KR20190000529A - 기판처리장치 및 기판처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판에 형성된 패턴의 리닝 현상을 방지함과 아울러 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명의 기판처리장치는, 약액이 도포된 기판이 반입되고, 초임계유체를 이용하여 기판 처리 공정이 수행되는 공정챔버와, 온도가 상이한 초임계유체를 상기 공정챔버에 공급하는 공급부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판처리방법은, 약액이 도포된 기판을 공정챔버 내로 반입하는 제1단계, 제1설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제2단계, 및 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공급함에 따라 상기 공정챔버 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제3단계를 포함한다.
이를 구현하기 위한 본 발명의 기판처리장치는, 약액이 도포된 기판이 반입되고, 초임계유체를 이용하여 기판 처리 공정이 수행되는 공정챔버와, 온도가 상이한 초임계유체를 상기 공정챔버에 공급하는 공급부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판처리방법은, 약액이 도포된 기판을 공정챔버 내로 반입하는 제1단계, 제1설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제2단계, 및 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공급함에 따라 상기 공정챔버 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제3단계를 포함한다.
Description
본 발명은 초임계유체를 이용한 기판처리장치 및 기판처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판에 형성된 패턴의 리닝 현상을 방지함과 아울러 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있는 기판처리장치 및 기판처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 세정은 습식세정과 건식세정으로 분류되며, 그 중에서도 습식세정은 반도체 제조분야에서 널리 이용되고 있다. 습식세정은 각각의 단계마다 오염물질에 맞는 화학물질을 사용하여 연속적으로 오염물질을 제거하는 방식으로서, 산과 알칼리 용액을 다량 사용하여 기판에 잔류하는 오염물질을 제거하게 된다.
그러나, 이러한 습식세정에 이용되는 화학물질은 환경에 악영향을 끼치고 있는 것은 물론이고 공정이 복잡하여 제품의 생산 단가를 크게 상승시키는 요인일 뿐만 아니라 고집적 회로와 같이 정밀한 부분의 세정에 이용되는 경우, 계면장력으로 인해 미세구조의 패턴이 협착되어 무너짐에 따라서 오염물 제거가 효과적으로 이루어지지 못한다는 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 최근에는 무독성이고, 불연성 물질이며, 값싸고 환경 친화적인 물질인 이산화탄소를 용매로 사용하는 건식 세정 방법이 개발되고 있다. 이산화탄소는 낮은 임계온도와 임계압력을 가지고 있어 초임계 상태에 쉽게 도달할 수 있으며, 계면장력이 제로(0)에 가깝고, 초임계 상태에서 높은 압축성으로 인하여 압력 변화에 따라 밀도 또는 용매세기를 변화시키기 용이하며, 감압에 의하여 기체 상태로 바뀌기 때문에 용질로부터 용매를 간단히 분리할 수 있는 장점이 있다.
한편, 초임계유체를 이용한 기판 처리가 수행되는 공정챔버는 고압에 견딜 수 있도록 두꺼운 메탈 소재로 이루어져 공정챔버 내부의 온도를 쉽게 가변시킬 수 없는 구조로 이루어져 있다. 따라서 공정챔버를 예열시켜 유체가 공급됨과 동시에 유체가 초임계상태를 유지할 수 있도록 한다. 이때 공정챔버의 예열 온도는 피처리대상 기판에 도포되어 있는 약액의 용해도를 극대화하기 위해 약액의 기화점보다 조금 낮은 조건에서 최대한의 온도로 설정된다. 따라서 초임계유체가 공정챔버 내로 공급되기 전 또는 공급됨과 동시에 기판에 도포된 약액은 가장 취약한 기판의 에지부에서 부터 증발하게 되고, 이는 기판에 형성된 패턴들이 협착 및 붕괴되는 리닝(Leaning) 현상을 초래하게 되어 공정 불량으로 이어지게 되는 폐단이 있었다.
이와 같이 초임계유체를 이용한 기판처리장치 및 기판처리방법과 관련된 선행기술은, 등록특허 제10-0822373호, 등록특허 제10-1384320호, 공개특허 제10-2017-0006570호 등에 개시되어 있다.
상기 선행기술들을 포함하여 종래에는, 피처리대상 기판이 공정챔버에 반입된 후에 초임계유체가 공정챔버 내로 공급되는 초기 단계에서 기판에 도포되어 있던 약액이 공정챔버 내부의 고온 분위기에 의해 증발하여 기판에 형성된 패턴의 리닝 현상을 방지하기 위한 구성이 미비한 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기판에 형성된 패턴의 리닝 현상을 방지함과 아울러 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있는 기판처리장치 및 기판처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 기판처리장치는, 약액이 도포된 기판이 반입되고, 초임계유체를 이용하여 기판 처리 공정이 수행되는 공정챔버와, 온도가 상이한 초임계유체를 상기 공정챔버에 공급하는 공급부를 포함하고, 상기 공급부는 복수의 공급부로 구성될 수 있다.
