WO2023119964A1 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、基板を処理するための処理空間を有する処理チャンバと、基板を水平姿勢で支持しながら処理空間に収容される支持部と、処理チャンバに処理流体を供給することで、処理空間において処理流体を一定方向に流動させる流体供給部と、処理チャンバから処理流体を排出する流体排出部と、を備えている。支持部は、基板の下面と対向する基板対向面を有し、基板を基板対向面から上方に離間させた状態で支持し、処理流体のうち基板と支持部との間を流れる処理流体の層流の経路では、一定方向の下流側に位置する下流経路が一定方向の上流側に位置する上流経路よりも広くなっている。これにより、処理流体によって基板から液体を除去した際に、当該液体が基板に再付着するのを防止することができる。

Description

基板処理装置および基板処理方法

　この発明は、液体が付着した基板を超臨界状態の処理流体によって処理する基板処理装置および基板処理方法に関するものである。

　以下に示す日本出願の明細書、図面および特許請求の範囲における開示内容は、参照によりその全内容が本書に組み入れられる：
　特願２０２１－２０７７５６（２０２１年１２月２２日出願）。

　基板を液体により湿式処理すると、当該基板の上面に液体が付着する。この湿式処理後に、当該基板を乾燥させる基板処理装置として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。この装置では、支持トレイに設けられた凹部内で基板が支持されながら超臨界状態の処理流体により基板に対する乾燥処理が実行される。

　この基板処理装置では、基板は、微細パターンを有する上面を上方に向けたフェースアップ姿勢で支持トレイに支持される。より具体的には、基板は、水平姿勢で、凹部の内底面から一定距離だけ上方に離れて配置されている。こうして基板を支持したまま、支持トレイが処理チャンバに収容される。この処理チャンバでは、液体に比べて低い表面張力を有する処理流体が一定方向に流動される。それらのうち基板の上面に沿って流れる処理流体の一部が基板の上面に形成された微細パターンの間に入り込む。このため、乾燥処理を効率よく行うことができ、乾燥時において表面張力に起因するパターン倒壊の発生リスクを低減することができる。

特開２０２１－９８７５号公報

　処理チャンバ内を流れる処理流体の一部は、支持トレイと基板との間に流れ込み、層流を形成する。この層流に沿って基板から離脱した液体を効率的に処理チャンバから排出することが望まれる。しかしながら、従来装置では、排出効率が必ずしも高いと言えず、基板から離脱した液体が基板の上面に再付着することがあった。

　この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、処理流体によって基板から液体を除去した際に、当該液体が基板に再付着するのを防止することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。

　本発明の一態様は、液体が付着する基板を超臨界状態の処理流体により処理する基板処理装置であって、基板を処理するための処理空間を有する処理チャンバと、基板を水平姿勢で支持しながら処理空間に収容される支持部と、処理チャンバに処理流体を供給することで、処理空間において処理流体を一定方向に流動させる流体供給部と、処理チャンバから処理流体を排出する流体排出部と、を備え、支持部は、基板の下面と対向する基板対向面を有し、基板を基板対向面から上方に離間させた状態で支持し、処理流体のうち基板と支持部との間を流れる処理流体の層流の経路では、一定方向の下流側に位置する下流経路が一定方向の上流側に位置する上流経路よりも広くなっていることを特徴としている。

　本発明の他の態様は、液体が付着する基板を超臨界状態の処理流体により処理する基板処理方法であって、基板の下面と対向する基板対向面から基板を上方に離間させながら水平姿勢で支持する支持部を処理チャンバの処理空間に収容する収容工程と、支持部を収容した処理チャンバに処理流体を供給することで処理空間において一定方向に流動させるとともに、基板の上面に沿って一定方向に流れた処理流体ならびに支持部と基板との間を流れた処理流体を処理チャンバから排出することで、処理空間内で支持部により支持された基板を処理流体によって処理する処理工程と、を備え、処理工程では、基板支持部と基板との間に形成され、しかも一定方向の下流側に位置する下流経路が一定方向の上流側に位置する上流経路よりも広くなっている、経路に沿って処理流体が流れることを特徴としている。

　このように構成された発明では、基板の下面に対する処理は、基板と支持部との間を流れる処理流体の層流により行われる。この層流の経路は、一定方向の下流側に位置する下流経路が一定方向の上流側に位置する上流経路よりも広くなるように、構成されている。このため、上流経路から下流経路に流れる処理流体の圧損は小さくなる。

　以上のように、基板と支持部との間を流れる処理流体の圧損を低減させているため、処理流体によって基板から液体を除去した際に、当該液体が基板に再付着するのを防止することができる。

　上述した本発明の各態様の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一態様に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の態様に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。

