JP5477131B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、洗浄などの処理が行われた被処理基板を、超臨界流体を利用して乾燥する技術に関する。
被処理基板である例えば半導体ウエハ（以下、ウエハという）の表面に集積回路の積層構造を形成する半導体装置の製造工程においては、薬液などの洗浄液によりウエハ表面の微小なごみや自然酸化膜を除去するなど、液体を利用してウエハ表面を処理する液処理工程が設けられている。
例えばウエハの洗浄を行う枚葉式のスピン洗浄装置は、ノズルを用いてウエハの表面に例えばアルカリ性や酸性の薬液を供給しながらウエハを回転させることによってウエハ表面のごみや自然酸化物などを除去する。この場合にはウエハ表面は、例えば純水などによるリンス洗浄により残った薬液が除去された後、ウエハを回転させて残った液体を振り飛ばす振切乾燥などによって乾燥される。
ところが半導体装置の高集積化に伴い、こうした液体などを除去する処理において、いわゆるパターン倒れの問題が大きくなってきている。パターン倒れは、例えばウエハ表面に残った液体を乾燥させる際に、パターンを形成する凹凸の例えば凸部の左右に残っている液体が不均一に乾燥することにより、この凸部を左右に引っ張る表面張力のバランスが崩れて液体の多く残っている方向に凸部が倒れる現象である。
こうしたパターン倒れを抑えつつウエハ表面に残った液体を除去する手法として超臨界状態の流体（超臨界流体）を用いた乾燥方法が知られている。超臨界流体は、液体と比べて粘度が小さく、また液体を溶解する能力も高いことに加え、超臨界流体と平衡状態にある液体や気体との間で界面が存在しない。そこで、液体の付着した状態のウエハを超臨界流体と置換し、しかる後、超臨界流体を気体に状態変化させると、表面張力の影響を受けることなく液体を乾燥させることができる。
ここで特許文献１には、洗浄部にて洗浄された基板を基板搬送ロボットにより乾燥装置内に搬送し、この乾燥装置内にて基板を超臨界流体と接触させて基板表面に付着している洗浄液を除去する技術が記載されている。この特許文献１に記載の技術では、被処理基板を搬送室に搬入して搬送用のロボットに受け渡し、しかる後、乾燥処理室に移送してから超臨界流体による乾燥を実行するので、処理が開始されるまでの間に被処理基板表面の液体が乾燥してしまいパターン倒れが発生してしまうおそれがある。
特開２００８−７２１１８号公報：段落００２５〜００２９、図１
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パターン倒れや汚染の発生を抑えつつ、被処理基板を乾燥することの可能な基板処理装置を提供することにある。
本発明に係る基板処理装置は、被処理基板を保持して液体に浸漬するための液槽と、
この液槽を内部の処理空間に配置し、当該液槽内の液体を超臨界状態の流体に置換してから、この処理空間内を減圧することにより、前記流体を気体にして前記被処理基板を乾燥する処理が行われる処理容器と、
この処理容器に、液状態または超臨界状態で前記流体を供給する流体供給部と、
前記液槽内の液体が排出される排液部と、
前記液槽を、前記処理容器内の処理位置と、当該処理容器の外部の気相雰囲気であり当該液槽に対して基板の受け渡しが行われる準備位置との間で移動させるための移動機構と、
前記処理容器に供給された流体を超臨界状態とし、または、その超臨界状態を維持するために、前記処理空間を加熱する加熱機構と、
前記準備位置に移動した液槽を冷却する冷却機構と、を備えたことを特徴とする。
前記基板処理装置は以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記液体は揮発性の液体であり、当該液体は前記冷却機構による冷却が行われてから液槽に供給されること。
（ｂ）被処理基板は、前記冷却機構による液槽の冷却が行われてからこの液槽内の液体に浸漬されること。
（ｃ）前記液槽は被処理基板を縦向きに保持するように構成されていること。
（ｄ）前記移動機構は、前記液槽を横方向に移動させるように構成されていること。
（ｅ）前記液槽は基板を液体に浸漬した状態で前記準備位置から処理位置に移動し、前記液槽には、処理容器に形成された搬入出口を開閉する蓋部材が一体に設けられ、前記開口部を塞いでいる蓋部材の開放を阻止するためのストッパ機構を備えること。
本発明によれば、処理容器の内外を移動する液槽が当該処理容器の外部の準備位置に移動してきたとき、この液槽を冷却することができる一方、処理容器側では前記液槽とは独立して処理容器を加熱することができる。このため、例えば被処理基板の搬入時には処理容器の外で液槽を冷却して液槽中の液体の蒸発や被処理基板の乾燥を抑制する一方、処理容器は加熱状態を維持し、液槽が処理容器内に移動した後、所定の温度まで処理容器内を昇温する時間を短縮して応答性を向上させるなど、自由度の高い運転を実現することができる。
本実施の形態の洗浄システムの平面図である。 前記洗浄システム内の洗浄装置の一例を示す縦断側面図である。 本実施の形態の超臨界処理装置及びウエハの受け渡し機構の一例を示す斜視図である。 前記超臨界処理装置の外観構成を示す一部破断斜視図である。 前記超臨界処理装置に設けられている内チャンバーの構成を示す一部破断斜視図である。 前記超臨界処理装置への各種の処理流体の供給、排出系統を示す説明図である。 前記超臨界処理装置の作用を示す第１の説明図である。 前記超臨界処理装置の作用を示す第２の説明図である。 前記超臨界処理装置の作用を示す第３の説明図である。 前記超臨界処理装置の作用を示す第４の説明図である。
