JP2023133102A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超臨界乾燥処理を行う際に基板の表面に形成されたパターンの倒壊を防止または少なくとも抑制する。【解決手段】基板処理方法は、処理液中の溶存ガスを除去する脱気工程と、前記溶存ガスが除去された前記処理液を、基板の表面に供給して、前記基板の表面を覆う前記処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、前記液膜が形成された前記基板を、処理容器に搬入する搬入工程と、前記液膜が形成された前記基板が搬入された前記処理容器内の圧力を前記処理流体が超臨界状態を維持する圧力に維持しつつ、前記処理容器内に前記処理流体を流通させ、これにより前記基板の表面を覆う前記処理液を前記処理流体で置換し、その後に前記処理流体を気化させることにより前記基板の表面を乾燥させる超臨界乾燥工程とを備える。【選択図】図４

Description

本開示は、基板処理方法および基板処理装置に関する。

基板である半導体ウエハ（以下、ウエハという）などの表面に集積回路の積層構造を形成する半導体装置の製造工程においては、薬液などの洗浄液によりウエハ表面の微小なごみや自然酸化膜を除去するなど、液体を利用してウエハ表面を処理する処理工程が行われている。

こうした処理工程にてウエハの表面に残留した液体を除去する際に、超臨界状態の処理流体を用いる方法が知られている。例えば特許文献１には、超臨界流体を利用して基板の上から有機溶剤を溶解してウエハを乾燥させる基板処理装置が開示されている。

特許文献１の基板処理装置では、処理装置内で薬液などの洗浄液によりウエハの表面の洗浄が行われる。洗浄後のウエハの表面には、処理液としての有機溶剤が液盛りされる。有機溶剤が液盛りされたウエハは、洗浄装置から超臨界処理装置に搬送され、超臨界処理装置内で超臨界状態の処理流体を用いてウエハの乾燥処理が行われる。このようにウエハの表面に有機溶剤を液盛りすることにより、洗浄後のウエハの表面が、超臨界処理装置内で乾燥処理されるまでに乾燥することを防止し、パーティクルの発生を防止している。

特開２０１９－３３２４６号公報

本開示は、超臨界乾燥処理を行う際に基板の表面に形成されたパターンの倒壊を防止または少なくとも抑制することができる技術を提供するものである。

本開示の一実施形態に係る基板処理方法は、処理液中の溶存ガスを除去する脱気工程と、前記溶存ガスが除去された前記処理液を、基板の表面に供給して、前記基板の表面を覆う前記処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、前記液膜が形成された前記基板を、処理容器に搬入する搬入工程と、前記液膜が形成された前記基板が搬入された前記処理容器内の圧力を前記処理流体が超臨界状態を維持する圧力に維持しつつ、前記処理容器内に前記処理流体を流通させ、これにより前記基板の表面を覆う前記処理液を前記処理流体で置換し、その後に前記処理流体を気化させることにより前記基板の表面を乾燥させる超臨界乾燥工程と、を備えている。

本開示の上記実施形態によれば、超臨界乾燥処理を行う際に基板の表面に形成されたパターンの倒壊を防止または少なくとも抑制することができる。

基板処理装置の一実施形態に係る基板処理システムの概略横断面図である。 図１の基板処理システムに含まれる枚葉式液処理ユニットの一構成例を示す 概略断面図である。 図１の基板処理システムに含まれる超臨界乾燥ユニットの一構成例を示す概略断面図である。 図２の枚葉式液処理ユニットで用いられるＩＰＡを供給するＩＰＡ供給機構およびこれに設けられた脱気のための構成について説明する配管構成図である。 気泡の生成によるパターンの倒壊を示す模式図である。

以下に添付図面を参照して本開示の基板処理装置の一実施形態に係る基板処理システム１について説明する。方向に関する説明を簡略化するため、ＸＹＺ直交座標系を設定し、これを図１の左下部に表示した。Ｚ方向は上下方向であり、Ｚ正方向が上方向である。

図１に示すように、基板処理システム１は、制御装置１００を備えている。制御装置１００は、コンピュータからなり、演算処理部１０１と記憶部１０２とを備える。記憶部１０２には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラム（処理レシピも含む）が格納されている。演算処理部１０１は、記憶部１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、後述する基板処理システム１の各構成要素の動作を制御し、後述する一連の処理を実行させる。制御装置１００は、キーボード、タッチパネル、ディスプレイ等のユーザーインターフェースを備えていてもよい。上記のプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置１００の記憶部１０２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

