JP4036429B2 - 基板処理チャンバ、基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理チャンバ、基板処理装置および基板処理方法に関し、より特定的には、半導体ウェハ、液晶表示装置用ガラス基板の如きＦＰＤ（ＦｌａｔＰａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用基板、フォトマスク用ガラス基板および光ディスク用基板、電子部品などのエレクトロニクス分野における各種基板（以下、単に「基板」と称する）、その他の各種部材を、高圧状態の処理流体を用いて処理する基板処理チャンバ、基板処理装置および基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品等が形成された基板の洗浄における脱フロン化の流れに伴い、超臨界二酸化炭素のような低粘度の高圧状態の処理流体を剥離液またはリンス液として使用することが注目されている。
【０００３】
また、近年の半導体デバイスの縮小化（シュリンク）によって、更にデバイスの設計ルール（テクノロジーノード）がより微細化しており、その勢いは更に加速されている。この様な半導体デバイスにおいては、構造上非常に微細な溝（トレンチ）や穴（ホール）の洗浄が必要である。前者はキャパシタ（コンデンサーの容量部分）や横配線（平面的な配線）、後者は縦配線（三次元的な配線、横配線と横配線との接続、トランジスタのゲート電極への接続）等である。
【０００４】
この様な微細な構造は、その幅の深さの比、いわゆるアスペクト比（縦横比）が非常に大きくなってきており、幅が狭く深い溝や径が小さく深い穴を形成している。この幅や径がサブミクロンになっていて、そのアスペクト比も１０を超えるようなものが出現している。この様な微細構造をドライエッチング等で半導体基板上に製造した後には、上部の平坦部分のみならず、溝や穴の側壁やその底にレジスト残骸や、ドライエッチングで変質したレジスト、底の金属とレジストの化合物、酸化した金属等の汚染が残っている。
【０００５】
これらの汚染は、従来、溶液系の薬液によって洗浄していた。しかし、この様な微細な構造では、薬液の侵入及び純水による置換がスムーズにいかなくなり、洗浄不良が生じるようになってきている。また、エッチングされた絶縁物が配線による電気信号の遅延を防止するために、低誘電率の材料（いわゆるＬｏｗ−ｋ材）を使用しなくてはならなくなり、薬液によってその特性である低誘電率が悪化すると言う問題が発生している。その他、配線用の金属が露出している場合は、金属を溶解する薬液が使用できない等の制限も生じている。
【０００６】
このような、半導体デバイスの微細構造の洗浄に、その特性から超臨界流体が注目されている。超臨界流体とは、図８に示すように、臨界圧力Ｐｃ以上かつ臨界温度Ｔｃ以上（同図網掛け部分）で得られる物質の状態をいう。この超臨界流体は、液体と気体の中間的性質を有するため、精密な洗浄に適しているといえる。
【０００７】
すなわち、超臨界流体は、液体に近い密度を持ち溶解性が高いため、有機成分の洗浄に有効であり、気体のように拡散性が優れるため、短時間に均一な洗浄が可能であり、気体のように粘度が低いため、微細な部分の洗浄に適しているのである。また、超臨界流体では、溶液系の薬液のように低誘電率の絶縁物に浸透しても残留しないため、その特性を変化させることが無い。従って、半導体デバイスの微細構造の洗浄に非常に適していると言え、おおいに注目されている。
【０００８】
そして、このような性質を利用する超臨界流体洗浄法によれば、他の洗浄法と比較して作業者や環境に優しく、微細で複雑な構造物の溝や細孔の汚れも容易に除去することができる。また、超臨界流体を乾燥法として用いることもできる。
【０００９】
この超臨界流体に変化させる物質には、二酸化炭素、水、亜酸化窒素、アンモニア、エタノール等が用いられる。主に二酸化炭素は、臨界圧力Ｐｃが７．４ＭＰａ、臨界温度Ｔｃが約３１℃であり、比較的簡単に超臨界状態が得られること、及び無毒であることから、多く用いられている。図８は、以上のような二酸化炭素の相平衡図を示したグラフである。
【００１０】
以上のような超臨界流体洗浄法ないし乾燥法を、例えば半導体デバイス製造プロセスにおいて用いる場合には、まずその前に、エッチング工程やレジスト剥離工程などにおいて半導体基板を所定の薬液に浸すウェット処理が行われる。その後、当該ウェット処理によって半導体基板に付着した薬液や各種パーティクルを洗い流し、乾燥させる超臨界流体処理が行われることになる。したがって、一般的な従来例において、上記ウェット処理用のチャンバ（処理槽）と超臨界流体処理用のチャンバとは、それぞれが個別に設けられている。
【００１１】
しかし、このような構成によれば、両チャンバの設置面積の増大や、両チャンバ間の搬送時間ロスによるスループットの低下が避けられないばかりか、搬送途中の半導体基板が大気に暴露されることによってウォータマークや外部環境からの汚染が生じることになる。さらに、ウェット処理後の濡れた状態にある半導体基板は、搬送途中で部分的に乾燥してしまう可能性もある。このような局所的な乾燥は、特に、微少な３次元構造で形成されたマイクロエレクトロメカニカルデバイス（ＭＥＭＳ）などの素子破壊につながる。
【００１２】
そこで、上記のウェット処理および超臨界流体処理を１つのチャンバのみで行う基板処理チャンバが提案されている。図９は、このような基板処理チャンバの概略断面図であり、特開平８−２５０４６４号公報において開示されている。図９において、容器１の内部には、ロック１０から装入された基板２が置かれ、容器１上方には液体取り入れ部３と、液化ガス取り入れ部５と、気体排出部６とが設けられ、容器側面には加熱用の取り入れ開口８と、排出開口９とが設けられ、容器１下方には液体流出部４が設けられている。
【００１３】
