(57)【要約】【課題】ウェーハ上に生じるパーティクルを低減する超臨界乾燥方法を提供する。【解決手段】超臨界乾燥方法は、表面が薬液で濡れた半導体基板をチャンバ２１０内に導入する工程と、前記チャンバ内に超臨界流体を供給する工程と、前記チャンバ内の温度を前記薬液の臨界温度以上に調整し、圧力を前記薬液の臨界圧力以上に調整して、前記薬液を超臨界状態にする工程と、前記チャンバ内の圧力を下げ、前記超臨界状態の薬液を気体に変化させて、前記チャンバから排出する工程と、を備える。【選択図】図３
2011249454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が薬液で濡れた半導体基板をチャンバ内に導入する工程と、
前記チャンバ内に超臨界流体を供給する工程と、
前記チャンバ内の温度を前記薬液の臨界温度以上に調整して、前記薬液を超臨界状態にする工程と、
前記チャンバ内の圧力を下げ、前記超臨界状態の薬液を気体に変化させて、前記チャンバから排出する工程と、
を備える超臨界乾燥方法。
【請求項２】
前記超臨界流体を、前記薬液が超臨界状態になるまでは超臨界状態のままにし、前記薬液が超臨界状態になった後に気体に変化させることを特徴とする請求項１に記載の超臨界乾燥方法。
【請求項３】
前記超臨界流体は二酸化炭素であ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方法。
【請求項４】
前記薬液はイソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項３に記載の超臨界乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超臨界乾燥方法に関する。
【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工程及び乾燥工程が実施されている。
【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、例えばウェーハ上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させるものが知られている。しかし、この乾燥処理時に、液体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、チャンバ内において、表面がＩＰＡで濡れているウェーハを、超臨界状態とした二酸化炭素（超臨界ＣＯ２流体）に浸漬した状態とすることで、ウェーハ上のＩＰＡが超臨界ＣＯ２流体に溶解し、ウェーハから排出され、ウェーハが乾燥する。
【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、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し、パーティクルが生じ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２００４−３３５９８８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、半導体基板上に生じるパーティクルを低減する超臨界乾燥方法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、表面が薬液で濡れた半導体基板をチャンバ内に導入し、前記チャンバ内に超臨界流体を供給する。そして、前記チャンバ内の温度を前記薬液の臨界温度以上に調整し、前記薬液を超臨界状態にする。そして、前記チャンバ内の圧力を下げ、前記超臨界状態の薬液を気体に変化させて、前記チャンバから排出する。
【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】同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である。
【図４】二酸化炭素及びＩＰＡの状態図である。
【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】
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。本実施形態では、この二酸化炭素を用いて説明するが、上述の他の物質を超臨界流体として用いてもよい。
【００１９】
図２に本発明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、バルブ２０６、２０７、気液分離器２０８、及びチャンバ２１０を備える。
【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、二酸化炭素の臨界圧力以上に昇圧して排出する。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。これにより、二酸化炭素は超臨界状態となる。
【００２２】
ヒータ２０５から排出された超臨界状態の二酸化炭素は配管２３４を介してチャンバ２１０に供給される。配管２３４にはバルブ２０６が設けられている。バルブ２０６は、チャンバ２１０への超臨界状態の二酸化炭素の供給量を調整する。
【００２３】
なお、配管２３１〜２３４にはそれぞれパーティクルを除去するフィルタ２２１〜２２４が設けられている。
【００２４】
チャンバ２１０は、ＳＵＳで形成された高圧容器である。また、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。
【００２５】
チャンバ２１０内の気体や超臨界流体は、配管２３５を介して排出される。配管２３５にはバルブ２０７が設けられている。バルブ２０７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２３５のバルブ２０７より下流側では、超臨界流体は気体となる。
