KR20180099029A - 기판 세정 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 막 제거방법 - Google Patents

기판 세정 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 막 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 세정 장치 및 이를 이용한 기판 세정 장치의 포토레지스트 막 제거방법에 관한 것으로, 구체적으로는 화학혼합액과 과열증기를 이용하여 포토레지스트 막을 제거하는 세정공정을 수행함으로써, 기판처리 세정효율을 향상시키기 위한 기판 세정 장치 및 이를 이용한 기판 세정 장치의 포토레지스트 막 제거방법에 관한 것이다. 기판 세정 장치는 표면에 포토레지스트 막가 형성된 기판이 로딩 또는 언로딩되는 챔버; 제 1약액을 공급하는 제 1약액 공급부; 제 2약액을 공급하는 제 2약액 공급부; 상기 제 1약액과 제 2약액을 특정비율로 혼합하여 혼합액을 공급하는 믹서; 스팀을 생성하는 스팀용기; 상기 스팀용기에서 발생된 스팀을 재가열하여 과열증기를 생성하는 유도가열스팀용기; 및 상기 혼합액과 상기 과열증기를 혼합하여 상기 포토레지스트 막에 분사하는 분사노즐; 을 포함할 수 있다.

Description

기판 세정 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 막 제거방법{SUBSTRACT CLEANING APPARATUS FOR REMOVAL PHOTORESIST AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 기판 세정 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 막 제거방법에 관한 것으로, 구체적으로는 화학 혼합액과 과열증기를 이용하여 포토레지스트 막을 제거하는 세정공정을 수행함으로써, 기판처리 세정효율을 향상시키기 위한 기판 세정 장치 및 이를 이용한 기판 세정 장치의 포토레지스트 막 제거방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정에서는 이온을 주입하는 기술을 이용하여 반도체 웨이퍼인 실리콘 기판이나 실리콘 기판의 표면에 형성된 절연막 등에 이온을 주입하여 그 표면의 특성을 변화시킨다.
이온을 주입하여 처리하는 방법은 반도체 기판에 회로 패턴을 형성하기 위해 포토레지스트 막을 형성한 후에 수행된다. 이러한 포토레지스트 막은 이온주입 후 제거되는데, 이때, 고농도의 이온이 주입되면 포토레지스트 막의 표면이 경화되어 기판으로부터 박리되기 어려운 상태가 된다. 따라서 표면이 경화된 포토레지스트 막을 제거하기 위해서는 플라즈마 공정을 수행한 후, 기판을 습식세정하는 방법을 사용한다.
그런데 이러한 포토레지스트 막에 플라즈마 애싱(Plasma Ashing) 처리를 수행하면, 주입된 이온에 의해 기판이 산화되거나, 플라즈마 애싱에 의해 기판의 특성이 변화되는 등 기판이 손상된다. 또한, 가열된 포토레지스트 막 막이 폭발하는 포핑(Popping)현상이 발생되며, 포핑현상으로 인해 발생된 파티클이 기판에 부착되어 기판을 세정함에 있어 어려움이 있다.
최근 들어, 플라즈마 애싱 공정으로 발생되는 문제점을 해결하기 위해, 플라즈마 애싱 공정없이 가열된 황산과 과산화수소수를 혼합하여 제조된 혼합액을 약 150~180℃의 온도로 가열하여 고농도의 이온이 주입된 포토레지스트 막을 제거하는 공정을 이용하고 있지만 도즈량이 E15(1*10^-15 atoms/㎠) 이상인 고농도의 이온이 주입된 포토레지스트 막을 제거하는데 어려움이 있다.
또한, 혼합액의 가열 온도인 150~180℃ 범위로 가열된 혼합액의 온도를 유지하는 문제와 화학물질의 과다사용에 따른 공정간 폐수처리, 고온가열된 황산사용에 따른 기판의 파티클 및 결함이 발생되는 문제점이 있다.
