KR20200010917A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 공정이 수행되는 처리 공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버로 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하고, 상기 유체 공급 유닛은, 공급 라인과; 상기 공급 라인에 제공되는 하나 이상의 오리피스와; 상기 오리피스 또는 상기 오리피스의 전단에 제공되는 제1 히터를 포함하며, 상기 제1 히터는 상기 공급 라인을 통과하는 상기 오리피스 상류의 상기 처리 유체를 설정 온도 이상으로 가열한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Apparatus for treating a substrate and an Method for treating a substrate}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 기판으로 액을 공급하여 기판을 액 처리 한 후 액을 제거하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 공정은 기판 상에 박막, 이물질, 파티클 등을 세정하는 공정을 포함한다. 이들 공정은 패턴 면이 위 또는 아래를 향하도록 기판을 스핀 헤드 상에 놓고, 스핀 헤드를 회전시킨 상태에서 기판 상에 처리액을 공급하고, 이후 기판을 건조함으로써 이루어진다.
최근에는 기판을 세정하는 공정에 초임계가 사용된다. 일 예에 의하면, 기판에 처리액을 공급하여 기판을 액 처리하는 액 처리 챔버와 액 처리 후에 초임계 상태의 유체를 이용하여 기판으로부터 처리액을 제거하는 고압 챔버가 각각 제공되고, 액 처리 챔버에서 처리가 완료된 기판은 반송 로봇에 의해 고압 챔버로 반입된다.
도 1은 일반적인 초임계 유체를 사용하여 기판을 세정하는 기판 처리 장치의 개략도이다. 초임계 유체는 유체 공급 탱크(61)에 저장되며, 밸브를 개방하여 공급한다. 공급 라인에는 오리피스(63)가 설치된다. 오리피스(63)는 초임계 유체의 공급량을 조절한다. 오리피스(63)의 하류에는 오리피스(63)를 통과한 초임계 유체를 가열하는 히터(64)가 제공된다. 가열된 초임계 유체는 챔버(50)로 공급된다. 초임계 유체는 오리피스(63)를 통과함에 따라 단열팽창에 의해 의도하지 않은 상변화가 발생하기도 한다.
본 발명은 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리시 처리 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리시 기판에 공급되는 파티클이 저감된 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 공정이 수행되는 처리 공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버로 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하고, 상기 유체 공급 유닛은, 공급 라인과; 상기 공급 라인에 제공되는 하나 이상의 오리피스와; 상기 오리피스 또는 상기 오리피스의 전단에 제공되는 제1 히터를 포함하며, 상기 제1 히터는 상기 오리피스를 통과하는 상기 처리 유체를 설정 온도 이상으로 가열한다.
일 예에 의하면, 상기 처리 유체는 상기 오리피스를 통과하여 후단에서 단열 팽창되며, 상기 설정 온도는 상기 오리피스를 통과하여 단열 팽창된 상기 처리 유체의 온도가 임계온도 이상으로 유지될 수 있는 온도일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 오리피스가 제공되는 오리피스 영역과; 상기 오리피스 영역의 상류의 상기 오리피스 전단의 오리피스 전단 영역과; 상기 오리피스 영역의 하류의 상기 오리피스 후단의 오리피스 후단 영역을 포함하고, 상기 처리 유체는 상기 오리피스 전단 영역과 상기 오리피스 영역과 상기 오리피스 후단 영역을 순차적으로 지남에 따라, 온도-압력 상변화 그래프에서 하나 이상의 변곡점을 형성하고, 상기 변곡점은 상기 처리 유체의 임계 온도보다 높은 온도에서 형성되도록 하는 온도일 수 있다.일 예에 의하면, 상기 설정온도는 상기 오리피스를 통과하는 상기 처리 유체가 기체와 초임계로 변하는 2상 또는 그 이하의 상변화를 하도록 하는 온도일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 오리피스 후단에 제공되는 제2 히터를 더 포함할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 처리 유체는 이산화탄소일 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 방법은, 초임계 유체를 기판 상에 공급하여 기판을 처리하되, 처리 유체는 상기 기판으로 공급되는 도중에 오리피스를 통해 흐르고, 상기 처리 유체가 상기 오리피스를 통과하기 전에 상기 처리 유체를 설정 온도 이상으로 가열한다.
