JP2023036123A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理容器の処理空間内で基板を処理流体を用いて基板を乾燥させる基板処理技術において、基板の表面に形成されたパターンの倒壊を効果的に抑制しながら基板を良好に乾燥させる。【解決手段】この発明は、処理容器内で昇圧工程、定圧工程および減圧工程をこの順序で実行する基板処理技術であって、昇圧工程と定圧工程との間または定圧工程の初期段階において、処理空間を第１圧力に維持しながら処理空間での処理流体の流量を第１流量よりも低い第２流量に抑えている。これによって、処理空間における処理流体と液体との相互拡散が促進される。そして、当該拡散が進行した後で、処理空間からの処理流体の排出により基板乾燥が実行される。【選択図】図４

Description

この発明は、処理容器の処理空間内で基板を超臨界状態の処理流体によって処理する基板処理技術に関するものである。

半導体基板、表示装置用ガラス基板等の各種基板の処理工程には、基板の表面を各種の処理流体によって処理するものが含まれる。処理流体として薬液やリンス液などの液体を用いる処理は従来から広く行われているが、近年では超臨界流体を用いた処理も実用化されている。特に、表面に微細パターンが形成された基板の処理においては、液体に比べて表面張力が低い超臨界流体はパターンの隙間の奥まで入り込むため、効率よく処理を行うことが可能であり、また乾燥時において表面張力に起因するパターン倒壊の発生リスクを低減することができる。

例えば特許文献１には、超臨界流体を用いて基板の乾燥処理を行う基板処理装置が記載されている。この装置では、処理容器の一方端部から内部（処理空間）に薄板状の保持板に載置されたウエハ（基板）が搬入され、他方端部から超臨界状態の二酸化炭素が処理容器内に導入される。また、処理容器内には、流体排出ヘッダーが設けられる。この流体排出ヘッダーには、排出ポートが接続されており、流体排出ヘッダーおよび排出ポートを介して処理空間から超臨界流体が処理容器の外に排出される。

特開２０１８－０８２０４３号公報

特許文献１に詳述されていないが、パターンが形成された表面に液体が付着する基板を処理容器の処理空間に搬入した後で、処理空間内で昇圧工程、定圧工程および減圧工程が実行される（後で説明する図３参照）。すなわち、処理空間内に処理流体としてのＣＯ２（二酸化炭素）が供給され、処理空間内の処理流体が超臨界状態を維持できる圧力まで昇圧される（昇圧工程）。そして、処理空間内に処理流体を供給するとともに流体排出ヘッダーを介して処理容器から処理流体を排出することで、上記圧力を維持しながら基板の表面と略平行に流動する処理流体の層流を形成する（定圧工程）。この定圧工程を実行する（減圧工程）。こうした一連の工程によって基板乾燥が実行される。

しかしながら、従来技術では、定圧工程において処理流体と液体とが十分に相互拡散できず、後で説明する図５の（ａ）欄に示すようにパターン間に処理流体と液体との二相状態が残存することがあった。その結果、パターン倒壊を効果的に防止することは困難であった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の表面に形成されたパターンの倒壊を効果的に抑制しながら基板を良好に乾燥させることができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。

この発明の一の態様は、パターンが形成された表面に液体が付着する基板を処理容器の処理空間に収容しながら超臨界状態の処理流体を用いて基板を乾燥させる基板処理方法であって、流体供給部から送られる処理流体を処理空間に供給して処理空間を超臨界状態となる第１圧力に昇圧する昇圧工程と、昇圧工程により第１圧力まで昇圧された処理空間に処理流体を供給するとともに処理空間から処理流体を排出することで、処理空間を第１圧力に維持しながら処理空間に第１流量で処理流体を流通させる定圧工程と、定圧工程に続いて処理空間から処理流体を排出して処理空間を減圧する減圧工程と、昇圧工程と定圧工程との間または定圧工程の初期段階において、処理空間を第１圧力に維持しながら処理空間での処理流体の流量を第１流量よりも低い第２流量に抑えることで、処理空間において液体と処理流体とを相互拡散させる拡散工程と、を備えることを特徴としている。

また、この発明の他の態様は、パターンが形成された表面に液体が付着する基板を処理容器の処理空間に収容しながら超臨界状態の処理流体を用いて基板を乾燥させる基板処理装置であって、基板が収容された処理空間に超臨界処理用の処理流体を供給する流体供給部と、基板が収容された処理空間から処理流体を排出する流体排出部と、流体供給部から処理空間への処理流体の供給および処理空間から流体排出部への処理流体の排出を調整する流体流通調整部と、制御部と、を備え、制御部は、流体流通調整部を制御することで、処理空間への処理流体の供給により処理空間を超臨界状態となる第１圧力に昇圧させる昇圧動作と、第１圧力まで昇圧された処理空間への処理流体の供給および処理空間からの処理流体の排出によって、処理空間を第１圧力に維持しながら処理空間に第１流量で処理流体を流通させる定圧動作と、定圧動作に続いて処理空間からの処理流体の排出によって、処理空間を減圧する減圧動作と、昇圧動作と定圧動作との間または定圧動作の初期段階において、処理空間を第１圧力に維持しながら処理空間での処理流体の流量を第１流量よりも低い第２流量に抑えることで、処理空間において処理流体と液体とを相互拡散させる拡散動作と、を実行することを特徴としている。

