KR20130010826A - 반도체 기판의 초임계 건조 방법 및 초임계 건조 장치 - Google Patents

반도체 기판의 초임계 건조 방법 및 초임계 건조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 형태에 따르면, 반도체 기판의 초임계 건조 방법은 반도체 기판을 표면이 알코올로 습윤된 상태로 챔버 내에 도입하는 공정과, 상기 챔버 내에 이산화탄소의 초임계 유체를 공급하는 공정과, 상기 반도체 기판상의 상기 약액을 상기 초임계 유체로 치환하는 공정과, 상기 챔버로부터 상기 초임계 유체 및 상기 알코올을 배출하고, 상기 챔버 내의 압력을 내리는 공정을 구비한다.
또한, 상기 챔버 내의 압력을 내린 후에, 상기 챔버 내에 산소 가스 또는 오존 가스를 공급하고, 베이킹 처리를 행한다.

Description

반도체 기판의 초임계 건조 방법 및 초임계 건조 장치{SUPERCRITICAL DRYING METHOD FOR SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND SUPERCRITICAL DRYING APPARATUS}
본 발명의 실시 형태는, 반도체 기판의 초임계 건조 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에는, 리소그래피 공정, 에칭 공정, 이온 주입 공정 등의 다양한 공정이 포함되어 있다. 각 공정의 종료 후, 다음 공정으로 이행하기 전에 웨이퍼 표면에 잔존하는 불순물이나 잔사를 제거해서 웨이퍼 표면을 청정하게 하기 위한 세정 공정 및 건조 공정이 실시되어 있다.
예를 들어, 에칭 공정 후의 웨이퍼의 세정 처리에서는 웨이퍼의 표면에 세정 처리를 위한 약액이 공급되고, 그 후에 순수(pure water)가 공급되어서 린스 처리가 행해진다. 린스 처리 후에는 웨이퍼 표면에 남아있는 순수를 제거해서 웨이퍼를 건조하는 건조 처리가 행해진다.
건조 처리를 행하는 방법으로는 예를 들어 웨이퍼 상의 순수를 이소프로필 알코올(IPA)로 치환해서 웨이퍼를 건조하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이 건조 처리 시에, 액체의 표면 장력에 의해 웨이퍼 상에 형성된 패턴이 도괴하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 표면 장력이 제로가 되는 초임계 건조가 제안되어 있다. 예를 들어, 챔버 내에서, 표면이 IPA로 습윤되어 있는 웨이퍼를, 초임계 상태로 한 이산화탄소(초임계 CO2 유체)에 침지한 상태로 함으로써, 웨이퍼 상의 IPA가 초임계 CO2 유체에 용해한다. 그리고, IPA가 용해하고 있는 초임계 CO2 유체를 서서히 챔버에서 배출한다. 그 후, 챔버 내의 압력 및 온도를 감소시키고, 초임계 CO2 유체를 가스(기체)로 상 전환하고 나서 챔버 외로 배출함으로써 웨이퍼를 건조한다.
그러나 챔버 내의 압력을 감소시켜 이산화탄소를 초임계 상태에서 가스(기체)로 상 전환할 때에 초임계 CO2 유체에 용해된 상태에서 챔버 내에 잔류하고 있었던 IPA가 웨이퍼 상에 응집 재흡착함으로써 발생하는 건조 자국 등에 의해, 웨이퍼 상에 파티클이 부착된다고 하는 문제점이 있었다.
도 1은 압력과 온도와 물질의 상 상태와의 관계를 나타내는 상태도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 초임계 건조 시스템의 개략 구성도.
도 3은 동 실시 형태에 관한 초임계 건조 방법을 설명하는 흐름도.
도 4는 이산화탄소 및 IPA의 상태도.
도 5는 베이킹 처리를 행한 경우와 행하지 않은 경우의 초임계 건조 처리 후의 반도체 기판의 표면을 도시하는 도면.
