(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に構造体が形成された基板を処理する基板処理方法であって、
ａ）上下方向に沿って直径が異なる部位を有する筒状のガード部の内側に設けられた基板保持回転機構により、表面に構造体が形成された基板を、前記表面を上方に向けて実質的に水平な姿勢で保持する工程と、
ｂ）所定の溶剤を前記基板の前記表面に供給して、前記表面上において前記溶剤の液膜を保持させて、前記表面の前記構造体における隙間を前記溶剤で満たす工程と、
ｃ）前記ｂ）工程において形成された前記液膜に所定の充填剤を供給して、前記構造体における前記隙間に存在する前記溶剤を前記充填剤で置換する工程と、
ｄ）前記基板を回転させて、前記基板から前記溶剤および前記充填剤の余剰を除去する工程と、
ｅ）前記基板を回転させつつ、前記基板の外縁部に所定の洗浄液を供給して、前記外縁部に付着した前記充填剤を除去する工程と、
を備え、
前記ｃ）工程において前記ガード部の内側面と前記基板の前記外縁部との間に形成されている環状の最小間隙の幅が、前記ｅ）工程における前記最小間隙の幅よりも大きくなるように、前記ガード部が前記基板保持回転機構に対して相対的に昇降されることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理方法であって、
前記ｃ）工程が、
ｃ１）前記充填剤を前記表面に供給する工程と、
ｃ２）前記充填剤の供給を停止した状態で、前記表面上において前記充填剤を含む液膜を保持させて、前記構造体における前記隙間に存在する前記溶剤を前記充填剤で置換する工程と、
を備えることを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の基板処理方法であって、
前記充填剤の比重が、前記溶剤の比重よりも大きいことを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の基板処理方法であって、
前記ｃ１）工程においては前記基板を第１回転速度で回転させ、
前記ｃ２）工程においては前記基板を前記第１回転速度よりも低速の第２回転速度で回転させるかあるいは前記基板を停止させることを特徴とする基板処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理方法であって、
前記ｂ）工程における前記最小間隙の幅が、前記ｅ）工程における前記最小間隙の幅よりも大きくなるように、前記ガード部が前記基板保持回転機構に対して相対的に昇降されることを特徴とする基板処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理方法であって、
前記ガード部および前記基板保持回転機構の上方において、下降気流を形成する気流形成部が設けられることを特徴とする基板処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載の基板処理方法であって、
前記ｃ）工程において前記気流形成部により形成されている前記下降気流の流量が、前記ｅ）工程における前記下降気流の流量よりも小さいことを特徴とする基板処理方法。
【請求項８】
表面に構造体が形成された基板を処理する基板処理装置であって、
上下方向に沿って直径が異なる部位を有する筒状のガード部と、
前記ガード部の内側に設けられ、表面に構造体が形成された基板を、前記表面を上方に向けて実質的に水平な姿勢で保持する基板保持回転機構と、
前記表面に所定の溶剤を供給する溶剤供給部と、
前記表面に所定の充填剤を供給する充填剤供給部と、
前記基板の外縁部に所定の洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
前記ガード部を前記基板保持回転機構に対して相対的に昇降することにより、前記ガード部の内側面と前記基板の前記外縁部との間に形成されている環状の最小間隙の幅を変更する昇降機構と、
前記溶剤供給部により前記基板の前記表面に前記溶剤を供給して、前記表面上において前記溶剤の液膜を保持させて、前記表面の前記構造体における隙間を前記溶剤で満たし、前記最小間隙の幅が第１の幅である状態で、前記充填剤供給部により前記液膜に前記充填剤を供給して、前記構造体における前記隙間に存在する前記溶剤を前記充填剤で置換し、前記基板を回転させて、前記基板から前記溶剤および前記充填剤の余剰を除去し、前記最小間隙の幅が前記第１の幅よりも小さい第２の幅である状態で、前記基板を回転させつつ、前記洗浄液供給部により前記基板の前記外縁部に前記洗浄液を供給して、前記外縁部に付着した前記充填剤を除去する制御部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程では、基板処理装置を用いて基板に対して様々な処理が施される。例えば、表面上にレジストのパターンが形成された基板に薬液を供給することにより、基板の表面に対してエッチング等の処理が行われる。薬液の供給後には、基板に純水を供給して表面の薬液を除去するリンス処理や、基板を高速に回転して表面の純水を除去する乾燥処理がさらに行われる。
【０００３】
