KR102052799B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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요스케 하나와
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

본 발명의 기판 처리 장치는, 기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 승화성 물질을 포함하는 처리액을 공급하는 공급 수단과, 상기 처리액을, 상기 패턴 형성면 상에서 응고시켜 응고체를 형성하는 응고 수단과, 상기 응고체를 승화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 승화 수단을 구비하고, 상기 처리액의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 증기압이 5 kPa 이상이고, 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 표면장력이 25 mN/m 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 반도체 기판, 포토마스크용 유리 기판, 액정 표시용 유리 기판, 플라즈마 표시용 유리 기판, FED (Field Emission Display) 용 기판, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판 등의 각종 기판 (이하, 간단히 「기판」이라고 기재한다) 에 부착된 액체를 기판으로부터 제거하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 전자 부품의 제조 공정에서는, 액체를 사용하는 여러 가지 습식 처리를 기판에 대해 실시한 후, 습식 처리에 의해 기판에 부착된 액체를 제거하기 위한 건조 처리를 기판에 대해 실시한다.
습식 처리로는, 기판 표면의 오염 물질을 제거하는 세정 처리를 들 수 있다. 예를 들어, 드라이 에칭 공정에 의해 요철을 갖는 미세한 패턴을 형성한 기판 표면에는, 반응 부생성물 (에칭 잔류물) 이 존재하고 있다. 또, 에칭 잔류물 외에, 기판 표면에는 금속 불순물이나 유기 오염 물질 등이 부착되어 있는 경우가 있고, 이들 물질을 제거하기 위해서 기판에 세정액을 공급하는 등의 세정 처리를 실시한다.
세정 처리 후에는, 세정액을 린스액에 의해 제거하는 린스 처리와, 린스액을 건조시키는 건조 처리가 실시된다. 린스 처리로는, 세정액이 부착된 기판 표면에 대해 탈이온수 (DIW : Deionized Water) 등의 린스액을 공급하여, 기판 표면의 세정액을 제거하는 린스 처리를 들 수 있다. 그 후, 린스액을 제거함으로써 기판을 건조시키는 건조 처리를 실시한다.
최근, 기판에 형성되는 패턴의 미세화에 수반하여, 요철을 갖는 패턴의 볼록부에 있어서의 어스펙트비 (패턴 볼록부에 있어서의 높이와 폭의 비) 가 커지고 있다. 이 때문에, 건조 처리 시에 패턴의 오목부에 들어간 세정액이나 린스액 등의 액체와, 액체에 접하는 기체의 경계면에 작용하는 표면장력이, 패턴 중의 인접하는 볼록부끼리를 끌어당겨 도괴시키는, 이른바 패턴 도괴의 문제가 있다.
이와 같은 표면장력에서 기인하는 패턴의 도괴 방지를 목적으로 한 건조 기술로서, 예를 들어 일본 공개특허공보 2013-16699호에는, 구조체 (패턴) 가 형성된 기판에 용액을 접촉시키고, 당해 용액을 고체로 변화시켜 패턴의 지지체 (응고체) 로 하고, 당해 지지체를 고상으로부터 기상으로, 액상을 거치지 않고 변화시켜 제거하는 방법이 개시되어 있다. 또, 이 특허문헌에는, 지지재로서 메타크릴계 수지 재료, 스티렌계 수지 재료 및 불화탄소계 재료 중 적어도 어느 승화성 물질을 사용하는 것이 개시되어 있다.
또, 일본 공개특허공보 2012-243869호 및 일본 공개특허공보 2013-258272호에는, 기판 상에 승화성 물질의 용액을 공급하고, 용액 중의 용매를 건조시켜 기판 상을 승화성 물질의 응고체로 채우고, 응고체를 승화시키는 건조 기술이 개시되어 있다. 이들 특허문헌에 의하면, 응고체와, 응고체에 접하는 기체의 경계면에는 표면장력이 작용하지 않기 때문에, 표면장력에서 기인하는 패턴의 도괴를 억제할 수 있다고 되어 있다.
또, 일본 공개특허공보 2015-142069호에는, 액체가 부착된 기판에 t-부탄올 (승화성 물질) 의 융액을 공급하고, 기판 상에서 t-부탄올을 응고시켜 응고체를 형성한 후, 응고체를 승화시켜 제거하는 건조 기술이 개시되어 있다.
그러나, 일본 공개특허공보 2013-16699호, 일본 공개특허공보 2012-243869호, 일본 공개특허공보 2013-258272호 및 일본 공개특허공보 2015-142069호에 개시된 건조 기술에서도, 예를 들어 미세하고 또한 어스펙트비가 높은 (즉, 볼록 패턴의 폭에 대해, 볼록 패턴의 높이가 보다 높은) 패턴을 갖는 기판에 대해, 충분한 패턴의 도괴를 충분히 방지할 수 없다는 과제가 있다. 패턴 도괴의 발생 원인은 여러 가지이지만, 그 하나로서 승화성 물질로 이루어지는 응고체와 패턴 표면 사이에 작용하는 힘을 들 수 있다. 패턴 표면과 응고체의 계면에 있어서는, 패턴을 구성하는 분자와 응고체를 구성하는 승화성 물질 사이에서 이온 결합이나 수소 결합, 반 데르 발스 등의 힘이 작용하고 있다.
그 때문에, 응고체가 액체 상태를 거치는 일 없이 기체로 상태 변화를 해도, 승화가 불균일하게 진행되는 경우에는 패턴에 응력이 가해져, 패턴의 도괴가 발생한다. 또, 응고체와 패턴 표면 사이에 작용하는 힘은, 응고체를 구성하는 승화성 물질의 물성에 크게 의존하는 것이다. 그 때문에, 미세한 패턴면에 대한 승화 건조에 있어서 패턴 도괴를 없애기 위해서는, 승화 건조에 보다 적합한 승화성 물질을 선정할 필요가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 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 장치는, 상기 과제를 해결하기 위해, 기판의 패턴 형성면의 건조 처리에 사용되는 기판 처리 장치로서, 기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 승화성 물질을 포함하는 처리액을 공급하는 공급 수단과, 상기 처리액을, 상기 패턴 형성면 상에서 응고시켜 응고체를 형성하는 응고 수단과, 상기 응고체를 승화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 승화 수단을 구비하고, 상기 승화성 물질의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 증기압이 5 kPa 이상이고, 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 표면장력이 25 mN/m 이하이다.
상기 구성에 의하면, 예를 들어 기판의 패턴 형성면 상에 액체가 존재하는 경우에, 동결 건조 (또는 승화 건조) 의 원리에 의해, 패턴의 도괴를 방지하면서 당해 액체의 제거를 가능하게 한다. 구체적으로는, 상기 공급 수단이, 기판의 패턴 형성면에 처리액을 공급함으로써, 상기 액체를 처리액으로 치환한다. 다음으로, 응고 수단이, 처리액을 응고시켜 응고체를 형성한다. 여기서, 승화성 물질로서 증기압이 5 kPa 이상, 표면장력이 25 mN/m 이하인 것 (모두 20 ℃ ∼ 25 ℃ 의 온도 범위에서의 값) 을 사용함으로써, 응고체에 있어서 승화성 물질이 승화할 때에, 승화의 진행 정도가 불균일하게 되는 것을 저감할 수 있다. 이로써, 승화가 불균일하게 진행되는 경우와 비교해, 기판의 패턴에 가해지는 응력을 저감할 수 있다. 그 결과, 예를 들어 t-부탄올 등의 종래의 승화성 물질을 사용한 기판 처리 장치와 비교해, 미세한 어스펙트비를 갖는 패턴면을 갖는 기판에 있어서도, 패턴의 도괴 발생을 저감할 수 있다.
여기서, 상기 「융해 상태」란, 승화성 물질이 완전히 또는 일부 융해함으로써 유동성을 갖고, 액상으로 되어 있는 상태를 의미한다. 또, 상기 「승화성」이란, 단체 (單體), 화합물 혹은 혼합물이 액체를 거치지 않고 고체로부터 기체, 또는 기체로부터 고체로 상전이하는 특성을 갖는 것을 의미하고, 「승화성 물질」이란 그러한 승화성을 갖는 물질을 의미한다. 또, 상기 「패턴 형성면」이란, 평면상, 곡면상 또는 요철상 중 어느 것인지를 불문하고, 기판에 있어서 임의의 영역에 요철 패턴이 형성되어 있는 면을 의미한다. 상기 「응고체」란, 액체 상태의 처리액이 고화한 것으로서, 예를 들어 기판 상에 존재하고 있던 액체가 처리액과 혼합한 상태에서, 응고 수단에 의해 응고된 경우에는, 당해 액체도 포함할 수 있는 것이다.
상기 구성에 있어서는, 상기 승화성 물질의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 표면장력이 20 mN/m 이하인 것이 바람직하다.
상기 구성에 있어서는, 상기 승화성 물질이 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 또는 도데카플루오로시클로헥산인 것이 바람직하다.
또 상기 구성에 있어서, 상기 공급 수단은, 상기 처리액을 대기압하에서, 상기 기판의 패턴 형성면에 공급하는 것이고, 상기 응고 수단은, 상기 처리액을 대기압하에서 상기 승화성 물질의 응고점 이하로 냉각하는 것이 바람직하다. 이로써, 적어도 공급 수단 및 응고 수단에 있어서는, 내압성을 갖는 구성으로 할 필요가 없어져, 장치 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또 상기 구성에 있어서, 상기 승화성 물질은 대기압하에서 승화성을 갖고, 상기 승화 수단은, 상기 승화성 물질을 대기압하에서 승화시키는 것이 바람직하다. 이로써, 승화성 물질로서 대기압하에서 승화성을 갖는 것을 사용함으로써, 적어도 승화 수단에 있어서는, 내압성을 갖는 구성으로 할 필요가 없어져, 장치 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또, 상기 구성에 있어서, 상기 응고 수단 또는 승화 수단 중 적어도 어느 일방은, 냉매를, 상기 승화성 물질의 응고점 이하의 온도에서, 상기 기판에 있어서의 패턴 형성면과는 반대측인 이면을 향하여 공급하는 냉매 공급 수단으로 할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 응고 수단에 있어서는, 기판의 패턴 형성면과는 반대측인 이면을 향하여, 승화성 물질의 응고점 이하의 냉매를 공급함으로써, 당해 승화성 물질을 냉각하여 응고시키는 것이 가능해진다. 또, 승화 수단에 있어서는, 상기 냉매를 기판의 이면을 향하여 공급함으로써, 응고체의 융해를 기판의 이면측으로부터 방지하면서 응고체를 자연 승화시킬 수 있다. 또한, 응고 수단 및 승화 수단 양방에 대해, 기판의 이면에 냉매를 공급할 수 있도록 구성한 경우에는, 부품수의 삭감이 도모되어, 장치 비용의 저감이 가능해진다.
또 상기 구성에 있어서, 상기 응고 수단 또는 승화 수단 중 적어도 어느 일방은, 적어도 상기 승화성 물질에 대해 불활성인 가스를, 당해 승화성 물질의 응고점 이하의 온도에서, 상기 패턴 형성면을 향하여 공급하는 기체 공급 수단으로 할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 기체 공급 수단이, 응고 수단으로서 승화성 물질의 응고점 이하의 온도의 불활성 가스를, 상기 패턴 형성면을 향하여 공급하므로, 당해 승화성 물질을 냉각하여 응고시키는 것이 가능해진다. 또, 기체 공급 수단은, 패턴 형성면에 형성되어 있는 응고체에 대해서도, 불활성 가스를 공급함으로써 당해 응고체를 승화시킬 수 있어, 승화 수단으로서 기능시킬 수 있다. 또한, 기체 공급 수단을, 응고 수단 및 승화 수단으로 병용시킬 수도 있으므로, 부품수를 삭감할 수 있어, 장치 비용의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 불활성 가스는 승화성 물질에 대해 불활성이기 때문에, 당해 승화성 물질은 변성하는 일이 없다.
상기 구성에 있어서, 상기 승화 수단은, 적어도 상기 승화성 물질에 대해 불활성인 가스를, 당해 승화성 물질의 응고점 이하의 온도에서, 상기 패턴 형성면을 향하여 공급하는 기체 공급 수단과, 냉매를, 상기 승화성 물질의 응고점 이하의 온도에서, 상기 기판에 있어서의 패턴 형성면과는 반대측인 이면을 향하여 공급하는 냉매 공급 수단이라도 된다.
상기 구성에 의하면, 패턴 형성면에 형성되어 있는 응고체에 대해서는, 기체 공급 수단이, 승화성 물질의 응고점 이하의 온도에서 불활성 가스를 공급함으로써 당해 응고체를 승화시킨다. 또, 기판에 있어서의 패턴 형성면과는 반대측인 이면에 대해서는, 냉매 공급 수단이, 승화성 물질의 응고점 이하의 온도에서 냉매를 공급함으로써, 응고체의 융해를 기판의 이면측으로부터 방지할 수 있다.