基板処理システム１は、搬入出部（搬出入ステーション）２と、処理部（処理ステーション）６とを備えている。

搬入出部２は、容器載置部２１と、第１搬送部２２とを備えている。容器載置部２１には、複数の基板搬送容器Ｃ（例えばＦＯＵＰ）を載置することができる。各基板搬送容器Ｃ内には、複数枚の基板Ｗ（例えば半導体ウエハ）が水平姿勢で鉛直方向に間隔を空けて収容される。

第１搬送部２２は容器載置部２１に隣接して設けられている。第１搬送部２２の内部には、第１基板搬送ロボット（第１基板搬送機構）２３および受渡ユニット（受渡部）２４が設けられている。第１基板搬送ロボット２３は、基板Ｗを保持するためのエンドエフェクタとしての基板保持機構を備えている。第１基板搬送ロボット２３は、水平方向および鉛直方向への移動、ならびに鉛直軸線を中心とする旋回が可能である。第１基板搬送ロボット２３は、容器載置部２１上の基板搬送容器Ｃと受渡ユニット２４との間で基板Ｗの搬送を行う。

処理部６は、第１搬送部２２に隣接して設けられている。処理部６には、１つ以上の枚葉式液処理ユニット６１と、枚葉式液処理ユニット６１で処理された基板Ｗの超臨界乾燥を行う１つ以上の超臨界乾燥ユニット６２と、第２基板搬送ロボット（第２基板搬送機構）６３とが設けられている。一実施形態において、複数の枚葉式液処理ユニット６１および複数の超臨界乾燥ユニット６２を、図１に表示されている位置に上下に積み重ねて設けてもよい。

第２基板搬送ロボット６３は、例えば、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能、Ｚ方向に昇降可能かつ、垂直軸回りに旋回可能な多軸駆動機構６３１により移動可能なエンドエフェクタを備えている。エンドエフェクタは、１枚の基板を水平姿勢で保持することができる例えばフォーク形状の基板保持具６３２である。第２基板搬送ロボット６３（特にそのエンドエフェクタ）は、搬送空間６４内を移動することにより、受渡ユニット２４、枚葉式液処理ユニット６１、および超臨界乾燥ユニット６２との間で基板の搬送を行うことができる。第２基板搬送ロボット６３により搬送されている間、基板Ｗは、常時水平姿勢に維持される。

搬送空間６４内に窒素ガスを吐出する窒素ガス供給部６５が設けられている。窒素ガス供給部６５には、例えば工場用力として提供される窒素ガス供給源から窒素ガスが供給される。搬送空間６４内の窒素ガスパージを促進するために搬送空間６４内の雰囲気を排出する排気部６６を設けてもよい。パージ効率向上の観点から、窒素ガス供給部６５および排気部６６は互いに離れた位置に設けることが好ましい。図１において概略的に示された窒素ガス供給部６５は直方体形状の搬送空間６４の天井壁に設けられいてもよく、この場合、窒素ガス供給部６５は搬送空間６４に窒素ガスのダウンフローを形成する。あるいは、窒素ガス供給部６５は搬送空間６４の側壁に設けられていてもよく、この場合、窒素ガス供給部６５は搬送空間２６に窒素ガスのサイドフローを形成する。

処理部６の搬送空間６４と受渡ユニット２４との間に隔壁６７が設けられ、この隔壁６７に適度な気密性のあるドア（図示せず）が設けられている。この図示しないドアは基板Ｗがそこを通過するときのみ開かれる。この構成により、搬送空間６４から第１搬送部２２への窒素ガスの漏出により窒素ガスが無駄に消費されることを防止することができ、また、搬送空間６４から基板処理システム１の周囲環境への窒素ガスの漏出も防止することができる。

枚葉式液処理ユニット６１として、半導体製造装置の技術分野において公知となっている任意のものを用いることができる。本実施形態で用いることができる枚葉式液処理ユニット６１の構成例について、図２を参照して以下に簡単に説明しておく。枚葉式液処理ユニット６１は、基板Ｗを水平姿勢で保持するとともに鉛直軸線周りに回転させることができるスピンチャック６１１と、スピンチャック６１１により保持されて回転する基板Ｗに処理液を吐出する１つ以上のノズル６１２とを備えている。ノズル６１２は、ノズル６１２を移動させるためのアーム６１３に担持されている。枚葉式液処理ユニット６１は、回転する基板Ｗから飛散した処理液を回収する液受けカップ６１４を有する。液受けカップ６１４は、回収した処理液を液処理ユニット６１外に排出するための排液口６１５と、液受けカップ６１４内の雰囲気を排出する排気口６１６とを有している。枚葉式液処理ユニット６１のチャンバ６１７の天井部に設けられたファンフィルタユニット６１８から清浄ガスが下向きに吹き出され、液受けカップ６１４内に引き込まれ、排気口６１６に排出される。