多数の微細な構造体要素の集合である構造体が基板の表面に形成されている場合に、上記リンス処理および乾燥処理を順に行うと、乾燥途上において、隣接する２つの構造体要素の間に純水の液面が形成される。この場合に、構造体要素に作用する純水の表面張力に起因して、構造体要素が倒壊する虞がある。そこで、構造体における隙間（構造体要素の間）に充填剤を充填し、固化した充填剤をドライエッチング等により昇華させることにより、乾燥処理における構造体要素の倒壊を防止する手法が提案されている。
【０００４】
なお、特許文献１では、基板の周囲を囲むカップに、ファンフィルタユニットによってダウンフロー（下降気流）が供給される基板現像装置において、基板に現像液を供給する際に、吸排気を停止する手法が開示されている。当該手法により、基板の主面上に形成された現像液層が波立つことがなくなり、現像処理の均一性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８７２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、基板処理装置において、基板の表面上の構造体における隙間に充填剤を充填する際には、筒状のガード部により基板の周囲を囲んだ状態で、表面に充填剤が供給される。また、構造体における隙間に充填剤を適切に充填するには、基板の表面において充填剤等の液膜を一定時間保持させる必要がある。このとき、パーティクル等の付着を防止するための下降気流が基板の外縁部とガード部との間の間隙を通過することに起因して、基板の外縁部において、表面近傍を流れるガスの流速が過度に高くなることがある。この場合、液膜の崩壊（粘性が高い充填剤では、液膜の部分的な剥がれと捉えられる。）や、厚さの均一性の低下が生じてしまう。
【０００７】
一方、基板の外縁部に付着した不要な充填剤は、搬送機構を汚すため、外縁部のみに洗浄液を供給することにより除去される。このとき、基板を高速に回転するため、洗浄液等が飛散する際に、ミストとなって浮遊しやすくなる。このような洗浄液等のミストが、基板に戻ることを抑制することも求められる。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上において液膜を保持する際に、液膜の崩壊等を抑制するとともに、基板の外縁部を洗浄する際に、基板から飛散した洗浄液等が基板に戻ることを抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、表面に構造体が形成された基板を処理する基板処理方法であって、ａ）上下方向に沿って直径が異なる部位を有する筒状のガード部の内側に設けられた基板保持回転機構により、表面に構造体が形成された基板を、前記表面を上方に向けて実質的に水平な姿勢で保持する工程と、ｂ）所定の溶剤を前記基板の前記表面に供給して、前記表面上において前記溶剤の液膜を保持させて、前記表面の前記構造体における隙間を前記溶剤で満たす工程と、ｃ）前記ｂ）工程において形成された前記液膜に所定の充填剤を供給して、前記構造体における前記隙間に存在する前記溶剤を前記充填剤で置換する工程と、ｄ）前記基板を回転させて、前記基板から前記溶剤および前記充填剤の余剰を除去する工程と、ｅ）前記基板を回転させつつ、前記基板の外縁部に所定の洗浄液を供給して、前記外縁部に付着した前記充填剤を除去する工程とを備え、前記ｃ）工程において前記ガード部の内側面と前記基板の前記外縁部との間に形成されている環状の最小間隙の幅が、前記ｅ）工程における前記最小間隙の幅よりも大きくなるように、前記ガード部が前記基板保持回転機構に対して相対的に昇降される。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理方法であって、前記ｃ）工程が、ｃ１）前記充填剤を前記表面に供給する工程と、ｃ２）前記充填剤の供給を停止した状態で、前記表面上において前記充填剤を含む液膜を保持させて、前記構造体における前記隙間に存在する前記溶剤を前記充填剤で置換する工程とを備える。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の基板処理方法であって、前記充填剤の比重が、前記溶剤の比重よりも大きい。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の基板処理方法であって、前記ｃ１）工程においては前記基板を第１回転速度で回転させ、前記ｃ２）工程においては前記基板を前記第１回転速度よりも低速の第２回転速度で回転させるかあるいは前記基板を停止させる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理方法であって、前記ｂ）工程における前記最小間隙の幅が、前記ｅ）工程における前記最小間隙の幅よりも大きくなるように、前記ガード部が前記基板保持回転機構に対して相対的に昇降される。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理方法であって、前記ガード部および前記基板保持回転機構の上方において、下降気流を形成する気流形成部が設けられる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の基板処理方法であって、前記ｃ）工程において前記気流形成部により形成されている前記下降気流の流量が、前記ｅ）工程における前記下降気流の流量よりも小さい。