KR101568450B1 - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법, 및 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피처리 기판의 건조에 이용되는 고온고압 유체의 소비량이 적은 기판 처리 장치 등을 제공하는 과제로 한다.
제1 원료 수용부(41)에서는 가열 기구(42)에 의해 액체 상태의 원료를 고온고압 유체 상태로 하고, 원료 공급로(411)의 공급용 밸브(412)를 열어 처리 용기(31)에 그 고온고압 유체를 공급하여, 이 고온고압 유체에 의한 피처리 기판(W)의 건조를 실행한다. 제2 원료 수용부(41)는 제2 냉각 기구(43a, 43b)에 의해 상기 원료의 응축 온도 이하로 냉각됨으로써, 회수용 밸브(412)를 열어, 원료 회수로 처리 용기(31) 내의 고온고압 유체를 그 제2 원료 수용부(41)에 회수한다. 회수된 원료는 제1 원료 수용부(41)로부터 처리 용기(31)에 공급되는 원료로서 재이용된다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법, 및 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING METHOD, AND COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM}

본 발명은 세정 등의 처리가 이루어진 피처리 기판을, 고온고압 유체를 이용하여 건조하는 처리 등을 실시하는 기술에 관한 것이다.

피처리 기판인 예컨대 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함) 표면에 집적 회로의 적층 구조를 형성하는 반도체 장치의 제조 공정 등에 있어서는, 약액 등의 세정액에 의해 웨이퍼 표면의 미소한 먼지나 자연 산화막을 제거하는 등, 액체를 이용하여 웨이퍼 표면을 처리하는 액처리 공정이 마련되어 있다.

예컨대, 웨이퍼를 세정하는 매엽식 스핀 세정 장치는, 노즐을 이용하여 웨이퍼의 표면에, 예컨대 알칼리성이나 산성의 약액을 공급하면서 웨이퍼를 회전시킴으로써 웨이퍼 표면의 먼지나 자연 산화물 등을 제거한다. 이 경우에, 웨이퍼 표면은 예컨대 순수 등을 이용한 린스 세정에 의해 남은 약액이 제거된 후, 웨이퍼를 회전시켜 남은 액체를 비산시키는 스핀 건조 등에 의해서 건조된다.

그런데, 반도체 장치의 고집적화에 따라, 이러한 액체 등을 제거하는 처리에 있어서, 소위 패턴 붕괴의 문제가 커지고 있다. 패턴 붕괴는 예컨대 웨이퍼 표면에 남은 액체를 건조시킬 때에, 패턴을 형성하는 요철 중, 예컨대 볼록부의 좌우에 남아 있는 액체가 불균일하게 건조됨으로써, 이 볼록부를 좌우로 잡아당기는 표면장력의 밸런스가 무너져 액체가 많이 남아 있는 방향으로 볼록부가 무너지는 현상이다.

이러한 패턴 붕괴의 발생을 억제하면서 웨이퍼 표면에 남은 액체를 제거하는 수법으로서 고온고압 유체의 일종인 초임계 상태의 유체(초임계 유체)를 이용한 건조 방법이 알려져 있다. 초임계 유체란 물질 고유의 임계온도, 임계압력을 초과한 상태에 있는 유체로서, 기체와 유체의 중간에 해당하는 물리적 성질을 가지는 유체이다. 초임계 유체는 액체와 비교하여 점도가 작고, 또 액체를 용해할 능력도 높은데다가, 초임계 유체와 평형 상태에 있는 액체나 기체와의 사이에서 계면이 존재하지 않는다. 그래서, 액체가 부착된 상태의 웨이퍼를 초임계 유체와 치환하고, 그러한 후, 초임계 유체를 기체로 상태 변화시키면, 표면장력의 영향을 받는 일없이 액체를 건조시킬 수 있다.

여기서 특허문헌 1에는, 세정부에서 세정된 기판을 건조 처리실 내로 반송하고, 이어서 그 건조 처리실 내의 압력이 건조 처리용 처리 유체(본 예에서는 이산화탄소)의 임계압 이상이 되도록 미리 승압하고 나서, 그 건조 처리실 내에 초임계 유체를 공급함으로써 피처리 기판을 건조하는 기술이 기재되어 있다. 이 기술에서는, 처리를 끝낸 처리 유체는 건조 처리실로부터 배출되고, 건조 처리실 안을 대기압으로 감압함으로써 건조 처리가 종료된다.

일본 특허 공개 2008-72118호 공보 : 단락 0025∼0029, 단락 0038∼0039, 도 1

여기서, 피처리 기판을 건조하는 초임계 유체로서 사용되는 유체의 종류는, 특허문헌 1에 기재된 이산화탄소와 같이 저렴한 불활성 가스뿐만 아니다. 예컨대 IPA(IsoPropyl Alcohol) 등의 유기 용매와 같이 배출 시에 처리가 필요한 것이나, HFE(Hydro Fluoro Ether) 등 비교적 고가의 처리 유체를 이용하는 경우에는, 초임계 유체의 사용량을 최대한 저감할 것이 요구된다. 그러나, 특허문헌 1에는, 처리 유체를 초임계 상태로 하는 수법이나 건조 처리실에서 배출된 건조용 유체의 취급에 관한 기재는 없어, 처리 유체의 사용량을 저감한다고 하는 과제의 해결에는 도움이 되지 않는다.

본 발명은 이러한 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 피처리 기판의 건조 등에 이용되는 고온고압 유체의 소비량이 적은 기판 처리 장치, 기판 처리 방법, 및 이 방법을 기억한 기억 매체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치는 고온고압 유체로 피처리 기판을 건조하기 위한 처리 용기와,

이 처리 용기 내의 원료를 고온고압 유체 상태로 유지하기 위해서 상기 처리 용기 안을 가열하는 처리 용기용 가열 기구와,

액체 상태의 원료를 수용하며, 공급용 밸브가 설치된 원료 공급로를 통해 상기 처리 용기에 접속된 제1 원료 수용부와,

상기 액체 상태의 원료를 고온고압 유체 상태로 하기 위해서 상기 제1 원료 수용부를 가열하는 원료 수용부용 가열 기구와,

상기 원료를 액체 상태로 수용하기 위해서 상기 제1 원료 수용부를 냉각하기 위한 제1 냉각 기구와,

회수용 밸브가 설치된 원료 회수로를 통해 상기 처리 용기에 접속되며, 그 처리 용기로부터 원료를 회수하기 위한 제2 원료 수용부와,

상기 처리 용기 내의 고온고압 유체를 회수하기 위해서 제2 원료 수용부를 원료의 응축 온도 이하로 냉각하기 위한 제2 냉각 기구와,

상기 제1 원료 수용부 내의 액체 상태의 원료가 고온고압 유체 상태로 된 후, 상기 공급용 밸브를 열고, 상기 처리 용기 내에 고온고압 유체가 공급된 후, 제2 원료 수용부를 원료의 응축 온도 이하로 냉각하며 상기 회수용 밸브를 열도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 다른 발명에 따른 기판 처리 장치는 고온고압 유체로 피처리 기판을 건조하기 위한 처리 용기와,

이 처리 용기 내의 원료를 고온고압 유체 상태로 유지하기 위해서 상기 처리 용기 안을 가열하는 처리 용기용 가열 기구와,

상기 처리 용기에 접속되며, 이 처리 용기에 공급되는 원료, 및 이 처리 용기로부터 회수된 원료를 액체 상태로 수용하기 위한 원료 수용부와,

상기 액체 상태의 원료를 고온고압 유체 상태로 하기 위해서 상기 원료 수용부를 가열하는 원료 수용부용 가열 기구와,

상기 처리 용기 내의 고온고압 유체를 원료 수용부 내에 회수하여, 액체 상태의 원료로서 수용하기 위해서, 그 원료 수용부를 원료의 응축 온도 이하로 냉각하기 위한 냉각 기구와,

상기 원료 수용부 내의 액체 상태의 원료가 고온고압 유체 상태로 된 후, 이 원료 수용부 내의 고온고압 유체를 상기 처리 용기로 공급하고, 이 처리 용기에 고온고압 유체가 공급된 후, 상기 원료 수용부를 원료의 응축 온도 이하로 냉각하여, 상기 처리 용기 내의 고온고압 유체를 상기 원료 수용부로 회수하도록 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 기판 처리 장치는 이하의 특징을 갖출 수 있다.

(a) 상기 제1 원료 수용부와 제2 원료 수용부, 원료 공급로와 원료 회수로, 공급용 밸브와 회수용 밸브, 및 제1 냉각 기구와 제2 냉각 기구가 공통화되어 있는 것.

(b) 상기 제1 원료 수용부와 제2 원료 수용부가 접속되어 있는 것.

