JP7146283B2 - 流体供給装置および流体供給方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基板、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板などの各種基板の乾燥工程等に用いられる流体の流体供給装置および流体供給方法に関する。
大規模で高密度、高性能な半導体デバイスは、シリコンウエハ上に成膜したレジストに対して露光、現像、リンス洗浄、乾燥を経てパターンを形成した後、コーティング、エッチング、リンス洗浄、乾燥等のプロセスを経て製造される。特に、高分子材料のレジストは、光、Ｘ線、電子線などに感光する高分子材料であり、各工程において、現像、リンス洗浄工程では現像液、リンス液等の薬液を使用しているため、リンス洗浄工程後は乾燥工程が必須である。
この乾燥工程において、レジスト基板上に形成したパターン間のスペース幅が９０ｎｍ程度以下になるとパターン間に残存する薬液の表面張力（毛細管力）の作用により、パターン間にラプラス力が作用してパターン倒れが生ずる問題が発生する。そのパターン間に残存する薬液の表面張力の作用によるパターン倒れを防止するために、パターン間に作用する表面張力を軽減する乾燥プロセスとして、二酸化炭素の超臨界流体を用いた方法が知られている（例えば、特許文献１～４）。
この乾燥工程において、レジスト基板上に形成したパターン間のスペース幅が９０ｎｍ程度以下になるとパターン間に残存する薬液の表面張力（毛細管力）の作用により、パターン間にラプラス力が作用してパターン倒れが生ずる問題が発生する。そのパターン間に残存する薬液の表面張力の作用によるパターン倒れを防止するために、パターン間に作用する表面張力を軽減する乾燥プロセスとして、二酸化炭素の超臨界流体を用いた方法が知られている（例えば、特許文献１～４）。
二酸化炭素の超臨界流体の処理チャンバへの供給は、供給源からの気体状態の二酸化炭素（例えば、２０℃、５．０ＭＰａ）をコンデンサ（凝縮器）で凝縮液化してタンクに貯留し、これをポンプで処理チャンバへ圧送することで行われる（例えば、２０℃、２０．０ＭＰａ）。処理チャンバに圧送された液体状の二酸化炭素は、処理チャンバの直前又は処理チャンバ内で加熱され（例えば、８０℃、２０．０ＭＰａ）、超臨界流体となる。
しかしながら、ポンプで圧送される液体状態の二酸化炭素は、脈動するため、液体の圧力が大きく変動する。このため、処理チャンバの直前又は処理チャンバ内で超臨界状態に変化する二酸化炭素の供給量が不安定となり、二酸化炭素の超臨界流体を安定的に供給するのが困難であった。
しかしながら、ポンプで圧送される液体状態の二酸化炭素は、脈動するため、液体の圧力が大きく変動する。このため、処理チャンバの直前又は処理チャンバ内で超臨界状態に変化する二酸化炭素の供給量が不安定となり、二酸化炭素の超臨界流体を安定的に供給するのが困難であった。
本発明の目的は、超臨界流体を安定的に供給可能な流体供給装置および流体供給方法を提供することにある。
本発明の流体供給装置は、液体状態の流体を処理室に向けて供給する流体供給装置であって、
気体状態の流体を液化するコンデンサと、
前記コンデンサにより液化された流体を貯留するタンクと、
前記タンクに貯留された液化された流体を前記処理室へ向けて圧送するポンプと、
前記ポンプの吐出側の流路と連通し、前記ポンプから吐出される液体の圧力変動を抑制するダンパ部を有し、
前記ダンパ部は、両端部が所定の位置に固定され、両端部が所定の位置に固定され、かつ、前記両端部の間で液体の流れの方向を変更させるように形成された変流管部を有する。
気体状態の流体を液化するコンデンサと、
前記コンデンサにより液化された流体を貯留するタンクと、
前記タンクに貯留された液化された流体を前記処理室へ向けて圧送するポンプと、
前記ポンプの吐出側の流路と連通し、前記ポンプから吐出される液体の圧力変動を抑制するダンパ部を有し、
前記ダンパ部は、両端部が所定の位置に固定され、両端部が所定の位置に固定され、かつ、前記両端部の間で液体の流れの方向を変更させるように形成された変流管部を有する。
好適には、前記ダンパ部は、前記ポンプの吐出側から前記処理室に至る流路の途中に設けられた開閉弁の上流側で分岐し、前記ポンプから吐出された液体を前記コンデンサに戻すための流路に設けられている、構成を採用できる。
