KR101086780B1 - 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판이 처리되는 챔버, 상기 챔버를 둘러싼 하우징 및 상기 챔버 내에 구비되어 기판 처리 공정에 따라 기판을 처리하는 공정 유닛을 포함한다. 상기 하우징은 내부 또는 외부에 온도가 조절된 유체가 이동하는 항온 장치를 포함한다. 본 발명에 따르면 챔버에서 기판을 처리하는 공정을 수행 시, 챔버의 외부로부터 온도가 조절된 유체가 공급된다.
항온, 항온수, 냉각기, 챔버

Description

기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법{SUBSTRATE TREATING APPARATUS AND METHOD FOR TREATING THE SUBSTRATE USING THE SAME}
본 발명은 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항온 기능이 구비된 챔버를 포함하는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 상에 여러 가지 물질을 박막 형태로 증착하고 이를 패터닝하여 제조된다. 이를 위하여 증착 공정, 식각 공정, 세정 공정 및 건조 공정 등 여러 단계의 서로 다른 공정들이 요구된다.
이와 같은 공정에서 웨이퍼는 해당 공정의 진행에 최적의 조건을 제공하는 공정 챔버에 장착되어 처리되는데, 상기 각 공정에서 챔버 내부는 처리하고자 하는 공정에 적합한 온도로 유지되어야 한다. 예를 들어 습식 식각이나 습식 세정시 케미컬을 이용하여 웨이퍼를 처리하게 되는데, 상기 습식 식각이나 습식 세정에서 사용하는 케미컬의 경우 온도에 따라 확연히 다른 식각율이나 세정율을 나타낼 수 있다. 따라서, 이러한 공정에서는 챔버의 온도를 일정하게 유지해 주는 것이 매우 중요한 공정요소로 작용하게 된다.
따라서, 케미컬이나 공정 유닛 및 웨이퍼 등의 온도를 뿐만 상기 케미컬이나 공정 유닛 및 웨이퍼 등을 둘러싼 챔버 내 환경의 온도를 조절할 필요가 있다.
본 발명은 공정이 수행되는 챔버 내의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 유체 케미컬을 이용하여 기판을 식각 또는 세정하는 기판 처리 장치에 있어서, 기판 처리 공정을 수행하는 공간을 제고하는 챔버와 상기 챔버 내에 기판을 지지하는 지지 부재와 상기 기판을 처리하는 케미컬을 분사하는 분사 노즐을 포함하는 공정 유닛와 상기 챔버의 상부에 위치하여 상기 챔버 내부로 공기를 필터링하여 공급하는 필터 및 상기 챔버 및 상기 필터를 둘러싼 하우징을 포함하되, 상기 하우징은 내부 또는 외부가 조절되는 유체가 이동하는 항온 장치를 포함하는 것을 특징으로 합니다.
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상기 항온 장치는 유체를 공급하는 유체 공급라인과 상기 항온 장치로부터 유체가 배출되는 유체 배출라인을 포함한다. 상기 유체 공급라인과 상기 유체 배출라인은 유체 저장탱크에 연결되어 있다. 상기 챔버와 상기 유체 저장탱크 사이에는 상기 항온 장치에 제공되는 유체의 온도를 제어하는 제어부가 구비될 수 있다.
상기 항온 장치는 그 내부에 상기 유체가 이동하는 파이프를 포함하거나 일면이 넓게 형성된 탱크형으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 상기 파이프는 복수 회 절곡되거나 곡선으로 구부려져 형성될 수 있다.
