特許 7653481 基板処理方法および基板処理システム

(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】2025-03-19

(45)【発行日】2025-03-28

(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 20060101AFI20250321BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 651

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023138194

(22)【出願日】2023-08-28

(65)【公開番号】P2025032737

(43)【公開日】2025-03-12

【審査請求日】2024-04-08

(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

【審査官】豊島 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１３５９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１７６１８（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2】

請求項１に記載の基板処理方法であって、
前記予備有機溶剤供給処理で使用する前記有機溶剤、前記置換処理で使用する前記有機 溶剤、および前記液盛り処理で使用する前記有機溶剤は同一種類である、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、
前記予備有機溶剤供給処理で使用する前記有機溶剤、前記置換処理で使用する前記有機 溶剤、および前記液盛り処理で使用する前記有機溶剤は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）である、基板処理方法。

【請求項6】

パターンが形成されたパターン形成面を有する基板を処理する基板処理システムであって、
前記パターン形成面への薬液の供給による前記基板の薬液処理、前記パターン形成面への有機溶剤の供給による予備有機溶剤供給処理、前記パターン形成面へのリンス液の供給によるリンス処理、前記パターン形成面への前記有機溶剤の供給による置換処理、および前記パターン形成面に前記有機溶剤を盛った液盛り状態を作り出す液盛り処理を、この順序で実行する湿式処理装置と、
前記液盛り状態の前記パターン形成面に超臨界状態の処理流体を接触させることで、前記基板を乾燥させる超臨界処理装置と、
前記液盛り状態のまま、前記湿式処理装置から前記基板を超臨界処理装置に搬送する基板搬送装置と、
を備えることを特徴とする基板処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、処理チャンバ内で基板を乾燥させる技術に関するものであり、特に液膜で覆われた基板を超臨界状態の処理流体で処理するプロセス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湿式処理が従来から広く行われている。近年では、当該湿式処理後の基板を乾燥させるために、超臨界状態の処理流体を用いた処理も実用化されている。特に、微細パターンが形成されたパターン形成面を有する基板の乾燥処理においては、有益である。というのも、超臨界状態の処理流体は、液体に比べて表面張力が低く、パターンの隙間の奥まで入り込むという特性を有しているからである。当該処理流体を用いることで、効率よく乾燥処理を行うことが可能である。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させることも可能である。

【0003】

例えば特許文献１に記載の基板処理システムでは、本発明の「湿式処理装置」の一例として基板現像装置が設けられている。この基板現像装置では、当該装置内での最終処理として、リンス液により濡れている基板に対し、本発明の「有機溶剤」の一例であるＩＰＡ（イソプロピルアルコール：isopropylalcohol）液が供給される。これにより、ＩＰＡ置換が実行され、基板の表面からリンス液が除去される。また、基板の表面にＩＰＡ液を盛った液盛り状態が作り出される。つまり、ＩＰＡ液を含む液膜がパドル状に形成される。その結果、基板の表面はＩＰＡ液で濡れた状態で維持される。そして、液盛り状態が維持されたまま基板は基板搬送装置により本発明の「超臨界処理装置」の一例に相当する基板乾燥装置に搬送され、超臨界状態の処理流体による乾燥処理が実行される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－２０１３０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

基板現像装置や基板洗浄装置などの湿式処理装置において、ＩＰＡ置換によりリンス液などの液体がパターンの内部から完全に排出されるのが望ましい。しかしながら、パターンの内底面に液体が残留することがある。このように残留する液体（以下「残留液」という）を残したまま基板を基板乾燥装置（超臨界処理装置）に搬入し、超臨界乾燥処理を実行すると、次のような問題が発生することがある。つまり、液膜を構成する液体成分と超臨界状態の処理流体との置換が不完全になりやすい。そのため、それをカバーするために、処理流体の使用量を増大させるという対応策が考えられる。しかしながら、これはランニングコストの増大を招くとともに、大きな環境負荷を社会に与えてしまう。

【0006】

また、処理流体の使用量を増大させたとしても、パターンの内底面に残留液がそのまま残り、これがパターン倒壊の要因となることもあった。このため、残留液の存在が製品歩留まりの低下の主要因のひとつになっている。

【0007】

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、湿式処理を受けた基板の表面に有機溶剤を盛った状態の基板を湿式処理装置から超臨界処理装置に搬送し、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システムにおいて、処理流体の消費量を削減して環境負荷を軽減しながら歩留まりの向上を図ることが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、パターンが形成されたパターン形成面を有する基板を処理する基板処理方法であって、（ａ）湿式処理装置において、パターン形成面への薬液の供給による基板の薬液処理、パターン形成面への有機溶剤の供給による予備有機溶剤供給処理、パターン形成面へのリンス液の供給によるリンス処理、パターン形成面への有機溶剤の供給による置換処理、およびパターン形成面への有機溶剤の液盛り処理を、この順序で実行する工程と、（ｂ）液盛り処理によりパターン形成面上において有機溶剤が液盛り状態となっているまま、湿式処理装置から基板を超臨界処理装置に搬送する工程と、（ｃ）超臨界処理装置において、液盛り状態のパターン形成面に超臨界状態の処理流体を接触させることで、基板を乾燥させる工程と、を備えることを特徴としている。

【0009】

また、この発明の他の態様は、パターンが形成されたパターン形成面を有する基板を処理する基板処理システムであって、パターン形成面への薬液の供給による基板の薬液処理、パターン形成面への有機溶剤の供給による予備有機溶剤供給処理、パターン形成面へのリンス液の供給によるリンス処理、パターン形成面への有機溶剤の供給による置換処理、およびパターン形成面に有機溶剤を盛った液盛り状態を作り出す液盛り処理を、この順序で実行する湿式処理装置と、液盛り状態のパターン形成面に超臨界状態の処理流体を接触させることで、基板を乾燥させる超臨界処理装置と、液盛り状態のまま、湿式処理装置から基板を超臨界処理装置に搬送する基板搬送装置と、を備えることを特徴としている。

