KR102573018B1 - 기판건조방법 및 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판건조방법 및 기판처리장치에 대한 것으로서, 상세하게는 초임계유체를 이용하여 기판을 건조하는 경우에 액체 및 초임계상태의 처리유체를 순차적으로 공급하여 기판에 잔존하는 세정약액을 효과적으로 제거할 수 있는 기판건조방법 및 기판처리장치에 대한 것이다.

Description

기판건조방법 및 기판처리장치 {Substrate drying method and substrate processing apparatus}
본 발명은 기판건조방법 및 기판처리장치에 대한 것으로서, 상세하게는 초임계유체를 이용하여 기판을 건조하는 경우에 액체 및 초임계상태의 처리유체를 순차적으로 공급하여 기판에 잔존하는 세정약액을 효과적으로 제거할 수 있는 기판건조방법 및 기판처리장치에 대한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함)의 표면에 LSI(Large scale integration)와 같이 고집적 반도체 디바이스를 제작하는 경우 웨이퍼 표면에 극미세 패턴을 형성할 필요가 있다.
이러한 극미세 패턴은 레지스트를 도포한 웨이퍼를 노광, 현상, 세정하는 각종 공정 등을 통해 레지스트를 패터닝하고, 이어서 상기 웨이퍼를 에칭함으로써 웨이퍼에 레지스트 패턴을 전사하여 형성될 수 있다.
그리고 이러한 에칭 후에는 웨이퍼 표면의 먼지나 자연 산화막을 제거하기 위해 웨이퍼를 세정하는 처리가 행해진다. 세정처리는 표면에 패턴이 형성된 웨이퍼를 약액이나 린스액 등의 처리액 내에 침지하거나, 웨이퍼 표면에 처리액을 공급함으로써 실행된다.
그런데, 반도체 디바이스의 고집적화에 따라 세정처리를 행한 후 처리액을 건조시킬 때, 레지스트나 웨이퍼 표면의 패턴이 붕괴되는 패턴 붕괴가 발생하고 있다.
이러한 패턴 붕괴는, 도 4에 도시된 바와 같이 세정 처리를 끝내고 웨이퍼(W) 표면에 남은 처리액(14)을 건조시킬 때, 패턴(11, 12, 13) 좌우의 처리액이 불균일하게 건조되면, 패턴(11, 12, 13)을 좌우로 인장하는 표면장력으로 인해 패턴(11, 12, 13)이 붕괴되는 현상에 해당한다.
전술한 패턴 붕괴를 일으키는 근본원인은 세정처리 후의 웨이퍼(W)를 둘러싸는 대기 분위기와 패턴 사이에 잔존하는 처리액과의 사이에 놓인 액체/기체 계면에서 작용하는 처리액의 표면장력에 기인한다.
따라서, 최근에는 기체나 액체와의 사이에서 계면을 형성하지 않는 초임계 상태의 유체(이하, '초임계유체'라 함)를 이용하여 처리액을 건조시키는 처리 방법이 주목받고 있다.
도 5의 압력과 온도의 상태도에서 온도 조절만을 이용하는 종래기술의 건조방법에서는 반드시 기액 공존선을 통과하므로, 이때에 기액 계면에서 표면장력이 발생하게 된다.
이에 반해, 유체의 온도와 압력 조절을 모두 이용하여 초임계상태를 경유하여 건조하는 경우에는 기액 공존선을 통과하지 않게 되어, 본질적으로 표면장력 프리의 상태로 기판을 건조시키는 것이 가능해진다.
도 5를 참조하여 초임계유체를 이용한 건조를 살펴보면, 액체의 압력을 A에서 B로 상승시키고, 이어서 온도를 B에서 C로 상승시키게 되면 기액 공존선을 통과하지 않고 초임계상태 C로 전환된다. 또한, 건조공정이 종료된 경우에는 초임계유체의 압력을 낮추어 기액 공존선을 통과하지 않고 기체 D로 전환시키게 된다.
그런데, 초임계유체를 이용한 종래기술에 따른 건조 공정의 경우 초임계유체를 임계압력 이상으로 가압하고, 임계온도 이상으로 가열하여 미리 초임계상태로 변환시키고 기판을 향해 공급하게 된다.
