(57)【要約】【課題】超臨界流体を用いた洗浄対象物の洗浄効率を高めるとともに、バックプレッシャーバルブへの負担を軽減できるようにすること。【解決手段】本発明は、超臨界流体の圧力を急速に変動させ、洗浄対象物である基板１４に供給して洗浄処理を施す洗浄装置において、基板１４を配置する処理チャンバ１３と、処理チャンバ１３と連通する予備チャンバ１８と、処理チャンバ１３内に配置された基板１４に超臨界流体の圧力を変動させて洗浄処理を施す際、処理チャンバ１３から予備チャンバ１８側に超臨界流体を排出する開閉バルブ１７の開閉制御を行う制御手段とを備えている。【選択図】図１
2008177205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界流体の圧力を急速に変動させ、洗浄対象物に供給して洗浄処理を施す洗浄装置において、
前記洗浄対象物を配置する処理チャンバと、
前記処理チャンバと連通する予備チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置された前記洗浄対象物に前記超臨界流体の圧力を変動させて洗浄処理を施す際、前記処理チャンバから前記予備チャンバ側に前記超臨界流体を排出する制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】
前記処理チャンバと前記予備チャンバとの間に開閉バルブが設けられており、
前記制御手段は、記超臨界流体の排出の際に前記開閉バルブを開けるよう制御する
ことを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
【請求項３】
前記処理チャンバと前記予備チャンバとの間に可動隔壁が設けられており、
前記制御手段は、前記超臨界流体の排出の際に前記可動隔壁を移動するよう制御する
ことを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
【請求項４】
超臨界流体の圧力を急速に変動させ、洗浄対象物に供給して洗浄処理を施す洗浄方法において、
前記洗浄対象物を処理チャンバ内に配置しておき、前記超臨界流体の圧力を変動させて洗浄処理を施す際には、前記処理チャンバと連通する予備チャンバ側に前記超臨界流体を排出する
ことを特徴とする洗浄方法。
【請求項５】
前記処理チャンバと前記予備チャンバとの間に開閉バルブが設けられており、前記超臨界流体の排出の際には前記開閉バルブを開けるよう制御する
ことを特徴とする請求項４記載の洗浄方法。
【請求項６】
前記処理チャンバと前記予備チャンバとの間には可動隔壁が設けられており、前記超臨界流体の排出の際には前記可動隔壁を移動するよう制御する
ことを特徴とする請求項４記載の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、液晶表示器のガラス基板、フォトマスク用の基板、光ディスク用の基板等（以下、単に洗浄対象物と称する）における洗浄装置および洗浄方法に関し、特に、洗浄対象物上に形成される微細な構造パターンの形成時等の残留物の除去を行う洗浄装置および洗浄方法に用いて好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に微細構造を形成するには、基板上に成膜したレジストを露光・現像処理することによりパターンを形成し、このパターンを用いて下層に形成された薄膜をエッチング処理することで形成するが、パターン形成処理後のレジストやエッチング処理により生成した残さ物を洗浄除去する必要がある。
【０００３】
また、半導体装置の製造工程において、半導体基板上にパーティクル（微小粒子）が付着すると、半導体装置の誤作動や性能の劣化を引き起こすため、これが不良の原因となる。
【０００４】
また、半導体装置の製造工程において、マスク（レチクル）を使用する露光装置を用いて半導体ウェーハ上のレジストなどを露光しパターンを形成しているが、この時、マスク上にパーティクルなどの異物が存在すると、レジスト上で露光されるパターンに固定欠陥生成などの悪影響を及ぼし、これも半導体装置の誤作動や不良の原因となるため、基板上から除去する必要がある。
【０００５】
前者の、パターン形成後に不要となったレジストやエッチング処理により生じた残さ物について、従来は以下のような処理により除去を行っている。
