TWI807704B - 基板處理方法以及基板處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的基板處理方法係具備：超臨界處理工序，係將處理流體導入至收容了基板的腔室的內部空間，並藉由超臨界狀態的處理流體處理基板；減壓工序，係排出處理流體並將內部空間減壓；搬出工序，係從腔室搬出基板；以及溫度調整工序，係將處理流體導入至搬出基板後的內部空間並排出處理流體，藉此將內部空間的溫度調整至目標溫度。在用以在腔室內藉由超臨界狀態的處理流體處理基板之技術中，能適當地管理處理後的腔室內的溫度，尤其在依序處理複數片基板之情形中亦能獲得穩定的處理效率。

Description

基板處理方法以及基板處理裝置
本發明係有關於一種用以在腔室(chamber)內藉由超臨界狀態的處理流體處理基板之技術，尤其有關於一種藉由超臨界處理流體處理基板後的製程(process)。
於半導體基板、顯示裝置用玻璃基板等各種基板的處理工序中，包含有藉由各種處理流體處理基板的表面之工序。使用藥液或者清洗(rinse)液等液體作為處理流體之處理係從以往開始就廣泛地進行，然而近年來使用了超臨界流體的處理亦被實用化。尤其，在表面形成有細微圖案的基板的處理中，由於表面張力比液體還低的超臨界流體係能夠進入至圖案的間隙的深處，因此能夠效率佳地進行處理。此外，能降低會在乾燥時發生之因為表面張力導致圖案崩壞的發生風險。
例如於日本特開2018-081996號公報(專利文獻1)中記載有一種基板處理裝置，係藉由超臨界流體置換附著在基板的液體，從而進行基板的乾燥處理。更具體而言，於專利文獻1詳細記載了使用二氧化碳作為超臨界處理流體且使用IPA(isopropyl alcohol；異丙醇)作為被二氧化碳置換的置換對象液之情形 的乾燥處理的流程。亦即，收容了基板的腔室內被處理流體充滿，腔室內係在一定期間內被維持成超過該處理流體的臨界壓力以及臨界溫度的狀態。之後，腔室內被減壓並結束一連串的處理。
在上述習知技術中，主要是藉由用以反復升壓與降壓之壓力控制來謀求維持超臨界狀態。然而，更佳為將處理中的超臨界流體的溫度以及壓力維持固定。此理由為：由於在超臨界流體中尤其是伴隨著溫度變化之密度變化會非常地大，因此在例如以置換液體作為目的之處理中處理效率會因為處理流體的密度而大幅地變化。更詳細而言，超臨界處理流體愈為高密度，則由於能取入更多的其他的液體，因此液體的置換效率愈高。而且，溫度愈低則超臨界處理流體愈為高密度。因此，較佳為處理流體係在能維持超臨界狀態的範圍內儘可能地低溫且為固定溫度。
處理流體的溫度亦會因為被導入至腔室時的腔室內的溫度而受到影響。因此，亦要求導入時的腔室內的溫度保持固定以及適當且正確。然而，在上述習知技術中並未考慮到此點，且處理中以外的時序(timing)並未被管理，尤其是在減壓製程中腔室內的溫度並未被管理。因此，尤其是在依序處理複數片基板之情形中，會有下一片基板以及處理流體被導入至因為對於先前的基板之處理而成為高溫的腔室內之情形。如此，會有處理效率降低且處理結果產生偏差之虞。
本發明有鑑於上述課題而研創，目的為在腔室內藉由超臨界狀態的處理流體處理基板之技術中提供一種技術，能適當地管理處理後的腔室內的溫度，且即使在依序處理複數片基板之情形中亦能獲得穩定的處理效率。
本發明的實施形態之為一種基板處理方法，係用以在腔室內藉由超臨界狀態的處理流體處理基板，並具備：超臨界處理工序，係將前述處理流體導入至收容了前述基板的前述腔室的內部空間，並藉由超臨界狀態的前述處理流體處理前述基板；減壓工序，係排出前述處理流體並將前述內部空間減壓；搬出工序，係從前述腔室搬出前述基板；以及溫度調整工序，係將前述處理流體導入至搬出前述基板後的前述內部空間並排出前述處理流體，藉此將前述內部空間的溫度調整至目標溫度。
此外，本發明的實施形態之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，係能夠將前述基板收容於內部空間；流體供給部，係對前述腔室的前述內部空間供給前述處理流體；流體排出部，係從前述內部空間排出前述處理流體；以及控制部，係控制前述流體供給部以及前述流體排出部；前述控制部係執行：溫度調整處理，係從前述流體供給部對搬出已藉由前述處理流體處理過的前述基板後的前述內部空間供給前述處理流體，並使前述流體排出部排出前述處理流體，藉此將前述內部空間的溫度調整成目標溫度。
此處所謂的「內部空間的溫度」係指在該內部空間中進行溫度測定時所檢測出的溫度之概念，具體而言係指腔室中之面向腔室的內部空間之壁面的溫度。此種考量較佳之理由將於後述。
在超臨界狀態的處理流體所為的基板處理中會有下述情形：腔室 內部變成高溫，即使在排出處理流體後溫度亦不會充分地降低。尤其，在未考慮到處理結束時的腔室內的溫度管理之處理中，會有腔室內的溫度亦會根據各種處理而不同之情形。如此，在依序將複數片基板搬運至腔室內且連續地進行處理之情形中，會因為初期溫度的差異導致處理結果偏差。
