KR100472194B1 - 고압 처리장치 및 방법 - Google Patents

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KR100472194B1
KR100472194B1 KR10-2002-0027296A KR20020027296A KR100472194B1 KR 100472194 B1 KR100472194 B1 KR 100472194B1 KR 20020027296 A KR20020027296 A KR 20020027296A KR 100472194 B1 KR100472194 B1 KR 100472194B1
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이쿠오 미조바타
유스케 무라오카
키미츠구 사이토
류우지 기타카도
요이치 이노우에
요시히코 사카시타
카츠미 와타나베
마사히로 야마가타
히사노리 오시바
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가부시키 가이샤 고베세이코쇼
다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤
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Abstract

기판을 안에 배치하기 위하여 기판 처리챔버(5)의 해치가 열리면, 밸브(V1,V2,V3,V4,V6)는 폐쇄되고, 밸브(V5)만이 개방된다. 그래서, 가스 CO2가 기판 처리챔버(5) 내부로 공급되어, 주위의 공기 성분이 잘못 들어오는 것을 방지하기 위하여 챔버 내부 정화를 수행한다. 기판 처리챔버(5)의 해치가 닫히면, 밸브(V6)는 기판 처리챔버(5)를 위한 배기라인을 형성하기 위하여 개방된다. 그래서, 기판 처리챔버(5)와 도관 내부에 있는 가스는 CO2가스에 의해 주위 공기를 향해 분출됨으로써, 주위의 불필요한 공기 성분이 남는 것을 방지하기 위하여 챔버 내부 정화를 수행한다. 그 후, 초임계 CO2는 상기 기판을 세정하기 위해 사용된다.
순환라인을 세척할 때, 초임계 CO2가 상기 기판 처리챔버(5)로 보내어진다. 초임계 CO2의 흐름은 기판처리챔버(5)로 보내어진다. 순환 유로(11)를 포함한 상기 순환라인을 모두 거쳐 흐른 후에는, 바이패스 유로(12)를 통하여 감압기(7)로 전해진다. 상기 순환라인 내에 남겨진 어떠한 약액 또는 유기물질이라도 그 흐름과 함께 분리/회수조(8)로 연속적으로 보내어진다.

Description

고압 처리장치 및 방법{HIGH PRESSURE PROCESSING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 고압 처리 유체를 채용하는 고압 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 반도체 기판; 평면 패널 디스플레이를 위한 기판(예컨대, 액정 디스플레이 장치를 위한 유리기판); 포토 마스크를 위한 유리기판, 광디스크 기판 등(이하에서는 "기판"이라고 부른다)의 기판을 (예컨대, 기판 상에 부착된 불필요한 물질을 제거하기 위하여) 소정의 고압 처리하기 위하여, 기판 상에 고압 유체를 공급하는 고압 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 더 나아가서, 본 발명은 기판 표면에서 습기를 제거하는 건조공정이나 기판에서 불필요한 부분을 제거하는 현상공정에서 이용될 수 있는 고압 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에, 전자소자 또는 기타 소자를 가지는 기판을 세정하는데 플론(flon)을 사용하지 않는 경향은, 배포제(release agent)나 린스제(rinse agent)로서 고압 상태로 유지되는 저점성 처리유체(예컨대, 초임계 CO2)의 이용에 많은 관심을 갖게 되었다.
더욱이, 최근에 반도체장치의 소형화("축소화")의 필요성은 장치에 대한 보다 미세한 설계 기준(기술 노드)을 지향하게 되었고, 이러한 경향은 계속 증가할 것이다. 그러한 반도체 장치 구조는 매우 미세한 트렌치(trench)들과 홀(hole)들을 포함하는데, 이들 양자는 세정(washing)을 필요로 한다. 미세한 트렌치(trench)들은 캐패시터(또는 그 용량성 부분), 수직 배선(또는 2차원 배선) 등을 위해 채용될 수 있다. 미세한 홀(hole)들은 수직 배선(3차원 배선; 수직 와이어 사이의 연결, 트렌지스터를 위한 게이트 전극 연결 등)을 위하여 채용될 수 있다.
그러한 미세 구조에서, 그 폭과 깊이간의 비율(소위 "외관 비율(aspect ratio)"이라 불린다)이 더 큰 것이 점점 더 많이 사용되고 있다. 달리 말하자면, 더 좁지만 더 깊은 트렌치를 형성하는 경향과, 직경이 더 작지만 더 깊은 홀을 형성하는 경향이 있다. 몇가지 마이크로-구조들은 10을 초과하는 외관율을 가지고, 1 미크론 이하의 초미세 수준상에서 폭이나 직경을 가질 수 있다. 건식 에칭을 통해 그러한 마이크로-구조들이 반도체 기판상에 형성된 후에는, 상측 평판면 뿐 아니라 트렌치와 홀의 측벽 및 바닥에, 레지스트의 찌꺼기, 건식 에칭으로 인한 변성된 레지스트, 레지스트의 화합물, 바닥 금속 및/또는 산화된 금속 등과 같은 오염물질이 남겨진다.
일반적으로, 그러한 오염은 용액-타입의 약액을 이용함으로써 씻겨진다. 그러나, 약액이 첨가된 후에 맑은 물로 대치되는 것은 그러한 마이크로-구조에서는 원활하게 발생하지 않으며, 만족스럽지 못한 세정 결과가 얻어질 수 있다. 더욱이, 에칭된 절연물에 의해 배선이 영향을 받음으로 인한 전기신호들의 지연을 방지하기 위해, 비록 저-유전상수 물질(소위 "저-k 물질")들이 사용된다 하더라도, 약액의 존재는 그 저-유전상수를 해치는 경향이 있다. 배선용 금속이 노출되는 경우에는, 그 금속을 용해하는 약액을 사용할 수 없는데, 이 자체가 또 하나의 제한요소이다.
초임계 유체(SCF;Super Critical Fluid)는 반도체 장치상의 그러한 마이크로-구조의 세정을 위한 한가지 유망한 대안으로 고려된다. 도 8에서 어두운 부분에 의해 표시되는 바와 같이, "SCF"는 임계 압력(Pc) 이상의 압력과 임계 온도(Tc) 이상의 온도에서만 존재하는 물질을 말한다. SCF는 액체와 기체 사이의 중간특성을 가지므로, 마이크로 스케일상에서 세정하기에 적절하다. 특히, SCF는 그 (유체의 밀도에 근접하는) 밀도와 높은 용해성으로 인해 유기 화합물을 세정하는데 효과적이고, 기체의 확산성에 필적하는 확산성으로 인해 균일한 세정을 가능하게 하며, 기체의 점성에 필적하는 낮은 점성으로 인해 마이크로 소자를 세정하기에 적절하다.
SCF로 변환될 물질로서는, 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 산화질소(N2O), 암모니아, 에탄올 등이 사용될 수 있다. 다른 것들 보다도, CO2 가 자주 사용되는데, 그것은 그 임계압력(Pc)이 7.4 MPa 이고 그 임계온도가(Tc)가 대략 31℃이므로 초임계상태를 쉽게 얻을 수 있으며, CO2 가 비-유독성이기 때문이다.
CO2 SCF는 본래 비활성이지만, 유체 CO2는 헥산(hexane)의 용해력에 유사한 용해력을 가지므로, 쉽게 습기, 지방 등을 기판 표면으로부터 제거할 수 있다. 또한, 반도체 기판상에서 오염물질을 세정하기 위해 이용되는 아민, 암모늄 플루오르화물 등은 다중-성분 SCF를 얻기 위해 적절한 농도 범위로 혼합될 수 있다. 그러한 다중-성분 SCF는 미세한 장치 구조안으로 들어가서 오염물질을 제거할 수 있다. 또한, 혼합되는 아민이나 암모늄 플루오르화물은 그 오염물질과 함께 미세 장치구조로부터 쉽게 제거될 수 있다.
용액-타입의 약액과 달리, SCF는 저-유전상수의 절연물을 퍼뜨린 후에 그 찌꺼기를 남기지 않으므로, 절연물의 특성을 변경시키지 않는다. SCF는 반도체 장치상의 마이크로-구조의 세정에 매우 적절하다.
도 9는 SCF를 사용하여 기판 세정공정을 수행하는 예시적인 장치를 나타낸다. 도 9에 나타낸 고압 처리장치는 액체 CO2를 포함하는 실린더(201); 응축기(condenser;202); 승압기(booster;203); 가열기(heater;204); 기판처리챔버(205); 감압기(decompressor;207); 분리/회수조(208); 및 밸브(V1, V2)를 포함한다.
이하에서, 상기 구성을 가지는 고압 처리장치의 세정동작을 간략히 설명하겠다.
먼저, 세정되어야 할 대상으로서의 기판이 기판처리챔버(205) 안에 배치되고, 기판처리챔버(205)가 밀폐된다. 그 다음, 기판의 배치 후에 세정처리가 시작된다. 먼저, 실린더(201) 내의 액화 CO2가 응축기(202)로 공급되어 액체상태로 저장된다. 액화된 CO2는 승압기(203)에 의해 임계압력(Pc) 이상으로 압축되고, 가열기(204)에 의해 임계온도(Tc) 이상의 온도로 가열됨으로써 초임계 CO2로 변환되며, 이것이 기판처리챔버(205)로 공급된다. 기판처리챔버(205)에서, 초임계 CO2 로 하여금 기판과 접촉하도록 함으로써 세정이 일어난다.
세정되고 있는 세정 중에 기판으로부터 분리되어 초임계 CO2 내로 잘못 들어온 기판으로부터의 오염물질(예컨대, 유기 물질, 무기 물질, 금속, 입자 및/또는 물)을 담고 있는 초임계 CO2는 감압기(207)에 의해 최종적으로 감압되어, 기화된다. 그 후, 초임계 CO2는 분리/회수조(208)내에서 기체 CO2와 오염물질로 분리된다. 분리된 오염물질은 배출되는 한편, CO2 가스는 응축기(202) 내에서 재순환을 위해 회수된다. 기판 세정은 소정의 시간 또는 그 이상의 시간 동안 상기 세정공정을 반복함으로써 완료된다.
그러나, 위에서 설명한 전통적인 고압 처리장치에 따르면, 기판을 기판처리챔버(205) 내에 배치하는 동안, 주위의 공기가 해치(hatch)의 개구를 통하여 챔버내로 잘못 들어갈 수 있다. 따라서, 세정 공정에서 사용되었던 SCF가 재순환을 위하여 회수될 때, 기판처리챔버(205) 안으로 스며들어 갔던 주위의 공기 성분은 SCF 생성/회수 라인에 들어가서 세정을 위해 사용되는 SCF의 순도를 악화시킬 수 있다.
반도체 기판을 세정하기 위하여 위에서 설명한 고압 처리장치를 사용할 때,, 기판처리챔버(205)가 클린룸 내에 설치되어 있더라도, 클린룸 내부의 공기는 SOx, NOx, 실로잔(siloxane), 붕소(boron) 및 기체성 유기 물질과 같은 다양한 오염물질을 포함할 수 있다.
SCF의 감소된 순도는 재순환을 위해 회수되는 CO2의 응축 온도에 영향을 줄 수 있으며, 그것에 의하여 초임계 CO2를 이용하는 기판 세정의 성과는 악화될 수 있다.
이 문제는 SCF를 이용하는 세정 기술에 대해서 뿐 아니라, 예컨대 임계 한도내의 유체 또는 암모니아 고압 가스를 이용하는, 폐쇄된 처리챔버 내부에서의 현상, 세정 또는 기판 건조 등과 같은 어떠한 고압 처리에 대해서도 해당되는 문제이다.
여기서 이용되는 바와 같이, "임계 이하 유체(subcritical fluid)"는 일반적으로 도 8에 나타낸 임계점의 아래에 있는 고압 상태에 있는 유체를 말한다. 이 영역에 해당하는 유체는 종종 SCF와는 구별된다. 그러나, 밀도와 같은 물리적 특성이 점진적인 (즉, 계단적이 아닌) 변화를 겪기 때문에, 물리적인 휴지점은 없을 것이다. 따라서, 임계 이하 유체는 SCF로 사용될 수 없다. 임계 이하 영역, 또는 보다 넓게는 임계점 근처의 초임계 영역에 있는 어떠한 물질이라도, 때때로 "고밀도 액화 가스"로 불리울 수 있다.
