KR101928012B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 기판을 처리하는 내부 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 제공되어 상기 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판으로 에어로졸 상태의 제1 세정매체를 공급하는 제1 노즐을 갖는 제1 분사 유닛; 상기 지지유닛에 지지된 상기 기판으로 제2 세정 매체를 공급하는 제2 노즐을 갖는 제2 분사 유닛을 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Substrate treating apparatus and substrate treating method}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
기판 표면에 잔류하는 입자(Particle), 유기 오염물, 그리고 금속 오염물 등의 오염 물질은 반도체 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미친다. 이 때문에 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 반도체 제조 공정에서 매우 중요하며, 반도체를 제조하는 각 단위 공정의 전후 단계에서 기판을 세정 처리하는 공정이 실시되고 있다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 세정 효율이 향상되는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판을 처리하는 내부 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 제공되어 상기 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판으로 에어로졸 상태의 제1 세정매체를 공급하는 제1 노즐을 갖는 제1 분사 유닛; 상기 지지유닛에 지지된 상기 기판으로 제2 세정 매체를 공급하는 제2 노즐을 갖는 제2 분사 유닛을 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 세정 매체는 액화 상태로 분사될 수 있다.
또한, 상기 제1 노즐은 상기 제1 세정 매체의 공급을 개시한 후 상기 기판의 외측 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 제2 노즐은 상기 제2 세정 매체의 공급을 개시한 후 상기 기판의 외측 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 제2 노즐은 상기 제1 노즐 보다 상기 기판의 중심에 인접한 상태에서 상기 제2 세정 매체의 공급을 개시할 수 있다.
또한, 상기 제2 노즐은 상기 기판의 중심 상방에 위치된 상태로 상기 제2 세정 매체를 공급할 수 있다.
또한, 상기 챔버에는 상기 내부 공간의 상태를 관리하는 조절 배관이 연결될 수 있다.
또한, 상기 조절 배관은 상기 내부 공간으로 불활성 가스를 공급할 수 있다.
또한, 상기 조절 배관은 상기 내부 공간의 기체를 외부로 배출할 수 있다.
또한, 상기 내부 공간은 진공 상태로 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판을 처리하는 방법에 있어서, 상기 기판으로 에어로졸 상태의 제1 세정매체와, 상기 제1 세정매체와 상이한 제2 세정 매체를 공급하여 상기 기판을 세정하는 기판 처리 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 세정 매체는 이산화탄소로 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 세정 매체는 액화 상태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 세정매체가 분사되는 지점은 상기 제2 세정매체가 분사되는 지점보다 상기 기판의 중심에서의 거리가 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 기판은 불활성 가스가 채워진 공간에서 공정 처리가 수행될 수 있다.
또한, 상기 기판은 진공 상태의 공간에서 공정 처리가 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판을 처리하는 방법에 있어서, 상기 기판으로 상온에서 기체 상태의 제1 세정 매체를 공급하고, 상온에서 기체 상태의 제2 세정 매체를 상기 제1 세정 매체와 상이한 상(phase)의 상태로 공급하여 상기 기판을 세정하는 기판 처리 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 세정 매체는 에어로졸 상태로 상기 기판에 공급될 수 있다.
또한, 상기 제2 세정 매체는 액화 상태로 상기 기판에 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 세정 효율이 향상되는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정 모듈을 보여주는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 노즐의 내부구조를 간략히 보여주는 도면이다.
도 4는 오리피스와 분사구의 면적의 비에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다.
도 5는 제1 분사 유닛이 기판을 세정 하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 제1 분사 유닛에 의한 세정 및 제2 분사 유닛에 의한 제2 세정 매체 공급 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 제1 분사 유닛 및 제2 분사 유닛의 위치관계를 나타내는 도면이다.
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 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 인덱스 모듈(100)과 공정 처리 모듈(200)을 포함한다. 인덱스 모듈(100)은 로드포트(120) 및 이송프레임(140)을 포함한다. 로드포트(120), 이송프레임(140), 그리고 공정 처리 모듈(200)은 순차적으로 일렬로 배열된다. 이하, 로드포트(120), 이송프레임(140), 그리고 공정 처리 모듈(200)이 배열된 방향을 제1방향(12)이라 한다. 그리고 상부에서 바라볼 때 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하고, 제1방향(12)과 제2방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3방향(16)이라 한다.
