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KR20180136863A - 기판 건조 장치, 반도체 소자의 제조설비 및 그를 이용한 기판 건조 방법 - Google Patents

기판 건조 장치, 반도체 소자의 제조설비 및 그를 이용한 기판 건조 방법 Download PDF

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KR20180136863A
KR20180136863A KR1020170137427A KR20170137427A KR20180136863A KR 20180136863 A KR20180136863 A KR 20180136863A KR 1020170137427 A KR1020170137427 A KR 1020170137427A KR 20170137427 A KR20170137427 A KR 20170137427A KR 20180136863 A KR20180136863 A KR 20180136863A
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South Korea
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temperature
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supercritical
fluid
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조용진
김영후
정지훈
김영준
이근택
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 건조 장치, 반도체 소자의 제조설비 및 그를 이용한 기판 건조 방법을 개시한다. 그의 장치는, 기판을 제1 온도로 건조하는 챔버와, 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도를 갖는 제1 초임계 유체를 저장하는 제1 저장 부와, 상기 제1 온도보다 높은 제3 온도를 갖는 제2 초임계 유체를 저장하는 제2 저장 부와, 상기 제1 및 제2 저장 부들과 상기 챔버 사이에 연결되고, 상기 제1 초임계 유체와 상기 제2 초임계 유체를 상기 챔버 내에 공급하는 공급 부를 포함한다.

Description

기판 건조 장치, 반도체 소자의 제조설비 및 그를 이용한 기판 건조 방법{Apparatus for drying substrate, manufacturing equipment of semiconductor device, substrate drying method using the same}
본 발명은 기판 처리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기판 건조 장치, 반도체 소자의 제조설비 및 기판 건조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 실리콘 웨이퍼 등의 기판 상에 회로패턴을 형성하는 포토리소그래피(photolithography) 공정을 비롯한 다양한 공정을 거쳐 제조되는데, 이러한 제조과정 중에는 파티클(particle), 유기오염물, 금속불순물 등의 다양한 이물질이 발생하게 된다. 이러한 이물질들은 기판에 결함(defect)을 유발하게 되므로, 반도체 소자의 수율에 직접적인 영향을 미치는 요인으로 작용하게 된다. 따라서, 반도체 제조 공정에서는 이러한 이물질을 제거하기 위한 세정 공정이 필수적으로 수반된다.
일반적으로 종래의 세정 공정에서는 세정제로 기판 상의 이물질을 제거하고, 순수(DI-water: deionized water)로 기판을 세척한 후, 이소프로필알코올(IPA: isopropyl alcohol)을 이용하여 이를 건조시켜 왔다. 그러나, 이러한 건조처리는 반도체 소자의 회로패턴이 미세한 경우에는 건조효율이 낮을 뿐 아니라 건조과정 중에 회로패턴이 손상되는 도괴현상(pattern collapse)이 빈번하게 발생하기 때문에, 선폭 30nm 이하의 반도체 소자에 대해서는 적합하지 않다.
따라서, 최근에는 이러한 단점을 보완할 수 있는 초임계 유체(supercritical fluid)를 이용하여 기판을 건조하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 건조 시간을 단축시킬 수 있는 기판 건조 장치를 제공하는 기판 건조 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 "u명의 해결 과제는 파티클 생성을 감소시킬 수 있는 기판 건조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 기판 건조 장치를 개시한다. 그의 장치는, 기판을 제1 온도로 건조하는 챔버; 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도를 갖는 제1 초임계 유체를 저장하는 제1 저장 부; 상기 제1 온도보다 높은 제3 온도를 갖는 제2 초임계 유체를 저장하는 제2 저장 부; 및 상기 제1 및 제2 저장 부들과 상기 챔버 사이에 연결되고, 상기 제1 초임계 유체와 상기 제2 초임계 유체를 상기 챔버 내에 공급하는 공급 부를 포함한다.
본 발명의 일 예에 따른 반도체 소자의 제조설비는, 기판을 연마하는 기판 연마 장치; 상기 기판을 세정하는 기판 세정 장치; 및 상기 기판을 건조하는 기판 건조 장치를 포함한다. 여기서, 상기 기판 건조 장치는: 상기 기판을 제1 온도로 건조하는 챔버; 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도를 갖는 제1 초임계 유체를 저장하는 제1 저장 부; 상기 제1 온도보다 높은 제3 온도를 갖는 제2 초임계 유체를 저장하는 제2 저장 부; 및 상기 제1 및 제2 저장 부들과 상기 챔버 사이에 연결되고, 상기 제1 초임계 유체와 상기 제2 초임계 유체를 상기 챔버 내에 공급하는 공급 부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 기판 건조 방법은 챔버 내의 기판을 제1 온도로 가열하는 단계; 상기 기판 상에 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도를 갖는 제1 초임계 유체를 제공하는 단계; 및 상기 기판 상에 상기 제1 온도보다 높은 제3 온도를 갖는 제2 초임계 유체를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르른 기판 건조 장치는, 공정 챔버의 제1 온도보다 낮은 제2 온도의 제1 초임계 유체를 상기 공정 챔버 내에 공급하여 기판의 건조 시간을 단축시키고, 상기 제1 초임계 유체의 임계점보다 높은 온도의 제3 온도의 제2 초임계를 상기 챔버에 공급하여 파티클 생성을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 건조 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 공정 챔버 내의 압력과 온도 변화를 보여주는 그래프들이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 공정 챔버를 나타내는 예시적인 구성도들이다.
도 5는 도 1의 초임계 유체 저장부를 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 도시한 구성도들이다.
도 9는 도 6 내지 도 8의 가열 장치를 구체적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 10a 내지 도 10c는 도 9의 열교환 부재를 도시하는 사시도들이다.
도 11은 도 6 내지 도 8의 가열 장치를 구체적으로 나타내는 예시적인 사시도이다.
도 12 및 도 13은 도 11의 가열 장치에 대응하는 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 포함하는 반도체 소자의 제조설비를 도시하는 구성도이다.
도 15는 도 14의 기판 세정 장치의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 건조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 기판 건조 장치(1)의 일 예를 보여준다.
도 1을 참조하면, 기판 건조 장치(1)는 초임계 건조 장치일 수 있다. 일 예에 따르면, 기판 건조 장치(1)는 초임계 유체를 사용하여 기판(도 3의 S) 상의 세정 용액을 건조할 수 있다. 본 명세서에서, 초임계 유체는 초임계 상태의 공정 유체를 의미할 수 있다. 여기서, 초임계 상태란, 물질이 임계 온도와 임계 압력을 초과한 상태인 임계상태에 도달하여 액체와 기체를 구분할 수 없는 상태를 의미한다. 초임계 상태에서 물질은 분자밀도는 액체에 가깝지만, 점성도는 기체에 가까운 성질을 가진다. 이러한 초임계 상태의 물질은 확산력, 침투성, 및 용해력이 매우 높아 화학반응에 유리하다. 또한, 초임계 상태의 물질은 표면장력이 매우 낮아 미세구조에 계면장력을 가하지 않으므로, 반도체 소자의 건조 공정 시 건조 효율이 우수하고 워터 마크 방지 및/또는 도괴 현상을 회피할 수 있어 유용하게 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 기판 건조 장치(1)은 공정 챔버(100), 초임계 유체 공급 유닛(200) 및 소스 유체 공급 유닛(300)을 포함할 수 있다.
공정 챔버(100)는 초임계 유체를 이용한 기판(S)의 건조 공정을 수행할 수 있다. 즉, 공정 챔버(100)는 건조 공정이 수행되는 내부 공간을 제공하며, 초임계 유체의 초임계 상태를 유지하기에 충분한 강도와 기밀성을 가질 수 있다. 예컨대, 공정 챔버(100)는 고압 챔버일 수 있다. 공정 챔버(100)에서 수행되는 초임계 공정은 반도체 소자를 제조하기 위한 다양한 단위 공정을 포함할 수 있다. 예컨대, 초임계 유체를 식각액으로 이용하는 식각 공정, 식각 공정이 완료된 기판을 초임계 유체로 세정하는 세정 공정, 또는 세정이 완료된 기판을 건조하기 위한 건조 공정을 포함할 수 있다. 따라서, 공정 챔버(100)로 공급되는 초임계 유체는 초임계 공정에 따라 다양한 종류로 제공될 수 있다. 이하, 초임계 공정은 건조 공정으로 설명될 것이다. 상기 공정 챔버(100)는 상온 보다 높은 온도로 가열될 수 있다. 상기 기판이 이소프로필렌 알코올(IPA)에 의해 세정되었을 경우, 상기 공정 챔버(100)는 상기 이소프로필렌 알코올의 기화점(ex, 82.5℃)보다 낮은 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 상기 공정 챔버(100)는 상기 기판을 약 40℃ 내지 80℃의 제1 온도(T1)로 가열할 수 있다. 상기 공정 챔버(100) 내의 제 1 압력(미도시)은 변화할 수 있다.
일 예로, 종횡비가 10 내지 50과 같은 고종횡비를 갖는 미세 패턴 구조물을 구비하고 유기 약액을 이용한 세정 공정이 완료된 기판(S)이 공정 챔버(100)로 로딩된 경우, 초임계 유체를 이용한 건조 공정이 공정 챔버(100)에서 수행됨으로써 고종횡비의 패턴 구조물에 대한 손상을 방지하면서 효율적으로 세정액을 제거할 수 있다. 건조 공정은 계면 활성제와 같은 첨가제가 함유된 초임계 유체에 의한 용매 치환을 이용함으로써 고종횡비 패턴에 대한 손상 없이 기판을 가공할 수 있다.
