特許 7224246 基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-09

(45)【発行日】2023-02-17

(54)【発明の名称】基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20230210BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 651Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019121645

(22)【出願日】2019-06-28

(65)【公開番号】P2021009876

(43)【公開日】2021-01-28

【審査請求日】2021-12-23

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 雅伸

(72)【発明者】

【氏名】折坂 昌幸

(72)【発明者】

【氏名】上原 大貴

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１６１１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２３２２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４７９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７７２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７５６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３３９６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の表面を処理流体により処理する基板処理装置において、
平板の上面に前記基板を収容するための凹部が設けられた形状の支持トレイと、
前記支持トレイの外形に対応する形状で天井面が水平面である空洞が形成され、前記凹部に前記基板が収容された前記支持トレイを水平姿勢で前記空洞内の内部空間に格納可能な格納容器と、
前記空洞に前記処理流体を供給する流体供給部と
を備え、
前記格納容器は、前記流体供給部から供給される前記処理流体を受け入れ、前記空洞の側壁面に前記空洞に臨んで開口する吐出口から前記空洞内に水平方向に前記処理流体を吐出する流路を有し、
上下方向における前記吐出口の上端位置が前記天井面の位置と同じであり、
上下方向における前記吐出口の下端位置が、前記空洞内に格納された前記支持トレイの前記上面の位置と同じまたはこれより上方である、基板処理装置。

【請求項2】

前記凹部は、収容される前記基板の表面の上下方向における位置が、前記上面の位置と同じまたはこれよりも下方となる深さを有する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記吐出口が、前記空洞の壁面に沿って水平に延びるスリット状に開口する請求項１または２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記吐出口の水平方向の開口サイズが、前記吐出口の開口と平行な水平方向における前記基板のサイズよりも大きい請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記支持トレイが前記内部空間に格納された状態で、前記空洞の天井面と前記支持トレイの前記上面との間隔が、前記吐出口が設けられた前記側壁面と前記支持トレイの側面との間隔と等しいまたはこれより大きい請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記空洞の天井面と前記支持トレイの前記上面との間隔が、前記空洞の底面と前記支持トレイの下面との間隔と等しいまたはこれより大きい請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記空洞の天井面と前記支持トレイの前記上面との間隔が、前記凹部に収容される前記基板の下面と前記凹部の上面との間隔よりも大きい請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記内部空間を挟んで前記吐出口とは反対側で、前記空洞が前記格納容器の外部空間に対して開口しており、該開口を通じて前記支持トレイが出し入れ可能である請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記基板に対して前記吐出口とは反対側の前記内部空間に連通し、前記処理流体を排出する排出用流路が設けられている請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置。

【請求項10】

超臨界状態の前記処理流体により前記基板を処理する請求項１ないし９のいずれかに記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、基板の表面を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。

【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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－０８２０４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本願発明者の知見によれば、このような基板の処理においては、処理流体が基板の表面に沿った層流として流れることが望ましい。このような層流が基板表面を通過することで、基板表面に形成されたパターンの隙間において流体の撹拌が促進されて処理効率が向上し、また基板から離脱した付着物が層流により一方向へ運ばれるため、基板への再付着が抑制されるからである。

【0006】

しかしながら、上記従来技術では、単に基板が設置された空間の側方から流体が供給されているだけであり、基板表面に沿って層流を形成することは考慮されていない。むしろ、供給された流体が基板または保持板の側面に衝突することで乱流が発生するおそれがあり、この点において上記従来技術には改善の余地が残されている。

【0007】

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の表面を処理流体によって処理する基板処理装置において、処理対象の基板表面に沿って安定した層流を形成し基板を良好に処理することのできる技術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】

