JP5494146B2 - 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

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に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は気体の雰囲気中に晒された状態となっている。このため、超臨界流体による処理が開始されるまでの間に被処理基板の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。また、搬送用のロボットは被処理基板を横向きに保持しているので、被処理基板に付着したパーティクルなどのごみが超臨界流体により巻き上げられた後、被処理基板表面に落下し、半導体装置の形成領域を汚染してしまうおそれもある。

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、基板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。

本発明に係る基板処理装置は、被処理基板を浸漬した液体を超臨界状態の置換流体と置換して、当該被処理基板を乾燥する処理が行われる処理容器と、
前記処理容器の内部へ向けて開口する開口部と、前記被処理基板を縦向きの状態で保持する基板保持部とを備え、前記液体に被処理基板を浸漬した状態で前記処理容器内に配置される液槽と、
前記処理容器に、液状態で前記置換流体を供給する置換流体供給部と、
前記置換流体に対して加熱及び加圧のうち少なくとも加熱を行うことにより、前記処理容器内にて前記置換流体を液状態から超臨界状態にするエネルギー供給部と、
前記液体を処理容器から排出して超臨界状態の置換流体と置換するために、前記基板保持部に保持された被処理基板の下方側に設けられた前記液槽の排液部と、
前記液体と置換された後の超臨界状態の置換流体を前記処理容器から排出して当該処理容器内を減圧し、この置換流体を超臨界状態から気体にして前記被処理基板を乾燥するための排気部と、を備え、
前記置換流体供給部は、前記処理容器の内面と液槽の外面との間に形成され、前記開口部の下方側の空間に置換流体を供給することを特徴とする。

前記基板処理装置は以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記液槽は、前記処理容器の内部と外部との間を移動可能に構成されたこと。
（ｂ）液体は、被処理基板の表面の乾燥を防止するための液体であること。

本発明によれば、被処理基板を浸漬した液体を、直接、超臨界状態の流体に置換して当該被処理基板を乾燥する処理を行うので、超臨界流体による処理を開始するまでの被処理基板の表面の自然乾燥が抑えられ、パターン倒れの発生を抑制することができる。また、処理容器内では被処理基板が縦向きに保持されているので、例えば被処理基板に付着していたごみが液体や超臨界状態の流体によ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被処理基板の表面が存在しないことから被処理基板の再汚染が発生しにくい。

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。 他の実施の形態に係る超臨界処理装置を示す説明図である。 前記他の実施の形態係る超臨界処理装置の変形例を示す説明図である。

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を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、鉛直軸周りに回転自在、及び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。搬入出部１２とウエハ処理部１４とに前後を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、鉛直軸周りに回転可能、そして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る。また洗浄装置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そしてウエハ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９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、超臨界処理装置３へと搬入される処理前のウエハＷが専用に載置される搬入棚４２と、超臨界処理装置３から搬出された処理後のウエハ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、例えば６軸の多関節アームである。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進入しにくくなるようにしている。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、本例では処理前のウエハＷが置かれる搬入棚４２を下方側に、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。これらの搬入、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。

また搬入棚４２は、液体を満たすことが可能な皿形状に構成され、当該搬入棚４２上に載置されたウエハＷを、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。
また搬入棚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の受け渡し位置にて上面に向かって開口する、後述の内チャンバー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、搬入棚４２や搬出棚４３と干渉することなく迅速にウエハＷを内チャンバー３２から搬入出することができる。

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、超臨界流体を利用することによりウエハ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内に搬入される内チャンバー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、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、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側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、これにより置換流体である例えば液体ＣＯ_２を、処理空間３１０内で超臨界状態にすることができる。ヒーター３１２は本実施の形態のエネルギー供給部に相当する。

さらに図４（ａ）、図４（ｂ）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ＣＯ_２供給ライン５１１が接続されていて、このＣＯ_２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ＣＯ_２貯留部５１に接続されている。ＣＯ_２貯留部５１には例えば液体ＣＯ_２が貯留されており、これらＣＯ_２供給ライン５１１、送液機構５１２及びＣＯ_２貯留部５１は、外チャンバー３１の処理空間３１０内に置換流体である液体ＣＯ_２を供給するための置換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ＣＯ_２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ＣＯ_２を排気して処理容器３２０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、密閉することができる。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可能である。処理後の超臨界状態のＣＯ_２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を保持することができる。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となっており、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に供給された液体や超臨界状態のＣＯ_２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を格納できる構成とした。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の上面は開口しており、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内の超臨界流体が内チャンバー３２内へと均一に流れ込みやすくなるようにしている。但し図示の便宜上、図４〜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。このウエハ保持部材３２３は本実施の形態の基板保持部に相当する。

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ＩＰＡを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となっているので、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、直接ＩＰＡ貯留部５２に接続されている。

