本实用新型涉及一种利用超临界流体的基板处理装置，更为详细地，涉及一种基板处理装置，其可以利用超临界流体和药液之间的密度差来提高基板的干燥效率。
背景技术：
通常，清洗分类为湿式清洗和干湿清洗，其中湿式清洗广泛利用于半导体制造领域。湿式清洗作为在每个步骤使用与污染物质相对立的化学物质来连续去除污染物质的方式，大量使用酸和碱溶液来去除残留在基板的污染物质。
但是，用于所述湿式清洗的化学物质会对环境造成不良影响，而且工艺复杂，是使得产品的生产成本大幅上升的主要因素，不仅如此，在用于如高集成电路一样精密部分的清洗的情况下，因界面张力，所以微细结构的图案变窄并歪斜，据此还具有无法有效地实现污染物去除的问题。
作为解决所述问题的方案，最近正在开发将作为无毒性且不燃性物质、廉价且环保的物质的二氧化碳用作溶媒的干式清洗方法。二氧化碳具有很低的临界温度和临界压力，从而可以轻松到达超临界状态，并且界面张力接近于零(zero)，在超临界状态下，因很高的压缩性而易于使得密度或溶媒强度随着压力的变化而变化，并且因为通过减压转换为气体状态，所以具有可以简单地将溶媒从溶质中分离出来的优点。
如上所述，与利用超临界流体的基板处理装置相关的先行技术公开于韩国登记专利第10-0822373号、韩国登记专利第10-1384320号、韩国公开专利第10-2017-0006570号等。
在包括所述先行技术的现有技术中公开了如下装置及方法：利用超临界流体使得残留在基板的清洗液等的药液溶解，然后使得混合有超临界流体和药液的流体向腔室的外部排出，从而对基板进行干燥，但是完全没有公开超临界流体和药液之间的密度差与由此带来的基板干燥效率的相关关系。
技术实现要素：
本实用新型为了解决所述问题而提出，其目的在于提供一种基板处理装置，基板处理装置快速地去除残留在基板的药液从而可以提高基板的干燥效率。
根据用于实现所述目的的本实用新型的一个实施例的基板处理装置包括：工艺腔室，其利用超临界流体对涂布有药液的基板进行干燥；控制部，其以使得供给至所述工艺腔室的超临界流体的密度成为高于所述药液的密度的状态的形式进行控制。
根据本实用新型的另一个实施例的基板处理装置包括：工艺腔室，其利用超临界流体对涂布有药液的基板进行干燥；控制部，其以使得供给至所述工艺腔室的超临界流体的密度成为低于所述药液的密度的状态的形式进行控制。
如上所述，本实用新型的基板处理装置提供如下构成：以使得供给至工艺腔室内的超临界流体的密度与残留在被处理对象基板的药液的密度的大小不同的形式对超临界流体的密度进行调节，从而可以提高基板的干燥效率。
根据本实用新型，以使得供给至工艺腔室内的超临界流体的密度与残留在被处理对象基板的药液的密度的大小不同的形式对超临界流体的密度进行调节，从而可以提高基板的干燥效率。
尤其，使得超临界流体的密度成为高于残留在基板的药液的密度的状态，从而在供给至工艺腔室内的情况下，药液漂浮在超临界流体上，所以直到超临界流体和溶液溶解为止的期间内无需等待就可以使得药液快速从基板分离出来并向工艺腔室外部排出，所以可以大幅缩短基板的干燥时间。
附图说明
图1是根据二氧化碳的温度和压力的相位图(phase diagram)，
图2是根据本实用新型的基板处理装置的构成图，
图3是根据本实用新型的第一实施例的基板处理装置的基板处理方法的顺序图，
图4是表示按照根据本实用新型的第一实施例的基板处理装置的基板处理方法用超临界流体置换药液并且对基板进行干燥的过程的状态图，
图5是根据本实用新型的第二实施例的基板处理装置的基板处理方法的顺序图，
图6是表示按照根据本实用新型的第二实施例的基板处理装置的基板处理方法用超临界流体置换药液并且对基板进行干燥的过程的状态图。
具体实施方式
以下，参照附图，对针对本实用新型的优选实施例的构成及作用进行如下详细说明。
首先，参照图1，对根据适用于本实用新型的超临界流体的二氧化碳(CO2)的温度和压力的相位图进行说明。