실시 형태에 따르면, 반도체 기판의 초임계 건조 방법은 반도체 기판을 표면이 알코올로 습윤된 상태에서 챔버 내에 도입하는 공정과, 상기 챔버 내에서 상기 반도체 기판을 이산화탄소의 초임계 유체에 침지시켜, 상기 반도체 기판상의 알코올을 상기 초임계 유체로 치환하는 공정과, 상기 챔버로부터 초임계 유체 및 상기 알코올을 배출하고, 상기 챔버 내의 압력을 감소시키는 공정을 구비한다. 또한, 상기 챔버 내의 압력을 감소시킨 후에, 상기 챔버 내에 산소 가스 또는 오존 가스를 공급하고, 베이킹 처리를 행한다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
우선, 초임계 건조에 대해서 설명한다. 도 1은, 압력과 온도와 물질의 상 상태와의 관계를 나타내는 상태도이다. 초임계 건조에 사용되는 초임계 유체의 기능 물질에는 3태라고 칭하는 기상(기체), 액상(액체), 고상(고체)의 3개의 존재 상태가 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 3개의 상은, 기상과 액상과의 경계를 나타내는 증기압 곡선(기상 평형 선), 기상과 고상과의 경계를 나타내는 승화 곡선, 고상과 액상과의 경계를 나타내는 용해 곡선으로 구획된다. 이들 3개의 상이 겹친 곳이 삼중점이다. 이 삼중점에서 증기압 곡선이 고온 측으로 연장되면, 기상과 액상이 공존하는 한계인 임계점에 도달한다. 이 임계점에서는 기상과 액상의 밀도가 같거나 기액 공존 상태의 계면이 소실된다.
그리고 임계점보다 고온, 고압의 상태에서는 기상, 액상의 구별이 없어지고, 물질은 초임계 유체가 된다. 초임계 유체는 임계 온도 이상으로 고밀도로 압축된 유체이다. 초임계 유체는, 용매 분자의 확산력이 지배적인 점에서는 기체와 유사하다. 한편, 초임계 유체는, 분자의 응집력의 영향을 무시할 수 없는 점에서는 액체와 유사하기 때문에, 다양한 물질을 용해하는 성질이 있다.
또한, 초임계 유체는 액체에 비해 매우 높은 침윤성(wettability)을 갖고, 미세한 구조에도 용이하게 침투하는 특징이 있다.
또한, 초임계 유체는 초임계 상태에서 직접 기상으로 전이하도록 건조함으로써, 기체와 액체의 계면이 존재하지 않도록, 즉 모관력(표면 장력)이 기능하지 않도록 하여 미세 구조를 파괴하지 않고 건조할 수 있다. 초임계 건조는, 이러한 초임계 유체의 초임계 상태를 이용해서 기판을 건조하는 것이다.
이 초임계 건조에 사용되는 초임계 유체로서는 예를 들어 이산화탄소, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 메탄, 에탄, 프로판, 물, 암모니아, 에틸렌, 플루오로메탄 등이 선택된다.
특히, 이산화탄소는 임계 온도가 31.1℃, 임계 압력이 7.37MPa로 비교적 저온·저압이므로, 용이하게 처리가 가능하다.
본 실시 형태에 있어서의 초임계 건조 처리는 이산화탄소를 사용한 것이다.
도 2에 본 발명의 실시 형태에 관한 초임계 건조 시스템의 개략 구성을 나타낸다. 초임계 건조 시스템은, 밤(bomb)(201), 냉각기(202, 203), 승압 펌프(204), 히터(205), 밸브(206, 207), 기액 분리기(208) 및 챔버(210)를 구비한다.
밤(201)은 액체 상태의 이산화탄소를 저류한다. 승압 펌프(204)는 밤(201)으로부터 이산화탄소를 분출하고, 승압해서 배출한다. 밤(201)으로부터 분출된 이산화탄소는, 배관(231)을 통해서 냉각기(202)에 공급되고, 냉각되고나서, 배관(232)을 통해서 승압 펌프(204)에 공급된다.
승압 펌프(204)는 이산화탄소를 승압해서 배출한다. 예를 들어, 승압 펌프(204)는 이산화탄소를 임계 압력 이상으로 승압한다. 승압 펌프(204)로부터 배출된 이산화탄소는 배관(233)을 통해서 히터(205)에 공급된다. 히터(205)는 이산화탄소를 임계 온도 이상으로 승온(가열)한다.
히터(205)로부터 배출된 이산화탄소는 배관(234)을 통해서 챔버(210)에 공급된다. 배관(234)에는 밸브(206)가 설치되어 있다. 밸브(206)는 챔버(210)에의 이산화탄소의 공급량을 조정한다.
또한, 배관(231 내지 234)에는 각각 파티클을 제거하는 필터(221 내지 224)가 설치되어 있다.
