KR102137876B1 - 개폐식 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판을 고온의 약액으로 처리하는 장치에 대한 내용이다.
기판(W)위를 개폐식 보온 덮개(L)로 덮어 차가운 다운 플로우 공기(DF)에 의한 기판(W)과 약액의 냉각을 차단함으로써 적은 양의 약액 분사만으로도 처리 공정의 온도 유지가 가능하도록 한다. 프로세스 보울(B)이 상승 위치에서는 덥개(L)에 의해 밀착되고 하강 위치일 때는 원반형 밀폐 플레이트(P)에 의해 닫혀져서 보울(B) 내부의 케미칼 증기가 외부로 누출되지 않도록 하여 케미칼 증기에 의한 오염과 불량 문제를 차단하도록 한다. 기판은 프리 히팅 유닛(대표도 미도시)에서 공정에 필요한 온도로 승온된 상태에서 공정 챔버에 투입되어 공정을 개시하여 기판의 온도를 올리기 위해 소모되는 약액과 시간을 절감할 수 있게 한다.

Description

개폐식 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 {SUBSTRATE TREATING APPARATUS WITH FOLDABLE LID}

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전하는 기판에 소정의 액처리를 실시하는 기판 처리장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 반도체 기판 상에 박막을 형성하고 미세 패터닝을 구현해야 한다. 미세 패터닝을 구현하기 위해서는 감광층 형성 및 에칭공정이 필수적이다. 에칭공정 이후에는 잔류하는 감광막과 에칭 공정의 잔류물들은 완벽하게 제거한 후 후속 공정을 진행하여야 생산하고자 하는 반도체 디바이스의 수율과 안정적인 성능을 기대할 수 있다. 감광물질과 잔류물 등이 완전히 제거가 되지 못하게 되면 후속공정에서 이물질로 작용하여 불량을 유발하거나 반도체 디바이스의 구동에 나쁜 영향을 주기 때문이다. 통상 매엽식 기판처리장치에서 액 처리를 통해 잔류 유기물들을 제거하고 있다.

일반적으로 매엽식 기판처리장치는 기판이 안착되는 스핀 헤드를 구비한다. 이 스핀 헤드에 연결되어 있는 구동모터에서 발생된 회전력에 의해 스핀 헤드가 회전할 때 스핀 헤드 위에 로딩된 기판이 함께 회전한다. 이때 스핀 헤드에는 기판을 크램핑하는 기구를 포함하여 스핀 헤드에 기판이 고정되어 같은 속도로 회전하도록 한다. 스핀헤드의 상부에 설치된 약액 분사 노즐을 통해 불순물을 제거하는 기능을 갖는 약액을 스핀 헤드 위에서 회전하고 있는 기판에 분사 시켜 상술한 기판 표면의 불순물에 대한 제거 공정이 진행된다.

약액은 기판 표면의 불순물을 화학적으로 녹여 내고 물리적으로 분리시켜 기판 바깥으로 배출하는 메카니즘으로 불순물을 제거하는데, 약액의 농도와 온도가 처리 공정의 중요한 파라메터이며, 처리 장치 개발에 중요한 기준이 된다.

이 때 배면에도 같은 혹은 다른 종류의 약액을 분사하여 배면에 대한 세정 공정을 진행할 수 있다.

불순물의 제거 단계가 완료 되면 증류수를 이용한 린즈 단계를 통해 약액을 순수한 물로 치환 시키로 스핀 건조 단계에서 기판의 회전수를 올려 원심력을 통해 기판 위의 증류수를 완전히 제거함으로써 깨끗한 표면의 기판을 후속 공정으로 보낼 수 있게 된다.

통상 감광막과 잔류물 등에 대한 제거 목적으로 고온 SPM을 주로 사용하고 있다. 고온 SPM은 주로 120~160℃ 의 고온에서 6:1 ~ 2:1 의 비율로 황산과 과산화수소수를 혼합하고 이때 만들어지는 peroxymonosulfuric acid (또는 Caro's acid)의 강력한 산화력을 이용하여 불순물의 유기 성분을 제거하는 것이다. 공정의 목적을 수행하는데는 매우 우수하나, 고온 SPM 공정 후 황산 증기 성분이 극미량이라도 처리 공정 챔버 내에 남아 있을 경우, 기판의 건조 단계에 기판에 재 부착되어 다수의 파티클 등 불량을 유발 시키는 심각한 문제를 초래한다. 이를 방지하고자 기존 장비에서는 기판이 회전하고 있는 처리 공정 챔버에 상부에는 많은 양의 공기를 공급하고 하부에 강력한 배기를 연결시켜 기판 위 고온 SPM에서 나오는 황산의 증기를 모두 배기로 배출 시킴으로써 후속 린즈 단계나 스핀 건조 단계에 기판 주변과 공정 챔버 내에 극미량의 황산 증기도 남아 있지 않도록 하는 방법을 쓰고 있다.

