JP2023043987A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数枚の基板を短時間で処理することを可能としながらも、乾燥に伴う不具合を防止することの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１０は、複数枚の基板ＷＦを同時に洗浄するバッチ式洗浄ユニット１３と、バッチ式洗浄ユニット１３で洗浄された複数枚の基板ＷＦを保持する保持部５００と、保持部５００から基板ＷＦを一枚ずつ取り出して乾燥させる枚葉式搬送ユニット１５及び乾燥ユニット１６と、を備える。保持部５００は、保持しているそれぞれの基板ＷＦの面Ｓ１を、リンス液２２１で濡れている状態に維持する蒸気圧調整装置５２２を有している。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
例えばＮＡＮＤ型フラッシュメモリのような半導体装置の製造工程においては、基板処理装置によって基板の洗浄及び乾燥が行われる。洗浄等の対象となる基板は、例えば、シリコンウェハの表面に成膜等の処理が施されたものである。
特開平４－２５９２２２号公報 特開２０１０－１８２８１７号公報
本発明の実施形態によれば、複数枚の基板を短時間で処理することを可能としながらも、乾燥に伴う不具合を防止することのできる基板処理装置、及び基板処理方法が提供される。
実施形態に係る基板処理装置は、複数枚の基板を同時に洗浄するバッチ式洗浄部と、バッチ式洗浄部で洗浄された複数枚の基板を保持する保持部と、保持部から基板を一枚ずつ取り出して乾燥させる枚葉式乾燥部と、を備える。保持部は、保持しているそれぞれの基板の第１面を、液体で濡れている状態に維持する維持機構を有している。
図１は、本実施形態に係る基板処理装置の全体構成を上面視で模式的に示す図である。 図２は、乾燥に伴う不具合の例について説明するための図である。 図３は、乾燥に伴う不具合の例について説明するための図である。 図４は、バッチ式洗浄ユニットの構成を示す図である。 図５は、バッチ式洗浄ユニットの一部であるリフターの構成を示す図である。 図６は、基板を搬送する搬送機構の構成を示す図である。 図７は、基板を搬送する搬送機構の構成を示す図である。 図８は、基板を搬送する搬送機構の構成を示す図である。 図９は、基板を搬送する搬送機構の構成を示す図である。 図１０は、基板を搬送する搬送機構の構成を示す図である。 図１１は、基板を搬送する搬送機構の構成を示す図である。 図１２は、受け渡しユニットの一部である保持部の構成を示す図である。 図１３は、受け渡しユニットの一部である保持部の構成を示す図である。 図１４は、枚葉式搬送ユニットの構成を示す図である。 図１５は、乾燥ユニットの一部である超臨界装置の構成を示す図である。 図１６は、保持部の制御装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図１７は、蒸気圧調整装置の構成を示す図である。 図１８は、蒸気圧調整装置の他の構成例を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
本実施形態に係る基板処理装置１０の構成について説明する。基板処理装置１０は、例えば、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリである半導体記憶装置の製造工程において用いられるものであって、基板ＷＦの洗浄及び乾燥を行うための装置として構成されている。基板ＷＦは、例えば円板形状のシリコンウェハであって、その一方側の表面に図２で示されるようなパターンが予め形成されたものである。尚、基板処理装置１０が処理の対象とする基板は、シリコンウェハ以外の基板であってもよい。また、基板処理装置１０は、半導体記憶装置以外の装置の製造工程において用いられるものであってもよい。
図１に示されるように、基板処理装置１０は、ロードポート１１と、バッチ式搬送ユニット１２と、バッチ式洗浄ユニット１３と、受け渡しユニット１４と、枚葉式搬送ユニット１５と、乾燥ユニット１６と、ロードポート１７と、を備えている。
ロードポート１１は、基板処理装置１０の処理対象である基板ＷＦを外部から受け入れる部分である。基板ＷＦは、例えば、フープと称される密閉容器に複数枚収容された状態で、ロードポート１１に設置される。
バッチ式搬送ユニット１２は、ロードポート１１に設置されたフープから複数枚の基板ＷＦを取り出して、次に述べるバッチ式洗浄ユニット１３へと搬送するための装置である。それぞれの基板ＷＦは、その主面に対し垂直な方向に沿って並んでおり、且つ互いに離間したままの状態で、バッチ式搬送ユニット１２によって保持されながらバッチ式洗浄ユニット１３へと搬送される。
