CN116783686A - 基板处理装置以及基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种基板处理装置以及基板处理方法，在腔室内的处理空间通过超临界状态的处理流体对基板进行处理，在腔室内比基板更靠下方的位置，配置对腔室内进行加热的加热器，将基板搬入至处理空间，并通过加热器进行加热，在将处理流体供给至处理空间并通过超临界状态的处理流体充满处理空间后，将处理流体从处理空间排出。针对从超临界状态的处理流体被导入至处理空间时起的规定的期间，使加热停止。能够一边将腔室内维持为适合超临界处理的温度，一边抑制成为乱流的原因的处理流体的温度变化，从而能够良好地进行对于基板的超临界处理。

Description

基板处理装置以及基板处理方法
技术领域
本发明涉及在腔室内通过处理流体处理基板的基板处理装置以及基板处理方法。
背景技术
在半导体基板、示出设备用玻璃基板等各种基板的处理工序中，包含通过各种处理流体处理基板的表面的工序。虽然以往使用药液、冲洗液等液体作为处理流体的处理被广泛地进行，但是近年来使用超临界流体的处理也被实用化。特别地，在在表面形成有微细图案的基板的处理中，由于表面张力低比液体低的超临界流体能够进入至图案的间隙的深处，因此，能够高效地进行处理。另外，能够降低干燥时因为表面张力导致图案崩塌的发生风险。
例如在专利文献1中记载有一种基板处理装置，其使用超临界流体进行基板的干燥处理。在该装置中，相对配置有两个板状构件，从而构成两个板状构件的间隙作为处理空间发挥作用的处理容器。载置于薄板状的保持板的晶片(基板)从处理空间的一方的端部被搬入，超临界状态的二氧化碳从处理空间的另一方的端部被导入。
在这种现有技术中，在腔室的上下壁面安装有加热器。通过加热器的加热将腔室的温度恒定地维持在比例如处理流体的临界温度高的高温，由此，能够使导入至腔室内的处理流体转换成超临界状态，且能够稳定地维持这种状态。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2018-082043号公报(例如，图3)
发明内容
发明所要解决的课题
在上述现有技术中，并未详细说明处理流体在腔室内如何流动。然而，根据本发明人们的卓见，得知腔室内的处理流体的流动方式会影响到处理结果是否良好，即会影响到处理后的基板的洁净度。即，当腔室内的处理流体的流动吝乱时，会有例如因为超临界流体的置换作用而从基板游离的残留液体再次附着于基板而污染基板的可能够性。
这种乱流也会因为腔室内的处理流体的温度不均而产生。此原因如下：由于超临界状态的流体的密度相对于温度的变化大，因此，容易因温度不均而产生对流。由此，特别针对腔室内的与处理流体直接接触的部位，期望不要成为使处理流体产生温度不均的加热源。然而，在上述现有技术中，加热热容量大的腔室整体，从而无法响应这样的细微的温度管理的要求。
如此，在超临界处理用的腔室中，期望预先将腔室内维持在适合超临界处理的温度，另一方面，有必须避免对超临界状态的处理流体成为乱流的原因那样的温度变化这种相反的要求。
用于解决课题的手段
本发明鉴于上述课题而提出，其目的在于，提供一种在腔室内通过处理流体处理基板的基板处理技术，能够一边将腔室内维持为适合超临界处理的温度，一边抑制成为乱流的原因的处理流体的温度变化，从而能够良好地对基板进行超临界处理。
为了实现上述目的，本发明的一个方式的基板处理装置，通过超临界状态的处理流体对基板进行处理，其中，具有：腔室，在内部具有能够容纳所述基板的处理空间；供排部，对所述处理空间进行所述处理流体的供给以及排出；加热器，在所述腔室内相比所述基板更靠下方配置，对所述腔室内进行加热；以及控制部，控制所述加热器；所述控制部针对从超临界状态的所述处理流体被导入至所述处理空间时起的规定的期间，使所述加热器停止加热。
此外，为了实现上述目的，本发明的一个方式的基板处理方法，用于在腔室内的处理空间通过超临界状态的处理流体对基板进行处理，其中，将所述基板搬入至所述处理空间，并通过配置于所述腔室内比所述基板更靠下方的位置的加热器进行加热；在将所述处理流体供给至所述处理空间并通过超临界状态的所述处理流体充满所述处理空间后，将所述处理流体从所述处理空间排出；针对从超临界状态的所述处理流体被导入至所述处理空间时起的规定的期间，使所述加热停止。
在以这种方式所构成的本发明中，通过在腔室内配置加热器并进行加热，能够将腔室内维持为适合超临界处理的温度。另一方面，在超临界状态的处理流体被导入至腔室内时，使加热器停止加热。因此，避免已导入的处理流体被加热器加热而升温。特别地，在加热器被配置于相比容纳于腔室内的基板更靠下方的位置的情况下，在基板的下方侧被升温而成为低密度的处理流体朝向上方而产生的对流成为乱流的原因。这种乱流的产生能够通过停止加热器的加热来抑制。
