JP2023119497A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】超臨界乾燥後の基板のパーティクルレベルを低減する。【解決手段】本開示の基板処理装置は、表面に液体が付着した基板に対して超臨界状態の処理流体を用いて超臨界乾燥処理を行う基板処理装置であって、基板に対して超臨界乾燥処理が行われる内部空間を有する処理容器と、処理容器が配置された処理領域と、基板の搬出入のための搬出入領域とがその内部に設定されたハウジングと、搬出入領域に設けられ、ハウジングの外部から搬出入領域に入ってきた基板搬送アームとの間で基板の受け渡しを行う受け渡し部と、受け渡し部と処理容器との間で基板を移送する基板移送機構と、搬出入領域にドライガスを供給し得るように設けられたガス供給部と、を備える。【選択図】図2
Description
本開示は、基板処理装置および基板処理方法に関する。
半導体ウエハなどの基板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においては、薬液洗浄あるいはウエットエッチング等の液処理が行われる。近年ますます微細化が進みつつあるパターンの倒壊をより確実に防止するため、近年では、液処理の最終工程である乾燥工程において超臨界状態の処理流体を用いた乾燥方法が用いられつつある(例えば特許文献1を参照)。
本開示は、超臨界乾燥後の基板のパーティクルレベルを低減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よれば、表面に液体が付着した基板に対して超臨界状態の処理流体を用いて超臨界乾燥処理を行う基板処理装置であって、前記基板に対して超臨界乾燥処理が行われる内部空間を有する処理容器と、前記処理容器が配置された処理領域と、基板の搬出入のための搬出入領域とがその内部に設定されたハウジングと、前記搬出入領域に設けられ、前記ハウジングの外部から前記搬出入領域に入ってきた基板搬送アームとの間で基板の受け渡しを行う受け渡し部と、前記受け渡し部と前記処理容器との間で基板を移送する基板移送機構と、前記搬出入領域に、ドライガスを供給し得るように設けられたガス供給部と、を備えた基板処理装置が提供される。
本開示の上記実施形態によれば、超臨界乾燥後の基板のパーティクルレベルを低減することができる。
以下に基板処理装置の一実施形態に係る基板処理システム1の構成について図1を参照して簡単に説明する。説明の簡略化のため、XYZ直交座標系(図1の左下を参照)を設定し、適宜参照するものとする。
図1に示すように、基板処理システム1は、搬入出ステーション2と、処理ステーション3とを備えている。
搬入出ステーション2は、ロードポート11と、搬送ブロック12とを備えている。ロードポート11には、複数のキャリアCが載置される。各キャリアCは、複数枚の基板W(例えば半導体ウェハ)を水平姿勢で鉛直方向に間隔を空けて収容する。
搬送ブロック12内には、搬送装置13および受渡ユニット14が設けられている。受渡ユニット14は、1枚ないし複数枚の未処理の基板W(処理ステーション3で処理が施される前の基板W)を一時的に載置する未処理基板載置部と、1枚ないし複数枚の処理済みの基板W(処理ステーション3で処理が施された基板W)を一時的に載置する処理済み基板載置部と、を有している。搬送装置13は、ロードポート11に載置された任意のキャリアCと、受渡ユニット14との間で基板Wを搬送することができる。
処理ステーション3は、搬送ブロック4と、搬送ブロック4のY方向両脇に設けられた一対の処理ブロック5とを備えている。各処理ブロック5には、液処理ユニット17と、超臨界乾燥ユニット18と、処理流体供給キャビネット19とが設けられている。本実施形態では、液処理ユニット17および超臨界乾燥ユニット18は、枚葉式の処理ユニットである。
液処理ユニット17は、半導体装置製造の技術分野において周知の回転式の液処理ユニットであり、スピンチャックおよび複数のノズル(いずれも図示せず)を備えている。スピンチャックは、基板Wを水平姿勢で保持して鉛直軸線周りに回転させる。ノズルは、スピンチャックに保持されて回転する基板Wに対して、基板Wの液処理に必要な様々な処理流体を供給する。超臨界乾燥ユニット18については後述する。処理流体供給キャビネット19から、液処理ユニット17および超臨界乾燥ユニット18に処理に必要な処理流体が供給される。
搬送ブロック4は、搬送エリア15と、搬送エリア15内に配置された搬送装置16とを備えている。搬送装置16は、受渡ユニット14と、任意の液処理ユニット17と、任意の超臨界乾燥ユニット18との間で基板Wを搬送することができる。
各処理ブロック5は多層(例えば三層)構造を有していてもよい。この場合、各層に、液処理ユニット17、超臨界乾燥ユニット18および処理流体供給キャビネット19が1つずつ設けられる。この場合、1つの搬送装置16が全ての層の液処理ユニット17および超臨界乾燥ユニット18にアクセス可能となっていてもよい。
基板処理システム1は、制御装置6を備えている。制御装置6は、たとえばコンピュータであり、演算処理部61と記憶部62とを備えている。 演算処理部61は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのCPUは、ROMに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、搬送装置13,16、液処理ユニット17、超臨界乾燥ユニット18および処理流体供給キャビネット19等の制御を実現する。 なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御装置6の記憶部62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録媒体としては、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。記憶部62は、たとえば、RAM、フラッシュメモリ(Flash Memory)などの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置によって実現される。
次に、上述した基板処理システム1における基板Wの搬送フローについて簡単に説明する。
