KR102093644B1 - 기판 처리온도 모니터링장치와 기판 처리온도 모니터링방법 - Google Patents

기판 처리온도 모니터링장치와 기판 처리온도 모니터링방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리온도 모니터링장치와 기판 처리온도 모니터링방법에 관한 발명이 개시된다. 개시된 기판 처리온도 모니터링장치는 기판을 식각 또는 세정하기 위해 공급되는 약액의 방사율이 입력되는 방사율설정부와, 기판의 상측으로 이격 배치된 설치부에 구비되어 기판에 접촉된 약액 또는 기판과 약액이 접촉되는 계면에서 기설정된 적외선 파장에 따라 방사되는 복사에너지가 입력되는 복사에너지입력부와, 방사율과 복사에너지를 통해 기판에 접촉된 약액 또는 계면의 산출온도를 계산하는 산출부 및 회전 가능하게 배치되는 테이블과 테이블에서 기판을 이격 지지하는 서포트와 기판에 약액을 공급하는 노즐이 포함되는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 처리온도 모니터링장치와 기판 처리온도 모니터링방법{SUBSTRATE TREATMENT TEMPERATURE MONITORING DEVICE AND SUBSTRATE TREATMENT TEMPERATURE MONITORING METHOD}
본 발명은 기판 처리온도 모니터링장치와 기판 처리온도 모니터링방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐에서 토출되는 약액을 이용하여 기판의 표면을 처리하는 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에서 기판에 접촉된 약액의 산출온도 또는 기판과 약액이 접촉되는 계면의 산출온도를 직접 측정함으로써, 약액에 따른 기판의 처리온도를 최적화시킬 수 있는 기판 처리온도 모니터링장치와 기판 처리온도 모니터링방법에 관한 것이다.
일반적으로, 습식 공정은 실리콘 웨이퍼 등과 같은 기판에 약액(liquid chemical)을 접촉시켜 기판의 표면을 식각 또는 세정한다. 좀더 자세하게, 습식 공정은 기판에 약액을 접촉시켜 기판에 박막(thin film) 또는 층(layer)을 형성하는 식각 공정을 포함할 수 있다. 또한, 습식 공정은 기판에 약액을 접촉시켜 기판에 형성된 박막(thin film) 또는 기판에 형성된 층(layer)을 세척하거나 기판에 형성되는 오염물(contamination) 등을 제거하는 세정 공정을 포함할 수 있다.
한편, 반도체 분야에서 반도체소자의 집적도가 고도화되면서 기판에 형성되는 패턴은 수십 nm 수준으로 미세화되었고, 이에 따라 식각 공정과 세정 공정의 중요도가 높아지고 있다.
따라서, 높은 생산성으로 수십여 년간 유지해 온 배치식(batch type) 습식 공정 중 일부를 매엽식 습식 공정으로 대체하고 있는 실정이다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1037179호 (2011. 05. 19. 등록, 발명의 명칭 : 기판 처리 장치에서의 온도제어기의 오작동 검출 장치 및 방법) 가 있다.
본 발명의 목적은 노즐에서 토출되는 약액을 이용하여 기판의 표면을 처리하는 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에서 기판에 접촉된 약액의 산출온도 또는 기판과 약액이 접촉되는 계면의 산출온도를 직접 측정함으로써, 약액에 따른 기판의 처리온도를 최적화시킬 수 있는 기판 처리온도 모니터링장치와 기판 처리온도 모니터링방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 기판 처리온도 모니터링장치는 기판을 식각 또는 세정하기 위해 공급되는 약액의 방사율이 입력되는 방사율설정부; 상기 기판의 상측으로 이격 배치된 설치부에 구비되어 상기 기판에 접촉된 약액 또는 상기 기판과 상기 약액이 접촉되는 계면에서 기설정된 적외선 파장에 따라 방사되는 복사에너지가 입력되는 복사에너지입력부; 상기 방사율과 상기 복사에너지를 통해 상기 기판에 접촉된 약액 또는 상기 계면의 산출온도를 계산하는 산출부; 및 회전 가능하게 배치되는 테이블과, 상기 테이블에서 상기 기판을 이격 지지하는 서포트와, 상기 기판에 상기 약액을 공급하는 노즐이 포함되는 챔버; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 처리온도 모니터링방법은 노즐을 통해 회전되는 기판에 약액이 공급되고, 상기 기판에 접촉된 약액 또는 상기 기판과 상기 약액이 접촉되는 계면에서 방사되는 복사에너지를 측정하는 측정단계; 및 상기 복사에너지와, 상기 약액의 방사율을 이용하여 상기 기판에 접촉된 약액 또는 상기 계면의 산출온도를 산출하는 산출단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기판 처리온도 모니터링장치와 기판 처리온도 모니터링방법은 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에서 기판에 접촉된 약액의 산출온도 또는 기판과 약액이 접촉되는 계면의 산출온도를 직접 측정함으로써, 약액에 따른 기판의 처리온도를 최적화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 기판에 접촉된 약액 또는 계면의 온도를 직접 측정함으로써, 기판의 처리온도를 정확하고 효율적으로 관리할 수 있다.
