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KR102398794B1 - 기판 건조 챔버 - Google Patents

기판 건조 챔버 Download PDF

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KR102398794B1
KR102398794B1 KR1020200104527A KR20200104527A KR102398794B1 KR 102398794 B1 KR102398794 B1 KR 102398794B1 KR 1020200104527 A KR1020200104527 A KR 1020200104527A KR 20200104527 A KR20200104527 A KR 20200104527A KR 102398794 B1 KR102398794 B1 KR 102398794B1
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KR
South Korea
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drying
lower housing
supercritical fluid
housing
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Inventor
신희용
Original Assignee
무진전자 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 기판 건조 챔버에 관한 것이다.
본 발명은 상부 하우징, 상기 상부 하우징에 개폐 가능하게 결합되는 하부 하우징, 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터부, 상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되어 있으며 유기용제가 형성되어 있는 기판이 배치되는 기판 배치판, 상기 상부 하우징의 중앙영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 건조용 초임계유체의 공급경로를 제공하는 상부 공급포트, 상기 하부 하우징의 측면에서 시작하여 상기 하부 하우징의 중간영역까지 연장되고 상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어, 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체에 의한 건조 후 상기 건조용 초임계유체에 상기 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출경로를 제공하는 일체형 공급/배출포트 및 상기 상부 공급포트의 종단에 결합되어 상기 혼합유체가 상기 상부 공급포트로 역류되는 것을 방지하는 체크 밸브(check valve)를 포함한다.

Description

기판 건조 챔버{SUBSTRATE DRYING CHAMBER}
본 발명은 기판 건조 챔버에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 건조용 초임계유체의 공급과 건조용 초임계유체에 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출이 반복되는 플러싱(flushing) 공정 완료 후, 혼합유체의 배출(감압) 시, 혼합유체가 상 분리(phase separation)되어 기판에 입자상 오염을 유발하는 것을 방지하고, 상부 하우징과 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터를 이용하여 챔버에 초임계유체가 공급될 때 챔버 내부가 초임계유체의 임계점 이상이 되도록 조절함으로써 기판에 형성된 패턴에 습윤되어 있는 유기용제를 초임계유체에 용해시켜 외부로 배출시키는 건조 과정에서 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지하고 초임계 건조 효율을 증대시킬 수 있고, 초임계유체의 공급 및 배출 시 대칭적인 흐름을 유도하여 초임계유체를 챔버 내부에 균일하게 분산시켜 공급 및 배출함으로써 기판 건조효율을 증대시킬 수 있고, 건조공정 종료 후 챔버 개방 시 파티클이 챔버 내부의 기판으로 유입되는 문제를 방지할 수 있는 기판 건조 챔버에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에는 리소그래피 공정, 에칭 공정, 이온 주입 공정 등의 다양한 공정이 포함되어 있으며, 각 공정의 종료 후, 다음 공정으로 이행하기 전에 웨이퍼 표면에 잔존하는 불순물이나 잔사를 제거해서 웨이퍼 표면을 청정하게 하기 위한 세정 공정 및 건조 공정이 수행되고 있다.
예를 들어, 에칭 공정 후의 웨이퍼의 세정 처리에서는 웨이퍼의 표면에 세정 처리를 위한 약액이 공급되고, 그 후에 탈이온수(deionized water, DIW)가 공급되어서 린스(rinse) 처리가 행해진다. 린스 처리 후에는 웨이퍼 표면에 남아있는 탈이온수를 제거해서 웨이퍼를 건조하는 건조 처리가 행해진다.
건조 처리를 수행하는 방법으로는, 예를 들어, 웨이퍼 상의 탈이온수를 이소프로필 알코올(IPA)로 치환해서 웨이퍼를 건조하는 기술이 알려져 있다.
그러나 종래의 이러한 건조 기술에 따르면, 도 1에 개시된 바와 같이, 건조 처리 시에, 액체인 IPA의 표면 장력에 의해 웨이퍼 상에 형성된 패턴이 도괴하는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 표면 장력이 제로가 되는 초임계 건조 기술이 제안되고 있다.
이러한 초임계 건조 기술에 따르면, 챔버 내에서 표면이 이소프로필 알코올(IPA)로 습윤되어 있는 웨이퍼에 초임계 상태의 이산화탄소를 공급함으로써 웨이퍼 상의 IPA가 초임계 이산화탄소(CO2) 유체에 용해된다. 그리고 IPA를 용해하고 있는 초임계 이산화탄소(CO2) 유체를 서서히 챔버에서 배출함으로써 패턴의 도괴 없이 웨이퍼를 건조할 수 있다.
