特開 2024-108788 基板処理装置及び基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024108788

(43)【公開日】2024-08-13

(54)【発明の名称】基板処理装置及び基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20240805BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 648G

H01L21/304 651J

H01L21/304 651G

H01L21/304 647A

H01L21/304 642A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023013355

(22)【出願日】2023-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】110003764

【氏名又は名称】弁理士法人ＯＭＮＩ国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100130580

【弁理士】

【氏名又は名称】小山 靖

(72)【発明者】

【氏名】尾辻 正幸

【テーマコード（参考）】

5F157

【Ｆターム（参考）】

5F157BF46

5F157BF48

5F157BF52

5F157BF59

5F157BF60

5F157CB11

5F157CE07

5F157CF02

5F157CF04

5F157CF22

5F157CF40

5F157CF42

5F157CF44

(57)【要約】

【課題】基板表面に付着した液体をバッチ処理により除去する際、処理液中の昇華性物質の濃度に応じて固化膜の膜厚を制御することにより、パターンの倒壊の発生を低減することが可能な基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】基板処理装置１は、昇華性物質と溶媒を含む処理液を貯留する処理槽１１と、基板Ｗ群を一括して保持した状態で処理槽１１に対し昇降させる保持部２０と、保持部２０を処理槽１１に対し昇降させることで処理液中に浸漬させ又は取り出しを行う昇降機構２３と、処理液の昇華性物質の濃度を測定する濃度測定部４０と、昇降機構２３を制御する制御部３１とを備え、昇降機構２３は処理液から基板Ｗ群を一括して引き上げながら溶媒を蒸発させることにより昇華性物質を析出させて固化膜を形成させ、制御部３１は昇華性物質の濃度に応じて目標膜厚の固化膜が形成されるように基板Ｗの引き上げ速度を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の表面を処理する基板処理装置であって、
昇華性物質及び溶媒を含む処理液を貯留する処理槽部と、
起立姿勢の複数の前記基板を一括して保持する保持部と、
前記保持部を前記処理槽部に対し昇降させることで前記保持部を前記処理液中に浸漬させ、又は前記処理液中から取り出しを行う昇降機構と、
前記処理槽部に貯留された前記処理液中の前記昇華性物質の濃度を測定する濃度測定部と、
前記昇降機構を制御する制御部と、
を備え、
前記浸漬及び取り出しは、
前記処理液中に浸漬された複数の前記基板を一括して引き上げながら前記溶媒を蒸発させて前記昇華性物質を析出させ、前記基板の表面に前記昇華性物質を含む固化膜を形成させるためのものであり、
前記濃度測定部は、
複数の前記基板を一括して引き上げる際に、前記処理液の液面近傍であって、前記昇降機構により引き上げられる任意の前記基板の近傍に於ける、前記処理液中の前記昇華性物質の濃度を測定するものであり、
前記制御部は、
前記基板の表面に形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚に応じて、成膜条件に基づく引き上げ速度で複数の前記基板を引き上げるように、前記昇降機構を制御するものであり、
前記成膜条件は、前記処理液中の前記昇華性物質の濃度に応じて、目標の膜厚の固化膜が形成されるように、前記基板の引き上げ速度を規定するものである、
基板処理装置。

【請求項2】

前記成膜条件を記憶する記憶部をさらに備え、
前記記憶部は、
前記成膜条件として、前記処理液中の前記昇華性物質の濃度と、形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚及び前記引き上げ速度であって、それぞれ前記昇華性物質の濃度に対応付けられたものとを記憶しており、
前記制御部は、
形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚と、前記濃度測定部により測定された前記昇華性物質の濃度の値とに基づき、前記記憶部から呼び出した前記成膜条件を参照して、前記基板の引き上げ速度を決定する、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

基板の表面を処理する基板処理方法であって、
昇華性物質及び溶媒を含む処理液中に、複数の前記基板を一括して浸漬させた後、複数の前記基板を起立姿勢で一括して引き上げながら前記溶媒を蒸発させて前記昇華性物質を析出させ、前記基板の表面に前記昇華性物質を含む固化膜を形成する工程を含み、
前記固化膜の形成は、
前記基板の表面に形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚に応じて、成膜条件に基づく引き上げ速度で、複数の前記基板を引き上げるように制御して行い、
前記成膜条件は、測定された前記処理液中の前記昇華性物質の濃度に応じて、目標の膜厚の固化膜が形成されるように、前記基板の引き上げ速度を規定するものである、
基板処理方法。

【請求項4】

前記成膜条件は、前記処理液中の前記昇華性物質の濃度と、形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚及び前記引き上げ速度であって、それぞれ前記昇華性物質の濃度に対応付けられたものとを含み、
前記固化膜の形成は、形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚と、測定された前記処理液中の前記昇華性物質の濃度の値とに基づき、前記成膜条件を参照して、前記基板の引き上げ速度を決定する、請求項３に記載の基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、３次元ＮＡＮＤ構造等の積層体が形成された複数の基板に対し、バッチ処理により一括して昇華乾燥を行うことが可能な基板処理装置及び基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造過程では、ウェットエッチングや表面洗浄の過程に於いて、基板表面に処理液が供給され、その後、基板表面を乾燥させる処理が行われる。しかし、例えば基板表面にアスペクト比が大きいパターンが形成されている場合、処理液の乾燥の際、処理液のラプラス圧によりパターンに力が働き、パターンの倒壊が引き起こされる懸念がある。近年は、微細化や新材料を用いた次世代デバイスの開発に伴い、基板表面に形成されたパターンの倒壊を抑制する技術が求められている。ここで、処理液を固化させて固化膜を形成し、さらに固化膜を昇華させて除去する昇華乾燥の技術は、処理液由来のラプラス圧がパターンに作用するのを防止又は低減することができる。そのため、当該技術は、パターンの倒壊の抑制が可能な技術として有望視されている。

