WO2024018985A1 - 基板処理方法および基板処理システム - Google Patents

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WO2024018985A1
WO2024018985A1 PCT/JP2023/025853 JP2023025853W WO2024018985A1 WO 2024018985 A1 WO2024018985 A1 WO 2024018985A1 JP 2023025853 W JP2023025853 W JP 2023025853W WO 2024018985 A1 WO2024018985 A1 WO 2024018985A1
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WO
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substrate
vacuum
processing
liquid
load lock
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Application number
PCT/JP2023/025853
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English (en)
French (fr)
Inventor
仁 小杉
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing method and a substrate processing system.
  • Patent Document 1 describes dry cleaning a substrate that has been wet cleaned in the process of manufacturing a semiconductor device.
  • a wet-cleaned substrate is first subjected to a first thermal treatment in a high vacuum atmosphere at a temperature of 600° C. to 800° C. and a pressure of 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa to 1 ⁇ 10 ⁇ 8 Pa. Cleaning is performed to remove the oxide film remaining on the substrate.
  • a second thermal cleaning is performed in a hydrogen atmosphere at a temperature of 750 to 800°C (800 to 900°C in some cases) and a pressure of 133.3 to 1000 Pa to remove contamination such as carbon.
  • Patent Document 1 The dry cleaning in Patent Document 1 is performed as a pretreatment for the step of epitaxially growing a crystal layer on a substrate from which an oxide film has been removed, and at least the second thermal cleaning in a hydrogen atmosphere and the epitaxial growth step are performed in the same chamber. is carried out continuously.
  • the present disclosure provides a technique that can remove deposits attached to a substrate after liquid processing.
  • the step of transporting a substrate subjected to liquid processing by supplying a processing liquid into a vacuum chamber, and setting the inside of the vacuum chamber to a predetermined processing pressure lower than normal pressure.
  • a method for treating a substrate wherein the temperature is lower than the boiling point of the deposit.
  • deposits attached to the substrate can be removed after liquid treatment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a substrate processing system according to an embodiment of a substrate processing apparatus.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view showing a configuration example of a liquid processing unit included in the substrate processing system of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view showing a configuration example of a vacuum processing area included in the substrate processing system of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example of the configuration of a vacuum baking unit provided in the vacuum processing area of FIG. 4.
  • FIG. FIG. 3 schematically shows a COX diagram for explaining a method for determining processing conditions for vacuum baking. It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the other example of a structure of a vacuum bake unit.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a substrate processing system according to this embodiment.
  • an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are perpendicular to each other are defined, and the positive direction of the Z-axis is defined as a vertically upward direction.
  • the substrate processing system 1 includes a loading/unloading block 2 and a processing block 3.
  • the loading/unloading block 2 and the processing block 3 are provided adjacent to each other.
  • the loading/unloading block 2 has a carrier placement area 11 and a substrate transfer area 12.
  • the carrier placement area 11 is also called a load port, and a plurality of carriers C (substrate transport containers) can be placed there.
  • Each carrier C accommodates a plurality of substrates W (for example, semiconductor wafers) in a horizontal position at regular intervals in the vertical direction.
  • the substrate transfer area 12 is provided with a substrate transfer device 13 and a delivery section 14 .
  • the substrate transfer device 13 can be configured as, for example, an articulated transfer robot, and has, for example, a fork-shaped substrate holder that holds the substrate W as an end effector.
  • the substrate transport device 13 can transport the substrate W between any carrier C placed on the carrier mounting area 11 and the transfer section 14 .
  • the delivery section 14 is configured so that the substrate W can be temporarily placed thereon. It is also possible to separately provide the transfer section 14 for placing unprocessed substrates W and the transfer section 14 for placing processed substrates W in a vertically stacked manner.
  • the processing block 3 is provided with a transport area 15, a liquid processing area 20, and a vacuum processing area 30.
  • the substrate processing system 1 is configured as an integrated substrate processing system 1 that can perform both liquid processing and vacuum processing (vacuum baking processing).
  • the substrate processing system 1 is configured as a system in which the constituent devices are housed in one common housing, except for a part of the carrier mounting area 11.
  • a substrate transport device 16 is provided in the transport area 15.
  • the substrate transfer device 16 can be configured as, for example, a multi-axis transfer robot, and has a substrate holder that holds the substrate as an end effector.
  • a plurality of single-wafer type liquid processing units 21 are provided in the liquid processing area 20.
  • the structure of the liquid processing unit 21 is not particularly limited, and any structure known in the technical field of semiconductor manufacturing equipment can be used.
  • the liquid processing unit 21 includes a spin chuck (substrate holding rotation mechanism) 211 that can hold a substrate W in a horizontal position and rotate it around a vertical axis, and a processing fluid ( One or more nozzles 212 for discharging processing liquid, processing gas, two fluids, etc.).
  • the nozzle 212 is carried by an arm 213 for moving the nozzle 212. If there are multiple nozzles 212, multiple arms 213 may be provided, in which case each arm 213 may carry one or more nozzles 212.
  • the liquid processing unit 21 has a liquid receiving cup 214 that collects the processing liquid scattered from the rotating substrate W.
  • the liquid receiving cup 214 has a liquid drain port 215 for discharging the collected processing liquid to the outside of the liquid processing unit 21, and an exhaust port 216 for discharging the atmosphere inside the liquid receiving cup 214.
  • Clean gas (clean air) is blown downward from a fan filter unit 218 provided on the ceiling of the chamber 217 of the liquid processing unit 21, drawn into the liquid receiving cup 214, and discharged to the exhaust port 216.
  • a processing fluid supply mechanism 219 is provided to supply each nozzle 212 with a processing fluid necessary for the liquid processing performed on the substrate W in the liquid processing unit 21.
  • the processing fluid supply mechanism 219 supplies processing fluids (chemical liquid, DIW (pure water), IPA (isopropyl alcohol), nitrogen gas, etc.) provided as factory power (although detailed illustrations of individual components are omitted).
  • the processing fluid line may include a processing fluid source, a processing fluid line through which processing fluid supplied from the supply source to the nozzle 212 flows, and a flow control mechanism (on-off valve, flow rate control valve, etc.) interposed in the processing fluid line.
  • the liquid processing units 21 may be stacked in multiple stages. In this case as well, the structure may be such that one substrate transport device 16 can carry substrates into and out of all the liquid processing units 21 .
  • the vacuum processing area 30 includes a load lock section 31, a vacuum transfer section 32, and a vacuum bake section 33.
  • the load lock section 31 is provided with a first load lock unit 311 and a second load lock unit 312.
  • the first load lock unit 311 and the second load lock unit 312 are stacked vertically, for example, the first load lock unit 311 is on the upper side and the second load lock unit 312 is on the lower side.
  • the first load lock unit 311 is used when transporting the substrate W from the atmospheric pressure side to the reduced pressure side
  • the second load lock unit 312 is used when transporting the substrate W from the reduced pressure side to the atmospheric pressure side. It will be done.
  • each load lock unit (311, 312) A substrate mounting table (not shown) on which a substrate W can be temporarily placed is provided inside each load lock unit (311, 312).
  • the substrate mounting table of the second load lock unit 312 has a built-in cooling mechanism (not shown) for cooling the substrate W.
  • the configuration of each load lock unit (311, 312) may be a common configuration used in semiconductor manufacturing equipment having a vacuum transfer system.
  • the pressure within each load lock unit (311, 312) can be adjusted between atmospheric pressure (approximately 1 ⁇ 10 5 Pa) and medium vacuum (approximately 1 Pa).
  • the vacuum transfer section 32 includes a vacuum transfer chamber 321 and a vacuum transfer machine 322 installed within the vacuum transfer chamber 321. While the substrate processing system 1 is in operation, the inside of the vacuum transfer chamber 321 is always maintained at a medium vacuum (for example, about 1 Pa) by a vacuum pump, here a rotary pump RP (see FIG. 4).