【0008】

この発明の一の態様は、基板の表面を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、平板の上面に前記基板を収容するための凹部が設けられた形状の支持トレイと、前記支持トレイの外形に対応する形状で天井面が水平面である空洞が形成され、前記凹部に前記基板が収容された前記支持トレイを水平姿勢で前記空洞内の内部空間に格納可能な格納容器と、前記空洞に前記処理流体を供給する流体供給部とを備えている。ここで、前記格納容器は、前記流体供給部から供給される前記処理流体を受け入れ、前記空洞の側壁面に前記空洞に臨んで開口する吐出口から前記空洞内に水平方向に前記処理流体を吐出する流路を有し、上下方向における前記吐出口の上端位置が前記天井面の位置と同じであり、上下方向における前記吐出口の下端位置が、前記空洞内に格納された前記支持トレイの前記上面の位置と同じまたはこれより上方である。

【0009】

このように構成された発明では、基板は支持トレイに収容された状態で格納容器に格納される。格納容器内には支持トレイの外形に応じて形成された空洞が設けられ、その内部空間に支持トレイおよび基板が格納される。空洞の天井面が水平面であるため、支持トレイおよび基板の上面と天井面とは平行に近接対向することになる。

【0010】

そして、空洞の側壁面に設けられた吐出口から処理流体が水平方向に供給されるが、吐出口は支持トレイの上面よりも上方に開口している。このため、吐出口から吐出される処理流体は、空洞内で支持トレイの上面に向けて吐出され、支持トレイの上面と空洞の天井面との間の空間を支持トレイの上面に沿って水平方向に流れることになる。したがって、支持トレイ上面の凹部に収容された基板の表面近傍では、支持トレイの上面に沿って流れる処理流体は基板の表面に沿う安定した層流として流れる。

【発明の効果】

【0011】

上記のように、本発明では、支持トレイの形状に対応して形成された格納容器内の空洞に、基板を収容する支持トレイが格納される。そして、空洞の側壁面のうち支持トレイの上面よりも上方に開口する吐出口から水平方向に処理流体が吐出される。このため、基板表面近傍を流れる処理流体は層流を形成し、基板を良好に処理することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】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。

【図2】処理チャンバの構造を示す分解組立図である。

【図3】流体の流路を示す図である。

【図4】層流による好ましい影響に関する発明者の知見を説明する図である。

【図5】各部の寸法関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

図３は流体の流路を示す図である。より具体的には、図３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示す模式図であり、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。

【0038】

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。

【0039】

ここで、図１および図３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。

【0040】

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、バッファ空間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。このようにする理由は以下の通りである。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

図４は層流による好ましい影響に関する発明者の知見を説明する図である。図において矢印は流体の流通方向を模式的に示す。図４（ａ）に示すように、特に基板表面Ｓａに微細なパターンＰＴが形成されているとき、処理空間ＳＰの天井面１１２と基板表面Ｓａとの間で流体が乱れの少ない層流として流通していれば、流体の一部がパターンＰＴ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。

【0045】

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。

【0046】

ここで、図４（ｂ）に示すように、第２流路１７２を経て吐出口１７６から処理空間ＳＰへ供給される流体の経路としては、
（１）基板表面Ｓａと処理空間ＳＰの天井面１１２との隙間、
（２）基板Ｓの裏面（下面）Ｓｂと支持トレイ１５の支持面１５２との隙間、
（３）支持トレイ１５の下面１５３と処理空間ＳＰの底面（凹部１２２）との隙間、
が考えられる。このうち基板表面Ｓａの処理に寄与するのは（１）の流れであり、他は処理に直接寄与しない。

【0047】

したがって、処理を効率よくかつ良好に処理するためには、供給される流体をできるだけ多く（１）の経路に流れるようにし、かつその流れが層流を形成することが望ましい。本願発明者の知見では、吐出口１７６から吐出される流体のうち半分以上が（１）の経路を流れることが好ましい。これを実現するための各部の寸法関係について、以下に説明する。

