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JP2018082099A - 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】超臨界流体を用いた処理後の基板の表面に付着しているパーティクルレベルを低減する。【解決手段】処理容器（３０１）内の圧力を処理流体の臨界圧力より低い圧力（例えば常圧）から臨界圧力より高い処理圧力まで昇圧する昇圧工程の少なくとも一部の期間において、処理容器から制御された排出流量で処理流体を排出しながら、流体供給源から処理容器に処理流体を供給することにより昇圧を行う。処理容器内の部材表面に付着していたパーティクルが、流体供給源から処理容器に処理流体を供給することにより舞い上がる。このパーティクルは、処理流体と一緒に処理容器から排出される。【選択図】図１

Description

本発明は、超臨界状態の処理流体を用いて基板の表面に残留した液体を除去する技術に関する。
基板である半導体ウエハ（以下、ウエハという）など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、薬液洗浄あるいはウエットエッチング等の液処理が行われる。こうした液処理にてウエハの表面に残留した液体を除去する際に、近年では、超臨界状態の処理流体を用いた乾燥方法が用いられつつある（例えば特許文献１を参照）。
超臨界流体の供給源から処理容器に超臨界状態の処理流体を供給して基板の乾燥処理を行うと処理容器内の部材表面に付着していたパーティクルが舞い上がり、処理後の基板の表面にパーティクルが付着するといった事象がしばしば生じる。
特開２０１３−１２５３８号公報
本発明は、超臨界状態の処理流体を用いた処理後の基板の表面に付着しているパーティクルレベルを低減しうる技術を提供することを目的としている。
本発明の一実施形態によれば、超臨界状態の処理流体を用いて基板を処理する基板処理装置であって、前記基板が収容される処理容器と、超臨界状態にある処理流体を送り出す流体供給源と前記処理容器とを接続する供給ラインと、前記処理容器から処理流体を排出する排出ラインと、前記処理容器から前記排出ラインに排出される処理流体の流量を調節する排出流量調節部と、前記排出流量調節部の動作を制御する制御部とを備え、 前記制御部は、前記処理容器内の圧力を処理流体の臨界圧力より低い圧力から臨界圧力より高い処理圧力まで昇圧する昇圧工程の少なくとも一部の期間において、前記排出流量調節部を制御することにより前記処理容器から前記排出ラインに制御された排出流量で処理流体を排出させながら、前記流体供給源から前記供給ラインを介して前記処理容器に処理流体を供給させることにより昇圧を行う、基板処理装置が提供される。
本発明の他の実施形態によれば、超臨界状態の処理流体を用いて基板を処理する基板処理方法であって、前記基板を処理容器に収容する搬入工程と、前記処理容器内の圧力を臨界圧力より低い圧力から処理流体の臨界圧力より高い処理圧力まで昇圧する昇圧工程と、を備え、前記昇圧工程の少なくとも一部の期間において、前記処理容器から制御された排出流量で処理流体を排出しながら、流体供給源から前記処理容器に処理流体を供給することにより昇圧を行う、基板処理方法が提供される。
本発明のさらに他の実施形態によれば、基板処理装置の動作を制御するためのコンピュータにより実行されたときに、前記コンピュータが前記基板処理装置を制御して上記の基板処理方法を実行させるプログラムが記録された記憶媒体が提供される。
本発明によれば、超臨界状態の処理流体を用いた処理後の基板の表面に付着しているパーティクルレベルを低減することができる。
基板処理システムの全体構成を示す横断平面図である。 超臨界処理装置の処理容器の外観斜視図である。 処理容器の断面図である。 超臨界処理装置の配管系統図である。 ＩＰＡの乾燥メカニズムを説明する図である。 乾燥処理中の処理容器内の圧力の変動を示すグラフである。 ＩＰＡ及びＣＯ２からなる混合流体において、ＣＯ２濃度と、臨界温度及び臨界圧力との関係を示すグラフである。 パーティクルの舞い上がり及び排出を説明するための模式図である。
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面に示されている構成には、図示と理解のしやすさの便宜上、サイズ及び縮尺等が実物のそれらから変更されている部分が含まれうる。
［基板処理システムの構成］
図１に示すように、基板処理システム１は、ウエハＷに洗浄液を供給して洗浄処理を行う複数の洗浄装置２（図１に示す例では２台の洗浄装置２）と、洗浄処理後のウエハＷに残留している乾燥防止用の液体（本実施形態ではＩＰＡ：イソプロピルアルコール）を、超臨界状態の処理流体（本実施形態ではＣＯ２：二酸化炭素）と接触させて除去する複数の超臨界処理装置３（図１に示す例では６台の超臨界処理装置３）と、を備える。
