JPWO2019035351A1 - 流体供給装置およびこの装置における液体排出方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】メイン配管に設置された各種機器の凍結による故障を防止できる流体供給装置およびこの装置に適した液体排出方法を提供する。【解決手段】コンデンサ１３０と、流体を貯留するタンク１４０と、流体を処理室５００へ向けて圧送するポンプ１６０と、タンク１４０とポンプ１６０とを結ぶタンク１４０に貯留された液体の自重を用いて当該液体をポンプ１６０に移送させるためのメイン配管２と、メイン配管２と一端が当該メイン配管２の最低位置ＭＢで接続され他端部が大気に開放され、タンク１４０およびメイン配管２内の液体を気化させて外部に排出するための排出用配管５とを有し、排出用配管５は、タンク１４０およびメイン配管２内の液体がすべて排出されたのちに排出用配管５の大気側の空間とメイン配管２側の空間とを隔てる液だまりが排出用配管５内に一時的に生じるように形成されている。【選択図】図３

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この装置における液体排出方法にする。
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、乾燥を経てレジスト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、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、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、基板上に形成したレジスト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）。
特開2014-22520号公報 特開2006-294662号公報 特開2004-335675号公報 特開2002-33302号公報
二酸化炭素の超臨界流体を処理チャンバへ供給する流体供給装置では、まず、供給源からの気体状態の二酸化炭素（例えば、２０℃、５．０ＭＰａ）がコンデンサ（凝縮器）で凝縮液化されてタンクに貯留され、これが処理チャンバに通ずるメイン配管を通じてポンプで処理チャンバへ圧送される（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。
上記のような流体供給装置では、装置の稼働を停止する際には、タンクに貯留された液体状態の二酸化炭素をメイン配管に接続された排出配管を通じて大気に触れさせることで気体状態の二酸化炭素に変化させて外部に排出する。
しかしながら、タンクに貯留された液体は、自重によりメイン配管に落下しながらポンプに供給される。すなわち、ポンプはタンクよりも下方に配置されるため、タンクに貯留された液体を気化させながら外部に排出していくと、タンクとポンプを連通するメイン配管に残る液体を大気に触れさせて気化させる際に、当該メイン配管を構成する配管が凍結してしまう。タンクとポンプを結ぶメイン配管の配管には、開閉バルブ、圧力センサ、温度センサ等の各種機器が設置されており、当該配管の凍結が各種機器の故障をもたらす可能性があるという問題が存在した。
本発明の目的は、メイン配管に設置された各種機器の凍結による故障を防止できる流体供給装置およびこの装置に適した液体排出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、
前記タンクと前記ポンプとを結び、当該タンクに貯留された液体の自重を用いて当該液体をポンプに移送させるためのメイン配管と、
一端が前記メイン配管の最低位置で当該メイン配管と接続され、他端が大気に開放され、前記タンクおよびメイン配管内の液体を気化させて外部に排出するための排出用配管と、を有し、
前記排出用配管は、前記タンクおよびメイン配管内の液体がすべて排出されたのちに、当該排出用配管の大気側の空間と前記メイン配管側の空間とを隔てる液だまりが当該排出用配管内に一時的に生じるように形成されている、ことを特徴とする。
好適には、前記排出用配管は、その途中に前記一端及び他端の位置より低い最低位置を有することにより、当該最低位置付近に前記液だまりが生じるように形成され、当該排出用配管の最低位置に開閉弁が設けられている、構成を採用できる。
また、好適には、前記排出用配管は、前記他端側にオリフィスが設けられ
前記排出用配管のオリフィスの出口側の近傍に接続された排気通路を有し、当該排気通路に大気を一方向に流通させる排気装置をさらに有する、構成を採用できる。
本発明の液体排出方法は、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凝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、
前記タンクと前記ポンプとを結び、当該タンクに貯留された液体の自重を用いて当該液体をポンプに移送させるためのメイン配管と、を有し、
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における液体排出方法であって、
一端が前記メイン配管の最低位置で当該メイン配管と接続され他端が大気に開放された排出用配管を用いて、前記タンクおよびメイン配管内の液体を気化させて外部に排出する際に、前記タンクおよびメイン配管内の液体をすべて排出したのち、当該排出用配管の大気側の空間とメイン配管側の空間とを隔てる液だまりを当該排出用配管内に一時的に生じさせる、ことを特徴とする。
本発明の半導体製造装置は、上記構成の流体供給装置を用いて、基体の処理をすることを特徴とする。