또한, 본 발명은 매엽식 습식 식각 공정에서 큰 비중을 차지하는 기판의 처리온도 변화를 정밀하게 제어하여 기판의 처리온도를 정확하고 효율적으로 관리할 수 있다.
또한, 본 발명은 패턴의 집적도가 높아짐에 따라 습식 공정 장비 특히 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정 장비에서 높은 공정 재현성과 정밀성을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 내의 온도 분포 변화를 실시간으로 파악할 수 있게 되어 식각 공정 또는 세정 공정에서 불량 발생을 즉시 인지할 수 있고, 수율 저하의 원인을 파악하는 근거로 활용할 수 있으며, 나아가서는 공정 불량을 예측할 수 있다.
또한, 본 발명은 가열된 상태의 약액이 기판에 공급될 때, 발생되는 약액의 냉각을 충분히 보상할 수 있고, 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에서 정확한 공정 조건을 확보할 수 있으며, 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정의 표준화를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에서의 기판을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치를 도시한 제1구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치를 도시한 제2구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치에서 온도 변화에 따라 복사에너지가 측정되는 적외선 파장 범위를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링방법을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 기판 처리온도 모니터링장치와 기판 처리온도 모니터링방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에서의 기판을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치를 도시한 제1구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치를 도시한 제2구성도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치에서 온도 변화에 따라 복사에너지가 측정되는 적외선 파장 범위를 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치는 방사율설정부(11)와, 복사에너지입력부(15)와, 산출부(17)와 챔버(50)를 포함함으로써, 약액(C)에 따른 기판(W)의 처리온도를 최적화시킬 수 있다.
여기서, 매엽식 습식 공정을 살펴보면, 낱장의 기판(W)이 서포트(54)에 안착되고, 확산부(57)를 통해 기판(W)을 회전시킨다. 한 개 이상의 약액조(59)로부터 약액라인(58)을 거쳐 이동된 약액(C)은 기설정된 순서에 따라 약액조(59)에 대응되는 노즐(55)에서 기판(W)의 표면에 공급된다.
이러한 매엽식 습식 공정에서는 약액(C)의 접촉 시간, 약액(C)의 양, 약액(C)의 온도에 따라 공정 결과가 달라질 수 있다. 일예로, 공정 시간을 단축하거나 공정의 특성에 따라 상온 이상의 온도를 필요로 하는 경우에 있어 약액조(59)에서 약액(C)을 가열하고, 가열된 약액(C)을 기판(W)에 공급할 수 있다. 다른 예로, 약액(C)이 혼합액을 사용하는 경우에는 화학 반응열을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치는 노즐(55)에서 공급되는 약액(C)을 이용하여 낱장의 기판(W)을 식각 또는 세정하는 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에서 회전되는 기판(W)에 약액(C)이 접촉될 때, 기판(W)에 접촉된 약액(C) 또는 기판(W)과 약액(C)이 접촉되는 계면의 산출온도를 측정할 수 있다.
방사율설정부(11)는 약액(C)의 방사율이 입력된다. 여기서, 방사율은 약액(C)의 종류에 따라 기설정된다.
일예로, 기판(W)에 접촉된 약액(C) 또는 기판(W)과 약액(C)이 접촉되는 계면에서의 방사율을 별도로 측정하고, 측정된 방사율이 방사율설정부(11)에 입력될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 방사율은 기판(W)과 약액(C)이 접촉되는 계면에서 복사된 에너지가 기판(W)을 통과한 복합적인 방사율일 수 있다.
