CN115176335A - 基板处理装置以及基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的基板处理装置在处理容器内使用超临界状态的处理流体来处理基板的技术中，防止混入到处理流体中的杂质被紊流运送而附着于基板。在处理容器(12)且在俯视时在相比基板(S)的一端部的外侧设有面向处理空间中的比基板靠上方的空间开口的第一导入口(123a)和面向比支撑托盘(15)靠下方的空间开口的第二导入口(124a)。并且，在俯视时在相比基板的另一端部的外侧设有面向处理空间中的比支撑托盘靠上方的空间开口的第一排出口(125a)和面向比支撑托盘靠下方的空间开口的第二排出口(126a)。超临界状态且为第一温度的处理流体经由第一导入口向处理空间供给，并且更低温的第二温度的处理流体经由第二导入口向处理空间供给。

Description

基板处理装置以及基板处理方法
技术领域
本发明涉及在处理容器内使用超临界状态的处理流体来处理基板的基板处理技术。
背景技术
在半导体基板、显示装置用玻璃基板等各种基板的处理工序中，包括利用各种处理流体来处理基板的工序。这样的处理有时以处理流体的高效利用、防止向外部的散逸为目的而在气密性的处理容器内进行。在该情况下，在处理容器设有用于进行基板的搬入、搬出的开口部和用于封堵该开口部而确保内部空间的气密性的盖部。例如在专利文献1所记载的处理装置中，成为处理对象的基板(晶片)以载置于与盖部形成一体的平板状的支架的状态被搬入至处理容器内。然后，导入超临界状态的处理流体来处理基板。处理容器的内部空间形成为比基板以及支架的包覆外形稍大。因此，能够减少处理流体的使用量，提高处理效率。
在该现有技术中，在从基板观察时从与开口部相反的一侧的侧方朝向基板的上表面供给超临界状态的处理流体。然后，经由开口部的附近通过基板的下表面侧而返回来的处理流体向外部排出(例如图5)。存在从保持开口部的气密的密封部件产生的杂质附着于基板的担忧。在上述现有技术中，导入双重密封机构，与处理流体接触的密封部件使用耐腐蚀性较高的材料，从而能够抑制杂质的产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-039040号公报
发明内容
发明所要解决的课题
更一般而言，若为了使通过开口部的周围后的处理流体不与基板接触，则能够避免混入到处理流体中的杂质附着于基板。例如，使洁净的处理流体沿基板向一个方向流通，从而能够防止在相比基板的下游侧产生的杂质附着于基板。在该情况下，理想的是，在处理容器内，在基板的上表面侧和下表面侧分别形成没有紊流的层流。
然而，实际上难以实现这样的条件。例如支架与处理容器之间的间隙、经由设于支架的开口而在基板的上层与下层之间产生的处理流体的流动、因处理容器内的部件与处理流体的温度差而产生的对流等可能成为紊流的原因。若像这样在处理容器内产生紊流，则由此运送的杂质附着于基板的表面，污染基板。
用于解决课题的方案
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供如下技术：在处理容器内使用超临界状态的处理流体来处理基板的基板处理技术中，能够防止混入到处理流体中的杂质被紊流运送而附着于基板。
本发明的一个方式是一种基板处理装置，具备：平板状的支撑托盘，其支撑水平姿势的基板的下表面；处理容器，其具有容器主体和盖部，上述容器主体设有能够收纳支撑上述基板的上述支撑托盘的处理空间以及与上述处理空间连通且用于使上述支撑托盘通过的开口部，上述盖部能够封堵上述开口部；以及流体供给部，其向上述处理空间供给超临界处理用的处理流体。并且，本发明的另一方式是一种在处理容器内利用超临界状态的处理流体来处理基板的基板处理方法。
在上述发明中，在上述处理容器中，作为用于向上述处理空间导入上述处理流体的导入口而设有：第一导入口，其在俯视时在相比上述基板的一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述基板靠上方的空间开口；以及第二导入口，其在相比上述一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述支撑托盘靠下方的空间开口，并且，作为用于从上述处理空间排出上述处理流体的排出口而设有：第一排出口，其在俯视时在相比上述基板的与上述一端部相反一侧的另一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述支撑托盘靠上方的空间开口；以及第二排出口，其在相比上述另一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述支撑托盘靠下方的空间开口。然后，经由上述第一导入口向上述处理空间供给超临界状态且是预定的第一温度的上述处理流体，并且经由上述第二导入口向上述处理空间供给超临界状态且是比上述第一温度低的第二温度的上述处理流体。
在像这样构成的发明中，从基板的一端部侧向处理空间导入处理流体，在基板的另一端部侧排出处理流体。而且，在处理空间中的比基板靠上方的空间和比基板靠下方的空间，分别单独地进行处理流体的导入及排出。因此，在基板的上方、下方分别形成从一端部侧朝向另一端部侧的一个方向的处理流体的层流。此外，此处所说的“基板的下方”是指在支撑托盘覆盖基板的下表面的情况下包括支撑托盘的下方的概念。
作为扰乱层流的主要原因，可以举出由处理流体的供给量和排出量的不均衡、上方侧与下方侧的流量或流速的不均衡、起因于处理流体的温度因包括基板及支撑托盘的处理空间内的部件与处理流体的温度差而变动的对流等。尤其，在接近临界点的温度以及压力条件下，因上述条件的微小变化，超临界状态的处理流体的密度校大地变化。因这些原因，在基板的上表面侧流动的层流与在下表面侧流动的层流之间产生处理流体的流动，从而产生紊流。如上所述，紊流可能成为基板污染的原因。