따라서, 그러한 고압 유체를 이용하는 고압 처리장치는, 처리 성능의 악화를 막는다는 견지에서, 처리공정에서 사용된 고압 처리 유체를 재순환하기 위해 회수하는 방식을 개선할 수 있다.
도 10에 나타낸 구성을 가지는 장치는 또한, SCF를 이용하는 기판을 위한 세정공정을 수행하는 장치로 이용될 수 있다. 도 10에 나타낸 고압 처리장치는 액체 CO2를 포함하는 실린더(201), 응축기(condenser;202), 승압기(booster;203), 가열기(heater;204), 기판처리챔버(SCF chamber;205), 순환기(206), 감압기(decompressor;207); 분리/회수조(208); 스위칭부(209), 혼합부(210) 및 밸브(V3)을 통하여 결합된 약액 공급부(211)를 포함한다.
이하에서, 상기 구성의 고압 처리장치에 의해 수행되는 세정 동작을 간략히 설명하겠다. 세정되어야 하는 대상으로서 기판이 기판처리챔버(205) 내부에 배치되고, 기판처리챔버(205)가 밀폐된다. 뒤따르는 세정공정은 기판의 배치 후에 시작된다. 먼저, 실린더(201) 내의 액화 CO2가 응축기(202)로 공급되어 그곳에서 액체상태로 저장된다. 액화 CO2는 승압기(203)에 의해 임계 압력(Pc) 이상의 압력으로 압축되고, 더 나아가서 가열기(204)에 의해 임계 온도(Tc) 이상의 온도까지 가열됨으로써, 초임계 CO2로 변환되고, 이것이 혼합기(201)로 공급된다. 혼합기(210)는 초임계 CO2와 함게 밸브(V3)를 경유하여 공급되는 소정의 약액을 혼합하여, 그 결과 혼합물을 기판처리챔버(205)로 출력한다.
앞에서 언급한 약액을 이용하는 이유를 설명하겠다. 유체 CO2가 헥산의 용해도와 유사한 용해력을 가지고 있어서 쉽게 습기, 지방 등을 기판면으로부터 제거할 수 있다고 하더라도, 유체 CO2는 레지스트나 에칭 폴리머와 같은 고분자 중량 오염물질에 대한 충분한 용해력을 제공하지 않는다. 따라서, CO2만을 이용함으로써 오염물질을 배출 또는 제거하기는 힘들다. 이것이 고분자 중량 오염물질의 해제 및 제거를 돕기 위해 특정 약액(보조물질)이 CO2에 부가되는 이유이다.
기판처리챔버(205)에서, 세정은 초임계 CO2가 기판과 접촉하도록 함으로써 실행된다. 특히, 스위칭부(209)와 순환기(206)의 활성에 기초하여, 약액과 혼합된 초임계 CO2를 소정 시간동안 순환하도록 함으로써 기판 세정이 달성된다. 이용되는 초임계 CO2의 양을 최소로 하고 세정에 요구되는 시간을 줄이기 위하여, 순환에 기초한 기판 세정이 채용된다. 그 결과, 유지비용을 줄일 수 있으며, 보다 경제적인 처리를 도모할 수 있다.
약액과 혼합되어, 기판 세정으로부터의 용해되거나 분산된 오염물질(예컨대, 유기 물질, 무기 물질, 금속, 입자 및/또는 세정도중에 기판으로부터 떨어지거나 초임계 CO2에 표유된 물)을 담고 있는 초임계 CO2는, 감압기(207)에 의해 최종 감압되어 기화된다. 그 후에, 초임계 CO2는 분리/회수조(208)내에서 기체 CO2, 약액, 오염물질로 분리된다. 분리된 약액과 오염물질은 배출되는 한편, CO2 가스는 재순환을 위해 응축기(202)에서 회수된다. 소정양의 시간 이상 동안에 상기 고정을 반복함으로써 기판 세정이 완료된다.
그러나, 긴 시간 동안 고압 처리장치를 이용하기 위하여, 모든 세정공정 후에는, 순환라인 및 다른 성분의 유로 내의 약액과 찌꺼기를 모든 시스템에서 제거할 필요가 있다. 더욱이, 같은 장치로 다른 약액을 사용하여 세정공정을 수행하는 경우에는, 또한 앞의 공정에서 사용된 약액의 찌꺼기를 제거하기 위하여 세척처리를 수행할 필요가 있다. 이 세척처리는, 일반적으로 SCF로 하여금 그 안에 어떠한 약액도 혼합하지 않고 전체 시스템을 통해 흐르도록 함으로써 수행된다. 따라서, 순환라인의 일부인 순환 유로(212)을 세척하기 위하여, 오직 SCF만 순환되며, 소정의 시간이 경과한 후에, 순환라인내의 SCF는 감압기로 배출된다. 이 동작은 필요한 만큼 반복되어야 한다.
전체 시스템을 상기한 동작으로 세척하는 것은 세척처리시간을 연장시킬 것이고, 고압 처리장치의 처리양을 낮출 것이며, 많은 양의 SCF가 세척처리에서 사용되고, 그에 따라 비용의 상승을 초래할 것이다.
게다가, 고압 처리장치에 의해 수행되는 처리동작과 달리, 상기한 세척처리는 독립적으로 그리고 비반복적으로 수행되는 공정이고, 따라서 순환라인 내에서 크게 향상된 세척을 도모하지는 않는다. 결과적으로, 처리되어야 할 대상에 대한 청결성도 악화된다. 더욱이, 다른 약액으로 세정처리가 수행될 때, 그 세척처리 전에 이용되었던 약액이 불가피하게 그 순환라인에서 사용되는 새로운 약액과 혼합될 수 있으며, 그에 의해 약액 사이의 불필요한 화학반응을 초래하거나, 필요한 세척처리를 수행할 수 없게 한다. 따라서, 전통적인 고압 처리장치에서 사용될 수 있는 약액에는 제한이 있다.
또 다른 공지 방법이 도 11에 나타나 있으며, 여기에서 세척처리는 전통적인 고압 처리장치에 의해 분리라인으로부터 순환라인으로 아무 약액을 포함하지 않는 SCF("프레시(fresh) SCF"라고 부른다)를 공급함으로써 수행되고 있다. 도 11에 나타낸 고압 처리장치에서, "프레시" 초임계 CO2는 프레시 SCF 공급부(213)로부터 공급된다. 따라서, 기판처리챔버(205) 내의 청결성이 향상된다. 그러나, 앞에서 언급한 세척작용과 마찬가지로, 이 경우에서 순환라인의 내부의 세척은 전체 시스템이 세척작용만을 수행하는 것을 요구하는 제한적인 공정이다. 따라서, 이 방법은 앞에서 언급한 문제점을 해결하지 못한다.
마찬가지로, 상기의 문제점들은 SCF를 채용하는 세정 기술에 대해서 뿐 아니라, 초임계 유체나 예컨대 암모니아 고압가스를 채용하는 닫힌 처리챔버 내부의 기판의 현상, 세정, 건조 등과 같은 어떠한 고압 처리에 대해서도 해당된다.
본 발명은 앞에서 언급한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은, 기판 배치 도중에 처리챔버 내부로 잘못 들어갈 수 있는 어떠한 주위 공기 성분이라도 고압 유체 생성/회수 라인으로 들어가지 않도록 하면서, 순수한 고압 유체를 채용하여 기판 처리를 수행할 수 있는 고압 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 하나의 목적은, 라인의 향상된 청결성을 제공하면서, 고압 처리장치에서 라인을 효율적으로 세척할 수 있는 고압 유체를 채용하는 고압 처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 다음의 특징을 가진다.
본 발명의 첫번째 측면은, 소정의 처리 용액을 고압 용액으로 변환하여 고압 유체를 공급하는 고압 유체 공급부; 상기 고압 유체 공급부로부터 공급된 상기 고압 유체를 상기 기판에 접촉하도록 함으로써 처리챔버 내에 배치된 기판을 처리하는 기판처리부; 상기 기판처리부내에서 상기 기판을 처리하기 위해 상기 고압 유체가 사용된 후에 상기 고압 유체를 재순환하기 위해 회수되는 고압 유체 회수부; 고압 유체의 조성물과 같은 조성물의 분위기 교체용 유체를 상기 처리챔버로 공급하는 분위기 교체용 유체 공급부; 그리고 상기 처리챔버내에 존재하는 가스를 배출하기 위한 배출부를 포함하는 고압 유체를 채용함으로써 기판을 소정의 공정으로 처리하도록 하기 위한 고압 처리장치에 있어서, 상기 처리챔버내의 상기 기판의 교체 후에 상기 처리챔버가 닫힌 후 상기 고압 처리 유체가 공급되기 시작할 동안의 시간동안, 상기 분위기 교체용 유체 공급부는 상기 분위기 교체용 유체를 상기 처리챔버에 공급하고, 상기 배출부는 상기 분위기 교체용 유체의 공급으로 상기 처리챔버 내에 존재하는 상기 가스를 배척하여 배출한다.
따라서, 기판이 배치되는 처리챔버를 위해 배기라인(vent line)을 형성하고, 상기 처리를 위해 이용되는 고압 유체의 조성물과 같은 조성물의 분위기 교체용 유체를 상기 처리챔버에 공급함으로써, 기판의 교체 동안에 잘못 들어올 수 있는 어떠한 주위의 공기 성분이라도 이 유체에 의해 배척할 수 있다. 그 결과, 처리챔버 내에 잘못 들어올 수도 있는 주위 공기 성분이 고압 유체 회수부로 들어가는 것이 방지된다.
상기 분위기 교체용 유체 공급부는 분위기 교체용 유체로서의 상기 처리용 유체를 고압 유체로 변환되기 전에 공급할 수 있다. 따라서, 동일한 조성물을 가지는 분위기 교체용 유체가 쉽게 얻어질 수 있다.
상기 분위기 교체용 유체 공급부는, 상기 처리챔버 내에 상기 기판이 배치된 다음 상기 처리챔버가 폐쇄될 때까지, 상기 분위기 교체용 유체를 상기 처리챔버에 공급할 수 있다. 따라서, 처리챔버의 해치가 개방되어 있는 동안, 처리에 사용되는 고압 유체의 조성물과 동일한 조성물의 유체가 처리챔버에 공급되기 때문에, 주위 공기에 개방된 상태의 처리챔버 내부로 주위의 공기 성분이 잘못 들어가는 것이 방지된다.
상기 기판처리부는 상기 고압 유체를 순환시킴으로써 상기 기판을 처리할 수 있다. 이 경우에, 기판 처리를 위해 채용되는 고압 유체는 효율적으로 활용될 수 있다.
상기 고압 유체 공급부로부터 공급되는 상기 고압 유체는 초임계 유체일 수 있다. 따라서, 고압 처리능력을 가지는 SCF를 채용한 고압 처리장치의 경우에 있어서도, 처리챔버로 잘못 들어갈 수 있는 주위의 공기 성분이 고압 유체 회수부로 잘못 들어가는 것이 방지된다.
본 발명의 두번째 측면은 고압 유체를 채용하여 기판에 소정의 처리를 하는 고압 처리방법으로서, 본 고압 처리방법은 처리용 처리챔버 내에 기판을 배치한 다음 상기 처리챔버가 폐쇄된 후에, 고압 유체의 조성물과 동일한 조성물의 분위기 교체용 유체를 상기 처리챔버에 공급하는 단계와; 상기 처리챔버 내에 존재하는 가스를 상기 분위기 교체용 유체의 공급을 통해 배척하여 배출시키는 단계와; 소정의 처리용 유체를 고압 유체로 변환하고, 상기 고압 유체를 공급하는 단계와; 상기 공급된 고압 유체를 채용하여 상기 처리챔버 내에 배치된 상기 기판을 처리하는 단계와; 상기 기판을 처리하기 위해 상기 고압 유체가 사용된 후에, 재순환을 위해 상기 고압 유체를 회수하는 단계를 포함한다.
