JP2022086069A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を水平姿勢で処理空間に収容して処理する基板処理技術において、上記処理の品質を高める。
【解決手段】この発明は、水平姿勢の基板の下面を支持する平板状の支持トレイと、基板を支持する支持トレイを収容可能な処理空間および処理空間に連通し支持トレイを通過させるための開口が側方に設けられた容器本体と、支持トレイを保持しながら開口を閉塞可能に設けられる蓋部と、蓋部を容器本体に対して相対的に鉛直方向に移動させることにより、支持トレイに支持された基板の鉛直方向における処理空間に対する相対位置を調整する鉛直移動機構と、を備えている。
【選択図】図４

Description

この発明は、容器本体の処理空間に基板を収容しながら処理空間に処理流体を供給して基板を処理する基板処理技術に関するものである。

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。この場合、処理容器には、基板の搬入・搬出のための開口部および基板を水平姿勢で収容する処理空間を有する容器本体と、該開口部を閉塞して内部空間の気密性を確保するための蓋部とが設けられる。例えば特許文献１に記載の処理装置では、処理対象となる基板（ウエハ）が、蓋体と一体化された平板状のホルダーに載置された状態で処理容器（本発明の「容器本体」に相当）の処理領域（本発明の「処理空間」に相当）内に搬入される。そして、基板の一の側方から基板の他の側方に向けて、基板の上面に層流が形成されるように超臨界流体が供給される。これにより、基板の上面に形成された微細パターンの上方を超臨界流体の層流が通過する。その通過時に、微細パターン間に保持された処理液が攪拌され、処理液と超臨界流体との置換が効率よく行われる。また、処理流体が基板の上面を一方向に向けて流れるため、基板から除去されたパーティクルの基板への再付着が抑制される。

特開２０１５－０３９０４０号公報

ところで、このように構成された装置では、処理空間が、基板およびホルダーの包絡外形よりも僅かに大きく形成されるように設計されている。つまり、鉛直方向において処理空間に収容された基板の上面と、当該基板の上面に対向する処理空間の天井面との隙間は数ｍｍ以下に制限されている。このため、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。その反面、鉛直方向において上記隙間が最適値よりも僅かに下回るだけでも、基板の上面に供給される処理流体の流量や流速が大幅に低下する。その結果、上記置換が不完全となり、基板処理の品質低下を招くことがあった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板を水平姿勢で処理空間に収容して処理する基板処理技術において、上記処理の品質を高めることを目的とする。

この発明の一の態様は、基板処理装置であって、水平姿勢の基板の下面を支持する平板状の支持トレイと、基板を支持する支持トレイを収容可能な処理空間および処理空間に連通し支持トレイを通過させるための開口が側方に設けられた容器本体と、支持トレイを保持しながら開口を閉塞可能に設けられる蓋部と、蓋部を容器本体に対して相対的に鉛直方向に移動させることにより、支持トレイに支持された基板の鉛直方向における処理空間に対する相対位置を調整する鉛直移動機構と、を備えることを特徴としている。

また、この発明の他の態様は、基板処理方法であって、水平姿勢の基板の下面を支持する平板状の支持トレイを保持した蓋部を水平方向に移動させることで、容器本体の開口を介して支持トレイを容器本体の処理空間に収容するとともに蓋部により開口を閉塞させる第１工程と、蓋部により開口を閉塞された容器本体の処理空間内で処理流体によって基板を処理する第２工程と、第１工程に先立って、蓋部を容器本体に対して相対的に鉛直方向に移動させることにより、支持トレイに支持された基板の鉛直方向における処理空間に対する相対位置を調整する第３工程と、を備えることを特徴としている。

これらの発明において、支持トレイを保持する蓋部と、処理空間を有する容器本体とが鉛直方向に相対移動される。これにより、鉛直方向において、支持トレイで支持される基板の処理空間に対する相対位置が調整される。そして、当該基板は処理空間内で基板処理される。

上記のように、本発明では、蓋部を容器本体に対して相対的に鉛直方向に移動して基板の鉛直方向における処理空間に対する相対位置を調整しているので、当該処理空間での基板処理の品質を高めることができる。

本発明に係る基板処理装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。 処理ユニットの主要部を示す斜視図である。 処理空間における処理流体の流れを模式的に示す図である。 第１実施形態で実行される高さ調整工程を示すフローチャートおよび動作模式図である。 図１の基板処理装置を含む基板処理システムにより実行される処理の一部を示すフローチャートおよび動作模式図である。 本発明に係る基板処理装置の第２実施形態における鉛直移動機構の構成を示す図である。

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。図２は処理ユニットの主要部を示す斜視図である。図３は処理空間における処理流体の流れを模式的に示す図である。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。

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。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。

基板処理装置１は、処理ユニット１０、移載ユニット３０、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る。移載ユニット３０は、図示しない外部の搬送装置により搬送されてくる未処理基板Ｓを受け取って処理ユニット１０に搬入し、また処理後の基板Ｓを処理ユニット１０から外部の搬送装置に受け渡す。供給ユニット５０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１０および移載ユニット３０に供給する。