로드포트(120)에는 기판(W)이 수납된 캐리어(130)가 놓인다. 로드포트(120)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 도 1에서는 네 개의 로드포트(120)가 제공된 것으로 도시하였다. 그러나 로드포트(120)의 개수는 공정 처리 모듈(200)의 공정효율 및 풋 프린트 등의 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 캐리어(130)에는 기판(W)의 가장자리를 지지하도록 제공된 슬롯(도시되지 않음)이 형성된다. 슬롯은 제3방향(16)으로 복수 개가 제공된다. 기판(W)은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 캐리어(130)내에 위치된다. 캐리어(130)로는 전면 개방 일체형 포드(Front Opening Unified Pod;FOUP)가 사용될 수 있다.
공정 처리 모듈(200)은 버퍼유닛(220), 이송챔버(240), 그리고 공정챔버(260)를 포함한다. 이송챔버(240)는 그 길이 방향이 제1방향(12)과 평행하게 배치된다. 제2방향(14)를 따라 이송챔버(240)의 일측 및 타측에는 각각 공정챔버들(260)이 배치된다. 이송챔버(240)의 일측에 위치한 공정챔버들(260)과 이송챔버(240)의 타측에 위치한 공정챔버들(260)은 이송챔버(240)를 기준으로 서로 대칭이 되도록 제공된다. 공정챔버(260)들 중 일부는 이송챔버(240)의 길이 방향을 따라 배치된다. 또한, 공정챔버(260)들 중 일부는 서로 적층되게 배치된다. 즉, 이송챔버(240)의 일측에는 공정챔버(260)들이 A X B(A와 B는 각각 1이상의 자연수)의 배열로 배치될 수 있다. 여기서 A는 제1방향(12)을 따라 일렬로 제공된 공정챔버(260)의 수이고, B는 제3방향(16)을 따라 일렬로 제공된 공정챔버(260)의 수이다. 이송챔버(240)의 일측에 공정챔버(260)가 4개 또는 6개 제공되는 경우, 공정챔버(260)들은 2 X 2 또는 3 X 2의 배열로 배치될 수 있다. 공정챔버(260)의 개수는 증가하거나 감소할 수도 있다. 상술한 바와 달리, 공정챔버(260)는 이송챔버(240)의 일측에만 제공될 수 있다. 또한, 상술한 바와 달리, 공정챔버(260)는 이송챔버(240)의 일측 및 양측에 단층으로 제공될 수 있다.
버퍼유닛(220)은 이송프레임(140)과 이송챔버(240) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(220)은 이송챔버(240)와 이송프레임(140) 간에 기판(W)이 반송되기 전에 기판(W)이 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼유닛(220)은 그 내부에 기판(W)이 놓이는 슬롯(미도시)이 제공되며, 슬롯(미도시)들은 서로 간에 제3방향(16)을 따라 이격되도록 복수 개 제공된다. 버퍼유닛(220)에서 이송프레임(140)과 마주보는 면과 이송챔버(240)와 마주보는 면 각각이 개방된다.
