半導体基板の超臨界乾燥方法及び装置
【課題】半導体基板の表面に生じるパーティクルを低減する。
【解決手段】本実施形態によれば、半導体基板の超臨界乾燥装置は、半導体基板を収容し、密閉可能なチャンバ２１０と、チャンバ２１０の内部を加熱するヒータ２１２と、チャンバ２１０に二酸化炭素を供給する供給部と、チャンバ２１０から二酸化炭素を排出する排出部と、チャンバ２１０を回転させる回転部２７０と、を備えている。回転部２７０は、チャンバ２１０を水平方向に対して９０°以上１８０°以下回転させる。
【解決手段】本実施形態によれば、半導体基板の超臨界乾燥装置は、半導体基板を収容し、密閉可能なチャンバ２１０と、チャンバ２１０の内部を加熱するヒータ２１２と、チャンバ２１０に二酸化炭素を供給する供給部と、チャンバ２１０から二酸化炭素を排出する排出部と、チャンバ２１０を回転させる回転部２７０と、を備えている。回転部２７０は、チャンバ２１０を水平方向に対して９０°以上１８０°以下回転させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体基板の超臨界乾燥方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程には、リソグラフィ工程、エッチング工程、イオン注入工程などの様々な工程が含まれている。各工程の終了後、次の工程に移る前に、ウェーハ表面に残存した不純物や残渣を除去してウェーハ表面を清浄にするための洗浄処理及び乾燥処理が実施されている。
【０００３】
例えば、エッチング工程後のウェーハの洗浄処理では、ウェーハの表面に洗浄処理のための薬液が供給され、その後に純水が供給されてリンス処理が行われる。リンス処理後は、ウェーハ表面に残っている純水を除去してウェーハを乾燥させる乾燥処理が行われる。
【０００４】
乾燥処理を行う方法としては、ウェーハ上の純水リンス後の残留水を振りきり乾燥を行うスピン乾燥、ウェーハ上の純水リンス後の純水をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に置換してウェーハを乾燥するＩＰＡ乾燥などが知られている。しかし、これらの方法では、純水、およびＩＰＡの表面張力によりウェーハ上に形成されたパターンが倒壊するという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するため、表面張力がゼロとなる超臨界乾燥が提案されている。例えば、表面がＩＰＡで濡れているウェーハを超臨界チャンバへ搬送し、チャンバ内に超臨界状態とした二酸化炭素（超臨界ＣＯ２流体）で満たされた状態にすることで、ウェーハ上のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体によって徐々に抽出される。そして、継続的に超臨界ＣＯ２をチャンバに導入し、ＩＰＡ抽出した超臨界ＣＯ２とともに徐々にチャンバ内のＩＰＡ濃度を低減させる。その後超臨界ＣＯ２の導入を止め、チャンバ内から超臨界ＣＯ２流体を排出させていく。排出動作による圧力低下により、超臨界ＣＯ２は臨界圧を下回った時点でガス（気体）へ相転換する。チャンバ内が常圧に回復するまで排出継続し、最終的にウェーハを搬出する。
【０００６】
しかし、チャンバ内の圧力を下げて二酸化炭素を超臨界状態からガス（気体）へ相転換する際に、超臨界ＣＯ２流体に溶解した状態でチャンバ内に残留していたＩＰＡがウェーハ上に凝集再吸着することで生じる乾燥痕等により、ウェーハの表面上にパーティクルが付着するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−７２１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、半導体基板の表面に生じるパーティクルを低減することができる半導体基板の超臨界乾燥方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態によれば、半導体基板の超臨界乾燥装置は、半導体基板を収容し、密閉可能なチャンバと、前記チャンバの内部を加熱するヒータと、前記チャンバに二酸化炭素を供給する供給部と、前記チャンバから二酸化炭素を排出する排出部と、前記チャンバを回転させる回転部と、を備えている。前記回転部は、前記チャンバを水平方向に対して９０°以上１８０°以下回転させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】圧力と温度と物質の相状態との関係を示す状態図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る超臨界乾燥システムの概略構成図である。
【図３】配管及びその連結方法の一例を示す図である。
【図４】チャンバの回転を示す図である。
【図５】同第１の実施形態に係る超臨界乾燥方法を説明するフローチャートである。
【図６】二酸化炭素及びＩＰＡの状態図である。
【図７】チャンバの回転を行った場合と行わなかった場合の超臨界乾燥処理後の半導体基板の表面を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る超臨界乾燥システムの概略構成図である。
【図９】同第２の実施形態に係る半導体基板を収容して搬送する容器の概略構成図である。
【図１０】半導体基板を容器へ収容する方法を説明する図である。
【図１１】同第２の実施形態に係る搬送部の概略構成図である。
【図１２】半導体基板をチャンバに収容する方法を説明する図である。
【図１３】同第２の実施形態に係る超臨界乾燥方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）まず、超臨界乾燥について説明する。図１は、圧力と温度と物質の相状態との関係を示す状態図である。超臨界乾燥に用いられる超臨界流体の機能物質には、三態と称される気相（気体）、液相（液体）、固相（固体）の３つの存在状態がある。
【００１３】
図１に示すように、上記３つの相は、気相と液相との境界を示す蒸気圧曲線（気相平衡線）、気相と固相との境界を示す昇華曲線、固相と液相との境界を示す溶解曲線で区切られる。これら３つの相が重なったところが三重点である。この三重点から蒸気圧曲線が高温、高圧側に延びると、気相と液相が共存する限界である臨界点に達する。この臨界点では、気相と液相の密度が等しくなり、気液共存状態の界面が消失する。
【００１４】
そして、臨界点より高温、高圧の状態では、気相、液相の区別がなくなり、物質は超臨界流体となる。超臨界流体とは、臨界温度以上で高密度に圧縮された流体である。超臨界流体は、溶媒分子の拡散力が支配的である点においては気体と類似している。一方、超臨界流体は、分子の凝集力の影響が無視できない点においては液体と類似しているため、種々の物質を溶解する性質を有している。
【００１５】
また、超臨界流体は、液体に比べ非常に高い浸潤性を有し、微細な構造にも容易に浸透する特徴がある。
【００１６】
また、超臨界流体は、超臨界状態から直接気相に転移するように乾燥させることで、気体と液体の界面が存在しないように、すなわち毛管力（表面張力）が働かないようにして、微細構造を破壊することなく乾燥することができる。超臨界乾燥とは、このような超臨界流体の超臨界状態を利用して基板を乾燥することである。
【００１７】
この超臨界乾燥に用いられる超臨界流体としては、例えば、二酸化炭素、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノール、メタン、エタン、プロパン、水、アンモニア、エチレン、フルオロメタン等が選択される。
【００１８】
特に、二酸化炭素は、臨界温度が３１．１℃、臨界圧力が７．３７ＭＰａと比較的低温・低圧であるので、容易に処理が可能である。本実施形態における超臨界乾燥処理は、二酸化炭素を用いたものである。
【００１９】
図２に本発明の第１の実施形態に係る超臨界乾燥システムの概略構成を示す。超臨界乾燥システムは、ボンベ２０１、冷却器２０２、２０３、昇圧ポンプ２０４、ヒータ２０５、気液分離器２０６、及びチャンバ２１０を備えている。
【００２０】
ボンベ２０１は液体状態の二酸化炭素を貯留する。昇圧ポンプ２０４は、ボンベ２０１から二酸化炭素を吸い出し、昇圧して排出する。ボンベ２０１から吸い出された二酸化炭素は、配管２３１を介して冷却器２０２に供給され、冷却されてから、配管２３２を介して昇圧ポンプ２０４に供給される。