本発明に係る基板処理装置の第１実施形態に装備された処理ユニットおよび移載機構を鉛直上方から見た平面図である。 処理ユニットの構成部品である蓋部材、支持トレイおよび支持トレイにより支持された基板を鉛直上方から見た平面図である。 第１実施形態の概略構成を示す図である。 処理チャンバ内での処理流体の流路および層流を模式的に示す図である。 リフトピンの昇降用貫通孔の構造を模式的に示す図である。 本発明に係る基板処理装置の第２実施形態において蓋部材、支持トレイおよび支持トレイにより支持された基板を鉛直上方から見た平面図である。 第２実施形態における処理チャンバ内での処理流体の流路および層流を模式的に示す図である。 本発明に係る基板処理装置の第３実施形態において蓋部材、支持トレイおよび支持トレイにより支持された基板を鉛直上方から見た平面図である。 第３実施形態における処理チャンバ内での処理流体の流路および層流を模式的に示す図である。 本発明に係る基板処理装置の第４実施形態において蓋部材、支持トレイおよび支持トレイにより支持された基板を鉛直上方から見た平面図である。 第４実施形態における処理チャンバ内での処理流体の流路および層流を模式的に示す図である。

　図１Ａは、本発明に係る基板処理装置の第１実施形態に装備された処理ユニットおよび移載機構を鉛直上方から見た平面図である。図１Ｂは、処理ユニットの構成部品である蓋部材、支持トレイおよび支持トレイにより支持された基板を鉛直上方から見た平面図である。図２は、第１実施形態の概略構成を示す図であり、同図の下方部分に図１ＡのＡ－Ａ線断面図が図示されている。この基板処理装置１は、例えば半導体基板のような各種基板の上面を超臨界流体により処理するための装置である。以下の各図における方向を統一的に示すために、図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示すようにＸＹＺ直交座標系を設定する。ここで、ＸＹ平面は水平面であり、Ｚ方向は鉛直方向を表す。より具体的には、（－Ｚ）方向が鉛直下向きを表す。

　ここで、本実施形態における「基板」としては、半導体ウエハ、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ウエハ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。

　基板処理装置１は、処理ユニット１０、供給ユニット５０および制御ユニット９０を備えている。処理ユニット１０は、超臨界乾燥処理の実行主体となるものであり、供給ユニット５０は、処理に必要な化学物質および動力を処理ユニット１０に供給する。

　制御ユニット９０は、これら装置の各部を制御して所定の処理を実現する。この目的のために、制御ユニット９０には、各種の制御プログラムを実行するＣＰＵ９１、処理データを一時的に記憶するメモリ９２、ＣＰＵ９１が実行する制御プログラムを記憶するストレージ９３、およびユーザや外部装置と情報交換を行うためのインターフェース９４などを備えている。後述する装置の動作は、ＣＰＵ９１が予めストレージ９３に書き込まれた制御プログラムを実行し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。

　処理ユニット１０は、処理チャンバ１００を備えている。処理チャンバ１００は、それぞれ金属ブロックにより形成された第１部材１１、第２部材１２および第３部材１３を備えている。第１部材１１と第２部材１２とが図示しない結合部材により上下方向に結合され、その（＋Ｙ）側側面に、図示しない結合部材により第３部材１３が結合されて、内部が空洞となった構造の処理チャンバ１００が構成される。この空洞の内部空間が、基板Ｓに対する処理が実行される処理空間ＳＰとなっている。処理対象の基板Ｓは処理空間ＳＰ内に搬入されて処理を受ける。処理チャンバ１００の（－Ｙ）側側面には、Ｘ方向に細長く延びるスリット状の開口部１０１が形成されており、開口部１０１を介して処理空間ＳＰと外部空間とが連通している。

　処理チャンバ１００の（－Ｙ）側側面には、開口部１０１を閉塞するように蓋部材１４が設けられている。蓋部材１４の（＋Ｙ）側側面には平板状の支持トレイ１５が水平姿勢で取り付けられており、支持トレイ１５の上面は基板Ｓを載置可能な支持面となっている。本実施形態では、超臨界乾燥処理中に基板Ｓから除去した液体が基板Ｓに再付着するのを防止するための構成が支持トレイ１５に施されている。この支持トレイ１５の構成および機能については、後で詳述する。

　蓋部材１４は図示を省略する支持機構により、Ｙ方向に水平移動自在に支持されている。また、蓋部材１４は、供給ユニット５０に設けられた進退機構５３により、処理チャンバ１００に対して進退移動可能となっている。具体的には、進退機構５３は、例えばリニアモータ、直動ガイド、ボールねじ機構、ソレノイド、エアシリンダ等の直動機構を有しており、このような直動機構が蓋部材１４をＹ方向に移動させる。進退機構５３は制御ユニット９０からの制御指令に応じて動作する。

　蓋部材１４が（－Ｙ）方向に移動することにより、支持トレイ１５が処理空間ＳＰから開口部１０１を介して外部へ引き出されると、外部から支持トレイ１５へのアクセスが可能となる。すなわち、支持トレイ１５への基板Ｓの載置、および支持トレイ１５に載置されている基板Ｓの取り出しが可能となる。一方、蓋部材１４が（＋Ｙ）方向に移動することにより、支持トレイ１５は処理空間ＳＰ内へ収容される。支持トレイ１５に基板Ｓが載置されている場合、基板Ｓは支持トレイ１５とともに処理空間ＳＰに搬入される（収容工程）。