ウェット処理の際には、容器１上方に設けられた液体取り入れ部３から液体が供給されて容器１内を満たし、処理が終了すると容器１下方に設けられた液体流出部４から排出される。その後、液化ガス取り入れ部５から液化二酸化炭素等が入れられて、さらに加熱・加圧される。すると、二酸化炭素は超臨界流体へと変化して、基板２の洗浄ないし乾燥を行うことができる。最後に、気体排出部６を開口して、容器１内部の圧力を徐々に周囲の大気圧へ降下させ、ロック１０から基板２を取り出す。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例においては、以下の３つの問題点がある。上記従来例においては、第一に、容器内に液体を満たす構成となっているので、液やガスの取り入れ口および排出口付近での液置換効率が低下する。なぜなら、取り入れ口および排出口付近の構造は、壁面に比べて凹凸のある複雑な形状をしており、そこに液の残留が生じ易いからである。したがって、本従来例においては、液置換の効率低下によって、全体の処理効率ないしスループットが低下することになる。
【００１５】
第二に、本従来例によれば、容器内に液体を満たす構成となっているので、一回の処理で消費される液体が増えてしまう。容器内でのウェット処理は、基板の表面近傍にのみ必要であって、それ以外の部分に供給される液体は本来、不要であり、その分だけ消費量が増えてしまう。
【００１６】
第三に、基板にウェット処理を行う際には、基板表面における処理液の流れを制御することが肝要である。しかし、上記従来例においては、そのための具体的手段がなんら開示されておらず、そのままでは所望の処理性能を達成できない。特に、複数の基板を整列させて処理を行うバッチ洗浄においては、基板間で最適化された処理液流れが生成されず十分な洗浄効果が得られない。
【００１７】
それ故に、本発明の目的は、これらの問題点を解決して、液置換効率が優れたスループットの高い構造を有する基板処理チャンバ、基板処理装置、および基板処理方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するために、第１の発明は、基板に対して所定の液体によるウェット処理と、所定の処理流体による高圧処理を行う基板処理チャンバであって、基板を内部で支持する基板保持手段を有する筐体と、液体を筐体内へ供給する液供給手段と、液体を筐体外へ排出する液排出手段と、筐体の所定位置に開口された処理流体供給口を介して、高圧処理の際に高圧の処理流体を前記筐体内へ供給する処理流体供給手段と、筐体の所定位置に開口された処理流体排出口を介して、高圧処理の際に高圧の処理流体を前記筐体外へ排出する処理流体排出手段と、筐体内において前記液体が占有する空間を所定の範囲内に限定する液体限定手段とを備え、処理流体供給口および処理流体排出口は、限定された前記範囲外の所定位置に開口され、ウェット処理の間、処理流体供給手段が処理流体供給口を介して常圧の処理流体を筐体内へ供給し、処理流体排出手段が処理流体排出口を介して筐体内の気体を排出することによって、常圧の処理流体が筐体内にパージされることを特徴とする。
【００１９】
第１の発明によれば、ウェット処理と高圧処理を１つのチャンバでのみ行いながら、高圧処理流体の供給口と排出口が筐体内に供給される液体から分離された構造が提供される。よって、液の供給や排出がスムーズに行われると共に、筐体内をウェット処理から高圧処理に移行する際にも、筐体内の処理流体の置換が速やかに行われる。その結果、全体のスループットが向上した。さらに、高圧状態の処理流体が供給された際に、供給部位に残液が無く、液跳ねによる処理性能の低下が防止できる。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、液体限定手段は、所定の限界液面高を超えて溢れた液体を筐体外へ排出するオーバフロー手段を含むことを特徴とする。
【００２１】
第２の発明によれば、液体が限界液面まで満たされるに止まるように構成されるので、確実に高圧処理流体の供給口と排出口が筐体内に供給される液体から分離される。また、当該限界液面は、物理的に規定されるので何らかの原因で制御ができなくなったとしても、安全かつ確実にオーバフローを継続することができる。その結果、ウェット処理はオーバフローによる液流れにより所望の処理性能が達成されるとともに、高圧処理においても残液の液跳ねが防止され所望の処理性能が達成される。
【００２２】
第３の発明は、第１の発明に従属する発明であって、液体限定手段は、液体の液面を検知して所定の限界液面高を超えないように、液供給手段が供給する液体量および液排出手段が排出する液体量の一方または双方を制御する液面検知制御手段を含むことを特徴とする。
【００２３】
上記のように、第３の発明によれば、液面を任意の高さに容易に制御できると共に、オーバフローを行うための開口部等を省略して、さらに側壁の形状をシンプルにすることができる。したがって、液置換の効率を高めて、全体の処理効率ないしスループットを上げることができる。
【００２４】
第４の発明は、第１の発明または第３の発明に従属する発明であって、液供給手段は、基板の上方に設置されて、基板に対してダウンフローで液を供給するダウンフロー手段を含むことを特徴とする。
【００２５】
第４の発明によれば、ダウンフローによる液流れにより所望の処理性能が達成されるウェット処理と、高圧処理を１つのチャンバで行う基板処理チャンバを提供することができる。
【００２６】
第５の発明は、第１の発明ないし第４の発明のいずれかに従属する発明であって、液体供給手段は、筐体内に設けられて、液体をその内部に収容するウェット処理用内槽を含むことを特徴とする。
【００２７】
第５の発明によれば、ウェット処理を必要最小限の領域で行うことができ、処理に必要な薬液等の液体の量を少なくすることができるので、環境汚染に対する配慮が少なくて済み、廃液処理コストを低く抑えることができる。
【００２８】