또, 상기 구성에 있어서, 상기 승화 수단은, 상기 응고체가 형성된 상기 패턴 형성면을, 대기압보다 낮은 환경하로 감압시키는 감압 수단인 것이 바람직하다.
승화 수단으로서 감압 수단을 사용함으로써, 기판의 패턴 형성면을 대기압보다 낮은 환경하로 하고, 응고체에 있어서의 승화성 물질을 승화시킬 수 있다. 여기서, 응고체로부터 승화성 물질이 승화하여 기화할 때, 당해 응고체는 승화열로서 열이 빼앗긴다. 그 때문에, 응고체는 냉각된다. 따라서, 승화성 물질의 융점보다 약간 높은 온도 환경하라도, 응고체를 별도 냉각시키는 일 없이, 승화성 물질의 융점보다 저온 상태로 유지할 수 있다. 그 결과, 응고체에 있어서의 승화성 물질의 융해를 방지하면서, 응고체의 승화를 실시할 수 있다. 또, 별도의 냉각 기구를 설치할 필요가 없기 때문에, 장치 비용이나 처리 비용을 저감할 수 있다.
또, 상기 구성에 있어서, 상기 응고 수단은, 상기 처리액이 공급된 상기 패턴 형성면을, 대기압보다 낮은 환경하로 감압시키는 감압 수단인 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 응고 수단으로서 감압 수단을 사용함으로써, 기판의 패턴 형성면을 대기압보다 낮은 환경하로 하여 처리액을 증발시킴으로써, 그 기화열에 의해 처리액을 냉각하여, 응고체를 형성할 수 있다. 또, 별도의 냉각 기구를 설치할 필요가 없기 때문에, 장치 비용이나 처리 비용을 저감할 수 있다.
또, 상기 구성에 있어서는, 상기 승화 수단으로서 상기 감압 수단을 사용하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 응고 수단으로서 사용하는 감압 수단을 승화 수단으로서도 사용하므로, 부품수를 삭감할 수 있어, 장치 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또, 상기 구성에 있어서, 상기 공급 수단은, 상기 처리액의 온도를 상기 승화성 물질의 융점 이상, 또한 비점보다 낮은 온도로 조정하는 처리액 온도 조정부를 갖는 것이 바람직하다. 상기 구성에 의하면, 상기 공급 수단이 추가로 처리액 온도 조정부를 구비함으로써, 처리액의 온도를 승화성 물질의 융점 이상, 또한 비점보다 낮은 온도로 조정할 수 있다. 처리액의 온도를 승화성 물질의 융점 이상으로 함으로써, 기판 상에 형성된 패턴의 도괴를 한층 방지하면서, 기판 상의 액체의 건조 처리를 양호하게 실시할 수 있다.
본 발명의 기판 처리 방법은, 상기 과제를 해결하기 위해, 기판의 패턴 형성면의 건조 처리를 실시하는 기판 처리 방법으로서, 기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 승화성 물질을 포함하는 처리액을 공급하는 공급 방법과, 상기 처리액을, 상기 패턴 형성면 상에서 응고시켜 응고체를 형성하는 응고 방법과, 상기 응고체를 승화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 승화 방법을 포함하고, 상기 승화성 물질의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 증기압이 5 kPa 이상이고, 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 표면장력이 25 mN/m 이하이다.
상기 구성에 의하면, 예를 들어 기판의 패턴 형성면 상에 액체가 존재하는 경우에, 동결 건조 (또는 승화 건조) 의 원리에 의해, 패턴의 도괴를 방지하면서 당해 액체의 제거를 가능하게 한다. 구체적으로는, 상기 공급 공정에 있어서, 기판의 패턴 형성면에 처리액을 공급함으로써, 상기 액체를 처리액으로 치환한다. 다음으로, 응고 공정에 있어서, 처리액을 응고시켜 응고체를 형성한다. 여기서, 승화성 물질로서 증기압이 5 kPa 이상, 표면장력이 25 mN/m 이하인 것 (모두 20 ℃ ∼ 25 ℃ 의 온도 범위에서의 값) 을 사용함으로써, 승화 공정에 있어서 응고체 중의 승화성 물질이 승화할 때에, 승화의 진행 정도를 균일화할 수 있다. 이로써, 승화가 불균일하게 진행되는 경우와 비교해, 기판의 패턴에 가해지는 응력을 저감할 수 있다. 그 결과, 예를 들어 t-부탄올 등의 종래의 승화성 물질을 사용한 기판 처리 방법과 비교해, 미세한 어스펙트비를 갖는 패턴면을 갖는 기판에 있어서도, 패턴의 도괴 발생을 한층 저감할 수 있다.
상기 구성에 있어서는, 상기 승화성 물질의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 표면장력이 20 mN/m 이하인 것이 바람직하다.
상기 구성에 있어서는, 상기 승화성 물질이 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 또는 도데카플루오로시클로헥산인 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기에 설명한 수단에 의해, 이하에 서술하는 바와 같은 효과를 발휘한다.
즉, 본 발명은, 예를 들어 기판의 패턴 형성면 상에 액체가 존재하는 경우에, 당해 액체를, 승화성 물질을 포함하는 처리액으로 치환한 후, 당해 처리액을 응고시켜 응고체를 형성시킨 후에, 당해 응고체에 있어서의 승화성 물질을 승화시켜, 기판 상의 액체의 건조 처리를 실시하는 것이다. 여기서, 본 발명에 있어서는, 승화성 물질로서 증기압 (20 ℃ ∼ 25 ℃) 이 5 kPa 이상, 표면장력 (20 ℃ ∼ 25 ℃) 이 25 mN/m 이하인 것을 사용함으로써, 당해 승화성 물질의 승화 시에, 승화의 진행 정도가 균일하게 되도록 할 수 있다. 이로써, 본 발명에 있어서는, 승화의 불균일한 진행에서 기인하여, 응력이 패턴에 가해지는 것을 저감할 수 있다. 그 결과, 본 발명은, 예를 들어 t-부탄올 등의 종래의 승화성 물질을 사용한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법과 비교해, 패턴의 도괴를 한층 저감할 수 있어, 기판 상의 액체의 건조 처리에 매우 적합하다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 기판 처리 장치의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 2 는, 상기 기판 처리 장치를 나타내는 개략 평면도이다.
도 3a 는 상기 기판 처리 장치에 있어서의 건조 보조액 저류부의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3b 는 당해 건조 보조액 저류부의 구체적 구성을 나타내는 설명도이다.
도 4 는, 상기 기판 처리 장치에 있어서의 기체 탱크의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5 는, 상기 기판 처리 장치에 있어서의 냉매 저류부의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6 은, 상기 기판 처리 장치에 있어서의 제어 유닛의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 7 은, 상기 기판 처리 장치를 사용한 기판 처리 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 8 은, 상기 기판 처리 방법의 각 공정에 있어서의 기판의 양태를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 기판 처리 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 10 은, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 기판 처리 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 11 은, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용한 미처리의 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 12 는, 본 발명의 실시예 1 에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 13 은, 본 발명의 실시예 2 에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 14 는, 비교예 1 에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 15 는, 비교예 2 에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 16 은, 비교예 3 에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 17 은, 비교예 4 에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
도 18 은, 비교예 5 에 관련된 기판 처리를 실시한 실리콘 기판의 패턴 형성면을 나타내는 SEM 화상이다.
(제 1 실시형태)
본 발명의 제 1 실시형태에 대해, 이하에 설명한다.
도 1 은, 본 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1) 의 개략을 나타내는 설명도이다. 도 2 는, 기판 처리 장치 (1) 의 내부 구성을 나타내는 개략 평면도이다. 또한, 각 도면에 있어서는, 도시한 것의 방향 관계를 명확하게 하기 위해서, 적절히 XYZ 직교 좌표축을 표시한다. 도 1 및 도 2 에 있어서, XY 평면은 수평면을 나타내고, ＋Z 방향은 연직 상향을 나타낸다.
기판 처리 장치 (1) 는, 예를 들어 각종 기판의 처리에 사용할 수 있다. 상기 「기판」이란, 반도체 기판, 포토마스크용 유리 기판, 액정 표시용 유리 기판, 플라즈마 표시용 유리 기판, FED (Field Emission Display) 용 기판, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광자기 디스크용 기판 등의 각종 기판을 말한다. 본 실시형태에서는, 기판 처리 장치 (1) 를 반도체 기판 (이하, 「기판 (W)」이라고 한다.) 의 처리에 사용하는 경우를 예로 하여 설명한다.
또, 기판 (W) 으로는, 일방 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 향해진 기판의 면을 「하면」이라고 칭하고, 상방을 향해진 기판의 면을 「상면」이라고 칭한다. 또한, 이하에 있어서는 상면을 표면으로 하여 설명한다.
또, 상기 패턴의 형상으로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 라인상 또는 실린더상의 것을 들 수 있다. 또, 패턴의 크기로는 특별히 한정되지 않고, 적절히 임의로 설정할 수 있다. 또한, 패턴의 재질로는 특별히 한정되지 않고, 금속이나 절연 재료 등을 들 수 있다.
기판 처리 장치 (1) 는, 기판 (W) 에 부착되어 있는 파티클 등의 오염 물질을 제거하기 위한 세정 처리 (린스 처리를 포함한다.), 및 세정 처리 후의 건조 처리에 사용되는 매엽식의 기판 처리 장치이다. 또한, 도 1 및 도 2 에는, 건조 처리에 사용하는 부위만이 나타내어지고, 세정 처리에 사용하는 세정용의 노즐 등이 도시되어 있지 않지만, 기판 처리 장치 (1) 는 당해 노즐 등을 구비하고 있어도 된다.
＜1-1 기판 처리 장치의 구성＞
먼저, 기판 처리 장치 (1) 의 구성에 대해, 도 1 및 도 2 에 근거하여 설명한다.
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 유지 수단 (51) 에 유지되는 기판 (W) 에 처리액으로서의 건조 보조액을 공급하는 처리액 공급 수단 (공급 수단)(21) 과, 기판 유지 수단 (51) 에 유지되는 기판 (W) 에 IPA (이소프로필알코올) 를 공급하는 IPA 공급 수단 (31) 과, 기판 유지 수단 (51) 에 유지되는 기판 (W) 에 기체를 공급하는 기체 공급 수단 (41)(응고 수단, 승화 수단) 과, 기판 유지 수단 (51) 에 유지되는 기판 (W) 에 공급되고, 기판 (W) 의 주연부 외측으로 배출되는 IPA 나 건조 보조액 등을 포집하는 비산 방지 컵 (12) 과, 기판 처리 장치 (1) 의 각 부의 후술하는 아암을 각각 독립적으로 선회 구동시키는 선회 구동부 (14) 와, 챔버 (11) 의 내부를 감압하는 감압 수단 (71) 과, 기판 (W) 의 이면 (Wb) 에 냉매를 공급하는 냉매 공급 수단 (응고 수단, 승화 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 않음). 기판 처리 장치 (1) 의 각 부에 대해 이하에 설명한다.
기판 유지 수단 (51) 은, 회전 구동부 (52) 와, 스핀 베이스 (53) 와, 척 핀 (54) 을 구비한다. 스핀 베이스 (53) 는, 기판 (W) 보다 약간 큰 평면 사이즈를 가지고 있다. 스핀 베이스 (53) 의 주연부 부근에는, 기판 (W) 의 주연부를 파지하는 복수개의 척 핀 (54) 이 세워져 설치되어 있다. 척 핀 (54) 의 설치수는 특별히 한정되지 않지만, 원형상의 기판 (W) 을 확실하게 유지하는 위해, 적어도 3 개 이상 설치하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 스핀 베이스 (53) 의 주연부를 따라 등간격으로 3 개 배치한다 (도 2 참조). 각각의 척 핀 (54) 은, 기판 (W) 의 주연부를 하방으로부터 지지하는 기판 지지 핀과, 기판 지지 핀에 지지된 기판 (W) 의 외주 단면 (端面) 을 압압 (押壓) 하여 기판 (W) 을 유지하는 기판 유지 핀을 구비하고 있다.
각각의 척 핀 (54) 은, 기판 유지 핀이 기판 (W) 의 외주 단면을 압압하는 압압 상태와, 기판 유지 핀이 기판 (W) 의 외주 단면으로부터 멀어지는 해방 상태 사이에서 전환 가능하게 되어 있고, 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 처리부터 승화 처리까지의 기판 처리를 실시할 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 (XY 면) 로 유지된다. 이로써, 기판 (W) 은, 그 표면 (Wf) 을 상방을 향한 상태에서 수평으로 유지된다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 스핀 베이스 (53) 와 척 핀 (54) 으로 기판 (W) 을 유지하고 있지만, 기판 유지 방식은 이것으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 기판 (W) 의 이면 (Wb) 을 스핀 척 등의 흡착 방식에 의해 유지하도록 해도 된다.
