IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社SCREENホールディングスの特許一覧

<>
  • 特開-基板処理方法および基板処理システム 図1
  • 特開-基板処理方法および基板処理システム 図2
  • 特開-基板処理方法および基板処理システム 図3
  • 特開-基板処理方法および基板処理システム 図4
  • 特開-基板処理方法および基板処理システム 図5
  • 特開-基板処理方法および基板処理システム 図6
  • 特開-基板処理方法および基板処理システム 図7
  • 特開-基板処理方法および基板処理システム 図8
  • 特開-基板処理方法および基板処理システム 図9
< >
(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】P2024072489
(43)【公開日】2024-05-28
(54)【発明の名称】基板処理方法および基板処理システム
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/304 20060101AFI20240521BHJP
【FI】
H01L21/304 651L
H01L21/304 648A
H01L21/304 643A
H01L21/304 651Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022183329
(22)【出願日】2022-11-16
(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】100105935
【弁理士】
【氏名又は名称】振角 正一
(74)【代理人】
【識別番号】100136836
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 一正
(72)【発明者】
【氏名】墨 周武
【テーマコード(参考)】
5F157
【Fターム(参考)】
5F157AA09
5F157AB02
5F157AB13
5F157AB14
5F157AB33
5F157AB48
5F157AB51
5F157AB64
5F157AB90
5F157AC04
5F157AC56
5F157BB23
5F157BB45
5F157CB14
5F157CB26
5F157CB27
5F157CE76
5F157DA21
5F157DB37
(57)【要約】
【課題】チャンバ内で超臨界状態の処理流体を用いて基板を処理する基板処理技術において、基板の下面に付着した液体の量をチャンバに搬入される前に低減させる。
【解決手段】本発明に係る基板処理方法は、湿式処理装置が基板の上面に液膜を形成する工程と、搬送装置が液膜を形成された基板を超臨界処理装置のチャンバ内へ搬入する工程と、超臨界処理装置がチャンバ内で基板を超臨界処理流体により処理する工程とを備えている。基板に液膜が形成された後であって基板がチャンバ外にある期間の少なくとも一部において、水平姿勢に支持された基板の下面に向けて、気体吐出部が気体を吹き付ける工程がさらに設けられる。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
湿式処理装置が、基板の上面に液膜を形成する工程と、
搬送装置が、前記液膜を形成された前記基板を超臨界処理装置のチャンバ内へ搬入する工程と、
前記超臨界処理装置が、前記チャンバ内で前記基板を超臨界処理流体により処理する工程と
を備え、
前記基板に前記液膜が形成された後であって、前記基板が前記チャンバ外にある期間の少なくとも一部において、水平姿勢に支持された前記基板の下面に向けて、気体吐出部が気体を吹き付ける工程をさらに備える、基板処理方法。
【請求項2】
前記超臨界処理装置では、前記搬送装置により搬送される前記基板を平板状の支持トレイに載置することで、前記基板を水平姿勢で支持し、
前記気体吐出部は、前記基板が前記支持トレイに載置されるよりも前に前記気体を吹き付ける、請求項1に記載の基板処理方法。
【請求項3】
前記湿式処理装置は、平板状で回転する基板保持部の上面に前記基板を載置した状態で前記液膜を形成し、
前記気体吐出部は、前記基板保持部の上面に設けられたノズルから前記気体を吐出する、請求項1または2に記載の基板処理方法。
【請求項4】
前記気体吐出部は、前記液膜の形成後、前記基板保持部の回転が停止された状態で前記気体の吹き付けを行う、請求項3に記載の基板処理方法。
【請求項5】
前記気体吐出部は、前記湿式処理装置内で前記湿式処理装置から搬出される前記基板の経路の下方に設けられたノズルから前記気体を吐出する、請求項1または2に記載の基板処理方法。
【請求項6】
前記搬送装置には、前記基板を保持するハンドが設けられ、
前記気体吐出部は、前記ハンドに設けられたノズルから、前記基板に向けて前記気体を吐出する、請求項1または2に記載の基板処理方法。
【請求項7】
前記気体は窒素ガスまたは乾燥空気である、請求項1または2に記載の基板処理方法。
【請求項8】
基板の上面に液膜を形成する湿式処理装置と、
前記液膜を形成された前記基板をチャンバ内に収容して超臨界処理流体で処理する超臨界処理装置と、
前記液膜を形成された前記基板を前記超臨界処理装置のチャンバ内へ搬入する搬送装置と
を備え、
前記湿式処理装置には、前記湿式処理装置から搬出される前記基板の経路の下方にノズルが配置され、前記搬送装置により搬出される前記基板の下面に向けて前記ノズルが気体を吹き付ける、基板処理システム。
【請求項9】
基板の上面に液膜を形成する湿式処理装置と、
前記液膜を形成された前記基板をチャンバ内に収容して超臨界処理流体で処理する超臨界処理装置と、
前記液膜を形成された前記基板を前記超臨界処理装置のチャンバ内へ搬入する搬送装置と
を備え、
前記搬送装置は、前記基板を保持するハンドと、前記ハンドに設けられ前記ハンドに保持される前記基板の下面に気体を吹き付けるノズルとを有する、基板処理システム。
【請求項10】
前記基板に前記液膜が形成された後であって、前記基板が前記チャンバ外にある期間の少なくとも一部において、水平姿勢に支持された前記基板の下面に向けて、前記ノズルが前記気体を吹き付ける、請求項8または9に記載の基板処理システム。
【請求項11】
前記超臨界処理装置は、前記基板を載置して前記チャンバ内に収容される平板状の支持トレイを有し、
