JP5678858B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、洗浄などの処理が行われた被処理基板を、高温高圧流体を利用して乾燥する技術に関する。
被処理基板である例えば半導体ウエハ（以下、ウエハという）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工程などにおいては、薬液などの洗浄液によりウエハ表面の微小なごみや自然酸化膜を除去するなど、液体を利用してウエハ表面を処理する液処理工程が設けられている。
例えばウエハの洗浄を行う枚葉式のスピン洗浄装置は、ノズルを用いてウエハの表面に例えばアルカリ性や酸性の薬液を供給しながらウエハを回転させることによってウエハ表面のごみや自然酸化物などを除去する。この場合にはウエハ表面は、例えば純水などを利用したリンス洗浄により残った薬液が除去された後、ウエハを回転させて残った液体を振り飛ばす振切乾燥などによって乾燥される。
ところが半導体装置の高集積化に伴い、こうした液体などを除去する処理において、いわゆるパターン倒れの問題が大きくなってきている。パターン倒れは、例えばウエハ表面に残った液体を乾燥させる際に、パターンを形成する凹凸の例えば凸部の左右に残っている液体が不均一に乾燥することにより、この凸部を左右に引っ張る表面張力のバランスが崩れて液体の多く残っている方向に凸部が倒れる現象である。
こうしたパターン倒れの発生を抑えつつウエハ表面に残った液体を除去する手法として高温高圧流体の一種である超臨界状態の流体（超臨界流体）を用いた乾燥方法が知られている。超臨界流体は、液体と比べて粘度が小さく、また液体を溶解する能力も高いことに加え、超臨界流体と平衡状態にある液体や気体との間で界面が存在しない。そこで、液体の付着した状態のウエハを超臨界流体と置換し、しかる後、超臨界流体を気体に状態変化させると、表面張力の影響を受けることなく液体を乾燥させることができる。
出願人は、液体状態の原料（以下、液体原料という）を加熱して超臨界流体を生成し、ウエハが載置されている雰囲気に供給してウエハ表面の液体を乾燥させる動作をウエハの処理毎に繰り返す枚葉式のウエハ処理装置の開発を行っている。このとき、必要量の超臨界流体をウエハ処理の度に生成することができれば、大量の超臨界流体を予め準備し、貯留しておく必要がなく、ウエハ処理装置の小型化等に寄与する。
ウエハ処理の毎に必要量の超臨界流体を準備する手法としては、例えば金属製の容器に液体原料を移送してから密閉し、当該容器の本体を加熱することにより間接的に内部の液体原料を加熱して昇温昇圧する手法などが考えられる。しかしながら、内部が高温高圧雰囲気となる容器は十分な耐圧性を備える必要があり、熱容量も大きく温度制御を行う際の応答性が悪い。
また、一旦、超臨界温度以上にまで加熱された容器に、次の処理用の液体原料を移送すると、容器の本体と接触した液体原料が蒸発を開始して内部の圧力が上昇してしまう。このため、液体原料の移送に高圧ポンプが必要となるか、容器本体を冷却する冷却機構が必要となってしまい、設備コストの上昇や超臨界流体の準備の長時間化につながるおそれもある。
ここで特許文献１には、洗浄部にて洗浄された基板を乾燥処理室内に搬送し、次いで当該乾燥処理室内の圧力が乾燥処理用の処理流体（本例では二酸化炭素）の臨界圧以上となるように予め昇圧してから、当該乾燥処理室内に超臨界流体を供給することにより被処理基板の乾燥を行う技術が記載されている。しかしながら、特許文献１には液体原料から超臨界流体を準備する技術についての言及はなく、上述の課題を解決する手法は開示されていない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温高圧流体の準備を行う容器の急激な圧力変動を抑え、簡素な手法で液体原料の移送を行うことが可能な基板処理装置を提供することにある。
本発明に係る基板処理装置は、高温高圧流体により基板の乾燥を行うための処理容器と、
液体状態の原料を収容する原料収容部と、
この原料収容部から受け入れた原料を高温高圧流体状態にして前記処理容器に供給するための供給部と、を備え、
この供給部は、
開閉弁が設けられた高温高圧流体供給路を介して前記処理容器に接続されると共に、開閉弁が設けられた原料供給路を介して前記原料収容部に接続された密閉自在な外部容器と、
この外部容器を加熱するための加熱機構と、
前記外部容器の内部雰囲気と連通した状態でこの外部容器内に設けられ、前記原料収容部から原料を受け入れるための内部容器と、
前記原料収容部から受け入れた原料を、前記加熱機構により加熱される外部容器の被加熱部に向けて落下させるために前記内部容器に設けられた開孔部と、を備え、
前記原料収容部は、前記原料供給路を介して、内部の原料を前記内部容器に向けて流下させるために、前記供給部よりも高い位置に設けられ、当該原料収容部と前記外部容器との間には、前記原料を流下させる際に当該原料収容部内の雰囲気と外部容器内の雰囲気とを連通させるための、開閉弁を備えた連通路が設けられていることと、
前記内部容器に原料を受け入れた後、当該原料を前記被加熱部に接触させ、密閉された外部容器雰囲気内で加熱して得られた高温高圧流体を前記処理容器へ供給することと、を特徴とする。
また、他の発明に係る基板処理装置は、高温高圧流体により基板の乾燥を行うための処理容器と、
液体状態の原料を収容する原料収容部と、