이에 따라, 기판을 세정하는 기판 세정 장치에 기판을 처리할 때 파티클 제거효율을 상승시키고 기판의 손상을 최소화하며, 공정수행 비용을 절감할 수 있는 다양한 형태의 세정기술의 적용이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 기판에 형성된 포토레지스트 막을 제거하기 위한 기판 세정 장치 및 이를 이용한 포토레스트 막 제거방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 황산 및 과산화수소수를 혼합한 혼합액과 과열증기를 함께 포토레지스트 막에 분사하여 플라즈마 애싱을 대체하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기판 세정 장치는 표면에 포토레지스트 막이 형성된 기판이 로딩 또는 언로딩되는 챔버; 제 1약액을 공급하는 제 1약액 공급부; 제 2약액을 공급하는 제 2약액 공급부; 상기 제 1약액과 제 2약액을 특정비율로 혼합한 혼합액을 공급하는 믹서; 스팀을 생성하는 스팀용기; 상기 스팀용기에서 생성된 스팀을 재가열하여, 과열증기를 생성하는 유도가열스팀용기; 및 상기 혼합액과 상기 과열증기를 혼합한 혼합유체를 상기 포토레지스트 막에 분사하는 분사노즐을 포함할 수 있다.
상기 제 1약액은, 황산을 포함하고, 상기 제 2약액은, 과산화수소수를 포함할 수 있다.
상기 혼합액은, 세정이 필요한 공정의 난이도에 따라 순수, 유기 솔벤트, 약산, 약알칼리성액, CDA 및 오존수 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 오존수는, 30~200ppm의 농도인 것을 포함할 수 있다.
상기 스팀용기는 석영 및 티타늄 중 적어도 하나 이상으로 형성된 구성을 포함할 수 있다.
상기 혼합유체에 대한 상기 혼합액의 비율은, 상기 혼합유체에 대한 상기 과열증기의 비율보다 낮을 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제 1약액을 가열하는 단계; 가열된 제 1약액과 제 2약액이 믹서로 공급되는 단계; 상기 믹서에서 제 1약액과 제 2약액이 혼합된 혼합액이 제조되는 단계; 스팀이 생성되는 단계; 상기 스팀이 재가열되어 과열증기가 생성되는 단계; 상기 혼합액과 상기 과열증기가 분사노즐로 공급되는 단계; 상기 혼합액과 상기 과열증가가 혼합된 혼합유체가 생성되는 단계; 및 상기 분사노즐을 통하여 상기 혼합유체가 상기 포토레지스트 막에 분사되어 상기 포토레지스트 막이 제거되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 혼합유체에 대한 상기 혼합액의 비율은, 상기 혼합유체에 대한 상기 과열증기의 비율보다 낮을 수 있다.
상기 혼합액은, 세정이 필요한 공정의 난이도에 따라 순수, 유기 솔벤트, 약산, 약알칼리성액, CDA 및 오존수 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 혼합액과 과열증기가 혼합된 혼합유체를 촉매제로 이용하여 기판에 형성된 포토레지스트 막을 고온환경에서 제거함으로써, 고농도의 이온이 주입된 포토레지스트 막을 용이하게 제거할 수 있다.
또한, 플라즈마 애싱을 대체함으로써, 플라즈마에 의한 기판손상을 방지하여, 기판의 생산량을 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명은 과열증기를 이용함으로써, 포토레지스트 막이 제거되는데 소요되는 공정 시간을 단축할 수 있어 기판의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 장치의 구성을 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 세정 장치의 구성을 보인 구성도.
도 3는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도가열이 적용된 기판 세정 장치를 보인 사시도.
도 4은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도가열이 적용된 기판 세정 장치를 보인 단면도.
도 5는 본 발명에 포함되는 스팀용기를 보인 분해사시도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 포토레지스트 막 제거방법을 보인 순서도.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 장치의 구성을 보인 구성도이며, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 세정 장치의 구성을 보인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 기판 세정 장치(100)는 표면에 포토레지스트 막이 형성된 기판(W)을 처리하는 장치로서, 황산(H2SO4)과 과산화수소수(H2O2)가 혼합된 혼합액과 과열증기를 이용하여 포토레지스트 막을 세정 또는 제거할 수 있다.
기판 세정 장치(100)는 챔버(110), 제 1약액 공급부(120), 제 2약액 공급부(130), 믹서(140), 스팀용기(150), 유도가열 스팀용기(160) 및 분사노즐(170)을 포함한다.
챔버(110)는 표면에 포토레지스트 막이 형성된 기판(W)이 로딩 또는 언로딩되어 포토레지스트 막을 세정 및 제거되는 공정이 수행되는 구성이다.
