KR100872873B1 - 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치 - Google Patents

기판 제조용 초임계 유체 공급 장치 Download PDF

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Abstract

기판 제조용 초임계 유체 공급 장치가 제공된다. 본 발명의 일실시예에 따른 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치는, 초임계 유체를 공급하기 위한 초임계 유체 공급부와, 초임계 유체의 성능을 향상시키기 위한 공용매를 공급하기 위한 공용매 공급부와, 초임계 유체와 공용매를 혼합하고 혼합된 초임계 유체와 공용매를 공정 챔버에 공급하기 위한 저장소와, 초임계 유체 공급부 내에 설치되며 저장소에 연결되어 유체를 초임계 상태로 가압하기 고압 펌프 및 저장소와 공정 챔버 사이에 구비되어 공정 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지시키기 위해 공정 챔버 내로 공급되는 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 압력을 조절하는 압력 조절 장치를 포함한다.
기판, 세정, 스트립, 초임계 유체

Description

기판 제조용 초임계 유체 공급 장치 {Supercritical fluid supply apparatus for manufacturing semiconductor device or substrate}
본 발명은 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정 중 웨이퍼 가공 공정에는 감광액 도포 공정(Photoresist Coating), 현상 공정(Develop & Bake), 식각 공정(Etching), 화학기상증착 공정(Chemical Vapor Deposition), 애싱 공정(Ashing) 등이 있으며, 각각의 여러 단계의 공정을 수행하는 과정에서 기판에 부착된 각종 오염물을 제거하기 위한 공정으로 세정 공정(Wet Cleaning Process)이 있다. 세정 공정은 기판을 제조하는 데에 있어서 전체 공정 중 30 ∼ 40% 정도를 차지할 정도로 중요한 공정으로서 제품의 전체 수율에 커다란 영향을 준다.
일반적으로 세정 공정에 사용되는 방법은 습식 세정 방법과 건식 세정 방법으로 분류되며, 이 중 반도체 공정에서 현재 가장 널리 사용되는 세정 방법은 습식 세정 방법이다.
습식 세정은 각각의 세정 단계마다 오염 물질에 맞는 화학 물질을 사용하여 연속적으로 오염 물질을 제거하는 방식으로서, 액체 상태의 약액 또는 순수를 다량 사용하여 기판에 잔류하는 오염 물질을 제거한다. 일반적인 습식 세정 장치는 한 장의 기판을 처리할 수 있는 기판척(Wafer chuck)으로 기판을 고정시킨 후 모터에 의해 기판을 회전시키면서, 기판의 상부에서 분사노즐을 통해 약액 또는 순수를 분사하여, 기판의 회전력에 의해 약액 또는 순수가 기판의 전면으로 퍼지게 하여 공정이 이루어지도록 하고 있다.
하지만, 이러한 습식 세정은 각 공정마다 다량의 초순수 및 화학약품을 사용함으로써 공정이 복잡하고 제품 단가를 상승시키는 요인으로 작용함은 물론 세정 후 배출되는 폐수로 인해 환경오염을 야기시킨다는 문제점을 가지고 있었다.
따라서, 습식 세정 방법을 대신하는 건식 세정 방법이 개발되고 있는데, 건식 세정 방법으로는 보 기술로는 초임계 유체 세정법, 플라즈마법, 메가소닉법, 레이저법 등이 있으나 초임계 유체 세정법이 가장 유망한 후보 기술로 인정받고 있다. 즉, 고압 펌프에서 압축된 초임계 유체를 공정 챔버 내로 공급하여 기판에 대해 친환경적으로 정밀 세정을 할수 있도록 구성된 정밀 세정 장치가 개발되고 있다.
한편, 초임계 유체를 이용한 세정 기술은 세정 공정 이외에도, 일련의 공정을 통해 웨이퍼 표면에 원하는 패턴을 형성시키고 난 후 잔류하는 감광액(포토레지스트, Photoresist)을 제거하기 위한 애싱 공정(Ashing) 또는 스트립 공정(Strip)에도 적용이 가능하다.
