KR20110113132A

KR20110113132A - 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR20110113132A
Application number: KR1020110020418A
Authority: KR
Inventors: 유지 가미카와
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2011-10-14
Also published as: TWI500099B; CN102237260A; KR101596064B1; JP2011222697A; US20110247662A1; CN102237260B; JP5477131B2; TW201205708A; US9004079B2

Abstract

본 발명은, 패턴 붕괴나 오염의 발생을 억제하면서, 피처리 기판을 건조할 수 있는 기판 처리 장치 등을 제공한다.
본 발명의 기판 처리 장치에서, 액조(32)는, 피처리 기판(W)을 액체에 침지한 상태로 유지하고, 처리 용기(31)에서는, 이 액조(32)를 내부의 처리 공간(310)에 배치하며, 상기 액조(32) 안의 액체를 초임계 상태의 유체로 치환하여 피처리 기판을 건조하는 처리를 행한다. 이동 기구(352, 353)는, 액조(32)를 상기 처리 용기(31) 내의 처리 위치와 상기 처리 용기 외부의 준비 위치의 사이에서 이동시키고, 상기 처리 용기(31)에 설치된 가열 기구(312)는 상기 유체를 초임계 상태로 만들거나 그 초임계 상태를 유지하는 한편, 냉각 기구(334, 335)는 상기 처리 용기(31)의 외부의 준비 위치로 이동한 액조(32)를 냉각한다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 세정 등의 처리가 이루어진 피처리 기판을 초임계 유체를 이용하여 건조하는 기술에 관한 것이다.

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

예컨대 웨이퍼를 세정하는 매엽식(枚葉式)의 스핀 세정 장치는, 노즐을 이용하여 웨이퍼 표면에, 예컨대 알칼리성이나 산성의 약액을 공급하면서 웨이퍼를 회전시킴으로써 웨이퍼 표면의 먼지나 자연 산화물 등을 제거한다. 이 경우에는 웨이퍼 표면은, 예컨대 순수 등에 의한 린스 세정에 의해 남은 약액을 제거한 후, 웨이퍼를 회전시켜 남은 액체를 털어 날려버리는 스핀 건조 등에 의해서 건조된다.

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

이러한 패턴 붕괴를 억제하면서 웨이퍼 표면에 남은 액체를 제거하는 수법으로서 초임계 상태의 유체(초임계 유체)를 이용한 건조 방법이 알려져 있다. 초임계 유체는, 액체와 비교해서 점도가 작고, 또한 액체를 용해하는 능력도 높은 데다가, 초임계 유체와 평형 상태에 있는 액체나 기체와의 사이에서 계면이 존재하지 않는다. 그래서, 액체가 부착된 상태의 웨이퍼를 초임계 유체로 치환하고, 그러한 후에, 초임계 유체를 기체로 상태 변화시키면, 표면장력의 영향을 받지 않고서 액체를 건조시킬 수 있다.

여기서 특허문헌 1에는, 세정부에서 세정된 기판을 기판 반송 로봇에 의해 건조 장치 안으로 반송하고, 이 건조 장치 내에서 기판을 초임계 유체와 접촉시켜 기판 표면에 부착되어 있는 세정액을 제거하는 기술이 기재되어 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 피처리 기판을 반송실로 반입하여 반송용 로봇에 전달하고, 그러한 후에, 건조 처리실로 이송하고 나서 초임계 유체에 의한 건조를 실행하기 때문에, 처리가 시작될 때까지의 사이에 피처리 기판 표면의 액체가 건조되어 버려 패턴 붕괴가 발생해 버릴 우려가 있다.

일본 특허 공개 제2008-72118호 공보 : 단락 0025∼0029, 도 1

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 패턴 붕괴나 오염의 발생을 억제하면서 피처리 기판을 건조할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치는,

피처리 기판을 유지하여 액체에 침지하기 위한 액조와,

이 액조를 내부의 처리 공간에 배치하고, 상기 액조 내의 액체를 초임계 상태의 유체로 치환하고 나서, 이 처리 공간 안을 감압함으로써, 상기 유체를 기체로 만들어 상기 피처리 기판을 건조하는 처리가 행해지는 처리 용기와,

이 처리 용기에, 액체 상태 또는 초임계 상태로 상기 유체를 공급하는 유체공급부와,

상기 액조 내의 액체가 배출되는 배액부와,

상기 액조를, 상기 처리 용기 내의 처리 위치와 상기 처리 용기 외부의 준비 위치의 사이에서 이동시키기 위한 이동 기구와,

상기 처리 용기에 공급된 유체를 초임계 상태로 만들거나, 또는 그 초임계 상태를 유지하기 위해서 상기 처리 공간을 가열하는 가열 기구와,

상기 준비 위치로 이동한 액조를 냉각하는 냉각 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 기판 처리 장치는 이하의 특징을 갖추고 있더라도 좋다.

(a) 상기 액체는 휘발성의 액체이며, 이 액체는 상기 냉각 기구에 의한 냉각이 행해지고 나서 액조에 공급되는 것.

(b) 피처리 기판은, 상기 냉각 기구에 의한 액조의 냉각이 행해지고 나서 이 액조 안의 액체에 침지되는 것.

(c) 상기 액조는 피처리 기판을 세로 방향으로 유지하도록 구성되어 있는 것.

(d) 상기 이동 기구는 상기 액조를 가로 방향으로 이동시키도록 구성되어 있는 것.

(e) 상기 액조에는, 처리 용기에 형성된 반입출구를 개폐하는 덮개 부재가 일체로 설치되며, 상기 개구부를 막고 있는 덮개 부재의 개방을 저지하기 위한 스토퍼 기구를 구비한 것.

본 발명에 따르면, 처리 용기의 안과 밖을 이동하는 액조가 상기 처리 용기 외부의 준비 위치로 이동해 왔을 때, 이 액조를 냉각할 수 있는 한편, 처리 용기 측에서는 상기 액조와는 독립적으로 처리 용기를 가열할 수 있다. 이 때문에, 예컨대 피처리 기판의 반입시에는 처리 용기 밖에서 액조를 냉각하여 액조 속의 액체의 증발이나 피처리 기판의 건조를 억제하는 한편, 처리 용기는 가열 상태를 유지하여, 액조가 처리 용기 안으로 이동한 후, 소정의 온도까지 처리 용기 안을 승온시키는 시간을 단축하여 응답성을 향상시키는 등, 자유도가 높은 운전을 실현할 수 있다.

도 1은 본 실시형태의 세정 시스템의 평면도이다.
도 2는 상기 세정 시스템 내의 세정 장치의 일례를 도시하는 종단(縱斷) 측면도이다.
도 3은 본 실시형태의 초임계 처리 장치 및 웨이퍼 전달 기구의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 4는 상기 초임계 처리 장치의 외관 구성을 도시하는 일부 파단 사시도이다.
도 5는 상기 초임계 처리 장치에 마련되어 있는 내부 챔버의 구성을 도시하는 일부 파단 사시도이다.
도 6은 상기 초임계 처리 장치에의 각종 처리 유체의 공급, 배출 계통을 도시하는 설명도이다.
도 7은 상기 초임계 처리 장치의 작용을 나타내는 제1 설명도이다.
도 8은 상기 초임계 처리 장치의 작용을 나타내는 제2 설명도이다.
도 9는 상기 초임계 처리 장치의 작용을 나타내는 제3 설명도이다.
도 10은 상기 초임계 처리 장치의 작용을 나타내는 제4 설명도이다.