このように構成された発明では、処理空間が超臨界状態となる第１圧力に昇圧された直後に、処理空間内の圧力を第１圧力を維持したまま処理空間での処理流体の流量が第１流量よりも低い第２流量に抑えられる。これによって、処理空間における液体と超臨界状態の処理流体との相互拡散が促進される。そして、当該拡散が進行した後で、処理空間からの処理流体の排出により基板乾燥が実行される。

上記のように、本発明によれば、処理空間において液体と超臨界状態の処理流体とを相互拡散させた後で、処理空間から処理流体を排出して基板を乾燥させている。その結果、パターン倒壊を効果的に抑制することができ、基板を良好に乾燥させることができる。

本発明に係る基板処理方法の第１実施形態を適用可能な基板処理装置の概略構成を示す図である。 基板処理装置に装備される流体流通調整部の一例における処理空間への処理流体の供給動作および処理空間からの処理流体の排出動作を示す図である。 基板処理装置に装備される流体流通調整部の一例における処理流体の迂回動作を示す図である。 従来技術におけるＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量の変化および処理空間の圧力変化の一例を示すグラフである。 本発明に係る基板処理方法の第１実施形態におけるＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量の変化および処理空間の圧力変化の一例を示すグラフである。 従来技術と第１実施形態における処理流体と液体との混合状態を模式的に示す図である。 本発明に係る基板処理方法の第２実施形態におけるＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量の変化および処理空間の圧力変化の一例を示すグラフである。 本発明に係る基板処理方法の第３実施形態におけるＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量の変化および処理空間の圧力変化の一例を示すグラフである。

図１は、本発明に係る基板処理方法の第１実施形態を適用可能な基板処理装置の概略構成を示す図である。この基板処理装置１は、例えば半導体基板のような各種基板の表面を超臨界流体により処理するための装置である。以下の各図における方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標系を設定する。ここで、ＸＹ平面は水平面であり、Ｚ方向は鉛直方向を表す。より具体的には、（－Ｚ）方向が鉛直下向きを表す。

ここで、本実施形態における「基板」としては、半導体ウエハ、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（FieldEmissionDisplay）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などの各種基板を適用可能である。以下では主として半導体ウエハの処理に用いられる基板処理装置について図面を参照して説明するが、上に例示した各種の基板の処理にも同様に適用可能である。

基板処理装置１は、処理ユニット１０、供給ユニット５０、流体流通調整部７０および制御ユニット９０を備えている。処理ユニット１０は、超臨界乾燥処理の実行主体となるものであり、供給ユニット５０は、処理に必要な化学物質および動力を処理ユニット１０に供給する。流体流通調整部７０は、処理ユニット１０と供給ユニット５０との間に設けられ、処理に使用される流体の処理ユニット１０への供給および処理ユニット１０からの排出を調整する。

制御ユニット９０は、これら装置の各部を制御して所定の処理を実現する。この目的のために、制御ユニット９０には、各種の制御プログラムを実行するＣＰＵ９１、処理データを一時的に記憶するメモリ９２、ＣＰＵ９１が実行する制御プログラムを記憶するストレージ９３、およびユーザや外部装置と情報交換を行うためのインターフェース９４などを備えている。後述する装置の動作は、ＣＰＵ９１が予めストレージ９３に書き込まれた制御プログラムを実行し装置各部に所定の動作を行わせることにより実現される。

処理ユニット１０は、処理チャンバ１００を備えている。処理チャンバ１００は、それぞれ金属ブロックにより形成された第１部材１１、第２部材１２および第３部材１３を備えている。第１部材１１と第２部材１２とが図示しない結合部材により上下方向に結合され、その（＋Ｙ）側側面に、図示しない結合部材により第３部材１３が結合されて、内部が空洞となった構造の処理チャンバ１００が構成される。この空洞の内部空間が、基板Ｓに対する処理が実行される処理空間ＳＰとなっている。処理対象の基板Ｓは処理空間ＳＰ内に搬入されて処理を受ける。処理チャンバ１００の（－Ｙ）側側面には、Ｘ方向に細長く延びるスリット状の開口部１０１が形成されており、開口部１０１を介して処理空間ＳＰと外部空間とが連通している。

処理チャンバ１００の（－Ｙ）側側面には、開口部１０１を閉塞するように蓋部材１４が設けられている。蓋部材１４の（＋Ｙ）側側面には平板状の支持トレイ１５が水平姿勢で取り付けられており、支持トレイ１５の上面は基板Ｓを載置可能な支持面となっている。より具体的には、支持トレイ１５は、略平坦な上面１５１に基板Ｓの平面サイズより少し大きく形成された凹部１５２が設けられた構造を有している。この凹部１５２に基板Ｓが収容されることで、基板Ｓは支持トレイ１５上で所定位置に保持される。基板Ｓは、処理対象となる表面（以下、単に「基板表面」ということがある）Ｓａを上向きにして保持される。このとき、支持トレイ１５の上面１５１と基板表面Ｓａとが同一平面をなしていることが好ましい。

蓋部材１４は図示を省略する支持機構により、Ｙ方向に水平移動自在に支持されている。また、蓋部材１４は、供給ユニット５０に設けられた進退機構５３により、処理チャンバ１００に対して進退移動可能となっている。具体的には、進退機構５３は、例えばリニアモータ、直動ガイド、ボールねじ機構、ソレノイド、エアシリンダ等の直動機構を有しており、このような直動機構が蓋部材１４をＹ方向に移動させる。進退機構５３は制御ユニット９０からの制御指令に応じて動作する。

