KR102387423B1 - 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 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는, 현상액이 도포된 상태로 반입된 기판으로 유기 용매를 포함하는 공정 유체를 도포하는 제1 공정 챔버와; 상기 공정 유체가 도포된 상태로 반입된 상기 기판을 초임계 유체를 통해 처리 하는 제2 공정 챔버를 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.
반도체 소자 또는 액정 디스플레이를 제조하기 위해서, 기판에 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막 증착, 그리고 세정 등의 다양한 공정들이 수행된다. 이 중 사진 공정은 기판 상에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위한 공정으로, 도포 공정, 노광 공정, 그리고 현상 공정가 순차적으로 진행된다. 도포 공정에는 기판 상에 포토 레지스트와 같은 감광액을 도포하고, 노광 공정에는 감광막이 형성된 기판 상에 회로 패턴을 노광하며, 현상 공정에는 기판 상에 노광 처리된 영역을 선택적으로 현상 처리한다. 이 후, 기판은 현상 공정에서 사용된 현상액을 기판에서 제거한 후, 기판을 건조 시킨다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 현상액이 도포된 기판을 처리하는 과정에서 패턴이 손상되는 것이 방지되는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 안정한 도포 특성을 가져 균일한 액막을 유지하면서도 현상액 제거와 초임계 유체에 의한 치환 특성이 높아 기판 전면에 대하여 균일한 건조 성능을 제공하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는, 현상액이 도포된 상태로 반입된 기판으로 유기 용매를 포함하는 공정 유체를 도포하는 제1 공정 챔버와; 상기 공정 유체가 도포된 상태로 반입된 상기 기판을 초임계 유체를 통해 처리 하는 제2 공정 챔버를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유기 용매는 데케인(Decane), 도데케인(Dodecane), 디부틸에테르(DBE; Di-butyl Ether) 및 o-자일렌(O-xylene) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 공정 챔버는 상기 공정 유체의 도포에 앞서 상기 기판으로 순수인 제1 공정 유체를 도포할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 공정 유체는 상기 기판으로 도포되는 제2 공정 유체와; 상기 제2 공정 유체의 도포 후 상기 기판으로 도포되는 제3 공정 유체를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 공정 유체 및 상기 제3 공정 유체는, 데케인(Decane), 도데케인(Dodecane), 디부틸에테르(DBE; Di-butyl Ether) 및 o-자일렌(O-xylene) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 공정 유체는 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 계면 활성제는 비 이온성 계면 활성제일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 계면 활성제는 소르비탄 트리올리에이트(Sorbitan trioleate), 소르비탄 모노올리에이트(Sorbitan monooleate), 소르비탄 모노라우레이트(Sorbitan monolaurate), 폴리에틸렌 글리콜 트리메틸노닐 에테르(Polyethylene glycol trimethylnonyl ether) 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 현상액은 포지티브 감광액의 현상에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 방법은, 현상액이 도포된 기판에 유기 용매를 포함하는 공정 유체를 도포하는 단계와; 상기 공정 유체가 도포된 기판을 초임계로 처리 하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유기 용매는 데케인(Decane), 도데케인(Dodecane), 디부틸에테르(DBE; Di-butyl Ether) 및 o-자일렌(O-xylene) 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유기 용매의 도포에 앞서 상기 현상액이 도포된 상기 기판으로 순수를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 공정 유체를 도포하는 단계는, 상기 현상액이 도포된 기판으로 소수성 유기 용매와 계면 활성제를 혼합하여 공급하는 단계와; 상기 기판으로 소수성 유기 용매를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 소수성 유기 용매는 데케인(Decane), 도데케인(Dodecane), 디부틸에테르(DBE; Di-butyl Ether) 및 o-자일렌(O-xylene) 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 계면 활성제는 소르비탄 트리올리에이트(Sorbitan trioleate), 소르비탄 모노올리에이트(Sorbitan monooleate), 소르비탄 모노라우레이트(Sorbitan monolaurate), 폴리에틸렌 글리콜 트리메틸노닐 에테르(Polyethylene glycol trimethylnonyl ether) 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 현상액은 포지티브 감광액의 현상에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 현상액이 도포된 기판을 처리하는 과정에서 패턴이 손상되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 안정한 도포 특성을 가져 균일한 액막을 유지하면서도 현상액 제거와 초임계 유체에 의한 치환 특성이 높아 기판 전면에 대하여 균일한 건조 성능을 얻을 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 제1공정 챔버의 단면도이다.
