JP3963659B2

JP3963659B2 - 高圧処理装置

Info

Publication number: JP3963659B2
Application number: JP2001133003A
Authority: JP
Inventors: 由彦坂下; 久典大柴; 正悟猿丸; 克充渡邉; 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: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002320929A

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、より具体的には、半導体ウェハ等を現像、洗浄、乾燥する処理装置に関するものである。
更に、本発明は、超臨界流体または液化ガス等の高圧流体による処理装置に係り、特に半導体ウェハ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）の処理を行うのに好適な超臨界流体または亜臨界流体または液化ガス等の高圧流体で処理を行う処理容器（圧力容器）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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る。
なお、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。
【０００３】
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、種々薬液による処理後、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のに対して、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。
処理時に種々薬液を使用するが薬液の中には腐食性を持つものがあり、このような薬液を使用する場合、超臨界処理装置のような高圧処理装置では主に金属材料が使用されているため、腐食の問題があった。
【０００４】
そこで、特開昭６４−４５１２５号公報に記載されるような耐腐食性部材の被覆の提案がある。本提案では石英やフッ素樹脂をコーティングなどにより圧力容器内、配管などにコーティングすることにより装置の耐腐食性を高めることが可能であると記載されている。
また、特開昭６３−２２１８０３号公報には超臨界抽出の際、腐食性流体を取り扱う際には耐腐食性ライナーを用いる提案がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
超臨界流体等の高圧流体を利用した高圧処理装置では種々薬液による圧力容器の耐腐食性を考慮しなければならない。圧力容器は耐圧性が必要であり金属製であるために通常は前記記載の特開昭６４−４５１２５号公報で開示されているように耐腐食性の部材で被覆することで解決できる。また、特開昭６３−２２１８０３号公報で開示されているように圧力容器に耐腐食性ライナーを施す方法でも解決できる。
【０００６】
しかしながら、このような腐食性の考慮は圧力容器ばかりでなく、配管、バルブなどにも必要である。しかし、配管のような細径、長尺物には耐腐食性のあるフッ素樹脂やその他の高分子材料あるいは石英、セラミック等のコーティング（被覆）は技術的に難しく、バルブなどの複雑な形状であり、摩耗させるような部位には被覆することが極めて困難であった。
そこで本発明は、圧力容器に弁構造体を付帯させるという独創的な発想をもって、腐食性流体が流れる配管は大気圧下にでき、しかも、耐腐食性のある樹脂配管（樹脂ホース）を使用可能とした新規かつ有用な処理装置を提供することが目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧処理装置は、本発明は内部に処理室２を有する圧力容器１と、前記処理室２にて被処理体４を収容する収容部材５と、前記処理室２に高圧流体を供給する手段と、を備えているものであって、次の技術的手段を講じているのである。