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、表面に構造体が形成された基板を処理する基板処理装置であって、上下方向に沿って直径が異なる部位を有する筒状のガード部と、前記ガード部の内側に設けられ、表面に構造体が形成された基板を、前記表面を上方に向けて実質的に水平な姿勢で保持する基板保持回転機構と、前記表面に所定の溶剤を供給する溶剤供給部と、前記表面に所定の充填剤を供給する充填剤供給部と、前記基板の外縁部に所定の洗浄液を供給する洗浄液供給部と、前記ガード部を前記基板保持回転機構に対して相対的に昇降することにより、前記ガード部の内側面と前記基板の前記外縁部との間に形成されている環状の最小間隙の幅を変更する昇降機構と、前記溶剤供給部により前記基板の前記表面に前記溶剤を供給して、前記表面上において前記溶剤の液膜を保持させて、前記表面の前記構造体における隙間を前記溶剤で満たし、前記最小間隙の幅が第１の幅である状態で、前記充填剤供給部により前記液膜に前記充填剤を供給して、前記構造体における前記隙間に存在する前記溶剤を前記充填剤で置換し、前記基板を回転させて、前記基板から前記溶剤および前記充填剤の余剰を除去し、前記最小間隙の幅が前記第１の幅よりも小さい第２の幅である状態で、前記基板を回転させつつ、前記洗浄液供給部により前記基板の前記外縁部に前記洗浄液を供給して、前記外縁部に付着した前記充填剤を除去する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、基板上において液膜を保持する際に、液膜の崩壊や部分的な剥がれ等を抑制することができる。また、基板の外縁部を洗浄する際に、基板から飛散した洗浄液等が基板に戻ることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】基板処理装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】基板の処理の流れを示す図である。
【図２Ｂ】基板の処理の流れを示す図である。
【図３】基板処理装置を示す断面図である。
【図４】基板の処理を説明するための図である。
【図５】基板処理装置を示す断面図である。
【図６】基板処理装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１の構成を示す図である。基板処理装置１における各構成要素は、制御部１０により制御される。基板処理装置１は、スピンチャック２２と、スピンモータ２１と、カップ部２３と、チャンバ５とを備える。基板保持部であるスピンチャック２２は、円板状の基板９の周縁に複数の挟持部材を接触させることにより、基板９を挟持する。これにより、基板９が水平な姿勢にてスピンチャック２２により保持される。以下の説明では、上方を向く基板９の表面（主面）９１を「上面９１」という。上面９１には、所定の構造体が形成されており、当該構造体は、例えば直立する多数の構造体要素を含む。
【００２０】
スピンチャック２２には、上下方向（鉛直方向）に伸びるシャフト２２１が接続される。シャフト２２１は、基板９の上面９１に垂直であり、シャフト２２１の中心軸Ｊ１は、基板９の中心を通る。基板回転機構であるスピンモータ２１は、シャフト２２１を回転する。これにより、スピンチャック２２および基板９が、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心として回転する。スピンチャック２２およびスピンモータ２１は、基板保持回転機構である。シャフト２２１およびスピンモータ２１は共に中空状であり、後述の下部ノズル３４が内部に配置される。
【００２１】
カップ部２３は、液受け部２４と、ガード部２５とを備える。液受け部２４は、ベース部２４１と、環状底部２４２と、周壁部２４３とを備える。ベース部２４１は、中心軸Ｊ１を中心とする筒状である。ベース部２４１は、後述のチャンバ内側壁部５３に嵌め込まれて、チャンバ内側壁部５３の外側面に取り付けられる。環状底部２４２は、中心軸Ｊ１を中心とする円環板状であり、ベース部２４１の下端部から外側に広がる。周壁部２４３は、中心軸Ｊ１を中心とする筒状であり、環状底部２４２の外周部から上方に突出する。ベース部２４１、環状底部２４２および周壁部２４３は、好ましくは１つの部材として一体的に形成される。
【００２２】
ガード部２５は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状であり、上下方向に沿って直径が異なる部位を有する。具体的には、ガード部２５は、ガード中央部２５１と、ガード上部２５２と、ガード下部２５３とを備える。ガード中央部２５１は、スピンチャック２２の周囲を囲む円筒状である。ガード上部２５２は、ガード中央部２５１の上端部から上方に向かうに従って直径が漸次減少する部位である。ガード下部２５３は、ガード中央部２５１の下端部から液受け部２４の周壁部２４３に向かって広がる部位である。ガード下部２５３には、周壁部２４３との間にて微小な間隙を形成する係合部２５４が設けられる。係合部２５４と、周壁部２４３とは、非接触状態が維持される。ガード部２５は、ガード昇降機構２６により、上下方向に移動（昇降）可能である。カップ部２３は、同心の複数のガード部を含んでもよい。
【００２３】
