KR20210008973A - 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 챔버 내의 처리공간으로 초임계 유체를 공급하여 처리공간의 기판을 처리한다. 상기 처리공간을 배기하는 동안에 상기 처리공간으로 초임계 유체가 공급된다. 상기 처리공간을 배기할 때 공급되는 초임계 유체의 온도는 상기 처리공간에서 기판 처리를 위해 공급되는 초임계 유체의 온도보다 높은 온도로 제공된다.

Description

기판 처리 방법{METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판을 처리하는 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼와 같은 기판으로부터 제조한다. 구체적으로, 반도체 소자는 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 식각 공정 등을 수행하여 기판의 상부면에 미세한 회로 패턴을 형성하여 제조된다.
상기의 공정들을 수행하면서 상기 회로 패턴이 형성된 기판의 상부면에 각종 이물질이 부착되므로, 상기 공정들 사이에 기판 상의 이물질을 제거하는 세정 공정이 수행된다.
일반적으로 세정 공정은 케미칼을 기판에 공급하여 기판 상의 이물질을 제거하는 케미칼 처리, 순수를 기판에 공급하여 기판 상에 잔류하는 케미칼을 제거하는 린스 처리, 그리고 기판 상에 잔류하는 순수를 제거하는 건조 처리를 포함한다.
기판의 건조 처리를 위해 초임계 유체가 사용된다. 일 예에 의하면, 기판 상의 순수를 유기용제로 치환한 다음, 고압 챔버 내에서 초임계 유체를 기판의 상부면에 공급하여 기판 상에 남아있는 유기용제를 초임계 유체에 용해시켜 기판으로부터 제거한다. 유기용제로 이소프로필알코올(isopropyl alcohol; 이하, IPA)이 사용되는 경우, 초임계 유체로는 임계 온도 및 임계 압력이 상대적으로 낮고, IPA가 잘 용해되는 이산화탄소(CO2)가 사용된다.
초임계 유체를 이용한 기판의 처리는 다음과 같다. 도 1은 초임계 유체를 이용한 기판의 처리 시 챔버 내부의 압력(P)과 챔버 내부의 온도(T)를 나타낸다. 기판이 고압 챔버 내로 반입되면, 고압 챔버 내로 초임계 상태의 이산화탄소가 공급되어 고압 챔버 내부를 가압하고(S10), 이후 초임계 유체의 공급 및 고압 챔버 내의 배기를 반복하면서 초임계 유체로 기판을 처리한다(S20). 그리고 기판의 처리가 완료되면, 고압 챔버 내부를 배기하여 감압한다(S30).
도 2에 도시된 바와 같이, IPA의 이산화탄소에 대한 용해도는 온도가 낮아질수록 낮아진다. 따라서, 이산화탄소의 공급 및 챔버 내부의 배기를 반복하면서 기판을 처리하는 도중에, 챔버 내부가 배기될 때 단열 팽창에 의해 챔버 내부의 온도가 낮아진다. 비록 챔버 내부의 온도가 이산화탄소의 임계 온도(t1)보다 낮아지지 않는다 할지라도, 도 2와 같이 이산화탄소에 대한 IPA의 용해도는 챔버 내부의 온도가 낮아질수록 낮아진다. 용해도가 낮아짐에 따라 챔버 내에 남아있던 IPA는 미스트 형태로 잔류하게 되고, 이들이 기판 상에 떨어져 세정 불량을 유발한다
고압 챔버 내부를 배기하여 챔버의 감압이 이루어지는 동안(S30), 챔버 내부의 압력이 하강되며 챔버 내부의 온도는 단열팽창으로 인해 이산화탄소의 임계온도(t1)인 섭씨 31도 이하로 떨어진다. 이로 인해 시간 t1이 경과되는 시점부터 챔버 내부의 초임계 혼합물이 응축하면서 기판에 떨어진다.
미처 초임계 유체에 용해되지 못한 IPA와 이산화탄소 혼합물이 기판에 잔류 및 흡착되어 패턴 리닝 현상을 야기한다. 이에, 기판 상에 잔류하는 IPA를 감소시키기 위해 공정시간을 길게 늘릴 경우, 반도체 가격이 상승하고 수율이 하락하는 문제가 있다.
본 발명은 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리 시 처리 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조하는 공정 진행 시 고압 챔버 내부를 배기할 때 발생되는 문제점을 해결할 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 방법은 챔버 내의 처리공간으로 초임계 유체를 공급하여 처리공간의 기판을 처리하되, 처리공간으로 제1온도의 초임계 유체와 제1온도 보다 높은 제2온도의 초임계 유체를 공급하여 기판을 처리할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 기판 처리 방법은 처리공간에 제1온도의 초임계 유체를 공급하여 기판을 처리하는 것과 처리공간을 배기하는 것을 반복하여 처리공간에서 기판을 처리하되, 기판을 처리하는 동안에 처리공간을 배기할 때 처리공간에 제2온도의 초임계 유체를 공급할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 기판의 처리가 완료된 이후에 처리공간을 감압하되, 처리공간의 감압 시에 처리공간으로 제2온도의 초임계 유체를 공급하고, 처리공간의 감압 시에 처리공간으로 공급되는 제2온도의 초임계 유체의 단위시간당 공급량은 기판을 처리하는 동안에 처리공간으로 공급되는 제1온도의 초임계 유체의 단위시간당 공급량보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 기판을 처리하는 동안에, 처리공간을 배기할 때 처리공간으로 공급되는 제2온도의 초임계 유체의 단위시간당 공급량은 처리공간으로 공급되는 제1온도의 초임계 유체의 단위시간당 공급량보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 기판의 처리가 완료된 이후에 처리공간을 감압하되 처리공간의 감압 시에 제2온도의 초임계 유체가 공급될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 처리공간의 감압 시에, 처리공간으로 공급되는 제2온도의 초임계 유체의 단위 시간당 공급량은 처리공간의 단위시간당 배기량 보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 기판의 처리는 기판 상의 유기용제를 초임계 유체에 용해시켜 기판 상에서 유기용제를 제거하는 공정일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 초임계 유체는, 이산화탄소일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 챔버 내의 처리공간으로 초임계 유체를 공급하여 처리공간의 기판을 처리하되, 기판이 처리공간으로 반입된 후 처리공간을 가압하는 가압 단계와; 초임계 유체를 처리공간으로 공급하여 초임계 유체로 기판을 처리하는 처리 단계와; 그리고 기판의 처리가 완료된 후, 처리공간에서 초임계 유체를 배기하는 감압 단계를 포함하고, 감압 단계에서 처리공간을 배기하는 동안에 처리공간으로 초임계 유체가 공급되며, 감압 단계에서 처리공간으로 공급되는 초임계 유체의 온도는 가압 단계에서 처리공간으로 공급되는 초임계 유체의 온도보다 높을 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 감압 단계에서, 초임계 유체의 공급은 감압 단계와 동시에 시작될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 감압 단계에서, 초임계 유체의 공급은 감압 단계의 도중에 시작될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 감압 단계에서 공급되는 초임계 유체는 감압 단계 이전에 처리공간으로 공급될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 감압 단계에서, 처리공간으로 공급되는 초임계 유체의 단위 시간당 공급량은 처리공간으로부터 배기되는 초임계 유체의 단위시간당 공급량보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 처리 단계는, 처리공간으로 초임계 유체를 공급하는 공급 단계와 처리공간에서 초임계 유체를 배기하는 배기 단계를 교대로 반복하여 복수 회 수행하되, 배기 단계에서는 처리공간으로 공급 단계에서 공급되는 초임계 유체보다 높은 온도의 초임계 유체가 