超临界处理是以下述目的来执行：例如通过超临界状态的处理流体置换已附着于基板的液体，从而将液体从基板去除。用于防止已从基板脱离的液体再次附着的乱流的抑制作用只要在超临界状态的处理流体所进行的液体的置换开始后直至完成为止的期间持续即可。即，只要在至少视为从处理流体被导入至腔室时起直至处理完成为止的规定期间，持续停止加热器加热的状态即可。
发明的效果
如上所述，在本发明中，通过在腔室内配置于基板的下方的加热器对腔室内进行加热，由此，能够预先将腔室内维持为适合超临界处理的温度。另一方面，由于在进行超临界状态的处理流体所进行的处理时停止加热器的加热，因此，能够事先防止处理流体在腔室内被加热而产生对流并污染基板。因此，能够良好地处理基板。
附图说明
图1为示出能够执行本发明的基板处理方法的基板处理装置的图。
图2为示出通过基板处理装置所执行的处理的概要的流程图。
图3为示出超临界处理中的相变化的相图(phase diagram)。
图4为示出超临界处理中的各部的状态变化的时序图。
图5A为用以示意性地示出处理腔室内的处理流体的流动的图。
图5B为用以示意性地示出处理腔室内的处理流体的流动的图。
图6A为示出加热器的其他配置的例子的图。
图6B为示出加热器的其他配置的例子的图。
具体实施方式
图1为示出能够执行本发明的基板处理方法的基板处理装置的概略结构的图。基板处理装置1为使用超临界流体来处理例如半导体基板那样的各种基板的表面的装置。在以下的说明中，为了统一地示出方向，如图1所示，设定XYZ正交坐标系统。在此，XY平面为水平面，Z方向表示铅垂方向。更具体而言，(-Z方向)表示朝向铅垂下方。
作为本实施方式中的“基板”，能够应用半导体晶片、光掩膜用玻璃基板、液晶示出用玻璃基板、等离子体示出用玻璃基板、FED(Field Emission Display：场致发射显示器)用基板、光盘用基板、磁盘用基板、光磁盘用基板等的各种基板。以下主要采用用于圆盘状的半导体晶片的处理的基板处理装置作为例子，并参照附图进行说明。然而，也能够同样地应用于以上所例示的各种的基板的处理。另外，基板的形状也可应用各种形状。
基板处理装置1具有处理单元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接收通过未图示的外部的搬运装置搬运而来的未处理的基板S并搬入至处理单元10，并将处理后的基板S从处理单元10交接至外部的搬运装置。供给单元50将处理所需的化学物质、动力以及能够量等供给至处理单元10以及移载单元30。
控制单元90控制这些装置的各部从而实现规定的处理。为了这种目的，控制单元90具有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)91、存储器92、存储设备(storage)93以及接口94等。CPU91执行各种控制程序。存储器92暂时性地存储处理数据。存储设备93存储CPU91执行的控制程序。接口94与用户、外部装置进行信息交换。后述的装置的动作系通过下述方式来实现：CPU91执行预先被写入至存储器93的控制程序，使装置各部进行规定的动作。
处理单元10具有在台座11上安装有处理腔室12的结构。处理腔室12通过几种金属块的组合而构成，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内并接受处理。在处理腔室12的(-Y)侧侧面形成有狭缝状的开口121，开口121在X方向上细长地延伸。处理空间SP与外部空间经由开口121连通。处理空间SP的截面形状与开口121的开口形状大致相同。即，处理空间SP为下述空洞：具有X方向长且Z方向短的截面形状，且在Y方向上延伸。
在处理腔室12的(-Y)侧侧面以堵塞开口121的方式设置有盖构件13。通过盖构件13堵塞处理腔室12的开口121，构成气密性的处理容器。由此，能够在内部的处理空间SP在高压状态下对基板S进行处理。在盖构件13的(+Y)侧侧面以水平姿势安装有平板状的支撑托盘(support tray)15。支撑托盘15的上表面151成为能够载置基板S的支撑面。盖构件13被省略图示的支撑机构支撑为在Y方向上能够自由地水平移动。
盖构件13通过设置于供给单元50的进退机构53，能够相对于处理腔室12进退移动。具体而言，进退机构53例如具有线性马达、直动导轨、滚珠丝杠机构、螺线管(solenoid)、气缸(air cylinder)等直动机构。这种直动机构系使盖构件13于Y方向移动。进退机构53系因应来自控制单元90的控制指令而动作。
盖构件13朝(-Y)方向移动，由此从处理腔室12分离，当支撑托盘15如虚线所示般从处理空间SP经由开口121向外部被拉出时，变成能够向支撑托盘15访问(access)。即，变成基板S能够被支撑托盘15载置以及能够取出载置于支撑托盘15的基板S。另一方面，盖构件13朝(+Y)方向移动，由此，支撑托盘15被容纳于处理空间SP内。在基板S被载置于支撑托盘15的情况下，基板S与支撑托盘15一起被搬入至处理空间SP。