【0048】

図５は各部の寸法関係を示す図である。上下方向における各部の位置関係について、図５（ａ）を参照して説明する。まず、吐出口１７６から流体が吐出される時点で乱流を発生させないための条件を考える。この目的のためには、吐出口１７６から水平方向に吐出される流体の流通方向の前方に障害物が存在しないことである。そのための条件は、図５（ａ）に破線で示す吐出口１７６の下端位置に対し、支持トレイ１５の上面１５１がこれと等しい高さ、またはこれよりも低い位置にあることである。これにより、吐出された流体が支持トレイ１５の側面に衝突して乱流が発生することが回避される。

【0049】

また、流路の天井面についても、第２流路１７２から処理空間ＳＰにかけて連続的にスムーズな形状となっていることが望ましい。本実施形態では、第２流路１７２から処理空間ＳＰまで連続する天井面が、第１部材１１の平坦な下面１１２によって構成されているため、流路の天井面は単一平面となっている。このため、天井面側で乱流が発生することも防止される。

【0050】

理想的には、吐出口１７６の前方においても、第２流路１７２と同様に一様な断面形状の流路が続いていることが好ましい。このための条件は、上記のように第２流路１７２から処理空間ＳＰに至る流路の天井面が単一平面であり、しかも吐出口１７６の下端位置と支持トレイ１５の上面１５１の位置がＺ方向において等しいことである。

【0051】

また、支持トレイ１５の上面１５１から基板表面Ｓａに至る流路で乱流が発生しないためには、上下方向における基板Ｓａの位置が、点線で示す支持トレイ１５の上面１５１の位置と同じかこれより低いことが望ましい。

【0052】

次に、上記した経路（１）～（３）における流体の流量配分を適切なものとするための各部の寸法関係について、図５（ｂ）を参照して説明する。図５（ｂ）に示すように各部の寸法を定義する。すなわち、第２流路１７２における天井面と底面との間のギャップを符号Ｇ１により表す。同様に、処理空間ＳＰの天井面１１２と支持トレイ１５の上面１５１との間のギャップを符号Ｇ２、天井面１１２と基板表面Ｓａとの間のギャップを符号Ｇ３、基板下面Ｓｂと支持トレイ１５の凹部１５２の表面との間のギャップを符号Ｇ４、支持トレイ１５の下面１５３と処理空間ＳＰの底面１２２との間のギャップを符号Ｇ５で、それぞれ表すこととする。

【0053】

また、支持トレイ１５の側面と空洞１０５の側壁面との間のＹ方向におけるギャップ、つまり支持トレイ１５の（＋Ｙ）側端面と空洞１０５の（＋Ｙ）側壁面とのギャップを符号Ｇ６により表す。さらに、基板Ｓと支持トレイ１５との間のＹ方向におけるギャップ、つまり基板Ｓの（＋Ｙ）側端面と、支持トレイ１５の凹部１５２の（＋Ｙ）側端面とのギャップを符号Ｇ７により表す。

【0054】

吐出口１７６から吐出される流体の多くを支持トレイ１５の上面側へ供給し、下面側に回り込む流体を少なくするために、Ｇ２≧Ｇ１かつＧ２＞Ｇ６であることが望ましい。例えば、Ｇ２＝Ｇ１、Ｇ２≫Ｇ６となるようにしてもよい。また、支持トレイ１５の上面１５１に沿って流れる流体ができるだけ多く基板表面Ｓａに供給され、基板裏面Ｓｂ側への回り込みを抑えるために、Ｇ３≧Ｇ２かつＧ３＞Ｇ７であることが望ましい。例えば、Ｇ３＝Ｇ２、Ｇ３≫Ｇ７となるようにしてもよい。また、流路を狭くすることで流体の回り込みを抑えるという観点から、Ｇ２≧Ｇ５、Ｇ３≧Ｇ４の関係が成立することが望ましい。