일 예에 의하면, 상기 처리 유체는 상기 오리피스의 후단에서 온도가 감소되며, 상기 설정 온도는 감소된 온도가 임계온도 이상으로 유지될 수 있는 온도일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 오리피스가 제공되는 오리피스 영역과; 상기 오리피스 영역의 상류의 상기 오리피스 전단의 오리피스 전단 영역과; 상기 오리피스 영역의 하류의 상기 오리피스 후단의 오리피스 후단 영역을 포함하고, 상기 처리 유체는 상기 오리피스 전단 영역과 상기 오리피스 영역과 상기 오리피스 후단 영역을 순차적으로 지남에 따라, 온도-압력 상변화 그래프에서 하나 이상의 변곡점을 형성하고, 상기 변곡점은 상기 처리 유체의 임계 온도보다 높은 온도에서 형성되도록 하는 온도일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 공정은 기판을 건조하는 공정일 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 처리 유체는 이산화탄소일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리시 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리시 기판에 공급되는 파티클이 감소될 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 일반적인 기판 처리 장치의 개략도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 3는 도 2의 액 처리 챔버의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4은 도 2의 고압 챔버의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이다.
도 6은 도 5의 오리피스 영역과 그 주변을 개략적으로 보여주는 확대도이다.
도 7은 이산화탄소의 상변화에 관한 그래프에 본 발명의 실시 예에 따른 상변화 과정을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이다.
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 과장된 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 장치는 인덱스 모듈(10), 처리 모듈(20), 그리고 제어기(30)를 포함한다. 일 실시예에 의하면, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)은 일 방향을 따라 배치된다. 이하, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)이 배치된 방향을 제1 방향(92)이라 하고, 상부에서 바라볼 때 제1 방향(92)과 수직한 방향을 제2 방향(94)이라 하고, 제1방향(92) 및 제2 방향(94)에 모두 수직한 방향을 제3 방향(96)이라 한다.
인덱스 모듈(10)은 기판(W)이 수납된 용기(80)로부터 기판(W)을 처리 모듈(20)로 반송하고, 처리 모듈(20)에서 처리가 완료된 기판(W)을 용기(80)로 수납한다. 인덱스 모듈(10)의 길이 방향은 제2 방향(94)으로 제공된다. 인덱스 모듈(10)은 로드포트(12, Loadport)와 인덱스 프레임(14)을 가진다. 인덱스 프레임(14)을 기준으로 로드포트(12)는 처리 모듈(20)의 반대 측에 위치된다. 기판(W)들이 수납된 용기(80)는 로드포트(12)에 놓인다. 로드포트(12)는 복수 개가 제공될 수 있으며, 복수의 로드포트(12)는 제2 방향(94)을 따라 배치될 수 있다.
용기(80)로는 전면 개방 일체 식 포드(Front Open Unified Pod; FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 용기(80)는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead Conveyor), 또는 자동 안내 차량(Automatic Guided Vehicle)과 같은 이송 수단(도시되지 않음)이나 작업자에 의해 로드포트(12)에 놓일 수 있다.
인덱스 프레임(14)에는 인덱스 로봇(120)이 제공된다. 인덱스 프레임(14) 내에는 길이 방향이 제2방향(94)으로 제공된 가이드 레일(140)이 제공되고, 인덱스 로봇(120)은 가이드 레일(140) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 인덱스 로봇(120)은 기판(W)이 놓이는 핸드(122)를 포함하며, 핸드(122)는 전진 및 후진 이동, 제3 방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3 방향(96)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(122)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(122)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진 이동할 수 있다.
