基板处理方法以及基板处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对半导体晶片等基板进行处理的基板处理方法以及基板处理装置。
【背景技术】
[0002]在半导体装置的制造工序中，向半导体晶片等的基板的表面供给处理液，使用处理液对该基板的表面进行处理。
[0003]例如，对基板一张一张地进行处理的单张式的基板处理装置具有:旋转卡盘，将基板保持为大致水平，并使该基板旋转；喷嘴，用于向由该旋转卡盘旋转的基板的表面供给处理液。例如，向由旋转卡盘保持的基板供给药液，然后供给冲洗液，由此基板上的药液被冲洗液置换。然后，进行用于排除基板上的冲洗液的旋转干燥处理。在旋转干燥处理中，通过使基板高速旋转，甩掉在基板上附着的冲洗液来除去(干燥)。在这样的旋转干燥处理中，不能充分除去进入基板的表面的微细图案的间隙的冲洗液，结果可能发生干燥不良。
[0004]因此，如美国专利第5，882，433号记载那样，提出了如下方法，即，向冲洗处理后的基板的表面供给异丙醇(isopropyl alcohol:IPA)液等的常温的有机溶剂，将进入基板的表面的图案的间隙的冲洗液置换为有机溶剂，来使基板的表面干燥。
【发明内容】
[0005]在旋转干燥处理中，相邻的图案彼此拉动接触而有时导致发生图案倒塌。推定其原因之一在于由在相邻的图案间存在的液体产生的表面张力。如美国专利第5，882，433号那样在旋转干燥前将有机溶剂向基板供给的情况下，表面张力低的有机溶剂存在于图案间，所以使相邻的图案彼此拉动的力弱，结果，认为能够防止图案倒塌。
[0006]但是，近年来，为了高集成化，在半导体基板的表面形成有微细且高宽比高的微细图案(凸状图案、线状的图案等)。由于微细且高宽比高的微细图案容易倒塌，所以若仅在旋转干燥处理之前向基板供给有机溶剂，则可能无法充分抑制这样的微细图案的倒塌。
[0007]因此，本发明的目的在于，提供一种能够抑制或防止图案的倒塌并且使基板的表面良好地干燥的基板处理方法以及基板处理装置。
[0008]本发明提供一种基板处理方法，包括:
[0009]有机溶剂置换工序，将表面张力比在保持为水平姿势的基板的上表面上附着的冲洗液的表面张力低的液体的有机溶剂向所述基板的上表面供给，以在所述基板上形成覆盖所述基板的上表面的所述有机溶剂的液膜，利用所述有机溶剂置换所述冲洗液；
[0010]基板高温化工序，在形成所述有机溶剂的液膜后，使所述基板的上表面到达比所述有机溶剂的沸点更高的规定的第一温度，由此，在所述有机溶剂的液膜的整个区域，在所述有机溶剂的液膜和所述基板的上表面之间形成有机溶剂的蒸发气体膜，并且使所述有机溶剂的液膜浮起在所述有机溶剂的蒸发气体膜的上方，
[0011]有机溶剂排除工序，将浮起的所述有机溶剂的液膜从所述基板的上表面的上方排除。
[0012]根据该方法，向基板的上表面供给液体的有机溶剂，通过在基板上形成覆盖基板的上表面的有机溶剂的液膜，将在基板的上表面上附着的冲洗液由液体的有机溶剂置换。由于有机溶剂的液膜覆盖基板的整个上表面，所以能够在基板的整个上表面良好地置换冲洗液。并且，在形成有机溶剂的液膜后，使基板的上表面的温度到达第一温度。由此，在基板的整个上表面，在有机溶剂的液膜和基板的上表面之间形成有机溶剂的蒸发气体膜，并且有机溶剂的液膜浮起在该有机溶剂的蒸发气体膜的上方。在该状态下，在基板的上表面和有机溶剂的液膜之间产生的摩擦力的大小大致为零，因此，有机溶剂的液膜容易沿着基板的上表面移动。