第６の発明は、第１の発明ないし第５の発明のいずれかに従属する発明であって、限定された範囲外の所定位置から限定された範囲内の所定位置までの間で、基板保持手段を移動させる基板移動手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２９】
第６の発明によれば、基板の出し入れを容易にすることができる基板処理チャンバが提供される。
【００３０】
第７の発明は、第１の発明ないし第６の発明のいずれかに従属する発明であって、筐体に開口されたアルコール供給口を介して、筐体内へアルコールを供給するアルコール供給手段をさらに備え、アルコール供給口は、限定された範囲外の所定位置に開口されることを特徴とする。
【００３１】
第７の発明によれば、アルコールを基板表面に均一に付着させて、基板の表面に付着する水分をアルコールで置換することができるとともに、アルコール供給口が液体に浸かることがないために、液の残留が生じやすい複雑な形状をしている開口部分が液置換の効率を低下させることがなく、全体の処理効率ないしスループットを上げることができる。
【００３２】
第８の発明は、第１の発明から第７の発明のいずれかに記載の基板処理チャンバと、基板処理チャンバにおける処理前および処理済みの複数の基板を載置し、搬入出が行われるローダ・アンローダ部と、ローダ・アンローダ部から処理前の基板を基板処理チャンバへ搬送し、処理済みの基板を基板処理チャンバからローダ・アンローダ部へ搬送する基板搬送部とを備える、基板処理装置を特徴とする。
【００３３】
第８の発明によれば、ウェット処理と高圧処理が１つのチャンバで行なわれる基板処理チャンバを用い、基板を自動搬送される基板処理装置が提供される。この基板処理装置によれは、設置スペースが削減されるとともに処理効率を上げることができる。
【００３６】
ここで、本発明において用いられる高圧流体は、所定の高圧状態が１ＭＰａ以上であればよく、好ましくは、高密度、高溶解性、低粘度、高拡散性の性質が認められる流体である。安全性、価格、超臨界状態にするのが容易、といった点で、二酸化炭素が好ましい。
【００３７】
高圧流体を用いるのは、拡散係数が高く、溶解した汚染物質を媒体中に分散することができるためであり、より高圧にして超臨界流体にした場合には、気体と液体の中間の性質を有するようになって微細なパターン部分にもより一層浸透することができるためである。よって亜臨界流体や高圧ガスを用いて実施できることは言うまでもない。また、高圧流体の密度は、液体に近く、気体に比べて遥かに大量の添加剤を含むことが出来る。
【００３８】
さらに、洗浄および洗浄後のリンス工程では、５ＭＰａ以上に昇圧される処理流体を供給すれば好適に実施できる。そして、５〜３０ＭＰａで行うことが好ましく、より好ましくは７．１〜２０ＭＰａである。
【００３９】
なお、亜臨界流体とは、一般的に図８において、臨界点手前の領域にある高圧状態の液体を言う。この領域の流体は、超臨界流体とは、区別される場合があるが、密度等の物理的性質は連続的に変化するため、物理的な境界は存在しなく、亜臨界流体として使用される場合もある。亜臨界あるいは広義には臨界点近傍の超臨界領域に存在するものは高密度液化ガスとも称する。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る基板処理用チャンバの概略断面図で、高圧処理流体として超臨界流体（以下、ＳＣＦと称す）を用いたものである。図中において、矢印は流体の流れ方向を表している。
【００４１】
図１において、ＳＣＦを用いた基板処理用チャンバ（以下、ＳＣＦチャンバ１００と称する）は、ウェハ保持部１０１によって支持された半導体基板などのウェハ１０２を格納している。典型的には、ウェハ１０２は、図１の断面に対して垂直方向に複数枚（例えば５０枚）が支持されて、所定の間隔をあけてほぼ平行に配列される。当該ウェハ１０２は、ＳＣＦチャンバ１００の上部に開口されたウェハ投入口の蓋１０３を開けて出し入れされる。
【００４２】
また、ＳＣＦチャンバ１００へは複数のラインが接続される。液供給ライン１０４は、ウェット処理用の所定の液体としての薬液および純水（ＤＩＷ）を供給する。これらは、液供給弁１０５を介して、液噴出管１０６からＳＣＦチャンバ１００内に噴出される。
【００４３】
典型的には、当該液噴出管１０６には、所定の間隔で噴出用の開口部が設けられ、支持された複数枚のウェハ１０２に対して下方から均一の量および圧力で薬液や純水を噴出するように、ウェハ１０２の配列方向と平行に、ＳＣＦチャンバ１００の側壁底部付近に設置される。このように設置することによって、ウェハ表面の流れ制御を行うことができ、特に複数基板のバッチ処理を行う際に処理性能の優れたウェット処理を行うことができる。
【００４４】
また、液供給ライン１０４内に残った液は、液排出弁１０７を経て、チャンバ外へ排出（ドレン）される。具体的には、後述するウェット処理の終了後にＳＣＦチャンバ１００から液供給弁１０５の区間で液供給ライン１０４内に残留した液は、ＳＣＦの導入による圧力で押し出し排出される。
【００４５】
ＳＣＦ供給ライン１０８は、ＳＣＦまたは気体の二酸化炭素を供給する。なお、供給される二酸化炭素の状態は液体または亜臨界であってもよい。これらは、ＳＣＦ供給弁１０９を介して、ＳＣＦチャンバ１００の側壁上方に開口されたＳＣＦ供給口１１０からチャンバ内に供給される。また、ＳＣＦ排出ライン１１３は、チャンバ内のＳＣＦまたは気体の二酸化炭素を排出する。これらは、ＳＣＦチャンバ１００の側壁上方に開口されたＳＣＦ排出口１１１からＳＣＦ排出弁１１２を介して、チャンバ外へ排出される。なお、排出された二酸化炭素は、図示されていない循環系を通って再利用されてもよい。
【００４６】
アルコール供給ライン１１４は、エタノールやプロパノール（ＩＰＡ：イソプロピルアルコール）等のアルコールを蒸気（ベーパ）または液体噴霧（スプレー）の形で供給する。アルコール供給弁１１５を介して、ＳＣＦチャンバ１００の側壁に設けられたアルコール供給口１１６からチャンバ内に供給または液体噴霧される。また、当該ライン内に残ったアルコールは、アルコール排出弁１１７を介して、チャンバ外へ排出される。具体的には、後述するウェット処理の終了後にＳＣＦチャンバ１００からアルコール供給弁１１５の区間でアルコール供給ライン１１４に残留したアルコールは、ＳＣＦの導入による圧力で押し出し排出される。