図示しない外部搬送ロボットが、未処理の基板Wを収容したキャリアCをロードポート11に載置する。搬送装置13が1枚の基板WをキャリアCから取り出し、受渡ユニット14に搬入する。搬送装置16が受渡ユニット14から基板Wを取り出し、液処理ユニット17に搬入する。
液処理ユニット17内において、複数の工程からなる液処理が施される。非限定的な一実施形態において、液処理は、少なくとも1回の薬液処理工程、少なくとも1回のリンス工程、IPA置換工程を含む。薬液処理工程では、スピンチャックにより回転させられている基板Wに対してノズルから洗浄用の薬液あるいはウエットエッチング用の薬液が供給される。リンス工程では、スピンチャックにより回転させられている基板Wに対してノズルからリンス液(例えばDIW(純水))が供給され、基板Wの表面に残留する薬液および反応生成物が洗い流される。IPA置換工程では、スピンチャックにより回転させられている基板Wに対してノズルからIPA(イソプロピルアルコール)が供給され、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。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。最終的に基板Wの表面(パターンの凹部の表面を含む)が所望の膜厚のIPA液膜で覆われた状態となるのであれば、それ以前の処理工程の内容は任意である。
次に、表面にIPAパドルが形成された基板Wが、搬送装置16により液処理ユニット17から取り出され、超臨界乾燥ユニット18に搬入される。超臨界乾燥ユニット18では、超臨界乾燥技術を用いて、説明する手順で基板Wの乾燥が行われる。超臨界乾燥技術は、パターン倒壊を生じさせ得る表面張力がパターンに作用しないことから、微細かつ高アスペクト比のパターンが形成された基板の乾燥に有利に用いることができる。その後、搬送装置16は、乾燥した基板Wを超臨界乾燥ユニット18から取り出し、受渡ユニット14に搬入する。搬送装置13はこの基板Wを受渡ユニット14から取り出し、ロードポート11に載置された元のキャリアCに収容する。以上により1枚の基板に対する一連の処理が終了する。
次に、超臨界乾燥ユニット18の構成および動作について詳細に説明する。
図2に示すように、超臨界乾燥ユニット18は、ハウジング(筐体)100を有している。ハウジング100の内部には、超臨界処理チャンバとして形成された処理容器111が配置される処理領域101(図2の右側の領域)と、基板Wの搬出入のための作業エリアとなる搬出入領域102(図2の左側の領域)とが設定されている。ハウジング100は概ね直方体形状の箱型であり、処理領域101および搬出入領域102を実質的に完全に包囲している。ハウジング100については図1も参照されたい。
超臨界乾燥ユニット18はさらに、処理容器111内で基板Wを保持する基板保持トレイ112(以下、単に「トレイ112」と呼ぶ)を有している。トレイ112は、処理容器111の側壁に設けられた開口111Cを塞ぐ蓋部113と、蓋部(蓋体)113に一体的に連結された水平方向に延びる基板保持部114とを有する。基板保持部114はプレート115と、プレート115の上面に設けられた複数の支持ピン116とを有している。基板Wは、その表面(デバイスないしパターンが形成された面)を上向きにした状態で、支持ピン116上に水平姿勢で載置される。基板Wが支持ピン116上に載置されると、プレート115の上面と基板Wの下面(裏面)との間に隙間が形成される。
図3に示すように、プレート115は、平面視で、全体として概ね長方形である。プレート115の面積は基板Wより大きく、基板保持部114の所定位置に基板Wが載置されたときにプレート115を真下から見ると、基板Wはプレート115に完全に覆われる。
図2に示すように、プレート115には、当該プレート115を上下に貫通する複数(例えば3つ)の貫通穴118が形成されている。複数の貫通穴118は、プレート115の下方の空間に供給された処理流体をプレート115の上方の空間に流入される役割を果たす。貫通穴118は、基板保持部114と前述した搬送装置16(図1参照)のアームとの間で基板Wの受け渡しを行うときに、後述するリフトピン171を通過させる役割も果たす。
トレイ112は、図2において白抜きの四角い箱によって概略的に示されたトレイ移動機構112Mにより、閉位置(図2の右側の位置)と、開位置(図2の左側の位置)との間で水平方向(X方向)に移動することができる。トレイ移動機構112Mは、詳細な図示はしないが、例えば、ハウジング100の床板100Fの上をX方向に延びるガイドレールと、蓋部113に結合されるとともにガイドレールに沿って走行する移動体とから構成することができる。
トレイ112の閉位置では、基板保持部114が処理領域101内、詳細には処理容器111の内部空間(処理空間)内に位置し、かつ蓋部113が処理容器111の側壁の開口111Cを閉鎖する。トレイ112の開位置では、基板保持部114が処理容器111の外の搬出入領域102内に位置し、基板保持部114と搬送装置16の搬送アームとの間で、後述のリフトピン171を介して基板Wの受け渡しを行うことが可能である。また、トレイ112が開位置にあるとき、蓋部113は処理容器111の側壁の開口111Cを開放する。従って、トレイ移動機構112Mは蓋体開閉機構であるとも言える。
図2の左側に示すように、搬出入領域102には、基板リフター170が設けられている。基板リフター170は、複数例えば3本のリフトピン171と、リフトピン171が上面に固定されたベース172と、ベース172を昇降させる図示しない昇降機構とを有している。リフトピン171は、リフトピン171を上昇位置(図2において実線で示す)に上昇させたときに開位置にあるトレイ112の貫通穴118を通過するような位置に設けられている。
搬送エリア15に面したハウジング100の壁体には、ハウジング100に対して基板Wを搬出入するための搬出入口180が設けられている。搬出入口180は、図2では一点鎖線で示されており、図2における手前側のハウジング100の壁に形成されている。搬出入口180は、扉182(図4のみに示す)により開閉することができるようになっている。扉182は、図4に示すように、片持ちのフラップのような形態であってもよいし、あるいは、上下方向または水平方向(X方向)に移動可能なスライドドアのような形態であってもよい。