さらに好適には、前記コンデンサ、前記タンク、前記ポンプおよび前記開閉弁は、前記気体状態の流体を供給する流体供給源と前記処理室とを結ぶメイン流路に設けられ、
前記ダンパ部は、前記ポンプと前記開閉弁との間から分岐し、前記コンデンサの上流の前記メイン流路に接続される分岐流路に設けられ、
前記ポンプから圧送される前記液体状態の流体は、前記開閉弁が閉じられた状態では、前記分岐流路を通じて再び前記コンデンサおよび前記タンクに戻り、
前記開閉弁が開放されると、前記液体状態の流体は、前記処理室へ圧送され、超臨界状態に変化させるべく、前記処理室の手前又は前記処理室内に設けられた加熱ユニットにより加熱される、構成を採用できる。
前記ダンパ部は、前記ポンプと前記開閉弁との間から分岐し、前記コンデンサの上流の前記メイン流路に接続される分岐流路に設けられ、
前記ポンプから圧送される前記液体状態の流体は、前記開閉弁が閉じられた状態では、前記分岐流路を通じて再び前記コンデンサおよび前記タンクに戻り、
前記開閉弁が開放されると、前記液体状態の流体は、前記処理室へ圧送され、超臨界状態に変化させるべく、前記処理室の手前又は前記処理室内に設けられた加熱ユニットにより加熱される、構成を採用できる。
本発明の流体供給方法は、上記構成の流体供給装置を用いて、液体状態の流体を処理室に向けて供給する。
本発明の半導体製造装置は、上記構成の流体供給装置と、
前記流体供給装置から供給される流体を用いて基体を処理する処理室と、を有する
前記流体供給装置から供給される流体を用いて基体を処理する処理室と、を有する
本発明の半導体製造方法は、上記構成の流体供給装置を用いて、基体の処理をする。
本発明によれば、ダンパ部によりポンプで圧送される流体の脈動を吸収して液体状態の流体の圧力変動を抑制できるので、処理チャンバに超臨界流体を安定的に供給することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
第１実施形態
図１Ａおよび図１Ｂに本発明の一実施形態に係る流体供給装置を示す。本実施形態では、流体として二酸化炭素を使用する場合について説明する。
図１Ａおよび図１Ｂにおいて、１は流体供給装置、１０はダンパ部、２０はスパイラル管、１００はＣＯ2供給源、１１０は開閉弁、１２０はチェック弁、１２１はフィルタ、１３０はコンデンサ、１４０はタンク、１５０はポンプ、１６０は自動開閉弁、１７０は背圧弁、５００は処理チャンバを示す。また、図中のＰは圧力センサ、ＴＣは温度センサを示す。図１Ａは自動開閉弁１６０が閉じた状態を示しており、図１Ｂは自動開閉弁１６０が開放された状態を示す。
第１実施形態
図１Ａおよび図１Ｂに本発明の一実施形態に係る流体供給装置を示す。本実施形態では、流体として二酸化炭素を使用する場合について説明する。
図１Ａおよび図１Ｂにおいて、１は流体供給装置、１０はダンパ部、２０はスパイラル管、１００はＣＯ2供給源、１１０は開閉弁、１２０はチェック弁、１２１はフィルタ、１３０はコンデンサ、１４０はタンク、１５０はポンプ、１６０は自動開閉弁、１７０は背圧弁、５００は処理チャンバを示す。また、図中のＰは圧力センサ、ＴＣは温度センサを示す。図１Ａは自動開閉弁１６０が閉じた状態を示しており、図１Ｂは自動開閉弁１６０が開放された状態を示す。
処理チャンバ５００では、シリコンウエハ等の半導体基板の処理が行われる。なお、本実施形態では、処理対象として、シリコンウエハを例示するが、これに限定されるわけではなく、ガラス基板等の他の処理対象でもよい。
ＣＯ2供給源１００は、気体状態の二酸化炭素（例えば、２０℃、５．０ＭＰａ）をメイン流路２へ供給する。図２を参照すると、ＣＯ2供給源１００から供給される二酸化炭素は、図２のＰ１の状態にある。この状態の二酸化炭素は、開閉弁１１０、チェック弁１２０、フィルタ１２１を通じてコンデンサ１３０に送られる。
コンデンサ１３０では、供給される気体状態の二酸化炭素を冷却することで、液化凝縮し、液化凝縮された二酸化炭素はタンク１４０に貯留される。タンク１４０に貯留された二酸化炭素は、図２のＰ２のような状態（３℃、５ＭＰａ）となる。タンク１４０の底部から図２のＰ２のような状態にある液体状態の二酸化炭素がポンプ１５０に送られ、ポンプ１５０の吐出側に圧送されることで、図２のＰ３のような液体状態（２０℃、２０ＭＰａ）となる。
