KR102489730B1 - 초임계 유체 소스 공급 장치 및 이를 구비하는 초임계 기판 처리장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

초임계 유체용 소스 공급장치 및 이를 구비하는 초임계 기판처리 장치를 개시한다. 초임계 유체용 소스 공급장치는 초임계 기판처리 장치의 초임계 유체로 이용되는 액상의 소스 유체를 저장하는 소스 저장부, 소스 저장부와 연결되어 액상 소스 유체를 고압의 기상(vapor) 소스 유체로 생성하는 기화기, 기화기와 연결되어 기상 소스 유체의 유량을 조절하는 유량 조절기, 기상 소스 유체로부터 유기 불순물 및 수분을 정제하는 정제기 및 정제기와 연결되어 정제된 기상 소스 유체로부터 유기 불순물 및 수분의 함량을 검출하는 성분 분석기를 포함한다. 초임계 공정이 진행되는 동안 초임계 유체(SCF)에 포함된 수분 및 불순물을 실시간으로 검출하여 제거할 수 있다.

Description

초임계 유체 소스 공급 장치 및 이를 구비하는 초임계 기판 처리장치 및 방법{Source supplier for supercritical fluid, substrate treating apparatus having the same and method of treating substrates in the substrate treating apparatus}
본 발명은 초임계 유체용 소스 공급 장치 및 이를 구비하는 초임계 기판처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 초임계 유체를 생성하기 위한 초임계 유체용 소스 공급 장치 및 이를 구비하는 반도체 소자 제조용 초임계 기판처리 장치 및 이를 이용한 기판에 대한 초임계 처리방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라 식각공정이나 세정공정과 같은 습식 공정이 완료된 후 약액을 건조하는 과정에서 약액의 표면장력에 의해 패턴이 붕괴(collapse)되는 리닝 불량이나 인접한 패턴끼리 달라붙는 브리지(bridge) 불량이 빈번하게 발생하고 있다.
이와 같은 패턴의 붕괴 또는 브리지 불량을 방지하기 위해 액체와 기체의 특성을 모두 구비하는 초임계 유체를 이용한 건조 공정이 널리 이용되고 있다. 초임계 유체는 기체와 같이 높은 확산성을 갖지만 표면장력의 영향을 받지 않고 액체처럼 용매로 이용할 수 있으므로 건조공정에서 이용되는 경우가 증가하고 있다. 특히, 상대적으로 저온 및 저압(31.1℃ 및 7.38MPa)에서 초임계 상태를 형성할 수 있는 이산화탄소(CO2)를 이용한 초임계 건조공정이 널리 이용되고 있다.
종래의 초임계 유체용 소스 공급장치는 저순도의 액상 이산화탄소를 고순도의 기상 이산화탄소로 정제하여 초임계 유체 생성기로 공급하고, 고순도의 기상 이산화탄소를 초임계 상태로 변환한 후 초임계 기판처리 장치로 공급한다.
그러나, 종래의 정제기는 이산화탄소에 포함된 수분을 충분히 제거하지 못하여 초임계 건조공정이 진행되는 동안 리닝 불량이나 브리지 불량을 야기하는 경우가 빈번하고 이산화탄소에 포함된 수분의 함량을 실시간으로 검출할 수 있는 분석기가 구비되지 않아 수분함량 제어가 정교하게 수행되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 초임계 소스유체로부터 수분을 제거하는 수분제거 필터와 수분 분석기를 구비하여 초임계 소스유체에 포함된 수분함량을 제어할 수 있는 초임계 유체용 소스 공급장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 초임계 유체용 소스 공급장치를 구비하는 초임계 기판처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 바와 같은 초임계 기판처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 초임계 유체용 소스 공급 장치는 초임계 기판처리 장치의 초임계 유체로 이용되는 액상의 소스 유체를 저장하는 소스 저장부, 상기 소스 저장부와 연결되어 상기 액상 소스 유체를 고압의 기상(vapor) 소스 유체로 생성하는 기화기, 상기 기화기와 연결되어 기상 소스 유체의 유량을 조절하는 유량 조절기, 상기 기상 소스 유체로부터 유기 불순물 및 수분을 정제하는 정제기 및 상기 정제기와 연결되어 정제된 상기 기상 소스 유체로부터 상기 유기 불순물 및 수분의 함량을 검출하는 성분 분석기를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 초임계 기판처리 장치는 기판을 고정하고 초임계 유체를 이용하는 초임계 공정에 의해 상기 기판을 처리하는 공정챔버, 상기 초임계 유체를 생성하여 상기 공정챔버로 공급하는 초임계 유체 생성기 및 상기 초임계 유체를 생성하기 위한 소스유체로부터 수분과 불순물을 제거하고 기체상태의 상기 소스유체를 상기 초임계 유체 생성기로 공급하는 소스 공급장치를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초임계 기판처리 방법에 의하면, 액상의 초임계 소스유체를 기화시켜 기상으로 상변화한다. 이어서, 기상의 소스유체를 정제하여 유기 불순물을 제거하고, 정제된 상기 소스유체를 탈수시켜 수분을 제거한다. 상기 소스유체를 초임계 상태로 변환하여 초임계 유체를 생성하고, 상기 초임계 유체를 공정 챔버로 공급하여 초임계 공정에 의해 상기 기판을 처리한다.
본 발명에 의한 초임계 유체용 소스 공급 장치 및 이를 구비하는 초임계 기판처리 장치 및 초임계 기판처리 방법에 의하면, 초임계 유체를 생성하기 위한 소스유체를 초임계 유체 생성기로 공급하기 전에 불순물뿐만 아니라 별도의 수분제거 필터를 이용하여 수분도 충분히 제거함으로써 초임계 건조공정에서 발생할 수 있는 미세패턴의 리닝이나 브리지 불량을 현저하게 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 초임계 기판처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 건조챔버를 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 초임계 유체 생성기를 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 초임계 유체소스 공급 장치를 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 도 4에 도시된 정제기와 성분 분석기의 배치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 수분농도 검출기를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 7은 상기 제1 및 제2 디텍터에 의해 검출되는 검출신호의 시간변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 7에 도시된 검출신호의 소멸시간과 상기 CW 레이저의 파장 사이의 관계를 나타내는 그래프이다
도 9는 도 1에 도시된 초임계 기판 처리장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 초임계 기판처리장치를 나타내는 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 건조 챔버를 나타내는 구성도이며, 도 3은 도 1에 도시된 초임계 유체 생성기를 나타내는 구성도이다. 도 4는 도 1에 도시된 초임계 유체소스 공급 장치를 나타내는 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 초임계 기판처리장치(500)는 기판(W)을 고정하고 초임계 유체(SCF)를 이용하는 초임계 공정에 의해 상기 기판(W)을 처리하는 공정챔버(100), 상기 초임계 유체(SCF)를 생성하여 상기 공정챔버(100)로 공급하는 초임계 유체 생성기(200) 및 상기 초임계 유체(SCF)를 생성하기 위한 소스유체(SF)로부터 수분과 불순물을 제거하고 기체상태의 상기 소스유체(SF)를 상기 초임계 유체 생성기(200)로 공급하는 소스 공급장치(300)를 포함한다.
