KR20130007418A - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압 유체와 접촉시켜 기판에 부착된 액체를 제거하는 처리를 실시하는 과정에서, 기판에 파티클이 부착되기 어려운 기판 처리 장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기판 처리 장치에서는, 기판(W) 표면의 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해지는 처리 용기(31) 안에 고압 유체를 공급할 때, 유체 공급로(351)에 설치된 차단부를 개방하고, 유량 조정부(354)에 의해 유량을 조정한 상태로 개폐 밸브(352)를 개방하여 처리 용기(31)에 고압 유체를 도입하고[또는 원료 유체를 처리 용기(31) 안에서 고압 유체로 변화시켜], 기판(W) 표면으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 단계와, 이어서 상기 차단부를 차단 상태로 하는 한편, 개폐 밸브(352)와 감압 밸브(342)를 개방하고, 처리 용기(31)에 접속된 배출로(341)를 통해 유체 공급로(351)와 처리 용기(31)를 함께 감압하는 단계와, 그 후 상기 기판(W)을 그 처리 용기(31)로부터 반출하는 단계를 실행하도록 제어 신호를 출력한다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기억 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND STORAGE MEDIUM}

본 발명은, 고압 유체를 접촉시켜 기판의 표면에 부착된 액체를 제거하는 기술에 관한 것이다.

기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함) 등의 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 마련되어 있다.

그런데 반도체 장치의 고집적화에 따라, 이러한 액처리 공정에서 웨이퍼의 표면에 부착된 액체 등을 제거할 때에, 소위 패턴 붕괴라고 불리는 현상이 문제로 되어 있다. 패턴 붕괴는, 예컨대 웨이퍼 표면에 남은 액체를 건조시킬 때에, 패턴을 형성하는 요철의 예컨대 볼록부의 좌우에 남아 있는 액체가 불균일하게 건조되는 것에 의해, 이 볼록부를 좌우로 당기는 표면 장력의 밸런스가 무너져 액체가 많이 남아 있는 방향으로 볼록부가 쓰러지는 현상이다.

이러한 패턴 붕괴의 발생을 억제하면서 웨이퍼 표면에 부착된 액체를 제거하는 방법으로서 초임계 상태나 아임계 상태의 유체(배경 기술의 설명에서는, 이들을 총괄하여 초임계 유체라고 함)를 이용하는 방법이 알려져 있다. 초임계 유체는, 액체와 비교하여 점도가 작고, 또한 액체를 추출할 능력도 높을 뿐만 아니라, 초임계 유체와 평형 상태에 있는 액체나 기체 사이에서 계면이 존재하지 않는다. 그래서, 웨이퍼 표면에 부착된 액체를 초임계 유체에 용해시키거나, 치환하거나 한 후, 초임계 유체를 기체로 상태 변화시키면, 표면 장력의 영향을 받지 않고 액체를 건조시킬 수 있다.

발명자 등은, 이러한 초임계 유체를 이용하여 웨이퍼 표면의 액체를 제거하는 기술의 실용화 개발을 행하고 있다. 이 개발 실험의 과정에서, 미리 클리닝한 처리 용기 안에서 초임계 유체를 이용하여 웨이퍼 표면의 액체를 제거하는 실험을 행한 후, 동일한 처리 용기 안에서 다른 웨이퍼에 대하여 같은 처리를 행하면, 2장째 이후의 웨이퍼에는, 1장째의 웨이퍼와 비교하여 많은 파티클이 부착되는 현상이 관찰되었다.

여기서 특허문헌 1에는, 기판 상에 형성된 패턴에 부착된 린스액을 액체 이산화탄소와 치환하고, 이 이산화탄소를 가온하여 초임계 상태로 한 후 기화시키는 것에 의해 기판을 건조시키는 방법이 기재되어 있다. 그러나 이 특허문헌 1에는, 전술한 파티클 부착 현상을 중점을 두고 다루는 취지의 기술 내용도 없고, 그 해결 방법도 기재되어 있지 않다.

또한 여기서 전술한 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 기판에 부착되어 있는 액체를 제거하는 처리를 마친 후는, 반응실(처리 용기)에 액체 이산화탄소를 공급하는 배관(공급 배관)의 밸브를 폐쇄한 후, 배출구측의 밸브를 개방하여 반응실 안의 압력을 저하시키는 동작이 일반적으로 채용된다. 이 경우에는, 공급측의 밸브보다 상류측의 배관 안에 액체 이산화탄소가 남아 있게 된다.

일본 특허 공개 제2004-158591호 공보: 단락 0029, 0039～0040, 도 1, 2

본 발명은 이러한 배경 하에 이루어진 것으로, 고압 유체와 접촉시켜 기판에 부착된 액체를 제거하는 처리를 실시하는 과정에서, 기판에 파티클이 부착되기 어려운 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 이 방법을 기억한 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 기판 표면의 건조 방지용 액체에 고압 유체를 접촉시켜, 상기 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해지는 처리 용기와,

상기 고압 유체 또는 이 고압 유체의 원료 유체를, 대기압보다 고압의 상태로 공급하기 위한 유체 공급원과,

이 유체 공급원과 처리 용기를 접속하는 유체 공급로와,

이 유체 공급로에 상류측으로부터 이 순으로 설치된 유량 조정부 및 개폐 밸브와,

상기 유체 공급로에 있어서 유량 조정부의 상류측에 마련되거나, 또는 유량 조정부를 겸용하는 차단부와,

상기 처리 용기 안의 압력을 감압하기 위한 감압 밸브가 마련되고, 상기 처리 용기 안의 유체의 배출이 행해지는 배출로와,

상기 차단부를 개방하고, 유량 조정부에 의해 유량을 조정한 상태로 상기 개폐 밸브를 개방하여 처리 용기에 고압 유체를 도입하며, 또는 상기 원료 유체를 도입하여 고압 유체로 변화시켜, 기판의 표면으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 단계와, 이어서 상기 차단부를 차단 상태로 하는 한편, 상기 개폐 밸브와 감압 밸브를 개방한 상태로 하는 것에 의해, 상기 유체 공급로와 처리 용기의 내부를 감압하는 단계와, 그 후 상기 기판을 상기 처리 용기로부터 반출하는 단계를 실행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 다른 발명에 관련된 기판 처리 장치는, 기판 표면의 건조 방지용 액체에 고압 유체를 접촉시켜, 상기 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해지는 처리 용기와,

상기 고압 유체 또는 이 고압 유체의 원료 유체를, 대기압보다 고압의 상태로 공급하기 위한 유체 공급원과,

이 유체 공급원과 처리 용기를 접속하는 유체 공급로와,

이 유체 공급로에 상류측으로부터 이 순으로 설치된 유량 조정부 및 개폐 밸브와,

상기 유체 공급로에 있어서 유량 조정부의 상류측에 설치되거나, 또는 유량 조정부를 겸용하는 차단부와,

상기 차단부와 개폐 밸브 사이의 유체 공급로로부터 분기되고, 상기 유체 공급로 안의 유체를 배출하여 감압하기 위한 제1 감압 밸브가 마련된 분기로와,

상기 처리 용기 안의 압력을 감압하기 위한 제2 감압 밸브가 마련되고, 상기 처리 용기 안의 유체의 배출이 행해지는 배출로와,

상기 제1 감압 밸브를 폐쇄하는 한편, 상기 차단부를 개방하고, 유량 조정부에 의해 유량을 조정한 상태로 상기 개폐 밸브를 개방하여 처리 용기에 고압 유체를 도입하며, 또는 상기 원료 유체를 도입하여 고압 유체로 변화시켜, 기판의 표면으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 단계와, 이어서 상기 차단부를 차단 상태로 하고 개폐 밸브를 폐쇄하는 한편, 제2 감압 밸브를 개방한 상태로 하는 것에 의해, 상기 처리 용기의 내부를 감압하는 단계와, 상기 차단부가 차단 상태가 되고, 개폐 밸브가 폐쇄된 후, 상기 제1 감압 밸브를 개방하여, 상기 유체 공급로에 잔존하는 유체를 분기로로부터 배출하는 단계를 실행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

전술한 각 기판 처리 장치는 이하의 특징을 구비하고 있어도 좋다.

(a) 상기 고압 유체는, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 유체이며, 상기 처리 용기에는, 상기 유체 공급원으로부터 고압 유체가 공급되거나, 또는 상기 처리 용기 안에서 상기 원료 유체가 가열되어 고압 유체가 되는 것에 의해, 상기 건조 방지용 액체가 상기 고압 유체로 추출되어 기판의 표면으로부터 제거되는 것.