종래의 초임계 유체 공급 장치는 초임계 유체와 공용매를 혼합시키는 저장소가 존재하고, 고압 펌프를 사용하여 저장소 내 압력을 상승시키며, 이 때 저장소 내에서 초임계 유체와 공용매가 혼합된다. 공정 챔버 내에서 공정을 진행할 때에 저장소 내 압력 강하가 일어나므로, 고압 펌프를 사용하여 저장소 내의 압력을 공정 압력의 수준까지 일정하게 가압시키며 동시에 공용매도 일정한 양으로 투입하였다.
그러나, 종래의 초임계 유체 공급 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 초임계 유체 공급 장치의 경우, 초임계 유체와 공용매를 공정 챔버 내로 공급할 때에 공정 챔버 내의 낮은 압력으로 인해 공급되는 혼합 유체의 압력이 공정 압력 이하로 강하되기 때문에, 고압 펌프를 사용하여 계속 가압하여야 했다. 따라서, 초임계 유체와 공용매를 혼합하여 공급할 경우, 초임계 유체와 공용매의 혼합 비율을 일정하게 유지하는 것이 어려웠다. 또한, 공정 챔버 내에서도 혼합 유체의 혼합 비율이 전 영역에 걸쳐 고르게 분포한다고 보기 어려워 공정의 신뢰성에 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 초임계 유체를 이용한 공정을 진행함에 있어서 저장소와 공정 챔버 사이에 압력 조절 장치를 설치하여 공정 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지하고 초임계 유체와 공용매의 혼합 비율을 일정하게 유지하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치는, 초임계 유체를 공급하기 위한 초임계 유체 공급부와, 상기 초임계 유체의 성능을 향상시키기 위한 공용매를 공급하기 위한 공용매 공급부와, 상기 초임계 유체와 상기 공용매를 혼합하고 혼합된 상기 초임계 유체와 상기 공용매를 공정 챔버에 공급하기 위한 저장소와, 상기 초임계 유체 공급부 내에 설치되며 상기 저장소에 연결되어 유체를 초임계 상태로 가압하기 고압 펌프 및 상기 저장소와 상기 공정 챔버 사이에 구비되어 상기 공정 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지시키기 위해 상기 공정 챔버 내로 공급되는 상기 초임계 유체와 상기 공용매 혼합 유체의 압력을 조절하는 압력 조절 장치를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 저장소 내의 압력을 공정 챔버 내의 공정 압력보다 높게 설정하고 저장소와 공정 챔버의 사이에 압력 조절 장치를 설치하여 초임계 유체를 공급함으로 써, 고압 펌프를 동작시키지 않아도 공정 챔버 내의 공정 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
둘째, 공정 챔버 내로 공급되는 초임계 유체와 공용매의 혼합 비율이 공정이 진행되는 전 영역에 걸쳐 고르게 분포하는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치는 초임계 유 체를 이용한 기판 세정 장치는 물론, 식각 공정 후 기판에 잔류하는 감광액을 제거하는 애싱 공정 또는 스트립 공정에도 적용 가능하다. 즉, 세정 공정의 경우에는 초임계 유체를 이용하여 기판 상에 잔류하는 파티클 또는 오염 물질을 제거하게 되고, 애싱 공정 또는 스트립 공정의 경우에는 기판 상에 잔류하는 감광액을 제거하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치는, 공용매 공급부(200)와, 초임계 유체 공급부(100)와, 저장소(300)와, 고압 펌프(400) 및 압력 조절 장치(500)를 포함한다.
초임계 유체 공급부(100)는 세정에 사용되는 초임계 상태의 유체를 공급한다.
