JP7303784B2 - 基板処理方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は基板を処理する方法及び装置に関り、さらに詳細には超臨界流体を利用して基板を処理する方法及び装置に係る。
一般的に半導体素子はウエハのような基板から製造する。具体的に、半導体素子は蒸着工程、フォトリソグラフィー工程、蝕刻工程等を遂行して基板の上部面に微細な回路パターンを形成して製造される。
上記の工程を遂行しながら、前記回路パターンが形成された基板の上部面に各種異物質が付着されるので、前記工程の間に基板の上の異物を除去する洗浄工程が遂行される。
一般的に洗浄工程はケミカルが基板に供給して基板の上の異物質を除去するケミカル処理、純水を基板に供給して基板上に残留するケミカルが除去するリンス処理、そして基板上に残留する純水を除去する乾燥処理を含む。
基板の乾燥処理のために超臨界流体が使用される。一例によれば、基板の上の純水を有機溶剤で置換した後、高圧チャンバー内で超臨界流体を基板の上部面に供給して基板上に残っている有機溶剤を超臨界流体に溶解させて基板から除去する。有機溶剤としてイソプロピルアルコール（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；以下、ＩＰＡ）が使用される場合、超臨界流体としては臨界温度及び臨界圧力が相対的に低く、ＩＰＡがよく溶解される二酸化炭素（ＣＯ２）が使用される。
超臨界流体を利用した基板の処理は次の通りである。図１は超臨界流体を利用した基板の処理する時、チャンバー内部の圧力Ｐとチャンバー内部の温度Ｔを示す。基板が高圧チャンバー内に搬入されれば、高圧チャンバー内に超臨界状態の二酸化炭素が供給されて高圧チャンバー内部を加圧し（Ｓ１０）、その後、超臨界流体の供給及び高圧チャンバー内の排気を繰り返しながら、超臨界流体で基板を処理する（Ｓ２０）。そして、基板の処理が完了されれば、高圧チャンバー内部を排気して減圧する（Ｓ３０）。
図２に図示されたように、ＩＰＡの二酸化炭素に対する溶解度は温度が低くなるほど、低くなる。したがって、二酸化炭素の供給及びチャンバー内部の排気を繰り返しながら、基板を処理する途中に、チャンバー内部が排気される時、断熱膨張によってチャンバー内部の温度が低くなる。たとえ、チャンバー内部の温度が二酸化炭素の臨界温度ｔ１より低くならなくても、図２のように二酸化炭素に対するＩＰＡの溶解度はチャンバー内部の温度が低くなるほど、低くなる。溶解度が低くなることに応じてチャンバー内に残っていたＩＰＡはミスト形態に残留するようになり、これらが基板上に落ちて洗浄不良を誘発する。
高圧チャンバー内部を排気してチャンバーの減圧が行われる間に（Ｓ３０）、チャンバー内部の圧力が下降され、チャンバー内部の温度は断熱膨張によって二酸化炭素の臨界温度ｔ１である３１℃以下に低下される。これによって、時間ｔ１が経過される時点からチャンバー内部の超臨界混合物が凝縮しながら、基板に落下される。
まだ超臨界流体に溶解されなかったＩＰＡと二酸化炭素混合物が基板に残留及び吸着されてパターンリーニング現象を引き起こす。したがって、基板上に残留するＩＰＡを減少させるために工程時間を長く伸ばす場合、半導体価額が上昇し、収率が低下する問題がある。
超臨界状態の二酸化炭素を使用する超臨界工程で、チャンバー内部の圧力又は温度変化等によって二酸化炭素の相変化が発生する。したがって、ＩＰＡの超臨界流体に対する溶解度が変化し、超臨界流体に溶解されないＩＰＡが基板に相変わらず残留する問題がある。特に、基板の処理が完了された直後に高温高圧状態のチャンバーを開放することによって超臨界流体の急激な相変化及びチャンバー内部の急激な温度変化が発生する。
また、超臨界流体及びＩＰＡの排出が円滑でないので、工程が完了された後にもパターン深く浸透した超臨界流体又は超臨界流体に溶解されたＩＰＡが排出されなく残留する。
韓国特許公開第１０－２０２０－０００１４８１号公報
本発明の目的は超臨界流体を利用して基板を処理する時、基板の処理効率を向上させることができる基板処理装置及び方法を提供することにある。
本発明の目的は基板を乾燥させる時、異種の超臨界流体を利用して超臨界流体の急激な相変化を防止することにある。
本発明の目的はここに制限されなく、言及されないその他の目的は下の記載から当業者に明確に理解されるべきである。
本発明は基板を処理する方法を提供する。一実施形態において、基板処理方法は、チャンバー内の処理空間で基板の上の残留物を超臨界状態の第１流体と超臨界状態の第２流体で基板を処理する処理段階を含み、超臨界状態の第１流体と超臨界状態の第２流体は互いに密度が異なることができる。
一実施形態において、処理段階で処理空間に第１流体を供給する供給段階と処理空間を排気する排気段階は順次的に複数回繰り返しながら行われ、第２流体は供給段階で供給されることができる。
一実施形態において、処理段階で処理空間に第１流体を供給する供給段階と処理空間を排気する排気段階は順次的に複数回繰り返しながら行われ、第２流体は供給段階と排気段階で供給されることができる。
一実施形態において、基板処理方法は、処理段階の後に処理空間内を排出して処理空間を減圧する減圧段階をさらに含み、減圧段階の間に処理空間に第２流体が供給されることができる。
一実施形態において、処理空間に供給される第２流体の単位時間当たり供給量は処理空間から排出される単位時間当たり第１流体及び第２流体の排気量より小さくすることができる。
一実施形態において、基板処理方法は減圧段階の後にチャンバーを開放する開放段階を含み、開放段階の間に処理空間にガス状態の第２流体が供給されることができる。
一実施形態において、処理段階は、第１流体又は第２流体を供給する供給段階と供給段階の後に処理空間を排気する排気段階を交互に複数回供給し、供給段階は第１流体のみが供給される第１供給段階と、第２流体のみが供給される第２供給段階と、を含むことができる。