在本发明中，向基板的上方供给的处理流体与向下方供给的处理流体的温度不同。具体而言，向基板的上方供给的处理流体的温度成为高温。向基板的上方侧及下方侧分别供给的处理流体向同一空间供给而压力相同。因此，温度的差异变成密度的差异。即，向基板的上方供给温度较高且密度较低的处理流体，而另一方面向基板的下方供给温度较低且密度较高的处理流体。利用该密度差，能够抑制上层与下层之间的处理流体的流动。因此，能够抑制紊流的产生，也能够避免杂质被紊流运送而附着于基板的问题。
发明的效果如下。
如上所述，在本发明中，在处理容器内的处理空间中，在基板的上方和下方分别形成处理流体的一个方向的流动，而且处理流体的温度在基板的上方比基板的下方高。因此，能够抑制因处理流体在上层与下层之间流动而产生紊流，能够有效地防止由紊流运送的杂质附着于基板。
在参照附图并阅读以下的详细说明时，本发明的上述及其它目的、新的特征会变得更完全地明确。其中，附图仅用于解说，并不限定本发明的范围。
附图说明
图1是示出本发明的基板处理装置的一个实施方式的简要结构的图。
图2是示出处理单元的主要部分的立体图。
图3是示出由基板处理装置执行的处理的流程图。
图4是示出超临界干燥处理的处理工序的流程图。
图5A是示意性地示出处理空间中的处理流体的流动的图。
图5B是示意性地示出处理空间中的处理流体的流动的图。
图6A是说明在处理空间内产生的紊流以及抑制该紊流的方法的图。
图6B是说明在处理空间内产生的紊流以及抑制该紊流的方法的图。
图7是示出处理流体的流通路径的一例的图。
图8是示出处理流体的流通路径的另一例的图。
图9是示出处理流体的流通路径的另一例的图。
图10是示出处理流体的流通路径的另一例的图。
具体实施方式
图1是示出本发明的基板处理装置的一个实施方式的简要结构的图。该基板处理装置1是用于使用超临界流体例如对半导体基板这样的各种基板的表面进行处理的装置。为了统一地示出以下各图中的方向，如图1所示地设定XYZ正交坐标系。此处，XY平面为水平面，Z方向示出铅垂方向。更具体而言，(－Z)方向示出铅垂下方
作为本实施方式中的“基板”，能够应用半导体晶片、光掩模用玻璃基板、液晶显示用玻璃基板、等离子显示用玻璃基板、FED(Field Emission Display：场致发射显示器)用基板、光盘用基板、磁盘用基板、光磁盘用基板等各种基板。以下，主要以用于圆盘状的半导体晶片的处理的基板处理装置为例，参照附图进行说明。然而，也能够同样应用于在上文中举举例示出的各种基板的处理。并且，基板的形状也能够应用各种形状。
基板处理装置1具备处理单元10、移载单元30、供给单元50以及控制单元90。处理单元10成为超临界干燥处理的执行主体。移载单元30接收由未图示的外部的搬运装置搬运来的未处理基板S并将其搬入至处理单元10，并且将处理后的基板S从处理单元10交接给外部的搬运装置。供给单元50将处理所需的化学物质、动力以及能量等供给至处理单元10以及移载单元30。
控制单元90控制上述装置的各部来实现预定的处理。为了实现该目的，控制单元90具备CPU91、存储器92、储存器93以及界面94等。CPU91执行各种控制程序。存储器92暂时存储处理数据。储存器93存储CPU91要执行的控制程序。界面94与用户、外部装置进行信息交换。CPU91执行预先写入至储存器93的控制程序，使装置各部进行预定的动作，由此实现下述的装置的动作。
处理单元10具有在台座11之上安装有处理腔室12的构造。处理腔室12由几个金属块的组合构成，其内部成为空洞而构成处理空间SP。处理对象的基板S被搬入至处理空间SP内而接受处理。在处理腔室12的(－Y)侧侧面形成有沿X方向细长地延伸的狭缝状的开口121。处理空间SP与外部空间经由开口121连通。
在处理腔室12的(－Y)侧侧面以封堵开口121的方式设有盖部件13。由盖部件13封堵处理腔室12的开口121，来构成气密性的处理容器。由此，能够在内部的处理空间SP对基板S进行高压下的处理。在盖部件13的(+Y)侧侧面以水平姿势安装有平板状的支撑托盘15。支撑托盘15的上表面成为能够载置基板S的支撑面。盖部件13由省略图示的支撑机构以在Y方向上水平移动自如的方式被支撑。
盖部件13能够利用设于供给单元50的进退机构53而相对于处理腔室12进退移动。具体而言，进退机构53例如具有线性马达、直动导向件、滚珠丝杠机构、螺线管、气缸等直动机构。这样的直动机构使盖部件13沿Y方向移动。进退机构53根据来自控制单元90的控制指令进行动作。
盖部件13向(－Y)方向移动，由此从处理腔室12离开，如虚线所示，支撑托盘15从处理空间SP经由开口121向外部引出。这样，能够访问支撑托盘15。即，能够将基板S载置于支撑托盘15并且将载置于支撑托盘15的基板S取出。另一方面，盖部件13向(+Y)方向移动，由此支撑托盘15被收纳于处理空间SP内。在支撑托盘15载置有基板S的情况下，基板S与支撑托盘15一起被搬入至处理空间SP。
盖部件13向(+Y)方向移动而堵塞开口121，由此将处理空间SP密闭。在盖部件13的(+Y)侧侧面与处理腔室12的(－Y)侧侧面之间设有密封部件122，保持处理空间SP的气密状态。密封部件122例如由橡胶制成。并且，利用未图示的锁定机构将盖部件13固定于处理腔室12。这样，在本实施方式中，盖部件13在封堵开口121并将处理空间SP密闭的封堵状态(实线)与从开口121较大地离开并能够进行基板S的放入拿出的分离状态(虚线)之间进行切换。
在确保了处理空间SP的气密状态的状态下，在处理空间SP内执行对基板S的处理。在该实施方式中，从设于供给单元50的流体供给部57送出能够用于超临界处理的物质的处理流体、例如二氧化碳作为处理流体。处理流体以气体、液体或超临界的状态向处理单元10供给。二氧化碳在比较低温、低压下成为超临界状态并且具有良好地溶解基板处理中常用的有机溶剂的性质，在这样的方面考虑，是适合于超临界干燥处理的化学物质。二氧化碳成为超临界状态的临界点是气压(临界压力)为7.38MPa、温度(临界温度)为31.1℃。
处理流体填充于处理空间SP，若处理空间SP内达到适当的温度及压力，则处理空间SP被超临界状态的处理流体充满。这样，基板S在处理腔室12内由超临界流体进行处理。在供给单元50设有流体回收部55，处理后的流体被流体回收部55回收。流体供给部57以及流体回收部55由控制单元90控制。