この原料収容部から受け入れた原料を高温高圧流体状態にして前記処理容器に供給するための供給部と、を備え、
この供給部は、
開閉弁が設けられた高温高圧流体供給路を介して前記処理容器に接続されると共に、開閉弁が設けられた原料供給路を介して前記原料収容部に接続された密閉自在な外部容器と、
この外部容器を加熱するための加熱機構と、
前記外部容器の内部雰囲気と連通した状態でこの外部容器内に設けられ、前記原料収容部から原料を受け入れるための内部容器と、
前記原料収容部から受け入れた原料を、前記加熱機構により加熱される外部容器の被加熱部に向けて落下させるために前記内部容器に設けられた開孔部と、を備え、
前記内部容器に原料を受け入れた後、当該原料を前記被加熱部に接触させ、密閉された外部容器雰囲気内で加熱して得られた高温高圧流体を前記処理容器へ供給することと、
前記外部容器は、前記外部容器内の圧力が予め設定された設定圧力を超えると、当該設定圧力となるまで内部の高温高圧流体の一部を抜き出すためのリリーフ弁を備えた排出路に接続され、前記供給部は、前記設定圧力を超える量の原料を前記原料収容部から受け入れ、前記リリーフ弁が作動してから前記処理容器に高温高圧流体を供給することと、を特徴とする。
液体状態の原料を収容する原料収容部と、
この原料収容部から受け入れた原料を高温高圧流体状態にして前記処理容器に供給するための供給部と、を備え、
この供給部は、
開閉弁が設けられた高温高圧流体供給路を介して前記処理容器に接続されると共に、開閉弁が設けられた原料供給路を介して前記原料収容部に接続された密閉自在な外部容器と、
この外部容器を加熱するための加熱機構と、
前記外部容器の内部雰囲気と連通した状態でこの外部容器内に設けられ、前記原料収容部から原料を受け入れるための内部容器と、
前記原料収容部から受け入れた原料を、前記加熱機構により加熱される外部容器の被加熱部に向けて落下させるために前記内部容器に設けられた開孔部と、を備え、
前記原料収容部は、前記原料供給路を介して、内部の原料を前記内部容器に向けて流下させるために、前記供給部よりも高い位置に設けられ、当該原料収容部と前記外部容器との間には、前記原料を流下させる際に当該原料収容部内の雰囲気と外部容器内の雰囲気とを連通させるための、開閉弁を備えた連通路が設けられていることと、
前記内部容器に原料を受け入れた後、当該原料を前記被加熱部に接触させ、密閉された外部容器雰囲気内で加熱して得られた高温高圧流体を前記処理容器へ供給することと、を特徴とする。
また、他の発明に係る基板処理装置は、高温高圧流体により基板の乾燥を行うための処理容器と、
液体状態の原料を収容する原料収容部と、
この原料収容部から受け入れた原料を高温高圧流体状態にして前記処理容器に供給するための供給部と、を備え、
この供給部は、
開閉弁が設けられた高温高圧流体供給路を介して前記処理容器に接続されると共に、開閉弁が設けられた原料供給路を介して前記原料収容部に接続された密閉自在な外部容器と、
この外部容器を加熱するための加熱機構と、
前記外部容器の内部雰囲気と連通した状態でこの外部容器内に設けられ、前記原料収容部から原料を受け入れるための内部容器と、
前記原料収容部から受け入れた原料を、前記加熱機構により加熱される外部容器の被加熱部に向けて落下させるために前記内部容器に設けられた開孔部と、を備え、
前記内部容器に原料を受け入れた後、当該原料を前記被加熱部に接触させ、密閉された外部容器雰囲気内で加熱して得られた高温高圧流体を前記処理容器へ供給することと、
前記外部容器は、前記外部容器内の圧力が予め設定された設定圧力を超えると、当該設定圧力となるまで内部の高温高圧流体の一部を抜き出すためのリリーフ弁を備えた排出路に接続され、前記供給部は、前記設定圧力を超える量の原料を前記原料収容部から受け入れ、前記リリーフ弁が作動してから前記処理容器に高温高圧流体を供給することと、を特徴とする。
上述の基板処理装置は以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記内部容器は、前記被加熱部から離間させた状態で外部容器内に設けられていること。
（ｂ）前記内部容器の熱容量は、前記外部容器の熱容量よりも小さいこと。
（ａ）前記内部容器は、前記被加熱部から離間させた状態で外部容器内に設けられていること。
（ｂ）前記内部容器の熱容量は、前記外部容器の熱容量よりも小さいこと。
本発明は、液体状態の原料を高温高圧流体状態として処理容器に供給する供給部に内部容器を設け、原料収容部から受け入れた原料をこの内部容器で一旦受けてから、前記加熱機構によって加熱されている外部容器の被加熱部へと落下させるので、被加熱部に対して原料をゆっくりと供給することができる。この結果、原料移送時における外部容器内の圧力の急激な上昇を抑え、原料を移送しやすくすることができる。
本発明の基板処理装置の実施の形態の一例として、洗浄液による液処理が行われた後のウエハＷに付着している乾燥防止用の液体を超臨界状態（高温高圧状態）のＩＰＡ（IsoPropyl Alcohol、以下「超臨界ＩＰＡ」という）と接触させて除去するウエハ処理装置の構成について、図１〜図４を参照しながら説明する。
図１に示すようにウエハ処理装置は、超臨界ＩＰＡを用いてウエハＷ表面に付着した液体を除去する処理が行われる処理容器１と、この処理容器１に超臨界ＩＰＡ（臨界温度２３５℃、臨界圧力（絶対圧）４．８ＭＰａ）を供給するための供給部２と、超臨界ＩＰＡの原料となる液体状態のＩＰＡを収容する収容部３（原料収容部）と、処理容器１にて使用された後のＩＰＡを回収する回収タンク４と、を備えている。