상기 복수의 공급부는, 공정단계에 따라 상이한 온도의 초임계유체를 선택적으로 공정챔버에 공급한다. 즉, 공정챔버 내로 초임계유체가 공급되는 초기에는 기판에 도포된 약액의 증발을 방지하기 위하여 제1설정온도의 초임계유체를 공급하고, 공정챔버 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도의 초임계유체를 공정챔버 내로 공급하여 기판 처리를 수행하게 된다. 또한, 기판 처리가 완료되는 시점에는 약액의 온도가 낮아져 기판에 떨어지는 것을 방지하기 위하여 제2설정온도보다 높은 제3설정온도의 초임계유체를 공정챔버 내로 공급한 후에 잔류하는 유체를 배출하도록 구성할 수 있다.
또한 약액을 초임계유체로 치환하는 단계에서는, 약액의 분자간 인력을 작게 하여 용해도를 높일 수 있도록 고온의 제2설정온도 또는 제3설정온도의 초임계유체를 공급하는 단계와, 초임계유체의 용해도를 높이기 위하여 저온의 제1설정온도의 초임계유체를 공급하는 단계를 수행할 수 있으며, 이와 동시에 공정챔버 내부에 변동 압력을 형성하여 초임계유체와 약액 간의 용해 반응이 더욱 원활하게 이루어지도록 하여 기판의 건조 효율이 향상시킬 수 있도록 구성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판처리방법은, 약액이 도포된 기판을 공정챔버 내로 반입하는 제1단계와, 제1설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제2단계, 및 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공급함에 따라 공정챔버 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도의 초임계유체를 공정챔버 내로 공급하는 제3단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리방법은, 약액이 도포된 기판을 공정챔버 내로 반입하는 제1단계, 제1설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제2단계, 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공급함에 따라 상기 공정챔버 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제3단계, 상기 제1설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제4단계, 및 상기 제4단계에 의한 기판 처리가 완료되면, 상기 제2설정온도보다 높은 제3설정온도의 초임계유체를 공정챔버 내로 공급한 후 공정챔버 내에 잔류하는 유체를 배출하는 제5단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 기판처리장치 및 기판처리방법에 의하면, 초임계유체가 공정챔버 내로 공급되는 초기에는 저온의 초임계유체를 공급하여 기판에 도포된 약액의 증발을 방지하여 패턴의 리닝 현상을 방지할 수 있고, 공정챔버 내의 압력이 공정압력에 도달한 후에는 고온의 초임계유체를 공급하되, 초임계유체의 온도를 공정단계에 따라 가변시켜 공급함으로써 기판 처리 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 공정챔버 내로 공급되는 초임계유체의 온도를 가변시킴과 동시에 공정챔버 내부에 변동 압력을 형성함으로써 초임계유체와 약액 간의 용해 반응이 더욱 원활하게 이루어지도록 하여 기판 처리 효율을 극대화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치를 이용한 기판처리방법에서 온도와 압력의 변화를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치를 이용한 기판처리방법의 일실시예에서 온도와 압력의 변화를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치를 이용한 기판처리방법의 다른 실시예에서 온도와 압력의 변화를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치를 이용한 기판처리방법의 또 다른 실시예에서 온도와 압력의 변화를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 기판처리장치의 구성도,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 기판처리장치에 구비된 공급부의 단면도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치를 이용한 기판처리방법에서 온도와 압력의 변화를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치를 이용한 기판처리방법의 일실시예에서 온도와 압력의 변화를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치를 이용한 기판처리방법의 다른 실시예에서 온도와 압력의 변화를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치를 이용한 기판처리방법의 또 다른 실시예에서 온도와 압력의 변화를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 기판처리장치의 구성도,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 기판처리장치에 구비된 공급부의 단면도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치(1-1;1)는, 약액(미도시됨)이 도포된 기판(W)이 반입되고, 초임계유체를 이용하여 기판 처리 공정이 수행되는 공정챔버(100)와, 온도가 상이한 초임계유체를 상기 공정챔버(100)에 공급하는 초임계유체 공급부(200-1;200)를 포함한다.
상기 초임계유체는 초임계 이산화탄소(SCCO2)가 사용될 수 있다. 다만, 초임계유체의 종류는 이에 제한되는 것은 아니며, 공지된 다양한 종류의 초임계유체로 대체될 수 있다.
상기 공정챔버(100)는, 기판처리공간이 내부에 마련된 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 내부에서 기판(W)을 지지하는 스테이지(120)를 포함한다.
상기 공정챔버(100)에서는 초임계유체를 이용한 기판(W)의 건조 공정이 수행되며, 기판(W)의 세정 및 건조 공정이 함께 수행될 수도 있다.
상기 공정챔버(100)의 일측과 상부에는 초임계유체가 유입되는 제1유입구(101)와 제2유입구(102)가 형성되고, 공정챔버(100)의 타측에는 공정을 마친 잔류 유체가 배출되는 배출구(103)가 형성된다. 상기 배출구(103)에는 배출라인(104)과, 상기 배출라인(104)의 관로를 개폐하는 개폐밸브(V)가 구비된다.
본 실시예에서 상기 초임계유체 공급부(200-1;200)는, 온도가 상이한 초임계유체를 선택적으로 공정챔버(100)에 공급하는 제1공급부(210)와 제2공급부(220)를 포함한다. 상기 제1공급부(210)는 초임계유체를 제1설정온도로 공급하고, 상기 제2공급부(220)는 초임계유체를 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도로 공급한다.