为了防止超临界状态的处理流体在处理腔室12内被冷却而产生相变，优选在处理腔室SP内部设置适当的热源。尤其为了防止在基板S的周边产生意料外的相变，在该实施方式中，在支撑托盘15内置有加热器(省略图示)。加热器由供给单元50的温度控制部59进行温度控制。温度控制部59根据来自控制单元90的控制指令而工作，如在下文中说明，还具有对从流体供给部57供给的处理流体的温度进行控制的功能。
处理空间SP具有能够接纳支撑托盘15以及被该支撑托盘15支撑的基板S的形状及容积。即，处理空间SP具有在水平方向上宽度比支撑托盘15的宽度宽且在铅垂方向上比支撑托盘15与基板S的合计高度大的矩形的截面形状和能够接纳支撑托盘15的进深。这样，处理空间SP具有仅接纳支撑托盘15以基板S的形状及容积。但是，支撑托盘15以及基板S与处理空间SP的内壁面之间的间隙很小。因此，为了填充处理空间SP所需的处理流体的量较少即可。
移载单元30承担外部的搬运装置与支撑托盘15之间的基板S的交接。为了实现该目的，移载单元30具备主体31、升降部件33、基座部件35以及多个升降销37。升降部件33是沿Z方向延伸的柱状的部件，由未图示的支撑机构以沿Z方向移动自如的方式被支撑。在升降部件33的上部安装有具有大致水平的上表面的基座部件35。从基座部件35的上表面朝向上方安装有多个升降销37。各个升降销37通过其上端部与基板S的下表面抵接而从下方将基板S支撑为水平姿势。为了以水平姿势稳定地支撑基板S，优选设置上端部的高度彼此相等的三个以上的升降销37。
升降部件33能够利用设于供给单元50的升降机构51进行升降移动。具体而言，升降机构51例如具有线性马达、直动导向件、滚珠丝杠机构、螺线管、气缸等直动机构，这样的直动机构使升降部件33沿Z方向移动。升降机构51根据来自控制单元90的控制指令进行动作。
利用升降部件33的升降，基座部件35上下运动，多个升降销37与其一体地上下动。由此，实现移载单元30与支撑托盘15之间的基板S的交接。
图2是示出处理单元的主要部分的立体图。在盖部件13处于向(－Y)方向移动的分离状态时，支撑托盘15成为从处理腔室12向外部空间引出的状态。在此时的支撑托盘15的下方配置有具有升降销37的基座部件35。在支撑托盘15中的与升降销37的正上方相当的位置，贯穿设置有直径比升降销37的直径大的贯通孔152。
若基座部件35上升，则升降销37的上端通过贯通孔152而到达比支撑托盘15的支撑面151靠上方的位置。在该状态下，由外部的搬运装置的手部H支撑并搬运来的基板S被交接给升降销37。在手部H退避后，升降销37下降，由此从升降销37向支撑托盘15交接基板S。基板S的搬出能够通过与上述相反的步骤进行。
图3是示出由包括该基板处理装置的基板处理系统执行的处理的一部分的流程图。该基板处理装置1是以使在前工序中由清洁液洗净后的基板S干燥为目的而使用的。具体而言，如在下文中说明。在前工序中基板S由洗净液洗净后(步骤S101)，在表面形成有由异丙醇(IPA)形成的液膜的状态下(步骤S102)，向基板处理装置1搬运基板S(步骤S103)。
例如在基板S的表面形成有微细图案的情况下，有可能因残留附着于基板S的液体的表面张力而产生图案的倒塌。并且，有时由于不完全的干燥而在基板S的表面残留水印。并且，有时因基板S表面与外部空气接触而产生氧化等变质。为了将这样的问题防患于未然，有时在用液体或固体的表面层来覆盖基板S的表面(图案形成面)的状态下进行搬运。
例如在清洁液以水为主成分的情况下，在利用表面张力较低且对基板的腐蚀性低较低的液体、例如IPA、丙酮等有机溶剂来形成液膜的状态下，执行搬运。即，基板S以被支撑为水平状态且在其上表面形成有液膜的状态被搬运至基板处理装置1。
基板S以图案形成面为上表面且该上表面被较薄的液膜覆盖的状态载置于支撑托盘15(步骤S104)。若支撑托盘15以及盖部件13一体地向(+Y)方向移动，则支撑基板S的支撑托盘15被收纳于处理腔室12内的处理空间SP，并且开口121由盖部件13封堵(步骤S105)。
在基板S与支撑托盘15一起被搬入并密闭的处理空间SP中，执行超临界干燥处理(步骤S106)。然后，将处理后的基板S交给后工序(步骤S107)。即，通过盖部件13向(－Y)方向移动，从而将支撑托盘15从处理腔室12向外部引出，经由移载单元30向外部的搬运装置交接基板S。此时，基板S成为干燥的状态。后工序的内容是任意的。
图4是示出超临界干燥处理的处理工序的流程图。以下，对使用二氧化碳(CO2)作为处理流体的事例进行说明，但处理流体的种类并不限定于此。若从外部将形成有液膜的基板S搬入至处理腔室12，则首先将处理流体以气相状态导入至处理空间SP(步骤S201)。通过一边将处理空间SP内排气一边送入气相的处理流体，处理空间SP的气氛由处理流体置换。
接着，向处理空间SP导入液相状态的处理流体(步骤S202)。液状的二氧化碳良好地溶解构成基板S上的液膜的液体(有机溶剂；例如IPA)，使其从基板S的上表面游离。通过排出处理空间SP内的液体，能够排出残留于基板S的IPA(步骤S203)。
接着，向处理空间SP导入超临界状态的处理流体(步骤S204)。也可以导入在处理腔室12的外部预先成为超临界状态的处理流体。并且，也可以是使被液态的处理流体充满的处理腔室12内的温度及压力成为临界点以上，由此使处理流体达到超临界状态的方式。
之后，在处理腔室12内一边维持温度一边进行减压，由此超临界流体不经由液相就气化并排出(步骤S205)。由此，基板S成为干燥状态。在此期间，基板S的图案形成面不会暴露于液相与气相的界面，因此能够防止因液体的表面张力引起的图案倒塌的产生。并且，由于超临界流体的表面张力极低，所以即使是在表面形成有微细的图案的基板，处理流体也会良好地蔓延至图案内部。因此，能够高效地置换残留于图案内部的液体等。这样，基板S良好地被干燥。
如上所述，在该实施方式中，用超临界流体填充收纳有基板S的处理腔室12内的处理空间SP，从而将残留于基板S的液体成分除去而使基板S干燥。因此，若与基板S接触的超临界流体含有杂质，则杂质会残留附着于干燥后的基板S而污染基板S。