ファンフィルタユニット６１８として、クリーンエア（清浄空気）と、不活性ガスここでは例えば窒素ガス（Ｎ２ガス）とを択一的に吐出する機能を有するものを用いることができる。この場合、クリーンエアとしては、基板処理システム１が設置されているクリーンルーム内の空気をファンフィルタユニット６１８内のフィルタ（例えばＵＬＰＡフィルタ）により濾過したものが用いられ、窒素ガスとしては、半導体製造工場の工場用力として提供される窒素ガス供給源から供給されたものが用いられる。このような機能を有するファンフィルタユニット６１８は半導体製造装置の技術分野において周知であり、構造の詳細な説明は省略する。

超臨界乾燥ユニット６２として、半導体製造装置の技術分野において公知となっている任意のものを用いることができる。本実施形態で用いることができる超臨界乾燥ユニット６２の構成例および作用について、図１および図３を参照して以下に簡単に説明しておく。超臨界乾燥ユニット６２は、超臨界チャンバ６２１と、超臨界チャンバ６２１に対して進退可能な基板支持トレイ６２２とを有している。図１には、超臨界チャンバ６２１から退出した基板支持トレイ６２２が描かれており、この状態で第２基板搬送ロボット６３は基板支持トレイ６２２に対して基板Ｗの受け渡しを行うことができる。

図３は、基板支持トレイ６２２が超臨界チャンバ６２１に収容された状態を示している。基板支持トレイ６２２は蓋６２５を有し、蓋６２５が図示しないシール部材を介して超臨界チャンバ６２１の開口部を塞ぐことにより、超臨界チャンバ６２１内に密閉された処理空間が形成されるようになっている。符号６２３が処理流体（例えばＣＯ２（二酸化炭素））の供給ポート６２３であり、符号６２４は流体（ＣＯ２、ＩＰＡ等）の排気ポートである。

基板支持トレイ６２２に対して基板Ｗの受け渡しが行われる超臨界乾燥ユニット６２内の領域６２８（図１において基板支持トレイ６２２が存在する領域）を窒素ガス雰囲気とするために、超臨界乾燥ユニット６２に窒素ガス吐出部６２６を設けることができる。領域６２８の窒素ガスパージを促進するために、領域６２８の雰囲気を排気する排気部６２７を設けてもよい。パージ効率向上の観点から、窒素ガス供給部６２６および排気部６２７は互いに離れた位置に設けることが好ましい。

次に、図４を参照して、枚葉式液処理ユニット６１で用いられるＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を供給するＩＰＡ供給機構７００およびこれに設けられた脱気のための構成について説明する。

ＩＰＡ供給機構７００は、ＩＰＡを貯留するタンク７０２と、タンク７０２に接続された循環ライン７０４とを有している。循環ライン７０４には、上流側から順に、ポンプ７０６、温調器７０８、フィルタ７１０、流量計７１２および定圧弁７１４が介設されている。ポンプ７０６は、ＩＰＡを加圧して送り出すことにより、循環ライン７０４にＩＰＡの循環流を形成する。温調器７０８は、ＩＰＡの供給先の枚葉式液処理ユニット６１での使用に適した温度にＩＰＡを温調する。フィルタ７１０は、ＩＰＡからパーティクル等の汚染物質を除去する。定圧弁７１４は、ＩＰＡの供給先の枚葉式液処理ユニット６１に適当な圧力でＩＰＡが流入することを可能とする。

循環ライン７０４に複数の分岐点７１５が設定されており、各分岐点７１５において循環ライン７０４から分岐供給ライン７１６が分岐している。各分岐供給ライン７１６の下流端は、対応する枚葉式液処理ユニット６１のＩＰＡ供給用のノズル６１２に接続されている。分岐供給ライン７１６には、上流側から順に、溶存ガスモニタ７１８、定圧弁７２０、開閉弁７２２、溶存ガスフィルタ（例えば中空糸膜フィルタ）７２４が介設されている。分岐供給ライン７１６に設定された分岐点７２８のところで、分岐供給ライン７１６から分岐戻しライン７３０が分岐している。分岐戻しライン７３０には開閉弁７３２が介設されている。複数の分岐戻しライン７３０は、合流して１つの戻しライン７３４となり、戻しライン７３４の下流端はタンク７０２に接続されている。