図２に示すように処理容器１は、ウエハＷの搬入出用の開口部１２が形成された筐体状の容器本体１１と、処理対象の基板であるウエハＷを横向きに保持する保持板１４と、この保持板１４を支持すると共に、ウエハＷを容器本体１１内に搬入したとき前記開口部１２を密閉する蓋部材１３とを備えている。
容器本体１１は、例えば直径３００ｍｍのウエハＷを１枚ずつ収容可能な、２００〜１００００ｃｍ３程度の処理空間が形成された金属製の容器であり、その壁部には、供給ライン５０８（高温高圧流体供給路）及び排出ライン５１０が接続されている。また、処理容器１には処理空間内に供給された超臨界ＩＰＡから受ける内圧に抗して、容器本体１１に向けて蓋部材１３を押し付け、処理空間を密閉するための不図示の押圧機構が設けられている。
また図１に示すように処理容器１の容器本体１１には、処理空間内に供給された超臨界ＩＰＡが超臨界状態を保てるように処理空間内を加熱するためのヒーター１５が設けられている。ヒーター１５は給電部１６と接続されており、不図示の温度計測部による処理空間内の温度の計測結果に基づき、給電部１６からヒーター１５への給電量を調節して、処理空間内の温度を予め設定した温度に保つことができる。ヒーター１５と給電部１６とは、処理容器１の加熱機構を構成している。
図１に示すように処理容器１に超臨界ＩＰＡを供給する供給ライン５０８の上流側には、開閉弁Ｖ９を介して供給部２が接続されており、さらにこの供給部２には収容部３が接続されている。
図３、図４を参照しながら供給部２の構成について説明すると、供給部２は、超臨界ＩＰＡを収容する容器本体を成すと共に、収容部３から受け入れた液体ＩＰＡを超臨界状態にするための加熱を行う外部容器２１と、この外部容器２１を加熱する加熱機構と、外部容器２１内の圧力の急激な変化を避けるために、収容部３から受け入れた液体ＩＰＡを一旦受け止めて、外部容器２１に接触する液体ＩＰＡの量を調節するための内部容器２２と、を備えている。
図３、図４を参照しながら供給部２の構成について説明すると、供給部２は、超臨界ＩＰＡを収容する容器本体を成すと共に、収容部３から受け入れた液体ＩＰＡを超臨界状態にするための加熱を行う外部容器２１と、この外部容器２１を加熱する加熱機構と、外部容器２１内の圧力の急激な変化を避けるために、収容部３から受け入れた液体ＩＰＡを一旦受け止めて、外部容器２１に接触する液体ＩＰＡの量を調節するための内部容器２２と、を備えている。
外部容器２１は、耐圧性を備えた例えば金属製の円筒形状の容器であり、円筒の中心軸を水平方向に向けて横向きに配置されている。図４に示すように外部容器２１には、その側周壁を覆うようにテープヒータなどからなるヒーター２５が設けられている。このように、設計上、外部容器２１の側周壁は、ヒーター２５によって加熱されることを目的とした部位であり、供給部２の被加熱部に相当する。この被加熱部は、外部容器２１内に供給された液体ＩＰＡを超臨界状態に変化させるために、ヒーター２５から供給された熱をＩＰＡに伝達する役割を果たす。
ヒーター２５は給電部２６に接続されており、不図示の温度計測部による外部容器２１内の温度の計測結果に基づき、給電部２６からヒーター２５への給電量を調節して、外部容器２１内の温度を予め設定した温度に保つことができる。ヒーター２５と給電部２６とは、供給部２の加熱機構を構成している。
横向きに配置された外部容器２１の左右の端面の一方側には開口部が設けられており、この開口部は蓋部材２３により塞がれている。蓋部材２３は、前記開口部を囲んで形成されたフランジ部２１１に対してボルトなどによって締結され、当該開口部を気密に塞ぐことができ、本発明の外部容器の一部を構成している。
図３、図４に示すように、蓋部材２３の内壁面には内部容器２２が取り付けられており、フランジ部２１１に蓋部材２３を締結することにより当該内部容器２２が外部容器２１内に挿入される。例えば内部容器２２は、外部容器２１よりも直径の小さな円筒形状の金属製の容器であり、外部容器２１と同様に、その中心軸を水平方向に向けて横向きに配置されて二重円筒が構成される。
内部容器２２は、上面側の側周壁部が切り欠かれ、軒樋のように上面側が開口し、この開口部を介して外部容器２１の内部雰囲気に連通している。一方、左右の端面には壁部が形成されており、開口部を介して受け入れた液体ＩＰＡを溜めることができる。
また既述のように内部容器２２は外部容器２１との間で二重円筒を構成し、外部容器２１の被加熱部（外部容器２１の内壁面）から離間した位置に配置されている。この結果、ヒーター２５から供給された熱が内部容器２２に直接、伝わりにくく、液体ＩＰＡの急激な蒸発が抑えられる。
本例では、ヒーター２５から供給された熱の一部は、外部容器２１のフランジ部２１１や蓋部材２３を介して内部容器２２に伝わるが、ヒーター２５によって直接加熱されている外部容器２１の被加熱部（外部容器２１の側周壁）と比較して、ヒーター２５から内部容器２２への伝熱の影響は小さい。また外部容器２１と比較して肉厚の薄い金属材料を使用することなどにより、外部容器２１に比べて内部容器２２は熱容量が小さくなっている。従って、液体ＩＰＡの蒸発時に熱を奪われたり、超臨界ＩＰＡの膨張時にＩＰＡから熱を奪われたりする際に温度低下しやすい。この結果、液体ＩＰＡを受け入れたとき、これを液体の状態で保持可能な温度となる。