バッチ式洗浄ユニット１３は、基板ＷＦの洗浄を行うための装置である。バッチ式洗浄ユニット１３では、例えばリン酸を含む薬液に複数枚の基板ＷＦが同時に浸漬され、これにより洗浄処理が行われる。また、バッチ式洗浄ユニット１３では、例えば純水等のリンス液に数枚の基板ＷＦが同時に浸漬され、これによりリンス処理が行われる。バッチ式洗浄ユニット１３は、本実施形態における「バッチ式洗浄部」に該当する。バッチ式洗浄ユニット１３の具体的な構成については後に説明する。
受け渡しユニット１４は、バッチ式洗浄ユニット１３において洗浄が行われた基板ＷＦを、後段の枚葉式搬送ユニット１５へと受け渡すための装置である。受け渡しユニット１４では、洗浄が行われた後の複数枚の基板ＷＦを、後述の保持部５００（図１２を参照）によって一時的に保持する。これにより、枚葉式搬送ユニット１５が、保持部５００から基板ＷＦを１枚ずつ取り出すことが可能となる。受け渡しユニット１４の具体的な構成については後に説明する。
枚葉式搬送ユニット１５は、受け渡しユニット１４の保持部５００から基板ＷＦを１枚ずつ取り出して、乾燥ユニット１６へと搬送するための装置である。乾燥ユニット１６は、枚葉式搬送ユニット１５により搬送された基板ＷＦを受け入れて、基板ＷＦを乾燥させるための装置である。乾燥ユニット１６は、基板ＷＦを「超臨界乾燥」と称される方法で１枚ずつ乾燥させる。乾燥ユニット１６は、枚葉式搬送ユニット１５の周りに複数台設けられる。図１の例においては乾燥ユニット１６が４台設けられているが、乾燥ユニット１６の数はこれとは異なっていてもよい。枚葉式搬送ユニット１５及び複数台の乾燥ユニット１６の全体は、保持部５００から基板ＷＦを一枚ずつ取り出して乾燥させるものであり、本実施形態における「枚葉式乾燥部」に該当する。枚葉式搬送ユニット１５及び乾燥ユニット１６の具体的な構成については後に説明する。
乾燥ユニット１６によって乾燥処理が行われた後の基板ＷＦは、枚葉式搬送ユニット１５によって乾燥ユニット１６から取り出され、ロードポート１７へと搬送される。ロードポート１７は、基板処理装置１０で処理が行われた後の複数の基板ＷＦを、外部へと搬出するための部分である。ロードポート１７には、予め空のフープが設置されている。乾燥後の基板ＷＦは、枚葉式搬送ユニット１５によって当該フープの内部へと搬送され収容される。基板ＷＦは、フープに収容された状態でロードポート１７から取り外されて、後の工程の装置へと搬送される。
以上のように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、基板ＷＦの洗浄についてはバッチ式で行う一方で、基板ＷＦの乾燥については枚葉式で行うように構成されている。複数枚の基板ＷＦを短時間で処理するという観点からは、基板ＷＦの洗浄及び乾燥の両方をバッチ式で行った方がよいようにも思われる。しかしながら、基板ＷＦの乾燥をバッチ式で行った場合には、乾燥に伴う不具合が生じてしまう可能性がある。
その理由について説明する。図２には、処理対象である基板ＷＦの断面の一例が模式的に示されている。図２の基板ＷＦは、半導体記憶装置が製造される途中の状態である。基板ＷＦの表面には、複数の絶縁層８１０と、これら絶縁層８１０を貫くメモリピラー７００と、が形成されている。
メモリピラー７００は略円柱形状の柱状体であり、上下方向に沿って伸びている。メモリピラー７００は、半導体柱７１０と、積層膜７２０と、を有している。半導体柱７１０は、例えばポリシリコンにより形成されており、メモリピラー７００のうち中央部分に設けられている。半導体柱７１０の内部には絶縁体が設けられていてもよい。
積層膜７２０は、半導体柱７１０の側面を全周に亘り覆っており、複数の膜を積層することにより形成されている。これら複数の膜には、不図示のブロック絶縁膜やチャージトラップ膜、トンネル膜等が含まれる。
絶縁層８１０は、例えば酸化シリコンのような絶縁体により形成された膜であり、互いに間隔を空けて上下方向に沿って並ぶように複数設けられている。互いに隣り合う絶縁層８１０の間に形成されている隙間８１１は、後の工程において、例えばタングステンのような導電体が埋め込まれる部分である。この導電体が、メモリセルのゲートに対して電圧を印加するためのワード線として用いられる。メモリピラー７００のうち、当該導電体と交差する部分のそれぞれがメモリセルとして機能する。
隙間８１１は、予め絶縁層８１０と犠牲層とを交互に複数積層した後に、得られた積層体に対して図２に示されるスリットＳＴを形成し、スリットＳＴを介したウェットエッチングで犠牲層を除去することにより形成されたものである。犠牲層としては、例えば窒化シリコンが用いられる。
本実施形態では、上記のようにウェットエッチングによって犠牲層が除去された後であり、形成された隙間８１１に導電体が埋め込まれるよりも前の状態、すなわち図２に示される状態の基板ＷＦが、基板処理装置１０による処理の対象とされる。尚、基板処理装置１０による処理の対象とされるのは、図２に示されるものとは異なる状態の基板ＷＲであってもよい。絶縁層８１０等を含む基板ＷＦ全体の表面のうち、絶縁層８１０等が形成されている方の表面のことを、以下では「面Ｓ１」とも称する。面Ｓ１は、本実施形態における「第１面」に該当する。