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。

処理ユニット１０は、図１に示すように、台座１１の上に昇降アクチュエータ２０を介して処理チャンバ１２が取り付けられた構造を有している。この昇降アクチュエータ２０は、例えばペトリ皿高さ自動調整機構などに多用されているものであり、なお、本実施形態では、サーボモータを駆動源として用いている。この昇降アクチュエータ２０は、処理チャンバ１２の下面全体に接続された状態で、供給ユニット５０のチャンバ昇降制御部５７によって昇降制御される。チャンバ昇降制御部５７は制御ユニット９０からの制御指令に応じて作動し、鉛直方向Ｚにおける処理チャンバ１２の位置、いわゆる高さ位置を制御する機能を有している。なお、処理チャンバ１２の高さ位置制御については、後で詳述する。

処理チャンバ１２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１２の（－Ｙ）側側面１２７の中央部には、Ｘ方向に細長く延びるスリット状の開口１２１が形成されており、開口１２１を介して処理空間ＳＰと外部空間とが連通している。

処理チャンバ１２の（－Ｙ）側には、開口１２１を閉塞するように蓋部材１３が設けられている。この蓋部材１３は、（＋Ｙ）方向側に閉塞面１３１を有している。この閉塞面１３１は処理チャンバ１２の（－Ｙ）側側面１２７と対向しながら蓋部材１３の（＋Ｙ）方向への移動に伴って処理チャンバ１２に移動する。そして、閉塞面１３１が（－Ｙ）側側面１２７に設けられた開口１２１を閉塞する。これによって、気密性の処理容器が構成され、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。このように、本実施形態では、（－Ｙ）側側面１２７および閉塞面１３１がそれぞれ本発明の「被閉塞面」および「閉塞面」の一例に相当している。なお、以下においては、処理チャンバ１２の（－Ｙ）側側面１２７を「被閉塞面１２７」と称する。

また、蓋部材１３の閉塞面１３１の中央部には平板状の支持トレイ１５が水平姿勢で取り付けられ、閉塞面１３１で保持されている。この支持トレイ１５の上面は基板Ｓを載置可能な支持面となっている。蓋部材１３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。

蓋部材１３は、供給ユニット５０に設けられた進退機構５２により、処理チャンバ１２に対してＹ方向に進退移動可能となっている。具体的には、進退機構５２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１３をＹ方向に移動させる。進退機構５２は制御ユニット９０からの制御指令に応じて動作する。

蓋部材１３が（－Ｙ）方向に後退することにより処理チャンバ１２から離間する。これにより、図１中の点線で示すように支持トレイ１５が処理空間ＳＰから開口１２１を介して外部へ引き出され、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１３が（＋Ｙ）方向に前進することにより、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。

蓋部材１３が（＋Ｙ）方向に前進して閉塞面１３１が開口１２１を塞ぐことにより、処理空間ＳＰが密閉される。蓋部材１３の閉塞面１３１と処理チャンバ１２の被閉塞面１２７との間にはシール部材１２２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１２２は例えばゴム製であり、本実施形態では、処理チャンバ１２の被閉塞面１２７において開口１２１を取り囲むように被閉塞面１２７の周縁部に設けられた溝部（図示省略）に取り付けられている。したがって、蓋部材１３の水平方向Ｙへの移動にかかわらずシール部材１２２は処理チャンバ１２に固定配置されている。なお、シール部材１２２の固定位置はこれに限定されるものではなく、蓋部材１３の閉塞面１３１にシール部材１２２を固定してもよい。この場合、シール部材１２２は蓋部材１３とともに（＋Ｙ）方向に移動して処理チャンバ１２の被閉塞面１２７と密接してシール機能を果たす。

また、図示しないロック機構により、蓋部材１３は処理チャンバ１２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１３は、開口１２１を閉塞して処理空間ＳＰを密閉する閉塞状態（実線）と、開口１２１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。そして、閉塞状態では、閉塞面１３１と被閉塞面１２７との間にシール部材１２２が介在し、気密性が確保される。

こうして処理空間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。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５５から、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気体、液体または超臨界の状態で処理ユニット１０に供給する。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。

処理流体は処理空間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、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１２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５３が設けられており、処理後の流体は流体回収部５３により回収される。流体供給部５５および流体回収部５３の各部は制御ユニット９０により制御され、図３に示す流れで処理流体を処理容器内で流通させる。すなわち、同図に示すように、処理流体を供給する流体供給部５５は、処理空間ＳＰの（＋Ｙ）側、つまり処理空間ＳＰから見て開口１２１とは反対側に設けられた導入流路１２３，１２４に接続されている。より具体的には、処理空間ＳＰに収容された基板Ｓの（＋Ｙ）側端部よりもさらに（＋Ｙ）側において、処理チャンバ１２に第１導入流路１２３、第２導入流路１２４が形成されている。

第１導入流路１２３はバルブ１７１を有する配管１７２により流体供給部５５に接続されている。バルブ１７１が開成されることにより、流体供給部５５からの処理流体が第１導入流路１２３に流れ込む。第１導入流路１２３は流体の流通方向を最終的に水平方向Ｙにして、処理空間ＳＰの（＋Ｙ）側端部において処理空間ＳＰに臨んで開口する第１導入口１２３ａから処理流体を吐出する。