すなわち、高圧処理装置は、腐食性流体を前記処理室２に供給および／または排出するための弁構造体６、７を圧力容器１内で処理室２に連通して備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
このように圧力容器１に腐食性流体用としての弁構造体６、７を付帯させているので、該弁構造体６、７としてポペット弁等が使用可能となって、フッ素樹脂、セラミックス等のコーティングも可能となったのである。
好ましくは、腐食性流体を弁構造体６を介して処理室２に供給する配管部材１０は大気圧下のラインとされていることが推奨される。
このように配管部材１０は大気圧であることから、耐腐食性のある樹脂ホース等の使用が可能となったのである。
【０００９】
また、本発明に係る高圧処理装置は、腐食性流体を前記処理室２に供給および／または排出するための弁構造体６、７とは別に、高圧流体を処理室２に供給および／または排出する弁構造体１５、１６を圧力容器１に備えていることを特徴とするものである。
このように腐食性流体（薬液）と高圧流体を処理室２に個別に供給することによって大気圧下での処理後の高圧流体による乾燥処理がひとつの圧力容器で可能となるのである。
【００１０】
好ましくは、腐食性流体を前記処理室２に供給する弁構造体６に、高圧流体を処理室２に供給するための供給口１５Ａが形成されていることが推奨される。
さらに好ましくは、腐食性流体を供給する弁構造体６の供給側に、該流体を一時保持して処理室２に送る保持部材１７を備えていることが推奨される。
これによれば、処理液（薬液）を高圧流体（ＣＯ₂等）に溶解したあとに被処理体４に注ぐことが可能となる。なお、被処理体４は処理室２内において回転させることが均一でかつ効率のよい処理（現像・洗浄・乾燥）が行えることから推奨される。
【００１１】
本発明にかかる高圧処理装置の最も好ましいものは、内部に処理室を有する圧力容器と、前記処理室にて被処理体を収容する収容部材と、前記処理室に高圧流体を供給する手段と、を備えている高圧処理装置であって、前記処理室に腐食性流体を供給する供給口と、該供給口に連通する配管部材と、前記腐食性流体を処理室から排出する排出口と、該排出口に連通する配管部材と、を前記圧力容器に備え、前記供給口及び排出口を開閉する弁構造体が処理室の内側に突出して設けられており、前記弁構造体は茸状弁体であって、且つ供給口及び排出口を軸方向に往復移動して処理室の内側から当該供給口及び排出口を開閉するものであることを特徴とする。
【００１２】
また、前記弁構造体を、耐圧性部材で構成してもよい。
また、前記弁構造体とは別に、高圧流体を処理室に供給および／または排出する弁構造体を圧力容器に備えているとよい。
また、前記腐食性流体を前記処理室に供給する弁構造体に、高圧流体を処理室に供給するための供給口が形成されていてもよい。
また、前記腐食性流体を供給する弁構造体の供給側に、該腐食性流体を一時保持して処理室に送る保持部材が備えられていてもよい。
【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について説明する。
図１において、圧力容器１には内部に処理室２が画成されており、処理室２内には支持軸３を介して被処理体４の支持台（収容部材）５が備えられている。
なお、被処理体４、例えば半導体ウェハは図示省略したハンドリングロボット等を利用して処理室２に出し入れ自在である。
圧力容器１には腐食性流体（薬液）を処理室２内に供給するための弁構造体６と処理室２から薬液を排出するための弁構造体７が備えられ、いずれの弁構造体６、７もポペット弁（茸弁）とされていて供給口８Ａを含む供給孔８および排出口９Ａを含む排出孔９を軸方向の往復移動でそれぞれの口８Ａ、９Ａを開閉自在としている。
【００１４】
供給孔８には配管部材１０が連通接続されており、この配管部材１０には技管部材１１Ａ、１２Ａを介して送液ポンプ１１、１２が連通されており、ここに、複数の送液ポンプ１１、１２の起動（駆動）で異種の腐食性流体（薬液）を配管部材１０を介して供給孔８に給送可能である。
排出孔９には回収用の配管部材１３が接続されており、回収容器１４に薬液を回収可能としている。