循環ライン７０４に設定された分岐点７４０から、脱気ライン７４２が分岐している。脱気ライン７４２には、上流側から順に、インラインメガソニック７４４、インライン溶存ガスモニタ（溶存ガスセンサ）７４６、定圧弁７４８および中空糸膜フィルタ７５０が順次介設されている。脱気ライン７４２の下流端はタンク７０２に接続されている。

インラインメガソニック７４４は、脱気ライン７４２を流れるＩＰＡに高出力超音波を印加することによりキャビテーション気泡を発生させる。インライン溶存ガスモニタ（溶存ガスセンサ）７４６は、脱気ライン７４２を流れるＩＰＡ中に含まれるガス、特に後述の処理にとって有害なガスである酸素、二酸化炭素等の濃度を測定する。定圧弁７４８は、脱気ライン７４２を流れるＩＰＡの流量を調節する。

中空糸膜フィルタ７５０の中空糸膜の外側を減圧状態とし、中空糸膜の中にＩＰＡを流すと、ＩＰＡ中に含まれる気泡（これはインラインメガソニック７４４により生成されたキャビテーション気泡である）およびＩＰＡ中に含まれる溶存ガスが中空糸膜の壁面を通って中空糸膜の外側に出る。これにより、ＩＰＡ中の気泡および溶存ガスを減少させることができる。中空糸膜フィルタ７５０のみでも脱気を行うことが可能である。しかしながら、この脱気ライン７４２においては、中空糸膜フィルタ７５０の上流側でインラインメガソニック７４４によりＩＰＡ中のガスを気泡化させているため、中空糸膜フィルタ７５０のみによる脱気を行った場合と比較して、溶存ガスの除去効率をより高めることが可能となっている。溶存ガスが除去されたＩＰＡはタンク７０２に戻される。

図４に示す実施形態においては、インラインメガソニック７４４および中空糸膜フィルタ７５０という２つのインラインデバイスによりインライン脱気機構が構成される。また上述したように、中空糸膜フィルタ７５０のみでも脱気を行うことができるため、中空糸膜フィルタ７５０のみによりインライン脱気機構を構成することも可能である。なお、インライン脱気機構は、ライン（配管等の液の流路）に介設されるとともに、液を当該機構に通流させた状態で（液の流れを止めずに）、液の脱気を行うことができる機構を意味する。

タンク７０２には、ＩＰＡ供給源７６０からＩＰＡ供給ライン７６２を介してＩＰＡが供給される。ＩＰＡ供給ライン７６２には開閉弁７６４が介設されている。多くの場合、ＩＰＡ供給源７６０は、基板処理システム１が設置される半導体製造工場の工場用力として提供される。タンク７０２にはドレンライン７６６が接続されており、ドレンライン７６６には、開閉弁７６８が介設されている。

ＩＰＡ供給機構７００の第１構成例において、タンク７０２には、ガス供給ライン７８２を介して不活性ガスここでは窒素ガスの供給源７８０が接続されている。ガス供給ライン７８２には開閉弁７８４が接続されている。多くの場合、窒素ガス供給源７８０も工場用力として提供される。また、タンク７０２には、ヒータ７９０が設けられる。さらに、分岐供給ライン７１６のフィルタ７２４の下流側に冷却器７２６が介設される。このパラグラフで説明した構成要素は破線ないし鎖線で描かれている。

ＩＰＡ供給機構７００の第２構成例において、タンク７０２には、減圧ライン７７２を介して、真空ポンプ（減圧装置）７７０が接続されている。減圧ライン７７２には、開閉弁７７４および真空用フィルタ７７６が介設されている。減圧ライン７７２にはドレンライン７７８が接続されている。

第１構成例と第２構成例の差異は上述した部分のみであり、その他の構成は両者に共通である。

次に、上記第１構成例におけるＩＰＡ供給機構７００の動作について説明する。窒素ガス供給源７８０からタンク７０２に窒素ガスが供給され、タンク７０２の内部が窒素ガス雰囲気にされる。これにより、酸素ガスおよび二酸化炭素ガスがＩＰＡ中に溶け込むことを抑制することができる。また、ＩＰＡ供給源７６０からタンク７０２に供給され、タンク７０２に予め定められた量のＩＰＡが貯まったら、ポンプ７０６が稼働され、また、タンク７０２に付設されたヒータ７９０が稼働される。これにより、タンク７０２内のＩＰＡが沸点以下の適当な温度（例えば約７０℃）に加熱され、また、加熱されたＩＰＡが循環ライン７０４を循環するようになる。また、温調器７０８も、循環ライン７０４を流れるＩＰＡを加熱し、ＩＰＡを適当な温度に維持している。ＩＰＡを加熱することにより、ＩＰＡ中へのガスの溶解度が減少し、タンク内でＩＰＡにガスが溶け込み難くなり、また、ＩＰＡに既に溶け込んでいたガスの一部はＩＰＡから離脱する。