ＣＯ2供給源１００は、気体状態の二酸化炭素（例えば、２０℃、５．０ＭＰａ）をメイン流路２へ供給する。図２を参照すると、ＣＯ2供給源１００から供給される二酸化炭素は、図２のＰ１の状態にある。この状態の二酸化炭素は、開閉弁１１０、チェック弁１２０、フィルタ１２１を通じてコンデンサ１３０に送られる。
コンデンサ１３０では、供給される気体状態の二酸化炭素を冷却することで、液化凝縮し、液化凝縮された二酸化炭素はタンク１４０に貯留される。タンク１４０に貯留された二酸化炭素は、図２のＰ２のような状態（３℃、５ＭＰａ）となる。タンク１４０の底部から図２のＰ２のような状態にある液体状態の二酸化炭素がポンプ１５０に送られ、ポンプ１５０の吐出側に圧送されることで、図２のＰ３のような液体状態（２０℃、２０ＭＰａ）となる。
ポンプ１５０と処理チャンバ５００とを結ぶメイン流路２の途中には、自動開閉弁１６０が設けられている。メイン流路２のポンプ１５０と自動開閉弁１６０の間からは、分岐流路３が分岐している。分岐流路３は、ポンプ１５０と自動開閉弁１６０の間で、メイン流路２から分岐し、フィルタ１２１の上流側で再びメイン流路２に接続されている。分岐流路３には、ダンパ部１０および背圧弁１７０が設けられている。
背圧弁１７０は、ポンプ１５０の吐出側の流体（液体）の圧力が設定圧力（例えば２０ＭＰａ）以上になると、フィルタ１２１側へ液体をリリースする。これにより、ポンプ１５０の吐出側の液体の圧力が設定圧力を超えるのを防ぐ。
背圧弁１７０は、ポンプ１５０の吐出側の流体（液体）の圧力が設定圧力（例えば２０ＭＰａ）以上になると、フィルタ１２１側へ液体をリリースする。これにより、ポンプ１５０の吐出側の液体の圧力が設定圧力を超えるのを防ぐ。
自動開閉弁１６０が閉じられた状態では、図１Ａに示すように、ポンプ１５０から圧送される液体は、分岐流路３を通って再びコンデンサ１３０およびタンク１４０に戻る。
自動開閉弁１６０が開放されると、図１Ｂに示すように、液体状態の二酸化炭素が処理チャンバ５００へ圧送される。圧送された液体状態の二酸化炭素は、処理チャンバ５００の直前又は処理チャンバ５００内に設けられた図示しないヒータにより加熱され、図２に示すＰ４のような超臨界状態（８０℃、２０ＭＰａ）となる。
自動開閉弁１６０が開放されると、図１Ｂに示すように、液体状態の二酸化炭素が処理チャンバ５００へ圧送される。圧送された液体状態の二酸化炭素は、処理チャンバ５００の直前又は処理チャンバ５００内に設けられた図示しないヒータにより加熱され、図２に示すＰ４のような超臨界状態（８０℃、２０ＭＰａ）となる。
ここで、ポンプ１５０から吐出される液体は少なからず脈動する。
ポンプ１５０から吐出される液体を処理チャンバ５００へ供給する際に、処理チャンバ５００までメイン流路２は液体で充填されているとともに、分岐流路３も背圧弁１７０まで液体が充填されている。このため、ポンプ１５０から吐出される液体が脈動すると、メイン流路２および分岐流路３内の液体状態の二酸化炭素の圧力が周期的に変動する。
液体状態の二酸化炭素は、圧縮性が乏しい。このため、液体状態の二酸化炭素の圧力が周期的に変動すると、処理チャンバ５００に供給される液体状態の二酸化炭素の流量もそれに応じて大きく変動する。供給される液体状態の二酸化炭素の流量が大きく変動すると、処理チャンバ５００の直前あるいは処理チャンバ５００内で超臨界状態に変化させた二酸化炭素の供給量も大きく変動してしまう。
ポンプ１５０から吐出される液体を処理チャンバ５００へ供給する際に、処理チャンバ５００までメイン流路２は液体で充填されているとともに、分岐流路３も背圧弁１７０まで液体が充填されている。このため、ポンプ１５０から吐出される液体が脈動すると、メイン流路２および分岐流路３内の液体状態の二酸化炭素の圧力が周期的に変動する。
液体状態の二酸化炭素は、圧縮性が乏しい。このため、液体状態の二酸化炭素の圧力が周期的に変動すると、処理チャンバ５００に供給される液体状態の二酸化炭素の流量もそれに応じて大きく変動する。供給される液体状態の二酸化炭素の流量が大きく変動すると、処理チャンバ５００の直前あるいは処理チャンバ５００内で超臨界状態に変化させた二酸化炭素の供給量も大きく変動してしまう。