チャンバ５は、チャンバ底部５１と、チャンバ上底部５２と、チャンバ内側壁部５３と、チャンバ外側壁部５４と、チャンバ天蓋部５５とを備える。チャンバ底部５１は、板状であり、スピンモータ２１およびカップ部２３の下方を覆う。チャンバ上底部５２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状である。チャンバ上底部５２は、チャンバ底部５１の上方にて、スピンモータ２１の上方を覆うとともにスピンチャック２２の下方を覆う。チャンバ内側壁部５３は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状である。チャンバ内側壁部５３は、チャンバ上底部５２の外周部から下方に広がり、チャンバ底部５１に至る。チャンバ内側壁部５３は、カップ部２３の径方向内側に位置する。
【００２４】
チャンバ外側壁部５４は、略筒状であり、カップ部２３の径方向外側に位置する。チャンバ外側壁部５４は、チャンバ底部５１の外周部から上方に広がり、チャンバ天蓋部５５の外周部に至る。チャンバ天蓋部５５は、板状であり、カップ部２３およびスピンチャック２２の上方を覆う。チャンバ外側壁部５４には、基板９をチャンバ５内に搬入および搬出するための搬出入口（図示省略）が設けられる。搬出入口が、蓋部により閉塞されることにより、チャンバ５の内部空間５０が密閉された空間となる。
【００２５】
チャンバ天蓋部５５には、気流形成部６１が取り付けられる。気流形成部６１は、ガード部２５およびスピンチャック２２の上方に設けられる。気流形成部６１は、例えばファンフィルタユニット（ＦＦＵ）であり、ファン６１１と、フィルタ６１２とを有する。ファン６１１は、チャンバ５外の空気をフィルタ６１２を介してチャンバ５内に送る。フィルタ６１２は、例えばＨＥＰＡフィルタであり、空気中のパーティクルを除去する。気流形成部６１により、チャンバ５内において上部から下方に向かうガス（ここでは、清浄空気）の流れ、すなわち、下降気流が形成される。気流形成部６１では、窒素ガス等により下降気流が形成されてもよい。制御部１０の制御により、ファン６１１が有するモータの回転速度は可変である。したがって、気流形成部６１からチャンバ５内へのガスの供給流量が調整可能である。
【００２６】
チャンバ５には、排気流路６２が設けられる。排気流路６２は、チャンバ外側壁部５４の下部にて開口する。詳細には、上下方向においてガード部２５およびスピンチャック２２よりも下方にて、排気流路６２が、チャンバ５の内部空間５０と接続する。チャンバ５内のガスは、排気流路６２を介してチャンバ５外に排出される。排気流路６２には、ガスの排出流量を調整する排出流量調整部６２１が設けられる。排出流量調整部６２１は、例えば排気ダンパーである。制御部１０の制御により、排気ダンパーの開度は可変であり、排出流量調整部６２１を介したガスの排出流量が調整可能である。
【００２７】
基板処理装置１は、薬液ノズル３０と、純水・溶剤ノズル３１と、充填剤ノズル３２と、外縁部洗浄ノズル３３と、下部ノズル３４と、薬液供給部４１と、純水供給部４２と、有機溶剤供給部４３と、充填剤供給部４４とをさらに備える。薬液ノズル３０、純水・溶剤ノズル３１、充填剤ノズル３２および外縁部洗浄ノズル３３は、例えばストレートノズルであり、各ノズル３０〜３３は、図示省略のノズル移動機構により、基板９の上面９１に対向する対向位置と、上面９１の上方から外れた待機位置とに選択的に配置される。薬液ノズル３０、純水・溶剤ノズル３１および充填剤ノズル３２の対向位置は、上面９１の中央部に対向する位置であり、外縁部洗浄ノズル３３の対向位置は、上面９１の外縁部に対向する位置である。ノズル３０〜３３の待機位置は、水平方向において基板９から離れた位置である。ノズル移動機構は、ノズル３０〜３３を上下方向に昇降することも可能である。上下方向に伸びる下部ノズル３４は、中空状のシャフト２２１およびスピンモータ２１の内部に配置される。下部ノズル３４の上端は、基板９の下面の中央部に対向する。
【００２８】
薬液供給部４１は、薬液ノズル３０に弁を介して接続され、純水供給部４２および有機溶剤供給部４３は、共に純水・溶剤ノズル３１に弁を介して接続される。純水供給部４２は、下部ノズル３４にも弁を介して接続される。有機溶剤供給部４３は、外縁部洗浄ノズル３３にも弁を介して接続される。充填剤供給部４４は、充填剤ノズル３２に弁を介して接続される。薬液供給部４１、純水供給部４２、有機溶剤供給部４３および充填剤供給部４４により、処理液である薬液、純水、有機溶剤および充填剤が基板９にそれぞれ供給される。
【００２９】
図２Ａおよび図２Ｂは、基板処理装置１における基板９の処理の流れを示す図である。基板処理装置１では、気流形成部６１がＯＮとされ、チャンバ５内において上部から下方に向かうガスの流れ（すなわち、下降気流）が形成される（ステップＳ１１）。基板処理装置１では、原則として、常時、下降気流が形成されている。したがって、以下の処理は、上記下降気流の形成に並行して行われる。また、本処理例では、基板９の処理中において下降気流の流量が、定常状態である「高」、または、非定常状態である「低」のいずれかに設定される。ステップＳ１１では、下降気流の流量が「高」に設定される。排出流量調整部６２１を介したガスの排出流量も、「高」に設定される。
【００３０】