복사에너지입력부(15)는 기판(W)의 상측으로 이격 배치된 설치부(B)에 구비된다. 복사에너지입력부(15)는 기판(W)에 접촉된 약액(C) 또는 기판(W)과 약액(C)이 접촉되는 계면에서 기설정된 적외선 파장에 따라 방사되는 복사에너지가 입력된다.
산출부(17)는 약액(C)의 방사율과 복사에너지를 통해 기판(W)에 접촉된 약액(C) 또는 계면의 산출온도를 산출한다.
산출부(17)는 아래의 [수학식 1]에 따라 계산되는 절대온도(T)를 이용하여 산출온도를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018105629219-pat00001
여기서,
Figure 112018105629219-pat00002
이고,
Figure 112018105629219-pat00003
임.
단, E(λ,T)는 복사에너지입력부(15)에 입력되는 복사에너지이고,
λ는 기설정된 적외선 파장이며,
ε은 약액(C)의 방사율이고,
T 는 절대온도이며,
h 는 플랑크 상수(Plank constant)이고,
c는 광속이며,
k는 볼츠만 상수(Boltzmann constant)임.
여기서, 산출된 절대온도(T)를 섭씨 온도 또는 화씨 온도로 환산함으로써, 산출온도를 정확하게 측정할 수 있다.
기설정된 적외선 파장은 복사에너지입력부(15)에 따라 기설정되는 상수이다.
도 4을 참조하면, 흑체를 포함한 모든 물질은 복사에너지를 방출하지만, 온도에 따라 첨두 파장이 서로 다르다.
물체에서 방출되는 복사에너지는 플랑크의 법칙(plank's law)을 따르며, 온도가 낮을수록 첨두 파장은 장파장으로 이동된다.
약액(C)의 온도가 섭씨 25도일 때, 1 W/(㎡)(sr)(㎛) 이상의 복사에너지를 측정할 수 있는 파장은 4㎛ 초과 30㎛ 이하의 범위에 있고, 첨두 파장은 10㎛이다.
여기서, 파장이 4㎛ 이하이거나 30㎛를 초과하는 파장에서는 복사에너지를 측정하기 어렵기 때문에, 파장은 4㎛ 초과 30㎛ 이하의 적외선 파장으로 기설정된다.
좀더 자세하게는, 적외선 파장은 5㎛ 이상 25㎛ 미만으로 기설정될 수 있다. 이때, 복사에너지입력부(15)는 2 W/(㎡)(sr)(㎛) 이상의 복사에너지가 입력될 수 있다.
또한, 적외선 파장은 6㎛ 이상 23㎛ 미만으로 기설정될 수 있다. 이때, 복사에너지입력부(15)는 3 W/(㎡)(sr)(㎛) 이상의 복사에너지가 입력될 수 있다.
또한, 적외선 파장은 6㎛ 이상 19㎛ 미만으로 기설정될 수 있다. 이때, 복사에너지입력부(15)는 4 W/(㎡)(sr)(㎛) 이상의 복사에너지가 입력될 수 있다.
또한, 적외선 파장은 6㎛ 초과 18㎛ 미만으로 기설정될 수 있다. 이때, 복사에너지입력부(15)는 5 W/(㎡)(sr)(㎛) 이상의 복사에너지가 입력될 수 있다.
또한, 적외선 파장은 7㎛ 이상 17㎛ 이하로 기설정될 수 있다. 이때, 복사에너지입력부(15)는 6 W/(㎡)(sr)(㎛) 이상의 복사에너지가 입력될 수 있다.
또한, 적외선 파장은 7㎛ 이상 16㎛ 이하로 기설정될 수 있다. 이때, 복사에너지입력부(15)는 7 W/(㎡)(sr)(㎛) 이상의 복사에너지가 입력될 수 있다.
또한, 적외선 파장은 8㎛ 이상 14㎛ 미만으로 기설정될 수 있다. 이때, 복사에너지입력부(15)는 8 W/(㎡)(sr)(㎛) 이상의 복사에너지가 입력될 수 있다.