蓋部材１４が（－Ｙ）方向に移動することにより、支持トレイ１５が処理空間ＳＰから開口部１０１を介して外部へ引き出されると、外部から支持トレイ１５へのアクセスが可能となる。すなわち、支持トレイ１５への基板Ｓの載置、および支持トレイ１５に載置されている基板Ｓの取り出しが可能となる。一方、蓋部材１４が（＋Ｙ）方向に移動することにより、支持トレイ１５は処理空間ＳＰ内へ収容される。支持トレイ１５に基板Ｓが載置されている場合、基板Ｓは支持トレイ１５とともに処理空間ＳＰに搬入される。

液体の表面張力に起因するパターン倒壊を防止しつつ基板を乾燥させることを主たるとする超臨界乾燥処理においては、基板Ｓの表面Ｓａが露出することで表面Ｓａに形成されたパターン（図５中の符号ＰＴ）が倒壊するのを防止するために、表面Ｓａが液膜で覆われている。つまり、液膜を構成する液体が表面Ｓａに付着した状態で、基板Ｓは処理空間ＳＰに搬入される。当該液体としては、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン等の表面張力が比較的低い有機溶剤を好適に用いることができる。本実施形態では、イソプロピルアルコールが本発明の「液体」の一例として使用されている。

蓋部材１４が（＋Ｙ）方向に移動し開口部１０１を塞ぐことにより、処理空間ＳＰが密閉される。蓋部材１４の（＋Ｙ）側側面と処理チャンバ１００の（－Ｙ）側側面との間にはシール部材１６が設けられ、処理空間ＳＰの気密状態が保持される。シール部材１６としては、弾性樹脂材料、例えばゴムにより形成された環状のものを用いることができる。また、図示しないロック機構により、蓋部材１４は処理チャンバ１００に対して固定される。このようにして処理空間ＳＰの気密状態が確保された状態で、処理空間ＳＰ内で基板Ｓに対する処理が実行される。

この実施形態では、供給ユニット５０に設けられた流体供給部５７から、超臨界処理に利用可能な物質の流体、例えば二酸化炭素が、気体または液体の状態で処理ユニット１０に供給される。二酸化炭素は比較的低温、低圧で超臨界状態となり、また基板処理に多用される有機溶剤をよく溶かす性質を有するという点で、超臨界乾燥処理に好適な化学物質である。

より具体的には、流体供給部５７は、基板Ｓを処理する処理流体として、超臨界状態の流体、または、ガス状もしくは液状で供給され所定の温度・圧力が与えられることで事後的に超臨界状態となる流体を出力する。例えば、ガス状もしくは液状の二酸化炭素が加圧状態で出力される。流体は流体流通調整部７０を介して処理チャンバ１００の（＋Ｙ）側側面に設けられた入力ポート１０２、１０３に圧送される。すなわち、制御ユニット９０からの制御指令に応じて流体流通調整部７０が作動することで、流体は流体供給部５７から処理チャンバ１００へ送られる。なお、流体流通調整部７０の詳しい構成および動作については、後で詳述する。

入力ポート１０２、１０３から処理空間ＳＰに至る流体の流路１７は、流体供給部５７から供給される処理流体（本実施形態では、ＣＯ２）を処理空間ＳＰに導入する導入流路として機能する。具体的には、入力ポート１０２には、流路１７１が接続されている。入力ポート１０２とは反対側の流路１７１の端部には、流路断面積が急激に拡大するように形成されたバッファ空間１７２が設けられている。

バッファ空間１７２と処理空間ＳＰとを接続するように、流路１７３がさらに設けられている。流路１７３は、上下方向（Ｚ方向）に狭く、水平方向（Ｘ方向）に長い幅広の断面形状を有しており、その断面形状は、処理流体の流通方向において略一定である。バッファ空間１７２とは反対側の流路１７１の端部は、処理空間ＳＰに臨んで開口する吐出口１７４となっており、この吐出口１７４から処理流体が処理空間ＳＰ内に導入される。

望ましくは、流路１７３の高さは、支持トレイ１５が処理空間ＳＰに収容された状態で、処理空間ＳＰの天井面と基板表面Ｓａとの距離と等しい。そして、吐出口１７４は、処理空間ＳＰの天井面と支持トレイ１５の上面１５１との間のギャップに臨んで開口している。例えば、流路１７３の天井面と処理空間ＳＰの天井面とが同一平面をなすようにすることができる。このように、吐出口１７４は、処理空間ＳＰに臨んで水平方向に細長いスリット状に開口している。

支持トレイ１５の下方にも同様にして処理流体の流路が形成される。具体的には、入力ポート１０３には流路１７５が接続されている。入力ポート１０３とは反対側の流路１７５の端部には、流路断面積が急激に拡大するように形成されたバッファ空間１７６が設けられている。

そして、バッファ空間１７６と処理空間ＳＰとは流路１７７を介して連通している。流路１７７は、上下方向（Ｚ方向）に狭く、水平方向（Ｘ方向）に長い幅広の断面形状を有しており、その断面形状は、処理流体の流通方向において略一定である。バッファ空間１７６とは反対側の流路１７７の端部は、処理空間ＳＰに臨んで開口する吐出口１７８となっており、この吐出口１７８から処理流体が処理空間ＳＰ内に導入される。

望ましくは、流路１７７の高さは、処理空間ＳＰの底面と支持トレイ１５の下面との距離と同等とされる。そして、吐出口１７８は、処理空間ＳＰの底面と支持トレイ１５の下面との間のギャップに臨んで開口している。例えば、流路１７７の底面と処理空間ＳＰの底面とが同一平面をなすようにすることができる。つまり、吐出口１７８は、処理空間ＳＰに臨んで水平方向に細長いスリット状に開口している。

