CN110998801B - 流体供给装置和流体供给方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够稳定地供给超临界流体的流体供给装置和流体供给方法。该流体供给装置是用于朝向处理室供给向超临界流体变化之前的液态的流体的流体供给装置，该流体供给装置具有：冷凝器(130)，其用于使气态的流体冷凝液化；贮存器(140)，其用于贮存利用冷凝器(130)冷凝液化而成的流体；泵(150)，其用于朝向处理室(500)加压输送被贮存于贮存器(140)的液化而成的流体；以及加热部件(20)，其设于与泵(150)的喷出侧连通的流路，用于使该流路内的液体部分地成为超临界流体。

Description

流体供给装置和流体供给方法
技术领域
本发明涉及一种半导体基板、光掩模用玻璃基板、液晶显示用玻璃基板等各种基板的干燥工序等所使用的流体的流体供给装置和流体供给方法。
背景技术
大规模且高密度、高性能的半导体装置是通过对在硅晶圆上成膜的抗蚀剂经过曝光、显影、冲洗、干燥而形成抗蚀图案之后，经过涂敷、蚀刻、冲洗、干燥等工艺来进行制造的。特别是，抗蚀剂为对光、X射线、电子束等感光的高分子材料，由于在显影、冲洗工序中使用了显影液、冲洗液等药液，因此冲洗工序后必须进行干燥工序。
在该干燥工序中，会产生这样的问题：若在基板上形成的抗蚀图案间的空开宽度为90nm左右以下，则会由于图案间残存的药液的表面张力(毛细管力)的作用而在图案间作用有拉普拉斯力，从而发生图案倒塌。作为减轻作用于图案间的表面张力以防止因该图案间残存的药液的表面张力的作用导致图案倒塌的干燥工艺，已知有一种使用了二氧化碳的超临界流体的方法(例如，专利文献1～4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-22520号公报
专利文献2：日本特开2006-294662号公报
专利文献3：日本特开2004-335675号公报
专利文献4：日本特开2002-33302号公报
发明内容
发明要解决的问题
对于二氧化碳的超临界流体向处理腔室的供给，利用冷凝器(condenser)使来自供给源的气态的二氧化碳(例如，20℃，5.0MPa)冷凝液化，将液化了的二氧化碳贮存于贮存器，利用泵向处理腔室加压输送该液化了的二氧化碳(例如，20℃，20.0MPa)。向处理腔室加压输送的液体状的二氧化碳在处理腔室的前方或者处理腔室内被加热(例如，80℃，20.0MPa)，成为超临界流体。
然而，由于利用泵加压输送的液态的二氧化碳发生脉动，因此液体的压力较大地变动。因此，在处理腔室的前方或者处理腔室内变化为超临界状态的二氧化碳的供给量变得不稳定，从而难以稳定地供给二氧化碳的超临界流体。
本发明的目的在于提供一种能够稳定地供给超临界流体的流体供给装置和流体供给方法。
用于解决问题的方案
本发明的流体供给装置为用于朝向处理室供给液态的流体的流体供给装置，其特征在于，
该流体供给装置具有：
冷凝器，其用于使气态的流体冷凝液化；
贮存器，其用于贮存利用所述冷凝器冷凝液化而成的流体；
泵，其用于朝向所述处理室加压输送被贮存于所述贮存器的液化而成的流体；以及
加热部件，其设于与所述泵的喷出侧连通的流路，用于使该流路内的液体部分地成为超临界流体。
优选的是，能够采用如下结构：该流体供给装置还具有扩大传热管部，该扩大传热管部设于与所述泵的喷出侧连通的流路，扩大了传热面积，
所述加热部件设于所述扩大传热管部。
本发明的流体供给方法的特征在于，使用上述结构的流体供给装置，朝向处理室供给向超临界流体变化之前的液态的流体。
本发明的半导体制造装置的特征在于，使用上述结构的流体供给装置，进行基体的处理。
发明的效果
采用本发明，通过利用加热部件加热扩大传热管部的液体，使该扩大传热管部内快速地成为液体和超临界流体的共存状态，利用超临界流体的压缩性吸收液体的脉动，从而能够向处理腔室稳定地供给超临界流体。
附图说明
图1A是本发明的一实施方式的流体供给装置的结构图，且为正在循环流体的状态的图。
图1B是表示图1A的流体供给装置向处理腔室供给液体的状态的图。
图2是二氧化碳的状态图。
图3是表示扩大传热管部的一例的主视图。
图4A是表示扩大传热管部和加热部件的另一实施方式的概略结构图。
图4B是表示扩大传热管部和加热部件的又一实施方式的概略结构图。
图5是本发明的另一实施方式的流体供给装置的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