循環ライン７０４を流れるＩＰＡの一部は、脱気ライン７４２に流入し、インラインメガソニック７４４および中空糸膜フィルタ７５０により前述した機序に従い脱気され、タンク７０２に戻される。このときもＩＰＡが加熱されているため、脱気効率が高くなる。

循環ライン７０４を流れるＩＰＡは、複数の分岐供給ライン７１６のうちの少なくともいくつか（例えば、処理開始予定時刻が近い枚葉式液処理ユニット６１に対応するもの）に流入し、ノズル６１２には向かわずに対応する分岐戻しライン７３０に流入し、さらに戻しライン７３４を介してタンク７０２に戻される。

上記の状態がしばらくの間継続され、少なくとも以下の条件を満たした場合、制御装置１００は、枚葉式液処理ユニット６１において基板ＷにＩＰＡを供給してよい状態（ＩＰＡ供給可能状態）であると判断する。
－ 脱気ライン７４２の溶存ガスモニタ７４６により、ＩＰＡ中のガス濃度（例えば酸素ガス濃度および／または二酸化炭素ガス濃度）が予め定められた閾値を下回ったこと。
－ 処理開始予定時刻が近い枚葉式液処理ユニット６１に対応する溶存ガスモニタ７１８によりＩＰＡ中のガス濃度（例えば酸素ガス濃度および／または二酸化炭素ガス濃度）が予め定められた閾値を下回ったこと。
他の条件として、循環ライン７０４を循環しているＩＰＡの温度が所定温度範囲にあること、などが挙げられる。ＩＰＡの温度確認のために、タンク７０２あるいはタンクに接続された適当なラインに温度センサを設けることができる。

好ましくは、ＩＰＡ供給可能状態となっていることが確認された後に、枚葉式液処理ユニット６１において１枚の基板Ｗの処理が開始される。基板ＷにＩＰＡを供給するときには、冷却器７２６が稼働され、開閉弁７３２が閉じられるとともに開閉弁７２２が開かれる。これにより、冷却器７２６により所定の温度（例えば常温～３０℃程度）まで温度が下げられたＩＰＡがＩＰＡ吐出用のノズル６１２から基板Ｗに供給される。

次に、上記第２構成例におけるＩＰＡ供給機構７００の動作について説明する。第１構成例と同様に、ＩＰＡ供給源７６０からタンク７０２に供給され、タンク７０２に予め定められた量のＩＰＡが貯まったら、「タンク７０２の内部の圧力（ゲージ圧ではなく絶対圧力）がＩＰＡの蒸気圧より大」という条件を満たすように、タンク７０２の内部が真空ポンプ７７０により減圧される。さらに、ポンプ７０６が稼働される。タンク７０２内が減圧されているので、ＩＰＡに溶け込んでいるガスの一部はＩＰＡから離脱する。第１構成例と同様に、ＩＰＡは、循環ライン７０４を循環し、循環ライン７０４を流れるＩＰＡの一部は、脱気ライン７４２に流入し、脱気ライン７４２に設けられたインラインメガソニック７４４および中空糸膜フィルタ７５０により脱気される。

また、第１構成例と同様に、循環ライン７０４を流れるＩＰＡは、複数の分岐供給ライン７１６のうちの少なくともいくつか（例えば、処理開始予定時刻が近い枚葉式液処理ユニット６１に対応するもの）に流入し、ノズル６１２には向かわずに対応する分岐戻しライン７３０に流入し、さらに戻しライン７３４を介してタンク７０２に戻される。このとき、脱気ライン７４２の溶存ガスモニタ７４６および分岐供給ライン７１６の溶存ガスモニタ７１８による溶存ガス濃度の監視が第１構成例と同様にして行われ、ＩＰＡ供給可能状態となっていることが確認されたら、枚葉式液処理ユニット６１において１枚の基板Ｗの処理の開始が許可される。第２構成例では、第１構成例と異なり、タンク７０２内のＩＰＡの加熱および分岐供給ライン７１６でのＩＰＡの冷却は行われない。

