JP7183094B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、表面に凹凸パターンが形成された基板に湿式処理を施した後乾燥させるプロセスを含む基板処理方法および基板処理装置に関するものである。
表面に微細な凹凸パターンが形成された基板を液体により湿式処理した後、基板を乾燥させる基板処理技術においては、乾燥処理中に、パターン内に残留する液体の表面張力の作用に起因するパターン倒壊が起こるという問題が知られている。この問題を解消するために、液体をより低い表面張力を有する流体に置換してから乾燥させるという従来技術がある。表面張力が極めて低い流体として、例えば液体二酸化炭素を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
また他の従来技術として昇華乾燥技術がある。この技術では、湿式処理後の基板表面に液状の昇華性物質による液膜を形成した後これを冷却して凝固させ、凝固した昇華性物質を昇華させることで、パターン倒壊の原因となる気液界面を生じさせないようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
これらの従来技術においては、基板表面に液膜を形成するための処理ユニットと、基板を乾燥させるための処理ユニットとが別体となっており、したがってこれらのユニット間で基板を搬送するための搬送機構が設けられている。
特開２０１３－２０１３０２号公報 特開２０１２－２４３８６９号公報
特許文献１に記載の従来技術では、表面に形成された液膜を維持しつつ基板を搬送する必要がある。このため、基板を常に水平姿勢に保たなければならず、また搬送速度についても比較的低速とならざるを得ない。しかしながら、搬送時の振動による液体の流出や蒸発によって基板表面が露出してしまうおそれがあり、このことはパターン倒壊の原因となり得る。
これに対し特許文献２に記載の従来技術では、基板表面が凝固した昇華性物質により覆われた状態で搬送されるため、搬送時の制約はより少ないと言える。しかしながら、パターンのさらなる微細化により、この技術でも対応できない問題が生じるおそれがある。その理由は以下の通りである。
一般に液体の凝固点として知られている物性値は、液体が自由空間あるいは比較的大きな空間にあるときの値である。一方、例えばナノメートルオーダーのような微細な空間に入り込んだ液体では、その凝固点が上記した一般的な数値よりも大幅に低下するという現象がある。このため、冷却温度を十分に低くし長い冷却時間を与えない限り、微細なパターン内部に浸透した液体が十分に固化せず液状のまま残留することとなる。これにより、搬送後の昇華乾燥処理プロセスが実質的には「昇華」ではなく液相を介したものとなり、気液界面が生じてパターンを倒壊させるおそれがある。
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、表面に凹凸パターンが形成された基板に湿式処理を施した後乾燥させる基板処理技術において、処理ユニット間での搬送の容易さを確保しながら、しかもパターン倒壊を確実に防止することのできる技術を提供することを目的とする。
この発明に係る基板処理方法の一の態様は、上記目的を達成するため、第１処理部で、表面に凹凸パターンが形成された基板に湿式処理を施した後、前記基板の表面を有機溶剤を含む液膜で覆う工程と、前記液膜の少なくとも表面近傍を凝固させて凝固膜を形成する工程と、前記凝固膜で表面が覆われた前記基板を第２処理部へ搬送する工程と、前記第２処理部で、前記凝固膜に対し溶解液を供給して、前記凝固膜を溶解させる工程と、前記基板の表面から前記溶解液を除去して前記基板を乾燥させる工程とを備えている。
また、この発明に係る基板処理装置の一の態様は、上記目的を達成するため、表面に凹凸パターンが形成された基板に対し、湿式処理、前記基板の表面を液膜で覆う処理、および、前記液膜を、前記液膜を構成する液体の凝固点よりも低温に冷却して凝固させ凝固膜に転換させる処理を実行する第１処理部と、前記凝固膜が形成された前記基板を受け入れ、前記凝固膜に対し溶解液を供給して前記凝固膜を溶解させる処理、および、前記基板の表面から前記溶解液を除去して前記基板を乾燥させる処理を実行する第２処理部と、前記第１処理部から前記第２処理部へ、前記凝固膜が形成された前記基板を搬送する搬送機構とを備えている。
このように構成された発明では、第１処理部から第２処理部への基板の搬送は、基板表面が凝固膜に覆われた状態で実行される。このため、搬送中に液体が基板表面から流失したり蒸発したりすることによる基板表面の露出のおそれは十分に低い。したがって基板の搬送は比較的容易である。
そして、基板が搬送された第２処理部では、凝固膜を溶解液で溶解させてから溶解液を除去することで基板を乾燥させる。このため、凝固膜を直接昇華させる昇華乾燥技術と異なり、パターン内部に入り込んだ液体が固化していないことはパターン倒壊の原因とならない。すなわち、本発明によれば、微細なパターンであってもその倒壊を防止することが可能である。
むしろ後工程での他の流体による置換の容易さを考えれば、パターン内部の液体は固化していない方が好ましく、搬送の便宜のために少なくとも液膜の表面部分のみが凝固していれば足りる。したがって、液膜の冷却に要するエネルギーおよび時間も少なくて済む。すなわち、本発明は、エネルギー効率およびスループットの観点からも優れた作用効果を有するものであると言える。
上記のように、本発明では、表面に凹凸パターンが形成された基板に湿式処理を施した後乾燥させ基板処理技術において、基板の搬送の容易さを確保しながら、しかも微細なパターンであってもその倒壊を確実に防止することができる。
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。 センターロボットの構成および設置環境を示す図である。 湿式処理を実行する基板処理ユニットを示す図である。 超臨界乾燥処理を実行する基板処理ユニットを示す図である。 この基板処理装置の動作を示すフローチャートである。 凝固処理を示すフローチャートである。 乾燥処理を示すフローチャートである。 凝固膜に生じ得る問題を模式的に示す図である。 凝固処理の他の例を示すフローチャートである。 この変形例における液膜の状態を模式的に示す図である。
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。より具体的には、図１（ａ）は本発明の一実施形態である基板処理装置１を示す平面図であり、図１（ｂ）は基板処理装置１を示す側面図である。なお、これらの図は装置の外観を示すものではなく、装置の外壁パネルやその他の一部構成を除外することでその内部構造をわかりやすく示した模式図である。この基板処理装置１は、例えばクリーンルーム内に設置されて基板に対し所定の処理を施すための装置である。
