단 대신에, 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 수단을 구비한다. 또한, 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 유점성 결정층을 제거하는 제거 수단을 구비한다. 여기서, 유점성 결정 상태는 액체 상태와 고체 상태의 중간 상태에 있으며, 유동성을 가지고 있다. 그 때문에, 이와 같은 유점성 결정층을 패턴 형성면 상에 형성함으로써, 결정립계의 발생이나 성장을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기의 구성에 의하면, 결정립계의 발생 및 성장에 기인한 응력이 패턴에 작용하는 것을 저감시켜, 미세하고 또한 종횡비가 높은 패턴에 대해서도, 그 도괴의 발생을 억제할 수 있다.
또, 상기의 구성에 의하면, 종래의 승화성 물질을 포함하는 기판 처리액이 응고한 응고체의 경우와 비교해, 패턴에 미치는 응력을 완화할 수 있다. 그 결과, 패턴의 도괴의 발생을 한층 저감할 수 있다.
본 발명은, 상기에 설명한 수단에 의해, 이하에 서술하는 바와 같은 효과를 나타낸다.
즉, 본 발명에 의하면, 예를 들면, 기판의 패턴 형성면 상에 액체가 존재하는 경우에, 당해 액체를, 유점성 결정 재료를 포함하는 기판 처리액으로 치환한 후, 당해 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여 유점성 결정층을 형성시킨 다음, 당해 유점성 결정층을, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시킨다. 그 때문에, 결정립계의 발생에 기인한 패턴의 도괴를 억제할 수 있다. 또, 유점성 결정 재료가 유점성 결정 상태가 된 유점성 결정층 유동성을 가지고 있기 때문에, 승화성 물질을 응고체로 한 경우와 비교해, 패턴에 응력이 가해지는 것을 저감할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 종래의 승화성 물질을 이용한 동결 건조(또는 승화 건조)와는 상이한 방법에 의해 패턴의 도괴를 한층 억제하는 것이 가능한 기판 처리 방법, 기판 처리액 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 기판 처리 장치의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 2는, 기판 처리 장치를 나타내는 개략 평면도이다.
도 3은, 기판 처리 장치에서의 기판 유지 수단의 개략을 나타내는 단면 모식도이다.
도 4a는, 기판 처리 장치에서의 기판 처리액 저류부의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4b는, 기판 처리액 저류부의 구체적 구성을 나타내는 설명도이다.
도 5는, 기판 처리 장치에서의 기체 저류부의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 6은, 기판 처리 장치에서의 냉매 저류부의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 7은, 기판 처리 장치에서의 제어 유닛의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 8은, 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 9는, 기판 처리 방법의 각 공정에서의 기판의 모습을 나타내는 도이다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 기판 처리 방법의 각 공정에서의 기판의 모습을 나타내는 도이다.
도 11은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관련된 기판 처리 방법의 각 공정에서의 기판의 모습을 나타내는 도이다.
도 12는, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용한 미처리 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 13은, 본 발명의 실시예 1에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 14는, 비교예 1에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 15는, 비교예 2에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 16은, 비교예 3에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 17은, 비교예 4에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 이하에 설명한다.
본 실시 형태에 관련된 기판 처리 장치는, 예를 들면, 각종의 기판의 처리에 이용할 수 있다. 「기판」이란, 반도체 기판, 포토마스크용 유리 기판, 액정 표시용 유리 기판, 플라즈마 표시용 유리 기판, FED(Field Emission Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판 등의 각종 기판을 말한다. 본 실시 형태에서는, 기판 처리 장치(1)를 반도체 기판(이하, 「기판」이라고 한다.)의 처리에 이용하는 경우를 예로서 설명한다.
기판으로서는, 한쪽 주면에만 회로 패턴 등(이하 「패턴」이라고 기재한다)이 형성되어 있는 것을 예로 하고 있다. 여기서, 패턴이 형성되어 있는 패턴 형성면(주면)을 「표면」이라고 칭하고, 그 반대측의 패턴이 형성되어 있지 않은 주면을 「이면」이라고 칭한다. 또, 하방을 향하게 한 기판의 면을 「하면」이라고 칭하고, 상방을 향하게 한 기판의 면을 「상면」이라고 칭한다. 이하에 있어서는, 상면을 표면으로 하여 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「패턴 형성면」이란, 평면형, 곡면형 또는 요철형 중 어느 하나를 불문하며, 기판에 있어서, 임의의 영역에 요철 패턴이 형성되어 있는 면을 의미한다.
기판 처리 장치는, 기판에 부착되어 있는 파티클 등의 오염 물질을 제거하기 위한 세정 처리(린스 처리를 포함한다.), 및 세정 처리 후의 건조 처리에 이용되는 매엽식의 기판 처리 장치이다.
＜1-1 기판 처리 장치의 구성＞
먼저, 본 실시 형태에 관련된 기판 처리 장치의 구성에 대해서, 도 1~도 3에 의거하여 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 관련된 기판 처리 장치의 개략을 나타내는 설명도이다. 도 2는, 기판 처리 장치의 내부 구성을 나타내는 개략 평면도이다. 도 3은, 기판 처리 장치에서의 기판 유지 수단의 개략을 나타내는 단면 모식도이다. 또한, 각 도에 있어서는, 도시한 것의 방향 관계를 명확하게 하기 위해, 적당히 XYZ 직교 좌표축을 표시한다. 도 1 및 도 2에 있어서, XY평면은 수평면을 나타내고, +Z방향은 연직 상향을 나타낸다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 기판(W)을 수용하는 용기인 챔버(11)와, 기판(W)을 유지하는 기판 유지 수단(51)과, 기판 처리 장치(1)의 각 부를 제어하는 제어 유닛(13)과, 기판(W)의 표면(Wa)에 기판 처리액을 공급하는 기판 처리액 공급 수단(공급 수단)(21)과, 기판(W)의 표면(Wa)에 IPA를 공급하는 IPA 공급 수단(31)과, 기판(W)의 표면(Wa)에 기체를 공급하는 기체 공급 수단(유점성 결정층 형성 수단, 제거 수단)(41)과, IPA나 기판 처리액 등을 포집하는 비산 방지 컵(12)과, 후술하는 각 아암을 각각 독립적으로 선회 구동시키는 선회 구동부(14)와, 챔버(11)의 내부를 감압하는 감압 수단(제거 수단)(71)과, 기판(W)의 이면(Wb)에 냉매를 공급하는 냉매 공급 수단(유점성 결정층 형성 수단, 제거 수단)(81)을 적어도 구비한다. 또, 기판 처리 장치(1)는 기판 반입출 수단, 척 핀 개폐 기구 및 습식 세정 수단을 구비한다(모두 도시하지 않는다). 기판 처리 장치(1)의 각 부에 대해서, 이하에 설명한다. 또한, 도 1 및 도 2에는, 건조 처리에 이용하는 부위 만을 나타내고, 세정 처리에 이용하는 세정용의 노즐 등이 도시되어 있지 않지만, 기판 처리 장치(1)는 당해 노즐 등을 구비하고 있어도 된다.
기판 유지 수단(51)은 기판(W)을 유지하는 수단이며, 도 3에 나타내는 바와 같이, 기판 표면(Wa)을 상방을 향한 상태로 기판(W)을 대략 수평 자세로 유지하여 회전시키는 것이다. 이 기판 유지 수단(51)은, 스핀 베이스(53)와 회전 지지축(57)이 일체적으로 결합된 스핀 척(55)을 가지고 있다. 스핀 베이스(53)는 평면에서 보았을 때 대략 원형 형상을 가지고 있으며, 그 중심부에, 대략 연직 방향으로 연장되는 중공형의 회전 지지축(57)이 고정되어 있다. 회전 지지축(57)은 모터를 포함하는 척 회전 기구(56)의 회전축에 연결되어 있다. 척 회전 기구(56)는 원통형의 케이싱(52) 내에 수용되고, 회전 지지축(57)은 케이싱(52)에 의해, 연직 방향의 회전축 둘레로 회전 가능하게 지지되어 있다.
척 회전 기구(56)는, 제어 유닛(13)의 척 구동부(도시하지 않음)로부터의 구동에 의해 회전 지지축(57)을 회전축 둘레로 회전시킨다. 이것에 의해, 회전 지지축(57)의 상단부에 부착된 스핀 베이스(53)가 회전축 둘레로 회전한다. 제어 유닛(13)은, 척 구동부를 통하여 척 회전 기구(56)를 제어하여, 스핀 베이스(53)의 회전 속도를 조정하는 것이 가능하다.
스핀 베이스(53)의 주연부 부근에는, 기판(W)의 주단부를 파지하기 위한 복수개의 척 핀(54)이 세워 설치되어 있다. 척 핀(54)의 설치수는 특별히 한정되지 않지만, 원 형상의 기판(W)을 확실히 유지하기 위해, 적어도 3개 이상 설치하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 스핀 베이스(53)의 주연부를 따라 등간격으로 3개 배치한다(도 2을 참조). 각각의 척 핀(54)은, 기판(W)의 주연부를 하방으로부터 지지하는 기판 지지 핀과, 기판 지지 핀에 지지된 기판(W) 외주 단면을 압압하여 기판(W)을 유지하는 기판 유지 핀을 구비하고 있다.
또, 각 척 핀(54)은, 기판 유지 핀이 기판(W) 외주 단면을 압압하는 압압 상태와, 기판 유지 핀이 기판(W) 외주 단면으로부터 떨어지는 해방 상태 사이에서 전환 가능하게 되어 있으며, 장치 전체를 제어하는 제어 유닛(13)으로부터의 동작 지령에 따라 상태 전환이 실행된다. 보다 상세하게는, 스핀 베이스(53)에 대해 기판(W)을 반입출할 때는, 각각의 척 핀(54)을 해방 상태로 하고, 기판(W)에 대해 후술하는 세정 처리로부터 제거 처리까지의 기판 처리를 행할 때에는, 각각의 척 핀(54)을 압압 상태로 한다. 척 핀(54)을 압압 상태로 하면, 척 핀(54)은 기판(W)의 주연부를 파지하여, 기판(W)이 스핀 베이스(53)로부터 소정 간격을 두고 수평 자세(XY면)로 유지된다. 이것에 의해, 기판(W)은, 그 표면(Wa)을 상방을 향한 상태로 수평으로 유지된다. 또한, 기판(W)의 유지 방식은 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 기판(W)의 이면(Wb)을 스핀 척 등의 흡착 방식에 의해 유지하도록 해도 된다.