　液体の表面張力に起因するパターン倒壊を防止しつつ基板を乾燥させることを主たる目的とする超臨界乾燥処理においては、基板Ｓは、その上面Ｓａが露出してパターン倒壊が発生するのを防止するために、上面Ｓａが液膜で覆われた状態で搬入される。液膜を構成する液体としては、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン等の表面張力が比較的低い有機溶剤を好適に用いることができる。

　蓋部材１４が（＋Ｙ）方向に移動し開口部１０１を塞ぐことにより、処理空間ＳＰが密閉される。蓋部材１４の（＋Ｙ）側側面と処理チャンバ１００の（－Ｙ）側側面との間にはシール部材１６が設けられ、処理空間ＳＰの気密状態が保持される。シール部材１６としては、弾性樹脂材料、例えばゴムにより形成された環状のものを用いることができる。また、図示しないロック機構により、蓋部材１４は処理チャンバ１００に対して固定される。このようにして処理空間ＳＰの気密状態が確保された状態で、処理空間ＳＰ内で基板Ｓに対する処理が実行される（処理工程）。

　この実施形態では、供給ユニット５０に設けられた流体供給部５７から、超臨界処理に利用可能な物質の流体、例えば二酸化炭素が、気体または液体の状態で処理ユニット１０に供給される。二酸化炭素は比較的低温、低圧で超臨界状態となり、また基板処理に多用される有機溶剤をよく溶かす性質を有するという点で、超臨界乾燥処理に好適な化学物質である。

　より具体的には、流体供給部５７は、基板Ｓを処理する処理流体として、超臨界状態の流体、または、ガス状もしくは液状で供給され所定の温度・圧力が与えられることで事後的に超臨界状態となる流体を出力する。例えば、ガス状もしくは液状の二酸化炭素が加圧状態で出力される。処理流体は配管５７１およびその途中に介挿されたバルブ５７２、５７３を介して、処理チャンバ１００の（＋Ｙ）側側面に設けられた入力ポート１０２、１０３に圧送される。すなわち、制御ユニット９０からの制御指令に応じてバルブ５７２、５７３が開成されることで、処理流体は流体供給部５７から処理チャンバ１００へ送られる（供給工程）。その結果、処理チャンバ１００内では、処理流体が（＋Ｙ）側から（－Ｙ）側に流動する。この流れ方向ＦＤ（図１Ａおよび図２）が本発明の「一定方向」の一例に相当している。

　こうして供給された処理流体は、処理チャンバ１００内で３種類の層流を形成する。これらのうち上段層流（図３中の符号ＦＬ１）が支持トレイ１５に支持された基板Ｓの上面Ｓａに沿って流れ、上面Ｓａに供給される。また、中段層流（図３中の符号ＦＬ２）が基板Ｓの下面Ｓｂに沿って流れ、下面Ｓｂに供給される。さらに、下段層流（図３中の符号ＦＬ３）が支持トレイ１５の下面に沿って流れる。これらの層流について説明する前に、支持トレイ１５の構成について、図１Ｂおよび図２を参照しつつ説明する。

　支持トレイ１５の上面中央領域は基板Ｓの下面Ｓｂと対向しながら支持する基板対向面１５１となっている。より具体的には、流れ方向ＦＤにおいて支持トレイ１５の中央領域は、略平坦な面に仕上げられており、基板対向面１５１として機能する。また、基板対向面１５１の上流側、つまり（＋Ｙ）側に２つの供給案内部位１５２、１５２が基板対向面１５１から上方、つまり（＋Ｚ）方向に立設されている。供給案内部位１５２、１５２は、図１Ｂに示すように、基板対向面１５１と対向しながら支持された基板ＳをＸ方向から挟み込むように、基板Ｓの（＋Ｙ）側で僅かなギャップ（図３中の符号Ｇ１）を設けながら隣接配置されている。

　さらに、基板対向面１５１の下流側、つまり（－Ｙ）側に排出案内部位１５３が基板対向面１５１から上方に立設されている。排出案内部位１５３は、図１Ｂに示すように、基板対向面１５１と対向しながら支持された基板Ｓの（－Ｙ）側で、当該基板Ｓから（＋Ｙ）側よりも若干広いギャップ（図３中の符号Ｇ２）を設けながら配置されている。供給案内部位１５２、１５２および排出案内部位１５３には、基板Ｓを下方および側方から支持する支持部材１５４（図１Ｂ中の部分拡大図参照）が設けられている。

　これら３つの支持部材１５４は、基板処理装置１の移載機構２００との間で基板Ｓの授受が可能となっている。より具体的には、図１Ａ中の破線で示すように、空の状態の支持トレイ１５が処理チャンバ１００から（－Ｙ）方向に引き出される。これにより、支持トレイ１５全体が処理チャンバ１００から露出するとともに、基板対向面１５１に設けられた３つの貫通孔１５５がリフトピン２０１の昇降経路上に位置する。貫通孔１５５はリフトピン２０１の外径よりも若干大きな内径を有している。このため、リフトピン２０１は貫通孔１５５に対して鉛直方向Ｚにおいて出退自在となっている。なお、移載機構２００のリフトピン２０１を用いて支持トレイ１５との間で基板Ｓを搬入出する動作は、例えば特開２０２１－１２５４７１号公報に記載されているように周知である。したがってここでは移載動作については説明を省略する。