前記ノズルは、前記基板が前記支持トレイに載置されるよりも前に前記気体を吹き付ける、請求項10に記載の基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、処理容器内で超臨界状態の処理流体を用いて基板を処理する基板処理技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
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、基板を各種の処理流体によって処理するものが含まれる。このような処理は、処理流体の効率的な利用や外部への散逸防止を目的として、気密性の処理容器内で行われる場合がある。例えば特許文献1に記載の処理装置では、側面に開口を有するチャンバの内部空間に、処理対象となる基板が、蓋部と一体化された平板状の支持トレイに載置された状態で搬入され、蓋部が開口を閉塞することで内部空間が密閉される。この状態から、超臨界状態の処理流体が導入されて基板が処理される。チャンバの内部空間は、基板および支持トレイの包絡外形よりも僅かに大きく形成されているので、処理流体の使用量を低減し処理効率を向上させることが可能である。
【0003】
この種の技術では、処理前の基板が露出して空気に触れることを回避するため、あるいは基板表面に形成された微細パターンの倒壊を防止するために、基板がその表面に液盛りされた状態でチャンバに搬入されることがある。上記従来技術においても、搬入されてくる基板は、洗浄処理後、表面が有機溶剤、例えばIPA(イソプロピルアルコール)の液膜で覆われたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2021-136373号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このような液膜を形成する液体は、搬送時には基板の表面保護に寄与するものであるが、その後の超臨界処理においては早期に除去されるべきものである。しかしながら、上記従来技術のように基板が支持トレイに載置された状態で搬入される場合、基板下面と支持トレイとの微小な隙間に入り込んだ液体は特に排出されにくい。このため、液体を完全に排出するための処理に要する時間が長くなったり、液体が長く残留することにより処理結果が不良になったりするという問題が生じ得る。
【0006】
このことから、チャンバに搬入される基板の下面は、できるだけ液体が付着していない状態であることが好ましい。しかしながら、液膜の形成からチャンバへの搬入までの間において、下面側への液体の回り込みを完全になくすことは困難である。したがって、基板がチャンバに搬入されるまでに、基板の下面に付着した液体をできるだけ除去しておくことが求められる。そのような対策が取られていない上記従来技術は、この点において改良の余地があった。
【0007】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、チャンバ内で超臨界状態の処理流体を用いて基板を処理する基板処理技術において、基板の下面に付着した液体の量を、チャンバに搬入される前に低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明の一の態様は、湿式処理装置が基板の上面に液膜を形成する工程と、搬送装置が前記液膜を形成された前記基板を超臨界処理装置のチャンバ内へ搬入する工程と、前記超臨界処理装置が、前記チャンバ内で前記基板を超臨界処理流体により処理する工程とを備える基板処理方法である。この基板処理方法は、前記基板に前記液膜が形成された後であって、前記基板が前記チャンバ外にある期間の少なくとも一部において、水平姿勢に支持された前記基板の下面に向けて、気体吐出部が気体を吹き付ける工程をさらに備えている。
【0009】
このように構成された発明では、液膜の形成後、基板がチャンバ外にある間に、基板の下面に気体が吹き付けられる。これにより、基板の下面に付着した液体が吹き飛ばされて基板下面から除去される。その結果、基板がチャンバ内に収容される際にチャンバ内に持ち込まれる液体の量を減らすことができ、特に基板の下面に付着したまま持ち込まれる液体の量を大きく低減させることができる。
【発明の効果】
【0010】
上記のように、本発明では、基板が支持トレイとともにチャンバに収容された支持トレイの下面側にまず加圧気体を導入することにより、基板下面に付着した液体を押し流すことができる。そのため、その後の超臨界処理において残留液体を除去するのに要する時間を短縮することができ、また液体の残留に起因する処理不良を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明を適用可能な基板処理システムの概略構成を示す図である。
図2】この基板処理システムの処理の概要を示すフローチャートである。
図3】湿式処理装置の構成例を示す図である。
図4】湿式処理装置の動作の流れを模式的に示す図である。
図5】超臨界処理装置の構成を示す側面図である。
図6】基板の受け渡しの様子を模式的に示す図である。
図7】気体の吹き付けを実行するための第1実施形態を示す図である。
図8】気体の吹き付けを実行するための第2実施形態を示す図である。
図9】気体の吹き付けを実行するための第3実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
<システム構成>
図1は本発明を適用可能な基板処理システムの概略構成を示す図である。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平面が水平面に相当し、Z方向が鉛直方向に相当している。より具体的には、(-Z)方向が鉛直下向きを表す。
【0013】
この基板処理システム1は、例えば半導体ウエハなどの各種基板の上面に処理液を供給して基板を湿式処理し、その後基板を乾燥させるための処理システムであり、本発明に係る基板処理方法を実施するのに好適なシステム構成を有している。すなわち、基板処理装置1は、その主要構成として、湿式処理装置2、搬送装置3、超臨界処理装置4および制御部9を備えている。
【0014】