本発明によれば、タンクおよびメイン配管内の液体がすべて排出されたのちに、排出用配管の大気側の空間とメイン配管側の空間とを隔てる液だまりが排出用配管内に一時的に生じるように形成されていることで、一時的に生じた液だまりを形成する液体が大気に触れる側から気化し、このときの気化熱により排出用配管が冷却されて凍結する可能性があるが、液だまりを形成する液体はメイン配管側の空間に触れる側では気化しないので、メイン配管が冷却されて凍結するのを回避できる。
本発明の一実施形態に係る流体供給装置の構成図であって、流体を処理チャンバに供給している状態の図。 図１の流体供給装置において液体を循環させている状態を示す図。 図１の流体供給装置において、タンクに貯留した液体を外部に排出する排出工程を示す図。 図３に続く排出工程を示す図。 図４に続く排出工程を示す図。 二酸化炭素の状態図。
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。
図１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１において、２はメイン配管、３は分岐配管、５は排出用配管、１００はＣＯ2供給源、１１０は開閉弁、１２０はフィルタ、１３０はコンデンサ、１４０はタンク、１５０は開閉弁、１６０はポンプ、１７０は背圧弁、１８０は開閉弁、２００は開閉弁、２１０はオリフィス、３００は排気装置、５００は処理チャンバを示す。また、図中のＰＴは圧力センサや温度センサ等の各種機器を示す。図１は、開閉弁１１０，１５０，１８０が開放され、開閉弁２００が閉鎖された状態を示している。
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）をメイン配管２へ供給する。図６の二酸化炭素の状態図を参照すると、ＣＯ2供給源１００から供給される二酸化炭素は、図６のＰ１の状態にある。この状態の二酸化炭素は、開閉弁１１０、フィルタ１２０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し、液化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６のＰ２のような状態（３℃、５ＭＰａ）となる。タンク１４０の底部から図６のＰ２のような状態にある液体状態の二酸化炭素がメイン配管２を通じて自重でポンプ１６０に送られ、ポンプ１６０の吐出側に圧送されることで、図６のＰ３のような液体状態（２０℃、２０ＭＰａ）となる。メイン配管２は、タンク１４０からポンプ１６０を通じて処理チャンバ５００まで延びており、ポンプ１６０に接続された高さが、メイン配管２の最低位置となっている。
ポンプ１６０と処理チャンバ５００とを結ぶメイン配管２の途中には、開閉弁１８０が設けられている。メイン配管２のポンプ１６０と開閉弁１８０の間からは、分岐配管３が分岐している。分岐配管３は、ポンプ１６０と開閉弁１８０の間で、メイン配管２から分岐し、フィルタ１２０の上流側で再びメイン配管２に接続されている。分岐配管３には、背圧弁１７０が設けられている。
背圧弁１７０は、ポンプ１６０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１２０側へ液体をリリースする。これにより、ポンプ１６０の吐出側の液体の圧力が設定圧力を超えるのを防ぐ。
開閉弁１１０，１５０，１８０が開放された状態では、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６に示すＰ４のような超臨界状態（８０℃、２０ＭＰａ）となる。
開閉弁１８０が閉じられた状態では、図２に示すように、ポンプ１６０から圧送される液体は、分岐配管３を通って再びコンデンサ１３０およびタンク１４０に戻る。
ここで、図３〜図５を参照して、上記構成の流体供給装置の稼働停止時に、タンク１４０に貯留された液体状態の二酸化炭素を、排出用配管５を通じて大気に触れさせることで気体状態の二酸化炭素に変化させて外部に排出する構成および方法について説明する。
ステンレス鋼等の金属製の排出用配管５は、図から分かるように、複数の配管部５ａ〜５ｅで構成され、配管部５ａの端部がメイン配管２の最低位置ＭＢの連通部ＣＮ１において接続されている。排出用配管５の配管部５ａは、連通部ＣＮ１から水平方向に延び、これに続いて、配管部５ｂが鉛直方向下側に延びている。配管部５ｂの最低位置において、配管部５ｃの一端が接続され、配管部５ｃは水平方向に延びて他端部が鉛直方向上側へ延びる配管部５ｄに接続されている。配管部５ｄの上側端部は、最低位置ＭＢとタンク１４０の最底部との間に位置され、配管部５ｄに接続されて水平方向に延びる配管部５eは、排気装置３００の排気通路３１０に接続されている。
最低位置にある配管部５ｃの途中に開閉弁２００が設けられている。
配管部５eには、オリフィス２１０が設けられ、オリフィス２１０の出口２１１の近傍が排気通路３１０に接続されている。
排気装置３００は、上下方向に延びる排気通路３１０と、排気通路３１０に設けられた排気ファン３２０とを有する。排気ファン３２０を駆動させることで、大気Ａ１が排気通路３１０を下側から上側に向けて流通し、排気ファン３２０から外部へ排気されるようになっている。
図３に示すように、開閉弁１１０および１５０を閉鎖し、開閉弁２００を開放すると、タンク１４０内の液体（液体状態の二酸化炭素）ＬＱは、メイン配管２のタンク１４０の底部から開閉弁１５０までの空間、および、排出用配管５の連通部ＣＮ１からオリフィス２１０までの空間に充填される。オリフィス２１０において、液体ＬＱは大気に触れることで気化して二酸化炭素ガスとなる。この二酸化炭素ガスが排気通路３１０を流通する大気Ａ１と混合され、排気ファン３２０を通じて外部へ放出される。