스핀 베이스 (53) 는, 회전 구동부 (52) 에 연결된다. 회전 구동부 (52) 는, 제어 유닛 (13) 의 동작 지령에 의해 Z 방향을 따른 축 A1 둘레로 회전한다. 회전 구동부 (52) 는, 공지된 벨트, 모터 및 회전축에 의해 구성된다. 회전 구동부 (52) 가 축 A1 둘레로 회전하면, 이것에 수반하여 스핀 베이스 (53) 의 상방에서 척 핀 (54) 에 의해 유지되는 기판 (W) 은, 스핀 베이스 (53) 와 함께 축 A1 둘레로 회전한다.
다음으로, 처리액 공급 수단 (공급 수단)(21) 에 대해 설명한다.
처리액 공급 수단 (21) 은, 기판 (W) 의 패턴 형성면에 건조 보조액을 공급하는 유닛이고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 노즐 (22) 과, 아암 (23) 과, 선회축 (24) 과, 배관 (25) 과, 밸브 (26) 와, 처리액 저류부 (27) 를 적어도 구비한다.
처리액 저류부 (27) 는, 도 3a 및 도 3b 에 나타내는 바와 같이, 처리액 저류 탱크 (271) 와, 처리액 저류 탱크 (271) 내의 건조 보조액을 교반하는 교반부 (277) 와, 처리액 저류 탱크 (271) 를 가압하여 건조 보조액을 송출하는 가압부 (274) 와, 처리액 저류 탱크 (271) 내의 건조 보조액을 가열하는 (처리액) 온도 조정부 (272) 를 적어도 구비한다. 또한, 도 3a 는 처리액 저류부 (27) 의 개략 구성을 나타내는 블록도이고, 도 3b 는 당해 처리액 저류부 (27) 의 구체적 구성을 나타내는 설명도이다.
교반부 (277) 는, 처리액 저류 탱크 (271) 내의 건조 보조액을 교반하는 회전부 (279) 와, 회전부 (279) 의 회전을 제어하는 교반 제어부 (278) 를 구비한다. 교반 제어부 (278) 는 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속되어 있다. 회전부 (279) 는, 회전축의 선단 (도 3b 에 있어서의 회전부 (279) 의 하단) 에 프로펠러상의 교반 날개를 구비하고 있고, 제어 유닛 (13) 이 교반 제어부 (278) 에 동작 지령을 실시하고, 회전부 (279) 가 회전함으로써, 교반 날개가 건조 보조액을 교반하고, 건조 보조액 중의 건조 보조 물질 등의 농도 및 온도를 균일화한다.
또, 처리액 저류 탱크 (271) 내의 건조 보조액의 농도 및 온도를 균일하게 하는 방법으로는, 전술한 방법으로 한정되지 않고, 별도 순환용의 펌프를 설치하여 건조 보조액을 순환하는 방법 등, 공지된 방법을 사용할 수 있다.
가압부 (274) 는, 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 처리액 저류 탱크 (271) 와 관로 접속되어 있고, 또 배관 (273) 에는 펌프 (276) 가 개삽되어 있다.
온도 조정부 (272) 는 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속되어 있고, 제어 유닛 (13) 의 동작 지령에 의해 처리액 저류 탱크 (271) 에 저류되어 있는 건조 보조액을 가열하여 온도 조정을 실시하는 것이다. 온도 조정은, 건조 보조액의 액온이, 당해 건조 보조액에 포함되는 건조 보조 물질 (승화성 물질. 상세한 것에 대하여는 후술한다.) 의 융점 이상이 되도록 실시되면 된다. 이로써, 건조 보조 물질의 융해 상태를 유지할 수 있다. 또한, 온도 조정의 상한으로는, 비점보다 낮은 온도인 것이 바람직하다. 또, 온도 조정부 (272) 로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 저항 가열 히터나, 펠티에 소자, 온도 조정한 물을 통하게 한 배관 등, 공지된 온도 조정 기구를 사용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 온도 조정부 (272) 는 임의의 구성이다. 예를 들어, 기판 처리 장치 (1) 의 설치 환경이 승화성 물질의 융점보다 고온의 환경에 있는 경우에는, 당해 승화성 물질의 융해 상태를 유지할 수 있기 때문에, 건조 보조액의 가열은 불필요해진다. 그 결과, 온도 조정부 (272) 를 생략할 수 있다.
도 1 로 돌아간다. 처리액 저류부 (27)(보다 상세하게는, 처리액 저류 탱크 (271)) 는, 배관 (25) 을 개재하여 노즐 (22) 과 관로 접속하고 있고, 배관 (25) 의 경로 도중에는 밸브 (26) 가 개삽된다.
처리액 저류 탱크 (271) 내에는 기압 센서 (도시하지 않음) 가 설치되고, 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속되어 있다. 제어 유닛 (13) 은, 기압 센서가 검출한 값에 기초하여 펌프 (276) 의 동작을 제어함으로써, 처리액 저류 탱크 (271) 내의 기압을 대기압보다 높은 소정의 기압으로 유지한다. 한편, 밸브 (26) 도 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속하고 있고, 통상은 폐전되어 있다. 또, 밸브 (26) 의 개폐도, 제어 유닛 (13) 의 동작 지령에 의해 제어된다. 그리고, 제어 유닛 (13) 이 처리액 공급 수단 (21) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (26) 를 개전하면, 가압되어 있는 처리액 저류 탱크 (271) 내로부터 건조 보조액이 압송되어, 배관 (25) 을 개재하여 노즐 (22) 로부터 토출된다. 이로써, 건조 보조액을 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급할 수 있다. 또한, 처리액 저류 탱크 (271) 는, 전술한 바와 같이 질소 가스에 의한 압력을 이용하여 건조 보조액을 압송하기 때문에, 기밀하게 구성되는 것이 바람직하다.
노즐 (22) 은, 수평으로 연장 설치된 아암 (23) 의 선단부에 장착되어 있고, 스핀 베이스 (53) 의 상방에 배치된다. 아암 (23) 의 후단부는, Z 방향으로 연장 설치된 선회축 (24) 에 의해 축 J1 둘레로 자유롭게 회전 가능하게 지지되고, 선회축 (24) 은 챔버 (11) 내에 고정 설치된다. 선회축 (24) 을 개재하여, 아암 (23) 은 선회 구동부 (14) 와 연결된다. 선회 구동부 (14) 는, 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속되고, 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 2 에 실선으로 나타내는 바와 같이, 통상은 기판 (W) 의 주연부보다 외측이고, 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 이동하고, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 중앙부 (축 A1 또는 그 근방) 의 상방 위치에 배치된다.
도 1 로 돌아간다. 다음으로, IPA 공급 수단 (31) 에 대해 설명한다. IPA 공급 수단 (31) 은, 기판 (W) 에 IPA 를 공급하는 유닛이고, 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 개재하여 노즐 (32) 과 관로 접속하고 있고, 배관 (35) 의 경로 도중에는 밸브 (36) 가 개삽된다. IPA 탱크 (37) 에는, IPA 가 저류되어 있고, 도시되지 않은 가압 수단에 의해 IPA 탱크 (37) 내의 IPA 가 가압되고, 배관 (35) 으로부터 노즐 (32) 방향으로 IPA 가 보내진다.
밸브 (36) 는, 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속되어 있고, 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, IPA 가 배관 (35) 을 지나, 노즐 (32) 로부터 기판 (W) 의 표면 (Wf) 으로 공급된다.
노즐 (32) 은, 수평으로 연장 설치된 아암 (33) 의 선단부에 장착되어 있고, 스핀 베이스 (53) 의 상방에 배치된다. 아암 (33) 의 후단부는, Z 방향으로 연장 설치된 선회축 (34) 에 의해 축 J2 둘레로 자유롭게 회전 가능하게 지지되고, 선회축 (34) 은 챔버 (11) 내에 고정 설치된다. 아암 (33) 은, 선회축 (34) 을 개재하여 선회 구동부 (14) 에 연결된다. 선회 구동부 (14) 는, 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속되고, 제어 유닛 (13) 으로부터의 동작 지령에 의해 아암 (33) 을 축 J2 둘레로 회동시킨다. 아암 (33) 의 회동에 수반하여, 노즐 (32) 도 이동한다.
도 2 에 실선으로 나타내는 바와 같이, 노즐 (32) 은, 통상은 기판 (W) 의 주연부보다 외측이고, 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 이동하고, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 중앙부 (축 A1 또는 그 근방) 의 상방 위치에 배치된다.
또한, 본 실시형태에서는, IPA 공급 수단 (31) 에 있어서 IPA 를 사용하지만, 본 발명은, 건조 보조 물질 및 탈이온수 (DIW : Deionized Water) 에 대해 용해성을 갖는 액체이면 되고, IPA 로 한정되지 않는다. 본 실시형태에 있어서의 IPA 의 대체로는, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 벤젠, 사염화탄소, 클로로포름, 헥산, 데칼린, 테트랄린, 아세트산, 시클로헥산올, 에테르, 또는 하이드로플루오로에테르 (Hydro Fluoro Ether) 등을 들 수 있다.
도 1 로 돌아간다. 다음으로, 기체 공급 수단 (41) 에 대해 설명한다. 기체 공급 수단 (41) 은, 기판 (W) 에 기체를 공급하는 유닛이고, 노즐 (42) 과, 아암 (43) 과, 선회축 (44) 과, 배관 (45) 과, 밸브 (46) 와, 기체 탱크 (47) 를 구비한다.
도 4 는, 기체 탱크 (47) 의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 기체 탱크 (47) 는, 기체를 저류하는 기체 저류부 (471) 와, 기체 저류부 (471) 에 저류되는 기체의 온도를 조정하는 기체 온도 조정부 (472) 를 구비한다. 기체 온도 조정부 (472) 는 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속되어 있고, 제어 유닛 (13) 의 동작 지령에 의해 기체 저류부 (471) 에 저류되어 있는 기체를 가열 또는 냉각하여 온도 조정을 실시하는 것이다. 온도 조정은, 기체 저류부 (471) 에 저류되는 기체가 건조 보조 물질의 응고점 이하의 낮은 온도가 되도록 실시되면 된다.
기체 온도 조정부 (472) 로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 펠티에 소자, 온도 조정한 물을 통하게 한 배관 등, 공지된 온도 조정 기구를 사용할 수 있다.
도 1 로 돌아간다. 기체 탱크 (47)(보다 상세하게는, 기체 저류부 (471)) 는, 배관 (45) 을 개재하여 노즐 (42) 과 관로 접속하고 있고, 배관 (45) 의 경로 도중에는 밸브 (46) 가 개삽된다. 도시되지 않은 가압 수단에 의해 기체 탱크 (47) 내의 기체가 가압되고, 배관 (45) 으로 보내진다. 또한, 가압 수단은, 펌프 등에 의한 가압 외에, 기체를 기체 탱크 (47) 내에 압축 저류함으로써도 실현할 수 있기 때문에, 어느 가압 수단을 이용해도 된다.
밸브 (46) 는, 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속되어 있고, 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 지나, 노즐 (42) 로부터 기체가 기판 (W) 의 표면 (Wf) 으로 공급된다.
노즐 (42) 은, 수평으로 연장 설치된 아암 (43) 의 선단부에 장착되고, 스핀 베이스 (53) 의 상방에 배치된다. 아암 (43) 의 후단부는, Z 방향으로 연장 설치된 선회축 (44) 에 의해 축 J3 둘레로 자유롭게 회전 가능하게 지지되고, 선회축 (44) 은 챔버 (11) 내에 고정 설치된다. 선회축 (44) 을 개재하여, 아암 (43) 은 선회 구동부 (14) 와 연결된다. 선회 구동부 (14) 는, 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속되고, 제어 유닛 (13) 으로부터의 동작 지령에 의해 아암 (43) 을 축 J3 둘레로 회동시킨다. 아암 (43) 의 회동에 수반하여, 노즐 (42) 도 이동한다.
도 2 에 실선으로 나타내는 바와 같이, 노즐 (42) 은, 통상은 기판 (W) 의 주연부보다 외측이고, 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 (Wf) 의 중앙부 (축 A1 또는 그 근방) 의 상방 위치에 배치된다. 표면 (Wf) 중앙부의 상방 위치에 노즐 (42) 이 배치되는 양태를, 도 2 에 있어서 점선으로 나타낸다.