이송프레임(140)은 로드포트(120)에 안착된 캐리어(130)와 버퍼유닛(220) 간에 기판(W)을 반송한다. 이송프레임(140)에는 인덱스레일(142)과 인덱스로봇(144)이 제공된다. 인덱스레일(142)은 그 길이 방향이 제2방향(14)과 나란하게 제공된다. 인덱스로봇(144)은 인덱스레일(142) 상에 설치되며, 인덱스레일(142)을 따라 제2방향(14)으로 직선 이동된다. 인덱스로봇(144)은 베이스(144a), 바디(144b), 그리고 인덱스암(144c)을 가진다. 베이스(144a)는 인덱스레일(142)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 바디(144b)는 베이스(144a)에 결합된다. 바디(144b)는 베이스(144a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 바디(144b)는 베이스(144a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 바디(144b)에 결합되고, 바디(144b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스암(144c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스암(144c)들 중 일부는 공정 처리 모듈(200)에서 캐리어(130)로 기판(W)을 반송할 때 사용되고, 다른 일부는 캐리어(130)에서 공정 처리 모듈(200)로 기판(W)을 반송할 때 사용될 수 있다. 이는 인덱스로봇(144)이 기판(W)을 반입 및 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판(W)으로부터 발생된 입자이 공정 처리 후의 기판(W)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이송챔버(240)는 버퍼유닛(220)과 공정챔버(260) 간에, 그리고 공정챔버(260)들 간에 기판(W)을 반송한다. 이송챔버(240)에는 가이드레일(242)과 메인로봇(244)이 제공된다. 가이드레일(242)은 그 길이 방향이 제1방향(12)과 나란하도록 배치된다. 메인로봇(244)은 가이드레일(242) 상에 설치되고, 가이드레일(242) 상에서 제1방향(12)을 따라 직선 이동된다. 메인로봇(244)은 베이스(244a), 바디(244b), 그리고 메인암(244c)을 가진다. 베이스(244a)는 가이드레일(242)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 바디(244b)는 베이스(244a)에 결합된다. 바디(244b)는 베이스(244a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 바디(244b)는 베이스(244a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 바디(244b)에 결합되고, 이는 바디(244b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 메인암(244c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 버퍼유닛(220)에서 공정챔버(260)로 기판(W)을 반송할 때 사용되는 메인암(244c)과 공정챔버(260)에서 버퍼유닛(220)으로 기판(W)을 반송할 때 사용되는 메인암(244c)은 서로 상이할 수 있다.
공정챔버(260) 내에는 기판(W)에 대해 세정 공정을 수행하는 공정 모듈(300)가 제공된다. 각각의 공정챔버(260) 내에 제공된 공정 모듈(300)는 수행하는 세정 공정의 종류에 따라 상이한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로 각각의 공정챔버(260) 내의 공정 모듈(300)은 동일한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로 공정챔버(260)들은 복수 개의 그룹으로 구분되어, 동일한 그룹에 속하는 공정챔버(260)에 제공된 공정 모듈(300)들은 서로 동일한 구조를 가지고, 상이한 그룹에 속하는 공정챔버(260)에 제공된 공정 모듈(300)들은 서로 상이한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 공정챔버(260)가 2개의 그룹으로 나누어지는 경우, 이송챔버(240)의 일측에는 제1그룹의 공정챔버들(260)이 제공되고, 이송챔버(240)의 타측에는 제2그룹의 공정챔버들(260)이 제공될 수 있다. 선택적으로 이송챔버(240)의 일측 및 타측 각각에서 하층에는 제1그룹의 공정챔버(260)들이 제공되고, 상층에는 제2그룹의 공정챔버(260)들이 제공될 수 있다. 제1그룹의 공정챔버(260)와 제2그룹의 공정챔버(260)는 각각 사용되는 케미컬의 종류나, 세정 방식의 종류에 따라 구분될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공정 모듈을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 공정 모듈(300)은 챔버(310), 컵(320), 지지 유닛(340), 승강 유닛(360), 제1 분사 유닛(380) 및 제2 분사 유닛(390)을 가진다.
챔버(310)는 내부에 공간을 제공한다. 챔버(310)의 내부 공간은 조절 배관(315)에 의해 설정 상태로 관리될 수 있다. 조절 배관(315)은 챔버(310)의 일측에 연결된다. 조절 배관(315)은 챔버(310) 내부 공간의 상태를 조절한다. 일 예로, 조절 배관(315)은 챔버(310)의 내부 공간으로 불활성 가스를 공급하여, 챔버(310)의 내부에 잔류하는 공기를 배출하고, 챔버(310)의 내부 공간이 불활성 가스로 충전된 상태가 되도록 할 수 있다. 또한, 조절 배관(315)은 챔버(310)의 내부 공간의 기체를 외부로 배출하여, 챔버(310)의 내부 공간이 진공 상태가 되도록 할 수 도 있다. 후술할, 제1 세정 매체와 제2 세정 매체는 저온 상태로 제공됨에 따라, 챔버(310)의 내부 공간은 저온 상태가 된다. 챔버(310)의 내부 공간에 습기, 산소 등을 포함하는 공기가 잔류하는 경우, 습기, 산소 등의 응결이 발생하고, 이는 기판의 처리 품질을 저하 시킨다. 조절 배관(315)은 공정 처리 중 응결이 발생될 수 있는 물질을 챔버(310)의 내부에서 배출할 수 있다. 조절 배관(315)에 의해 공급되는 불활성 가스는 질소, 헬륨과 같이 어는점이 낮은 불활성 가스 일 수 있다.