【0003】

基板処理に於ける昇華乾燥の技術は、基板を１枚ずつ処理する枚葉式に於いて確立されつつある（例えば、下記特許文献１）。しかし、複数の基板を一括して処理するバッチ式に於いては、十分な昇華乾燥技術が確立されていない。例えば、３次元ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の３次元ＮＡＮＤ構造に於いては、バッチ式でのリン酸処理が必要になるが、昇華乾燥の技術を用いない場合には、パターンの倒壊が懸念される。そのため、バッチ式での昇華乾燥技術の確立が求められている。しかし、バッチ式で基板表面の昇華乾燥を行う場合、基板表面に形成される固化膜の膜厚が不均一であると、固化膜を昇華させる際にパターンに不均一に応力が加わる結果、パターンの倒壊を引き起こすという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－７０８７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、基板の表面に付着した液体をバッチ処理により除去するに際して、処理液中の昇華性物質の濃度に応じて固化膜の膜厚を制御することにより、パターンの倒壊の発生を低減又は防止することが可能な基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る基板処理装置は、前記の課題を解決するために、基板の表面を処理する基板処理装置であって、昇華性物質及び溶媒を含む処理液を貯留する処理槽部と、起立姿勢の複数の前記基板を一括して保持する保持部と、前記保持部を前記処理槽部に対し昇降させることで前記保持部を前記処理液中に浸漬させ、又は前記処理液中から取り出しを行う昇降機構と、前記処理槽部に貯留された前記処理液中の前記昇華性物質の濃度を測定する濃度測定部と、前記昇降機構を制御する制御部と、を備え、前記浸漬及び取り出しは、前記処理液中に浸漬された複数の前記基板を一括して引き上げながら前記溶媒を蒸発させて前記昇華性物質を析出させ、前記基板の表面に前記昇華性物質を含む固化膜を形成させるためのものであり、前記濃度測定部は、複数の前記基板を一括して引き上げる際に、前記処理液の液面近傍であって、前記昇降機構により引き上げられる任意の前記基板の近傍に於ける、前記処理液中の前記昇華性物質の濃度を測定するものであり、前記制御部は、前記基板の表面に形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚に応じて、成膜条件に基づく引き上げ速度で複数の前記基板を引き上げるように、前記昇降機構を制御するものであり、前記成膜条件は、前記処理液中の前記昇華性物質の濃度に応じて、目標の膜厚の固化膜が形成されるように、前記基板の引き上げ速度を規定するものであることを特徴とする。

【0007】

前記の構成によれば、固化膜の形成は、昇華性物質と溶媒とを含む処理液に複数の基板を一括して浸漬させた後、起立姿勢で複数の基板を一括して処理液から引き上げ、この引き上げの際に、溶媒を蒸発させて昇華性物質を析出させながら行う。ここで、固化膜の膜厚と基板の引き上げ速度との間には、以下の式（１）で表される関係が存在する。

【0008】

【数1】

（式中、Ａは定数、ηは処理液の粘度（Ｐａ・ｓ）、ｄは処理液の密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｖは基板Ｗの引き上げ速度（ｍ／ｓ）を表す。）

【0009】

前記式（１）によれば、固化膜の膜厚は、基板の引き上げ速度を速くすることにより厚くすることができる。また、引き上げ速度を遅くすることにより、固化膜の膜厚を薄くすることができる。他方、本願発明者は、基板の引き上げ速度の程度により、昇華性物質の濃度に対するパターン倒壊の発生割合が異なることを見出した。具体的には、基板の引き上げ速度が比較的速い条件下では、昇華性物質の濃度が小さい領域で、また、基板の引き上げ速度が比較的遅い条件下では、昇華性物質の濃度が大きい領域で、パターン倒壊の発生割合を抑制できる領域が存在することを見出した。このような観点から、前記構成では、制御部が、処理液中の昇華性物質の濃度に応じて、目標の膜厚の固化膜が形成されるように、基板の引き上げ速度の制御を行っている。その結果、前記構成によれば、パターンの倒壊の発生をできるだけ防止又は低減するよう、最適なプロセスウィンドウで、良好な膜厚の固化膜を基板表面に形成することができる。

【0010】

前記の構成に於いては、前記成膜条件を記憶する記憶部をさらに備え、前記記憶部は、前記成膜条件として、前記処理液中の前記昇華性物質の濃度と、形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚及び前記引き上げ速度であって、それぞれ前記昇華性物質の濃度に対応付けられたものとを記憶しており、前記制御部は、形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚と、前記濃度測定部により測定された前記昇華性物質の濃度の値とに基づき、前記記憶部から呼び出した前記成膜条件を参照して、前記基板の引き上げ速度を決定することが好ましい。

【0011】

また、本発明に係る基板処理方法は、前記の課題を解決するために、基板の表面を処理する基板処理方法であって、昇華性物質及び溶媒を含む処理液中に、複数の前記基板を一括して浸漬させた後、複数の前記基板を起立姿勢で一括して引き上げながら前記溶媒を蒸発させて前記昇華性物質を析出させ、前記基板の表面に前記昇華性物質を含む固化膜を形成する工程を含み、前記固化膜の形成は、前記基板の表面に形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚に応じて、成膜条件に基づく引き上げ速度で、複数の前記基板を引き上げるように制御して行い、前記成膜条件は、測定された前記処理液中の前記昇華性物質の濃度に応じて、目標の膜厚の固化膜が形成されるように、前記基板の引き上げ速度を規定するものであることを特徴とする。