湿式処理装置2、搬送装置3および超臨界処理装置4は、(+X)方向に沿ってこの順番に並んでいる。湿式処理装置2の主要部は処理室200の内部に収容されており、処理室200の(+X)側側面には、基板を出し入れするための開口(図示省略)が設けられ、該開口に対して開閉自在のシャッタ201が設けられている。一方、超臨界処理装置4の主要部は処理室400の内部に収容されており、処理室400の(-X)側側面には基板を出し入れするための開口(図示省略)が設けられるとともに、該開口に対して開閉自在のシャッタ401が設けられている。
【0015】
湿式処理装置2は、被処理基板を受け入れて所定の湿式処理を実行する。処理の内容は特に限定されない。搬送装置3は、湿式処理後の基板を湿式処理装置2から搬出して搬送し、超臨界処理装置4に搬入する。超臨界処理装置4は、搬入された基板に対し超臨界状態の処理流体を用いた乾燥処理(超臨界乾燥処理)を実行する。これらはクリーンルーム内に設置される。したがって、搬送装置3は大気雰囲気、大気圧下で基板Sを搬送することとなる。
【0016】
制御部9は、これらの各装置の動作を制御して所定の処理を実現する。この目的のために、制御部9は、CPU91、メモリ92、ストレージ93、およびインターフェース94などを備えている。CPU91は、各種の制御プログラムを実行する。メモリ92は、処理データを一時的に記憶する。ストレージ93は、CPU91が実行する制御プログラムを記憶する。インターフェース94は、ユーザや外部装置と情報交換を行う。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。
【0017】
CPU91が所定の制御プログラムを実行することにより、制御部9には、湿式処理装置2の動作を制御する湿式処理制御部95、搬送装置3の動作を制御する搬送制御部96、超臨界処理装置4の動作を制御する超臨界処理制御部97などの機能ブロックがソフトウェア的に実現される。なお、これらの機能ブロックの各々は、その少なくとも一部が専用ハードウェアにより構成されてもよい。
【0018】
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。以下では主として円盤状の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。しかしながら、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。また基板の形状についても各種のものを適用可能である。
【0019】
図2はこの基板処理システムにより実行される処理の概要を示すフローチャートである。この基板処理システム1は、処理対象の基板Sを受け入れて、処理液を用いた湿式処理および超臨界処理流体を用いた超臨界乾燥処理を順番に実行する。具体的には以下の通りである。処理対象の基板Sは、基板処理システム1を構成する湿式処理装置2に収容される(ステップS101)。基板Sの搬入は、外部の搬送装置により直接行われてもよく、また外部の搬送手段から搬送装置3を介して搬入される態様でもよい。
【0020】
湿式処理装置2は、所定の処理液を用いて基板Sに対し湿式処理を施す(ステップS102)。その後、例えばIPAなどの有機溶剤により液膜を表面に形成する液膜形成処理が行われる(ステップS103)。例えば基板Sの表面に微細パターンが形成されている場合、基板Sに残留付着している液体の表面張力によってパターンの倒壊が生じるおそれがある。また、不完全な乾燥によって基板Sの表面にウォーターマークが残留する場合がある。また、基板S表面が外気に触れることで酸化等の変質を生じる場合がある。このような問題を未然に回避するために、基板Sの表面(パターン形成面)を液体で覆った状態で搬送することがある。
【0021】
例えば洗浄液が水を主成分とするものである場合には、これより表面張力が低く、かつ基板に対する腐食性が低い液体、例えばIPAやアセトン等の有機溶剤により液膜を形成した状態で、搬送が実行される。すなわち、基板Sは、水平状態に支持され、かつその上面に液膜が形成された状態で、搬送装置3により、湿式処理装置2から搬出され(ステップS104)、さらに搬送されて最終的に超臨界処理装置4に搬入される(ステップS105)。
【0022】
超臨界処理装置4は、搬送されてきた基板Sに対し超臨界乾燥処理を施す(ステップS106)。超臨界状態の処理流体は表面張力が極めて低く流動性が高い。そのため、基板Sの表面に形成された微細パターンの内部まで入り込み、パターン内部の液体を置換する。例えば超臨界処理流体として二酸化炭素を用いた場合、有機溶剤を良く溶かすため、液膜を形成していた液体を効率よく置換し基板表面から除去することができる。
【0023】
超臨界処理流体は、液相を介することなく気化して排出される。基板Sに付着していた液体は超臨界処理流体により置換されて排出され、処理流体も排出されることで、乾燥状態の基板Sが得られる。この過程で気液界面が形成されないため、表面張力によるパターン倒壊が生じるのを回避することができる。処理後の基板Sは、搬送装置3により超臨界処理装置4から搬出され、後工程へ受け渡される。後工程の内容は任意である。
【0024】
上記した一連の処理を実行するための基板処理システム1の各構成要素の構造につき、より具体的に説明する。
【0025】
搬送装置3には、図示を省略する伸縮・回動自在のアームの先端にハンド31が設けられた搬送ロボット30が設けられる。破線矢印で示すように、搬送ロボット30はZ軸回りに回動自在となっている。ハンド31は基板の下面に部分的に当接することで基板を支持可能である。図1に点線で示すように、ハンド31はカバー32の内部に格納されており、必要に応じてカバー32から外部へ進出することで、湿式処理装置2および超臨界装置4の双方に対し進退移動自在となっている。これにより、湿式処理装置2および超臨界装置4のそれぞれに対して、基板の搬入および搬出を行うことができる。搬送ロボット30の動作は制御部9の搬送制御部96により制御される。
【0026】
この種の搬送ロボットとしては、本願出願人が先に開示した特開2020-188228号公報に記載のものを好適に適用可能である。搬送ロボット31の具体的な構造については当該公報を参照することができるので、ここでは詳しい説明を省略する。
【0027】
