KR102478743B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 공정이 진행되는 챔버에 공급되는 유체의 상변화를 방지하여 파티클의 발생을 최소화함으로써 기판 처리 공정 불량을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 구현하기 위해 본 발명의 기판 처리 장치는, 기판을 수용하여 기판 처리 공정을 수행하는 챔버, 상기 챔버에 유체를 공급하는 공급라인, 상기 챔버 내부의 유체를 배출하는 벤트라인, 및 상기 챔버 내부의 온도와 상기 공급라인의 온도 및 상기 벤트라인의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 기판 처리 방법은, a) 공급라인을 통과하는 유체가 공급라인 온도조절부에 의해 제1설정온도로 가열된 후 기판이 수용된 챔버에 공급되는 단계, b) 상기 챔버 내부에 유입된 상기 유체가 챔버 온도조절부에 의해 제2설정온도로 가열되어 기판 처리 공정이 수행되는 단계, 및 c) 상기 챔버로부터 배출되는 상기 유체가 벤트라인 온도조절부에 의해 제3설정온도로 가열된 후 벤트라인을 통해 배출되는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판 처리 공정이 진행되는 챔버에 공급되는 유체의 상변화를 방지하여 파티클의 발생을 최소화함으로써 기판 처리 공정 불량을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조과정으로는 리소그래피(lithography), 증착(Deposition) 및 식각(etching), 감광제(Photoresist)의 도포(Coating), 현상(Develop), 세정 및 건조공정이 있다. 기판을 제조하기 위해서는 상기 복수의 공정이 반복적으로 수행되며, 각 공정이 요구하는 여러 종류의 유체가 이용된다.
이중 가장 활용도가 높은 유체 중 하나인 초임계유체는, 물질이 임계점(supercritical point)이라고 불리는 일정한 고온·고압의 한계를 넘어 기체와 액체의 구별을 할 수 없는 상태인 초임계상태에 있는 물질을 말한다.
초임계유체는 분자의 밀도 변화가 큰 특징을 가진다. 분자의 밀도는 액체에 가깝지만, 점성도는 낮아 기체에 가깝기 때문이다. 또 기체처럼 확산이 빨라 열전도성이 물만큼이나 높지만, 액체처럼 용매로 사용되어 용질 주변의 용매 농도가 극히 높아지는 특이한 성질을 가지고 있고, 표면장력의 영향을 받지 않는다. 따라서 초임계유체는 화학반응에 아주 유용할 뿐 아니라 혼합물에서 특정 성분을 추출·분리하는 성질이 강해 여러 분야에서 활용되고 있다.
초임계유체는 세정과 린스 공정을 거친 기판상에 공급되어 패턴 무너짐 현상이 일어나기 전에 기판을 빠르게 건조시키는 역할을 한다. 상기 역할을 하는 초임계유체로 임계온도가 상온에 비교적 가까우며 비극성 물질인 이산화탄소가 주로 이용되며, 린스액으로는 순수(DI)가 주로 이용된다. 린스를 마친 기판상에 이소프로필 알코올(IPA)을 공급하여 순수와 이소프로필 알코올을 치환시킨 후 초임계 이산화탄소를 공급하면, 이소프로필 알코올이 초임계 이산화탄소와 반응하여 초임계 혼합물을 이루고 기판으로부터 분리되어 빠른 속도로 기판을 건조한다.
초임계유체를 지속적으로 공급하며 기판을 건조하면 챔버 내부 유체의 농도가 점점 높아지며 고압 상태가 된다. 공정 압력을 적절하게 유지하기 위해서는 챔버 내부의 유체를 반복적으로 배출하며 압력을 낮출 필요가 있다.
챔버 내부를 초임계 상태로 유지하기 위해서는 챔버 내부 온도 유지 또한 필수적이다. 더불어, 갑작스러운 온도 변화에 의한 상변화를 최소화하기 위해 상기 챔버에 초임계유체를 공급하는 공급라인과 상기 챔버 내부의 유체를 배출하는 벤트라인 온도도 적절히 유지하는 것이 바람직하다.
초임계유체를 이용하여 기판을 처리하는 종래 기술이 나타난 발명으로는 대한민국 등록특허 제10-0885496호가 있다.