스핀 척(55)에 기판(W)이 유지된 상태, 보다 구체적으로는 스핀 베이스(53)에 설치된 척 핀(54)에 의해 기판(W)이 그 주연부가 유지된 상태로 척 회전 기구(56)가 작동함으로써, 기판(W)은 연직 방향의 회전축(A1) 둘레로 회전한다.
처리액 공급 수단(공급 수단)(21)은, 기판 유지 수단(51)에 유지되어 있는 기판(W)의 패턴 형성면에 기판 처리액을 공급하는 유닛이며, 도 1에 나타내는 바와 같이, 노즐(22)과, 아암(23)과, 선회축(24)과, 배관(25)과, 밸브(26)와, 기판 처리액 저류부(27)를 적어도 구비한다.
기판 처리액 저류부(27)는, 도 4a 및 도 4B에 나타내는 바와 같이, 기판 처리액 저류 탱크(271)와, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내의 기판 처리액을 교반하는 교반부(277)와, 기판 처리액 저류 탱크(271)를 가압하여 기판 처리액을 송출하는 가압부(274)와, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내의 기판 처리액을 가열하는 온도 조정부(272)를 적어도 구비한다. 또한, 도 4a는 기판 처리액 저류부(27)의 개략 구성을 나타내는 블럭도이며, 도 4B는 당해 기판 처리액 저류부(27)의 구체적 구성을 나타내는 설명도이다.
교반부(277)는, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내의 기판 처리액을 교반하는 회전부(279)와, 회전부(279)의 회전을 제어하는 교반 제어부(278)를 구비한다. 교반 제어부(278)는 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속하고 있다. 회전부(279)는, 회전축의 선단(도 4B에서의 회전부(279)의 하단)에 프로펠러형의 교반 날개를 구비하고 있으며, 제어 유닛(13)이 교반 제어부(278)로 동작 지령을 행하여, 회전부(279)가 회전함으로써, 교반 날개가 기판 처리액을 교반하여, 기판 처리액 중의 유점성 결정 재료(상세한 것에 대해서는 후술한다.) 등의 농도 및 온도를 균일화한다.
또, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내의 기판 처리액의 농도 및 온도를 균일하게 하는 방법으로서는, 상술한 방법에 한정되지 않고, 별도 순환용의 펌프를 설치하여 기판 처리액을 순환하는 방법 등, 공지의 방법을 이용할 수 있다.
가압부(274)는, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내를 가압하는 기체의 공급원인 질소 가스 탱크(275), 질소 가스를 가압하는 펌프(276) 및 배관(273)에 의해 구성된다. 질소 가스 탱크(275)는 배관(273)에 의해 기판 처리액 저류 탱크(271)와 관로 접속되어 있으며, 또 배관(273)에는 펌프(276)가 끼워져 있다.
온도 조정부(272)는 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 기판 처리액 저류 탱크(271)에 저류되어 있는 기판 처리액을 가열하여 온도 조정을 행하는 것이다. 온도 조정은, 기판 처리액의 액체의 온도가, 당해 기판 처리액에 포함되는 유점성 결정 재료의 융점 이상이 되도록 행하면 된다. 이것에 의해, 기판 처리액이 융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하는 것인 경우는, 당해 유점성 결정 재료의 융해 상태를 유지할 수 있다. 또한, 온도 조정의 상한으로서는, 비점보다 낮은 온도인 것이 바람직하다. 또, 온도 조정부(272)로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 저항 가열 히터나, 펠티에 디바이스, 온도 조정한 물을 통과시킨 배관 등, 공지의 온도 조정 기구를 이용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 온도 조정부(272)는 임의의 구성이다. 예를 들면, 기판 처리액이 융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하는 것이며, 기판 처리 장치(1)의 설치 환경이 유점성 결정 재료의 융점보다 고온의 환경에 있는 경우에는, 당해 유점성 결정 재료의 융해 상태를 유지할 수 있으므로, 기판 처리액의 가열은 불필요해진다. 그 결과, 온도 조정부(272)를 생략할 수 있다.
기판 처리액 저류부(27)(보다 상세하게는, 기판 처리액 저류 탱크(271))는, 배관(25)을 통하여, 노즐(22)과 관로 접속되어 있으며, 배관(25)의 경로 도중에는 밸브(26)가 끼워진다.
기판 처리액 저류 탱크(271) 내에는 기압 센서(도시하지 않음)가 설치되며, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있다. 제어 유닛(13)은, 기압 센서가 검출한 값에 의거하여 펌프(276)의 동작을 제어함으로써, 기판 처리액 저류 탱크(271) 내의 기압을 대기압보다 높은 소정의 기압으로 유지한다. 한편, 밸브(26)도 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 통상은 폐전(閉栓)되어 있다. 또, 밸브(26)의 개폐도, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 제어된다. 그리고, 제어 유닛(13)이 기판 처리액 공급 수단(21)으로 동작 지령을 행하여, 밸브(26)를 개전(開栓)하면, 가압되어 있는 기판 처리액 저류 탱크(271) 내로부터 기판 처리액이 압송되어, 배관(25)을 통하여 노즐(22)로부터 토출된다. 이것에 의해, 기판 처리액을 기판(W)의 표면(Wa)에 공급할 수 있다. 또한, 기판 처리액 저류 탱크(271)는, 상술한 대로 질소 가스에 의한 압력을 이용하여 기판 처리액을 압송하기 위해, 기밀하게 구성되는 것이 바람직하다.
노즐(22)은, 수평으로 연장 설치된 아암(23)의 선단부에 부착되어 있으며, 스핀 베이스(53)의 상방에 배치된다. 아암(23)의 후단부는, Z방향으로 연장 설치된 선회축(24)에 의해 축(J1) 둘레로 회전 가능하게 지지되고, 선회축(24)은 챔버(11) 내에 고정 설치된다. 선회축(24)을 통하여, 아암(23)은 선회 구동부(14)와 연결된다. 선회 구동부(14)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어, 제어 유닛(13)으로부터의 동작 지령에 의해 아암(23)을 축(J1) 둘레로 회동시킨다. 아암(23)의 회동에 수반하여, 노즐(22)도 이동한다.
노즐(22)은, 도 2에 실선으로 나타내는 바와 같이, 통상은 기판(W)의 주연부보다 외측이며, 비산 방지 컵(12)보다 외측의 퇴피 위치(P1)에 배치된다. 아암(23)이 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 회동하면, 노즐(22)은 화살표(AR1)의 경로를 따라 이동하여, 기판(W)의 표면(Wa)의 중앙부(축 A1 또는 그 근방)의 상방 위치에 배치된다.
IPA 공급 수단(31)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 유지 수단(51)에 유지되어 있는 기판(W)에 IPA(이소프로필알코올)를 공급하는 유닛이며, 노즐(32)과, 아암(33)과, 선회축(34)과, 배관(35)과, 밸브(36)와, IPA 탱크(37)를 구비한다.
IPA 탱크(37)는, 배관(35)을 통하여, 노즐(32)과 관로 접속되어 있으며, 배관(35)의 경로 도중에는 밸브(36)가 끼워진다. IPA 탱크(37)에는, IPA가 저류되어 있으며, 도시하지 않은 가압 수단에 의해 IPA 탱크(37) 내의 IPA가 가압되어, 배관(35)으로부터 노즐(32) 방향으로 IPA가 보내진다.
밸브(36)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 통상은, 폐전되어 있다. 밸브(36)의 개폐는, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 제어된다. 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 밸브(36)가 개전하면, IPA가 배관(35)을 통과하여, 노즐(32)로부터 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된다.
노즐(32)은, 수평으로 연장 설치된 아암(33)의 선단부에 부착되고, 스핀 베이스(53)의 상방에 배치된다. 아암(33)의 후단부는, Z방향으로 연장 설치된 선회축(34)에 의해 축(J2) 둘레로 회전 가능하게 지지되고, 선회축(34)은 챔버(11) 내에 고정 설치된다. 아암(33)은, 선회축(34)을 통하여 선회 구동부(14)에 연결된다. 선회 구동부(14)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어, 제어 유닛(13)으로부터의 동작 지령에 의해 아암(33)을 축(J2) 둘레로 회동시킨다. 아암(33)의 회동에 수반하여, 노즐(32)도 이동한다.
노즐(32)은, 도 2에 실선으로 나타내는 바와 같이, 통상은 기판(W)의 주연부보다 외측이며, 비산 방지 컵(12)보다 외측의 퇴피 위치(P2)에 배치된다. 아암(33)이 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 회동하면, 노즐(32)은 화살표(AR2)의 경로를 따라 이동하여, 기판(W)의 표면(Wa)의 중앙부(축 A1 또는 그 근방)의 상방 위치에 배치된다.
또한, 본 실시 형태에서는, IPA 공급 수단(31)에 있어서 IPA를 이용하지만, 본 발명은, 유점성 결정 재료 및 탈이온수(DIW： Deionized Water)에 대해 용해성을 가지는 액체이면 되고, IPA에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에서의 IPA의 대체로서는, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 벤젠, 사염화탄소, 클로로포름, 헥산, 데칼린, 테트랄린, 아세트산, 시클로헥산올, 에테르, 또는 하이드로플루오로에테르(Hydro Fluoro Ether) 등을 들 수 있다.
기체 공급 수단(41)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 유지 수단(51)에 유지되어 있는 기판(W)으로 기체를 공급하는 유닛이며, 노즐(42)과, 아암(43)과, 선회축(44)과, 배관(45)과, 밸브(46)와, 기체 저류부(47)를 구비한다.
기체 저류부(47)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 기체를 저류하는 기체 탱크(471)와, 기체 탱크(471)에 저류되는 기체의 온도를 조정하는 기체 온도 조정부(472)를 구비한다. 이 도면은, 기체 저류부(47)의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다. 기체 온도 조정부(472)는 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 기체 탱크(471)에 저류되어 있는 기체를 가열 또는 냉각하여 온도 조정을 행하는 것이다. 온도 조정은, 기체 탱크(471)에 저류되는 기체가 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 낮은 온도가 되도록 행하면 된다. 기체 온도 조정부(472)로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 펠티에 디바이스, 온도 조정한 물을 통과시킨 배관 등, 공지의 온도 조정 기구를 이용할 수 있다.