図3は湿式処理装置の構成例を示す図である。より具体的には、図3は湿式処理装置2の全体構成を示す側面図である。この湿式処理装置2は、基板の上面に処理液を供給して基板を処理する装置である。湿式処理装置2の動作は、制御部9の湿式処理制御部95により制御される。
【0028】
湿式処理装置2は、基板Sの上面に処理液を供給して基板Sの表面処理や洗浄等の湿式処理を行う。この目的のために、湿式処理装置2は、処理室200の内部に、基板保持部21、スプラッシュガード22、処理液供給部23,24を備えている。これらの動作は制御部9に設けられる湿式処理制御部95より制御される。
【0029】
基板保持部21は、基板Sとほぼ同等の直径を有する円板状のスピンチャック211を有し、スピンチャック211の周縁部には複数のチャックピン212が設けられている。チャックピン212が基板Sの周縁部に当接して基板Sを支持することにより、スピンチャック211はその上面から離間させた状態で基板Sを水平姿勢に保持することができる。
【0030】
スピンチャック211はその下面中央部から下向きに延びる回転支軸213により上面が水平となるように支持されている。回転支軸213は処理チャンバ200の底部に取り付けられた回転機構214により回転自在に支持されている。回転機構214は図示しない回転モータを内蔵しており、制御部9からの制御指令に応じて回転モータが回転することで、回転支軸213に直結されたスピンチャック211が1点鎖線で示す鉛直軸周りに回転する。図2においては上下方向が鉛直方向である。これにより、基板Sが水平姿勢のまま鉛直軸周りに回転される。
【0031】
基板保持部21を側方から取り囲むように、スプラッシュガード22が設けられる。スプラッシュガード22は、スピンチャック211の周縁部を覆うように設けられた概略筒状のカップ221と、カップ221の外周部の下方に設けられた液受け部222とを有している。カップ221は制御部9からの制御指令に応じて昇降する。カップ221は、図3に実線で示すようにカップ221の上端部がスピンチャック211に保持された基板Sの周縁部よりも下方まで下降した下方位置と、図3に点線で示すようにカップ221の上端部が基板Sの周縁部よりも上方に位置する上方位置との間で昇降移動する。
【0032】
図3に実線で示すように、カップ221が下方位置にあるときには、スピンチャック211に保持される基板Sがカップ221外に露出した状態になっている。このため、例えばスピンチャック211への基板Sの搬入および搬出時にカップ221が障害となることが防止される。
【0033】
また、図3に点線で示すようにカップ221が上方位置にあるときには、スピンチャック211に保持される基板Sの周縁部を取り囲むことになる。これにより、後述する液供給時に基板Sの周縁部から振り切られる処理液がチャンバ200内に飛散することが防止され、処理液を確実に回収することが可能となる。すなわち、基板Sが回転することで基板Sの周縁部から振り切られる処理液の液滴はカップ221の内壁に付着して下方へ流下し、カップ221の下方に配置された液受け部222により集められて回収される。複数の処理液を個別に回収するために、複数段のカップが同心に設けられてもよい。
【0034】
処理液供給部23は、処理チャンバ200に固定されたベース231に対し回動自在に設けられた回動支軸232から水平に伸びるアーム233の先端にノズル234が取り付けられた構造を有している。回動支軸232が制御部9からの制御指令に応じて回動することによりアーム233が揺動し、アーム233先端のノズル234が、基板Sの上方から側方へ退避した退避位置と、基板S上方の処理位置との間を移動する。
【0035】
ノズル234は処理液供給源238に接続されており、処理液供給源238から適宜の処理液が送出されると、ノズル234から基板Sに向けて処理液が吐出される。スピンチャック211が比較的低速で回転することで基板Sを回転させながら、基板Sの回転中心の上方に位置決めされたノズル234から処理液を供給することで、基板Sの上面Saが処理液により処理される。処理液としては、現像液、エッチング液、洗浄液、リンス液等の各種の機能を有する液体を用いることができ、その組成は任意である。また複数種の処理液が組み合わされて処理が実行されてもよい。
【0036】
もう1組の処理液供給部24も、上記した第1の処理液供給部23と対応する構成を有している。すなわち、第2の処理液供給部24は、ベース241、回動支軸242、アーム243、ノズル244等を有しており、これらの構成は、第1の処理液供給部23において対応するものと同等である。回動支軸242が制御部9からの制御指令に応じて回動することによりアーム243が揺動する。アーム243先端のノズル244は、基板Sの上面Saに対して処理液を供給する。
【0037】
この湿式処理装置2において、第2の処理液供給部24は、湿式処理後の基板Sに対して乾燥防止用の液膜を形成する目的に使用される。すなわち、湿式処理後の基板Sは超臨界処理装置4に搬送されて超臨界乾燥処理を受けるが、搬送の間に基板Sの表面が露出して酸化したり、表面に形成された微細パターンが倒壊したりするのを防止するために、基板Sは表面がパドル状液膜で覆われた状態で搬送される。
【0038】
液膜を構成する液体としては、洗浄処理に用いられる処理液の主成分である水よりも表面張力の小さい物質、例えばイソプロピルアルコール(IPA)またはアセトンなどの有機溶媒が用いられる。
【0039】
ここでは、湿式処理装置2に2組の処理液供給部が設けられているが、処理液供給部の設置数やその構造、機能についてはこれに限定されるものではない。例えば、処理液供給部は1組のみであってもよく、また3組以上設けられてもよい。また、1つの処理液供給部が複数のノズルを備えてもよい。例えば1つのアームの先端に複数のノズルが設けられてもよい。また、上記のようにノズルが所定の位置に位置決めされた状態で処理液を吐出する態様のみでなく、例えば基板Sの上面Saに沿ってノズルが走査移動しながら処理液を吐出する態様が含まれてもよい。また、気体を吐出するノズルを有する気体供給部がさらに備えられてもよい。また処理液供給部に設けられた複数のノズルのうち少なくとも1つが気体を吐出する態様であってもよい。
【0040】
図4は湿式処理装置の動作の流れを模式的に示す図である。図4において、破線矢印は各部の移動方向を表している。図4(a)に示すように、カップ221が下方位置にある状態で、処理室200のシャッタ201(図3)が開かれ、搬送装置3のハンド31に支持された未処理の基板Sが搬入されてくる。スピンチャック211の上面周縁部に設けられたチャックピン212に基板Sを受け渡した後、ハンド31は退避し、シャッタ201は閉じられる。