本発明の基板処理装置を備えた基板処理システムの一例として、被処理基板であるウエハＷに洗浄液を供給して洗浄処理を行う洗浄装置２と、超臨界流体を利用して前記洗浄処理後のウエハＷを乾燥する超臨界処理装置３とを備えた洗浄処理システム１について説明する。図１は洗浄処理システム１の全体構成を示す横断平面図であり、当該図に向かって左側を前方とすると、洗浄処理システム１は、例えば直径３００ｍｍの複数枚のウエハＷを収納したＦＯＵＰ７が載置される載置部１１と、ＦＯＵＰ７と洗浄処理システム１との間でのウエハＷの搬入出が行われる搬入出部１２と、搬入出部１２と後段のウエハ処理部１４との間でのウエハＷの受け渡しが行われる受け渡し部１３と、ウエハＷを洗浄装置２、超臨界処理装置３内に順番に搬入して洗浄処理や超臨界処理が行われるウエハ処理部１４と、を前方からこの順番に接続した構造となっている。
載置部１１は、例えば４個のＦＯＵＰ７が載置可能な載置台として構成され、載置台上に載置された各ＦＯＵＰ７を搬入出部１２に接続する。搬入出部１２では、各ＦＯＵＰ７との接続面に設けられた不図示の開閉機構により、ＦＯＵＰ７の開閉扉が取り外され、例えば前後方向に進退自在、左右方向に移動自在、及び回動、昇降自在に構成された第１の搬送機構１２１によって、ＦＯＵＰ７内と受け渡し部１３との間でウエハＷが搬送される。前後を搬入出部１２とウエハ処理部１４とに挟まれた受け渡し部１３には、例えば８枚のウエハＷを載置可能なバッファとしての役割を果たす受け渡し棚１３１が設けられており、この受け渡し棚１３１を介してウエハＷが搬入出部１２とウエハ処理部１４との間を搬送される。
ウエハ処理部１４には、受け渡し部１３との間の開口部から前後方向に向かって伸びるウエハ搬送路１４２が設けられている。そしてこのウエハ搬送路１４２の手前側から見て左手には、例えば３台の洗浄装置２が当該ウエハ搬送路１４２に沿って列設されており、同じく右手には、本実施の形態の基板処理装置である例えば２台の超臨界処理装置３が列設されている。ウエハ搬送路１４２内には、ウエハ搬送路１４２に沿って移動可能、左右の洗浄装置２、超臨界処理装置３に向けて進退可能、そして回動、昇降可能に構成された第２の搬送機構１４１が設けられており、既述の受け渡し棚１３１と各洗浄装置２、超臨界処理装置３との間でウエハＷを搬送することができる。ここでウエハ処理部１４内に配置される洗浄装置２や超臨界処理装置３の個数は、上述の例に限定されるものではなく、単位時間当たりのウエハＷの処理枚数や、洗浄装置２、超臨界処理装置３での処理時間の違いなどにより適宜選択され、またこれら洗浄装置２や超臨界処理装置３のレイアウトも図１に示した例とは異なる配置を採用してもよい。
洗浄装置２は例えばスピン洗浄によりウエハＷを１枚ずつ洗浄する枚葉式の洗浄装置２として構成され、例えば図２の縦断側面図に示すように、処理空間を形成するアウターチャンバー２１内に配置されたウエハ保持機構２３にてウエハＷをほぼ水平に保持し、このウエハ保持機構２３を鉛直軸周りに回転させることによりウエハＷを回転させる。そして回転するウエハＷの上方にノズルアーム２４を進入させ、その先端部に設けられた薬液ノズル２４１から薬液及びリンス液を予め定められた順に供給することによりウエハの面の洗浄処理が行われる。また、ウエハ保持機構２３の内部にも薬液供給路２３１が形成されており、ここから供給された薬液及びリンス液によってウエハＷの裏面洗浄が行われる。
洗浄処理は、例えばアルカリ性の薬液であるＳＣ１液（アンモニアと過酸化水素水の混合液）によるパーティクルや有機性の汚染物質の除去→リンス液である脱イオン水（DeIonized Water：ＤＩＷ）によるリンス洗浄→酸性薬液である希フッ酸水溶液（以下、ＤＨＦ（Diluted HydroFluoric acid））による自然酸化膜の除去→ＤＩＷによるリンス洗浄がこの順に行われる。これらの薬液はアウターチャンバー２１内に配置されたインナーカップ２２やアウターチャンバー２１に受け止められて排液口２２１、２１１より排出される。またアウターチャンバー２１内の雰囲気は排気口２１２より排気されている。
薬液による洗浄処理を終えたら、ウエハ保持機構２３の回転を停止してから当該表面に乾燥防止用のＩＰＡ（IsoPropyl Alcohol）を供給し、ウエハＷの表面及び裏面に残存しているＤＩＷと置換する。こうして洗浄処理を終えたウエハＷは、その表面にＩＰＡが液盛りされた状態のまま例えばウエハ保持機構２３に設けられた不図示の受け渡し機構により第２の搬送機構１４１に受け渡され、洗浄装置２より搬出される。
洗浄装置２での洗浄処理を終えたウエハＷは表面にＩＰＡの液盛りがされた状態のまま超臨界処理装置３に搬送され、超臨界流体を利用して表面の液体を除去し、ウエハＷを乾燥する超臨界処理が行われる。以下、本実施の形態に係る超臨界処理装置３の構成について図３〜図６を参照しながら説明する。図３〜図１０においては、図に向かって左側を前方として説明を行う。
図３は、各超臨界処理装置３が格納されている筐体４０１内の様子を示す一部破断斜視図である。超臨界処理装置３は各筐体４０１内の例えば床面上に配置されており、その上方側の空間は、超臨界処理装置３と既述の第２の搬送機構１４１との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡し機構が設けられている。本例では、この受け渡し機構として、ウエハＷを保持して搬送する受け渡しアーム４１と、超臨界処理前の、超臨界処理装置３へと搬入されるウエハＷが専用に載置される搬入棚４２と、超臨界処理を終え、超臨界処理装置３から搬出されたウエハＷが専用に載置される搬出棚４３と、が設けられている。
