KR20150105589A

KR20150105589A - 기판의 건조 방법

Info

Publication number: KR20150105589A
Application number: KR1020140027470A
Authority: KR
Inventors: 장범수; 최원석
Original assignee: 주식회사 제우스
Priority date: 2014-03-08
Filing date: 2014-03-08
Publication date: 2015-09-17
Also published as: KR101941214B1; WO2015137617A1

Abstract

일 실시 예에 따르는 기판의 건조 방법에 있어서, 세정액에 의해 처리된 기판을 준비한다. 탈이온수를 이용하여 상기 기판으로부터 상기 세정액을 제거한다. 알코올을 포함하는 제1 유기 용제를 상기 기판에 제공하여, 상기 기판 상에 잔류하는 상기 탈이온수를 상기 제1 유기 용제로 교체한다. 하이드로플루오로올레핀(hydrofluoroolefin)을 포함하는 제2 유기 용제를 상기 기판에 제공하여, 상기 기판 상의 상기 제1 유기 용제를 상기 제2 유기 용제로 교체한다. 상기 제2 유기 용제를 상기 기판으로부터 제거한다.

Description

기판의 건조 방법{method of drying substrate}

본 발명은 기판의 건조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 공정의 세정 단계와 수반되는 기판의 건조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 평판 표시 소자의 제조 공정이나 반도체 제조 공정에서 유리 기판이나 웨이퍼 등과 같은 기판을 처리하는 공정에는 감광액 도포 공정(photoresist coating process), 현상 공정(developing process), 식각 공정(etching process), 화학기상증착 공정 (chemical vapor deposition process), 애싱 공정(ashing process) 등 다양한 공정이 수행된다.

또한, 각각의 공정을 수행하는 과정에서 기판에 부착된 각종 오염물을 제거하기 위해, 약액(chemical) 또는 순수(deionized water)를 이용한 세정 공정(wet cleaning process)이 수행된다. 또한, 이에 수반되어, 기판 표면에 잔류하는 약액 또는 순수를 건조시키기 위한 건조(drying process) 공정이 수행된다.

여기서 건조 공정은 원심력만으로 기판을 건조하는 장치와 이소프로필알코올(IPA, isopropyl alcohol)가 같은 유기용제를 이용하여 기판을 건조시키는 장치가 사용되고 있다.

관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2011-0120709호 (2011. 11. 04. 공개, 발명의 명칭 : 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법) 가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 작은 최소 선폭 크기와 이와 대비하여 높은 종횡비를 가지는 반도체 패턴 구조물을 형성할 때, 인접하는 패턴 구조물 간의 기울어짐(leaning) 불량을 억제할 수 있는 기판의 건조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르는 기판의 건조 방법이 개시된다. 상기 기판의 건조 방법에 있어서, 세정액에 의해 처리된 기판을 준비한다. 탈이온수를 이용하여 상기 기판으로부터 상기 세정액을 제거한다. 알코올을 포함하는 제1 유기 용제를 상기 기판에 제공하여, 상기 기판 상에 잔류하는 상기 탈이온수를 상기 제1 유기 용제로 교체한다. 하이드로플루오로올레핀(hydrofluoroolefin)을 포함하는 제2 유기 용제를 상기 기판에 제공하여, 상기 기판 상의 상기 제1 유기 용제를 상기 제2 유기 용제로 교체한다. 상기 제2 유기 용제를 상기 기판으로부터 제거한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르는 기판의 건조 방법이 개시된다. 상기 기판의 건조 방법에 있어서, 세정액에 의해 처리된 기판을 준비한다. 상기 기판을 제1 회전속도로 회전시키며, 탈이온수를 상기 기판으로 제공한다. 상기 기판을 제2 회전속도로 회전시키며, 탈이온수 및 알코올을 포함하는 제1 유기 용제를 상기 기판으로 제공한다. 상기 기판을 제2 회전속도로 회전시키며, 상기 탈이온수의 공급을 중단한 상태에서 상기 제1 유기 용제를 상기 기판으로 제공한다. 상기 기판을 제3 회전속도로 회전시키며, 상기 제1 유기 용제 및 하이드로플루오로올레핀을 포함하는 제2 유기 용제를 상기 기판으로 제공한다. 상기 기판을 제3 회전속도로 회전시키며, 상기 제1 유기 용제의 공급을 중단하고 상기 제2 유기 용제를 상기 기판으로 제공한다. 상기 기판에 열을 제공하여 상기 제2 유기 용제를 휘발시킨다. 상기 기판을 제4 회전속도로 회전시켜 상기 제2 유기 용제를 제거한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 공지의 이소프로필알코올보다 표면 장력이 작은 하이드로플루오로올레핀을 포함하는 유기 용제를 기판의 건조제로서 적용할 수 있다. 이로써, 기판의 건조 시에 패턴 구조물 상에 존재하는 건조제의 표면 장력에 의해 인접하는 패턴 구조물이 서로 기울어지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 탈이온수를 이용하는 세정단계, 알코올을 포함하는 제1 유기 용제를 상기 탈이온수와 교체하는 단계, 및 상기 하이드로플루오로올레핀을 포함하는 제2 유기 용제를 상기 제1 유기 용제와 교체하는 단계를 순차적으로 수행하여 건조 공정을 진행할 수 있다. 탈이온수와 충분히 혼합 가능한 제1 유기 용제를 적용함으로써, 상기 제2 유기 용제가 상기 탈이온수를 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있어 상기 기판의 건조 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 기판의 건조 과정에서 인접 패턴 구조물 사이에 기울어짐(leaning) 불량이 발생하는 일 예를 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기판의 건조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기판의 건조 공정을 개략적으로 나타내는 모식도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 기판의 건조 과정에서 인접 패턴 구조물 사이에 기울어짐(leaning) 불량이 발생하는 일 예를 개략적으로 나타내는 모식도이다. 구체적으로, 도 1a는 반도체 기판의 STI 구조물에서 기울어짐 불량이 발생하는 것을 개략적으로 나타내는 모식도이다. 도 1b는 반도체 기판의 정상적인 STI 구조물을 나타내는 전자현미경 사진이며, 도 1c는 기울어짐 불량이 발생한 반도체 기판의 STI 구조물을 나타내는 전자현미경 사진이다.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100)에 형성된 STI(Shallow Trench Isolation) 구조물(110a, 112a)이 개시되고 있다. 상기 STI 구조물은 공지의 STI 공정에 의해 진행될 수 있다. 일 예로서, 반도체 기판(100) 상에 패드 산화막 및 패드 질화막을 형성한다. 상기 패드 질화막 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 이용하여 상기 패드 산화막 및 상기 패드 질화막을 식각하여, 패드 산화막 패턴층(120) 및 패드 질화막 패턴층(130)을 형성한다. 이어서, 패드 산화막 패턴층(120) 및 패드 질화막 패턴층(130)을 식각 마스크로 사용하여, 반도체 기판(100)을 트렌치 식각 함으로써, 복수의 STI 구조물(110a, 112a)를 형성할 수 있다. 복수의 STI 구조물(110a, 112a)를 형성 후에, 반도체 기판(100)을 세정 및 건조하는 공정을 수행한다.

