JP3895127B2

JP3895127B2 - 高圧処理装置

Info

Publication number: JP3895127B2
Application number: JP2001128276A
Authority: JP
Inventors: 由彦坂下; 克充渡邉; 昌弘山形; 久典大柴; 祐介村岡; 公続斉藤; 一国雄溝端; 龍治北門
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Kobe Steel Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Kobe Steel Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: JP2002324777A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧処理装置に係り、特に超臨界流体により半導体基板やマイクロマシンなど超微細な構造を有する試料（被処理体）の洗浄、乾燥、現像等の処理に利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の集積回路は大規模化し、その集積度の増加に伴って半導体ウェハに刻まれる回路パターンの線幅はサブミクロンにまで微細化が進んでいる。
このような微細な線幅になると、種々薬液による洗浄後、穴や溝の内部の液を乾燥させる時に常圧乾燥では気液界面での毛細管応力が働き、収縮やクラックが発生するおそれがある。
一方、超臨界乾燥法は、物質に固有の臨界点（臨界温度、臨界圧力）を超えた状態の持つ「密度は液体に近く、拡散係数や粘度は気体に近い」という気体と液体の略中間状態の特性を応用したものであり、この超臨界乾燥では気液界面が生じず、収縮やクラックによる溝部などの倒壊を生じることなく乾燥できる。
【０００３】
ただし、超臨界領域には物理的に厳密な境界領域はなく、例えば温度が臨界点より低い高圧流体でも超臨界流体と同様の性質が得られる領域がある。このような領域は、亜臨界領域と呼ばれている。
特開平１１−８７３０６号公報には、「基板を収容する反応槽と、薬液を貯留する液体タンクと、超臨界液体を前記反応槽に供給する超臨界液体供給装置と、前記反応槽に設けられ前記液体タンクからの薬液を導入する少なくとも１つの薬液導入手段と、前記反応槽に設けられた薬液の排出手段と、前記超臨界液体の排出口と、前記反応槽の液体を撹拌する撹拌手段を備えていることを特徴とする超臨界乾燥装置。」が提案されている。
【０００４】
また、超臨界ＣＯ２により半導体表面から残留物を除去する方法が特開平１０−１２５６４４号公報で提案され、更に、レジストの除去に関する方法が特開昭６０−１９２３３３号公報で提案されている。
このような用途において前述の従来例では、撹拌装置により効率よく、あるいは均一な処理をおこなうことが可能であることが示唆されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、撹拌装置の動力（回転させるモータなど）は圧力容器の外でおこない、回転軸を高圧シールしながら容器内で回転・撹拌させるものが多数である。しかしながら、高圧シール部は軸の回転による摩耗により発塵する（パーティクルが発生する）。
また、軸シール部を無くすために圧力容器内（処理室）にこれら撹拌のための回転用動力（モータなど）を設置すれば、揺動部分やコンタミネーションを生じさせるような部材の多数が処理室にはいるためにパーティクル、メタル・コンタミネーション発生源を多数持ち込むことになり、ひいてはウェハのメタル汚染やパーティクル汚染の問題が生じる。
【０００６】
特に、半導体分野においては、微小なゴミ（パーティクル）や金属汚染（メタル・コンタミネーション）はその製品品質確保のために排除する必要がある。
また、洗浄用高圧処理装置などでは腐食性の流体を使用する場合があり、この場合、圧力容器内に回転用動力（モータなど）を設置すれば、洗浄液などで回転用動力（モータなど）の使用材料が腐食を起こし、装置が安定に動かないだけでなく、その腐食によるメタル・コンタミネーションやパーティクルの問題が生じることになる。
【０００７】
このように、超臨界流体を利用した例えば半導体の洗浄等の処理においては処理時間の短縮、品質の均一性の観点から撹拌することが望ましい。
