KR20090035947A - 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치 - Google Patents

반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치는 초임계 유체를 공급하는 초임계 유체 공급부, 초임계 유체 공급부와 연결되고 초임계 유체 공급부로부터 공급된 초임계 유체를 이용한 세정 공정이 진행되는 공정 챔버, 세정 공정 중 공정 챔버의 내부 압력이 소정의 공정 압력으로 가압되고 공정 챔버를 밀폐한 상태에서 반도체 기판을 세정하는 차단 세정 공정이 진행되는 시간을 제어하는 시간 조절 장치, 및 세정 공정이 진행되는 동안 공정 챔버의 내부의 압력을 공정 압력으로 일정하게 유지시키는 압력 조절 장치를 포함 한다.
반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치, 초임계 유체, 시간 조절 장치

Description

반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치{Supercritical fluid supply apparatus for a substrate of a semiconductor device}
본 발명은 초임계 유체 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정 중 반도체 기판의 가공 공정에는 감광액 도포 공정, 현상 공정, 식각 공정, 화학 기상 증착 공정, 애싱 공정 등이 있으며, 여러 단계의 공정을 수행하는 과정에서 반도체 기판에는 각종 오염 물질들이 형성될 수 있다. 각종 오염 물질들을 제거하기 위해 반도체 기판에 세정 공정을 수행하는데, 세정 공정은 반도체 소자를 제조함에 있어서 비중이 높을 뿐만 아니라 생산 수율에 큰 영향을 주는 중요한 공정이다. 이러한 세정 공정은 습식 세정과 건식 세정으로 구분된다. 최근 건식 세정의 하나인 초임계 유체를 이용한 초임계 유체 세정이 친환경적이며 정밀 세정이 가능하여 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나 일반적으로 초임계 유체 세정시 초임계 유체가 공정 챔버의 내부에 정체된 상태에서 반도체 기판을 세정하는 차단 세정 공정과 초임계 유체를 공정 챔버를 통과하도록 하는 상태에서 반도체 기판을 세정하는 연속 세정 공정을 함께 제어하는 것이 어려웠다.
구체적으로, 공정 챔버 내부 압력이 공정 압력에 이르도록 하는 가압 공정, 차단 세정 공정, 연속 세정 공정, 및 공정 챔버 내부 압력을 줄이는 감압 공정 등을 선택하고, 각각의 제어 시간 및 각각의 제어압력을 설정하는 등 제어항목이 많아 전체 공정 시간 및 챔버 내부 압력을 제어하는 데 어려움이 있었다. 또한, 초임계 유체의 재료가 되는 유체, 예를 들어 이산화탄소의 사용량을 확인하기 어려웠다. 즉, 공정의 유연성을 확보하기 어려웠다.
따라서, 이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공정 유연성이 향상된 반도체 기판용 초임계 세정 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치는 초임계 유체를 공급하는 초임계 유체 공급부, 상기 초임계 유 체 공급부와 연결되고 상기 초임계 유체 공급부로부터 공급된 상기 초임계 유체를 이용한 세정 공정이 진행되는 공정 챔버, 상기 세정 공정 중 상기 공정 챔버의 내부 압력이 소정의 공정 압력으로 가압되고 상기 공정 챔버를 밀폐한 상태에서 반도체 기판을 세정하는 차단 세정 공정이 진행되는 시간을 제어하는 시간 조절 장치, 및 상기 세정 공정이 진행되는 동안 상기 공정 챔버의 내부의 압력을 상기 공정 압력으로 일정하게 유지시키는 압력 조절 장치를 포함 한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치에 의하면, 공정 챔버의 내부 압력을 가압하고 차단 세정 공정을 수행하는 초기 세정 공정 시간을 조절함으로써, 차단 세정 공정을 수행할 것인지 연속 세정 공정을 수행할 것인지를 용이하게 제어할 수 있다. 따라서, 차단 세정 공정 및 연속 세정 공정을 혼합 사용하여 반도체 기판의 세정 공정을 수행할 수 있다. 이와 같이 공정 제어 아이템이 단순화 되어, 공정 유연성이 향상된다. 나아가, 단순화된 공정 제어 아이템을 사용함으로써, 더욱 용이하게 이산화탄소의 소모량을 확인할 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참고하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태 로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 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 참고 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치를 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치의 구조에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치의 개략적인 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치는 초임계 유체 공급부(100), 공정 챔버(300), 시간 조절 장치(400), 및 압력 조절 장치(500)를 포함한다.