이때, 기판(W)이 챔버(110) 내부로 로딩 또는 언로딩되는 방식은 하나의 출입구를 구비할 수 있으며, 각각의 출구와 입구를 개별적으로 구비할 수 있다. 또한, 챔버(110)의 밀폐형 또는 오픈형 구조에 따라 본 발명의 실시예의 설명을 위해 개시된 도 3과 같이 챔버의 높이를 조절하는 높이조절부(112) 등이 구비된 방식을 포함하는 방식으로 기판(W)이 로딩 또는 언로딩될 수 있다.
챔버(110) 내부에는 기판(W)이 안착되는 스핀척(111)이 구비될 수 있다.
제 1약액 공급부(120)는 제 1약액을 믹서(140)에 공급한다. 그리고, 제 2약액 공급부(130)는 제 2약액을 믹서(140)에 공급한다. 여기서, 제 1약액 공급부(120) 및 제 2약액 공급부(130)는 제 1약액 및 제 2약액 각각을 외부로 부터 공급 받아 저장할 수 있다.
제 1약액은 황산을 포함하고, 제 2약액은 과산화수소수를 포함할 수 있다.
이때, 이러한 약액은 세정이 필요한 공정의 난이도에 따라 가열 또는 실온상태로 믹서(140)를 통해 혼합되어, 분사노즐(170)로 공급된다. 물론 혼합시 반응 반응열에 의한 혼합액의 온도가 증가될 수 있으며, 혼합액의 유량을 조절하는 밸브(미도시) 등이 믹서(140)와 분사노즐(160) 사이에 설치될 수 있다.
믹서(140)는 제 1약액과 제 2약액을 각각의 제 1약액 및 제 2약액 공급부(120,130)를 통해 공급받아 혼합액을 생성한다. 이때, 믹서(140)는 혼합액을 분사노즐(160)에 공급하는 공급부로 이용될 수 있다.
즉, 믹서(140)는 제 1약액과 제 2약액을 각각 공급받아 혼합하거나 혼합액을 공급하는 혼합액 공급부로 이용될 수 있다.
또한, 혼합액은 세정이 필요한 공정의 난이도에 따라 순수, 유기 솔벤트, 약산, 약알칼리성액 및 오존수 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
스팀용기(150)는 순수(DIWATER)를 공급받아 스팀을 생성한다.
여기서, 스팀은 순수를 가열하여 생성되는 수증기로, 압력과 온도에 따라 스팀의 특성이 달라지며, 포화상태의 스팀은 일반적으로 포화증기로 정의할 수 있다. 이러한 포화상태의 스팀은 습포화증기와 건포화증기로 세분화되어 분류되지만, 일정의 포화온도를 넘지 않은 액체상태인 순수를 가열에 의하여 기체상태의 물이 공존하고 있는 상태로 증발하는 속도와 응축하는 속도가 같은 상태를 포함하고, 이러한 포화상태의 스팀은 보통 100℃～150℃의 가열원으로 생성될 수 있다.
스팀용기(150)는 석영으로 형성된 구성을 포함할 수 있다. 이러한 석영재질의 구성은 스팀용기(150) 내부에서 스팀을 생성하는 공정으로 발생될 수 있는 파티클이 생성되지 않게 한다.
여기서, 순수(DIWATER)는 증류수, 초순수를 이용하여 반도체 기판 및 글라스 기판을 세정하는 액체로, 일반적으로 양이온(양전하를 띈 이온)과 음이온(음전하를 띈 이온)을 제거한 수지컬럼 방법으로 제조 되거나 원수에 녹아있는 염을 제거하는 탈염장치 통한 역삼투 방법 등으로 제조된 순수(DIWATER)를 포함할 수 있다.
또한, 스팀용기(150)에서 순수를 가열하여 스팀을 생성하는 가열방식은 어떤 것을 사용해도 무방하다. 바람직한 가열방식은 스팀 및 과열 증기를 생성하기 위하여 순수 및 스팀에 열을 전달하는 공정에 따라 전기가열방식을 포함할 수 있다.