초임계 유체는 임계점 이상의 온도와 압력 상태에 있는 유체로서 기체와 같은 확산성과 점도 및 표면장력을 갖고 액체와 같은 용해성을 갖는다. 이에 따라, 초임계 상태에서의 용매 치환에 의해 고종횡비 패턴으로부터 불순물을 용이하게 제거할 수 있다. 예를 들면, 상기 유기 약액은 에틸글리콜(ethyl glycol), 1-프로파놀(propanol), 테트라하이드로프랑(tetrahydraulic franc), 4-하이드록시(hydroxyl), 4-메틸(methyl), 2-펜타논(pentanone), 1-부타놀(butanol), 2-부타놀, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), n-프로필알코올(n-propyl alcohol), 디메틸에틸(dimethylether) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 초임계 상태에서 상기 유기 약액을 제거하는 공정 유체는 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C2H2), 메탄올(C2H3OH), 에탄올(C2H5OH), 육불화황(SF6), 아세톤(C3H8O) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이하, 기판의 건조에 주로 사용되는 이산화탄소(CO2)의 초임계 유체를 기준으로 설명할 것이나, 초임계 유체의 성분 및 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
초임계 유체 공급 유닛(200)은 소스 유체 공급 유닛(300)으로부터 공급되는 소스 유체를 초임계 유체로 변환시켜 공정 챔버(100)로 공급할 수 있다. 예컨대, 초임계 유체 공급 유닛(200)은 소스 유체를 초임계 유체로 변환시켜 저장하는 초임계 유체 저장부(supercritical fluid reservoirs, 210), 및 초임계 유체 저장부(210)로부터 공정 챔버(100)까지 초임계 유체를 제공하는 초임계 유체 공급 부(230)를 포함할 수 있다. 여기서, 소스 유체는 기체 또는 액체 상태의 공정 유체를 의미할 수 있다. 초임계 유체 저장부(210)로 공급된 소스 유체는 임계점 이상으로 가압 및 가열됨으로써 초임계 유체로 변환될 수 있다. 변환된 초임계 유체는 초임계 유체 공급 라인(220)을 통해 초임계 유체 저장부(210)로부터 공정 챔버(100)로 공급될 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 초임계 유체 저장부(210)는 복수 개로 제공될 수 있다. 복수의 초임계 유체 저장부들(210)은 서로 병렬적으로 연결되며, 서로 다른 공정 조건의 초임계 유체를 각각 저장할 수 있다. 일 예로, 복수의 초임계 유체 저장부들(210)에 각각 저장된 초임계 유체들은 서로 다른 온도 및 서로 다른 압력을 가질 수 있다. 다른 예로, 복수의 초임계 유체 저장부들(210)에 각각 저장된 초임계 유체들은 서로 다른 온도를 갖되, 그 압력은 서로 동일할 수 있다. 상기의 예들에서, 초임계 유체들은 서로 동일한 종류의 공정 유체일 수 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 복수의 초임계 유체 저장부들(210)은 제2 온도(T2) 및 제2 압력(P2)의 제1 초임계 유체(210_1)를 저장한 제1 저장부(211), 제3 온도(T3) 및 제3 압력(P3)의 제2 초임계 유체(210_2)를 저장한 제2 저장부(213), 및 제 4 온도(T4) 및 제 4 압력(P4)의 제3 초임계 유체(210_3)를 저장한 제3 저장부(215)를 포함할 수 있다. 제2 내지 제 4 온도들(T2-T4)은 서로 다르되, 제2 내지 제 4 압력들(P2-P4)은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 제2 온도(T2)는 제1 온도(T1)보다 낮고, 제3 온도(T3)는 제1 온도(T1)보다 높고, 제 4 온도(T4)는 제1 온도(T1)와 동일할 수 있다. 예컨대, 제1 초임계 유체(210_1)가 이산화탄소를 포함하는 경우, 제2 온도(T2)는 약 30℃ 내지 약 39℃(ex, 31.1℃)이고, 제3 온도(T4)는 약 100℃ 내지 약 200℃이고, 제 4 온도(T4)는 약 40℃ 내지 80℃이일 수 있다. 별도의 가열 장치가 초임계 유체 공급 부(230)에 구비되더라도, 초임계 유체 공급 라인(220)을 유동하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 빠른 유속으로 인해 상기 가열 장치로부터 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)로의 열 전달 속도에는 한계가 있을 수 있다. 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 제2 내지 제 4 압력들(P2-P4)은 80~300bar 일 수 있으며, 서로 동일하거나 다를 수 있다. 본 실시예에서, 복수의 초임계 유체 저장부들(210)이 3개인 것으로 도시하였으나, 초임계 유체 저장부들(210)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 초임계 유체 저장부들(210)은 2 개 또는 4개 이상일 수 있다. 초임계 유체 저장부(210)의 구체적인 구성에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
초임계 유체 공급 부(230)는 제1 초임계 유체(210_1), 제2 초임계 유체(210_2) 및 제3 초임계 유체(210_3)를 공정 챔버(100) 내에 제공할 수 있다. 일 예에 따르면, 초임계 유체 공급 부(230)는 초임계 유체 공급 라인(220), 전방 조절 밸브들(234), 후방 조절 밸브들(238), 및 필터들(239)을 포함할 수 있다.
초임계 유체 공급 라인(220)은 복수의 초임계 유체 저장부들(210)에 각각 연결된 전방 공급 라인들(222), 전방 공급 라인들(222)과 공통으로 연결되는 연결 라인(224) 및 연결 라인(224)으로부터 분기되어 공정 챔버(100)에 각각 연결되는 후방 공급 라인들(226)을 포함할 수 있다. 예컨대, 전방 공급 라인들(222)은, 제1 저장부(211)에 연결되는 일단을 갖는 제1 전방 공급 라인(222_1), 제2 저장부(213)에 연결되는 일단을 갖는 제2 전방 공급 라인(222_2), 및 제3 저장부(215)에 연결되는 일단을 갖는 제3 전방 공급 라인(222_3)을 포함할 수 있다.
후방 공급 라인들(226)은 공정 챔버(100)의 상부에 연결된 제1 후방 공급 라인(226_1), 공정 챔버(100)의 하부에 연결된 제2 후방 공급 라인(226_2), 및 공정 챔버(100)의 측부에 연결된 제3 후방 공급 라인(226_3)을 포함할 수 있다.
전방 조절 밸브들(234)은 제1 내지 제3 전방 조절 밸브들(232a, 232b, 232c)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 전방 조절 밸브들(232a, 232b, 232c)은 제1 내지 제3 전방 공급 라인들(222_1, 222_2, 222_3)에 각각 체결될 수 있다. 제1 내지 제3 전방 조절 밸브들(232a, 232b, 232c)은 제1 내지 제3 전방 공급 라인들(222_1, 222_2, 222_3)을 각각 선택적으로 개폐할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 전방 조절 밸브들(232a, 232b, 232c)은 제1 내지 제3 전방 공급 라인들(222_1, 222_2, 222_3)을 유동하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 유량을 각각 조절할 수 있다.
후방 조절 밸브들(238)은 제1 내지 제3 후방 조절 밸브들(2236a, 236b, 236c)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 후방 조절 밸브들(2236a, 236b, 236c)은 제1 내지 제3 후방 공급 라인들(226_1, 226_2, 226_3)에 각각 체결될 수 있다. 제1 내지 제3 후방 조절 밸브들(236a, 236b, 236c)은 제1 내지 제3 후방 공급 라인들(226_1, 226_2, 226_3)을 각각 선택적으로 개폐할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 후방 조절 밸브들(236a, 236b, 236c)은 제1 내지 제3 후방 공급 라인들(226_1, 226_2, 226_3)을 유동하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 유량을 각각 조절할 수 있다.
필터들(239)은 전방 공급 라인들(222) 또는 후방 공급 라인들(226)에 체결될 수 있다. 필터들(239)은 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 파티클을 제거할 수 있다. 필터들(239)의 각각은 금속 소결 필터를 포함할 수 있다. 필터들(239)은 약 10n 내지 100nm이상 크기의 파티클을 제거할 수 있다. 필터들(239)은 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3) 내의 파티클을 제거할 수 있다. 일 예에 따르면, 필터들(239)은 제1 필터(237_1_), 제2 필터(237_2) 및 제3 필터(237_3)을 포함할 수 있다. 제1 필터(237_1_), 제2 필터(237_2) 및 제3 필터(237_3)는 제1 내지 제3 전방 공급 라인들(222_1, 222_2, 222_3)에 각각 체결될 수 있다. 이와 달리, 제1 필터(237_1_), 제2 필터(237_2) 및 제3 필터(237_3)는 제1 내지 제3 후방 공급 라인들(226_1, 226_2, 226_3)에 각각 체결될 수 있다.
