KR20130138122A - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법, 유체의 공급 방법 및 기억 매체 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 제1 과제는, 초임계 상태 또는 아임계 상태에서 기판의 건조 처리를 할 때에 기판의 표면이 오염되어 버리는 것을 방지하여 기판 처리 장치의 수율을 향상시키는 데에 있다. 또한, 본 발명의 제2 과제는, 상태 변화를 동반하면서 유체 공급로를 흐르는 유체 속의 이물을 제거하여, 기판의 처리가 행해지는 처리 용기에 공급할 수 있는 기판 처리 장치 등을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제1 과제의 해결 수단에서는, 기판을 처리하는 처리 용기와, 기판의 처리에 사용하는 기판 처리 유체를 소정의 압력으로 공급하는 유체 공급원과, 유체 공급원으로부터 기판 처리 유체를 승압시키지 않고서 일정한 압력으로 처리 용기에 공급하는 정압 공급 유로와, 유체 공급원으로부터 기판 처리 유체를 승압 기구로 소정의 압력으로 승압하여 처리 용기에 공급하는 승압 공급 유로와, 정압 공급 유로와 승압 공급 유로를 전환하는 제어 수단을 포함하고, 제어 수단은, 정압 공급 유로로부터 일정한 압력의 기판 처리 유체를 처리 용기에 공급하며, 처리 용기의 내부 압력이 소정의 압력으로 된 경우에, 승압 공급 유로로부터 승압한 기판 처리 유체를 처리 용기에 공급하여, 처리 용기의 내부 압력을 상승시키도록 제어하는 것으로 했다.
또한, 본 발명의 제2 과제의 해결 수단에서는, 유체 공급부는, 기판(W)을 초임계 유체 또는 아임계 유체에 의해 처리하기 위해서 마련된 처리 용기(1031)에, 유체 공급로(1351)를 통류하는 유체가, 기체 상태의 원료 유체에서 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변하여 통류하도록 유체를 공급한다. 이 유체 공급로(1351)에 있어서, 제1 필터(1041)는 상기 유체 속의 이물을 제거하기 위해서 설치되고, 제2 필터(1042)는 기체 상태의 원료 유체를 통류시켰을 때에 상기 제1 필터(1041)에 흡착된 후, 상기 원료 유체가 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변하여 얻어진 유체로 유출된 이물의 응집체를 제거하기 위해서 설치되어 있다.
본 발명의 제1 과제의 해결 수단에서는, 기판을 처리하는 처리 용기와, 기판의 처리에 사용하는 기판 처리 유체를 소정의 압력으로 공급하는 유체 공급원과, 유체 공급원으로부터 기판 처리 유체를 승압시키지 않고서 일정한 압력으로 처리 용기에 공급하는 정압 공급 유로와, 유체 공급원으로부터 기판 처리 유체를 승압 기구로 소정의 압력으로 승압하여 처리 용기에 공급하는 승압 공급 유로와, 정압 공급 유로와 승압 공급 유로를 전환하는 제어 수단을 포함하고, 제어 수단은, 정압 공급 유로로부터 일정한 압력의 기판 처리 유체를 처리 용기에 공급하며, 처리 용기의 내부 압력이 소정의 압력으로 된 경우에, 승압 공급 유로로부터 승압한 기판 처리 유체를 처리 용기에 공급하여, 처리 용기의 내부 압력을 상승시키도록 제어하는 것으로 했다.
또한, 본 발명의 제2 과제의 해결 수단에서는, 유체 공급부는, 기판(W)을 초임계 유체 또는 아임계 유체에 의해 처리하기 위해서 마련된 처리 용기(1031)에, 유체 공급로(1351)를 통류하는 유체가, 기체 상태의 원료 유체에서 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변하여 통류하도록 유체를 공급한다. 이 유체 공급로(1351)에 있어서, 제1 필터(1041)는 상기 유체 속의 이물을 제거하기 위해서 설치되고, 제2 필터(1042)는 기체 상태의 원료 유체를 통류시켰을 때에 상기 제1 필터(1041)에 흡착된 후, 상기 원료 유체가 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변하여 얻어진 유체로 유출된 이물의 응집체를 제거하기 위해서 설치되어 있다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 특히, 기판을 초임계 상태 또는 아임계 상태에서 건조 처리하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 고압 유체(초임계 유체 또는 아임계 유체)에 의해 기판에 부착된 액체를 제거하는 처리가 행해지는 처리 용기에, 상기 고압 유체 또는 그 원료를 공급하는 기술에 관한 것이다.
반도체 부품이나 플랫 패널 디스플레이 등을 제조하는 경우에는, 반도체 웨이퍼나 액정 기판 등의 기판에 대하여 기판 처리 장치를 이용하여, 각종 처리액으로 세정이나 에칭 등의 액처리를 실시한 후에, 기판에 잔류한 처리액을 제거하는 건조 처리를 실시한다.
이 기판 처리 장치에서는, 기판의 표면에 형성되는 회로 패턴이나 에칭 마스크 패턴 등의 기판 표면 패턴의 미세화에 따른 고종횡비화에 수반하여, 건조 처리시에 기판에 잔류한 처리액 등의 액체의 표면장력의 작용으로 기판 표면 패턴이 도괴(倒壞)되는 현상이 생기고 있었다.
이 때문에, 종래의 기판 처리 장치에서는, 기판 액처리 장치를 이용하여 기판을 처리액으로 액처리하고, 그 후에 기판 건조 처리 장치를 이용하여 기판의 표면에 부착되는 액체를 초임계 상태의 기판 처리 유체(이산화탄소 등)로 치환하며, 그 후에 기판의 표면으로부터 초임계 유체를 제거함으로써 기판의 표면을 건조 처리하고 있다.
이 초임계 상태에서 건조 처리를 하는 기판 처리 장치에서는, 기체형의 기판 처리 유체를 공급하기 위한 유체 공급원과 기판을 처리하기 위한 처리 용기를 공급 유로에 의해 접속하고, 공급 유로의 중도부에 기판 처리 유체를 소정의 압력으로 승압하여 송출하기 위한 승압 기구(펌프)를 설치하고 있다.
그리고, 기판 처리 장치에서는, 유체 공급원으로부터 공급되는 기판 처리 유체를 승압 기구에 의해 초임계 상태가 되는 압력까지 승압시키고 나서 처리 용기에 공급하고, 초임계 상태의 기판 처리 유체를 이용하여 기판의 건조 처리를 하고 있다.
그런데, 상기 종래의 기판 처리 장치에서는, 공급 유로에 설치한 승압 기구에 의해 기판 처리 유체를 항상 가압하고 나서 처리 용기에 공급하고 있기 때문에, 기판 처리 유체가 승압 기구를 통과할 때에 승압 기구에서 생긴 먼지 등의 파티클이 기판 처리 유체에 혼입될 우려가 있었다.
특히 종래의 기판 처리 장치에서는, 처리 용기에 기판 처리 유체를 공급할 때에 항상 승압 기구를 통과시키고 있었기 때문에, 기판 처리 유체에 파티클이 혼입되는 빈도가 증가하여, 혼입된 파티클에 의해서 기판의 표면이 오염되어 버릴 우려가 있었다.
한편, 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 문제가 되고 있다. 패턴 붕괴는, 웨이퍼 표면에 남은 액체를 건조시킬 때에, 패턴을 형성하는 요철의, 예컨대 볼록부의 좌우에 남아 있는 액체가 불균일하게 건조됨으로써, 이 볼록부를 좌우로 잡아당기는 표면장력의 밸런스가 무너져 액체가 많이 남아 있는 방향으로 볼록부가 쓰러지는 현상이다.
이러한 패턴 붕괴의 발생을 억제하면서 웨이퍼 표면에 부착된 액체를 제거하는 수법으로서 초임계 상태나 아임계 상태(이하, 이들을 통합하여 고압 상태라고 함)의 유체를 이용하는 방법이 알려져 있다. 고압 상태의 유체(고압 유체)는, 액체와 비교하여 점도가 작고, 또한 액체를 추출하는 능력도 높을 뿐만 아니라, 고압 유체와 평형 상태에 있는 액체나 기체와의 사이에서 계면이 존재하지 않는다. 그래서, 웨이퍼 표면에 부착된 액체를 고압 유체로 치환하고, 그러한 후, 고압 유체를 기체로 상태 변화시키면, 표면장력의 영향을 받는 일없이 액체를 건조시킬 수 있다.
예컨대 특허문헌 2에는, 기판이 수용된 고압 용기에 액체 이산화탄소를 도입하고, 도입된 액체 이산화탄소를 고압 용기 내에서 가열함으로써 초임계 상태로 만들며, 기판의 표면에 부착된 액체와 치환하는 기술이 기재되어 있다. 여기서, 고압 용기에 공급되는 액체 이산화탄소가 흐르는 공급로에는, 액체 이산화탄소가 저류되어 있는 용기로부터 파티클(이물)을 가지고 들어가는 것을 막기 위한 필터가 설치되어 있다.
그러나, 고압 용기에는, 대기압 분위기 하에서 기판의 반입이 행해지고, 그 후에 액체 이산화탄소의 공급이 시작되기 때문에, 상기 필터가 배치되어 있는 공급로 안의 압력은, 대기압에서부터 상온의 이산화탄소가 액체 상태를 유지할 수 있는 압력(특허문헌 2의 경우는 7.5 ㎫)까지 크게 변화된다. 또한, 공급로 내의 압력이 낮은 동안에는, 이산화탄소는 기체 상태로 필터를 통과하고, 공급로 내의 압력이 상승함에 따라 액체로 되기 때문에, 필터를 통과하는 유체의 점도나 밀도도 크게 변화된다. 이 때문에, 필터를 기체 상태로 통과할 때에 포집된 파티클이, 상기 필터를 통과하는 유체가 액체로 변화함에 따라 유출되고, 고압 용기 내로 유입되어 기판을 오염시켜 버릴 우려가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 초임계 상태 또는 아임계 상태에서 기판의 건조 처리를 할 때에 기판의 표면이 오염되어 버리는 것을 방지하여 기판 처리 장치의 수율을 향상시키는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상태 변화를 수반하면서 유체 공급로를 흐르는 유체 속의 이물을 제거하여, 기판의 처리가 행해지는 처리 용기에 공급할 수 있는 기판 처리 장치, 유체의 공급 방법 및 이 방법을 기억한 기억 매체를 제공하는 데에 있다.
그래서, 본 발명에서는, 기판 처리 장치에 있어서, 기판을 처리하는 처리 용기와, 상기 기판의 처리에 사용하는 기판 처리 유체를 소정의 압력으로 공급하는 유체 공급원과, 상기 유체 공급원으로부터 상기 기판 처리 유체를 승압시키지 않고서 일정한 압력으로 상기 처리 용기에 공급하는 정압 공급 유로와, 상기 유체 공급원으로부터 상기 기판 처리 유체를 승압 기구로 소정의 압력으로 승압하여 상기 처리 용기에 공급하는 승압 공급 유로와, 상기 정압 공급 유로와 상기 승압 공급 유로를 전환하는 제어 수단을 포함하며, 상기 제어 수단은, 상기 정압 공급 유로로부터 일정한 압력의 상기 기판 처리 유체를 상기 처리 용기에 공급하고, 상기 처리 용기의 내부 압력이 소정의 압력으로 된 경우에, 상기 승압 공급 유로로부터 승압된 상기 기판 처리 유체를 상기 처리 용기에 공급하여, 상기 처리 용기의 내부 압력을 상승시키도록 제어하는 것으로 했다.
또한, 상기 처리 용기는, 상기 기판의 표면에 부착된 액체를 상기 기판 처리 유체로 초임계 상태 또는 아임계 상태로 가압한 후에 제거함으로써 상기 기판의 표면을 건조 처리하고, 상기 제어 수단은, 상기 기판의 표면에 부착된 액체가 초임계 상태 또는 아임계 상태가 되는 압력까지 상기 처리 용기의 내부 압력을 상승시키도록 제어하는 것으로 했다.