기체 저류부 (471) 에는, 건조 보조 물질에 대해 적어도 불활성인 가스, 보다 구체적으로는 질소 가스가 저류되어 있다. 또, 저류되어 있는 질소 가스는, 기체 온도 조정부 (472) 에 있어서, 건조 보조 물질의 응고점 이하의 온도로 조정되어 있다. 질소 가스의 온도는 건조 보조 물질의 응고점 이하의 온도이면 특별히 한정되지 않지만, 통상은 0 ℃ 이상 15 ℃ 이하의 범위 내로 설정할 수 있다. 또한, 질소 가스의 온도를 0 ℃ 이상으로 함으로써, 챔버 (11) 의 내부에 존재하는 수증기가 응고하여 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 부착 등 하는 것을 방지하여, 기판 (W) 에 악영향이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또, 제 1 실시형태에서 사용하는 질소 가스는, 그 노점이 0 ℃ 이하의 건조 기체인 것이 바람직하다. 상기 질소 가스를 대기압 환경하에서 응고체에 분사하면, 질소 가스 중으로 응고체 중의 건조 보조 물질이 승화한다. 질소 가스는 응고체에 계속 공급되므로, 승화에 의해 발생한 기체 상태의 건조 보조 물질의 질소 가스 중에 있어서의 분압은, 기체 상태의 건조 보조 물질의 당해 질소 가스의 온도에 있어서의 포화 증기압보다 낮은 상태로 유지되고, 적어도 응고체 표면에 있어서는, 기체 상태의 건조 보조 물질이 그 포화 증기압 이하로 존재하는 분위기하에서 채워진다.
또, 본 실시형태에서는, 기체 공급 수단 (41) 에 의해 공급되는 기체로서 질소 가스를 사용하지만, 본 발명의 실시로는, 건조 보조 물질에 대해 불활성인 기체이면, 이것으로 한정되지 않는다. 제 1 실시형태에 있어서, 질소 가스의 대체가 되는 기체로는, 아르곤 가스, 헬륨 가스 또는 건조 공기 (질소 가스 농도 80 ％, 산소 가스 농도 20 ％ 의 기체) 를 들 수 있다. 혹은, 이들 복수 종류의 기체를 혼합한 혼합 기체라도 된다.
도 1 로 돌아간다. 감압 수단 (71) 은, 챔버 (11) 의 내부를 대기압보다 낮은 환경으로 감압하는 수단이고, 배기 펌프 (72) 와, 배관 (73) 과, 밸브 (74) 를 구비한다. 배기 펌프 (72) 는 배관 (73) 을 개재하여 챔버 (11) 와 관로 접속하고, 기체에 압력을 가하는 공지된 펌프이다. 배기 펌프 (72) 는, 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속되어 있고, 통상은 정지 상태이다. 배기 펌프 (72) 의 구동은, 제어 유닛 (13) 의 동작 지령에 의해 제어된다. 또, 배관 (73) 에는 밸브 (74) 가 개삽된다. 밸브 (74) 는, 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속하고 있고, 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 구동되고, 밸브 (74) 가 개전되면, 배기 펌프 (72) 에 의해, 챔버 (11) 의 내부에 존재하는 기체가 배관 (73) 을 개재하여 챔버 (11) 의 외측으로 배기된다.
비산 방지 컵 (12) 은, 스핀 베이스 (53) 를 둘러싸도록 설치된다. 비산 방지 컵 (12) 은 도시 생략한 승강 구동 기구에 접속되고, Z 방향으로 승강 가능하게 되어 있다. 기판 (W) 에 건조 보조액이나 IPA 를 공급할 때에는, 비산 방지 컵 (12) 이 승강 구동 기구에 의해 도 1 에 나타내는 바와 같은 소정 위치에 위치 결정되고, 척 핀 (54) 에 의해 유지된 기판 (W) 을 측방 위치로부터 둘러싼다. 이로써, 기판 (W) 이나 스핀 베이스 (53) 로부터 비산하는 건조 보조액이나 IPA 등의 액체를 포집할 수 있다.
다음으로, 냉매 공급 수단 (81) 에 대해 설명한다.
냉매 공급 수단 (81) 은, 기판 (W) 의 이면 (Wb) 에 냉매를 공급하는 유닛이고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 냉매 저류부 (82) 와, 배관 (83) 과, 밸브 (84) 와, 냉매 공급관 (85) 을 적어도 구비한다.
도 5 는, 냉매 저류부 (82) 의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 냉매 저류부 (82) 는, 냉매를 저류하는 냉매 탱크 (821) 와, 냉매 탱크 (821) 에 저류되는 냉매의 온도를 조정하는 냉매 온도 조정부 (822) 를 구비한다.
냉매 온도 조정부 (822) 는 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속하고 있고, 제어 유닛 (13) 의 동작 지령에 의해 냉매 탱크 (821) 에 저류되어 있는 냉매를 가열 또는 냉각하여 온도 조정을 실시하는 것이다. 온도 조정은, 냉매 탱크 (821) 에 저류되는 냉매가 건조 보조 물질의 응고점 이하의 낮은 온도가 되도록 실시되면 된다. 또한, 냉매 온도 조정부 (822) 로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 펠티에 소자를 사용하는 칠러, 온도 조정한 물을 통하게 한 배관 등, 공지된 온도 조정 기구 등을 사용할 수 있다.
도 1 로 돌아간다. 냉매 저류부 (82) 는, 배관 (83) 을 개재하여 냉매 공급관 (85) 과 관로 접속하고 있고, 배관 (83) 의 경로 도중에는 밸브 (84) 가 개삽된다. 냉매 공급관 (85) 은, 스핀 베이스 (53) 의 중앙부에 관통공을 형성함으로써 형성된 것이다. 도시되지 않은 가압 수단에 의해 냉매 저류부 (82) 내의 냉매가 가압되고, 배관 (82) 으로 보내진다. 또한, 가압 수단은, 펌프 등에 의한 가압 외에, 기체를 냉매 저류부 (82) 내에 압축 저류함으로써도 실현할 수 있기 때문에, 어느 가압 수단을 사용해도 된다.
밸브 (84) 는, 제어 유닛 (13) 과 전기적으로 접속하고 있고, 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) 및 냉매 공급관 (85) 을 지나, 냉매가 기판 (W) 의 이면 (Wb) 에 공급된다.
상기 냉매로는, 건조 보조 물질의 응고점 이하의 액체 또는 기체를 들 수 있다. 또한, 상기 액체로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 7 ℃ 의 냉수 등을 들 수 있다. 또, 상기 기체로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 건조 보조 물질에 불활성인 가스, 보다 상세하게는 7 ℃ 의 질소 가스 등을 들 수 있다.
도 6 은, 제어 유닛 (13) 의 구성을 나타내는 모식도이다. 제어 유닛 (13) 은, 기판 처리 장치 (1) 의 각 부와 전기적으로 접속되어 있고 (도 1 참조), 각 부의 동작을 제어한다. 제어 유닛 (13) 은, 연산 처리부 (15) 와, 메모리 (17) 를 갖는 컴퓨터에 의해 구성된다. 연산 처리부 (15) 로는, 각종 연산 처리를 실시하는 CPU 를 사용한다. 또, 메모리 (17) 는, 기본 프로그램을 기억하는 판독 출력 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 자유롭게 판독 기입 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 격납되어 있다. CPU 는, 기판 처리 조건을 RAM 에 판독 출력하고, 그 내용에 따라 CPU 가 기판 처리 장치 (1) 의 각 부를 제어한다.
＜1-2 건조 보조액＞
다음으로, 본 실시형태에서 사용하는 건조 보조액에 대해, 이하에 설명한다.
본 실시형태의 건조 보조액은, 융해 상태의 건조 보조 물질 (승화성 물질) 을 포함하는 처리액이고, 기판의 패턴 형성면에 존재하는 액체를 제거하기 위한 건조 처리에 있어서, 당해 건조 처리를 보조하는 기능을 한다. 또, 승화성 물질은, 액체를 거치지 않고 고체로부터 기체, 또는 기체로부터 고체로 상전이하는 특성을 갖는 것이다. 그리고, 승화성 물질은 융해 상태로 건조 보조액 중에 포함되기 때문에, 기판 (W) 상에 균일한 층두께의 막상의 응고체를 형성할 수 있다.
본 실시형태에 있어서 승화성 물질의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 의 범위에 있어서의 증기압은, 5 kPa 이상이고, 바람직하게는 8 kPa 이상 100 kPa 이하, 보다 바람직하게는 15 kPa 이상 100 kPa 이하이다. 또, 승화성 물질의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 표면장력은, 25 mN/m 이하이고, 바람직하게는 20 mN/m 이하, 보다 바람직하게는 0 mN/m 보다 크고 15 mN/m 이하, 더욱 바람직하게는 0 mN/m 이상 13 mN/m 이하이다. 증기압이 5 kPa 이상이고, 또한 표면장력이 25 mN/m 이하인 승화성 물질을 사용함으로써, 응고체에 있어서의 승화성 물질의 승화의 진행이 불균일해지는 것을 억제하여, 패턴의 도괴를 저감할 수 있다. 예를 들어, 기판 상에, 직경 30 nm, 높이 480 nm 의 복수의 원기둥 (어스펙트비 16) 이, 80 nm 의 간격을 두고 배열된 패턴에 대해서는, 패턴의 도괴율을 20 ％ 이하로 억제할 수 있다. 또한, 패턴의 도괴율이란, 하기 식에 의해 산출한 값이다.
패턴의 도괴율 (％) = (임의의 영역에 있어서의 도괴한 볼록부의 수) ÷ (당해 영역에 있어서의 볼록부의 총수) × 100
본 실시형태에 있어서 승화성 물질로는, 예를 들어 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 (20 ℃ 에서의 증기압 8.2 kPa, 25 ℃ 에서의 표면장력 19.6 mN/m, 융점 20.5 ℃), 도데카플루오로시클로헥산 (20 ℃ 에서의 증기압 33.1 kPa, 25 ℃ 에서의 표면장력 12.6 mN/m (계산값), 융점 51 ℃) 등을 예시할 수 있다. 이들 승화성 물질은, 증기압이, 종래의 건조 보조 물질인 DIW (20 ℃ 에서의 증기압 2.3 kPa) 나 t-부탄올 (20 ℃ 에서의 증기압 4.1 kPa, 20 ℃ 에서의 표면장력 19.56 mN/m, 융점 25 ℃) 과 비교해 높기 때문에, 종래보다 빠른 승화 속도로 승화 공정을 실시할 수 있다. 또, 이들 승화성 물질은 OH 기를 가지지 않아, t-부탄올과 비교해 물에 대해 난용성을 나타내므로, 기판 (W) 상에 잔존하는 물과의 혼합이 발생하지 않는다. 그 결과, 승화 후에 패턴 사이에 수분이 잔류하는 일이 없다.
건조 보조액은, 융해 상태에 있는 승화성 물질만으로 이루어지는 것이라도 되지만, 추가로 유기 용매가 포함되어 있어도 된다. 이 경우, 승화성 물질의 함유량은, 건조 보조액의 전체 질량에 대해 60 질량％ 이상이 바람직하고, 95 질량％ 이상이 보다 바람직하다. 또, 유기 용매로는, 융해 상태의 승화성 물질에 대해 상용성을 나타내는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 예를 들어 알코올류 등을 들 수 있다.
＜1-3 기판 처리 방법＞
다음으로, 본 실시형태의 기판 처리 장치 (1) 를 사용한 기판 처리 방법에 대해, 도 7 및 도 8 에 근거하여 이하에 설명한다. 도 7 은, 제 1 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1) 의 동작을 나타내는 플로우 차트이다. 도 8 은, 도 7 의 각 공정에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내는 모식도이다. 또한, 기판 (W) 상에는, 요철의 패턴 (Wp) 이 전공정 (前工程) 에 의해 형성되어 있다. 패턴 (Wp) 은, 볼록부 (Wp1) 및 오목부 (Wp2) 를 구비하고 있다. 본 실시형태에 있어서 볼록부 (Wp1) 는, 100 ∼ 600 nm 의 범위의 높이이고, 10 ∼ 50 nm 의 범위의 폭이다. 또, 인접하는 2 개의 볼록부 (Wp1) 간에 있어서의 최단 거리 (오목부 (Wp2) 의 최단폭) 는, 10 ∼ 50 nm 의 범위이다. 볼록부 (Wp1) 의 어스펙트비, 즉 높이를 폭으로 제산한 값 (높이/폭) 은, 10 ∼ 20 이다.
도 8 에 나타내는 (a) ∼ (e) 까지의 각각의 공정은, 특별히 명시하지 않는 한 대기압 환경하에서 처리된다. 여기서, 대기압 환경이란 표준 대기압 (1 기압, 1013 hPa) 을 중심으로, 0.7 기압 이상 1.3 기압 이하의 환경을 가리킨다. 특히, 기판 처리 장치 (1) 가 양압이 되는 클린 룸 내에 배치되는 경우에는, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 환경은, 1 기압보다 높아진다.