공급될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 감압 단계에서 처리공간으로 공급되는 초임계 유체의 단위시간당 공급량은 공급 단계에서 처리공간으로 공급되는 초임계 유체의 단위시간당 공급량보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 배기 단계에서 처리공간으로 공급되는 초임계 유체의 단위시간당 공급량은 공급 단계에서 처리공간으로 공급되는 초임계 유체의 단위시간당 공급량보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 챔버 내의 처리공간으로 초임계 유체를 공급하여 처리공간의 기판을 처리하되, 기판이 처리공간으로 반입된 후 처리공간을 가압하는 가압 단계와; 초임계 유체를 처리공간으로 공급하여 초임계 유체로 기판을 처리하는 처리 단계와; 그리고 기판의 처리가 완료된 후, 처리공간에서 초임계 유체를 배기하는 감압 단계를 포함하고, 처리 단계는, 처리공간으로 초임계 유체를 공급하는 공급 단계와 처리공간에서 초임계 유체를 배기하는 배기 단계를 교대로 반복하여 복수 회 수행하되, 배기 단계에서는 처리공간으로 공급 단계에서 공급되는 초임계 유체보다 높은 온도의 초임계 유체가 공급될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 배기 단계에서 처리공간으로 공급되는 초임계 유체의 단위시간당 공급량은 공급 단계에서 처리공간으로 공급되는 초임계 유체의 단위시간당 공급량보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리 시 기판의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 챔버 내 처리공간을 배기할 때, 처리공간 내의 온도가 저하됨에 따라 아임계 상태가 되어 응축된 초임계 유체의 혼합물이 기판을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 챔버 내 처리공간에 초임계 유체를 공급하거나 챔버 내 처리공간으로부터 초임계 유체를 배기할 경우 처리공간의 온도 저하로 인해 유기용제의 초임계 유체에 대한 용해도가 감소되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 초임계 건조 공정을 보여주는 그래프이다.
도 2는 온도에 따른 이소프로필 알코올의 이산화탄소에 대한 용해도를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 2의 액 처리 장치의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 초임계 장치의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 초임계 유체를 공급하는 유체 공급 유닛의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6의 유체 공급 유닛에서 제1밀도 또는 제2온도의 초임계 유체를 챔버로 공급하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 6의 유체 공급 유닛에서 제2밀도 또는 제1온도의 초임계 유체를 챔버로 공급하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 9는 초임계 유체를 공급하는 유체 공급 유닛의 다른 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9의 유체 공급 유닛에서 제1밀도 또는 제2온도의 초임계 유체를 챔버로 공급하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 9의 유체 공급 유닛에서 제2밀도 또는 제1온도의 초임계 유체를 챔버로 공급하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 9의 유체 공급 유닛의 변형 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법의 순서도를 나타내는 도면이다.
도 14는 챔버 내부의 시간에 따른 압력 변화를 나타내는 도면이다.
도 15 내지 도 18은 각각 시간에 따라 처리 챔버로 공급되는 이산화탄소의 밀도를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 19 내지 도 21은 각각 시간에 따라 처리 챔버로 공급되는 이산화탄소의 온도를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 22는 종래 챔버 내부의 온도(T1), 본발명에 따른 챔버 내부의 온도(T2)와 압력(P)을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 3을 참조하면, 기판 처리 시스템은 인덱스 모듈(10), 처리 모듈(20), 그리고 제어기(미도시)를 포함한다. 일 실시예에 의하면, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)은 일방향을 따라 배치된다. 이하, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)이 배치된 방향을 제1방향(92)이라 하고, 상부에서 바라볼 때 제1방향(92)과 수직한 방향을 제2방향(94)이라 하고, 제1방향(92) 및 제2방향(94)에 모두 수직한 방향을 제3방향(96)이라 한다.
인덱스 모듈(10)은 기판(W)이 수납된 용기(80)로부터 기판(W)을 처리 모듈(20)로 반송하고, 처리 모듈(20)에서 처리가 완료된 기판(W)을 용기(80)로 수납한다. 인덱스 모듈(10)의 길이 방향은 제2방향(94)으로 제공된다. 인덱스 모듈(10)은 로드포트(12, loadport)와 인덱스 프레임(14)을 가진다. 인덱스 프레임(14)을 기준으로 로드포트(12)는 처리 모듈(20)의 반대 측에 위치된다. 기판(W)들이 수납된 용기(80)는 로드포트(12)에 놓인다. 로드포트(12)는 복수 개가 제공될 수 있으며, 복수의 로드포트(12)는 제2방향(94)을 따라 배치될 수 있다.
용기(80)로는 전면 개방 일체 식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 용기(80)는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead Conveyor), 또는 자동 안내 차량(Automatic Guided Vehicle)과 같은 이송 수단(도시되지 않음)이나 작업자에 의해 로드포트(12)에 놓일 수 있다.
인덱스 프레임(14)에는 인덱스 로봇(120)이 제공된다. 인덱스 프레임(14) 내에는 길이 방향이 제2방향(94)으로 제공된 가이드 레일(140)이 제공되고, 인덱스 로봇(120)은 가이드 레일(140) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 인덱스 로봇(120)은 기판(W)이 놓이는 핸드(122)를 포함하며, 핸드(122)는 전진 및 후진 이동, 제3방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3방향(96)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(122)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(122)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진 이동할 수 있다.
처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(200), 반송 장치(300), 액 처리 장치(400), 그리고 초임계 장치(500)를 포함한다. 버퍼 유닛(200)은 처리 모듈(20)로 반입되는 기판(W)과 처리 모듈(20)로부터 반출되는 기판(W)이 일시적으로 머무르는 공간을 제공한다. 액 처리 장치(400)는 기판(W) 상에 액을 공급하여 기판(W)을 액 처리하는 액 처리 공정을 수행한다. 초임계 장치(500)는 기판(W) 상에 잔류하는 액을 제거하는 건조 공정을 수행한다. 반송 장치(300)는 버퍼 유닛(200), 액 처리 장치(400), 그리고 초임계 장치(500) 간에 기판(W)을 반송한다.