초임계 유체란 임계점(Supercritical point)이라고 불리는 일정한 고온과 고압의 한계를 넘어선 상태에 도달하여 액체와 기체를 구분할 수 없는 시점의 유체를 말한다. 초임계 유체는 확산력에 있어서는 기체와 비슷하여 표면장력이 없으므로 얇은 관이나 미세한 홈에 침투할 수 있으며, 또한 용해력에 있어서는 액체와 비슷하고 밀도가 높아 미세한 입자들을 용해시킬 수 있다. 따라서, 기판의 미세한 홈으로 침투하여 파티클, 오염 물질 또는 감광액을 용해시켜 기판으로부터 분리시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일실시예에 따른 초정밀 유체 공급 장치에서는 초임계 유체로서 초임계 상태의 이산화탄소(SC-CO2, Supercritical CO2)를 사용할 수 있다. 이산화탄소(CO2)의 경우, 임계 조건은 임계 온도 31.7℃, 임계 압력 72.8atm이다. 또 다른 실시예에 의하면, 초임계 유체로서 초임계수(水)를 사용할 수 있다. 초임계수의 경우, 임계 조건은 임계 온도 374.2℃, 임계 압력 217.6atm 이다.
한편, 초임계 유체 공급부(100)는, 액체 상태의 유체를 저장하는 유체 저장부(110)와 액체 상태의 유체를 임계 온도 이상으로 가열하는 히터(120) 및 초임계 유체의 공급을 개폐하는 초임계 유체 공급 밸브(130)를 더 포함할 수 있다.
공용매 공급부(200)는 초임계 유체의 성능을 향상시키기 위한 공용매를 공급한다. 즉, 공용매는 파티클 또는 감광액의 제거를 위한 초임계 유체의 용해력을 향상시키기 위한 것이다. 바람직하게는, 공용매는 불산(HF, Hydrofluoric acid) 또는 불산 피리딘염(HF-Pyridine, Pyridine hydrofluoride)을 포함할 수 있다.
한편, 공용매 공급부(200)는 공용매를 저장하는 공용매 저장부(210) 및 공용매의 공급을 개폐하는 공용매 공급 밸브(220)를 포함할 수 있다. 또한, 공용매 공급부(200)는 저장소(300)로 공급되는 공용매를 가압하기 위한 공용매 압축부(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다.
저장소(300)는 초임계 유체와 공용매를 혼합하고 혼합된 초임계 유체와 공용매 혼합 유체를 공정 챔버(600)에 공급한다. 공정 챔버(600)는 기판이 로딩되어 세정(Cleaning) 공정, 애싱(Ashing) 공정 또는 스트립(Strip) 공정이 이루어지는 공간을 의미한다. 저장소(300)와 공정 챔버(600) 사이에는 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 공급을 개폐하는 혼합 유체 공급 밸브(510)가 설치된다.
공정 챔버(600)의 내부 압력은 공정을 위한 기판이 로딩될 때 또는 공정을 마친 기판이 언로딩될 때에는 상압(常壓)이나, 세정 공정, 애싱 공정 또는 스트립 공정이 이루어지는 동안에는 초임계 상태의 공정 압력을 일정하게 유지하여야 한다.
도 2는 도 1의 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치에 있어서 공정 챔버 내부의 압력 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
그래프의 가로축은 공정 진행 시간을, 그래프의 세로축은 공정 챔버(600) 내부의 압력을 나타낸다. 또한, P0는 기판이 로딩될 때 또는 기판이 언로딩될 때의 공정 챔버(600) 내부의 압력으로 대기압과 같은 1 atm 정도의 상압(常壓)을 의미하고, P1은 공정이 진행되는 공정 압력을 의미한다. 공정 챔버(600) 내의 공정 압력(P1)은 초임계 유체의 임계 압력 이상이어야 한다. 바람직하게는 초임계 유체로서 초임계 상태의 이산화탄소(SC-CO2, Supercritical CO2)를 사용하는 경우 공정 압력은 약 290 atm일 수 있다. 한편, P3는 공정이 끝날 때의 공정 챔버(600) 내부의 압력인데, 이는 사용자가 원하는 감압 목표 압력이고, 이는 P0와 같거나 높을 수 있다.