예를 들면, 상기 공정챔버(100)는 기판 고정부(112)가 배치된 상부 챔버(110), 버퍼 공간(BS)을 구비하고 블로킹 평판(122)이 고정된 하부 챔버(120) 및 상기 상부 및 하부 챔버(110,120)를 밀폐되도록 결합시켜 초임계 기판처리 공정이 수행되는 내부 공간(S)을 형성하는 챔버 결합부(130)를 구비한다.
상기 상부 챔버(110)는 특정된 위치에 고정되고 충분한 강도와 강성을 갖는 개방형 입체로 제공되는 상부몸체(111)와 상기 상부 몸체(111)의 천정부에 배치되어 처리대상 기판(W)을 고정하는 기판 고정부(112)를 구비한다. 기판 고정부(112)는 천정으로부터 승강가능하게 배치되고 기판(W)을 지지하는 수평부와 상기 수평부로부터 연장되어 천정에 고정되는 수직부로 구성된다. 기판(W)은 수평부에 의해 지지되고 수직부에 의해 측부가 지지되도록 기판 고정부(112)에 고정된다.
본 실시예의 경우, 상기 기판 고정부(112)는 초임계 유체(SCF)와 접촉하더라도 변형을 억제할 수 있는 수지물질로 구성된다. 예를 들면, 상기 기판 고정부(112)는 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone, PEEK)이나 폴리이미드(polyimide, PI)를 포함하는 불소계 수지로 구성될 수 있다.
상기 천정을 관통하도록 상부 홀(upper hole, UH)이 배치되어 상부 주입라인(USCL)과 연통되고 상부 몸체(111)의 내부에는 다수의 상부 히터(113)가 배치되어 일정한 온도로 상부 몸체(111)를 가열할 수 있다.
상기 하부 챔버(120)는 하부에 배치되는 챔버 구동부(130)에 의해 수직방향을 따라 이동하여 상부 챔버(110)와 결합된다. 하부 챔버(120)는 상부 몸체(111)와 결합되어 외부와 단절되는 내부 공간(S)을 형성하고 바닥으로부터 일정한 깊이로 리세스된 버퍼 공간(BS)을 구비하는 하부 몸체(121) 및 바닥으로부터 소정의 높이에 상기 버퍼 공간(B)을 덮도록 배치되는 블로킹 평판(122)을 구비한다.
본 실시예의 경우, 상기 버퍼공간(B)은 원기둥 형상으로 제공되며, 상기 블로킹 평판(122)은 하부 몸체(121)의 바닥면으로부터 일정한 거리만큼 이격되고 상기 버퍼공간(B)을 덮는 디스크 형상의 평판으로 제공된다.
상기 하부 몸체(121)를 관통하여 버퍼 공간(B)과 연통하도록 하부 홀(lower hole, LH) 및 배출 홀(discharge hole, DH)이 배치되어 초임계 유체를 공급하거나 초임계 공정의 공정 부산물을 배출할 수 있다. 하부 홀(LH)은 하부 주입라인(LSCL)과 연결되어 초임계 유체를 버퍼공간(B)으로 주입하고 배출 홀(DH)은 배출라인(DL)과 연결되어 초임계 혼합물이나 부산물을 외부로 배출한다.
하부 몸체(121)의 내부에는 다수의 하부 히터(123)가 배치되어 일정한 온도로 하부 몸체(121)를 가열할 수 있으며 주변부에는 다수의 결합돌기(미도시)가 배치되어 상부 몸체(111)의 결합홀(미도시)에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 하부 몸체(121)와 상부 몸체(111)가 결합된다.
버퍼공간(B)으로 주입되는 고압 상태의 초임계 유체가 상기 기판(W)으로 직접 분사되는 경우 기판 손상을 야기하므로, 상기 블로킹 평판(122)에 의해 초임계 유체가 기판(W)으로 직접 분사되는 것을 방지할 수 있다. 블로킹 평판(122)에 의해 초임계 유체의 유로는 변경되어 상기 바닥(121a)과 블로킹 평판(122) 사이의 이격공간을 통하여 상기 내부 공간(S)으로 주입된다. 따라서, 고압의 초임계 유체 주입에 의해 기판(W)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 초임계 유체가 버퍼공간(BS)으로 주입되는 초기에 단열팽창에 의해 형성되는 아이스 파티클이나 초임계 공정 부산물은 버퍼 공간(BS) 내부에 침적되도록 유도함으로써 파티클로 인한 기판 손상을 방지할 수 있다.
상기 챔버 구동부(130)는 하부 챔버(120)의 하부에 연결되어 하부 챔버(120)를 상부 챔버(110)와 결합시키거나 분리할 수 있다. 예를 들면, 상기 챔버 구동부(130)는 상기 하부 챔버(120)와 연결되어 유압에 의해 하부 챔버(120)를 상승 또는 하강시키는 유압 실린더(131) 및 상기 유압 실린더(131)로 공급되는 유압을 제어하는 유압 제어부(132)를 포함한다.
본 실시예의 경우, 상기 공정챔버(100)는 약 300bar의 압력과 약 150 의 온도를 견딜 수 있도록 스테인레스 스틸(stainless steel)로 구성되고 상기 챔버 구동부(130)는 약 300bar 이상의 압력으로 상기 하부챔버(120)와 상부챔버(110)를 결합시킨다.
상기 공정챔버(100)의 내부에서 수행되는 초임계 공정은 반도체 소자를 제조하기 위한 다양한 단위공정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 식각공정이 완료된 상기 기판을 초임계 유체로 세정하는 세정이나 린싱(rinsing)공정 또는 세정이 완료된 상기 기판을 건조하기 위한 건조공정이 상기 공정챔버(100)의 내부에서 수행될 수 있다. 따라서, 상기 초임계 유체는 초임계 공정의 종류에 따라 다양하게 제공된다.
예를 들면, 종횡비가 10 내지 50과 같은 고종횡비를 갖는 미세 패턴 구조물을 구비하고 유기약액을 이용한 세정공정이 완료된 웨이퍼가 기판 고정부(112)에 고정된 경우, 상기 공정챔버(100)에서 초임계 공정에 의해 건조공정을 수행함으로써 고종횡비의 패턴 구조물에 대한 손상을 방지하면서 효율적으로 세정액을 제거할 수 있다.
초임계 공정은 계면활성제와 같은 첨가제가 함유된 초임계 유체에 의한 용매치환을 이용하여 기판(W)을 가공함으로써 고종횡비 패턴에 대한 손상 없이 기판을 가공할 수 있다. 초임계 유체는 임계점 이상의 온도와 압력 상태에 있는 유체로서 기체와 같은 확산성과 점도 및 표면장력을 갖고 액체와 같은 용해성을 갖는다. 이에 따라, 초임계 상태에서의 용매치환에 의해 고종횡비 패턴으로부터 불순물을 용이하게 제거할 수 있다.
예를 들면, 상기 유기약액은 에틸글리콜(ethyl glycol), 1-프로파놀(propanol), 테트라하이드로프랑(tetra hydraulic franc), 4-하이드록시(hydroxyl), 4-메틸(methyl), 2-펜타논(pentanone), 1-부타놀(butanol), 2-부타놀, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), n-프로필알코올(n-propyl alcohol), 디메틸에틸(dimethylether) 및 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 유기약액을 제거하는 초임계 유체는 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C2H2), 메탄올(C2H3OH), 에탄올(C2H5OH), 육불화황(SF6), 아세톤(C3H8O) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 초임계 유체로써 초임계 이산화탄소를 이용한다.
