(57)【要約】【課題】  減圧に伴って温度が気液二相共存領域、或いは固体析出領域まで降下する問題を解決する技術を提供すること。【解決手段】  高圧処理チャンバー内で、被処理体に、加圧下で少なくとも高圧流体を接触させて、被処理体を高圧処理した後、大気圧まで減圧する高圧処理方法において、前記高圧処理チャンバー内の温度を断熱膨張によって降下する温度よりも高く維持する様に制御しながら減圧することに要旨を有する高圧処理方法であり、好ましくは前記減圧時の断熱膨張に伴う前記高圧処理チャンバー内の温度降下を抑制、或いは断熱膨張によって降下した温度を回復させる方向に制御する。【選択図】      図１
2005064269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧処理チャンバー内で、被処理体に加圧下で少なくとも高圧流体を接触させて、被処理体を高圧処理した後、大気圧まで減圧する高圧処理方法において、前記高圧処理チャンバー内の温度を断熱膨張によって降下する温度よりも高く維持する様に制御しながら減圧することを特徴とする高圧処理方法。
【請求項２】
前記減圧時の断熱膨張に伴う前記高圧処理チャンバー内の温度降下を抑制、或いは断熱膨張によって降下した温度を回復させる方向に制御する請求項１に記載の高圧処理方法。
【請求項３】
前記高圧処理チャンバー内へ加熱加圧流体を導入する区間を設け、前記温度降下の抑制、或いは降下した温度を回復させる方向に制御する請求項１または２に記載の高圧処理方法。
【請求項４】
前記高圧処理チャンバー内の圧力を減圧しながら、或いは気液共存状態を生じない圧力まで減圧した後、前記加熱加圧流体を該高圧処理チャンバーへ導入する請求項３に記載の高圧処理方法。
【請求項５】
前記加熱加圧流体を導入する区間は、前記高圧処理チャンバー内の圧力が略一定を保持する様に前記加熱加圧流体の供給量と該高圧処理チャンバーからの排出量を制御する請求項３または４に記載の高圧処理方法。
【請求項６】
前記加熱加圧流体を導入する区間は、前記高圧処理チャンバー内の圧力を上昇させない様に加熱加圧流体の供給量と排出量を制御する請求項３〜５のいずれかに記載の高圧処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体基板の如く表面に微細な凹凸（微細構造表面）を有する被処理体を洗浄等する際に適用される高圧処理方法に関し、殊に、高圧処理後の減圧工程を最適化する高圧処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスの中でレジストを用いてパターン形成する場合、パターン形成後に不要となったレジストや、エッチングの時に生成して基板上に残存するエッチングポリマー等の不要物や汚染物質を基板から除去するための洗浄工程や基板表面に付着した水分を除去する乾燥工程などを含む高圧処理が必要となる。
【０００３】
また、半導体製造プロセスは通常、クリーンルーム内で行われるため、高圧処理もクリーンルーム内において行なうことが望ましい。しかし、クリーンルームはその建設はもとより、維持管理においてもかなり経費がかかるため、高圧処理装置も、設置面積が小さく、機能性に優れていることが求められ、半導体の微細化に伴ってその要求は益々高まっている。
【０００４】
そこで最近では、半導体製造プロセスの高圧処理において超臨界流体を使用する高圧処理方法が検討されている。
【０００５】
例えば高圧処理の洗浄工程において、洗浄効率を高めるためには、被処理体を高圧処理チャンバー内へ装入し、或いは取出すときの減圧・昇圧操作を速やかに行なう必要がある。
【０００６】
本発明者等は、こうした要望に対処すべく、先に高圧処理チャンバー内の減圧や昇圧を速やかに行なうことのできる高圧処理方法及び装置を提案している（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−３６７９４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、高圧処理方法では、減圧時の断熱膨張によって、温度が気液二相共存領域、或いは固体析出領域まで降下してしまうために、液相に起因してパーティクルが発生し、半導体ウェハの歩留まり率を低下するという懸念があった。この様な懸念を払拭するためには、減圧に時間をかけて圧力の降下スピードを遅くすることも有効であるが処理時間が長くなるという問題が生じている。
【０００８】
本発明者らが既に提案している上記技術では、減圧処理の前工程で高圧流体の温度を高めておき、気相を経由して減圧することによって、液相に起因するパーティクルの問題を克服している。しかしこの技術では、昇温に要する時間・コストが生産性向上の阻害要因となっていた。また処理温度以上に被処理体を加熱することが望ましくない場合には、該技術を改良する必要があった。
【０００９】
そこで本発明は、減圧による温度降下に伴う上記諸問題を解決することを目的とし、具体的には減圧に伴って温度が気液二相共存領域、或いは固体析出領域まで降下する問題を解決することのできる技術を提供することである。