또한, 상기 처리 용기는, 상기 기판의 표면에 부착된 액체를 초임계 상태 또는 아임계 상태의 상기 기판 처리 유체로 치환한 후에 제거함으로써 상기 기판의 표면을 건조 처리하고, 상기 제어 수단은, 상기 기판 처리 유체가 초임계 상태 또는 아임계 상태가 되는 압력까지 상기 처리 용기의 내부 압력을 상승시키도록 제어하는 것으로 했다.
또한, 상기 승압 기구는, 상기 기판 처리 유체를 냉각하여 액체로 만드는 냉각기와, 액체로 만든 상기 기판 처리 유체를 소정의 압력으로 승압하여 압송하는 펌프를 갖는 구성으로 하는 것으로 했다.
또한, 상기 승압 기구는, 상기 기판 처리 유체를 냉각하여 액체로 만드는 냉각기와, 액체로 만든 상기 기판 처리 유체를 밀폐된 상태로 저류하는 밀폐 용기와, 상기 밀폐 용기를 가열함으로써 저류된 상기 기판 처리 유체를 소정의 압력으로 승압하는 가열기를 갖는 구성으로 하는 것으로 했다.
또한, 상기 밀폐 용기는 내측 용기의 외주에 외측 용기를 마련한 이중 구조로 하는 것으로 했다.
또한, 상기 밀폐 용기는 내부에 산화 촉매를 수용하는 것으로 했다.
또한, 상기 정압 공급 유로 및/또는 상기 승압 공급 유로에 여과기를 설치하고, 상기 여과기의 상류측에 가열기를 설치하며, 상기 여과기의 하류측에 있고 상기 처리 용기에 접속된 배관을 단열 또는 가열하는 것으로 했다.
또한, 본 발명에서는, 기판 처리 방법에 있어서, 소정의 압력으로 유체 공급원으로부터 공급되는 기판 처리 유체를 승압시키지 않고서 일정한 압력으로 정압 공급 유로로부터 처리 용기에 공급하고, 상기 처리 용기의 내부 압력이 소정의 압력으로 된 후에, 상기 유체 공급원으로부터 공급되는 상기 기판 처리 유체를 승압 기구로 소정의 압력으로 승압하여 승압 공급 유로로부터 상기 처리 용기에 공급함으로써, 상기 처리 용기의 내부 압력을 상승시키는 것으로 했다.
또한, 상기 처리 용기의 내부 압력은, 상기 처리 용기에 공급한 상기 기판 처리 유체의 압력에 의해서 상기 기판의 표면에 부착된 액체가 초임계 상태 또는 아임계 상태가 되는 압력으로 하고, 상기 기판의 표면에 부착된 액체를 상기 기판 처리 유체에 의해 초임계 상태 또는 아임계 상태로 가압한 후에 제거함으로써 상기 기판의 표면을 건조 처리하는 것으로 했다.
또한, 상기 처리 용기의 내부 압력은, 상기 기판 처리 유체가 초임계 상태 또는 아임계 상태가 되는 압력으로 하고, 상기 기판의 표면에 부착된 액체를 초임계 상태 또는 아임계 상태의 상기 기판 처리 유체로 치환한 후에 제거함으로써 상기 기판의 표면을 건조 처리하는 것으로 했다.
또한, 상기 승압 기구는, 상기 기판 처리 유체를 냉각하여 액체로 한 후에 밀폐 용기에 밀폐된 상태로 저류하고, 저류된 상기 기판 처리 유체를 가열함으로써 소정의 압력으로 승압시키는 것으로 했다.
또한, 상기 정압 공급 유로 및/또는 상기 승압 공급 유로에 여과기를 설치하고, 상기 여과기의 상류측에 가열기를 설치하며, 상기 여과기의 하류측에 있고 상기 처리 용기에 접속된 배관을 단열 또는 가열하는 것으로 했다.
한편, 다른 발명에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 초임계 유체 또는 아임계 유체에 의해 처리하기 위한 처리 용기와,
이 처리 용기에 유체를 공급하기 위한 유체 공급부와,
이 유체 공급부와 상기 처리 용기를 접속하고, 상기 유체 공급부로부터 기체 상태의 원료 유체가 통류(通流)된 후, 그 원료 유체가 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변하여 통류되는 유체 공급로와,
상기 유체 공급로에 설치되고, 유체 속의 이물을 제거하기 위한 제1 필터와,
상기 제1 필터에 기체 상태의 원료 유체를 통류시켰을 때에 이 제1 필터에 흡착된 이물의 응집체를 제거하기 위해, 상기 유체 공급로에 있어서 상기 제1 필터의 하류측에 설치되고, 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 유체를 통류시켜 비교했을 때에, 통과 가능한 이물의 입경이 상기 제1 필터에 있어서 통과 가능한 이물의 입경보다도 작은 제2 필터를 구비한 것을 특징으로 한다.
전술한 기판 처리 장치는 이하의 특징을 갖추고 있더라도 좋다.
(a) 기체 상태의 유체를 통류시켜 비교했을 때에, 상기 제1 필터에 의해 흡착 제거되는 이물의 입경은 상기 제2 필터에 의해 흡착 제거되는 이물의 입경 이하일 것.
(b) 상기 유체 공급로에는, 상기 처리 용기에 공급되는 유체가, 그 유체 공급로 내의 압력의 상승에 따라, 기체 상태에서 초임계 상태 또는 아임계 상태로 직접 변화되도록, 상기 유체 공급로 안을 가열하는 가열 기구가 마련되어 있을 것. 또는, 상기 유체 공급로를 통류하는 원료 유체는, 기체 상태에서 액 상태를 거쳐 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변할 것.
(c) 유체 공급로를 통류하는 기체 상태의 원료 유체는, 상기 유체 공급부로부터 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태로 공급된 유체가 기화된 것일 것.
또한, 다른 발명에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 초임계 유체 또는 아임계 유체에 의해 처리하기 위한 처리 용기와,
이 처리 용기에 유체를 공급하기 위한 유체 공급부와,
이 유체 공급부와 상기 처리 용기를 접속하는 제1 유체 공급로 및 제2 유체 공급로와,
상기 제1 유체 공급로에 설치되고, 기체 상태의 유체 속의 이물을 제거하기 위한 제1 필터와,
상기 제2 유체 공급로에 설치되고, 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 유체 속의 이물을 제거하기 위한 제2 필터와,
상기한 제1 유체 공급로와 제2 유체 공급로 사이에서, 상기 유체 공급부로부터 공급된 유체가 흐르는 공급로를 전환하기 위한 유로 전환부와,
상기 유체 공급부로부터 공급된 원료 유체가 기체 상태로 흐르는 기간 동안은, 상기 제1 유체 공급로를 통해 상기 처리 용기에 유체를 공급하고, 이 원료 유체로부터 얻어진 유체가 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태로 흐르는 기간 동안은, 상기 제2 유체 공급로를 통해 상기 처리 용기에 유체를 공급하도록 상기 유로 전환부에 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 기판 처리 유체에 파티클이 혼입되는 것을 저감할 수 있기 때문에, 기판의 오염을 억제할 수 있어, 기판 처리 장치의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 고압 유체(초임계 유체 또는 아임계 유체)를 이용하여 기판의 처리가 행해지는 처리 용기에 대하여 공급되는 유체가 통류되는 유체 공급로에, 유체 속의 이물을 제거하기 위한 제1 필터와, 이 제1 필터에 기체 상태의 원료 유체를 통류시켰을 때에 흡착된 이물의 응집체를 제거하기 위해서 상기 제1 필터의 하류측에 설치된 제2 필터가 마련되어 있다. 이 때문에, 기체 통류시에 제1 필터에 흡착된 이물의 응집체가 액체나 고압 유체 속으로 유출된 경우라도, 하류측의 제2 필터로 포집하여, 처리 용기로 유입되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 평면 모식도이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 기판 건조 처리 장치를 도시하는 블럭도이다.
도 4는 처리 용기를 도시하는 평면 단면도이다.
도 5는 도 4의 처리 용기의 정면 단면도이다.
도 6은 도 4의 처리 용기의 측면 단면도이다.
도 7은 다른 승압 공급 유로의 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 8은 제2 실시형태에 따른 액처리 시스템의 횡단 평면도이다.
도 9는 상기 액처리 시스템에 마련되어 있는 액처리 장치의 종단 측면도이다.
도 10은 상기 액처리 시스템에 마련되어 있는 초임계 처리 장치의 구성도이다.
도 11은 초임계 처리 장치의 처리 용기의 외관 사시도이다.
도 12는 필터를 흐르는 유체와 파티클의 포집율과의 관계를 도시한 설명도이다.
도 13은 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제1 설명도이다.
도 14는 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제2 설명도이다.
도 15는 상기 초임계 처리 장치에 마련되어 있는 유체 공급로 내부의 상태를 모식적으로 도시하는 제1 설명도이다.
도 16은 상기 유체 공급로 내부의 상태를 모식적으로 도시하는 제2 설명도이다.
도 17은 상기 유체 공급로 내부의 상태를 모식적으로 도시하는 제3 설명도이다.
도 18은 제3 실시형태에 따른 초임계 처리 장치의 구성도이다.
도 19는 제3 실시형태에 따른 초임계 처리 장치의 제1 작용 설명도이다.
도 20은 상기 제3 실시형태에 따른 초임계 처리 장치의 제2 작용 설명도이다.
도 21은 가열된 유체 공급로 안을 흐르는 유체의 온도, 압력 상태의 변화를 도시하는 설명도이다.
도 22는 가열되지 않은 유체 공급로 안을 흐르는 유체의 온도, 압력 상태의 변화를 도시하는 설명도이다.
도 23은 가열의 유무에 대응하여, 상기 유체 공급로 안을 흐르는 유체의 상태의 변화를 도시하는 설명도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 평면 모식도이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 기판 건조 처리 장치를 도시하는 블럭도이다.
도 4는 처리 용기를 도시하는 평면 단면도이다.
도 5는 도 4의 처리 용기의 정면 단면도이다.
도 6은 도 4의 처리 용기의 측면 단면도이다.
도 7은 다른 승압 공급 유로의 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 8은 제2 실시형태에 따른 액처리 시스템의 횡단 평면도이다.
도 9는 상기 액처리 시스템에 마련되어 있는 액처리 장치의 종단 측면도이다.
도 10은 상기 액처리 시스템에 마련되어 있는 초임계 처리 장치의 구성도이다.
도 11은 초임계 처리 장치의 처리 용기의 외관 사시도이다.
도 12는 필터를 흐르는 유체와 파티클의 포집율과의 관계를 도시한 설명도이다.
도 13은 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제1 설명도이다.
도 14는 상기 초임계 처리 장치의 작용을 도시하는 제2 설명도이다.
도 15는 상기 초임계 처리 장치에 마련되어 있는 유체 공급로 내부의 상태를 모식적으로 도시하는 제1 설명도이다.
도 16은 상기 유체 공급로 내부의 상태를 모식적으로 도시하는 제2 설명도이다.
도 17은 상기 유체 공급로 내부의 상태를 모식적으로 도시하는 제3 설명도이다.
도 18은 제3 실시형태에 따른 초임계 처리 장치의 구성도이다.
도 19는 제3 실시형태에 따른 초임계 처리 장치의 제1 작용 설명도이다.
도 20은 상기 제3 실시형태에 따른 초임계 처리 장치의 제2 작용 설명도이다.
도 21은 가열된 유체 공급로 안을 흐르는 유체의 온도, 압력 상태의 변화를 도시하는 설명도이다.
