KR20150013089A - 화학 유체 처리 장치 및 화학 유체 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본원에는, 기판 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 온도가 유지되도록 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 화학 유체 처리 장치 및 화학 유체 처리 방법이 기재되어 있다. 상기 화학 유체 처리 장치는, 기판의 앞면에 제1 온도의 제1 화학 유체를 공급하는 기판 상의 토출 노즐과, 기판의 앞면 또는 뒷면에 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도의 제2 화학 유체를 공급하는 기판의 반경방향으로 배향된 바아 노즐을 포함하고, 상기 바아 노즐은 기판의 앞면 또는 뒷면에 있어서 기판의 중앙으로부터 서로 다른 거리를 두고 위치해 있는 복수의 접촉 장소에 제2 화학 유체를 토출하는 복수의 출구를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2013년 7월 26일 출원된 미국 가특허 출원 제61/859,112호(참조번호 SPS-020Pro)와 관련이 있고 이 특허 출원을 우선권으로 주장하며, 이 특허 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 인용되어 있다.
본원에 개시된 내용은 반도체 웨이퍼 등과 같은 기판을 고온 화학 유체로 처리함으로써 기판을 처리하는 화학 유체 처리 장치 및 화학 유체 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 제조하기 위한 여러 프로세스는, 예를 들어 반도체 웨이퍼 상에 형성된 막을 화학 액체로 에칭함으로써 제거할 때, 화학 유체로 기판을 처리하는 것을 포함한다. 한 예에서는, 하드 마스크로서 사용된 SiN막을 웨이퍼로부터 불화수소산(HF)에 의해 제거하거나, 혹은 Si-기반 막을 암모니아 또는 암모니아-과산화수소 용액으로 제거할 수 있다.
싱글-웨이퍼 막 에칭 프로세스에서는, 회전 웨이퍼의 중앙에 화학 유체가 분배되고, 화학 액체는 웨이퍼의 중앙으로부터 웨이퍼 표면을 가로질러 웨이퍼의 가장자리로 흐른다. 그러나, 화학 유체는 웨이퍼를 가로질러 흐를 때 냉각되는데, 기판 상의 막의 에칭률은 액체 및 기판의 온도에 따라 좌우되므로 이는 문제가 되고, 또한 이는 기판의 중앙과 기판의 가장자리 사이의 에칭 균일성의 악화를 초래할 수 있다. 이러한 문제는 기판의 크기가 증대됨에 따라 보다 두드러진다.
본 발명의 실시형태에는 기판을 처리하는 화학 유체 처리 장치 및 화학 유체 처리 방법이 기술되어 있다. 일 실시형태에 따르면, 기판 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 온도가 유지되도록 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 화학 유체 처리 장치가 제공된다. 상기 화학 유체 처리 장치는, 기판을 유지하는 기판 유지 기구와, 기판 유지 기구를 회전시키는 회전 기구와, 기판의 앞면에 제1 온도의 제1 화학 유체를 공급하는 기판 위의 토출 노즐, 그리고 제1 화학 유체를 토출 노즐에 공급하는 제1 화학 유체 공급 기구를 포함한다. 상기 화학 유체 처리 장치는, 기판의 앞면 또는 뒷면에 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도의 제2 화학 유체를 공급하는 기판의 반경방향으로 배향된 바아 노즐과, 제2 화학 유체를 바아 노즐에 공급하는 제2 화학 유체 공급 기구를 더 포함하고, 상기 바아 노즐은 기판의 앞면 또는 뒷면에 있어서 기판의 중앙으로부터 서로 다른 거리를 두고 위치해 있는 복수의 접촉 장소에 제2 화학 유체를 토출하는 복수의 출구를 포함한다.