有鑑於此，在以上述方式所構成的發明中，重新將處理流體導入至已藉由處理流體處理過基板後的腔室的內部空間，從而將內部的溫度調整至目標溫度。如此，由於管理結束對於一片基板的處理後的溫度，因此能夠立即接著將下一片基板搬入至腔室並進行處理。藉此，能提升對於複數片基板的處理的產出量(throughput)。
此外，由於對於每一片基板的處理中的初期溫度是穩定的，因此處理結果亦能夠穩定。此原因在於：超臨界流體的密度相對於溫度的變化大，因此處理效率亦會因為密度的差異而產生大幅的差異。在本發明中，初期溫度穩定，藉此能抑制後續的處理中的溫度變化會因為每個處理而偏差之情形，從而能夠獲得穩定的處理結果。
如上所述，在本發明中，於結束對於基板的處理後，以腔室內的溫度調整為目的，重新將處理流體導入至腔室並排出處理流體。因此，能適當地管理下一片基板被搬入之前的腔室內的溫度，尤其在依序處理複數片基板之情形中亦能抑制每個處理的超臨界處理流體的溫度偏差，從而能獲得穩定的處理效率。
本發明的上述目的與新穎的特徵以及其他的目的與新穎的特徵只要參照隨附的圖式並閱讀下面的詳細的說明即能夠更清楚且明瞭。然而，圖 式僅是用來解說，並非是用來限定本發明的範圍。
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(蓋部)
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(流體排出部)
57:流體供給部
90:控制單元(控制部)
91:CPU
92:記憶體
93:儲存器
94:介面
121:開口
122:密封構件
151:上表面
152:貫通孔
173,174:檢測部
H:手部
Pa:大氣壓
Pm:最大壓力
S:基板
SP:處理空間(內部空間)
S101,S107,S201至S205:步驟
S102至S104:步驟(超臨界處理工序)
S105:步驟(減壓工序)
S106:步驟(搬出工序)
S108:步驟(溫度調整工序)
T0至T4:時刻
Te:溫度
Tt:目標溫度
[圖1]係顯示本發明的基板處理裝置的實施形態之一的概略構成之圖。
[圖2]係顯示藉由基板處理裝置所執行的處理的概要之流程圖。
[圖3A]係示意性地顯示超臨界處理中的各部的動作之圖。
[圖3B]係示意性地顯示超臨界處理中的各部的動作之圖。
[圖3C]係示意性地顯示超臨界處理中的各部的動作之圖。
[圖3D]係示意性地顯示超臨界處理中的各部的動作之圖。
[圖4]係顯示溫度調整處理之流程圖。
[圖5]係示意性地顯示溫度調整處理中的壓力以及溫度的變化之圖。
圖1係顯示本發明的基板處理裝置的實施形態之一的概略構成之圖。基板處理裝置1為用以使用超臨界流體處理例如半導體基板般的各種基板的表面之裝置，且為了執行本發明的基板處理方法具有較佳的裝置構成。在以下的說明中，為了統一地顯示方向，如圖1所示般設定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方向係表示鉛直下方向。
作為本實施形態中的「基板」，能夠應用半導體晶圓、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、磁碟用基板以及光磁碟用基板等各種基板。以下主要採用例子並參照圖式來說明被利用於圓盤狀的半導體晶圓的處理之基板處理裝置。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係接取被未圖示的外部的搬運裝置搬運而至的未處理的基板S並搬入至處理單元10，並從處理單元10將處理後的基板S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、儲存器(storage)93以及介面94等。CPU91係執行各種控制程式。記憶體92係暫時性地儲存處理資料。儲存器93係儲存CPU91所執行的控制程式。介面94係與使用者或者外部裝置進行資訊交換。後述的裝置的動作係藉由下述方式而實現：CPU91執行預先寫入至儲存器93的控制程式，從而使裝置各部進行預定的動作。
處理單元10係具有於台座11裝設有處理腔室12之構造。處理腔室12係藉由幾個金屬塊的組合所構成，處理腔室12的內部為空洞且構成處理空間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側側面形成有朝X方向細長地延伸的細縫(slit)狀的開口121。處理空間SP與外部空間係經由開口121而連通。處理空間SP的剖面形狀係與開口121的開口形狀大致相同。亦即，處理空間SP係具有X方向長且Z方向短的剖面形狀，且為朝Y 方向延伸之空洞。
於處理腔室12的-Y側側面以封閉開口121之方式設置有蓋構件13。蓋構件13封閉處理腔室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中在高壓狀態下處理基板S。於蓋構件13的+Y側側面以水平姿勢裝設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係被省略圖示的支撐機構以於Y方向水平移動自如之方式支撐。