컵(320)은 챔버(310) 내 공간에 위치한다. 컵(320)은 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공하며, 그 상부는 개방된다. 컵(320)은 내부회수통(322), 중간회수통(324), 그리고 외부회수통(326)을 가진다. 각각의 회수통(322,324,326)은 공정에 사용된 처리유체 중 서로 상이한 처리유체를 회수한다. 내부회수통(322)은 지지 유닛(340)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 중간회수통(324)은 내부회수통(322)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 외부회수통(326)은 중간회수통(324)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 내부회수통(322)의 내측공간(322a), 내부회수통(322)과 중간회수통(324)의 사이 공간(324a) 그리고 중간회수통(324)과 외부회수통(326)의 사이 공간(326a)은 각각 내부회수통(322), 중간회수통(324), 그리고 외부회수통(326)으로 처리유체가 유입되는 유입구(410)로서 기능한다. 각각의 회수통(322,324,326)에는 그 저면 아래 방향으로 수직하게 연장되는 회수라인(322b, 324b, 326b)이 연결된다. 각각의 회수라인(322b, 324b, 326b)은 각각의 회수통(322,324,326)을 통해 유입된 처리유체를 배출한다. 배출된 처리유체는 외부의 처리유체 재생 시스템(미도시)을 통해 재사용될 수 있다.
지지 유닛(340)은 컵(320)의 처리 공간 내에 배치된다. 지지 유닛(340)은 공정 진행 중 기판을 지지하고 기판을 회전시킨다. 지지 유닛(340)은 스핀 헤드(342), 지지핀(344), 척핀(346), 구동축(348) 그리고 구동부(349)를 가진다. 스핀 헤드(342)는 상부에서 바라볼 때 대체로 원형으로 제공되는 상부면을 가진다. 스핀 헤드(342)의 저면에는 구동부(349)에 의해 회전가능한 구동축(348)이 고정결합된다. 구동축(348)이 회전하면 스핀헤드(342)가 회전된다. 스핀 헤드(342)는 기판을 지지할 수 있도록, 지지핀(344)과 척핀(346)을 포함한다. 지지핀(344)은 복수 개 제공된다. 지지핀(344)은 스핀 헤드(342)의 상부면의 가장자리부에 소정 간격으로 이격되게 배치되고 스핀 헤드(342)에서 상부로 돌출된다. 지지핀들(344)은 서로 간에 조합에 의해 전체적으로 환형의 링 형상을 가지도록 배치된다. 지지핀(344)은 스핀 헤드(342)의 상부면으로부터 기판이 일정거리 이격되도록 기판의 저면 가장자리를 지지한다. 척핀(346)은 복수 개 제공된다. 척핀(346)은 스핀 헤드(342)의 중심에서 지지핀(344)보다 멀리 떨어지게 배치된다. 척핀(346)은 스핀 헤드(342)에서 상부로 돌출되도록 제공된다. 척핀(346)은 지지 유닛(340)이 회전될 때 기판이 정 위치에서 측 방향으로 이탈되지 않도록 기판의 측면을 지지한다. 척핀(346)은 스핀 헤드(342)의 반경 방향을 따라 대기 위치와 지지 위치 간에 직선 이동 가능하도록 제공된다. 대기 위치는 지지 위치에 비해 스핀 헤드(342)의 중심으로부터 멀리 떨어진 위치이다. 기판이 지지 유닛(340)에 로딩 또는 언 로딩시에는 척핀(346)은 대기 위치에 위치되고, 기판에 대해 공정 수행시에는 척핀(346)은 지지 위치에 위치된다. 지지 위치에서 척핀(346)은 기판의 측부와 접촉된다.