반송 장치(300)는 그 길이 방향이 제1방향(92)으로 제공될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 인덱스 모듈(10)과 반송 장치(300) 사이에 배치될 수 있다. 액 처리 장치(400)와 초임계 장치(500)는 반송 장치(300)의 측부에 배치될 수 있다. 액 처리 장치(400)와 반송 장치(300)는 제2방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 초임계 장치(500)와 반송 장치(300)는 제2방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 반송 장치(300)의 일단에 위치될 수 있다.
일 예에 의하면, 액 처리 장치(400)들은 반송 장치(300)의 양측에 배치되고, 초임계 장치(500)들은 반송 장치(300)의 양측에 배치되며, 액 처리 장치(400)들은 초임계 장치(500)들보다 버퍼 유닛(200)에 더 가까운 위치에 배치될 수 있다. 반송 장치(300)의 일측에서 액 처리 장치(400)들은 제1방향(92) 및 제3방향(96)을 따라 각각 A X B(A, B는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수) 배열로 제공될 수 있다. 또한, 반송 장치(300)의 일측에서 초임계 장치(500)들은 제1방향(92) 및 제3방향(96)을 따라 각각 C X D(C, D는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수)개가 제공될 수 있다. 상술한 바와 달리, 반송 장치(300)의 일측에는 액 처리 장치(400)들만 제공되고, 그 타측에는 초임계 장치(500)들만 제공될 수 있다.
반송 장치(300)는 반송 로봇(320)을 가진다. 반송 장치(300) 내에는 길이 방향이 제1방향(92)으로 제공된 가이드 레일(340)이 제공되고, 반송 로봇(320)은 가이드 레일(340) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 반송 로봇(320)은 기판(W)이 놓이는 핸드(322)를 포함하며, 핸드(322)는 전진 및 후진 이동, 제3방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3방향(96)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(322)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(322)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진 이동할 수 있다.
버퍼 유닛(200)은 기판(W)이 놓이는 버퍼(220)를 복수 개 구비한다. 버퍼(220)들은 제3방향(96)을 따라 서로 간에 이격되도록 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 전면(front face)과 후면(rear face)이 개방된다. 전면은 인덱스 모듈(10)과 마주보는 면이고, 후면은 반송 장치(300)와 마주보는 면이다. 인덱스 로봇(120)은 전면을 통해 버퍼 유닛(200)에 접근하고, 반송 로봇(320)은 후면을 통해 버퍼 유닛(200)에 접근할 수 있다.
도 4는 도 3의 액 처리 장치(400)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 액 처리 장치(400)는 하우징(410), 컵(420), 지지 유닛(440), 액 공급 유닛(460), 승강 유닛(480) 및 제어기(40)를 가진다. 제어기(40)는 액 공급 유닛(460), 지지 유닛(440) 및 승강 유닛(480)의 동작을 제어한다. 하우징(410)은 대체로 직육면체 형상으로 제공된다. 컵(420), 지지 유닛(440), 그리고 액 공급 유닛(460)은 하우징(410) 내에 배치된다.
컵(420)은 상부가 개방된 처리공간을 가지고, 기판(W)은 처리공간 내에서 액 처리된다. 지지 유닛(440)은 처리공간 내에서 기판(W)을 지지한다. 액 공급 유닛(460)은 지지 유닛(440)에 지지된 기판(W) 상으로 액을 공급한다. 액은 복수 종류로 제공되고, 기판(W) 상으로 순차적으로 공급될 수 있다. 승강 유닛(480)은 컵(420)과 지지 유닛(440) 간의 상대 높이를 조절한다.
일 예에 의하면, 컵(420)은 복수의 회수통(422, 424, 426)을 가진다. 회수통들(422, 424, 426)은 각각 기판 처리에 사용된 액을 회수하는 회수 공간을 가진다. 각각의 회수통들(422, 424, 426)은 지지 유닛(440)을 감싸는 링 형상으로 제공된다. 액 처리 공정이 진행시 기판(W)의 회전에 의해 비산되는 전 처리액은 각 회수통(422, 424, 426)의 유입구(422a, 424a, 426a)를 통해 회수 공간으로 유입된다. 일 예에 의하면, 컵(420)은 제1회수통(422), 제2회수통(424), 그리고 제3회수통(426)을 가진다. 제1회수통(422)은 지지 유닛(440)을 감싸도록 배치되고, 제2회수통(424)은 제1회수통(422)을 감싸도록 배치되고, 제3회수통(426)은 제2회수통(424)을 감싸도록 배치된다. 제2회수통(424)으로 액을 유입하는 제2유입구(424a)는 제1회수통(422)으로 액을 유입하는 제1유입구(422a)보다 상부에 위치되고, 제3회수통(426)으로 액을 유입하는 제3유입구(426a)는 제2유입구(424a)보다 상부에 위치될 수 있다.
지지 유닛(440)은 지지판(442)과 구동축(444)을 가진다. 지지판(442)의 상면은 대체로 원형으로 제공되고 기판(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 지지판(442)의 중앙부에는 기판(W)의 후면을 지지하는 지지핀(442a)이 제공되고, 지지핀(442a)은 기판(W)이 지지판(442)으로부터 일정 거리 이격되도록 그 상단이 지지판(442)으로부터 돌출되게 제공된다. 지지판(442)의 가장자리부에는 척핀(442b)이 제공된다.
척핀(442b)은 지지판(442)으로부터 상부로 돌출되게 제공되며, 기판(W)이 회전될 때 기판(W)이 지지 유닛(440)으로부터 이탈되지 않도록 기판(W)의 측부를 지지한다. 구동축(444)은 구동기(446)에 의해 구동되며, 기판(W)의 저면 중앙과 연결되며, 지지판(442)을 그 중심축을 기준으로 회전시킨다.
일 예에 의하면, 액 공급 유닛(460)은 제1노즐(462), 제2노즐(464), 그리고 제3노즐(466)을 가진다. 제1노즐(462)은 제1액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제1액은 기판(W) 상에 잔존하는 막이나 이물을 제거하는 액일 수 있다. 제2노즐(464)은 제2액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제2액은 제3액에 잘 용해되는 액일 수 있다. 예컨대, 제2액은 제1액에 비해 제3액에 더 잘 용해되는 액일 수 있다. 제2액은 기판(W) 상에 공급된 제1액을 중화시키는 액일 수 있다. 또한, 제2액은 제1액을 중화시키고 동시에 제1액에 비해 제3액에 잘 용해되는 액일 수 있다.
일 예에 의하면, 제2액은 물일 수 있다. 제3노즐(466)은 제3액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제3액은 초임계 장치(500)에서 사용되는 초임계 유체에 잘 용해되는 액일 수 있다. 예컨대, 제3액은 제2액에 비해 초임계 장치(500)에서 사용되는 초임계 유체에 잘 용해되는 액일 수 있다. 일 예에 의하면, 제3액은 유기용제일 수 있다. 유기용제는 이소프로필알코올(IPA)일 수 있다. 일 예에 의하면, 초임계 유체는 이산화탄소일 수 있다.