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係具有例如線性馬達、線性導軌、滾珠螺桿機構、螺線管(solenoid)或者汽缸(air cylinder)等線性運動機構(linear motion mechanism)。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。
當蓋構件13朝-Y方向移動從而從處理腔室12離開，且如虛線所示支撐托盤15從處理空間SP經由開口121朝外部被拉出時，能夠朝支撐托盤15存取(access)。亦即，能夠朝支撐托盤15載置基板S以及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。在支撐托盤15載置有基板S之情形中，基板S係與支撐托盤15一起被搬入處理空間SP。
蓋構件13於+Y方向移動並封閉開口121，藉此處理空間SP係被密閉。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)與離開狀態(虛線)之間被切換，該封閉狀態為封閉開口121並密閉處理空間SP之狀態，該分離狀態為從開口121大幅離開從而能夠供基板S出入之狀態。
在確保了處理空間SP的氣密狀態的狀態下，在處理空間SP內執行對於基板S的處理。在本實施形態中，從設置於供給單元50的流體供給部57送出例如二氧化碳此種能夠利用於超臨界處理之物質的處理流體作為處理流體。處理流體係以氣體、液體或者超臨界的狀態被供給至處理單元10。二氧化碳為適合超臨界乾燥處理的化學物質，原因為具有下述性質：較低溫、在低壓下變成超臨界狀態、很好地溶解常用於基板處理的有機溶劑。二氧化碳變成超臨界狀態之臨界點係氣壓(臨界壓力)為7.38MPa、溫度(臨界溫度)為31.1℃。
處理流體係被填充至處理空間SP，當處理空間SP內到達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，在處理腔室12內藉由超臨界流體處理基板S。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。
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：大略矩形的剖面形狀，水平方向比支撐托盤15的寬度還寬，鉛直方向比支撐托盤15與基板S相加後的高度還大；以及能夠接受支撐托盤15的深度。如此，處理空間SP係具有能夠接受支撐托盤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是微小的。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已被收容於處理空間SP的狀態下，處理空間SP係被支撐托盤15大致二分為上方的空間以及下方的空間。在支撐托盤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的下方形成從+Y側朝向-Y側之處理流體的層流。
於成為從處理空間SP至流體回收部55之處理流體的排出路徑之配管設置有檢測部173、174，檢測部173、174係檢測從處理空間SP排出的處理流體的壓力以及溫度。具體而言，於連通至處理空間SP中之比支撐托盤15還上方的空間且用以從該空間排出處理流體之配管設置有檢測部173(第一檢測部)。此外，於連通至處理空間SP中之比支撐托盤15還下方的空間且用以從該空間排出處理流體之配管設置有檢測部174(第二檢測部)。
檢測部173、174係用以檢測處理空間SP的壓力以及溫度，此意味著期望設置於處理空間SP的內部。尤其是針對溫度，只要能檢測面向處理空間SP之腔室內壁面的溫度即是理想的。然而，必須避免阻礙處理流體的順暢的流動以及避免變成處理流體的污染源。因此，作為簡易的代替方法，於處理流體的流通方向中之比基板S還下游側且連通至處理空間SP之處理流體的流路設置有檢測部173、174。亦即，將於此種流路流動的處理流體的壓力以及溫度的檢 測結果視為處理空間SP的壓力以及溫度。
由於此種目的，針對用以構成從處理空間SP至檢測部173、174之處理流體的流路之配管係期望壓力損失小。此外，只要未對處理流體的流動造成影響，則亦可以直接面向處理空間SP之方式配置檢測部。
控制單元90係基於檢測部173、174的輸出來特定處理空間SP內的壓力以及溫度，並基於特定的結果來控制流體供給部57以及流體回收部55。藉此，適當地管理朝處理空間SP供給處理流體以及從處理空間SP排出處理流體。結果，因應預先制定的處理處方(processing recipe)來調整處理空間SP內的壓力以及溫度。