도 3은 도 1의 제2공정 챔버의 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따라 기판이 처리되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 불안정한 도포 특성을 나타내는 유기 용매의 도포 상태를 나타내는 도면이다.
도 6는 안정한 도포 특성을 나타내는 유기 용매의 도포 상태를 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.
이하에서는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명한다.
기판 처리 장치는 초임계 유체를 공정 유체로 이용하여 기판을 처리하는 초임계 공정을 수행할 수 있다.
여기서, 기판은 반도체 소자나 평판 디스플레이(FPD: flat panel display) 및 그 밖에 박막에 회로패턴이 형성된 물건의 제조에 이용되는 기판을 모두 포함하는 포괄적인 개념이다. 이러한 기판(S)의 예로는, 실리콘 웨이퍼, 유리기판, 유기기판 등이 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 인덱스 모듈(1000)과 공정 모듈(2000)을 포함한다.
인덱스 모듈(1000)은 외부로부터 기판(S)을 반송 받아 공정 모듈(2000)로 기판(S)을 반송한다. 공정모듈(2000)은 초임계 유체를 이용한 기판 처리 공정을 수행할 수 있다.
인덱스 모듈(1000)은 설비 전방 단부 모듈(EFEM: equipment front end module)로서, 로드포트(1100)와 이송 프레임(1200)을 포함한다.
로드포트(1100)에는 기판(S)이 수용되는 용기(C)가 놓인다. 용기(C)로는 전면 개방 일체형 포드(FOUP: front opening unified pod)가 사용될 수 있다. 용기(C)는 오버헤드 트랜스퍼(OHT: overhead transfer)에 의해 외부로부터 로드포트(1100)로 반입되거나 로드포트(1100)로부터 외부로 반출될 수 있다.
이송 프레임(1200)은 로드포트(1100)에 놓인 용기(C)와 공정 모듈(2000) 간에 기판(S)을 반송한다. 이송 프레임(1200)은 인덱스 로봇(1210)과 인덱스 레일(1220)을 포함한다. 인덱스 로봇(1210)은 인덱스 레일(1220) 상에서 이동하며 기판(S)을 반송할 수 있다.
공정 모듈(2000)은 버퍼 챔버(2100), 이송 챔버(2200), 제1공정 챔버(3000) 그리고 제2공정 챔버(4000)를 포함한다.
버퍼 챔버(2100)는 인덱스 모듈(1000)과 공정 모듈(2000) 간에 반송되는 기판(S)이 임시로 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼 챔버(2100)에는 버퍼 슬롯이 제공될 수 있다. 버퍼 슬롯에는 기판(S)이 놓인다. 예를 들어, 인덱스 로봇(1210)은 기판(S)을 용기(C)로부터 인출하여 버퍼 슬롯에 놓을 수 있다. 이송 챔버(2200)의 이송 로봇(2210)은 버퍼 슬롯에 놓인 기판(S)을 인출하여 이를 제1공정 챔버(3000)나 제2공정 챔버(4000)로 반송할 수 있다. 버퍼 챔버(2100)에는 복수의 버퍼 슬롯이 제공되어 복수의 기판(S)이 놓일 수 있다.
이송 챔버(2200)는 그 둘레에 배치된 버퍼 챔버(2100), 제1공정 챔버(3000) 그리고 제2공정 챔버(4000)간에 기판(S)을 반송한다. 이송 챔버(2200)는 이송 로봇(2210)과 이송 레일(2220)을 포함한다. 이송 로봇(2210)은 이송 레일(2220) 상에서 이동하며 기판(S)을 반송할 수 있다.