도 7 을 참조한다. 먼저, 소정의 기판 (W) 에 따른 기판 처리 프로그램 (19) 이 오퍼레이터에 의해 실행 지시된다. 그 후, 기판 (W) 을 기판 처리 장치 (1) 에 반입할 준비로서, 제어 유닛 (13) 이 동작 지령을 실시하여 이하의 동작을 한다.
회전 구동부 (52) 의 회전을 정지하고, 척 핀 (54) 을 기판 (W) 의 수수에 적절한 위치에 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 도시되지 않은 개폐 기구에 의해 개방 상태로 한다.
미처리의 기판 (W) 이, 도시되지 않은 기판 반입출 기구에 의해 기판 처리 장치 (1) 내로 반입되고, 척 핀 (54) 상에 재치되면, 도시되지 않은 개폐 기구에 의해 척 핀 (54) 을 폐쇄 상태로 한다.
미처리의 기판 (W) 이 기판 유지 수단 (51) 에 유지된 후, 기판에 대해, 도시되지 않은 습식 세정 수단에 의해, 세정 공정 S11 을 실시한다. 세정 공정 S11 에는, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 세정액을 공급하여 세정한 후, 당해 세정액을 제거하기 위한 린스 처리가 포함된다. 세정액 (린스 처리의 경우에는 린스액) 의 공급은, 제어 유닛 (13) 에 의한 회전 구동부 (52) 에 대한 동작 지령에 의해, 축 A1 둘레로 일정 속도로 회전하는 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 대해 실시된다. 세정액으로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 SC-1 (암모니아, 과산화수소수, 및 물을 포함하는 액체) 이나 SC-2 (염산, 과산화수소수, 및 물을 포함하는 액체) 등을 들 수 있다. 또, 린스액으로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 DIW 등을 들 수 있다. 세정액 및 린스액의 공급량은 특별히 한정되지 않고, 세정하는 범위 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 또, 세정 시간에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 적절히 필요에 따라 설정할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 습식 세정 수단에 의해, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 SC-1 을 공급하여 당해 표면 (Wf) 을 세정한 후, 추가로 표면 (Wf) 에 DIW 를 공급하여, SC-1 을 제거한다.
도 8 에 나타내는 (a) 는, 세정 공정 S11 의 종료 시점에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 패턴 (Wp) 이 형성된 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에는, 세정 공정 S11 에 있어서 공급된 DIW (도면 중에 「60」으로 도시) 가 부착되어 있다.
도 7 로 돌아간다. 다음으로, DIW (60) 가 부착되어 있는 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 IPA 를 공급하는 IPA 린스 공정 S12 를 실시한다. 먼저, 제어 유닛 (13) 이 회전 구동부 (52) 에 동작 지령을 실시하고, 기판 (W) 을 축 A1 둘레로 일정 속도로 회전시킨다.
다음으로, 제어 유닛 (13) 이 선회 구동부 (14) 에 동작 지령을 실시하고, 노즐 (32) 을 기판 (W) 의 표면 (Wf) 중앙부에 위치 결정한다. 그리고, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (36) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (36) 를 개전한다. 이로써, IPA 를, IPA 탱크 (37) 로부터 배관 (35) 및 노즐 (32) 을 개재하여, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급한다.
기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급된 IPA 는, 기판 (W) 이 회전함으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 중앙 부근으로부터 기판 (W) 의 주연부를 향해 유동하고, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 전체면으로 확산된다. 이로써, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 부착되는 DIW 가 IPA 의 공급에 의해 제거되고, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 전체면이 IPA 로 덮인다. 기판 (W) 의 회전 속도는, IPA 로 이루어지는 막의 막두께가, 표면 (Wf) 의 전체면에 있어서 볼록부 (Wp1) 의 높이보다 높아지는 정도로 설정되는 것이 바람직하다. 또, IPA 의 공급량은 특별히 한정되지 않고, 적절히 설정할 수 있다.
IPA 린스 공정 S12 의 종료 후, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (36) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (36) 를 폐전한다. 또, 제어 유닛 (13) 이 선회 구동부 (14) 에 동작 지령을 실시하고, 노즐 (32) 을 퇴피 위치 P2 에 위치 결정한다.
도 8 에 나타내는 (b) 는, IPA 린스 공정 S12 의 종료 시점에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 패턴 (Wp) 이 형성된 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에는, IPA 린스 공정 S12 에 있어서 공급된 IPA (도면 중에 「61」로 도시) 가 부착되어 있고, DIW (60) 는 IPA (61) 에 의해 치환되어 기판 (W) 의 표면 (Wf) 으로부터 제거된다.
도 7 로 돌아간다. 다음으로, IPA (61) 가 부착된 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에, 융해 상태에 있는 건조 보조 물질을 포함한 건조 보조액으로서의 처리액을 공급하는 처리액 공급 공정 (공급 공정) S13 을 실시한다. 먼저, 제어 유닛 (13) 이 회전 구동부 (52) 에 동작 지령을 실시하고, 기판 (W) 을 축 A1 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 이때, 기판 (W) 의 회전 속도는, 건조 보조액으로 이루어지는 액막의 막두께가, 표면 (Wf) 의 전체면에 있어서, 볼록부 (Wp1) 의 높이보다 높아지는 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
계속해서, 제어 유닛 (13) 이 선회 구동부 (14) 에 동작 지령을 실시하고, 노즐 (22) 을 기판 (W) 의 표면 (Wf) 중앙부에 위치 결정한다. 그리고, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (26) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (26) 를 개전한다. 이로써, 건조 보조액을, 처리액 저류 탱크 (271) 로부터 배관 (25) 및 노즐 (22) 을 개재하여, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급한다.
공급되는 건조 보조액의 액온은, 적어도 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급된 후에 있어서, 건조 보조 물질의 융점 이상, 또한 비점보다 낮은 범위에서 설정된다. 예를 들어, 건조 보조 물질로서 상기 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 (비점 82.5 ℃) 을 사용하는 경우에는, 35 ℃ 이상 82 ℃ 이하의 범위에서 설정되는 것이 바람직하다. 또, 건조 보조액의 공급량은 특별히 한정되지 않고, 적절히 설정할 수 있다.
이와 같이, 건조 보조액을, 융점 이상의 고온 상태로 하여 공급함으로써, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 건조 보조액의 액막을 형성시킨 후에 응고체를 형성시킬 수 있다. 그 결과, 층두께가 균일하고, 막상의 응고체가 얻어져, 건조 불균일의 발생을 저감할 수 있다. 또한, 기판 (W) 의 온도 및 챔버 (11) 내의 분위기 온도가, 건조 보조 물질의 융점 이하인 경우에, 융점을 약간 상회하는 온도의 건조 보조액을 기판 (W) 에 공급하면, 건조 보조액이 기판 (W) 에 접촉하고 나서 매우 단시간 내에 응고하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 균일한 층두께의 응고체를 형성할 수 없어, 건조 불균일의 저감을 도모하는 것이 곤란해진다. 따라서, 기판 (W) 의 온도 및 챔버 (11) 내의 분위기 온도가, 건조 보조 물질의 융점 이하인 경우에는, 건조 보조액의 액온은 융점보다 충분히 고온이 되도록 온도 조정하는 것이 바람직하다.
기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급된 건조 보조액은, 기판 (W) 이 회전함으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 중앙 부근으로부터 기판 (W) 의 주연부를 향해 유동하고, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 전체면으로 확산된다. 이로써, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 부착되어 있던 IPA 가 건조 보조액의 공급에 의해 제거되고, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 전체면이 건조 보조액으로 덮인다. 처리액 공급 공정 S13 의 종료 후, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (26) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (26) 를 폐전한다. 또, 제어 유닛 (13) 이 선회 구동부 (14) 에 동작 지령을 실시하고, 노즐 (22) 을 퇴피 위치 P1 에 위치 결정한다.
도 8 에 나타내는 (c) 는, 처리액 공급 공정 S13 의 종료 시점에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 패턴 (Wp) 이 형성된 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에는, 처리액 공급 공정 S13 에 있어서 공급된 건조 보조액 (도면 중에 「62」로 도시) 이 부착되어 있고, IPA (61) 는 건조 보조액 (62) 에 의해 치환되어 기판 (W) 의 표면 (Wf) 으로부터 제거된다.
도 7 로 돌아간다. 다음으로, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급된 건조 보조액 (62) 을 응고시켜, 건조 보조 물질의 응고막을 형성하는 응고 공정 S14 를 실시한다. 먼저, 제어 유닛 (13) 이 회전 구동부 (52) 에 동작 지령을 실시하고, 기판 (W) 을 축 A1 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 이때, 기판 (W) 의 회전 속도는 건조 보조액 (62) 이 표면 (Wf) 의 전체면에서 볼록부 (Wp1) 보다 높은 소정 두께의 막두께를 형성할 수 있는 정도의 속도로 설정된다.
계속해서, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (84) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (84) 를 개전한다. 이로써, 냉매 (본 실시형태에서는, 7 ℃ 의 냉수) 를, 냉매 저류부 (82) 로부터 배관 (83) 및 냉매 공급관 (85) 을 개재하여, 기판 (W) 의 이면 (Wb) 을 향하여 공급한다.
기판 (W) 의 이면 (Wb) 을 향하여 공급된 냉수는, 기판 (W) 이 회전함으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판 (W) 의 이면 (Wb) 중앙 부근으로부터 기판 (W) 의 주연부 방향을 향해 유동하고, 기판 (W) 의 이면 (Wb) 의 전체면으로 확산된다. 이로써, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 형성되어 있는 건조 보조액 (62) 의 액막이, 건조 보조 물질의 응고점 이하의 저온으로 냉각되어 응고되고, 응고체가 형성된다.
도 8 에 나타내는 (d) 는, 응고 공정 S14 의 종료 시점에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 처리액 공급 공정 S13 에 있어서 공급된 건조 보조액 (62) 이, 기판 (W) 의 이면 (Wb) 에 대한 7 ℃ 의 냉수 (도면 중에 「64」로 도시) 의 공급에 의해 냉각되어 응고되고, 건조 보조 물질을 포함하는 응고체 (도면 중에 「63」으로 도시) 가 형성된다.
도 7 로 돌아간다. 다음으로, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 형성된 응고체 (63) 를 승화시켜, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 으로부터 제거하는 승화 공정 S15 를 실시한다. 승화 공정 S15 에 있어서는, 냉매 공급 수단 (81) 에 의한 기판 (W) 의 이면 (Wb) 에 대한 냉수의 공급을 계속하면서 실시한다. 이로써, 응고체 (63) 를, 건조 보조 물질의 응고점 이하의 온도에서 냉각할 수 있고, 건조 보조 물질이 융해되는 것을 기판 (W) 의 이면 (Wb) 측으로부터 방지할 수 있다.
승화 공정 S15 에 있어서는, 먼저 제어 유닛 (13) 이 회전 구동부 (52) 에 동작 지령을 실시하고, 기판 (W) 을 축 A1 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 이때, 기판 (W) 의 회전 속도는 건조 보조액 (62) 이 표면 (Wf) 의 전체면에서 볼록부 (Wp1) 보다 높은 소정 두께의 막두께를 형성할 수 있는 정도의 속도로 설정된다.
계속해서, 제어 유닛 (13) 이 선회 구동부 (14) 에 동작 지령을 실시하고, 노즐 (42) 을 기판 (W) 의 표면 (Wf) 중앙부에 위치 결정한다. 그리고, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (46) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (46) 를 개전한다. 이로써, 기체 (본 실시형태에서는, 7 ℃ 의 질소 가스) 를, 기체 탱크 (47) 로부터 배관 (45) 및 노즐 (42) 을 개재하여, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 을 향하여 공급한다.
여기서, 질소 가스에 있어서의 건조 보조 물질의 증기의 분압은, 당해 질소 가스의 공급 온도에 있어서의 건조 보조 물질의 포화 증기압보다 낮게 설정된다. 따라서, 이와 같은 질소 가스를 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급하고, 응고체 (63) 에 접촉시키면, 당해 응고체 (63) 로부터 건조 보조 물질이 질소 가스 중으로 승화한다. 또, 질소 가스는 건조 보조 물질의 융점보다 저온이기 때문에, 응고체 (63) 의 융해를 방지하면서, 응고체 (63) 의 승화를 실시할 수 있다.
이로써, 고체 상태의 건조 보조 물질의 승화에 의해, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 상에 존재하는 IPA 등의 물질 제거 시에, 패턴 (Wp) 에 표면장력이 작용하는 것을 방지하여 패턴 도괴의 발생을 억제하면서, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 을 양호하게 건조시킬 수 있다.