도 22는 가열되지 않은 유체 공급로 안을 흐르는 유체의 온도, 압력 상태의 변화를 도시하는 설명도이다.
도 23은 가열의 유무에 대응하여, 상기 유체 공급로 안을 흐르는 유체의 상태의 변화를 도시하는 설명도이다.
제1 실시형태
이하에, 본 발명에 따른 기판 처리 장치 및 이 기판 처리 장치에서 이용하는 기판 처리 방법의 구체적인 구성에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(1)는, 전단부에 기판 반입/반출부(2)가 형성되고, 기판 반입/반출부(2)의 후방에 기판 반송부(3)가 형성되며, 기판 반송부(3)의 후방에 기판 처리부(4)가 형성되어 있다.
기판 반입/반출부(2)는, 기판 반입/반출대(5)의 상부에 복수 개(여기서는 4개)의 캐리어(6)를 좌우로 나란히 하여 놓을 수 있게 되어 있다. 캐리어(6)는, 여러 장(예컨대, 25장)의 기판(7)(여기서는, 반도체 웨이퍼)을 수용하고 있다.
기판 반송부(3)는, 앞쪽에 기판 반송 장치(8)를 수용하고, 뒤쪽에 기판 전달대(9)를 상하로 나란히 수용하고 있다. 이 기판 반송부(3)에서는, 기판 반송 장치(8)를 이용하여 기판 반입/반출부(2)에 놓인 어느 한 캐리어(6)와 상하 어느 한쪽의 전달대(9)와의 사이에서 기판(7)을 반송한다.
기판 처리부(4)는, 중앙부에 전후로 뻗는 기판 반송실(10)이 상하로 나란히 배치되어 있다. 이 기판 반송실(10)은, 내부에 기판 반송 장치(11)를 수용하고, 전단부가 기판 반송부(3)의 기판 전달대(9)에 연통되며, 후단부에는 기판(7)을 냉각하기 위한 기판 냉각 장치(12)가 설치되고, 천장부에 송풍 장치(13)가 설치되어 있다.
또한, 기판 처리부(4)는, 기판 반송실(10)의 좌우 양측에 전후로 뻗는 기판 처리실(14, 15)이 상하로 나란히 배치되어 있다. 각 기판 처리실(14)(15)의 내부에는, 기판(7)을 처리액으로 액처리하기 위한 기판 액처리 장치(16, 16)가 중간부에 전후로 나란히 배치되며, 기판(7)을 초임계 상태 또는 아임계 상태에서 건조 처리하기 위한 기판 건조 처리 장치(17, 17)가 전후 단부에 배치되어 있다.
이 기판 처리부(4)에서는, 기판 반송 장치(11)를 이용하여 기판(7)을 기판 전달대(9)에서 기판 액처리 장치(16)로 반송하여 액처리를 한다. 이 액처리에 있어서는, 기판(7)의 표면에 불화수소 등의 약액을 공급하여 세정 처리를 행한 후에, 기판(7)의 표면에 순수 등의 린스액을 공급하여 린스 처리를 행하고, 또한 기판(7)의 표면에 이소프로필알코올이나 하이드로플루오로에테르 등의 건조 방지용의 액체를 공급하여 기판(7)의 표면을 건조 방지용 액체로 피복하는 건조 방지 처리를 행한다. 그 후, 기판(7)의 표면을 건조 방지용의 액체(예컨대, 이소프로필알코올 등)로 피복한 상태 그대로 기판(7)을 기판 액처리 장치(16)에서 기판 건조 처리 장치(17)로 반송하여 건조 처리를 행한다. 이 건조 처리에 관해서는 후술한다. 그 후에, 기판 건조 처리 장치(17)에서 기판 냉각 장치(12)로 반송하여 냉각 처리를 하고, 그 후에 기판 냉각 장치(12)에서 기판 전달대(9)로 반송한다.
기판 건조 처리 장치(17)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(7)을 건조 처리하는 건조 처리 수단(18)과, 건조 처리 수단(18)에 고압의 기판 처리 유체(예컨대, 이산화탄소 가스 등)를 공급하는 유체 공급 수단(19)과, 건조 처리 수단(18)으로부터 기판 처리 유체 등을 배출하는 유체 배출 수단(20)을 갖고, 이들 건조 처리 수단(18)과 유체 공급 수단(19)과 유체 배출 수단(20)을 제어 수단(21)(컴퓨터)으로 제어한다. 제어 수단(21)은, 기록 매체에 기록된 기판 처리 프로그램에 따라서 기판 건조 처리 장치(17)의 건조 처리 수단(18)과 유체 공급 수단(19)과 유체 배출 수단(20)을 제어한다. 한편, 제어 수단(21)은 기판 건조 처리 장치(17)뿐만 아니라 기판 처리 장치(1) 전체를 제어한다.
건조 처리 수단(18)은, 도 3~도 6에 도시된 바와 같이, 유체 공급 수단(19)과 유체 배출 수단(20)과의 사이에 직사각형 상자 형상의 처리 용기(22)를 접속하고, 처리 용기(22)의 내부를 처리 용기(22)를 통해 간접적으로 가열하는 간접 가열기(23)가 처리 용기(22)의 외부에 마련되며, 처리 용기(22)의 내부를 직접적으로 가열하는 직접 가열기(24)가 처리 용기(22)의 내부에 마련되어 있다.
이 처리 용기(22)는, 기판(7)을 처리하는 처리 공간(25)을 내부에 형성한 용기 본체(26)의 전단에, 기판 반송체(27)가 전후로 슬라이드 이동할 수 있게 부착되어 있다.
용기 본체(26)는, 처리 공간(25)의 좌우 단부에 전후로 뻗는 유체 공급로(28)와 유체 배출로(29)가 형성되고, 유체 공급로(28)의 후단부에 유체 공급 수단(19)이 접속되며, 유체 배출로(29)의 후단부에 유체 배출 수단(20)이 접속되어 있다. 이에 따라, 처리 용기(22)는, 유체 공급 수단(19)으로부터 공급되는 유체를 유체 공급로(28)에서 처리 공간(25)으로 공급하고, 처리 후의 유체를 유체 배출로(29)에서 유체 배출 수단(20)으로 배출한다.
기판 반송체(27)는, 처리 공간(25)의 전단 개구부를 밀폐하는 덮개(30)의 후방부에 기판(7)을 놓는 기판 배치대(31)를 부착하고 있다. 이에 따라, 처리 용기(22)는, 기판 반송체(27)를 전방으로 이동시켜 처리 공간(25)을 개방한 상태에서 기판 반송 장치(11)와 기판 배치대(31) 사이에서 기판(7)을 주고 받고, 기판 반송체(27)를 후방으로 이동시켜 처리 공간(25)을 밀폐한 상태에서 기판(7)의 건조 처리를 한다. 한편, 덮개(30)는, 이면에 용기 본체(26)의 전단면과 밀접하는 단면이 대략 U자형인 스프링형의 패킹(32)이 부착되어 있다. 이 패킹(32)의 적어도 용기 본체측 표면이나 처리 용기(22)의 내부 표면에는, 용기 본체(26)를 형성하는 스테인리스 등의 모재에 금 도금 또는 플래티늄 도금이 실시되어 있다.
간접 가열기(23)는, 용기 본체(26)의 상면 및 하면에 히터 플레이트를 부착한 것으로 구성되어 있다. 이 간접 가열기(23)는, 히터 플레이트로 용기 본체(26)의 상하 벽면을 가열함으로써, 용기 본체(26)의 상하 벽면을 통해 처리 공간(25)의 내부를 간접적으로 가열한다. 이 간접 가열기(23)는 처리 공간(25)의 내부를 가열하여 초임계 상태 또는 아임계 상태로 만들 때에 사용된다.
직접 가열기(24)는, 용기 본체(26)의 내부의 처리 공간(25)에 형성된 유체 공급로(28) 및 유체 배출로(29)와 전단 개구부에 시즈 히터(sheath heater)를 부착한 것으로 구성되어 있다. 이 직접 가열기(24)는 시즈 히터로 처리 공간(25)의 내부를 직접적으로 가열한다. 이 직접 가열기(24)는, 처리 용기(22)로부터 유체 배출 수단(20)에 의해 초임계 상태 또는 아임계 상태의 유체(기판 처리 유체나 건조 방지용의 액체)를 배출할 때에, 급속한 감압에 따른 온도 저하에 의해서 미스트형으로 액화되어 기판(7)에 부착되는 것을 방지하기 위해서 사용된다.
유체 공급 수단(19)은, 기판 처리 유체를 소정의 압력으로 공급하는 유체 공급원(33)에 정화 장치(34)를 접속하고, 정화 장치(34)의 송출관(35)에 정압 공급 유로(36)와 승압 공급 유로(37)의 상류 단부를 접속하며, 정압 공급 유로(36)와 승압 공급 유로(37)의 하류 단부에 공급관(38)을 접속하고, 공급관(38)을 처리 용기(22)의 유체 공급로(28)에 접속하고 있다.
정압 공급 유로(36)는, 유체 공급원(33)으로부터 기판 처리 유체를 승압시키지 않고서 일정한 압력으로 처리 용기(22)에 공급하는 유로이다. 여기서, 일정한 압력이란, 유체 공급원(33)에서 공급되는 기판 처리 유체의 압력 또는 그보다 낮은 압력이며, 유체 공급원(33)으로부터 그대로의 압력으로 공급하는 경우에 한정되지 않고, 레귤레이터 등으로 감압한 압력으로 공급하더라도 좋다.
이 정압 공급 유로(36)에는 상류측에서부터 차례로 가열기(39), 여과기(40), 유량 조정기(41)가 접속되어 있다.
그리고, 정압 공급 유로(36)는, 가열기(39)로 기판 처리 유체를 가열한 상태에서 여과기(40)를 통과시킴으로써 불순물을 제거하고, 유량 조정기(41)에 의해 설정된 유량으로 기판 처리 유체를 처리 용기(22)에 공급한다.
승압 공급 유로(37)는, 유체 공급원(33)으로부터 기판 처리 유체를 승압 기구(42)에 의해 소정의 압력으로 승압하여 처리 용기(22)에 공급하는 유로이다. 여기서, 소정의 압력이란, 유체 공급원(33)에서 공급되는 기판 처리 유체의 압력보다도 높은 압력이다.
이 승압 공급 유로(37)에는, 상류측에서부터 차례로 승압 기구(42), 가열기(43), 여과기(44), 유량 조정기(45)가 접속되어 있다. 승압 기구(42)는, 냉각 장치(46)와 펌프(47)로 구성되어 있다.
그리고, 승압 공급 유로(37)는, 냉각 장치(46)에 의해 기판 처리 유체를 냉각하여 액체상으로 만들고 나서 펌프(47)에 의해 소정의 압력으로 승압하여 압송하고, 유량 조정기(45)에 의해 설정된 유량으로 기판 처리 유체를 처리 용기(22)에 공급한다. 또한, 승압 공급 유로(37)는, 가열기(43)에 의해 기판 처리 유체를 가열한 상태에서 여과기(44)를 통과시킴으로써 불순물을 제거한다.
이들 정압 공급 유로(36)와 승압 공급 유로(37)는, 제어 수단(21)으로 유량 조정기(41, 45)를 제어함으로써 전환되어, 어느 한 유로(36, 37)로부터 기판 처리 유체가 처리 용기(22)에 공급된다. 이때에, 기판 처리 유체에 용해된 하이드로카본류 등의 일부의 불순물이 여과기(40, 44)를 통과한 후에 기판 처리 유체의 온도 저하에 따라 석출되어 버릴 우려가 있다. 이 때문에, 정압 공급 유로(36)나 승압 공급 유로(37)의 여과기(40, 44)보다도 하류측에서부터 처리 용기(22)까지 사이의 배관에 단열재나 히터를 감아 기판 처리 유체를 단열 또는 가열하여 기판 처리 유체의 온도 저하를 억제하는 것이 바람직하다.
