JP2021503714A - 高圧処理システムのためのコンデンサシステム - Google Patents
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Abstract
本明細書に記載される実施形態は、コンデンサを備える高圧処理システム、およびそのシステムを利用するための方法に関する。処理システムは、処理チャンバと、ボイラと、コンデンサと、１つまたは複数の熱交換器とを含む。ボイラは、蒸気または超臨界流体などの流体を生成し、処理チャンバにその流体を送り、そこで基板が処理される。基板を処理した後、システムは減圧され、流体がコンデンサに送られ、そこで流体が凝縮される。【選択図】図１
Description
［０００１］本開示の実施形態は、概して、基板処理装置に関する。より具体的には、本明細書に記載される実施形態は、高圧処理システムのためのコンデンサシステムに関する。
［０００２］従来の基板処理システムは、処理動作中に、低減された圧力で動作することが多い。基板洗浄のような、ある処理技術における最近の開発では、蒸気または超臨界流体と適合する高圧環境が利用される。しかしながら、従来の装置は、超臨界流体処理に関連する特有の圧力状態に対応するように装備されてはいない。さらに、従来の装置は、破滅的な装置故障の不要なリスクなく、高圧動作環境に対応するように容易に後付けすることができない。
［０００３］したがって、当該技術分野で必要とされるのは、高圧処理システムのためのコンデンサシステムである。
［０００４］１つの実施形態では、基板処理システムが提供される。このシステムは、処理チャンバと、第１の導管を介して処理チャンバと流体連結するボイラと、ボイラと処理チャンバとの間の第１の導管の上に配置された第１のバルブとを含む。コンデンサは、第２の導管を介して処理チャンバと流体連結しており、第２のバルブは、コンデンサと処理チャンバとの間の第２の導管の上に配置される。熱交換器は、第３の導管を介してコンデンサと流体連結しており、第３のバルブは、コンデンサと熱交換器との間の第３の導管の上に配置される。
［０００５］別の実施形態では、基板処理システムが提供される。このシステムは、処理チャンバと、第１の導管を介して処理チャンバと流体連結するボイラと、ボイラと処理チャンバとの間の第１の導管の上に配置された第１のバルブとを含む。コンデンサは、処理チャンバと流体連結しており、第２のバルブは、コンデンサと処理チャンバとの間の第２の導管の上に配置される。第１の熱交換器が処理チャンバとコンデンサとの間の第２の導管の上に配置され、流体収集ユニットが第３の導管を介してコンデンサと流体連結している。第２の熱交換器が、コンデンサと流体収集ユニットとの間の第３の導管の上に配置され、第３のバルブが、コンデンサと第２の熱交換器との間の第３の導管の上に配置される。
［０００６］さらに別の実施形態では、基板処理方法が提供される。この方法は、処理チャンバから延びる導管を加熱することと、処理チャンバと流体連結しているボイラを加熱することとを含む。処理チャンバから上流に位置する導管の上に配置されたバルブは閉じられ、処理チャンバから下流に位置する導管の上に配置されたバルブは開かれる。基板が処理チャンバ内に配置され、処理チャンバが加熱され、処理チャンバから下流に位置する導管の上に配置されたバルブが閉じられ、処理チャンバから上流に位置する導管の上に配置されたバルブが開かれ、ボイラによって生成された流体が処理チャンバを加圧できるようにする。処理チャンバから下流に位置する導管の上に配置されたバルブは開かれ、処理チャンバからの流体がコンデンサに流れる。
［０００７］本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行うことができ、それらのいくつかを添付図面に示す。しかし、添付図面は、例示的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、その範囲を限定するものと見なされるべきではなく、他の等しく有効な実施形態を許容しうることに留意されたい。