챔버(210)는, SUS로 형성되고, 소정의 내압성을 확보한 밀폐 가능한 고압 용기이다. 또한, 챔버(210)는 스테이지(211) 및 히터(212)를 갖는다. 스테이지(211)는 피처리 기판 W를 유지하는 링 상의 평판이다. 히터(212)는, 챔버(210) 내의 온도를 조정할 수 있다. 히터(212)는 챔버(210)의 외주부에 설치해도 된다.
챔버(210) 내의 기체나 초임계 유체는 배관(235)을 통해서 배출된다. 배관(235)에는 밸브(207)가 설치되어 있다. 밸브(207)의 개방도에 의해, 챔버(210) 내의 압력을 조정할 수 있다. 배관(235)의 밸브(207)보다 하류 측에서, 초임계 유체는 기체가 된다.
기액 분리기(208)는 기체와 액체를 분리한다. 예를 들어, 챔버(210)에서 알코올이 용해한 초임계 상태의 이산화탄소가 배출되었을 경우, 기액 분리기(208)는, 액체의 알코올과 기체의 이산화탄소를 분리한다. 분리된 알코올은 재이용할 수 있다.
기액 분리기(208)로부터 배출된 기체 상태의 이산화탄소는, 배관(236)을 통해서 냉각기(203)에 공급된다. 냉각기(203)는, 이산화탄소를 냉각해서 액체 상태로 하고, 배관(237)을 통해서 냉각기(202)에 배출한다. 냉각기(203)로부터 배출된 이산화탄소도 승압 펌프(204)에 공급된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 이산화탄소를 순환 사용할 수 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 초임계 건조 시스템에는, 챔버(210)에 연결되어, 챔버(210) 내에 산소 가스를 공급하는 배관(241)과, 챔버(210) 내에서 산소 가스 등을 배출하는 배관(243)이 설치되어 있다. 또한, 배관(241, 243)에는 각각 개폐 가능한 밸브(242, 244)가 설치되어 있다. 또한, 도 2에서는, 산소 가스를 저류하는 밤이나, 챔버(210)에 산소를 보내주는 펌프, 히터(212)를 제어하는 제어부 등의 도시는 생략하고 있다.
챔버(210) 내에서 베이킹 처리를 행하기 위해 챔버(210)에 산소 가스가 공급된다. 베이킹 처리에 의해, 챔버(210) 내의 유기물을 연소(산화)시켜서 제거할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 챔버(210)에 산소 가스를 공급하는 경우에 대해서 설명하지만, 오존 가스와 같은 다른 산화성 가스를 사용해도 된다. 산소 가스 또는 오존 가스를 공급하는 배관(241)에는 산소 가스 또는 오존 가스를 활성화하는 UV 램프를 구비할 수도 있다.
도 3에 본 실시 형태에 관한 반도체 기판의 세정 및 건조 방법을 설명하는 흐름도를 나타낸다.
(스텝 S101) 처리 대상의 반도체 기판이 도시하지 않은 세정 챔버에 반입된다. 그리고 반도체 기판의 표면에 약액이 공급되어, 세정 처리가 행해진다. 약액으로는 예를 들어 황산, 불산, 염산, 과산화수소 등을 사용할 수 있다.
여기서, 세정 처리란 레지스트를 반도체 기판으로부터 박리하는 것 같은 처리나, 파티클이나 금속 불순물을 제거하는 처리나, 기판상에 형성된 막을 에칭 제거하는 처리 등을 포함하는 것이다.
(스텝 S102) 반도체 기판의 표면에 순수가 공급되어, 반도체 기판의 표면에 잔류하고 있었던 약액을 순수에 의해 씻어 버리는 순수 린스 처리가 행해진다.
(스텝 S103) 반도체 기판의 표면에 알코올이 공급되어, 반도체 기판의 표면에 잔류하고 있었던 순수를 알코올로 치환하는 알코올 린스 처리가 행해진다. 알코올은 순수와 초임계 이산화탄소 유체의 양쪽에 용해하는(치환하기 쉬운) 것이 사용된다. 본 실시 형태에서는 이소프로필알코올(IPA)을 사용해서 설명한다.
(스텝 S104) 표면이 IPA로 습윤된 상태 그대로 자연 건조하지 않도록, 반도체 기판이 세정 챔버로부터 반출되고, 도 2에 도시하는 초임계 건조 시스템의 챔버(210)에 도입되어, 스테이지(211)에 고정된다. 반도체 기판의 고정 후, 챔버(210)를 밀폐한다.