그런데 이 방법에서 파생되는 문제점은 다량의 차가운 공기가 기판 위를 스쳐 지나 배기로 배출되면서 기판위에서 상당한 수준의 열 손실이 발생하고 그 결과 고온 SPM 약액의 온도가 하락하는 현상이 발생시킨다. 약액의 온도 저하는 반응 속도 저하로 이어지고 그 결과 공정을 완료하는데 소요되는 시간이 늘어나는 문제로 이어지게 되었다. 이를 해결하기 위해 기존 방법에서는 약액의 분사량을 늘려 공기에 의한 열 손실 보다 많은 열량을 투입함으로써 필요한 온도를 유지하도록 하였으나 이는 다시 약액의 소모량이 증가하는 문제를 만들고 있다. 그 과정에서 사용한 약액을 회수하여 재 사용하는 방법을 사용하게 되었다.

그런데, 상기 기술된 매엽식 처리 장치에서는 SPM 용액의 온도를 공정 온도로 승온시키기 위한 방법으로 기판에 약액을 분사하기 직전 단계에서 황산과 과산화수소가 혼합하여 혼합과정에서 발생하는 반응열을 이용하고 있기도 하는데, 이 경우 한번 회수된 고온 SPM 약액은 황산과 과산화수소수가 혼합된 용액이어서 재 사용시 다시 과산화수소수가 혼합되면서 지속적으로 황산의 농도가 낮아지는 문제가 발생한다. 황산을 지속적으로 추가 공급을 해 줄 수 있지만, 이 경우 황산의 소모량이 지나치게 증가하여, 현실적으로 황산의 농도 하락을 늦추는 수준에서 황산 추가 공급을 적용하고 있는 실정이다. 이러한 고온 SPM 재 사용과정에서 황산의 농도는 지속적으로 낮아지게 되고, 고온 SPM의 재 사용의 횟수가 황산의 농도가 일정 수준 이상 유지되는 정도까지만 제한적으로 사용할 수 밖에 없는 상황이다. 뿐만아니라 고온 SPM 의 사용 횟수가 증가하면서 SPM 내 황산 농도가 낮아 짐에 따라 과산화 수소수와의 혼합 과정에서 발생하는 반응열이 달라져 공정 성능의 저하, 그리고 이로 인한 공정 시간의 추가적인 증가로 이어 지는 악순환이 발생하고 있는 실정이다. 이런 이유로 고온 SPM 공정에 대한 개선이 필요한 상황이다.

본 발명의 목적은 매엽식 고온 SPM 공정에서 공정 온도의 저하를 막아 고온 SPM 분사량을 최소로 하면서도 SPM 공정 온도를 유지기킬 수 있도록 하여 황산의 소모량을 최소화 할 수 있게 하고, 고온 SPM의 재 사용 싸이클 과정에서 고온 SPM 내 황산 농도가 낮아지는 문제를 해결하며, 고온 SPM 챔버 에서 황산 증기를 통제하여 디펙트 문제가 없는 기판 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는데 있다. 또, 공정 전에 기판의 온도를 올릴 수 있는 방법을 도입하여공정 시간과 약액이 소모를 최소화 하도록 한다

상기와 같이 기존의 매엽식 고온 SPM 장비의 기술적 문제를 해결하기 위해 본 발명의 기판처리장치는 스핀 헤드 위 회전하는 기판 위를 덮는 개폐식 보온 덮개를 포함한다. 이 보온 덮개가 기판을 덮은 상태에는 공정 챔버의 내부는 외부와 차단되고 주변 보다 음압으로 유지되도록 하여 내부의 황산 증기는 배기로 배출될 뿐 공정 챔버의 바깥으로 새어 나가지 않는다. 이 때 공기의 흐름은 기판의 주변에서만 이루어 지기 때문에 기판 위 약액의 열 손실과 온도 하락은 거의 없거나 최소화 할 수 있다. 따라서 소량을 약액을 분사해 주어도 필요한 온도를 유지 할 수 있다.

고온 SPM 공정 후 린즈를 통해 약액을 제거한 상태에서 상기 보온 덮개는 챔버의 바깥 쪽 완전히 차단된 공간으로 회피되어 보온 덮개에 묻어 있을 황산 증기가 후속 스핀 건조 단계에 챔버 안으로 침투하지 못하도록 한다. 본 발명의 일 예로 보온 덮개는 접이식의 형태를 가지고 있어서 접혀진 보온 덮개의 회피를 위해 최소의 공간만 요구된다.

