JP7430902B2 - ウェハ処理装置、及び流体排出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハに超臨界流体を用いた所定の処理を行うウェハ処理装置等に関する。

近年、ウェハの表面に形成されるパターンの微細化が進んでおり、アスペクト比が高くなってきている。そのため、パターンの洗浄等に用いる有機溶剤などの処理液が表面に残ったまま乾燥させると、処理液の表面張力によってパターンが倒壊するという問題が生じる。その問題を解決するため、ウェハの表面から処理液を除去する乾燥処理等に超臨界流体を用いることがある。

そのような超臨界流体を用いた処理は、流体を超臨界状態に保つため、高圧で行われる。そのため、超臨界流体を用いたウェハへの所定の処理が行われるチャンバから流体を流出させると、流体が断熱膨張によって冷却されることになる（例えば、特許文献１，２参照）。断熱膨張によって流体が冷却されてドライアイスなどの固体が発生した場合には、配管を流れる流体の流量が少なくなるという問題があった。そのため、ヒータによって加熱することなども行われていた。

特開２００７－１５２１９５号公報 特開２０１３－０１６７９７号公報

しかしながら、ヒータで加熱してドライアイスなどの固体を融解したり昇華したりするためには時間がかかる。また、配管を流れる流体の流量が少なくなった場合には、それに応じて、チャンバから出力される流体の流量が少なくなる。その結果、例えば、チャンバにおける有機溶剤などの処理液を超臨界流体に置換する処理などの時間が長くなり、それに応じてウェハに所定の処理を行うためのタクトタイムが長くなるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ウェハに超臨界流体を用いた所定の処理を行う際のタクトタイムをより短くすることができるウェハ処理装置、及び流体排出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様による流体排出装置は、ウェハに超臨界流体を用いた所定の処理が行われるチャンバから流体を排出するための排出流路と、排出流路に設けられ、チャンバ内の圧力を調整する第１の圧力調整バルブと、第１の圧力調整バルブの下流側の排出流路に設けられ、第１の圧力調整バルブの下流側の排出流路内の圧力がチャンバ内の圧力より低くなるように調整する第２の圧力調整バルブと、第１の圧力調整バルブと第２の圧力調整バルブとの間の排出流路において流体の温度を上昇させる温度調整手段と、を備えたものである。

このような構成により、チャンバ内の高圧と大気圧との間の中間圧力に減圧した後に、流体を加熱することによって、より効率よく加熱を行うことができる。また、例えば、大気圧に減圧した流体が固体にならないようにするためには、高圧ではより高い温度にまで加熱しなくてはならないが、中間圧力では、それより低い温度までの加熱でよいことになる。そのため、流体の温度に上限が設定されているような場合には、中間圧力で加熱することによって、その上限を超えないようにすることができる。また、例えば、大気圧に減圧した流体が固体にならないようにした場合には、チャンバからの流体の排出をより短時間で行うことができ、ウェハに超臨界流体を用いた所定の処理を行う際のタクトタイムをより短くすることができる。

また、本発明の一態様による流体排出装置では、温度調整手段は、第２の圧力調整バルブから排出される流体が固体にならないように流体の温度を上昇させてもよい。

このような構成により、排出流路を流れる流体の流量が少なくなることを防止することができる。

また、本発明の一態様によるウェハ処理装置は、ウェハに超臨界流体を用いた所定の処理を行うためのチャンバと、チャンバに流体を供給するための流体供給手段と、チャンバから流体を排出する上記流体排出装置と、を備えたものである。

本発明の一態様による流体排出装置等によれば、チャンバ内の流体を排出する際に、流体の固体化が起こりにくいようにすることができ、より短時間で排出することができ、ウェハに超臨界流体を用いた所定の処理を行う際のタクトタイムをより短くすることができる。