초임계 유체 공급부(100)는 세정에 사용되는 초임계 상태의 유체를 공급한다.
초임계 유체(super critical fluid)란 임계점(critical point)이라고 하는 일정한 고온과 고압의 한계를 넘어선 상태에 도달하여 액체와 기체를 구분할 수 없는 시점의 유체를 의미한다. 초임계 유체는 확산력에 있어서는 기체와 비슷하여 표면장력이 없으므로 얇은 관이나 미세한 홈에 침투할 수 있다. 또한 용해력은 압력에 비례하여 증가하고 액체 용매와 비슷하여, 기판의 미세한 홈으로 침투하여 파티클, 오염 물질 또는 감광액 등을 용해시켜 기판에서 제거할 수 있다.
이 때, 초임계 유체로, 예를 들어 초임계 상태의 이산화탄소(SuperCritical CO2; SC-CO2)를 사용할 수 있다. 이산화탄소의 경우, 임계 조건은 임계 온도 31.7℃, 임계 압력 72.8atm이다. 또 다른 예로, 초임계 유체로 초임계수(水)를 사용할 수 있으며, 초임계수의 임계 조건은 임계 온도 374.2℃, 임계 압력 217.6atm이다.
초임계 유체 공급부(100)는 액체 상태의 유체를 저장하는 유체 저장부(110), 액체 상태의 유체를 임계 압력 이상으로 가압하는 고압 펌프(120), 액체 상태의 유체를 임계 온도 이상으로 가열하는 히터(130) 및 초임계 유체의 공급을 개폐하는 초임계 유체 공급 밸브(140)를 포함할 수 있다.
또한, 초임계 유체 공급부(100)는 공용매 공급부(150) 및 저장부(160)를 더 포함할 수 있다.
공용매 공급부(150)는 초임계 유체의 성능을 향상시키기 위한 공용매를 공급할 수 있다. 즉, 공용매는 파티클, 오염 물질 또는 감광액을 제거하는 초임계 유체의 용해력을 향상시킬 수 있다. 공용매는 예를 들어, 불산(HF) 또는 불산 피리딘염(HF-Pyridine)을 포함할 수 있다. 또한, 공용매 공급부(150)는 공용매를 저장하는 공용매 저장부(151) 및 공용매의 공급을 개폐하는 공용매 공급 밸브(152)를 포함할 수 있다.
저장부(160)는 초임계 유체와 공용매를 혼합하고 초임계 유체 및 공용매가 혼합된 혼합 유체가 공정 챔버(300)로 공급할 수 있다.
공용매 공급부(150) 및 저장부(160)를 포함하는 경우, 공정 챔버(300)로 혼 합 유체의 공급을 개폐하는 유체 공급 밸브(200)가 초임계 유체 공급부(100) 및 공정 챔버(300) 사이에 배치될 수 있다.
공정 챔버(300)는 기판이 로딩(loading)되어 세정(cleaning) 공정, 애싱(ashing) 공정 또는 스트립(strip) 공정이 이루어지는 공간이다. 공정 챔버(300)의 내부 압력은 공정을 위한 기판이 로딩될 때 또는 공정을 마친 기판이 언로딩될 때에는 상압(常壓)이지만, 공정이 진행되는 동안에는 초임계 상태의 공정 압력을 일정하게 유지하여야 한다.
시간 조절 장치(400)는 공정 챔버(300)를 가압하여 공정 챔버(300)의 내부 압력이 소정의 공정 압력으로 가압되고 상기 공정 챔버(300)를 밀폐한 상태에서 반도체 기판을 세정하는 차단 세정 공정이 진행되는 시간 및 전체 공정 시간을 제어하는 장치이다. 상기 시간 조절 장치(400)의 역할에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
압력 조절 장치(500)는 공정 챔버(300)에 연결되어 공정 챔버(300)의 내부 압력을 일정하게 유지시킨다. 압력 조절 장치(500)는 예를 들어, 레귤레이터(regulator) 또는 백 프레셔 레귤레이터(Back Pressure Regulator; BPR)일 수 있다.