제1공정 챔버(3000)와 제2공정 챔버(4000)는 공정 유체를 이용하여 세정 공정을 수행할 수 있다. 세정 공정은 제1공정 챔버(3000)와 제2공정 챔버(4000)에서 순차적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1공정 챔버(3000)에서는 세정 공정이 수행되고, 제2공정 챔버(4000)에서는 초임계 건조 공정이 수행될 수 있다. 또한, 제2공정 챔버(4000)에서 세정 공정 및 건조 공정이 수행될 수 있다.
제1공정 챔버(3000)와 제2공정 챔버(4000)는 이송 챔버(2200)의 측면에 배치된다. 예를 들어, 제1공정 챔버(3000)와 제2공정 챔버(4000)는 이송 챔버(2200)의 다른 측면에 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
공정 모듈(2000)에는 제1공정 챔버(3000)와 제2공정 챔버(4000)가 복수로 제공될 수 있다. 복수의 공정 챔버들(3000, 4000)은 이송 챔버(2200)의 측면에 일렬로 배치되거나 또는 상하로 적층되어 배치되거나 또는 이들의 조합에 의해 배치될 수 있다.
제1공정 챔버(3000)와 제2공정 챔버(4000)의 배치는 상술한 예로 한정되지 않으며, 기판 처리 장치(100)의 풋프린트나 공정효율 등을 고려하여 변경될 수 있다. 기판 처리 장치(100)는 제어기에 의해 제어될 수 있다.
도 2는 도 1의 제1공정 챔버의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 제1공정 챔버(3000)는 지지 유닛(3100), 노즐 유닛(3200) 그리고 회수 유닛(3300)을 포함한다.
제1 공정 챔버(3000)는 기판 세정 조성물을 통해 기판의 세정을 수행할 수 있다. 제1 공정 챔버(3000)에서 수행되는 공정은 물을 이용하지 않는 무수(anhydrous) 공정으로 수행된다. 종래 SC(Standard Clean)-1 및 DHF(Dilute Hydrofluoric Acid)와 같은 약액은 구성 성분으로 물을 포함한다. 기판에 형성되는 패턴은 점점 미세화 되고, 패턴의 선폭은 점점 작아지고 있다. 물은 표면 장력을 가지고 있어, 패턴 사이의 좁은 공간에 대해 침투력이 낮아 패턴 사이의 공간에 대한 세정 효율이 낮다. 또한, 종래 SC-1 및 DHF와 같은 약액을 이용한 세정은, 이후 약액을 탈이온수로 치환 시킨 후 건조 공정이 수행되는데 이 같은 건조 공정에서도 패턴 무너짐(Pattern Leaning), 패턴 붕괴(Pattern Collapse)가 발생될 수 있다. 반면, 본 발명에 따른 기판 세정 조성물은 물을 포함하지 않도록 제공되어, 종래 약액에 포함된 물에 의해 발생되는 문제점이 발생되지 않는다.
지지 유닛(3100)은 기판(S)을 지지한다. 지지 유닛(3100)은 지지된 기판(S)을 회전시킬 수 있다. 지지 유닛(3100)은 지지 플레이트(3110), 지지 핀(3111), 척 핀(3112), 회전 축(3120) 그리고 회전 구동기(3130)를 포함한다.
지지 플레이트(3110)는 기판(S)과 동일 또는 유사한 형상의 상면을 가진다. 지지 플레이트(3110)의 상면에는 지지 핀(3111)과 척 핀(3112)이 형성된다. 지지 핀(3111)은 기판(S)의 저면을 지지한다. 척 핀(3112)은 지지된 기판(S)을 고정할 수 있다.
지지 플레이트(3110)의 하부에는 회전 축(3120)이 연결된다. 회전 축(3120)은 회전 구동기(3130)로부터 회전력을 전달받아 지지 플레이트(3110)를 회전시킨다. 이에 따라 지지 플레이트(3110)에 안착된 기판(S)이 회전할 수 있다. 척 핀(3112)은 기판(S)이 정위치를 이탈하는 것을 방지한다.
노즐 유닛(3200)은 기판(S)에 기판 세정 조성물을 분사한다. 노즐 유닛(3200)은 노즐(3210), 노즐 바(3220), 노즐 축(3230) 그리고 노즐 축 구동기(3240)를 포함한다.