後述するように使用されるパージガス(ドライガス)が窒素ガスである場合、窒素ガス濃度が高くなると、基板処理システム1の近傍にいるオペレータに悪影響が生じる恐れがある。また、搬送エリア15の雰囲気が搬出入領域102に流入すると、パージ効果が低くなる。このため、扉182は、搬出入領域102と搬送エリア15(図1参照)との間で搬出入口180を介した雰囲気の流動が無いかあるいは殆ど無いように搬出入口180を閉塞することが好ましい。
基板リフター170のリフトピン171が上昇位置にあるとき、搬出入口180を通って搬出入領域102に侵入してきた搬送装置16(図1を参照)の基板搬送アーム(図2には図示せず)は、リフトピン171の上に基板Wを置くことができ、また、リフトピン171の上にある基板Wを取り去ることができる。つまり、リフトピン171は、基板搬送アームとの間で基板の受け渡しを行う受け渡し部である。また、前述した、トレイ112およびトレイ移動機構112Mは、受け渡し部(リフトピン171)と処理容器111との間で基板Wを移送する基板移送機構であると言える。なお、リフトピン171が下降位置(図2において一点鎖線で示す)にあるときには、リフトピン171はトレイ112の水平移動を妨げない。
ここで再び処理容器111およびトレイ112の説明に戻る。トレイ112が閉位置(図2の右側の位置)にあるとき、プレート115により、処理容器111の内部空間が、処理中に基板Wが存在するプレート115の上方の上方空間111Aと、プレート115の下方の下方空間111Bとに分割される。但し、上方空間111Aと下方空間111Bとが完全に分離されているわけではなく、プレート115に形成された貫通穴118および長穴119、並びにプレート115の周縁部と処理容器111の内壁面との間の隙間を介して上方空間111Aと下方空間111Bとが連通している。
処理容器111には、第1吐出部121および第2吐出部122が設けられている。第1吐出部121および第2吐出部122は、超臨界流体(超臨界状態にある処理流体)の供給源130から供給された処理流体(本例では二酸化炭素(以下、簡便のため「CO2」とも記す))を処理容器111の内部空間に吐出する。
第1吐出部121は、閉位置にあるトレイ112のプレート115の下方に設けられている。第1吐出部121は、プレート115の下面に向けて(上向きに)、下方空間111B内にCO2(処理流体)を吐出する。第1吐出部121は、処理容器111の底壁に形成された貫通孔により構成することができる。第1吐出部121は処理容器111の底壁に取り付けられたノズル体であってもよい。
第2吐出部122は、閉位置にあるトレイ112の基板保持部114上に載置された基板Wの前方(X正方向に進んだ位置)に位置するように設けられている。第2吐出部122は、概ね水平方向あるいはやや斜め下向きに、上方空間111A内にCO2を供給する。図示された実施形態では、第2吐出部122は、蓋部113と反対側の処理容器111の側壁に設けられている。
図3に示すように、第2吐出部122は、棒状のノズル体により構成されている。詳細には、第2吐出部122は、基板Wの幅方向(Y方向)に延びる管122aに、複数の吐出口122bを穿つことにより形成されている。複数の吐出口122bは、例えばY方向に等間隔で並んでいる。各吐出口122bは、開口111Cの方に向けて(概ねX負方向に)、上方空間112A内にCO2を供給する。
処理容器111には、さらに、処理容器111の内部空間から処理流体を排出する流体排出部124が設けられている。流体排出部124は、第2吐出部122と概ね同じ構成を有するヘッダーとして構成されている。詳細には、流体排出部124は、水平方向に延びる管124aに、複数の排出口124bを穿つことにより形成されている。複数の排出口124bは、例えばY方向に等間隔で並んでいる。各排出口124bは、上方を向いており、かつ、プレート115の長穴119の方を向いている。
図示された実施形態では、流体排出部124は、開口111Cの近傍において、処理容器111の底壁に穿たれた凹所の中に設けられている。CO2は、図6Hに矢印で示すように、上方空間111A内の基板Wの上方の領域を通過して流れた後に、プレート115に形成された長穴119(あるいはプレート115の周縁部に設けられた連通路)を通って下方空間111Bに流入した後、流体排出部124から排出される。
処理容器111には、トレイ112を閉位置に固定するためのロック機構が設けられている。ロック機構は、処理容器111に形成されたガイド穴又はガイド溝に沿って、図示しない昇降機構(例えばエアシリンダまたはボールねじ等)により昇降する閂状のロック部材125を有している。図2には、上昇位置(ロック位置)にあるロック部材125が実線で示されており、下降位置(アンロック位置)にあるロック部材125が一点鎖線で示されている。
図2において矢印Vにより概略的に示されるように、処理容器111には、閉位置にあるトレイ112の蓋部113を処理容器111の対向面に真空吸着するための吸引ラインが形成されている。吸引ラインは、真空ポンプ等の吸引用機器に接続されている。トレイ112を閉位置に移動させた後に、蓋部113を吸引することにより、蓋部113と処理容器111との間に設けられたシール部材200(図2のみに概略的に示した)を潰しながら、蓋部113を処理容器111の対向面に密接させることができる。これにより、ロック部材125を図2に示す上昇位置(ロック位置)にスムーズに移動させることができる。ロック部材125を上昇位置に位置させることにより、処理容器111の内圧が高まってもトレイ112が開方向(X負方向)に移動することはない。
ハウジング100には、搬出入領域102内の雰囲気を排出する排気口184が設けられている。排気口184には、排気路(排気管)185を介して、この基板処理システム1が設置されている半導体装置製造工場の排気ダクト(吸引減圧されている)に接続されている。排気口184または排気路185には、弁186例えばバタフライ弁が介設されている。弁186の開度を調節することにより、排気口184から排出されるガスの流量を調節することができる。