【0012】

前述のとおり、固化膜の膜厚と基板の引き上げ速度との間には、前記式（１）で表される関係が存在しており、当該式（１）によれば、固化膜の膜厚は、基板の引き上げ速度を速くすることにより厚くすることができる。また、引き上げ速度を遅くすることにより、固化膜の膜厚を薄くすることができる。そして、本願発明者は、基板の引き上げ速度が比較的速い条件下では、昇華性物質の濃度が小さい領域で、また、基板の引き上げ速度が比較的遅い条件下では、昇華性物質の濃度が大きい領域で、パターン倒壊の発生割合を抑制できる領域が存在することを見出したことから、前記構成では、係る観点より、処理液中の昇華性物質の濃度に応じて、目標の膜厚の固化膜が形成されるように、基板の引き上げ速度の制御を行っている。その結果、前記構成によれば、パターンの倒壊の発生をできるだけ防止又は低減するよう、最適なプロセスウィンドウで、良好な膜厚の固化膜を基板表面に形成することできる。

【0013】

前記の構成に於いて、前記成膜条件は、前記処理液中の前記昇華性物質の濃度と、形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚及び前記引き上げ速度であって、それぞれ前記昇華性物質の濃度に対応付けられたものとを含み、前記固化膜の形成は、形成しようとする前記固化膜の目標の膜厚と、測定された前記処理液中の前記昇華性物質の濃度の値とに基づき、前記成膜条件を参照して、前記基板の引き上げ速度を決定することが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、固化膜の形成は、昇華性物質と溶媒とを含む処理液に複数の基板を一括して浸漬させた後、起立姿勢で複数の基板を一括して処理液から引き上げ、この引き上げの際に、溶媒を蒸発させて昇華性物質を析出させながら行う。さらに、基板の引き上げは、固化膜の成膜条件に基づき、処理液中の昇華性物質の濃度に応じて、基板の引き上げ速度を制御して行う。ここで、成膜条件は、処理液中の昇華性物質の濃度に応じて目標の膜厚の固化膜が形成されるように、基板の引き上げ速度を規定するものである。これにより、本発明では、昇華性物質の濃度に応じて、適切な膜厚の固化膜を形成させることができるので、パターンの倒壊の発生を防止又は低減することができる。さらに、本発明では、バッチ処理により複数の基板に対して一括して固化膜を形成することができるため、従来の基板処理と比較してスループットの向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１（ａ）は本発明の実施形態に係る基板処理装置に於いて、複数の基板が処理液中に浸漬される前の状態を表す説明図であり、図１（ｂ）は複数の基板が処理液中に浸漬された状態を表す説明図である。

【図2】本発明の実施形態に係る基板処理装置に於いて、固化膜形成部の処理槽の概略を表す断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る基板処理装置に於いて、処理液供給部の概略構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態に係る基板処理装置に於いて、保持部及び昇降機構の概略構成を表す側面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る基板処理装置に於いて、制御ユニットの概略構成を示す説明図である。

【図6】昇華性物質の濃度とパターンの倒壊率との関係を表すグラフである。

【図7】本発明の実施形態に係る基板処理方法に於いて、処理液から引き上げられた基板の表面に固化膜が形成される様子を模式的に表す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（基板処理装置）
本発明の実施形態に係る基板処理装置について、図面を参照しながら以下に説明する。

【0017】

本実施形態に係る基板処理装置は、例えば、各種の基板の処理に用いることができる。ここで「基板」とは、半導体基板、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板等の各種基板をいう。本実施形態の基板処理装置は、例えば、表面に３次元ＮＡＮＤ構造等の３次元構造が形成された基板等の処理に好適である。

【0018】

本実施形態の基板処理装置は、洗浄処理後の乾燥処理に用いられるバッチ式の基板処理装置である。本実施形態の基板処理装置１は、具体的には、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、固化膜形成部１０と、保持部２０と、昇降機構２３と、濃度測定部４０と、基板処理装置１の各部を制御する制御ユニット３０とを少なくとも備える。図１（ａ）は本実施形態に係る基板処理装置１に於いて、複数の基板Ｗが処理液中に浸漬される前の状態を表す説明図であり、図１（ｂ）は複数の基板Ｗが処理液中に浸漬された状態を表す説明図である。

【0019】

固化膜形成部１０は、複数の基板Ｗの表面に一括して、昇華性物質を含む固化膜を形成するバッチ処理部である。固化膜の形成は、処理液中に浸漬された基板Ｗ群を処理液から取り出す際、処理液の溶媒を乾燥させながら行う（詳細については、後述する。）。固化膜形成部１０は、処理液を貯留することが可能な処理槽（処理槽部）１１と、処理液供給部１５とを備える。また、固化膜形成部１０は、処理槽１１内に貯留される処理液の温度調整を行うための処理液温度調整部１６を備えていてもよい。

【0020】

処理槽１１は、図２に示すように、処理液を処理槽１１内に供給する注入管１２と、処理液を貯留する内槽１３と、内槽１３の上部開口の周縁部に設けられた外槽１４とを備える。注入管１２は、処理槽１１の底部に設けられており、処理液の内槽１３へのアップフロー供給を可能にしている。内槽１３は、内部に処理液を貯留することにより、保持部２０に保持される基板Ｗ群を処理液中に浸漬可能にしている。また、外槽１４は、内槽１３からオーバーフローした処理液の回収を可能にしている。尚、図２は、本実施形態の基板処理装置１に於いて、固化膜形成部１０の処理槽１１の概略を表す断面図である。