受け渡しアーム４１は、例えば筐体４０１内の底部に配置されている超臨界処理装置３の上方側、後方寄りの位置に配置されており、先端部に設けられたフォーク４１１によってウエハＷの側周面を把持することなどにより、当該ウエハＷを１枚ずつ保持することが可能な、多関節型の６軸アームである。また受け渡しアーム４１は、仕切板４０６によって仕切られた空間内に設けられており、受け渡しアーム４１の作動によって発生するパーティクルなどがウエハＷの搬送される空間へ進入しにくくなっている。図中、４０５はウエハＷの受け渡しを行う空間に受け渡しアーム４１を進入させるためのアクセス口である。
搬入棚４２及び搬出棚４３は、例えば超臨界処理装置３の上方側、前方寄りの位置に２つの棚４２、４３が上下に並ぶように設けられており、超臨界処理前のウエハＷが置かれる搬入棚４２を下方側に、超臨界処理後のウエハＷが置かれる搬出棚４３を上方側に配置した構成となっている。これら搬入、搬出棚４２、４３は、ウエハＷを１枚ずつ水平に保持することが可能な載置棚として構成され、例えば各棚４２、４３に設けられた３本の昇降ピンを介して第２の搬送機構１４１及び受け渡しアーム４１との間でウエハＷの受け渡しを行うことができる。
さらに搬入棚４２は、液体を満たすことが可能な皿形状に構成され、不図示のＩＰＡ供給部から供給されたＩＰＡ中に浸漬した状態でウエハＷを保持することにより、ウエハＷ表面の自然乾燥を防いで、超臨界処理前のパターン倒れの発生を防いでいる。
そして筐体４０１内を手前側から見ると、これら搬入棚４２及び搬出棚４３の配置位置を手前側から見ると、これらの棚４２、４３は、ウエハＷの受け渡しを行って超臨界処理の準備をする準備位置にて上面に向かって開口する内チャンバー３２の上方側、側方寄りの位置に配置されている。これにより、上面に向けて開口する内チャンバー３２へのウエハＷの搬送経路が確保され、搬入棚４２や搬出棚４３と干渉することなく迅速にウエハＷを搬送することができる。
図３中、４０３は洗浄装置２にて洗浄処理を終えたウエハＷが搬入される搬入口、４０４は超臨界処理を終えたウエハＷが搬出される搬出口であり、第２の搬送機構１４１は、これらの搬入、搬出口４０３、４０４を介して筐体４０１内に進入する。また図３中、４０２は筐体４０１内に清浄空気のダウンフローを形成するためのＦＦＵ（Fan Filter Unit）、４０７は当該ダウンフローの排気口である。
各筐体４０１内に設けられた例えば超臨界処理装置３は、互いにほぼ同様の構成を備えており、超臨界流体を利用してウエハＷ表面に気液界面を形成せずにウエハＷを乾燥する超臨界処理を実行することができる。図４、図５に示すように超臨界処理装置３は、超臨界処理が行われる処理容器である外チャンバー３１と、ウエハＷをＩＰＡ中に浸漬した状態で外チャンバー３１内に搬入する内チャンバー３２とを備えている。内チャンバー３２は、本実施の形態の液槽に相当している。
図４の各図に示すように外チャンバー３１は、縦方向に扁平な直方体形状の耐圧容器として構成されており、図６に示すように、その内部には内チャンバー３２を格納することが可能な処理空間３１０が形成されている。図１に示すように外チャンバー３１は幅の狭い面をウエハ搬送路１４２の方向に向けて配置されており、その前面には内チャンバー３２を搬入出するための開口部３１１が設けられている（図４（ａ））。
また図６に示すように外チャンバー３１には例えば抵抗発熱体からなるヒーター３１２が設けられていて、電源部３１３からの給電により、外チャンバー３１の本体を加熱し、これにより処理空間３１０内に供給された例えば液体ＣＯ２を超臨界状態にすることができる。また本例における電源部３１３はその出力を増減することが可能であり、外チャンバー３１本体及び処理空間３１０の温度を調整することができる。ヒーター３１２は本実施の形態の加熱機構に相当する。
さらに図４に示すように、例えば外チャンバー３１の本体側面の底部寄りの位置にはＣＯ２供給ライン５１１が接続されていて、このＣＯ２供給ライン５１１は、図６に示すようにバルブＶ１、フィルター及びポンプからなる送液機構５１２を介してＣＯ２貯留部５１に接続されている。ＣＯ２貯留部５１には液体ＣＯ２が貯留されており、これらＣＯ２供給ライン５１１、送液機構５１２及びＣＯ２貯留部５１は、外チャンバー３１の処理空間３１０内に液体ＣＯ２を供給するための流体供給部を構成している。
また図４、図６に示す、例えば外チャンバー３１本体の天井面に設けられた５３１は、処理空間３１０内に液体ＣＯ２を供給する際に処理空間３１０内の雰囲気を排気し、また超臨界処理を終えた後の超臨界状態のＣＯ２を排気して処理容器３１内を減圧するための排気ラインであり、バルブＶ４の開閉により処理空間３１０内を排気、密閉する役割を果たす。ここでバルブＶ４は圧力調整弁の役割も果たしており、処理空間３１０内の圧力を調整しながら処理空間３１０内の雰囲気を排気することができる。また、処理後の超臨界状態のＣＯ２を排気するという観点において、排気ライン５３１は本実施の形態の排気部に相当している。
図４（ａ）、図５に示すように内チャンバー３２は例えば２枚のウエハＷを縦向きに格納することが可能に形成された容器であり、乾燥防止用の液体であるＩＰＡ中に浸漬した状態でウエハＷを保持できる。内チャンバー３２は、処理空間３１０より幅の狭い、縦方向に扁平な形状に形成されており、内チャンバー３２を処理空間内３１０に配置したとき、外チャンバー３１の内面と内チャンバー３２の外面との間には、処理空間３１０に供給された液体ＣＯ２や超臨界状態のＣＯ２を通流させるための空間が形成されるうになっている。本例に係る内チャンバー３２は、超臨界流体を扱う処理空間３１０の容積をできるだけ小さくする必要性と、洗浄処理システム１全体のウエハＷの処理スピードとの兼ね合いから、例えば２枚のウエハＷを格納する構成とした。但し、内チャンバー３２に格納可能なウエハＷの枚数はこれに限られるものではなく、１枚のみまたは３枚以上のウエハＷを格納する構成としてもよい。また、内チャンバー３２に複数枚のウエハＷを格納する場合には、例えば隣り合うウエハＷにて、パターンが形成される面同士を対向させるように配置することにより当該面へのパーティクル等の付着を避けるようにするとよい。ウエハＷの枚数が奇数枚の場合には、残る１枚のウエハＷは、パターンの形成面を他のウエハＷ側に向け、内チャンバー３２の壁面に対向させないようにすることが好ましい。