제1노즐(462), 제2노즐(464), 그리고 제3노즐(466)은 서로 상이한 아암(461)에 지지되고, 이들 아암(461)들은 독립적으로 이동될 수 있다. 선택적으로 제1노즐(462), 제2노즐(464), 그리고 제3노즐(466)은 동일한 아암에 장착되어 동시에 이동될 수 있다.
승강 유닛(480)은 컵(420)을 상하 방향으로 이동시킨다. 컵(420)의 상하 이동에 의해 컵(420)과 기판(W) 간의 상대 높이가 변경된다. 이에 의해 기판(W)에 공급되는 액의 종류에 따라 전 처리액을 회수하는 회수통(422, 424, 426)이 변경되므로, 액들을 분리회수할 수 있다. 상술한 바와 달리, 컵(420)은 고정 설치되고, 승강 유닛(480)은 지지 유닛(440)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 5는 도 3의 초임계 장치(500)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 일 실시예에 의하면, 초임계 장치(500)는 초임계 유체를 이용하여 기판(W) 상의 액을 제거한다. 일 실시예에 따르면, 기판(W) 상의 액은 이소프로필 알코올(IPA)이다. 초임계 장치(500)는 초임계 유체를 기판 상에 공급하여 기판(W) 상의 IPA를 초임계 유체에 용해시켜 기판(W)으로부터 IPA를 제거한다.
초임계 장치(500)는 공정챔버(520), 유체 공급유닛(560), 지지 장치(580) 그리고 배기 라인(550)을 포함한다.
공정챔버(520)는 세정 공정이 수행되는 처리공간(502)을 제공한다. 공정챔버(520)는 상부 하우징(522)과 하부 하우징(524)을 가지며, 상부 하우징(522)과 하부 하우징(524)는 서로 조합되어 상술한 처리공간(502)을 제공한다. 상부 하우징(522)은 하부 하우징(524)의 상부에 제공된다.
상부 하우징(522)은 그 위치가 고정되고, 하부 하우징(524)은 실린더와 같은 구동부재(590)에 의해 승하강될 수 있다. 하부 하우징(524)이 상부 하우징(522)으로부터 이격되면 처리공간(502)이 개방되고, 이 때 기판(W)이 반입 또는 반출된다.
공정 진행시에는 하부 하우징(524)이 상부 하우징(522)에 밀착되어 처리공간(502)이 외부로부터 밀폐된다. 공정챔버(520)의 벽 내부에는 히터(570)가 제공된다. 히터(570)는 공정챔버(520)의 내부공간 내로 공급된 유체가 초임계 상태를 유지하도록 공정챔버(520)의 처리공간(502)을 가열한다. 처리공간(502)의 내부는 초임계 유체에 의한 분위기가 형성된다.
지지 장치(580)는 공정챔버(520)의 처리공간(502) 내에서 기판(W)을 지지한다. 공정챔버(520)의 처리공간(502)으로 반입된 기판(W)은 지지 장치(580)에 놓인다. 일 예에 의하면, 기판(W)은 패턴면이 상부를 향하도록 지지 장치(580)에 의해 지지된다.
유체 공급유닛(560)은 공정챔버(520)의 처리공간(502)으로 기판 처리를 위한 초임계 유체를 공급한다. 일 예에 의하면, 유체 공급유닛(560)은 메인 공급 라인(562), 상부 공급 라인(564) 그리고 하부 공급 라인(566)을 가진다. 상부 공급 라인(564)과 하부 공급 라인(566)은 메인 공급 라인(562)으로부터 분기된다. 상부 공급 라인(564)은 상부 하우징(522)의 중앙에 결합될 수 있다. 일 예에 의하면, 하부 공급 라인(566)은 하부 하우징(524)에 결합될 수 있다. 또한, 하부 하우징(524)에는 배기 라인이 결합된다. 공정챔버(520)의 처리공간(502) 내의 유체는 배기 라인을 통해서 공정챔버(520)의 외부로 배기된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 공급유닛(560)을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 유체 공급유닛(560)은 처리공간(502)으로 초임계 유체를 공급한다.
유체 공급유닛(560)은, 제1레저버(615), 제2레저버(625), 그리고 유체 공급유닛(560)을 가진다. 제1레저버(615)와 제2레저버(625)는 유체 공급원(미도시)과 연결되어, 유체 공급원으로부터 이산화탄소를 공급받는다. 유체 공급원은 탱크, 또는 공정 챔버와 연결된 순환라인을 포함할 수 있다. 제1레저버(615)는 제1공급라인(610) 상에 설치되고, 제2레저버(625)는 제2공급라인(620) 상에 설치된다. 일 예에 의하면, 제1공급라인(610)과 제2공급라인(620)은 메인 공급 라인(562)에 연결된다. 제1공급라인(610)과 제2공급라인(620)은 서로 병렬로 연결된다. 제1공급라인(610) 및 제2공급라인(620) 각각에 초임계 유체를 가온시키는 히터가 배치될 수 있다. 제1공급라인(610)에 배치된 히터와 제2공급라인(620)에 배치된 히터는 출력이 상이하게 제공될 수 있다.
일 예에 의하면, 제1레저버(615)와 제2레저버(625)는 각각 이산화탄소를 초임계 상태로 저장할 수 있다. 제1레저버(615)와 제2레저버(625)에 저장된 초임계 유체의 온도, 압력 또는 밀도는 서로 상이할 수 있다. 예컨대, 제1레저버(615)는 제1밀도의 초임계 유체를 저장하고, 제2레저버(625)는 제2밀도의 초임계 유체를 저장할 수 있다. 제1밀도는 제2밀도와 상이하다. 예컨대, 제2밀도는 제1밀도보다 높은 밀도일 수 있다.
제1레저버(615)와 제2레저버(625)는 그 내부의 온도 또는/및 압력이 다르게 설정되고, 이에 의해 제1레저버(615)와 제2레저버(625)에서 이산화탄소의 밀도가 다르게 제공될 수 있다. 예컨대, 제1레저버(615)에서 초임계 상태의 이산화탄소의 밀도는 200kg/m3 내지 400kg/m3 이고, 제2레저버(625)에서 초임계 상태의 이산화탄소의 밀도는 600kg/m3 내지 800kg/m3이하일 수 있다.
선택적으로 제1레저버(615)는 그 내부에 이산화탄소를 제2온도로 저장하고, 제2레저버(625)는 이산화탄소를 제1온도로 저장할 수 있다. 제1온도는 제2온도와 상이하다. 예컨대, 제2온도는 제1온도보다 높은 온도일 수 있다.
선택적으로 제1레저버(615)는 그 내부에 이산화탄소를 제1압력으로 저장하고, 제2레저버(625)는 이산화탄소를 제2압력으로 저장할 수 있다. 제1압력과 제2압력은 상이하다. 예컨대, 제2압력은 제1압력보다 높은 압력일 수 있다.