상기 승압 공급 유로(37)에서는, 승압 기구(42)를 냉각 장치(46)와 펌프(47)로 구성하고 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 7에 도시하는 승압 공급 유로(37')에서는, 승압 기구(42')로서 상류측에서부터 냉각기(48), 유입측 개폐 밸브(49), 밀폐 용기(50), 유출측 개폐 밸브(51)를 접속하고, 밀폐 용기(50)에 가열기(52)를 설치하며, 유량 조정기(45)에 병렬로 대기 개방 밸브(53)를 접속하고 있다.
이 승압 기구(42')에서는, 유출측 개폐 밸브(51)를 닫고 유입측 개폐 밸브(49)를 개방함으로써, 유체 공급원(33)으로부터 공급되는 기판 처리 유체를 냉각기(48)로 냉각하여 밀폐 용기(50)에 저류하며, 그 후에 유입측 개폐 밸브(49)를 닫아 밀폐 용기(50)의 내부에 기판 처리 유체를 밀폐한 상태에서 가열기(52)에 의해 가열함으로써 기판 처리 유체의 온도 및 압력을 상승시키고, 그 후에 유출측 개폐 밸브(51)를 열어 밀폐 용기(50)로부터 처리 용기(22)에 승압시킨 기판 처리 유체를 공급한다.
이 승압 기구(42')에서는, 냉각기(48)의 상류측에 있어서 일부의 기판 처리 유체를 분기하여 개폐 밸브(54)를 통해 냉각기(48)의 외주에 대기압으로 감압시킨 상태로 공급함으로써, 감압에 의해서 온도 저하된 기판 처리 유체를 이용하여 냉각기(48)의 내부를 통과하는 기판 처리 유체를 냉각하도록 구성하고 있다.
승압 기구(42')에서는, 밀폐 용기(50)의 내부를 내부 용기의 외주에 외부 용기를 동심원 상에 배치한 이중 구조로 하여 열 손실을 저감시킨 구조로 하여도 좋다. 또한, 밀폐 용기(50)의 내부에 산화 촉매를 수용하여 하이드로카본류 등의 불순물을 이산화탄소나 물에 분해하여 제거하는 구조로 하여도 좋다. 이 경우에, 밀폐 용기(50)의 내부에 산화 촉매를 활성시키는 산소를 공급하는 구성으로 하여도 좋다.
유체 배출 수단(20)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 처리 용기(22)의 유체 배출로(29)에 접속한 배출관(55)을 외부의 폐기 기구에 개폐 밸브(56)를 통해 접속한 것으로 구성되어 있다. 이에 따라, 유체 배출 수단(20)은, 개폐 밸브(56)를 개방함으로써 처리 용기(22)의 내부로부터 기판 처리 유체 등을 외부의 폐기 기구로 폐기한다. 한편, 배출관(55)의 기단부에 분기관(57)을 접속하고, 직접 가열기(24)를 분기관(57)으로부터 외부로 배선하며, 분기관(57)의 단부에 있어서 밀봉체(58)로 밀봉하고 있다. 이와 같이, 배출관(55)으로부터 분기시킨 분기관(57)에서 밀봉함으로써, 밀봉부에서 먼지 등의 파티클이 발생하더라도, 유체 배출시에 배출관(55)으로부터 배출할 수 있어, 기판(7)을 오염시킬 우려가 없다.
기판 처리 장치(1)는, 이상에 설명한 것과 같이 구성되어 있으며, 제어 수단(21)으로 제어함으로써, 기판(7)을 기판 액처리 장치(16)에 의해 액처리한 후에, 기판 건조 처리 장치(17)에 의해 건조 처리한다.
이 건조 처리에서는, 기판(7)의 표면을 건조 방지용의 액체(이소프로필알코올 등)로 피복한 상태에서 기판 액처리 장치(16)로부터 기판 건조 처리 장치(17)의 처리 용기(22)에 반입하여, 처리 용기(22)에서 기판(7)의 건조를 행한다.
이때에, 기판 처리 장치(1)에서는, 개폐 밸브(56)를 닫은 상태에서 처리 용기(22)의 내부에 고압의 기판 처리 유체를 공급하고, 고압의 기판 처리 유체의 압력의 작용으로 기판(7)의 표면에 부착(피복)되는 건조 방지용의 액체가 초임계 상태 또는 아임계 상태가 되는 압력까지 처리 용기(22)의 내부 압력을 상승시킨다. 그 후에, 간접 가열기(23)로 처리 용기(22)의 내부 온도를 상승시켜, 기판(7)의 표면에 부착되는 건조 방지용의 액체를 초임계 상태 또는 아임계 상태로 상태 변화시킨다. 그 후에, 개폐 밸브(56)을 열어 처리 용기(22)로부터 초임계 상태 또는 아임계 상태의 액체와 기판 처리 유체를 배출한다. 기판(7)의 표면에서는 액체가 초임계 상태 또는 아임계 상태로 되어 있기 때문에, 표면장력이 작용하지 않고, 이에 따라, 기판 표면 패턴이 도괴되는 것을 방지할 수 있다.
기판 처리 장치(1)에서는, 상기한 기판(7)의 표면에 부착되는 건조 방지용의 액체를 초임계 상태 또는 아임계 상태로 하여 건조 처리하는 경우에 한정되지 않고, 기판 처리 유체를 초임계 상태 또는 아임계 상태로 하여 건조 처리하더라도 좋다. 이 경우에는, 개폐 밸브(56)를 닫은 상태에서 간접 가열기(23)로 가열한 처리 용기(22)의 내부에 고압의 기판 처리 유체를 공급하고, 기판 처리 유체가 초임계 상태 또는 아임계 상태가 되는 압력까지 처리 용기(22)의 내부 압력을 상승시킨다. 그 후에, 기판(7)의 표면에 부착(피복)되는 건조 방지용의 액체를 초임계 상태 또는 아임계 상태가 된 기판 처리 유체로 치환한다. 그 후에, 개폐 밸브(56)를 열어 처리 용기(22)로부터 초임계 상태 또는 아임계 상태의 기판 처리 유체와 액체를 배출한다. 이 경우도, 기판(7)의 표면에서는 기판 처리 유체가 초임계 상태 또는 아임계 상태로 되어 있기 때문에, 표면장력이 작용하지 않아, 기판 표면 패턴이 도괴되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 기판 처리 장치(1)에서는, 상기의 건조 처리에 관계없이, 처리 용기(22)에 기판 처리 유체를 공급할 때에, 우선 정압 공급 유로(36)로부터 일정한 압력의 기판 처리 유체를 처리 용기(22)에 공급하고, 처리 용기(22)의 내부 압력이 소정의 압력으로 된 경우에, 승압 공급 유로(37)로부터 승압 기구(42)에 의해 승압한 기판 처리 유체를 처리 용기(22)에 공급하여, 처리 용기(22)의 내부 압력을 상승시키도록 제어한다.
이와 같이, 상기 기판 처리 장치(1)에서는, 항상 승압 기구(42)를 통해 기판 처리 유체를 처리 용기(22)에 공급하는 것이 아니라, 승압 기구(42)를 통하지 않고서 정압 공급 유로(36)로부터 기판 처리 유체를 처리 용기(22)로 공급하여, 처리 용기(22)의 내부 압력을 증가시키고, 그 후에, 승압 기구(42)를 통해 승압 공급 유로(37)로부터 기판 처리 유체를 처리 용기(22)에 공급한다. 이 때문에, 상기 기판 처리 장치(1)에서는, 승압 기구(42)를 통과하는 빈도가 저하되어, 승압 기구(42)에서 기판 처리 유체에 파티클이 혼입되는 것을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 기판(7)의 오염을 억제할 수 있어, 기판 처리 장치(1)의 수율을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 기판 처리 장치(1)에 있어서, 정압 공급 유로(36)나 승압 공급 유로(37)에 여과기(40, 44)를 설치하고, 여과기(40, 44)의 상류측에 가열기(39, 43)를 설치하며, 여과기(40, 44)의 하류측의 처리 용기(22)에 접속된 배관을 단열 또는 가열한 경우에는, 가열기(39, 43)에 의한 가열에 의해서 여과기(40, 44)의 포착 효율을 향상시킬 수 있고, 여과기(40, 44)로 포착할 수 없었던 기판 처리 유체에 용해된 하이드로카본류 등의 불순물이 여과기(40, 44)를 통과한 후에 기판 처리 유체의 온도 저하에 따라 석출되어 버리는 것을 방지할 수 있어, 이에 의해서도 기판(7)의 오염을 억제하여, 기판 처리 장치(1)의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기계 구조물인 펌프(47)를 이용한 승압 기구(42)가 아니라, 냉각기(48)와 밀폐 용기(50)와 가열기(52)를 갖는 구성으로 화학적인 상태 변화를 이용하여 승압시키는 승압 기구(42')로 한 경우에는, 승압 기구(42')를 통과할 때의 파티클의 혼입을 방지할 수 있고, 이에 따라, 기판(7)의 오염을 방지하여 기판 처리 장치(1)의 수율을 향상시킬 수 있다.
제2 실시형태
본 발명의 기판 처리 장치를 구비한 액처리 시스템의 일례로서, 기판인 웨이퍼(W)에 각종 처리액을 공급하여 액처리를 행하는 액처리 장치(1002)와, 액처리 후의 웨이퍼(W)에 부착되어 있는 건조 방지용의 액체를 초임계 유체(고압 유체)와 접촉시켜 제거하는 초임계 처리 장치(1003)를 구비한 액처리 시스템(1001)에 관해서 설명한다. 초임계 처리 장치(1003)는 본 실시형태의 기판 처리 장치에 상당한다.
도 8은 액처리 시스템(1001)의 전체 구성을 도시하는 횡단 평면도이며, 이 도면으로 향하여 좌측을 전방으로 한다. 액처리 시스템(1001)에서는, 배치부(1011)에 FOUP(1100)가 놓이고, 이 FOUP(1100)에 수납된 예컨대 직경 300 ㎜의 여러 장의 웨이퍼(W)가, 반입/반출부(1012) 및 전달부(1013)를 통해 후단(後段)의 액처리부(1014), 초임계 처리부(1015)와의 사이에서 전달되어, 액처리 장치(1002), 초임계 처리 장치(1003) 내에 순서대로 반입되고 액처리나 건조 방지용의 액체를 제거하는 처리가 행해진다. 도면에서, 도면부호 1121은 FOUP(1100)와 전달부(1013) 사이에서 웨이퍼(W)를 반송하는 제1 반송 기구를 나타내고, 도면부호 1131은 반입/반출부(1012)와 액처리부(1014), 초임계 처리부(1015)와의 사이에서 반송되는 웨이퍼(W)가 일시적으로 놓이는 버퍼로서의 역할을 하는 전달 선반이다.
액처리부(1014) 및 초임계 처리부(1015)는, 전달부(1013)와의 사이의 개구부로부터 전후 방향으로 향해 뻗는 웨이퍼(W)의 반송 공간(1162)을 사이에 두고 마련되어 있다. 전방 측에서 보아 반송 공간(1162)의 왼쪽 편에 마련되어 있는 액처리부(1014)에는, 예컨대 4대의 액처리 장치(1002)가 상기 반송 공간(1162)을 따라서 배치되어 있다. 한편, 반송 공간(1162)의 오른 편에 마련되어 있는 초임계 처리부(1015)에는, 예컨대 2대의 초임계 처리 장치(1003)가 상기 반송 공간(1162)을 따라서 배치되어 있다.
