TWI796903B - 基板處理裝置以及基板處理方法 - Google Patents

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Abstract

一種基板處理裝置以及基板處理方法，係用以在腔室內的處理空間藉由超臨界狀態的處理流體處理基板；在基板處理裝置以及基板處理方法中，在腔室內將用以加熱腔室內之加熱器配置於比基板還下方，將基板搬入至處理空間並藉由加熱器進行加熱，將處理流體供給至處理空間並藉由超臨界狀態的處理流體充滿處理空間後，將處理流體從處理空間排出。針對從超臨界狀態的處理流體被導入至處理空間時起的預定的期間停止加熱。能一邊將腔室內維持於適合超臨界處理的溫度，一邊抑制成為亂流的原因之處理流體的溫度變化，從而能良好地進行對於基板的超臨界處理。

Description

基板處理裝置以及基板處理方法
本發明有關於一種基板處理裝置以及基板處理方法，係用以在腔室(chamber)內藉由處理流體處理基板。
於半導體基板、顯示裝置用玻璃基板等之各種基板的處理工序中，包含藉由各種處理流體處理基板的表面之工序。雖然以往使用藥液、清洗(rinse)液等液體作為處理流體之處理係被廣泛地進行，然而近年來使用超臨界流體之處理亦被實用化。尤其，在於表面形成有細微圖案之基板的處理中，由於表面張力低比液體低之超臨界流體係能夠進入至圖案的間隙的深處，因此能效率佳地進行處理。此外，能降低乾燥時因為表面張力導致圖案崩壞的發生風險。
例如在日本特開2018-082043號公報(專利文獻1的例如圖3)記載有一種基板處理裝置，係使用超臨界流體進行基板的乾燥處理。在此種基板處理裝置中，對向配置有兩個板狀構件從而構成處理容器，兩個板狀構件的間隙係作為處理空間發揮作用。載置於薄板狀的保持板之晶圓(基板)係從處理空間的一方的端部被搬入，超臨界狀態的二氧化碳係從處理空間的另一方的端部被導入。
在此種習知技術中，於腔室的上下壁面安裝有加熱器。藉由加熱器的加熱將腔室的溫度固定地維持在例如比處理流體的超臨界溫度還高溫，藉此能使導入至腔室內的處理流體轉換成超臨界狀態，且能夠穩定地維持此種狀態。
在上述習知技術中，並未詳細說明處理流體在腔室內如何流動。然而，依據本發明人們的卓見，得知腔室內的處理流體的流動方式會影響到處理結果是否良好，亦即會影響到處理後的基板的潔淨度。亦即，當腔室內的處理流體的流動吝亂時，會有例如因為超臨界流體的置換作用而從基板游離的殘留液體再次附著於基板從而污染基板之虞。
此種亂流亦會因為腔室內的處理流體的溫度不均而產生。此原因如下：由於超臨界狀態的流體的密度相對於溫度之變化大，因此容易因為溫度不均而產生對流。有鑒於此，針對腔室內之直接接觸至處理流體之部位，期望不要成為使處理流體產生溫度不均之加熱源。然而，在上述習知技術中，加熱熱容量大的腔室整體，無法因應細微的溫度管理的要求。
如此，在超臨界處理用的腔室中，期望預先將腔室內維持在適合超臨界處理的溫度，另一方面則有必須避免對超臨界狀態的處理流體成為亂流的原因之溫度變化這種相反的要求。
本發明有鑑於上述課題而研創，目的在於提供一種用以在腔室內藉由處理流體處理基板之基板處理技術，係能一邊將腔室內維持於適合超臨界處理的溫度，一邊抑制成為亂流的原因之處理流體的溫度變化，從而能良好地對基板進行超臨界處理。
為了達成上述目的，本發明的態樣之一為一種基板處理裝置，係用以藉由超臨界狀態的處理流體處理基板，並具備：腔室，係於內部具有能夠收容前述基板的處理空間；供給排出部，係對前述處理空間進行前述處理流體的供給以及排出；加熱器，係在前述腔室內配置於比前述基板還下方，用以加熱前述腔室內；以及控制部，係控制前述加熱器；前述控制部係針對從超臨界狀態的前述處理流體被導入至前述處理空間時起的預定的期間，使前述加熱器停止加熱。
此外，為了達成上述目的，本發明的態樣之一為一種基板處理方法，係用以在腔室內的處理空間藉由超臨界狀態的處理流體處理基板；在前述基板處理方法中，在前述腔室內將用以加熱前述腔室內之加熱器配置於比前述基板還下方，將前述基板搬入至前述處理空間並藉由前述加熱器進行加熱，將前述處理流體供給至前述處理空間並藉由超臨界狀態的前述處理流體充滿前述處理空間後，將前述處理流體從前述處理空間排出，針對從超臨界狀態的前述處理流體被導入至前述處理空間時起的預定的期間停止前述加熱。
在以此種方式所構成的本發明中，將加熱器配置於腔室內並進行加熱，藉此能夠將腔室內維持於適合超臨界處理的溫度。另一方面，在超臨界狀態的處理流體被導入至腔室內時，使加熱器停止加熱。因此，避免已導入的處理流體被加熱器加熱而升溫。尤其，在加熱器被配置於比收容於腔室內的基板還下方之情形中，在基板的下方側被升溫而成為低密度的處理流 體係朝向上方從而所產生的對流係成為亂流的原因。此種亂流的產生係能夠藉由停止加熱器的加熱來抑制。
超臨界處理係以下述目的來執行：例如藉由超臨界狀態的處理流體置換已附著於基板的液體，從而將液體從基板去除。用以防止已從基板脫離的液體再次附著之亂流的抑制作用只要在超臨界狀態的處理流體所為的液體的置換開始後直至完成為止之期間持續即可。亦即，只要在至少視為從處理流體被導入至腔室時起直至處理結束完成之預定期間持續停止加熱器加熱的狀態即可。