【００１０】
また本発明の他の目的は、処理工程をすみやかに効率よく遂行できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は高圧処理チャンバー内で、被処理体に、加圧下で少なくとも高圧流体を接触させて、被処理体を高圧処理した後、大気圧まで減圧する高圧処理方法において、前記高圧処理チャンバー内の温度を断熱膨張によって降下する温度よりも高く維持する様に制御しながら減圧することに要旨を有する高圧処理方法である。
【００１２】
上記制御は、前記減圧時の断熱膨張に伴う前記高圧処理チャンバー内の温度降下を抑制、或いは断熱膨張によって降下した温度を回復させる方向に制御することが推奨される。
【００１３】
上記本発明法を実施するにあたっては、前記高圧処理チャンバー内へ加熱加圧流体を導入する区間を設け、前記温度降下の抑制、或いは降下した温度を回復させることが望ましい。
【００１４】
また本発明法においては、前記高圧処理チャンバー内の圧力を減圧しながら、或いは気液共存状態を生じない圧力まで減圧した後、前記加熱加圧流体を該高圧処理チャンバーへ導入することも好ましい方法として推奨される。
【００１５】
更に前記加熱加圧流体を導入する区間は、前記高圧処理チャンバー内の圧力が略一定に保たれる様に前記加熱加圧流体の供給量と該高圧処理チャンバー内からの排出量を制御することが好ましい。
【００１６】
また前記加熱加圧流体を導入する区間は、前記高圧処理チャンバー内の圧力を上昇させない様に加熱加圧流体の供給量と排出量を制御することも好ましい実施態様である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の高圧処理方法では、減圧工程においてチャンバー内の温度を断熱膨張によって降下する温度よりも高く維持する様に制御するので、減圧工程で問題となる液の発生や気液二層領域の通過を防ぎながら大気圧まで減圧できる。それによって液相に起因するパーティクルの問題も抑制し、製品の歩留まりの向上を果たすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の高圧処理方法における高圧処理とは、例えばレジストが付着した半導体基板のように汚染物質が付着している被処理体から、汚染物質を剥離・除去する洗浄処理が代表例としてあげられる。
【００１９】
しかし、被処理体としては半導体基板に限定されず、金属、プラスチック、セラミックス等の各種基材の上に、異種物質の非連続または連続層が形成もしくは残留しているようなものが含まれる。また、本発明は、洗浄処理に限られず、少なくとも高圧流体を用いて（好ましくは該高圧流体と高圧流体以外の薬液を用いて）、被処理体の表面から不要物質を除去する処理、例えば基板表面に付着した水分を除去する乾燥処理や、基板表面に存在する不要物質を除去する加熱処理や、所謂、現像処理等も、全て本発明の高圧処理方法の対象とする。
【００２０】
本発明の高圧処理方法を実施する際に用いられる高圧流体としては、安全性、価格、超臨界状態にすることの容易性、といった点で、二酸化炭素が好適であるが、この他、水、アンモニア、亜酸化窒素、エタノール等も使用可能である。高圧流体を用いるのは、拡散係数が大きく、溶解した汚染物質を媒体内にすみやかに分散できるためである。超臨界流体は、気体と液体の中間の性質を有するものであり、微細なパターン部分に対しても浸透し易く、高密度であるため、気体に比べて遙かに大量の添加剤（薬液）を含むことができる。
【００２１】
本発明で用いる高圧流体としては、１ＭＰａ以上の圧力の流体が好ましく、高密度、高溶解性、低粘度、高拡散性を示す流体であり、特に好ましいのは超臨界状態または亜臨界状態の流体である。例えば二酸化炭素は３１℃、７．４ＭＰａ以上とすることで超臨界状態となる。また洗浄、並びに洗浄後にリンス工程や置換工程、更には乾燥（加熱）・現像を行う場合等は、５〜３０ＭＰａの亜臨界（高圧流体）または超臨界流体として用いることが好ましく、７．４〜２０ＭＰａ下でこれらの処理を行うことがより好ましい。
【００２２】
以下、本発明に係る高圧処理方法の応用例として、洗浄処理を代表例として説明するが、前記した様に高圧処理は洗浄処理のみには限られない。
【００２３】
本発明の高圧処理方法においては、半導体基板に付着したレジストやエッチングポリマー等の高分子汚染物質を除去することもあり得るので、二酸化炭素等の高圧流体だけでは洗浄力が不充分である点を考慮して、薬液を添加して洗浄処理を行なうことが望ましい。薬液としては、洗浄成分として塩基性化合物を用いることが好ましい。レジストに多用される高分子物質を加水分解する作用があり、洗浄効果が高いためである。塩基性化合物の具体例としては、第四級アンモニウム水酸化物、第四級アンモニウムフッ化物、アルキルアミン、モノエタノールアミン等のアルカノールアミン、ヒドロキシルアミン（ＮＨ2ＯＨ）およびフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）等が挙げられる。洗浄成分は、高圧流体に対し、０．０１〜８質量％含まれていることが好ましい。