作为这样的污染源，有在搬入时附着于基板S的液体的残留物、从外部带入处理空间SP的杂质等。尤其，在处理腔室12的开口121的附近，在基板S的搬入、搬出时从外部空间到来的杂质、从密封部件122等部件产生的杂质有时会混入到处理流体中。以下，对为了防止在超临界干燥处理中基板S被杂质污染而在本实施方式中采用的对策进行说明。
图5A及图5B是示意性地示出处理空间中的处理流体的流动的图。更具体而言，图5A是示出处理腔室12的内部的铅垂方向剖视图。并且，图5B是示出处理空间SP及其周围的水平方向剖视图。
如图5A所示，供给处理流体的流体供给部57与设于处理空间SP的(+Y)侧、即从处理空间SP观察与开口121相反一侧的导入流路123、124连接。更具体而言，在相比收纳于处理空间SP的基板S的(+Y)侧端部的外侧、即更靠(+Y)侧，在处理腔室12形成有第一导入流路123、第二导入流路124。
第一导入流路123由具有阀171的配管172而与流体供给部57连接。通过打开阀171，来自流体供给部57的处理流体流入至第一导入流路123。第一导入流路123使流体的流通方向最终为水平方向，从在处理空间SP的(+Y)侧端部面向处理空间SP开口的第一导入口123a吐出处理流体。
另一方面，第二导入流路124由具有阀173的配管174而与流体供给部57连接。通过打开阀173，来自流体供给部57的处理流体流入至第二导入流路124。第二导入流路124使流体的流通方向最终为水平方向，从在处理空间SP的(+Y)侧端部面向处理空间SP开口的第二导入口124a吐出处理流体。
如图5A所示，第一导入口123a面向比在处理空间SP内保持的基板S靠上方的处理空间SP1开口。另一方面，第二导入口124a面向比在处理空间SP内保持的基板S靠下方的处理空间SP2开口，更严格地说，面向比支撑基板S的支撑托盘15靠下方的处理空间SP2开口。第一导入口123a及第二导入口124a是以恒定的开口宽度在X方向上细长地延伸的狭缝状的开口。如图5B所示，在X方向上相比基板S的端部延伸至外侧。因此，从第一导入口123a及第二导入口124a分别吐出的处理流体以在上下方向(Z方向)上较薄且在X方向上比基板S的宽度宽的薄层状，作为朝向(－Y)方向的流动被导入至处理空间SP。此外，若最终从第一导入口123a、第二导入口124a吐出的处理流体的方向为大致水平方向即可，中途的流路形状并不限定于图示的形状。
从利用超临界流体充满基板S的周围这样的处理的目的出发，也可以有直至处理空间SP由超临界流体充满为止不进行处理流体的排出这样的选项。然而，这样一来，处理流体滞留在处理空间SP内，有在处理空间SP内存在的杂质附着于基板S而污染基板S的担忧。为了防止该情况，优选在超临界状态下也进行处理流体的排出，始终向基板S供给洁净的处理流体。
因此，在处理空间SP的(－Y)侧端部附近设有用于排出处理流体的第一排出流路125及第二排出流路126。具体而言，在比收纳于处理空间SP的基板S靠(－Y)侧的处理空间SP的顶面开口有第一排出口125a。而且，与其连通的第一排出流路125经由具有阀175的配管176而与流体回收部55连接。通过打开阀175，处理空间SP内的处理流体经由第一排出流路125向流体回收部55排出。
另一方面，在比收纳于处理空间SP的基板S的(－Y)侧端部更靠(－Y)侧的处理空间SP的底面开口有第二排出口126a。而且，与其连通的第二排出流路126经由具有阀177的配管178而与流体回收部55连接。通过打开阀177，处理空间SP内的处理流体经由第二排出流路126向流体回收部55排出。
如图5B所示，第一排出口125a以及第二排出口126a是以恒定的开口宽度沿X方向细长地延伸的狭缝状的开口。这些开口在X方向上相比基板S的端部延伸至外侧，在Y方向上相比基板S的(－Y)侧端部更靠(－Y)侧开口。并且，在上述配设位置的附近，处理空间SP被支撑托盘15在上下方向上大致截断。因此，在基板S的上方流动的处理流体从第一排出口125a排出，另一方面，在基板S的下方流动的处理流体会从第二排出口126a排出。
以向第一导入流路123供给的处理流体的流量与从第一排出流路125排出的处理流体的流量相等的方式进行阀171、175的开度调整。同样，以向第二导入流路124供给的处理流体的流量与从第二排出流路126排出的处理流体的流量相等的方式进行阀173、177的开度调整。
根据上述结构，从流体供给部57经由第一导入流路123导入的处理流体从第一导入口123a沿大致水平方向吐出，沿基板S的上表面流动，最终从第一排出口125a向外部排出，并回收到流体回收部55。另一方面，从流体供给部57经由第二导入流路124导入的处理流体从第二导入口124a向大致水平方向吐出，沿支撑托盘15的下表面流动，最终从第二排出口126a向外部排出，回收到流体回收部55。即，在处理空间SP内，期待在基板S的上方以及支撑托盘15的下方分别形成朝向(－Y)方向的处理流体的层流。图5A及图5B所示的空心箭头示意性地示出这样的处理流体的流动。
这样，在处理空间SP、尤其基板S的上方的空间形成朝向一个方向的处理流体的层流，从而能够防止在基板S的周围产生紊流。因此，即使假设在基板S的表面附着有液体，通过使其溶入超临界状态的处理流体并向下游侧流动，也能够避免液体残留于干燥后的基板S。并且，以容易产生成为污染源的杂质的开口121相比基板S位于下游侧的方式设定处理流体的流通方向。这样，能够避免在开口121周围产生的杂质因紊流而被运送至上游侧并附着于基板S。由此，能够不污染基板S地使基板S良好地干燥。
然而，超临界流体具有如下性质：尤其在接近临界点的温度、压力条件时状态不稳定，因这些条件的小的变化而产生大的密度变化。起因于上述性质，可能在处理空间SP内产生紊流。例如，若在向基板S的上方供给的处理流体与向支撑托盘15的下方供给的处理流体之间流量、流速不同，则有时在处理空间SP内产生起因于上述情况的紊流。并且，例如，供给至支撑托盘15的下方的处理流体与加热后的支撑托盘15接触而升温，有时产生起因于该情况的对流。