이러한 전기가열방식은 도체의 용기에 직접 전류를 통하여 가열하는 직접 저항가열 방식과 열의 복사, 대류 또는 전도를 통하여 가열하는 간접 저항가열 방식을 포함할 수 있으며, 아크 발생을 통한 직접 또는 간접 아크가열이 포함될 수 있다. 또한, 교류자기장을 이용하여 자기장 내에 놓여진 도체의 용기에 발생하는 히스테리시스손실과 와류손실을 이용하여 도체의 용기를 직접 가열하는 고주파 가열 방식인 유도가열과 고주파 교류전기장 내에 놓인 유전체(절연체) 내에 발생하는 유전체 손실을 이용하여 유전체를 가열하는 유전가열을 포함할 수 있다. 이러한 전기가열방식의 특징으로는 연료의 연소 등과 같은 공해 요인이 없으며, 고온을 쉽게 얻을 수 있는 점이다. 또한, 전기가열방식은 온도제어가 용이하며, 절연체 내부가열이 가능하고 진공 또는 그 밖의 특정 여건에서의 가열이 가능할 뿐만 아니라 국부적인 가열을 수행할 수 있는 특징이 있다.
스팀용기(150)에서 생성된 스팀은 유도가열 스팀용기(160)로 공급된다.
유도가열 스팀용기(160)는 스팀용기(150)에서 생성된 스팀을 유도가열방식으로 가열하여 과열증기를 생성한다. 여기서, 과열증기는 포화상태의 스팀을 더욱 가열함에 따라 어떤 압력에서도 포화온도(100℃～150℃)이상의 증기온도(180℃~220℃)를 가진 증기로 포화증기보다 체적이 더욱 팽창하고 주로 동력용도로 사용되며 향상된 열효율을 가지기 때문에, 기판으로 분사되는 경우 고온의 가스체 형태로 기판과 접촉될 수 있다. 즉, 과열증기는 스팀용기(150) 내부에서 생성된 스팀(포화증기)을 계속 가열하여 생성하고 이러한 과열증기는 기체의 특성을 나타낼 수 있다.
이러한 과열증기는 상변화에 의한 잠열을 교환하고 분해환원 반응에 의한 표면 주파수 진동이 발생되도록 한다. 구체적으로, H2O 분해인 H2O의 H+ (수소이온) + OH- (수산화물) 분해반응 및 분해된 H+ (수소이온)과 OH- (수산화물)가 H2O 분자로 다시 환원되는 환원반응으로 발생되는“에너지”가 기판 세정 메커니즘으로 이용되고, 물방울 내부 기포가 붕괴되는 캐비테이션으로 인해서 세정면과 접촉시 접촉면에 매우 큰 압력이 발생하여, 이때, 발생된 압력을 이용하여 세정효과를 향상시킬 수 있다.
따라서, 과열증기는 스팀용기(150)에서 생성된 스팀보다 높은 온도를 가짐으로써 기판에 형성된 포토레지스트 막을 더욱 효율적으로 제거할 수 있다.
유도가열 스팀용기(160)는 스팀 및 과열증기를 생성하는 구성으로, 용기 내외부의 전기적인 발생에 의해 가열을 수행하는 전류운반 컨덕터를 포함하고, 보통은 가열된 용기를 둘러싸는 모양으로 이루어진다. 고주파 전류가 용기에 인가되고 코일 주위를 통과하여 자기장을 일으켜 용기의 표면 반대방향으로 전류가 흐른다. 이때, 자기장은 가열코일 주위에서 발생하게 되고 용기의 재질에 따라 가열하는 방식은 다양하게 적용될 수 있다. 금속용기를 가열하는 유도가열과 비금속 용기를 가열하는 유전가열로 구분될 수 있지만 본 발명에서는 유전가열도 유도가열로 넓게 해석할 수 있다. 또한, 금속용기를 가열하는 유도가열은 가열코일이 용기에 권선되고, 비금속용기를 가열하는 유도가열은 내부 가열환경을 조성하기 위해 고주파 전류가 통과하는 2개의 전극 사이에 놓이게 된다. 이때, 가열코일은 유도가열을 목적으로 하는 전류 운반의 전도체로 동이 함유된 재질이다. 동은 전도성이 높아 전위차가 있어도 전류를 연속적으로 허용할 수 있다. 또한, 표면 가열에 유리하고, 전도나 방사에 의한 초과 가열 손실을 줄이는데 충분한 전력을 가진 발생기로 사용될 수 있으며, 용기의 모양에 따라 코일을 감아 가열하지만, 가열을 위한 에너지는 용기의 크기, 코일의 회전수 및 공정에 따라 필요한 전력을 조절할 수 있다.