【0055】

寸法の一例として、Ｇ１＝１．０［ｍｍ］、Ｇ２＝Ｇ３＝Ｇ４＝Ｇ５＝２．０［ｍｍ］、Ｇ６＝０．５［ｍｍ］、Ｇ７＝１．０［ｍｍ］としてコンピュータシミュレーションにより流量を求めたとき、上記経路（１）～（３）に流れる流体の流量比率が５：３：２となった。このように、例えばコンピュータシミュレーションを利用することで、各経路に流れる流量の配分が適切なものとなるように、各部の寸法を最適化することが可能である。本願発明者の知見では、上記寸法は数ｍｍ以下が適切である。

【0056】

基板下面および支持トレイ下面への回り込みをより抑えるという点では、上記したギャップＧ４、Ｇ５をより小さくすることが効果的である。ただし、処理空間ＳＰへの出し入れや圧力印加等によって生じ得る部材同士の接触のリスクが高くなるため、あまり小さくすることは現実的ではない。一方、Ｙ方向における部材間のギャップＧ６、Ｇ７については、各部材の加工精度による制限を受けるだけであるので、これらのギャップを管理することで、流量の配分を適宜に設定することが可能である。

【0057】

こうして処理空間ＳＰを流通した流体は、その流通方向（この例では（－Ｙ）方向）における基板Ｓの後端部よりも下流側に設けられた排出用の第３流路１７３、すなわち貫通孔１１１および出力ポート１０３を介して外部へ排出される。したがって、基板表面Ｓａに沿って形成される流体の層流は、少なくとも基板Ｓの後端部までは維持される。これにより、基板表面Ｓａを均一に処理することが可能となる。また、基板Ｓから遊離した残留物は層流によって基板Ｓよりも下流まで運ばれた後に排出されることになるので、基板Ｓへの再付着が抑制される。

【0058】

以上のように、本実施形態の基板処理装置１では、基板Ｓが平板状の支持トレイ１５に載置された状態で処理チャンバ１００内に格納される。処理チャンバ１００内には支持トレイ１５の外形より少し大きな空洞１０５が設けられており、その内部が処理空間ＳＰとなっている。処理空間ＳＰに格納された基板Ｓの側方から処理流体が供給されるが、その吐出口１７６と支持トレイ１５との位置関係が、上下方向における吐出口１７６の開口の下端位置が支持トレイ１５の上面１５１の位置と同じかこれよりも上方となるように設定されている。

【0059】

これにより、吐出口１７６から水平方向に吐出される流体が支持トレイ１５の側面に衝突して乱流が発生するのを抑制し、支持トレイ１５の上面１５１に沿った流体の層流を形成することができる。このような層流が基板表面Ｓａに沿って流れることで、この実施形態では、基板表面Ｓａに対する処理を効率よく、しかも良好に行うことが可能となっている。

【0060】

以上説明したように、上記実施形態においては、処理チャンバ１００が本発明の「格納容器」として機能し、その内部の処理空間ＳＰが、本発明の「内部空間」に相当している。また、貫通孔１１１および出力ポート１０３を含む第３流路１７３が、本発明の「排出用流路」として機能している。

【0061】

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、上記実施形態における吐出口１７６は、基板Ｓの幅（Ｘ方向長さ）よりも幅広に形成されたスリット状の開口である。しかしながら、このような単一の開口に代えて、複数の開口がＸ方向に配列されて、全体として薄層状の流体を吐出する構成であってもよい。排出用の第３流路１７３についても同様であり、例えばＸ方向に延びるスリット状の貫通孔や、Ｘ方向に配列された複数の貫通孔を備えていてもよい。このようにすることで、処理空間ＳＰを流れる層流を乱すことなくそのまま排出することが可能となる。

【0062】

また例えば、上記実施形態の流路１７は、その途中にバッファ部１７５が設けられるとともに、バッファ部１７５の前後の流路において流体の流通方向が変化するように構成されている。しかしながら、少なくとも吐出口の手前側で薄層状かつ水平方向の流れが形成される限りにおいて、流路の形状はこれに限定されず任意である。