또 본 발명에서 공정 챔버는 상하 구동하는 SPM 용 프로세스 보울을 포함한다. 고온 SPM 공정 단계에 SPM용 프로세스 보울은 상승 포지션에서 상부 개폐식 보온 덮개와 밀착되고, 후속 린즈가 완료된 후 SPM용 보울은 로우 포지션으로 하강한다. 이때 하강 포지션에는 SPM용 보울의 상부 개구부와 크기가 같은 원반형 밀폐 플레이트에 의해 개구부가 닫혀지고 밀폐되어 외부와 차단되어 진다. 이를 통해 남아 있을 수 있는 미량의 황산 증기 성분이 완전하게 가두어지고 외부로 유출될 수 있는 가능성을 차단시켜 후속 기판의 스핀 건조 공정 시 황산 증기에 의한 불량 문제를 완전히 해결할 수 있는 특징을 제공한다.

그리고 본 발명에서는 분사 직전에 황산과 과산화수소를 혼합하지 않고 별도의 공급장치 내에 믹싱 탱크를 두고 사전에 혼합하는 방법을 사용한다. 공급 장치 내부에서 순환하면서, 온도 조절, 필터링, 농도 모니토링 및 부족한 약액의 추가 공급을 실시할 수 있다. 이때 온도는 120~160℃인 공정 온도 보다 낮은 60~80℃ 수준을 유지하며 대기하도록 하,여 스탠바이 중 혼합액 내 과산화수소수의 분해를 최소화 하고 공급장치가 고온의 약액을 처리하면서 발생하는 비용의 증가를 억제 할 수 있도록 한다. 기판에 공급될 때는 챔버에 가까운 위치에 인라인 히터를 설치하여 필요한 온도를 정밀하게 제어할 수 있도록 한다. 이로써 본 발명에서 제안하는 장비는 일정한 농도의 SPM을 일정한 온도로 기판에 공급하게 할 수 있고, 이렇게 함으로써 약액의 반응 효율을 올려 공정의 시간을 최적화 할 수 있다.

그리고 본 발명은 기판의 프리히팅 단계를 포함한다. 고온 SPM 공정에 앞서 별도의 프리 히팅 유닛을 두고 기판을 필요한 온도까지 heating 한 후 액처리 공정 챔버로 로딩된다. 기존 공정에서 공정 시작 후 기판의 온도가 목표 온도에 도달할 때까지 약액과 시간을 소비하는 단계 없이 공정 시작과 동시에 목표 온도에서 고온 SPM 공정을 진행 할 수 있어 공정 시간을 단축 시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 기술한 본 발명의 해결 수단을 통해, 황산의 소모량을 최소화 하면서 고온 SPM 공정을 진행할 수 있어 황산 사용량에 대한 환경 규제를 피하고 공정 비용을 낮출 수 있다.

일정한 온도와 일정한 농도의 고온 SPM을 사용함으로써 공정 효율이 개선되어 공정 시간을 단축시키고 장비의 생산성을 향상시킬 수 있다.

상부 보온 덮개와 하부 밀폐 플레이트를 적용하여 황산 증기 성분을 SPM 보울 내부에 가두어 두고 외부와 차단 시켜 줌으로써, SPM 공정의 고질적인 문제인 황산 증기 성분에 의한 기판 위 파티클 문제를 해결 할 수 있다.

프리 히팅을 통해 공정 초기 기판의 온도를 올리기 위해 소모했던 약액과 시간을 개선시킬 수 있다.

도면 1은 기존의 매엽식 고온 SPM 기판 처리 장치의 단면도이다.
도면 2는 본 발명의 구성 요소 중 하나인 프리 히팅 유닛의 위치와 구조를 보여주는 그림이다.
도면 3은 본 발명에서 제안하는 기판 처리장치의 단면도 이다.
도면 4는 본 발명의 효과를 보여주기 위한 그림으로 기존 장치의 문제점을 보여주는 그림이다.
도면 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 그림으로, 개폐식 보온 덮개의 동작 예와 SPM 프로세스 보울이 어떻게 동작하여 보울 내부와 외부를 차단시키는지 보여주는 그림이다
도면 6,7,8 은 보온 덥개의 한 예로, 접이식 보온 덥개가 작동 모습을 설명한다.
도면 9는 발명에 따른 기판 처리 장치의 효과를 기존 장비와 비교하여 설명하는 그림이다.
도면 10은 기존 SPM 장비의 문제점과 본 발명에 따른 장비에서 개선된 모습을 비교한 그림이다

이하, 도 1, 4를 이용하여 기존 기술의 문제를 부각시키고 필요한 기술의 방향을 설명하고, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도 2, 3, 5 와 6을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예로 인해 한정되어 지는 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 위해 과장된 것이다.