(c) 피처리 기판의 표면에는, 건조 방지를 위한 액체로 이루어지는 막이 형성되어 있는 것.

(d) 상기 원료는 상기 건조 방지를 위한 액체와 동일한 재료가 이용되는 것.

(e) 상기 원료는 이소프로필알코올인 것.

(f) 상기 고온고압 유체는 초임계 유체인 것.

(g) 상기 원료 수용부는 스파이럴관인 것.

본 발명에 따르면, 피처리 기판을 건조하기 위해서 처리 용기에 공급된 고온고압 유체의 원료를 액체 상태로 회수한다. 이 때문에, 고온고압 유체를 이용하여 피처리 기판을 건조하는 처리에 이용되는 원료의 소비량을 소량으로 억제할 수 있다.

도 1은 본 실시형태의 세정 처리 시스템의 평면도이다.
도 2는 상기 세정 처리 시스템 내의 세정 장치의 일례를 도시하는 종단 측면도이다.
도 3은 본 실시형태의 초임계 처리 장치를 도시하는 사시도이다.
도 4는 상기 초임계 처리 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 상기 초임계 처리 장치에 설치되어 있는, 초임계 유체의 준비 회수부의 구성을 도시하는 종단 측면도이다.
도 6은 상기 준비 회수부의 횡단 평면도이다.
도 7은 상기 준비 회수부의 냉각 기구를 작동시킨 상태에서의 초임계 처리 장치의 외관 사시도이다.
도 8은 상기 초임계 처리 장치에의 처리 유체의 공급, 배출 계통을 도시하는 설명도이다.
도 9는 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제1 설명도이다.
도 10은 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제2 설명도이다.
도 11은 상기 준비 회수부에 설치되어 있는 스파이럴관의 내부 모습을 도시하는 설명도이다.
도 12는 상기 초임계 처리 장치의 다른 구성예를 도시하는 설명도이다.
도 13은 상기 초임계 처리 장치의 또 다른 구성예를 도시하는 설명도이다.

본 발명의 기판 처리 장치를 구비한 기판 처리 시스템의 일례로서, 피처리 기판인 웨이퍼(W)에 세정액을 공급하여 세정 처리를 하는 세정 장치(2)와, 고온고압 상태의 유체(고온고압 유체)인 IPA의 초임계 유체(초임계 상태의 유체)를 이용하여 상기 세정 처리 후의 웨이퍼(W)를 건조하는 초임계 처리 장치(3)를 구비한 세정 처리 시스템(1)에 관해서 설명한다. 도 1은 세정 처리 시스템(1)의 전체 구성을 도시하는 횡단 평면도이며, 이 도면에 있어서 좌측을 전방(前方)이라고 하면, 세정 처리 시스템(1)은, 예컨대 직경 300 mm의 복수 개의 웨이퍼(W)를 수납한 FOUP(100)가 적재되는 적재부(11)와, FOUP(100)와 세정 처리 시스템(1) 사이에서 웨이퍼(W)를 반입반출하는 반입반출부(12)와, 반입반출부(12)와 후단의 웨이퍼 처리부(14) 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하는 전달부(13)와, 웨이퍼(W)를 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3) 내에 순서대로 반입하여 세정 처리나 초임계 처리가 이루어지는 웨이퍼 처리부(14)를 전방에서부터 이 순서대로 접속한 구조로 되어 있다.

적재부(11)는, 예컨대 4개의 FOUP(100)를 적재할 수 있는 적재대이며, 적재대 상에 적재된 각 FOUP(100)을 반입반출부(12)에 접속한다. 반입반출부(12)에서는, 각 FOUP(100)과의 접속면에 설치된 도시되지 않는 개폐 기구에 의해, FOUP(100)의 개폐 도어가 떼어내어져, 예컨대 전후 방향으로 진퇴가 자유롭고, 좌우 방향으로 이동이 자유롭고, 또 회동, 승강이 자유롭게 구성된 제1 반송 기구(121)에 의해서, FOUP(100) 내부와 전달부(13) 사이에서 웨이퍼(W)가 반송된다. 전후가 반입반출부(12)와 웨이퍼 처리부(14)에 끼워진 전달부(13)에는, 예컨대 8장의 웨이퍼(W)를 적재할 수 있는 버퍼로서의 역할을 하는 전달 선반(131)이 설치되고, 이 전달 선반(131)을 통해 웨이퍼(W)가 반입반출부(12)와 웨이퍼 처리부(14) 사이에서 반송된다.

웨이퍼 처리부(14)에는, 전달부(13)와의 사이의 개구부에서 전후 방향을 향해서 연장된 웨이퍼 반송로(142)가 형성된다. 그리고 이 웨이퍼 반송로(142)의 전방에서 볼 때 왼편에는, 예컨대 3대의 세정 장치(2)가 이 웨이퍼 반송로(142)를 따라서 배열되고, 마찬가지로 오른편에는, 본 실시형태의 기판 처리 장치인 예컨대 3대의 초임계 처리 장치(3)가 배열된다. 웨이퍼 반송로(142) 내에는, 웨이퍼 반송로(142)를 따라서 이동 가능, 좌우의 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)를 향해서 진퇴 가능, 그리고 회동, 승강 가능하게 구성된 제2 반송 기구(141)가 설치되어, 전술한 전달 선반(131)과 각 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)와의 사이에서 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다. 여기서, 웨이퍼 처리부(14) 내에 배치되는 세정 장치(2)나 초임계 처리 장치(3)의 개수는 전술한 예에 한정되는 것은 아니며, 단위 시간당 웨이퍼(W)의 처리 매수나, 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)에서의 처리 시간의 차이 등에 의해 적절하게 선택되고, 또한 이들 세정 장치(2)나 초임계 처리 장치(3)의 레이아웃에 있어서도 도 1에 도시한 예와는 다른 배치를 채용할 수 있다.

세정 장치(2)는 예컨대 스핀 세정에 의해 웨이퍼(W)를 1장씩 세정하는 매엽식 세정 장치(2)로서 구성되며, 예컨대 도 2의 종단 측면도에 도시하는 바와 같이, 처리 공간을 형성하는 외측 챔버(21) 내에 배치된 웨이퍼 유지 기구(23)로 웨이퍼(W)를 거의 수평으로 유지하고, 이 웨이퍼 유지 기구(23)를 수직축 둘레로 회전시킴으로써 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 그리고 회전하는 웨이퍼(W) 위쪽에 노즐 아암(24)을 진입시켜, 그 선단부에 설치된 약액 노즐(241)로부터 약액 및 린스액을 미리 정해진 순서로 공급함으로써 웨이퍼 면의 세정 처리가 이루어진다. 또한, 웨이퍼 유지 기구(23)의 내부에도 약액 공급로(231)가 형성되어 있어, 여기로부터 공급된 약액 및 린스액에 의해서 웨이퍼(W)의 이면 세정이 이루어진다.

세정 처리는 예컨대 알칼리성의 약액인 SC1액(암모니아와 과산화수소수의 혼합액)에 의한 파티클이나 유기성 오염 물질의 제거→린스액인 탈이온수(DeIonized Water : DIW)에 의한 린스 세정→산성 약액인 묽은 불산 수용액[이하, DHF(Diluted HydroFluoric acid)]에 의한 자연 산화막의 제거→DIW에 의한 린스 세정이 이 순서로 이루어진다. 이들 약액은 외측 챔버(21) 내에 배치된 내측 컵(22)이나 외측 챔버(21)에 받아내어져 배액구(221, 211)로부터 배출된다. 또한, 외측 챔버(21) 내의 분위기는 배기구(212)로부터 배기된다.

약액에 의한 세정 처리를 끝내면, 웨이퍼 유지 기구(23)의 회전을 정지하고 나서 그 표면에 건조 방지용의 IPA(IsoPropyl Alcohol)을 공급하여, 웨이퍼(W)의 표면 및 이면에 잔존하고 있는 DIW와 치환한다. 이렇게 해서 세정 처리를 끝낸 웨이퍼(W)는 그 표면에 IPA가 점착된 상태 그대로, 예컨대 웨이퍼 유지 기구(23)에 설치된 도시되지 않는 전달 기구에 의해 제2 반송 기구(141)에 전달되어, 세정 장치(2)로부터 반출된다.