웨이퍼(W)는, 반송 공간(1162)에 배치된 제2 반송 기구(1161)에 의해 이들 각 액처리 장치(1002), 초임계 처리 장치(1003) 및 전달부(1013) 사이에서 반송된다. 여기서 액처리부(1014)나 초임계 처리부(1015)에 배치되는 액처리 장치(1002)나 초임계 처리 장치(1003)의 개수는, 단위시간당 웨이퍼(W)의 처리 매수나, 액처리 장치(1002), 초임계 처리 장치(1003)에서의 처리 시간의 차이 등에 따라 적절하게 선택되며, 이들 액처리 장치(1002)나 초임계 처리 장치(1003)의 배치수 등에 따라서 최적의 레이아웃이 선택된다.
액처리 장치(1002)는 예컨대 스핀 세정에 의해 웨이퍼(W)를 1장씩 세정하는 매엽식 장치로서 구성되어 있다. 도 9의 종단 측면도에 도시된 바와 같이, 액처리 장치(1002)는, 처리 공간을 형성하는 아우터 챔버(1021)와, 이 아우터 챔버 내에 배치되고, 웨이퍼(W)를 거의 수평으로 유지하면서 웨이퍼(W)를 수직축 둘레로 회전시키는 웨이퍼 유지 기구(1023)와, 웨이퍼 유지 기구(1023)를 사이드 둘레 측에서 둘러싸도록 배치되고, 웨이퍼(W)로부터 비산된 액체를 받아내는 이너 컵(1022)과, 웨이퍼(W)의 상측 위치와 여기에서 후퇴한 위치 사이를 이동 가능하게 구성되며, 그 선단부에 노즐(1241)이 마련된 노즐 아암(1024)을 구비하고 있다.
액처리 장치(1002)는, 예컨대 알칼리성의 약액인 SC1액(암모니아와 과산화수소수의 혼합액)에 의한 파티클이나 유기성 오염 물질의 제거→ 탈이온수(DeIonized Water: DIW)에 의한 린스 세정→산성 약액인 희불산 수용액[이하, DHF(DilutedHydroFluoric acid)]에 의한 자연 산화막의 제거→DIW에 의한 린스 세정을 행한다.
또한, 웨이퍼 유지 기구(1023)의 내부에도 약액 공급로(1231)를 형성하고, 여기로부터 공급된 약액 및 린스액에 의해서 웨이퍼(W)의 이면 세정을 행하더라도 좋다. 아우터 챔버(1021)나 이너 컵(1022)의 바닥부에는, 내부 분위기를 배기하기 위한 배기구(1212)나 웨이퍼(W)로부터 떨쳐내어진 액체를 배출하기 위한 배액구(1221, 1211)가 마련되어 있다.
액처리 장치(1002)에서 액처리를 끝낸 웨이퍼(W)는, 건조 방지용의 IPA(IsoPropyl Alcohol)로 그 표면이 덮인 상태에서, 제2 반송 기구(1161)에 의해 초임계 처리 장치(1003)로 반송된다. 초임계 처리 장치(1003)에서는, 웨이퍼(W)를 초임계 상태의 CO2와 접촉시켜 표면에 부착되어 있는 IPA를 제거하고, 웨이퍼(W)를 건조하는 처리가 행해진다. 이하, 초임계 처리 장치(1003)의 구성에 관해서 도 10, 도 11을 참조하면서 설명한다.
초임계 처리 장치(1003)는, 초임계 CO2를 이용하여 웨이퍼(W) 표면에 부착된 IPA를 제거하는 처리가 행해지는 처리 용기(1031)와, 이 처리 용기에 초임계 CO2를 공급하기 위한 CO2 공급계(1030)를 구비하고 있다.
도 11에 도시된 바와 같이 처리 용기(1031)는, 웨이퍼(W)의 반입/반출용의 개구부(1312)가 형성된 케이스형의 용기 본체(1311)와, 처리 대상인 웨이퍼(W)를 가로 방향으로 유지하는 유지판(1331)과, 이 유지판(1331)을 지지하고, 웨이퍼(W)를 용기 본체(1311) 내에 반입했을 때 상기 개구부(1312)를 밀폐하는 덮개 부재(1332)를 구비하고 있다.
용기 본체(1311)는, 예컨대 직경 300 ㎜의 웨이퍼(W)를 수용할 수 있는 200~10000 ㎤ 정도의 처리 공간이 형성된 용기이며, 그 벽부에는, 처리 용기(1031) 내에 액체 CO2를 공급하기 위한 유체 공급로로서의 CO2 공급 라인(1351)과, 처리 용기(1031) 내의 유체를 배출하기 위한 배출 라인(1341)이 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(1031)에는 처리 공간 내에 공급된 고압 상태의 처리 유체로부터 받는 내압(內壓)에 대항하여, 용기 본체(1311)를 향해 덮개 부재(1332)를 밀어붙여, 처리 공간을 밀폐하기 위한 도시되지 않는 압박 기구가 마련되어 있다.
용기 본체(1311)에는, 예컨대 저항 발열체 등으로 이루어지는 히터(1322)가 마련되어 있고, 용기 본체(1311)를 가열함으로써, 처리 용기(1031) 내의 웨이퍼(W)의 온도를 미리 설정된 온도로 가열할 수 있다. 히터(1322)는, 급전부(1321)로부터 공급되는 전력에 의해 발열량을 변화시킬 수 있으며, 도시되지 않은 온도 검출부로부터 취득한 온도 검출 결과에 기초하여, 처리 용기(1031) 내의 온도를 CO2의 임계 온도(31℃)보다도 높은, 예컨대 50℃로 조절한다.
처리 용기(1031)에 접속된 CO2 공급 라인(1351)은, 처리 용기(1031)에의 가압 유체의 공급, 정지에 맞춰 개폐하는 개폐 밸브(1352), 제2 필터(1042), 제1 필터(1041) 및 승압 펌프(1036)의 하류측의 급격한 압력 상승을 막기 위한 유량 조절용의 오리피스(1043)를 통해 승압 펌프(1036)에 접속되어 있다. CO2 공급 라인(1351)은 본 실시형태의 유체 공급로에 상당한다.
승압 펌프(1036)는, CO2 공급부(1037) 내에 예컨대 액체의 상태로 유지되어 있는 CO2를 단열 압축하고, 액체 또는 초임계 상태로 처리 용기(1031)로 보내는 역할을 하며, 예컨대 시린지 펌프나 다이어프램 펌프 등이 채용된다. 도 10에서, 도면부호 1371은 CO2 공급부(1037)에서 승압 펌프(1036)로 CO2를 공급하는 CO2 공급 라인을 나타내고, 도면부호 1372은 그 개폐 밸브를 나타낸다.
이어서, 전술한 CO2 공급 라인(1351)에 설치되어 있는 제1 필터(1041) 및 제2 필터(1042)의 구성에 관해서 설명한다. CO2 공급 라인(1351)의 상류측에 설치되어 있는 제1 필터(1041)는 가스 필터로서 구성되며, 가스 유체(기체 상태의 유체) 속에 있어서 입경이 3 ㎚ 이상인 파티클의 포집율이 99.9999999% 이상인 스틸의 소결 필터[니혼인테그리스(주), 웨이퍼가드(등록상표) Ⅱ SF]가 설치되어 있다.
제1 필터(1041)를 구성하는 여과재의 종류는, 전술한 소결 필터(다공질 필터)에 한정되는 것이 아니라, 충분한 내압성(耐壓性) 등을 갖추고 있으면 미세한 유리 섬유를 적층시켜 형성한 섬유층 필터나, 다공막 형상의 수지로 이루어지는 멤브레인 필터 등을 이용하더라도 좋다.
유체의 점도나 밀도가 작은 가스 유체의 여과에 있어서는, 여과재의 간극보다도 큰 입경의 파티클이, 이 간극을 빠져나갈 수 없어 포집되는 체 효과에 의한 포집과, 여과재의 간극을 통과할 수 있는 입경의 파티클이 여과재와 접촉하고, 이 여과재의 표면에 흡착(부착)되어 포집되는 흡착 효과에 의한 포집의 2종류의 메카니즘이 기능한다.
이들 중, 체 효과에 의한 포집은, 파티클의 입경이 커질수록 포집율이 높아지는 한편, 흡착 효과에 의한 포집은 파티클의 직경이 작아질수록 포집율이 높아진다. 이 때문에 가스 유체를 통류시켰을 때의 제1 필터(1041)의 포집율은, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 밑으로 볼록한 골짜기 형상의 커브를 그리며, 포집율이 최소가 되는 입경 DP1이 존재한다. 본 예에서는, DP1=3 ㎚의 제1 필터(1041)가 선택되어 있다. 단, 제1 필터(1041)에서 포집율이 최소가 되는 입경은, 상기 DP1과 일치하고 있는 경우에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, CO2 공급부(1037) 내에 저류되어 있는 CO2에 포함되는 파티클의 입경이 상기 DP1보다도 작은 것을 알고 있는 경우에는, CO2에 포함되는 파티클의 최대 입경이, 포집율이 최소가 되는 입경으로 된다.
한편, 이 액처리 시스템(1)의 하류측에는, 액체 필터로서 구성되고, 액 유체 또는 초임계 유체 속에 있어서의 입경이 65 ㎚ 이상인 파티클의 포집율이 97% 이상인 소결 필터인 제2 필터(1042)가 설치되어 있다[니혼인테그리스(주), 웨이퍼가드(등록상표) SC]. 또한 이 제2 필터(1042)는, 가스 유체 속의 입경이 3 ㎚ 이상인 파티클에 대해서 99.9999999% 이상의 포집율을 발휘할 수 있다. 제2 필터(1042)를 구성하는 여과재의 종류도 소결 필터(다공질 필터)에 한정되는 것이 아니라, 충분한 내압성 등을 갖추고 있으면 섬유층 필터나 멤브레인 필터 등을 이용하더라도 좋다.
가스 유체에 비해서 점도나 밀도가 큰 액 유체나 초임계 유체(초임계 상태의 유체)에서는, 파티클이 여과재에 흡착하는 힘에 대항하여, 유체가 파티클을 흘러가게 하는 힘이 강해지기 때문에, 체 효과에 의한 포집이 메인이 된다. 이 때문에 액 유체를 통류시켰을 때의 액처리 장치(1002)의 포집율은, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 거의 스텝형으로 변화되고, 예컨대 포집율이 97% 이상이 되는 최소 입경(여과 정밀도, DP2)이 전술한 설계치가 된다. 본 예에서는, DP2=65 ㎚의 제2 필터(42)가 선택되어 있다.
이와 같이 본 예에서 이용한 제2 필터(1042)에는, 가스 유체 통류시와, 액 유체(액 상태의 유체) 통류시의 각각의 경우에 관해서 파티클의 포집율의 사양이 정해져 있다. 한편, 가스 필터인 제1 필터(1041)에는, 액 유체 통류시에 관한 파티클 포집율의 사양은 정해져 있지 않다. 단, 후술하는 작용 설명에 기술되어 있는 바와 같이, 제2 필터(1042)는, 가스 통류시에 제1 필터(1041)에 의해 포집된 파티클의 응집체가 액 통류시에 하류측으로 유출되었을 때, 이 응집체를 포집할 수 있는 포집율의 분포를 갖추고 있을[제1 필터(1041)보다도 작은 파티클을 포집할 수 있을] 필요가 있다.
유체의 점도나 밀도는 가스 유체<초임계 유체<액 유체의 순으로 커지기 때문에, 유체가 제1, 제2 필터(1041, 1042)를 통과할 때에 파티클에 작용하는 힘도 이 순서로 커진다. 그리고, 유체로부터 파티클에 작용하는 힘이 커질수록, 흡착 효과의 작용에 의해 여과재에 흡착되어 있는 파티클이 유체에 의해서 흘러, 유출될 우려가 커진다.
