KR20110080849A - 기판 건조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 건조 장치는 챔버, 약액 공급 유닛, 건조 가스 공급 유닛 및 초임계 유체 공급 유닛을 포함한다. 챔버는 기판을 건조하기 위한 건조 공정을 진행하는 공간을 제공한다. 약액 공급 유닛은 기판의 젖음 상태를 유지하기 위해 기판 상에 약액을 공급한다. 건조 가스 공급 유닛은 챔버 내부를 건조 가스 분위기로 형성하기 위해 챔버 내부에 건조 가스를 공급한다. 초임계 유체 공급 유닛은 기판을 건조하기 위해 챔버에 건조 가스로부터 상변화된 초임계 유체를 공급한다.

Description

기판 건조 장치 및 방법{Apparatus and method of drying a substrate}
본 발명은 기판 건조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 잔류하는 약액을 제거하기 위하여 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조시키는 기판 건조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 식각액을 이용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 식각 공정, 세정액을 이용하여 기판 상에 잔류하는 불순물을 제거하는 세정 공정 등에서 사용된 식각액 및 세정액 등과 같은 약액으로 처리된 기판에 이소프로필알코올(IPA)과 질소(N2)와의 혼합가스를 제공하여 기판을 건조한다. 그러나, 기판 상에 형성된 패턴이 미세화됨에 따라, 상기 기판 건조시 상기 패턴 사이의 약액을 건조하기가 어렵다. 따라서, 상기 패턴 사이의 약액을 효과적으로 건조하기 위해 초임계 유체를 이용한 건조 기술이 제안된다. 상기 초임계 유체를 이용한 건조 기술은 약액 처리된 기판을 압력 용기 내에 반입하고, 액체 이산화탄소를 장치 내에 도입하여 기판 표면의 약액을 치환하고, 압력을 상승시켜 액체 이산화탄소를 초임계 상태로 상변화시켜서 초임계 건조 처리를 진행한 후 감압한다.
이때, 기판을 압력 용기 내에 이송하는 이송 도중 또는 상기 초임계 유체로 기판을 건조하기 전 상기 약액이 자연 건조될 경우 기판 상에 형성된 패턴이 기울어지는 리닝 현상이나, 기판 상에 얼룩이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 건조 공정을 진행하기 직전까지 상기 기판을 젖음 상태로 유지할 필요가 있다.
또한, 상기 건조 공정을 수행하는 장치는 상기 초임계 상태의 이산화탄소로만 상기 기판을 건조하므로, 상기 장치를 이용하여 상기 기판을 다양한 방법으로 건조하기가 어렵다.
본 발명은 기판 상에 잔류하는 약액을 효과적으로 제거할 수 있는 기판 건조 장치를 제공한다.
본 발명은 기판 상에 잔류하는 약액을 효과적으로 제거할 수 있는 기판 건조 방법 제공한다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치는 기판을 건조하기 위한 건조 공정을 진행하는 챔버와, 상기 챔버 내부를 건조 가스 분위기로 형성하기 위해 상기 챔버 내부에 건조 가스를 공급하는 건조 가스 공급 유닛 및 상기 기판을 건조하기 위해 상기 챔버에 상기 건조 가스로부터 상변화된 초임계 유체를 공급하는 초임계 유체 공급 유닛을 포함할 수 있다 .
