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JP7236338B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、基板の表面を超臨界状態の処理流体によって処理する基板処理装置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、２つの板状部材が対向配置されてその隙間が処理空間となっており、その一方端部から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導入される。
特開２０１８－０８２０４３号公報
超臨界状態の処理流体を処理空間に供給することは、その供給経路の全体において所定の温度および圧力環境が維持されていなければならないため現実的ではない。このため、実際の処理においては、ガス状または液状の処理流体が処理チャンバに導入され、処理チャンバ内で所定の温度および圧力環境が創出されることで、処理チャンバ内が超臨界状態となった処理流体で満たされることになる。
特に処理流体が液状で圧送される場合、例えば流路における圧力損失の変動に起因して、液体の一部が気化してしまうことがあり得る。これにより流体が急激に膨張することで、流路内の圧力が大きく変動することになる。このような圧力変動が処理空間内の基板に伝わると、基板にダメージを与えてしまう。特に微細パターンを有する基板では、パターン倒壊のような深刻なダメージが生じ得る。しかしながら、上記従来技術ではこの点が考慮されていない。
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の表面を超臨界状態の処理流体によって処理する基板処理装置において、流路内での処理流体の部分的な気化に起因する圧力変動から基板を保護することのできる技術を提供することを目的とする。
この発明の一の態様は、基板の表面を超臨界状態の処理流体により処理する基板処理装置において、上記目的を達成するため、前記基板を収容可能な処理空間、および前記処理流体を外部から受け入れて前記処理空間へ案内する流路が内部に設けられたチャンバ筐体と、前記処理流体を前記流路に圧送する流体供給部とを備え、前記流路には、前記処理流体の流通方向を変化させるベンド部が複数設けられている。その第１の態様では、前記処理流体は、前記処理流体の流通方向が垂直から水平に変化する前記ベンド部と、前記処理流体の流通方向が水平から垂直に変化する前記ベンド部とをそれぞれ少なくとも１回通過して前記処理空間に案内される。また、第２の態様では、前記流通方向における最下流の前記ベンド部から前記処理空間までの間が、一定の断面形状を有する前記流路により接続されている。
このように構成された発明では、チャンバ筐体内に供給された処理流体が処理空間に到達するまでの流路に複数のベンド部が設けられる。このベンド部では圧力損失が流路の他の部分よりも大きくなっており、処理流体の気化が起こりやすくなっている。複数のベンド部を有する流路では、処理流体の流通方向において上流側のベンド部ほど気化が起こりやすい。したがって、流路に複数のベンド部を設けることで、より下流側での気化の発生確率を低減させることができる。また、上流側で気化、膨張に起因する圧力変動が生じたとしても、下流側の流路に圧力損失の高いベンド部が存在するため、圧力変動がさらに下流側へ伝搬するのが抑制される。これにより、圧力変動の影響が基板に及ぶのを抑え、基板へのダメージを回避することができる。
上記のように、本発明では、チャンバ筐体に導入されて処理空間に至る処理流体の流路上に、圧力損失の大きいベンド部が複数配置される。これにより、気化しやすい状態で流路を通送される処理流体に対し早い段階で気化を起こさせ、しかもそれによる圧力変動が基板に到達するのを抑えることができる。このようにして、基板が流路内での処理流体の部分的な気化に起因する圧力変動から保護されることになる。
本発明に係る基板処理装置の一実施形態の概略構成を示す図である。 処理チャンバの構造を示す分解組立図である。 流体の流路を示す図である。 流路の形状の各種の例を示す図である。 処理チャンバの変形例を示す図である。
図１は本発明に係る基板処理装置の一実施形態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を用いて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（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を例に採っ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。