그래서 본 예의 CO2 공급 라인(1351)에는, CO2 공급 라인(1351)의 배관 안을 흐르는 CO2를 액 상태를 거치지 않고서, 기체 상태에서 초임계 상태로 직접 변화시키기 위한 가열 기구(1353)가 마련되어 있다. 가열 기구(1353)는, 예컨대 저항 발열체 등에 의해서 구성되며, 도시되지 않은 온도 검출부에 의해 CO2 공급 라인(1351)의 배관의 표면 온도를 검출한 결과에 기초하여 급전부(1354)로부터 급전되는 전력을 증감하고, 내부를 흐르는 CO2를 가열하는 온도를 조절할 수 있다.
이상에 설명한 구성을 갖춘 액처리 시스템(1001)이나 액처리 장치(1002), 초임계 처리 장치(1003)는 도 8~도 10에 도시된 바와 같이 제어부(1005)에 접속되어 있다. 제어부(1005)는 도시하지 않은 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터로 이루어지며, 기억부에는 이들 액처리 시스템(1001)이나 액처리 장치(1002), 초임계 처리 장치(1003)의 작용, 즉 FOUP(1100)로부터 웨이퍼(W)를 꺼내어 액처리 장치(1002)에서 세정 처리를 행하고, 이어서 초임계 처리 장치(1003)에서 웨이퍼(W)를 건조하는 처리를 하고 나서 FOUP(1100) 내로 웨이퍼(W)를 반입하기까지의 동작에 관계된 제어에 관한 스텝(명령)군이 짜여진 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예컨대 하드디스크, 컴팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되며, 그로부터 컴퓨터에 인스톨된다.
이하, 본 실시형태의 초임계 처리 장치(1003)의 작용에 관해서 도 13~도 16을 참조하면서 설명한다. 이하의 도면에 있어서 각 밸브에 붙여진 「S」 부호는 그 개폐 밸브가 닫힌 상태로 되어 있음을 나타내고, 「O」 부호는 열린 상태로 되어 있음을 나타내고 있다.
이미 기술한 바와 같이 액처리 장치(1002)에 있어서 세정 처리를 끝내고, 건조 방지용의 IPA로 그 표면이 덮인 상태의 웨이퍼(W)는 제2 반송 기구(1161)에 의해서 액처리 장치(1002)로부터 반출된다. 제2 반송 기구(1161)는, 웨이퍼(W)를 받아들일 수 있는 초임계 처리 장치(1003)가 배치되어 있는 초임계 처리부(1015) 내에 진입한다.
초임계 처리 장치(1003)는, 도 11에 도시된 바와 같이 용기 본체(1311) 밖으로 유지판(1331)을 이동시켜, 도시되지 않은 지지 핀을 통해 제2 반송 기구(1161)의 반송 아암으로부터 유지판(1331)에 웨이퍼(W)를 수취한다. 그리고, 유지판(1331)을 이동시켜 개구부(1312)를 통해 웨이퍼(W)를 용기 본체(1311)의 내부로 반입하고, 덮개 부재(1332)에 의해 개구부(1312)를 닫아 처리 용기(1031) 안을 밀폐한다. 여기서, 웨이퍼(W)를 용기 본체(1311) 안으로 반입하기 전에, 재차 웨이퍼(W)의 표면에 액체의 IPA를 공급하더라도 좋다.
그러한 후, 도 13에 도시된 바와 같이 CO2 공급 라인(1371) 및 CO2 공급 라인(1351)의 개폐 밸브(1372, 1352)를 개방하며 승압 펌프(1036)를 가동시켜 처리 용기(1031)에 CO2를 공급하고, 처리 용기(1031)의 내부가 CO2의 임계 압력[7.4 ㎫(절대압)]보다 높은, 예컨대 8 ㎫가 될 때까지 승압한다.
이때 가열 기구(1353)는, 예컨대 40℃~100℃의 범위인 50℃로 CO2 공급 라인(1351)을 가열함으로써, 그 라인(1351)의 배관 안을 흐르는 유체를 가열하고 있다. 또한, 히터(1322)는 처리 용기(1031)의 내부 온도를 CO2의 임계 온도(31℃) 이상인 예컨대 50℃로 가열한다.
여기서 처리 용기(1031)에 CO2를 공급할 때에, CO2 공급부(1037)로부터 가지고 들어가는 파티클이 가열 기구(1353)를 흐르는 유체의 상태에 따라서 어떠한 거동을 보이는지에 관해서 설명한다.
이미 기술한 바와 같이, 웨이퍼(W)는 유지판(1331)을 용기 본체(1311) 밖으로 이동시키고, 대기에 해방된 처리 용기(1031)에 반입되기 때문에, 승압 펌프(1036)로부터 CO2의 공급을 시작한 직후, CO2 공급 라인(1351)의 배관 안은 처리 용기(1031)와 거의 동일한 대기압 상태로 되고 있다.
이 CO2 공급 라인(1351)에 승압 펌프(1036)로부터 CO2를 공급하면, CO2 공급 라인(1351) 및 처리 용기(1031) 내의 압력이, 그 내부의 온도에서의 CO2의 증기압보다도 낮은 기간 동안은, 승압 펌프(1036)의 토출측에서 CO2가 기화되어, 기체 상태로 CO2 공급 라인(1351) 안을 흐른다. 이때 도 12의 (a)에서 설명한 바와 같이, 제1 필터(1041)는, 가스 유체 속에 포함되는 파티클 중, 포집율이 가장 작게 되는 3 ㎚의 파티클을 99.9999999% 이상 포집할 수 있기 때문에, 제1 필터(1041)의 하류측에는 파티클은 거의 유입되지 않는다.
따라서, 도 15에 모식적으로 도시된 바와 같이, 가스 유체 통류시에 포집할 수 있는 파티클(1091)의 입경이 제1 필터(1041)와 동일하거나 또는 이보다 큰 제2 필터(1042)가, 제1 필터(1041)의 하류측에 배치되어 있는 경우라도, 처리 용기(1031)에 유입되는 가스 유체 내의 파티클(1091)은 대폭 저감되어 있다.
이때 제1 필터(1041)는, 이미 기술한 바와 같이 흡착 효과 및 체 효과 양자 모두의 작용에 의해 파티클(1091)을 포집하고 있다. 그리고, 흡착 효과에 의해 포집된 파티클(1091)의 양이 많아져 가면, 파티클끼리 응집하여, 입경이 큰 응집 파티클(1092)(응집체)로 성장한다.
한편, 승압 펌프(1036)로부터의 액체 CO2의 공급을 계속하면, CO2 공급 라인(1351) 및 처리 용기(1031) 내부의 압력이 점차로 상승해 나간다. 그리고, 이들 CO2 공급 라인(1351), 처리 용기(1031) 내의 온도, 압력이 CO2의 임계 온도, 임계 압력보다 높아지면, 내부의 유체가 초임계 유체로 된다. 여기서 이미 기술한 바와 같이, CO2 공급 라인(1351)은 가열 기구(1353)에 의해서 CO2의 임계 온도보다도 충분히 높은 50℃로 가열되고 있으므로, CO2 공급 라인(1351) 안을 흐르는 유체는 가스 유체에서 초임계 유체로 직접 변화된다. 한편, 도 15~도 20에서는, 가열 기구(1353)의 기재를 생략한다.
앞서 설명한 바와 같이, 초임계 상태의 CO2는, 기체 상태의 CO2보다도 점도나 밀도가 크기 때문에, 제1 필터(1041)를 통과할 때에 제1 필터(1041)의 여과재에 흡착되어 있는 파티클(1091)에 작용하는 힘이 커진다. 특히, 응집 파티클(1092)의 입경이 커질수록, 초임계 유체로부터 응집 파티클(1092)에 작용하는 힘도 커지기 때문에, 제1 필터(1041)를 통과하는 유체가 가스 유체에서 초임계 유체로 변화되면, 응집 파티클(1092)의 일부가 여과재로부터 박리되어 제1 필터(1041)의 하류로 흘러나간다(도 16).
이때, 제1 필터(1041)의 하류측에는, 액체 통류시의 여과 정밀도(포집율이 97% 이상이 되는 최소 입경)가 제1 필터(1041)보다도 작은 제2 필터(1042)가 배치되어 있기 때문에, 그 여과 정밀도보다도 입경의 큰 응집 파티클(1092)을 제2 필터(1042)로 포집할 수 있다. 이미 기술한 바와 같이, 액체 통류시의 여과 정밀도는, 주로 체 효과에 의해 파티클을 포집하기 때문에, 초임계 유체와 액체와의 점도나 밀도의 차이에 상관없이, 액체의 경우와 같은 여과 정밀도를 발휘할 수 있다.
이 결과, CO2 공급 라인(1351) 안을 흐르는 CO2가 기체 상태에서 초임계 상태로 변화된 후에 있어서도, 제2 필터(1042)의 여과 정밀도보다도 큰 입경의 파티클(1091)이나 응집 파티클(1092)이 처리 용기(1031) 내로 유입되는 것이 억제된다.
이렇게 해서 처리 용기(1031) 내의 온도, 압력이 CO2의 임계 온도, 임계 압력보다도 높아지면, 처리 용기(1031) 안이 임계 압력보다도 높은 압력으로 유지되도록 개방도를 조절하면서 압력 조절 밸브(1342)를 열어, 배출 라인(1341)으로부터 초임계 CO2를 빠져나가게 한다. 이렇게 해서, CO2 공급 라인(1351)으로부터의 초임계 CO2의 공급과, 배출 라인(1341)으로부터의 초임계 CO2의 빼냄을 연속적으로 행하여, 처리 용기(1031)에 공급된 초임계 CO2 속에, 웨이퍼(W) 표면의 IPA를 용해시킨다. 그리고, IPA를 초임계 CO2와 치환함으로써, 웨이퍼(W)에 부착되어 있는 액체 IPA를 제거한다.
웨이퍼(W)의 패턴 내에 들어가 있는 IPA가 초임계 CO2와 치환되기에 충분한 시간이 경과하고, 처리 용기(1031)로부터 IPA가 충분히 배출되면, 도 14에 도시된 바와 같이 CO2 공급 라인(1371)의 개폐 밸브(1372)를 닫고, 승압 펌프(1036)를 정지하여 처리 용기(1031)에의 CO2 공급을 정지한다. 또한, 압력 조절 밸브(1342)를 완전 개방으로 하여 처리 용기(1031) 내의 CO2를 배기한다.
이와 같이 하여 초임계 CO2에 의한 처리를 끝내면, 액체가 제거되고 건조된 웨이퍼(W)를 제2 반송 기구(1161)에 의해 꺼내고, 반입시와는 반대의 경로로 반송하여 FOUP(1100)에 수납하며, 이 웨이퍼(W)에 대한 일련의 처리를 끝낸다. 액처리 시스템(1001)에서는, FOUP(1100) 내의 각 웨이퍼(W)에 대하여 전술한 처리가 연속해서 행해진다.
본 실시형태에 따른 초임계 처리 장치(1003)에 의하면 이하의 효과가 있다. 초임계 CO2를 이용하여 웨이퍼(W)의 처리가 행해지는 처리 용기(1031)에 공급되는 유체가 통류되는 유체 공급로(1351)에는, 제1 필터(1041)가 설치되어 있기 때문에, 이 제1 필터(1041)에 의해 유체 속의 이물을 제거할 수 있다. 또한, 이 제1 필터(41)의 하류에는, 이 제1 필터(1041)에 기체 상태의 CO2를 통류시켰을 때에 흡착된 파티클의 응집체[응집 파티클(1092)]를 제거하기 위한 제2 필터(1042)가 설치되어 있다. 이 제2 필터(1042)는 초임계 CO2를 통류시켜 비교했을 때에, 통과 가능한 파티클의 입경이 제1 필터(1041)에서 통과 가능한 입경보다도 작다. 이 때문에, 기체 통류시에 제1 필터(1041)에 흡착된 응집 파티클(1092)이 초임계 CO2 속으로 유출된 경우라도, 그 하류측의 제2 필터(1042)로 응집 파티클(1092)을 포집하여, 처리 용기(1031)로의 유입을 억제할 수 있다.