따라서, 기판이 내부에 배치되는 처리챔버를 위한 배기라인(vent line)을 형성하고, 처리용 고압 처리 유체의 조성물과 동일한 조성물의 분위기 교체용 유체를 처리챔버에 공급함으로써, 기판을 배치하는 동안 잘못 들어올 수 있는 주위의 공기 성분이 이 유체로부터 배척될 수 있다. 그 결과, 처리챔버로 들어올 수도 있는 주위 공기 성분이 고압 유체 회수부로 들어오는 것이 방지된다.
분위기 교체용 유체는 고압 유체로 변환되기 전의 처리 유체일 수 있다.
고압 처리방법은 처리챔버 내에 기판을 배치한 다음에 상기 처리챔버가 닫힐 때 까지, 분위기 교체용 유체를 상기 처리챔버로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판을 처리하는 단계는 고압 유체를 순환시킴으로써 수행될 수 있다.
상기 고압 유체를 공급하는 단계에서 공급되는 상기 고압 유체는 초임계 유체일 수 있다.
본 발명의 세번째 측면은, 고압 유체를 이용함으로써 대상이 처리되도록 하기 위한 고압 처리장치를 지향하는 것으로서, 고압 유체를 한 방향으로 순환시키기 위한 순환라인; 상기 순환라인을 통하여 순환되는 고압 유체를 채용함으로써 처리되어야 할 대상을 처리하고, 상기 처리 후에 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로 귀환시키기 위하여 상기 순환라인에 제공되는 처리부; 고압 유체를 순환라인에 공급하기 위한 유로와 상기 순환라인으로부터 상기 고압 유체를 배출하기 위한 유로 중에서 선택된 적어도 한가지를 통하여 고압 유체를 방향전환하도록 유로를 스위칭하기 위한 순환라인에 제공되는 공급/배출 스위칭부; 상기 공급/배출 스위칭부를 경유하여 상기 순환라인에 상기 고압 유체를 공급하기 위한 공급라인; 상기 순환라인으로부터 상기 고압 유체를 배출하기 위한 배출라인; 및 상기 순환라인을 통하여 순환되는 상기 고압 유체의 방향을 변환하여 상기 공급/배출 스위칭부로부터 배출라인으로 공급하도록 하는 바이패스 유로를 포함하는 고압 처리장치에 있어서, 상기 처리해야 할 대상을 처리할 때, 상기 공급라인으로부터 공급되는 고압 유체는 상기 순환라인을 통하여 순환되고, 상기 순환라인을 세척할 때, 고압 유체가 여분없이 순환라인을 통하여 하나의 완전한 순회를 달성한 후에, 상기 공급/배출 스위칭부는 유로를 스위칭하여 상기 공급라인으로부터 공급되는 상기 고압 유체가 바이패스(bypass) 유로를 통하여 상기 배출라인으로 흘러 들어가게 한다.
따라서, 공급/배출 스위칭부의 스위칭을 통하여, 고압 유체를 위한 공급라인, 순환라인, 상기 순환라인을 세척하는 라인 사이에서 쉽게 스위칭하는 것이 가능하다. 순환라인을 세척하기 위한 라인에서, 그 순환라인내에 남은 약액 및/또는 다른 물질은 단일의 라인을 사용함으로써 흘러나오는 만큼 연속적으로 배출될 수 있다. 따라서, 순환단계와 배출단계를 별도로 반복할 필요가 없다. 그 결과, 세척처리에 필요한 시간이 줄어들고, 그 덕분에 고압 처리장치의 처리량이 향상된다. 또한, 세척을 위해 이용되는 SCF의 양이 줄어들 수 있으므로 비용이 감소된다. 순환라인이 간헐적인 방식과는 반대로 연속적인 싸이클로 세척되므로, 그 라인 내부의 청결성이 쉽게 향상될 수 있다. 더욱이, 고압 유체를 공급하는 단일의 공급라인을 제공함으로써 상기 효과는 쉽게 실현될 수 있다.
순환라인은 처리부의 제1측에, 고압 유체가 아닌 다른 약액을 화학 물질 공급부로부터 순환라인으로 공급할 수 있는 약액 혼합부를 더 포함할 수 있다. 따라서, 오염물질에 따른 약액을 사용함으로써 보다 높은 처리 성능을 가지는 장치가 제공될 수 있다. 더욱이, 상기 세척처리 후에 상기 순환라인은 상기 세척처리에 앞서 사용된 어떠한 약액없이도 이루어질 수 있다. 그러므로, 세척처리 후에 다른 약액이 사용되는 경우에, 종전 및 새로운 약액 사이에서 의도하지 않은 종전 약액의 혼합이나 의도하지 않은 화학반응이 방지될 수 있다. 따라서, 약액의 적용에 따른 제한 없이, 본 고압 처리장치는 다양한 종류의 약액을 사용할 수 있게 한다.
순환라인은 그 순환라인을 통하여 순환되는 고압 유체를 가열하는 가열기를 더 포함할 수 있다. 따라서, 순환라인은 적절한 온도에서 안정화될 수 있다. 그 결과, 순환라인에 기초한 처리를 수행할 때, 안정한 고압 유체가 처리부로 공급될 수 있다.
순환라인은 상기 순환라인을 통하여 순환되는 고압 유체를 가열하기 위한 가열기를 더 포함할 수 있다. 따라서, 순환라인은 적절한 온도에서 안정화될 수 있다. 그 결과, 순환라인에 기초하여 처리가 수행될 때, 안정적인 고압 유체가 상기 처리부에 공급될 수 있다.
상기 고압 처리장치는 순환라인을 통하여 순환되는 고압 유체를 위한 유로의 스위칭을 제어하기 위한 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 공급/배출 스위칭부는 고압 유체를 순환라인에 제공하기 위한 유로와 고압 유체를 순환라인에 배출하기 위한 유로 중 선택된 적어도 한가지를 통하여 상기 고압 유체의 방향을 변환하기 위하여 유로를 스위칭하는 제어부에 의해 제어된다. 따라서, 처리라인들은 상기 제어부에 의해 자동적으로 스위칭될 수 있다.
상기 고압 유체는 초임계 유체일 수 있다. 따라서, 높은 처리능력을 가지는 SCF를 채용하여 고압 처리를 하는 경우에서도, 상기 공급/배출 스위칭부의 스위칭을 통하여, 상기 SCF를 위한 공급라인, 순환라인, 상기 순환라인을 세척하는 라인 사이에서 쉽게 스위칭하는 것이 가능하다. 상기 순환라인을 세척하는 라인에서, 상기 순환라인에 남겨진 약액 및/또는 어떠한 다른 물질이라도 단일 라인을 이용하여 유출하면서 연속적으로 배출될 수 있다: 따라서, 순환단계와 배출단계를 별도로 반복할 필요가 없다. 그 결과, 세척처리를 위해 요구되는 시간이 줄어들며, 그 덕분에 고압 처리장치의 처리량이 향상된다. 또한, 세척을 위해 사용되는 SCF의 양이 줄어들 수 있기 때문에 비용이 작아질 수 있다. 순환라인이 간헐적인 방식이 아닌 연속적인 싸이클로 세척되기 때문에, 상기 라인들의 청결성이 쉽게 향상될 수 있다. 더욱이, 상기 효과는 고압 유체를 공급하기 위한 단일 공급라인을 제공함으로써 실현될 수 있다.
본 발명의 네번째 측면은 고압 유체를 이용함으로써 처리되어야 할 대상을 처리하기 위한 고압 처리장치를 지향하는 것으로서, 상기 고압 처리장치는 고압 유체를 한 방향으로 순환하기 위한 순환라인; 상기 순환라인을 통하여 순환되는 상기 고압 유체를 이용함으로써 처리되어야 할 대상을 처리하고 상기 처리 후에 상기 순환라인에 상기 고압 유체를 귀환시키기 위하여 순환라인 내에 제공되는 순환부; 상기 고압 유체를 상기 순환라인에 공급하기 위한 유로와 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로부터 배출하기 위한 유로 중 선택된 적어도 한가지를 통하여 상기 고압 유체의 방향을 변환시키기 위하여 상기 순환라인 내에 제공되는 공급/배출 스위칭부; 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로 공급하기 위한 제 1 공급라인; 상기 공급/배출 스위칭부를 경유하여 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로 공급하는 제2 공급라인; 상기 순환라인으로부터 상기 고압 유체를 배출하기 위한 배출라인; 및 상기 공급/배출 스위칭부로부터 상기 순환라인을 통하여 순환되는 고압 유체의 방향을 변환하여 상기 배출라인으로 공급되도록 하는 바이패스 유로(bypass channel)을 포함하는 고압 처리장치에 있어서, 처리되어야 할 상기 대상을 처리할 때, 상기 제1 공급라인으로부터 공급되는 상기 고압 유체는 상기 순환라인을 통하여 순환되고, 상기 순환라인을 세척할 때, 상기고압 유체가 잉여없이 상기 순환라인을 통하여 하나의 완전한 순환을 달성한 후에 상기 공급/배출 스위칭부는 유로들을 스위칭하여 상기 제2 공급라인으로부터 공급되는 상기 고압 유체가 상기 바이패스 유로를 경유하여 상기 배출라인으로 흐르도록 한다.
따라서, 상기 공급/배출 스위칭부의 스위칭을 통하여, 고압 유체를 위한 공급라인, 순환라인, 상기 순환라인을 세척하기 위한 라인 사이에서 쉽게 스위칭하는 것이 가능하다. 상기 순환라인을 세척하는 라인에서, 단일 라인의 사용을 통하여 유출되는 바와 같이 상기 순환라인내에 남겨진 약액 및/또는 어떠한 다른 물질이라도 연속적으로 배출될 수 있다; 따라서, 순환단계와 배출단계를 별도로 반복하는 것은 불필요하다. 결과적으로, 세척처리를 위해 요구되는 시간이 감소하고, 그 덕분에 고압 처리장치의 처리량이 향상된다. 또한, 세척을 위해 사용되는 SCF의 양이 줄어들 수 있으므로 비용이 작아질 수 있다. 순환라인이 간헐적인 방식이 아닌 연속적인 싸이클로 세척되기 때문에, 라인들 내의 청결성이 쉽게 향상될 수 있다.
공급/배출 스위칭부는 순환라인상에서 처리부의 제1측에 인접한 위치에 제공될 수 있다. 따라서, 프레시(fresh) 고압 유체를 직접 처리부로 공급할 수 있는 한편, 처리될 대상의 처리를 통해 생성되는 약액 물질이 구조적 이유로 매우 쉽게 축적될 수 있다. 따라서, 더 높은 청결성을 가진 처리 결과가 세척 후의 처리단계로 얻어질 수 있다.
순환라인은 공급/배출 스위칭부의 제1측에 제공되는 약액 혼합부를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 약액 혼합부는 고압 유체가 아닌 약액을 약액 공급부로부터 상기 순환라인으로 공급할 수 있다.
순환라인은 그 순환라인을 통하여 순환하는 고압 유체를 가열하는 가열기를 더 포함할 수 있다.
고압 처리장치는 순환라인을 통하여 순환되는 고압 유체를 위한 유로의 스위칭을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있는데, 상기 공급/배출 스위칭부는 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로 공급하는 유로과 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로부터 배출하는 유로 중 선택된 적어도 한가지를 통하여 상기 고압 유체의 방향을 변환하도록 유로를 스위칭하기 위하여 상기 제어부에 의해 제어된다.
상기 고압 유체는 초임계 유체일 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징, 양상은 첨부 도면과 연결하여 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 분명하게 될 것이다.
[ 바람직한 실시예의 상세한 설명 ]
(제1 실시예)
이하에서, 본 발명의 제1 실시예에 의한 고압 처리장치를 첨부도면을 참조하여 설명하겠다.