さらに内部容器２２の円筒形状の側周壁の下端部（内部容器２２の底部）には、内部に溜まった液体ＩＰＡを外部容器２１の被加熱部（外部容器２１の側周壁の内面）に向けて落下させるための複数の開孔部２２１が設けられている。開孔部２２１は、円筒形状の内部容器２２の中心軸が伸びる方向に沿って互いに間隔をおいて設けられている。
各開孔部２２１の開口径は、収容部３から内部容器２２への液体ＩＰＡの供給流量に比べ、内部容器２２からの液体ＩＰＡの落下流量を十分に遅くすることが可能な大きさに調節されている。このため、外部容器２１内に供給された液体ＩＰＡは、一旦、内部容器２２に受け止められ、開孔部２２１にて流量を調整されながら外部容器２１の被加熱部（外部容器２１の側周壁の内面）に供給されることになる。
図４に示すように外部容器２１は、流下ライン５０５（原料供給路）を介して収容部３に接続されている。当該流下ライン５０５の下端は、蓋部材２３を貫通して内部容器２２の開口部の上方側まで伸び出し、内部容器２２に液体ＩＰＡを供給するノズル部２４を形成している。図中、Ｖ７は供給部２と収容部３との接続、切り離しを行う開閉弁である。
収容部３は、収容部本体３１と当該収容部本体３１の上面側の開口部を塞ぐ蓋部材３２とからなる液体タンクであり、複数回分のウエハ処理に使用される液体ＩＰＡを収容することができる。
収容部３は、収容部本体３１と当該収容部本体３１の上面側の開口部を塞ぐ蓋部材３２とからなる液体タンクであり、複数回分のウエハ処理に使用される液体ＩＰＡを収容することができる。
さらに外部容器２１と収容部３との間には、外部容器２１の側周壁と収容部３の蓋部材３２との間をつなぐ連通ライン５０７（連通路）が設けられている。連通ライン５０７は、外部容器２１内の雰囲気と、収容部３に収容されている液体ＩＰＡの上方側の気相雰囲気とを連通させる役割を果たす。図中、Ｖ８は供給部２と収容部３との接続、切り離しを行う開閉弁である。
そして収容部３は、収容部３内に収容されている液体ＩＰＡの下端の位置が、外部容器２１内に挿入されたノズル部２４の吐出口よりも高い位置に配置されている。この結果、連通ライン５０７の開閉弁Ｖ８を開いた状態で流下ライン５０５の開閉弁Ｖ７を開くと、収容部３内の液体ＩＰＡとノズル部２４の吐出口との間の液位差により、流下ライン５０５内を液体ＩＰＡが流下することができる。このように、供給部２と収容部３とは、ポンプ等を使用せずに内部容器２２へ液体ＩＰＡを供給することが可能な位置関係に配置されている。
また図１、図３に示すように外部容器２１には、外部容器２１に溜まった液体を排出するためのドレインライン５０９や外部容器２１内の圧力が予め設定した値を超えたとき、外部容器２１内のＩＰＡを外部へ抜き出すための抜き出しライン５０６が設けられている。そしてドレインライン５０９には開閉弁Ｖ１０、抜き出しライン５０６にはリリーフ弁ＲＶ１及び安全弁ＳＶ３が設けられている。
ここで、抜き出しライン５０６のリリーフ弁ＲＶ１及び安全弁ＳＶ３は、各々の設定値以下の圧力では閉じた状態となっており、上述の各ライン５０５、５０７〜５０９の開閉弁Ｖ７〜Ｖ１０を閉じると外部容器２１内は密閉された雰囲気となる。この密閉雰囲気下で液体ＩＰＡを加熱すると、ＩＰＡの温度、圧力が上昇し、超臨界ＩＰＡを得ることができる。
また図１に示すように、収容部３の上部（例えば蓋部材３２）には、液体ＩＰＡの受け入れ時などに収容部３内の気相側の雰囲気を排気する排気ライン５０４と、収容部３内の圧力が予め設定した値を超えたら、収容部３内の雰囲気を外部へ抜き出すための抜き出しライン５０３とが設けられている。同図中、排気ライン５０４に設けられたＶ６は開閉弁、抜き出しライン５０３に設けられたＲＶ２、ＳＶ２は、各々リリーフ弁及び安全弁である。
一方、収容部３の下部側（例えば収容部本体３１の底面）には、外部から液体ＩＰＡを受け入れるためのＩＰＡ受け入れライン５０１が接続されている。このＩＰＡ受け入れライン５０１は、払い出しライン５０２を介して、処理容器１にて使用された後のＩＰＡを回収する回収タンク４と接続されており、回収タンク４に回収されたＩＰＡを収容部３へ向けて供給することもできる。ＩＰＡ受け入れライン５０１、払い出しライン５０２に設けられたＶ１、Ｖ２、Ｖ５は開閉弁、Ｆ１、Ｆ２はパーティクルフィルタである。
回収タンク４は開閉弁Ｖ１１及び冷却器６２ａが介設された排出ライン５１０を介して処理容器１に接続されており、処理容器１から排出されたＩＰＡを冷却し、液化して得られた液体ＩＰＡを貯留することができる。この排出ライン５１０には、供給部２の抜き出しライン５０６及び収容部３の抜き出しライン５０３が合流しており、供給部２及び収容部３から抜き出されたＩＰＡを冷却器６２ｂで冷却し、回収することもできる。
回収タンク４に設けられた４１は回収タンク４内の液体ＩＰＡの液位を計測する液面計であり、開閉弁Ｖ３が介設された５１２は回収タンク４内の液体ＩＰＡの圧送を行うための窒素供給ライン、安全弁ＳＶ１が設けられた５１１は回収タンク４内の圧力が予め設定した圧力を超えたら、回収タンク４内の雰囲気を外部へ抜き出すための抜き出しラインである。