【0010】

従来では、湿式処理装置において、パターン形成面への薬液の供給により薬液処理が実行された後で、リンス処理、置換処理および液盛り処理がこの順序で実行されていた。このため、パターンの内底面にリンス液が残留することがあった。この残留液が処理流体の消費増大や製品の歩留まり低下を招く要因となる。そこで、本発明では、薬液処理とリンス処理との間で、予備有機溶剤供給処理が実行される。このため、パターン内にリンス液が残留したとしても、リンス液の残留位置はパターンの内底面ではなく、後で説明する図７（ｂ）に示すように、鉛直方向において２種類の液層に挟まれた位置となる。この２種類のうち鉛直下方側の液層は、予備有機溶剤供給処理で使用された有機溶剤の層または当該有機溶剤とリンス液との混合層である。もう一方の液層は置換処理で使用された有機溶 剤の層または当該有機溶剤とリンス液との混合層である。したがって、液盛り状態の基板が超臨界処理装置に搬送され、超臨界状態の処理流体を接触するまでに残留液を構成するリンス液は鉛直方向に隣接する２つの液層との間で相互拡散され、有機溶剤に混合される。その結果、パターンの内底面での残留液が存在しない状態、いわゆる残留液フリーで、超臨界状態の処理流体による乾燥処理が実行される。

【発明の効果】

【0011】

上記のように、本発明によれば、残留液フリーで超臨界乾燥処理を実行することができる。その結果、処理流体の消費量を削減しながら歩留まりの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係る基板処理システムの第１実施形態の概略構成を示す図である。

【図2A】湿式処理装置の全体構成を示す側面図である。

【図2B】湿式処理装置の動作を説明するための図である。

【図3】チャックピンの構成および動作を模式的に示す図である。

【図4】超臨界処理装置の構成を示す側面図である。

【図5】支持トレイの構造を示す斜視図である。

【図6】第１実施形態に係る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。

【図7】予備有機溶剤供給処理の有無に起因する液膜構成の違いを模式的に示す図である。

【図8】処理チャンバ内の圧力変化を示す図である。

【図9】本発明に係る基板処理システムの第２実施形態の動作を示すフローチャートである。

【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システムの第１実施形態の概略構成を示す図である。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表面に処理液を供給して基板を湿式処理し、その後に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。基板処理システム１は、その主要構成として、湿式処理装置２、基板搬送装置３、超臨界処理装置４および制御装置９を備えている。

【0014】

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。湿式処理には、上記従来装置で実行される薬液による現像処理や基板を洗浄する洗浄処理などが含まれるが、基板のパターン形成面にＩＰＡ液などの有機溶剤を盛った液盛り状態が作り出される。基板搬送装置３は、液盛り状態が維持されたまま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、基板搬送装置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。

【0015】

制御装置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、制御装置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。

【0016】

ＣＰＵ９１が所定の制御プログラムを実行することにより、制御装置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、基板搬送装置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。

【0017】

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。

【0018】

また、以下の説明において、一方主面のみにパターンが形成されている基板を例として用いる。ここで、パターン等が形成されている主面の側を「表面」と称し、その反対側のパターンが形成されていない主面を「裏面」と称する。また、下方に向けられた基板の主面を「下面」と称し、上方に向けられた基板の主面を「上面」と称する。尚、以下においては上面を表面として説明する。

【0019】

図２Ａおよび図２Ｂ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２Ａは湿式処理装置の全体構成を示す側面図であり、図２Ｂは湿式処理装置の動作を説明するための図である。この湿式処理装置２は、基板Ｓの表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、制御装置９の湿式処理制御部９５により制御される。

【0020】

湿式処理装置２は、基板Ｓの表面（パターン形成面）Ｓａに処理液を供給し、後で詳述する各種処理（薬液処理、予備有機溶剤供給処理、リンス処理、置換処理および液膜形成処理など）を行う。この目的のために、湿式処理装置２は、処理チャンバ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装置９に設けられる湿式処理制御部９５より制御される。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。

【0021】

図３はチャックピンの構成および動作を模式的に示す図であり、同図（ａ）はチャック状態（挟み込み状態）のチャックピンを示し、同図（ｂ）は非チャック状態（開放状態）のチャックピンを示している。図示を省略しているが、本実施形態では、１２個のチャックピン２１２がスピンチャック２１１の回転軸線ＡＸを中心として放射状に設けられている。各チャックピン２１２は、スピンチャック２１１の周縁部の上面において、径方向Ｄに移動自在に配置されている。ここでいう「径方向Ｄ」とは、回転軸線ＡＸとチャックピン２１２とを結んだ仮想線の長手方向を意味している。