도 2는 이러한 초임계유체를 사용한 기판 처리 장치와 관련된 선행기술인 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137243호에 개시된 기판 처리용 챔버를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 초임계 건조공정에서 유기용제를 제거하는 과정에서 고압 챔버(410)를 구성하는 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 접촉하는 결합면으로 유기용제가 유입될 수 있다. 이렇게 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 결합면으로 유입된 유기용제는 파티클이 되어 주변에 쌓이게 된다.
초임계 건조공정이 끝난 후 처리된 기판을 외부로 반송하기 위해 챔버는 개방되며, 이 때, 챔버 내부와 외부의 압력차이로 인해 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 결합면 주위의 파티클이 챔버 내부로 유입될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137243호에 따르면, 기판이 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 결합면보다 아래쪽에 위치하기 때문에, 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 결합면 주위의 파티클이 챔버 내부로 유입되는 과정에서 중력에 의하여 파티클의 일부는 기판으로 유입될 가능성이 높다.
이와 같이, 기판으로 유입되는 파티클은 공정의 불량을 초래하기 때문에, 파티클 유입을 방지하기 위하여 상부 바디(430)과 하부 바디(420)의 결합면 주위에 차단막을 추가로 설치해야 할 필요성이 있으며, 이에 따라 장치의 전체적인 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137243호를 포함하는 종래 기술에 따르면, 초기가압을 위한 초임계유체를 공급하는 하부 공급 포트(422), 건조 이후의 초임계유체를 배기하는 배기포트(426)가 하부 바디(420)의 정중앙에 위치하지 아니함으로써 유체의 공급 및 배출 시 비대칭적인 흐름을 형성하여 초임계유체를 챔버 내부에 균일하게 분산시켜 공급 및 배출시키기 어려우며, 이로 인해 건조효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한, 건조공정에서 초기가압 후, 건조용 초임계유체의 공급과 건조용 초임계유체에 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출이 반복되는 플러싱(flushing) 공정 완료 후에, 챔버에서 혼합유체를 배출(감압) 시, 혼합유체가 상 분리(phase separation)될 경우 기판에 입자상 오염을 유발할 수 있다. 구체적으로, 임계점 이상의 높은 압력 영역에서의 급격한 단열 팽창에 의해 온도와 압력이 임계점 이하로 떨어질 경우 단일 상(single phase)을 이루고 있던 혼합유체가 상 분리(phase separation)되어 기판에 건조 불량(입자상의 오염 등)을 야기할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137243호를 포함하는 종래 기술에 따르면, 건조를 위한 초임계유체 공급 과정에서 챔버 내부 온도가 초임계상태 유지를 위한 임계점 미만이 되는 경우, 기판에 형성된 패턴에 습윤되어 있는 유기용제를 초임계유체에 용해시켜 외부로 배출시키는 건조 과정에서 기판에 형성된 패턴이 도괴될 수 있고 초임계 건조 효율이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137243호(공개일자: 2017년 12월 13일, 명칭: 기판 처리 장치 및 방법)
본 발명의 기술적 과제는 건조용 초임계유체의 공급과 건조용 초임계유체에 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출이 반복되는 플러싱(flushing) 공정 완료 후, 혼합유체의 배출(감압) 시, 혼합유체가 상 분리(phase separation)되어 기판에 입자상 오염을 유발하는 것을 방지하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 상부 하우징과 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터를 이용하여 챔버에 초임계유체가 공급될 때 챔버 내부가 초임계유체의 임계점 이상이 되도록 조절함으로써 기판에 형성된 패턴에 습윤되어 있는 유기용제를 초임계유체에 용해시켜 외부로 배출시키는 건조 과정에서 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지하고 초임계 건조 효율을 증대시키는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 하나의 일체형 공급/배출포트를 통하여 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 건조후 기판에 형성된 유기용제가 용해된 초임계유체의 배출경로를 제공함으로써, 초임계유체의 공급 및 배출 시 대칭적인 흐름을 유도하여 초임계유체를 챔버 내부에 균일하게 분산시켜 공급 및 배출함으로써 기판 건조효율을 증대시키는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 기판을 배치하기 위하여 필수적으로 요구되는 기판 배치판을 이용하여 건조공정 완료 후 챔버 개방 시 재유입되는 파티클을 차단하고, 건조 공정의 초기에 기판 표면으로 직접 향하는 초기 가압용 초임계유체의 흐름을 방지하여 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지하고, 초기 가압용 초임계유체에 함유될 수 있는 파티클이 기판에 퇴적되는 문제를 방지하거나 퇴적량을 감소시키고, 기판 배치판이 차지하는 부피로 인한 챔버의 내부용적(working volume)을 감소시켜 건조 공정시간을 단축하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 기판을 하부 하우징과 상부 하우징의 결합면보다 높게 위치하도록 기판 배치판 상에 배치함으로써, 건조공정이 완료되어 챔버가 개방되는 경우, 하부 하우징과 상부 하우징의 결합면에 구비된 실링부 주변의 파티클이 기판과 결합면의 높이차에 따른 중력에 의해 기판으로 유입되는 문제를 방지하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 기판 건조 챔버는 상부 하우징, 상기 상부 하우징에 개폐 가능하게 결합되는 하부 하우징, 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터부, 