[0013]在有机溶剂排除工序中，对有机溶剂的液膜作用有用于向基板的侧方移动的力。由此，有机溶剂的液膜沿着基板的上表面移动，从基板的周缘部排出。有机溶剂的液膜的移动一边维持液块状态(即，不会分裂为大量小滴)一边进行，由此，能够将有机溶剂的液膜从基板的上方顺利且完全地排除。
[0014]因此，在排除有机溶剂的液膜后的基板的上表面不会呈小滴状残留有机溶剂。即，即使在基板的上表面形成有微细图案的情况下，也不会在微细图案的间隙残留液相的有机溶剂。因此，即使对在上表面上形成有微细图案的基板进行处理的情况下，也能抑制或防止图案的倒塌，并使基板的上表面良好地干燥。
[0015]在本发明的一实施方式中，所述基板处理方法还包括浸液工序，该浸液工序与所述有机溶剂置换工序并行地执行，在该浸液工序中，使所述基板停止旋转或使所述基板以浸液速度旋转。
[0016]根据该方法，与有机溶剂置换工序并行地执行浸液工序。在浸液工序中，使基板的旋转停止或使基板以浸液速度旋转。伴随这样的基板的减速，作用于基板上的液体的有机溶剂的离心力为零或变小，液体的有机溶剂不会从基板的周缘部排出而滞留在基板的上表面上。其结果，在基板的上表面上保持有浸液状态的有机溶剂的液膜。由于利用保持在基板的上表面上的有机溶剂的液膜所含有的有机溶剂来置换基板的上表面的冲洗液，由此，能在基板的上表面更良好地利用有机溶剂置换冲洗液。
[0017]所述基板处理方法在所述浸液工序之前还可以包括第一高速旋转工序，该第一高速旋转工序与所述有机溶剂置换工序并行地执行，在该第一高速旋转工序中，使所述基板以比所述浸液工序中的所述基板的旋转速度更快的第一旋转速度旋转。
[0018]根据该方法，在浸液工序之前，执行第一高速旋转工序。在第一高速旋转工序中，基板以第一旋转速度旋转，由此，基板上的液体的有机溶剂受到由基板的旋转产生的离心力向基板的周缘部扩散。因此，使液体的有机溶剂遍及基板的整个上表面。因此，在紧接着第一高速旋转工序执行的浸液工序中，能够在基板的上表面保持覆盖基板的整个上表面的浸液状态的有机溶剂的液膜。由此，在基板的整个上表面，能够用液体的有机溶剂良好地置换基板的上表面的冲洗液。
[0019]所述基板处理方法在所述浸液工序之后还可以包括薄膜化工序，该薄膜化工序与所述有机溶剂置换工序并行地执行，在该薄膜化工序中，使所述基板以比所述浸液工序中的所述基板的旋转速度更快的第二旋转速度旋转。
[0020]在浸液工序中，作用于基板上的液体的有机溶剂的离心力为零或小，因此，有机溶剂的液膜的厚度厚。当以该厚度进入基板高温化工序时，在基板的上方浮起的有机溶剂的厚度变厚，在液膜排除工序中，为了排除有机溶剂的液膜，有可能需要长的期间。
[0021]根据所述方法，在有机溶剂置换工序之后，在基板高温化工序开始之前，执行第二高速旋转工序。在第二高速旋转工序中，基板以第二旋转速度旋转，由此，基板上的有机溶剂的液膜被薄膜化。其结果，在紧接着第二高速旋转工序执行的基板高温化工序中，在基板的上方浮起的有机溶剂的液膜的厚度变薄。由此，能够缩短液膜排除工序的执行期间。
[0022]所述基板高温化工序可以在所述基板的旋转停止的状态下执行。
[0023]根据该方法，在基板的旋转停止的状态下执行基板高温化工序。
[0024]假如在基板高温化工序中使基板旋转，则基板的周缘部的旋转速度变快，该周缘部被冷却，结果，基板的上表面的周缘部的温度可能无法到达所期望的的温度(即，第一温度)。在该情况下，可能在基板的周缘部不会良好地浮起有机溶剂的液膜。
[0025]相对于此，在所述方法中，由于在基板的旋转停止的状态下执行基板高温化工序，所以能够使基板的上表面的周缘部升温至所希望的温度(第一温度)。由此，能够在基板的整个上表面使有机溶剂的液膜浮起。