Ｚ方向において、流路１７１の配設位置と流路１７３の配設位置とが異なっていることが望ましい。両者が同一高さにあるとき、流路１７１からバッファ空間１７２に流入した処理流体の一部がそのまま直進して流路１７３に流入することになる。そうすると、流通方向に直交する流路の幅方向、つまりＸ方向においては、流路１７１に対応する位置とそれ以外の位置とで、流路１７３に流れ込む処理流体の流量や流速に差が生じるおそれがある。このことは、流路１７３から処理空間ＳＰに流れ込む処理流体の流れにＸ方向の不均一性を生じさせ、乱流の原因となる。

流路１７１と流路１７３とをＺ方向に異ならせて配置することにより、このような流路１７１から流路１７３への処理流体の直進は生じなくなり、幅方向において均一な層流として処理流体を処理空間ＳＰに導入することが可能となる。

このように構成された導入流路１７から導入される処理流体は、処理空間ＳＰ内で支持トレイ１５の上面および下面に沿って流れ、以下のように構成される排気流路１８を介して処理容器外へ排出される。基板Ｓよりも（－Ｙ）側において、処理空間ＳＰの天井面と支持トレイ１５の上面１５１とはいずれも水平な平面をなしており、両者は一定のギャップを保って平行に対向している。このギャップが、支持トレイ１５の上面１５１および基板Ｓの表面Ｓａに沿って流れた処理流体を流体排出部５５に導く排気流路１８の上流領域１８１として機能する。この上流領域１８１は上下方向（Ｚ方向）に狭く、水平方向（Ｘ方向）に長い幅広の断面形状を有している。

上流領域１８１の処理空間ＳＰとは反対側の端部はバッファ空間１８２に接続している。詳しい構造については後述するが、バッファ空間１８２は、処理チャンバ１００と、蓋部材１４と、シール部材１６とで囲まれた空間である。Ｘ方向におけるバッファ空間１８２の幅は上流領域１８１の幅と同等またはこれより大きく、Ｚ方向におけるバッファ空間１８２の高さは上流領域１８１の高さよりも大きい。したがって、バッファ空間１８２は上流領域１８１より大きな流路断面積を有している。

バッファ空間１８２の上部に下流領域１８３が接続されている。下流領域１８３は処理チャンバ１００を構成する上部ブロックである第１部材１１を貫通して設けられた貫通孔である。その上端は処理チャンバ１００の上面に開口する出力ポート１０４を構成し、下端はバッファ空間１８２に臨んで開口している。

このように、本実施形態では、支持トレイ１５の上面側における排気流路１８は、以下の３つの領域、つまり、
・支持トレイ１５の上面１５１と第１部材１１の下面との間に形成される上流領域１８１と、
・流体排出部５５と繋がる下流領域１８３と、
・上流領域１８１と下流領域１８３とを連通する中間領域（バッファ空間１８２）と、
を有している。

同様に、処理空間ＳＰの底面と支持トレイ１５の下面とはいずれも水平な平面をなしており、両者は一定のギャップを保って平行に対向している。このギャップが、支持トレイ１５の下面に沿って流れる処理流体を流体排出部５５に導く排気流路１８の上流領域１８５として機能する。また、支持トレイ１５の下面側の上流領域１８５は、支持トレイ１５の上面側と同様に、バッファ空間１８６を介して下流領域１８７と接続されている。すなわち、支持トレイ１５の下面側における排気流路１８は、以下の３つの領域、つまり、
・支持トレイ１５の下面と第２部材１２の上面との間に形成される上流領域１８５と、
・流体排出部５５と繋がる下流領域１８７と、
・上流領域１８５と下流領域１８７とを連通する中間領域（バッファ空間１８６）と、
を有している。

処理空間ＳＰにおいて支持トレイ１５の上方を流れた処理流体は、上流領域１８１、バッファ空間１８２および下流領域１８３を介して出力ポート１０４へ送出される。同様に、処理空間ＳＰにおいて支持トレイ１５の下方を流れた処理流体は、上流領域１８５、バッファ空間１８６および下流領域１８７を介して出力ポート１０５へ送出される。これらの出力ポート１０４、１０５は、次に詳述する流体流通調整部７０を介して流体排出部５５に接続されている。このため、制御ユニット９０からの制御指令に応じて流体流通調整部７０が作動することで、処理空間ＳＰ内の処理流体が流体流通調整部７０を介して流体排出部５５に回収される。

図２Ａおよび図２Ｂは、基板処理装置に装備される流体流通調整部の一例を示す図である。図２Ａは、処理ユニット１０に対してフレッシュな処理流体を送り込むとともに処理に使用された処理流体を処理ユニット１０から回収するときのユニット各部の動作を模式的に示している。一方、図２Ｂは、処理ユニット１０を迂回させながら処理流体を流体供給部５７から流体排出部５５に流通させるときのユニット各部の動作を模式的に示している。なお、これらの図面中、処理流体が流れる経路を点線矢印で示している。また、これらの図面中の弁を示す記号において三角形の部分が黒いものは、弁が開いている状態を示し、三角形の部分が白いものは、弁が閉じている状態を示している。

流体流通調整部７０は、流体供給部５７と入力ポート１０２、１０３とをそれぞれ接続する配管７１、７２と、出力ポート１０４、１０５と流体排出部５５とをそれぞれ接続する配管７３、７４とを有している。