이 경우, 처리유체를 초임계상태로 만들기 위하여 높은 압력이 요구되어 생산성이 낮은 단점이 있다. 또한 습식 세정 후 기판 표면 마름을 방지하기 위해 사용되는 IPA(Isopropyl Alcohol)와 같은 세정약액의 양이 증가하는 경우에 파티클 발생을 억제하기 위하여 건조 공정 시간이 길어지며, 이에 따라 사용되는 초임계유체의 양이 많아져서 에너지 소모가 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 건조공정시간을 단축하여 에너지 소모를 줄이며 나아가 효과적으로 세정약액을 제거하여 생산성을 높일 수 있는 기판건조방법 및 기판처리장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 처리유체를 임계압력 이상의 제1 압력으로 가압하여 액체상태의 처리유체를 세정약액이 잔존하는 기판을 수용한 챔버를 향해 공급하는 단계, 상기 처리유체를 임계온도 이상의 제2 온도로 가열하여 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계 및 상기 챔버로 상기 처리유체의 공급을 중지하고 상기 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판건조방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1 압력으로 가압된 액체상태의 처리유체의 밀도는 상기 기판에 잔존하는 세정약액의 밀도 이상으로 조절될 수 있다.
또한, 상기 액체상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하는 단계는, 상기 처리유체의 온도를 임계온도 미만의 제1 온도로 유지할 수 있다.
나아가, 상기 액체상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하는 단계는 상기 액체상태의 처리유체의 압력을 상기 제1 압력으로 상승시키면서 상기 처리유체의 온도를 임계온도 미만의 제1 온도로 유지하고, 상기 기판이 수용된 챔버의 하부를 통해 공급하는 단계 및 상기 액체상태의 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제1 온도 및 제1 압력으로 유지하면서, 상기 챔버의 상부를 통해 상기 처리유체를 공급하고 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계는, 상기 기판을 지지하는 기판지지부에 의해 상기 기판을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계는, 상기 처리유체를 임계압력 이상의 상기 제1 압력보다 상대적으로 더 큰 제2 압력으로 가압하여 공급할 수 있다.
나아가, 상기 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계는, 상기 처리유체를 상기 제2 온도로 가열하면서 임계압력 이상의 제2 압력으로 가압하여 상기 챔버의 상부를 통해 공급하는 단계와, 상기 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제2 온도 및 제2 압력으로 유지하면서, 상기 챔버의 상부를 통해 상기 처리유체를 공급하고 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 처리유체를 저장하는 용기, 상기 용기와 기판이 수용되는 챔버를 연결하는 메인유로를 따라 구비되어 액체상태의 처리유체를 가압하는 액상펌프, 상기 메인유로에 구비되어 상기 액상펌프에서 가압된 처리유체를 가열하는 가열부, 상기 가열부 후단에서 상기 메인유로에서 분기되어 상기 챔버의 상부에 연결되는 제1 유로와, 상기 챔버의 하부에 연결되는 제2 유로 및 상기 가열부 전단의 메인유로에서 분기되어 상기 가열부 후단의 메인유로에 연결되는 바이패쓰유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 기판 상에 잔존하는 세정약액을 건조시키는 공정에서 상기 액상펌프에 의해 상기 처리유체를 임계압력 이상의 제1 압력으로 가압하여 상기 바이패쓰유로를 통해 액체상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하고, 상기 처리유체를 상기 메인유로를 따라 상기 가열부에 의해 임계온도 이상의 제2 온도로 가열하여 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급할 수 있다.
또한, 상기 액체상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하는 경우, 상기 액체상태의 처리유체의 압력을 상기 액상펌프에 의해 상기 제1 압력으로 상승시키면서 상기 처리유체의 온도를 임계온도 이하의 제1 온도로 유지하고, 상기 제2 유로를 통해 상기 챔버로 공급하고, 상기 액체상태의 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제1 온도 및 제1 압력으로 유지하면서, 상기 제1 유로를 통해 상기 액체상태의 처리유체를 공급하고 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버에서 배출할 수 있다.
나아가, 상기 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하는 경우, 상기 처리유체를 상기 가열부에 의해 상기 제2 온도로 가열하면서 상기 액상펌프에 의해 임계압력 이상의 제2 압력으로 가압하여 상기 제1 유로를 통해 공급하고, 상기 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제2 온도 및 제2 압력으로 유지하면서 상기 제1 유로를 통해 상기 처리유체를 공급하고 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버에서 배출할 수 있다.
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 초임계유체를 이용하여 기판을 건조하는 경우에 액체 및 초임계상태의 처리유체를 순차적으로 공급하여 기판에 잔존하는 세정약액을 효과적으로 제거할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따르면 건조공정시간을 단축하여 에너지 소모를 줄이며 나아가 효과적으로 세정약액을 제거하여 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치를 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 초임계유체를 이용한 기판처리장치를 도시한 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 기판건조방법을 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 기판건조방법의 각 단계에 따라 챔버로 공급되는 온도 및 압력 선도를 도시한 그래프,
도 5는 종래기술에 따라 기판 상부의 패턴을 건조시키는 경우에 패턴이 붕괴되는 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 초임계유체를 이용한 처리공정에서 유체의 압력 및 온도 변화를 도시한 상태도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치에 대해서 먼저 살펴보고, 이어서 기판건조방법에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치(1000)를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 초임계상태의 처리유체를 이용하여 챔버(600) 내의 기판에 대한 처리공정을 수행하게 된다. 여기서, 초임계상태의 처리유체 또는 초임계유체란 물질이 임계상태, 즉 임계온도와 임계압력을 초과한 상태에 도달하면 형성되는 상에 해당한다. 이러한 초임계유체는 분자밀도는 액체에 가까우면서도 점성도는 기체에 가까운 성질을 가지게 된다. 따라서, 초임계유체는 확산력, 침투력, 용해력이 매우 뛰어나 화학반응에 유리하며, 표면장력이 거의 없어 미세구조에 계면장력을 가하지 아니하므로, 반도체소자의 건조공정 시 건조효율이 우수할 뿐 아니라 패턴 붕괴현상을 회피할 수 있어 매우 유용하게 이용될 수 있다.