  • the vacuum transfer machine 322 can be configured, for example, as an articulated transfer robot, and has a substrate holder that holds the substrate as an end effector.
  • a loading/unloading entrance for the substrate W is provided in the portions of the first load lock unit 311 and the second load lock unit 312 facing the transfer area 15.
  • a gate valve GV1 is provided at this loading/unloading entrance.
  • a loading/unloading port for the substrate W is provided at the connection portion of the first load lock unit 311 and the second load lock unit 312 with the wall of the vacuum transfer chamber 321.
  • a gate valve GV2 is provided at this loading/unloading entrance.
  • the vacuum baking section 33 is provided with a plurality of vacuum baking units 34.
  • the plurality of vacuum baking units 34 are stacked in the vertical direction.
  • the vacuum baking unit 34 is. It has a vacuum chamber 341 that is approximately rectangular parallelepiped.
  • the vacuum chamber 341 is hermetically connected to the wall of the vacuum transfer chamber 321.
  • the vacuum chamber 341 has a substrate W loading/unloading port 342 provided with a gate valve GV3 in a connection area with the vacuum transfer chamber 321.
  • a heater 343 is provided on the ceiling wall 3411 and bottom wall 3412 of the vacuum chamber 341.
  • the heater 343 is, for example, a lamp heater.
  • Examples of the lamp heater include a UV heater and an LED heater.
  • the lamp heater is provided so that the front and back surfaces of the substrate W are uniformly irradiated with lamp light.
  • the top surface of the bottom wall 3412 is provided with a plurality (eg, three) of stationary support pins 344 extending upwardly therefrom.
  • the substrate W carried into the vacuum chamber 341 is supported by support pins 344 and heated by radiant heat from the heater 343.
  • a radiation thermometer 345 is provided on the bottom wall 3412. The temperature of the substrate W is controlled by controlling the output of the heater 343 based on the deviation between the actual temperature of the substrate W measured by the radiation thermometer 345 and the target temperature.
  • An exhaust port 346 and an air supply port 347 are provided in the bottom wall 3412 of the vacuum chamber 341, preferably in the center of the bottom wall 3412. By providing the exhaust port 346 and the air supply port 347 below the central portion of the substrate W, the airflow within the vacuum chamber 341 during exhaust and air supply can be made uniform.
  • the exhaust port 346 is connected to an exhaust line 3461 in which an on-off valve 3462 and a vacuum pump (here, a turbo molecular pump TMP) are interposed.
  • a vacuum pump here, a turbo molecular pump TMP
  • TMP turbo molecular pump
  • the air supply port 347 is connected to a gas supply source 3473 (for example, a nitrogen gas supply source) via an air supply line 3471 in which an on-off valve 3472 is provided.
  • a gas supply source 3473 for example, a nitrogen gas supply source
  • an on-off valve 3472 is provided.
  • the pressure within the vacuum chamber 341 can be detected by a pressure sensor 348.
  • the detected value of the pressure sensor 348 can be used, for example, to control when the pressure inside the vacuum chamber 341 is set to high vacuum and when the pressure is returned to medium vacuum.
  • the substrate transfer device 16 in the transfer area 15 carries the substrate W into and out of the first load-lock unit 311 and the second load-lock unit 312, which are provided with the gate valve GV1, through the transfer entrances of these load-lock units. be able to.
  • the vacuum transport machine 322 of the vacuum transport section 32 transports the substrate W into and out of the first load lock unit 311 and the second load lock unit 312 through the transport entrances of the load lock units 311 and 312 provided with the gate valve GV1. can do.
  • the vacuum transfer machine 322 of the vacuum transfer section 32 can carry substrates W into and out of all the vacuum baking units 34 of the vacuum baking section 33 .
  • the substrate processing system 1 includes a control device 100.
  • the control device 100 is made up of, for example, a computer, and includes a calculation section 101 and a storage section 102.
  • the storage unit 102 stores programs (including processing recipes) that control various processes executed in the substrate processing system 1.
  • the calculation unit 101 controls the operation of the substrate processing system 1 by reading and executing a program stored in the storage unit 102.
  • the program may be one that has been recorded on a computer-readable storage medium, and installed in the storage unit 102 of the control device 100 from the storage medium.
  • Examples of computer-readable storage media include hard disks (HD), flexible disks (FD), compact disks (CD), magnetic optical disks (MO), and memory cards.
  • Processing of the substrate W is performed under the control of the control device 100.
  • the substrate transport device 13 of the loading/unloading block 2 takes out one substrate W from the carrier C placed on the carrier placement area 11, and places the taken out substrate W on the transfer section 14.
  • the substrate W placed on the transfer section 14 is taken out from the transfer section 14 by the substrate transport device 16 of the processing block 3, and is carried into one liquid processing unit 21 of the liquid processing area 20, where it is loaded with a predetermined liquid. Processing is performed.
  • the liquid processing unit 21 can perform liquid processing consisting of the following steps, for example.
  • a chemical solution for example, DHF, SC1, etc.
  • IPA is supplied to the substrate from another nozzle 212 to perform an IPA replacement step
  • the substrate is rotated at high speed without any liquid being supplied to the substrate.
  • a drying step is performed to dry the substrate. After the drying process, the substrate has attached to it minute deposits (for example, those derived from organic substances dissolved in IPA) that are not a problem according to conventional standards. This deposit is removed by a vacuum baking process which will be described later.
  • the substrate W that has been processed in the liquid processing unit 21 is taken out from the liquid processing unit 21 by the substrate transport device 16.
  • the substrate W is carried into the first load lock unit 311 in which the gate valve GV2 is closed and the gate valve GV1 is opened.
  • the gate valve GV1 is closed, and the inside of the first load lock unit 311 is evacuated until the pressure becomes approximately equal to the pressure inside the vacuum transfer chamber 321 (for example, about 1 Pa).
  • the gate valve GV2 is opened, and the vacuum transfer machine 322 takes out the substrate W from the first load lock unit 311.
  • the vacuum transfer machine 322 carries the taken-out substrate W into the vacuum chamber 341 of one vacuum baking unit 34 with the gate valve GV3 open, and places it on the support pins 344.
  • the gate valve GV3 is closed.
  • the pressure inside the vacuum chamber 341 is approximately 1 Pa, which is approximately equal to the pressure inside the vacuum transfer chamber 321.
  • the inside of the vacuum chamber 341 is evacuated by the turbo molecular pump TMP to a high vacuum of, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa, and the substrate W is heated to a predetermined temperature (for example, 40° C. to 200° C.) by the heater 343. It is heated to a temperature of about 30°F (°C). Note that settings of pressure and temperature will be described later.
  • the pressure in the vacuum chamber 341 and the temperature of the substrate W are monitored by a pressure sensor 348 and a radiation thermometer 345, respectively, and based on the monitoring results, the turbo molecular pump TMP and The operating state of heater 343 is controlled.
  • the above degree of vacuum and substrate temperature are maintained for a predetermined period of time (for example, about 60 to 600 seconds)
  • the above-mentioned deposits adhering to the surface of the substrate W are vaporized, and the substrate It separates from the surface of W and is exhausted from the vacuum chamber 341 via the exhaust line 3461.
  • This vacuum baking process can further increase the cleanliness of the surface of the substrate W.
  • N2 gas is supplied into the vacuum chamber 341 via the air supply line 3471 to make the pressure inside the vacuum chamber 341 almost equal to the pressure inside the vacuum transfer chamber 321 (about 1 Pa).
  • N2 gas is supplied while monitoring the pressure inside the vacuum chamber 341 with the pressure sensor 348, and when the pressure inside the vacuum chamber 341 reaches about 1 Pa, the on-off valve 3472 is closed. be able to.
