JP4649322B2 - 超臨界流体洗浄装置 - Google Patents

Description

本願発明は、超臨界流体洗浄装置に関するものである。

最近のＩＣチップ製造工程等の半導体製造分野では、回路パターンの極微細化が進み、極微量の金属、有機物等の不純物による汚染の影響が問題視されている。そして、その解決手段として、超臨界流体を用いた洗浄技術が実用化されようとしている。

このような超臨界流体洗浄装置は、所定の洗浄処理チャンバーを備え、該洗浄処理チャンバーの洗浄処理室内に液体溶媒等のリンス液を入れた後に半導体ウェハー等の微細構造物を搬入セットし、液化状態で二酸化炭素を収納した二酸化炭素ボンベ等洗浄流体ボンベから、加圧ポンプ等の加圧手段を介して同洗浄流体を供給し、その温度および圧力を各々所定の値に調整することによって超臨界状態を実現する。

そして、同超臨界状態において上記微細構造物に付着している液体溶媒等のリンス液を洗浄流体で置換することを複数回繰り返すことにより、液体溶媒等のリンス液を除去し、その後、同洗浄流体を外部に排出して確実に乾燥させる（特許文献１参照）。

このような構成によれば、従来からのＲＣＡ洗浄、各種の高周波や超音波による洗浄、その他の洗浄方法、またスピンドライヤーやレーザー照射、加熱他による乾燥方法のような微細構造を破壊させる問題を解決することができる。

特開２００３−１７３９９７号公報（明細書第１〜５頁、図１〜３）

ところが、以上のような超臨界流体洗浄装置では、処理する条件ごとに、前もって洗浄処理時間を検討し、洗浄処理チャンバー内のリンス液が超臨界状態の洗浄流体に置換されて、そのすべてが排出されたかどうかを確認する試験を行う必要があり、作業効率が悪かった。

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、洗浄処理チャンバー内のリンス液を超臨界状態の洗浄流体に置換する際の置換の完了を確認することができる置換確認手段を設けることによって、上記従来の問題を解決した超臨界流体洗浄装置を提供することを目的とするものである。

本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

この発明の課題解決手段は、洗浄処理チャンバーと、該洗浄処理チャンバー内に洗浄流体を供給する洗浄流体供給手段と、上記洗浄処理チャンバー内の不要物を排出する流体排出手段とを備え、上記洗浄処理チャンバー内に所定のリンス液を入れた後に同洗浄処理チャンバー内を超臨界状態に維持することによって、当該洗浄処理チャンバー内の被洗浄物の洗浄処理を行うようにしてなる超臨界流体洗浄装置であって、上記洗浄処理チャンバー内のリンス液を超臨界状態の洗浄流体に置換する際の置換の完了を確認する置換確認手段を有し、該置換確認手段が、上記洗浄処理チャンバー下流の洗浄流体排出流路内に設けられていて、排出される洗浄流体の温度を検出する温度センサーよりなることを特徴としている。

このように、洗浄処理チャンバー内のリンス液を超臨界状態の洗浄流体に置換する際に、同置換の完了を確認することができる置換確認手段を設けると、水、アルコール類等洗浄時に使用されるリンス液が超臨界状態の洗浄流体に置換されたことを容易に検知できるようになる。

その結果、処理する条件が異なっても、従来のような事前の条件検討無しで自動的に処理することが可能となり、作業効率が向上する。

したがって、装置の自動化も容易になる。

しかも、この発明の場合には、上記置換確認手段が、上記洗浄処理チャンバー下流の洗浄流体排出流路内に設けられていて、排出される洗浄流体の温度を検出する温度センサーよりなっている。

このように、洗浄処理チャンバー下流の洗浄流体等排出流路内に、排出される洗浄流体の温度を検出する温度センサーを設け、同温度センサーにより検出された洗浄流体の温度の変化により、洗浄処理チャンバー内のリンス液を超臨界状態の洗浄流体に置換する際の置換の完了を確認するようにすると、例えば同温度センサーの検出温度が一定の値になったことを基準として、水、アルコール類等洗浄時に使用されるリンス液が超臨界状態の洗浄流体に置換されたことを容易に検知できるようになる。