【００２４】
上記塩基性化合物等の洗浄成分は、通常、高圧流体に溶けにくいので、これらの洗浄成分を二酸化炭素に溶解もしくは均一分散させる助剤となり得る相溶化剤を第２の薬液として用いることが好ましい。
【００２５】
また洗浄工程終了後、後記する様なリンス工程を行なう場合、この相溶化剤は、リンス工程で不要物質の高圧流体への溶解を促進し、不要物質（汚れ）が被処理体に再付着するのを防止する作用も発揮する。
【００２６】
相溶化剤としては、洗浄成分や不要物質を高圧流体に相溶化させ得るものであれば特に限定されないが、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類や、ジメチルスルホキシド等のアルキルスルホキシドが好ましいものとして挙げられる。相溶化剤の量は、洗浄工程やリンス工程では、高圧流体の０．０１〜５０質量％の範囲で適宜選択すればよい。
【００２７】
以下、本発明の高圧処理方法を図面を参照しながら説明する。図１及び図２には、本発明法を実施する際における、高圧処理チャンバー内の温度と圧力の変化を各工程毎に説明するための図である。尚、図示例の説明で高圧処理とは、洗浄工程以外にもリンス工程や置換工程など高圧流体を使用する工程を含む意味である。
【００２８】
本発明法の場合、被処理体を高圧処理チャンバーへ装入するときは、チャンバーは開放状態であるため、圧力は大気圧と同じである。被処理体をチャンバー内へ装入してから密封し、所定温度・圧力の高圧流体をチャンバーへ導入することにより、チャンバー内の圧力を所定圧力まで上昇させ（昇圧工程）、チャンバー内温度も所定温度まで上昇させる。尚、昇圧工程は数段階に分けて所定の圧力まで昇圧する様な昇圧法を採用してもよい。
【００２９】
高圧処理工程では、上記所定の圧力・温度で高圧処理を行なう。洗浄処理の場合は、基板からのレジストやエッチングポリマーを剥離するため、前記洗浄成分や相溶化剤と高圧流体とが混合された混合流体を使用する。このとき高圧流体として二酸化炭素を使用する場合の好ましい圧力は５〜３０ＭＰａ（より好ましくは７．４〜２０ＭＰａ）、温度は２５〜８０℃が好ましい。高圧処理工程には、チャンバーは密封状態とし、チャンバーへの流体の導入およびチャンバーからの流体の導出を行わないバッチ処理や、チャンバーへの流体の導入およびチャンバーからの流体の導出を行なう流通処理がある。
【００３０】
続いてリンス工程を行なう。リンス工程は、任意の工程であるが、高圧処理工程で用いられた薬液（洗浄成分）や被処理体から剥がれた不要物質を高圧処理チャンバー外へ移すために有用な工程である。このとき、薬液や不要物質が高圧流体に溶解しにくい化合物である場合には、洗浄処理後に、いきなり高圧流体のみをチャンバー内へ導入すると、相溶化剤の相溶化作用が低下して、これらの物質が析出してくる恐れがある。従って、高圧流体と相溶化剤との混合流体、すなわち、高圧処理に用いた高圧流体と洗浄成分と相溶化剤とからなる混合流体とは組成の異なる混合流体を用いて、リンス工程を行なうことが好ましい。相溶化剤が含まれている混合流体は、薬液や不要物質を高圧流体側へ溶かし込んで、高圧流体と共にチャンバー外へ排出するため、これらの除去が確実になる。特に、被処理体が複雑形状の場合、チャンバー内の高圧流体の流れに対し、背面側に相当する部分に存在する不純物はなかなか排出されないが、リンス工程で相溶化剤を使用すると、このような不純物も効率的に排出できるため、リンス工程の実施が推奨される。
【００３１】
リンス工程は、具体的には、高圧流体と相溶化剤との混合流体を高圧処理後のチャンバー内に導入しながら、洗浄処理後の不純な混合流体をチャンバー外へと導出することにより行われる。このときの圧力および温度は高圧処理と同じでよい。従って、チャンバーへの導入量とチャンバーからの導出量は同量とする。
【００３２】
リンス工程後、或いはリンス工程を行なわない場合は洗浄工程後に、置換工程を行なう。置換工程は任意の工程であるが、置換工程は高圧流体以外の薬液や不要物質が置換工程後の減圧工程でチャンバー内に残存しないようにするために有用である。これらの薬液や不要物質が減圧工程で残存していると、減圧によってこれらの薬液や不要物質が析出し、被処理体の表面に付着残存する恐れがある。リンス工程を行なわない場合は、洗浄方法によっては洗浄成分、相溶化剤、不要物質が全てチャンバー内に残存していることがあり、リンス工程を行なう場合には、洗浄成分や高圧処理で被処理体から剥離した不要物質は既にチャンバー外へ導出されているが、リンス工程で用いた相溶化剤（第２の薬液）がチャンバー内に残存していることもあり得る。その様な場合は、置換工程で、高圧流体以外の不要物質および／または薬液を含まない高圧流体をチャンバー内へ導入し、洗浄工程で用いた混合流体（リンス工程を行わない場合）またはリンス工程で用いた混合流体とをチャンバー外へ排出すれば、チャンバー内を高圧流体のみで置換された状態にすることができる。この置換工程は、高圧処理工程と同程度の温度、圧力で行なってもよい。
【００３３】