【００４７】
液排出ライン１２０は、液供給ライン１０４から供給されたＳＣＦチャンバ１００内の薬液等を排出する。ＳＣＦチャンバ１００内において、限界液面１２２を超える量の薬液等は、ＳＣＦチャンバ１００の側壁に開口された２つのオーバフロー用排出口１１８からオーバフロー用開閉弁１１９を介して、チャンバ外へ排出される。なお、排出された薬液等は、図示されていない循環系を通って再利用されてもよい。また、チャンバ内の薬液等を全て排出する場合には、排液弁１２１を開けて、チャンバ外へ排出する。
【００４８】
以上のように、薬液等が限界液面１２２まで満たされるに止まるように構成すれば、ＳＣＦ供給口１１０およびＳＣＦ排出口１１１は、限界液面１２２よりも上方に設置されている。したがって、これらの開口部や、ＳＣＦ供給弁１０９およびＳＣＦ排出弁１１２が薬液等に浸かることはない。したがって、液の残留が生じやすい複雑な形状をしているこれらの部分が液置換の効率を低下させることもない。その結果、全体のスループットが向上した。さらに、ＳＣＦが供給された際に、開口部に残液が無く、液跳ねによる処理性能の低下が防止できる。
【００４９】
また、当該限界液面１２２は、ＳＣＦチャンバ１００の側壁に開口されたオーバフロー用排出口１１８の開口位置によって物理的に規定されるので、オーバフロー用開閉弁１１９が開いている限り、液面が限界液面１２２を超えることはない。したがって、何らかの原因で制御できなくなったとしても、安全かつ確実にオーバフローを継続することができる。
【００５０】
なお、上記の構成はそれぞれ本発明の構成と以下のように相当する。すなわち、ＳＣＦチャンバ１００を構成する側壁等の枠体が筐体、オーバフロー用排出口１１８が液体限定手段に相当する。
【００５１】
次に、この構成による第１の実施形態に係る基板処理チャンバで行われる基板の洗浄動作を説明する。図２は、上記ＳＣＦチャンバ１００を用いたウェット処理およびＳＣＦ処理の流れを示したフローチャートである。以下、図２を参照しつつ、基本的な処理の流れについて説明する。
【００５２】
図２のステップＳ１において、ＳＣＦチャンバ１００には液供給ライン１０４から液供給弁１０５を介して供給された純水を予め満たしておく。その後、蓋１０３が開けられて、ウェハ１０２が投入される。投入されたウェハは、ウェハ保持部１０１によって支持される。最後に、蓋１０３が閉められて、その内部が外気から遮断される。なお、液供給弁１０５は、開いたままの状態であってもよい。その場合には、純水が供給され続け、オーバフロー用排出口１１８から排出され続ける。
【００５３】
蓋１０３が閉められると、ステップＳ２において、ＳＣＦ供給弁１０９が開けられ、ＳＣＦチャンバ１００内へＳＣＦ供給ライン１０８から常圧の二酸化炭素ガスの供給が開始される。また、ＳＣＦ排出弁１１２も同時に開けられるので、供給されたガスは、ＳＣＦ排出口１１１からＳＣＦ排出ライン１１３を通って排出される。このようにして、ＳＣＦチャンバ１００内の雰囲気が二酸化炭素ガスでパージされていく。なお、常圧の二酸化炭素ガスの供給は、後述するステップＳ７の処理まで継続される。
【００５４】
ステップＳ３において、ＳＣＦチャンバ１００には、純水に替えて、液供給ライン１０４から薬液が供給され、薬液処理が行われる。当該薬液処理は、必要な時間だけ行われる。なお、薬液処理に先立って、純水を取り除く必要がある場合には、排液弁１２１を開けて、ＳＣＦチャンバ１００内の純水をダンプ（急激に排液）する。
【００５５】
薬液処理が終了すると、次にステップＳ４において、ＳＣＦチャンバ１００には、薬液に替えて、液供給ライン１０４から純水が供給され、純水によるリンス処理が行われる。当該リンス処理は必要な時間だけ行われる。リンス処理が終了すると、液供給弁１０５が閉じられる。なお、ステップＳ３と同様に、リンス液を取り除く場合には、排液弁１２１を開けて、薬液をダンプする。
【００５６】
ステップＳ５において、ウェット処理が必要な回数だけ行われたか判断される。薬液処理を複数回行う必要がある場合には、必要な回数を満たすまで、処理はステップＳ３へ戻り、繰り返し行われる。必要な回数だけ薬液処理およびリンス処理が行われたと判断された場合には、ウェット処理は終了し、処理はステップＳ６へ進む。
【００５７】
ステップＳ６において、まず、ＳＣＦチャンバ１００内の純水をダンプするために、排液弁１２１が開けられる。なお、すでに排水されている場合には当該処理は省略される。排水が終了すると、再び排液弁１２１が閉じられる。次に、アルコール供給弁１１５が開けられて、アルコール供給ライン１１４からアルコールが供給される。アルコール供給口１１６から蒸気で供給または液体が噴霧されたアルコールは、ウェハ１０２の表面に均一に付着する。こうして、ウェハ１０２の表面に付着する水分をアルコールで置換することができる。最後に、必要量のアルコールが供給されると、アルコール供給弁１１５が閉じられる。なお、このようなアルコール置換処理が必要ない場合には、本処理を省略することができる。
【００５８】
以上の処理が終了すると、ステップＳ７において、ＳＣＦ供給ライン１０８から供給される二酸化炭素ガスの昇温および昇圧が開始される。ここで、ＳＣＦ供給弁１０９はもちろん、ＳＣＦ排出弁１１２も、昇圧の妨げにならない程度に、または昇圧を助ける程度に開けられる。
【００５９】
ステップＳ８において、液排出弁１０７およびアルコール排出弁１１７が開けられ、チャンバ内の圧力によって、液供給ライン１０４の液供給弁１０５までの区間やアルコール供給ライン１１４のアルコール供給弁１１５までの区間などに残った成分がチャンバ外へ排出される。完全に排出されると、液排出弁１０７およびアルコール排出弁１１７も閉じられる。
