JP5459185B2 - 液処理装置、液処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、被処理基板に対して処理液を用いて液処理を行う技術に関する。

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、薬液などの処理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。

液処理に際してウエハ表面に供給された処理液は、例えばウエハを鉛直軸周りに回転させて処理液を振り切る振切乾燥などにより除去されるが、半導体装置の高集積化に伴い、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や亜臨界状態の流体（以下、これらをまとめて高圧流体という）を用いた乾燥方法が知られている。乾燥処理では超臨界流体と亜臨海流体は、ほぼ同じ作用を示すので以下超臨界流体の例について説明すると、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。

しかし、ウエハ表面に供給する処理液の種類を交換する際などに、ウエハ表面が気体に晒されて乾燥してしまうと、液処理の工程内であってもパターン倒れが発生するおそれがある。またウエハを収容した処理槽内に処理液を供給することにより、ウエハを処理液に浸漬して液処理を行う場合などに、しぶきや気泡などを発生させながら処理液を供給すると、ウエハ表面に気泡が残り、処理むらやパーティクル残存の要因になる。この現象はウエハ表面が疎水性である場合などに顕著である。

ここで特許文献１や特許文献２には、処理槽の下部から各種の処理液を供給してウエハの処理を行う装置が記載されている。また特許文献３には、タンクの上下に設けられたタンク口の一方側から処理流体を供給しつつ、他方側のタンク口から供給された処理流体に相当する量の流体を抜き出してウエハの処理を行う装置が記載されている。またこの装置では上部側のタンク口からＩＰＡ蒸気などの乾燥用媒体を供給することにより処理後のウエハを乾燥している。しかしながら、これらの特許文献には高圧流体を利用してウエハを乾燥する技術は何ら記載されておらず、パターン倒れや処理むらなどの発生を抑えつつウエハの液処理を行う手法を導き出すことはできない。

特開２００１−２７１１８８号公報：請求項１、図１ 特開平９−２１９３８６号公報：段落００３５、図４ 特開昭６２−１３６８２５号公報：請求項２、５、１２ページの左上欄の４〜１０行目、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、パターン倒れや処理むらの発生を抑制しつつ被処理基板の液処理を行う液処理装置、液処理方法及びこの方法を記憶した記憶媒体を提供することにある。

本発明に係る液処理装置は、上部には開口が形成されると共に、下部には流体の供給、排出が行われる下部ポートが設けられ、内部に収容された被処理基板の液処理を行うための処理槽と、
流体の供給、排出を行うための上部ポートが設けられ、前記開口を塞いで処理槽内を密閉するための蓋部と、
前記下部ポートに接続され、密閉された処理槽内の気体と置換される液体を供給するための置換液供給部と、
前記上部ポートに接続され、被処理基板を処理する処理液を前記処理槽内に供給して前記液体と置換するための処理液供給部と、
前記上部ポートに接続され、被処理基板の処理を終えた後の処理槽内に、乾燥防止用の液体を供給して前記処理液と置換するための乾燥防止液供給部と、
前記上部ポート及び下部ポートの各々に接続され、処理槽内の流体を排出するための上部流体排出部及び下部流体排出部と、
前記乾燥防止用の液体が満たされた処理槽内を超臨界状態または亜臨界状態の高圧流体の雰囲気とするための高圧流体雰囲気形成部と、を備え、
前記高圧流体の雰囲気にされた処理槽内を減圧して気体にして被処理基板を乾燥するように構成したことを特徴とする。

前記液処理装置は以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記上部ポートは、前記処理槽内に流体供給するための供給ポートと、この供給ポートよりも高い位置から当該処理槽内の流体を排出するための排出ポートとに分けて設けられ、前記排出ポートを介して前記上部流体排出部へ向けて流体を排出しつつ、供給ポートから液体を供給することにより、前記蓋部の下面に溜まった気体を排出することができること。
（ｂ）前記高圧雰囲気形成部は、処理槽内の乾燥防止用液体を加熱して超臨界状態または亜臨界状態に状態変化させる加熱機構であること。
（ｃ）前記高圧雰囲気形成部は、前記処理槽に接続され、当該処理槽内に高圧流体を供給する高圧流体供給部であること。
（ｄ）前記置換液供給部は、密閉された処理槽内の気体を液体と置換した後に、前記上部ポートから上部流体排出部側の系内に残存している気体を液体と置換するために、当該上部ポートに接続されていることを特徴とすること。

（ｅ）さらに前記蓋部を取り外した状態で処理槽を収容し、処理槽内を高圧流体雰囲気とする処理が行われる外部容器を備え、当該処理槽には、蓋部の取り付け、取り外しが行われる位置と、外部容器との間で処理槽を移動させる移動機構が設けられていること。
（ｆ）前記蓋部には、処理槽の開口を塞いで密閉する密閉位置と、この密閉位置から上方側に退避した開放位置との間で当該蓋部を昇降させる昇降機構が設けられていること。

本発明によれば、被処理基板を収容し、蓋部によって密閉された処理槽内に、当該処理槽の下部に設けられた下部ポートから液体を供給して処理槽内の気体を液体と置換し、しかる後、この液体を処理液と置換して被処理基板の処理を開始するので、処理液のしぶきや気泡の発生を抑え、処理むらの少ない処理を行うことができる。また液処理を行った後は、処理槽内を乾燥防止用の液体で満たした状態で高圧流体による被処理基板の乾燥を開始するので、被処理基板が気体の雰囲気に晒されず、パターン倒れの発生が抑えられる。