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 초임계 유체 공급 유닛은 상기 건조 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 가스 공급부에 연결되어 상기 가스를 가압하는 가압부와, 상기 가압부에 연결되어 상기 가스를 액체로 상변화시키는 액체 변환부 및 상기 액체 변환부 및 상기 챔버를 상호 연결시키며 상기 액체를 상기 초임계 유체로 상변화시켜 상기 챔버에 공급하는 초임계 유체 변환부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 초임계 유체 변환부는 상기 액체 변환부와 상기 챔버를 연결하는 제1 공급 라인과, 상기 제1 공급 라인 상에 배치되며, 상기 액체 변환부로부터 공급되는 액체를 가압하여 상기 초임계 유체로 상변화시키는 펌프와, 상기 펌프와 상기 챔버 사이의 제1 공급 라인 상에 배치되며, 상기 초임계 유체를 저장하는 탱크 및 상기 제1 공급 라인 상에 배치되며, 상기 탱크로부터 상기 챔버로 공급되는 초임계 유체의 흐름을 제어하는 제1 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 건조 가스 공급 유닛은 상기 가압부와 상기 챔버를 연결하며, 상기 챔버 내부로 상기 건조 가스를 공급하는 제2 공급 라인 및 상기 제2 공급 라인 상에 배치되며 상기 가스의 흐름을 제어하는 제2 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 기판 건조 장치는 상기 건조 가스로부터 상변화된 액체를 상기 챔버에 공급하여, 상기 기판의 약액을 상기 액체로 치환하는 건조 액체 공급 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 건조 액체 공급 유닛은 상기 액체 변환부와 상기 챔버를 연결하며, 상기 챔버 내부로 상기 액체를 공급하는 제3 공급 라인 및 상기 제3 공급 라인 상에 배치되며 상기 액체의 흐름을 제어하는 제3 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 기판 건조 장치는 상기 챔버와 연통되며 상기 초임계 유체를 회수하기 위한 회수 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 회수 유닛은 상기 챔버와 상기 초임계 유체 공급 유닛을 연결하는 회수 라인과, 상기 회수 라인 상에 배치되고, 상기 초임계 유체와 상기 약액의 혼합액을 상기 건조 가스와 상기 약액으로 분리하는 분리부 및 상기 회수 라인 상에 배치되고, 상기 건조 가스에 포함된 이물질을 여과하는 여과부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 기판 건조 장치는 상기 기판의 젖음 상태를 유지하기 위해 상기 기판 상에 약액을 공급하는 약액 공급 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 건조 방법은 챔버 내로 젖음 상태의 기판을 공급하는 단계와, 상기 기판을 건조시키기 위한 건조 가스를 상기 챔버로 공급하여 상기 챔버 내부를 건조 가스 분위기로 형성하는 단계와, 상기 기판을 건조시키기 위한 건조 가스를 액체로 상변화시키는 단계와, 상기 상변화된 액체를 초임계 유체로 상변화시키는 단계 및 상기 건조 가스 분위기의 챔버로 상기 초임계 유체를 공급하여 상기 기판을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 기판 건조 방법은 상기 건조 가스 분위기의 챔버로 상기 초임계 유체를 공급하여 상기 기판을 건조시키는 단계 이전에, 상기 상변화된 액체를 상기 건조 가스 분위기의 챔버로 공급하여 상기 챔버 내부의 상기 약액을 상기 액체로 치환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 기판 건조 방법은 상기 챔버로부터 상기 초임계 유체를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 챔버로부터 상기 초임계 유체를 회수하는 단계는 상기 챔버로부터 배출되는 초임계 유체와 약액의 혼합액을 상기 건조 가스와 상기 약액으로 분리하는 단계 및 상기 건조 가스에 포함된 이물질을 여과하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 기판 건조 방법은 상기 기판을 건조시키기 위한 건조 가스를 상기 챔버로 공급하여 상기 챔버 내부를 건조 가스 분위기로 형성하는 단계 이전에, 상기 기판 상에 약액을 공급하여 상기 기판의 젖음 상태를 유지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치 및 방법은 챔버를 건조 가스 분위기로 형성한 후 상기 초임계 유체를 상기 챔버 내로 공급하여 상기 기판을 건조한다. 상기 건조 가스 분위기에서 상기 초임계 유체와 상기 약액의 치환 반응이 활발하므로, 상기 기판의 건조 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 기판 건조 장치 및 방법은 상기 기판 건조 공정에 사용된 초임계 유체로부터 상기 건조 가스를 회수할 수 있으므로, 상기 건조 가스의 사용량을 감소시켜 상기 기판 건조 공정 비용을 줄일 수 있다.
그리고, 상기 기판 건조 장치 및 방법은 상기 초임계 유체를 챔버에 공급하기 전에 주입된 건조 방지용 약액을 건조 가스로부터 상변화된 액체로 치환하고 상기 상변화된 액체를 일정한 압력 및 온도 하의 상기 챔버 내에 유지함으로서 상기 액체를 초임계 유체로 상변화시킬 수 있다. 따라서, 상기 건조 방지용 약액이 감소됨으로써 세정액 또는 식각액이 상기 초임계 유체 내에 용해시켜서 상기 기판을 건조시키는 건조 공정을 수행하기 위한 공정 시간이 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 건조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 건조 장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조 장치(100)는 챔버(110), 약액 공급 유닛(120), 초임계 유체 공급 유닛(130), 건조 가스 공급 유닛(140), 건조 약액 공급 유닛(150), 온도 조절 유닛(160), 회수 유닛(170) 및 드레인 유닛(180)을 포함한다. 상기 기판 건조 장치(100)는 챔버(110) 내에 로딩된 기판 상에 잔류하는 약액을 제거하여 기판을 건조시킨다. 상기 기판은 반도체 소자를 형성하기 위한 웨이퍼 또는 평판 표시 소자를 형성하기 위한 유리 기판일 수 있다.
