JP2022101053A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】超臨界状態の処理流体を用いた乾燥時に、ウェハのパターンが倒壊することを抑制することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。【解決手段】基板処理装置は、処理容器と、超臨界状態の処理流体を処理容器に供給する処理流体供給部と、を備え、処理流体供給部は、一方が流体供給源に接続され、他方が処理容器に接続される流体供給ラインと、流体供給ラインに介設され、気体状態の処理流体を冷却して液体状態の処理流体を生成する冷却部と、流体供給ラインに介設され、冷却部の下流側に設けられるポンプと、流体供給ラインに介設され、ポンプの下流側に設けられ、液体状態の処理流体を加熱して超臨界状態の処理流体を生成する加熱部と、流体供給ラインに介設され、ポンプと加熱部との間に設けられ、処理容器に供給される処理流体の供給流量を調整する第１流量調整部と、第１流量調整部を制御する制御部と、を有する。【選択図】図８

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
半導体ウェハ（以下、ウェハという）などの基板の表面に集積回路の積層構造を形成する半導体装置の製造工程においては、薬液洗浄あるいはウエットエッチング等の液処理が行われる。こうした液処理にてウェハの表面に付着した液体などを除去する際に、近年では、超臨界状態の処理流体を用いた乾燥方法が用いられつつある。
特許文献１には、処理容器に供給ラインを通じて流体供給タンクが繋がれた基板処理装置が開示されている。
特開２０１８－８１９６６号公報
本開示は、超臨界状態の処理流体を用いた乾燥処理時に、ウェハのパターンが倒壊することを抑制することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
本開示の一態様による基板処理装置は、液体により表面が濡れた状態の基板を収容可能な処理空間を有する処理容器と、前記液体に向けて超臨界状態の処理流体を前記処理容器に供給する処理流体供給部と、を備え、前記処理流体供給部は、一方が流体供給源に接続され、他方が前記処理容器に接続される流体供給ラインと、前記流体供給ラインに介設され、気体状態の前記処理流体を冷却して液体状態の前記処理流体を生成する冷却部と、前記流体供給ラインに介設され、前記冷却部の下流側に設けられるポンプと、前記流体供給ラインに介設され、前記ポンプの下流側に設けられ、液体状態の前記処理流体を加熱して超臨界状態の前記処理流体を生成する加熱部と、前記流体供給ラインに介設され、前記ポンプと前記加熱部との間に設けられ、前記処理容器に供給される前記処理流体の供給流量を調整する第１流量調整部と、前記第１流量調整部を制御する制御部と、を有する。
本開示によれば、超臨界状態の処理流体を用いた乾燥処理時に、ウェハのパターンが倒壊することを抑制することができる。
実施形態に係る基板処理装置の構成例を示す図である。 液処理ユニットの構成例を示す図である。 乾燥ユニットの構成例を示す模式斜視図である。 乾燥ユニットの構成例を示す図である。 供給ユニットの構成例を示す図である。 第２流量調整部及びその周辺の構成例を示す図である。 供給ユニット及び乾燥ユニットの具体的な動作を示す図（その１）である。 供給ユニット及び乾燥ユニットの具体的な動作を示す図（その２）である。 供給ユニット及び乾燥ユニットの具体的な動作を示す図（その３）である。 供給ユニット及び乾燥ユニットの具体的な動作を示す図（その４）である。 供給ユニット及び乾燥ユニットの具体的な動作を示す図（その５）である。 供給ユニット及び乾燥ユニットの具体的な動作を示す図（その６）である。 供給ユニット及び乾燥ユニットの具体的な動作を示す図（その７）である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板処理システム及び処理流体供給方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
＜基板処理装置の構成＞
まず、実施形態に係る基板処理装置１の構成について図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る基板処理装置１の構成例を示す図である。なお、以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図１に示すように、基板処理装置１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。
搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚の半導体ウェハＷ（以下、「ウェハＷ」と記載する）を水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。
搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられる。搬送部１２の内部には、搬送装置１３と受渡部１４とが配置される。
搬送装置１３は、ウェハＷを保持するウェハ保持機構を備える。また、搬送装置１３は、水平方向及び鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウェハＷの搬送を行う。
処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送ブロック４と、複数の処理ブロック５と、複数の供給ユニット１９とを備える。
搬送ブロック４は、搬送エリア１５と、搬送装置１６とを備える。搬送エリア１５は、たとえば、搬入出ステーション２及び処理ステーション３の並び方向（Ｘ軸方向）に沿って延在する直方体状の領域である。搬送エリア１５には、搬送装置１６が配置される。