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、複数の金属ブロック１１，１２，１３が組み合わせられ、それらによって内部が空洞１０５となった構造を有している。この空洞１０５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１０１が形成されており、開口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。
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することを主たる目的とする超臨界乾燥処理においては、基板Ｓは、その表面Ｓａが露出してパターン倒壊が発生するのを防止するために、表面Ｓａが液膜で覆われた状態で搬入される。液膜を構成する液体としては、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。
蓋部材１４が（＋Ｙ）方向に移動し開口１０１を塞ぐことにより、処理空間ＳＰが密閉される。なお、図示を省略しているが、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が設けられ、処理空間ＳＰの気密状態が保持される。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。流体は配管５７１およびその途中に介挿された開閉バルブ５７２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開閉バルブ５７２が開成されることで、流体は流体供給部５７から処理チャンバ１００へ送られる。
入力ポート１０２から処理空間ＳＰに至る流体の流路１７は、第１流路１７１、バッファ部１７５および第２流路１７２を有している。第１流路１７１は一定の断面積を有する流路であり、流体供給部５７から入力ポート１０２に圧送されてくる流体をバッファ部１７５へ案内する。バッファ部１７５は、第１流路１７１に比べて流路断面積が急激に拡大するように形成された空間である。
流体が液体として供給される場合であっても、流路上での圧力損失の変動等に起因して、流路内で気化し膨張することがあり得る。このような急激な膨張が基板Ｓの近傍で発生すると、基板Ｓにダメージを与えてしまうおそれがある。これを回避するため、処理空間ＳＰに至る流路１７の一部に圧力損失が大きく変動する部分を設けておき、起こり得る気化、膨張はこの部分で起こるようにする。このための空間としてバッファ部１７５が設けられている。また、管状の第１流路１７１を流通する流体を、後述するように処理空間ＳＰに対し薄層状に供給可能とするための整流作用も有する。
第２流路１７２は、バッファ部１７５から処理空間ＳＰへ流体を案内する。具体的には、第２流路１７２はバッファ部１７５の内部空間と処理空間ＳＰとを接続する流路であり、その流路断面積はバッファ部１７５よりも小さい。第２流路１７２は、上下方向（Ｚ方向）に狭く、水平方向（Ｘ方向）に広い横長の断面形状を有している。流体がこの第２流路１７２を通過することで、薄層状の流れが形成される。
第２流路１７２の（－Ｘ）側端部は処理空間ＳＰに臨んで開口し、吐出口１７６を形成する。より具体的には、空洞１０５の（＋Ｙ）側側壁面に吐出口１７６が開口し、第２流路１７２は吐出口１７６を介して処理空間ＳＰと連通する。吐出口１７６の開口形状および開口サイズは、第２流路１７２の開口形状および開口サイズと同一である。また、吐出口１７６の開口位置は第２流路１７２の延長線上に設けられる。したがって、第２流路１７２を薄層状に流れる流体は、その形状および流速を保ったまま処理空間ＳＰに放出される。
流路１７を介して供給される流体は処理空間ＳＰに充填され、処理空間ＳＰ内が適当な温度および圧力に到達すると、流体は超臨界状態となる。こうして基板Ｓが処理チャンバ１００内で超臨界流体により処理される。供給ユニット５０には流体回収部５５が設けられており、処理後の流体は流体回収部５５により回収される。流体供給部５７および流体回収部５５は制御ユニット９０により制御されている。
より具体的には、処理チャンバ１００の上部に処理空間ＳＰと連通する出力ポート１０３が設けられている。出力ポート１０３は、配管５５１およびその途中に介挿された開閉バルブ５５２を介して流体回収部５５に接続されている。制御ユニット９０からの制御指令に応じて開閉バルブ５５２が開成することで、処理空間ＳＰ内の流体が流体回収部５５へ送られて回収される。処理空間ＳＰから出力ポート１０３に至る流路は、（－Ｙ）方向における基板Ｓの端部よりもさらに（－Ｙ）側に設けられている。以下では、この流路を「第３流路」と称し符号１７３を付す。
図２は処理チャンバの構造を示す分解組立図である。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、処理チャンバ１００が構成される。