상기 챔버(110)는 상기 기판을 건조하기 위한 건조 공정을 진행하기 위한 공간을 제공한다. 상기 챔버(110)는 하부 용기(미도시) 및 상부 용기(미도시)를 포함한다.
상기 약액 공급 유닛(120)은 챔버(110) 내에 약액을 공급함으로써, 상기 챔버(110) 내에 로딩된 기판의 젖음 상태를 유지시킨다. 상기 약액은 상대적으로 낮은 표면 장력을 갖는 물질, 예를 들면 이소프로필알코올을 포함할 수 있다. 상기 기판을 젖음 상태로 유지시킴에 따라 기판이 자연적으로 건조되어 기판 상에 얼룩, 반점 등이 발생하는 현상이 억제될 수 있다.
상기 초임계 유체 공급 유닛(130)은 상기 건조 공정을 진행하기 위하여 상기 챔버(110) 내부에 초임계 유체를 공급한다. 상기 초임계 유체는 임계온도(Tc) 및 임계압력(Pc) 이상의 영역에 있는 유체로서 기체와 액체의 구별이 모호해져 임계압력 이상의 압력을 가하여도 액화가 되지 않는 비응축성 특성을 가진다. 즉, 초임계 유체의 물성은 액체적인 성질과 기체적인 성질을 모두 가지고 있어서, 기체와 같은 확산도와 점성, 액체와 같은 용해능력을 가지고 있다. 상기 초임계 유체의 예로는 초임계 이산화탄소, 초임계 산소, 초임계 아르곤, 초임계 크립톤, 초임계 제논, 초임계 암모니아 등을 들 수 있다. 참고적으로, 초임계 이산화탄소는 임계온도가 31℃ 이고, 임계압력이 72.8 기압(atm) 정도로서 임계영역(35℃, 75atm)에서의 점성은 0.03cP, 표면장력은 0 dyne(S)/cm, 밀도는 300kg/㎥의 물성을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초임계 유체 공급 유닛(130)은 가스 공급부(131), 가압부(132), 액체 변환부(133) 및 초임계 유체 변환부(135)를 포함할 수 있다.
상기 가스 공급부(131)는 상기 초임계 유체를 형성하기 위한 건조 가스를 공급한다. 예를 들면, 상기 건조 가스는 이산화탄소 가스, 산소 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스, 제논 가스, 암모니아 가스 등을 포함할 수 있다.
상기 가압부(132)는 상기 가스 공급부(131)와 연결되며, 상기 가스 공급부(131)로부터 상기 건조 가스를 공급받아 상기 건조 가스의 압력을 증가시킨다. 예를 들면, 상기 가압부(132)는 상기 건조 가스의 압력을 50 내지 60bar로 증가시킬 수 있다. 상기 가압부(132)의 예로는 가스 부스터(gas booster)를 들 수 있다.
상기 액체 변환부(133)는 상기 가압부(132)와 연결된다. 상기 액체 변환부(133)는 상기 가압부(132)로부터 상기 가압된 가스를 공급받아 상기 가압된 가스를 액체 상태로 상변화시킨다. 예를 들면, 상기 액체 변환부(133)는 상기 증가된 압력을 갖는 건조 가스를 냉각하여 액체로 변환될 수 있다. 상기 액체 변환부(133)의 예로는 콘덴서를 들 수 있다. 따라서 상기 액체 변환부(133)로부터 유출되는 유체 상태는 액체일 수 있다.
상기 초임계 유체 변환부(135)는 상기 액체 변환부(133)와 상기 챔버(110)를 상호 연결시킨다. 상기 초임계 유체 변환부(135)는 상기 액체 변환부(133)로부터 유출된 액체를 초임계 유체로 상변화시킨다. 상기 초임계 유체 변환부(135)는 상변화된 상기 초임계 유체를 상기 챔버(110)에 공급한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초임계 유체 변환부(135)는 제1 공급 라인(135a), 펌프(135b), 탱크(135c) 및 제1 밸브(135d)를 포함할 수 있다.