제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)이 공정 챔버(100)로 공급되기 전 내부 공간은 초임계 상태보다 낮은 압력으로 설정되므로, 공정 챔버(100)로 초기에 공급되는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)는 단열팽창에 의해 응축되어 파티클(particle)로 형성될 수 있다. 이와 같은 파티클은 공정 챔버(100) 내의 기판에 대한 불량 소스로 작용할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)가 공급되는 초기에는 제2 후방 공급 라인(226_2) 통하여 공정 챔버(100)의 하부(즉, 기판보다 아래에 위치하는 공정 챔버(100)의 일 영역)로 공급되고, 공정 챔버(100)의 내부 압력과 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 공급 압력 사이의 압력 구배가 허용 범위로 낮아지면 제1 후방 공급 라인(226_1)또는 제3 후방 공급 라인(226_3)으로도 초임계 유체를 동시에 공급하여 공정 챔버(100)에 대한 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 공급시간을 단축할 수 있다.
선택적으로, 제1 내지 제3 후방 공급 라인들(226_1, 226_2, 226_3) 중 하나 또는 둘은 생략될 수 있다. 일 예로, 제3 후방 공급 라인(226_3)이 생략될 수 있다. 다른 예로, 제3 후방 공급 라인(226_3)과, 제1 및 제2 후방 공급 라인들(226_1, 226_2) 중 하나는 생략될 수 있다.
제어부(10)는 공정 챔버(100) 및 초임계 유체 공급 유닛(200)을 제어할 수 있다. 제어부는 전방 조절 밸브들(232a, 232b, 232c) 및 후방 조절 밸브들(2236a, 236b, 236c)의 개폐를 제어할 수 있다.
도 2는 도 1의 공정 챔버(100) 내의 압력과 온도 변화를 보여준다.
도 2를 참조하면, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 공정 챔버(100)의 압력에 따라 순차적으로 공급될 수 있다. 공정 챔버(100)의 압력은 건조 공정의 시간에 따라 상승 구간(S212), 포화 구간(S214) 및 하강 구간(216)을 가질 수 있다.
예를 들어, 공정 챔버(100) 압력의 상승 구간(S212) 내에서 초임계 유체 공급 유닛(200)은 상기 공정 챔버(100) 내에 제1 초임계 유체(210_1) 및 제2 초임계 유체(210_2)를 공급할 수 있다. 제1 초임계 유체(210_1)는 기판(S)의 건조 공정 초기에 공정 챔버(100) 내에 제공될 수 있다. 제1 초임계 유체(210_1)는 제2 초임계 유체(210_2) 및 제3 초임계 유체(210_3)의 밀도보다 높은 밀도를 가질 수 있다. 제1 초임계 유체(210_1)는 후속에서의 제2 초임계 유체(210_2)과 제3 초임계 유체(210_3)보다 빠르게 충진될 수 있다. 건조 시간은 단축될 수 있다.
공정 챔버(100) 내의 압력이 제1 초임계 유체(210_1)의 임계점(217)에 도달하면, 초임계 유체 공급 유닛(200)은 제2 초임계 유체(210_2)를 공정 챔버(100) 내에 공급할 수 있다. 임계점(217)은 제1 초임계 유체(210_1)가 공정 챔버(100) 내에서 기상에서 액상으로 변화하는 압력으로 정으로 정의될 수 있다. 상기 제1 초임계 유체(210_1)의 임계점(217)은 72bar일 수 있다.
제2 초임계 유체(210_2)는 공정 챔버(100) 압력의 포화 구간(S214) 전까지 공급될 수 있다. 포화 구간(S214)의 공정 챔버(100)의 압력은 약 150bar일 수 있다. 제2 초임계 유체(210_2)는 공정 챔버(100) 내에서의 파티클 생성을 방지할 수 있다. 가령, 제1 초임계 유체(210_1)가 공정 챔버(100) 내에서 가열될 경우, 파티클은 제1 초임계 유체(210_1)의 팽창에 의해 생성될 수 있다. 제2 초임계 유체(210_2)는 제2 필터(237_2)에 의해 파티클이 제거된 후 공정 챔버(100) 내에 제공되기 때문에 공정 챔버(100) 내에서의 파티클 생성은 최소화 및/또는 감소될 수 있다.
공정 챔버(100)의 압력이 포화 구간(S214)에 도달하면, 초임계 유체 공급 유닛(200)은 제3 초임계 유체(210_3)를 공정 챔버(100) 내에 공급할 수 있다. 제3 초임계 유체(210_3)는 기판(S) 상의 세정 용액 및/또는 유기 용액을 용해하고 건조시킬 수 있다.
공정 챔버(100)의 압력이 하강 구간(S216)에 도달하면, 초임계 유체 공급 유닛(200)은 제1 초임계 유체(210_1), 제2 초임계 유체(210_2) 및 제3 초임계 유체(210_3)의 공급을 중단할 수 있다. 제1 초임계 유체(210_1), 제2 초임계 유체(210_2) 및 제3 초임계 유체(210_3)는 공정 챔버(100) 내에서 배기될 수 있다.
한편, 건조 공정의 수행 시, 반도체 제조 공정의 단계(예컨대, 기판에 형성된 미세 패턴의 최소 선폭, 패턴 밀도, 또는 종횡비 등)에 따라 요구되는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 특성은 달라질 수 있다. 각 단계에 따라, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)는 기판에 형성된 미세 패턴의 도괴(collapse)를 방지하거나 공정 챔버(100) 내에 파티클의 발생을 최소화하는 방향으로 최적화될 것이 요구될 수 있다. 요구되는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 특성을 만족시키기 위해, 초임계 유체 저장부(210)에 저장된 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 온도 또는 압력이 조절될 수 있다. 특히, 공정 챔버(100) 내로 유입되는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 온도는 파티클의 발생에 밀접한 영향을 미치므로, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 온도는 세밀하게 조절될 필요가 있다.
기판 건조 장치(1)가 하나의 초임계 유체 저장부(210)를 포함하는 경우, 반도체 제조 공정의 단계마다 요구되는 초임계 특성을 만족하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 원활한 생성 및 공급이 용이하지 않을 수 있다. 특히, 가열 또는 냉각을 통해 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 온도를 조절하는 데에는 많은 시간이 소요되므로, 요구되는 온도 조건을 만족하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 제공이 용이하지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 건조 장치(1)가 미리 설정된 온도 및 압력 조건의 초임계 유체를 각각 저장할 수 있는 복수의 초임계 유체 저장부들(210)을 구비함에 따라, 요구되는 초임계 특성(예컨대, 요구되는 온도 및/또는 압력)을 만족하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)를 공정 챔버(100)로 용이하게 공급할 수 있다. 결과적으로, 기판 건조 장치(1)를 이용한 건조 공정의 효율이 향상될 수 있다.
소스 유체 공급 유닛(300)은 복수의 초임계 유체 저장부들(210)로 소스 유체를 공급할 수 있다. 예컨대, 소스 유체 공급 유닛(300)은 소스 유체를 저장하는 소스 유체 저장부(310) 및 소스 유체 저장부(310)로부터 초임계 유체 저장부들(210)까지 소스 유체의 유동 경로를 제공하는 소스 유체 공급 라인(320)을 포함할 수 있다.
소스 유체 저장부(310)는 소스 유체를 저장하기 위한 내부 공간을 구비한 저장 실린더 또는 저장 탱크로 제공될 수 있다. 소스 유체는 외부로부터 소스 유체 저장부(310)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 소스 유체 저장부(310)는 별도의 배관을 통해 소스 유체를 공급받을 수 있다. 소스 유체 저장부(310)는 소스 유체를 액체 또는 기체 상태로 저장할 수 있다. 또한, 소스 유체 저장부(310)의 내부는 일정 압력 이상으로 유지되어 액체 상태로 저장된 소스 유체의 양을 증가시켜, 내부에 저장된 총 소스 유체의 양을 증가시킬 수 있다.
소스 유체 공급 라인(320)은 소스 유체 저장부(310)에 연결된 메인 라인(322), 및 메인 라인(322)으로부터 분기되어 복수의 초임계 유체 저장부들(210)에 각각 연결되는 소스 라인들(324)을 포함할 수 있다. 예컨대, 소스 라인들(324)은, 제1 저장부(211)에 연결되는 일단을 갖는 제1 소스 라인(324_1), 제2 저장부(213)에 연결되는 일단을 갖는 제2 소스 라인(324_2), 및 제3 저장부(215)에 연결되는 일단을 갖는 제3 소스 라인(324_3)을 포함할 수 있다. 메인 라인(322)에는 메인 밸브(332)가 설치되고, 제1 내지 제3 소스 라인들(324_1, 324_2, 324_3)에는 제1 내지 제3 소스 밸브들(334_1, 334_2, 334_3)이 각각 설치될 수 있다. 메인 밸브(332)는 메인 라인(322)의 개폐 및 메인 라인(322)을 유동하는 소스 유체의 유량을 조절할 수 있다. 제1 내지 제3 소스 밸브들(334_1, 334_2, 334_3)은 제1 내지 제3 소스 라인들(324_1, 324_2, 324_3)의 개폐 및 제1 내지 제3 소스 라인들(324_1, 324_2, 324_3)을 유동하는 소스 유체의 유량을 각각 조절할 수 있다.
펌프들(340)이 소스 라인들(324)에 각각 연결될 수 있다. 펌프들(340)은 소스 라인들(324)을 유동하는 소스 유체를 임계점 이상으로 가압하여 초임계 유체 저장부들(210)로 공급할 수 있다. 즉, 펌프들(340)은 초임계 유체 저장부들(210)의 내부 압력을 소스 유체의 임계점 이상으로 상승시킬 수 있다. 소스 유체가 기상인 경우, 메인 라인(322) 또는 각각의 소스 라인들(324)에 응축기(미도시)가 설치될 수 있다. 응축기(미도시)는 기상의 소스 유체를 액상으로 전환시켜 초임계 유체 저장부들(210)로 공급되는 소스 유체의 유량을 증대시킬 수 있다. 선택적으로, 소스 필터(미도시)가 메인 라인(322) 또는 각각의 소스 라인들(324)에 설치될 수 있다. 소스 필터(미도시)는 소스 유체 저장부(310)로부터 공급되는 소스 유체 내의 불순물을 제거할 수 있다.