상기 하우징은 내부면과 외부면으로 이루어진 소정 두께를 가진 판상으로 이루어지며, 상기 항온 장치가 상기 하우징의 상기 내부면과 외부면 사이 내부에 매립되어 구비되거나 일부 영역만 매립되고 다른 영역은 챔버 내로 노출되어 있을 수 있다. 또한, 상기 항온 장치 전체가 챔버 내에 노출되어 있을 수도 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치에 있어서, 기판이 처리되는 복수의 챔버와 상기 복수의 챔버 각각의 내부에 상기 기판을 지지하는 지지 부재와 상기 기판을 처리하는 케미컬을 분사하는 분사 노즐을 포함하는 공정 유닛과 상기 복수의 챔버 각각의 상부에 위치하여 상기 복수의 챔버 각각의 내부로 공기를 필터링하여 공급하는 복수의 필터와 상기 복수의 챔버와 상기 복수의 필터를 둘러싼 하우징 및 상기 하우징의 내부 또는 외부에 구비되며, 온도가 조절된 유체가 이동하는 항온 장치를 포함하되, 상기 항온 장치는 상기 복수의 챔버 각각을 따라 연속적으로 제공되어 상기 복수의 챔버가 상기 항온 장치를 공유하는 것을 특징으로 하며, 상기 복수의 챔버 각각은 서로 상하로 제공되는 것을 특징으로 합니다.
본 발명은 상기한 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 포함하며, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 챔버에서 기판을 처리하는 공정을 수행 시, 상기 챔버의 외부로부터 온도가 조절된 유체를 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 유체는 상기 챔버를 둘러싼 하우징의 내부 또는 외부에 공급되어 이동된다. 또한, 상기 유체는 항온수, 공기, 또는 냉매를 포함한다. 상기 냉매로는 염화불화탄소, 수소화염화불화탄소 또는 수소화불화탄소 및 그 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따르면 기판 처리 장치에 있어서 공정이 수행되는 챔버 내의 온도를 일정하게 유지할 수 있으며, 이에 따라 공정의 효율을 높인다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명한다. 본 명세서의 실시예들에 대해 참조된 도면은 도시된 형태로 한정하도록 의도된 것이 아니며, 그와는 달리, 청구항에 의해 정의된 본 발명의 원리 및 범위 내에 있는 모든 변형, 등가물, 및 대안들을 포함하도록 의도된 것이다. 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 일부 구성요소의 스케일을 과장하거나 축소하여 나타내었으며, 유사한 번호는 유사하거나 동일한 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다. 또한 도 2는 상기 도 1의 하우징의 일부를 확대 도시한 사시도로서, 설명의 편의를 위해 하우징의 일부면을 절단하여 나타내었다. 도 3은 상기 기판 처리 장치에 공급되는 유체의 순환 과정을 간단히 나타낸 모식도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판(101)이 처리되는 챔버(100)와, 상기 챔버(100)를 둘러싸는 하우징(110) 및 상기 챔버(100) 내에 구비된 공정 유닛(130)을 포함한다.
상기 공정 유닛(130)은 기판 처리 공정에 따라 기판(101)을 처리하는 장치를 말하며, 식각 장치, 세정 장치 또는 건조 장치 등이 포함된다. 상기 공정 유닛(130)은 매엽 방식으로 기판(101)을 처리할 수 있다. 특히 기판 처리 공정이 일정한 온도 하에서 수행되어야 하는 경우라면 상기 공정에 사용하는 처리 장치를 공정 유닛(130)으로 사용할 수 있으며, 그 종류와 갯수가 특별히 한정되는 것은 아니 다. 예를 들어 온도에 따라 식각률과 식각 균일성에 편차가 나타날 수 있는 식각 장치가 공정 유닛(130)으로 사용될 수 있다. 또한 필요에 따라 복수의 공정 유닛(130)이 하나의 챔버(100) 내에 구비될 수 있다.
상기 하우징(110)에는 유체가 이동하는 항온 장치(120)가 구비된다. 상기 유체는 일정 온도로 조절되어 제공되며, 챔버(100)의 온도가 상기 유체의 온도보다 낮으면 열을 방출하여 챔버(100)의 온도를 높이게 되고, 상기 챔버(100)의 온도가 상기 유체의 온도보다 높으면 열을 흡수하여 챔버(100)의 온도를 낮추는 역할을 한다. 상기 유체가 상기 하우징(110) 내에 매립됨으로써 상기 하우징(110)이 버퍼의 역할을 할 수 있다. 따라서, 만약 유체의 온도가 급격하게 변하더라도 상기 챔버(100)의 온도는 완만하게 상승하거나 하강하여 공정의 불확실성을 줄일 수 있다.