ここで、本実施形態における「基板」としては、半導体基板、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。以下では主として半導体基板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。
図１（ａ）に示すように、基板処理装置１は、基板Ｓに対して処理を施す基板処理部１０と、この基板処理部１０に結合されたインデクサ部２０とを備えている。インデクサ部２０は、基板Ｓを収容するための容器Ｃ（複数の基板Ｓを密閉した状態で収容するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）、ＳＭＩＦ（Standard Mechanical Interface）ポッド、ＯＣ（Open Cassette）など）を複数個保持することができる容器保持部２１と、この容器保持部２１に保持された容器Ｃにアクセスして、未処理の基板Ｓを容器Ｃから取り出したり、処理済みの基板を容器Ｃに収納したりするためのインデクサロボット２２を備えている。各容器Ｃには、複数枚の基板Ｓがほぼ水平な姿勢で収容されている。
インデクサロボット２２は、装置筐体に固定されたベース部２２１と、ベース部２２１に対し鉛直軸周りに回動可能に設けられた多関節アーム２２２と、多関節アーム２２２の先端に取り付けられたハンド２２３とを備える。ハンド２２３はその上面に基板Ｓを載置して保持することができる構造となっている。このような多関節アームおよび基板保持用のハンドを有するインデクサロボットは公知であるので詳しい説明を省略する。
基板処理部１０は、平面視においてほぼ中央に配置されたセンターロボット１５と、このセンターロボット１５を取り囲むように配置された複数の基板処理ユニットとを備えている。具体的には、センターロボット１５が配置された空間に面して複数の（この例では４つの）基板処理ユニット１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａが配置されている。これらの基板処理ユニット１１Ａ～１４Ａは、それぞれ基板Ｓに対して所定の処理を実行するものである。これらの処理ユニットを同一の機能のものとした場合には、複数基板の並列処理が可能となる。また、機能の異なる処理ユニットを組み合わせて、１つの基板に対し異なる処理を順番に実行するように構成することもできる。
後述するように、この実施形態の基板処理装置１は、基板Ｓを所定の処理液により湿式処理した後、基板Ｓを乾燥させるという一連の処理に使用される。この目的のために、４つの基板処理ユニットのうち２つの基板処理ユニット１１Ａ，１２Ａは、基板Ｓに対する湿式処理を担い、これを可能とするための構成を内部に備えている。また、他の２つの基板処理ユニット１３Ａ，１４Ａは、湿式処理後の基板Ｓから残存液を除去し基板Ｓを乾燥させる処理（乾燥処理）を担い、これを可能とするための構成を内部に備えている。
各基板処理ユニット１１Ａ～１４Ａでは、基板Ｓに対する処理を実行する基板処理主体が、センターロボット１５に面する側面に開閉自在のシャッターが設けられた処理チャンバ内に収容されている。すなわち、基板処理ユニット１１Ａは、処理チャンバ１１０と、処理チャンバ１１０のセンターロボット１５に面する側面に設けられたシャッター１１１とを有する。シャッター１１１は処理チャンバ１１０のセンターロボット１５に面する側面に設けられた開口部（不図示）を覆うように設けられており、シャッター１１１が開かれると開口部が露出し、該開口部を介して基板Ｓの搬入および搬出が可能となる。また、処理チャンバ１１０内で基板Ｓに対する処理が実行される際には、シャッター１１１が閉じられることで、処理チャンバ１１０内の雰囲気が外部から遮断される。
同様に、基板処理ユニット１２Ａは、処理チャンバ１２０と、処理チャンバ１２０のセンターロボット１５に面する側面に設けられたシャッター１２１とを有する。また、基板処理ユニット１３Ａは、処理チャンバ１３０と、処理チャンバ１３０のセンターロボット１５に面する側面に設けられたシャッター１３１とを有する。また、基板処理ユニット１４Ａは、処理チャンバ１４０と、処理チャンバ１４０のセンターロボット１５に面する側面に設けられたシャッター１４１とを有する。
そして、このように水平方向に配置された基板処理ユニットのセットが上下方向に複数段（この例では２段）配置されている。すなわち、図１（ｂ）に示すように、基板処理ユニット１１Ａの下方には基板処理ユニット１１Ｂが設けられている。基板処理ユニット１１Ｂの構成および機能は、基板処理ユニット１１Ａと同じである。また、基板処理ユニット１２Ａの下方には、基板処理ユニット１２Ａと同一構成、同一機能の基板処理ユニット１２Ｂが設けられている。同様に、基板処理ユニット１３Ａの下部にも基板処理ユニット１３Ｂ（図２）が、また基板処理ユニット１４Ａの下部にも不図示の基板処理ユニットが設けられる。なお、基板処理ユニットの段数は、ここに例示する２に限定されず任意である。また１段当たりの基板処理ユニットの配設数も上記に限定されない。
図２はセンターロボットの構成および設置環境を示す図である。センターロボット１５は、インデクサロボット２２から未処理の基板Ｓを受け取ることができ、かつ処理済みの基板Ｓをインデクサロボット２２に受け渡すことができる。より具体的には、センターロボット１５は、基台部１５１と、昇降ベース１５２と、回転ベース１５３と、伸縮アーム１５４と、ハンド１５５とを備えている。基台部１５１は、基板処理部１０の底部フレームに固定されており、センターロボット１５の各構成を支持している。昇降ベース１５２は基台部１５１に取り付けられ、昇降ベース１５２の上部に回転ベース１５３が取り付けられている。昇降ベース１５２は鉛直方向に伸縮自在となっており、この伸縮運動により回転ベース１５３を昇降させる。
回転ベース１５３は、昇降ベース１５２に対して鉛直軸周りに回動可能となっている。回転ベース１５３には伸縮アーム１５４の基部が取り付けられ、伸縮アーム１５４の先端部にハンド１５５が取り付けられている。伸縮アーム１５４は水平方向に所定の範囲で伸縮する。ハンド１５５は、その上面に基板Ｓを載置して保持することができ、しかも、インデクサロボット２２のハンド２２３との間で基板Ｓの受け渡しが可能な構造となっている。このような構造のハンド機構は公知であるので、詳しい説明を省略する。
伸縮アーム１５４が水平方向に伸縮することで、ハンド１５５に保持した基板Ｓを水平方向に移動させることができる。また、回転ベース１５３が昇降ベース１５２に対し回動することで、基板Ｓの水平移動の方向を規定することができる。また、昇降ベース１５２が回転ベース１５３を昇降させることで、基板Ｓの高さ、すなわち鉛直方向位置を調整することができる。
上記のように構成された基板処理装置１では、次のようにして基板Ｓに対する処理が実行される。初期状態では、容器保持部２１に載置された容器Ｃに未処理の基板Ｓが収容されている。インデクサロボット２２は、容器Ｃから１枚の未処理基板Ｓを取り出してセンターロボット１５に受け渡す。センターロボット１５は、受け取った基板Ｓを、当該基板Ｓに対する処理を実行する基板処理ユニットに搬入する。