본 발명의 기판 처리 장치를 갖춘 기판 처리 시스템의 일례로서, 피처리 기판인 웨이퍼(W)에 세정액을 공급하여 세정 처리를 행하는 세정 장치(2)와, 초임계 유체를 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 도면을 향하여 보아 좌측을 전방이라고 하면, 세정 처리 시스템(1)은, 예컨대 직경 300 mm의 여러 장의 웨이퍼(W)를 수납한 FOUP(7)가 배치되는 배치부(11)와, FOUP(7)와 세정 처리 시스템(1) 사이에서의 웨이퍼(W)의 반입출이 행해지는 반입출부(12)와, 반입출부(12)와 후단(後段)의 웨이퍼 처리부(14)의 사이에서의 웨이퍼(W)의 전달이 행해지는 전달부(13)와, 웨이퍼(W)를 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3) 내에 순서대로 반입하여 세정 처리나 초임계 처리가 행해지는 웨이퍼 처리부(14)를, 전방에서부터 이 순서대로 접속한 구조로 되어 있다.

배치부(11)는, 예컨대 4개의 FOUP(7)를 배치할 수 있는 배치대로서 구성되며, 배치대 위에 놓인 각 FOUP(7)를 반입출부(12)에 접속한다. 반입출부(12)에서는, 각 FOUP(7)와의 접속면에 설치된 도시하지 않는 개폐 기구에 의해, FOUP(7)의 개폐 도어가 벗겨져, 예컨대 전후 방향으로 진퇴가 가능하게, 좌우 방향으로 이동이 가능하게, 및 회동, 승강이 가능하게 구성된 제1 반송 기구(121)에 의해서, FOUP(7) 안과 전달부(13)의 사이에서 웨이퍼(W)가 반송된다. 반입출부(12)와 웨이퍼 처리부(14)에 앞뒤로 끼인 전달부(13)에는, 예컨대 8장의 웨이퍼(W)를 놓을 수 있는 버퍼로서의 역할을 하는 전달 선반(131)이 설치되어 있고, 이 전달 선반(131)을 통해 웨이퍼(W)가 반입출부(12)와 웨이퍼 처리부(14)의 사이에서 반송된다.

웨이퍼 처리부(14)에는, 전달부(13)와의 사이의 개구부로부터 전후 방향으로 향해 연장되는 웨이퍼 반송로(142)가 마련되어 있다. 그리고, 이 웨이퍼 반송로(142)의 앞쪽에서 보아 왼쪽 편에는, 예컨대 3대의 세정 장치(2)가 상기 웨이퍼 반송로(142)를 따라서 줄지어 설치되어 있고, 마찬가지로 오른쪽 편에는 본 실시형태의 기판 처리 장치인, 예컨대 2대의 초임계 처리 장치(3)가 줄지어 설치되어 있다. 웨이퍼 반송로(142) 내에는, 웨이퍼 반송로(142)를 따라서 이동이 가능하게, 좌우의 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)를 향해 진퇴 가능하게, 그리고 회동, 승강이 가능하게 구성된 제2 반송 기구(141)가 마련되어 있어, 전술한 전달 선반(131)과 각 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)의 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 것이 아니라, 단위시간당 웨이퍼(W)의 처리 장수나 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)에서의 처리 시간의 차이 등에 따라 적절하게 선택되며, 또한 이들 세정 장치(2)나 초임계 처리 장치(3)의 레이아웃도 도 1에 도시한 예와는 다른 배치를 채용하더라도 좋다.

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

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 세정의 순서로 행해진다. 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 배기되고 있다.

약액에 의한 세정 처리를 마치면, 웨이퍼 유지 기구(23)의 회전을 정지하고 나서 그 표면에 건조 방지용의 IPA(IsoPropyl Alcohol)을 공급하고, 웨이퍼(W)의 표면 및 이면에 잔존하고 있는 DIW로 치환한다. 이렇게 해서 세정 처리를 마친 웨이퍼(W)는, 그 표면에 IPA가 정체된 상태 그대로, 예컨대 웨이퍼 유지 기구(23)에 설치된 도시하지 않는 전달 기구에 의해 제2 반송 기구(141)에 전달되고, 세정 장치(2)로부터 반출된다.

세정 장치(2)에서의 세정 처리를 마친 웨이퍼(W)는 표면에 IPA가 정체되어 있는 상태 그대로 초임계 처리 장치(3)에 반송되고, 초임계 유체를 이용하여 표면의 액체를 제거하며, 웨이퍼(W)를 건조하는 초임계 처리가 행해진다. 이하, 본 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(3)의 구성에 관해서 도 3∼도 6을 참조하면서 설명한다. 도 3∼도 10에서는, 도면을 향해 보아 좌측을 전방으로 하여 설명한다.

도 3은 각 초임계 처리 장치(3)가 격납되어 있는 케이스(401) 내의 모습을 도시하는 일부 파단 사시도이다. 초임계 처리 장치(3)는 각 케이스(401) 내의, 예컨대 바닥면 상에 배치되어 있고, 그 위쪽의 공간은, 초임계 처리 장치(3)와 전술한 제2 반송 기구(141)의 사이에서 웨이퍼(W)를 전달하는 전달 기구가 설치되어 있다. 본 예에서는, 이 전달 기구로서, 웨이퍼(W)를 유지하여 반송하는 전달 아암(41)과, 초임계 처리 전의, 초임계 처리 장치(3)에 반입되는 웨이퍼(W)가 전용으로 배치되는 반입 선반(42)과, 초임계 처리를 끝내어, 초임계 처리 장치(3)로부터 반출된 웨이퍼(W)가 전용으로 배치되는 반출 선반(43)이 설치되어 있다.

전달 아암(41)은, 예컨대 케이스(401) 내의 바닥부에 배치되어 있는 초임계 처리 장치(3)의 위쪽, 후방 부근의 위치에 배치되어 있고, 선단부에 마련된 포크(411)에 의해서 웨이퍼(W)의 측방 둘레면을 파지하는 등에 의해, 상기 웨이퍼(W)를 1장씩 유지하는 것이 가능한, 다관절형의 6축 아암이다. 또한, 전달 아암(41)은, 칸막이 판(406)에 의해서 구획된 공간 내에 설치되어 있어, 전달 아암(41)의 작동에 의해서 발생하는 파티클 등이 웨이퍼(W)가 반송되는 공간으로 진입하기 어렵게 되어 있다. 도면에서, 405는 웨이퍼(W)의 전달이 행해지는 공간에 전달 아암(41)을 진입시키기 위한 액세스 입구이다.

반입 선반(42) 및 반출 선반(43)은, 예컨대 초임계 처리 장치(3)의 위쪽, 전방 부근의 위치에 2개의 선반(42, 43)이 위아래로 나란히 마련되어 있고, 초임계 처리 전의 웨이퍼(W)가 놓이는 반입 선반(42)을 아래쪽에, 초임계 처리 후의 웨이퍼(W)가 놓이는 반출 선반(43)을 위쪽에 배치한 구성으로 되어 있다. 이들 반입, 반출 선반(42, 43)은 웨이퍼(W)를 1장씩 수평으로 유지할 수 있는 배치 선반으로서 구성되며, 예컨대 각 선반(42, 43)에 설치된 3개의 승강 핀을 통해 제2 반송 기구(141) 및 전달 아암(41)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행할 수 있다.