処理室２には例えばＣＯ₂等の超臨界流体を供給するための弁構造体１５および回収するための弁構造体１６が前記腐食性流体用の弁構造体６、７とは別に付帯されており、弁構造体１５、１６のいずれもポペット弁（茸弁）とされている。
【００１５】
次に、図１（実施例１）に示した高圧処理装置による洗浄、乾燥処理について説明する。
図示省略したハンドリングロボット等を利用して処理室２内の支持台５上に被処理体４を載置して、この被処理体４はピン又は被処理体のエッジを保持するようになっている。このように、被処理体４を処理室２に装入してから、弁構造体７等は閉じた状態で弁構造体６を開き、洗浄用の薬液を注入する。
すなわち、送液ポンプ１１、１２の起動を介して配管部材１０等を介して供給孔８に供給し、供給口８Ａから薬液を注入するのであり、この薬液注入ラインは常圧（大気圧）で構わない。
【００１６】
すなわち、薬液供給用の弁構造体６は耐圧性部材で構成されており、薬液の注入ラインまで高圧ガスが来ない構造となっているためである。従って、薬液（腐食性流体）の通る配管、バルブは常圧（大気圧）での設計が可能となり、耐腐食性のあるフッ素樹脂やその他の高分子材料、あるいは石英、セラミックなどの使用が可能となる。また、薬液毎に送液用ポンプ１１、１２は変えることが望ましく、使用する薬液の種類に応じてポンプの台数を設置する。
処理室２内に注入された薬液は、弁構造体６および支持台５が圧力容器１の容器軸心上にあることから被処理体４の略中央に注入され、支持台５を回転させることにより、薬液を被処理体４の表面全面に亘って均一化させ、ここに、処理室２内において大気圧の下での洗浄が均一で効率よくなされる。
【００１７】
このように大気圧にて洗浄した後、処理室２から薬液は排出される。すなわち、使用された薬液は薬液排液用の弁構造体７を開弁することにより排出孔９、配管部材１３を介して圧力容器外に排出され、廃液回収容器１４に集められる。この廃液回収容器は各薬液、水、有機溶剤などにより分けることが望ましい。
一連の洗浄作業が終了すると（処理室内の腐食流体を排出した後）、次に高圧ガス供給用の弁構造体１５を開き、超臨界流体である例えばＣＯ₂を供給し、所定の温度・圧力に昇温・昇圧する。この作業により被処理体４表面に残った薬液、水、有機溶剤などを抽出、乾燥させる。このとき超臨界状態であるので被処理体４に施された微細処理による穴、溝などは収縮やクラックの発生がなく、健全な形で保持されるし、この超臨界流体による乾燥処理のときも支え台５を回転することで、均一でかつ効率の良い処理を行うことができる。
【００１８】
超臨界ＣＯ₂は高圧ガス供給用の弁構造体１５により供給されるが、この時所定の温度・圧力で当該弁構造体１５を閉じ、超臨界ＣＯ₂を処理室２に閉じ込めた状態で乾燥処理しても良いし、高圧ガス供給用の弁構造体１５および高圧ガス排気用の弁構造体１６を開け、超臨界ＣＯ₂を流通（循環）させて処理しても良い。
なお、超臨界流体で乾燥処理しているときは、弁構造体６、７はいずれも閉じられており、これ故、配管部材１０、１３等には圧力が作用することがないので、例えば樹脂ホース等を使用することも可能となる。
【００１９】
乾燥処理が終了すれば圧力容器１の処理室２から被処理体４を取り出す。
図２は本発明の他の実施の形態を示しており、基本構成と作用は図１と共通するので共通部分は共通符号で示し、以下相違点について説明する。
図２では薬液供給用の弁構造体６の中央（軸心上）に高圧ガス（液体）の供給口１５Ａが形成されている。この中央の供給口１５Ａを通して例えば超臨界ＣＯ₂が圧力容器１の処理室２内に導入される。この中（供給口）にも耐腐食性部材の被覆をする方が望ましいが、薬液（腐食性流体）の大気圧下での流通時に常圧のＣＯ₂ガス等を流した状態にしておけば、本部分への薬液（腐食性流体）の混入を抑えることができる。
【００２０】
また、弁構造体６の供給側（下方）に薬液を一時保持して処理室２に送る保持部材１７が備えられている。
この図２（実施例２）に示した高圧処理装置による処理について概説する（基本工程は図１（実施例１）と同様である）。