또, 기체 저류부(47)(보다 상세한 것은, 기체 탱크(471))는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 배관(45)을 통하여, 노즐(42)과 관로 접속되어 있으며, 배관(45)의 경로 도중에는 밸브(46)가 끼워진다. 도시하지 않은 가압 수단에 의해 기체 저류부(47) 내의 기체가 가압되어, 배관(45)으로 보내진다. 또한, 가압 수단은, 펌프 등에 의한 가압 외에, 기체를 기체 저류부(47) 내에 압축 저류함으로써도 실현할 수 있기 때문에, 어느 가압 수단을 이용해도 된다.
밸브(46)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 통상은 폐전되어 있다. 밸브(46)의 개폐는, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 제어된다. 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 밸브(46)가 개전하면, 배관(45)을 통과하여, 노즐(42)로부터 기체가 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된다.
노즐(42)은, 수평으로 연장 설치된 아암(43)의 선단부에 부착되고, 스핀 베이스(53)의 상방에 배치된다. 아암(43)의 후단부는, Z방향으로 연장 설치된 선회축(44)에 의해 축(J3) 둘레로 회전 가능하게 지지되고, 선회축(44)은 챔버(11) 내에 고정 설치된다. 선회축(44)을 통하여, 아암(43)은 선회 구동부(14)와 연결된다. 선회 구동부(14)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어, 제어 유닛(13)으로부터의 동작 지령에 의해 아암(43)을 축(J3) 둘레로 회동시킨다. 아암(43)의 회동에 수반하여, 노즐(42)도 이동한다.
또, 노즐(42)은, 도 2에 실선으로 나타내는 바와 같이, 통상은 기판(W)의 주연부보다 외측이며, 비산 방지 컵(12)보다 외측의 퇴피 위치(P3)에 배치된다. 아암(43)이 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 회동하면, 노즐(42)은 화살표(AR3)의 경로를 따라 이동하여, 기판(W)의 표면(Wa)의 중앙부(축 A1 또는 그 근방)의 상방 위치에 배치된다. 표면(Wa) 중앙부의 상방 위치에 노즐(42)이 배치되는 모습을, 도 2에 있어서 점선으로 나타낸다.
기체 탱크(471)에는, 유점성 결정 재료에 대해 적어도 불활성인 가스, 보다 구체적으로는 질소 가스가 저류되어 있다. 또, 저류되어 있는 질소 가스는, 기체 온도 조정부(472)에 있어서, 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하, 바람직하게는 유점성 결정 재료의 응고점보다 5℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로 조정되어 있다. 질소 가스의 온도는 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하이면 특별히 한정되지 않지만, 통상은, 응고점보다 5℃ 낮은 온도 이상, 실온 이하의 범위 내로 설정할 수 있다. 질소 가스의 온도를 15℃ 이상으로 함으로써, 챔버(11)의 내부에 존재하는 수증기가 응고되어 기판(W)의 표면(Wa)에 부착되거나 하는 것을 방지하여, 기판(W)에 악영향이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서 이용하는 질소 가스는, 그 노점이 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 건조 기체인 것이 적합하다. 질소 가스를 대기압 환경 하에서 유점성 결정층(상세한 것에 대해서는 후술한다.)에 뿜어내면, 유점성 결정층 내의 유점성 결정 재료가, 질소 가스 중에 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화한다. 질소 가스는 유점성 결정층에 계속 공급되므로, 발생한 기체 상태의 유점성 결정 재료의 질소 가스 중에서의 분압은, 기체 상태의 유점성 결정 재료의 당해 질소 가스의 온도에서의 포화 증기압보다 낮은 상태로 유지되고, 적어도 유점성 결정층 표면에 있어서는, 기체 상태의 유점성 결정 재료가 그 포화 증기압 이하에서 존재하는 분위기 하에서 채워진다.
또, 본 실시 형태에서는, 기체 공급 수단(41)에 의해 공급되는 기체로서 질소 가스를 이용하지만, 본 발명의 실시로서는, 유점성 결정 재료에 대해 불활성인 기체이면 이것에 한정되지 않는다. 제1 실시 형태에 있어서, 질소 가스의 대체가 되는 기체로서는, 아르곤 가스, 헬륨 가스 또는 공기(질소 가스 농도 80%, 산소 가스 농도 20%의 기체)를 들 수 있다. 혹은, 이들 복수 종류의 기체를 혼합한 혼합 기체여도 된다.
감압 수단(71)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버(11)의 내부를 대기압보다 낮은 환경으로 감압하는 수단이며, 배기 펌프(72)와, 배관(73)과, 밸브(74)를 구비한다. 배기 펌프(72)는 배관(73)을 통하여 챔버(11)와 관로 접속되어, 기체에 압력을 가하는 공지의 펌프이다. 배기 펌프(72)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 통상은 정지 상태이다. 배기 펌프(72)의 구동은, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 제어된다. 또, 배관(73)에는 밸브(74)가 끼워진다. 밸브(74)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 통상은 폐전되어 있다. 밸브(74)의 개폐는, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 제어된다.
제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 배기 펌프(72)가 구동되어, 밸브(74)가 개전되면, 배기 펌프(72)에 의해, 챔버(11)의 내부에 존재하는 기체가 배관(73)을 통하여 챔버(11) 외측으로 배기된다.
비산 방지 컵(12)은, 스핀 베이스(53)를 둘러싸도록 설치된다. 비산 방지 컵(12)은 도시 생략한 승강 구동 기구에 접속되어, Z방향으로 승강 가능하게 되어 있다. 기판(W)의 패턴 형성면에 기판 처리액이나 IPA를 공급할 때에는, 비산 방지 컵(12)이 승강 구동 기구에 의해 도 1에 나타내는 소정 위치로 위치 결정되고, 척 핀(54)에 의해 유지된 기판(W)을 측방 위치로부터 둘러싼다. 이것에 의해, 기판(W)이나 스핀 베이스(53)로부터 비산하는 기판 처리액이나 IPA 등의 액체를 포집할 수 있다.
냉매 공급 수단(81)은 기판(W)의 이면(Wb)에 냉매를 공급하는 유닛이며, 본 발명의 유점성 결정층 형성 수단이나 제거 수단의 일부를 구성한다. 보다 구체적으로는, 냉매 공급 수단(81)은, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 냉매 저류부(82)와, 배관(83)과, 밸브(84)와, 냉매 공급부(85)를 적어도 구비한다.
냉매 저류부(82)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 냉매를 저류하는 냉매 탱크(821)와, 냉매 탱크(821)에 저류되는 냉매의 온도를 조정하는 냉매 온도 조정부(822)를 구비한다. 도 6은, 냉매 저류부(82)의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다.
냉매 온도 조정부(822)는 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 냉매 탱크(821)에 저류되어 있는 냉매를 가열 또는 냉각하여 온도 조정을 행하는 것이다. 온도 조정은, 냉매 탱크(821)에 저류되는 냉매가 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 낮은 온도가 되도록 행하면 된다. 또한, 냉매 온도 조정부(822)로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 펠티에 디바이스를 이용하는 칠러, 온도 조정한 물을 통과시킨 배관 등, 공지의 온도 조정 기구 등을 이용할 수 있다.
냉매 저류부(82)는, 배관(83)을 통하여 냉매 공급부(85)에 접속되어 있으며, 배관(83)의 경로 도중에는 밸브(84)가 끼워진다. 냉매 저류부(82) 내의 냉매는 도시하지 않은 가압 수단에 의해 가압되어, 배관(83)으로 보내진다. 또한, 가압 수단은, 펌프 등에 의한 가압 외에, 기체를 냉매 저류부(82) 내에 압축 저류함으로써도 실현할 수 있기 때문에, 어느 가압 수단을 이용해도 된다.
밸브(84)는, 제어 유닛(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 통상은 폐전되어 있다. 밸브(84)의 개폐는, 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 제어된다. 제어 유닛(13)의 동작 지령에 의해 밸브(84)가 개전하면, 배관(83)을 통과하여, 냉매 공급부(85)를 통하여 냉매가 기판(W)의 이면(Wb)에 공급된다.
냉매 공급부(85)는, 스핀 척(55)에 의해 수평 자세로 지지되는 기판(W)의 하방에 설치되어 있다. 냉매 공급부(85)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 수평인 상면을 기판(W)의 이면(Wb)과 대향해 배치시키는 대향 부재(851)와, 대향 부재(851)의 중심부에 부착되어 연직 방향 하향으로 연장되는 공급관(852)과, 유체형의 냉매를 기판(W)의 이면(Wb)을 향해 토출하는 토출부(853)를 적어도 구비한다.
대향 부재(851)는, 기판(W)보다 면적이 작은 원반형의 외형을 가지고 있다. 또, 대향 부재(851)는, 기판(W)과 임의의 거리만큼 이격해서 설치되어 있다. 대향 부재(851)와 기판(W)의 사이의 이격 거리는 특별히 한정되지 않으며, 냉매가 채워지는 정도로 적당히 설정하면 된다.
공급관(852)은 중공의 회전 지지축(57)의 중앙부에 삽입 통과되어 있다. 토출부(853)는, 공급관(852)에 있어서 기판(W)의 이면(Wb)의 중심부(Cb)를 향해 개구하고 있으며, 냉매 저류부(82)로부터 공급되는 냉매를 기판(W)의 이면(Wb)을 향해 토출한다. 토출부(853)의 개구 면적은 특별히 한정되지 않으며, 토출량 등을 고려하여 적당히 설정할 수 있다. 또한, 공급관(852)은 회전 지지축(57)과 접속되지 않고, 스핀 척(55)이 회전해도, 토출부(853)가 회전되는 일은 없다.
냉매로서는, 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하, 바람직하게는 유점성 결정 재료의 응고점보다 5℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도의 액체 또는 기체를 들 수 있다. 또한, 액체로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 소정 온도의 냉수 등을 들 수 있다. 또, 기체로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 유점성 결정 재료에 불활성인 가스, 보다 상세하게는 소정 온도의 질소 가스 등을 들 수 있다.
제어 유닛(13)은, 기판 처리 장치(1)의 각 부와 전기적으로 접속되어 있으며(도 1을 참조), 각 부의 동작을 제어한다. 도 7은, 제어 유닛(13)의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 제어 유닛(13)은, 연산 처리부(15)와, 메모리(17)를 가지는 컴퓨터에 의해 구성된다. 연산 처리부(15)로서는, 각종 연산 처리를 행하는 CPU를 이용한다. 또, 메모리(17)는, 기본 프로그램을 기억하는 읽어내기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비한다. 자기 디스크에는, 기판(W)에 따른 기판 처리 조건(레시피)이, 미리 저장되어 있다. CPU는, 기판 처리 조건을 RAM에 읽어내고, 그 내용에 따라서 기판 처리 장치(1)의 각 부를 제어한다.