또한, 적외선 파장은 9㎛ 이상 11㎛ 이하로 기설정될 수 있다. 이때, 복사에너지입력부(15)는 9 W/(㎡)(sr)(㎛) 이상의 복사에너지가 입력될 수 있다.
이때, 방사율설정부(11)와 복사에너지입력부(15)와 산출부(17)를 포함하여 산출온도를 측정하도록 설치부(B)에 설치되는 방사온도계(10, Pyrometer)로 구성될 수 있다. 방사온도계(10, Pyrometer)는 산출온도를 측정하기 위한 방사율설정부(11)와 복사에너지입력부(15)와 산출부(17)가 모듈화됨으로써, 산출온도를 간편하게 산출할 수 있다. 방사온도계(10, Pyrometer)는 목적에 맞는 방사율값과 적외선 파장이 기설정될 수 있다.
상술한 복사에너지입력부(15) 또는 방사온도계(10, Pyrometer)는 보호부(19)에 의해 감싸 보호된다. 보호부(19)가 구비됨으로써, 약액(C)의 가열에 따른 증기(fume)로 인해 복사에너지입력부(15) 또는 방사온도계(10, Pyrometer)가 오동작 것을 방지할 수 있다. 보호부(10)는 적외선 파장이 안정되게 투과되고, 입력되는 복사에너지의 오차를 방지하며, 주변 온도에 간섭되지 않도록 윈도우 또는 빔파이프 등과 같은 투과성의 재질로 이루어지는 것이 유리하다.
챔버(50)는 기판(W)을 안정되게 안착 지지하고, 약액(C)을 기판(W)에 공급한다. 챔버(50)에는 테이블(53)과, 서포트(54)와, 노즐(55)이 포함된다.
챔버(5)는 매엽식으로 습식 식각 또는 세정 공정이 이루어지는 것으로, 기판(W)을 처리함에 있어서 약액(C)의 공급, 식각, 세정, 건조 등을 기판(W)의 이동없이 실시할 수 있어 인라인화를 실현하고, 습식 식각 또는 세정 공정을 자동화할 수 있다.
이러한 매엽식 챔버(50)는 배치식 챔버에 비해 개별 기판(W)의 처리 상태와 기판(W)의 관리가 용이하고 기판(W) 간의 오염물 이동을 방지하며, 약액(C)의 소비량을 최소화할 수 있다. 또한, 약액(C)의 교체가 편리하고, 개별의 기판(W)에 매번 새로운 약액이 공급되어 약액(C)의 농도 관리가 용이하다. 또한, 기판(W)의 대형화에 대응하여 기판(W)의 처리 균일성을 확보하고, 챔버(50)의 제조비용을 절감할 수 있다.
테이블(53)은 챔버(50)에 회전 가능하게 배치된다. 테이블(53)은 확산부(57)를 통해 회전된다. 확산부(57)를 통해 기판(W)이 회전됨으로써, 약액(C)이 기판(W)에 접촉되어 균일한 두께로 도포될 수 있다. 확산부(57)는 노즐(55)에서 약액(C)이 기판(W)에 공급되도록 노즐(55)에 분사압을 제공할 수 있다.
서포트(54)는 테이블(53)에 구비되고, 테이블(53)에서 기판(W)을 이격 지지한다. 서포트(54)는 기판(W)의 가장자리를 지지함으로써, 기판(W)의 표면에 스크레치와 같은 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
노즐(55)은 기판(W)에 약액(C)을 공급한다. 노즐(55)은 기판(W)의 하측에 이격 배치된다. 노즐(55)은 테이블(53)의 회전 중심에 배치되어 기판(W)에 약액(C)을 공급할 수 있다. 도시되지 않았지만, 노즐(55)은 기판(W)의 상측에 이격 배치되고, 별도의 스윙수단에 의해 스윙 운동하면서 기판(W)에 약액(C)을 공급할 수 있다. 다만, 기판(W)의 하측에 노즐(55)이 구비되는 경우, 기판(W)의 상측에 노즐(55)을 구비하는 것보다 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에서 발생되는 오염물의 제거가 용이하고, 약액(C)의 비산에 의한 오염을 억제하며, 약액(C)의 소모량을 저감시킬 수 있다.