【０００６】
１．酸素などから生成されるプラズマに晒し、灰化により除去する方法。
２．強力な酸化または還元作用を有する溶液、例えば硫酸と過酸化水素水の混合液（硫酸過水）やオゾンを溶解させた純水（オゾン水）、アミンなどの有機アルカリ溶液、に浸漬し、分解除去する方法。
３．レジストを溶解可能な有機溶媒に浸漬し、溶解剥離する方法。
【０００７】
なお、上記１の方法では、レジストやエッチング残さ物を完全に除去することは困難であり、２または３の方法を組み合わせて用いられる。２または３の方法でも、単独で用いられることもあるが、１の方法と組み合わせて用いられることが一般的である。
【０００８】
しかしながら、近年は基板上のパターンが微細化されたり、エアーブリッジなどの容易に破壊する構造が採用されたりしており、基板を液体に浸漬させる上記の方法では、液体の表面張力の作用により、構造が破壊されてしまうことが懸念されている。
【０００９】
そこで、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４にあるように、超臨界流体を用いる方法が提案されている。このような超臨界流体は表面張力が極めてゼロに近いことから、微細構造を破壊することなく表面の処理を行うことができる。
【００１０】
また、超臨界となる物質としては、二酸化炭素、アンモニア、水、アルコール類、低分子量の脂肪族飽和炭化水素類、ベンゼン、ジエチルエーテル等超臨界流体となることが確認されている多くの物質を利用することができ、この中でも二酸化炭素は臨界温度が31.3℃と比較的室温に近く、また臨界圧力も7.38MPaと超臨界流体の中では比較的低いことから、超臨界流体として好ましく用いられる物質である。
【００１１】
この超臨界流体を用いた洗浄方法において、圧力変動を急峻に行うことにより、超臨界状態から亜臨界状態に相変化が生じ、爆発的な体積変化が生ずるため、流体の速度が大きくなるため、異物や残渣の除去などの洗浄効果が高まる。
【００１２】
【特許文献１】特開平１−２００８２８号公報
【特許文献２】特開平１−２８６３１４号公報
【特許文献３】特開平９−４３８５７号公報
【特許文献４】特開平８−１８１０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところが、従来の超臨界流体を用いた装置の圧力制御では、図４に示すとおり、処理チャンバ３３の排気側のバルブ（バックプレッシャーバルブ３５）の開度や開閉時間を制御することにより行っており、急激に圧力を変動させようとすると、体積の膨張に伴った温度低下により、バックプレッシャーバルブ３５が凍結し、バルブ開度の制御だけではなく、バックプレッシャーバルブ３５の開閉動作も困難となる。さらには、急激な温度変化により、バックプレッシャーバルブ３５のシール部などの破壊や寿命低下につながる。
【００１４】
そこで本発明は、超臨界流体を用いた処理装置において、バルブなどの装置構成部材を破壊することなく、急激な圧力変動を発生させ、半導体表面に付着する異物や、パターン形成後に不要となったレジスト、エッチング処理により生じた残さ物を除去する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】
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、超臨界流体の圧力を急速に変動させ、洗浄対象物に供給して洗浄処理を施す洗浄装置において、洗浄対象物を配置する処理チャンバと、処理チャンバと連通する予備チャンバと、処理チャンバ内に配置された洗浄対象物に超臨界流体の圧力を変動させて洗浄処理を施す際、処理チャンバから予備チャンバ側に超臨界流体を排出する制御を行う制御手段とを備える洗浄装置である。
【００１６】
また、本発明は、超臨界流体の圧力を急速に変動させ、洗浄対象物に供給して洗浄処理を施す洗浄方法において、洗浄対象物を処理チャンバ内に配置しておき、超臨界流体の圧力を変動させて洗浄処理を施す際には、処理チャンバと連通する予備チャンバ側に超臨界流体を排出する洗浄方法である。
【００１７】