【0041】
ノズル234を用いた湿式処理の例では、図4(b)に示すように、カップ221が上昇して上方位置に位置決めされるとともに、ノズル234が一点鎖線で示される基板Sの回転中心に向けて移動してくる。そして、図4(c)に示すように、ノズル234が基板Sの回転中心に位置決めされた状態で、基板Sは所定の回転速度で回転され、ノズル234から処理液L1が吐出される。処理液L1は遠心力により基板Sの上面に沿って外向きに流れ、最終的には基板Sの周縁部から振り切られる。振り切られた液体はカップ221により回収される。
【0042】
また、基板Sが搬出される前には液膜形成処理(ステップS103)が行われる。すなわち、液膜形成用のノズル244が基板Sの回転中心に位置決めされ、ノズル244から液膜形成用の処理液、例えばIPAが吐出される。これにより、基板Sの上面Saが液膜LPにより覆われる。液膜の厚さは基板Sの回転速度により調節可能である。
【0043】
処理液の供給および基板Sの回転が停止された後、液膜LPが形成された基板Sが搬出される。すなわち、カップ221が下方位置へ下降し、搬送ロボット30のハンド31が基板Sを水平姿勢のまま搬出する。基板Sは液膜LPとともに超臨界処理装置4へ搬送される。
【0044】
図5は超臨界処理装置の構成を示す側面図である。超臨界処理装置4は、湿式処理後の基板Sに対し超臨界状態の処理流体を用いた乾燥処理を施す装置である。より具体的には、超臨界処理装置4は、湿式処理後の基板Sを受け入れて、超臨界状態の処理流体によって基板Sに残留する液体を置換した後、処理流体を排出することで、最終的に基板Sを乾燥状態に至らせるための装置である。
【0045】
超臨界処理装置4は、処理室400内に設けられた処理ユニット41および移載ユニット43と、供給ユニット45とを備えている。処理ユニット41は、超臨界乾燥処理の実行主体となるものである。移載ユニット43は、搬送装置3により搬送されてくる湿式処理後の基板Sを受け取って処理ユニット41に搬入し、また処理後の基板Sを処理ユニット41から外部の搬送装置に受け渡す。供給ユニット45は、処理に必要な化学物質、動力およびエネルギー等を、処理ユニット41および移載ユニット43に供給する。これらの動作は制御部9、特に超臨界処理制御部97により制御される。
【0046】
処理ユニット41は、台座411の上に処理チャンバ412が取り付けられた構造を有している。処理チャンバ412は、いくつかの金属ブロックの組み合わせにより構成され、その内部が空洞となって処理空間SPを構成している。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412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421が形成されている。開口421を介して、処理空間SPと外部空間とが連通している。処理空間SPの断面形状は、開口421の開口形状と概ね同じである。すなわち、処理空間SPはX方向に長くZ方向に短い断面形状を有し、Y方向に延びる空洞である。
【0047】
処理チャンバ412の(-Y)側側面には、開口421を閉塞するように蓋部材413が設けられている。蓋部材413が処理チャンバ412の開口421を閉塞することにより、気密性の処理容器が構成される。これにより、内部の処理空間SPで基板Sに対する高圧下での処理が可能となる。蓋部材413の(+Y)側側面には平板状の支持トレイ415が水平姿勢で取り付けられている。支持トレイ415の上面は、基板Sを載置可能な支持面となっている。蓋部材413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。
【0048】
蓋部材413は、供給ユニット45に設けられた進退機構453により、処理チャンバ412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453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いる。このような直動機構が蓋部材413をY方向に移動させる。進退機構453は制御部9からの制御指令に応じて動作する。
【0049】
蓋部材413が(-Y)方向に移動することにより処理チャンバ412から離間し、点線で示すように支持トレイ415が処理空間SPから開口421を介して外部へ引き出されると、支持トレイ415へのアクセスが可能となる。すなわち、支持トレイ415への基板Sの載置、および支持トレイ415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413が(+Y)方向に移動することにより、支持トレイ415は処理空間SP内へ収容される。支持トレイ415に基板Sが載置されている場合、基板Sは支持トレイ415とともに処理空間SPに搬入される。
【0050】
蓋部材413が(+Y)方向に移動し開口421を塞ぐことにより、処理空間SPが密閉される。蓋部材413の(+Y)側側面と処理チャンバ412の(-Y)側側面との間にはシール部材422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422は例えばゴム製である。また、図示しないロック機構により、蓋部材413は処理チャンバ412に対して固定される。このように、蓋部材413は、開口421を閉塞して処理空間SPを密閉する閉塞状態(実線)と、開口421から大きく離間して基板Sの出し入れが可能となる離間状態(点線)との間で切り替えられる。
【0051】
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45に設けられた流体供給部457が、処理流体として、超臨界処理に利用可能な物質の処理流体、例えば二酸化炭素を送出し、さらに処理流体を処理チャンバ412内で加圧することで超臨界状態に至らせる。処理流体は気体または液体の状態で処理ユニット41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。二酸化炭素が超臨界状態となる臨界点は、気圧(臨界圧力)が7.38MPa、温度(臨界温度)が31.1℃である。