  • the gate valve GV3 is opened, and the vacuum transfer machine 322 takes out the substrate W from the vacuum chamber 341.
  • the taken out substrate W is carried into the second load lock unit 312 in which the gate valve GV2 is opened and the gate valve GV1 is closed.
  • the gate valve GV2 is closed, and the atmosphere (for example, air in a clean room) is introduced into the second load lock unit 312, and the pressure inside the second load lock unit 312 is brought to atmospheric pressure.
  • the temperature of the substrate W is lowered to around room temperature (23° C.) by a cooling mechanism provided on the substrate mounting table. It is not necessarily necessary to lower the temperature of the substrate W to room temperature, and the temperature may be higher than room temperature as long as it does not interfere with transporting the substrate W and storing it in the carrier C.
  • the gate valve GV1 is opened, and the substrate transfer device 16 in the transfer area 15 takes out the substrate W from the second load lock unit 312 and transfers it to the transfer section 14.
  • the substrate transfer device 13 in the substrate transfer area 12 takes out the substrate W from the transfer section 14 and stores it in the original carrier C.
  • the liquid processing unit 21 and the vacuum baking unit 34 are installed in one substrate processing system 1 that shares a housing, the substrate W after liquid processing can be transferred to the liquid processing unit in a short time. 21 to the vacuum baking unit 34. Therefore, concerns regarding Q time can be eliminated.
  • the deposits attached to the substrate W in the liquid processing unit 21 may grow by adsorbing substances in the atmosphere around the substrate over time, or may become fixed or crystallized when dried. In other words, there is a possibility that it becomes difficult to remove the deposits as time passes. According to the embodiment described above, such problems can be solved and the efficiency of removing deposits can be improved.
  • the deposits to be removed by vacuum baking include, for example, molecular-level organic substances dissolved in IPA (isopropyl alcohol) that is supplied to the substrate just before the final drying process during wet cleaning (liquid treatment). Illustrated. Unlike particles (resin or metal fine powder) that are generated due to dust generated by sliding between parts, organic substances dissolved in IPA are It cannot be removed by Organic substances may be eluted from a new filter installed in the IPA supply line, especially when HOT-IPA is used. When IPA containing dissolved organic matter is supplied to the substrate, the organic matter remains on the substrate and becomes particles when the IPA evaporates.
  • IPA isopropyl alcohol
  • the particles generated in this way have a size of, for example, less than 20 nm, but such small particles have also become a problem as semiconductor devices have become smaller in recent years. Further, in wet processing of a substrate, a processing liquid containing an organic acid such as a fatty acid is sometimes supplied to the substrate, and this organic acid can also cause particles.
  • the liquid supplied to the substrate in the wet cleaning process just before the final drying process should be one that has a lower surface tension than the rinsing liquid (DIW), can be easily replaced with the rinsing liquid, and has relatively high volatility.
  • DIW rinsing liquid
  • it is not limited to IPA.
  • alcohols other than IPA may be used.
  • IPA is actually used in most cases.
  • the organic matter (deposit) described above is removed from the surface of the substrate by vaporizing (or decomposing and vaporizing).
  • vaporizing or decomposing and vaporizing
  • the “detachment limit temperature” refers to the temperature at which the substance to be removed cannot be desorbed from the substrate even if the pressure is below the vapor pressure line of the COX diagram of the substance to be removed at a temperature lower than the relevant temperature. The meaning differs from substance to substance.
  • erucamide C 22 H 43 NO
  • the COX diagram of erucamide is schematically shown in FIG.
  • the boiling point (under atmospheric pressure) of erucamide is about 480°C
  • the withdrawal limit temperature is about 40°C.
  • the processing temperature of the vacuum baking process needs to be at least about 40°C or higher.
  • the vapor pressure at 200°C is approximately 8 Pa
  • the vapor pressure at 50°C is approximately 2 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa.
  • Processing at a temperature near the vapor pressure line VP takes a long time, so when the processing temperature is 200°C, the processing pressure is, for example, 1 Pa, and when the processing temperature is 50°C, the processing pressure is, for example, 1 ⁇ 10 -5 Pa. , vacuum baking may be performed. If there is no risk that the heat will adversely affect the semiconductor device components already formed on the substrate, it is possible to increase the processing temperature even higher than 200°C, for example up to about 300°C. . However, in general, from the viewpoint of avoiding thermal damage to the substrate and semiconductor device components already formed on the substrate or surface oxidation, it is considered that the upper limit of the processing temperature is preferably about 200°C.
  • the processing pressure is at least about 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa. That is, the upper limit of the processing temperature can be determined depending on whether or not there is an adverse effect on the substrate, and the lower limit of the processing pressure can be determined by taking into consideration throughput, running cost, device manufacturing cost, etc.
  • the lower limit of the treatment temperature may be higher than the above-mentioned separation limit temperature. In other words, in FIG.
  • the area is located within a triangular area surrounded by the vapor pressure line VP and two straight lines indicating the upper limit value of the processing temperature and the lower limit value of the processing pressure determined based on the above concept. What is necessary is to determine the appropriate processing conditions (processing temperature and processing pressure).
  • Erucamide has a large molecular weight and is one of the substances that are particularly difficult to remove among the substances that are expected to be removed by vacuum baking. Therefore, if the treatment conditions are determined according to erucamide, it is possible to simultaneously remove erucamide and other deposits by vacuum baking.
  • adhesion materials suitable for removal by vacuum baking include those that are physically adsorbed to the surface of the substrate, and those that adhere to the surface of the substrate as a result of suppressing vaporization due to entanglement of molecules.
  • Things that are physically adsorbed on the surface of the substrate include those that are bonded by polar attraction such as hydrogen bonds, and those that are bonded by van der Waals force.
  • Most of the deposits derived from the processing liquid used in the wet process (especially cleaning treatment) of semiconductor substrates fall under the above category.
  • it is difficult to remove substances that are adsorbed (chemically adsorbed) on the substrate surface due to bonds with extremely high binding energy such as chemical bonds (ionic bonds, supplicant bonds, and metallic bonds).
  • FIG. 6 a modified embodiment of the vacuum baking unit 34 will be described with reference to FIG. 6.
  • the vacuum baking unit 34 according to the modified embodiment is different from FIG. 4 in that, instead of the immovable support pin 344, a lift pin 349 that can be raised and lowered, a lifting mechanism 3491 for the lift pin 349, and a cover 3492 for the lifting mechanism 3491 are provided. Unlike the vacuum bake unit 34 shown, all other configurations are the same.
  • FIG. 7 in order to avoid complicating the drawing, components provided near the bottom wall 3412 of the vacuum chamber 341 (configuration for exhaust and air supply, radiation thermometer 345, etc.), pressure sensor 348, and vacuum transfer chamber 321 are shown. It should be noted that the description of vacuum pumps, etc. for use is omitted.
  • the lift pin 349 is passed through a through hole provided in the bottom wall 3412 of the vacuum chamber 341.
  • the lower end of the lift pin 349 is supported by a disk-shaped or spider arm-shaped pin support 3493.
  • the pin support 3493 can be moved up and down by a linear actuator such as an air cylinder.
  • the cover 3492 is airtightly connected to the bottom wall 3412 and prevents the atmosphere from flowing into the vacuum chamber 341 through the through hole in the bottom wall 3412 through which the lift pin 349 is passed.
  • the substrate W by lowering the lift pins 349 supporting the substrate W, the substrate W can be brought into close contact with the bottom wall 3412 of the vacuum chamber 341.
  • the substrate W can be heated also by heat conduction from the heater 343, and the temperature of the substrate can be quickly raised.