상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되어 있으며 유기용제가 형성되어 있는 기판이 배치되는 기판 배치판, 상기 상부 하우징의 중앙영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 건조용 초임계유체의 공급경로를 제공하는 상부 공급포트, 상기 하부 하우징의 측면에서 시작하여 상기 하부 하우징의 중간영역까지 연장되고 상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어, 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체에 의한 건조 후 상기 건조용 초임계유체에 상기 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출경로를 제공하는 일체형 공급/배출포트 및 상기 상부 공급포트의 종단에 결합되어 상기 혼합유체가 상기 상부 공급포트로 역류되는 것을 방지하는 체크 밸브(check valve)를 포함한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버에 있어서, 상기 상부 공급포트를 통한 상기 건조용 초임계유체의 공급과 상기 일체형 공급/배출포트를 통한 상기 혼합유체의 배출이 반복되는 플러싱(flushing) 공정이 수행되고, 상기 체크 밸브는, 상기 플러싱 공정 중에 상기 혼합유체가 상기 상부 공급포트로 역류되어 잔류하다가, 상기 플러싱 공정 완료 후, 상기 혼합유체를 배출 시, 상기 혼합유체가 상 분리(phase separation)되어 상기 기판에 입자상 오염을 유발하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버에 있어서, 상기 히터부는 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나의 내부에 동심원 형상으로 대칭적으로 배치된 복수의 발열체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버에 있어서, 상기 히터부는 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체가 임계점 이상의 온도를 유지하도록 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버에 있어서, 상기 히터부를 구성하는 복수의 발열체는 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나의 측벽에 형성된 개구(aperture)까지 연장되어 외부 전원에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버에 있어서, 상기 일체형 공급/배출포트는 상기 하부 하우징의 측면에서 상기 하부 하우징의 중간영역까지 형성된 공통관로부 및 상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 공통관로부와 연통되어 상기 기판 배치판을 향하도록 형성된 공통포트부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버에 있어서, 상기 초기 가압용 초임계유체는 외부로부터 상기 공통관로부와 상기 공통포트부를 통해 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징으로 밀폐된 건조 공간으로 공급되고, 상기 건조용 초임계유체에 상기 유기용제가 용해된 혼합유체는 상기 건조 공간으로부터 상기 공통포트부와 상기 공통관로부를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버는 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징의 결합면에 구비된 실링부를 더 포함하고, 상기 기판은 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징의 결합면보다 높게 위치하도록 상기 기판 배치판 상에 배치되어 있고, 건조공정이 완료되어 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징이 개방되는 경우, 상기 결합면에 구비된 실링부 주변의 파티클이 상기 기판과 상기 결합면의 높이차에 따른 중력에 의해 상기 기판으로의 유입이 방지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버에 있어서, 상기 공통관로부와 상기 공통포트부를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체는 상기 기판 배치판에 막혀 상기 기판으로의 직접적인 분사가 방지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버는 일단이 상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되고 타단이 상기 기판 배치판에 결합되어, 상기 기판 배치판을 지지하면서 상기 기판 배치판을 상기 하부 하우징의 바닥면으로부터 이격시키는 기판배치판 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버에 있어서, 상기 기판배치판 지지부에 의해 상기 하부 하우징의 바닥면과 상기 기판 배치판 사이에 존재하는 제1 이격공간은 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체가 상기 기판 배치판의 하면을 따라 이동하여 상기 기판이 배치된 처리영역으로 점진적으로 확산하도록 유도하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버는 일단이 상기 기판 배치판의 상면에 결합되고 타단이 상기 기판에 결합되어, 상기 기판을 지지하면서 상기 기판을 상기 기판 배치판의 상면으로부터 이격시키는 기판 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 건조 챔버에 있어서, 상기 기판 지지부에 의해 상기 기판 배치판의 상면과 상기 기판 사이에 존재하는 제2 이격공간은 상기 기판의 하면을 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체에 노출시켜 건조공정의 시간을 단축시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 건조용 초임계유체의 공급과 건조용 초임계유체에 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출이 반복되는 플러싱(flushing) 공정 완료 후, 혼합유체의 배출(감압) 시, 혼합유체가 상 분리(phase separation)되어 기판에 입자상 오염을 유발하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상부 하우징과 