次に、超臨界乾燥ユニット18において、処理容器111に対して処理流体(CO2)の供給および排出を行う供給/排出系について、図5を参照して説明する。図5に示した配管系統図において、丸で囲んだTで示す部材は温度センサ、丸で囲んだPで示す部材は圧力センサである。符号OLFが付けられた部材はオリフィス(固定絞り)であり、その下流側の配管内を流れるCO2の圧力を所望の値まで低下させる。四角で囲んだSVで示す部材は安全弁(リリーフ弁)であり、不測の過大圧力により配管、センサ類等の超臨界乾燥装置の構成要素が破損することを防止する。符号Fが付けられた部材はフィルタであり、CO2中に含まれるパーティクル等の汚染物質を除去する。符号CVが付けられた部材はチェック弁(逆止弁)である。丸で囲んだFVで示す部材はフローメーター(流量計)である。四角で囲んだHで示す部材はCO2を温調するためのヒータである。参照符号Vが付けられた部材は開閉弁である。上記の各種部材のある個体を他の個体から区別する必要がある場合には、アルファベットの末尾に数字を付けることとする(例えば「開閉弁V2」)。図5には10個の開閉弁Vが描かれているが、これらを互いに区別するために参照符号V1~V10が割り当てられている。
超臨界乾燥装置は、超臨界流体(超臨界CO2)の供給源としての超臨界流体供給装置130を有する。超臨界流体供給装置130は、例えば炭酸ガスボンベ、加圧ポンプ、ヒータ等を備えた周知の構成を有している。超臨界流体供給装置130は、後述する超臨界状態保証圧力(具体的には約16MPa)を超える圧力で超臨界CO2を送り出す能力を有している。
超臨界流体供給装置130には主供給ライン132が接続されている。本明細書において、「ライン」と呼ばれる部材は、パイプ(配管部材)により構成することができる。
主供給ライン132は分岐点133において、第1供給ライン134と第2供給ライン136とに分岐している。第1供給ライン134は、処理容器111の第1吐出部121に接続されている。第2供給ライン136は、処理容器111の第2吐出部122に接続されている。なお、図5の配管系統図において、第1供給ライン134は、分岐点133と第2吐出部122との間を全体として概ねU字形に延びている。
処理容器111の流体排出部124に、排出ライン138が接続されている。排出ライン138には、圧力調整弁140が設けられている。圧力調整弁140の開度を調節することにより、圧力調整弁140の一次側圧力を調節することができ、従って、処理容器111内の圧力を調節することができる。また、圧力調整弁140の開度を調節することにより、処理容器111からの処理流体の排出速度も調節することができる。
図1に示した制御装置6あるいはその下位コントローラが、処理容器111内の圧力の測定値(PV)と設定値(SV)とのの偏差に基づいて、処理容器111内の圧力が設定値に維持されるように、圧力調整弁140の開度(具体的には弁体の位置)をフィードバック制御する。処理容器111内の圧力の測定値としては、例えば、図5に示されたように、排出ライン138の開閉弁V3と処理容器111との間に設けられた参照符号PSが付けられた圧力センサの検出値を用いることができる。圧力調整弁140は、制御装置6からの指令値に基づいて(フィードバック制御ではなく)固定開度に設定することができる。
第1供給ライン134上に設定された分岐点142において、第1供給ライン134からバイパスライン144が分岐している。バイパスライン144は、排出ライン138に設定された合流点146において、排出ライン138に接続されている。合流点146は、圧力調整弁140の上流側にある。
圧力調整弁140の上流側において排出ライン138に設定された分岐点148において、排出ライン138から分岐排出ライン150が分岐している。分岐排出ライン150の下流端は、例えば、超臨界乾燥装置の外部の大気空間に開放されているか、あるいは工場排気ダクトに接続されている。排出ライン138の下流端は、直接的に、またはCO2に含まれる有用成分(例えばIPA)を回収する回収装置(図示せず)を介して、工場排気ダクトに接続されている。
第1供給ライン134のフィルタFの直ぐ上流側に設定された合流点160に、パージガス供給ライン161が接続されている。パージガス供給ライン161の上流端は、パージガス供給源162に接続されている。パージガス供給ライン161には、上流側から順に、開閉弁V9、パージガス加熱用のヒータH、逆止弁CV、開閉弁V10が介設されている。本実施形態においては、パージガスはクリーンルーム内空気よりも水分含有量(湿度)の低いガスすなわちドライガスであり、具体的には窒素ガス(N2ガス)である。パージガスは工場用力として提供されたものを用いることができる。
パージガス供給ライン161のヒータHより下流側の部分、および、第1供給ライン134の合流点160から第1吐出部121に至るまでの部分に、ライン(配管)の保温のため、断熱材、あるいは配管ヒータを設けることが好ましい。配管ヒータとしては、テープヒータ(リボンヒータ)、ジャケットヒータ、マントルヒータが例示される。配管を二重管構造として、内管にパージガス、外管に加熱流体を流してもよい。
例示的な一実施形態においては、パージガス供給ライン161のうちのヒータHから開閉弁V10までの領域に断熱材が設けられ、パージガス供給ライン161の開閉弁V10から合流点160までの間および第1供給ライン134の合流点160から処理容器111への接続点までの間に配管ヒータが設けられる。
次に、1枚の基板Wの処理およびそれに関連する1サイクルの超臨界乾燥ユニット18の動作について説明する。以下に説明する動作は、図1に示した制御装置6あるいはその下位コントローラによる制御の下で、自動的に行われる。
基板Wの搬入に先立ち、ロック部材125が下降位置に下降させられ、トレイ112の開放待機状態となる(ステップ1)。このとき既に、処理容器111内部には第1吐出部121から、処理容器111内にパージガス(ここではホットN2ガス(加熱された窒素ガス)を用いることとする)が吐出されている。この状態が図6Aに示されている。パージガスの吐出は、開閉弁V2,V4,V5,V6を閉じて、開閉弁V9,V10を開くことにより行われる。他の開閉弁の状態は任意である。なおこのとき、開閉弁V6,V7を開くとともに圧力調節弁140を適当な小開度として、流体排出部124を介して処理容器111内から空気を抜きながら、処理容器111内にパージガスを供給してもよい。