その結果、より作業効率が向上し、より装置の自動化も容易になる。

以上の結果、本願発明によると、従来のように、処理する条件ごとに前もって洗浄処理時間を検討し、洗浄処理チャンバー内のリンス液が超臨界状態の洗浄流体に置換されて、そのすべてが排出されたかどうかを確認する試験を行うことなく、排出される洗浄流体の温度を測定することで、洗浄処理チャンバー内のリンス液が超臨界状態の洗浄流体に置換され、すべて排出されたかどうかを簡単に確認することができる。

その結果、処理する条件が異なっても、事前の条件検討無しで自動処理することが可能となり、装置の自動化が容易になる。

図１は、例えば洗浄流体として二酸化炭素（ＣＯ2）を採用し、水、アルコール等所定のリンス液と併用して洗浄（及び乾燥）を行うようにした本願発明の実施の形態に係る超臨界流体洗浄装置の構成を示している。

（装置の特徴）
この実施の形態の超臨界流体洗浄装置は、所定の洗浄処理チャンバー内で、洗浄流体である二酸化炭素（ＣＯ2）が全く液相状態を経ることなく、気体→超臨界流体→気体の相変化を伴ってシリコンウエハー等所定の被洗浄物（マイクロマシン等）の洗浄（及び乾燥）を行うことができるようになっている。そして、例えば洗浄処理チャンバーの開閉から、加減圧、洗浄処理チャンバー内へのリンス液（液体溶媒）の充填までを、人手を介することなく自動運転を可能とし、超臨界二酸化炭素流体による洗浄（及び乾燥）システムの量産工程への導入を可能とすることで、従来の洗浄（及び乾燥）方法ではスティッキングを起こすために不可能であった構造やパターン設計の自由度を向上させ得るようにしたことを特徴としている。

（装置の構成）
先ず同装置のシステム構成を示す図１中、符号５は洗浄処理チャンバーであり、該洗浄処理チャンバー５は、例えば上部が開口した有底筒状の耐圧性のある加熱保温用の第２の電気ヒータＨ2を備えたチャンバー本体５ａと、該チャンバー本体５ａの上部をカバーする当該チャンバー本体５ａの開口部の形状に対応した形状の蓋体５ｂとからなり、これらチャンバー本体５ａと蓋体５ｂとが嵌合一体化されるようになっている。

そして、該洗浄処理チャンバー５の洗浄処理室５ｃ内に、例えば水、アルコール等のリンス液（洗浄剤、溶媒等）を入れ、さらにマイクロレベル又はナノレベルの微細構造物を設置したシリコンウエハー等の被洗浄物（マイクロマシン等）が納入されると、図示のように蓋体５ｂが閉められ、その後、所定の挟着部材により挟着固定されて高精度にシールされるようになっている。

一方、符号１は洗浄流体としての液化された二酸化炭素（ＣＯ2）を所望の量保存している二酸化炭素ボンベ、２は同二酸化炭素ボンベ１から供給される二酸化炭素ガス（ＣＯ2ガス）を液化する第１の熱交換器２ａおよび冷却水循環装置２ｂを備えた第１の熱交換ユニット、３は同第１の熱交換ユニット２部分において上記第１の熱交換器２ａによって液化された二酸化炭素（ＣＯ2）を所定の圧力に加圧した上で洗浄処理チャンバー５に圧送する加圧ポンプ、４は同加圧ポンプ３によって加圧された二酸化炭素（ＣＯ2）の温度を液相状態から超臨界状態となるに十分な所定の臨界温度（３１℃以上）に加熱調節する第１の電気ヒータＨ1および同第１の電気ヒータＨ1によって加熱される第２の熱交換器４ａを備えた第２の熱交換ユニットである。