【００２１】
昇圧ポンプ２０４は、二酸化炭素を昇圧して排出する。例えば、昇圧ポンプ２０４は二酸化炭素を臨界圧力以上に昇圧する。昇圧ポンプ２０４から排出された二酸化炭素は配管２３３を介してヒータ２０５に供給される。ヒータ２０５は二酸化炭素を臨界温度以上に昇温（加熱）する。
【００２２】
配管２３１〜２３３にはそれぞれパーティクルを除去するフィルタ２２１〜２２３が設けられている。
【００２３】
ヒータ２０５から排出された二酸化炭素は配管２４１、２４２を含む供給部を介してチャンバ２１０に供給される。配管２４１にはバルブ２５１が設けられており、配管２４２にはバルブ２５２が設けられている。配管２４１、２４２は例えばＳＵＳで形成されている。
【００２４】
配管２４１の一端はヒータ２０５に連結されており、配管２４２の一端はチャンバ２１０に連結されている。また、配管２４１の他端と配管２４２の他端とは連結部Ｎ１において取り外し可能に連結されている。図３（ａ）に、配管２４１、２４２の端部の一例を示し、図３（ｂ）に配管２４１と配管２４２の連結の一例を示す。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、配管２４１のフランジ２４１ａと配管２４２のフランジ２４２ａとが、ガスケット２８０を挟み、図示しないボルトで連結される。ガスケット２８０は例えばアルミニウム等を用いたメタルガスケットである。ボルトを外すことで、配管２４１と配管２４２とを取り外す（分離する）ことができる。
【００２５】
図２に示すチャンバ２１０は、ＳＵＳで形成され、所定の耐圧性を確保した密閉可能な高圧容器である。チャンバ２１０は、ステージ２１１及びヒータ２１２を有する。ステージ２１１は被処理基板Ｗを保持するリング状の平板である。ヒータ２１２は、チャンバ２１０内の温度を調整することができる。ヒータ２１２はチャンバ２１０の外周部に設けてもよい。
【００２６】
図４（ａ）はチャンバ２１０の水平方向断面図であり、チャンバ２１０は回転部２７０により回転されるように構成されている。図４（ｂ）〜（ｅ）は図４（ａ）のＡ方向から見たときのチャンバ２１０の鉛直方向断面図である。図４（ｂ）〜（ｅ）において、回転部２７０の図示は省略している。チャンバ２１０を回転させる際は、あらかじめ、配管２４１と配管２４２の連結、及び後述する配管２４３と配管２４４の連結を解除しておく。チャンバ２１０に連結されている配管２４２及び配管２４３は、チャンバ２１０と共に回転する。
【００２７】
図４（ｂ）は、回転部２７０によるチャンバ２１０の回転が行われていない状態を示しており、チャンバ２１０内の被処理基板Ｗは、パターンが形成された面Ｓが上を向いている。
【００２８】
図４（ｃ）は、回転部２７０がチャンバ２１０を水平方向に対して９０°回転させた状態を示しており、被処理基板Ｗのパターン面Ｓは横を向いている。
【００２９】
図４（ｄ）は、回転部２７０がチャンバ２１０を水平方向に対して１８０°回転させた状態を示しており、被処理基板Ｗのパターン面Ｓは下を向いている。言い換えれば、被処理基板Ｗのパターンが形成されていない裏面が上を向いている。
【００３０】
図４（ｅ）は、回転部２７０がチャンバ２１０を水平方向に対して約１３５°回転させた状態を示しており、被処理基板Ｗのパターン面Ｓは斜め下を向いている。言い換えれば、被処理基板Ｗの裏面が斜め上を向いている。
【００３１】
このように、回転部２７０は、チャンバ２１０内の被処理基板Ｗのパターン面Ｓが横向き、斜め下向き、又は下向きとなるように、チャンバ２１０を水平方向に対して９０°以上１８０°以下の所定の角度まで回転させる。チャンバ２１０は、所定の角度に保持される。ここでの所定の角度とは、水平方向に対して９０°以上１８０°以下の一定の角度又は、角度の範囲のことをいう。すなわち、チャンバ２１０は、水平方向に対して９０°以上１８０°以下の状態であれば、一定の角度に保持されていなくても、チャンバ２１０は、所定の角度に保持されているといえる。回転部２７０の動作は図示しない制御部により制御される。
【００３２】
図２に示すように、チャンバ２１０内の気体や超臨界流体は、配管２４３、２４４を含む排出部を介して排出され、気液分離器２０６へ送られる。配管２４３、３４４にはバルブ２５３、２５４が設けられている。バルブ２５３、２５４の開度によって、チャンバ２１０内の圧力を調整することができる。配管２４４のバルブ２５４より下流側では、超臨界流体は気体となる。
【００３３】
配管２４３の一端はチャンバ２１０に連結されており、配管２４４の一端は気液分離器２０６に連結されている。また、配管２４３の他端と配管２４４の他端とは連結部Ｎ２において取り外し可能に連結されている。配管２４３、２４４の構造及び連結方法は、配管２４１、２４２と同様であるため、説明を省略する。
【００３４】
気液分離器２０６は、気体と液体を分離する。例えば、チャンバ２１０から、アルコールが溶解した超臨界状態の二酸化炭素が排出された場合、気液分離器２０６は、液体のアルコールと気体の二酸化炭素とを分離する。分離されたアルコールは再利用することができる。
【００３５】
気液分離器２０６から排出された気体状態の二酸化炭素は、配管２６１を介して冷却器２０３に供給される。冷却器２０３は、二酸化炭素を冷却して液体状態とし、配管２６２を介して冷却器２０２へ排出する。冷却器２０３から排出された二酸化炭素も昇圧ポンプ２０４に供給される。このような構成にすることで、二酸化炭素を循環使用できる。
【００３６】
図５に本実施形態に係る半導体基板の洗浄及び乾燥方法を説明するフローチャートを示す。
【００３７】
（ステップＳ１０１）処理対象の半導体基板が図示しない洗浄チャンバに搬入される。半導体基板の表面には微細パターンが形成されている。そして、半導体基板の表面に薬液が供給され、洗浄処理が行われる。薬液には、例えば、硫酸、フッ酸、塩酸、過酸化水素等を用いることができる。
【００３８】
ここで、洗浄処理とは、レジストを半導体基板から剥離するような処理や、パーティクルや金属不純物を除去する処理や、基板上に形成された膜をエッチング除去する処理等を含むものである。
【００３９】
（ステップＳ１０２）半導体基板の表面に純水が供給され、半導体基板の表面に残留していた薬液を純水によって洗い流す純水リンス処理が行われる。
【００４０】
（ステップＳ１０３）半導体基板の表面にアルコールが供給され、半導体基板の表面に残留していた純水をアルコールに置換するアルコールリンス処理が行われる。アルコールは、純水と超臨界二酸化炭素流体の両方に溶解する（置換しやすい）ものが用いられる。本実施形態ではイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて説明する。
【００４１】
（ステップＳ１０４）表面がＩＰＡで濡れた状態のまま、自然乾燥しないように、半導体基板が洗浄チャンバから搬出され、図２に示す超臨界乾燥システムのチャンバ２１０に導入され、ステージ２１１に固定される。半導体基板の固定後、チャンバ２１０を密閉する。
【００４２】
（ステップＳ１０５）ボンベ２０１内の二酸化炭素ガスを昇圧ポンプ２０４及びヒータ２０５により昇圧・昇温し、配管２４１、２４２を介して、チャンバ２１０内に供給する。バルブ２５３、２５４は閉じており、バルブ２５１、２５２は開いている。
【００４３】
チャンバ２１０内の圧力・温度が二酸化炭素の臨界圧力・臨界温度以上になるとチャンバ２１０内の二酸化炭素は超臨界流体（超臨界状態）となる。
【００４４】
図６は、二酸化炭素とＩＰＡの各々についての、圧力と温度と相状態との関係を示す状態図である。図６では、実線が二酸化炭素に対応し、破線がＩＰＡに対応する。本ステップにおけるチャンバ２１０内の二酸化炭素の変化は、図６における矢印Ａ１に相当する。
【００４５】
（ステップＳ１０６）バルブ２５１、２５２を閉めて、連結部Ｎ１における配管２４１と配管２４２との連結を解除する。また、バルブ２５３、２５４を閉めたまま、連結部Ｎ２における配管２４３と配管２４４との連結を解除する。そして、制御部が回転部２７０を制御し、チャンバ２１０を水平方向に対して９０°以上１８０°以下の所定の角度まで回転させ、チャンバ２１０を所定の角度で保持する。これにより、チャンバ２１０内の半導体基板の表面は横向き、斜め下向き、又は下向きになる。
【００４６】
チャンバ２１０の回転後、再び、配管２４１と配管２４２とを連結し、配管２４３と配管２４４とを連結する。そして、バルブ２５１、２５２を開き、チャンバ２１０への二酸化炭素の供給を再開する。