이러한 고주파 유도가열을 위한 가열코일은 용기에 따라 다양한 크기와 형태로 만들어질 수 있으며 용기의 윤곽에 따라 일치되어 단일하게 가열될 수 있다.
유도가열 스팀용기(160)에서 생성된 과열증기는 분사노즐(170)로 공급된다.
분사노즐(170)은 혼합액과 과열증기를 공급받아 챔버(110) 내부에 위치하는 기판의 포토레지스트 막에 분사한다.
도 2를 참조하면, 기판 세정 장치(100)는 챔버(110), 제 1약액 공급부(120), 제 2약액 공급부(130), 믹서(140), 스팀용기(150), 유도가열 스팀용기(160) 및 분사노즐(170)을 포함한다. 이러한 구성들은 앞서 도 1에 설명한 바와 같으므로 중복되는 설명은 생략한다.
분사노즐(170)에는 제 3약액 공급부(180)가 공급라인을 통하여 구비될 수 있다.
제 3약액 공급부(180)는 분사노즐(170)내부에서 혼합액 및 과열증기와 다른 세정이 필요한 공정의 난이도에 따라 다른 약액을 공급하여 혼합된 혼합액을 분사할 수 있다.
제 3약액은 순수, 유기 솔벤트, 약산, 약알칼리성액, CDA 및 오존수일 수 있다.
제 3약액과 혼합된 혼합액에 대한 상세한 설명은 도 3 내지 도 4에 대한 상세한 설명 단락에서 보다 상세히 기술하도록 한다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 장치를 보인 사시도이며, 도 4은 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 장치를 보인 단면도이다.
도 3와 도 4을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 기판 세정 장치(100)는 챔버(110), 제 1약액 공급부(120), 제 2약액 공급부(130), 믹서(140), 스팀용기(150), 유도가열 스팀용기(160) 및 분사노즐(170)을 포함한다.
분사노즐(170)은 공정의 난이도와 종류에 따라 하나 이상의 공급라인(L)이 구비될 수 있으며, 제 1약액 공급부(120)와 제 2약액 공급부(130)를 통해 믹서(140)로 공급된 제 1약액과 제 2약액은 혼합과정을 거쳐 화학적 성분을 갖는 혼합액으로 생성될 수 있다. 이때, 생성된 혼합액은 공급라인(L1)을 통해 분사노즐(170) 내부로 공급된다. 이때, 분사노즐(170)의 일단에는 공급라인(L1)과 결합되어 혼합액을 분사노즐(170) 내부로 공급하는 혼합액 공급공(171)이 구비된다.
또한, 공정 및 혼합방법에 따라, 도 3과 같이 혼합액과 제 1약액 공급부(120)와 제 2약액 공급부(130)를 통해 혼합된 혼합액과 다른 순수, 유기솔벤트 및 오존수 등의 제 3약액이 제 3약액 공급부를 통해 혼합액에 공급되어 혼합된 후 혼합액 공급공(171)을 통해 분사노즐(170) 내부로 공급될 수 있다. 이를 통하여, 고온의 과열증기와 제 3약액이 추가로 혼합된 혼합액이 함께 분사되어 촉매제로 사용됨에 따라, 보다 높은 온도에서 기판(W)을 처리할 수 있다.
이와 별도로, 도 4와 같이 제 1약액 공급부(120)와 제 2약액 공급부(130)를 통해 혼합된 혼합액과 다른 순수, 유기솔벤트 등의 제 3약액을 분사노즐(170) 내부로 공급하는 제 3약액 공급공(174)이 구비될 수 있다.
뿐만 아니라, 분사노즐(170)에는 스팀용기(150)에서 생성된 스팀이 공급라인(L2)을 통해 유도가열 스팀용기(160)로 공급되며, 생성된 스팀은 유도가열 스팀용기(160)에 의해 재가열되어 과열증기로 생성된다. 생성된 과열증기는 공급라인(L3)을 통해 분사노즐(170) 내부로 공급될 수 있다. 마찬가지로 분사노즐(170)의 일단에는 공급라인(L3)과 결합되어 과열증기를 분사노즐(170) 내부로 공급하는 과열증기 공급공(172)이 구비된다.