본 고압 처리장치에 의해 수행되어야 할 처리의 전형적인 예는, 반도체 기판 상에 부착된 레지스트(resist)를 제거하는 경우와 같이, 처리할 대상으로부터 오염물질을 배출 및 제거하는 세정처리(wash process)이다. 처리할 대상으로서의 기판은 반도체 기판에 국한되지 않는다. 본 발명은 이종 물질이 표면에 남겨진 불연속적 또는 연속적 층을 가진, 기본 물질(예컨대, 금속, 플라스틱, 세라믹)을 포함하는 어떠한 기판에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압 처리장치의 구조를 나타내는 블록도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 고압 처리장치는 실린더(1), 응축기(2), 승압기(3), 가열기(4), 기판처리챔버(5), 감압기(7), 분리/회수조(8), 밸브(V1~V6), 순환 펌프(6), 기화기(21)를 포함한다.
먼저, 본 고압 처리장치의 구성요소를 설명하겠다.
실린더(1)는 기판을 세정하기 위해 사용될 액화 CO2를 담는다. 응축기(2)는 분리/회수조(8)로부터 공급된 가스 CO2를 냉각하여 액화한다. 승압기(3)는 상기 응축기(2)에 의해 액화된 상기 CO2를 임계 압력(Pc) 이상의 소정의 압력까지 압축한다. 가열기는 상기 승압기(3)에 의해 압축된 상기 액화 CO2를 임계 온도(Tc) 이상의 소정의 온도까지 가열한다. 따라서, 상기 액화 CO2는 (도 8에 나타내는 바와 같이) SCF(초임계 유체;Super Critical Fluid)로 변환된다. 초임계 CO2는 본 발명에서 사용될 수 있는 고압 처리용 유체로서 예시적인 것이다.
처리챔버로서의 기판처리챔버(5)에서, 기판은 상기한 방식으로 생성된 초임계 CO2를 사용함으로써 세정된다. 감압을 통해서, 감압기(7)는 기판처리챔버(5)에서 세정 과정을 받은 초임계 CO2를 기화한다. 분리/회수조(8)에서는, 감압기(7)에서 기화를 통해 얻어진 CO2 가스가 오염물질로부터 분리되고, CO2 가스는 다시 응축기(2)로 공급된다.
밸브들(V1,V2)은 SCF 생성/회수 라인을 세정처리 순환라인으로부터 분리하기 위해 사용된다. 밸브(V1)는 가열기(4)의 제2측과 승압기(3)의 제1측을 상호연결하는 도관에 배치된다. 밸브(V2)는 기판처리챔버(5)의 제2측과 감압기(7)의 제1측을 상호연결하는 도관에 배치된다.
밸브들(V3,V4)은 세정 공정 순환라인을 구축하기 위해 사용되는 밸브들이다. 밸브(V3)는 순환 펌프(6)의 출구와 가열기(4)의 제1측과의 사이를 상호연결하는 도관에 배치된다. 밸브(V4)는 기판처리챔버(5)의 제2측과 순환 펌프(6)의 입구와의 사이를 상호연결하는 도관에 배치된다.
밸브(V5,V6)는 기판처리챔버(5)의 내부를 "정화(purging)", 즉, 내부 분위기를 교체하기 위해 사용된다. 밸브(V5)는, 실린더(1)와 기판 저수조(5)의 제1측을 기화기(21)를 통하여 상호연결하는 도관에 배치된다. 밸브(V6)는, 기판처리챔버(5)의 제2측을 주위의 공기에 개방하기 위하여 도관에 배치된다.
본 명세서는 필요에 따라 다음의 용어를 사용한다. 실린더(1)로부터 (밸브(V1)를 경유하여) 기판처리챔버(5)까지의 도관 라인은 "고압 유체 공급부"를 구성한다. 실린더(1)로부터 (밸브(V5)를 경유하여) 기판처리챔버(5)까지의 도관라인은 "분위기 교체용 유체공급부"를 구성한다. 기판처리챔버(5)로부터 (밸브(V6)를 통하여) 주위의 공기에 개방하는 도관 라인은 "배출부"를 구성한다. 기판처리챔버(5)는 "기판처리부"를 구성한다. 기판처리챔버(5)로부터 (밸브(V2)를 경유하여) 응축기(2)까지의 도관 라인은 "회수부"를 구성한다.
다음으로, 도 2를 참조하면서, 제1 실시예, 즉 기판 세정작용에 따른 고압 처리장치에 의해 수행되는 고압 처리에 대해 설명한다.
본 실시예는 CO2가 처리용 유체로서 이용된 경우를 나타내고 있지만, SCF로 변환될 수 있는 어떠한 다른 물질, 예컨대, 이산화질소, 알코올, 에탄올, 물 등도 대신하여 이용될 수 있다. 본 실시예에 따라 기판처리챔버에서 사용될 기판 세정 기술은 한 벌의 처리(즉, 복수의 기판이 동시에 세정된다)일 수도 있고 단일의 기판처리일 수도 있다.
먼저, 세정되어야 할 대상으로서, 기판이 기판처리챔버(5) 내부에 배치된다. 기판이 배치될 때, 밸브(V5)만이 개방되고, 밸브(V1,V2,V3,V4,V6)는 닫힌다(단계 S(21))
초기에, 처리용 유체로 사용될 CO2는 5 내지 6 MPa의 범위의 압력에서, 액체 유체의 형태로 실린더(1) 내에 저장된다. 액화 CO2는 (도시되지 않은) 펌프에 의하여 실린더(1)로부터 꺼내어져서, 기화를 위하여 기화기(21)로 보내어진다. 개방된 밸브(V5)는 기화된 CO2 가스가 분위기 교체용 유체로서 기판처리챔버(5)로 공급되도록 한다(단계 S22).
따라서, 본 발명에 의하면, 기판처리챔버(5)의 해치가 개방된 상태에서, 세정용 초임계 CO2와 동일한 조성물의 처리용 유체가 먼저 공급된다. 특히, 분위기 교체용 유체로서 압축이나 가열을 받지 않은 CO2 가스를 공급함으로써, 주위 공기 성분(즉, 주위 공기로부터의 성분)은 기판처리챔버(5)에 잘못 들어가는 것이 방지된다("개방 챔버 정화").
다음으로, 일단 기판이 배치되고 기판처리챔버(5)의 해치(hatch)가 닫히면, 밸브(V6)가 추가적으로 개방된다(단계 S23). 개방된 밸브(V6)는, 통로(배기 라인)가 실린더(1)로부터 기판처리챔버(5)까지 확장하도록 형성되도록 하고 주위 공기에 개방되도록 한다. 그 결과, CO2 가스는 연속적으로 공급될 수 있다(단계 S24).
따라서, 본 발명에 따르면, 기판처리챔버(5)가 닫혀진 상태에서, CO2 가스는 연속적으로 공급된다. 그 결과, 기판처리챔버(5)와 도관 내부에 존재하는 가스는 주위 공기에 의해 배척된다(즉, 기판처리챔버(5)와 도관 내부에 있는 가스는 CO2 가스로 교체된다). 따라서, 분위기 교체는 실질적으로 잘못 들어올 가능성이 있는 주위의 공기 성분을 완전히 제거한다("폐쇄 챔버 정화").
일단 표유하는 주위 공기 성분(만약 존재한다면)이 배척되어 기판처리챔버(5)와 도관의 내부가 CO2 가스로 배타적으로 채워지면, 밸브(V5,V6)는 닫히고 밸브(V1,V2)는 열린다. 따라서, SCF 생성/회수 라인이 이루어진다(단계 S25). 일단 SCF 생성/회수 라인이 이루어지면, 액화 CO2가 실린더(1)로부터 응축기(2)로 공급된다.
응축기(2) 내에서 액체 형태로 저장된 액화 CO2는 승압기(3)에서 응축되어 임계압력(Pc) 이상의 압력으로 응축되고, 가열기(4)에 의해 임계온도(Tc) 이상의 소정의 온도로 가열됨으로써, SCF로 변환된다. SCF가 생성되면, 기판처리챔버(5)로 보내어진다(따라서 단계 S25를 완료한다).
소정의 압력과 온도는 세정되어야 할 기판의 유형과 소망하는 세정 성능에 따라 임의로 선택된다. 기판처리챔버(5)에서, 기판은 고압 상태인 초임계 CO2로 세정된다.
가열기(4)의 제2측으로부터 감압기(7)의 제1측에 이르는 세정처리 순환라인 부분이 초임계 CO2로 채워지면, 밸브(V1,V2)가 닫히고, 밸브(V3,V4)가 열리며, 순환 펌프(6)가 활성화된다. 그 후, 초임계 CO2를 소정 기간 동안 세정처리 순환라인에서 순환시킴으로써, 기판이 세정된다(단계 S26).
사용되는 초임계 CO2의 양을 최소로하고 활용 효율을 향상시키기 위하여, 순환에 기초한 기판 세정이 이용된다. 그 결과, 유지비용을 줄일 수 있음으로써, 더욱 경제적인 처리를 이룰 수 있다. 세정되어야 할 특정 기판에 따라, 보조물질(들)(즉, 아민 암모늄 플루오르화물과 같이 레지스트의 배출을 용이하게 하는 약액(들))이 기판처리챔버(5)의 바로 앞에 놓여 있는 도관 내에서 혼합되는 경우에도, 본 발명은 그러한 보조물질들이 없는 순수한 CO2 가스를 가지고 챔버의 정화가 수행되도록 한다.
기판 세정이 완료된 후, 재순환용 초임계 CO2를 회수하기 위하여 밸브(V2)가 개방된다(단계 S27). 고압 상태에서, 기판 세정으로 인한 오염물질을 포함하고 있는 초임계 CO2는, 기화를 위해 감압기(7)에 의해 감압된다. 그 후에, 분리/회수조(8)에서 초임계 CO2는 가스 CO2와 오염물질로 분리된다. 분리된 오염물질은 배출되는 한편, CO2 가스는 재순환을 위해 응축기(2)에 회수된다. 예를 들어, 감압기(7)는 대략 80℃ 이상에서 초임계 CO2를 유지할 수 있고, 가스 CO2를 얻기 위하여 15MPa 내지 6MPa 사이의 범위의 압력까지 감압한다.
초임계 CO2의 회수가 완료되면, 밸브(V2,V3,V4)는 닫히고 밸브(V5,V6)가 개방되고; CO2가스는 다시 기판처리챔버(5) 내에 공급된다("폐쇄 챔버 정화")(단계 S28). 주위의 공기 성분이 기판처리챔버(5)로 잘못 들어가는 것을 방지하기 위하여, 기판처리챔버(5)내에 배치된 기판을 회수하기 전에 기판의 회수밸브(V6)는 닫힌다("개방 챔버 정화").
그 후에, 기판처리챔버(5)로부터 기판을 회수한 후 해치가 닫히면, 밸브(V5)가 닫힘으로써, 처리를 종료한다(단계 S30). 또 다른 기판이 연속적으로 세정되는 경우에는, 이 공정은 상기의 처리를 반복하기 위하여, 단계 S29의 완료 후에 단계 S23으로 귀환할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일례에 따른 고압 처리장치 및 방법에서, 세정용 SCF로 사용되는 동일한 성분을 가지는 유체는 기판이 배치되어 있는 동안에 기판처리챔버(5)에 공급된다. 그 결과, 주위 공기에 개방된 상태에서 주위의 공기 성분이 기판처리챔버(5) 내로 잘못 들어가는 것이 방지된다("개방 챔버 정화"). 더욱이, 폐쇄된 기판처리챔버(5)로 확장하는 배기라인이 기판처리챔버(5)에 유체를 공급하기 위해 마련되어, 잘못 들어올 수 있는 주위의 공기 성분이 분위기 교체용 유체에 의해 배척될 수 있다("폐쇄 챔버 정화"). 따라서, 기판이 배치되어 있는 동안 기판처리챔버(5) 내로 잘못 들어갈 수 있는 주위의 공기성분이 SCF 생성/회수 라인에 들어가는 것이 방지됨으로써, 절대적으로 순수한 SCF로 기판을 세정할 수 있다.