图6A及图6B是说明在处理空间内产生的紊流以及抑制该紊流的方法的图。更具体而言，图6A是举例示出在处理空间SP内可能产生的紊流的图。并且，图6B是示出用于抑制紊流的产生的结构的图。本申请发明人通过计算机模拟对处理空间SP中的流体的流动进行了解析。其结果可知：由于供给条件的微小的变化，如图6A中虚线箭头所示，产生经由基板S及支撑托盘15与处理空间SP的内壁面的间隙的上下方向的流动、即紊流。并且，在支撑托盘15设有贯通孔152的情况下，如点线箭头所示，也确认到：经由该贯通孔152的紊流的产生。尤其，朝向基板S的紊流会使成为污染源的杂质接近基板S，因此不优选。
为了应对该问题，在本实施方式中，在向基板S的上方供给的处理流体与向支撑托盘15的下方供给的处理流体之间设置有有意义的温度差。更具体而言，如图6B所示，使向第一导入流路123供给的处理流体为比较高温的温度T1的处理流体，另一方面，关于向第二导入流路124供给的处理流体，为更低温的温度T2(＜T1)的处理流体。这样一来，在基板S的上方流动的处理流体F1是比较低的密度，另一方面在支撑托盘15的下方流动的处理流体F2是更高的密度。由于该密度差，抑制了从上层朝向下层、或者从下层朝向上层的流动的产生，如图6B中标注密度不同的点所示，处理流体F1在基板S的上方作为层流流动，另外处理流体F2在支撑托盘15的下方作为层流流动。由此，能够抑制紊流的产生，防止基板S的污染。
温度T1、T2均需要是稳定地维持超临界状态的温度。在处理流体为二氧化碳的情况下，如上所述，临界点的压力为7.38MPa，温度为31.1℃。因此，需要压力和温度不低于该临界点处的值。温度T1例如调整为45℃至75℃的范围。并且，温度T2例如在35℃～65℃的范围内调整为比温度T1低。再有，优选以温度T1比温度T2高10℃至20℃左右的方式调整温度差。
接着，使用几个例子对用于实现这样的条件的更具体的系统结构进行说明。此外，在上文中，为了原理说明，第一导入流路123及第二导入流路124各自与流体供给部57之间分别用单一的阀及单一的配管连接。实际上，如在下文中举例示出说明，为了在必要时以必要的状态将处理流体导入至处理空间SP，处理流体的供给路径变得更复杂。
图7是示出处理流体的流通路径的一例的图。以下，对作为流体的流通路径而设置在流体供给部57与处理腔室12之间以及处理腔室12与流体回收部55之间的配管系统的整体标注附图标记200。在该例子中，流体供给部57具有将作为处理流体的二氧化碳(CO2)以气相、液相以及超临界的各个状态供给的功能。
气体CO2的输出分支为两个配管201、221。在一个配管201介入插有阀202。在另一个配管221介入插有阀222。同样，液体CO2的输出分支为两个配管203、223。在一个配管203介入插有阀204。在另一个配管223介入插阀224。
并且，超临界CO2的输出分支为两个配管207、227。在一个配管207介入插有阀208。在阀208的输出侧设有加热器209。在与加热器209的输出侧连接的配管210介入插有阀211。同样，在另一个配管227上介入插有阀228，在阀228的输出侧设有加热器229。在与加热器229的输出侧连接的配管230介入插有阀231。
配管201、203在阀202、204的输出侧合流而成为配管205。在配管205介入插有阀206。配管205、210在阀206、211的输出侧合流，作为配管212与处理腔室12的第一导入流路123连接。同样，配管221、223在阀222、224的输出侧合流而成为配管225，在配管225介入插有阀226。配管225、230在阀226、231的输出侧合流，作为配管232与处理腔室12的第二导入流路124连接。
此外，在图7及以后的图中，优先明示处理流体的流动。因此，处理腔室12中的第一导入流路123、第二导入流路124、第一排出流路125以及第二排出流路126的配设位置与图5等所示的不同。具体而言，导入流路与排出流路的位置关系在图7与图5之间左右相反。
在加热器209的输出侧，配管213从配管210分支，在配管213介入插有阀214。同样，在加热器229的输出侧，配管233从配管230分支，在配管233介入插有阀234。配管213、233设置为使配管上的超临界流体返回到流体供给部57的循环路径。
在处理腔室12的第一排出流路125连接有配管251。在配管251介入插有温度传感器252和阀253。阀253的输出侧与流体回收部55连接。同样，在第二排出流路126连接有配管261。在配管261介入插有检测流体的温度的温度传感器262和阀263。阀263的输出侧与流体回收部55连接。
上述的阀类根据来自控制单元90的控制指令进行动作，进行配管的开闭及流量调节。尤其在向处理空间SP供给超临界流体时，以向处理腔室12的第一导入流路123供给的处理流体的流量与从第一排出流路125排出的处理流体的流量相等的方式并且以向第二导入流路124供给的处理流体的流量与从第二排出流路126排出的处理流体的流量相等的方式进行流通路径上的各阀的开度调整。
向第一导入流路123供给的处理流体的量与向第二导入流路124供给的处理流体的量之间的比率过大或过小是不优选的。这是因为，在这样的情况下，有可能产生在基板S的下方流动的处理流体向基板S的上方溢出、或者相反地在基板S的上方流动的处理流体向下方溢出这样的现象。供给至第一导入流路123的处理流体的流量与供给至第二导入流路124的处理流体的流量优选根据基板上方及下方各自的流路截面积的比率而设为1：5至5：1之间。
并且，加热器209、229由供给单元50的温度控制部59控制，对所搬运的流体进行加热并调节为目标温度。为了该目的，加热器209、229具有检测流体的温度的温度传感器(未图示)。这些温度传感器以及温度传感器252、262的输出给与温度控制部59。基于此，温度控制部59进行加热器209、229的通电控制。
如果与图4所示的超临界干燥处理相对应地进行说明，则在供给气相的处理流体的步骤S201中，打开从流体供给部57的气体输出起至处理腔室12的路径上的阀202、206、222、226。由此，作为处理流体的气体的二氧化碳(CO2)被供给至处理空间SP。另一方面，在供给液相的处理流体的步骤S202中，打开从流体供给部57的液体输出起至处理腔室12的路径上的阀204、206、224、226。由此，作为处理流体的液态二氧化碳(CO2)被供给至处理空间SP。