다른 실시형태에 따르면, 기판 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 온도가 유지되도록 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 화학 유체 처리 방법이 제공된다. 상기 화학 유체 처리 방법은, 기판을 유지하는 단계와, 기판을 회전시키는 단계와, 제1 화학 유체를 토출 노즐로부터 기판의 앞면에 공급하는 단계, 그리고 제2 화학 유체를 바아 노즐로부터 기판의 앞면 또는 뒷면에 공급하는 단계를 포함한다. 상기 바아 노즐은 제1 온도보다 높은 제2 온도의 제2 화학 유체를 공급하도록 기판의 반경방향으로 배향되어 있고, 기판의 앞면 또는 뒷면에 있어서 기판의 중앙으로부터 서로 다른 거리를 두고 위치해 있는 복수의 접촉 장소에, 제2 화학 유체가 복수의 출구를 통해 적어도 하나의 바아 노즐로부터 토출되도록, 제2 화학 유체가 공급된다.
본 발명과 이에 수반되는 많은 장점은, 이하의 상세한 설명을 첨부 도면과 함께 고려하면서 참조하면 보다 잘 이해되므로, 쉽게 얻어질 것이다.
도 1a는 제1 실시형태에 따른 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1b는 제2 실시형태에 따른 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b의 실시형태에 있어서 기판의 온도의 실험 결과를 반경방향 위치의 함수로서 보여준다.
도 2a는 본 발명의 실시형태들에 따른 일정한 피치를 갖는 출구들이 있는 바아 노즐과 가변 피치를 갖는 출구들이 있는 바아 노즐을 개략적으로 보여준다.
도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향해감에 따라 감소하는 가변 간격을 갖는 출구들이 있는 바아 노즐을 개략적으로 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시형태들에 따른 바아 노즐의 벽을 통과해 나아가도록 형성되어 있는 복수의 출구(구멍)가 있는 바아 노즐의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시형태들에 따른 서로 다른 출구 구멍 각도와 서로 다른 출구 피치를 갖는 바아 노즐을 이용한 경우에, 측정 온도를 기판 반경의 함수로서 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시형태들에 따른 에칭 균일성을 기판 반경의 함수로서 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 서로 다른 온도의 화학 유체를 도입하는 2개의 입구가 있는 바아 노즐을 개략적으로 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 바아 노즐에서의 시뮬레이션 온도 분포를 보여준다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시형태들에 따른 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 기판에 화학 유체를 분배하는 서로 다른 방법에 대한 시뮬레이션 온도 균일성을 기판 반경의 함수로서 보여준다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 화학 유체를 가열하는 히터가 있는 바아 노즐의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 1a는 제1 실시형태에 따른 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1b는 제2 실시형태에 따른 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b의 실시형태에 있어서 기판의 온도의 실험 결과를 반경방향 위치의 함수로서 보여준다.
도 2a는 본 발명의 실시형태들에 따른 일정한 피치를 갖는 출구들이 있는 바아 노즐과 가변 피치를 갖는 출구들이 있는 바아 노즐을 개략적으로 보여준다.
도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향해감에 따라 감소하는 가변 간격을 갖는 출구들이 있는 바아 노즐을 개략적으로 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시형태들에 따른 바아 노즐의 벽을 통과해 나아가도록 형성되어 있는 복수의 출구(구멍)가 있는 바아 노즐의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시형태들에 따른 서로 다른 출구 구멍 각도와 서로 다른 출구 피치를 갖는 바아 노즐을 이용한 경우에, 측정 온도를 기판 반경의 함수로서 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시형태들에 따른 에칭 균일성을 기판 반경의 함수로서 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 서로 다른 온도의 화학 유체를 도입하는 2개의 입구가 있는 바아 노즐을 개략적으로 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 바아 노즐에서의 시뮬레이션 온도 분포를 보여준다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시형태들에 따른 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 기판에 화학 유체를 분배하는 서로 다른 방법에 대한 시뮬레이션 온도 균일성을 기판 반경의 함수로서 보여준다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 화학 유체를 가열하는 히터가 있는 바아 노즐의 단면도를 개략적으로 보여준다.
이하의 상세한 설명에서는, 본원 명세서의 일부분을 형성하는 첨부 도면을 참조로 한다. 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 기재된 예시적인 실시형태는 제한하려는 의도는 없다. 그 밖의 실시형태들도 이용될 수 있고, 본원에 제시된 주제의 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않고서, 그 밖의 변형도 실시될 수 있다.