공정 챔버(100)의 하부에는 배출 라인(242)이 연결될 수 있다. 공정 챔버(100) 내의 제 1 내지 제 3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 배출 라인(242)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출 라인(242)을 통해 배출되는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 대기 중으로 빠져 나가거나, 회수 탱크(250)에 저장될 수 있다. 배출 라인(242)에는 배출 밸브(244)가 제공될 수 있다. 배출 밸브(244)는 배출 라인(242)의 개폐 및 배출 라인(242)을 유동하는 제 1 내지 제 3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 유량을 조절할 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1의 공정 챔버(100)를 나타내는 예시적인 구성도들이다.
먼저 도 2를 참조하면, 공정 챔버(100)는 하우징(110), 지지 부재(120), 가열 부재(130), 공급 포트(140) 및 배출 포트(150)를 포함할 수 있다.
하우징(110)은 건조 공정이 수행되는 공간을 제공할 수 있다. 건조 공정의 수행 동안, 하우징(110)의 내부는 외부로부터 밀폐될 수 있다. 하우징(110)은 임계 압력 이상의 고압을 견딜 수 있는 재질로 제공될 수 있다.
지지 부재(120)는 하우징(110)의 내부에 제공되어 기판(S)을 지지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 지지 부재(120)는 하우징(110)의 하부벽에 고정되어 설치될 수 있다. 또는, 지지 부재(120)는 고정되는 대신 회전이 가능한 구조로 제공되어 지지 부재(120)에 위치된 기판(S)을 회전시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(S)을 지지하기 위한 지지 부재(120)의 형태는 다양하게 제공될 수 있다.
제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)을 임계 온도 이상으로 가열하여 초임계 상태로 유지하거나 또는 액화된 경우에 다시 가열 부재(130)는 하우징(110)의 내부를 가열할 수 있다. 예를 들어, 가열 부재(130)는 기판(S)을 약 40℃ 내지 약 80℃의 제1 온도(T1)로 가열할 수 있다. 가열 부재(130)는 하우징(110)의 측벽 내에 매립되게 설치될 수 있다. 예컨대, 가열 부재(130)는 외부로부터 전원을 받아 열을 발생시키는 히터로 제공될 수 있다. 가열 부재(130)의 위치는 이에 한정되지 않으며 이와 상이한 위치에 설치될 수 있다.
공급 포트(140)는 공정 챔버(100)의 내부로 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)을 공급할 수 있다. 공급 포트(140)는 하우징(110)에 형성될 수 있으며, 단수 또는 복수 개로 제공될 수 있다. 예컨대, 공급 포트(140)는 하우징(110)의 상부벽에 형성되는 상부 공급 포트(140_1), 하우징(110)의 하부벽에 형성되는 하부 공급 포트(140_2), 및 하우징(110)의 측벽에 형성되는 측부 공급 포트(140_3)를 포함할 수 있다. 상부, 하부, 및 측부 공급 포트들(140_1, 140_2, 140_3)은 각각 제1, 제2 및 제3 후방 공급 라인들(226_1, 226_2, 226_3)과 연결될 수 있다. 선택적으로, 상부, 하부, 및 측부 공급 포트들(140_1, 140_2, 140_3) 중 하나 또는 둘은 생략될 수 있다. 공정 챔버(100)는 하우징(110)의 상부벽에 제공되는 기체 공급 포트(미도시)를 더 포함할 수 있다. 기체 공급 포트(미도시)는 기체 공급 라인(미도시)에 연결되어 하우징(110)의 내부에 불활성 기체를 제공할 수 있다. 예컨대, 불활성 기체는 질소(N2)를 비롯한 헬륨(He), 네온(Ne), 또는 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다.
배출 포트(150)는 하우징(110)의 하부벽에 제공될 수 있다. 배출 포트(150)는 배출 라인(242)에 연결되어 하우징(110) 내부의 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3) 또는 불활성 기체를 외부로 배출할 수 있다. 예컨대, 건조 공정의 후기에는 공정 챔버(100)로부터 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)이 배출되어 그 내부압력이 임계 압력 이하로 강압되어 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 액화될 수 있다. 액화된 초임계 유체는 중력에 의해 배출 포트(150)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
상술한 바와 달리, 지지 부재(120)는 하우징(110)의 상부에 설치될 수 있다. 구체적으로, 도 3을 참조하면, 지지 부재(120)는 하우징(110)의 상부벽의 하면에 설치되어 수직하방으로 연장되고, 그 하단에서 수평 방향으로 수직하게 절곡되는 구조로 제공될 수 있다. 이 경우, 공정 챔버(100)는 차단 부재(160)를 더 포함할 수 있다. 차단 부재(160)는 하부 공급 포트(140_2)와 지지 부재(120) 사이에 배치된 차단 플레이트(162), 및 하우징(110)의 하부벽에 설치되어 차단 플레이트(162)를 지지하는 지지대들(164)을 포함할 수 있다. 차단 플레이트(162)는 하부 공급 포트(140_2)를 통해 공급되는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)이 기판(S)에 직접적으로 분사되는 것을 차단할 수 있다. 지지대들(164)은 차단 플레이트(162)의 둘레를 따라 이격 배치되어 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 유동 통로를 제공할 수 있다.
지지 부재(120) 및 차단 부재(160)에 의해 공정 챔버(100)의 내부에 상부 공간(US) 및 하부 공간(LS)이 정의될 수 있다. 상부 및 하부 공간들(US, LS)은 서로 연통될 수 있다. 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 공급 초기에는 하부 공급 포트(140_2)를 통해 공정 챔버(100)의 하부 공간(LS)으로 공급될 수 있다. 이 후, 공정 챔버(100)의 내부 압력과 초임계 유체의 공급 압력 사이의 압력 구배가 충분히 작아지면, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 상부 공급 포트(140_1)를 통해 상부 공간(US)으로 직접 공급될 수 있다. 본 실시예에서, 배출 포트(150)는 차단 플레이트(162)의 아래애 위치할 수 있다. 또한, 측부 공급 포트(140_3)는 생략될 수 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 도 1의 초임계 유체 저장부를 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 초임계 유체 저장부(210)는 초임계 저장 탱크(212), 히터(214) 및 검출 센서(218)를 포함할 수 있다.
초임계 저장 탱크(212)는 공정 유체(즉, 소스 유체 또는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3))가 저장되는 내부 공간을 제공할 수 있다. 초임계 저장 탱크(212)는 내부 공간의 압력 변화에 내구성을 갖는 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 초임계 저장 탱크(212)는 원기둥 형상 또는 구 형상으로 제공될 수 있다. 또한, 초임계 저장 탱크(212)는 30℃ 내지 300℃의 온도에서 80bar 내지 300bar의 내부 압력을 견딜 수 있는 스테인레스 강(stainless steel)의 재질로 이루어질 수 있다.
초임계 저장 탱크(212)에는 소스 라인(324)과 연결되는 제1 연결 포트(216a) 및 전방 공급 라인(222)과 연결되는 제2 연결 포트(216b)가 제공될 수 있다. 제1 연결 포트(216a) 및 제2 연결 포트(216b)는 내부 공간에서의 공정 유체의 유동을 고려하여 초임계 저장 탱크(212)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 연결 포트(216a) 및 제2 연결 포트(216b)는 각각 초임계 저장 탱크(212)에서 서로 마주보는 부분에 연결될 수 있다. 초임계 저장 탱크(212)는 제1 연결 포트(216a) 및 제2 연결 포트(216b)가 마주 보는 방향으로 길쭉할 수 있다.
히터(214)는 초임계 저장 탱크(212)로 공급된 공정 유체를 가열할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 히터(214)는 초임계 저장 탱크(212)에 내장된 형태로 제공될 수 있다. 즉, 히터(214)는 초임계 저장 탱크(212)의 벽 내에 매립되거나, 초임계 저장 탱크(212)의 내벽에 부착될 수 있다. 예컨대, 히터(214)는 초임계 저장 탱크(212)의 벽 내에 매립되어 제공되는 제1 내장 히터(214a), 및 초임계 저장 탱크(212)의 내벽(예컨대, 바닥부)에 부착되어 내부로 연장하는 제2 내장 히터(214b)를 포함할 수 있다. 제2 내장 히터(214b)는 초임계 저장 탱크(212)의 길이 방향을 따라 길쭉한 형태로 제공될 수 있다. 이에 따라, 제2 내장 히터(241b)와 공정 유체의 접촉 면적이 증가되어 열교환 효율이 높아질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에 따르면, 히터(214)는 초임계 저장 탱크(212)의 외벽에 부착되도록 제공될 수도 있다.