本実施の形態の液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。 前記液処理装置の全体構成を示す模式図である。 前記液処理装置に設けられる処理槽の一部破断斜視図である。 前記処理槽及び超臨界処理用の外部容器の構成を示す第１の説明図である。 前記処理槽及び外部容器の第２の説明図である。 前記処理槽の開口に配置される整流板の平面図である 前記液処理装置の作用を示す第１の説明図である。 前記液処理装置の作用を示す第２の説明図である 前記液処理装置の作用を示す第３の説明図である 前記液処理装置の作用を示す第４の説明図である 前記液処理装置の作用を示す第５の説明図である 前記液処理装置の作用を示す第６の説明図である 前記液処理装置の作用を示す第７の説明図である 前記液処理装置の作用を示す第８の説明図である 前記液処理装置の作用を示す第９の説明図である 前記液処理装置の作用を示す第１０の説明図である 前記液処理装置の作用を示す第１１の説明図である 第２の実施の形態に関わる液処理装置の処理槽及び蓋部の構成を示す説明図である。 前記第２の実施の形態に関わる液処理装置の作用を示す第１の説明図である。 前記第２の実施の形態に関わる液処理装置の作用を示す第２の説明図である。 前記第２の実施の形態に関わる液処理装置の蓋部の変形例を示す説明図である。 処理槽内で超臨界処理を行う液処理装置の説明図である。 外部から超臨界流体を供給して超臨界処理を行う液処理装置の説明図である。

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に処理液を供給して液処理を行う液処理装置２について説明する。図１は本実施の形態の液処理装置２及びこの液処理装置２にウエハＷを搬入する機構の構成を示す一部破断斜視図である。液処理装置２は外部に設けられたウエハの搬送機構からのアクセスが可能な筐体１０１内の例えば床面上に配置されており、その上方側の空間には、液処理装置２と外部の搬送機構との間でウエハ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１１と、液処理装置２への搬入出前後のウエハＷが載置される搬入出棚１２とが設けられている。図１では搬入出棚１２の設けられている方向を前方として説明を行う。

受け渡しアーム１１は、例えば筐体１０１内の底部に配置されている液処理装置２の上方側、後方寄りの位置に配置されており、真空チャックが設けられたフォーク１１１などによってウエハＷを１枚ずつ保持することが可能な、例えば６軸の多関節アームである。また受け渡しアーム１１は、仕切板１０５や支持台１０６によって仕切られた空間内に設置されており、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と進入しにくくなるようにしている。図中、１０４はウエハＷの受け渡しを行う空間に受け渡しアーム１１を進入させるためのアクセス口である。

搬入出棚１２は、例えば液処理装置２の上方側、前方寄りの位置に設けられており、ウエハＷを１枚ずつ水平に保持する例えば３本の昇降ピンを介して外部の搬送機構と受け渡しアーム１１との間でのウエハＷの受け渡しを可能にする。搬入出棚１２を手前側から見ると、上面に向かって開口している処理槽２２の上方側、側方寄りの位置に配置されている。この配置によりウエハＷを上下方向に搬送するための搬送経路が確保され、搬入出棚１２と干渉することなく迅速にウエハＷを処理槽２２から搬入出することができる。搬入出棚１２は図１に示した如く１つだけ設ける場合に限定されず、搬入用と搬出用の２つの搬入出棚１２を設け、液処理後のウエハＷの再汚染を抑えてもよい。

図１中、１０３は液処理の前後のウエハＷが搬入出される搬入出口であり、外部の搬送機構は、この搬入出口１０３を介して筐体１０１内に進入する。また図１中、１０２は筐体１０１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）、１０７は当該ダウンフローの排気口である。

この筐体１０１内に設けられた液処理装置２は、液処理を行った後、高圧流体、例えば超臨界流体を利用することにより表面に気液界面を形成せずにウエハＷを乾燥することができる。図２に示すように液処理装置２は、ウエハＷに対する液処理が実行される処理槽２２と、液処理を行う際にこの処理槽２２を密閉する蓋部２３と、超臨界流体を用いてウエハＷを乾燥する処理を行う際に処理槽２２を収容する外部容器２１とを備えている。

図４、図５に示すように外部容器２１は、例えば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、その内部には処理槽２２を収容することが可能な空間が形成されている。図２に示すように外部容器２１には例えば抵抗発熱体からなるヒーター２１２が設けられていて、電源部２１３からの給電により、外部容器２１の本体を加熱し、これにより後述する乾燥防止用の液体を加熱して超臨界状態にすることができる。ヒーター２１２などにより構成される加熱機構は、本実施の形態の高圧流体雰囲気形成部に相当する。

図３に示すように処理槽２２は１枚、または複数枚のウエハＷを縦向きに格納することが可能な容器であり、後述する処理液や乾燥防止用の液体中に浸漬した状態でウエハＷを保持することができる。処理槽２２は、外部容器２１の内部空間より幅の狭い、縦方向に扁平な形状となっており、外部容器２１は前記空間内に処理槽２２を収容することができる。

ここで処理槽２２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、処理槽２２の壁面に対向させないようにすることが好ましい。