본 발명에서 처리유체로는 이산화탄소(CO2)가 사용될 수 있다. 이산화탄소는 임계온도가 대략 31.1℃이고, 임계압력이 7.38Mpa로 비교적 낮아 초임계상태로 만들기 쉽고, 온도와 압력을 조절하여 그 상태를 제어하기 용이하며 가격이 저렴한 장점이 있다.
또한, 이산화탄소는 독성이 없어 인체에 무해하고, 불연성, 비활성의 특성을 지니게 된다. 나아가, 초임계상태의 이산화탄소는 물이나 기타 유기용매와 비교하여 대략 10배 내지 100배 정도 확산계수(diffusion coefficient)가 높아 침투성이 매우 우수하여 유기용매의 치환이 빠르고, 표면장력이 거의 없어 건조공정에 사용하기 유리한 물성을 가진다. 뿐만 아니라, 건조공정에 사용된 이산화탄소를 기체상태로 전환시켜 유기용매를 분리해 재사용하는 것이 가능하여 환경오염의 측면에서도 부담이 적다.
상기 기판처리장치(1000)는 먼저 기체상태의 처리유체를 저장하는 용기(50)를 구비하게 된다. 상기 처리유체는 전술한 바와 같이 이산화탄소가 사용될 수 있다.
상기 용기(50)에서 상기 처리유체는 메인유로(710)를 통해 열교환기(100)로 공급된다. 상기 메인유로(710)는 챔버(600)에 연결되며, 상기 메인유로(710)에 상기 열교환기(100)를 비롯하여 후술하는 액체탱크(200), 액상펌프(300) 및 가열부(500)가 배치된다.
상기 열교환기(100)에서 상기 기체상태의 처리유체는 열교환유체와 열교환을 통해 액체상태로 변화된다. 상기 기체상태의 처리유체를 액체상태로 변화시키는 이유는 기체상태의 처리유체를 초임계상태로 가압하기 위하여 기상펌프를 이용하여 가압하는 경우 파티클이 발생할 수 있기 때문이다.
액체상태로 변화된 처리유체는 액체탱크(200)에 저장되고, 이어서 액상펌프(300)를 통해 임계압력 이상의 압력으로 가압된다. 액상펌프(300)는 전술한 바와 같이 기상펌프에 비해 파티클 등의 발생을 억제할 수 있다.
임계압력 이상으로 가압된 액체상태의 처리유체는 이어서 가열부(500)에 의해 임계온도 이상으로 가열되어 초임계상태로 변화되어 챔버(600)로 공급된다.
상기 챔버(600)에서 고압의 처리공정 중 또는 처리공정을 마친 후에 처리유체는 배출유로(750)를 통해 상기 챔버(600)의 외부로 배출된다.
한편, 종래기술에 따른 초임계유체를 이용한 기판처리장치(1000)에서는 처리유체를 미리 초임계상태로 변환시키고 기판을 향해 공급하게 된다.
이 경우, 처리유체를 초임계상태로 만들기 위하여 높은 압력이 요구되어 생산성이 낮은 단점이 있다. 또한 습식 세정 후 기판 표면 마름을 방지하기 위해 사용되는 IPA(Isopropyl Alcohol)와 같은 세정약액의 양이 증가하는 경우에 파티클 발생을 억제하기 위하여 건조 공정 시간이 길어지며, 이에 따라 사용되는 초임계유체의 양이 많아져서 에너지 소모가 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명에서는 전술한 문제점을 해결하기 위한 기판처리장치(1000') 및 기판건조방법을 제공하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판처리장치(1000')를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 상기 기판처리장치(1000')는 처리유체를 저장하는 용기(50)와, 상기 용기(50)와 기판이 수용되는 챔버(600)를 연결하는 메인유로(710)를 따라 구비되어 액체상태의 처리유체를 가압하는 액상펌프(300)와, 상기 메인유로(710)에 구비되어 상기 액상펌프(300)에서 가압된 처리유체를 가열하는 가열부(500), 상기 메인유로(710)에서 분기되어 상기 챔버(600)의 상부에 연결되는 제1 유로(730)와, 상기 챔버(600)의 하부에 연결되는 제2 유로(740) 및 상기 가열부(500) 전단의 메인유로(710)에서 분기되어 상기 가열부(500) 후단의 메인유로(710)에 연결되는 바이패쓰유로(720)를 구비할 수 있다. 전술한 종래기술에 따른 기판처리장치(1000)와 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하였으며 반복적인 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 기판처리장치(1000')는 상기 메인유로(710)에서 분기되는 바이패쓰유로(720)를 구비하게 된다. 이 경우, 상기 액상펌프(300)의 후단에 제1 개폐밸브(712)가 구비되며, 상기 바이패쓰유로(720)에 제2 개폐밸브(722)가 구비될 수 있다. 상기 제1 개폐밸브(712)의 조작에 의해 상기 액상펌프(300)에서 가압된 액체상태의 처리유체를 공급할 수 있으며, 나아가 상기 제2 개폐밸브(722)의 조작에 의해 상기 바이패쓰유로(720)로 액체상태의 처리유체가 흐르도록 할 수 있다.