도 8 에 나타내는 (e) 는, 승화 공정 S15 의 종료 시점에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 응고 공정 S14 에 있어서 형성된 건조 보조 물질의 응고체 (63) 가, 7 ℃ 의 질소 가스의 공급에 의해 승화되어 표면 (Wf) 으로부터 제거되어, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 건조가 완료된다.
승화 공정 S15 의 종료 후, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (46) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (46) 를 폐전한다. 또, 제어 유닛 (13) 이 선회 구동부 (14) 에 동작 지령을 실시하고, 노즐 (42) 을 퇴피 위치 P3 에 위치 결정한다.
이상에 의해, 일련의 기판 건조 처리가 종료한다. 상기 서술한 바와 같은 기판 건조 처리 후, 도시되지 않은 기판 반입출 기구에 의해, 건조 처리가 완료된 기판 (W) 이 챔버 (11) 로부터 반출된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 융해한 상태의 건조 보조 물질을 포함하는 건조 보조액을, IPA 가 부착된 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급하고, 당해 건조 보조액을 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에서 응고시켜 건조 보조 물질을 포함하는 응고체를 형성한 후, 당해 응고체를 승화시켜, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 으로부터 제거함으로써, 기판 (W) 의 건조 처리를 실시한다.
여기서, 건조 보조 물질로서 20 ℃ ∼ 25 ℃ 의 범위에서의 증기압이 5 kPa 이상, 또한 20 ℃ ∼ 25 ℃ 의 범위에서의 표면장력이 25 mN/m 이하인 것을 사용함으로써, 응고체에 있어서 건조 보조 물질이 승화할 때에, 당해 승화가 불균일하게 진행하는 것을 저감할 수 있다. 그 결과, 패턴에 응력이 가해지는 것을 방지할 수 있어, 종래의 기판 건조와 비교해 기판 상의 패턴 도괴를 보다 확실하게 억제할 수 있다.
(제 2 실시형태)
본 발명에 관련된 제 2 실시형태에 대해, 이하에 설명한다. 본 실시형태는, 제 1 실시형태와 비교해, 응고 공정 S14 에 있어서, 냉매 공급 수단 (81) 에 의한 냉수의 공급 대신에, 기체 공급 수단 (41) 에 의한 질소 가스의 공급을 실시한 점이 상이하다. 이와 같은 구성에 의해서도, 패턴의 도괴를 억제하면서, 기판의 표면을 양호하게 건조시킬 수 있다.
＜2-1 기판 처리 장치의 전체 구성 및 건조 보조액＞
제 2 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 및 제어 유닛은, 제 1 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1) 및 제어 유닛 (13) 과 기본적으로 동일한 구성을 갖는 것이기 때문에 (도 1 및 도 2 참조), 그 설명은 동일 부호를 붙이고 생략한다. 또, 본 실시형태에서 사용하는 건조 보조액도, 제 1 실시형태에 관련된 건조 보조액과 동일하기 때문에, 그 설명은 생략한다.
＜2-2 기판 처리 방법＞
다음으로, 제 1 실시형태와 동일한 구성의 기판 처리 장치 (1) 를 사용한, 제 2 실시형태에 관련된 기판 처리 방법에 대해 설명한다.
이하, 도 1, 도 2, 도 7 및 도 9 를 적절히 참조하여 기판 처리의 공정을 설명한다. 도 9 는, 도 7 의 각 공정에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내는 모식도이다. 또한, 제 2 실시형태에 있어서, 도 6 과, 도 9 에 나타내는 (a) ∼ (c) 의 세정 공정 S11, IPA 린스 공정 S12 및 건조 보조액 공급 공정 S13 의 각 공정은, 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
여기서, 도 9 에 나타내는 (a) 는, 제 2 실시형태에 있어서의 세정 공정 S11 의 종료 시점에 있어서 DIW (60) 의 액막으로 표면 (Wf) 이 덮인 기판 (W) 의 양태를 나타내고, 도 9 에 나타내는 (b) 는, 제 2 실시형태에 있어서의 IPA 린스 공정 S12 의 종료 시점에 있어서 IPA (61) 의 액막으로 표면 (Wf) 이 덮인 기판 (W) 의 양태를 나타내고, 도 9 에 나타내는 (c) 는, 제 2 실시형태에 있어서의 건조 보조액 공급 공정 S13 의 종료 시점에 있어서 건조 보조 물질을 융해한 건조 보조액 (62) 의 액막으로 표면 (Wf) 이 덮인 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다.
또, 도 9 에 나타내는 (a) ∼ (e) 까지의 각각의 공정은, 특별히 지시하지 않는 한, 대기압 환경하에서 처리된다. 여기서, 대기압 환경이란 표준 대기압 (1 기압, 1013 hPa) 을 중심으로, 0.7 기압 이상 1.3 기압 이하의 환경을 가리킨다. 특히, 기판 처리 장치 (1) 가 양압이 되는 클린 룸 내에 배치되는 경우에는, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 환경은, 1 기압보다 높아진다. 또, 도 9 에 나타내는 (d) 및 (e) 의 각 처리 (자세한 것은 후술한다.) 는, 17 Pa (17 × 10-5 기압) 의 감압 환경하에서 실시된다.
도 7 을 참조한다. 세정 공정 S11, IPA 린스 공정 S12 및 건조 보조액 공급 공정 S13 이 실행된 후, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급된 건조 보조액 (62) 의 액막을 응고시켜, 건조 보조 물질을 포함하는 응고체를 형성하는 응고 공정 S14 를 실시한다. 구체적으로는, 먼저 제어 유닛 (13) 이 회전 구동부 (52) 에 동작 지령을 실시하고, 기판 (W) 을 축 A1 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 이때, 기판 (W) 의 회전 속도는, 건조 보조액으로 이루어지는 액막의 막두께가, 표면 (Wf) 의 전체면에 있어서, 볼록부 (Wp1) 의 높이보다 높아지는 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
계속해서, 제어 유닛 (13) 이 선회 구동부 (14) 에 동작 지령을 실시하고, 노즐 (42) 을 기판 (W) 의 표면 (Wf) 중앙부에 위치 결정한다. 그리고, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (46) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (46) 를 개전한다. 이로써, 기체 (본 실시형태에서는, 7 ℃ 의 질소 가스) 를, 기체 탱크 (47) 로부터 배관 (45) 및 노즐 (42) 을 개재하여, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 을 향하여 공급한다.
기판 (W) 의 표면 (Wf) 을 향하여 공급된 질소 가스는, 기판 (W) 이 회전함으로써 발생하는 원심력에 의해, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 중앙 부근으로부터 기판 (W) 의 주연부 방향을 향해 유동하고, 건조 보조액 (62) 으로 덮인 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 전체면으로 확산된다. 이로써, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 형성되어 있는 건조 보조액 (62) 의 액막이, 건조 보조 물질의 응고점 이하의 저온으로 냉각되어 응고되어, 응고체가 형성된다.
도 9 에 나타내는 (d) 는, 응고 공정 S14 의 종료 시점에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 처리액 공급 공정 S13 에 있어서 공급된 건조 보조액 (62) 이, 7 ℃ 의 질소 가스의 공급에 의해 냉각되어 응고되어, 건조 보조 물질을 포함하는 응고체 (63) 가 형성된다.
도 7 로 돌아간다. 다음으로, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 형성된 응고체 (63) 를 승화시켜, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 으로부터 제거하는 승화 공정 S15 를 실시한다. 승화 공정 S15 에 있어서도, 응고 공정 S14 로부터 계속해, 노즐 (42) 로부터의 기체 (질소 가스) 의 공급이 계속된다.
여기서, 질소 가스에 있어서의 건조 보조 물질의 증기의 분압은, 당해 질소 가스의 공급 온도에 있어서의 건조 보조 물질의 포화 증기압보다 낮게 설정된다. 따라서, 이와 같은 질소 가스를 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급하고, 응고체 (63) 에 접촉하면, 당해 응고체 (63) 로부터 건조 보조 물질이 질소 가스 중으로 승화한다. 또, 질소 가스는 건조 보조 물질의 융점보다 저온이기 때문에, 응고체 (63) 의 융해를 방지하면서, 응고체 (63) 의 승화를 실시할 수 있다.
이로써, 고체 상태의 건조 보조 물질의 승화에 의해, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 상에 존재하는 IPA 등의 물질 제거 시에, 패턴 (Wp) 에 표면장력이 작용하는 것을 방지하여 패턴 도괴의 발생을 억제하면서, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 을 양호하게 건조시킬 수 있다.
도 9 에 나타내는 (e) 는, 승화 공정 S15 의 종료 시점에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 응고 공정 S14 에 있어서 형성된 건조 보조 물질의 응고체 (63) 가, 7 ℃ 의 질소 가스의 공급에 의해 승화되어 표면 (Wf) 으로부터 제거되어, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 건조가 완료된다.
승화 공정 S15 의 종료 후, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (46) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (46) 를 폐전한다. 또, 제어 유닛 (13) 이 선회 구동부 (14) 에 동작 지령을 실시하고, 노즐 (42) 을 퇴피 위치 P3 에 위치 결정한다.
이상에 의해, 일련의 기판 건조 처리가 종료한다. 상기 서술한 바와 같은 기판 건조 처리 후, 도시되지 않은 기판 반입출 기구에 의해, 건조 처리가 완료된 기판 (W) 이 챔버 (11) 로부터 반출된다.
본 실시형태에서는, 응고 공정 S14 와 승화 공정 S15 에 있어서, 공통의 기체 공급 수단 (41) 을 사용하여, 건조 보조 물질에 대해 불활성인 가스인 질소 가스를, 건조 보조 물질의 응고점 이하의 온도에서 공급한다. 이로써, 응고 공정 S14 후, 즉석에서 승화 공정 S15 를 개시할 수 있고, 기판 처리 장치 (1) 의 각 부를 동작시키는 것에 수반하는 처리 시간이나, 동작시키는 제어 유닛 (13) 의 기판 처리 프로그램 (19) 의 메모리량을 저감할 수 있고, 또 처리에 사용하는 부품수도 적게 할 수 있기 때문에 장치 비용을 저감할 수 있는 효과가 있다. 특히, 본 실시형태에서는 감압 수단 (71) 은 이용하지 않기 때문에, 감압 수단 (71) 을 생략할 수 있다.
(제 3 실시형태)
본 발명에 관련된 제 3 실시형태에 대해, 이하에 설명한다. 본 실시형태는, 제 2 실시형태와 비교해, 응고 공정 S14 및 승화 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 건조 보조액＞
제 3 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 및 제어 유닛은, 제 1 실시형태에 관련된 기판 처리 장치 (1) 및 제어 유닛 (13) 과 기본적으로 동일한 구성을 갖는 것이기 때문에 (도 1 및 도 2 참조), 그 설명은 동일 부호를 붙이고 생략한다. 또, 본 실시형태에서 사용하는 건조 보조액도, 제 1 실시형태에 관련된 건조 보조액과 동일하기 때문에, 그 설명은 생략한다.
＜3-2 기판 처리 방법＞
다음으로, 제 1 실시형태와 동일한 구성의 기판 처리 장치 (1) 를 사용한, 제 3 실시형태에 관련된 기판 처리 방법에 대해 설명한다.
이하, 도 1, 도 2, 도 7 및 도 10 을 적절히 참조하여 기판 처리의 공정을 설명한다. 도 10 은, 도 7 의 각 공정에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내는 모식도이다. 또한, 제 3 실시형태에 있어서, 도 7 과, 도 10 의 (a) ∼ (c) 까지에 나타내는 세정 공정 S11, IPA 린스 공정 S12 및 처리액 공급 공정 S13 의 각 공정은, 제 1 실시형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
여기서, 도 10 에 나타내는 (a) 는, 제 3 실시형태에 있어서의 세정 공정 S11 의 종료 시점에 있어서 DIW (60) 의 액막으로 표면 (Wf) 이 덮인 기판 (W) 의 양태를 나타내고, 도 10 에 나타내는 (b) 는, 제 3 실시형태에 있어서의 IPA 린스 공정 S12 의 종료 시점에 있어서 IPA (61) 의 액막으로 표면 (Wf) 이 덮인 기판 (W) 의 양태를 나타내고, 도 10 에 나타내는 (c) 는, 제 3 실시형태에 있어서의 처리액 공급 공정 S13 의 종료 시점에 있어서 건조 보조 물질 (승화성 물질) 을 융해한 건조 보조액 (62) 의 액막으로 표면 (Wf) 이 덮인 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다.