一方、第２導入流路１２４はバルブ１７３を有する配管１７４により流体供給部５５に接続されている。バルブ１７３が開成されることにより、流体供給部５５からの処理流体が第２流路１２４に流れ込む。第２導入流路１２４は流体の流通方向を最終的に水平方向Ｙにして、処理空間ＳＰの（＋Ｙ）側端部において処理空間ＳＰに臨んで開口する第２導入口１２４ａから処理流体を吐出する。

第１導入口１２３ａは、処理空間ＳＰ内で保持される基板Ｓよりも上方の処理空間ＳＰに臨んで開口している。一方、第２導入口１２４ａは、処理空間ＳＰ内で保持される基板Ｓよりも下方、より厳密には基板Ｓを支持する支持トレイ１５よりも下方の処理空間ＳＰに臨んで開口している。第１導入口１２３ａおよび第２導入口１２４ａは、一定の開口幅をもってＸ方向に細長く延びるスリット状の開口であり、Ｘ方向においては基板Ｓの端部よりも外側まで延びている。したがって、第１導入口１２３ａおよび第２導入口１２４ａからそれぞれ吐出される処理流体は、上下方向（Ｚ方向）に薄く、かつＸ方向には基板Ｓの幅よりも広い薄層状で（－Ｙ）方向に向かう流れとして、処理空間ＳＰに導入される。なお、最終的に第１導入口１２３ａ、第２導入口１２４ａから吐出される処理流体の方向が概ね水平方向Ｙとなっていればよく、途中の流路形状は図示のものに限定されない。

基板Ｓの周囲を超臨界流体で満たすという処理の目的からは、処理空間ＳＰが超臨界流体で満たされるまで処理流体の排出を行わないという選択肢もあり得る。しかしながら、このようにすると処理空間ＳＰ内で処理流体が滞留し、処理空間ＳＰ内に存在する不純物が基板Ｓに付着し基板Ｓを汚染するおそれがある。これを防止するためには、超臨界状態においても処理流体の排出を行い、基板Ｓに常時清浄な処理流体が供給されるようにすることが望ましい。

このために、処理空間ＳＰの（－Ｙ）側端部近傍には、処理流体を排出するための第１排出流路１２５および第２排出流路１２６が設けられている。具体的には、処理空間ＳＰに収容される基板Ｓよりも（－Ｙ）側の処理空間ＳＰの天井面ＳＰａに第１排出口１２５ａが開口しており、これに連通する第１排出流路１２５が、バルブ１７５を有する配管１７６を介して流体回収部５３に接続されている。バルブ１７５が開成されることにより、処理空間ＳＰ内の処理流体が第１排出流路１２５を介して流体回収部５３へ排出される。

一方、処理空間ＳＰに収容される基板Ｓの（－Ｙ）側端部よりもさらに（－Ｙ）側の処理空間ＳＰの底面ＳＰｂに第２排出口１２６ａが開口しており、これに連通する第２排出流路１２６が、バルブ１７７を有する配管１７８を介して流体回収部５３に接続されている。バルブ１７７が開成されることにより、処理空間ＳＰ内の処理流体が第２排出流路１２６を介して流体回収部５３へ排出される。

第１排出口１２５ａおよび第２排出口１２６ａは、一定の開口幅をもってＸ方向に細長く延びるスリット状の開口であり、Ｘ方向においては基板Ｓの端部よりも外側まで延びている。Ｙ方向においては、基板Ｓの（－Ｙ）側端部よりもさらに（－Ｙ）側で開口している。また、これらの配設位置の近傍では、処理空間ＳＰは支持トレイ１５により上下方向にほぼ分断されている。したがって、基板Ｓの上方を流れる処理流体は第１排出口１２５ａから排出される一方、基板Ｓの下方を流れる処理流体は第２排出口１２６ａから排出されることになる。

第１導入流路１２３に供給される処理流体の流量と、第１排出流路１２５から排出される処理流体の流量とが等しくなるように、バルブ１７１，１７５の開度調整が行われる。同様に、第２導入流路１２４に供給される処理流体の流量と、第２排出流路１２６から排出される処理流体の流量とが等しくなるように、バルブ１７３，１７７の開度調整が行われる。

これらの構成により、流体供給部５５から第１導入流路１２３を介して導入される処理流体は、第１導入口１２３ａからほぼ水平方向Ｙに吐出され、基板Ｓの上面に沿って流れて最終的に第１排出口１２５ａから外部へ排出されて、最終的に流体回収部５３に回収される。一方、流体供給部５５から第２導入流路１２４を介して導入される処理流体は、第２導入口１２４ａからほぼ水平方向Ｙに吐出され、支持トレイ１５の下面に沿って流れて最終的に第２排出口１２６ａから外部へ排出されて、最終的に流体回収部５３に回収される。つまり、処理空間ＳＰ内では、基板Ｓの上方および支持トレイ１５の下方のそれぞれに、（－Ｙ）方向に向かう処理流体の層流が形成されると期待される。図３に示す白抜き矢印は、このような処理流体の流れを模式的に示したものである。