盖构件13朝(+Y)方向移动并盖住开口121，由此，处理空间SP被密闭。在盖构件13的(+Y)侧侧面与处理腔室12的(-Y)侧侧面之间设置有密封构件122，从而保持处理空间SP的气密状态。密封构件122例如为橡胶制。此外，通过未图示的锁定机构，盖构件13相对于处理腔室12被固定。如此，在本实施方式中，盖构件13在堵塞状态(实线)与分离状态(虚线)之间被切换，该堵塞状态为将开口121堵塞而将处理空间SP密闭的状态，该分离状态为与开口121大幅地分离而能够供基板S出入的状态。
在确保处理空间SP的气密状态的状态下，在处理空间SP内执行对于基板S的处理。在此实施方式中，从设置于供给单元50的流体供给部57送出能够利用于超临界处理的物质例如二氧化碳，作为处理流体。处理流体在气体、液体或者超临界的状态下被供给至处理单元10。二氧化碳由于具有下述的性质，因此为适合超临界干燥处理的化学物质：在较低温、低压下成为超临界状态，能够很好地溶解大多用于基板处理的有机溶剂。二氧化碳成为超临界状态的临界点为气压(临界压力)为7.38MPa且温度(临界温度)为31.1℃。
处理流体被填充于处理空间SP，当处理空间SP内到达至适当的温度以及压力时，处理空间SP被超临界状态的处理流体充满。如此，基板S在处理腔室12内被超临界流体处理。在供给单元50中设置有流体回收部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被控制单元90控制。
为了防止超临界状态的处理流体在处理腔室12内被冷却从而产生相变化，优选为在处理腔室SP的内部设置有适当的热源。特别地，为了防止在基板S的周边产生非意图的相变化，在本实施方式中，在支撑托盘15中内置有加热器155。加热器155通过供给单元50的温度调整部59进行温度控制。
温度调整部59根据来自控制单元90的控制指令进行动作，对加热器155供给电力从而使加热器155发热。加热器155发热从而加热支撑托盘15，处理空间SP的内壁面通过来自支撑托盘15的辐射热而升温。温度调整部59还具有控制从流体供给部57供给的处理流体的温度的功能。
处理空间SP具有能够接受支撑托盘15以及被支撑托盘15支撑的基板S的形状以及容积。即，处理空间SP具有大致为矩形的截面形状以及能够接受支撑托盘15的深度，该大致为矩形的截面形状为在水平方向上比支撑托盘15的宽度还宽且在铅垂方向上比将支撑托盘15与基板S相加后的高度还大的形状。如此，处理空间SP具有仅能够接受支撑托盘15以及基板S的形状以及容积。然而，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比较少即可。
在支撑托盘15被容纳于处理空间SP的状态下，处理空间SP大致被二分为支撑托盘15的上方的空间与下方的空间。在基板S载置于支撑托盘15的情况下，处理空间SP被区分成比基板S的上表面更靠上方的空间以及比支撑托盘15的下表面更靠下方的空间。
流体供给部57在比基板S的(+Y)侧端部还更(+Y)侧处分别对处理空间SP中的比基板S更靠上方的空间以及比支撑托盘15更靠下方的空间供给处理流体。另一方面，流体回收部55在比基板S的(-Y)侧端部还更(-Y)侧处分别从处理空间SP中的比基板S更靠上方的空间以及比支撑托盘15更靠下方的空间排出处理流体。因此，在处理空间SP内分别在基板S的上方以及支撑托盘15的下方形成有从(+Y)侧朝向(-Y)侧的处理流体的层流。
移载单元30负责外部的搬运装置与支撑托盘15之间的基板S的交接。为了这种目的，移载单元30具有本体31、升降构件33、基座构件35以及多个升降销37。升降构件33为在Z方向上延伸的柱状的构件，被未图示的支撑机构支撑为相对于本体31在Z方向上能够自由移动。在升降构件33的上部安装有具有大致水平的上表面的基座构件35。从基座构件35的上表面朝向上方竖立地设置有多个升降销37。各个升降销37的上端部与基板S的下表面抵接，从而从下方以水平姿势支撑基板S。为了以水平姿势稳定地支撑基板S，期望设置有上端部的高度彼此相等的三个以上的升降销37。
升降构件33能够通过设置于供给单元50的升降机构51而升降移动。具体而言，升降机构51具有例如线性马达、直动导轨、滚珠丝杠机构、螺旋管、气缸等的直动机构，这种直动机构使升降构件33在Z方向上移动。升降机构51根据来自控制单元90的控制指令进行动作。
基座构件35通过升降构件33的升降而上下动作，多个升降销37与基座构件35一体性地上下动作。由此，实现移载单元30与支撑托盘15之间的基板S的交接。更具体而言，如图1中的虚线所示，基板S在支撑托盘15被拉出至腔室外的状态下被交接。为了这种目的，在支撑托盘15上设置有用于使升降销37插通的贯通孔152。当基座构件35上升时，升降销37的上端通过贯通孔152并到达至比支撑托盘15的支撑面151更靠上方的位置。在此状态下，通过外部的搬运装置搬运而来的基板S被交接至升降销37。升降销37下降，由此，基板S从升降销37向支撑托盘15交接。基板S的搬出能够通过与上述方式相反的顺序来进行。