[0026]所述基板处理方法还可以包括基板加热工序，该基板加热工序与所述有机溶剂置换工序并行地执行，在该基板加热工序中，以使所述基板的上表面到达比所述有机溶剂的沸点更低的规定的第二温度的方式对所述基板进行加热。
[0027]根据该方法，与有机溶剂置换工序并行地对基板加热。即，基板的上表面被加热，与基板的上表面接触的液体的有机溶剂的扩散系数上升。由此，能够提高有机溶剂的置换效率。由于有机溶剂置换工序中的置换效率提高，所以能够缩短有机溶剂置换工序的执行期间。
[0028]所述基板处理方法在所述有机溶剂置换工序之前还可以包括向所述基板的上表面供给冲洗液的冲洗工序，
[0029]所述基板加热工序可以在执行所述冲洗工序时开始。
[0030]所述基板高温化工序中的所述第一温度可以是如下温度，S卩，在所述基板高温化工序中浮起的所述有机溶剂的液膜不沸腾。在该情况下，能够防止或抑制浮起的有机溶剂的液膜产生龟裂等。由此，在有机溶剂的液膜中，能够有效地抑制或防止因产生龟裂等引起的干燥后的图案倒塌和水印等的缺陷的产生。
[0031]所述基板高温化工序中的所述第一温度可以是比所述有机溶剂的沸点高10?50 °C的温度。
[0032]将所述基板高温化工序中的所述第一温度设定为，所述有机溶剂的蒸发气体膜所包含的气相的有机溶剂不会突破(穿破)所述有机溶剂的液膜而来到该液膜上的温度；及/或，将所述基板高温化工序的执行期间设定为，所述有机溶剂的蒸发气体膜所包含的气相的有机溶剂不会突破(穿破)所述有机溶剂的液膜而来到该液膜上的执行期间。在该情况下，能够有效地抑制或防止浮起的有机溶剂的液膜产生龟裂等。由此，在有机溶剂的液膜中，能够有效地抑制或防止因产生龟裂等引起的干燥后的图案倒塌和水印等的缺陷的产生。
[0033]在所述基板高温化工序浮起的所述有机溶剂的液膜的膜厚可以设定为如下厚度，即，在所述基板高温化工序中，所述有机溶剂的液膜不会分裂。根据该方法，能够抑制或防止浮起的有机溶剂的液膜产生龟裂等。由此，在有机溶剂的液膜中，能够有效地抑制或防止因产生龟裂等引起的干燥后的图案倒塌和水印等的缺陷的产生。
[0034]该基板处理方法还可以包括有机溶剂供给工序，该有机溶剂供给工序与所述基板高温化工序并行地执行，在该有机溶剂供给工序中，向所述基板的上表面供给所述有机溶剂。
[0035]根据该方法，在有机溶剂置换工序中，能够将在基板的上方浮起的有机溶剂的液膜的厚度保持在所期望的大小。由此，在有机溶剂的液膜中，能够有效地抑制或防止因产生龟裂等引起的干燥后的图案倒塌和水印等的缺陷的产生。
[0036]另外，本发明提供一种基板处理装置，利用冲洗液对基板执行冲洗工序，其特征在于，
[0037]具有:
[0038]基板保持单元，将所述基板保持为水平；
[0039]有机溶剂供给单元，向所述基板保持单元所保持的所述基板的上表面供给表面张力比所述冲洗液的表面张力低的液体的有机溶剂；
[0040]加热单元，对所述基板从下方进行加热；
[0041]控制单元，控制所述有机溶剂供给单元以及所述加热单元，来执行有机溶剂置换工序、基板高温化工序以及有机溶剂排除工序，
[0042]在该有机溶剂置换工序中，将所述有机溶剂向所述基板的上表面供给，以在所述基板上形成覆盖所述基板的上表面的所述有机溶剂的液膜，利用所述有机溶剂置换所述冲洗液；
[0043]在该基板高温化工序中，在形成所述有机溶剂的液膜后，使所述基板的上表面到达比所述有机溶剂的沸点更高的规定的第一温度，由此，在所述有机溶剂的液膜的整个区域，在所述有机溶剂的液膜和所述基板的上表面之间形成有机溶剂的蒸发气体膜，并且，使所述有机溶剂的液膜浮起在所述有机溶剂的蒸发气体膜的上方；
[0044]在该有机溶剂排除工序中，从所述基板的上方将所述有机溶剂的液膜排除。