このように、処理空間ＳＰ、特に基板Ｓの上方の空間において一方向に向かう処理流体の層流を形成することで、基板Ｓの周囲で乱流が生じるのを防止することができる。そのため、仮に基板Ｓの表面に液体が付着していたとしても、これが超臨界状態の処理流体に溶け込み下流側へ流されることで、乾燥後の基板Ｓに残留することは回避される。また、汚染源となる不純物が発生しやすい開口１２１が基板Ｓよりも下流側となるように処理流体の流通方向を設定することで、開口１２１まわりで発生した不純物が乱流によって上流側へ運ばれ基板Ｓに付着することが回避される。これにより、基板Ｓを汚染することなく良好に乾燥させることが可能である。

超臨界状態の処理流体が処理チャンバ１２内で冷やされて相変化するのを防止するため、処理チャンバ１２内部には適宜の熱源が設けられることが好ましい。特に基板Ｓの周辺で意図せぬ相変化が生じるのを防止するために、この実施形態では、図１および図３に示すように、支持トレイ１５にヒーター１５３が内蔵されている。ヒーター１５３は供給ユニット５０の温度制御部５６によって温度制御されている。また、温度制御部５６は制御ユニット９０からの制御指令に応じて作動し、流体供給部５５から供給される処理流体の温度を制御する機能も有している。

処理空間ＳＰは、支持トレイ１５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Ｘには支持トレイ１５の幅よりも広く、鉛直方向には支持トレイ１５と基板Ｓとを合わせた高さよりも大きい矩形の断面形状と、支持トレイ１５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１５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が、支持トレイ１５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。

移載ユニット３０は、図１に示すように、外部の搬送装置と支持トレイ１５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３０は、本体３１と、昇降部材３３と、ベース部材３５と、複数のリフトピン３７とを備えている。昇降部材３３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、Ｚ方向に移動自在に支持されている。昇降部材３３の上部には略水平の上面を有するベース部材３５が取り付けられており、ベース部材３５の上面から上向きに、複数のリフトピン３７が立設されている。リフトピン３７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３７が設けられることが望ましい。

昇降部材３３は、供給ユニット５０に設けられたリフト昇降機構５１により昇降移動可能となっている。具体的には、リフト昇降機構５１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３３をＺ方向に移動させる。リフト昇降機構５１は制御ユニット９０からの制御指令に応じて動作する。

昇降部材３３の昇降によりベース部材３５が上下動し、これと一体的に複数のリフトピン３７が上下動する。これにより、移載ユニット３０と支持トレイ１５との間での基板Ｓの受け渡しが実現される。

蓋部材１３が（－Ｙ）方向に移動した離間状態にあるとき、図２に示すように、支持トレイ１５は処理チャンバ１２から外部空間へ引き出された状態となる。このときの支持トレイ１５の下方に、リフトピン３７を有するベース部材３５が配置されている。支持トレイ１５のうちリフトピン３７の直上に相当する位置には、リフトピン３７の直径よりも大径の貫通孔１５２が穿設されている。

ベース部材３５が上昇すると、リフトピン３７の上端は貫通孔１５２を通して支持トレイ１５の支持面１５１よりも上方に到達する。この状態で、外部の搬送装置のハンドＨにより支持され搬送されてくる基板Ｓがリフトピン３７に受け渡される。ハンドＨの退避後にリフトピン３７が下降することにより、基板Ｓはリフトピン３７から支持トレイ１５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。

なお、図１中の符号５４は処理チャンバ１２の高さ位置、つまり鉛直方向Ｚにおける処理チャンバ１２の位置を計測する高さセンサである。この高さセンサ５４による計測結果は制御ユニット９０に送られる。そして、制御ユニット９０は当該計測結果に基づいて次に説明する高さ調整工程を実行する。

図４は第１実施形態で実行される高さ調整工程を示すフローチャートおよび動作模式図である。この高さ調整工程は、基板処理装置１の組立完了時、メンテナンス時や処理対象となる基板Ｓの種類や処理内容などが変更された時などのタイミングで実行される。また、高さ調整工程の実行は、制御ユニット９０のＣＰＵ９１が上記制御プログラムを実行し装置各部に以下に説明する動作を行わせることにより実現される。