또, 도 10 에 나타내는 (a) ∼ (e) 까지의 각각의 공정은, 특별히 지시하지 않는 한 대기압 환경하에서 처리된다. 여기서, 대기압 환경이란 표준 대기압 (1 기압, 1013 hPa) 을 중심으로, 0.7 기압 이상 1.3 기압 이하의 환경을 가리킨다. 특히, 기판 처리 장치 (1) 가 양압이 되는 클린 룸 내에 배치되는 경우에는, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 환경은, 1 기압보다 높아진다. 또, 도 10 의 (d) 및 (e) 에 도시하는 처리 (자세한 것은 후술한다.) 는, 1.7 Pa (1.7 × 10-5 기압) 의 감압 환경하에서 실시된다.
도 7 을 참조한다. 세정 공정 S11, IPA 린스 공정 S12 및 처리액 공급 공정 S13 이 실행된 후, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급된 건조 보조액 (62) 의 액막을 응고시켜, 건조 보조 물질을 포함하는 응고체를 형성하는 응고 공정 S14 를 실시한다. 구체적으로는, 먼저 제어 유닛 (13) 이 회전 구동부 (52) 에 동작 지령을 실시하고, 기판 (W) 을 축 A1 둘레로 일정 속도로 회전시킨다. 이때, 기판 (W) 의 회전 속도는, 건조 보조액으로 이루어지는 액막의 막두께가, 표면 (Wf) 의 전체면에 있어서, 볼록부 (Wp1) 의 높이보다 높아지는 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
계속해서, 제어 유닛 (13) 이 배기 펌프 (72) 에 동작 지령을 실시하고, 배기 펌프 (72) 의 구동을 개시한다. 그리고 제어 유닛 (13) 이 밸브 (74) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (74) 를 개전한다. 이로써, 챔버 (11) 내부의 기체를, 배관 (73) 을 개재하여 챔버 (11) 외부로 배기한다. 챔버 (11) 내부를 배관 (73) 이외에 대해 밀폐 상태로 함으로써, 챔버 (11) 의 내부 환경을 대기압으로부터 감압한다.
감압은, 대기압 (약 1 기압, 약 1013 hPa) 으로부터 1.7 × 10-5 기압 (1.7 Pa) 정도로까지 실시된다. 또한, 본원 발명의 실시에 있어서는 당해 기압으로 한정되지 않고, 감압 후의 챔버 (11) 내의 기압은, 챔버 (11) 등의 내압성 등에 따라 적절히 설정되면 된다. 챔버 (11) 내가 감압되면, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급된 건조 보조액 (62) 의 증발이 발생하고, 그 기화열에 의해 건조 보조액 (62) 이 냉각되고, 응고된다.
도 10 에 나타내는 (d) 는, 응고 공정 S14 의 종료 시점에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 처리액 공급 공정 S13 에 있어서 공급된 건조 보조액 (62) 이, 챔버 (11) 내의 감압에서 기인하는 건조 보조액 (62) 의 증발에 의해 냉각되어 응고되어, 건조 보조 물질의 응고체 (63) 가 형성된다.
이때, 건조 보조액 (62) 이 증발한 분만큼, 응고체 (63) 의 층두께는 얇아진다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서의 처리액 공급 공정 S13 에서는 응고 공정 S14 에 있어서의 건조 보조액 (62) 의 증발분을 고려한 후에, 건조 보조액 (62) 이 소정 이상의 두께의 액막이 되도록, 기판 (W) 의 회전 속도 등을 조정하는 것이 바람직하다.
도 7 로 돌아간다. 다음으로, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 형성된 응고체 (63) 를 승화시켜, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 으로부터 제거하는 승화 공정 S15 를 실시한다. 승화 공정 S15 에 있어서도, 응고 공정 S14 로부터 계속해, 감압 수단 (71) 에 의한 챔버 (11) 내의 감압 처리가 계속된다.
감압 처리에 의해, 챔버 (11) 내의 환경은 건조 보조 물질의 포화 증기압보다 낮은 압력이 된다. 따라서, 이와 같은 감압 환경을 유지하면, 응고체 (63) 로부터 건조 보조 물질의 승화가 발생한다.
응고체 (63) 로부터 건조 보조 물질의 승화가 발생할 때에도, 응고체 (63) 로부터 승화열로서 열을 빼앗기 때문에, 응고체 (63) 는 냉각된다. 따라서, 제 3 실시형태에 있어서, 승화 공정 S15 는, 챔버 (11) 내의 환경이 건조 보조 물질의 융점보다 약간 높은 온도 (상온 환경) 인 경우에도, 응고체 (63) 를 별도 냉각하는 일 없이 응고체 (63) 를 건조 보조 물질의 융점보다 저온 상태로 유지할 수 있어, 응고체 (63) 의 융해를 방지하면서, 응고체 (63) 의 승화를 실시할 수 있다. 그 결과, 별도의 냉각 기구를 설치할 필요가 없어, 장치 비용이나 처리 비용을 저감할 수 있다.
상기와 같이, 고체 상태의 건조 보조 물질의 승화에 의해, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 상에 존재하는 IPA 등의 물질 제거 시에, 패턴 (Wp) 에 표면장력이 작용하는 것을 방지하여 패턴 도괴의 발생을 억제하면서, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 을 양호하게 건조시킬 수 있다.
도 10 에 나타내는 (e) 는, 승화 공정 S15 의 종료 시점에 있어서의 기판 (W) 의 양태를 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 응고 공정 S14 에 있어서 형성된 건조 보조 물질의 응고체 (63) 가, 챔버 (11) 내가 감압 환경으로 됨으로써 승화되어 표면 (Wf) 으로부터 제거되어, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 의 건조가 완료된다.
승화 공정 S15 의 종료 후, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (74) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (74) 를 개전한다. 또, 제어 유닛 (13) 이 배기 펌프 (72) 에 동작 지령을 실시하고, 배기 펌프 (72) 의 동작을 정지한다. 그리고, 제어 유닛 (13) 이 밸브 (46) 에 동작 지령을 실시하고, 밸브 (46) 를 개전함으로써, 기체 탱크 (47) 로부터 배관 (45) 및 노즐 (42) 을 개재하여 챔버 (11) 내로 기체 (질소 가스) 를 도입하고, 챔버 (11) 내를 감압 환경으로부터 대기압 환경으로 복귀시킨다. 이때, 노즐 (42) 은 퇴피 위치 P3 에 위치해도 되고, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 중앙부에 위치해도 된다.
또한, 승화 공정 S15 의 종료 후, 챔버 (11) 내를 대기압 환경으로 복귀시키는 방법으로는 상기로 한정되지 않고, 각종 공지된 수법이 채용되어도 된다.
이상에 의해, 일련의 기판 건조 처리가 종료한다. 상기 서술한 바와 같은 기판 건조 처리 후, 도시되지 않은 기판 반입출 기구에 의해, 건조 처리가 완료된 기판 (W) 이 챔버 (11) 로부터 반출된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 건조 보조 물질을 융해한 건조 보조액을, IPA 가 부착된 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 공급하여 치환한다. 그 후, 건조 보조액을 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에서 응고시켜 건조 보조 물질의 응고막을 형성한 후, 건조 보조 물질을 승화시켜, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 으로부터 제거한다. 이로써, 기판 (W) 의 건조 처리를 실시한다.
본 실시형태와 같이, 감압에 의해 건조 보조액의 응고 및 승화를 실시해도, 패턴의 도괴를 방지하면서 기판 (W) 의 양호한 건조를 실시할 수 있다. 구체적인 패턴 억제 효과에 대해서는, 후술의 실시예에서 설명한다.
또, 본 실시형태에서는, 응고 공정 S14 와 승화 공정 S15 에 있어서, 공통의 감압 수단 (71) 을 사용하여, 챔버 (11) 의 내부를 감압하였다. 이로써, 응고 공정 S14 후, 즉석에서 승화 공정 S15 를 개시할 수 있고, 기판 처리 장치 (1) 의 각 부를 동작시키는 것에 수반하는 처리 시간이나, 동작시키는 제어 유닛 (13) 의 기판 처리 프로그램 (19) 의 메모리량을 저감할 수 있다. 또, 처리에 사용하는 부품수도 적게 할 수 있기 때문에, 장치 비용을 저감할 수 있다는 효과가 있다. 특히, 제 3 실시형태에서는 저온의 질소 가스는 이용하지 않기 때문에, 기체 공급 수단 (41) 에 있어서의 온도 조정부 (272) 를 생략할 수 있다. 또, 챔버 (11) 내를 감압 환경으로부터 대기압 환경으로 복귀시킬 때에, 기체 공급 수단 (41) 이외의 수단을 사용하는 경우에는, 기체 공급 수단 (41) 을 생략해도 된다.
(변형예)
이상의 설명에 있어서는, 본 발명의 바람직한 실시양태에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이들 실시양태로 한정되는 것이 아니고, 그 밖의 여러 가지 형태로 실시 가능하다. 이하에, 그 밖의 주된 형태를 예시한다.
제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서는, 1 개의 챔버 (11) 내에 있어서, 기판 (W) 에 대해 각 공정이 실행되었다. 그러나, 본 발명의 실시에 관해서는 이것으로 한정되지 않고, 각 공정마다 챔버가 준비되어도 된다.
예를 들어, 각 실시형태에 있어서, 응고 공정 S14 까지를 제 1 챔버에서 실행하고, 기판 (W) 의 표면 (Wf) 에 응고막이 형성된 후, 제 1 챔버로부터 기판 (W) 을 반출하고, 별도의 제 2 챔버에 응고막이 형성된 기판 (W) 을 반입하여, 제 2 챔버에서 승화 공정 S15 를 실시해도 된다.
또, 제 1 실시형태에서는, 승화 공정 S15 에 있어서, 냉매 공급 수단 (81) 에 의한 냉수의 공급을 계속하면서, 기체 공급 수단 (41) 에 의한 질소 가스의 공급을 실시하였다. 그러나, 본 발명의 실시에 관해서는 이것으로 한정되지 않고, 기체 공급 수단 (41) 에 의한 질소 가스의 공급을 멈추고, 냉매 공급 수단 (81) 에 의해 냉수를 공급하면서 응고체 (63) 에 있어서의 건조 보조 물질을 자연 승화시키도록 해도 된다.
이하에, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 상세하게 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 재료나 배합량 등은, 특별히 한정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그것들만으로 한정하는 취지의 것이 아니다.
(기판)
기판으로서, 모델 패턴이 표면에 형성된 실리콘 기판을 준비하였다. 도 11 에, 실리콘 기판의 모델 패턴이 형성된 면을 나타내는 SEM (Scanning Electron Microscope) 화상을 나타낸다. 모델 패턴으로는, 직경 30 nm, 높이 480 nm 의 원기둥 (어스펙트비는 16) 이, 약 80 nm 의 간격을 두고 배열된 패턴을 채용하였다. 도 11 중에, 백색으로 나타내는 부분이 원기둥 부분 (즉, 패턴의 볼록부) 의 헤드부이고, 흑색으로 나타내는 부분이 패턴의 오목부이다. 도 11 에 나타내는 바와 같이, 패턴 형성면에는, 규칙적으로 대략 동일한 크기의 백색 원이 배열되어 있는 것이 확인되고 있다.
(실시예 1)
본 실시예에 있어서는, 이하에 서술하는 순서로 상기 실리콘 기판의 건조 처리를 실시하고, 패턴 도괴의 억제 효과를 평가하였다. 또, 실리콘 기판의 처리에 있어서는, 제 1 실시형태에서 설명한 기판 처리 장치를 사용하였다.
＜순서 1-1 자외광의 조사＞
먼저, 실리콘 기판의 표면에 자외광을 조사하고, 그 표면 특성을 친수성으로 하였다. 이로써, 패턴의 오목부로 액체가 들어가는 것을 용이하게 하고, 당해 액체가 공급된 후에 있어서는, 패턴의 도괴가 생기기 쉬운 환경을 인공적으로 만들어 냈다.
＜순서 1-2 공급 공정＞
다음으로, 대기압하에 있는 챔버 (11) 내에서, 건조시킨 실리콘 기판의 패턴 형성면에 직접, 승화성 물질이 융해하여 이루어지는 건조 보조액 (액온 40 ℃) 을 공급하였다. 이로써, 실리콘 기판의 패턴 형성면 상에, 건조 보조액으로 이루어지는 액막을 형성하였다. 승화성 물질로는, 하기 화학 구조식으로 나타내는 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄을 사용하였다. 당해 화합물은, 표면장력이 25 ℃ 의 환경하에서 19.6 mN/m 이고, 증기압이 20 ℃ 의 환경하에서 8.2 kPa (62.0 mmHg) 이다 (모두 문헌값, 하기 표 1 참조). 또, 융점 및 응고점은 20.5 ℃ 이고, 비중은 25 ℃ 의 환경하에서 1.58 의 물질이다. 또한, 당해 화합물은, 예를 들어 불소계 폴리머의 용해성이 우수한 점에서, 각종 코팅제의 용제나, 유막 오염의 세정제로서 사용되는 것이다.