도면에서는 예시되지 않았으나, 초임계 유체 공급 장치는 후처리부를 더 포함할 수도 있다. 후처리부는 각종 오염 물질과 결합한 초임계 유체로부터 상기 오염 물질을 분리하고, 초임계 유체를 다시 액체 상태로 전환하는 장소이다. 후처리부는 예를 들어 분리기, 응축기 등을 포함할 수 있다. 후처리부에서 전환된 액체 상태의 유체는 유체 저장부로 저장되어 재사용될 수 있다.
이어서, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치의 공정 챔버 내부의 압력 변화를 설명한다. 도 2는 도 1의 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치의 공정 챔버 내부의 압력 변화를 시간의 흐름에 따라 나타낸 그래프이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치를 이용한 반도체 기판의 세정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
그래프의 가로축은 공정 진행 시간을, 그래프의 세로축은 공정 챔버(300) 내부의 압력을 나타낸다. 또한, T0 내지 T5는 공정이 전환되는 시점을 나타내며, 공정 조건에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
P1은 공정이 시작될 때(T1)까지의 공정 챔버(300) 내부의 압력이다. 이 때, P1은 상압(常壓)이거나, 선행 공정이 종료되었을 때의 압력일 수 있다. 구체적으로, P1이 상압인 경우는 반도체 기판이 로딩(loading)되거나 언로딩(unloading)될 때로, 공정 챔버(300)의 내부 압력이 대기압과 같은 1atm 정도의 압력인 경우를 의미한다.
또, P1이 선행 공정의 종료 시점의 압력인 경우는, 초임계 유체 및 공용매의 혼합 유체로 반도체 기판을 세정하는 화학 세정 공정을 진행한 후, 이어서 초임계 유체만으로 린스(rinse) 공정을 진행하는 것과 같이 복수의 공정을 연속하여 진행하는 경우를 의미한다. 이 경우, 공정 챔버(300)의 내부 압력은 종전 공정이 종료되어 공정 챔버(300)가 감압되었으나 상압보다 높은 상태의 압력(P3)일 수 있다.
P2는 가압 목표 압력, 즉 공정이 진행되는 공정 압력을 의미한다. 즉, P2는 초임계 유체의 임계 압력 이상일 수 있다. 예를 들어, 초임계 유체로서 초임계 상태의 이산화탄소(Super Critical CO2; SC-CO2)를 사용하는 경우 공정 압력(P2)은 약 290atm일 수 있다.
P3는 공정이 끝날 때(T5)의 공정 챔버(300) 내부의 압력으로, 사용자가 원하는 감압 목표 압력이다. P3는 상압과 같거나 높을 수 있다.
먼저, 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치의 공정 챔버(300) 내로 기판이 로딩되거나 선행 공정이 종료되면 공정 챔버(300)는 P1의 압력을 유지하다가, T1의 시점에서 공정 챔버(300)로 초임계 유체를 공급한다(S10). 이 때, 초임계 유체의 공급은 공정 챔버(300)의 내부 압력이 공정 압력(P2)과 같아질 때까지 계속된다(S20).
공정 챔버(300) 내부의 압력이 공정 압력(P2)에 도달하면(T3) 유체 공급 밸브(200)를 닫아 공정 챔버(300)를 밀폐한다(S30). 이어서, 공정 챔버(300)가 밀폐된 상태에서 차단 세정 공정을 수행한다(S40).
차단 세정 공정은 공정 챔버(300)가 밀폐된 상태에서 공정 챔버(300) 내에 정체되어 있는 초임계 유체를 이용하여 세정 공정을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 이 때, 초임계 유체는 예를 들어, 초임계 상태의 이산화탄소만으로 이루어지거나, 초임계 유체의 성능을 향상시키기 위한 공용매를 더 포함할 수도 있다.
이 때, 공정 챔버(300) 내부의 압력이 공정 압력(P2)에 도달할 때까지 초임 계 유체를 공급하는 시간 및 상기 차단 세정 공정을 수행하는 시간을 포함한 초기 세정 공정 시간(Tb)는 전체 세정 공정 시간(Ta)와 함께 설정될 수 있다. 이는 시간 조절 장치에 의해 구현 가능하다.