상기 제1공급부(210)와 제1유입구(101) 사이에는 초임계유체가 공급되는 제1공급라인(L11)과, 상기 제1공급라인(L11)의 관로를 개폐하는 제1밸브(V11), 및 상기 제1유입구(101)로 공급되는 초임계유체의 압력을 조절하기 위한 제1압력조절부(R1)가 구비된다. 상기 제1공급부(210)와 제2유입구(102) 사이에는 초임계유체가 공급되는 제2공급라인(L12)과, 상기 제2공급라인(L12)의 관로를 개폐하는 제2밸브(V12)와, 상기 제2유입구(102)로 공급되는 초임계유체의 압력을 조절하기 위한 제2압력조절부(R2)가 구비된다.
상기 제2공급부(220)와 제2유입구(102) 사이에는 초임계유체가 공급되는 제3공급라인(L13)과, 상기 제3공급라인(L13)의 관로를 개폐하는 제3밸브(V13)가 구비되고, 상기 제3공급라인(L13)은 제2압력조절부(R2)의 전단에서 제2공급라인(L12)에 연결된다. 상기 제2공급부(220)와 제2유입구(101) 사이에는 초임계유체가 공급되는 제4공급라인(L14)과, 상기 제4공급라인(L14)의 관로를 개폐하는 제4밸브(V14)가 구비되고, 상기 제4공급라인(L14)은 제1압력조절부(R1)의 전단에서 제1공급라인(L11)에 연결된다.
상기 제1공급부(210)와 제2공급부(220)는 상이한 온도의 초임계유체를 선택적으로 공정챔버(100) 내에 공급한다. 상기 제1공급부(210)에 의한 초임계유체의 공급시, 제1밸브(V11)와 제2밸브(V12)는 개방되고, 제3밸브(V13)와 제4밸브(V14)는 닫힌 상태가 된다. 상기 제2공급부(220)에 의한 초임계유체의 공급시, 제3밸브(V13)와 제4밸브(V14)는 개방되고, 제1밸브(V11)와 제2밸브(V12)는 닫힌 상태가 된다.
상기 공정챔버(100) 내로 초임계유체가 공급되는 초기에는 제1공급부(210)에 의해 제1설정온도의 초임계유체가 공급되고, 상기 제1공급부(210)에 의해 초임계유체를 공급함에 따라 공정챔버(100) 내부의 압력이 점차 높아져 공정압력에 도달하면, 상기 제2공급부(220)에 의해 제2설정온도의 초임계유체가 공급된다.
상기 제1설정온도는 공정챔버(100)의 공정온도보다 낮은 온도로 설정되고, 상기 제2설정온도는 상기 공정온도로 설정될 수 있다. 여기서, 상기‘공정압력’과‘온정온도’는 공정챔버(100) 내부의 기판처리공간이 전체적으로 초임계상태로 유지되며 기판(W)의 처리가 수행되는 동안의 공정챔버(100) 내부의 압력과 온도를 의미한다.
상기 초임계유체는 초임계 이산화탄소이고, 상기 제1설정온도는 50℃~70℃이고, 상기 제2설정온도는 70℃~200℃로 설정될 수 있다.
이하, 도 1과 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치(1-1;1)에서의 기판처리방법을 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판처리방법은, 약액이 도포된 기판(W)을 공정챔버(100) 내로 반입하는 제1단계, 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하는 제2단계, 및 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공급함에 따라 공정챔버(100) 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하는 제3단계를 포함한다.
도 2에서 ①은 상기 제2단계로서 제1설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하는 가압단계를 나타내고, ②는 상기 제3단계로서 제2설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하여 약액을 초임계유체에 용해시켜 치환하는 단계를 나타내며, ③은 기판 처리 공정이 완료되어 배출라인(104)에 구비된 배출밸브(V)의 개방에 의해 공정챔버(100) 내에 잔류하는 유체를 배출시키는 벤트 단계를 나타낸 것이다.
한편, 피처리대상 기판(W)은 이소프로필알콜(IPA) 등의 약액이 도포된 상태에서 공정챔버(100) 내로 반입된다. 즉, 상기 기판(W)은 공정챔버(100) 내로 반입되기 전(前) 단계에서 세정 및 린스 공정을 거치게 되는데, 상기 린스 공정에 사용되는 순수(DIW)는 초임계유체와의 반응성(용해성)이 낮으므로, 공정챔버(100)에서 수행되는 기판 건조 과정에서 초임계유체와의 반응성을 높이기 위하여 상기 순수(DIW)를 이소프로필알콜(IPA) 등의 약액으로 치환하게 된다.
상기 약액은 기판(W)에 형성된 패턴들의 협착 및 붕괴를 방지하는 기능을 한다.
상기 공정챔버(100) 내로 기판(W)이 반입되는 과정에서, 공정챔버(100) 내부의 기판처리공간은 대기와 소통되어 기판처리공간의 온도 및 압력은 대기의 온도 및 압력과 동등한 상태가 된다.