図１の場合と同様に、ウェハ４をウェハ支持台５に設置し、圧力容器１内に装入する。その後、薬液供給用の弁構造体６を開き、洗浄用の液を注入、洗浄工程をおこなう。この薬液注入ラインは図１と同様常圧のラインで構わない。あるいは、薬液注入後薬液供給用の弁構造体６の該中央部の高圧ガス導入口１５Ａより超臨界ＣＯ₂を導入し、超臨界状態で洗浄作業をおこなうことも可能である。超臨界流体は「密度は液体に近く、拡散係数や粘度は気体に近い」ため、ウェハ上に加工された微細な穴、溝の内部に薬液を届けることが可能となり、確実な洗浄を可能とする。
【００２１】
この時薬液供給用の弁構造体６を開にし注入された薬液は薬液受け台１７に一時保持される。その後、弁構造体６を閉にし、この弁構造体６の中央にある供給口１５Ａからの超臨界ＣＯ₂の導入により、薬液は超臨界ＣＯ₂に溶解したあとウェハ４上に注がれる。薬液受け台１７にはシャワーヘッドのように小さな穴が開けられており（図示せず）、この穴から薬液を溶解した超臨界ＣＯ₂がウェハ４上に降り注がれるようにすることが望ましい。
洗浄したあとの超臨界ＣＯ₂は薬液排液用の弁構造体７の開弁により廃液回収容器１４に集められるが、高圧の超臨界ＣＯ₂の場合、廃液回収容器１４の手前には減圧弁（圧力調節弁）が設けられ（図示せず）、ある温度・圧力にコントロールされた状態で廃液回収容器１４に回収される。従って、廃液回収容器１４も高圧容器となる場合もある。この時の温度・圧力は使用する薬液により決まり、この廃液回収容器１４内で超臨界ＣＯ₂と薬液に分離される。
【００２２】
薬液による洗浄工程後、図１を参照して説明した超臨界流体によるリンス、乾燥をおこない、ウェハ４は処理終了となる。
なお、この図２においても支え台（置き台）５は処理中に回転することが望ましい。また、処理室２、弁構造体６、７、１５、１６等は耐腐食性処理（セラミック等のコーティング）がなされている。
図３は、本発明の第３の実施の形態を示しており、以下相違点について説明する。
【００２３】
図３では、弁構造体の構造に特徴があり、その点で上記実施例１、２と差異がある。薬液用弁構造体７をもってその特徴を説明する。この弁構造体７は、連設する支柱（弁棒）７−１に金属製のダイヤフラム７−２が配設される。このダイヤフラム７−２を圧力容器１の壁面で支持することで、弁構造体７を介して処理室２に連通する排出孔９が形成される。このように弁構造体７にダイヤフラム７−２を配設する構成により、排出孔９と配管部材１３との連通が簡単に構成される。この構成はダイヤフラムの差圧の耐圧性の観点から、圧力のかからない薬液側の弁構造体については特段の処置を要することなく、圧力のかかる高圧側の弁構造体１６の弁棒１６−１に対しても金属製のダイヤフラム１６−２を設けて、このダイヤフラムの圧力容器と反対側に対抗圧をかけてやること等の処置を施すことにより好適に使用できる。なお、図中、符号１００で示す散点部は、耐食材料を示しており、圧力容器１の内面（処理室２）、支持軸３および支持台５の表面、弁構造体１６、ダイヤフラム７−２、配管部材１３の内面等にコーティングされている。即ち、本発明によれば、図３に示すような耐食構造が提供され、耐圧性の要求される配管部にまで耐腐食性を高める必要がない。
【００２４】
図４は、本発明の第４の実施の形態を示しており、以下相違点について説明する。
弁構造体６は、その頭部（弁部）６−１が略円錐状に形成され、供給孔８に連通した円錐膨径路８−１に収められている。そして、この円錐膨径路８−１の先端で、被処理体４に臨む供給口８Ａが供給孔８よりも小径に開口されている。このような構成により、弁構造体６を開くと薬液は狭まった供給口８Ａによって加速されて吐出されるため、確実に被処理体４に供給される。
【００２５】
なお、第３・４の実施例でも支持台４は処理中に回転することが望ましく、このときは図３で示すように回転用シール３Ａを備えることが望ましい。
上記第１〜４の実施例において、乾燥処理時に超臨界流体である例えばＣＯ₂を供給していたが、１ＭＰａ以上の圧力の高圧流体で、好ましくは、高密度、高溶解性、低粘度、高拡散性を有する高圧流体を用いてもよい。超臨界流体に代えて亜臨界流体を使用してもよい。
また、上記第１〜４の実施例においては、処理室内の支持台上に１個の被処理体を載置して保持する例を示したが、複数の被処理体を間隔を空けて積層して収納し処理するようにしてもよい。
【００２６】