본 발명은 상기한 제1 실시예에 제한되지 않으며, 아래에 설명되는 바와 같이 다르게 변화시킬 수 있다.
(1) 상기 실시예에서, 기판처리챔버(5)의 해치(hatch)가 개방된 상태에서 CO2 가스를 공급함으로써, 주위의 공기 성분이 기판처리챔버(5)로 잘못 들어오는 것을 방지하는 처리("개방 챔버 정화")가 먼저 수행된다. 그러나, 이 공정은 생략될 수 있다. 그 경우에, 기판처리챔버(5)와 도관 내부에 있는 가스를 주위의 공기로 밀어냄으로써 표유하는 주위 공기 성분을 제거하기 위한 공정은, 기판처리챔버(5)의 해치가 닫힌 상태에서 CO2 가스를 공급함으로써 수행된다("폐쇄 챔버 정화"). 앞에서 언급한 효과는 이 방식으로도 얻어질 수 있다.
(2) 상기 실시예에서, 챔버 내부 정화는 가스 처리챔버(5)와 도관 내부에 있는 가스를 주위의 공기로 배출하기 위해 수행된다. 그에 대신하여, 도관 내부에 있는 가스는, 밸브(V3,V4) 및 밸브(V6)를 경유한 순환 펌프(6)로 구성된 세정 처리 순환라인을 통하여 주위 공기로 배출될 수 있다.
(3) 상기 실시예는, 밸브(V6)가 기판처리챔버(5)와 도관 내부에 있는 가스를 주위 공기로 배출하는 기능을 하는 밸브로서 제공되는 경우를 나타낸다. 그에 대신하여, 밸브(V6)을 통한 배출 경로는, 가스를 배출하기 위한 또 다른 경로(예컨대, 분리/회수조(8)로부터의 배출 경로)가 존재하면, 별도로 제공될 필요는 없다.
(4) 상기 실시예에서, 초임계 CO2의 활용 효율을 최적화하기 위하여, 소정의 기간 동안에만, 밸브(V3,V4) 및 초임계 CO2를 순환시키기 위한 순환펌프(6)로 구성된 세정처리 순환라인을 이용함으로써 기판 세정이 수행된다. 그에 대신하여, 세정처리 순환라인을 구축하지 않고, SCF 생성/회수 라인을 사용하는 것만으로 기판 세정이 수행될 수 있다.
(5) 또한, 밸브들(V1~V6)의 위치는 상기 실시예에서 나타난 것들에 국한되지 않지만, 앞에 언급된 배기라인(vent line)이 형성되는 다른 위치들도 있을 수 있다.
(6) 상기 실시에에서, 기판처리챔버(5)의 하류에서 제공되는 감압기(7)는 SCF를 기화한 후에, 분리/회수조(8)로 출력한다. 그에 대신하여, 먼저 상기 SCF가 분리/회수조(8)에 의해 감압되고, 나중에 가스 성분과 액체 성분으로 분리될 수 있다.
(7) 상기에 나타난 고압 처리장치는 기판 세정을 수행하도록 설계된 것이지만, 본 발명은 그것에 국한되지 않는다. 기판으로부터 불필요한 물질을 제거하기 위한 고압 유체 또는 고압유체 이외의 약액(들)을 사용하는 건조, 현상 공정도, 본 발명에 따른 고압 처리로서 이용될 수 있다. 특히, 린스 세정(물로 세정하는 것)을 받은 기판이 기판처리챔버(5)에 배치된다. 기판처리챔버(5)에서, 기판에 부착된 습기는 초임계 또는 임계내 상태의 고압 처리용 유체로 용해될 수 있다. 그 후에, 상기 실시예와 같이, 처리용 유체는 재순환을 위해 회수될 수 있다.
기판에 대한 현상 처리는, 레지스트를 그 위에 가지고 있는 실리콘 웨이퍼를 기판처리챔버(5)에 배치하고, 초임계 또는 임계내 상태의 고압 처리용 유체를 사용하여 기판처리챔버(5) 내에 있는 기판 상의 레지스트 패턴을 현상함으로써 수행될 수 있다.
(8) 기판 처리 동작은 현상처리, 세정처리, 건조처리의 단일의 순간에 국한되지 않는다. 그러한 많은 처리가 연속적으로 수행될 수 있으며, 예컨대, 현상처리를 받은 기판이 연속적으로 건조처리를 받을 수 있다. 건조처리를 받은 기판은 연속적으로 세정처리를 받을 수 있다.
(9) 상기 실시예에서, 처리용 유체는 SCF로서 기판처리챔버(5)로 공급된다. 특히, 기판처리챔버(5)에 공급되는 유체는 1MPa 이상으로 정의되는 소정의 고압 상태이다. 유체는 고밀도, 고용해성, 저점성, 고확산성을 가지는 것이 바람직하다. 고압 유체를 사용하는 이유는, 그 고확산 계수는 용해된 오염물질이 고압 유체를 통하여 확산하게 하기 때문이다. 고압 상태의 SCF는 액체 및 가스의 특성간의 중간 특성 때문에 미세한 패턴을 더욱 잘 퍼뜨릴 수 있다. 또, 고압 유체는 액체의 밀도에 가까운 밀도를 가지고 있어서, 가스가 포함할 수 있는 것보다도 훨씬 많은 양의 부가물(약액)을 포함할 수 있다.
초임계 상태 또는 임계내 상태의 유체가 더욱 바람직하다. 세정 단계에서, 또는 세정 단계 후의 린스 또는 건조/현상 단계에서는 임계내 (고압 유체) 또는 5 내지 30MPa 범위내의 SCF를 사용하는 것이 바람직하며, 7.1 내지 20Mpa의 SCF를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
(제2 실시예)
이하에서, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 제2 실시예 따른 고압 처리장치를 설명한다. 간결을 위하여, 본 실시예에서는, (제1 실시예에서 설명된 바와 같이) 개방 챔버 정화 및 폐쇄 챔버 정화가 제2 실시예에 따른 고압 처리 장치에서의 기화기와 벤트 라인을 제공함으로써 수행될 수 있지만, 개방조 정화 및 폐쇄조 정화에 관련된 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고압 처리장치의 구조를 나타내는 블록도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 고압 처리장치는 실린더(1), 응축기(2), 승압기(3a,3b), 가열기(4), 기판처리챔버(5), 약액 공급부(6), 감압기(7), 분리/회수조(8), 약액 혼합기(9), 스위칭부(10), 바이패스 스위칭부(100), 밸브(V7)를 포함한다. 이 구성요소들간의 연결은 내압성 도관에 의해 실현된다. 순환 유로(11)는 스위칭부(10)와 바이패스 스위칭부(100)를 승압기(3b)를 경유하여 상호연결한다. 바이패스 유로(12)는 바이패스 스위칭부(100)와 스위칭부(10)의 제2측을 상호연결한다. 상기 고압 처리장치는 스위칭부(10)와 바이패스 스위칭부(100)내의 각 밸브의 개폐를 제어(이하에서 설명한다)하는 스위칭 제어부(150)를 더 포함한다.
도 4는 본 고압 처리장치내의 바이패스 스위칭부(100)를 나타내는 단면도이다. 바이패스 스위칭부(100)는 4개의 내압성 도관(A,B,C,D)를 포함한다. 도관(A)은 순환 유로(11)에 연결되고; 도관(B)은 가열기(4)에 연결되며, 도관(C)는 승압기(3a)에 연결되고; 도관(D)은 바이패스 유로(12)에 연결된다. 바이패스 스위칭부(100)는 밸브(101a,101b,101c)를 포함한다. 밸브(101a)는 도관(A)과 도관(D) 사이의 통신을 개폐하고; 밸브(101b)는 도관(A)과 도관(B) 사이의 통신을 개폐하고; 밸브(101c)는 도관(B)과 도관(C) 사이의 통신을 개폐한다. 밸브(101a~101c)는 수동적으로 , 또는 전자력, 기압 등을 활용하는 제어장치를 통하여 개폐될 수 있다. 본 발명에서, 바이패스 스위칭부(100)는 "공급/배출 스위칭부"를 구성한다.
다음으로, 본 고압 처리장치의 각 구성요소의 동작을 설명한다. 본 실시예에서는 CO2가 처리용 유체로서 사용되는 경우를 나타내지만, 예컨대 일산화질소, 알콜, 에탄올 또는 물과 같이 SCF로 변환될 수 있는 어떠한 물질이라도 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 기판처리챔버(5)에서 사용될 기판 세정 기술은 배치 처리(즉, 동시에 복수의 기판이 세정되는 것)일 수도 있고 단일의 기판 처리일 수도 있다.
실린더(1)는 기판을 세정하기 위해 사용되는 액화 CO2를 담는다. 응축기(2)는 분리/회수조(8)로부터 공급된 가스 CO2를 냉각하여 액화한다. 승압기(3a,3b)는, 예컨대, 압축기 또는 펌프로 구성될 수 있다. 승압기(3a)는 콘덴서(2)에 의해 액화된 CO2 가스를 임계압력(Pc) 이상의 소정의 압력까지 압축한다. 그리고, 액화 CO2는 승압기(3a)를 경유하여 바이패스 스위칭부(100)로 보내어진다. 본 발명에서, 실린더(1)로부터 배이패스 스위칭부(100)까지 이르는 유로는 "공급라인"을 구성한다.
바이패스 스위칭부(100)에서, 밸브(101c)만이 개방되는 반면에, 액화 CO2는 임계내 상태 또는 액화 상태에서 가열기(4)로 보내어진다.
가열기(4)는 승압기(3a)에 의해 압축된 액화 CO2를 임계온도(Tc) 이상의 소정의 온도까지 가열한다. 그리고, 액화 CO2는 SCF로 변환되어 혼합기로 보내어진다. 초임계 CO2는 본 발명에서 사용될 수 있는 고압 처리 유체로서 예시적이다.
세정 성분(예컨대, 기본적 화합물)은 약액 공급부(15)로부터 밸브(V7)를 경유하여 혼합기(9)로 공급된다. 그러한 세정 성분은 기판 상에 부착된 고분자-중량 오염물질(예컨대, 레지스트 또는 에칭 중합체)을 제거하기 위해 사용될 수 있는데, 세정 성분은 (종종 레지스트로 사용되는) 고분자-중량 물질을 가수분해하는 능력에 기인하여 세정에 매우 효과적이기 때문이다. 기본적 화합물의 특정 예로서는, 4원소의 암모니아 수산화물, 4원소의 암모니아 플루오르화물, 알킬라민, 알카놀라민, 수산화 아민, 암모늄 플루오르화물 중 하나 이상의 화합물이 포함된다. 바람직하게는, 세정 성분은 초임계 CO2에 기초하여 0.05 내지 8 wt%의 비율로 포함될 수 있다.
비록 제2 실시예가 한 유형의 약액이 이용된 경우를 나타내고 있지만, 약액의 유형과 수는 처리될 기판 및/또는 세정의 목적에 따라 임의로 설정될 수 있다. 약액은 ("혼합부"를 구성하는) 약액 혼합기(9)로 보내어진다. 약액 혼합기(9)는 공급된 약액과 소정의 비율로 생성된 SCF를 동질적으로 혼합하여, 결과적 혼합물을(이하에서 "보조물-포함 초임계 CO2"라고 부른다) 기판처리챔버(5)로 출력한다.
앞에서 언급한 기본적 화합물과 같은 세정 성분이 초임계 CO2와 화합하지 않는 경우에, 세정 성분이 잘 용해되거나 CO2 내에서 동질적으로 퍼지도록 도와주는 보조물로서 작용하는 화합제(compatibilizer)가 하나의 약액으로서 이용되는 것이 바람직하다. 세정 성분을 고압 유체와 화합시킬 수 있는 한, 화합제의 유형에는 제한이 없지만, 바람직한 화합제의 예로서는 메탄올, 에탄올 또는 이소프로파놀(isopropanol) 등의 알콜과, 디메틸술폭시드(dimethylsulfoxide)와 같은 알킬 술폭시드(alkyl sulfoxide)가 포함될 수 있다. 화합제는 세정 단계 동안에 고압 유체에 기초하여 10 내지 50 wt%의 범위에 있도록 선택될 수 있다.