히터(214)는 초임계 저장 탱크(212)에 수용된 공정 유체(즉, 소스 유체)가 임계 온도에 도달되게 가열할 수 있다. 소스 유체는 히터(214)로 가열되는 과정에서 팽창되어 압력이 증가될 수 있다. 소스 라인(324)에 연결된 펌프(340, 도 1 참조)는 초임계 저장 탱크(212)의 내부 공간의 압력을 상승시킬 수 있다. 소스 유체는 가열에 따른 팽창으로 내부 공간의 압력이 임계 압력에 도달되지 않을 수 있다. 따라서, 펌프(3102)는 내부 공간의 압력을 상승시켜 내부 공간의 압력을 임계 압력까지 상승시킬 수 있다.
요컨대, 소스 유체는 소스 라인(324)에 의해 초임계 저장 탱크(212)의 내부로 공급되어 임계 압력 이상으로 충진되고, 히터(214)에 의해 임계 온도 이상으로 가열될 수 있다. 이에 따라, 초임계 저장 탱크(212)의 내부에는 초임계 상태의 공정 유체인 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)이 저장될 수 있다. 초임계 저장 탱크(212) 내부의 온도와 압력은 온도 센서(218a) 및 압력 센서(218b)를 구비하는 검출 센서(218)에 의해 검출되어 요구되는 초임계 상태로 유지될 수 있다.
선택적으로, 제3 연결 포트(216c)가 초임계 저장 탱크(212)에 제공될 수 있다. 제3 연결 포트(216c)에는 벤트 라인(223)이 연결될 수 있다. 벤트 라인(223)은 초임계 저장 탱크(212) 내의 공정 유체를 배출할 수 있다. 벤트 라인(223)은 선택적으로 개폐 가능하게 제공될 수 있다. 또한, 벤트 라인(223)은 개방 정도가 조절 가능하게 제공되어, 벤트 라인(223)을 통해 배출되는 공정 유체의 양이 조절될 수 있다. 예컨대, 벤트 라인(223)에는 안전밸브가 설치될 수 있으며, 초임계 저장 탱크(212)의 내부 압력이 허용 압력을 초과하는 경우 안전밸브를 구동하여 내부 압력을 자동으로 낮출 수 있다.
도 6 내지 도 8은 도 1의 초임계 유체 공급 유닛(200)의 초임계 유체 공급 부(230)의 실시 예들을 도시한 구성도들이다.
도 6 내지 도 8를 참조하면, 초임계 유체 공급 부(230)는 온도 조절 장치(260)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(100), 초임계 유체 저장부들(210), 전방 조절 밸브들(234), 후방 조절 밸브들(238), 필터들(239), 배출 라인(242) 및 배출 밸브(244)는 도 1과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 설명의 간소화를 위해 중복되는 구성의 상세한 설명은 생략한다.
온도 조절 장치(260)는 제3 후방 공급 라인들(226_3)에 체결될 수 있다. 온도 조절 장치(260)는 제1 내지 제3 온도 조절 장치들(260_1, 260_2, 260_3)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 온도 조절 장치들(260_1, 260_2, 260_3)은 제1 내지 제3 후방 공급 라인들(226_1, 226_2, 226_3)에 각각 연결될 수 있다. 제1 내지 제3 온도 조절 장치들(260_1, 260_2, 260_3) 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 온도를 조절할 수 있다. 온도 조절 장치들(260)의 각각은 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264) 포함할 수 있다. 예컨대, 가열 장치(262)는 인라인 히터 또는 흡착 컬럼으로 제공될 수 있고, 냉각 장치(264)는 냉각수를 냉매로 사용하는 쿨러로 제공될 수 있다. 선택적으로, 각각의 온도 조절 장치들(260)에서, 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264) 중 하나는 생략될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 내지 제3 온도 조절 장치들(260_1, 260_2, 260_3)각각의 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264)는 서로 직렬적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 후방 공급 라인(226_1)에 제1 온도 조절 장치(260_1)의 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264)가 직렬적으로 연결되어 제공되고, 제2 후방 공급 라인(226_2)에는 제2 온도 조절 장치(260_2)의 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264)가 직렬적으로 연결되어 제공될 수 있다. 마찬가지로, 제3 후방 공급 라인(226_3)에는 제3 온도 조절 장치(260_3)의 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264)가 직렬적으로 연결되어 제공될 수 있다. 직렬적으로 연결된 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264)는 제어부(미도시)에 의해 선택적으로 구동될 수 있다.
온도 조절 장치(260)는 공정 챔버(100)으로 공급되는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 온도를 더욱 효과적으로 조절할 수 있다. 특히, 온도 조절 장치(260)가 가열 장치(262)뿐만 아니라 냉각 장치(264)도 포함함에 따라, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 승온뿐만 아니라 온도 하강까지 조절할 수 있다. 결과적으로, 요구되는 특성을 만족하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)을 공정 챔버(100)로 더욱 효과적으로 제공할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 각각의 온도 조절 장치들(260)의 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264)는 서로 병렬적으로 연결될 수 있다. 도 7을 참조하면, 초임계 유체 공급 라인(220)은, 후방 공급 라인들(226)에 각각 병렬적으로 연결되는 분기 라인들(228)을 더 포함할 수 있다. 후방 공급 라인(226)과 분기 라인(228)이 연결되는 두 지점들 사이에서, 후방 공급 라인(226)과 분기 라인(228) 중 하나에 가열 장치(262)가 제공되고, 다른 하나에 냉각 장치(264)가 제공될 수 있다. 또한, 후방 공급 라인(226)과 분기 라인(228)이 연결되는 두 지점들 사이에서, 후방 공급 라인(226) 및 분기 라인들(228)에 밸브들(미도시)이 각각 설치되어, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)이 후방 공급 라인(226) 및 분기 라인(228) 중 어느 하나로 선택적으로 유동하도록 조절될 수 있다.
예컨대, 제1 분기 라인(228_1)이 제1 후방 공급 라인(226_1)에 병렬적으로 연결되고, 제1 온도 조절 장치(260_1)의 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264)가 서로 병렬적으로 연결되도록 제1 후방 공급 라인(226_1)과 제1 분기 라인(228_1)에 각각 제공될 수 있다. 제2 분기 라인(228_2)이 제2 후방 공급 라인(226_2)에 병렬적으로 연결되고, 제2 온도 조절 장치(260_2)의 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264)가 서로 병렬적으로 연결되도록 제2 후방 공급 라인(226_2)과 제2 분기 라인(228_2)에 각각 제공될 수 있다. 마찬가지로, 제3 분기 라인(228_3)이 제3 후방 공급 라인(226_3)에 병렬적으로 연결되고, 제3 온도 조절 장치(260_3)의 가열 장치(262) 및 냉각 장치(264)가 서로 병렬적으로 연결되도록 제3 후방 공급 라인(226_3)과 제3 분기 라인(228_3)에 각각 제공될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 온도 조절 장치들(260)의 각각은 서로 병렬적으로 연결되는 복수의 가열 장치들(262a, 262b)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 온도 조절 장치(260_1)의 제1 가열 장치(262a) 및 제2 가열 장치(264a)가 서로 병렬적으로 연결되도록 제1 후방 공급 라인(226_1)과 제1 분기 라인(228_1)에 각각 제공될 수 있고, 제2 온도 조절 장치(260_2)의 제1 가열 장치(262a) 및 제2 가열 장치(264a)가 서로 병렬적으로 연결되도록 제2 후방 공급 라인(226_2)과 제2 분기 라인(228_2)에 각각 제공될 수 있다. 마찬가지로, 제3 온도 조절 장치(260_3)의 제1 가열 장치(262a) 및 제2 가열 장치(264a)가 서로 병렬적으로 연결되도록 제3 후방 공급 라인(226_3)과 제3 분기 라인(228_3)에 각각 제공될 수 있다. 이 때, 제1 가열 장치(262a)와 제2 가열 장치(262b)는 설정 온도는 서로 상이할 수 있다.
도 9는 도 6 내지 도 8의 가열 장치를 구체적으로 나타내는 예시적인 구성도이다. 도 10a 내지 도 10c는 도 9의 열교환 부재를 도시하는 사시도들이다.
도 9를 참조하면, 가열 장치(262)는 인라인 히터로 제공될 수 있다. 예컨대, 가열 장치(262)는 몸체(2621), 가열원(2622), 및 열교환 부재(2623)를 포함할 수 있다.
몸체(2621)는 유입구(2624) 및 배출구(2625)를 구비하며, 그의 내부에 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 유동 통로를 제공하는 통 형상으로 제공될 수 있다. 몸체(2621)는 유입구(2624) 및 배출구(2625)가 마주하는 방향으로 길쭉할 수 있다. 유입구(2624) 및 배출구(2625)의 각각에는 후방 공급 라인(226) 또는 분기 라인(268)이 연결될 수 있다.
가열원(2622)은 몸체(2621)의 내부를 유동하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)을 가열할 수 있다. 예컨대, 가열원(2622)은 몸체(2621)의 측벽에 매립되게 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도시된 바와 달리, 가열원(2622)은 몸체(2621)의 내벽에 부착되게 제공될 수 있다.