한편, 반도체 기판(100)을 세정 및 건조하는 과정에서, 서로 인접하는 STI 구조물(110a, 112a) 사이에 분포하는 세정액(140)이 가지는 표면 장력은 서로 인접하는 STI 구조물(110a, 112a)에 대하여 측면 방향의 힘(Fs)을 발생시킬 수 있다.

최근에는 반도체 소자의 최소 선폭 크기가 감소하고 종횡비가 증가함에 따라, 반도체 패턴 구조물의 구조적 지지력도 약화되고 있다. 즉, 현재, STI 구조물(110a, 112a)의 선폭은 약 20 nm의 수준이며, STI 구조물(110a, 112a)의 높이는 약 300 내지 400 nm의 수준을 보이고 있다. 즉, 최소선폭이 약 20 nm 인 상태에서 종횡비는 약 15 ~ 20:1 로 구조적인 안정성이 열악한 상황이다. 이러한 상황에서 상기 측면 방향으로 발생하는 힘(Fs)은 서로 인접하는 STI 구조물(110a, 112a)을 서로 접합하게 하거나, STI 구조물(110a, 112a)을 쓰러지게 하는 등 기울어짐 불량을 발생시킬 수 있다.

도시되는 바와 같이, 도 1b의 정상적인 STI 구조물(110b, 112b)과 대비하여, 도 1c의 기울어짐 불량이 발생한 STI 구조물(110c 112c)에서는 이웃하는 STI 구조물(110c 112c)이 서로 접합하는 모습을 보여준다.

한편, 이러한, 기울어짐 불량은 상술한 STI(shallow trench insulation) 구조물 뿐만 아니라, 게이트 전극 구조물, 스토리지노드 전극 등, 좁은 피치 크기 및 높은 종횡비를 요구하는 반도체 구조물 형성 공정 모두에 발생할 수 있어 이를 방지할 방법이 요청되고 있다.

상술한 바와 같이, 반도체 패턴 구조물의 기울어짐 불량이, 세정 공정과 수반되는 건조 공정시에 패턴 구조물 상에 잔류하는 액체의 표면 장력에 의해 발생하므로, 본 발명의 발명자는 잔류하는 탈이온수를 기판으로부터 제거할 때 보다 작은 표면 장력을 가지는 건조제를 적용함으로써 상기 반도체 패턴 구조물의 불량을 효과적으로 억제시킬 수 있을 것으로 판단한다.

본 발명의 발명자에 따르면, 탈이온수의 표면 장력은 상온에서 약 72 dyne/cm 이다. 이소프로필알코올의 표면 장력은 상온에서 약 21 내지 22 dyne/cm 이며, 약 70 ℃로 가열할 경우, 약 16 내지 17 dyne/cm 이다. 본 발명의 실시 예에서는 보다 작은 표면 장력을 가지는 건조제로서, 하이드로플루오르올레핀(hydrofluoroolefin)을 포함하는 유기 용제가 개시된다. 하이드로플루오르올레핀은 수소(H), 불소(F) 및 탄소(C)를 포함하는 유기 화합물이며, 알칸기 대신 알켄기를 구비한다는 점에서 하이드로플루오르카본(Hydrofluorocarbon, HFC)과 차별될 수 있다. 상기 하드드로플로로올레핀은 일 예로서, 메톡시트리디카플루오르헵텐(methoxytridecafluoroheptene)을 포함할 수 있다. 상기 메톡시트리디카플로오르헵텐은 일 예로서, 듀폰(dupont) 사의 Suprion 상표를 가지는 공지의 유기 용제일 수 있다.