처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(200), 반송 챔버(300), 액 처리 챔버(400), 그리고 고압 챔버(500)를 포함한다. 버퍼 유닛(200)은 처리 모듈(20)로 반입되는 기판(W)과 처리 모듈(20)로부터 반출되는 기판(W)이 일시적으로 머무르는 공간을 제공한다. 액 처리 챔버(400)는 기판(W) 상에 액을 공급하여 기판(W)을 액 처리하는 액 처리 공정을 수행한다. 고압 챔버(500)는 기판(W) 상에 잔류하는 액을 제거하는 건조 공정을 수행한다. 반송 챔버(300)는 버퍼 유닛(200), 액 처리 챔버(400), 그리고 고압 챔버(500) 간에 기판(W)을 반송한다.
반송 챔버(300)는 그 길이 방향이 제1방향(92)으로 제공될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 인덱스 모듈(10)과 반송 챔버(300) 사이에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)와 고압 챔버(500)는 반송 챔버(300)의 측부에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)와 반송 챔버(300)는 제2 방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 고압 챔버(500)와 반송 챔버(300)는 제2 방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 반송 챔버(300)의 일단에 위치될 수 있다.
일 예에 의하면, 액 처리 챔버(400)들은 반송 챔버(300)의 양측에 배치되고, 고압 챔버(500)들은 반송 챔버(300)의 양측에 배치되며, 액 처리 챔버(400)들은 고압 챔버(500)들보다 버퍼 유닛(200)에 더 가까운 위치에 배치될 수 있다. 반송 챔버(300)의 일측에서 액 처리 챔버(400)들은 제1 방향(92) 및 제3 방향(96)을 따라 각각 A X B(A, B는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수) 배열로 제공될 수 있다. 또한, 반송 챔버(300)의 일측에서 고압 챔버(500)들은 제1 방향(92) 및 제3 방향(96)을 따라 각각 C X D(C, D는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수)개가 제공될 수 있다. 상술한 바와 달리, 반송 챔버(300)의 일측에는 액 처리 챔버(400)들만 제공되고, 그 타측에는 고압 챔버(500)들만 제공될 수 있다.
반송 챔버(300)는 반송 로봇(320)을 가진다. 반송 챔버(300) 내에는 길이 방향이 제1 방향(92)으로 제공된 가이드 레일(340)이 제공되고, 반송 로봇(320)은 가이드 레일(340) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 반송 로봇(320)은 기판(W)이 놓이는 핸드(322)를 포함하며, 핸드(322)는 전진 및 후진 이동, 제3 방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3 방향(96)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(322)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(322)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진 이동할 수 있다.
버퍼 유닛(200)은 기판(W)이 놓이는 버퍼(220)를 복수 개 구비한다. 버퍼(220)들은 제3방향(96)을 따라 서로 간에 이격되도록 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 전면(front face)과 후면(rear face)이 개방된다. 전면은 인덱스 모듈(10)과 마주보는 면이고, 후면은 반송 챔버(300)와 마주보는 면이다. 인덱스 로봇(120)은 전면을 통해 버퍼 유닛(200)에 접근하고, 반송 로봇(320)은 후면을 통해 버퍼 유닛(200)에 접근할 수 있다.
도 3은 도 2의 액 처리 챔버(400)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 액 처리 챔버(400)는 하우징(410), 컵(420), 지지 유닛(440), 액 공급 유닛(460), 그리고 승강 유닛(480)을 가진다. 하우징(410)은 대체로 직육면체 형상으로 제공된다. 컵(420), 지지 유닛(440), 그리고 액 공급 유닛(460)은 하우징(410) 내에 배치된다.
컵(420)은 상부가 개방된 처리 공간을 가지고, 기판(W)은 처리 공간 내에서 액 처리 된다. 지지 유닛(440)은 처리 공간 내에서 기판(W)을 지지한다. 액 공급 유닛(460)은 지지 유닛(440)에 지지된 기판(W) 상으로 액을 공급한다. 액은 복수 종류로 제공되고, 기판(W) 상으로 순차적으로 공급될 수 있다. 승강 유닛(480)은 컵(420)과 지지 유닛(440) 간의 상대 높이를 조절한다.