선택적으로 제1레저버(615)와 제2레저버(625)는 동일 밀도 또는/및 동일 온도, 또는/및 동일 압력으로 이산화탄소를 저장하고, 제1공급라인(610)에 제공된 제1히터(618)와 제2공급라인(620)에 제공된 제2히터(628)의 출력을 상이하게 하여, 제1공급라인(610)을 통해 흐르는 이산화탄소와 제2공급라인(620)을 통해 흐르는 이산화탄소의 밀도 또는/및 온도를 다르게 제공할 수 있다.
제1공급라인(610)에는 제1펌프(612), 제1전방밸브(614), 제1후방밸브(616) 그리고 제1필터(619)가 설치된다. 제1펌프(612)는 제1레저버(615)의 전단에 설치되어 이산화탄소를 제1레저버(615)로 송출한다. 제1전방밸브(614)는 제1펌프(612)로부터 제1레저버(615)로 송출되는 이산화탄소의 유량을 조절한다. 제1후방밸브(616)는 제1레저버(615)로부터 제1히터(618)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 조절한다. 제1히터(618)의 하류에 제1필터(619)가 제공되어 제1공급라인(610)에 흐르는 불순물을 제거한다. 제1조절밸브(617)는 제1공급라인(610)으로부터 처리공간(502)으로 공급되는 초임계 유체의 유량을 조절한다.
제2공급라인(620)에는 제2펌프(622), 제2전방밸브(624), 제2후방밸브(626) 그리고 제2필터(629)가, 제1공급라인(610)의제1펌프(612), 제1전방밸브(614), 제1후방밸브(616) 그리고 제1필터(619)와 유사한 배열로 설치된다. 제2펌프(622)는 제2레저버(625)의 전단에 설치되어 이산화탄소를 제2레저버(625)로 송출한다. 제2전방밸브(624)는 제2펌프(622)로부터 제2레저버(625)로 송출되는 이산화탄소의 유량을 조절한다. 제2후방밸브(626)는 제2레저버(625)로부터 제2히터(628)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 조절한다. 제2히터(628)의 하류에 제2필터(629)가 제공되어 제2공급라인(620)에 흐르는 불순물을 제거한다. 제2조절밸브(627)는 제2공급라인(620)으로부터 처리공간(502)으로 공급되는 초임계 유체의 유량을 조절한다.
제어기는 유체 공급유닛(560)의 구성요소들을 제어한다. 상대적으로 낮은 밀도인 제1밀도 또는 상대적으로 높은 온도인 제2온도로 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급하고자 하는 경우, 제어기는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1전방밸브(614), 제1후방밸브(616) 및 제1조절밸브(617)를 개방하고, 제2전방밸브(624), 제2후방밸브(626) 및 제2조절밸브(627)를 폐쇄하여 제1공급라인(610)을 통해 제1레저버(615)에 저장된 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급한다.
상대적으로 높은 밀도인 제2밀도 또는 상대적으로 낮은 온도인 제1온도로 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급하고자 하는 경우, 제어기는 도 8에 도시된 바와 같이 제2전방밸브(624), 제2후방밸브(626) 및 제2조절밸브(627)를 개방하고 제1전방밸브(614), 제1후방밸브(616) 및 제1조절밸브(617)를 폐쇄하여 제2공급라인(620)을 통해 제2레저버(625)에 저장된 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급한다.
도 9는 유체 공급유닛(560)의 다른 예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 유체 공급유닛(560)은 레저버(645), 메인 공급 라인(562), 그리고 우회 라인(630)을 가진다. 레저버(645)는 유체 공급원과 연결되어, 유체 공급원으로부터 이산화탄소를 공급받는다. 유체 공급원은 탱크, 또는 공정 챔버와 연결된 순환라인을 포함할 수 있다. 레저버(645)는 메인 공급 라인(562) 상에 설치된다.
일 예에 의하면, 우회 라인(630)은 레저버(645)에서 흐르는 유체가 히터(648)를 우회하여 흐르도록 한다. 제1지점(631) 및 제2지점(633)에서 메인 공급 라인(562)에 연결된다. 제1지점(631)은 제2지점(633)에 비해 메인 공급 라인(562)의 상류에 위치되는 지점이다. 메인 공급 라인(562)에는 제1히터(668)와 제2히터(648)가 배치된다. 제1히터(668)는 레저버(645)와 제1지점(631) 사이에 설치된다. 제2히터(648)는 제1지점(631)과 제2지점(633) 사이에 설치된다. 일 예에서, 제2히터(648)는 제1히터(668)보다 높은 출력으로 제공될 수 있다.
메인 공급 라인(562)에는 펌프(642), 밸브들(643,646,647), 필터(649)가 설치된다. 펌프(642)는 레저버(645)의 전단에 설치되어 이산화탄소를 레저버(645)로 송출한다. 전방밸브(643)는 펌프(642)로부터 레저버(645)로 송출되는 이산화탄소의 유량을 조절한다. 후방밸브(646)는 레저버(645)로부터 제1히터(668)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 조절한다. 우회 라인(630)에는 우회밸브(632)가 설치된다. 제2지점(633)의 하류에 필터(649)가 배치되어 메인 공급 라인(562)에 흐르는 불순물을 제거한다. 조절밸브(647)는 메인 공급 라인(562)으로부터 처리공간(502)으로 공급되는 초임계 유체의 유량을 조절한다.
유체 공급유닛(560)의 동작은 제어기에 의해 제어된다. 상대적으로 낮은 밀도인 제1밀도 또는 상대적으로 높은 온도인 제2온도로 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급하고자 하는 경우, 제어기는 도 10에 도시된 바와 같이, 전방밸브(643), 후방밸브(646) 및 조절밸브(647)를 개방하고, 우회밸브(632)를 폐쇄하여 제1히터(668) 및 제2히터(648)를 경유한 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급한다.
상대적으로 높은 밀도인 제2밀도 또는 상대적으로 낮은 온도인 제1온도로 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급하고자 하는 경우, 제어기는 도 11에 도시된 바와 같이 전방밸브(643), 후방밸브(646) 및 조절밸브(6947)를 폐쇄하고, 우회밸브(632)를 개방하여 제1히터(668)를 경유하되 제2히터(648)는 경유하지 않은 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급한다.