通常，物质有气态(气体)、液态(液体)以及固态(固体)的三种状态(三相)。如图1所示，所述三相区分为：表示气态和液态之间的界限的蒸气压曲线、表示气态和固态之间的界限的升华曲线、以及表示固态和液态之间的界限的溶解曲线。所述三相相互重叠的点是三相点(triple point)，若蒸气压曲线从所述三相点向高温侧延长，则到达气态和液态共存的临界点。在所述临界点，气态和液态的密度相同，并且气体和液体共存状态的相界消失。就二氧化碳(CO2)的情况而言，临界温度是31.3℃，临界压力是7.38MPa。
在与所述临界点相比高温及高压的状态下，没有气体状态和液体状态之间的区别，物质成为单相的超临界流体。超临界流体是在临界温度以上压缩为高密度的流体。超临界流体具有如下性质：在溶媒分子的扩散力为支配性的这一点上，与气体相似，在无法无视分子的内聚力的影响的这一点上，与液体相似，由此，超临界流体具有溶解多种物质的特性。此外，超临界流体具有极高于液体的浸润性，并且具有能够轻松浸透微细结构体的特性。此外，超临界流体直接从超临界状态转移为气体状态并且没有表面张力，所以并未破坏基板的微图案，并且具有可以对微图案之间的药液等异物进行清洗及干燥的特性。
参照图2，根据本实用新型的一个实施例的基板处理装置包括：高压泵100，其以使得液体状态的流体成为临界压力以上的超临界压力状态的形式进行加压；加热部200，其以使得通过所述高压泵100的液体状态的流体成为临界温度以上的超临界温度状态的形式进行加热；工艺腔室300，其利用从所述加热部200供给来的超临界流体来执行基板处理工艺。所述超临界流体可以使用超临界二氧化碳(SCCO2)。但是，超临界流体的种类并非限制于此，而是可以用公知的多种种类的超临界流体来代替。
作为一个实施例，所述加热部200的出口和形成于工艺腔室300的上部的第一流入口301之间通过第一供给线401连接，从所述第一供给线401分支出来的第二供给线402连接于形成在工艺腔室300的一侧的第二流入口302。在所述加热部200加热为超临界温度状态的超临界流体通过所述第一供给线401和第二供给线402供给到工艺腔室300的内部。
在所述第一供给线401设置有：第一开关阀门410，其开关第一供给线401的管道，从而管束超临界流体的供给；第一压力调节部420，其为了将工艺腔室300内部的压力保持为一定的供给压力，对通过所述第一供给线401供给至工艺腔室300内的超临界流体的压力进行调节。
在所述第二供给线402设置有：第二开关阀门430，其开关第二供给线402的管道，从而管束超临界流体的供给；第二压力调节部440，其为了将工艺腔室300内部的压力保持为一定的工艺压力，对通过所述第二供给线402供给至工艺腔室300内的超临界流体的压力进行调节。
在该实施例中，举了超临界流体供给线包括第一供给线401和第二供给线402的双重线的情况的例子，但是所述超临界流体供给线也可以包括单一线。
所述工艺腔室300可以包括：第一外壳310，基板W安置于第一外壳310；第二外壳320，其覆盖所述第一外壳310的上部，并且在内部设置有基板处理空间。在所述第一外壳310可以设置有对基板W进行支撑的基板支撑部330。所述第一外壳310设置为能够升降，所述第二外壳320可以设置为其位置被固定的形态。
将基板W搬入至所述工艺腔室300的内部，或者将基板W搬出到工艺腔室300的外部，所述情况下，所述第一外壳310向下方向移动，由此，在第一外壳310和第二外壳320之间沿着上下设置有通过相隔开的空间搬入或搬出基板W的通道。
在所述工艺腔室300内部执行基板处理工艺期间，第一外壳310上升移动并紧贴于第二外壳320，由此基板处理空间保持为密封状态。
在所述工艺腔室300执行利用超临界流体的基板W的干燥工艺，并且也可以同时执行基板W的清洗及干燥工艺。