この基板処理システム１では、載置部１１にＦＯＵＰ１００が載置され、このＦＯＵＰ１００に格納されたウエハＷが、搬入出部１２及び受け渡し部１３を介して洗浄処理部１４及び超臨界処理部１５に受け渡される。洗浄処理部１４及び超臨界処理部１５において、ウエハＷは、まず洗浄処理部１４に設けられた洗浄装置２に搬入されて洗浄処理を受け、その後、超臨界処理部１５に設けられた超臨界処理装置３に搬入されてウエハＷ上からＩＰＡを除去する乾燥処理を受ける。図１中、符合「１２１」はＦＯＵＰ１００と受け渡し部１３との間でウエハＷを搬送する第１の搬送機構を示し、符合「１３１」は搬入出部１２と洗浄処理部１４及び超臨界処理部１５との間で搬送されるウエハＷが一時的に載置されるバッファとしての役割を果たす受け渡し棚を示す。
受け渡し部１３の開口部にはウエハ搬送路１６２が接続されており、ウエハ搬送路１６２に沿って洗浄処理部１４及び超臨界処理部１５が設けられている。洗浄処理部１４には、当該ウエハ搬送路１６２を挟んで洗浄装置２が１台ずつ配置されており、合計２台の洗浄装置２が設置されている。一方、超臨界処理部１５には、ウエハＷからＩＰＡを除去する乾燥処理を行う基板処理装置として機能する超臨界処理装置３が、ウエハ搬送路１６２を挟んで３台ずつ配置されており、合計６台の超臨界処理装置３が設置されている。ウエハ搬送路１６２には第２の搬送機構１６１が配置されており、第２の搬送機構１６１は、ウエハ搬送路１６２内を移動可能に設けられている。受け渡し棚１３１に載置されたウエハＷは第２の搬送機構１６１によって受け取られ、第２の搬送機構１６１は、ウエハＷを洗浄装置２及び超臨界処理装置３に搬入する。なお、洗浄装置２及び超臨界処理装置３の数及び配置態様は特に限定されず、単位時間当たりのウエハＷの処理枚数及び各洗浄装置２及び各超臨界処理装置３の処理時間等に応じて、適切な数の洗浄装置２及び超臨界処理装置３が適切な態様で配置される。
洗浄装置２は、例えばスピン洗浄によってウエハＷを１枚ずつ洗浄する枚葉式の装置として構成される。この場合、ウエハＷを水平に保持した状態で鉛直軸線周りに回転させながら、洗浄用の薬液や薬液を洗い流すためのリンス液をウエハＷの処理面に対して適切なタイミングで供給することで、ウエハＷの洗浄処理を行うことができる。洗浄装置２で用いられる薬液及びリンス液は特に限定されない。例えば、アルカリ性の薬液であるＳＣ１液（すなわちアンモニアと過酸化水素水の混合液）をウエハＷに供給し、ウエハＷからパーティクルや有機性の汚染物質を除去することができる。その後、リンス液である脱イオン水（ＤＩＷ：DeIonized Water）をウエハＷに供給し、ＳＣ１液をウエハＷから洗い流すことができる。さらに、酸性の薬液である希フッ酸水溶液（ＤＨＦ：Diluted HydroFluoric acid）をウエハＷに供給して自然酸化膜を除去し、その後、ＤＩＷをウエハＷに供給して希フッ酸水溶液をウエハＷから洗い流すこともできる。
そして洗浄装置２は、ＤＩＷによるリンス処理を終えたら、ウエハＷを回転させながら、乾燥防止用の液体としてＩＰＡをウエハＷに供給し、ウエハＷの処理面に残存するＤＩＷをＩＰＡと置換する。その後、ウエハＷの回転を緩やかに停止する。このとき、ウエハＷには十分量のＩＰＡが供給され、半導体のパターンが形成されたウエハＷの表面はＩＰＡが液盛りされた状態となり、ウエハＷの表面にはＩＰＡの液膜が形成される。ウエハＷは、ＩＰＡが液盛りされた状態を維持しつつ、第２の搬送機構１６１によって洗浄装置２から搬出される。
このようにしてウエハＷの表面に付与されたＩＰＡは、ウエハＷの乾燥を防ぐ役割を果たす。特に、洗浄装置２から超臨界処理装置３へのウエハＷの搬送中におけるＩＰＡの蒸発によってウエハＷに所謂パターン倒れが生じてしまうことを防ぐため、洗浄装置２は、比較的大きな厚みを有するＩＰＡ膜がウエハＷの表面に形成されるように、十分な量のＩＰＡをウエハＷに付与する。
洗浄装置２から搬出されたウエハＷは、第２の搬送機構１６１によって、ＩＰＡが液盛りされた状態で超臨界処理装置３の処理容器内に搬入され、超臨界処理装置３においてＩＰＡの乾燥処理が行われる。
［超臨界処理装置］
以下、超臨界処理装置３について図２〜図４を参照して説明する。
図２及び図３に示すように、処理容器３０１は、ウエハＷの搬入出用の開口部３１２が形成された容器本体３１１と、処理対象のウエハＷを水平に保持する保持板３１６と、この保持板３１６を支持するとともに、ウエハＷを容器本体３１１内に搬入したとき開口部３１２を密閉する蓋部材３１５とを備える。