続いて、減圧工程を行なう。この減圧工程をチャンバー内外の熱量の授受がなく、単にチャンバー内の流体を排出することのみで行なえば、圧力の降下に伴う断熱膨張によって、チャンバー内の温度は降下する。特に該温度が気液二相共存領域、或いは固体析出領域まで降下すると、液相の出現に起因してパーティクルが発生し、被処理体の歩留まりが低下するという問題が生じる。更に、チャンバー内の温度を急激に降下させると、固体（「ドライアイス」）化が生ずるため好ましくない。勿論、長時間に渡ってゆっくりと減圧することによって気液二層共存領域を通過させずに減圧させることも可能であるが、処理時間が長くなり、所謂、スループットに問題を生じる。
【００３４】
そこで、本発明ではチャンバー内の温度を、断熱膨張によって降下する温度よりも高く維持する様に制御しながら減圧することによって、上記問題を解決している。具体的には断熱膨張に伴うチャンバー内の温度降下を抑制し、或いは断熱膨張によって降下した温度を回復させる方向に制御する等の温度制御を行なうことが好ましい。この温度の回復や温度降下の抑制は抜熱量、供給熱量、供給熱温度などを適宜制御すればよい。尚、減圧開始から大気圧まで減圧するまでの全過程において、「断熱膨張によって降下する温度よりも高く維持」していなくてもよい。例えば減圧過程において断熱膨張によって降下する理論上の温度に従ってチャンバー内の温度が降下する過程が一部含まれていてもよい。
【００３５】
降下した温度を回復させる方向に制御するとは、一旦断熱膨張によって降下した温度を改めて上昇させることをいい、好ましくは減圧開始前の温度まで上昇させるのがよい。例えばチャンバー内の流体を単に排出し、ほぼ理論上の断熱膨張による減圧並びに温度降下をさせた後、チャンバー内の減圧速度を減少し、或いは減圧を一時的に停止することによっても上記効果を得ることができる。即ち、温度の回復は、チャンバーからの入熱や加熱加圧流体の導入などによる温度上昇速度よりも減圧に伴う温度降下速度が遅くなる様に制御することによって達成できる。減圧を停止するにはチャンバー内の流体の排出を停止するか、或いはチャンバー内の流体の排出量とチャンバーへ供給する加熱加圧流体の供給量を制御し、実質的に減圧がゼロとなる様にすればよい。チャンバー内の流体の排出を停止すれば、減圧に伴う温度降下が生じないため、チャンバーからの入熱でチャンバー内の温度を回復することができる。チャンバーからの入熱によって温度の回復が図れるのは、減圧によってチャンバー内の温度は降下するものの、チャンバー自体の温度は、減圧によってもチャンバーの熱容量が大きいため殆ど低下しないため、チャンバー自体はチャンバー内の温度（ガス温度）よりも高温となっているからである。
【００３６】
また例えばチャンバーからの流体の排出を一時停止して減圧を止めるか、或いは減圧によって降下したチャンバー内の温度以上に温度を高めた加熱加圧流体をチャンバーへ導入することによって、降下した温度をより効率的に上昇させることができる。好ましくは高圧処理に用いた高圧流体より高い温度に加熱した加熱加圧流体を導入して、チャンバー内温度を減圧前の温度に回復することが推奨される。また減圧しながら加熱加圧流体を導入して降下した温度を回復させる方向に制御するには、減圧に伴う温度降下を加味して加熱加圧流体の温度を決定するのがよい。特に減圧しながら減圧開始前の温度に回復させるには、加熱加圧流体の温度を少なくとも減圧開始前のチャンバー内温度よりも高温にする必要がある。尚、上記した様にチャンバーからの入熱もあるので、加熱加圧流体の温度が減圧に伴う温度降下よりも低くてもチャンバー内の温度をある程度まで回復することは可能である。
【００３７】
温度降下の抑制とは、断熱膨張によって温度が降下する理論速度よりも、温度降下速度が遅くなることをいい、抑制には温度が降下しない場合（均衡）も含む。温度降下の抑制の場合、上記温度上昇速度が、断熱膨張に伴って生じる温度降下速度よりも遅い場合である。尚、通常の減圧においてもチャンバーからの入熱が生じているため、上記温度降下の理論速度とは、断熱膨張による温度降下とチャンバーからの入熱による温度上昇を考慮した値である。したがって、温度降下の抑制は、チャンバーを加熱したり、チャンバーへ加熱加圧流体を導入する等の積極的に熱源を供給することによって得られる効果である。温度降下を抑制することによって、本来は断熱膨張によって気液二相共存領域まで温度が降下するのを防ぎながら減圧することが可能となる。したがって、気液二相共存状態が生じない様に温度降下を抑制することが推奨される。具体的には、チャンバーに加熱手段を付設し該加熱手段によってチャンバーを加熱してチャンバーからの入熱量を増大させ、或いは温度を上昇させるに至らない程度に加熱された加熱加圧流体をチャンバー内へ導入する、また或いは上記の様にチャンバーから流体を抜出しつつ、チャンバーへ加熱加圧流体を供給し、抜出し量と供給量のバランスを制御するなどの方法によって温度降下を抑制できる。この様な温度制御を行なう手段は上記方法に限定されず、各種方法が採用可能である。
【００３８】