기판이 공정 챔버(600) 내로 로딩되면(T0), 혼합 유체 공급 밸브(510)를 열어 초임계 유체와 공용매 혼합 유체를 공급하여 공정을 시작한다(T2). 이 때, 공정 챔버(600) 내부의 압력은 초기에는 P0로서 상압(약 1 atm)이나(T2), 초임계 유체와 공용매 혼합 유체가 공급되면서 공정 챔버(600) 내부의 압력은 공정 압력(P1)까지 증가하게 된다(T3). 공정 압력(P1) 하에서 공정이 진행되는 도중 일정한 시점에 혼합 유체 공급 밸브(510)를 닫아 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 공급을 중단한다(T4). 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 공급을 중단하면 공정 챔버(600) 내부의 압력은 감소하기 시작하지만 공정은 계속되고 공정 챔버(600) 내부의 압력이 P3에 도달하면 공정을 마치게 된다(T5). 이 후, 공정 챔버(600) 내부의 압력은 초기 압력(P0)로 감소하게 되고 기판이 언로딩된다(T6). 여기서, 공정(T2~T5)에는 기판 상에 잔류하는 감광액을 제거하는 스트립 공정과 스트립 공정 후에 초임계 유체를 이용한 기판의 세정 공정이 포함된다. 바람직하게는, 스트립 공정은 공정 압력(P1), 즉 약 290 atm의 압력 하에서 이루어지고, 세정 공정은 그보다 낮은 압력, 즉 약 100~150 atm의 압력 하에서 이루어진다.
한편, 공정 챔버(600)의 내부에는 기판을 유지하고 회전시키는 스핀척(도시되지 않음) 및 세정, 애싱 또는 스트립 공정을 위한 초임계 유체를 기판 위로 분사하는 노즐(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 노즐로부터 분사되는 초임계 유체가 기판의 전면에 균일한 압력으로 분사될 수 있도록 노즐의 면적은 기판의 면적보다 크거나 같다.
고압 펌프(400)는 초임계 유체 공급부(100) 내에, 즉, 액체 상태의 유체를 저장하는 유체 저장부(110)와 초임계 유체 및 공용매를 혼합하는 저장소(300) 사이에 설치되며 액체 상태의 유체를 초임계 상태로 가압한다. 이 때, 고압 펌프(400)는 저장소(300) 내부의 압력을 공정 챔버(600) 내에서 세정, 애싱 또는 스트립 공정을 진행할 때에 필요한 공정 압력보다 높은 압력까지 가압하게 된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 유체 저장부(110)에는 약 20 atm의 이산화탄소가 저장되고, 유체 저장부(110)로부터 공급되는 유체는 고압 펌프(400)와 히터(120)에 의해 약 290 atm 이상의 초임계 유체로 변환된다.
압력 조절 장치(500)는 저장소(300)와 공정 챔버(600) 사이에 구비되어 공정 챔버(600) 내부의 압력을 일정하게 유지시키기 위해 공정 챔버(600) 내로 공급되는 초임계 유체의 압력을 조절한다. 즉, 압력 조절 장치(500)는 저장소(300)로부터 공급되는 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 압력을 공정 압력인 약 290 atm으로 조절하게 된다. 따라서, 고압 펌프(400)는 동작하지 않아도 미리 공정 압력보다 높게 설정된 저장소(300) 내부의 압력에 의해 공정 압력을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.
한편, 압력 조절 장치(500)는 바람직하게는 레귤레이터(Regulator) 또는 백 프레셔 레귤레이터(Back pressure regulator)로 구성될 수 있다.
도 3은 종래의 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치에 있어서 저장소 내부의 압력 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
그래프의 가로축은 공정 진행 시간을, 그래프의 세로축은 저장소(300) 내부의 압력을 나타낸다. P0, P1, P3는 상술한 바와 같다.