図５に示すように内チャンバー３２の上面には開口部が設けられており、受け渡しアーム４１に保持されたウエハＷはこの開口部を介して内チャンバー３２内に搬入される。また内チャンバー３２の開口部には例えば鋸歯状の切り欠き部３２２が形成されており、処理空間３１０内の超臨界流体を内チャンバー３２内へと流れ込みやすくしている。但し図示の便宜上、図４（ａ）、図５、図６以外の図では内チャンバー３２の切り欠き部３２２の記載は省略してある。
また内チャンバー３２の底部はウエハＷの形状に沿って湾曲した形状となっており、その内部側の底面には２枚のウエハＷを保持するためのウエハ保持部材３２３が設けられている。ウエハ保持部材３２３には、ウエハＷの形状に沿った溝が形成されており、ウエハＷの周縁部をこの溝内に嵌合させてウエハＷを縦向きに保持することができる。またウエハ保持部材３２３は、内チャンバー３２に供給されたＩＰＡが各ウエハＷの表面に十分に接触し、且つ、ウエハＷを保持したフォーク４１１が内チャンバー３２内に進入しても、ウエハＷやフォーク４１１が他のウエハＷや内チャンバー３２本体と干渉しないように溝の配置位置や溝同士の間隔が調整されている。
図５に示すように例えば内チャンバー３２の底面には、ウエハ保持部材３２３の形成されていない領域が設けられており、ここには内チャンバー３２内にＩＰＡを供給し、また排出するための排液部である開口部３２４が設けられている。この開口部３２４はＩＰＡの供給・排液ライン５２４と接続されており、当該供給・排液ライン５２４は後述の蓋部材３２１の内部を通って切替弁５２５に接続されている（図６）。後述するように内チャンバー３２は前後方向に移動可能に構成されているので、供給・排液ライン５２４は例えば耐圧性を備えたフレキシブル配管などにより構成され、内チャンバー３２の移動に伴って変形することができる。図６中、Ｖ３はバルブである。
切替弁５２５は、内チャンバー３２にＩＰＡを供給するためのＩＰＡ供給ライン５２１、内チャンバー３２から排出されたＩＰＡを回収するための回収ライン５２３及び上述の供給・排液ライン５２４と接続されている。ＩＰＡ供給ライン５２１は、開閉バルブＶ２、フィルター及びポンプからなる送液機構５２２を介してＩＰＡを貯留したＩＰＡ貯留部５２に接続されている。一方、回収ライン５２３は内チャンバー３２から排出されたＩＰＡを回収可能なようにＩＰＡ貯留部５２に直接接続されている。
図５に示すように内チャンバー３２は、例えば幅の狭い側面部にて厚板状の蓋部材３２１に固定されている。そしてこの蓋部材３２１を横方向に前後に移動させることによって、受け渡しアーム４１との間でのウエハＷの受け渡しが行われる外チャンバー３１外部の準備位置と、処理空間３１０内の処理位置との間で内チャンバー３２を移動させることができる。また図６に破線で示すように、処理位置に内チャンバー３２を搬送した蓋部材３２１は外チャンバー３１の開口部３１１を開閉する役割も果たしている。外チャンバー３１の開口部３１１の周囲には、当該開口部３１１を取り囲むように不図示のＯリングが設けられており、蓋部材３２１は、このＯリングを押しつぶして処理空間３１０内を密閉する。
図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように蓋部材３２１は台座部３５に支持されており、この台座部３５には内チャンバー３２を搬送する方向に沿って当該台座部３５を切り抜いた走行軌道３５１が形成されている。一方、蓋部材３２１の下端部には、当該走行軌道３５１内に向けて下方側に伸びだした走行部材３２５が設けられている。そして図４（ａ）、図６に示すように、この走行部材３２５には走行軌道３５１に沿って掛け渡されたボールネジ３５３が貫通していて、これら走行部材３２５とボールネジ３５３とはボールネジ機構を構成している。このボールネジ機構は、内チャンバー３２を移動させる移動機構に相当している。
そしてボールネジ３５３の一端に設けられた駆動部３５２により当該ボールネジ３５３を左右いずれかの方向に回転させ、走行軌道３５１内で走行部材３２５を走行させることにより蓋部材３２１を移動させて、内チャンバー３２を準備位置から処理位置まで搬送する。また内チャンバー３２を処理位置から準備位置まで搬送する際には、ボールネジ３５３を反対方向に回転させる。但し蓋部材３２１を移動させる機構は、上述したボールネジ機構の例に限定されるものではなく、例えばリニアモータや伸縮アーム、エアシリンダーなどを用いて移動させてもよい。
また図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように超臨界処理装置３には、蓋部材３２１や内チャンバー３２が移動する領域を側面から覆うように、周囲壁３３が設けられている。周囲壁３３は蓋部材３２１の走行方向に沿って伸びる２枚の側壁部材３３１と、外チャンバー３１の開口部３１１と対向するように設けられた前方壁部材３３２とから構成されている。そして前記２枚の側壁部材３３１の外チャンバー３１側の一端が当該外チャンバー３１の側壁面に強固に固定されていることにより、周囲壁３３は外チャンバー３１と一体になっている。