또한, 반입 선반(42)은 액체를 채울 수 있는 접시 형상으로 구성되며, 도시하지 않는 IPA 공급부로부터 공급된 IPA 속에 침지한 상태로 웨이퍼(W)를 유지함으로써, 웨이퍼(W) 표면의 자연 건조를 막아, 초임계 처리 전의 패턴 붕괴의 발생을 막고 있다.

그리고, 케이스(401) 안을 앞쪽에서 보면, 이들 반입 선반(42) 및 반출 선반(43)의 배치 위치를 앞쪽에서 보면, 이들 선반(42, 43)은, 웨이퍼(W)를 전달하여 초임계 처리 준비를 하는 준비 위치에서 상면을 향하여 개구되어 있는 내부 챔버(32)의 위쪽, 측방 부근의 위치에 배치되어 있다. 이로써, 상면을 향해 개구되는 내부 챔버(32)로의 웨이퍼(W)의 반송 경로가 확보되어, 반입 선반(42)이나 반출 선반(43)과 간섭하지 않고서 신속하게 웨이퍼(W)를 반송할 수 있다.

도 3에서, 403은 세정 장치(2)에서 세정 처리를 마친 웨이퍼(W)가 반입되는 반입구, 404는 초임계 처리를 마친 웨이퍼(W)가 반출되는 반출구이며, 제2 반송 기구(141)는 이들 반입, 반출구(403, 404)를 통해 케이스(401) 안으로 진입한다. 또한, 도 3에서, 402는 케이스(401) 내에 청정 공기의 다운플로우를 형성하기 위한 FFU(Fan Filter Unit), 407은 상기 다운플로우의 배기구이다.

각 케이스(401) 내에 설치된, 예컨대 초임계 처리 장치(3)는, 서로 거의 같은 구성을 갖추고 있고, 초임계 유체를 이용하여 웨이퍼(W) 표면에 기액 계면을 형성하지 않고서 웨이퍼(W)를 건조하는 초임계 처리를 실행할 수 있다. 도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이 초임계 처리 장치(3)는, 초임계 처리가 행해지는 처리 용기인 외부 챔버(31)와, 웨이퍼(W)를 IPA 속에 침지한 상태에서 외부 챔버(31) 내에 반입하는 내부 챔버(32)를 구비하고 있다. 내부 챔버(32)는 본 실시형태의 액조에 상당한다.

도 4의 (a), (b) 각각에 도시하는 바와 같이 외부 챔버(31)는, 세로 방향으로 편평한 직방체 형상의 내압 용기로서 구성되어 있고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 그 내부에는 내부 챔버(32)를 격납할 수 있는 처리 공간(310)이 형성되어 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 외부 챔버(31)는 폭이 좁은 면이 웨이퍼 반송로(142) 방향을 향해 배치되어 있고, 그 앞면에는 내부 챔버(32)를 반입출하기 위한 개구부(311)가 형성되어 있다[도 4의 (a)].

또한, 도 6에 도시하는 바와 같이 외부 챔버(31)에는, 예컨대 저항 발열체로 이루어지는 히터(312)가 설치되어, 전원부(313)로부터의 급전에 의해, 외부 챔버(31)의 본체를 가열하고, 이에 의해 처리 공간(310) 안으로 공급된, 예컨대 액체 CO₂를 초임계 상태로 만들 수 있다. 또한, 본 예에 있어서의 전원부(313)는 그 출력을 증감하는 것이 가능하여, 외부 챔버(31) 본체 및 처리 공간(310)의 온도를 조정할 수 있다. 히터(312)는 본 실시형태의 가열 기구에 상당한다.

또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 예컨대 외부 챔버(31)의 본체 측면의 바닥부 부근의 위치에는 CO₂ 공급 라인(511)이 접속되어 있고, 이 CO₂ 공급 라인(511)은, 도 6에 도시하는 바와 같이 밸브(V1), 필터 및 펌프로 이루어지는 송액 기구(512)를 통해 CO₂ 저류부(51)에 접속되어 있다. CO₂ 저류부(51)에는 액체 CO₂가 저류되어 있고, 이들 CO₂ 공급 라인(511), 송액 기구(512) 및 CO₂ 저류부(51)는, 외부 챔버(31)의 처리 공간(310) 내에 액체 CO₂를 공급하기 위한 유체 공급부를 구성하고 있다.

또한, 도 4, 도 6에 도시하는, 예컨대 외부 챔버(31) 본체의 천정면에 마련된 도면부호 531로 표시된 구성 요소는, 처리 공간(310) 내에 액체 CO₂를 공급할 때에 처리 공간(310) 안의 분위기를 배기하고, 또한 초임계 처리를 마친 후의 초임계 상태의 CO₂를 배기하여 외부 챔버(31) 안을 감압하기 위한 배기 라인이며, 밸브(V4)의 개폐에 의해 처리 공간(310) 안을 배기, 밀폐하는 역할을 한다. 여기서 밸브(V4)는 압력 조정 밸브의 역할도 하고 있어, 처리 공간(310) 내의 압력을 조정하면서 처리 공간(310) 내의 분위기를 배기할 수 있다. 또한, 처리 후의 초임계 상태의 CO₂를 배기한다고 하는 관점에서, 배기 라인(531)은 본 실시형태의 배기부에 상당한다.

도 4의 (a), 도 5에 도시하는 바와 같이, 내부 챔버(32)는 예컨대 2장의 웨이퍼(W)를 세로 방향을 격납할 수 있게 형성된 용기이며, 건조 방지용 액체인 IPA 속에 침지한 상태로 웨이퍼(W)를 유지할 수 있다. 내부 챔버(32)는, 처리 공간(310)보다 폭이 좁고, 세로 방향으로 편평한 형상으로 형성되어 있고, 내부 챔버(32)를 처리 공간(310) 내에 배치했을 때, 외부 챔버(31)의 내면과 내부 챔버(32)의 외면과의 사이에는, 처리 공간(310)에 공급된 액체 CO₂나 초임계 상태의 CO₂를 통류시키기 위한 공간이 형성되게 되어 있다. 본 예에 따른 내부 챔버(32)는, 초임계 유체를 취급하는 처리 공간(310)의 용적을 가능한 한 작게 할 필요성과, 세정 처리 시스템(1) 전체의 웨이퍼(W) 처리 스피드와의 균형을 맞추기 위해, 예컨대 2장의 웨이퍼(W)를 격납하는 구성으로 했다. 단, 내부 챔버(32)에 격납할 수 있는 웨이퍼(W)의 장수는 이것에 한정되는 것이 아니라, 1장만 또는 3장 이상의 웨이퍼(W)를 격납하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 내부 챔버(32)에 여러 장의 웨이퍼(W)를 격납하는 경우에는, 예컨대 인접하는 웨이퍼(W)에서, 패턴이 형성되는 면끼리를 대향시키도록 배치함으로써 그 면에 파티클 등이 부착되는 것을 피하도록 하면 좋다. 웨이퍼(W)의 장수가 홀수 장인 경우에는, 남는 1장의 웨이퍼(W)는, 패턴의 형성면을 다른 웨이퍼(W) 측으로 향하여 하여, 내부 챔버(32)의 벽면에 대향시키지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 5에 도시하는 바와 같이 내부 챔버(32)의 상면에는 개구부가 형성되어 있어, 전달 아암(41)에 유지된 웨이퍼(W)는 이 개구부를 통해 내부 챔버(32) 안으로 반입된다. 또한, 내부 챔버(32)의 개구부에는, 예컨대 톱니 형상의 절결부(322)가 형성되어 있어, 처리 공간(310) 내의 초임계 유체를 내부 챔버(32) 안으로 흘러들어가기 쉽게 하고 있다. 단 도시의 편의상, 도 4의 (a), 도 5, 도 6 이외의 도면에서는 내부 챔버(32)의 절결부(322)는 도시 생략되어 있다.