第１部材１１は、ＸＹ平面と平行な面を主面とする厚板状の部材であり、両主面間を上下方向に貫通して貫通孔１１１が設けられている。この貫通孔１１１が第３流路および出力ポート１０３を構成する。また後述するように、第１部材１１の下面１１２が、処理空間ＳＰを囲む空洞１０５の天井面として機能する。また、第３部材１３はＸＺ平面と平行な面を主面とする厚板状の部材であり、両主面間をＹ方向に貫通して貫通孔１３１が設けられている。この貫通孔１３１が第１流路１７１および入力ポート１０２を構成する。
第２部材１２は、上記した流体の流路１７を形成するために、より複雑な形状を有している。すなわち、第２部材１２の上面１２１の中央部には、その上部が第１部材１１により塞がれることで処理空間ＳＰを形成する凹部１２２が設けられている。凹部１２２は支持トレイ１５の形状に対応して形成されている。具体的には、平面視における凹部１２２の形状は支持トレイ１５と略相似形であり、その平面サイズは支持トレイ１５の平面サイズより僅かに大きい。また、凹部１２２の深さは支持トレイ１５の厚さより僅かに大きい。
凹部１２２は、一定の深さのまま第２部材１２の（－Ｙ）側端部まで延びている。上部が第１部材１１により塞がれることで、凹部１２２の（－Ｙ）側端部が、支持トレイ１５を出し入れするための開口１０１として機能する。
凹部１２２の（＋Ｙ）側端部に隣接して、上面１２１からの深さが凹部１２２よりも小さい段差部１２３が設けられている。段差部１２３の上部が第１部材１１により塞がれることで生じる第１部材１１と第２部材１２との間の隙間が第２流路１７２を構成する。また、凹部１２１と段差部１２３との境界部分が吐出口１７６を構成することになる。
第２部材１２の（＋Ｙ）側側面１２４には、表面が側面１２４よりも（－Ｙ）側に後退した凹部１２５が設けられている。この凹部１２５の上側が第１部材１１により、また（＋Ｙ）側が第３部材１３により塞がれることによって囲まれた空間が形成され、この空間がバッファ部１７５となる。第３部材１３の貫通孔１３１は、こうして形成されるバッファ部１７５に臨む位置に設けられて、第１流路１７１として機能する。
図３は流体の流路を示す図である。より具体的には、図３（ａ）は上記した構造の処理チャンバ１００において形成される流体の流路の形状を模式的に示す斜視図であり、図３（ｂ）は側面図である。図において矢印が流体の流通方向を示している。流体供給部５７から圧送されてくる処理流体（例えばガス状または液状の二酸化炭素）は、処理チャンバ１００内において流路１７および処理空間ＳＰを流通し、最終的には第３流路１７３を経て出力ポート１０３からチャンバ外へ排出される。
入力ポート１０２から第１流路１７１へ流入した流体は、第１流路１７１内を（－Ｙ）方向へ流れ、バッファ部１７５に流入する。バッファ部１７５において流体はＸＺ平面と平行な面内で広がり、バッファ部１７５の上部で第２流路１７２に流れ込む。第２流路１７２において流体は薄層化され、吐出口１７６から処理空間ＳＰに吐出される。処理空間ＳＰにおいて幅方向の均一な流れを形成するために、第２流路１７２、吐出口１７６および処理空間ＳＰの間でそれぞれの幅、つまりＸ方向のサイズが同じであることが望ましい。
ここで、図１および図３（ｂ）からわかるように、バッファ部１７５を挟んで設けられる第１流路１７１および第２流路１７２における流体の流通方向は、いずれも（－Ｙ）方向である。ただし、これらの流路はＺ方向に位置を異ならせて配置されている。言い換えれば、それぞれバッファ部１７５に臨んで開口する第１流路１７１と第２流路１７２との間では、その開口位置がＺ方向において互いに重ならない。具体的には、第１流路１７１は、側面視においてバッファ部１７５の上下方向の略中央部分に接続されている。一方、第２流路１７２は、バッファ部１７５の上端部に接続されている。
これにより、流路１７における流体の流通方向は以下の通りとなる。すなわち、第１流路１７１を（－Ｙ）方向に進んだ流体は、バッファ部１７５において上方、つまり（＋Ｚ）方向に進み、第２流路１７２に流入することで再び（－Ｙ）方向へ流れる。したがって、バッファ部１７５へ流入した後、処理空間ＳＰへ放出されるまでの間に、流体の流通方向は複数回にわたって変化することになる。
具体的には、図３（ｂ）に示すように、流路１７は、第１流路１７１とバッファ部１７５との間に流路が９０度折れ曲がった屈曲部Ｂ１を、またバッファ部１７５と第２流路１７２との間に流路が９０度折れ曲がった屈曲部Ｂ２を有している。これらの屈曲部Ｂ１，Ｂ２において、処理流体の流通方向が９０度ずつ変化する。このようにする理由は以下の通りである。