  • the lift pins 349 may be raised, and then vacuum baking may be performed while heating the substrate W by thermal radiation.
  • the substrate W may be kept in close contact with the bottom wall 3412 of the vacuum chamber 341 and heated by thermal conduction.
  • a resistance heater such as a rubber heater can be used as the heater 343, especially the heater provided on the bottom wall 3412.
  • the heater 343 may be a resistance heater.
  • the resistance heater may be attached to the surface of the wall (3411, 3412) of the vacuum chamber 341, or may be embedded inside the wall.
  • the heater 343 is a lamp heater, the lamp heater may be provided on the vacuum side surface (the inner surface facing the processing space of the wall) of the wall (3411, 3412), or the wall may be made of a light-transmitting material. For example, it may be made of quartz and provided outside the wall (outside the vacuum chamber 341).
  • a configuration may be adopted in which the substrate W is directly transported from the atmospheric space to the vacuum chamber 341 of the vacuum bake unit 34 without going through a load lock unit.
  • a rotary pump and a turbo-molecular pump can be connected to the vacuum chamber 341, and the rotary pump can first perform rough evacuation, and then the turbo-molecular pump can perform evacuation.
  • high vacuum may not be necessary depending on the type of deposit to be removed. In that case, it is not necessary to use a high vacuum pump such as a turbo molecular pump, and only a medium vacuum pump such as a rotary pump may be used.
  • a high vacuum pump such as a turbo molecular pump
  • a medium vacuum pump such as a rotary pump
  • the storage unit 102 of the control device 100 may store a plurality of combinations of processing pressures and processing temperatures for the vacuum baking process prepared in advance.
  • the control device 100 displays a plurality of combinations on a user interface (not shown) such as a display of the substrate processing system 1, and the operator selects one combination from the plurality of combinations using a keyboard or touch panel. It may be possible to do so.
  • the control device 100 controls the operation of the vacuum baking unit 34 to perform the vacuum baking process based on the selected combination.
  • the lower the processing pressure the lower the processing temperature is set.
  • the substrate processing system 1 includes a control device 100.
  • the control device 100 is made up of, for example, a computer, and includes a calculation section 101 and a storage section 102.
  • the storage unit 102 stores programs (including processing recipes) that control various processes executed in the substrate processing system 1.
  • the calculation unit 101 controls the operation of the substrate processing system 1 by reading and executing a program stored in the storage unit 102.
  • the substrate is not limited to a semiconductor wafer, and may be any other type of substrate used in the manufacture of semiconductor devices, such as a glass substrate or a ceramic substrate.

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Abstract

一実施形態に係る基板処理方法は、処理液が供給されることによって液処理された基板を真空チャンバに搬入する工程と、前記真空チャンバ内を常圧よりも低い予め定められた処理圧力とした状態で、予め定められた処理温度で前記基板を加熱することにより、前記液処理により前記基板の表面に付着した付着物を除去する真空ベーク工程と、を備え、前記処理温度は、大気圧下における前記付着物の沸点よりも低い温度である。

Description

基板処理方法および基板処理システム
  本開示は、基板処理方法および基板処理システムに関する。
　特許文献１には、半導体装置の製造過程においてウエット洗浄がされた基板をドライクリーニングすることが記載されている。特許文献１では、ウエット洗浄がなされた基板に対して、まず、温度が６００℃～８００℃、圧力が１×１０－６Ｐａ～１×１０－８Ｐａの高真空雰囲気下で第１のサーマルクリーニングを行なって、基板上に残存する酸化膜を除去する。次いで、温度が７５０～８００℃（場合によっては８００℃～９００℃）、圧力が１３３．３～１０００Ｐａの水素雰囲気下で第２のサーマルクリーニングを行ない、炭素などのコンタミネーションを除去する。特許文献１におけるドライクリーニングは、酸化膜が除去された基板の上に結晶層をエピタキシャル成長させる工程の前処理として行われ、少なくとも水素雰囲気下での第２のサーマルクリーニングとエピタキシャル成長工程とが、同じチャンバで連続的に行われる。