如上所述，在本發明中，藉由在腔室內配置於基板的下方的加熱器加熱腔室內，藉此能預先將腔室內維持於適合超臨界處理的溫度。另一方面，由於在進行超臨界狀態的處理流體所為的處理時停止加熱器的加熱，因此能事先防止處理流體在腔室內被加熱從而產生對流並污染基板。因此，能夠良好地處理基板。
1:基板處理裝置
10:處理單元
11:台座
12:處理腔室(腔室)
13:蓋構件
15:支撐托盤
30:移載單元
31:本體
33:升降構件
35:基座構件
37:升降銷
50:供給單元
51:升降機構
53:進退機構
55:流體回收部(供給排出部)
57:流體供給部(供給排出部)
59:溫度調整部(控制部)
90:控制單元(控制部)
91:CPU
92:記憶體
93:存儲體
94:介面
121:開口
122:密封構件
151:支撐面
152:貫通孔
155,155a,155b:加熱器
a,b,c,d:箭頭
Fa,Fb:層流
P:點
Pa:大氣壓
Pc:臨界壓力
S:基板
SP:處理空間
T1至T4:時刻
Ta:溫度
Tc:臨界溫度
[圖1]為顯示能夠執行本發明的基板處理方法的基板處理裝置之圖。
[圖2]為顯示藉由基板處理裝置所執行的處理的概要之流程圖。
[圖3]為顯示超臨界處理中的相變化之相圖(phase diagram)。
[圖4]為顯示超臨界處理中的各部的狀態變化之時序圖。
[圖5A]為用以示意性地顯示處理腔室(processing chamber)內的處理流體的流動之圖。
[圖5B]為用以示意性地顯示處理腔室內的處理流體的流動之圖。
[圖6A]為顯示加熱器的其他配置的例子之圖。
[圖6B]為顯示加熱器的其他配置的例子之圖。
圖1為顯示能夠執行本發明的基板處理方法的基板處理裝置的概略構成之圖。基板處理裝置1為下述裝置：使用超臨界流體來處理例如半導體基板般各種基板的表面。在以下的說明中，為了統一地顯示方向，如圖1所示設定XYZ正交座標系統。在此，XY平面為水平面，Z方向係表示鉛直方向。更具體而言，-Z方向表示朝向鉛直下方。
作為本實施形態中的「基板」，能應用半導體晶圓、光罩(photomask)用玻璃基板、液晶顯示用玻璃基板、電漿顯示用玻璃基板、FED(Field Emission Display；場發射顯示器)用基板、光碟用基板、磁碟用基板、光磁碟用基板等之各種基板。以下主要採用被利用於圓盤狀的半導體晶圓的處理之基板處理裝置作為例子，並參照圖式進行說明。然而，亦能夠應用於以上所例示的各種的基板的處理。此外，基板的形狀亦可應用各種形狀。
基板處理裝置1係具備處理單元10、移載單元30、供給單元50以及控制單元90。處理單元10係成為超臨界乾燥處理的執行主體。移載單元30係接取藉由未圖示的外部的搬運裝置搬運而來的未處理的基板S並搬入至處理單 元10，並將處理後的基板S從處理單元10傳遞至外部的搬運裝置。供給單元50係將處理所需的化學物質、動力以及能量等供給至處理單元10以及移載單元30。
控制單元90係控制這些裝置的各部從而實現預定的處理。為了此種目的，控制單元90係具備CPU(Central Processing Unit；中央處理單元)91、記憶體92、存儲體(storage)93以及介面94等。CPU91係執行各種控制程式。記憶體92係暫時性地記憶處理資料。存儲體93係記憶供CPU91執行的控制程式。介面94係與使用者以及/或者外部裝置進行資訊更換。後述的裝置的動作係藉由下述方式來實現：CPU91係預先執行被寫入至儲存體93的控制程式，使裝置各部進行預定的動作。
處理單元10係具有於台座11上安裝有處理腔室12之構造。處理腔室12係藉由複數種金屬區塊的組合所構成，且內部成為空洞並構成處理空間SP。處理對象的基板S係被搬入至處理空間SP內並接受處理。於處理腔室12的-Y側側面形成有細縫(slit)狀的開口121，開口121係於X方向細長地延伸。處理空間SP與外部空間係經由開口121連通。處理空間SP的剖面形狀係與開口121的開口形狀大概相同。亦即，處理空間SP為下述空洞：具有X方向長且Z方向短的剖面形狀，且於Y方向延伸。
於處理腔室12的-Y側側面以閉塞開口121之方式設置有蓋構件13。蓋構件13閉塞處理腔室12的開口121，藉此構成氣密性的處理容器。藉此，能夠在內部的處理空間SP在高壓狀態下對基板S進行處理。於蓋構件13的+Y側側面以水平姿勢安裝有平板狀的支撐托盤(support tray)15。支撐托盤15的上表面151係成為能夠載置基板S之支撐面。蓋構件13係以於Y方向水平移動自如之方式被藉由省略圖示的支撐機構支撐。
蓋構件13係藉由設置於供給單元50的進退機構53而能夠相對於處理腔室12進退移動。具體而言，進退機構53係例如具有線性馬達、線性運動(linear motion)導軌、滾珠螺桿機構、螺線管(solenoid)、汽缸(air cylinder)等之線性運動機構。此種線性運動機構係使蓋構件13於Y方向移動。進退機構53係因應來自控制單元90的控制指令而動作。