容器本体３１１は、例えば直径３００ｍｍのウエハＷを収容可能な処理空間が内部に形成された容器である。容器本体３１１の内部の一端側に流体供給ヘッダー（第１流体供給部）３１７が設けられ、他端側に流体排出ヘッダー（流体排出部）３１８が設けられている。図示例では、流体供給ヘッダー３１７は、多数の開口（第１流体供給口）が設けられたブロック体からなり、流体排出ヘッダー３１８は多数の開口（流体排出口）が設けられた管からなる。流体供給ヘッダー３１７の第１流体供給口は、保持板３１６により保持されたウエハＷの上面よりやや高い位置にあることが好ましい。
流体供給ヘッダー３１７及び流体排出ヘッダー３１８の構成は図示例に限定されず、例えば、流体排出ヘッダー３１８をブロック体から形成してもよく、流体供給ヘッダー３１７を管から形成してもよい。
保持板３１６を下方から見ると、保持板３１６は、ウエハＷの下面のほぼ全域を覆っている。 保持板３１６は、蓋部材３１５側の端部に開口３１６ａを有している。保持板３１６の上方の空間にある処理流体は、開口３１６ａを通って、流体排出ヘッダー３１８に導かれる（図３の矢印Ｆ５参照）。
流体供給ヘッダー３１７は、実質的に水平方向へ向けて処理流体を容器本体３１１（処理容器３０１）内に供給する。ここでいう水平方向とは、重力が作用する鉛直方向と垂直な方向であって、通常は、保持板３１６に保持されたウエハＷの平坦な表面が延在する方向と平行な方向である。
流体排出ヘッダー３１８を介して、処理容器３０１内の流体が処理容器３０１の外部に排出される。流体排出ヘッダー３１８を介して排出される流体には、流体供給ヘッダー３１７を介して処理容器３０１内に供給された処理流体の他に、ウエハＷの表面に残留していて処理流体に溶け込んだＩＰＡも含まれる。
容器本体３１１の底部には、処理流体を処理容器３０１の内部に供給する流体供給ノズル（第２流体供給部）３４１が設けられている。図示例では、流体供給ノズル３４１は、容器本体３１１の底壁に穿たれた開口からなる。流体供給ノズル３４１は、ウエハＷの中心部の下方（例えば、真下）に位置し、ウエハＷの中心部（例えば、垂直方向上方）に向けて、処理流体を処理容器３０１内に供給する。
処理容器３０１は、さらに、不図示の押圧機構を備える。この押圧機構は、処理空間内に供給された超臨界状態の処理流体によってもたらされる内圧に抗して、容器本体３１１に向けて蓋部材３１５を押し付け、処理空間を密閉する役割を果たす。また、処理空間内に供給された処理流体が超臨界状態の温度を保てるように、容器本体３１１の天井壁及び底壁に、断熱材、テープヒータなど（図示せず）を設けることが好ましい。
図４に示すように、超臨界処理装置３は、超臨界状態の処理流体例えば１６〜２０ＭＰａ（メガパスカル）程度の高圧の処理流体の供給源である流体供給タンク５１を有する。流体供給タンク５１には、主供給ライン５０が接続されている。主供給ライン５０は、途中で、処理容器３０１内の流体供給ヘッダー（第１流体供給部）３１７に接続された第１供給ライン６３と、流体供給ノズル（第２流体供給部）３４１に接続された第２供給ライン６４とに分岐する。
流体供給タンク５１と流体供給ヘッダー３１７との間（つまり主供給ライン５０及びこれに連なる第１供給ライン６３）には、開閉弁５２ａ、オリフィス５５ａ、フィルタ５７及び開閉弁５２ｂが、上流側からこの順で設けられている。第２供給ライン６４は、フィルタ５７及び開閉弁５２ｂとの間の位置で主供給ライン５０から分岐している。第２供給ライン６４には、開閉弁５２ｃが設けられている。
オリフィス５５ａは、ウエハＷの保護のため、流体供給タンク５１から供給される処理流体の流速を低下させるために設けられる。フィルタ５７は、主供給ライン５０を流れる処理流体に含まれる異物（パーティクル原因物質）を取り除くために設けられる。
超臨界処理装置３はさらに、開閉弁５２ｄ及び逆止弁５８ａを介してパージ装置６２に接続されたパージガス供給ライン７０、及び開閉弁５２ｅ及びオリフィス５５ｃを介して超臨界処理装置３の外部空間に接続された排出ライン７１を有する。パージガス供給ライン７０及び排出ライン７１は、主供給ライン５０、第１供給ライン６３及び第２供給ライン６４に接続されている。
パージガス供給ライン７０は、例えば、流体供給タンク５１から処理容器３０１に対する処理流体の供給が停止している間に、処理容器３０１を不活性ガスで満たして清浄な状態を保つ目的で使用される。排出ライン７１は、例えば超臨界処理装置３の電源オフ時において、開閉弁５２ａと開閉弁５２ｂとの間の供給ライン内に残存する処理流体を外部に排出するために用いられる。
処理容器３０１内の流体排出ヘッダー３１８には、主排出ライン６５が接続されている。主排出ライン６５は、途中で、第１排出ライン６６、第２排出ライン６７、第３排出ライン６８及び第４排出ライン６９に分岐する。
主排出ライン６５及びこれに連なる第１排出ライン６６には、開閉弁５２ｆ、背圧弁５９、濃度センサ６０及び開閉弁５２ｇが、上流側から順に設けられている。