이때, 기판(W)에 공급된 약액(C)은 챔버(50)에 구비된 배출부(51)를 통해 회수할 수 있다. 배출부(51)는 기판(W)과 약액(C)의 접촉에 따라 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에서 발생되는 약액의 가열에 따른 증기(fume) 또는 이물질 등과 같은 오염물의 배출 경로를 형성한다. 배출부(51)에는 별도의 흡입력이 제공되어 오염물을 흡입하여 배출할 수 있다. 배출부(51)는 챔버(50)에 안착되는 기판(W)의 가장자리를 따라 형성될 수 있다.
여기서, 기판(W)의 상측으로 복사에너지입력부(15)가 이격 배치되고, 기판(W)의 하측으로 노즐(55)이 이격 배치됨으로써, 약액(C)에 대한 빛의 산란 및 빛의 간섭에 영향을 최소화함으로써, 산출되는 산출온도의 오차를 억제 또는 방지함으로써, 산출온도의 오차 범위를 최소화시킬 수 있다.
또한, 복사에너지입력부(15)와 노즐(55)의 배치 구조에 의해 기판(W)의 하면에 상온의 약액(C)을 미스트 형태로 공급할 수 있고, 약액(C)의 끓는점 이상되는 고온에서도 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정을 진행할 수 있다. 또한, 약액(C)이 투입되는 상태에서도 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정의 진행에 따른 열손실이 없고, 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에 필요한 온도를 간편하게 조절하여 최적화된 온도조건을 유지할 수 있다.
여기서, 미설명 부호 59는 약액(C)이 저장되는 약액조이고, 미설명 부호 58은 약액조(59)와 노즐(55)을 연결하여 약액(C)의 이동 경로를 형성하는 약액라인이다. 약액(C)의 종류에 대응하여 노즐(55)과 약액라인(58)과 약액조(59)를 하나 이상 구비할 수 있다. 이때, 약액조(59)의 약액(C)은 가열되어 공정온도와 같거나 작은 온도로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치는 제어부(30)와 히터(20)를 더 포함할 수 있다.
제어부(30)는 기판(W)을 식각 또는 세정하기 위해 기설정된 공정온도와 산출부(17)를 통해 계산된 산출온도를 비교한다.
여기서 제어부(30)는 산출부(17)에서 계산된 산출온도를 아날로그 또는 디지털 신호로 변환하는 신호변환부(31)와, 신호변환부(31)의 신호와 기설정된 공정온도에 따른 신호를 비교하여 두 신호의 차이를 전송하는 컨트롤러(33)를 포함할 수 있다. 여기서, 신호변환부(31)는 방사온도계(10, Pyrometer)에 포함될 수 있다.
또한, 제어부(30)는 모니터링장치 전체의 동작을 제어할 수 있다.
컨트롤러(33)는 신호변환부(31)에서 전달받은 신호를 작업자가 인지할 수 있도록 숫자로 표시하거나 비교를 위한 데이터로 저장할 수 있다. 또한, 컨트롤러(33)는 두 신호의 차이에 따라 공정 이상 여부를 판단하고 작업자에게 알려줄 수 있다.
히터(20)는 기판(W)의 상측에 이격 배치되어 제어부(30)의 신호에 따라 기판(W) 또는 기판(W)에 접촉되는 약액(C)을 가열한다. 히터(20)는 설치부(B)에 구비될 수 있다. 또한, 히터(20)는 복사에너지입력부(15) 또는 방사온도계(10, Pyrometer)와 일체로 형성될 수 있다. 히터(20)는 적외선 히터로 구성되어 기판(W)을 가열할 수 있다.
히터(20)는 기판(W) 또는 기판(W)에 접촉된 약액(C)을 가열함으로써, 상온의 약액(C)을 기판(W)에 공급할 수 있고, 약액(C)의 온도 조절이 용이하며, 가열에 따른 약액(C)의 농도와 약액(C)의 조성 변화를 억제 또는 방지할 수 있다.
일예로, 제어부(30)의 신호에서 산출온도가 기설정된 공정온도에 포함되는 경우, 계속해서 복사에너지입력부(15)를 통해 기판(W)에 접촉된 약액(C) 또는 계면에서 방사되는 복사에너지를 측정할 수 있다.