세정 장치(2)에서의 세정 처리를 끝낸 웨이퍼(W)는 표면에 IPA이 점착되어 젖은 상태 그대로 초임계 처리 장치(3)에 반송되고, 초임계 유체를 이용하여 표면의 액체를 제거하며, 웨이퍼(W)를 건조하는 초임계 처리가 이루어진다. 이하, 본 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(3)의 구성에 관해서 도 3∼도 8을 참조하면서 설명한다. 도 3, 도 4, 도 7에서는 도면에 있어서 좌측을 전방으로 하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 반송로(142)를 따라서 배열된 예컨대 3대의 초임계 처리 장치(3)는 서로 구획된 케이스 내에 배치되며, 각 케이스 내에는 웨이퍼(W)을 반송하는 반송 아암(6)과, 초임계 처리 장치(3)가 앞에서부터 이 순서로 설치된다.

예컨대, 반송 아암(6)은, 도 4에 도시하는 바와 같이 수평 방향으로 뻗는 아암 부재(64)의 선단에, 웨이퍼(W)를 유지하기 위한 유지 링(61)이 형성되어 있고, 승강 기구(65)에 의해서 승강이 자유롭게, 이동 기구(66)에 의해서 전후 방향으로 이동이 자유롭게 구성되어 있다. 유지 링(61)에는, 예컨대 웨이퍼(W)의 상면 주연부의 3곳을 흡착 유지하는 2조의 픽(62, 63)이 설치되어, 반입 시에 초임계 처리를 하기 전의 웨이퍼(W)를 유지하는 반입용 픽(62)과, 반출 시에 초임계 처리 후의 웨이퍼(W)를 유지하는 반출용 픽(63)을 구별하여 사용한다.

이어서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 예에 있어서의 초임계 처리 장치(3)는 웨이퍼(W)를 처리하는 초임계 처리부(30)와, 이 초임계 처리부(30)에의 초임계 유체의 공급, 회수를 수행하는 준비 회수부(4)를 구비한다. 우선, 초임계 처리부(30)에 대하여 설명하면, 초임계 처리부(30)는 초임계 유체를 이용하여 웨이퍼(W)를 건조하는 초임계 처리가 이루어지는 처리 챔버(31)와, 상기 반송 아암(6)과의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하고, 수취한 웨이퍼(W)를 처리 챔버(31) 안으로 반입반출하는 웨이퍼 홀더(34)와, 웨이퍼(W)의 전달 위치에서 웨이퍼 홀더(34)를 냉각하는 냉각 기구(5)를 구비한다.

처리 챔버(31)는 본 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(3)의 처리 용기에 상당하며, 도 4의 분해 사시도에 도시하는 바와 같이, 가로 방향으로 편평한 직방체 형상의 내압 용기로서 구성된다. 처리 챔버(31)의 내부에는 웨이퍼(W)를 유지하기 위한 웨이퍼 홀더(34)를 격납할 수 있는 편평한 처리 공간(310)이 형성되어 있다. 처리 공간(310)은, 예컨대 300 mm의 웨이퍼(W)를 처리하는 경우, 웨이퍼(W)와 처리 챔버(31)의 내벽면과의 사이에 초임계 유체를 충분히 통류시킬 수 있고, 또한, 웨이퍼(W)에 점착된 IPA가 자연 건조되지 않는 동안에 단시간에 처리 공간(310) 내의 분위기를 초임계 유체로 채울 수 있도록, 예컨대 높이 수 mm∼십수 mm, 용적 300 ㎤∼1500 ㎤ 정도의 비교적 협소한 공간으로서 구성된다.

또한, 처리 챔버(31)에는 도시되지 않는 퍼지 가스 공급 라인 및 배기 라인이 접속되어, 웨이퍼(W) 처리를 끝낸 후의 처리 공간(310) 내에 N₂ 가스 등의 불활성 가스를 공급하여 처리 공간(310) 내에 잔존해 있는 IPA를 배기 라인의 하류 측에 설치된 제해 설비를 향해서 퍼지할 수 있다.

처리 챔버(31)의 앞면에는, 웨이퍼(W)를 반입반출하기 위한, 좌우 방향으로 가늘고 긴 개구부(311)가 형성되며, 처리 챔버(31)는 이 개구부(311)를 반송 아암(6) 방향으로 향하게 하여 케이스 내에 배치되어 있다. 처리 챔버(31)의 개구부(311)가 형성되어 있는 면에는, 평판형의 2장의 돌출부(312)가 가로 방향으로 돌출되도록 형성되어 있고, 개구부(311)는 이 2개의 돌출부(312)에 의해 위아래가 끼워진 위치에 배치되어 있다. 각 돌출부(312)에는, 후술하는 로크 플레이트(38)를 위아래 방향으로 향하게 하여 끼워 넣기 위한 감입 구멍(313)이 형성되어 있다.

처리 챔버(31)의 위아래 양면에는, 예컨대 테이프 히터 등의 저항 발열체를 포함하는 히터(39)가 설치되어, 처리 챔버(31)의 본체를 가열함으로써 처리 공간(310) 내에 공급된 고온고압 유체, 예컨대 초임계 IPA의 초임계 상태를 유지할 수 있다. 도 8에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 처리 챔버(31)는 전원부(391)와 접속되어, 전원부(391)의 출력을 증감하여, 처리 챔버(31) 본체 및 처리 공간(310)의 온도를 항상, 예컨대 100℃∼300℃ 범위의 270℃로 유지할 수 있다. 히터(39)는 처리 챔버(31)용 가열 기구에 상당한다. 한편, 도시 편의상, 도 4에는 상면 측의 히터(39)만을 도시하고 있다.

또한, 처리 챔버(31)의 상하면에는, 히터(39)로부터 주위의 분위기를 단열하기 위한 상부 플레이트(32) 및 하부 플레이트(33)가 설치된다. 상부 플레이트(32), 하부 플레이트(33)는 처리 챔버(31)의 상하면에 설치된 히터(39)를, 도시하지 않는 단열재를 통해 덮도록 형성된 판형의 부재이며, 처리 챔버(31) 주위에 설치된 각종 구동 기기를 히터(39)의 열로부터 지키고, 또한 히터(39)의 열에 의해 초임계 처리 전의 웨이퍼(W)에 점착된 IPA의 증발이 촉진되는 것을 억제하는 역할을 한다.

상부 플레이트(32)의 상면 및 하부 플레이트(33)의 하면에는, 이들 플레이트(32, 33)를 냉각하기 위한 냉각관(36)이 배설되어 있어, 도시하지 않는 냉매 공급부로부터 공급된 예컨대 냉각수 등의 냉매를 통류시킴으로써, 각 플레이트(32, 33)를 냉각할 수 있다. 한편, 도 4에서는 도시 편의상, 상부 플레이트(32) 측의 냉각관(36)만을 도시하고 있다.

각 플레이트(32, 33)의 전방 측에는, 전술한 돌출부(312)에 대응하는 위치에, 절결부(321, 331)가 형성되어 있어, 이들 플레이트(32, 33)가 돌출부(312)의 감입 구멍(313)에 끼워지는 로크 플레이트(38)와 간섭하지 않게 되어 있다.

또한, 예컨대 도 3, 도 7에 도시하는 바와 같이, 본 예에 있어서의 상부 플레이트(32) 및 하부 플레이트(33)는 전방에서 보면 처리 챔버(31)보다도 좌우 방향으로 폭 넓게 형성되어 있다. 그리고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 예컨대 하부 플레이트(33)의 양끝 가장자리의 상면 측에는, 웨이퍼 홀더(34)를 유지하는 후술하는 아암 부재(342)를 주행시키기 위한 레일(371)이 전후 방향으로 연장되도록 형성되어 있다.

레일(371) 위에 설치되어 있는 도면부호 372는 상기 아암 부재(342)에 접속되어 레일(371) 위를 주행하는 슬라이더, 도면부호 373은 이 레일(371)을 구동하는 예컨대 로드리스 실린더 등을 포함하는 구동 기구, 도면부호 374는 구동 기구(373)와 슬라이더(372)를 연결하는 연결 부재이다.

웨이퍼 홀더(34)는 웨이퍼(W)를 유지한 상태로 처리 챔버(31)의 처리 공간(310) 내에 배치 가능하게 구성된 얇은 판형의 부재이다. 웨이퍼 홀더(34)는, 도 4에 도시하는 바와 같이 좌우 방향으로 뻗는 각주(角柱)형의 덮개 부재(341)에 접속되어, 이에 따라 웨이퍼 홀더(34)와 덮개 부재(341)가 일체로 되어 있다. 이 덮개 부재(341)는 처리 챔버(31)의 개구부(311)가 형성된 면으로부터 가로 방향으로 돌출해 있는 전술한 2개의 돌출부(312)에 위아래가 끼워진 간극 내에 끼워질 수 있는 사이즈로 형성되어 있다.