한편, 상기 바이패쓰유로(720)는 상기 가열부(500)의 전단에서 분기되어 상기 가열부(500)의 후단에서 다시 상기 메인유로(710)에 연결된다. 즉, 상기 바이패쓰유로(720)는 액상의 처리유체가 상기 가열부(500)에 의해 가열되지 않고 상기 챔버(600)로 공급될 수 있도록 한다. 이에 의해 상기 챔버(600) 내부의 기판(S)에 대한 건조공정을 보다 효과적으로 진행할 수 있다. 이러한 건조공정에 대해서는 이후에 상술한다.
한편, 상기 가열부(500)의 전단에는 제3 개폐밸브(714)가 배치되어 상기 가열부(500)를 지나는 처리유체의 공급을 온(on)/오프(off)로 조절한다. 상기 가열부(500)의 후단에서 상기 메인유로(710)는 상기 챔버(600)의 상부와 연결되는 제1 유로(730)와 상기 챔버(600)의 하부에 연결되는 제2 유로(740)로 분기된다. 상기 제1 유로(730)와 제2 유로(740)는 각각 제1 챔버밸브(732)와 제2 챔버밸브(742)를 구비하여 상기 챔버(600)로 공급되는 처리유체의 방향을 조절할 수 있다.
상기 챔버(600)에서 고압의 처리공정 중 또는 처리공정을 마친 후에 처리유체는 배출유로(750)를 통해 상기 챔버(600)의 외부로 배출된다. 상기 배출유로(750)에는 배출밸브(752)가 구비되어 상기 배출유로(750)를 통해 처리유체의 배출여부를 조작할 수 있다.
또한, 상기 챔버(600)의 내측에서 상기 기판(S)은 기판지지부(620)에 안착되어 상기 챔버(600) 내부로 공급되는 처리유체에 의해 세정공정이 진행된다. 상기 챔버(600)에는 내부 공간을 가열할 수 있는 가열수단(미도시)을 구비할 수 있다. 상기 가열수단의 동작에 의해 상기 챔버(600) 내측의 처리유체를 가열할 수 있다. 나아가, 상기 기판지지부(620)에는 상기 기판(S)을 가열할 수 있는 별도의 가열부(미도시)를 구비할 수 있다. 상기 기판지지부(620)의 가열부에 의해 상기 기판(S) 주위의 처리유체를 임계온도 이상으로 보다 빠르게 가열하여 공정시간을 단축할 수 있다.
이하에서는 전술한 구성을 가지는 기판처리장치(1000')에서 초임계유체를 처리유체로 사용하여 기판(S)의 상부에 잔존하는 세정약액을 건조시키는 기판건조방법에 대해서 살펴본다.
도 3은 본 발명에 따른 기판건조방법을 도시한 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 기판건조방법의 각 단계에 따라 상기 챔버(600)로 공급되는 처리유체의 온도 및 압력 선도를 도시한 그래프이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 기판건조방법은 처리유체를 임계압력 이상의 제1 압력(P1)으로 가압하여 액체상태의 처리유체를 세정약액이 잔존하는 기판(S)을 수용한 챔버(600)를 향해 공급하는 단계(S310, S1)와, 상기 처리유체를 임계온도 이상의 제2 온도(T2)로 가열하여 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버(600)를 향해 공급하는 단계(S330, S2) 및 상기 챔버(600)로 상기 처리유체의 공급을 중지하고 상기 처리유체를 상기 챔버(600)에서 배출하는 단계(S350, S3)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 상기 기판(S)에 잔존하는 세정약액을 제거하기 위하여 상기 챔버(600)로 초임계상태의 처리유체를 바로 공급하는 것이 아니라, 먼저 액체상태의 처리유체를 공급하고 이어서 초임계상태의 처리유체를 공급하게 된다. 이 경우, 종래기술에 따른 기판건조방법에 비해 기판건조공정의 시간을 단축할 수 있으며 나아가 파티클 발생을 억제할 수 있다.