本発明の実施の形態によるウェハ処理装置の構成を示す模式図 同実施の形態における二酸化炭素のエンタルピ線図

以下、本発明によるウェハ処理装置、及び流体排出装置について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態によるウェハ処理装置は、チャンバ内の流体を排出する際に、チャンバ内より低い圧力である中間圧力において流体の温度を上昇させてから大気圧にまで減圧するものである。

図１は、本実施の形態によるウェハ処理装置１の構成を示す模式図である。本実施の形態によるウェハ処理装置１は、チャンバ２０に流体を供給するための流体供給手段１０と、ウェハに超臨界流体を用いた所定の処理を行うためのチャンバ２０と、チャンバ２０から流体を排出するための流体排出装置３０とを備える。チャンバ２０は、開閉可能になっており、内部にウェハを収容可能な空間を有している。そして、その空間において、流体供給手段１０によって供給された流体が超臨界状態となった超臨界流体を用いた所定の処理がウェハに対して行われる。

本実施の形態では、チャンバ２０で行われる所定の処理が超臨界流体を用いたウェハの乾燥処理である場合について主に説明するが、その他の処理、例えば、超臨界流体を用いた洗浄処理や洗浄乾燥処理がウェハに対して行われてもよい。ウェハの乾燥処理は、例えば、ウェハの表面に残留した有機溶剤などの処理液を、超臨界流体に置換することによって除去し、その超臨界流体を乾燥させることによって行われる。本実施の形態では、処理に用いられる流体が二酸化炭素である場合、すなわち二酸化炭素の超臨界流体が用いられる場合について主に説明するが、他の超臨界流体が用いられてもよい。

流体供給手段１０は、供給流路１１と、ボンベ１２と、バルブ１３と、加圧ポンプ１４と、温度調整手段１５とを備える。

供給流路１１は、ボンベ１２からチャンバ２０に供給される流体の配管である。ボンベ１２には、チャンバ２０において超臨界流体となる流体が貯蔵されている。本実施の形態では、ボンベ１２において二酸化炭素が貯蔵されている場合について主に説明する。チャンバ２０に流体を供給する際には、バルブ１３が開かれる。また、チャンバ２０での処理が終了し、チャンバ２０内を減圧してウェハをチャンバ２０から取り出す際には、バルブ１３が閉じられる。加圧ポンプ１４は、ボンベ１２から供給流路１１を介して供給された流体を加圧して下流側の供給流路１１に出力する。流体を超臨界状態にするためには、臨界圧力以上に加圧する必要がある。そのため、加圧ポンプ１４は、例えば、流体を臨界圧力以上に加圧してもよい。

温度調整手段１５は、流体の温度を上昇させて下流側に出力する。加圧ポンプ１４によって流体を加圧する際には、通常、液体状態の流体が加圧されることになる。流体が二酸化炭素である場合には、液体状態にするために冷却されることがある。その場合には、加圧ポンプ１４の上流側に、熱交換器等の冷却機構が存在してもよい。一方、流体を超臨界状態にするためには、臨界温度以上に加熱する必要がある。そのため、温度調整手段１５は、例えば、流体を臨界温度以上に加熱してもよい。温度調整手段１５は、例えば、後述する温度調整手段３６と同様のものであってもよい。

チャンバ２０は、例えば、内部の空間に存在する流体を加熱するヒータを有していてもよい。そのヒータによる流体の加熱は、流体を超臨界状態に保つために行われる。

流体排出装置３０は、排出流路３１と、第１の圧力計３２と、第１の圧力調整バルブ３３と、第２の圧力計３４と、第２の圧力調整バルブ３５と、温度調整手段３６とを備える。

排出流路３１は、ウェハに対して超臨界流体を用いた所定の処理が行われるチャンバ２０から流体を排出するための配管である。第１の圧力計３２は、チャンバ２０と第１の圧力調整バルブ３３との間の排出流路３１における流体の圧力を測定する。なお、第１の圧力計３２が圧力を測定する排出流路３１の箇所は、チャンバ２０内と繋がっているため、第１の圧力計３２によって、チャンバ２０内の圧力が測定されることになる。