【0021】

処理液は、昇華性物質と溶媒とを少なくとも含む。昇華性物質は、処理液に於いて溶媒に溶解していることが好ましい。処理液は、基板Ｗの表面に存在する液体を除去するための乾燥処理に於いて、当該乾燥処理を補助する機能を果たす。尚、本明細書に於いて「昇華性」とは、単体、化合物若しくは混合物が液体を経ずに固体から気体、又は気体から固体へと相転移する特性を有することを意味し、「昇華性物質」とはそのような昇華性を有する物質を意味する。

【0022】

昇華性物質としては、ｔ－ブタノール、樟脳、ナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキサノール、シクロヘキサノンオキシム、ピナコリンオキシム、４－ｔｅｒｔ－ブチルフェノール等が挙げられる。また、溶媒としては、昇華性物質が溶解性を示すものであれば特に限定されないが、２０℃での蒸気圧が５００Ｐａ以上、９０ｋＰａ以下（好ましくは２０００Ｐａ以上、６５ｋＰａ以下、より好ましくは４０００Ｐａ以上、３０ｋＰａ以下）のものが好ましい。溶媒としては、より具体的には、例えば、ＩＰＡ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート（ＰＧＭＥＡ）、プロピレングリコールモノエチルエーテル（ＰＧＥＥ）、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、アセトン、ベンゼン、ｔ－ブタノール、トルエン、エタノール、メタノール等が挙げられる。これらの溶媒のうち、本実施形態に於いては、ＩＰＡ等の蒸気圧が高い溶媒が好ましい。

【0023】

処理液中の昇華性物質の濃度は、適宜必要に応じて設定することができる。昇華性物質の濃度は、通常は、処理液の全質量に対し、０．２質量％以上、４０質量％以下であり、好ましくは０．４質量％以上、１１．４質量％以下、より好ましくは０．６質量％以上、４質量％以下である。

【0024】

処理液供給部１５は、処理槽１１に処理液を供給することができる。処理液供給部１５は、具体的には、図３に示すように、処理液貯留部１５１と、温度調整部１５２と、加圧部１５３と、配管１５４と、バルブ１５５とを少なくとも備える。図３は、処理液供給部１５の概略構成を示すブロック図である。

【0025】

処理液貯留部１５１は、処理液を貯留することができる。処理液貯留部１５１には、内部に貯留する処理液を撹拌するための撹拌部を備えてもよい。撹拌部としては特に限定されず、例えばプロペラ状の攪拌翼を備えたものや循環用ポンプなど、公知のものを用いることができる。撹拌部を設ける場合、撹拌部は制御ユニット３０と電気的に接続される。これにより、撹拌部は、制御ユニット３０に於ける制御部３１の動作指令に基づき、処理液貯留部１５１内の処理液を撹拌することができる。処理液を撹拌することで、昇華性物質の濃度及び温度を均一にすることができる。

【0026】

温度調整部１５２は、処理液貯留部１５１内の処理液を加熱して温度調整を行う。処理液の温度調整を行うことにより、例えば、処理液貯留部１５１内で昇華性物質が析出し処理液の濃度が変化するのを防止することができる。尚、処理液の温度調整の上限としては、処理液又は処理液に含まれる溶媒の沸点よりも低い温度であることが好ましい。また、温度調整部１５２は制御ユニット３０と電気的に接続されており、制御ユニット３０に於ける制御部３１の動作指令に基づき、処理液の温度調整を行う。温度調整部１５２としては、具体的には、例えば、抵抗加熱ヒータや、ペルチェ素子、温度調整した水を通した配管等、公知の温度調整機構を用いることができる。尚、処理液として蒸気圧が高い溶媒を含むものを用いる場合には、処理液を加熱しなくても、固化膜の形成の際に溶媒を容易に蒸発することができる。そのような処理液を用いる場合には、温度調整部１５２を省略してもよい。

【0027】

加圧部１５３は、処理液貯留部１５１内を加圧することにより、処理液貯留部１５１内に貯留されている処理液を処理槽１１に圧送する。加圧部１５３としては、例えば、気体を貯留するガスタンクと、気体を加圧するポンプと、気体を処理液貯留部１５１に供給するための配管とを備えたものが挙げられる。ガスタンクは配管を介して処理液貯留部１５１と管路接続されている。また配管にはポンプが介挿されている。ポンプは制御ユニット３０と電気的に接続されており、制御ユニット３０に於ける制御部３１の動作指令によりガスタンクに貯留されている気体を、配管を介して処理液貯留部１５１に供給することができる。これにより、処理液貯留部１５１内の圧力を調整することができ、処理槽１１への処理液の圧送を可能にしている。尚、気体としては、窒素ガスなど、処理液に対し活性を示さない不活性ガスを用いるのが好ましい。また、気体による圧力を用いて処理液貯留部１５１内の処理液を圧送するため、処理液貯留部１５１は高気密となるように構成されていることが好ましい。

【0028】

配管１５４は、その一方端に於いて処理液貯留部１５１と管路接続されている。また、他方端に於いて処理槽１１の注入管１２と管路接続されている。

【0029】

バルブ１５５は、配管１５４の経路途中に設けられている。またバルブ１５５は、制御ユニット３０と電気的に接続されており、通常は閉栓されている。バルブ１５５の開閉は、制御ユニット３０に於ける制御部３１によって制御される。例えば、制御部３１の動作指令により、加圧部１５３のポンプが処理液貯留部１５１に気体を供給し、かつバルブ１５５が開栓されると、加圧されている処理液貯留部１５１内の処理液が圧送され、配管１５４を介して、処理槽１１の注入管１２に供給される。