図３（Ａ）には、図２の一部が拡大して示されている。上記のように、基板処理装置１０による処理が行われる際には、基板ＷＦにおいては、複数の絶縁層８１０が隙間８１１を空けて並ぶように設けられている。このため、バッチ式洗浄ユニット１３によって基板ＷＦの洗浄が行われた直後においては、洗浄に用いられた液体（例えばリンス液である純水）が隙間８１１に入り込んだ状態となっている。
この状態から、隙間８１１にある液体が例えば蒸発等によって徐々に減少して行くと、液体の表面張力により、一部の隙間８１１を小さくするような力が絶縁層８１０に加えられることがある。その結果、図３（Ｂ）に示されるように、パターンを形成する絶縁層８１０の一部が変形して倒れ込んでしまい、隣にある他の絶縁層８１０と接触してしまう可能性がある。このようなパターンの倒壊は、半導体記憶装置の正常な動作を妨げるものであるから、好ましくない。仮に、複数の基板ＷＦを一度に乾燥させる場合、すなわちバッチ式の乾燥を行う場合には、枚葉式の乾燥を行う場合に比べて、それぞれの基板ＷＦにおける液体の減少速度が低くなるので、上記のようなパターンの倒壊が生じやすくなってしまう。
図２に示されるように、下方の基板ＷＦに近づく程、スリットＳＴの幅は次第に小さくなる傾向がある。このため、下方の基板ＷＦに近づく程、隙間８１１の左右方向に沿った長さは長くなり、図３（Ｂ）に示されるようなパターンの倒壊が上方側に比べて生じやすくなってしまう。
絶縁層８１０の積層数が大きくなると、基板ＷＦに近い位置における隙間８１１の左右方向に沿った長さは更に長くなるので、パターンの倒壊が更に生じやすくなる。このため、基板ＲＦに形成されるパターンの微細化や高積層化が進んだ場合には、基板ＲＦの乾燥をバッチ式で行うことは更に難しくなっていくものと予想される。
そこで、本実施形態に係る基板処理装置１０では、基板ＷＦの洗浄についてはバッチ式で行うことで、複数枚の基板ＷＦを短時間で処理することを可能としながらも、基板ＷＦの乾燥については枚葉式で行うことで、乾燥に伴う上記のような不具合を防止することとしている。
基板処理装置１０の各部の具体的な構成について説明する。先ず、バッチ式洗浄ユニット１３の構成について説明する。バッチ式洗浄ユニット１３は、図４に示される洗浄槽２１０とリンス槽２２０とを有している。洗浄槽２１０には、例えばリン酸を主成分とする薬液２１１が貯えられている。リンス槽２２０には、例えば超純水のようなリンス液２２１が貯えられている。
バッチ式搬送ユニット１２によってバッチ式洗浄ユニット１３へと搬送された複数の基板ＷＦは、リフター２３０によって保持された状態で、先ず洗浄槽２１０の内部へと搬送され、薬液２１１に浸漬される。
図５に示されるように、リフター２３０は、板状体２３１と、棒状体２４０と、を有している。板状体２３１は概ね平板状の部材であり、その法線方向を水平方向に向けた状態で設けられている。板状体２３１は、不図示の駆動装置からの力によって、上下方向や水平方向に移動する。
棒状体２４０は、板状体２３１の法線方向に沿って伸びるように設けられた棒状の部材である。棒状体２４０は計３本設けられており、それぞれの棒状体２４０の一方側の端部が板状体２３１に接合されている。それぞれの棒状体２４０の他方側の端部は、補強板２３３に接合されている。棒状体２４０は、それぞれの基板ＷＦを下方側から支持するための部材である。それぞれの棒状体２４０には、その長手方向に沿って並ぶ複数の溝２４１が形成されている。それぞれの基板ＷＦは溝２４１に入り込んだ状態で保持される。
図４に示されるように、基板ＷＦは、板状体２３１と平行となるように立てられた状態で、３本の棒状体２４０により下方側から支持される。基板ＷＦは、図４における紙面奥行き方向に複数並んだ状態で支持されている。
複数の基板ＷＦは、リフター２３０によって支持された状態のまま薬液２１１に浸漬され、同時に洗浄される。具体的には、基板ＷＦ上に残留する窒化シリコンの膜がリン酸によって除去される。尚、洗浄槽２１０による基板ＷＦの洗浄は、他の薬液を用いて他の目的のために行われてもよい。
洗浄槽２１０における基板ＷＦの洗浄が完了すると、リフター２３０が上方側へと移動し、複数の基板ＷＦが薬液２１１から引き出される。その後、リフター２３０が図４の右側へと移動し、リンス槽２２０の直上に到達した後に下降する。これにより、複数の基板ＷＦは、リフター２３０によって引き続き支持された状態のまま、リンス槽２２０内のリンス液２２１に浸漬される。
基板ＷＦがリンス液２２１に浸漬されることで、基板ＷＦの面Ｓ１等に付着していた薬液２１１はリンス液２２１に置換される。尚、リンス液２２１としては、超純水以外の液体が用いられてもよい。また、薬液２１１から引き出された後の基板ＷＦが、リンス液２２１に浸漬されるよりも前に、アルカリ洗浄槽に浸漬され洗浄されることとしてもよい。