Figure 112017117986295-pat00001
＜순서 1-3 응고 공정＞
계속해서, 대기압 환경하에서, 7 ℃ 의 질소 가스를 건조 보조액으로 이루어지는 액막 상에 공급하고, 당해 건조 보조액을 응고시켜 응고체를 형성시켰다.
＜순서 1-4 승화 공정＞
또한, 상온 대기압 환경하에서, 7 ℃ 의 질소 가스를 계속해서 응고체에 계속 공급하고, 이로써 응고체의 융해를 방지하면서, 건조 보조 물질 (승화성 물질) 을 승화시켜, 실리콘 기판의 패턴 형성면으로부터 응고체를 제거하였다. 또한, 질소 가스의 온도는 7 ℃ 이고, 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄의 융점 (20.5 ℃) 보다 저온이기 때문에, 응고체에 대해 별도 냉각은 실시하지 않았다.
도 12 는, 상기 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행한 후의, 실리콘 기판의 SEM 화상이다. 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면 (도 11 참조) 과 비교해 패턴의 도괴가 저감되어 있고, 표시된 영역에 있어서의 도괴율은 15.7 ％ 였다. 이로써, 건조 보조 물질로서 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄을 사용한 경우에는, 패턴의 도괴를 매우 양호하게 억제할 수 있어, 승화 건조에 유효한 것이 나타났다.
또한, 상기 도괴율은, 이하의 식에 의해 산출한 값이다.
도괴율 (％) = (임의의 영역에 있어서의 도괴한 볼록부의 수) ÷ (당해 영역에 있어서의 볼록부의 총수) × 100
(실시예 2)
본 실시예에 있어서는, 건조 보조 물질로서 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 대신에 도데카플루오로시클로헥산 (증기압 33.1 kPa (25 ℃), 표면장력 12.6 mN/m (25 ℃), 융점 및 응고점 51 ℃, 모두 문헌값) 을 사용하였다 (하기 표 1 참조). 그 이외는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행하고, 실리콘 기판의 패턴 형성면의 동결 건조를 실시하였다.
도 13 은, 본 실시예에 있어서, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행한 후의, 실리콘 기판의 SEM 화상이다. 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면 (도 11 참조) 과 비교해, 패턴의 도괴가 대폭 저감되어 있고, 표시된 영역에 있어서의 도괴율은 2.5 ％ 였다. 이로써, 건조 보조 물질로서 도데카플루오로시클로헥산을 사용한 경우에는, 패턴의 도괴를 매우 양호하게 억제할 수 있어, 승화 건조에 유효한 것이 나타났다.
(비교예 1)
본 비교예에 있어서는, 건조 보조 물질로서 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 대신에 t-부탄올 (증기압 4.1 kPa (20 ℃), 표면장력 19.56 mN/m (20 ℃), 융점 및 응고점 25 ℃, 모두 문헌값) 을 사용하였다 (하기 표 1 참조). 그 이외는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행하고, 실리콘 기판의 패턴 형성면의 동결 건조를 실시하였다.
도 14 는, 본 실시예에 있어서, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행한 후의, 실리콘 기판의 SEM 화상이다. 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면 (도 11 참조) 과 비교하여, 패턴의 도괴가 저감되어 있지 않고, 표시된 영역에 있어서의 도괴율은 52.3 ％ 였다. 이로써, 건조 보조 물질로서 t-부탄올을 사용한 경우에는, 패턴 도괴의 저감이 불충분한 것이 확인되었다.
(비교예 2)
본 비교예에 있어서는, 건조 보조 물질로서 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 대신에 아세트산 (증기압 1.50 kPa (20 ℃), 표면장력 27.7 mN/m (20 ℃), 융점 및 응고점 17 ℃, 모두 문헌값) 을 사용하였다 (하기 표 1 참조). 그 이외는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행하고, 실리콘 기판의 패턴 형성면의 동결 건조를 실시하였다.
도 15 는, 본 실시예에 있어서, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행한 후의, 실리콘 기판의 SEM 화상이다. 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면 (도 11 참조) 과 비교해, 대폭 패턴의 도괴가 발생하여 있고, 표시된 영역에 있어서의 도괴율은 99.1 ％ 였다. 이로써, 건조 보조 물질로서 아세트산을 사용한 경우에는, 패턴 도괴의 저감이 불충분한 것이 확인되었다.
(비교예 3)
본 비교예에 있어서는, 건조 보조 물질로서 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 대신에 1,4-디옥산 (증기압 3.9 kPa (20 ℃), 표면장력 33.4 mN/m (25 ℃), 융점 및 응고점 11 ℃, 모두 문헌값) 을 사용하였다 (하기 표 1 참조). 그 이외는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행하고, 실리콘 기판의 패턴 형성면의 동결 건조를 실시하였다.
도 16 은, 본 실시예에 있어서, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행한 후의, 실리콘 기판의 SEM 화상이다. 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면 (도 11 참조) 과 비교해, 대폭 패턴의 도괴가 발생하여 있고, 표시된 영역에 있어서의 도괴율은 99.3 ％ 였다. 이로써, 건조 보조 물질로서 1,4-디옥산을 사용한 경우에는, 패턴 도괴의 저감이 불충분한 것이 확인되었다.
(비교예 4)
본 비교예에 있어서는, 건조 보조 물질로서 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 대신에 4,4-디플루오로시클로헥산 (증기압 0.37 kPa (25 ℃), 표면장력 29.2 mN/m (25 ℃), 융점 및 응고점 35 ∼ 36 ℃, 모두 문헌값) 을 사용하였다 (하기 표 1 참조). 그 이외는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행하고, 실리콘 기판의 패턴 형성면의 동결 건조를 실시하였다.
도 17 은, 본 실시예에 있어서, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행한 후의, 실리콘 기판의 SEM 화상이다. 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면 (도 11 참조) 과 비교해, 대폭 패턴의 도괴가 발생하여 있고, 표시된 영역에 있어서의 도괴율은 97.0 ％ 였다. 이로써, 건조 보조 물질로서 4,4-디플루오로시클로헥산을 사용한 경우에는, 패턴 도괴의 저감이 불충분한 것이 확인되었다.
(비교예 5)
본 비교예에 있어서는, 건조 보조 물질로서 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 대신에 플루오로시클로헥산 (증기압 5.67 kPa (25 ℃), 표면장력 21.8 mN/m (25 ℃), 융점 및 응고점 13 ℃, 모두 문헌값) 을 사용하였다 (하기 표 1 참조). 그 이외는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행하고, 실리콘 기판의 패턴 형성면의 동결 건조를 실시하였다.
도 18 은, 본 실시예에 있어서, 순서 1-1 부터 순서 1-4 까지를 실행한 후의, 실리콘 기판의 SEM 화상이다. 건조 처리 전의 실리콘 기판의 패턴 형성면 (도 11 참조) 과 비교해, 패턴의 도괴가 저감되어 있지 않고, 표시된 영역에 있어서의 도괴율은 35.8 ％ 였다. 이로써, 건조 보조 물질로서 플루오로시클로헥산을 사용한 경우에는, 패턴 도괴의 저감이 불충분한 것이 확인되었다.
Figure 112017117986295-pat00002
(결과)
도 12 ∼ 도 18 에 나타내는 바와 같이, 건조 보조 물질로서 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 및 도데카플루오로시클로헥산을 사용한 실시예 1 및 2 의 경우에는, 예를 들어 종래의 건조 보조 물질을 사용한 비교예 1 ∼ 5 의 경우와 비교해, 패턴 도괴의 발생을 저감할 수 있는 것이 확인되었다.
본 발명은, 기판의 표면에 부착되는 액체를 제거하는 건조 기술, 및 당해 건조 기술을 사용하여 기판의 표면을 처리하는 기판 처리 기술 전반에 적용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 기판의 패턴 형성면의 건조 처리에 사용되는 기판 처리 장치로서,
    기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 승화성 물질을 포함하는 처리액을 공급하는 공급 수단과,
    상기 처리액을, 상기 패턴 형성면 상에서 응고시켜 응고체를 형성하는 응고 수단과,
    상기 응고체를 승화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 승화 수단을 구비하고,
    상기 승화성 물질의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 증기압이 8 kPa 이상 100 kPa 이하이고, 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 표면장력이 20 mN/m 이하인, 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리액은 융해 상태의 상기 승화성 물질만으로 이루어진, 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 승화성 물질이 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 또는 도데카플루오로시클로헥산인, 기판 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 수단은, 상기 처리액을 대기압하에서, 상기 기판의 패턴 형성면에 공급하는 것이고,
    상기 응고 수단은, 상기 처리액을 대기압하에서 상기 승화성 물질의 응고점 이하로 냉각하는 것인, 기판 처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 승화성 물질은 대기압하에서 승화성을 갖고,
    상기 승화 수단은, 상기 승화성 물질을 대기압하에서 승화시키는, 기판 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 응고 수단 또는 승화 수단 중 적어도 어느 일방은, 냉매를, 상기 승화성 물질의 응고점 이하의 온도에서, 상기 기판에 있어서의 패턴 형성면과는 반대측인 이면을 향하여 공급하는 냉매 공급 수단인, 기판 처리 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 응고 수단 또는 승화 수단 중 적어도 어느 일방은, 적어도 상기 승화성 물질에 대해 불활성인 가스를, 당해 승화성 물질의 응고점 이하의 온도에서, 상기 패턴 형성면을 향하여 공급하는 기체 공급 수단인, 기판 처리 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 승화 수단은, 적어도 상기 승화성 물질에 대해 불활성인 가스를, 당해 승화성 물질의 응고점 이하의 온도에서, 상기 패턴 형성면을 향하여 공급하는 기체 공급 수단과, 냉매를, 상기 승화성 물질의 응고점 이하의 온도에서, 상기 기판에 있어서의 패턴 형성면과는 반대측인 이면을 향하여 공급하는 냉매 공급 수단인, 기판 처리 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 승화 수단은, 상기 응고체가 형성된 상기 패턴 형성면을, 대기압보다 낮은 환경하로 감압시키는 감압 수단인, 기판 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 응고 수단은, 상기 처리액이 공급된 상기 패턴 형성면을, 대기압보다 낮은 환경하로 감압시키는 감압 수단인, 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 승화 수단으로서 상기 감압 수단을 사용하는, 기판 처리 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 수단은, 상기 처리액의 온도를 상기 승화성 물질의 융점 이상, 또한 비점보다 낮은 온도로 조정하는 처리액 온도 조정부를 갖는, 기판 처리 장치.
  13. 기판의 패턴 형성면의 건조 처리를 실시하는 기판 처리 방법으로서,
    기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 승화성 물질을 포함하는 처리액을 공급하는 공급 방법과,
    상기 처리액을, 상기 패턴 형성면 상에서 응고시켜 응고체를 형성하는 응고 방법과,
    상기 응고체를 승화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 승화 방법을 포함하고,
    상기 승화성 물질의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 증기압이 8 kPa 이상 100 kPa 이하이고, 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 표면장력이 20 mN/m 이하인, 기판 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 처리액은 융해 상태의 상기 승화성 물질만으로 이루어진, 기판 처리 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 승화성 물질이 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 또는 도데카플루오로시클로헥산인, 기판 처리 방법.
  16. 기판의 패턴 형성면의 건조 처리에 사용되는 기판 처리 장치로서,
    기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 승화성 물질을 포함하는 처리액을 공급하는 공급 수단과,
    상기 처리액을, 상기 패턴 형성면 상에서 응고시켜 응고체를 형성하는 응고 수단과,
    상기 응고체를 승화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 승화 수단을 구비하고,
    상기 승화성 물질의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 증기압이 5 kPa 이상이고, 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 표면장력이 20 mN/m 이하 이고,
    상기 승화성 물질이 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 또는 도데카플루오로시클로헥산인, 기판 처리 장치.
  17. 기판의 패턴 형성면의 건조 처리를 실시하는 기판 처리 방법으로서,
    기판의 패턴 형성면에, 융해 상태의 승화성 물질을 포함하는 처리액을 공급하는 공급 방법과,
    상기 처리액을, 상기 패턴 형성면 상에서 응고시켜 응고체를 형성하는 응고 방법과,
    상기 응고체를 승화시켜, 상기 패턴 형성면으로부터 제거하는 승화 방법을 포함하고,
    상기 승화성 물질의 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 증기압이 5 kPa 이상이고, 20 ℃ ∼ 25 ℃ 에 있어서의 표면장력이 20 mN/m 이하이고,
    상기 승화성 물질이 1,1,2,2,3,3,4-헵타플루오로시클로펜탄 또는 도데카플루오로시클로헥산인, 기판 처리 방법.
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