【0052】
処理流体が処理空間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、処理空間SPは超臨界状態の処理流体で満たされる。こうして基板Sが処理チャンバ412内で超臨界流体により処理される。供給ユニット45には流体回収部455が設けられており、処理後の流体は流体回収部455により回収される。流体供給部457および流体回収部455は、超臨界処理制御部97により制御されている。
【0053】
処理空間SPは、支持トレイ415およびこれに支持される基板Sを受け入れ可能な形状および容積を有している。すなわち、処理空間SPは、水平方向には支持トレイ415の幅よりも広く、鉛直方向には支持トレイ415と基板Sとを合わせた高さよりも大きい概略矩形の断面形状と、支持トレイ415を受け入れ可能な奥行きとを有している。このように処理空間SPは支持トレイ415および基板Sを受け入れるだけの形状および容積を有している。ただし、支持トレイ415および基板Sと、処理空間SPの内壁面との間の隙間は僅かである。したがって、処理空間SPを充填するために必要な処理流体の量は比較的少なくて済む。
【0054】
流体供給部457は、基板Sの(+Y)側端部よりもさらに(+Y)側で、処理空間SPに対して処理流体を供給する。一方、流体回収部55は、基板Sの(-Y)側端部よりもさらに(-Y)側で、処理空間SPのうち基板Sよりも上方の空間および支持トレイ415よりも下方の空間を流通してくる処理流体を排出する。これにより、処理空間SP内では、基板Sの上方と支持トレイ415の下方とのそれぞれに、(+Y)側から(-Y)側に向かう処理流体の層流が形成されることになる。
【0055】
制御部9の超臨界処理制御部97は、図示しない検出部の検出結果に基づいて処理空間SP内の圧力および温度を特定し、その結果に基づき流体供給部457および流体回収部455を制御する。これにより、処理空間SPへの処理流体の供給および処理空間SPからの処理流体の排出が適切に管理され、処理空間SP内の圧力および温度が予め定められた処理レシピに応じて調整される。
【0056】
移載ユニット43は、搬送機構3と支持トレイ415との間における基板Sの受け渡しを担う。この目的のために、移載ユニット43は、本体431と、昇降部材433と、ベース部材435と、複数のリフトピン437とを備えている。昇降部材433はZ方向に延びる柱状の部材であり、図示しない支持機構により、本体431に対してZ方向に移動自在に支持されている。昇降部材433の上部には、略水平の上面を有するベース部材435が取り付けられている。ベース部材435の上面から上向きに、複数のリフトピン437が立設されている。リフトピン437の各々は、その上端部が基板Sの下面に当接することで基板Sを下方から水平姿勢に支持する。基板Sを水平姿勢で安定的に支持するために、上端部の高さが互いに等しい3以上のリフトピン437が設けられることが望ましい。
【0057】
昇降部材433は、供給ユニット45に設けられた昇降機構451により昇降移動可能となっている。具体的には、昇降機構451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昇降部材433をZ方向に移動させる。昇降機構451は制御部9からの制御指令に応じて動作する。
【0058】
昇降部材433の昇降によりベース部材435が上下動し、これと一体的に複数のリフトピン437が上下動する。これにより、移載ユニット43と支持トレイ415との間での基板Sの受け渡しが実現される。より具体的には、図3に点線で示すように、支持トレイ415がチャンバ外へ引き出された状態で基板Sが受け渡される。この目的のために、支持トレイ415にはリフトピン437を挿通させるための貫通孔417が設けられている。ベース部材435が上昇すると、リフトピン437の上端は貫通孔417を通して支持トレイ415の上面よりも上方に到達する。この状態で、搬送ロボット30により搬送されてくる基板Sが、搬送ロボット30のハンド31からリフトピン437に受け渡される。リフトピン437が下降することにより、基板Sはリフトピン437から支持トレイ415へ受け渡される。基板Sの搬出は、上記と逆の手順により行うことができる。
【0059】
図6は基板の受け渡しの様子を模式的に示す図である。図6(a)ないし図6(d)を参照し、基板Sの受け渡しにおける各部の動作について説明する。装置の初期状態は図5に示されている。この状態から、外部から搬入される基板Sを受け取るとき、図6(a)に示すように、蓋部材413が(-Y)側に移動して支持トレイ415が処理チャンバ412から引き出される。このときの支持トレイ415の位置を、以下では「引き出し位置」と称する。また、昇降部材433が上昇することでリフトピン437が支持トレイ415の上面(支持面)より突出した状態となる。昇降部材433の上昇によってベース部材435が上昇するとき、リフトピン437は貫通孔417を通して支持面よりも上方に突出する。
【0060】
図6(a)に示すように、基板Sは搬送装置3の搬送ロボット30に設けられたハンド31により保持された状態で搬送されてくる。リフトピン437がハンド31の上面よりも上方まで突出することで、基板Sはハンド31からリフトピン437に受け渡される。ハンド31とリフトピン437とは互いに干渉しないように形状および配置が定められる。この状態で、ハンド31は側方へ退避することができる。図6(b)に示すように、昇降部材433が下降することで、リフトピン437により支持される基板Sが下降する。
【0061】
最終的には図6(c)に示すように、基板Sの下面が支持トレイ415の上面に当接し、リフトピン437が支持トレイ415よりも下方まで下降することで、基板Sはリフトピン437から支持トレイ415へ受け渡される。このようにして、搬送ロボット30から支持トレイ415へ基板Sが受け渡される。その後、図6(d)に示すように、蓋部材413が(+Y)方向へ移動することで、支持トレイ415とともに基板Sが処理チャンバ412の処理空間SPに収容される。
【0062】