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，以相對於本體31於Z方向移動自如之方式被未圖示的支撐機構支撐。於升降構件33的上部裝設有具有略水平的上表面的基座構件35。從基座構件35的上表面朝上地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，藉此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係具有例如線性馬達、線性導軌、滾珠螺桿機構、螺線管或者汽缸等線性運動機構，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，複數個升降銷 37係與此種動作一體地上下動作。藉此，實現在移載單元30與支撐托盤15之間傳遞基板S。更具體而言，如圖1中虛線所示般，在支撐托盤15被拉出至腔室外的狀態下傳遞基板S。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到達至比支撐托盤15的支撐面151還上方。在此種狀態下，被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被傳遞至支撐托盤15。基板S的搬出係能以與上面所說明的順序相反的順序來進行。
圖2係顯示藉由基板處理裝置1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置工序中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係在用以構成基板處理系統之其他的基板處理裝置所執行的前置工序中被洗淨液洗淨。之後，在表面形成有例如異丙醇(IPA)等有機溶劑的液膜的狀態下，基板S係被搬運至基板處理裝置1。
在例如於基板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之液體的表面張力導致圖案崩壞之虞。此外，會有因為未完全的乾燥導致於基板S的表面殘留水漬(watermark)之情形。此外，會有基板S的表面接觸外部氣體從而產生氧化等變質之情形。為了事先避免此種問題，會有在液體或者固體的表面層覆蓋基板S的表面(圖案形成面)的狀態下搬運基板S之情形。
在例如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，亦即在藉由例如IPA或者丙酮(acetone)等有機溶劑形成液膜的狀態下執行搬運。亦即，在基板S以水平狀態被支撐且基板S的上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。在此，使用IPA作為液膜材料的一例。
被未圖示的搬運裝置搬運而至的基板S係被收容於處理腔室12(步驟S101)。具體而言，在將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搬運基板S。如圖1中的虛線所示，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傳遞至升降銷37。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13一體地於+Y方向移動時，用以支撐基板S之支撐托盤15係被收容於處理腔室12內的處理空間SP，且開口121係被蓋構件13封閉。
在此種狀態下，作為處理流體的二氧化碳係以氣相的狀態被導入至處理空間SP(步驟S102)。雖然在搬入基板S時外部空氣會侵入至處理空間SP，然而能藉由導入氣相的處理流體來置換外部空氣。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導入處理流體的期間亦執行藉由流體回收部55從處理空間SP排出處理流體。藉此，已被使用於處理的處理流體係不會滯留於處理空間SP地被排出，從而防止已被取入至處理流體中之殘留液體等雜質再次附著於基板S。
若處理流體的供給量比排出量還多，則處理空間SP中的處理流體的密度會上升且腔室內壓會上升。反之，若處理流體的供給量比排出量還少，則處理空間SP中的處理流體的密度會降低且腔室內被減壓。基於預先作成的供給排出處方來進行朝處理腔室12供給處理流體以及從處理腔室12排出處理流體。亦即，控制單元90係基於供給排出處方來控制流體供給部57以及流體回收 部55，藉此調整處理流體的供給時序、處理流體的排出時序以及處理流體的流量等。
當在處理空間SP內處理流體的壓力上升且超過臨界壓力時，處理流體係在腔室內變成超臨界狀態。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，亦可從外部供給超臨界狀態的處理流體。超臨界流體被導入至處理空間SP，藉此藉由超臨界流體置換覆蓋基板S的IPA等有機溶劑。從基板S的表面游離的有機溶劑係在溶入至處理流體的狀態下與處理流體一起從處理腔室12被排出，從而從基板S被去除。亦即，超臨界狀態的處理流體係具有下述功能：將附著於基板S的有機溶劑作為置換對象液來置換有機溶劑，並將有機溶劑朝處理腔室12的外部排出。將處理空間SP被超臨界狀態的處理流體充滿的狀態持續預定時間(步驟S103)，藉此能完全地置換附著於基板S的置換對象液並朝腔室外排出。