例えば基板処理ユニット１１Ａに基板Ｓを搬入する場合、図２に示すように、センターロボット１５は、昇降ベース１５２により回転ベース１５３の高さを調整して、ハンド１５５に保持した基板Ｓを基板処理ユニット１１Ａの処理チャンバ１１０側面のシャッター１１１の高さに位置決めする。シャッター１１１が開かれ、伸縮アーム１５４が処理チャンバ１１０側面の開口部に向かって伸長することで、基板Ｓが処理チャンバ１１０へ搬入される。伸縮アーム１５４が退避した後、シャッター１１１が閉じられて、処理チャンバ１１０内で基板Ｓに対する処理が実行される。他の基板処理ユニットへの基板Ｓの搬入も同様にして行うことができる。
一方、基板処理ユニット１１Ａから処理済みの基板Ｓを取り出す際には、シャッター１１１が開かれた処理チャンバ１１０に伸縮アーム１５４が進入して処理済みの基板Ｓを取り出す。取り出された基板Ｓについては、他の基板処理ユニットに搬入されて新たな処理が実行されてもよく、またインデクサロボット２２を介して容器Ｃに戻されてもよい。この実施形態における具体的な処理シーケンスについては後に詳しく説明する。
図２に示すように、センターロボット１５は、側方および上方が隔壁１０１により外部空間から隔てられた搬送空間ＴＳに設置されている。基板処理ユニット１１Ａは、処理チャンバ１１０のシャッター１１１が設けられた側面を搬送空間ＴＳに臨ませて隔壁１０１の側部に取り付けられている。他の基板処理ユニットも同様である。
上記の他、基板処理装置１には、装置各部の動作を制御するための制御ユニット９０が設けられている。制御ユニット９０は、少なくともＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリ９２とを含む。ＣＰＵ９１は、予め用意された制御プログラムを実行することで、装置各部に所定の動作を実行させる。また、メモリ９２は、ＣＰＵ９１が実行すべき制御プログラムや、その実行により生じるデータ等を記憶する。上記したインデクサロボット２２およびセンターロボット１５の動作、各処理チャンバにおけるシャッターの開閉や基板Ｓに対する各種処理等に関わる動作は、制御プログラムを実行するＣＰＵ９１によって制御される。
図３は湿式処理を実行する基板処理ユニットを示す図である。より具体的には、図３（ａ）は基板処理ユニット１１Ａの構成を示す図であり、図３（ｂ）および図３（ｃ）は基板処理ユニット１１Ａの動作を説明するための図である。ここでは基板処理ユニット１１Ａの構成について説明するが、湿式処理を実行する他の基板処理ユニット１１Ｂ，１２Ａ等の構成も基本的に同じである。
基板処理ユニット１１Ａは、基板処理主体としての湿式処理部３０を処理チャンバ１１０内に備えている。湿式処理部３０は、基板Ｓの上面に処理液を供給して基板Ｓの表面処理や洗浄等を行う。また、湿式処理後の基板Ｓの搬送を容易にするために、湿式処理部３０は、基板Ｓの上面を液膜で覆ってこれを凝固させることにより、基板Ｓの上面を凝固膜で覆う、凝固処理を併せて実行する。
この目的のために、湿式処理部３０は、基板保持部３１、スプラッシュガード３２、処理液供給部３３、凝固液供給部３５および冷却ガス供給部３４を備えている。これらの動作は制御ユニット９０により制御される。基板保持部３１は、基板Ｓとほぼ同等の直径を有する円板状のスピンチャック３１１を有し、スピンチャック３１１の周縁部には複数のチャックピン３１２が設けられている。チャックピン３１２が基板Ｓの周縁部に当接して基板Ｓを支持することにより、スピンチャック３１１はその上面から離間させた状態で基板Ｓを水平姿勢に保持することができる。
スピンチャック３１１はその下面中央部から下向きに延びる回転支軸３１３により上面が水平となるように支持されている。回転支軸３１３は処理チャンバ１１０の底部に取り付けられた回転機構３１４により回転自在に支持されている。回転機構３１４は図示しない回転モータを内蔵しており、制御ユニット９０からの制御指令に応じて回転モータが回転することで、回転支軸３１３に直結されたスピンチャック３１１が１点鎖線で示す鉛直軸周りに回転する。図３においては上下方向が鉛直方向である。これにより、基板Ｓが水平姿勢のまま鉛直軸周りに回転される。
基板保持部３１を側方から取り囲むように、スプラッシュガード３２が設けられる。スプラッシュガード３２は、スピンチャック３１１の周縁部を覆うように設けられた概略筒状のカップ３２１と、カップ３２１の外周部の下方に設けられた液受け部３２２とを有している。カップ３２１は制御ユニット９０からの制御指令に応じて昇降する。カップ３２１は、図３（ａ）に示すようにカップ３２１の上端部がスピンチャック３１１に保持された基板Ｓの周縁部よりも下方まで下降した下方位置と、図３（ｂ）に示すようにカップ３２１の上端部が基板Ｓの周縁部よりも上方に位置する上方位置との間で昇降移動する。
カップ３２１が下方位置にあるときには、図３（ａ）に示すように、スピンチャック３１１に保持される基板Ｓがカップ３２１外に露出した状態になっている。このため、例えばスピンチャック３１１への基板Ｓの搬入および搬出時にカップ３２１が障害となることが防止される。
また、カップ３２１が上方位置にあるときには、図３（ｂ）に示すように、スピンチャック３１１に保持される基板Ｓの周縁部を取り囲むことになる。これにより、後述する液供給時に基板Ｓの周縁部から振り切られる処理液がチャンバ１１０内に飛散することが防止され、処理液を確実に回収することが可能となる。すなわち、基板Ｓが回転することで基板Ｓの周縁部から振り切られる処理液の液滴はカップ３２１の内壁に付着して下方へ流下し、カップ３２１の下方に配置された液受け部３２２により集められて回収される。複数の処理液を個別に回収するために、複数段のカップが同心に設けられてもよい。
処理液供給部３３は、処理チャンバ１１０に固定されたベース３３１に対し回動自在に設けられた回動支軸３３２から水平に伸びるアーム３３３の先端にノズル３３４が取り付けられた構造を有している。回動支軸３３２が制御ユニット９０からの制御指令に応じて回動することによりアーム３３３が揺動し、アーム３３３先端のノズル３３４が、図３（ａ）に示すように基板Ｓの上方から側方へ退避した退避位置と、図３（ｂ）に示すように基板Ｓ上方の処理位置との間を移動する。
ノズル３３４は制御ユニット９０に設けられた処理液供給部（図示省略）に接続されており、処理液供給部から適宜の処理液が送出されるとノズル３３４から基板Ｓに向けて処理液が吐出される。図３（ｂ）に示すように、スピンチャック３１１が比較的低速で回転することで基板Ｓを回転させながら、基板Ｓの回転中心の上方に位置決めされたノズル３３から処理液Ｌｑを供給することで、基板Ｓの上面Ｓａが処理液Ｌｑにより処理される。処理液Ｌｑとしては、現像液、エッチング液、洗浄液、リンス液等の各種の機能を有する液体を用いることができ、その組成は任意である。また複数種の処理液が組み合わされて処理が実行されてもよい。