상기 항온 장치(120)는 하우징(110)의 어느 부분에 형성되어 있어도 무방하나 하우징(110)을 이루는 벽면 중 일측이나 양측 또는 이에 더하여 상하에 형성될 수 있다.
본 실시예에서 상기 유체가 제공되는 항온 장치(120)는 파이프의 형태로 제공된다. 상기 파이프는 유체가 이동하기 위한 경로에 해당하며, 하우징(110)의 내부, 즉 하우징(110)의 내부면(110a)과 외부면(110b)의 사이에 매립되어 위치할 수 있다. 상기 하우징(110)의 두께(d)는 상기 파이프의 직경보다 더 크게 형성될 수 있다.
상기 항온 장치(120)는 열을 용이하게 발산하고 흡수할 수 있도록 표면적이 최대한 넓게 구비된다. 이를 위해 상기 항온 장치(120)이 파이프로 구비되는 경우 에는 복수의 절곡부(122)를 가질 수 있다. 상기 절곡부(122)는 직각으로 절곡되거나 곡선 형태로 절곡될 수 있다.
상기 항온 장치(120)의 일단은 유체가 공급되는 유체 공급라인(140a)과 연결된다. 상기 항온 장치(120)의 타단은 상기 유체가 배출되는 유체 배출라인(140b)과 연결된다. 즉, 유체는 유체 공급라인(140a)으로부터 항온 장치(120) 방향(a)으로 공급되어 상기 항온 장치(120)로부터 유체 배출라인(140b) 방향(b)으로 이동하게 된다. 유체는 상기 항온 장치(120)를 통과하는 동안 상기 챔버(100)와 상기 유체와의 사이의 온도차에 따라 열을 흡수하거나 방출함으로써 결과적으로 상기 챔버(100)의 온도를 일정하게 유지한다.
상기 챔버(100)-상세하게는 상기 챔버(100)에 구비된 항온 장치(120)-에 연결된 유체 공급라인(140a)과 유체 배출라인(140b)은 유체 저장탱크(150)와 연결되어 있다. 상기 하우징(110)의 항온 장치(120)와 상기 유체 저장탱크(150) 사이에는 상기 항온 장치(120) 내에서 이동하는 유체의 양이나 온도를 제어하는 제어부(160)가 구비될 수 있다. 상기 제어부(160)는 챔버(100)의 온도에 따라 상기 유체 공급라인(140a)으로 제공되는 유체의 온도를 상승시키거나 하강시키며 유체량을 증가시키거나 감소시킨다. 이때, 상기 제어부(160)에는 밸브가 구비될 수 있으며 상기 밸브로 유체량을 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 챔버(100)의 온도가 설정한 값보다 높아진 경우 상기 파이프에 공급되는 유체의 온도를 낮추거나, 상기 파이프를 통과하는 유체량을 증가시킨다. 역으로 상기 챔버(100)의 온도가 설정한 값보다 낮아진 경우 상기 파이프에 공급되는 유체의 온도를 높이거나, 상기 파이프를 통과하는 유체량을 감소시킨다.
상기한 바와 같이 유체량이나 유체의 온도를 조절함으로써 챔버(100)와의 온도의 항상성을 유지한다.
여기서, 유체의 온도를 조절하기 위한 별도의 유체 냉각장치나 가열장치가 더 구비될 수 있음은 물론이다.
상기 유체는 일정한 온도를 가지는 순수, 탈이온수, 증류수 등 포함한 항온수를 포함한다.
또한 상기 유체로는 냉매를 사용할 있다. 냉매로 사용가능한 물질로는 염화불화탄소(cholorofluorocarbon, CFC) 즉, 프레온이 사용될 수 있으며, 상기 프레온을 대체할 수 있는 불소계, 비불소계 냉매도 사용이 가능하다. 상기 불소계, 비불소계 냉매로는 예를 들어, 수소화염화불화탄소계(hydrochlorofluorocarbon, HCFC), 수소화불화탄소계(hydrofluorocarbon, HFC)가 포함된 냉매가 사용될 수 있다. 상기한 수소화염화불화탄소계나 수소와불화탄소계 물질로는 HCFC-123(2,2-Dichloro-1,1,1-trifluoroethane), HFC-125(pentafluroroethane), HFC-134a(1,1,1,2-Tetrafluoroethane) 등이 있다.