上記第１の熱交換器２ａ、加圧ポンプ３、第２の熱交換器４ａは、それぞれ上記二酸化炭素ボンベ１から、上記洗浄処理チャンバー５の洗浄処理室５ｃ内への洗浄流体供給配管Ｌ1上に設けられている。そして、それらにより洗浄流体供給手段が形成されている。

また、上記のように洗浄処理チャンバー５の洗浄処理室５ｃ内には、上記二酸化炭素（ＣＯ2）との親和性が高い、リンス液（洗浄剤、液体溶媒等）が入れられるが、同リンス液（洗浄剤、液体溶媒等）は例えば図示しないリンス液タンクから同リンス液の供給状態を開閉制御する電磁開閉バルブを介して所定量供給され、上記被洗浄物を浸漬できる状態に保持するようになっいてる。

さらに、符号Ｌ2は上記洗浄処理チャンバー５の洗浄処理室５ｃ内での洗浄（及び乾燥）終了後に取り出された気液混合状態のリンス液を二酸化炭素とともに排出する洗浄流体等排出管、Ｐ1は上記洗浄処理チャンバー５の洗浄処理室５ｃから排出される洗浄流体等排出流体の圧力（７．３ＭＰａ以上）を検出する圧力センサ、７は同排出流体の流量を可変することによって上記洗浄処理室５ｃ内の圧力を適切な値に調整する自動圧力調節バルブ、６は上記自動圧力調節バルブ７の凍結防止のために上記洗浄処理チャンバー５から供給される洗浄流体等の排出流体を所定の温度に加熱する第３のヒータＨ3および同第３のヒータＨ3によって加熱される第３の熱交換ユニットである。

上記自動圧力調節バルブ７、第３の熱交換器６ａ、圧力センサＰ1は、上記洗浄流体等排出管Ｌ2上に、それぞれ設けられている。そして、それらにより流体排出手段が形成されている。

上記圧力センサＰ1の圧力検出値は、所定の制御器に入力され、制御器は、その入力値に基いて上記自動圧力調節バルブ７の開度を調節することにより、上記洗浄処理チャンバー５の洗浄処理室５ｃ内の圧力を所望の圧力（７．３ＭＰａ以上）に自動的に調節する。

また、上記加熱又は加温手段としての第１，第２，第３の電気ヒータＨ1，Ｈ2，Ｈ3を備えた第２の熱交換ユニット４、洗浄処理チャンバー５、第３の熱交換ユニット６には、それぞれ温度制御対象部の温度を検出し、必要な目標温度となるように各電気ヒータＨ1，Ｈ2，Ｈ3の出力をフィードバック制御する第１，第２，第３の温度センサーＴ1，Ｔ2，Ｔ3が設けられている。

以上の構成において、被洗浄物は、例えば次のようにして洗浄（及び乾燥）処理される。

二酸化炭素ボンベ１から供給される二酸化炭素ガスは、第１の熱交換２ａによって液化された後に加圧ポンプ３に供給され、同加圧ポンプ３により加圧されて下流側に圧送される。加圧ポンプ３から自動圧力調節バルブ７までの流路内の圧力は上記圧力センサＰ1からの圧力検出信号により開閉制御される自動圧力調節バルブ７により臨界圧力（約７．３ＭＰａ）以上の適正な圧力に保たれる。

加圧ポンプ３によって下流側に圧送された液化二酸化炭素は、第２の熱交換ユニット４の第２の熱交換器４ａにて臨界温度（約３１℃）以上に加温され、超臨界流体形成に必要な臨界温度以上に温度制御される。そして、そのようにして形成された超臨界流体としての二酸化炭素が、リンス液（洗浄剤や溶媒）を入れた上記洗浄処理チャンバー５内の洗浄処理室５ｃに導入され、同洗浄処理チャンバー５の洗浄処理室５ｃ内にセットされた被洗浄物の洗浄に使われる。

洗浄に使われた超臨界状態の二酸化炭素は、自動圧力調節バルブ７の凍結防止のため、第３の熱交換ユニット６の第３の熱交換器６ａにより所定の温度に加熱された後、自動圧力調節バルブ７を介して外部に放出される。