蓋構件13朝-Y方向移動，藉此從處理腔室12分離，當支撐托盤15如虛線所示般從處理空間SP經由開口121朝外部被拉出時，變成能夠朝支撐托盤15存取(access)。亦即，變成基板S能夠被支撐托盤15載置以及能夠取出載置於支撐托盤15的基板S。另一方面，蓋構件13朝+Y方向移動，藉此支撐托盤15被收容於處理空間SP內。在基板S被載置於支撐托盤15之情形中，基板S係與支撐托盤15一起被搬入至處理空間SP。
蓋構件13朝+Y方向移動並蓋住開口121，藉此處理空間SP被密閉。於蓋構件13的+Y側側面與處理腔室12的-Y側側面之間設置有密封構件122，從而保持處理空間SP的氣密狀態。密封構件122係例如為橡膠製。此外，藉由未圖示的鎖定機構，蓋構件13係相對於處理腔室12被固定。如此，在本實施形態中，蓋構件13係在封閉狀態(實線)與分離狀態(虛線)之間被切換，該封閉狀態為將開口121封閉從而將處理空間SP密閉之狀態，該分離狀態為從開口121大幅地分離從而能夠供基板S出入之狀態。
在確保處理空間SP的氣密狀態之狀態下，在處理空間SP內執行對於基板S的處理。在此實施形態中，從設置於供給單元50的流體供給部57送出能夠利用於超臨界處理的物質作為處理流體，例如送出二氧化碳。處理流體係在氣體、液體或者超臨界的狀態下被供給至處理單元10。二氧化碳係因為具有下 述的性質故為適合超臨界乾燥處理的化學物質：較低溫、在低壓下成為超臨界狀態、能很好地溶解大多用於基板處理的有機溶劑。二氧化碳成為超臨界狀態之臨界點係氣壓(臨界壓力)為7.38MPa且溫度(臨界溫度)為31.1℃。
處理流體係被填充於處理空間SP，當處理空間SP內到達至適當的溫度以及壓力時，處理空間SP係被超臨界狀態的處理流體充滿。如此，基板S係在處理腔室12內被超臨界流體處理。於供給單元50設置有流體回收部55，處理後的流體係被流體回收部55回收。流體供給部57以及流體回收部55係被控制單元90控制。
為了防止超臨界狀態的處理流體在處理腔室12內被冷卻從而產生相變化，較佳為於處理腔室SP的內部設置有適當的熱源。尤其，為了防止在基板S的周邊產生非意圖的相變化，在本實施形態中於支撐托盤15內建有加熱器155。加熱器155係藉由供給單元50的溫度調整部59進行溫度控制。
溫度調整部59係因應來自控制單元90的控制指令而動作，對加熱器155供給電力從而使加熱器155發熱。加熱器155發熱從而加熱支撐托盤15，處理空間SP的內壁面係藉由來自支撐托盤15的輻射熱而升溫。溫度調整部59亦進一步具有控制從流體供給部57供給的處理流體的溫度之功能。
處理空間SP係具有能夠接受支撐托盤15以及被支撐托盤15支撐的基板S之形狀以及容積。亦即，處理空間SP係具有略為矩形的剖面形狀以及能夠接受支撐托盤15之深度，該略為矩形的剖面形狀為水平方向比支撐托盤15的寬度還寬且鉛直方向比將支撐托盤15與基板S相加後的高度還大之形狀。如此，處理空間SP係具有僅能夠接受支撐托盤15以及基板S之形狀以及容積。然而，支 撐托盤15以及基板S與處理空間SP的內壁面之間的間隙很小。因此，為了填充處理空間SP所需的處理流體的量係較少即可。
在支撐托盤15被收容於處理空間SP的狀態下，處理空間SP係大致被二分為支撐托盤15的上方的空間與下方的空間。在於支撐托盤15載置有基板S之情形中，處理空間SP係被區分成比基板S的上表面還上方的空間以及比支撐托盤15的下表面還下方的空間。
流體供給部57係在比基板S的+Y側端部還更+Y側處分別對處理空間SP中之比基板S還上方的空間以及比支撐托盤15還下方的空間供給處理流體。另一方面，流體回收部55係在比基板S的-Y側端部還更-Y側處分別從處理空間SP中之比基板S還上方的空間以及比支撐托盤15還下方的空間排出處理流體。藉此，在處理空間SP內分別於基板S的上方以及支撐托盤15的下方形成有從+Y側朝向-Y側之處理流體的層流。
移載單元30係負責外部的搬運裝置與支撐托盤15之間的基板S的傳遞。為了此種目的，移載單元30係具備本體31、升降構件33、基座構件35以及複數個升降銷37。升降構件33為於Z方向延伸之柱狀的構件，且藉由未圖示的支撐機構以相對於本體31於Z方向移動自如之方式被支撐。於升降構件33的上部安裝有具有略水平的上表面的基座構件35。從基座構件35的上表面朝向上方豎立地設置有複數個升降銷37。各個升降銷37的上端部係抵接至基板S的下表面，從而從下方以水平姿勢支撐基板S。為了以水平姿勢穩定地支撐基板S，期望設置有上端部的高度彼此相等的三個以上的升降銷37。
升降構件33係能夠藉由設置於供給單元50的升降機構51而升降移動。具體而言，升降機構51係具有線性馬達、線性運動導軌、滾珠螺桿機構、 螺旋管、汽缸等之線性運動機構，此種線性運動機構係使升降構件33於Z方向移動。升降機構51係因應來自控制單元90的控制指令而動作。