［０００９］理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素を示すのに、可能な場合には、同一の参照番号を使用した。さらなる記述がなくても、１つの実施形態の要素および特徴が他の実施形態に有利に組み込まれることがあると想定される。
［００１０］本明細書に記載される実施形態は、コンデンサ（凝縮器）を備える高圧処理システム、およびそのシステムを利用するための方法に関する。処理システムは、処理チャンバと、ボイラと、コンデンサと、１つまたは複数の熱交換器とを含む。ボイラは、蒸気または超臨界流体などの流体を生成し、処理チャンバにその流体を送り、そこで基板が処理される。基板を処理した後、システムは減圧され、流体はコンデンサに送られ、そこで流体が凝縮される。
［００１１］図１は、本明細書に記載の実施形態による、コンデンサ１５０を備えた高圧処理システム１００の概略図である。システム１００は、処理チャンバ１３２と、ボイラ１３０と、１つまたは複数の熱交換器１４０、１５２、１６２と、コンデンサ１５０とを含む。ボイラ１３０は、処理チャンバ１３２から上流領域１７０に配置され、熱交換器１４０、１５２、１６２およびコンデンサ１５０は、処理チャンバ１３２から下流領域１８０に配置される。
［００１２］システム１００はまた、複数の流体源１０２、１０４、１０６を含む。１つの実施形態では、流体源１０２は、プロセス液体源、例えば、水源であり、流体源１０４は、プロセスガス源、例えば、ＣＯ２ガス源またはＮＨ３ガス源であり、流体源１０６は、パージガス源、例えば、アルゴンガスまたは窒素ガス源などの不活性ガス源である。
［００１３］流体源１０２は、導管１０８を介してボイラ１３０と流体連結している。流体源１０２とボイラ１３０との間の流体の流れを制御するために、流体源１０２とボイラ１３０との間の導管１０８上にバルブ１１０が配置される。流体源１０４は、導管１１２を介してボイラ１３０と流体連結している。流体源１０４とボイラ１３０との間の流体の流れを制御するために、流体源１０４とボイラ１３０との間の導管１１２上にバルブ１１６が配置される。一方向流バルブのような逆止バルブ１１４もまた、バルブ１１６と流体源１０４との間の導管１１２上に配置され、ボイラから流体源１０４への流体の逆流を防止する。
［００１４］動作中、ボイラ１３０は、流体源１０２、１０４の一方または両方から流体を受け取り、プロセス流体を加熱および／または加圧して蒸気および／または超臨界流体を形成する。流体は、ボイラ１３０から導管１２４を通って、処理チャンバ１３２と流体連結している導管１２８に流れる。導管１２８とボイラ１３０との間の導管１２４上にバルブ１２６が配置され、ボイラ１３０と処理チャンバ１３２との間の流体の流れを制御する。
［００１５］流体源１０６は、導管１１８、および処理チャンバに連結された導管１２８を介して、処理チャンバ１３２と流体連結している。流体源１０６と処理チャンバ１３２との間の流体の流れを制御するために、流体源１０６と導管１２８との間の導管１１８上にバルブ１２２が配置される。一方向流バルブのような逆止バルブ１２０もまた、バルブ１２２と流体源１０６との間の導管１１８上に配置され、処理チャンバ１３２と流体源１０６との間の流体の逆流を防止する。
［００１６］バルブ１１０、１１６、１２２からそれぞれ下流に配置された導管１０８、１１２、１１８の各々の一部は、凝縮制御される。例えば、これらの部分は、これらの部分を通って流れる流体の凝縮を防止するために、被覆され、加熱される。代替的には、それらの部分は、ｐ型にトラップされ（ｐ−ｔｒａｐｐｅｄ）、該部分を通って流れる流体からの凝縮を収集する。導管１２４、１２８もまた、凝縮制御される。導管１０８、１１２、１１８と同様に、導管１２４、１２８が、被覆され、加熱され、および／またはｐ型にトラップされてもよく、導管１２４、１２８を通って流れる流体の凝縮を実質的に防止または収集する。