일 예에 의하면, 컵(420)은 복수의 회수통(422, 424, 426)을 가진다. 회수통들(422, 424, 426)은 각각 기판 처리에 사용된 액을 회수하는 회수 공간을 가진다. 각각의 회수통들(422, 424, 426)은 지지 유닛(440)을 감싸는 링 형상으로 제공된다. 액 처리 공정이 진행시 기판(W)의 회전에 의해 비산되는 처리액은 각 회수통(422, 424, 426)의 유입구(422a, 424a, 426a)를 통해 회수 공간으로 유입된다. 일 예에 의하면, 컵(420)은 제1 회수통(422), 제2 회수통(424), 그리고 제3 회수통(426)을 가진다. 제1 회수통(422)은 지지 유닛(440)을 감싸도록 배치되고, 제2 회수통(424)은 제1 회수통(422)을 감싸도록 배치되고, 제3 회수통(426)은 제2 회수통(424)을 감싸도록 배치된다. 제2 회수통(424)으로 액을 유입하는 제2 유입구(424a)는 제1 회수통(422)으로 액을 유입하는 제1 유입구(422a)보다 상부에 위치되고, 제3 회수통(426)으로 액을 유입하는 제3 유입구(426a)는 제2 유입구(424a)보다 상부에 위치될 수 있다.
지지 유닛(440)은 지지판(442)과 구동축(444)을 가진다. 지지판(442)의 상면은 대체로 원형으로 제공되고 기판(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 지지판(442)의 중앙부에는 기판(W)의 후면을 지지하는 지지핀(442a)이 제공되고, 지지핀(442a)은 기판(W)이 지지판(442)으로부터 일정 거리 이격되도록 그 상단이 지지판(442)으로부터 돌출되게 제공된다. 지지판(442)의 가장자리부에는 척핀(442b)이 제공된다. 척핀(442b)은 지지판(442)으로부터 상부로 돌출되게 제공되며, 기판(W)이 회전될 때 기판(W)이 지지 유닛(440)으로부터 이탈되지 않도록 기판(W)의 측부를 지지한다. 구동축(444)은 구동기(446)에 의해 구동되며, 기판(W)의 저면 중앙과 연결되며, 지지판(442)을 그 중심축을 기준으로 회전시킨다.
일 예에 의하면, 액 공급 유닛(460)은 제1 노즐(462), 제2 노즐(464), 그리고 제3 노즐(466)을 가진다. 제1 노즐(462)은 제1 액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제1 액은 기판(W) 상에 잔존하는 막이나 이물을 제거하는 액일 수 있다. 제2 노즐(464)은 제2 액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제2 액은 기판(W) 상에 공급된 제1 액을 중화시키는 액일 수 있다. 또한, 제2 액은 제1 액을 중화시키고 동시에 제1 액에 비해 제3 액에 잘 용해되는 액일 수 있다. 제3 노즐(466)은 제3 액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제3 액은 고압 챔버(500)에서 사용되는 초임계 유체에 잘 용해되는 액일 수 있다. 예컨대, 제3 액은 제2 액에 비해 고압 챔버(500)에서 사용되는 초임계 유체에 잘 용해되는 액일 수 있다. 제1 노즐(462), 제2 노즐(464), 그리고 제3 노즐(466)은 서로 상이한 아암(461)에 지지되고, 이들 아암(461)들은 독립적으로 이동될 수 있다. 선택적으로 제1 노즐(462), 제2 노즐(464), 그리고 제3 노즐(466)은 동일한 아암에 장착되어 동시에 이동될 수 있다.
승강 유닛(480)은 컵(420)을 상하 방향으로 이동시킨다. 컵(420)의 상하 이동에 의해 컵(420)과 기판(W) 간의 상대 높이가 변경된다. 이에 의해 기판(W)에 공급되는 액의 종류에 따라 처리액을 회수하는 회수통(422, 424, 426)이 변경되므로, 액들을 분리회수할 수 있다. 상술한 바와 달리, 컵(420)은 고정 설치되고, 승강 유닛(480)은 지지 유닛(440)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 4는 도 2의 고압 챔버(500)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 일 실시예에 의하면, 고압 챔버(500)는 초임계 유체를 이용하여 기판(W) 상의 액을 제거한다. 고압 챔버(500)는 바디(520), 기판 지지 유닛(미도시), 유체 공급 유닛(560), 그리고 차단 플레이트(미도시)를 가진다.
