JP2011222696A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン倒れや汚染の発生を抑えつつ、被処理基板を乾燥することの可能な基板処理装置等を提供する。
【解決手段】基板保持部３４は液体により表面が濡れた状態の被処理基板Ｗを横向きに保持した状態で処理容器３１内に搬入し、このとき前記基板保持部３４と一体に形成され蓋部材３４１が処理容器３１の開口部３１１を塞ぐ。雰囲気形成部７１１、３９は前記処理容器内を超臨界流体の雰囲気とした後、姿勢変換機構６が処理容器３１の姿勢を変換して、当該処理容器３１内の被処理基板Ｗを縦に向ける。これにより被処理基板Ｗの上面の液体が流下して排出部から排出され、その後、排気部７３１より超臨界流体を排出することにより処理容器３１内を減圧して当該超臨界流体を気体とし、乾燥された被処理基板を得る。
【選択図】図３

Description

本発明は、洗浄などの処理が行われた被処理基板を、超臨界流体を利用して乾燥する技術に関する。

被処理基板である例えば半導体ウエハ（以下、ウエハという）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などにおいては、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液処理工程が設けられている。

例えばウエハの洗浄を行う枚葉式のスピン洗浄装置は、ノズルを用いてウエハの表面に例えばアルカリ性や酸性の薬液を供給しながらウエハを回転させることによってウエハ表面のごみや自然酸化物などを除去する。この場合にはウエハ表面は、例えば純水などによるリンス洗浄により残った薬液が除去された後、ウエハを回転させて残った液体を振り飛ばす振切乾燥などによって乾燥される。

ところが半導体装置の高集積化に伴い、こうした液体などを除去する処理において、いわゆるパターン倒れの問題が大きくなってきている。パターン倒れは、例えばウエハ表面に残った液体を乾燥させる際に、パターンを形成する凹凸の例えば凸部の左右に残っている液体が不均一に乾燥することにより、この凸部を左右に引っ張る表面張力のバランスが崩れて液体の多く残っている方向に凸部が倒れる現象である。

こうしたパターン倒れを抑えつつウエハ表面に残った液体を除去する手法として超臨界状態の流体（超臨界流体）を用いた乾燥方法が知られている。超臨界流体は、液体と比べて粘度が小さく、また液体を溶解する能力も高いことに加え、超臨界流体と平衡状態にある液体や気体との間で界面が存在しない。そこで、液体の付着した状態のウエハを超臨界流体と置換し、しかる後、超臨界流体を気体に状態変化させると、表面張力の影響を受けることなく液体を乾燥させることができる。

ここで特許文献１には、洗浄部にて洗浄された基板を基板搬送ロボットにより乾燥装置内に搬送し、この乾燥装置内にて基板を超臨界流体と接触させて基板表面に付着している洗浄液を除去する技術が記載されている。この特許文献１に記載の技術では、被処理基板を搬送室に搬入して搬送用のロボットに受け渡し、しかる後、乾燥処理室に移送してから超臨界流体による乾燥を実行するので、処理が開始されるまでの間に被処理基板表面の液体が乾燥してしまいパターン倒れが発生してしまうおそれがある。

特開２００８−７２１１８号公報：段落００２５〜００２９、図１

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パターン倒れや汚染の発生を抑えつつ、被処理基板を乾燥することの可能な基板処理装置を提供することにある。

本発明に係る基板処理装置は、液体により表面が濡れた状態の被処理基板を超臨界流体と接触させて、当該被処理基板を乾燥する処理が行われる処理容器と、
被処理基板を横向きに保持した状態で、前記処理容器に設けられた開口部を介して、当該処理容器の内部と外部との間を移動する基板保持部と、
この基板保持部と一体に形成され、当該基板保持部が前記処理容器の内部に移動したとき前記開口部を塞ぐ蓋部材と、
前記処理容器内を超臨界流体の雰囲気とするための雰囲気形成部と、
この雰囲気形成部にて前記処理容器内が超臨界流体の雰囲気とされた後、前記基板保持部に保持されている被処理基板を縦に向けて当該被処理基板上の液体を流下させるために、前記処理容器の姿勢を変換する姿勢変換機構と、
前記被処理基板から流下した液体を排出する排出部と、
前記液体が排出された後の処理容器内を減圧し、前記超臨界流体を気体にするための排気部と、を備えたことを特徴とする。

前記基板処理装置は以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記処理容器には、超臨界流体となる流体が気体の状態で供給されること。
（ｂ）前記雰囲気形成部は、前記基板保持部により保持された被処理基板の表面が濡れた状態となっている期間内に、前記気体を超臨界流体とすること。
（ｃ）前記雰囲気形成部は、前記処理容器内の雰囲気を加熱する加熱機構を含むこと。 （ｄ）前記処理容器の外部に移動した基板保持部を冷却する冷却機構を備えること。
（ｅ）前記開口部を塞いでいる蓋部材の開放を阻止するためのストッパ機構を備えること。

本発明によれば、液体により表面が濡れた状態の被処理基板を横向きに保持して処理容器内に搬入し、この処理容器内を超臨界流体の雰囲気にしてから処理容器の姿勢を縦向きに姿勢変換することにより、被処理基板の表面から前記液体を流下させて当該表面を超臨界流体に接触させるので、超臨界流体による処理を開始するまでの被処理基板の表面の自然乾燥が抑えられ、パターン倒れの発生を抑制することができる。また、このとき処理容器内では被処理基板が縦向きに保持されているので、例えば被処理基板に付着していたごみが飛散した場合であっても、これらのごみが重力によって沈降する位置に被処理基板の表面が存在しないことから被処理基板の再汚染が発生しにくい。