본 발명의 발명자에 따르면, 하이드로플루오로올레핀은 상온에서 약 14 dyne/cm의 표면 장력을 가질 수 있으며, 약 110 ℃ 부근의 온도에서 약 8.9 dyne/cm의 표면 장력을 가질 수 있다. 이러한, 하이드로플루오로올레핀은 상기 약 70 ℃로 가열할 경우의 이소프로필알코올의 표면 장력보다 낮은 표면 장력을 가질 수 있다. 결론적으로, 본 발명의 발명자는, 세정 공정 후의 건조제로서, 종래의 건조제보다 표면 장력이 작은 하이드로플루오로올레핀을 포함하는 유기 용제를 개시한다.

한편, 발명자에 따르면, 상기 하이드로플루오로올레핀은 이소프로필알코올보다 낮은 표면 장력을 가지는 반면, 탈이온수와의 용해도가 매우 낮아서 상기 탈이온수와 혼합되지 않는 단점을 가질 수 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 본 발명의 실시 예에서는 탈이온수와 충분히 혼합되는 특성을 가지는 알코올을 포함하는 제1 유기 용제를 중간 단계에서 채용한다. 이어서, 제1 유기 용제와의 충분히 혼합되는 특성을 가지는 제2 유기 용제를 적용하여, 기판 상에서 상기 제1 유기 용제를 상기 제2 유기 용제로 교체한다. 이어서, 상기 기판 상에서 상대적으로 가장 낮은 표면 장력을 가지는 제2 유기 용제를 안정적으로 제거함으로써, 최종적으로 상기 기판을 건조하는 방법을 개시한다.

이하에서는 상술한 하이드로플루오로올레핀을 포함하는 유기 용제를 적용하는 건조 방법을 구체적인 실시 예로서 상세히 기술하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기판의 건조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 이하의 기판 건조 방법은 단일 웨이퍼 단위로 건조 공정이 진행되는 실시 예를 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 카세트 단위의 배치 타입에도 변형하여 적용 가능하다.

도 2를 참조하면, S210 단계에서, 세정액에 의해 처리된 기판을 준비한다. 상기 기판의 처리 공정은, 일 예로서, 반도체 공정에 적용되는 공지의 습식 식각 공정일 수 있다. 따라서, 상기 세정액은 상기 습식 식각 공정에서 적용되는 식각액일 수 있다. 상기 식각액은 일 예로서, 희석된 불산 용액, 버퍼 산화막 식각액(Buffered Oxide etchant, BOE), 질산 용액, 인산 용액 등을 포함할 수 있다. 상기 기판은 반도체 공정이 적용되는 반도체 기판, 절연 기판 또는 전도성 기판일 수 있다. 일 예로서, 상기 기판은 실리콘 기판 또는 SOI 기판일 수 있다. 또는 상기 기판은 일 예로서, 유리 기판일 수 있다.

S220 단계에서, 탈이온수를 이용하여 상기 기판으로부터 상기 세정액을 제거한다. 일 실시 예에 있어서, 본 단계는 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 탈이온수를 상기 기판 상에 분사하는 공정으로 진행될 수 있다. 상기 기판으로 분사되는 탈이온수는 상기 세정액을 희석시키며 상기 기판을 세척할 수 있다. 상기 회전하는 기판은 상기 탈이온수가 상기 기판 상에서 균일하게 퍼지도록 할 수 있다.

S230 단계에서, 알코올을 포함하는 제1 유기 용제를 기판에 제공한다. 상기 알코올은 일 예로서, 메탄올, 에탈올 또는 이소프로필알코올을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 본 단계는 상기 탈이온수를 상기 기판 상에 분사하는 공정에 후속하여 진행될 수 있다. 구체적으로, 먼저, 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 탈이온수 및 상기 제1 유기 용제를 함께 상기 기판 상에 분사한다. 이어서, 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 탈이온수의 공급을 중단하고 상기 제1 유기 용제를 상기 기판 상에 분사한다.

상기 기판에 분사된 상기 제1 유기 용제는 상기 탈이온수와 서로 혼합될 수 있다. 상기 제1 유기 용제는 상기 탈이온수를 희석시켜 상기 기판으로부터 제거할 수 있다. 아울러, 상기 제1 유기 용제가 상기 기판 상을 유동함으로써, 상기 기판 상에 잔류하던 탈이온수를 교체하여 상기 제1 유기 용제가 상기 기판 상의 반도체 패턴 구조물을 덮도록 분포할 수 있다.

S240 단계에서, 하이드로플루오로올레핀을 포함하는 제2 유기 용제를 상기 기판에 제공한다. 상기 하이드로플루오로올레핀은 일 예로서, 메톡시트리디카플루오르헵텐을 포함할 수 있다. 상기 메톡시트리디카플로오르헵텐은 일 예로서, 듀폰(dupont) 사의 Suprion 상표를 가지는 공지의 유기 용제일 수 있다. 상기 제2 유기 용제의 표면 장력은 상기 제1 유기 용제보다 표면 장력이 작을 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 본 단계는 먼저, 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 제1 유기 용제 및 상기 제2 유기 용제를 함께 상기 기판 상에 분사한다. 이어서, 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 제1 유기 용제의 공급을 중단하고 상기 제2 유기 용제를 상기 기판 상에 분사한다.