次に、図6Bに示すように、トレイ112が開位置に移動させられる(ステップ2)。これにより処理容器111内に供給されているパージガスが開口111Cを通って搬出入領域102内に流出するようになる。時間の経過とともに搬出入領域102内のパージガス濃度が高まり、これにより搬出入領域102内の湿度(雰囲気中の水分含有量)も減少してゆく。このとき、処理容器111内の雰囲気もパージガスによりパージされる。なおこのとき、弁186を開いて排気路185を介して搬出入領域102内の雰囲気を排気することが好ましい。これにより、搬出入領域102の窒素ガス雰囲気への置換を促進することができ、かつ、窒素ガスが搬送エリア15に漏出することを確実に防止することができる。
次に、図6Cに示すように、リフトピン171が上昇位置に上昇してプレート115の貫通穴118に挿入され、受け渡し待機状態となる(ステップ3)。このときも引き続き処理容器111内に供給されているパージガスが開口111Cを通って搬出入領域102内に流出している。
処理容器111の内部および搬出入領域102内の雰囲気が十分にパージガスに置換されたら、搬出入口180の扉182が開かれ、表面にIPAパドルが形成された基板Wを保持した搬送装置16(図1を参照)のアームが搬出入口180を通って搬出入領域102内に侵入し、リフトピン171の上に基板Wを置く(ステップ4)。このときの状態が図6Dに示されている。
「搬出入領域102内の雰囲気が十分にパージガスに置換された」とは、例えば、搬出入領域102の湿度が予め定められた値(例えば湿度25%)以下となったか、あるいはパージガス(窒素ガス)濃度が予め定められた値(例えば窒素濃度85%)以上となったことを意味する。これを検出するために、搬出入領域102内の雰囲気の湿度または窒素濃度を検出するセンサを設けてもよい。これに代えて、ステップ2の開始から所定時間が経過したことをもって、搬出入領域102内の雰囲気の湿度または窒素濃度が所望の値となったものと見なしてもよい。
1サイクルの時間を短縮するためには、速やかに搬出入領域102内の雰囲気をパージガスで置換することが好ましい。この目的のため、ステップ1において、処理容器111の開口111Cを蓋部113により密閉せずに、処理容器111と蓋部113との間を介して処理容器111から搬出入領域102内にパージガスをリークさせてもよい。あるいは、ステップ2でトレイ112が開位置に移動を開始し蓋部113が開口を開放し始めたら、第1吐出部121からのパージガスの吐出流量を増加させてもよい。
ステップ1において、上述したように処理容器111から搬出入領域102内にパージガスをリークさせた場合、排出ライン138を介して処理容器111を排気しなくてもよい。こうすることにより、パージガスを廃棄することなく搬出入領域102の雰囲気調整に有効に利用することができる。但し、処理容器111と蓋部113との間を密封して、処理容器111からパージガスを排出ライン138を介して排出しても構わない。
リフトピン171の上に基板Wが置かれたら、リフトピン171が下降位置に下降する。下降の途中で、リフトピン171からトレイ112(詳細には基板保持部114の支持ピン116)に基板Wが渡される(ステップ5)。このときの状態が図6Eに示されている。
次いで、トレイ112が閉位置に移動し、これにより、処理容器111の内部空間に基板Wを保持した基板保持部114が収容され、処理容器111の開口111Cが蓋部113により閉塞される(ステップ6)。このときの状態が図6Fに示されている。開口111Cが蓋部113により閉塞されたら、第1吐出部121からのパージガスの吐出は停止される。
ステップ5においてトレイ112に基板Wが置かれると、基板Wは開口111Cから搬出入領域102へと流出するパージガスの主流の中に位置することになる。パージガスの流れにより、基板Wの表面のIPAパドルに悪影響(問題となるレベルのIPAの蒸発、ゆらぎ、基板からの脱落)が生じてはならない。このような悪影響を防止するため、トレイ112に基板Wが置かれたら、第1吐出部121からのパージガスの吐出流量を低下させてもよい。あるいは、ステップ6において基板Wを載せたトレイ112が処理容器111に向けて移動を開始した後、基板Wと開口111Cとの間の距離が予め定められた距離以下となったら、第1吐出部121からのパージガスの吐出流量を低下させてもよい。また、搬出入領域102の湿度が十分に低くなっているのであれば、トレイ112に基板Wが置かれたら、第1吐出部121からのパージガスの吐出を停止してもよい。
第2吐出部122から処理容器111内へのパージガスの吐出を行うこともできる。この場合には、図5において一点鎖線で示すラインが用いられる。但し、第2吐出部122からパージガスの吐出を行うと、特に基板Wを保持したトレイ112が閉位置に近づくほど、基板W上のIPAパドルに直接的にパージガスが衝突し、上述した悪影響が生じる恐れが高くなる。この悪影響を回避するためには、例えばパージガスの吐出流量の緻密な制御が必要となる。このため、パージガスは第1吐出部121から吐出する方が好ましい。パージガスを第1吐出部121から吐出すれば、基板を保持しているトレイ112の位置に関わらず、基板W上のIPAパドルに直接的にパージガスが高流速で衝突する恐れは殆ど無い。
処理容器111内に基板Wが収容されたら、次に、処理容器111の壁体内に設けられた吸引ラインを介して蓋部113が吸引され(図6Gの矢印Vを参照)、蓋部113が処理容器111に吸着される(ステップ7)。これにより蓋部113と処理容器111との対向面間をシールするシール部材200(図2のみに黒丸で概略的に示されている)が大きく潰れる。
この状態で、ロック部材125を図2に示す上昇位置(ロック位置)に上昇させる(ステップ8)。このとき蓋部113が処理容器111に密接しているため、ロック部材125をスムーズに上昇させることができる。このときの状態が、図6Gに示されている。次に、蓋部113の吸着が解除される(ステップ9)。蓋部113の吸引が解除された後も、蓋部113はロック部材125により処理容器111に押し付けられており、図2に示されたシール部材200により蓋部113と処理容器111との対向面間は十分にシールされている。つまり、処理容器111内に密閉された処理空間が形成されている。