분사노즐(170) 내부로 공급된 혼합액과 과열증기는 함께 분사노즐(170)의 토출부(173)을 통해 챔버(110) 내부로 분사된다. 이때, 분사된 혼합액과 과열증기는 챔버(110) 내부에 안착된 포토레지스트 막이 형성된 기판의 표면에 분사되어 고농도의 이온이 주입된 포토레지스트 막을 세정 및 제거하게 된다.
또한, 분사노즐(170) 외면에는 테프론 등의 단열재를 포함할 수 있으며, 이는 고온환경에서 진행되는 세정공정이 수행되는 동안 분사노즐에서 발생될 수 있는 열로스를 줄일 수 있다.
이때, 분사노즐(170) 외면에는 유도가열 스팀용기(160)를 장착할 수 있는 커넥터(162)가 구비될 수 있다.
유도가열 스팀용기(160)는 분사노즐로 공급되는 과열증기를 생성하기 위하여 유도가열코일(미도시)을 구비할 수 있다.
유도가열은 전자유도작용을 이용하여 코일에 고주파 전류를 흘려 고주파 자장이 발생하게 함으로써 고주파 자장 내에 있는 가열물에 유도전류가 흐르도록 한다. 이 유도전류는 물체내에서 전류가 소용돌이치며 흐르는 와전류에 의해 생기는손실 및 히스테리시스 손실에 의한 주울열을 발생시키며 매우 단시간에 발열이 이루어지도록 한다. 이렇게 발생된 열은 스팀을 재가열하여 과열증기를 생성할 수 있다.
유도가열코일(미도시)은 유도가열 스팀용기(160) 외면에 권선되어 전원장치(미도시)에 의해 전원을 인가받아 유도가열 스팀용기(160) 내부에서 스팀용기(150)로부터 생성된 스팀을 유도가열방식으로 재가열하여 과열증기를 생성한다. 이때, 생성되는 과열증기는 스팀용기(150)에서 생성된 스팀보다 높은 온도를 가지며, 이로 인해 포토레지스트 막이 형성된 기판의 세정 공정시간이 단축될 뿐만아니라, 세정 공정에 따른 이물제거율이 향상된다.
도면에는 도시하지 않았지만, 유도가열 스팀용기(160)에 권선되는 유도가열코일(미도시)간의 간격은 임의로 조절될 수 있으며, 유도가열코일(161)은 탄소섬유로 대체되어 사용될 수 있다.
스팀용기(150)는 스팀을 생성하여 공급라인(L2)을 통해 생성된 스팀을 유도가열 스팀용기(160)로 공급한다.
도 5를 참조하면, 스팀용기(150)는 석영재질 및 티타늄으로 형성된 구성을 포함한다.
스팀용기(150)는 스팀생성관(151)과 가열체(152)로 구성된다.
스팀생성관(151)에는 내부로 물을 공급받는 공급공(153)이 형성되어 있으며, 생성된 스팀을 다른 구성에 공급하기 위해, 생성된 스팀을 스팀생성관(151) 외부로 배출하는 배출공(154)이 구비된다.
가열체(152)는 스팀생성관(151)의 양단 또는 일단에 구비되며, 스팀생성관(151) 내부로 삽입되어 스팀을 생성한다.
이때, 스팀생성관(151)으로 물을 공급받는 공급공(153), 스팀을 배출하는 배출공(154) 및 생성된 스팀을 공급하는 공급라인의 연결 구조를 도 3 내지 도 4에서는 공급라인(L2) 형태로 도시하였지만, 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 물과 스팀을 공급함에 있어 누수 또는 누출되지 않는 구조라면 어떠한 것도 무방하다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 장치의 포토레지스트 막을 제거하는 방법을 보인 순서도이다.
도 6를 참조하면, 혼합액과 과열증기는 각각 별도의 과정으로 생성되어 분사노즐로 공급된다.
설명의 편의를 위해 제 1약액과 제 2약액은 각각 황산과 과산화수소수로 한정하여 설명한다.
제 1약액 가열단계(S201-A)는 황산을 약 150~180℃로 가열한다.
가열된 제 1약액과 제 2약액이 믹서로 공급되는 단계(S202-A)는 가열된 황산을 실온의 과산화수소수와 함께 믹서로 공급한다.