第1实施方式
图1A和图1B表示本发明的一实施方式的流体供给装置。在本实施方式中，对使用二氧化碳作为流体的情况进行说明。
在图1A和图1B中，附图标记1表示流体供给装置，附图标记10表示扩大传热管部，附图标记20表示加热部件(例如，加热器)，附图标记100表示CO2供给源，附图标记110表示开闭阀，附图标记120表示单向阀，附图标记121表示过滤器，附图标记130表示冷凝器，附图标记140表示贮存器，附图标记150表示泵，附图标记160表示自动开闭阀，附图标记170表示背压阀，附图标记500表示处理腔室。此外，图中的附图标记P表示压力传感器，附图标记TC表示温度传感器。图1A表示自动开闭阀160关闭的状态，图1B表示自动开闭阀160开放的状态。
在处理腔室500进行硅晶圆等半导体基板的处理。另外，在本实施方式中，作为处理对象，例示了硅晶圆，但并不限定于此，也可以是玻璃基板等其他处理对象。
CO2供给源100用于向主流路2供给气态的二氧化碳(例如，20℃，5.0MPa)。若参照图2，则自CO2供给源100供给的二氧化碳为图2的P1的状态。该状态的二氧化碳经由开闭阀110、单向阀120、过滤器121向冷凝器130输送。
在冷凝器130中，通过对供给来的气态的二氧化碳进行冷却，使其液化冷凝，液化冷凝了的二氧化碳被贮存于贮存器140。贮存于贮存器140的二氧化碳为图2的P2那样的状态(3℃，5MPa)。图2的P2那样的状态下的液态的二氧化碳被自贮存器140的底部向泵150输送，在泵150的喷出侧被加压输送，而成为图2的P3那样的液态(20℃，20MPa)。
在主流路2的连结泵150与处理腔室500的部分的中途设有自动开闭阀160。自主流路2的泵150和自动开闭阀160之间分支有分支流路3。分支流路3在泵150和自动开闭阀160之间从主流路2分支出来，在过滤器121的上游侧再次与主流路2连接。在分支流路3设有扩大传热管部10和背压阀170。
在泵150的喷出侧的流体(液体)的压力成为设定压力(例如20MPa)以上时，背压阀170向过滤器121侧释放液体。由此，防止泵150的喷出侧的液体的压力超过设定压力。
在自动开闭阀160关闭的状态下，如图1A所示，自泵150加压输送的液体经由分支流路3再次向冷凝器130和贮存器140返回。
在自动开闭阀160开放时，如图1B所示，液态的二氧化碳被向处理腔室500加压输送。加压输送的液态的二氧化碳利用在处理腔室500的前方或者处理腔室500内设置的未图示的加热部件而被加热，成为图2所示的P5那样的超临界状态(80℃，20MPa)。
在此，自泵150喷出的液体大幅度地脉动。
在向处理腔室500供给自泵150喷出的液体时，主流路2被液体填充至处理腔室500，分支流路3也被液体填充至背压阀170。因此，若自泵150喷出的液体脉动，则主流路2和分支流路3内的液态的二氧化碳的压力周期性地变动。
液态的二氧化碳缺乏压缩性。因此，若液态的二氧化碳的压力周期性地变动，则向处理腔室500供给的液态的二氧化碳的流量也与此相应地较大地变动。若供给的液态的二氧化碳的流量较大地变动，则在处理腔室500的前方或者处理腔室500内变化为超临界状态的二氧化碳的供给量也较大地变动。
因此，本实施方式在分支流路3设有扩大传热管部10和加热部件20。
扩大传热管部10由与分支流路3串联地连接的螺旋管(spiral tube)11构成，以使得相比一般的直管而言更加扩大每单位容积的传热面积。
螺旋管11在下端部和上端部分别设有管接头12、管接头15，螺旋管11利用这些管接头12、管接头15与分支流路3串联地连接。
构成螺旋管11的管13由例如不锈钢等金属材料形成。管13的直径为6.35mm，螺旋部14的全长L为280mm，螺旋部14的直径D1为140mm左右，螺旋部14的卷数为22卷，管13的全长为9800mm左右。本发明并不限定于此，除螺旋管以外，还可以是旋涡形管、波形管等。螺旋、旋涡的形状不需要为圆形，也可以是方形。此外，扩大传热管10与在换热器中使用的传热管同样地可以为板式、多管式管。
加热部件20用于加热扩大传热管部10，不过该加热部件20既可以是以覆盖扩大传热管部10的整体的方式设置，也可以是以覆盖螺旋管11的外周面的方式设置。总之，加热部件20构成为能够加热扩大传热部10的至少一部分即螺旋管11的一部分或者整体即可。