また超臨界処理装置３は、処理空間３１０内でＣＯ２を超臨界状態とすることなどにより蓋部材３２１が受ける内圧に抗して、蓋部材３２１を外チャンバー３１側へ向けて押さえつけ、当該蓋部材３２１の開放を阻止するための固定板３４を備えている。この固定板３４は、内チャンバー３２及び蓋部材３２１が移動する領域から退避した退避位置と、蓋部材３２１を外チャンバー３１側へ向けて手前側から固定する固定位置との間を、不図示の駆動機構により左右方向に移動可能に構成されている。
一方、各側壁部材３３１には、左右方向に移動する前記固定板３４を貫通させることが可能な嵌入孔３３３が形成されており、周囲壁３３（側壁部材３３１）の外方の待機位置で待機している固定板３４は、一方側の側壁部材３３１の嵌入孔３３３を通り抜けて固定位置へと移動することができる。また固定位置まで移動した固定板３４は、その左右両端部が各側壁部材３３１の嵌込孔３３３に嵌め込まれた状態となり、この結果、固定板３４が「かんぬき」のように側壁部材３３１に係止され、処理空間３１０内の圧力に抗して蓋部材３２１を外チャンバー３１に向けて押さえつけることができる（図１の超臨界処理装置３及び図４（ｂ）参照）。蓋部材３２１の開放を阻止する役割を果たす固定板３４及び嵌入孔３３３を備えた側壁部材３３１は、本例のストッパ機構を構成している。
さらに本実施の形態に係る超臨界処理装置３には、外チャンバー３１の外の例えば準備位置まで移動した内チャンバー３２を冷却するための冷却機構が設けられている。図４（ｂ）、図６に示すように、本例に係る冷却機構は、例えば周囲壁３３の側壁部材３３１に形成された冷却用空気の噴出孔３３５と、この噴出孔３３５に冷却用空気を供給するために側壁部材３３１内に形成された拡散空間３３４と、冷却用空気供給ライン５４１を介してこの拡散空間３３４に接続された冷却用空気供給部５４２と、を備えている。
噴出孔３３５は、外チャンバー３１から搬出され、例えば準備位置まで移動した内チャンバー３２の、前方から見て左右の側壁面に対向するように、側壁部材３３１の壁面に多数設けられた開孔部である。噴出孔３３５は、内チャンバー３２へ向けて冷却用の空気を吹き付けることにより、当該内チャンバー３２を冷却する役割を果たす。
拡散空間３３４は、各噴出孔３３５に冷却用の空気を供給するために側壁部材３３１の内部に形成された空間である。冷却用空気供給ライン５４１は、当該ライン５４１に介設された開閉バルブＶ５の開閉により、拡散空間３３４へ向けて冷却用空気の給断を行うことができる。また、冷却用空気供給部５４２は例えばコンプレッサーや工場用力の空気供給配管などから構成され、冷却用空気供給ライン５４１を介して清浄な冷却用空気を拡散空間３３４へ向けて供給する。
以上に説明した構成を備えた超臨界処理装置３を含む洗浄処理システム１は、図１、図６に示すように制御部６と接続されている。制御部６は例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部にはこれら洗浄処理システム１や洗浄装置２、超臨界処理装置３の作用、即ちＦＯＵＰ７からウエハＷを取り出して洗浄装置２に搬送し洗浄処理を行い、次いで超臨界処理装置３にてウエハＷの超臨界処理を行ってからＦＯＵＰ７内にウエハＷを搬入するまでの動作に係わる制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
特に超臨界処理装置３について制御部６は、図６に示すようにＣＯ２供給ライン５１１及びＩＰＡ供給ライン５２１の各送液機構５１２、５２２に接続されて液体ＣＯ２やＩＰＡの供給タイミングを調節し、また外チャンバー３１に設けられた不図示の圧力計の検出値に基づいて送液機構５１２の吐出圧を調節することができるようになっている。また制御部６は各バルブＶ１〜Ｖ５の開閉タイミングの調節や、駆動部３５２よるボールネジ３５３の回転タイミングや回転方向、回転量の調節、切替弁５２５に接続されるライン（ＩＰＡ供給ライン５２１、回収ライン５２３）の切り替えなども行うことができる。さらに制御部６は、不図示の温度計からの処理空間３１０内の温度の検出結果に基づいて、電源部３１３からヒーター３１２へ供給される電力を増減し処理空間３１０内の温度を予め設定した温度に調節し、また準備位置まで移動した内チャンバー３２の冷却を実行させるため、冷却機構を作動させるタイミングなどを制御する役割も果たす。
以上に説明した構成を備えた超臨界処理装置３の作用について説明する。既述のように洗浄装置２における洗浄処理を終え、乾燥防止用のＩＰＡが液盛りされたウエハＷが第２の搬送機構１４１に受け渡されたら、第２の搬送機構１４１は、例えば予め設定された処理スケジュールに基づいて、いずれか一方の筐体４０１内に搬入口４０３を介して進入し、当該ウエハＷを搬入棚４２の昇降ピンに受け渡す。
超臨界処理装置３の内チャンバー３２へと直ちにウエハＷを搬入することが可能な場合には、搬入棚４２ではウエハＷを受け取った状態のままウエハＷの下方に受け渡しアーム４１のフォーク４１１を進入させ、次いで昇降ピンを降下させることによりウエハＷをフォーク４１１に受け渡す。内チャンバー３２にウエハＷを搬入するまでに待ち時間が発生する場合には、昇降ピンを降下させて皿状の搬入棚４２内にウエハＷを載置し、ウエハＷの表面にＩＰＡを供給して乾燥を防ぐ。そして内チャンバー３２側の準備が整ったら昇降ピンを上昇させてフォーク４１１にウエハＷを受け渡す。
一方、内チャンバー３２は、図７（ａ）に示すようにチャンバー内にＩＰＡを満たした状態で待機位置にて待機している。搬入棚４２からウエハＷを受け取った受け渡しアーム４１は、ウエハＷを縦向きに起こすと共にフォーク４１１の先端が内チャンバー３２の開口部に向くように各回転軸を回転させた後、フォーク４１１を降下させてウエハＷを内チャンバー３２内に搬入する。