상기 공정챔버(100) 내로 기판(W)이 반입된 후에는 공정챔버(100)의 기판처리공간은 밀폐된 상태가 되고, 초임계유체가 공급되기 전단계에서 기판처리공간의 온도를 초임계 온도 상태가 되도록 히터(미도시됨)에 의한 가열이 이루어진다. 상기 히터는 초임계유체를 이용한 기판 처리 공정이 완료될 때까지 가동 상태를 유지한다. 이와 같이 히터에 의해 공정챔버(100)가 예열된 상태에서, 약액이 도포된 기판(W)이 공정챔버(100) 내로 반입되고, 초임계유체가 공급되기 전 또는 초임계유체가 공급되는 초기 단계에서 기판(W)에 도포되어 있는 약액의 온도가 상승하여 증발함으로써 기판(W)에 형성된 패턴(미도시됨)이 협착 및 붕괴되는 리닝 현상이 초래될 수 있다.
이를 방지하기 위한 구성으로, 상기 제2단계(가압 단계)에서 낮은 온도인 제1설정온도의 초임계유체를 제1공급부(210)로부터 공정챔버(100) 내로 공급하게 되면, 기판(W)의 온도 상승과 약액의 증발 및 이로 인한 패턴의 리닝 현상을 방지할 수 있다.
즉, 초임계유체가 공급되는 초기 단계에서 약액이 가열되어 증발하게 되면 패턴의 리닝 현상이 발생하게 되지만, 초임계유체가 공급되는 초기 단계에 낮은 온도인 제1설정온도의 초임계유체를 공급하게 되면, 공정챔버(100) 내부의 전체 공간이 초임계유체로 채워지기 전에 약액의 가열에 의한 증발을 방지할 수 있다. 그리고, 공정챔버(100) 내부의 전체 공간이 초임계유체로 채워진 후에, 패턴 사이로 초임계유체가 침투하여 약액을 용해시켜 증발하는 경우에는 표면장력이 제로에 가까운 초임계유체의 특성상 패턴의 리닝 현상 없이 기판(W)을 안정적으로 건조 처리할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치(1-2;1)의 구성을 설명하되, 전술한 제1실시예와 동일한 부재에는 동일한 도면부호를 부여하고, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치(1-2;1)는, 약액이 도포된 기판(W)이 반입되고, 초임계유체를 이용하여 기판 처리 공정이 수행되는 공정챔버(100)와, 온도가 상이한 초임계유체를 공정챔버(100)에 공급하는 초임계유체 공급부(200-2;200)를 포함한다.
본 실시예에서, 상기 초임계유체 공급부(200-2;200)는, 온도가 상이한 초임계유체를 선택적으로 공정챔버(100)에 공급하는 제1공급부(230)와 제2공급부(240) 및 제3공급부(250)를 포함한다. 상기 제1공급부(230)는 초임계유체를 제1설정온도로 공급하고, 상기 제2공급부(240)는 초임계유체를 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도로 공급하며, 상기 제3공급부(250)는 초임계유체를 상기 제2설정온도보다 높은 제3설정온도로 공급한다.
상기 제1공급부(210)와 제1유입구(101) 사이에는 초임계유체가 공급되는 제1공급라인(L21)과, 상기 제공급1라인(L11)의 관로를 개폐하는 제1밸브(V21)와 제2밸브(V22), 및 상기 제1유입구(101)로 공급되는 초임계유체의 압력을 조절하기 위한 제1압력조절부(R1)가 구비된다.
상기 제2공급부(240)와 제2유입구(102) 사이에는 초임계유체가 공급되는 제2공급라인(L22)과, 상기 제2공급라인(L22)의 관로를 개폐하는 제3밸브(V23)와 제4밸브(V24) 및 상기 제2유입구(102)로 공급되는 초임계유체의 압력을 조절하기 위한 제2압력조절부(R2)가 구비된다.
상기 제3공급부(250)에는 상기 제3밸브(V23)와 제4밸브(V24) 사이에 위치하는 제2공급라인(L22)과 연결됨과 아울러 상기 제1밸브(V21)와 제2밸브(V22) 사이에 위치하는 제1공급라인(L21)에 연결되는 제3공급라인(L23)이 연결된다.
상기 제1공급부(230)와 제2공급부(240) 및 제3공급부(250)는 상이한 온도의 초임계유체를 선택적으로 공정챔버(100) 내에 공급한다. 상기 제1공급부(230)에 의한 초임계유체의 공급시, 제1밸브(V21)와 제2밸브(V22) 및 제4밸브(V24)는 개방되고, 제3밸브(V23)와 제5밸브(25)는 닫힌 상태가 된다. 상기 제2공급부(240)에 의한 초임계유체의 공급시, 제3밸브(V23)와 제2밸브(V22) 및 제4밸브(V24)는 개방되고, 제1밸브(V21)와 제5밸브(V25)는 닫힌 상태가 된다. 상기 제3공급부(250)에 의한 초임계유체의 공급시, 제5밸브(V25)와 제2밸브(V22) 및 제4밸브(V24)는 개방되고, 제1밸브(V21)와 제3밸브(V23)는 닫힌 상태가 된다.