凝固液供給部３５も、処理液供給部３３と対応する構成を有している。すなわち、凝固液供給部３５は、ベース３５１、回動支軸３５２、アーム３５３、ノズル３５４等を有しており、これらの構成は、処理液供給部３３において対応するものと同等である。回動支軸３５２が制御ユニット９０からの制御指令に応じて回動することによりアーム３５３が揺動する。アーム３５３先端のノズル３５４は、湿式処理後の基板Ｓの上面Ｓａに対して凝固膜を形成するための凝固液を供給する。
上記した図３（ｂ）の説明における「処理液Ｌｑ」、「アーム３３３」、「ノズル３３４」をそれぞれ「凝固液Ｌｑ」、「アーム３５３」、「ノズル３５４」と読み替えることにより、凝固液供給部３５の動作が説明される。ただし凝固液は、上記した処理液とは異なり、液体の状態で基板Ｓの上面Ｓａに供給された後、凝固して固体となるものである。
処理対象となる基板上面Ｓａが微細な凹凸パターン（以下、単に「パターン」という）を形成されたものであるとき、湿式処理後の濡れた基板Ｓが乾燥する過程において、パターン内に入り込んだ液体の表面張力によりパターン倒壊が生じるおそれがある。これを防止するための方法としては、パターン内の液体をより表面張力の低い液体に置換してから乾燥させる方法、基板上面Ｓａを昇華性物質の固体で覆い昇華性物質を昇華させる昇華乾燥法、本実施形態で採用する超臨界乾燥法などがある。
高温、高圧状態を必要とする超臨界乾燥処理を行うためには、湿式処理を行うチャンバとは別の高圧チャンバを必要とする。このため、湿式処理後の基板Ｓを高圧チャンバへ搬送する必要が生じる。搬送中のパターンの露出に起因する倒壊を避けるため、基板上面Ｓａを液体または固体で覆っておくことが望ましい。ここで、基板Ｓを液膜で覆った状態での搬送は、液膜を担持する基板Ｓのハンドリングに特別の配慮が必要であり、また搬送中の落液によって、パターンが露出したり装置内に液体が飛散したりするおそれがある。これらの点を鑑みると、基板上面Ｓａを固体で覆った状態で搬送するのが好ましい。
そこで、この実施形態では基板上面Ｓａを凝固膜で覆った状態で搬送を行う。凝固膜は以下のようにして形成される。図３（ｂ）に示すように、基板Ｓが所定の回転速度で回転された状態で、ノズル３５３から凝固液Ｌｑが供給されることで、基板上面Ｓａは凝固液の液膜ＬＦで覆われた状態となる。凝固液としては、湿式処理に用いられる処理液との混和性が良く、かつこれよりも表面張力が小さく、凝固点が室温に近いものが望ましい。例えば処理液が水を主成分とするものであるとき、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を好適に利用可能である。
こうして基板上面Ｓａに液膜ＬＦが形成されると、図３（ｃ）に示すように、ノズル３５３に代わって、冷却ガス供給部３４のノズル３４４が基板Ｓの回転中心上方に位置決めされる。冷却ガス供給部３４は、処理チャンバ１１０に固定されたベース３４１に対し回動自在に設けられた回動支軸３４２から水平に伸びるアーム３４３の先端にノズル３４４が取り付けられた構造を有している。液供給部３３と同様に、回動支軸３４２が制御ユニット９０からの制御指令に応じて回動することによりアーム３４３が揺動し、アーム３４３先端のノズル３４４が基板Ｓの上方から側方へ退避した退避位置と基板Ｓ上方の処理位置との間を移動する。
ノズル３４４は制御ユニット９０に設けられた冷却ガス供給部（図示省略）に接続されており、冷却ガス供給部から供給される、液膜ＬＦを構成する凝固液の凝固点よりも低温の冷却ガスＧがノズル３４４から基板Ｓに向けて吐出される。これにより基板Ｓ上の液膜ＬＦがその表面側から冷却される。図３（ｃ）に示すように、液膜ＬＦが形成された基板上面Ｓａに低温の冷却ガスＧを吐出するノズル３４４が基板Ｓの外周部に向けて走査移動することで、基板上面Ｓａの液膜ＬＦが中心部から順次凝固し、最終的には基板上面Ｓａの液膜ＬＦ全体が、凝固液が凝固してなる凝固膜ＦＦに転換する。
ここで、本実施形態では液膜ＬＦの全体が凝固する必要はなく、少なくとも液膜ＬＦの表面近傍が凝固していれば足りる。すなわち、液膜ＬＦの表面全体が搬送に支障がない程度、つまり搬送時の振動等によって変形することがない程度まで凝固していればよく、例えば凝固膜ＦＦと基板Ｓとの間において液膜ＬＦが液状に維持されていてもよい。全体の凝固を必要としないことで、凝固のための消費エネルギーおよび処理時間を低減することができる。
なお、基板Ｓを凝固膜で覆う処理は、上記のように液膜ＬＦを冷却する方法に限定されない。例えば、室温より高い凝固点を有し凝固点以上に加温された状態の液体を基板Ｓに供給し、自然冷却によって固化させる方法でもよい。また、室温より高い凝固点を有する物質を適宜の溶媒に溶解させた溶液として基板Ｓに供給し、溶媒を揮発させることで固化させる方法でもよい。この方法としては、例えば固化物質としてのターシャリーブチルアルコール（ＴＢＡ）を溶媒としてのＩＰＡに溶解させた溶液を凝固液として用いることができる。
ＴＢＡの融点（凝固点）は略室温（２５．５℃）であり、ＩＰＡ溶媒にＴＢＡを溶解させた溶液により液膜を基板Ｓに形成すると、表面のＩＰＡ溶媒が蒸発するのに伴い液膜の表面近傍から凝固膜が形成される。これにより基板Ｓと凝固膜ＦＦとの間に液状の溶液の層が維持された状態を実現することができる。
このように上面Ｓａが凝固膜ＦＦで覆われた状態で搬出される基板Ｓは基板処理ユニット１３Ａに搬送されて乾燥処理を受ける。すなわち基板処理ユニット１３Ａは、水平姿勢で搬入される基板Ｓの上面Ｓａに形成されている凝固膜ＦＦを除去し、基板Ｓを乾燥させる乾燥処理を、基板処理として実行する機能を有する。乾燥処理としては、基板Ｓを超臨界流体で覆ってから超臨界流体を（液相を介することなく）気化させ除去する、超臨界乾燥が適用される。ここでは基板処理ユニット１３Ａの構成について説明するが、乾燥処理を実行する他の基板処理ユニット１３Ｂ，１４Ａ等の構成も基本的に同じである。
図４は超臨界乾燥処理を実行する基板処理ユニットを示す図である。より具体的には、図４は基板処理ユニット１３Ａの内部構造を示す側面断面図である。超臨界乾燥処理の原理およびそのために必要な基本構成は公知であるため、ここでは詳しい説明を省略する。基板処理ユニット１３Ａは高圧チャンバ１３０を備え、その内部に、乾燥処理の実行主体としての乾燥処理部４０が設けられている。乾燥処理部４０では、基板Ｓを載置するためのステージ４１が高圧チャンバ１３０内に設置されている。ステージ４１は吸着保持または機械的保持により、上面Ｓａが凝固膜に覆われた基板Ｓを保持する。高圧チャンバ１３０は高圧となるため、これに耐えるために内部構成は比較的簡素であり、また高圧に耐え得る部材が使用される。
ステージ４１の下面中央には回転支軸４２が下向きに延びている。回転支軸４２は高圧チャンバ１３０の底面に高圧シール回転導入機構４３を介して挿通されている。高圧シール回転導入機構４３の回転軸４３１は回転機構４３２に接続されている。このため、制御ユニット９０からの制御指令に応じて回転機構４３２が作動すると、基板Ｓがステージ４１と共に、１点鎖線で示す鉛直方向の回転軸周りに回転する。