따라서, 덮개 부재(341)는 웨이퍼 홀더(34)를 처리 챔버(31)의 처리 공간(310) 내에 반입했을 때, 위아래 돌출부(312) 사이의 간극 내에 끼워져 개구부(311)를 막을 수 있다. 여기서, 덮개 부재(341)와 대향하는 처리 챔버(31) 측의 측벽면에는, 개구부(311)를 둘러싸도록 도시되지 않는 O링이 설치되어, 덮개 부재(341)에 의해서 개구부(311)를 막았을 때, 그 덮개 부재(341)에 의해서 이 O 링이 눌려 처리 공간(310) 내의 기밀이 유지된다.

덮개 부재(341)의 좌우 양끝에는, 처리 챔버(31)를 향해서 전후 방향으로 연장된 아암 부재(342)가 설치되어 있고, 이 아암 부재(342)의 선단부가 전술한 슬라이더(372)와 접속함으로써, 상기 레일(371) 상에서 아암 부재(342)를 전후 방향으로 주행시킬 수 있다. 그리고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 슬라이더(372)를 레일(371)의 선단 측까지 이동시키면, 반송 아암(6)과의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하기 위해서, 처리 챔버(31) 외부의 전달 위치까지 웨이퍼 홀더(34)가 빼내어진다. 한편, 슬라이더(372)를 레일(371)의 후단 측까지 이동시키면, 도 7, 도 8에 도시하는 바와 같이, 처리 챔버(31)[처리 공간(310)] 안의 처리 위치까지 웨이퍼 홀더(34)를 이동시켜, 웨이퍼(W)에 대한 초임계 처리를 실행할 수 있다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 좌우의 아암 부재(342)에는, 덮개 부재(341)와의 접속부를 이루는 앞쪽의 일단부에, 위쪽으로 돌기되는 돌기부(343)가 형성되어 있다. 한편, 처리 챔버(31) 측에는, 예컨대 상부 플레이트(32)의 좌우 양끝의 전방 영역에 로크 부재(35)가 설치되어 있고, 이 로크 부재(35)를 상기 돌기부(343)와 걸어서 결합시킴으로써, 웨이퍼 홀더(34)를 처리 챔버(31)의 측벽면에 압박하는 식으로 고정할 수 있다. 로크 부재(35)는 로크 실린더(351)에 의해서 회전이 자유롭게 구성되어 있으며, 도 3에 도시하는 바와 같이 로크 부재(35)의 돌출부를 좌우 방향으로 열면 돌기부(343)가 걸림 상태에서 개방되고, 도 7에 도시하는 바와 같이, 상기 돌출부를 아래쪽으로 향하게 하면 돌기부(343)가 로크 부재(35)에 의해 걸려 고정된 상태가 된다.

또, 처리 챔버(31)의 앞쪽에는, 개구부(311)를 막고 있는 덮개 부재(341)의 개방을 저지하기 위한 스토퍼 기구를 포함하는 로크 플레이트(38)가 설치된다. 이 로크 플레이트(38)는 웨이퍼 홀더(34)를 처리 위치까지 이동시켰을 때, 위아래 돌출부(312) 사이의 간극에 끼워지는 덮개 부재(341)를, 앞쪽에서부터 처리 챔버(31)의 본체 측으로 향해서 눌러 덮개 부재(341)의 개방을 저지하는 역할을 한다.

그래서 로크 플레이트(38)는 위아래의 돌출부(312)에 형성된 감입 구멍(313)에 끼워져, 덮개 부재(341)를 누르는 로크 위치(도 7)와 이 이 로크 위치에서 아래쪽으로 후퇴하여 덮개 부재(341)를 개방하는 개방 위치 사이를 위아래 방향으로 이동한다. 도 4, 도 7에 도시하는 도면부호 381은 로크 플레이트(38)를 위아래로 이동시키기 위한 승강 기구이며, 도면부호 382는 로크 플레이트(38)의 예컨대 하단부에 접속된 슬라이더를 레일 상에서 주행시켜 로크 플레이트(38)의 이동 방향을 안내하는 슬라이드 기구이다. 여기서는 도시 편의상, 도 3에 있어서는 로크 플레이트(38)나 승강 기구(381) 등의 기재를 생략한다.

또한, 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 전달 위치까지 이동한 웨이퍼 홀더(34)의 아래쪽에는, 그 웨이퍼 홀더(34)를 냉각하기 위한 냉각 기구(5)가 설치되어 있다. 이 냉각 기구(5)는 웨이퍼 홀더(34) 상에 배치되는 웨이퍼(W)의 하면과 대향하도록 배치된 쿨링 플레이트(51)와, 이 쿨링 플레이트(51)의 플레이트면에 복수 개 형성되어, 예컨대 냉각용 청정 공기를 토출하는 토출 구멍(511)을 구비한다.

또한, 도 4에 도시하는 바와 같이 상기 쿨링 플레이트(51)는 드레인 받이(52) 상에 유지되어 있어, 웨이퍼(W)에서 흘러내린 IPA를 받아내어 드레인관(53)으로 배출할 수 있다. 드레인 받이(52) 및 쿨링 플레이트(51)는 승강 기구(54)에 의해서 승강이 자유롭게 구성되어 있고, 웨이퍼 홀더(34)가 전달 위치까지 이동했을 때에는, 위쪽의 냉각 위치까지 상승하여 웨이퍼 홀더(34)의 냉각을 실행하고, 웨이퍼 홀더(34)가 처리 위치까지 이동한 후에는, 냉각 위치의 아래쪽 위치까지 강하하도록 되어 있다. 한편, 도시 편의상, 도 7에서는 냉각 기구(5)의 기재는 생략한다.

또한, 도 3에 도시하는 도면부호 55는 웨이퍼 홀더(34)에 전달된 웨이퍼(W)에 IPA를 공급하기 위한 IPA 노즐이며, 처리 챔버(31) 내에 반송되기 전의 웨이퍼(W)에 재차 IPA를 공급하여, 그 웨이퍼(W)가 자연 건조되지 않을 정도의 충분한 량의 IPA를 점착하고 나서 상기 웨이퍼(W)를 처리 챔버(31) 안으로 반입하도록 되어 있다.

이상에 설명한 구성을 갖춘 처리 챔버(31)에는, 내부의 처리 공간(310)에 공급되는 IPA의 초임계 유체(고온고압 유체)를 준비하는 기능과, 초임계 처리를 끝낸 후의 IPA를 회수하는 기능을 겸비한 준비 회수부(4)가 설치된다. 도 3에 도시하는 바와 같이 준비 회수부(4)는, 처리 챔버(31)에 공급되는 초임계 상태의 IPA를 준비하고, 또한 처리를 끝낸 IPA를 회수하는 배관이 나선형으로 감겨 형성된 스파이럴관(41)과, 이 스파이럴관(41)을 가열하여 내부의 IPA를 초임계 상태로 하기 위한 가열 기구를 포함하는 할로겐 램프(42)와, 상기 스파이럴관(41)을 냉각하여 처리 챔버(31)에 공급된 IPA를 그 스파이럴관(41) 내에 응축하여 회수하기 위한 냉각 기구를 포함하는 냉각 자켓(43a, 43b)과, 스파이럴관(41)의 냉각을 실행하는 위치와, 냉각을 실행하는 위치로부터 후퇴한 위치와의 사이에서 이들 냉각 자켓(43a, 43b)을 이동시키는 이동 기구를 구비한다.

스파이럴관(41)은 스테인리스제의 배관 부재를 길이 방향으로 나선형으로 늘림으로써 원통형으로 형성되어, 상기 길이 방향이 수직 방향을 향하도록 지지대(46) 상에 배치된다. 스파이럴관(41)은 할로겐 램프(42)로부터 공급되는 복사열을 흡수하기 쉽게 하기 위해서 예컨대 흑색의 복사열 흡수 도료로 도장되고, 도 5의 종단 측면도에 도시하는 바와 같이, 길이 방향으로 인접하는 배관들끼리 서로 접촉하도록 나선형으로 감겨 있다. 이와 같이 간극 없이 나선을 형성함으로써, 할로겐 램프(42)로부터 공급되는 복사열이 스파이럴관(41)들 사이의 간극에서 바깥쪽으로 새기 어렵게 된다. 도 5에 도시한 도면부호 414는 스파이럴관(41)을 지지대(46) 상에 고정하는 고정 부재이다.