상기 초임계 저장부(200)는 내장히터(211,212)를 구비하는 저장 실린더(210), 상기 저장 실린더(210)의 내부 압력 및 온도를 검출하는 초임계 검출센서(220) 및 상기 내장히터(211,212)로 전원을 공급하는 전원 공급부(230)를 구비한다.
예를 들면, 상기 저장 실린더(210)는 상기 소스유체에 대한 초임계 상태를 유지할 수 있도록 강재 실린더로 구성된다. 상기 저장 실린더(210)는 벽체의 내부에 내장된 제1 내장히터(211) 및 바닥부로부터 돌출하여 실린더 내부로 돌출하는 제2 내장히터(212)를 구비하고, 상기 제1 및 제2 내장히터(211, 212)는 상기 전원 공급부(230)에 연결되어 가열된다.
초임계 유체로 변환되는 소스유체(SF)는 소스공급 라인에 의해 저장 실린더(210)의 내부로 공급되어 임계압력 이상으로 충진되고 내장히터(211, 212)에 의해 임계온도 이상으로 가열된다. 이에 따라, 상기 저장 실린더(210)의 내부에는 초임계 유체(SCF)가 형성된다. 이때, 상기 저장 실린더(210) 내부의 온도와 압력은 온도 검출센서 및 압력 검출센서를 구비하는 초임계 검출센서(220)에 의해 검출되어 초임계 상태로 유지된다. 저장 실린더(210)의 내부 압력이 허용압력을 초과하는 경우 안전밸브(relief valve, 240)를 구동하여 내부압력을 자동으로 낮출 수 있다.
저장 실린더(210)에 저장된 초임계 유체(SCF)는 초임계 유체 주입라인(supercritical line, SCL)을 통하여 공정 챔버(100)로 공급된다. 초임계 유체 주입라인(SCL)은 공정 챔버(100)의 상부와 연결되어 상기 기판(W)의 상부로 초임계 유체(SCF)를 주입하는 상부 주입라인(USCL) 및 공정 챔버(100)의 하부와 연결되어 기판(W)의 하부로 초임계 유체(SCF)를 주입하는 하부 주입라인(LSCL)을 포함한다. 이때, 상부 주입라인(USCL)을 통하여 공급되는 초임계 유체(SCL)는 상부 주입밸브(UV)에 의해 조절되고 하부 주입라인(LSCL)을 통하여 공급되는 초임계 유체(SCL)는 하부 주입밸브(LV)에 의해 조절된다.
초임계 유체(SCF)가 공급되는 초기에는 하부 주입라인(LSCL)을 통하여 버퍼 공간(BS)으로 주입되고 공정 챔버(100)의 내부압력과 초임계 유체(SCF)의 공급압력 사이의 압력구배가 허용범위로 낮아지면 상부 및 하부 주입라인(USCL, LSCL)을 통하여 동시에 공급하여 공정챔버(100)에 대한 초임계 유체(SCF) 공급시간을 단축할 수 있다.
이에 따라, 공급 초기에 단열팽창에 의해 발생하는 아이스 파티클은 상기 버퍼 공간(BS)의 내측벽에 응결되어 아이스 파티클에 의해 미세패턴의 손상을 방지하고 블로킹 평판(122)에 의해 초임계 유체(SCF)가 직접 기판(W)으로 분사되는 것을 방지함으로써 고압의 초임계 유체(SCF)에 의한 고종횡비 패턴의 붕괴가 방지된다.
공정챔버(100)의 내부압력과 초임계 유체(SCF)의 공급압력 사이의 압력구배가 충분히 작은 경우에는 상기 기판(W)의 상부영역으로 초임계 유체를 공급하더라도 공정챔버(100)의 내부압력에 의해 상쇄되어 고종횡비 패턴에 대한 충격을 최소화할 수 있다. 미세패턴은 기판(W)의 상면에 배치되고 하면은 기판 고정부(112) 상에 배치되므로, 초임계 공정은 상부 챔버(110)의 상면과 기판(W)의 상면 사이의 공간인 공정 공간(process space, PS)에서 수행된다.
이에 따라, 상기 초임계 유체(SCF)는 공급초기에는 공정챔버(100)의 버퍼공간(BS)으로 주입되지만 공정챔버(100)의 내부압력과 초임계 유체(SCF)의 공급압력 사이의 압력구배가 충분히 작아지면 상기 공정공간(PS)으로 직접 공급될 수 있다.
선택적으로, 상기 초임계 유체 주입라인(SCL)에는 초임계 필터(미도시), 라인 온도센서(미도시) 및 라인 압력센서(미도시)와 같은 부수적인 설비가 배치될 수 있다.
초임계 필터는 저장 실린더(211)로부터 송출되는 초임계 유체(SCF)로부터 불순물을 제거하여 공정챔버(100)로 공급되는 초임계 유체의 순도를 높인다. 라인 온도센서 및 라인 압력센서는 초임계 유체(SCF)가 초임계 주입라인(SCL)을 따라 유동하는 동안 온도 및 압력을 검출한다. 초임계 유체의 유동과정에서 온도 및 압력이 초임계 상태를 벗어나는 경우 공정 챔버(100)로의 공급을 정지시킬 수 있다.
아이스 파티클이나 초임계 공정에 의해 발생하는 공정 부산물은 버퍼공간(BS)의 바닥면에 구비된 배출 홀(DH)을 통하여 외부로 배출된다.
세정 또는 린싱공정에 사용된 약액을 제거하기 위한 건조공정이 초임계 유체를 이용하는 수행되는 경우, 공정챔버(100) 내부의 약액 농도가 기준농도보다 작은 경우 초임계 유체(SCF)로 용해된 약액의 혼합물인 공정 부산물을 초임계 압력으로부터 상압으로 단계적으로 감압하면서 배출한다. 이때, 배출되는 공정 혼합물의 유량은 배출밸브(DV)에 의해 조절된다.
상기 상부 및 하부 주입밸브(UV, LV)와 상기 배출 밸브(DV)는 제어부(400)에 의해 유기적으로 제어되어 공정챔버(100) 내부에서 수행되는 초임계 공정의 효율을 높일 수 있다. 이때, 상기 제어부(400)의 제어방법에 따라 상부 및 하부 주입밸브(UV,LV)와 상기 배출 밸브(DV)는 각각 다수의 밸브 어셈블리로 제공될 수도 있다.
상기 소스 공급장치(300)는 초임계 유체를 생성하기 위한 소스유체로부터 수분과 불순물을 제거하여 순도를 높이고 기상 소스 유체(SC)를 상기 초임계 유체 생성기(200)로 공급한다.
