特開 2023-84770 溶剤蒸気供給装置及び溶剤蒸気供給方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023084770

(43)【公開日】2023-06-20

(54)【発明の名称】溶剤蒸気供給装置及び溶剤蒸気供給方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20230613BHJP

【ＦＩ】

H01L21/30 502D

H01L21/30 566

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021199047

(22)【出願日】2021-12-08

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(74)【代理人】

【識別番号】100212059

【弁理士】

【氏名又は名称】三根 卓也

(72)【発明者】

【氏名】宮田 雄一郎

【テーマコード（参考）】

5F146

【Ｆターム（参考）】

5F146AA28

5F146KA01

(57)【要約】

【課題】安価な構成の溶剤蒸気供給装置で、基板処理装置に供給する溶剤蒸気の温度と濃度を安定させる。
【解決手段】少なくとも２つのポリマーを含むブロック共重合体の膜が形成された基板を溶剤蒸気の雰囲気下で加熱して前記ブロック共重合体を相分離させる基板処理装置に、前記溶剤蒸気を供給する溶剤蒸気供給装置であって、内部に貯留する溶剤の飽和温度以上の温度で保温される溶剤貯留部と、前記溶剤貯留部で発生した前記溶剤蒸気を予備冷却する予備冷却部と、予備冷却された前記溶剤蒸気の温度を前記基板処理装置へ供給するときの目標温度に調節する温度調節部と、を備え、前記温度調節部は、前記目標温度に調節した後の溶剤蒸気を前記基板処理装置へ供給する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つのポリマーを含むブロック共重合体の膜が形成された基板を溶剤蒸気の雰囲気下で加熱して前記ブロック共重合体を相分離させる基板処理装置に、前記溶剤蒸気を供給する溶剤蒸気供給装置であって、
内部に貯留する溶剤の飽和温度以上の温度で保温される溶剤貯留部と、
前記溶剤貯留部で発生した前記溶剤蒸気を予備冷却する予備冷却部と、
予備冷却された前記溶剤蒸気の温度を前記基板処理装置へ供給するときの目標温度に調節する温度調節部と、を備え、
前記温度調節部は、前記目標温度に調節した後の溶剤蒸気を前記基板処理装置へ供給する、溶剤蒸気供給装置。

【請求項2】

前記予備冷却部は、前記溶剤貯留部で発生した前記溶剤蒸気が流れる配管であり、
前記配管は、前記溶剤貯留部と前記温度調節部とに接続されている、請求項１に記載の溶剤蒸気供給装置。

【請求項3】

前記予備冷却部は、前記溶剤貯留部で発生した前記溶剤蒸気が流入するタンクを有し、
前記溶剤貯留部と前記予備冷却部との間、及び前記予備冷却部と前記温度調節部との間には、前記溶剤蒸気の流路となる配管を有し、
各配管は、断熱材で覆われている、請求項１に記載の溶剤蒸気供給装置。

【請求項4】

前記溶剤貯留部と、前記予備冷却部と、前記温度調節部は、１つの容器に設けられ、
前記溶剤貯留部の上方に前記予備冷却部が、前記予備冷却部の上方に前記温度調節部が配置されている、請求項１に記載の溶剤蒸気供給装置。

【請求項5】

前記溶剤貯留部で発生した前記溶剤蒸気の一部が凝縮して生じた溶剤を、前記溶剤貯留部に送液する送液機構を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の溶剤蒸気供給装置。

【請求項6】

少なくとも２つのポリマーを含むブロック共重合体の膜が形成された基板を溶剤蒸気の雰囲気下で加熱して前記ブロック共重合体を相分離させる基板処理装置に、前記溶剤蒸気を供給する溶剤蒸気供給方法であって、
溶剤を加熱して前記溶剤蒸気を発生させる工程と、
前記溶剤蒸気を発生させる工程で発生した前記溶剤蒸気を予備冷却する工程と、
予備冷却された前記溶剤蒸気の温度を前記基板処理装置へ供給するときの目標温度に調節し、前記目標温度に調節した後の溶剤蒸気を前記基板処理装置へ供給する工程と、を備える、溶剤蒸気供給方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、溶剤蒸気供給装置及び溶剤蒸気供給方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、少なくとも二のポリマーを含むブロック共重合体の膜を基板に形成するステップと、ブロック共重合体の膜を溶剤蒸気雰囲気の下で加熱して、ブロック共重合体を相分離させるステップと、相分離されたブロック共重合体の膜のうち一のポリマーを除去するステップとを含むパターン形成方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－２４９４３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示にかかる技術は、安価な構成の溶剤蒸気供給装置で、基板処理装置に供給する溶剤蒸気の温度と濃度を安定させる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、少なくとも２つのポリマーを含むブロック共重合体の膜が形成された基板を溶剤蒸気の雰囲気下で加熱して前記ブロック共重合体を相分離させる基板処理装置に、前記溶剤蒸気を供給する溶剤蒸気供給装置であって、内部に貯留する溶剤の飽和温度以上の温度で保温される溶剤貯留部と、前記溶剤貯留部で発生した前記溶剤蒸気を予備冷却する予備冷却部と、予備冷却された前記溶剤蒸気の温度を前記基板処理装置へ供給するときの目標温度に調節する温度調節部と、を備え、前記温度調節部は、前記目標温度に調節した後の溶剤蒸気を前記基板処理装置へ供給する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、安価な構成の溶剤蒸気供給装置で、基板処理装置に供給する溶剤蒸気の温度と濃度を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態にかかるパターン形成方法を説明するための説明図である。