도 1, 도 3에 도시하는 바와 같이 스파이럴관(41)을 포함하는 준비 회수부(4)는 초임계 처리부(30)의 근방 위치에 배치되며, 스파이럴관(41)을 구성하는 배관 부재는 그 상단부가 초임계 처리부(3) 측을 향해서 연장되어 처리 챔버(31)에 연결되고, 원료 공급로 및 원료 회수로가 공통화된 연결 라인(411)을 구성한다. 연결 라인(411)에는, 내압성을 갖추고, 공급용 밸브 및 회수용 밸브가 공통화된 개폐 밸브(412)가 개재되어 설치되며, 스파이럴관(41)과 처리 챔버(31) 사이를 연통시키고/차단할 수 있게 되어 있다. 도 8에 도시하는 바와 같이 연결 라인(411)으로부터는, 개폐 밸브(412)의 상류측 위치에서 배출 라인(415)이 분기되며, 배출 라인(415)은 외부의 제해 설비를 향해서 스파이럴관(41) 내의 IPA를 배출할 수 있게 되어 있다. 도 8에서, 도면부호 416은 스파이럴관(41)을 제해 설비 측과 연통시키고/차단하기 위한 내압성을 갖춘 개폐 밸브이다.

또한, 도 8에 도시하는 바와 같이 스파이럴관(41)의 하단부로부터는 배관 부재가 연장되어 IPA 수용 라인(413)을 형성하며, 이 수용 라인(413)은 내압성을 갖춘 개폐 밸브(417) 및 송액 펌프(74)를 통해, 액체의 IPA가 저류된 IPA 공급부(73)에 접속된다. 송액 펌프(74)의 출구에는, 유량 조절 밸브 및 유량계를 구비한 도시되지 않는 유량 조절부가 설치되어, IPA 공급부(73)로부터 스파이럴관(41)에의 IPA 공급량을 조절할 수 있게 되어 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이 할로겐 램프(42)는, 스파이럴관(41)이 형성하는 원통의 내측에 배치된 곧은 막대 형상의 가열 램프이며, 스파이럴관(41)의 내벽면으로부터 이격되어, 상기 원통의 중심축을 따라서 배치되어 있다. 할로겐 램프(42)의 하단부는 지지대(46)의 상부판면을 관통하여 전원부(421)에 접속되고, 이 전원부(421)로부터 공급되는 전력에 의해 할로겐 램프(42)를 발열시켜, 주로 그 복사열을 이용하여 스파이럴관(41)이 가열된다. 이 관점에서 할로겐 램프(42)는 스파이럴관(41)용 가열 기구에 상당한다. 또한, 도 3, 도 7에 도시한 예에서는, 준비 회수부(4)가 드러내어진 상태에서 초임계 처리부(30)의 가로로 배치되어 있는데, 준비 회수부(4)와 초임계 처리부(30) 사이에 할로겐 램프(42)로부터의 복사열을 차폐하는 차폐판을 설치하여, 웨이퍼 홀더(34)에 전달된 처리 전의 웨이퍼(W)가 건조되지 않도록 하여도 좋다.

스파이럴관(41) 외벽면에는, 열전대 등을 포함하는 도시하지 않는 온도 검출부가 설치되어, 스파이럴관(41)의 온도를 검출할 수 있다. 그리고, 온도 검출 결과는 후술하는 제어부(8)에 출력되어, 할로겐 램프(42)에의 전력을 공급하는 전원부(421)에 공급 전력의 조정량으로서 피드백됨으로써 각 스파이럴관(41)의 가열 온도가 조정된다. 또한, 도 8에 도시하는 바와 같이 연결 라인(411)에는 압력계(418)가 설치되어, 스파이럴관(41)을 가열함으로써, 스파이럴관(41) 내의 IPA가 초임계 상태로 되었음을 검지할 수 있다.

도 3, 도 5에 도시하는 바와 같이 냉각 자켓(43a, 43b)은 스파이럴관(41)에 의해 형성되는 원통을 외주면 측에서 덮을 수 있는 원통을 위아래 방향으로 종단하여 얻어지는 반원통 형상의 부재이다. 도 5에 도시하는 바와 같이 각 냉각 자켓(43a, 43b)의 내부는 공동(空洞)으로 되어 있고, 이 공동에는 냉각 자켓(43a, 43b)의 외주면에 접속된 냉각수 도입 라인(431)으로부터 냉각수 배출 라인(432)을 향하여 흐르는 냉매인 냉각수를 통류시키기 위한 냉매 유로(435)가 형성되어 있다.

이들 냉각 자켓(43a, 43b)의 내주면은 열을 흡수하는 흡열면을 구성하며, 이 흡열면을 스파이럴관(41)으로 구성되는 원통의 외주면에 접촉시킴으로써, 스파이럴관(41)의 냉각이 이루어진다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 각 냉각 자켓(43a, 43b)에 냉각수를 공급하는 냉각수 도입 라인(431)은 상류 측에서 합류되어, 송액 펌프(72)를 통해 냉각수가 저류된 냉각수 공급부(71)에 접속된다. 또한, 각 냉각 자켓(43a, 43b)에서 사용한 냉각수가 배출되는 냉각수 배출 라인(432)도 냉각수 공급부(71)에 접속되어, 냉각수를 재사용할 수 있게 되어 있다.

냉각수 공급부(71)는 도시되지 않는 쿨링 타워나 냉각용의 열교환기와 접속되어, 스파이럴관(41)을 냉각할 때에 회수된 열을 발열(拔熱)함으로써, 냉각수 공급부(71) 내의 냉각수는 예컨대 20℃로 유지되고 있다.

또한, 도 5에 도시한 예에서는 냉각 자켓(43a, 43b)에 각각 하나의 냉매 유로(435)를 형성한 예를 도시하고 있지만, 예컨대 각 냉각 자켓(43a, 43b)의 내부를 복수의 공동부로 분할하여, 각각의 공동부에 형성된 냉매 유로(435)에 냉각수를 통류시킴으로써 냉각 능력을 향상시킬 수도 있다. 또한, 냉매 유로(435) 안을 통류시키는 냉매는 냉각수에 한정되지 않고, 예컨대 갈덴(GALDEN)(등록상표) 등을 사용하더라도 좋다.

여기서, 도 5에 도시한 종단 측면도는 도시 편의상, 스파이럴관(41)과 냉각 자켓(43a, 43b)에 있어서 종단면의 방향이 다른 방향을 향하고 있다. 또한, 냉각 자켓(43a, 43b)에 있어서의 냉각수 도입 라인(431) 및 냉각수 배출 라인(432)의 배치 위치도 도 3 및 도 7에 도시한 실제의 배치 위치와는 다른 위치로 조정하여 도시하고 있다.

이러한 구성을 갖춘 냉각 자켓(43a, 43b)의 외주면에는 샤프트(44)가 연결되고, 각 샤프트(44)의 기단부에는 그 샤프트(44)를 축 방향을 따라서 이동시키기 위한 구동부(45)가 설치된다. 그리고, 각 샤프트(44)를 신장시킴으로써 도 6의 (a), 도 7에 도시하는 바와 같이 흡열면이 스파이럴관(41)과 접촉하는 냉각 위치까지 냉각 자켓(43a, 43b)을 이동시켜 스파이럴관(41)의 냉각이 실행된다. 또한, 샤프트(44)를 퇴축(退縮)시킴으로써 도 6의 (b), 도 3에 도시하는 바와 같이 흡열면을 스파이럴관(41)으로부터 이격된 후퇴 위치까지 냉각 자켓(43a, 43b)을 이동시켜 스파이럴관(41)의 냉각을 정지할 수 있다. 여기서 도 3에 도시한 냉각 자켓(43a)에 형성되어 있는 도면부호 433 및 434는 냉각 자켓(43a)을 냉각 위치까지 이동시켰을 때, 스파이럴관(41)으로부터 뻗어나와 있는 연결 라인(411) 및 수용 라인(413)과 그 냉각 자켓(43a)과의 사이에서의 간섭을 피하기 위한 절결부이다.

본 실시형태의 스파이럴관(41)은, 원료인 IPA를 액체 상태로 수용하고, 그 스파이럴관(41)을 가열함으로써 상기 액체 상태의 IPA를 스파이럴관(41)내에서 초임계 상태로 하는 본 실시형태의 제1 원료 수용부에 상당한다. 또한, 이 스파이럴관(41)은 냉각 자켓(43a, 43b)에 의해 IPA의 응축 온도 이하로 냉각됨으로써, 처리 챔버(31)에 공급된 IPA를 회수하기 위한, 본 실시형태의 제2 원료 수용부에도 상당한다. 따라서, 본 예에서는 제1 원료 수용부 및 제2 원료 수용부가 공통화되어 있다고 말할 수 있다. 그리고, 이 스파이럴관(41)을 냉각하는 냉각 자켓(43a, 43b)은 제1 원료 수용부를 냉각하는 제1 냉각 기구 및 제2 원료 수용부를 냉각하는 제2 냉각 기구가 공통화된 것이다.

