KR100241081B1 - 기판처리방법 및 장치 - Google Patents

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이시다 아키라
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Abstract

기판처리장치는 보충액이 갑자기 비등하지 않고 보충액을 처리액중으로 충분히 확산시켜 처리액의 온도를 크게 감소하지 않도록 한다. 순수(PW)는 순수 공급노즐(10a)에 형성된 복수의 순수취출구멍(Ha)을 통해 배출된다. 내부조(1)의 안쪽에 순수취출구멍의 바로 아래에 위치되고 내부조(1)의 측벽(1a)의 상단에 있는 오버플로우부(20a)의 근방의 인산용액의 표면에 순수가 도달된다. 그러므로, 순수가 외부조(2)의 홈통부(30a)에 도달하여, 인산용액(PA)과 혼합되면서 외부조(2)의 저장부(30d)로 흐른다. 순수(PW)가 내부조(1)내의 인산용액(PA) 안쪽에 도달하지 않으므로, 순수(PW)의 갑작스런 비등이 억제된다. 인산용액(PA)이 내부조(1)에서 외부조(2)로 흘러넘칠 때 인산용액(PA)과 순수(PW)가 섞이므로, 인산용액(PA)중으로 순수(PW)가 충분히 확산된다. 이것은 인산용액(PA)의 표면에 순수(PW)가 있을 수 없기 때문에, 인산용액(PA)의 표면에서 순수(PW)가 직접증발하지 못하므로 인산용액(PA)의 온도감소가 저하한다.

Description

기판처리방법 및 장치
제1도는 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 외관 사시도.
제2도는 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 개략 설명도.
제3도는 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 부분단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 내부조 1a,1c : 내부조의 측벽
2 : 외부조 3a~3d : 배관
4 : 순환펌프 5 : 히터
7 : 순수조 8a~8d : 배관
9 : 정량펌프 10a,10b : 순수공급노즐
20a,20b : 오버플로우부 30 : 처리조
30a,30b,30c : 홈통부 Ha,Hb : 순수취출구멍
PA : 인산용액 PW : 순수
Ua,Ub : 취출위치 W : 기판
본 발명은 반도체기판 및 액정유리가판 등의 기판을 처리액에 침지하여 기판처리를 실시하는 장치에 관한 것으로서 특히, 복수의 액종류로 이루어지는 처리액을 처리조에 저장하고, 처리액을 이루는 복수의 액종류중 적어도 하나의 비등점 이상의 온도로 처리액을 가열하고, 기판을 처리액에 침지하는 기판처리장치에 관한 것이다.
예를들면 고온의 인산(H3PO4)용액을 사용하여 반도체기판의 표면에 형성된 실리콘 질화막을 에칭하는 동안 인산용액의 온도 뿐만아니라 농도의 변화가 에칭속도를 변화시키기 때문에, 불균일한 처리결과가 초래되었다. 따라서, 인산용액의 온도 및 농도를 허용범위내에서 유지해야 할 필요가 있다.
하지만, 에칭처리중에 인산용액을 150~180℃의 고온으로 유지해야 하기 때문에, 용액의 수분이 쉽게 증발하고 그에 따라 인상용액의 농도가 증가하므로, 에칭속도가 변화되어 처리결과는 불균일해진다.
상기의 문제를 처리하기 위해 다음 4종류의 방법이 에칭중에 인산용액에 탈 이온화된 물을 적절히 첨가하는데 주로 사용되었다.
1. 일본 실용신안공개공보 평2-98631에 설명된 방법은 인산용액으로 채워지는 처리조의 하부에 매우 미세한 다수의 관통구멍을 낸 벽부재를 갖는 노즐을 설치하여 노즐을 통해 순수(pure water)를 인산용액에 공급하도록 했다.
2. 일본 특허공고공보 평3-20895에 설명된 방법은 인산용액의 온도를 조절하기 위해 처리조에 포함된 인산용액을 유도하여 순환시키는 순환라인에 순수를 공급하고, 인산용액을 여과하고, 인산용액을 다시 처리조로 되돌리도록 했다.