【００４７】
（ステップＳ１０７）半導体基板を、超臨界ＣＯ２流体に所定時間、例えば２０分程度、浸漬させる。これにより、半導体基板上のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体に溶解し、半導体基板からＩＰＡが除去される。言い換えれば、半導体基板の表面（パターン面）のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体に置換される。
【００４８】
この時、配管２４１、２４２を介してチャンバ２１０内に超臨界ＣＯ２流体を供給しつつ、バルブ２５３、２５４をわずかに開き、配管２４３、２４４を介してチャンバ２１０内から、ＩＰＡが溶解した超臨界ＣＯ２流体が徐々に排出されるようにする。
【００４９】
（ステップＳ１０８）チャンバ２１０を所定の角度で保持した状態で、バルブ２５３、２５４の開度を大きくして排気し、チャンバ２１０内の圧力を降圧する（図６の矢印Ａ２参照）。図６の矢印Ａ２が示すように、チャンバ２１０内の圧力低下により、チャンバ２１０内の二酸化炭素は超臨界状態から気体状態に変化する。
【００５０】
このとき、超臨界ＣＯ２流体に溶解した状態でチャンバ内に残留していた液体ＩＰＡが凝集し、半導体基板に降り注ぐ。しかし、ステップＳ１０６において、チャンバ２１０を回転させ、半導体基板の表面を横向き、斜め下向き、又は下向きにしている。そのため、凝集した液体ＩＰＡは主に半導体基板の裏面に降り注ぎ、表面にはほとんど吸着されないので、半導体基板の表面にパーティクルが付着することを防止することができる。
【００５１】
（ステップＳ１０９）半導体基板を冷却チャンバ（図示せず）へ搬送して冷却する。
【００５２】
ステップＳ１０６のチャンバ２１０の回転処理を行わなかった場合と、チャンバ２１０を１８０°回転させた場合の実験結果を図７（ａ）、（ｂ）に示す。この実験に使用した半導体基板のサイズはφ３００ｍｍである。
【００５３】
図７（ａ）は、チャンバ２１０の回転処理を行わなかった場合の超臨界乾燥処理後の半導体基板の表面を示しており、サイズ３８ｎｍ以上のパーティクルの数は約1万個を超える数となった。
【００５４】
一方、図７（ｂ）は、チャンバ２１０を１８０°回転させた場合の超臨界乾燥処理後の半導体基板の表面を示しており、サイズ３８ｎｍ以上のパーティクルの数は1千個程度となった。チャンバ２１０を回転させ、半導体基板の表面を下向きにすることで、液体ＩＰＡが半導体基板の表面に降り注ぐことを抑制し、パーティクル数を大幅に低減できることがわかる。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、チャンバ２１０を水平方向に対して９０°以上１８０°以下回転させ、半導体基板の表面を横向き、斜め下向き、又は下向きにすることで、チャンバ２１０の排気・降圧により、超臨界ＣＯ２流体に溶解した状態でチャンバ内に残留していたＩＰＡが凝集して半導体基板に降り注いでも、ＩＰＡは主に半導体基板の裏面に付着するため、半導体基板の表面（パターン面）に付着するパーティクルを低減することができる。
【００５６】
上記実施形態において、配管２４２、２４３に可撓性のあるメタルフレキシブルチューブを適用してもよい。その場合、配管２４２、２４３をチャンバ２１０に連結したままチャンバ２１０を回転させることができる。また、配管２４１、２４４と切り離す必要がないため、バルブ２５２、２５３を省略することができる。
【００５７】
上記実施形態において、チャンバ２１０内の二酸化炭素が超臨界流体（超臨界状態）に変化した後、ステップＳ１０８の排気・降圧前であれば、チャンバ２１０はいつ回転させてもよい。例えば、半導体基板を超臨界ＣＯ２流体に所定時間浸漬させた後にチャンバ２１０を回転させてもよいし、ステップＳ１０７でチャンバ２１０から二酸化炭素とともに排出されるＩＰＡの濃度が所定値以下になったらチャンバ２１０を回転させてもよい。
【００５８】
（第２の実施形態）図８に本発明の第２の実施形態に係る超臨界乾燥システムの概略構成を示す。本実施形態は、図２に示す第１の実施形態と比較して、チャンバ２１０の回転を行わない点が異なる。図８において、図２に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図８に示すように、ヒータ２０５から排出された二酸化炭素は配管３０１及びバルブ３０２を含む供給部を介してチャンバ３１０に供給される。バルブ３０２は、チャンバ３１０への二酸化炭素の供給量を調整する。
【００６０】
チャンバ３１０は、ＳＵＳで形成され、所定の耐圧性を確保した密閉可能な高圧容器である。チャンバ３１０は、ヒータ２１２を有しており、チャンバ３１０内部を加熱することができる。また、チャンバ３１０は被処理基板Ｗを保持する保持部（図示せず）を備えている。図８に示すように、チャンバ３１０は、被処理基板Ｗのパターン面Ｓを鉛直方向下向きにして、被処理基板Ｗを保持する。
【００６１】
チャンバ３１０内の気体や超臨界流体は、配管３０３及びバルブ３０４を含む排出部を介して排出され、気液分離器２０６に供給される。バルブ３０４の開度によって、チャンバ３１０内の圧力を調整することができる。配管３０３のバルブ３０４より下流側では、超臨界流体は気体となる。
【００６２】
図９〜図１２を用いて、被処理基板Ｗをチャンバ３１０へ搬送する方法を説明する。
【００６３】
被処理基板Ｗの搬送には、図９（ａ）、（ｂ）に示す容器３２０が使用される。容器３２０には、開閉自在の蓋３２１が設けられている。図９（ａ）は蓋３２１が閉まっている状態を示し、図９（ｂ）は蓋３２１が開いている状態を示している。蓋３２１は、図示しない制御部により開閉が制御される。容器３２０は例えばフッ素樹脂単体やフッ素樹脂でコーティングされたＳＵＳ等の金属により形成されている。
【００６４】
図１０（ａ）に示すように、容器３２０にアルコール３２２を貯留しておき、図示しない搬送部が、洗浄処理後の被処理基板Ｗを、パターン面Ｓがアルコールで濡れた状態で容器３２０内へ搬送する。ここで、容器３２０に貯留されているアルコール３２２と、パターン面Ｓを濡らしているアルコールとは同じものである。搬送部は、パターン面Ｓを鉛直方向上向きにして被処理基板Ｗを搬送する。
【００６５】
被処理基板Ｗが、アルコール３２２に浸された状態で、容器３２０内において保持部（図示せず）により保持されると、図１０（ｂ）に示すように、蓋３２１が閉まる。
【００６６】
被処理基板Ｗを収容した容器３２０は、図１１（ａ）に示すような搬送部３３０に回転自在に保持される。容器３２０の回転動作は、図示しない制御部により制御される。搬送部３３０が容器３２０を保持すると、図１１（ｂ）に示すように容器３２０が反転される。これにより、被処理基板Ｗのパターン面Ｓは鉛直方向下向きになる。このとき容器３２０の蓋３２１は閉まっているので、被処理基板Ｗは容器３２０内でアルコール３２２に浸されたままである。
【００６７】
搬送部３３０は、反転した容器３２０をチャンバ３１０へ搬送する。図１２（ａ）に示すように、チャンバ３１０には、容器３２０内のアルコール３２２と同じアルコール３１３が貯留されており、搬送部３３０は容器３２０の少なくとも一部（蓋３２２部分）をアルコール３１３に浸ける。
【００６８】
その後、図１２（ｂ）に示すように、蓋３２１が開き、被処理基板Ｗが容器３２０外部へ搬出される。例えば、蓋３２１が開くと、チャンバ３１０に設けられた把持搬送部（図示せず）が容器３２０内の被処理基板Ｗを把持して容器３２０から取り出し、チャンバ３１０内に保持する。被処理基板Ｗのパターン面Ｓは鉛直方向下向きのままである。
【００６９】
そして、図１２（ｃ）に示すように、搬送部３３０をチャンバ３１０内から移動させ、図１２（ｄ）に示すように、チャンバ３１０を閉じる。このようにして、被処理基板Ｗのパターン面Ｓを常にアルコールに濡らしたまま、パターン面Ｓを鉛直方向下向きにしてチャンバ３１０内に配置することができる。
【００７０】
なお、図１２では、説明のため、チャンバ３１０全体にアルコールが貯留されているように示しているが、チャンバ３１０内にアルコールを貯留する内容器を設け、この内容器のアルコールに被処理基板Ｗを浸漬するようにしてもよい。
【００７１】
図１３に本実施形態に係る半導体基板の洗浄及び乾燥方法を説明するフローチャートを示す。ステップＳ２０１〜Ｓ２０３は図５のステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同じであるため、説明を省略する。