背圧弁５９は、一次側圧力（これは処理容器３０１内の圧力に等しい）が設定圧力を越えたときに開弁して、二次側に流体を流すことにより一次側圧力を設定圧力に維持するように構成されている。背圧弁５９の設定圧力は制御部４により随時変更することが可能である。
濃度センサ６０は、主排出ライン６５を流れる流体のＩＰＡ濃度を計測するセンサである。
開閉弁５２ｇの下流側において、第１排出ライン６６には、ニードル弁（可変絞り）６１ａ及び逆止弁５８ｂが設けられている。ニードル弁６１ａは、第１排出ライン６６を通って超臨界処理装置３の外部に排出される流体の流量を調整するバルブである。
第２排出ライン６７、第３排出ライン６８及び第４排出ライン６９は、濃度センサ６０と開閉弁５２ｇとの間の位置において、主排出ライン６５から分岐している。第２排出ライン６７には、開閉弁５２ｈ、ニードル弁６１ｂ及び逆止弁５８ｃが設けられている。第３排出ライン６８には、開閉弁５２ｉ及び逆止弁５８ｄが設けられている。第４排出ライン６９には、開閉弁５２ｊ及びオリフィス５５ｄが設けられている。
第２排出ライン６７及び第３排出ライン６８は第１の排出先例えば流体回収装置に接続されており、第４排出ライン６９は第２の排出先例えば超臨界処理装置３外部の大気空間または工場排気系に接続されている。
処理容器３０１から流体を排出する場合、開閉弁５２ｇ、５２ｈ、５２ｉ、５２ｊのうちの１以上のバルブが開状態とされる。特に超臨界処理装置３の停止時には、開閉弁５２ｊを開き、濃度センサ６０と濃度センサ６０と開閉弁５２ｇとの間の第１排出ライン６６に存在する流体を超臨界処理装置３の外部に排出してもよい。
超臨界処理装置３の流体が流れるラインの様々な場所に、流体の圧力を検出する圧力センサ及び流体の温度を検出する温度センサが設置される。図４に示す例では開閉弁５２ａとオリフィス５５ａとの間に圧力センサ５３ａ及び温度センサ５４ａが設けられ、オリフィス５５ａとフィルタ５７との間に圧力センサ５３ｂ及び温度センサ５４ｂが設けられ、フィルタ５７と開閉弁５２ｂとの間に圧力センサ５３ｃが設けられ、開閉弁５２ｂと処理容器３０１との間に温度センサ５４ｃが設けられ、オリフィス５５ｂと処理容器３０１との間に温度センサ５４ｄが設けられている。また処理容器３０１と開閉弁５２ｆとの間に圧力センサ５３ｄ及び温度センサ５４ｆが設けられ、濃度センサ６０と開閉弁５２ｇとの間に圧力センサ５３ｅ及び温度センサ５４ｇが設けられている。さらに、処理容器３０１内の流体の温度を検出するための温度センサ５４ｅが設けられている。
主供給ライン５０及び第１供給ライン６３に、処理容器３０１に供給する処理流体の温度を調節するための４つのヒータＨが設けられている。処理容器３０１よりも下流側の排出ラインにもヒータＨを設けてもよい。
主供給ライン５０のオリフィス５５ａとフィルタ５７の間には安全弁（リリーフ弁）５６ａが設けられ、処理容器３０１と開閉弁５２ｆとの間には安全弁５６ｂが設けられ、濃度センサ６０と開閉弁５２ｇの間には安全弁５６ｃが設けられている。これらの安全弁５６ａ〜５６ｃは、これらの安全弁が設けられているライン（配管）内の圧力が過大になった場合等の異常時に、ライン内の流体を緊急的に外部に排出する。
制御部４は、図３に示す各種センサ（圧力センサ５３ａ〜５３ｅ、温度センサ５４ａ〜５４ｇ及び濃度センサ６０等）から計測信号を受信し、各種機能要素に制御信号（開閉弁５２ａ〜５２ｊの開閉信号、背圧弁５９の設定圧力調節信号、ニードル弁６１ａ〜６１ｂの開度調節信号等）を送信する。制御部４は、たとえばコンピュータであり、演算部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。演算部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。プログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
［超臨界乾燥処理］
次に、超臨界状態の処理流体（例えば二酸化炭素（ＣＯ２））を用いたＩＰＡの乾燥メカニズムについて、図５を参照して簡単に説明する。
超臨界状態の処理流体Ｒが処理容器３０１内に導入された直後は、図５（ａ）に示すように、ウエハＷのパターンＰの凹部内にはＩＰＡのみが存在する。
凹部内のＩＰＡは、超臨界状態の処理流体Ｒと接触することで、徐々に処理流体Ｒに溶解し、図５（ｂ）に示すように徐々に処理流体Ｒと置き換わってゆく。このとき、凹部内には、ＩＰＡ及び処理流体Ｒの他に、ＩＰＡと処理流体Ｒとが混合した状態の混合流体Ｍが存在する。
凹部内でＩＰＡから処理流体Ｒへの置換が進行するに従って、凹部内に存在するＩＰＡが減少し、最終的には図５（ｃ）に示すように、凹部内には超臨界状態の処理流体Ｒのみが存在するようになる。