또한, 내부 챔버(32)의 바닥부는 웨이퍼(W)의 형상을 따라서 만곡된 형상으로 되어 있고, 그 내부 측의 바닥면에는 2장의 웨이퍼(W)를 유지하기 위한 웨이퍼 유지 부재(323)가 설치되어 있다. 웨이퍼 유지 부재(323)에는 웨이퍼(W)의 형상을 따른 홈이 형성되어 있어, 웨이퍼(W)의 주연부를 이 홈에 끼워 맞춰 웨이퍼(W)를 세로 방향으로 유지할 수 있다. 또한, 웨이퍼 유지 부재(323)는, 내부 챔버(32)에 공급된 IPA가 각 웨이퍼(W)의 표면에 충분히 접촉하고, 또한 웨이퍼(W)를 유지한 포크(411)가 내부 챔버(32) 안으로 진입하더라도, 웨이퍼(W)나 포크(411)가 다른 웨이퍼(W)나 내부 챔버(32) 본체와 간섭하지 않도록 홈의 배치 위치나 홈끼리의 간격이 조정되어 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 예컨대 내부 챔버(32)의 바닥면에는, 웨이퍼 유지 부재(323)가 형성되어 있지 않은 영역이 마련되어 있으며, 여기에는 내부 챔버(32) 내에 IPA를 공급하고, 또한 배출하기 위한 배액부인 개구부(324)가 형성되어 있다. 이 개구부(324)는 IPA의 공급·배액 라인(524)과 접속되어 있고, 이 공급·배액 라인(524)은 후술하는 덮개 부재(321)의 내부를 지나 전환 밸브(525)에 접속되어 있다(도 6). 후술하는 바와 같이 내부 챔버(32)는 전후 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있기 때문에, 공급·배액 라인(524)은, 예컨대 내압성을 갖춘 플렉시블 배관 등에 의해 구성되어, 내부 챔버(32)의 이동에 따라 변형될 수 있다. 도 6에서 V3은 밸브이다.

전환 밸브(525)는, 내부 챔버(32)에 IPA를 공급하기 위한 IPA 공급 라인(521), 내부 챔버(32)로부터 배출된 IPA를 회수하기 위한 회수 라인(523) 및 전술한 공급·배액 라인(524)과 접속되어 있다. IPA 공급 라인(521)은, 개폐 밸브(V2), 필터 및 펌프로 이루어지는 송액 기구(522)를 통해 IPA를 저류한 IPA 저류부(52)에 접속되어 있다. 한편, 회수 라인(523)은 내부 챔버(32)로부터 배출된 IPA를 회수할 수 있도록, IPA 저류부(52)에 직접 접속되어 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 내부 챔버(32)는, 예컨대 폭이 좁고 측면부에서 두꺼운 판 형상의 덮개 부재(321)에 고정되어 있다. 그리고, 이 덮개 부재(321)를 가로 방향으로 전후로 이동시킴으로써, 전달 아암(41)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해지는 외부 챔버(31)의 외부의 준비 위치와, 처리 공간(310) 내의 처리 위치의 사이에서 내부 챔버(32)를 이동시킬 수 있다. 또한, 도 6에 파선으로 나타내는 바와 같이, 내부 챔버(32)를 처리 위치로 반송한 덮개 부재(321)는 외부 챔버(31)의 개구부(311)를 개폐하는 역할도 담당하고 있다. 외부 챔버(31)의 개구부(311)의 주위에는, 이 개구부(311)를 둘러싸도록 도시 생략된 O링이 설치되어 있으며, 덮개 부재(321)는 이 O링을 꽉 눌러 처리 공간(310) 안을 밀폐한다.

도 4의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이 덮개 부재(321)는 대좌부(35)에 지지되어 있고, 이 대좌부(35)에는 내부 챔버(32)를 반송하는 방향을 따라서 상기 대좌부(35)를 잘라낸 주행 궤도(351)가 형성되어 있다. 한편, 덮개 부재(321)의 하단부에는, 상기 주행 궤도(351) 안쪽으로 하향 연장된 주행 부재(325)가 마련된다. 그리고, 도 4의 (a), 도 6에 도시하는 바와 같이, 이 주행 부재(325)에는 주행 궤도(351)를 따라서 걸쳐진 볼나사(353)가 관통하고 있으며, 이들 주행 부재(325)와 볼나사(353)는 볼나사 기구를 구성하고 있다. 이 볼나사 기구는 내부 챔버(32)를 이동시키는 이동 기구에 상당한다.

그리고, 볼나사(353)의 일단에 설치된 구동부(352)에 의해 상기 볼나사(353)를 좌우 어느 한 방향으로 회전시키고, 주행 궤도(351) 내에서 주행 부재(325)를 주행시킴으로써 덮개 부재(321)를 이동시켜, 내부 챔버(32)를 준비 위치에서 처리 위치까지 반송한다. 또한, 내부 챔버(32)를 처리 위치에서 준비 위치까지 반송할 때에는 볼나사(353)를 반대 방향으로 회전시킨다. 단 덮개 부재(321)를 이동시키는 기구는, 전술한 볼나사 기구의 예에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 리니어 모터나 신축 아암, 에어 실린더 등을 이용하여 이동시키더라도 좋다.

또한, 도 4의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이 초임계 처리 장치(3)에는, 덮개 부재(321)나 내부 챔버(32)가 이동하는 영역을 측면에서부터 덮도록 주위 벽(33)이 설치된다. 주위 벽(33)은 덮개 부재(321)의 주행 방향을 따라서 연장되는 2개의 측벽 부재(331)와, 외부 챔버(31)의 개구부(311)와 대향하도록 마련된 전방 벽 부재(332)로 구성되고 있다. 그리고, 상기 2개의 측벽 부재(331)의 외부 챔버(31) 측의 일단이 상기 외부 챔버(31)의 측벽면에 강고하게 고정되어 있고, 이로써 주위 벽(33)은 외부 챔버(31)와 일체로 되고 있다.

또한, 초임계 처리 장치(3)는, 처리 공간(310) 내에서 CO₂를 초임계 상태로 만드는 것 등에 의해 덮개 부재(321)가 받는 내부 압력에 대항하여, 덮개 부재(321)를 외부 챔버(31) 측을 향해 단단히 누르고, 상기 덮개 부재(321)의 개방을 저지하기 위한 고정판(34)을 구비하고 있다. 이 고정판(34)은, 내부 챔버(32) 및 덮개 부재(321)가 이동하는 영역으로부터 후퇴한 후퇴 위치와, 덮개 부재(321)를 외부 챔버(31)쪽으로 전방측으로부터 고정하는 고정 위치 사이에서, 도시하지 않는 구동 기구에 의해 좌우 방향으로 이동할 수 있게 구성되어 있다.