기판이 공정 챔버(600) 내부로 로딩되면(T0), 고압 펌프(400)를 동작하여(T1) 저장소(300) 내부의 압력을 공정 압력(P1)까지 가압한다(T2). 저장소(300) 내부의 압력이 공정 압력(P1)에 이르게 되면, 혼합 유체 공급 밸브(510)를 열어 공정 챔버(600) 내에 초임계 유체와 공용매 혼합 유체를 공급하여 공정을 시작한 다(T2). 이 때, 공정 챔버(600) 내부의 압력은 P0로서 상압(약 1 atm)이기 때문에 저장소(300) 내부의 압력은 순간적으로 감소한다(T2). 따라서, 고압 펌프(400)를 계속적으로 동작시켜 저장소(300) 내부의 압력을 공정 압력(P1)까지 가압하면서 초임계 유체와 공용매 혼합 유체를 계속 공급한다(T3). 공정이 진행되는 동안에는 저장소(300) 내부의 압력을 공정 압력(P1)으로 유지하기 위해 고압 펌프(400)를 계속 구동하여야 한다. 공정 압력(P1) 하에서 공정이 진행되는 도중 일정한 시점에 혼합 유체 공급 밸브(510)를 닫아 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 공급을 중단하고, 고압 펌프(400)의 동작을 중단한다(T4). 따라서, 저장소(300) 내부의 압력은 공정 압력(P1)보다 다소 감소하게 되고 기판이 언로딩된다(T5).
도 4는 도 1의 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치에 있어서 저장소 내부의 압력 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
그래프의 가로축은 공정 진행 시간을, 그래프의 세로축은 저장소(300) 내부의 압력을 나타낸다. P0, P1, P3는 상술한 바와 같다. 여기서, 설정 압력 P2는 초기에 고압 펌프(400)를 동작시켜 저장소(300) 내부를 가압하는 압력을 의미하며, 고압 펌프(400)가 중단되어도 공정이 진행되는 동안 초임계 유체의 임계 압력 이상의 압력, 즉 공정 압력 이하로 감소되지 않을 정도로 충분히 높은 압력이어야 한다. 바람직하게는, 설정 압력 P2는 공정 압력 P1, 즉 약 290 atm 이상의 충분히 높은 압력이어야 하며, 여러 조건에 의해 결정될 수 있다.
기판이 공정 챔버(600) 내부로 로딩되면(T0), 고압 펌프(400)를 동작하여(T1) 저장소(300) 내부의 압력을 공정 압력(P1) 이상의 설정 압력(P2)까지 가압 한다(T2). 저장소(300) 내부의 압력이 설정 압력(P2)에 이르게 되면, 고압 펌프(400)의 동작을 중단하고 혼합 유체 공급 밸브(510)를 열어 공정 챔버(600) 내에 초임계 유체와 공용매 혼합 유체를 공급하여 공정을 시작한다(T2). 이 때, 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 공급 압력은 저장소(300)와 공정 챔버(600) 사이에 설치된 압력 조절 장치(500)를 이용하여 공정 압력(P1)을 유지한다. 공정 챔버(600) 내부의 압력이 상압(약 1 atm)이기 때문에 저장소(300) 내부의 압력은 서서히 감소하게 된다(T2~T3). 공정 챔버(600) 내부의 압력이 공정 압력(P1)에 이르게 되면(T3), 이 후, 저장소(300) 내부의 압력은 공정이 진행되는 동안 T2~T3 구간보다 좀 더 서서히 감소하게 된다(T3~T4). 공정 압력(P1) 하에서 공정이 진행되는 도중 일정한 시점에 혼합 유체 공급 밸브(510)를 닫아 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 공급을 중단한다(T4). 따라서, 저장소(300) 내부의 압력은 공정 압력(P1)보다 다소 감소하게 되고 기판이 언로딩된다(T5).