3. 실용신안공개공보 소59-84839에 설명된 방법은 처리조의 바닥부에 형성된 관통구멍을 통해 순수를 공급하도록 했다.
4. 일본 특허공개공보 평6-69179에 설명된 방법은 에칭용 내부조 및 이것을 둘러싸는 외부조로 이루어지는 2중조를 사용하여 인산용액을 내부조에서 외부조로 항상 흘러넘치게 하고, 순수를 외부조 상방으로부터 외부조에 저장된 인산용액으로 공급하여, 순수를 포함하는 인산용액을 내부조로 순환시키도록 한다.
그런데, 상기에서 설명된 순수 공급 방법 중, 방법(1,2,3)은 인산용액에 순수를 주입하므로, 인산용액에 순수의 주입중 인산용액내의 순수의 갑작스런 비등을 일으킬 수 있다.
한편, 방법(4)은 외부조에 저장된 인산용액의 표면에 순수를 공급하므로, 순수는 인산 용액으로 확산하기 보다는 인산용액의 표면에 머무른다. 또, 순수는 인산용액의 표면에서 증발하기 때문에, 인산용액의 온도는 증발열에 기인하여 현저하게 감소한다.
본 발명은 처리액내의 기판처리방법으로서, (a) 복수의 액 성분중 적어도 하나의 비등점 이상으로 유지되고 복수의 액성분으로 이루어지는 처리액으로 내부조를 채우고, (b) 기판을 내부조 내의 처리액에 침지하고, (c) 처리액을 내부조의 단부로 흘러넘치게 하고, (d) 소정온도 이하의 비등점을 갖는 보충액을 단부의 상부나 근방의 처리액의 오버플로우부에 공급하고, (e) 처리액의 오버플로우액을 내부조를 둘러싸는 외부조로 받고, (f) 오버플로우액을 내부조로 재공급함으로써 보충액을 공급하면서 치라액을 내부조와 외부조사이에 순환시키는 단계를 포함한다.
상기 설명처럼 처리액을 구성하는 여러 종류의 액중, 처리액 이하의 비등점을 갖는 하나가 내부조에 포함된 처리액을 흘러넘치게 하는 오버플로우부의 바로 위나 근방에 보충액으로서 공급된다. 이것은 보충액이 처리액 안쪽에 도달하는 것을 방지하므로, 보충액의 갑작스런 비등은 일어나지 않는다. 또, 처리액이 내부조에서 외부조로 넘쳐 흐르면서 처리액과 보충액이 혼합되므로, 보충액이 처리액중으로 충분히 확산된다. 이것은 처리액의 표면에 보충액이 머물러서 보충액이 처리액의 표면에서 대기중으로 직접 증발하는 것을 방지하기 때문에, 처리액의 온도가 크게 감소되지 않는다.
바람직하게는, 처리액의 농도는 오버플로우부에 공급되는 보충액의 양을 제어하여 조절한다.
따라서, 본 발명의 목적은 보충액의 갑작스런 비등을 일으키지 않고 처리액중으로 보충액의 충분한 확산을 보강시켜 처리액의 온도의 감소를 저감시키도록 한 기판처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른목적, 특징, 측면 및 잇점은 참조도면과 더불어 다음에 기술된 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
1. 바람직한 실시예에 따른 장치의 기계적 구성과 장치배열.
제1도는 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 외관사시도이고, 제2도는 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 개략 설명도이다. 제1도에서는, 바닥면에 평행한 수평면을 X-Y면으로 하고 수직방향을 Z방향으로 하는 3차원좌표계 X-Y-Z가 규정되어 있다.
이하, 이들 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 기계적구성을 설명한다.
상기 기판처리장치는 고온의 인산용액을 사용하여 반도체기판상에 형성된 실리콘 질화막을 에칭하기 위한 장치이다.