【0022】

複数のチャックピン２１２はいずれも同一の構成を有している。したがって、以下においては、一のチャックピン２１２の構成について説明し、その他のチャックピン２１２の各部については、同一符号を付して説明を省略する。チャックピン２１２は、図３に示すように、チャック当接面２１２ａを有している。このチャック当接面２１２ａは、スピンチャック２１１の周縁部の上面を径方向Ｄに沿って移動可能となっている。チャックピン２１２では、チャック当接面２１２ａの上方に下側当接面２１２ｂが設けられている。下側当接面２１２ｂは回転軸線ＡＸ側に向かう方向（＋Ｄ）に進むにしたがって下方に傾斜している。この下側当接面２１２ｂの（－Ｄ）方向側の端部から湾曲当接面２１２ｃが上方に設けられている。この湾曲当接面２１２ｃは、回転軸線ＡＸ側を向く曲面に仕上げられている。さらに、湾曲当接面２１２ｃの上方端から上側当接面２１２ｄが上方に延設されている。この上側当接面２１２ｄは、回転軸線ＡＸ側に向かう方向（＋Ｄ）に進むにしたがって上方に傾斜している。より詳しくは、図３に示すように、湾曲当接面２１２ｃは、上側当接面２１２ｄと下側当接面２１２ｂとの間に配置された状態で、上側当接面２１２ｄと下側当接面２１２ｂとに直接的に連続している。したがって、上側当接面２１２ｄ、湾曲当接面２１２ｃおよび下側当接面２１２ｂが繋がって基板Ｓと当接する基板当接部位２１２ｅを径方向Ｄと直交する水平方向から見ると、基板当接部位２１２ｅは略Ｃ字形状を有している。つまり、チャックピン２１２は、基板当接部位２１２ｅを回転軸線ＡＸに向けた状態で、径方向Ｄに沿って往復移動可能となっている。

【0023】

チャックピン２１２はチャック駆動部２１５と接続されている。チャック駆動部２１５は、湿式処理制御部９５からの指令に応じて、チャックピン２１２を径方向Ｄに移動させる。例えば基板搬送装置３との間で基板Ｓの受渡しを行う際には、図３（ｂ）に示すように、チャック駆動部２１５はチャックピン２１２を方向（－Ｄ）に移動させ、非チャック位置に位置決めする。このとき、湾曲当接面２１２ｃおよび上側当接面２１２ｄは回転軸線ＡＸから基板Ｓの半径よりも若干離れている。一方、下側当接面２１２ｂは基板Ｓの下方に位置している。したがって、基板Ｓは、同図（ｂ）に示すように、下側当接面２１２ｂのみで、しかも下側当接面２１２ｂのうち湾曲当接面２１２ｃから（＋Ｄ）方向側に離れた位置で支持される。

【0024】

一方、基板Ｓをチャックする際には、図３（ａ）に示すように、チャック駆動部２１５はチャックピン２１２を方向（＋Ｄ）に移動させ、チャック位置に位置決めする。このようにチャックピン２１２を非チャック位置からチャック位置に移動させることで、下側当接面２１２ｂでの基板Ｓの支持位置が（－Ｄ）方向にシフトする。このチャックピン２１２のチャック位置への移動が完了すると、基板Ｓが下側当接面２１２ｂ、湾曲当接面２１２ｃおよび上側当接面２１２ｄで支持される。つまり、基板チャックが完了する。

【0025】

基板Ｓのチャックを開放する際には、上記とは逆の手順でチャックピン２１２が移動するとともに、下側当接面２１２ｂでの基板Ｓの支持位置が（＋Ｄ）方向にシフトする。

【0026】

また、下側当接面２１２ｂでの基板Ｓの支持位置が径方向Ｄに移動することで、鉛直方向Ｚにおける基板Ｓの高さ位置が距離ｄｚだけ変位する。したがって、湿式処理制御部９５がチャック駆動部２１５に往復移動指令を与えると、チャックピン２１２が径方向Ｄに往復移動するとともに、それに同期して基板Ｓの昇降が繰り返される。つまり、基板Ｓに対して上下方向の振動を与えることが可能となっている。なお、本実施形態では、振動付与が可能なチャックピン２１２を用いているが、振動付与機能を有しない従前のチャックピンを用いてもよい。

【0027】

図２Ａおよび図２Ｂに戻って、湿式処理装置２の構成説明を続ける。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、制御装置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点鎖線で示す回転軸線ＡＸまわりに回転する。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が水平姿勢のまま回転軸線ＡＸまわりに回転される。

【0028】

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は制御装置９からの制御指令に応じて昇降する。カップ２２１は、図２Ａに示すようにカップ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２Ｂに示すようにカップ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。

【0029】

カップ２２１が下方位置にあるときには、図２Ａに示すように、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。

【0030】

また、カップ２２１が上方位置にあるときには、図２Ｂに示すように、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処理チャンバ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。

【0031】

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が制御装置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、図２Ａに示すように基板Ｓの上方から側方へ退避した退避位置と、図２Ｂに示すように基板Ｓ上方の処理位置との間を移動する。

【0032】

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。図２Ｂに示すように、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Ｌ１を供給することで、基板Ｓの表面Ｓａが処理液Ｌ１により処理される。処理液Ｌ１としては、薬液（現像液、エッチング液、洗浄液など）および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。

【0033】

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が制御装置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の表面Ｓａに対して処理液を供給する。

【0034】

この実施形態において、第２の処理液供給部２４は、予備有機溶剤供給処理、置換処理および液膜形成処理を実施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。

【0035】

液膜を構成する液体としては、薬液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 機溶剤が用いられる。当該有機溶剤は有機溶剤供給源２４８から供給される。

【0036】

また、本実施形態では、当該有機溶剤は、単に液膜形成処理時のみならず、予備有機溶 剤供給処理時にも第２の処理液供給部２４から基板Ｓに供給される。この目的を残留液の除去を目的とするものであり、その詳細については、後で図６および図７を参照しつつ詳述する。

【0037】

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の表面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。

【0038】

図１に戻って、説明を続ける。基板搬送装置３には、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。ハンド３１は基板Ｓの裏面に部分的に当接することで基板を支持可能であり、図１に点線で示すように、湿式処理装置２および超臨界処理装置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および超臨界処理装置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の動作は制御装置９の搬送制御部９６により制御される。この種の搬送ロボットとしては多くの公知技術があり、本実施形態でもそれらを適宜選択して用いることができるので、詳しい説明を省略する。

【0039】

図４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。

【0040】

超臨界処理装置４は、処理ユニット４１、移載ユニット４３および供給ユニット４５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、基板搬送装置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装置９、特に超臨界処理制御部９７により制御される。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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は制御装置９からの制御指令に応じて動作する。