이어서, 믹서에서 제 1약액과 제 2약액을 혼합되는 단계(S203-A)는 믹서 내부에서 특정비율로 황산과 과산화수소수를 혼합하여 혼합액을 생성한다. 통상적으로 믹서 내부의 혼합액 온도는 가열된 황산과 과산화수소수가 반응하여 약 200℃로 유지된다.
분사노즐로 공급받는 단계(S204)는 생성된 혼합액을 분사노즐로 공급한다.
이와 별도로, 스팀을 생성하는 단계(S201-B)는 스팀 용기에서 공급된 물을 가열하는 가열체를 이용하여 스팀을 생성한다.
이어서, 과열증기를 생성하는 단계(S202-B)는 생성된 스팀을 공급받아 유도가열 스팀용기를 이용하여 과열증기를 생성한다.
또한, 혼합액과 마찬가지로 생성된 과열증기는 분사노즐로 공급된다. 즉, 분사노즐로 공급받는 단계(S204)는 혼합액과 과열증기를 공급받아 이들이 분사노즐 내부에 공존하게 한다.
이때, 분사노즐(170) 내부에 공급된 혼합액의 비율은 과열증기의 비율보다 낮게 혼합될 수 있다. 예를 들어, 분사노즐(170) 내부에 혼합액과 과열증기가 공존하여 100% 비율로 공급된 경우, 100% 비율에 대비하여 혼합액 비율은 30%, 과열증기 비율은 70%로 분사노즐(170) 내부에 공급되거나 또는 해당 비율로 혼합될 수 있다.
혼합액과 과열증기를 함께 분사하는 단계(S205)는 분사노즐로 공급된 혼합액과 과열증기를 포토레지스트 막가 형성된 기판으로 분사한다. 여기서 과열증기는 분사노즐 내부가 스팀환경으로 조성되게 하고, 분사노즐의 스팀환경으로 공급된 혼합액과 함께 분사된다.
결국, 혼합액과 포토레지스트 막 사이의 화학반응에 의한 세정과 과열증기가 포토레지스트 막로 분사되는 물리력에 의해 포토레지스트 막는 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.
다른 실시예로는, 공정의 난이도 및 특성에 따라 황산과 과산화수소수를 혼합한 용액인 혼합액은 유기솔벤트, 약산, 알칼리성액 및 오존수 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 기판 세정 장치는 고농도의 이온이 주입된 포토레지스트 막을 고온환경하에서 제거함에 따라 제거시간을 단축할 수 있다.
아래의 표 1은 300mm 메모리 D-RAM의 임플란트 포토레지스트 막립 실험을 위한 조건 데이터이다.

임플란트 종류
PR두께
임플란트 조건
임플란트 포토마스크
포토레지스트 막 제거 공정

고농도
0.54μm
5.00E+15
N+고농도 마스크
혼합액 + 과열증기

플라즈마 도핑
0.54μm
PLAD 2.5E+16
플라즈마 도핑 마스크
혼합액 + 과열증기

미디엄 임플란트
1.10μm
Chain(1.9E+13, 7.4E+12, 1E+12)
미디엄 임플란트 마스크
혼합액 + 과열증기
포토레지스트 막가 형성된 기판에서, 혼합액의 온도에 따라 도즈(dose) 량이 E15(1×10-15atoms/㎠) 내지 E17 이상인 고농도의 이온 주입된 포토레지스트 막가 약 30 ~ 60 초 이내로 제거될 수 있다. 일반적으로 E15(1×10-15atoms/㎠) 내지 E17 이상인 고농도의 이온 주입된 포토레지스트 막의 제거율(Photo Resist removal rate : PR R/R)은 약 200 ℃ 이상의 혼합액에 의해 급격히 증가되기 때문에, 본 발명의 기판 세정 장치는 고온의 촉매제(즉, 혼합액과 과열증기)를 이용하여 공정 온도를 130 ~ 500 ℃로 구현함으로써, 고농도의 이온 주입된 포토레지스트 막을 용이하게 제거할 수 있다.