【0030】

保持部２０は、図４に示すように、平板状の背板部２１と、複数本（３本）の保持棒２２とを備える。図４は、本実施形態の基板処理装置１において、保持部２０及び昇降機構２３の概略構成を表す側面図である。背板部２１は立設しており、その下端部では保持棒２２が背板部２１に対し直角となるように一方向にそれぞれ延在している。保持棒２２には、その延在方向に複数の溝部２４が配列して設けられている。また、複数の溝部２４は、相互に離隔して等間隔に配列している。さらに、各溝部２４は、保持棒２２の延在方向に直角となる方向に延在しており、複数の基板Ｗを起立姿勢で嵌合可能となっている。これにより、保持棒２２は、基板Ｗ群を起立させた姿勢で下方側から当接して支持し、基板Ｗ群を一括して保持することが可能となっている。尚、保持棒２２の本数は複数であれば、特に限定されない。また、保持棒２２に設けられる溝部２４の数についても特に限定されず、保持させたい基板Ｗの数に応じて適宜設定すればよい。また、本明細書に於いて「起立姿勢」とは、基板Ｗの表面（主面、パターン形成面）が水平面に対し略鉛直方向に沿った状態の姿勢を意味し、垂直姿勢の場合も含む。

【0031】

昇降機構２３は、図４に示すように、連結部材２５と、昇降支柱２６と、ボールネジ２７と、昇降ベース２８と、モータ２９とを備える。連結部材２５は、背板部２１の上端部背面から背板部２１に対し直角となる方向（矢印Ｙで示す方向と平行な方向）に延出されている。昇降支柱２６は、その上端側に於いて、連結部材２５の下面に取り付けられている。また、昇降支柱２６は、その下端部側に於いて、昇降ベース２８に取り付けられている。ボールネジ２７は、モータ２９の回転軸に連結されている。昇降ベース２８には、ボールネジ２７が貫通した状態で螺合されている。モータ２９は、制御ユニット３０と電気的に接続されている。

【0032】

昇降機構２３は、制御ユニット３０に於ける制御部３１からの動作指令に応じて、保持部２０を、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図４に示すＸ方向に上昇又は下降させることができる。より具体的には、モータ２９が制御ユニット３０から上昇の動作指令を受けて駆動すると、ボールネジ２７が回転し、昇降ベース２８と共に昇降支柱２６が上昇する。これに伴い、背板部２１も、昇降支柱２６に連結した連結部材２５を介して上昇する。また、モータ２９が、制御ユニット３０から下降の動作指令を受けて逆方向に駆動すると、ボールネジ２７が逆回転し、昇降ベース２８と共に昇降支柱２６が下降する。これに伴い、背板部２１も、昇降支柱２６に連結した連結部材２５を介して下降する。このように、基板Ｗ群が保持棒２２に下方から支持された状態で背板部２１を昇降させることにより、基板Ｗ群を一括して保持した状態の保持部２０を、処理槽１１内部に移動させ、又は取り出すことができる。昇降機構２３は、より具体的には、保持部２０を図１（ａ）に示す待避位置と、図１（ｂ）に示す処理位置との間で昇降させる。図１（ａ）では、基板Ｗ群を保持した保持部２０は、処理液中に浸漬しないように、処理槽１１の上方の待避位置にある。また、図１（ｂ）では、基板Ｗ群を保持した保持部２０は、処理槽１１の内槽１３内に貯留された処理液中に基板Ｗ群が浸漬されるように、処理槽１１内の処理位置にある。尚、本明細書に於いて「待避位置」とは、処理槽１１の上方であって、少なくとも保持部２０が処理液の液面に接触しない位置を意味する。また、本明細書に於いて「処理位置」とは、処理槽１１の内槽１３内であって、基板Ｗ群が処理液中に完全に浸漬される位置を意味する。

【0033】

処理液温度調整部１６は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、制御ユニット３０と電気的に接続されており、制御ユニット３０に於ける制御部３１からの動作指令に応じて、処理槽１１に貯留されている処理液の温度を調整する。処理液として、蒸気圧が比較的大きくない溶媒を含むものを用いる場合でも、処理液温度調整部１６が処理液を加熱することで、固化膜の形成の際に、処理液に含まれる溶媒の蒸発を容易にすることができる。処理液温度調整部１６としては特に限定されず、例えば、ペルチェ素子、温度調整した水を通した配管等、公知の温度調整機構を用いることができる。

【0034】

濃度測定部４０は、光センサー部４１と、光源部４２と、光検出部４３と、濃度検出部４４とを少なくとも備える。

【0035】

光センサー部４１は光ファイバーからなる濃度センサーであり、その先端にはＵ字状又は円弧状に屈曲した計測部４１ａが設けられている。光ファイバーは、例えば、石英ガラス等からなる。また、光ファイバーの屈折率は、濃度測定の対象となる昇華性物質の種類に応じて設定され、石英ガラスからなる光ファイバーを用いる場合は、１．４～１．５５の範囲内で適宜選択することができる。光ファイバーの直径は特に限定されないが、通常は０．１２５ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲であり、好ましくは１ｍｍ以上、４ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下である。

【0036】

光源部４２は、光センサー部４１の一方の端部に接続されている。光源部４２としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）が挙げられる。また光源部４２としては、レーザー光の照射が可能な半導体レーザー、ＹＡＧレーザー及びＣＯ_２レーザー等を用いてもよい。光源部４２は、制御ユニット３０に電気的に接続されている。これにより、光源部４２は、処理液中の昇華性物質の濃度測定の際、制御ユニット３０に於ける制御部３１の動作指令に基づき、光センサー部４１内に光照射を行うことができる。

【0037】

光検出部４３は、光センサー部４１の他方の端部に接続されている。光検出部４３は、光源部４２から照射され、計測部４１ａで漏れずに光センサー部４１内を伝播してきた光の光量を検出し、これを電気信号に変換する。光検出部４３としては特に限定されず、例えば、光電子増倍管等の光電子変換素子が挙げられる。