본원에 개시된 내용은 기판 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 온도를 유지함으로써 기판 처리의 균일성을 증대시키는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다. 이러한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 다른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 비해 소량의 화학 유체를 사용하면서도, 대규모 기판 전체에 걸쳐 우수한 온도 균일성을 유지한다. 이러한 처리는, 에칭, 세척, 린스, 증착 및 컨디셔닝을 비롯한, 반도체 제조에서 흔하게 발견되는 여러 프로세스를 포함할 수 있다.
도 1a는 제1 실시형태에 따른 복수의 화학 유체로 기판(10)을 처리하는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 기판은 원형 반도체 웨이퍼를 포함할 수 있고, 예컨대 200 ㎜ Si 웨이퍼, 300 ㎜ Si 웨이퍼, 또는 450 ㎜ Si 웨이퍼일 수 있다. 또한, 액정 디스플레이(LCD)용 유리 기판을 포함하는 평판 디스플레이(FPD)용 기판, 포토리소그래피 마스크 석영 기판 등의 그 밖의 기판도 사용될 수 있다.
기판(10)은 유지 기구(도시 생략)에 의해 유지되고, 기판(10)은 기판 유지 기구를 회전시키도록 구성된 회전 기구(도시 생략)에 의해 기판(10)의 중심 둘레로 회전된다. 기판 유지 기구 및 기판 회전 기구는 당업자에게 잘 알려져 있다. 제1 온도의 제1 화학 유체(14)를 기판(10)의 앞면(상면)(16)에 공급하도록, 토출 노즐(12)이 기판(10)의 위에 배치되어 있다. 앞면(16)에 있어서의 유체 프로파일(15)이 개략적으로 도시되어 있다. 한 예에서, 토출 노즐(12)은 제1 화학 유체(14)를 기판(10)에 분배하는 단일 출구를 포함할 수 있다. 제1 화학 유체 공급 기구(8)가 제1 화학 유체(14)를 토출 노즐(12)에 공급한다.
도 1a는 또한, 제1 온도보다 높은 제2 온도의 제2 화학 유체(20)를 기판의 뒷면(하면)(22)에 공급하도록, 기판(10)의 반경방향으로 배향되어 있는 바아 노즐(18)을 개략적으로 보여준다. 제2 화학 유체 공급 기구(24)가 제2 화학 유체(20)를 바아 노즐(18)에 공급한다. 뒷면(22)에 있어서의 유체 프로파일(17)이 개략적으로 도시되어 있다. 기판(10)의 처리 과정에서, 제1 화학 유체(14)와 제2 화학 유체(20)는 기판(10)에 동시 공급된다. 보다 고온인 제2 화학 유체(20)는 기판(10)의 냉각을 방해하고 기판(10)의 온도를 보다 균일하게 유지시킨다. 막 에칭 프로세스의 경우, 기판 온도 균일성이 향상됨으로써, 기판(10) 전체에 걸쳐 막 에칭 균일성이 향상된다. 화학 유체는 가스, 액체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 가스는 Ar 및 N2 등의 불활성 가스를 비롯하여 다종 다양한 가스를 포함할 수 있다. 예시적인 액체가 표 1에 주어져 있다. 한 예에서는, SiN 등과 같은 질화막을 에칭하는 데, 불화수소산(HF)을 함유하는 물-기반 액체가 사용될 수 있다.
한 예에서는, 기판(10)의 앞면(상면)(16)은 처리가 행해지는 활성면일 수 있고, 기판(10)의 뒷면(하면)(22)은 열에너지를 제공하여 앞면(16) 전체에 걸쳐서 기판 온도 균일성을 향상시키도록 단지 제2 화학 유체(20)만이 인가되는 비활성면일 수 있다. 따라서, 제2 화학 유체(수동 유체)(20)는 제1 화학 유체(14)의 화학 조성과는 다른 화학 조성을 가질 수 있다. 이로써 공급 또는 처분 비용이 적게 되는 제2 화학 유체(20)를 사용할 수 있게 된다. 다른 예에서는, 활성면이 뒷면일 수 있고, 혹은 앞면과 뒷면 모두일 수 있다.