【図2】本実施形態にかかる加熱装置の構成の概略を示す説明図である。

【図3】加熱装置の透過窓の開閉機構を説明するための説明図である。

【図4】本実施形態にかかる溶剤蒸気供給装置の構成の概略を示す説明図である。

【図5】溶剤蒸気供給装置の他の構成例を示す説明図である。

【図6】溶剤蒸気供給装置の他の構成例を示す説明図である。

【図7】溶剤蒸気供給装置の他の構成例を示す説明図である。

【図8】溶剤蒸気供給装置の他の構成例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

半導体デバイス等の製造プロセスにおいては、自己組織的（ＤＳＡ）リソグラフィ技術を用いて半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）に所望のパターンを形成する方法が知られている。

【0009】

この方法においては、まず、例えばＡポリマー鎖とＢポリマー鎖とを含むブロック共重合体の塗布液をウェハに塗布し、ウェハ上にブロック共重合体の薄膜を形成する。次いで、ウェハを加熱し、薄膜中にランダムに固溶しているＡポリマー鎖とＢポリマー鎖を相分離させる。次いで、ウェハに紫外光を照射し、有機溶剤に対する可溶領域と難溶領域を形成する。その後、ウェハに有機溶剤を供給して可溶領域を溶解させる。これにより、ウェハに所望のパターンが形成される。

【0010】

上述のパターン形成方法のブロック共重合体を相分離させる工程では、所定の温度と濃度に制御された溶剤の蒸気（以下、「溶剤蒸気」という）が、ウェハが収容された加熱装置に供給される。この溶剤蒸気は、例えば溶剤が貯留するタンクを加熱して溶剤を気化させることで生成される。

【0011】

ところで、タンク内の溶剤から溶剤蒸気を発生させる際には、気化熱によってタンク内の溶剤の温度が低下することから、タンクから加熱装置に供給される溶剤蒸気の温度と濃度が変動しやすい。このため、加熱装置に供給される溶剤蒸気を所定の温度と濃度で安定させるためには、気化熱によるタンク内の溶剤温度の変動に追従する制御を行い、溶剤温度の調節、あるいは溶剤蒸気の温度調節又は濃度調節を行う必要がある。

【0012】

しかしながら、例えばタンクの温度制御によってタンク内の溶剤温度を調節する方法では、タンクの熱効率が低いために、タンクの温度制御に対する溶剤の温度変化の応答性が低い。このため、加熱装置に供給する溶剤蒸気の温度と濃度を安定させる観点では改善の余地がある。また、タンク温度の温度制御ではなく、タンク内の溶剤を直接加熱する制御方法も考えられるが、溶剤に対する耐薬性や安全性を担保するための機構が必要となり、溶剤蒸気供給装置の構成の複雑化と高価格化を招くことが懸念される。また例えば、タンク内の圧力制御によって溶剤蒸気の濃度を調節する制御方法も考えられるが、圧力制御が可能な供給装置もまた装置構成の複雑化と高価格化が懸念される。

【0013】

そこで、本開示にかかる技術は、安価な構成の溶剤蒸気供給装置で、基板処理装置に供給する溶剤蒸気の温度と濃度を安定させる。

【0014】

以下、本実施形態にかかるパターン形成方法、基板処理装置及び溶剤蒸気の供給装置について、図面を参照しながら順に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0015】

＜パターン形成方法＞
図１は、本実施形態にかかるパターン形成方法を説明するための説明図である。

【0016】

まず、図１（ａ）に示すように、基板としてのウェハＷ上に、ポリスチレン（ＰＳ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロック共重合体（ＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡ）を有機溶剤に溶解させた塗布液を塗布し、ウェハＷ上にＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡの膜１０を形成する。この膜１０は、第１のポリマーとしてのＰＳポリマーと、第２のポリマーとしてのＰＭＭＡポリマーとが互いにランダムに混ざり合っている。