먼저, 상기 기판처리장치(1000')는 처리유체를 임계압력(PC) 이상의 제1 압력(P1)으로 가압하여 액체상태의 처리유체를 세정약액이 잔존하는 기판(S)을 수용한 챔버(600)를 향해 공급하게 된다(S1).
상기 액체상태의 처리유체를 공급하는 단계(S1)는 임계온도(TC) 미만의 액체상태의 처리유체를 상기 챔버(600)로 공급하여 상기 챔버(600)의 압력을 상기 제1 압력(P1)으로 상승시키는 단계(1 단계, S1-1)와, 상기 액체상태의 처리유체의 온도 및 압력을 제1 온도(T1) 및 제1 압력(P1)으로 유지하여 상기 챔버(600)의 온도 및 압력을 상기 제1 온도(T1) 및 제1 압력(P1)으로 유지하는 단계(2단계, S1-2)로 구분할 수 있다.
상기 챔버(600)의 압력을 상기 제1 압력(P1)으로 상승시키는 단계(1 단계, S1-1)에서, 상기 챔버(600)에 수용된 액체상태의 처리유체의 밀도는 상기 기판(S)에 잔존하는 세정약액의 밀도와 유사하게 또는 그 이상으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 세정약액이 IPA로 이루어진 경우, 상기 세정약액의 밀도는 대략 0.786g/ml에 해당한다.
상기 처리유체의 밀도는 온도 및 압력에 따라 변화하게 되므로, 상기 처리유체의 온도 및 압력을 조절하여 상기 처리유체의 밀도가 상기 세정약액의 밀도와 동일하거나 더 커지도록 조절하게 된다. 예를 들어, 상기 제1 압력(P1)은 임계압력(PC)보다 크고 대략 15 Mpa 이하, 또는 임계압력(PC)보다 크고 대략 10 Mpa 이하로 결정될 수 있다.
또한, 상기 액체상태의 처리유체를 공급하는 경우에 상기 처리유체의 온도를 임계온도(TC) 미만의 제1 온도(T1)로 유지하게 된다. 상기 액체상태의 처리유체를 임계온도(TC) 이상으로 가열하게 되면 초임계상태로 변화하게 되므로 임계온도(TC) 미만의 제1 온도(T1)로 유지하게 된다. 예를 들어 처리유체가 이산화탄소로 이루어진 경우 상기 제1 온도(T1)는 임계온도인 31.1℃보다 작고 20℃(실온) 이상의 온도로 이루어질 수 있다.
이를 위하여, 상기 액체상태의 처리유체를 임계압력(PC) 이상의 제1 압력(P1)으로 가압하여 공급하는 경우에 상기 액체상태의 처리유체를 전술한 바이패쓰유로(720)를 통해 공급하게 된다. 즉, 제2 개폐밸브(722)를 개방하고 제3 개폐밸브(714)를 폐쇄하여 상기 액상펌프(300)에 의해 제1 압력(P1)으로 가압하면서 상기 가열부(500)를 거치지않고 상기 챔버(600)로 공급하게 된다.
결국, 상기 챔버(600)로 공급되는 액체상태의 처리유체는 세정약액의 밀도보다 크게 되므로, 세적약액과 빠르게 혼합될 수 있으며 나아가 처리유체가 더 높은 밀도를 가지게 되므로 기판(S) 위에 잔존하는 세정약액을 기판(S) 표면에서 처리유체의 위로 이동시켜 빠르게 세정약액을 치환할 수 있다.
한편, 상기 액체상태의 처리유체를 임계압력(PC) 이상의 제1 압력(P1)으로 상승시키는 경우(1 단계, S1-1) 상기 액체상태의 처리유체를 상기 기판(S)이 수용된 챔버(600)의 하부를 통해 공급하게 된다. 즉, 전술한 제2 유로(740)를 통해 액체상태의 처리유체를 공급하게 된다.
상기 처리유체가 메인유로(710)에서 챔버(600)로 진입하게 되면 단열팽창에 의해 유속이 빨라지게 된다. 이 경우, 상기 처리유체가 상기 기판(S)을 향해 직접 공급된다면 고압의 처리유체에 의해 상기 기판(S) 상의 패턴이 붕괴되는 등 상기 기판(S)에 손상이 발생할 수 있다.
따라서, 상기 액체상태의 처리유체를 공급하는 경우에 상기 챔버(600)의 하부에서 전술한 제2 유로(740)를 통해 공급하게 된다. 상기 챔버(600)의 하부에서 액체상태의 처리유체를 공급하게 되면 상기 처리유체는 상기 기판지지부(620)의 하면으로 먼저 공급되어 상기 기판(S)의 손상을 방지할 수 있다.