當結束處理腔室12內超臨界流體對於置換對象液的置換時(步驟S104)，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S105)。
在減壓製程中，係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下被減壓，藉此處理流體係從超臨界狀態進行相變化從而變成氣相。將已經氣化的處理流體從外部排出，藉此基板S係變成乾燥狀態。此時，以不會因為急遽的溫度降低而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，在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，能一邊避免因為雜質的附著導致基板S的污染以及圖案崩壞等之氣液界面的形成所產生的問題一邊使基板S乾燥。
處理後的基板S係排出至後續工序(步驟S106)。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，基板S係經由移載單元30被傳遞至外部的搬運裝置。此時，基板S係成為乾燥的狀態。後續工序的內容是任意的。接著，若無應處理的基板S之情形中(步驟S107中的否)則結束處理。在存在其他的處理對象的基板S之情形中(步驟S107中的是)，執行後述的溫度調整處理(步驟S108)後，返回步驟S101接受新的基板S，反復上述處理。
在結束對於一片基板S的處理後緊接著進行下一片基板S的處理之情形中，能藉由下述方式縮短停機時間。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收容於處理腔室12內。此外，使蓋構件13的開閉次數減少，藉此亦能獲得抑制因為外部空氣的進入所導致的處理腔室12內的溫度變化之功效。
接著，說明步驟S108的溫度調整處理。超臨界狀態的流體的密度相對於溫度之變化大。具體而言，流體的溫度愈低則愈為高密度，溫度稍微上升則密度會大幅地降低。參照藉由超臨界處理流體來置換殘留附著於基板的液體之超臨界處理的目的，期望能以能取入更多的液體之高密度的處理流體來進行處理。
然而，會有處理後的腔室內變成高溫之情形，尤其是會有若未進行溫度管理則溫度會因為每個處理而不同之情形。當在此種狀態下接受新的基板並進行處理時會產生下述問題：所導入的處理流體的溫度大幅地變化從而無法獲得良好的處理結果，處理品質會因為每個基板而不同。
為了解決此種問題，在本實施形態中，結束對於一片基板S的超臨界處理後，進行以下所說明的溫度調整處理。如此，將腔室內的溫度設定成目標溫度後，進行接受新的基板S。
圖3A至圖3D係示意性地顯示超臨界處理中的各部的動作之圖。此外，圖4係顯示溫度調整處理之流程圖。在結束藉由超臨界處理流體對於一片基板S的處理之時間點(圖2的步驟S105)中，如圖3A所示，基板S係在被支撐托盤15支撐的狀態下被收容於處理空間SP。在步驟S106中，如圖3B所示，蓋構件13朝-Y方向移動，支撐托盤15被拉出至外部，基板S係被例如未圖示的搬運機器人的手部H搬出至外部。
如圖3C所示，在基板S的搬出後所進行的溫度調整處理中，關閉蓋構件13。藉此，封閉收容了未載置有基板S的狀態的支撐托盤15的處理空間SP(步驟S201)。接著，如圖3D所示，基於預定的供給排出處方，流體供給部57係將處理流體供給至處理空間SP內，流體回收部55係從處理空間SP排出處理流體。如此，冷卻處理空間SP(步驟S204)。
此時的處理流體係以冷卻處理腔室12從而使處理腔室12內的溫度降低之目的被導入。此外，所謂處理空間SP的溫度係指於處理空間SP內設置溫度檢測器並進行計測時所檢測出的溫度，例如能夠藉由面向處理空間SP之腔室內壁面的溫度代表性地表示處理空間SP的溫度。由於處理腔室12被要求對於 高壓具有抗性，因此例如藉由厚度較厚的金屬塊來形成。這是考量到下述原因：熱容量大，藉由來自壁面的輻射以及傳導，在處理空間SP內所檢測出的溫度亦大致與壁面的溫度相等。
然而，會有因為會成為作為處理對象的基板S的污染源而難以以面向處理空間SP之方式配置溫度檢測器之情形。在此情形中，能於連通至處理空間SP的空間設置溫度檢測器，尤其是在處理流體的流通方向中比基板S還下游側的空間設置溫度檢測器。而且，能將充滿此空間之流體的溫度簡易地視為處理空間SP的溫度。本實施形態的檢測部173、174係與此種目的相符。
使用處理流體將處理空間SP的溫度調整至目標溫度之簡單的方法係將已基於目標溫度進行過溫度調整的處理流體供給至處理空間SP。一般而言，供給比腔室內還低溫的處理流體，以冷卻變成高溫的腔室。使充分量的處理流體流通，藉此能夠將面向處理空間SP之腔室內壁面的溫度接近目標溫度。