　移載機構２００により支持トレイ１５の支持部材１５４により移載されると、基板Ｓは、処理対象となる上面（以下、単に「基板上面」ということがある）Ｓａを上向きにして保持される。このとき、供給案内部位１５２、１５２および排出案内部位１５３の上面と、基板上面Ｓａとが同一平面をなしている、つまり面一であることが好ましい。そして、支持トレイ１５の保持されたまま、処理チャンバ１００内を次のように流れる処理流体により処理される。

　図３は、処理チャンバ内での処理流体の流路および層流を模式的に示す図であり、同図では図１ＡのＢ－Ｂ線断面図が図示されている。また、図４は、リフトピンの昇降用貫通孔の構造を模式的に示す図であり、同図では図１ＡのＣ－Ｃ線断面図が図示されている。上記のように構成された支持トレイ１５を用いることで、流体供給部５７から処理チャンバ１００に供給された処理流体は、図３に示すように、３種類の流路に沿って流れる。その結果、上段層流ＦＬ１、中段層流ＦＬ２および下段層流ＦＬ３が形成される。以下、図１Ｂ、図２および図３を参照しつつ処理流体の流路および層流について説明する。

　図２に示すように、入力ポート１０２、１０３から処理空間ＳＰに至る処理流体の流路１７は、流体供給部５７から供給される処理流体を処理空間ＳＰに導入する導入流路として機能する。具体的には、入力ポート１０２には、流路１７１が接続されている。入力ポート１０２とは反対側の流路１７１の端部には、流路断面積が急激に拡大するように形成されたバッファ空間１７２が設けられている。

　バッファ空間１７２と処理空間ＳＰとを接続するように、流路１７３がさらに設けられている。流路１７３は、上下方向（Ｚ方向）に狭く、水平方向（Ｘ方向）に長い幅広の断面形状を有しており、その断面形状は、処理流体の流通方向において略一定である。バッファ空間１７２とは反対側の流路１７１の端部は、処理空間ＳＰに臨んで開口する吐出口１７４となっており、この吐出口１７４から処理流体が処理空間ＳＰ内に導入される。

　望ましくは、流路１７３の高さは、支持トレイ１５が処理空間ＳＰに収容された状態で、処理空間ＳＰの天井面と基板上面Ｓａとの距離と等しい。そして、吐出口１７４は、処理空間ＳＰの天井面と支持トレイ１５の基板対向面１５１との間のギャップに臨んで開口している。例えば、流路１７３の天井面と処理空間ＳＰの天井面とが同一平面をなすようにすることができる。このように、吐出口１７４は、処理空間ＳＰに臨んで水平方向に細長いスリット状に開口している。この吐出口１７４からの処理流体は、直接および供給案内部位１５２、１５２の上面を経由して基板上面Ｓａに向かって流れる。この処理流体の多くは、そのまま流れ方向ＦＤに流れる。これによって、処理空間ＳＰの天井面と基板上面Ｓａとの間を流れる上段層流ＦＬ１が形成される。

　また、基板上面Ｓａに向かって流れる処理流体の一部は、図３に示すように、供給案内部位１５２と基板ＳとのギャップＧ１を介して基板Ｓの下面（以下、単に「基板下面」ということがある）Ｓｂに回り込む。そして、この処理流体は処理空間ＳＰの底面と基板下面Ｓｂとの間を流れ方向ＦＤに流れる。こうして、中段層流ＦＬ２が形成される。この中段層流ＦＬ２を構成する処理流体は、上段層流ＦＬ１を構成する処理流体とギャップＧ２で合流した後、さらに流れ方向ＦＤに流れる。

　支持トレイ１５の下方にも同様にして処理流体の流路が形成される。具体的には、入力ポート１０３には流路１７５が接続されている。入力ポート１０３とは反対側の流路１７５の端部には、流路断面積が急激に拡大するように形成されたバッファ空間１７６が設けられている。

　そして、バッファ空間１７６と処理空間ＳＰとは流路１７７を介して連通している。流路１７７は、上下方向（Ｚ方向）に狭く、水平方向（Ｘ方向）に長い幅広の断面形状を有しており、その断面形状は、処理流体の流通方向において略一定である。バッファ空間１７６とは反対側の流路１７７の端部は、処理空間ＳＰに臨んで開口する吐出口１７８となっており、この吐出口１７８から処理流体が処理空間ＳＰ内に導入される。

　望ましくは、流路１７７の高さは、処理空間ＳＰの底面と支持トレイ１５の下面との距離と同等とされる。そして、吐出口１７８は、処理空間ＳＰの底面と支持トレイ１５の下面との間のギャップに臨んで開口している。例えば、流路１７７の底面と処理空間ＳＰの底面とが同一平面をなすようにすることができる。つまり、吐出口１７８は、処理空間ＳＰに臨んで水平方向に細長いスリット状に開口している。この吐出口１７８からの処理流体は、供給案内部位１５２、１５２の下面を経由して支持トレイ１５と処理空間ＳＰの底面との間を流れ方向ＦＤに流れる。こうして、下段層流ＦＬ３が形成される。