図３に示すように処理槽２２の上面には開口部２２２が設けられており、受け渡しアーム１１に保持されたウエハＷはこの開口部を介して処理槽２２内に搬入される。
一方、処理槽２２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、ウエハを格納する空間の下部にはウエハＷを保持するためのウエハ保持部材２２３が設けられている。ウエハ保持部材２２３には、ウエハＷの形状に沿った不図示の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ることによりウエハ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２２３は、処理槽２２に供給された液体が各ウエハ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１１１が処理槽２２内に進入しても、ウエハＷやフォーク１１１が他のウエハＷや処理槽２２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３に示すように処理槽２２の底面には、処理槽２２内の気体と置換される液体であるＤＩＷ（DeionIzed Water）供給し、また超臨界流体を排出するための開口部２２４が設けられている。図２に示すように、この開口部２２４は流体の供給・排出ポート２２６を介して供給・排出ライン３４に接続されている。後述するように処理槽２２は横方向に移動することができるので、供給・排出ライン３４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、処理槽２２の移動に伴って変形することができる。供給・排出ポート２２６は本実施の形態の下部ポートに相当する。

供給・排出ポート２２６に接続された供給・排出ライン３４の他端側には、複合バルブなどからなる切り替えバルブＶ６が設けられており、この切り替えバルブＶ６は、処理槽内の気体と置換される液体であるＤＩＷを供給するＤＩＷ供給部３１１及び、例えば外部の除害設備や処理液の回収設備などへと続く配管ラインが接続されている。気体と置換される流体を供給するという観点において、ＤＩＷ供給部３１１は本実施の形態の置換液供給部に相当し、外部へ続く配管ラインなどは下部流体排出部に相当する。

図２に示すように処理槽２２は、例えば幅の狭い側面部にて厚板状の封止板２２１に固定されている。そしてこの封止板２２１を横方向に移動させることによって、受け渡しアーム１１との間でのウエハＷの受け渡しが行われる受け渡し位置と後述する蓋部２３の取り付け、取り外しが行われる位置や、外部容器２１との間で処理槽２２を移動させることができる。また図２に破線で示すように、封止板２２１は、処理槽１２が外部容器２１内に収容されたときに、当該外部容器２１の開口部２１１を塞ぐ役割も果たしている。外部容器２１の開口部２１１の周囲には不図示のＯリングが設けられており、封止板２２１は、このＯリングを押しつぶして処理空間３１０内を密閉することができる。

図４、図５に示すように封止板２２１は台座部２６に支持されており、例えばこの台座部２６には処理槽２２を移動させる方向に沿って当該台座部２６を切り抜いた走行軌道２６１が形成されている。一方、封止板２２１の下端部には、当該走行軌道２６１内に向けて下方側に伸びだした走行部材２２５が設けられている。そして図２、図４に示すように、この走行部材２２５には走行軌道２６１に沿って掛け渡されたボールネジ２６３が貫通していて、これら走行部材２２５とボールネジ２６３とはボールネジ機構を構成している。

そしてボールネジ２６３の一端に設けられた駆動部２６２（図２）により当該ボールネジ２６３を左右いずれかの方向に回転させることにより、走行軌道２６１内で走行部材２２５が走行し、これによりウエハＷの受け渡し位置から、蓋部２３の下方位置や外部容器２１に処理槽２２を移動させることができる。そしてこれとは反対に、ボールネジ２６３を反対方向に回転させることにより、外部容器２１の内部から受け渡し位置へ向けて処理槽２２を移動させることができる。これらの観点において、ボールネジ２６３や走行部材２２５、駆動部２６２は、本実施の形態の移動機構に相当する。但し処理槽２２を移動させる移動機構は、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もよい。

また図１〜２、図４〜５に示すように液処理装置２には、封止板２２１や処理槽２２が移動する領域を側面から覆うように、壁部２４が設けられている。壁部２４は封止板２２１の走行方向に沿って伸びる２枚の側壁部材２４１と、外部容器２１の開口部２１１と対向するように設けられた前方壁部材２４２とから構成されている。そして前記２枚の側壁部材２４１の奥手側の一端は、例えば外部容器２１の側壁面に強固に固定されており、これにより壁部２４は外部容器２１と一体になっている。

また液処理装置２は、外部容器２１内で超臨界流体を利用したウエハＷの乾燥を行う際に封止板２２１が受ける内圧に抗して、当該封止板２２１を外部容器２１側へ向けて押さえつけるための固定板２５を備えている。この固定板２５は、処理槽２２及び封止板２２１が横方向に移動する領域から退避した位置と、封止板２２１を外部容器２１側へ向けて側面側から押さえる位置との間を、不図示の駆動機構により横方向に移動可能なように構成されている。

一方、２枚の側壁部材２４１には、左右方向に移動する固定板２５を貫通させることが可能な嵌入孔２４３が形成されており、壁部２４（側壁部材２４１）の外方で待機している固定板２５は、一方側の側壁部材２４１の嵌入孔２４３を通り抜けて封止板２２１を固定する位置へと移動することができる。また封止板２２１を固定する位置まで移動した固定板２５は、その左右両端部が各側壁部材２４１の嵌入孔２４３に嵌め込まれた状態となり、この結果、固定板２５がかんぬきのように側壁部材２４１に係止され、外部容器２１内の圧力に抗して封止板２２１を押さえつけることができる（図５参照）。

次いで処理槽２２に処理液や乾燥防止用の液体などを供給する蓋部２３について説明する。図１、図２に示すように蓋部２３は既述のウエハＷの受け渡し位置と、外部容器２１との間に配置されており、これらの位置の間を横方向に移動する処理槽２２の上方側にて、例えば壁部２４（側壁部材２４１）に支持されている。