일실시예로, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 공정챔버(100) 내로 초임계유체가 공급되는 초기에는 제1공급부(230)에 의해 제1설정온도의 초임계유체가 공급되고, 상기 제1공급부(230)에 의해 초임계유체를 공급함에 따라 공정챔버(100) 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제2공급부(240)에 의해 제2설정온도의 초임계유체가 공급되며, 상기 제2설정온도의 초임계유체를 이용한 기판 처리 공정이 완료되면, 상기 제3공급부(250)에 의해 제3설정온도의 초임계유체를 일정시간 동안 공급한 후에 공정챔버(100) 내에 잔류하는 유체가 배출되는 것으로 구성될 수 있다. 상기 제1설정온도의 초임계유체 공급에 의해 약액의 증발을 방지하여 패턴의 리닝 현상을 방지할 수 있고, 상기 제2설정온도의 초임계유체 공급에 의해 약액의 치환이 이루어지며, 상기 제3설정온도의 초임계유체 공급에 의해 약액의 온도가 떨어지는 것을 방지하여 약액이 기판(W)으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
다른 실시예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 공정챔버(100) 내로 초임계유체가 공급되는 초기에는 상기 제1공급부(230)에 의해 제1설정온도의 초임계유체가 공급되고, 상기 제1공급부(230)에 의해 초임계유체를 공급함에 따라 공정챔버(100) 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제2공급부(240)에 의해 설정된 시간동안 제2설정온도의 초임계유체가 공급된 후에 상기 제1공급부(230)에 의해 설정된 시간동안 제1설정온도의 초임계유체가 공급되며, 상기 제1설정온도의 초임계유체를 이용한 기판 처리 공정이 완료되면, 상기 제3공급부(250)에 의해 제3설정온도의 초임계유체를 공급한 후에 상기 공정챔버(100) 내에 잔류하는 유체가 배출되는 것으로 구성될 수 있다.
상기 제1설정온도의 초임계유체 공급에 의해 약액의 증발을 방지하여 패턴의 리닝 현상을 방지할 수 있고, 상기 제2설정온도의 초임계유체의 공급에 의해 약액의 분자간 인력을 작게 하여 약액의 용해도를 높일 수 있으며, 그 후 연이어 수행되는 상기 제1설정온도의 초임계유체의 공급에 의해 초임계유체의 용해도를 높여 약액의 치환이 더욱 원활하게 이루어지도록 하며, 상기 제3설정온도의 초임계유체 공급에 의해 약액이 온도 저하를 방지하여 약액이 기판(W)으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1설정온도는 공정챔버(100)의 공정온도보다 낮은 온도로 설정되고, 상기 제2설정온도는 상기 공정온도로 설정되며, 상기 제3설정온도는 상기 공정온도보다 높은 온도로 설정될 수 있다.
상기 초임계유체는 초임계 이산화탄소이고, 상기 제1설정온도는 50℃~70℃이고, 상기 제2설정온도는 70℃~100℃이며, 상기 제3설정온도는 100℃~200℃로 설정될 수 있다.
한편, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 공정챔버(100)에서의 기판 처리 공정의 수행시, 초임계유체와 약액 간의 용해 반응이 더욱 원활하게 이루어지도록 하기 위한 목적으로, 공정챔버(100) 내부에 변동 압력을 형성할 수 있으며, 이러한 변동 압력는 제1,2압력조절부(R1,R2)에서의 압력조절 또는 배출밸브(V)의 개폐 동작에 의해 구현될 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 기판처리장치(1-2;1)에서의 기판처리방법을 설명한다.
도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리방법은, 약액이 도포된 기판(W)을 공정챔버(100) 내로 반입하는 제1단계, 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하는 제2단계, 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공급함에 따라 공정챔버(100) 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하는 제3단계, 및 상기 제3단계에 의한 기판 처리가 완료되면, 상기 제2설정온도보다 높은 제3설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급한 후 공정챔버(100) 내에 잔류하는 유체를 배출하는 제4단계를 포함한다.
도 4와 도 5에서 ①은 상기 제2단계로서 제1설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하는 가압단계를 나타내고, ②는 상기 제3단계로서 제2설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하여 약액을 초임계유체에 용해시켜 치환하는 단계를 나타내며, ③은 제3단계의 완료 후 제3설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급한 후에 배출라인(104)에 구비된 배출밸브(V)의 개방에 의해 공정챔버(100) 내에 잔류하는 유체를 배출시키는 벤트 단계를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판처리방법은, 약액이 도포된 기판(W)을 공정챔버(100) 내로 반입하는 제1단계, 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하는 제2단계, 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공급함에 따라 공정챔버(100) 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하는 제3단계, 상기 제3단계에 이어 상기 제1설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하는 제4단계, 및 상기 제4단계에 의한 기판 처리가 완료되면, 상기 제2설정온도보다 높은 제3설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급한 후 공정챔버(100) 내에 잔류하는 유체를 배출하는 제5단계를 포함한다.
도 6에서 ①은 상기 제2단계로서 제1설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하는 가압단계를 나타내고, ②-1은 상기 제3단계로서 제2설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하여 약액의 분자간 인력을 작게 하여 약액의 용해도를 높여 약액을 초임계유체로 1차로 치환하는 단계를 나타내며, ②-2는 상기 제4단계로서 제1설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급하여 초임계유체의 용해도를 높여 약액을 초임계유체로 2차로 치환하는 단계를 나타내고, ③은 상기 제5단계로서 제3설정온도의 초임계유체를 공정챔버(100) 내로 공급한 후에 배출라인(104)에 구비된 배출밸브(V)의 개방에 의해 공정챔버(100) 내에 잔류하는 유체를 배출시키는 벤트 단계를 나타낸 것이다.