노즐(3210)은 지지 플레이트(3110)에 안착된 기판(S)에 기판 세정 조성물을 분사한다. 노즐(3210)은 노즐 바(3220)의 일단 저면에 형성된다. 노즐 바(3220)는 노즐 축(3230)에 결합된다. 노즐 축(3230)은 승강 또는 회전할 수 있도록 제공된다. 노즐 축 구동기(3240)는 노즐 축(3230)을 승강 또는 회전시켜 노즐(3210)의 위치를 조절할 수 있다.
회수 유닛(3300)은 기판(S)에 공급된 기판 세정 조성물을 회수한다. 노즐 유닛(3200)에 의해 기판(S)에 기판 세정 조성물이 공급되면, 지지 유닛(3100)은 기판(S)을 회전시켜 기판(S)의 전 영역에 기판 세정 조성물이 균일하게 공급되도록 할 수 있다. 기판(S)이 회전하면 기판(S)으로부터 기판 세정 조성물이 비산된다. 비산하는 기판 세정 조성물은 회수 유닛(3300)에 의해 회수될 수 있다.
회수 유닛(3300)은 회수통(3310), 회수 라인(3320), 승강바(3330) 그리고 승강 구동기(3340)를 포함한다.
회수통(3310)은 지지 플레이트(3110)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 회수통(3310)은 복수로 제공될 수 있다. 복수의 회수통(3310)은 상부에서 볼 때 차례로 지지 플레이트(3110)로부터 멀어지는 링 형상으로 제공된다. 지지 플레이트(3110)로부터 먼 거리에 있는 회수통(3310)일수록 그 높이가 높게 제공된다. 회수통(3310) 사이의 공간에는 기판(S)으로부터 비산되는 기판 세정 조성물이 유입되는 회수구(3311)가 형성된다.
회수통(3310)의 하면에는 회수 라인(3320)이 형성된다.
승강바(3330)는 회수통(3310)에 연결된다. 승강바(3330)는 승강 구동기(3340)로부터 동력을 전달받아 회수통(3310)을 상하로 이동시킨다. 승강바(3330)는 회수통(3310)이 복수인 경우 최외곽에 배치된 회수통(3310)에 연결될 수 있다. 승강 구동기(3340)는 승강바(3330)를 통해 회수통(3310)을 승강시켜 복수의 회수구(3311) 중 비산하는 기판 세정 조성물이 유입되는 회수구(3311)를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 세정 조성물은 유기 솔벤트와 바인더와 식각 화합물을 포함한다. 도 7 이하의 설명에서 상세하게 설명한다.
도 3은 도 1의 제2 공정 챔버의 일 실시예의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제2 공정 챔버(4000)는 챔버(4100), 승강 유닛(4200), 지지 유닛(미도시), 가열 부재(4400), 유체 공급 유닛(4500), 차단 부재(미도시), 배기 부재(4700)를 포함한다. 제2공정 챔버(4000)는 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리하는 공정을 수행하다.
챔버(4100)는 내부에 초임계 공정이 수행되는 처리 공간을 제공한다. 챔버(4100)은 임계압력 이상의 고압을 견딜 수 있는 재질로 제공된다.
챔버(4100)은 상체(4110)과 하체(4120)을 포함한다. 하체(4120)는 상체(4110)의 아래에서 상체(4110)와 결합되어 제공된다. 상체(4110)와 하체(4120)의 조합으로 생성된 공간은 기판 처리 공정을 수행하는 처리 공간으로 제공된다.
상체(4110)는 외부 구조물에 고정되게 설치된다. 하체(4120)는 상체(4110)에 대해 승강 가능하게 제공된다. 하체(4120)는 하강하여 상체(4110)로부터 이격되면 제2공정 챔버(4000)의 내부에 처리 공간이 개방된다. 개방된 처리 공간으로 기판(S)이 제2공정 챔버(4000)의 내부 공간으로 반입되거나 내부 공간으로부터 반출될 수 있다.
하체(4120)가 상승하여 상체(4110)에 밀착되면 제2공정 챔버(4000)의 내부에 처리 공간이 밀폐된다. 밀페된 처리 공간에서는 초임계 유체를 통해 기판이 처리될 수 있다. 상술한 예와 달리 챔버(4100)에서 하체(4120)가 고정 설치되고, 상체(4110)가 승강되는 구조로 제공될 수도 있다.