이상에 설명한 구성을 갖춘 초임계 처리 장치(3)를 포함하는 세정 처리 시스템(1)은 도 1, 도 8에 도시하는 바와 같이 제어부(8)와 접속된다. 제어부(8)는 예컨대 도시하지 않는 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터를 포함하며, 기억부에는 이들 세정 처리 시스템(1)이나 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)의 작용, 즉 FOUP(100)로부터 웨이퍼(W)를 빼내어 세정 장치(2)에서 세정 처리를 하고, 이어서 초임계 처리 장치(3)에서 웨이퍼(W)의 초임계 처리를 하고 나서 FOUP(100) 안으로 웨이퍼(W)를 반입할 때까지의 동작에 관계된 제어에 관한 단계(명령)군이 짜여진 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은 예컨대 하드 디스크, 컴팩트 디스크, 마그넷 광디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되어, 거기로부터 컴퓨터에 인스톨된다.

특히, 초임계 처리 장치(3)에 대해서 제어부(8)는 도 8에 도시하는 바와 같이 각 라인(411, 415, 413)에 설치된 개폐 밸브(412, 416, 417)의 개폐 타이밍이나 전원부(391)로부터 히터(39), 전원부(421)로부터 할로겐 램프(42)에의 전력의 공급/중단 타이밍 및 공급량, 구동부(45)에 의한 냉각 자켓(43a, 43b)의 이동 타이밍, 각 송액 펌프(72, 74)에 의한 냉각수나 IPA의 공급 타이밍이나 공급량을 제어하는 역할을 한다. 또한, 제어부(8)는 연결 라인(411)에 설치된 압력계(418)나 스파이럴관(41)에 설치된 도시되지 않는 온도 검출부로부터 스파이럴관(41) 내의 압력이나 온도를 검출한 결과를 취득하고, 이들 결과에 기초하여 스파이럴관(41)의 가열이나 냉각을 실행한다.

이상에 설명한 구성을 갖춘 초임계 처리 장치(3)의 작용에 관해서 설명한다. 전술한 바와 같이 세정 장치(2)에서의 세정 처리를 끝내고, 건조 방지용의 IPA가 점착된 웨이퍼(W)가 제2 반송 기구(141)로 전달되면, 제2 반송 기구(141)는, 예컨대 미리 설정된 처리 스케줄에 기초하여, 웨이퍼(W)를 받아들일 수 있는 초임계 처리 장치(3)가 배치되어 있는 케이스 내에 진입하여, 반송 아암(6)에 웨이퍼(W)를 전달한다.

이 때 웨이퍼(W)의 반입이 이루어지기 전의 초임계 처리부(30)는, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 처리 챔버(31)의 전원부(391)를 온 상태로 하여 히터(39)에 의해 챔버(31) 본체를 예컨대 270℃로 가열한 상태이다. 한편, 처리 챔버(31)의 위아래에 설치된 상부 플레이트(32), 하부 플레이트(33)는 냉각관(36)에 의해서 냉각된 상태라서, 처리 챔버(31) 주위의 온도가 지나치게 상승하지 않도록 해서, 웨이퍼 홀더(34) 상의 웨이퍼(W) 표면에 공급된 IPA의 증발을 억제한다.

또한, 준비 회수부(4)에서는, 예컨대 초임계 처리 장치(3)에서 맨 처음 처리를 시작하기 전의 타이밍에 있어서는, 할로겐 램프(42)의 전원부(421)는 오프이며, 또한 냉각 자켓(43a), 냉각 자켓(43b)을 냉각 위치까지 이동시켜 스파이럴관(41)을 냉각한 상태로 해 둔다. 한편, 본 예에서는 초임계 처리 장치(3)의 가동 중에, 송액 펌프(72)는 작동 상태라서 냉각 자켓(43a, 43b)에는 항상 냉각수가 공급된다.

그리고, 연결 라인(411)의 개폐 밸브(412)를 「폐쇄」[도 9의 (a)에 「S」라고 기재. 이하 같음], 배출 라인(415)의 개폐 밸브(416)를 「개방」[도 9의 (a)에 「O」이라고 기재. 이하 같음], 냉각수 도입 라인(431)의 개폐 밸브(417)를 「개방」으로 하고 나서, 송액 펌프(74)를 작동시키며 전술한 유량 조절부에 의해 공급량을 검출하면서 스파이럴관(41)으로 향하여 IPA를 공급한다. 스파이럴관(41)에 공급되는 IPA의 양은 예컨대 전술한 유량 조절부에서 검출되는 단위 시간당 공급량 및 공급 시간으로부터 구할 수 있다.

이렇게 해서, 미리 설정된 시간만큼 IPA를 공급하면 송액 펌프(74)를 정지하여, 배출 라인(415) 및 냉각수 도입 라인(431)의 개폐 밸브(416, 417)를 「폐쇄」 상태로 한다. 이 결과, 스파이럴관(41)의 내부는 도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이 공급량에 대응하는 높이 위치까지 액체의 IPA가 채워진 상태가 된다. 한편, 스파이럴관(41)의 상부측 공간, 및 연결 라인(411), 배출 라인(415)의 개폐 밸브(412, 416)보다도 스파이럴관(41) 부근의 공간은 액체의 IPA로 채워져 있지 않은 공동 상태가 된다.

이렇게 해서 스파이럴관(41) 내에 소정량의 액체 IPA가 구비되면, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이 냉각 자켓(43a, 43b)을 후퇴 위치까지 이동시키고, 전원부(421)를 온으로 하여 할로겐 램프(42)에 전력을 공급하고, 할로겐 램프(42)를 발열시켜 스파이럴관(41)을 예컨대 100℃∼300℃ 범위의 270℃로 가열한다. 이 때 스파이럴관(41)의 전후에 설치된 개폐 밸브(412, 416, 417)는 전부 폐쇄되어, 스파이럴관(41)의 내부는 밀폐 분위기가 되기 때문에, 스파이럴관(41)을 가열하면 IPA가 증발하여 기체로 되어, IPA 체적의 팽창에 따라 스파이럴관(41) 내의 압력이 상승한다.

더욱이, 밀폐 분위기 내에서의 가열을 계속하여, IPA를 승온, 승압하면, IPA의 온도 및 압력이 임계점에 도달하여, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이 스파이럴관(41)의 내부가 초임계 상태의 IPA로 채워진 상태가 된다. 이렇게 해서 초임계 처리를 실행하기 위한 IPA의 준비가 갖춰지면, 준비 회수부(4)는 스파이럴관(41) 내의 온도 및 압력이 미리 설정된 값으로 유지되도록 할로겐 램프(42)의 출력을 조절하면서 대기한다.

이들 동작과 병행하여 초임계 처리부(30) 측에서는, 반송 아암(6)이 전달 위치에서 대기하고 있는 웨이퍼 홀더(34)에 상기 웨이퍼(W)를 건넨 후, 웨이퍼 홀더(34)의 위쪽 위치로부터 후퇴한다. 그리고, 도 3에 도시하는 바와 같이 IPA 노즐(55)로부터 웨이퍼(W)의 표면에 IPA를 공급하여, 재차 IPA를 점착시킨다. 점착된 IPA는 웨이퍼(W)의 건조를 방지하기 위한 막에 상당한다.

IPA의 점착을 끝내면, 쿨링 플레이트(51)를 아래쪽 위치까지 하강시키고, 아암 부재(342)를 레일(371) 상에서 슬라이드시켜 웨이퍼 홀더(34)를 처리 위치까지 이동시킨다. 그리고, 로크 부재(35)를 회전시켜 돌기부(343)를 걸어 고정하고, 덮개 부재(341)에 의해서 처리 챔버(31)의 개구부(311)가 막히면, 로크 플레이트(38)를 아래쪽 위치로부터 로크 위치까지 상승시켜 덮개 부재(341)를 앞쪽에서부터 누른다(도 7).

이 결과, 도 9의 (c)에 도시하는 바와 같이 초임계 처리부(30) 측에서는 처리 챔버(31)의 처리 공간(310) 내에 웨이퍼(W)가 반입되고, 또한 준비 회수부(4) 측에서는 스파이럴관(41) 내에 초임계 상태의 IPA가 준비되어, 초임계 건조를 실행하는 준비가 갖춰진다. 그래서 덮개 부재(341)의 로크를 끝내면, 웨이퍼(W) 표면에 점착된 IPA가 건조되어 버리기 전에 연결 라인(411)의 개폐 밸브(412)를 개방하여 스파이럴관(41)에서 처리 공간(310)으로 향해서 초임계 IPA를 공급한다.