상기 장치는 내부조(1) 및 외부조(2)로 구성되는 처리조(30)를 구비하고, 내부조(1)는 상부가 개방된 박스와 같은 부재로 형성되어 있다. 내부조(1)에는 150~180℃의 인산용액(PA)이 포함되며, 다른 처리부에서 반송되어 온 기판(W)이 내부조(1)에 포함된 인산용액(PA)에 침지된 후 에칭이 실시된다.
상부가 개방된 박스와 같은 부재인 외부조(2)는 내부조(1)를 둘러싸도록 내부조(1) 외부에 고정배치되고, 내부조(1)의 측벽의 상부위로 넘쳐흐르는 인산염(PA)을 모은다.
또한, 외부조(2)의 내측에는 배관(3a)이 외부조(2)의 X 방향의 양의 값 측의 측벽(2d)를 관통하도록 고정되고, 외부조(2)내에서 배관(3a)의 한쪽단부는 외부조(2)의 바닥부 근방에 위치된다. 제1도에는 나타나지 않지만 제2도에 나타난 것처럼 배관(3a)의 다른쪽 단부는 외부조(2)의 밖에서 순환펌프(4)에 접속되고, 순환펌프(4)는 배관(3b)을 통해 히터(5)에 접속되고, 히터(5)는 배관(3c)를 통해 필터(6)에 접속된다. 또, 필터(6)에 접속되어 있는 배관(3d)은 배관(3a) 위의 위치의 외부조(2)의 측벽(2d)을 관통한다. 그래서, 외부조(2)내에서 X방향의 양의 값측의 내부조(1)의 측벽을 관통하도록 배관(3d)이 고정배치된다. 그리고 또, 내부조(1)내에서는, 배관(3d)이 제2도에 나타난 인산용액 취출관(12)에 접속된다.
한편, 제2도에 나타난 순수조(7)에는 배관(8a)의 한쪽단부가 접속되고, 배관(8a)의 다른쪽 단부에는 소정의 유량에 해당하는 압력하에 순수(PW)를 주입하는 정량 펌프(9)가 접속된다. 또, 배관(8b)의 한쪽 단부는 정량펌프(9)에 접속되는 반면, 파이프(8b)의 다른쪽 단부는 둘로 분기하여 배관(8c,8d)에 각각 접속되어지고, 배관(8c)은 순수공급노즐(10a)에 접속되며, 배관(8d)은 순수공급노즐(10b)에 접속된다.
순수공급노즐(10a)은 Y방향의 양의 값쪽의 내부조(1)의 측벽(1a)의 상단에 있는 오버플로우부(20a)의 상방근방에 설치되는 반면, 순수공급노즐(10b)은 Y방향의 음의 값쪽고의 내부조(1)의 측벽(1c)의 상단에 있는 오버플로우부(20b)의 상방근방에 설치된다.
또한, 순수공급노즐(10a,10b)의 상방에는 인산용액(PA)이 에칭중에 주위로 튀는 것을 방지하기 위해 도시생략된 프레임과 연동하는 오토커버(11a,11b)가 설치되어 있다. 오토커버(11)는 기판(W)의 반입 또는 반출때에만 개방되고, 그외는 닫혀있다.
다음은, 주요부분의 세부적인 구성을 설명한다.
제1도에 나타난 바와 같이, 내부조(1) 및 외부조(2)의 각각의 4면의 측벽은 같은 높이고, 내부조(1)가 외부조(2) 보다 약간 낮다. 외부조(2)와 내부조(1)의 사이에는 얕은 높이의 홈통부(30a)가 내부조(1)의 측벽(1a)과 외부조(2)의 Y방향 양의 값쪽의 측벽(2a)사이에 형성되어 있다. 마찬가지로, X방향의 음의 값 쪽의 내부조(1)의 측벽(1b)과 X방향의 음의 값 쪽의 외부조(2)의 측벽(2b) 사이에도 홈통부(30b)가 형성되고, Y방향의 음의 값쪽의 내부조(1)의 측벽(1c)과 외부조(2)의 측벽(2c) 사이에도 홈통부(30c)가 형성된다. 또, X방향의 양의 값쪽의 내부조(1)의 측벽(1d)과 X방향의 양의 값쪽의 외부조(2)의 측벽(2d) 사이는 깊이가 깊고 저장부(30d)가 형성된다.