凹部内からＩＰＡが除去された後に、処理容器３０１内の圧力を大気圧まで下げることによって、図５（ｄ）に示すように、処理流体Ｒは超臨界状態から気体状態に変化し、凹部内は気体のみによって占められる。このようにしてパターンＰの凹部内のＩＰＡが除去され、ウエハＷの乾燥処理は完了する。
次に、上記の超臨界処理装置３を用いて実行される乾燥方法（基板処理方法）について説明する。なお、以下に説明する乾燥方法は、記憶部１９に記憶された処理レシピ及び制御プログラムに基づいて、制御部４の制御の下で、自動的に実行される。
＜搬入工程＞
洗浄装置２において洗浄処理が施されたウエハＷが、その表面のパターンの凹部内がＩＰＡに充填されかつその表面にＩＰＡのパドルが形成された状態で、第２の搬送機構１６１により洗浄装置２から搬出される。第２の搬送機構１６１は、保持板３１６の上にウエハを載置し、その後、ウエハを載置した保持板３１６が容器本体３１１内に進入し、蓋部材３１５が容器本体３１１と密封係合する。以上によりウエハの搬入が完了する。
次に、図６のタイムチャートに示した手順に従い、処理流体（ＣＯ２）が処理容器３０１内に供給され、これによりウエハＷの乾燥処理が行われる。図６に示す折れ線Ａは、乾燥処理開始時点からの経過時間と処理容器３０１内の圧力との関係を示している。
＜昇圧工程＞
次に、処理容器３０１内に処理流体としてのＣＯ２（二酸化炭素）を充填することにより、処理容器３０１内の圧力を処理流体の臨界圧力より低い圧力（具体的には常圧（大気圧））から臨界圧力よりも高い処理圧力まで昇圧する。具体的には、処理容器３０１内へのＣＯ２の供給開始前に、背圧弁５９の初期設定圧力が、ゲージ圧でゼロ（大気圧と同じ）またはそれよりわずかに高い値に設定され、開閉弁５２ａ，５２ｆ，５２ｇが開状態とされ、開閉弁５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｈ，５２ｉ，５２ｊが閉状態とされる。また、ニードル弁６１ａ，６１ｂが予め定められた開度に調整される。
この状態から、開閉弁５２ｃを開くことにより昇圧工程が開始される。開閉弁５２ｃを開くと、流体供給タンク５１から送り出された超臨界状態にある１６ＭＰａ程度の圧力のＣＯ２が、主供給ライン５０及び第２供給ライン６４を介して、ウエハＷの中央部の真下にある流体供給ノズル３４１から保持板３１６の下面に向けて吐出される。
流体供給ノズル３４１から吐出されたＣＯ２（図３の矢印Ｆ１参照）は、ウエハＷの下面を覆う保持板３１６に衝突した後に、保持板３１６の下面に沿って放射状に広がり（図３の矢印Ｆ２参照）、その後、保持板３１６の端縁と容器本体３１１の側壁との間の隙間及び保持板３１６の開口３１６ａを通って、ウエハＷの上面側の空間に流入する（図３の矢印Ｆ３参照）。
処理容器３０１内にＣＯ２が流入すると、処理容器３０１内の圧力は常圧（大気圧）から上昇し始め、処理容器３０１の圧力が背圧弁５９の設定圧力（ゲージ圧でゼロまたはそれよりやや高い圧力）を上回ると、処理容器３０１の圧力に応じた開度で背圧弁５９が開く。これにより、流体排出ヘッダー３１８を介して処理容器３０１からＣＯ２が流出する。背圧弁５９の設定圧力は、時間経過ととともに徐々に高くしてゆき、昇圧工程Ｔ１の終了時には後述の処理圧力となるようにする。また、背圧弁５９の設定圧力は、処理容器３０１から排出されるＣＯ２の流量が、処理容器３０１に供給されるＣＯ２の流量の例えば１０〜２０％程度となるように変化させる。これを実現するには、例えば、予め実験により適切な背圧弁５９の設定圧力の経時変化を求めておき、これに基づいて背圧弁５９の設定圧力を変化させればよい。昇圧工程Ｔ１においては、背圧弁５９は、実質的に流量制御弁として使用していることになる。
上述したように背圧弁５９の設定圧力を変化させてゆくことにより、流体排出ヘッダー３１８を介して処理容器３０１から比較的小流量でＣＯ２を流出させつつ、流体供給ノズル３４１を介して処理容器３０１にＣＯ２が供給されてゆき、これに伴い、処理容器３０１内の圧力が徐々に上昇してゆく。このため、処理容器３０１内には、流体供給ノズル３４１から流体排出ヘッダー３１８に向かうＣＯ２の流れが生じる。
昇圧工程Ｔ１の初期、特に処理容器３０１へのＣＯ２の供給開始直後は、処理容器３０１の内部空間に面している部材の表面、例えば処理容器３０１の内壁面、保持板３１６の表面などに付着しているパーティクルが舞い上がる傾向にある。このようなパーティクルは、処理容器３０１内のＣＯ２の流れに乗って、流体供給ヘッダー３１７を介して処理容器３０１から排出される。