この搬入動作を迅速に実行することにより、ウエハＷの姿勢を縦向きに変換する際に、ウエハＷ表面に液盛りされているＩＰＡの一部がこぼれ落ちたとしても、短時間の間であればウエハＷの表面にＩＰＡの液膜が残っている。そこでこの液膜が残っているうちに内チャンバー３２内にウエハＷを搬入してしまうことによって、ウエハＷの表面が乾燥する前に内チャンバー３２のＩＰＡ中にウエハＷを浸漬し、パターン倒れの発生を抑えつつウエハＷの受け渡しを行うことができる。
フォーク４１１をさらに降下させて、ウエハＷの下端部がウエハ保持部材３２３の溝の内側に嵌って保持されたら、フォーク４１１によるウエハＷの保持を解除して受け渡しアーム４１を上昇させ、当該フォーク４１１を内チャンバー３２から退避させる。そして２枚のウエハＷに対して上述の受け渡し動作を繰り返し、図７（ｂ）に模式的に示すように２枚のウエハＷを内チャンバー３２に保持し、ＩＰＡに浸漬された状態とする。
このように内チャンバー３２へのウエハＷの搬入操作が実行されている期間中、外チャンバー３１側においては、例えば電源部３１３の出力が低出力状態となっている。本例では例えば外チャンバー３１本体は例えばＣＯ２の臨界温度より低く、且つ、超臨界処理装置３が設置されている筐体４０１内の雰囲気の温度よりも高い、例えば２８℃程度に予熱されている。
そして内チャンバー３２に２枚のウエハＷが保持されたら、駆動部３５２によりボールネジ３５３を駆動させて内チャンバー３２を処理位置まで移動させる（図７（ｃ））。このとき内チャンバー３２からＩＰＡが排出されないように供給・排液ライン５２４のバルブＶ３は閉となっており（図７（ｃ）中に「Ｓ」と記してある。以下同じ）、また外チャンバー３１側においてもＣＯ２供給ライン５１１及び排気ライン５３１のバルブＶ１、Ｖ４は閉となっている。
そして図４（ｂ）に示すように固定板３４を待機位置から固定位置まで移動させたら、ＣＯ２供給ライン５１１側の送液機構５１２のバルブＶ１を開とし（図８（ａ）中に「Ｏ」と記してある。以下同じ）、ポンプを作動させて処理空間３１０内に液体ＣＯ２を供給する。例えば大気圧雰囲気となっている処理空間３１０内に液体ＣＯ２が供給されると、液体ＣＯ２の一部が気化して処理空間３１０内の圧力が上昇し、気相側の雰囲気が液体ＣＯ２と平衡状態になる。
しかる後、処理空間３１０内の雰囲気が例えば６ＭＰａ〜９ＭＰａの範囲内の例えば７．５ＭＰａとなるように開度を調節しながらバルブＶ４を開くと、ＣＯ２供給ライン５１１から供給されるＣＯ２の液体の状態が保たれたまま気相側の雰囲気が追い出され、処理空間３１０内が液体ＣＯ２で置換されていく（図８（ａ））。このときにも電源部３１３からの出力は低出力となっており、外チャンバー３１本体や処理空間３１０内の内チャンバー３２やウエハＷ、液体ＣＯ２などの温度は、ＣＯ２の臨界温度よりも低く、且つ外部雰囲気の温度よりも高い例えば２８℃程度に予熱された状態となっている。
そして液体ＣＯ２の液面の位置が、図５に示した内チャンバー３２の切り欠き部３２２の下端程度の位置まで到達し、液体ＣＯ２が内チャンバー３２に流れ込むことが可能な状態となったら、ＣＯ２供給ライン５１１及び排気ライン５３１のバルブＶ１、Ｖ４を閉じて外チャンバー３１を密閉する（図８（ｂ））。
しかる後、図８（ｃ）に示すように電源部３１３の出力を高出力としてヒーター３１２への給電量を増やし、処理空間３１０内の温度が例えば３０℃〜９０℃の範囲の４０℃となるように加熱を行う。ＣＯ２の臨界点は、７．３８ＭＰａ、３１．１℃であるので、この加熱操作により液体ＣＯ２が超臨界状態に変化し、ＣＯ２の気液界面が消失して処理空間３１０内が超臨界状態のＣＯ２で満たされた状態となる。
ここで大気圧におけるＩＰＡの沸点は８２．４℃であるので、７．５ＭＰａ、４０℃の処理空間３１０内においては内チャンバー３２内のＩＰＡは液体の状態を保っており、ＩＰＡに浸漬されたウエハＷの表面も濡れた状態となっている。このとき図９（ａ）に示すように供給・排液ライン５２４のバルブＶ３を開くと、内チャンバー３２内のＩＰＡは内チャンバー３２の開口部を介して超臨界状態のＣＯ２によって押され、また重力が働いて供給・排液ライン５２４に向けて流れていく。この際に図６に示した切替弁５２５を回収ライン５２３側に切り替えておくことにより、内チャンバー３２から流れ出たＩＰＡはＩＰＡ貯留部５２に回収される。
内チャンバー３２の底面に接続された供給・排液ライン５２４からＩＰＡが流出していくと、処理空間３１０内の超臨界状態のＣＯ２が膨張し、上面側の開口部を介して内チャンバー３２内へと進入する。この結果、内チャンバー３２内のＩＰＡが上方側から下方側へ向けて超臨界状態のＣＯ２へと置換されていくことになるが、超臨界状態のＣＯ２は表面張力が働かないため、パターン倒れを殆ど引き起こすことなくウエハＷ表面の雰囲気を液体のＩＰＡから超臨界状態のＣＯ２に置換することができる。
またこのとき内チャンバー３２の上方側から下方側へ向けてＩＰＡを超臨界状態のＣＯ２へと置換していくことにより、ＩＰＡの排出時にウエハＷから飛散したごみを内チャンバー３２の底部側の通液口３２４へ向けてＩＰＡと共に押し流していくので、これらのごみの巻き上げを抑制し、ウエハＷへの再付着を低減することができる。
ここで既述のように内チャンバー３２は２枚のウエハＷを格納することが可能な程度の大きさであるので、その容積は比較的小さい。このため、超臨界状態のＣＯ２の温度及び圧力を臨界点よりも十分に高い状態としておき、膨張に伴う温度や圧力低下を見越した量のＣＯ２を処理空間３１０内に予め供給しておけば、ＣＯ２の超臨界状態を十分に維持することができる。また例えば、内チャンバー３２内のＩＰＡが押し出され、超臨界状態のＣＯ２が膨張してもその超臨界状態が維持されるようにヒーター３１２の出力を増加させてもよい。