상기 기판에 분사된 상기 제2 유기 용제는 상기 제1 유기 용제와 서로 혼합될 수 있다. 상기 제2 유기 용제는 상기 제1 유기 용제를 희석시켜, 상기 제1 유기 용제를 상기 기판으로부터 제거할 수 있다. 아울러, 상기 제2 유기 용제가 상기 기판 상을 유동함으로써, 상기 기판 상에 분포하던 상기 제1 유기 용제를 교체하여, 상기 제2 유기 용제가 상기 기판 상의 반도체 패턴 구조물을 덮도록 분포할 수 있다.

몇몇 실시 예들에 있어서, 상기 제2 유기 용제를 상기 기판 상에 분사하는 공정을 진행할 때, 상기 제2 유기 용제를 상온인 25 ℃ 이상 110℃ 이하로 가열한 후에, 상기 고온 상태의 상기 제2 유기 용제를 분사할 수도 있다. 상기 온도로 가열된 제2 유기 용제는 상온 상태에 비해 상대적으로 낮은 표면 장력을 가질 수 있다.

S250 단계에서, 상기 제2 유기 용제를 상기 기판으로부터 제거한다. 일 실시 예에 있어서, 본 단계는 먼저, 상기 기판에 열을 제공하여 상기 제2 유기 용제를 가열 또는 건조시킨다. 이에 의해, 상기 제2 유기 용제의 적어도 일부분이 휘발될 수 있다. 이때, 기판에 열을 제공하는 공정은 일 예로서, 상기 기판의 회전을 중단시킨 상태에서 기판의 상부에 배치된 히터를 이용하여 복사열을 상기 기판에 전달함으로써 진행될 수 있다. 다른 예로서, 기판에 열을 제공하는 공정은 상기 기판의 하부에 히트 블록과 같이 열을 전도 또는 대류시킬 수 있는 열원을 배치시키는 방법을 채용할 수 있다. 또다른 예로서, 기판에 열을 제공하는 공정은 상기 기판의 하부에 복사열을 발생시키는 히터를 배치시키는 방법을 채용할 수 있다. 또다른 예로서, 기판에 열을 제공하는 공정은 상기 기판의 하부에 고온으로 가열된 액체를 분사하는 방법을 채용할 수 있다.

상기 가열에 의하여 상기 유기 용제는 일 예로서, 상온인 25 ℃ 이상 110 ℃ 이하를 유지할 수 있다. 이어서, 상기 기판을 회전시켜 상기 제2 유기 용제를 제거할 수 있다.

또다른 실시 예에 의하면, 상기 제2 유기 용제를 가열 또는 건조하는 방법은, 상온인 25 ℃ 이상 110 ℃ 이하로 미리 가열시킨 상기 제2 유기 용제를 상기 기판에 분사하는 방법과 상술한 히터 또는 히터 블록을 이용하여 상기 기판에 열을 제공하는 방법을 동시에 적용하는 방법을 채용할 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 본 단계는 상기 기판의 상부에 배치된 히터를 이용하여 복사열을 상기 기판에 전달하면서, 동시에 상기 기판을 회전시켜 상기 제2 유기 용제를 제거하는 방법으로 진행될 수도 있다. 이때, 상기 기판에 전달된 열에 의해, 상기 제2 유기 용제는 일 예로서, 상온인 25 ℃ 이상 110 ℃ 이하를 유지할 수 있다.

몇몇 다른 실시 예들에 있어서, S240 단계에서, 상온인 25 ℃ 이상 110 ℃ 하로 미리 가열시킨 상기 제2 유기 용제를 상기 기판에 분사하는 경우, S250 단계에서 기판에 열을 제공하여 상기 제2 유기 용제를 가열시키는 공정을 생략할 수 있다. 이 경우, 상기 기판의 회전에 의하여 상기 유기 용제를 제거하는 공정이 진행될 수 있다.

상술한 건조 방법을 진행함으로써, 반도체 패턴 구조물의 기울어짐 현상이 억제된 기판을 제공할 수 있다. 결과적으로, 공지의 이소프로필알코올(IPA)보다 표면 장력이 작은 하이드로플루오로올레핀을 포함하는 유기 용제를 기판의 건조제로서 적용함으로써, 반도체 패턴 구조물 내 서로 인접하는 패턴 구조물의 기울어짐 불량을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 발명자에 따르면, 불소(F) 및 탄소(C)를 포함하는 유기 화합물은 이소프로필알코올보다 낮은 표면 장력을 가지는 화합물이 존재할 수 있는 반면에, 탈이온수와의 용해도가 매우 낮아서 상기 탈이온수와 혼합되지 않는 특성을 가질 수 있다. 또한, 불소(F) 및 탄소(C)를 포함하며 낮은 표면 장력을 가지는 유기 화합물의 대부분은 알코올과의 용해도도 충분히 높지 않다는 단점이 있다. 일 예로서, 퍼플루오르카본(perfluorocarbon)의 경우, 탄소와 불소의 유기 화합물인데, 상온에서 물 및 이소프로필알코올과 전혀 혼합되지 않는 것으로 발명자에 의해 판별되었다. 다른 예로서, 하이드로플루오로에테르(hydrofluoroether, HFE)의 경우, 약 11 dyne/cm 의 낮은 표면 장력을 가지나, 이소프로필알코올과는 상온에서 5 vol.% 이하의 낮은 용해도를 보이는 것으로 발명자에 의해 판별되었다.