图2为示出通过基板处理装置所执行的处理的概要的流程图。该基板处理装置1执行超临界干燥处理，即执行用于使在前工序中已被清洗液清洗的基板S干燥的处理。具体而言如下所述。处理对象的基板S在通过构成基板处理系统的其他的基板处理装置执行的前工序中被清洗液清洗。之后，在基于例如异丙醇(IPA；isopropyl alcohol)等有机溶剂的液膜形成于表面的状态下，基板S被搬运至基板处理装置1。
例如，在基板S的表面形成有微细图案的情况下，会有因残留附着于基板S的液体的表面张力产生图案的崩塌的可能性。另外，存在因不完全的干燥导致在基板S的表面残留有水渍(watermark)的情况。另外，存在因基板S的表面与外气接触而产生氧化等变质的情况。为了事先避免这种问题，有时在以液体或者固体的表面层覆盖基板S的表面(图案形成面)的状态下进行搬运。
例如，在清洗液以水作为主要成分的情况下，在通过表面张力比清洗液还低且对于基板的腐蚀性低的液体例如IPA或者丙酮(acetone)等有机溶剂形成液膜的状态下执行搬运。即，基板S在被支撑为水平状态且在其上表面形成有液膜的状态下，被搬运至基板处理装置1。在此，使用IPA作为液膜材料的一例。
通过未图标的搬运装置所搬运而来的基板S被容纳于处理腔室12(步骤S101)。具体而言，基板S在以图案形成面作为上表面且该上表面被薄的液膜覆盖的状态下被搬运。如图1中以虚线所示，在盖构件13向(-Y)侧移动且支撑托盘15被拉出的状态下，升降销37系上升。搬运装置将基板S向升降销37交接。升降销37下降，由此，基板S被载置于支撑托盘15。当支撑托盘15以及盖构件13一体性地向(+Y)方向移动时，支撑基板S的支撑托盘15被容纳在处理腔室12内的处理空间SP，并且开口121被盖构件13堵塞。
在此状态下，作为处理流体的二氧化碳在气相的状态下被导入至处理空间SP(步骤S102)。虽然在基板S的搬入时外气会侵入至处理空间SP，但通过导入气相的处理流体，能够对外气进行置换。通过进一步注入气相的处理流体，处理腔室12内的压力上升。
此外，在处理流体的导入过程中，持续地从处理空间SP排出处理流体。即，在通过流体供给部57导入处理流体的期间，也通过流体回收部55执行从处理空间SP排出处理流体。由此，使用于处理的处理流体排出而不会在处理空间SP对流，从而防止被溶入于处理流体中的残留液体等杂质再次附着于基板S。
若处理流体的供给量比排出量多，则处理空间SP中的处理流体的密度上升且腔室内压上升。反之，若处理流体的供给量比排出量少，则处理空间SP中的处理流体的密度降低且腔室内被减压。
当在处理空间SP内处理流体的压力上升并超过临界压力时，处理流体是在腔室内成为超临界状态。即，通过处理空间SP内的相变化，处理流体是从气相转变为超临界状态。此外，超临界状态的处理流体也可从外部被供给。通过处理空间SP在被超临界流体充满的状态下被维持规定时间(步骤S103)，能够使附着于基板S的液体成分(IPA)溶入至流体中而从基板S脱离。该“规定时间”作为为了通过处理流体可靠地置换附着于基板S的液体成分并向腔室外排出所需的时间而被预先设定。从基板S脱离的液体成分与处理流体一起向腔室外排出。如此，残留于基板S的液体成分系被完全地去除。
接着，排出处理空间SP内的处理流体从而使基板S干燥。具体而言，通过使来自处理空间SP的流体的排出量增大，对被超临界状态的处理流体充满的处理腔室12内进行减压(步骤S104)。此时，也可以停止供给处理流体，另外，也可以为持续供给少量的处理流体的方式。处理空间SP从被超临界流体充满的状态被减压，由此，处理流体从超临界状态进行相变化而成为气相。通过将已经气化的处理流体向外部排出，基板S成为干燥状态。此时，以不会因急剧的温度降低而产生固相以及液相的方式调整减压速度。由此，处理空间SP内的处理流体从超临界状态直接气化并向外部排出。因此，避免在干燥后的表面露出的基板S形成气液界面。
如此，在本实施方式的超临界干燥处理中，以超临界状态的处理流体充满处理空间SP后，使超临界状态的处理流体相变化成气相并排出，由此，能够高效地置换附着于基板S的液体，从而能够防止残留于基板S。而且，能够避免杂质的附着导致基板S的污染以及图案崩塌等因气液界面的形成所产生的问题，并能够使基板S干燥。
处理后的基板S分配到后工序(步骤S105)。即，盖构件13向(-Y)方向移动，从而支撑托盘15从处理腔室12向外部被拉出，并经由移载单元30将基板S向外部的搬运装置交接。此时，基板S成为干燥的状态。后工序的内容为任意的内容。若无接下来应处理的基板S(步骤S106中为否)，结束处理。在有其他的处理对象的基板S的情况下(步骤S106中为是)，返回至步骤S101并接收新的基板S，重复上述处理。
在结束对于一张基板S的处理后，接着进行下一张基板S的处理的情况下，能够通过下述方式缩短生产节拍时间(tact time)。即，支撑托盘15被拉出且处理完成的基板S被搬出后，新的未处理的基板S被载置后将支撑托盘15容纳至处理腔室12内。此外，以这种方式使盖构件13的开闭次数减少，由此，也能够获得抑制因外气的进入导致处理腔室12内的温度变化的效果。