(스텝 S105) 밤(201) 내의 이산화탄소 가스를 승압 펌프(204) 및 히터(205)에 의해 승압·승온하고, 배관(234)을 통해 챔버(210) 내에 공급한다. 밸브(207, 242 및 244)는 폐쇄되어 있고, 밸브(206)는 개방되어 있다.
챔버(210) 내의 압력·온도가 이산화탄소의 임계 압력·임계 온도 이상이 되면 챔버(210) 내의 이산화탄소는 초임계 유체(초임계 상태)가 된다. 또한, 챔버(210)에 접속된 배관(234) 중, 밸브(206)보다 하류측(밸브(206)와 챔버(210)와의 사이의 배관(234) 내)에서도, 이산화탄소는 초임계 유체가 된다. 또한, 이때, 히터(212)를 사용하여, 챔버(210) 내의 온도 T를 75℃ 이상, 또한 IPA의 임계 온도(235.6℃) 미만으로 한다. 챔버(210) 내의 온도 T를 상술한 온도 범위로 함으로써 초임계 건조를 행하지만, 실행적으로는 웨이퍼 표면 근방의 온도가 이 온도 범위가 되도록 조정하는 것이 요망된다. 또한, 온도 T를 이러한 온도로 설정하는 이유에 대해서는 후술한다.
도 4는, 이산화탄소와 IPA의 각각에 대한 압력과 온도와 상 상태와의 관계를 나타내는 상태도이다. 도 4에서는, 실선이 이산화탄소에 대응하고, 파선이 IPA에 대응한다. 본 스텝에 있어서의 챔버(210) 내의 이산화탄소의 변화는, 도 4에서의 화살표 A1에 상당한다.
(스텝 S106) 반도체 기판을, 초임계 CO2 유체에 소정 시간, 예를 들어 20분 정도 침지시킨다. 이에 의해, 반도체 기판상의 IPA가 초임계 CO2 유체에 용해하고, 반도체 기판으로부터 IPA가 제거된다. 바꿔 말하면, 반도체 기판상의 IPA가 초임계 CO2 유체로 치환된다.
이때, 배관(234)을 통해서 챔버(210) 내에 초임계 CO2 유체를 공급하면서, 밸브(207)를 개방하고, 배관(235)을 통해서 챔버(210) 내로부터, IPA가 용해한 초임계 CO2 유체가 서서히 배출되도록 한다.
또한, 챔버(210) 내의 온도 T는, 스텝 S105에서의 설정 온도의 상태로 되도록 히터(212)를 제어한다.
(스텝 S107) 밸브(207)를 개방해서 배기하고, 챔버(210) 내의 압력을 감소시킨다(도 4의 화살표 A2 참조). 배기 강압시의 챔버(210) 내의 온도가, 스텝 S105에 있어서의 설정 온도를 유지하도록 히터(212)를 제어한다. 도 4의 화살표 A2가 나타낸 바와 같이 챔버(210) 내의 압력 저하에 의해, 챔버(210) 내의 이산화탄소는 초임계 상태로부터 기체 상태로 변화하고, IPA는 액체 상태로부터 기체 상태로 변화한다.
또한, 강압시의 챔버(210) 내의 온도 T는, 75℃ 이상, IPA의 임계 온도(235.6℃) 미만이면 다소 변동해도 좋다. 챔버(210) 내의 온도 T가 상술한 온도 범위 내에서 유지되면서 초임계 건조는 행해지지만, 실행적으로는 웨이퍼 표면 근방의 온도가 이 온도 범위가 되도록 이산화탄소 초임계 건조 온도를 조정한다.
스텝 S105 내지 S107에서, 챔버(210) 내의 온도 T를 75℃ 이상으로 높게 함으로써, 초임계 CO2 유체에 용해하는 용매(IPA)의 클러스터가 작아지고, 스텝 S107에 있어서의 배기 강압 시에, 용매가 응집해서 반도체 기판에 떨어지는 파티클을 작게 할 수 있다. 또한, 용매가 응집해도 반도체 기판에 떨어지기 전에 기화시킬 수 있다.
한편, 온도 T를 IPA의 임계 온도 이상으로 하면, IPA가 초임계 상태가 되어, IPA로부터 분해한 생성물이 발생하고, 반도체 기판상에 형성된 텅스텐, 티타늄, 또는 질화티타늄을 포함하는 금속막이 에칭된다. 스텝 S105 내지 S107에서 , 온도 T를 IPA의 임계 온도 미만으로 함으로써, 금속막의 에칭을 억제하고, 반도체 디바이스의 전기적 특성이 열화 되는 것을 방지할 수 있다.