(b) 상기 처리 용기는, 기판 표면의 건조 방지용 액체를 가열하기 위한 가열부를 구비하며, 상기 고압 유체는, 상기 건조 방지용 액체를 가열하여 초임계 상태 또는 아임계 상태로 했을 때에 액체가 되지 않고, 상기 건조 방지용 액체의 기화를 방지하기 위한 가압용 유체이며, 상기 건조 방지용 액체는, 상기 고압 유체와 접촉하여 가압된 분위기하에서 상기 가열부에 의해 가열되고, 액체로부터 초임계 상태 또는 아임계 상태로 직접 변화하는 것에 의해 기판의 표면으로부터 제거되는 것.

(c) 선폭이 20 ㎚ 이하인 패턴이 형성된 기판으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해지는 것.

(d) 기판으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 처리를 행할 때의 상기 처리 용기 안의 압력이 5 MPa 이상이며, 상기 처리 용기 안의 압력이 대기압까지 감압되는 것.

본 발명은, 기판에 부착된 액체에 고압 유체를 접촉시켜, 그 액체를 제거하는 처리를 마친 후, 처리가 행해진 처리 용기, 및 이 처리 용기에 상기 고압 유체 등을 공급하는 유체 공급로의 감압을 함께 행하기 때문에, 유체 공급로와 처리 용기 사이에 급격한 압력차를 발생시키지 않고, 처리 용기를 통해 유체 공급로 안에 잔존하는 유체를 외부로 배출할 수 있다. 그 결과, 유체 공급로에 잔존하는 유체가 처리 용기에 유입될 때의 압력 저하 폭을 작게 하여, 상기 유체의 밀도 저하에 기인하는 처리 용기 내부의 오염의 발생을 억제할 수 있다.

또한 다른 발명은, 기판에 부착된 액체에 고압 유체를 접촉시켜, 그 액체를 제거하는 처리를 행한 처리 용기로부터 유체를 배출하여 감압을 행하는 배출로와는 별도로, 상기 처리 용기에 고압 유체 등을 공급하는 유체 공급로로부터 분기시킨 분기로를 마련하고 있다. 그 결과, 처리 용기를 경유하지 않고 유체 공급로 내부에 잔존하는 유체를 배출할 수 있기 때문에, 상기 유체가 처리 용기에 유입될 때의 밀도 저하에 기인하는 오염의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 세정 처리 시스템의 횡단 평면도.
도 2는 상기 세정 처리 시스템의 외관 사시도.
도 3은 상기 세정 처리 시스템에 마련되어 있는 세정 장치의 종단 측면도.
도 4는 실시형태에 관한 초임계 처리 장치의 구성도.
도 5는 상기 초임계 처리 장치의 처리 용기의 외관 사시도.
도 6은 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제1 설명도.
도 7은 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제2 설명도.
도 8은 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제3 설명도.
도 9는 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제4 설명도.
도 10은 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제5 설명도.
도 11은 다른 실시형태에 관한 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제1 설명도.
도 12는 상기 다른 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제2 설명도.
도 13은 상기 다른 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제3 설명도.
도 14는 상기 다른 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제4 설명도.
도 15는 상기 다른 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제5 설명도.
도 16은 실시예의 결과를 도시하는 설명도.
도 17은 비교예의 결과를 도시하는 설명도.
도 18은 초임계 처리 장치로부터 처리 후의 유체를 배출하는 동작의 종래법을 도시하는 제1 설명도.
도 19는 상기 처리 후의 유체를 배출하는 동작의 종래법을 도시하는 제2 설명도.

본 발명에 관한 기판 처리 장치의 실시형태인 초임계 처리 장치의 구체적인 구성을 설명하기 전에, 배경기술에서 설명한 웨이퍼에의 파티클 부착 현상의 발생 원인에 대해서 설명한다. 예컨대 이산화탄소[CO₂: 임계 온도 31℃, 임계 압력(절대압) 7.4 MPa]를 고압 유체로 하여, 초임계 상태의 CO₂를 웨이퍼(W) 표면의 액체와 접촉시켜 제거하는 초임계 처리 장치에 대해서 고려한다.

예컨대 도 18, 도 19에는, 웨이퍼(W)에 부착된 액체를 제거하는 처리를 마친 후, 고압 유체(초임계 CO₂)를 배출할 때의 초임계 처리 장치의 종래의 동작을 도시하고 있다. 도면 중, 31은 웨이퍼(W)로부터 액체를 제거하는 처리를 행하는 처리 용기, 37은 처리 용기(31)에 초임계 상태의 CO₂를 공급하는 유체 공급원, 351은 유체 공급원(37)으로부터 공급된 초임계 CO₂를 처리 용기(31)에 보내는 유체 공급 라인(유체 공급로), 341은 처리 용기(31) 안의 초임계 CO₂를 배출하는 배출 라인(배출로)이다.

또한 유체 공급 라인(351)에는, 초임계 CO₂의 공급량을 조절하는 유량 조정부인 유량 조정 밸브(354), 유체 공급원(37)에 포함되어 있는 파티클을 제거하기 위한 필터(353), 유체 공급원(37)으로부터 공급된 초임계 CO₂를 처리 용기(31)에 도입하거나 또는 정지시키기 위한 개폐 밸브(352)가 상류측으로부터 이 순으로 설치되어 있다. 여기서, 배출 라인(341)에 설치된 342는, 처리 용기(31)의 압력을 감압하고, 처리 용기(31)에 마련된 후술의 압력계의 검출값에 기초하여 개방도를 조정하며, 처리 용기(31) 안의 압력을 조정하는 기능을 구비한 감압 밸브이다.

이 초임계 처리 장치에서는, 웨이퍼(W) 표면의 액체에 초임계 CO₂를 접촉시켜, 그 액체를 제거하는 처리를 마쳤다면, 유체 공급 라인(351)의 유량 조정 밸브(354), 개폐 밸브(352)를 폐쇄하여 초임계 CO₂의 공급을 정지한 후, CO₂를 배출하여 처리 용기(31) 내부를 감압하고, 웨이퍼(W)를 꺼낼 준비를 행한다(도 18).

이때, 유체 공급 라인(351)의 배관 안은 초임계 CO₂로 채워진 고압 분위기로 되어 있다. 그러나, 이 유체 공급 라인(351) 안을 고압 분위기로 한 채 다음의 처리를 시작하기 위해 개폐 밸브(352)를 개방하면, 상기 배관 안에 잔존하고 있는 초임계 CO₂가, 유량 조절 밸브(354)에 의해 유량 조정되지 않고 처리 용기(31) 안에 급격히 유입된다. 그 결과, 처리 용기(31) 안에서의 웨이퍼(W)의 위치가 어긋나 버리거나, 웨이퍼(W)를 손상시켜 버릴 우려가 있기 때문에, 처리 후에는 유체 공급 라인(351)의 초임계 CO₂도 배출해야 한다.

이러한 이유로, 처리 용기(31) 안에 다음의 웨이퍼(W)가 반입될 때까지 유체 공급 라인(351)에서도 대기 개방이 행해진다. 이때 도 19에 도시하는 바와 같이, 유체 공급 라인(351)의 개폐 밸브(352), 배출 라인(341)의 감압 밸브(342)를 개방하는 것에 의해, 유체 공급 라인(351) 안의 CO₂가 처리 용기(31), 배출 라인(341)을 통해 외부에 배출된다.

그리고 배경기술에서 설명한 바와 같이, 클리닝을 행한 처리 용기(31)에서 웨이퍼(W)를 처리한 후, 상기 조작을 행하여, 2장째의 웨이퍼(W)를 처리하면, 1장째보다 많은 파티클이 부착되는 현상이 관찰된다.

도 18, 도 19에 도시하는 바와 같이, 초임계 처리 장치의 유체 공급 라인(351)에는 필터(353)가 마련되어 있어, 유체 공급원(37) 안의 원료에 포함되는 파티클을 미리 제거한 후 처리 용기(31)에 공급되고 있음에도 불구하고, 파티클의 부착 현상이 보이는 원인을 구명하기 위해, 웨이퍼(W)에 부착된 파티클의 조성을 분석하였다. 분석 결과에 따르면, 유체 공급원으로서 시판 CO₂ 봄베를 이용한 경우, 상기 파티클의 발생원의 하나는 원료 CO₂ 중에 함유되는 수분이나 유분이었다.

이러한 사실로부터, 발명자 등은, 원료 CO₂ 중에 유체 상태로 유지된 수분이나 유분이 필터(353)를 통과한 후, 어떠한 이유에 의해 처리 용기(31) 안에서 미스트화되고, 웨이퍼(W)에 부착되는 것은 아닌가 하고 고려하였다. 또한, 1장째보다, 2장째 이후에 처리한 웨이퍼(W)에 많은 파티클이 부착되기 때문에, 이들 수분이나 유분의 미스트화는, 1장째의 웨이퍼(W)의 처리를 꺼낸 후, 2장째의 웨이퍼(W)의 처리를 개시하기 전에 발생하고 있는 것으로 추정하였다.