상기한 바와 같이 유체로 사용될 수 있는 냉매를 기재하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다른 냉매를 사용하거나 상기 냉매들을 다른 냉매들과 혼합하여 사용하는 것 또한 가능하다.
상기 유체의 온도는 챔버(100) 내에서 수행하고자 하는 공정의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 세정이나 습식 식각 장치를 사용하는 경우에는 온도를 20도 내지 25° 이내로 유지하는 것이 필요하다. 세정이나 식각시에는 다양한 종류의 화학 약품, 유기 용제, 초순수 등의 처리액이 사용된다. 이때 각각의 공정에 사용되는 처리액은 공정에 적합한 온도로 설정되기는 하지만 공정이 진행되면서 화학 약품의 반응이 열을 수반하는 반응, 즉 발열반응이거나 흡열반응인 경우에는, 공정이 진행되는 챔버(100)의 온도가 높아지거나 낮아지게 되어 균일한 결과를 얻기 힘들다. 예를 들어, 상기 온도보다 높은 경우에는 식각이 균일하게 되지 않거나 과다 식각되는 등 식각량의 제어가 어렵다. 챔버(100)의 온도가 상기 온도보다 낮은 경우에도 식각이 균일하게 되지 않거나 과소 식각 되는 등의 문제점이 있어 제어가 어려운 것은 마찬가지이다.
도 4은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 사시도로, 기판 처리 장치의 구성 요소 중 하우징(210)의 일부 영역만 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치는 하우징(210)의 내부면(210a)에 구비된 항온 장치(220)를 포함한다. 상기 항온 장치(220)는 하우징(210)에 매립되어 있지 않고 챔버에 면하는 하우징(210) 측면에 부착된 형태이다.
이러한 형태의 기판 처리 장치는 챔버 내 공기와 파이프가 직접적으로 접촉함으로써 유체와 챔버 내 공기 사이의 열전달을 용이하게 한다. 특히 상기 파이프가 열전도율이 높은 금속과 같은 물질로 이루어진 경우에는 더욱 상기 유체와 상기 챔버 내 공기 사이의 열전달이 쉽게 되며, 챔버 내의 온도를 상기 유체의 온도로 유지하기가 용이하다.
본 발명의 다른 실시예로서, 도시하지는 않았지만, 상기 파이프가 일부 매립, 일부 노출될 수 있다. 예를 들어, 상기 파이프가 상기 하우징에 절반은 매립되고 절반은 가량 매립되어 형성될 수 있다. 이 경우 또한 상기 파이프가 챔버의 내부로 노출됨으로써 상기 유체가 가지고 있는 열이 용이하게 챔버 내부로 전달되며, 역으로 챔버 내부의 열이 상기 유체쪽으로 용이하게 전달될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 것이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 처리 장치는 저장 탱크 모양의 항온 장치(320)를 포함한다. 상기 탱크 모양의 항온 장치(320)는 열을 쉽게 발산하거나 흡수할 수 있도록 적어도 일면이 넓은 면으로 형성된다. 특히, 챔버 쪽으로 면한 탱크의 일면은 납작한 면의 형태로 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 항온 장치(320) 또한 유체 저장 탱크(150)로부터 유체 공급라인(340a)을 통해 유체가 공급되고 유체 배출라인(340b)을 통해 a에서 b 방향으로 유체가 배출된다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따르면 기판 처리 장치는 복수의 공정 유닛을 가지는 복수의 챔버를 포함할 수 있다. 상기 각 챔버는 하우징으로 둘러싸여 있다. 각 챔버의 하우징의 내부 또는 외부에는 항온 장치가 구비된다.
상기 항온 장치는 다른 실시예에 있어서 단일 챔버의 하우징에 구비된 것과 마찬가지로 파이프나 탱크를 포함할 수 있다. 상기 파이프나 탱크는 유체가 공급되는 유체 공급라인과 유체가 배출되는 유체 배출라인을 포함한다.