リンス槽２２０における基板ＷＦのリンス処理が完了すると、リフター２３０が上方側へと移動し、複数の基板ＷＦがリンス液２２１から引き出される。これにより、バッチ式洗浄ユニット１３による基板ＷＦの洗浄が完了した状態となる。このとき、それぞれの基板ＷＦは、面Ｓ１を含む表面の全体がリンス液２２１で濡れた状態となっている。
続いて、受け渡しユニット１４の構成について説明する。受け渡しユニット１４には、洗浄が完了した状態の基板ＷＦを搬送するための搬送機構が複数設けられている。図６に示される搬送部材２５０は、受け渡しユニット１４に設けられた搬送機構の１つであって、リフター２３０から基板ＷＦを取り出して移動させるための部材である。尚、搬送機構は、上記のように受け渡しユニット１４の一部ではあるが、その一部がバッチ式洗浄ユニット１３の内部に入り込んで動作することも可能となっている。
搬送部材２５０は略平板状の部材であって、計２つ設けられている。一対の搬送部材２５０は、図６に示されるように、リフター２３０で支持されている複数の基板ＷＦを左右両側から挟み込む。図７に示されるように、それぞれの搬送部材２５０のうち基板ＷＦ側の面には、上下方向に沿って伸びる溝２５１が複数形成されている。複数の溝２５１が並んでいる方向は、リフター２３０において基板ＷＦが並んでいる方向と同じである。また、互いに隣り合う溝２５１同士の間隔は、リフター２３０において互いに隣り合う基板ＷＦ同士の間隔と同じである。
図６に示されるように、一対の搬送部材２５０は、それぞれの下端部同士を互いに近づけるように傾斜した状態となりながら、複数の基板ＷＦを左右両側から挟み込む。それぞれの基板ＷＦは、その一部が搬送部材２５０の溝２５１に入り込んだ状態となり、搬送部材２５０によって下方側から支持される。その後、一対の搬送部材２５０が図６の状態のまま移動することで、リフター２３０から基板ＷＦが取り出される。その後、複数の基板ＷＦは、搬送部材２５０から図８の回転機構３００へと引き渡される。回転機構３００は、搬送部材２５０と共に、受け渡しユニット１４が備える搬送機構の一部となっている。
図８に示されるように、回転機構３００は、１つの第１保持部材３１０と、２つの第２保持部材３２０と、を有している。これらはいずれも板状の部材であって、複数の基板ＷＦのそれぞれを３か所から支持するものである。第１保持部材３１０には、基板ＷＦが入り込む溝３１１が複数形成されている。第２保持部材３２０にも、基板ＷＦが入り込む溝３２１が複数形成されている。図８の状態、すなわち、搬送部材２５０から回転機構３００へと基板ＷＦが引き渡された直後の状態においては、第１保持部材３１０が基板ＷＦを下方側から支持しており、一対の第２保持部材３２０のそれぞれが基板ＷＦを側方側から挟み込んで支持している。尚、図６に示される搬送部材２５０が、そのまま第２保持部材３２０として動作するような態様であってもよい。
回転機構３００は、第１保持部材３１０及び第２保持部材３２０の全体が、図８に示される回転軸ＡＸ１の周りにおいて、矢印ＡＲ１の方向に９０度回転することができるように構成されている。図９には、このような回転が行われた後の状態が示されている。図９の状態においては、複数の基板ＷＦは、その主面の法線方向を上下方向に沿わせた状態で、上下方向に等間隔で並んでいる状態となる。このとき、それぞれの基板ＷＦの面Ｓ１が上面側とされる。
基板ＷＦは、図９の状態となる前にリンス液２２１に浸漬されていたので、面Ｓ１を含む表面の全体がリンス液２２１で濡れた状態となっている。図９の状態においては、上方側の面Ｓ１が水平となるので、面Ｓ１の上にあるリンス液２２１は、重力により落下することなく、そのまま面Ｓ１の上に残留する。このように、本実施形態では、リンス液２２１から引き揚げられた基板ＷＦのそれぞれを短時間のうちに回転させ、面Ｓ１を水平とすることで、面Ｓ１の全体がリンス液２２１で濡れている状態を維持することとしている。これにより、面Ｓ１の一部においてリンス液２２１が乾燥し、図３（Ｂ）に示されるようなパターンの倒壊が生じてしまうような事態が防止される。
続いて、図１０及び図１１に示される搬送部材４００により、複数の基板ＷＦが回転機構３００から取り出される。搬送部材４００は、搬送部材２５０や回転機構３００と共に、受け渡しユニット１４が備える搬送機構の一部となっている。図１０には、複数の基板ＷＦを保持している搬送部材４００を水平方向に沿って見た状態が示されている。図１１には、複数の基板ＷＦを保持している搬送部材４００を鉛直方向に沿って上方側から見た状態が示されている。
搬送部材４００は、垂直軸４１０と、水平アーム４２０と、を有している。垂直軸４１０は棒状の部材である。垂直軸４１０は、その長手方向を鉛直方向に沿わせたままの状態で、不図示の駆動機構により移動することが可能となっている。水平アーム４２０は、垂直軸４１０に接続された板状の部材であって、垂直軸４１０の長手方向に沿って並ぶように複数設けられている。互いに隣り合う水平アーム４２０同士の間隔は、回転機構３００に保持されているときにおいて互いに隣り合う基板ＷＦ同士の間隔と同じである。