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본 발명에 따른 기판처리장치는 고온의 약액을 사용하여 기판을 처리하는 식각 장치에서 더 큰 효용이 있으나 약액의 증기가 발생하는 다른 기판 처리 공정의 장치에도 적용가능하다. 본 실시예에서는 상기 고온 SPM 공정의 기판 처리 장치를 예로 들어 설명하기로 한다. 또한, 본 실시예에서는 공정의 처리대상으로서 웨이퍼 등과 같은 반도체 기판을 예로 들어 설명하고 있으나 본 발명의 기판처리장치는 이에 한정되지 않고, 유리 기판과 같은 다양한 종류의 기판에도 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기에 앞서 기존의 처리 장치와 그 문제점을 설명하기 위한 그림으로 전형적인 매엽식 기판 처리 장치(100)의 단면도이며, 고온 SPM 공정을 표현하고 있다. 기판(W)는 스핀 헤드(H)위에 로딩되고, 구동 모터(미도시)의 회전력이 구동 샤프트(S)를 통해 기판(S)과 스핀 헤드(H)를 회전 시킨다. SPM 공급 탱크(111)와 과산화수소수 공급 탱크(110)에서 각각의 약액은 공급 배관(102)을 통해 기판 처리 장치 내로 공급되고 혼합 챔버(103)에서 혼합되어 곧바로 분사 노즐(104)를 통해 회전하고 있는 기판(W)위로 분사되며, 사용된 약액은 프로세스 보울(107)에서 모아져서, 회수 배관(108)을 통해 SPM 공급 탱크(111)로 수집된다. 대개 분사 노즐(104)는 기판(W)의 중심과 가장자리를 왕복하면서 약액을 기판위에 골고루 분사해 준다. 매엽식 처리 장치(100) 공정 챔버 상부에는 팬 필터 유닛(105)를 설치하여 강한 다운 플로우의 공기 흐름(106)을 만들어 주고 챔버(101) 하부에 강력한 배기(109)를 연결해 주어 기판(W) 위 와 프로세스 보울(107) 내의 약액에서 발생하는 케미칼 증기가 완벽하게 배기로 배출되도록 한다. 특히 SPM의 황산의 경우 유독할 뿐 아니라 황산의 증기 성분이 공정 챔버에 머물러 있다가 기판 건조 단계에 기판과 접촉하게 되면 파티클 등 불량을 유발한다. 그래서 고온 SPM에서 더욱 강력한 다운 플로우(106)과 더 높은 압력 배기(109)를 연결하여 사용하고 있다.

도 4에서 그 과정을 좀 더 자세히 설명하는데, 강력한 다운 플로우(DF) 공기는 많은 양의 차가운 공기가 고온의 기판(W) 또는 기판 위 약액(402)과 접촉하면서 열을 빼앗아 기판(W) 또는 기판 위 약액(402)의 온도를 낮추는 결과를 초래 한다. 온도가 낮아 질 경우 약액의 반응 속도가 낮아져 처리 공정의 시간이 길어지게 된다. 이렇게 발생한 공기에 의한 열손실을 온도 저하를 막기 위해서는 그 만큼의 추가적인 열량을 공급해 주어야 하는데, 기존의 기술에서는 황산과 과산화수소수의 혼합 과정에서의 반응열로 약액의 온도를 올리는 방법을 사용하고 있어서 일정 이상 온도를 올릴 수 없다. 따라서 약액의 분사량을 늘림으로써 손실된 열을 벌충하도록 하고 있다. 이렇게 늘어난 약액의 사용량을 감당하기 위하여 약액을 재 사용하는 방법을 사용하고 있다.

다시 도 1로 돌아와서, 고온 SPM 공정의 경우 황산과 과산화수소를 6:1~2:1의 비율로 혼합하여 사용하는데, 그림에서와 같이 한 번 사용을 거치면 그 과정에 과산화수소수가 추가로 혼입되어 SPM 내 황산의 농도가 10%~30%까지 낮아 지게 되는데, 이를 보충하기 위하여 일정량의 황산을 지속적으로 추가 공급해 준다.(112) 하지만 최초 SPM의 농도로 맞추기 위해 필요한 황산 추가 공급량은 SPM 탱크(111) 내 SPM 약액의 양에 비해 너무 많기 때문에 황산 농도의 하락 속도를 줄이는 정도에서 황산 추가 공급량을 정하여 사용하고 있는 형편이다. 이 방법에서 약액 처리 공정의 횟수가 늘어 날 수록 고온 SPM 내 황산의 농도가 낮아지고 이로 인해 약액의 공정 처리 능력은 저하될 수 밖에 없고, SPM 용액의 사용 횟수도 제한되어 약액 비용이 증가하는 문제가 있다. 또, SPM 내 황산의 농도 저하는 과산화수소수와의 혼합 과정에서 발생하는 반응열도 영향을 주게 되고, 이는 약액 처리 공정 온도의 저하 및 처리 시간의 증가를 초래한다.