次に、基板処理システム１における基板Ｗの処理の流れについて説明する。搬入出部２の第１基板搬送ロボット１３が、容器載置部２１に載置された基板搬送容器Ｃから基板Ｗを取り出し、取り出した基板Ｗを受渡ユニット２４に載置する。次に、基板Ｗが処理部６の第２基板搬送ロボット６３によって受渡ユニット２４から取り出されて、枚葉式液処理ユニット６１に搬入される。

枚葉式液処理ユニット６１に搬入された基板Ｗは、スピンチャック６１１により水平姿勢で保持される。次いで、スピンチャック６１１により基板Ｗが鉛直軸線周りに回転させられる。この状態で、基板Ｗに処理に必要な各種処理液が、各種処理液に割り当てられた１つ以上のノズル６１２から順次供給されることにより基板Ｗに液処理が施される。液処理の一例を以下に述べる。まず、プリウエット液を基板Ｗに供給することによりプリウエット工程が行われ、次に、薬液を基板Ｗに供給することにより薬液処理工程（ウエットエッチングまたは薬液洗浄）が行われ、次に、リンス液（例えばＤＩＷ（純水））を基板Ｗに供給することによりリンス処理が行われる。薬液処理工程およびリンス処理を複数回ずつ行ってもよい。

一実施形態において、例えば１枚の基板Ｗに対して以下の工程が行われる。
工程１：ＤＩＷによるプリウエット工程
工程２：ＤＨＦエッチング工程
工程３：ＤＩＷリンス工程
工程４：ＳＣ１洗浄工程
工程５：ＤＩＷリンス工程
上記工程１～５において、ＤＨＦ（希フッ酸）、ＳＣ１は互いに異なるノズル６１２から供給される。ＤＩＷは、ＤＩＷ供給専用に設けられたノズル６１２から供給してもよいが、例えば、ＤＨＦ供給用のノズル６１２から供給してもよい。

上記工程２においては、ＤＨＦエッチングによりＳｉＯ_２（シリコン酸化物）が削られ、Ｓｉ（シリコン）からなる鉛直方向に延びる柱状体が概ね等ピッチで形成される。図５にも同様の柱状体が示されている。例示的な一実施形態においては、Ｓｉからなる柱状体の倒壊を防止しつつ後述の超臨界乾燥処理により基板Ｗを乾燥させるようにしている。

最後に行われたリンス工程（例えば上記の工程５）の後、引き続き基板Ｗを回転させながら、ＩＰＡ吐出用のノズル６１２からＩＰＡが基板Ｗに供給され、基板Ｗの表面（パターンの凹部の表面を含む）にあるリンス液がＩＰＡに置換される（ＩＰＡ置換工程）。その後、ノズルからＩＰＡが供給したまま基板の回転速度を極低速まで下げてＩＰＡの膜厚を調整した後に、ＩＰＡの供給を停止するとともに基板Ｗの回転を停止する。これにより基板Ｗの表面が所望の膜厚のＩＰＡ液膜（ＩＰＡパドル）で覆われた状態となる（ＩＰＡパドル形成工程）。この枚葉式液処理ユニット６１においては、上記のＩＰＡ置換工程およびＩＰＡパドル形成工程において基板Ｗに供給されるＩＰＡとして、前述した脱気処理が施されたＩＰＡが用いられる。

脱気処理済みのＩＰＡに、再び空気中の酸素および二酸化炭素が溶け込むことを防止するために、枚葉式液処理ユニット６１のチャンバ内の雰囲気を不活性ガス雰囲気、例えば窒素ガス雰囲気にすることが好ましい。このため、窒素ガス吐出機能を備えたファンフィルタユニット６１８から窒素ガスが供給される。窒素ガスは、酸素ガスおよび二酸化炭素ガスと比較してＩＰＡへの溶解度が低いため、ＩＰＡが付着した基板Ｗの周囲の雰囲気を窒素ガス雰囲気にすることにより、ＩＰＡ中にガスが溶け込むことを抑制することができる。

枚葉式液処理ユニット６１のチャンバ内の雰囲気は、少なくとも、表面にＩＰＡが存在している基板Ｗがチャンバ内にある期間内は、窒素ガス雰囲気となっていることが好ましい。従って、例えば、遅くともＩＰＡの吐出が開始される時点において、チャンバ内の雰囲気が窒素ガス雰囲気となっていることが好ましい。基板Ｗがチャンバ内に存在していないとき、およびチャンバ内にある基板の表面にＩＰＡが付着していないときには、チャンバ内は通常の大気の組成を有するクリーンエア雰囲気となっていてもよい。