바디(520)는 건조 공정이 수행되는 내부 공간(502)을 제공한다. 바디(520)는 상체(522, upper body)와 하체(524, lower body)를 가지며, 상체(522)와 하체(524)는 서로 조합되어 상술한 내부 공간(502)을 제공한다. 상체(522)는 하체(524)의 상부에 제공된다. 상체(522)는 그 위치가 고정되고, 하체(524)는 실린더와 같은 구동부재(590)에 의해 승하강될 수 있다. 하체(524)가 상체(522)로부터 이격되면 내부 공간(502)이 개방되고, 이 때 기판(W)이 반입 또는 반출된다. 공정 진행시에는 하체(524)가 상체(522)에 밀착되어 내부 공간(502)이 외부로부터 밀폐된다. 고압 챔버(500)는 히터(570)를 가진다. 일 예에 의하면, 히터(570)는 바디(520)의 벽 내부에 위치된다. 히터(570)는 바디(520)의 내부공간 내로 공급된 유체가 초임계 상태를 유지하도록 바디(520)의 내부 공간(502)을 가열한다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 처리 공간(502) 내부에는 기판(W)을 지지하는 기판 지지 유닛(미도시)이 마련될 수 있다. 기판 지지 유닛(미도시)은 바디(520)의 내부 공간(502) 내에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(미도시)은 하체(524)에 설치되어 기판(W)을 지지할 수 있다. 이 경우 기판 지지 유닛(미도시)은 기판(W)을 들어올려 지지하는 형태일 수 있다. 또는 기판 지지 유닛(미도시)은 상체(522)에 설치되어 기판(W)을 지지할 수 있다. 이 경우 기판 지지 유닛(미도시)은 기판(W)을 매달아 지지하는 형태일 수 있다.
유체 공급 유닛(560)은 바디(520)의 내부 공간(502)으로 처리 유체를 공급한다. 일 예에 의하면, 처리 유체는 초임계 상태로 내부 공간(502)으로 공급될 수 있다. 이와 달리 처리 유체는 가스 상태로 내부 공간(502)으로 공급되고, 내부 공간(502) 내에서 초임계 상태로 상변화될 수 있다. 처리 유체는 건조용 유체일 수 있다.
일 예에 의하면, 유체 공급 유닛(560)은 공급 라인(562)을 가진다. 공급 라인(562)은 기판 지지 유닛(미도시)에 놓인 기판(W)의 상부에서 처리 유체를 공급한다. 일 예에 의하면, 공급 라인(562)은 상체(522)에 결합된다. 나아가 공급 라인(562)은 상체(522)의 중앙에 결합될 수 있다.
또는, 공급 라인(562)은 상체(522)에 연결되는 상부 분기 라인(564)과 하부 분기 라인(미도시)로 분기될 수 있다. 하부 분기 라인(미도시)은 하체(524)에 결합될 수 있다. 상부 분기 라인(564)과 하부 분기 라인(미도시)에는 각각 유통 밸브가 설치될 수 있다.
하체(524)에는 배기 라인(550)이 결합된다. 바디(520)의 내부 공간(502) 내의 초임계 유체는 배기 라인(550)을 통해서 바디(520)의 외부로 배기된다.
하부 분기 라인(미도시)이 하체(524)와 결합되는 경우, 바디(520)의 내부 공간(502) 내에는 차단 플레이트(미도시)(blocking plate)가 배치될 수 있다. 차단 플레이트(미도시)는 원판 형상으로 제공될 수 있다. 차단 플레이트(미도시)는 바디(520)의 저면으로부터 상부로 이격되도록 지지대(미도시)에 의해 지지된다. 지지대(미도시)는 로드 형상으로 제공되고, 서로 간에 일정 거리 이격되도록 복수 개가 배치된다. 하부 분기 라인(미도시)의 토출구와 배기 라인(550)의 유입구는 서로 간섭되지 않는 위치에 마련될 수 있다. 차단 플레이트(미도시)는 하부 분기 라인(미도시)을 통해서 공급된 처리 유체가 기판(W)을 향해 직접 토출되어 기판(W)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이다. 도 5를 참조하여, 유체 공급 유닛(560)에 대하여 상세히 설명한다.