요컨데, 기존의 매엽식 고온 SPM 기판 처리 장치에서 다운 플로우 공기에 의한 열손실과 황산과 과수의 혼합 과정의 반응열을 이용한 히팅 방식으로 인해, 약액의 농도와 온도가 불안정한 상태에서 공정이 진행되고, 이는 약액의 공정 능력 저하 공정 시간의 증가라는 문제를 초래하였다.

도 3은 본 발명의 실시예이다. 본 특허에서 제안하는 특징을 제외하고는, 그외 기본적인 구동 방식은 기존의 장비와 동일하다. 기판(W)는 스핀 헤드(H)위에 로딩되고, 구동 모터(미도시)의 회전력이 구동 샤프트(S)를 통해 기판(S)과 스핀 헤드(H)를 회전 시킨다. SPM 공급 탱크(T)에서 황산과 과산화수소수가 프리 믹스된 상태로 공정 온도 보다 낮은 상태로 대기하다가, 공급 배관(303)을 거쳐 인 라인 히터(302)에서 최종 공정 온도까지 승온되고 노즐(N)을 통해 회전하는 기판(W) 위로 분사 된다. 기존의 장치에서는 스윙 노즐을 적용하였지만 이 경우 노즐이 없는 위치에서는 기판과 약액이 온도가 하락하는 문제가 있어, 본 발명에서는 복수의 팬 타입 노즐을 설치하여 기판의 전체 면에 상시로 약액이 분사 되도록 한다. 이때 팬 타입 노즐은 약액의 사용량을 줄이는데 도움을 준다. 약액 처리 공정에 사용된 약액은 프로세스 보울(B) 안에 모아져서 3웨이 밸브(305)를 거쳐 폐기(306) 되거나 리턴 배관(304)를 통해 공급 탱크(T)로 회수되어 재 사용될 수 있다. 이 경우 사용 과정에 다른 약액의 혼입이 없으므로 오랫 동안 반복하여 사용하여도 일정 농도를 유지할 수 있다. SPM 공급 탱크(T)의 SPM 약액은 프리 믹스하여 준비하고 공정 온도 보다 낮게 60~80℃로 유지한다. 온도가 더 높을 경우 과수가 분해와 증발 등을 작게하여 SPM 농도의 변화를 최소화 할 수 있고, 약액의 온도를 너무 높게, 예컨데 100℃ 이상 사용할 경우 고온을 대응하기 위해 공급 장치가 크고 복잡해지면서 증가되는 비용을 줄여 줄 수 있다. SPM 공급 탱크(T)에서 온도를 유지하고 농도를 모니터링하고 약액을 추가 공급하고 순환하여 필터링하도록 되어 있지만 구체적인 방법과 구성은 도시하지 않았는데, 같은 용도의 사용되는 약액 공급 장치에서 사용하는 통상의 방법을 따른다.

본 발명에서 고온 SPM 약액 처리 공정을 진행 함에 있어, 프로세스 보울(B)가 기판(W)을 감싸는 높이까지 상승시키고 보온 덮개(L)로 덮어 닫혀진 상태에서 공정이 진행되도록 한다. 보온 덮개(L)와 프로세스 보울(B)의 상부는 완전히 밀폐하지는 않으나, 최대한 밀착하도록 하여 둘 간의 큼새를 통하여 공기의 드나들음을 최소로 한다. 프로세스 보울(B)의 하부는 주름을 갖는 플렉서블한 원통형 벨로우즈(F)를 두어 프로세스 보울(B)가 상하로 움직여도 프로세스 보울(B+F)의 내부가 외부와 차단되도록 되어 있고, 배기(E)가 연결되어 있어, 보온 덮개(L)와 프로세스 보울(B)와 플렉서블 벨로우즈(F) 그리고 챔버 바닥 (307)로 구성된 닫혀진 공간은 외부 보다 낮은 압력을 유지하도록 되어 있기 때문에 내부에 발생하는 약액의 케미칼 증기가 외부로 빠져나갈 수 없도록 되어 있다.

그리고 팬필터 유닛(301)에서 만들어진 다운 플로우 공기(DF)를 보온 덮개(L)와 프로세스 보울(B)이 차단하므로, 기판(W) 주변으로 찬 공기의 유입되어 기판과 기판위 약액을 냉각되는 일은 일어나지 않는다. 기판과 기판위 약액의 열 손실이 없는 만큼 공정 온도를 유지하기 위해 제공해 주어야 하는 많은 양의 열량을 공급하지 않아도 된다. 이는 최소한의 고온 SPM 약액을 분사해 주어도 원하는 타겟 온도에서 약액의 처리 공정이 진행될 수 있다는 것을 의미한다. 상기 닫힌 공간 내 기판(W) 주변의 공기는 흐름이 적고 공기의 열용량이 작아 열손실과 냉각되는 정도는 매우 작아 소량의 약액에서 공급되는 열량으로도 충분히 온도가 유지될 수 있다.