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の外部の受け渡し位置と、処理空間３１０内の処理位置との間で内チャンバー３２を搬送することができる。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を塞ぐ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内を密閉することができる。

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、例えばこの台座部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。

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ることにより、走行軌道３５１内で走行部材３２５が走行し、これにより蓋部材３２１を移動させて、内チャンバー３２を受け渡し位置から処理位置まで搬送することができる。そしてこれとは反対に、ボールネジ３５３を反対方向に回転させることにより、内チャンバー３２を処理位置から受け渡し位置まで搬送することができる。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の奥手側の一端は、外チャンバー３１の側壁面に強固に固定されており、これにより周囲壁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ＣＯ_２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、当該蓋部材３２１を外チャンバー３１側へ向けて押さえつけるための固定板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押さえる位置との間を、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の嵌入孔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）。

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ＣＯ_２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ＣＯ_２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。さらに制御部６は各バルブＶ１〜Ｖ４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。これらに加えて制御部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する役割も果たしている。

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、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ウエハＷを皿状の搬入棚４２内に載置し、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、ウエハＷの搬入が可能になった内チャンバー３２は、図７（ａ）に示すように内チャンバー３２内にＩＰＡを満たした状態で受け渡し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を縦向きに起こす際に、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の表面にはＩＰＡの液膜が残っている。そこでこの液膜が残っており、ウエハＷに形成されたパターンの凹部内のＩＰＡが乾燥しない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、パターン倒れの発生を抑えつつウエハＷを内チャンバー３２に受け渡してＩＰＡ中に浸漬することができる。

フォーク４１１をさらに降下させ、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、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、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に格納して、ＩＰＡに浸漬した状態とする。次いで、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（ａ）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ＣＯ_２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、ＣＯ_２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ＣＯ_２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ＣＯ_２が供給されると、液体ＣＯ_２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ＣＯ_２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、ＣＯ_２供給ライン５１１から供給されるＣＯ_２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ＣＯ_２で置換されていく（図８（ａ））。そして液体ＣＯ_２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ＣＯ_２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、ＣＯ_２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））。

次に、図８（ｃ）に示すように電源部３１３よりヒーター３１２に電力を供給し、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。ＣＯ_２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ＣＯ_２が超臨界状態に変化し、ＣＯ_２の気液界面が消失して処理空間３１０内が超臨界状態のＣＯ_２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ＣＯ_２によって押し出され、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ＣＯ_２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ＣＯ_２へと置換されていくことになるが、超臨界状態のＣＯ_２は表面張力が働かないため、パターン倒れを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ＣＯ_２に置換することができる。

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ＣＯ_２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ＣＯ_２を処理空間３１０内に予め供給しておけば、ＣＯ_２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ＣＯ_２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。

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ＣＯ_２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ＣＯ_２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））。

ここで図９（ｃ）に示した例では、液体ＣＯ_２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ＣＯ_２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、ＣＯ_２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ＣＯ_２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を受け渡し位置まで引き出し、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。

内チャンバー３２からウエハＷが取り出されると、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。
一方、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。

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。ウエハＷを浸漬した乾燥防止用の液体であるＩＰＡを、直接、超臨界状態のＣＯ_２に置換して当該ウエハＷを乾燥する処理を行うので、超臨界状態のＣＯ_２による処理を開始するまでのウエハＷの表面の自然乾燥が抑えられ、パターン倒れの発生を抑制することができる。

また、外チャンバー３１内では内チャンバー３２にウエハＷが縦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ＣＯ_２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。さらに内チャンバー３２の上方側から下方側へ向けてＩＰＡを超臨界状態のＣＯ_２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の底部側の開口部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への再付着をさらに低減することができる。

ここで図４〜図９などでは、内チャンバー３２に満たされたＩＰＡ内にウエハＷを浸漬し、この内チャンバー３２を外チャンバー３１内に搬入してから超臨界処理を行う、いわば２重容器型の超臨界処理装置３の例について説明したが、本発明を適用可能な超臨界処理装置はこの例に限られない。例えば図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、外チャンバー３１に供給したＩＰＡ中にウエハＷを縦向きに保持する、いわば単体容器型の超臨界処理装置３ａであってもよい。

この図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示した例では、例えば超臨界流体供給ライン５９１の上流側にＣＯ_２を液体の状態または超臨界状態で貯留する不図示のＣＯ_２貯留部を設けておき、これらの流体ＣＯ_２を加熱または加圧の少なくとも一方を行いながら、液体ＣＯ_２を超臨界状態に変化させ、またはＣＯ_２の超臨界状態を維持しながら超臨界流体供給ライン５９１を介して処理空間３１０に供給される構成となっている。この結果、処理空間３１０内のＩＰＡが超臨界流体供給ライン５９１へ向けて排出され、上方側から下方側へ向けてウエハＷの周囲のＩＰＡが超臨界状態のＣＯ_２へと置換されることになる。そして置換操作を終えたら外チャンバー３１内を脱圧することにより、乾燥した状態のウエハＷが得られる。