枚葉式液処理ユニット６１での処理が終了したら、第２基板搬送ロボット６３のエンドエフェクタ（基板保持具）が、枚葉式液処理ユニット６１内に侵入し、スピンチャック６１１から表面にＩＰＡパドルが形成された基板Ｗを取り去り、超臨界乾燥ユニット６２に搬送する。枚葉式液処理ユニット６１から超臨界乾燥ユニット６２への搬送中に基板Ｗが通過する搬送空間６４内が不活性ガス（ここでは窒素ガス）雰囲気に調整されている。従って、搬送空間６４内を基板Ｗが通過するときも、基板Ｗ上のＩＰＡに再び空気中の酸素および二酸化炭素が溶け込むことを防止することができる。

第２基板搬送ロボット６３は、超臨界乾燥ユニット６２に搬入した基板Ｗを、超臨界乾燥ユニット６２の基板支持トレイ６２２に載置する。次いで、基板支持トレイ６２２が超臨界チャンバ６２１内に収容され、基板支持トレイ６２２と一体の蓋６２５が超臨界チャンバ６２１を密封する。超臨界乾燥ユニット６２のハウジング内（領域６２８内）も、不活性ガス（ここでは窒素ガス）雰囲気となっている。このため、基板Ｗが、超臨界乾燥ユニット６２に搬入された後に基板支持トレイ６２２に載置された状態で超臨界チャンバ６２１内に収容されるまでの間に、基板Ｗ上のＩＰＡに再び空気中の酸素および二酸化炭素が溶け込むことを防止することができる。

基板Ｗが超臨界チャンバ６２１内に収容されると、超臨界乾燥処理が行われる。まず、図示しない超臨界流体供給源から供給ポート６２３を介して超臨界チャンバ６２１内に処理流体（例えばＣＯ２）が供給され、これにより、超臨界チャンバ６２１内を昇圧しながら超臨界チャンバ６２１にＣＯ２が充填されてゆく（昇圧工程）。なお、超臨界チャンバ６２１内が昇圧されるまでの間には、基板支持トレイ６２２の下面に向けて開口する別の供給ポート（図示せず）を介してＣＯ２を供給することもある。

超臨界チャンバ６２１内の圧力が超臨界状態保証圧力（ＣＯ２単独、およびＣＯ２とＩＰＡとの混合流体が超臨界状態を維持することが保証される圧力）に到達したら、流通工程が実施される。流通工程では、供給ポート６２３から供給されたＣＯ２がＩＰＡパドルの上方を基板Ｗの表面に沿って流れ、排気ポート６２４から排出される（図中矢印を参照）。この状態を継続することにより、基板Ｗの表面にあるＩＰＡがＣＯ２に置換されてゆく。ＩＰＡが超臨界ＣＯ２により置換されたら、排気ポート６２４側を常圧空間に接続し、超臨界チャンバ６２１内を常圧に戻す。これにより基板Ｗの表面の超臨界ＣＯ２が気化し、基板Ｗの表面が乾燥する（排出工程）。このようにして、基板Ｗの表面に形成されたパターンの倒壊を防止しつつ、基板Ｗを乾燥させることができる。

基板Ｗを載せた基板支持トレイ６２２が超臨界チャンバ６２１（比較的高温（例えば８０℃程度）に維持されている）に入ったら直ぐに、基板Ｗ上にあるＩＰＡの温度が上昇し、これに伴い、ＩＰＡ中の溶存ガスが気化し、ＩＰＡ中に気泡が生じる。微細かつ高アスペクト比のパターンが基板Ｗの表面に形成されている場合、特に細くて高い鉛直方向に延びる柱状部が間隔を空けて並ぶとともに柱状部間に溝が形成されている場合、溝の中にあるＩＰＡ中に大きな気泡（例えば図５の符号Ｂを参照）が生じると、気泡の膨張により生じる力により柱状部が破損し、パターンの倒壊が生じる恐れがある。本実施形態では、脱気処理を施したＩＰＡを用いているため、気泡が生じ難く、従って上記機序によるパターン倒壊も生じ難い。

また、ＩＰＡパドルが形成された基板Ｗが存在しうる空間を窒素ガス雰囲気としているため、搬送中にＩＰＡの溶存ガス量が増加することを抑制することもできる。このため、上記機序によるパターン倒壊がより生じ難くなる。

ここで、上述した「窒素ガス雰囲気」とは、窒素ガス濃度が１００％の雰囲気である必要はなく、当該雰囲気中の窒素ガス濃度が空気中の窒素ガス濃度より高い適当な値であってもよい。