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터를 이용하여 챔버에 초임계유체가 공급될 때 챔버 내부가 초임계유체의 임계점 이상이 되도록 조절함으로써 기판에 형성된 패턴에 습윤되어 있는 유기용제를 초임계유체에 용해시켜 외부로 배출시키는 건조 과정에서 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지하고 초임계 건조 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 일체형 공급/배출포트를 통하여 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 건조후 기판에 형성된 유기용제가 용해된 초임계유체의 배출경로를 제공함으로써, 초임계유체의 공급 및 배출 시 대칭적인 흐름을 유도하여 초임계유체를 챔버 내부에 균일하게 분산시켜 공급 및 배출함으로써 기판 건조효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 기판을 배치하기 위하여 필수적으로 요구되는 기판 배치판을 이용하여 건조공정 완료 후 챔버 개방 시 재유입되는 파티클을 차단하고, 건조 공정의 초기에 기판 표면으로 직접 향하는 초기 가압용 초임계유체의 흐름을 방지하여 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지할 수 있고, 초기 가압용 초임계유체에 함유될 수 있는 파티클이 기판에 퇴적되는 문제를 방지하거나 퇴적량을 감소시킬 수 있고, 기판 배치판이 차지하는 부피로 인한 챔버의 내부용적(working volume)을 감소시켜 건조 공정시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기판을 하부 하우징과 상부 하우징의 결합면보다 높게 위치하도록 기판 배치판 상에 배치함으로써, 건조공정이 완료되어 챔버가 개방되는 경우, 하부 하우징과 상부 하우징의 결합면에 구비된 실링부 주변의 파티클이 기판과 결합면의 높이차에 따른 중력에 의해 기판으로 유입되는 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 기판 건조 과정에서 발생하는 패턴 도괴(pattern collapse) 현상을 나타낸 도면이고,
도 2는 종래의 기판 건조 챔버를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 건조 챔버를 나탄낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 하부 하우징의 예시적인 외관 형상을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 하부 하우징의 예시적인 단면 형상을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 초기 가압용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 건조용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출 경로를 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 건조공정이 완료되어 하부 하우징과 상부 하우징이 개방되는 경우, 상부 하우징과 하부 하우징의 결합면에 구비된 실링부 및 그 주변에 존재하는 파티클의 기판으로의 유입이 방지되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 건조 챔버를 나탄낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 하부 하우징의 예시적인 외관 형상을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 하부 하우징의 예시적인 단면 형상을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 초기 가압용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 건조용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출 경로를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 건조공정이 완료되어 하부 하우징과 상부 하우징이 개방되는 경우, 상부 하우징과 하부 하우징의 결합면에 구비된 실링부 및 그 주변에 존재하는 파티클의 기판으로의 유입이 방지되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 건조 챔버(1)는 상부 하우징(10), 하부 하우징(20), 실링부(30), 기판 배치판(40), 일체형 공급/배출포트(50), 상부 공급포트(60), 기판배치판 지지부(70), 기판 지지부(80), 하우징 구동부(90), 히터부 및 체크 밸브(200)를 포함한다.
상부 하우징(10)과 하부 하우징(20)은 서로 개폐 가능하게 결합되어 있으며, 건조 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 예를 들어, 상부 하우징(10)과 하부 하우징(20)은 원통 형상을 갖도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 후술하겠지만, 상부 하우징(10)에는 상부 공급포트(60)가 형성되어 있고, 하부 하우징(20)에는 일체형 공급/배출포트(50)가 형성되어 있으며, 상부 공급포트(60)의 종단에는 체크 밸브(200)가 결합되어 있다.
히터부는 상부 하우징(10)과 하부 하우징(20) 중에서 적어도 하나에 내장되어 있다.
이하에서는, 히터부가 상부 하우징(10)에 내장된 상부 히터부(110)와 하부 하우징(20)에 내장된 하부 히터부(210)로 이루어진 경우를 예를 들어 설명하지만, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 히터부는 상부 히터부(110)만으로 이루어지거나 하부 히터부(210)만으로 이루어질 수도 있다.
또한, 상부 히터부(110)와 하부 히터부(210)는 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있으며, 설명의 중복을 피하기 위하여 하부 히터부(210)를 기준으로 히터부를 설명하지만 동일한 설명이 상부 히터부(110)에도 적용될 수 있다.
하부 하우징(20)의 예시적인 외관 형상을 나타낸 도 4 및 하부 하우징(20)의 예시적인 단면 형상을 나타낸 도 5에 예시된 바와 같이, 하부 히터부(210)는 하부 하우징(20)의 내부에 동심원 형상으로 대칭적으로 배치된 복수의 발열체(201, 202, 203, 204)를 포함하도록 구성될 수 있다. 구체적인 예로, 하부 하우징(20)의 내부에는 하부 히터부(210)를 배치하기 위한 홈이 구비되고, 하부 히터부(210)는 이 홈에 배치될 수 있다.