또한 발명자 등은, 고압 유체인 CO₂의 밀도와 수분이나 유분의 유지 능력과의 관계에 주목하였다. 일반적으로 유체는 그 밀도가 높을수록, 이들 파티클의 원인 물질을 유지하기 쉽고, 이 유지 능력은「액체>초임계 유체>고압 가스>대기압 가스」의 순으로 작아진다.

이 때문에, 고압 유체(액체 CO₂나 초임계 CO₂, 고압 가스 CO₂)의 밀도가 급격히 저하되어 대기압이 되는 영역에서는, CO₂로 유지 가능한 수분이나 유분의 양이 저하되어, 이들 물질이 미스트화되는 것을 예상할 수 있다. 그래서, 도 18에 도시한 처리 용기(31)의 대기 개방 조작에서, 초임계 CO₂가 급격히 감압되는 감압 밸브(342) 하류측의 배출 라인(341)의 배관 내면을 관찰한 바, 그 배관 안에도 다량의 파티클이 부착되어 있고, 이들 파티클의 조성도 원료 CO₂에 함유되는 수분이나 유분이었다. 여기서 발명자 등은, 대기압 이상의 예컨대 5 MPa까지 가압된 유체를 대기압까지 감압한다고 하는 큰 압력차가 존재하는 경우에, 이러한 파티클의 생성량이 현저해지는 것을 파악하고 있다.

전술한 검토 결과로부터, 2장째 이후의 웨이퍼(W)의 처리에서, 1장째의 경우보다 많은 파티클이 부착되는 원인은, 유체 공급 라인(351) 안에 잔존하는 초임계 CO₂가 처리 용기(31)를 통해 외부에 배출될 때에, 처리 용기(31) 안에서 급격히 감압되고, 처리 용기(31) 안에서 다량의 미스트(파티클)가 생성되는 것에 기인하고 있는 것으로 추정하였다.

또한, 이들 수분이나 유분의 함유량은, 동일한 순도의 CO₂를 사용한 경우라도 제조원마다, 봄베마다 상이하여, 원료 단계에서 파티클의 발생 원인을 배제하는 것은 어렵다. 따라서, CO₂의 사용처인 초임계 처리 장치측에서 파티클의 발생 대책을 행해야 한다. 특히 이러한 프로세스에서 생성되는 파티클에는, 입경이 예컨대 40 ㎚ 정도인 미소한 사이즈의 파티클이 포함되며, 예를 들어 선폭의 간격이 예컨대 20 ㎚ 이하인 미세한 배선 패턴이 형성된 웨이퍼(W)의 세정 처리, 및 그 후의 건조를 행하는 경우에 문제가 된다.

상기한 관점에서 본 실시형태에 관한 초임계 처리 장치(3)는, 웨이퍼(W)의 처리를 행한 후, 유체 공급 라인(351) 안에 잔존하고 있는 고압 유체(초임계 CO₂나 액체 CO₂, 고압 가스 CO₂)를 배출하여 대기 개방을 행할 때에, 처리 용기(31) 안에서 급격한 압력 변화를 발생시키지 않는 것에 의해, 미스트화한 수분이나 유분에 의한 처리 용기(31) 내부의 오염이나 웨이퍼(W)의 오염을 방지하고 있다. 이 방법에 의해, 2장째 이후의 처리시에 웨이퍼(W)에 부착되는 파티클을 대폭 저감할 수 있는 것은, 후술하는 실시예에서 실험적으로 확인되어 있다.

이하, 본 실시형태에 관한 초임계 처리 장치(3), 및 이 초임계 처리 장치(3)를 구비한 세정 시스템(1)의 구성에 대해서 설명한다.

처음에, 본 실시형태의 초임계 처리 장치(3)를 구비한 기판 처리 시스템의 일례로서, 피처리 기판인 웨이퍼(W)에 세정액을 공급하여 세정 처리를 행하는 세정 장치(2)와, 세정 처리 후의 웨이퍼(W)에 부착되어 있는 건조 방지용 액체(IPA)를 초임계 CO₂와 접촉시켜 제거하는 초임계 처리 장치(3)를 구비한 세정 처리 시스템(1)에 대해서 설명한다.

도 1은 세정 처리 시스템(1)의 전체 구성을 도시하는 횡단 평면도이고, 도 2는 그 외관 사시도이며, 이들 도면을 향해 보았을 때 좌측을 전방으로 한다. 세정 처리 시스템(1)에서는, 배치부(11)에 FOUP(100)가 배치되고, 이 FOUP(100)에 저장된 예컨대 직경 300 ㎜의 복수매의 웨이퍼(W)가, 반입반출부(12) 및 전달부(13)를 통해 후단(後段)의 세정 처리부(14), 초임계 처리부(15) 사이에서 전달되며, 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3) 안에 순서대로 반입되어 세정 처리나 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해진다. 도면 중, 121은 FOUP(100)와 전달부(13) 사이에서 웨이퍼(W)를 반송하는 제1 반송 기구, 131은 반입반출부(12)와 세정 처리부(14), 초임계 처리부(15) 사이에서 반송되는 웨이퍼(W)가 일시적으로 배치되는 버퍼로서의 역할을 담당하는 전달 선반이다.

세정 처리부(14) 및 초임계 처리부(15)는, 전달부(13)와의 사이의 개구부로부터 전후 방향을 향해 뻗는 웨이퍼 반송로(162)를 따라 전방으로부터 이 순서로 마련되어 있다. 세정 처리부(14)에는, 상기 웨이퍼 반송로(162)를 사이에 두고 세정 장치(2)가 1대씩 배치되어 있다. 한편, 초임계 처리부(15)에는, 본 실시형태의 기판 처리 장치인 초임계 처리 장치(3)가, 웨이퍼 반송로(162)를 사이에 두고 3대씩, 합계 6대 배치되어 있다.

웨이퍼(W)는, 웨이퍼 반송로(162)에 배치된 제2 반송 기구(161)에 의해 이들 각 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3) 및 전달부(13) 사이에서 반송된다. 여기서 세정 처리부(14)나 초임계 처리부(15)에 배치되는 세정 장치(2)나 초임계 처리 장치(3)의 개수는, 단위 시간당 웨이퍼(W)의 처리 매수나, 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)에서의 처리 시간의 차이 등에 의해 적절하게 선택되고, 이들 세정 장치(2)나 초임계 처리 장치(3)의 배치 수 등에 따라 최적의 레이아웃이 선택된다.

세정 장치(2)는 예컨대 스핀 세정에 의해 웨이퍼(W)를 1장씩 세정하는 매엽식의 세정 장치(2)로서 구성되고, 도 3의 종단 측면도에 도시하는 바와 같이, 처리 공간을 형성하는 외측 챔버(21) 안에 배치된 웨이퍼 유지 기구(23)에 의해 웨이퍼(W)를 거의 수평으로 유지하며, 이 웨이퍼 유지 기구(23)를 연직축 둘레로 회전시키는 것에 의해 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 순으로 공급함으로써 웨이퍼의 면의 세정 처리가 행해진다. 또한, 웨이퍼 유지 기구(23)의 내부에도 약액 공급로(231)가 형성되어 있고, 여기에서 공급된 약액 및 린스액에 의해 웨이퍼(W)의 이면 세정이 행해진다.

세정 처리는, 예컨대 알칼리성의 약액인 SC1액(암모니아와 과산화수소수의 혼합액)에 의한 파티클이나 유기성의 오염 물질의 제거→린스액인 탈이온수(DeIonized Water: DIW)에 의한 린스 세정→산성 약액인 희불산 수용액[이하 DHF(Diluted Hydro Fluoric acid)]에 의한 자연 산화막의 제거→DIW에 의한 린스 세정이 행해진다. 이들 약액은 외측 챔버(21) 안에 배치된 내측 컵(22)이나 외측 챔버(21)에 받아들여져 배액구(221, 211)로부터 배출된다. 또한 외측 챔버(21) 내의 분위기는 배기구(212)로부터 배기되고 있다.

약액에 의한 세정 처리를 마쳤다면, 웨이퍼 유지 기구(23)의 회전을 정지한 후 웨이퍼(W)의 표면 및 이면에 IPA(IsoPropyl Alcohol)를 공급하고, 이들 면에 잔존하고 있는 DIW와 치환한다. 이렇게 하여 세정 처리를 마친 웨이퍼(W)는, 그 표면에 IPA가 적체된 상태[웨이퍼(W) 표면에 IPA의 액막이 형성된 상태]인 채 웨이퍼 유지 기구(23)에 마련된 도시하지 않는 전달 기구에 의해 제2 반송 기구(161)에 전달되고, 세정 장치(2)로부터 반출된다.