昇圧工程Ｔ１の初期では、流体供給タンク５１から超臨界状態で送り出されたＣＯ２の圧力は、オリフィス５５ａを通過するときに低下し、また、常圧状態にある処理容器３０１内に流入したときにも低下する。従って、昇圧工程Ｔ１の初期では、処理容器３０１内に流入するＣＯ２の圧力は臨界圧力（例えば約７ＭＰａ）より低く、つまり、ＣＯ２は気体（ガス）の状態で処理容器３０１内に流入する。その後、処理容器３０１内へのＣＯ２の充填の進行とともに処理容器３０１内の圧力は増加してゆき、処理容器３０１内の圧力が臨界圧力を越えると、処理容器３０１内に存在するＣＯ２は超臨界状態となる。
昇圧工程Ｔ１において、処理容器３０１内の圧力が増大して臨界圧力を越えると、処理容器３０１内の処理流体が超臨界状態となり、ウエハＷ上のＩＰＡが超臨界状態の処理流体に溶け込み始める。すると、ＣＯ２及びＩＰＡからなる混合流体中におけるＩＰＡとＣＯ２との混合比が変化してゆく。なお、混合比はウエハＷ表面全体において均一とは限らない。不測の混合流体の気化によるパターン倒れを防止するため、昇圧工程Ｔ１では、処理容器３０１内の圧力を、混合流体中のＣＯ２濃度に関わらず処理容器３０１内のＣＯ２が超臨界状態となることが保証される圧力ここでは１５ＭＰａまで昇圧する。ここで、「超臨界状態となることが保証される圧力」とは、図７のグラフの曲線Ｃで示す圧力の極大値より高い圧力である。この圧力（１５ＭＰａ）は、「処理圧力」と呼ばれる。
＜保持工程＞
上記昇圧工程Ｔ１により、処理容器３０１内の圧力が上記処理圧力（１５ＭＰａ）まで上昇したら、処理容器３０１の上流側及び下流側にそれぞれ位置する開閉弁５２ｂ及び開閉弁５２ｆを閉じて、処理容器３０１内の圧力を維持する保持工程Ｔ２に移行する。この保持工程は、ウエハＷのパターンＰの凹部内にある混合流体中のＩＰＡ濃度及びＣＯ２濃度が予め定められた濃度（例えばＩＰＡ濃度が３０％以下、ＣＯ２濃度が７０％以上）になるまで継続される。保持工程Ｔ２の時間は、実験により定めることができる。この保持工程Ｔ２において、他のバルブの開閉状態は、昇圧工程Ｔ１における開閉状態と同じである。
＜流通工程＞
保持工程Ｔ２の後、流通工程Ｔ３が行われる。流通工程Ｔ３は、処理容器３０１内からＣＯ２及びＩＰＡの混合流体を排出して処理容器３０１内を降圧する降圧段階と、流体供給タンク５１から処理容器３０１内にＩＰＡを含まない新しいＣＯ２を供給して処理容器３０１内を昇圧する昇圧段階とを交互に繰り返すことにより行うことができる。
流通工程Ｔ３は、例えば、開閉弁５２ｂ及び開閉弁５２ｆを開状態として、背圧弁５９の設定圧力の上昇及び下降を繰り返すことにより行われる。これに代えて、流通工程Ｔ３を、開閉弁５２ｂを開きかつ背圧弁５９の設定圧力を低い値に設定した状態で、開閉弁５２ｆの開閉を繰り返すことにより行ってもよい。
流通工程Ｔ３では、流体供給ヘッダー３１７を用いて処理容器３０１内にＣＯ２が供給される（図３の矢印Ｆ４参照）。流体供給ヘッダー３１７は、流体供給ノズル３４１よりも大流量でＣＯ２を供給することができる。流通工程Ｔ３では、処理容器３０１内の圧力は臨界圧力よりも十分に高い圧力に維持されているため、大流量のＣＯ２がウエハＷ表面に衝突したり、ウエハＷ表面近傍を流れても乾燥の問題は無い。このため、処理時間の短縮を重視して流体供給ヘッダー３１７が用いられる。
昇圧段階では、処理容器３０１内の圧力を上記処理圧力（１５ＭＰａ）まで上昇させる。降圧段階では、処理容器３０１内の圧力を上記処理圧力から予め定められた圧力（臨界圧力よりも高い圧力）まで低下させる。降圧段階では、流体供給ヘッダー３１７を介して処理容器３０１内に処理流体が供給されるとともに流体排出ヘッダー３１８を介して処理容器３０１から処理流体が排気されることになるため、処理容器３０１内には、ウエハＷの表面と略平行に流動する処理流体の層流が形成される（図３の矢印Ｆ６参照）。
流通工程を行うことにより、ウエハＷのパターンの凹部内においてＩＰＡからＣＯ２への置換が促進させる。凹部内においてＩＰＡからＣＯ２への置換が進行してゆくに従って、図７の左側に示すように混合流体の臨界圧力が低下してゆくので、各降圧段階の終了時における処理容器３０１内の圧力を、混合流体中のＣＯ２濃度に対応する混合流体の臨界圧力よりも高いという条件を満たしながら、徐々に低くしてゆくことができる。
＜排出工程＞
流通工程Ｔ３により、パターンの凹部内においてＩＰＡからＣＯ２への置換が完了したら、排出工程Ｔ４が行われる。排出工程Ｔ４は、開閉弁５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅを閉状態とし、背圧弁５９の設定圧力を常圧とし、開閉弁５２ｆ，５２ｇ，５２ｈ，５２ｉを開状態とし、開閉弁５２ｊを閉状態とすることにより行うことができる。排出工程Ｔ４により処理容器３０１内の圧力がＣＯ２の臨界圧力より低くなると、超臨界状態のＣＯ２は気化し、パターンの凹部内から離脱する。これにより、１枚のウエハＷに対する乾燥処理が終了する。