예를 들면 상기 소스 공급장치(300)는 초임계 유체(SCF)로 이용되는 액상의 소스 유체(SF)를 저장하는 소스 저장부(310), 상기 소스 저장부와 연결되어 상기 액상 소스 유체를 고압의 기상(vapor) 소스 유체로 생성하는 기화기(330), 상기 기화기(330)와 연결되어 기상 소스 유체(SF)의 유량을 조절하는 유량 조절기(350), 상기 기상 소스 유체(SF)로부터 유기 불순물 및 수분을 정제하는 정제기(350) 및 상기 정제기(350)와 연결되어 정제된 상기 기상 소스 유체(SF)로부터 상기 유기 불순물 및 수분의 함량을 검출하는 성분 분석기(370)를 포함한다.
일실시예로서, 상기 소스 저장부(310)는 충분한 강도를 갖는 저장 실린더 또는 저장 탱크를 포함하고 상기 초임계 유체(SCF)를 생성하기 위한 소스물질인 소스유체(SF)를 저장한다. 이때, 상기 소스 저장부(310)는 상기 초임계 유체(SCF)를 생성하기 위한 소스물질의 종류에 따라 다양하게 제공될 수 있다.
본 실시예의 경우, 초임계 유체(SCF)로써 초임계 이산화탄소를 이용한다. 이에 따라, 상기 소스 저장부(310)에는 약 15bar 내지 약 25bar의 압력으로 응축된 액화 이산화탄소가 상기 소스 유체(SF)로 저장된다.
상기 소스 저장부(310)는 고압용기로 구성되므로 초임계 기판처리 장치와 이격된 특정영역에 배치되어 튜브형상을 갖는 소스라인(SL)에 의해 상기 초임계 생성기(200)로 공급된다. 상기 소스 저장부(310)는 저장용량에 따라 다양한 조합과 형태로 배치될 수 있다.
이때, 상기 소스라인(SL)을 따라 다양한 장치들을 배치하여 초임계 유체 생성기(200)로 공급되는 소스유체(SF)의 상태 및 순도를 제어할 수 있다.
소스 저장부(310)로부터 송출된 소스유체(SF)는 전송 펌프(320)에 의해 가압되어 고압유체로 상기 기화기(330)로 전송된다. 상기 전송펌프(320)는 소스 저장부(310)로부터 기화기(330)로 소스유체(SF)를 전송하는 동력을 제공하고 초임계 유체 생성기(200)의 동작에 따라 소스유체(SF)의 전송을 선택적으로 조절한다. 예를 들면, 상기 전송펌프는 액상의 소스유체(SF)를 소스 저장부(310)로부터 송출하고 상기 기화기(330)까지의 거리에 따라 전송압력과 전송량을 가변적으로 조절할 수 있는 액상 가변 송출펌프(variable delivery pump)를 구비할 수 있다.
상기 기화기(330)는 액상으로 공급된 소스유체(SF)를 고압의 기체상태로 상변화시킨다. 예를 들면, 상기 기화기(330)는 고온의 온수 또는 증기와의 열교환에 의해 액상을 기상으로 전환시키는 열교환기(미도시)와 기상 소스유체(SF)의 압력을 증가시키는 적어도 하나의 가압기(미도시)로 구성될 수 있다. 상기 가압기는 압력을 높일 수 있는 다수의 가압요소들을 직렬로 배치하여 기상 소스유체(SF)의 내부압력을 단계적으로 높일 수도 있다. 본 실시예의 경우 상기 기화기(330)는 약 30bar 내지 약 40bar의 압력으로 기상 소스유체(SF)를 공급한다.
이에 따라, 상기 액상 소스유체(SF)는 기화기(330)에 의해 고압의 기상 소스유체(SF)로 변환된다.
고압의 기상 소스유체(SF)는 초임계 유체 생성기(200)에 인접하게 배치되는 버퍼 저장부(370)에 저장된다. 기상 소스유체(SF)는 유량 조절기(340)에 의해 적절한 유량으로 조절되어 초임계 유체 생성기(200)로 공급된다. 따라서, 상기 기화기(330)로부터 배출되는 소스유체(SF)의 유량이 유량 조절기(340)에 의해 제어되는 초임계 유체 생성기(200)의 공급량보다 클 경우 소스유체(SF)는 상기 버퍼 저장부(370)에 저장된다.
이때, 상기 버퍼 저장부(370)는 별도의 가압장치(미도시)를 구비하여 버퍼 저장부(370)에 의해 대기중인 소스유체(SF)의 압력을 기화기의 압력보다 높게 유지할 수 있다. 예를 들면, 상기 버퍼 저장부(370)는 약 55bar 내지 약 60bar로 상기 기상 소스유체(SF)를 가압할 수 있다.
상기 유량 조절기(regulator, 340)는 초임계 유체 생성기(200)로 공급되는 기상 소스유체(SF)의 유량을 제어한다. 예를 들면, 상기 기화기(330)의 단부 또는 버퍼 저장부(370)의 단부에서 상기 기상 소스유체(SF)와 압력구배를 갖도록 압력을 생성하여 소스유체(SF)의 공급유량을 제어하는 가스 레귤레이터를 이용할 수 있다.
이때, 선택적으로 상기 유량 조절기(340)의 배출단에는 기상 소스유체(SF)로부터 불순물을 예비적으로 제거하는 보조 필터(341)를 더 배치할 수 있다. 예를 들면, 상기 보조 필터(341)는 약 3nm 이상의 직경을 갖는 입자형 불순물을 제거하는 나노 필터로 제공될 수 있다.
상기 정제기(350)는 상기 소스 유체(SF)로부터 유기 불순물 및 수분을 정제하여 초임계 유체 생성기(200)로 공급되기 전 소스유체의 순도를 높이고 상기 성분 분석기(360)는 정제기(350)와 인접하게 배치되어 정제된 소스유체(SF)에 포함된 유기 불순물 및 수분의 함량을 실시간으로 검출한다. 상기 정제기(350)와 성분 분석기(360)는 다양한 조합으로 구성되어 필터링 시스템(FS)으로 제공된다.
예를 들면, 상기 정제기(350)는 상기 기상 소스유체(SF)로부터 상기 유기 불순물을 제거하는 제1 정제필터인 불순물 정제필터(352) 및 상기 기상 소스유체(SF)로부터 상기 수분을 제거하는 제2 정제필터인 수분제거 필터(356)를 구비하고, 상기 성분 분석기(360)는 정제된 상기 기상 소스유체(SF)로부터 상기 유기 불순물의 농도를 검출하는 불순물 농도 검출기(362 및 정제된 상기 기상 소스유체(SF)로부터 상기 수분의 농도를 검출하는 수분농도 검출기(366)를 구비한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 도 4에 도시된 정제기와 성분 분석기의 배치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 5를 참조하면, 일실시예로서, 상기 필터링 시스템(FS)은 소스라인(SL)을 따라 일렬로 배치된 불순물 정제필터(352) 및 수분제거 필터(356)를 구비하고 상기 불순물 정제필터(352)로부터 불순물의 농도를 검출하는 불순물 농도 검출기(362) 및 상기 수분제거 필터(366)로부터 수분의 농도를 검출하는 수분농도 검출기(366)가 배치된다.
상기 불순물 정제필터(352)는 헤파 필터(H) 및 카본 필터(C)를 구비하고 서로 상보적으로 상기 불순물을 제거하는 한 쌍의 정제 실린더(352a,352b)를 구비한다.