チャンバ５内には、外部の搬送機構により処理対象の基板９が搬入され、ガード部２５の内側に設けられたスピンチャック２２にて保持される（ステップＳ１２）。基板９の搬入の際には、ガード昇降機構２６がガード部２５を下降することにより、搬入される基板９がガード部２５に接触することが防止される（後述の基板９の搬出において同様）。搬送機構がチャンバ５外に移動すると、制御部１０の制御により、ガード昇降機構２６がガード部２５を図３に示す位置まで上昇する（ステップＳ１３）。本処理例では、基板９の処理中においてガード部２５が上段、中段および下段のいずれかに配置され、図３に示す位置は中段である。中段に配置されたガード部２５では、ガード上部２５２の下部が基板９と同じ高さに配置される。なお、図３では、長い矢印Ａ１により、流量が「高」に設定された下降気流を示している（後述の図６において同様）。
【００３１】
既述のように、円板状の基板９の周囲に略円筒状のガード部２５が配置され、両者の中心軸は一致する。したがって、ガード部２５の内側面と基板９の外縁部との間に環状の間隙が形成される。以下の説明では、ガード部２５の内側面と基板９の外縁部との間に形成される環状の最小間隙（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に沿って両者間の最小幅Ｄ１の間隙が全周に亘って連続している環状間隙）Ｇを、単に「環状間隙Ｇ」という。気流形成部６１から基板９へと向かうガスは、環状間隙Ｇを介してカップ部２３内に流入する。カップ部２３内のガスは、スピンチャック２２の下側へと移動し、ガード部２５と液受け部２４との間の微小な間隙、すなわち、図１の周壁部２４３と係合部２５４との間の微小な間隙を介してカップ部２３外に流れる。チャンバ５の内部空間５０の下部において、カップ部２３の周囲のガスは、排気流路６２を介してチャンバ５外に排出される。
【００３２】
続いて、図示省略のノズル移動機構により、薬液ノズル３０が、基板９の上面９１の中央部に対向する対向位置に配置される。また、スピンモータ２１により、基板９の回転が開始される。基板９の回転速度（回転数）は、比較的高い回転速度（後述の純水保持回転速度よりも高速な回転速度）に設定される。そして、薬液供給部４１により薬液が薬液ノズル３０を介して上面９１に連続的に供給される（ステップＳ１４）。上面９１上の薬液は基板９の回転により外縁部へと広がり、上面９１の全体に薬液が供給される。また、外縁部から飛散する薬液は、ガード部２５の内側面にて受けられて回収される。薬液は、例えば、希フッ酸（ＤＨＦ）またはアンモニア水を含む洗浄用の処理液である。薬液は、基板９上の酸化膜の除去や現像、あるいは、エッチング等、洗浄以外の処理に用いられるものであってもよい。
【００３３】
図４は、基板９の処理を説明するための図である。図４の上段では、各処理における基板９の上面９１上の様子を示し、中段では下降気流の流量を示し、下段では、ガード部２５の位置を示す。また、各処理のステップと同じ符号を付す矢印により、当該処理が行われる期間を示している。図４中の上段において、矢印Ｓ１４が示す期間に対応する最も左側に示すように、ステップＳ１４では、上面９１の全体に薬液が満たされる。薬液の供給は所定時間継続され、その後、停止される。薬液による処理では、ノズル移動機構により、薬液ノズル３０が水平方向に揺動してもよい。ステップＳ１４に並行して、純水供給部４２により純水が下部ノズル３４を介して基板９の下面に供給されてもよい（基板９の上面９１に処理液を供給する他の処理において同様）。
【００３４】
薬液による処理が完了すると、薬液ノズル３０が待機位置に移動し、純水・溶剤ノズル３１が対向位置に配置される。そして、純水供給部４２により、リンス液である純水が純水・溶剤ノズル３１を介して上面９１に連続的に供給される（ステップＳ１５）。これにより、上面９１上の薬液が純水により洗い流されるリンス処理が行われる。リンス処理中は、図４中の上段の左から２番目に示すように、上面９１の全体が純水により覆われる。純水の供給中も、比較的高い回転速度で基板９が回転される。基板９から飛散する純水は、ガード部２５の内側面により受けられて、外部に排出される。純水の供給は所定時間継続され、その間、基板９の回転速度が徐々に、上記回転速度よりも十分に低い回転速度（以下、「純水保持回転速度」という。）に下げられる。純水保持回転速度は例えば１０［ｒｐｍ］であるが、０［ｒｐｍ］であってもよい。この状態で、図４中の上段の左から２番目に示すように、上面９１上において純水の液膜８０が形成されて保持される。純水の供給は、その液膜８０の形成後、停止される。
【００３５】
所定時間、純水の液膜８０を保持した後に、基板９を純水保持回転速度で回転させたままの状態で、図１の有機溶剤供給部４３により、有機溶剤が純水・溶剤ノズル３１を介して上面９１に供給開始される（ステップＳ１６）。有機溶剤は、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、メタノール、エタノール、アセトン等であり、純水よりも表面張力が低い。本実施の形態では、有機溶剤としてＩＰＡが利用される。そしてこの有機溶剤の供給を継続しつつ、基板９の回転速度は純水保持回転速度から徐々に増速されて、比較的高い回転速度（純水保持回転速度よりも高速な回転速度）で基板９が回転される。これにより、上面９１上の有機溶剤は、直ぐに外縁部へと広がり、上面９１の純水は有機溶剤に置換される。このとき、図４中の上段の左から３番目に示すように、上面９１上において有機溶剤の薄い液膜８１が形成されて保持される。表面張力が低い（例えば、純水および充填剤よりも低い）有機溶剤は、上面９１の構造体９１０において互いに隣接する構造体要素９１１の間に入り込みやすく、構造体９１０における隙間が、有機溶剤により満たされる。なお、図４では基板９上面９１の構造体９１０の大きさは誇張して描いているが、実際には半導体デバイスの構造レベルの非常に微細な構造である。液膜８１は少なくとも構造体９１０の高さをほぼ覆う程度かまたはそれ以上の厚みがある。所定量の有機溶剤が供給されて純水の置換が終了すると、有機溶剤の供給が停止される。