基座構件35係藉由升降構件33的升降而上下動作，藉此複數個升降銷37係與基座構件35一體性地上下動作。藉此，實現移載單元30與支撐托盤15之間的基板S的傳遞。更具體而言，如圖1中的虛線所示，基板S係在支撐托盤15被拉出至腔室外的狀態下被傳遞。為了此種目的，於支撐托盤15設置有用以使升降銷37插通之貫通孔152。當基座構件35上升時，升降銷37的上端係通過貫通孔152並到達至比支撐托盤15的支撐面151還上方。在此狀態下，藉由外部的搬運裝置搬運而至的基板S係被傳遞至升降銷37。升降銷37下降，藉此基板S係從升降銷37朝支撐托盤15傳遞。基板S的搬出係能藉由與上述方式相反的順序來進行。
圖2為顯示藉由基板處理裝置所執行的處理的概要之流程圖。基板處理裝置1係執行超臨界乾燥處理，亦即執行用以使在前階段工序中已被洗淨液洗淨的基板S乾燥之處理。具體而言如下所述。處理對象的基板S係在藉由用以構成基板處理系統之其他的基板處理裝置執行之前階段工序中被洗淨液洗淨。之後，在藉由例如異丙醇(IPA；isopropyl alcohol)等之有機溶劑於表面形成有液膜的狀態下，基板S係被搬運至基板處理裝置1。
例如，在於基板S的表面形成有細微圖案之情形中，會有因為殘留附著於基板S之液體的表面張力產生圖案的崩壞之虞。此外，會有因為不完全的乾燥導致於基板S的表面殘留有水漬(watermark)之情形。此外，會有因為基板S的表面接觸至外氣導致產生氧化等變質之情形。為了事先避免此種問題，會有 在以液體或者固體的表面層覆蓋基板S的表面(圖案形成面)的狀態下進行搬運之情形。
例如，在洗淨液以水作為主成分之情形中，在藉由表面張力比洗淨液還低且對於基板的腐蝕性低之液體形成液膜的狀態下執行搬運，例如在藉由IPA或者丙酮(acetone)等之有機溶劑形成液膜的狀態下執行搬運。亦即，基板S係在以水平狀態被支撐且上表面形成有液膜的狀態下被搬運至基板處理裝置1。在此，使用IPA作為液膜材料的一例。
藉由未圖示的搬運裝置所搬運而至的基板S係被收容於處理腔室12(步驟S101)。具體而言，基板S係在以圖案形成面作為上表面且該上表面被薄的液膜覆蓋的狀態下被搬運。如圖1中以虛線所示，在蓋構件13朝-Y側移動且支撐托盤15被拉出的狀態下，升降銷37係上升。搬運裝置係將基板S朝升降銷37傳遞。升降銷37下降，藉此基板S係被載置於支撐托盤15。當支撐托盤15以及蓋構件13一體性地朝+Y方向移動時，用以支撐基板S之支撐托盤15係被收容至處理腔室12內的處理空間SP，且開口121被蓋構件13封閉。
在此狀態下，作為處理流體的二氧化碳係在氣相的狀態下被導入至處理空間SP(步驟S102)。雖然在基板S的搬入時外氣會侵入至處理空間SP，然而藉由導入氣相的處理流體能置換外氣。再者，藉由注入氣相的處理流體，處理腔室12內的壓力係上升。
此外，在處理流體的導入過程中，持續地進行從處理空間SP排出處理流體。亦即，在藉由流體供給部57導入有處理流體之期間亦藉由流體回收部55執行從處理空間SP排出處理流體。藉此，已使用於處理的處理流體係被排 出而不會於處理空間SP對流，從而防止被溶入於處理流體中的殘留液體等之雜質再次附著於基板S。
當處理流體的供給量比排出量還多時，處理空間SP中的處理流體的密度上升且腔室內壓上升。反之，當處理流體的供給量比排出量還少時，處理空間SP中的處理流體的密度降低且腔室內被減壓。
當在處理空間SP內處理流體的壓力上升並超過臨界壓力時，處理流體係在腔室內成為超臨界狀態。亦即，藉由處理空間SP內的相變化，處理流體係從氣相遷移至超臨界狀態。此外，超臨界狀態的處理流體亦可從外部被供給。處理空間SP係在被超臨界流體充滿的狀態下被維持預定時間(步驟S103)，藉此能使附著於基板S的液體成分(IPA)溶入至流體中從而從基板S脫離。此「預定時間」係作為為了藉由處理流體更確實地置換附著於基板S的液體成分並朝腔室外排出所需的時間而被預先設定。已從基板S脫離的液體成分係與處理流體一起朝腔室外排出。如此，殘留於基板S的液體成分係被完全地去除。
接著，排出處理空間SP內的處理流體從而使基板S乾燥。具體而言，使來自處理空間SP的流體的排出量增大，藉此將被超臨界狀態的處理流體充滿的處理腔室12內減壓(步驟S104)。此時，亦可停止供給處理流體，亦可為持續供給少量的處理流體之態樣。處理空間SP係從被超臨界流體充滿的狀態被減壓，藉此處理流體係從超臨界狀態進行相變化從而成為氣相。將已經氣化的處理流體朝外部排出，藉此基板S係成為乾燥狀態。此時，以不會因為急遽的溫度降低產生固相以及液相之方式調整減壓速度。藉此，處理空間SP內的處理流體係從超臨界狀態直接氣化並朝外部排出。因此，避免於露出乾燥後的表面的基板S形成氣液界面。
如此，在本實施形態的超臨界乾燥處理中，以超臨界狀態的處理流體充滿處理空間SP後，使超臨界狀態的處理流體相變化成氣相並排出，藉此能效率佳地置換附著於基板S的液體，從而能防止殘留於基板S。而且，能避免雜質附著導致基板S的污染以及圖案崩壞等之因為氣液界面的形成所產生的問題，並能使基板S乾燥。