以上に説明した構成を備えたウエハ処理装置の処理容器１、供給部２、収容部３、回収タンク４の開閉バルブＶ１〜Ｖ１１や給電部１６、２６、液面計４１などは、制御部６と接続されている。制御部６は図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、その記憶部にはウエハ処理装置の作用、つまり、表面が液体で濡れたウエハＷを処理容器１に搬入してから、超臨界ＩＰＡにより前記液体を除去し、ウエハＷを取り出すまでの動作に係わる制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
以下、図５〜図９の作用図を参照しながらウエハ処理装置の動作について説明する。なお、図５〜図９では、図１に示した符号の記載を一部省略してある。
ウエハ処理装置の上流側では、枚葉式のスピン洗浄装置により、ウエハＷの表面に各種の洗浄液を供給し、当該ウエハＷ表面の微小なごみや自然酸化膜を除去する液処理が実行される。液処理を終えたウエハＷには例えばＩＰＡなどの乾燥防止用の液体が供給され、当該ＩＰＡがウエハＷの表面に液盛りされた状態でウエハ搬送アームに受け渡されて、本例のウエハ処理装置へと搬送される。
ウエハ処理装置の上流側では、枚葉式のスピン洗浄装置により、ウエハＷの表面に各種の洗浄液を供給し、当該ウエハＷ表面の微小なごみや自然酸化膜を除去する液処理が実行される。液処理を終えたウエハＷには例えばＩＰＡなどの乾燥防止用の液体が供給され、当該ＩＰＡがウエハＷの表面に液盛りされた状態でウエハ搬送アームに受け渡されて、本例のウエハ処理装置へと搬送される。
一方、図５には処理容器１にウエハＷが搬入される前であって、収容部３内の液体ＩＰＡの量が低下して、外部から液体ＩＰＡを受け入れるタイミングにおけるウエハ処理装置が示されている。
本図では、外部から液体ＩＰＡを受け入れるＩＰＡ受け入れライン５０１及び回収タンク４から液体ＩＰＡを払い出す払い出しライン５０２の各開閉バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ５が開かれている（図５中に「Ｏ」の符号を付してある。以下の図においても同じ）。そして収容部３に設けられた排気ライン５０４の開閉バルブＶ６も開放され、収容部３内は例えば大気圧雰囲気となっている。また、収容部３と供給部２とをつなぐ流下ライン５０５及び連通ライン５０７の開閉バルブＶ７、Ｖ８は閉じられている（図５中に「Ｓ」の符号を付してある。以下の図においても同じ）。
本図では、外部から液体ＩＰＡを受け入れるＩＰＡ受け入れライン５０１及び回収タンク４から液体ＩＰＡを払い出す払い出しライン５０２の各開閉バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ５が開かれている（図５中に「Ｏ」の符号を付してある。以下の図においても同じ）。そして収容部３に設けられた排気ライン５０４の開閉バルブＶ６も開放され、収容部３内は例えば大気圧雰囲気となっている。また、収容部３と供給部２とをつなぐ流下ライン５０５及び連通ライン５０７の開閉バルブＶ７、Ｖ８は閉じられている（図５中に「Ｓ」の符号を付してある。以下の図においても同じ）。
まず回収タンク４の窒素供給ライン５１２から加圧用の窒素ガスを受け入れ、液面計４１の液位を監視しながら所定量の液体ＩＰＡを収容部３へ移送する。また、蒸発などにより失われたＩＰＡを補うため、流量計などにより供給量を確認しながら、外部から所定量の液体ＩＰＡを受け入れる。
ここで本例の収容部３には液面計は設けられていないが、液体ＩＰＡの受け入れ量と払い出し量との差から、収容部３内の液体ＩＰＡの量を把握することができる。また、液体ＩＰＡの量をより正確に把握するため、例えば収容部３にドレインラインを設けておき、当該ドレインラインから液体ＩＰＡを排出して収容部３の内を空の状態にしてから、液体ＩＰＡの受け入れを行ってもよい。また、収容部３に液面計を設けてもよいことは勿論である。
こうして所定量の液体ＩＰＡを収容部３に移送したら、ＩＰＡ受け入れライン５０１及び排気ライン５０４の開閉弁Ｖ５、Ｖ６を閉じ、次いで収容部３と供給部２とをつなぐ流下ライン５０５及び連通ライン５０７の開閉バルブＶ７、Ｖ８を開く（図６）。
連通ライン５０７の開閉バルブＶ８を開くことにより、供給部２の外部容器２１内の雰囲気と、収容部３の気相側の雰囲気とが連通し、これらの雰囲気の圧力がほぼ等しくなるように調整される。
連通ライン５０７の開閉バルブＶ８を開くことにより、供給部２の外部容器２１内の雰囲気と、収容部３の気相側の雰囲気とが連通し、これらの雰囲気の圧力がほぼ等しくなるように調整される。
一方で、流下ライン５０５の開閉バルブＶ７を開くと、収容部３内の液体ＩＰＡとノズル部２４の吐出口との液位差により収容部３内の液体ＩＰＡが流下ライン５０５内を流下してノズル部２４より外部容器２１内に吐出される。図３に示すようにノズル部２４の吐出口は内部容器２２の開口の上方位置に配置されており、ノズル部２４から吐出された液体ＩＰＡは内部容器２２に受け止められる。このとき、供給部２に設けられている他のライン５０８、５０９の開閉弁Ｖ９、Ｖ１０は閉じられている。
ここでヒーター２５に電力を供給する給電部２６は常時「オン」の状態となっており、外部容器２１の被加熱部（外部容器２１の側周壁）はＩＰＡの臨界温度以上の例えば２５０℃に加熱されている。一方、この被加熱部から離間させた状態で外部容器２１内に配置されている内部容器２２の温度は、２５０℃よりも低い状態となっている。