国際公開ＷＯ０１／０３３６１８
　本開示は、液処理後に基板に付着している付着物を除去することができる技術を提供するものである。
　本開示の一実施形態によれば、処理液が供給されることによって液処理された基板を真空チャンバに搬入する工程と、前記真空チャンバ内を常圧よりも低い予め定められた処理圧力とした状態で、予め定められた処理温度で前記基板を加熱することにより、前記液処理により前記基板の表面に付着した付着物を除去する真空ベーク工程と、を備え、前記処理温度は、大気圧下における前記付着物の沸点よりも低い温度である、基板処理方法が提供される。
  本開示によれば、液処理後に基板に付着している付着物を除去することができる。
基板処理装置の一実施形態に係る基板処理システムの概略横断面図である。 図１の基板処理システムに含まれる液処理ユニットの一構成例を示す概略縦断面図である。 図１の基板処理システムに含まれる真空処理エリアの一構成例を示す概略縦断面図である。 図４の真空処理エリアに設けられた真空ベークユニットの一構成例を示す概略縦断面図である。 真空ベーク処理の処理条件の決定方法を説明するためのＣＯＸ線図を概略的に示したものである。 真空ベークユニットの他の構成例を示す概略縦断面図である。
  以下、基板処理装置の一実施形態である基板処理システムの構成について添付図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
　図１に示すように、基板処理システム１は、搬入出ブロック２と、処理ブロック３とを備えている。搬入出ブロック２と処理ブロック３とは隣接して設けられる。
　搬入出ブロック２は、キャリア載置エリア１１および基板搬送エリア１２を有している。キャリア載置エリア１１はロードポートなどとも呼ばれ、そこには複数のキャリアＣ（基板搬送容器）を載置することができる。各キャリアＣには、複数枚の基板Ｗ（例えば半導体ウエハ）が水平姿勢で鉛直方向に等間隔で収容されている。
　基板搬送エリア１２には、基板搬送装置１３と、受渡部１４とが設けられている。基板搬送装置１３は、例えば多関節搬送ロボットとして構成することができ、エンドエフェクタとして、基板Ｗを保持する例えばフォーク形状の基板保持具を有している。基板搬送装置１３は、キャリア載置エリア１１に載置された任意のキャリアＣと受渡部１４との間で基板Ｗを搬送することができる。受渡部１４は、基板Ｗを一時的に載置することができるように構成されている。未処理の基板Ｗを載置するための受渡部１４と、処理済みの基板Ｗを載置するための受渡部１４とを別々に上下に積層させて設けることも可能である。
　処理ブロック３には、搬送エリア１５と、液処理エリア２０と、真空処理エリア３０とが設けられている。つまり、基板処理システム１は、液処理および真空処理（真空ベーク処理）の両方を実行することができる、統合型の基板処理システム１として構成されている。基板処理システム１は、キャリア載置エリア１１の一部を除き、構成機器が共通の一つのハウジングに収容されたシステムとして構成されている。
　搬送エリア１５には、基板搬送装置１６が設けられている。基板搬送装置１６は、例えば多軸搬送ロボットとして構成することができ、エンドエフェクタとして、基板を保持する基板保持具を有している。
　液処理エリア２０には、複数の枚葉式の液処理ユニット２１が設けられている。液処理ユニット２１の構成は特に限定されず、半導体製造装置の技術分野において公知となっている任意のものを用いることができる。
　以下に、利用可能な液処理ユニット２１の一構成例について、図２を参照して以下に簡単に説明しておく。液処理ユニット２１は、基板Ｗを水平姿勢で保持するとともに鉛直軸線周りに回転させることができるスピンチャック（基板保持回転機構）２１１と、スピンチャック２１１により保持されて回転する基板Ｗに処理流体（処理液、処理ガス、二流体等）を吐出する１つ以上のノズル２１２とを備えている。ノズル２１２は、ノズル２１２を移動させるためのアーム２１３に担持されている。複数のノズル２１２がある場合には、複数のアーム２１３が設けられていてもよく、この場合、各アーム２１３に１つ以上のノズル２１２が担持されていてもよい。
　液処理ユニット２１は、回転する基板Ｗから飛散した処理液を回収する液受けカップ２１４を有する。液受けカップ２１４は、回収した処理液を液処理ユニット２１外に排出するための排液口２１５と、液受けカップ２１４内の雰囲気を排出する排気口２１６とを有している。液処理ユニット２１のチャンバ２１７の天井部に設けられたファンフィルタユニット２１８から清浄ガス（清浄空気）が下向きに吹き出され、液受けカップ２１４内に引き込まれ、排気口２１６に排出される。
　液処理ユニット２１において基板Ｗに施される液処理に必要な処理流体を各ノズル２１２に供給するために、処理流体供給機構２１９が設けられている。処理流体供給機構２１９は、（個々の構成要素の詳細な図示は省略するが）工場用力として提供される処理流体（薬液、ＤＩＷ（純水）、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、窒素ガス等）の供給源、供給源からノズル２１２に供給される処理流体が流れる処理流体ライン、処理流体ラインに介設された流れ制御機構（開閉弁、流量制御弁等）などから構成することができる。
　液処理ユニット２１は、多段に積み重ねられていてもよい。この場合も、１つの基板搬送装置１６により全ての液処理ユニット２１に対して基板の搬出入を行えるように構成されていてもよい。
　図１および図３に示すように、真空処理エリア３０は、ロードロック部３１と、真空搬送部３２と、真空ベーク部３３とを有している。
　ロードロック部３１には、第１ロードロックユニット３１１および第２ロードロックユニット３１２が設けられている。第１ロードロックユニット３１１および第２ロードロックユニット３１２は上下に重ねられており、例えば第１ロードロックユニット３１１が上側にあり、第２ロードロックユニット３１２が下側にある。第１ロードロックユニット３１１は、大気圧側から減圧側へと基板Ｗを搬送するときに用いられ、第２ロードロックユニット３１２は、減圧側から大気圧側へと基板Ｗを搬送するときに用いられる。
　各ロードロックユニット（３１１，３１２）の内部には、その上に一時的に基板Ｗを置くことができる基板載置台（図示せず）が設けられている。第２ロードロックユニット３１２の基板載置台には、基板Ｗを冷却するための冷却機構（図示せず）が内蔵されている。各ロードロックユニット（３１１，３１２）の構成は、真空搬送系を有する半導体製造装置で用いられる一般的なものであってよい。各ロードロックユニット（３１１，３１２）内の圧力は、大気圧（約１×１０５Ｐａ）と中真空（約１Ｐａ）との間で調節可能となっている。
　真空搬送部３２は、真空搬送室３２１と、真空搬送室３２１内に設置された真空搬送機３２２とを有している。真空搬送室３２１内は、基板処理システム１の運転中は、真空ポンプここではロータリーポンプＲＰ（図４を参照）により、常時、中真空（例えば約１Ｐａ）に維持されている。真空搬送機３２２は、例えば多関節搬送ロボットとして構成することができ、エンドエフェクタとして、基板を保持する基板保持具を有している。
　第１ロードロックユニット３１１および第２ロードロックユニット３１２の搬送エリア１５に面した部分には基板Ｗの搬出入口が設けられている。この搬出入口にはゲートバルブＧＶ１が設けられている。第１ロードロックユニット３１１および第２ロードロックユニット３１２の真空搬送室３２１の壁体との接続部には基板Ｗの搬出入口が設けられている。この搬出入口にはゲートバルブＧＶ２が設けられている。
　真空ベーク部３３には、複数の真空ベークユニット３４が設けられている。複数の真空ベークユニット３４は上下方向に重ねられている。図４に示すように、真空ベークユニット３４は。概ね直方体の真空チャンバ３４１を有している。真空チャンバ３４１は、真空搬送室３２１の壁体に気密に連結されている。真空チャンバ３４１は、真空搬送室３２１との接続領域に、ゲートバルブＧＶ３が設けられた基板Ｗの搬出入口３４２を有している。
　真空チャンバ３４１の天井壁３４１１および底壁３４１２には、ヒーター３４３が設けられている。ヒーター３４３は、例えばランプヒータである。ランプヒータとしてはＵＶヒーター、ＬＥＤヒーター等が例示される。ランプヒータは、基板Ｗの表面および裏面に均等にランプ光が照射されるように設けられている。底壁３４１２の上面には、そこから上方に延びる複数の（例えば３本の）不動の支持ピン３４４が設けられている。真空チャンバ３４１に搬入された基板Ｗは、支持ピン３４４により支持され、ヒーター３４３からの輻射熱により加熱される。底壁３４１２には、輻射温度計３４５が設けられている。輻射温度計３４５により測定された基板Ｗの実際温度と目標温度との偏差に基づいてヒーター３４３の出力が制御されることにより、基板Ｗの温度が制御されるようになっている。