蓋部２３は、処理槽２２の上面に形成された開口部２２２を塞いで当該処理槽２２内を密閉する役割を果たし、当該開口部２２２の形状に合わせて例えば前後方向に細長い部材により形成されている。蓋部２３の下面には、周縁部から中央部へ向けて深くなる凹部２３３が形成されており、この凹部２３３の頂端には、蓋部２３を形成する部材内を貫通し、処理槽２２に流体を供給し、また処理槽２２内の流体を排出するための上部ポートである供給・排出ポート２３４が開口している。

一方、蓋部２３の下面（凹部２３３の下端）には、供給・排出ポート２３４から凹部２３３内に供給された流体を処理槽２２内に分散して供給するための整流板２３１が設けられている。図６に示すように整流板２３１には、複数の通流孔２３２が設けられており、これらの通流孔２３２を介して処理槽２２と凹部２３３との間で流体が供給、排出される。

図６に示すように、各通流孔２３２は供給・排出ポート２３４の開口部の下方位置（図６中に破線で示してある）からずれた位置に配置されている。これにより、供給・排出ポート２３４から吐出された流体は、整流板２３１にぶつかって流れ方向を変えてから各通流孔２３２を通流するので整流板２３１を設けることによる分散作用が発揮される。本例では蓋部２３に整流板２３１を固定した構成となっているが、蓋部２３と整流板２３１を別体として構成し、処理槽２２にウエハＷを収容した後、これら蓋部２３と整流板２３１とを別々に処理槽２２上に載置する構成としてもよい。

図２に示すように供給・排出ポート２３４は、複合バルブなどからなる切り替えバルブＶ４と接続されており、当該バルブＶ４には液供給ライン３２を介してＤＩＷ供給部３１１、ＤＨＦ供給部３１２及びＩＰＡ供給部３１３が接続されている。ＤＨＦ供給部３１２は供給・排出ポート２３４を介して処理槽２２内に処理液であるＤＨＦ（Ｄｉｌｕｔｅｄ Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｉｃ ａｃｉｄ、希フッ酸）を供給する処理液供給部としての役割を果たす。

またＤＩＷ供給部３１１は既述の置換用の液体の供給に加え、ＤＨＦによる処理を終えた後の処理槽２２にＤＩＷを供給する役割も兼ね備え、この場合のＤＩＷは液処理を終えたあとのウエハＷのリンス洗浄を行うリンス液に相当する。そしてＩＰＡ供給部３１３は、リンス洗浄を終えた後のウエハＷの乾燥を防ぐために、乾燥防止用の液体であるＩＰＡを供給する乾燥防止液供給部としての役割を果たしている。ここで図２中に示したＶ１〜Ｖ３は開閉弁である。

また既述の切り替えバルブＶ４には、外部の除害設備や処理液の回収設備などへと続く排出ライン３３が接続されており、当該排出ライン３３やここに設けられている開閉バルブＶ５などは、供給・排出ポート２３４側に接続された上部流体排出部に相当している。

このような構成を備えた蓋部２３は、図１に示すように昇降機構２３８を介して壁部２４に支持されている。この結果、蓋部２３を処理槽２２に取り付け、開口部２２２を塞いで密閉する密閉位置と、この密閉位置から上方側へ退避させることにより処理槽２２から蓋部２３を取り外し、開口部２２２を開放する開放位置との間で蓋部２３を昇降させることができる。蓋部２３を取り外すことにより、横方向に処理槽２２を自由に移動させて、受け渡しアーム１１との間でウエハＷの受け渡しを行ったり、外部容器２１内に処理槽２２を収容したりすることが可能になる。
このように蓋部２３は昇降機構２３８によって昇降自在に構成されているので、供給・排出ポート２３４に接続された液供給ライン３２や排出ライン３３は、フレキシブル配管などにより構成され、蓋部２３の移動に伴って変形することができる。なお、図示の便宜上、図１以外の図においては蓋部２３の昇降機構２３８の記載は省略してある。

以上に説明した構成を備えた液処理装置２は、図２に示すように制御部４と接続されている。制御部４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、記憶部には液処理装置２の作用、即ち外部からウエハＷを受け取って処理槽２２に搬入して液処理を行い、次いで超臨界流体を利用して乾燥を行ってから、外部の搬送機構に処理後のウエハＷを受け渡すため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。

特に制御部４は、図２に示すように各種バルブＶ１〜Ｖ６や駆動部２６２、電源部２１３などに制御信号を出力し、処理槽２２や蓋部２３の移動タイミングや移動距離、処理槽２２内に供給される流体の供給位置やタイミング、流体の種類の切り替え、処理槽２２から流体を排出する位置やタイミングの切り替え、並びに流体の供給、排出量の調整などを行うことができる。また外部容器２１内の温度についても不図の温度検出部にて検出した温度に基づき、電源部２１３から供給される電力量を増減して、外部容器２１に収容された処理槽２２内の流体を所望の温度に加熱することができるようになっている。

以上に説明した構成を備えた液処理装置２の作用について図７〜図１７を参照しながら説明する。はじめに、外部の搬送機構が搬入出口１０３を介して筐体１０１内に進入し、ウエハＷを搬入出棚１２の昇降ピンに受け渡したら、受け渡しアーム１１は昇降ピンで支持されたウエハＷの下方にフォーク１１１を進入させ、次いで昇降ピンを降下させることによりフォーク１１１にウエハＷを受け取る。このとき、ウエハＷを搬入可能な処理槽２２は、内部に液体が満たされていない、空の状態で受け渡し位置にて待機している。