高さ調整工程では、最初に、制御ユニット９０からの制御指令に応じて進退機構５２が蓋部材１３を（－Ｙ）方向に移動させる。これにより、蓋部材１３と一緒に支持トレイ１５が処理チャンバ１２の外側に引き出されて処理空間ＳＰから退避する（ステップＳ１１）。そして、次のステップＳ１２で、高さセンサ５４が処理チャンバ１２の高さ位置、つまりチャンバ高さを計測する。ここで、蓋部材１３および支持トレイ１５は予め設計された高さ位置で水平移動し、処理空間ＳＰも予め設定された寸法で処理チャンバ１２に設けられている。そこで、ＣＰＵ９１は、それらの高さ位置に関する設計値、高さセンサ５４の計測結果、処理空間ＳＰの各種寸法（同図中の符号Ｗは鉛直方向Ｚにおける幅）および基板Ｓの厚みに基づき、図４の右上段に示すように、上方隙間ＣＬａおよび下方隙間ＣＬｂを算出する（ステップＳ１３）。ここで、「上方隙間ＣＬａ」とは、鉛直方向Ｚにおける支持トレイ１５に支持される基板Ｓの上面Ｓａと処理空間ＳＰの天井面ＳＰａとの間隔を意味している。また、「下方隙間ＣＬｂ」とは、鉛直方向Ｚにおける支持トレイ１５の下面１５ｂと処理空間ＳＰの底面ＳＰｂとの間隔を意味している。

ここで、上方隙間ＣＬａは、基板Ｓの上面Ｓａに供給される処理流体の鉛直方向Ｚの幅であり、これが狭まると、基板処理の品質低下を招くおそれがある。つまり、上方隙間ＣＬａが適正値を下回ると、基板Ｓの上面Ｓａに供給される処理流体の流量や流速が大幅に低下する。その結果、上記置換が不完全となり、処理不良が発生することがある。また、支持トレイ１５にはヒーター１５３が内蔵されているため、支持トレイ１５の熱変形は不可避である。したがって、下方隙間ＣＬｂが０．５ｍｍよりも狭まると、支持トレイ１５が、処理チャンバ１２に対してＹ方向に進退する際に、処理空間ＳＰの底面ＳＰｂに接触する可能性があり、実使用上においては下方隙間ＣＬｂを１ｍｍ以上に調整するのが好適である。また、基板Ｓの処理効率を高めるという観点から、上方隙間ＣＬａを下方隙間ＣＬｂよりも広げるのが望ましく、上方隙間ＣＬａと下方隙間ＣＬｂとの合計値に対する上方隙間ＣＬａの比率が６５％ないし７５％の範囲内となるように調整するのが好適である。

そこで、本実施形態では、６５％ないし７５％の範囲を上記比率の適正範囲として定義し、ＣＰＵ９１がステップＳ１３で算出された上方隙間ＣＬａおよび下方隙間ＣＬｂに基づいて上記比率が適正範囲内に収まっているか否かを判定する（ステップＳ１４）。例えば図４の右下段に示すように、上記比率（＝１００×ＣＬａ／（ＣＬａ＋ＣＬｂ））が適正範囲内に収まっていると判定すると、ＣＰＵ９１はそのまま高さ調整工程を終了する。

一方、例えば図４の右上段に示すように、上記比率が適正範囲から外れていると判定すると、ＣＰＵ９１は処理空間ＳＰに対する支持トレイ１５の相対高さ位置を補正した（ステップＳ１５、Ｓ１６）後で、高さ調整工程を終了する。すなわち、ＣＰＵ９１は、上記比率を適正範囲内に入れるために必要な処理チャンバ１２の鉛直方向Ｚにおける変位量を補正移動量として算出する（ステップＳ１５）。そして、ＣＰＵ９１は当該補正移動量に対応した制御指令をチャンバ昇降制御部５７に与える。これを受け取ったチャンバ昇降制御部５７が昇降アクチュエータ２０を制御して処理チャンバ１２を鉛直方向Ｚに補正移動量だけ移動させる。例えば図４の右上段に示すように上記比率が５０％を下回っている場合、昇降アクチュエータ２０により処理チャンバ１２が（＋Ｚ）方向に移動される。

このような高さ調整工程が本発明の「第３工程」の一例に相当し、高さ調整工程によって支持トレイ１５に支持される基板Ｓの鉛直方向Ｚにおける処理空間ＳＰに対する相対位置は常に適正範囲に調整される。そして、このように調整された状態で図５に示す一連の処理が実行される。

図５は、図１の基板処理装置を含む基板処理システムにより実行される処理の一部を示すフローチャートおよび動作模式図である。この基板処理装置１は、前工程において洗浄液により洗浄された基板Ｓを乾燥させる目的に使用される。具体的には以下の通りである。前工程で基板Ｓが洗浄液により洗浄された後（ステップＳ２１）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）による液膜が表面に形成された状態で（ステップＳ２２）、基板処理装置１に搬送されてくる（ステップＳ２３）。

例えば基板Ｓの上面Ｓａ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の上面Ｓａ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の上面Ｓａ（パターン形成面）を液体または固体の表面層で覆った状態で搬送することがある。