この内部容器２２に向けてノズル部２４から液体ＩＰＡが供給されると、液体ＩＰＡの一部は内部容器２２に接触することにより加熱されて蒸発するが、既述のように内部容器２２は熱容量が比較的小さくなっているので、この蒸発により気化熱を奪われて温度が低下する。こうして温度の低下した内部容器２２へ液体ＩＰＡの供給を継続すると、次第に内部容器２２内に液溜まりが形成される。
内部容器２２内に溜まった液体ＩＰＡは、底部に設けられた開孔部２２１を通過し、ヒーター２５によって加熱されている被加熱部である外部容器２１の側周壁面へ向けて落下し、この側周壁に液体ＩＰＡが接触すると蒸発して気体ＩＰＡとなる。この結果、外部容器２１内の圧力が上昇するが、外部容器２１内の雰囲気と、収容部３の雰囲気とは連通ライン５０７を介して連通しているので、双方の雰囲気の圧力はほぼ同じとなるように調整される。
外部容器２１と収容部３の内部雰囲気がほぼ同じ圧力に調整されることにより、ノズル部２４から吐出される液体ＩＰＡは外部容器２１内の圧力上昇によって押し戻されることなく、液位差のみを利用して液体ＩＰＡの移送を継続することができる。
また内部容器２２を設け、収容部３から供給部２への液体ＩＰＡの供給流量に比べて、内部容器２２の開孔部２２１からの液体ＩＰＡの落下流量を十分に小さくすることにより、内部容器２２に液体ＩＰＡが溜まった状態で液体ＩＰＡの移送を終え、供給部２と収容部３とを切り離すことができる。
また内部容器２２を設け、収容部３から供給部２への液体ＩＰＡの供給流量に比べて、内部容器２２の開孔部２２１からの液体ＩＰＡの落下流量を十分に小さくすることにより、内部容器２２に液体ＩＰＡが溜まった状態で液体ＩＰＡの移送を終え、供給部２と収容部３とを切り離すことができる。
超臨界ＩＰＡを収容する外部容器２１の内部は高温高圧状態となるため、流下ライン５０５の配管や開閉バルブＶ７も耐圧性を備える必要があるが、コスト増を避けるため大口径のものを採用することが難しい。そのため、内部容器２２を設けずに直接、外部容器２１の被加熱部に向けて液体ＩＰＡを供給すると、単位時間あたりのＩＰＡの蒸発量が流下ライン５０５内を流下する液体ＩＰＡの流量を上回ってしまう場合がある。
このとき外部容器２１内の雰囲気は収容部３の雰囲気と連通しているので、供給量したＩＰＡが全て蒸発すると、蒸発したＩＰＡは連通ライン５０７内を流れて収容部３に流入し、冷却されて液体ＩＰＡに戻ってしまう。この結果、ＩＰＡは収容部３と供給部２との間を循環し、超臨界ＩＰＡを得ることができないおそれがある。
一方、ヒーター２５のオン、オフなどを行って、外部容器２１に受け入れた液体ＩＰＡの急激な蒸発を抑えようとすると、肉厚の厚い外部容器２１の冷却、加熱に長い時間がかかる。このため、ウエハＷの処理を行う際の制約になってしまうおそれがあるか、別途、外部容器２１の冷却機構が必要となる。
そこで本例のウエハ処理装置は、ヒーター２５による被加熱部（外部容器２１の側周壁）から離間させた状態で内部容器２２を配置し、収容部３から受け入れた液体ＩＰＡをこの内部容器２２にて一旦受け止め、開孔部２２１を介してゆっくりと滴下させる。これにより、外部容器２１内（外部容器２１の内側に配置された内部容器２２内）に液体ＩＰＡを溜めた状態で、収容部３から供給部２への液体ＩＰＡの移送を終えることができる。
収容部３から供給部２への液体ＩＰＡの移送量は、例えば予備実験などで収容部３内の液体ＩＰＡの液高さと流下ライン５０５内を流下する流量、及び連通ライン５０７からの戻り流量との関係を把握しておくことなどにより調整することができる。
液体ＩＰＡの流下流量に基づき、予め設定した時間だけ流下ライン５０５と連通ライン５０７の開閉バルブＶ７、Ｖ８を開き、所定量の液体ＩＰＡを供給部２へ移送したら、これらの開閉バルブＶ７、Ｖ８を閉じて外部容器２１を密閉する（図７）。
液体ＩＰＡの流下流量に基づき、予め設定した時間だけ流下ライン５０５と連通ライン５０７の開閉バルブＶ７、Ｖ８を開き、所定量の液体ＩＰＡを供給部２へ移送したら、これらの開閉バルブＶ７、Ｖ８を閉じて外部容器２１を密閉する（図７）。
外部容器２１の内部では、継続して内部容器２２から被加熱部へ向けて液体ＩＰＡが落下し、密閉された外部容器２１内の圧力と温度が次第に上昇していく。また、内部容器２２の内部は開口部を介して外部容器２１の内部雰囲気と連通しているので、被加熱部である外部容器２１の側周壁全体から熱を受け取ったＩＰＡは、開口部側を介して内部容器２２の内側に流れ込んで液体ＩＰＡと接触し、当該液体ＩＰＡを加熱する。
こうして密閉された外部容器２１内でＩＰＡの加熱を継続すると、内部雰囲気の温度、圧力が上昇し、ＩＰＡの温度及び圧力が臨界点を超え、外部容器２１が超臨界ＩＰＡで満たされた状態となる。
一方、これらの動作と並行して処理容器１では、液処理を終え、外部のウエハ搬送アームにより搬送されてきたウエハＷが保持板１４上に受け渡される。当該保持板１４は容器本体１１に向けてスライドし、蓋部材１３により開口部１２を塞いで密閉する。このときヒーター１５に電力を供給する給電部１６は常時「オン」の状態となっており、処理容器１内の処理空間はＩＰＡの臨界温度以上の例えば２５０℃に加熱されている。
加熱された処理空間内にウエハＷが搬入されると、ウエハＷ上に液盛りされている乾燥防止用のＩＰＡが蒸発する前に供給ライン５０８の開閉バルブＶ９を開く。開閉バルブＶ９を開くと、供給部２（外部容器２１）内の超臨界ＩＰＡが膨張して供給ライン５０８内を流れ、処理空間に流入していく（図８）。このとき処理容器１と回収タンク４とをつなぐ排出ライン５１０の開閉弁Ｖ１１は閉じられている。