次に、処理容器111内において、公知の手順に従って基板Wの超臨界乾燥処理が行われる(ステップ10)。以下に超臨界乾燥処理の各工程(昇圧工程、流通工程、排出工程)の一例について簡単に説明しておく。なお、パージガス供給ライン161の開閉弁V9,V10は、超臨界乾燥処理の開始前に閉じられ、超臨界乾燥処理が終了するまで閉じたままとされる。なお、超臨界乾燥処理は、昇圧工程、流通工程および排出工程を備えていればよく、各工程における詳細な手順は以下に説明するものに限定されるものではない。
昇圧工程では、開閉弁V1,V2,V5,V7を開状態とし、開閉弁V3,V4,V6,V8を閉状態とする。調節弁140の開度は適当な固定開度、に固定する。超臨界流体供給装置130から主供給ライン132に超臨界状態で送り出されたCO2は、第1供給ライン134および第1吐出部121を介して処理容器111内に流入する。処理容器111内にCO2が充填されてゆくに従い、処理容器111内の圧力が上昇してゆく。
昇圧工程の開始直後に開閉弁V5を開いておくことにより、第1供給ライン134に流入したCO2の一部をバイパスライン144に逃がすことにより、過大な流量および流速でガス状態のCO2が高流速で常圧の処理容器111内に流入することを防止する。なお、開閉弁V5を開いている間は、開閉弁V7,V8を閉じて、処理容器111の下流側のライン内にCO2を滞留させておいてもよい。処理容器111の内圧がある程度高くなったら、開閉弁V5を閉じて、昇圧工程を継続する。
昇圧段階において第1吐出部121からCO2を処理容器111内に流入させることにより、ガス状態のCO2が高流速で基板Wの表面のIPAパドルに衝突して、IPAに悪影響を及ぼすことが防止される。
処理容器11内の圧力がCO2の臨界圧力(約8MPa)を越えると、臨界状態となったCO2が基板W上のIPAに溶け込むようになる。昇圧段階は、処理容器111内の圧力が、基板W上の混合流体(CO2+IPA)中のIPA濃度および当該混合流体の温度に関わらず、当該混合流体が超臨界状態に維持されることが保証される圧力(超臨界状態保証圧力)となるまで継続される。超臨界状態保証圧力は概ね16MPa程度である。
処理容器111内の圧力が超臨界状態保証圧力に到達したことが検出されたら、開閉弁V1,V2,V5,V8を閉状態とし、開閉弁V3,V4,V6,V7を開状態とし、調節弁140の動作モードをフィードバック制御モードに切り替え、流通工程に移行する。このとき、制御装置6(またはその下位コントローラ)は、処理容器111内の圧力が設定値(設定値SV=16MPa)に維持されるように、調節弁140の開度(操作量MV)を調節するフィードバック制御を実行する。具体的には、処理容器111の直ぐ下流側の排出ライン138に設けられた圧力センサPにより検出された処理容器111内の圧力(測定値PV)が、設定値SVと一致するように、調節弁140の開度(操作量MV)がフィードバック制御される。
流通工程では、第2吐出部122から処理容器111内に供給された超臨界CO2が基板の上方領域を流れ、その後流体排出部124から排出される。このとき、処理容器111内には、基板Wの表面と略平行に流動する超臨界CO2の層流が形成される。超臨界CO2の層流に晒された基板Wの表面上の混合流体(IPA+CO2)中のIPAは超臨界CO2に置換されてゆく。最終的には、基板Wの表面上にあったIPAのほぼ全てが超臨界CO2に置換される。流通工程の実施中の状態が、図6Hに示されている。
流体排出部124から排出されたIPAおよび超臨界CO2からなる混合流体は、排出ライン138を流れた後に回収される。混合流体中に含まれるIPAは分離して再利用することができる。
基板W上のIPAの超臨界CO2への置換が完了したら、開閉弁V1,V2,V3,V4,V5を閉状態とし、開閉弁V6,V7,V8を開状態とし、調節弁140の開度を大開度で固定して、排出工程に移行し、処理容器111の設定圧力を常圧まで下げる。処理容器111内の圧力の低下に伴い、基板Wのパターン内にあった超臨界CO2が気体となりパターン内から離脱し、気体状態のCO2は処理容器111から排出されてゆく。最後に、開閉弁V5を開き、開閉弁V1と開閉弁V5との間に残留していたCO2を抜く。以上により1枚の基板Wの超臨界乾燥処理が終了する。
基板Wの超臨界乾燥処理が終了したら、処理容器111の壁体内に設けられた吸引ラインを介して蓋部113が吸引され、蓋部113を処理容器111に真空吸着する(ステップ11)。この状態で、ロック部材125を下降位置(アンロック位置)に下降させる(ステップ12)。このときの状態が図6Iに示されている。ロック部材125が下降位置に移動したら、蓋部113の吸引が解除される(ステップ13)。
ステップ13において蓋部113の吸引が解除されたら、再び、パージガスを第1吐出部121から吐出する(図6Jを参照)。パージガスは処理済みの(乾燥した)基板Wの状態に大きな影響を及ぼすものではない。しかしながら、パージガスを供給し続けることは、処理容器111および搬出入領域102を継続的に低湿度雰囲気に維持する上で有益であり、例えば、次の基板Wに対する1サイクルの所要時間を短縮することにもつながる。従って、ステップ13でパージガスの吐出を再開したのなら、本サイクルの最終ステップまで、パージガスを第1吐出部121から吐出し続けることが好ましい。
次に、トレイ112が開位置に移動する(ステップ14)。このときの状態は図6Eと同じである。第1吐出部121からのパージガスの吐出は、トレイ112が開位置に移動し始めたときに開始してもよい。なお、トレイ112が処理容器111の内部空間に近い場合(例えばトレイ112が部分的に処理容器111の中にあるとき)に大流量で第1吐出部121からパージガスを吐出すると、トレイ112上における基板Wの位置ずれが生じるおそれがある。このため、トレイ112が処理容器111の内部空間から所定の距離だけ離れるまでは小さな流量で第1吐出部121からパージガスを吐出し、前記所定の距離だけ離れた後にパージガスの吐出流量を増加させてもよい。
次に、リフトピン171を上昇位置に上昇させる(ステップ15)。これにより、リフトピン171は、プレート115の貫通穴118を通って上昇して基板Wをプレート115の上方に持ち上げ、基板Wは受け渡し待機状態となる。このときの状態は図6Dと同じである。
次に、搬出入口180の扉182が開かれ、基板Wを保持した搬送装置16(図1を参照)のアームが搬出入口180を通って搬出入領域102内に侵入し、リフトピン171から基板Wを取り去る(ステップ16)。このときの状態は図6Cと同じである。その後、搬送装置16のアームは搬出入領域102から退出し、扉182が閉じられる。