【0017】

次に、図１（ｂ）に示すように、ＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡの膜１０が形成されたウェハＷを基板処理装置としての加熱装置Ｆ内へ搬入し、ホットプレートＨＰ上にウェハＷを載置する。そして、加熱装置Ｆの上壁部から溶剤蒸気を供給し、溶剤蒸気雰囲気の下でウェハＷを所定温度に加熱する。これにより、ウェハＷ上のブロック共重合体の膜１０の相分離が生じ、ＰＳポリマー領域とＰＭＭＡポリマー領域とが交互に配列される。なお、ＰＳポリマー領域とＰＭＭＡポリマー領域とを所定のパターンで配列させるためには、ウェハＷの表面にガイドパターンを形成することが好ましい。

【0018】

ＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡが溶解された塗布液の溶剤は、ＰＳポリマーとＰＭＭＡポリマーとが溶解可能なものであれば、特に限定されることはなく、例えばトルエン、アセトン、エタノール、メタノール、及びシクロヘキサノンなどを用いることができる。また、加熱中の膜１０の温度は、ＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡのガラス転移温度より高いことが好ましく、例えば１５０～３５０℃の温度であってもよい。

【0019】

ウェハＷを所定の時間加熱した後、加熱装置Ｆ内への溶剤蒸気の供給を停止する。そして、膜１０を乾燥させるため、不活性ガス（窒素ガス、アルゴンガスやヘリウムガスなどの希ガス）の雰囲気の下で、ＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡの膜１０を更に加熱する。これにより、膜１０中の溶剤（及び溶媒）が蒸発する。なお、乾燥時の膜１０の温度は、乾燥時にＰＳポリマー及びＰＭＭＡポリマーが流動しないように、ガラス転移温度よりも低いことが好ましい。

【0020】

次に、図１（ｃ）に示すように、ウェハＷ上のＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡの膜１０に対して、紫外光が照射される。紫外光の照射は、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）などの希ガスや、窒素ガスなどの不活性ガスの雰囲気下で行われる。紫外光は、紫外光領域に属する波長成分を有していれば、特に限定されることはないが、例えば２００ｎｍ以下の波長成分を有していることが好ましい。また、紫外光が、ＰＭＭＡに吸収され得る１８５ｎｍ以下の波長成分を含んでいることが更に好ましい。波長２００ｎｍ以下の波長成分を有する紫外光を使用する場合、光源Ｌとして、波長１７２ｎｍの紫外光を発するＸｅエキシマランプを好適に使用することができる。

【0021】

ＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡの膜１０に紫外光が照射されると、ＰＳポリマー領域においては架橋反応が生じ、ＰＳポリマー領域が有機溶剤へ溶け難くなる一方、ＰＭＭＡポリマー領域においては主鎖が切断されるため、ＰＭＭＡポリマー領域は有機溶剤へ溶け易くなる。なお、波長１７２ｎｍの紫外光を用いる場合、その照射強度（ドーズ量）は約１８０ｍＪ以下であることが好ましい。紫外光の照射強度が１８０ｍJ以下である場合には、後述するＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡの膜１０への有機溶剤の供給時に、有機溶剤がＰＳポリマー領域に浸透し難くなる。その結果、ＰＳポリマー領域の膨潤が抑制され、ＰＭＭＡポリマー領域を除去し易くなる。また、紫外光の照射強度が１８０ｍＪ以下である場合、ＰＭＭＡポリマー領域の変質を抑制することができ、ＰＭＭＡポリマー領域が有機溶剤に溶解し易くなる。

【0022】

次に、図１（ｄ）に示すように、ＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡの膜１０に対して有機溶剤ＯＳを供給する。これにより、膜１０中のＰＭＭＡポリマー領域が溶解し、ＰＳポリマー領域がウェハＷの表面上に残る。有機溶剤ＯＳとしては、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を好適に使用することができる。

【0023】

その後、ウェハＷの表面を乾燥させると、図１（ｅ）に示すように、ウェハＷの表面上にＰＳポリマー領域ＤＳによるパターンが得られる。

【0024】

上述したパターン形成方法によれば、ＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡの膜１０の加熱が溶剤蒸気雰囲気の下で行われるため、加熱中の膜１０に溶剤が吸収され得る。このため、膜１０に残存する溶媒が加熱中に蒸発しても、吸収された溶剤により膜１０中のＰＳポリマー及びＰＭＭＡポリマーの溶媒及び溶剤に対する濃度の低下が抑制される。これにより、ＰＳポリマー及びＰＭＭＡポリマーの流動性が維持されるため、ＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡの流動化が促進し、相分離を促進させることができる。