도 3에 도시된 바와 같이, 종래에는 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 압력 강하를 고압 펌프(400)를 이용하여 계속 가압시킴으로써 공정 압력(P1)을 일정하게 하였기 때문에 초임계 유체와 공용매의 혼합 비율이 일정하게 유지시키는 것이 어려웠다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 초임계 공급 장치의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 압력을 압력 조절 장치(500)를 통해 조절함으로써, 공정 압력(P1)의 유지가 용이하고, 초임계 유체와 공용매의 혼합 비율이 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 공정 챔버(600)의 일측에는 초임계 유체, 공용매 또는 오염 물질의 배 출을 위한 적어도 하나의 배출구(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 이 때, 배출구로부터 나온 초임계 유체, 공용매 또는 오염 물질을 감압시켜 초임계 유체를 기체 상태로 만들어 오염 물질을 분리해 낼 수 있다. 이후, 응축기(도시되지 않음)를 통해 기체 상태의 유체를 액체 상태로 만들어 유체 저장부(110)에 저장하게 된다. 유체 저장부(110)에 저장되는 액체 상태의 유체는 초기 상태와 마찬가지로 약 20 atm이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 도 1의 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치의 동작 방법을 보여주는 순서도이다.
먼저, 공정 챔버(600)에 세정, 애싱 또는 스트립 공정을 위한 기판이 로딩된다(S501).
유체 저장부(110)로부터 공급되는 액체 상태의 유체를 고압 펌프(400)를 이용하여 가압시키고 히터(120)를 이용하여 가열하여 초임계 상태로 만든다. 초임계 유체는 저장소(300)로 공급되어 저장된다. 또한, 파티클 또는 감광액의 제거를 위한 초임계 유체의 용해력을 향상시키기 위해 공용매를 저장소(300)로 공급하여 이를 초임계 유체와 혼합한다(S502).
저장소(300)에는 초임계 유체와 공용매가 혼합된 상태로 존재하게 되는데, 저장소(300) 내의 혼합 유체는 공정을 진행할 때에 필요한 공정 챔버(600) 내의 공정 압력보다 높은 압력을 유지할 수 있도록 고압 펌프(400)를 동작시킨다(S503). 이는 공정 챔버(600) 내로 초임계 유체와 공용매 혼합 유체를 공급하기 위해 저장소(300)와 공정 챔버(600) 사이의 혼합 유체 공급 밸브(510)를 열게 되면 공정 챔버(600) 내의 낮은 압력으로 인해 공급되는 혼합 유체의 압력이 공정 압력 이하로 강하되는 것을 고려한 것이다. 고압 펌프(400)는 저장소(300) 내부의 압력이 초임계 유체의 임계 압력 이상의 압력, 즉 공정 압력보다 높게 설정된 압력이 될 때까지 동작하며(S504), 설정 압력에 도달하면 고압 펌프(400)의 동작을 멈춘다(S505). 도 4에 도시된 바와 같이, 설정 압력(P2)은 고압 펌프(400)가 중단되어도 공정이 진행되는 동안 공정 압력(P1) 이하로 감소하지 않을 정도로 충분히 높은 압력이어야 한다.
저장소(300) 내부의 압력이 설정 압력(P2)에 이르게 되면, 고압 펌프(400)의 동작을 중단하고 혼합 유체 공급 밸브(510)를 열어 공정 챔버(600) 내에 초임계 유체와 공용매 혼합 유체를 공급한다(S506). 이 때, 압력 조절 장치(500)는 저장소(300)로부터 공급되는 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 압력을 공정 압력(P1)으로 조절하게 된다. 이 경우, 고압 펌프(400)는 동작하지 않아도 미리 공정 압력(P1)보다 높게 설정된 저장소(300) 내부의 압력(P2)에 의해 공정 압력(P1)을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 초임계 유체의 압력을 압력 조절 장치(500)를 통해 조절함으로써, 공정 압력의 유지가 용이하고, 초임계 유체와 공용매의 혼합 비율이 일정하게 유지될 수 있다.