本実施の形態の洗浄システムの平面図である。 前記洗浄システム内の洗浄装置の一例を示す縦断側面図である。 本実施の形態の超臨界処理装置を示す斜視図である。 前記超臨界処理装置の分解斜視図である。 前記超臨界処理装置に設けられているウエハホルダーの構成例を示す説明図である。 ウエハを格納した状態における前記超臨界処理装置の斜視図である。 縦向き及び横向きの状態における前記超臨界処理装置の斜視図である。 前記超臨界処理装置への処理流体の供給、排出系統を示す説明図である。 前記超臨界処理装置の作用を示す第１の説明図である。 前記超臨界処理装置の作用を示す第２の説明図である。 前記超臨界処理装置の作用を示す第３の説明図である。

本発明の基板処理装置を備えた基板処理システムの一例として、被処理基板であるウエハＷに洗浄液を供給して洗浄処理を行う洗浄装置２と、超臨界流体を利用して前記洗浄処理後のウエハＷを乾燥する超臨界処理装置３とを備えた洗浄処理システム１について説明する。図１は洗浄処理システム１の全体構成を示す横断平面図であり、当該図に向かって左側を前方とすると、洗浄処理システム１は、例えば直径３００ｍｍの複数枚のウエハＷを収納したＦＯＵＰ１００が載置される載置部１１と、ＦＯＵＰ１００と洗浄処理システム１との間でのウエハＷの搬入出が行われる搬入出部１２と、搬入出部１２と後段のウエハ処理部１４との間でのウエハＷの受け渡しが行われる受け渡し部１３と、ウエハＷを洗浄装置２、超臨界処理装置３内に順番に搬入して洗浄処理や超臨界処理が行われるウエハ処理部１４と、を前方からこの順番に接続した構造となっている。

載置部１１は、例えば４個のＦＯＵＰ１００が載置可能な載置台として構成され、載置台上に載置された各ＦＯＵＰ１００を搬入出部１２に接続する。搬入出部１２では、各ＦＯＵＰ１００との接続面に設けられた不図示の開閉機構により、ＦＯＵＰ１００の開閉扉が取り外され、例えば前後方向に進退自在、左右方向に移動自在、及び回動、昇降自在に構成された第１の搬送機構１２１によって、ＦＯＵＰ１００内と受け渡し部１３との間でウエハＷが搬送される。前後を搬入出部１２とウエハ処理部１４とに挟まれた受け渡し部１３には、例えば８枚のウエハＷを載置可能なバッファとしての役割を果たす受け渡し棚１３１が設けられており、この受け渡し棚１３１を介してウエハＷが搬入出部１２とウエハ処理部１４との間を搬送される。

ウエハ処理部１４には、受け渡し部１３との間の開口部から前後方向に向かって伸びるウエハ搬送路１４２が設けられている。そしてこのウエハ搬送路１４２の手前側から見て左手には、例えば３台の洗浄装置２が当該ウエハ搬送路１４２に沿って列設されており、同じく右手には、本実施の形態の基板処理装置である例えば３台の超臨界処理装置３が列設されている。ウエハ搬送路１４２内には、ウエハ搬送路１４２に沿って移動可能、左右の洗浄装置２、超臨界処理装置３に向けて進退可能、そして回動、昇降可能に構成された第２の搬送機構１４１が設けられており、既述の受け渡し棚１３１と各洗浄装置２、超臨界処理装置３との間でウエハＷを搬送することができる。ここでウエハ処理部１４内に配置される洗浄装置２や超臨界処理装置３の個数は、上述の例に限定されるものではなく、単位時間当たりのウエハＷの処理枚数や、洗浄装置２、超臨界処理装置３での処理時間の違いなどにより適宜選択され、またこれら洗浄装置２や超臨界処理装置３のレイアウトも図１に示した例とは異なる配置を採用してもよい。

洗浄装置２は例えばスピン洗浄によりウエハＷを１枚ずつ洗浄する枚葉式の洗浄装置２として構成され、例えば図２の縦断側面図に示すように、処理空間を形成するアウターチャンバー２１内に配置されたウエハ保持機構２３にてウエハＷをほぼ水平に保持し、このウエハ保持機構２３を鉛直軸周りに回転させることによりウエハＷを回転させる。そして回転するウエハＷの上方にノズルアーム２４を進入させ、その先端部に設けられた薬液ノズル２４１から薬液及びリンス液を予め定められた順に供給することによりウエハの面の洗浄処理が行われる。また、ウエハ保持機構２３の内部にも薬液供給路２３１が形成されており、ここから供給された薬液及びリンス液によってウエハＷの裏面洗浄が行われる。

洗浄処理は、例えばアルカリ性の薬液であるＳＣ１液（アンモニアと過酸化水素水の混合液）によるパーティクルや有機性の汚染物質の除去→リンス液である脱イオン水（DeIonized Water：ＤＩＷ）によるリンス洗浄→酸性薬液である希フッ酸水溶液（以下、ＤＨＦ（Diluted HydroFluoric acid））による自然酸化膜の除去→ＤＩＷによるリンス洗浄がこの順に行われる。これらの薬液はアウターチャンバー２１内に配置されたインナーカップ２２やアウターチャンバー２１に受け止められて排液口２２１、２１１より排出される。またアウターチャンバー２１内の雰囲気は排気口２１２より排気されている。

薬液による洗浄処理を終えたら、ウエハ保持機構２３の回転を停止してから当該表面に乾燥防止用のＩＰＡ（IsoPropyl Alcohol）を供給し、ウエハＷの表面及び裏面に残存しているＤＩＷと置換する。こうして洗浄処理を終えたウエハＷは、その表面にＩＰＡが液盛りされた状態のまま例えばウエハ保持機構２３に設けられた不図示の受け渡し機構により第２の搬送機構１４１に受け渡され、洗浄装置２より搬出される。