そして（１）供給部２内に準備する超臨界ＩＰＡの温度及び圧力を臨界温度、臨界圧力よりも十分に高い状態としておくこと、（２）処理空間の容積や供給ライン５０８の容積をできるだけ小さくして超臨界ＩＰＡの膨張率を抑えること、（３）ヒーター１５によって処理空間内を予め加熱しておき、また開閉バルブＶ９を開く前後で、外部容器２１内の温度及び圧力がほぼ同じ値に維持されるように、供給部２側のヒーター２５の出力を増大させて等温等圧膨張に近い状態で超臨界ＩＰＡを膨張させること、などにより超臨界状態を保ったままＩＰＡを処理空間内に供給することができる。
そして処理空間内に供給された超臨界ＩＰＡがウエハＷに液盛りされた液体ＩＰＡと接触すると、液体ＩＰＡは超臨界ＩＰＡから熱を受け取って蒸発し超臨界状態となる。この結果、ウエハＷの表面は液体ＩＰＡから超臨界ＩＰＡに置換されていくことになるが、平衡状態において液体ＩＰＡと超臨界ＩＰＡとの間には界面が形成されないので、パターン倒れを引き起こすことなくウエハＷ表面の流体を超臨界ＩＰＡに置換することができる。
また上述の動作と並行して、次の液体ＩＰＡの移送や受け入れなどに備えるため、図８に示すように排気ライン５０４のバルブＶ６を開き、収容部３内の圧力を大気圧まで下げておくとよい。
こうして処理空間内に超臨界ＩＰＡを供給してから予め設定した時間が経過し、ウエハＷの表面が超臨界ＩＰＡにて置換された状態となったら、図９に示すように排出ライン５１０の開閉バルブＶ１１を開いて処理容器１及び供給部２内の超臨界ＩＰＡを回収タンク４に向けて排出する。排出ライン５１０を流れるＩＰＡは冷却器６２ａにて冷却され、液化ＩＰＡとなって回収タンク４にて回収される。
一方、ＩＰＡを排出する処理容器１や供給部２内の圧力は次第に低下していくが、これらの内部の温度は常圧におけるＩＰＡの沸点（８２．４℃）よりも高い温度に保たれている。このため、処理空間内のＩＰＡは超臨界の状態から気体の状態に変化することになるが、超臨界状態と気体との間には界面が形成されないので表面に形成されたパターンに表面張力を作用させることなく、ウエハＷを乾燥することができる。また、被加熱部から離間させた状態で配置された内部容器２２は、ＩＰＡの膨張に伴って熱を奪われその温度が低下する。ＩＰＡの排出を終えたら供給ライン５０８及び排出ライン５１０の開閉バルブＶ９、Ｖ１１を閉じて待機する。
以上のプロセスにより、ウエハＷの表面に付着している液体を除去する処理を終えたら、保持板１４を移動させ、外部のウエハ搬送アームにウエハＷを受け渡して処理を終える。ウエハ搬送アームは複数枚のウエハＷを収納するキャリアなどに当該ウエハＷを搬入して一連の動作が完了する。
こうして所定回数の処理毎に回収タンク４から収容部３への液体ＩＰＡの移送を行いつつ、図６〜図９を用いて説明した動作を繰り返して複数枚のウエハＷに対する処理を実行する。
こうして所定回数の処理毎に回収タンク４から収容部３への液体ＩＰＡの移送を行いつつ、図６〜図９を用いて説明した動作を繰り返して複数枚のウエハＷに対する処理を実行する。
本実施の形態に係るウエハ処理装置によれば以下の効果がある。液体ＩＰＡを超臨界ＩＰＡとして処理容器１に供給する供給部２に、ヒーター２５によって加熱されている外部容器２１の被加熱部から離間させた状態で内部容器２２を設け、収容部３から受け入れた液体ＩＰＡをこの内部容器２２で一旦、受けてから前記被加熱部へと落下させるので、被加熱部に対して液体ＩＰＡをゆっくりと供給することができる。この結果、液体ＩＰＡ移送時における外部容器２１内の圧力の急激な上昇を抑え、液体ＩＰＡを移送しやすくすることができる。
図１０は、抜き出しライン５０６（抜き出し路）に設けられたリリーフ弁ＲＶ１を利用して外部容器２１内の超臨界ＩＰＡの圧力及びＩＰＡ量を調節する手法を示している。この場合には図６を用いて説明した流下ライン５０５内に液体ＩＰＡを流下させて収容部３から供給部２に移送する際に、流下ライン５０５、連通ライン５０７の開閉弁Ｖ７、Ｖ８を開く時間を長くして、必要量よりも多い量の液体ＩＰＡを移送する。
そして、前記開閉弁Ｖ７、Ｖ８を閉じて供給部２から収容部３を切り離し、２内部容器２２から外部容器２１の被加熱部に液体ＩＰＡを落下させて外部容器２１内のＩＰＡを昇温、昇圧する点は図７を用いて説明した場合と同様である。このとき、過剰量の液体ＩＰＡを外部容器２１内に移送しておくと、外部容器２１内の圧力がリリーフ弁ＲＶ１の設定圧力を超え、図１０に示すように抜き出しライン５０６から回収タンク４へ向けて外部容器２１内のＩＰＡの一部が抜き出される。
その結果、次第に外部容器２１内の圧力が低下し、リリーフ弁ＲＶ１の作動圧力を下回ると当該リリーフ弁ＲＶ１が閉じられる。これにより外部容器２１内は処理毎に同じ圧力、同じ量の超臨界ＩＰＡが収容された状態となる。従って、液面計などを設けずに、開閉弁Ｖ７、Ｖ８の開放時間だけで液体ＩＰＡの移送量を把握する場合であっても、処理毎に安定した状態の超臨界ＩＰＡを供給できる。
このほか収容部３から供給部２へ液体ＩＰＡを移送する手法は、液体ＩＰＡの液位差を利用する場合にのみに限られるものではなく、窒素ガスによる圧送や送液ポンプを利用してもよい。外部容器２１の被加熱部から離間させた状態で内部容器２２を配置することにより、外部容器２１内の急激な圧力上昇が抑えられるので、比較的小さな力で液体ＩＰＡを外部容器２１内に移送することができる。