【００７２】
（ステップＳ２０４）表面がＩＰＡで濡れた状態のまま、自然乾燥しないように、半導体基板が洗浄チャンバから搬出され、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように容器３２０に導入される。半導体基板の導入後、容器３２０の蓋３２１が閉められる。なお、容器３２０はＩＰＡを貯留している。
【００７３】
（ステップＳ２０５）半導体基板を収容した容器３２０が反転（１８０°回転）される。これにより、半導体基板の表面が鉛直方向下向きになる。
【００７４】
（ステップＳ２０６）搬送部３３０が、容器３２０をチャンバ３１０へ搬送する。チャンバ３１０にはＩＰＡが貯留されている。
【００７５】
（ステップＳ２０７）容器３２０がチャンバ３１０内のＩＰＡに浸されると、容器３２０の蓋３２１が開けられる。半導体基板が容器３２０から取り出され、表面が下を向いたままチャンバ３１０内に保持される。そして、チャンバ３１０の蓋が閉められる（図１２（ａ）〜（ｄ）参照）。
【００７６】
（ステップＳ２０８）ボンベ２０１内の二酸化炭素ガスを昇圧ポンプ２０４及びヒータ２０５により昇圧・昇温し、配管３０１を介して、チャンバ３１０内に供給する。バルブ３０４は閉じており、バルブ３０２は開いている。
【００７７】
チャンバ３１０内の圧力・温度が二酸化炭素の臨界圧力・臨界温度以上になるとチャンバ３１０内の二酸化炭素は超臨界流体（超臨界状態）となる。
【００７８】
（ステップＳ２０９）半導体基板を、超臨界ＣＯ２流体に所定時間、例えば２０分程度、浸漬させる。これにより、チャンバ３１０内のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体に溶解し、半導体基板の表面（パターン面）からＩＰＡが除去される。言い換えれば、半導体基板のパターン面のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体に置換される。
【００７９】
この時、配管３０１を介してチャンバ３１０内に超臨界ＣＯ２流体を供給しつつ、バルブ３０４をわずかに開き、配管３０３を介してチャンバ３１０内から、ＩＰＡが溶解した超臨界ＣＯ２流体が徐々に排出されるようにする。
【００８０】
（ステップＳ２１０）バルブ３０４の開度を大きくして排気し、チャンバ３１０内の圧力を降圧する。図６の矢印Ａ２が示すように、チャンバ３１０内の圧力低下により、チャンバ３１０内の二酸化炭素は超臨界状態から気体状態に変化する。
【００８１】
このとき、超臨界ＣＯ２流体に溶解した状態でチャンバ内に残留していた液体ＩＰＡが凝集し、半導体基板に降り注ぐ。しかし、半導体基板は表面を下向きにして保持されている。そのため、凝集した液体ＩＰＡは主に半導体基板の裏面に降り注ぎ、表面にはほとんど吸着されないので、半導体基板の表面にパーティクルが付着することを防止できる。
【００８２】
（ステップＳ２１１）半導体基板を冷却チャンバ（図示せず）へ搬送して冷却する。
【００８３】
このように、本実施形態によれば、予め半導体基板の表面を下向きにしてチャンバ３１０へ搬送することで、チャンバ３１０の排気・降圧により、超臨界ＣＯ２流体に溶解した状態でチャンバ内に残留していたＩＰＡが凝集して半導体基板に降り注いでも、ＩＰＡは主に半導体基板の裏面に付着するため、半導体基板の表面（パターン面）に生じるパーティクルを低減することができる。
【００８４】
さらに、本実施形態によれば、高圧容器であるチャンバ３１０でなく、チャンバ３１０より小さく軽い容器３２０を回転させるため、上記第１の実施形態と比較して、回転機構の装置コストを削減することができる。
【００８５】
上記第１、第２の実施形態ではアルコールリンス処理にＩＰＡを使用する例について説明したが、エタノール、メタノール、フッ化アルコール等を用いてもよい。
【００８６】
また、上記第１、第２の実施形態では、チャンバ２１０、３１０とは異なる冷却チャンバへ半導体基板を搬送する例について説明したが、チャンバ２１０、３１０に冷却機構を設けて、チャンバ２１０、３１０内で半導体基板の冷却を行ってもよい。
【００８７】
また、上記第１、第２の上記実施形態では、二酸化炭素を循環使用する超臨界乾燥システムについて説明したが、超臨界乾燥システムの構成はこれに限定されず、二酸化炭素を循環使用しない構成でもよい。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
２０１ ボンベ
２０２、２０３ 冷却器
２０４ 昇圧ポンプ
２０５ ヒータ
２０６ 気液分離器
２１０ チャンバ
２７０ 回転部
３１０ チャンバ
３２０ 容器
３２１ 蓋
３３０ 搬送部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体基板の超臨界乾燥方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程には、リソグラフィ工程、エッチング工程、イオン注入工程などの様々な工程が含まれている。各工程の終了後、次の工程に移る前に、ウェーハ表面に残存した不純物や残渣を除去してウェーハ表面を清浄にするための洗浄処理及び乾燥処理が実施されている。
【０００３】
例えば、エッチング工程後のウェーハの洗浄処理では、ウェーハの表面に洗浄処理のための薬液が供給され、その後に純水が供給されてリンス処理が行われる。リンス処理後は、ウェーハ表面に残っている純水を除去してウェーハを乾燥させる乾燥処理が行われる。
【０００４】
乾燥処理を行う方法としては、ウェーハ上の純水リンス後の残留水を振りきり乾燥を行うスピン乾燥、ウェーハ上の純水リンス後の純水をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に置換してウェーハを乾燥するＩＰＡ乾燥などが知られている。しかし、これらの方法では、純水、およびＩＰＡの表面張力によりウェーハ上に形成されたパターンが倒壊するという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するため、表面張力がゼロとなる超臨界乾燥が提案されている。例えば、表面がＩＰＡで濡れているウェーハを超臨界チャンバへ搬送し、チャンバ内に超臨界状態とした二酸化炭素（超臨界ＣＯ２流体）で満たされた状態にすることで、ウェーハ上のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体によって徐々に抽出される。そして、継続的に超臨界ＣＯ２をチャンバに導入し、ＩＰＡ抽出した超臨界ＣＯ２とともに徐々にチャンバ内のＩＰＡ濃度を低減させる。その後超臨界ＣＯ２の導入を止め、チャンバ内から超臨界ＣＯ２流体を排出させていく。排出動作による圧力低下により、超臨界ＣＯ２は臨界圧を下回った時点でガス（気体）へ相転換する。チャンバ内が常圧に回復するまで排出継続し、最終的にウェーハを搬出する。
【０００６】
しかし、チャンバ内の圧力を下げて二酸化炭素を超臨界状態からガス（気体）へ相転換する際に、超臨界ＣＯ２流体に溶解した状態でチャンバ内に残留していたＩＰＡがウェーハ上に凝集再吸着することで生じる乾燥痕等により、ウェーハの表面上にパーティクルが付着するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−７２１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、半導体基板の表面に生じるパーティクルを低減することができる半導体基板の超臨界乾燥方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態によれば、半導体基板の超臨界乾燥装置は、半導体基板を収容し、密閉可能なチャンバと、前記チャンバの内部を加熱するヒータと、前記チャンバに二酸化炭素を供給する供給部と、前記チャンバから二酸化炭素を排出する排出部と、前記チャンバを回転させる回転部と、を備えている。前記回転部は、前記チャンバを水平方向に対して９０°以上１８０°以下回転させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】圧力と温度と物質の相状態との関係を示す状態図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る超臨界乾燥システムの概略構成図である。