［００１７］処理チャンバ１３２は、基板処理のために蒸気および／または超臨界流体を維持するために利用される圧力で動作することができる高圧／高温容器として構成される。１つの実施形態では、処理チャンバ１３２は、単一の基板処理チャンバである。別の実施形態では、処理チャンバ１３２は、一度に複数の基板を処理するためのバッチ処理チャンバである。処理チャンバ１３２はまた、基板洗浄などの様々な基板処理動作を実行するように構成されてもよい。１つの例では、処理チャンバ１３２は、超臨界基板洗浄プロセスを実行するように構成される。
［００１８］処理チャンバ１３２から下流領域１８０に配置され、コンデンサ１５０は処理チャンバ１３２と流体連結している。導管１３４は、処理チャンバ１３２から熱交換器１４０に延びる。処理チャンバ１３２と熱交換器１４０との間の流体の流れを制御するために、処理チャンバ１３２と熱交換器１４０との間の導管１３４上にバルブ１３６が配置される。一方向バルブのような逆止バルブ１３８が、バルブ１３６と熱交換器１４０との間の導管１３４上に配置され、熱交換器１４０から処理チャンバ１３２への流体の逆流を防止する。
［００１９］熱交換器１４０は、処理チャンバ１３２から流れる流体を冷却するために利用される。熱交換器１４０によって冷却された流体は、導管１４４を通ってコンデンサ１５０に流れる。熱交換器１５２はまた、導管１４４に連結された導管１４２を介して、熱交換器１４０と流体連結している。導管１４２は、コンデンサ１５０と熱交換器１４０との間の導管１４４に連結される。
［００２０］コンデンサ１５０と導管１４２との間の導管１４４上には、スロットルバルブ等のバルブ１４８が配置され、熱交換器１４０からコンデンサ１５０に流れる流体を制御する。導管１４４と熱交換器１５２との間の導管１４２上には、バルブ１４６が配置される。バルブ１４８が閉じ、バルブ１４６が開くと、流体が熱交換器１４０から熱交換器１５２に流れる。熱交換器１５２を組み込んだ流体流路は、熱交換器１４０を出るガスの更なる冷却および加圧のために利用される。
［００２１］導管１５４が熱交換器１５２から排気１５６に延びる。処理チャンバ１３２で利用されるものから低下した圧力で冷却されたガスは、コンデンサ１５０に到達する前に迂回する。排気１５６は、例えば、ガスを施設の排気に送ることによって、システム１００からガスを除去する。
［００２２］導管１３４は、凝縮制御される。１つの実施形態では、導管１３４は、処理チャンバ１３２から熱交換器１４０に流れる流体の凝縮を防止するために、被覆され、加熱される。代替的には、導管１３４は、処理チャンバ１３２から熱交換器１４０に流れる流体からの凝縮を収集するためにｐ型にトラップされる。導管１３４と同様に、導管１４２も凝縮制御される。熱交換器１４０とバルブ１４８との間の導管１４４の一部も同様に凝縮制御される。前述の導管１３４、１４２、１４４を凝縮制御することによって、処理チャンバ１３２からコンデンサ１５０に流れる流体の早期凝縮が回避されるか、または実質的に低減される。
［００２３］コンデンサ１５０は、処理チャンバ１３２から受け取った流体を凝縮させて、液体としての流体の収集をより効率的に行う、温度および圧力が制御された容器である。流体を液体に凝縮することによって、流体は、濾過され、後続の基板処理動作において再利用され得る。１つの実施形態では、コンデンサ１５０は、コンデンサ１５０内の流体に曝露される材料の表面積を増加させるための物理的特徴を含む。１つの例では、コンデンサ１５０内で流体が流れる表面積を増加させるために、多孔性構築物（ｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇ）または多孔性フィルタが、コンデンサ内に配置される。例えば、多孔性構築物または多孔性フィルタは、焼結金属材料から形成される。別の実施形態では、より効率的な流体凝縮をさらに促進するために、延長されたおよび／または曲がった流体流路がコンデンサ１５０内に配置される。