図１０に示されるように、搬送部材４００によって回転機構３００から取り出された複数の基板ＷＦは、回転機構３００で保持されているときと同様に、基板ＷＦの面Ｓ１を上面側に向けた状態とされている。また、基板ＷＦの面Ｓ１の全体がリンス液２２１で濡れている状態となっている。それぞれの基板ＷＦは、面Ｓ１の全体がリンス液２２１で濡れている状態を維持しながら、搬送部材４００によって保持部５００の内側へと搬送される。
保持部５００は、受け渡しユニット１４の一部として設けられた略直方体状の容器である。図１２には、保持部５００の構成が模式的に示されている。保持部５００は、天板５１１と、底板５１２と、側板５１３と、入口シャッター５１４と、出口シャッター５１５と、を備えている。
天板５１１は、水平面に沿って配置された略矩形の板状部材であって、保持部５００のうち上方側部分に配置されている。また、底板５１２は、水平面に沿って配置された略矩形の板状部材であって、保持部５００のうち下方側部分に配置されている。側板５１３は、天板５１１と底板５１２との間を繋ぐように配置された略矩形の板状部材であって、図１２における紙面奥側及び紙面手前側の両方に配置されている。
天板５１１、底板５１２、及び一対の側板５１３は、上記のように配置されることにより全体で筒状となっており、図１２の左側及び右側の両方には開口が形成されている。このうち、図１２の左側に形成された開口は、保持部５００の内側に基板ＷＦを搬入するための入口５０１となっている。図１２の右側に形成された開口は、保持部５００の内側から基板ＷＦを搬出するための出口５０２となっている。通常時においては、入口５０１は入口シャッター５１４で塞がれており、出口５０２は出口シャッター５１５で塞がれている。入口シャッター５１４及び出口シャッター５１５は、いずれも略矩形の板状部材であって、不図示の駆動機構によって上下方向にスライドすることができる。入口シャッター５１４及び出口シャッター５１５のそれぞれの動作は、後述の制御装置５２３によって個別に制御される。
互いに対向するそれぞれの側板５１３の内面には、複数の支持突起５１６が上下方向に並ぶよう設けられている。図１３に示されるように、支持突起５１６は、それぞれの側板５１３から内側に向かって突出するように形成されている。支持突起５１６は、基板ＷＦを下方側から支持するものである。上下方向に互いに隣り合う支持突起５１６同士の間隔は、同方向に互いに隣り合う水平アーム４２０同士の間隔と同じである。
保持部５００の内側に形成された空間ＳＰ１には、搬送部材４００によって複数の基板ＷＦが同時に搬入される。このとき、入口シャッター５１４が予め上方側にスライドすることで、入口５０１が開放される。続いて、図１０のように複数の基板ＷＦを保持した状態の搬送部材４００が、入口５０１から空間ＳＰへと挿入され、それぞれの基板ＷＦが支持突起５１６の上に設置される。その後、搬送部材４００が外部へと移動し、入口シャッター５１４により入口５０１が閉じられる。尚、搬送部材４００による基板ＷＦの搬入は、一度に行われてもよく、複数回に分けて行われてもよい。
枚葉式搬送ユニット１５によって保持部５００から基板ＷＦが取り出される際には、出口シャッター５１５が予め上方側にスライドすることで、出口５０２が開放される。基板ＷＦの取り出しが完了すると、出口シャッター５１５が下方側にスライドして出口５０２が閉じられる。基板ＷＦの取り出しは１枚ずつ行われるのであるが、その度に、上記のような出口シャッター５１５の開閉動作が行われる。
枚葉式搬送ユニット１５の構成について説明する。枚葉式搬送ユニット１５には、図１４に示される搬送部材４０１が設けられている。搬送部材４０１は、垂直軸４１１と、水平アーム４２１と、を有している。垂直軸４１１は棒状の部材である。垂直軸４１１は、その長手方向を鉛直方向に沿わせたままの状態で、不図示の駆動機構により移動することが可能となっている。水平アーム４２１は、垂直軸４１０に接続された板状の部材であって、搬送部材４０１において１つだけ設けられている。水平アーム４２１の形状は、図１１に示される水平アーム４２０の形状と同じである。
枚葉式搬送ユニット１５の搬送部材４０１によって保持部５００から基板ＷＦが取り出される際には、先に述べたように、保持部５００の出口シャッター５１５が上方側にスライドし、出口５０２が開放される。続いて、搬送部材４０１が出口５０２から空間ＳＰへと挿入され、１枚の基板ＷＦが支持突起５１６から水平アーム４２１により引き上げられる。搬送部材４０１が、図１４のように基板ＷＦを保持した状態のまま保持部５００の外へと移動した後、出口シャッター５１５により出口５０２が閉じられる。