一実施形態において、第１供給段階はＮ回連続され、第２供給段階はＭ回連続され、ＮはＭより大きい数である。
一実施形態において、供給段階の反復回数が増加されることによって、Ｎは漸進的に減少し、Ｍは漸進的に増加することができる。
一実施形態において、供給段階の反復回数が増加されることによって、第１供給段階で第１流体の単位時間当たり供給量は減少し、第２流体の単位時間当たり第２流体の供給量は増加することができる。
一実施形態において、基板の処理は基板の上の有機溶剤を第１流体又は第２流体に溶解させて基板上で有機溶剤を除去する工程である。
一実施形態において、第１流体は第２流体より密度がさらに高く、第２流体は第１流体より拡散率がさらに高い。
一実施形態において、第１流体は第２流体より残留物をさらに良く溶解する流体である。
一実施形態において、第２流体は第１流体よりさらに低い温度及びさらに低い圧力で超臨界状態に相変化する流体である。
一実施形態において、第１流体は二酸化炭素であり、第２流体は不活性ガスである。
一実施形態において、第２流体はアルゴンガス、窒素ガス、又はヘリウムガスである。
一実施形態において、第１流体と第２流体は互いに密度が異なる同一種類の流体である。
一実施形態において、第１流体と第２流体は二酸化炭素である。
一実施形態において、パターンが形成された基板を処理空間に配置し、処理空間内に超臨界状態の第１流体を供給して基板上に残留する残留物を第１流体に溶解させ、処理空間内に超臨界状態の第２流体を供給してパターン内に残存する残留物が溶解された第１流体をパターンから放出させ、第１流体は第２流体より密度が高く、第２流体は第１流体より拡散率が高い流体である。
一実施形態において、処理空間に第１流体を供給する供給段階と処理空間を排気する排気段階を順次的に複数回反復し、排気は処理空間の下方向に行われることができる。
一実施形態において、第１流体と第２流体は処理空間に同時に供給されることができる。
一実施形態において、第１流体と第２流体は処理空間に交互に供給されることができる。
一実施形態において、基板の処理は処理空間に第１流体の供給及び処理空間の排気が順次的に複数回繰り返しながら行われ、反復回数が増加されることによって第１流体の単位時間当たり供給量は少なくなり、第２流体の単位時間当たり供給量は増加することができる。
一実施形態において、基板の処理は基板の上の有機溶剤を第１流体又は第２流体に溶解させて基板上で有機溶剤を除去する工程である。
一実施形態において、第１流体は第２流体より密度がさらに高く、第２流体は第１流体より拡散率がさらに高い。
一実施形態において、第１流体は第２流体より残留物をさらに良く溶解する流体である。
一実施形態において、第２流体は第１流体よりさらに低い温度及びさらに低い圧力で超臨界状態に相変化する流体である。
一実施形態において、第１流体と第２流体は互いに密度が異なる同一種類の流体である。
また、本発明は基板を処理する装置を提供する。一実施形態において、基板処理装置は、内部に処理空間を有するチャンバーと、処理空間内で基板を支持する支持ユニットと、処理空間に超臨界状態の第１流体を供給する第１供給ユニットと、処理空間に超臨界状態の第２流体を供給する第２供給ユニットと、処理空間内部を排気する排気ユニットと、を含み、第２流体は第１流体よりさらに低い温度及びさらに低い圧力で超臨界状態に相変化する流体である。
一実施形態において、ガス状態の第２流体を処理空間に供給する第３供給ユニットをさらに含むことができる。
一実施形態において，第１供給ユニット及び第２供給ユニットを制御する制御器をさらに含み，制御器は，処理空間で基板の上の残留物を超臨界状態の第１流体と、超臨界状態の第２流体で基板を処理する処理段階で処理空間に第１流体を供給する供給段階と処理空間を排気する排気段階は順次的に複数回繰り返しながら行われ、第２流体は供給段階で供給されるように第１供給ユニット及び第２供給ユニットを制御することができる。
一実施形態において、制御器は、第２流体は供給段階と排気段階で供給されるように第１供給ユニット及び第２供給ユニットを制御することができる。
一実施形態において、第１供給ユニット及び第２供給ユニットを制御する制御器をさらに含み、制御器は、処理段階の後に処理空間内を排出して処理空間を減圧する減圧段階をさらに含み、減圧段階間に処理空間に第２流体が供給されるように第１供給ユニット及び第２供給ユニットを制御することができる。
一実施形態において、第３供給ユニットを制御する制御器をさらに含み、制御器は、処理空間で基板の上の残留物を超臨界状態の第１流体と超臨界状態の第２流体で基板を処理する処理段階と、処理空間を排気する減圧段階と、減圧段階の後にチャンバーを開放する開放段階と、を含み、開放段階間に処理空間にガス状態の第２流体が供給されるように第１供給ユニット、第２供給ユニット、及び第３供給ユニットを制御することができる。
一実施形態において、基板の処理は基板の上の有機溶剤を第１流体又は第２流体に溶解させて基板上で有機溶剤を除去する工程である。
一実施形態において、第１流体は第２流体より密度がさらに高く、第２流体は第１流体より拡散率がさらに高い。
本発明の一実施形態によれば、超臨界流体を利用して基板を処理する時、基板の処理効率を向上させることができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することができる。
本発明の一実施形態によれば、チャンバー内処理空間を排気する時、処理空間内の温度が低下されることによって亜臨界状態になって凝縮された超臨界流体の混合物が基板を汚染させることを防止することができる。
本発明の一実施形態によれば、チャンバー内処理空間に超臨界流体を供給するか、或いはチャンバー内処理空間から超臨界流体を排気する場合、処理空間の温度低下によって有機溶剤の超臨界流体に対する溶解度が減少されることを防止することができる。