상기와 같이 본 발명에 따른 기판처리방법은, 초임계유체가 공정챔버(100) 내로 공급되는 초기에는 저온의 초임계유체를 공급하여 기판에 도포된 약액의 증발 및 이로 인한 패턴의 리닝 현상을 방지할 수 있고, 공정챔버(100) 내의 압력이 공정압력에 도달한 후에는 고온의 초임계유체를 공급하되, 초임계유체의 온도를 공정단계에 따라 가변시켜 공급함으로써 기판 처리 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 공정챔버(100) 내로 공급되는 초임계유체의 온도를 가변시킴과 동시에 공정챔버(100) 내부에 변동 압력을 형성함으로써 초임계유체와 약액 간의 용해 반응이 더욱 원활하게 이루어지도록 하여 기판의 건조 처리 효율을 극대화 할 수 있다.
이하, 도 7과 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 기판처리장치(1-3;1)의 구성을 설명하되, 전술한 제2실시예와 동일한 부재에는 동일한 도면부호를 부여하고, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 기판처리장치(1-3;1)는, 약액(미도시됨)이 도포된 기판(W)이 반입되고, 초임계유체를 이용하여 기판 처리 공정이 수행되는 공정챔버(100)와, 온도가 상이한 초임계유체를 상기 공정챔버(100)에 공급하는 초임계유체 공급부(200-3;200)를 포함한다.
본 실시예에서 상기 초임계유체 공급부(200-3;200)는, 온도가 상이한 초임계유체를 선택적으로 공정챔버(100)에 공급하는 제1공급부(270)와 제2공급부(280) 및 제3공급부(290)를 포함한다. 상기 제1공급부(270)는 초임계유체를 제1설정온도로 공급하고, 상기 제2공급부(280)는 초임계유체를 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도로 공급하며, 상기 제3공급부(290)는 초임계유체를 상기 제2설정온도보다 높은 제3설정온도로 공급한다. 그리고, 상기 제1공급부(270)와 제2공급부(280) 및 제3공급부(290)로 공급되는 유체를 초임계상태의 압력으로 가압하기 위한 고압펌프(260)를 더 포함한다.
본 실시예에서, 상기 제1공급부(270)와 제2공급부(280) 및 제3공급부(290)는 상기 고압펌프(260)를 통과하며 초임계 압력으로 가압된 액체 상태의 유체를 임계온도 이상의 초임계 온도 상태가 되도록 가열하여 초임계유체로 전환하게 되며, 액체 상태의 유체가 경유하며 가열되는 배관(271)으로 구성되고, 상기 배관(271)은 도 7에 도시된 바와 같이 지그재그 방향으로 형성될 수 있다. 상기 배관(271)의 형태는 다양하게 변형실시될 수 있으며, 예컨대 복층의 병렬 구조 또는 코일 형태로 구성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제1공급부(270)는, 유체가 내부를 따라 유동하는 배관(271)과, 상기 배관(271)을 둘러싸는 전열부(272,273), 및 상기 배관(271)을 직접 또는 간접적으로 가열하여 상기 액체 상태의 유체를 초임계유체로 전환하는 열원부(274)를 포함하여 구성된다.
상기 전열부(272,273)는, 배관(271)의 상부를 둘러싸는 제1전열부(272)와, 상기 제1전열부(272)와 맞닿으며 배관(271)의 하부를 둘러싸는 제2전열부(273)로 분할되어 구성될 수 있다. 상기 제1전열부(272)의 하부에는 배관(271)의 상부와 대응되는 형상의 제1홈(272a)이 형성되고, 상기 제2전열부(273)의 상부에는 배관(271)의 하부와 대응되는 형상의 제2홈(273a)이 형성될 수 있다.
상기 전열부(272,273)에는 배관(271)을 경유하는 유체를 가열하기 위한 열원을 제공하는 열원부(274)가 구비된다. 상기 열원부(274)에서 발생된 열은 상기 전열부(272,273)를 매개로 하여 상기 배관(271)을 간접적으로 가열하게 된다. 상기 전열부(272,273)는 열원부(271)에서 발생된 열을 축열하는 기능을 할 수 있다.
다른 실시예로, 상기 전열부(272,273)의 구성을 생략하고, 상기 배관(271)의 외측면에 열원부(274)가 직접 접촉되어 상기 열원부(274)에서 발생된 열이 배관(271)에 직접적으로 전달되도록 구성할 수도 있다.
그리고, 상기 배관(271)을 경유하는 유체의 온도를 감지하는 온도센서(275)와, 상기 배관(271)을 경유하는 유체의 압력을 감지하는 압력센서(276)가 구비될 수 있다. 상기 온도센서(275)에서 감지된 온도와, 상기 압력센서(276)에서 감지된 압력을 기준으로, 제어부(미도시됨)는 상기 열원부(274)에서의 가열온도와 압력조절부(R1,R2)에서의 공급 압력을 제어할 수 있다.
도 8에서는 제1공급부(270)의 구조를 설명하였으나, 제2공급부(280)와 제3공급부(290) 또한 상기 제1공급부(270)와 동일한 구조로 구성될 수 있으며, 다만 열원부(274)에 의한 가열 온도가 상이하게 설정되는 점에서 차이가 있다.