　真空チャンバ３４１の底壁３４１２、好ましくは底壁３４１２の中央部には、排気ポート３４６および給気ポート３４７が設けられている。基板Ｗの中央部の下方に排気ポート３４６および給気ポート３４７を設けることにより、排気時および給気時の真空チャンバ３４１内の気流を均一化することができる。
　排気ポート３４６には、開閉弁３４６２および真空ポンプ（ここではターボ分子ポンプＴＭＰ）が介設された排気ライン３４６１が接続されている。排気ポート３４６を介して真空チャンバ３４１内の雰囲気を吸引することにより、真空チャンバ３４１内の圧力を１×１０－５Ｐａ程度の高真空にすることができる。なお、真空搬送室３２１内の圧力が、常時、中真空（約１Ｐａ程度）に維持されているため、これに接続された真空チャンバ３４１内の圧力がこれより高くなることはない。このため、ターボ分子ポンプＴＭＰに粗引き用のポンプを併設する必要はない。
　給気ポート３４７には開閉弁３４７２が介設された給気ライン３４７１を介して、ガス供給源３４７３（例えば窒素ガス供給源）に接続されている。高真空となっていた真空チャンバ３４１内に、給気ポート３４７を介して適量のガスを供給することにより、真空チャンバ３４１内の圧力を真空搬送室３２１内の圧力と同様の圧力（この例では１Ｐａ程度の中真空）に戻すことができる。ガス供給源から供給されるガスは窒素ガスに限定されるものではないが、低酸素濃度かつ低湿度のガスの方が好ましい。
　真空チャンバ３４１内の圧力は、圧力センサ３４８により検出可能である。圧力センサ３４８の検出値は、例えば、真空チャンバ３４１内の圧力を高真空にするときに、および圧力を中真空に戻すときの制御に用いることができる。
　搬送エリア１５の基板搬送装置１６は、ゲートバルブＧＶ１が設けられた第１ロードロックユニット３１１および第２ロードロックユニット３１２の搬出入口を介してこれらのロードロックユニットに対して基板Ｗを搬出入することができる。真空搬送部３２の真空搬送機３２２は、ゲートバルブＧＶ１が設けられた第１ロードロックユニット３１１および第２ロードロックユニット３１２の搬出入口を介してこれらのロードロックユニットに対して基板Ｗを搬出入することができる。真空搬送部３２の真空搬送機３２２は、真空ベーク部３３の全ての真空ベークユニット３４に対して基板Ｗを搬出入することができる。
　図１に示すように、基板処理システム１は、制御装置１００を備えている。制御装置１００は、たとえばコンピュータからなり、演算部１０１と記憶部１０２とを備える。記憶部１０２には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラム（処理レシピも含む）が格納される。演算部１０１は、記憶部１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。
　プログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置１００の記憶部１０２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
　次に、基板処理システム１内における基板Ｗの処理の流れについて説明する。基板Ｗの処理は制御装置１００による制御の下で行われる。
　まず、搬入出ブロック２の基板搬送装置１３が、キャリア載置エリア１１に載置されたキャリアＣから１枚の基板Ｗを取り出し、取り出した基板Ｗを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置された基板Ｗは、処理ブロック３の基板搬送装置１６によって受渡部１４から取り出されて、液処理エリア２０の１つの液処理ユニット２１に搬入され、そこで予め定められた液処理が施される。
　液処理ユニット２１では、例えば、以下のような工程からなる液処理を実施することができる。まず、スピンチャック２１１により保持されて回転する基板Ｗに、ノズル２１２から薬液（例えばＤＨＦ、ＳＣ１等）を供給して例えば薬液洗浄工程を実施し、次いで、ノズル２１２からリンス液としてＤＩＷを基板Ｗに供給してリンス工程を実施し、次いで、別のノズル２１２からＩＰＡを基板に供給してＩＰＡ置換工程を実施し、最後に、基板に何も液を供給しない状態で基板を高速回転させて基板を乾燥させる乾燥工程を実施する。乾燥処理後の基板には、従来の基準では問題にならない程度の微小な付着物（例えばＩＰＡに溶解していた有機物由来のもの）が付着している。この付着物が後述する真空ベーク処理により除去される。
　液処理ユニット２１での処理を終えた基板Ｗは基板搬送装置１６により液処理ユニット２１から取り出される。次いで、基板Ｗは、ゲートバルブＧＶ２が閉鎖され、かつ、ゲートバルブＧＶ１が開放された状態となっている第１ロードロックユニット３１１に搬入される。次いで、ゲートバルブＧＶ１が閉じられて、第１ロードロックユニット３１１内が真空搬送室３２１内の圧力（例えば１Ｐａ程度）とほぼ等しい圧力となるまで真空引きされる。
　次いで、ゲートバルブＧＶ２が開放され、真空搬送機３２２が第１ロードロックユニット３１１から基板Ｗを取り出す。真空搬送機３２２は、取り出した基板Ｗを、ゲートバルブＧＶ３が開放された状態となっている１つの真空ベークユニット３４の真空チャンバ３４１に搬入し、支持ピン３４４上に載置する。真空搬送機３２２が真空チャンバ３４１から退出すると、ゲートバルブＧＶ３が閉じられる。このときの真空チャンバ３４１内の圧力は真空搬送室３２１内の圧力とほぼ等しい１Ｐａ程度である。
　次に、ターボ分子ポンプＴＭＰにより真空チャンバ３４１内が真空引きされ、例えば１×１０－５Ｐａ程度の高真空とされ、かつ、ヒーター３４３により基板Ｗが予め定められた温度（例えば４０℃～２００℃程度の温度）の温度に加熱される。なお、圧力および温度の設定については後述する。このとき、真空チャンバ３４１内の圧力および基板Ｗの温度は圧力センサ３４８および輻射温度計３４５によりそれぞれ監視され、監視結果に基づいて、所望のプロセス条件が維持されるように、ターボ分子ポンプＴＭＰおよびヒーター３４３の運転状態が制御される。
　上記の真空度および基板温度が維持された状態を予め定められた時間（例えば６０～６００秒程度）継続することにより、基板Ｗの表面に付着している前述した付着物が気化されて、基板Ｗの表面から離脱し、排気ライン３４６１を介して真空チャンバ３４１内から排出される。この真空ベーク処理により、基板Ｗの表面の清浄度をより高くすることができる。
　真空ベーク処理が終了したら、給気ライン３４７１を介して真空チャンバ３４１内にＮ２ガスを供給し、真空チャンバ３４１内の圧力を真空搬送室３２１内の圧力（１Ｐａ程度）とほぼ等しくする。このとき、例えば、圧力センサ３４８により真空チャンバ３４１内の圧力を監視しながら、Ｎ２ガスを供給してゆき、真空チャンバ３４１内の圧力が１Ｐａ程度となったら開閉弁３４７２を閉じるといった手順を採用することができる。
　次に、ゲートバルブＧＶ３が開かれて、真空搬送機３２２が真空チャンバ３４１から基板Ｗを取り出す。取り出された基板Ｗは、ゲートバルブＧＶ２が開放され、かつ、ゲートバルブＧＶ１が閉鎖された状態となっている第２ロードロックユニット３１２に搬入される。次いでゲートバルブＧＶ２が閉じられて、第２ロードロックユニット３１２内に大気（例えばクリーンルーム内の空気）が導入され、第２ロードロックユニット３１２内の圧力が大気圧にされる。第２ロードロックユニット３１２内において、基板載置台に設けられた冷却機構により、基板Ｗの温度が常温（２３℃）付近の温度まで下げられる。基板Ｗの温度を常温まで下げる必要は必ずしもなく、基板Ｗの搬送およびキャリアＣへの収納に支障が無い程度の温度であれば常温より高い温度であっても構わない。
　次に、ゲートバルブＧＶ１が開かれ、搬送エリア１５の基板搬送装置１６が第２ロードロックユニット３１２から基板Ｗを取り出し、受渡部１４まで搬送する。次いで、基板搬送エリア１２の基板搬送装置１３が受渡部１４から基板Ｗを取り出し、元のキャリアＣに収納する。以上により、基板処理システム１内における１枚の基板Ｗに対する一連の搬送および処理が終了する。
　上記実施形態によれば、近年問題となりつつある基板表面に付着した分子レベルの付着物（パーティクル原因物質）を除去することができる。勿論、基板表面に形成されたパターンの内部に付着した付着物の除去も可能である。また、上記実施形態によれば、ウエットプロセス（液処理ユニット２１で実行される処理）から切り離されたドライプロセスである真空ベーク処理により汚染物質の除去を行うため、新たな汚染物質が基板に付着する可能性は低い。