然而，處理後的腔室內的溫度不一定是固定的，且以腔室內的冷卻為目的來調節處理流體的溫度亦難謂是現實的。因此，在本實施形態中，使經過加壓的處理流體充滿處理空間SP後，利用減壓時的絕熱膨脹(adiabatic expansion)所致使的溫度降低來謀求處理腔室12的冷卻。
具體而言，取得腔室內的溫度(步驟S202)，基於取得的結果來決定供給排出處方(步驟S203)。接著，基於所決定的供給排出處方來控制對處理空間SP供給處理流體(步驟S204)以及從處理空間SP排出處理流體(步驟S205)，藉此進行腔室內的溫度調整。
設定成針對處理空間SP之處理流體的供給量比排出量還多的供給過度的狀態，藉此處理流體係在處理空間SP內被加壓且壓縮，從而溫度上升。 另一方面，在排出量比供給量還多的排出過度的狀態中，處理空間SP被減壓。此時，排出速度愈高，於處理空間SP內處理流體愈急速地膨脹，溫度係因為絕熱膨脹而降低。如此，使處理空間SP內的處理流體的溫度急速地降低，藉此能夠冷卻腔室內壁面。
圖5係示意性地顯示溫度調整處理中的腔室內的壓力以及溫度的變化之圖。雖然在基板S剛剛被搬出後的時刻T0中的腔室內的溫度Te係會因為每個處理而取得各種值，然而設定成比下一個處理開始時的目標溫度Tt還高溫。此時，腔室內的壓力為大氣壓Pa。
在時刻T1中開始供給處理流體。此時的處理流體係可為氣相或者液相的任一者。在供給過度的狀態下導入處理流體，藉此處理流體係被壓縮，腔室內的壓力以及溫度係上升。將腔室內的壓力變成最大壓力Pm的狀態維持一定期間(時刻T2至時刻T3)後，設定成排出過度的狀態，藉此腔室內被減壓。因為處理流體的絕熱膨脹產生溫度降低，藉此腔室內壁面亦被冷卻。(在時刻T4中)進行減壓，直至腔室內的溫度到達目標溫度Tt。最終實現腔室內的壓力變成大氣壓Pa且腔室內的溫度變成目標溫度Tt的狀態。
此外，由於是用以單純地調整腔室內的溫度之動作，因此無須將處理流體設定成超臨界狀態。此外，將壓力維持固定之期間亦可為短時間。溫度調整處理中的處理腔室12的冷卻並非是想要冷卻處理腔室12整體。目的為將處理腔室12中之面向處理空間SP之壁面以及與該壁面鄰接的部分冷卻至不會對後續的處理中被導入的處理流體的溫度造成影響之程度。
溫度調整處理的開始時間點的腔室內的溫度Te並不一定是固定的。因此，為了與此時的溫度Te無關地將最終的溫度設定成目標溫度Tt，需要 因應溫度Te來變更規定了處理流體的供給以及排出的供給排出處方。在圖5中，例如以虛線所示般，當以增大升壓時的最大壓力Pm之方式變更供給排出處方時，由於腔室內的溫度上升變得更大，因此在例如溫度Te較低之情形時是有效的。即使構成為縮小減壓時的處理流體的排出速度來抑制絕熱膨脹導致的溫度降低，亦能獲得同樣的功效。
此外，例如圖5中的虛線所示，當增大處理流體的排出速度時，絕熱膨脹所致使的溫度降低變得更顯著，處理腔室12的冷卻功效變高。因此，在溫度Te較高之情形中是有效的。即使藉由減少升壓時的供給量來抑制溫度上升，亦能獲得同樣的功效。
如此，期望溫度調整處理中的供給排出處方係因應動作開始時的腔室內的溫度Te與最終的目標溫度Tt而變更。在本實施形態中，預先準備複數個規定了處理流體朝處理空間SP的供給速度與供給時序以及處理流體從處理空間SP的排出速度與排出時序的供給排出處方。接著，基於動作開始時的溫度取得結果來執行從這些供給排出處方中所選擇的供給排出處方(步驟S202、S203)。因此，即使動作開始時的溫度Te不同，亦能夠將最終的腔室內的溫度維持在目標溫度Tt。
能夠以下述方式準備複數個供給排出處方：以不同的動作開始時的溫度Te來進行預備實驗，並計測此時的腔室內的溫度變化，從而準備複數個供給排出處方，其中該預備實驗為對收容了未支撐有基板S的支撐托盤15且被封閉的處理空間SP供給處理流體並將處理流體排出之實驗。只要從這些供給排出處方中選擇能使腔室內的溫度從動作開始時的溫度Te變化成目標溫度Tt之供給排出處方即可。在設定成能夠變更目標溫度Tt之情形中，只要基於動作開始時的 溫度Te與目標溫度Tt的組合來決定供給排出處方即可。
如此，在腔室內已經被調整成目標溫度Tt的狀態下接受下一片基板S且導入處理流體，藉此處理開始時的腔室內的溫度是穩定的。因此，能夠抑制因為處理流體的溫度變化導致密度的變化，從而能夠獲得穩定的處理品質。
此外，在構成為在超臨界處理時以及後續的排出過程中將處理結束時的腔室內的溫度Te設定成固定之情形中，能夠藉由以此時的溫度Te與目標溫度Tt所制定的單一個供給排出處方來執行溫度調整處理。亦即，在此情形中能省略步驟S202、S203。
如上所述，在本實施形態中，有鑑於超臨界處理後腔室內會變成高溫且腔室內的溫度並非固定，因此對處理後的腔室內重新供給處理流體並將處理流體排出，藉此謀求腔室內的溫度的適當且正確。藉此，在本實施形態中，能夠抑制處理流體的密度因為溫度而大幅地變化導致置換效率的變動，從而能夠以穩定的處理品質來處理複數片基板。