搬入出棚１２からウエハＷを受け取った受け渡しアーム１１は、ウエハＷを縦向きに起こすと共にフォーク１１１の先端が処理槽２２の開口部に向くように各回転軸を回転させた後、図７に示すようにフォーク１１１を降下させてウエハＷを処理槽２２内に搬入する（但し図７ではフォーク１１１の記載を省略してある）。こうして処理槽２２内に所定枚数のウエハＷが収容されたら、処理槽２２からフォーク１１１を退避させ、受け渡し位置から、蓋部２３の取り付けが行われる位置へ処理槽２２を移動させる。

図８に示すように、蓋部２３の取り付け位置にウエハＷを収容した処理槽２２が到着したら、開放位置にて待機していた蓋部２３を降下させ、処理槽２２上に蓋部２３を載置して開口部２２２を塞ぎ、処理槽２２内を密閉する。このとき切り替えバルブＶ４、Ｖ６は、例えばいずれのラインに対しても閉の状態となっていて（図８中に「Ｓ」の符号を付してある。他図においても同じ）、処理槽２２に対しては流体の供給、排出は行われていない。

蓋部２３が取り付けられたら、図９に示すように下部側の切り替えバルブＶ６のＤＩＷ供給部３１１に接続されたバルブ部を開として（図９中に「Ｏ」の符号を付してある。他図においても同じ）、ＤＩＷを受け入れる一方、上部側の切り替えバルブＶ４では排出ライン３３に接続されたバルブ部を開として、処理槽２２内の気体を排出する。この動作により、密閉された処理槽２２内は、下部側から上部側へ向けて気体が液体であるＤＩＷへと次第に置換されてく。このようにＤＩＷを下方側の供給・排出ポート２２６から供給することにより、処理槽２２内にはしぶきや気泡が形成されにくく、表面に気泡などが付着したままの状態でウエハＷがＤＩＷ内に浸漬されるといった状態の発生を抑えることができる。

こうして処理槽２２及び蓋部２３の凹部２３３内がＤＩＷで置換された状態となったら、図１０に示すように上部側の切り替えバルブＶ４の液供給ライン３２に接続されたバルブ部を開とすると共に、液供給ライン３２から排出ライン３３へ向けてＤＩＷ供給部３１１よりＤＩＷを流す。この動作により、供給・排出ポート２３４の上流側である液供給ライン３２、切り替えバルブＶ４内及び供給・排出ポート２３４よりも排出ライン３３側の系内に残存している気体（気泡）をＤＩＷで置換し、後段のＤＨＦなどの供給動作の際における処理槽２２内への気体の再進入を抑えることができる。このとき、下部側の切り替えバルブＶ６は全閉として、液供給ライン３２側に向けて流れるＤＩＷが処理槽２２側へと流入しないようにするとよい。これらの動作に加えて、下部側の切り替えバルブＶ６におけるＤＩＷ供給部３１１に接続されたバルブ部を開とすると共に、当該ＤＩＷ供給部３１１から外部の除害設備などへと続く下流側の配管ラインへに向けてＤＩＷを流してもよい。これにより供給・排出ポート２２６の上流側である供給・排出ライン３４、切り替えバルブＶ６内、及び供給・排出ポート２２６の下流側である排出側の系内に残存している気体（気泡）をＤＩＷで置換できる。

こうして、処理槽２２、蓋部２３の凹部２３３内、供給・排出ポート２３４やこれよりも上流側の液供給ライン３２、下流側の排出ライン３３内がＤＩＷに置換されたら、図１１に示すように上部側の切り替えバルブＶ４では、排出ライン３３へ接続されたバルブ部は閉とし、液供給ライン３２側は開のままとしておく。一方、下部側の切り替えバルブＶ６では、処理槽２２内の液体を外部へ排出する配管ラインに接続されたバルブ部を開く。こうして下部側の供給・排出ポート２２６から処理槽２２内の液体を抜きつつ、上部側の供給・排出ポート２３４では例えば排出量と同量の処理液であるＤＨＦをＤＨＦ供給部３１２より供給する。

この結果、上部側の供給・排出ポート２３４から供給されたＤＨＦが整流板２３１の通流孔２３２を通過して処理槽２２内に分散供給され、処理槽２２内のフッ化水素濃度が上昇して、ウエハＷの表面に形成された不要な自然酸化膜などが除去される。このとき、処理槽２２内がＤＩＷで満たされていることにより、上部側の供給・排出ポート２３４よりＤＨＦを供給しても、しぶきや泡が発生しにくい。また予め処理槽２２内を満たしているＤＩＷについても、下部側の供給・排出ポート２２６より供給され、ウエハＷの表面に付着している気泡が少ないことから、ウエハＷの表面にＤＨＦが満遍なく行き渡り、処理むらの発生が抑えられる。

また、処理槽２２内に上部側から下部側へ向けて流れるＤＨＦの流れを形成することにより、処理槽２２のパーティクルの巻き上げを抑え、ウエハＷへの再付着を抑制しつつパーティクルを処理槽２２から排出することができる。このような上部側から下部側へ向けた流れを形成することによるパーティクルの再付着抑制効果は、後段のリンス液（ＤＩＷ）や乾燥防止液（ＩＰＡ）への置換動作においても同様に発揮される。