처리해야 할 대상으로서, 기판은 미리 ("기판처리부"를 구성하는) 기판처리챔버(5)에 배치된다. 기판은 앞에서 언급한 방식으로 공급되는 보조물을 포함하는 초임계 CO2를 사용함으로써 세정된다. 기판처리챔버(5)에서 세정용으로 사용된 후에, 보조물-포함 초임계 CO2는 스위칭부(10)를 통하여 감압기(7)로 보내어진다.
보조물-포함 초임계 CO2는 기화를 위해 감압기(7)에 의해 감압된다. 분리/회수조(8)에서, 감압기(7)내에서 기화된 CO2는 약액과 오염물질로부터 분리되고, 가스 CO2는 다시 응축기(2)로 공급된다. 본 발명에서, 스위칭부(10)의 제2측의 유로는 "배출라인"을 구성하며, 또한 "회수/재순환라인"의 기능을 하는데, 가스 CO2 가 다시 응축기(2)로 공급됨에 따라 그것이 처리용 유체가 재순환되도록 하기 때문이다.
다음으로, 보조물-포함 초임계 CO2가 회수/순환라인을 통하여 흐르지 않고 순환되는 고압 처리장치의 동작을 설명한다. 도 3을 참조하면, 스위칭부(10)와 바이패스 스위칭부(100)는 회수/재순환라인과 처리용 유체를 위한 공급라인으로부터 세정처리 순환라인을 각각 분리하는 기능을 한다. 바이패스 스위칭부(100)는 승압기(3a)의 제2측과 가열기(4)의 제1측을 상호연결하는 도관에 배치된다. 스위칭부(10)는 기판처리챔버(5)의 제2측과 감압기(7)의 제1측을 상호연결하는 도관에 배치된다.
상기한 바와 같이, 스위칭부(10)는 순환 유로(11)에 의하여 바이패스 스위칭부(100)에 연결된다. 고압 처리장치가 보조물-포함 초임계CO2의 회수 단계를 포함하는 동작으로부터 보조물-부가 초임계 CO2의 순환 처리로 스위칭될 때, 승압기(3b)는 활성화되고, 스위칭부(10)는 보조물-포함 초임계 CO2를 기판처리챔버(5)로부터, 감압기(7)를 향해 방향전환시키지 않고 순환 유로(11)를 향해 방향전환시킨다.
이 때, 바이패스 스위칭부(100)내의 밸브(101b)는 개방되는 한편, 다른 밸브들(101a,101c)은 폐쇄된다. 결과적으로, 순환 유로(11)로부터 온 보조물-포함 초임계 CO2는 가열기(4)로 보내어진다. 따라서, 보조물-포함 초임계 CO2의 순환 처리 동안에, 승압기(3b)는 활성화되고 스위칭부(10)와 바이패스 스위칭부(100)는 앞에서 언급한 방식으로 스위칭됨으로써, 본 발명 하에서 순환라인이 달성된다. 순환 처리는 순환라인내의 보조물-포함 초임계 CO2로 하여금 회수 단계를 수행하지 않고, 기판 세정을 위해 연속적으로 사용될 수 있도록 한다. 만약 순환 처리 도중에 약액의 농도가 안정하다는 것을 알아내면, 약액 공급부(15)로부터 약액을 계속 공급할 필요가 없다는 점을 유의해야 한다.
다음에, 순환라인이 세척되는 고압 처리장치의 동작을 설명한다. 도 3에서, 순환 처리 후에 순환라인을 세척하기 위한 라인을 통하여 고압 처리장치가 동작하도록 스위칭되면, 바이패스 스위칭부(100)에서 밸브(101a,101c)는 개방되고 밸브(101b)는 닫힌다. 결과적으로, 승압기(3a)로부터의 흐름은 가열기(4)를 향해 전환되는 반면에, 순환 유로(11)로부터의 흐름은 두 흐름이 같이 혼합되지 않는 방식으로 바이패스 유로(12)를 향해 전환된다.
따라서, 고압 처리장치의 순환라인 세척작용 동안에, 바이패스 스위칭부(100)는 앞에서 언급한 방식으로 스위칭됨으로써, 응축기(2)로부터 온 초임계 CO2는 앞에서 언급한 모든 순환라인(순환 유로(11)을 포함)을 통하여 흐르고, 그 후에는 바이패스 유로(12)를 경유하여 감압기(7)로 보내어진다. 결과적으로, 순환라인내에 남겨진 약액, 유기 물질 등은, 초임계 CO2의 연속적인 유입과 함께, 감압기(7)를 경유하여 분리/회수조(8)로 연속적으로 보내어지고, CO2가스로부터 분리되어 분출되는 만큼 배출된다. 상기한 세척의 완료 후에는, 순환라인 내의 모든 밸브들은 순환라인을 분리하기 위해 폐쇄된다. 그리고는, 기판처리챔버(5)의 내부는 대기압으로 감압됨으로써, 기판 처리가 종료되며; 기판은 기판처리챔버(5)에서 회수된다. 기판의 배치/회수 동안에, 고압 처리장치내의 적절한 위치에 기화기와 벤트부를 제공함으로써, 제1 실시에에서 설명한 바와 같이 개방조 정화를 수행하고 벤트 라인(vent line)을 구축하는 것이 가능하다.
스위칭부(10)와 바이패스 스위칭부(100)에 의한 상기 유로 스위칭부는 스위칭 제어부(150)에 의하여 제어된다. 도 5는 스위칭 제어부(150)에 의한 예시적인 제어 흐름을 나타내는 흐름도이다. 이하에서, 도 5를 참조하면서, 스위칭 제어부(150)에 의한 제어를 설명한다.
도 5를 참조하면, 기판이 기판처리챔버(5) 내에 세정될 대상으로서 배치된다(단계 S300). 기판을 배치한 후에, 고압 처리장치내의 도관 라인을 보조물-포함 초임계 CO2로 채우기 위하여, 스위칭 제어부(150)는 바이패스 스위칭부(100)내의 밸브(101c)를 열고, 기판처리챔버(5)를 감압기(7)에 연결하는 스위칭부(10)내의 유로를 개방한다(단계 S301). 그후에, 다음의 세정 공정이 시작된다.
초기에, 처리용 유체로 사용할 CO2는 실린더(1)내에, 5내지 6MPa 범위의 압력으로, 액체 유형으로 저장된다. 이 액체 CO2는 응축기(2)로 전달되어, 액체 유형으로 저장된다. 액체 CO2 는 승압기(3a)에 의해 임계압력(Pc) 이상의 압력까지 압축되고, 임계온도(Tc) 이상의 소정의 온도까지 가열됨으로써, SCF로 변환된다. SCF는 생성되는 즉시, 약액 혼합기(9)로 보내어진다. 상기 소정의 압력과 온도는 세정되어야 할 기판의 유형과 소망하는 세정 성능에 기초하여 임의로 선택된다.
초기상태하에서, 약액은 약액 혼합기(9)에 공급되어, 초임계 CO2의 소정 레벨의 농도를 구축한다. 약액 혼합기(9)는 공급된 약액을 초임계 CO2와 혼합하고, 소정의 농도의 약액을 담고 있는 초임계 CO2를 기판처리챔버(5)로 출력한다. 바이패스 스위칭부(100)의 제2측으로부터 스위칭부(10)의 제1측까지의 유로가 보조물-포함 초임계 CO2로 채워지면, 보조물-포함 초임계 CO2는 스위칭부(10)로부터 나와 감압기(7)로 흘러들어간다(단계 S302).
스위칭 제어부(150)는 보조물-포함 초임계 CO2가 감압기(7)에 도달했는가 여부를 판단하고(단계 S303), 보조물-포함 초임계 CO2가 감압기에 도달한 것을 감지할 때까지 상기 상태를 유지한다. 단계 S303에서 보조물-포함 초임계 CO2가 감압기(7)에 도달했다고 판단하면, 스위칭 제어부(150)는 바이패스 스위칭부(100) 내의 밸브(101c)를 폐쇄하고 밸브(101b)를 개방하며, 기판처리챔버(5)로부터 순환 유로(11)를 연결하는 스위칭부(10)의 유로를 개방한다. 그 결과, 보조물-포함 초임계 CO2를 순환시키기 위한 순환라인이 확립되며, 이에 의하여 기판처리챔버(5)내의 기판이 세정된다(단계 S305). 보조물-포함 초임계 CO2가 소정의 기간 동안에 순환할 수 있음에 따라, 기판 세정은 계속된다.
소정의 세정 시간이 경과한 후, 스위칭 제어부(150)는 바이패스 스위칭부(100)의 밸브(101a,101c)를 개방하고 밸브(101b)를 폐쇄한다(단계 S306). 그 결과, 순환라인의 내부가 세척된다(단계 S307).
다음에, 소정의 크리닝 시간이 경과한 후, 스위칭 제어부(150)는 순환라인을 분리하기 위하여 순환라인내의 모든 밸브를 폐쇄한다(단계 S308).
그리고 나서, 기판 세정 및 세척 처리를 위해 사용된 처리용 유체는 재순환을 위해 회수된다. 오염물질이 용해된 보조물-포함 초임계 CO2는 기화를 위해 감압기(7)에 의해 감압되고, 그 후 분리/회수조(8)에서 가스 CO2, 약액, 오염물질로 분리된다. 분리된 약액과 오염물질이 배출되는 한편, CO2 가스는 응축기(2)에서 재순환을 위해 회수된다.
그리고 나서, 기판처리챔버(5)의 내부는 대기압으로 감압되며, 기판은 기판처리챔버(5)로부터 회수된다(단계 S309). 이 공정은 또 다른 기판을 세정하기 위해 단계 S300으로 귀환하거나, 또는 세정을 종료하고 흐름을 마치기 위해 단계 S310으로 귀환할 수 있다.
따라서, 본 고압 처리장치는, 상기 스위칭부(10)와 바이패스 스위칭부(100)의 스위칭을 통하여, SCF를 위한 공급라인, 회수/재순환라인을 포함하는 배출라인, SCF에 대해 순환에 기초한 처리를 실현하기 위한 순환라인, 순환라인을 세척하기 위한 라인간에 쉽게 스위칭할 수 있다. 순환라인을 세척하기 위한 라인에서, 약액 및/또는 순환라인내에 남겨진 어떠한 다른 물질도 단일의 라인을 사용함으로써 연속적으로 배출될 수 있다: 따라서, 순환 단계와 배출 단계를 별도로 반복할 필요가 없다. 그 결과, 세척처리에 요구되는 시간이 감소됨으로써, 고압 철장치의 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, 세척에 사용되는 SCF의 양이 줄어들 수 있으므로 비용도 감소시킬 수 있다.
본 고압 처리장치는 간헐적인 방식이 아니라, 연속적인 방식으로 라인을 세척할 수 있기 때문에, 라인 내부의 청결이 쉽게 향상될 수 있다. 더욱이, 세척처리 후의 순환라인은 세척처리 전에 사용된 어떠한 약액도 없이 이루어진다. 따라서, 세척처리 후에 다른 약액이 사용되는 경우에, 원치 않는 이전 약액의 혼합 또는 이전 약액과 새로운 약액 사이의 불필요한 화학반응을 방지할 수 있다. 따라서, 본 고압 처리장치는, 그 적용에 있어서 약액에 따른 어떠한 제한 없이도, 다양한 종류의 약액을 사용할 수 있다.