소스 공급라인(SL)을 따라 유량 조절기(340)로부터 불순물 정제필터(352)로 공급된 기상 소스유체(SF)는 정제 실린더 선택기(352c)에 의해 제1 및 제2 정제 실린더(352a,352b)중의 어느 하나로 공급된다. 따라서, 상기 제1 및 제2 정제 실린더(352a,352b)는 서로 상보적으로 구동되어 어느 한 정제 실린더의 정제효율이 저하되더라도 나머지 정제 실린더에 의해 일정한 정제효율을 보장함으로써 불순물 정제필터(352)의 효율을 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 불순물 정제필터(352)의 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
상기 정제 실린더는 내부에 구비된 헤파필터(H) 및 카본 필터(C)를 이용하여 소스유체에 포함된 유기 불순물을 제거하고 정제된 소스유체(SF)는 정제 유출라인(PL2)을 통하여 상기 수분제거 필터(356)의 탈수입력라인(DWL1)으로 공급된다.
제1 정제 실린더(352a) 또는 제2 정제 실린더(352b)에 의해 정제된 소스유체의 불순물 농도를 검출하기 위한 불순물 농도 검출기(362)가 상기 불순물 정제 필터(352)의 정제라인(PL)상에 배치된다.
예를 들면, 제1 불순물 검출기(362a)는 제1 정제 실린더(352a)의 정제 유출라인(PL2)과 연결되도록 배치되어 제1 정제 실린더(352a)로부터 유출되는 소스유체에 포함된 불순물의 농도를 검출할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 불순물 검출기(362a)는 제1 정제 실린더(352a)의 정제 유입라인(PL1)과 연결되어 제1 정제 실린더(352a)로 유입되는 소스유체의 불순물의 농도를 검출하여 상기 제1 정제 실린더(352a)의 정화성능을 평가할 수 있는 지표로 활용할 수도 있다.
마찬가지로, 제2 불순물 검출기(362b)는 제2 정제 실린더(352b)로 유입하거나 제2 정제 실린더(352b)로부터 유출되는 소스유체에 포함된 불순물의 농도를 검출하여 제2 정제 실린더(352b)의 정화성능을 평가할 수 있다.
즉, 상기 불순물 농도 검출기(362)는 제1 정화 실린더(352a)의 정화라인(PL1,PL2)으로부터 불순물 농도를 검출하는 제1 불순물 검출기(362a)와 제2 정화 실린더(352b)의 정화라인(PL1,PL2)으로부터 불순물 농도를 검출하는 제2 불순물 검출기(362b)로 구성된다.
이때, 제1 정제 실린더(352a)의 정화성능이 기준값 이하로 떨어지는 경우, 상기 정제 실린더 선택기(352c)는 소스유체의 유로를 제2 정제 실린더(352b)로 변경하고 상기 제1 정제 실린더(352a)의 필터를 교환할 수 있다. 따라서, 소스유체에 대한 정제공정을 중단하지 않고 상기 불순물 정제필터(352)를 보수할 수 있다.
상기 정제 유출라인(PL2)을 따라 불순물 정제필터(352)로부터 배출된 정제 소스유체(SF)는 수분제거 필터(356)로 공급된다.
정제된 소스유체(SF)는 먼저 탈수 실린더 선택기(356c)에 의해 제1 및 제2 탈수 실린더(356a,356b)중의 어느 하나로 공급된다. 상기 정제 실린더(352a,352b)와 마찬가지로 제1 및 제2 탈수 실린더(356a,356b)는 서로 상보적으로 구동되어 어느 한 탈수 실린더의 탈수효율이 저하되더라도 나머지 탈수 실린더에 의해 일정한 탈수 효율을 보장함으로써 수분제거 필터(356)의 효율을 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 수분제거 필터(356)의 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
예를 들면, 각 탈수 실린더(356a,356b)는 화학반응이나 물리적 흡착에 의해 소스유체에 포함된 수분을 흡수할 수 있는 수분제거 물질을 포함한다. 상기 탈수 실린더(356a,356b)의 내부를 수분제거 물질로 채우고 탈수 유입라인(DWL1)과 연결된 입력단의 압력을 탈수 유출라인(DWL2)과 연결된 출력단의 압력보다 높게 유지함으로써 소스유체가 탈수 실린더를 강제 유동하는 동안 소스유체에 포함된 수분을 화학반응 또는 흡착에 의해 제거한다.
이에 따라, 정제된 소스유체로부터 수분제거 필터(356)를 통하여 수분도 제거함으로써 불순물과 수분이 충분히 제거된 소스유체를 상기 초임계 유체 생성기(200)로 공급할 수 있다.
상기 불순물 농도 검출기(362)와 마찬가지로 제1 탈수 실린더(356a) 또는 제2 탈수 실린더(356b)에 의해 탈수된 소스유체의 수분 농도를 검출하기 위한 수분농도 검출기(366)가 상기 수분제거 필터(356)의 탈수라인(DWL)상에 배치된다.
예를 들면, 제1 수분농도 검출기(366a)는 제1 탈수 실린더(356a)의 탈수 유출라인(DWL2)과 연결되도록 배치되어 제1 탈수 실린더(356a)로부터 유출되는 소스유체에 포함된 수분의 농도를 검출할 수 있다. 마찬가지로, 제2 수분농도 검출기(366b)는 제2 탈수 실린더(356b)의 탈수 유출라인(DWL2)과 연결되도록 배치되어 제2 탈수 실린더(356b)로부터 유출되는 소스유체에 포함된 수분의 농도를 검출할 수 있다.
이에 따라, 상기 수분농도 검출기(366)는 상기 제1 및 제2 탈수 실린더(356a, 356b)로부터 유출되는 소스유체에 포함된 수분의 농도를 실시간으로 검출하여 각 탈수 실린더(356a, 356b)의 탈수성능을 개별적으로 평가할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 수분농도 검출기를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 6을 참조하면, 상기 수분농도 검출기(366)는 검출 레이저(L)를 생성하는 레이저 소스(10), 빔 스플리터(11), 검출 셀(12), 기준 셀(13) 및 농도 검출기(14)를 포함한다.
예를 들면, 상기 레이저 소스(10)는 정제된 소스유체(SF)에 포함된 수분을 검출하기 위한 연속파 레이저(continuous wave (CW) laser, L)를 생성한다.
예를 들면, 상기 레이저 소스(10)는 트리거 신호(trigger signal)에 따라 일정한 파형을 갖는 전압을 생성하는 함수 생성기(10a), 상기 함수 생성기(10a)에서 생성된 전압을 증폭하고 상기 전압의 파형에 따라 변조된 전류신호(modulated current signals)를 생성하는 변조 구동기(10b) 및 상기 변조 구동기(10b)에 의해 구동되어 일정한 주기와 파장을 갖도록 변조된(modulated) 연속 파형(continuous waveform)의 레이저(continuous wave laser, CW laser)를 생성하는 레이저 발진기(10c)를 포함한다.
상기 함수 생성기(10a)는 검사 개시신호에 의해 설정된 파형을 갖는 전압신호를 생성한다. 이때, 상기 함수 생성기(10a)는 상기 소스유체(SF)의 종류에 따라 수분흡수를 관찰할 수 있는 파형을 갖는 전압신호를 생성한다.