본 발명은 종래 기술의 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 보완하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 기판 처리 공정이 진행되는 챔버에 공급되는 유체의 상변화를 방지하여 파티클의 발생을 최소화함으로써 기판 처리 공정 불량을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 챔버 내부에 기판 처리 공정에 요구되는 고온 고압의 환경을 빠르게 조성하여 기판 처리 공정을 신속하게 수행하여 공정 시간을 단축할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치는, 기판을 수용하여 기판 처리 공정을 수행하는 챔버, 상기 챔버에 유체를 공급하는 공급라인, 상기 챔버 내부의 유체를 배출하는 벤트라인, 및 상기 챔버 내부의 온도와 상기 공급라인의 온도 및 상기 벤트라인의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 기판 처리 방법은, a) 공급라인을 통과하는 유체가 공급라인 온도조절부에 의해 제1설정온도로 가열된 후 기판이 수용된 챔버에 공급되는 단계, b) 상기 챔버 내부에 유입된 상기 유체가 챔버 온도조절부에 의해 제2설정온도로 가열되어 기판 처리 공정이 수행되는 단계, 및 c) 상기 챔버로부터 배출되는 상기 유체가 벤트라인 온도조절부에 의해 제3설정온도로 가열된 후 벤트라인을 통해 배출되는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 온도조절부에서의 온도 조절에 의해, 상기 공급라인의 온도와 상기 챔버 내부의 온도 및 상기 벤트라인의 온도가 순차로 높아지도록 구성하여, 상기 공급라인을 지나 챔버에 유입된 후 벤트라인을 통해 배출되는 유체의 상변화를 방지하여 파티클의 발생을 최소화 할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 의하면, 기판 처리 공정이 진행되는 챔버에 공급되는 유체의 상변화를 방지하여 파티클의 발생을 최소화함으로써 기판 처리 공정 불량을 방지할 수 있다.
또한, 챔버 내부에 기판 처리 공정에 요구되는 고온 고압의 환경을 빠르게 조성하여 기판 처리 공정의 속도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 의해 공급라인의 온도와 챔버 내부의 온도 및 벤트라인의 온도를 조절하는 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 공급라인 온도조절부와 챔버 온도조절부 및 벤트라인 온도조절부가 구비되는 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 공급라인 온도조절부와 챔버 온도조절부 및 벤트라인 온도조절부가 제어부에 의해 제어되는 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 기판 처리 방법의 순서도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 기판 처리 장치는, 기판(W)을 수용하여 기판 처리 공정을 수행하는 챔버(100), 상기 챔버(100)에 유체를 공급하는 공급라인(I), 상기 챔버 내부의 유체를 배출하는 벤트라인(V), 및 챔버(100) 내부의 온도(t2)와 공급라인의 온도(t1) 및 벤트라인의 온도(t3)를 조절하는 온도조절부(H)를 포함하여 구성된다.
상기 유체는 초임계유체일 수 있으며, 초임계유체는 상기 기판(W)에 선 공급되는 약액의 종류에 대응하여 구비된다. 상기 기판(W)에 선 공급되는 약액으로는, 에틸글리콜(ethyl glycol), 1-프로파놀(propanol), 테트라하이드로프랑(tetrahydraulic franc), 4-하이드록시(hydroxyl), 4-메틸(methyl), 2-펜타논(pentanone), 1-부타놀(butanol), 2-부타놀, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 디메틸에틸(dimethylether), n-프로필알코올(n-propyl alcohol), 이소프로필알코올(isopropyl alcohol) 등의 유기용제가 있다. 이에 대응하여 상기 약액을 제거하기 위한 초임계유체는 초임계 이산화탄소(SCCO2), 물(H2O), 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C2H2), 메탄올(C2H3OH), 에탄올(C2H5OH), 육불화황(SF6), 아세톤(C3H8O) 등이 있다.
초임계유체를 이용하는 기판 처리 공정에서 온도의 급격한 변화는 초임계유체를 상변화시켜 파티클을 발생시키고, 상기 파티클은 상기 기판(W)의 품질에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서 기판 처리 공정이 진행되는 상기 챔버(100) 내부는 고온의 환경을 유지해야 한다.
또한, 초임계유체는 상기 공급라인(I)을 통해 상기 챔버(100) 내부에 공급되므로, 상기 공급라인(I)과 상기 챔버(100) 내부의 온도차로 인해 파티클이 발생할 수 있다.
상기 파티클의 발생을 최소화하기 위해 상기 공급라인 온도(t1)를 고온으로 유지할 필요가 있으며, 나아가 본 발명의 기판 처리 장치는 상기 공급라인 온도(t1)보다 상기 챔버 내부 온도(t2)를 높게 설정함으로써 상기 공급라인(I)으로부터 상기 챔버(100)에 유입되는 초임계유체의 상변화를 방지하도록 구성된다.
또한, 초임계유체는 상기 벤트라인(V)을 통해 상기 챔버(100)로부터 배출되므로, 상기 챔버(100) 내부와 상기 벤트라인(V)의 온도차로 인해 파티클이 발생할 수 있으며, 상기 벤트라인의 온도(t3) 또한 고온으로 유지할 필요가 있다.