【００３６】
有機溶剤の供給が完了すると、それと同時に制御部１０により気流形成部６１における下降気流の流量の設定が「低」に変更され、上記薬液および純水の供給時における流量よりも小さくされる（ステップＳ１７）。図５では、短い矢印Ａ２により、流量が「低」に設定された下降気流を示している。実際には、排出流量調整部６２１（図１参照）におけるガスの排出流量の設定も「低」に変更され、上記薬液および純水の供給時における排出流量よりも小さくされる。また、図５に示すように、ガード部２５がガード昇降機構２６により上段に配置される（ステップＳ１８）。上段は、図３に示す位置（中段）よりも上方の位置である。上段に配置されたガード部２５では、ガード中央部２５１の上部が基板９と同じ高さに配置され、環状間隙Ｇの幅Ｄ２は、図３に示す環状間隙Ｇの幅Ｄ１よりも大きい。
【００３７】
さらに、有機溶剤の供給が停止された後、上述したステップＳ１７，Ｓ１８とともに、基板処理装置１では、純水・溶剤ノズル３１が、待機位置へと移動し、充填剤ノズル３２が、上面９１の中央部に対向する対向位置に配置される。そして、ステップＳ１６における比較的高い回転速度を保った状態で、処理液供給部である充填剤供給部４４により、充填剤が充填剤ノズル３２を介して上面９１の中央部の有機溶剤の液膜８１の上に所定量だけ供給される（ステップＳ１９）。有機溶剤の液膜８１の上に供給される充填剤は、基板９の回転により上面９１の中央部から外周部へと拡がり、図４中の上段の左から４番目に示すように、有機溶剤の液膜８１上に充填剤の液膜８２が積層される。図４では、液膜における有機溶剤の層と充填剤の層とに異なるハッチングを付している。なお、基板９の回転が停止した状態で、充填剤が上面９１に供給され、その後、基板９の回転が開始されてもよい。充填剤は、例えばアクリル樹脂等のポリマー（樹脂）を含む。また充填剤の比重は有機溶剤（ここではＩＰＡ）よりも大きい。充填剤における溶媒として、水やアルコール等が例示される。ポリマーは、当該溶媒に対して溶解性を有し、例えば、所定温度以上に加熱することにより架橋反応が生じる。所定時間が経過し、所定量の充填剤が供給されて液膜８２が形成されると充填剤の供給が停止され、基板処理装置１では、基板９の回転速度はステップＳ１６における比較的高い回転速度から徐々に減速されて、比較的低い回転速度（例えば前述の純水保持回転速度）で基板９が回転される。
【００３８】
ここで、上記液膜８１，８２は、上面９１の全体を覆う一連の液層である。充填剤の供給の停止により、液膜８１，８２では、基板９と、液膜８１を構成する液体（主として、有機溶剤）と、液膜８２を構成する液体（主として充填剤）の上面９１に沿う相対移動がほぼない状態（いわゆる、パドル状態であり、以下、「液静止状態」という。）が形成されている。ステップＳ１９では、気流形成部６１による下降気流の流量、および、排出流量調整部６２１によるガスの排出流量が小さく、かつ、上段に配置されたガード部２５では、環状間隙Ｇの幅Ｄ２も比較的大きい。したがって、基板９の外縁部近傍におけるガスの流速が低減され、液静止状態の液膜８１，８２の崩壊（すなわち、基板９外縁部近傍において液膜が崩れて基板９から流出してしまうこと）や、厚さの均一性の低下が抑制される。また、純水保持回転速度での基板９の回転では、上面９１から有機溶剤や充填剤が飛散して、ミストとなって浮遊することもほとんどない。充填剤が不所望に乾燥したり剥がれたりしてしまうことも抑制できる。
【００３９】
基板９の回転速度が低い状態（前述の純水保持回転速度程度）では、各位置における液膜８１，８２の厚さは、上面９１に沿うガスの流れの影響を強く受けるが、基板９の外縁部近傍におけるガスの流速が低減されていることにより、液膜８１の厚さの均一性が確保される。上記回転速度での基板９の回転（または、基板９の回転を停止した状態）は所定時間だけ継続される。充填剤の比重は、有機溶剤の比重よりも大きいため、充填剤の供給を停止した状態で、上面９１上において有機溶剤を含む液膜８１および充填剤を含む液膜８２を保持させることにより、図４中の上段の左から４番目および５番目に示すように、上面９１上の液膜８１，８２において有機溶剤の液膜８１の層と充填剤の液膜８２の層との上下が入れ替わる。このようにして、構造体９１０における隙間に存在する有機溶剤が充填剤で置換され、互いに隣接する構造体要素９１１の間に、充填剤が入り込む（ステップＳ２０）。ステップＳ２０は、構造体９１０における隙間に充填剤を埋め込む処理である。ステップＳ２０における液膜８１，８２においても、液膜８１，８２を構成する液体が上面９１上を水平方向にはほとんど流動しておらず、液静止状態が形成されている。
【００４０】
充填剤の埋込処理が完了すると（充填剤の供給停止から所定時間経過すると）、気流形成部６１における下降気流の流量の設定が「高」に変更され、下降気流の流量が埋込処理時よりも大きくされる（ステップＳ２１）。また、排出流量調整部６２１におけるガスの排出流量の設定も「高」に変更され、ガスの排出流量が埋込処理時よりも大きくされる。本処理例では、下降気流の流量およびガスの排出流量は、薬液および純水の供給時と同程度に戻される。さらに、図３に示すように、ガード部２５がガード昇降機構２６により中段に配置される（戻される）（ステップＳ２２）。