乾燥ユニット１６の構成について説明する。先に述べたように、乾燥ユニット１６は、基板ＷＦを「超臨界乾燥」と称される方法で１枚ずつ乾燥させる。超臨界乾燥では、基板ＷＦの面Ｓ１を覆っていたリンス液２２１が、例えばＩＰＡのような水溶性有機溶媒によって予め置換された後、水溶性有機溶媒が加熱されて超臨界状態となる。尚、リンス液２２１からＩＰＡへの置換は、不図示の槽に貯えられたＩＰＡに基板ＷＦを浸漬させることによって行われるのであるが、これとは別の公知の方法が用いられてもよい。
その後、基板ＷＦは、面Ｓ１の全体がＩＰＡで濡れている状態のまま、搬送部材４０１によって、超臨界装置６００が備えるチャンバー６１０の内部へと搬入される。超臨界装置６００は、基板ＷＦの面Ｓ１にあるＩＰＡを超臨界状態とすることで、基板ＷＦに対し超臨界乾燥の処理を行うための装置である。
超臨界装置６００は、チャンバー６１０と、ステージ６２０と、ヒーターＨＴと、配管６３０と、を備えている。
チャンバー６１０は、乾燥処理の対象である基板ＷＦを収容するための容器である。チャンバー６１０の内部には空間ＳＰ２が形成されている。超臨界乾燥が行われる際には空間ＳＰ２の内部は高圧となるので、チャンバー６１０は例えばＳＵＳ等で形成された高圧容器となっている。
ステージ６２０は、基板ＷＦを設置するための台である。ステージ６２０の上面には凹部６２１が形成されている。基板ＷＦは、ステージ６２０のうち、凹部６２１の周囲に形成されたリング状の部分に上方側から設置される。図１５に示されるように、基板ＷＦは、面Ｓ１を上方側に向けた状態でステージ６２０に設置される。尚、図１５において符号「ＬＱ」が付されているのは、面Ｓ１の全体を覆っている液体のＩＰＡである。
ヒーターＨＴは、チャンバー６１０を加熱するための電気ヒーターである。ヒーターＨＴに通電が行われると、ヒーターＨＴが発熱し、チャンバー６１０及びその内部の温度が上昇する。尚、ヒーターＨＴは、チャンバー６１０の外側に配置されてもよく、チャンバー６１０の壁に埋め込まれていてもよい。
配管６３０は、チャンバー６１０の内部から気体を外部に排出するための配管である。配管６３０の途中には制御バルブ６３１が設けられている。超臨界乾燥が行われる際には、不図示の制御装置によって制御バルブ６３１の開度が調整され、これにより空間ＳＰ２の圧力が調整される。
乾燥処理の対象である基板ＷＦがステージ６２０の上面に設置されると、不図示のシャッターが閉じられて空間ＳＰ２が密閉される。その後、ヒーターＨＴによってチャンバー６１０が加熱される。ＩＰＡが加熱されて一部が気化することにより、空間ＳＰ２の圧力は上昇する。当該圧力がＩＰＡの臨界圧力に到達し、ＩＰＡの温度が臨界温度以上まで上昇ると、空間ＳＰ２は超臨界状態のＩＰＡで満たされた状態となる。このとき、基板ＷＦの面Ｓ１は、超臨界状態のＩＰＡで覆われた状態となる。
その後、制御バルブ６３１が開かれて、空間ＳＰ２から超臨界状態のＩＰＡが排出される。基板ＷＦの面Ｓ１では、ＩＰＡが液体に戻ることなく、超臨界状態となったまま除去されるので、絶縁層８１０に表面張力が働くことは無く、図３（Ｂ）に示されるようなパターンの倒壊が生じることも無い。
尚、超臨界装置６００は、配管６３０から超臨界流体を空間ＳＰ２に供給して満たす構成となっていればよく、その具体的な構成は以上に説明したものに限定されない。また、超臨界流体はＩＰＡに限定されない。例えば、二酸化炭素や水、炭化水素、パーフルオロカーボンなどを高温、高圧にし、超臨界状態にしたものを、超臨界流体として用いてもよい。
超臨界乾燥が終了すると、基板ＷＦは、枚葉式搬送ユニット１５の搬送部材４０１によって超臨界装置６００から取り出され、ロードポート１７へと搬送される。
ところで、受け渡しユニット１４の保持部５００からは、上記のように基板ＷＦが１枚ずつ取り出されて乾燥ユニット１６へと搬送される。このような構成においては、バッチ式洗浄ユニット１３による基板ＷＦの洗浄が完了した後に、複数の基板ＷＦのうちの一部が、乾燥処理の前に保持部５００において長時間待機させられることとなる。このため、一部の基板ＷＦにおいては、時間の経過に伴ってリンス液２２１が乾燥してしまい、表面張力によるパターンの倒壊が生じてしまうことが懸念される。
そこで、本実施形態に係る基板処理装置１０では、保持部５００に蒸気圧調整装置５２２等を設けることで、保持部５００において基板ＷＦが乾燥してしまうことを防止することとしている。
そのための構成について説明する。図１２に示されるように、保持部５００には、蒸気圧センサ５２１と、蒸気圧調整装置５２２と、制御装置５２３と、が設けられている。
蒸気圧センサ５２１は、空間ＳＰ１における蒸気圧を測定するためのセンサである。蒸気圧センサ５２１によって測定される「蒸気圧」とは、基板ＷＦの面Ｓ１を覆う液体（本実施形態ではリンス液２２１）の蒸気の分圧のことである。本実施形態のようにリンス液２２１が純水の場合には、蒸気圧センサ５２１として例えば湿度センサを用いることができる。蒸気圧センサ５２１で測定された蒸気圧の値は、後述の制御装置５２３へと送信される。