［００２４］１つの実施形態では、コンデンサ１５０は、コンデンサ１５０に送られる流体をさらに冷却するためのヒートシンクを含む。ヒートシンクは、ヒートシンク上の流体の凝縮を促すように温度制御されてもよい。１つの実施形態では、コンデンサ１５０内の表面積を増加させて凝縮を容易にするために、ヒートシンクにフィンを設ける。様々な実施形態では、コンデンサ１５０およびヒートシンクの構造は、コンデンサ１５０内で凝縮される流体の凝縮温度よりも低くなるように温度制御される。また、凝縮が進行するにつれて、コンデンサ内の圧力が低下し、このことを利用して、コンデンサ１５０からの凝縮流体の流れを促進することがあると考えられる。
［００２５］レベルセンサ１６４は、コンデンサ１５０に動作可能に連結されている。フロート等のようなレベルセンサ１６４は、コンデンサ１５０内の凝縮流体の量を測定する。１つの実施形態では、コンデンサ１５０内の流体の量に関するレベルセンサ１６４から得られたデータは、コンデンサ１５０から導管１５８を介して流体収集ユニット１６６への流体の流れを制御するバルブ１６０を動作させるために利用される。流体収集ユニット１６６は、コンデンサ１５０から凝縮された流体を収集し、オプションで、流体を濾過して、再使用のために流体を準備することがある。また、流体収集ユニット１６６に流体を送る前に、凝縮された流体をさらに冷却するために、流体収集ユニット１６６とバルブ１６０との間の導管１５８上に、熱交換器１６２が配置される。
［００２６］動作中、流体は、ボイラ１３０内で加熱および／または加圧され、処理チャンバ１３２に送られ、その中に配置された基板を処理する。基板の処理後、流体は、コンデンサ１５０に送られ、流体を凝縮し、凝縮された流体を凝縮し、流体収集ユニット１６６に収集する。装置１００を利用する流体処理状態の様々な例を以下に詳細に説明する。
［００２７］システム１００内の圧力は、ボイラ１３０の温度によって制御される。この実施形態では、バルブ１３６が閉じられ、スロットルバルブでありうるバルブ１２６が開かれる。ボイラ１３０の温度は、ボイラ１３０の圧力が処理チャンバ１３２の温度よりも大きくなるように設定される。この実施形態では、バルブ１２６は、圧力調整器として機能し、処理チャンバ１３２の圧力が所定の閾値を上回る場合、バルブ１３６は、処理チャンバ１３２からの圧力逃がしとして機能する。別の実施形態では、バルブ１２６は、流量制限バルブとして機能し、バルブ１３６は、処理チャンバ１３２内の圧力制御を容易にするための背圧調整器として機能する。上述の実施形態は、所望の実施態様に応じて、システムを通る流体の能動的な流れを伴いまたは伴わずに、実装されうる。
［００２８］１つの実施形態では、プロセス流体を形成するために水が利用される。動作中、処理チャンバ１３２は、バルブ１２６を閉じ、バルブ１３６およびバルブ１６０を開くことによって開かれる。上述の凝縮制御された導管は、約２７５℃と約３００℃との間の温度まで加熱される。ボイラ１３０は、約５０バールまで加圧され、水蒸気の形成を促進するのに適した温度まで加熱される。基板は処理チャンバ１３２内に配置され、処理チャンバ１３２は閉じられ、処理チャンバ１３２は、バルブ１２２を開くことによってパージされて、流体源１０６からパージガスを送る。パージ後、バルブ１２２は閉じられる。
［００２９］処理チャンバ１３２は、約４５０℃と約５００℃との間の温度まで加熱され、バルブ１３６およびバルブ１６０は、処理チャンバ１３２の加熱前、加熱中、または加熱後に閉じられる。バルブ１２６は、プロセス流体を送ることにより処理チャンバ１３２を加圧するために開かれる。その結果、ボイラ１３０の圧力および温度が低下することになる。次いで、ボイラ１３０が回復する間、バルブ１２６が閉じられ、ボイラ１３０の圧力が処理チャンバ１３２の圧力とほぼ等しくなると、バルブ１２６が再び開かれる。
［００３０］バルブ１２６は、処理チャンバ１３２内の圧力が約４０バールと約５０バールとの間にあるときに閉じられる。基板は、所定の時間処理され、次いで、バルブ１３６が開かれて、処理チャンバ１３２を減圧する。プロセス流体は、約５０℃と約８０℃との間の温度、および約１ＡＴＭの圧力で維持されるコンデンサ１５０内で凝縮される。処理チャンバ１３２内の圧力が安定すると、バルブ１６０が開き、凝縮された流体が、流体収集ユニット１６６に送られる。処理チャンバ１３２が冷却されると、次に、処理された基板が除去される。