＜1-2 기판 처리액＞
다음에, 본 실시 형태에서 이용하는 처리액에 대해서, 이하에 설명한다.
본 실시 형태의 기판 처리액은, 융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하고, 기판의 패턴 형성면에 존재하는 액체를 제거하기 위한 건조 처리에 있어서, 당해 건조 처리를 보조하는 기판 처리액으로서의 기능을 한다.
여기서, 본 명세서에 있어서 「융해 상태」란, 유점성 결정 재료가 완전하게 또는 일부 융해됨으로써 유동성을 가지며, 액상이 되어 있는 상태를 의미한다. 또, 「유점성 결정」이란 규칙적으로 정렬한 삼차원 결정 격자로 구성되지만, 분자의 배향이 액체 상태에 있으며, 또한, 분자의 중심 위치가 결정 상태에 있으며, 또한 배향적, 회전적인 무질서함이 존재하는 물질을 의미한다. 그리고 「유점성 결정 재료」란 액체 상태에서 고체 상태, 또는 고체 상태에서 액체 상태로 상태 변화하는 과정에 있어서, 당해 유점성 결정 상태를 형성할 수 있는 재료를 의미한다. 따라서, 본 명세서에 있어서 「유점성 결정 상태」란, 액체 상태와 고체 상태의 사이의 중간상의 하나를 의미한다.
본 실시 형태에 있어서 유점성 결정 재료는, 승화성 물질로서의 성질을 가지고 있어도 된다. 여기서, 본 명세서에 있어서 「승화성」이란, 단체, 화합물 혹은 혼합물이 액체를 거치지 않고 고체에서 기체, 또는 기체에서 고체로 상전이하는 특성을 가지는 것을 의미하며, 「승화성 물질」이란 그러한 승화성을 가지는 물질을 의미한다.
유점성 결정 재료의 증기압은, 상온에 있어서 1KPa~5MPa가 바람직하고, 5KPa~1MPa가 보다 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서 「상온」이란 5℃~35℃의 온도 범위에 있는 것을 의미한다.
유점성 결정 재료의 응고점은, 상온에 있어서 0℃~100℃가 바람직하고, 20℃~50℃가 보다 바람직하다. 유점성 결정 재료의 응고점이 0℃ 이상이면, 냉수에 의해 유점성 결정 재료를 고체화할 수 있기 때문에, 냉각 기능의 비용을 삭감할 수 있다. 그 한편, 유점성 결정 재료의 응고점이 100℃ 이하이면, 온수로 유점성 결정 재료를 액화할 수 있기 때문에, 승온 기구의 비용을 삭감할 수 있다.
기판 처리액 중에 포함되는 유점성 결정 재료는 융해 상태로 포함되는 것 외에, 융해 상태의 유점성 결정 재료 만으로 이루어지는 것이어도 된다.
유점성 결정 재료로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 시클로헥산 등을 들 수 있다.
유점성 결정 재료와 용매를 혼합시키는 경우에는, 용매는, 유점성 결정 재료에 대해 상용성을 나타내는 것이 바람직하다. 용매로서는, 구체적으로는, 예를 들면, 순수, DIW, 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 에스테르, 알코올, 및 에테르로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 순수, DIW, 메탄올, 에탄올, IPA, 부탄올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, NMP, DMF, DMA, DMSO, 헥산, 톨루엔, PGMEA(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트), PGME(프로필렌글리콜모노메틸에테르), PGPE(프로필렌글리콜모노프로필에테르), PGEE(프로필렌글리콜모노에틸에테르), GBL, 아세틸아세톤, 3-펜탄온, 2-헵탄온, 락토산에틸, 시클로헥산온, 디부틸에테르, HFE(하이드로플루오로에테르), 에틸노난플루오로이소부틸에테르, 에틸노난플루오로부틸에테르, 및 m-크실렌헥사플루오리드로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 들 수 있다.
기판 처리액 중에서의 유점성 결정 재료의 함유량은 특별히 한정되지 않으며, 적당히 설정할 수 있다.
＜1-3 기판 처리 방법＞
다음에, 본 실시 형태의 기판 처리 장치(1)를 이용한 기판 처리 방법에 대해서, 도 8 및 도 9에 의거하여, 이하에 설명한다. 도 8은, 제1 실시 형태에 관련된 기판 처리 장치(1)의 동작을 나타내는 플로차트이다. 도 9는, 도 8의 각 공정에서의 기판(W)의 모습을 나타내는 모식도이다. 또한, 기판(W) 상에는, 요철의 패턴(Wp)이 전 공정에 의해 형성되어 있다. 패턴(Wp)은, 볼록부(Wp1) 및 오목부(Wp2)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에 있어서, 볼록부(Wp1)는, 100~600nm의 범위의 높이이며, 5~50nm의 범위의 폭이다. 또, 인접하는 2개의 볼록부(Wp1) 간에서의 최단 거리(오목부(Wp2)의 최단폭)는, 5~150nm의 범위이다. 볼록부(Wp1)의 종횡비, 즉 높이를 폭으로 나눈 값(높이/폭)은, 5~35이다.
도 9에 나타내는 (a)~(e)까지의 각각의 공정은, 특별히 명시하지 않는 한, 대기압 환경 하에서 처리된다. 여기서, 대기압 환경이란 표준 대기압(1기압, 1013hPa)을 중심으로, 0.7기압 이상 1.3기압 이하의 환경을 가리킨다. 특히, 기판 처리 장치(1)가 양압이 되는 클린 룸 내에 배치되는 경우에는, 기판(W)의 표면(Wa)의 환경은, 1기압보다 높아진다.
우선, 소정의 기판(W)에 따른 기판 처리 프로그램(19)이 오퍼레이터에 의해 실행 지시된다. 그 후, 기판(W)을 기판 처리 장치(1)에 반입하는 준비로서, 제어 유닛(13)이 동작 지령을 행하여 이하의 동작을 한다. 즉, 척 회전 기구(56)의 회전을 정지시켜, 척 핀(54)을 기판(W)의 수도(受渡)에 적절한 위치로 위치 결정한다. 또, 밸브(26, 36, 46, 74)를 폐전하고, 노즐(22, 32, 42)을 각각 퇴피 위치(P1, P2, P3)에 위치 결정한다. 그리고, 척 핀(54)을 도시하지 않은 개폐 기구에 의해 열린 상태로 한다.
미처리 기판(W)이, 도시하지 않은 기판 반입출 기구에 의해 기판 처리 장치(1) 내에 반입되고, 척 핀(54) 상에 재치되면, 도시하지 않은 개폐 기구에 의해 척 핀(54)을 닫힌 상태로 한다.
미처리 기판(W)이 기판 유지 수단(51)에 유지된 후, 기판에 대해, 도시하지 않은 습식 세정 수단에 의해, 세정 공정(S11)을 행한다. 세정 공정(S11)에는, 기판(W)의 표면(Wa)에 세정액을 공급하고 세정한 후, 당해 세정액을 제거하기 위한 린스 처리가 포함된다. 세정액(린스 처리의 경우는 린스액)의 공급은, 제어 유닛(13)에 의한 척 회전 기구(56)로의 동작 지령에 의해, 축(A1) 둘레로 일정 속도로 회전하는 기판(W)의 표면(Wf)에 대해 행해진다. 세정액으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, SC-1(암모니아, 과산화수소수, 및 물을 포함하는 액체)이나 SC-2(염산, 과산화수소수, 및 물을 포함하는 액체) 등을 들 수 있다. 또, 린스액으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, DIW 등을 들 수 있다. 세정액 및 린스액의 공급량은 특별히 한정되지 않으며, 세정하는 범위 등에 따라 적당히 설정할 수 있다. 또, 세정 시간에 대해서도 특별히 한정되지 않으며, 적당히 필요에 따라 설정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 습식 세정 수단에 의해, 기판(W)의 표면(Wa)에 SC-1을 공급하고 당해 표면(Wa)을 세정한 후, 또한 표면(Wa)에 DIW를 공급하고, SC-1을 제거한다.
도 9에 나타내는 (a)는, 세정 공정(S11)의 종료 시점에서의 기판(W)의 모습을 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 패턴(Wp)이 형성된 기판(W)의 표면(Wa)에는, 세정 공정(S11)에 있어서 공급된 DIW(도면 중에 「60」으로 도시)가 부착되어 있다.
다음에, DIW(60)가 부착되어 있는 기판(W)의 표면(Wa)에 IPA를 공급하는 IPA 린스 공정(S12)을 행한다(도 8을 참조). 우선, 제어 유닛(13)이 척 회전 기구(56)로 동작 지령을 행하여, 기판(W)을 축(A1) 둘레로 일정 속도로 회전시킨다.
다음에, 제어 유닛(13)이 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(32)을 기판(W)의 표면(Wa) 중앙부로 위치 결정한다. 그리고, 제어 유닛(13)이 밸브(36)로 동작 지령을 행하여, 밸브(36)를 개전한다. 이것에 의해, IPA를, IPA 탱크(37)로부터 배관(35) 및 노즐(32)을 통하여, 기판(W)의 표면(Wa)에 공급한다.
기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 IPA는, 기판(W)이 회전됨으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판(W)의 표면(Wa) 중앙 부근으로부터 기판(W)의 주연부를 향해 유동하여, 기판(W)의 표면(Wa)의 전체면으로 확산된다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wa)에 부착되는 DIW가 IPA의 공급에 의해 제거되어, 기판(W)의 표면(Wa)의 전체면이 IPA로 덮인다. 기판(W)의 회전 속도는, IPA로 이루어지는 막의 막두께가, 표면(Wa)의 전체면에 있어서, 볼록부(Wp1)의 높이보다 높아지는 정도로 설정되는 것이 바람직하다. 또, IPA의 공급량은 특별히 한정되지 않으며, 적당히 설정할 수 있다.
IPA 린스 공정(S12)의 종료 후, 제어 유닛(13)이 밸브(36)로 동작 지령을 행하여, 밸브(36)를 폐전한다. 또, 제어 유닛(13)이 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(32)을 퇴피 위치(P2)에 위치 결정한다.
도 9에 나타내는 (b)는, IPA 린스 공정(S12)의 종료 시점에서의 기판(W)의 모습을 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 패턴(Wp)이 형성된 기판(W)의 표면(Wa)에는, IPA 린스 공정(S12)에 있어서 공급된 IPA(도면 중에 「61」으로 도시)가, 부착되어 있으며, DIW(60)는 IPA(61)에 의해 치환되어 기판(W)의 표면(Wa)으로부터 제거된다.