高圧チャンバ１３０の内部でステージ４１の上方には流体分散部材４４が設けられている。流体分散部材４４は、平板状の閉塞板４４１に対し上下に貫通する貫通孔４４２を複数設けたものである。高圧チャンバ１３０の上部には二酸化炭素供給部４５から二酸化炭素ガスが必要に応じて供給され、二酸化炭素ガスは流体分散部材４４により整流されて、基板Ｓの上方から均一に基板Ｓに向けて供給される。
また、高圧チャンバ１３０内には窒素供給部４６から窒素が必要に応じて導入される。窒素は必要に応じて種々の形態で、つまり常温または昇温されたガスとして、あるいは冷却されて液化した液体窒素として、高圧チャンバ１３０内のガスをパージしたりチャンバ内を冷却したりする目的に応じて供給される。
また、高圧チャンバ１３０内には溶解液供給部４７から溶解液が必要に応じて供給される。溶解液は、凝固膜ＦＦが形成された状態で搬入される基板Ｓの上面Ｓａに供給されることで、凝固膜ＦＦを溶解するための液体である。溶解液としては、凝固膜ＦＦを構成する液体である凝固液に対する混和性を有し、より好ましくは表面張力が凝固液と同等またはより低い液体を用いることができる。例えば凝固液がＩＰＡである場合、溶解液としてはＩＰＡ、アセトン等の有機溶剤、またはＩＰＡを可溶な超臨界流体、例えば超臨界二酸化炭素を用いることができる。
なお、後述するように、この実施形態では高圧チャンバ１３０内に導入された二酸化炭素ガスを加圧して液化しさらに超臨界流体化するため、これを溶解液として用いる場合には溶解液供給部４７を別途設ける必要はない。
さらに、高圧チャンバ１３０には排出機構４８が接続されている。排出機構４８は、高圧チャンバ１３０内に導入される気体や液体等の各種流体を必要に応じて排出する機能を有する。排出機構４８は、このための配管やバルブ、ポンプ等を備える。これにより、必要な場合には高圧チャンバ１３０内の流体を速やかに排出することができる。
図示を省略するが、制御ユニット９０は、高圧チャンバ１３０内の圧力や温度を検出するための構成およびこれらを所定値に制御するための構成を有している。すなわち、制御ユニット９０は、高圧チャンバ１３０内の圧力および温度を所定の目標値に制御する機能を有している。
次に、上記のように構成された基板処理装置１の動作について説明する。これまでに説明したように、この基板処理装置１は基板Ｓに対し湿式処理および乾燥処理を順番に実行する装置である。この処理の主な流れは、湿式処理を実行する基板処理ユニットに基板Ｓを搬送して処理液による処理を行った後、凝固液による凝固膜を形成し、乾燥処理を実行する基板処理ユニットにこの基板Ｓを搬送して凝固膜を除去し基板Ｓを乾燥させる、というものである。以下、その具体的な処理内容について説明する。
ここでは１つの基板Ｓに対し基板処理ユニット１１Ａが湿式処理を実行し、基板処理ユニット１３Ａが乾燥処理を実行するものとして説明するが、湿式処理を実行する基板処理ユニットと乾燥処理を実行する基板処理ユニットとの組み合わせはこれに限定されるものではなく任意である。また、以下の説明においては、各基板処理ユニットの役割を明示するために、湿式処理を実行する基板処理ユニット１１Ａ等を「湿式処理ユニット」と、また乾燥処理を実行する基板処理ユニット１３Ａ等を「乾燥処理ユニット」と、それぞれ称することがある。
図５はこの基板処理装置の動作を示すフローチャートである。この動作は、ＣＰＵ９１が予め準備された制御プログラムを実行して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。最初に、インデクサロボット２２が未処理基板を収容する容器Ｃの１つから１枚の未処理基板Ｓを取り出す（ステップＳ１０１）。そして、基板Ｓはインデクサロボット２２からセンターロボット１５に受け渡され（ステップＳ１０２）、センターロボット１５は湿式処理を実行する基板処理ユニット（湿式処理ユニット）１１Ａに基板Ｓを搬入する（ステップＳ１０３）。
基板Ｓが搬入された基板処理ユニット１１Ａは、基板Ｓに対し湿式処理を実行する（ステップＳ１０４）。湿式処理の内容は、先に説明したように、基板Ｓに処理液を供給して基板上面Ｓａの加工や洗浄を行うというものである。湿式処理後の基板Ｓに対しては、凝固膜ＦＦを形成するための凝固処理が実行される（ステップＳ１０５）。
図６は凝固処理を示すフローチャートである。凝固処理においては、基板Ｓの回転中心上方に配置された凝固液供給部３５のノズル３５４から、湿式処理後の基板上面Ｓａに対し凝固液として例えばＩＰＡのような有機溶剤が供給される。これにより、基板上面Ｓａに残留する処理液が凝固液によって置換されるとともに、基板上面Ｓａに凝固液による液膜ＬＦが形成される（ステップＳ２０１）。続いて、冷却ガスを吐出するノズル３４４が基板上面Ｓａに沿って走査移動することにより、液膜ＬＦが冷却されて凝固し凝固膜ＦＦが形成される（ステップＳ２０２）。
図５に戻って、凝固処理により上面Ｓａに凝固膜ＦＦが形成された基板Ｓは、センターロボット１５により基板処理ユニット１１Ａから取り出され（ステップＳ１０６）、乾燥処理を実行する基板処理ユニット（乾燥処理ユニット）１３Ａに搬入される（ステップＳ１０７）。
基板Ｓが搬入された基板処理ユニット１３Ａは、基板Ｓに対し、付着している液体を除去して基板Ｓを乾燥させる乾燥処理を実行する（ステップＳ１０８）。乾燥処理の内容については後で説明する。処理後の基板Ｓはセンターロボット１５により基板処理ユニット１３Ａから取り出される（ステップＳ１０９）。取り出された処理後の基板Ｓはセンターロボット１５からインデクサロボット２２へ受け渡され（ステップＳ１１０）、インデクサロボット２２は基板Ｓを容器Ｃの１つへ収容する（ステップＳ１１１）。処理済みの基板Ｓが収容される容器Ｃは、未処理状態の当該基板Ｓが収容されていた容器でもよく、また別容器でもよい。
さらに処理すべき基板がある場合には（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、ステップＳ１０１に戻り、次の基板Ｓに対し上記した処理が実行される。処理すべき基板がなければ（ステップＳ１１２においてＮＯ）、処理は終了する。
以上、１枚の基板Ｓを処理する場合の流れについて説明したが、実際の装置では複数基板に対する処理が並行して実行される。すなわち、１枚の基板Ｓが１つの基板処理ユニット内で処理を受けている間、同時にインデクサロボット２２およびセンターロボット１５による他の基板の搬送、ならびに他の基板処理ユニットによる基板処理の少なくとも１つを並行して実行することが可能である。
より具体的には、例えばステップＳ１０２において基板Ｓがインデクサロボット２２からセンターロボット１５に受け渡された後では、インデクサロボット２２は新たに容器Ｃにアクセスして他の基板を取り出すことが可能である。また例えば、ステップＳ１０３において１枚の基板Ｓが基板処理ユニット１１Ａに搬入された後、センターロボット１５は他の基板を他の基板処理ユニットに搬入する、あるいは他の基板処理ユニットで処理された他の基板を搬出することが可能である。