例如，在以置换液体的目的使用超临界流体的情况下，超临界流体的密度越高则置换效率越高。超临界流体是因温度所致使的密度变化大，具体而言温度越高则密度越小。因此，为了获得高密度的超临界流体，温度较低比较好。虽然此意味着期望为接近临界温度的温度，但是会因为稍微的温度变化导致相转变为气相或者液相。因此，期望处理腔室12内的温度尽可能够地为恒定。特别是在超临界流体为二氧化碳的情况下，由于超临界温度为接近常温的温度(约31℃)，因此，会有因外气的影响导致的温度变化损害处理的稳定性的可能性。
为了避免这种问题并使处理腔室12内的温度稳定化，在本实施方式的基板处理装置1中，在支撑托盘15内置有用于使处理腔室12内升温的加热器155。然而，被导入的处理流体的温度与支撑托盘15的温度并不完全相同，且处理流体本身的温度也会因处理时的压缩、膨胀而变动。而且，每次盖构件13的开闭时外气的进入也会导致温度变化，从而难以将处理腔室12内的温度保持为恒定。以下，说明本实施方式的处理腔室12内的温度管理。
图3为示出超临界处理中的相变化的相图。在通过超临界流体充满欲进行超临界处理的腔室内时，也可将预先作为超临界状态的处理流体导入至处理腔室。然而，如上所述，由于超临界流体因温度、压力的变化所致使的密度变化大，因此，能够实现更容易掌控以液相、气相的导入。即，以气相或者液相导入处理流体，并在腔室内使处理流体相转变为超临界状态。在此情况下，如图3中以箭头a至d所示，考虑作为处理流体的压力以及温度变化的实施方式的各种情况。
图中的白色圆圈表示本实施方式的处理流体即二氧化碳的临界点。附图标记Pc、Tc分别表示临界压力以及临界温度。此外，点P为用以表示超临界处理中作为目标的压力以及温度的点。从处理效率的观点来看，点P优选为接近临界点(白色圆圈)。
箭头a、b与导入液相的处理流体的情况对应。更具体而言，箭头a表示下述情况：在腔室内以比临界压力Pc还高的高压对比临界温度Tc更低温的液状的处理流体进行加热，由此使处理流体转变为超临界状态。此外，箭头b表示下述情况：在腔室内以比临界压力Pc还低的低压对比临界温度Tc更低温的液状的处理流体进行加热，由此使处理流体转变为超临界状态。在两者的情况下都以不会产生向气相的相转变的方式控制压力以及温度。
此外，箭头c、d与导入气相的处理流体的情况对应。更具体而言，箭头c表示下述情况：在腔室内以比临界压力Pc还低的低压对比临界温度Tc更低温的气体状的处理流体进行加压以及加热，由此使处理流体转变为超临界状态。另外，箭头d表示下述情况：在腔室内以比临界压力Pc还低的低压对比临界温度Tc更高温的气体状的处理流体进行加压，由此使处理流体转变为超临界状态。在两者的情况下都以不会产生向液相的相转变的方式控制压力以及温度。
在这些情况的所有方式中，都能够使所导入的处理流体到达至比临界压力Pc还高的高压且比临界温度Tc更高温的超临界状态(点P)。另一方面，在结束超临界处理时，如虚线箭头所示，对腔室内进行减压使处理流体从超临界状态变化成气相，由此能够使基板干燥再将基板取出。使处理流体从超临界状态不经由液相而相转变至气相，由此，防止因气液界面与干燥后的基板表面接触而导致的图案崩塌。
图4为示出本实施方式的超临界处理中的各部的状态变化的时序图。如上所述，本实施方式的超临界处理包含基板容纳、处理流体导入、腔室内减压以及基板搬出的各个处理步骤。在对多个基板按序进行处理的情况下，如虚线箭头所示，在搬出处理完成的基板后，容纳新的未处理的基板并重复处理。
在此期间，处理腔室12内的流体是以大气(开放)、气相或者液相的处理流体、超临界状态的处理流体、气相的处理流体、大气的顺序而变化。伴随于此，处理腔室12内的温度以及压力也变动。在使用二氧化碳作为处理流体的情况下，由于临界温度Tc较接近常温，因此，该处理过程中的温度变化比较小。针对腔室内的温度，只要超临界状态中的温度Ta超过临界温度Tc(图3)即可，针对此期间以外的期间，也可比临界温度Tc还高，也可以比临界温度Tc还低。
另一方面，腔室内的压力在从大气压Pa至超过临界压力Pc的压力为止之间大幅地变化。在腔室内的温度以及压力双方超过临界点的期间，腔室内被超临界状态的处理流体充满。由于将腔室内的温度单纯地维持在比临界温度Tc更高的高温的情况本身并不会很困难，因此，决定腔室内的流体是否成为超临界状态的原因主要是压力的变化。腔室内的流体的压力根据处理流体的供排平衡来决定，即根据从流体供给部57所供给的处理流体的供给量以及向流体回收部55排出的处理流体的排出量之间的关系来决定。
如此，在超临界处理中，不一定需要使腔室内的温度上下变动，期望维持在适合处理的温度。此意味着温度变化较小为佳，也可以例如极端地始终为恒定温度。此外，从针对多张基板连续性的处理的处理结果的稳定性的观点来看，期望容纳有基板S时的处理腔室12内以及支撑托盘15的温度每次都相同。