処理槽２２内のＤＩＷをＤＨＦと置換し、予め設定した時間だけ液処理を行ったら、図１２に示すように上部側の供給・排出ポート２３４へ向けて供給される液体をＤＨＦからＤＩＷに切り替えて処理槽２２内をＤＩＷに置換する。このとき処理槽２２内に供給されるＤＩＷは、ウエハＷの表面からＤＨＦを除去するリンス液としての役割を果たし、ＤＨＦがＤＩＷに置換されることにより、ウエハＷの液処理が停止される。

処理槽２２内のＤＨＦをＤＩＷに置換したら、上部側の供給・排出ポート２３４へ向けて供給される液体をＤＩＷからＩＰＡに切り替えて処理槽２２内をＩＰＡに置換する（図１３）。このＩＰＡは液処理を行った後のウエハＷの乾燥を防止し、パターン倒れの発生を防ぐ役割を果たすと共に、超臨界流体を用いてウエハＷを乾燥する後段の処理において、超臨界流体の原料となる。

ここでＩＰＡは、ＤＩＷ中に溶解可能であるが、下部側からＤＩＷを抜き出しつつ上部側からＩＰＡを供給すると、ＩＰＡとＤＩＷとの比重差により、図１３にイメージ的に示すように両液体の相がほぼ分離した状態を維持したまま処理槽２２内のＤＩＷを効率的に置換することが可能であることを発明者らは把握している。

そして処理槽２２内がＩＰＡに置換されたら、上部側、下部側の切り替えバルブＶ４、Ｖ６を全て閉にして、処理槽２２における液体の供給、排出を停止した後、蓋部２３を開放位置まで上昇させて処理槽２２から蓋部２３を取り外す（図１４）。このとき蓋部２３の凹部２３３内はＩＰＡで満たされた状態となっているので、このＩＰＡは整流板２３１の通流孔２３２を介して流れ落ちる可能性がある。

そこで蓋部２３の取り外し位置における処理槽２２の下方側に、ＩＰＡの受け皿を設け、流れ落ちたＩＰＡを外部に排出したり、回収したりするようにしてもよい。また、例えば蓋部２３と整流板２３１との間から気体を供給するためのラインを設け、当該ラインから気体を供給しつつ、切り替えバルブＶ４の排出ライン３３に接続されたバルブ部を開き、凹部２３３内のＩＰＡを押し出して排出するようにしてもよい。

処理槽２２から蓋部２３が取り外されたら、処理槽２２を移動させ外部容器２１内に処理槽２２を収容する（図１５）。そして固定板２５を移動させ、封止板２２１を側面側から押さえたら、図１６に示すように電源部２１３をオンの状態にして、ヒーター２１２に電力を供給し、処理槽２２内を例えば１００℃〜３００℃の範囲の２７０℃に加熱する。なお、処理槽２２を外部容器２１に収容したら直ちにＩＰＡの蒸発が開始されるようにヒーター２１２は常時、加熱状態にしておくようにしてもよい。

このとき外部容器２１の開口部２１１は封止板２２１で封止され、供給・排出ポート２２６の下流の切り替えバルブＶ６も全て閉の状態となっているので、処理槽２２内のＩＰＡが蒸発して気体となる際に、ＩＰＡの体積の膨張に伴って外部容器２１（処理槽２２）内の圧力が上昇する。さらにこの密閉された雰囲気内での加熱を継続し、ＩＰＡを昇温、昇圧すると、ＩＰＡの温度及び圧力が臨界点に到達し、処理槽２２の内部が超臨界状態のＩＰＡで満たされた状態となる。

この結果、ウエハＷの表面は液体のＩＰＡから超臨界状態のＩＰＡに置換されていくことになるが、平衡状態において液体と超臨界流体との間には界面が形成されないので、パターン倒れを引き起こすことなくウエハＷ表面の流体を超臨界流体に置換することができる。こうしてＩＰＡの加熱を開始して所定の時間が経過し、処理槽２２内のＩＰＡが液体から超臨界流体に変化して超臨界流体雰囲気となったら、図１７に示すように切り替えバルブＶ６の外部に接続されたバルブ部を開き、ＩＰＡを排出して外部容器２１（処理槽２２）内の超臨界雰囲気を減圧する。

このとき外部容器２１内をＩＰＡの凝縮温度以上に維持しておくことにより、再度の液化を防ぎつつＩＰＡを排出することが可能となり、パターン倒れの発生を防ぎつつウエハＷを乾燥することができる。
ウエハＷの乾燥が終了したら固定板２５を移動させて封止板２２１の固定を解除し、受け渡し位置まで処理槽２２を移動させ、搬入時とは逆の順序でウエハＷを取り出し、外部の搬送手段に乾燥したウエハＷを受け渡して液処理を終える。

本実施の形態に関わる液処理装置２によれば以下の効果がある。ウエハＷを収容し、蓋部２３によって密閉された処理槽２２内に、当該処理槽２２の下部に設けられた供給・排出ポート２２６からＤＩＷを供給して処理槽２２内の気体を液体と置換し、しかる後、このＤＩＷを処理液（ＤＨＦ）と置換してウエハＷの処理を開始するので、処理液のしぶきや気泡の発生を抑え、処理むらの少ない処理を行うことができる。また液処理を行った後は、処理槽２２内を乾燥防止用の液体で満たした状態で超臨界流体によるウエハＷの乾燥を開始するので、ウエハＷが気体の雰囲気に晒されず、パターン倒れの発生が抑えられる。