도 5와 면6에서 본 발명의 실시 예의 좀 더 자세한 구동 방법을 보여 준다.

도 5는 고온 SPM 처리 공정 중의 모습이다. 프로세스 보울(B)가 상승한 상태에 보온 덮개(L-1)이 상부를 밀착하여 덮은 상태로, 보온 덮개(L)와 프로세스 보울(B)와 플렉서블 벨로우즈(F) 그리고 챔버 바닥 (502)로 구성된 닫혀진 공간에 배기(E)가 연결되어 음압을 유지한 채 내부의 약액 케미칼 증기가 외부로 누출 되지 않고 배기(E)로만 배출되도록 한다. 이때 필요할 경우 쓰루홀(501)을 두어 소량의 공기가 유입되도록 할 수도 있다.

도 6은 고온 SPM 약액 처리 공정이 완료된 후 초순수 린즈를 마친 상태의 모습이다. 도 5의 보온 덮개(L-1)는 접이식으로, 도 6의 중간 단계(L-2)를 거쳐 완전히 접힌 상태(L-3)로 회피 공간(C)로 이동하여, 다음 고온 SPM 공정이 시작할 때까지 대기 한다. 접이식 보온 덮개(L-3)의 회피 공간(C)는 공정 챔버(Z)와 차단되어 있고 회피공간(C)에서 공정 챔버(Z) 쪽으로 케미칼 증기가 확산되지 않도록 회피 공간(C)에는 강력한 배기(E-2)를 설치한다. 이렇게 접이식 보온 덮개(L-1,2,3)를 사용함으로써 회피 공간의 크기를 최소화 하여 보온 덮개를 적용함에 따른 챔버 및 장비 크기의 증가를 최소화할 수 있다,

도 6에서 고온 SPM공정 및 초순수 린즈가 완료된 후 프로세스 보울(B)는 하강 포지션으로 이동하게 되는데, 이때 프로세스 보울(B)의 상부 개구부에 크기를 맞춘 원반형 밀폐 플레이트(P)와 밀착이 되어 닫히게 된다. 이를 통해 프로세스 보울(B) 의 안쪽 표면에 남아 있을 수 있는 약액의 케미칼 증기 성분을 프로세스 보울(B),원반형 밀폐 플레이트(P)와 챔버 바닥(503)으로 구성되는 닫힌 공간에 가두어 줄 수 있고, 배기(E-1)에 의해 음압이 유지되고 있어 외부로 유출이 차단된다. 상기 닫힌 공간 바깥에 있는 기판(W)는 후속 공정 및 스핀 건조를 진행할 때 약액 케미칼 증기에 노출되지 않으며, 파티클 등 불량 문제로부터 자유로울 수 있다,

챔버 바닥(502, 603)에 연결된 배기(E-1)은 배기 압력을 가변적으로 조절할 수 있도록 하여, 도 5의 고온 SPM 약액 처리 스텝 또는 도 6의 후속 건조 스텝 그리고 프로세스 보울(B)가 상승과 하강을 하는 단계에 서로 다른 적절한 배기 압력을 공급해 줄 수 있도록 한다.

도 7과 8에서 또 다른 실시 예를 설명한다. 복수개의 프로세스 보울(B-1, B-2)이 있고 서로 다른 약액 처리 단계에 사용되며 각각은 독립적으로 상하 동작을 하도록 되어 있다. 고온 SPM 공정 단계에 바깥 쪽 프로세스 보울(B-1)이 상승 위치로 올라와서 보온 덮개(L-1)과 밀착하여 상기 방법으로 공정을 진행한 후, 바깥 쪽 프로세스 보울 (B-1)은 하강 위치로 내려가고 안 쪽 프로세스 보울 (B-2)는 상승 위치로 올라가서 후속 공정 스켑을 수행한다. 이 때 안 쪽 프로세스 보울의 바깥면에 도넛 형태의 밀폐 플레이트(P)를 부착하여 바깥 쪽 프로세스 보울(B-1)의 윗 쪽 개구부가 닫히도록 하여, 바깥 쪽 프로세스 보울(B-1)의 안쪽 면, 안 쪽 프로세스 보울의 바깥면(B-2)과 밀폐 플레이트(P) 그리고 챔버 바닥(603)으로 구성된 닫힌 공간이 만들어 지고 외부와 차단되어 황산 케미칼 증기가 이 공간 내부에 가두어 질 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명에서 제안하는 프리히팅 유닛에 대한 설명이다. 매엽식 기판처리 장비(200)에서 로드포트(201)의 기판을 로봇(202)이 버퍼 공간(203)으로 이동시키고 공정 챔버 쪽 반송 로봇(204)이 공정 챔버(205)에 로딩하여 공정을 진행하도록 되어 있는데, 본 발명에서는 프리 히팅 유닛(206)을 상기 버퍼 (203) 위치에 두어 프로세스 챔버(205)로 로딩되기 전에 필요한 온도까지 프리 히팅을 하도록 한다.