[0045]根据该结构，向基板的上表面供给液体的有机溶剂，通过在基板上形成覆盖基板的上表面的有机溶剂的液膜，将在基板的上表面上附着的冲洗液由液体的有机溶剂置换。由于有机溶剂的液膜覆盖基板的整个上表面，所以能够在基板的整个上表面良好地置换冲洗液。并且，在形成有机溶剂的液膜后，使基板的上表面的温度到达第一温度。由此，在基板的整个上表面，在有机溶剂的液膜和基板的上表面之间形成有机溶剂的蒸发气体膜，并且有机溶剂的液膜浮起在该有机溶剂的蒸发气体膜的上方。在该状态下，在基板的上表面和有机溶剂的液膜之间产生的摩擦力的大小大致为零，因此，有机溶剂的液膜容易沿着基板的上表面移动。
[0046]在有机溶剂排除工序中，对有机溶剂的液膜作用有用于向基板的侧方移动的力。由此，有机溶剂的液膜沿着基板的上表面移动，从基板的周缘部排出。有机溶剂的液膜的移动一边维持液块状态(即，不会分裂为大量小滴)一边进行，由此，能够将有机溶剂的液膜从基板的上方顺利且完全地排除。
[0047]因此，在排除有机溶剂的液膜后的基板的上表面不会呈小滴状残留有机溶剂。即，即使在基板的上表面形成有微细图案的情况下，也不会在微细图案的间隙残留液相的有机溶剂。因此，即使对在上表面上形成有微细图案的基板进行处理的情况下，也能抑制或防止图案的倒塌，并使基板的上表面良好地干燥。
[0048]本发明的前述或其他目的、特征以及效果，通过参照附图如下叙述的实施方式的说明就更加清楚了。
【附图说明】
[0049]图1是本发明的一实施方式的基板处理装置的结构的示意性的俯视图。
[0050]图2是图1所示的基板处理装置所具有的腔室的内部的剖视图。
[0051]图3是图2所示的基板保持旋转单元以及加热板的俯视图。
[0052]图4是将图3以剖切线IV-1V剖切时的剖视图。
[0053]图5是加热板的基板相向面的放大纵向剖视图。
[0054]图6是示意性地表示固定销的结构的剖视图。
[0055]图7是示意性地表示可动销以及卡盘开闭单元的结构的剖视图。
[0056]图8是可动销处于夹持状态的情况下的卡盘开闭单元的示意性的图。
[0057]图9是可动销从夹持状态向打开状态移动中的情况下的卡盘开闭单元的示意性的图。
[0058]图10是可动销处于打开状态的情况下的卡盘开闭单元的示意性的图。
[0059]图11是对处理单元的处理对象的基板的表面放大表示的剖视图。
[0060]图12是用于对由处理单元执行的药液处理的第一处理例进行说明的工序图。
[0061]图13A?131是用于说明第一处理例的示意图。
[0062]图14A?14D是用于说明第一处理例的基板的上表面的状态的示意性的剖视图。
[0063]图15是在基板高温化工序中从水平方向观察基板保持旋转单元以及加热板时的纵向剖视图。
[0064]图16是在有机溶剂排出工序中从水平方向观察基板保持旋转单元以及加热板时的纵向剖视图。
[0065]图17是表示有机溶剂置换工序、基板高温化工序以及有机溶剂排出工序中的IPA的喷出流量的变化、以及基板的旋转速度的变化的图。
[0066]图18是用于说明本发明的第二处理例的最终冲洗工序的示意图。
[0067]图19是表示本发明的第三处理例中的IPA的喷出流量的变化、以及基板的旋转速度的变化的图。
[0068]图20是表示加热板的第一变形例的图。
[0069]图21是表示加热板的第二变形例的图。
【具体实施方式】
[0070]图1是本发明的一实施方式的基板处理装置I的示意性的俯视图。图2是基板处理装置I所具有的腔室4的内部的纵向剖视图。
[0071]如图1所示，基板处理装置I是对半导体晶片等圆板状的基板W—张一张地进