승강 유닛(360)은 컵(320)을 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 승강 유닛(360)은 컵(320)의 복수의 회수통(322, 324, 326)을 이동시킬 수 있다. 또는 도시하지는 않았으나, 각각의 회수통을 개별적으로 이동시킬 수 있다. 컵(320)이 상하로 이동됨에 따라 지지 유닛(340)에 대한 컵(320)의 상대 높이가 변경된다. 승강 유닛(360)은 브라켓(362), 이동축(364), 그리고 구동기(366)를 가진다. 브라켓(362)은 컵(320)의 외벽에 고정설치되고, 브라켓(362)에는 구동기(366)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동축(364)이 고정결합된다. 기판(W)이 지지 유닛(340)에 놓이거나, 지지 유닛(340)으로부터 들어올려 질 때 지지 유닛(340)이 컵(320)의 상부로 돌출되도록 컵(320)은 하강된다. 또한, 공정이 진행될 시에는 기판(W)에 공급된 처리유체의 종류에 따라 처리유체가 기설정된 회수통(360)으로 유입될 수 있도록 컵(320)의 높이가 조절한다. 예컨대, 제1처리유체로 기판을 처리하고 있는 동안에 기판은 내부회수통(322)의 내측공간(322a)과 대응되는 높이에 위치된다. 또한, 제2처리유체, 그리고 제3처리유체로 기판을 처리하는 동안에 각각 기판은 내부회수통(322)과 중간회수통(324)의 사이 공간(324a), 그리고 중간회수통(324)과 외부회수통(326)의 사이 공간(326a)에 대응되는 높이에 위치될 수 있다. 상술한 바와 달리 승강 유닛(360)은 컵(320) 대신 지지 유닛(340)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 상술한 바와 달리, 컵(320)은 단일의 회수통(322)을 가질 수 있다.
제1 분사 유닛(380)은 기판(W)에 제1 세정매체를 공급한다. 제1 세정매체는 상온에서 기체 상태의 물질로 제공된다. 제1 세정매체는 비 액(non-liquid)성 물질 상태로 기판(W)에 공급된다. 제1 세정매체는 에어로졸 상태로 기판에 공급될 수 있다. 일 예로, 에어로졸 상태로 공급되는 물질은 이산화탄소, 아르곤, 질소, 헬륨 등 중 하나가 선택 되거나, 이들 중 2개 이상이 혼합된 것일 수 있다.
제1 분사 유닛(380)은 회동이 가능할 수 있다. 제1 분사 유닛(380)은 노즐 지지대(382), 지지대(386), 구동부(388), 그리고 제1 노즐(400)을 가진다. 지지대(386)는 그 길이 방향이 제3방향(16)을 따라 제공되고, 지지대(386)의 하단에는 구동부(388)가 결합된다. 구동부(388)는 지지대(386)를 회전 및 승강 운동한다. 노즐지지대(382)는 구동부(388)와 결합된 지지대(386)의 끝단 반대편과 수직하게 결합된다. 제1 노즐(400)은 노즐지지대(382)의 단부 저면에 설치된다. 제1 노즐(400)은 구동부(388)에 의해 공정 위치와 대기 위치로 이동된다. 공정 위치는 제1 노즐(400)이 컵(320)의 수직 상부에 배치된 위치이고, 대기 위치는 제1 노즐(400)이 컵(320)의 수직 상부로부터 벗어난 위치이다.
제2 분사 유닛(390)은 기판(W)에 제2 세정 매체를 공급한다. 제2 세정 매체는 상온에서 기체 상태의 물질로 제공된다. 제2 세정 매체는 제1 세정 매체와 상이한 상(phase)의 상태로 기판에 공급된다. 제2 세정매체는 액화 상태로 기판에 공급된다. 예를 들어, 제2 세정매체는 액화 질소, 액화 이산화탄소, 액화 아르곤 또는 액화 헬륨 등으로 제공될 수 있다.
제2 분사 유닛(390)은 회동이 가능할 수 있다. 제2 분사 유닛(390)은 제2 노즐 지지대(392), 보조 지지대(396), 보조 구동부(397), 그리고 제2 노즐(398)을 가진다. 보조 지지대(396)는 그 길이 방향이 제3방향(16)을 따라 제공되고, 보조 지지대(396)의 하단에는 보조 구동부(397)가 결합된다. 보조 구동부(397)는 보조 지지대(396)를 이동시킨다. 일 예로, 보조 구동부(397)는 보조 지지대(396)를 회전시킬 수 있다. 또한, 보조 구동부(397)는 보조 지지대(396)를 승강 시킬 수 있다. 제2 노즐 지지대(382)는 보조 지지대(396)의 상부에 결합된다. 제2 노즐(398)은 제2 노즐 지지대(382)의 끝단 저면에 설치된다. 제2 노즐(398)은 보조 구동부(397)에 의해 공정 위치와 대기 위치로 이동될 수 있다. 공정 위치는 제2 노즐(398)이 컵(320)의 수직 상부에 배치된 위치이고, 대기 위치는 제2 노즐(398)이 컵(320)의 수직 상부로부터 벗어난 위치이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 노즐의 내부구조를 간략히 보여주는 도면이다.