蒸気圧調整装置５２２は、空間ＳＰ１における蒸気圧を調整するための装置である。蒸気圧調整装置５２２によって調整される「蒸気圧」は、蒸気圧センサ５２１によって測定される「蒸気圧」と同じものである。蒸気圧調整装置５２２は、基板ＷＦの面Ｓ１を覆う液体（本実施形態ではリンス液２２１）と同じ液体を、例えばミスト状にして噴霧することで、空間ＳＰ１における蒸気圧を上昇させることができる。蒸気圧調整装置５２２の動作は制御装置５２３により制御される。
制御装置５２３は、保持部５００の全体の動作を統括制御するための装置であって、例えばマイクロコンピュータである。先に述べたように、制御装置５２３は、入口シャッター５１４及び出口シャッター５１５のそれぞれの動作を制御する。また、制御装置５２３は、蒸気圧センサ５２１で測定された蒸気圧の値に基づいて、蒸気圧調整装置５２２の動作を制御する。
制御装置５２３によって実行される処理の流れについて、図１６を参照しながら説明する。図１６のフローチャートで示される一連の処理は、保持部５００の内部に基板ＷＦが収容されている期間において、所定の制御周期が経過する毎に繰り返し実行されるものである。
当該処理の最初のステップＳ０１では、蒸気圧センサ５２１で測定された蒸気圧の値を取得する処理が行われる。ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、ステップＳ０１で取得された蒸気圧の値が、設定値以下であるか否かが判定される。この「設定値」は、空間ＳＰ１における蒸気圧についての目標値として予め設定された目標圧力よりも、僅かに高い値に設定されている。取得された蒸気圧が設定値を超えていた場合には、図１６に示される一連の処理を終了する。取得された蒸気圧が設定値以下であった場合には、ステップＳ０３に移行する。
ステップＳ０３では、蒸気圧調整装置５２２を動作させ、空間ＳＰ１における蒸気圧を上昇させる処理が行われる。これにより、空間ＳＰ１における蒸気圧は、上記の設定値以上まで上昇することとなる。
以上のような処理が繰り返し実行されることにより、基板ＷＦの周りにおけるリンス液２２１の蒸気圧は、常に目標圧力以上に保たれることになる。本実施形態では、基板ＷＦが保持部５００の内部で保持される期間の間、面Ｓ１の全体がリンス液２２１で濡れている状態を保つための最低限の蒸気圧として、上記の目標圧力が予め設定されている。このため、基板ＷＦの周りにおけるリンス液２２１の蒸気圧が上記のように目標圧力以上に保たれると、基板ＷＦが保持部５００から取り出されるまでの期間において、面Ｓ１の一部でリンス液２２１の乾燥が生じることは無い。
蒸気圧センサ５２１、蒸気圧調整装置５２２、及び制御装置５２３は、基板ＷＦの周りにおけるリンス液２２１の蒸気圧を目標圧力以上に保ち、その結果として、基板ＷＦの面Ｓ１がリンス液２２１で濡れている状態を維持するという機能を発揮するものである。このような蒸気圧センサ５２１、蒸気圧調整装置５２２、及び制御装置５２３は、本実施形態における「維持機構」に該当する。維持機構は、保持部５００が保持しているそれぞれの基板ＷＦの面Ｓ１に、面Ｓ１を覆う液体と同じ成分の液体若しくは気体を供給する機構、ということができる。
維持機構である蒸気圧調整装置５２２としては、様々な態様の装置を用いることができる。その一例として、図１７には、本実施形態における蒸気圧調整装置５２２の構成が示されている。同図に示されるように、蒸気圧調整装置５２２は、タンク５３１と、ヒーター５３２と、加圧管５３３と、供給管５３４と、を備えている。
タンク５３１は密閉容器である。タンク５３１の内部の空間ＳＰ１１にはリンス液２２１が液体の状態で貯えられている。
ヒーター５３２は、タンク５３１内のリンス液２２１を加熱することで、空間ＳＰ１１においてリンス液２２１の蒸気を発生させるための電気ヒーターである。ヒーター５３２の動作は制御装置５２３により制御される。
加圧管５３３は、不図示のポンプにより、空間ＳＰ１１に圧送用の気体（例えば空気）を導入することで、空間ＳＰ１１で生じた空気を後述の供給管５３４へと送り込むための配管である。加圧管５３３の端部は、リンス液２２１の液面ＬＳよりも上方側において開口している。加圧管５３３から送り込まれる圧送用の気体としては、リンス液２２１や基板ＷＦ上の膜等と反応しない気体であれば、任意の気体を用いることができる。圧送用の空気を送り込むための蒸気ポンプの動作は、制御装置５２３により制御される。
供給管５３４は、空間ＳＰ１１で生じたリンス液２２１の蒸気を、空間ＳＰ２へと導くための配管である。供給管５３４の途中にはバルブ５３５が設けられており、バルブ５３５の動作は制御装置５２３により制御される。供給管５３４の上流側端部は、リンス液２２１の液面ＬＳよりも上方側において開口している。