상기 제1 공급 라인(135a)은 상기 액체 변환부(133) 및 상기 챔버(110)를 연결한다. 상기 펌프(135b)는 상기 제1 공급 라인(135a) 상에 배치된다. 상기 펌프(135b)는 상기 액체의 압력 및 온도를 제어함으로써 상기 액체를 상기 초임계 유체로 변환한다. 상기 탱크(135c)는 상기 펌프(135b)와 상기 챔버(110) 사이의 상기 제1 공급 라인(135a) 상에 배치된다. 상기 탱크(135c)는 상기 펌프(135b)에 의하여 변환된 상기 초임계 유체를 저장한다. 상기 탱크(135c)는 상기 초임계 유체의 상태를 유지하기 위하여 그 내부의 압력 및 온도가 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 초임계 유체가 이산화탄소일 경우, 상기 탱크(135c)는 300bar 의 압력 및 60℃의 온도로 조절될 수 있다. 상기 제1 밸브(135d)는 상기 탱크(135c)와 상기 챔버(110) 사이의 상기 제1 공급 라인(135a) 상에 배치된다. 상기 제1 밸브(135d)는 상기 탱크(135c)로부터 상기 챔버(110)로 공급되는 상기 초임계 유체의 흐름을 제어한다.
상기 건조 가스 공급 유닛(140)은 상기 건조 가스를 상기 챔버(110) 내부로 공급한다. 따라서, 상기 건조 가스 공급 유닛(150)은 상기 챔버(110) 내부를 상기 건조 가스 분위기로 형성한다.
상기 건조 가스 공급 유닛(140)은 제2 공급 라인(141) 및 제2 밸브(142)를 포함한다.
상기 제2 공급 라인(141)은 상기 가압부(132)로부터 상기 챔버(110)를 연결한다. 다른 예로, 도시되지는 않았지만 상기 제2 공급 라인(141)은 상기 가스 공급부(131)와 상기 챔버(110)를 연결할 수도 있다. 상기 가압부(132)에서 가압된 건조 가스가 상기 제2 공급 라인(141)을 통해 상기 챔버(110) 내부로 공급된다. 상기 건조 가스는 상기 챔버(110) 내부를 상기 건조 가스 분위기로 형성한다. 상기 건조 가스 분위기는 후술하는 초임계 유체와 상기 약액의 치환 반응을 향상시켜 상기 기판의 건조 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 제2 밸브(142)는 상기 제2 공급 라인(141) 상에 배치되며, 상기 건조 가스의 흐름을 제어한다. 상기 챔버(110) 내부에 상기 약액이 공급된 후, 상기 제2 밸브(142)는 개방되어 상기 건조 가스를 상기 챔버(110)에 공급한다. 상기 챔버(110)에 상기 건조 가스 분위기가 형성되면, 상기 제2 밸브(142)는 폐쇄될 수 있다.
상기 건조 약액 공급 유닛(150)은 상기 건조 가스로부터 상변화된 액체를 상기 챔버(110) 내부에 공급한다. 따라서, 상기 건조 약액 공급 유닛(150)은 상기 챔버 내부의 상기 약액을 상기 상변화된 액체로 치환시킨다.
상기 건조 약액 공급 유닛(150)은 제3 공급 라인(151) 및 제3 밸브(152)를 포함한다.
상기 제3 공급 라인(151)은 상기 액체 변환부(133)와 상기 챔버(110)를 연결하며, 상기 챔버(110) 내부에 상기 상변화된 액체를 공급한다. 챔버(110)로 공급된 상기 상변화된 액체는 상기 챔버(110) 내부에 장착된 상기 기판의 건조를 방지한다.
상기 제3 밸브(152)는 상기 제3 공급 라인(151) 상에 배치되며, 상기 액체의 흐름을 제어한다. 상기 챔버(110) 내부에 상기 약액이 공급된 후 또는 상기 챔버(110) 내부에 상기 약액이 공급되고 상기 챔버(110) 내부가 상기 건조 가스 분위기가 형성된 후, 상기 제3 밸브(152)가 개방되어 상기 액체 변환부(133)로 상기 상변화된 액체를 상기 챔버(110)에 공급한다. 상기 챔버(110)가 상기 상변화된 액체로 채워질 경우, 상기 제3 밸브(152)는 폐쇄될 수 있다.
상기 온도 조절 유닛(160)은 상기 기판 건조 공정이 수행되는 동안 상기 챔버(110)의 온도를 일정하게 유지한다.