例えば、処理チャンバと予備チャンバとの間に開閉バルブを設けておき、予備チャンバの圧力制御と開閉バルブの開閉制御とにより、超臨界流体を処理チャンバから予備チャンバ側への排出による圧力変動の制御を行ったり、または、処理チャンバと予備チャンバとの間に可動隔壁を設け、この可動隔壁の移動で処理チャンバの体積制御を行ったりすることにより、超臨界流体の処理チャンバから予備チャンバ側への排出による圧力変動の制御を行う。
【発明の効果】
【００１８】
したがって、本発明によれば、処理チャンバと連通する予備チャンバを設け、開閉バルブや可動隔壁の制御によって処理チャンバの体積制御を行うことで、超臨界流体の処理チャンバから予備チャンバへの排出による圧力変動の制御を行い、処理チャンバの後段に設けられるバックプレッシャーバルブへの負担を軽減でき、バックプレッシャーバルブの動作不良や寿命低下を引き起こすことなく、処理チャンバの圧力を、急速に変動させることが可能となる。これにより、洗浄対象物に対する超臨界流体を用いた洗浄性能の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施形態では、洗浄対象物として半導体基板を例として説明するが、これ以外の物を洗浄対象としても同じである。
【００２０】
本実施形態に係る洗浄装置は、半導体基板を超臨界状態で洗浄する装置である。第１の実施形態としては、洗浄槽となる処理チャンバと開閉バルブを通して結合する予備チャンバを備えており、予備チャンバの圧力制御と開閉バルブの開閉制御とにより、処理チャンバの圧力変動の制御を行うものである。
【００２１】
また、第２の実施形態としては、処理チャンバ内に可動隔壁を設け、この可動隔壁の移動で処理チャンバの体積制御を行うことにより、処理チャンバの圧力変動の制御を行うものである。
【００２２】
いずれの実施形態でも、処理チャンバ内に送り込む超臨界流体の急激な圧力変動によって、処理チャンバに接続されるバックプレッシャーバルブの凍結等の動作不良や寿命低下を引き起こすことなく、処理チャンバの圧力を、急速に変動させることが可能となり、超臨界流体を用いた半導体基板の洗浄性能の向上を図ることが可能となる。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、第１実施形態に係る洗浄装置を説明するブロック図である。すなわち、第１実施形態に係る洗浄装置は、洗浄対象物である半導体基板（以下、単に「基板」と言う。）を収容する処理チャンバ１３と、この処理チャンバ１３と開閉バルブ１７を介して連通する予備チャンバ１８と、加圧ポンプおよび各種バルブの開閉制御を行う制御部（図示せず）とを備えている。
【００２４】
処理チャンバ１３の超臨界流体の流路上手側には処理チャンバ加圧バルブ１２、さらに上手側には加圧ポンプ１１が設けられている。また、処理チャンバ１３の超臨界流体の流路下手側には処理チャンババックプレッシャーバルブ１５が設けられている。
【００２５】
また、加圧ポンプ１１と処理チャンバ加圧バルブ１２との間で配管が分岐して予備チャンバ加圧バルブ１６を介して予備チャンバ１８へと繋がっている。また、予備チャンバ１８の超臨界流体の流路下手側には予備チャンババックプレッシャーバルブ１９が設けられている。
【００２６】
つまり、この洗浄装置では、基板１４を収納した処理チャンバ１３が、処理チャンバ加圧バルブ１２を通して加圧ポンプ１１に接続されており、また処理チャンババックプレッシャーバルブ１５を通して排気に接続される。このとき、処理チャンバ１３の圧力は、処理チャンババックプレッシャーバルブ１５を制御することによりコントロールされる。
【００２７】
さらに、処理チャンバ１３は、開閉バルブ１７を通して予備チャンバ１８と接続される。予備チャンバ１８は、予備チャンバ加圧バルブ１６を通し、加圧ポンプ１１に接続される。また、予備チャンババックプレッシャーバルブ１９を通して排気に接続され、予備チャンバ１８の圧力は、予備チャンババックプレッシャーバルブ１９を制御することにより、コントロールされる。
【００２８】
次に、この洗浄装置を用いた基板の洗浄方法について説明する。先ず、基板１４を処理チャンバ１３に収納し、処理チャンバ加圧バルブ１３を開け、かつ処理チャンババックプレッシャーバルブ１５を調整することにより圧力を制御しつつ、加圧ポンプ１１から気体状の超臨界物質を処理チャンバ１３に導入する。