즉, 전체 세정 공정 시간(Ta) 및 초기 세정 공정 시간(Tb)을 지정하여 세정 공정을 수행하면, 공정 챔버(300)를 가압하고, 소정의 시간(A) 동안 차단 세정 공정이 수행된다. 차단 세정 공정이 수행되는 시간(A) 동안 공정 챔버(300)는 압력 조절 장치(500)에 의해 밀폐된 상태로 공정 압력(P2)를 유지한다.
상기 초기 세정 공정 시간(Tb)이 지나면, 공정 챔버(300)의 밀폐 상태는 해제되고(T3) 초임계 유체 또는 혼합 유체가 다시 공급된다(S50). 공정 압력(P2)을 유지하면서 연속 세정 공정을 수행한다(S60). 연속 세정 공정이라 함은 공정 챔버(300)로 초임계 유체 또는 혼합 유체를 공급하는 것과 공정 챔버(300)에서 반응을 마친 초임계 유체 또는 혼합 유체의 배출이 함께 진행되는 것을 의미할 수 있다.
연속 세정 공정이 수행되는 시간(B)도 해당 공정에 따라 자유롭게 조절될 수 있으며, 화학 세정 공정, 초임계 유체만을 이용한 린스 공정 또는 계면 활성제등의 파우더(powder)를 포함한 린스 공정 등이 가능함은 물론이다. 연속 세정 공정이 수행되는 동안에서 압력 조절 장치(500)는 소정의 공정 압력(P2)를 유지한다.
연속 세정 공정이 끝나면(T4), 공정 챔버를 감압한다(S70). 공정 챔버(300)의 내부 압력이 소정의 감압 목표 압력(P3)에 도달할 때까지 감압한다(S80).
이 때, 감압 목표 압력(P3)은 상압 또는 그 이상일 수 있으며, 이는 상술한 바와 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 제조용 초임계 유체 공급 장치는 공정 챔버의 내부 압력을 가압하고 차단 세정 공정을 수행하는 초기 세정 공정 시간을 조절함으로써, 차단 세정 공정을 수행할 것인지 연속 세정 공정을 수행할 것인지를 용이하게 제어할 수 있다. 따라서, 차단 세정 공정 및 연속 세정 공정을 혼합 사용하여 반도체 기판의 세정 공정을 수행할 수 있다. 이와 같이 공정 제어 아이템이 단순화 되어, 공정 유연성이 향상된다. 나아가, 단순화된 공정 제어 아이템을 사용함으로써, 더욱 용이하게 이산화탄소의 소모량을 확인할 수 있는 등의 장점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치의 개략적인 개념도이다.
도 2는 도 1의 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치의 공정 챔버 내부의 압력 변화를 시간의 흐름에 따라 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판용 초임계 유체 공급 장치를 이용한 반도체 기판의 세정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
100: 초임계 유체 공급부 110: 유체 저장부
120: 고압 펌프 130: 히터
140: 초임계 유체 공급 밸브 150: 공용매 공급부
151: 공용매 저장부 152: 공용매 공급 밸브
160: 저장부 200: 유체 공급 밸브
300: 공정 챔버 400: 시간 조절 장치
500: 압력 조절 장치

Claims (2)

  1. 초임계 유체를 공급하는 초임계 유체 공급부;
    상기 초임계 유체 공급부와 연결되고 상기 초임계 유체 공급부로부터 공급된 상기 초임계 유체를 이용한 세정 공정이 진행되는 공정 챔버;
    상기 세정 공정 중 상기 공정 챔버의 내부 압력이 소정의 공정 압력으로 가압되고
    상기 공정 챔버를 밀폐한 상태에서 반도체 기판을 세정하는 차단 세정 공정이 진행되는 시간을 제어하는 시간 조절 장치; 및
    상기 세정 공정이 진행되는 동안 상기 공정 챔버의 내부의 압력을 상기 공정 압력으로 일정하게 유지시키는 압력 조절 장치를 포함하는 반도체 기판용 초임계 세정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 차단 세정 공정은, 상기 초임계 유체 및 상기 초임계 유체의 성능을 향상시키기 위한 공용매를 이용하는 화학 세정 공정이나 상기 초임계 유체 또는 상기 초임계 유체에 분말을 혼합 사용하는 린스 공정인 반도체 기판용 초임계 세정 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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