본 발명의 발명자는 연구를 통해, 알코올과의 충분한 용해도 및 낮은 표면 장력을 구비하는 수소, 탄소, 및 불소의 유기화합물로서, 하이드로플루오로올레핀을 발견하고 이를 기판의 건조제로서 적용하는 방법을 개시한다. 또한, 탈이온수를 이용하는 세정단계, 상기 탈이온수와의 충분한 용해도를 가지는 알코올을 포함하는 제1 유기 용제를 적용하는 단계, 및 상기 알코올과 충분한 용해도를 가지는 하이드로플루오로올레핀을 포함하는 제2 유기 용제를 적용하는 단계를 순차적으로 진행함으로써, 상기 제2 유기 용제가 상기 탈이온수와 직접 접촉하는 것을 피할 수 있는 기판의 건조 방법을 개시한다.

도 3a 내지 도 3j는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 기판의 건조 공정을 개략적으로 나타내는 모식도이다. 도 3a 내지 도 3j에서는, 상기 건조 공정을 수행하는 기판의 건조 장치가 개략적으로 도시되고 있다. 도시된 기판의 건조 장치는, 일 예로서, 단일 웨이퍼 단위로 세정 및 건조 공정이 진행될 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 기판의 건조 장치는 회전부(210), 회전부(210)와 연결되어 동력을 전달받는 스핀 헤드부(212), 스핀 헤드부(212) 상에 배치되는 지지핀부(214)를 구비할 수 있다. 기판(220)은 지지핀부(214)에 의해 지지되도록 배치될 수 있다. 또한, 기판의 건조 장치는 기판(220)의 상부에 배치되고, 기판(220)으로 세정액 또는 건조제를 제공하는 복수의 공급 유닛(310, 320, 330, 340)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 기판의 건조 장치는 습식 식각액(230)을 분사하는 제1 공급 유닛(310), 탈이온수(240)를 분사하는 제2 공급 유닛(320), 알코올을 포함하는 제1 유기 용제를 분사하는 제3 공급 유닛(330) 및 하이드로플루오로올레핀을 포함하는 제2 유기 용제를 분사하는 제4 공급 유닛(340)을 포함할 수 있다.

도 3a를 다시 참조하면, 기판(220)에 대하여 습식 식각액(230)을 제공하여 세정 공정을 진행할 수 있다. 상기 세정 공정은 일 예로서, 기판(220)을 소정의 회전 속도로 회전시키면서 진행할 수 있다. 기판(220)이 회전함에 따라, 기판(220)에 제공되는 습식 식각액(230)이 균일하게 기판(220) 상을 유동할 수 있다. 상기 습식 식각액(230)에 의하여, 기판(220) 상의 반도체 패턴 구조물의 적어도 일부분이 식각되거나, 세정될 수 있다.

도 3b를 참조하면, 상기 세정액에 의해 처리된 기판(220)에 대하여, 기판(220)을 제1 회전속도로 회전시키면서, 습식 식각액(230)과 탈이온수(240)를 동시에 기판(220)으로 제공할 수 있다. 탈이온수(240)는 습식 식각액(230)을 기판(220) 상에서 희석시키는 기능을 수행할 수 있다.

도 3c를 참조하면, 기판(220)을 상기 제1 회전속도로 회전시키며, 습식 식각액(230)의 공급을 중단하고, 탈이온수(240)를 기판(220)으로 제공할 수 있다. 탈이온수(240)는 기판(220)에 잔존하는 습식 식각액(230)을 희석시켜 제거하고, 기판(220)을 세척하는 기능을 수행할 수 있다.

도 3d를 참조하면, 기판(220)을 제2 회전속도로 회전시키며, 탈이온수(240) 및 알코올을 포함하는 제1 유기 용제(250)를 기판(220)으로 제공한다. 상기 알코올은 일 예로서, 에탄올, 메탄올 또는 이소프로필알콜(IPA) 일 수 있다. 제1 유기 용제(250)는 탈이온수(240)와 충분히 혼합됨으로써, 기판(220) 상의 탈이온수(240)를 희석하는 작용을 수행할 수 있다.

도 3e를 참조하면, 기판(220)을 상기 제2 회전속도로 회전시키며, 탈이온수(240)의 공급을 중단한 상태에서 제1 유기 용제(250)를 기판(220)으로 제공한다. 제1 유기 용제(250)는 기판(220)에 잔류하는 탈이온수(240)를 희석시켜 제거하고, 기판(220)의 반도체 패턴 구조물들을 충분히 덮도록 유동할 수 있다. 이로써, 제1 유기 용제(250)는 기판(220) 상의 탈이온수(240)와 교체되어 기판(220) 상에 분포할 수 있다. 상기 제2 회전속도는 제1 유기 용제(250)가 탈이온수(240)를 충분히 희석시켜 제거한 후에 기판(220)을 커버할 수 있도록, 상기 제1 회전속도보다 더 빠를 수 있다.