【００２６】
気液分離器２０８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２０８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。
【００２７】
気液分離器２０８から排出された気体状態の二酸化炭素は、配管２３６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２３７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。
【００２８】
図３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。
【００２９】
（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。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。
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
（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。
【００３３】
（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。
【００３４】
（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・昇温して超臨界流体にし、配管２３４を介して、チャンバ２１０内に供給する。
【００３５】
（ステップＳ１０６）半導体基板を、超臨界流体（超臨界状態）の二酸化炭素に所定時間、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が超臨界流体に溶解し、半導体基板からＩＰＡが除去され、半導体基板が乾燥する。
【００３６】
この時、配管２３４を介してチャンバ２１０内に超臨界流体を供給しつつ、バルブ２０７を開き、配管２３５を介してチャンバ２１０内から、ＩＰＡが溶解した超臨界流体が徐々に排出されるようにする。
【００３７】
（ステップＳ１０７）ステップＳ１０３で用いたリンス液（超臨界置換溶媒）が超臨界状態となるように、チャンバ２１０内の温度を変化させる。ここでは、リンス液としてＩＰＡを用いていたので、チャンバ２１０内の温度及び圧力が、ＩＰＡの臨界点（２３５．２℃、４．７６ＭＰａ）以上となるようにする。具体的には、バルブ２０６及び２０７を閉じてチャンバ２１０内の圧力が下がらないようにして、ヒータ２１２によりチャンバ２１０内の温度をＩＰＡの臨界温度以上まで昇温する。
【００３８】
図４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４では、実線が二酸化炭素に対応し、破線がＩＰＡに対応する。本ステップでは、ＩＰＡが超臨界状態となる前に、二酸化炭素が気体状態に変化しないよう、図４における矢印Ａ１に示すように、二酸化炭素の臨界圧力以上である圧力状態を維持しながら、チャンバ２１０内の温度をＩＰＡの臨界温度以上まで昇温することに留意する。
【００３９】
ＩＰＡが超臨界状態となる前、すなわち液体状態の時に二酸化炭素が気体状態に変化すると、超臨界状態の二酸化炭素に溶解した状態でチャンバ２１０内に残留している液体状態のＩＰＡが半導体基板上に付着するためである。ＩＰＡが超臨界状態となった後であれば、二酸化炭素は気体状態になってもよい。
【００４０】
（ステップＳ１０８）バルブ２０７を開いて、チャンバ２１０内の圧力を降圧し、大気圧へ戻す（図４の矢印Ａ２参照）。これにより、チャンバ２１０内の二酸化炭素及びＩＰＡは気体状態に変化する。図４からも分かるように、ＩＰＡは超臨界状態から、液体状態になることなく、気体状態に変化する。チャンバ２１０内の二酸化炭素及びＩＰＡは気体状態でチャンバ２１０から排出（排気）される。これにより、基板の乾燥処理が完了する。
【００４１】
本実施形態では、半導体基板上のＩＰＡ（超臨界置換溶媒）を二酸化炭素の超臨界流体に溶解させた後、ＩＰＡを超臨界状態にしてから、二酸化炭素及びＩＰＡを気化させて、半導体基板を乾燥させる。チャンバ２１０内の圧力を降圧する際にＩＰＡが液体にならないため、チャンバ２１０内に残留しているＩＰＡが基板に凝集再付着することを防止し、パーティクルが生じることを抑制できる。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、半導体基板上に生じるパーティクルを低減させつつ、半導体基板を超臨界乾燥することができる。
【００４３】
上記実施形態では、ステップＳ１０３においてリンス液（超臨界置換溶媒）としてＩＰＡを使用していたが、エタノール、メタノール、ハイドロフルオロエーテル、フッ化アルコール、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテルなどを用いてもよい。
【００４４】
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】
【００４５】
２０１  ボンベ
２０２、２０３  冷却器
２０４  昇圧ポンプ
２０５  ヒータ
２０６、２０７  バルブ
２０８  気液分離器
２１０  チャンバ
【図１】
2011249454.tif 000003
【図２】
2011249454.tif 000004
【図３】
2011249454.tif 000005
【図４】
2011249454.tif 000006