세정 장치(2)에서 웨이퍼(W) 표면에 적체된 IPA는, 세정 장치(2)로부터 초임계 처리 장치(3)로의 웨이퍼(W)의 반송중이나, 초임계 처리 장치(3)로의 반입 동작중에 상기 IPA가 증발(기화)하는 것에 의해 패턴 붕괴가 발생하는 것을 막는 건조 방지용 액체로서의 역할을 담당하고 있다.

세정 장치(2)에서의 세정 처리를 마치고, 표면에 건조 방지용 IPA가 적체된 웨이퍼(W)는, 초임계 처리 장치(3)에 반송되며, 처리 용기(31) 안에서 웨이퍼(W) 표면의 IPA에 초임계 CO₂를 접촉시키는 것에 의해, 상기 IPA를 초임계 CO₂에 용해시켜 제거하고, 웨이퍼(W)를 건조하는 처리가 행해진다. 이하, 본 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(3)의 구성에 대해서 도 4, 도 5를 참조하면서 설명한다. 또한, 도 4, 도 5에 도시한 초임계 처리 장치(3)에 있어서, 도 18, 도 19를 이용하여 설명한 종래의 초임계 처리 장치(3)와 공통의 구성 요소에는, 이들 도면에서 사용한 것과 같은 부호를 붙여 둔다.

본 실시형태에 관한 초임계 처리 장치(3)는, 웨이퍼(W) 표면에 부착된 건조 방지용 액체인 IPA를 제거하는 처리가 행해지는 처리 용기(31)와, 이 처리 용기(31)에 고압 유체인 초임계 CO₂를 공급하는 유체 공급원(37)을 구비하고 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이 처리 용기(31)는, 웨이퍼(W)의 반입반출용 개구부(312)가 형성된 케이스형 용기 본체(311)와, 처리 대상인 웨이퍼(W)를 횡방향으로 유지하는 유지판(331)과, 이 유지판(331)을 지지하고, 웨이퍼(W)를 용기 본체(311) 안에 반입했을 때 상기 개구부(312)를 밀폐하는 덮개 부재(332)를 구비하고 있다.

용기 본체(311)는, 예컨대 직경 300 ㎜의 웨이퍼(W)를 수용 가능한 200 ㎤～10000 ㎤ 정도의 처리 공간이 형성된 용기이며, 그 벽부에는, 처리 용기(31) 안에 고압 유체를 공급하기 위한 유체 공급 라인(351)(유체 공급로)과, 처리 용기(31) 안의 유체를 배출하기 위한 배출 라인(341)(배출로)이 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(31)에는 처리 공간 안에 공급된 고압 상태의 고압 유체로부터 받는 내압(內壓)에 대항하여, 용기 본체(311)를 향해 덮개 부재(332)를 압박하고, 처리 공간을 밀폐하기 위한 도시하지 않는 압박 기구가 마련되어 있다.

처리 용기(31)에 접속된 유체 공급 라인(351)은, 처리 용기(31)에의 고압 유체의 공급, 정지에 맞춰 개폐하는 개폐 밸브(352), 필터(353) 및 유량 조정 밸브(354)를 통해 유체 공급원(37)에 접속되어 있다. 유체 공급원(37)은, 예컨대 액체 CO₂를 저류하는 CO₂ 봄베와, 이 CO₂ 봄베로부터 공급된 액체 CO₂를 승압하여 초임계 상태로 하기 위한, 시린지 펌프나 다이어프램 펌프 등을 포함하는 승압 펌프를 구비하고 있다. 도 4 등에는, 이들 CO₂ 봄베나 승압 펌프를 총괄적으로 봄베의 형상으로 도시하고 있다.

유체 공급원(37)으로부터 공급된 초임계 CO₂는, 유량 조정 밸브(354)로 유량을 조절하여, 처리 용기(31)에 공급된다. 이 유량 조정 밸브(354)는, 예컨대 니들 밸브 등으로 구성되고, 유체 공급원(37)으로부터의 초임계 CO₂의 공급을 차단하는 차단부로서도 겸용되고 있다.

또한, 배출 라인(341)의 감압 밸브(342)는 압력 컨트롤러(343)와 접속되어 있고, 이 압력 컨트롤러(343)는, 처리 용기(31)에 설치된 압력계(321)로부터 취득한 처리 용기(31) 안의 압력의 측정 결과와, 미리 설정해 놓은 설정 압력과의 비교 결과에 기초하여 개방도를 조정하는 피드백 제어 기능을 구비하고 있다.

이상에 설명한 구성을 구비한 세정 처리 시스템(1)이나 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)는 도 1, 도 4에 도시하는 바와 같이 제어부(4)에 접속되어 있다. 제어부(4)는 도시하지 않는 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터를 포함하고, 기억부에는 이들 세정 처리 시스템(1)이나 세정 장치(2), 초임계 처리 장치(3)의 작용, 즉 FOUP(100)로부터 웨이퍼(W)를 꺼내어 세정 장치(2)로 세정 처리를 행하고, 이어서 초임계 처리 장치(3)로 웨이퍼(W)를 건조하는 처리를 행한 후 FOUP(100) 안에 웨이퍼(W)를 반입하기까지의 동작에 관계되는 제어에 대한 단계(명령)군이 짜여진 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예컨대 하드디스크, 콤팩트디스크, 광자기디스크, 메모리카드 등의 기억 매체에 저장되어, 그로부터 컴퓨터에 설치된다.

특히 초임계 처리 장치(3)에 대해서 제어부(4)는, 처리를 마친 웨이퍼(W)를 꺼내기 전에, 처리 용기(31)와 유체 공급 라인(351)을 함께 감압하는 것에 의해, 유체 공급 라인(351)으로부터 처리 용기(31)를 향해, 감압 방향으로의 급격한 압력 변화가 발생하는 것을 피하도록 제어 신호를 출력하는 기능을 구비하고 있다. 이러한 관점에서, 도 4에 도시하는 바와 같이 제어부(4)는, 배출 라인(341)에 설치된 감압 밸브(342)의 개방도를 조절하는 압력 컨트롤러(343)나, 유체 공급 라인(351)측의 개폐 밸브(352), 유량 조정 밸브(354)와 전기적으로 접속되어 있다.

이상에 설명한 구성을 구비한 초임계 처리 장치(3)의 작용에 대해서 도 6～도 10의 작용도를 참조하면서 설명한다. 각 도면에서 밸브(354, 352, 342)에 붙여진 부호「S」는, 그 개폐 밸브가 폐쇄 상태로 되어 있는 것을 나타내고, 부호 「O」는 개방 상태로 되어 있는 것을 나타내고 있다.

이미 기술한 바와 같이 세정 장치(2)에서의 세정 처리를 마치고, 건조 방지용 IPA가 적체된 웨이퍼(W)가 제2 반송 기구(161)에 전달되면, 제2 반송 기구(161)는, 웨이퍼(W)를 받아들일 수 있는 초임계 처리 장치(3)가 배치되어 있는 케이스 안에 진입한다.

이때 웨이퍼(W)의 반입이 행해지기 전의 초임계 처리 장치(3)는, 처리 용기(31) 안을 대기 개방한 후 유체 공급 라인(351)의 개폐 밸브(352), 배출 라인(341)의 감압 밸브(342)를 폐쇄한 상태로 대기하고 있다. 또한, 유체 공급 라인(351)에 대해서도 미리 대기 개방 조작이 행해져 있고, 내부에 고압의 CO₂가 잔존하지 않는 상태로 개폐 밸브(352) 및 유량 조정 밸브(354)가 폐쇄되어 있다.

상기한 상태로 대기하고 있는 처리 용기(31) 안에 IPA가 적체된 웨이퍼(W)가 반입되었다면, 도 5에 도시하는 바와 같이 용기 본체(311) 밖으로 유지판(331)을 이동시켜, 도시하지 않는 지지핀을 통해 제2 반송 기구(161)의 반송 아암으로부터 유지판(331)에 웨이퍼(W)를 전달한다. 그리고, 유지판(331)을 이동시켜 개구부(312)를 통해 웨이퍼(W)를 용기 본체(311)의 내부에 반입하고, 덮개 부재(332)로 개구부(312)를 폐쇄하여 처리 용기(31) 안을 밀폐한다(도 6).