상기 변조 구동기(10b)는 함수 생성기(10a)에서 생성된 주기적인 전압파형을 증폭하고 변조하여 상기 전압파형에 대응하는 전류를 생성한다. 예를 들면, 상기 변조 구동기(10b)는 레이저 다이오드 구동기(laser diode driver, LDD)를 포함할 수 있다.
상기 레이저 발진기(10c)는 내부에 전류신호에 의해 구동되는 공진기(resonator, 미도시)를 구비하여 시간적으로 일정한 출력을 구비하는 레이저를 연속적으로 출력한다. 이때, 상기 공진기는 상기 변조 구동기(10b)에 의해 변조된 전류 신호(current signal)따라 주기적으로 작동되므로 출력하는 레이저도 상기 변조신호에 따라 주기성을 갖는 연속파 레이저(L)로 생성된다.
상기 CW 레이저(L)는 빔 스플리터(11)에 의해 일부는 농도검출 레이저(L1)로 분리되어 검출 셀(12)로 공급되고 나머지는 파형검출 레이저(L2)로 분리되어 기준 셀(13)로 공급된다.
상기 검출 셀(12)은 탈수 유출라인(SWL2)와 연결되어 소스유체를 검출 셀(12)로 공급하는 소스 유입구(12a1) 및 상기 소스유체가 검출 셀(SWL2)로부터 배출되어 탈수 유출라인(DWL2)으로 재공급되는 소스 유출구(12a2)를 구비하는 실린더 형상의 몸체(12a)와 상기 몸체(12a)의 양 단에 배치되는 한 쌍의 반사경(12b)을 포함한다.
상기 빔 스플리터(11)와 인접한 제1 반사경(12b1)은 실질적으로 입사된 광의 100%를 반사하고 상기 농도 검출기(14)와 인접한 제2 반사경(12b2)은 제1 반사경(12b1)보다 낮은 반사도를 갖는다. 따라서, 제2 반사경(12b2)에 반사되지 않고 투과되는 농도검출 레이저(L1)는 상기 제1 검출부(detector, 14a)에 의해 농도검출 신호로 검출된다.
상기 기준 셀(13)은 일정한 양의 수분을 구비하는 진공 챔버와 한 쌍의 반사경(미도시)으로 구성된다. 상기 파형검출 레이저(L2)를 기준 셀(13)로 공급한 후 변조전류를 미세하게 조정하고 진공 챔버를 투과하는 레이저를 제2 검출부(14b)로 검출하여 상기 CW 레이저(L)가 수분에 가장 잘 흡수되는 파장인 피크 파장(λpeak)을 검출한다.
도 7은 상기 제1 및 제2 디텍터에 의해 검출되는 검출신호의 시간변화를 나타내는 그래프이고, 도 8은 도 7에 도시된 검출신호의 소멸시간과 상기 CW 레이저의 파장 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 상기 검출 셀(12) 또는 기준 셀(13)로 레이저가 공급되면, 제1 및 제2 반사경의 반사율의 차이에 의해 제1 및 제2 검출부(14a, 14b)로 검출되는 검출신호의 세기는 시간에 따라 점차 감소하게 된다.
이에 따라, 상기 제1 및 제2 검출부(14a, 14b)는 특정한 파장을 갖는 농도검출 레이저(L1) 또는 파형검출 레이저(L2)를 검출하여 검출신호의 세기가 이미 정해진 유효세기 이하가 되는 임계시간을 검출신호의 소멸시간(τ)으로 검출한다. 본 실시예의 경우, 상기 검출신호는 지수함수에 의해 표현되는 감쇄곡선(C)을 따라 감소하여 최초 검출신호 세기(I0)의 약 1%로 감소한 시점을 소멸시간()으로 검출한다.
도 8을 참조하면, 상기 파형검출 레이저(L2)의 다양한 파장에 대하여 각각 상기 소멸시간(τ)을 검출함으로써 수분 흡수율이 가장 높은 파장인 피크 파장(λpeak) 및 피크 파장을 갖는 레이저의 소멸시간인 피크 소멸시간(τpeak)을 검출한다.
미세하게 조정된 상기 파형검출 레이저(L2)의 각 파장에 대하여 제2 검출부(14b)를 이용하여 검출신호를 검출하고 파형 검출 레이저의 각 파장과 소멸시간 사이의 관계를 수득한다. 이에 따라, 상기 연속 레이저(L)의 수분흡수 특성으로써 피크 파장(λpeak) 및 피크 소멸시간(τpeak)을 검출할 수 있다.
상기 기준 셀(13)에 의해 연속 레이저(L)의 수분흡수 특성이 검출되면, 상기 검출 셀(12)로 공급되는 농도검출 레이저(L1)의 파장을 상기 피크 파장(λpeak)으로 조정한 후 제1 검출부(14a)를 이용하여 검출신호를 검출하고 상기 피크파장(λpeak)을 갖는 농도검출 레이저(L1)의 검출 셀(12)에 대한 검출 소멸시간(τc)을 측정한다.
상기 소스유체(SF)에 수분농도가 높은 경우에는 농도검출 레이저(L1)의 수분 흡수율이 높을 것이므로, 검출신호는 빠른 시간에 유효세기 이하로 줄어들게 된다. 이에 따라, 수분농도가 높은 경우에는 상기 검출 소멸시간(τc)은 작게 검출되고 수분 농도가 낮은 경우에는 상기 검출 소멸시간(τc)은 높게 검출된다.
상기 소스유체(SF)에 수분이 전혀 포함되지 않은 이상적인 경우에는 피크 파장(λpeak)을 갖는 농도검출 레이저(L1)는 수분에 의해 흡수되지 않는다. 이에 따라, 상기 기준 셀(13)을 진공으로 형성한 후 상기 피크파장(λpeak)을 갖는 파장검출 레이저(L2)에 대한 소멸시간을 검출하여 기준 소멸시간(τref)으로 검출할 수 있다.
이때, 상기 소스유체(SF)에 포함된 수분의 농도는 상기 농도 검출기(14)의 연산부(14c)에 의해 비어-램버트 법칙(Beer-Lambert Law)에 따라 다음과 같이 결정된다.
Figure 112016074345105-pat00001
(단, k는 비례상수)
이에 따라, 상기 탈수 유출라인(DWL2)에 포함된 소스유체(SF)의 수분농도를 실시간으로 검출할 수 있다.
이때, 제1 탈수 실린더(356a)의 소스농도가 기준값을 넘는 경우, 상기 연산기(14c)는 상기 탈수 실린더 선택기(356c)로 탈수 실린더 변경신호를 인가하여 소스유체의 유로를 제2 탈수 실린더(356b)로 변경하고 상기 제1 탈수 실린더(356a)의 필터를 교환할 수 있다. 따라서, 소스유체에 대한 정제공정을 중단하지 않고 상기 수분제거 필터(356)를 보수할 수 있다.