このほか、超臨界処理装置３が２重容器型である場合において、内チャンバー３２を外チャンバー３１の内部と外部との間で移動させる移動機構を設けずに、内チャンバー３２を外チャンバー３１内に固定してもよい。この場合にも外チャンバー３１の内面と内チャンバー３２の外面との間に形成される空間に液体のＣＯ_２などの置換流体を供給することにより、ＩＰＡと交じり合うことなく超臨界流体となる前の置換流体を処理空間３０内に供給することができる。

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置換流体としてＣＯ_２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。また超臨界状態の置換流体としてはＩＰＡなども利用することができる。

さらにウエハＷを浸漬する液体の比重が、これと置換される超臨界状態の流体の比重よりも軽い場合などには、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示す超臨界処理装置３ｂのように、超臨界流体を外チャンバー３１の下方側から供給し、上方側へ向けて液体との置換を行ってもよい。この場合であってもウエハＷが縦向きに保持されていることにより、巻き上げられたごみの再付着を抑えつつウエハＷの乾燥を行うことができる。

Ｗ ウエハ
１ 洗浄処理システム
２ 洗浄装置
３、３ａ、３ｂ
超臨界処理装置
３１ 外チャンバー
３１０ 処理空間
３２ 内チャンバー
３２３ ウエハ保持部材
５１１ ＣＯ_２供給ライン
５２１ ＩＰＡ供給ライン
５２４ 供給・排液ライン
５３１ 排気ライン
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 (7)

1. 被処理基板を浸漬した液体を超臨界状態の置換流体と置換して、当該被処理基板を乾燥する処理が行われる処理容器と、
   前記処理容器の内部へ向けて開口する開口部と、前記被処理基板を縦向きの状態で保持する基板保持部とを備え、前記液体に被処理基板を浸漬した状態で前記処理容器内に配置される液槽と、
   前記処理容器に、液状態で前記置換流体を供給する置換流体供給部と、
   前記置換流体に対して加熱及び加圧のうち少なくとも加熱を行うことにより、前記処理容器内にて前記置換流体を液状態から超臨界状態にするエネルギー供給部と、
   前記液体を処理容器から排出して超臨界状態の置換流体と置換するために、前記基板保持部に保持された被処理基板の下方側に設けられた前記液槽の排液部と、
   前記液体と置換された後の超臨界状態の置換流体を前記処理容器から排出して当該処理容器内を減圧し、この置換流体を超臨界状態から気体にして前記被処理基板を乾燥するための排気部と、を備え、
   前記置換流体供給部は、前記処理容器の内面と液槽の外面との間に形成され、前記開口部の下方側の空間に置換流体を供給することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記液槽は、前記処理容器の内部と外部との間を移動可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記液体は、被処理基板の表面の乾燥を防止するための液体であ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. 処理容器内に配置されたとき、当該処理容器の内部へ向けて開口する開口部を備えた液槽に液体を満たす工程と、
   前記液槽に被処理基板を受け渡し、当該被処理基板を縦向きの状態で前記液体内に浸漬する工程と、
   前記処理容器内に前記液槽を配置する工程と、
   前記処理容器の内面と液槽の外面との間に形成され、前記開口部の下方側の空間に液状態の置換流体を供給する工程と、
   前記置換流体に対して加熱及び加圧のうち少なくとも加熱を行うことにより、前記処理容器内にて前記置換流体を液状態から超臨界状態にする工程と、
   前記液体を超臨界状態の置換流体と置換するために、液体に浸漬された被処理基板の上方から前記液槽内に超臨界状態の置換流体を受け入れ、前記被処理基板の下方側の位置から、当該液槽を介して処理容器の外部へ当該液体を排出する工程と、
   前記液体と置換された後の超臨界状態の置換流体を前記処理容器から排出して当該処理容器内を減圧し、この置換流体を超臨界状態から気体にして前記被処理基板を乾燥する工程と、を含むことを特徴とする基板処理方法。
5. 前記処理容器の外部にて、前記液槽に被処理基板を受け渡す工程と、
   次いで、前記処理容器に設けられた搬入出口を介して前記液槽を当該処理容器の内部に移動させ、前記搬入出口を閉じる工程と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の基板処理方法。
6. 前記液体は、被処理基板の表面の乾燥を防止するための液体であることを特徴とする請求項４または５に記載の基板処理方法。
7. 液体に浸漬された被処理基板を乾燥する処理を行う基板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４ないし６のいずれか一つに記載された基板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。

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