腔室内的温度除了取决于被导入至腔室的流体的温度以外，还会受到因处理中的加压制程、减压制程中的流体的膨胀以及收缩所导致的温度变动的影响。为了减少这些影响所导致的温度变化，使用内置于支撑托盘15的加热器155。
为了维持腔室内的温度，在腔室内或者腔室的周围设置有加热器的结构是众所皆知的。即，通过预先加热热容量大的处理腔室、支撑托盘，来抑制外气、流体的温度变化的影响的技术已实用化。在此情况下，如图4中标示的(a)所示，为了使温度稳定化，认为加热器常态地开启(ON)。
图5A以及图5B为示意性地示出在处理腔室内的处理流体的流动的图。如图5A所示，在处理空间SP中，期望在基板S的上方以及支撑托盘15的下方分别形成有从(+Y)侧向(-Y)侧流动的超临界处理流体的层流Fa、Fb。然而，此时，若被加热器155升温的支撑托盘15的温度变得比处理流体还高，尤其是变得比在支撑托盘15的下方侧流动的处理流体的温度还高，则处理流体会被升温。
若超临界流体的温度上升，则超临界流体的密度变小，在处理空间SP内产生处理流体的对流。即，如图5B所示，在支撑托盘15的下方流动的处理流体的一部分通过处理腔室12的侧壁面与支撑托盘15之间的间隙、设置于支撑托盘15的贯通孔152等而向基板S的上方蔓延。由此，当在基板S的周围产生乱流时，会有被处理流体置换而溶入至处理流体中的残留液体再次附着于基板S从而污染基板S的可能性。为了解决这种问题，在本实施方式中设定成：在超临界处理中将加热器155设定成关闭(OFF)，从而暂时性地停止加热器155对于支撑托盘15的加热。因此，避免因加热器155使处理流体升温导致乱流的产生。加热器155关闭后的支撑托盘15的温度逐渐变成接近被导入的处理流体的温度。
此原理为：如图4中标示的(b)所示，在至少腔室内被超临界流体充满的期间，即在从时刻T2至时刻T4为止的期间，只要加热器155设定成关闭即可。在处理流体相转变至超临界状态的时机，超临界流体与附着于基板S的液体并存。此时，从防止基板的污染的观点来看，需要可靠地避免处理流体被升温而产生乱流的事态。
然而，实际上难以正确地预测被导入的处理流体在腔室内相转变至超临界的时刻T2，且也考虑加热器155的加热会对该时刻造成影响。因此，如图4中标示的(c)所示，期望在比即将产生相转变的时刻T2还早的阶段预先将加热器155设定成关闭。例如，能够在开始导入处理流体的时刻T1将加热器155设定成关闭。此外，例如也可在关闭盖构件13后立即将加热器155设定成关闭。
另一方面，关于加热器155的关闭的终期，即针对将关闭的加热器155再次开启的时机，能够以如下方式考虑。至少到基板S上超临界流体所进行的液体成分的置换完成为止，更严格来说为到从基板S脱离的液体成分从处理空间SP排出为止的期间优选为持续加热器155关闭的状态。在如超临界处理的初始阶段般在处理流体残存有液体成分时，因对流所产生的乱流会成为基板S的污染原因。然而，在排出液体成分后，乱流不一定会成为污染的原因。
因此，只要为超临界状态充分地持续且在基板S的周围未残留有液体成分的状况，也可以再次开始加热器的加热。例如，如图4中标示的(d)所示，也可设定成比腔室内的处理流体从超临界状态相转变至气相的时刻T4还早地将加热器155设定成开启。
特别地，如图4中标示的(e)所示，只要比开始腔室内的减压的时刻T3还早地将加热器155设定成开启，就能够获得下述的技术效果。在从超临界状态向气相的相转变中，通过伴随着减压的处理流体的阻热膨胀，腔室内的温度以图4中的虚线所示急剧地降低，且也会根据情况而变成比外气温度更低的低温。这种温度降低背离将腔室内的温度维持为恒定的目的。特别地，必须可靠地避免因在高压状态下腔室内的温度急剧地下降导致产生向液相的相转变。在开始减压之前先将加热器155设定成开启，由此，能够抑制这种温度降低。
在超临界处理中，难以掌握处理流体所进行的液体成分的置换是在哪个时间点完成的。然而，例如通过预备实验预先计测液体成分不会从处理空间SP排出的时间点，能够推定在经过与此时间点对应的时间经过时已经完成置换。在此时间点之后将加热器155设定成开启，由此，能够获得与上述说明同样的技术效果。
此外，作为在超临界处理的初始阶段使加热器155停止发热的方法，并不需要使加热器155的动作完全地停止。例如，将加热器155的加热目标温度设定成远低于周围温度，由此，能够实质性地使加热器155停止发热。此外，在处理流体的导入后使加热器155停止的情况下，设定成比被导入的处理流体的温度还低的目标温度，由此能够使发热停止。
此外，只要支撑托盘15比处理流体的温度更低温，则也可以持续朝加热器155通电。预先将内置于支撑托盘15的加热器155维持在某种程度的温度，由此能够在必要时立即使支撑托盘15升温。
在以气相状态被导入的处理流体的温度为例如50℃左右的情况下，能够设定成比50℃左右还低的温度作为加热器155的加热目标温度，例如能够设定成40℃左右作为加热器155的加热目标温度。然而，并未限定于这些温度。