【００６０】
ステップＳ９において、ＳＣＦチャンバ１００内に存在する二酸化炭素が前述した臨界点を超えてＳＣＦ状態となるまで昇温・昇圧されたか否かが判断される。臨界点を超えて所定の温度・圧力に達した場合には、処理はステップＳ１０へ進む。未だ達していない場合には、処理はステップＳ７へ戻り、昇温・昇圧が継続される。なお、ライン中に残った成分がチャンバ外へ完全に排出されると、ステップＳ８の処理は省略される。
【００６１】
ステップＳ１０において、ＳＣＦチャンバ１００内に存在するＳＣＦ状態の二酸化炭素により、ＳＣＦによる高圧処理が行われる。ＳＣＦ処理中は、ＳＣＦ供給弁１０９およびＳＣＦ排出弁１１２以外の弁は閉じられている。
【００６２】
ステップＳ１１において、ＳＣＦ処理に必要な所定の時間が経過したか否かが判断される。所定時間が経過していない場合には、処理はステップＳ１０へ戻って続行される。所定時間が経過すると、処理はステップＳ１２へ進む。
【００６３】
ＳＣＦ処理が完了すると、ステップＳ１２において、ＳＣＦ供給弁１０９が閉められ、ＳＣＦ排出弁１１２が開けられて、ＳＣＦチャンバ１００内に存在するＳＣＦを排出する処理が行われる。そうして、ＳＣＦチャンバ１００の圧力が常圧まで低下すると、排出処理は終了する。
【００６４】
ステップＳ１３において、常圧に戻ったＳＣＦチャンバ１００の蓋１０３を開けて、ＳＣＦチャンバ１００内からウェット処理で洗浄され、およびＳＣＦ処理で乾燥されたウェハ１０２を取り出す。
【００６５】
以上のように、本実施形態に係るＳＣＦチャンバ１００は、オーバフロー用排出口１１８により限界液面１２２が規定され、ＳＣＦ供給口１１０およびＳＣＦ排出口１１１は限界液面１２２よりも上方に設置されている。したがって、これらの開口部や、ＳＣＦ供給弁１０９およびＳＣＦ排出弁１１２が薬液等に浸かることはない。したがって、液の残留が生じやすい複雑な形状をしているこれらの部分が液置換の効率を低下させることもない。その結果、全体のスループットが向上した。
【００６６】
＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る基板処理用チャンバの概略断面図である。図３において、本ＳＣＦチャンバ２００は、図１のＳＣＦチャンバ１００とほぼ同様の構造を有する。したがって、共通の構成部分には共通の番号を付して、説明を省略する。
【００６７】
ただし、本ＳＣＦチャンバ２００は、図１のＳＣＦチャンバ１００とは異なり、側壁に開口された２つのオーバフロー用排出口１１８およびオーバフロー用開閉弁１１９が省略されており、液面を検知するための検知器１２３を備える。具体的には、検知器１２３は、液面に対して垂直に下ろされて、その下端が液中で開口している細管と、その内部に封じられた気体の圧力を計測する液面レベルセンサとで構成され、液面が限界液面１２２の高さに達したことを検知する。
【００６８】
もちろん、検知器１２３は、超音波距離測定器やフロートスイッチなどが用いられる場合など、どのような構成であってもよく、限界液面１２２の高さ付近に設置される必要もない。また、検知器１２３は、後述するように、検知された液面の高さを制御する制御機能を含んでいてもよい。
【００６９】
さらに、本ＳＣＦチャンバ２００において、図１のＳＣＦチャンバ１００とは異なり、液噴出管１０６は、支持された複数枚のウェハ１０２に対して上方から均一の量および圧力で薬液や純水を噴出するように、限界液面１２２付近のＳＣＦチャンバ１００側壁に設置される。もっとも、液噴出管１０６は、ウェハ１０２に対して上方であれば、どの位置に設置されてもよい。ただし、ＳＣＦ供給口１１０およびＳＣＦ排出口１１１に薬液等が付着することのない位置であることが好ましい。
【００７０】
図４は、複数枚のウェハを処理するバッチ処理の場合を示し、液噴出管１０６から各ウェハ１０２へダウンフローで液を噴出する様子を表した斜視模式図である。図中の矢印は薬液等の流れを表している。図４において、液噴出管１０６には、複数のウェハ１０２に対応する１つまたは複数の開口部が設けられている。開口部の形状はスリット状であっても、円孔状であってもよく、その数や大きさ、位置などはどのようなものであってもよい。
【００７１】
液噴出管１０６に薬液等が供給されると、開口部から所定の量および圧力で薬液等が噴出し、下方に設置されたウェハ１０２へ降りかかる。このようなダウンフローによれば、ウェハ表面における処理液の流れを容易かつ効果的に均一化することができる。したがって、以上のような構成は、基板表面の流れ制御が重要である複数基板のウェット処理に適しているといえる。
【００７２】
次に、検知器１２３の動作について、前述した図２を参照しつつ、説明する。
本ＳＣＦチャンバ２００を用いたウェット処理およびＳＣＦ処理の基本的な流れは、図２に示された第１の実施形態における場合と同様である。ただし、図２のステップＳ１において、液供給弁１０５が開いたままの状態である場合には、純水が供給され続けるが、純水が限界液面１２２に達したことを検知器１２３が検知した場合には、排液弁１２１が開かれて、純水の液面が限界液面１２２と同じ高さになるように制御される。当該制御は、制御機能を含む検知器１２３が行ってもよいし、図示されない制御部が行ってもよい。
【００７３】
また、ステップＳ３の薬液処理およびステップＳ４のリンス処理においても同様に、薬液または純水が限界液面１２２に達したことを検知器１２３が検知した場合には、排液弁１２１が開かれたり、液供給弁１０５が閉じられたりして、薬液または純水の液面が限界液面１２２と同じ高さになるように制御される。このようにして、薬液または純水の可動範囲ないし占有空間が限定されることになる。
【００７４】
以上のように、本ＳＣＦチャンバ２００には、検知器１２３が用いられて、薬液または純水が限界液面１２２と同じ高さになるように制御する構成および動作により、任意の高さに容易に制御することができると共に、オーバフロー用排出口１１８およびオーバフロー用開閉弁１１９を省略して、さらに側壁の形状をシンプルにすることができる。したがって、液置換の効率を高めて、全体の処理効率ないしスループットを上げることができる。