處理後的基板S係分配到後階段工序(步驟S105)。亦即，蓋構件13朝-Y方向移動，藉此支撐托盤15係從處理腔室12朝外部被拉出，並經由移載單元30將基板S朝外部的搬運裝置傳遞。此時，基板S係成為乾燥的狀態。後階段工序的內容為任意的內容。若無接下來應處理的基板S(步驟S106中為否)，結束處理。在有其他的處理對象的基板S之情形中(步驟S106中為是)，返回至步驟S101並被放入新的基板S，重複上述處理。
在結束對於一片基板S的處理後接著進行下一個基板S的處理之情形中，能藉由下述方式縮短工作時間(tact time)。亦即，支撐托盤15被拉出且處理完畢的基板S被搬出後，新的未處理的基板S被載置後將支撐托盤15收容至處理腔室12內。此外，以此種方式使蓋構件13的開閉次數減少，藉此亦能獲得抑制因為外氣的進入導致處理腔室12內的溫度變化之功效。
例如，在以置換液體之目的使用超臨界流體之情形中，超臨界流體的密度愈高則置換效率愈高。超臨界流體係因為溫度所致使的密度變化大，具體而言溫度愈高則密度愈小。因此，為了獲得高密度的超臨界流體，溫度較低比較好。雖然此意味著期望為接近臨界溫度之溫度，但是會因為稍微的溫度變化導致相轉移至氣相或者液相。因此，期望處理腔室12內的溫度儘可能地為固定。尤其是在超臨界流體為二氧化碳之情形中，由於超臨界溫度為接近常溫 的溫度(約31℃)，因此會有因為外氣的影響導致的溫度變化損害處理的穩定性之虞。
為了避免此種問題並使處理腔室12內的溫度穩定，在本實施形態的基板處理裝置1中，於支撐托盤15內置有用以將處理腔室12內升溫之加熱器155。然而，被導入的處理流體的溫度與支撐托盤15的溫度並未完全相同，且處理流體本身的溫度亦會因為處理時的壓縮、膨脹而變動。再者，每次蓋構件13的開閉時外氣的進入亦會導致溫度變化，難以將處理腔室12內的溫度保持固定。以下，說明本實施形態的處理腔室12內的溫度管理。
圖3為顯示超臨界處理中的相變化之相圖。在藉由超臨界流體充滿欲進行超臨界處理的腔室內時，亦可將預先作為超臨界狀態的處理流體導入至處理腔室。然而，如上所述，由於超臨界流體係因為溫度、壓力的變化所致使的密度變化大，因此能夠實現更容易掌控以液相、氣相的導入。亦即，以氣相或者液相導入處理流體，並在腔室內使處理流體相轉移至超臨界狀態。在此情形中，如圖3中以箭頭a至d所示，考量作為處理流體的壓力以及溫度變化的態樣之各種情形。
圖中的白色圓圈係表示屬於本實施形態的處理流體之二氧化碳的臨界點。符號Pc、Tc係分別表示臨界壓力以及臨界溫度。此外，點P為用以表示超臨界處理中作為目標的壓力以及溫度之點。從處理效率的觀點來看，點P較佳為接近臨界點(白色圓圈)。
箭頭a、b係與導入液相的處理流體之情形對應。更具體而言，箭頭a係表示下述情形：在腔室內以比臨界壓力Pc還高壓將比臨界溫度Tc還低溫的液狀的處理流體予以加熱，藉此使處理流體轉移成超臨界狀態。此外，箭頭b係 表示下述情形：在腔室內以比臨界壓力Pc還低壓將比臨界溫度Tc還低溫的液狀的處理流體予以加熱，藉此使處理流體轉移成超臨界狀態。在兩者的情形中皆以不會產生朝氣相的相轉移之方式控制壓力以及溫度。
此外，箭頭c、d係與導入氣相的處理流體之情形對應。更具體而言，箭頭c係表示下述情形：在腔室內以比臨界壓力Pc還低壓將比臨界溫度Tc還低溫的氣體狀的處理流體予以以加壓以及加熱，藉此使處理流體轉移成超臨界狀態。此外，箭頭d係表示下述情形：在腔室內以比臨界壓力Pc還低壓將比臨界溫度Tc還高溫的液狀的處理流體予以加壓，藉此使處理流體轉移成超臨界狀態。在兩者的情形中皆以不會產生朝液相的相轉移之方式控制壓力以及溫度。
在這些情形的所有態樣中，皆能夠使所導入的處理流體到達至比臨界壓力Pc還高壓且比臨界溫度Tc還高溫的超臨界狀態(點P)。另一方面，在結束超臨界處理時，如虛線箭頭所示，將腔室內予以減壓使處理流體從超臨界狀態變化成氣相，藉此能夠使基板乾燥再將基板取出。使處理流體從超臨界狀態相轉移至氣相而無須經由液相相轉移至氣相，藉此防止因為氣液界面接觸至乾燥後的基板表面導致圖案崩壞。
圖4為顯示本實施形態的超臨界處理中的各部的狀態變化之時序圖。如上所述，本實施形態的超臨界處理係包含基板收容、處理流體導入、腔室內減壓以及基板搬出的各個處理步驟。在對複數個基板依序進行處理之情形中，如虛線箭頭所示，在搬出處理完畢的基板後，收容新的未處理的基板並重複處理。
在此期間，處理腔室12內的流體係以大氣(開放)、氣相或者液相的處理流體、超臨界狀態的處理流體、氣相的處理流體、大氣的順序而變化。 伴隨於此，處理腔室12內的溫度以及壓力亦變動。在使用二氧化碳作為處理流體之情形中，由於臨界溫度Tc較接近常溫，因此該處理過程中的溫度變化較小。針對腔室內的溫度，只要超臨界狀態中的溫度Ta超過臨界溫度Tc(圖3)即可；針對此期間以外的期間，亦可比臨界溫度Tc還高或者還低。
另一方面，腔室內的壓力係在從大氣壓Pa至超過臨界壓力Pc之壓力為止之間大幅地變化。在腔室內的溫度以及壓力雙方超過臨界點之期間，腔室內係被超臨界狀態的處理流體充滿。由於將腔室內的溫度單純地維持在比臨界溫度Tc還高溫之情形本身並不會很困難，因此決定腔室內的流體是否成為超臨界狀態的原因主要是壓力的變化。腔室內的流體的壓力係根據處理流體的供給以及排出的平衡來決定，亦即根據從流體供給部57所供給的處理流體的供給量以及朝流體回收部55排出的處理流體的排出量之間的關係來決定。