洗浄装置２での洗浄処理を終えたウエハＷは表面にＩＰＡの液盛りがされて濡れた状態のまま超臨界処理装置３に搬送され、超臨界流体を利用して表面の液体を除去し、ウエハＷを乾燥する超臨界処理が行われる。以下、本実施の形態に係る超臨界処理装置３の構成について図３〜図８を参照しながら説明する。図３〜図１１においては、図に向かって左側を前方として説明を行う。

図１に示すように、ウエハ搬送路１４２に沿って列設された例えば３台の超臨界処理装置３は、互いに区画された筐体内に配置されており、各筐体内には超臨界処理装置３と、ウエハＷの搬送を行う搬送アーム５とが手前からこの順に設けられている。

例えば搬送アーム５は、図４に示すように水平方向に伸びるアーム部材５４の先端に、ウエハＷを保持するための保持リング５１を設けた構成となっており、昇降機構５５によって昇降自在、移動機構５６によって前後方向に移動自在に構成されている。保持リング５１には、例えばウエハＷの上面周縁部の３箇所を吸着保持する２組のピック５２、５３が設けられており、搬入時に超臨界処理を行う前のウエハＷを保持する搬入用ピック５２と、搬出時に超臨界処理後のウエハＷを保持する搬出用ピック５３と、を使い分けている。

次に図３に示すように、本例における超臨界処理装置３は、超臨界流体を用いてウエハＷを乾燥する超臨界処理を行う処理チャンバー３１と、前記搬送アーム５との間でウエハＷの受け渡しを行い、受け取ったウエハＷを処理チャンバー３１内に搬入出するウエハホルダー３４と、ウエハＷの受け渡し位置にてウエハホルダー３４を冷却する冷却機構４と、を備えている。

処理チャンバー３１は、本実施の形態に係る超臨界処理装置３の処理容器に相当し、図４の分解斜視図に示すように、横方向に扁平な直方体形状の耐圧容器として構成されている。図８に示すように、処理チャンバー３１の内部にはウエハホルダー３４に保持されたウエハＷを格納することが可能な扁平な処理空間３１０が形成されている。処理空間３１０は、例えば３００ｍｍのウエハＷを処理する場合、ウエハＷと処理チャンバー３１の内壁面との間に超臨界流体を十分に通流させることが可能であり、且つ、ウエハＷに液盛りされたＩＰＡが自然乾燥しないうちに短時間で処理空間３１０内の雰囲気を超臨界流体で満たすことが可能なように、例えば高さ数ｍｍ〜十数ｍｍ、容積３００ｃｍ^３〜１５００ｃｍ^３程度の比較的狭小な空間として構成されている。

また処理チャンバー３１の前面には、ウエハＷを搬入出するための、左右方向に細長い開口部３１１が形成されており、処理チャンバー３１はこの開口部３１１を搬送アーム５の方向に向けて筐体内に配置されている。また図４に示すように処理チャンバー３１の開口部３１１が設けられている面には、平板状の２枚の突片部３１２が前方に向けて横方向に突出するように設けられており、開口部３１１はこれら２枚の突片部３１２により上下を挟まれた位置に配置されている。各突片部３１２には、後述のロックプレート３８を上下方向へ向けて嵌入させるための嵌入孔３１３が設けられている。

また処理チャンバー３１の上下両面には、例えばテープヒーターなどの抵抗発熱体からなるヒーター３９が設けられており、処理チャンバー３１の本体を加熱することにより処理空間３１０内に供給された例えば流体、例えばＣＯ_２を超臨界状態にすることができる。図８に模式的に示すように、処理チャンバー３１は電源部３９１と接続されており、電源部３９１の出力を増減することにより、処理チャンバー３１本体及び処理空間３１０の温度を調整することができる。ヒーター３９は加熱機構を成しており、本実施の形態の超臨界流体の雰囲気形成部を構成している。なお、図示の便宜上、図４には上面側のヒーター３９のみを示してある。

また処理チャンバー３１の上下面には、ヒーター３９から周囲の雰囲気を断熱するための上プレート３２及び下プレート３３が設けられている。上プレート３２、下プレート３３は処理チャンバー３１の上下面に設けられたヒーター３９を、不図示の断熱材を介して覆うように設けられた板状の部材であり、処理チャンバー３１の周囲に設けられた各種の駆動機器をヒーター３９の熱から守り、またヒーター３９の熱により超臨界処理前のウエハＷに液盛りされたＩＰＡの蒸発が促進されるのを抑える役割を果たしている。

上プレート３２の上面、及び下プレート３３の下面には、これらのプレート３２、３３を冷却するための冷却管３６が配設されており、不図示の冷媒供給部から供給された例えば冷却水などの冷媒を通流させることにより、各プレート３２、３３を冷却することができる。なお図４においては図示の便宜上、上プレート３２側の冷却管３６のみを示してある。
また各プレート３２、３３の前方側には、既述の突片部３１２に対応する位置に、切り欠き部３２１、３３１が形成されており、これらのプレート３２、３３が、突片部３１２の嵌入孔３１３に嵌入されるロックプレート３８と干渉しないようになっている。

また例えば図３、図６に示すように、本例における上プレート３２及び下プレート３３は、前方から見て処理チャンバー３１よりも左右方向に幅広に形成されている。そして図４に示すように、例えば下プレート３３の両端縁の上面側には、ウエハホルダー３４を保持する後述のアーム部材３４２を走行させるためのレール３７１が前後方向に伸びるように設けられている。

図４においてレール３７１上に設けられている３７２は、前記アーム部材３４２に接続されてレール３７１上を走行するスライダー、３７３はこのレール３７１を駆動する例えばロッドレスシリンダーなどからなる駆動機構、３７４はレール３７１とスライダー３７２とを連結する連結部材である。