이어서, 유체 공급 라인(351)의 개폐 밸브(352)를 개방하고, 유량 조정 밸브(354)의 개방도를 조절하여, 미리 정해놓은 유량으로 초임계 CO₂를 처리 용기(31)에 도입한다(도 7). 이때, 이미 기술한 바와 같이 원료 CO₂에 함유되어 있던 수분이나 유분도 처리 용기(31) 안에 들어가지만, 초임계 CO₂를 도입하는 것에 의해, 처리 용기(31) 안은 대기압으로부터 CO₂의 임계압 이상의 압력까지 승압되기 때문에, 이들 수분이나 유분은 초임계 CO₂에 유지된 상태를 유지한다. 여기서 도 7 등에 도시하는 굵은 선의 화살표는, 유체 공급 라인(351)이나 배출 라인(341) 등의 배관 안을 유체가 흐르고 있는 것을 도시하고 있다.

압력 컨트롤러(343)에는, 처리 용기(31) 안의 목표 압력이 설정되어 있고, 처리 용기(31) 안의 압력이 상기 목표 압력을 초과했다면, 감압 밸브(342)를 개방하여 처리 용기(31) 안의 초임계 CO₂의 일부를 배출 라인(341)으로부터 빼내는 것에 의해, 처리 용기(31) 안의 압력을 조정한다(도 8). 이때 웨이퍼(W)의 표면에서는, 웨이퍼(W)에 적체된 IPA가 초임계 CO₂와 접촉하여, 초임계 CO₂로 추출되어 웨이퍼(W)의 표면으로부터 IPA가 제거되어 간다.

이윽고 초임계 CO₂는, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 패턴 안에 진입하고, 그 패턴 안의 IPA를 추출하여 제거한다. 그 결과, 패턴 안을 채우고 있던 IPA는, 초임계 CO₂로 치환되고, 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거된다.

이때 도 8에 도시하는 바와 같이, 처리 용기(31) 안에서 IPA를 추출한 초임계 CO₂의 일부를 배출 라인(341)으로부터 빼내고, 유체 공급 라인(351)으로부터 새로운 초임계 CO₂를 계속 공급한다. 이것에 의해, 처리 용기(31) 안의 초임계 CO₂에 의한 IPA의 추출 능력을 크게 저하시키지 않고, IPA를 제거하는 처리를 진행시킬 수 있다.

이렇게 하여, 패턴 안에 들어간 IPA를 추출하고, 초임계 CO₂로 치환하는 데 충분한 시간이 경과했다면, 압력 컨트롤러(343)에 의한 압력 제어를 해제하여 배출 라인(341)의 감압 밸브(342)를 폐쇄하고, 유량 조정 밸브(354)를 폐지하여, 유체 공급원(37)으로부터의 초임계 CO₂의 공급을 차단한다(도 9). 이때, 처리 용기(31)및 유체 공급 라인(351)의 배관 내부는 초임계 CO₂로 채워진 상태로 되어 있다.

초임계 CO₂의 공급이 정지되었다면, 감압 밸브(342)를 개방하여 처리 용기(31) 및 유체 공급 라인(351)의 배관 내부의 초임계 CO₂를 배출하는 것에 의해, 처리 용기(31)와 유체 공급 라인(351)을 함께 감압한다. 이 조작에서, 처리 용기(31)나 유체 공급 라인(351) 안에 잔존하는 초임계 CO₂는, 압력의 저하에 따라 「초임계 CO₂→고압 CO₂ 가스→저압 CO₂ 가스」로 변화하고, 수분이나 유분의 유지 능력이 저하되어 간다.

그러나, 이때 처리 용기(31)의 내부와 유체 공급 라인(351)의 배관 안을 함께 감압하는 것에 의해, 유체 공급 라인(351)-처리 용기(31) 사이에 큰 압력차가 형성되지 않도록 하면서 내부의 CO₂를 배출할 수 있다. 즉 본 예의 초임계 처리 장치(3)에서는, 유체 공급 라인(351) 안의 CO₂가 처리 용기(31) 안에 유입되었을 때, 도 19에서 설명한 종래의 초임계 처리 장치와 비교하여 급격한 감압을 발생시키지 않는다.

그 결과, 초임계 CO₂에 유지되어 있던 수분이나 유분이 처리 용기(31)에서 미스트화되는 것을 막고, 이들 수분이나 유분을 유지한 상태 그대로 CO₂를 외부에 배출할 수 있다. 또한 초임계 CO₂에 유지되어 있던 수분이나 유분은, 배출 라인(341)의 감압 밸브(342)의 하류측에서 미스트화하지만, 배출 라인(341)으로부터 배출된 CO₂를 처리 용기(31)에 역류시키지 않으면, 이들 미스트는 처리 용기(31) 안을 오염하는 오염원으로는 되지 않는다.

이와 같이, 처리 용기(31) 안에서 미스트화하기 어려운 조건하에서 감압하는 것에 의해, CO₂에 유지된 수분이나 유분이 처리 용기(31) 안에 잔존하고, 또한 용기 본체(311)의 내벽면에 부착되는 미스트의 양을 저감하며, 다음에 처리하는 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 저감할 수 있다.

그리고, 대기압까지 감압된 처리 용기(31)의 내부에서는, 패턴 안으로부터 액체 IPA가 제거되어, 건조한 상태로 된 웨이퍼(W)를 얻을 수 있다. 여기서, 용기 본체(311)에 테이프 히터 등의 가열부를 설치하고, 처리 용기(31) 안의 온도를 IPA의 이슬점보다 높은 온도로 유지하여, CO₂의 단열 팽창에 의한 온도 저하에 수반되는 웨이퍼(W) 표면에의 IPA의 결로를 방지하여도 좋다.

처리 용기(31) 안을 대기 개방하여 건조한 상태의 웨이퍼(W)가 얻어졌다면, 유지판(331)을 이동시켜 처리 용기(31)로부터 웨이퍼(W)를 반출하고, 제2 반송 기구(161)의 반송 아암에 웨이퍼(W)를 전달한다. 그 후, 웨이퍼(W)는 반출 선반(43)을 통해 제1 반송 기구(121)에 전달되고, 반입시와는 반대 경로를 통해 FOUP(100) 안에 저장되어, 웨이퍼(W)에 대한 일련의 동작이 완료한다.

본 실시형태에 관한 초임계 처리 장치(3)에 의하면 이하의 효과가 있다. 초임계 CO₂를 이용하여 웨이퍼(W)에 부착된 액체 IPA에 초임계 CO₂를 접촉시켜, 그 액체 IPA를 제거하는 처리를 마친 후, 처리가 행해진 처리 용기(31), 및 이 처리 용기(31)에 초임계 CO₂를 공급하는 유체 공급 라인(351)의 감압을 함께 행하기 때문에, 유체 공급 라인(351)과 처리 용기(31)의 사이에 급격한 압력차를 발생시키지 않고, 처리 용기(31)를 통해 유체 공급 라인(351) 내부의 초임계 CO₂를 외부로 배출할 수 있다. 그 결과, 유체 공급 라인(351)에 잔존하는 초임계 CO₂가 처리 용기(31)에 유입될 때의 압력 저하 폭을 작게 하여, 이 초임계 CO₂의 밀도 저하에 기인하는 처리 용기(31) 내부의 오염의 발생을 억제할 수 있다.

이와 같이, 처리 용기(31) 안에서 초임계 CO₂나 고압 CO₂ 가스의 급격한 감압조작을 행하지 않는 것에 의해 처리 용기(31) 내부의 오염을 막는다고 하는 생각에 의하면, 유체 공급 라인(351) 내의 초임계 CO₂의 배출 루트는, 처리 용기(31)를 통해 배출 라인(341)으로부터 배출하는 경우에 한정되지 않는다.

예컨대 도 11～도 15에 도시한 초임계 처리 장치(3)는, 유체 공급 라인(351)으로부터 초임계 CO₂를 빼내는 전용의 분기 라인(361)(분기로)을, 상기 유체 공급 라인(351)으로부터 분기되도록 마련한 점이 도 4에 도시한 제1 실시형태의 초임계 처리 장치(3)와 상이하다. 도 11～도 15에 도시한 초임계 처리 장치(3)에 있어서, 도 4에 도시한 초임계 처리 장치(3)와 동일한 구성 요소에는, 도 4에 도시한 것과 동일한 부호를 붙인다. 또한 도 11～도 15에서는, 압력계(321)나 압력 컨트롤러(343)의 기재는 생략하고 있다.

분기 라인(361)은, 개폐 밸브(352)와 유량 조정 밸브(354) 사이에 있는 유체 공급 라인(351)의 배관으로부터 분기되어 있고, 처리 용기(31)나 유체 공급원(37)으로부터 떨어져 있는 유체 공급 라인(351)의 배관 안에 잔존하고 있는 초임계 CO₂를 배출할 수 있다. 또한 분기 라인(361)에는, 감압 밸브(362)(제1 개폐 밸브)가 설치되어 있다.