そしてこのとき、外チャンバー３１及び処理空間３１０は、ヒーター３１２により外部雰囲気より高く、且つ、ＣＯ２の臨界温度よりも低い温度に予熱されている。このため例えば耐圧性を持たせるために外チャンバー３１を厚肉に構成して、外チャンバー３１の熱容量が大きい場合であっても、例えば外部雰囲気と同じ温度にまで外チャンバー３１の温度が低下してしまっている場合に比べて短い時間で処理空間３１０内を所望の温度まで昇温することができる。
こうして内チャンバー３２内のＩＰＡが排出され、処理空間３１０の系内の雰囲気が全て超臨界状態のＣＯ２に置換されたら、供給・排液ライン５２４のバルブＶ３を閉じ（図９（ｂ））、排気ライン５３１のバルブＶ４を開いて処理空間３１０内を大気圧まで脱圧する。この結果、超臨界状態のＣＯ２が気体の状態に変化することになるが、超臨界状態と気体との間には界面が形成されないので表面に形成されたパターンに表面張力を作用させることなく、ウエハＷを乾燥することができる（図９（ｃ））。
このとき内チャンバー３２にはウエハＷが立て向きに保持されているので、例えばウエハＷに付着していたパーティクルなどのごみがＩＰＡや超臨界状態のＣＯ２に流れに乗って飛散した場合であっても、これらのごみが重力によって沈降する位置にウエハＷの表面が存在しないことからウエハＷの再汚染が発生しにくい。
ここで図９（ｃ）に示した例では、液体ＣＯ２の供給時に外チャンバー３１内の雰囲気を排気する既述の排気ライン５３１を利用して処理空間３１０内の脱圧を行う例を示したが、この脱圧操作時に処理空間３１０内にＣＯ２の上昇流が形成されることに起因するごみの巻上げを抑えるため、例えば外チャンバー３１の底部側に脱圧時専用の排気ラインを設けて処理空間３１０内に下降流が形成されるようにしながら脱圧を行ってもよい。また、内チャンバー３２の底面に接続された供給・排液ライン５２４を利用して脱圧を行ってもよい。そして処理空間３１０内を脱圧する際には、ＣＯ２の膨張により処理空間３１０内の温度が低下して超臨界状態のＣＯ２中に溶解していたＩＰＡがウエハＷ表面で凝縮したりしないように、ヒーター３１２によって処理空間３１０内部の温度を上げるようにしてもよい。
以上のプロセスにより、ウエハＷの超臨界処理を終えたら、固定板３４を退避位置まで退避させ、蓋部材３２１を前方側へ移動させて内チャンバー３２を準備位置まで移動させ、内チャンバー３２内にフォーク４１１を進入させて処理を終えたウエハＷを一枚ずつ取り出す。
そして取り出されたウエハＷは搬出棚４３を介して第１の搬送機構１２１に受け渡され、搬入時とは逆の経路を通ってＦＯＵＰ７内に格納され、ウエハＷに対する一連の動作が完了する。
一方、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すようにウエハＷの準備位置まで移動したとき、内チャンバー３２の温度は超臨界処理が終わった直後の処理空間３１０の温度と同じ、３１．１℃以上の例えば４０℃〜９０℃程度の温度にまで加熱されている。このような温度にまで昇温された内チャンバー３２に揮発性の高いＩＰＡを供給すると、ＩＰＡの蒸発量が増加し、ＩＰＡ貯留部５２に回収できないＩＰＡの量が増える。また、蒸発したＩＰＡが筐体４０１内に拡散してダウンフローの排気口４０７の後段の除外設備の負荷が高くなってしまう場合もある。さらには、内チャンバー３２やこれを支持する蓋部材３２１などの温度が高くなっていると、内チャンバー３２の近傍に超臨界処理前のウエハＷを搬送してきた際に、当該ウエハＷが内チャンバー３２からの放射熱を受けて加熱され、その表面に液盛りされたＩＰＡの乾燥を促進してパターン倒れを引き起こしてしまうおそれもある。
そこで本実施の形態に係る超臨界処理装置３においては、図１０（ｂ）に示すように、側壁部材３３１に形成された噴出孔３３５から内チャンバー３２へ向けて冷却用の空気を噴出し、内チャンバー３２本体やこれを支持する蓋部材３２１の温度を短時間のうちに低下させる。この結果、内チャンバー３２が例えば周囲の雰囲気の温度と同程度、またはこれより低い温度にまで冷却されたら、切替弁５２５の接続先をＩＰＡ供給ライン５２１側に切り替えて送液機構５２２を作動させてＩＰＡ貯留部５２よりＩＰＡを供給し、内チャンバー３２にＩＰＡが満たされた状態で次のウエハＷが搬入されるまで待機する。
内チャンバー３２の冷却を停止するタイミングとしては、ウエハＷに冷却用空気が直接吹き付けられてウエハＷに液盛りされているＩＰＡの蒸発が促進されるのを避けるため、内チャンバー３２へのウエハＷの搬入動作を開始する前などが考えられる。
一方、外チャンバー３１側においては、電源部３１３の出力を低出力に切り替えて、ヒーター３１２により外チャンバー３１本体が既述の予熱温度に維持された状態で待機する。
本実施の形態に係る超臨界処理装置３によれば以下の効果がある。外チャンバー３１の内外を移動する内チャンバー３２が当該外チャンバー３１の外（例えばウエハＷの準備位置）に移動してきたとき、冷却用の空気を吹き付けてこの内チャンバー３２を冷却することができる一方、外チャンバー３１側では前記内チャンバー３２とは独立して外チャンバー３１を加熱することができる。
このため、上述の実施の形態に係る超臨界処理装置３のように、例えばウエハＷの搬入時には外チャンバー３１の外で内チャンバー３２を冷却して内チャンバー中のＩＰＡの蒸発やウエハＷの乾燥を抑制する一方、外チャンバー３１は予熱状態を維持し、液槽が処理容器内に移動した後、所定の温度まで処理容器内を昇温する時間を短縮して応答性を向上させるなど、自由度の高い運転を実現することができる。