本発明では、チャンバー内へ加熱加圧流体を導入する区間を設け、前記温度降下の抑制、或いは降下した温度を回復させる方向に制御することが望ましい。減圧期間中、加熱加圧流体を供給しつづけると、取出し時のチャンバー内の圧力を大気圧近傍にするまでに時間を要する。加熱加圧流体を導入する区間を設ける場合、少なくとも圧力が降下して気液二相共存状態を生じる前に加熱加圧流体を導入することが望ましい。勿論、減圧開始当初から加熱加圧流体を導入してもよい。加熱加圧流体を導入する場合、チャンバー内が所望の温度に達した時点で加熱加圧流体の導入を停止すればよいが、好ましくは降下した温度が減圧開始前温度に回復した後、或いは圧力が気液二相共存状態を通過せずに気相を通過して所望の圧力まで降下した後に加熱加圧流体の導入を停止することが望ましい。
【００３９】
本発明では、チャンバーに加熱加圧流体を導入して温度の回復、或いは温度降下を抑制することが望ましいが、加熱加圧流体の流量が多過ぎるとチャンバー内の圧力が上昇してしまい、減圧効率が降下することから、加熱加圧流体を導入する場合はチャンバー内から流体を排出して圧力が上昇しない様に制御することが望ましい。この際のチャンバーからの排出量は特に限定されず、チャンバー内の圧力が一定となる様に供給量と排出量を調節してもよいし（図１）、或いは排出量を多くして減圧をおこなってもよい（図２）。加熱加圧流体を供給しながら減圧を行なう場合、減圧効率を高める観点から、少ない供給量で高い温度回復効果が得られる様にすることが好ましく、具体的には加熱加圧流体の供給量を少なくすると共に、チャンバー内の温度を維持或いは回復方向に制御できる様に加熱することが望ましい。
【００４０】
図１の様に第1減圧に伴ってチャンバー内温度を降下させる場合、好ましくは図示する様にチャンバー内の圧力が略一定となる様な圧力保持区間を設けて、該区間において加熱加圧流体を導入し、チャンバー内の温度を所定の温度に回復させた後、再び減圧をすれば、気液二相共存状態や温度降下といった問題を解決できる。
【００４１】
また図２の様に減圧開始当初から減圧に伴う温度降下を防止し、減圧開始前の温度を維持しつつ減圧を行なうには、減圧開始前の温度以上の温度に加熱した加熱加圧流体を導入しながら減圧すればよい。この際、減圧による温度降下を考慮して供給する加熱加圧流体の温度を制御することが望ましい。または、気液二相共存域を通らない程度の温度低下であるならば、高圧処理時の温度で加熱された加熱加圧流体を流してもよい。
【００４２】
また減圧工程では、段階的な減圧方法も採用できる。段階的な減圧とは、ある地点の前後で減圧速度が異なることをいい、図１及び図２では２段階の減圧（第１減圧、第２減圧）を採用している。勿論、一定速度で減圧してもよい。
【００４３】
チャンバー内の圧力は圧力探知手段（例えば図３中の圧力計３１）を付設して検知（ゲージ圧）すると共に、チャンバー内の温度は温度計測手段（例えば図３中の３４）を付設して測定すればよい。
【００４４】
図１の場合、第1減圧では第1減圧終了後の圧力が気液二相共存領域を通過しない程度に減圧し、続く圧力保持区間で上記の様に加熱加圧流体の供給量と減圧速度を制御してチャンバー内の圧力を略一定に維持している。圧力保持区間では、減圧開始前の温度よりも高い温度に加熱した加熱加圧流体を導入すると共に、チャンバー内の圧力が一定となる様にチャンバーからの流体の排出量を制御し、第1減圧によって降下した温度を減圧前温度まで回復している。温度回復後、加熱加圧流体の供給を停止し、再び減圧（第２減圧）して大気圧まで減圧している。第２減圧では加熱加圧流体を供給せずに減圧している。第２減圧開始時の圧力は既に減圧開始前の圧力よりも低圧であるため、該圧力から大気圧まで減圧する際に温度が降下したとしても、本発明の様に温度制御を行なわない従来の減圧方法と比べて、減圧工程終了時の温度は高いので、従来法と比べて昇温に要する時間・コストの点で優位である。
【００４５】
図２の場合、第１減圧ではチャンバーへ加熱加圧流体を供給、及び減圧を行ないつつ、減圧開始前の温度を維持している。圧力が所定の値まで降下した後、加熱加圧流体の供給を停止して引き続き第二減圧を行っている。
【００４６】
以下、図３に例示する高圧処理装置を用いて、本発明の好ましい実施態様を説明する。図３において１は高圧流体供給手段であり、必須構成要素である高圧流体用媒体貯槽１０（以下、単に貯槽１０ということがある）、昇圧手段１２、圧力計５０、圧力計５０で得られる値に基づいて高圧流体の供給量を調節するための制御弁３６を備える他、任意の構成要素である過冷却器１１と加熱器１３を備えている。貯槽１０は具体的には高圧流体用ボンベ、コールドコンバーターなどが用いられる。
【００４７】
高圧流体として二酸化炭素を用いる場合、貯槽１０には、通常、液化二酸化炭素が貯留されており、過冷却器１１で予め流体を冷却して、昇圧手段１２内のガス化を防止することがよく、昇圧手段１２で流体を加圧すれば高圧二酸化炭素を得ることができる。昇圧手段１２としては加圧ポンプが挙げられる。
【００４８】