ウエハホルダー３４は、ウエハＷを保持した状態で処理チャンバー３１の処理空間３１０内に配置可能に構成された薄い板状の部材である。図５（ａ）の縦断側面図に模式的に示すように、ウエハホルダー３４にはウエハＷに対応した形状の凹部３４４が形成されており、搬送アーム５によって搬送されてきたウエハＷをこの凹部３４４内に載置することによってウエハＷを保持する。この凹部３４４には、例えばウエハＷよりひと回り小さな形状に切り欠かれた切り欠き部３４５が形成されており、凹部３４４内に配置されたウエハＷは、この切り欠き部３４５の周囲の板面上にてウエハＷの周縁部の裏面側を支持された状態でウエハホルダー３４に保持される。

ここで後述するように、搬送アーム５によって横向きの状態でウエハホルダー３４上に受け渡されたウエハＷは、縦向きの状態に姿勢を変換して超臨界処理が行われる。このときウエハホルダー３４からウエハＷが脱落しないように、例えばウエハホルダー３４には、縦向きにしたときに下方側となるウエハＷの外周縁に沿って溝部３４６が形成されている。これによりウエハＷの姿勢を縦向きにした場合であっても、図５（ｂ）に示すようにウエハＷの下方側の外周縁が当該溝部３４６内に入り込んでウエハＷが保持され、ウエハホルダー３４から脱落しない構成となっている。

さらに例えばウエハホルダー３４の凹部３４４内の底面には、溝部３４６の形成されている領域に対応して、ウエハホルダー３４の中央側へ向けて低くなるように形成されたテーパー面３４８が設けられている。縦向きに姿勢変換され、超臨界処理を終えたウエハＷは、再び横向きの状態に姿勢変換されてから搬送アーム５に受け渡されるが、このときウエハＷが前記テーパー面３４８によってウエハホルダー３４の中央側へ押し戻されることにより、搬送アーム５は溝部３４６を形成する部材と干渉することなくウエハＷを搬出することができる。また図５に示した３４７は、溝部３４６内に流れ込んだＩＰＡを排出するための排出孔である。

上述に例示した構成を備えたウエハホルダー３４は、図４に示すように左右方向に伸びる角柱状の蓋部材３４１に接続されており、これによりウエハホルダー３４と蓋部材３４１とが一体となっている。この蓋部材３４１は、処理チャンバー３１の開口部３１１が設けられている面から横方向に突出している既述の２つの突片部３１２に上下を挟まれた隙間内に嵌り込むことができるサイズに形成されている。したがって蓋部材３４１は、ウエハホルダー３４を処理チャンバー３１の処理空間３１０内に搬入したとき、上下の突片部３１２の間の隙間内に嵌り込んで開口部３１１を塞ぐことができる。ここで蓋部材３４１と対向する処理チャンバー３１側の側壁面には、開口部３１１を囲むように不図示のＯリングが設けられており、蓋部材３４１によって開口部３１１を塞いだとき、当該蓋部材３４１によってこのＯリングが押しつぶされて処理空間３１０内の気密が維持される。

蓋部材３４１の左右両端には、処理チャンバー３１へ向けて前後方向に伸びるアーム部材３４２が設けられており、このアーム部材３４２の先端部を既述のスライダー３７２と接続することにより、前記レール３７１上でアーム部材３４２を前後方向に走行させることができる。そして図３に示すように、スライダー３７２をレール３７１の先端側まで移動させると、搬送アーム５との間でウエハＷの受け渡しが行われる処理チャンバー３１の外部の受け渡し位置までウエハホルダー３４が引き出される。一方、スライダー３７２をレール３７１の後端側まで移動させると、図６、図８に示すように処理チャンバー３１（処理空間３１０）内の処理位置までウエハホルダー３４を移動させて、ウエハＷに対する超臨界処理を実行することができる。

図４に示すように、左右のアーム部材３４２には、蓋部材３４１との接続部を成す手前側の一端部に、上方側へ突起する突起部３４３が設けられている。一方、処理チャンバー３１側には、例えば上プレート３２の左右両端の前方領域にロック部材３５が設けられており、このロック部材３５を前記突起部３４３と係合させることによりウエハホルダー３４を処理チャンバー３１の即壁面に押し付けるように固定することができる。ロック部材３５は、ロックシリンダー３５１によって回転自在に構成されており、図３に示すようにロック部材３５の突片を左右方向に開くと突起部３４３を係止状態から開放され、図６に示すように、前記突片を下方側に向けると突起部３４３がロック部材３５にて係止された状態となる。

さらに処理チャンバー３１の手前側には、開口部３１１を塞いでいる蓋部材３４１の開放を阻止するためのストッパ機構を成すロックプレート３８が設けられている。このロックプレート３８は、ウエハホルダー３４を処理位置まで移動させたとき、上下の突片部３１２の間の隙間に嵌り込んだ蓋部材３４１を、手前側から処理チャンバー３１の本体側へ向けて押さえて蓋部材３４１の開放を阻止する役割を果たす。

そこでロックプレート３８は、上下の突片部３１２に設けられた嵌入孔３１３に嵌入されて、蓋部材３４１を押さえつけるロック位置（図６）と、このこのロック位置から下方側に退避して蓋部材３４１を開放する開放位置との間を上下方向に移動する。図４、図６に示す３８１は、ロックプレート３８を上下に移動させるための昇降機構であり、３８２はロックプレート３８の例えば下端部に接続されたスライダーをレール上で走行させてロックプレート３８の移動方向を案内するスライド機構である。ここで図示の便宜上、図３においてはロックプレート３８や昇降機構３８１等の記載を省略してある。