이 경우, 상기 제2 챔버밸브(742)를 개방하고 상기 제1 챔버밸브(732)를 폐쇄하게 된다. 또한, 배출밸브(752)를 폐쇄하여 상기 챔버(600)에서 처리유체가 배출되지 않도록 한다.
한편, 상기 액체상태의 처리유체가 가압되어 전술한 제1 압력(P1)에 도달하게 되면, 상기 액체상태의 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제1 온도(T1) 및 제1 압력(P1)으로 유지하여 상기 챔버(600)의 온도 및 압력을 상기 제1 온도(T1) 및 제1 압력(P1)으로 유지하게 된다. 이 경우, 상기 챔버(600)의 상부를 통해 상기 처리유체를 공급하고 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버(600)에서 배출하게 된다(2단계, S1-2).
즉, 상기 액체상태의 처리유체가 가압되어 전술한 제1 압력(P1)에 도달하게 되면 상기 챔버(600)의 내측에 액체상태의 처리유체가 상기 기판(S) 이상의 높이로 차오르게 된다. 이 경우에는 상기 챔버(600) 상부의 제1 유로(730)에 의해 상기 챔버(600)의 상부에서 처리유체를 공급하는 경우에도 상기 기판(S)에 손상이 발생하지 않게 된다. 따라서, 상기 제1 챔버밸브(732)를 개방하여 상기 챔버(600)의 상부의 제1 유로(730)를 통해 처리유체를 공급하게 된다. 이 경우, 상기 제2 챔버밸브(742)는 개방된 상태를 유지하여 상기 제2 유로(740)를 통해 계속 처리유체를 공급하거나, 또는 폐쇄될 수 있다.
한편, 상기 챔버(600)의 내부에서는 세정약액과 유사한 밀도 또는 그 이상의 밀도를 가지는 처리용액에 의해 기판(S)에 잔존하는 세정약액이 빠르게 제거될 수 있다. 상기 세정약액이 혼합된 처리유체를 배출할 수 있도록 상기 배출밸브(752)를 개방하여 상기 배출유로(750)를 통해 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버(600)에서 배출하게 된다.
전술한 2단계는 미리 정해진 유지시간 동안 수행될 수 있으며, 기판의 크기, 처리유체의 종류 및 양, 세정약액의 종류 등에 따라 적절히 유지시간이 조절될 수 있다.
상기 유지시간의 경과 후에 상기 처리유체를 임계온도(TC) 이상의 제2 온도(T2)로 가열하여 상기 챔버(600)로 초임계상태의 처리유체를 공급하여, 상기 챔버(600)의 온도를 상기 제2 온도(T2)로 상승시키게 된다(S2).
상기 초임계상태의 처리유체를 공급하는 단계(S2)는 상기 처리유체를 상기 제2 온도(T2)로 가열하면서 임계압력 이상의 제2 압력(P2)으로 가압하여, 상기 챔버(600)의 온도를 상기 제2 온도(T2)로 가열하면서 임계압력(PC) 이상의 제2 압력(P2)으로 가압하는 단계(3 단계, S2-1)와, 상기 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제2 온도(T2) 및 제2 압력(P2)으로 유지하여 상기 챔버(600)의 온도 및 압력을 상기 제2 온도(T2) 및 제2 압력(P2)으로 유지하는 단계(4단계, S2-2)로 구분할 수 있다.
고온의 초임계상태의 처리유체를 사용할 경우 처리유체에 대한 세정약액의 용해도가 높고 상호 확산속도가 빨라서 상기 기판(S)에 잔류하는 세정약액을 빠르고 완벽하게 제거하여 파티클 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 전술한 2단계에서 상기 기판(S)에 잔존하는 세정약액의 대부분을 제거하고, 이어서 3단계 및 4단계에서는 초임계상태의 처리유체를 공급하여 기판(S)에 잔류하는 세정약액을 제거하게 된다.
초임계상태의 처리유체를 공급하기 위하여 상기 처리유체를 임계온도(TC) 이상의 상기 제2 온도(T2)로 가열하면서 임계압력(PC) 이상의 제2 압력(P2)으로 가압하게 된다(3 단계, S2-1).
예를 들어, 상기 처리유체가 이산화탄소로 이루어진 경우 대략 80℃ 이상의 온도, 또는 세정약액의 끓는점(IPA인 경우 82.5℃) 이상의 온도로 가열하게 된다. 상기 초임계상태의 처리유체가 세정약액의 끓는점 이상의 온도를 가지고 상기 챔버(600)에 공급되면 잔류하는 세정약액의 초임계상태의 처리유체에 대한 용해도를 상승시켜 보다 빠르게 제거할 수 있다.