しかしながら、前述の通りパーティクルによる被処理体（ウェハ）の汚染が問題であり、撹拌の効果は非常にあるけれども、パーティクルなどの発生が超臨界処理方法及び装置として大きな問題となるのである。
本発明は、超臨界流体等の高圧流体を用いて半導体基板等の被処理体を処理室において撹拌して効率よく均一に処理するとともに、圧力容器の処理室に供給する高圧流体（ガス、液体）の供給と処理室外への当該流体を排出する供給・排出手段を工夫することによって、軸シール部等から発生するパーティクル等を流体の流れによって被処理体に付着しないようにした処理装置を提供することが目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部に処理室２を有する処理容器１と、前記処理室２に収容されていて被処理体３を有する支持体４と、この支持体４を処理室２内で回転する回転駆動体６と、前記処理室２に高圧流体を供給する供給手段８および処理室２外に排出する排出手段９と、を備えている高圧処理装置において、前述の目的を達成するために、次の技術的手段を講じている。
すなわち、本発明に係る高圧処理装置は、前記支持体４と前記回転駆動体６とを連結する軸部５を備え、この軸部５をシールする軸シール部７を備え、この軸シール部７を介して前記処理室２と回転駆動体６とが隔離されており、前記処理室２と軸シール部７との間の連通路１１を介して前記排出手段９の排出口９Ａを備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような構成を採用したことにより、処理室２にて支持体４が回転（撹拌）されることによって被処理体３は効率よく均質に所定の処理（洗浄、乾燥、現像等）がなされる。
また、処理室２と回転駆動体６とが軸シール部７で隔離されているので、パーティクル、メタル・コンタミ等の発生源を処理室２に持ち込むこともないのである。
更に、軸シール部７の摩耗、軸部５の倒れ等によってパーティクル等が発生したとしても処理室２の圧力又は連通路１１を介して排出口９Ａに向って流動する流体によって発生したパーティクル等が処理室２に侵入することが抑えられるので、延いては被処理体３に付着させることもないのである。
【００１０】
そして、前記軸シール部７と排出口９Ａとの間の連通路１１に、ラビリンス構造１２を備えている。
このラビリンス構造１２を備えることによって軸シール部７等で発生するパーティクル等の処理室２への侵入が更に強化され、被処理体３への付着機会は増々少なくなるのである。
すなわち、本発明に係る高圧処理装置は、内部に処理室を有する処理容器と、前記処理室に収容されていて被処理体を有する支持体と、この支持体を処理室内で回転する回転駆動体と、前記処理室に高圧流体を供給する供給手段および処理室外に排出する排出手段と、を備えている高圧処理装置において、前記支持体と前記回転駆動体とを連結する軸部と、前記軸部をシールして前記処理室と回転駆動体とを隔離する軸シール部と、前記処理室と軸シール部との間の連通路を介して備えられた前記排出手段の排出口と、前記軸シール部と排出口との間の連通路に備えられたラビリンス構造と、を有していて、前記処理室からみて、前記ラビリンス構造が排出口より外側であって且つ軸シール部よりも内側に位置づけられていることを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記軸シール部７と排出口９Ａとの間の連通路１１に、処理用流体と同種又は異種の流体を連通路１１に導入する導入路１３を設け、この導入路１３から導入された流体を前記排出口９Ａから排出するように構成されていることが推奨される。
このような構成を採用したことにより、パーティクル等の処理室２への侵入が防止されるだけでなく導入路１３から流入された流体によって、軸シール部７の腐食等を防止できる。
【００１２】
また好ましくは、前記軸シール部７と導入路１３との間の連通路１１および／又は導入路１３と排出口９Ａとの間の連通路１１にラビリンス構造１２Ａ、１２Ｂを備えていることが推奨される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態のいくつかを説明する。
第１の実施の形態を示している図１および図２において、圧力容器１の内部には処理室２が画成されており、この処理室２には半導体基板（ウェハ）等の被処理体３を載置している支持体４が回転自在として収容されている。