한편, 각 측벽 부재(331)에는, 좌우 방향으로 이동하는 상기 고정판(34)을 관통시킬 수 있는 끼워넣기 구멍(333)이 형성되어 있어, 주위 벽(33)[측벽 부재(331)]의 바깥쪽의 대기 위치에서 대기하고 있는 고정판(34)은, 한쪽의 측벽 부재(331)의 끼워넣기 구멍(333)을 빠져 나가 고정 위치로 이동할 수 있다. 또한, 고정 위치까지 이동한 고정판(34)은, 그 좌우 양단부가 각 측벽 부재(331)의 끼워넣기 구멍(333)에 끼워져 들어간 상태가 되고, 그 결과 고정판(34)이 「빗장」과 같이 측벽 부재(331)에 걸려 고정되며, 처리 공간(310) 안의 압력에 대항하여 덮개 부재(321)를 외부 챔버(31)쪽으로 밀어붙일 수 있다[도 1의 초임계 처리 장치(3) 및 도 4의 (b) 참조]. 덮개 부재(321)의 개방을 저지하는 역할을 하는 고정판(34) 및 끼워넣기 구멍(333)을 갖춘 측벽 부재(331)는, 본 예의 스토퍼 기구를 구성하고 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(3)에는, 외부 챔버(31) 밖의, 예컨대 준비 위치까지 이동한 내부 챔버(32)를 냉각하기 위한 냉각 기구가 설치되어 있다. 도 4의 (b), 도 6에 도시하는 바와 같이, 본 예에 따른 냉각 기구는, 예컨대 주위 벽(33)의 측벽 부재(331)에 형성된 냉각용 공기의 분출 구멍(335)과, 이 분출 구멍(335)에 냉각용 공기를 공급하기 위해서 측벽 부재(331) 내에 형성된 확산 공간(334)과, 냉각용 공기 공급 라인(541)을 통해 이 확산 공간(334)에 접속된 냉각용 공기 공급부(542)를 구비하고 있다.

분출 구멍(335)은, 외부 챔버(31)로부터 반출되어, 예컨대 준비 위치까지 이동한 내부 챔버(32)의, 전방에서 보아 좌우의 측벽면에 대향하도록, 측벽 부재(331)의 벽면에 다수 형성된 개공부이다. 분출 구멍(335)은, 내부 챔버(32)를 향해 냉각용의 공기를 불어넣음으로써 그 내부 챔버(32)를 냉각하는 역할을 한다.

확산 공간(334)은, 각 분출 구멍(335)에 냉각용의 공기를 공급하기 위해서 측벽 부재(331)의 내부에 형성된 공간이다. 냉각용 공기 공급 라인(541)은, 상기 라인(541)에 설치된 개폐 밸브(V5)의 개폐에 의해, 확산 공간(334)을 향해 냉각용 공기를 공급하거나 끊는다. 또한, 냉각용 공기 공급부(542)는, 예컨대 압축기나 공장용력의 공기 공급 배관 등으로 구성되어, 냉각용 공기 공급 라인(541)을 통해 청정한 냉각용 공기를 확산 공간(334)을 향해 공급한다.

이상에 설명한 구성을 갖춘 초임계 처리 장치(3)를 포함하는 세정 처리 시스템(1)은, 도 1, 도 6에 도시하는 바와 같이 제어부(6)와 접속되어 있다. 제어부(6)는, 예컨대 도시하지 않는 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터로 이루어지며, 기억부에는 이들 세정 처리 시스템(1)이나 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)의 작용, 즉 FOUP(7)로부터 웨이퍼(W)를 꺼내고 세정 장치(2)로 반송하여 세정 처리를 행하며, 이어서 초임계 처리 장치(3)에서 웨이퍼(W)의 초임계 처리를 행하고 나서 FOUP(7) 안으로 웨이퍼(W)를 반입할 때까지의 동작에 관계된 제어에 관한 단계(명령)군이 짜여진 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예컨대 하드디스크, 컴팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되어, 그로부터 컴퓨터에 인스톨된다.

특히, 초임계 처리 장치(3)에 관해서 제어부(6)는, 도 6에 도시하는 바와 같이 CO₂ 공급 라인(511) 및 IPA 공급 라인(521)의 각 송액 기구(512, 522)에 접속되어 액체 CO₂나 IPA의 공급 타이밍을 조절하고, 또한 외부 챔버(31)에 설치된 도시하지 않는 압력계의 검출치에 기초하여 송액 기구(512)의 토출압을 조절할 수 있게 되어 있다. 또한, 제어부(6)는 각 밸브(V1∼V5)의 개폐 타이밍의 조절이나, 구동부(352)에 의한 볼나사(353)의 회전 타이밍이나 회전 방향, 회전량의 조절, 전환 밸브(525)에 접속되는 라인[IPA 공급 라인(521), 회수 라인(523)]의 전환 등도 행할 수 있다. 또한, 제어부(6)는, 도시하지 않는 온도계로부터의 처리 공간(310) 내의 온도 검출 결과에 기초하여, 전원부(313)로부터 히터(312)에 공급되는 전력을 증감하고 처리 공간(310) 안의 온도를 미리 설정해 놓은 온도로 조절하며, 또한 준비 위치까지 이동한 내부 챔버(32)의 냉각을 실행시키기 위해서, 냉각 기구를 작동시키는 타이밍 등을 제어하는 역할도 담당한다.

이상에 설명한 구성을 갖춘 초임계 처리 장치(3)의 작용에 관해서 설명한다. 전술한 것과 같이 세정 장치(2)에서의 세정 처리를 마치고, 건조 방지용의 IPA가 정체되어 있는 웨이퍼(W)가 제2 반송 기구(141)에 전달되면, 제2 반송 기구(141)는, 예컨대 미리 설정해 놓은 처리 스케줄에 기초하여, 어느 한쪽의 케이스(401) 내에 반입구(403)를 통해 진입하고, 그 웨이퍼(W)를 반입 선반(42)의 승강 핀에 전달한다.

초임계 처리 장치(3)의 내부 챔버(32)로 즉시 웨이퍼(W)를 반입할 수 있는 경우에는, 반입 선반(42)에서는 웨이퍼(W)를 수취한 상태에서 웨이퍼(W)의 아래쪽에 전달 아암(41)의 포크(411)를 진입시키고, 이어서 승강 핀을 강하시킴으로써 웨이퍼(W)를 포크(411)에 전달한다. 내부 챔버(32)에 웨이퍼(W)를 반입할 때까지 기다리는 시간이 발생하는 경우에는, 승강 핀을 강하시켜 접시형의 반입 선반(42) 내에 웨이퍼(W)를 놓고, 웨이퍼(W)의 표면에 IPA를 공급하여 건조를 막는다. 그리고, 내부 챔버(32) 측의 준비가 갖춰지면 승강 핀을 상승시켜 포크(411)에 웨이퍼(W)를 전달한다.

한편, 내부 챔버(32)는, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이 챔버 내에 IPA를 채운 상태로 대기 위치에서 대기하고 있다. 반입 선반(42)으로부터 웨이퍼(W)를 수취한 전달 아암(41)은, 웨이퍼(W)를 세로 방향으로 세우고 포크(411)의 선단이 내부 챔버(32)의 개구부를 향하도록 각 회전축을 회전시킨 후, 포크(411)를 강하시켜 웨이퍼(W)를 내부 챔버(32) 안으로 반입한다.