溫度調整處理係在將未支撐基板S的支撐托盤15收容於處理空間SP且蓋構件13封閉開口121的狀態下進行。因此，能夠將所供給的處理流體效率佳地利用於溫度調整，且亦能夠進行伴隨著加壓的處理。而且，不僅能夠將面向處理空間SP的腔室內壁面調整至目標溫度，亦能將支撐托盤15調整至目標溫度。
如上所述，在上述實施形態的基板處理裝置1中，處理腔室12係作為本發明的「腔室」發揮作用，開口121係相當於本發明的「開口」。此外，處理空間SP係相當於本發明的「內部空間」。此外，支撐托盤15以及蓋構件13係分別作為本發明的「支撐托盤」以及「蓋部」發揮作用。此外，流體供給部 57、流體回收部55以及控制單元90係分別作為本發明的「流體供給部」、「流體排出部」以及「控制部」發揮作用。
此外，在上述實施形態的基板處理方法(圖2)中，步驟S102至步驟S104係相當於本發明的「超臨界處理工序」，步驟S105係相當於本發明的「減壓工序」，步驟S106係相當於本發明的「搬出工序」，步驟S108係相當於本發明的「溫度調整工序」。
此外，本發明並未限定於上述實施形態，只要未超出本發明的精神範圍，則除了上述說明之外亦可進行各種變化。例如，在上述實施形態中，從預先準備的供給排出處方選擇並應用最適當的供給排出處方，藉此執行溫度調整處理。亦可取代此種方式，例如在溫度調整處理中藉由基於處理流體的溫度檢測結果之回饋控制來進行即時控制，該即時控制係使腔室內的溫度到達目標溫度Tt。
此外，在上述實施形態的溫度調整處理中並未設想以氣相或者液相被導入至處理空間SP的處理流體朝超臨界狀態遷移之情形。然而，例如為了縮短處理時間，亦可為使處理流體遷移至超臨界狀態後再排出處理流體之態樣。此時，由於處理空間SP內未存在基板S，因此亦容許產生從超臨界狀態朝液相之相變化。
此外，在上述實施形態的說明中並未言及依序處理複數片基板之情形中在處理最初的基板時之初期溫度的控制。然而，在考量到處理的穩定性時，期望此時的初期溫度亦被維持在適當且正確的溫度。基於此種目的且為了抑制外部干擾導致溫度變化，亦可進一步於基板處理裝置1設置有溫度穩定化用的構成。例如，在針對最初的基板進行處理之前亦進行本實施形態的溫度調整 處理，藉此亦可謀求腔室內的溫度的適當且正確。此外，例如亦可於處理腔室12的表面或者內部設置有加熱器。此外，支撐托盤15亦可內置加熱器。
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，只要符合本發明的技術思想則能夠使用各種化學物質來取代上述實施形態的各種化學物質。
以上，如舉例說明的具體的實施形態般，在本發明的基板處理方法中，例如溫度調整工序係能構成為：在內部空間使已被加壓至比大氣壓還高壓的處理流體絕熱膨脹，藉此冷卻腔室中之面向內部空間的壁面。雖然絕熱膨脹所致使的溫度降低是在減壓工序中必然會產生的現象，然而能利用於藉由進行考量到此種現象的減壓控制將腔室內的溫度設定成目標溫度。
在此情形中，能基於例如目標溫度或者即將導入處理流體之前的內部空間的溫度來設定從內部空間排出處理流體時的排出速度。絕熱膨脹所致使的冷卻作用的大小係能夠藉由處理流體從內部空間的排出速度來控制。因此，基於處理開始時的溫度以及最終欲到達的目標溫度的至少一者來設定排出速度是合理的。
更具體而言，能預先設定複數個規定了例如處理流體導入至內部空間以及處理流體從內部空間排出的變化態樣之供給排出處方。在溫度調整工序中，能基於因應即將導入處理流體之前的內部空間的溫度而選擇的一個供給排出處方來控制處理流體導入至內部空間以及從內部空間排出處理流體。依據此種構成，即使溫度調整前的處理空間的溫度並非固定之情形中，亦能夠最終調整至目標溫度。
作為其他的方法，能在溫度調整工序中將已因應目標溫度進行過 溫度調整的處理流體導入至內部空間。更具體而言，能導入比內部空間的溫度還低溫的處理流體來冷卻腔室中之面向內部空間的壁面。如此，除了絕熱膨脹的方法之外，亦能夠使處理流體作為熱輸送媒體來作用從而進行溫度調整。
此外，在溫度調整工序後接受新的未處理的基板並執行超臨界處理工序，藉此能夠依序處理複數片基板。由於藉由執行溫度調整工序將腔室的內部空間的溫度保持在目標溫度，因此能良好且穩定地維持後續所執行的超臨界處理工序的處理品質。如此，本發明係在使用超臨界處理流體依序處理複數片基板之情形中能達成顯著的功效。
此外，本發明的基板處理裝置係例如能構成為：於腔室的側面設置有與內部空間連通且能供基板通過之開口；進一步具備用以將開口打開以及關閉之蓋部；在溫度調整處理中，在搬出基板後藉由蓋部封閉開口的狀態下導入處理流體。依據此種構成，對封閉開口所形成的閉合空間導入處理流體，藉此能夠執行伴隨著加壓的處理，且能效率佳地利用處理流體。此外，由於處理空間內未存在基板，因此能以不被對於基板的影響制約之方式來決定溫度調整處理的處理條件。
此外，例如能構成為進一步設置：支撐托盤，係能夠以水平姿勢支撐基板，並經由開口進入至內部空間；溫度調整處理係在支撐托盤被收容於內部空間的狀態下執行。依據此種構成，亦能夠將支撐托盤調整至同樣的溫度。