이 경우, 상기 액체상태의 처리유체를 가열하기 위하여 전술한 바이패쓰유로(720)의 제2 개폐밸브(722)를 폐쇄하고, 제3 개폐밸브(714)를 개방하게 된다. 따라서, 상기 액체상태의 처리유체는 가열부(500)로 공급되며, 상기 가열부(500)에서 상기 제2 온도(T2)로 가열된다.
또한, 상기 3단계에서 상기 기판(S)을 지지하는 기판지지부(620)에 의해 상기 기판(S)을 가열할 수 있다. 상기 기판지지부(620)에 의해 상기 기판(S)을 가열함으로써 상기 기판(S)에 잔류하는 세정약액을 보다 빠르게 제거할 수 있다.
한편, 상기 액체상태의 처리유체를 임계온도(TC) 이상의 제2 온도(T2)로 가열하여 상기 기판을 향해 공급하는 단계(3단계, S2-1)에서 상기 처리유체를 임계압력(PC) 이상의 제2 압력(P2)으로 가압하여 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 압력(P2)은 상기 제1 압력(P1)보다 상대적으로 더 클 수 있으며, 상기 제2 압력(P2)은 대략 15 MPa 이상의 압력을 가질 수 있다.
전술한 3단계에서 상기 초임계상태의 처리유체는 상기 챔버(600)의 상부를 통해 공급될 수 있다. 즉, 상기 제1 챔버밸브(732)를 개방하고 제2 챔버밸브(742)를 폐쇄하여 상기 제1 유로(730)를 통해 상기 챔버(600)의 상부를 통해 상기 초임계상태의 처리유체가 공급된다.
이 경우, 상기 챔버(600) 내부는 이미 액체상태의 처리유체로 채워진 상태이므로 초임계상태의 처리유체가 공급되면서 상기 챔버(600) 내부의 처리유체는 초임계상태로 전환하게 된다.
한편, 상기 3단계에서 상기 배출밸브(752)는 폐쇄된 상태를 유지하여 상기 배출유로(750)를 통해 처리유체가 배출되지 않도록 한다.
이어서, 상기 처리유체가 가압되어 전술한 제2 압력(P2)에 도달하게 되면, 상기 초임계상태의 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제2 온도(T2) 및 제2 압력(P2)으로 유지하여, 상기 챔버(600)의 온도 및 압력을 상기 제2 온도(T2) 및 제2 압력(P2)으로 유지하게 된다. 이 경우, 상기 챔버(600)의 상부를 통해 상기 처리유체를 공급하고 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버(600)에서 배출하게 된다(4단계, S2-2).
한편, 상기 제1 챔버밸브(732)의 개방된 상태를 유지하여 상기 챔버(600)의 상부의 제1 유로(730)를 통해 처리유체를 공급하게 된다. 또한, 상기 제2 챔버밸브(742)는 폐쇄될 수 있다.
또한, 상기 챔버(600)의 내부에서는 초임계상태의 처리유체에 의해 기판(S)에 잔류하는 세정약액이 빠르게 제거될 수 있다. 상기 세정약액이 혼합된 처리유체를 배출할 수 있도록 상기 배출밸브(752)를 개방하여 상기 배출유로(750)를 통해 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버(600)에서 배출하게 된다.
전술한 4단계는 미리 정해진 유지시간 동안 수행될 수 있으며, 기판의 크기, 처리유체의 종류 및 양, 세정약액의 종류 등에 따라 적절히 유지시간이 조절될 수 있다.
이어서, 상기 챔버(600)로 상기 처리유체의 공급을 중지하고 상기 처리유체를 상기 챔버(600)에서 배출(S350, S3)하게 된다.
이 경우, 상기 제1 챔버밸브(732) 및 제2 챔버밸브(742)를 폐쇄하고 상기 배출밸브(752)를 개방하여 상기 배출유로(750)를 통해 상기 챔버(600) 내부의 처리유체를 대기압까지 배출하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
50 : 처리유체 용기
100 : 열교환기
200 : 액체탱크
300 : 액상펌프
500: 가열부
600 : 챔버
710 : 메인유로
712 : 제1 개폐밸브
714 : 제3 개폐밸브
720 : 바이패쓰유로
722 : 제2 개폐밸브
730 : 제1 유로
732 : 제1 챔버밸브
740 : 제2 유로
742 : 제2 챔버밸브
750 : 배출유로
752 : 배출밸브
1000, 1000' : 기판처리장치

Claims (11)

  1. 처리유체를 임계압력 이상의 제1 압력으로 가압하여 액체상태의 처리유체를 세정약액이 잔존하는 기판을 수용한 챔버를 향해 공급하는 단계;
    상기 처리유체를 임계온도 이상의 제2 온도로 가열하여 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계; 및
    상기 챔버로 상기 처리유체의 공급을 중지하고 상기 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 압력으로 가압된 액체상태의 처리유체의 밀도는 상기 기판에 잔존하는 세정약액의 밀도 이상인 것을 특징으로 하는 기판건조방법.