第１の圧力調整バルブ３３は、排出流路３１に設けられ、チャンバ２０内の圧力を調整する。この調整は、第１の圧力計３２による測定結果を用いて自動的に行われる。チャンバ２０において超臨界流体を用いた処理が行われる場合には、チャンバ２０内の圧力が、臨界圧力以上のあらかじめ決められた圧力になるように第１の圧力調整バルブ３３によって調整されてもよい。

第２の圧力計３４は、第１の圧力調整バルブ３３及び第２の圧力調整バルブ３５の間の排出流路３１内の流体の圧力を測定する。第２の圧力調整バルブ３５は、第１の圧力調整バルブ３３の下流側の排出流路３１に設けられ、第１の圧力調整バルブ３３の下流側の排出流路３１内の圧力がチャンバ２０内の圧力より低くなるように調整する。この調整は、第２の圧力計３４による測定結果を用いて自動的に行われる。チャンバ２０において超臨界流体を用いた処理が行われる場合に、第１の圧力調整バルブ３３と第２の圧力調整バルブ３５との間の排出流路３１内の流体の圧力が、あらかじめ決められた中間圧力になるように第２の圧力調整バルブ３５によって調整されてもよい。なお、中間圧力とは、大気圧より高く、チャンバ２０内の圧力より低い圧力である。本実施の形態では、第２の圧力調整バルブ３５の下流側が大気圧である場合について主に説明する。なお、第２の圧力調整バルブ３５から下流側に出力された流体は、例えば、大気中に放出されてもよく、または、再利用されてもよい。

温度調整手段３６は、第１の圧力調整バルブ３３と第２の圧力調整バルブ３５との間の排出流路３１において流体の温度を上昇させる。温度調整手段３６は、例えば、排出流路３１内の流体との熱交換を行う熱交換器と、その熱交換器を加熱する加熱手段とを有してもよい。加熱手段は、例えば、電気ヒータ等であってもよい。また、温度調整手段３６は、それら以外の構成によって流体の温度を上昇させてもよい。

温度調整手段３６は、第２の圧力調整バルブ３５から排出される流体が固体にならないように流体の温度を上昇させることが好適である。第１の圧力調整バルブ３３の上流側における流体の温度及び圧力が決まっており、中間圧力も決まっている場合には、温度調整手段３６に流入する流体の温度は決まることになる。また、第２の圧力調整バルブ３５の下流側が大気圧であるとすると、大気圧において流体が固体にならない温度は決まっている。そして、それらを用いることによって、第２の圧力調整バルブ３５から排出される流体が固体にならないようにするためには、温度調整手段３６によって、流体の温度を何度以上にしなくてはならないのかを特定することができる。したがって、そのようにして特定された温度以上となるように、温度調整手段３６によって流体の加熱が行われてもよい。

次に、エンタルピ線図を用いて、中間圧力での流体の温度上昇について説明する。図２は、二酸化炭素のエンタルピ線図である。横軸は比エンタルピであり、縦軸は圧力（ＭＰａ ａｂｓ）である。ここでは、チャンバ２０内において、１２ＭＰａ、４５℃の二酸化炭素の超臨界流体を用いて、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等の処理液と、超臨界流体との置換が行われており、チャンバ２０から処理液を含む超臨界流体が排出される場合について説明する。ここでは、中間圧力が５ＭＰａであるとする。すると、流体が第１の圧力調整バルブ３３を通過することによって、エンタルピ線図では、点Ａから点Ｂに流体の状態が変化することになる。点Ｂの温度は約１５℃である。

また、温度調整手段３６は、流体の温度を約１５℃から６０℃に上昇させるように設定されていたとする。すると、流体が温度調整手段３６を通過することによって、エンタルピ線図では、点Ｂから点Ｃに流体の状態が変化することになる。