제3도는 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 순수공급노즐(10a) 주위의 부분 단면도이다. 순수공급노즐(10a)에서, 지지부(Sa)는 외부조(2)의 측벽(2a)의 외측의 상부에 고정설치되어 있고, 확장부(Ga)는 내부조(1)의 측벽(1a) 위로 확장되고, 확장부(Ga)의 저면은 내부조(1)의 측벽(1a)의 상단인 오버플로우부(20a)의 상부근방에 위치된다. 순수공급노즐(10a)에는 배관(8c)이 삽입되어 있다. 배관(8c)에는 내부조(1)위의 배관(8c)의 취출위치(Ua)의 저면측에 인산용액(PA)을 공급하기 위한 복수의 순수취출구멍(Ha)이 제1도의 X축방향에서 등간격으로 형성되어 있다.
순수공급노즐(10b)도 역시 마찬가지로, 지지부(Sb)(제1도 참조)가 외부조(2)의 측벽(2c)의 외측상부에 고정설치되고, 확장부(Gb)의 하면의 내부조(1)의 측벽(1c)의 상단인 오버플로우부(20b)의 상방근방에 위치되고, 순수공급노즐(10b)의 내부에 설치되어 있는 배관(8d)의 내부조(1) 위의 배관(8d)의 취출위치(Ub)의 저면측에 복수의 순수취출구멍(Hb)이 X축의 양의 방향의 등간격으로 형성된다.
2. 바람직한 실시예의 특징 및 처리
이제, 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 전체 처리 및 특징을 설명한다.
기판(W)의 에칭처리동안, 인산용액(PA)이 내부조(1)의 4측면의 상단 위로 넘쳐흐른다.
내부조(1)에서 외부조(2)로 넘쳐흐른 인산용액(PA)은 순환펌프(4)에 의해 배관(3a)을 통하여 외부조(2)에서 항상 배출되고, 배관(3b)을 통해 히터(5)로 공급되어 용액의 온도를 150~180℃로 유지하도록 히터(5)로 가열된다. 히터(5)를 통과한 인산용액(PA)은 배관(3c)을 통해 필터(6)로 공급되어 불순물 등을 여과한 후에, 인산용액(PA)은 배관(3d)을 통해 내부조(1)로 되돌아와서 다시 기판(W)의 에칭에 사용된다. 이러한 방식으로, 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치는 인산용액(PA)을 순환시켜 사용한다.
또한, 상기와 같이 150~180℃로 인산용액(PA)의 온도가 유지되므로, 인산용액(PA)에 포함되는 수분이 증발하기 쉽고, 따라서 인산용액(PA)의 농도의 변화가 일어나기 쉽다. 이를 처리하기 위해 본 장치에서는, 순수(PW)의 증발에 의해 일어난 인산용액(PA)의 농도변화를 조작자가 계측기 등을 사용하여 측정하고, 측정치에 의해 순수(PW)의 단위시간당 증발량을 계산하여 정량펌프(9)의 유량을 설정함으로써, 순서(PW)의 적정량이 순수조(7)로부터 순수공급노즐(10a,10b)로 공급된다.
제3도에 나타난 바와 같이 순수공급노즐(10a,10b)에 공급된 순부(PW)는 순수공급노즐(10a,10b)에 각각 형성된 복수의 순수취출구멍(Ha,Hb)을 통해 배출된다. 순수(PW)는 내부조(1) 상방의 순수취출구멍(Ha,Hb)의 바로 아래의 또한, 내부조(1)의 측벽(1a,1c)의 상단인 오버플로우부(20a,20b)의 근방의 인산용액(PA)의 표면에 도달한다. 그러므로 순수(W)는 외부조(2)의 홈통부(30a,30c)에 도달하여, 인산용액(PA)과 혼합되면서, 외부조(2)의 저장부(30d)내로 흐른다.