したがって、複数枚の基板Ｓに対し順次処理を行う必要がある場合には、各基板Ｓを処理するための装置各部の動作シーケンスを適宜に調節することで、複数枚の基板への処理を並行して進行させる。こうすることで、基板処理装置１全体としての処理のスループットを向上させることが可能となる。具体的な動作シーケンスは、処理の仕様、上記各ステップの所要時間や同時処理の可否等に応じて適切に定められる必要がある。
図７は乾燥処理を示すフローチャートである。基板処理ユニット（乾燥処理ユニット）１３Ａは、上面Ｓａが凝固膜ＦＦで覆われた状態の基板Ｓを受け入れて乾燥処理を実行する。前述の通り、ここでは超臨界流体を用いた超臨界乾燥処理が行われる。具体的には、まず溶解液供給部４７から基板上面Ｓａに対して溶解液を供給し、これにより凝固膜ＦＦを溶解させる（ステップＳ３０１）。
溶解液が凝固膜ＦＦを構成する物質と同じものである場合、基板上面Ｓａは湿式処理ユニット１１Ａから搬出される直前の状態、つまり上面Ｓａが凝固液の液膜ＬＦで覆われた状態に戻る。例えば凝固膜ＦＦがＩＰＡにより形成され、溶解液もＩＰＡである場合がこれに該当する。
一方、溶解液が凝固膜の材料とは異なりこれを溶解する性質のものである場合には、基板上面Ｓａは凝固液と溶解液との混合液の液膜で覆われることになる。さらに溶解液を供給することで、基板上面Ｓａに残存する凝固液を溶解液により置換することができる。
その後、基板Ｓの回転により液膜を振り切ると（ステップＳ３０２）、基板上面Ｓａの溶解液の大部分は除去されるが、パターン内には溶解液が残存した状態となる。振り切られた液体は排出機構４８により排出される。この状態で二酸化炭素供給部４５から二酸化炭素が高圧チャンバ１３０内に導入される。
二酸化炭素ガスを高圧チャンバ１３０に供給しチャンバ内圧を十分に高めることで二酸化炭素を液化してもよく、また液状の二酸化炭素が高圧チャンバ１３０に導入されてもよい。液状の二酸化炭素は基板上面Ｓａを覆う。液化した二酸化炭素は有機溶剤をよく溶かす。したがって、パターン内に残存するＩＰＡ等の溶解液は液状の二酸化炭素によって置換される（ステップＳ３０３）。
なお、溶解液として液状の二酸化炭素が用いられる場合、ステップＳ３０３における二酸化炭素の供給は、置換のためではなく次に超臨界状態を創出するための準備としての意味を持つことになる。
続いて、高圧チャンバ１３０内の温度および圧力が、二酸化炭素を超臨界状態とする条件に調整される。これにより高圧チャンバ１３０内の二酸化炭素が超臨界流体となる（ステップＳ３０４）。超臨界状態の流体は極めて流動性が高く表面張力が小さい。特に二酸化炭素から生成された超臨界流体は、ＩＰＡ、アセトン等の有機溶剤をよく溶かす。このため、二酸化炭素の超臨界流体は微細なパターンの奥深くまで入り込み、残存する有機溶剤成分をパターン内から運び去る。比較的低圧、低温で超臨界状態となる点も、二酸化炭素が超臨界乾燥処理に適している理由の１つである。
そして、高圧チャンバ１３０内が急激に減圧されることにより（ステップＳ３０５）、超臨界流体は液相を経ることなく直接気化し基板Ｓから除去される。これにより、基板Ｓは液体成分が完全に除去されて乾燥した状態となる。パターン内に残存する液体成分は超臨界流体によって置換され、超臨界流体が直接気化することにより、パターン内の液体の表面張力に起因するパターン倒壊の問題は回避される。
このように、パターン内に残存する液体は最終的に超臨界流体により置換されるため、搬送時に形成される凝固膜ＦＦは、必ずしも低表面張力物質で構成される必要はないとも言える。例えば水を主成分とする液体で凝固膜ＦＦを形成したとしても、上記した搬送時の利点は得られる。しかしながら、水は液状または超臨界状態の二酸化炭素に対する溶解度が低いため、効果的に置換を行わせるとの観点からは好ましくない。二酸化炭素に対し高い溶解度を示すのがＩＰＡ、アセトン等の有機溶剤であり、これらは概して水より表面張力が低い。また、処理の性質から考えても、凝固液および溶解液については表面張力が低い方が有利であることは確かである。
以上のように、この実施形態では、湿式処理ユニット１１Ａにおいて基板Ｓの上面Ｓａを液膜で覆って凝固させ、凝固状態のまま搬送することで、搬送中の落液に起因する基板上面Ｓａの露出の回避など、液状での搬送よりも利便性が高められている。一方、この基板Ｓを受け入れる乾燥処理ユニット１３Ａでは、凝固膜をいったん溶解させた後、最終的に超臨界流体により置換することで、液体成分を残存させず、しかもパターン倒壊を生じさせずに基板Ｓを乾燥させる。
基板に凝固膜を形成した状態で搬送し、凝固膜を除去することで基板を乾燥させる、という処理内容は、昇華性物質で形成した凝固膜を昇華させることで除去する従来技術である、昇華乾燥処理と類似していると言える。しかしながら、本実施形態では、凝固膜を溶解して液状に戻した後、超臨界流体による置換および乾燥というプロセスを採っている。これは、単に搬送上の便宜のみではなく、以下の事情をも考慮したものである。
図８は凝固膜に生じ得る問題を模式的に示す図である。図８（ａ）に示すように、基板Ｓの上面Ｓａには微細なパターンＰＴが互いに近接して多数形成されており、湿式処理後にはこれらが凝固液の液膜ＬＦにより覆われているとする。ここで、隣接するパターンＰＴ間の間隔をギャップサイズＧＳと称することとする。液膜ＬＦにその凝固点よりも低温の冷却ガスを供給することで液膜ＬＦは凝固する。ただし、ギャップサイズＧＳが微小になると次のような問題が生じてくる。
微小な空間に入れられた液体では凝固点が急激に低下するという現象がある。例えば水の場合、図８（ｂ）に示すように、十分に広い空間内では水の凝固点は０℃であるが、例えば１００ｎｍ以下の狭いギャップ内では凝固点が次第に低下し、ギャップサイズＧＳが１ｎｍ程度であれば凝固点は（－５０）℃程度まで低下する。液膜材料として一般に利用されるＩＰＡでも同様の傾向があることがわかっている。
水を主成分とする液膜を凝固させようとする場合、自由空間での凝固点よりも十分に低温の冷却ガスが用いられることになる。その温度Ｔｇとしては、例えば（－５）℃ないし（－２０）℃程度が現実的と考えられる。しかしながら、図８（ｂ）は、ギャップサイズがナノメーターのオーダーになってくると、この温度Ｔｇではギャップ内の液体を凝固させることはできないことを示している。
その結果、図８（ｃ）に示すように、たとえ液膜ＬＦの表面が冷却により凝固膜ＦＦに転換していたとしても、冷却温度および時間によっては、パターンの深部では液体状態のままとなっている可能性がある。昇華乾燥処理においてこのような現象が生じていると、期待される固相から気相への相変化でなく、液相から気相への相変化によって乾燥が進行することになる。このことは、液体の表面張力に起因するパターン倒壊を防止するという目的に反するものである。
本実施形態では、凝固膜を溶解させてから超臨界流体に置換して除去するため、このような問題は生じない。すなわち、凝固膜を形成した状態で搬送し、搬送後に凝固膜を溶解させてから超臨界乾燥処理を行うという本実施形態の処理は、単に搬送の便宜のためだけでなく、特に微細なパターンであってもその倒壊を確実に防止するという目的にも叶ったものとなっている。