전술한 실시형태에서는, CO2 공급 라인(1351) 안을 흐르는 CO2가 기체 상태에서 초임계 상태로 직접 변화되도록, 가열 기구(1353)를 마련하여 CO2 공급 라인(1351)의 내부의 온도를 조절하고 있다. 그러나, 가열 기구(1353)를 마련하는 것은 필수적인 요건은 아니며, CO2 공급 라인(1351) 안의 유체가 기체 상태→액 상태→초임계 상태로 변화되더라도 좋다.
도 17에 도시된 바와 같이, CO2 공급 라인(1351)의 배관 안을 흐르는 유체가 액 유체로 된 경우에는, 제1 필터(1041)에 흡착되어 있는 응집 파티클(1092)이나 파티클(1091)에는 초임계 유체보다도 큰 힘이 작용한다. 그 결과, 초임계 유체가 흐르는 경우에 비해서, 보다 작은 응집 파티클(1092)이 박리된다. 그러나 그 하류에, 제1 필터(1041)보다도 여과 정밀도가 작은 제2 필터(1042)를 배치함으로써, 이 여과 정밀도보다도 입경이 큰 응집 파티클(1092)을 제2 필터(1042)로 포집할 수 있다는 점은 초임계 유체의 통류시와 마찬가지다.
또한, 처리 용기(1031)에 공급되는 유체는, 액체 CO2인 경우에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 HFE(HydroFluoro Ether) 등의 불소 함유 유기 용매나 IPA와 같이, 상온에서 액 상태의 유체(액체 원료)를, 초임계 유체 공급부(1038)에서 초임계 상태로 만들고 나서 처리 용기(1031)에 공급하더라도 좋다(도 18). 초임계 유체 공급부(1038)는, 예컨대 가열 기구인 할로겐 램프(1383)의 주위에, 초임계 유체를 준비하는 배관인 스파이럴관(1381)을 배치한 구성으로 되어 있다.
그리고, 원료 공급부(1037)로부터 상기 스파이럴관(1381)의 하부측의 공간에 액체 원료를 공급한 후, 전후의 개폐 밸브(1372, 1352)를 닫고, 급전부(1382)로부터 할로겐 램프(1383)에 전력을 공급하여 스파이럴관(1381) 내의 액체 원료를 가열하며, 이 원료를 기화시켜 승온, 승압함으로써 초임계 상태로 만든다. 그리고, 처리 용기(1031)에 공급된 후에도, 초임계 유체가 초임계 상태를 유지할 수 있는 온도, 압력으로 되면, 초임계 유체 공급부(1038)의 하류측의 개폐 밸브(1352)를 열어 처리 용기(1031)에 초임계 유체를 공급한다. 건조 방지용 액체와의 치환성이 양호한 경우에는, 초임계 유체 공급부(1038)로부터 배치(batch) 공급된 초임계 유체에 의해서, 웨이퍼(W)의 표면으로부터 상기 액체를 제거할 수 있다.
본 예의 초임계 처리 장치(1003)와 같이, 초임계 유체 공급부(1038)에서 준비된 초임계 유체가 처리 용기(1031)에 공급되는 경우라도, 대기압 상태의 유체 공급 라인(1351)(유체 공급로)이나 처리 용기(1031) 내부의 압력이 임계 압력 이상으로 되기까지의 기간 동안은, 제1 필터(1041)나 제2 필터(1042)를 가스 유체가 흐른다. 따라서, 미리 초임계 상태로 조제(調製)된 유체가 초임계 유체 공급부(1038)로부터 공급되는 경우라도, 유체 공급 라인(1351)에는, 가스 유체에서(온도 조건에 따라서는 액 유체를 거쳐) 초임계 유체로 변화하면서 유체가 흐른다. 따라서, 액체 통류시의 여과 정밀도가 제1 필터(1041)보다도 작은 제2 필터(1042)를 제1 필터(1041)의 하류측에 배치함으로써, 응집 파티클(1092)을 제2 필터(1042)로 포집할 수 있다.
이와 같이, 가스 유체의 통류시에 제1 필터(1041)에 흡착되어, 응집된 응집 파티클(1092)을 처리 용기(1031)로 가지고 들어가는 것을 억제하는 수법은, 공통의 CO2 공급 라인(유체 공급 라인)(1351) 상에, 제1, 제2 필터(1041, 1042)를 배치하는 경우에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 도 19, 도 20에 도시된 바와 같이, 승압 펌프(1036)와 개폐 밸브(1352) 사이에 병렬로 배치되고, 전환 밸브(1355)(유로 전환부)에 의해서 전환할 수 있게 구성된 제1 CO2 공급 라인(1351a)(제1 유체 공급로) 및 제2 CO2 공급 라인(1351b)(제2 유체 공급로)의 각각에 제1 필터(1041),제2 필터(1042)를 배치하더라도 좋다.
이 경우의 제1 필터(1041)는, 가스 유체의 통류시에, 소정 입경(예컨대 3 ㎚ 이상)의 파티클의 포집율이 미리 설정한 값 이상으로 되는 것이 이용된다. 또한 제2 필터(1042)는, 액체 통류시의 여과 정밀도(예컨대 65 ㎚ 파티클의 포집율)가 미리 설정한 값 이상으로 되는 것이 이용된다.
그리고, 제어부(1005)는, 예컨대 양(兩) CO2 공급 라인(1351a, 1351b) 내의 압력을 감시하고, 승압 펌프(1036)에서 처리 용기(1031)를 향해 흐르는 유체가 기체 상태인 기간 동안은, CO2가 흐르는 유로를 제1 CO2 공급 라인(1351a)으로 하며(도 19), 처리 용기(1031)를 향해 흐르는 유체가 초임계 상태가 되는 타이밍에 CO2가 흐르는 유로를 제2 CO2 공급 라인(1351b)으로 전환하도록(도 20), 전환 밸브(1355)를 동작시킨다.
전술한 예에 있어서도, 제1 필터(1041)에 흡착되어 응집된 응집 파티클(1092)의 처리 용기(1031)에의 유입을 억제한다고 하는 관점에 있어서, 도 10, 도 18에 도시한 초임계 처리 장치(1003)와 공통의 작용, 효과를 발휘한다.
이상에 설명한 각 예에 있어서, 웨이퍼(W)에 부착된 건조 방지용의 액체는, 초임계 상태의 유체와 접촉시켜 제거하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대, 아임계 상태의 유체로 제거하여도 되는 것은 물론이다.
실시예
(실험)
CO2 공급 라인(1351)에 개폐 밸브(1352)를 설치하고, 내부를 가열한 경우와, 가열을 하지 않은 경우에 있어서, CO2 공급 라인(1351) 안을 흐르는 유체의 상태를 비교했다.
A. 실험 조건
(실시예) 도 10에 도시한 초임계 처리 장치(1003)의 CO2 공급 라인(1351)에 제1 필터(1041)만을 설치하고, 승압 펌프(1036)의 토출측에서부터 처리 용기(1031)의 입구까지의 CO2 공급 라인(1351)의 배관을 가열 기구(1353)에 의해 110℃로 유지하여, 처리 용기(1031)에 CO2를 공급했다. 처리 용기(1031) 내의 승압은, 처음에 CO2 공급부(1037)의 봄베의 내압을 이용하여 승압을 행하고, 처리 용기(1031) 안이 6 ㎫에 도달한 타이밍에 승압 펌프(1036)를 가동시켰다. 그리고, (1) 승압 펌프(1036)의 토출측과 오리피스(1043)와의 사이, (2) 오리피스(1043)와 제1 필터(1041)와의 사이, (3) 제1 필터(1041)와 처리 용기(1031)와의 사이의 각 위치의 배관 안을 흐르는 유체의 온도 변화를 계측하고, 처리 용기(1031) 내의 압력 변화를 계측했다.
(참조예) 개폐 밸브(1352)에 의한 가열을 하고 있지 않은 점 이외에는, 실시예와 같은 조건으로 유체의 온도 변화 및 처리 용기(1031) 내의 압력 변화를 계측했다.
B. 실험 결과
실시예 및 참조예의 결과를 각각 도 21, 도 22의 그래프에 나타낸다. 각 그래프의 횡축은 CO2의 공급을 시작하고나서의 시간을 나타내고, 좌측의 종축은 온도, 우측의 종축은 압력을 나타낸다. 또한, (1)의 위치에 있어서의 유체의 온도 변화를 1점 쇄선으로 나타내고, (2)의 위치의 온도 변화를 가는 실선, (3)의 위치의 온도 변화를 굵은 실선으로 나타낸다. 또한 도 23은 (2), (3)의 위치에 있어서의 유체가, 전술한 온도, 압력 변화에 따라서, 기체 상태, 액 상태, 초임계 상태 중 어느 상태로 되고 있는지를 보여주고 있다. 횡축은 유체의 온도, 종축은 압력이며, 실시예의 (2)의 위치의 상태 변화를 가는 실선, 실시예의 (3)의 위치의 상태 변화를 굵은 실선으로 나타낸다. 또한, 참조예의 (2)의 위치의 상태 변화를 가는 파선, 참조예의 (3)의 위치의 상태 변화를 굵은 파선으로 나타낸다. 한편, 제1 필터(1041)의 압력 손실은 100 ㎪ 정도이기 때문에, 오리피스(1043) 하류의 CO2 공급 라인(1351) 내의 압력은 처리 용기(1031)의 압력과 거의 같다고 간주하여도 좋다.
도 21에 나타낸 실시예의 결과에 따르면, 유체가 압축된 후, 팽창되는 오리피스(1043)의 하류측[위치 (2) 및 (3)]에서는, 오리피스(1043)의 상하류의 압력차가 큰 기간 동안은, 유체의 온도가 급격히 저하되고 있다. 그 후, 처리 용기(1031) 내의 압력 상승에 따라 오리피스(1043) 전후의 압력차가 작아져, 유체의 온도 저하도 작아진다. 또한, CO2 공급 라인(1351)의 가열을 행하고 있음으로써, (3)의 위치의 유체의 온도는 25℃보다도 높은 온도로 유지되고 있다.
도 22에 도시한 참조예의 결과에 따르면, 오리피스(1043)의 하류측[위치 (2) 및 (3)]에서 급격히 온도 저하되고, 그 후, 오리피스(43) 전후의 압력차가 작아짐에 따라서, 유체의 온도 저하도 작아지고 있는 점은 실시예의 경우와 마찬가지다. 한편, CO2 공급 라인(1351)의 가열을 하고 있지 않은 참조예에서는, (2), (3) 위치의 유체의 온도는 모두 20℃를 밑돌았다.
이들 온도, 압력의 계측 결과에 기초하여 각 위치에 있어서의 유체의 상태 변화를 나타낸 도 23에 따르면, 실시예의 (2)의 위치 및 가열을 하고 있지 않은 참조예의 (2), (3)의 위치를 흐르는 유체는, 액 상태에서 처리 용기(1031)에 유입되고 있다. 한편, CO2 공급 라인(1351)을 가열하고 있는 실시예의 (3)의 위치를 흐르는 유체는, 액 상태를 거치지 않고, 기체 상태에서 초임계 상태로 되고 있다. 따라서, CO2 공급 라인(1351)을 가열하는 온도를 더 올려 적절한 온도 조절을 하면, 제1 필터(1041)의 상류측의 위치(2) 및 제1 필터(1041)의 하류측의 위치(3)에 있어서 액 상태를 거치지 않고 기체 상태에서 초임계 상태로 CO2의 상태를 변화시킬 수 있다고 말할 수 있다.