【００２９】
この時、供給された超臨界物質が液体とならないように、温度を臨界温度以上に制御したまま、超臨界物質を導入し続けると、処理チャンバ１３内の圧力が臨界圧力以上になり、これにより、処理チャンバ１３は気体から直接超臨界流体となり、微細構造が形成された基板１４を気液界面に曝すことなく、処理チャンバ１３内を超臨界流体で満たすことができる。
【００３０】
例えば、超臨界物質が二酸化炭素の場合、温度は31.3℃以上に制御すると、処理チャンバ１３の圧力が7.38MPa以上になると、気体から直接超臨界流体となる。
【００３１】
このように、処理チャンバ１３内を超臨界流体で満たした状態とした上で、処理チャンバ加圧バルブ１２を閉じる。
【００３２】
次に、予備チャンバ加圧バルブ１６を開け、予備チャンバ１８に超臨界物質を供給する。予備チャンバ１８の圧力を、予備チャンババックプレッシャーバルブ１９により、所定の圧力に制御した上で、予備チャンバ加圧バルブ１６を閉じ、開閉バルブ１７を開けて、処理チャンバ１３の圧力を急激に変化させる。これにより、基板１４の汚染物は効果的に除去される。
【００３３】
以上の流れによる洗浄処理が終了したのち、処理チャンバ１３の温度を制御しながら、処理チャンババックプレッシャーバルブ１５もしくは予備チャンババックプレッシャーバルブ１９を調整することにより、処理チャンバ１３の超臨界物質を排出し、処理チャンバ１３内の超臨界物質を気体状態とする。これにより、基板１４は乾燥処理される。
【００３４】
このような処理により、処理チャンバ１３内に送り込む超臨界流体の急激な圧力変動があっても超臨界流体が予備チャンバ１８から予備チャンババックプレッシャーバルブ１９を介して排気されることから、処理チャンバ１５に接続されるバックプレッシャーバルブに負担がかからず、凍結等の動作不良や寿命低下を引き起こすことがなくなる。
【００３５】
また、処理チャンバ１３内の基板１４に対しては、処理チャンバ１３の圧力を急速に変動させることが可能となり、超臨界流体を用いた基板１４の洗浄性能の向上を図ることが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態の洗浄装置および洗浄方法によれば、処理チャンバ１３内の圧力を20MPaから5〜7MPaまで低減させる場合、従来では処理チャンババックプレッシャーバルブ１５を保護する観点から十数分から数十分かかっていた減圧時間が、数秒で行うことが可能となり、従来では得られないほどの急速減圧による効果的な洗浄を行うことが可能となる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図２は、第２実施形態に係る洗浄装置を説明するブロック図である。すなわち、第２実施形態に係る洗浄装置は、洗浄対象物である基板２４を収容する処理チャンバ２３と、この処理チャンバ２３と可動隔壁２６を介して連通する予備チャンバ２８と、加圧ポンプおよび各種バルブの開閉制御ならびに可動隔壁２６の可動制御を行う制御部（図示せず）とを備えている。なお、本実施形態では、処理チャンバ２３と予備チャンバとが一体に設けられており、可動隔壁２６によって仕切られている。
【００３８】
処理チャンバ２３の超臨界流体の流路上手側には処理チャンバ加圧バルブ２２、さらに上手側には加圧ポンプ２１が設けられている。また、処理チャンバ２３の超臨界流体の流路下手側には処理チャンババックプレッシャーバルブ２５が設けられている。
【００３９】
つまり、この洗浄装置では、基板２４を収納した処理チャンバ２３が、処理チャンバ加圧バルブ２２を通して、加圧ポンプ２１に接続されており、また処理チャンババックプレッシャーバルブ２５を通して排気に接続される。このとき、処理チャンバ２３の圧力は、処理チャンババックプレッシャーバルブ２５を制御することにより、コントロールされる。
【００４０】
さらに、処理チャンバ２３内には、隔壁２６が設置され、処理チャンバ２３の体積を変動させることにより、処理チャンバ２３の圧力を制御する。
【００４１】
次に、この洗浄装置を用いた基板の洗浄方法について説明する。先ず、基板２４を処理チャンバ２３に収納し、処理チャンバ加圧バルブ２３を開け、かつ処理チャンババックプレッシャーバルブ２５を調整することにより圧力を制御しつつ、加圧ポンプ２１から気体状の超臨界物質を処理チャンバ２３に導入する。