상술한 바와 같은 필터링 시스템(FS)에 의하면, 초임계 유체 생성기(200)로 소스유체를 공급하기 전에 유기 불순물뿐만 아니라 수분도 별도의 수분제거 필터를 통하여 제거하고 수분농도를 실시간으로 검출하여 설정값 이하로 유지함으로써 초임계 공정에서 초임계 유체에 포함된 수분에 의한 미세패턴의 리닝 불량이나 브리지 불량을 방지할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 정화기(350)는 99.9%(3N) 내지 99.95%(3.5N)의 순도를 갖는 저순도의 소스유체(SF)를 99.999%(5N)의 순도를 갖는 고순도의 소스유체로 정제하고 상기 고순도의 유체로부터 수분농도를 기준값 이하로 유지함으로써 수분이 제거된 고순도 소스유체를 초임계 유체 생성기(200)로 공급할 수 있다.
본 실시예에서는 불순물 정제 필터(352)와 불순물 농도 검출기(362)르 구비하는 단일한 불순물 정제 어셈블리 및 단일한 수분제거 필터(356)와 수분농도 검출기(366)를 구비하는 단일한 수분제거 어셈블리를 구비하는 필터링 시스템(FS)을 개시하고 있지만, 소스유체의 순도를 높이기 위해 필요한 경우 직렬로 연결된 다수의 불순물 정제 어셈블리 및 직렬로 연결된 다수의 수분제거 어셈블리를 갖도록 변형될 수 있음은 자명하다. 뿐만 아니라, 도시되지는 않았지만 상기 불순물 정제 어셈블리 및 수분제거 어셈블리를 병렬로 다수 배치함으로써 불순물 및 수분을 동시에 필터링할 수 있는 소스유체의 유량을 높임으로써 상기 필터링 시스템(FS)의 필터링 성능을 높일 수도 있다.
도 9는 도 1에 도시된 초임계 기판 처리장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 나타내는 공정 흐름도이다. 본 실시예의 경우, 초임계 유체를 이용하는 초임계 공정에 의해 수행되는 반도체 소자를 제조하기 위한 건조공정을 예시적으로 개시한다. 그러나, 반도체 제조용 건조공정뿐만 아니라 초임계 공정에 의해 세정 및 린싱 공정을 수행하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있으며 반도체 제조공정뿐만 아니라 평판 디스플레이 소자와 같이 기판 상에 미세패턴을 형성하고 초임계 공정을 이용하는 경우에는 다양하게 적용될 수 있음은 자명하다.
증착 및 패터닝 공정에 의해 기판(W) 상에 미세패턴이 형성되면 후속공정을 수행하기 전에 증착 및 패터닝 공정에 의한 공정 부산물 및 잔류 공정소스를 제거하기 위한 약액을 이용한 세정 및 린싱 공정이 수행된다. 세정 및 린싱이 완성되면 후속공정을 위한 공정챔버로 상기 기판을 이송하기 전에 상기 약액을 제거하기 위한 건조공정이 초임계 유체를 이용하여 수행된다.
초임계 건조공정이 시작되면, 먼저 상기 소스 저장부(310)로부터 액상 소스유체(SF)가 액상 펌프(320)에 의해 상기 기화기(330)로 공급되어 기상으로 상변화한다(단계 S100). 이때, 상기 소스 저장부(310)에 약 15bar 내지 25bar의 압력으로 저장되는 액상 소스유체(SF)는 상기 기화기(330)에 의해 약 30bar 내지 40bar의 압력을 갖는 기상 소스유체로 상변화하게 된다.
기상으로 상변화된 소스유체(SF)는 유량 조절기(340)에 의해 적절한 공급유량으로 제어되어 상기 초임계 유체 생성기(200)로 공급된다. 이때, 상기 소스유체(SF)는 초임계 유체 생성기(200)로 공급되기 전에 필터링 시스템(FS)에 의해 불순물 및 수분이 제거된다.
예를 들면, 상기 소스유체(SF)는 헤파필터(H) 및 카본필터(C)의 조합으로 구성된 정제 실린더(352a,352b)를 통하여 유기 불순물을 제거(단계S200)하고, 유기 불순물이 정제된 소스유체를 제1 및 제2 탈수 실린더(356a,356b)를 강제 유동시켜 수분을 제거한다(단계 S300).
이때, 제1 및 제2 정제 실린더(352a,352b)를 경유한 정제 소스유체로부터 불순물 농도를 검출하여 기준함량을 벗어나는 경우 당해 정제 실린더(352a,352b)의 구동을 선택적으로 정지하고, 제1 및 제2 탈수 실린더(356a,356b)를 경유한 탈수 소스유체로부터 수분농도를 도 6에 도시한 바와 같은 수분농도 검출기를 통하여 실시간으로 검출하여 기준농도를 벗어나는 경우 당해 탈수 실린더(356a,356b)의 구동을 선택적으로 정지할 수 있다.
제1 정제 실린더(352a)를 경유한 정제 소스유체의 불순물 농도가 기준함량을 벗어나는 경우, 정제 실린더 선택기(352c)에 의해 소스유체의 유로를 제2 정제 실린더(352b)로 변경함으로써 소스유체에 대한 정제공정을 중단하지 않고 상기 불순물 정제 필터(352)를 보수할 수 있다. 마찬가지로, 제2 정제 실린더(352b)를 경유한 정제 소스유체의 불순물 농도가 기준함량을 벗어나는 경우, 정제 실린더 선택기(352c)에 의해 소스유체의 유로를 제1 정제 실린더(352a)로 변경함으로써 소스유체에 대한 정제공정을 중단하지 않고 상기 불순물 정제 필터(352)를 보수할 수 있다.
또한, 제1 탈수 실린더(356a)를 경유한 탈수 소스유체의 수분농도가 기준농도보다 높은 경우, 탈수 실린더 선택기(356c)에 의해 소스유체의 유로를 제2 탈수 실린더(356b)로 변경함으로써 소스유체에 대한 수분제거 공정을 중단하지 않고 상기 수분제거 필터(356)를 보수할 수 있다. 마찬가지로, 제2 탈수 실린더(356b)를 경유한 탈수 소스유체의 수분농도가 기준농도보다 높은 경우, 탈수 실린더 선택기(356c)에 의해 소스유체의 유로를 제1 탈수 실린더(356a)로 변경함으로써 소스유체에 대한 수분제거 공정을 중단하지 않고 상기 수분제거 필터(356)를 보수할 수도 있다.
상기 필터링 시스템(FS)에 의해 유기 불순물 및 수분이 충분히 제거되어 고순도로 정제된 소스유체는 상기 초임계 유체 생성기(200)로 공급되어 초임계 유체(SCF)로 생성된다 (단계 S400). 본 실시예의 경우, 상기 초임계 유체는 초임계 이산화탄소를 포함할 수 있다.
이어서, 상기 초임계 유체(SCF)를 공정챔버(100)로 공급하여 공정공간(PS)에서 초임계 건조공정을 수행한다. 초임계 공정의 초기에는 초임계 유체(SCF)는 하부 홀(LH)을 통하여 버퍼공간(BS)으로 공급됨으로써 고온 고압의 초임계 유체(SCF)가 기판으로 직접 분사되어 기판이 손상되는 것을 방지한다. 초임계 유체의 공급에 의해 공정챔버(100)의 내부압력과 초임계 유체(SCF)의 공급압력 사이의 압력구배가 충분히 작아지면 상부 홀(UH)을 통해서도 초임계 유체를 공급할 수 있다. 이에 따라, 초임계 유체의 공급시간을 단축할 수 있다.