열교환 부재(2623)는 몸체(2621)의 내부 공간에 제공될 수 있다. 열교환 부재(2623)는 몸체(2621)의 내벽에 고정되거나, 내벽에서 일정거리 이격되게 위치될 수 있다. 열교환 부재(2623)는 몸체(2621)의 내부 공간의 형상에 대응되는 형상으로 제공될 수 있다. 예컨대, 열교환 부재(2623)는 몸체(2621)의 길이 방향을 따라 길쭉할 수 있다. 열교환 부재(3232)는 열전도성이 큰 금속으로 제공될 수 있다. 또한, 열교환 부재(2623)는 초임계 상태의 공정유체에 대한 내부식성이 큰 금속으로 제공될 수 있다. 열교환 부재(2623)를 통해 몸체(2621) 내부를 유동하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)과 열원 간의 접촉 면적이 증가되거나, 또는 몸체(2621)의 내부에서 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)을 난류 형태로 유동시켜, 열원과 유체간의 열확산 계수를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 가열 장치(262)의 열교환 효율이 증대될 수 있다. 이하, 도 10a 내지 도 10c를 참조하여, 열교환 부재의 형상에 대해 구체적으로 설명한다.
도 10a를 참조하면, 열교환 부재(2623)는 복수의 홀들(2623h)을 구비하는 원기둥의 형상으로 제공될 수 있다. 홀들(2623h)은 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)이 유동하는 경로를 제공하여, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 유동성을 향상시킬 수 있다. 선택적으로, 홀들(2623h)은 생략될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 열교환 부재(2623)는 제1 열교환 부재(2623a) 및 제2 열교환 부재(2623b)를 포함할 수 있다. 제1 열교환 부재(2623a)는 로드 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 열교환 부재(2623a)는 원기둥 또는 각기둥 형상으로 제공될 수 있다. 제1 열교환 부재(2623a)는 몸체(2621)의 내벽에 고정될 수 있다. 제2 열교환 부재(2623b)는 제1 열교환 부재(2623a)의 외면에 고정될 수 있다. 제2 열교환 부재(2623b)는 플레이트 형상으로 제공될 수 있으며, 복수 개의 홀들(2623c)을 구비할 수 있다. 예컨대, 제2 열교환 부재(2623b)는 원판 또는 다각형의 판 형상으로 제공될 수 있다. 제2 열교환 부재(2623b)는 복수 개로 제공되어, 제1 열교환 부재(2623a)의 길이 방향을 따라 서로 이격될 수 있다.
도 10c를 참조하면, 제2 열교환 부재(2623d)는 제1 열교환 부재(2623a)의 외면에 나선 형상으로 제공될 수 있다. 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 제2 열교환 부재(2623d)를 따라 나선형으로 유동될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 몸체(2621) 내에서 난류의 형태로 유동될 수 있다.
도 11은 도 6 내지 도 8의 가열 장치를 구체적으로 나타내는 예시적인 사시도이다. 도 12 및 도 13은 도 11의 가열 장치에 대응하는 단면도들이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 가열 장치(262)는 흡착 컬럼으로 제공될 수 있다. 예컨대, 가열 장치(262)는 몸체(2630), 흡착제(2632) 및 온도 센서(2640)를 포함할 수 있다.
몸체(2630)는 흡착제(2632)를 수용하고, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 유동 통로를 제공하는 통 형상으로 제공될 수 있다. 예컨대, 몸체(2630)는 중공의 직육면체 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 몸체(2630)의 길이 방향의 양단에 유입관(2634) 및 배출관(2636)이 제공될 수 있다. 유입관(2634) 및 배출관(2636)의 각각에는 후방 공급 라인(226) 또는 분기 라인(268)이 연결될 수 있다.
몸체(2630)의 내부에는 흡착제(2632)가 제공될 수 있다. 흡착제(2632)는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)에 함유된 불순물을 흡수할 수 있는 물질로 제공될 수 있다. 예컨대, 흡착제(2632)는 알루미노 실리케이트(alumino silicate)와 같은 세라믹이나 지오라이트(zeolite)를 포함할 수 있다. 유입관(2634)을 통해 몸체(2630) 내로 유입된 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 불순물은 흡착제(2632)에 의해 흡수될 수 있다. 불순물의 흡수 과정(즉, 흡착 과정)은 발열 과정일 수 있으며, 흡착 현상에 따른 발열에 의해 몸체(2630) 내부를 유동하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)는 가열될 수 있다.
온도 센서(2640)는 몸체(2630)의 내부를 유동하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 온도를 감지할 수 있다. 온도 센서(2640)는 유입관(2634) 및 배출관(2636)에 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 온도 센서(2640)는 몸체(2630) 내로 유입되는 초임계 유체의 온도 및 몸체(2630)로부터 배출되는 초임계 유체의 온도의 차이를 감지할 수 있다. 이에 따라, 초임계 유체가 요구되는 온도 조건을 만족하는지를 모니터링함과 동시에, 유입 및 배출되는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 온도 차이를 이용하여 흡착제(2632)의 교체 주기를 판별할 수 있다. 가열 장치(262)가 흡착 컴럼 형태로 제공되는 경우, 초임계 유체의 온도 제어가 가능함과 더불어 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 청정도가 향상될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 도 13에 도시된 바와 같이, 가열 장치(262)는 추가적 가열 부재(2638)를 더 포함할 수 있다. 추가적 가열 부재(2638)는 몸체(2630)의 내부를 유동하는 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)를 가열할 수 있다. 추가적 가열 부재(2638)는 외부로부터 전원을 받아 열을 발생시키는 히터로 제공될 수 있다. 예컨대, 추가적 가열 부재(2638)는 몸체(2630)의 측벽에 매립되어 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 추가적 가열 부재(2638)의 의해 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 온도 제어가 더욱 용이해질 수 있다.
이하 상술한 기판 처리 장치를 포함하는 반도체 제조 설비에 대해 설명한다. 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 건조 장치를 포함하는 반도체 소자의 제조 설비를 도시하는 구성도이다.
도 14를 참조하면, 반도체 소자의 제조 설비(500)는 습식 처리 시스템(wet process system)을 포함할 수 있다. 예컨대, 반도체 소자의 제조 설비(500)은 기판 반송 장치들(520), 기판 연마 장치들(530), 기판 세정 장치들(540), 및 기판 건조 장치들(1)을 포함할 수 있다.
기판 반송 장치(520)는 가이드 레일(522)을 따라 이동하여, 기판(S)을 기판 연마 장치들(530), 기판 세정 장치들(540) 및 기판 건조 장치들(1)로 반송할 수 있다. 기판(S)은 기판 반송 장치(520)에 의해 로드 포트들(514) 상의 캐리어들(512)에 로딩/언로딩될 수 있다. 로드 포트들(514)은 가이드 레일(522)의 일측 가장자리에 배치될 수 있다.
기판 연마 장치들(530)은 로드 포트들(514)에 대향하는 가이드 레일(522)의 타측 가장자리에 배치될 수 있다. 캐리어들(512)이 기판(S)을 기판 연마 장치들(530)로 이송하면, 기판 연마 장치들(530)은 슬러리(미도시)를 이용하여 기판(S)을 연마할 수 있다. 기판(S)은 평탄화될 수 있다.
기판 세정 장치들(540)은 기판 연마 장치들(530)과 기판 건조 장치들(1) 사이에 배치될 수 있다. 상기 기판 세정 장치들(540)은 세정 용액으로 기판(S) 상의 슬러리를 세정할 수 있다. 세정 용액은 케미컬, 순수(de-ionized water), 또는 유기 용매(ex, 메탄 알코올, 또는 이소프로필렌 알코올)를 포함할 수 있다.
기판 건조 장치들(1)은 로드 포트들(514)에 인접하여 배치될 수 있다. 기판 건조 장치들(1)은 기판(S) 상의 세정 용액을 건조할 수 있다. 기판 건조 장치들(1)은 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)을 이용하여 기판(S)을 세정하여 기판(S)의 워터 마크 또는 도괴 현상을 방지할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 건조 장치들(1)은 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명한 기판 건조 장치(1)에 대응될 수 있다.
이하에서는 기판 세정 장치(540)에 관하여 설명한다.
도 15는 도 14의 기판 세정 장치(540)의 단면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 기판 세정 장치(540)는 하우징 및 공정 유닛(5400)을 포함한다.
하우징은 기판 건조 장치(1)와 기판 연마 장치(530)에 외벽을 형성하고, 공정 유닛(5400)은 하우징의 내부에 위치하여 세정 공정을 수행한다. 공정 유닛(5400)은 스핀헤드(5410), 유체 공급 부재(5420), 회수통(5430) 및 승강 부재(5440)를 포함할 수 있다.
스핀헤드(5410)에는 기판(S)이 안착되며, 공정이 진행되는 중에 기판(S)을 회전시킨다. 스핀헤드(5410)는 지지 플레이트(5411), 지지핀(5412), 척킹핀(5413), 회전축(5414) 및 모터(5415)를 포함할 수 있다.
지지 플레이트(5411)는 상부가 대체로 기판(S)과 유사한 형상, 즉 원형을 가지도록 제공된다. 지지 플레이트(5411)의 상부에는 기판(S)이 놓이는 복수의 지지핀(5412) 및 기판(S)을 고정하는 복수의 척킹핀(5413)이 형성된다. 지지 플레이트(5411)의 하면에는 모터(5415)에 의해 회전되는 회전축(5414)이 고정되어 결합된다. 모터(5415)는 외부전원을 이용하여 회전력을 발생시켜 회전축(5414)을 통해 지지 플레이트(5411)를 회전시킨다. 이에 따라 스핀헤드(5410)에 기판(S)이 안착되고, 제1 공정이 진행되는 중에 지지 플레이트(5411)가 회전하여 기판(S)을 회전시킬 수 있다.