웨이퍼(W)의 반입시, 처리 용기(31), 유체 공급 라인(351), 분기 라인(361)을 대기 개방한 후, 각 밸브(342, 352, 354, 362)를 폐쇄한 상태로 대기하고 있다(도 11). 이 처리 용기(31)에, IPA가 적체된 상태의 웨이퍼(W)가 반입되었다면, 유체 공급 라인(351)의 개폐 밸브(352)를 개방하고, 유량 조정 밸브(354)의 개방도를 조정하여 미리 설정한 양의 초임계 CO₂를 처리 용기(31) 안에 공급한다(도 12).

그리고, 처리 용기(31) 안의 압력이 목표 압력을 초과했다면, 도 13에 도시하는 바와 같이 감압 밸브(342)의 개방도를 조정하여 배출 라인(341)으로부터 초임계 CO₂를 빼내면서, 웨이퍼(W)의 표면에 부착된 액체 IPA를 초임계 CO₂와 치환하는 점은, 도 7, 도 8에 도시한 제1 실시형태에 관한 초임계 처리 장치(3)의 동작과 같다.

이렇게 하여 웨이퍼(W)의 표면의 액체 IPA를 제거했다면, 유체 공급 라인(351)의 개폐 밸브(352), 유량 조정 밸브(354) 및 배출 라인(341)의 감압 밸브(342)(제2 감압 밸브)를 폐쇄하여 초임계 CO₂의 공급, 배출을 정지한다. 그 후, 도 14에 도시하는 바와 같이 배출 라인(341)의 감압 밸브(342)를 개방하여 처리 용기(31) 안의 초임계 CO₂를 배출하고, 처리 용기(31) 안을 대기 개방하여 웨이퍼(W)를 꺼낼 준비를 한다. 이때, 유체 공급 라인(351)의 개폐 밸브(352)나 분기 라인(361)의 감압 밸브(362)는 「폐쇄」로 되어 있기 때문에, 유체 공급 라인(351)의 배관 안에는 초임계 CO₂가 잔존하고 있다. 한편, 배출 라인(341)의 감압 밸브(342)를 일단, 폐쇄하지 않고, 유체 공급 라인(351)측의 개폐 밸브(352), 유량 조정 밸브(354)만을 폐쇄하여 처리 용기(31)의 대기 개방을 행하여도 좋다.

처리 용기(31)의 대기 개방 후, 또는 이 조작과 병행하여, 분기 라인(361)의 감압 밸브(362)를 개방하고, 유체 공급 라인(351)의 배관 안에 잔존하고 있는 초임계 CO₂를 외부를 향해 배출한다(도 15). 이때, 분기 라인(361)을 흐르는 초임계 CO₂나 고압 CO₂ 가스는, 감압 밸브(362)를 통과할 때 급격히 감압되어, 원료 CO₂에 함유되는 수분이나 유분이 미스트화될 가능성이 있지만, 이 CO₂는 처리 용기(31) 안을 통과하지 않는다. 이 때문에, 유체 공급 라인(351) 안의 초임계 CO₂를 배출할 때에 발생하는 미스트 등이 처리 용기(31) 내부에 잔류하거나, 처리 용기(31)의 벽면에 부착되지 않고, 다음번의 처리시에 웨이퍼(W)를 오염시킬 원인이 되지 않는다.

제2 실시형태에 관한 초임계 처리 장치(3)에 의하면 이하의 효과가 있다. 웨이퍼(W)에 부착된 액체 IPA에 초임계 CO₂를 접촉시켜, 상기 액체 IPA를 제거하는 처리를 행한 처리 용기(31)로부터 유체를 배출하여 감압을 행하는 배출 라인(341)과는 별도로, 상기 처리 용기(31)에 초임계 CO₂를 공급하는 유체 공급 라인(351)으로부터 분기시킨 분기 라인(361)을 마련하고 있다. 그 결과, 처리 용기(31)를 경유하지 않고 유체 공급 라인(351) 내부에 잔존하는 초임계 CO₂를 배출할 수 있기 때문에, 이 초임계 CO₂가 처리 용기에 유입될 때의 밀도 저하에 기인하는 오염의 발생을 억제할 수 있다.

여기서 전술한 각 실시형태에서는, 도 8, 도 13에 도시하는 바와 같이, 유체 공급 라인(351)으로부터 초임계 CO₂를 연속 공급하면서, 배출 라인(341)으로부터 처리 용기(31) 안의 초임계 CO₂를 빼내어, 웨이퍼(W) 표면의 IPA와 치환하는 경우에 대해서 설명했지만, IPA의 치환법은 본 방법에 한정되지 않는다. 예컨대, 배출 라인(341), 유체 공급 라인(351)의 각 밸브(342, 352)를 폐쇄하여 배치(batch) 상태로 한 처리 용기(31) 안에서 초임계 유체에 건조 방지용 액체를 추출하고, 그 액체를 치환, 제거하여도 좋다.

이 밖에, 유체 공급원(37)에 마련되는 공급 차단부의 구성은, 도 4나 도 11에 도시한 유량 조정 밸브(354)를 이용하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 유량 조정 밸브(354) 대신에 개폐 밸브를 설치하여도 좋고, CO₂ 봄베로부터 공급된 액체 CO₂를 초임계 상태로 하기 위한 승압 펌프를 공급 차단부로 하여도 좋다. 후자의 경우에는, 시린지 펌프 등의 승압 펌프의 가동, 정지에 의해 고압 유체의 공급, 차단이 전환되게 된다.

또한, 이미 기술한 각 실시형태에서는, 초임계 CO₂를 고압 유체로서 공급하고, 웨이퍼(W) 표면의 액체를 제거하는 경우에 대해서 설명했지만, 유체 공급 라인(351)으로부터 공급하는 고압 유체의 상태는 이것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 아임계 상태의 CO₂를 공급하여 웨이퍼(W) 표면의 액체와 치환하여도 좋다.

또한, 액체 CO₂나 고압 CO₂ 가스를 원료 유체로서 처리 용기(31)에 공급하고, 그 CO₂를 처리 용기(31) 안에서 가열하여 초임계 상태나 아임계 상태로 하여 액체와의 치환을 행하여도 좋다. 대기 개방에 따라 밀도가 저하함으로써, 원료에 포함되어 있는 파티클의 원인 물질의 유지 가능량이 저하되는 성질을 갖는 유체이면, 초임계 상태, 아임계 상태, 액체, 고압 가스 중 어느 상태로 공급된 유체에 대해서도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 고압 유체의 종류도 CO₂에 한정되지 않고, IPA나 메탄올이나 에탄올 등의 각종 알코올, 각종 HFE(Hydro Fluoro Ether)나 아세톤 등의 초임계 유체, 아임계 유체, 고압 가스를 이용하여 웨이퍼(W) 상의 건조 방지용 액체와 치환하여도 좋다. 또한, 건조 방지용 액체의 종류에 대해서도 IPA에 한정되는 것이 아니라, 메탄올이나 에탄올 등의 각종 알코올, 각종 HFE(Hydro Fluoro Ether)나 아세톤, 순수 등을 이용하여도 좋다.

또한 본 발명을 적용 가능한 웨이퍼 처리는, 유체 공급원(37)으로부터 고압 유체를 초임계 상태나 아임계 상태(이들을 총괄하여 고압 상태라 함)로 공급하거나, 또한 고압 유체를 처리 용기(31) 안에서 고압 상태로 하는 것에 의해, 웨이퍼(W) 표면의 액체를 고압 유체로 추출하여 그 액체를 제거하는 처리에 한정되지 않는다. 예컨대 처리 용기(31)에 웨이퍼(W) 표면의 건조 방지용 액체를 가열하는 가열부를 마련하고, 상기 액체를 고압 상태(초임계 상태 또는 아임계 상태)로 변화시킴으로써 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거하는 웨이퍼 처리 장치에 대해서도 본 발명은 적용할 수 있다.

단지, 이 경우에는 웨이퍼(W) 표면의 액체가 기체 상태를 경유하여 고압 상태로 변화하면 패턴 붕괴가 발생해 버린다. 그래서, 처리 용기(31) 안을 가압하기 위한 가압용 고압 유체를 유체 공급원(37)으로부터 공급하여, 처리 용기(31) 안의 압력이 웨이퍼(W) 표면의 액체의 증기압보다 높아지도록 한 후 가열을 행하고, 상기 액체를 직접 고압 상태로 변화시켜 웨이퍼(W)로부터 제거하면 좋다. 웨이퍼(W) 표면의 액체가 고압 상태가 되면, 처리 용기(31)의 온도를 상기 액체의 이슬점 이상으로 유지하면서 처리 용기(31)를 대기 개방하는 것에 의해, 건조한 웨이퍼(W)를 얻을 수 있다.