예를 들어, 하부 히터부(210)를 구성하는 복수의 발열체(201, 202, 203, 204)는 하부 하우징(20)의 측벽에 형성된 개구(aperture, 220)까지 연장되어 외부 전원(도시하지 않음)에 전기적으로 연결되고, 외부 전원이 인가되는 경우 저항열에 의해 발열하는 방식으로 기판 건조 챔버(1) 내부에 열을 공급하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 하부 히터부(210)는 일체형 공급/배출포트(50)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상부 공급포트(60)를 통해 공급되는 건조용 초임계유체가 임계점 이상의 온도를 유지하도록 동작할 수 있다. 이를 위한 수단으로, 도면에 도시하지는 않았으나 일체형 공급/배출포트(50)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체의 공급을 제어하는 밸브의 제어 동작, 상부 공급포트(60)를 통한 건조용 초임계유체의 공급을 제어하는 밸브의 제어 동작 및 하부 히터부(210)에 전원을 공급하는 외부 전원의 제어 동작을 연동시킬 수 있다.
이와 같이, 일체형 공급/배출포트(50)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상부 공급포트(60)를 통해 공급되는 건조용 초임계유체가 임계점 이상의 온도를 유지하도록 하부 히터부(210)를 동작시킴으로써, 기판(W)에 형성된 패턴에 습윤되어 있는 이소프로필 알코올(IPA) 등과 같은 유기용제를 이산화탄소(CO2) 등과 같은 초임계유체에 용해시켜 외부로 배출시킴으로써 건조 과정에서 기판에 형성된 패턴의 도괴를 방지할 수 있다.
실링부(30)는 하부 하우징(20)과 상부 하우징(10)의 결합면(C)에 구비되어 있으며, 하부 하우징(20)과 상부 하우징(10)의 결합면(C)의 기밀을 유지하여 기판 건조 챔버(1) 내부영역을 외부와 차단시킨다.
예를 들어, 건조공정이 완료되어 하부 하우징(20)과 상부 하우징(10)이 개방되는 경우, 상부 하우징(10)과 하부 하우징(20)의 결합면(C)에 구비된 실링부(30) 및 그 주변에 존재하는 파티클의 기판(W)으로의 유입이 방지되는 원리를 설명하기 위한 도 9에 예시된 바와 같이, 기판(W)은 하부 하우징(20)과 상부 하우징(10)의 결합면(C)보다 높게 위치하도록 기판 배치판(40) 상에 배치되어 있고, 건조공정이 완료되어 하부 하우징(20)과 상부 하우징(10)이 개방되는 경우, 결합면(C)에 구비된 실링부(30) 주변의 파티클이 기판(W)과 결합면(C)의 높이차에 따른 중력에 의해 기판(W)으로의 유입이 방지되도록 구성될 수 있다.
기판 배치판(40)은 하부 하우징(20)의 바닥면(22)에 결합되어 있으며 유기용제가 형성되어 있는 기판(W)이 배치되는 구성요소이다.
예를 들어, 일체형 공급/배출포트(50)를 구성하는 공통관로부(510)와 공통포트부(520)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체는 기판 배치판(40)에 막혀 기판(W)으로의 직접적인 분사가 방지되도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 초기 가압용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도 6 및 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출 경로를 나타낸 도 8에 예시된 바와 같이, 건조 공정의 대상인 기판(W)을 배치하기 위하여 필수적으로 요구되는 기판 배치판(40)을 이용하여 건조공정 완료 후 기판 건조 챔버(1) 개방 시 재유입되는 파티클을 차단하고, 건조 공정의 초기에 기판(W) 표면으로 직접 향하는 초기 가압용 초임계유체의 흐름을 방지하여 기판(W)에 형성된 패턴의 도괴를 방지할 수 있고, 초기 가압용 초임계유체에 함유될 수 있는 파티클이 기판(W)에 퇴적되는 문제를 방지하거나 퇴적량을 감소시킬 수 있고, 기판 배치판(40)이 차지하는 부피로 인한 기판 건조 챔버(1)의 내부용적(working volume)을 감소시켜 건조 공정시간을 단축할 수 있다.
일체형 공급/배출포트(50)는 하부 하우징(20)의 측면(24)에서 시작하여 하부 하우징(20)의 중간영역(28)까지 연장되고, 하부 하우징(20)의 중간영역(28)에서 기판 배치판(40)을 향하도록 형성되어, 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 상부 공급포트(60)를 통해 공급되는 건조용 초임계유체에 의한 건조 후 건조용 초임계유체에 기판(W)에 형성된 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출경로를 제공하는 구성요소이다.