前記したように、流体が液状で供給されるとき、流路１７内、特にバッファ部１７５で気化し、急激に膨張することがあり得る。このとき、急激な膨張で生じる衝撃が処理空間ＳＰ内の基板Ｓに悪影響を及ぼすことがあり得る。特に、第１流路１７１から第２流路１７２に至る流路が一直線上にある、言い換えれば吐出口１７６から第２流路１７２を介して第１流路１７１が見通せる状態であれば、第１流路１７１からバッファ部１７５に流入した流体が膨張するときの衝撃が第２流路１７２を介して直接的に処理空間ＳＰまで及ぶことは避けられない。
本実施形態では、第１流路１７１と第２流路１７２とをＺ方向に位置を異ならせて配置する、言い換えれば吐出口１７６から第１流路１７１を見通せない構造とする。こうすることで、第１流路１７１の出口付近で流体の急激な膨張による衝撃が直ちに処理空間ＳＰにまで及ぶことが回避される。このように、本実施形態における流路１７の構造は、液体の急激な膨張による衝撃が処理空間ＳＰにまで伝搬するのを抑制し、衝撃による基板Ｓのダメージを防止する作用を有している。
処理空間ＳＰにおいて、流体は、処理空間ＳＰの天井面に当たる第１部材１１の下面１１２と、処理空間ＳＰに収容された支持トレイ１５および基板Ｓとの隙間を通過する。支持トレイ１５の上面１５１、基板Ｓの上面（表面）Ｓａおよび処理空間ＳＰの天井面１１２がいずれも平面であるため、流体はこれらが対向することで形成されるギャップ空間を通過することになる。次に説明するように、この実施形態は、吐出口１７６から吐出される流体が基板Ｓの上面Ｓａに沿って流れる層流を形成するように構成されている。
基板表面Ｓａに沿った処理流体の流れを層流とすることにより、次のような効果が得られる。例えば基板表面Ｓａに微細パターンが形成されている場合、層流となって流れる処理流体の一部がパターン間の隙間に入り込むことによってパターン内での撹拌が促進される。これにより、パターン深部に残留する処理液や付着物が表面へ掻き出されるので、これらの残留物を基板表面Ｓａから除去するという処理の効率を向上させることが可能になる。
また、基板表面Ｓａから遊離した残留物は層流によって一方向、この例では（－Ｙ）方向へ運ばれるため、基板表面Ｓａの周辺に滞留して再付着することが防止される。このように、処理流体を基板表面Ｓａに沿った層流として流通させることは、処理の効率を向上させ、かつ基板を良好に処理するという目的を達成する上で、大きな意義を有する。
図４は流路の形状の各種の例を示す図である。より具体的には、図４（ａ）ないし図４（ｄ）は入力ポートから処理空間に至る流路の種々の形状を示す図である。図４（ａ）に示す例では、チャンバ筐体２１０に設けられた入力ポート２１１と処理空間２１９とが流路２１２により接続されている。流路２１２は断面積が一定であり、２つの屈曲部２１３，２１４を有している。このような構成では、上流側の屈曲部２１３で処理流体の膨張が起きても、それによる圧力変動は屈曲部２１４を介して下流側へ伝わることとなるので、処理空間２１９への影響は低減される。
図４（ｂ）に示す例では、チャンバ筐体２２０に設けられた入力ポート２２１と処理空間２２９とが流路２２２により接続されている。流路２２２には２つの屈曲部２２３，２２４が設けられている。ここで、屈曲部２２３，２２４の間の流路２２５で流路断面積がその前後よりも大きくなっている。そのため、流路断面積の変化する屈曲部２２３で処理流体の気化が起きやすくなっている。また、屈曲部２２３を通過した処理流体が気化し膨張した際の体積変化を断面積の大きな流路２２５である程度吸収することが可能である。
図４（ｃ）に示す例では、チャンバ筐体２３０に設けられた入力ポート２３１と処理空間２３９とが流路２３２により接続されている。流路２３２には２つの屈曲部２３３，２３４が設けられている。また、屈曲部２３３に隣接して、処理流体の流通方向とは反対側に流路が突出する突出部２３５が設けられている。このような形状によっても、処理流体が気化し膨張した際の体積変化を吸収することができる。図１に示す流路１７の形状はこのケースに相当する。
図４（ｄ）に示す例では、チャンバ筐体２４０に設けられた入力ポート２４１と処理空間２４９とが流路２４２により接続されている。流路２４２には、流路断面積が急激に拡大されたバッファ部２４３が設けられ、その下流側に２つの屈曲部２４４，２４５が設けられている。このような形状では、バッファ部２４３で処理流体の膨張が発生したとき、その圧力変動は２箇所の屈曲部２４４，２４５を経て処理空間２４９に伝わることになる。このため、処理空間２４９では圧力変動の影響は小さい。次に説明する流路の形状の一例は、図４（ｄ）に示す形状をより具体化したものである。
図５は処理チャンバの変形例を示す図である。より具体的には、図５は、図１に示す基板処理装置１の処理チャンバのうち、入力ポートから処理空間に至る処理流体の流路形状の変形例を示す図である。この変形例の処理チャンバ３００では、処理流体を受け入れる入力ポート３０２がチャンバ筐体の上部に設けられ、その下方の筐体内部にバッファ部３７５が設けられている。実線矢印で示すように、入力ポート３０２から第１流路３７１を経て流入する処理流体の流通方向は、第１流路３７１からバッファ部３７５に進む段階で９０度曲げられる。