　また、上記実施形態によれば、液処理ユニット２１および真空ベークユニット３４がハウジングを共有する１つの基板処理システム１内に設置されているため、液処理後の基板Ｗを短時間で液処理ユニット２１から真空ベークユニット３４へと搬入することができる。このため、Ｑタイムに関する懸念を払拭することができる。液処理ユニット２１で基板Ｗに付着した付着物は、時間経過とともに、基板周辺雰囲気の物質を吸着して成長するおそれがあり、あるいは、乾燥することにより固着または結晶化が進行するおそれがある。つまり、時間経過とともに、付着物の除去が困難となるおそれがある。上記実施形態によれば、このような問題を解消し、付着物の除去効率を向上させることができる。
　真空ベーク処理による除去対象となる付着物としては、例えば、ウエット洗浄処理（液処理）で最終乾燥工程の直前に基板に供給されるＩＰＡ（イソプロピルアルコール）中に溶解している分子レベルの有機物が例示される。このようなＩＰＡ中に溶解している有機物は、例えば部品間の摺動等による発塵に起因して生じるパーティクル（樹脂または金属の微粉末）とは異なり、ＩＰＡ供給ラインに設けられているフィルタにより除去することはできない。ＩＰＡ供給ラインに設けられている新品のフィルタから有機物が溶出する場合もあり、特にＨＯＴ－ＩＰＡを用いた場合に顕著である。有機物が溶け込んだＩＰＡが基板に供給されると、有機物は、ＩＰＡが蒸発するときに基板上に残留しパーティクルとなる。このようにして生じたパーティクルは例えば２０ｎｍ未満のサイズであるが、このような小さいパーティクルも近年の半導体デバイスの微細化に伴い問題となってきている。また、基板のウエット処理において、脂肪酸等の有機酸を含有する処理液が基板に供給されることもあり、この有機酸もパーティクルの原因となり得る。
　なお、ウエット洗浄処理で最終乾燥工程の直前に基板に供給される液は、リンス液（ＤＩＷ）より表面張力が低く、リンス液との置換が容易で、かつ比較的高揮発性のものであればＩＰＡに限定されるものではない。例えばＩＰＡ以外のアルコール類であってもよい。しかしながら、現在の半導体製造工程においては、実際には殆どの場合でＩＰＡが用いられている。
　上記実施形態では、例えば上記の有機物（付着物）を、気化（あるいは分解および気化）させることにより基板の表面から除去する。原理について以下に簡単に説明する。
　付着物のＣＯＸ線図の蒸気圧線（図５の斜線ＶＰを参照）より下にある圧力で、かつ、離脱限界温度より高い温度の雰囲気に基板を置けば、基板の表面に付着した有機物を除去することができる。ここで、「離脱限界温度」とは、当該温度より低い温度下においては、圧力が除去対象物質のＣＯＸ線図の蒸気圧線より下にあったとしても、基板から離脱させることができない温度を意味し、これは物質毎に異なる。
　一例として、除去対象物質として、脂肪酸の一種であるエルカアミド（Ｃ２２Ｈ４３ＮＯ）を想定する。エルカアミドのＣＯＸ線図を図５に概略的に示す。エルカアミドの沸点（大気圧下）は約４８０℃であり、離脱限界温度は約４０℃である。つまり真空ベーク処理の処理温度は、少なくとも約４０℃以上とする必要がある。ＣＯＸ線図上において２００℃のときの蒸気圧が約８Ｐａ、５０℃のときの蒸気圧が約２×１０－５Ｐａである。蒸気圧線ＶＰ付近の温度で処理を行うと処理時間が長くなるため、処理温度が２００℃のときは例えば１Ｐａの処理圧力で、５０℃のときは例えば１×１０－５Ｐａの処理圧力で、真空ベーク処理を行えばよい。熱により、基板に既に形成されている半導体デバイス構成要素に悪影響が生じるおそれが無いのならば、処理温度を２００℃よりさらに高くすること、例えば上限で３００℃程度まで高くすることも可能ではある。しかしながら、一般的には、基板および基板に既に形成されている半導体デバイス構成要素への熱ダメージあるいは表面酸化を回避する観点からは処理温度の上限は２００℃程度が好ましいものと考えられる。
　さらに処理圧力を低くすることも可能であるが、そうすることにより、真空引き時間が長くなりスループットの低下につながること、及び／又は、さらに高性能な真空ポンプが求められること等のデメリットも考えられる。このため、目下のところ、実用上、処理圧力は低くても１×１０－５Ｐａ程度とすることが好ましい。つまり、処理温度の上限値は基板に悪影響が生じるか否かにより決定することができ、処理圧力の下限値は、スループット、ランニングコスト、装置製造コスト等を考慮して決定することができる。処理温度の下限値は前述した離脱限界温度より高ければよい。つまり、図５において、蒸気圧線ＶＰと、上記の考え方に基づいて決定された処理温度の上限値および処理圧力の下限値を示す２つの直線とに囲まれた三角形のエリア内に位置するような処理条件（処理温度および処理圧力）を決定すればよい。
　エルカアミドは、分子量が大きく、真空ベーク処理による除去対象として想定される物質のうち、特に除去し難いものの一つである。従って、エルカアミドに合わせて処理条件を決定すれば、エルカアミドと同時に他の物質からなる付着物も同時に真空ベーク処理により除去することが可能である。
　真空ベーク処理により、エルカアミドよりも分子量が小さい高級脂肪酸、活性剤等の有機化合物を除去することも可能である。また、有機化合物に限らず、液処理用の無機薬液（例えばフッ酸）の残差（これは分子レベルで基板表面に付着している）も除去することが可能である。エルカアミドよりも蒸気圧線がグラフ中で左上側にある物質については、より低温度、高圧力（低真空度）の処理条件で除去することが可能である。液処理ユニットにおいて基板に施された工程から基板に付着している物質は予測できるため、予測される付着物に対応しうる処理条件を決定すればよい。エルカアミドよりも蒸気圧線が図５のグラフ中で左上側にある物質の場合、処理圧力は例えば１Ｐａ程度の圧力（中真空）であってもよい。なお、処理圧力を過度に高くすると付着物の除去効率が低下するため、処理圧力は１Ｐａ程度以下とすることが好ましい。
　なお、真空ベークにより除去するのに適した付着物としては、基板の表面に物理吸着しているもの、および分子同士の絡み合いにより気化が抑制された結果として基板の表面に付着しているものが挙げられる。基板の表面に物理吸着しているものとしては、水素結合のように極性引力により結合しているもの、ファンデルワールス力により結合しているものが含まれる。半導体基板のウエットプロセス（特に洗浄処理）で用いる処理液由来の付着物の大半のものは上記に該当する。一方で、化学結合（イオン結合、供給結合、金属結合）のような非常に結合エネルギーが高い結合により基板表面に吸着されている（化学吸着されている）物質を除去することは困難であるため、真空ベーク処理により除去する対象には含まれない。また、完全に固化（結晶化）した付着物の除去は困難であり（但し、前述した処理温度例えば２００℃程度で容易に分解されるものは除く）、除去対象の付着物としては、液体または半固体状態のものが主な対象となる。
　＜真空チャンバの変形実施形態＞
　次に、真空ベークユニット３４の変形実施形態について図６を参照して説明する。変形実施形態に係る真空ベークユニット３４は、不動の支持ピン３４４に代えて、昇降可能なリフトピン３４９、リフトピン３４９の昇降機構３４９１、昇降機構３４９１のカバー３４９２が設けられている点のみが図４に示した真空ベークユニット３４と異なり、他の構成は全て同じである。図７では、図面の煩雑化を避けるため、真空チャンバ３４１の底壁３４１２付近に設けられた構成（排気および給気のための構成、輻射温度計３４５等）、圧力センサ３４８、真空搬送室３２１用の真空ポンプ等の記載が省略されている点に留意されたい。
　リフトピン３４９は、真空チャンバ３４１の底壁３４１２に設けられた貫通孔に通されている。リフトピン３４９の下端は、円盤形状あるいはスパイダーアーム状のピン支持体３４９３により支持されている。ピン支持体３４９３は、エアシリンダ等のリニアアクチュエータにより昇降することができる。カバー３４９２は、底壁３４１２に気密に連結されており、リフトピン３４９が通される底壁３４１２の貫通孔を介して真空チャンバ３４１内に大気が流入することを防止している。
　この変形実施形態によれば、基板Ｗを支持しているリフトピン３４９を降下させることにより、基板Ｗを真空チャンバ３４１の底壁３４１２に密接させることができる。この場合、ヒーター３４３からの熱伝導によっても基板Ｗを加熱することができ、基板を迅速に昇温することができる。基板Ｗの温度がある程度上昇したら、リフトピン３４９を上昇させ、その後は、熱輻射により基板Ｗを加熱しながら、真空ベーク処理を行ってもよい。基板Ｗを真空チャンバ３４１の底壁３４１２に密接させる続けたまま、熱伝導により基板を加熱し続けてもよい。