도 3f를 참조하면, 기판(220)을 제3 회전속도로 회전시키며, 제1 유기 용제(250) 및 하이드로플루오로올레핀을 포함하는 제2 유기 용제(260)를 기판(220)으로 제공한다. 상기 하이드로플루오로올레핀은 일 예로서, 메톡시트리디카플루오르헵텐을 포함할 수 있다. 제2 유기 용제(260)의 표면 장력은 탈이온수(240) 및 제1 유기 용제(250)의 표면 장력보다 작을 수 있다. 제2 유기 용제(260)는 제1 유기 용제(250)와 충분히 혼합됨으로써, 기판(220) 상의 제1 유기 용제(250)를 희석하는 작용을 수행할 수 있다.

도 3g를 참조하면, 기판(220)을 상기 제3 회전속도로 회전시키며, 제1 유기 용제(250)의 공급을 중단하고 제2 유기 용제(260)를 기판(220)으로 제공한다. 제2 유기 용제(260)는 기판(220)에 잔류하는 제1 유기 용제(250)를 희석시켜 제거하고, 기판(220)의 반도체 패턴 구조물들을 충분히 덮도록 유동할 수 있다. 이로써, 제2 유기 용제(260)는 기판(220) 상의 제1 유기 용제(250)와 교체되어 기판(220) 상에 분포할 수 있다. 상기 제3 회전속도는 제2 유기 용제(260)가 제1 유기 용제(250)를 충분히 희석시켜 제거한 후에 기판(220)을 커버할 수 있도록, 상기 제2 회전속도보다 더 빠를 수 있다.

도 3h를 참조하면, 기판(220)을 상기 제3 회전속도보다 느린 속도로 회전시키며, 제1 유기 용제(250)가 제거된 기판(220) 상에 제2 유기 용제(260)가 유동하도록 한다. 이때, 제2 유기 용제(260)는 느린 속도로 말미암아, 기판(220) 내의 반도체 패턴 구조물 내에 충분히 침투할 수 있으며, 기판(220) 상에 충분히 양으로 집적될 수 있다.

도 3i를 참조하면, 기판(220)의 회전을 중단한 상태에서 기판(220)에 열을 제공하여 제2 유기 용제(260)를 가열 또는 건조시킨다. 이에 의해, 제2 유기 용제(260)의 적어도 일부분이 휘발할 수 있다. 도면을 참조하면, 기판(220)의 상부에 배치되는 히터(216)에 의해 발생하는 복사열을 기판(220)에 전달함으로써, 제2 유기 용제(260)를 가열시킬 수 있다. 상기 가열에 의해, 제2 유기 용제(260)는 일 예로서, 상온인 25 ℃ 이상 110 ℃ 이하를 유지할 수 있다.

도 3j를 참조하면, 기판(220)을 제4 회전속도로 회전시켜 제2 유기 용제(260)를 제거한다. 제2 유기 용제(260)는 기판(220)의 회전력에 의해 휘발함으로써 제거될 수 있다. 제2 유기 용제(260)의 제거 효율을 향상시키기 위해, 제4 회전속도는 상기 제3 회전속도보다 빠를 수 있다. 다르게는 상기 제4 회전속도는 상기 제1 내지 제3 회전속도 중 적어도 하나보다 빠를 수 있다.

몇몇 실시 예에 있어서, 도 3i 및 도 3j의 공정은 동시에 진행될 수도 있다. 구체적으로, 기판(220)을 소정의 회전속도로 회전시키면서 제2 유기 용제(260)를 가열하여, 기판(220)으로부터 제거할 수도 있다.

몇몇 실시 예에 있어서, 도 3i와 관련하여 설명한 제2 유기 용제(260)에 대한 가열 공정은 생략될 수도 있다.

몇몇 실시 예에 있어서, 도 3f 내지 도 3h에 도시된 바와 같이 제2 유기 용제(260)를 기판(220)에 제공할 때, 제2 유기 용제(260)를 별도로 가열하여 상온보다 높은 상태로 유지시킨 채로, 기판(220)으로 분사시킬 수 있다. 이때, 제2 유기 용제(260)는 일 예로서, 상온인 25 ℃ 이상 110 ℃ 이하를 유지할 수 있다. 상기 온도로 가열된 제2 유기 용제(260)은 상온 상태보다 표면 장력이 작을 수 있다.

상술한 실시 예의 공정을 통하여, 세정 공정과 수반되는 기판의 건조 공정을 진행할 수 있다. 이하에서는, 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 건조 공정을 보다 구체화시킨 실시예를 기울어짐 테스트를 포함하는 실험예와 함께 설명한다.

실시예

집적된 반도체 패턴 구조물을 구비하는 제1 내지 제6 시편을 준비한다. 상기 반도체 패턴 구조물은 20 nm의 최소 선폭 및 간격을 가지며, 이와 대비하여 1:20의 고종횡비를 가지는 구조물일 수 있다. 일 예로서, 상기 구조물은 반도체 DRAM의 셀 영역 내부의 STI 배열 구조에 적용될 수 있다.

상기 제1 내지 제6 시편에 대하여 200:1로 희석된 불산 용액에서 세정 공을 진행한다. 이어서, 제1 내지 제6 시편에 대하여 다음과 같이, 세척 및 건조 공정이 진행될 수 있다.

상기 제1 시편의 경우, 비교예로서, 시편을 300 rpm의 회전속도로 회전시키면서 탈이온수를 사용하여 세척하고, 종래의 이소프로필알코올의 증기를 이용하는 건조 방법에 의해, 시편을 건조시킨다. 한편, 상기 제2 시편 내지 제6 시편의 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따라 다음과 같이, 건조 공정이 수행된다.