如此，在超臨界處理中，不一定需要使腔室內的溫度上下變動，期望為維持在適合處理的溫度。此意味著溫度變化較小為佳，亦可為例如極端地常態性地為固定溫度。此外，從針對複數片基板連續性地進行處理的處理結果的穩定性之觀點來看，期望收容有基板S時之處理腔室12內以及支撐托盤15的溫度每次都相同。
腔室內的溫度除了取決於被導入至腔室之流體的溫度之外，還會受到因為處理中的加壓製程、減壓製程中的流體的膨脹以及收縮所導致的溫度變動的影響。為了減少這些影響所導致的溫度變化，使用內置於支撐托盤15的加熱器155。
為了維持腔室內的溫度，於腔室內或者腔室的周圍設置有加熱器之構成是眾所皆知的。亦即，藉由預先加熱熱容量大的處理腔室、支撐托盤從 而抑制外氣以及流體的溫度變化的影響之技術已實用化。在此情形中，如圖4中標示的(a)所示，為了使溫度穩定化，認為加熱器係常態地導通(ON)。
圖5A以及圖5B為示意性地顯示在處理腔室內的處理流體的流動之圖。如圖5A所示，在處理空間SP中，期望於基板S的上方以及支撐托盤15的下方分別形成有從+Y側朝-Y側流動的超臨界處理流體的層流Fa、Fb。然而，此時，當被加熱器155升溫之支撐托盤15的溫度變得比處理流體還高時，尤其是變得比於支撐托盤15的下方側流動的處理流體的溫度還高時，處理流體會被升溫。
當超臨界流體的溫度上升時，超臨界流體的密度變小，在處理空間SP內產生處理流體的對流。亦即，如圖5B所示，於支撐托盤15的下方流動的處理流體的一部分係通過處理腔室12的側壁面與支撐托盤15之間的間隙以及/或者設置於支撐托盤15的貫通孔152等而朝基板S的上方繞入。如此，當於基板S的周圍產生亂流時，會有被處理流體置換導致溶入至處理流體中的殘留液體再次附著於基板S從而污染基板S之虞。為了解決此種問題，在本實施形態中設定成：在超臨界處理中將加熱器155設定成關斷(OFF)，從而暫時性地停止加熱器155對於支撐托盤15的加熱。藉此，避免因為加熱器155使處理流體升溫導致產生亂流。加熱器155關斷後的支撐托盤15的溫度係逐漸變成接近被導入的處理流體的溫度。
此原理為：如圖4中標示的(b)所示，在至少腔室內被超臨界流體充滿的期間，亦即在從時刻T2至時刻T4為止之期間，只要加熱器155設定成關斷即可。在處理流體相轉移至超臨界狀態之時序中，超臨界流體與附著於基板S的液體係並存。此時，從防止基板的污染之觀點來看，需要確實地避免處理流體被升溫從而產生亂流的事態。
然而，實際上難以正確地預測被導入的處理流體在腔室內相轉移至超臨界之時刻T2，且亦考量加熱器155的加熱會對時刻T2造成影響。因此，如圖4中標示的(c)所示，期望在比即將產生相轉移之時刻T2還早的階段預先將加熱器155設定成關斷。例如，能於開始導入處理流體之時刻T1將加熱器155設定成關斷。此外，例如亦可在關閉蓋構件13後立即將加熱器155設定成關斷。
另一方面，針對加熱器155的關斷的終期，亦即針對將關斷的加熱器155再次導通知時序，以下述方式考量。在直至基板S上超臨界流體所進行的液體成分的置換完成為止之期間，更嚴格來說為直至從基板S脫離的液體成分從處理空間SP排出為止之期間係較佳為持續加熱器155關斷的狀態。在如超臨界處理的初始階段般於處理流體殘存有液體成分時，因為對流所產生的亂流會成為基板S的污染原因。然而，在排出液體成分後，亂流不一定會成為污染的原因。
因此，只要為當超臨界狀態充分地持續且於基板S的周圍未殘留有液體成分之狀況，亦可再次開始加熱器155的加熱。例如，如圖4中標示的(d)所示，亦可設定成比腔室內的處理流體從超臨界狀態相轉移至氣相之時刻T4還早地將加熱器155設定成導通。
尤其，如圖4中標示的(e)所示，只要在比開始腔室內的減壓之時刻T3還早地將加熱器155設定成導通，即能獲得下述的功效。在從超臨界狀態朝氣相的相轉移中，藉由伴隨著減壓之處理流體的阻熱膨脹，腔室內的溫度係以圖4中的虛線所示急遽地降低，且亦會根據情形而變成比外氣溫度還低溫。此種溫度降低係背離將腔室內的溫度維持固定之目的。尤其，必須確實地避免因為在高壓狀態下腔室內的溫度急遽地下降導致產生朝液相的相轉移。在開始減壓之前先將加熱器155設定成導通，藉此能夠抑制此種溫度降低。
在超臨界處理中，難以掌握處理流體所為的液體成分的置換是在哪個時間點完成的。然而，例如藉由預備實驗預先計測液體成分變得不會從處理空間SP排出之時間點，能推定在經過與此時間點對應之時間經過時已經完成置換。在此時間點之後將加熱器155設定成導通，藉此能夠獲得與上述說明同樣的功效。
此外，作為用以在超臨界處理的初始階段使加熱器155停止發熱之方法，並不需要使加熱器155的動作完全地停止。例如，將加熱器155的加熱目標溫度設定成遠低於周圍溫度，藉此能夠實質性地使加熱器155停止發熱。此外，在處理流體的導入後使加熱器155停止之情形中，設定成比被導入的處理流體的溫度還低的目標溫度，藉此能使發熱停止。
此外，只要支撐托盤15比處理流體的溫度還低溫，則亦可持續朝加熱器155通電。預先將內置於支撐托盤15的加熱器155維持在某種程度的溫度，藉此能夠在必要時立即使支撐托盤15升溫。