ヒーター５３２がオンの状態で、制御装置５２３は、加圧管５３３から圧送用の気体を送り込むと同時に、バルブ５３５を開状態とする。これにより、空間ＳＰ２にはミスト状もしくは気体となったリンス液２２１が供給され、先に述べたように面Ｓ１におけるリンス液２２１の乾燥が防止される。
尚、ヒーター５３２に替えて超音波発生装置が用いられてもよい。この場合、制御装置５２３は、超音波発生装置を動作させることにより、空間ＳＰ１１においてリンス液２２１のミストを発生させることができる。その後、加圧管５３３から圧送用の気体を送り込むと同時に、バルブ５３５を開状態とすることで、ミスト状のリンス液２２１を空間ＳＰ２へと供給することができる。
尚、維持機構である蒸気圧調整装置５２２としては、上記とは異なる態様の機構を用いてもよい。例えば、基板ＷＦの面Ｓ１に対し、定期的にリンス液２２１を液体のまま供給する機構が、蒸気圧調整装置５２２として設けられていてもよい。このような蒸気圧調整装置５２２を採用した場合でも、保持部５００が保持しているそれぞれの基板ＷＦの面Ｓ１を、リンス液２２１で濡れている状態に維持することができる。
そのような蒸気圧調整装置５２２の構成としては、図１８に示される構成を採用することができる。図１８に示される例では、供給管５３４の上流側端部が、リンス液２２１の液面ＬＳよりも下方側において開口している。また、供給管５３４の下流側端部には、スプレーノズル５３６が設けられている。この例では、ヒーター５３２が設けられていない。
このような構成においても、制御装置５２３は、加圧管５３３から圧送用の気体を送り込むと同時に、バルブ５３５を開状態とする。この例の場合、リンス液２２１は液体のまま供給管５３４に送り込まれ、スプレーノズル５３６から液体のまま空間ＳＰ２へと噴霧され、それぞれの基板ＷＦの面Ｓ１へと到達することとなる。尚、スプレーノズル５３６は、複数の基板ＷＦに向けてリンス液２２１を噴霧できるように、複数設けられていてもよい。また、スプレーノズル５３６に替えてシャワーヘッドが設けられていてもよい。
尚、図１７又は図１８に示される蒸気圧調整装置５２２は、その全体が保持部５００の内側に配置されてもよいが、その一部又は全部が保持部５００の外側に配置されてもよい
基板処理装置１０によって実行される基板ＷＦの処理方法は、複数枚の基板ＷＦをバッチ式洗浄ユニット１３で同時に洗浄し、洗浄された複数枚の基板ＷＦのそれぞれの面Ｓ１を、リンス液２２１で濡れている状態に維持しながら、それぞれの基板ＷＦを保持部５００の内部に保持し、保持された基板ＷＦを一枚ずつ保持部５００から取り出して、乾燥ユニット１６によって乾燥させるというものである。面Ｓ１がリンス液２２１で濡れている状態に維持するために、上記の維持機構は、保持部５００で保持された基板ＷＦの周りにおけるリンス液２２１の蒸気圧を目標圧力以上に保つ。このような方法で基板ＷＦの洗浄及び乾燥の処理を行うことにより、複数枚の基板ＷＦを短時間で洗浄処理することとしながら、乾燥に伴うパターンの倒壊を防止することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０：基板処理装置、１３：バッチ式洗浄ユニット、１５：枚葉式搬送ユニット、１６：乾燥ユニット、２２１：リンス液、５００：保持部、５２１：蒸気圧センサ、５２２：蒸気圧調整装置、５２３：制御装置、ＷＦ：基板、Ｓ１：面。

Claims (5)

  1. 複数枚の基板を同時に洗浄するバッチ式洗浄部と、
    前記バッチ式洗浄部で洗浄された複数枚の前記基板を保持する保持部と、
    前記保持部から前記基板を一枚ずつ取り出して乾燥させる枚葉式乾燥部と、を備え、
    前記保持部は、保持しているそれぞれの前記基板の第１面を、液体で濡れている状態に維持する維持機構を有している、基板処理装置。
  2. 前記維持機構は、前記基板の周りにおける前記液体の蒸気圧を目標圧力以上に保つ、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 複数枚の基板を同時に洗浄し、
    洗浄された複数枚の前記基板のそれぞれの第１面を、液体で濡れている状態に維持しながら、それぞれの前記基板を保持し、
    保持された前記基板を一枚ずつ取り出して乾燥させる、基板処理方法。
  4. 保持された前記基板の周りにおける前記液体の蒸気圧を目標圧力以上に保つことで、前記第１面を前記液体で濡れている状態に維持する、請求項３に記載の基板処理方法。
  5. 複数枚の基板を同時に洗浄するバッチ式洗浄部と、
    前記バッチ式洗浄部で洗浄された複数枚の前記基板を保持する保持部と、
    前記保持部から前記基板を一枚ずつ取り出して乾燥させる枚葉式乾燥部と、を備え、
    前記保持部は、保持しているそれぞれの前記基板の第１面に、液体若しくは気体を供給する機構を有している、基板処理装置。
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