제1 노즐(400)은 수축부(420), 팽창부(440) 그리고 오리피스(450)를 가진다. 수축부(420), 오리피스(450), 그리고 팽창부(440)는 순차적으로 제공된다. 수축부(420)는 유입구(410)를 가진다. 유입구(410)에는 제1 세정매체가 유입된다. 수축부(420)는 유입구(410)에서부터 멀어질수록 단면적이 감소한다. 예컨대, 수축부(420)는 원뿔대의 형상을 가질 수 있다.
유입구(410)에 유입되는 제1 세정매체는 가스 상태로 제공된다. 유입되는 제1 세정매체의 공급압력은 20bar 내지 60bar 일 수 있다. 제1 세정매체의 공급압력은 45bar 내지 55bar 일 수 있다.
팽창부(440)는 분사구(430)를 가진다. 분사구(430)에서는 제1 세정매체가 분사된다. 팽창부(440)는 분사구(430)에 가까워질수록 단면적이 증가한다. 예컨대, 팽창부(440)는 원뿔대의 형상을 가질 수 있다. 제1 세정매체가 분사구(430)에서 분사시에는 고체 상의 입자(solid particle)로 분사된다.
오리피스(450)는 수축부(420)와 팽창부(440) 사이에 위치한다. 오리피스(450)는 그 길이 방향을 따라 일정한 단면적을 가질 수 있다.
분사구(430)의 면적은 오리피스(450)의 단면적의 4 내지 14배일 수 있다. 분사구(430)의 면적은 오리피스(450)의 단면적의 6 내지 10배일 수 있다.
즉, 분사구(430)의 면적은 오리피스(450)의 통로를 그 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 4 내지 14배로 제공될 수 있다. 또는, 6 내지 10배로 제공될 수 있다.
일 예에 의하면, 오리피스(450)의 직경은 0.24mm 내지 0.6mm이고, 분사구(430)의 직경은 0.9mm 내지 3.0mm 일 수 있다. 또는, 상기 오리피스의 직경은 0.3mm 내지 0.5mm이고, 상기 분사구의 직경은 0.9mm 내지 1.1mm 일 수 있다.
일 예에 의하면, 오리피스(450)의 면적은 0.05mm2 내지 0.28mm2 이고, 분사구(430)의 직경은 0.7 mm2 내지 7mm2 일 수 있다. 또는, 상기 오리피스의 면적은 0.10mm2 내지 0.14mm2 이고, 상기 분사구의 면적은 0.7 mm2 내지 1.4mm2 일 수 있다.
상술한 조건 하에서, 분사구(430)에서 분사되는 세정 매체는 캐리어 가스가 없어도 기판을 세정하기에 충분하도록 고속 및 고압으로 분사될 수 있다. 이와 관련해서 후술하는 실험 결과를 참고하여 기판의 세정 효율을 설명한다.
도 4는 오리피스와 분사구의 면적의 비에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다.
이하, 사진들에서 상대적으로 밝게 처리된 점들은 세정 후에도 잔류하는 불순물이다. 밝은 점이 다량 분포할수록 기판의 세정이 불완전하게 되었음을 의미한다.
아래의 실험들에서는 챔버 내부의 압력이 진공이 아닌 상태에서 제1 세정 매체 만을 사용하여 진행하였다. 또한, 제1 세정매체로서 별도의 캐리어 가스(carrier gas) 없이 단일의 가스 상태인 이산화탄소만을 공급하였다.
도 4를 참조하면, 오리피스(450)의 단면적(A1)과 분사구(430)의 면적(A2)의 비가 4에서 14인 경우, 단일의 이산화탄소 가스만으로도 기판이 세정되는 것을 알 수 있다. 특히, 오리피스(450)의 단면적(A1)과 분사구(430)의 면적(A2)의 비가 6에서 10인 경우, 기판 상의 불순물이 효과적으로 세정된다.