上記実施形態の効果について以下に説明する。前述したように、処理容器３０１にＣＯ２を供給すると、処理容器３０１内部の部材の表面に付着していたパーティクルが剥離して処理容器３０１内で舞い上がる。特に、昇圧工程開始直後は、処理容器３０１内の圧力が低くＣＯ２の流入速度が高いので、多くのパーティクルが舞い上がる。従来方法では、昇圧工程では、処理容器３０１からのＣＯ２の排出は行われない。このため、処理容器３０１の圧力上昇とともに流体供給ノズル３４１から噴射されるＣＯ２の流速は次第に低下してゆき、最終的には実質的にゼロとなる。すると、舞い上がったパーティクルが落ちてきて、ウエハＷの表面に付着する。
これに対して、上記の実施形態では、昇圧工程Ｔ１において、流体供給ノズル３４１から処理容器３０１にＣＯ２を供給するとともに流体排出ヘッダー３１８を介して処理容器３０１からＣＯ２を排出することにより、流体供給ノズル３４１から流体排出ヘッダー３１８に向かうＣＯ２の流れを形成している（図８中の太線矢印を参照）。このため、流体供給ノズル３４１から処理容器３０１にＣＯ２を供給することにより舞い上がったパーティクル（図８において符号Ｐが付けられた白丸で示す）が、処理容器３０１内に形成されたＣＯ２の流れに乗って処理容器３０１から排出される。このため、舞い上がったパーティクルがウエハＷに付着することが防止されるかあるいは大幅に低減される。
パーティクルがウエハＷに付着することを防止する観点からは、昇圧工程Ｔ１の開始時点から終了時点に至るまでの間ずっと流体排出ヘッダー３１８を介して処理容器３０１からＣＯ２を排出し続けることが好ましい。上記実施形態ではそのようになっている。一方、ＣＯ２の排出を行うと昇圧に必要な時間が長くなってしまう。昇圧工程Ｔ１の開始直後は、流体供給ノズル３４１から吐出されるＣＯ２の流速が高いため、パーティクルの舞い上がりが最も激しく、その後時間の経過とともに、新たに舞い上がるパーティクルは少なくなる。従って、処理容器３０１からのパーティクルの排出量も昇圧工程Ｔ１の前期で多く、後期で少なくなる。上記のことを考慮して、ＣＯ２の排出を昇圧工程Ｔ１の途中で停止してもよい。あるいは、昇圧工程Ｔ１の途中で、ＣＯ２の排出流量を低下させてもよい。例えば、処理容器３０１から排出されるＣＯ２の流量が、昇圧工程の前期において処理容器３０１に供給されるＣＯ２の流量の２０％、後期において１０％としてもよい。昇圧工程Ｔ１の開始時点からＣＯ２の排出を行うことに代えて、開始時点から少しの時間が経過してある程度の量のパーティクルが舞い上がってから、ＣＯ２の排出を開始してもよい。
上記実施形態では、昇圧工程Ｔ１では、処理容器３０１へのＣＯ２の供給は流体供給ノズル３４１のみにより行っていた。このことはパーティクルの舞い上りを抑制するために非常に有効である。しかしながら、これに限定されるものではなく、昇圧工程Ｔ１の後期（このときは処理容器３０１の圧力が上昇しているためＣＯ２の供給流量が比較的低くなる）における処理容器３０１へのＣＯ２の供給を、流体供給ヘッダー３１７により行ってもよく、流体供給ノズル３４１及び流体供給ヘッダー３１７の両方により行ってもよい。
昇圧工程Ｔ１中における処理容器３０１へのＣＯ２の供給が流体供給ヘッダー３１７のみにより行われる（つまり、処理容器３０１内の一側端部に設けられたノズルのように吐出部材から、ウエハＷの面に平行な方向にＣＯ２が吐出される）従来形式の基板処理装置においても、処理容器３０１からＣＯ２を排出しながら処理容器３０１にＣＯ２を供給するという操作は、ウエハＷへのパーティクル付着防止のために有効である。
なお、処理容器３０１内の圧力が処理流体（この場合ＣＯ２）の臨界圧力（約７ＭＰａ）に達する前に除去対象の液体（この場合ＩＰＡ）がウエハＷの表面から除去されてしまうと、パターン倒壊が生じる。流体排出ヘッダー３１８を介した処理容器３０１からのＣＯ２の排出流量が高いと、パーティクルの排出効率が向上するが、臨界圧力への到達時間が長くなる。この場合、臨界圧力への到達までにＩＰＡが蒸発してしまい、パターン倒壊が生じる危険性が高くなる。パターン倒壊が生じないＣＯ２の排出流量は、予め実験により確認しておくことが望ましい。
上記実施形態では、設定圧力が可変の（制御装置４により遠隔制御可能な）背圧弁５９の設定圧力を時間とともに変化させることにより、処理容器３０１からのＣＯ２の排出を行いつつ処理容器３０１の圧力を増加させた。つまり、上記実施形態では、背圧弁５９により、処理容器３０１から主排出ライン６５に排出される処理流体の流量を調節する排出流量調節部を構成した。しかしながら、上記の態様で昇圧を実現する排出流量調節部の構成は上記のものに限定されるものではない。一例として、主排出ライン６５に背圧弁５９を迂回するバイパスライン（図示せず）を設け、このバイパスラインに開閉弁、ニードル弁等の流量制御弁、及び流量計を設けてもよい。この場合、昇圧工程Ｔ１では、背圧弁５９の設定圧力は処理圧力（１６ＭＰａ）に固定しておく。そしてバイパスラインの開閉弁を開いた状態で流量計の検出値が目標値（比較的小流量）に維持されるように流量制御弁の開度を調節することにより昇圧を行うことができる。それ以降の工程では、バイパスラインの開閉弁は閉じられ、前述した説明の通りに背圧弁５９が制御される。