配管７１には、流体供給部５７側（図２Ａ、図２Ｂ中の左手側）から順に、バルブ７５１およびフィルター７６１が介挿されている。また、配管７２には、流体供給部５７側から順に、バルブ７５２、フィルター７６２およびオリフィス７７２が介挿されている。このため、制御ユニット９０からの制御指令に応じてバルブ７５１、７５２が開成されることで、処理流体は流体供給部５７から処理チャンバ１００の処理空間ＳＰに圧送される。しかも、本実施形態では、バルブ７５１、７５２の弁開度は上記制御指令に応じて多段階または連続的に切替可能となっている。したがって、後で説明するように、弁開度調整によって処理空間ＳＰに流入する処理流体の流量（以下「ＣＯ２流入量」という）を高精度に調整可能となっている。

また、本実施形態では、処理流体を上下分かれて処理空間ＳＰに流入させるように構成している。このため、バルブ７５１、７５２を同一の弁開度で開いたとしても、入力ポート１０２を介して流入する処理流体と、入力ポート１０３を介して流入する処理流体とで圧力差が生じることがある。そこで、本実施形態では、下方側の配管７２にオリフィス７７２を設けることで、上記圧力差を抑える、あるいはゼロにしている。もちろん、上記圧力差は処理チャンバ１００の構成や各部の寸法関係などにより相違するため、オリフィスについては、配管７２のみに設ける以外に、配管７１のみ、配管７１、７２の両方、あるいはいずれにも設けないなどの態様が存在している。また、入力ポートの数が増えると、さらに種々の態様が考えられる。要は、複数の入力ポートから処理流体を処理空間ＳＰに供給する場合、入力ポート間で圧力差が生じないように、オリフィスの挿入を検討するのが望ましい。

上記のようにして供給された処理流体の処理空間ＳＰからの排出を制御するために、配管７３には、出力ポート１０４側（図２Ａ、図２Ｂ中の左手側）から順に、流量計７８３およびバルブ７５３が介挿されている。また、配管７４についても、上記と同様に、出力ポート１０５側から順に、流量計７８２およびバルブ７５４が介挿されている。このため、制御ユニット９０からの制御指令に応じてバルブ７５３、７５４が開成されることで、処理流体は処理空間ＳＰから流体排出部５５に回収される。しかも、本実施形態では、バルブ７５３、７５４についても、それらの弁開度は上記制御指令に応じて多段階または連続的に切替可能となっている。したがって、後で説明するように、弁開度調整によって処理空間ＳＰから流出する処理流体の流量（以下「ＣＯ２流出量」という）を高精度に調整可能となっている。

本実施形態では、上記したＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量の調整は、それぞれ独立して行うことが可能となっている。このため、後で説明する図３および図４に示すように、両者の調整によって処理チャンバ１００の処理空間ＳＰ内の圧力および流量を可変制御可能となっている。

一方、処理チャンバ１００から分離して迂回するようにバイパス配管７９１、７９２が流体流通調整部７０に設けられている。バイパス配管７９１は、バルブ７５１に対して流体供給部５７側（図２Ａ、図２Ｂ中の左手側）で配管７１から分岐し、バルブ７５３に対して流体排出部５５側（図２Ａ、図２Ｂ中の右手側）で配管７３に合流している。バイパス配管７９２は、バルブ７５２に対して流体供給部５７側（図２Ａ、図２Ｂ中の左手側）で配管７２から分岐し、バルブ７５３に対して流体排出部５５側（図２Ａ、図２Ｂ中の右手側）で配管７４に合流している。これらバイパス配管７９１、７９２には、バルブ７５５、７５６がそれぞれ介挿されている。このため、バルブ７５１～７５４が閉成された状態で制御ユニット９０からの制御指令に応じてバルブ７５５、７５６が開成されることで、流体供給部５７から送られてくる処理流体は全部、処理チャンバ１００を迂回して流体排出部５５に流れる。つまり、流体供給部５７および流体排出部５５を作動させたまま、処理チャンバ１００への処理流体の供給を一時的に停止することができる。なお、バルブ７５５、７５６についても、その弁開度を上記制御指令に応じて多段階または連続的に切替可能なものを採用してもよく、この場合、バルブ７５１～７５６の弁開度を適宜制御することで、ＣＯ２流入量、ＣＯ２流出量および迂回させるＣＯ２量を調整することができる。このような特性を利用したものが後で説明する第２実施形態である。

上記のように構成された基板処理装置１に対し、表面Ｓａに液体（本実施形態ではＩＰＡ）が液盛りされた基板Ｓが図示を省略する搬送ロボットなどに基板搬送装置により搬入されると、基板Ｓを支持した状態のまま蓋部材１４が（＋Ｙ）方向に移動する。これにより、基板Ｓが支持トレイ１５とともに処理空間ＳＰに収容されるとともに、蓋部材１４により開口部１０１が密閉される。なお、基板搬入処理の際には、バルブ７５１～７５６は、すべて閉状態に制御される。

それに続いて、昇圧工程、定圧工程および減圧工程がこの順序で実行される。特に、第１実施形態では、定圧工程の初期段階においてホールド工程を実行することでパターン倒壊の抑制効果を高めている。ここでは、第１実施形態において当該作用効果が得られる理由を理解してもらうため、まず最初に、上記基板処理装置１を従来装置と同様に動作させる場合を図２Ａおよび図３を参照しつつ説明する。その後で、本発明の第１実施形態について従来技術と比較しながら説明する。