또한, 제어부(30)의 신호에서 산출온도가 기설정된 공정온도에 포함되지 않으면, 산출온도가 기설정된 공정온도에 도달되도록 제어부(30)는 산출온도와 기설정된 공정온도의 차이값에 따른 제어신호를 히터(20)에 전송하여 히터(20)의 출력을 상승 또는 하강시킴으로써, 기판(W) 또는 기판(W)에 접촉되는 약액(C)의 온도를 조절할 수 있다.
그러면, 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에 필요한 처리온도를 안정되게 유지시킬 수 있고, 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따라 선택적 또는 전체 기판(W)에 대한 습식 식각 공정에서 공정온도가 일정하게 유지됨으로써, 기판(W)의 미세 패턴에 따른 패턴 폭과, 패턴 간격과, 패턴 두께와, 식각 깊이의 정확도를 향상시켜 기판(W)을 식각할 수 있다.
또한, 습식 세정 공정에서 공정온도가 일정하게 유지됨으로써, 기판(W)에 접촉된 약액에 따라 표면장력을 안정되게 낮추어 기판(W)의 미세 패턴 사이로 약액의 침투를 용이하게 하고, 표면장력으로 인한 인접한 패턴 간의 접촉을 방지하며, 표면장력으로 패턴이 변형되거나 패턴이 무너지는 것을 방지할 수 있다.
결국, 패턴 사이에 잔존하는 식각액 또는 이물질을 안정되게 제거함은 물론 습식 식각 또는 세정 공정에서의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 약액(C)이 상온의 상태로 공급되더라도 기판(W)에 접촉된 상온의 약액(C)을 가열하여 식각 또는 세정할 수 있다. 특히, 약액(C)으로 인산을 사용하는 경우, 인산의 끓는점 이상에서 인산으로 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정을 실시할 수 있다.
여기서, 기판(W)은 테이블(53)의 회전 중심 부분에 대응하는 중심영역(w1)과, 테이블(53)의 회전에 따른 가장자리 부분에 대응하는 에지영역(w2)과, 중심영역(w1)과 에지영역(w2) 사이를 구획하는 변동영역(w3)으로 구분할 수 있다. 변동영역(w3)은 복수 개로 이루어질 수 있다. 그러면, 복사에너지입력부(15)와 히터(20)는 중심영역(w1)과 에지영역(w2)과 변동영역(w3)에 각각 배치되고, 제어부(30)는 중심영역(w1)과 에지영역(w2)과 변동영역(w3)에서 개별적으로 히터(20)를 동작시킬 수 있다.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치는 기판(W)에 접촉된 약액(C)의 온도를 조절함은 물론 모니터링 기능을 통해 약액(C)이 기판(W)에 접촉된 상태에서 약액(C)의 온도 변화를 모니터링함으로써, 약액(C)의 온도 변화에 따른 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에서의 문제점을 찾아내고, 기판(W)의 식각 또는 세정 상태를 체크할 수 있다.
지금부터는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치에서 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링장치는 노즐(55)의 위치가 변경된다.
좀더 자세하게, 기판(W)의 상측으로 복사에너지입력부(15)와 노즐(55)이 이격 배치됨으로써, 약액(C)의 공급을 원활하게 하고, 약액(C)을 액체 상태로 공급함에 따라 약액(C)이 비산되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 복사에너지입력부(15)와 노즐(55)의 배치 구조에 의해 기판(W)의 상면에 상온의 약액(C)을 액체 형태로 공급할 수 있고, 약액(C)의 끓는점 이상되는 고온에서도 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정을 진행할 수 있다. 또한, 약액(C)이 투입되는 상태에서도 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정의 진행에 따른 열손실이 없고, 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정에 필요한 온도를 간편하게 조절하여 최적화된 온도조건을 유지할 수 있다.
지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링방법에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링방법을 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링방법은 측정단계(S1)와, 산출단계(S2)를 포함한다.
측정단계(S1)는 노즐(55)을 통해 회전되는 기판(W)에 약액(C)이 공급되고, 기판(W)에 접촉되는 약액(C) 또는 기판(W)과 약액(C)이 접촉되는 계면에서 방사되는 복사에너지를 측정한다. 여기서, 측정단계(S1)를 통해 측정된 복사에너지는 복사에너지입력부(15)에 입력된다. 측정단계(S1)에는 기판(W)에 접촉된 약액(C) 또는 기판(W)과 약액(C)이 접촉되는 계면에서의 방사율을 별도로 측정하고, 측정된 방사율이 방사율설정부(11)에 입력될 수 있다.