また、上記第１〜４の実施例においては、洗浄・乾燥処理を行う場合について説明したが、腐食性流体（薬液）による被処理体の処理は洗浄に限られるものではない。薬液としてアルカリ性水溶液である現像液を大気圧下で供給し半導体ウェハ上のレジストの現像処理を行い、その後の洗浄・乾燥処理に超臨界流体を使用する処理を行う場合においても好適に実施できる。なお、この場合、現像液の除去を目的として洗浄処理を本実施例と同様に大気圧下で実施してもよい。
すなわち、腐食性薬液を用いて現像した後、非腐食性薬液と高圧流体を用いて洗浄および乾燥を行う場合がある。
【００２７】
この場合を実施例１（図１）を用いて説明すると、被処理体（半導体ウェハ）４を支持台５上に載置し、弁構造体６／７を用いて腐食性薬液、例えば有機アルカリ性水溶液、シンナー系薬液を導入／排出し常圧下で現像を行い、弁構造体１５／１６を用いて非腐食性薬液、例えば水またはイソプロピルアルコールと超臨界ＣＯ₂を導入／排出して高圧下で洗浄し、かつ乾燥を行うことができる。
この場合にも、高圧のかかる配管部材１０については耐食性を考慮する必要がないこと、実施例１の場合と同様である。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によればひとつの圧力容器内で常圧（大気圧）の腐食性流体による処理と、これに続く高圧流体による処理が可能となる。
すなわち、耐腐食性の考慮が必要であるが耐腐食性部材の被覆が困難な高圧（細径の、長尺の）配管やバルブなどに被覆することが無く、安定に腐食性流体を圧力容器内に供給することが可能となる。
従って、半導体ウェハのような微細な穴や溝に処理液および高圧流体を供給することが可能となるため、クリーンなパターンウェハを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す要部の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す要部の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す要部の断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す要部の断面図である。
【符号の説明】
１圧力容器
２処理室
４被処理体
５支え体
６弁構造体（供給用）
７弁構造体（排出用）

Claims

内部に処理室（２）を有する圧力容器（１）と、前記処理室（２）にて被処理体（４）を収容する収容部材（５）と、前記処理室（２）に高圧流体を供給する手段と、を備えている高圧処理装置であって、
前記処理室（２）に腐食性流体を供給する供給口（８Ａ）と、該供給口（８Ａ）に連通する配管部材（１０）と、前記腐食性流体を処理室（２）から排出する排出口（９Ａ）と、該排出口（９Ａ）に連通する配管部材（１３）と、を前記圧力容器（１）に備え、
前記供給口（８Ａ）及び排出口（９Ａ）を開閉する弁構造体（６）（７）が処理室（２）の内側に突出して設けられており、
前記弁構造体（６）（７）は茸状弁体であって、且つ供給口（８Ａ）及び排出口（９Ａ）を軸方向に往復移動して処理室（２）の内側から当該供給口（８Ａ）及び排出口（９Ａ）を開閉するものであることを特徴とする高圧処理装置。
前記弁構造体（６）（７）は、耐圧性部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧処理装置。
前記弁構造体（６）（７）とは別に、高圧流体を処理室（２）に供給および／または排出する弁構造体（１５）（１６）を圧力容器（１）に備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧処理装置。
前記腐食性流体を前記処理室（２）に供給する弁構造体（６）に、高圧流体を処理室（２）に供給するための供給口（１５Ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧処理装置。
前記腐食性流体を供給する弁構造体（６）の供給側に、該腐食性流体を一時保持して処理室（２）に送る保持部材（１７）が備えられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高圧処理装置。