また下部側の供給・排出ポート２２６に接続される配管は、ＤＩＷ供給部３１１及び外部に接続される配管ラインの２本だけとする一方、上部側の供給・排出ポート２３４にはＤＩＷ供給部３１１、ＤＨＦ供給部３１２、ＩＰＡ供給部３１３及び外部への４本の配管ラインが接続されている。このように高圧雰囲気となる外部容器２１内に収容される供給・排出ポート２２６に接続される配管ラインを減らすことにより、例えば耐圧構造を必要とする配管を短くするなどして装置コストの上昇を抑えることができる。

図１８〜図２０は、第２の実施の形態に関わる蓋部２３Ａを備えた液処理装置２の例を示している。第２の実施の形態に関わる蓋部２３Ａは、処理槽２２に流体を供給するための専用の供給ポート２３５及び、処理槽２２から流体を排出するための排出ポート２３６とが分けて設けられている点が、これらのポートが共通化されている第１の実施の形態に関わる蓋部２３と異なる。そして図１８に示すように、供給ポート２３５から流体が供給される高さ位置よりも、排出ポート２３６から流体が排出される高さ位置の方が高くなっている。

蓋部２３Ａをこのような構成とした理由について図１９、図２０を参照しながら説明すると、発明者らは、図１９に示すように処理槽２２内のＤＩＷをＩＰＡに置換すると、蓋部２３Ａの凹部２３３の頂部付近に気体溜まりが形成されることを確認した。このような空気溜まりが形成される理由は明らかでないが、ＤＩＷとＩＰＡとの気体の溶解度の違いにより、ＩＰＡに溶解したＤＩＷの一部から気体が放出された結果とも考えられる。

このように蓋部２３Ａの凹部２３３に溜まった気体が処理槽２２にまで到達してウエハＷが気体の雰囲気に晒されると、パターン倒れの発生やパーティクルの再付着などのおそれが生じる。そこで第２の実施の形態に関わる蓋部２３Ａでは、図２０に示すように供給ポート２３５からＩＰＡを供給しつつ排出ポート２３６の開閉バルブＶ５を開いて気体を排出することが可能となる。この結果、処理槽２２から供給された液体内から気体が発生する場合であっても、処理槽２２内の全体をＩＰＡで満たすことが可能となる。

また図１８〜図２０に示すように複数本の供給ポート２３５を設けることにより、整流板２３１を設けなくても処理液（ＤＨＦ）などを分散供給して、処理むらの発生を抑えることができる。この考え方に基づき、図２１に示すように例えば図６に示した通流孔２３２に対応する位置に吐出口が来るように供給ポート２３５を設け、これらの吐出口よりも高い位置に排出口が来るように排出ポート２３６を設ける構成としてもよい。

また超臨界流体雰囲気の形成は、処理槽２２を外部容器２１内に収容して行う場合に限定されない。例えば図２２に示すように処理槽２２Ｃと蓋部２３Ｃとを耐圧構造として互いに強く締結し、これら処理槽２２Ｃと蓋部２３Ｃにヒーター２２７、２３７を設けて内部のＩＰＡを加熱し、処理槽２２Ｃ内を超臨界流体雰囲気としてウエハＷの乾燥を行ってもよい。

さらに高圧流体雰囲気形成部は、処理槽２２内のＩＰＡを加熱して超臨界流体雰囲気とする場合に限定されない。図２３に示すように例えば二酸化炭素の超臨界流体を溜めた容器などからなる高圧流体供給部５４を処理槽２２（外部容器２１）に接続し、外部から超臨界流体を供給しながら乾燥防止用の液体（ＩＰＡなど）を排出することにより、処理槽２２内を超臨界流体雰囲気としてもよい。この後、処理槽２２内を減圧することにより、ウエハＷの乾燥が行われる。ここで図２３に示した２１４は高圧流体供給部５４を外部容器２１に接続するための超臨界流体供給ポートである。

このように処理槽２２に接続された高圧流体供給部５４から超臨界流体を供給することにより、超臨界流体雰囲気を形成する手法は、外部容器２１内に処理槽２２を収容した状態で行う場合に限らず、図２２に示したように処理槽２２Ｃに蓋部２３Ｃを取り付けた状態のまま超臨界流体によるウエハＷの乾燥を行う場合にも適用することができる。

以上、ウエハＷに対する液処理を行ったあと、超臨界流体を利用してウエハＷを乾燥する各種の液処理装置２について説明したが、ウエハＷを処理する処理液はＤＨＦに限定されるものではない。例えばウエハＷに付着したパーティクルや有機性の汚染物質を除去するためのＳＣ１液（アンモニアと過酸化水素水の混合液）などで他の種類の処理液を利用した液処理にも本発明は適用できる。また上述の各種の液処理装置２ではウエハＷを縦置きの状態で保持する処理槽２２の例を示したが、ウエハＷを横置きの状態で保持する処理槽２２にも本発明は適用することができる。
またウエハＷを乾燥する高圧流体雰囲気は、超臨界流体雰囲気に限らず、亜臨界流体雰囲気であってもよいことはもちろんである。

Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ５
開閉バルブ
Ｖ４、Ｖ６ 切り替えバルブ
Ｗ ウエハ
２ 液処理装置
２１、２１Ａ
外部容器
２１１ 開口部
２１２ ヒーター
２２ 処理槽
２２１ 封止板
２２２ 開口部
２３、２３Ａ〜２３Ｃ
蓋部
２３１ 整流板
２３４ 供給・排出ポート
２３８ 昇降機構
３１１ ＤＩＷ供給部
３１２ ＤＨＦ供給部
３１３ ＩＰＡ供給部
３４ 供給・排出ライン
４ 制御部