バッファ部３７５と処理空間ＳＰとは第２流路３７２により接続される。第２流路３７２は一定の断面積を有する流路であり、バッファ部３７５の底部のうち（－Ｙ）側端部近傍に設けられた開口に連通し、流路の途中に９０度の屈曲部３７３を有する。このため、破線矢印で示すように、バッファ部３７５から第２流路３７２に進む段階で処理流体の流通方向が変化し、第２流路３７２の途中でさらに流通方向が変化して処理空間ＳＰに至る。
このように、この変形例では、処理流体は第１流路３７１からバッファ部３７５に至る流路で１回、バッファ部３７５から第２流路３７５を経て処理空間ＳＰに至る流路で２回、屈曲部を通ることになる。このため、第１流路３７１からバッファ部３７５に流入する段階で処理流体の気化が起きても、それによる圧力変動や衝撃が処理空間ＳＰに到達する確率は低い。したがって、処理空間ＳＰに格納される基板Ｓへのダメージを防止することができる。
以上のように、この実施形態の基板処理装置１は、処理空間ＳＰに収容した基板Ｓを超臨界状態の処理流体を用いて処理するための装置である。この装置では、外部から処理流体を受け入れる入力ポート１０２から処理空間ＳＰに至る流路１７に、処理流体の流通方向が変化する、したがって流路の圧力損失が変化する屈曲部が複数設けられている。このため、流路のうち上流部分で処理流体の気化、膨張が起きやすい一方、これによる圧力変動は下流の処理空間ＳＰへは伝わりにくくなっている。したがって、急激な圧力変動によるダメージから基板Ｓを保護することができる。
以上説明したように、この実施形態においては、主として第１ないし第３部材１１～１３により構成される処理チャンバ１０が、本発明の「チャンバ筐体」として機能している。また、流路１７に設けられた屈曲部Ｂ１，Ｂ２、２１３，２１４等が、本発明の「ベンド部」に相当する。また、第１流路１７１および第２流路１７２が、それぞれ本発明の「入力流路」および「出力流路」として機能している。
また、バッファ部１７５等の内部空間が本発明の「バッファ空間」に相当している。さらに、流体供給部５７と入力ポート１０２とを接続する配管５７１および開閉バルブ５７２が、それぞれ本発明の「配管」および「バルブ」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、上記実施形態の基板処理装置１は、基板Ｓを支持する支持トレイ１５の外形形状に対応した空洞１０５の内部を処理空間ＳＰとするものであり、基板Ｓの側方から処理流体が供給される。しかしながら、上記のように、処理空間ＳＰへ処理流体を案内する流路に複数の屈曲部を設ける構成は、例えば基板Ｓの上方または下方から処理流体を供給するタイプの処理装置にも適用可能である。
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。
以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明に係る基板処理装置において、ベンド部では、流通方向が９０度以上変化するように構成されてよい。このような構成によれば、ベンド部において特に大きな圧力損失を生じさせることで、気化が起きやすくなる一方で、上流側の圧力変動の下流側への伝搬を抑えることができる。
また例えば、流路には、流通方向における上流側からみて流路断面積が拡大されたバッファ空間が設けられ、流通方向におけるバッファ空間の下流側に、少なくとも１つのベンド部が設けられてもよい。このような構成によれば、流路断面積が拡大するバッファ空間で処理流体の気化、膨張が起きやすく、またそれによる体積変化をバッファ空間である程度吸収することができる。また、膨張による圧力変動の伝搬は下流側のベンド部によって抑制される。
この場合、流路は、バッファ空間から処理流体を流出させる出力流路を含み、バッファ空間と出力流路との間で処理流体の流通方向が変化するように構成されてもよい。このような構成では、バッファ空間と出力流路との接続部分が、処理流体の流通方向を変化させるベンド部としての機能を有することになる。
また、流路は、バッファ空間に臨んで開口し処理流体をバッファ空間に流入させる入力流路を含み、入力流路とバッファ空間との間で処理流体の流通方向が変化するように構成されてもよい。このような構成では、入力流路とバッファ空間との接続部分で処理流体の流通方向が変化するので、処理流体の気化、膨張をバッファ空間で起こさせることができる。
また例えば、流通方向における最下流のベンド部と処理空間との間の流路は、断面形状が一定であってもよい。このような構成によれば、最下流のベンド部から処理空間の間で流路の圧力損失が一定であるため、この部分で処理流体の気化、膨張が生じる確率を低く抑えることができる。これにより、基板に近い位置で圧力変動が起きることに起因する基板へのダメージを抑えることができる。