이와 같이 제1 내지 제3 공급부(270,280,290)를 유체가 경유하는 배관(271)과, 상기 배관(271)을 직접 또는 간접적으로 가열하여 유체를 초임계유체로 전환하는 열원부(274)를 포함하여 구성함으로써, 열원부(274)와 배관(271) 간의 전열 면적이 확대되어 공정챔버(100)로 공급되는 초임계유체를 설정된 온도에 맞추어 신속하고 안정적으로 공급할 수 있게 되며, 이로써 공정 시간을 단축함과 아울러 기판 처리 공정의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
상기 제1공급부(270)와 제2공급부(280) 및 제3공급부(290)의 입구는 공급라인(L30)에 의해 고압펌프(260)에 연결된다. 상기 제1공급부(270)의 출구에는 제1공급라인(L31)이 연결되고, 상기 제1공급라인(L31)에는 제1공급라인(L31)의 관로를 개폐하는 제1밸브(V31)가 구비된다. 상기 제2공급부(280)의 출구에는 상기 제1공급라인(L31)에 연결되는 제2공급라인(L32)이 연결되고, 상기 제2공급라인(L32)에는 제2공급라인(L32)의 관로를 개폐하는 제2밸브(V32)가 구비된다. 상기 제3공급부(290)의 출구에는 상기 제1공급라인(L31)에 연결되는 제3공급라인(L33)이 연결되고, 상기 제3공급라인(L33)에는 제3공급라인(L33)의 관로를 개폐하는 제3밸브(V33)가 구비된다. 상기 제1공급라인(L31)에는 제4공급라인(L34)이 분기되어 제1유입구(101)에 연결되고, 상기 제4공급라인(L34)에는 제4공급라인(L34)의 관로를 개폐하는 제4밸브(V34)와 제1유입구(101)로 공급되는 초임계유체의 압력을 조절하기 위한 제1압력조절부(R1)가 구비된다. 상기 제3공급라인(L33)과 제1공급라인(L31)의 연결부에는 제2유입구(102)에 연결되는 제5공급라인(L35)이 연결되고, 상기 제5공급라인(L35)에는 제5공급라인(L35)의 관로를 개폐하는 제5밸브(V35)와, 상기 제2유입구(102)로 공급되는 초임계유체의 압력을 조절하기 위한 제2압력조절부(R2)가 구비된다.
전술한 제2실시예에서와 마찬가지로, 상기 제1공급부(270)와 제2공급부(280) 및 제3공급부(290)는 상이한 온도의 초임계유체를 선택적으로 공정챔버(100) 내에 공급한다. 상기 제1공급부(270)에 의한 초임계유체의 공급시, 제1밸브(V31)와 제4밸브(V34) 및 제5밸브(V35)는 개방되고, 제2밸브(V32)와 제3밸브(V33)는 닫힌 상태가 된다. 상기 제2공급부(280)에 의한 초임계유체의 공급시, 제2밸브(V32)와 제4밸브(V34) 및 제5밸브(V35)는 개방되고, 제1밸브(V31)와 제3밸브(V33)는 닫힌 상태가 된다. 상기 제3공급부(290)에 의한 초임계유체의 공급시, 제3밸브(V33)와 제4밸브(V34) 및 제5밸브(V35)는 개방되고, 제1밸브(V31)와 제2밸브(V32)는 닫힌 상태가 된다.
본 실시예의 기판처리장치(1-3;1)에서는 상기 제1공급부(270)와 제2공급부(280) 및 제3공급부(290)에 의해 상이한 온도의 초임계유체가 공정챔버(100)에 공급되어 기판 처리 공정이 수행되며, 이는 전술한 도 4 내지 도 6에서 설명된 바와 마찬가지 과정으로 기판 처리 공정을 수행하게 된다.
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.