【0044】

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。

【0045】

図５は支持トレイの構造を示す斜視図である。支持トレイ４１５は、トレイ部材４１６と、複数の支持ピン４１７とを有している。トレイ部材４１６は、例えば平板状の構造体の水平かつ平坦な上面に、基板Ｓの平面サイズに対応した、より具体的には円形の基板Ｓの直径より僅かに大きい直径を有する窪み４１８を設けた構造を有している。

【0046】

窪み４１８は部分的にトレイ部材４１６の側面まで延びている。つまり、窪み４１８の側壁面は円形ではなく、部分的に切り欠かれている。このため、この切り欠き部分では、窪み４１８の底面４１８ａの一部は直接側面に接続している。この例では、支持トレイ４１５のＸ側両端部および（＋Ｙ）側端部にこのような切り欠き部分が設けられており、これらの部位において、底面４１８ａが側面に直接接続している。

【0047】

また、底面４１８ａのうち移載ユニット４３のリフトピン４３７に対応する位置には、リフトピン４３７を挿通させるための貫通孔４１９が穿設されている。貫通孔４１９を通ってリフトピン４３７が昇降することで、基板Ｓが窪み４１８に収容された状態と、これより上方へ持ち上げられた状態とが実現される。

【0048】

窪み４１８の周縁部には複数の支持ピン４１７が配置されている。支持ピン４１７の配設数は任意であるが、基板Ｓを安定的に支持するという点からは３以上であることが望ましい。本実施形態では、３つの支持ピン４１７が、上方からの平面視で底面４１８ａを取り囲むように、トレイ部材４１６に取り付けられている。図５中の部分拡大図に示すように、支持ピン４１７は高さ規制部位４１７ａと水平位置規制部位４１７ｂとを有している。

【0049】

高さ規制部位４１７ａは、上面が平坦となっており、基板Ｓの裏面の周縁部に当接することで、基板Ｓを支持するとともにその鉛直方向Ｚにおける位置（以下「高さ位置」という）を規制する。一方、水平位置規制部位４１７ｂは、高さ規制部位４１７ａの上端よりも上方まで延びており、基板Ｓの側面に当接することで、基板Ｓの水平方向（ＸＹ方向）における位置を規制する。このような支持ピン４１７により、基板Ｓは窪み４１８の底面４１８ａと対向しながら底面４１８ａから上方に離間した水平姿勢で支持される。

【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、この実施形態では、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内で超臨界状態の処理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】

制御装置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、基板搬送装置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の裏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は制御装置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５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４１９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４１９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は第１実施形態に係る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、薬液、リンス液および有機溶剤などの処理液を用いた湿式処理、湿式処理済の基板Ｓを湿式処理装置２から超臨界処理装置４に搬送する搬送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、処理対象の基板Ｓが基板処理システム１を構成する湿式処理装置２に収容される（ステップＳ１０）と、湿式処理（ステップＳ２０）、搬送処理（ステップＳ３０）および超臨界乾燥処理（ステップＳ４０）がこの順序で実行される。

【0060】

ここで、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、また外部の搬送装置から搬送ロボット３０を介して搬入される態様でもよい。

【0061】

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Ｓ２０）。本実施形態では、従来の薬液処理（ステップＳ２１）、リンス処理（ステップＳ２３）、置換処理（ステップＳ２４）および液膜形成処理（ステップＳ２５）に加え、上記有機溶剤を供給する予備有機溶剤供給処理（ステップＳ２２）が実行される。予備有機溶 剤供給処理は薬液処理とリンス処理との間で実行される。つまり、湿式処理では、ステップＳ２１で現像液や洗浄液などの薬液を供給して所定の薬液処理を行った後に、例えばＩＰＡやアセトンなどの有機溶剤が基板Ｓの表面Ｓａに供給される（ステップＳ２２）。それに続いて、ＤＩＷ（脱イオン水：De-ionized water）などのリンス液が基板Ｓの表面Ｓａに供給され、さらに例えばＩＰＡなどの有機溶剤を基板Ｓに供給することで、基板Ｓの表面Ｓａに付着しているリンス液が有機溶剤に置換される（ステップＳ２４）とともに、有機溶剤を盛った液盛り状態が作り出される。つまり、液膜ＬＦが基板Ｓの表面Ｓａに形成される（ステップＳ２５：液膜形成処理）。

【0062】

ここでは、液膜形成処理および予備有機溶剤供給処理の技術的意義について、図７を参照しつつ説明する。図７は予備有機溶剤供給処理の有無に起因する液膜構成の違いを模式的に示す図であり、同図の（ａ）欄は予備有機溶剤供給処理を実行しない従来技術を示し、（ｂ）欄は予備有機溶剤供給処理を実行した実施形態を示している。例えば図７に示すように、基板Ｓの表面Ｓａに形成されたパターンＰＴの内部にＤＩＷが存在すると、ＤＩＷの表面張力によってパターンＰＴ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Ｓａにウォーターマークが残留する場合がある。さらに、基板Ｓの表面Ｓａ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Ｓａを、有機溶剤で覆っている。有機溶剤としては、ＤＩＷより表面張力が低く、かつ基板Ｓに対する腐食性が低い液体、例えばＩＰＡやアセトン等のＤＩＷに対して相溶性を有するものを用いるのが好適である。以下においては、リンス液としてＤＩＷを用いるとともに、有機溶剤としてＩＰＡを用いたケースについて説明する。