  2. 처리유체를 임계압력 이상의 제1 압력으로 가압하여 액체상태의 처리유체를 세정약액이 잔존하는 기판을 수용한 챔버를 향해 공급하는 단계;
    상기 처리유체를 임계온도 이상의 제2 온도로 가열하여 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계; 및
    상기 챔버로 상기 처리유체의 공급을 중지하고 상기 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 단계;를 포함하고,
    상기 액체상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하는 단계는
    상기 액체상태의 처리유체의 압력을 상기 제1 압력으로 상승시키면서 상기 처리유체의 온도를 임계온도 미만의 제1 온도로 유지하고, 상기 기판이 수용된 챔버의 하부를 통해 공급하는 단계; 및
    상기 액체상태의 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제1 온도 및 제1 압력으로 유지하면서, 상기 챔버의 상부를 통해 상기 처리유체를 공급하고 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판건조방법.
  3. 처리유체를 임계압력 이상의 제1 압력으로 가압하여 액체상태의 처리유체를 세정약액이 잔존하는 기판을 수용한 챔버를 향해 공급하는 단계;
    상기 처리유체를 임계온도 이상의 제2 온도로 가열하여 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계; 및
    상기 챔버로 상기 처리유체의 공급을 중지하고 상기 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 단계;를 포함하고,
    상기 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계는,
    상기 처리유체를 임계압력 이상의 상기 제1 압력보다 상대적으로 더 큰 제2 압력으로 가압하여 공급하는 것을 특징으로 하는 기판건조방법.
  4. 처리유체를 임계압력 이상의 제1 압력으로 가압하여 액체상태의 처리유체를 세정약액이 잔존하는 기판을 수용한 챔버를 향해 공급하는 단계;
    상기 처리유체를 임계온도 이상의 제2 온도로 가열하여 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계; 및
    상기 챔버로 상기 처리유체의 공급을 중지하고 상기 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 단계;를 포함하고,
    상기 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계는,
    상기 처리유체를 상기 제2 온도로 가열하면서 임계압력 이상의 제2 압력으로 가압하여 상기 챔버의 상부를 통해 공급하는 단계와,
    상기 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제2 온도 및 제2 압력으로 유지하면서, 상기 챔버의 상부를 통해 상기 처리유체를 공급하고 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판건조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버를 향해 공급하는 단계는,
    상기 기판을 지지하는 기판지지부에 의해 상기 기판을 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판건조방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중에 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하는 단계는,
    상기 처리유체의 온도를 임계온도 미만의 제1 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 기판건조방법.
  7. 삭제
  8. 처리유체를 저장하는 용기;
    상기 용기와 기판이 수용되는 챔버를 연결하는 메인유로를 따라 구비되어 액체상태의 처리유체를 가압하는 액상펌프;
    상기 메인유로에 구비되어 상기 액상펌프에서 가압된 처리유체를 가열하는 가열부;
    상기 가열부 후단에서 상기 메인유로에서 분기되어 상기 챔버의 상부에 연결되는 제1 유로와, 상기 챔버의 하부에 연결되는 제2 유로; 및
    상기 가열부 전단의 메인유로에서 분기되어 상기 가열부 후단의 메인유로에 연결되는 바이패쓰유로;를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 상에 잔존하는 세정약액을 건조시키는 공정에서
    상기 액상펌프에 의해 상기 처리유체를 임계압력 이상의 제1 압력으로 가압하여 상기 바이패쓰유로를 통해 액체상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하고,
    상기 처리유체를 상기 메인유로를 따라 상기 가열부에 의해 임계온도 이상의 제2 온도로 가열하여 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 액체상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하는 경우,
    상기 액체상태의 처리유체의 압력을 상기 액상펌프에 의해 상기 제1 압력으로 상승시키면서 상기 처리유체의 온도를 임계온도 이하의 제1 온도로 유지하고, 상기 제2 유로를 통해 상기 챔버로 공급하고,
    상기 액체상태의 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제1 온도 및 제1 압력으로 유지하면서, 상기 제1 유로를 통해 상기 액체상태의 처리유체를 공급하고 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 초임계상태의 처리유체를 상기 챔버로 공급하는 경우,
    상기 처리유체를 상기 가열부에 의해 상기 제2 온도로 가열하면서 상기 액상펌프에 의해 임계압력 이상의 제2 압력으로 가압하여 상기 제1 유로를 통해 공급하고,
    상기 처리유체의 온도 및 압력을 상기 제2 온도 및 제2 압력으로 유지하면서 상기 제1 유로를 통해 상기 처리유체를 공급하고 세정약액이 혼합된 처리유체를 상기 챔버에서 배출하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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