搬送装置１６は、ウェハＷを保持するウェハ保持機構を備える。また、搬送装置１６は、水平方向及び鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いて受渡部１４と複数の処理ブロック５との間でウェハＷの搬送を行う。
複数の処理ブロック５は、搬送エリア１５の両側において搬送エリア１５に隣接して配置される。具体的には、複数の処理ブロック５は、搬入出ステーション２及び処理ステーション３の並び方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）における搬送エリア１５の一方側（Ｙ軸正方向側）及び他方側（Ｙ軸負方向側）に配置される。
また、図示してはいないが、複数の処理ブロック５は、鉛直方向に沿って多段（たとえば、３段）に配置される。そして、各段に配置された処理ブロック５と受渡部１４との間のウェハＷの搬送は、搬送ブロック４に配置された１台の搬送装置１６によって行われる。なお、複数の処理ブロック５の段数は３段に限定されない。
各処理ブロック５は、液処理ユニット１７と、乾燥ユニット１８とを備える。乾燥ユニット１８は基板処理部の一例である。
液処理ユニット１７は、ウェハＷのパターン形成面である上面を洗浄する洗浄処理を行う。また、液処理ユニット１７は、洗浄処理後のウェハＷの上面に液膜を形成する液膜形成処理を行う。液処理ユニット１７の構成については後述する。
乾燥ユニット１８は、液膜形成処理後のウェハＷに対して超臨界乾燥処理を行う。具体的には、乾燥ユニット１８は、液膜形成処理後のウェハＷを超臨界状態の処理流体（以下、「超臨界流体」とも呼称する。）と接触させることによって同ウェハＷを乾燥させる。乾燥ユニット１８の構成については後述する。
液処理ユニット１７及び乾燥ユニット１８は、搬送エリア１５に沿って（すなわち、Ｘ軸方向に沿って）並べられる。液処理ユニット１７は乾燥ユニット１８よりも搬入出ステーション２に近い側に配置される。
このように、各処理ブロック５は、液処理ユニット１７と乾燥ユニット１８とをそれぞれ１つずつ備える。すなわち、基板処理装置１には、液処理ユニット１７と乾燥ユニット１８とが同じ数だけ設けられる。
また、乾燥ユニット１８は、超臨界乾燥処理が行われる処理エリア１８１と、搬送ブロック４と処理エリア１８１との間でのウェハＷの受け渡しが行われる受渡エリア１８２とを備える。これら処理エリア１８１及び受渡エリア１８２は、搬送エリア１５に沿って並べられる。
具体的には、受渡エリア１８２は処理エリア１８１よりも液処理ユニット１７に近い側に配置される。すなわち、各処理ブロック５には、液処理ユニット１７、受渡エリア１８２及び処理エリア１８１が、搬送エリア１５に沿ってこの順番で配置される。
３つの処理ブロック５に対して１つの供給ユニット１９が配置される。例えば、鉛直方向に積まれた３つの処理ブロック５に対して１つの供給ユニット１９が配置される。
供給ユニット１９は、乾燥ユニット１８に対して処理流体を供給する。具体的には、供給ユニット１９は、流量計、流量調整器、背圧弁、ヒータなどを含む供給機器群と、供給機器群を収容する筐体とを備える。本実施形態において、供給ユニット１９は、処理流体としてＣＯ２を乾燥ユニット１８に供給する。供給ユニット１９の構成については後述する。１つの供給ユニット１９から３つの処理ブロック５に処理流体を供給することが可能である。
図１に示すように、基板処理装置１は、制御装置６を備える。制御装置６は、たとえばコンピュータであり、制御部７と記憶部８とを備える。
制御部７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、搬送装置１３、１６、液処理ユニット１７、乾燥ユニット１８及び供給ユニット１９等の制御を実現する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されていたものであって、その記憶媒体から制御装置６の記憶部８にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
記憶部８は、たとえば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ（Flash Memory）などの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置によって実現される。
上記のように構成された基板処理装置１では、まず、搬入出ステーション２の搬送装置１３が、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣからウェハＷを取り出し、取り出したウェハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウェハＷは、処理ステーション３の搬送装置１６によって受渡部１４から取り出されて、液処理ユニット１７へ搬入される。
液処理ユニット１７へ搬入されたウェハＷは、液処理ユニット１７によって洗浄処理及び液膜形成処理が施された後、搬送装置１６によって液処理ユニット１７から搬出される。液処理ユニット１７から搬出されたウェハＷは、搬送装置１６によって乾燥ユニット１８へ搬入され、乾燥ユニット１８によって乾燥処理が施される。
乾燥ユニット１８によって乾燥処理されたウェハＷは、搬送装置１６によって乾燥ユニット１８から搬出され、受渡部１４に載置される。そして、受渡部１４に載置された処理済のウェハＷは、搬送装置１３によってキャリア載置部１１のキャリアＣへ戻される。
＜液処理ユニットの構成＞
次に、液処理ユニット１７の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、液処理ユニット１７の構成例を示す図である。液処理ユニット１７は、たとえば、スピン洗浄によりウェハＷを１枚ずつ洗浄する枚葉式の洗浄装置として構成される。