加熱器１３は、二酸化炭素を所定の高圧処理温度に達するよう加熱するためのものであるが、処理温度以下に加熱しておき、または加熱せずに、高圧処理チャンバー３０そのもの、またはその近傍に加熱手段１４を付設し、高圧チャンバー３０内で行われる各工程に適した温度にそれぞれ加熱する構成としてもよい。
【００４９】
本装置では、高圧処理チャンバー３０（以下、単にチャンバー３０ということがある）が１個配設されている例を示したが、複数のチャンバーを設けてもよい。このとき、高圧流体供給手段１を、複数の高圧処理チャンバーで共用すると、昇圧手段１２の稼働率を上げ、装置全体の設置面積を小さくすることができる。チャンバー３０としては、開閉自在の蓋を有し、高圧が維持できる容器であれば特に限定されない。チャンバー３０の前後には開度調節可能な制御弁３２と、単純な開閉制御可能な制御弁３５が設置され、流体の圧力、流量を制御する。圧力制御はチャンバー３０に付設した圧力計３１で計測して行なう。また温度測定は、チャンバー３０に付設した温度計測手段３４により計測する。
【００５０】
２６は第１薬液（洗浄成分）供給手段、２７は第２薬液（相溶化剤）供給手段である。第１薬液供給手段２６は、第１薬液貯槽２０と圧送ポンプ２１と薬液供給制御手段２２から構成されており、第２薬液供給手段２７も同様に、第２薬液貯槽２３と圧送ポンプ２４と薬液供給制御手段２５とから構成されている。薬液供給手段２６、２７は、各圧送ポンプ２１および２４とで前記洗浄成分と相溶化剤を所定の圧力とし、チャンバー３０へ供給する。リンス工程や置換工程を行なう場合、洗浄処理工程とはチャンバー３０へ供給する流体組成を変えることが望ましいので、圧送ポンプ２１、２４による各液の流量は適宜変更できることが望ましい。各薬液供給制御手段２２、２５は、開閉機構を有していればよく、具体的には高圧弁が挙げられる。各薬液供給制御手段２２、２５と、制御弁３６の開閉操作によって、チャンバー３０内の処理用流体の組成を、高圧流体と第１薬液と第２薬液の混合物としたり、高圧流体と第２薬液の混合物としたり、あるいは高圧流体のみとすることが可能である。チャンバー３０と上記薬液供給制御手段２２、２５との間には、高圧流体と薬液の流れ方向を規制して両者を合流させる管路撹拌装置、いわゆるスタティックミキサー等を配設してもよい。
【００５１】
本発明法の実施に際しては、まず、チャンバー３０へ被処理体を図示しない出入手段を用いて装入する。出入手段としては、ロボット等のハンドリング装置や搬送機構が利用可能である。
【００５２】
次いで、貯槽１０に蓄えられている流体を、必要により過冷却器１１で冷却して完全な液体状態とし、昇圧手段１２としての加圧ポンプで昇圧し、加熱器１３により加熱して、超臨界流体として、チャンバー３０へ圧送する。勿論、超臨界状態ではなく、亜臨界状態や高圧液体状態としてもよい。
【００５３】
昇圧工程では、高圧流体をチャンバー３０へ供給して、チャンバー内を所定の圧力とする。なお、昇圧工程は分割昇圧工程を採用することもできる。そして、第１薬液供給制御手段２２および第２薬液供給制御手段２５を供給モード（開）とし、第１薬液貯槽２０から圧送ポンプ２１で第１薬液を圧送すると共に、第２薬液貯槽２３から圧送ポンプ２４で第２薬液を圧送し、所定の圧力に調整する。
【００５４】
チャンバー３０への高圧流体と薬液の供給が終了したら、各供給制御手段２２，２５，制御弁３５を供給停止モード（閉）とし、高圧処理（洗浄）工程を始める。洗浄工程中は、チャンバー３０の下流側の制御弁３２は閉じられている。洗浄工程時間は、通常、３０〜６０秒程度で充分である。
【００５５】
洗浄工程によって、例えば被処理体に付着していた不要物質（汚染物質）は、チャンバー内の高圧流体と洗浄成分、および必要により添加される相溶化剤との混合流体に溶解することとなる。従って、チャンバー３０から、これら汚染物質が溶解している混合流体を排出する必要がある。汚染物質は、洗浄成分および相溶化剤の働きにより高圧流体に溶解しているので、チャンバー３０に、高圧流体のみを流通させると、溶解していた汚染物質が析出することが考えられるため、洗浄を行った後は、高圧流体と相溶化剤によるリンス工程を行った後、高圧流体のみによる置換工程を行なうことが望ましい。
【００５６】
リンス工程は、第１薬液（洗浄成分）供給制御手段２２を供給停止モードとし、第２薬液（相溶化剤）供給制御手段２５を供給モードとし、チャンバー３０の下流の制御弁３２により圧力をコントロールしながら高圧流体供給手段１により高圧流体を、また、第２薬液供給手段２５を供給モードとして相溶化剤を、それぞれチャンバー３０へと連続供給することにより行う。チャンバー内の圧力は高圧処理（洗浄）工程と同一とすることが好ましいので、供給速度と排出速度を同一にすることが好ましいが、変えてもよい。高圧流体と相溶化剤を断続的に供給し、供給した分だけ排出するセミバッチ式で行ってもよい。チャンバー３０から排出される高圧流体は、ガス化手段４へと送られる。また、リンス工程を行なう場合は、高圧処理工程と同温度で行なえばよく、特に限定されない。
【００５７】