ここで上述の実施の形態においては、内チャンバー３２が搬出された後の外チャンバー３１の温度を、ＣＯ２の臨界温度より低く、且つ、周囲の雰囲気の温度よりも高い予熱状態にする例を示したが、内チャンバー３２が搬出されて待機している期間中の外チャンバー３１の温度状態はこれに限定されない。例えば電源部３１３からの給電を停止し、ヒーター３１２をオフにして自然冷却の状態で待機してもよい。外チャンバー３１の外に搬出された内チャンバー３２を独立して冷却できる冷却機構を備えていれば、内チャンバー３２中のＩＰＡの蒸発やウエハＷの乾燥を抑制する効果を得ることはできる。
また、例えば外チャンバー３１の温度をＣＯ２の超臨界温度より高い温度にまで加熱して待機してもよく、この場合には例えば処理空間３１０に供給した液体ＣＯ２を直ちに超臨界状態にして、この超臨界状態のＣＯ２を内チャンバー３２内のＩＰＡと置換する構成としてもよい。ここで処理容器３１に供給されるＣＯ２は、液体の状態で供給される場合に限定されず、予め超臨界状態となっているＣＯ２を処理容器３１へ供給してもよい。この場合には、ヒーター３１１は当該ＣＯ２の超臨界状態を維持する役割を果たす。
さらにまた、冷却機構により内チャンバー３２を冷却するタイミングは、当該内チャンバー３２にＩＰＡを供給する前のタイミングに限定されず、例えばＩＰＡの供給を行ってから、ウエハＷがＩＰＡ中に浸漬される前のタイミングにて冷却を行ってもよい。
そして冷却機構により内チャンバーを冷却する準備位置は、ウエハＷの受け渡しが行われる位置と必ずしも一致している必要はない。例えば内チャンバー３２を外チャンバー３１の外部へ移動させたとき、ウエハＷの受け渡しが行われる位置の手前の準備位置にて超臨界処理後のウエハＷを保持した状態のまま内チャンバー３２の冷却を実行し、然る後、冷却後の内チャンバー３２を受け渡し位置まで移動させてもよい。
このほか、内チャンバー３２を冷却する冷却機構の構成は、既述のように側壁部材３３１などに設けた噴出孔３３５から空気などの冷却用の気体を吹き付ける方式に限定されるものではない。例えば内チャンバー３２本体の外面に冷媒を通流させる通流路を設けたり、この内チャンバー３２本体を、内部に冷媒を通流可能なジャケット形状に構成したりして冷却を行ってもよい。また、例えば内チャンバー３２の容器の壁面にペルチェ素子や冷媒などで冷却した吸熱体を押し当てるようにしてもよい。
そして外チャンバー３１の加熱機構についても抵抗発熱体により形成する場合に限定されず、例えば外チャンバー３１本体の内部に熱媒を通流させる通流路を形成して加熱を行ってもよい。
また上述の各実施の形態では、ウエハＷが浸漬される液体としてＩＰＡ、この液体と置換される超臨界状態の流体としてＣＯ２を採用した例について説明したが、各流体の例はこれに限定されるものではない。例えば洗浄処理後のウエハＷに乾燥防止用のＩＰＡを供給する場合に替えて、ウエハＷをリンス液（洗浄液）であるＤＩＷに浸漬したまま超臨界流体と置換してもよい。また例えば超臨界流体としてＨＦＥ（Hydro FluoroEther）を利用する場合などに、液体のＨＦＥ中に浸漬した状態で外チャンバー３１内にウエハＷを配置し、この液体ＨＦＥを超臨界状態のＨＦＥと置換してもよい。また超臨界状態の流体としてはＩＰＡなども利用することができる。
Ｗ ウエハ
１ 洗浄処理システム
２ 洗浄装置
３ 超臨界処理装置
３１ 外チャンバー
３１０ 処理空間
３１２ ヒーター
３１３ 電源部
３２ 内チャンバー
３３１ 側壁部材
３３５ 噴出孔
５１１ ＣＯ２供給ライン
５２１ ＩＰＡ供給ライン
５４１ 冷却用空気供給ライン
５４２ 冷却用空気供給部
５９１ 超臨界流体供給ライン
５９２ 液体排出ライン
６ 制御部
７ ＦＯＵＰ

Claims (6)

  1. 被処理基板を保持して液体に浸漬するための液槽と、
    この液槽を内部の処理空間に配置し、当該液槽内の液体を超臨界状態の流体に置換してから、この処理空間内を減圧することにより、前記流体を気体にして前記被処理基板を乾燥する処理が行われる処理容器と、
    この処理容器に、液状態または超臨界状態で前記流体を供給する流体供給部と、
    前記液槽内の液体が排出される排液部と、
    前記液槽を、前記処理容器内の処理位置と、当該処理容器の外部の気相雰囲気であり当該液槽に対して基板の受け渡しが行われる準備位置との間で移動させるための移動機構と、
    前記処理容器に供給された流体を超臨界状態とし、または、その超臨界状態を維持するために、前記処理空間を加熱する加熱機構と、
    前記準備位置に移動した液槽を冷却する冷却機構と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記液槽は基板を液体に浸漬した状態で前記準備位置から処理位置に移動し、
    前記液槽には、処理容器に形成された搬入出口を開閉する蓋部材が一体に設けられ、
    前記開口部を塞いでいる蓋部材の開放を阻止するためのストッパ機構を備えることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記液体は揮発性の液体であり、当該液体は前記冷却機構による冷却が行われてから液槽に供給されることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 被処理基板は、前記冷却機構による液槽の冷却が行われてからこの液槽内の液体に浸漬されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  5. 前記液槽は被処理基板を縦向きに保持するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  6. 前記移動機構は、前記液槽を横方向に移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
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