　図４に示すように基板Ｗの裏面が支持ピン３４４のみに接する方がパーティクル低減の観点からより好ましく、この変形実施形態のように裏面が加熱部材と面接触する方が処理時間の短縮の観点からより好ましいというトレードオフの関係が成立する。
　なおこの場合には、ヒーター３４３、特に底壁３４１２に設けるヒーターとして、抵抗加熱ヒーター例えばラバーヒーターを用いることができる。
　図３の実施形態および図７の変形実施形態においても、ヒーター３４３は抵抗加熱ヒーターであってもよい。抵抗加熱ヒーターは、真空チャンバ３４１の壁（３４１１，３４１２）の表面に貼り付けてもよいし、壁の内部に埋設してもよい。ヒーター３４３をランプヒータとする場合には、当該ランプヒータは、壁（３４１１，３４１２）の真空側表面（壁の処理空間に面した内側表面）に設けてもよいし、壁を光透過性材料例えば石英から構成し、壁の外側（真空チャンバ３４１の外側）に設けてもよい。
　ロードロックユニットを介さずに、大気雰囲気空間から真空ベークユニット３４の真空チャンバ３４１に直接基板Ｗを搬入する構成を採用してもよい。この場合、真空チャンバ３４１にロータリーポンプおよびターボ分子ポンプを接続し、最初にロータリーポンプで粗引きを行い、その後にターボ分子ポンプにより真空引きを行うこともできる。
　なお、除去対象の付着物の種類によっては、高真空が必要とされない場合もある。その場合は、ターボ分子ポンプのような高真空用の真空ポンプを用いる必要はなく、例えばロータリーポンプのような中真空用の真空ポンプのみを用いてもよい。
　制御装置１００の記憶部１０２に、予め用意された真空ベーク工程の処理圧力および処理温度の複数種類の組み合わせが格納されていてもよい。この場合、例えば、基板処理システム１のディスプレイ等のユーザーインターフェース（図示せず）に、制御装置１００が複数種類の組み合わせを表示し、オペレータがキーボードまたはタッチパネルにより複数種類の組み合わせから１つの組み合わせが選択できるようになっていてもよい。制御装置１００は、選択された１つの組み合わせに基づいて、真空ベークユニット３４の動作を制御して真空ベーク処理を実行させる。好ましくは、上記の複数種類の組み合わせにおいては、処理圧力が低いほど処理温度が低く設定されている。
　図１に示すように、基板処理システム１は、制御装置１００を備えている。制御装置１００は、たとえばコンピュータからなり、演算部１０１と記憶部１０２とを備える。記憶部１０２には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラム（処理レシピも含む）が格納される。演算部１０１は、記憶部１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　基板は半導体ウエハに限定されるものではなく、ガラス基板、セラミック基板等の半導体装置の製造において用いられる他の種類の基板であってもよい。
　Ｗ　基板
　３４１　真空チャンバ

Claims (13)

  1. 　処理液が供給されることによって液処理された基板を真空チャンバに搬入する工程と、
    　前記真空チャンバ内を常圧よりも低い予め定められた処理圧力とした状態で、予め定められた処理温度で前記基板を加熱することにより、前記液処理により前記基板の表面に付着した付着物を除去する真空ベーク工程と、
    を備え、
    　前記処理温度は、大気圧下における前記付着物の沸点よりも低い温度である、基板処理方法。
  2. 　前記処理温度は３００℃以下である、請求項１記載の基板処理方法。
  3. 　前記処理温度は４０℃～２００℃の範囲内の温度であり、前記処理圧力は１×１０－５Ｐａ～１Ｐａの範囲内の圧力である、請求項１記載の基板処理方法。
  4. 　前記真空ベーク工程の処理圧力および処理温度の複数種類の組み合わせが予め用意され、この用意された複数種類の組み合わせから１つの組み合わせが選択され、選択された処理圧力および処理温度の組み合わせに従い、前記真空ベーク工程が実行され、前記複数種類の組み合わせにおいて、処理圧力が低いほど処理温度が低く設定されている、請求項１記載の基板処理方法。
  5. 　前記液処理は、前記基板の表面を、水よりも表面張力が低い有機溶剤で覆う溶剤被覆工程と、前記有機溶剤で覆われた前記基板を乾燥させる乾燥工程とを含み、前記乾燥工程によって乾燥させられた前記基板が前記真空チャンバに搬入されて前記真空ベーク工程が施される、請求項１記載の基板処理方法。
  6. 　前記付着物には、前記有機溶剤に溶解していた有機化合物由来の物質が含まれる、請求項５記載の基板処理方法。
  7. 　前記真空ベーク工程の実行中には、前記付着物と反応しうる活性を有するガスが前記真空チャンバには供給されない、請求項１記載の基板処理方法。
  8. 　前記真空ベーク工程の終了後、前記基板が前記真空チャンバから搬出されるまでの間にも、前記基板の表面と反応しうる活性を有するガスが前記真空チャンバには供給されない、請求項７記載の基板処理方法。
  9. 　前記基板に処理液を供給して前記基板に液処理を施す液処理工程をさらに備え、前記液処理工程は前記真空ベーク工程を実行する前に実行される、請求項１記載の基板処理方法。
  10. 　前記基板処理方法は、基板処理システムにより実行され、
    　前記基板処理システムは、前記基板処理システムは、基板を収容した基板搬送容器を受け入れて払い出す容器搬出入ブロックと、前記容器搬出入ブロックにある基板搬送容器から取り出された基板を処理する処理ブロックと、を備え、
    　前記処理ブロックに、複数の液処理ユニットが配置される液処理エリアと、前記真空ベーク工程を実行するための複数の機器が設けられた真空処理エリアと、前記液処理エリアと前記真空処理エリアとの間で前記基板を搬送する基板搬送装置が設けられた搬送エリアと、が設けられ、少なくとも前記液処理エリア、前記真空処理エリアおよび前記搬送エリアは共通のハウジング内に設けられており、前記真空処理エリアに設けられる複数の機器には前記真空チャンバを有する少なくとも１つの真空ベークユニットが含まれている、請求項９記載の基板処理方法。
  11. 　前記真空処理エリアに設けられる複数の機器には、第１ロードロックユニットおよび第２ロードロックユニットと、各々が前記真空チャンバを有する複数の真空ベークユニットと、前記第１および第２ロードロックユニットと前記真空ベークユニットとの間において減圧雰囲気で基板を搬送する減圧搬送機と、を備えており、前記搬送エリアの前記基板搬送装置は、前記第１および第２ロードロックユニットとの間で基板を受け渡し可能に設けられており、前記第２ロードロックユニットは前記真空ベーク工程が施された前記基板を冷却する機能を有している、請求項１０記載の基板処理方法。
  12. 　基板処理システムであって、
    　基板を収容した基板搬送容器を受け入れて払い出す容器搬出入ブロックと、前記容器搬出入ブロックにある基板搬送容器から取り出された基板を処理する処理ブロックと、を備え、
    　前記処理ブロックに、複数の液処理ユニットが配置される液処理エリアと、基板に対して真空ベーク工程を実行するための複数の機器が設けられた真空処理エリアと、前記液処理エリアと前記真空処理エリアとの間で前記基板を搬送する基板搬送装置が設けられた搬送エリアと、が設けられ、少なくとも前記液処理エリア、前記真空処理エリアおよび前記搬送エリアは共通のハウジング内に設けられており、前記真空処理エリアに設けられる複数の機器には請求項１に記載された基板処理方法における真空ベーク工程を実行するための真空チャンバを有する少なくとも１つの真空ベークユニットが含まれている、基板処理システム。
  13. 　前記真空処理エリアに設けられる複数の機器には、第１ロードロックユニットおよび第２ロードロックユニットと、各々が前記真空チャンバを有する複数の真空ベークユニットと、前記第１および第２ロードロックユニットと前記真空ベークユニットとの間において減圧雰囲気で基板を搬送する減圧搬送機と、を備えており、前記搬送エリアの前記基板搬送装置は、前記第１および第２ロードロックユニットとの間で基板を受け渡し可能に設けられており、前記第２ロードロックユニットは前記真空ベーク工程が施された前記基板を冷却する機能を有している、請求項１２記載の基板処理システム。
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