このため、本実施形態では、分岐流路３にダンパ部１０を設けて、ポンプ１５０から吐出される液体の脈動を減衰させて、ポンプ１５０から吐出される液体の周期的な圧力変動を抑制して、超臨界状態に変化させた二酸化炭素の供給量を安定化させる。
ダンパ部１０は、両端部が所定の位置に固定され、かつ、前記両端部の間で液体の流れの方向を変更させるように形成された変流管部とし、図３に示すように、分岐流路３に直列に接続されたスパイラル管２０を有する。
なお、変流管部として、スパイラル管（螺旋管）以外にも、渦巻形の管、波形の管、蛇行管等でもよい。螺旋や渦巻の形状は、円形である必要はなく、角型であっても良い。
スパイラル管２０は、下端部および上端部にそれぞれ管継手２１，２４が設けられており、これらの管継手２１，２４によりスパイラル管２０が分岐流路３に直列に接続される。
スパイラル管２０を構成する管２２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成されている。管２２の直径は６．３５ｍｍ、スパイラル部２３の全長Ｌは２８０ｍｍ、スパイラル部２３の直径Ｄ１が１４０ｍｍ程度、スパイラル部２３の巻数は２２巻、管２２の全長は９８００ｍｍ程度である。
なお、変流管部として、スパイラル管（螺旋管）以外にも、渦巻形の管、波形の管、蛇行管等でもよい。螺旋や渦巻の形状は、円形である必要はなく、角型であっても良い。
スパイラル管２０は、下端部および上端部にそれぞれ管継手２１，２４が設けられており、これらの管継手２１，２４によりスパイラル管２０が分岐流路３に直列に接続される。
スパイラル管２０を構成する管２２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成されている。管２２の直径は６．３５ｍｍ、スパイラル部２３の全長Ｌは２８０ｍｍ、スパイラル部２３の直径Ｄ１が１４０ｍｍ程度、スパイラル部２３の巻数は２２巻、管２２の全長は９８００ｍｍ程度である。
本発明者の実験によれば、両端部が固定されたスパイラル管２０は、内部に充填された液体の圧力が変動すると、液体の圧力変動に応じて振動（弾性変形）することがわかった。すなわち、液体が脈動する際にスパイラル管２０でエネルギが消費されることにより、ポンプ１５０から吐出される液体の脈動（圧力変動）を抑制するダンパ作用が発揮されると推測される。
この結果、処理チャンバ５００の直前(手前)あるいは処理チャンバ５００内で超臨界状態に変化させた二酸化炭素の供給量を安定化させることができた。
この結果、処理チャンバ５００の直前(手前)あるいは処理チャンバ５００内で超臨界状態に変化させた二酸化炭素の供給量を安定化させることができた。
第２実施形態
図４Ａにダンパ部の他の実施形態を示す。
図４Ａに示すダンパ部は、分岐流路３に対してスパイラル管２０を並列に接続し、分岐流路３とスパイラル管２０との間にオリフィス３０を設けている。
このような構成としても、第１実施形態と同様に、ポンプ１５０から吐出される液体の脈動（周期的な圧力変動）が抑制され、処理チャンバ５００の直前あるいは処理チャンバ５００内で超臨界状態に変化させた二酸化炭素の供給量を安定化させることができる。
図４Ａにダンパ部の他の実施形態を示す。
図４Ａに示すダンパ部は、分岐流路３に対してスパイラル管２０を並列に接続し、分岐流路３とスパイラル管２０との間にオリフィス３０を設けている。
このような構成としても、第１実施形態と同様に、ポンプ１５０から吐出される液体の脈動（周期的な圧力変動）が抑制され、処理チャンバ５００の直前あるいは処理チャンバ５００内で超臨界状態に変化させた二酸化炭素の供給量を安定化させることができる。
第３実施形態
図４Ｂにダンパ部のさらに他の実施形態を示す。
図４Ｂに示すダンパ部は、２つのスパイラル管２０を並列に接続し、これらを分岐流路３に挿入するとともに、分岐流路３と一方のスパイラル管２０との間にオリフィス３０を設けている。
このような構成としても、第１実施形態と同様に、ポンプ１５０から吐出される液体の脈動（周期的な圧力変動）が抑制され、処理チャンバ５００の直前あるいは処理チャンバ５００内で超臨界状態に変化させた二酸化炭素の供給量を安定化させることができる。
図４Ｂにダンパ部のさらに他の実施形態を示す。