1: 기판 처리 장치 7: 기판
21: 제어 수단 22: 처리 용기
33: 유체 공급원 36: 정압 공급 유로
37: 승압 공급 유로 42: 승압 기구
W: 웨이퍼 1001: 액처리 시스템
1002: 액처리 장치 1013: 초임계 처리 장치
1351: CO2 공급 라인 1351a: 제1 CO2 공급 라인
1351b: 제2 CO2 공급 라인 1353: 가열 기구
1355: 전환 밸브 1041: 제1 필터
1042: 제2 필터
21: 제어 수단 22: 처리 용기
33: 유체 공급원 36: 정압 공급 유로
37: 승압 공급 유로 42: 승압 기구
W: 웨이퍼 1001: 액처리 시스템
1002: 액처리 장치 1013: 초임계 처리 장치
1351: CO2 공급 라인 1351a: 제1 CO2 공급 라인
1351b: 제2 CO2 공급 라인 1353: 가열 기구
1355: 전환 밸브 1041: 제1 필터
1042: 제2 필터
Claims (26)
- 기판을 처리하는 처리 용기와,
상기 기판의 처리에 사용하는 기판 처리 유체를 정해진 압력으로 공급하는 유체 공급원과,
상기 유체 공급원으로부터 상기 기판 처리 유체를 승압시키지 않고서 일정한 압력으로 상기 처리 용기에 공급하는 정압 공급 유로와,
상기 유체 공급원으로부터 상기 기판 처리 유체를 승압 기구로 정해진 압력으로 승압하여 상기 처리 용기에 공급하는 승압 공급 유로, 그리고
상기 정압 공급 유로와 상기 승압 공급 유로를 전환하는 제어 수단
을 포함하고, 상기 제어 수단은, 상기 정압 공급 유로로부터 일정한 압력의 상기 기판 처리 유체를 상기 처리 용기에 공급하며, 상기 처리 용기의 내부 압력이 정해진 압력으로 된 경우에, 상기 승압 공급 유로로부터 승압된 상기 기판 처리 유체를 상기 처리 용기에 공급하여, 상기 처리 용기의 내부 압력을 상승시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 처리 용기는, 상기 기판의 표면에 부착된 액체를 상기 기판 처리 유체로 초임계 상태 또는 아임계 상태로 가압한 후에 제거함으로써 상기 기판의 표면을 건조 처리하고,
상기 제어 수단은, 상기 기판의 표면에 부착된 액체가 초임계 상태 또는 아임계 상태가 되는 압력까지 상기 처리 용기의 내부 압력을 상승시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 처리 용기는, 상기 기판의 표면에 부착된 액체를 초임계 상태 또는 아임계 상태의 상기 기판 처리 유체로 치환한 후에 제거함으로써 상기 기판의 표면을 건조 처리하고,
상기 제어 수단은, 상기 기판 처리 유체가 초임계 상태 또는 아임계 상태가 되는 압력까지 상기 처리 용기의 내부 압력을 상승시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 승압 기구는, 상기 기판 처리 유체를 냉각하여 액체로 만드는 냉각기와, 액체로 만든 상기 기판 처리 유체를 정해진 압력으로 승압하여 압송하는 펌프를 포함하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 승압 기구는, 상기 기판 처리 유체를 냉각하여 액체로 만드는 냉각기와, 액체로 만든 상기 기판 처리 유체를 밀폐된 상태로 저류하는 밀폐 용기와, 상기 밀폐 용기를 가열함으로써 저류한 상기 기판 처리 유체를 정해진 압력으로 승압하는 가열기를 포함하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 밀폐 용기는, 내측 용기의 외주에 외측 용기를 마련한 이중 구조로 한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 밀폐 용기는, 내부에 산화 촉매를 수용한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 정압 공급 유로와 상기 승압 공급 유로 중의 어느 하나 또는 양자 모두에 여과기를 설치하고, 상기 여과기의 상류측에 가열기를 마련하며, 상기 여과기의 하류측에 있고 상기 처리 용기에 접속된 배관을 단열 또는 가열한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 정해진 압력으로 유체 공급원으로부터 공급되는 기판 처리 유체를 승압시키지 않고서 일정한 압력으로 정압 공급 유로로부터 처리 용기에 공급하고, 상기 처리 용기의 내부 압력이 정해진 압력으로 된 후에, 상기 유체 공급원으로부터 공급되는 상기 기판 처리 유체를 승압 기구로 정해진 압력으로 승압하여 승압 공급 유로로부터 상기 처리 용기에 공급함으로써, 상기 처리 용기의 내부 압력을 상승시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 처리 용기의 내부 압력은, 상기 처리 용기에 공급한 상기 기판 처리 유체의 압력에 의해서 상기 기판의 표면에 부착된 액체가 초임계 상태 또는 아임계 상태가 되는 압력으로 하고,
상기 기판의 표면에 부착된 액체를 상기 기판 처리 유체로 초임계 상태 또는 아임계 상태로 가압한 후에 제거함으로써 상기 기판의 표면을 건조 처리하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법. - 제9항에 있어서, 상기 처리 용기의 내부 압력은, 상기 기판 처리 유체가 초임계 상태 또는 아임계 상태가 되는 압력으로 하고,
상기 기판의 표면에 부착된 액체를 초임계 상태 또는 아임계 상태의 상기 기판 처리 유체로 치환한 후에 제거함으로써 상기 기판의 표면을 건조 처리하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법. - 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 승압 기구는, 상기 기판 처리 유체를 냉각하여 액체로 만든 후에 밀폐 용기에 밀폐된 상태로 저류하고, 저류한 상기 기판 처리 유체를 가열함으로써 정해진 압력으로 승압시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제9항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 정압 공급 유로와 상기 승압 공급 유로 중의 어느 하나 또는 양자 모두에 여과기를 설치하고, 상기 여과기의 상류측에 가열기를 마련하며, 상기 여과기의 하류측에 있고 상기 처리 용기에 접속된 배관을 단열 또는 가열하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 기판을 초임계 유체 또는 아임계 유체에 의해 처리하기 위한 처리 용기와,
이 처리 용기에 유체를 공급하기 위한 유체 공급부와,
이 유체 공급부와 상기 처리 용기를 접속하고, 상기 유체 공급부로부터 기체 상태의 원료 유체가 통류된 후, 이 원료 유체가 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변하여 통류되는 유체 공급로와,
상기 유체 공급로에 설치되고, 유체 속의 이물(異物)을 제거하기 위한 제1 필터, 그리고
상기 제1 필터에 기체 상태의 원료 유체를 통류시켰을 때에 상기 제1 필터에 흡착된 이물의 응집체를 제거하기 위해서, 상기 유체 공급로에 있어서의 상기 제1 필터의 하류측에 설치되고, 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 유체를 통류시켜 비교했을 때에, 통과 가능한 이물의 입경이 상기 제1 필터에 있어서의 통과 가능한 이물의 입경보다도 작은 제2 필터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제14항에 있어서, 기체 상태의 유체를 통류시켜 비교했을 때에, 상기 제1 필터에 의해 흡착 제거되는 이물의 입경은, 상기 제2 필터에 의해 흡착 제거되는 이물의 입경 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 유체 공급로에는, 상기 처리 용기에 공급되는 유체가, 이 유체 공급로 내의 압력의 상승에 따라, 기체 상태에서 초임계 상태 또는 아임계 상태로 직접 변화되도록, 상기 유체 공급로 안을 가열하는 가열 기구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 유체 공급로를 통류하는 원료 유체는, 기체 상태에서 액 상태를 거쳐 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 유체 공급로를 통류하는 기체 상태의 원료 유체는, 상기 유체 공급부로부터 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태로 공급된 유체가 기화된 것임을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 기판을 초임계 유체 또는 아임계 유체에 의해 처리하기 위한 처리 용기와,
이 처리 용기에 유체를 공급하기 위한 유체 공급부와,
이 유체 공급부와 상기 처리 용기를 접속하는 제1 유체 공급로 및 제2 유체 공급로와,
상기 제1 유체 공급로에 설치되고, 기체 상태의 유체 속의 이물을 제거하기 위한 제1 필터와,
상기 제2 유체 공급로에 설치되고, 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 유체 속의 이물을 제거하기 위한 제2 필터와,
상기의 제1 유체 공급로와 제2 유체 공급로와의 사이에서, 상기 유체 공급부로부터 공급된 유체가 흐르는 공급로를 전환하기 위한 유로 전환부, 그리고
상기 유체 공급부로부터 공급된 원료 유체가 기체 상태로 흐르는 기간 동안은, 상기 제1 유체 공급로를 통해 상기 처리 용기에 유체를 공급하고, 이 원료 유체로부터 얻어진 유체가 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태로 흐르는 기간 동안은, 상기 제2 유체 공급로를 통해 상기 처리 용기에 유체를 공급하도록 상기 유로 전환부에 제어 신호를 출력하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 기판을 초임계 유체 또는 아임계 유체에 의해 처리하기 위해서 마련되고, 유체 공급로가 접속된 처리 용기에, 상기 유체 공급로를 통류하는 유체가, 기체 상태의 원료 유체에서 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변하여 통류하도록 유체를 공급하는 공정과,
상기 유체 공급로에 설치된 제1 필터에 의해, 유체 속의 이물을 제거하는 공정, 그리고
기체 상태의 원료 유체를 통류시켰을 때에 상기 제1 필터에 흡착된 후, 상기 원료 유체가 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변하여 얻어진 유체에 유출된 이물의 응집체를, 상기 유체 공급로의 상기 제1 필터의 하류측에 설치되고, 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 유체를 통류시켜 비교했을 때에, 통과 가능한 이물의 입경이 상기 제1 필터에 있어서의 통과 가능한 이물의 입경보다도 작은 제2 필터에 의해 제거하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 공급 방법. - 제20항에 있어서, 기체 상태의 유체를 통류시켜 비교했을 때에, 상기 제1 필터에 의해 흡착 제거되는 이물의 입경은, 상기 제2 필터에 의해 흡착 제거되는 이물의 입경 이하인 것을 특징으로 하는 유체의 공급 방법.
- 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 처리 용기에 공급되는 유체가, 상기 유체 공급로 내의 압력 상승에 따라, 기체 상태에서 초임계 상태 또는 아임계 상태로 직접 변화되도록, 상기 유체 공급로 안을 가열하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 공급 방법.
- 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 유체 공급로를 통류하는 원료 유체는, 기체 상태에서 액 상태를 거쳐 초임계 상태 또는 아임계 상태로 변하는 것을 특징으로 하는 유체의 공급 방법.
- 제20항 또는 제21항에 있어서, 유체 공급로를 통류하는 기체 상태의 원료 유체는, 상기 유체 공급부로부터 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태로 공급된 유체가 기화된 것임을 특징으로 하는 유체의 공급 방법.
- 기판을 초임계 유체 또는 아임계 유체에 의해 처리하기 위해서 마련된 처리 용기에 공급되는 유체가 기체 상태의 원료 유체인 기간 동안은, 기체 상태의 유체 속의 이물을 제거하기 위한 제1 필터가 설치된 제1 유체 공급로를 통해 상기 처리 용기에 유체를 공급하는 공정과,
상기 처리 용기에 공급되는 유체가 상기 원료 유체로부터 얻어진 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 유체인 기간 동안은, 액 상태, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 유체 속의 이물을 제거하기 위한 제2 필터가 설치된 제2 유체 공급로를 통해 상기 처리 용기에 유체를 공급하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 공급 방법. - 기판을 초임계 유체 또는 아임계 유체에 의해 처리하기 위한 처리 용기를 구비한 기판 처리 장치에 이용되는 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서,
상기 프로그램은 제20항, 제21항, 제25항 중의 어느 하나에 기재된 유체의 공급 방법을 실행하기 위해서 스텝이 짜여져 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체.
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