并且，在供给超临界流体作为处理流体的步骤S204中，打开从流体供给部57的超临界输出起至处理腔室12的路径上的阀208、211、228、231。由此，向处理腔室12的第一导入流路123供给经由加热器209输出的超临界流体，并且，向第二导入流路124供给经由加热器229输出的超临界流体。
根据来自控制单元90的控制指令，阀253、263在适当的时机打开。由此，调节来自处理空间SP的处理流体的排出量。这样，随着超临界干燥处理的进行，各阀进行协调动作，由此能够以与处理内容对应的方式将处理流体供给至处理腔室12，并且从处理腔室12排出。
并且，通过使加热器209、229的设定目标温度不同，能够使从第一导入流路123和第二导入流路124导入到处理空间SP的处理流体的温度互为不同。具体而言，例如能够将加热器209的目标温度设定为温度T1，将加热器229的目标温度设定为温度T2。此处，T1＞T2。此外，也可以预料配管中的温度降低而将目标温度设定得比温度T1、T2高。
关于超临界状态的处理流体，起因于在配管内的滞留、压损而处理流体的温度、压力发生变化。因此，存在向处理空间SP供给的处理流体的状态与所期望的状态不同的情况。例如，即使加热器209、229的输出中的处理流体的温度成为目标温度，有时也会在配管上冷却，在导入至处理空间SP的时刻的温度低于目标温度。
为了应对该问题，例如考虑如下方法。第一，存在预先使加热器209、229的输出始终循环的方法。具体而言，在超临界流体未被搬运至处理腔室12时、即阀211、231关闭时，打开阀214、234，预先形成经由配管213、233的超临界流体的循环路径。这样，被控制为目标温度的超临界流体始终在循环路径中循环。由此，能够防止不需要供给时的配管的温度降低，并且能够在需要时迅速地供给预定温度的处理流体。
第二，存在使用在排出侧的温度检测结果的方法。即，利用温度传感器252检测从第一排出流路125经由配管251排出的处理流体的温度，从而能够检测在处理空间SP内在基板S的上方流动的处理流体的温度。并且，利用温度传感器262检测从第二排出流路126经由配管261排出的处理流体的温度，从而能够检测在处理空间SP内在支撑托盘15的下方流动的处理流体的温度。将这些温度检测结果反馈给加热器209、229处的温度控制，从而能够使在处理空间SP内流动的处理流体的温度接近本来的目标温度T1、T2。
该方法在处理空间SP内部存在使处理流体的温度变化的主要原因的情况下也是有效的。例如，在加热后的支撑托盘15的温度比供给至支撑托盘15的下方的处理流体的温度高的情况下，由于处理流体被加热，从而可能在处理空间SP内产生上升流。由于设置在排出路径上的温度传感器能够检测这样的温度变化，因此通过将检测结果反馈给加热器控制，能够防止紊流的产生。
原理上，若加热后的支撑托盘15的温度比上层的处理流体F1的温度T1低，则即使下层的处理流体F2被支撑托盘15加热，也不会产生与上层之间的对流。并且，认为：即使在支撑托盘15的温度比上层的处理流体F1的温度T1高的情况下，只要下层的处理流体F2的温度T2足够低，就不会引起产生对流的程度的温度上升。
此外，在关于上述的图7的装置结构的说明中，关于控制的说明及其几个变形例在以下列举的其它事例中也能够相同地应用。因此，在下述的各事例中，只要没有特别需要，则省略与控制相关的说明。
在上述的事例的配管系统200中，气相、液相以及超临界的各状态下的处理流体的流通路径分离，共有的路径被限定为最小限度。因此，能够个别地设定各状态的处理流体的温度，能够根据处理的目的使各状态的处理流体的温度最佳化。因此，能够在最佳的条件下执行超临界干燥处理，使基板S良好地干燥。并且，由于不需要根据处理的进行而使流体的温度变化，因此在处理的生产率方面也是有利的。
图8是示出处理流体的流通路径的另一例的图。在图8及以后的图中，对与图7所示的结构共通或对应的结构标注相同的附图标记，并省略各自的说明。并且，关于处理腔室12与各配管的连接，在各事例中相同，因此省略关于处理腔室12的内部构造的图示。
图8所示的事例是除去了图7所示的结构的一部分的事例，除去的结构用点线示出。由此可知，在该事例中，省略了构成超临界流体的循环路径的配管213、233和阀214、234。这样，由于不进行不使用时的超临界流体的循环，因此供给刚开始后的超临界流体的温度控制性多少会降低。取而代之，能够使装置结构更简单。
对于温度控制性的降低，能够如以下那样将问题防患于未然。例如，使从流体供给部57送出的处理流体的压力和加热器的设定目标温度相对于临界点具有足够的余量。并且，例如，能够预先在加热器209与加热器229之间对目标温度设置充分的差。
图9是示出处理流体的流通路径的另一例的图。若与图7的结构进行对比，则在本事例中，除去了用于使液体的二氧化碳流通的配管203、223及其附带的阀204、224。在该事例中，液相和超临界状态的处理流体的供给源是共用的，根据加热器加热的有无来切换它们。即，若从流体供给部57以高压输出的处理流体的温度比临界点低，则处理流体成为液体。另一方面，若因加热器加热而相比临界点成为高温，则处理流体成为超临界状态。
这样，通过使处理流体的供给源部分地共用化，能够使流体供给部57和配管的结构更简单。在这样的结构中，将处理流体从液相切换为超临界状态时所需的时间有可能比上述事例长，但能够相同地进行处理。并且，与上述事例相同，考虑进一步省略了构成循环路径的配管213、233及阀214、234的变形例。
图10是示出处理流体的流通路径的另一例的图。若与图7的结构进行对比，则在本事例中，除去了用于使液体的二氧化碳流通的配管203、223及其附带的阀204、224、用于使气体的二氧化碳流通的配管201、221及其附带的阀202、222。在该情况下，气相、液相以及超临界状态的处理流体通过共用的路径向处理腔室12供给。因此，它们之间的相变利用送出的流体的压力和加热器209、229的温度调节结果来控制。更简单地说，若预先使流体供给部57送出高压、低温的处理流体，则仅通过温度调节就能够实现气相、液相以及超临界状态。