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、基板処理装置１に搬送されてくる。

基板Ｓは、パターン形成面を上面Ｓａにして、しかも該上面Ｓａが薄い液膜に覆われた状態で支持トレイ１５に載置される（ステップＳ２４）。支持トレイ１５および蓋部材１３が一体的に（＋Ｙ）方向に前進すると、基板Ｓを支持する支持トレイ１５が処理チャンバ１２内の処理空間ＳＰに収容されるとともに、開口１２１が蓋部材１３の閉塞面１３１により閉塞される（ステップＳ２５）。このとき、図５の右側図面に示すように、支持トレイ１５に支持された基板Ｓの鉛直方向Ｚにおける処理空間ＳＰに対する相対位置は調整されており、常に上記比率（＝１００×ＣＬａ／（ＣＬａ＋ＣＬｂ））は適正範囲内に収まっている。つまり、支持トレイ１５の熱変形量よりも十分に広い下方隙間ＣＬｂを確保しつつ、上方隙間ＣＬａが下方隙間ＣＬｂよりも十分に広くなっている。したがって、基板Ｓの上面Ｓａに供給される処理流体の流量や流速を次に説明する超臨界乾燥処理（ステップＳ２６）に適した値とすることができる。このように、ステップＳ２５、Ｓ２６がそれぞれ本発明の「第１工程」および「第２工程」の一例に相当している。

支持トレイ１５とともに基板Ｓが搬入され密閉された処理空間ＳＰでは、超臨界乾燥処理が実行されるが、その内容は以下の通りである。外部から液膜が形成された基板Ｓが処理チャンバ１２に搬入されると、まず処理流体が気相状態で処理空間ＳＰに導入される。処理空間ＳＰ内を排気しつつ気相の処理流体を送り込むことで、処理空間ＳＰの雰囲気が処理流体により置換される。なお、本実施形態では、処理流体として二酸化炭素（ＣＯ2）が用いられる事例を説明するが、処理流体の種類はこれに限定されない。

液相状態の処理流体が処理空間ＳＰに導入される。液状の二酸化炭素は基板Ｓ上の液膜を構成する液体（有機溶剤；例えばＩＰＡ）をよく溶かし、基板Ｓの上面から遊離させる。処理空間ＳＰ内の液体を排出することで、基板Ｓに残留するＩＰＡを排出することができる。次に、超臨界状態の処理流体が処理空間ＳＰに導入される。処理チャンバ１２の外部で予め超臨界状態とされた処理流体が導入されてもよく、また液状の処理流体で満たされた処理チャンバ１２内の温度および圧力を臨界点以上とすることにより、処理流体を超臨界状態に至らせる態様でもよい。

その後、処理チャンバ１２内が温度を維持しつつ減圧されることにより、超臨界流体は液相を介することなく気化して排出される。これにより基板Ｓは乾燥状態となる。この間、基板Ｓのパターン形成面が液相と気相との界面に曝されることがないので、液体の表面張力に起因するパターン倒壊の発生が防止される。また、超臨界流体は表面張力が極めて低いため、表面に微細なパターンが形成された基板であってもパターン内部まで処理流体がよく回り込む。このため、パターン内部に残留する液体等を効率よく置換することができる。このようにして基板Ｓが良好に乾燥される。

そして、処理後の基板Ｓは後工程へ払い出される（ステップＳ２７）。すなわち、蓋部材１３が（－Ｙ）方向へ移動することで支持トレイ１５が処理チャンバ１２から外部へ引き出され、移載ユニット３０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。なお、後工程の内容は任意である。

以上のように、上記第１実施形態では、支持トレイ１５を（＋Ｙ）方向に前進させて処理対象となる基板Ｓを処理空間ＳＰに格納する（第１工程）のに先立って、図４に示す高さ調整工程（第３工程）を実行している。このため、鉛直方向Ｚにおいて、支持トレイ１５で支持される基板Ｓは処理空間ＳＰに対して超臨界乾燥処理に適した位置に位置決めされる。つまり、支持トレイ１５を処理空間ＳＰの底面ＳＰｂと接触しない程度の下方隙間ＣＬｂを確保しつつ、上方隙間ＣＬａを下方隙間ＣＬｂよりも十分に広げている。その上で処理流体を処理空間ＳＰに供給して超臨界乾燥処理を実行している。その結果、処理空間ＳＰでの処理の品質を高めることができる。

また、上記第１実施形態では、高さ調整工程では、シール部材１２２が取り付けられた被閉塞面１２７に対して蓋部材１３を（－Ｙ）方向に後退させた（ステップＳ１１）後で処理チャンバ１２を鉛直方向Ｚに昇降させている（ステップＳ１６）。したがって、シール部材１２２に対してダメージを与えることなく、鉛直方向Ｚにおける基板Ｓに対する処理空間ＳＰの相対位置を調整することができる。なお、シール部材１２２の取付を被閉塞面１２７ではなく、蓋部材１３の閉塞面１３１としてもよく、この場合、シール部材１２２を閉塞面１３１に取り付けたまま蓋部材１３を（－Ｙ）方向に後退させた後で処理チャンバ１２を鉛直方向Ｚに昇降させるのが望ましい。

さらに、上記第１実施形態では、処理チャンバ１２の外側面のうち（－Ｚ）方向を向いた下面に昇降アクチュエータ２０を接続し、処理チャンバ１２を外側から昇降させている。したがって、処理空間ＳＰを清浄に保ちながら当該処理空間ＳＰに対して基板Ｓを超臨界乾燥処理に適した位置に位置決めすることができる。なお、昇降アクチュエータ２０を接続する箇所については、処理チャンバ１２の外側面のうち被閉塞面１２７以外であれば、任意である。