산출단계(S2)는 측정단계(S1)를 거쳐 측정된 복사에너지와 약액(C)의 방사율을 이용하여 기판에 접촉된 약액(C) 또는 계면의 산출온도를 산출한다.
여기서, 산출단계(S2)는 아래의 [수학식 2]에 따라 계산되는 절대온도(T)를 이용하여 산출온도를 산출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112018105629219-pat00004
여기서,
Figure 112018105629219-pat00005
이고,
Figure 112018105629219-pat00006
임.
단, E(λ,T)는 측정단계(S1)를 통해 측정되는 복사에너지이고,
λ는 기설정된 적외선 파장이며,
ε은 약액(C)의 방사율이고,
T 는 절대온도이며,
h 는 플랑크 상수(Plank constant)이고,
c는 광속이며,
k는 볼츠만 상수(Boltzmann constant)임.
이에 따라 산출된 절대온도(T)를 섭씨 온도 또는 화씨 온도로 환산함으로써, 산출온도를 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링방법은 비교단계(S3)를 더 포함할 수 있다.
비교단계(S3)는 기판(W)을 식각 또는 세정하기 위해 기설정된 공정온도와 산출온도를 비교한다. 비교단계(S3)는 제어부(30)의 컨트롤러(33)에 의해 공정온도와 산출온도를 비교할 수 있다. 비교단계(S3)와 보정단계(S4)는 히터(20)와 제어부(30)를 통해 이루어진다.
기설정된 공정온도는 매엽식 습식 식각 또는 세정 공정의 처리조건에 따라 온도값으로 설정되기도 하고, 온도 범위로 설정되기도 한다.
비교단계(S3)는 컨트롤러(33)에 의해 신호변환부(31)에서 전달받은 신호를 작업자가 인지할 수 있도록 숫자로 표시하거나 비교를 위한 데이터로 저장할 수 있다.
비교단계(S3)를 거친 결과에 따라 기판(W) 또는 기판(W)에 접촉되는 약액(C)의 온도를 조절할 수 있다.
좀더 구체적으로, 비교단계(S3)를 거치면서 산출온도가 기설정된 공정온도에 포함되는 경우, 측정단계(S1)를 재실시한다.
또한, 비교단계(S3)를 거치면서 산출온도가 기설정된 공정온도에 포함되지 않는 경우, 보정단계(S4)를 더 포함한다.
보정단계(S4)는 산출온도와 기설정된 공정온도의 차이값에 따라 기판(W) 또는 기판(W)에 접촉되는 약액(C)을 가열한다. 보정단계(S4)에서는 제어부(30)에서 전송되는 제어신호에 따라 히터(20)의 출력을 조절하여 기판(W) 또는 기판(W)에 접촉되는 약액(C)을 가열할 수 있다.
상술한 산출온도는 산출부(17)에서 계산되는 온도이고, 공정온도는 약액(ㅊ)의 종류에 따라 기판(W)을 식각 또는 세정하기 위해 계산된 이론적인 온도이며, 처리온도는 기판(W)에 접촉된 약액(C)의 실제온도이다.
비교단계(S3)와 보정단계(S4)에서는 컨트롤러(33)에 의해 신호변환부(31)에서 전달받은 신호를 작업자가 인지할 수 있도록 숫자로 표시할 수 있다. 또한, 비교단계(S3)와 보정단계(S4)에서는 비교를 위한 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 비교단계(S3)와 보정단계(S4)에서는 두 신호의 차이에 따라 공정 이상 여부를 판단하고 작업자에게 알려줄 수 있다.