図２に示すように、液処理ユニット１７は、処理空間を形成するアウターチャンバー２３内に配置されたウェハ保持機構２５にてウェハＷをほぼ水平に保持し、このウェハ保持機構２５を鉛直軸周りに回転させることによりウェハＷを回転させる。
そして、液処理ユニット１７は、回転するウェハＷの上方にノズルアーム２６を進入させ、かかるノズルアーム２６の先端部に設けられる薬液ノズル２６ａから薬液やリンス液を予め定められた順に供給することにより、ウェハＷ上面の洗浄処理を行う。
また、液処理ユニット１７には、ウェハ保持機構２５の内部にも薬液供給路２５ａが形成されている。そして、かかる薬液供給路２５ａから供給された薬液やリンス液によって、ウェハＷの下面も洗浄される。
洗浄処理は、たとえば、最初にアルカリ性の薬液であるＳＣ１液（アンモニアと過酸化水素水の混合液）によるパーティクルや有機性の汚染物質の除去が行われる。次に、リンス液である脱イオン水（DeIonized Water：以下、「ＤＩＷ」と記載する）によるリンス洗浄が行われる。
次に、酸性薬液である希フッ酸水溶液（Diluted HydroFluoric acid：以下、「ＤＨＦ」と記載する）による自然酸化膜の除去が行われ、次に、ＤＩＷによるリンス洗浄が行われる。
上述の各種薬液は、アウターチャンバー２３や、アウターチャンバー２３内に配置されるインナーカップ２４に受け止められて、アウターチャンバー２３の底部に設けられる排液口２３ａや、インナーカップ２４の底部に設けられる排液口２４ａから排出される。さらに、アウターチャンバー２３内の雰囲気は、アウターチャンバー２３の底部に設けられる排気口２３ｂから排気される。
液膜形成処理は、洗浄処理におけるリンス処理の後に行われる。具体的には、液処理ユニット１７は、ウェハ保持機構２５を回転させながら、ウェハＷの上面及び下面に液体状態のＩＰＡ（IsoPropyl Alcohol）（以下、「ＩＰＡ液体」とも呼称する）を供給する。これにより、ウェハＷの両面に残存するＤＩＷがＩＰＡに置換される。その後、液処理ユニット１７は、ウェハ保持機構２５の回転を緩やかに停止する。
液膜形成処理を終えたウェハＷは、その上面にＩＰＡ液体の液膜が形成された状態のまま、ウェハ保持機構２５に設けられた不図示の受け渡し機構により搬送装置１６に受け渡され、液処理ユニット１７から搬出される。
ウェハＷ上に形成された液膜は、液処理ユニット１７から乾燥ユニット１８へのウェハＷの搬送中や、乾燥ユニット１８への搬入動作中に、ウェハＷ上面の液体が蒸発（気化）することによってパターン倒れが発生することを防止する。
＜乾燥ユニットの構成＞
つづいて、乾燥ユニット１８の構成について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、乾燥ユニット１８の構成例を示す模式斜視図である。図４は、乾燥ユニット１８の構成例を示す図である。
図３に示すように、乾燥ユニット１８は、本体３１と、保持板３２と、蓋部材３３とを有する。筐体状の本体３１には、ウェハＷを搬入出するための開口部３４が形成される。保持板３２は、処理対象のウェハＷを水平方向に保持する。蓋部材３３は、かかる保持板３２を支持するとともに、ウェハＷを本体３１内に搬入したときに、開口部３４を密閉する。本体３１は処理容器の一例である。
本体３１は、たとえば直径３００ｍｍのウェハＷを収容可能な処理空間が内部に形成された容器であり、その壁部には、供給ポート３５、３６と排出ポート３７とが設けられる。供給ポート３５、３６及び排出ポート３７は、それぞれ、乾燥ユニット１８に超臨界流体を流通させるための供給流路及び排出流路に接続されている。
供給ポート３５は、筐体状の本体３１において、開口部３４とは反対側の側面に接続されている。また、供給ポート３６は、本体３１の底面に接続されている。さらに、排出ポート３７は、開口部３４の下方側に接続されている。なお、図３には２つの供給ポート３５、３６と１つの排出ポート３７が図示されているが、供給ポート３５、３６や排出ポート３７の数は特に限定されない。
また、本体３１の内部には、流体供給ヘッダー３８、３９と、流体排出ヘッダー４０とが設けられる。そして、流体供給ヘッダー３８、３９には複数の供給口がかかる流体供給ヘッダー３８、３９の長手方向に並んで形成され、流体排出ヘッダー４０には複数の排出口がかかる流体排出ヘッダー４０の長手方向に並んで形成される。
流体供給ヘッダー３８は、供給ポート３５に接続され、筐体状の本体３１内部において、開口部３４とは反対側の側面に隣接して設けられる。また、流体供給ヘッダー３８に並んで形成される複数の供給口は、開口部３４側を向いている。
流体供給ヘッダー３９は、供給ポート３６に接続され、筐体状の本体３１内部における底面の中央部に設けられる。また、流体供給ヘッダー３９に並んで形成される複数の供給口は、上方を向いている。
流体排出ヘッダー４０は、排出ポート３７に接続され、筐体状の本体３１内部において、開口部３４側の側面に隣接するとともに、開口部３４より下方に設けられる。また、流体排出ヘッダー４０に並んで形成される複数の排出口は、上方を向いている。
流体供給ヘッダー３８、３９は、超臨界流体を本体３１内に供給する。また、流体排出ヘッダー４０は、本体３１内の超臨界流体を本体３１の外部に導いて排出する。なお、流体排出ヘッダー４０を介して本体３１の外部に排出される超臨界流体には、ウェハＷの表面から超臨界状態の超臨界流体に溶け込んだＩＰＡ液体が含まれる。
図４に示すように、乾燥ユニット１８には、供給ユニット１９の第２供給ライン７２が接続される。第２供給ライン７２は乾燥ユニット１８内で２つの供給ラインに分岐し（図４では省略）、一方が供給ポート３５に接続され、他方が供給ポート３６（図４では省略）に接続される。第２供給ライン７２には、上流側（供給ユニット１９側）から順に、バルブ２１１と、第１流量調整部２５０と、ヒータ６８とが設けられている。
バルブ２１１は、処理流体の流れのオン及びオフを調整するバルブであり、開状態では下流側の第２供給ライン７２に処理流体を流し、閉状態では下流側の第２供給ライン７２に処理流体を流さない。