また、第２の圧力調整バルブ３５の下流側の圧力が大気圧（約０．１ＭＰａ）であるとすると、流体が第２の圧力調整バルブ３５を通過することによって、エンタルピ線図では、点Ｃから点Ｄに流体の状態が変化することになる。なお、点Ｄの温度は約１０℃であり、点Ｄは気体領域に存在するため、流体である二酸化炭素がドライアイスになることはなく、第２の圧力調整バルブ３５や、その下流側の排出流路３１内がドライアイスによって詰まったり、排出流路３１における流量が低下したりすることはない。

なお、図２のエンタルピ線図において、１２ＭＰａにおける等温線の比エンタルピ方向の間隔は、５ＭＰａにおける等温線の比エンタルピ方向の間隔より広くなっている。したがって、５ＭＰａのほうが、より効率よく流体の温度を上昇できることが分かる。

また、中間圧力における流体の温度上昇を行うことなく、流体を排出した場合には、図２のエンタルピ線図において、点Ａから大気圧となるまで、下方に状態が変化することになる。そのようにして大気圧になった流体の状態は気固混合であり、Ｘ＝０．８付近であるため、約２割程度がドライアイスになることが分かる。

また、仮に１２ＭＰａにおいて６０℃にまで加熱したとしても、図２のエンタルピ線図を参照すれば、大気圧にまで減圧された際に、気固混合の領域になることが分かる。そのため、従来例で説明したように、ドライアイスが発生することになり、排出流量を増やすことはできない。

そのような流体の固体化を避けるために、中間圧力における加熱を行うのではなく、１２ＭＰａにおける加熱を行うことも考えられる。その１２ＭＰａにおける加熱によって、上記説明と同様に、大気圧における流体の温度が約１０℃である点Ｄになるようにするためには、流体を８０℃以上に加熱する必要がある。一方、ＩＰＡ等の処理液と超臨界流体との置換を行っている際に、超臨界流体の温度が高くなると、処理液の超臨界流体への溶解の程度が少なくなる。そのため、処理液の超臨界流体への溶解を促進する観点からは、チャンバ２０内の超臨界流体の温度をあまり上昇させないほうがよいことになる。また、チャンバ２０や流体排出装置３０が９０℃などの高温の流体にも耐えられるようにするためには、それに応じた部材を使用する必要があり、コストが増加する。その観点からも、中間圧力において流体の温度を上昇させることが好適である。

次に、ウェハ処理装置１の動作について、簡単に説明する。まず、チャンバ２０を開けて、ＩＰＡ等の処理液によって洗浄されたウェハを内部の空間に挿入する。このウェハの挿入は、例えば、ウェハを搬送する搬送ロボット等によって行われてもよい。次に、チャンバ２０を閉じると共に、バルブ１３が開けられ、二酸化炭素がチャンバ２０内に注入される。その後、二酸化炭素は、例えば、加圧ポンプ１４を用いて昇圧され、温度調整手段１５によって加熱されてチャンバ２０に注入される。また、チャンバ２０内において、ヒータ等を用いた二酸化炭素の加熱が行われてもよい。

注入された二酸化炭素は、チャンバ２０内の圧力が臨界圧力７．３８ＭＰａ以上、温度が臨界温度３１．１℃以上になると超臨界状態となり、ウェハ上のＩＰＡ等は、超臨界状態の二酸化炭素に溶解される。チャンバ２０内の超臨界状態の二酸化炭素（超臨界流体）の圧力が一定値（例えば、１２ＭＰａなど）を超えると、排出流路３１に設けられた第１の圧力調整バルブ３３によって、チャンバ２０内の圧力を一定に保ちながら超臨界流体が徐々に排出される。このようにして、ウェハに付着していたＩＰＡ等が溶解した超臨界流体が排出され、チャンバ２０内において、ウェハからのＩＰＡ等の除去が行われることになる。