승강 유닛(4200)는 하체(4120)를 승강시킨다. 승강 유닛(4200)은 승강 실린더(4210)와 승강 로드(4220)을 포함한다. 승강 실린더(4210)는 하체(4120)에 결합되어 상하 방향의 구동력을 발생시킨다. 승강 실린더(4210)는 초임계 유체를 이용한 기판 처리가 수행되는 동안 제2공정 챔버(4000) 내부의 임계압력 이상의 고압을 이기고, 상체(4110)과 하체(4120)를 밀착시켜 제2공정 챔버(4000)를 밀폐시킬 수 있는 정도의 구동력을 발생시킨다. 승강로드(4220)는 그 일단이 승강 실린더(4210)에 삽입되어 수직상방으로 연장되어 타단이 상체(4110)에 결합된다. 승강 실린더(4210)에서 구동력 발생 시, 승강 실린더(4210)와 승강 로드(4220)가 상대적으로 승강되어 승강 실린더(4210)에 결합된 하체(4120)가 승강될 수 있다. 승강 실린더(4210)에 의해 하체(4120)가 승강하는 동안 승강 로드(4220)는 상체(4110)과 하체(4120)가 수평방향으로 움직이는 것을 방지하고, 승강 방향을 안내하여, 상체(4110)와 하체(4120)가 서로 정위치에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
지지 유닛(미도시)은 챔버(4100)의 처리 공간에 위치하며 기판(S)을 지지한다. 지지 유닛(4미도시)은 상체(4110) 또는 하체(4220)에 결합된다.
지지 유닛(미도시)은 기판(S)의 가장자리 영역에 접촉하여 기판(S)을 지지한다. 지지된 기판(S)은 상면 전체영역과 하면의 대부분의 영역에 대해서 초임계 유체를 통한 기판 처리가 수행될 수 있다. 여기서, 기판(S)은 그 상면이 패턴면이고, 하면이 비패턴면일 수 있다.
가열 부재(4400)는 제2 공정 챔버(4000)의 내부를 가열한다. 가열 부재(4400)는 제2공정 챔버(4000) 내부에 공급된 초임계 유체를 임계온도 이상으로 가열하여 초임계 유체 상으로 유지한다. 가열 부재(4400)는 초임계 유체가 액화된 경우에는 다시 초임계 유체가 되도록 초임계 유체를 가열할 수 있다. 가열 부재(4400)는 상체(4110) 및 하체(4120) 중 적어도 하나의 벽 내에 매설되어 설치된다. 가열 부재(4400)는 외부로부터 전원을 받아 열을 발생시킨다. 일 예로 가열 부재(4400)은 히터로 제공될 수 있다.
유체 공급 유닛(4500)는 제2 공정 챔버(4000)로 유체를 공급한다. 공급되는 유체는 초임계 유체일 있다. 일 예로 공급되는 초임계 유체는 이산화 탄소일 수 있다. 또한, 유체 공급 유닛(4500)은 초임계 유체와 기판 세정 조성물을 혼합하여 공급할 수 있다.
유체 공급 유닛(4500)은 유체 공급 포트(4510), 공급 라인(4550) 그리고 밸브(4551)를 포함한다.
유체 공급 포트(4510)는 기판(S)의 상면에 직접 초임계 유체를 공급한다. 유체 공급 포트(4510)는 상체(4110)에 연결되어 제공된다. 유체 공급 포트(4510)는 하체(4120)에 연결되는 하부 유체 공급 포트(미도시)를 더 포함할 수 있다. 유체 공급 포트(4510)에서 분사되는 초임계 유체는 기판(S)의 중앙영역으로 도달하여 가장자리 영역으로 퍼지면서 기판(S)의 전 영역에 균일하게 제공된다.
공급 라인(4550)은 유체 공급 포트(4510)에 연결된다. 공급 라인(4550)은 외부에 별도의 초임계 유체 저장부(4560)에서 초임계 유체를 공급 받아 유체 공급 포트(4510)에 초임계 유체를 공급한다. 일 예로, 초임계 유체 저장부(4560)는 이산화탄소 등일 수 있는 초임계 유체를 저장하고, 공급 라인(4550)에 공급할 수 있다.