【0063】

ここで、ＩＰＡへの置換が良好に行われると、液膜ＬＦはＩＰＡのみ、あるいはＩＰＡとＤＩＷとの混合物で構成される。この場合、パターンＰＴの内底面にＤＩＷが残留することはない。しかしながら、現実には、従来例においては図７（ａ）に示すように、パターンＰＴの内底面に残留液（ＤＩＷ）が残留することがある。この残留液の比重は有機溶 剤のそれよりも重く、パターンＰＴの内底面に残り易い。

【0064】

そこで、本実施形態では、薬液処理（ステップＳ２１）とリンス処理（ステップＳ２２）との間でＩＰＡを基板Ｓの表面Ｓａに供給している。これにより、パターンＰＴ内では、その内底面側から順に、以下の５つの液層ＬＬ１～ＬＬ５、
液層ＬＬ１＝予備有機溶剤供給処理で使用されたＩＰＡにより構成されるＩＰＡ層、
液層ＬＬ２＝予備有機溶剤供給処理で使用されたＩＰＡとＤＩＷとの混合層、
液層ＬＬ３＝ＤＩＷで構成される残留液の層、
液層ＬＬ４＝置換処理で使用されたＩＰＡとＤＩＷとの混合層、
液層ＬＬ５＝置換処理で使用されたＩＰＡにより構成されるＩＰＡ層、
が積層されている。なお、液層ＬＬ５には、液膜形成処理で使用されたＩＰＡが一部含まれることもある。

【0065】

このように、パターンＰＴ内の液層ＬＬ３、つまり残留液（ＤＩＷ）はＩＰＡを含む液層ＬＬ２、ＬＬ４で挟まれた状態で存在している。残留液を構成するＤＩＷは、次に説明するように基板搬送装置３により超臨界処理装置４に搬送される間に液層ＬＬ２、ＬＬ４との間で相互拡散する。その結果、残留液のみで構成されていた液層ＬＬ３は除去される。こうして、基板Ｓの表面Ｓａに残留液フリーの液膜ＬＦが形成される。そして、液盛り状態のまま、基板搬送装置３により、湿式処理装置２から超臨界処理装置４に搬送される（ステップＳ３０）。

【0066】

超臨界処理装置４に搬送されてきた基板Ｓは、液盛り状態にまま、処理チャンバ４１２に収容される。具体的には、基板Ｓはパターン形成面（表面Ｓａ）を上面にして、しかも該パターン形成面が薄い液膜ＬＦに覆われた状態で搬送されてくる。図４に点線で示すように、蓋部材４１３が（－Ｙ）側へ移動し支持トレイ４１５が引き出された状態で、リフトピン４３７が上昇する。搬送装置は基板Ｓをリフトピン４３７へ受け渡す。リフトピン４３７が下降することで、基板Ｓは支持トレイ４１５に載置される。支持トレイ４１５および蓋部材４１３が一体的に（＋Ｙ）方向に移動すると、基板Ｓを支持する支持トレイ４１５が処理チャンバ４１２内の処理空間ＳＰに収容されるとともに、開口４２１が蓋部材４１３により閉塞される。

【0067】

この状態で、処理流体としての二酸化炭素が、気相の状態で処理空間ＳＰに導入される（ステップＳ４１）。基板Ｓの搬入時に処理空間ＳＰには外気が侵入するが、気相の処理流体を導入することで、これを置換することができる。さらに気相の処理流体を注入することで、処理チャンバ４１２内の圧力が上昇する。

【0068】

なお、処理流体の導入過程において、処理空間ＳＰからの処理流体の排出は継続的に行われる。すなわち、流体供給部４５７により処理流体が導入されている間にも、流体回収部４５５による処理空間ＳＰからの処理流体の排出が実行されている。これにより、処理に供された処理流体が処理空間ＳＰに滞留することなく排出され、処理流体中に取り込まれた残留物などの不純物が基板Ｓに再付着することが防止される。

【0069】

処理流体の供給量が排出量よりも多ければ、処理空間ＳＰにおける処理流体の密度が上昇しチャンバ内圧が上昇する。逆に、処理流体の供給量が排出量よりも少なければ、処理空間ＳＰにおける処理流体の密度は低下しチャンバ内は減圧される。このような処理流体の処理チャンバ４１２への供給および処理チャンバ１２からの排出については、予め作成された給排レシピに基づいて行われる。すなわち、制御装置９が給排レシピに基づき流体供給部４５７および流体回収部４５５を制御することによって、処理流体の供給・排出タイミングやその流量等が調整される。

【0070】

図８は処理チャンバ内の圧力変化を示す図である。処理流体が二酸化炭素である場合、その臨界温度は室温とあまり変わらないため、処理中の温度変化もさほど大きくない。ここで、より変化が顕著であるチャンバ内圧力に着目して現象を説明する。処理空間ＳＰが大気開放され内部の気圧が大気圧Ｐａである状態から、処理空間ＳＰが密閉された後の時刻Ｔ１に処理流体の導入が開始され、内部の圧力は上昇し始める。

【0071】

処理空間ＳＰ内で処理流体の圧力が上昇し臨界圧力Ｐｃを超過するまで（ステップＳ４２）、加圧は継続される。チャンバ内が臨界圧力Ｐｃに到達する時刻Ｔ２において、処理流体はチャンバ内で超臨界状態となる。すなわち、処理空間ＳＰ内での相変化により、処理流体が気相から超臨界状態に遷移する。処理空間ＳＰが超臨界状態の処理流体で満たされることで、基板Ｓを覆うＩＰＡ（あるいはＩＰＡとＤＩＷの混合流体）が超臨界状態の処理流体により置換される。基板Ｓの表面から遊離したＩＰＡ等は処理流体に溶け込んだ状態で処理流体と共に処理チャンバ４１２から排出され、基板Ｓから除去される。すなわち、超臨界状態の処理流体は、基板Ｓに付着するＩＰＡ（あるいはＩＰＡとＤＩＷの混合流体）を置換対象液としてこれを置換し、処理チャンバ４１２外へ排出する機能を有する。