【００７５】
＜第３の実施形態＞
図５は、第３の実施形態に係る基板処理用チャンバの概略断面図である。図５において、本ＳＣＦチャンバ３００は、図１のＳＣＦチャンバ１００とほぼ同様の構造を有する。したがって、共通の構成部分には共通の番号を付して、説明を省略する。
【００７６】
ただし、本ＳＣＦチャンバ３００は、図１のＳＣＦチャンバ１００とは異なり、液供給ライン１０４および液供給弁１０５に替えて、ＳＣＦチャンバ３００の底面付近に液供給ライン１２５および液供給弁１２６を備える。図５に示されるように、ＳＣＦチャンバ３００の底面にはダンプ用の開口部が設けられているが、当該開口部と液排出ライン１２０に接続する排液弁１２１との間に、液供給ライン１２５が接続され、液供給弁１２６が設けられる。したがって、液はＳＣＦチャンバ３００の底面から上方に向かって供給される。
【００７７】
次に、本ＳＣＦチャンバ３００は、図１のＳＣＦチャンバ１００と異なり、液噴出管１０６および液排出弁１０７が省略され、新たに整流板１２４を備える。整流板１２４は、上記ダンプ用の開口部上方に被さるように設けられ、下方から供給される液の流れを上方へ向かって整流する。
【００７８】
典型的には、整流板１２４は、複数の開口部が開けられたパンチング板であるが、液を整流してウェハ１０２表面の流れを制御することができるものであれば、フィンや立体的な構造物であってもよく、その形状は限定されない。
【００７９】
なお、本ＳＣＦチャンバ３００を用いたウェット処理およびＳＣＦ処理の流れは、第１の実施形態に係るＳＣＦチャンバ１００の場合とほぼ同様であるので、説明を省略する。
【００８０】
以上のように、本ＳＣＦチャンバ３００は、図１のＳＣＦチャンバ１００から液噴出管１０６および液排出弁１０７を省略して、さらに側壁の形状をシンプルにすることができる。また、図１のＳＣＦチャンバ１００や図３のＳＣＦチャンバ２００とは異なって、本ＳＣＦチャンバ３００では、その底面に設けられるダンプ用の開口部を介して薬液等が出入りする。したがって、開口部周辺の液置換が十分に行われる。以上のような構成によって、本ＳＣＦチャンバ３００は、液置換の効率を高めて、全体の処理効率ないしスループットを上げることができる。
【００８１】
＜第４の実施形態＞
図６は、第４の実施形態に係る基板処理用チャンバの概略断面図である。図６において、本ＳＣＦチャンバ４００は、図１のＳＣＦチャンバ１００と一部分の構造を共通にする。したがって、共通の構成部分には共通の番号を付して、説明を省略する。
【００８２】
ただし、本ＳＣＦチャンバ４００は、図１のＳＣＦチャンバ１００とは異なり、新たにウェット処理用内槽１２７と、オーバフロー用排出路１３０と、ウェハ１０２を昇降するための本発明の基板移動手段としてのエレベータ１２９とを備え、図１のウェハ保持部１０１に替えて、エレベータ１２９に接続されたウェハ保持部１２８を備える。
【００８３】
ウェット処理用内槽１２７は、その内部に薬液または純水が供給される。供給された薬液等の液面が限界液面１２２を越えると、溢れ出した薬液等は、ウェット処理用内槽１２７の側面ないし周囲に隣設されたオーバフロー用排出路１３０を通って、外部へ排出される。したがって、ウェット処理用内槽１２７の内部であって、限界液面１２２を超えない所定の空間内に、薬液等の可動範囲ないし占有空間が限定されることになる。
【００８４】
なお、図６において、液供給ライン１０４、液供給弁１０５、液噴出管１０６、および液排出弁１０７は図示されていないが、第１または第２の実施形態における場合と同様に、本ＳＣＦチャンバ４００にも備えられているものとする。例えば、液噴出管１０６は、複数枚のウェハ１０２に対して均一の量および圧力で薬液や純水を噴出するように、ウェハ１０２の配列方向と平行に、ウェット処理用内槽１２７内部の底部付近または限界液面１２２付近に設置される。
【００８５】
また、第２の実施形態における場合と同様に、オーバフロー用排出路１３０およびオーバフロー用開閉弁１１９が省略されて、検知器１２３が備えられてもよい。さらに、第３の実施形態における場合と同様に、液噴出管１０６および液排出弁１０７が省略され、新たに整流板１２４が備えられてもよい。
【００８６】
ところで、図６において、ＳＣＦ供給口１１０およびＳＣＦ排出口１１１は、ＳＣＦチャンバ４００の側壁上方に開口されている。しかし、これらの開口部は、薬液等に触れない限り、ウェット処理用内槽１２７およびオーバフロー用排出路１３０以外のどの位置に設けられてもよい。したがって、これらの開口部は、液の可動範囲ないし限定空間の外であれば、限界液面１２２より下に設けられてもよい。例えば、これらの開口部は、ＳＣＦチャンバ４００の底面や底面付近の側面に設けられてもよい。以上は、アルコール供給口１１６の開口位置についても同様である。
【００８７】
次に、エレベータ１２９の動作について、前述した図２を参照しつつ、説明する。本ＳＣＦチャンバ４００を用いたウェット処理およびＳＣＦ処理の基本的な流れは、図２に示された第１の実施形態における場合と同様である。
【００８８】
もっとも、図２のステップＳ１において、蓋１０３が開けられて、ウェハ１０２が投入される際、エレベータ１２９は、ウェハ保持部１２８を限界液面１２２より上へ持ち上げておく。典型的には、エレベータ１２９は、ＳＣＦチャンバ４００の外部へ露出するまでウェハ保持部１２８を持ち上げておく。ウェハ保持部１２８がウェハ１０２を支持すると、ウェハ１０２は、純水が満たされたウェット処理用内槽１２７へエレベータ１２９によって静かに下ろされていく。
【００８９】