図３は、従来技術におけるＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量の変化および処理空間の圧力変化の一例を示すグラフである。上記基板処理装置１において、従来装置と同様の動作シーケンスで処理空間ＳＰに収容された基板Ｓに対して処理を施す場合、バルブ７５５、７５６は常時閉成される。したがって、バイパス配管７９１、７９２を介した処理流体の迂回を行うことなく、バルブ７５１～７５４の開閉および弁開度の制御により、以下のようにして、基板処理が実行される。従来装置では、バイパス配管７９１、７９２およびバルブ７５５、７５６からなるバイパス系統は不要であり、特許文献１に記載の装置でもバイパス系統は設けられていない。

制御ユニット９０は、流体排出部５５および流体供給部５７が安定して動作している状態で、図２Ａに示すように、バルブ７５１～７５４を閉状態から開状態に切り替え、処理空間ＳＰへの処理流体の流入および処理空間ＳＰからの処理流体の流出を開始させる（タイミングＴ１）。つまり、タイミングＴ１は昇圧工程の開始タイミングを意味している。

制御ユニット９０は、昇圧工程の開始（タイミングＴ１）からの経過時間に応じてバルブ７５１、７５２の弁開度を制御し、ＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量をそれぞれ１点鎖線および２点鎖線で示すプロファイルで変化させる。この昇圧工程では、ＣＯ２流入量がＣＯ２流出量よりも多くなるように制御することで、図３の実線で示すように処理空間ＳＰ内の圧力をリニアに上昇させ、所定のタイミングＴ２で二酸化炭素の臨界圧力（約７．９ＭＰａ）より高い第１圧力Ｐ１になるように調整している。これにより、処理空間ＳＰ内の処理流体は超臨界状態となっている。このようにタイミングＴ１からタイミングＴ２までに行われる昇圧工程が本発明の「昇圧動作」の一例に相当している。

昇圧工程に続いて、処理空間ＳＰ内の圧力が第１圧力Ｐ１に維持される、つまり定圧工程を実行するために、制御ユニット９０はバルブ７５１～７５４の弁開度を以下のように制御する（定圧動作）。すなわち、昇圧工程が完了したタイミングＴ２が過ぎた時点においても、図３に示すように、制御ユニット９０は、一定時間だけ、ＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量を増大させる。そして、ＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量がともに同一の流量ＦＲ１に達してから一定時間だけ制御ユニット９０は、ＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量がともに流量ＦＲ１となるようにバルブ７５１～７５４の弁開度を調整する。

そして、定圧工程の後半段階で、制御ユニット９０は、ＣＯ２流入量の減少が開始されるように、バルブ７５１、７５２の弁開度を制御する。そして、さらに一定時間が経過したタイミングＴ３でＣＯ２流出量の減少が開始されるように、制御ユニット９０はバルブ７５３、７５４の弁開度を制御する。これによって、ＣＯ２流出量がＣＯ２流入量よりも多くなり、定圧工程が完了し、処理空間ＳＰ内の圧力が第１圧力Ｐ１から減少し始める。つまり、タイミングＴ３が減圧工程の開始タイミングに相当する。

この減圧工程においては、制御ユニット９０は、ＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量が減少するように、バルブ７５１～７５４の弁開度を制御する（減圧動作）。これによって、処理空間ＳＰ内の圧力が第１圧力Ｐ１よりも低下していく。この減圧工程は、処理空間ＳＰ内の圧力がゼロに達するタイミングＴ４まで継続される。

このように従来装置においては、図３に示すプロファイルでＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量を制御することで昇圧工程、定圧工程および減圧工程をこの順序で実行している。特に、定圧工程では、処理流体と液体との相互拡散によって液体が処理流体に混合するのを狙っている。しかしながら、上記したように、定圧工程では、処理流体が第１流量ＦＲ１で基板Ｓの表面Ｓａと略平行に流動し、処理流体の層流が形成されている。そのため、例えば図５の「従来技術」の欄に示すように、パターンＰＴの間に処理流体（ＣＯ２）と液体（ＩＰＡ）との二相状態が残存することがあり、パターンＰＴの倒壊防止効果は必ずしも十分なものであると言えなかった。

これに対し、第１実施形態では、定圧工程の初期段階において、バイパス配管７９１、７９２を経由した処理流体の流れ、つまり迂回を作り出すことで、処理空間ＳＰでの処理流体の流量を第１流量ＦＲ１よりも低い第２流量ＦＲ２に抑えている。以下、図２Ａ、図２Ｂおよび図４を参照しつつ本発明の第１実施形態について説明する。

図４は、本発明に係る基板処理方法の第１実施形態におけるＣＯ２流入量およびＣＯ２流出量の変化および処理空間の圧力変化の一例を示すグラフである。この第１実施形態が図３に示した従来技術と大きく相違する点は、定圧工程の初期段階（タイミングＴ２～Ｔ２ａ）において、処理流体の層流を形成しない（あるいは流量を抑えた）ホールド状態を作り出している点であり、その他の構成は基本的に図３に示す従来技術と同一である。したがって、その相違点を中心に詳述する。