외부조(2)의 저장부(30d)에 저장된 인산용액(PA)은 상기의 설명처럼 배관(3a~3d), 순환펌프(4), 히터(5) 및 필터(6)를 통해 내부조(1)로 되돌아오며 다시 기판(W)의 에칭에 사용된다.
따라서, 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치는 인산용액(PA)을 오버플로우시키기 위한 내부조(1)의 측벽(1a,1c)의 각각의 상단인 오버플로우부(20a,20b)의 근방에 순수(PW)를 공급하는 구성으로 했으므로, 순수(PW)가 내부조(1)내의 인산용액(PA) 내부에 도달하지 않는다. 이것은 내부조(1)에서 외부조(2)로 인산용액(PA)이 흘러넘칠 때 순수(PW)의 갑작스런 비등을 방지하고 인산용액(PA)과 순수(PW)가 잘 섞이게 한다. 따라서, 순수(PW)가 인산용액(PA)으로 충분히 확산하여 인산용액(PA)의 표면에 순수(PW)가 머무르지 않는다. 순수(PW)가 인산용액(PA)의 표면에서 대기중으로 직접 증발되지 않으므로, 인산용액(PA)의 온도감소가 저하한다.
3. 변형예
처리액을 구성하는 여러 종류의 액중에 처리액의 온도보다 높은 비등점을 갖는 액은 인산액이고 순수는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 보충액이지만, 처리액을 구성하는 여러 종류의 액은 이것에 제한되지 않는다. 예를들면 처리액을 얻기 위해 황산용액과 과산화수소 용액을 각각 혼합해도 된다. 이 경우에는 처리액의 온도를 과산화수소수의 비등점보다 고온인 130℃ 정도로 가열하므로 처리액의 온도보다 높은 비등점을 갖는 액을 황산액, 보충액을 순수로 하는 구성이다.
또한 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치는 보충액으로서 순수만을 사용하지만, 보충액은 각각이 처리액 이하의 비등점을 갖는 여러 종류의 액일 수 있다.
또, 바람직한 실시예에 다른 기판처리장치는 순수공급노즐 안쪽에 설치된 복수의 순수 취출구멍이 배관에 등간격으로 형성되었지만, 간격은 동일하지 않아도 되며, 하나만의 순수취출구멍을 각 배관에 형성해도 된다. 또한, 순수공급수단은 상기에 제한되지 않고, 예를들면 슬리트(slit) 구멍이어도 된다.
또, 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치에서 조작자는 계측기 등을 사용하여 인산용액의 농도의 변화를 측정하여 측정치로부터 순수의 단위 시간당 증발량을 계산하여 정량펌프에 의해 배출되는 순수의 공급량을 설정하지만, 인산용액의 농도를 센서등에 의해 시계열 방법으로 모니터하고, 얻어진 데이타를 근거로 하여 유량 제어형 펌프를 제어장치로 제어하여 순수의 공급량을 조절하게 해도 된다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치에서 내부조(1)는 그 4면의 측벽의 상단의 높이를 같게 하여 인산용액이 4면에서 외부조로 흐르는 구성이지만, 본 발명은 4면의 측벽 모두에서 인산용액이 흘러넘치는 상기 구성에 제한되지 않고, 예를들면, 각각 내부조(1)의 측벽(1a,1c)의 상단인 오버플로우부(20a,20b)를 2개의 측벽(1b,1d)보다 낮게하여 인산용액이 측벽(1a,1c)에서만 흘러넘치는 등의 구성으로 해도 된다.
또, 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치는 2개의 순수공급노즐을 사용해야 하지만, 1개의 순수공급노즐만을 내부조의 한 측벽상에만 설치하거나 4개의 순수공급노즐을 내부조의 4측벽상에 각각 설치해도 된다.
또한, 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치에서 순수공급노즐(10a,10b)의 순수취출구멍(Ha,Hb)은 오버플로우부(20a,20b)의 상부근방에 형성되지만, 오버플로우부(20a,20b)의 바로 위에 배치해도 된다.