【0072】

処理流体が確実に超臨界状態に遷移している時刻Ｔ３以降、処理空間ＳＰが超臨界状態の処理流体で満たされた状態を所定時間継続することで（ステップＳ４３、Ｓ４４）、基板Ｓに付着していた置換対象液を完全に置換しチャンバ外へ排出することができる。なお、図８では超臨界状態でのチャンバ内圧力Ｐｍを一定として示しているが、臨界圧力Ｐｃ以下とならない範囲で圧力の変動があってもよい。

【0073】

時刻Ｔ４において、処理チャンバ４１２内での超臨界状態の処理流体による置換対象液の置換が終了すると（ステップＳ４４で「ＹＥＳ」）、処理空間ＳＰ内の処理流体を排出して基板Ｓを乾燥させる。具体的には、処理空間ＳＰからの流体の排出量を増大させることで、超臨界状態の処理流体で満たされた処理チャンバ１２内を減圧する（ステップＳ４５）。

【0074】

減圧プロセスにおいて、処理流体の供給は停止されてもよく、また少量の処理流体が継続して供給される態様でもよい。処理空間ＳＰが超臨界状態の処理流体で満たされた状態から減圧されることで、処理流体は超臨界状態から相変化して気相となる。気化した処理流体を外部へ排出することで、基板Ｓは乾燥状態となる。このとき、急激な温度低下により固相および液相を生じることがないように、減圧速度が調整される。すなわち、時刻Ｔ４において減圧を開始した後、圧力が臨界圧力Ｐｃを確実に下回る時刻Ｔ５までは、比較的低い減圧速度で減圧が実行される。これにより、処理空間ＳＰ内の処理流体は超臨界状態から直接気化して外部へ排出される。

【0075】

処理流体が完全に気化した時刻Ｔ５以降は減圧速度が高められ、これにより短時間で大気圧Ｐａまで減圧することができる。こうすることで、減圧が開始される時刻Ｔ４からチャンバ内が大気圧Ｐａまで低下する時刻Ｔ６までの期間の全てにおいて、処理流体が液化することはなく、乾燥後の表面が露出した基板Ｓに気液界面が形成されることは回避される。

【0076】

このように、この実施形態の超臨界乾燥処理では、処理空間ＳＰを超臨界状態の処理流体で満たした後、気相に相変化させて排出することにより、基板Ｓに付着する液体を効率よく置換し、基板Ｓへの残留を防止することができる。しかも、不純物の付着による基板の汚染やパターン倒壊等、気液界面の形成に起因して生じる問題を回避しつつ基板を乾燥させることができる。

【0077】

処理後の基板Ｓは後工程へ払い出される（ステップＳ５０）。すなわち、蓋部材４１３が（－Ｙ）方向へ移動することで支持トレイ４１５が処理チャンバ４１２から外部へ引き出され、移載ユニット４３を介して外部の搬送装置へ基板Ｓが受け渡される。このとき、基板Ｓは乾燥した状態となっている。後工程の内容は任意である。こうして１枚の基板Ｓに対する処理が完結する。次に処理すべき基板がある場合には、ステップＳ１０１に戻って新たな基板Ｓが受け入れられ、上記処理が繰り返される。

【0078】

以上のように、第１実施形態によれば、湿式処理装置２において、薬液処理（ステップＳ２１）の後で、予備有機溶剤供給処理（ステップＳ２２）、リンス処理（ステップＳ２３）、置換処理（ステップＳ２４）および本発明の「液盛り処理」の一例に相当する液膜形成処理（ステップＳ２５）が、この順序で実行される。ここで、液盛り状態の基板Ｓのパターン形成面（表面Ｓａ）のパターンＰＴ内にＤＩＷが残留したとしても、図７（ｂ）に示すように、残留液で構成される液層ＬＬ３は鉛直方向においてＩＰＡとＤＩＷとの混合層である液層ＬＬ２、ＬＬ４に挟まれている。このため、当該液層ＬＬ３を構成するＤＩＷは液層ＬＬ２、ＬＬ４との間で相互拡散する。特に、液盛り状態の基板Ｓが超臨界処理装置４に搬送され、超臨界状態の処理流体を接触するまでに、残留液（ＤＩＷ）が上記液層ＬＬ２、ＬＬ４との間で相互拡散するのに十分な時間が存在している。このことから、上記相互拡散により、残留液はＩＰＡに混合される。したがって、いわゆる残留液フリーで、超臨界状態の処理流体による乾燥処理が実行される。このことは、超臨界状態の処理流体を過剰に使用することなく、超臨界乾燥処理を高品質で実行することを意味する。その結果、処理流体の消費量を削減しながら歩留まりの向上を図ることができる。

【0079】

上記したように、第１実施形態では、ＤＩＷが本発明の「リンス液」の一例に相当している。また、ＩＰＡが本発明の「有機溶剤」の一例に相当するとともに、予備有機溶剤供給処理（ステップＳ２２）、置換処理（ステップＳ２４）および液膜形成処理（ステップＳ２５）においてＩＰＡが「有機溶剤」として使用されている。基板Ｓの表面Ｓａが本発明の「パターン形成面」に相当している。また、ステップＳ２０、Ｓ３０、Ｓ４０がそれぞれ本発明の「工程（ａ）」、「工程（ｂ）」、「工程（ｃ）」の一例に相当している。

【0080】

ところで、上記第１実施形態では、残留液に相当する液層ＬＬ３を液層ＬＬ２、ＬＬ４で挟み込んだ、いわゆるサンドイッチ構造を有した状態のまま基板Ｓを湿式処理装置２から超臨界処理装置４に搬送している。ここで、搬送前、搬送中および／または超臨界処理装置４での処理流体の供給前において、基板Ｓに振動を加えてもよい。この振動付加によって、液層ＬＬ３を構成するＤＩＷと液層ＬＬ２、ＬＬ４との相互拡散が促進され、残留液をより短時間で除去することができる。

