使用超临界流体的基材干燥机、包括它的设备以及处理基材的方法

摘要

本发明涉及基材干燥机、包括这种基材干燥机的基材处理设备以及基材处理方法。这种基材干燥机包括：腔室；操作室，该操作室构成该腔室的一部分并用于向基材供应超临界流体以使该基材干燥；以及高压室，该高压室构成该腔室的另一部分并用于使该操作室升压到临界压力之上。根据本发明，通过该高压室使该基材干燥室快速升压而变为超临界状态，于是使用超临界流体进行基材干燥处理。

说明书

相关申请的交叉参考

本美国非临时专利申请根据35 U.S.C§119要求2006年9月12日提交的韩国专利申请2006-87935的优先权，在此引入该韩国专利申请的全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及处理基材的设备和方法。更具体地说，本发明涉及使用超临界流体干燥基材的设备和方法。

背景技术

按照常规做法，通过供应异丙醇(IPA)与氮气(N₂)的混合气体干燥由化学品和去离子水(DI水)进行湿式处理的基材。然而，在基材干燥处理过程中，难于排出被供应到在基材上形成的精细图案中的DI水。此外，难于处理适于精细图案用的各种材料的干燥条件。因此，采用了使用超临界流体的干式处理方法以有效地使湿式处理的精细图案干燥。

日本专利公开No.08-250464中公开了使用超临界流体的干式处理方法的例子。根据上述专利，干式处理方法包括将基材放置到作为超临界处理设备的高压容器中，进行一系列湿式处理，然后将液态二氧化碳注入到高压容器中，以代替在基材表面上的醇并升高温度。因此，二氧化碳的状态转化为超临界状态以进行超临界干式处理，然后进行减压。

可惜的是，前述方法遇到了有关稳定性的问题，比如因为处理用的化学品应当注入到高压容器中而由处理用的化学品产生的腐蚀问题。此外，因为处理设备应当在高压下耐用，所以基本上不能使用较大直径的管道。因此，供应并排出处理用的化学品所需的时间十分长，从而降低了生产率。此外，在高压容器中进行湿式处理(不需要高压)不经济并且不切实际。

发明内容

本发明的示例性实施例涉及一种基材干燥机。在示例性实施例中，这种基材干燥机可以包括：腔室；操作室，所述操作室构成所述腔室的一部分并用于向基材供应超临界流体以使所述基材干燥；以及高压室，所述高压室构成所述腔室的另一部分并用于使所述操作室升压到所述超临界流体的临界压力之上。

本发明的示例性实施例涉及一种基材处理设备。在示例性实施例中，这种基材处理设备可以包括：装载和卸载基材的装载单元；用于清洁所述基材的基材清洁单元；基材干燥单元，所述基材干燥单元包括操作室和高压室，所述操作室用于向所述基材供应超临界流体以使所述基材干燥，所述高压室用于使所述基材干燥室快速升压到所述超临界流体的临界压力之上；以及基材自动运输装置，所述基材自动运输装置用于在所述装载单元与所述基材清洁单元之间以及所述装载单元与所述基材干燥单元之间运输所述基材。

本发明的示例性实施例涉及一种基材处理方法。在示例性实施例中，这种基材处理方法可以包括：准备划分为基材干燥室和高压室的腔室；将基材提供到所述基材干燥室中；使所述基材干燥室升压到超临界流体的临界压力之上；将所述超临界流体供应到所述基材干燥室中以使所述基材干燥；使所述基材干燥室减压而从所述超临界流体的临界压力之上的状态变为大气压状态；以及从所述基材干燥室中取出所述基材。

附图说明

图1是本发明基材处理设备中的基材干燥机的剖视图。

图2是本发明基材处理设备中的纯流体的压力-温度(PT)相图。

图3-图6是剖视图，用于解释使用本发明基材处理设备中的基材干燥机的基材处理方法。

图7是本发明基材处理设备的俯视图。

具体实施方式

下面参考显示本发明优选实施例的附图，将更完整地描述本发明。然而，可以以许多不同的形式体现本发明，并且不应当认为本发明限制于在此描述的实施例。相反，提供这些实施例将使本发明内容清楚、完整，并向本领域技术人员充分表达本发明的范围。相同的附图标记始终表示相同的元件。

图1是基材处理设备中的基材干燥机100的剖视图。基材干燥机100包括腔室102，腔室102内部横向延伸的壁134将其分为操作室104和高压室108。

升降装置114设置在腔室102的顶侧102C并且通过连杆112与闸门110的上表面110A连接。通过接收由升降装置114产生的动力使闸门110上升和下降。通过相互面对的轨道116A和116B引导闸门110的上升和下降。闸门110的最低位置由位于左侧侧壁102A的限位块133A和位于右侧侧壁102B的限位块133B确定。闸门110到达最低位置，从而将操作室104分为基材运输室105和基材干燥室106。

安全销132A和132B分别设置在腔室102的左侧侧壁102A和右侧侧壁102B上。当闸门110到达最低位置时，安全销132A和132B移动到腔室102的内部，从而锁定闸门110。基材支架118与闸门110的下表面110B连接，用于支撑作为干燥目标物体的至少一个基材120。