第１流量調整部２５０は、オリフィス２２１と、オリフィス２２１に並列に接続されたオリフィス２２２と、オリフィス２２２に直列に接続されたバルブ２１２とを有し、本体３１に供給される処理流体の供給流量を調整する。
オリフィス２２１及び２２２は、バルブ２１１を通じて供給ユニット１９から供給されてきた気体状態又は液体状態の処理流体の流速を低下させ、圧力を調整する役割を果たす。オリフィス２２１及び２２２は、下流側の第２供給ライン７２に圧力が調整された処理流体を流通させることができる。オリフィス２２１は第１絞りの一例であり、オリフィス２２２は第２絞りの一例である。
バルブ２１２は、処理流体の流れのオン及びオフを調整するバルブであり、開状態では下流側の第２供給ライン７２に処理流体を流し、閉状態では下流側の第２供給ライン７２に処理流体を流さない。バルブ２１２は第１開閉弁の一例である。
ヒータ６８は、例えばスパイラルヒータである。ヒータ６８は、第２供給ライン７２に巻回され、第２供給ライン７２を流れる気体状態又は液体状態の処理流体を加熱して、超臨界状態の処理流体を生成する。ヒータ６８は加熱部の一例である。
排出ポート３７に排出ライン７６が接続されている。排出ライン７６には、上流側、すなわち本体３１側から順に圧力センサ２４２と、バルブ２１３と、流量計２５１と、背圧弁２３１とが設けられている。
圧力センサ２４２は、本体３１の直後で排出ライン７６を流れる処理流体の圧力を測定する。すなわち、圧力センサ２４２は、本体３１内の処理流体の圧力を測定することができる。バルブ２１３は、処理流体の流れのオン及びオフを調整するバルブであり、開状態では下流側の排出ライン７６に処理流体を流し、閉状態では下流側の排出ライン７６に処理流体を流さない。流量計２５１は、排出ライン７６を流れる処理流体の流量を測定する。
背圧弁２３１は、排出ライン７６の一次側圧力が設定圧力を超えた場合には弁開度を調整して二次側に流体を流すことにより、一次側圧力を設定圧力に維持する。例えば、背圧弁２３１の設定圧力は、制御部７により流量計２５１の出力に基づいて調整される。
更に、本体３１内の処理流体の温度を検出する温度センサ２４１が設けられている。温度センサ２４１の出力は制御部７に送信される。
かかる乾燥ユニット１８内において、ウェハＷ上に形成されているパターンの間のＩＰＡ液体は、高圧状態（たとえば、１６ＭＰａ）である超臨界流体と接触することで、徐々に超臨界流体に溶解し、パターンの間は徐々に超臨界流体と置き換わる。そして、最終的には、超臨界流体のみによってパターンの間が満たされる。
そして、パターンの間からＩＰＡ液体が除去された後に、本体３１内部の圧力を高圧状態から大気圧まで減圧することによって、ＣＯ２は超臨界状態から気体状態に変化し、パターンの間は気体のみによって占められる。このようにしてパターンの間のＩＰＡ液体は除去され、ウェハＷの乾燥処理が完了する。
ここで、超臨界流体は、液体（たとえばＩＰＡ液体）と比べて粘度が小さく、また液体を溶解する能力も高いことに加え、超臨界流体と平衡状態にある液体や気体との間で界面が存在しない。これにより、超臨界流体を用いた乾燥処理では、表面張力の影響を受けることなく液体を乾燥させることができる。したがって、実施形態によれば、乾燥処理の際にパターンが倒れることを抑制することができる。
なお、実施形態では、乾燥防止用の液体としてＩＰＡ液体を用い、処理流体として超臨界状態のＣＯ２を用いた例について示しているが、ＩＰＡ以外の液体を乾燥防止用の液体として用いてもよいし、超臨界状態のＣＯ２以外の流体を処理流体として用いてもよい。第２供給ライン７２は、第２流体供給ラインの一部を構成する。
＜供給ユニットの構成＞
つづいて、供給ユニット１９の構成について、図５を参照しながら説明する。図５は、供給ユニット１９の構成例を示す図である。図５に示す供給ユニット１９は３つの乾燥ユニット１８Ａ、１８Ｂ及び１８Ｃに処理流体を供給する。乾燥ユニット１８Ａ～１８Ｃは図４中の乾燥ユニット１８に対応する。
供給ユニット１９は、処理流体供給源９０に接続された第１供給ライン７１と、第１供給ライン７１に接続された複数の第２供給ライン７２Ａ、７２Ｂ及び７２Ｃとを有する。第２供給ライン７２Ａ、７２Ｂ及び７２Ｃは、第１供給ライン７１に設けられた複数の分岐点７７Ａ、７７Ｂにおいて第１供給ライン７１に接続されている。具体的には、第２供給ライン７２Ａは分岐点７７Ａにおいて第１供給ライン７１に接続され、第２供給ライン７２Ｂ及び７２Ｃは分岐点７７Ｂにおいて第１供給ライン７１に接続されている。第２供給ライン７２Ａ～７２Ｃは図４中の第２供給ライン７２に対応する。第２供給ライン７２Ａは乾燥ユニット１８Ａに接続され、第２供給ライン７２Ｂは乾燥ユニット１８Ｂに接続され、第２供給ライン７２Ｃは乾燥ユニット１８Ｃに接続される。処理流体供給源９０は流体供給源の一例であり、第１供給ライン７１は、第１流体供給ラインの一例であり、第２供給ライン７２Ａ～７２Ｃは、第２流体供給ラインの一部を構成する。
第１供給ライン７１上に接続点６１が設けられている。第１供給ライン７１には、上流側（処理流体供給源９０側）から順に、フィルタ６４と、コンデンサ６５と、タンク６６と、ポンプ６７とが設けられている。接続点６１は、フィルタ６４よりも上流側に設けられている。
フィルタ６４は、第１供給ライン７１内を流れる気体状態の処理流体を濾過し、処理流体に含まれる異物を取り除く。かかるフィルタ６４で処理流体内の異物を取り除くことにより、超臨界流体を用いたウェハＷの乾燥処理の際に、ウェハＷ表面にパーティクルが発生することを抑制することができる。
コンデンサ６５は、たとえば、図示しない冷却水供給部に接続され、冷却水と気体状態の処理流体とを熱交換させることができる。これにより、コンデンサ６５は、第１供給ライン７１内を流れる気体状態の処理流体を冷却して、液体状態の処理流体を生成する。コンデンサ６５は冷却部の一例である。