도 1b는 제2 실시형태에 따른 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 1b의 실시형태는 도 1a의 실시형태와 유사하지만, 제2 온도의 제2 화학 유체를 기판(10)의 앞면(16)에 공급하도록, 바아 노즐(18)이 기판의 반경방향으로 배향되어 있는 점이 다르다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b의 실시형태에 있어서 기판의 온도의 실험 결과를 기판의 반경방향 위치의 함수로서 보여준다. 450 ㎜ Si 기판(웨이퍼)을 고온의 액상 물로 처리하고 기판 전체에 걸쳐서 온도를 측정하여, 토출 노즐만을 사용하고 바아 노즐을 사용하지 않은 셋업과 비교하였다. 토출 노즐로부터 분배된 유체의 온도는 70℃이고 바아 노즐로부터 토출된 유체의 온도는 79℃이었다. 도 1c에서의 결과는 기판 전체에 걸쳐서 온도 균일성이 향상되어 있음을 분명히 보여준다. 기판 전체에 걸쳐서의 온도 변동은, 토출 노즐만을 사용한 경우에는 약 4℃이었고, 기판(1B)의 앞면에도 제2 온도의 제2 화학 유체를 공급하도록 바아 노즐을 사용하는 경우에는 약 2℃이었으며, 기판(1A)의 뒷면에도 제2 온도의 제2 화학 유체를 공급하도록 바아 노즐을 사용하는 경우에는 약 2℃이었다. 이는 앞쪽 바아 노즐 분배와 뒤쪽 바아 노즐 분배의 경우에 온도 균일성이 유사하다는 것을 보여준다. 우수한 온도 균일성에 추가하여, 뒤쪽 분배를 함으로써, 토출 노즐과 뒤쪽 바아 노즐에 대해 서로 다른 유체를 사용할 수 있게 된다. 한 예에서, 토출 노즐은 에칭액을 분배할 수 있고, 뒤쪽 바아 노즐은 에칭액 대신에 고온의 물을 분배할 수 있다.
바아 노즐의 디자인에 대해 실험을 반복적으로 행한 결과, 기판 전체에 걸쳐서의 온도 균일성이 현저히 개선되었다. 한 예에서는, 기판에 화학 유체를 분배하는 바아 노즐의 출구(구멍)의 피치를, 기판의 중앙보다 기판의 가장자리를 향해 갈수록 출구가 조밀해지도록 변경하는 것이, 기판 전체에 걸쳐서의 온도 균일성을 향상시키는 것으로 입증되었다.
도 2a는 일정한 피치를 갖는 출구들이 있는 바아 노즐(30)과 가변 피치를 갖는 출구들이 있는 바아 노즐(32)을 개략적으로 보여준다. 한 예에서, 바아 노즐은 58개의 출구를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 바아 노즐은 이보다 더 적거나 많은 수의 출구를 구비할 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 출구의 직경은 약 0.1 ㎜ 내지 약 2 ㎜일 수 있고, 약 0.1 ㎜ 내지 약 1 ㎜일 수 있으며, 또는 약 1 ㎜ 내지 약 2 ㎜일 수 있다. 몇몇 예에서, 출구의 직경은 약 0.35 ㎜ 내지 약 0.5 ㎜일 수 있다.
도 2b는 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향해감에 따라 증가하는 가변 피치를 갖는 출구(36)들이 있는 바아 노즐(34)을 개략적으로 보여준다. 다시 말하자면, 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향하는 방향을 따라, 인접 출구(36) 사이의 거리가 달라진다. 도 2b에 도시된 예에서는, 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향하는 반경방향을 따라, 인접 출구 사이의 거리가 감소한다. 한 예에서, 바아 노즐은 58개의 출구를 포함할 수 있다.