(제3 실시예)
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고압 처리장치의 구조를 나타내는 블록도이다. 이하에서, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예를 설명하겠다. 간결을 위해, 본 실시예에서, 제3 실시예에 따라 비록 (제1 실시예에서 설명된 바와 같이) 고압 처리장치 내에 기화기와 벤트 라인을 제공함으로써 개방 챔버 정화 및 폐쇄 챔버 정화가 쉽게 수행될 수 있지만, 개방 챔버 정화 및 폐쇄 챔버 정화에 관한 설명은 생략한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 고압 처리장치는 실린더(1), 응축기(2), 승압기(3a,3b), 가열기(4), 기판처리챔버(5), 약액 공급부(15), 감압기(7), 분리/회수조(8), 약액 혼합부(9), 스위칭부(10,14), 바이패스 스위칭부(100), 프레시 SCF 공급부(110), 밸브(V7)를 포함한다. 이들 구성요소들간의 결합은 내압성 도관에 의해 실현된다. 순환 유로(11)는 스위칭부(10,14) 사이를 상호연결한다. 바이패스 유로(13)는 바이패스 스위칭부(100)와 스위칭부(10)의 제2측을 상호연결한다. 고압 처리장치는 스위칭부(10,14)와 바이패스 스위칭부(100)의 각 밸브들의 개폐를 위한 스위칭 제어부(150)(이하에서 설명한다)를 더 포함한다.
본 고압 처리장치는, 도관들(A~D)이 다른 장소에 연결되는 것을 제외하고는, 제2 실시예에서 채용된 것과 동일한 구조를 가진다. 특히, 도 6에 나타낸 바이패스 스위칭부(100)에서, 도관(A)은 약액 혼합기(9)에 연결되고; 도관(B)은 기판처리챔버(5)에 연결되며; 도관(C)은 프레시 SCF 공급부(110)에 연결되고; 도관(D)은 바이패스 유로(13)에 연결된다. 제2 실시에에서 채용된 것들과 유사한 기타 구성요소 성분들은 같은 도면번호로 표시하며, 그 설명은 생략한다.
먼저, 본 고압 처리장치의, SCF 회수 단계를 포함하여, 각 구성요소의 작용들을 설명하겠다. 실린더(1)는 액화 CO2를 담는다. 응축기(2)는 분리/회수조(8)로부터 공급된 가스 CO2를 냉각하고 액화시킨다. 승압기(3a)는 응축기(2)에 의해 액화된 CO2를 임계압력(Pc) 이상의 소정의 압력까지 압축한다.
가열기(4)는 승압기(3a)에 의해 압축된 액화 CO2를 입계온도(Tc) 이상의 소정의 온도까지 가열한다. 약액 혼합기(9)는 약액 공급부(15)로부터 공급된 약액과 초임계 CO2를 소정의 비율로 동질적으로 혼합하고, 그 결과인 혼합물을 바이패스 스위칭부(100)로 출력한다.
바이패스 스위칭부(100)에서, 밸브(101b)만이 개방되는 반면에, 다른 밸브들(101a,101c)은 폐쇄된다. 따라서, 보조물-포함 초임계 CO2는 바이패스 스위칭부(100)를 통해, 약액 혼합기(9)로부터 기판처리챔버(5)로 보내어진다. 기판처리챔버(5)에서, 기판은 보조물-포함 초임계 CO2를 사용함으로써 세정된다. 기판이 기판 세정 챔버(5) 내에서 세정된 후, 보조물-포함 초임계 CO2는 스위칭부(10)를 통하여 감압기(7)로 전해진다.
다음으로, SCF가 회수 단계를 거치지 않고 순환되는 본 고압 처리장치의 작용을 설명하겠다. 도 6을 참조하면, 고압 처리장치가 SCF의 회수 단계를 포함하는 작용으로부터 SCF의 순환 처리로 전환될 때, 승압기(3b)가 활성화되고 스위칭부(10)는 보조물-포함 초임계 CO2를 기판처리챔버(5)로부터, 감압기(7)가 아니라, 순환 유로(11)로 방향전환한다.
이 때, 스위칭부(14)는 보조물-포함 초임계 CO2를 순환 유로(11)로부터 가열기(4)로 방향전환한다. 따라서, 앞에서 언급한 방식으로 승압기(3b)를 활성화시키고 스위칭부(10,14)를 스위칭함으로써, 순환처리는 순환라인 내의 보조물-포함 초임계 CO2가 기판 세정을 위해 연속적으로 사용될 수 있도록 한다.
다음으로, 고압 처리장치 내의 순환라인이 세척되는 작용을 설명하겠다. 도 6을 참조하면, 순환처리 후에, 고압 처리장치가 순환라인을 세척하기 위한 라인을 통해 동작하도록 전환될 때, 프레시 SCF 공급부(110)으로부터 프레시 SCF가 순환라인으로 공급된다. "프레시 SCF(fresh SCF)"는 약액 등과 같은 어떠한 불순물도 포함하지 않은 초임계 CO2를 말한다. 초임계 CO2는, 공급라인에서 제공되는 초임계 CO2를 생성 및 제공하는 단계에 대해 독립적으로, 초임계 CO2를 생성하기 위한 별도의 부문에 의해 생성되는 것이 바람직하다.
또한, 바이패스 스위칭부(100) 내의, 밸브(101a,101c)는 개방되고 밸브(101b)는 폐쇄된다. 그 결과, 프레시 SCF 공급부(110)로부터의 흐름은 기판처리챔버(5)를 향해 방향전환되는 반면에, 약액 혼합기(9)로부터의 흐름은 두 흐름이 서로 혼합되지 않도록 하는 방식으로, 바이패스 유로(13)로 방향전환된다.
따라서, 고압 처리장치의 순환라인 세척작용 도중에, 프레시 SCF 공급부(110)으로부터 프레시 SCF가 공급되고, 바이패스 스위칭부(100)가 앞에서 언급한 방식으로 스위칭됨으로써, 프레시 SCF는 (순환 유로(11)를 포함하여) 모두 앞에서 언급한 순환라인을 통하여 흐를 수 있게 되고, 그 후 바이패스 유로(13)를 경유하여 감압기(7)로 보내어진다. 결과적으로, 순환라인내에 남겨진 어떠한 약액, 유기물 등이라도 감압기(7)를 통하여 분리/회수 챔버(8)로, 프레시 SCF와 함께 연속적으로 보내어지며, 분출되는 만큼 배출될 CO2 가스로부터 분리된다. 제3 실시예에 따른 기판의 배치/회수 동안에, 고압 처리장치내에 적절한 위치에 기화기와 배기부문을 제공함으로써, 제1 실시에에서 설명한 바와 같이 개방 챔버 내부 정화를 수행하는 것과 배기라인을 구축하는 것이 가능하다.
앞에서 언급한, 스위칭부(10,14)와 바이패스 스위칭부(100)에 의한 유로 스위칭은, 스위칭 제어부(150)에 의하여 제어될 수 있다. 도 7은 스위칭 제어부(150)에 의하여 제어되는 예시적인 흐름을 나타내는 흐름도이다. 이하에서, 도 7을 참조하여, 스위칭 제어부(150)에 의한 제어를 설명하겠다.
도 7을 참조하면, 기판은 세정되어야 할 대상으로서 기판처리챔버(5) 내에 배치된다(단계 S400). 기판을 배치한 후에, 고압 처리장치 내의 도관라인을 보조물-포함 초임계 CO2로 채우기 위하여, 스위칭 제어부(150)는 승압기(3a)를 가열기(4)로 연결하는 스위칭부(14)내의 유로를 개방하고, 바이패스 스위칭부(100) 내의 밸브(101b)를 개방하며, 기판처리챔버(5)를 감압기(7)에 연결하는 스위칭부(10) 내의 유로를 개방한다(단계 S401). 그 후에, 후속하는 세정 처리가 시작된다.
그 결과, 초임계 CO2가 기판처리챔버(5)로 흐르며, 스위칭부(10)에서 나와 감압기(7)로 흐른다(단계 S402). 스위칭 제어부(150)는 초임계 CO2가 감압기(7)에 도달했는지 여부를 판단하고(단계 S403), 초임계 CO2가 감압기(7)에 도달했음을 감지할 때까지 앞에서 언급한 상태를 유지한다. 단계 S403에서 초임게 CO2가 감압기(7)에 도달했다고 판단되면, 스위칭 제어부(150)는 순환 유로(11)를 가열기(4)로 연결하는 스위칭부(14) 내의 순환 유로(11)를 개방하고, 기판처리챔버(5)를 순환 유로(11)로 연결하는 스위칭부(10) 내의 유로를 개방한다(단계 S404). 그 결과, 초임계 CO2를 순환하는 순환라인이 구축됨으로써, 기판처리챔버(5) 내부의 기판이 세정된다(단계 S405). 기판 세정은 보조물-포함 초임계 CO2가 소정 시간동안 순환할 수 있는 한 계속된다.
소정의 세정 시간이 경과한 후, 스위칭 제어부(150)는 바이패스 스위칭부(100) 내의 밸브(101a,101c)를 개방하고 밸브(101b)를 폐쇄한다. 그 결과, 순환라인의 내부는 프레시 SCF에 의해 세척된다(단계 S407).
다음에, 소정의 세척 시간이 경과한 후, 스위칭 제어부(150)는 순환라인 내의 모든 밸브들을 폐쇄하여 순환라인을 분리한다(단계 S408).
그리고 나서, 기판 처리챔버(5)의 내부는 대기압으로 감압되고, 기판은 기판 처리챔버(5)로부터 회수된다(단계 S409). 본 처리는 또 다른 기판을 세정하기 위하여 단계 S400)으로 귀환할 수 있거나, 또는 세정을 종료하고 흐름을 마치기 위해 단계 S410로 돌아갈 수도 있다.
따라서, 본 고압 처리장치는, 앞에서 언급한 스위칭부(10,14)와 바이패스 스위칭부(100)의 스위칭을 통하여, SCF를 위한 공급라인, 회수/재순환라인을 포함하는 배출라인, SCF에 대해 순환에 기초한 처리를 실현하기 위한 순환라인, 순환라인을 세척하기 위한 라인간에 쉽게 스위칭할 수 있다. 순환라인을 세척하기 위한 라인에서, 약액 및/또는 순환라인내에 남겨진 어떠한 기타 물질도 단일의 라인을 사용함으로써 연속적으로 배출될 수 있다; 따라서, 순환단계와 배출단계를 별도로 반복할 필요가 없다. 그 결과, 세척처리에 요구되는 시간이 감소됨으로써, 고압 처리장치의 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, 세척에 사용되는 SCF의 양이 줄어들 수 있으므로 비용도 감소시킬 수 있다.
구조적 원인으로 인해 처리를 통해 생성된 찌꺼기 약액 및/또는 기타 화학물질들은 축적되기 매우 쉽지만, 본 고압 처리장치는 기판처리챔버(5)에 프레시 SCF를 직접 공급할 수 있다. 그러므로, 세정 처리에 의해 높은 청결성을 가진 처리 결과가 얻어질 수 있다.
본 발명은 상기한 제2 및 제3 실시에에 한정되지 않으며, 이하에서 설명하는 바와 같이 다른 변화도 있을 수 있다.
(1) 제2 및 제3 실시예에서, 기판처리챔버(5)의 하류에서 제공되는 감압기(7)는 SCF를 기화한 후에, 분리/회수조(8)로 출력한다. 그에 대신하여, 먼저 상기 SCF는 분리/회수조(8)에 의해 감압되고, 나중에 가스 성분과 액체 성분으로 분리될 수 있다.