【0081】

図９は本発明に係る基板処理システムの第２実施形態の動作を示すフローチャートである。上記第１実施形態では、チャックピン２１２は、基板Ｓの側端部を挟み込んで基板Ｓを保持するという機能以外に、振動付与機能を有している。そこで、第２実施形態では、例えば図９に示すように、液膜形成処理（ステップＳ２５）後でかつに基板搬送（ステップＳ３０）の前に、基板Ｓに振動を付与してもよい（ステップＳ６０）。より具体的には、湿式処理装置２において液盛り状態が作り出された後で、湿式処理制御部９５がチャック駆動部２１５に往復移動指令を与える。すると、図３（ａ）に示すチャック状態と、図３（ｂ）に示す非チャック状態とが交互に繰り返される。つまり、径方向Ｄにおけるチャックピン２１２の往復移動に伴って基板Ｓの昇降が繰り返される。これによって、図９の左下図に示すように、基板Ｓに対して鉛直方向Ｚの振動が与えられ、液層ＬＬ３を構成していた残留液（ＤＩＷ）が液層ＬＬ２、ＬＬ４に移流拡散されるとともに、液層ＬＬ２、ＬＬ４に含まれるＤＩＷもそれぞれ液層ＬＬ１、ＬＬ５に移流拡散される。こうして液層ＬＬ３が第１実施形態よりも短時間で消失するとともに、ＤＩＷが液膜ＬＦ全体に広がる（ステップＳ６０）。なお、本明細書では、このように振動付加により残留液を除去する処理を「残留液除去処理」と称する。

【0082】

また、第２実施形態では、残留液除去処理を実行するために振動付与機能が必須となるが、チャックピン２１２がその機能を担っている。そのため、振動付与機能を専門的に担う構成を追加する必要がないため、装置コストの低減を図ることができる。

【0083】

また、第２実施形態では、残留液除去処理を実行するために基板Ｓを鉛直方向Ｚに振動させているが、振動の付与態様はこれに限定されるものではない。例えばチャックピン２１２で基板Ｓを保持した状態で、湿式処理制御部９５が回転機構２１４に正逆回転指令を与えてもよい。この場合、正逆回転指令を受けた回転機構２１４は基板Ｓを回転軸線ＡＸまわりに所定角度だけ正逆回転させる動作、つまり回動動作を繰り返す。このように基板Ｓを周方向に回動させる動作によって基板Ｓに振動を付与してもよい。

【0084】

また、チャックピン２１２による鉛直方向Ｚに沿った振動付与（以下「上下振動付与」という）や回転機構２１４による周方向に沿った振動付与（以下「回動振動付与」という）を行うことなく、別途追加した構成により基板Ｓに振動を付与してもよい。例えば液膜形成処理（ステップＳ２５）に続いて湿式処理制御部９５が基板保持部２１から離れた位置に設置された超音波振動子を作動させ、超音波振動子で発生した超音波により基板Ｓを振動させてもよい。また、振動子を基板保持部２１に予め取り付けておき、液膜形成処理（ステップＳ２５）に続いて湿式処理制御部９５が振動子を作動させてもよい。これらの実施形態では、振動子の設置態様によって基板Ｓの振動方向を制御することができる。なお、振動子や超音波振動子については、従来周知のものを使用することができる。したがって、本明細書において詳しい構成説明は省略する。

【0085】

また、上記第２実施形態では、湿式処理装置２において液盛り状態の基板Ｓに振動を付与しているが、基板搬送装置３や超臨界処理装置４において振動を付与してもよい。例えば第１実施形態および第２実施形態では、搬送ロボット３０は液盛り状態の基板Ｓを裏面側から支持しながら湿式処理装置２および超臨界処理装置４の双方に対し進退移動自在となっている。したがって、搬送ロボット３０は、単に湿式処理装置２および超臨界処理装置４のそれぞれに対して、基板Ｓの搬入および搬出を行う機能のみならず、基板Ｓを支持しているハンド３１を水平方向に往復移動させたり、回動させたりすることが可能である。つまり、ハンド３１の往復移動や回動動作を繰り返すことで基板Ｓに水平方向に沿った振動を付与することが可能となっている。そこで、湿式処理装置２から超臨界処理装置４への搬送工程（ステップＳ３０）が次の３つのサブ工程、
・ハンド３１が液盛り状態の基板Ｓを受け取る工程、
・液盛り状態の基板Ｓを保持したままハンド３１が水平面内で所定距離だけ往復移動したり、正逆方向に回動したりして基板Ｓに振動を付与する工程、
・液盛り状態の基板Ｓを超臨界処理装置４の処理ユニット４１に搬送する工程、
をこの順序で実行するように、搬送制御部９６が搬送ロボット３０を制御してもよい。なお、ここでは、ハンド３１が湿式処理装置２に進入して液盛り状態の基板Ｓを受け取った時点で残留液除去処理を実行しているが、残留液除去処理の実行タイミングはこれに限定されるものではない。例えばハンド３１が超臨界処理装置４に移動している途中や、ハンド３１が超臨界処理装置４の近傍で停止して待機している間に残留液除去処理を実行してもよい。

【0086】

また、超臨界処理装置４の稼働状況に応じて超臨界処理装置４への基板Ｓの搬送を待機するために、上記のように超臨界処理装置４の近傍を待機位置として設定する以外にも、別の待機位置を設ける場合がある。例えば基板搬送装置３が液盛り状態の基板Ｓを一時的に載置して待機させる載置台を有する場合には、当該載置台が待機位置として機能する。したがって、当該載置台に振動子を取り付け、当該載置台で待機している基板Ｓに振動を付与してもよい。つまり、載置台が設けられた待機位置で残留液除去処理を実行してもよい。