도 3은 바아 노즐의 벽을 통과해 나아가도록 형성되어 있는 복수의 출구(구멍)가 있는 바아 노즐의 단면도를 개략적으로 보여준다. 구멍들의 각도가 기판의 회전에 맞춰 조정되도록 구멍의 각도를 수직으로부터 멀어지게 변경하면, 비산이 줄어들고 기판의 전체에 걸쳐서의 온도 균일성이 향상되는 것으로 확인되었다. 예시적인 각도로는 기판 표면에 대하여 30도와 60도가 있지만, 다른 각도도 사용될 수 있다. 도 3의 a)는 직경이 0.35 ㎜인 수직 출구를 개략적으로 보여주고, 도 3의 b)는 직경이 0.35 ㎜이며 수직에 대해 30도의 각도를 이루는 출구를 개략적으로 보여주며, 도 3의 c)는 직경이 0.35 ㎜이고 수평에 대해 60도의 각도를 이루는 출구를 개략적으로 보여주며, 도 3의 d)는 직경이 0.5 ㎜이며 수평에 대해 30도의 각도를 이루는 출구를 개략적으로 보여준다.
도 4는 서로 다른 출구 각도와 서로 다른 출구 피치에 대하여 측정한 온도 균일성을 기판 반경의 함수로서 보여준다. 이 4개의 실험에는, (A) 제1 화학 유체를 기판의 앞면에 분배하는 토출 노즐과, 제2 화학 유체를 기판의 뒷면에 분배하는 뒤쪽 바아 노즐로서 60도의 각도를 이루며 가변(기판의 가장자리를 향해갈수록 조밀해짐) 피치를 갖는 출구를 갖는 뒤쪽 바아 노즐을 포함하는 경우와, (B) 제1 화학 유체를 기판의 앞면에 분배하는 토출 노즐과, 제2 화학 유체를 기판의 뒷면에 분배하는 뒤쪽 바아 노즐로서 60도의 각도를 이루며 일정한 피치를 갖는 출구를 갖는 뒤쪽 바아 노즐을 포함하는 경우와, (C) 제1 화학 유체를 기판의 앞면에 분배하는 토출 노즐과, 제2 화학 유체를 기판의 뒷면에 분배하는 뒤쪽 바아 노즐로서 90도의 각도를 이루며 일정한 피치를 갖는 출구를 갖는 뒤쪽 바아 노즐을 포함하는 경우와, (D) 제1 화학 유체를 기판의 앞면에 분배하는 토출 노즐을 포함하는 경우가 있다. 도 4의 결과는, 기판 전체에 걸쳐서의 온도 균일성이 (A)의 경우에 가장 높고 (D)의 경우에 가장 낮다는 것을 보여준다. 온도 균일성(범위)은 (A)의 경우 약 1.1℃이고, (B)의 경우 약 1.9℃이며, (C)의 경우 약 3.9℃이고, (D)의 경우 약 5.1℃이었다.
도 5는 본 발명의 실시형태들에 따른 에칭 균일성을 기판 반경의 함수로서 보여준다. 도 5의 결과는, 앞면 토출 노즐만을 이용하는 에칭 프로세스에 비하여, 앞면 토출 노즐과 뒤쪽 바아 노즐을 이용하는 에칭 프로세스에서 TiN 에칭 균일성이 향상된다는 것을 보여준다. 이는, 앞면 토출 노즐과 뒤쪽 바아 노즐을 사용한 경우에 기판 표면 전체에 걸쳐서의 온도 균일성이 더 우수한 것의 결과로 볼 수 있다. 도 5의 예시적인 에칭 프로세스에서, 토출 노즐에서의 화학 유체의 온도는 50℃이고, 바아 노즐에서의 화학 유체의 온도는 57℃이었다. 사용된 화학 유체는 과산화수소를 함유한 산화액이었다.