処理後の基板Sの搬出は、上記とは逆の動きとなる。すなわち、図6(c)に示すように、処理後の基板Sが支持トレイ415とともに処理チャンバ412から引き出された後、昇降部材433が上昇することで、リフトピン437が基板Sを支持トレイ415から持ち上げる。そして、図6(a)に示すように、外部から進入してくるハンド31にリフトピン437から基板Sを受け渡すことで、基板Sはハンド31により保持されることとなる。ハンド31が基板Sを外部へ搬出することで、基板Sは超臨界処理装置4から払い出される。
【0063】
前記した通り、超臨界処理装置4に搬入される基板Sの上面には、表面保護のための液膜LPが形成されている。液膜LPを構成する液体は、後に導入される超臨界処理流体によって置換されるが、その処理の効率を高めるためには、処理チャンバ412に持ち込まれる液体の量は少ないほどよい。基板Sの上面全体を確実に保護するために、液膜LPを構成する液体の量を減らすことは難しい。
【0064】
一方、基板Sの下面については、液体が付着していないことが望ましい。基板Sが支持トレイ415に載置された状態で処理チャンバ412に搬入されるため、基板Sの下面に付着した液体は、基板Sの下面と支持トレイ415の上面との微小な隙間に入り込むこととなる。そうすると、超臨界処理流体でこの液体を置換し除去するのに長い時間が必要となり、また除去しきれず残留した液体が処理不良の原因ともなり得る。このことから、基板Sが処理チャンバ412に搬入されるまでに、より好ましくは基板Sが支持トレイ415に載置されるよりも前に、下面側に付着する液体が十分に除去されていることが求められる。
【0065】
そこで、この基板処理システムでは、湿式処理装置2で基板Sの上面Saに液膜が形成された後の一定期間、基板Sの下面側に気体を吹き付ける処理を行う。これにより、液膜形成後に基板Sの下面に付着した液体を除去する。これを可能にする具体的な構成についてはいくつかの考え方があり、以下では3つの実施形態について説明する。なお、各実施形態間で共通の構成については共通の符号を付し、重複する説明を省略することとする。
【0066】
<第1実施形態>
図7は気体の吹き付けを実行するための第1実施形態を示す図である。より具体的には、図7(a)および図7(b)は第1実施形態の湿式処理装置2Aの要部を示す図である。図7(a)に示すように、この実施形態では、回転支軸213の中心は空洞に仕上げられ、その内部がガス流路215となっている。その上端はスピンチャック211の上面に設けられたガスノズル216に接続されている。ガス流路215には、ガス供給源25から適宜の気体、例えば窒素ガスまたは乾燥空気が制御部9からの制御指令に応じて供給される。供給された気体はガスノズル216から基板Sの下面に向けて吹き付けられる。
【0067】
基板Sに液膜LPが形成され基板Sの回転が停止された後で、回転支軸213の内部に設けられたガス流路215に対し、ガス供給源25から気体が供給される。気体はガスノズル216から吐出され基板Sの下面Sbに吹き付けられる。これにより、基板Sの下面Sb側では、中心から周縁部に向かって流れる気流が形成され、この気流により基板Sの下面Sbに付着した液体を吹き飛ばすことができる。
【0068】
液体が周囲に飛散することがあるため、カップ221については上方位置に位置決めされていることが望ましい。なお、ここでは基板Sの回転を停止しているが、上面Sa側の液膜LPを維持することができる限りにおいて、基板Sを低速で回転させておくこともできる。
【0069】
また、図7(b)に示すように、ノズル244から液膜形成用の処理液L2が供給されている時点から、下面Sbへの気体の吹き付けが実行されていてもよい。このようにした場合、液膜形成時に基板Sの下面Sbに回り込んでくる液体を速やかに排出し、下面Sbへの液体の付着自体を低減させることが可能である。
【0070】
要するに、液膜形成用処理液の供給停止後、より好ましくは基板Sの回転停止後であって、基板Sが超臨界処理装置4に搬送され支持トレイ415に載置されるよりも前の一定期間、基板Sの下面Sb側に気体を吹き付ける工程を設けることが、下面Sbへの液体の付着を抑える上で有効である。具体的には、図2のステップS103の開始後、ステップS105が終了するまでの間に、気体の吹き付けが行われればよい。
【0071】
<第2実施形態>
図8は気体の吹き付けを実行するための第2実施形態を示す図である。より具体的には、図8(a)は第2実施形態の湿式処理装置2Bの内部構造を示す側面断面図であり、図8(b)は平面断面図である。この実施形態では、処理容器200内であってシャッタ201が設けられた開口202の近傍に、ガスノズル251が配置される。図8(b)に示すように、ガスノズル251は、Y方向に沿って細長く延びた外形を有し、複数の吐出口252がY方向に配列された多孔ノズルである。
【0072】
ガスノズル251は、スピンチャック211に載置された基板Sが開口202を介して搬出される際の基板Sの経路の下方に配置されて、各吐出口252は上向きに開口している。点線矢印で示すように、搬送ロボット30のハンド31により基板Sが搬出されるとき、各吐出口252からは、ガス供給源25から供給される気体が上向きに吐出される。したがって、液膜形成後の基板Sがガスノズル251の上方を通過する際、当該基板Sの下面に気体が吹き付けられ、これにより基板Sの下面に付着した液体が吹き飛ばされる。
【0073】
このような構成によれば、液膜形成後、湿式処理装置2から搬出するための基板Sの移動開始後に液体が上面側から下面側に回り込んできた場合でも、湿式処理装置2内でこれを除去することが可能である。なお、液体の除去効果を高めるために、例えば搬送中の基板Sがノズル251の直上位置にあるときに、ハンド31が一時的に停止したり、移動速度を低下させたりしてもよい。
【0074】
<第3実施形態>
図9は気体の吹き付けを実行するための第3実施形態を示す図である。第1および第2実施形態では、気体を吹き付けるための構成を湿式処理装置2に設けている。一方、この第3実施形態では、搬送ロボット30が気体を吹き付けるための構成を有している。
【0075】
具体的には、この実施形態における搬送ロボット30のハンド31Aは、図示しない伸縮アームに取り付けられたベース部311から、2本の基板支持部312が略平行に延びた構造を有している。各基板支持部312には、基板Sの裏面および周縁部に部分的に当接して基板Sを支持する支持ピン313が設けられている。そして、ベース部311に、気体を吹き出すガスノズル315が取り付けられている。