지지핀(5412)은 지지 플레이트(5411)의 상면에 수직한 방향으로 돌출되며, 복수의 지지핀(5412)은 서로 미리 정해진 간격으로 이격되어 배치된다. 상부에서 바라볼 때 전체적인 지지핀들(5412)의 배치는 환형의 링 형상을 이룰 수 있다. 지지핀(5412)에는 기판(S)의 후면이 올려지게 된다. 이에 따라 기판(S)은 지지핀(5412)에 의해 지지 플레이트(5411)의 상면으로부터 지지핀(5412)이 돌출된 거리로 이격되어 안착된다.
척킹핀(5413)은 지지 플레이트(5411)의 상면에 수직한 방향으로 지지핀(5412)보다 더 길게 돌출되며, 지지 플레이트(5411)의 중심으로부터 지지핀(5412)보다 멀리 떨어진 위치에 배치된다. 척킹핀들(5413)은 지지 플레이트(5411)의 반경방향을 따라 고정위치와 픽업위치 간에 이동할 수 있다. 여기서, 고정위치는 지지 플레이트(5411)의 중심으로부터 기판(S)의 반경에 대응되는 거리만큼 떨어진 위치이며, 픽업위치는 고정위치보다 지지 플레이트(5411)의 중심으로부터 멀리 떨어진 위치이다. 척킹핀(5413)은 기판 반송 장치(520)에 의해 스핀헤드(5410)에 기판(S)이 로딩될 때는 픽업위치에 위치하며, 기판(S)이 로딩되어 공정이 진행되면 고정위치로 이동하여 기판(S)의 측면에 접촉하여 기판(S)을 정위치에 고정시키고, 공정이 종료되어 기판 반송 장치(520)가 기판(S)을 픽업하여 기판(S)이 언로딩될 때에는 다시 픽업위치로 이동할 수 있다. 이에 따라, 척킹핀(5413)은 스핀헤드(5410)가 회전할 때 회전력에 의해 기판(S)이 정위치에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
유체 공급 부재(5420)는 노즐(5421), 지지대(5422), 지지축(5423) 및 구동기(5424)를 포함할 수 있다. 유체 공급 부재(5420)는 기판(S)에 유체를 공급한다.
지지축(5423)은 그 길이 방향이 수직한 방향에 따라 제공되며, 지지축(5423)의 하단에는 구동기(5424)가 결합된다. 구동기(5424)는 지지축(5423)을 회전시키거나 상하로 이동시킨다. 지지축(5423)의 상부에는 지지대(5422)가 수직하게 결합된다. 노즐(5421)은 지지대(5422)의 일단의 저면에 설치된다. 노즐(5421)은 구동기(5424)에 의한 지지축(5423)의 회전 및 승강에 의해 공정위치와 대기위치간에서 이동할 수 있다. 여기서, 공정위치는 노즐(5421)이 지지 플레이트(5411)의 수직 상부에 배치된 위치이고, 대기위치는 노즐(5421)이 지지 플레이트(5411)의 수직 상부에서 벗어난 위치이다.
공정 유닛(5400)에는 하나 또는 복수의 유체 공급 부재(5420)가 제공될 수 있다. 유체 공급 부재(5420)가 복수인 경우에는, 각 유체 공급 부재(5420)는 서로 상이한 유체를 공급한다. 예를 들어, 복수의 유체 공급 부재(5420)는 각각 세정제, 린스제 또는 유기용제를 공급할 수 있다. 여기서, 세정제는 과산화수소(H2O2) 용액이나 과산화수소용액에 암모니아(NH4OH), 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4)를 혼합한 용액 또는 불산(HF) 용액 등이 사용되고, 린스제로는 주로 순수가 사용되며, 유기용제로는 이소프로필알코올이 사용될 수 있다. 또한, 유기용제는 에틸글리콜(ethyl glycol), 1-프로파놀(propanol), 테트라하이드로프랑(tetra hydraulic franc), 4-하이드록시(hydroxyl), 4-메틸(methyl), 2-펜타논(pentanone), 1-부타놀(butanol), 2-부타놀, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), n-프로필알코올(n-propyl alcohol), 디메틸에 틸(dimethylether) 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 유체 공급 부재(5420a)는 암모니아과산화수소용액을 분사하고, 제2 유체 공급 부재(5420b)는 순수를 분사하고, 제3 유체 공급 부재(5420c)는 이소프로필알코올용액을 분사할 수 있다.
유체 공급 부재(5420)는 스핀헤드(5410)에 기판(S)이 안착되면 대기위치로부터 공정위치로 이동하여 기판(S)의 상부로 상술한 유체를 공급할 수 있다. 예를 들어, 유체공급부가 세정제, 린스제, 유기용제를 공급함에 따라 각각 케미컬공정, 세척공정, 제1 건조공정이 수행될 수 있다. 이와 같이 공정이 수행되는 동안 스핀헤드(5410)는 모터(5415)에 의해 회전하여 기판(S)의 상면에 유체가 골고루 제공되도록 할 수 있다.
회수통(5430)은 제1 공정이 수행되는 공간을 제공하며, 이 과정에서 사용되는 유체를 회수한다. 회수통(5430)은 상부에서 바라볼 때 스핀헤드(5410)를 둘러싸도록 배치되며, 상부가 개방된다. 공정 유닛(5400)에는 하나 또는 복수의 회수통(5430)이 제공될 수 있다. 이하에서는 제1 회수통(5430a), 제2 회수통(5430b), 제3 회수통(5430c)의 세 개의 회수통(5430)을 가지는 공정 유닛(5400)을 예로 들어 설명한다. 다만, 회수통(5430)의 수는 사용되는 유체의 수 및 제1 공정의 조건에 따라 이와 상이하게 선택될 수도 있다.
제1 회수통(5430a), 제2 회수통(5430b) 및 제3 회수통(5430c)은 각각 스핀헤드(5410)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 제1 회수통(5430a), 제2 회 수통(5430b), 제3 회수통(5430c)의 순으로 스핀헤드(5410)의 중심으로부터 멀어지면서 배치된다. 제1 회수통(5430a)은 스핀헤드(5410)를 감싸고, 제2 회수통(5430b)은 제1 회수통(5430a)을 감싸고, 제3 회수통(5430c)은 제2 회수통(5430b)을 감싸도록 제공된다. 제1 회수통(5430a)에는 제1 회수통(5430a)의 내측공간에 의해 제1 유입구(5431a)가 제공된다. 제2 회수통(5430b)에는 제1 회수통(5430a)과 제2 회수통(5430b) 사이의 공간에 의해 제2 유입구(5431b)가 제공된다. 제3 회수통(5430c)에는, 제2 회수통(5430b)과 제3 회수통(5430c) 사이의 공간에 의해 제3 유입구(5431c)가 제공된다. 각각의 회수통(5430a, 2430b, 2430c) 의 저면에는 수직한 방향에 따라 아래로 연장되는 회수라인(5432)이 연결된다. 각 회수라인들(5432a, 2432b, 2433c)은 각각의 회수통(5430a, 2430b, 2430c)에 회수된 유체를 배출하여 외부의 유체재생시스템(미도시)에 공급한다. 유체재생시스템(미도시)은 회수된 유체를 재사용할 수 있도록 재생할 수 있다.
승강 부재(5440)는 브라켓(5441), 승강축(5442) 및 승강기(5443)를포함한다. 승강 부재(5440)는 회수통(5430)을 수직한 방향으로 이동시킨다. 어느 하나의 회수통(5430)의 유입구(5431)가 스핀헤드(5410)에 안착된 기판(S)의 수평면 상에 위치하도록 회수통(5430)의 스핀헤드(5410)에 대한 상대 높이가 변경된다. 브라켓(5441)은 회수통(5430)에 고정되어 설치되며, 브라켓(5441)의 일단에는 승강기(5443)에 의해 수직한 방향으로 이동되는 승강축(5442)이 고정되어 결 합된다. 회수통(5430)이 복수인 경우에는, 브라켓(5441)은 최외곽의 회수통(5430)에 결합될 수 있다. 승강 부재(5440)는 기판(S)이 스핀헤드(5410)에 로딩되거나 스핀헤드(5410)로부터 언로딩될 때 회수통(5430)이 기판(S)을 반송하는 기판 반송 장치(520)의 경로를 간섭하지 않도록 회수통(5430)을 아래로 이동시킬 수 있다.
또한, 승강 부재(5440)는 유체공급부에 의해 유체가 공급되고 스핀헤드(5410)가 회전하여 제1 공정이 진행되는 동안, 기판(S)의 회전에 따라 원심력에 의해 기판(S)으로부터 튕겨나는 유체가 회수되도록 회수통(5430)을 수직한 방향으로 이동시켜 회수통(5430)의 유입구(5431)가 기판(S)과 동일한 수평면 상에 위치하도록 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 공정이 세정제에 의한 케미컬공정이 수행되고, 린스제에 의한 세척공정이 수행된 후, 유기용제에 의한 제1 건조 공정의 순서로 진행되는 경우, 세정제 공급 시에는 제1 유입구(5431a)를, 린스제 공급 시에는 제2 유입구(5431b)를, 유기용제 공급 시에는 제3 유입구(5431c)를 기판(S)의 수평면으로 이동시켜, 제1회수통(5430a), 제2 회수통(5430b), 제3 회수통(5430c)이 각각의 유체를 회수하도록 할 수 있다. 이처럼, 사용한 유체를 회수하면, 환경오염이 예방되고, 또한 고가의 유체들을 재활용할 수 있게 되므로 반도체제조비용이 절감되는 장점이 있다.