상기 제2 내지 제6 시편을 300 rpm의 회전속도로 회전시키면서, 탈이온수를 제공하여 세척한다. 이어서, 상기 제2 내지 제6 시편을 500 rpm의 회전속도로 회전시키면서, 이소프로필알코올을 제공하여 상기 시편들 상의 탈이온수를 상기 이소프로필알코올로 교체한다. 이어서, 상기 제2 내지 제6 시편을 1000 rpm의 회전속도로 회전시키면서, 메톡시트리디카플루오르헵텐을 제공하여 상기 시편들 상의 상기 이소프로필알코올을 상기 메톡시트리디카플루오르헵텐으로 교체한다. 이후 건조 공정은 다음과 같이, 제2 시편 내지 제6 시편별로 분리하여 진행한다.

먼저, 제2 시편의 경우, 시편의 회전을 중단시킨 상태에서 60℃의 온도에서 20초간 유지시킨 후에, 시편을 600 rpm의 회전속도로 회전시켜 상기 메톡시트리디카플루오르헵텐을 제거한다. 제3 시편의 경우, 시편의 회전을 중단시킨 상태에서, 60℃의 온도에서 20초간 유지시킨 후에, 시편을 1250 rpm의 회전속도로 회전시켜 상기 메톡시트리디카플루오르헵텐을 제거한다. 제4 시편의 경우, 시편의 회전을 중단시킨 상태에서 80℃의 온도에서 20초간 유지시킨 후에, 시편을 600 rpm의 회전속도로 회전시켜 상기 메톡시트리디카플루오르헵텐을 제거한다. 제5 시편의 경우, 시편의 회전을 중단시킨 상태에서 80℃의 온도에서 20초간 유지시킨 후에, 시편을 1250 rpm의 회전속도로 회전시켜 상기 메톡시트리디카플루오르헵텐을 제거한다. 제6 시편의 경우, 시편을 10 rpm의 회전속도로 회전시키면서, 80℃의 온도에서 85초간 유지시켰다.

실험례

상기 제1 내지 제6 시편에 대하여, 건조 공정이 완료된 후에, 광검출기를 이용하는 시편 결함 검사 장치를 사용하여, 시편들의 결함(defect)을 검사하였다. 이어서, 검출된 결함 각각을 전자현미경을 이용하여 관찰함으로, 반도체 패턴 구조물의 기울어짐 불량 여부를 판별하였다. 하기의 표 1은 상술한 실험결과를 정리한 것이다.

시편 종류	결함의 상대적 개수	기울어짐 불량 여부
제1 시편	100	시편 외곽부 다수 존재
제2 시편	44	없음
제3 시편	18	없음
제4 시편	251	없음
제5 시편	190	없음
제6 시편	1776	없음

고찰

상기 표 1에서, 결함의 상대적 개수는 상기 시편 결함 검사 장치를 통해 각 시편 별로 검출된 총 결함수를, 비교예인 시편 1의 결함수와 대비하여 나머지 각 시편 별로 상대적으로 나타낸 것이다. 즉, 표 1에서는 비교예의 총결함수를 100으로 정할 때, 나머지 실시 예의 시편에서 발견된 총결함수를 이와 대비하여 상대적인 비로 나타내고 있다.

한편, 기울어짐 불량 존부와 관련하여, 비교예인 제1 시편에서는 시편 외곽부를 따라 기울어짐 불량이 다수 발견되었다. 이와 대비하여, 제2 시편 내지 제6 시편의 경우, 총 결함수는 증감 변화가 있었으나, 기울어짐 불량은 발견되지 않았다. 이로써, 본 발명의 실시 예에 따르는 건조 공정은 비교예의 종래의 건조 공정에 비해 기울어짐 불량에 대한 저항력이 상대적으로 크다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 반도체 기판, 120: 패드 산화막 패턴,
130: 패드 질화막 패턴, 140: 세정액,
110a 110b 110c 112a 112b 112c: STI 구조물,
210: 회전부, 212: 스핀 헤드부,
214: 지지핀부, 216: 히터,
220: 기판, 230: 습식 식각액,
240: 탈이온수, 250: 제1 유기 용제,
260: 제2 유기 용제, 310 320 330 340: 제1 내지 제4 공급 유닛.