밸브(4551)는 공급 라인(4550)에 설치된다. 밸브(4551)는 공급 라인에 복수 개 제공 될 수 있다. 각각의 밸브(4551)는 유체 공급 포트(4510)에 공급되는 초임계 유체의 유량을 조절한다. 밸브(4551)는 제어기(5000)에 의해서 챔버(4100) 내부로 공급되는 유량 조절이 가능하다.
차단 부재(미도시)는 유체 공급 유닛(4500)에서 공급되는 초임계 유체가 기판(S)에 직접 분사되는 것을 방지한다. 차단 부재(미도시)는 챔버(4100)내부에 처리 공간에 위치한다. 차단 부재(미도시)는 지지 유닛(미도시)과 유체 공급 포트(4510) 사이에 배치된다. 차단 부재(미도시)는 원형의 판 형상으로 제공될 수 있다.
배기 부재(4700)는 제2공정 챔버(4000)로부터 초임계 유체를 배기한다. 배기 부재(4700)는 초임계 유체를 배기하는 배기 라인(4750)에 연결될 수 있다. 이때, 배기 부재(4700)에는 배기 라인(4750)으로 배기하는 초임계 유체의 유량을 조절하는 밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 배기 라인(4750)을 통해 배기되는 초임계 유체는 대기 중으로 방출되거나 또는 초임계 유체 재생 시스템(미도시)로 공급될 수 있다. 배기 부재(4700)는 하체(4120)에 결합될 수 있다.
초임계 유체를 통한 기판 처리 공정의 후기에는 제2공정 챔버(4000)로부터 초임계 유체가 배기되어 그 내부압력이 임계압력 이하로 감압되어 초임계 유체가 액화될 수 있다. 액화된 초임계 유체는 중력에 의해 하체(4120)에 형성된 배기 부재(4700)를 통해 배출될 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따라 기판이 처리되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 현상액이 도포된 상태로 반입된 기판(S)을 설정 과정에 따라 처리 한다. 기판(S)은 포지티브 감광액이 도포되고 노광된 후, 포지티브 감광액에 맞는 현상액이 도포된 상태로 제공된다. 일 예로, 기판(S)에 도포된 현상액은 수산화테트라메틸암모늄(TMAH, Tetramethylammonium hydroxide)일 수 있다.
기판(S)에는 제1 공정 유체가 공급된다(S100). 제1 공정 유체는 현상액이 도포된 상태의 기판(S)을 린스 처리 할 수 있다. 제1 공정 유체는 순수 일 수 있다.
이후, 기판(S)에는 제2 공정 유체가 공급된다(S110). 제2 공정 유체는 소수성 유기 용매와 계면활성제의 혼합액으로 제공된다. 소수성 유기 용매는 데케인(Decane), 도데케인(Dodecane), 디부틸에테르(DBE; Di-butyl Ether) 및 o-자일렌(O-xylene) 중 어느 하나일 수 있다. 데케인(Decane), 도데케인(Dodecane), 디부틸에테르(DBE; Di-butyl Ether) 및 o-자일렌(O-xylene)은 안정적인 형태의 도포 특성을 나타낸다. 유기 용매로 헵테인(Heptane)을 적용할 경우 액을 도포한 뒤 수초 내지 수십초가 지나지 않아 불안정한 도포(Unstable Wetting) 특성을 나타냄에 따라, 패턴 리닝 현상을 유발한다. 여기서 불안정한 도포 특성을 도 5를 참조하여 설명하면, 액막이 깨져 기판에 균일한 막을 형성하지 못하는 것을 의미한다. 그러나, 유기 용매로 데케인(Decane), 도데케인(Dodecane), 디부틸에테르(DBE; Di-butyl Ether) 및 o-자일렌(O-xylene)을 적용할 경우 상술한 문제 없이 도 6을 통해 참조되듯 안정적인 형태의 도포가 가능해진다.