また、ステップＳ３〜Ｓ６において、薬液または純水をダンプする場合には、排液弁１２１が開けられる前に、ウェハ１０２は、エレベータ１２９によってウェット処理用内槽１２７から限界液面１２２よりも上に静かに引き上げられる。このように、ウェハ１０２は、エレベータ１２９によって所定の速度で薬液または純水から静かに引き出されるので、リンス処理時に純水はウェハ１０２の表面のみの残留付着範囲が限られる。その結果、後工程でアルコール置換を行う際にアルコールの必要量が削減される。
【００９０】
さらに、ステップＳ１３において、常圧に戻ったＳＣＦチャンバ４００内から処理が完了したウェハ１０２を取り出す際に、エレベータ１２９は、ＳＣＦチャンバ４００の外部へ露出するまでウェハ保持部１２８を上へ持ち上げる。そうすれば、ウェハ１０２を取り出して、次の工程のために搬出する作業を容易にすることができる。
【００９１】
以上のように、本ＳＣＦチャンバ４００は、エレベータ１２９を備えることによって、ウェハ１０２の出し入れを容易にすることができるとともに、ウェハ１０２に対するアルコール消費量が低減できる。また、ウェット処理用内槽１２７を備えることによって、第１ないし第３の実施形態における場合よりも、処理に必要な薬液等の量を少なくすることができるので、環境汚染に対する配慮が少なくて済み、廃液処理コストを低く抑えることができる。
【００９２】
＜第５の実施形態＞
図７は、第１ないし第４の実施形態に係るＳＣＦチャンバを複数個備えた基板処理装置のレイアウトを例示した模式図である。図７において、基板処理装置１０００は、ローダ・アンローダ部１７００と、第１ないし第３のＳＣＦチャンバ１３０１〜１３０３より構成される処理部と、基板搬送ユニット１４００とを備える。
【００９３】
ローダ・アンローダ部１７００の符号１１００は、カセット載置部で、処理前にウェハを複数枚収容して搬入されてきたカセットを載置しておくローダ部と、処理を終えたウェハを収容したカセットが載置され、そのカセットの搬出が行われるアンローダ部とを含む。そして、カセットからウェハを処理部へ搬入・搬出する搬送ロボット１２００とでローダ・アンローダ部１７００を構成している。
【００９４】
処理部の第１ないし第３のＳＣＦチャンバ１３０１〜１３０３は、第１ないし第４の実施形態に係るどのようなＳＣＦチャンバであってもよい。また、基板処理装置１０００は、３つのＳＣＦチャンバを含むように構成したが、その数はいくつであってもよい。
【００９５】
基板搬送ユニット１４００は、第１ないし第３のＳＣＦチャンバ１３０１〜１３０３と搬送ロボット１２００との間で、処理部内を移動することで基板の搬送を行うロボットで構成される。搬送ロボット１２００は、基板搬送ユニット１４００とカセット載置部１１００との間で基板移動を行うロボットである。
【００９６】
搬送ロボット１２００は、ローダ部に装置外部から基板が到着したときには、それを受け取って、受け渡し位置１５００で待つ基板搬送ユニット１４００に当該基板を渡す。また、基板搬送ユニット１４００が処理を終えた基板を運んできたときには、搬送ロボット１２００は、受け渡し位置１５００で当該基板を受け取って、所定のアンローダ部へ載置する。
【００９７】
以上のように、本基板処理装置によれば、複数のＳＣＦチャンバを用いて基板を効率よく処理することができるので、全体の処理効率ないしスループットを上げることができる。
【００９８】
なお、本発明は、上述した実施例および変形例に限定されるものではなく、以下のように他の形態でも実施することができる。
【００９９】
（１）上記実施形態において、ウェハ１０２は複数枚で説明しているが、一枚であってもよく、さらには基板以外の被洗浄物であってもよい。
【０１００】
（２）上記実施形態では、高圧処理流体として二酸化炭素を用いた場合を説明するが、その他、亜酸化窒素、アルコール、エタノール、水等の超臨界流体の状態へ変化できる物質であってもよい。
【０１０１】
（３）上記実施形態では、ＳＣＦ処理は基板の乾燥処理を行っているが、ＳＣＦによる高圧処理として洗浄処理、または洗浄処理と乾燥処理を行うものであってもよい。さらに、ＳＣＦで現像処理を行った後に、ウェット処理を行うものであってもよい。
【０１０２】
（４）また、供給される高圧処理流体は、高圧流体と所定の薬剤との混合物を使用してもよい。すなわち、ＳＣＦチャンバ１００内へ供給されるＳＣＦには、必要に応じて助剤や相溶化剤が混合されてもよい。この、薬剤の種類や数は、対象基板や洗浄目的等に基づいて自由に設定することができる。
【０１０３】
ここで助剤と相溶化剤について説明する。
前述のような超臨界流体洗浄法においては、所望の洗浄効果を得るために、被洗浄物および洗浄対象である汚れに応じた薬剤等（以下、助剤と称する）をＳＣＦに混合して用いる。例えば、二酸化炭素流体はヘキサン程度の溶解力を有しているため、基板表面の水分や油脂分等の除去は容易に行えるが、レジストやエッチングポリマー等の高分子汚染物質に対する溶解力は不十分であって、二酸化炭素単独でこれらの汚染物質を剥離・除去することは難しい。このため、二酸化炭素にさらに薬剤を添加して、高分子汚染物質を剥離・除去する。
【０１０４】
この添加する薬剤を助剤と称するが、助剤としては、洗浄成分に塩基性化合物を用いることが好ましい。レジストを多用される高分子物質を加水分解する作用があり、洗浄効果が高いためである。塩基性化合物の具体例としては、第四級アンモニア水酸化物、第四級アンモニアフッ化物、アルキルアミン、アルカノールアミン、ヒドロキシルアミン（ＮＨ₂ ＯＨ）およびフッ化アンモニウム（ＮＨ₂ Ｆ）よりなる群から選択される１種以上の化合物が挙げられる。また、エッチング処理に使用する場合、ＳＣＦにアミン、フッ化アンモン等のレジスト剥離液を助剤として混合させている。
【０１０５】
そして、乾燥や現像の場合は、乾燥または現像すべきレジストの性質に応じて、キシレン、メチルイソブチルケトン、第４級アンモニウム化合物、フッ素系ポリマー等を薬剤とすればよい。
【０１０６】