また図３、図４に示すように、ウエハＷの受け渡し位置まで移動したウエハホルダー３４の下方側には、当該ウエハホルダー３４を冷却するための冷却機構４が設けられている。この冷却機構４は、ウエハホルダー３４上に配置されるウエハＷの下面と対向するように配置されたクーリングプレート４１と、このクーリングプレート４１のプレート面に複数個設けられ、例えば冷却用の清浄空気を吐出する吐出孔４１１とを備えている。

また図４に示すように前記クーリングプレート４１はドレイン受け皿４２上に保持されており、ウエハＷから流れ落ちたＩＰＡを受け止めてドレイン管４３へ排出することができる。ドレイン受け皿４２及びクーリングプレート４１は昇降機構４４によって昇降自在に構成されており、ウエハホルダー３４が受け渡し位置まで移動したときには、上方側の冷却位置まで上昇してウエハホルダー３４の冷却を実行し、ウエハホルダー３４が処理位置まで移動した後には、冷却位置の下方側の退避位置まで降下するようになっている。なお図示の便宜上、図６においては冷却機構４の記載は省略してある。

また図３に示す４５は、ウエハホルダー３４に受け渡されたウエハＷにＩＰＡを供給するためのＩＰＡノズルであり、処理チャンバー３１内に搬送される前のウエハＷに再度ＩＰＡを供給して、当該ウエハＷが自然乾燥しない程度の十分量のＩＰＡを液盛りしてから当該ウエハＷを処理チャンバー３１内に搬入するようになっている。

以上に説明した構成を備えた超臨界処理装置３は、ウエハホルダー３４を処理位置まで移動させたあと、この処理チャンバー３１の姿勢を変換することにより、処理チャンバー３１（処理空間３１０）内に収容されているウエハＷの姿勢を横向きの状態から縦向きの状態に変換することができる。この姿勢変換を実行するため超臨界処理装置３には姿勢変換機構６が設けられており、図７（ａ）に示すように、姿勢変換機構６は、上プレート３２の上面に固定された例えば２個の固定部材６１と、処理チャンバー３１の姿勢変換を行う際の回転軸方向に向けてこれらの固定部材６１に貫通、固定された回転軸６２と、この回転軸６２の一端側に設けられ、回転軸６２を中心軸周りに回転させる駆動モーター６３と、を備えている。

さらに前記回転軸６２は、超臨界処理装置３が設置されている筐体内の例えば床面から上方へ向けて伸びる支持部材６５の片持ち梁状の横架部材の先端部を貫通している。これにより超臨界処理装置３は支持部材６５に片持ち支持された状態となり、回転軸６２を回転させることにより、当該回転軸６２の中心軸周りを自由に回転させることができる。そしてウエハＷの搬入出を行う際には図７（ａ）に示すように処理チャンバー３１を横向きの状態とする一方、超臨界処理時には所定のタイミングで回転軸６２を回転させ、図７（ｂ）に示すように処理チャンバー３１を縦向きの状態とすることにより、当該処理チャンバー３１内に収容されているウエハＷを縦向きの状態とすることができる。

また、図７（ａ）、図７（ｂ）では、図示の便宜上、ロックプレート３８や昇降機構３８１、スライド機構３８２、またロック部材３５やレール３７１などの記載を省略してあるが、処理チャンバー３１の姿勢を変換した際には、これらの機器も処理チャンバー３１と一体となって回転軸６２の回りを回転する。ここで図中、６４は駆動モーター６３を支持固定する載置台である。

さらに図８に示すように、例えば処理チャンバー３１の側壁面には、処理空間３１０に気体の状態でＣＯ_２を供給するためＣＯ_２供給ライン７１１が接続されている。ＣＯ_２供給ライン７１１はバルブＶ１、フィルター及び昇圧コンプレッサーなどからなる昇圧供給機構７１２を介してＣＯ_２供給部７１に接続されている。これらＣＯ_２供給ライン７１１、昇圧供給機構７１２及びＣＯ_２供給部７１は、既述のヒーター３９の作用と相俟って、処理チャンバー３１内を超臨界状態のＣＯ_２雰囲気とする雰囲気形成部を構成している。

また図８に示す７２１は、ウエハＷ上に液盛りされているＩＰＡを排出するためのＩＰＡ排出ラインであり、当該ＩＰＡ排出ライン７２１は処理チャンバー３１を縦向きの状態に姿勢変換したときに、下側になる処理チャンバー３１の側壁面に接続されている。これにより縦向きの状態に姿勢変換されたウエハＷから流れ落ちて処理空間３１０の下部に溜まったＩＰＡを、当該ＩＰＡ排出ライン７２１を介して処理空間３１０から排出することができる。ここでＩＰＡ排出ライン７２１が接続されている処理チャンバー３１の内壁面に、処理チャンバー３１を縦向きにしたときＩＰＡ排出ライン７２１との接続部へ向けて低くなるテーパー面を設け、処理空間３１０の下部に溜まったＩＰＡを排出しやすくしてもよい。

ＩＰＡ排出ライン７２１は、処理空間３１０内の圧力を調整する圧力調整弁であるバルブＶ２を介してＩＰＡ回収部７２に接続されており、ＩＰＡと共に処理空間３１０から排出されたＣＯ_２は、当該ＩＰＡ回収部７２にてＩＰＡから分離され、除害設備へと排出される。ＩＰＡ排出ライン７２１、バルブＶ２、ＩＰＡ回収部７２は本実施の形態の排出部に相当する。

さらに処理チャンバー３１の側壁面には、処理空間３１０の内部雰囲気を排出するための排気ライン７３１が設けられていて、バルブＶ３を開いて処理空間３１０内を減圧することにより、超臨界状態のＣＯ_２を気体にして乾燥されたウエハＷを得ることができる。排気ライン７３１やバルブＶ３は本実施の形態の排気部に相当しており、処理チャンバー３１から排出されたＣＯ_２は例えば除害設備へと送気される。