공정 챔버(600) 내부의 압력이 공정 압력(P1)에 이르면 세정, 애싱 또는 스트립 공정이 시작된다(S507). 공정 챔버(600) 내로 공급되는 초임계 유체와 공용매 혼합 유체는 노즐(도시되지 않음)을 통해 스핀척(도시되지 않음)에 의해 회전되고 있는 기판으로 분사될 수 있다. 스핀척의 회전에 따른 원심력에 의해 파티클 또는 오염 물질을 용해한 상태로 기판 외부로 밀려나온 초임계 유체는 공정 챔버(600)의 일측에 설치된 배출구(도시되지 않음)를 통해 공정 챔버(600) 외부로 배출된다.
공정이 끝나면 혼합 유체 공급 밸브(510)를 닫아 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 공급을 중단한다(S508). 따라서, 저장소(300) 내부의 압력은 공정 압력(P1)보다 다소 감소하게 되고 기판이 언로딩되고(S509), 상기와 같은 일련의 과정을 반복 수행하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 고압 펌프(400)의 작동 시점(S503)을 기판이 로딩(S501)된 후로 설명하고 있으나, 혼합 유체 공급 밸브(510)를 닫아 초임계 유체와 공용매 혼합 유체의 공급을 중단한 시점(T4)부터 혼합 유체 공급 밸브(510)을 열어 초임계 유체와 공용매 혼합 유체를 공급하는 시점(T2) 사이에 고압 펌프(400)를 작동시킬 수도 있다.
상기 기판은 반도체 칩 제조에 사용되는 웨이퍼(wafer)에 한정되지 않고, 액정표시장치(LCD, Liquid crystal display)는 물론, PDP(Plasma Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(Field Emission Display), 또는 ELD(Electro Luminescence Display) 등의 평판표시장치(FPD, Flat panel display)에 해당하는 모든 기판에 적용 가능하다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다 는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치에 있어서 공정 챔버 내부의 압력 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 종래의 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치에 있어서 저장소 내부의 압력 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 도 1의 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치에 있어서 저장소 내부의 압력 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 1의 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치의 동작 방법을 보여주는 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 초임계 유체 공급부
200: 공용매 공급부
300: 저장소
400: 고압 펌프
500: 압력 조절 장치
600: 공정 챔버

Claims (5)

  1. 초임계 유체를 공급하기 위한 초임계 유체 공급부;
    상기 초임계 유체의 성능을 향상시키기 위한 공용매를 공급하기 위한 공용매 공급부;
    상기 초임계 유체와 상기 공용매를 혼합하고 혼합된 상기 초임계 유체와 상기 공용매를 공정 챔버에 공급하기 위한 저장소;
    상기 초임계 유체 공급부 내에 설치되며 상기 저장소에 연결되어 유체를 초임계 상태로 가압하기 고압 펌프; 및
    상기 저장소와 상기 공정 챔버 사이에 구비되어 상기 공정 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지시키기 위해 상기 공정 챔버 내로 공급되는 상기 초임계 유체와 상기 공용매 혼합 유체의 압력을 조절하는 압력 조절 장치를 포함하며,
    상기 공용매는 불산 또는 불산 피리딘염을 포함하는, 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 초임계 유체 공급부는,
    액체 상태의 상기 초임계 유체를 저장하는 유체 저장부;
    상기 액체 상태의 초임계 유체를 임계 온도 이상으로 가열하는 히터; 및
    상기 초임계 유체의 공급을 개폐하는 초임계 유체 공급 밸브를 더 포함하는 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공용매 공급부는,
    상기 공용매를 저장하는 공용매 저장부; 및
    상기 공용매의 공급을 개폐하는 공용매 공급 밸브를 포함하는 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 초임계 유체는 초임계 이산화 탄소인 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치.
  5. 삭제
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