タンク６６は、コンデンサ６５で生成された液体状態の処理流体を貯留する。ポンプ６７は、タンク６６に貯留された液体状態の処理流体を、第１供給ライン７１の下流側に送り出す。
供給ユニット１９内において、第２供給ライン７２Ａにバルブ１１５Ａが設けられ、第２供給ライン７２Ｂにバルブ１１５Ｂが設けられ、第２供給ライン７２Ｃにバルブ１１５Ｃが設けられている。バルブ１１５Ａ～１１５Ｃは、処理流体の流れのオン及びオフを調整するバルブであり、開状態では下流側の第２供給ライン７２Ａ～７２Ｃに処理流体を流し、閉状態では下流側の第２供給ライン７２Ａ～７２Ｃに処理流体を流さない。
第２供給ライン７２Ａ上に分岐点６２Ａが設けられ、第２供給ライン７２Ｂ上に分岐点６２Ｂが設けられ、第２供給ライン７２Ｃ上に分岐点６２Ｃが設けられている。分岐点６２Ａは分岐点７７Ａとバルブ１１５Ａとの間に設けられ、分岐点６２Ｂは、分岐点７７Ｂとバルブ１１５Ｂとの間に設けられ、分岐点６２Ｃは、分岐点７７Ｂとバルブ１１５Ｃとの間に設けられている。供給ユニット１９は、分岐点６２Ａに接続された第１分岐ライン７３Ａと、分岐点６２Ｂに接続された第１分岐ライン７３Ｂと、分岐点６２Ｃに接続された第１分岐ライン７３Ｃと、を有する。
供給ユニット１９は、更に、第１分岐ライン７３Ａ～７３Ｃに接続された第２分岐ライン７４を有する。第１分岐ライン７３Ａ～７３Ｃは、第２分岐ライン７４に設けられた複数の接続点７５Ａ、７５Ｂにおいて第２分岐ライン７４に接続されている。具体的には、第１分岐ライン７３Ａは接続点７５Ａにおいて第２分岐ライン７４に接続され、第１分岐ライン７３Ｂ及び７３Ｃは接続点７５Ｂにおいて第２分岐ライン７４に接続されている。第２分岐ライン７４は接続点６１に接続されている。すなわち、第２分岐ライン７４は、第１分岐ライン７３Ａ～７３Ｃと接続点６１とを繋ぐ。なお、第２分岐ライン７４が設けられず、第１分岐ライン７３Ａ～７３Ｃが、それぞれ独立した接続点において、フィルタ６４の上流側で第１供給ライン７１に直接的に接続されてもよい。
第２供給ライン７２Ａには、分岐点７７Ａと分岐点６２Ａとの間に、上流側（分岐点７７Ａ側）から順に、圧力センサ１４１Ａと、第２流量調整部１５０Ａとが設けられている。第２供給ライン７２Ｂには、分岐点７７Ｂと分岐点６２Ｂとの間に、上流側（分岐点７７Ｂ側）から順に、圧力センサ１４１Ｂと、第２流量調整部１５０Ｂとが設けられている。第２供給ライン７２Ｃには、分岐点７７Ｂと分岐点６２Ｃとの間に、上流側（分岐点７７Ｂ側）から順に、圧力センサ１４１Ｃと、第２流量調整部１５０Ｃとが設けられている。第２流量調整部１５０Ａは第１分岐ライン７３Ａを流れる処理流体の流量を調整し、第２流量調整部１５０Ｂは第１分岐ライン７３Ｂを流れる処理流体の流量を調整し、第２流量調整部１５０Ｃは第１分岐ライン７３Ｃを流れる処理流体の流量を調整する。
ここで、第２流量調整部１５０Ａ～１５０Ｃの構成について説明する。図６は、第２流量調整部１５０Ａ及びその周辺の構成例を示す図である。
第２流量調整部１５０Ａは、図６に示すように、オリフィス１２０と、オリフィス１２０に並列に接続されたオリフィス１２１、１２２及び１２３と、オリフィス１２１に直列に接続されたバルブ１１１と、オリフィス１２２に直列に接続されたバルブ１１２と、オリフィス１２３に直列に接続されたバルブ１１３とを有する。
オリフィス１２０～１２３は、第２供給ライン７２Ａを流れる処理流体の流速を低下させ、圧力を調整する役割を果たす。オリフィス１２０～１２３は、下流側の第２供給ライン７２Ａに圧力が調整された処理流体を流通させることができる。オリフィス１２０は第３絞りの一例であり、オリフィス１２１～１２３は第４絞りの一例である。
バルブ１１１～１１３は、処理流体の流れのオン及びオフを調整するバルブであり、開状態では下流側の第２供給ライン７２Ａに処理流体を流し、閉状態では下流側の第２供給ライン７２Ａに処理流体を流さない。バルブ１１１～１１３は第２開閉弁の一例である。
第２流量調整部１５０Ｂ及び１５０Ｃは、第２流量調整部１５０Ａと同様の構成を備える。
ここで、供給ユニット１９の基本的な動作について説明する。
処理流体供給源９０から第１供給ライン７１に供給された気体の処理流体は、フィルタ６４を介してコンデンサ６５に供給され、コンデンサ６５により冷却されて液化する。液化した処理流体はタンク６６に貯蔵される。タンク６６に貯蔵された液体の処理流体は、ポンプ６７により高圧流体とされ、その一部が乾燥ユニット１８Ａ～１８Ｃに供給される。乾燥ユニット１８Ａ～１８Ｃに供給された高圧流体はヒータ６８によって超臨界状態とされて乾燥に用いられる。また、高圧流体の他の一部は第１分岐ライン７３Ａ～７３Ｃに流れ、接続点６１から第１供給ライン７１に戻る。このようにして処理流体が供給ユニット１９内を循環する。
＜供給ユニット及び乾燥ユニットの具体的な動作＞
つづいて、供給ユニット１９及び乾燥ユニット１８の具体的な動作について説明する。
以下、乾燥ユニット１８Ａを用いて実行される乾燥方法（基板処理方法）に基づいて、供給ユニット１９及び乾燥ユニット１８Ａの具体的な動作について説明する。図７～図１３は、供給ユニット１９及び乾燥ユニット１８Ａの具体的な動作を示す図である。図７～図１３には、一例として、乾燥ユニット１８Ａに処理流体が供給される時の供給ユニット１９の具体的な動作を示す。図７～図１３に示す動作の間、ポンプ６７は動作し続ける。図７～図１３に示すように、処理流体供給部８０は、供給ユニット１９と、乾燥ユニット１８内のバルブ２１１、第１流量調整部２５０及びヒータ６８とを含む。
＜待機処理＞
待機処理は、ウェハＷが乾燥ユニット１８Ａに搬送された後で、処理流体の供給を待機する処理である。待機処理では、図７に示すように、バルブ１１１～１１３が開状態とされる。また、バルブ１１４Ａが開状態とされ、バルブ１１５Ａが閉状態とされる。第２供給ライン７２Ａに導かれた処理流体は、オリフィス１２０を経由するとともに、オリフィス１２１～１２３を経由して分岐点６２Ａに到達し、第１分岐ライン７３Ａに流れる。第１分岐ライン７３Ａに導かれた処理流体は、背圧弁１３１Ａ、バルブ１１４Ａ及び第２分岐ライン７４を経由して接続点６１に到達し、更にフィルタ６４及びコンデンサ６５を介してタンク６６に戻る。