본 발명자들은 상술한 도포 특성이 유기 용매의 끓는점, 밀도, 점도, 증발율에서 기이한 것으로 파악한다. 예컨대, 헵테인(Heptane)의 경우 낮은 밀도, 낮은 점도(분자간 서로 당기는 인력이 약함), 낮은 표면 장력, 높은 증발율으로 인해 액막이 쉽게 깨지므로 불균일하게 증발되어 불균일하게 건조되는 것으로 파악한다. 그러나, 데케인(Decane), 도데케인(Dodecane), 디부틸에테르(DBE; Di-butyl Ether) 및 o-자일렌(O-xylene)은 상대적으로 높은 끓는점, 높은 밀도, 높은 점도, 그리고 낮은 증발율을 가짐에 따라, 안정적인 도포가 가능하고 균일하게 증발되어 균일하게 건조되는 것으로 파악한다.
다시 도 4를 참조하면, 제2 공정 유체가 계면활성제를 포함함에 따라, 기판(S)에 도포된 친수성의 제1 공정 유체는 소수성 유기 용매를 포함한 제2 공정 유체로 원활히 대체된다. 계면 활성제는 친수성-친유성 평형 계수(Hydropilic-Lipophilic Balance)가 7 내지 9 사이인 것으로 선택된다. 일 실시 예에 있어서, 계면 활성제는 비이온성 계면 활성제이다. 일 실시 예에 있어서, 계면 활성제는 소르비탄 에스테르(Sorbitan Esters)이다. 일 실시 예에 있어서, 소르비탄 에스테르는 소르비탄 트리올리에이트(SPAN85; Sorbitan trioleate), 소르비탄 모노올리에이트(SPAN80; Sorbitan monooleate), 소르비탄 모노라우레이트(SPAN20; Sorbitan monolaurate) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 계면 활성제는 폴리에틸렌 글리콜 트리메틸노닐 에테르(Polyethylene glycol trimethylnonyl ether)일 수 있다. 폴리에틸렌 글리콜 트리메틸노닐 에테르(Polyethylene glycol trimethylnonyl ether)는 TERGITOL??의 TMN-6 또는 TERGITOL??의 TMN-10일 수 있다. 바람직하게는 계면 활성제는 Span85(Sorbitan trioleate)이다.
본 발명자들은 Span85의 친유기인 테일(1)의 길이가 Span80 및 Span20보다 길거나, 테일(1)의 개수가 Span80 및 Span20보다 많기 때문에, 물 치환성은 Span80 및 Span20보다 낮더라도, 이후 공급될 제3 공정 유체와의 치환성이 높고, 초임계 유체에 대한 치환성도 높은 것으로 파악한다. 본 발명자들은 제2 공정 유체로 헵탄과 Span85의 혼합액을 사용했을 경우 90%이상의 높은 패턴 붕괴 방지(Leaning Free)가 되는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은 TMN-6 및 TMN-10이 Span20과 유사한 친수성-친유성 평형 계수를 갖는 것을 확인하였다.
이후, 기판(S)에는 제3 공정 유체가 공급된다(S120). 제3공정 유체는 소수성 유기 용매로 제공된다. 소수성 유기 용매는 데케인(Decane), 도데케인(Dodecane), 디부틸에테르(DBE; Di-butyl Ether) 및 o-자일렌(O-xylene) 중 어느 하나일 수 있다. 제2공정 유체의 공급에서 제3공정 유체의 공급으로의 전환은 연속적으로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 계면활성제를 포함한 소수성 유기 용매를 공급하는 과정에서, 소수성 유기 용매와 혼합되는 계면활성제를 차단하는 방법으로 제2 공정 유체의 공급에서 제3공정 유체의 공급으로 전환될 수 있다. 이때, 계면활성제는 설정량 소수성 유기 용매와 혼합되어 공급되다 단속적으로 공급이 중단될 수 있다. 또한, 계면활성제는 제2 공정 유체가 공급되는 동안 소수성 유기 용매에 포함되는 양이 감소할 수 도 있다. 또한, 제2 공정 유체의 공급과 제3 공정 유체의 공급은 단속적으로 이루어 질 수 도 있다.
제1 공정 유체에서 제3공정 유체의 도포는 제1 공정 챔버(3000)에서 이루어 질 수 있다.