また図３に示した供給部２は、外部容器２１の被加熱部（外部容器２１の内壁面）から離間した位置に内部容器２２を設けた構成となっているが、内部容器２２は外部容器２１の被加熱部から完全に離間していなくてもよい。収容部３から受け入れた液体ＩＰＡが外部容器２１の被加熱部に直接接触する場合に比べて、内部容器２２にて液体ＩＰＡを一旦受け止めた方が、液体ＩＰＡの急激な蒸発を抑えられる程度の温度差が内部容器２２と外部容器２１の被加熱部との間に形成されていれば、内部容器２２を構成する部材は外部容器２２の被加熱部と接触していてもよい。
さらに外部容器２１や内部容器２２の形状は図３に示したものに限られず、例えば中心軸が鉛直方向に伸びるように配置された円筒形状の外部容器２１内に、上面が開口した皿状の内部容器２２を配置して、この内部容器２２の底面に開孔部２２１を設けてもよい。
そしてウエハＷの乾燥を行うために用いる高温高圧流体の原料は、ＩＰＡに限定されるものではなく、例えばＨＦＥ（Hydro Fluoro Ether）を用いてもよい。さらに高温高圧流体状態は、超臨界状態の場合に限られず、原料の液体を亜臨界状態（例えばＩＰＡの場合は、温度１００℃〜３００℃の範囲、圧力１ＭＰａ〜３ＭＰａの範囲内）として、この亜臨界流体を用いてウエハＷの乾燥を行う場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
さらには、本発明にて実施される処理はウエハＷの表面の液体を除去する乾燥処理だけに限定されるものではない。例えばレジスト膜を用いてパターニングを行った後のウエハＷを超臨界状態のＩＰＡと接触させて、ウエハＷからレジスト膜を除去する処理と当該ウエハＷを乾燥させる処理とを一括して行う洗浄、乾燥処理にも本発明は適用することができる。
Ｗ ウエハ
１ 処理容器
２ 供給部
２１ 外部容器
２２ 内部容器
２２１ 開孔部
２５ ヒーター
２６ 給電部
３ 収容部
４ 回収タンク
６ 制御部
１ 処理容器
２ 供給部
２１ 外部容器
２２ 内部容器
２２１ 開孔部
２５ ヒーター
２６ 給電部
３ 収容部
４ 回収タンク
６ 制御部
Claims (4)
- 高温高圧流体により基板の乾燥を行うための処理容器と、
液体状態の原料を収容する原料収容部と、
この原料収容部から受け入れた原料を高温高圧流体状態にして前記処理容器に供給するための供給部と、を備え、
この供給部は、
開閉弁が設けられた高温高圧流体供給路を介して前記処理容器に接続されると共に、開閉弁が設けられた原料供給路を介して前記原料収容部に接続された密閉自在な外部容器と、
この外部容器を加熱するための加熱機構と、
前記外部容器の内部雰囲気と連通した状態でこの外部容器内に設けられ、前記原料収容部から原料を受け入れるための内部容器と、
前記原料収容部から受け入れた原料を、前記加熱機構により加熱される外部容器の被加熱部に向けて落下させるために前記内部容器に設けられた開孔部と、を備え、
前記原料収容部は、前記原料供給路を介して、内部の原料を前記内部容器に向けて流下させるために、前記供給部よりも高い位置に設けられ、当該原料収容部と前記外部容器との間には、前記原料を流下させる際に当該原料収容部内の雰囲気と外部容器内の雰囲気とを連通させるための、開閉弁を備えた連通路が設けられていることと、
前記内部容器に原料を受け入れた後、当該原料を前記被加熱部に接触させ、密閉された外部容器雰囲気内で加熱して得られた高温高圧流体を前記処理容器へ供給することと、を特徴とする基板処理装置。 - 高温高圧流体により基板の乾燥を行うための処理容器と、
液体状態の原料を収容する原料収容部と、
この原料収容部から受け入れた原料を高温高圧流体状態にして前記処理容器に供給するための供給部と、を備え、
この供給部は、
開閉弁が設けられた高温高圧流体供給路を介して前記処理容器に接続されると共に、開閉弁が設けられた原料供給路を介して前記原料収容部に接続された密閉自在な外部容器と、
この外部容器を加熱するための加熱機構と、
前記外部容器の内部雰囲気と連通した状態でこの外部容器内に設けられ、前記原料収容部から原料を受け入れるための内部容器と、
前記原料収容部から受け入れた原料を、前記加熱機構により加熱される外部容器の被加熱部に向けて落下させるために前記内部容器に設けられた開孔部と、を備え、
前記内部容器に原料を受け入れた後、当該原料を前記被加熱部に接触させ、密閉された外部容器雰囲気内で加熱して得られた高温高圧流体を前記処理容器へ供給することと、
前記外部容器は、前記外部容器内の圧力が予め設定された設定圧力を超えると、当該設定圧力となるまで内部の高温高圧流体の一部を抜き出すためのリリーフ弁を備えた排出路に接続され、前記供給部は、前記設定圧力を超える量の原料を前記原料収容部から受け入れ、前記リリーフ弁が作動してから前記処理容器に高温高圧流体を供給することと、を特徴とする基板処理装置。 - 前記内部容器は、前記被加熱部から離間させた状態で外部容器内に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
- 前記内部容器の熱容量は、前記外部容器の熱容量よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
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