この一連の動作の間、制御部７は、圧力センサ１４２Ａからの出力を受信し、第２供給ライン７２Ａのオリフィス１２０よりも下流を流れる処理流体の圧力が予め設定された圧力（例えば１９．０ＭＰａ）となるように背圧弁１３１Ａの設定圧力を調整する。つまり、制御部７は、第１分岐ライン７３Ａに流す処理流体の量を変化させて分岐点６２Ａにおける処理流体の圧力を制御する。
待機処理においては、処理流体供給源９０から処理流体が供給されず、供給ユニット１９内を処理流体が循環する。この時、バルブ１１１～１１３が開状態とされるため、第２流量調整部１５０Ａ内で処理流体は滞留しにくく、滞留に伴うパーティクルの発生を抑制することができる。
＜昇圧処理＞
待機処理後に昇圧処理が行われる。昇圧処理は、本体３１内の圧力を上昇させる処理である。昇圧処理では、まず、第１流量での超臨界状態の処理流体の本体３１内への供給により昇圧が行われ、その後に、第１流量よりも高い第２流量での超臨界状態の処理流体の本体３１への供給により更に昇圧が行われる。つまり、２段階の昇圧が行われる。
第１流量での昇圧では、図８に示すように、バルブ１１１～１１３が閉状態とされる。また、バルブ１１４Ａ及び１１５Ａが開状態とされる。第２供給ライン７２Ａに導かれた処理流体は、３つのオリフィス１２１～１２３を経由することなく１つのオリフィス１２０を経由して分岐点６２Ａに到達する。
分岐点６２Ａに到達した処理流体の一部は、バルブ１１５Ａを通過して乾燥ユニット１８Ａに供給され、他の一部は、分岐点６２Ａから第１分岐ライン７３Ａに流れる。第１分岐ライン７３Ａに導かれた処理流体は、背圧弁１３１Ａ、バルブ１１４Ａ及び第２分岐ライン７４を経由して接続点６１に到達し、更にフィルタ６４及びコンデンサ６５を介してタンク６６に戻る。
この一連の動作の間、制御部７は、圧力センサ１４２Ａからの出力を受信し、第２供給ライン７２Ａのオリフィス１２０よりも下流を流れる処理流体の圧力が予め設定された圧力（例えば７．０ＭＰａ）となるように背圧弁１３１Ａの設定圧力を調整する。つまり、制御部７は、第１分岐ライン７３Ａに流す処理流体の量を変化させて分岐点６２Ａにおける処理流体の圧力を制御する。
また、乾燥ユニット１８Ａでは、バルブ２１１が開状態とされ、バルブ２１２及び２１３が閉状態とされる。従って、乾燥ユニット１８に供給された処理流体は、オリフィス２２２を経由することなく、オリフィス２２１を経由してヒータ６８に到達し、ヒータ６８により加熱されて超臨界状態とされる。そして、超臨界状態の処理流体が第１流量で本体３１に供給される。超臨界状態の処理流体が供給された本体３１内の圧力は０ＭＰａから徐々に上昇する。第１流量での昇圧では、分岐点６２Ａにおける処理流体の圧力が予め設定された圧力に維持されるため、超臨界状態の処理流体の本体３１への供給圧力は一定である。
第１流量での昇圧の間、制御部７は圧力センサ２４２からの出力を受信し、本体３１内の圧力が予め設定された圧力（例えば５．０ＭＰａ）に達すると、第２流量での昇圧に移行する。
第２流量での昇圧では、まず、図９に示すように、バルブ２１２が開状態とされる。他のバルブの状態は、図８に示す状態と同様である。この結果、乾燥ユニット１８Ａに供給された処理流体は、オリフィス２２１だけでなくオリフィス２２２も経由してヒータ６８に到達し、ヒータ６８により加熱されて超臨界状態とされる。従って、本体３１に供給される超臨界状態の処理流体の流量が第２流量に上昇する。
この一連の動作の間、制御部７は、圧力センサ２４２からの出力を受信し、本体３１内の圧力が予め定められた変化で徐々に上昇するように、背圧弁１３１Ａの設定圧力を調整する。つまり、制御部７は、第１分岐ライン７３Ａに流す処理流体の量を変化させて分岐点６２Ａにおける処理流体の圧力を制御する。分岐点６２Ａにおける処理流体の圧力が徐々に上昇するため、超臨界状態の処理流体の本体３１への供給圧力も徐々に上昇する。
第２流量での昇圧では、分岐点６２Ａにおける処理流体の圧力が上昇するに連れて、オリフィス１２０の上流側と下流側との間の差圧が小さくなる。そこで、制御部７は、分岐点６２Ａにおける処理流体の圧力が予め設定された圧力（例えば１１．０ＭＰａ）に達すると、図１０に示すように、バルブ１１１を開状態とする。他のバルブの状態は、図９に示す状態と同様である。この結果、オリフィス１２０の上流側と下流側との間の差圧が小さくなっても、第１分岐ライン７３Ａ及び第２分岐ライン７４に処理流体を流し続けることができる。この期間において、本体３１内の圧力は、例えば５．０ＭＰａから１３．０ＭＰａへと上昇する。
制御部７は、分岐点６２Ａにおける処理流体の圧力がより高い予め設定された圧力（例えば１４．５ＭＰａ）に達すると、図１１に示すように、バルブ１１２も開状態とする。他のバルブの状態は、図１０に示す状態と同様である。この結果、オリフィス１２０の上流側と下流側との間の差圧が更に小さくなっても、第１分岐ライン７３Ａ及び第２分岐ライン７４に処理流体を流し続けることができる。この期間において、本体３１内の圧力は、例えば１３．０ＭＰａから１５．０ＭＰａへと上昇する。
制御部７は、分岐点６２Ａにおける処理流体の圧力が更に高い予め設定された圧力（例えば１７．０ＭＰａ）に達すると、図１２に示すように、バルブ１１３も開状態とする。他のバルブの状態は、図１１に示す状態と同様である。この結果、オリフィス１２０の上流側と下流側との間の差圧が更に小さくなっても、第１分岐ライン７３Ａ及び第２分岐ライン７４に処理流体を流し続けることができる。この期間において、本体３１内の圧力は、例えば１５．０ＭＰａから１６．０ＭＰａへと上昇する。
このようにして昇圧処理が行われる。
＜流通処理＞