이러한 하나의 일체형 공급/배출포트(50)를 통하여 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 건조 후 기판(W)에 형성된 유기용제가 건조용 초임계유체에 용해된 혼합유체의 배출경로를 제공함으로써, 초임계유체의 공급 및 배출 시 대칭적인 흐름을 유도하여 초임계유체를 기판 건조 챔버(1) 내부에 균일하게 분산시켜 공급 및 배출함으로써 기판 건조효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
예를 들어, 이러한 일체형 공급/배출포트(50)는, 하부 하우징(20)의 측면(24)에서 중간영역(28)까지 형성된 공통관로부(510) 및 하부 하우징(20)의 중간영역(28)에서 공통관로부(510)와 연통되어 기판 배치판(40)을 향하도록 형성된 공통포트부(520)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 1) 초기 가압용 초임계유체는 기판 건조 챔버(1) 외부로부터 공통관로부(510)와 공통포트부(520)를 통해 기판 건조 챔버(1) 내부, 즉, 상부 하우징(10)과 하부 하우징(20)으로 밀폐된 건조 공간으로 공급되고, 2) 건조용 초임계유체에 유기용제가 용해된 혼합유체는 기판 건조 챔버(1) 내부의 건조 공간으로부터 공통포트부(520)와 공통관로부(510)를 통해 기판 건조 챔버(1) 외부로 배출된다.
상부 공급포트(60)는 상부 하우징(10)의 중앙영역에서 기판 배치판(40)을 향하도록 형성되어 건조용 초임계유체의 공급경로를 제공하는 구성요소이다.
예를 들어, 기판 건조 챔버(1)에서 수행되는 초임계유체를 이용한 건조 공정의 전체적인 시퀀스(sequence)를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 초기 가압용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도 6에 예시된 바와 같이, 일체형 공급/배출포트(50)를 구성하는 공통관로부(510)와 공통포트부(520)를 통해 초기 가압용 초임계유체가 설정된 초기가압시간 동안 공급되는 과정이 수행될 수 있다.
다음으로, 건조용 초임계유체의 확산 경로를 나타낸 도 7에 예시된 바와 같이, 초기 가압시간이 경과한 후 초기 가압용 초임계유체의 공급이 차단되고 상부 공급포트(60)를 통해 건조용 초임계유체가 공급되는 과정이 수행될 수 있다.
다음으로, 건조용 초임계유체에 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출 경로를 나타낸 도 8에 예시된 바와 같이, 건조용 초임계유체의 공급이 차단되고 일체형 공급/배출포트(50)를 구성하는 공통포트부(520)와 공통관로부(510)를 통해 혼합유체가 배출될 수 있다.
예를 들어, 도 7에 예시된 건조용 초임계유체의 공급과 도 8에 예시된 혼합유체의 배출은 설정된 횟수만큼 반복(flushing)될 수 있다.
최종적으로, 기판(W)에 대한 건조가 완료된 이후, 도 9에 예시된 바와 같이, 기판 건조 챔버(1)를 개방하여 건조가 완료된 기판(W)을 외부로 반출하는 과정이 수행될 수 있다.
체크 밸브(200)는 상부 공급포트(60)의 종단에 결합되어 혼합유체가 상부 공급포트(60)로 역류되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
이하에서는, 체크 밸브(200)의 구체적인 기능을 건조 공정 시퀀스(sequence)와 결부시켜 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 1) 일체형 공급/배출포트(50)를 구성하는 공통관로부(510)와 공통포트부(520)를 통해 초기 가압용 초임계유체가 설정된 초기가압시간 동안 공급되고, 2) 초기 가압시간이 경과한 후 초기 가압용 초임계유체의 공급이 차단되고 상부 공급포트(60)를 통해 건조용 초임계유체가 건조시간 동안 공급되고, 3) 건조 시간이 경과한 후 건조용 초임계유체의 공급이 차단되고 일체형 공급/배출포트(50)를 구성하는 공통포트부(520)와 공통관로부(510)를 통해 혼합유체가 배출시간 동안 배출될 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 건조용 초임계유체의 공급과 혼합유체의 배출은 설정된 횟수만큼 반복, 즉, 플러싱(flushing)될 수 있다.
이와 같이, 건조공정에서 초기가압 후, 건조용 초임계유체의 공급과 건조용 초임계유체에 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출이 반복되는 플러싱(flushing) 공정 완료 후에, 기판 건조 챔버(1)에서 혼합유체를 배출(감압) 시, 상부 공급포트(60)에 잔류하던 혼합유체가 배출 과정에서 상 분리(phase separation)될 경우 기판(W)에 입자상 오염을 유발할 수 있다. 구체적으로, 임계점 이상의 높은 압력 영역에서의 급격한 단열 팽창에 의해 온도와 압력이 임계점 이하로 떨어질 경우 단일 상(single phase)을 이루고 있던 혼합유체가 상 분리(phase separation)되어 기판에 건조 불량(입자상의 오염 등)을 야기할 수 있다는 문제점이 있다.