Claims (15)

1. 上部には開口が形成されると共に、下部には流体の供給、排出が行われる下部ポートが設けられ、内部に収容された被処理基板の液処理を行うための処理槽と、
   流体の供給、排出を行うための上部ポートが設けられ、前記開口を塞いで処理槽内を密閉するための蓋部と、
   前記下部ポートに接続され、密閉された処理槽内の気体と置換される液体を供給するための置換液供給部と、
   前記上部ポートに接続され、被処理基板を処理する処理液を前記処理槽内に供給して前記液体と置換するための処理液供給部と、
   前記上部ポートに接続され、被処理基板の処理を終えた後の処理槽内に、乾燥防止用の液体を供給して前記処理液と置換するための乾燥防止液供給部と、
   前記上部ポート及び下部ポートの各々に接続され、処理槽内の流体を排出するための上部流体排出部及び下部流体排出部と、
   前記乾燥防止用の液体が満たされた処理槽内を超臨界状態または亜臨界状態の高圧流体の雰囲気とするための高圧流体雰囲気形成部と、を備え、
   前記高圧流体の雰囲気にされた処理槽内を減圧して気体にして被処理基板を乾燥するように構成したことを特徴とする液処理装置。
2. 前記上部ポートは、前記処理槽内に流体供給するための供給ポートと、この供給ポートよりも高い位置から当該処理槽内の流体を排出するための排出ポートとに分けて設けられ、
   前記排出ポートを介して前記上部流体排出部へ向けて流体を排出しつつ、供給ポートから液体を供給することにより、前記蓋部の下面に溜まった気体を排出することができることを特徴とする請求項１に記載の液処理装置。
3. 前記高圧雰囲気形成部は、処理槽内の乾燥防止用液体を加熱して超臨界状態または亜臨界状態に状態変化させる加熱機構であることを特徴とする請求項１または２に記載の液処理装置。
4. 前記高圧雰囲気形成部は、前記処理槽に接続され、当該処理槽内に高圧流体を供給する高圧流体供給部であることを特徴とする請求項１または２に記載の液処理装置。
5. 前記置換液供給部は、密閉された処理槽内の気体を液体と置換した後に、前記上部ポートから上部流体排出部側の系内に残存している気体を液体と置換するために、当該上部ポートに接続されていることを特徴とす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液処理装置。
6. さらに前記蓋部を取り外した状態で処理槽を収容し、処理槽内を高圧流体雰囲気とする処理が行われる外部容器を備え、当該処理槽には、蓋部の取り付け、取り外しが行われる位置と、外部容器との間で処理槽を移動させる移動機構が設けら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液処理装置。
7. 前記蓋部には、処理槽の開口を塞いで密閉する密閉位置と、この密閉位置から上方側に退避した開放位置との間で当該蓋部を昇降させる昇降機構が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の液処理装置。
8. 上部には開口が形成されると共に、下部には流体の供給、排出が行われる下部ポートが設けられた処理槽に被処理基板を収容する工程と、
   流体の供給、排出を行うための上部ポートが設けられた蓋部により、前記処理槽の開口を塞いで密閉する工程と、
   前記密閉された処理槽内の気体と置換される液体を、前記下部ポートから供給する工程と、
   前記処理槽内に、前記上部ポートから処理液を供給して前記液体と置換し、被処理基板を処理する工程と、
   前記処理槽内に、前記上部ポートから乾燥防止用の液体を供給して前記処理液と置換する工程と、
   前記乾燥防止用の液体が満たされた処理槽内を超臨界状態または亜臨界状態の高圧流体の雰囲気とする工程と、
   前記高圧流体の雰囲気にされた処理槽内を減圧して気体にして被処理基板を乾燥する工程と、を含むことを特徴とする液処理方法。
9. 前記上部ポートは、前記処理槽内に流体供給するための供給ポートと、この供給ポートよりも高い位置から当該処理槽内の流体を排出するための排出ポートとに分けて設けられ、
   前記排出ポートを介して流体を排出しつつ、供給ポートから液体を供給することにより、前記蓋部の下面に溜まった気体を排出する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の液処理方法。
10. 密閉された処理槽内の気体を液体と置換した後に、前記上部ポートから流体が排出される系に液体を供給して、この系内に残存している気体を液体と置換する工程を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の液処理方法。
11. 密閉された処理槽内の気体を液体と置換した後に、前記下部ポートから流体が排出される系に液体を供給して、この系内に残存している気体を液体と置換する工程を含むことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一つに記載の液処理方法。
12. 前記処理槽内の乾燥防止用液体を加熱して超臨界状態または亜臨界状態に状態変化させることにより、当該処理槽内を高圧流体の雰囲気とすることを特徴とする請求項８ないし１１に記載の液処理方法。
13. 前記処理槽に接続された高圧流体形成部から高圧流体を供給することにより、当該処理槽内を高圧流体の雰囲気とすることを特徴とする請求項８ないし１１に記載の液処理方法。
14. 前記処理槽内に乾燥防止用の液体を満たした後、前記蓋部を取り外し、当該処理槽を外部容器に搬入する工程を含み、この処理槽内を高圧流体雰囲気とする工程は、当該処理槽を外部容器に搬入してから行われることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか一つに記載の液処理方法。
15. 処理液により被処理基板を処理する液処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記プログラムは請求項８ないし１４のいずれか一つに記載された液処理方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
    

Images