图6A以及图6B为示出加热器的其他的配置的例子的图。上述实施方式的加热器155被埋入至支撑托盘15的内部且经由支撑托盘15对腔室内进行加热。另一方面，在图6A所示的例子中，加热器155a在露出于支撑托盘15的下表面的状态下被设置。通过这种结构，也能够加热支撑托盘15与处理腔室12的内部。在这种情况下，由于也会因加热器155a将在下方流动的处理流体升温从而产生乱流，因此，与上述说明同样的加热器控制是有效的。
此外，将加热器设置于支撑托盘15的上表面并不一定是有效的。虽然这种结构也能够加热支撑托盘15与处理腔室12的内部，但在基板S被载置于支撑托盘15时，加热器所发出的热主要是将基板S升温。如此，在形成有例如液膜的基板S被载置于支撑托盘15时，液体的蒸发会持续进行等，不一定有助于处理的稳定性。
在图6B所示的例子中，在处理腔室12设置有加热器155b。更具体而言，在处理腔室12内的碰到处理空间SP的底面的位置设置有加热器155b。在这种情况下，由于也会因加热器155b将在加热器155b与支撑托盘15的间流动的处理流体升温从而产生乱流，因此，与上述说明同样的加热器控制是有效的。
此外，在这种结构中，加热器155b对于支撑托盘15的加热效果低。特别地，支撑托盘15被拉出至腔室外时不会被加热。另一方面，在将加热器配置于支撑托盘15的结构中，支撑托盘15被拉出至腔室外时腔室内不会被加热。然而，一般而言，由于与支撑托盘15相比处理腔室12的热容量充分地大，因此温度变化是轻微的，且也能够另外将加热器设置于处理腔室12侧，因此将加热器设置于支撑托盘15是合理的。
如上述所说明般，在上述实施方式的基板处理装置1中，处理腔室12、支撑托盘15以及加热器155(155a、155b)分别作为本发明的“腔室”、“支撑托盘”以及“加热器”发挥作用。此外，流体供给部57以及流体回收部55一体性地作为本发明的“供排部”发挥作用。而且，控制单元90与温度调整部59一体性地作为本发明的“控制部”发挥作用。此外，在上述实施方式中，二氧化碳系相当于本发明的“处理流体”，在被搬入的基板S形成液膜的IPA等有机溶剂相当于本发明的“置换对象液”。
此外，本发明并未限定于上述实施方式，只要未脱离本发明的主旨，则除了上述实施方式以外，也能够进行各种变更。例如，上述实施方式的基板处理装置1也可以还具有设置于处理腔室12的外侧表面的加热器或者埋入于处理腔室12的框体区域内的加热器。通过这种加热器预先将处理腔室升温，由此能够在一连串的超临界处理中使处理空间内的温度变化进一步地降低。在此情况下，优选为针对处理腔室的温度以不会变得比处理流体还高的方式进行设定，例如设定成30℃左右。
此外，例如虽然在上述实施方式的次序(sequence)中将加热器开启时的加热目标温度设定成恒定，但是，也可因应需要将加热器开启时的加热目标温度多阶段地变更。例如在支撑托盘15位于处理空间SP时与支撑托盘15位于外部时之间，目标温度也可以不同。此外，处理后的基板S向外部搬出时，为了促进基板S的冷却，加热目标温度也可设定于比其他的时机还低。
此外，在上述实施方式中，搬出处理完成的基板后立即搬入下一个未处理的基板，由此能够实现生产节拍时间的缩短。然而，即使在基板的搬出后先关闭盖构件般的次序中，也能够进行与上述说明同样的加热器控制。即，只要在将盖构件与以开闭时预先将加热器开启，并在腔室内变成超临界状态之前将加热器设定成开启即可。
此外，在上述实施方式的处理中所使用的各种化学物质示出一部分的例子，只要与上面说明的本发明的技术思想相符，则能够使用各种化学物质来取代。
以上，如例示具体性的实施方式所说明般，本发明的基板处理装置也可构成为：供排部在将处理空间内被超临界状态的处理流体充满的状态持续恒定时间后，将处理流体排出而使基板干燥，控制部在至少处理空间被超临界状态的处理流体充满的期间使加热停止。依据这种结构，能够在以超临界状态的处理流体充满处理空间的整个期间防止因加热器的发热使处理流体的温度变化。
此外，也可以构成为，在基板处理装置通过处理流体置换附着于基板的置换对象液而使基板干燥的情况下，控制部在到残留于处理空间的置换对象液被处理流体置换完成为止的期间使加热停止。因超临界状态的处理流体被加热所导致的问题为加热所产生的乱流会使污染物质附着于基板。换言之，只要设置成在会成为污染物质的置换对象液的置换完成为止的期间使加热器的加热停止，就能够获得本发明的技术效果。
因此，例如也可构成为控制部在置换对象液的置换完成后再使加热开始。如此，能够抑制处理后的温度降低。在从超临界状态使基板干燥的过程中，期望处理流体相转变至气相而不经由液相相转变至气相。为了防止处理流体的急剧的温度降低且避免向液相的相转变的目的，能够利用加热器的加热。
此外，例如也可构成为：供排部在处理空间内被超临界状态的处理流体充满的状态持续恒定时间后，对处理空间进行减压而使基板干燥，控制部在供排部开始处理空间的减压之前开始加热。在此情况下，虽然会有减压时因处理流体的急剧的膨胀而产生温度降低的情况，但能够通过加热器的加热抑制这种温度降低。