【００４２】
この時、供給された超臨界物質が液体とならないように、温度を臨界温度以上に制御したまま、超臨界物質を導入し続けると、処理チャンバ２３内の圧力が臨界圧力以上になり、これにより、処理チャンバ２３は気体から直接超臨界流体となり、微細構造が形成された基板２４を気液界面に曝すことなく、処理チャンバ２３内を超臨界流体で満たすことができる。
【００４３】
例えば、超臨界物質が二酸化炭素の場合、温度は31.3℃以上に制御すると、処理チャンバ２３の圧力が7.38MPa以上になると、気体から直接超臨界流体となる。
【００４４】
このように、処理チャンバ２３内を超臨界流体で満たした状態とした上で、処理チャンバ加圧バルブ２２を閉じる。
【００４５】
次に、処理チャンバ２３内に設置した可動隔壁２６を動作して、処理チャンバ２３の圧力を急激に変化させる。これにより、基板２４の汚染物は効果的に除去される。
【００４６】
以上の処理による洗浄処理が終了したのち、処理チャンバ２３の温度を制御しながら、処理チャンババックプレッシャーバルブ２５を調整することにより、処理チャンバ２３の超臨界物質を排出し、処理チャンバ２３内の超臨界物質を気体状態とする。これにより、基板２４は乾燥処理される。
【００４７】
このような処理により、処理チャンバ２３内に送り込む超臨界流体の急激な圧力変動があっても処理チャンバ２３の体積変化によって、処理チャンバ２５に接続されるバックプレッシャーバルブに負担がかからず、凍結等の動作不良や寿命低下を引き起こすことがなくなる。
【００４８】
また、処理チャンバ２３内の基板２４に対しては、処理チャンバ２３の圧力を急速に変動させることが可能となり、超臨界流体を用いた基板２４の洗浄性能の向上を図ることが可能となる。
【００４９】
図３は、第１の実施形態および第２の実施形態で用いられるバックプレッシャーバルブの断面図である。上記各実施形態では、処理チャンバ内に供給した超臨界流体の急激な圧力変動に伴うバックプレッシャーバルブへの負担を軽減することができる。
【００５０】
このバックプレッシャーバルブは、図３に示すように、ＩＮＬＥＴ（流入口）とＯＵＴＬＥＴ（流出口）との間に設けられるメインバルブ１０１の位置によって圧力を調整できるもので、メインバルブ１０１は圧力調整用バネ１０２の付勢力によって押さえられている。
【００５１】
圧力の調整は、調整用ノブ１０３を回すことで圧力調整用バネ１０２のメインバルブ１０１に対する付勢力が変わり、これによって圧力を調整することができる。このようなバックプレッシャーバルブには、可動部分の間に各種のシール１０４が使用されている。また、バルブ本体は金属製、シール１０４は樹脂製によって構成されている。
【００５２】
このようなバックプレッシャーバルブを超臨界流体の流路に適用した場合、超臨界流体の急激な体積膨張に伴う温度低下でバルブの凍結等が発生する。このバルブ凍結は、バルブ開度の制御だけでなく、開閉動作そのものも困難となってしまう。また、このような急激な温度変化によって、特にシール１０４が大きなダメージを受け、破損や寿命低下につながる。
【００５３】
本実施形態では、超臨界流体の急激な体積膨張を利用した洗浄能力の向上を図りつつ、このようなバックプレッシャーバルブへの負担を大幅に軽減でき、部品破損防止や長寿命化、装置メンテナンスサイクルの長期化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態を説明する模式図である。
【図２】第２実施形態を説明する模式図である。
【図３】従来例を説明する模式図である。
【図４】バックプレッシャーバルブの構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１…加圧ポンプ、１２…処理チャンバ加圧バルブ、１３…処理チャンバ、１４…基板、１５…処理チャンババックプレッシャーバルブ、１６…開閉バルブ、１７…開閉バルブ、１８…予備チャンバ、１９…予備チャンババックプレッシャーバルブ
【図１】
2008177205.tif 000003
【図２】
2008177205.tif 000004
【図３】
2008177205.tif 000005
【図４】
2008177205.tif 000006