次にリフトピン171を下降位置に降下させる(ステップ17)。このときの状態は図6Bと同じである。次に、トレイ112を閉位置に移動させて、ステップ1と同じ状態にする。このときの状態は図6Aと同じである。
次に、ハウジング100の搬出入領域102内の雰囲気を排気する排気路185の作用について説明する。ステップ7からステップ13までの間、処理容器111は密閉されているため、搬出入領域102内には新たなパージガスが供給されることはない。また、ステップ7からステップ13までの間、処理容器111は密閉され、かつ、扉182が閉じられているため、搬出入領域102内に汚染物質が侵入することもない。従って、ステップ7からステップ13の間に、排気路185を介した搬出入領域102の排気を行う必要は無い。
ステップ2からステップ6までの間、並びにステップ14からステップ17までの間、処理容器111に供給されたパージガスが搬出入領域102内に流出している。このとき、排気路185を介して搬出入領域102内の雰囲気を排出することにより、搬出入領域102内の雰囲気のパージガスへの置換を促進することができる。搬出入領域102内に流入するパージガスの流量と概ね等しい流量で、排気路185を介して搬出入領域102内を排気することが好ましい。排気口からの排気流量を調節するため、排気路185に設けられた弁186の開度が調節される。搬出入領域102内の圧力と搬送エリア15内の圧力が概ね等しくなるように(例えばフィードバック制御により)排気路185を介した排気流量を調節することにより、搬出入領域102と搬送エリア15との間での雰囲気移動を最小限に抑制することができる。雰囲気移動は、扉182が開いているとき、あるいは扉182が閉じていても搬出入口180の縁と扉182との間に隙間がある場合に生じ得る。雰囲気中の濃度が高くなると人体に悪影響を及ぼすガス例えば窒素ガスがパージガスとして用いられている場合、パージガスが搬出入領域102から搬送エリア15に多量に流出すると、装置オペレータないし作業者の安全を脅かす可能性がある。しかしながら、搬出入領域102内の圧力と搬送エリア15内の圧力を概ね等しくすることにより、このようなリスクを防止することができる。
上記実施形態によれば、表面にIPAパドルが形成された基板Wが搬入される前に搬出入領域102にパージガスを供給することにより搬出入領域102の雰囲気中の水分量(湿度)を低下させている。このため、IPA中に水分が溶け込むことにより(IPAの吸湿により)、乾燥後の基板の表面にパーティクルが残留することを抑制することができる。
また、上記実施形態によれば、搬出入領域102へのパージガスの供給は第1吐出部121および処理容器111の内部空間を介して行っている。このため、搬出入領域102内雰囲気の水分量だけでなく、処理容器111の内部空間の水分量も低下させることができる。このため、基板Wを処理容器111の内部空間に搬入した後にも基板W上のIPA中に水分が溶け込むことを抑制することができる。また、搬出入領域102へのパージガスの供給のために専用のパージガス供給装置を設ける必要がなくなる。
上記実施形態においては、搬出入領域102内へのパージガスの供給は、全て第1吐出部121および処理容器111の内部空間を介して行ったが、これには限定されない。搬出入領域102内に直接的にパージガスを吐出するパージガス吐出装置190(図2に一点鎖線で示す)を例えば搬出入領域102に面したハウジング100の壁体に設けてもよい。パージガス吐出装置190はファンフィルタユニットであってもよい。この場合、パージガス吐出装置190は、この基板処理システム1が設置されるクリーンルーム内の空気を取り込み、フィルタ(例えばULPAフィルタ)により濾過して搬出入領域102内に吐出する機能に加えて、パージガスを吐出する機能を有していてもよい。
パージガス吐出装置190は、搬出入領域102内において上昇位置にあるリフトピン171により支持された基板Wの表面(上面)に直接的にガスを吹き付けないような位置に設けることが好ましい。そうすることにより、処理前の基板Wの上面を覆うIPAパドルがパージガスにより悪影響を受けるリスクを低減することができる。パージガス吐出装置190は、図2に示されているように、リフトピン171により支持された基板Wの表面より低い領域に向けてパージガスを横向きに(X方向に)吐出するように設けることも好ましい。
パージガス吐出装置190を設けることにより、処理容器111の開閉状態に関わらず、搬出入領域102内にパージガスを供給することができる。例えばステップ1において、処理容器111が閉塞されている時に、搬出入領域102内にパージガスを供給することができれば、搬出入領域102内を短時間で所定のパージガス濃度(あるいは所定の湿度)にすることができる。また、処理容器111が開放されているときには、パージガス供給装置から搬出入領域102内にパージガスを供給すると同時に第1吐出部121から処理容器111を介して搬出入領域102内にパージガスを供給することにより、搬出入領域102内を短時間で所定のパージガス濃度(あるいは所定の湿度)にすることができる。
上記実施形態では、パージガスとして湿度の低いドライガスを用いた。なお、「ドライガス」とは、基板処理システム1が設置されるクリーンルーム内雰囲気(空気)よりも水分含有量(湿度)の低いガスを意味する。より具体的には、上記実施形態ではパージガス(ドライガス)として高温の窒素ガスを用いたが、常温の窒素ガスを用いることも可能である。但し、IPAパドルに溶け込む水分を減少させる観点からは、高温の窒素ガスを用いた方が好ましい。また、パージガス(ドライガス)は、窒素ガスに限定されるものではなく、水分含有量の低い他のガス、例えばドライエアであってもよい。なお、ドライエアとは、クリーンルーム内空気あるいはこれと同等の空気から、除湿装置(これは半導体装置製造の技術分野において周知である)を用いて水分を除去したものを意味する。
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。
W 基板
111 処理容器
101 処理領域
102 搬出入領域
171 受け渡し部(リフトピン)
112 基板移送機構(トレイ)
121,190 ガス供給部