本発明の一実施形態によれば、超臨界流体を利用して基板を乾燥する時、基板に残留するＩＰＡを最小化することができる。
本発明の効果が上述した効果によって限定されることはなく、言及されなかった効果は本明細書及び添付された図面から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されることができる。
一般的な超臨界乾燥工程を示すグラフである。 温度に応じるイソプロピルアルコールの二酸化炭素に対する溶解度を示す図面である。 本発明の一実施形態に係る基板処理システムを概略的に示す平面図である。 図３の液処理装置の一実施形態を概略的に示す図面である。 図３の超臨界装置の一実施形態を概略的に示す図面である。 超臨界流体を供給する流体供給ユニットの一例を概略的に示す図面である。 本発明の一実施形態に係る基板処理方法の順序図を示す図面である。 チャンバー内部の時間に応じる圧力変化を示す図面である。 基板上に形成されたパターン内部で第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２の挙動を示す。 基板上に形成されたパターン内部で第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２の挙動を示す。 基板上に形成されたパターン内部で第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２の挙動を示す。 基板上に形成されたパターン内部で第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２の挙動を示す。 アルゴンガスの相平衡図を示す。 窒素ガスの相平衡図を示す。
以下、本発明の実施形態を添付された図面を参照してさらに詳細に説明する。本発明の実施形態は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が以下の実施形態に限定されることして解釈されてはならない。本実施形態は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されることである。したがって、図面での要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されたことである。
図３は本発明の一実施形態に係る基板処理システムを概略的に示す平面図である。図３を参照すれば、基板処理システムはインデックスモジュール１０、処理モジュール２０、そして制御器（図示せず）を含む。一実施形態によれば、インデックスモジュール１０と処理モジュール２０は一方向に沿って配置される。以下、インデックスモジュール１０と処理モジュール２０が配置された方向を第１の方向９２とし、上部から見る時、第１の方向９２と垂直になる方向を第２方向９４とし、第１の方向９２及び第２方向９４と全て垂直になる方向を第３方向９６とする。
インデックスモジュール１０は基板Ｗが収納された容器８０から基板Ｗを処理モジュール２０に搬送し、処理モジュール２０で処理が完了された基板Ｗを容器８０に収納する。インデックスモジュール１０の長さ方向は第２方向９４に提供される。インデックスモジュール１０はロードポート１２（ｌｏａｄｐｏｒｔ）とインデックスフレーム１４を有する。インデックスフレーム１４を基準にロードポート１２は処理モジュール２０の反対側に位置される。基板Ｗが収納された容器８０はロードポート１２に置かれる。ロードポート１２は複数が提供されることができ、複数のロードポート１２は第２方向９４に沿って配置されることができる。
容器８０としては前面開放一体型ポッド（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ：ＦＯＵＰ）のような密閉用容器が使用されることができる。容器８０はオーバーヘッドトランスファー（Ｏｖｅｒｈｅａｄ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）、オーバーヘッドコンベア（Ｏｖｅｒｈｅａｄ Ｃｏｎｖｅｙｏｒ）、又は自動案内車両（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）のような移送手段（図示せず）や作業者によってロードポート１２に置かれることができる。
インデックスフレーム１４にはインデックスロボット１２０が提供される。インデックスフレーム１４内には長さ方向が第２方向９４に提供されたガイドレール１４０が提供され、インデックスロボット１２０はガイドレール１４０上で移動可能に提供されることができる。インデックスロボット１２０は基板Ｗが置かれるハンド１２２を含み、ハンド１２２は前進及び後進移動、第３方向９６を軸とした回転、そして第３方向９６に沿って移動可能に提供されることができる。ハンド１２２は複数が上下方向に離隔されるように提供され、ハンド１２２は互いに独立的に前進及び後進移動することができる。
処理モジュール２０はバッファユニット２００、搬送装置３００、液処理装置４００、そして超臨界装置５００を含む。バッファユニット２００は処理モジュール２０に搬入される基板Ｗと処理モジュール２０から搬出される基板Ｗが一時的に留まる空間を提供する。液処理装置４００は基板Ｗ上に液を供給して基板Ｗを液処理する液処理工程を遂行する。超臨界装置５００は基板Ｗ上に残留する液を除去する乾燥工程を遂行する。搬送装置３００はバッファユニット２００、液処理装置４００、そして超臨界装置５００との間に基板Ｗを搬送する。