통상의 경우, 프리 히팅 기능이 없으므로, 고온의 약액을 분사하여 상온의 기판이 약액 처리 온도인 120~160℃ 까지 상승시켜야 하는데 이 과정에 공정 시간이 길어지고 약액의 소모도 늘어나게 된다. 본 발명에서 제안하는 프리 히팅 유닛을 적용할 경우 기판을 필요한 온도까지 올려 놓고 공정 챔버에 로딩하여 공정을 시작할 수 있음으로, 공정 초기 기판의 온도를 올리기 위한 약액과 시간의 소모를 없앨 수 있다. 프리 히팅 유닛(206)의 구조는 내부에 기판(W)와 지지핀(208)을 구비하고 기판의 상부에 고출력 IR 램프 또는 히터 유닛(207)을 설치한다. 고출력 IR 램프 또는 히터 유닛(207)은 2~5초 내에 기판(W)의 온도를 상온에서 200℃ 까지 올릴 수 있다. 기판은 209 방향으로 투입되고 210 방향으로 배출된다. 히터 유닛을 복수개를 구비하여 적층할 경우, 프리 히팅 시간을 더 길게 가져갈 수도 있다.

도 9은 기존의 장치와 본 발명에서 제안하는 장치의 효과를 비교하는 내용이다.

본 발명에서 제안하는 처리 장치는 기존의 장치에 비해 약액의 농도 및 온도 제어, 약액 처리 공정 능력, 황산 케미칼 증기에 의한 파티클 특성, 생산성 측면에서 유리하다는 것을 판단할 수 있다.

소개된 본 발명의 실시 예에서 고온 SPM 처리 공정의 사례를 들어 설명하였으나, 본 발명에서 제안하는 처리 장치와 처리 방법은 습식 식각 공정과 같이 약액의 온도와 농도가 중요한 다른 약액 처리 공정에서도 동일한 효능이 발휘 될 수 있다.

W: 기판
H: 스핀 헤드
B: 프로세스 보울
N: 약액 분사 노즐
L: 개폐식 보온 덮개
P: 하강 위치의 프로세스 보울의 윗 쪽 개구부를 막아 줄 수 있는 원형 또는 도넛 형태의 플레이트
FFU: Fan Filter Unit, 다운 플로우 공기를 기판에 공급해주는 장치

Claims (7)