第１実施形態では、制御ユニット９０は、昇圧工程に続いて、処理流体の処理空間ＳＰへの供給および処理空間ＳＰからの処理流体の排出を停止する。より具体的には、タイミングＴ２で、制御ユニット９０は、図２Ｂに示すように、バルブ７５１～７５４を開状態から閉状態に切り替える。それと同時に、制御ユニット９０は、バルブ７５５～７５６を閉状態から開状態に切り替える。すると、流体供給部５７から供給されていた処理流体の全部は、バイパス配管７９１、７９２を介して流体排出部５５に流れ、処理空間ＳＰを迂回する。この迂回状態は定圧工程の初期段階（タイミングＴ２～Ｔ２ａ）の間だけ継続され、タイミングＴ２ａで、制御ユニット９０は、図２Ａに示すように、バルブ７５１～７５４を閉状態から開状態に切り替えるとともに、バルブ７５５～７５６を開状態から閉状態に切り替える。このため、定圧工程の初期段階では、図４に示すように、処理空間ＳＰでは処理流体は非流通状態となり、処理液の層流は形成されない。しかも、処理空間ＳＰ内は第１圧力Ｐ１に保たれて処理流体は超臨界状態に維持されている。したがって、処理空間ＳＰにおいて、処理流体と液体とは相互に拡散し、例えば図５の「第１実施形態」の欄に模式的に示すように、パターンＰＴの間においても、処理流体と液体とが相互に混ざり合って、超臨界の均一相が形成される。

こうして処理流体と液体とが効果的に混ざり合った超臨界均一相が形成されたまま、従来技術と同様にして、定圧工程の後半部分および減圧工程が実行される。

以上のように、第１実施形態によれば、処理空間ＳＰが超臨界状態となる第１圧力Ｐ１に昇圧された直後に、処理空間ＳＰでの処理流体の流量を第１流量ＦＲ１よりも低い第２流量ＦＲ２（＝０）に抑えている。このため、処理空間ＳＰにおける処理流体と液体との相互拡散を促進することができる。そして、当該拡散を進行させた後で、処理空間ＳＰから処理流体を排出している。その結果、従来技術に比べ、パターン倒壊を効果的に抑制することができ、基板乾燥を良好に行うことができる。

また、上記第１実施形態では、第２流量ＦＲ２をゼロに設定するために、バイパス配管７９１、７９２およびバルブ７５５、７５６を有するバイパス系統を設けている。このため、流体供給部５７から処理流体を連続供給している途中で、バイパス系統への迂回と迂回解消とを切り替えることで、ＣＯ２流入量を急激に変更することが可能となっている。つまり、流体供給部５７を安定的に定常運転させながら、ホールド工程を追加することができる。

また、処理空間ＳＰでの処理流体の流量を第２流量ＦＲ２に維持するホールド時間（＝Ｔ２ａ－Ｔ２）は、処理流体と液体との組み合わせに応じて適宜選択することができるが、処理流体と液体がそれぞれ「二酸化炭素」および「ＩＰＡ」である場合、ホールド時間は３０秒以上かつ４５秒以下の範囲内で設定するのが好適である。というのも、ホールド時間が３０秒未満であるときには、処理流体と液体との相互拡散が不十分であり、逆にホールド時間が４５秒を超えると、基板処理に適した温度に温調された処理流体の処理空間ＳＰへの供給が停止されているため、処理チャンバ１００からの放熱による温度低下によって超臨界状態を維持することが困難となるからである。なお、温度低下を防止しながらホールド時間を長く設定するために、処理空間ＳＰ内の温度を調整する温度調整手段を追加してもよい。

また、第１圧力Ｐ１についても、処理流体と液体との組み合わせに応じて適宜選択することができるが、処理流体と液体がそれぞれ「二酸化炭素」および「ＩＰＡ」である場合、第１圧力Ｐ１を第１実施形態（９．５ＭＰａ）よりも低い値、例えば８．５ＭＰａに設定した場合であってもパターン倒壊を効果的に防止することが可能であることを各種実験にて確認している。ただし、二酸化炭素とＩＰＡとの混合相の超臨界圧力は、二酸化炭素の臨界圧力（７．９ＭＰａ）よりも高く、上記８．５ＭＰａに近づくため、パターンＰＴ間に存在する液体（ＩＰＡ）の拡散移動を低下させる傾向にある。したがって、第１圧力Ｐ１については、８．５ＭＰａよりも大きい値に設定するのがより好適である。

上記したように、第１実施形態では、ホールド工程が本発明の「拡散工程」の一例に相当し、ホールド工程で実行される動作が本発明の「拡散動作」の一例に相当している。処理チャンバ１００が本発明の「処理容器」の一例に相当している。制御ユニット９０が本発明の「制御部」の一例に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記第１実施形態では、ホールド工程における処理流体の第２流量ＦＲ２をゼロに設定しているが、例えば図６に示すように、ＣＯ２流入量をＣＯ２流出量よりも若干高く設定し、第２流量ＦＲ２を０．１（ｌ／ｍｉｎ）程度に設定してもよい（第２実施形態）。もちろん、第２流量ＦＲ２の値はこれに限定されるものでなく、要は、流体供給部５７から送られる処理流体の一部が処理空間ＳＰに送り込まれる一方、残りが処理チャンバ１００から分離して設けられるバイパス配管７９１、７９２を経由して流体排出部５５に排出されるとともに処理空間ＳＰから処理流体が排出されることで、第２流量ＦＲ２がゼロよりも高く、かつ第１流量ＦＲ１よりも低い値となるように構成してもよい。

また、第１実施形態および第２実施形態では、本発明の「拡散工程」の一例であるホールド工程において第２流量ＦＲ２は一定に維持されるが、例えば図７に示すように、ホールド工程において、処理空間ＳＰでの処理流体の流量を第１流量ＦＲ１と第２流量ＦＲ２との間で切り替える流量切替動作を繰り返すように構成してもよい（第３実施形態）。