이 반입 동작을 신속하게 실행함으로써, 웨이퍼(W)의 자세를 세로 방향으로 세울 때에, 웨이퍼(W) 표면에 정체되어 있는 IPA의 일부가 흐트러져 떨어졌다고 해도, 단시간 동안이라면 웨이퍼(W)의 표면에 IPA의 액막이 남아 있다. 그래서, 이 액막이 남아 있는 동안에 내부 챔버(32) 안으로 웨이퍼(W)를 반입해 버림으로써, 웨이퍼(W)의 표면이 건조되기 전에 내부 챔버(32)의 IPA 속에 웨이퍼(W)를 침지하여, 패턴 붕괴의 발생을 억제하면서 웨이퍼(W)를 전달할 수 있다.

포크(411)를 더 강하시켜, 웨이퍼(W)의 하단부가 웨이퍼 유지 부재(323)의 홈의 내측에 끼워져 유지되면, 포크(411)에 의한 웨이퍼(W)의 유지를 해제하고 전달 아암(41)을 상승시켜, 상기 포크(411)를 내부 챔버(32)로부터 후퇴시킨다. 그리고, 2장의 웨이퍼(W)에 대하여 전술한 전달 동작을 반복하고, 도 7의 (b)에 모식적으로 도시하는 바와 같이 2장의 웨이퍼(W)를 내부 챔버(32)에 유지하여, IPA에 침지된 상태로 한다.

이와 같이 내부 챔버(32)에의 웨이퍼(W) 반입 조작이 실행되고 있는 기간 동안, 외부 챔버(31) 측에서는, 예컨대 전원부(313)의 출력이 저출력 상태로 되고 있다. 본 예에서는 예컨대 외부 챔버(31) 본체는 예컨대 CO₂의 임계 온도보다 낮고, 또 초임계 처리 장치(3)가 설치되어 있는 케이스(401) 안의 분위기 온도보다도 높은, 예컨대 28℃ 정도로 예열되고 있다.

그리고, 내부 챔버(32)에 2장의 웨이퍼(W)가 유지되면, 구동부(352)에 의해 볼나사(353)를 구동시켜 내부 챔버(32)를 처리 위치까지 이동시킨다[도 7의 (c)]. 이 때 내부 챔버(32)로부터 IPA가 배출되지 않도록 공급·배액 라인(524)의 밸브(V3)는 폐쇄되어 있고[도 7의 (c) 중에 「S」라고 기재해 둠. 이하 동일함], 또한 외부 챔버(31) 측에서도 CO₂ 공급 라인(511) 및 배기 라인(531)의 밸브(V1, V4)는 폐쇄되어 있다.

그리고, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 고정판(34)을 대기 위치로부터 고정 위치까지 이동시키면, CO₂ 공급 라인(511) 측의 송액 기구(512)의 밸브(V1)를 개방하고[도 8의 (a) 중에 「O」라고 기재해 둠. 이하 동일함], 펌프를 작동시켜 처리 공간(310) 내에 액체 CO₂를 공급한다. 예컨대, 대기압 분위기로 되어 있는 처리 공간(310) 내에 액체 CO₂가 공급되면, 액체 CO₂의 일부가 기화되어 처리 공간(310) 내의 압력이 상승하고, 기상 측의 분위기가 액체 CO₂와 평형 상태로 된다.

그러한 후에, 처리 공간(310) 안의 분위기가 예컨대 6 MPa∼9 MPa 범위 내의 7.5 MPa가 되도록 개방도를 조절하면서 밸브(V4)를 개방하면, CO₂ 공급 라인(511)으로부터 공급되는 CO₂의 액체 상태가 유지된 채로 기상 측의 분위기가 내보내져, 처리 공간(310) 안이 액체 CO₂로 치환되어 간다[도 8의 (a)]. 이 때에도 전원부(313)으로부터의 출력은 저출력으로 되고 있으며, 외부 챔버(31) 본체나 처리 공간(310) 안의 내부 챔버(32)나 웨이퍼(W), 액체 CO₂ 등의 온도는, CO₂의 임계 온도보다도 낮고, 또한 외부 분위기의 온도보다도 높은 예컨대 28℃ 정도로 예열된 상태로 되고 있다.

그리고, 액체 CO₂의 액면의 위치가, 도 5에 도시한 내부 챔버(32)의 절결부(322)의 하단 정도의 위치까지 도달하여, 액체 CO₂가 내부 챔버(32)로 흘러들어갈 수 있는 상태가 되면, CO₂ 공급 라인(511) 및 배기 라인(531)의 밸브(V1, V4)를 폐쇄하여 외부 챔버(31)를 밀폐한다[도 8의 (b)].

그러한 후에, 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이 전원부(313)의 출력을 고출력으로 하여 히터(312)에의 급전량을 늘리고, 처리 공간(310) 안의 온도가 예컨대 30℃∼90℃ 범위 내의 40℃가 되도록 가열을 행한다. CO₂의 임계점은, 7.38 MPa, 31.1℃이기 때문에, 이 가열 조작에 의해 액체 CO₂가 초임계 상태로 변화되고, CO₂의 기액 계면이 소실되어 처리 공간(310) 안이 초임계 상태의 CO₂로 채워진 상태가 된다.

여기서 대기압에서의 IPA의 끓는점은 82.4℃이기 때문에, 7.5 MPa, 40℃의 처리 공간(310) 내에서는 내부 챔버(32) 안의 IPA가 액체 상태를 유지하고 있고, IPA에 침지된 웨이퍼(W)의 표면도 젖은 상태로 되고 있다. 이 때 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이 공급·배액 라인(524)의 밸브(V3)를 개방하면, 내부 챔버(32) 내의 IPA는 내부 챔버(32)의 개구부를 통해 초임계 상태의 CO₂에 의해 눌리고, 또한 중력이 작용하여 공급·배액 라인(524)을 향해서 흘러간다. 이 때에 도 6에 도시한 전환 밸브(525)를 회수 라인(523) 쪽으로 전환해 둠으로써, 내부 챔버(32)로부터 흘러나온 IPA는 IPA 저류부(52)에 회수된다.

내부 챔버(32)의 바닥면에 접속된 공급·배액 라인(524)으로부터 IPA가 흘러 나가면, 처리 공간(310) 안의 초임계 상태의 CO₂가 팽창하여, 상면 측의 개구부를 통해 내부 챔버(32) 안으로 진입한다. 그 결과, 내부 챔버(32) 안의 IPA가 위쪽으로부터 아래쪽으로 향해 초임계 상태의 CO₂로 치환되어 가게 되지만, 초임계 상태의 CO₂는 표면장력이 작용하지 않기 때문에, 패턴 붕괴를 거의 야기하지 않고서 웨이퍼(W) 표면의 분위기를 액체의 IPA에서 초임계 상태의 CO₂로 치환할 수 있다.

또한, 이 때 내부 챔버(32)의 위쪽으로부터 아래쪽으로 향해서 IPA를 초임계 상태의 CO₂로 치환해 나감으로써, IPA의 배출시에 웨이퍼(W)로부터 비산된 먼지를 내부 챔버(32)의 바닥부 측의 통액구(324)를 향해서 IPA와 함께 흘러가게 하기 때문에, 이들 먼지가 휘감겨 올라가는 것을 억제하여, 웨이퍼(W)에의 재부착을 저감할 수 있다.