【0087】

また、残留液除去処理を実行するために、ハンド３１を水平方向に沿って振動させる、または水平面内で回動させているが、搬送ロボット３０の構成によっては別の態様で振動を付与してもよい。例えば搬送ロボット３０がハンド３１を鉛直方向Ｚに移動可能に構成されていることがある。このような場合、液盛り状態の基板Ｓを保持したハンド３１を鉛直方向Ｚに昇降させることで、基板Ｓに振動させてもよい。

【0088】

第１実施形態および第２実施形態では、超臨界処理装置４に搬送されてきた基板Ｓは、液盛り状態にまま、処理チャンバ４１２に収容される。具体的には、基板Ｓはパターン形成面Ｓａを上面にして、しかも該パターン形成面Ｓａが薄い液膜ＬＦに覆われた状態で搬送されてくる。図４に点線で示すように、蓋部材４１３が（－Ｙ）側へ移動し支持トレイ４１５が引き出された状態で、リフトピン４３７が上昇する。搬送装置は基板Ｓをリフトピン４３７へ受け渡す。リフトピン４３７が下降することで、基板Ｓは支持トレイ４１５に載置される。こうして、基板Ｓの受け取りが完了する。

【0089】

この時点で、超臨界処理制御部９７が、液盛り状態の基板Ｓを保持したまま、支持トレイ４１５および蓋部材４１３をＹ方向に沿って往復移動させてもよい。この往復移動により基板Ｓに振動を付与することで、第２実施形態と同様に、残留液が移流拡散される（残留液除去処理）。この実施形態によれば、超臨界状態の処理流体を基板Ｓに接触させる前に、超臨界処理装置４内で残留液除去処理が実行される。したがって、第２実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0090】

また、この実施形態では、残留液除去処理を実行するために、支持トレイ４１５および蓋部材４１３をＹ方向に沿って振動させているが、支持トレイ４１５または蓋部材４１３に振動子を取り付けてもよい。つまり、超臨界処理制御部９７からの振動指令に応じて振動子が作動して基板Ｓを振動させてもよい。

【0091】

また、処理チャンバ４１２内の圧力が上昇する前に、残留液除去処理を実行しているが、超臨界条件に達する前であれば、圧力上昇中において残留液除去処理を実行してもよい。例えば亜臨界状態で残留液除去処理を実行してもよい。特に、残留液除去処理を実行してから超臨界状態の処理流体との接触開始までの経過時間を考慮すると、亜臨界状態に近いタイミングで残留液除去処理を実行するのが好ましい。つまり、ＤＩＷの比重がＩＰＡのそれよりも大きいなどの理由により、上記経過時間が長くなるにしたがって、ＩＰＡに拡散したＤＩＷの一部がパターンＰＴの内底面に沈降してＤＩＷ濃度が上昇する可能性がある。この点を考慮して残留液除去処理の実行タイミングを設定するのが好適である。

【0092】

また、上記振動付与の代わりまたは上記振動付与のほかパターン内を温める工程を設けても良い。例えば以下の手段、つまり、
（ａ）４０℃以上でかつ液盛り状態を維持することができる上限温度以下を有するリンス液を用いる
（ｂ）薄膜形成処理（液盛り処理）と並行して、パターン形成面Ｓａと反対の基板Ｓの裏面Ｓｂに対し、高温ＤＩＷや代加熱した流体（これらを総称して「加熱媒体」という）を供給する、なお、加熱媒体は、８０℃以上でかつ液盛り状態を維持することができる上限温度以下を有するものが好適である
（ｃ）薄膜形成処理（液盛り処理）と並行して、パターン形成面Ｓａと反対の基板Ｓの裏面Ｓｂに対向して配置されたヒーター（図示省略）により基板Ｓを加熱する
（ｄ）搬送ロボット３０のハンド３１に設けられたヒーター（図示省略）により湿式処理装置２から受け取った基板Ｓを加熱しながら、当該ハンド３１により超臨界処理装置４に渡す
（ｅ）超臨界処理装置４において、超臨界状態の処理流体を基板Ｓと接触させて超臨界乾燥させる前に、支持トレイ４１５に設けられたヒーター（図示省略）により基板Ｓを加熱する、
という手段の少なくとも１つを実行してもよい。

【0093】

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。上記実施形態では、予備有機溶剤供給処理（ステップＳ２２）、置換処理（ステップＳ２４）および液膜形成処理（ステップＳ２５）のいずれにおいてもＩＰＡを有機溶剤として使用している。ただし、各処理で使用する有機溶剤の組み合わせはこれに限定されるものではなく、複数種類を組み合わせてもよい。例えばこれら３つの処理のうちの一の処理においてアセトンを使用する一方、残りの処理においてＩＰＡを使用してもよい。

【0094】

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。

【産業上の利用可能性】

【0095】

この発明は、液膜で覆われた基板を超臨界状態の処理流体で処理する基板処理方法および基板処理システム全般に適用することができる。

【符号の説明】

【0096】

１…基板処理システム
２…湿式処理装置
３…基板搬送装置
４…超臨界処理装置
９…制御装置
９５…湿式処理制御部
９６…搬送制御部
９７…超臨界処理制御部
ＡＸ…回転軸線
ＬＦ…液膜
ＬＬ２、ＬＬ４…液層（＝ＩＰＡ＋ＤＩＷ）
ＬＬ３…液膜（＝ＤＩＷ）
ＰＴ…パターン
Ｓ…基板
Ｓａ…表面（パターン形成面）
Ｚ…鉛直方向

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】