(스텝 S108) 챔버(210) 내의 압력이 1MPa 미만(예를 들어 대기압=0.1MPa)이 되면 밸브(206, 207)를 폐쇄하고, 밸브(242, 244)를 열고, 챔버(210) 내에 산소 가스를 공급한다. 그리고 히터(212)를 사용해서 챔버 내의 온도를 승온하고, 베이킹 처리를 행한다.
초임계 유체로서 사용되는 이산화탄소에는, 유기물 성분(유분)이 포함되어 있고, 이 유기물 성분이 반도체 기판상에 흡착한다. 본 스텝에서의 베이킹 처리는 이 유기물 성분을 연소해서 제거하는 것이다. 따라서, 이 베이킹 처리에 의해, 반도체 기판상의 유기물 성분에서 유래하는 파티클을 저감할 수 있다.
또한, 이 베이킹 처리에 의해, 챔버(210)의 내벽 등에 부착되어 있는 유기물 성분도 연소해서 제거할 수 있다. 연소한 유기물 성분은, 배관(243)을 통해서 챔버(210)로부터 배출된다.
본 스텝에서 , 챔버(210) 내의 온도를 어느 정도 승온할지는 연소시키는 유기물 성분(사용되는 이산화탄소에 포함되는 유기물 성분)에 따라 상이하다. 이하의 표 1에, 시판하고 있는 이산화탄소에 포함될 수 있는 유기물 성분의 일례와, 그 열분해 온도 또는 비점을 나타낸다.
Figure pat00001
따라서, 초임계 건조 처리를 행하기 전에, 도 2에 도시하는 초임계 건조 시스템에서 사용되는 밤(201)에 포함되는 이산화탄소의 유기물 성분을 검출해 두고, 스텝 S108에서는, 검출 결과에 기초하여 유기물 성분이 연소(기화)하는 온도, 즉 열분해 온도 또는 비점 이상으로 승온하는 것이 바람직하다.
(스텝 S109) 베이킹 처리 후, 반도체 기판을 냉각 챔버(도시하지 않음)에 반송해서 냉각한다.
스텝 S108의 베이킹 처리를 행하지 않은 경우와, 행한 경우의 실험 결과를 도 5의 (a) 및 (b)에 나타낸다. 이 실험에서는 온도 T를 150℃로 하고, 이산화탄소에는 4N 그레이드 제품을 사용했다. 또한, 실험에 사용한 반도체 기판의 크기는 300mm이다.
도 5의 (a)는, 베이킹 처리를 행하지 않은 경우의 초임계 건조 처리 후의 반도체 기판의 표면을 나타내고 있고, 크기 40nm 이상의 파티클의 수는 4252개이었다.
한편, 도 5의 (b)는, 챔버(210) 내의 배기 강압 후에 산소를 공급하고, 295℃에서 5분간 베이킹 처리를 행한 경우의 초임계 건조 처리 후의 반도체 기판의 표면을 나타내고 있고, 크기 40nm 이상의 파티클의 수는 1825개이었다. 베이킹 처리를 행함으로써, 이산화탄소 중의 유기물 성분에 기인하는 파티클의 발생을 억제하고, 파티클수를 저감할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서의 스텝 S108의 베이킹 처리를 생략하고, 스텝 S105 내지 S107에서의 온도 T를 40℃로 했을 경우, 75℃로 했을 경우, 97℃로 했을 경우 각각에 대해서, 건조 처리 후의 반도체 기판상에 있어서의, 크기 40nm 이상의 파티클의 수를 계측했다. 또한, 스텝 S105에서는 챔버(210) 내의 압력(이산화탄소의 분압)을 8MPa(임계 압력 이상)가 되게 승압하고, 반도체 기판의 크기는 300mm으로 했다.