［００３１］別の実施形態では、ＣＯ２を利用して、プロセス流体を形成する。動作中、処理チャンバ１３２は、バルブ１２６を閉じ、バルブ１３６およびバルブ１６０を開くことによって「開かれる（ｏｐｅｎｅｄ）」。上記の凝縮制御された導管は、約３０℃と約１００℃との間の温度まで加熱される。コンデンサ１５０は、約８℃と約１０℃との間の温度に制御される。ボイラ１３０は、約１００℃の温度まで加熱され、超臨界ＣＯ２の形成を促進するのに適した圧力に維持される。基板は処理チャンバ１３２内に配置され、処理チャンバ１３２は閉じられ、処理チャンバ１３２は、バルブ１２２を開くことによってパージされて、流体源１０６からパージガスを送る。パージ後、バルブ１２２は閉じられる。
［００３２］処理チャンバ１３２は、約８０ｂａｒまで加圧され、約１００℃までの間の温度まで加熱され、バルブ１３６およびバルブ１６０が閉じられる。バルブ１２６は、プロセス流体を送ることにより処理チャンバ１３２を加圧するために開かれる。その結果、ボイラ１３０の圧力および温度が低下することになる。次いで、ボイラ１３０の圧力が処理チャンバ１３２の圧力とほぼ等しいときに、ボイラ１３０が回復し、バルブ１２６が再開される間、バルブ１２６が閉じられる。
［００３３］バルブ１２６は、処理チャンバ１３２内の圧力が約８０バールと約１００バールとの間にあるときに閉じられる。基板は、所定の時間処理され、次いで、バルブ１３６が開かれて、処理チャンバ１３２を減圧する。熱交換器１４０は、処理チャンバ１３２から流れる流体の温度を、約１００℃の温度から約５０℃の温度まで低下させる。プロセス流体は、約８℃と約１０℃との間の温度、および約４５バールの圧力で維持されるコンデンサ１５０内で凝縮される。処理チャンバ１３２内の圧力が安定すると、バルブ１６０が開き、凝縮された流体が、流体収集ユニット１６６に送られる。導管１４２および１５４の一方または両方を開いてガスを除去し、さらにシステム１００を減圧する。処理チャンバ１３２が冷却されると、次に、処理された基板が除去される。
［００３４］別の実施形態において、ＮＨ３は、プロセス流体を形成するために利用される。動作中、処理チャンバ１３２は、バルブ１２６を閉じ、バルブ１３６およびバルブ１６０を開くことによって「開かれる」。上記の凝縮制御された導管は、約５０℃の温度まで加熱される。コンデンサ１５０は、−２０℃の温度で制御される。ボイラ１３０は、約４５℃の温度まで加熱され、超臨界ＮＨ３の形成を促進するのに適した圧力で維持される。基板は処理チャンバ１３２内に配置され、処理チャンバ１３２は閉じられ、処理チャンバ１３２は、バルブ１２２を開くことによってパージされて、流体源１０６からパージガスを送る。パージ後、バルブ１２２は閉じられる。
［００３５］処理チャンバ１３２は、約１０ｂａｒまで加圧され、約５００℃の温度に加熱され、バルブ１３６およびバルブ１６０が閉じられる。バルブ１２６は、プロセス流体を送ることにより処理チャンバ１３２を加圧するために開かれる。その結果、ボイラ１３０の圧力および温度が低下することになる。次いで、ボイラ１３０の圧力が処理チャンバ１３２の圧力とほぼ等しいときに、ボイラ１３０が回復し、バルブ１２６が再開される間、バルブ１２６が閉じられる。
［００３６］バルブ１２６は、処理チャンバ１３２内の圧力が約１０バールまでの間にあるときに閉じられる。基板は、所定の時間処理され、次いで、バルブ１３６が開かれて、処理チャンバ１３２を減圧する。熱交換器１４０は、処理チャンバ１３２から流れる流体の温度を約５００℃の温度から約５０℃の温度まで低下させる。プロセス流体は、約−２０℃の温度および約２バールの圧力で維持されるコンデンサ１５０内で凝縮される。処理チャンバ１３２内の圧力が安定すると、バルブ１６０が開き、凝縮された流体が、流体収集ユニット１６６に送られる。導管１４２および１５４の一方または両方を開いてガスを除去し、さらにシステム１００を減圧する。処理チャンバ１３２が冷却されると、次に、処理された基板が除去される。
［００３７］上記は、本開示の実施形態を対象にしているが、本開示の他の実施形態およびさらなる実施形態は、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (15)