　上記したように処理空間ＳＰ内を、上段層流ＦＬ１、中段層流ＦＬ２および下段層流ＦＬ３に分かれて流れてきた処理流体は、以下のように構成される排気流路１８を介して処理容器外へ排出される（排出工程）。基板Ｓよりも（－Ｙ）側において、処理空間ＳＰの天井面と支持トレイ１５の基板対向面１５１とはいずれも水平な平面をなしており、両者は一定のギャップを保って平行に対向している。このギャップが、支持トレイ１５の基板対向面１５１および基板Ｓの上面Ｓａに沿って流れた処理流体を流体排出部５５に導く排気流路１８の上流領域１８１として機能する。この上流領域１８１は上下方向（Ｚ方向）に狭く、水平方向（Ｘ方向）に長い幅広の断面形状を有している。

　上流領域１８１の処理空間ＳＰとは反対側の端部はバッファ空間１８２に接続している。バッファ空間１８２は、処理チャンバ１００と、蓋部材１４と、シール部材１６とで囲まれた空間である。Ｘ方向におけるバッファ空間１８２の幅は上流領域１８１の幅と同等またはこれより大きく、Ｚ方向におけるバッファ空間１８２の高さは上流領域１８１の高さよりも大きい。したがって、バッファ空間１８２は上流領域１８１より大きな流路断面積を有している。

　バッファ空間１８２の上部に下流領域１８３が接続されている。下流領域１８３は処理チャンバ１００を構成する上部ブロックである第１部材１１を貫通して設けられた貫通孔である。その上端は処理チャンバ１００の上面に開口する出力ポート１０４を構成し、下端はバッファ空間１８２に臨んで開口している。

　このように、本実施形態では、支持トレイ１５の上面側における排気流路１８は、以下の３つの領域、つまり、
　・支持トレイ１５の基板対向面１５１と第１部材１１の下面との間に形成される上流領域１８１と、
　・流体排出部５５と繋がる下流領域１８３と、
　・上流領域１８１と下流領域１８３とを連通する中間領域（バッファ空間１８２）と、
を有している。

　同様に、処理空間ＳＰの底面と支持トレイ１５の下面とはいずれも水平な平面をなしており、両者は一定のギャップを保って平行に対向している。このギャップが、支持トレイ１５の下面に沿って流れる処理流体を流体排出部５５に導く排気流路１８の上流領域１８５として機能する。また、支持トレイ１５の下面側の上流領域１８５は、支持トレイ１５の上面側と同様に、バッファ空間１８６を介して下流領域１８７と接続されている。すなわち、支持トレイ１５の下面側における排気流路１８は、以下の３つの領域、つまり、
　・支持トレイ１５の下面と第２部材１２の上面との間に形成される上流領域１８５と、
　・流体排出部５５と繋がる下流領域１８７と、
　・上流領域１８５と下流領域１８７とを連通する中間領域（バッファ空間１８６）と、
を有している。

　処理空間ＳＰにおいて支持トレイ１５の上方を流れた処理流体は、上流領域１８１、バッファ空間１８２および下流領域１８３を介して出力ポート１０４へ送出される。出力ポート１０４は、配管５５１によって流体排出部５５に接続されており、配管５５１の途中にはバルブ５５２が介挿されている。

　同様に、処理空間ＳＰにおいて支持トレイ１５の下方を流れた処理流体は、上流領域１８５、バッファ空間１８６および下流領域１８７を介して出力ポート１０５へ送出される。出力ポート１０５は、配管５５３によって流体排出部５５に接続されており、配管５５３の途中にはバルブ５５４が介挿されている。

　バルブ５５２、５５４は制御ユニット９０により制御されている。制御ユニット９０からの制御指令に応じてバルブ５５２、５５４が開成すると、処理空間ＳＰ内の処理流体が配管５５１、５５３を介して流体排出部５５に回収される。

　上記のように構成された基板処理装置１において、処理流体によって基板Ｓから液体を除去した際に、当該液体が基板Ｓに再付着するのを防止するために、本実施形態では、次のような特徴的な構成が設けられている。

　図１Ｂおよび図３に示すように、支持部材１５４に保持された基板Ｓの（＋Ｙ）側および（－Ｙ）側には、それぞれ供給案内部位１５２および排出案内部位１５３が設けられている。また、基板Ｓと供給案内部位１５２との間のギャップＧ１と、基板Ｓと排出案内部位１５３との間のギャップＧ２とが存在している。ここで、ギャップＧ１、Ｇ２は、流れ方向ＦＤにおいてギャップＧ２の寸法ＳＧ２がギャップＧ１の寸法ＳＧ１よりも大きくなるように、設けられている。このような構造を「下流側ギャップ拡大構造」と称する。すなわち、下流側ギャップ拡大構造を採用することで、基板Ｓと支持トレイ１５との間を流れる処理流体の層流、つまり中段層流ＦＬ２の経路では、流れ方向ＦＤの下流側（つまり、－Ｙ側）に位置する下流経路が流れ方向ＦＤの上流側（つまり、＋Ｙ側）に位置する上流経路よりも広くなっている。すなわち、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積より大きくなっている。したがって、中段層流ＦＬ２の経路における圧損が低減される。その結果、当該経路における処理流体の流量が従来技術よりも高まり、基板Ｓから離脱した液体（イソプロピルアルコールやアセトン等）を効率的に処理チャンバ１００から排出することができる。すなわち、処理流体によって基板Ｓから液体を除去した際に、当該液体が基板Ｓに再付着するのを防止することができる。