在加热部件20未工作的状态下，扩大传热管部10的螺旋管11内被自泵150加压输送的液态(图2的P3的状态：20℃，20MPa)的二氧化碳填充。在此，若使加热部件20工作来加热螺旋管11内的液体，则会由于传热面积被扩大而液体的温度瞬间上升，螺旋管11内的液体的至少一部分成为图2所示的P4(60℃，20MPa)那样的超临界状态。由于超临界状态的二氧化碳富有压缩性，因此吸收自泵150喷出的液体的脉动。其结果是，能够向处理腔室500稳定地供给超临界流体。
第2实施方式
图4A表示扩大传热管部的另一实施方式。
在图4A所示的扩大传热管部10B的情况下，螺旋管11与分支流路3并联地连接，在分支流路3和螺旋管11之间设有节流孔30。
即使为这样的结构，也能够与第1实施方式同样地抑制自泵150喷出的液体的脉动(周期性的压力变动)，使在处理腔室500的前方或者处理腔室500内变化为超临界状态的二氧化碳的供给量稳定化。
第3实施方式
图4B表示扩大传热管部的又一实施方式。
在图4B所示的扩大传热管部10C的情况下，两个螺旋管11并联地连接，这些螺旋管11插入于分支流路3，并且在分支流路3和一螺旋管11之间设有节流孔30。
即使为这样的结构，也能够与第1实施方式同样地抑制自泵150喷出的液体的脉动(周期性的压力变动)，使在处理腔室500的前方或者处理腔室500内变化为超临界状态的二氧化碳的供给量稳定化。
图5表示本发明的另一实施方式的流体供给装置1A。此外，在图5中，对与图1A相同的结构部分使用相同的附图标记。
流体供给装置1A没有扩大传热管部10，加热部件20加热分支流路3内的液体，使该液体部分地成为超临界流体。
根据像这样的结构，不需要扩大传热管部10，能够使装置结构简单化。
上述两实施方式例示了在分支流路3设有扩大传热管部10和加热部件20的情况，但本发明并不限定于此，也能够在主流路2的靠泵150的喷出侧的部分的中途设置扩大传热管部10。
上述实施方式例示了二氧化碳作为利用泵加压并向处理腔室输送的流体，但并不限定于此，只要是能够变化为超临界状态的流体，例如水、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇等，就能够应用于本发明。
附图标记说明
1、1A、流体供给装置；2、主流路；3、分支流路；10、10B、10C、扩大传热管部；11、螺旋管；20、加热部件；30、节流孔；100、CO2供给源；110、开闭阀；120、单向阀；121、过滤器；130、冷凝器；140、贮存器；150、泵；160、自动开闭阀；170、背压阀；500、处理腔室。

Claims (8)

1.一种流体供给装置，该流体供给装置用于朝向处理室供给液态的流体，其特征在于，
该流体供给装置具有：
冷凝器，其用于使气态的流体液化；
贮存器，其用于贮存利用所述冷凝器液化而成的流体；
泵，其用于朝向所述处理室加压输送被贮存于所述贮存器的液化而成的流体；
开闭阀，其设于自所述泵的喷出侧至所述处理室的流路的中途；以及
加热部件，其设于与所述泵的喷出侧连通的流路，且位于所述泵与所述开闭阀之间，用于使该流路内的液体部分地成为超临界流体。
2.根据权利要求1所述的流体供给装置，其特征在于，
该流体供给装置还具有扩大传热管部，该扩大传热管部设于与所述泵的喷出侧连通的流路，扩大了传热面积，
所述加热部件设于所述扩大传热管部。
3.根据权利要求2所述的流体供给装置，其特征在于，
所述加热部件和所述扩大传热管部设于在所述泵和所述开闭阀之间分支出来的流路，所述分支出来的流路是供自所述泵喷出的液体向所述冷凝器返回的流路。
4.根据权利要求2所述的流体供给装置，其特征在于，
所述加热部件和所述扩大传热管部设于主流路的连结所述泵和所述处理室的部分的中途。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的流体供给装置，其特征在于，
所述扩大传热管部包括螺旋管、旋涡形管、波形管、板式管以及多管式管中任一者或者它们的组合。
6.根据权利要求1或2所述的流体供给装置，其特征在于，
所述流体为能够变化为超临界状态的流体。
7.一种流体供给方法，其特征在于，
该流体供给方法使用权利要求1～6中任一项所述的流体供给装置，朝向处理室供给液态的流体。
8.一种半导体制造装置，其特征在于，
该半导体制造装置使用权利要求1～6中任一项所述的流体供给装置供给来的流体进行基体的处理。
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