일 예에 의하면, 유체 공급 유닛(560)의 상류에는 유체 공급 탱크(610)가 마련된다. 유체 공급 탱크(610)는 고압 챔버(500)에 공급될 처리 유체를 저장한다. 일 예에 의하면 처리 유체는 이산화탄소이다. 공급 라인(562)은 유체 공급 탱크(610)와 연결된다. 공급 라인(562)은 유체 공급 탱크(610)에 저장된 처리 유체가 고압 챔버(500)로 공급되는 경로를 제공한다.
일 예에 의하면, 공급 라인(562)에는 유통 밸브(620), 제1 히터(630), 오리피스(640), 제2 히터(650), 유통 밸브(660)가 마련된다. 일 예에 의하면, 유통 밸브(620), 제1 히터(630), 오리피스(640), 제2 히터(650), 유통 밸브(660)는 상류측에서 하류측을 향하여 순차적으로 마련된다. 여기서 말하는 상류측 및 하류측의 용어는, 공급 라인에서의 처리 유체의 유동 방향을 기준으로 한다.
유통 밸브(620)는, 유체 공급 탱크(610)로부터 처리 유체의 공급을 개방 또는 폐쇄되도록 조정하는 밸브이다. 개방 상태에서는 하류측의 공급 라인에 처리 유체를 흐르게 하고, 폐쇄 상태에서는 하류측의 공급 라인에 처리 유체를 흐르지 않게 한다. 유통 밸브(620)를 통과한 처리 유체는 고온의 기체 또는 초임계 유체로 존재한다. 유통 밸브(620)는 라인마다 다수개 설치되어 처리 유체의 공급을 제어할 수 있다.
오리피스(640)는 유체 공급 탱크(51)로부터 공급되는 처리 유체의 유량을 조정한다. 오리피스(640)의 개구 크기에 따라 통과하는 처리 유체의 유량이 조절된다. 오리피스(640)는 라인 내부의 유량 단면을 변화시킨다. 오리피스(640)의 횡단면에 따른 유로의 면적은 상류에서 하류로 갈수록 좁아진다. 일예에 의하면, 오리피스(640)의 횡단면에 따른 유로의 면적은 상류에서 하류로 갈수록 좁아지는 구간, 유지되는 구간, 상류에서 하류로 갈수록 넓어지는 구간을 포함한다.
오리피스(640)의 전단에는 제1 히터(630)가 제공된다. 제1 히터(630)는 오리피스(640) 상류의 처리 유체를 설정 온도 이상으로 가열한다.
오리피스(640)의 후단에는 제2 히터(650)가 제공된다. 제2 히터(650)는 오리피스(640)를 통과한 하류의 처리 유체를 설정 온도 이상으로 가열한다. 일 예에 의하면, 제2 히터(650)의 가열은 보온이다.
도 6은 도 5의 오리피스 영역과 그 주변을 개략적으로 보여주는 확대도이고, 도 7은 이산화탄소의 상변화에 관한 그래프에 본 발명의 실시 예에 따른 상변화 과정을 나타낸 그래프이다.
도 6 및 7을 참조하면, 오리피스(640)가 제공되는 ②오리피스 영역의 상류에 ①오리피스 전단 영역이 제공되고, ②오리피스 영역의 하류에 ③오리피스 후단 영역이 제공된다. 오리피스 전단 영역에는 제1 히터(630)가 설치되고, 오리피스 후단 영역에는 제2 히터(650)가 설치된다.
도 7의 Tcr은 임계점의 온도, Ttp는 삼상점의 온도, Tcr은 임계점의 압력, Ptr은 삼상점의 압력이다. 예컨대, 처리 유체가 이산화탄소인 경우, Tcr은 31.1℃, Ttp는 -56.4℃, Tcr은 73atm, Ptr은 5.11atm이다.