111 処理容器
101 処理領域
102 搬出入領域
171 受け渡し部(リフトピン)
112 基板移送機構(トレイ)
121,190 ガス供給部
Claims (13)
- 表面に液体が付着した基板に対して超臨界状態の処理流体を用いて超臨界乾燥処理を行う基板処理装置であって、
前記基板に対して超臨界乾燥処理が行われる内部空間を有する処理容器と、
前記処理容器が配置された処理領域と、基板の搬出入のための搬出入領域とがその内部に設定されたハウジングと、
前記搬出入領域に設けられ、前記ハウジングの外部から前記搬出入領域に入ってきた基板搬送アームとの間で基板の受け渡しを行う受け渡し部と、
前記受け渡し部と前記処理容器との間で基板を移送する基板移送機構と、
前記搬出入領域に、ドライガスを供給し得るように設けられたガス供給部と、
を備えた基板処理装置。 - 前記ガス供給部は、前記処理容器の前記内部空間にドライガスを吐出するガス吐出部を含み、前記内部空間が前記搬出入領域に連通しているときに、前記ガス吐出部から前記内部空間内に吐出された前記ドライガスが前記内部空間をパージしつつ前記搬出入領域に流出することにより、前記搬出入領域に前記ドライガスが供給される、請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記処理容器の前記内部空間に前記ガス吐出部から吐出される前に前記ドライガスを加熱するヒータをさらに備えた、請求項2記載の基板処理装置。
- 前記ガス吐出部は、前記ドライガスの供給源および前記処理流体の供給源に接続され、前記ガス吐出部を、前記ドライガスの供給源または前記処理流体の供給源に選択的に連通させることができる切替機構を備えた、請求項2または3に記載の基板処理装置。
- 前記ガス供給部は、前記搬出入領域に開口する吹き出し口を有するガス吐出装置を含む、請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記受け渡し部は、その先端部により基板を下方から支持する昇降可能なリフトピンを含み、前記基板移送機構は、前記基板を水平姿勢で支持して前記搬出入領域と前記処理容器の前記内部空間との間で水平方向に移動可能なトレイを含む、請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記基板処理装置の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記処理容器の前記内部空間で超臨界乾燥処理が施される前の基板が、前記受け渡し部に渡された時から、前記基板移送機構により前記処理容器の前記内部空間まで移送された時までの期間のうちの少なくとも一部の期間内に、前記ガス吐出部からの前記ドライガスの吐出を停止するか、あるいは、前記ドライガスの吐出流量を前記基板が前記受け渡し部に渡された時より前の吐出流量よりも減少させる、請求項2、または請求項2に従属する場合における請求項3から6のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記基板処理装置の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記処理容器の前記内部空間で超臨界乾燥処理が施された基板が、前記内部空間から前記基板移送機構により前記受け渡し部に移送されるときに、前記基板が前記内部空間から予め定められた距離だけ離れるまでの間、前記ガス吐出部からの前記ドライガスの吐出を停止するか、あるいは前記ドライガスを第1吐出流量で吐出し、前記基板が前記内部空間から前記予め定められた距離だけ離れた後に、前記ドライガスの吐出流量を前記第1吐出流量より大きな第2吐出流量に増大させる、請求項2、または請求項2に従属する場合における請求項3から6のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記ハウジングの前記搬出入領域を排気する排気部をさらに備えた、請求項1から8のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記基板処理装置の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記ガス供給部による前記搬出入領域への前記ドライガスの供給流量と、前記排気部からの排気流量とが概ね釣り合うように、前記ガス供給部および前記排気部を制御する、請求項9に記載の基板処理装置。 - 前記ドライガスは、窒素ガスである、請求項1から10のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 基板に対して超臨界乾燥処理が行われる内部空間を有する処理容器と、
前記処理容器が配置された処理領域と、基板の搬出入のための搬出入領域とがその内部に設定されたハウジングと、
前記搬出入領域に設けられ、前記ハウジングの外部から前記搬出入領域に入ってきた基板搬送アームとの間で基板の受け渡しを行う受け渡し部と、
前記受け渡し部と前記処理容器との間で基板を移送する基板移送機構と、
前記搬出入領域に、ドライガスを供給し得るように設けられたガス供給部と、
を備えた基板処理装置を用いて、表面に液体が付着した前記基板を超臨界乾燥処理により乾燥させる基板処理装置であって、
前記ガス供給部により前記搬出入領域に前記ドライガスを供給することと、
前記搬出入領域内の雰囲気の水分含有量があらかじめ定められた値より小さくなった後に、表面に液体が付着した前記基板を前記基板搬送アームにより前記搬出入領域に搬入しするとともに前記受け渡し部に渡すことと、
前記受け渡し部から前記基板移送機構に基板を渡すことと、
前記基板移送機構により保持された基板を前記処理容器の前記内部空間に収容することと、
前記処理容器の前記内部空間で超臨界乾燥処理を行うことと、
を備えた基板処理方法。 - 前記ガス供給部は、前記処理容器の前記内部空間にドライガスを吐出するガス吐出部を含み、前記内部空間が前記搬出入領域に連通しているときに、前記ガス吐出部から前記内部空間内に吐出された前記ドライガスが前記内部空間をパージしつつ前記搬出入領域に流出することにより、前記搬出入領域に前記ドライガスが供給される、請求項12に記載の基板処理方法。
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