상술한 예에서는 공급라인에 제1히터(668)와 제2히터(648)가 각각 제공되는 것으로 도시하였다. 그러나 이와 달리 도 12에 도시된 바와 같이, 공급라인에는 제1지점(631)과 제2지점(633) 사이에 히터(648)가 배치되고, 레저버와 제1지점(631) 사이에 히터가 배치되지 않을 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 건조 챔버에서 기판을 처리하는 방법을 순차적으로 보여주는 도면이고, 도 14는 시간에 따른 처리 공간 내의 압력 상태를 보여준다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 기판을 처리하는 방법은 가압 단계(S100), 처리 단계(S200), 감압 단계(S300) 및 개방 단계(S400)를 포함할 수 있다. 기판이 처리공간(502)으로 반입되면 가압 단계(S100)가 수행된다. 가압 단계(S100)에서 처리공간(502)에 초임계 유체가 공급되어 처리공간(502)을 가압한다. 가압은 처리공간(502)의 내부가 이산화탄소가 초임계 유체가 되는 임계 압력 또는 그 이상이 될 때까지 이루어진다.
가압 단계(S100)는, 제1가압단계(S101)와 제2가압단계(S103)를 포함한다. 제1가압단계(S101)에서는, 초임계 상태의 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급하여 기설정 압력(P1)까지 처리공간(502)을 가압한다. 이후, 제2가압단계(S103)에서는, 초임계 상태의 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급하여 목표 압력(P2)까지 처리공간(502)을 가압한다. 일 예에서, 제1가압단계(S101)에서 처리공간(502)을 가압하는 기설정 압력(P1)은 70bar이고 제2가압단계(S103)에서 처리공간(502)을 가압하는 목표 압력(P2)은 150bar일 수 있다. 이산화탄소는 제2가압단계(S103)에서보다 제1가압단계(S101)에서 더 높은 밀도로 공급될 수 있다.
처리 단계(S200)는 초임계 유체를 처리공간(502)으로 공급하여 초임계 유체로 기판을 처리한다. 처리 단계(S200)는, 공급 단계(S201)와 배기 단계(S203)를 포함한다. 처리 단계(S200)와 공급 단계(S201)는 순차적으로 복수 회 반복되면서 수행된다. 공급 단계(S201)에서 처리공간(502)으로 이산화탄소가 공급되고, 배기 단계(S203)에서 처리공간(502)이 배기된다.
감압 단계(S300)는 기판의 처리를 완료한 후, 처리공간(502)을 배기한다. 일 예에 의하면 감압은 처리공간(502) 내부의 상압 또는 이와 유사한 압력이 될 때까지 이루어진다. 감압 단계(S300)가 완료되면, 챔버를 개방하는 개방 단계(S400)가 수행되고, 챔버가 개방되면 기판이 처리공간(502)에서 반출된다.
도 15 내지 도 18은 각각 시간에 따라 처리 챔버로 공급되는 이산화탄소의 밀도를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 15를 참조하면, 제1가압단계에서는 제2가압단계에서보다 높은 밀도의 이산화탄소가 공급된다. 예컨대, 제1가압단계(S101)에서 처리공간(502)으로 제2밀도(D2)의 이산화탄소가 공급되고, 제2가압단계(S103)에서 제1가압단계(S101)에서 공급된 이산화탄소 보다 낮은 밀도인 제1밀도(D1)의 이산화탄소가 처리공간(502)으로 공급된다. 일 예에서, 제1밀도(D1)는 200kg/m3 내지 400kg/m3 이고, 제2밀도(D2)는 600kg/m3 내지 800kg/m3이하일 수 있다.
제2가압단계(S103)에서 이산화탄소를 상대적으로 낮은 밀도로 공급하여 처리공간(502)내 이산화탄소의 확산 속도를 높인다. 처리공간(502)내에서 확산된 이산화탄소는 IPA를 활발히 용해시킨다. 또한, 먼저 공급된 상대적으로 높은 밀도의 이산화탄소는 시간이 경과함에 따라 처리공간(502) 내에서 기판의 아래에서 위로 이동됨에 따라, 이산화탄소와 IPA의 혼합이 잘 일어나게 하는 이점이 있다.
일 예에서, 제1가압단계(S101)에서 이산화탄소는 처리공간(502)으로 제2밀도(D2)로 공급된다. 제1가압단계(S101)에서 이산화탄소를 상대적으로 높은 밀도로 공급하여 가압 단계(S100)의 초반에 단시간 동안 많은 양의 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급한다. 이후, 제1가압단계(S101)에서 이산화탄소는 처리공간(502)으로 제2밀도(D2) 보다 낮은 제1밀도(D1)로 공급된다.
일 예에서, 공급 단계(S201) 중 어느 하나의 공급단계에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 밀도와 다른 하나의 공급단계에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 밀도는 서로 상이하게 제공될 수 있다. 일 예에서, 공급 단계(S201)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 밀도는 제1밀도(D1) 또는 제2밀도(D2)이다. 일 예에서, 연속된 공급 단계(S201)들 중 제1밀도(D1)의 초임계 유체와 제2밀도(D2)의 초임계 유체의 공급은 1회씩 번갈아가며 이루어질 수 있다.
공급 단계(S201)에서 서로 다른 밀도를 가지는 이산화탄소를 반복해서 투입하여 스터링 효과를 얻고, 이산화탄소에 대한 IPA의 용해력을 높일 수 있다.
일정량의 IPA가 초임계 상태의 이산화탄소에 용해되면, 더 이상 IPA는 이산화탄소에 용해되지 않는다. 따라서 일정량의 IPA가 용해된 이산화탄소를 처리공간(502)에서 배기하는 배기 단계(S203)를 수행하고, 이후 새로운 초임계 상태의 이산화탄소를 처리공간(502)으로 공급하는 공급 단계(S201)를 수행하여 IPA가 이산화탄소에 계속적으로 용해되도록 한다. 이와 같은 배기 단계(S203)와 공급 단계(S201)는 반복해서 수행된다.
일 예에 의하면, 각각의 공급 단계(S201)에서 처리공간(502)이 목표압력(P2)가 될 때까지 이산화탄소가 공급될 수 있다. 각각의 배기 단계(S203)에서 처리공간(502)의 배기는 처리공간(502)의 압력이 임계압력보다는 높은 압력을 유지하도록 이루어진다.
공급 단계(S201)들 중 제1밀도(D1)의 초임계 유체는 N회 연속적으로 공급되고, 제2밀도(D2)의 초임계 유체는 M회 연속적으로 공급될 수 있다. 일 예에서, M과 N 중 적어도 하나는 2 이상일 수 있다. 일 예에서, M과 N은 서로 다른 수 일 수 있다. 일 예에서, M은 N 보다 큰 수이다. 도 16을 참조하면, 연속된 공급 단계(S201)들 중 제2밀도(D2)의 초임계 유체가 2번 공급되고, 이후 공급 단계(S201)에서 제1밀도의 초임계 유체가 1번 공급될 수 있다.
본 발명은 밀도가 상이한 이산화탄소를 처리공간(502)으로 번갈아 공급함에 따라, 건조 효율을 높이고 IPA의 잔류량을 최소화하고 처리 단계(S200)의 공정 시간을 감소할 수 있는 이점이 있다.