오리피스(640)를 통과한 Tcr이상의 처리 유체는 오리피스 후단에서 단열 팽창되면서, 도 7의 A->B방향을 따라 온도가 급격하게 감소하다가, 제2 히터(650)가 처리 유체를 가열함에 따라 B->C방향으로 온도가 상승한다.
비교예1은, 온도-압력 그래프 상에서 특정 온도(Tcr 이상)의 특정 압력의 지점(A1)의 기체(Gaseous)상태에 있는 처리 유체는 오리피스(640)를 통과하여 단열팽창되면서 A1->B1방향으로 온도가 감소한다. 온도가 감소한 처리 유체는 변곡점(B1)에서 고체(Solid) 상태로 존재한다. 이후 오리피스 후단 영역에서 제2 히터(650)에 의해 가열되면 B1->C1 방향으로 액체 상태를 지나 초임계 상태로 변한다. 비교예1에 의하면 처리 유체가 초임계 유체로 공급되기까지 A1->B1->C1 지점을 지나는 과정에서 4상의 상변화가 발생한다.
비교예2는, 온도-압력 그래프 상에서 특정 온도(Tcr 이상)의 특정 압력의 지점(A2, A2는 A1보다 높은 온도의 지점)의 기체(Gaseous)상태에 있는 처리 유체는 오리피스(640)를 통과하여 단열 팽창되면서 A2->B2방향으로 온도가 감소한다. 온도가 감소한 처리 유체는 변곡점(B2)에서 액체(Liquid) 상태로 존재한다. 이후, 오리피스 후단 영역에서 제2 히터(650)에 의해 가열되면 B2->C2 방향으로 초임계 상태로 변한다. 비교예2에 의하면 처리 유체가 초임계 유체로 공급되기 까지 A2->B2->C2 지점을 지나는 과정에서 3상의 상변화가 발생한다.
실시예는 온도-압력 그래프 상에서 특정 온도(Tcr 이상)의 특정 압력의 지점(A3, A3은 A2보다 높은 온도의 지점)의 기체(Gaseous)상태에 있는 처리 유체는 오리피스(640)를 통과하여 단열팽창되면서 A3->B3방향으로 온도가 감소한다. 온도가 감소한 처리 유체는 변곡점(B2)에서 기체(Gaseous) 또는 초임계(Supercritical) 상태로 존재한다. 이후, 오리피스 후단 영역에서 제2 히터(650)에 의해 가열되면 B3->C3 방향으로 초임계 상태로 변한다. 실시예에 의하면 처리 유체가 초임계 유체로 공급되기 까지 A3->B3->C3 지점을 지나는 과정에서 2상의 상변화가 발생한다.
비교예1의 처리 유체는 4상의 상변화가 일어나고, 비교예2의 처리 유체는 3상의 상변화가 일어난다. 처리 유체의 상변화는 처리 유체 내의 오염도를 높인다. 일 예로, 비교예1의 점 B1에서 처리 유체가 고체가 되면, 공급 라인의 배관을 타격하여 오염이 발생할 수 있다.
상변화를 최소화하기 위해서 유체 공급 탱크(610)에서 초임계 유체를 저장하였다가 공급하거나, 유체 공급 탱크(610)에서 온도를 최대로 높여 공급하는 방법이 강구될 수 있으나, 이 방법에 의하면 유체 공급 탱크(610)에 저장될 수 있는 처리 유체의 용량이 감소된다.
실시예에 의한 공급 라인(562)에는 단열팽창이 발생하는 오리피스(640)의 전단에 제1 히터(630)가 제공된다. 제1 히터(630)는 처리 유체가 오리피스(640)를 통과하기 직전에 설정 온도 이상으로 초임계유체를 가열한다. 설정 온도는 오리피스(640)를 통과하여 팽창된 초임계 유체의 온도가 임계온도 이상으로 유지되는 범위의 온도이다.