1,1-1,1-2,1-3 : 기판처리장치
100 : 공정챔버
101 : 제1유입구 102 : 제2유입구
103 : 배출구 104 : 배출라인
110 : 하우징 120 : 스테이지
200,200-1,200-2,200-3 : 초임계유체 공급부 210 : 제1공급부
220 : 제2공급부 230 : 제1공급부
240 : 제2공급부 250 : 제3공급부
260 : 고압펌프 270 : 제1공급부
271 : 배관 272 : 제1전열부
273 : 제2전열부 274 : 열원부
275 : 온도센서 276 : 압력센서
280 : 제2공급부 290 : 제3공급부
W : 기판
101 : 제1유입구 102 : 제2유입구
103 : 배출구 104 : 배출라인
110 : 하우징 120 : 스테이지
200,200-1,200-2,200-3 : 초임계유체 공급부 210 : 제1공급부
220 : 제2공급부 230 : 제1공급부
240 : 제2공급부 250 : 제3공급부
260 : 고압펌프 270 : 제1공급부
271 : 배관 272 : 제1전열부
273 : 제2전열부 274 : 열원부
275 : 온도센서 276 : 압력센서
280 : 제2공급부 290 : 제3공급부
W : 기판
Claims (19)
- 약액이 도포된 기판이 반입되고, 초임계유체를 이용하여 기판 처리 공정이 수행되는 공정챔버;
온도가 상이한 초임계유체를 상기 공정챔버에 공급하는 공급부;
를 포함하는 기판처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 공급부는 복수의 공급부로 이루어진 기판처리장치. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 공급부는 상기 온도가 상이한 초임계유체를 선택적으로 상기 공정챔버에 공급하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제3항에 있어서,
상기 복수의 공급부는, 상기 초임계유체를 제1설정온도로 공급하는 제1공급부와, 상기 초임계유체를 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도로 공급하는 제2공급부를 포함하는 기판처리장치. - 제4항에 있어서,
상기 공정챔버 내로 초임계유체가 공급되는 초기에는 상기 제1공급부에 의해 제1설정온도의 초임계유체가 공급되고,
상기 제1공급부에 의해 초임계유체를 공급함에 따라 상기 공정챔버 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제2공급부에 의해 제2설정온도의 초임계유체가 공급되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제4항에 있어서,
상기 제1설정온도는 공정챔버의 공정온도보다 낮은 온도로 설정되고, 상기 제2설정온도는 상기 공정온도로 설정된 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제4항에 있어서,
상기 초임계유체는 초임계 이산화탄소이고,
상기 제1설정온도는 50℃~70℃이고,
상기 제2설정온도는 70℃~200℃인 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제3항에 있어서,
상기 복수의 공급부는, 초임계유체를 제1설정온도로 공급하는 제1공급부와, 상기 초임계유체를 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도로 공급하는 제2공급부, 및 상기 초임계유체를 상기 제2설정온도보다 높은 제3설정온도로 공급하는 제3공급부를 포함하는 기판처리장치. - 제8항에 있어서,
상기 공정챔버 내로 초임계유체가 공급되는 초기에는 상기 제1공급부에 의해 제1설정온도의 초임계유체가 공급되고,
상기 제1공급부에 의해 초임계유체를 공급함에 따라 상기 공정챔버 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제2공급부에 의해 제2설정온도의 초임계유체가 공급되며,
상기 제2설정온도의 초임계유체를 이용한 기판 처리 공정이 완료되면, 상기 제3공급부에 의해 제3설정온도의 초임계유체를 일정시간 동안 공급한 후에 상기 공정챔버 내에 잔류하는 유체가 배출되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제8항에 있어서,
상기 공정챔버 내로 초임계유체가 공급되는 초기에는 상기 제1공급부에 의해 제1설정온도의 초임계유체가 공급되고,
상기 제1공급부에 의해 초임계유체를 공급함에 따라 상기 공정챔버 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제2공급부에 의해 설정된 시간동안 제2설정온도의 초임계유체가 공급된 후에 상기 제1공급부에 의해 설정된 시간동안 제1설정온도의 초임계유체가 공급되며,
상기 제1설정온도의 초임계유체를 이용한 기판 처리 공정이 완료되면, 상기 제3설정온도의 초임계유체를 공급한 후에 상기 공정챔버 내에 잔류하는 유체가 배출되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제8항에 있어서,
상기 초임계유체는 초임계 이산화탄소이고,
상기 제1설정온도는 50℃~70℃이고,
상기 제2설정온도는 70℃~100℃이며,
상기 제3설정온도는 100℃~200℃인 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 공정챔버로 초임계유체가 공급되는 공급라인에는, 상기 공정챔버에서의 기판 처리 공정의 수행시, 상기 공정챔버 내부에 변동 압력을 형성하기 위한 압력조절부가 구비된 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 공정챔버에 잔류하는 유체가 배출되는 배출라인에는, 상기 공정챔버에서의 기판 처리 공정의 수행시, 상기 공정챔버 내부에 변동 압력을 형성하기 위한 배출밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 공급부는,
액체 상태의 유체가 경유하는 배관;
상기 배관을 직접 또는 간접적으로 가열하여 상기 액체 상태의 유체를 설정된 온도의 초임계유체로 전환하는 열원부;
를 포함하는 기판처리장치. - 제14항에 있어서,
상기 배관을 둘러싸는 전열부를 더 포함하고,
상기 열원부는 상기 전열부를 통해 상기 배관을 간접적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치. - 약액이 도포된 기판을 공정챔버 내로 반입하는 제1단계;
제1설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제2단계; 및
상기 제1설정온도의 초임계유체를 공급함에 따라 상기 공정챔버 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제3단계;
를 포함하는 기판처리방법. - 제16항에 있어서,
상기 제3단계에 의한 기판 처리가 완료되면, 상기 제2설정온도보다 높은 제3설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급한 후 상기 공정챔버 내에 잔류하는 유체를 배출하는 제4단계를 더 포함하는 기판처리방법. - 제16항에 있어서,
상기 제3단계는 상기 공정챔버 내부에 변동 압력을 발생시키는 단계를 더 포함하는 기판처리방법. - 약액이 도포된 기판을 공정챔버 내로 반입하는 제1단계;
제1설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제2단계;
상기 제1설정온도의 초임계유체를 공급함에 따라 상기 공정챔버 내부의 압력이 공정압력에 도달하면, 상기 제1설정온도보다 높은 제2설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제3단계;
상기 제1설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급하는 제4단계; 및
상기 제2설정온도보다 높은 제3설정온도의 초임계유체를 상기 공정챔버 내로 공급한 후 상기 공정챔버 내에 잔류하는 유체를 배출하는 제5단계;
를 포함하는 기판처리방법.
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