그 결과, 반도체 기판상의 파티클수는 온도 T가 40℃의 경우에서 60000개 이상으로, 이는 오버플로우(파티클 측정기의 설정값 이상), 75℃의 경우에 있어서 35639개, 97℃의 경우에 있어서 9279개가 되었다. 반도체 기판상의 파티클수는 적은 쪽이 좋다. 온도 40℃에서는, 다수의 파티클이 반도체 기판상에 부착하고 있어 측정이 불가능하다. 따라서, 온도 T는 75℃ 이상이 바람직하고, 97℃ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 반도체 기판상의 IPA를 초임계 CO2 유체로 치환하고 배기 강압할(스텝 S105 내지 S107) 때의 챔버(210) 내의 온도를, 75℃ 이상 IPA의 임계 온도(235.6℃) 미만으로 함으로써, 반도체 기판상에 발생하는 치환 용매(본 실시 형태에서는 IPA)에 기인하는 파티클을 저감할 수 있다. 또한, 반도체 기판의 건조 처리 중에 텅스텐, 티타늄, 또는 질화티타늄을 포함하는 금속막이 에칭되는 것을 억제하고, 반도체 디바이스의 전기적 특성의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 챔버(210) 내의 배기 강압 후에, 챔버(210) 내에 산소 등의 산화성 가스를 공급하고, 챔버(210) 내를 승온해서 베이킹 처리를 행하고, 유기물 성분을 연소함으로써 이산화탄소에 포함되는 유기물 성분에 기인하는 파티클을 저감할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 스텝 S108의 베이킹 처리를 챔버(210) 내에 행하고 있었지만 베이킹 처리는 다른 챔버에서 행해도 좋다. 그 경우, 별도의 챔버에 산소 가스 또는 오존 가스를 공급하는 기구나 히터가 설치된다. 이때 산소 가스, 또는 오존 가스를 공급하는 배관에는 산소 가스, 또는 오존 가스를 활성화하기 위한 UV 램프를 구비하는 기구도 설치할 수 있다.
상기 실시 형태에서는 알코올 린스 처리에 IPA를 사용하는 예에 대해서 설명했지만, 에탄올, 메탄올, 불화 알코올 등을 사용해도 좋다. 그 경우, 스텝 S105로 설정되는 챔버(210) 내의 온도 T는, 사용한 알코올의 임계 온도 미만이 되도록 한다.
상기 실시 형태에서는, 베이킹 처리 후에 챔버(210)와는 다른 냉각 챔버에 반도체 기판을 반송하는 예에 대해서 설명했지만, 챔버(210)에 냉각 기구를 설치하고, 챔버(210) 내에서 반도체 기판의 냉각을 행해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 이산화탄소를 순환 사용하는 초임계 건조 시스템에 대해서 설명했지만, 초임계 건조 시스템의 구성은 이에 한정되지 않고, 이산화탄소를 순환 사용하지 않는 구성으로 해도 좋다.
본 발명은 상기 실시 형태 그대로 한정되는 것이 아니라, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형되어서 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소가 적당한 조합에 의해, 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에 나타나는 전체 구성 요소로부터 몇 개인가의 구성 요소를 삭제해도 좋다. 다른 실시 형태에 걸치는 구성 요소를 더욱 적절히 조합해도 좋다.

Claims (12)

  1. 반도체 기판의 초임계 건조 방법으로서,
    반도체 기판을 표면이 알코올로 습윤된 상태에서 챔버 내에 도입하고,
    상기 챔버 내에서 상기 반도체 기판을 이산화탄소의 초임계 유체에 침지시켜 상기 반도체 기판상의 상기 알코올을 상기 초임계 유체로 치환하고,
    상기 챔버로부터 상기 초임계 유체 및 상기 알코올을 배출하여 상기 챔버 내의 압력을 감소시키고,
    상기 챔버 내의 압력을 감소시킨 후에, 상기 챔버 내에 산소 가스 또는 오존 가스를 공급하여 베이킹 처리를 행하는 것을 포함하는, 반도체 기판의 초임계 건조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이킹 처리를 행하기 전에, 상기 챔버 내를 상기 이산화탄소에 포함되는 유기물 성분의 열분해 온도 또는 비점 이상으로 승온하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 초임계 건조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    약액을 사용해서 상기 반도체 기판을 세정하고,
    상기 반도체 기판의 세정 후에, 순수를 사용해서 상기 반도체 기판을 린스하고,
    상기 순수를 사용한 상기 반도체 기판의 린스 후, 상기 반도체 기판을 상기 챔버 내에 도입하기 전에, 상기 알코올을 사용해서 상기 반도체 기판을 린스하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 초임계 건조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판상에 금속막을 형성하고,
    상기 반도체 기판상의 상기 약액을 상기 초임계 유체로 치환하는 동안 및 상기 챔버 내의 압력을 감소시키는 동안, 상기 챔버 내의 온도를 75℃ 이상 및 상기 알코올의 임계 온도 미만으로 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 초임계 건조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반도체 기판상의 상기 약액을 상기 초임계 유체로 치환하는 동안 및 상기 챔버 내의 압력을 감소시키는 동안, 상기 챔버 내의 온도를 97℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 초임계 건조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 금속막은 텅스텐, 티타늄, 또는 질화티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 초임계 건조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 챔버 내의 압력을 대기압으로 감소시킨 상태에서 상기 챔버 내에 산소 가스 또는 오존 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 초임계 건조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 알코올은 이소프로필알코올인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 초임계 건조 방법.