제1 히터(630)는 오리피스(640)를 통과하여 온도가 감소된 처리 유체의 온도를 사전에 상승시키면서도, 유체 공급 탱크(610)에 저장 가능한 처리 유체의 용량을 늘릴 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이다. 도 8을 참조하면, 제1 히터(670)는 오리피스(640)에 제공될 수 있다. 제1 히터(670)를 오리피스(640)에 제공한다. 제1 히터(670)는 오리피스(640)를 통과한 처리 유체의 온도가 임계온도 이상으로 유지될 수 있도록 가열한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략도이다. 도 9를 참조하면, 도 5에 도시된 실시예와 도 8에 도시된 실시 예는 병합하여 적용될 수 있다. 제1 히터는 복수로 제공된다. 제1 히터(630)는 오리피스(640)의 전단에 제공되고, 제1 히터(670)는 오리피스(640)에 제공될 수 있다.
본 발명은 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조하는 공정 외에도 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리하는 공정에 대하여 적용할 수 있음은 통상의 창작능력 범위의 변형에 해당할 것이다.
320 : 반송 로봇
400 : 액 처리 챔버
500 : 고압 챔버

Claims (12)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    기판을 처리하는 공정이 수행되는 처리 공간을 제공하는 챔버와;
    상기 챔버로 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하고;
    상기 유체 공급 유닛은,
    공급 라인과;
    상기 공급 라인에 제공되는 하나 이상의 오리피스와;
    상기 오리피스 또는 상기 오리피스의 전단에 제공되는 제1 히터를 포함하며,
    상기 제1 히터는 상기 오리피스를 통과하는 상기 처리 유체를 설정 온도 이상으로 가열하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 처리 유체는 상기 오리피스를 통과하여 후단에서 단열 팽창되며,
    상기 설정 온도는 상기 오리피스를 통과하여 단열 팽창된 상기 처리 유체의 온도가 임계온도 이상으로 유지될 수 있는 온도인 기판 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 오리피스가 제공되는 오리피스 영역과;
    상기 오리피스 영역의 상류의 상기 오리피스 전단의 오리피스 전단 영역과;
    상기 오리피스 영역의 하류의 상기 오리피스 후단의 오리피스 후단 영역을 포함하고,
    상기 처리 유체는 상기 오리피스 전단 영역과 상기 오리피스 영역과 상기 오리피스 후단 영역을 순차적으로 지남에 따라, 온도-압력 상변화 그래프에서 하나 이상의 변곡점을 형성하고, 상기 변곡점은 상기 처리 유체의 임계 온도보다 높은 온도에서 형성되도록 하는 온도인 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 설정온도는 상기 오리피스를 통과하는 상기 처리 유체가 기체와 초임계로 변하는 2상 또는 그 이하의 상변화를 하도록 하는 온도인 기판 처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 오리피스 후단에 제공되는 제2 히터를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 처리 유체는 이산화탄소인 기판 처리 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 공정은 초임계 상태의 상기 처리 유체로 기판을 처리하는 공정인 기판 처리 장치.
  8. 초임계 유체를 기판 상에 공급하여 기판을 처리하되,
    처리 유체는 상기 기판으로 공급되는 도중에 오리피스를 통해 흐르고,
    상기 처리 유체가 상기 오리피스를 통과하기 전에 상기 처리 유체를 설정 온도 이상으로 가열하는 기판 처리 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 처리 유체는 상기 오리피스의 후단에서 온도가 감소되며,
    상기 설정 온도는 감소된 온도가 임계온도 이상으로 유지될 수 있는 온도인 기판 처리 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 오리피스가 제공되는 오리피스 영역과;
    상기 오리피스 영역의 상류의 상기 오리피스 전단의 오리피스 전단 영역과;
    상기 오리피스 영역의 하류의 상기 오리피스 후단의 오리피스 후단 영역을 포함하고,
    상기 처리 유체는 상기 오리피스 전단 영역과 상기 오리피스 영역과 상기 오리피스 후단 영역을 순차적으로 지남에 따라, 온도-압력 상변화 그래프에서 하나 이상의 변곡점을 형성하고, 상기 변곡점은 상기 처리 유체의 임계 온도보다 높은 온도에서 형성되도록 하는 온도인 기판 처리 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 공정은 기판을 건조하는 공정인 기판 처리 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 처리 유체는 이산화탄소인 기판 처리 방법.


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