搬送装置３００はその長さ方向が第１の方向９２に提供されることができる。バッファユニット２００はインデックスモジュール１０と搬送装置３００との間に配置されることができる。液処理装置４００と超臨界装置５００は搬送装置３００の側部に配置されることができる。液処理装置４００と搬送装置３００は第２方向９４に沿って配置されることができる。超臨界装置５００と搬送装置３００は第２方向９４に沿って配置されることができる。バッファユニット２００は搬送装置３００の一端に位置されることができる。
一例によれば、液処理装置４００は搬送装置３００の両側に配置し、超臨界装置５００は搬送装置３００の両側に配置し、液処理装置４００は超臨界装置５００よりバッファユニット２００にさらに近い位置に配置されることができる。搬送装置３００の一側で液処理装置４００は第１の方向９２及び第３方向９６に沿って各々ＡＸＢ（Ａ、Ｂは各々１又は１より大きい自然数）配列に提供されることができる。また、搬送装置３００の一側で超臨界装置５００は第１の方向９２及び第３方向９６に沿って各々ＣＸＤ（Ｃ、Ｄは各々１又は１より大きい自然数）が提供されることができる。上述したことと異なりに、搬送装置３００の一側には液処理装置４００のみが提供され、その他側には超臨界装置５００のみが提供されることができる。
搬送チャンバー３００は搬送ロボット３２０を有する。搬送チャンバー３００内には長さ方向が第１の方向９２に提供されたガイドレール３４０が提供され、搬送ロボット３２０はガイドレール３４０上で移動可能に提供されることができる。搬送ロボット３２０は基板Ｗが置かれるハンド３２２を含み、ハンド３２２は前進及び後進移動、第３方向９６を軸とした回転、そして第３方向９６に沿って移動可能に提供されることができる。ハンド３２２は複数が上下方向に離隔されるように提供され、ハンド３２２は互いに独立的に前進及び後進移動することができる。
バッファユニット２００は基板Ｗが置かれる複数のバッファ２２０を具備する。バッファ２２０は第３方向９６に沿って相互間に離隔されるように配置されることができる。バッファユニット２００は前面（ｆｒｏｎｔ ｆａｃｅ）と背面（ｒｅａｒ ｆａｃｅ）が開放される。前面はインデックスモジュール１０と対向する面であり、後面は搬送装置３００と対向する面である。インデックスロボット１２０は前面を通じてバッファユニット２００に接近し、搬送ロボット３２０は背面を通じてバッファユニット２００に接近することができる。
図４は図３の液処理装置４００の一実施形態を概略的に示す図面である。図４を参照すれば、液処理装置４００はハウジング４１０、カップ４２０、支持ユニット４４０、液供給ユニット４６０、昇降ユニット４８０、及び制御器４０を有する。制御器４０は液供給ユニット４６０、支持ユニット４４０、及び昇降ユニット４８０の動作を制御する。ハウジング４１０は大体に直方体形状に提供される。カップ４２０、支持ユニット４４０、そして液供給ユニット４６０はハウジング４１０内に配置される。
カップ４２０は上部が開放された処理空間を有し、基板Ｗは処理空間内で液処理される。支持ユニット４４０は処理空間内で基板Ｗを支持する。液供給ユニット４６０は支持ユニット４４０に支持された基板Ｗ上に液を供給する。液は複数の種類に提供され、基板Ｗ上に順次的に供給されることができる。昇降ユニット４８０はカップ４２０と支持ユニット４４０との間の相対高さを調節する。
一例によれば、カップ４２０は複数の回収筒４２２、４２４、４２６を有する。回収筒４２２、４２４、４２６は各々基板処理に使用された液を回収する回収空間を有する。各々の回収筒４２２、４２４、４２６は支持ユニット４４０を囲むリング形状に提供される。液処理工程が進行する時、基板Ｗの回転によって飛散される処理液は各回収筒４２２、４２４、４２６の流入口４２２ａ、４２４ａ、４２６ａを通じて回収空間に流入される。一例によれば、カップ４２０は第１回収筒４２２、第２回収筒４２４、そして第３回収筒４２６を有する。第１回収筒４２２は支持ユニット４４０を囲むように配置され、第２回収筒４２４は第１回収筒４２２を囲むように配置され、第３回収筒４２６は第２回収筒４２４を囲むように配置される。第２回収筒４２４に液を流入する第２流入口４２４ａは第１回収筒４２２に液を流入する第１流入口４２２ａより上部に位置され、第３回収筒４２６に液を流入する第３流入口４２６ａは第２流入口４２４ａより上部に位置されることができる。
支持ユニット４４０は支持板４４２と駆動軸４４４を有する。支持板４４２の上面は大体に円形に提供され、基板Ｗより大きい直径を有することができる。支持板４４２の中央部には基板Ｗの後面を支持する支持ピン４４２ａが提供され、支持ピン４４２ａは基板Ｗが支持板４４２から一定距離離隔されるようにその上端が支持板４４２から突出されるように提供される。支持板４４２の縁部にはチャックピン４４２ｂが提供される。
チャックピン４４２ｂは支持板４４２から上部に突出されるように提供され、基板Ｗが回転される時、基板Ｗが支持ユニット４４０から離脱されないように基板Ｗの側部を支持する。駆動軸４４４は駆動器４４６によって駆動され、基板Ｗの底面中央と連結され、支持板４４２をその中心軸を基準に回転させる。
一例によれば、液供給ユニット４６０は第１ノズル４６２、第２ノズル４６４、そして第３ノズル４６６を有する。第１ノズル４６２は第１液を基板Ｗ上に供給する。第１液は基板Ｗ上に残存する膜や異物を除去する液である。第２ノズル４６４は第２液を基板Ｗ上に供給する。第２液は第３液によく溶解される液である。例えば、第２液は第１液に比べて第３液にさらによく溶解される液である。第２液は基板Ｗ上に供給された第１液を中和させる液である。また、第２液は第１液を中和させ、同時に第１液に比べて第３液によく溶解される液である。
一例によれば、第２液は水である。第３ノズル４６６は第３液を基板Ｗ上に供給する。第３液は超臨界装置５００で使用される超臨界流体によく溶解される液である。例えば、第３液は第２液に比べて超臨界装置５００で使用される超臨界流体によく溶解される液である。一例によれば、第３液は有機溶剤である。有機溶剤はイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）液である。一例によれば、超臨界流体は二酸化炭素である。