以上説明したように、第１実施形態の基板処理装置１においては、処理チャンバ１２および蓋部材１３がそれぞれ本発明の「容器本体」および「蓋部」の一例に相当している。また、昇降アクチュエータ２０が本発明の「鉛直移動機構」および「第１昇降部材」の一例に相当している。また、進退機構５２が本発明の「水平移動機構」の一例に相当している。また、上方隙間ＣＬａおよび下方隙間ＣＬｂがそれぞれ本発明の「第１隙間」および「第２隙間」の一例に相当している。

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、上記実施形態では、昇降アクチュエータ２０が処理チャンバ１２全体と接続されているため、処理チャンバ１２は水平姿勢のまま鉛直方向Ｚに昇降するのみである。これに対し、図６に示すように、昇降アクチュエータ２０を複数の昇降部材２１～２４で構成するとともにチャンバ昇降制御部５７により昇降部材２１～２４を個々に制御するように構成してもよい（第２実施形態）。この第２実施形態では、図６に示すように、処理チャンバ１２の下面の四隅に対応して昇降部材２１～２４が台座１１上に固定されている。このため、例えば基板Ｓが若干傾斜した姿勢で処理空間ＳＰに挿入された場合、その基板Ｓの傾斜方向および傾斜量に応じて昇降部材２１～２４による鉛直方向Ｚにおける処理チャンバ１２の昇降量をそれぞれ制御することが可能である。このような個別制御によって、基板Ｓの傾きや撓みなどが発生している場合であっても、処理空間ＳＰに対して基板Ｓを超臨界乾燥処理に適した位置に位置決めするだけなく、常に処理空間ＳＰを基板Ｓとほぼ平行に位置決めすることができる。これによって、基板Ｓの上面全体にわたって上方隙間ＣＬａを均一に調整することができる。その結果、処理流体による超臨界乾燥処理を基板Ｓの上面全体に対して均質に施すことができる。

また、上記実施形態では、処理チャンバ１２の外周面のうち被閉塞面１２７を除く外周面に鉛直移動機構（昇降アクチュエータ２０）を接続している。しかしながら、これに代えて、またはこれに加えて蓋部材１３の外周面のうち閉塞面１３１を除く外周面に昇降アクチュエータなどの第２昇降部材を含む鉛直移動機構を接続し蓋部材１３を鉛直方向Ｚに昇降させてもよい。これにより、処理空間ＳＰに対して基板Ｓを超臨界乾燥処理に適した位置に位置決めすることができる。

また、上記実施形態では、高さセンサ５４による計測結果（処理チャンバ１２の高さ位置）に基づいて高さ調整工程を実行している。しかしながら、これに代えて、またはこれに加えて処理流体の排出流量に基づいて高さ調整工程を実行してもよい。例えば、第１排出口１２５ａから排出される処理流体の流量と、第２排出口１２６ａから排出される処理流体の流量とを測定する測定部を設け、当該測定部による測定結果に基づき、蓋部材１３を処理チャンバ１２に対して相対的に鉛直方向Ｚに移動させるもよい。

さらに、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、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。

この発明は、容器本体の処理空間に基板を収容しながら処理空間に処理流体を供給して基板を処理する基板処理技術全般に好適に適用することができる。

１…基板処理装置
１０…処理ユニット
１２…処理チャンバ（容器本体）
１３…蓋部材（蓋部）
１５…支持トレイ
１５ｂ…（支持トレイ１５の）下面
２０…昇降アクチュエータ（鉛直移動機構）
２１～２４…昇降部材（鉛直移動機構）
５２…進退機構（水平移動機構）
５４…高さセンサ
５５…流体供給部
１２１…（容器本体の）開口
１２２…シール部材
１２３…第１導入流路
１２３ａ…第１導入口
１２４…第２導入流路
１２４ａ…第２導入口
１２５…第１排出流路
１２５ａ…第１排出口
１２６…第２排出流路
１２６ａ…第２排出口
１２７…（容器本体の）被閉塞面
１３１…（蓋部の）閉塞面
ＣＬａ…上方隙間（第１隙間）
ＣＬｂ…下方隙間（第２隙間）
Ｓ…基板
Ｓａ…（基板Ｓの）上面
ＳＰ…処理空間
ＳＰａ…（処理空間ＳＰの）天井面
ＳＰｂ…（処理空間ＳＰの）底面
Ｚ…鉛直方向

Claims (12)