ここで図８に示したＣＯ_２供給ライン７１１、ＩＰＡ排出ライン７２１、排気ライン７３１の各配管は、例えば耐圧性を備えたフレキシブル配管などにより構成され、処理チャンバー３１の姿勢変換動作に伴って変形することができる。

以上に説明した構成を備えた超臨界処理装置３を含む洗浄処理システム１は、図１、図８に示すように制御部８と接続されている。制御部８は例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部にはこれら洗浄処理システム１や洗浄装置２、超臨界処理装置３の作用、即ちＦＯＵＰ１００からウエハＷを取り出して洗浄装置２にて洗浄処理を行い、次いで超臨界処理装置３にてウエハＷの超臨界処理を行ってからＦＯＵＰ１００内にウエハＷを搬入するまでの動作に係わる制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。

特に超臨界処理装置３について制御部８は、図８に示すようにＣＯ_２供給ライン７１１の昇圧供給機構７１２に接続されて液体ＣＯ_２の供給タイミングを調節し、また処理チャンバー３１に設けられた不図示の圧力計の検出値に基づいて昇圧供給機構７１２の吐出圧を調節することができるようになっている。また制御部８は各バルブＶ１〜Ｖ３の開閉タイミングの調節や、駆動モーター６３よる処理チャンバー３１の姿勢変換の実行タイミング、この動作の際に処理チャンバー３１を傾ける角度などの調整を行う役割も果たしている。さらに制御部８は、不図示の温度計からの処理空間３１０内の温度の検出結果に基づいて、電源部３９１からヒーター３９へ供給される電力を増減し処理空間３１０内の温度を予め設定した温度に調節する役割も果たしている。

以上に説明した構成を備えた超臨界処理装置３の作用について説明する。既述のように洗浄装置２における洗浄処理を終え、乾燥防止用のＩＰＡを液盛りしたウエハＷが第２の搬送機構１４１に受け渡されると、第２の搬送機構１４１は、例えば予め設定された処理スケジュールに基づいて、ウエハＷを受け入れ可能な超臨界処理装置３の配置されている筐体内に進入し、搬送アーム５にウエハＷを受け渡す。

ウエハＷを受け取った搬送アーム５は、受け渡し位置にて待機しているウエハホルダー３４に当該ウエハＷを横向きの状態で受け渡した後、ウエハホルダー３４の上方位置から退避する。そして図３、図９（ａ）に示すようにＩＰＡノズル４５からウエハＷの表面にＩＰＡを供給して、再度ＩＰＡの液盛りを行う。

このとき、処理チャンバー３１は横向きの姿勢で待機しており、また電源部３９１をオンの状態にしてヒーター３９によりチャンバー３１本体を４０℃〜１００℃の範囲の例えば６０℃に加熱した状態となっている。一方で処理チャンバー３１の上下に設けられた上プレート３２、下プレート３３は冷却管３６によって冷却された状態となっており、処理チャンバー３１の周囲の温度が上昇しすぎないようにして、ウエハホルダー３４上のウエハＷ表面に供給されたＩＰＡの蒸発を抑えている。

ＩＰＡの液盛りを終えたら、クーリングプレート４１を退避位置まで下降させ、アーム部材３４２をレール３７１上でスライドさせてウエハホルダー３４を処理位置まで移動させる（図９（ｂ））。そしてロック部材３５を回転させて突起部３４３を係止し、蓋部材３４１によって処理チャンバー３１の開口部３１１が塞がれたら、ロックプレート３８を退避位置からロック位置まで上昇させて蓋部材３４１を手前側から押さえる（図６）。このとき各ライン７１１、７２１、７３１のバルブＶ１〜Ｖ３は「閉」（図９中に「Ｓ」と記載してある。以下同じ）の状態となっており処理空間３１０内は密閉された状態になる。

ロックプレート３８がロック位置まで移動したら、図９（ｃ）に示すように直ちにＣＯ_２供給ライン７１１のバルブＶ１を開き（図９中に「Ｏ」と記載してある。以下同じ）、例えば０．５リットル／分〜２０リットル／分の範囲の１．０リットル/分程度の流量のＣＯ_２を気体の状態で処理空間３１０に供給し、当該処理空間３１０内の圧力を例えば５ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲の７．５ＭＰａまで昇圧する。

既述のように処理空間３１０の容積は、例えば容積３００ｃｍ^３〜１５００ｃｍ^３程度であり、この比較的小さな処理空間３１０に０．５リットル／分〜２０リットル／分といった流量で気体のＣＯ_２を供給するので、数秒〜十数秒といった非常に短い時間で処理空間３１０内の圧力を所望の値まで上昇させることができる。また処理チャンバー３１は処理チャンバー３１によって予め４０℃〜１００℃の範囲に昇温されているので処理空間３１０に供給されたＣＯ_２も数秒〜十数秒程度の短い時間で昇温される。

そしてＣＯ_２の臨界点は、７．３８ＭＰａ、３１．１℃であるところ、処理空間３１０内の雰囲気は十数秒〜数十秒といった短時間で超臨界状態となる（図１０（ａ））。一方、ウエハＷの上面に液盛りされているＩＰＡの沸点は８２．４℃であるので上記の温度、圧力条件下であれば液体の状態を保っている。そしてウエハホルダー３４が処理チャンバー３１の蓋部材３４１と一体に形成されていることにより、短時間でウエハＷの搬入、処理チャンバー３１の密閉を実行することが可能であるので、処理チャンバー３１内にウエハＷの搬入が開始されてから、処理空間３１０内がＣＯ_２の超臨界流体雰囲気となるまでの時間も上述の十数秒〜数十秒とそれ程変わらない。