第１ノズル４６２、第２ノズル４６４、そして第３ノズル４６６は互いに異なるアーム４６１に支持され、これらのアーム４６１は独立的に移動されることができる。選択的に、第１ノズル４６２、第２ノズル４６４、そして第３ノズル４６６は同一なアームに装着されて同時に移動されることができる。
昇降ユニット４８０はカップ４２０を上下方向に移動させる。カップ４２０の上下移動によってカップ４２０と基板Ｗとの間の相対高さが変更される。これによって、基板Ｗに供給される液の種類に応じて処理液を回収する回収筒４２２、４２４、４２６が変更されるので、液を分離回収することができる。上述したことと異なりに、カップ４２０は固定設置され、昇降ユニット４８０は支持ユニット４４０を上下方向に移動させることができる。
図５は図３の超臨界装置５００の一実施形態を概略的に示す図面である。一実施形態によれば、超臨界装置５００は超臨界流体を利用して基板Ｗ上の液を除去する。一実施形態によれば、基板Ｗ上の液はＩＰＡである。超臨界装置５００に超臨界流体が供給されて基板Ｗ上のＩＰＡを溶解させて基板Ｗから蒸発させることによって基板Ｗを乾燥させることができる。
超臨界装置５００は超臨界流体を利用して基板Ｗ上の液を除去する。一実施形態によれば、基板Ｗ上の液はイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）である。超臨界装置５００は超臨界流体を基板上に供給して基板Ｗ上のＩＰＡを超臨界流体に溶解させて基板ＷからＩＰＡを除去する。
図５を参照すれば、超臨界装置５００は工程チャンバー５２０、流体供給ユニット５６０、支持装置５８０、そして排気ライン５５０を含む。
工程チャンバー５２０は洗浄工程が遂行される処理空間５０２を提供する。工程チャンバー５２０は上部ハウジング５２２と下部ハウジング５２４を有し、上部ハウジング５２２と下部ハウジング５２４は互いに組み合わせて上述した処理空間５０２を提供する。上部ハウジング５２２は下部ハウジング５２４の上部に提供される。
上部ハウジング５２２はその位置が固定され、下部ハウジング５２４はシリンダーのような駆動部材５９０によって昇下降されることができる。下部ハウジング５２４が上部ハウジング５２２から離隔されれば、処理空間５０２が開放され、この時、基板Ｗが搬入又は搬出される。
工程進行する時には下部ハウジング５２４が上部ハウジング５２２に密着されて処理空間５０２が外部から密閉される。工程チャンバー５２０の壁内部にはヒーター５７０が提供される。ヒーター５７０は工程チャンバー５２０の内部空間内に供給された流体が超臨界状態を維持するように工程チャンバー５２０の処理空間５０２を加熱する。処理空間５０２の内部は超臨界流体による雰囲気が形成される。
支持装置５８０は工程チャンバー５２０の処理空間５０２内で基板Ｗを支持する。工程チャンバー５２０の処理空間５０２に搬入された基板Ｗは支持装置５８０に置かれる。一例によれば、基板Ｗはパターン面が上部に向かうように支持装置５８０によって支持される。
流体供給ユニット５６０は工程チャンバー５２０の処理空間５０２に基板を処理するための超臨界流体を供給する。一例によれば、流体供給ユニット５６０はメーン供給ライン５６２、上部供給ライン５６４、そして下部供給ライン５６６を有する。上部供給ライン５６４と下部供給ライン５６６はメーン供給ライン５６２から分岐される。上部供給ライン５６４は上部ハウジング５２２の中央に結合されることができる。一例によれば、下部供給ライン５６６は下部ハウジング５２４に結合されることができる。また、下部ハウジング５２４には排気ラインが結合される。工程チャンバー５２０の処理空間５０２内の流体は排気ラインを通じて工程チャンバー５２０の外部に排気される。
図６は本発明の基板を処理する装置を示す一実施形態である。図６を参照すれば、本発明の基板処理装置は第１供給ユニット６１０、第２供給ユニット６２０、及び第３供給ユニット６３０と制御器（図示せず）を含むことができる。制御器は第１供給ユニット６１０乃至第３供給ユニット６３０を制御する。
第１供給ユニット６１０は処理空間５０２に超臨界状態の第１流体を供給する。第２供給ユニット６２０は処理空間５０２に超臨界状態の第２流体を供給する。第３供給ユニット６３０はガス状態の第２流体を処理空間５０２に供給する。
第１供給ユニット６１０は、第１供給ライン６１１と第１供給ライン６１１に設置される第１ポンプ６１２、第１前方バルブ６１４、第１後方バルブ６１６、第１ヒーター６１８、第１フィルター６１９、及び第１調節バルブ６１７を含む。第１ポンプ６１２は第１レジャーバー６１５の前段に設置されて第１流体を第１レジャーバー６１５に送出する。第１前方バルブ６１４は第１ポンプ６１２から第１レジャーバー６１５に送出される第１流体の流量を調節する。第１後方バルブ６１６は第１レジャーバー６１５から第１ヒーター６１８に供給される第１流体の流量を調節する。第１ヒーター６１８の下流に第１フィルター６１９が提供されて第１供給ライン６１１に流れる不純物を除去する。第１調節バルブ６１７は第１供給ライン６１１から処理空間５０２に供給される第１流体の流量を調節する。
第２供給ユニット６２０は、第２ポンプ６２２、第２前方バルブ６２４、第２後方バルブ６２６、第２ヒーター６２８、第２フィルター６２９、及び第２調節バルブ６２７を含む。第２ポンプ６２２は第２レジャーバー６２５の前段に設置されて第２流体を第２レジャーバー６２５に送出する。第２前方バルブ６２４は第２ポンプ６２２から第２レジャーバー６２５に送出される第２流体の流量を調節する。第２後方バルブ６２６は第２レジャーバー６２５から第２ヒーター６２８に供給される第２流体の流量を調節する。第２ヒーター６２８の下流に第２フィルター６２９が提供されて第２供給ライン６２１に流れる不純物を除去する。第２調節バルブ６２７は第２供給ライン６２１から処理空間５０２に供給される第２流体の流量を調節する。