【0076】
ガスノズル315では、複数の吐出口316が水平方向に配列されており、ガスノズル315は多孔ノズルとなっている。各吐出口316は、ガスノズル315のうち基板S側に向く側面に設けられ、ガス供給源25から供給される気体を略水平に吐出する。図9(b)に示すように、水平視において、吐出口316は、支持ピン313により支持される基板Sの下面Sbよりも下方で開口しており、破線矢印で示すように、比較的狭角で気体を吹き出す。一方、図9(a)に破線矢印で示すように、水平方向には比較的広角で気体が吹き出される。したがって、気体は基板Sの下面Sbに沿って広がり、この面に付着している液体を吹き飛ばす。
【0077】
ハンド31Aはカバー32に格納されており、必要に応じてカバー32から外部へ進出する。搬送ロボット30が湿式処理装置2から基板Sを受け取り超臨界処理装置4に搬入する過程においては、ハンド31Aは、カバー32に格納された状態と、カバー32から処理室200または処理室400に進出した状態とを取り得る。したがって、気体吹き付けにより吹き飛ばされた液体は、カバー32内または処理室200,400内に落下するのみであり、周囲に液体が飛散することは防止されている。
【0078】
ガスノズル315は、ハンド31Aが基板Sを保持している期間のうちの少なくとも一部において、吐出口316から気体を吐出する。当該期間の全体において気体を吐出してもよく、また基板Sの有無に関わらず常時気体が吐出される態様であってもよい。ガスの流量は一定であってもよく、液体の除去効果を高めるために一時的に流速が高くなる期間が設けられてもよい。この実施形態では、搬送開始直後から処理チャンバ412への搬入の直前まで、気体の吹き付けを実行することが可能である。
【0079】
なお、ガス供給源25については、カバー32内の雰囲気制御、あるいは搬送ロボット30の電気的、機械的接点の保護等の目的でカバー32内に窒素ガス等が供給されている場合には、そのためのガス供給源からガスノズル315へ気体を供給することが可能である。
【0080】
<その他>
以上説明したように、上記各実施形態においては、スピンチャック211が本発明の「基板保持部」として機能している。また、ガスノズル216,251,315が、本発明の「気体吐出部」として機能している。
【0081】
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、上記では基板下面に気体を吹き付けるための構成として3つの実施形態につき説明したが、これらを単独で実施するだけでなく、2つ以上を組み合わせて実施することも可能である。
【0082】
また例えば、上記実施形態では、超臨界処理用の処理流体として二酸化炭素を、基板下面に吹き付ける気体として窒素ガスまたは乾燥空気、また液膜を形成するための液体としてIPAを用いている。しかしながら、これは単なる例示であり、用いられる化学物質はこれらに限定されるものではない。
【0083】
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方法において、超臨界処理装置は、搬送装置により搬送される基板を平板状の支持トレイに載置することで、基板を水平姿勢で支持し、気体吐出部は、基板が支持トレイに載置されるよりも前に気体を吹き付けるように構成されてもよい。
【0084】
また例えば、湿式処理装置は、平板状で回転する基板保持部の上面に基板を載置した状態で液膜を形成し、気体吐出部は、基板保持部の上面に設けられたノズルから気体を吐出するように構成されてもよい。この場合、気体吐出部は、液膜の形成後、基板保持部の回転が停止された状態で気体の吹き付けを行ってもよい。
【0085】
また例えば、気体吐出部は、湿式処理装置内で湿式処理装置から搬出される基板の経路の下方に設けられたノズルから気体を吐出するように構成されてもよい。さらには、搬送装置に基板を保持するハンドが設けられ、気体吐出部は、ハンドに設けられたノズルから基板に向けて気体を吐出するように構成されてもよい。
【0086】
ここで、気体吐出部から吐出される気体としては、窒素ガスまたは乾燥空気を好適に利用可能である。
【0087】
また、この発明は、基板の上面に液膜を形成する湿式処理装置と、液膜を形成された基板をチャンバ内に収容して超臨界処理流体で処理する超臨界処理装置と、液膜を形成された基板を前記超臨界処理装置のチャンバ内へ搬入する搬送装置とを備える基板処理システムとして実現することが可能である。例えば、湿式処理装置に、湿式処理装置から搬出される基板の経路の下方にノズルを配置し、搬送装置により搬出される基板の下面にノズルが気体を吹き付けるように構成することができる。あるいは、搬送装置が、基板を保持するハンドと、ハンドに設けられハンドに保持される基板の下面に気体を吹き付けるノズルとを有するように構成されてもよい。
【0088】
これらの基板処理システムにおいては、例えば、基板に液膜が形成された後であって、基板がチャンバ外にある期間の少なくとも一部において、水平姿勢に支持された基板の下面に向けてノズルが気体を吹き付けるように構成することができる。
【0089】
また例えば、超臨界処理装置が、基板を載置してチャンバ内に収容される平板状の支持トレイを有する場合には、ノズルは、基板が支持トレイに載置されるよりも前に気体を吹き付けることが好ましい。こうすることで、基板と支持トレイとの隙間に液体が入り込むことが抑制され、超臨界処理において、液体の置換に長時間を要したり、残留する液体によって処理不良が発生したりするという問題を未然に回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【0090】
この発明は、超臨界流体を用いて基板を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好適に適用することができる。
【符号の説明】
【0091】
1 基板処理システム
2 湿式処理装置
3 搬送装置
4 超臨界処理装置
31 ハンド
211 スピンチャック(基板保持部)
216,251,315 ガスノズル(気体吐出部)
412 処理チャンバ(チャンバ)
415 支持トレイ
S 基板
SP 処理空間
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9