リンス工程を行なう場合、高圧流体と相溶化剤との混合流体の流通により、チャンバー３０内の汚染物質および洗浄成分は次第に少なくなるので、第２薬液供給制御手段２５を制御して、相溶化剤の供給量を徐々に減らしてもよい。高圧流体と相溶化剤との流通によるリンス工程では、チャンバー３０から洗浄成分と不要物質が全て排出されて、最終的には、チャンバー３０内は高圧流体と相溶化剤とに満たされることとなる。そこで、続いて高圧流体のみを用いた置換工程を行なうことが望ましい。尚、リンス工程に要する時間は、通常、３０秒程度である。
【００５８】
置換工程を行なう場合、高圧流体のみを用いることが望ましく、第２薬液（相溶化剤）供給制御手段２５を供給停止モードとし、高圧流体のみをチャンバー３０へ流通させることで、チャンバー３０の中身を、高圧流体と相溶化剤の混合流体から高圧流体のみへと置換する。これにより、置換工程が終了する。尚、置換工程に要する時間は、通常、３０秒〜１２０秒である。また、置換工程は、高圧処理工程と同温度で行なえばよく、特に限定されない。
【００５９】
高圧処理工程、リンス工程、置換工程の各工程で、チャンバー３０から排出された高圧流体と各薬液および／または不要物質との混合物は、それぞれ、制御弁３２を経て、ガス化手段４へと送られる。
【００６０】
ガス化手段４は、気液分離装置４１と、液体（または固体）成分用高圧弁４２、ガス用高圧弁４３、４４を構成要素とする。必要に応じて、図示しない精留塔、吸着塔等の精製手段を設けてもよい。図示例では流体を循環使用する構成を採用していないが、ガス化手段４と高圧流体供給手段１（具体的には、貯槽１０）とを、連結管等で連結すると共に、ガス化手段４と貯槽１０との間に凝縮器などの液化手段を配設し、流体を循環使用できるように構成してもよい。
【００６１】
分離装置４１では、流体をガスとし、汚染物質と、薬液（洗浄成分や相溶化剤）の混合物を液体成分として気液分離する。汚染物質は固体として析出し、薬液の中に混入して分離されることもある。分離装置４１としては、単蒸留、蒸留（精留）、フラッシュ分離等の気液分離が行なえる種々の装置や、遠心分離機等を使用することができる。気液分離装置４１で分離されたガス成分は、ガス用高圧弁４３および必要により設けられる精製手段（図示せず）を介して、凝縮器などの液化手段（図示せず）へと移送され、所望の処理を行なう。分離装置４１では大気圧まで減圧してもよいし、４〜７ＭＰａ程度に減圧してもよい。
【００６２】
減圧された二酸化炭素等の流体は、温度と圧力との関係で、気体状流体（二酸化炭素ガス）と液体状流体（液化二酸化炭素）との混合物となることがあるので、分離装置４１での分離効率増大の観点からは、分離装置４１の前の加熱器４５によって、流体を全てガス化しておくことが望ましい。尚、分離装置４１内のガスはガス用高圧弁４４を介して大気に放出してもよいし、他の工程に移送して使用することもできる。
【００６３】
汚染物質を含む洗浄成分や相溶化剤からなる液体（または固体）成分は、分離装置４１の底部から液体（または固体）成分用高圧弁４２を介して排出され、必要に応じて後処理される。
【００６４】
次に、本発明法の減圧工程およびその実施態様について説明する。高圧処理工程、リンス工程、置換工程の各工程では、５〜３０ＭＰａの高圧（より好ましくは７．４〜２０ＭＰａ）で行われているので、置換工程終了時には、チャンバー３０内には、高圧流体と被処理体が封入されている。高圧処理を受けた被処理体を取出し、別の被処理体を入れて新たな高圧処理を始めるためには、この高圧流体を取り除き、大気圧下まで減圧しなければならない。
【００６５】
減圧しつつ、チャンバー内の温度降下を防ぐためには、上記の様に段階的な減圧を行なうことが望ましい。段階的に減圧を行なうことによって、減圧に伴って降下した温度を回復させることが容易になる。例えば第１減圧工程で、断熱膨張しても気液二相領域を通過しない様な圧力まで減圧する。二酸化炭素の場合、処理温度６０℃では、第１減圧工程の終了圧力は、１０ＭＰａ以下とすることが好ましく、より好ましくは５〜８ＭＰａである。第1減圧と共に、或いは第１減圧後に温度降下抑制や温度回復を行なうには、高圧流体供給手段１の加圧ポンプ１２の設定流量による加熱加圧流体供給量と、チャンバーからの流体排出量を夫々制御弁３２、３５で調節すると共に、加熱手段１３で加熱加圧流体の温度を調節すればよい。例えば置換工程終了後、高圧弁３２を開放し、第１減圧は所定の終了圧力になるまでチャンバー３０内の流体を排出させ、チャンバー３０内が所定の終了圧力になったときに、制御弁３２を閉止、或いは制御弁３５、３２の開度を調節して、加熱加圧流体の供給量と、排出量を調節してチャンバー３０内の温度や減圧速度等を制御することが望ましい。また或いは第１減圧は制御弁３５と３２の開度を調整して加熱加圧流体を供給しながら、チャンバー内の流体を排出してもよい。具体的には、圧力計３１によりチャンバー３０内圧力（ゲージ圧）を検知し、制御弁３２の開閉度を調整することによってチャンバー３０内の圧力を制御できる。このときの流量は処理温度、圧力などによるが、被処理体の温度、直接的には被処理体の温度を測定することができないために、高圧処理チャンバー３０内の温度計測手段３４が保持圧力における温度で気液２相共存領域を通らない様な温度に所定の時間で達成する様な流量とする。供給する加熱加圧流体は加熱器１３等で予め加熱してから供給すればよく、特に限定されない。