このため、ウエハＷの表面に液盛りされたＩＰＡが乾燥してしまう前に処理空間３１０内を超臨界状態のＣＯ_２で置換することが可能となる。またウエハＷに液盛りされたＩＰＡの一部が蒸発した場合であっても、処理チャンバー３１を迅速に密閉することにより処理空間３１０内は少ない蒸発量でＩＰＡ蒸気の飽和状態となり、それ以上の蒸発が抑えられる。この点においても処理空間３１０内ではウエハＷ表面のＩＰＡを残存させたまま超臨界ＣＯ_２の雰囲気を形成することができる。

こうして処理空間３１０内が超臨界状態のＣＯ_２雰囲気となったら、ＣＯ_２供給ライン７１１より高圧のＣＯ_２ガスの供給を継続しつつ、ＩＰＡ排出ライン７２１のバルブＶ２を開き、その開度を調整して処理空間３１０内の圧力を一定に保つ。しかる後、図７（ｂ）、図１０（ｂ）に示すように、処理チャンバー３１を縦向きの状態に姿勢変換する。この動作に伴って、処理チャンバー３１内のウエハＷの姿勢も縦向きに変換され、ウエハＷの表面に液盛りされていたＩＰＡが重力によって下方側へと流下する。ＩＰＡが流れ落ちることによって、処理空間３１０内のウエハＷは超臨界状態のＣＯ_２に晒されることになるが、超臨界流体は表面張力が働かないため、パターン倒れを殆ど引き起こすことなくウエハＷの表面を液体のＩＰＡから超臨界状態のＣＯ_２に置換することができる。

そしてＣＯ_２供給ライン７１１より高圧のＣＯ_２ガスの供給を継続しつつ、ＩＰＡ排出ライン７２１からの排出を行い、縦向きに姿勢変換された処理空間３１０の下部に溜まったＩＰＡを超臨界状態のＣＯ_２の流れで押し出して、ＩＰＡを排出する。このとき縦向きに姿勢変換された処理チャンバー３１の下部側に接続されたＩＰＡ排出ライン７２１から超臨界状態のＣＯ_２を流出させＩＰＡを押し出すことにより、ＩＰＡの排出時にウエハＷから飛散したごみをＩＰＡと共に押し流すことが可能であり、これらのごみの巻き上げを抑制し、ウエハＷへの再付着を低減することができる。

そして処理空間３１０内の雰囲気が超臨界状態のＣＯ_２で十分に置換されたら、ＣＯ_２供給ライン７１１からの高圧ＣＯ_２ガスの供給を停止し、またＩＰＡ排出ライン７２１からの処理空間３１０内雰囲気の排出を止める。しかる後、図１０（ｃ）に示すように排気ライン７３１のバルブＶ３を開いて処理空間３１０内を大気圧まで脱圧する。この結果、超臨界状態のＣＯ_２が気体の状態に変化することになるが、超臨界状態と気体との間には界面が形成されないので表面に形成されたパターンに表面張力を作用させることなく、ウエハＷを乾燥することができる。

またこのとき処理空間３１０内にはウエハＷが立て向きに保持されているので、例えばウエハＷに付着していたパーティクルなどのごみが超臨界状態のＣＯ_２に流れに乗って飛散した場合であっても、これらのごみが重力によって沈降する位置にウエハＷの表面が存在しないことからウエハＷの再汚染が発生しにくい。

ここで図１０（ｃ）に示した例では、処理チャンバー３１を縦向きの状態としたときの例えば側壁面に排気ライン７３１を接続して処理空間３１０内の脱圧を行う例を示したが、この脱圧操作時に処理空間３１０内にＣＯ_２の上昇流が形成されることに起因するごみの巻上げを抑えるため、例えば外チャンバー３１の底部側に当該排気ライン７３１を設けて処理空間３１０内に下降流が形成されるようにしながら脱圧を行ってもよい。また排気ライン７３１はＩＰＡ排出ライン７２１にて兼用する構成としてもよい。そして処理空間３１０内を脱圧する際には、ＣＯ_２の膨張により処理空間３１０内の温度が低下して超臨界状態のＣＯ_２中に溶解していたＩＰＡがウエハＷの表面で凝縮したりしないように、ヒーター３９出力を上げて処理空間３１０内部の温度を上げるようにしてもよい。

以上のプロセスにより、ウエハＷの超臨界処理を終えたら、図１１（ａ）に示すように処理チャンバー３１を横向きの状態に姿勢変換し、ロックプレート３８を退避位置まで降下させ、ロック部材３５による突起部３４３の係止状態を開放する。そして図１１（ｂ）に示すように、ウエハホルダー３４を受け渡し位置まで移動させ、超臨界処理を終えたウエハＷを搬送アーム５の搬出用の搬出用ピック５３で吸着保持し、当該ウエハＷをウエハ搬送路１４２側の第２の搬送機構１４１に受け渡す。
そしてウエハＷは搬出棚４３を介して第１の搬送機構１２１に受け渡され、搬入時とは逆の経路を通ってＦＯＵＰ１００内に格納され、ウエハＷに対する一連の動作が完了する。

一方、超臨界処理装置３側では、図１１（ｃ）に示すようにクーリングプレート４１を上昇させてウエハホルダー３４に冷却空気を吹き付けてウエハホルダー３４の温度を低下させる一方、処理チャンバー３１側ではヒーター３９により処理チャンバー３１の本体の温度を既述の４０℃〜１００℃の範囲の温度に加熱して次のウエハＷが搬入されてくるのを待つ。