【００４１】
続いて、基板９の回転速度が、純水保持回転速度よりも高速な回転速度まで上げられる。これにより、図４中の上段の左から５番目および６番目に示すように、有機溶剤の液膜８１、および、充填剤の余剰が基板９から除去される（いわゆるスピンオフ）（ステップＳ２３）。基板９から飛散する液（有機溶剤および充填剤）は、ガード部２５の内側面により受けられる。有機溶剤および充填剤の余剰が除去された液膜８２では、構造体９１０の全体を覆うために必要な厚さの充填剤が残存する。
【００４２】
その後、図６に示すように、ガード昇降機構２６によりガード部２５が下段に配置される（ステップＳ２４）。下段は、図３に示す位置（中段）よりも下方の位置である。下段に配置されたガード部２５では、ガード上部２５２の上部が基板９とおよそ同じ高さに配置され、環状間隙Ｇの幅Ｄ３は、図３に示す環状間隙Ｇの幅Ｄ１、および、図５に示す環状間隙Ｇの幅Ｄ２よりも小さい。
【００４３】
基板処理装置１では、ステップＳ２０〜Ｓ２４に並行して、充填剤ノズル３２が待機位置へと移動し、外縁部洗浄ノズル３３が、上面９１の外縁部に対向する対向位置に配置される。ガード部２５が下段に配置されると、有機溶剤供給部４３により、上面９１の外縁部に有機溶剤が外縁部洗浄ノズル３３を介して連続的に供給される（いわゆる、ベベル洗浄）（ステップＳ２５）。外縁部洗浄ノズル３３から噴出される有機溶剤は、基板９の外縁部を洗浄するためのものであり、以下、「洗浄液」という。
【００４４】
外縁部洗浄ノズル３３における洗浄液の噴出方向は、上下方向の下向きから外側（中心軸Ｊ１から離れる方向）に傾斜しており、上面９１の外縁部のみに洗浄液が供給される。また、薬液および純水の供給時と同様に、純水保持回転速度よりも高速な回転速度で基板９が回転される。これにより、構造体９１０が形成されていない上面９１の外縁部や、基板９の端面（縁面）に付着した充填剤が、全周に亘って除去される。このように、外縁部や端面に付着する不要な充填剤を除去することにより、後続の処理において基板９を搬送する際に、搬送機構のアームが汚れることが防止される。有機溶剤供給部４３は、外縁部に洗浄液を供給する洗浄液供給部としての役割も果たす。
【００４５】
ここで、外縁部洗浄ノズル３３は、上面９１の外縁部の一部分に対向する。したがって、外縁部洗浄ノズル３３から噴出される洗浄液や除去される充填剤は、外縁部における当該部分近傍のみから集中して飛散し、多くのミストとなって浮遊しやすい。洗浄液の供給時では、薬液および純水の供給時に比べて、環状間隙Ｇの幅が小さいため、環状間隙Ｇを通過するガスの流速が大きくなる。したがって、基板９の外縁部近傍のミストは当該ガスの流れによりカップ部２３内に導かれやすくなる。また、環状間隙Ｇを通過したミストが、ガスの流れに逆らって、幅が狭い環状間隙Ｇを再度通過して基板９の上面９１側に戻ることも防止される。以上のように、下段に配置されたガード部２５により、洗浄液の供給時において、基板９の上面９１から飛散した洗浄液等のミストが上面９１に付着することが抑制される。なお、この時点では、充填剤は仮硬化しており、または、構造体９１０における隙間に埋め込まれており、上記ガスの流れにより充填剤の剥がれが生じることはない。
【００４６】
外縁部洗浄ノズル３３からの洗浄液の噴出完了後、基板９の回転を所定時間継続することにより、外縁部の洗浄液が除去される。その後、基板９の回転が停止され、外部の搬送機構により基板９がチャンバ５外に搬出される（ステップＳ２６）。基板９は、外部のホットプレートにてベークされ、充填剤の液膜８２における溶媒成分が除去されるとともに、充填剤に含まれるポリマーが本硬化（固化）する。これにより、隣接する構造体要素９１１間に固化したポリマーが充填された状態となる。基板９は、外部のドライエッチング装置へと搬送され、ドライエッチングによりポリマーが除去される。
【００４７】
このとき、隣接する構造体要素９１１間に介在する介在物（ポリマー）が固体であるため、構造体要素９１１に対して介在物の表面張力が作用しない状態で当該介在物が除去される。リンス処理後における上記一連の処理は、上面９１に付着する純水（リンス液）の乾燥処理と捉えることができ、当該乾燥処理により、乾燥途上の純水の表面張力による構造体要素９１１の変形が防止される。ポリマーの除去は、液体を用いない他の手法により行われてもよい。例えば、ポリマーの種類によっては、減圧下にてポリマーを加熱することにより、ポリマーの昇華による除去が行われる。
【００４８】
以上に説明したように、基板処理装置１では、上面９１の構造体９１０における隙間を有機溶剤で満たす処理（ステップＳ１６）と、構造体９１０の隙間に存在する有機溶剤を充填剤で置換する処理（ステップＳ２０）とが行われる。両処理では、上面９１上において液膜８１，８２が保持（維持）される。その後、基板９を高速に回転させつつ、基板９の外縁部に付着した充填剤を除去する処理（ステップＳ２５）が行われる。また、ステップＳ１６，Ｓ２０における環状間隙Ｇの幅が、ステップＳ２５における環状間隙Ｇの幅よりも大きくなるように、ガード部２５が昇降される。これにより、液膜８１，８２を保持する際に、基板９の外縁部近傍におけるガスの流速を低減させることができ、液膜８１，８２の崩壊や部分的な剥がれ、厚さの均一性の低下を抑制することができる。また、基板９の外縁部を洗浄する際に、外縁部近傍から環状間隙Ｇに向かうガスの流速を増大させることができ、基板９から飛散した洗浄液等（のミスト）が基板９に戻ることを抑制することができる。