【0038】

濃度検出部４４は、光検出部４３に接続されている。濃度検出部４４は、光検出部４３から出力される検出光量に関する電気信号に基づいて、処理液中の昇華性物質の濃度を算出する。また、濃度検出部４４は制御ユニット３０に電気的に接続されており、これにより制御ユニット３０は濃度検出部４４が算出した昇華性物質の濃度のデータを受信することができる。

【0039】

濃度測定部４０は、内槽１３に貯留されている処理液中に、光センサー部４１が浸漬するように備え付けられる。また濃度測定部４０は、光センサー部４１の計測部４１ａが、内槽１３に貯留されている処理液の液面近傍であって、内槽１３の処理液から引き上げられる基板Ｗ群の近傍に位置するように設けられる（その理由については、後述する。）。

【0040】

尚、本実施形態に於いて濃度測定部４０は、光ファイバー濃度センサーを用いた場合を例にして説明するが、本発明はこの態様に限定されるものではない。本発明の濃度測定部は、例えば、導電率センサーやイオン電極センサー等であってもよい。

【0041】

制御ユニット３０は、基板処理装置１の各部と電気的に接続しており、各部の動作を制御する。制御ユニット３０は、例えば、図５に示すように、制御部３１と、記憶部３２と、入力部３３とを少なくとも有する。図５は、本実施形態の基板処理装置１に於ける制御ユニットの概略構成を示す説明図である。

【0042】

制御部３１としては特に限定されず、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いることができる。また、記憶部３２は、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ及び制御用ソフトウェアやデータ等を記憶しておく磁気ディスクを備える。磁気ディスクには、基板Ｗに応じた基板処理条件が予め格納されている。また、磁気ディスクには、処理液に応じた成膜条件（詳細については、後述する。）も格納されている。制御部３１は、記憶部３２から基板処理プログラムを読み出し、その内容に従って制御部３１が基板処理装置１の各部を制御する。入力部３３としては、例えば、キーボードやマウス等が挙げられる。入力部３３からの入力されたデータは、制御部３１に受け付けられ、必要に応じて記憶部３２に格納され得る。

【0043】

制御部３１は、記憶部３２から読み出した基板処理条件に基づき、処理液供給部１５の加圧部１５３に於けるポンプに対し処理液貯留部１５１内の圧力を調整させる。この圧力調整により、処理液貯留部１５１から処理槽１１に圧送される処理液の供給量を制御することができる。また制御部３１は、基板処理条件に基づき、処理液供給部１５に於けるバルブ１５５に対し開閉の動作をさせる。これにより、制御部３１は、処理液の供給のタイミングについても制御することができる。さらに、処理液貯留部１５１内に撹拌部を設ける場合には、制御部３１は、基板処理条件に基づき、撹拌部の制御も行う。

【0044】

また制御部３１は、記憶部３２から読み出した基板処理条件に基づき、温度調整部１５２に対し、処理液貯留部１５１内の温度を調整させる。この温度調整により、処理液貯留部１５１から処理槽１１に圧送される処理液の液温を制御することができる。

【0045】

さらに制御部３１は、記憶部３２から読み出した成膜条件に基づき、昇降機構２３の昇降動作を制御することにより、保持部２０を昇降させる。また、制御部３１は、昇降機構２３の昇降動作を制御することにより、成膜条件に基づいて保持部２０が上昇する際の速度を制御する。これにより、保持部２０に一括して保持されている基板Ｗ群の引き上げ速度が制御される。

【0046】

ここで、記憶部３２が記憶する成膜条件とは、濃度測定部４０で測定した処理液中の昇華性物質の濃度に応じて、目標とする膜厚（以下、「目標膜厚」という場合がある。）の固化膜が形成されるように、基板Ｗ群の引き上げ速度を規定するものである。成膜条件は、より詳細には、処理液中の昇華性物質の濃度と、形成しようとする固化膜の目標膜厚及び基板Ｗの引き上げ速度であって、それぞれ昇華性物質の濃度に対応付けられたものとを含む。本実施形態に於いて、このような成膜条件を用いるのは、以下のような理由による。すなわち、固化膜の膜厚と基板の引き上げ速度との間には、以下の式（１）で表される関係が存在する。

【0047】

【数2】

（式中、Ａは定数、ηは処理液の粘度（Ｐａ・ｓ）、ｄは処理液の密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｖは基板Ｗの引き上げ速度（ｍ／ｓ）を表す。尚、定数Ａは処理液の種類に応じて設定されるものである。）

【0048】

前記式（１）によれば、固化膜の膜厚は、基板の引き上げ速度を速くすることにより厚くすることができる。また、引き上げ速度を遅くすることにより、固化膜の膜厚を薄くすることができる。他方、基板Ｗ群の引き上げ速度の程度によって、昇華性物質の濃度に対するパターン倒壊の発生割合が異なる。具体的には、図６に示すように、基板Ｗ群の引き上げ速度が比較的速い条件下では、昇華性物質の濃度が小さい領域で、また、基板Ｗ群の引き上げ速度が比較的遅い条件下では、昇華性物質の濃度が大きい領域で、パターン倒壊の発生割合を抑制できる領域が存在している。図６は、昇華性物質の濃度とパターンの倒壊率との関係を表すグラフである。

【0049】

そのため本実施形態では、パターンの倒壊の発生をできるだけ防止又は低減するような最適なプロセスウィンドウでの固化膜の形成を可能にするために、固化膜の成膜条件として、処理液中の昇華性物質の濃度に応じた、基板Ｗ群の引き上げ速度の制御を行う。