在以氣相狀態被導入的處理流體的溫度為例如50℃左右之情形中，能設定成比50℃左右還低的溫度作為加熱器155的加熱目標溫度，例如能設定成40℃左右作為加熱器155的加熱目標溫度。然而，並未限定於這些溫度。
圖6A以及圖6B為顯示加熱器的其他的配置的例子之圖。上述實施形態的加熱器155係被埋入至支撐托盤15的內部且經由支撐托盤15加熱腔室內。另一方面，在圖6A所示的例子中，加熱器155a係在露出於支撐托盤15的下表面的狀態下被設置。藉由此種構成，亦能夠加熱支撐托盤15與處理腔室12的內部。在此種情形中，由於亦會因為加熱器155a將於下方流動的處理流體升溫從而產生亂流，因此與上述說明同樣的加熱器控制是有效的。
此外，將加熱器設置於支撐托盤15的上表面並不一定是有效的。雖然此種構成亦能夠加熱支撐托盤15與處理腔室12的內部，然而在基板S被載置於支撐托盤15時加熱器所發出的熱主要是將基板S升溫。如此，在形成有液膜的基板S被載置於支撐托盤15時液體的蒸發會持續進行等，不一定有助於處理的穩定性。
在圖6B所示的例子中，於處理腔室12設置有加熱器155b。更具體而言，在處理腔室12內中之碰到處理空間SP的底面之位置設置有加熱器155b。在此種情形中，由於亦會因為加熱器155b將於加熱器155b與支撐托盤15之間流動的處理流體升溫從而產生亂流，因此與上述說明同樣的加熱器控制是有效的。
此外，在此種構成中，加熱器155b對於支撐托盤15的加熱功效低。尤其，支撐托盤15被拉出至腔室外時不會被加熱。另一方面，在將加熱器配置於支撐托盤15之構成中，支撐托盤15被拉出至腔室外時腔室內不會被加熱。然而，一般而言由於與支撐托盤15相比處理腔室12的熱容量充分地大，因此溫度變化是輕微的，且亦能夠另外將加熱器設置於處理腔室12側，因此將加熱器設置於支撐托盤15是合理的。
如上述所說明般，在上述實施形態的基板處理裝置1中，處理腔室12、支撐托盤15以及加熱器155(155a、155b)係分別作為本發明的「腔室」、「支撐托盤」以及「加熱器」發揮作用。此外，流體供給部57以及流體回收部55係一體性地作為本發明的「供給排出部」發揮作用。而且，控制單元90與溫度調整部59係一體性地作為本發明的「控制部」發揮作用。此外，在上述實施形態中，二氧化碳係相當於本發明的「處理流體」，用以於被搬入的基板S形成液膜之IPA等有機溶劑係相當於本發明的「置換對象液」。
此外，本發明並未限定於上述實施形態，只要未脫離本發明的主旨，則除了上述實施形態之外亦能夠進行各種變更。例如，上述實施形態的基板處理裝置1亦可進一步具備設置於處理腔室12的外側表面之加熱器或者埋入於處理腔室12的框體區塊內之加熱器。藉由此種加熱器預先將處理腔室升溫，藉此能在一連串的超臨界處理中使處理空間內的溫度變化進一步地降低。在此情形中，較佳為針對處理腔室的溫度以不會變得比處理流體還高之方式進行設定，例如設定成30℃左右。
此外，例如雖然在上述實施形態的程序(sequence)中將加熱器導通時的加熱目標溫度設定成固定，然而亦可因應需要將加熱器導通時的加熱目標溫度多階段地變更。例如在支撐托盤15位於處理空間SP時與支撐托盤15位於外部時之間，目標溫度亦可不同。此外，處理後的基板S朝外部搬出時，為了促進基板S的冷卻，加熱目標溫度亦可設定於比其他的時序還低。
此外，在上述實施形態中，搬出處理完畢的基板後立即搬入下一個未處理的基板，藉此謀求縮短工作時間。然而，即使在基板的搬出後先關閉蓋構件般的程序中，亦能夠進行與上述說明同樣的加熱器控制。亦即，只要在將蓋構件與以開閉時預先將加熱器導通並在腔室內變成超臨界狀態之前將加熱器設定成導通即可。
此外，在上述實施形態的處理中所使用的各種化學物質係顯示一部分的例子，只要與上面說明的本發明的技術思想相符，則能使用各種化學物質來取代。
以上，如例示具體性的實施形態所說明般，本發明的基板處理裝置亦可構成為：供給排出部係在處理空間內被超臨界狀態的處理流體充滿的狀 態持續一定時間後，將處理流體排出從而使基板乾燥；控制部係在至少處理空間被超臨界狀態的處理流體充滿之期間使加熱停止。依據此種構成，能遍及以超臨界狀態的處理流體充滿處理空間之期間的整個期間防止因為加熱器的發熱使處理流體的溫度變化。
此外，在基板處理裝置藉由處理流體置換附著於基板的置換對象液從而使基板乾燥之情形中，亦可構成為控制部係在直至殘留於處理空間的置換對象液被處理流體置換完成為止之期間使加熱停止。因為超臨界狀態的處理流體被加熱所導致的問題之一為加熱所產生的亂流會使污染物質附著於基板。換言之，只要設定成針對會成為污染物質之置換對象液的置換完成之期間停止加熱器的加熱，即能獲得本發明的功效。
因此，例如亦可構成為控制部係在置換對象液的置換完成後再開始加熱。如此，能抑制處理後的溫度降低。在從超臨界狀態使基板乾燥之製程中，期望處理流體相轉移至氣相而無須經由液相相轉移至氣相。防止處理流體的急遽的溫度降低並避免朝液相轉移之目的係能夠利用加熱器的加熱。