웨이퍼(W) 표면의 건조 방지용 액체를 고압 상태로 직접 변화시키는 방법의 구체예를 들면, 건조 방지용 액체로서 IPA[임계 온도 235℃, 임계 압력 4.8 MPa(절대압)], 가압 유체(고압 유체)로서 초임계 CO₂[임계 온도 31℃, 임계 압력 7.4 MPa(절대압)]를 이용하는 경우가 있다. 초임계 CO₂를 공급한 처리 용기(31) 안에서 액체 IPA를 가열하면, IPA의 임계 압력보다 고압의 분위기하에서 가열이 행해지기 때문에, 기체의 상태를 경유하지 않고 액체 IPA를 초임계 IPA로 직접 변화시킬 수 있다. 또한 IPA의 기화를 막는다고 하는 관점으로 하면, 가압 유체는 초임계 CO₂일 필요가 없고, IPA의 임계 압력보다 고압의 가스 CO₂나 아임계 CO₂를 공급하여도 좋은 것은 물론이다.

이러한 방법에 의해 웨이퍼(W) 표면의 액체를 제거하는 경우에는, 상기 건조 방지용 액체가 고압 상태로 되는 온도, 압력 조건하에서 액체가 되지 않는 물질이면, 유체 공급원(37)으로부터 공급되는 가압용의 고압 유체는, 고압 상태로 공급하여도 좋고, 대기압보다 고압의 가스 상태로 공급하여도 좋다. 이러한 가압용 고압 유체를 유체 공급원(37)으로부터 공급한 후에도, 도 10에 도시하는 바와 같이 처리 용기(31)와 유체 공급 라인(351)을 함께 감압하거나, 또한 도 14, 도 15에 도시하는 바와 같이 처리 용기(31)와 유체 공급 라인(351)을 각각의 라인(341, 361)을 사용하여 감압하는 것에 의해, 처리 용기(31) 안에서의 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 방지할 수 있다.

[실시예]

(실험 1)

도 4에 도시한 초임계 처리 장치(3)에서, 초임계 CO₂를 이용하여 웨이퍼(W) 표면의 IPA를 제거하는 처리를 행한 후, 처리 용기(31)를 대기 개방하고, 처리 용기(31)를 통해 유체 공급 라인(351)의 대기 개방을 행한 경우와, 대기 개방을 하지 않은 경우에서, 처리 용기(31)에 반입된 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착 상황을 비교하였다.

A. 실험 조건

(참고예 1)

클리닝된 처리 용기(31)에, 세정 처리 후, IPA가 적체된 웨이퍼(W)를 반입하고, 도 8에 도시하는 바와 같이 초임계 CO₂를 60분간 공급하여 IPA와 치환하는 처리를 행하였다. 이 처리 기간 동안에서의 처리 용기(31) 안의 온도는 40℃, 압력은 10 MPa(절대압)로 하였다. 처리 후, 처리 용기(31)를 대기 개방하여, 웨이퍼(W)를 꺼내었다. 다음에, 도 19에 도시하는 바와 같이 유체 공급 라인(351)의 배관 안에 잔존하고 있는 초임계 CO₂를, 처리 용기(31)를 통해 배출하여, 대기 개방을 행하였다. 그 후, 액체가 부착되어 있지 않은 2장째의 웨이퍼(W)를 처리 용기(31) 안에 반입하고, 600초간 방치 후, 그 웨이퍼(W)를 꺼내어, 그 웨이퍼(W) 표면에 부착되어 있는 직경 40 ㎚ 이상의 크기의 파티클 수를 카운트하였다. 파티클의 카운트는, KLA 텐코르사의 파티클 검사 장치에 의해 행하였다.

(참고예 2)

1장째의 웨이퍼(W)를 꺼낸 후, 유체 공급 라인(351)의 대기 개방을 행하지 않은 점 이외는 (참고예 1)과 같은 조건으로 처리 용기(31)에 2장째의 웨이퍼(W)를 반입하고, 꺼낸 웨이퍼(W) 표면에 부착되어 있는 직경 40 ㎚ 이상의 크기의 파티클 수를 카운트하였다.

B. 실험 결과

(참고예 1)의 실험에서, 웨이퍼(W) 표면에 부착된 파티클 수는 2712개, (참고예 2)의 실험에서는 627개였다. 이들 실험 결과로부터, 처리 용기(31)와 유체 공급 라인(351)의 대기 개방을 따로 행하고, 처리 용기(31)를 통해, 유체 공급 라인(351)의 배관 안에 잔존하고 있는 초임계 CO₂를 외부에 배출하면, 처리 용기(31) 안에 존재하는 파티클 수가 많아져, 2장째 이후에 반입된 웨이퍼(W)의 오염 원인이 되는 것을 확인할 수 있다.

(실험 2)

본 발명에 관한 방법과, 종래법으로 3장의 웨이퍼(W)를 연속 처리하고, 처리 후의 웨이퍼(W)에 부착되어 있는 파티클 수를 비교하였다.

A. 실험 조건

(실시예 1)

클리닝된 처리 용기(31)를 이용하여, 액체 IPA가 적체된 웨이퍼(W)로부터 그 IPA를 제거하는 처리를 행한 후, 처리 용기(31)와 유체 공급 라인(351)을 함께 감압하고, 대기 개방을 행하는 처리(도 6～도 10)를 3장의 웨이퍼(W)에 대하여 연속하여 행하였다. 처리 용기(31) 안의 온도, 압력 등, 웨이퍼(W)의 처리 조건은 (참고예 1)과 같다. 처리 후의 각 웨이퍼(W)의 표면에 부착되어 있는 직경 40 ㎚ 이상의 크기의 파티클 수를 카운트하였다.

(비교예 1)

초임계 CO₂를 이용하여 웨이퍼(W) 표면의 액체 IPA를 제거하는 처리(도 6～도 8)를 행한 후, 도 18, 도 19에 도시하는 바와 같이, 처리 용기(31) 및 유체 공급 라인(351)의 대기 개방을 따로 행한 점 이외는, (실시예 1)과 같은 조건으로 3장의 웨이퍼(W)를 연속하여 처리하였다. 처리 후, 각 웨이퍼(W)에 부착되어 있는 직경 40 ㎚ 이상의 크기의 파티클 수를 카운트하였다.

B. 실험 결과

(실시예 1)의 결과를 도 16에 도시하고, (비교예 1)의 결과를 도 17에 도시한다. 도 16에 도시한 (실시예 1)의 결과에 의하면, 웨이퍼(W)에 부착되어 있는 직경 40 ㎚ 이상의 파티클의 수는 600～700개 정도이며, 웨이퍼(W)의 처리순에 관계없이, 파티클의 부착 수의 큰 변동은 없었다.

이에 비하여, 처리 용기(31)와 유체 공급 라인(351)을 따로 대기 개방한 (비교예 1)의 실험 결과에서는, 처리 순서가 2, 3장째인 웨이퍼(W)에서, 1장째의 웨이퍼(W)의 4배 이상의 파티클이 부착되어, 파티클 오염이 대폭 증대하고 있다. 이것은 (참고예 1)에서 확인한 바와 같이, 처리 용기(31)와 유체 공급 라인(351)을 따로 대기 개방하고, 유체 공급 라인(351)의 대기 개방을 처리 용기(31)를 향해 행하는 것에 의해, 처리 용기(31) 안에 파티클이 발생하고, 이 파티클이 원인이 되어 2장째 이후의 웨이퍼(W)의 오염이 야기된 결과인 것으로 고려된다.

(실시예 1), (비교예 1)의 실험 결과를 비교하면, 도 10에 도시하는 바와 같이 처리 용기(31)와 유체 공급 라인(351)을 함께 감압하고, 대기 개방을 행하는 것에 의해, 처리 용기(31) 안에서의 파티클의 발생을 억제하여, 후속하는 처리에서의 웨이퍼(W)의 파티클 오염을 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한 앞에 검토한 바와 같이, (참고예 1)과 (참고예 2)를 비교했을 때, 처리 용기(31)를 향해 유체 공급 라인(351)의 대기 개방을 행하지 않는 (참고예 2)의 경우가, 다음에 처리 용기(31)에 반입된 웨이퍼(W)에 부착되는 파티클의 수가 적었다. 이 사실로부터, 도 11～도 15에 도시하는 바와 같이, 유체 공급 라인(351)에 분기 라인(361)을 마련하고, 처리 용기(31)를 통과하지 않도록 유체 공급 라인(351)의 감압, 대기 개방을 행하는 방법에 대해서도, 웨이퍼(W)에의 파티클의 부착을 억제하는 데에 있어서 유효한 방법인 것을 알 수 있다.