도 6은 서로 다른 온도의 화학 유체를 바아 노즐(60)에 도입하는 2개의 입구가 있는 바아 노즐(60)의 단면도를 개략적으로 보여준다. 바아 노즐(60)에는 혼합 챔버(69)가 있는데, 이 혼합 챔버에서는 저온의 화학 유체(62)와 고온의 화학 유체(64)가 혼합되고 이 혼합의 결과 얻어진 화학 유체(66)가 출구(68)를 통해, 일단의 저온으로부터 타단의 고온에 이르는 연속적인 온도 범위에 있는 기판 표면(도시 생략)에 분배된다. 다른 실시형태에서는 2개 이상의 입구, 예를 들어 3개, 4개, 또는 심지어 4개 이상의 입구를 사용하는 것이 고려된다. 이러한 입구는 바아 노들(60)에 있어서 도 6에 도시된 것과는 다른 위치에 배치될 수 있다. 다른 예에서는, 서로 다른 온도 이외에, 또는 이에 추가하여, 서로 다른 특성을 지닌 화학 유체를 도입하는 데, 2개 이상의 입구가 사용될 수 있다. 상기한 서로 다른 특성으로는, 예컨대 화학 농도 또는 화학 조성을 들 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 바아 노즐(70)에서의 시뮬레이션 온도 분포를 보여준다. 바아 노즐(70)에는, 서로 다른 온도의 화학 유체를 바아 노즐(70)에 도입하기 위한 2개의 입구(72, 74)가 있다. 화학 유체의 낮은 입구 온도는 70℃이고, 화학 유체의 높은 입구 온도는 80℃이었다. 바아 노즐(70) 내의 화학 유체의 온도는 기판의 중앙(좌측)에서의 약 70℃로부터 기판의 가장자리(우측)에서의 약 79℃로 증대된다.
도 8a는 일 실시형태에 따른 복수의 화학 유체로 기판(80)을 처리하는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 제1 화학 유체(84)가 토출 노즐(82)에 의해 기판의 앞면(상면)(86)의 중앙에 분배되고, 제2 화학 유체의 출구 온도가 기판(80)의 반경방향 위치에 따라 증대되도록(중앙에서 저온이고 가장자리로 갈수록 고온으로 되도록), 바아 노즐(88)이 기판(80)의 뒷면(87)에 제2 화학 유체(89)를 분배한다. 바아 노즐(88)에는, 서로 다른 온도의 화학 유체를 바아 노즐(88)에 도입하기 위한 2개의 입구(83, 85)가 있다. 실질적으로 온도가 일정한 화학 유체를 수용하는 바아 노즐에 비해, 바아 노즐(88)로부터의 분배 온도를 달리하는 경우에는, 화학 유체가 기판(80)의 앞면(86) 상에서 기판(80)을 가로질러 흐를 때 일어나는 화학 유체의 냉각 문제를 보다 철저히 대응한다.
도 8b는 일 실시형태에 따른 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 것을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 제1 화학 유체(84)가 토출 노즐(82)에 의해 기판의 앞면(상면)(86)의 중앙에 분배되고, 제2 화학 유체(89)의 출구 온도가 기판(80)의 반경방향 위치에 따라 증대되도록(중앙에서 저온이고 가장자리로 갈수록 고온으로 되도록), 바아 노즐(88)이 기판(80)의 앞면(86)에 제2 화학 유체(89)를 분배한다.
도 9a 내지 도 9c는 기판에 화학 유체를 분배하는 서로 다른 방법에 대한 시뮬레이션 온도 균일성을 기판 반경의 함수로서 보여준다. 도 9a는 제1 화학 유체를 기판의 앞면에 공급하는 데 토출 노즐을 사용한 경우의 온도 균일성을 보여준다. 도 9b는 제1 화학 유체를 기판의 앞면에 공급하는 데 토출 노즐을 사용하고 제2 화학 유체를 기판의 뒷면에 공급하는 데 바아 노즐을 사용한 경우의 온도 균일성을 보여준다. 도 9c는 제1 화학 유체를 기판의 앞면에 공급하는 데 토출 노즐을 사용하고 반경방향의 온도 구배를 갖는(중앙에서 저온이고 가장자리로 갈수록 고온으로 되는) 제2 화학 유체를 기판의 뒷면에 공급하는 데 뒤쪽 바아 노즐을 사용한 경우의 온도 균일성을 보여준다. 시뮬레이션은, 뒤쪽 토출 노즐(도 9c)로부터의 분배 온도를 가변으로 하면 기판 전체에 걸쳐서의 온도 균일성이 크게 향상된다는 것을 분명히 보여준다. 기판 전체에 걸쳐서의 온도 범위는 도 9a에서 2.3℃이고, 도 9b에서 0.7℃이며, 도 9c에서 0.13℃이었다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 화학 유체(104)를 가열하는 히터(가열 요소)(102)가 있는 바아 노즐(100)의 단면도를 개략적으로 보여준다. 바아 노즐(100)로부터의 분배 온도를 가변으로 하여 화학 유체(106)를 분배하도록, 바아 노즐(100)은 개별적으로 제어되는 일련의 가열 요소 또는 내부 가열 요소(102)를 포함할 수 있는데, 이 경우 분배 온도는 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리로 갈수록 증대된다.