此外，例如亦可構成為：供給排出部係將處理空間內被超臨界狀態的處理流體充滿的狀態持續一定時間後，將處理空間減壓從而使基板乾燥；控制部係在供給排出部開始處理空間的減壓之前開始加熱。在此情形中，雖然會有減壓時因為處理流體的急遽的膨脹而產生溫度降低之情形，但能藉由加熱器的加熱抑制此種溫度降低。
此外，例如在這些基板處理裝置中，較佳為：供給排出部係將氣相或者液相的處理流體供給至腔室；控制部係在處理流體在處理空間轉換成超臨界狀態之前使加熱停止。認為在此種超臨界處理的初始階段中於處理空間內 殘留有成為基板的污染源之物質。在此種階段中停止加熱器的加熱從而抑制產生處理流體的亂流，藉此能防止殘留物質附著於基板。
此外，例如亦可構成為基板處理裝置係進一步具備：支撐托盤，係於上部具有能夠載置基板之平板形狀，相對於處理空間進退移動，藉此將基板相對於腔室進行搬出以及搬出；亦可於支撐托盤設置有加熱器。依據此種構成，能防止支撐托盤位於腔室外時支撐托盤的溫度降低。
此外，例如亦可構成為控制部係將加熱器的加熱目標溫度設定成比處理流體的溫度還低的溫度，藉此實質性地使加熱停止。亦即，在本發明中，只要避免加熱器的發熱使處理流體的溫度上升即可，無須使加熱器的動作本身停止。
此外，在本發明的基板處理方法中，亦可在從腔室搬出處理流體的處理已結束之處理完畢的基板後將新的未處理的基板搬入至腔室並執行處理流體的處理之情形中，從開始搬出處理完畢的基板後直至結束搬入未處理的基板為止之期間持續地進行加熱。如此，在對複數片基板依序進行處理之情形中，在進行基板的替換之期間持續地實施加熱器的加熱，藉此能夠防止腔室內的溫度降低。
[產業可利用性]
本發明係能應用於用以使用已導入至腔室內的超臨界處理流體來處理基板之所有的基板處理裝置。例如，能應用於用以藉由超臨界流體使半導體基板等基板乾燥之基板乾燥處理。
Pa:大氣壓
Pc:臨界壓力
T1至T4:時刻
Ta:溫度

Claims (10)

  1. 一種基板處理裝置，係用以藉由超臨界狀態的處理流體處理基板，並具備： 腔室，係於內部具有能夠收容前述基板的處理空間； 供給排出部，係對前述處理空間進行前述處理流體的供給以及排出； 加熱器，係在前述腔室內配置於比前述基板還下方，用以加熱前述腔室內；以及 控制部，係控制前述加熱器； 前述控制部係針對從超臨界狀態的前述處理流體被導入至前述處理空間時起的預定的期間，使前述加熱器停止加熱。
  2. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中前述供給排出部係在前述處理空間內被超臨界狀態的前述處理流體充滿的狀態持續一定時間後，將前述處理流體排出從而使前述基板乾燥； 前述控制部係在至少前述處理空間被超臨界狀態的前述處理流體充滿之期間使前述加熱停止。
  3. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中藉由前述處理流體置換附著於前述基板的置換對象液從而使前述基板乾燥； 前述控制部係在直至殘留於前述處理空間的前述置換對象液被前述處理流體置換完成為止之期間使前述加熱停止。
  4. 如請求項3所記載之基板處理裝置，其中前述控制部係在前述置換對象液的置換完成後再開始前述加熱。
  5. 如請求項1所記載之基板處理裝置，其中前述供給排出部係將前述處理空間內被超臨界狀態的前述處理流體充滿的狀態持續一定時間後，將前述處理空間減壓從而使前述基板乾燥； 前述控制部係在前述供給排出部開始前述處理空間的減壓之前開始前述加熱。
  6. 如請求項1至5中任一項所記載之基板處理裝置，其中前述供給排出部係將氣相或者液相的前述處理流體供給至前述腔室； 前述控制部係在前述處理流體在前述處理空間轉換成超臨界狀態之前使前述加熱停止。
  7. 如請求項1至5中任一項所記載之基板處理裝置，其中具備：支撐托盤，係於上部具有能夠載置前述基板之平板形狀，相對於前述處理空間進退移動，藉此將前述基板相對於前述腔室進行搬出以及搬出； 於前述支撐托盤設置有前述加熱器。
  8. 如請求項1至5中任一項所記載之基板處理裝置，其中前述控制部係將前述加熱器的加熱目標溫度設定成比前述處理流體的溫度還低的溫度，藉此實質性地使前述加熱停止。
  9. 一種基板處理方法，係用以在腔室內的處理空間藉由超臨界狀態的處理流體處理基板； 在前述腔室內將用以加熱前述腔室內之加熱器配置於比前述基板還下方； 將前述基板搬入至前述處理空間並藉由前述加熱器進行加熱； 將前述處理流體供給至前述處理空間並藉由超臨界狀態的前述處理流體充滿前述處理空間後，將前述處理流體從前述處理空間排出； 針對從超臨界狀態的前述處理流體被導入至前述處理空間時起的預定的期間停止前述加熱。
  10. 如請求項9所記載之基板處理方法，其中在從前述腔室搬出前述處理流體的處理已結束之處理完畢的基板後，將新的未處理的基板搬入至前述腔室並執行前述處理流體所為的處理； 從開始搬出處理完畢的前述基板後直至結束搬入未處理的前述基板為止之期間持續地進行前述加熱。
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