  9. 초임계 건조 장치로서,
    반도체 기판을 수용하고 밀폐 가능한 챔버와,
    상기 챔버의 내부를 가열하는 히터와,
    상기 챔버에 이산화탄소를 공급하는 제1 배관과,
    상기 챔버로부터 이산화탄소를 배출하는 제2 배관과,
    상기 챔버에 산소 가스 또는 오존 가스를 공급하는 제3 배관과,
    상기 챔버의 내부가 상기 이산화탄소에 포함되는 유기물 성분의 열분해 온도 또는 비점 이상이 되도록 상기 히터를 제어하는 제어부
    를 구비하는, 초임계 건조 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제3 배관에 설치된 UV 램프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초임계 건조 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 챔버로부터 상기 산소 가스 또는 오존 가스를 배출하는 제4 배관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초임계 건조 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 챔버는 SUS로 형성되는 것을 특징으로 하는 초임계 건조 장치.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150078607A (ko) * 2013-12-31 2015-07-08 세메스 주식회사 탱크, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
US10406567B2 (en) 2014-08-29 2019-09-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and methods for substrate processing and manufacturing integrated circuit devices
KR20190115895A (ko) * 2018-04-04 2019-10-14 세메스 주식회사 확산계수 시뮬레이션 장치 및 확산계수 시뮬레이션 방법
KR20200076765A (ko) * 2018-12-18 2020-06-30 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 방법
KR20210007282A (ko) * 2019-07-10 2021-01-20 엘지전자 주식회사 유기용액 건조 장치
KR20210008891A (ko) * 2018-12-18 2021-01-25 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 방법
KR20210064925A (ko) * 2019-11-26 2021-06-03 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 처리 방법

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101874901B1 (ko) * 2011-12-07 2018-07-06 삼성전자주식회사 기판 건조 장치 및 방법
TWI627667B (zh) 2012-11-26 2018-06-21 應用材料股份有限公司 用於高深寬比半導體元件結構具有污染物去除之無黏附乾燥處理
KR102037844B1 (ko) * 2013-03-12 2019-11-27 삼성전자주식회사 초임계 유체를 이용하는 기판 처리 장치, 이를 포함하는 기판 처리 시스템, 및 기판 처리 방법
JP5607269B1 (ja) * 2014-01-17 2014-10-15 株式会社東芝 基板処理方法及び装置
US9527118B2 (en) 2014-11-10 2016-12-27 Semes Co., Ltd. System and method for treating a substrate
KR101661178B1 (ko) * 2014-11-18 2016-10-04 주식회사 테라세미콘 기판 프로세싱 장치
WO2017062135A1 (en) * 2015-10-04 2017-04-13 Applied Materials, Inc. Drying process for high aspect ratio features
KR102314667B1 (ko) 2015-10-04 2021-10-20 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 작은 열 질량의 가압 챔버
TWI767920B (zh) * 2016-07-15 2022-06-21 美商應用材料股份有限公司 乾燥高深寬比特徵
CN107644822B (zh) * 2016-07-21 2020-12-15 弘塑科技股份有限公司 半导体干燥设备和半导体干燥用处理液体循环与过滤方法
US10872760B2 (en) * 2016-07-26 2020-12-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Cluster tool and manufacuturing method of semiconductor structure using the same
KR20180013337A (ko) * 2016-07-29 2018-02-07 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 방법
JP6876417B2 (ja) * 2016-12-02 2021-05-26 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置の洗浄方法および基板処理装置の洗浄システム
KR102573280B1 (ko) 2018-03-21 2023-09-01 삼성전자주식회사 기판 세정 방법, 기판 세정 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법
JP7301575B2 (ja) * 2018-05-15 2023-07-03 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法、記憶媒体及び基板処理装置
CN110491770B (zh) * 2018-05-15 2024-04-09 东京毅力科创株式会社 基板处理方法、存储介质以及基板处理装置
JP7231350B2 (ja) * 2018-07-25 2023-03-01 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板処理方法および基板処理装置
JP7493325B2 (ja) * 2019-11-25 2024-05-31 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
CN112856981A (zh) * 2021-01-13 2021-05-28 东莞理工学院 一种用于mems器件圆片的自动干燥设备