도 5는 제1 분사 유닛이 기판을 세정 하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 분사 유닛(380)은 기판(W)에 제1 세정 매체를 공급하여 기판(W) 세정을 수행한다. 제1 분사 유닛(380)에 의한 세정은 기판(W)의 중심 영역에서 개시될 수 있다. 일 예로, 제1 노즐(400)은 기판(W)의 중심에서 제1 세정 매체의 분사를 개시한 후, 제1 세정 매체를 분사하면서 기판(W)의 외측 영역으로 이동할 수 있다. 제1 노즐(400)이 제1 세정매체를 공급하는 동안 기판(W)은 회전되는 상태일 수 있다.
도 6은 제1 분사 유닛에 의한 세정 및 제2 분사 유닛에 의한 제2 세정 매체 공급 상태를 나타내는 도면이다.
제1 세정 매체 공급의 개시와 동시에 또는 제1 세정 매체 공급이 개시된 후 설정 시간이 경과되면, 제2 분사 유닛(390)은 기판(W)으로 제2 세정 매체를 공급한다.
제1 세정 매체와 제2 세정 매체가 동시에 공급이 개시될 때, 제1 노즐(400)은 기판(W)의 중심에서 기판(W)의 외측 방향으로 설정 거리 이격 된 위치에서 제1 세정 매체를 공급하고, 제2 노즐(398)은 제1 노즐(400)보다 기판(W)의 중심에 인접한 위치에서 제2 세정 매체의 공급을 개시할 수 있다. 일 예로, 제2 노즐(398)은 기판의 중심 상방에 위치된 상태에서 제2 세정 매체의 공급을 개시할 수 있다.
또한, 제1 세정 매체 공급이 개시된 후 설정 시간이 경과된 후 제2 세정 매체의 공급이 개시될 때, 제2 노즐은 기판(W)의 외측 방향으로 이동 중인 제1 노즐(400)보다 기판(W)의 중심 방향에 인접한 위치에서 제2 세정 매체의 공급을 개시할 수 있다. 일 예로, 제2 노즐(398)은 기판(W)의 중심 상방에 위치된 상태에서 제2 세정 매체의 공급을 개시할 수 있다.
제2 노즐(398)은 제2 세정 매체의 공급을 개시한 후, 제2 세정 매체를 공급하면서 기판(W)의 외측 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 제2 노즐(398)은 제2 세정 매체의 공급을 개시한 지점에서 정지한 상태로 설정 시간 동안 제2 세정 매체를 공급할 수 도 있다.
기판(W)에 분사된 제2 세정 매체는 기판(W)의 외측 방향으로 이동하면서, 기판(W)을 세정한다. 또한, 액체 상태의 제2 세정 매체는 제1 세정 매체에 의해 기판(W)의 상부 영역으로 비산된 파티클이 기판(W)에 다시 부착되는 것을 차단한다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 제1 분사 유닛 및 제2 분사 유닛의 위치관계를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 제2 분사 유닛(390)은 기판(W)의 중심에 대해 제1 분사 유닛(380)의 이동 방향과 반대 방향으로 이동 하면서 제2 세정 매체를 분사할 수 있다. 이 때, 기판(W)의 중심에서 제1 노즐(400)까지의 거리(R1)는 기판(W)의 중심에서 제2 노즐(398)까지의 거리(R2)보다 길게 형성된다. 따라서, 도 6과 유사하게 제2 분사 유닛(390)은 제1 세정 매체에 의해 비산된 파티클이 기판(W)에 부착되는 것이 차단될 수 있는 방식으로 제2 세정 매체를 분사할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 케미칼을 사용하지 않고 기판이 세정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 표면 장력이 낮은 물질이 세정 매체로 사용됨에 따라 소수성 표면을 갖는 기판, 미세 패턴이 형성된 기판에 대해서도 효율적으로 세정이 수행될 수 있다.
또한, 제2 세정 매체는 어는점이 낮은 가스가 사용됨에 따라 제1 세정 매체에 의한 동결 문제가 발생되지 않고 기판을 세정할 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.