【0025】

なお、本実施形態においては、ブロック共重合体としてＰＳ－ｂ－ＰＭＭＡを例示したが、ブロック共重合体はこれに限定されることはない。ブロック共重合体は、例えばポリブタジエン－ポリジメチルシロキサン、ポリブタジエン－４－ビニルピリジン、ポリブタジエン－メチルメタクリレート、ポリブタジエン－ポリ－ｔ－ブチルメタクリレート、ポリブタジエン－ｔ－ブチルアクリレート、ポリ－ｔ－ブチルメタクリレート－ポリ－４－ビニルピリジン、ポリエチレン－ポリメチルメタクリレート、ポリ－ｔ－ブチルメタクリレート－ポリ－２－ビニルピリジン、ポリエチレン－ポリ－２－ビニルピリジン、ポリエチレン－ポリ－４－ビニルピリジン、ポリイソプレンーポリー２－ビニルピリジン、ポリメチルメタクリレート－ポリスチレン、ポリ－ｔ－ブチルメタクリレート－ポリスチレン、ポリメチルアクリレート－ポリスチレン、ポリブタジエンーポリスチレン、ポリイソプレン－ポリスチレン、ポリスチレン－ポリ－２－ビニルピリジン、ポリスチレン－ポリ－４－ビニルピリジン、ポリスチレン－ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン－ポリ－Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、ポリブタジエン－ポリアクリル酸ナトリウム、ポリブタジエン－ポリエチレンオキシド、ポリ－ｔ－ブチルメタクリレート－ポリエチレンオキシド、ポリスチレン－ポリアクリル酸、ポリスチレン－ポリメタクリル酸、ポリスチレン－ポリジメチルシロキサン（ＰＳ－ｂ－ＰＤＭＳ）等であってもよい。

【0026】

＜基板処理装置の構成＞
次に、上述のパターン形成を実施する基板処理装置の一例としての加熱装置について説明する。図２は、本実施形態にかかる加熱装置の構成の概略を模式的に示す説明図である。

【0027】

加熱装置１００は、上端開口及び底部を有する円筒形状の容器本体１０１と、この容器本体１０１の上端開口を覆う蓋体１０２を備えている。容器本体１０１は、円環形状を有する枠体１０１ａと、枠体１０１ａの底部から内側に延びる鍔状の底部１０１ｂと、底部１０１ｂに支持された、ウェハＷを保持する載置台１０３とを備えている。

【0028】

容器本体１０１の枠体１０１ａの上面と蓋体１０２の周縁部１０２ａとの間には、Ｏリングなどのシール部材１０４が設けられている。これにより、容器本体１０１と蓋体１０２との間に処理室１０５が区画されている。

【0029】

載置台１０３の内部には、加熱部１０６が設けられ、加熱部１０６には、電源１０７が接続されている。載置台１０３は、加熱部１０６及び温調器（図示せず）によって加熱され、載置台１０３に載置されるウェハＷも加熱される。

【0030】

載置台１０３には、外部の搬送手段（図示せず）との間でウェハＷの受け渡しを行うための複数本の昇降ピン１０８が設けられ、これらの昇降ピン１０８は、昇降機構１０９により昇降自在に構成されている。載置台１０３の裏面には、昇降機構１０９の周囲を囲むカバー体１１０が設けられている。容器本体１０１と蓋体１０２は、互いに相対的に昇降自在に構成されている。図２に示す例では、図示しない昇降機構によって、蓋体１０２が、容器本体１０１と接続される処理位置と、容器本体１０１の上方側に位置するウェハ搬出入位置との間で昇降自在である。

【0031】

蓋体１０２の中央部には、載置台１０３上に載置されるウェハＷに対して溶剤蒸気を含む気体を供給するためのガス供給路１１１が貫通している。ガス供給路１１１には、配管１１２が接続され、配管１１２は、処理室１０５をパージする窒素ガス供給源１１３が接続されている。これにより、パージガスとしての窒素ガスを処理室１０５へ供給することができる。また、配管１１２には、三方弁１１４が設けられ、その三方弁１１４には、後述する溶剤蒸気供給装置２００の蒸気供給管２４０が接続されている。

【0032】

ガス供給路１１１の下端部の下方に整流板１１５が配置されている。整流板１１５には、複数のスリット（又は開口）１１５ａが形成されている。複数のスリット１１５ａは、整流板１１５の上側の空間と下側の空間との間に大きな圧力差が生じるように形成されている。このため、ガス供給路１１１を通して処理室１０５に供給される溶剤蒸気は、整流板１１５の上側で横方向に広がると共に、スリット１１５ａを通してウェハＷに向かって流れる。このため、溶剤蒸気はほぼ均一な濃度でウェハＷに対して供給される。

【0033】

また、蓋体１０２の上壁部１０２ｂの内部には、ガス供給路１１１が形成された中央領域以外の領域に面状に広がる、例えばリング状の平面形状を有する扁平な空洞部１１６が形成されている。この空洞部１１６には、蓋体１０２の外周側であって載置台１０３の外側において上下方向に延び、処理室１０５に開口する排気路１１７が連結されている。また、空洞部１１６には、例えば蓋体１０２の中央部に複数本の（例えば６本の）排気管１１８が接続されている。排気管１１８は、エジェクタ１１９に接続され、エジェクタ１１９は、トラップタンク１２０に接続されている。
排気路１１７と整流板１１５の間の位置における蓋体１０２の内部には、ヒータ１２１が設けられ、蓋体１０２が所定の温度に加熱される。これにより蓋体１０２に供給される溶剤蒸気の凝縮（液化）が抑制される。