표 1은 본 발명의 실시형태들에 사용될 수 있는 예시적인 화학 유체와 유체의 온도의 목록을 제공한다.
[표 1]
화학 유체 처리 장치와 화학 유체 처리 방법에 대한 예시적인 파라미터가 이하에 기재되어 있다.
일 실시형태에서, 바아 노즐과 기판 표면 사이의 거리는 1 ㎜ 내지 30 ㎜, 1 ㎜ 내지 20 ㎜, 또는 5 ㎜ 내지 20 ㎜일 수 있다. 한 예에서, 상기 거리는 약 5 ㎜일 수 있다.
일 실시형태에서, 화학 유체의 분배 유량은 약 100 mL/min 내지 약 10 L/min, 약 200 mL/min 내지 약 5 L/min, 또는 약 200 mL/min 내지 약 2 L/min일 수 있다. 한 예에서, 상기 화학 유체 분배 유량은 약 1 L/min일 수 있다.
일 실시형태에서, 기판의 회전 속도는 약 25 RPM 내지 약 4000 RPM, 약 50 RPM 내지 약 1000 RPM, 또는 약 50 RPM 내지 약 500 RPM일 수 있다. 한 예에서, 상기 회전 속도는 약 150 RPM일 수 있다.
일 실시형태에서, 기판은 약 10초 내지 약 15분, 약 10초 내지 약 1분, 또는 약 30초 내지 약 1분의 시간동안 화학 유체에 노출될 수 있다.
전술한 내용에 미루어 보건대, 본원에 개시된 여러 실시형태는 예시를 목적으로 본원에 기재된 것이고, 본원의 범위 및 정신으로부터 벗어나지 않고서 여러 변형이 실시될 수 있다는 것을 알게 될 것이다. 따라서, 본원에 개시된 여러 실시형태는 제한하려는 의도는 없고, 진정한 범위 및 정신은 이하의 청구범위에 의해 나타내어진다.
Claims (20)
- 기판 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 온도가 유지되도록 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 화학 유체 처리 장치로서,
기판을 유지하는 기판 유지 기구;
기판 유지 기구를 회전시키는 회전 기구;
기판의 앞면에 제1 온도의 제1 화학 유체를 공급하는 기판 위의 토출 노즐;
제1 화학 유체를 토출 노즐에 공급하는 제1 화학 유체 공급 기구;
기판의 앞면 또는 뒷면에 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도의 제2 화학 유체를 공급하는 기판의 반경방향으로 배향된 바아 노즐; 및
제2 화학 유체를 바아 노즐에 공급하는 제2 화학 유체 공급 기구
를 포함하고, 상기 바아 노즐은 기판의 앞면 또는 뒷면에 있어서 기판의 중앙으로부터 서로 다른 거리를 두고 위치해 있는 복수의 접촉 장소에 제2 화학 유체를 토출하는 복수의 출구를 포함하는 것인 화학 유체 처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 제2 화학 유체 공급 기구는 서로 다른 온도의 제2 화학 유체를 바아 노즐의 적어도 2개의 입구에 공급하도록 되어 있는 것인 화학 유체 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 바아 노즐로부터 공급되는 제2 화학 유체의 제2 온도는 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향하는 반경방향을 따라 증대되는 것인 화학 유체 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 바아 노즐은 제2 화학 유체를 제2 온도로 가열하는 히터를 더 포함하는 것인 화학 유체 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 바아 노즐 내에는, 기판에 대해 예각을 이루며 바아 노즐의 벽을 통과해 나아가도록 복수의 출구가 형성되어 있는 것인 화학 유체 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 바아 노즐 내에는, 기판의 회전 방향에 대해 예각을 이루며 바아 노즐의 벽을 통과해 나아가도록 복수의 출구가 형성되어 있는 것인 화학 유체 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향하는 방향을 따라, 인접 출구 사이의 거리가 달라지는 것인 화학 유체 처리 장치.