1: 기판 처리 장치 260: 공정챔버
300 : 공정 모듈 320 : 컵
340 : 지지 유닛 380 : 분사 유닛
400: 제1 노즐 410: 유입구
420: 수축부 430: 분사구
440: 팽창부 450: 오리피스

Claims (21)

  1. 기판을 처리하는 내부 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에 제공되어 상기 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판으로 에어로졸 상태의 제1 세정매체를 공급하는 제1 노즐을 갖는 제1 분사 유닛;
    상기 지지유닛에 지지된 상기 기판으로 액화 상태의 제2 세정 매체를 공급하는 제2 노즐을 갖는 제2 분사 유닛을 포함하고,
    상기 제1노즐은 상기 제1세정 매체의 공급을 개시한 후 상기 기판의 외측 방향으로 이동하면서 상기 제1세정 매체를 공급하고,
    상기 제2노즐은 상기 제1노즐보다 상기 기판의 중심에 인접한 상태에서 상기 제2세정 매체의 공급을 개시하되,
    상기 제1세정 매체 공급의 개시와 동시에 또는 상기 제1세정 매체 공급이 개시된 후 설정 시간이 경과된 이후에 제2세정 매체의 공급을 개시하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1노즐은,
    가스 상태의 상기 제1세정 매체가 유입되는 유입구와;
    상기 제1세정 매체가 분사되는 분사구를 가지는 팽창부와;
    상기 유입구와 상기 팽창부 사이에 위치하는 오리피스를 포함하되,
    상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 단면적보다 크고,
    상기 제1세정 매체가 상기 분사구에서 분사될 때에 고체 상의 입자로 분사되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 세정 매체는 액화 질소, 액화 이산화탄소, 액화 아르곤 또는 액화 헬륨인 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1노즐은 상기 기판의 중심에서 외측 방향으로 설정거리 이격된 위치에서 상기 제1세정 매체 공급을 개시하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 노즐은 상기 제2 세정 매체의 공급을 개시한 후 상기 기판의 외측 방향으로 이동하는 기판 처리장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2노즐은 상기 제1세정 매체 공급의 개시와 동시에 상기 제2세정 매체의 공급을 개시하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 노즐은 상기 기판의 중심 상방에 위치된 상태로 상기 제2 세정 매체를 공급하는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버에는 상기 내부 공간의 상태를 관리하는 조절 배관이 연결되는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조절 배관은 상기 내부 공간으로 불활성 가스를 공급하는 기판 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 조절 배관은 상기 내부 공간의 기체를 외부로 배출하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부 공간은 진공 상태로 제공되는 기판 처리 장치.
  12. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 기판으로 에어로졸 상태의 제1 세정매체와, 상기 제1 세정매체와 상이한 제2 세정 매체를 공급하여 상기 기판을 세정하되,
    상기 제2세정 매체는 액화 상태로 제공되고,
    상기 제1세정 매체는 상기 기판으로의 공급이 개시된 후 상기 기판의 외측 방향으로 이동하면서 상기 기판에 공급되고,
    상기 제2세정 매체는 상기 제1세정 매체가 공급되는 지점보다 상기 기판의 중심에 인접한 지점에서 공급이 개시되고,
    상기 제1세정 매체의 공급의 개시와 동시에 또는 상기 제1세정 매체 공급이 개시된 후 설정 시간이 경과된 이후에 상기 제2세정 매체의 공급을 개시하는 기판 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 세정 매체는 이산화탄소로 제공되는 기판 처리 방법.
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 세정매체가 분사되는 지점은 상기 제2 세정매체가 분사되는 지점보다 상기 기판의 중심에서의 거리가 길게 형성되는 기판 처리 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기판은 불활성 가스가 채워진 공간에서 공정 처리가 수행되는 기판 처리 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 기판은 진공 상태의 공간에서 공정 처리가 수행되는 기판 처리 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제2 세정 매체의 공급은 상기 제1 세정매체의 공급이 이루어 지는 구간과 설정 시간이 중첩되어 이루어 지는 기판 처리 방법.
  19. 제12항 내지 제13항 및 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2세정 매체는 상기 기판으로의 공급이 개시된 후 상기 기판의 외측 방향으로 이동하면서 상기 기판에 공급되는 기판 처리 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 제1세정 매체의 공급의 개시와 동시에 상기 제2세정 매체의 공급이 개시되는 기판 처리 방법.
  21. 제12항 내지 제13항 및 제15항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2세정 매체는 상기 기판의 중심에 공급되는 기판 처리 방법.
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