종합하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리온도 모니터링방법을 살펴보면 다음과 같다. 챔버(50)에서 기판(W)이 회전되고, 기판(W)에 약액(C)을 공급한다. 여기서 약액(C)의 종류와, 약액(C)의 양과, 약액(C)의 분사 시간 등의 공정 조건은 작업자에 의해 기설정될 수 있다. 기판(W)에 접촉된 약액(C) 또는 기판(W)과 약액(C)이 접촉하는 계면에서 방출되는 복사에너지는 복사에너지입력부(15)에 입사된다. 본 발명의 일 실시예에서는 적외선 영역의 복사에너지를 이용하고, 입사된 복사에너지는 시간의 흐름에 따라 세기(intensity)가 연속적으로 변하는 아날로그 형태의 신호이다. 그리고, 산출부(17)에서는 복사에너지입력부(15)에 입사된 복사에너지와, 방사율설정부(11)에 기설정된 방사율을 통해 산출온도를 산출한다. 이때, 산출된 산출온도는 디지털 신호이고 신호변환부(31)를 통해 아날로그 신호로 변환되어 컨트롤러(33)로 전달된다. 컨트롤러(33)에서는 기설정된 공정온도와 전달된 산출온도를 비교하여 공정 이상 여부를 판단하고 작업자에게 알려줄 수 있다.
상술한 기판 처리온도 모니터링장치와 기판 처리온도 모니터링방법에 따르면, 기판(W)에 접촉된 약액(C) 또는 계면의 온도를 직접 측정함으로써, 처리온도를 정확하고 효율적으로 관리할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판(W) 내의 온도 분포 변화를 파악할 수 있게 되어 식각 공정 또는 세정 공정에서 수율 저하의 원인을 파악하는 근거로 활용할 수 있으며, 나아가서는 공정 불량을 예측할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
W: 기판 C: 약액
B: 설치부 10: 방사온도계
11: 방사율설정부 15: 복사에너지입력부
17: 산출부 19: 보호부
20: 히터 30: 제어부
31: 신호변환부 33: 컨트롤러
50: 챔버 51: 배출부
53: 테이블 54: 서포트
55: 노즐 57: 확산부
58: 약액라인 59: 약액조
S1: 측정단계 S2: 산출단계
S3: 비교단계 S4: 보정단계

Claims (2)

  1. 기판을 식각 또는 세정하기 위해 공급되는 약액의 방사율이 입력되는 방사율설정부;
    상기 기판의 상측으로 이격 배치된 설치부에 구비되어 상기 기판에 접촉된 약액 또는 상기 기판과 상기 약액이 접촉되는 계면에서 기설정된 적외선 파장에 따라 방사되는 복사에너지가 입력되는 복사에너지입력부;
    상기 방사율과 상기 복사에너지를 통해 상기 기판에 접촉된 약액 또는 상기 계면의 산출온도를 계산하는 산출부; 및
    상기 기판의 상측에 이격 배치되는 히터의 하측에 회전 가능하게 배치되는 테이블과, 상기 테이블에서 상기 기판을 이격 지지하는 서포트와, 상기 기판에 상기 약액을 공급하는 노즐이 포함되는 챔버; 를 포함하고,
    상기 챔버의 내부에 확산부가 회전 가능하게 설치되고,
    상기 테이블은 상기 확산부에 의해 회전되도록 상기 확산부에 설치되고,
    상기 노즐은 상기 테이블의 회전 중심에 배치되고, 상기 기판의 하측에 상기 기판과 이격되게 배치되고,
    상기 확산부는 상기 기판에 약액이 공급되도록 상기 노즐에 분사압을 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 처리온도 모니터링장치.
  2. 노즐을 통해 회전되는 기판에 약액이 공급되고, 상기 기판에 접촉된 약액 또는 상기 기판과 상기 약액이 접촉되는 계면에서 방사되는 복사에너지를 측정하는 측정단계; 및
    상기 복사에너지와, 상기 약액의 방사율을 이용하여 상기 기판에 접촉된 약액 또는 상기 계면의 산출온도를 산출하는 산출단계; 를 포함하고,
    상기 측정단계에서는,
    챔버의 내부에서 확산부가 회전되고,
    상기 기판의 상측에 이격 배치되는 히터의 하측에 배치된 테이블이 상기 확산부에 의해 회전되며,
    상기 노즐이 상기 테이블의 회전 중심에 배치되고, 상기 기판의 하측에 상기 기판과 이격되게 배치되고,
    상기 기판에 약액이 공급되도록 상기 확산부가 상기 노즐에 분사압을 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 처리온도 모니터링방법.
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