1. 水平姿勢の基板の下面を支持する平板状の支持トレイと、
   前記基板を支持する前記支持トレイを収容可能な処理空間および前記処理空間に連通し前記支持トレイを通過させるための開口が側方に設けられた容器本体と、
   前記支持トレイを保持しながら前記開口を閉塞可能に設けられる蓋部と、
   前記蓋部を前記容器本体に対して相対的に鉛直方向に移動させることにより、前記支持トレイに支持された基板の前記鉛直方向における前記処理空間に対する相対位置を調整する鉛直移動機構と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記鉛直移動機構は、前記鉛直方向において、前記支持トレイに支持された基板の上面と前記容器本体との間に形成される第１隙間が前記支持トレイの下面と前記容器本体との間に形成される第２隙間よりも広くなるように、前記相対位置を調整する基板処理装置。
3. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記鉛直移動機構は、前記第１隙間と前記第２隙間との合計値に対する前記第１隙間の比率が６５％以上７５％以下である基板処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   前記容器本体は、中央部に前記開口が設けられる被閉塞面を有し、
   前記鉛直移動機構は、前記容器本体のうち前記被閉塞面を除く外周面に接続されて前記容器本体を昇降させる第１昇降部材を有する基板処理装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   前記蓋部は、前記容器本体と対向して前記開口を閉塞可能な閉塞面を有するとともに、前記閉塞面で前記支持トレイを保持し、
   前記鉛直移動機構は、前記蓋部のうち前記閉塞面を除く外周面に接続されて前記蓋部を昇降させる第２昇降部材を有する基板処理装置。
6. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   前記容器本体に対して前記蓋部を水平方向に前進させることにより前記蓋部に保持される前記支持トレイを前記処理空間に挿入するとともに前記蓋部で前記開口を閉塞させ、前記容器本体に対して前記蓋部を水平方向に後退させることにより前記蓋部に保持される前記支持トレイを前記処理空間から引き出す水平移動機構と、
   前記容器本体と、前記水平移動機構により前進された前記蓋部との間で前記開口を取り囲むように配置されるシール部材と、をさらに備え、
   前記容器本体は、中央部に前記開口が設けられる被閉塞面を有し、
   前記蓋部は、前記被閉塞面と対向して前記開口を閉塞可能な閉塞面を有するとともに、前記閉塞面の中央部で前記支持トレイを保持し、
   前記シール部材は、前記被閉塞面の周縁部に取り付けられ、前記水平移動機構により前進してきた前記蓋部と密接して前記処理空間を密閉する基板処理装置。
7. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   前記容器本体に対して保持前記蓋部を水平方向に前進させることにより前記蓋部に保持される前記支持トレイを前記処理空間に挿入するとともに前記蓋部で前記開口を閉塞させ、前記容器本体に対して前記蓋部を水平方向に後退させることにより前記蓋部に保持される前記支持トレイを前記処理空間から引き出す水平移動機構と、
   前記容器本体と、前記水平移動機構により前進された前記蓋部との間で前記開口を取り囲むように配置されるシール部材と、をさらに備え、
   前記容器本体は、中央部に前記開口が設けられる被閉塞面を有し、
   前記蓋部は、前記被閉塞面と対向して前記開口を閉塞可能な閉塞面を有するとともに、前記閉塞面の中央部で前記支持トレイを保持し、
   前記シール部材は、前記閉塞面の周縁部に取り付けられ、前記水平移動機構により前記蓋部と一体的に前進して前記被閉塞面の周縁部と密接して前記処理空間を密閉する基板処理装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   前記処理空間に処理流体を供給する流体供給部をさらに備え、
   前記容器本体には、
   前記処理空間に前記処理流体を導入するための導入口として、平面視において前記基板の一端部よりも外側で、前記処理空間のうち前記基板よりも上方の空間に臨んで開口する第１導入口と、
   前記一端部よりも外側で、前記処理空間のうち前記支持トレイよりも下方の空間に臨んで開口する第２導入口と、
   が設けられる基板処理装置。
9. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   平面視において前記基板の一端部よりも外側から前記処理空間に処理流体を供給する流体供給部をさらに備え、
   前記容器本体には、
   前記処理空間から前記処理流体を排出するための排出口として、平面視において前記基板の前記一端部とは反対側の他端部よりも外側で、前記処理空間のうち前記支持トレイよりも上方の空間に臨んで開口する第１排出口と、
   前記他端部よりも外側で、前記処理空間のうち前記支持トレイよりも下方の空間に臨んで開口する第２排出口と、
   が設けられる基板処理装置。
10. 請求項９に記載の基板処理装置であって、
    前記第１排出口から排出される前記処理流体の流量と、前記第２排出口から排出される前記処理流体の流量とを測定する測定部をさらに備え、
    前記鉛直移動機構は、前記測定部による測定結果に基づき、前記蓋部を前記容器本体に対して相対的に鉛直方向に移動させる基板処理装置。
11. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記処理空間に超臨界処理用の処理流体を供給する流体供給部をさらに備える基板処理装置。
12. 水平姿勢の基板の下面を支持する平板状の支持トレイを保持した蓋部を水平方向に移動させることで、容器本体の開口を介して前記支持トレイを前記容器本体の処理空間に収容するとともに前記蓋部により前記開口を閉塞させる第１工程と、
    前記蓋部により前記開口を閉塞された前記容器本体の前記処理空間内で処理流体によって前記基板を処理する第２工程と、
    前記第１工程に先立って、前記蓋部を前記容器本体に対して相対的に鉛直方向に移動させることにより、前記支持トレイに支持された基板の前記鉛直方向における前記処理空間に対する相対位置を調整する第３工程と、
    を備えることを特徴とする基板処理方法。
    

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