이상, 가압 단계 및 처리 단계에서 처리공간으로 초임계 이산화탄소의 밀도를 상이하게 공급하는 것으로 설명하였으나, 도 17과 같이 가압 단계(S100)에서는 동일한 밀도의 초임계 이산화탄소가 공급되고, 처리 단계(S103)에서만 초임계 이산화탄소의 밀도를 상이하게 공급할 수 있다. 또는, 도 18과 같이 처리 단계(S103)에서는 동일한 밀도의 초임계 이산화탄소가 공급되고, 가압 단계(S100)에서만 초임계 이산화탄소의 밀도를 상이하게 공급할 수 있다.
이상, 초임계 유체가 제1밀도와 제2밀도로 제공되는 것으로 설명하였으나, 초임계 유체는 제1밀도, 제1밀도 보다 높은 제2밀도 및 제1밀도 보다 높고 제2밀도 보다 낮은 제3밀도로 제공될 수 있다. 일 예에서, 제1밀도는 200kg/m3 이상 400kg/m3 이하이고, 제2밀도는 제1밀도는 600kg/m3 이상 800kg/m3이하이고, 제3밀도는 400kg/m3 이상 600kg/m3이하로 제공될 수 있다.
도 19 내지 도 21은 각각 시간에 따라 처리 챔버로 공급되는 이산화탄소의 온도를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 19를 참조하면, 본 실시예에서 처리 공간이 배기되는 동안에 초임계 이산화탄소가 공급된다. 일 예에서, 가압 단계(S100)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 온도는 제1온도(T1)이다.
배기 단계(S203)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소는 상대적으로 온도가 높게 제공된다. 배기 단계(S203)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 온도는 가압 단계(S100)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 온도보다 더 높도록 제공될 수 있다. 일 예에서, 배기 단계(S203)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 온도는 제2온도(T2)이다.
감압 단계(S300)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 온도는 가압 단계(S100)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 온도 보다 높도록 제공될 수 있다. 일 예에서, 감압 단계(S300)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 온도는 제2온도(T2)이다.
초임계 상태의 이산화탄소는 가압단계, 처리단계 그리고 제1감압단계(S301)에서 처리공간(502)으로 공급된다. 일 예에서, 이산화탄소는 제1가압단계(S101)에서는 단위 시간당 공급량인 Q1으로 공급되고, 제2가압단계(S103)에서 Q2로 공급된다. Q1은 Q2 보다 큰 값으로 제공된다.
공급 단계(S201)에서 공급되는 단위 시간 당 이산화탄소의 양은 가압 단계(S100)에서 공급되는 단위 시간 당 이산화탄소의 양보다 작게 제공된다. 일 예에서, 공급 단계(S201)에서 공급되는 단위 시간 당 이산화탄소의 양은 Q3이다. Q3는 Q2보다 작은 값으로 제공된다. 배기 단계(S203)에서도 처리공간(502)으로 이산화탄소가 공급될 수 있다. 배기 단계(S203)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 단위시간당 공급량은 공급 단계(S201)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 단위시간당 공급량보다 작게 제공된다. 일 예에서, 배기단계에서 공급되는 이산화탄소의 단위시간당 공급량은 Q4이다. 배기 단계(S203)에서 단위시간당 배기량은 이산화탄소의 단위시간당 공급량 보다 크게 제공된다. 일 예에서, 배기 단계(S203)에서 단위 시간당 배기량은 V3이고, V3>Q4의 관계가 성립된다.
제1감압 단계(S300)에서 처리공간(502)으로 공급되는 초임계 유체의 단위 시간당 공급량은 가압 단계(S100) 또는 공급 단계(S201)에서 처리공간(502)으로 공급되는 초임계 유체의 단위 시간당 공급량보다 작게 제공된다. 일 예에서, 제1감압단계(S301)에서 공급되는 이산화탄소의 단위 시간당 공급량은 Q3보다 낮은 Q4이다. 제1감압단계(S301)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 단위 시간당 공급량은 처리공간(502)으로부터 이산화탄소의 단위 시간당 배기량보다 작게 제공된다. 일 예에서, 제1감압 단계(S300)에서 단위 시간당 배기량은 V3보다 높은 V2이고, V2>Q4의 관계가 성립된다.
제2감압단계(S303)에서는 이산화탄소의 공급없이 처리공간(502)이 배기된다. 일 예에서, 제2감압 단계(S300)에서 단위 시간당 배기량은 V2보다 높은 V1로 제공된다.
도 22는 종래 챔버 내부의 온도(T1), 본발명에 따른 챔버 내부의 온도(T2)와 압력(P)을 나타낸 그래프이다. 도 20을 참조하면, 감압 단계(S300)에서 처리공간(502)의 배기 시, 급격한 압력 하락으로 인해 종래 공정 챔버 내부 온도(T1)가 급격히 하락한다. 처리공간(502) 내부의 온도가 하강함에 따라 IPA의 이산화탄소에 대한 용해도가 감소한다. 처리공간(502) 내부의 온도가 섭씨 31도 이하로 하강할 경우 초임계 상태의 이산화탄소는 아임계상태가 된다. 이산화탄소의 아임계상태에서 IPA의 이산화탄소에 대한 용해도는 현저히 감소되며, 아임계상태의 이산화탄소는 혼합물을 형성하여 기판을 오염시킨다.
본 발명은, 압력이 하강하는 구간인 배기 단계(S203)와 감압 단계(S300)에서 상대적으로 고온의 이산화탄소를 공급함에 따라 챔버 내부 온도(T2)를 고온으로 유지시킨다. 따라서, IPA의 이산화탄소에 대한 용해도를 높은 상태로 유지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 온도 보상에 의해 챔버 내부는 이산화탄소를 초임계 상태로 유지시킨다. 이에 따라, IPA의 이산화탄소에 대한 용해도가 보존되어 처리공간(502)의 감압 시 초임계 상태의 이산화탄소에 용해된 IPA는 챔버 외부로 배출된다. 일 예에서, 제2온도의 하한은 이산화탄소의 임계 온도 이상으로 설정하여 챔버 내부의 이산화탄소를 초임계 상태로 유지한다.
이상, 감압 단계(S300)에서 제2온도(T2)의 이산화탄소는 감압 단계(S300)가 수행되는 동안 처리공간(502)으로 계속적으로 공급되는 것으로 설명하였으나, 제2온도(T2)의 이산화탄소는 제1감압단계(S301)에서만 공급될 수 있다.
이상, 감압 단계(S300)에서 이산화탄소의 공급은 감압 단계(S300)와 동시에 시작하는 것으로 설명하였으나, 다른 예에서, 감압 단계(S300)에서 이산화탄소의 공급은 감압 단계(S300)의 도중에 시작될 수 있다. 또 다른 예에서, 감압 단계(S300)에서, 이산화탄소의 공급은 처리 단계(S200)의 도중에 시작될 수 있다.