포토레지스트 막가 형성된 기판을 제거하는 공정의 공정 시간이 약 30 ~ 60초 정도 소요되지만 본 발명에 따른 공정시간은 그보다 약 50 % 정도가 단축된다. 또한, 혼합액과 과열증기로 인해 포토레지스트 막와 기판 표면과의 반응 온도를 고온으로 올려줌으로써, 고농도의 이온 주입된 포토레지스트 막을 용이하게 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 종래기술에 의한 포토레지스트 막을 제거하기 위한 애싱 처리 후 세정 처리를 수행하거나, 다른 예로서,혼합액에 의해 포토레지스트 막을 제거한 후 APM(Ammonia peroxide mixture : NH4OH + H2O2 + H2O(DIW)) 약액으로 세정하는 등의 공정 스텝을 단순화함으로써, 처리 시간(TACT)의 단축 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
즉, 종래의 기술에서 약 120 ~ 160매 정도의 기판이 처리 가능하다면 본 발명에 의해서는 같은 시간동안 약 180 ~ 250매 정도의 기판을 처리할 수 있다.
한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 기판 세정 장치 110 : 챔버
111 : 스핀척 112 : 높이조절부
120 : 제 1약액 공급부 130 : 제 2약액 공급부
140 : 믹서 150 : 스팀용기
151 : 스팀생성관 152 : 가열체
153 : 공급공 154 : 배출공
160 : 유도가열 스팀용기 162 : 커넥터
170 : 분사노즐 171 : 혼합액 공급공
172 : 과열증기 공급공 173 : 토출부
174 : 제 3공급액 공급공 180 : 제 3공급액 공급부
L, L1, L2, L3 : 공급라인

Claims (9)

  1. 기판 세정 장치에 있어서;
    표면에 포토레지스트 막가 형성된 기판이 로딩 또는 언로딩되는 챔버;
    제 1약액을 공급하는 제 1약액 공급부;
    제 2약액을 공급하는 제 2약액 공급부;
    상기 제 1약액과 제 2약액을 특정비율로 혼합한 혼합액을 공급하는 믹서;
    스팀을 생성하는 스팀용기;
    상기 스팀용기에서 생성된 스팀을 재가열하여, 과열증기를 생성하는 유도가열스팀용기; 및
    상기 혼합액과 상기 과열증기를 혼합한 혼합유체를 상기 포토레지스트 막에 분사하는 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1약액은,
    황산을 포함하고,
    상기 제 2약액은,
    과산화수소수를 포함하는 기판 세정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합액은,
    세정이 필요한 공정의 난이도에 따라 순수, 유기 솔벤트, 약산, 약알칼리성액, CDA 및 오존수 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 기판 세정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 오존수는,
    30~200ppm의 농도인 것을 포함하는 기판 세정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스팀용기는,
    석영 및 티타늄 중 적어도 하나 이상으로 형성된 구성을 포함하는 기판 세정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합유체에 대한 상기 혼합액의 비율은,
    상기 혼합유체에 대한 상기 과열증기의 비율보다 낮은 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  7. 표면에 포토레지스트 막이 형성된 기판이 로딩 또는 언로딩되는 챔버를 구비한 기판 세정 장치를 통한 포토레지스트 막이 제거되는 방법에 있어서,
    제 1약액을 가열하는 단계;
    가열된 제 1약액과 제 2약액이 믹서로 공급되는 단계;
    상기 믹서에서 제 1약액과 제 2약액이 혼합된 혼합액이 제조되는 단계;
    스팀이 생성되는 단계;
    상기 스팀이 재가열되어 과열증기가 생성되는 단계;
    상기 혼합액과 상기 과열증기가 분사노즐로 공급되는 단계;
    상기 혼합액과 상기 과열증가가 혼합된 혼합유체가 생성되는 단계; 및
    상기 분사노즐을 통하여 상기 혼합유체가 상기 포토레지스트 막에 분사되어 상기 포토레지스트 막이 제거되는 단계를 포함하는 포토레지스트 막 제거 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 혼합유체에 대한 상기 혼합액의 비율은,
    상기 혼합유체에 대한 상기 과열증기의 비율보다 낮은 것을 특징으로 하는 포토레지스트 막 제거 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 혼합액은,
    세정이 필요한 공정의 난이도에 따라 순수, 유기 솔벤트, 약산, 약알칼리성액, CDA 및 오존수 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 막 제거방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117316812A (zh) * 2023-08-14 2023-12-29 深圳远荣半导体设备有限公司 一种晶圆清洗机及晶圆搬运的方法
CN117316811A (zh) * 2023-08-14 2023-12-29 深圳远荣半导体设备有限公司 一种晶圆清洗装置

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