なお、被処理体３はハンドリングロボット等の搬送手段によって処理室２内に挿脱（出入れ）自在であり、このため圧力容器１は容器本体と蓋体、上・下容器等による開閉自在な構造又は一体容器のときはその胴部等に被処理体３の挿脱窓が形成され、この挿脱窓が開閉ドア等で開閉されるものとされ、処理中においては、処理圧は二酸化炭素の場合例えば７０〜２００ｋｇ・ｆ／ｃｍ²（約７〜２０ＭＰａ）を維持乃至保持するように処理室２が密閉されている。
【００１４】
被処理体３を有する支持体（撹拌体）４は処理室２内において回転自在（撹拌自在）であり、このため軸部５を介して回転駆動体６が連結されている。
回転駆動体６は電動又は流体等のモータであり、この回転駆動体６と処理室２はこれを隔離するための軸シール部７が軸部５に装着され、ここに、回転駆動体６によって発生するパーティクル等は軸シール部７によって閉塞され、駆動体６を処理室２内に持込むことがないことから、パーティクル、メタル・コンタミネーション発生源が処理室２外に位置しているのである。
【００１５】
処理室２には、高圧流体（ガス、液体、亜臨界、超臨界）、例えば二酸化炭素流体が供給可能であるとともに、処理室２外に排出可能であり、このため供給手段８と排出手段９がそれぞれ接続されている。
供給手段８は、供給口８Ａを有し、この供給口８Ａに、ボンベ、ポンプ、開閉弁等を有する供給ライン８Ｂが接続されて構成され、図では容器軸心上部に供給口８Ａを有し、雰囲気制御体１０のボス部１０Ａの通孔を介して供給可能である。
【００１６】
排出手段９は前記処理室２と軸シール７との間の連通路１１を介して処理室２内の流体が流動して排出口９Ａから排気ライン９Ｂを介して排出可能であり、このような流体の流れによって軸シール部７から発生するパーティクル等が連通路１１を介して処理室２内に侵入するのが抑えられるのである。
従って、処理中において供給手段８から排出口９Ａに向って流体を流しつづけておくことがパーティクル等の上昇を抑え得ることから有効であるが、供給ライン８Ｂ、排気ライン９Ｂにそれぞれ開閉弁を設けて、処理室２を処理圧に開閉弁を閉止動作して保持乃至維持しておいても良い。
【００１７】
前述した第１の実施の形態の作用（操作）について概説する。
圧力容器１の処理室２にハンドリングロボット等を利用して被処理体３を支持体４上に載置して後、処理室２を密閉（密封）状態に保持乃至維持して供給手段８を通じて高圧流体を供給するとともに処理圧を保持する（処理圧に保持乃至維持しながら排出口９Ａから排出する）。
この処理中において、回転駆動体６を例えば５０〜１０００ｒｐｍで回転することにより支持体４を処理室２内にて回転させることにより、微細化された回路パターンを効率の良い（時間的に早く）また、均質な処理（洗浄、乾燥、現像）ができるのである。
【００１８】
この処理中において、軸シール７等から発生したパーティクル等が連通路１１を通じて処理室２に至るのは処理流体の圧力および／または図１および図２の矢印のように流れる流体によって抑制され、ここに、被処理体３に付着することがないのである。
なお、軸シール部７と排出口９Ａとの間の連通路１１には、ラビリンス構造１２が備えられている。すなわち、処理室２からみて、ラビリンス構造１２が排出口９Ａより外側であって且つ軸シール部７よりも内側に位置づけられている。このラビリンス構造１２は、連通路１１の壁面および軸部５の外周面に、軸方向の間隔を有して喰い違い状にリング形邪魔板を設けることによって迷路とすることにより、軸シール部７等から上昇しようとするパーティクルの上昇を確実に抑制するのである。
【００１９】
以上は、本発明に係る高圧（亜臨界、超臨界等を含む）処理装置（加圧処理装置）の第１の実施の形態であるが、図３，図４で例示する第２の実施形態とすることもでき、図３，図４において基本構成と作用は前述の第１の実施形態と同じであることから共通部分は共通符号を付し、以下、相違点について説明する。
第２の実施の形態を示している図３および図４において、軸シール部７と排出口９Ａとの間には連通路１１に通じる導入路１３が形成されており、この導入路１３から導入した流体（ガス、液体）により、軸シール部７から発生したパーティクル等は上方へ運びつつ排出口９Ａから排出するのである。
【００２０】