第３供給ユニット６３０は、第３ポンプ６３２、第３前方バルブ６３４、第３後方バルブ６３６、第３フィルター６３９、及び第３調節バルブ６３７を含む。第３ポンプ６３２は第３レジャーバー６３５の前段に設置されて第３流体を第３レジャーバー６３５に送出する。第３前方バルブ６３４は第３ポンプ６３２から第３レジャーバー６３５に送出される第３流体の流量を調節する。第３後方バルブ６３６は第３レジャーバー６３５から供給される第３流体の流量を調節する。第３後方バルブ６３６の下流に第３フィルター６３９が提供されて第３供給ライン６３１に流れる不純物を除去する。第３調節バルブ６３７は第３供給ライン６３１から処理空間５０２に供給される第３流体の流量を調節する。
以上、図６で、第３供給ユニット６３０にヒーターを含まないことと説明した。しかし、他の実施形態で、第３供給ユニット６３０は第２流体が超臨界状態がされる臨界温度未満の温度に第２流体を供給する条件下にヒーターを含むことができる。
一例で、第１供給ユニット６１０、第２供給ユニット６２０、そして第３供給ユニット６３０は流体供給ユニット５６０のメーン供給ライン５６２に連結されることができる。
図７は本発明の基板を処理する方法を示す順序図であり、図８は本発明の工程チャンバー５２０内の圧力変化を示すグラフである。図７乃至図８を参照すれば、基板を処理する方法は加圧段階（Ｓ１００）、処理段階（Ｓ２００）、減圧段階（Ｓ３００）、及び開放段階（Ｓ４００）を含むことができる。
加圧段階（Ｓ１００）は、基板が処理空間５０２に搬入されれば、加圧段階（Ｓ１００）が遂行される。加圧段階（Ｓ１００）で処理空間５０２に超臨界状態の第１流体が供給されて処理空間５０２を加圧する。加圧は処理空間５０２の内部が第１流体が超臨界流体がされる臨界圧力又はそれ以上になる時まで行われる。
処理段階（Ｓ２００）は超臨界状態の第１流体を処理空間５０２に供給して基板を処理する。処理段階（Ｓ２００）は、供給段階（Ｓ２０１）と排気段階（Ｓ２０３）を含む。処理段階（Ｓ２００）と供給段階（Ｓ２０１）は順次的に複数回繰り返しながら、遂行される。供給段階（Ｓ２０１）で処理空間５０２に第１流体が供給され、排気段階（Ｓ２０３）で処理空間５０２が排気される。
減圧段階（Ｓ３００）は基板の処理を完了した後、処理空間５０２を排気する。一例によれば、減圧は処理空間５０２の内部の常圧又はこれと類似な圧力になる時まで行われる。減圧段階（Ｓ３００）が完了されれば、チャンバーを開放する開放段階（Ｓ４００）が遂行され、チャンバーが開放されれば、基板が処理空間５０２から搬出される。
上述したように、加圧段階（Ｓ１００）及び処理段階（Ｓ２００）で、超臨界状態の第１流体が処理空間５０２に供給される。処理段階（Ｓ２００）、減圧段階（Ｓ３００）、又は開放段階（Ｓ４００）の中で少なくともいずれか１つの段階以上で第２流体が処理空間５０２に供給される。第１流体と第２流体は交互に供給されることができる。
第２流体は処理空間５０２に供給される第２流体は第１流体と密度が異なりに提供される。第１流体は第２流体より密度がさらに高く、第２流体は第１流体より拡散率がさらに高くに提供されることができる。第１流体は第２流体より残留物をさらに良く溶解されるように提供されることができる。一例で、残留物は有機溶剤であるＩＰＡである。
以下、第１流体は二酸化炭素であり、第２流体は窒素であることと説明する。加圧段階（Ｓ１００）が進行された後、供給段階（Ｓ２０１）で超臨界状態の二酸化炭素と共に超臨界状態の窒素が処理空間５０２に供給される。
供給段階（Ｓ２０１）は第１供給段階（Ｓ２１１）と第２供給段階（Ｓ２２１）を含む。第１供給段階（Ｓ２１１）では処理空間に二酸化炭素のみが供給され、窒素は供給されない。第２供給段階（Ｓ２２１）では処理空間に窒素のみが供給され、二酸化炭素は供給されない。一例で、第１供給段階（Ｓ２１１）で処理空間５０２に供給される第１流体と第２供給段階（Ｓ２２１）で処理空間５０２に供給される第２流体の単位時間当たり供給量は同様に提供される。
第１供給段階（Ｓ２１１）はＮ回連続され、第２供給段階（Ｓ２２１）はＭ回連続されることができる。ＮはＭより大きい数である。一例で、供給段階（Ｓ２０１）で二酸化炭素が処理空間５０２に連続５回供給され、その後供給段階（Ｓ２０１）で処理空間５０２に窒素が１回供給される。再び、以後の供給段階（Ｓ２０１）で二酸化炭素が処理空間５０２に５回供給され、以後の供給段階（Ｓ２０１）で処理空間５０２に窒素が１回供給される過程が反復されることができる。
供給段階（Ｓ２０１）の反復回数が増加されることによって、Ｎは漸進的に減少し、Ｍは漸進的に増加することができる。一例で、供給段階（Ｓ２０１）で二酸化炭素が処理空間５０２に連続５回供給され、以後の供給段階（Ｓ２０１）で処理空間５０２に窒素が１回供給される。その後、供給段階（Ｓ２０１）で二酸化炭素が処理空間５０２に４回供給され、以後の供給段階（Ｓ２０１）で処理空間５０２に窒素が２回供給される。
供給段階（Ｓ２０１）の反復回数が増加されることによって、Ｎは漸進的に減少し、Ｍは漸進的に増加するように提供され、ＮはＭより大きく維持されて供給段階（Ｓ２０１）で供給される二酸化炭素の総量が窒素の総量より大きく提供される。
図９乃至図１２は基板上に形成されたパターン内部で第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２の挙動を示す。図９を参照すれば、第１流体Ｆ１が処理空間５０２に供給されれば、相対的に密度が高い第１流体Ｆ１はパターンの間に沈まれる。この時、第１流体Ｆ１に溶解されたＩＰＡがパターンの間にも存在する。