【図３】配管及びその連結方法の一例を示す図である。
【図４】チャンバの回転を示す図である。
【図５】同第１の実施形態に係る超臨界乾燥方法を説明するフローチャートである。
【図６】二酸化炭素及びＩＰＡの状態図である。
【図７】チャンバの回転を行った場合と行わなかった場合の超臨界乾燥処理後の半導体基板の表面を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る超臨界乾燥システムの概略構成図である。
【図９】同第２の実施形態に係る半導体基板を収容して搬送する容器の概略構成図である。
【図１０】半導体基板を容器へ収容する方法を説明する図である。
【図１１】同第２の実施形態に係る搬送部の概略構成図である。
【図１２】半導体基板をチャンバに収容する方法を説明する図である。
【図１３】同第２の実施形態に係る超臨界乾燥方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）まず、超臨界乾燥について説明する。図１は、圧力と温度と物質の相状態との関係を示す状態図である。超臨界乾燥に用いられる超臨界流体の機能物質には、三態と称される気相（気体）、液相（液体）、固相（固体）の３つの存在状態がある。
【００１３】
図１に示すように、上記３つの相は、気相と液相との境界を示す蒸気圧曲線（気相平衡線）、気相と固相との境界を示す昇華曲線、固相と液相との境界を示す溶解曲線で区切られる。これら３つの相が重なったところが三重点である。この三重点から蒸気圧曲線が高温、高圧側に延びると、気相と液相が共存する限界である臨界点に達する。この臨界点では、気相と液相の密度が等しくなり、気液共存状態の界面が消失する。
【００１４】
そして、臨界点より高温、高圧の状態では、気相、液相の区別がなくなり、物質は超臨界流体となる。超臨界流体とは、臨界温度以上で高密度に圧縮された流体である。超臨界流体は、溶媒分子の拡散力が支配的である点においては気体と類似している。一方、超臨界流体は、分子の凝集力の影響が無視できない点においては液体と類似しているため、種々の物質を溶解する性質を有している。
【００１５】
また、超臨界流体は、液体に比べ非常に高い浸潤性を有し、微細な構造にも容易に浸透する特徴がある。
【００１６】
また、超臨界流体は、超臨界状態から直接気相に転移するように乾燥させることで、気体と液体の界面が存在しないように、すなわち毛管力（表面張力）が働かないようにして、微細構造を破壊することなく乾燥することができる。超臨界乾燥とは、このような超臨界流体の超臨界状態を利用して基板を乾燥することである。
【００１７】
この超臨界乾燥に用いられる超臨界流体としては、例えば、二酸化炭素、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノール、メタン、エタン、プロパン、水、アンモニア、エチレン、フルオロメタン等が選択される。
【００１８】
特に、二酸化炭素は、臨界温度が３１．１℃、臨界圧力が７．３７ＭＰａと比較的低温・低圧であるので、容易に処理が可能である。本実施形態における超臨界乾燥処理は、二酸化炭素を用いたものである。
【００１９】
図２に本発明の第１の実施形態に係る超臨界乾燥システムの概略構成を示す。超臨界乾燥システムは、ボンベ２０１、冷却器２０２、２０３、昇圧ポンプ２０４、ヒータ２０５、気液分離器２０６、及びチャンバ２１０を備えている。
【００２０】
ボンベ２０１は液体状態の二酸化炭素を貯留する。昇圧ポンプ２０４は、ボンベ２０１から二酸化炭素を吸い出し、昇圧して排出する。ボンベ２０１から吸い出された二酸化炭素は、配管２３１を介して冷却器２０２に供給され、冷却されてから、配管２３２を介して昇圧ポンプ２０４に供給される。
【００２１】
昇圧ポンプ２０４は、二酸化炭素を昇圧して排出する。例えば、昇圧ポンプ２０４は二酸化炭素を臨界圧力以上に昇圧する。昇圧ポンプ２０４から排出された二酸化炭素は配管２３３を介してヒータ２０５に供給される。ヒータ２０５は二酸化炭素を臨界温度以上に昇温（加熱）する。
【００２２】
配管２３１〜２３３にはそれぞれパーティクルを除去するフィルタ２２１〜２２３が設けられている。
【００２３】
ヒータ２０５から排出された二酸化炭素は配管２４１、２４２を含む供給部を介してチャンバ２１０に供給される。配管２４１にはバルブ２５１が設けられており、配管２４２にはバルブ２５２が設けられている。配管２４１、２４２は例えばＳＵＳで形成されている。
【００２４】
配管２４１の一端はヒータ２０５に連結されており、配管２４２の一端はチャンバ２１０に連結されている。また、配管２４１の他端と配管２４２の他端とは連結部Ｎ１において取り外し可能に連結されている。図３（ａ）に、配管２４１、２４２の端部の一例を示し、図３（ｂ）に配管２４１と配管２４２の連結の一例を示す。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、配管２４１のフランジ２４１ａと配管２４２のフランジ２４２ａとが、ガスケット２８０を挟み、図示しないボルトで連結される。ガスケット２８０は例えばアルミニウム等を用いたメタルガスケットである。ボルトを外すことで、配管２４１と配管２４２とを取り外す（分離する）ことができる。
【００２５】
図２に示すチャンバ２１０は、ＳＵＳで形成され、所定の耐圧性を確保した密閉可能な高圧容器である。チャンバ２１０は、ステージ２１１及びヒータ２１２を有する。ステージ２１１は被処理基板Ｗを保持するリング状の平板である。ヒータ２１２は、チャンバ２１０内の温度を調整することができる。ヒータ２１２はチャンバ２１０の外周部に設けてもよい。
【００２６】
図４（ａ）はチャンバ２１０の水平方向断面図であり、チャンバ２１０は回転部２７０により回転されるように構成されている。図４（ｂ）〜（ｅ）は図４（ａ）のＡ方向から見たときのチャンバ２１０の鉛直方向断面図である。図４（ｂ）〜（ｅ）において、回転部２７０の図示は省略している。チャンバ２１０を回転させる際は、あらかじめ、配管２４１と配管２４２の連結、及び後述する配管２４３と配管２４４の連結を解除しておく。チャンバ２１０に連結されている配管２４２及び配管２４３は、チャンバ２１０と共に回転する。
【００２７】
図４（ｂ）は、回転部２７０によるチャンバ２１０の回転が行われていない状態を示しており、チャンバ２１０内の被処理基板Ｗは、パターンが形成された面Ｓが上を向いている。
【００２８】
図４（ｃ）は、回転部２７０がチャンバ２１０を水平方向に対して９０°回転させた状態を示しており、被処理基板Ｗのパターン面Ｓは横を向いている。
【００２９】
図４（ｄ）は、回転部２７０がチャンバ２１０を水平方向に対して１８０°回転させた状態を示しており、被処理基板Ｗのパターン面Ｓは下を向いている。言い換えれば、被処理基板Ｗのパターンが形成されていない裏面が上を向いている。
【００３０】
図４（ｅ）は、回転部２７０がチャンバ２１０を水平方向に対して約１３５°回転させた状態を示しており、被処理基板Ｗのパターン面Ｓは斜め下を向いている。言い換えれば、被処理基板Ｗの裏面が斜め上を向いている。
【００３１】
このように、回転部２７０は、チャンバ２１０内の被処理基板Ｗのパターン面Ｓが横向き、斜め下向き、又は下向きとなるように、チャンバ２１０を水平方向に対して９０°以上１８０°以下の所定の角度まで回転させる。チャンバ２１０は、所定の角度に保持される。ここでの所定の角度とは、水平方向に対して９０°以上１８０°以下の一定の角度又は、角度の範囲のことをいう。すなわち、チャンバ２１０は、水平方向に対して９０°以上１８０°以下の状態であれば、一定の角度に保持されていなくても、チャンバ２１０は、所定の角度に保持されているといえる。回転部２７０の動作は図示しない制御部により制御される。
【００３２】
図２に示すように、チャンバ２１０内の気体や超臨界流体は、配管２４３、２４４を含む排出部を介して排出され、気液分離器２０６へ送られる。配管２４３、３４４にはバルブ２５３、２５４が設けられている。バルブ２５３、２５４の開度によって、チャンバ２１０内の圧力を調整することができる。配管２４４のバルブ２５４より下流側では、超臨界流体は気体となる。
【００３３】
配管２４３の一端はチャンバ２１０に連結されており、配管２４４の一端は気液分離器２０６に連結されている。また、配管２４３の他端と配管２４４の他端とは連結部Ｎ２において取り外し可能に連結されている。配管２４３、２４４の構造及び連結方法は、配管２４１、２４２と同様であるため、説明を省略する。