바람직한 실시예에 따른 기판처리장치에서, 순수공급노즐(10)은 테플론(듀폰사의 테트라플루오로에틸렌 폴리머에 사용되는 상표)으로 만들어지고, 내부조(1) 및 외부조(2)는 석영으로 만들어지고, 다른 부재들은 테플론 및 PTPF(Polytetrafluoroethylene) 등의 내열성 및 내식성 물질로 만들어져서 인산용액에 의해 발생된 열 및 부식을 처리하도록 된다.
또, 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치에서, 내부조 및 외부조를 포함하는 전체의 처리조의 용량은 30~40 리터이고 정량펌프의 유량은 0cc/min~200cc/min에서 적당히 설정된다. 따라서, 바람직한 실시예에서는 인산용액의 양에 대한 증발수분량에 근거하여 공급하는 순수양을 조절하는 것이 가능하다.
본 발명을 상세히 설명했지만, 상기 설명은 모든 측면에서 예시적인 것이며, 제한적이진 않다. 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 한 여러 종류의 다른 변형예나 변경이 고안될 수 있음이 이해된다.

Claims (9)

  1. 처리액내의 기판처리방법에 있어서, (a) 복수의 액성분으로 이루어지는 처리액을 내부조안에 채우고, 상기 처리액의 온도를 상기 복수의 액성분중 적어도 하나의 비등점 이상으로 유지하고, (b) 기판을 상기 내부조의 상기 처리액에 담그고, (c) 상기 처리액을 상기 내부조의 단부를 흘러 넘치게 하고, (d) 상기 처리액의 온도 이하의 비등점을 갖는 상기 보충액을 상기 단부의 상부나 주위의 상기 처리액의 오버플로우부에 공급하고, (e) 상기 처리액의 상기 오버플로우액을 상기 내부조의 외부에 있는 외부조에서 받고, (f) 상기 오버플로우액을 상기 내부조로 다시 공급함으로써, 상기 보층액을 공급하면서 상기 내부조와 상기 외부조 사이에서 상기 처리액을 순환시키는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리액의 농도를 모니터하여 상기 오버플로우부에 공급되는 상기 보충액의 공급율을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 처리액은 인산용액이고, 상기 보충액은 순수(pure water)인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  4. 제3항에 있어서, (f) 단계는, (f-1) 상기 처리액의 상기 온도를 150~180℃의 범위로 유지하도록 상기 오버플로우액을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  5. 처리액내에서 기판을 처리하는 기판처리장치에 있어서, (a) 기판을 침지하는 처리액이 채워지며, 상기 처리액은 순수하게 복수의 액성분으로 이루어지고, 상기 처리액의 온도는 상기 복수의 액구성중 적어도 하나의 비등점 이상으로 유지되며, 상기 처리액은 그 단부를 흘러넘치도록된 내부조와, (b) 상기 처리액의 온도 이하의 비등점을 갖는 보충액을 상기 단부의 상부 또는 근방에서 상기 흘러넘치는 처리액에 공급하는 공급수단과, (c) 상기 처리액의 상기 흘러넘치는 액을 받기 위하여 상기 내부조 외부에 있는 외부조와, (d) 상기 흘러넘치는 액을 상기 내부조로 재공급함으로써, 상기 보충액을 공급하면서 상기 내부조와 상기 외부조 사이에서 상기 처리액을 순환시키는 피드백(feedback)수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 공급수단은, (b-1) 상기 보충액을 상기 단부를 따라 상기 처리액의 상기 흘러넘치는 액에 공급하는 노즐수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 처리액은 인산용액이고, 상기 보충액은 순수인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 피드백 수단은, (d-1) 상기 처리액의 온도를 150℃~180℃의 범위에서 유지하도록 상기 흘러넘치는 액을 가열하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 제8항에 있어서, 또, 상기 피드백 수단은, (d-2) 상기 흘러넘치는 액을 여과하는 필터수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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