상부 공급포트(60)에 결합된 체크 밸브(200)는 이러한 문제점을 해결하기 위한 구성요소로서, 체크 밸브(200)는, 플러싱 공정 중에 혼합유체가 상부 공급포트(60)로 역류되어 잔류하다가, 플러싱 공정 완료 후, 혼합유체를 최종적으로 배출 시, 혼합유체가 배출 과정에서 상 분리(phase separation)되어 기판(W)에 입자상 오염을 유발하는 것을 방지한다.
기판배치판 지지부(70)는 일단이 하부 하우징(20)의 바닥면(22)에 결합되고 타단이 기판 배치판(40)에 결합되어 있으며, 기판 배치판(40)을 지지하면서 기판 배치판(40)을 하부 하우징(20)의 바닥면(22)으로부터 이격시키는 구성요소이다.
예를 들어, 기판배치판 지지부(70)에 의해 하부 하우징(20)의 바닥면(22)과 기판 배치판(40) 사이에 존재하는 제1 이격공간(R1)은 일체형 공급/배출포트(50)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체가 기판 배치판(40)의 하면을 따라 이동하여 기판(W)이 배치된 처리영역으로 점진적으로 확산하도록 유도하는 기능을 수행할 수 있다.
기판 지지부(80)는 일단이 기판 배치판(40)의 상면에 결합되고 타단이 기판(W)에 결합되어 있으며, 기판(W)을 지지하면서 기판(W)을 기판 배치판(40)의 상면으로부터 이격시키는 구성요소이다.
예를 들어, 기판 지지부(80)에 의해 기판 배치판(40)의 상면과 기판(W) 사이에 존재하는 제2 이격공간(R2)은 기판(W)의 하면을 일체형 공급/배출포트(50)를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상부 공급포트(60)를 통해 공급되는 건조용 초임계유체에 노출시켜 건조공정의 시간을 단축시키는 기능을 수행한다.
하우징 구동부(90)는 하우징을 개폐하는 수단으로서, 건조 공정이 종료된 이후 하부 하우징(20)을 구동하여 하부 하우징(20)을 상부 하우징(10)으로부터 분리시켜 기판 건조 챔버(1)를 개방하거나, 건조 공정을 개시하는 경우 하부 하우징(20)을 구동하여 하부 하우징(20)을 상부 하우징(10)에 결합시켜 기판 건조 챔버(1)를 폐쇄하는 기능을 수행할 수 있다. 도면상, 하우징 구동부(90)가 하부 하우징(20)을 구동하는 것으로 표현되어 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 하우징 구동부(90)는 상부 하우징(10)을 구동하도록 구성될 수도 있다.
예를 들어, 초기 가압용 초임계유체와 건조용 초임계유체는 이산화탄소(CO2)를 포함할 수 있고, 유기용제는 알코올(alcohol)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 구체적인 예로, 알코올은 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 1-프로판올(1-propanol), 2-프로판올(2-propanol, IPA), 1-부탄올(1-butanol)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 건조 챔버(1)에서 수행되는 초임계 건조 기술에 따르면, 기판 건조 챔버(1) 내에서 표면이 알코올 등과 같은 유기용제로 습윤되어 있는 기판(W)에 초임계 상태의 이산화탄소를 공급함으로써 기판(W) 상의 알코올이 초임계 이산화탄소 유체에 용해된다. 그리고 알코올을 용해하고 있는 이산화탄소 유체를 서서히 기판 건조 챔버(1)에서 배출함으로써 패턴의 도괴 없이 기판(W)을 건조할 수 있다.