이상, 배기 단계(S203) 및 감압 단계(S300)에서 상대적으로 높은 온도의 이산화탄소가 처리공간(502)으로 공급되는 것으로 설명하였으나, 도 20과 같이 감압 단계(S300)에서만 상대적으로 높은 온도인 제2온도의 이산화탄소가 처리공간(502)으로 공급될 수 있다. 또는, 도 21과 같이 배기 단계(S203)에서만 제2온도의 이산화탄소가 처리공간(502)으로 공급될 수 있다.
이상, 감압 단계(S300)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 온도는 제2온도로 설명하였으나, 공급 단계(S201)에서 처리공간(502)으로 공급되는 이산화탄소의 온도인 제2온도 보다 높은 온도로 제공될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
502: 처리공간
520: 챔버
560: 유체공급 유닛

Claims (21)

  1. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    챔버 내의 처리공간으로 초임계 유체를 공급하여 상기 처리공간의 기판을 처리하되,
    상기 처리공간으로 제1온도의 상기 초임계 유체와 상기 제1온도 보다 높은 제2온도의 상기 초임계 유체를 공급하여 기판을 처리하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리 방법은 상기 처리공간에 상기 제1온도의 상기 초임계 유체를 공급하여 기판을 처리하는 것과 상기 처리공간을 배기하는 것을 반복하여 상기 처리공간에서 상기 기판을 처리하되,
    상기 기판을 처리하는 동안에 상기 처리공간을 배기할 때 상기 처리공간에 상기 제2온도의 상기 초임계 유체를 공급하는 기판 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 처리가 완료된 이후에 상기 처리공간을 감압하되,
    상기 처리공간의 감압 시에 상기 처리공간으로 상기 제2온도의 상기 초임계 유체를 공급하고,
    상기 처리공간의 감압 시에 상기 처리공간으로 공급되는 상기 제2온도의 상기 초임계 유체의 단위시간당 공급량은 상기 기판을 처리하는 동안에 상기 처리공간으로 공급되는 상기 제1온도의 상기 초임계 유체의 단위시간당 공급량보다 작은 기판 처리 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 동안에, 상기 처리공간을 배기할 때 상기 처리공간으로 공급되는 상기 제2온도의 상기 초임계 유체의 단위시간당 공급량은 상기 처리공간으로 공급되는 상기 제1온도의 상기 초임계 유체의 단위시간당 공급량보다 작은 기판 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 처리가 완료된 이후에 상기 처리공간을 감압하되 상기 처리공간의 감압 시에 상기 제2온도의 상기 초임계 유체가 공급되는 기판 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 처리공간의 감압 시에,
    상기 처리공간으로 공급되는 상기 제2온도의 상기 초임계 유체의 단위 시간당 공급량은 상기 처리공간의 단위시간당 배기량 보다 작은 기판 처리 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 처리는 상기 기판 상의 유기용제를 상기 초임계 유체에 용해시켜 상기 기판 상에서 상기 유기용제를 제거하는 공정인 기판 처리 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초임계 유체는, 이산화탄소인 기판 처리 방법.
  9. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    챔버 내의 처리공간으로 초임계 유체를 공급하여 상기 처리공간의 기판을 처리하되,
    상기 기판이 상기 처리공간으로 반입된 후 상기 처리공간을 가압하는 가압 단계와;
    상기 초임계 유체를 상기 처리공간으로 공급하여 상기 초임계 유체로 상기 기판을 처리하는 처리 단계와; 그리고
    상기 기판의 처리가 완료된 후, 상기 처리공간에서 상기 초임계 유체를 배기하는 감압 단계를 포함하고,
    상기 감압 단계에서 상기 처리공간으로부터 상기 초임계 유체를 배기하는 동안에 상기 처리공간으로 상기 초임계 유체가 공급되며,
    상기 감압 단계에서 상기 처리공간으로 공급되는 상기 초임계 유체의 온도는 상기 가압 단계에서 상기 처리공간으로 공급되는 상기 초임계 유체의 온도보다 높은 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 감압 단계에서,
    상기 초임계 유체의 공급은 상기 감압 단계와 동시에 시작되는 기판 처리 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 감압 단계에서,
    상기 초임계 유체의 공급은 상기 감압 단계의 도중에 시작되는 기판 처리 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 감압 단계에서 공급되는 상기 초임계 유체는 상기 감압 단계 이전에 상기 처리공간으로 공급되는 기판 처리 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 감압 단계에서,
    상기 처리공간으로 공급되는 상기 초임계 유체의 단위 시간당 공급량은 상기 처리공간의 단위시간당 배기량보다 작은 기판 처리 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 처리 단계는,
    상기 처리공간으로 상기 초임계 유체를 공급하는 공급 단계와 상기 처리공간에서 상기 초임계 유체를 배기하는 배기 단계를 교대로 반복하여 복수 회 수행하되,
    상기 배기 단계에서는 상기 처리공간으로 상기 공급 단계에서 공급되는 초임계 유체보다 높은 온도의 초임계 유체가 공급되는 기판 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배기 단계에서 상기 처리공간으로 공급되는 상기 초임계 유체의 단위시간당 공급량은 상기 공급 단계에서 상기 처리공간으로 공급되는 상기 초임계 유체의 단위시간당 공급량보다 작은 기판 처리 방법.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 처리는 상기 기판 상의 유기용제를 상기 초임계 유체에 용해시켜 상기 기판 상에서 상기 유기용제를 제거하는 공정인 기판 처리 방법.
  17. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초임계 유체는, 이산화탄소인 기판 처리 방법.
  18. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    챔버 내의 처리공간으로 초임계 유체를 공급하여 상기 처리공간의 기판을 처리하되,
    상기 기판이 상기 처리공간으로 반입된 후 상기 처리공간을 가압하는 가압 단계와;
    상기 초임계 유체를 상기 처리공간으로 공급하여 상기 초임계 유체로 상기 기판을 처리하는 처리 단계와; 그리고
    상기 기판의 처리가 완료된 후, 상기 처리공간에서 상기 초임계 유체를 배기하는 감압 단계를 포함하고,
    상기 처리 단계는,
    상기 처리공간으로 상기 초임계 유체를 공급하는 공급 단계와 상기 처리공간에서 상기 초임계 유체를 배기하는 배기 단계를 교대로 반복하여 복수 회 수행하되,
    상기 배기 단계에서는 상기 처리공간으로 상기 공급 단계에서 공급되는 초임계 유체보다 높은 온도의 초임계 유체가 공급되는 기판 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 배기 단계에서 상기 처리공간으로 공급되는 상기 초임계 유체의 단위시간당 공급량은 상기 공급 단계에서 상기 처리공간으로 공급되는 상기 초임계 유체의 단위시간당 공급량보다 작은 기판 처리 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 기판의 처리는 상기 기판 상의 유기용제를 상기 초임계 유체에 용해시켜 상기 기판 상에서 상기 유기용제를 제거하는 공정인 기판 처리 방법.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초임계 유체는, 이산화탄소인 기판 처리 방법.
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