昇圧処理後に流通処理が行われる。流通処理は、本体３１内に搬送されているウェハＷ上のＩＰＡ液体の液膜を、超臨界状態の処理流体を用いて乾燥させる処理である。流通処理では、図１３に示すように、バルブ１１１～１１３が開状態とされる。また、バルブ１１４Ａ及び１１５Ａが開状態とされる。第２供給ライン７２Ａに導かれた処理流体は、４つのオリフィス１２０～１２３を経由して分岐点６２Ａに到達する。
分岐点６２Ａに到達した処理流体の一部は、バルブ１１５Ａを通過して乾燥ユニット１８Ａに供給され、他の一部は、分岐点６２Ａから第１分岐ライン７３Ａに流れる。第１分岐ライン７３Ａに導かれた処理流体は、背圧弁１３１Ａ、バルブ１１４Ａ及び第２分岐ライン７４を経由して接続点６１に到達し、更にフィルタ６４及びコンデンサ６５を介してタンク６６に戻る。
また、乾燥ユニット１８Ａでは、バルブ２１１～２１３が開状態とされる。従って、処理流体は第２供給ライン７２Ａに流れ、供給ポート３５から本体３１内に供給される。また、処理流体は、本体３１の排出ポート３７から排出ライン７６を流れ、バルブ２１３、流量計２５１及び背圧弁２３１を通じて外部に排出される。
この一連の動作の間、制御部７は、圧力センサ２４２からの出力を受信し、本体３１内の圧力が流通処理時の設定圧力に維持されるように背圧弁１３１Ａの設定圧力を調整する。また、制御部７は、流量計２５１の出力を受信し、排出ライン７６を流れる処理流体の流量が所定の流量となるように背圧弁２３１の設定圧力を調整する。
＜排出処理＞
流通処理後に排出処理が行われる。排出処理は、本体３１から処理流体を排出する処理である。排出処理では、バルブ１１５Ａ、２１１が閉状態とされる。他のバルブの状態は、図１３に示す状態と同様である。排出処理により本体３１内の圧力が処理流体の臨界圧力より低くなると、超臨界状態の処理流体は気化し、パターンの凹部内から離脱する。これにより、１枚のウェハＷに対する乾燥処理が終了する。
乾燥ユニット１８Ｂ、１８Ｃに処理流体が供給される場合、乾燥ユニット１８Ａに処理流体が供給される場合と同様に、バルブ１１１～１１３及び２１２等の制御が行われる。
このように、第１流量調整部２５０を備えた基板処理装置１では、昇圧処理の際に本体３１内に供給する超臨界状態の処理流体の流量を調整することができる。例えば、小さい第１流量で処理流体を供給し、その後に大きな第２流量で処理流体を供給することができる。本体３１内に搬入されたウェハＷの表面には微細なパターンが形成されていることがあり、その場合に、大きな流量で処理流体を供給するとパターンの倒壊が生じるおそれがある。これに対し、第２流量での供給の前に第１流量での供給を行うことで、パターンの倒壊を抑制しながら、パターンの間に超臨界状態の処理流体を行き渡らせ、第２流量での供給時においてもパターンの倒壊を抑制することができる。更に、第１流量よりも大きな第２流量で処理流体を供給することができるため、パターン間に超臨界状態の処理流体が行き渡った後には、第２流量で処理流体を供給することで昇圧に要する時間を短縮することができる。
また、基板処理装置１では、ヒータ６８が第１流量調整部２５０よりも下流側（本体３１側）に設けられている。このため、本体３１内に供給される時の超臨界状態の処理流体の温度を安定させやすい。特に、複数の乾燥ユニット１８Ａ～１８Ｃの間で優れた温度の均一性を得ることができる。
また、供給ユニット１９に第２流量調整部１５０Ａ～１５０Ｃが設けられているため、第１分岐ライン７３Ａ～７３Ｃを通じて循環する処理流体の流量（循環流量）を安定させることができる。例えば、第１流量での昇圧時においては、本体３１内の圧力が低く、分岐点６２Ａにおける処理流体の圧力も低くするため、オリフィス１２０の上流側と下流側との間の差圧が大きくなる。この場合でも、本実施形態では、バルブ１１１～１１３を閉状態とすることで、循環流量を小さくし、ポンプ６７の負荷を抑えることができる。また、第２流量での昇圧時においては、オリフィス１２０の上流側と下流側との間の差圧に応じてバルブ１１１～１１３を適宜開状態とすることで、第１分岐ライン７３Ａ及び第２分岐ライン７４に処理流体を流し続けることができる。
なお、第１流量での昇圧から第２流量での昇圧への移行のトリガは圧力センサ２４２の出力に限定されず、例えば、第１流量での昇圧の経過時間をトリガとしてもよい。
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、乾燥処理に用いられる処理流体はＣＯ２以外の流体（例えばフッ素系の流体）であってもよく、基板に液盛りされた乾燥防止用の液体を超臨界状態で除去可能な任意の流体を処理流体として用いることができる。また乾燥防止用の液体もＩＰＡには限定されず、乾燥防止用液体として使用可能な任意の液体を使用することができる。処理対象の基板は、上述した半導体ウェハＷに限定されるものではなく、ＬＣＤ用ガラス基板、セラミック基板等の他の基板であってもよい。
１ 基板処理装置
６ 制御装置
７ 制御部
８ 記憶部
１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 乾燥ユニット
１９ 供給ユニット
３１ 本体
６１、７５Ａ、７５Ｂ 接続点
６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、７７Ａ、７７Ｂ 分岐点
６４ フィルタ
６５ コンデンサ
６６ タンク
６７ ポンプ
６８ ヒータ
７１ 第１供給ライン
７２、７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ 第２供給ライン
７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ 第１分岐ライン
７４ 第２分岐ライン
８０ 処理流体供給部
９０ 処理流体供給源
１２０、１２１、１２２、１２３、２２１、２２２ オリフィス
１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃ、２３１ 背圧弁