【００３４】
気液分離器２０６は、気体と液体を分離する。例えば、チャンバ２１０から、アルコールが溶解した超臨界状態の二酸化炭素が排出された場合、気液分離器２０６は、液体のアルコールと気体の二酸化炭素とを分離する。分離されたアルコールは再利用することができる。
【００３５】
気液分離器２０６から排出された気体状態の二酸化炭素は、配管２６１を介して冷却器２０３に供給される。冷却器２０３は、二酸化炭素を冷却して液体状態とし、配管２６２を介して冷却器２０２へ排出する。冷却器２０３から排出された二酸化炭素も昇圧ポンプ２０４に供給される。このような構成にすることで、二酸化炭素を循環使用できる。
【００３６】
図５に本実施形態に係る半導体基板の洗浄及び乾燥方法を説明するフローチャートを示す。
【００３７】
（ステップＳ１０１）処理対象の半導体基板が図示しない洗浄チャンバに搬入される。半導体基板の表面には微細パターンが形成されている。そして、半導体基板の表面に薬液が供給され、洗浄処理が行われる。薬液には、例えば、硫酸、フッ酸、塩酸、過酸化水素等を用いることができる。
【００３８】
ここで、洗浄処理とは、レジストを半導体基板から剥離するような処理や、パーティクルや金属不純物を除去する処理や、基板上に形成された膜をエッチング除去する処理等を含むものである。
【００３９】
（ステップＳ１０２）半導体基板の表面に純水が供給され、半導体基板の表面に残留していた薬液を純水によって洗い流す純水リンス処理が行われる。
【００４０】
（ステップＳ１０３）半導体基板の表面にアルコールが供給され、半導体基板の表面に残留していた純水をアルコールに置換するアルコールリンス処理が行われる。アルコールは、純水と超臨界二酸化炭素流体の両方に溶解する（置換しやすい）ものが用いられる。本実施形態ではイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて説明する。
【００４１】
（ステップＳ１０４）表面がＩＰＡで濡れた状態のまま、自然乾燥しないように、半導体基板が洗浄チャンバから搬出され、図２に示す超臨界乾燥システムのチャンバ２１０に導入され、ステージ２１１に固定される。半導体基板の固定後、チャンバ２１０を密閉する。
【００４２】
（ステップＳ１０５）ボンベ２０１内の二酸化炭素ガスを昇圧ポンプ２０４及びヒータ２０５により昇圧・昇温し、配管２４１、２４２を介して、チャンバ２１０内に供給する。バルブ２５３、２５４は閉じており、バルブ２５１、２５２は開いている。
【００４３】
チャンバ２１０内の圧力・温度が二酸化炭素の臨界圧力・臨界温度以上になるとチャンバ２１０内の二酸化炭素は超臨界流体（超臨界状態）となる。
【００４４】
図６は、二酸化炭素とＩＰＡの各々についての、圧力と温度と相状態との関係を示す状態図である。図６では、実線が二酸化炭素に対応し、破線がＩＰＡに対応する。本ステップにおけるチャンバ２１０内の二酸化炭素の変化は、図６における矢印Ａ１に相当する。
【００４５】
（ステップＳ１０６）バルブ２５１、２５２を閉めて、連結部Ｎ１における配管２４１と配管２４２との連結を解除する。また、バルブ２５３、２５４を閉めたまま、連結部Ｎ２における配管２４３と配管２４４との連結を解除する。そして、制御部が回転部２７０を制御し、チャンバ２１０を水平方向に対して９０°以上１８０°以下の所定の角度まで回転させ、チャンバ２１０を所定の角度で保持する。これにより、チャンバ２１０内の半導体基板の表面は横向き、斜め下向き、又は下向きになる。
【００４６】
チャンバ２１０の回転後、再び、配管２４１と配管２４２とを連結し、配管２４３と配管２４４とを連結する。そして、バルブ２５１、２５２を開き、チャンバ２１０への二酸化炭素の供給を再開する。
【００４７】
（ステップＳ１０７）半導体基板を、超臨界ＣＯ２流体に所定時間、例えば２０分程度、浸漬させる。これにより、半導体基板上のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体に溶解し、半導体基板からＩＰＡが除去される。言い換えれば、半導体基板の表面（パターン面）のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体に置換される。
【００４８】
この時、配管２４１、２４２を介してチャンバ２１０内に超臨界ＣＯ２流体を供給しつつ、バルブ２５３、２５４をわずかに開き、配管２４３、２４４を介してチャンバ２１０内から、ＩＰＡが溶解した超臨界ＣＯ２流体が徐々に排出されるようにする。
【００４９】
（ステップＳ１０８）チャンバ２１０を所定の角度で保持した状態で、バルブ２５３、２５４の開度を大きくして排気し、チャンバ２１０内の圧力を降圧する（図６の矢印Ａ２参照）。図６の矢印Ａ２が示すように、チャンバ２１０内の圧力低下により、チャンバ２１０内の二酸化炭素は超臨界状態から気体状態に変化する。
【００５０】
このとき、超臨界ＣＯ２流体に溶解した状態でチャンバ内に残留していた液体ＩＰＡが凝集し、半導体基板に降り注ぐ。しかし、ステップＳ１０６において、チャンバ２１０を回転させ、半導体基板の表面を横向き、斜め下向き、又は下向きにしている。そのため、凝集した液体ＩＰＡは主に半導体基板の裏面に降り注ぎ、表面にはほとんど吸着されないので、半導体基板の表面にパーティクルが付着することを防止することができる。
【００５１】
（ステップＳ１０９）半導体基板を冷却チャンバ（図示せず）へ搬送して冷却する。
【００５２】
ステップＳ１０６のチャンバ２１０の回転処理を行わなかった場合と、チャンバ２１０を１８０°回転させた場合の実験結果を図７（ａ）、（ｂ）に示す。この実験に使用した半導体基板のサイズはφ３００ｍｍである。
【００５３】
図７（ａ）は、チャンバ２１０の回転処理を行わなかった場合の超臨界乾燥処理後の半導体基板の表面を示しており、サイズ３８ｎｍ以上のパーティクルの数は約1万個を超える数となった。
【００５４】
一方、図７（ｂ）は、チャンバ２１０を１８０°回転させた場合の超臨界乾燥処理後の半導体基板の表面を示しており、サイズ３８ｎｍ以上のパーティクルの数は1千個程度となった。チャンバ２１０を回転させ、半導体基板の表面を下向きにすることで、液体ＩＰＡが半導体基板の表面に降り注ぐことを抑制し、パーティクル数を大幅に低減できることがわかる。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、チャンバ２１０を水平方向に対して９０°以上１８０°以下回転させ、半導体基板の表面を横向き、斜め下向き、又は下向きにすることで、チャンバ２１０の排気・降圧により、超臨界ＣＯ２流体に溶解した状態でチャンバ内に残留していたＩＰＡが凝集して半導体基板に降り注いでも、ＩＰＡは主に半導体基板の裏面に付着するため、半導体基板の表面（パターン面）に付着するパーティクルを低減することができる。
【００５６】
上記実施形態において、配管２４２、２４３に可撓性のあるメタルフレキシブルチューブを適用してもよい。その場合、配管２４２、２４３をチャンバ２１０に連結したままチャンバ２１０を回転させることができる。また、配管２４１、２４４と切り離す必要がないため、バルブ２５２、２５３を省略することができる。
【００５７】
上記実施形態において、チャンバ２１０内の二酸化炭素が超臨界流体（超臨界状態）に変化した後、ステップＳ１０８の排気・降圧前であれば、チャンバ２１０はいつ回転させてもよい。例えば、半導体基板を超臨界ＣＯ２流体に所定時間浸漬させた後にチャンバ２１０を回転させてもよいし、ステップＳ１０７でチャンバ２１０から二酸化炭素とともに排出されるＩＰＡの濃度が所定値以下になったらチャンバ２１０を回転させてもよい。
【００５８】
（第２の実施形態）図８に本発明の第２の実施形態に係る超臨界乾燥システムの概略構成を示す。本実施形態は、図２に示す第１の実施形態と比較して、チャンバ２１０の回転を行わない点が異なる。図８において、図２に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図８に示すように、ヒータ２０５から排出された二酸化炭素は配管３０１及びバルブ３０２を含む供給部を介してチャンバ３１０に供給される。バルブ３０２は、チャンバ３１０への二酸化炭素の供給量を調整する。
【００６０】