상기 온도 조절 유닛(160)은 상기 챔버(110)를 가열하는 가열부(161) 및 상기 챔버(110)를 냉각하는 냉각부(165)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가열부(161)는 히터(162) 및 제1 순환 라인(163)을 포함한다. 상기 히터(162)는 항온수를 가열한다. 상기 제1 순환 라인(163)은 상기 히터(162)와 연결되고, 상기 챔버(110)의 주위 또는 내부를 순환하여 상기 챔버(110)를 일정한 온도로 가열한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 가열부(161)는 상기 챔버(110)읜 주위 또는 내부에 직접 배치되는 열선일 수 있다.
상기 냉각부(165)는 칠러(166) 및 제2 순환 라인(167)을 포함한다. 상기 칠러(166)는 냉매를 냉각한다. 상기 냉매로는 물, 액체 이산화탄소, 액체 산소, 액체 아르곤, 액체 크립톤, 액체 제논, 액체 암모니아 등이 사용될 수 있다. 상기 제2 순환 라인(167)은 상기 칠러(166)와 연결되고, 상기 챔버(110)의 주위 또는 내부를 순환하여 상기 챔버(110)를 일정한 온도로 냉각한다.
상기 냉매로 액체 이산화탄소, 액체 산소, 액체 아르곤, 액체 크립톤, 액체 제논, 액체 암모니아 등이 사용되는 경우, 상기 냉각부(165)는 상기 칠러(166)와 상기 액체 변환부(133)를 연결하는 액체 공급 라인(168)을 더 포함할 수 있다. 상기 액체 공급 라인(168)을 통해 상기 액체 변환부(133)로부터 상변화된 액체가 상기 칠러(166)로 공급될 수 있다. 따라서, 상기 상변화된 액체를 상기 챔버(110)를 냉각하기 위한 냉매로 사용할 수 있다.
상기 회수 유닛(170)은 상기 기판을 건조시킨 후 약액과 함께 배출되는 상기 초임계 유체를 회수하기 위한 것으로, 회수 라인(171), 제4 밸브(172), 분리부(173) 및 여과부(174)를 포함한다.
상기 회수 라인(171)은 상기 챔버(110)와 상기 초임계 유체 공급 유닛(130)을 연결한다. 일 예로, 도 1과 같이 상기 회수 라인(171)은 상기 초임계 유체 공급 유닛(130)의 액체 변환부(133)와 연결될 수 있다. 다른 예로, 상기 회수 라인(171)은 상기 초임계 유체 공급 유닛(130)의 가압부(132) 또는 가스 공급부(131)와 연결될 수도 있다.
상기 제4 밸브(172)는 상기 회수 라인(171) 상에 배치되며, 상기 약액과 상기 초임계 유체의 혼합액의 배출을 제어한다. 일 예로, 상기 제4 밸브(172)는 상기 제1 밸브(135d)와 동시에 개폐될 수 있다. 다른 예로, 상기 제4 밸브(172)는 상기 제1 밸브(135d)와 순차적으로 개폐될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 밸브(135d)가 개방된 후 상기 제4 밸브가(172)가 개방되고, 상기 제1 밸브(135d)가 차단된 후 상기 제4 밸브(172)가 차단될 수 있다.
상기 분리부(173)는 상기 회수 라인(171) 상에 배치되며, 상기 초임계 유체와 상기 약액의 혼압액으로부터 상기 약액을 분리한다. 또한, 상기 분리부(173)는 상기 약액이 분리된 상기 초임계 유체의 압력과 온도를 조절하여 상기 초임계 유체를 상기 건조 가스 상태로 상변화시킨다. 이때, 상기 분리된 약액은 외부로 배출된다. 상기 배출된 약액은 여과 과정을 거쳐 재사용되거나 폐기될 수 있다.
상기 여과부(174)는 상기 회수 라인(171) 상에 배치되고, 상기 분리부(173)로부터 공급되는 상기 건조 가스에 포함된 이물질을 여과한다.
상기 여과부(174)를 통과한 상기 건조 가스는 상기 초임계 유체 공급 유닛(130)으로 공급되어 재사용될 수 있다. 따라서, 상기 건조 가스의 사용량을 줄일 수 있다.
상기 드레인 유닛(180)은 상기 챔버(110)와 연결되며, 상기 약액을 상기 상변화된 액체로 치환하기 위하여 상기 약액을 상기 챔버(110) 외부로 드레인 시킨다. 상기 드레인 유닛(180)은 드레인 라인(181) 및 인젝터(182)를 포함할 수 있다. 상기 드레인 라인(181)은 상기 챔버(110)와 연결된다. 상기 인젝터(182)는 상기 챔버(110) 내부의 상기 약액을 드레인 시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 기판 건조 장치(100)는 초임계 유체를 챔버(110)에 공급하기 전에 상기 챔버(110) 내부를 건조 가스 분위기로 형성하므로, 상기 초임계 유체를 이용한 보다 효과적으로 상기 세정액 또는 식각액을 기판으로부터 제거할 수 있다.