　また、リフトピン２０１を遊挿させるために、貫通孔１５５が設けられている。第１実施形態では、図４に示すように、貫通孔１５５の基板対向面１５１側の開口部１５５ａに対し、テーパ加工が施されている（テーパ加工構造）。つまり、開口部１５５ａが中段層流ＦＬ２の経路に向かってラッパ状に広がっている。中段層流ＦＬ２を構成する処理流体が開口部１５５ａを介して貫通孔１５５に流れ込む際の抵抗が従来技術に比べて小さく、圧損を低減させることができる。その結果、上記テーパ加工構造を採用することで、下流側ギャップ拡大構造と同様の作用効果が得られる。このように、第１実施形態では、リフトピンの昇降用貫通孔１５５が本発明の「第２貫通孔」の一例に相当している。なお、テーパ加工構造については、後で説明するバイパス専用貫通孔（図７～図１０中の符号１５６に対して適用してもよい。

　この第１実施形態では、支持トレイ１５が本発明の「支持部」の一例に相当している。また、寸法ＳＧ１、ＳＧ２がそれぞれ本発明の「基板に対する供給案内部位の離間距離」および「基板に対する排出案内部位の離間距離」に相当している。

　図５は、本発明に係る基板処理装置の第２実施形態において蓋部材、支持トレイおよび支持トレイにより支持された基板を鉛直上方から見た平面図である。図６は、第２実施形態における処理チャンバ内での処理流体の流路および層流を模式的に示す図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、排出案内部位１５３の上面が基板対向面１５１と面一に仕上げられている点である。つまり、排出案内部位１５３の上面が基板対向面１５１と連続し、流れ方向ＦＤにおいて基板Ｓの下流側が開放されている。したがって、基板上面Ｓａに沿って流れてきた上段層流ＦＬ１および基板下面Ｓｂに沿って流れてきた中段層流ＦＬ２は、そのまま上流領域１８１に案内される。このような構造（以下「排出側全開放構造」という）を採用することで、中段層流ＦＬ２の経路では、流れ方向ＦＤの下流側（つまり、－Ｙ側）に位置する下流経路が流れ方向ＦＤの上流側（つまり、＋Ｙ側）に位置する上流経路よりも大幅に広くなっている。したがって、中段層流ＦＬ２の経路における圧損が大きく低減される。その結果、下流側ギャップ拡大構造を採用した第１実施形態よりも効率的に処理チャンバ１００から排出することができ、液体の基板Ｓへの再付着をより効果的に防止することができる。

　なお、第２実施形態では、流れ方向ＦＤにおいて基板Ｓの下流側が全開放されているが、排出案内部位１５３の高さを第１実施形態のそれよりも低く設定してもよい。すなわち、排出案内部位１５３の上面が供給案内部位１５２の上面よりも下方に位置するように構成し、基板Ｓの下流側での開放度合を調整してもよい。このような構造（以下「排出側開放調整構造」という）を採用することで、第２実施形態と同様の作用効果が得られる。

　図７は、本発明に係る基板処理装置の第３実施形態において蓋部材、支持トレイおよび支持トレイにより支持された基板を鉛直上方から見た平面図である。図８は、第３実施形態における処理チャンバ内での処理流体の流路および層流を模式的に示す図であり、同図では、図７のＤ－Ｄ線断面図が図示されている。この第３実施形態が第２実施形態と大きく相違する点は、支持トレイ１５にバイパス用の貫通孔１５６が追加されている点である。貫通孔１５６は、流れ方向ＦＤにおいて基板Ｓの下流側、つまり（－Ｙ）側で、排出案内部位１５３を鉛直方向Ｚに貫通するように設けられている。このため、図７中の矢印で示すように、中段層流ＦＬ２を構成する処理流体の一部は、基板下面Ｓｂと基板対向面１５１との間を通過して上流領域１８１および貫通孔１５６を介して排気流路１８の上流領域１８５に流れ込む。そして、当該処理流体は、下段層流ＦＬ３を構成する処理流体と合流し、下流領域１８７および出力ポート１０５を介して流体排出部５５に回収される。すなわち、リフトピン２０１の昇降用貫通孔１５５以外に、バイパス専用貫通孔１５６が追加されている。このような構造（以下「バイパス追加構造」という）を採用することで、中段層流ＦＬ２の経路では、流れ方向ＦＤの下流側（つまり、－Ｙ側）に位置する下流経路が流れ方向ＦＤの上流側（つまり、＋Ｙ側）に位置する上流経路よりも広がっている。したがって、中段層流ＦＬ２の経路における圧損が低減される。