【0034】

加熱装置１００は、制御部３００を備えている。制御部３００は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、加熱装置１００におけるブロック共重合体を相分離させる処理を制御する各種のプログラムが格納されている。例えば、制御部３００は、そのプログラムに基づいて、電源１０７やエジェクタ１１９などの部品又は部材に指令信号を出力し、電源１０７から加熱部１０６へ供給される電力、及び処理室１０５からエジェクタ１１９により排気される溶剤蒸気を含む気体の排気量などの制御を行う。なお、上記プログラムは、コンピュータに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、当該記憶媒体から制御部３００にインストールされたものであってもよい。記憶媒体は一時的記憶媒体か非一時的記憶媒体かを問わない。プログラムの一部または全ては専用ハードウェア（回路基板）で実現してもよい。

【0035】

また、加熱装置１００においては、Ｉｎ－ｓｉｔｕ膜厚計として例えばエリプソメータを用いて、ウェハＷ上のブロック共重合体の膜の厚みが測定される。このため、図３に示すように、加熱装置１００の蓋体１０２の上壁部１０２ｂには、エリプソメータ（図示せず）から照射される紫外光及びウェハＷで反射した反射光を透過する透過窓１２２が設けられている。透過窓１２２の上方には、透過窓１２２を覆う遮光板１２３が設けられている。遮光板１２３は、移動機構（図示せず）によってＸ軸方向に移動可能であって、透過窓１２２を覆う位置と透過窓１２２を覆わない位置との間で移動自在に構成されている。

【0036】

膜厚測定のためにウェハＷに紫外光を照射する場合、ウェハＷの一定領域に紫外光を照射し続けると、膜が変質し、膜厚の測定が困難になる場合がある。一方、図３に示す加熱装置１００においては、膜厚を測定しない間は遮光板１２３で透過窓１２２を覆い、膜厚を測定する間は、透過窓１２２を覆わない位置に遮光板１２３を移動させて透過窓１２２の上方を開放することができる。すなわち、図３に示す加熱装置１００によれば、膜厚測定に必要な時間のみ、ウェハＷに紫外光が照射されるため、膜の変質を抑制することができる。なお、膜の変質を抑制する観点では、図３のような遮光板１２３による透過窓１２２の開閉機構に代えて、例えばウェハＷを回転させる機構を設けてもよいし、ウェハＷをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる機構を設けてもよい。また、透過窓１２２の開閉機構と上記回転及び移動機構の両方を設けて、同じ位置での計測回数を任意に設定可能なようにしても良い。

【0037】

＜溶剤蒸気供給装置の構成＞
次に、加熱装置１００に溶剤蒸気を供給する溶剤蒸気供給装置２００について説明する。図４は、本実施形態にかかる溶剤蒸気供給装置の構成の概略を模式的に示す説明図である。なお、図面中の破線矢印は溶剤蒸気の流れを示し、実線矢印は溶剤蒸気の一部が凝縮（液化）して生じた溶剤の流れを示す。また、図面中の配管構造は、説明の便宜のために模式的に示したものであって、各配管の接続位置などの配管構造は、以下で説明する機能を実現するために当業者によって適宜構成される。

【0038】

（構成例１）
図４に示す溶剤蒸気供給装置２００は、溶剤貯留部２１０と、予備冷却部２２０と、温度調節部２３０を備えている。

【0039】

溶剤貯留部２１０は、内部に溶剤が貯留するタンク２１１（以下、「第１のタンク」という）と、第１のタンク２１１を加熱する加熱部２１２を有する。

【0040】

加熱部２１２は、第１のタンク２１１内の溶剤を加熱することができれば、具体的な加熱手段は特に限定されず、例えばヒータを用いた加熱手段を適用できる。第１のタンク２１１は、加熱部２１２によって、第１のタンク２１１に貯留する溶剤の飽和温度以上の温度に加熱される。これにより、第１のタンク２１１内の溶剤が気化し、溶剤蒸気が発生する。なお、第１のタンク２１１の具体的な温度は、第１のタンク２１１の材質や大きさ、第１のタンク２１１内の圧力等に応じて適宜変更されるが、例えば４０℃以上の温度である。

【0041】

第１のタンク２１１で溶剤蒸気が発生する際には、気化熱によって第１のタンク２１１内に貯留する溶剤は吸熱されるが、第１のタンク２１１は、溶剤の飽和温度以上の温度となるように加熱され続ける。このため、第１のタンク２１１は、溶剤の飽和温度以上の温度で保温される。なお、溶剤蒸気の温度は、後述の温度調節部２３０で目標温度に調節されるため、第１のタンク２１１で溶剤蒸気を発生させることができれば、溶剤貯留部２１０における厳密な温度管理は不要である。