本発明は、上述の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形が加えられた各種態様も含みうるものであり、本発明によって奏される効果も上述の事項に限定されない。したがって、本発明の技術的思想及び趣旨を逸脱しない範囲で、特許請求の範囲及び明細書に記載される各要素に対して種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。
例えば、乾燥処理に用いられる処理流体はＣＯ２以外の流体（例えばフッ素系の流体）であってもよく、基板に液盛りされた乾燥防止用の液体を超臨界状態で除去可能な任意の流体を処理流体として用いることができる。また乾燥防止用の液体もＩＰＡには限定されず、乾燥防止用液体として使用可能な任意の液体を使用することができる。処理対象の基板は、上述した半導体ウエハＷに限定されるものではなく、ＬＣＤ用ガラス基板、セラミック基板等の他の基板であってもよい。
Ｗ 基板（半導体ウエハ）
４ 制御部（制御装置）
３０１ 処理容器
５０，６４ 供給ライン（主供給ライン、第２供給ライン）
６５，６６，６７，６８ 排出ライン（主排出ライン、第１〜第３排出ライン）
５９ 流量調節部（背圧弁）

Claims (9)

  1. 超臨界状態の処理流体を用いて基板を処理する基板処理装置であって、
    前記基板が収容される処理容器と、
    超臨界状態にある処理流体を送り出す流体供給源と前記処理容器とを接続する供給ラインと、
    前記処理容器から処理流体を排出する排出ラインと、
    前記処理容器から前記排出ラインに排出される処理流体の流量を調節する排出流量調節部と、
    前記排出流量調節部の動作を制御する制御部と
    を備え
    前記制御部は、前記処理容器内の圧力を処理流体の臨界圧力より低い圧力から臨界圧力より高い処理圧力まで昇圧する昇圧工程の少なくとも一部の期間において、前記排出流量調節部を制御することにより前記処理容器から前記排出ラインに制御された排出流量で処理流体を排出させながら、前記流体供給源から前記供給ラインを介して前記処理容器に処理流体を供給させることにより昇圧を行う、基板処理装置。
  2. 前記制御部は、前記昇圧工程の全ての期間において、前記排出流量調節部を制御することにより前記処理容器から前記排出ラインに制御された排出流量で処理流体を排出させながら、前記流体供給源から前記供給ラインを介して前記処理容器に処理流体を供給させることにより昇圧を行う、請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、前記昇圧工程の第１の期間と、前記第１の期間の後の第２の期間とで、前記排出流量を変化させる、請求項１記載の基板処理装置。
  4. 前記第１の期間における排出流量は、前記第２の期間における排出流量よりも大きい、請求項３記載の基板処理装置。
  5. 超臨界状態の処理流体を用いて基板を処理する基板処理方法であって、
    前記基板を処理容器に収容する搬入工程と、
    前記処理容器内の圧力を処理流体の臨界圧力より低い圧力から臨界圧力より高い処理圧力まで昇圧する昇圧工程と、
    を備え、
    前記昇圧工程の少なくとも一部の期間において、前記処理容器から制御された排出流量で処理流体を排出しながら、流体供給源から前記処理容器に処理流体を供給することにより昇圧を行う、基板処理方法。
  6. 前記昇圧工程の全ての期間において、前記処理容器から制御された排出流量で処理流体を排出しながら、流体供給源から前記処理容器に処理流体を供給することにより昇圧を行う、請求項５記載の基板処理方法。
  7. 前記昇圧工程の第１の期間と、前記第１の期間の後の第２の期間とで、前記排出流量を変化させる、請求項５記載の基板処理方法。
  8. 前記第１の期間における排出流量は、前記第２の期間における排出流量よりも大きい、請求項７記載の基板処理方法。
  9. 基板処理装置の動作を制御するためのコンピュータにより実行されたときに、前記コンピュータが前記基板処理装置を制御して請求項５から８のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法を実行させるプログラムが記録された記憶媒体。
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