　また、第３実施形態では、図７に示すように、２つのバイパス専用貫通孔１５６が流れ方向ＦＤと直交する水平方向Ｘにおいて、基板Ｓに対して（＋Ｘ）側および（－Ｘ）側に振り分けて設けられている。つまり、バイパス専用貫通孔１５６は、出力ポート１０５の近傍に設けられている。このため、同図の矢印に示すように、中段層流ＦＬ２を構成する処理流体の一部がバイパス専用貫通孔１５６に向かって広がり、バイパス専用貫通孔１５６および出力ポート１０５を介して効率的に排出される。

　その結果、第３実施形態に係る基板処理装置１は、下流側ギャップ拡大構造を採用した第１実施形態よりも効率的に処理流体を処理チャンバ１００から排出することができる。その結果、液体の基板Ｓへの再付着をより効果的に防止することができる。このように、第３実施形態では、バイパス専用貫通孔１５６が本発明の「第１貫通孔」の一例に相当している。

　図９は、本発明に係る基板処理装置の第４実施形態において蓋部材、支持トレイおよび支持トレイにより支持された基板を鉛直上方から見た平面図である。図１０は、第４実施形態における処理チャンバ内での処理流体の流路および層流を模式的に示す図であり、同図では、図９のＥ－Ｅ線断面図が図示されている。この第４実施形態が第３実施形態と大きく相違する点は、基板対向面１５１の一部および排出案内部位１５３の上面が傾斜面１５７に仕上げられている点である。この傾斜面１５７は、流れ方向ＦＤにおける基板対向面１５１の下流側領域と排出案内部位１５３の上面の全面領域に設けられたものであり、これらの領域全体が本発明の「傾斜領域」の一例に相当している。この傾斜面１５７は、流れ方向ＦＤの下流側に進むにしたがって基板下面Ｓｂから遠ざかるように傾斜している。なお、図９では、傾斜面１５７を明示するために、傾斜面１５７が設けられた領域にドットが付されている。このような構造（以下「傾斜構造」という）を採用することで、中段層流ＦＬ２の経路では、流れ方向ＦＤの下流側（つまり、－Ｙ側）に位置する下流経路が流れ方向ＦＤの上流側（つまり、＋Ｙ側）に位置する上流経路よりも広がっている。したがって、中段層流ＦＬ２の経路における圧損が低減される。なお、本実施形態では、傾斜面１５７の各部は同一傾斜角を有しているが、部分的に傾斜角を相違させてもよい。例えば基板対向面１５１の下流側領域と排出案内部位１５３の上面の全面領域とで傾斜角を相違させてもよい。また、基板対向面１５１全体を傾斜させてもよい。

　また、第４実施形態では、傾斜先がバイパス専用貫通孔１５６に向かっている。したがって、同図の矢印に示すように、中段層流ＦＬ２を構成する処理流体の一部が傾斜面１５７によってバイパス専用貫通孔１５６に案内され、バイパス専用貫通孔１５６および出力ポート１０５を介して効率的に排出される。

　その結果、第４実施形態に係る基板処理装置１では、第２実施形態よりも効率的に処理チャンバ１００から排出することができ、液体の基板Ｓへの再付着をより効果的に防止することができる。

　なお、本発明は上記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に対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、中段層流ＦＬ２の経路における圧損を低減させる具体的手段として、「下流側ギャップ拡大構造（図３）」、「テーパ加工構造（図４）」、「排出側開放構造（図６）」、「排出側開放調整構造」、「バイパス追加構造（図７～図１０）」および「傾斜構造（図１０）」が用いられているが、これらを単独で採用してもよいし、複数を組み合わせてもよい。

　また、支持トレイ１５では、図２、図３などに示すように、基板対向面１５１が供給案内部位１５２の上面に対し、基板Ｓの厚み（鉛直方向Ｚにおける寸法）よりも若干深く位置するように、支持部材１５４により保持されている。ここで、基板対向面１５１が支持部材１５４により保持された基板下面Ｓｂよりもさらに下方に位置させることで、中段層流ＦＬ２の経路における圧損をさらに低減させることができ、好適である。

　以上、特定の実施例に沿って発明を説明したが、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図したものではない。発明の説明を参照すれば、本発明のその他の実施形態と同様に、開示された実施形態の様々な変形例が、この技術に精通した者に明らかとなるであろう。故に、添付の特許請求の範囲は、発明の真の範囲を逸脱しない範囲内で、当該変形例または実施形態を含むものと考えられる。