또한, 상기 기판 건조 공정에 사용된 초임계 유체를 회수하여 재사용하므로, 상기 기판 건조 공정에 따른 건조 가스의 사용량을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조 방법에 있어서, 먼저 젖음 상태가 유지된 기판을 챔버(110) 내부로 공급한다(S110). 상기 기판은 예를 들면 이소프로필알코올을 도포한 습식 이송 방식으로 이송될 수 있다. 따라서 기판 이송중 상기 기판에 형성된 패턴이 기울어지는 것이 억제될 수 있다.
상기 기판에 대한 건조 공정이 수행되는 동안 상기 챔버(110)는 온도 조절 유닛(160)에 의해 일정한 온도로 유지될 수 있다.
이어서, 상기 챔버(110) 내에 장착된 기판 상에 약액을 공급하여 기판의 젖음 상태를 유지시킨다(S120). 상기 약액은 예를 들면, 이소프로필알코올과 같은 상대적으로 낮은 표면 장력을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
다른 예로, 상기 챔버(110) 내에 장착된 기판 상에 약액을 공급하여 기판의 젖음 상태를 유지시키는 공정은 생략하고 상기 기판에 대한 건조 공정이 수행될 수 있다.
이후, 상기 기판을 건조하기 위한 건조 가스를 준비한다(S130). 상기 건조 가스는 이산화탄소 가스, 산소 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스, 제논 가스, 암모니아 가스 등을 포함할 수 있다.
상기 건조 가스를 상기 챔버(110) 내부로 공급하여 상기 챔버(110) 내부를 건조 가스 분위기로 형성한다(S140). 상기 건조 가스는 가압되어 상기 챔버(110)로 공급될 수 있다. 이때, 상기 건조 가스의 압력은 50 내지 60bar일 수 있다.
상기 기판을 건조하기 위한 건조 가스를 액체를 상변화시킨다(S150). 상변화된 상기 액체는 예를 들면, 액체 이산화탄소, 액체 산소, 액체 아르곤, 액체 크립톤, 액체 제논, 액체 암모니아일 수 있다. 상기 증가된 압력을 갖는 건조 가스를 냉각하여 액체로 변환할 수 있다.
이어서 상기 상변화된 액체를 초임계 유체로 상변화시킨다.(S160) 상기 상변화된 액체를 초임계 유체로 상변화시키기 위하여 펌프(135b)가 이용될 수 있다.
이어서, 상기 상변화된 초임계 유체를 상기 챔버(110) 내부로 공급하여 상기 기판을 건조시킬 수 있다(S170). 상기 챔버(110)가 상기 건조 가스 분위기 상태에서 상기 초임계 유체가 공급되므로, 상기 초임계 유체와 상기 약액의 치환 반응을 향상시켜 상기 기판의 건조 효과를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 상기 챔버로부터 배출되는 상기 초임계 유체와 상기 약액의 혼합액으로부터 상기 초임계 유체를 회수한다(S180). 상기 초임계 유체의 회수를 구체적으로 설명하면, 먼저 상기 혼합액을 상기 초임계 유체와 상기 약액으로 분리한다. 상기 약액이 분리된 상기 초임계 유체의 압력과 온도를 조절하여 상기 초임계 유체를 상기 건조 가스 상태로 상변화시킨다. 이때, 상기 분리된 약액은 외부로 배출된다. 상기 배출된 약액은 여과 과정을 거쳐 재사용되거나 폐기될 수 있다. 따라서, 상기 혼합액이 상기 건조 가스와 상기 약액으로 분리된다. 이후, 상기 건조 가스에 포함된 이물질을 여과한다. 상기 이물질이 제거된 건조 가스는 상기 기판 건조 공정에 재사용될 수 있다. 따라서, 상기 건조 가스의 사용량을 줄일 수 있다.