다음에, IPA(61)가 부착된 기판(W)의 표면(Wa)에, 융해 상태에 있는 유점성 결정 재료를 포함한 기판 처리액을 공급하는 기판 처리액 공급 공정(공급 공정)(S13)를 행한다(도 8을 참조). 즉, 제어 유닛(13)이 척 회전 기구(56)로 동작 지령을 행하여, 기판(W)을 축(A1) 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 이 때, 기판(W)의 회전 속도는, 기판 처리액으로 이루어지는 액막의 막두께가, 표면(Wa)의 전체면에 있어서, 볼록부(Wp1)의 높이보다 높아지는 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
계속해서, 제어 유닛(13)이 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(22)을 기판(W)의 표면(Wa) 중앙부로 위치 결정한다. 그리고, 제어 유닛(13)이 밸브(26)로 동작 지령을 행하여, 밸브(26)를 개전한다. 이것에 의해, 기판 처리액을, 기판 처리액 저류 탱크(271)로부터 배관(25) 및 노즐(22)을 통하여, 기판(W)의 표면(Wa)에 공급한다. 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 기판 처리액은, 기판(W)이 회전됨으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판(W)의 표면(Wa) 중앙 부근으로부터 기판(W)의 주연부를 향해 유동하여, 기판(W)의 표면(Wa)의 전체면으로 확산된다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wa)에 부착되어 있던 IPA가 기판 처리액의 공급에 의해 제거되어, 기판(W)의 표면(Wa)의 전체면이 기판 처리액으로 덮인다(도 9에 나타내는 (c)를 참조).
공급되는 기판 처리액의 액체의 온도는, 적어도 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 후에 있어서, 유점성 결정 재료의 융점 이상, 또한 비점보다 낮은 범위에서 설정된다. 예를 들면, 유점성 결정 재료로서 시클로헥산(융점 4~7℃, 비점 80.74℃)를 이용하는 경우에는, 4℃ 이상 80.74℃ 미만의 범위에서 설정되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wa) 상에서의 기판 처리액(62)으로 이루어지는 액막의 형성을 가능하게 한다. 또, 기판 처리액의 공급량은 특별히 한정되지 않으며, 적당히 설정할 수 있다.
또, 기판 처리액 공급 공정(S13)에서 공급되기 직전의 기판 처리액(62)의 액체의 온도는, 예를 들면, 기판(W)의 온도 및 챔버(11) 내의 분위기 온도가 유점성 결정 재료의 융점 미만인 경우, 공급 후에 기판(W) 상에서 기판 처리액(62)이 유점성 결정 상태 또는 고체 상태가 되는 것을 방지하기 때문에, 당해 융점보다 충분히 높은 온도로 조정되는 것이 바람직하다.
기판 처리액 공급 공정(S13)의 종료 시에는, 제어 유닛(13)은 밸브(26)로 동작 지령을 행하여, 밸브(26)를 폐전한다. 또, 제어 유닛(13)은 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(22)을 퇴피 위치(P1)에 위치 결정한다.
다음에, 도 8에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 기판 처리액(62)을 냉각하여, 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 공정(S14)을 행한다. 우선, 제어 유닛(13)이 척 회전 기구(56)로 동작 지령을 행하여, 기판(W)을 축(A1) 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 이 때, 기판(W)의 회전 속도는 기판 처리액(62)이 표면(Wa)의 전체면에서 볼록부(Wpl)보다 높은 소정 두께의 막두께를 형성할 수 있는 정도의 속도로 설정된다.
계속해서, 제어 유닛(13)이 밸브(84)로 동작 지령을 행하여, 밸브(84)를 개전한다. 이것에 의해, 냉매 탱크(821)에 저류되어 있는 냉매(예를 들면, 소정 온도의 냉수 등)(64)를, 배관(83) 및 공급관(852)을 통하여, 토출부(853)로부터 기판(W)의 이면(Wb)을 향해 토출시킨다.
기판(W)의 이면(Wb)을 향해 공급된 냉매(64)는, 기판(W)이 회전됨으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판(W)의 이면(Wb) 중앙 부근으로부터 기판(W)의 주연부 방향을 향해 유동하여, 기판(W)의 이면(Wb)의 전체면으로 확산된다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wa)에 형성되어 있는 기판 처리액(62)의 액막이, 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하, 바람직하게는 유점성 결정 재료의 응고점보다 5℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 저온으로 냉각되어, 유점성 결정층(63)이 형성된다(도 9에 나타내는 (d)를 참조).
도 9에 나타내는 (d)는, 유점성 결정층 형성 공정(S14)의 종료 시점에서의 기판(W)의 모습을 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 기판 처리액 공급 공정(S13)에 있어서 공급된 기판 처리액(62)이 기판(W)의 이면(Wb)으로의 냉매(64)의 공급에 의해 냉각됨으로써, 유점성 결정 재료가 유점성 결정 상태가 되어, 유점성 결정층(63)이 형성된다.
유점성 결정층(63)은 유점성 결정 상태로 존재하는 유점성 결정 재료를 적어도 포함하고 있으며, 당해 유점성 결정 상태의 유점성 결정 재료는 분자 간의 결합이 서로 약해져 있지만, 각 분자는 상대적 위치 관계를 변경하지 않기 때문에, 그 위치에서 회전하기 쉬운 상태가 되어 있다. 그 때문에, 유점성 결정층(63)은, 예를 들면, 종래의 승화성 물질로 형성된 응고체와 비교해 부드럽게 유동성을 구비하고 있다. 이것에 의해, 결정립계의 발생이나 성장을 억제할 수 있어, 당해 결정립계의 발생 및 성장에 기인한 응력이 패턴에 작용하는 것을 저감시켜, 미세하고 또한 종횡비가 높은 패턴에 대해서도, 그 도괴의 발생을 억제할 수 있다. 또, 응고체의 경우와 비교해, 패턴에 미치는 응력의 완화도 도모되어, 패턴의 도괴의 발생을 한층 저감할 수 있다. 또한, 유점성 결정층(63)은, 기판(W) 상에 액체 등이 존재하고 있어, 기판 처리액(62)이 당해 액체와 혼합한 상태로 유점성 결정층이 된 경우에는, 당해 액체 등도 포함할 수 있다.
다음에, 도 8에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 표면(Wa)에 형성된 유점성 결정층(63)을, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 하고, 기판(W)의 표면(Wa)으로부터 제거하는 제거 공정(S15)을 행한다. 제거 공정(S15)에 있어서는, 냉매 공급 수단(81)에 의한 기판(W)의 이면(Wb)으로의 냉수(예를 들면, 유점성 결정 재료로서 시클로헥산을 이용하는 경우는, 0℃의 냉수)의 공급을 계속하면서 행한다. 이것에 의해, 유점성 결정층(63)을, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로 냉각할 수 있어, 유점성 결정 재료가 융해되는 것을 기판(W)의 이면(Wb)측으로부터 방지할 수 있다.
제거 공정(S15)에 있어서는, 우선 제어 유닛(13)이 척 회전 기구(56)로 동작 지령을 행하여, 기판(W)을 축(A1) 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 이 때, 기판(W)의 회전 속도는, 질소 가스가 기판(W)의 회전에 의해 기판(W)의 주연부에 충분히 공급되는 정도의 속도로 설정된다.
계속해서, 제어 유닛(13)이 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(42)을 기판(W)의 표면(Wa) 중앙부로 위치 결정한다. 그리고, 제어 유닛(13)이 밸브(46)로 동작 지령을 행하여, 밸브(46)를 개전한다. 이것에 의해, 기체(예를 들면, 유점성 결정 재료로서 시클로헥산을 이용하는 경우는, 0℃의 질소 가스)를, 기체 탱크(471)로부터 배관(45) 및 노즐(42)을 통하여, 기판(W)의 표면(Wa)을 향해 공급한다.
여기서, 질소 가스에서의 유점성 결정 재료의 증기의 분압은, 당해 질소 가스의 공급 온도에서의 유점성 결정 재료의 포화 증기압보다 낮게 설정된다. 따라서, 이와 같은 질소 가스를 기판(W)의 표면(Wa)에 공급하고, 유점성 결정층(63)에 접촉하면, 당해 유점성 결정층(63)에 포함되는 유점성 결정 상태의 유점성 결정 재료가 기체 상태가 된다. 또한, 질소 가스는 유점성 결정 재료의 융점보다 저온이기 때문에, 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료가 액체 상태가 되는 것을 방지하면서, 당해 유점성 결정 재료를 기체 상태로 할 수 있다.
유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시킴으로써, 기판(W)의 표면(Wa) 상에 존재하는 IPA 등의 물질 제거 시에, 패턴(Wp)에 표면 장력이 작용하는 것을 방지하여 패턴 도괴의 발생을 억제하면서, 기판(W)의 표면(Wa)을 양호하게 건조시킬 수 있다.
도 9에 나타내는 (e)는, 제거 공정(S15)의 종료 시점에서의 기판(W)의 모습을 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 유점성 결정층 형성 공정(S14)에 있어서 형성된 유점성 결정 재료가 유점성 결정 상태로 존재하는 유점성 결정층(63)이, 소정 온도의 질소 가스의 공급에 의해 기체 상태가 되고 표면(Wa)으로부터 제거되어, 기판(W)의 표면(Wa)의 건조가 완료된다.
제거 공정(S15)의 종료 후, 제어 유닛(13)이 밸브(46)로 동작 지령을 행하여, 밸브(46)를 폐전한다. 또, 제어 유닛(13)이 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(42)을 퇴피 위치(P3)에 위치 결정한다.
이것에 의해, 일련의 기판 건조 처리가 종료된다. 상술과 같은 기판 건조 처리 후, 도시하지 않은 기판 반입출 기구에 의해, 건조 처리된 기판(W)이 챔버(11)로부터 반출된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 유점성 결정 재료가 융해된 상태로 포함되는 기판 처리액을, IPA가 부착된 기판(W)의 표면(Wa)에 공급하고, 당해 유점성 결정 재료가 유점성 결정 상태로 존재하는 유점성 결정층을, 기판(W)의 표면(Wa) 상에 형성시킨다. 그 후, 유점성 결정 상태로 존재하는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 기판(W)의 표면(Wa)으로부터 유점성 결정층을 제거함으로써, 기판(W)의 건조 처리를 행한다. 이것에 의해, 본 실시 형태에서는, 종래의 기판 건조 처리 기술과 비교해서, 미세하고 또한 종횡비가 높은 패턴에 대해서도, 도괴를 보다 확실히 억제하는 것이 가능해진다.