この導入路１３から導入する流体は、処理用流体と同じ（同種）か又は処理流体とは異なる（異種）流体、例えばアルゴン、窒素等の不活性ガスであっても良い。
加えて、本実施形態の高圧処理装置は、前記軸シール部７と導入路１３との間の連通路１１および／又は導入路１３と排出口９Ａとの間の連通路１１にラビリンス構造１２Ａ、１２Ｂを備えている。図では双方にラビリンス構造１２Ａ、１２Ｂを備えているが、上下いずれか一方に備えたものでも良い。
【００２１】
この実施の形態によれば、軸シール部７等から発生したパーティクル等が処理室２に侵入して被処理体３に付着するのは確実に抑えることができる。
なお、以上の第１，２の実施の形態において、処理流体は、超臨界ＣＯ₂であるが、洗浄などの場合はＣＯ₂に薬液等を溶かし込んだり、薬液を別途処理室２に送るようにしても良い。
このように、薬液等を溶かし込んだ場合、上記第３および第４の実施例において次のような効果もある。すなわち、軸シール部７に対する腐食性を有する薬液を使用したとしても、導入路１３から導入される流体によって薬液が軸シール部７へ到ることが確実に防止される。そのため、軸シール部７や周辺のチャンバーを必要以上に耐食性を考慮して構成する必要がない。
【００２２】
また、供給手段８の供給口８Ａは、圧力容器１の胴部（側面）に備えても良いし、支持体４に羽根等を付設して流体の流れでより一層の撹拌作用をするようにしても良い。
更に、排出手段９における排出口９Ａは、これを処理室２外の主排気口と併用（兼用）することも可能であるし、主排気口を別に備えて図示の排出口９Ａは、パーティクル抑制の専用としても良い。
また、パーティクルは軸シール部７で主に発生するが軸部５の芯ズレ等に起因する接触等によっても発生するので、これらのパーティクルについても、被処理体３の表面に到達しづらくできて清浄な処理を可能とするのである。
【００２３】
さらに、上記実施例においては、支持体３上に１枚の被処理体３を載置する形態で説明しているが、支持体３上に複数の被処理体３を載置できるよう構成する形態においても本発明を適用できることは言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、撹拌による処理効率の向上および処理品質の均一化を図りながら、軸シール部等から発生するパーティクル等の被処理体への付着を簡単な構成によって防止できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の要部断面図である。
【図２】第１の実施の形態の圧力容器の断面図である。
【図３】第２の実施の形態の要部断面図である。
【図４】第２の実施の形態の圧力容器の断面図である。
【符号の説明】
１圧力容器
２処理室
３被処理体
４支持体（撹拌体）
５軸部
６回転駆動体
７軸シール部
８供給手段
９排出手段
９Ａ排出口
１１連通路

Claims

内部に処理室（２）を有する処理容器（１）と、前記処理室（２）に収容されていて被処理体（３）を有する支持体（４）と、この支持体（４）を処理室（２）内で回転する回転駆動体（６）と、前記処理室（２）に高圧流体を供給する供給手段（８）および処理室（２）外に排出する排出手段（９）と、を備えている高圧処理装置において、
前記支持体（４）と前記回転駆動体（６）とを連結する軸部（５）と、前記軸部（５）をシールして前記処理室（２）と回転駆動体（６）とを隔離する軸シール部（７）と、前記処理室（２）と軸シール部（７）との間の連通路（１１）を介して備えられた前記排出手段（９）の排出口（９Ａ）と、前記軸シール部（７）と排出口（９Ａ）との間の連通路（１１）に備えられたラビリンス構造（１２）と、を有していて、
前記処理室（２）からみて、前記ラビリンス構造（１２）が排出口（９Ａ）より外側であって且つ軸シール部（７）よりも内側に位置づけられていることを特徴とする高圧処理装置。
前記軸シール部（７）と排出口（９Ａ）との間の連通路（１１）に、処理用流体と同種又は異種の流体を連通路（１１）に導入する導入路（１３）を設け、この導入路（１３）から導入された流体を前記排出口（９Ａ）から排出するように構成されている請求項１に記載の高圧処理装置。
前記軸シール部（７）と導入路（１３）との間の連通路（１１）および／又は導入路（１３）と排出口（９Ａ）との間の連通路（１１）にラビリンス構造（１２Ａ）（１２Ｂ）を備えていることを特徴とする請求項２に記載の高圧処理装置。