【0042】

第１のタンク２１１には、第１のタンク２１１内に貯留する溶剤に窒素ガスを供給する窒素ガス供給管２１３が接続されている。第１のタンク２１１の加熱時においては、溶剤の温度と濃度を均一化するために、第１のタンク２１１に窒素ガスを供給して溶剤のバブリングを行う。なお、バブリングのために供給されるガスは、窒素ガスに限定されず、アルゴンガスやヘリウムガスなどの他の不活性ガスであってもよい。

【0043】

第１のタンク２１１の底面には、ドレン管２１４が接続され、ドレン管２１４には弁２１５が設けられている。この弁２１５が定期的に開放されることによって、第１のタンク２１１の底部に溜まった不純物が排出されて、第１のタンク２１１の清浄度が維持される。

【0044】

第１のタンク２１１には、内部に貯留する溶剤の液面センサ（図示せず）が設けられていて、溶剤の液面が所定の高さ未満となった場合には、第１のタンク２１１に溶剤供給源（図示せず）から自動的に溶剤が供給される。

【0045】

図４の例における予備冷却部２２０は、溶剤蒸気の流路となる配管２２１であり、配管２２１は、第１のタンク２１１と後述の第２のタンク２３１に接続されている。配管２２１は、断熱材で覆われておらず、周囲の雰囲気に曝されている。配管２２１の周囲の雰囲気温度は、第１のタンク２１１の温度よりも低いため、第１のタンク２１１で発生した溶剤蒸気は配管２２１を通過することで温度が低下する。

【0046】

溶剤蒸気は、この配管２２１内において、加熱装置１００に供給される溶剤蒸気の目標温度よりも数℃高い温度に冷却される。すなわち、第１のタンク２１１で発生した溶剤蒸気は、後述の第２のタンク２３１で温度調節される前に予備冷却される。なお、配管２２１の長さや径は、第１のタンク２１１の設定温度や後述の温度調節部２３０における溶剤蒸気の温度調節能力に応じて適宜変更される。

【0047】

図４の例における温度調節部２３０は、配管２２１で予備冷却された溶剤蒸気が流入する第２のタンク２３１と、第２のタンク２３１を冷却する冷却部２３２を有する。

【0048】

冷却部２３２は、第２のタンク２３１内の溶剤を冷却することができれば、具体的な冷却手段は特に限定されず、例えばペルチェ素子を用いた冷却手段を適用できる。第２のタンク２３１は、冷却部２３２によって、第２のタンク２３１内に供給された溶剤蒸気の温度が加熱装置１００に供給するときの目標温度となるように冷却される。

【0049】

溶剤蒸気の“濃度”は、溶剤蒸気の“温度”と相関があるため、溶剤蒸気供給装置２００を使用する場合の溶剤蒸気の濃度と温度の相関関係を、実験などによって予め取得しておくことで、溶剤蒸気が所望の濃度となるときの温度を特定することができる。すなわち、溶剤蒸気の温度を、溶剤蒸気の目標濃度に対応する目標温度に調節することによって、加熱装置１００に目標濃度の溶剤蒸気を供給することができる。温度調節部２３０においては、溶剤蒸気がその目標温度まで冷却されることによって、溶剤蒸気の濃度が加熱装置１００に供給するときの目標濃度となる。

【0050】

前述の溶剤貯留部２１０においては、第１のタンク２１１内に溶剤と溶剤蒸気が混在しているために、第１のタンク２１１の温度を制御しても、その温度制御に対する溶剤蒸気の温度変化の応答性が低く、溶剤蒸気の温度を一定温度に安定させることが困難である。一方、温度調節部２３０においては、第２のタンク２３１内に溶剤が貯留していないため、第２のタンク２３１の温度制御に対する溶剤蒸気の温度変化の応答性が高く、溶剤蒸気の温度を一定温度に安定させやすい。すなわち、溶剤蒸気の生成と温度調節をそれぞれ異なる容器で行うことによって、溶剤蒸気の温度制御の応答性を高めることができ、溶剤蒸気の温度を目標温度に調節し易くなる。

【0051】

また、温度調節部２３０において、溶剤蒸気の温度制御に対する応答性を高める観点では、第１のタンク２１１の容積よりも第２のタンク２３１の容積が小さいことが好ましい。

【0052】

なお、本実施形態においては、第２のタンク２３１内の溶剤蒸気を冷却するために冷却部２３２を設けているが、冷却部２３２に加え、第２のタンク２３１を加熱する加熱部（図示せず）を設けてもよい。溶剤蒸気が目標温度よりも低下する場合には、その加熱部により第２のタンク２３１を加熱してもよい。