在所述工艺腔室300的另一侧形成有排出口303，排出口303在完成基板处理后排出残留在工艺腔室300内部的超临界流体和从基板W分离出的药液，排出线403连接于所述排出口303，并且在所述排出线403设置有排出阀门450，排出阀门450管束超临界流体和药液的排出。
被处理对象基板W在涂布有异丙醇(IPA)等的药液的状态下被搬入到工艺腔室300内。换句话说，所述基板W在搬入至工艺腔室300内之前的步骤中经过清洗及冲洗工艺，因为使用于所述冲洗工艺的纯水(DIW，去离子水)与超临界流体的反应性(溶解性)低，所以在工艺腔室300执行的基板干燥过程中，为了提高与超临界流体的反应性，将所述纯水(DIW，去离子水)置换为异丙醇(IPA)等药液。
所述药液起到防止形成于基板W的图案的变窄及崩溃的功能。
用作所述药液的异丙醇的密度是0.786g/cm3，在形成于搬入至工艺腔室300的基板W的图案之间的空间残留有药液。
另外，就用作超临界流体的二氧化碳的情况而言，临界温度是31.3℃，临界压力是7.38MPa，并且在所述临界点的密度是0.496g/cm3。
根据本实用新型的一个实施例的基板处理装置包括：控制部(未示出)，其以使得供给至所述工艺腔室300的超临界流体的密度成为高于药液的密度的状态的形式进行控制。
所述控制部以使得供给至工艺腔室300的超临界流体的密度成为高于所述药液的密度的状态的形式对所述加热部200和压力调节部420、440进行控制，从而调节超临界流体的温度和压力。
例如，若在超临界二氧化碳的温度保持40℃的状态下，超临界二氧化碳的压力设定为130bar，则超临界二氧化碳的密度成为0.58g/cm3，从而具有与异丙醇的密度0.786g/cm3相比更低的密度。
若在超临界二氧化碳的温度保持40℃的状态下，超临界二氧化碳的压力设定为200bar，则超临界二氧化碳的密度成为0.84g/cm3，从而具有与异丙醇的密度0.786g/cm3相比更高的密度。
并且，若在超临界二氧化碳的温度保持40℃的状态下，超临界二氧化碳的压力设定为160bar，则超临界二氧化碳的密度成为与异丙醇的密度对等的水准。
据此，若在将超临界流体的温度保持为一定的状态下，渐渐提高压力，则超临界流体会转换为高于药液的密度状态。
作为用于将超临界流体的密度设定为高于药液的密度的其他方案，有在将超临界流体的压力保持为一定的状态下降低超临界流体的温度的方案。例如，若在将超临界二氧化碳的压力保持为160bar的状态下，将超临界二氧化碳的温度降低为不到40℃，则可以将超临界二氧化碳的密度设定为高于药液的密度。
如上所述，作为用于将超临界流体的密度设定为高于药液的密度的方案，在将超临界流体保持为超临界状态的范围内，可以考虑使得超临界流体的压力上升的方案和降低超临界流体的温度的方案。
但是，使得超临界流体的压力上升为高压状态，具有如下问题：要设置有加压容量大的规格的高压泵100，使得工艺腔室300内部的压力超过工艺中所要求的设定压力并使其上升，因此更为优选的方案为，在将超临界流体的压力保持为一定的状态下，降低超临界流体的温度。
如上所述，利用比药液的密度更大的密度的超临界流体来执行基板处理工艺时，密度相对较大的超临界流体将残留在基板W的图案之间的药液推升至上侧，从而可以将药液更快速地从基板W分离并去除。
根据本实用新型的另一个实施例的基板处理装置包括：控制部(未示出)，其以使得供给至所述工艺腔室300的超临界流体的密度成为低于所述药液的密度的状态的形式进行控制。
所述控制部以使得供给至工艺腔室300的超临界流体的密度成为低于所述药液的密度的状态的形式控制所述加热部200和压力调节部420、440，从而调节超临界流体的温度和压力。
针对所述超临界流体的密度和药液的密度之间的大小的温度和压力的相关关系可以用与在所述实施例中所说明的相同的形式进行说明。
换句话说，作为用于将所述超临界流体的密度设定为低于药液的密度的方案，在将超临界流体保持为超临界状态的范围内，可以考虑降低超临界流体的压力的方案和提高超临界流体的温度的方案。