여기서 전술한 것과 같이 내부 챔버(32)는 2장의 웨이퍼(W)를 격납할 수 있을 정도의 크기이기 때문에, 그 용적은 비교적 작다. 이 때문에, 초임계 상태의 CO₂의 온도 및 압력을 임계점보다도 충분히 높은 상태로 해 두고서, 팽창에 따른 온도나 압력 저하를 예측한 양의 CO₂를 처리 공간(310) 내에 미리 공급해 두면, CO₂의 초임계 상태를 충분히 유지할 수 있다. 또한 예컨대, 내부 챔버(32) 안의 IPA가 압출되고, 초임계 상태의 CO₂가 팽창하더라도 그 초임계 상태가 유지되도록 히터(312)의 출력을 증가시키더라도 좋다.

그리고 이 때, 외부 챔버(31) 및 처리 공간(310)은, 히터(312)에 의해 외부 분위기보다 높고, 또 CO₂의 임계 온도보다도 낮은 온도로 예열되고 있다. 이 때문에, 예컨대 내압성을 갖게 하기 위해서 외부 챔버(31)를 두껍게 구성하여, 외부 챔버(31)의 열 용량이 큰 경우라도, 예컨대 외부 분위기와 동일한 온도에까지 외부 챔버(31)의 온도가 저하되어 버리고 있는 경우에 비해서 짧은 시간에 처리 공간(310) 안을 원하는 온도까지 승온시킬 수 있다.

이렇게 해서 내부 챔버(32) 안의 IPA가 배출되어, 처리 공간(310)의 계 내의 분위기가 전부 초임계 상태의 CO₂로 치환되면, 공급·배액 라인(524)의 밸브(V3)를 폐쇄하고[도 9의 (b)], 배기 라인(531)의 밸브(V4)를 개방하여 처리 공간(310) 안을 대기압까지 탈압한다. 그 결과, 초임계 상태의 CO₂가 기체 상태로 변화하게 되지만, 초임계 상태의 CO₂와 기체 사이에는 계면이 형성되지 않기 때문에 표면에 형성된 패턴에 표면장력이 작용하는 일 없이 웨이퍼(W)를 건조할 수 있다[도 9의 (c)].

이 때 내부 챔버(32)에는 웨이퍼(W)가 세로 방향으로 유지되고 있기 때문에, 예컨대 웨이퍼(W)에 부착되어 있었던 파티클 등의 먼지가 IPA나 초임계 상태의 CO₂에 흐름을 타고 비산된 경우라도, 이들 먼지가 중력에 의해서 침강하는 위치에 웨이퍼(W)의 표면이 존재하지 않으므로 웨이퍼(W)의 재오염이 발생하기 어렵다.

여기서 도 9의 (c)에 나타낸 예에서는, 액체 CO₂를 공급할 때에 외부 챔버(31) 내의 분위기를 배기하는 전술한 배기 라인(531)을 이용하여 처리 공간(310) 안의 탈압을 행하는 예를 나타냈지만, 이 탈압 조작을 할 때에 처리 공간(310) 내에 CO₂의 상승류가 형성되는 데에 기인하는 먼지의 휘감겨 올라감을 억제하기 위해서, 예컨대 외부 챔버(31)의 바닥부 측에 탈압 전용의 배기 라인을 설치하여 처리 공간(310) 내에 하강류가 형성되도록 하면서 탈압을 행하더라도 좋다. 또한, 내부 챔버(32)의 바닥면에 접속된 공급·배액 라인(524)을 이용하여 탈압을 행하더라도 좋다. 그리고, 처리 공간(310) 안을 탈압할 때에는, CO₂의 팽창에 의해 처리 공간(310) 안의 온도가 저하되어 초임계 상태의 CO₂ 속에 용해되어 있었던 IPA가 웨이퍼(W) 표면에서 응축되거나 하지 않도록 히터(312)에 의해서 처리 공간(310) 내부의 온도를 올리도록 하더라도 좋다.

이상의 프로세스에 의해, 웨이퍼(W)의 초임계 처리를 마치면, 고정판(34)을 후퇴 위치까지 후퇴시키고, 덮개 부재(321)를 전방 쪽으로 이동시켜 내부 챔버(32)를 준비 위치까지 이동시키며, 내부 챔버(32) 내에 포크(411)를 진입시켜 처리를 마친 웨이퍼(W)를 1장씩 꺼낸다.

그리고 꺼내어진 웨이퍼(W)는 반출 선반(43)을 통해 제1 반송 기구(121)에 전달되어, 반입할 때와는 반대의 경로를 지나 FOUP(7) 내에 격납되고, 웨이퍼(W)에 대한 일련의 동작이 완료된다.

한편, 도 10의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 준비 위치까지 이동했을 때, 내부 챔버(32)의 온도는 초임계 처리가 끝난 직후의 처리 공간(310)의 온도와 동일한, 31.1℃ 이상, 예컨대 40℃∼90℃ 정도의 온도에까지 가열되고 있다. 이러한 온도에까지 승온된 내부 챔버(32)에 휘발성이 높은 IPA를 공급하면, IPA의 증발량이 증가하여, IPA 저류부(52)에 회수할 수 없는 IPA의 양이 증가한다. 또한, 증발한 IPA가 케이스(401) 안으로 확산되어 다운플로우 배기구(407)의 후단의 제외(除外) 설비의 부하가 높아져 버리는 경우도 있다. 나아가서는, 내부 챔버(32)나 이것을 지지하는 덮개 부재(321) 등의 온도가 높아져 있으면, 내부 챔버(32) 근방으로 초임계 처리 전의 웨이퍼(W)를 반송해 왔을 때에, 그 웨이퍼(W)가 내부 챔버(32)로부터의 방사열을 받아 가열되고, 그 표면에 정체되어 있는 IPA의 건조를 촉진하여 패턴 붕괴를 야기해 버릴 우려도 있다.

그래서 본 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(3)에서는, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 측벽 부재(331)에 형성된 분출 구멍(335)으로부터 내부 챔버(32)를 향해서 냉각용의 공기를 분출하여, 내부 챔버(32) 본체나 이것을 지지하는 덮개 부재(321)의 온도를 단시간에 저하시킨다. 그 결과, 내부 챔버(32)가 예컨대 주위 분위기의 온도와 같은 정도, 또는 이보다 낮은 온도에까지 냉각되면, 전환 밸브(525)의 접속처를 IPA 공급 라인(521) 쪽으로 전환하여 송액 기구(522)를 작동시켜 IPA 저류부(52)로부터 IPA를 공급하며, 내부 챔버(32)에 IPA가 채워진 상태로 다음 웨이퍼(W)가 반입될 때까지 대기한다.

내부 챔버(32)의 냉각을 정지하는 타이밍으로서는, 웨이퍼(W)에 냉각용 공기가 직접 불어넣어져 웨이퍼(W)에 정체되어 있는 IPA의 증발이 촉진되는 것을 피하기 위해서, 내부 챔버(32)에의 웨이퍼(W) 반입 동작을 시작하기 전 등을 고려할 수 있다.

한편, 외부 챔버(31) 측에서는, 전원부(313)의 출력을 저출력으로 전환하여, 히터(312)에 의해 외부 챔버(31) 본체가 전술한 예열 온도로 유지된 상태에서 대기한다.

본 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(3)에 의하면 이하의 효과가 있다. 외부 챔버(31)의 안과 밖을 이동하는 내부 챔버(32)가 상기 외부 챔버(31)의 밖[예컨대, 웨이퍼(W)의 준비 위치]으로 이동해 왔을 때, 냉각용 공기를 불어넣어 이 내부 챔버(32)를 냉각할 수 있는 한편, 외부 챔버(31) 측에서는 상기 내부 챔버(32)와는 독립적으로 외부 챔버(31)를 가열할 수 있다.