本実施の形態に係る超臨界処理装置３によれば以下の効果がある。ＩＰＡにより表面が濡れた状態のウエハＷを横向きに保持して処理チャンバー３１に搬入し、この処理チャンバー３１内を超臨界状態のＣＯ_２の雰囲気にしてから処理チャンバー３１の姿勢を縦向きに姿勢変換することにより、ウエハＷの表面からＩＰＡを流下させて当該表面を超臨界ＣＯ_２に接触させるので、超臨界流体による処理を開始するまでのウエハＷの表面の自然乾燥が抑えられ、パターン倒れの発生を抑制することができる。また、このとき処理チャンバー３１内ではウエハＷが縦向きに保持されているので、例えばウエハＷに付着していたごみが飛散した場合であっても、これらのごみが重力によって沈降する位置にウエハＷの表面が存在しないことからウエハＷの再汚染が発生しにくい。

ここで処理チャンバー３１を縦向きにする際に、処理チャンバー３１を回転軸６２周りに回転させる角度は例えば９０°に限定されない。ウエハＷ表面から効率的にＩＰＡを流下させ、処理空間３１０内から排出することができればよく、例えば９０°±２０°程度の傾きを持たせてもよい。このように、本発明においてウエハＷを縦に向けるとは、ウエハＷ上のＩＰＡを流下させるために、ウエハＷを横向きの状態から縦方向に傾ける場合を含んでいる。またこのとき、ウエハＷ上のＩＰＡを流下しやすくし、また処理チャンバー３１内からＩＰＡを排出しやすくするため、例えば９０°±２０°程度の範囲で処理チャンバー３１を回転軸６２周りに一方側、他方側へと交互に回転させ、ウエハＷを揺動してもよい。

このほか、ウエハホルダー３４を冷却する冷却機構の構成は、既述のようにクーリングプレート４１の吐出孔４１１から冷却空気などを吹き付ける方式に限定されるものではない。例えばウエハホルダー３４の下面に冷媒を通流させる通流路を設けたり、このウエハホルダー３４の本体を、内部に冷媒を通流可能なジャケット形状に構成したりして冷却を行ってもよい。また、例えばウエハホルダー３４の例えば下面に、ペルチェ素子や冷媒などで冷却した吸熱体を押し付けるようにしてもよい。さらには、超臨界処理装置３に冷却機構を設けず、ウエハホルダー３４を自然冷却してもよい。
そして処理チャンバー３１の加熱機構についても抵抗発熱体により構成する場合に限定されず、例えば処理チャンバー３１本体の内部に熱媒を通流させる通流路を形成して加熱を行ってもよい。

また、例えば超臨界流体の雰囲気を得るために処理空間３１０に供給される流体は気体に限定されず、例えば予め超臨界状態とした流体を直接供給してもよい。この場合には、例えば処理チャンバー３１を周囲の雰囲気から十分に断熱し、処理空間３１０に超臨界流体を送り込むコンプレッサーなどの加圧機構を超臨界流体の雰囲気形成部としてもよい。

また上述の各実施の形態では、ウエハＷが浸漬される液体としてＩＰＡ、この液体と置換される超臨界状態の流体としてＣＯ_２を採用した例について説明したが、各流体の例はこれに限定されるものではない。例えば洗浄処理後のウエハＷに乾燥防止用のＩＰＡを供給する場合に替えて、ウエハＷをリンス液（洗浄液）であるＤＩＷに浸漬したまま超臨界流体と置換してもよい。また例えば超臨界流体としてＨＦＥ（Hydro FluoroEther）を利用する場合などに、液体のＨＦＥを液盛りした状態で処理チャンバー３１内にウエハＷを配置し、この気体または超臨界状態のＨＦＥを処理空間３１０内に供給する構成をしてもよい。また超臨界状態の流体としてはＩＰＡなども利用することができる。

Ｗ ウエハ
１ 洗浄処理システム
１００ ＦＯＵＰ
２ 洗浄装置
３ 超臨界処理装置
３１ 処理チャンバー
３１０ 処理空間
３１１ 開口部
３４ ウエハホルダー
３４１ 蓋部材
３８ ロックプレート
３９ ヒーター
４ 冷却機構
５ 搬送アーム
６ 姿勢変換機構
７１１ ＣＯ_２供給ライン
７２１ ＩＰＡ排出ライン
７３１ 排気ライン
８ 制御部

Claims (6)

1. 液体により表面が濡れた状態の被処理基板を超臨界流体と接触させて、当該被処理基板を乾燥する処理が行われる処理容器と、
   被処理基板を横向きに保持した状態で、前記処理容器に設けられた開口部を介して、当該処理容器の内部と外部との間を移動する基板保持部と、
   この基板保持部と一体に形成され、当該基板保持部が前記処理容器の内部に移動したとき前記開口部を塞ぐ蓋部材と、
   前記処理容器内を超臨界流体の雰囲気とするための雰囲気形成部と、
   この雰囲気形成部にて前記処理容器内が超臨界流体の雰囲気とされた後、前記基板保持部に保持されている被処理基板を縦に向けて当該被処理基板上の液体を流下させるために、前記処理容器の姿勢を変換する姿勢変換機構と、
   前記被処理基板から流下した液体を排出する排出部と、
   前記液体が排出された後の処理容器内を減圧し、前記超臨界流体を気体にするための排気部と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記処理容器には、超臨界流体となる流体が気体の状態で供給されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記雰囲気形成部は、前記基板保持部により保持された被処理基板の表面が濡れた状態となっている期間内に、前記気体を超臨界流体とすることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記雰囲気形成部は、前記処理容器内の雰囲気を加熱する加熱機構を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
5. 前記処理容器の外部に移動した基板保持部を冷却する冷却機構を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
6. 前記開口部を塞いでいる蓋部材の開放を阻止するためのストッパ機構を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の基板処理装置。

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