본 실시예에서는 복수 개의 챔버(400, 400')의 하우징(410, 401')에 구비된 항온 장치(420)가 연결된다. 챔버(400, 400')의 개수는 다양하게 설정할 수 있다. 예를 들어 2개의 챔버(400, 400')가 인접하는 경우, 제1 챔버(400)에 연결된 유체 배출라인은 상기 제1 챔버(400)에 근접한 제2 챔버(400')의 유체 공급라인과 연결될 수 있다. 이에 따라 제1 챔버(400)에서 제2 챔버(400')로 유체가 이동할 수 있으며, 제1 챔버(400)의 유체 공급라인과 제2 챔버(400')의 유체 배출라인은 하나의 유체 저장장치로 연결된다.
이와 동일한 방식으로, 만약 3개의 챔버가 항온 장치를 공유하는 경우 상기 제2 챔버의 유체 배출라인과 제3 챔버의 유체 공급라인이 연결되며, 상기 제3 챔버의 유체 배출라인은 유체 저장장치로 연결된다.
본 실시예에서는 단일 저장장치와 유체를 사용하여 복수 개의 챔버의 온도 항상성을 유지할 수 있다.
이때, 상기 각 챔버에 배치되는 공정 유닛은 식각 장치, 세정 장치, 건조 장치 등이 사용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 상기 도 1의 하우징의 일부를 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 상기 기판 처리 장치에 공급되는 유체의 순환 과정을 간단히 나타낸 모식도이다.
도 4은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 챔버 110 : 하우징
120, 220, 320, 420 : 항온 장치
140a, 240a, 340a : 유체 공급 라인
140b, 240b, 340b : 유체 배출 라인
150 : 저장 장치
160 : 제어부

Claims (13)

  1. 유체 케미컬을 이용하여 기판을 식각 또는 세정하는 기판 처리 장치에 있어서,
    기판 처리 공정을 수행하는 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내에 기판을 지지하는 지지 부재와 상기 기판을 처리하는 케미컬을 분사하는 분사 노즐을 포함하는 공정 유닛;
    상기 챔버의 상부에 위치하여 상기 챔버 내부로 공기를 필터링하여 공급하는 필터; 및
    상기 챔버 및 상기 필터를 둘러싼 하우징을 포함하되,
    상기 하우징은 내부 또는 외부가 조절되는 유체가 이동하는 항온 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 항온 장치에 유체를 공급하는 유체 공급라인과 상기 항온 장치로부터 유체가 배출되는 유체 배출라인을 더 포함하며, 상기 유체 공급라인과 상기 유체 배출라인은 유체 저장탱크에 연결된 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔버와 상기 유체 저장탱크 사이에 구비되며, 상기 항온 장치에 제공되는 유체의 온도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 기판처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 항온 장치는 그 내부에 상기 유체가 이동하는 파이프인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파이프는 복수 회 절곡되거나 곡선으로 형성된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 항온 장치는 그 내부에 상기 유체가 이동하는 일면이 넓게 형성된 탱크인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 상기 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 내부면과 외부면으로 이루어진 소정 두께를 가진 판상으로 이루어지며, 상기 항온 장치는 상기 내부면과 외부면 사이 내부에 구비된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 삭제
  9. 기판이 처리되는 복수의 챔버;
    상기 복수의 챔버 각각의 내부에 상기 기판을 지지하는 지지 부재와 상기 기판을 처리하는 케미컬을 분사하는 분사 노즐을 포함하는 공정 유닛;
    상기 복수의 챔버 각각의 상부에 위치하여 상기 복수의 챔버 각각의 내부로 공기를 필터링하여 공급하는 복수의 필터;
    상기 복수의 챔버와 상기 복수의 필터를 둘러싼 하우징; 및
    상기 하우징의 내부 또는 외부에 구비되며, 온도가 조절된 유체가 이동하는 항온 장치를 포함하되,
    상기 항온 장치는 상기 복수의 챔버 각각을 따라 연속적으로 제공되어 상기 복수의 챔버가 상기 항온 장치를 공유하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 챔버 각각은 서로 상하로 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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