W: 웨이퍼 1: 세정 시스템
2: 세정 장치 3: 초임계 처리 장치
31: 처리 용기 341: 배출 라인
342: 감압 밸브 351: 유체 공급 라인
352: 개폐 밸브 354: 유량 조정 밸브
361: 분기 라인 362: 감압 밸브
37: 유체 공급원 4: 제어부

Claims (11)

1. 기판 표면의 건조 방지용 액체에 고압 유체를 접촉시켜, 상기 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해지는 처리 용기와,
   상기 고압 유체 또는 이 고압 유체의 원료 유체를, 대기압보다 고압의 상태로 공급하기 위한 유체 공급원과,
   이 유체 공급원과 처리 용기를 접속하는 유체 공급로와,
   이 유체 공급로에 상류측으로부터 이 순으로 설치된 유량 조정부 및 개폐 밸브와,
   상기 유체 공급로에 있어서 유량 조정부의 상류측에 설치되거나, 또는 유량 조정부를 겸용하는 차단부와,
   상기 처리 용기 안의 압력을 감압하기 위한 감압 밸브가 설치되고, 상기 처리 용기 안의 유체의 배출이 행해지는 배출로와,
   상기 차단부를 개방하며, 유량 조정부에 의해 유량을 조정한 상태로 상기 개폐 밸브를 개방하여 처리 용기에 고압 유체를 도입하거나, 또는 상기 원료 유체를 도입하여 고압 유체로 변화시켜, 기판의 표면으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 단계와, 이어서 상기 차단부를 차단 상태로 하는 한편, 상기 개폐 밸브와 감압 밸브를 개방한 상태로 하는 것에 의해, 상기 유체 공급로와 처리 용기의 내부를 감압하는 단계와, 그 후 상기 기판을 상기 처리 용기로부터 반출하는 단계를 실행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
2. 기판 표면의 건조 방지용 액체에 고압 유체를 접촉시켜, 상기 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해지는 처리 용기와,
   상기 고압 유체 또는 이 고압 유체의 원료 유체를, 대기압보다 고압의 상태로 공급하기 위한 유체 공급원과,
   이 유체 공급원과 처리 용기를 접속하는 유체 공급로와,
   이 유체 공급로에 상류측으로부터 이 순으로 설치된 유량 조정부 및 개폐 밸브와,
   상기 유체 공급로에 있어서 유량 조정부의 상류측에 설치되거나, 또는 유량 조정부를 겸용하는 차단부와,
   상기 차단부와 개폐 밸브 사이의 유체 공급로로부터 분기하고, 이 유체 공급로 안의 유체를 배출하여 감압하기 위한 제1 감압 밸브가 설치된 분기로와,
   상기 처리 용기 안의 압력을 감압하기 위한 제2 감압 밸브가 설치되고, 상기 처리 용기 안의 유체의 배출이 행해지는 배출로와,
   상기 제1 감압 밸브를 폐쇄하는 한편, 상기 차단부를 개방하고, 유량 조정부에 의해 유량을 조정한 상태로 상기 개폐 밸브를 개방하여 처리 용기에 고압 유체를 도입하며, 또는 상기 원료 유체를 도입하여 고압 유체로 변화시켜, 기판의 표면으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 단계와, 이어서 상기 차단부를 차단 상태로 하고 개폐 밸브를 폐쇄하는 한편, 제2 감압 밸브를 개방한 상태로 하는 것에 의해, 상기 처리 용기의 내부를 감압하는 단계와, 상기 차단부가 차단 상태로 되고, 개폐 밸브가 폐쇄된 후, 상기 제1 감압 밸브를 개방하여, 상기 유체 공급로에 잔존하는 유체를 분기로로부터 배출하는 단계를 실행하도록 제어 신호를 출력하는 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고압 유체는, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 유체이며, 상기 처리 용기에는, 상기 유체 공급원으로부터 고압 유체가 공급되거나, 또는 상기 처리 용기 안에서 상기 원료 유체가 가열되어 고압 유체로 되는 것에 의해, 상기 건조 방지용 액체가 상기 고압 유체로 추출되어 기판의 표면으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리 용기는, 기판 표면의 건조 방지용 액체를 가열하기 위한 가열부를 구비하고,
   상기 고압 유체는, 상기 건조 방지용 액체를 가열하여 초임계 상태 또는 아임계 상태로 했을 때에 액체로 되지 않고, 상기 건조 방지용 액체의 기화를 방지하기 위한 가압용 유체이며,
   상기 건조 방지용 액체는, 상기 고압 유체와 접촉하여 가압된 분위기하에서 상기 가열부에 의해 가열되고, 액체로부터 초임계 상태 또는 아임계 상태로 직접 변화하는 것에 의해 기판의 표면으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 선폭이 20 ㎚ 이하인 패턴이 형성된 기판으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 처리를 행할 때의 상기 처리 용기 안의 압력이 5 MPa 이상이고, 상기 처리 용기 안의 압력이 대기압까지 감압되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
7. 기판 표면의 건조 방지용 액체에 고압 유체를 접촉시켜, 상기 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해지는 처리 용기와, 상기 고압 유체 또는 이 고압 유체의 원료 유체를, 대기압보다도 고압 상태로 공급하기 위한 유체 공급원과, 이 유체 공급원과 처리 용기를 접속하는 유체 공급로와, 이 유체 공급로에 상류측으로부터 이 순으로 설치된 유량 조정부 및 개폐 밸브와, 상기 유체 공급로에 있어서 상기 유량 조정부의 상류측에 설치되거나, 또는 유량 조정부를 겸용하는 차단부와, 상기 처리 용기 안의 압력을 감압하기 위한 감압 밸브가 설치되며, 상기 처리 용기 안의 유체의 배출이 행해지는 배출로를 이용한 기판 처리 방법으로서,
   상기 차단부를 개방하고, 유량 조정부에 의해 유량을 조정한 상태로 상기 개폐 밸브를 개방하여 처리 용기에 고압 유체를 도입하거나, 또는 상기 원료 유체를 도입하여 고압 유체로 변화시켜, 기판의 표면으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 공정과,
   이어서, 상기 차단부를 차단 상태로 하는 한편, 상기 개폐 밸브와 감압 밸브를 개방한 상태로 하는 것에 의해, 상기 유체 공급로와 처리 용기의 내부를 감압하는 공정과,
   그 후, 상기 기판을 상기 처리 용기로부터 반출하는 공정
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
8. 기판 표면의 건조 방지용 액체에 고압 유체를 접촉시켜, 상기 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해지는 처리 용기와, 상기 고압 유체 또는 이 고압 유체의 원료 유체를, 대기압보다 고압의 상태로 공급하기 위한 유체 공급원과, 이 유체 공급원과 처리 용기를 접속하는 유체 공급로와, 이 유체 공급로에 상류측으로부터 이 순으로 설치된 유량 조정부 및 개폐 밸브와, 상기 유체 공급로에 있어서 유량 조정부의 상류측에 설치되거나, 또는 유량 조정부를 겸용하는 차단부와, 상기 차단부와 개폐 밸브 사이의 유체 공급로로부터 분기되며, 이 유체 공급로 안의 유체를 배출하여 감압하기 위한 제1 감압 밸브가 설치된 분기로와, 상기 처리 용기 안의 압력을 감압하기 위한 제2 감압 밸브가 설치되고, 상기 처리 용기 안의 유체의 배출이 행해지는 배출로를 이용한 기판 처리 방법으로서,
   상기 제1 감압 밸브를 폐쇄하는 한편, 상기 차단부를 개방하며, 유량 조정부에 의해 유량을 조정한 상태로 상기 개폐 밸브를 개방하여 처리 용기에 고압 유체를 도입하거나, 또는 상기 원료 유체를 도입하여 고압 유체로 변화시켜, 기판의 표면으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 공정과,
   이어서, 상기 차단부를 차단 상태로 하고 개폐 밸브를 폐쇄하는 한편, 제2 감압 밸브를 개방한 상태로 하는 것에 의해, 상기 처리 용기의 내부를 감압하는 공정과,
   차단부가 차단 상태로 되고, 개폐 밸브가 폐쇄된 후, 상기 제1 감압 밸브를 개방하여, 상기 유체 공급로에 잔존하는 유체를 분기로로부터 배출하는 공정
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 선폭이 20 ㎚ 이하인 패턴이 형성된 기판으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 처리가 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 기판으로부터 건조 방지용 액체를 제거하는 처리를 행할 때의 상기 처리 용기 안의 압력이 5 MPa 이상이고, 상기 처리 용기 안의 압력이 대기압까지 감압되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
11. 기판 표면의 건조 방지용 액체에 고압 유체를 접촉시켜, 상기 건조 방지용 액체를 제거하는 처리를 행하는 기판 처리 장치에 이용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서,
    상기 프로그램은 제7항 또는 제8항에 기재된 기판 처리 방법을 실행하기 위해 단계가 짜여져 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체.

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