- 処理チャンバと、
第１の導管を介して前記処理チャンバと流体連結するボイラと、
前記ボイラと前記処理チャンバとの間の前記第１の導管の上に配置された第１のバルブと、
第２の導管を介して前記処理チャンバと流体連結するコンデンサと、
前記コンデンサと前記処理チャンバとの間の前記第２の導管の上に配置された第２のバルブと、
第３の導管を介して前記コンデンサと流体連結している熱交換器と、
前記コンデンサと前記熱交換器との間の前記第３の導管の上に配置された第３のバルブと
を備える、基板処理システム。 - 前記処理チャンバが単一の基板処理チャンバである、請求項１に記載のシステム。
- 前記処理チャンバがバッチ基板処理チャンバである、請求項１に記載のシステム。
- 前記ボイラが、水源、二酸化炭素源、またはアンモニア源のうちの１つまたは複数と流体連結している、請求項１に記載のシステム。
- 前記処理チャンバと前記コンデンサとの間の前記第２の導管の上に配置された第２の熱交換器
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。 - 前記第２のバルブが、前記処理チャンバと前記第２の熱交換器との間の前記第２の導管の上に配置される、請求項５に記載のシステム。
- 逆止バルブが、前記第２の熱交換器と前記第２のバルブとの間の前記第２の導管の上に配置される、請求項６に記載のシステム。
- 前記第２の導管から延びる第４の導管の上に配置された第３の熱交換器
をさらに備える、請求項５に記載のシステム。 - 第４のバルブが、前記第２の熱交換器と前記第３の熱交換器との間の前記第４の導管の上に配置される、請求項８に記載のシステム。
- 前記コンデンサがヒートシンクを含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記コンデンサと動作可能に連結するレベルセンサ
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。 - 処理チャンバと、
第１の導管を介して前記処理チャンバと流体連結するボイラと、
前記ボイラと前記処理チャンバとの間の前記第１の導管の上に配置された第１のバルブと、
第２の導管を介して前記処理チャンバと流体連結するコンデンサと、
前記コンデンサと前記処理チャンバとの間の前記第２の導管の上に配置された第２のバルブと、
前記処理チャンバと前記コンデンサとの間の前記第２の導管の上に配置された第１の熱交換器と、
第３の導管を介して前記コンデンサと流体連結する流体収集ユニットと、
前記コンデンサと前記流体収集ユニットとの間の前記第３の導管の上に配置された第２の熱交換器と、
前記コンデンサと前記第２の熱交換器との間の前記第３の導管の上に配置された第３のバルブと
を備える、基板処理システム。 - 前記第２の導管から延びる第４の導管の上に配置された第３の熱交換器
をさらに備える、請求項１２に記載のシステム。 - 第４のバルブが、前記第１の熱交換器と前記第３の熱交換器との間の前記第４の導管の上に配置される、請求項１３に記載のシステム。
- 処理チャンバから延びる導管を加熱することと、
前記処理チャンバと流体連結するボイラを加熱することと、
前記処理チャンバの上流に位置する導管の上に配置されたバルブを閉じることと、
前記処理チャンバから下流に位置する導管の上に配置されたバルブを開くことと、
基板を前記処理チャンバ内に位置付けることと、
前記処理チャンバを加熱することと、
前記処理チャンバから下流に位置する導管の上に配置された前記バルブを閉じることと、
前記ボイラによって生成された流体が前記処理チャンバを加圧できるように、前記処理チャンバから上流に位置する導管の上に配置された前記バルブを開くことと、
前記処理チャンバから下流に位置する導管の上に配置された前記バルブを開くことと、
前記処理チャンバからコンデンサへ前記流体を流すことと
を含む、基板処理方法。
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