초임계 공정이 진행되면, 상기 기판(W) 상에 형성된 미세패턴을 덮는 약액은 초임계 유체(SCF)에 용해되어 초임계 용액으로 형성되어 기판으로부터 제거된다. 초임계 용액은 상기 공정챔버(100)의 버퍼공간(BS)으로 수집되어 배출 홀(DH)을 통하여 외부로 배출된다.
상기 초임계 공정이 진행되는 동안, 초임계 유체(SCF)에 포함된 수분 및 불순물을 충분히 제거함으로써 미세패턴의 리닝이나 브리지 불량을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같은 초임계 유체 소스 공급장치와 이를 구비하는 초임계 기판처리장치 및 이를 이용한 초임계 기판 처리방법에 의하면, 초임계 유체를 생성하기 위한 소스유체를 초임계 유체 생성기(200)로 공급하기 전에 불순물뿐만 아니라 별도의 수분제거 필터를 이용하여 수분도 충분히 제거함으로써 초임계 건조공정에서 발생할 수 있는 미세패턴의 리닝이나 브리지 불량을 현저하게 감소시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 초임계 기판처리 장치의 초임계 유체로 이용되는 액상의 소스 유체를 저장하는 소스 저장부;
    상기 소스 저장부와 연결되어 상기 액상 소스 유체를 고압의 기상(vapor) 소스 유체로 생성하는 기화기;
    상기 기화기와 연결되어 기상 소스 유체의 유량을 조절하는 유량 조절기;
    상기 기상 소스 유체로부터 유기 불순물 및 수분을 정제하는 정제기; 및
    상기 정제기와 연결되어 정제된 상기 기상 소스 유체로부터 상기 유기 불순물 및 수분의 함량을 검출하는 성분 분석기를 포함하고,
    상기 정제기는 상기 기상 소스유체로부터 상기 유기 불순물을 제거하는 제1 정제필터 및 상기 기상 소스유체로부터 상기 수분을 제거하는 제2 정제필터를 구비하며,
    상기 성분 분석기는 정제된 상기 기상 소스유체로부터 상기 유기 불순물의 농도를 검출하는 불순물 농도 검출기 및 정제된 상기 기상 소스유체로부터 상기 수분의 농도를 검출하는 수분농도 검출기를 포함하고,
    상기 수분농도 검출기는,
    연속파 레이저를 생성하는 레이저 소스;
    상기 연속파 레이저를 농도 검출 레이저와 파형 검출 레이저로 분기하는 빔 스플리터;
    상기 파형 검출 레이저가 공급되고 일정한 농도의 수분을 포함하는 샘플용 기상 소스유체를 구비하는 기준 셀;
    상기 농도 검출 레이저가 공급되고 상기 정제된 기상 소스유체가 유동하는 검출 셀; 및
    상기 기준 셀을 투과하는 상기 파형 검출 레이저의 검출신호를 검출하여 수분에 대한 상기 연속파 레이저의 최대 흡수파장인 피크 파장 및 상기 피크 파장을 갖는 상기 파형 검출 레이저에 대한 상기 검출신호의 소멸시간인 피크 소멸시간을 수득하는 제1 검출부, 상기 피크 파장을 갖고 상기 검출 셀을 투과하는 상기 농도 검출 레이저의 검출신호를 검출하여 상기 검출신호의 소멸시간인 검출 소멸시간을 수득하는 제2 검출부 및 상기 검출 소멸시간과 상기 피크 파장을 갖고 진공인 상기 기준 셀을 투과하는 상기 파형 검출 레이저의 검출신호에 대한 소멸시간인 기준 소멸시간을 연산하여 상기 기상 소스유체에 포함된 수분의 농도를 연산하는 연산부를 구비하는 농도 검출기를 포함하는 초임계 유체용 소스 공급장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 정제필터는 헤파필터와 카본필터의 결합체를 포함하고 상기 제2 정제필터는 수분제거 필터를 구비하는 초임계 유체용 소스 공급장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 기판을 고정하고 초임계 유체를 이용하는 초임계 공정에 의해 상기 기판을 처리하는 공정챔버;
    상기 초임계 유체를 생성하여 상기 공정챔버로 공급하는 초임계 유체 생성기; 및
    상기 초임계 유체를 생성하기 위한 소스유체로부터 수분과 불순물을 제거하고 기체상태의 상기 소스유체를 상기 초임계 유체 생성기로 공급하는 소스 공급장치를 포함하고,
    상기 소스 공급장치는,
    상기 소스유체를 액상으로 저장하는 소스 저장부;
    상기 소스 저장부와 연결되어 상기 소스 유체를 액상으로부터 고압의 기상으로 상변화시키는 기화기;
    상기 기화기와 연결되어 기상 소스 유체의 유량을 조절하는 유량 조절기;
    상기 기상 소스 유체로부터 유기 불순물 및 수분을 정제기; 및
    상기 정제기와 연결되어 정제된 상기 기상 소스 유체로부터 상기 유기 불순물 및 수분의 함량을 검출하는 성분 분석기를 포함하며,
    상기 성분 분석기는 정제된 상기 기상 소스유체로부터 상기 유기 불순물의 농도를 검출하는 불순물 농도 검출기 및 정제된 상기 기상 소스유체로부터 상기 수분의 농도를 검출하는 수분농도 검출기를 구비하고,
    상기 수분농도 검출기는,
    연속파 레이저를 생성하는 레이저 소스;
    상기 연속파 레이저를 농도 검출 레이저와 파형 검출 레이저로 분기하는 빔 스플리터; 상기 파형 검출 레이저가 공급되고 일정한 농도의 수분을 포함하는 샘플용 기상 소스유체를 구비하는 기준 셀;
    상기 농도 검출 레이저가 공급되고 정제된 기상 소스유체가 유동하는 검출 셀; 및
    상기 기준 셀을 투과하는 상기 파형 검출 레이저의 검출신호를 검출하여 수분에 대한 상기 연속파 레이저의 최대 흡수파장인 피크 파장 및 상기 피크 파장을 갖는 상기 파형 검출 레이저에 대한 상기 검출신호의 소멸시간인 피크 소멸시간을 수득하는 제1 검출부, 상기 피크 파장을 갖고 상기 검출 셀을 투과하는 상기 농도 검출 레이저의 검출신호를 검출하여 상기 검출신호의 소멸시간인 검출 소멸시간을 수득하는 제2 검출부 및 상기 검출 소멸시간과 상기 피크 파장을 갖고 진공인 상기 기준 셀을 투과하는 상기 파형 검출 레이저의 검출신호에 대한 소멸시간인 기준 소멸시간을 연산하여 상기 기상 소스유체에 포함된 수분의 농도를 연산하는 연산부를 구비하는 농도 검출기를 포함하는 초임계 기판 처리장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공정챔버는 기판 고정부가 배치된 상부 챔버, 완충공간을 구비하고 블로킹 평판이 고정된 하부 챔버 및 상기 상부 및 하부 챔버를 밀폐되도록 결합시켜 초임계 기판처리 공정이 수행되는 내부공간을 형성하는 챔버 결합부를 포함하는 초임계 기판처리 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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