その後、第２流体Ｆ２を処理空間５０２に供給する。図１０を参照すれば、第２流体Ｆ２は第１流体Ｆ１に比べて相対的に密度は低く、拡散率が高いので、パターンの間に沈まれた第１流体Ｆ１をパターンの間で押し出す。この時、第１流体Ｆ１に溶解されたＩＰＡもやはり第１流体Ｆ１と共にパターンの間で押し出される。図１１を参照すれば、パターンの間には拡散率が高い第２流体Ｆ２のみが残存するようになる。
その後、再び、第１流体Ｆ１を処理空間５０２に供給する。図１２を参照すれば、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２の密度差によって、密度が高い第１流体Ｆ１はパターンの間に残存した第２流体Ｆ２を押し出しながら、沈まれる。
したがって、図９乃至図１２の過程を反復すれば、第１流体と第２流体の動きが活発になり、これによって処理空間５０２の内部を掻き混ぜるスターリング効果（Ｓｔｉｒｒｉｎｇ）を有する。処理空間５０２の内部が第１流体と第２流体によって掻き混ぜながら、パターンの間にあった第１流体に溶解されているＩＰＡが効果的に排出される長所がある。
また、第１流体と第２流体の密度差によって第２流体がパターン深く浸透された後、再びパターンから抜き出されてパターンが深く形成された場合にもＩＰＡを効果的に排出させることができる長所がある。
第２流体は第１流体よりさらに低い温度及びさらに低い圧力で超臨界状態に相変化するように提供されることができる。第２流体は処理空間５０２に第１流体が超臨界状態がされる温度と圧力条件以上の温度と圧力に供給される。したがって、処理空間５０２に導入された気体状態の第２流体は処理空間５０２の内部で超臨界状態に存在する。
一例で、第１流体は二酸化炭素であり、第２流体は不活性ガスである。図１３及び図１４は各々アルゴンガスと窒素ガスの相平衡図を示す。図１３乃至図１４を参照すれば、アルゴンガス、窒素ガスは二酸化炭素より低い温度と低い圧力で超臨界状態に相変化する。したがって、アルゴンガス、窒素ガスを処理空間５０２に二酸化炭素が超臨界状態になる温度と圧力条件以上の温度と圧力に供給し、処理空間５０２の温度と圧力条件を二酸化炭素が超臨界状態になるように維持する場合、処理空間５０２内の流体は超臨界状態が維持される。
一例で、第２流体はアルゴンガス、窒素ガスであり、アルゴンガス、窒素ガスと同様に二酸化炭素より低い温度と圧力で超臨界状態に相変化するヘリウムガス等である。
減圧段階（Ｓ３００）で超臨界状態の窒素が処理空間５０２に供給されることができる。減圧段階（Ｓ３００）で処理空間５０２に供給される窒素の単位時間当たり供給量は処理空間５０２から排出される単位時間当たり処理空間５０２の排気量より少なく提供される。したがって、減圧段階（Ｓ３００）で処理空間５０２の圧力が低くなる。一例で、窒素は減圧段階（Ｓ３００）が遂行される間に継続的に供給されることができる。
減圧段階（Ｓ３００）で、供給される窒素の温度と圧力は時間が経過すればするほど、下降して、開放段階（Ｓ４００）の前に窒素が気体状態になるように提供されることができる。開放段階（Ｓ４００）の前に窒素を気体状態に供給する場合、基板の乾燥効率を上昇させ、パーティクル除去が容易になるようにする長所がある。
処理空間５０２の排気の時、処理空間５０２の内部は圧力が急激に下落する。したがって、従来工程チャンバー内部温度Ｔ１は断熱膨張によって急激に下落するようになる。処理空間５０２の内部の温度が下降することに応じてＩＰＡの二酸化炭素に対する溶解度が減少する。処理空間５０２の内部の温度が３１℃以下に下降する場合、超臨界状態の二酸化炭素は亜臨界状態になる。亜臨界状態の二酸化炭素は混合物を形成して基板を汚染させる。
圧力が下降する区間である減圧段階（Ｓ３００）で二酸化炭素の超臨界温度及び圧力条件以上の温度と圧力を有する異種の超臨界流体を供給することによって、二酸化炭素の超臨界環境を安定的に維持するようにし、ＩＰＡの二酸化炭素に対する溶解度を維持させる。したがって、ＩＰＡの二酸化炭素に対する溶解度が保存されて処理空間５０２の減圧の時、超臨界状態の二酸化炭素に溶解されたＩＰＡはチャンバーの外部に排出される。
減圧段階（Ｓ３００）の後、開放段階（Ｓ４００）で超臨界状態の窒素が処理空間５０２に供給されることができる。一例で、窒素は開放段階（Ｓ４００）が遂行される間に継続的に供給されることができる。開放段階（Ｓ４００）で窒素を継続的に供給して処理空間５０２に残留するＩＰＡの排出を助ける。
以上で、供給段階（Ｓ２０１）で第２流体が供給され、第１供給段階（Ｓ２１１）はＮ回連続され、第２供給段階（Ｓ２２１）はＭ回連続されるが、ＮはＭより大きい数として説明した。これと異なりに、第１流体と第２流体は１回ずつ交互に供給されることができ、この時、第１流体の単位時間当たり供給量が第２流体の単位時間当たり供給量より大きく設定されることができる。供給段階（Ｓ２０１）が数回反復されることによって、第１流体の単位時間当たり供給量は徐々に減少し、第２流体の単位時間当たり供給量は徐々に増加するが、第２流体の単位時間当たり供給量が第１流体の単位時間当たり供給量を超過しないように設定されることができる。
以上で、処理段階（Ｓ２００）で超臨界状態の第２流体は供給段階（Ｓ２０１）で供給されることと説明したが、超臨界状態の第２流体は排気段階（Ｓ２０３）で供給されることができる。選択的に、超臨界状態の第２流体は処理段階（Ｓ２００）の間に絶えずに継続的に供給されることができる。時間が経過すればするほど、第２流体の単位時間当たり供給量は増加し、第１流体の単位時間当たり供給量は減少し、処理段階（Ｓ２００）で供給される二酸化炭素の総量は窒素の総量より大きく提供される。
以上で、第１流体は減圧段階（Ｓ３００）が遂行される間に継続的に供給されることと叙述したが、供給段階（Ｓ２００）でと同様に間欠的に供給されることができる。
以上で、第１流体は開放段階（Ｓ４００）が遂行される間に継続的に供給されることと叙述したが、供給段階（Ｓ２００）でと同様に間欠的に供給されることができる。