【００６６】
続く第２減圧工程で大気圧まで減圧する。第２減圧は、制御弁３５を閉止する一方で、制御弁３２の開度を調節してチャンバー内の圧力が大気圧になるまでチャンバー３０内の流体をガス化手段４へ移送する。第２減圧では、チャンバー３０内は既にかなり減圧されていると共に、チャンバー３０内の温度が減圧開始時近傍の温度を維持していれば、第２減圧によって温度が降下しても液発生を防ぐことができる。
【００６７】
各減圧工程は、具体的には、高圧処理チャンバーからの排出物を、制御弁３２を用いて、排出量を調整しながら行なう。本発明では第１減圧と、第２減圧共に、同一の回路で処理しているが、図示しないが制御弁３２に並列して、圧力弁と減圧容器を備えた減圧手段を設け、該減圧容器を利用して減圧してもよく、また減圧手段は複数並列的に配置して減圧してもよい。
【００６８】
第２減圧後、チャンバー３０の内部は大気圧となっているため、チャンバー３０の蓋を開け、出入手段によって、被処理体を取出す。被処理体上の二酸化炭素は、大気圧までの減圧によって蒸発するので、半導体基板等の被処理体は、その表面にシミ等が生じることもなく、また、微細パターンが破壊されることもなく、乾いた状態で取り出せる。
【００６９】
チャンバー３０から、処理後の被処理体を取出したら、再び、別の被処理体の高圧処理を行なう。このためには、チャンバー３０に被処理体を入れて蓋を閉め、密封した後、チャンバー３０内を高圧流体で満たせばよい。
【００７０】
本発明の高圧処理装置は、半導体製造工程等での半導体の洗浄や現像等を行うのに有用であるが、少なくとも高圧処理チャンバーはクリーンルーム内に配設するのがよく、その他の手段はクリーンルームの広さに応じて適宜配置すればよい。
【００７１】
図４は本発明を説明するためのモリエル線図（圧力−エンタルピー線図）であり、二酸化炭素の温度をパラメーターとしてプロットしたものである。図中気液平衡曲線の内側（低圧側）は二液共存領域である。したがって本発明では該二液共存領域に入らない条件で運転することが必要である。
【００７２】
例えば６０℃、１５ＭＰａで運転した場合、該６０℃、１５ＭＰａは図４中、Ａ点で示される。該Ａ点から急激に減圧すると、ａ線を辿ることになり、気液平衡曲線の内側領域を通過するため液相が出現する。そこで、該気液平衡曲線の内側に入らない様に減圧するには、まず図１で示す様な二段階減圧を採用することが望ましい。例えば８ＭＰａまでを減圧（第１減圧）すると、断熱膨張で温度はＢ点（二酸化炭素の臨界温度以上の温度）まで低下（図４中、ｂ線をたどる）するが、気液平衡曲線の外側であるため、液相が出現しない。そして加熱加圧流体をチャンバー内に導入して温度を６０℃に回復させれば（Ｃ点）、該Ｃ点から急激に減圧（第２減圧）しても気液平衡曲線の内側に入らないので、液相の出現を避けることができる。このように二段階で減圧する場合、第１減圧によって気液平衡曲線の内側に入らないように適宜圧力を設定すると共に、第２減圧によっても気液平衡曲線の内側に入らないように加熱加圧流体を供給して温度を回復させれば、減圧による液相の出現を避けることができる。
【００７３】
また図２に示す様に加熱加圧流体を導入しながら８ＭＰａまで減圧する場合、ほぼ等温で減圧（第１減圧）しながら（図４中、ｃ線をたどる）、Ｃ点に達する。そしてＣ点から８ＭＰａ以下の速度で減圧（第２減圧）することによって気液平衡曲線の内側に入らないので、液相の出現を避けることができる。尚、第２減圧を９ＭＰａで行なうと図示しないが減圧過程で気液平衡曲線の内側に入ってしまい、液相が出現する。したがって、減圧時の圧力と加熱加圧流体の供給量を適宜調節して気液平衡曲線の内側に入らないようにすれば、減圧による液相の出現を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施態様における温度と圧力の変化を示すグラフ
【図２】本発明の他の実施態様における温度と圧力の変化を示すグラフ
【図３】本発明の方法の実施態様を説明するための概略図
【図４】本発明の方法を説明するためのモリエル線図
【符号の説明】
【００７５】
１    高圧流体供給手段
４    ガス化手段
１０    高圧流体用媒体貯槽
１１    過冷却器
１２  昇圧手段
１３  加熱器
１４  加熱手段
２０、２３  薬液貯槽
２１、２４  圧送ポンプ
２２、２５  薬液供給制御手段
２６  第１薬液供給手段
２７  第２薬液供給手段
３０  高圧処理チャンバー
３１  圧力計
３２、３５、３６  制御弁
３４  温度計測手段
４１  気液分離装置
４２、４３、４４  高圧弁
４５  加熱器
５０  圧力計
【図１】
2005064269.tif 000003
【図２】
2005064269.tif 000004
【図３】
2005064269.tif 000005
【図４】
2005064269.tif 000006