한편, 승강 부재(5440)는 회수통(5430)을 이동시키는 대신 스핀헤드(5410)를 수직한 방향으로 이동시키는 구성을 가질 수도 있다.
이하 상술한 기판 건조 장치를 이용한 기판 건조 방법에 대해 설명한다. 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 건조 장치를 이용한 기판 건조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 본 실시예에서는 예시적으로 습식 세정 공정이 완료된 기판에 대하여 초임계 건조 공정을 수행하는 기판 처리 과정을 개시한다. 그러나, 식각 공정이 완료된 기판에 대하여 세정 공정을 수행하는 경우와 같이 다양한 기판 처리 공정에 본 발명이 적용될 수 있음은 자명하다.
도 1 내지 도 12, 및 도 15를 참조하면, 공정 챔버(100)로 기판(S)이 제공되면, 공정 챔버(100)는 기판(S)을 제1 온도(T1)으로 가열한다(S110). 예컨대, 기판(S)은 반도체 제조 공정의 단계에 따라 습식 공정용 공정 챔버(100)에서 식각이나 세정과 같은 습식 공정이 선행된 것일 수 있으며, 종횡비가 10 내지 50과 같은 고종횡비를 갖는 미세 패턴 구조물을 포함할 수 있다. 상기 미세 패턴 구조물은 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 형성된 다층막에 대하여 식각 공정을 통하여 높은 종횡비를 갖도록 형성되고, 식각 잔류물과 부산물을 제거하기 위한 세정 및 린스 공정이 수행될 수 있다. 예컨대, 고종횡비의 미세패턴 구조물을 구비하는 기판(S)은 탈이온수, 불산, BOE(buffered oxide etchant), 암모니아수, 과산화수소수의 케미컬에 의해 세정되고, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)에 대해 용해도가 높은 또는 이소프로필 알코올(IPA)의 유기 용제에 의해 린스될 수 있다. 상기 공정 챔버(100)는 기판(S)을 상기 이소프로필렌 알코올의 기화점보다 낮은 약 40℃ 내지 80℃의 제1 온도(T1)로 가열할 수 있다.
초임계 유체 공급 유닛(200)은 공정 챔버(100) 내에 제1 초임계 유체(210_1)를 제공한다(S120). 제1 초임계 유체(210_1)는 제1 온도(T1)보다 낮은 제2 온도(T2)를 가질 수 있다. 제2 온도(T2)는 약 30℃ 내지 약 39℃(ex, 31.1℃)일 수 있다. 제1 초임계 유체(210_1)가 제공되면, 공정 챔버(100) 내의 압력은 증가할 수 있다. 예를 들어, 제1 초임계 유체(210_1)는 임계점(217)의 압력까지 공정 챔버(100) 내에 제공될 수 있다. 제1 초임계 유체(210_1)는 공정 챔버(100) 내에 약 20초 내지 약30초동안 제공될 수 있다.
제1 초임계 유체(210_1)의 임계점(217)의 압력에 도달하면, 초임계 유체 공급 유닛(200)은 공정 챔버(100) 내에 제2 초임계 유체(210_2)를 제공한다(S130). 제1 초임계 유체(210_1)의 임계점(217)의 압력은 약 72bar일 수 있다. 제2 초임계 유체(210_2)는 제1 온도(T1)보다 높은 제3 온도(T3)를 가질 수 있다. 제3 온도(T3)는 약 100℃ 내지 약 200℃일 수 있다. 제2 초임계 유체(210_2)가 제공되면, 공정 챔버(100) 내의 압력은 증가할 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(100) 내의 압력은 포화 구간(S214)까지 증가할 수 있다. 포화 구간(S214)의 압력은 제2 초임계 유체(210_2)의 임계점일 수 있다. 예를 들어, 포화 구간(S214)의 압력은 약 150bar일 수 있다. 제2 초임계 유체(210_2)는 공정 챔버(100) 내에 약 10초 내지 약 20초동안 제공될 수 있다. 가령, 공정 챔버(100)가 제1 초임계 유체(210_1)를 약 100℃이상으로 가열할 경우, 상기 제1 초임계 유체(210_1)는 파티클들을 다량으로 생성하여 기판(S) 및/또는 상기 공정 챔버(100)를 오염시킬 수 있다.
공정 챔버(100) 내의 압력이 포화 구간(S214)에 도달하면, 초임계 유체 공급 유닛(200)은 공정 챔버(100) 내에 제3 초임계 유체(210_3)를 제공한다(S140). 제3 초임계 유체(210_3)는 제1 온도(T1)과 동일한 제 4 온도(T4)를 가질 수 있다. 제 4 온도(T4)는 약 40℃ 내지 약 80℃일 수 있다. 제3 초임계 유체(210_3)는 기판(S)의 유기 용제를 건조할 수 있다. 제3 초임계 유체(210_3)는 공정 챔버(100) 내에 약 100초동안 제공될 수 있다.
공정 챔버(100) 내의 압력이 하강 구간(S216)에 도달하면, 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)의 공급이 중단된 후에 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 배출 라인(242)을 통해 배기된다(S150). 공정 챔버(100) 내의 압력은 감소할 수 있다. 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 약 150초동안 배기될 수 있다. 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 제1 내지 제3 초임계 유체들(210_1, 210_2, 210_3)은 워터 마크 및/또는 도괴 현상 없이 기판(S)을 건조할 수 있다.이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 기판을 제1 온도로 건조하는 챔버;
    상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도를 갖는 제1 초임계 유체를 저장하는 제1 저장 부;
    상기 제1 온도보다 높은 제3 온도를 갖는 제2 초임계 유체를 저장하는 제2 저장 부; 및
    상기 제1 및 제2 저장 부들과 상기 챔버 사이에 연결되고, 상기 제1 초임계 유체와 상기 제2 초임계 유체를 상기 챔버 내에 공급하는 공급 부를 포함하는 기판 건조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 부는 상기 제1 및 제2 초임계 유체들을 상기 챔버 내에 순차적으로 공급하여 상기 챔버 내의 압력을 증가시키는 기판 건조 장치.
  3. 제 2 에 있어서,
    상기 공정 챔버 내의 상기 제1 초임계 유체가 임계점에 도달할 때, 상기 공급 부는 상기 제2 초임계 유체를 상기 공정 챔버 내에 공급하는 기판 건조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 온도가 31℃일 때, 상기 임계점은 72bar인 기판 건조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 온도는 40℃ 내지 80℃인 기판 건조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 온도를 갖는 제 4 초임계 유체를 저장하는 제3 저장 부를 더 포함하는 기판 건조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 초임계 유체가 포화 구간의 압력에 도달할 때, 상기 공급 부는 상기 제3 초임계 유체를 상기 공정 챔버 내에 공급하는 기판 건조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 포화 구간의 압력은 150bar인 기판 건조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 부는:
    상기 제1 및 제2 저장 부들과 상기 챔버를 연결하는 공급 라인들;
    상기 공급 라인들에 체결되어 상기 제1 및 제2 초임계 유체들의 공급을 단속하는 밸브들; 및
    상기 공급 라인들에 체결되어 상기 제1 및 제2 초임계 유체들 내의 오염물을 필터링하는 필터들을 포함하는 기판 건조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 필터들의 각각은 금속 소결 필터를 포함하는 기판 건조 장치.
  11. 기판을 연마하는 기판 연마 장치;
    상기 기판을 세정하는 기판 세정 장치; 및
    상기 기판을 건조하는 기판 건조 장치를 포함하되,
    상기 기판 건조 장치는:
    상기 기판을 제1 온도로 건조하는 챔버;
    상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도를 갖는 제1 초임계 유체를 저장하는 제1 저장 부;
    상기 제1 온도보다 높은 제3 온도를 갖는 제2 초임계 유체를 저장하는 제2 저장 부; 및
    상기 제1 및 제2 저장 부들과 상기 챔버 사이에 연결되고, 상기 제1 초임계 유체와 상기 제2 초임계 유체를 상기 챔버 내에 공급하는 공급 부를 포함하는 반도체 소자의 제조설비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 세정 장치는 상기 기판을 이소프로필 알코올을 사용하여 린스하되,
    상기 제1 온도는 상기 이소프로필 알코올의 기화점보다 낮은 반도체 소자의 제조설비.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 온도는 40℃ 내지 80℃인 반도체 소자의 제조설비.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 온도는 30℃ 내지 39℃인 반도체 소자의 제조설비.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제3 온도는 100℃ 내지 200℃인 반도체 소자의 제조설비.
  16. 챔버 내의 기판을 제1 온도로 가열하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도를 갖는 제1 초임계 유체를 제공하는 단계; 및
    상기 기판 상에 상기 제1 온도보다 높은 제3 온도를 갖는 제2 초임계 유체를 제공하는 단계를 포함하는 기판 건조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 초임계 유체가 임계점에 도달할 때, 상기 제2 초임계 유체는 상기 기판 상에 제공되는 기판 건조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 초임계 유체의 상기 제2 온도가 31℃일 때, 상기 임계점은 72bar인 기판 건조 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 온도가 40℃ 내지 80℃일 때, 상기 제3 온도는 100도 내지 200도인 기판 건조 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 제2 초임계 유체가 포화 압력에 도달할 때, 상기 기판 상에 상기 제1 온도와 동일한 제 4 온도를 갖는 제3 초임계 유체를 제공하는 기판 건조 방법.
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