チャンバ２０内は、少なくともＩＰＡ等の処理液の排出が完了するまで、二酸化炭素が超臨界状態となる圧力及び温度に保たれることが好適である。チャンバ２０内は、例えば、圧力は７．４～１５ＭＰａに、また、温度は３１～５０℃に保たれることが好ましい。チャンバ２０への二酸化炭素の注入は継続されるため、超臨界二酸化炭素流体の注入と、ＩＰＡ等の処理液が溶解している超臨界二酸化炭素流体の排出が並行して行われることになる。

第１の圧力調整バルブ３３から出力された流体は、中間圧力（例えば、５ＭＰａなど）において、温度調整手段３６によって加熱され、あらかじめ決められた温度になる。また、第１の圧力調整バルブ３３と第２の圧力調整バルブ３５との間の排出流路３１内の流体の圧力が中間圧力を超えると、排出流路３１に設けられた第２の圧力調整バルブ３５によって、中間圧力を一定に保ちながら流体が徐々に排出される。第２の圧力調整バルブ３５から排出される流体は、温度調整手段３６によって加熱されているため、大気圧になるまで断熱膨張しても固体になることはない。そのため、第２の圧力調整バルブ３５や排出流路３１の詰まりや流量の低下を防止することができる。また、中間圧力において流体の温度を上昇させているため、流体をゆっくりと排出する必要もないことになる。したがって、ＩＰＡ等の処理液を超臨界流体で置換する処理を、より短時間で行うことができる。

なお、超臨界流体によるＩＰＡ等の排出が終了したかどうかは、例えば、ＩＰＡ等を検知するセンサによってチャンバ２０内においてＩＰＡ等を検知することによって確認されてもよい。ＩＰＡ等を検知するセンサは、例えば、アルコール検知センサ等であってもよい。

ＩＰＡ等の処理液が溶解している超臨界流体の排出が終了すると、バルブ１３が閉じられ、チャンバ２０内を第１の圧力調整バルブ３３及び第２の圧力調整バルブ３５によって降圧し、二酸化炭素を気体に相転換させてから排出する。このように、チャンバ２０内の圧力を低下させる際の流体の排出時にも、中間圧力における流体の加熱が行われてもよい。そのような加熱を行うことで、チャンバ２０内が減圧される際のドライアイスの発生を防止することができる。また、例えば、結露が発生しないようにすることもできる。なお、チャンバ２０内が減圧される際には、チャンバ２０内の圧力が徐々に低くなるため、中間圧力もそれに応じて徐々に低くなるように制御されることが好適である。チャンバ２０内が大気圧になった後に、チャンバ２０内では、加温が停止されてもよく、または３１～５０℃に維持されてもよい。

その後、チャンバ２０が開けられ、超臨界流体を用いて乾燥されたウェハが、搬送ロボット等によって搬出され、一連の乾燥処理が終了になる。なお、上記した一連の処理に関するタイミング等の制御は、図示しない制御手段によって行われてもよい。

以上のように、本実施の形態によるウェハ処理装置１及び流体排出装置３０によれば、チャンバ２０から流体を排出する際に、中間圧力において流体の温度を上昇させることによって、第２の圧力調整バルブ３５から出力される流体が固体にならないようにすることができ、第２の圧力調整バルブ３５や、その下流側の排出流路３１において流量が下がらないようにすることができる。また、上記説明のように、中間圧力において流体の温度を上昇させることによって、チャンバ内の圧力で流体の温度を上昇させる場合よりも効率よく温度を上昇させることができ、上昇後の温度も、より低くすることができる。さらに、第２の圧力調整バルブ３５から出力される流体が固体にならないため、流体をゆっくりと排出する必要もなくなり、ＩＰＡ等の処理液と超臨界流体との置換処理や、チャンバ２０内を減圧する際の流体の排出処理を短時間で行うことができる。その結果、ウェハに超臨界流体を用いた所定の処理を行う際のタクトタイムをより短くすることができる。また、流体の断熱膨張による急激な温度変化が起こらないようにすることができるため、配管等がヒートショックによって破損することを防止することもできる。