【0053】

第２のタンク２３１には、加熱装置１００に溶剤蒸気を供給するための蒸気供給管２４０が接続され、第２のタンク２３１で目標温度に温度調節された溶剤蒸気は、蒸気供給管２４０を介して加熱装置１００に供給される。蒸気供給管２４０は、溶剤蒸気の温度が変化しないように断熱材２４１で覆われている。

【0054】

溶剤蒸気供給装置２００は、冷却された溶剤蒸気の一部が凝縮（液化）して生じる溶剤を第１のタンク２１１に送液する送液機構２５０を備えている。送液機構２５０は、配管２２１に接続された配管２５１と、第２のタンク２３１に接続された配管２５２と、配管２５１内の溶剤と配管２５２内の溶剤が合流する合流配管２５３を有する。合流配管２５３は、第１のタンク２１１に接続されている。

【0055】

この送液機構２５０が設けられることによって、溶剤蒸気の凝縮により生じた溶剤を回収して再利用することができる。なお、送液機構２５０の構成は、本実施形態で説明された構成に限定されず、溶剤貯留部２１０で発生した溶剤蒸気の一部が凝縮して生じた溶剤を、第１のタンク２１１内に送液できる構成であればよい。

【0056】

以上、溶剤蒸気供給装置２００の構成について説明したが、以下の説明では、溶剤蒸気供給装置２００の他の構成例について説明する。なお、以下の構成例の説明においては、図４に示す構成例と同様の構成である点については、重複する説明を省略する。

【0057】

（構成例２）
図５に示す溶剤蒸気供給装置２００においては、予備冷却部２２０が、第３のタンク２２２と、第３のタンク２２２を冷却する冷却部２２３を備えている。

【0058】

第３のタンク２２２は、第１のタンク２１１で発生した溶剤蒸気が流入する容器であり、第１のタンク２１１と第２のタンク２３１の間に配置されている。冷却部２２３は、第３のタンク２２２内の溶剤を冷却することができれば、具体的な冷却手段は特に限定されず、例えばペルチェ素子を用いた冷却手段を適用できる。第３のタンク２２２が冷却部２２３によって冷却されることで、第３のタンク２２２内に供給された溶剤蒸気の温度が、加熱装置１００に供給するときの目標温度近傍まで低下する。

【0059】

第１のタンク２１１と第３のタンク２２２は配管２４２で接続され、配管２４２の周囲は断熱材２４３で覆われている。また、第３のタンク２２２と第２のタンク２３１は配管２４４で接続され、配管２４４は断熱材２４５で覆われている。なお、この配管構造においては、配管２４２と配管２４４で溶剤蒸気の凝縮が生じないように、例えば第１のタンク２１１の余熱を、配管２４２と断熱材２４３の間、及び配管２４４と断熱材２４５の間に取り込むような構成であってもよい。

【0060】

以上のように構成された溶剤蒸気供給装置２００においては、溶剤蒸気が、第１のタンク２１１、第３のタンク２２２、第２のタンク２３１の順に送られる。そして、第１のタンク２１１で発生した溶剤蒸気は、第３のタンク２２２で予備冷却されるが、この予備冷却においては、溶剤蒸気の温度が目標温度近傍まで冷却される。すなわち、温度調節部２３０で溶剤蒸気の温度が目標温度に調節される前に、予備冷却部２２０で溶剤蒸気の温度が目標温度近傍まで調節される。これにより、温度調節部２３０においては、溶剤蒸気の温度の微調節を行うだけで、溶剤蒸気の温度を目標温度にすることができる。

【0061】

なお、溶剤蒸気の温度制御に対する応答性を高める観点では、第１のタンク２１１の容積よりも第３のタンク２２２の容積が小さく、第３のタンク２２２の容積よりも第２のタンク２３１の容積が小さいことが好ましい。

【0062】

（構成例３）
図６に示す溶剤蒸気供給装置２００は、溶剤貯留部２１０と、予備冷却部２２０と、温度調節部２３０が一体化して１つの容器２６０に設けられている。この容器２６０においては、溶剤貯留部２１０の上方に予備冷却部２２０が配置され、予備冷却部２２０の上方に温度調節部２３０が配置されている。

【0063】

容器２６０の内部においては、容器２６０の高さ方向に間隔をおいて２枚のプレート２６１、２６２が配置され、これらのプレート２６１、２６２によって溶剤貯留部２１０、予備冷却部２２０及び温度調節部２３０が区画されている。詳述すると、溶剤貯留部２１０と予備冷却部２２０の間にプレート２６１が配置され、予備冷却部２２０と温度調節部２３０の間にプレート２６２が配置されている。なお、容器２６０の高さ方向における溶剤貯留部２１０と予備冷却部２２０と温度調節部２３０の各々の領域の大きさは、容器２６０の大きさや加熱部２１２の加熱能力、冷却部２３２の冷却能力等に応じて適宜変更される。