１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃ、１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃ、２４２ 圧力センサ
１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ 第２流量調整部
２５０ 第１流量調整部
２５１ 流量計
Ｗ ウェハ

Claims (11)

  1. 液体により表面が濡れた状態の基板を収容可能な処理空間を有する処理容器と、
    前記液体に向けて超臨界状態の処理流体を前記処理容器に供給する処理流体供給部と、
    を備え、
    前記処理流体供給部は、
    一方が流体供給源に接続され、他方が前記処理容器に接続される流体供給ラインと、
    前記流体供給ラインに介設され、気体状態の前記処理流体を冷却して液体状態の前記処理流体を生成する冷却部と、
    前記流体供給ラインに介設され、前記冷却部の下流側に設けられるポンプと、
    前記流体供給ラインに介設され、前記ポンプの下流側に設けられ、液体状態の前記処理流体を加熱して超臨界状態の前記処理流体を生成する加熱部と、
    前記流体供給ラインに介設され、前記ポンプと前記加熱部との間に設けられ、前記処理容器に供給される前記処理流体の供給流量を調整する第１流量調整部と、
    前記第１流量調整部を制御する制御部と、
    を有する、基板処理装置。
  2. 前記制御部は、前記供給流量を第１流量として前記処理容器内を昇圧し、その後に、前記供給流量を前記第１流量よりも高い第２流量として前記処理容器内を更に昇圧する、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、前記処理容器内の圧力が第１圧力に到達するまでは前記供給流量を前記第１流量とし、前記処理容器内の圧力が前記第１圧力に到達すると、前記供給流量を前記第２流量とする、請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記第１流量調整部は、
    互いに並列に接続されて前記流体供給ラインに介設された第１絞り及び第２絞りと、
    前記第２絞りに直列に接続された第１開閉弁と、
    を有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  5. 前記ポンプと前記加熱部との間において、前記処理流体は気体状態又は液体状態である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  6. 前記流体供給ライン上で前記ポンプと前記第１流量調整部との間に設けられた分岐点と、
    前記流体供給ライン上で前記冷却部よりも上流側に設けられた接続点と、
    前記分岐点と前記接続点とを繋ぐ分岐ラインと、
    前記流体供給ラインに介設され、前記分岐ラインを流れる前記処理流体の流量を調整する第２流量調整部と、
    を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  7. 前記第２流量調整部は、
    互いに並列に接続されて前記流体供給ラインに介設された第３絞り及び第４絞りと、
    前記第４絞りに直列に接続された第２開閉弁と、
    を有する、請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 前記制御部は、前記第３絞りの上流側と下流側との間の差圧に応じて前記第２開閉弁を制御する、請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記第４絞り及び前記第２開閉弁は、前記第２流量調整部に複数組設けられている、請求項７又は８に記載の基板処理装置。
  10. 前記処理容器を複数有し、
    前記流体供給ラインは、
    前記冷却部及び前記ポンプが介設された第１流体供給ラインと、
    それぞれが前記第１流体供給ラインと複数の前記処理容器の各々との間に接続された複数の第２流体供給ラインと、
    を有し、
    前記加熱部及び前記第１流量調整部は、複数の前記第２流体供給ライン毎に介設されている、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  11. 基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
    前記基板処理装置は、
    液体により表面が濡れた状態の基板を収容可能な処理空間を有する処理容器と、
    前記液体に向けて超臨界状態の処理流体を前記処理容器に供給する処理流体供給部と、
    を備え、
    前記処理流体供給部は、
    一方が流体供給源に接続され、他方が前記処理容器に接続される流体供給ラインと、
    前記流体供給ラインに介設され、気体状態の前記処理流体を冷却して液体状態の前記処理流体を生成する冷却部と、
    前記流体供給ラインに介設され、前記冷却部の下流側に設けられるポンプと、
    前記流体供給ラインに介設され、前記ポンプの下流側に設けられ、液体状態の前記処理流体を加熱して超臨界状態の前記処理流体を生成する加熱部と、
    前記流体供給ラインに介設され、前記ポンプと前記加熱部との間に設けられ、前記処理容器に供給される前記処理流体の供給流量を調整する第１流量調整部と、
    を有し、
    前記第１流量調整部を制御して前記供給流量を第１流量として前記処理容器内を昇圧する工程と、
    その後に、前記第１流量調整部を制御して前記供給流量を前記第１流量よりも高い第２流量として前記処理容器内を更に昇圧する工程と、
    を有する、基板処理方法。
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