이때, 상기 공급라인 온도(t1)와 상기 벤트라인(V)의 온도(t3)는 상기 챔버(100)에 인접한 위치의 상기 공급라인(I)과 상기 벤트라인(V)을 기준으로 설정된다.
따라서 상기 챔버(100)로부터 배출되어 상기 벤트라인(V)을 따라 배출되는 초임계유체는 점점 온도가 낮아지게 되므로, 상변화가 일어나 상기 벤트라인(V)이 오염될 수 있다.
이에 본 발명의 기판 처리 장치는 상기 벤트라인(V)의 온도(t3)를 상기 챔버(100) 내부의 온도(t2)보다 높게 설정하여 상기 벤트라인(V)을 따라 배출되는 초임계유체의 상변화를 방지하도록 구성된다.
즉, 상기 공급라인의 온도(t1)와 상기 챔버 내부의 온도(t2) 및 상기 벤트라인 온도(t3)는 순차로 온도가 높아지도록 설정함으로써 초임계유체의 상변화를 방지한다.
또한, 초임계유체의 열손실을 최소화하고 고온의 환경을 빠르게 조성하여 기판 처리 공정의 속도를 높일 수 있다.
상기 공급라인의 온도(t1)와 상기 챔버 내부의 온도(t2) 및 상기 벤트라인의 온도(t3)는 각각 제1설정온도(T1), 제2설정온도(T2), 제3설정온도(T3)로 유지되도록 설정할 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1설정온도(T1)는 50℃~70℃로, 상기 제2설정온도(T2)는 70℃~100℃로, 상기 제3설정온도(T3)는 100℃~200℃로 설정하여 기판 처리 공정을 수행할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 온도조절부(H)는 상기 공급라인 온도(t1)를 조절하는 공급라인 온도조절부(H1)와, 상기 챔버 내부의 온도(t2)를 조절하는 챔버 온도조절부(H2), 및 상기 벤트라인의 온도(t3)를 조절하는 벤트라인 온도조절부(H3)로 구성될 수 있다.
상기 공급라인의 온도(t1)을 조절하기 위한 공급라인 온도조절부(H1)는 상기 초임계유체를 공급하는 유체공급부(미도시)에 설치되어, 상기 유체공급부 내부의 초임계유체를 가열하여 상기 공급라인(I)을 통하여 상기 챔버(100)에 공급한다.
또한, 상기 공급라인 온도조절부(H1)는 상기 공급라인(I)을 구성하는 배관 주위에 설치되어 상기 배관을 따라 상기 챔버(100)에 공급되는 초임계유체를 가열하도록 구비될 수 있다.
상기 챔버 내부의 온도(t2)를 조절하기 위한 챔버 온도조절부(H2)는 상기 챔버(100)를 이루는 하우징에 설치되어 상기 챔버(100)의 내부 공간을 가열하도록 구비될 수 있다.
상기 벤트라인의 온도(t3)를 조절하기 위한 벤트라인 온도조절부(H3)는 상기 벤트라인(V)을 구성하는 배관 주위에 설치되어 배관을 따라 상기 챔버(100)로부터 배출되는 초임계유체를 가열하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 공급라인(I)에는 공급라인 온도측정부(11)가 구비되고, 상기 챔버(100) 내부에는 챔버 온도측정부(12)가 구비되며, 상기 벤트라인(V)에는 벤트라인 온도측정부(13)가 구비되어, 각각 공급라인의 온도(t1)와 챔버 내부의 온도(t2) 및 벤트라인의 온도(t3)를 측정하여 모니터링할 수 있도록 한다.
또한, 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 기판 처리 장치에는 제어부(20)가 더 구비될 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 공급라인 온도측정부(11)와 상기 챔버 온도측정부(12) 및 상기 벤트라인 온도측정부(13)에서 측정되는 공급라인의 온도(t1)와 챔버 내부의 온도(t2) 및 벤트라인의 온도(t3)가, 각각 공급라인의 설정온도(T1)와 챔버 내부의 설정온도(T2) 및 벤트라인의 설정온도(T3)에 도달하도록, 상기 공급라인 온도조절부(H1)와 상기 챔버 온도조절부(H2) 및 상기 벤트라인 온도조절부(H3)에서의 가열량을 제어하게 된다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 기판 처리 방법을 설명한다.
단계 S10은, 공급라인(I)을 통과하는 유체가 공급라인 온도조절부(H1)에 의해 제1설정온도(T1)로 가열된 후 기판(W)이 수용된 챔버(100)에 공급되는 단계이다. 이때, 상기 제1설정온도(T1)는 50℃~70℃로 설정하는 것이 바람직하다.