【0050】

尚、本明細書に於いて「引き上げ速度」とは、基板Ｗの表面が処理液の液面から離脱する速度を意味する。従って、処理液の液面の高さ位置が低下せず一定の場合、引き上げ速度とは処理液の液面に対する基板Ｗの上昇速度を意味する。また、処理液の液面の高さ位置が低下する場合、引き上げ速度は、処理液の液面に対する基板Ｗの上昇速度と、処理液の液面の低下速度との総和で表される。

【0051】

（基板処理方法）
次に、本実施形態の基板処理装置１を用いた基板処理方法について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態の基板処理方法は、固化膜の形成工程を少なくとも含む。

【0052】

先ず、複数の基板Ｗを、図１（ａ）に示す待避位置で保持部２０に保持させる。このとき、複数の基板Ｗは水平面に対し起立姿勢となるように保持される。

【0053】

次に、制御部３１は、入力部３３から固化膜の成膜指示を受け取ると、記憶部３２から基板処理条件を読み出す。さらに、制御部３１は、この基板処理条件に基づき昇降機構２３を動作させ、保持部２０を、図１（ｂ）に示す処理位置、すなわち処理槽１１の内槽１３の内部に下降させる。これにより、保持部２０に保持されている起立姿勢の基板Ｗ群を、処理液中に一括して浸漬させる。基板Ｗ群を処理液中に浸漬させる際の基板Ｗ群の下降速度は特に限定されないが、定速であることが好ましい。また、基板Ｗ群を処理液中に浸漬させる浸漬時間も特に限定されず、使用する処理液の種類等に応じて、適宜設定することができる。

【0054】

浸漬後、制御部３１は、記憶部３２から成膜条件を読み出す。さらに、制御部３１は、この成膜条件に基づき、昇降機構２３を動作させ、保持部２０を、図１（ａ）に示す待避位置、すなわち処理槽１１の内槽１３の上方に上昇させる。これにより、起立姿勢の基板Ｗ群を処理液中から一括して引き上げる。

【0055】

基板Ｗ群の引き上げ方向（保持部２０の上昇方向）は特に限定されないが、処理液の液面（水平面）に対し垂直方向であることが好ましい。

【0056】

基板Ｗ群が処理液から引き上げられると、固化膜はその引き上げの際に基板Ｗ群の表面に形成される。すなわち、例えば、処理液に含まれる溶媒として、蒸気圧が高いものを用いた場合、図７に示すように、基板Ｗを処理液３７から引き上げると、基板Ｗの表面では、それと同時に処理液３７に含まれる溶媒が蒸発する。そのため、基板Ｗの表面には、溶媒の蒸発により昇華性物質３８等の溶質が析出する結果、昇華性物質３８を含む固化膜３６が形成される。また、蒸気圧が高くない溶媒を用いる場合でも、処理液温度調整部１６が、制御ユニット３０の動作指令に応じて、処理槽１１に貯留される処理液３７を加熱し高温状態にすることで、基板Ｗの引き上げと同時に溶媒を蒸発させて昇華性物質３８を析出させ、固化膜３６を形成させることができる。尚、図７は、処理液３７から引き上げられた基板Ｗの表面に固化膜３６が形成される様子を模式的に表す説明図である。

【0057】

形成しようとする固化膜３６の目標膜厚は、基板Ｗの表面に形成されているパターンの形状やパターンの高さ等に応じて適宜設定するのが好ましい。

【0058】

ここで、基板Ｗ群の引き上げ速度は、例えば、次のようにして、制御ユニット３０により決定される。すなわち、先ず、制御ユニット３０に於ける制御部３１の動作指令により、濃度測定部４０の光源部４２から光センサー部４１内に光が照射される。照射された光は光検出部４３で受光され、その光量が検出される。これにより、光源部４２から照射した光の光量と光検出部４３で検出された光の光量との差分から、計測部４１ａで漏れた光の光量を知ることができ、濃度検出部４４での昇華性物質の濃度の算出が可能になる。尚、光センサー部４１の計測部４１ａは、内槽１３に貯留されている処理液３７の液面近傍であって、内槽１３の処理液３７から引き上げられる基板Ｗ群の近傍に位置するように設けられている。そのため、濃度測定部４０により測定される昇華性物質の濃度は、基板Ｗの表面に於いて、固化膜３６が形成されようとする直前の処理液３７に関するものである。従って、目標膜厚の固化膜３６を形成するために、高精度で基板Ｗ群の引き上げ速度を制御することができる。

【0059】

尚、本明細書に於いて「処理液の液面近傍」とは、処理槽に於ける内槽の深さにもよるが、静止状態にある処理液の液面から深さ方向（すなわち、処理液の液面に対し垂直となる方向）に０．１ｃｍ以上、５ｃｍ以下、好ましくは０．１ｃｍ以上、２ｃｍ以下、より好ましくは０．２ｃｍ以上、１ｃｍ以下の範囲の液層部分を意味する。従って、処理液の液面近傍に於ける昇華性物質の濃度を測定するためには、計測部４１ａが「処理液の液面近傍」に位置していること、より具体的には、計測部４１ａの先端部（屈曲部）が少なくとも液層部分に含まれるように位置していることが好ましい。また、本明細書に於いて「基板の近傍」とは、基板から０．１ｃｍ以上、１０ｃｍ以下、好ましくは０．１ｃｍ以上、０．２ｃｍ以下、より好ましくは０．１ｃｍ以上、０．１５ｃｍ以下の範囲を意味する。従って、基板の近傍に於ける昇華性物質の濃度を測定するためには、計測部４１ａが「基板の近傍」に位置していること、より具体的には、基板から前記数値範囲の領域内に計測部４１ａの先端部（屈曲部）が少なくとも位置していることが好ましい。