また、上記実施形態では、定圧工程の初期段階で拡散工程を実行しているが、昇圧工程と定圧工程との間に拡散工程を追加してもよい。

また、上記実施形態では、支持トレイ１５が蓋部材１４の側面に取り付けられておりこれらが一体的に移動するが、これに限定されない。例えば、蓋部材とは独立して支持トレイが移動可能な構成であってもよい。この場合、蓋部材は処理チャンバの開口に対して開閉自在に取り付けられる扉状の部材であってもよい。

また、上記実施形態の処理で使用される各種の化学物質は一部の例を示したものであり、上記した本発明の技術思想に合致するものであれば、これに代えて種々のものを使用することが可能である。

この発明は、処理容器の処理空間内で基板を超臨界状態の処理流体によって処理する基板処理技術全般に適用することができる。

１…基板処理装置
１０…処理ユニット
５５…流体排出部
５７…流体供給部
７０…流体流通調整部
９０…制御ユニット（制御部）
１００…処理チャンバ（処理容器）
ＦＲ１…第１流量
ＦＲ２…第２流量
Ｐ１…第１圧力
Ｓ…基板
Ｓａ…（基板の）表面
ＳＰ…（処理チャンバの）処理空間

Claims (9)

1. パターンが形成された表面に液体が付着する基板を処理容器の処理空間に収容しながら超臨界状態の処理流体を用いて前記基板を乾燥させる基板処理方法であって、
   流体供給部から送られる前記処理流体を前記処理空間に供給して前記処理空間を超臨界状態となる第１圧力に昇圧する昇圧工程と、
   前記昇圧工程により前記第１圧力まで昇圧された前記処理空間に前記処理流体を供給するとともに前記処理空間から前記処理流体を排出することで、前記処理空間を前記第１圧力に維持しながら前記処理空間に第１流量で前記処理流体を流通させる定圧工程と、
   前記定圧工程に続いて前記処理空間から前記処理流体を排出して前記処理空間を減圧する減圧工程と、
   前記昇圧工程と前記定圧工程との間または前記定圧工程の初期段階において、前記処理空間を前記第１圧力に維持しながら前記処理空間での前記処理流体の流量を前記第１流量よりも低い第２流量に抑えることで、前記処理空間において前記液体と前記処理流体とを相互拡散させる拡散工程と、
   を備えることを特徴とする、基板処理方法。
2. 請求項１に記載の基板処理方法であって、
   前記拡散工程では、前記処理空間での前記処理流体の流量が前記第２流量に維持される、基板処理方法。
3. 請求項１に記載の基板処理方法であって、
   前記拡散工程では、前記処理空間での前記処理流体の流量を前記第１流量と前記第２流量との間で切り替える流量切替動作が繰り返される、基板処理方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
   前記拡散工程では、前記流体供給部から送られる前記処理流体の全部が前記処理容器から分離して設けられるバイパス配管を経由して排出されることで、前記第２流量がゼロとなる、基板処理方法。
5. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
   前記拡散工程では、前記流体供給部から送られる前記処理流体の一部が前記処理空間に送り込まれる一方、残りが前記処理容器から分離して設けられるバイパス配管を経由して排出されるとともに前記処理空間から前記処理流体が排出されることで、前記第２流量がゼロよりも高く、かつ前記第１流量よりも低い値となる、基板処理方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
   前記拡散工程の実行時間は３０秒以上かつ４５秒以下の範囲内である、基板処理方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
   前記処理流体は二酸化炭素である、基板処理方法。
8. パターンが形成された表面に液体が付着する基板を処理容器の処理空間に収容しながら超臨界状態の処理流体を用いて前記基板を乾燥させる基板処理装置であって、
   前記基板が収容された前記処理空間に超臨界処理用の処理流体を供給する流体供給部と、
   前記基板が収容された前記処理空間から前記処理流体を排出する流体排出部と、
   前記流体供給部から前記処理空間への前記処理流体の供給および前記処理空間から前記流体排出部への前記処理流体の排出を調整する流体流通調整部と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記流体流通調整部を制御することで、
   前記処理空間への前記処理流体の供給により前記処理空間を超臨界状態となる第１圧力に昇圧させる昇圧動作と、
   前記第１圧力まで昇圧された前記処理空間への前記処理流体の供給および前記処理空間からの前記処理流体の排出によって、前記処理空間を前記第１圧力に維持しながら前記処理空間に第１流量で前記処理流体を流通させる定圧動作と、
   前記定圧動作に続いて前記処理空間からの前記処理流体の排出によって、前記処理空間を減圧する減圧動作と、
   前記昇圧動作と前記定圧動作との間または前記定圧動作の初期段階において、前記処理空間を前記第１圧力に維持しながら前記処理空間での前記処理流体の流量を前記第１流量よりも低い第２流量に抑えることで、前記処理空間において前記液体と前記処理流体とを相互拡散させる拡散動作と、
   を実行することを特徴とする、基板処理装置。
9. 請求項８に記載の基板処理装置であって、
   前記処理容器から分離して設けられ、前記流体供給部から供給される前記処理流体を前記流体排出部に直接送るバイパス配管を備え、
   前記制御部は、前記拡散動作において、前記流体供給部から供給される前記処理流体の全部または一部を前記バイパス配管を介して前記流体排出部に送って前記処理空間での前記処理流体の流量を調整する、基板処理装置。

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