以上で、第２流体は供給段階（Ｓ２０１）、減圧段階（Ｓ３００）、及び開放段階（Ｓ４００）の全てで供給されることと説明したが、第２流体は各段階の中でいずれか１つ以上の段階で供給されることができる。
以上で、第１流体と第２流体は種類が異なる流体で叙述したが、第１流体と第２流体は互いに密度が異なる同一種類の流体である。一例で、第１流体と第２流体は二酸化炭素である。
以上の詳細な説明は本発明を例示することである。また、前述した内容は本発明の好ましい実施形態を例として説明することであり、本発明は多様な他の組合、変更、及び環境で使用することができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、前述した開示内容と均等な範囲及び／又は当業界の技術又は知識の範囲内で変更又は修正が可能である。前述した実施形態は本発明の技術的思想を具現するための最善の状態を説明することであり、本発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。したがって、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。添付された請求の範囲は他の実施状態も含むこととして解析されなければならない。
５００ 超臨界装置
５６０ 流体供給ユニット
６１０ 第１供給ユニット
６２０ 第２供給ユニット
６３０ 第３供給ユニット

Claims (18)

  1. 基板処理方法であって、
    チャンバー内の処理空間で前記基板の上の残留物を超臨界状態の第１流体と超臨界状態の第２流体で基板を処理する処理段階を含み、
    超臨界状態の前記第１流体と超臨界状態の前記第２流体は、互いに密度が異なり、
    前記基板処理方法は、
    前記処理段階の後に前記処理空間内を排出して前記処理空間を減圧する減圧段階をさらに含み、
    前記減圧段階の間に前記処理空間に前記第２流体が供給され、
    前記第２流体は、前記第１流体が超臨界状態に相変化する温度及び圧力以上の温度及び圧力に提供される基板処理方法。
  2. 前記処理段階で前記処理空間に前記第１流体を供給する供給段階と前記処理空間を排気する排気段階は、順次的に複数回繰り返しながら行われ、
    前記第２流体は、前記供給段階で供給される請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記処理段階で前記処理空間に前記第１流体を供給する供給段階と前記処理空間を排気する排気段階は、順次的に複数回繰り返しながら行われ、
    前記第２流体は、前記供給段階と前記排気段階で供給される請求項１に記載の基板処理方法。
  4. 前記基板処理方法は、前記減圧段階の後に前記チャンバーを開放する開放段階を含み、
    前記開放段階の間に前記処理空間にガス状態の前記第２流体が供給される請求項１に記載の基板処理方法。
  5. 前記処理段階は、
    前記第１流体又は前記第２流体を供給する供給段階と前記供給段階の後に前記処理空間を排気する排気段階を交互に複数回供給し、
    前記供給段階は、前記第１流体のみが供給される第１供給段階と、前記第２流体のみが供給される第２供給段階を含む請求項１に記載の基板処理方法。
  6. 前記第１供給段階で単位時間当たり第１流体の供給量と前記第２供給段階で単位時間当たり第２流体の供給量は同様に提供される請求項５に記載の基板処理方法。
  7. 前記第１供給段階はＮ回連続され、前記第２供給段階はＭ回連続され、前記ＮはＭより大きい数である請求項６に記載の基板処理方法。
  8. 前記供給段階の反復回数が増加されることによって、Ｎは漸進的に減少し、Ｍは漸進的に増加する請求項７に記載の基板処理方法。
  9. 前記第１供給段階と前記第２供給段階は１回ずつ交互に遂行され、
    前記第１供給段階で単位時間当たり第１流体の供給量は、前記第２供給段階で単位時間当たり第２流体の供給量より大きく提供される請求項５に記載の基板処理方法。
  10. 前記供給段階の反復回数が増加されることによって、前記第１供給段階で前記第１流体の単位時間当たり供給量は、減少し、前記第２流体の単位時間当たり前記第２流体の供給量は、増加する請求項９に記載の基板処理方法。
  11. 前記第１流体の総供給量は、前記第２流体の総供給量より大きく提供される請求項５乃至請求項１０のいずれかの一項に記載の基板処理方法。
  12. 前記基板の処理は、前記基板の上の有機溶剤を前記第１流体又は前記第２流体に溶解させて前記基板上で前記有機溶剤を除去する工程である請求項１乃至請求項１０のいずれかの一項に記載の基板処理方法。
  13. 前記第１流体は、前記第２流体より密度がさらに高く、前記第２流体は、前記第１流体より拡散率がさらに高い請求項１乃至請求項１０のいずれかの一項に記載の基板処理方法。
  14. 前記第１流体は、前記第２流体より前記残留物をさらに良く溶解する流体である請求項１乃至請求項１０のいずれかの一項に記載の基板処理方法。
  15. 前記第２流体は、前記第１流体よりさらに低い温度及びさらに低い圧力で超臨界状態に相変化する流体である請求項１乃至請求項１０のいずれかの一項に記載の基板処理方法。
  16. 前記第１流体は、二酸化炭素であり、前記第２流体は、不活性ガスである請求項１乃至請求項１０のいずれかの一項に記載の基板処理方法。
  17. 前記第２流体は、アルゴンガス、窒素ガス又はヘリウムガスである請求項１乃至請求項１０のいずれかの一項に記載の基板処理方法。
  18. 前記第１流体と前記第２流体は、互いに密度が異なる同一種類の流体である請求項１乃至請求項１０のいずれかの一項に記載の基板処理方法。
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