【0064】

プレート２６１、２６２には、溶剤蒸気が通過可能な複数の開口２６３が形成されている。溶剤貯留部２１０で発生した溶剤蒸気は、それらの開口２６３を介して予備冷却部２２０と温度調節部２３０に通過することで蒸気供給管２４０に供給される。なお、プレート２６１、２６２は、容器２６０の内部を区画する仕切り壁の一例であって、例えばパンチングメタルを用いることができる。ここで、パンチングメタルは、その表面に樹脂コーティングを施したものを用いても良い。また、プレート２６１、２６２は、金属材料に限らず樹脂により成形されたものであっても良い。

【0065】

予備冷却部２２０においては、容器２６０の側面に、溶剤貯留部２１０の加熱部２１２や温度調節部２３０の冷却部２３２のような温度調節機構が設けられておらず、予備冷却部２２０は、容器２６０の周囲の雰囲気に曝されている。このため、溶剤貯留部２１０で発生した溶剤蒸気は、予備冷却部２２０を通過することで予備冷却される。その後、予備冷却された溶剤蒸気は、温度調節部２３０において目標温度まで冷却される。

【0066】

予備冷却部２２０と温度調節部２３０によって溶剤蒸気の一部が凝縮（液化）した場合には、凝縮によって生じた溶剤は、容器２６０の内面や各プレート２６１、２６２に付着する。これらの溶剤は、自重によって溶剤貯留部２１０に落下し、再利用される。

【0067】

なお、予備冷却部２２０における冷却手段は特に限定されず、例えば冷却部２３２のような冷却部（図示せず）を設けてもよい。また、例えば予備冷却部２２０に溶剤蒸気の流れを阻害しないように断熱材（図示せず）を配置して、溶剤貯留部２１０の余熱が予備冷却部２２０及び温度調節部２３０に伝達されないようにしてもよい。

【0068】

また、図７に示すように、容器２６０の底面を、中央部が下方に突出するテーパ状に形成し、テーパ状の底面の下端にドレン管２１４を接続してもよい。これにより、溶剤貯留部２１０に不純物が生じた場合には、容器２６０の下端に不純物が集まり、ドレン管２１４からの溶剤の排液時に不純物を除去し易くなる。テーパ状の底面は、前述の第１のタンク２１１の底面に適用してもよい。

【0069】

また、プレート２６１、２６２は、中央部が上方に突出するテーパ状に形成されてもよい。プレート２６１、２６２がそのような形状であれば、溶剤蒸気の凝縮により生じた溶剤の液滴がプレート２６１、２６２の周縁部に向かって流下し易くなる。これにより、複数の液滴が集合して大きな液滴となり、自重による落下が起こり易くなる。すなわち、凝縮した溶剤を回収し易くなる。また、溶剤の液滴がプレート２６１、２６２の開口２６３を覆うような目詰まりが生じ難くなり、溶剤貯留部２１０から温度調節部２３０までの溶剤蒸気の流量を安定させることができる。

【0070】

（構成例４）
図８に示す溶剤蒸気供給装置２００は、第１のタンク２１１で発生した溶剤蒸気を窒素ガスで希釈する希釈室２７０を備えている。希釈室２７０には、窒素ガスを供給するガス供給管２７１が接続され、ガス供給管２７１は、窒素ガスのガス供給源２７２に接続されている。なお、溶剤蒸気の希釈のために供給するガスは、窒素ガスに限定されず、アルゴンガスやヘリウムガスなどの他の不活性ガスであってもよい。

【0071】

この構成における溶剤蒸気供給装置２００においては、溶剤蒸気の温度が、加熱装置１００に供給する目標温度となるように窒素ガスで溶剤蒸気を希釈する。これにより、溶剤蒸気の濃度を目標濃度にすることができる。

【0072】

以上の構成例で説明した溶剤蒸気供給装置２００によれば、装置構成の複雑化と高価格化を招くような、タンク内の溶剤の直接加熱制御や、圧力制御による溶剤蒸気の濃度制御を実施せずに、溶剤蒸気の温度と濃度を所望の値に調節できる。換言すると、溶剤蒸気の発生時の気化熱によって溶剤の温度が変動しても、安価な装置構成で、溶剤蒸気の温度と濃度を所望の値に調節できる。すなわち、溶剤蒸気供給装置２００によれば、安価な装置構成で、加熱装置１００に供給する溶剤蒸気の濃度と温度を安定させることができる。

【0073】

なお、本開示にかかる溶剤蒸気供給装置は、半導体ウェハ以外の処理対象基板、例えばＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板の基板処理装置に溶剤蒸気を供給する装置にも適用できる

【0074】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0075】

１００ 加熱装置
２００ 溶剤蒸気供給装置
２１０ 溶剤貯留部
２２０ 予備冷却部
２３０ 温度調節部
Ｗ ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】