- 제7항에 있어서, 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향하는 반경방향을 따라, 인접 출구 사이의 거리가 감소되는 것인 화학 유체 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 제2 화학 유체는 제1 화학 유체의 화학 조성과는 다른 화학 조성을 갖는 것인 화학 유체 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 기판의 앞면 또는 뒷면에 제3 화학 유체를 공급하는 기판의 반경방향으로 배향된 제2 바아 노즐을 더 포함하는 화학 유체 처리 장치.
- 기판 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 온도가 유지되도록 복수의 화학 유체로 기판을 처리하는 화학 유체 처리 방법으로서,
기판을 유지하는 단계;
기판을 회전시키는 단계;
제1 화학 유체를 토출 노즐로부터 기판의 앞면에 공급하는 단계; 및
제2 화학 유체를 바아 노즐로부터 기판의 앞면 또는 뒷면에 공급하는 단계
를 포함하고, 상기 바아 노즐은 제1 온도보다 높은 제2 온도의 제2 화학 유체를 공급하도록 기판의 반경방향으로 배향되어 있으며,
기판의 앞면 또는 뒷면에 있어서 기판의 중앙으로부터 서로 다른 거리를 두고 위치해 있는 복수의 접촉 장소에, 제2 화학 유체가 복수의 출구를 통해 적어도 하나의 바아 노즐로부터 토출되도록, 제2 화학 유체가 공급되는 것인 화학 유체 처리 방법. - 제11항에 있어서, 서로 다른 온도의 제2 화학 유체를 바아 노즐의 적어도 2개의 입구에 공급하도록 바아 노즐의 화학 유체 공급 메카니즘을 구성하는 단계를 더 포함하는 화학 유체 처리 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 바아 노즐로부터 공급되는 제2 화학 유체의 제2 온도는 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향하는 반경방향을 따라 증대되는 것인 화학 유체 처리 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 바아 노즐은 제2 화학 유체를 제2 온도로 가열하는 히터를 더 포함하는 것인 화학 유체 처리 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 바아 노즐 내에는, 기판에 대해 예각을 이루며 바아 노즐의 벽을 통과해 나아가도록 복수의 출구가 형성되어 있는 것인 화학 유체 처리 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 바아 노즐 내에는, 기판의 회전 방향에 대해 예각을 이루며 바아 노즐의 벽을 통과해 나아가도록 복수의 출구가 형성되어 있는 것인 화학 유체 처리 방법.
- 제11항에 있어서, 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향하는 방향을 따라, 인접 출구 사이의 거리가 달라지는 것인 화학 유체 처리 방법.
- 제17항에 있어서, 기판의 중앙으로부터 기판의 가장자리를 향하는 반경방향을 따라, 인접 출구 사이의 거리가 감소되는 것인 화학 유체 처리 방법.
- 제11항에 있어서, 제2 화학 유체는 제1 화학 유체의 화학 조성과는 다른 화학 조성을 갖는 것인 화학 유체 처리 방법.
- 제11항에 있어서, 제3 화학 유체를 제2 바아 노즐로부터 기판의 앞면 또는 뒷면에 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 바아 노즐은 제1 온도보다 높은 제3 온도의 제3 화학 유체를 공급하도록 기판의 반경방향으로 배향되어 있는 것인 화학 유체 처리 방법.
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