供应喷嘴122用于向基材干燥室106供应干燥流体，排放口124用于排放所供应的干燥流体。干燥流体经阀门122A打开的供应喷嘴122供应给基材干燥室106，用于干燥处理。所供应的干燥流体经阀门124A打开的排放口124从基材干燥室106排放。干燥流体为超临界流体。

图2是本发明基材处理设备中的纯流体的压力-温度(PT)相图。

参见图2，当纯流体的温度上升到三相点2时，测量固体的蒸汽压。如果在三相点2的上方测量纯流体的蒸汽压，那么就可以绘制出包括升华曲线(1-2曲线)和蒸发曲线(2-C曲线)的压力-温度(PT)曲线。在曲线图中，熔融曲线(2-3曲线)表示固-液平衡。超临界流体是指处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)或其之上并且不再显示气体或液体性质的流体。因此，即使施加高于其临界压力的压力，也不能使超临界流体液化，即表现出不可凝缩性。也就是说，超临界流体既具有气态性质(例如，扩散性和粘性)，也具有液态性质(例如，溶解性)。在本实施例中，采用超临界二氧化碳(CO₂)作为干燥流体。应当注意，超临界二氧化碳具有以下物理性质：临界温度31℃，临界压力72.8atm，临界区(35℃，75atm)的粘度0.03cP，表面张力0 dynes/cm，以及密度300kg/m³。

参见图1，提供高压室108，以便使基材干燥室106快速变化到与二氧化碳的临界状态相应的状态。高压室108的压力设置成能够使高压室108保持在高压状态，至少在二氧化碳的临界压力之上。当打开快速升压阀门126时，基材干燥室106的压力升到二氧化碳的临界压力之上。当基材干燥室106的压力升高时，超临界流体被供应到基材干燥室106中，以对基材102进行干燥处理。

如果在基材干燥室106中结束干燥处理，那么就需要使基材干燥室106从高压状态变为大气压状态以卸载基材120。在这一方面，提供大气压维持阀门130以将基材干燥室106设置为大气压。大气压维持阀门130位于侧壁上，例如位于腔室102的右侧侧壁102b上。当在基材干燥室106中结束干燥处理时，打开大气压维持阀门130以使基材干燥室106从高压状态变为大气压状态。

图3-图6是剖视图，用于解释使用本发明基材处理设备中的基材干燥机的基材处理方法。

参见图3，将干燥目标物体(即基材120)装载到基材干燥机100上。在装载步骤中，当闸门110上升时，基材支架118支撑至少一个基材120。当打开快速升压阀门126时，操作室104保持在高压状态下，使得基材干燥室106设置为至少在二氧化碳的临界压力(72.8atm)之上，这些将在后面描述。

参见图4，当基材支架118支撑基材120时，闸门110下降以密封基材干燥室106。当闸门110下降时，安全销132A和132B朝着基材干燥室106向内滑动，从而压紧闸门110的两个边缘。于是，锁定闸门110。如前面所述，当锁定闸门110时，打开快速升压阀门126，从而可以使基材干燥室106快速升压到二氧化碳的临界压力之上。如图2所示，当基材干燥室106升压到二氧化碳的临界压力(Pc)之上时，使其沿着蒸发曲线(2-C曲线)加热到二氧化碳的临界温度(Tc)之上。基材干燥室106保持在超临界状态，例如，35℃和75atm。

参见图5，如果基材干燥室106保持在二氧化碳的临界压力(Pc)之上的超临界状态，那么关闭快速升压阀门126并且打开阀门122A，从而通过供应喷嘴122将超临界二氧化碳供应到基材干燥室106中。于是，在高压状态下，在基材干燥室106内部对基材120进行干燥处理。在将基材干燥室106保持在超临界状态下持续预定时间以对基材120进行干燥处理之后，通过排放口124排放超临界二氧化碳。可选择的是，在基材干燥室106保持在超临界状态并且供应和排放超临界二氧化碳的同时，可以对基材120进行干燥处理。

参见图6，打开大气压维持阀门130，从而使基材干燥室106减压到大气压状态。如果基材干燥室106从临界压力减压到大气压状态，那么打开安全销132A和132B以使闸门110上升。从基材支架118上卸载基材120。将卸载的基材120从基材运输室105运送到外部。

上述基材干燥机100可以是图7所示的单晶片处理设备1000的一部分。

参见图7，将基材(如图3-图6所示的120)装载到设备1000的基材装载/卸载单元500上。在借助基材自动运输装置600临时停在缓冲单元700之后，将装载的基材120运送到处理单元100、200、300和400，并在其中进行处理。处理单元200-400中的至少一个处理单元(200)包括清洁基材120的清洁单元。借助于基材自动运输装置600，将清洁的基材120运送到缓冲单元700。然后，将基材120运送到基材装载/卸载单元500并被卸载。应当理解，前述基材干燥机100不仅可以应用于单晶片处理设备1000，而且还可以应用于成批晶片处理设备。

根据本发明，使用具有液体的清洁力和气体的粘性的超临界流体，可以有效地使基材干燥而没有水印。因此，可以稳定地进行基材处理以提高生产率和生产量。此外，基材干燥机不仅适合应用于单晶片处理设备，而且还适合应用于成批晶片处理设备。

尽管已经结合附图中所示的本发明实施例描述了本发明，但是本发明不限于此。显然，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以做出各种替换、修改和变化。