단계 S20은, 상기 챔버(100) 내부에 유입된 상기 유체가 챔버 온도조절부(H2)에 의해 제2설정온도(T2)로 가열되어 기판 처리 공정을 수행하는 단계이다. 이때, 상기 제2설정온도(T2)는 70℃~100℃로 설정하는 것이 바람직하다.
단계 S30은, 상기 챔버(100)로부터 배출되는 상기 유체가 벤트라인 온도조절부(H3)에 의해 제3설정온도(T3)로 가열된 후 벤트라인(V)을 통해 배출되는 단계이다. 이때, 상기 제3설정온도(T3)는 100℃~200℃로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단계 S10에 선행하여, 상기 공급라인(I)과 상기 챔버(100) 및 상기 배출라인(V)의 온도를 제1설정온도(T1)와 제2설정온도(T2) 및 제3설정온도(T3)로 예열시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 공급라인(I)과 챔버(100) 내부 및 벤트라인(V)에 온도 구배를 둠으로써 파티클의 발생을 최소화함과 아울러 챔버(100) 내부를 신속하게 초임계상태로 유지할 수 있게 되므로, 공정 불량을 미연에 방지할 수 있고 기판 처리 시간을 단축할 수 있어 기판 처리 공정의 신뢰성을 제고하고 수율 증대에 기여할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
W: 기판 100: 챔버
I: 공급라인 V: 벤트라인
t1: 공급라인의 온도 t2: 챔버 내부의 온도
t3: 벤트라인의 온도 T1: 제1설정온도
T2: 제2설정온도 T3: 제3설정온도
H: 온도조절부 H1: 공급라인 온도조절부
H2: 챔버 온도조절부 H3: 벤트라인 온도조절부
11: 공급라인 온도측정부 12: 챔버 온도측정부
13: 벤트라인 온도측정부 20: 제어부

Claims (11)

  1. 기판을 수용하여 기판 처리 공정을 수행하는 챔버;
    상기 챔버에 유체를 공급하는 공급라인;
    상기 챔버 내부의 유체를 배출하는 벤트라인; 및
    상기 챔버 내부의 온도와 상기 공급라인의 온도 및 상기 벤트라인의 온도를 조절하는 온도조절부;
    를 포함하고,
    상기 챔버 내부의 온도는 상기 공급라인의 온도보다 높게 설정된 것을 특징으로 하고,
    상기 벤트라인의 온도는 상기 챔버 내부의 온도보다 높게 설정된 것을 특징으로 하고,
    상기 챔버, 공급라인 및 벤트라인은 상기 공급라인을 통해 상기 챔버에 상기 유체가 공급되기 이전에 각각 상기 온도로 예열되는, 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도조절부는,
    상기 공급라인의 온도를 조절하는 공급라인 온도조절부;
    상기 챔버 내부의 온도를 조절하는 챔버 온도조절부; 및
    상기 벤트라인의 온도를 조절하는 벤트라인 온도조절부;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공급라인의 온도를 측정하는 공급라인 온도측정부;
    상기 챔버 내부의 온도를 측정하는 챔버 온도측정부;
    상기 벤트라인의 온도를 측정하는 벤트라인 온도측정부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공급라인 온도측정부와 상기 챔버 온도측정부 및 상기 벤트라인 온도측정부에서 측정되는 공급라인의 온도와 챔버 내부의 온도 및 벤트라인의 온도가, 각각 공급라인의 설정온도와 챔버 내부의 설정온도 및 벤트라인의 설정온도에 도달하도록, 상기 공급라인 온도조절부와 상기 챔버 온도조절부 및 상기 벤트라인 온도조절부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공급라인의 온도는 50℃~70℃로 설정된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내부의 온도는 70℃~100℃로 설정된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 벤트라인의 온도는 100℃~200℃로 설정된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. a) 공급라인을 제1설정온도로 예열하고, 챔버 내부를 제2설정온도로 예열하며, 벤트라인을 제3설정온도로 예열하는 단계;
    b) 상기 공급라인을 통과하는 유체가 공급라인 온도조절부에 의해 제1설정온도로 가열된 후 기판이 수용된 상기 챔버에 공급되는 단계;
    c) 상기 챔버 내부에 유입된 상기 유체가 챔버 온도조절부에 의해 제2설정온도로 가열되어 기판 처리 공정이 수행되는 단계; 및
    d) 상기 챔버로부터 배출되는 상기 유체가 벤트라인 온도조절부에 의해 제3설정온도로 가열된 후 상기 벤트라인을 통해 배출되는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제3설정온도는 상기 제2설정온도보다 높게 설정된 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1설정온도는 50℃~70℃로 설정되고,
    상기 제2설정온도는 70℃~100℃로 설정되며,
    상기 제3설정온도는 100℃~200℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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