(제2 실시 형태)
본 발명에 관련된 제2 실시 형태에 대해서, 이하에 설명한다.
본 실시 형태는, 제1 실시 형태와 비교해, 유점성 결정층 형성 공정(S14)에 있어서는, 냉매 공급 수단(81)에 의한 냉매의 공급 대신에, 기체 공급 수단(41)에 의한 질소 가스의 공급을 행하고, 제거 공정(S15)에 있어서는, 기판(W)의 이면(Wb)에 대해 냉매의 공급을 행하지 않고, 당해 질소 가스의 공급 만을 행하는 점이 상이하다. 이와 같은 구성에 의해서도, 패턴의 도괴를 억제하면서, 기판(W)의 표면(Wa)을 양호하게 건조시킬 수 있다.
＜2-1 기판 처리 장치의 구성 및 처리액＞
제2 실시 형태에 관련된 기판 처리 장치 및 제어 유닛은, 제1 실시 형태에 관련된 기판 처리 장치(1) 및 제어 유닛(13)과 기본적으로 동일한 구성을 가지는 것을 이용할 수 있다(도 1~도 7을 참조). 따라서, 그 설명은 동일 부호를 붙이고 생략한다. 또, 본 실시 형태에서 사용하는 기판 처리액도, 제1 실시 형태에 관련된 기판 처리액과 동일하기 때문에, 그 설명은 생략한다.
＜2-2 기판 처리 방법＞
다음에, 제1 실시 형태와 동일한 구성의 기판 처리 장치(1)를 이용한, 제2 실시 형태에 관련된 기판 처리 방법에 대해서 설명한다.
이하, 도 1~도 8 및 도 10을 적당히 참조하면서 기판 처리의 공정을 설명한다. 도 10은, 제2 실시 형태에서의 도 8의 각 공정에서의 기판(W)의 모습을 나타내는 모식도이다. 또한, 제2 실시 형태에 있어서, 도 10에 나타내는 (a)~(c)의 세정 공정(S11), IPA 린스 공정(S12) 및 기판 처리액 공급 공정(S13)의 각 공정은, 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 그러한 설명을 생략한다.
도 8을 참조한다. 세정 공정(S11), IPA 린스 공정(S12) 및 기판 처리액 공급 공정(S13)이 실행된 후, 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 기판 처리액(62)의 액막을 냉각하여, 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 상태 변화시켜 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 공정(S14)을 행한다. 구체적으로는, 우선, 제어 유닛(13)이 척 회전 기구(56)로 동작 지령을 행하여, 기판(W)을 축(A1) 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 이 때, 기판(W)의 회전 속도는, 기판 처리액으로 이루어지는 액막의 막두께가, 표면(Wa)의 전체면에 있어서, 볼록부(Wp1)의 높이보다 높아지는 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
계속해서, 제어 유닛(13)이 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(42)을 기판(W)의 표면(Wa) 중앙부로 위치 결정한다. 그리고, 제어 유닛(13)이 밸브(46)로 동작 지령을 행하여, 밸브(46)를 개전한다. 이것에 의해, 기체(본 실시 형태에서는, 0℃의 질소 가스)를, 기체 저류부(47)로부터 배관(45) 및 노즐(42)을 통하여, 기판(W)의 표면(Wa)을 향해 공급한다.
기판(W)의 표면(Wa)을 향해 공급된 상기 질소 가스는, 기판(W)이 회전됨으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판(W)의 표면(Wa) 중앙 부근으로부터 기판(W)의 주연부 방향을 향해 유동하여, 기판 처리액(62)의 액막으로 덮인 기판(W)의 표면(Wa)의 전체면으로 확산된다. 이것에 의해, 기판(W)의 표면(Wa)에 형성되어 있는 기판 처리액(62)의 액막이, 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 응고점 이하, 바람직하게는 유점성 결정 재료의 응고점보다 5℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로 냉각된다. 이것에 의해, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 것과 동일한 이유에 의해, 기판(W)의 표면(Wa) 상에는, 유점성 결정층(63)이 형성된다.
또한, 제2 실시 형태에서는 질소 가스를 이용하여 기판 처리액의 냉각을 행하고 있지만, 본 발명의 실시로서는, 유점성 결정 재료에 대해 불활성인 기체이면 되고, 질소 가스에 한정되지 않는다. 유점성 결정 재료에 대해 불활성인 기체의 구체적예로서는, 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 공기(질소 가스 80체적%, 산소 가스 20체적%의 혼합 기체) 등을 들 수 있다. 혹은, 이들 복수 종류의 기체를 혼합한 혼합 기체여도 된다.
다음에, 기판(W)의 표면(Wa)에 형성된 유점성 결정층(63)을, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 기판(W)의 표면(Wa)으로부터 제거하는 제거 공정(S15)을 행한다. 제거 공정(S15)에 있어서도, 유점성 결정층 형성 공정(S14)으로부터 계속하여, 노즐(42)로부터의 질소 가스의 공급이 계속된다.
여기서, 질소 가스에서의 유점성 결정 재료의 증기의 분압은, 당해 질소 가스의 공급 온도에서의 유점성 결정 재료의 포화 증기압보다 낮게 설정된다. 그 때문에, 이와 같은 질소 가스가 유점성 결정층(63)에 접촉하면, 당해 유점성 결정층(63)에 포함되는 유점성 결정 상태의 유점성 결정 재료가 기체 상태가 된다. 또한, 질소 가스는 유점성 결정 재료의 융점보다 저온이기 때문에, 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료가 액체 상태가 되는 것을 방지하면서, 당해 유점성 결정 재료를 기체 상태로 할 수 있다.
유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시킴으로써, 기판(W)의 표면(Wa) 상에 존재하는 IPA 등의 물질 제거 시에, 패턴(Wp)에 표면 장력이 작용하는 것을 방지하여 패턴 도괴의 발생을 억제하면서, 기판(W)의 표면(Wa)을 양호하게 건조시킬 수 있다.
도 10에 나타내는 (e)는, 제거 공정(S15)의 종료 시점에서의 기판(W)의 모습을 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 유점성 결정층 형성 공정(S14)에 있어서 형성된 유점성 결정 재료가 유점성 결정 상태로 존재하는 유점성 결정층(63)이, 소정 온도의 질소 가스의 공급에 의해 기체 상태가 되고 표면(Wa)으로부터 제거되어, 기판(W)의 표면(Wa)의 건조가 완료된다.
제거 공정(S15)의 종료 후, 제어 유닛(13)이 밸브(46)로 동작 지령을 행하여, 밸브(46)를 폐전한다. 또, 제어 유닛(13)이 선회 구동부(14)로 동작 지령을 행하여, 노즐(42)을 퇴피 위치(P3)에 위치 결정한다.
이것에 의해, 일련의 기판 건조 처리가 종료된다. 상술과 같은 기판 건조 처리 후, 도시하지 않은 기판 반입출 기구에 의해, 건조 처리된 기판(W)이 챔버(11)로부터 반출된다.
제2 실시 형태에서는, 유점성 결정층 형성 공정(S14)과 제거 공정(S15)에 있어서, 공통의 기체 공급 수단(41)을 이용하여, 유점성 결정 재료에 대해 불활성인 기체인 질소 가스를, 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로 공급한다. 이것에 의해, 유점성 결정층 형성 공정(S14) 후, 즉석에서 제거 공정(S15)을 개시할 수 있어, 기판 처리 장치(1)의 각 부를 동작시키는 것에 따른 처리 시간이나, 동작시키는 제어 유닛(13)의 기판 처리 프로그램(19)의 메모리량을 저감할 수 있으며, 또 처리에 이용하는 부품수도 줄일 수 있기 때문에 장치 비용을 저감할 수 있는 효과가 있다. 특히, 본 실시 형태에서는 감압 수단(71)은 이용하지 않기 때문에, 감압 수단(71)을 생략할 수 있다.
(제3 실시 형태)
본 발명에 관련된 제3 실시 형태에 대해서, 이하에 설명한다.
본 실시 형태는, 제2 실시 형태와 비교해, 유점성 결정층 형성 공정(S14) 및 제거 공정(S15)에 있어서, 질소 가스의 공급 대신에, 챔버 내부를 감압한 점이 상이하다. 이와 같은 구성에 의해서도, 패턴의 도괴를 억제하면서, 기판(W)의 표면을 양호하게 건조시킬 수 있다.
＜3-1 기판 처리 장치의 전체 구성 및 기판 처리액＞
제3 실시 형태에 관련된 기판 처리 장치 및 제어 유닛은, 제1 실시 형태에 관련된 기판 처리 장치(1) 및 제어 유닛(13)과 기본적으로 동일한 구성을 가지는 것이기 때문에(도 1 및 도 2을 참조), 그 설명은 동일 부호를 붙이고 생략한다. 또, 본 실시 형태에서 사용하는 기판 처리액도, 제1 실시 형태에 관련된 기판 처리액과 동일하기 때문에, 그 설명은 생략한다.
＜3-2 기판 처리 방법＞
다음에, 제1 실시 형태와 동일한 구성의 기판 처리 장치(1)를 이용한, 제3 실시 형태에 관련된 기판 처리 방법에 대해서 설명한다.
이하, 도 1~도 8 및 도 11을 적당히 참조하면서 기판 처리의 공정을 설명한다. 도 11은, 제3 실시 형태에서의 도 8의 각 공정에서의 기판(W)의 모습을 나타내는 모식도이다. 또한, 제3 실시 형태에 있어서, 도 8과, 도 11에 나타내는 (a)~(c)까지의 세정 공정(S11), IPA 린스 공정(S12) 및 기판 처리액 공급 공정(S13)의 각 공정은, 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
여기서, 도 11에 나타내는 (a)는, 제3 실시 형태에서의 세정 공정(S11)의 종료 시점에 있어서 DIW(60)의 액막으로 표면(Wa)이 덮인 기판(W)의 모습을 나타내고, 도 11에 나타내는 (b)는, 제3 실시 형태에서의 IPA 린스 공정(S12)의 종료 시점에서의 IPA(61)의 액막으로 표면(Wa)이 덮인 기판(W)의 모습을 나타내고, 도 11에 나타내는 (c)는, 제3 실시 형태에서의 기판 처리액 공급 공정(S13)의 종료 시점에서의 유점성 결정 재료를 융해한 기판 처리액(62)의 액막으로 표면(Wa)이 덮인 기판(W)의 모습을 나타내고 있다.