1: 기판 건조 챔버
10: 상부 하우징
20: 하부 하우징
22: 바닥면
24: 하부 하우징의 측면
28: 중간영역
30: 실링부
40: 기판 배치판
50: 일체형 공급/배출포트
60: 상부 공급포트
70: 기판배치판 지지부
80: 기판 지지부
90: 하우징 구동부
110: 상부 히터부
200: 체크 밸브(check valve)
201, 202, 203, 204: 발열체
210: 하부 히터부
220: 개구(aperture)
510: 공통관로부
520: 공통포트부
C: 결합면
R1: 제1 이격공간
R2: 제2 이격공간
W: 기판

Claims (13)

  1. 상부 하우징;
    상기 상부 하우징에 개폐 가능하게 결합되는 하부 하우징;
    상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나에 내장된 히터부;
    상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되어 있으며 유기용제가 형성되어 있는 기판이 배치되는 기판 배치판;
    상기 상부 하우징의 중앙영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어 건조용 초임계유체의 공급경로를 제공하는 상부 공급포트;
    상기 하부 하우징의 측면에서 시작하여 상기 하부 하우징의 중간영역까지 연장되고 상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 기판 배치판을 향하도록 형성되어, 초기 가압용 초임계유체의 공급경로 및 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체에 의한 건조 후 상기 건조용 초임계유체에 상기 유기용제가 용해된 혼합유체의 배출경로를 제공하는 일체형 공급/배출포트; 및
    상기 상부 공급포트의 종단에 결합되어 상기 혼합유체가 상기 상부 공급포트로 역류되는 것을 방지하는 체크 밸브(check valve)를 포함하고,
    상기 상부 공급포트를 통한 상기 건조용 초임계유체의 공급과 상기 일체형 공급/배출포트를 통한 상기 혼합유체의 배출이 반복되는 플러싱(flushing) 공정이 수행되고, 상기 체크 밸브는 상기 플러싱 공정 중에 상기 혼합유체가 상기 상부 공급포트로 역류되어 잔류하다가, 상기 플러싱 공정 완료 후, 상기 혼합유체를 배출 시, 상기 혼합유체가 상 분리(phase separation)되어 상기 기판에 입자상 오염을 유발하는 것을 방지하고,
    상기 일체형 공급/배출포트는 상기 하부 하우징의 측면에서 상기 하부 하우징의 중간영역까지 형성된 공통관로부 및 상기 하부 하우징의 중간영역에서 상기 공통관로부와 연통되어 상기 기판 배치판을 향하도록 형성된 공통포트부를 포함하고,
    상기 초기 가압용 초임계유체는 외부로부터 상기 공통관로부와 상기 공통포트부를 통해 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징으로 밀폐된 건조 공간으로 공급되고, 상기 건조용 초임계유체가 상기 상부 공급포트와 상기 체크 밸브를 통하여 상기 기판으로 분사되고, 상기 건조용 초임계유체에 상기 유기용제가 용해된 혼합유체는 상기 건조 공간으로부터 상기 공통포트부와 상기 공통관로부를 통해 외부로 배출되는, 기판 건조 챔버.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히터부는 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나의 내부에 동심원 형상으로 대칭적으로 배치된 복수의 발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 챔버.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히터부는 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체가 임계점 이상의 온도를 유지하도록 동작하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 챔버.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 히터부를 구성하는 복수의 발열체는 상기 상부 하우징과 상기 하부 하우징 중에서 적어도 하나의 측벽에 형성된 개구(aperture)까지 연장되어 외부 전원에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 챔버.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징의 결합면에 구비된 실링부를 더 포함하고,
    상기 기판은 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징의 결합면보다 높게 위치하도록 상기 기판 배치판 상에 배치되어 있고, 건조공정이 완료되어 상기 하부 하우징과 상기 상부 하우징이 개방되는 경우, 상기 결합면에 구비된 실링부 주변의 파티클이 상기 기판과 상기 결합면의 높이차에 따른 중력에 의해 상기 기판으로의 유입이 방지되는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 챔버.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 공통관로부와 상기 공통포트부를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체는 상기 기판 배치판에 막혀 상기 기판으로의 직접적인 분사가 방지되는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 챔버.
  10. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 하부 하우징의 바닥면에 결합되고 타단이 상기 기판 배치판에 결합되어, 상기 기판 배치판을 지지하면서 상기 기판 배치판을 상기 하부 하우징의 바닥면으로부터 이격시키는 기판배치판 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 챔버.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판배치판 지지부에 의해 상기 하부 하우징의 바닥면과 상기 기판 배치판 사이에 존재하는 제1 이격공간은 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체가 상기 기판 배치판의 하면을 따라 이동하여 상기 기판이 배치된 처리영역으로 점진적으로 확산하도록 유도하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 챔버.
  12. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 기판 배치판의 상면에 결합되고 타단이 상기 기판에 결합되어, 상기 기판을 지지하면서 상기 기판을 상기 기판 배치판의 상면으로부터 이격시키는 기판 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 챔버.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기판 지지부에 의해 상기 기판 배치판의 상면과 상기 기판 사이에 존재하는 제2 이격공간은 상기 기판의 하면을 상기 일체형 공급/배출포트를 통해 공급되는 초기 가압용 초임계유체와 상기 상부 공급포트를 통해 공급되는 건조용 초임계유체에 노출시켜 건조공정의 시간을 단축시키는 것을 특징으로 하는, 기판 건조 챔버.
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