オリフィス２１０の出口２１１では、液体ＬＱが気化する際に熱が奪われるため温度が低下するが、熱量をもつ大気Ａ１がオリフィス２１０の出口２１１付近に常に供給されているため、オリフィス２１０が凍結して詰まることはない。
図４に示すように、タンク１４０内の液体ＬＱがすべて排出され、メイン配管２のタンク１４０側に液体ＬＱが存在しない空間が形成された状態になると、排出用配管５のオリフィス２１０側にも液体ＬＱが存在しない空間が形成された状態になり、オリフィス２１０側の液体ＬＱの液位も下がる。なお、タンク１４０およびメイン配管２の液体ＬＱが存在しない閉空間は、大気圧よりも高い二酸化炭素ガスで満たされているため、図４に示す状態では、メイン配管２側の液体ＬＱの液位は、オリフィス２１０側の液体ＬＱの液位より低くなる。このとき、オリフィス２１０側の液体ＬＱの液面はオリフィス２１０を通じて侵入する大気Ａ１に触れるため、配管部５ｄ内で気化する。このため、図４に示すように、配管部５ｄおよび５ｅの一部には凍結部ＦＺが発生する可能性がある。
しかしながら、凍結部ＦＺはメイン配管２から離れているため、メイン配管２への影響はない。
図４に示した状態から液体ＬＱの排出がさらに進むと、図５に示すように、配管部５ｂ、５ｃ、５ｄにより、液体ＬＱの液だまりが形成される。このとき、凍結部ＦＺは配管部５ｅ、５ｄに加えて、配管部５ｃまで拡大する可能性がある。この状態においても、液だまりを形成する液体ＬＱのメイン配管側の液面は、大気よりも高圧の二酸化炭素ガスに触れており気化することはないので、凍結部ＦＺは最悪でも配管部５ｂまでしか拡大しない。液だまりを形成する液体ＬＱが配管部５ｃにおいてすべて気化すれば、液体の排出は完了する。すなわち、配管部５ｃに液だまりを一時的に形成することで、凍結部ＦＺがメイン配管２まで広がるのを確実に防止できる。
以上のように、本実施形態によれば、液体状態の二酸化炭素が大気に触れて気化する際の気化熱により、流体供給装置を稼働させたときに使用される流体供給用のメイン配管２が凍結するのを確実に防止できる。
上記実施形態では、配管部５ｂ、５ｃ、５ｄにより液だまりを生じる構成を例に挙げたが、これに限定されるわけではなく、排出用配管５に湾曲するＵ状部分を形成してもよいし、液だまりができるように屈曲部を形成してもよい。
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。
２ メイン配管
３ 分岐配管
５ 排出用配管
１００ ＣＯ2供給源
１１０ 開閉弁
１２０ フィルタ
１３０ コンデンサ
１４０ タンク
１５０ 開閉弁
１６０ ポンプ
１７０ 背圧弁
１８０ 開閉弁
２００ 開閉弁
２１０ オリフィス
３００ 排気装置
３１０ 排気通路
３２０ 排気ファン
５００ 処理チャンバ
ＣＮ１ 連通部
ＭＢ 最低位置

Claims (8)

  1. 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、
    前記タンクと前記ポンプとを結び、当該タンクに貯留された液体の自重を用いて当該液体をポンプに移送させるためのメイン配管と、
    一端が前記メイン配管の最低位置で当該メイン配管と接続され、他端が大気に開放され、前記タンクおよび前記メイン配管内の液体を気化させて外部に排出するための排出用配管と、を有し、
    前記排出用配管は、前記タンクおよび前記メイン配管内の液体がすべて排出されたのちに、当該排出用配管の大気側の空間と前記メイン配管側の空間とを隔てる液だまりが当該排出用配管内に一時的に生じるように形成されている、流体供給装置。
  2. 前記排出用配管は、その途中に前記一端及び他端の位置より低い最低位置を有することにより、当該最低位置付近に前記液だまりが生じるように形成され、当該排出用配管の最低位置に開閉弁が設けられている、請求項１に記載の流体供給装置。
  3. 前記排出用配管は、前記他端側にオリフィスが設けられ、
    前記排出用配管の前記オリフィスの出口側の近傍に接続された排気通路を有し、当該排気通路に大気を一方向に流通させる排気装置をさらに有する、請求項１に記載の流体供給装置。
  4. 前記流体は、二酸化炭素を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の流体供給装置
  5. 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における液体排出方法であって、
    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、
    前記タンクと前記ポンプとを結び、当該タンクに貯留された液体の自重を用いて当該液体をポンプに移送させるためのメイン配管と、を有し、
    一端が前記メイン配管の最低位置で当該メイン配管と接続され、他端が大気に開放された排出用配管を用いて、前記タンクおよび前記メイン配管内の液体を気化させて外部に排出する際に、前記タンクおよび前記メイン配管内の液体をすべて排出したのち、当該排出用配管の大気側の空間とメイン配管側の空間とを隔てる液だまりを当該排出用配管内に一時的に生じさせる、液体排出方法。
  6. 前記排出用配管は、前記他端側にオリフィスが設けられ、
    前記排出用配管の前記オリフィスの出口側の近傍に接続した排気通路内に大気を一方向に流通させて、前記液体から気化した気体と大気とを混合して外部に排出する、請求項５に記載の液体排出方法。
  7. 請求項１ないし４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。
  8. 請求項１ないし４に記載の流体供給装置から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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