또, 도 11에 나타내는 (a)~(c)까지의 각 처리는, 특별히 지시하지 않는 한, 대기압 환경 하에서 처리된다. 여기서, 대기압 환경이란 표준 대기압(1기압, 1013hPa)을 중심으로, 0.7기압 이상 1.3기압 이하의 환경을 가리킨다. 특히, 기판 처리 장치(1)가 양압이 되는 클린 룸 내에 배치되는 경우에는, 기판(W)의 표면(Wa)의 환경은, 1기압보다 높아진다. 또, 도 11에 나타내는 (d) 및 (e)의 각 처리(상세한 것은 후술한다.)는, 1.7Pa(1.7Х10-5기압)의 감압 환경 하에서 행해진다.
도 8을 참조한다. 세정 공정(S11), IPA 린스 공정(S12) 및 기판 처리액 공급 공정(S13)이 실행된 후, 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 기판 처리액(62)의 액막을 냉각하여, 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 상태 변화시켜 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 공정(S14)을 행한다. 구체적으로는, 우선, 제어 유닛(13)이 척 회전 기구(56)로 동작 지령을 행하여, 기판(W)을 축(A1) 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 이 때, 기판(W)의 회전 속도는, 기판 처리액으로 이루어지는 액막의 막두께가, 표면(Wa)의 전체면에 있어서, 볼록부(Wp1)의 높이보다 높아지는 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
계속해서, 제어 유닛(13)이 배기 펌프(72)로 동작 지령을 행하여, 배기 펌프(72)의 구동을 개시한다. 그리고 제어 유닛(13)이 밸브(74)로 동작 지령을 행하여, 밸브(74)를 개전한다. 이것에 의해, 챔버(11) 내부의 기체를, 배관(73)을 통하여 챔버(11) 외부로 배기한다. 챔버(11) 내부를 배관(73) 이외에 대해서 밀폐 상태로 함으로써, 챔버(11)의 내부 환경은 대기압으로부터 감압된다.
감압은, 대기압(약 1기압, 약 1013hPa)~0.01기압(약 10.13hPa) 정도로까지 행해진다. 또한, 본원 발명의 실시에 있어서는 당해 기압에 한정되지 않고, 감압 후의 챔버(11) 내의 기압은, 챔버(11) 등의 내압성 등에 따라 적당히 설정되어도 된다. 챔버(11) 내가 감압되면, 기판(W)의 표면(Wa)에 공급된 기판 처리액(62)의 증발이 생겨, 그 기화열에 의해, 당해 기판 처리액(62)이 냉각되어, 유점성 결정 재료가 유점성 결정 상태가 된다.
도 11에 나타내는 (d)는, 유점성 결정층 형성 공정(S14)의 종료 시점에서의 기판(W)의 모습을 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 기판 처리액 공급 공정(S13)에 있어서 공급된 기판 처리액(62)이, 챔버(11) 내의 감압에 기인하는 기판 처리액(62)의 증발에 의해 냉각되고, 당해 유점성 결정 재료가 유점성 결정 상태가 되어, 유점성 결정층(63)이 형성된다.
이 때, 기판 처리액(62)이 증발한 만큼만, 유점성 결정층(63)의 층두께는 얇아진다. 이 때문에, 본 실시 형태에서의 기판 처리액 공급 공정(S13)에서는 유점성 결정층 형성 공정(S14)에서의 기판 처리액(62)의 증발분을 고려한 다음, 기판 처리액(62)이 소정 이상의 두께의 액막이 되도록, 기판(W)의 회전 속도 등을 조정하는 것이 바람직하다.
도 8로 되돌아온다. 다음에, 기판(W)의 표면(Wa)에 형성된 유점성 결정층(63)을, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 기판(W)의 표면(Wa)으로부터 제거하는 제거 공정(S15)을 행한다. 제거 공정(S15)에 있어서도, 유점성 결정층 형성 공정(S14)으로부터 계속하여, 감압 수단(71)에 의한 챔버(11) 내의 감압 처리가 계속된다.
감압 처리에 의해, 챔버(11) 내의 환경은 유점성 결정 재료의 포화 증기압보다 낮은 압력이 된다. 따라서, 이와 같은 감압 환경을 유지하면, 유점성 결정층(63)에서의 유점성 결정 상태의 유점성 결정 재료가 기체 상태가 된다.
유점성 결정층(63)에서의 유점성 결정 상태의 유점성 결정 재료가 기체 상태가 될 때에도, 유점성 결정층(63)으로부터 열이 빼앗기기 때문에, 유점성 결정층(63)은 냉각된다. 따라서, 제3 실시 형태에 있어서, 제거 공정(S15)은, 챔버(11) 내의 환경이 유점성 결정 재료의 융점보다 미소하게 높은 온도(상온 환경)인 경우에도, 유점성 결정층(63)을 별도 냉각하지 않고 유점성 결정층(63)을 유점성 결정 재료의 융점보다 저온 상태로 유지할 수 있어, 유점성 결정층(63)에서의 유점성 결정 재료가 액체 상태가 되는 것을 방지하면서, 유점성 결정층(63)의 제거를 행할 수 있다. 그 결과, 별도의 냉각 기구를 설치할 필요가 없어, 장치 비용이나 처리 비용을 저감할 수 있다.
상술과 같이, 유점성 결정 상태의 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시킴으로써, 기판(W)의 표면(Wa) 상에 존재하는 IPA 등의 물질 제거 시에, 패턴(Wp)에 표면 장력이 작용하는 것을 방지하여 패턴 도괴의 발생을 억제하면서, 기판(W)의 표면(Wa)을 양호하게 건조시킬 수 있다.
도 11에 나타내는 (e)는, 제거 공정(S15)의 종료 시점에서의 기판(W)의 모습을 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 유점성 결정층 형성 공정(S14)에 있어서 형성된 유점성 결정 재료의 유점성 결정층(63)이, 챔버(11) 내가 감압 환경이 됨으로써 기체 상태가 되고 표면(Wa)으로부터 제거되어, 기판(W)의 표면(Wa)의 건조가 완료된다.
제거 공정(S15)의 종료 후, 제어 유닛(13)이 밸브(74)로 동작 지령을 행하여, 밸브(74)를 개전한다. 또, 제어 유닛(13)이 배기 펌프(72)로 동작 지령을 행하여, 배기 펌프(72)의 동작을 정지시킨다. 그리고, 제어 유닛(13)이 밸브(46)로 동작 지령을 행하여, 밸브(46)를 개전함으로써, 기체 탱크(47)로부터 배관(45) 및 노즐(42)을 통하여 챔버(11) 내에 기체(질소 가스)를 도입하여, 챔버(11) 내를 감압 환경으로부터 대기압 환경으로 복귀시킨다. 이 때, 노즐(42)은 퇴피 위치(P3)에 위치해도 되고, 기판(W)의 표면(Wa) 중앙부에 위치해도 된다.
또한, 제거 공정(S15)의 종료 후, 챔버(11) 내를 대기압 환경으로 복귀시키는 방법으로서는 상기에 한정되지 않고, 각종의 공지의 수법이 채용되어도 된다.
이상에 의해, 일련의 기판 건조 처리가 종료된다. 상술과 같은 기판 건조 처리 후, 도시하지 않은 기판 반입출 기구에 의해, 건조 처리된 기판(W)이 챔버(11)로부터 반출된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 유점성 결정 재료를 융해한 기판 처리액을, IPA가 부착된 기판(W)의 표면(Wa)에 공급하여 치환한다. 그 후, 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하고, 기판(W)의 표면(Wa) 상에서 유점성 결정층을 형성한 후, 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 기판(W)의 표면(Wa)으로부터 제거한다. 이것에 의해, 기판(W)의 건조 처리를 행한다.
본 실시 형태와 같이, 감압에 의해 기체 처리액의 유점성 결정층을 형성하고, 당해 유점성 결정의 제거를 행해도, 패턴의 도괴를 방지하면서 기판(W)의 양호한 건조를 행할 수 있다. 구체적인 패턴 억제 효과에 대해서는, 후술하는 실시예에서 설명한다.
또, 본 실시 형태에서는, 유점성 결정층 형성 공정(S14)과 제거 공정(S15)에 있어서, 공통의 감압 수단(71)을 이용하여, 챔버(11)의 내부를 감압했다. 이것에 의해, 유점성 결정층 형성 공정(S14) 후, 즉석에서 제거 공정(S15)을 개시할 수 있어, 기판 처리 장치(1)의 각 부를 동작시키는 것에 따른 처리 시간이나, 동작시키는 제어 유닛(13)의 기판 처리 프로그램(19)의 메모리량을 저감할 수 있으며, 또 처리에 이용하는 부품수도 줄일 수 있기 때문에 장치 비용을 저감할 수 있는 효과가 있다. 특히, 제3 실시 형태에서는 저온의 질소 가스는 이용하지 않기 때문에, 기체 공급 수단(41)에서의 온도 조정부(272)를 생략해도 되고, 챔버(11) 내를 감압 환경으로부터 대기압 환경으로 복귀시킬 때에, 기체 공급 수단(41) 이외의 수단을 이용하는 경우에는, 기체 공급 수단(41)을 생략해도 된다. 또, 감압은 유점성 결정층 형성 공정(S14) 또는 제거 공정(S15) 중 어느 한 쪽에서 행해도 된다.
(변형예)
이상의 설명에 있어서는, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 외의 다양한 형태로 실시 가능하다. 이하에, 그 외의 주된 형태를 예시한다.
제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에서는, 1개의 챔버(11) 내에 있어서, 기판(W)에 대해 각 공정이 실행되었다. 그러나, 본 발명의 실시에 관해서는 이것에 한정되지 않고, 각 공정 마다 챔버가 준비되어도 된다.
예를 들면, 각 실시 형태에 있어서, 유점성 결정층 형성 공정(S14)까지를 제1 챔버로 실행하고, 기판(W)의 표면(Wa)에 유점성 결정층이 형성된 후, 제1 챔버로부터 기판(W)을 반출하고, 다른 제2 챔버에 유점성 결정층이 형성된 기판(W)을 반입하여, 제2 챔버에서 제거 공정(S15)을 행해도 된다.
이하에, 이 발명의 적합한 실시예를 예시적으로 상세히 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 재료나 배합량 등은, 특별히 한정적인 기재가 없는 한은, 이 발명의 범위를 그들 만으로 한정하는 취지의 것은 아니다.