在此情形中，支撐托盤亦可裝設於蓋部。依據此種構成，藉由蓋部相對於開口的進退移動，能與此種動作一體地使支撐托盤出入處理空間。
本發明的上述目的與新穎的特徵以及其他的目的與新穎的特徵只要參照隨附的圖式並閱讀上面的詳細的說明即能夠更清楚且明瞭。然而，圖 式僅是用來解說，並非是用來限定本發明的範圍。
[產業可利用性]
本發明係能應用於所有使用導入至腔室內的處理流體來處理基板之處理。例如，適合應用於藉由超臨界流體逐片地依序處理半導體基板等基板之葉片式的基板處理。
S101,S107:步驟
S102至S104:步驟(超臨界處理工序)
S105:步驟(減壓工序)
S106:步驟(搬出工序)
S108:步驟(溫度調整工序)

Claims (11)

  1. 一種基板處理方法，係用以在腔室內藉由超臨界狀態的處理流體處理基板，並具備：超臨界處理工序，係將前述處理流體導入至收容了前述基板的前述腔室的內部空間，並藉由超臨界狀態的前述處理流體處理前述基板；減壓工序，係排出前述處理流體並將前述內部空間減壓；搬出工序，係從前述腔室搬出前述基板；以及溫度調整工序，係將前述處理流體導入至搬出前述基板後的前述內部空間並排出前述處理流體，藉此將前述內部空間的溫度調整至目標溫度。
  2. 一種基板處理方法，係用以在腔室內藉由超臨界狀態的處理流體處理基板，並具備：超臨界處理工序，係將前述處理流體導入至收容了前述基板的前述腔室的內部空間，並藉由超臨界狀態的前述處理流體處理前述基板；減壓工序，係排出前述處理流體並將前述內部空間減壓；搬出工序，係從前述腔室搬出前述基板；以及溫度調整工序，係將前述處理流體導入至搬出前述基板後的前述內部空間並排出前述處理流體，藉此將前述內部空間的溫度調整至目標溫度；在前述溫度調整工序中，在前述內部空間使已被加壓至比大氣壓還高壓的前述處理流體絕熱膨脹，藉此冷卻前述腔室中之面向前述內部空間的壁面。
  3. 如請求項2所記載之基板處理方法，其中在前述溫度調整工序中，基於前述目標溫度來設定從前述內部空間排出前述處理流體時的排出速度。
  4. 如請求項2所記載之基板處理方法，其中在前述溫度調整工序 中，基於即將導入前述處理流體之前的前述內部空間的溫度來設定從前述內部空間排出前述處理流體時的排出速度。
  5. 如請求項2所記載之基板處理方法，其中預先設定複數個規定了前述處理流體導入至前述內部空間以及前述處理流體從前述內部空間排出的變化態樣之供給排出處方；在前述溫度調整工序中，能基於因應即將導入前述處理流體之前的前述內部空間的溫度而選擇的一個前述供給排出處方來控制前述處理流體導入至前述內部空間以及前述處理流體從前述內部空間排出。
  6. 一種基板處理方法，係用以在腔室內藉由超臨界狀態的處理流體處理基板，並具備：超臨界處理工序，係將前述處理流體導入至收容了前述基板的前述腔室的內部空間，並藉由超臨界狀態的前述處理流體處理前述基板；減壓工序，係排出前述處理流體並將前述內部空間減壓；搬出工序，係從前述腔室搬出前述基板；以及溫度調整工序，係將前述處理流體導入至搬出前述基板後的前述內部空間並排出前述處理流體，藉此將前述內部空間的溫度調整至目標溫度；在前述溫度調整工序中，將已因應前述目標溫度進行過溫度調整的前述處理流體導入至前述內部空間；導入比前述內部空間的溫度還低溫的前述處理流體來冷卻前述腔室中之面向前述內部空間的壁面。
  7. 如請求項1至6中任一項所記載之基板處理方法，其中在前述溫度調整工序後接受新的未處理的基板並執行前述超臨界處理工序，藉此依序處 理複數片前述基板。
  8. 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，係能夠將前述基板收容於內部空間；流體供給部，係對前述腔室的前述內部空間供給前述處理流體；流體排出部，係從前述內部空間排出前述處理流體；以及控制部，係控制前述流體供給部以及前述流體排出部；前述控制部係執行：溫度調整處理，係從前述流體供給部對搬出已藉由前述處理流體處理過的前述基板後的前述內部空間供給前述處理流體，並使前述流體排出部排出前述處理流體，藉此將前述內部空間的溫度調整成目標溫度。
  9. 如請求項8所記載之基板處理裝置，其中於前述腔室的側面設置有與前述內部空間連通且能供前述基板通過之開口；進一步具備用以將前述開口打開以及關閉之蓋部；在前述溫度調整處理中，在搬出前述基板後藉由前述蓋部封閉前述開口的狀態下導入前述處理流體。
  10. 如請求項9所記載之基板處理裝置，其中進一步設置：支撐托盤，係能夠以水平姿勢支撐前述基板，並經由前述開口進入至前述內部空間；前述溫度調整處理係在前述支撐托盤被收容於前述內部空間的狀態下執行。
  11. 如請求項10所記載之基板處理裝置，其中前述支撐托盤係裝設於前述蓋部。
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