チャンバ３１０は、ＳＵＳで形成され、所定の耐圧性を確保した密閉可能な高圧容器である。チャンバ３１０は、ヒータ２１２を有しており、チャンバ３１０内部を加熱することができる。また、チャンバ３１０は被処理基板Ｗを保持する保持部（図示せず）を備えている。図８に示すように、チャンバ３１０は、被処理基板Ｗのパターン面Ｓを鉛直方向下向きにして、被処理基板Ｗを保持する。
【００６１】
チャンバ３１０内の気体や超臨界流体は、配管３０３及びバルブ３０４を含む排出部を介して排出され、気液分離器２０６に供給される。バルブ３０４の開度によって、チャンバ３１０内の圧力を調整することができる。配管３０３のバルブ３０４より下流側では、超臨界流体は気体となる。
【００６２】
図９〜図１２を用いて、被処理基板Ｗをチャンバ３１０へ搬送する方法を説明する。
【００６３】
被処理基板Ｗの搬送には、図９（ａ）、（ｂ）に示す容器３２０が使用される。容器３２０には、開閉自在の蓋３２１が設けられている。図９（ａ）は蓋３２１が閉まっている状態を示し、図９（ｂ）は蓋３２１が開いている状態を示している。蓋３２１は、図示しない制御部により開閉が制御される。容器３２０は例えばフッ素樹脂単体やフッ素樹脂でコーティングされたＳＵＳ等の金属により形成されている。
【００６４】
図１０（ａ）に示すように、容器３２０にアルコール３２２を貯留しておき、図示しない搬送部が、洗浄処理後の被処理基板Ｗを、パターン面Ｓがアルコールで濡れた状態で容器３２０内へ搬送する。ここで、容器３２０に貯留されているアルコール３２２と、パターン面Ｓを濡らしているアルコールとは同じものである。搬送部は、パターン面Ｓを鉛直方向上向きにして被処理基板Ｗを搬送する。
【００６５】
被処理基板Ｗが、アルコール３２２に浸された状態で、容器３２０内において保持部（図示せず）により保持されると、図１０（ｂ）に示すように、蓋３２１が閉まる。
【００６６】
被処理基板Ｗを収容した容器３２０は、図１１（ａ）に示すような搬送部３３０に回転自在に保持される。容器３２０の回転動作は、図示しない制御部により制御される。搬送部３３０が容器３２０を保持すると、図１１（ｂ）に示すように容器３２０が反転される。これにより、被処理基板Ｗのパターン面Ｓは鉛直方向下向きになる。このとき容器３２０の蓋３２１は閉まっているので、被処理基板Ｗは容器３２０内でアルコール３２２に浸されたままである。
【００６７】
搬送部３３０は、反転した容器３２０をチャンバ３１０へ搬送する。図１２（ａ）に示すように、チャンバ３１０には、容器３２０内のアルコール３２２と同じアルコール３１３が貯留されており、搬送部３３０は容器３２０の少なくとも一部（蓋３２２部分）をアルコール３１３に浸ける。
【００６８】
その後、図１２（ｂ）に示すように、蓋３２１が開き、被処理基板Ｗが容器３２０外部へ搬出される。例えば、蓋３２１が開くと、チャンバ３１０に設けられた把持搬送部（図示せず）が容器３２０内の被処理基板Ｗを把持して容器３２０から取り出し、チャンバ３１０内に保持する。被処理基板Ｗのパターン面Ｓは鉛直方向下向きのままである。
【００６９】
そして、図１２（ｃ）に示すように、搬送部３３０をチャンバ３１０内から移動させ、図１２（ｄ）に示すように、チャンバ３１０を閉じる。このようにして、被処理基板Ｗのパターン面Ｓを常にアルコールに濡らしたまま、パターン面Ｓを鉛直方向下向きにしてチャンバ３１０内に配置することができる。
【００７０】
なお、図１２では、説明のため、チャンバ３１０全体にアルコールが貯留されているように示しているが、チャンバ３１０内にアルコールを貯留する内容器を設け、この内容器のアルコールに被処理基板Ｗを浸漬するようにしてもよい。
【００７１】
図１３に本実施形態に係る半導体基板の洗浄及び乾燥方法を説明するフローチャートを示す。ステップＳ２０１〜Ｓ２０３は図５のステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同じであるため、説明を省略する。
【００７２】
（ステップＳ２０４）表面がＩＰＡで濡れた状態のまま、自然乾燥しないように、半導体基板が洗浄チャンバから搬出され、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように容器３２０に導入される。半導体基板の導入後、容器３２０の蓋３２１が閉められる。なお、容器３２０はＩＰＡを貯留している。
【００７３】
（ステップＳ２０５）半導体基板を収容した容器３２０が反転（１８０°回転）される。これにより、半導体基板の表面が鉛直方向下向きになる。
【００７４】
（ステップＳ２０６）搬送部３３０が、容器３２０をチャンバ３１０へ搬送する。チャンバ３１０にはＩＰＡが貯留されている。
【００７５】
（ステップＳ２０７）容器３２０がチャンバ３１０内のＩＰＡに浸されると、容器３２０の蓋３２１が開けられる。半導体基板が容器３２０から取り出され、表面が下を向いたままチャンバ３１０内に保持される。そして、チャンバ３１０の蓋が閉められる（図１２（ａ）〜（ｄ）参照）。
【００７６】
（ステップＳ２０８）ボンベ２０１内の二酸化炭素ガスを昇圧ポンプ２０４及びヒータ２０５により昇圧・昇温し、配管３０１を介して、チャンバ３１０内に供給する。バルブ３０４は閉じており、バルブ３０２は開いている。
【００７７】
チャンバ３１０内の圧力・温度が二酸化炭素の臨界圧力・臨界温度以上になるとチャンバ３１０内の二酸化炭素は超臨界流体（超臨界状態）となる。
【００７８】
（ステップＳ２０９）半導体基板を、超臨界ＣＯ２流体に所定時間、例えば２０分程度、浸漬させる。これにより、チャンバ３１０内のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体に溶解し、半導体基板の表面（パターン面）からＩＰＡが除去される。言い換えれば、半導体基板のパターン面のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体に置換される。
【００７９】
この時、配管３０１を介してチャンバ３１０内に超臨界ＣＯ２流体を供給しつつ、バルブ３０４をわずかに開き、配管３０３を介してチャンバ３１０内から、ＩＰＡが溶解した超臨界ＣＯ２流体が徐々に排出されるようにする。
【００８０】
（ステップＳ２１０）バルブ３０４の開度を大きくして排気し、チャンバ３１０内の圧力を降圧する。図６の矢印Ａ２が示すように、チャンバ３１０内の圧力低下により、チャンバ３１０内の二酸化炭素は超臨界状態から気体状態に変化する。
【００８１】
このとき、超臨界ＣＯ２流体に溶解した状態でチャンバ内に残留していた液体ＩＰＡが凝集し、半導体基板に降り注ぐ。しかし、半導体基板は表面を下向きにして保持されている。そのため、凝集した液体ＩＰＡは主に半導体基板の裏面に降り注ぎ、表面にはほとんど吸着されないので、半導体基板の表面にパーティクルが付着することを防止できる。
【００８２】
（ステップＳ２１１）半導体基板を冷却チャンバ（図示せず）へ搬送して冷却する。
【００８３】
このように、本実施形態によれば、予め半導体基板の表面を下向きにしてチャンバ３１０へ搬送することで、チャンバ３１０の排気・降圧により、超臨界ＣＯ２流体に溶解した状態でチャンバ内に残留していたＩＰＡが凝集して半導体基板に降り注いでも、ＩＰＡは主に半導体基板の裏面に付着するため、半導体基板の表面（パターン面）に生じるパーティクルを低減することができる。
【００８４】
さらに、本実施形態によれば、高圧容器であるチャンバ３１０でなく、チャンバ３１０より小さく軽い容器３２０を回転させるため、上記第１の実施形態と比較して、回転機構の装置コストを削減することができる。
【００８５】
上記第１、第２の実施形態ではアルコールリンス処理にＩＰＡを使用する例について説明したが、エタノール、メタノール、フッ化アルコール等を用いてもよい。
【００８６】
また、上記第１、第２の実施形態では、チャンバ２１０、３１０とは異なる冷却チャンバへ半導体基板を搬送する例について説明したが、チャンバ２１０、３１０に冷却機構を設けて、チャンバ２１０、３１０内で半導体基板の冷却を行ってもよい。
【００８７】
また、上記第１、第２の上記実施形態では、二酸化炭素を循環使用する超臨界乾燥システムについて説明したが、超臨界乾燥システムの構成はこれに限定されず、二酸化炭素を循環使用しない構成でもよい。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
２０１ ボンベ