TWI784545B (zh) * 2021-05-26 2022-11-21 國立中山大學 晶圓常溫乾燥方法
CN114405908B (zh) * 2021-12-31 2023-07-25 至微半导体(上海)有限公司 一种适用于晶圆化学品蚀刻后的清洗方法
WO2023153222A1 (ja) * 2022-02-08 2023-08-17 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置、および基板処理方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02255534A (ja) * 1989-03-28 1990-10-16 Nec Corp Ｂｉ系超伝導薄膜の製造方法
US5417768A (en) * 1993-12-14 1995-05-23 Autoclave Engineers, Inc. Method of cleaning workpiece with solvent and then with liquid carbon dioxide
US6960242B2 (en) 2002-10-02 2005-11-01 The Boc Group, Inc. CO2 recovery process for supercritical extraction
JP2004152925A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Sony Corp 洗浄方法
US20040231707A1 (en) * 2003-05-20 2004-11-25 Paul Schilling Decontamination of supercritical wafer processing equipment
KR100505693B1 (ko) 2003-06-26 2005-08-03 삼성전자주식회사 미세 전자 소자 기판으로부터 포토레지스트 또는 유기물을세정하는 방법
DE102004029077B4 (de) * 2003-06-26 2010-07-22 Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon Vorrichtung und Verfahren zur Entfernung eines Photoresists von einem Substrat
JP2005138063A (ja) * 2003-11-10 2005-06-02 Mitsubishi Materials Corp 超臨界二酸化炭素とオゾンによる洗浄方法
JP2007149866A (ja) * 2005-11-25 2007-06-14 Elpida Memory Inc 半導体シリコン基板の製造方法およびその製造装置
JP4933789B2 (ja) * 2006-02-13 2012-05-16 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体
KR100837325B1 (ko) * 2006-05-24 2008-06-11 삼성전자주식회사 초임계 유체를 이용한 식각, 세정 및 건조 방법들 및 이를위한 챔버 시스템
JP4645548B2 (ja) * 2006-07-26 2011-03-09 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンウェーハ表面の有機物除去方法
US7838425B2 (en) * 2008-06-16 2010-11-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of treating surface of semiconductor substrate
JP2010074140A (ja) * 2008-08-22 2010-04-02 Toshiba Corp 基板処理装置および基板処理方法
JP5359286B2 (ja) 2009-01-07 2013-12-04 東京エレクトロン株式会社 超臨界処理装置、基板処理システム及び超臨界処理方法
KR101044408B1 (ko) * 2009-05-27 2011-06-27 세메스 주식회사 기판 처리 방법
JP5293459B2 (ja) 2009-07-01 2013-09-18 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
JP2011249454A (ja) 2010-05-25 2011-12-08 Toshiba Corp 超臨界乾燥方法
JP2012049446A (ja) 2010-08-30 2012-03-08 Toshiba Corp 超臨界乾燥方法及び超臨界乾燥システム
JP5620234B2 (ja) 2010-11-15 2014-11-05 株式会社東芝 半導体基板の超臨界乾燥方法および基板処理装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150078607A (ko) * 2013-12-31 2015-07-08 세메스 주식회사 탱크, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
US10406567B2 (en) 2014-08-29 2019-09-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and methods for substrate processing and manufacturing integrated circuit devices
KR20190115895A (ko) * 2018-04-04 2019-10-14 세메스 주식회사 확산계수 시뮬레이션 장치 및 확산계수 시뮬레이션 방법
KR20200076765A (ko) * 2018-12-18 2020-06-30 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 방법
CN111508864A (zh) * 2018-12-18 2020-08-07 细美事有限公司 用于处理基板的装置和方法
KR20210008891A (ko) * 2018-12-18 2021-01-25 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 방법
CN111508864B (zh) * 2018-12-18 2023-12-12 细美事有限公司 用于处理基板的装置和方法
KR20210007282A (ko) * 2019-07-10 2021-01-20 엘지전자 주식회사 유기용액 건조 장치
KR20210064925A (ko) * 2019-11-26 2021-06-03 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 처리 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US9583330B2 (en) 2017-02-28
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KR101367468B1 (ko) 2014-02-25
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