【0060】

濃度測定部４０に於いて処理液３７中の昇華性物質の濃度が測定され、入力部３３に於いて形成しようとする固化膜の目標膜厚が入力されると、制御部３１は記憶部３２から成膜条件を読み出す。ここで、読み出された成膜条件は、昇華性物質の濃度、固化膜の目標膜厚及び基板Ｗの引き上げ速度の関係を対応付けたものである。さらに、制御部３１は、入力された固化膜の目標膜厚及び測定された昇華性物質の濃度の値に基づき、読み出した成膜条件を参照して、基板Ｗ群の引き上げ速度を決定する。続いて、制御部３１は、決定した引き上げ速度に基づき昇降機構２３に動作指令を行い、保持部２０による基板Ｗ群の引き上げを実行する。

【0061】

基板Ｗ群の引き上げ速度は、引き上げの開始から終了までの間、一定であってもよく、あるいは基板Ｗ群の引き上げ距離等に応じて変化させてもよい。引き上げ速度を一定にする場合、処理液３７の物性（例えば、密度や粘度等）に経時的変化がないのであれば、固化膜３６の膜厚の均一性も高精度で制御することができる。その結果、固化膜３６を形成する際や、固化膜３６を昇華させる際に、基板Ｗのパターンに応力が不均一に加わるのを低減し、パターンの倒壊の発生を一層低減することができる。

【0062】

基板Ｗ群の引き上げの際、処理液３７の液面は静止状態であることが好ましい。これにより、基板Ｗを処理液３７中から引き上げる間、基板Ｗの表面との相互作用により形成される、処理液３７の液面のメニスカスが一定になるので、膜厚の均一性に一層優れた固化膜３６を形成することができる。

【0063】

また、基板Ｗ群の処理液３７からの引き上げは、基板Ｗ群を起立姿勢にして行う。このような方法であると、析出する昇華性物質３８を面内で結晶成長させることにより固化膜３６の形成が可能になる。すなわち、析出した昇華性物質３８が３次元で結晶成長するのを防止できるため、結晶粒界の発生に起因した膜欠陥の発生を防止し、パターンの倒壊の発生を低減又は防止することができる。さらに、処理液３７から引き上げる間の基板Ｗ群の起立姿勢は、一定であることが好ましい。これにより、膜厚の均一性を一層向上させた固化膜３６の形成が可能になる。また、処理液３７からの引き上げと同時に基板Ｗの表面に固化膜３６を形成する方法であると、固化膜３６の形成に起因して生じる応力が、基板Ｗ表面のパターンに加えられる時間を極力短くすることができる。その結果、パターンの倒壊の発生を一層低減又は防止することができる。さらに、本実施形態の固化膜３６の形成は、基板Ｗ群を一括して処理液３７中に浸漬させるので、それぞれの基板Ｗの表面に残存する液体状の有機化合物を、基板Ｗ群に対して一括して処理液３７に置換させることができる。特に、３次元ＮＡＮＤ構造等の３次元構造が形成された基板に於いては、基板の表面に対し垂直な方向に形成されるトレンチと、このトレンチから水平方向に広がるＯ－Ｎ（酸化膜－窒化膜）構造に於いて、有機化合物の置換に著しい時間を要する。このため、複数の基板Ｗを枚葉処理により一枚ずつ処理する場合には、長時間を要することとなる。しかし、本実施形態の基板処理方法であると、複数の基板Ｗを一括して処理液３７中に浸漬させるため、そのような３次元構造が形成された複数の基板Ｗに対しても一括して処理液３７に置換することができる。このため、複数の基板Ｗを枚葉処理により一枚ずつ処理する場合と比較して、極めて短時間で処理を行うことができる。さらに、枚葉式により処理液を処理液３７に置換させる場合と比較して、処理液３７の使用量も低減することができる。

【0064】

基板Ｗ群が処理液３７から一括して引き上げられ、保持部２０が待避位置に戻ると、固化膜の形成工程は終了する。

【0065】

以上のとおり、本実施形態の基板処理方法では、複数の基板Ｗを一括して処理液３７中に浸漬させた後、一括して処理液３７中から引き上げながら、固化膜３６を形成することができる。そのため、基板を１枚ずつ処理する枚葉式により基板表面に固化膜を形成する場合と比較して、基板処理のスループットの向上が図れる。

【0066】

また、処理液３７中の昇華性物質の濃度に応じて、基板Ｗの引き上げ速度を調整しながら目標膜厚の固化膜３６を形成するので、膜厚を高精度で制御することができる。さらに、形成される固化膜３６の膜厚の均一性も向上させることができるため、例えば、固化膜３６を形成する際や、固化膜３６を昇華により除去する際、パターンに対し不均一な応力が加わるのを防止し、パターンの倒壊の発生を防止又は低減することができる。

【0067】

また、基板Ｗの表面が処理液３７の液面から離脱すると同時に溶媒が蒸発し、昇華性物質が析出して固化膜３６が形成されるものであるため、従来の様に、処理液の塗布後、溶媒を蒸発させるための乾燥工程を行う必要もない。

【符号の説明】

【0068】

１…基板処理装置、１０…固化膜形成部、１１…処理槽、１２…注入管、１３…内槽、１４…外槽、１５…処理液供給部、１６…処理液温度調整部、２０…保持部、２１…背板部、２２…保持棒、２３…昇降機構、２４…溝部、２５…連結部材、２６…昇降支柱、２７…ボールネジ、２８…昇降ベース、２９…モータ、３０…制御ユニット、３１…制御部、３２…記憶部、３３…入力部、３６…固化膜、３７…処理液、３８…昇華性物質、１５１…処理液貯留部、１５２…温度調整部、１５３…加圧部、１５４…配管、１５５…バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】