上記塩基性化合物等の洗浄成分が高圧流体に非相溶である場合には、この洗浄成分を二酸化炭素に溶解もしくは均一分散させる助剤となり得る相溶化剤を薬液として用いることが好ましい。相溶化剤としては、洗浄成分を高圧流体と相溶化させることができれば特に限定されないが、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類や、ジメチルスルホキシド等のアルキルスルホキシドが好ましいものとして挙げられる。
【０１０７】
その他、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態に係る高圧処理流体を用いた基板処理用チャンバの概略断面図である。
【図２】ＳＣＦチャンバ１００を用いたウェット処理およびＳＣＦ処理の流れを示したフローチャートである。
【図３】第２の実施形態に係る高圧処理流体を用いた基板処理用チャンバの概略断面図である。
【図４】液噴出管１０６から各ウェハ１０２へダウンフローで液を噴出する様子を表した斜視模式図である。
【図５】第３の実施形態に係る高圧処理流体を用いた基板処理用チャンバの概略断面図である。
【図６】第４の実施形態に係る高圧処理流体を用いた基板処理用チャンバの概略断面図である。
【図７】第１ないし第４の実施形態に係るＳＣＦチャンバを複数個備えた基板処理装置のレイアウトを例示した模式図である。
【図８】超臨界流体として用いられる二酸化炭素の相平衡図を示したグラフである。
【図９】ウェット処理および超臨界流体処理を１つのチャンバのみで行う従来例に係る基板処理チャンバの概略断面図である。
【符号の説明】
１００ ＳＣＦチャンバ
１０１ ウェハ保持部
１０２ ウェハ
１０３ 蓋
１０４ 液供給ライン
１０５ 液供給弁
１０６ 液噴出管
１０７ 液排出弁
１０８ ＳＣＦ供給ライン
１０９ ＳＣＦ供給弁
１１０ ＳＣＦ供給口
１１１ ＳＣＦ排出口
１１２ ＳＣＦ排出弁
１１３ ＳＣＦ排出ライン
１１４ アルコール供給ライン
１１５ アルコール供給弁
１１６ アルコール供給口
１１７ アルコール排出弁
１１８ オーバフロー用排出口
１１９ オーバフロー用開閉弁
１２０ 液排出ライン
１２１ 排液弁
１２２ 限界液面
１２３ 検知器
１２４ 整流板
１２５ 液供給ライン
１２６ 液供給弁
１２７ ウェット処理用内槽
１２８ ウェハ保持部
１２９ エレベータ
１３０ オーバフロー用排出路
２００〜４００ ＳＣＦチャンバ
１０００ 基板処理装置
１１００ カセット載置部
１２００ 搬送ロボット
１３０１ 第１のＳＣＦチャンバ
１３０２ 第２のＳＣＦチャンバ
１３０３ 第３のＳＣＦチャンバ
１４００ 基板搬送ユニット
１５００ 受け渡し位置
１７００ ローダ・アンローダ部

Claims (8)

1. 基板に対して所定の液体によるウェット処理と、所定の処理流体による高圧処理を行う基板処理チャンバであって、
   基板を内部で支持する基板保持手段を有する筐体と、
   前記液体を前記筐体内へ供給する液供給手段と、
   前記液体を前記筐体外へ排出する液排出手段と、
   前記筐体の所定位置に開口された処理流体供給口を介して、前記高圧処理の際に高圧の前記処理流体を前記筐体内へ供給する処理流体供給手段と、
   前記筐体の所定位置に開口された処理流体排出口を介して、前記高圧処理の際に高圧の前記処理流体を前記筐体外へ排出する処理流体排出手段と、
   前記筐体内において前記液体が占有する空間を所定の範囲内に限定する液体限定手段とを備え、
   前記処理流体供給口および前記処理流体排出口は、限定された前記範囲外の所定位置に開口され、
   前記ウェット処理の間、前記処理流体供給手段が前記処理流体供給口を介して常圧の前記処理流体を前記筐体内へ供給し、前記処理流体排出手段が前記処理流体排出口を介して前記筐体内の気体を排出することによって、前記常圧の処理流体が前記筐体内にパージされることを特徴とする、基板処理チャンバ。
2. 前記液体限定手段は、所定の限界液面高を超えて溢れた前記液体を前記筐体外へ排出するオーバフロー手段を含む、請求項１に記載の基板処理チャンバ。
3. 前記液体限定手段は、前記液体の液面を検知して所定の限界液面高を超えないように、前記液供給手段が供給する液体量および前記液排出手段が排出する液体量の一方または双方を制御する液面検知制御手段を含む、請求項１に記載の基板処理チャンバ。
4. 前記液供給手段は、前記基板の上方に設置されて、前記基板に対してダウンフローで液を供給するダウンフロー手段を含む、請求項１または請求項３に記載の基板処理チャンバ。
5. 前記液体供給手段は、前記筐体内に設けられて、前記液体をその内部に収容するウェット処理用内槽を含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載の基板処理チャンバ。
6. 前記限定された前記範囲外の所定位置から限定された前記範囲内の所定位置までの間で、前記基板保持手段を移動させる基板移動手段をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれかに記載の基板処理チャンバ。
7. 前記筐体に開口されたアルコール供給口を介して、前記筐体内へアルコールを供給するアルコール供給手段をさらに備え、
   前記アルコール供給口は、限定された前記範囲外の所定位置に開口されることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の基板処理チャンバ。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の基板処理チャンバと、
   前記基板処理チャンバにおける処理前および処理済みの複数の基板を載置し、搬入出が行われるローダ・アンローダ部と、
   前記ローダ・アンローダ部から処理前の前記基板を前記基板処理チャンバへ搬送し、処理済みの前記基板を前記基板処理チャンバから前記ローダ・アンローダ部へ搬送する基板搬送部とを備える、基板処理装置。

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