개폐 밸브(412)가 열리면, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이 스파이럴관(41) 내의 초임계 IPA가 팽창하여 연결 라인(411) 안을 흘러, 처리 공간(310) 안으로 흘러들어간다. 이 때, (1) 스파이럴관(41) 내에 준비하는 초임계 IPA의 온도 및 압력을 임계 온도, 임계 압력보다 충분히 높은 상태로 해 두는 것, (2) 처리 챔버(31) 내의 처리 공간(310)의 용적, 및 개폐 밸브(412)보다도 처리 챔버(31) 측의 연결 라인(411)의 용적을 가능한 한 작게 하여 초임계 IPA의 팽창율을 억제하는 것, 또한 (3) 히터(39)에 의해서 처리 공간(310) 안을 미리 가열해 두고, 또한 개폐 밸브(412)를 개방하는 전후에, 스파이럴관(41) 내의 온도 및 압력이 거의 동일한 값으로 유지되도록, 할로겐 램프(42)의 출력을 증대시켜 등온 등압 팽창에 가까운 상태로 초임계 IPA를 팽창시키는 것 등에 의해 초임계 상태를 유지한 채로 IPA를 처리 공간(310) 내에 공급할 수 있다.

그리고, 처리 공간(310) 내에 공급된 초임계 IPA가 웨이퍼(W)에 점착된 IPA와 접촉하면, 점착된 IPA는 초임계 IPA로부터 열을 수취해 증발시켜 초임계 상태가 된다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 표면은 액체 IPA에서 초임계 IPA로 치환되어 가게 되는데, 평형 상태에 있어서 액체 IPA와 초임계 IPA 사이에는 계면이 형성되지 않기 때문에, 패턴 붕괴를 야기하는 일없이 웨이퍼(W) 표면의 유체를 초임계 IPA로 치환할 수 있다.

처리 공간(310) 내에 초임계 IPA를 공급하고 나서 미리 설정한 시간이 경과하여, 웨이퍼(W)의 표면이 초임계 IPA에 의해 치환된 상태가 되면, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이 전원부(421)를 오프 상태로 하여 할로겐 램프(42)에 의한 스파이럴관(41)의 가열을 정지한다. 그리고 냉각 자켓(43a, 43b)을 냉각 위치까지 이동시켜 스파이럴관(41) 내부의 온도가 IPA의 응축 온도 이하가 되도록 냉각한다.

스파이럴관(41)을 냉각하여 초임계 IPA를 응축시키면, IPA의 체적이 감소하여 스파이럴관(41) 내의 압력이 저하되는 한편, 히터(39)에 의한 처리 챔버(31)의 가열은 계속되기 때문에, 처리 공간(310) 내의 IPA는 스파이럴관(41)을 향해서 흘러간다. 이 결과, 유입된 IPA가 차례차례로 응축되고, 액체 IPA로 되어 스파이럴관(41) 내에 저장되어 가게 된다. 그리고, 예컨대 도 11의 (a)와 같은 높이 위치에 액면이 도달하면, 연결 라인(411)의 개폐 밸브(412)를 폐쇄하여 처리 공간(310) 내의 IPA의 회수를 완료하여도 좋다. 또한, 처리 챔버(31)와 스파이럴관(41) 사이의 온도, 압력 밸런스를 고려하여, 회수 가능한 전량을 스파이럴관(41) 내에 회수하고 나서 개폐 밸브(412)를 폐쇄하여도 좋다. 이 때 스파이럴관(41) 내의 IPA의 액면이 미리 정한 높이 위치를 넘은 경우에는, 배출 라인(415) 측의 개폐 밸브(416)를 열어 IPA의 일부를 제해 설비 측으로 배출함으로써, 액면 레벨을 조정하더라도 좋다. 이들 예에 있어서 IPA의 액면의 높이 위치는, 예컨대 그 액면이 도달하는 위치의 배관 벽면에 내압성을 갖춘 관찰창을 마련하여, 적외선식의 액면계 등에 의해 IPA의 액면을 검출하는 등으로 검출할 수 있다.

이와 같이 하여 스파이럴관(41)에 IPA가 액체 상태로 회수되면, 처리 챔버(31) 내의 압력은 점차로 내려간다. 한편, 처리 공간(310) 내의 온도는 상압에서의 IPA의 비점(82.4℃)보다 높은 온도로 유지되기 때문에, 처리 공간(310) 내의 IPA는 초임계 상태로부터 기체 상태로 변화하게 된다. 이 때 초임계 상태와 기체 사이에는 계면이 형성되지 않기 때문에 표면에 형성된 패턴에 표면 장력을 작용시키는 일없이 웨이퍼(W)를 건조할 수 있다.

이상의 프로세스에 의해, 웨이퍼(W)의 초임계 처리를 끝내면, 처리 공간(310)에 잔존해 있는 기체의 IPA를 배출하기 위해서, 도시되지 않는 퍼지 가스 공급 라인으로부터 N₂ 가스를 공급하여 배기 라인을 향해서 퍼지를 실시한다. 그리고 미리 정한 시간만큼 N₂ 가스를 공급하여 퍼지가 완료되면, 로크 플레이트(38)를 아래쪽 위치까지 강하시켜, 로크 부재(35)에 의한 돌기부(343)의 걸림 상태를 개방한다. 그리고 웨이퍼 홀더(34)를 전달 위치까지 이동시켜, 초임계 처리를 끝낸 웨이퍼(W)를 반송 아암(6)의 반출용의 반출용 픽(63)으로 흡착 유지하여, 그 웨이퍼(W)를 웨이퍼 반송로(142) 측의 제2 반송 기구(141)에 전달한다.

그런 다음, 웨이퍼(W)는 전달 선반(131)을 통해 제1 반송 기구(121)에 전달되며, 반입할 때와는 반대의 경로를 거쳐 FOUP(100) 내에 격납되어, 웨이퍼(W)에 대한 일련의 동작이 완료된다.

한편, 초임계 처리 장치(3) 측에서는 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이 냉각 자켓(43a, 43b)을 후퇴 위치까지 이동시키고, 할로겐 램프(42)를 발열시켜, 스파이럴관(41)에 회수된 IPA를 초임계 상태로 하여, 처리 챔버(31)에 다음 웨이퍼(W)가 반입되어 오는 타이밍을 기다린다.

본 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(3)에 의하면 다음의 효과가 있다. 웨이퍼(W)를 건조하기 위해서 처리 챔버(31)에 공급된 초임계 IPA를 액체 상태로 회수한다. 이 때문에, 회수된 IPA를 초임계 IPA로서 재이용하는 것이 가능하게 되어, 웨이퍼(W)에 점착되어 처리 공간(310) 안에 유입되는 IPA나 처리 공간(310) 내에서 퍼지되는 IPA를 제외하고, 매회 웨이퍼(W) 처리에서 소비되는 IPA의 양을 제로에 가까운 소량으로 억제할 수 있다.

여기서 초임계 처리부(30)에 접속되는 준비 회수부(4)는 하나에 한정되지 않고, 예컨대 도 12에 도시하는 바와 같이 공통의 초임계 처리부(30)에 대하여 2개의 준비 회수부(4a, 4b)를 접속하더라도 좋다. 이와 같이 복수의 준비 회수부(4a, 4b)를 접속함으로써, 한 쪽의 준비 회수부(4a)로부터 공급된 초임계 IPA를 다른 쪽의 준비 회수부(4b)에서 회수하고, 이 다른 쪽의 준비 회수부(4b)에서 회수된 IPA를 초임계 상태로 하여 처리 공간(310)에 공급하는 식으로, 준비 회수부(4a, 4b)를 교대로 사용할 수 있다.

한 쪽의 준비 회수부(4a, 4b)에서 초임계 IPA를 준비하고, 처리 공간(310)에서 웨이퍼(W)를 초임계 처리하는 동작과 병행하여, 다른 쪽의 준비 회수부(4b, 4a)의 스파이럴관(41)을 냉각해 둠으로써, IPA의 회수에 드는 시간을 단축하여 단위 시간당 웨이퍼(W)의 처리 매수를 늘릴 수 있다. 여기서, 초임계 IPA의 공급과 다른 쪽 스파이럴관(41)의 냉각을 병행하여 실행하는 경우에는, 냉각중인 스파이럴관(41)에 접속되는 연결 라인(411)의 개폐 밸브(412)는 폐쇄 상태로 해 둔다.