【0063】

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。

【0064】

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、例えば凹部は、収容される基板の表面の上下方向における位置が、上面の位置と同じまたはこれよりも下方となる深さを有するものであってよい。このような構成によれば、凹部の周囲の支持トレイ上面よりも、凹部に収容される基板の上面の方が下方に位置することとなる。そのため、支持トレイの上面に沿って流れる処理流体が基板の端面に衝突して乱流が発生するのを防止することができ、基板表面に乱れの少ない層流を形成することが可能となる。

【0065】

また例えば、上下方向における吐出口の上端位置が、天井面の位置と同じであってよい。このような構成によれば、吐出口の上端付近から吐出された処理流体がそのまま天井面に沿ってスムーズに流れ、乱流の発生を抑制することができる。

【0066】

また例えば、吐出口が、空洞の壁面に沿って水平に延びるスリット状に開口する形状であってよい。このような構成によれば、スリット状の吐出口から薄層状に吐出される処理流体をそのまま基板の表面に供給することが可能となる。

【0067】

この場合、吐出口の水平方向の開口サイズが、吐出口の開口と平行な水平方向における基板のサイズよりも大きくてもよい。このような構成によれば、基板の全体に対して均一な層流として処理流体を供給することができる。

【0068】

また例えば、支持トレイが内部空間に格納された状態で、空洞の天井面と支持トレイの上面との間隔が、吐出口が設けられた側壁面と支持トレイの側面との間隔と等しいまたはこれより大きくてもよい。このような構成によれば、吐出口から吐出される処理流体の大半を支持トレイの上面に送り込み、支持トレイの下面に回り込む処理流体を少なくすることができるので、処理流体の使用量に対する処理効率を向上させることができる。

【0069】

この場合さらに例えば、空洞の天井面と支持トレイの上面との間隔が、空洞の底面と支持トレイの下面との間隔と等しいまたはこれより大きくてもよい。このような構成によれば、支持トレイの上面側の流路が下面側の流路より広くなるので、支持トレイの下面側に回り込む処理流体をより低減することができる。

【0070】

あるいは例えば、空洞の天井面と支持トレイの前記上面との間隔が、凹部に収容される基板の下面と凹部の上面との間隔よりも大きくてもよい。このような構成によれば、基板の下面側に回り込む処理流体の量を低減して、より多くの処理流体を基板の表面に供給することができる。

【0071】

また例えば、内部空間を挟んで吐出口とは反対側で、空洞が格納容器の外部空間に対して開口しており、該開口を通じて支持トレイが出し入れ可能であってもよい。このような構成によれば、開口を通じて基板の搬入、搬出が可能となる。基板の搬入、搬出のための開口が、内部空間を挟んで吐出口とは反対側に設けられることで、吐出口の周辺に可動部を配置する必要がなくなる。これにより、支持トレイまたはこれに支持される基板と吐出口との位置関係を安定させることができ、安定した層流を形成することが可能になる。

【0072】

また例えば、内部空間を挟んで吐出口とは反対側に、処理流体を排出する排出口が設けられてよい。このような構成によれば、処理流体は内部空間に格納された基板を通過した後で排出されることになるので、基板からの遊離物が処理流体の対流や乱流に起因して基板に再付着するのを効果的に抑制することができる。

【0073】

また例えば、本発明の基板処理装置は、超臨界状態の処理流体により基板を処理するものであってよい。このような構成によれば、超臨界流体を層流として基板の表面に供給して、基板を効率よくかつ良好に処理することができる。

【産業上の利用可能性】

【0074】

この発明は、基板の表面を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。

【符号の説明】

【0075】

１ 基板処理装置
１０ 処理ユニット
１５ 支持トレイ
１７ 流路
５７ 流体供給部
１００ 処理チャンバ
１０３ 出力ポート
１１１ 貫通孔
１７６ 吐出口
Ｓ 基板
ＳＰ 処理空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】