また例えば、処理空間において基板は水平姿勢に支持され、流路は基板の側方で処理空間に臨んで開口する構成であってよい。このような構成によれば、流路から処理空間に送り込まれた処理流体がスムーズに基板表面に沿って流れることとなるので、基板表面を均一かつ良好に処理することができる。
この場合、流路は、処理空間に臨み水平方向に延びるスリット状の開口を有していてもよい。このような構成によれば、処理空間に供給される処理流体は水平方向に幅広の層流として基板表面に沿って流れることになり、基板表面をより良好に処理することができる。
また例えば、本発明に係る基板処理装置は、流体供給部とチャンバ筐体とを接続する配管と、該配管に介挿されて配管における処理流体の流通を制御するバルブとをさらに備えていてよい。このような構成によれば、バルブの開閉に伴って生じる圧力損失の変動に起因する処理流体の気化、膨張は、処理流体がチャンバ筐体に供給されるよりも前に発生することになる。したがって、このときの圧力変動が処理空間に及ぶおそれは極めて低くなる。
この発明は、基板の表面を超臨界状態の処理流体により処理する基板処理装置全般に適用することができる。特に、半導体基板等の基板を超臨界流体によって乾燥させる基板乾燥処理に適用することができる。
１ 基板処理装置
１０ 処理チャンバ
１１ 第１部材
１２ 第２部材
１３ 第３部材
１７ 流路
５７ 流体供給部
１７１ 第１流路
１７２ 第２流路
１７５ バッファ部
５７１ 配管
５７２ 開閉バルブ
Ｂ１，Ｂ２ 屈曲部
Ｓ 基板
ＳＰ 処理空間

Claims (9)

  1. 基板の表面を超臨界状態の処理流体により処理する基板処理装置において、
    前記基板を収容可能な処理空間、および前記処理流体を外部から受け入れて前記処理空間へ案内する流路が内部に設けられたチャンバ筐体と、
    前記処理流体を前記流路に圧送する流体供給部と
    を備え、
    前記流路には、前記処理流体の流通方向を変化させるベンド部が複数設けられ、前記処理流体は、前記処理流体の流通方向が垂直から水平に変化する前記ベンド部と、前記処理流体の流通方向が水平から垂直に変化する前記ベンド部とをそれぞれ少なくとも１回通過して前記処理空間に案内される、基板処理装置。
  2. 基板の表面を超臨界状態の処理流体により処理する基板処理装置において、
    前記基板を収容可能な処理空間、および前記処理流体を外部から受け入れて前記処理空間へ案内する流路が内部に設けられたチャンバ筐体と、
    前記処理流体を前記流路に圧送する流体供給部と
    を備え、
    前記流路には、前記処理流体の流通方向を変化させるベンド部が複数設けられ、
    前記流通方向における最下流の前記ベンド部から前記処理空間までの間が、一定の断面形状を有する前記流路により接続されている、基板処理装置。
  3. 前記ベンド部では、前記流通方向が９０度以上変化する請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記流路には、前記流通方向における上流側からみて流路断面積が拡大されたバッファ空間が設けられ、前記流通方向における前記バッファ空間の下流側に、少なくとも１つの前記ベンド部が設けられる請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
  5. 前記流路は、前記バッファ空間から前記処理流体を流出させる出力流路を含み、
    前記バッファ空間と前記出力流路との間で前記処理流体の流通方向が変化する請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記流路は、前記バッファ空間に臨んで開口し前記処理流体を前記バッファ空間に流入させる入力流路を含み、
    前記入力流路と前記バッファ空間との間で前記処理流体の流通方向が変化する請求項４または５に記載の基板処理装置。
  7. 前記処理空間において前記基板は水平姿勢に支持され、前記流路は前記基板の側方で前記処理空間に臨んで開口する請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
  8. 前記流路は、前記処理空間に臨み水平方向に延びるスリット状の開口を有する請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記流体供給部と前記チャンバ筐体とを接続する配管と、前記配管に介挿されて前記配管における前記処理流体の流通を制御するバルブとを備える請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置。
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