이 때문에, 전술한 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(3)와 같이, 예컨대 웨이퍼(W)를 반입할 때에는 외부 챔버(31) 밖에서 내부 챔버(32)를 냉각하여 내부 챔버 속의 IPA의 증발이나 웨이퍼(W)의 건조를 억제하는 한편, 외부 챔버(31)는 예열 상태를 유지하여, 액조가 처리 용기 안으로 이동한 후, 소정 온도까지 처리 용기 안을 승온시키는 시간을 단축하여 응답성을 향상시키는 등, 자유도가 높은 운전을 실현할 수 있다.

여기서 전술한 실시형태에서는, 내부 챔버(32)가 반출된 후의 외부 챔버(31)의 온도를 CO₂의 임계 온도보다 낮고, 또 주위 분위기의 온도보다도 높은 예열 상태로 하는 예를 나타냈지만, 내부 챔버(32)가 반출되어 대기하고 있는 기간 동안의 외부 챔버(31)의 온도 상태는 이것에 한정되지 않는다. 예컨대 전원부(313)로부터의 급전을 정지하고, 히터(312)를 오프로 하여 자연 냉각 상태로 대기하더라도 좋다. 외부 챔버(31) 밖으로 반출된 내부 챔버(32)를 독립적으로 냉각할 수 있는 냉각 기구를 갖추고 있으면, 내부 챔버(32) 속의 IPA의 증발이나 웨이퍼(W)의 건조를 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 예컨대 외부 챔버(31)의 온도를 CO₂의 초임계 온도보다 높은 온도에까지 가열하여 대기하더라도 좋으며, 이 경우에는 예컨대 처리 공간(310)에 공급한 액체 CO₂를 즉시 초임계 상태로 만들고, 이 초임계 상태의 CO₂를 내부 챔버(32) 안의 IPA로 치환하는 구성으로 하여도 좋다. 여기서 외부 챔버(31)에 공급되는 CO₂는, 액체 상태로 공급되는 경우에 한정되지 않고, 미리 초임계 상태로 되어 있는 CO₂를 외부 챔버(31)에 공급하더라도 좋다. 이 경우에는, 히터(311)는 상기 CO₂의 초임계 상태를 유지하는 역할을 한다.

또한, 냉각 기구에 의해 내부 챔버(32)를 냉각하는 타이밍은, 그 내부 챔버(32)에 IPA를 공급하기 전의 타이밍에 한정되지 않고, 예컨대 IPA를 공급하고 나서, 웨이퍼(W)가 IPA 속에 침지되기 전의 타이밍에 냉각을 행하더라도 좋다.

그리고, 냉각 기구에 의해 내부 챔버를 냉각하는 준비 위치는, 웨이퍼(W)의 전달이 행해지는 위치와 반드시 일치할 필요는 없다. 예컨대, 내부 챔버(32)를 외부 챔버(31)의 외부로 이동시켰을 때, 웨이퍼(W)의 전달이 행해지는 위치의 바로 앞의 준비 위치에서 초임계 처리 후의 웨이퍼(W)를 유지한 상태 그대로 내부 챔버(32)의 냉각을 실행하고, 그런 다음에, 냉각 후의 내부 챔버(32)를 전달 위치까지 이동시키더라도 좋다.

이 밖에, 내부 챔버(32)를 냉각하는 냉각 기구의 구성은, 전술한 것과 같이 측벽 부재(331) 등에 형성한 분출 구멍(335)으로부터 공기 등의 냉각용 기체를 불어넣는 방식에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 내부 챔버(32) 본체의 외면에 냉매를 통류시키는 통류로를 마련하거나, 이 내부 챔버(32) 본체를, 내부에 냉매를 통류시킬 수 있는 재킷 형상으로 구성하거나 하여 냉각을 행하더라도 좋다. 또한, 예컨대 내부 챔버(32)의 용기의 벽면에 펠티에 소자나 냉매 등으로 냉각한 흡열체를 밀어붙이도록 하더라도 좋다.

그리고, 외부 챔버(31)의 가열 기구에 관해서도 저항 발열체에 의해 형성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 외부 챔버(31) 본체의 내부에 가열 매체를 통류시키는 통류로를 형성하여 가열을 행하더라도 좋다.

또한, 전술한 각 실시형태에서는, 웨이퍼(W)가 침지되는 액체로서 IPA, 이 액체로 치환되는 초임계 상태의 유체로서 CO₂를 채용한 예에 관해서 설명했지만, 각 유체의 예는 이것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 세정 처리 후의 웨이퍼(W)에 건조 방지용의 IPA를 공급하는 경우 대신에, 웨이퍼(W)를 린스액(세정액)인 DIW에 침지한 채로 초임계 유체로 치환하더라도 좋다. 또한, 예컨대 초임계 유체로서 HFE(Hydro FluoroEther)를 이용하는 경우 등에, 액체 HFE 속에 침지한 상태로 외부 챔버(31) 내에 웨이퍼(W)를 배치하여, 이 액체 HFE를 초임계 상태의 HFE로 치환하더라도 좋다. 또한, 초임계 상태의 유체로서는 IPA 등도 이용할 수 있다.

W : 웨이퍼 1 :세정 처리 시스템
2 : 세정 장치 3 : 초임계 처리 장치
31 : 외부 챔버 310 : 처리 공간
312 : 히터 313 : 전원부
32 : 내부 챔버 331 : 측벽 부재
335 : 분출 구멍 511 : CO₂ 공급 라인
521 : IPA 공급 라인 541 : 냉각용 공기 공급 라인
542 : 냉각용 공기 공급부 591 : 초임계 유체 공급 라인
592 : 액체 배출 라인 6 : 제어부
7 : FOUP

Claims

피처리 기판을 유지하여 액체에 침지하기 위한 액조와,
이 액조를 내부의 처리 공간에 배치하고, 상기 액조 내의 액체를 초임계 상태의 유체로 치환하고 나서, 이 처리 공간 안을 감압함으로써, 상기 유체를 기체로 만들어 상기 피처리 기판을 건조하는 처리가 행해지는 처리 용기와,
이 처리 용기에, 액체 상태 또는 초임계 상태로 상기 유체를 공급하는 유체공급부와,
상기 액조 내의 액체가 배출되는 배액부와,
상기 액조를, 상기 처리 용기 내의 처리 위치와 상기 처리 용기 외부의 준비 위치의 사이에서 이동시키기 위한 이동 기구와,
상기 처리 용기에 공급된 유체를 초임계 상태로 만들거나, 또는 그 초임계 상태를 유지하기 위해서 상기 처리 공간을 가열하는 가열 기구와,
상기 준비 위치로 이동한 액조를 냉각하는 냉각 기구
를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 액체는 휘발성의 액체이며, 이 액체는 상기 냉각 기구에 의한 냉각이 행해지고 나서 액조에 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 피처리 기판은, 상기 냉각 기구에 의한 액조의 냉각이 행해지고 나서 이 액조 내의 액체에 침지되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액조는 피처리 기판을 세로 방향으로 유지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이동 기구는, 상기 액조를 가로 방향으로 이동시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액조에는, 처리 용기에 형성된 개구부를 개폐하는 덮개 부재가 일체로 설치되고,
상기 개구부를 막고 있는 덮개 부재의 개방을 저지하기 위한 스토퍼 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.