以上のように、被洗浄物の洗浄は、リンス液（洗浄剤や溶媒）を入れた洗浄処理チャンバー５の洗浄処理室５ｃ内にサンプルをセットして処理を開始し、洗浄処理室５ｃ内のリンス液が超臨界状態の洗浄流体に置換され、そのすべてが排出されれば、洗浄処理室５ａ内の温度を臨界温度（約３１℃）以上に保つように制御しながら、自動圧力調節バルブ７によって流路内の圧力を大気圧まで減圧して処理を終了する。

そして、同構成では、図示のように、上記洗浄処理チャンバー５の洗浄処理室５ｃ内のリンス液を超臨界状態の洗浄流体に置換する際の置換の完了を確認する置換確認手段として、上記洗浄処理チャンバー５下流の洗浄流体等排出管Ｌ2部分に、排出される洗浄流体等の温度を検出する第４の温度センサーＴ4が設けられている。

このように、洗浄処理チャンバー５下流の洗浄流体等排出管Ｌ2部分に排出される洗浄流体等の温度を検出する第４の温度センサーＴ4が設けられていると、例えば図２に示すような洗浄流体等排出流体の温度Ｔｎが一定の状態に変化したことにより洗浄処理チャンバー５ー内のリンス液を超臨界状態の洗浄流体に置換する際の置換の完了を確認することができる。

すなわち、第４の温度センサーＴ4の検出温度が一定の値になったことを基準として、例えば水、アルコール類等の洗浄時に使用されるリンス液が超臨界状態の洗浄流体に置換されたことを容易に検知できるようになる。

つまり、図２の温度特性から理解されるように、上述の自動圧力調節バルブ７より排出される洗浄流体等の排出流体は、高圧状態（１４ＭＰａ）から大気圧（０ＭＰａ）に一気に減圧されるため、断熱膨張による断熱冷却によって温度が急激に下がる。

しかし、超臨界二酸化炭素流体による洗浄処理チャンバー５内の洗浄剤や溶媒の置換開始時は、同排出流体中にリンス液（洗浄剤や溶媒）が多量に含まれており、排出前に第３の熱交換器６ａで加熱されている熱量により、一時的に温度が上昇する。

そして、洗浄処理チャンバー５内のリンス液（洗浄剤や溶媒）が超臨界状態の洗浄流体への置換が進むにつれて排出流体中のリンス液（洗浄剤や溶媒）の濃度が減少していき、これに伴い排出流体の温度も降下していく。

さらに置換が進み、洗浄処理チャンバー５内のリンス液（洗浄剤や溶媒）がすべて排出されると、排出流体中にもリンス液（洗浄剤や溶媒）が含まれなくなるため、排出流体温度の降下も止まり、一定温度になる。

したがって、この排出流体温度が一定温度になることを検知することにより、超臨界洗浄および乾燥処理の完了を確認することができる。

その結果、処理する条件が異なっても、従来のような事前の条件の検討無しで自動的に処理することが可能となり、作業効率が向上する。

したがって、装置の自動化も容易になる。

（参考例）
次に図３および図４は、同じく洗浄流体として二酸化炭素（ＣＯ2）を採用し、水、アルコール等所定のリンス液と併用して洗浄（及び乾燥）を行うようにした本願発明の参考例に係る超臨界流体洗浄装置の構成を示している。

（装置の特徴）
この参考例の超臨界流体洗浄装置は、上記実施の形態と同様の超臨界流体洗浄装置の構成において、例えば図３に示すように、洗浄処理チャンバー５の洗浄処理室５ｃ内のリンス液を超臨界状態の洗浄流体に置換する際の置換の完了を確認する置換確認手段として、洗浄処理チャンバー５下流の洗浄流体等排出管Ｌ2部分に、排出される洗浄流体中のリンス液（ガス）濃度を検出するガスセンサーＧｓが設けられている。