(2) 제2 및 제3 실시에에서, 처리용 유체가 SCF로서 기판처리챔버(5)로 공급된다. 특히, 기판처리챔버(5)로 공급되는 유체는 1 MPa 이상의 압력으로 정의된 소정의 고압 상태이다. 바람직하게는, 유체는 고밀도, 고용해성, 저점성, 고확산성을 가지는 것이 바람직하다. 임계내 유체 또는 고압 가스도 적용될 수 있음에 유의해야 한다. 또한, 5 MPa 이상의 압력으로 압축되는 처리용 유체를 공급함으로써, 세정 처리가 바람직하게 수행될 수 있다. 5 내지 30 MPa 범위내의 압력에서 세정처리를 수행하는 것이 바람직하며, 7.1 내지 20 Mpa의 SCF를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
(3) 제2 및 제3 실시예에 나타난 고압 처리장치들은 기판 세정을 수행하도록 설계된 것이지만, 그에 대신하여 기판 건조 또는 현상 처리 등을 위해 사용될 수도 있다. 특히, 린스 세정(물로 세정하는 것)을 받은 기판이 기판처리챔버(5)에 배치된다. 기판처리챔버(5)에서, 기판에 부착된 습기는 초임계 또는 임계내 상태의 고압 처리용 유체로 용해될 수 있다. 그 후에, 상기 실시예와 같이, 처리용 유체는 재순환을 위해 회수될 수 있다. 기판 건조 또는 현상 처리를 위하여 고압 처리장치가 채용되는 경우에는, 건조의 목적이나 레지스트의 특성에 따라서, 크실렌(xylenes), 메틸리소뷰틸케톤(methylisobutylketone), 4원자 암모늄 화합물, 플루오르 중합체가 약액으로서 사용될 수 있다.
(4) 기판에 대한 처리 작용은 현상처리, 세정처리, 건조처리의 단일 단계에 제한되지 않는다. 그러한 많은 처리들을 연속적으로 수행할 수 있는 바, 예컨대, 현상처리를 받은 기판은 이어서 세정처리를 받을 수 있다. 세정처리를 받은 기판은 이어서 건조처리를 받을 수 있다.
본 발명이 상세히 설명되었지만, 상기 설명은 모든 측면에 있어서 예시적인 것일 뿐이며, 제한적인 것이 아니다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 많은 다른 수정 및 변경이 고안될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 고압 처리장치 및 방법에 의하면, 기판 배치 도중에 처리챔버 내부로 잘못 들어갈 수 있는 어떠한 주위 공기 성분이라도 고압 유체 생성/회수 라인으로 들어가지 않도록 하면서, 순수한 고압 유체를 채용하여 기판 처리를 수행할 수 있다. 또, 라인의 향상된 청결성을 제공하면서, 고압 처리장치에서 라인을 효율적으로 세척할 수 있는 고압 유체를 채용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압 처리장치의 구조를 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압 처리방법의 단계적 흐름을 나타내는 흐름도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고압 처리장치의 구조를 나타내는 불록도,
도 4는 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 고압 처리장치의 바이패스 스위칭부를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고압 처리장치에서 스위칭 제어부에 의해 제어하는 흐름을 나타내는 흐름도,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고압 처리장치의 구조를 나타내는 불록도,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고압 처리방법의 단계적 흐름을 나타내는 흐름도,
도 8은 SCF를 설명하기 위한 그래프,
도 9는 SCF를 사용하여 기판세정을 실행하는 예시적인 전통적 고압 처리장치를 나타내는 블록도,
도 10은 순환라인을 포함하는 전통적은 고압 처리장치의 구조를 나타내는 블록도,
도 11은 프레시(fresh) SCF 공급부를 포함하는 전통적인 고압 처리장치를 나타내는 블록도이다.

Claims (21)

  1. 소정의 처리용 유체를 고압 유체로 변환하여 상기 고압 유체를 공급하는 고압 유체 공급부와;
    상기 고압 유체 공급부로부터 공급된 고압 유체가 상기 기판에 접촉하도록 함으로써 처리챔버 내부에 배치된 기판을 처리하는 기판처리부와;
    상기 기판처리부 내의 상기 기판을 처리하기 위해 상기 고압 유체가 사용된 후에 상기 고압 유체를 재순환하기 위해 회수하는 고압 유체 회수부와;
    상기 고압 유체의 조성물과 동일한 조성물의 분위기 교체용 유체를 상기 처리챔버에 공급하는 분위기 교체용 유체 공급부와;
    상기 처리챔버 내부에 존재하는 가스를 배출하는 배출부를 포함하는, 고압 유체를 채용하여 기판에 소정의 처리를 하는 고압 처리장치에 있어서,
    상기 기판이 상기 처리챔버 내에 배치된 다음 상기 처리챔버가 폐쇄된 후 상기 고압 유체가 공급되기 시작할 때까지, 상기 분위기 교체용 유체 공급부는 상기 처리챔버에 상기 분위기 교체용 유체를 공급하고, 상기 배출부는 상기 처리챔버 내부에 존재하는 상기 가스를 상기 분위기 교체용 유체의 공급을 통해 배척되도록 하여 배출시키는, 고압 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분위기 교체용 유체 공급부는 분위기 교체용 유체로서의 상기 처리용 유체를 고압 유체로 변환되기 전에 공급하는 고압 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분위기 교체용 유체 공급부는, 상기 처리챔버 내에 상기 기판이 배치된 다음 상기 처리챔버가 폐쇄될 때까지, 상기 분위기 교체용 유체를 상기 처리챔버에 공급하는 고압 처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리부는 상기 고압 유체를 순환시킴으로써 상기 기판을 처리하는 고압 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고압 유체 공급부로부터 공급되는 상기 고압 유체는 초임계 유체인 고압 처리장치.
  6. 처리용 처리챔버 내에 기판을 배치한 다음 상기 처리챔버가 폐쇄된 후에, 고압 유체의 조성물과 동일한 조성물의 분위기 교체용 유체를 상기 처리챔버에 공급하는 단계와;
    상기 처리챔버 내에 존재하는 가스를 상기 분위기 교체용 유체의 공급을 통해 배척되도록 하여 배출하는 단계와;
    소정의 처리용 유체를 고압 유체로 변환하여, 상기 고압 유체를 공급하는 단계와;
    상기 공급된 고압 유체를 채용함으로써 상기 처리챔버 내에 배치된 상기 기판을 처리하는 단계와;
    상기 기판을 처리하기 위해 상기 고압 유체가 사용된 후에, 재순환을 위해 상기 고압 유체를 회수하는 단계를 포함하는, 고압 유체를 채용하여 기판에 소정의 처리를 하는 고압 처리방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 대기 교체용 유체는 상기 고압 유체로 변환되기 전의 처리용 유체인, 고압 처리방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 처리챔버 내에 상기 기판을 배치한 다음에 상기 처리챔버가 폐쇄될 때까지 상기 분위기 교체용 유체를 상기 처리챔버에 공급하는 단계를 더 포함하는 고압 처리방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 단계는 상기 고압 유체를 순환시킴으로써 수행되는 고압 처리방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 고압 유체를 공급하는 단계에서 공급되는 상기 고압 유체는 초임계 유체인, 고압 처리방법.
  11. 고압 유체를 한 방향으로 순환시키는 순환라인과;
    상기 순환라인을 통해 순환되는 상기 고압 유체를 채용하여 처리될 대상을 처리하고, 상기 처리 후에 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로 귀환시키기 위하여, 상기 순환라인 내에 제공되는 처리부와;
    상기 고압 유체를 상기 순환라인에 공급하는 유로와 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로부터 배출하는 유로 중에서 선택된 적어도 한가지를 통하여, 상기 고압 유체를 방향전환하기 위하여 유로를 스위칭하도록 상기 순환라인 내에 제공되는 공급/배출 스위칭부와;
    상기 공급/배출 스위칭부를 경유하여 상기 고압 유체를 상기 순환라인에 제공하기 위한 공급라인과;
    상기 순환라인으로부터 상기 고압 유체를 배출하기 위한 배출라인과;
    상기 순환라인을 통해 순환하는 상기 고압 유체를 상기 공급/배출 스위칭부로부터 방향전환하여 상기 배출라인으로 공급되도록 하는 바이패스 유로를 포함하는, 고압 유체를 채용하여 대상물을 처리하는 고압 처리장치에 있어서,
    상기 처리되어야 할 대상물을 처리할 때, 상기 공급라인으로부터 공급되는 상기 고압 유체는 상기 순환라인을 통해 순환되고,
    상기 순환라인을 세척할 때, 상기 공급/배기 스위칭부는, 상기 고압 유체가 잉여없이 상기 순환라인을 통해 하나의 완전한 순환을 한 후, 상기 공급라인으로부터 공급된 상기 고압 유체가 상기 바이패스 유로를 경유하여 상기 배출라인으로 흘러들어가도록 유로들을 스위칭하는, 고압 처리장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 순환라인은, 상기 처리부의 제1측에 제공되는, 고압 유체가 아닌 약액을 약액 공급부로부터 상기 순환라인으로 제공할 수 있는 약액 혼합부를 더 포함하는 고압 처리장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 순환라인은 상기 순환라인을 통하여 순환되는 상기 고압 유체를 가열하기 위한 가열부를 더 포함하는 고압 처리장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 고압 처리장치는 상기 순환라인을 통하여 순환되는 상기 고압 유체를 위한 유로의 스위칭을 제어하는 제어부를 더 포함하며,
    상기 공급/배출 스위칭부는, 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로 공급하는 유로와 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로부터 배출하는 유로 중에서 선택된 적어도 한가지를 통하여, 상기 고압 유체를 방향전환하기 위해 유로를 스위칭하는 상기 제어부에 의해 제어되는 고압 처리장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 고압 유체는 초임계 유체인 고압 처리장치.
  16. 고압 유체를 한 방향으로 순환시키는 순환라인과;
    상기 순환라인을 통해 순환되는 상기 고압 유체를 채용하여 처리되어야 할 대상을 처리하고, 상기 처리 후에 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로 귀환시키기 위하여, 상기 순환라인 내에 제공되는 처리부와;
    상기 고압 유체를 상기 순환라인에 공급하는 유로와 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로부터 배출하는 유로 중에서 선택된 적어도 한가지를 통하여, 상기 고압 유체를 방향전환하기 위하여 유로를 스위칭하도록 상기 순환라인 내에 제공되는 공급/배출 스위칭부와;
    상기 고압 유체를 상기 순환라인에 제공하기 위한 제1 공급라인과;
    상기 공급/배출 스위칭부를 경유하여 상기 고압 유체를 상기 순환라인에 제공하기 위한 제2 공급라인과;
    상기 순환라인으로부터 상기 고압 유체를 배출하기 위한 배출라인과;
    상기 순환라인을 통해 순환하는 상기 고압 유체를 상기 공급/배출 스위칭부로부터 방향전환하여 상기 배출라인으로 공급되도록 하는 바이패스 유로를 포함하는, 고압 유체를 채용하여 처리해야 할 대상물을 처리하는 고압 처리장치에 있어서,
    상기 처리되어야 할 대상물을 처리할 때, 상기 제1 공급라인으로부터 공급되는 상기 고압 유체는 상기 순환라인을 통해 순환되고,
    상기 순환라인을 세척할 때, 상기 공급/배기 스위칭부는, 상기 고압 유체가 상기 순환라인을 통해 잉여없이 하나의 완전한 순환을 한 후, 상기 제2 공급라인으로부터 공급된 상기 고압 유체가 상기 바이패스 유로를 경유하여 상기 배출라인으로 흘러들어가도록 유로들을 스위칭하는, 고압 처리장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 공급/배기 스위칭부는 상기 처리부의 제1측에 인접하는 상기 순환라인 상의 위치에 제공되는 고압 처리장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 순환라인은, 상기 처리부의 제1측에 제공되는, 고압 유체가 아닌 약액을 약액 공급부로부터 상기 순환라인으로 제공할 수 있는 약액 혼합부를 더 포함하는 고압 처리장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 순환라인은 상기 순환라인을 통하여 순환되는 상기 고압 유체를 가열하기 위한 가열부를 더 포함하는 고압 처리장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 고압 처리장치는 상기 순환라인을 통하여 순환되는 상기 고압 유체를 위한 유로의 스위칭을 제어하는 제어부를 더 포함하며,
    상기 공급/배출 스위칭부는, 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로 공급하는 유로와 상기 고압 유체를 상기 순환라인으로부터 배출하는 유로 중에서 선택된 적어도 한가지를 통하여, 상기 고압 유체를 방향전환하기 위해 유로를 스위칭하는 상기 제어부에 의해 제어되는 고압 처리장치.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 고압 유체는 초임계 유체인 고압 처리장치.
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