在该事例中，生产率有可能降低相变化所需的时间的量，但流体供给部57和配管系统200的装置结构能够成为最简单的结构。在该事例中，也考虑进一步省略了构成循环路径的配管213、233及阀214、234的变形例。在该变形例中，各相的处理流体通过相同的配管而流通，在超临界干燥处理的过程中不会产生处理流体的滞留。这带来使成为污染源的杂质不滞留在处理流体的流通路径上的效果。
如上所述，在该实施方式的基板处理装置1中，本发明的相当于“容器主体”的处理腔室12和盖部13作为一体并作为本发明的“处理容器”发挥功能，开口121相当于本发明的“开口部”。而且，第一导入口123a以及第二导入口124a相当于本发明的“导入口”，另一方面，第一排出口125a以及第二排出口126a相当于本发明的“排出口”。并且，温度T1、T2分别相当于本发明的“第一温度”、“第二温度”。
并且，在上述实施方式中，配管207、210、212作为一体并作为本发明的“第一供给流路”发挥功能，配管227、230、232作为一体并作为本发明的“第二供给流路”发挥功能。并且，加热器209、229作为本发明的“温度调节部”发挥功能。并且，温度传感器252、262作为本发明的“温度检测部”发挥功能。并且，控制单元90和由其控制的各阀作为本发明的“流量控制部”发挥功能。
此外，本发明并不限定于上述的实施方式，只要不脱离其主旨，能够进行上述以外的各种变更。例如，在上述实施方式中，使用二氧化碳作为超临界处理用的处理流体，并且使用IPA作为用于形成液膜的液体。但是，这仅是举例示出，所使用的化学物质并不限定于这些。
并且，上述实施方式的支撑托盘15内置有加热器，并且具有用于使升降销37插通的贯通孔152。但是，即使在不设置它们的至少一方的情况下，也能够得到与上述实施方式相同的作用效果。因此，来自外部的基板的交接也可以不经由升降销，例如也可以是外部的搬运装置直接将基板载置于支撑托盘的结构。在该情况下，能够省略移载单元30。
并且，上述实施方式的配管系统200在与第一导入流路123连接的超临界流体的路径上设置有加热器209，另外在与第二导入流路124连接的超临界流体的路径上设置有加热器229。然而，也可以在一个路径上不设置加热器。例如，在流体供给部57能够输出具有适于向第二导入流路124供给的温度的超临界流体的情况下，只要将向第二导入流路124输出的超临界流体原样供给，另外向第一导入流路123供给由加热器209加热后的超临界流体即可。在该情况下，也能够认为流体供给部具备温度调节功能。
并且，在上述实施方式中，向第一导入口123a以及第二导入口124a供给的处理流体的流通方向为水平方向。取而代之，例如也可以利用设置于处理空间SP内的整流机构等来调整处理流体的流通方向。但是，优选避免从第一导入口导入的处理流体和从第二导入口导入的处理流体在刚导入后混合的构造。
以上，如举例示出具体的实施方式进行说明的那样，在本发明的基板处理装置中，例如，也可以是，开口部设置于容器主体的侧面，在俯视时从基板观察，在与开口部相反一侧设置有第一导入口和第二导入口，在比基板靠近开口部的一侧设置有第一排出口和第二排出口。根据这样的结构，从开口部观察，从基板的里侧朝向跟前侧形成处理流体的流动。在开口部的周围容易产生成为污染源的杂质，但由于在处理流体的流通方向上开口部相比基板成为下游侧，能够防止杂质附着于基板。
并且，例如，也可以具备从流体供给部分别与第一导入口和第二导入口连接的第一供给流路和第二供给流路，在第一供给流路以及第二供给流路的至少一方设有调节处理流体的温度的温度调节部。根据这样的结构，能够分开设定向第一导入口以及第二导入口供给的处理流体的温度。
并且，例如，温度调节部也可以使处理流体的温度变化而使处理流体在气相、液相以及超临界状态之间相变。若预先适当地设定从流体供给部输出的处理流体的压力以及温度，则能够使该温度变化从而实现上述三相。由此，能够简化装置的结构。
并且，例如，也可以构成为具备：温度检测部，其分开检测从第一排出口和第二排出口分别排出的处理流体的温度；以及温度控制部，其基于温度检测部的检测结果来控制温度调节部。根据这样的结构，从处理空间排出的处理流体的温度的实测结果反映于处理流体的温度控制，因此能够抑制流通路径上以及处理空间内的处理流体的温度变化的影响。
并且，例如也可以构成为，通过流量控制，使来自第一导入口的处理流体的流入量与来自第一排出口的处理流体的流出量相等，另一方面，使来自第二导入口的处理流体的流入量与来自上述第二排出口的处理流体的流出量相等。根据这样的结构，在处理空间内，在基板的上层和下层分别使处理流体的供给量和排出量平衡，因此能够抑制因处理流体在上层和下层之间流通而产生紊流。
并且，例如，从第一导入口和第二导入口分别导入至处理空间的处理流体的流动方向也可以是水平方向。根据这样的结构，能够对在处理空间内以水平姿势被支撑的基板供给沿其主面的流通方向的处理流体。由此，在基板的上方及下方分别形成层流，能够抑制成为污染的原因的紊流的产生。
并且，例如，盖部也可以是经由包围开口部的密封部件安装于容器主体的构造。根据这样的结构，能够提高容器主体与盖部之间的气密性。另一方面，担心杂质从密封部件向处理流体溶出，但通过应用本发明，能够避免从密封部件溶出的杂质附着于基板。
并且，例如，处理流体也可以是二氧化碳。例如，也可以构成为，基板以上表面被有机溶剂的液膜覆盖的状态被搬入处理容器，处理流体为二氧化碳。二氧化碳具有针对用于基板处理的各种处理液、有机溶剂的高溶解性，并且临界点比较接近常温、常压，因此能够适合用作超临界处理用的处理流体。
以上，按照特定的实施例对发明进行了说明，但该说明并不意图以限定性的意思来解释。当参照发明的说明时，与本发明的其它实施方式相同，所公开的实施方式的各种变形例对于精通该技术的人而言是显而易见的。因此，认为所附权利要求书在不脱离发明的真正范围的范围内包括该变形例或实施方式。
产业上的可利用性
本发明能够应用于使用超临界流体对基板进行处理的所有基板处理装置。尤其，能够适用于利用超临界流体使半导体基板等基板干燥的基板干燥处理。
符号说明