优选地，所述控制部在将超临界流体的压力保持为一定的状态下，通过提高超临界流体的温度从而能够以使得超临界流体的密度成为低于药液的密度的状态的形式控制所述加热部200。
如上所述，利用比药液的密度的小的密度的超临界流体来执行基板处理工艺，此时，密度小的超临界流体位于残留在基板W的图案之间的药液的上部，并且与药液发生溶解，使得药液从上部向下部依次溶解，从而可以去除药液。
以下，参照图2至图6，对实用新型的基板处理装置的基板处理方法进行说明。
首先，参照图2和图3以及图4，根据本实用新型的一个实施例的基板处理装置的基板处理方法包括如下步骤：将涂布有药液C的基板W搬入至工艺腔室300内；将密度高于所述药液C的密度的超临界流体S供给至所述工艺腔室300内。
将密度高于所述药液C的密度的超临界流体S供给至所述工艺腔室300内，在此步骤中，可以调节所述超临界流体S的温度和压力，从而将超临界流体S的密度设定为高于所述药液C的密度。此时，在将超临界流体S的压力保持为一定的状态下，通过降低超临界流体S的温度从而能够以使得超临界流体S的密度成为高于药液C的密度的状态的形式进行调节。
如图4的(a)至(e)所示，若将密度高于药液C的密度的超临界流体S供给至工艺腔室300内，则残留在图案P之间的药液C因密度差而向超临界流体S的上侧上升。在所述状态下，超临界流体S和药液C在其界面发生溶解反应。
例如，药液C溶解在所述超临界流体S后，打开设置于排出线403的排出阀门450，从而混合有超临界流体S和药液C的流体会向工艺腔室300的外部排出。
作为另一个实施例，若密度高于药液C的密度的超临界流体S供给至工艺腔室300内，并且药液C漂浮在超临界流体S上，则在将工艺腔室300内部的压力保持为一定的状态下，打开设置于排出线403的排出阀门450，从而可以将超临界流体S和药液C向工艺腔室300的外部排出。此时，在药液C溶解于超临界流体S期间，没有等待而是可以快速使得药液C从基板W分离并排出，从而可以大幅缩短基板处理时间。
接下来，参照图2和图5以及图6，根据本实用新型的另一个实施例的基板处理装置的基板处理方法包括如下步骤：将涂布有药液C的基板W搬入至工艺腔室300内；将密度低于所述药液C的密度的超临界流体S供给至所述工艺腔室300内。
将密度低于所述药液C的密度的超临界流体S供给至所述工艺腔室300内，在此步骤中，可以调节所述超临界流体S的温度和压力，从而将超临界流体S的密度设定为低于所述药液C的密度。此时，在将超临界流体S的压力保持为一定的状态下，通过提高超临界流体S的温度从而能够以使得超临界流体S的密度成为低于药液C的密度的状态的形式进行调节。
如图6的(a)至(e)所示，若将密度低于药液C的密度的超临界流体C供给至工艺腔室300内，则密度小的超临界流体S位于残留在基板W的图案P之间的药液C的上部，并且与药液C发生溶解，并使得药液C从上部向下部依次溶解，打开设置于排出线403的排出阀门450，从而可以将混合有超临界流体S和药液C的流体向工艺腔室300的外部排出。
如上所述，根据本实用新型的基板处理装置，利用超临界流体S和药液C的密度差来防止图案P的崩溃的同时使得残留在基板W的药液C顺利且快速地分离并去除，从而可以提高基板的干燥性能。
如以上说明所示，本实用新型并非限定于所述实施例，在没有脱离权利要求书所要求的本实用新型的技术思想的状态下，该实用新型所属的技术领域具有一般知识的技术人员能够进行显而易见的变形实施，并且所述变形实施属于本实用新型的范围。
标号说明
100:高压泵 200：加热部
300：工艺腔室 301：第一流入口
302：第二流入口 303：排出口
310：第一外壳 320：第二外壳
330：基板支撑部 401：第一供给线
402：第二供给线 403：排出线
410：第一开关阀门 420：第一压力调节部
430：第二开关阀门 440：第二压力调节部
450：排出阀门 W：基板
P：图案 C：药液
S：超临界流体