超臨界乾燥処理の終了後、乾燥した基板Ｗが第２基板搬送ロボット６３により超臨界乾燥ユニット６２から取り出され、受渡ユニット２４に搬送される。次に、この基板Ｗを第１基板搬送ロボット２３が受渡ユニット２４から取り出し、容器載置部２１上にある元の基板搬送容器Ｃ内に収容する。

上記実施形態によれば、超臨界乾燥処理時に超臨界状態の処理流体と置換される処理液として、脱気したＩＰＡを使用することにより、パターンの倒壊を防止することができるか、あるいは大幅に抑制することができる。また、ＩＰＡパドル付きの基板が搬送される空間の雰囲気を窒素ガス雰囲気とすることにより、パターンの倒壊をより確実に防止することができるか、あるいは大幅に抑制することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

基板は半導体ウエハに限定されるものではなく、ガラス基板、セラミック基板等の半導体装置の製造において用いられる他の種類の基板であってもよい。また、上記実施形態においては、脱気を行うときのタンク（７０２）内の雰囲気、およびＩＰＡパドルが形成された基板Ｗが存在するかあるいは搬送される空間の雰囲気は窒素ガス雰囲気であったが、これに限定されるものではなく、他の不活性ガス（例えばアルゴンガス）雰囲気であってもよい。

Claims (13)

1. 処理液中の溶存ガスを除去する脱気工程と、
   前記溶存ガスが除去された前記処理液を、基板の表面に供給して、前記基板の表面を覆う前記処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、
   前記液膜が形成された前記基板を、処理容器に搬入する搬入工程と、
   前記液膜が形成された前記基板が搬入された前記処理容器内の圧力を処理流体が超臨界状態を維持する圧力に維持しつつ、前記処理容器内に前記処理流体を流通させ、これにより前記基板の表面を覆う前記処理液を前記処理流体で置換し、その後に前記処理流体を気化させることにより前記基板の表面を乾燥させる超臨界乾燥工程と、
   を備えた基板処理方法。
2. 前記脱気工程は、前記処理液を沸点未満の温度に加熱することを含む、請求項１記載の基板処理方法。
3. 前記脱気工程は、前記処理液を貯留した容器の内部を不活性ガス雰囲気にしつつ、前記容器内に貯留された前記処理液を当該処理液の沸点未満の温度に加熱することを含む、請求項２記載の基板処理方法。
4. 前記不活性ガスが窒素ガスまたはアルゴンガスである、請求項３に記載の基板処理方法。
5. 前記脱気工程は、前記処理液を貯留した容器を減圧排気することを含む、請求項１記載の基板処理方法。
6. 前記脱気工程は、前記処理液に超音波振動を印加して前記処理液中に気泡を発生させることと、前記処理液中から前記気泡を除去することとを含む、請求項１に記載の基板処理方法。
7. 前記処理液中に前記気泡を発生させること、および前記処理液中から前記気泡を除去することは、前記処理液を貯留する容器に接続された循環路内に前記処理液を流しながら、前記循環路に設けたインライン脱気機構を用いて行われる、請求項６に記載の基板処理方法。
8. 前記液膜形成工程が終了してから前記搬入工程が終了するまでの間に、前記処理液の液膜が形成された基板が通る空間の雰囲気を不活性ガス雰囲気にすることをさらに備えた、請求項１に記載の基板処理方法。
9. 前記不活性ガスが窒素ガスまたはアルゴンガスである、請求項８に記載の基板処理方法。
10. 前記液膜形成工程の前に前記基板に薬液処理を施す薬液処理工程をさらに備えた、請求項１に記載の基板処理方法。
11. 前記薬液処理がエッチング処理である、請求項１０に記載の基板処理方法。
12. 前記エッチング処理により、前記基板に複数の溝を有するパターンが形成される、請求項１１に記載の基板処理方法。
13. 基板処理システムであって、
    基板に液膜形成工程を施す液処理ユニットと、
    前記液処理ユニットで用いられる処理液を供給する処理液供給機構であって、前記処理液から溶存ガスを除去する脱気装置を含む、前記処理液供給機構と、
    前記基板に超臨界乾燥処理を施す超臨界乾燥ユニットと、
    前記液処理ユニットから前記超臨界乾燥ユニットに前記基板を搬送する搬送装置と、
    前記基板処理システムの動作を制御して、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法を実行させる制御部と、
    を備えた基板処理システム。

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