此外，例如在这些基板处理装置中，优选为：供排部将气相或者液相的处理流体供给至腔室；控制部在处理流体在处理空间转换成超临界状态之前使加热停止。认为在这种超临界处理的初始阶段在处理空间内残留有成为基板的污染源的物质。在这种阶段中停止加热器的加热，从而抑制产生处理流体的乱流，由此，能够防止残留物质附着于基板。
此外，例如也可构成为，基板处理装置还具有支撑托盘，该支撑托盘在上部具有能够载置基板的平板形状，相对于处理空间进退移动，由此使基板相对于腔室进行搬出以及搬出，也可以将加热器设置于支撑托盘。根据这种结构，能够防止支撑托盘位于腔室外时支撑托盘的温度降低。
此外，例如也可构成为，控制部通过将加热器的加热目标温度设定成比处理流体的温度还低的温度，由此实质性地使加热停止。即，在本发明中，只要避免加热器的发热使处理流体的温度上升即可，无须使加热器的动作本身停止。
此外，在本发明的基板处理方法中，也可以在从腔室搬出处理流体的处理已结束的处理完成的基板后将新的未处理的基板搬入至腔室并执行处理流体的处理的情况下，从开始搬出处理完成的基板后直至结束搬入未处理的基板为止的期间持续地进行加热。如此，在对多张基板按序进行处理的情况下，在进行基板的替换的期间持续地实施加热器的加热，由此能够防止腔室内的温度降低。
工业上的可利用性
本发明能够应用于使用已导入至腔室内的超临界处理流体来处理基板的所有的基板处理装置。例如，能够应用于通过超临界流体使半导体基板等基板干燥的基板干燥处理。
附图标记的说明：
1：基板处理装置
12：处理腔室(腔室)
15：支撑托盘
55：流体回收部(供排部)
57：流体供给部(供排部)
59：温度调整部(控制部)
90：控制单元(控制部)
155、155a、155b：加热器
S：基板
SP：处理空间

Claims (10)

1.一种基板处理装置，通过超临界状态的处理流体对基板进行处理，其中，
具有：
腔室，在内部具有能够容纳所述基板的处理空间；
供排部，对所述处理空间进行所述处理流体的供给以及排出；
加热器，在所述腔室内相比所述基板更靠下方配置，对所述腔室内进行加热；以及
控制部，控制所述加热器；
所述控制部针对从超临界状态的所述处理流体被导入至所述处理空间时起的规定的期间，使所述加热器停止加热。
2.如权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述供排部在所述处理空间内被超临界状态的所述处理流体充满的状态持续恒定时间后，将所述处理流体排出而使所述基板干燥；
所述控制部至少在所述处理空间被超临界状态的所述处理流体充满的期间，使所述加热停止。
3.如权利要求1所述的基板处理装置，其中，
通过所述处理流体置换附着于所述基板的置换对象液而使所述基板干燥，
所述控制部在到残留于所述处理空间的所述置换对象液被所述处理流体置换完成为止的期间，使所述加热停止。
4.如权利要求3所述的基板处理装置，其中，
所述控制部在所述置换对象液的置换完成后使所述加热开始。
5.如权利要求1所述的基板处理装置，其中，
所述供排部在所述处理空间内被超临界状态的所述处理流体充满的状态持续恒定时间后，对所述处理空间进行减压而使所述基板干燥；
所述控制部在所述供排部开始所述处理空间的减压之前使所述加热开始。
6.如权利要求1至5中任一项所述的基板处理装置，其中，
所述供排部将气相或者液相的所述处理流体供给至所述腔室；
所述控制部在所述处理流体在所述处理空间转换成超临界状态之前，使所述加热停止。
7.如权利要求1至6中任一项所述的基板处理装置，其中，
所述基板处理装置具有支撑托盘，所述支撑托盘在上部具有能够载置所述基板的平板形状，通过相对于所述处理空间进退移动，将所述基板相对于所述腔室搬出搬入；
所述加热器设置于所述支撑托盘。
8.如权利要求1至7中任一项所述的基板处理装置，其中，
所述控制部通过将所述加热器的加热目标温度设定成比所述处理流体的温度还低的温度，实质性地使所述加热停止。
9.一种基板处理方法，用于在腔室内的处理空间通过超临界状态的处理流体对基板进行处理，其中，
在所述腔室内比所述基板更靠下方的位置，配置对所述腔室内进行加热的加热器；
将所述基板搬入至所述处理空间，并通过所述加热器进行加热；
在将所述处理流体供给至所述处理空间并通过超临界状态的所述处理流体充满所述处理空间后，将所述处理流体从所述处理空间排出；
针对从超临界状态的所述处理流体被导入至所述处理空间时起的规定的期间，使所述加热停止。
10.如权利要求9所述的基板处理方法，其中，
在从所述腔室搬出所述处理流体的处理已结束的处理完成的基板后，将新的未处理的基板搬入至所述腔室并执行所述处理流体所进行的处理；
在从开始搬出处理完成的所述基板起到结束搬入未处理的所述基板为止的期间，持续地进行所述加热。
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