상기와 같은 기판 건조 방법은 상기 챔버를 건조 가스 분위기로 형성한 후 상기 초임계 유체를 상기 챔버 내로 공급하여 상기 기판을 건조한다. 상기 건조 가스 분위기에서 상기 초임계 유체와 상기 약액의 치환 반응이 활발하므로, 상기 기판의 건조 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 기판 건조 공정에 사용된 초임계 유체로부터 상기 건조 가스를 회수할 수 있으므로, 상기 건조 가스의 사용량을 감소시켜 상기 기판 건조 공정 비용을 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 건조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 젖음 상태가 유지된 기판을 챔버(110) 내부로 공급하는 공정(S210), 상기 챔버(110) 내에 장착된 기판 상에 약액을 공급하여 기판의 젖음 상태를 유지시키는 공정(S220), 상기 기판을 건조하기 위한 건조 가스를 준비하는 공정(S230), 상기 건조 가스를 상기 챔버(110) 내부로 공급하여 상기 챔버(110) 내부를 건조 가스 분위기로 형성하는 공정(S240), 상기 기판을 건조하기 위한 건조 가스를 액체를 상변화시키는 공정(S250)에 대한 구체적인 설명은 도 1 및 도 2를 참조한 기판 건조 방법의 기판을 챔버(110) 내부로 공급하는 공정(S110), 상기 챔버(110) 내에 장착된 기판 상에 약액을 공급하여 기판의 젖음 상태를 유지시키는 공정(S120), 상기 기판을 건조하기 위한 건조 가스를 준비하는 공정(S130), 상기 건조 가스를 상기 챔버(110) 내부로 공급하여 상기 챔버(110) 내부를 건조 가스 분위기로 형성하는 공정(S140), 상기 기판을 건조하기 위한 건조 가스를 액체를 상변화시키는 공정(S150)에 대한 설명과 실질적으로 동일하므로 생략한다.
상기 상변화된 액체를 상기 건조 가스 분위기의 챔버(110)로 공급하여 상기 챔버 내부를 상기 약액으로부터 상기 액체로 치환시킨다(S260). 따라서, 상기 약액이 후속하여 챔버(110) 내부에 공급되는 초임계 유체에 용해되는 용해도가 제한되어 있으므로 상기 약액을 상기 초임계 유체에 용해시키기 위한 공정 시간이 연장되는 것이 억제될 수 있다. 또한, 상기 약액이 상기 상변화된 액체로 치환됨과 동시에 상기 약액은 드레인 유닛(180)에 의해 배출될 수 있다. 따라서, 상기 챔버(110) 내부에 잔류하는 약액이 감소된다. 또한, 상기 상변화된 액체는 상기 챔버 내부의 온도 및 압력을 제어함에 따라 초임계 유체로 상변화될 수 있다. 따라서, 후속하여 초임계 유체가 챔버 내부로 공급됨과 더불어 상기 상변화된 액체가 챔버(110) 내에서 초임계 유체로 변환되어 상기 챔버 내에서 기판 상에 잔류하는 세정액 또는 식각액이 보다 효과적으로 제거될 수 있다.
후속하는 상기 상변화된 액체를 초임계 유체로 상변화시키는 공정(S270), 상기 상변화된 초임계 유체를 상기 챔버(110) 내부로 공급하여 상기 기판을 건조시키는 공정(S280), 상기 챔버로부터 배출되는 상기 초임계 유체와 상기 약액의 혼합액으로부터 상기 초임계 유체를 회수하는 공정(S290)에 대한 구체적인 설명은 도 1 및 도 2를 참조한 상변화된 액체를 초임계 유체로 상변화시키는 공정(S160), 상기 상변화된 초임계 유체를 상기 챔버(110) 내부로 공급하여 상기 기판을 건조시키는 공정(S170), 상기 챔버로부터 배출되는 상기 초임계 유체와 상기 약액의 혼합액으로부터 상기 초임계 유체를 회수하는 공정(S180)에 대한 설명과 실질적으로 동일하므로 생략한다.
상기와 같은 기판 건조 방법은 상기 챔버를 건조 가스 분위기로 형성한 후 상기 초임계 유체를 상기 챔버 내로 공급하여 상기 기판을 건조한다. 상기 건조 가스 분위기에서 상기 초임계 유체와 상기 약액의 치환 반응이 활발하므로, 상기 기판의 건조 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 기판 건조 공정에 사용된 초임계 유체로부터 상기 건조 가스를 회수할 수 있으므로, 상기 건조 가스의 사용량을 감소시켜 상기 기판 건조 공정 비용을 줄일 수 있다.