なお、本実施の形態では、チャンバ２０内の圧力が一定の状態で行われるＩＰＡ等の処理液と超臨界流体との置換処理、及びチャンバ２０内を減圧する際の流体の排出処理のそれぞれにおいて、中間圧力における流体の加熱を行う場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。両処理のうち、一方の処理においてのみ、中間圧力における流体の加熱を行ってもよい。

また、本実施の形態では、中間圧力における流体の温度上昇のみを行う場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。例えば、第１の圧力調整バルブ３３より上流側において、流体の温度を上昇させてもよい。その温度上昇は、例えば、温度調整手段３６と同様の構成によって行われてもよい。また、２以上の中間圧力において、流体の温度上昇を行うようにしてもよい。その場合には、第２の圧力調整バルブ３５の下流側にもさらに、温度調整手段と、圧力センサと、圧力調整バルブとのセットが１以上の設けられており、各中間圧力において、流体の温度が上昇されてもよい。２以上の中間圧力は、下流側ほどより低い圧力になる。

また、本実施の形態では、第２の圧力調整バルブ３５から出力される流体が固体にならないように中間圧力での加熱が行われる場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。仮に、第２の圧力調整バルブ３５から出力される流体の一部が固体化するような場合であっても、中間圧力において流体の温度を上昇させることによって、従来よりも流体の固体化が起こりにくいようにすることができる。その結果、ドライアイスなどの固体の融解や昇華をより短時間で行うことができるようになり、排出流路３１等における流量の低下を効率的に防止することができる。

また、本実施の形態では、流体供給手段１０がボンベ１２を有する場合について説明したが、そうでなくてもよい。流体供給手段１０は、ボンベ１２を有していなくてもよい。その場合には、流体供給手段１０の供給流路１１が、二酸化炭素等のボンベに接続されることによって、供給流路１１に流体が供給されてもよい。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上より、本発明の一態様によるウェハ処理装置等によれば、チャンバ内の流体を固体化させることなく短時間で排出できるという効果が得られ、ウェハに超臨界流体を用いた処理を行うウェハ処理装置等として有用である。

１ ウェハ処理装置
１０ 流体供給手段
２０ チャンバ
３０ 流体排出装置
３１ 排出流路
３２ 第１の圧力計
３３ 第１の圧力調整バルブ
３４ 第２の圧力計
３５ 第２の圧力調整バルブ
３６ 温度調整手段

Claims (3)

1. ウェハに超臨界流体を用いた所定の処理が行われるチャンバから流体を排出するための排出流路と、
   前記排出流路に設けられた第１の圧力調整バルブと、
   前記チャンバ内の流体の圧力を測定する第１の圧力計と、
   前記第１の圧力調整バルブの下流側の前記排出流路に設けられた第２の圧力調整バルブと、
   前記第１の圧力調整バルブと前記第２の圧力調整バルブとの間の前記排出流路内の流体の圧力を測定する第２の圧力計と、
   前記第１の圧力調整バルブと前記第２の圧力調整バルブとの間の前記排出流路において流体の温度を上昇させる温度調整手段と、を備え、
   前記第１の圧力調整バルブは、前記第１の圧力計による測定結果を用いて、前記チャンバ内の圧力を調整し、
   前記第２の圧力調整バルブは、前記第２の圧力計による測定結果を用いて、前記第１の圧力調整バルブと前記第２の圧力調整バルブとの間の前記排出流路内の圧力が前記チャンバ内の圧力より低くなるように調整する、流体排出装置。
2. 前記温度調整手段は、前記第２の圧力調整バルブから排出される流体が固体にならないように流体の温度を上昇させる、請求項１記載の流体排出装置。
3. ウェハに超臨界流体を用いた所定の処理を行うためのチャンバと、
   前記チャンバに流体を供給するための流体供給手段と、
   前記チャンバから流体を排出する請求項１または請求項２記載の流体排出装置と、を備えたウェハ処理装置。

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