또한, 도 3, 도 12에 도시한 각 실시형태에서는, 전술한 바와 같이 스파이럴관(41)은 초임계 상태의 IPA를 준비하는 제1 원료 수용부로서의 역할과, 스파이럴관(41)을 IPA의 응축 온도 이하로 냉각하여 IPA를 액체 상태로 회수하는 제2 원료 수용부로서의 역할을 겸비한다. 이에 대하여, 도 13에 도시한 초임계 처리 장치(3a)는 제1 원료 수용부인 준비 용기(471)와 제2 원료 수용부인 회수 용기(472)가 별개의 부재로 되어 있고, 이들 준비 용기(471)와 회수 용기(472)가 연결 라인(478)으로 접속된다. 도 13에 도시한 초임계 처리 장치(3a)에서는, 도 3∼도 8에 도시한 제1 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(3)와 같은 구성 요소에는 이들 도면에 도시한 것과 동일한 부호를 붙인다.

본 예에서는 준비 용기(471)나 회수 용기(472)는 원통 형상의 용기로서 구성되며, 각 용기(471, 472)에는 각각 제1, 제2 냉각 기구를 이루고, 냉매를 통류시켜 각 용기(471, 472)를 냉각하기 위한 냉각관(473, 475)이 설치된다. 또한, 준비 용기(471)에는, 유도 가열에 의해 준비 용기(471)를 가열하여, 내부의 IPA를 초임계 상태로 하기 위한 준비 용기(471)용 가열 기구인 가열 코일(474)이 설치된다. 도면에서, 도면부호 477은 처리 공간(310)으로부터의 IPA의 회수 라인, 도면부호 478은 준비 용기(471)와 회수 용기(472)를 연결하는 연결 라인, 도면부호 477, 479는 이들 라인(476, 478)의 개폐 밸브이다.

회수 용기(472)에 의해 회수된 액체 IPA를 준비 용기(471)로 이송하는 방법으로서는, 연결 라인(478)에 송액용의 펌프를 설치하여도 좋다. 또한, 예컨대 도 13에 도시하는 바와 같이 회수 용기(472)를 준비 용기(471)보다도 높은 위치에 배치하고, 액체 IPA의 헤드를 이용하여 이송하더라도 좋다.

또한, 도 3, 도 4에 도시한 예에서는, 웨이퍼 홀더(34)는 웨이퍼(W)가 적재되는 박판형의 부재로서 구성되어 있지만, 이 웨이퍼 홀더(34)를 접시 형상으로 구성하고 이 접시 내에 IPA의 액체 저장부를 형성하여, 이 액체 저장부 속에 웨이퍼(W)를 침지하는 구성으로 하여도 좋다. 전술한 바와 같이 처리 공간(310)은 100℃∼300℃ 정도로 예열되기 때문에, 초임계 IPA에 의한 처리를 시작하기 전에 IPA가 건조되어 버리는 현상의 발생을 억제할 수 있다.

이와 같이 IPA 속에 웨이퍼(W)를 침지한 상태에서 처리 챔버(31) 내에 반입하는 경우에는, 웨이퍼(W)는 도 3에 도시하는 바와 같이 횡배치 상태로 웨이퍼 홀더(34)에 유지되는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대, 웨이퍼(W)를 종배치 상태로 액체 IPA 속에 침지하는 것이 가능하도록, 웨이퍼 홀더(34)를 세로 방향으로 가늘고 긴 컵 형상의 용기로서 구성하더라도 좋다. 이 경우에는 처리 용기(31)의 형상도 웨이퍼 홀더(34)의 형상에 맞춰 세로로 길게 구성된다. 또한 이 때 웨이퍼 홀더(34)에 복수 개의 웨이퍼(W)를 유지하도록 하여도 좋다.

그리고, 웨이퍼(W)를 건조하기 위해서 이용하는 고온고압 유체의 원료는 IPA에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 HFE(Hydro Fluoro Ether)를 이용하더라도 좋다. 또한, 고온고압 유체 상태는 초임계 상태인 경우에 한정되지 않고, 원료의 액체를 아임계 상태(예컨대 IPA의 경우는, 온도 100℃∼300℃의 범위, 압력 1 MPa∼3 MPa의 범위 내)로 하여, 이 아임계 유체를 이용해서 웨이퍼(W)를 건조하는 경우도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

나아가서는, 본 발명에서 실시되는 처리는 웨이퍼(W) 표면의 액체를 제거하는 건조 처리에만 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 레지스트막을 이용하여 패터닝된 후의 웨이퍼(W)를 초임계 상태의 IPA와 접촉시켜, 웨이퍼(W)로부터 레지스트막을 제거하는 처리와 그 웨이퍼(W)를 건조시키는 처리를 일괄적으로 실시하는 세정, 건조 처리에도 본 발명을 적용할 수 있다.

W : 웨이퍼 1 : 세정 처리 시스템
2 : 세정 장치 3, 3a : 초임계 처리 장치
30 : 초임계 처리부 31: 처리 챔버
310 : 처리 공간 39 : 히터
4, 4a, 4b : 준비 회수부 41 : 스파이럴관
411 : 연결 라인 412 : 개폐 밸브
42 : 할로겐 램프 421 : 전원부
43a, 43b : 냉각 자켓 8 : 제어부

Claims (16)

1. 초임계 유체 또는 아임계 유체로 피처리 기판을 건조시키기 위한 처리 용기와,
   이 처리 용기 내의 원료를 초임계 유체 또는 아임계 유체 상태로 유지하기 위해서 상기 처리 용기 안을 가열하는 처리 용기용 가열 기구와,
   액체 상태의 원료를 수용하며, 공급용 밸브가 설치된 원료 공급로를 통해 상기 처리 용기에 접속된 제1 원료 수용부와,
   상기 액체 상태의 원료를 초임계 유체 또는 아임계 유체 상태로 하기 위해서 상기 제1 원료 수용부를 가열하는 원료 수용부용 가열 기구 및 상기 원료를 액체 상태로 수용하기 위해서 상기 제1 원료 수용부를 냉각하기 위한 제1 냉각 기구와,
   회수용 밸브가 설치된 원료 회수로를 통해 상기 처리 용기에 접속되며, 그 처리 용기로부터 원료를 회수하기 위한 제2 원료 수용부와,
   상기 처리 용기 내의 초임계 유체 또는 아임계 유체를 회수하기 위해서 제2 원료 수용부를 원료의 응축 온도 이하로 냉각하기 위한 제2 냉각 기구와,
   상기 제1 원료 수용부 내의 액체 상태의 원료가 초임계 유체 또는 아임계 유체 상태가 된 후, 상기 공급용 밸브를 열고, 상기 처리 용기 내에 초임계 유체 또는 아임계 유체가 공급된 후, 제2 원료 수용부를 원료의 응축 온도 이하로 냉각하며 상기 회수용 밸브를 열도록 제어 신호를 출력하는 제어부
   를 구비하고,
   상기 제1 원료 수용부와 제2 원료 수용부, 원료 공급로와 원료 회수로, 공급용 밸브와 회수용 밸브, 및 제1 냉각 기구와 제2 냉각 기구는 공통화되어 있고,
   상기 원료는 IPA(IsoPropyl Alcohol) 또는 HFE(Hydro Fluoro Ether) 인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
2. 초임계 유체 또는 아임계 유체로 피처리 기판을 건조시키기 위한 처리 용기와,
   이 처리 용기 내의 원료를 초임계 유체 또는 아임계 유체 상태로 유지하기 위해서 상기 처리 용기 안을 가열하는 처리 용기용 가열 기구와,
   상기 처리 용기에 접속되며, 이 처리 용기에 공급되는 원료, 및 이 처리 용기로부터 회수된 원료를 액체 상태로 수용하기 위한 원료 수용부와,
   상기 액체 상태의 원료를 초임계 유체 또는 아임계 유체 상태로 하기 위해서 상기 원료 수용부를 가열하는 원료 수용부용 가열 기구와,
   상기 처리 용기 내의 초임계 유체 또는 아임계 유체를 원료 수용부 내에 회수하여, 액체 상태의 원료로서 수용하기 위해서, 그 원료 수용부를 원료의 응축 온도 이하로 냉각하기 위한 냉각 기구와,
   상기 원료 수용부 내의 액체 상태의 원료가 초임계 유체 또는 아임계 유체 상태로 된 후, 이 원료 수용부 내의 초임계 유체 또는 아임계 유체를 상기 처리 용기에 공급하고, 이 처리 용기에 초임계 유체 또는 아임계 유체가 공급된 후, 상기 원료 수용부를 원료의 응축 온도 이하로 냉각하여, 상기 처리 용기 내의 초임계 유체 또는 아임계 유체를 상기 원료 수용부로 회수하도록 제어하는 제어부
   를 구비하고,
   상기 원료 수용부는 스파이럴관이고,
   상기 원료는 IPA(IsoPropyl Alcohol) 또는 HFE(Hydro Fluoro Ether) 인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 피처리 기판의 표면에는, IPA(IsoPropyl Alcohol) 또는 HFE(Hydro Fluoro Ether)로 이루어지는 막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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