図４Ｂに示すダンパ部は、２つのスパイラル管２０を並列に接続し、これらを分岐流路３に挿入するとともに、分岐流路３と一方のスパイラル管２０との間にオリフィス３０を設けている。
このような構成としても、第１実施形態と同様に、ポンプ１５０から吐出される液体の脈動（周期的な圧力変動）が抑制され、処理チャンバ５００の直前あるいは処理チャンバ５００内で超臨界状態に変化させた二酸化炭素の供給量を安定化させることができる。
上記実施形態では、ダンパ部１０を分岐流路３に設けた場合について例示したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、ポンプ１５０の吐出側のメイン流路２にダンパ部１０を設けることも可能である。
上記実施形態では、流体として二酸化炭素を例示したが、これに限定されるわけではなく、超臨界状態に変化させ得る流体であれば、本発明を適用可能である。
１ 流体供給装置
２ メイン流路
３ 分岐流路
１０ ダンパ部
２０ スパイラル管
３０ オリフィス
１００ ＣＯ2供給源
１１０ 開閉弁
１２０ チェック弁
１２１ フィルタ
１３０ コンデンサ
１４０ タンク
１５０ ポンプ
１６０ 自動開閉弁
１７０ 背圧弁
５００ 処理チャンバ（処理室）
２ メイン流路
３ 分岐流路
１０ ダンパ部
２０ スパイラル管
３０ オリフィス
１００ ＣＯ2供給源
１１０ 開閉弁
１２０ チェック弁
１２１ フィルタ
１３０ コンデンサ
１４０ タンク
１５０ ポンプ
１６０ 自動開閉弁
１７０ 背圧弁
５００ 処理チャンバ（処理室）
Claims (8)
- 液体状態の流体を処理室に向けて供給する流体供給装置であって、
気体状態の流体を液化するコンデンサと、
前記コンデンサにより液化された流体を貯留するタンクと、
前記タンクに貯留された液化された流体を前記処理室へ向けて圧送するポンプと、
前記ポンプの吐出側の流路と連通し、前記ポンプから吐出される液体の圧力変動を抑制するダンパ部を有し、
前記ダンパ部は、前記ポンプと前記ポンプの吐出側から前記処理室に至る流路の途中に設けられた開閉弁との間で分岐した流路に設けられており、両端部が所定の位置に固定され、かつ、前記両端部の間で液体の流れの方向を変更させるように形成された変流管部を有し、
前記分岐した分岐流路は、前記ポンプから吐出された液体を液体状態で前記コンデンサに戻すための流路である、ことを特徴とする流体供給装置。 - 前記コンデンサ、前記タンク、前記ポンプおよび前記開閉弁は、前記気体状態の流体を供給する流体供給源と前記処理室とを結ぶメイン流路に設けられ、
前記ダンパ部は、前記ポンプと前記開閉弁との間から分岐し、前記コンデンサの上流の前記メイン流路に接続される分岐流路に設けられ、
前記ポンプから圧送される前記液体状態の流体は、前記開閉弁が閉じられた状態では、前記分岐流路を通じて再び前記コンデンサおよび前記タンクに戻り、
前記開閉弁が開放されると、前記液体状態の流体は、前記処理室へ圧送され、超臨界状態に変化させるべく、前記処理室の手前又は前記処理室内に設けられた加熱ユニットにより加熱される、請求項１に記載の流体供給装置。 - 前記ダンパ部は、前記開閉弁が開放された状態で、前記ポンプから吐出される液体の圧力変動を抑制するように設けられている、請求項２に記載の流体供給装置。
- 前記変流管部は、スパイラル管、渦巻形の管、波形の管および蛇行管のいずれかを含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の流体供給装置。
- 前記流体は、二酸化炭素を含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の流体供給装置。
- 請求項１ないし５のいずれかに記載の流体供給装置を用いて、液体状態の流体を処理室に向けて供給することを特徴とする流体供給方法。
- 請求項１ないし５のいずれかに記載の流体供給装置と、
前記流体供給装置から供給される流体を用いて基体を処理する処理室と、を有する半導体製造装置。 - 請求項１ないし５のいずれかに記載の流体供給装置供給される流体を用いて基体の処理をする半導体製造方法。
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