言い換えると、この実施形態の処理において凝固膜は、搬送時の便宜のために少なくとも表面が流動しない程度に凝固していればよく、パターンの奥部まで完全に凝固することを要しない。このことは、液膜ＬＦを冷却する際の温度および処理時間における条件が、液膜を完全に凝固させる場合よりも緩和されることを意味する。したがって、冷却に要するエネルギーを低減させ冷却時間を短縮することが可能である。また、液膜の表層が凝固していれば深部は液状でも構わない、という観点からは、以下のような変形例も成立し得る。
図９は凝固処理の他の例を示すフローチャートである。また、図１０はこの変形例における液膜の状態を模式的に示す図である。図９に示す処理は、図４のステップＳ１０５に適用される処理として、図６の凝固処理に代えて実行可能なものである。この変形例においては、凝固膜の形成に際して、まずパターン内を液体で満たすための充填用液膜Ｆ１が形成される（ステップＳ４０１）。充填用液膜Ｆ１はパターン内に充填されることを目的とするものであり、上記理由から、凝固することを必要とされない。したがって、その凝固点に制約されることなく、表面張力が十分に小さい物質が選ばれればよい。むしろ、冷却温度では凝固しない材料が意図的に選ばれてもよい。また、液膜Ｆ１の厚さは、パターンＰＴの高さと同程度あればよい。
次に、充填用液膜Ｆ１を覆うように凝固液による凝固用液膜Ｆ２が形成される（ステップＳ４０２）。凝固用液膜Ｆ２については、表面張力に制約されず、凝固しやすい材料を選択して用いることができる。充填用液膜Ｆ１と凝固用液膜Ｆ２とは混じり合わなくてもよい。こうして形成された液膜Ｆ１，Ｆ２に冷却ガスが供給されて、凝固用液膜Ｆ２が凝固する（ステップＳ４０３）。
ここで、例えば充填用液膜Ｆ１を構成する液体の凝固点が室温以上であり、凝固用液膜Ｆ２を構成する液体の凝固点が室温以上であれば、特別に冷却を行うことなく凝固用液膜Ｆ２を凝固させることも可能である。ただし、凝固用液膜Ｆ２を構成する液体は基板Ｓに供給される時点で液体であることを要し、例えば凝固点より若干高い温度に加温された状態で供給されればよい。
この変形例では、上記実施形態と同様に、凝固用液膜Ｆ２が凝固していることで搬送時の利便性向上という利点を得られる。また、冷却温度を従来よりも高く設定することで消費エネルギーの低減を図ることができる。一方で、充填用液膜Ｆ１は完全には凝固せず液状であるため、搬送後の除去が容易である。そして、液膜で覆うことによる搬送中のパターン保護作用も十分に機能する。また、液膜形成材料の選択の自由度も高くなる。
また、本実施形態と従来技術である昇華乾燥処理との対比では、次のような差異もある。従来技術において基板を覆う凝固膜は昇華性物質により形成される。昇華性物質は揮発性が高いため、搬送中にも揮発が進み基板表面が露出してしまうおそれがある。また、揮発した昇華性物質が飛散して装置内で再析出し、それが装置や処理中の基板の汚染源となるおそれがある。あるいは、飛散した物質が装置外へ漏れ出さないようにするための対策を講じなければならない状況も生じ得る。一方、本実施形態では凝固膜に昇華性が求められないため、このような問題発生のおそれは大きく低減される。
以上説明したように、上記実施形態においては、湿式処理ユニットである基板処理ユニット１１Ａ等が本発明の「第１処理部」として機能し、乾燥処理ユニットである基板処理ユニット１３Ａ等が本発明の「第２処理部」として機能している。そして、センターロボット１５が本発明の「搬送機構」として機能している。また、高圧チャンバ１３０が本発明の「チャンバ」として機能している。
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、上記実施形態は、本発明の「第１処理部」、「第２処理部」、「搬送機構」にそれぞれ相当する基板処理ユニット１１Ａ、基板処理ユニット１３Ａ、センターロボット１５が１つの筐体に収められて一体の処理システムを構成するものである。しかしながら、本発明は、互いに独立して設けられた第１処理部および第２処理部と、これらの間で基板を搬送する搬送機構とを有する処理システムに対しても適用可能である。
また、上記実施形態で使用される各種の化学物質は一部の例を示したものであり、上記した本発明の技術思想に合致するものであれば、これに代えて種々のものを使用することが可能である。
また、上記実施形態の説明においては、凹凸パターンの奥部に入り込んだ液体が凝固してない可能性について言及しているが、上記したプロセス自体は、パターン内で液体が完全に凝固しているか否かによらず成立するものである。なお、パターン内部で液状が保たれているという状態を確実なものにするためには、例えば冷却ガスの温度を、液膜を構成する液体の自由空間における凝固点よりは低く、かつ処理対象基板のパターンが有するギャップサイズに対応する凝固点よりは高くなるように設定すればよい。
また、本発明の基板処理方法は、所定の構成を有する基板処理装置を制御するコンピュータにより実行される制御プログラムとして実施することも可能である。また、この制御プログラムをコンピュータ読み取り可能な形式で非一時的に記録した記録媒体により、本発明の実施態様を頒布することも可能である。
以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明に係る基板処理方法において例えば、凝固膜が、液膜の少なくとも表面近傍を冷却することにより形成されてもよい。本発明において液膜は全体が凝固することを必要とされず、少なくともその表面が搬送に適した程度まで凝固していればよい。したがって、液膜の表面およびその近傍を冷却して凝固膜を形成する方法は熱効率の点で有効である。
この場合、例えば、基板を乾燥させる工程では、超臨界流体を用いて基板を乾燥させてよい。このような構成によれば、表面張力が極めて低い超臨界流体でパターン内部の残残液体を置換し除去することができるので、微細な凹凸パターンを有する基板についても良好に乾燥させることができる。
例えば、第２処理部は、基板を受け入れるチャンバを有し、チャンバ内で液状の低表面張力液により溶解液を置換した後、低表面張力液を超臨界流体の状態から気化させて基板を乾燥させることができる。このような構成によれば、元より表面張力の小さい液体が超臨界状態を経て気化することで基板が乾燥するので、液相の介在によるパターン倒壊を効果的に抑制することが可能である。
これらの場合において、超臨界流体としては二酸化炭素を用いることができる。二酸化炭素における超臨界条件は、超臨界状態となる物質の中では比較的低温、低圧である。このため、超臨界状態を実現するための装置の構成は比較的小規模なもので済み処理コストを抑えることができる。また、超臨界状態の二酸化炭素は有機溶剤をよく溶かすため、基板に残存する有機溶剤成分を除去するのに好適である。