　この発明は、表面に液体が付着した基板を超臨界状態の処理流体によって処理する基板処理技術全般に適用することができる。

　１…基板処理装置
　１０…処理ユニット
　１５…支持トレイ（支持部）
　５５…流体排出部
　５７…流体供給部
　１００…処理チャンバ
　１５５ａ…（貫通孔１５５の）開口部
　１５１…基板対向面
　１５２…供給案内部位
　１５３…排出案内部位
　１５５…昇降用貫通孔
　１５６…バイパス専用貫通孔
　１５７…傾斜面
　２００…移載機構
　２０１…リフトピン
　ＦＤ…流れ方向
　ＦＬ１…上段層流
　ＦＬ２…中段層流
　Ｓ…基板
　ＳＧ１…寸法（基板に対する供給案内部位の離間距離）
　ＳＧ２…寸法（基板に対する排出案内部位の離間距離）
　ＳＰ…処理空間
　Ｓａ…（基板Ｓの）上面
　Ｓｂ…（基板Ｓの）下面
　Ｘ…水平方向
 

Claims (10)

1. 　液体が付着する基板を超臨界状態の処理流体により処理する基板処理装置であって、
   　前記基板を処理するための処理空間を有する処理チャンバと、
   　前記基板を水平姿勢で支持しながら前記処理空間に収容される支持部と、
   　前記処理チャンバに前記処理流体を供給することで、前記処理空間において前記処理流体を一定方向に流動させる流体供給部と、
   　前記処理チャンバから前記処理流体を排出する流体排出部と、を備え、
   　前記支持部は、前記基板の下面と対向する基板対向面を有し、前記基板を前記基板対向面から上方に離間させた状態で支持し、
   　前記処理流体のうち前記基板と前記支持部との間を流れる処理流体の層流の経路では、前記一定方向の下流側に位置する下流経路が前記一定方向の上流側に位置する上流経路よりも広くなっていることを特徴とする、基板処理装置。
2. 　請求項１に記載の基板処理装置であって、
   　前記支持部は、
   　前記一定方向において前記基板対向面の上流側で前記基板対向面から上方に立設され、前記流体供給部より供給された前記処理流体を前記基板の上面に案内する供給案内部位と、
   　前記一定方向において前記基板対向面の下流側で前記基板対向面から上方に立設され、前記基板の上面に沿って流れてきた前記処理流体を前記流体排出部に案内する排出案内部位と、
   を有し、
   　前記基板に対する前記排出案内部位の離間距離が、前記基板に対する前記供給案内部位の離間距離よりも長い、基板処理装置。
3. 　請求項１に記載の基板処理装置であって、
   　前記支持部は、
   　前記一定方向において前記基板対向面の上流側で前記基板対向面から上方に立設され、前記流体供給部より供給された前記処理流体を前記基板の上面に案内する供給案内部位と、
   　前記一定方向において前記基板対向面の下流側に設けられ、前記層流を構成する前記処理流体を前記流体排出部に案内する排出案内部位と、
   を有し、
   　前記排出案内部位の上面は、前記供給案内部位の上面よりも下方に位置する、基板処理装置。
4. 　請求項３に記載の基板処理装置であって、
   　前記排出案内部位の上面は前記基板対向面と面一である、基板処理装置。
5. 　請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   　前記基板対向面は、前記一定方向の下流側に進むにしたがって前記基板の下面から遠ざかるように傾斜する傾斜領域を有する、基板処理装置。
6. 　請求項３に記載の基板処理装置であって、
   　前記排出案内部位の上面は前記基板対向面と連続しており、
   　前記排出案内部位の上面および前記基板対向面は、前記一定方向の下流側に進むにしたがって前記基板の下面から遠ざかるように傾斜する傾斜領域を有する、基板処理装置。
7. 　請求項２、３、４または６に記載の基板処理装置であって、
   　前記排出案内部位は、上面から下面に貫通する第１貫通孔を有し、前記層流を構成する前記処理流体を前記第１貫通孔を介して前記流体排出部ｐに案内する、基板処理装置。
8. 　請求項７に記載の基板処理装置であって、
   　前記第１貫通孔の上方側の開口部は、前記上方に進むにしたがって内径が大きくなるように仕上げられている、基板処理装置。
9. 　請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   　前記処理チャンバの外側で、前記基板対向面を下方に貫通して前記支持部に設けられた第２貫通孔に対してリフトピンを上下方向に出退させることで、前記処理チャンバから引き出された前記支持部との間で前記基板を受け渡す移載機構を備え、
   　前記第２貫通孔の前記基板対向面側の開口部は、前記基板の下面に近づくにしたがって内径が大きくなるように仕上げられている、基板処理装置。
10. 　液体が付着する基板を超臨界状態の処理流体により処理する基板処理方法であって、
    　前記基板の下面と対向する基板対向面から前記基板を上方に離間させながら水平姿勢で支持する支持部を処理チャンバの処理空間に収容する収容工程と、
    　前記支持部を収容した前記処理チャンバに前記処理流体を供給することで前記処理空間において一定方向に流動させるとともに、前記基板の上面に沿って前記一定方向に流れた前記処理流体ならびに前記支持部と前記基板との間を流れた前記処理流体を前記処理チャンバから排出することで、前記処理空間内で前記支持部により支持された前記基板を前記処理流体によって処理する処理工程と、を備え、
    　前記処理工程では、前記支持部と前記基板との間に形成され、しかも前記一定方向の下流側に位置する下流経路が前記一定方向の上流側に位置する上流経路よりも広くなっている、経路に沿って前記処理流体が流れることを特徴とする、基板処理方法。

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