このように、洗浄処理チャンバー５下流の洗浄流体等排出管Ｌ2に、排出される洗浄流体中のリンス液（ガス）濃度を検出するガスセンサーＧｓが設けられていると、例えば図４に示すような洗浄流体中のリンス液（ガス）濃度Ｇｎの変化により、洗浄処理チャンバー５ー内のリンス液を超臨界状態の洗浄流体に置換する際の置換の完了を確認することができる。

すなわち、ガスセンサーＧｓのリンス液（ガス）検出濃度が一定の値になったことを基準として、例えば水、アルコール類等洗浄時に使用されるリンス液が超臨界状態の洗浄流体に置換されたことを容易に検知できるようになる。

つまり、図４のガス濃度特性から理解されるように、上述の自動圧力調節バルブ７より排出される洗浄流体中のリンス液（ガス）は、超臨界二酸化炭素による洗浄処理チャンバー５内の洗浄剤や溶媒の置換開始時は、排出ガス中にリンス液（洗浄剤や溶媒）が多量に含まれているため、一時的にリンス液（ガス）濃度Ｇｎが上昇する。

そして、洗浄処理チャンバー５内のリンス液（洗浄剤や溶媒）が超臨界状態の洗浄流体への置換が進むにつれて排出流体中のリンス液（洗浄剤や溶媒）の濃度が減少していき、これに伴い排出流体のリンス液（ガス）濃度Ｇｎも降下していく。

さらに置換が進み、洗浄処理チャンバー５内のリンス液（洗浄剤や溶媒）がすべて排出されると、排出流体中にリンス液（洗浄剤や溶媒）が含まれなくなるため、同排出流体中のリンス液（ガス）濃度Ｇｎの降下も止まり、一定濃度になる。

したがって、この溶剤ガス濃度Ｇｎが０％（一定）になることを検知することにより、超臨界洗浄（及び乾燥）処理の完了を確認することができる。

その結果、処理する条件が異なっても、従来のような事前の条件検討無しで自動的に処理することが可能となり、作業効率が向上する。したがって、装置の自動化も容易になる。

本願発明の実施の形態に係る超臨界流体洗浄装置の構成を示す図である。 同装置の温度センサーの温度検出特性を示すグラフである。 本願発明の参考例に係る超臨界流体洗浄装置の構成を示す図である。 同装置のガスセンサーのガス濃度検出特性を示すグラフである。

１は二酸化炭素ボンベ、２は第１の熱交換ユニット、２ａは第１の熱交換器、２ｂは冷却水循環装置、３は加圧ポンプ、４は第２の熱交換ユニット、４ａは第２の熱交換器、５は洗浄処理チャンバー、５ａはチャンバー本体、５ｂは蓋体、６は第３の熱交換ユニット、６ａは第３の熱交換器、７は自動圧力調整バルブ、Ｔ1は第１の温度センサー、Ｔ2は第２の温度センサー、Ｔ3は第３の温度センサー、Ｔ4は第４の温度センサー、Ｈ1は第１のヒータ、Ｈ2は第２のヒータ、Ｈ3は第３のヒータである。

Claims (1)

1. 洗浄処理チャンバーと、該洗浄処理チャンバー内に洗浄流体を供給する洗浄流体供給手段と、上記洗浄処理チャンバー内の不要物を排出する流体排出手段とを備え、上記洗浄処理チャンバー内に所定のリンス液を入れた後に同洗浄処理チャンバー内を超臨界状態に維持することによって、当該洗浄処理チャンバー内の被洗浄物の洗浄処理を行うようにしてなる超臨界流体洗浄装置であって、上記洗浄処理チャンバー内のリンス液を超臨界状態の洗浄流体に置換する際の置換の完了を確認する置換確認手段を有し、該置換確認手段が、上記洗浄処理チャンバー下流の洗浄流体排出流路内に設けられていて、排出される洗浄流体の温度を検出する温度センサーよりなることを特徴とする超臨界流体洗浄装置。

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