Claims

(a) 세정액에 의해 처리된 기판을 준비하는 단계;
(b) 탈이온수를 이용하여 상기 기판으로부터 상기 세정액을 제거하는 단계;
(c) 알코올을 포함하는 제1 유기 용제를 상기 기판에 제공하여, 상기 기판 상에 잔류하는 상기 탈이온수를 상기 제1 유기 용제로 교체하는 단계;
(d) 하이드로플루오로올레핀(hydrofluoroolefin)을 포함하는 제2 유기 용제를 상기 기판에 제공하여, 상기 기판 상의 상기 제1 유기 용제를 상기 제2 유기 용제로 교체하는 단계; 및
(e) 상기 제2 유기 용제를 상기 기판으로부터 제거하는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 유기 용제의 표면 장력은 상기 제1 유기 용제의 표면 장력보다 작은
기판의 건조 방법.
제1 항에 있어서,
(b) 단계는
상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 탈이온수를 상기 기판 상에 분사하는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제1 항에 있어서,
(c) 단계는
(c1) 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 탈이온수 및 상기 제1 유기 용제를 함께 상기 기판 상에 분사하는 단계; 및
(c2) 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 탈이온수의 공급을 중단하고 상기 제1 유기 용제를 상기 기판 상에 분사하는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 유기 용제는
메탄올, 에탄올 및 이소프로필알코올 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는
기판의 건조 방법.
제1 항에 있어서,
(d) 단계는
(d1) 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 제1 유기 용제 및 상기 제2 유기 용제를 함께 상기 기판 상에 분사하는 단계; 및
(d2) 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 제1 유기 용제의 공급을 중단하고 상기 제2 유기 용제를 상기 기판 상에 분사하는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제6 항에 있어서,
(d2) 단계는
상기 기판을 제1 회전 속도로 회전시켜, 상기 제2 유기 용제가 상기 기판 상의 상기 제1 유기 용제를 희석시켜 제거하도록 하는 단계; 및
상기 기판을 상기 제1 회전 속도보다 느린 제2 회전 속도로 회전시켜, 상기 제1 유기 용제가 제거된 상기 기판 상에 상기 제2 유기 용제를 유동시키는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제1 항에 있어서,
(d) 단계는
25 ℃ 이상 110℃ 이하의 온도로 가열된 상기 제2 유기 용제를 상기 기판으로 분사하는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제1 항에 있어서,
(e) 단계는
상기 기판을 회전시켜, 상기 유기 용제를 제거하는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제1 항에 있어서,
(e) 단계는
(e1) 상기 기판에 열을 제공하여, 상기 제2 유기 용제를 가열 또는 건조하는 단계; 및
(e2) 상기 기판을 회전시켜, 상기 유기 용제를 제거하는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제10 항에 있어서,
상기 (e1) 단계는
상기 기판의 회전을 중단시킨 상태에서, 상기 기판의 상부에 배치된 히터를 이용하여, 복사열을 상기 기판에 전달하는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제10 항에 있어서,
상기 제2 유기 용제를 가열 또는 건조하는 단계는
상기 기판의 상부 또는 하부에 복사열을 제공하는 히터를 배치시키는 방법, 상기 기판의 하부에 열을 전도 또는 대류시킬 수 있는 히터를 배치시키는 방법, 및 상기 기판의 하부에 고온으로 가열된 액체를 분사하는 방법 중 적어도 하나 이상을 적용하는
기판의 건조 방법.
제10 항에 있어서,
상기 제2 유기 용제를 가열 또는 건조하는 단계는
상기 제2 유기 용제의 온도를 25 ℃ 이상 110℃ 이하로 유지시키는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 하이드로플루오로올레핀은 메톡시트리디카플루오르헵텐(methoxytridecafluoroheptene)을 포함하는
기판의 건조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 유기 용제는 상기 탈이온수과 혼합 가능하며,
상기 제2 유기 용제는 상기 제1 유기 용제와 혼합 가능한
기판의 건조 방법.
(a) 세정액에 의해 처리된 기판을 준비하는 단계;
(b) 상기 기판을 제1 회전속도로 회전시키며, 탈이온수를 상기 기판으로 제공하는 단계;
(c) 상기 기판을 제2 회전속도로 회전시키며, 탈이온수 및 알코올을 포함하는 제1 유기 용제를 상기 기판으로 제공하는 단계;
(d) 상기 기판을 제2 회전속도로 회전시키며, 상기 탈이온수의 공급을 중단한 상태에서 상기 제1 유기 용제를 상기 기판으로 제공하는 단계;
(e) 상기 기판을 제3 회전속도로 회전시키며, 상기 제1 유기 용제 및 하이드로플루오로올레핀(hydrofluoroolefin)을 포함하는 제2 유기 용제를 상기 기판으로 제공하는 단계;
(f) 상기 기판을 제3 회전속도로 회전시키며, 상기 제1 유기 용제의 공급을 중단하고 상기 제2 유기 용제를 상기 기판으로 제공하는 단계;
(g) 상기 기판에 열을 제공하여 상기 제2 유기 용제를 가열 또는 건조시키는 단계; 및
(h) 상기 기판을 제4 회전속도로 회전시켜 상기 제2 유기 용제를 제거하는 단계를 포함하는
기판의 건조 방법.
제16 항에 있어서,
상기 (g) 단계는
상기 기판의 회전이 중단된 상태에서 수행되는
기판의 건조 방법.
제16 항에 있어서,
상기 (g) 단계 및 상기 (h) 단계는
상기 기판을 제4 회전속도로 회전시킨 상태에서 동시에 수행되는
기판의 건조 방법.
제16 항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 회전속도는 각각 서로 다른 값을 가지는
기판의 건조 방법.
제16 항에 있어서,
상기 알코올은 에탄올, 메탄올 및 이소프로필알코올(IPA) 중 선택되는 어느 하나인
기판의 건조 방법.
제16 항에 있어서,
상기 하이드로플루오로올레핀은 메톡시트리디카플루오르헵텐(methoxytridecafluoroheptene)을 포함하는
기판의 건조 방법.
제16 항에 있어서,
상기 제1 유기 용제는 상기 탈이온수과 혼합 가능하며,
상기 제2 유기 용제는 상기 제1 유기 용제와 혼합 가능한
기판의 건조 방법.
제16 항에 있어서,
상기 제2 유기 용제의 표면 장력은 상기 탈이온수 및 상기 제1 유기 용제의 표면 장력보다 작은
기판의 건조 방법.