【００４９】
また、液膜８１，８２を保持する際に、気流形成部６１により形成されている下降気流の流量が、外縁部の洗浄時における当該流量よりも小さくされる。これにより、外縁部近傍におけるガスの流速をさらに低減させることができ、液膜８１，８２の崩壊等をさらに抑制することができる。さらに、液膜８１，８２を保持する際に、排出流量調整部６２１を介したガスの排出流量が、外縁部の洗浄時における当該排出流量よりも小さくされる。これにより、基板９の外縁部近傍におけるガスの流速をより一層低減させることができる。
【００５０】
基板処理装置１では、構造体９１０の隙間に存在する有機溶剤を充填剤で置換する際に、基板９の上面９１上への充填剤の供給を停止した状態が維持される。これにより、当該有機溶剤をより確実に充填剤で置換することができる。また、他の処理液（薬液や純水）を上面９１に供給する際における環状間隙Ｇの幅が、充填剤の液膜８２を保持する際における環状間隙Ｇの幅よりも小さく、かつ、外縁部を洗浄する際における環状間隙Ｇの幅よりも大きくされる。これにより、基板９から飛散する当該他の処理液をより確実にガード部２５にて受けつつ、外縁部におけるガスのある程度の流量を確保して、飛散した当該他の処理液（のミスト）が基板９に戻ることを抑制することが可能となる。
【００５１】
基板処理装置１では、ガード部２５の上段および中段が同じ位置であってもよい。この場合、図２Ａおよび図２Ｂの処理において、ステップＳ１８，Ｓ２２におけるガード部２５の昇降動作が省略され、基板９の処理を簡素化することが可能となる。基板処理装置１の設計によっては、ガード部２５の中段および下段を同じ位置とすることも可能である。
【００５２】
上記基板処理装置１では様々な変形が可能である。
【００５３】
上記実施の形態では、気流形成部６１により、常時、下降気流が形成されるが、例えば、図４中の下降気流が「低」に設定される期間において、気流形成部６１がＯＦＦ、すなわち、気流形成部６１によるガスの供給流量が０とされてもよい。この場合も、排気流路６２を介したガスの排出に起因して下降気流が発生するため、環状間隙Ｇの幅を変更する上記手法が有効となる。基板処理装置１の設計によっては、気流形成部６１を省略することも可能である。
【００５４】
一方、下降気流が過度に低くなると、カップ部２３内において、基板９よりも下方に存在するパーティクルや薬液雰囲気等が上方に向かって移動し（すなわち、パーティクル等が逆流し）、パーティクル等が基板９の上面９１に付着して、基板９が汚染されてしまう。したがって、パーティクル等の逆流による基板９の汚染をより確実に防止するという観点では、液膜８１，８２を保持する際に、気流形成部６１からのチャンバ５内へのガスの供給が維持されることが好ましい。
【００５５】
外縁部洗浄ノズル３３が、純水供給部４２に接続され、ステップＳ２５における基板９の外縁部の洗浄において、純水が洗浄液として利用されてもよい。この場合、純水供給部４２が洗浄液供給部としての役割を果たす。また、スピンチャック２２の構造等によっては、基板９の下面の外縁部に向かって洗浄液を供給する外縁部洗浄ノズルが設けられてもよい。この場合も、当該外縁部洗浄ノズルから処理液を噴出する際に、環状間隙Ｇの幅を小さくすることにより、環状間隙Ｇを通過するガスの流速を増大させ、基板９から飛散した洗浄液等が基板９に戻ることを抑制することができる。
【００５６】
基板保持回転機構は、様々な態様にて実現されてよい。例えば、上面９１に構造体が形成された基板９の下面に当接する基板保持回転機構により、上面９１を上方に向けて実質的に水平な姿勢で基板９を保持しつつ基板９が回転されてもよい。
【００５７】
基板処理装置１において、基板保持回転機構を昇降する昇降機構が設けられ、基板保持回転機構および基板９を昇降することにより、環状間隙Ｇの幅が変更されてもよい。このように、基板処理装置１における昇降機構は、基板９の周囲を囲む筒状のガード部２５を基板保持回転機構に対して相対的に昇降すればよい。
【００５８】
基板処理装置１にて処理される基板は半導体基板には限定されず、ガラス基板や他の基板であってもよい。
【００５９】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００６０】
１    基板処理装置
９    基板
２１    スピンモータ
２２    スピンチャック
２５    ガード部
２６    ガード昇降機構
４３    有機溶剤供給部
４４    充填剤供給部
６１    気流形成部
８０〜８２    液膜
９１    （基板の）上面
９１０    構造体
Ｄ１〜Ｄ３    （環状間隙の）幅
Ｇ    環状間隙
Ｓ１１〜Ｓ２６    ステップ
【図１】
0006712482.tif 000002
【図２Ａ】
0006712482.tif 000003
【図２Ｂ】
0006712482.tif 000004
【図３】
0006712482.tif 000005
【図４】
0006712482.tif 000006
【図５】
0006712482.tif 000007
【図６】
0006712482.tif 000008