また例えば、液膜の少なくとも表面が冷却によって凝固膜に転換される一方、凝固膜と基板との間で液膜の一部が液状に維持されていてもよい。本発明において凝固膜はパターンを保護しつつ基板の可搬性を高めるために形成され、搬送後に凝固膜は溶解される。したがってパターンを保護する液膜は液状であってよく、液膜全体を凝固させないことで、凝固に要するエネルギーおよび処理時間を低減することが可能である。
また例えば、液膜は有機溶剤に加えて融点が常温と同等またはそれ以上である添加剤を含んでいてもよい。このような構成によれば、液膜表面からの有機溶剤の蒸発によって添加剤が凝固し凝固膜が形成されるので、通常の使用環境では冷却のための構成および処理を省くことが可能である。このような添加剤として好適な物質として、例えばターシャリーブチルアルコールを用いることができる。ここで、「常温」とは、広義には日本工業規格に「ＪＩＳ Ｚ８７０３」として規定されている５℃ないし３５℃を指し、より狭義には１５℃ないし２５℃を指す。
また例えば、液膜に含まれる有機溶剤および溶解液の少なくとも一方は、イソプロピルアルコールまたはアセトンであってよい。これらの液体は、例えば水を主体とする液体よりも表面張力が小さく、本発明の目的に好適なものである。
また例えば、液膜として、凹凸パターンの内部を充填する充填用液膜と、充填用液膜とは異なる材料により充填用液膜を覆う凝固用液膜とを形成し、凝固用液膜を構成する液体の凝固点よりも低温に冷却することで凝固用液膜を凝固させる構成としてよい。このような構成によれば、凹凸パターンの内部を充填用液膜で充填した状態で、これを覆う凝固膜が形成される。これにより搬送時の利便性は確保されており、しかも後の凝固膜除去を効率的に実行することができる。また充填用液膜と凝固用液膜とで異なる材料を使用可能であり、材料選択や処理条件の設定における自由度が高くなる。
この場合、例えば、充填用液膜を構成する液体としてはその凝固点が常温以下のものを、また凝固用液膜を構成する液体としてはその凝固点が常温以上のものを用いることができる。このような構成によれば、常温程度の使用環境において凝固膜と液膜との共存を実現するために、特別の装置や処理を必要としない。
また、本発明に係る基板処理装置では、第２処理部は、凝固膜に対して溶解液としての有機溶剤を供給する溶解液供給部を有してよい。このような構成によれば、凝固膜を有機溶剤で溶解して、基板が液膜に覆われた状態を容易に復元することができる。
この発明は、基板を凝固膜で覆った状態で搬送し、搬送先で凝固膜を除去し基板を乾燥させるプロセスを含む基板処理技術全般に適用することができる。特に、微細な凹凸パターンを有する基板の処理に好適である。
１ 基板処理装置
１１Ａ 湿式処理ユニット、基板処理ユニット（第１処理部）
１３Ａ 乾燥処理ユニット、基板処理ユニット（第２処理部）
１５ センターロボット（搬送機構）
１３０ 高圧チャンバ（チャンバ）
ＦＦ 凝固膜
ＬＦ 液膜
ＰＴ パターン（凹凸パターン）
Ｓ 基板

Claims (16)

  1. 第１処理部で、表面に凹凸パターンが形成された基板に湿式処理を施した後、前記基板の表面を有機溶剤を含む液膜で覆う工程と、
    前記液膜の少なくとも表面近傍を凝固させて凝固膜を形成する工程と、
    前記凝固膜で表面が覆われた前記基板を第２処理部へ搬送する工程と、
    前記第２処理部で、前記凝固膜に対し溶解液を供給して、前記凝固膜を溶解させる工程と、
    前記基板の表面から前記溶解液を除去して前記基板を乾燥させる工程と
    を備える基板処理方法。
  2. 前記凝固膜が、前記液膜の少なくとも表面近傍を冷却することにより形成される請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記基板を乾燥させる工程では、超臨界流体を用いて前記基板を乾燥させる請求項１または２に記載の基板処理方法。
  4. 前記第２処理部は、前記基板を受け入れるチャンバを有し、
    前記チャンバ内で、液状の低表面張力液により前記溶解液を置換した後、前記低表面張力液を超臨界流体の状態から気化させて前記基板を乾燥させる請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法。
  5. 前記超臨界流体が二酸化炭素である請求項３または４に記載の基板処理方法。
  6. 前記液膜の少なくとも表面が冷却によって前記凝固膜に転換される一方、前記凝固膜と前記基板との間で前記液膜の一部が液状に維持される請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理方法。
  7. 前記液膜に含まれる前記有機溶剤がイソプロピルアルコールまたはアセトンである請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理方法。
  8. 前記液膜は、前記有機溶剤に加えて、融点が常温と同等またはそれ以上である添加剤を含む請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理方法。
  9. 前記添加剤がターシャリーブチルアルコールである請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 前記溶解液がイソプロピルアルコールまたはアセトンである請求項１ないし９のいずれかに記載の基板処理方法。
  11. 前記液膜として、前記凹凸パターンの内部を充填する充填用液膜と、前記充填用液膜とは異なる材料により前記充填用液膜を覆う凝固用液膜とを形成し、
    前記凝固用液膜を構成する液体の凝固点よりも低温に冷却することで前記凝固用液膜を凝固させる請求項１ないし１０のいずれかに記載の基板処理方法。
  12. 前記凝固用液膜を構成する液体の凝固点が、前記充填用液膜を構成する液体の凝固点よりも高い請求項１１に記載の基板処理方法。
  13. 前記充填用液膜を構成する液体の凝固点が常温以下であり、前記凝固用液膜を構成する液体の凝固点が常温以上である請求項１１に記載の基板処理方法。
  14. 表面に凹凸パターンが形成された基板に対し、湿式処理、前記基板の表面を液膜で覆う処理、および、前記液膜を、前記液膜を構成する液体の凝固点よりも低温に冷却して凝固させ凝固膜に転換させる処理を実行する第１処理部と、
    前記凝固膜が形成された前記基板を受け入れ、前記凝固膜に対し溶解液を供給して前記凝固膜を溶解させる処理、および、前記基板の表面から前記溶解液を除去して前記基板を乾燥させる処理を実行する第２処理部と、
    前記第１処理部から前記第２処理部へ、前記凝固膜が形成された前記基板を搬送する搬送機構と
    を備える基板処理装置。
  15. 前記第２処理部は、前記凝固膜に対して前記溶解液としての有機溶剤を供給する溶解液供給部を有する請求項１４に記載の基板処理装置。
  16. 前記溶解液がイソプロピルアルコールまたはアセトンである請求項１４または１５に記載の基板処理装置。
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