1—基板处理装置，13—盖部，15—支撑托盘，57—流体供给部，59—温度控制部，90—控制单元(流量控制部)，121—开口(开口部)，123a—第一导入口，124a—第二导入口，125a—第一排出口，126a—第二排出口，207、210、212—配管(第一供给流路)，209、229—加热器(温度调节部)，227、230、232—配管(第二供给流路)，252、262—温度传感器(温度检测部)，S—基板，SP—处理空间，T1—第一温度，T2—第二温度。

Claims (11)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具备：
平板状的支撑托盘，其支撑水平姿势的基板的下表面；
处理容器，其将上述支撑托盘收纳于内部的处理空间；以及
流体供给部，其向上述处理空间供给超临界处理用的处理流体，
上述处理容器具有容器主体和盖部，上述容器主体设有能够收纳支撑上述基板的上述支撑托盘的上述处理空间以及与上述处理空间连通且用于使上述支撑托盘通过的开口部，上述盖部能够封堵上述开口部，
上述处理容器设有作为用于向上述处理空间导入上述处理流体的导入口的第一导入口及第二导入口、以及作为用于从上述处理空间排出上述处理流体的排出口的第一排出口及第二排出口，
上述第一导入口在俯视时在相比上述基板的一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述基板靠上方的空间开口，上述第二导入口在相比上述一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述支撑托盘靠下方的空间开口，
上述第一排出口在俯视时在相比上述基板的与上述一端部相反一侧的另一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述支撑托盘靠上方的空间开口，上述第二排出口在相比上述另一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述支撑托盘靠下方的空间开口，
上述流体供给部经由上述第一导入口向上述处理空间供给超临界状态且为预定的第一温度的上述处理流体，并且经由上述第二导入口向上述处理空间供给超临界状态且为比上述第一温度低的第二温度的上述处理流体。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述开口部设置于上述容器主体的侧面，
在俯视时，从上述基板观察时在与上述开口部相反一侧设有上述第一导入口及上述第二导入口，在相比上述基板离上述开口部近的一侧设有上述第一排出口及上述第二排出口。
3.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于，
具备将上述流体供给部与上述第一导入口连接的第一供给流路以及将上述流体供给部与上述第二导入口连接的第二供给流路，
在上述第一供给流路以及上述第二供给流路的至少一方设有调节上述处理流体的温度的温度调节部。
4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
上述温度调节部使上述处理流体的温度变化来使上述处理流体在气相、液相以及超临界状态之间进行相变。
5.根据权利要求3或4所述的基板处理装置，其特征在于，具备：
温度检测部，其分开检测从上述第一排出口和上述第二排出口分别排出的上述处理流体的温度；以及
温度控制部，其基于上述温度检测部的检测结果来控制上述温度调节部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
还具备流量控制部，
上述流量控制部使来自上述第一导入口的上述处理流体的流入量与来自上述第一排出口的上述处理流体的流出量相等，另一方面，使来自上述第二导入口的上述处理流体的流入量与来自上述第二排出口的上述处理流体的流出量相等。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
从上述第一导入口及上述第二导入口分别向上述处理空间导入的上述处理流体的流动方向是水平方向。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述盖部经由包围上述开口部的密封部件而安装于上述容器主体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
上述处理流体是二氧化碳。
10.一种基板处理方法，在处理容器内利用超临界状态的处理流体来处理基板，其特征在于，
上述处理容器具有：处理空间，其能够收纳支撑水平姿势的上述基板的下表面的平板状的支撑托盘；开口部，其与上述处理空间连通且用于使上述支撑托盘通过；以及盖部，其能够封堵上述开口部，
上述处理容器设有用于作为向上述处理空间导入上述处理流体的导入口的第一导入口及第二导入口、以及作为用于从上述处理空间排出上述处理流体的排出口的第一排出口及第二排出口，
上述第一导入口在俯视时在相比上述基板的一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述基板靠上方的空间开口，上述第二导入口在相比上述一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述支撑托盘靠下方的空间开口，
上述第一排出口在俯视时在相比上述基板的与上述一端部相反一侧的另一端部的外侧面，向上述处理空间中的比上述支撑托盘靠上方的空间开口，上述第二排出口在相比上述另一端部的外侧，面向上述处理空间中的比上述支撑托盘靠下方的空间开口，
经由上述第一导入口向上述处理空间供给超临界状态且为于预定的第一温度的上述处理流体，并且经由上述第二导入口向上述处理空间供给超临界状态且为比上述第一温度低的第二温度的上述处理流体。
11.根据权利要求10所述的基板处理方法，其特征在于，
上述基板以上表面被有机溶剂的液膜覆盖的状态被搬入至上述处理容器，上述处理流体是二氧化碳。
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