이후 기판(S)은 제3 공정 유체가 잔류하는 상태로 제2 공정 챔버(4000)로 반입된다. 기판(S)이 반입되면, 제2 공정 챔버(4000)는 초임계 유체를 공급하여, 기판(S)에서 제3 공정 유체를 제거한다(S130).
본 발명에 따르면, 현상액이 도포된 상태의 기판(S)은 초임계를 이용하여 처리되어, 현상액 도포 후 기판(S)을 처리, 건조 하는 과정에서 패턴이 붕괴는 것이 방지될 수 있다. 또한, 이소프로필알코올(IPA) 등과 같은 친수성 유기 용매의 경우, 초임계 유체와 반응하는 과정에서 패턴을 형성하는 감광액에 손상을 준다. 반면, 본 발명은 기판(S)이 초임계 유체에 노출 될 때, 친수성 유기 용매가 없어 패턴이 손상되는 것이 방지된다.
다른 실시 예로, 제1 공정 유체가 공급된 후, 기판(S)에 공급되는 제2 공정 유체는 친수성 유기 용매일 수 있다. 예를 들어, 친수성 유기 용매는 IPA일 수 있다. 제2 공정 유체는 친수성 유기 용매로 제공됨에 따라 기판에 도포된 제1 공정 유체를 효과적으로 대체 할 수 있다.
이후, 위와 유사하게 기판에는 소수성 유기 용매인 제3 공정 유체가 공급된 후, 초임계에 의해 건조된다. 제3 공정 유체는 제2 공정 유체와 유사하게 유기 용매로 제공됨에 따라, 효과적으로 제2 공정 유체를 치환 할 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.
100: 기판 처리 장치 1000: 인덱스 모듈
2000: 공정 모듈 3000: 제1공정 챔버
4000: 제2공정 챔버

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 현상액이 도포된 상태로 반입된 기판으로 유기 용매를 포함하는 공정 유체 - 상기 공정 유체는: 상기 기판으로 순수인 제1공정 유체; 상기 유기 용매와 비 이온성 계면 활성제를 포함하여 제공되고 상기 기판으로 도포되는 제2공정 유체; 및 상기 유기 용매로 제공되고 상기 제2공정 유체의 도포 후 상기 기판으로 도포되는 제3공정 유체를 포함함 - 를 공급하되, 상기 제1공정 유체, 상기 제2공정 유체, 그리고 상기 제3공정 유체를 순차적으로 상기 기판에 공급하도록 구성되는 제1 공정 챔버와;
    상기 공정 유체가 도포된 상태로 반입된 상기 기판을 초임계 유체를 통해 처리하는 제2공정 챔버를 포함하되,
    상기 비 이온성 계면 활성제는 Span85(Sorbitan trioleate)인 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유기 용매는 o-자일렌(O-xylene)을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2공정 유체 및 상기 제3공정 유체가 포함하는 상기 유기 용매는,
    데케인(Decane), 도데케인(Dodecane), 디부틸에테르(DBE; Di-butyl Ether) 및 o-자일렌(O-xylene) 중 어느 하나를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제2항에 있어서,
    상기 현상액은 포지티브 감광액의 현상에 사용되는 것인 기판 처리 장치.
  10. 삭제
  11. 현상액이 도포된 기판에 유기 용매를 포함하는 공정 유체를 도포하는 단계와;
    하기 제3공정 유체가 도포된 기판을 초임계로 처리하는 단계를 포함하고,
    상기 공정 유체를 도포하는 단계는:
    상기 현상액이 도포된 상기 기판으로 순수인 제1공정 유체를 도포하는 단계와;
    이후 상기 제1공정 유체가 도포된 상기 기판으로 소수성 유기 용매와 비 이온성 계면 활성제가 혼합된 제2공정 유체를 공급하는 단계와;
    이후 상기 기판으로 상기 소수성 유기 용매를 포함하는 제3공정 유체를 공급하는 단계를 포함하되,
    상기 비 이온성 계면 활성제는 Span85(Sorbitan trioleate)인 기판 처리 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서,
    상기 현상액은 포지티브 감광액의 현상에 사용되는 것인 기판 처리 방법.
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