２０２、２０３ 冷却器
２０４ 昇圧ポンプ
２０５ ヒータ
２０６ 気液分離器
２１０ チャンバ
２７０ 回転部
３１０ チャンバ
３２０ 容器
３２１ 蓋
３３０ 搬送部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を収容し、密閉可能なチャンバと、
前記チャンバの内部を加熱するヒータと、
前記チャンバに二酸化炭素を供給する供給部と、
前記チャンバから二酸化炭素を排出する排出部と、
前記チャンバを水平方向に対して９０°以上１８０°以下回転させる回転部と、
を備える超臨界乾燥装置。
【請求項２】
前記供給部は、
一端が前記チャンバに連結された第１配管と、
前記第１配管に設けられた第１バルブと、
一端が前記第１配管の他端に取り外し可能に連結された第２配管と、
前記第２配管に設けられた第２バルブと、
を有し、
前記排出部は、
一端が前記チャンバに連結された第３配管と、
前記第３配管に設けられた第３バルブと、
一端が前記第３配管の他端に取り外し可能に連結された第４配管と、
前記第４配管に設けられた第４バルブと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の超臨界乾燥装置。
【請求項３】
前記供給部及び前記排出部はそれぞれ一端が前記チャンバに連結されたメタルフレキシブル配管を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の超臨界乾燥装置。
【請求項４】
密閉可能であり、薬液を貯留するチャンバと、
開閉自在の蓋を有し、前記薬液を貯留する容器と、
表面にパターンが形成された半導体基板を、前記表面が前記薬液で濡れた状態で、前記容器の前記薬液内へ搬送する第１搬送部と、
前記容器を回転自在に保持し、前記チャンバ内へ搬送する第２搬送部と、
前記蓋の開閉及び前記容器の回転を制御する制御部と、
前記チャンバの内部を加熱するヒータと、
前記チャンバに二酸化炭素を供給する供給部と、
前記チャンバから二酸化炭素を排出する排出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１搬送部が前記容器内に前記半導体基板が搬送されると前記蓋を閉め、
前記半導体基板を収容した前記容器が前記チャンバ内へ搬送される前に前記容器を反転させ、
前記第２搬送部が前記容器を前記チャンバ内へ搬送し、前記容器の少なくとも一部が前記チャンバ内の前記薬液に浸かると前記蓋を開け、前記半導体基板を前記容器から搬出させることを特徴とする超臨界乾燥装置。
【請求項５】
半導体基板を、表面がアルコールで濡れた状態でチャンバ内に導入する工程と、
前記チャンバ内において前記半導体基板を超臨界流体に浸漬させ、前記半導体基板上の前記アルコールを前記超臨界流体に置換する工程と、
前記半導体基板が超臨界流体に浸漬した状態で前記チャンバを水平方向に対して９０°以上１８０°以下の所定の角度まで回転させる工程と、
前記チャンバを前記所定の角度に保持した状態で、前記チャンバから前記超臨界流体及び前記アルコールを排出し、前記チャンバ内の圧力を下げる工程と、
を備える半導体基板の超臨界乾燥方法。
【請求項６】
表面にパターンが形成された半導体基板を、前記表面がアルコールで濡れ、かつ前記表面を鉛直方向下向きにして、チャンバ内に導入する工程と、
前記チャンバ内において前記半導体基板を超臨界流体に浸漬させ、前記半導体基板上の前記アルコールを前記超臨界流体に置換する工程と、
前記チャンバから前記超臨界流体及び前記アルコールを排出し、前記チャンバ内の圧力を下げる工程と、
を備える半導体基板の超臨界乾燥方法。
【請求項７】
前記半導体基板を、前記表面を鉛直方向上向きにしてアルコールを貯留した容器内に搬送する工程と、
前記半導体基板を収容した前記容器を反転する工程と、
をさらに備え、
前記半導体基板を前記チャンバ内に導入する工程は、反転した前記容器を前記チャンバ内へ搬送し、前記容器から前記チャンバへ前記半導体基板を移動させることにより行われることを特徴とする請求項６に記載の半導体基板の超臨界乾燥方法。
【請求項１】
半導体基板を収容し、密閉可能なチャンバと、
前記チャンバの内部を加熱するヒータと、
前記チャンバに二酸化炭素を供給する供給部と、
前記チャンバから二酸化炭素を排出する排出部と、
前記チャンバを水平方向に対して９０°以上１８０°以下回転させる回転部と、
を備える超臨界乾燥装置。
【請求項２】
前記供給部は、
一端が前記チャンバに連結された第１配管と、
前記第１配管に設けられた第１バルブと、
一端が前記第１配管の他端に取り外し可能に連結された第２配管と、
前記第２配管に設けられた第２バルブと、
を有し、
前記排出部は、
一端が前記チャンバに連結された第３配管と、
前記第３配管に設けられた第３バルブと、
一端が前記第３配管の他端に取り外し可能に連結された第４配管と、
前記第４配管に設けられた第４バルブと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の超臨界乾燥装置。
【請求項３】
前記供給部及び前記排出部はそれぞれ一端が前記チャンバに連結されたメタルフレキシブル配管を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の超臨界乾燥装置。
【請求項４】
密閉可能であり、薬液を貯留するチャンバと、
開閉自在の蓋を有し、前記薬液を貯留する容器と、
表面にパターンが形成された半導体基板を、前記表面が前記薬液で濡れた状態で、前記容器の前記薬液内へ搬送する第１搬送部と、
前記容器を回転自在に保持し、前記チャンバ内へ搬送する第２搬送部と、
前記蓋の開閉及び前記容器の回転を制御する制御部と、
前記チャンバの内部を加熱するヒータと、
前記チャンバに二酸化炭素を供給する供給部と、
前記チャンバから二酸化炭素を排出する排出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１搬送部が前記容器内に前記半導体基板が搬送されると前記蓋を閉め、
前記半導体基板を収容した前記容器が前記チャンバ内へ搬送される前に前記容器を反転させ、
前記第２搬送部が前記容器を前記チャンバ内へ搬送し、前記容器の少なくとも一部が前記チャンバ内の前記薬液に浸かると前記蓋を開け、前記半導体基板を前記容器から搬出させることを特徴とする超臨界乾燥装置。
【請求項５】
半導体基板を、表面がアルコールで濡れた状態でチャンバ内に導入する工程と、
前記チャンバ内において前記半導体基板を超臨界流体に浸漬させ、前記半導体基板上の前記アルコールを前記超臨界流体に置換する工程と、
前記半導体基板が超臨界流体に浸漬した状態で前記チャンバを水平方向に対して９０°以上１８０°以下の所定の角度まで回転させる工程と、
前記チャンバを前記所定の角度に保持した状態で、前記チャンバから前記超臨界流体及び前記アルコールを排出し、前記チャンバ内の圧力を下げる工程と、
を備える半導体基板の超臨界乾燥方法。
【請求項６】
表面にパターンが形成された半導体基板を、前記表面がアルコールで濡れ、かつ前記表面を鉛直方向下向きにして、チャンバ内に導入する工程と、
前記チャンバ内において前記半導体基板を超臨界流体に浸漬させ、前記半導体基板上の前記アルコールを前記超臨界流体に置換する工程と、
前記チャンバから前記超臨界流体及び前記アルコールを排出し、前記チャンバ内の圧力を下げる工程と、
を備える半導体基板の超臨界乾燥方法。
【請求項７】
前記半導体基板を、前記表面を鉛直方向上向きにしてアルコールを貯留した容器内に搬送する工程と、
前記半導体基板を収容した前記容器を反転する工程と、
をさらに備え、
前記半導体基板を前記チャンバ内に導入する工程は、反転した前記容器を前記チャンバ内へ搬送し、前記容器から前記チャンバへ前記半導体基板を移動させることにより行われることを特徴とする請求項６に記載の半導体基板の超臨界乾燥方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６２４１７（Ｐ２０１３−６２４１７Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００５６９（Ｐ２０１１−２００５６９）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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