(기판)
기판으로서, 모델 패턴이 표면에 형성된 실리콘 기판을 준비했다. 도 12에, 실리콘 기판의 모델 패턴이 형성된 면을 나타내는 SEM(Scanning Electron Microscope) 화상을 나타낸다(배율： 2만배). 모델 패턴으로서는, 직경 28nm, 높이 560nm의 원기둥(종횡비： 20)이, 약 80nm의 간격을 두고 배열된 패턴을 채용했다. 도 12 중에, 흰색으로 나타내는 부분이 원기둥 부분(즉, 패턴의 볼록부)의 머리부이며, 흑색으로 나타내는 부분이 패턴의 오목부이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 패턴 형성면에는, 규칙적으로 대략 동일한 크기의 흰색 동그라미가 배열되어 있는 것이 확인되고 있다.
(실시예 1)
본 실시예에 있어서는, 이하에 서술하는 순서로 상기 실리콘 기판의 건조 처리를 행하여, 패턴 도괴의 억제 효과를 평가했다. 또, 실리콘 기판의 처리에 있어서는, 제1 실시 형태에서 설명한 기판 처리 장치를 이용했다.
＜순서 1-1 자외광의 조사＞
먼저, 실리콘 기판의 표면에 자외광을 조사하고, 그 표면 특성을 친수성으로 했다. 이것에 의해, 패턴의 오목부에 액체가 들어가는 것을 용이하게 하고, 당해 액체가 공급된 후에 있어서는, 패턴의 도괴가 생기기 쉬운 환경을 인공적으로 만들어 냈다.
＜순서 1-2 기판 처리액 공급 공정＞
다음에, 대기압 하에 있는 챔버(11) 내에서, 건조한 실리콘 기판의 패턴 형성면에 직접, 유점성 결정 재료가 융해되어 이루어지는 기판 처리액(액체의 온도 25℃)을 공급했다. 이것에 의해, 실리콘 기판의 패턴 형성면 상에, 기판 처리액으로 이루어지는 액막을 형성했다. 유점성 결정 재료로서는, 시클로헥산(상품명： 시클로헥산, 와코 순약 공업(주)제)을 이용했다. 당해 화합물은, 표면 장력이 20℃인 환경 하에서 25.3mN/m이며, 증기압이 37.7℃인 환경 하에서 22.5kPa(168.8mmHg)이다. 또, 융점 및 응고점은 4~7℃이며, 비점은 80.74℃이며, 비중은 25℃의 환경 하에서 0.779g/ml의 물질이다.
＜순서 1-3 유점성 결정층 형성 공정＞
계속해서, 대기압 환경 하에서, 기판 처리액으로 이루어지는 액막이 형성된 실리콘 기판의 이면에 0℃의 냉수를 공급하고, 실리콘 기판을 통하여 기판 처리액을 냉각하여, 유점성 결정층을 형성시켰다.
＜순서 1-4 제거 공정＞
계속해서, 실리콘 기판을 수용한 챔버(11) 내를 감압 수단(71)에 의해 감압하여, 유점성 결정층이 액체 상태가 되는 것을 방지하면서, 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 기체 상태로 상태 변화시켜, 실리콘 기판의 패턴 형성면으로부터 유점성 결정층을 제거했다.
도 13은, 상기의 순서 1-1부터 순서 1-4까지를 실행한 후의, 실리콘 기판의 SEM 화상이다(배율： 1만배). 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면(도 12을 참조)과 비교해, 패턴의 도괴는 거의 보이지 않으며, 표시된 영역에서의 도괴율은 0.1%였다. 이것에 의해, 유점성 결정 재료로서 시클로헥산을 이용한 경우에는, 패턴의 도괴를 극히 양호하게 억제할 수 있어, 기판 건조에 유효하다는 것이 나타났다.
또한, 패턴의 도괴율은, 이하의 식에 의해 산출한 값이다.
도괴율(%)=(임의의 영역에서의 도괴한 볼록부의 수)÷(당해 영역에서의 볼록부의 총수)×100
(비교예 1)
본 비교예에 있어서는, 기판 처리액으로서, 유점성 결정 재료인 시클로헥산 대신에 승화성 물질인 t-부탄올을 이용했다. 그 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 실리콘 기판의 건조 처리를 행했다.
도 14는, 상기의 순서를 실행한 후의 실리콘 기판에 있어서, 평균적인 패턴의 도괴율이 나타나 있는 영역에 대한 SEM 화상이다(배율： 2만배). 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면(도 11을 참조)과 비교해, 많은 개소에서 흰색의 얼룩 모양의 부분이 관찰되며, 결정립계의 발생 및 성장에 기인하는 패턴의 도괴가 발생하고 있는 것이 확인되었다. 또, 패턴 도괴율은 약 52.3%였다.
(비교예 2)
본 비교예에 있어서는, 기판 처리액으로서, 유점성 결정 재료인 시클로헥산 대신에 승화성 물질인 아세트산을 이용했다. 그 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 실리콘 기판의 건조 처리를 행했다.
도 15는, 상기의 순서를 실행한 후의 실리콘 기판에 있어서, 평균적인 패턴의 도괴율이 나타나 있는 영역에 대한 SEM 화상이다(배율： 2만배). 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면(도 12을 참조)과 비교해, 많은 개소에서 흰색 동그라미가 커진 부분이 관찰되며, 패턴의 도괴가 저감되지 않은 것이 확인되었다. 패턴 도괴율은 약 99.1%였다.
(비교예 3)
본 비교예에 있어서는, 기판 처리액으로서, 유점성 결정 재료인 시클로헥산 대신에 승화성 물질인 p-크실렌을 이용했다. 그 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 실리콘 기판의 건조 처리를 행했다.
도 16은, 상기의 순서를 실행한 후의 실리콘 기판에 있어서, 평균적인 패턴의 도괴율이 나타나 있는 영역에 대한 SEM 화상이다(배율： 1만배). 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면(도 12을 참조)과 비교해, 흰색의 얼룩 모양의 부분이 관찰되며, 결정립계의 발생 및 성장에 기인하는 패턴의 도괴가 발생하고 있는 것이 확인되었다. 또, 패턴 도괴율은 약 27.9%였다.
(비교예 4)
본 비교예에 있어서는, 기판 처리액으로서, 유점성 결정 재료인 시클로헥산 대신에 승화성 물질인 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄을 이용했다. 그 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 실리콘 기판의 건조 처리를 행했다.
도 17은, 상기의 순서를 실행한 후의 실리콘 기판에 있어서, 평균적인 패턴의 도괴율이 나타나 있는 영역에 대한 SEM 화상이다(배율： 1만배). 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면(도 12을 참조)과 비교해, 일부에 흰색 동그라미의 부분이 관찰되며, 패턴의 도괴가 발생하고 있는 것이 확인되었다. 패턴 도괴율은 약 0.9%였다.
(결과)
도 13~도 17 및 표 1에 나타내는 바와 같이, 유점성 결정 재료로서 시클로헥산을 이용한 실시예 1의 경우에는, 종래의 승화성 물질을 이용한 비교예 1~4의 경우와 비교해, 패턴 도괴의 발생을 저감할 수 있는 것이 확인되었다.
Figure 112018082004580-pat00001
본 발명은, 기판의 표면에 부착되는 액체를 제거하는 건조 기술, 및 당해 건조 기술을 이용하여 기판의 표면을 처리하는 기판 처리 기술 전반에 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판의 패턴 형성면의 건조 처리를 행하는 기판 처리 방법으로서,
    상기 기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 유점성(柔粘性) 결정 재료를 포함하는 기판 처리액을 공급하는 공급 공정과,
    대기압 하에서, 상기 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도 범위에서, 상기 기판 처리액이 고체 상태가 되지 않도록 상기 기판 처리액을 냉각함으로써, 상기 패턴 형성면 상에서, 상기 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 공정과,
    상기 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유점성 결정층 형성 공정 또는 제거 공정 중 적어도 어느 한 쪽이, 냉매를, 상기 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도에서, 상기 기판에서의 패턴 형성면과는 반대측의 이면을 향해 공급하는 공정인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유점성 결정층 형성 공정 또는 제거 공정 중 적어도 어느 한 쪽이, 적어도 상기 유점성 결정 재료에 대해 불활성인 가스를, 당해 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로, 상기 패턴 형성면을 향해 공급하는 공정인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제거 공정이, 적어도 상기 유점성 결정 재료에 대해 불활성인 가스를, 당해 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로, 상기 패턴 형성면을 향해 공급함과 함께, 냉매를, 상기 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도로, 상기 기판에서의 패턴 형성면과는 반대측의 이면을 향해 공급하는 공정인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유점성 결정층 형성 공정 또는 제거 공정 중 적어도 어느 한 쪽이, 상기 기판 처리액이 공급된 상기 패턴 형성면 또는 상기 유점성 결정층이 형성된 상기 패턴 형성면을, 대기압보다 낮은 환경 하로 감압시키는 공정인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유점성 결정 재료가 시클로헥산인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  7. 패턴 형성면을 가지는 기판의 처리에 이용되는 기판 처리액으로서,
    융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하고,
    상기 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 응고점 이하의 조건 하에서 응고되지 않고, 유점성 결정 상태로 이용되는 것을 특징으로 하는 기판 처리액.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유점성 결정 재료가 시클로헥산인 것을 특징으로 하는 기판 처리액.
  9. 기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 유점성 결정 재료를 포함하는 기판 처리액을 공급하는 공급 공정과,
    대기압 하에서, 상기 유점성 결정 재료의 응고점보다 20℃ 낮은 온도 이상, 당해 유점성 결정 재료의 응고점 이하의 온도 범위에서, 상기 기판 처리액이 고체 상태가 되지 않도록 상기 기판 처리액을 냉각함으로써, 상기 패턴 형성면 상에서, 상기 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 공정과,
    상기 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 제거 공정을 포함하는 기판 처리 방법에 이용되는 기판 처리 장치로서,
    상기 기판의 패턴 형성면에, 상기 기판 처리액을 공급하는 공급 수단과,
    상기 패턴 형성면 상에서, 상기 유점성 결정 재료를 유점성 결정 상태로 하여 유점성 결정층을 형성하는 유점성 결정층 형성 수단과,
    상기 유점성 결정 상태에 있는 유점성 결정 재료를, 액체 상태를 거치지 않고 기체 상태로 상태 변화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 제거 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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