1. 반도체 웨이퍼 등 기판을 스핀 헤드 위에 로딩하여 회전시키면서 기판의 처리면에 처리액을 분사하여 습식 식각 또는 스트립 공정을 수행하는 기판 액처리 장치에 있어서,
   상기 기판과 상기 스핀헤드 둘레를 반경이 서로 다른 복수 개의 프로세스 보울이 겹겹이 감싸고 있고 할당된 약액 또는 공정 스텝에 지정된 프로세스 보울이 프로세스 보울의 상부가 상기 기판의 높이 보다 충분히 높게 올라와 상기 기판 위로 분사되어 회전하는 상기 기판 바깥 방향으로 비산되는 상기 약액을 수집하여 배출되도록 하는 장치를 포함하며
   상기 복수의 프로세스 보울은 윗면은 노출되어 있지만 하부는 닫혀 있고 각각 독립적으로 서로 다른 배기와 드레인이 연결되어 있는 것을 포함하고
   상기 기판의 상부에 팬 필터 유닛이 충분한 양의 공기를 다운 플로우로 상기 기판을 향해 공급해 주는 장치에서
   특정 약액 처리 스텝에서 개폐식 보온 덮개가 기판의 윗 쪽을 덮어 상기 다운 플로우 공기가 기판에 도달하지 못하도록 하여 공기에 의한 약액의 냉각 또는 약액의 증발을 차단하도록 하는 장치를 포함하고
   상기 개폐식 보온 덥개의 크기는 상기 프로세스 보울의 상부 개구부 덮을 수 있을 만큼 충분히 크고
   상기 개폐식 보온 덮개가 상기 기판 윗 쪽을 덮었을 때, 상기 보온 덮개가 상승 위치의 상기 프로세스 보울 상부 개구부를 완전히 막아 상기 프로세스 보울 내부 공간이 외부와 차단되도록 하는 장치
   상기 차단된 공간은 상기 프로세스 보울에 연결된 배기에 의해 음압이 형성되어 상기 차단된 공간 내부의 케미칼 증기가 상기 프로세스 보울 바깥으로 새어나가지 못하고 배기로만 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치
2. 청구항 1에서 상기 개폐식 보온 덥개가 접이식이어서 액처리 공정 후 보온 덮개를 접어 작은 회피 공간으로 회피시키는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치
3. 청구항 1에서 특정 약액 처리 후 사용했던 상기 프로세스 보울을 하강 위치로 내렸을 때 상기 하강 위치에 상기 프로세스 보울의 윗쪽 개구부의 크기와 같은 원형 또는 도넛 형태의 플레이트가 있어 상기 프로세스 보울의 개구부를 완전히 막아 주어 상기 프로세스 보울 내부 공간이 외부와 차단되도록 하고, 그 공간에 연결된 배기에 의해 음압이 유지되어 상기 프로세스 보울 내부의 케미칼 증기가 바깥으로 새어나가지 못하고 배기로만 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치
4. 청구항 3에서 도넛 형태의 플레이트가 상기 프로세스 보울의 바로 안쪽 프로세스 보울의 바깥 면에 있어서 상기 프로세스 보울의 하강 위치에 오고 상기 바로 안쪽 프로세스 보울이 상승 위치에 가면 상기 도넛 형태의 플레이트가 상기 프로세스 보울의 윗 쪽 개구부를 막아 주어 상기 프로세스 보울 내부 공간이 외부와 차단되도록 하고, 그 공간에 연결된 배기에 의해 음압이 유지되어 상기 프로세스 보울 내부의 케미칼 증기가 바깥으로 새어나가지 못하고 배기로만 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치
5. 반도체 웨이퍼 등 기판을 스핀 헤드 위에 로딩하여 회전시키면서 기판의 처리면에 처리액을 분사하여 습식 식각 또는 스트립 공정을 수행하는 기판 액처리 장치에 있어서,
   상기 기판의 액처리 공정의 온도가 섭씨 80도에서 250도인 장치에 있어
   카세트의 기판을 액처리 장치로 반송하는 과정에 액처리 장치 전 단계에 별도의 프리 히팅 유닛을 두어 최초 상온 상태의 기판 온도를 액처리 공정 온도까지 승온시킨 후 액처리 장치로 투입하도록 하여 공정 시작과 동시에 설정된 액처리 공정 온도에서 공정을 시작하도록하여 전체 공정 시간 중 기판의 온도를 올리기위해 소모하는 시간을 없앰으로써공정 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치
6. 반도체 웨이퍼 등 기판을 스핀 헤드 위에 로딩하여 회전시키면서 기판의 처리면에 처리액을 분사하여 습식 식각 또는 스트립 공정을 수행하는 기판 액처리 장치에 있어서,
   상기 기판과 상기 스핀헤드 둘레를 반경이 서로 다른 복수 개의 프로세스 보울이 겹겹이 감싸고 있고 할당된 약액 또는 공정 스텝에 지정된 프로세스 보울이 프로세스 보울의 상부가 상기 기판의 높이 보다 충분히 높게 올라와 상기 기판 위로 분사되어 회전하는 상기 기판 바깥 방향으로 비산되는 상기 약액을 수집하여 배출되도록 하는 장치를 포함하며
   상기 복수의 프로세스 보울은 윗면은 노출되어 있지만 하부는 닫혀 있고 각각 독립적으로 서로 다른 배기와 드레인이 연결되어 있는 것을 포함하고
   상기 프로세스 보울이 특정 약액 처리 스텝에서 사용되고 하강 위치로 내렸을 때 상기 하강 위치에 상기 프로세스 보울의 윗쪽 개구부의 크기와 같은 원형 또는 도넛 형태의 플레이트가 있어 상기 프로세스 보울의 개구부를 완전히 막아 주어 상기 프로세스 보울 내부 공간이 외부와 차단되도록 하고, 그 공간에 연결된 배기에 의해 음압이 유지되어 상기 프로세스 보울 내부의 케미칼 증기가 바깥으로 새어나가지 못하고 배기로만 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치
7. 청구항 6에서 도넛 형태의 플레이트가 상기 프로세스 보울의 바로 안쪽 프로세스 보울의 바깥 면에 있어서 상기 프로세스 보울의 하강 위치에 오고 상기 바로 안쪽 프로세스 보울이 상승 위치에 가면 상기 도넛 형태의 플레이트가 상기 프로세스 보울의 윗 쪽 개구부를 막아 주어 상기 프로세스 보울 내부 공간이 외부와 차단되도록 하고, 그 공간에 연결된 배기에 의해 음압이 유지되어 상기 프로세스 보울 내부의 케미칼 증기가 바깥으로 새어나가지 못하고 배기로만 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 액처리 장치
   

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