또한, 상기 기판 건조 방법은 상기 초임계 유체를 챔버에 공급하기 전에 주입된 건조 방지용 약액을 건조 가스로부터 상변화된 액체로 치환하고 상기 상변화된 액체를 일정한 압력 및 온도 하의 상기 챔버 내에 유지함으로서 상기 액체를 초임계 유체로 상변화시킬 수 있다. 따라서, 상기 건조 방지용 약액이 감소됨으로써 세정액 또는 식각액이 상기 초임계 유체 내에 용해시켜서 상기 기판을 건조시키는 건조 공정을 수행하기 위한 공정 시간이 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 건조 장치 및 방법은 기판의 건조 효과를 향상시키고, 상기 건조 가스의 사용량을 감소시켜 상기 기판 건조 공정 비용을 줄일 수 있다. 또한, 기판 건조 장치 및 방법은 상기 기판 건조 공정을 수행하기 위한 공정 시간을 줄일 수 있다. 그러므로, 상기 기판 건조 장치 및 방법을 이용한 기판 건조 공정의 효율을 향상시킬 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.
100 : 기판 건조 장치 110 : 챔버
120 : 약액 공급 유닛 130 : 초임계 유체 공급 유닛
131 : 가스 공급부 133 : 액체 변환부
135 : 초임계 유체 변환부 135a : 제1 공급 라인
135b : 펌프 135c : 탱크
135d : 제1 밸브 140 : 건조 가스 공급 유닛
141 : 제2 공급 라인 142 : 제2 밸브
150 : 건조 액체 공급 유닛 151 : 제3 공급 라인
152 : 제3 밸브 160 : 온도 조절 유닛
170 : 회수 유닛 180 : 드레인 유닛

Claims (11)

  1. 기판을 건조하기 위한 건조 공정을 진행하는 챔버;
    상기 챔버 내부를 건조 가스 분위기로 형성하기 위해 상기 챔버 내부에 건조 가스를 공급하는 건조 가스 공급 유닛; 및
    상기 기판을 건조하기 위해 상기 챔버에 상기 건조 가스로부터 상변화된 초임계 유체를 공급하는 초임계 유체 공급 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초임계 유체 공급 유닛은,
    상기 건조 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 가스 공급부에 연결되어 상기 가스를 가압하는 가압부;
    상기 가압부에 연결되어 상기 가스를 액체로 상변화시키는 액체 변환부; 및
    상기 액체 변환부 및 상기 챔버를 상호 연결시키며 상기 액체를 상기 초임계 유체로 상변화시켜 상기 챔버에 공급하는 초임계 유체 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 건조 가스로부터 상변화된 액체를 상기 챔버에 공급하여, 상기 기판의 약액을 상기 액체로 치환하는 건조 액체 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 챔버와 연통되며 상기 초임계 유체를 회수하기 위한 회수 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 회수 유닛은
    상기 챔버와 상기 초임계 유체 공급 유닛을 연결하는 회수 라인;
    상기 회수 라인 상에 배치되고, 상기 초임계 유체와 상기 약액의 혼합액을 상기 건조 가스와 상기 약액으로 분리하는 분리부; 및
    상기 회수 라인 상에 배치되고, 상기 건조 가스에 포함된 이물질을 여과하는 여과부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판의 젖음 상태를 유지하기 위해 상기 기판 상에 약액을 공급하는 약액 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 장치.
  7. 챔버 내로 젖음 상태의 기판을 공급하는 단계;
    상기 기판을 건조시키기 위한 건조 가스를 상기 챔버로 공급하여 상기 챔버 내부를 건조 가스 분위기로 형성하는 단계;
    상기 기판을 건조시키기 위한 건조 가스를 액체로 상변화시키는 단계;
    상기 상변화된 액체를 초임계 유체로 상변화시키는 단계; 및
    상기 건조 가스 분위기의 챔버로 상기 초임계 유체를 공급하여 상기 기판을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 건조 가스 분위기의 챔버로 상기 초임계 유체를 공급하여 상기 기판을 건조시키는 단계 이전에,
    상기 상변화된 액체를 상기 건조 가스 분위기의 챔버로 공급하여 상기 챔버 내부의 상기 약액을 상기 액체로 치환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
  9. 제7에 있어서, 상기 챔버로부터 상기 초임계 유체를 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 챔버로부터 상기 초임계 유체를 회수하는 단계는,
    상기 챔버로부터 배출되는 초임계 유체와 약액의 혼합액을 상기 건조 가스와 상기 약액으로 분리하는 단계; 및
    상기 건조 가스에 포함된 이물질을 여과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 기판을 건조시키기 위한 건조 가스를 상기 챔버로 공급하여 상기 챔버 내부를 건조 가스 분위기로 형성하는 단계 이전에,
    상기 기판 상에 약액을 공급하여 상기 기판의 젖음 상태를 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
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