KR20210041689A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에서, 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와; 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지유닛과; 처리 공간으로 유기용제가 용해된 초임계 유체를 공급하는 제1유체 공급유닛과; 처리 공간으로 유기용제가 용해되지 않은 초임계 유체를 공급하는 제2유체 공급유닛과; 처리 공간을 배기하는 배기 유닛과; 제1유체 공급유닛, 제2유체 공급유닛 및 배기 유닛을 제어하는 제어기를 포함하되, 제어기는, 제1유체 공급유닛을 통해 유기용제가 혼합된 초임계 유체를 처리 공간으로 공급한 이후에 제2유체 공급유닛을 통해 유기용제가 용해되지 않은 초임계 유체가 처리 공간으로 공급되도록 제1유체 공급유닛 및 제2유체 공급유닛을 제어할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼와 같은 기판으로부터 제조한다. 구체적으로, 반도체 소자는 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 식각 공정 등을 수행하여 기판의 상부면에 미세한 회로 패턴을 형성하여 제조된다.
상기의 공정들을 수행하면서 상기 회로 패턴이 형성된 기판의 상부면에 각종 이물질이 부착되므로, 상기 공정들 사이에 기판 상의 이물질을 제거하는 세정 공정이 수행된다.
일반적으로 세정 공정은 케미칼을 기판에 공급하여 기판 상의 이물질을 제거하는 케미칼 처리, 순수를 기판에 공급하여 기판 상에 잔류하는 케미칼을 제거하는 린스 처리, 그리고 기판 상에 잔류하는 순수를 제거하는 건조 처리를 포함한다.
기판의 건조 처리를 위해 초임계 유체가 사용된다. 일 예에 의하면, 기판 상의 순수를 유기용제로 치환한 다음, 고압 챔버 내에서 초임계 유체를 기판의 상부면에 공급하여 기판 상에 남아있는 유기용제를 초임계 유체에 용해시켜 기판으로부터 제거한다. 유기용제로 이소프로필알코올(isopropyl alcohol; 이하, IPA)이 사용되는 경우, 초임계 유체로는 임계 온도 및 임계 압력이 상대적으로 낮고, IPA가 잘 용해되는 이산화탄소(CO2)가 사용된다.
초임계 유체를 이용한 기판의 처리는 다음과 같다. 기판이 고압 챔버 내로 반입되면, 고압 챔버 내로 초임계 상태의 이산화탄소가 공급되어 고압 챔버 내부를 가압하고, 이후 초임계 유체의 공급 및 고압 챔버 내의 배기를 반복하면서 초임계 유체로 기판을 처리한다. 그리고 기판의 처리가 완료되면, 고압 챔버 내부를 배기하여 감압한다.
종래의 초임계를 이용한 기판의 건조 공정에서는, 100°C 이상 고온으로 공정 챔버에 이산화탄소를 공급하여 기판 상의 IPA를 건조하는 방식으로 건조가 진행된다. 이 때, 챔버 내에서, IPA가 이산화탄소에 용해되기 전에 고온의 이산화탄소에 의해 건조되는 현상이 발생한다.
IPA가 기판의 패턴면으로부터 건조됨에 따라 리닝현상이 발생한다. 이를 방지하기 위해 기판에 IPA를 공급하는 단계에서 IPA의 공급량을 증가시킨다. 건조 공정에서 기판 상에 잔류하는 IPA를 감소시키기 위해 공정시간을 길게 늘릴 경우, 반도체 가격이 상승하고 수율이 하락하는 문제가 있다.
또한, 종래의 초임계를 이용한 기판의 건조 공정에서는, 이산화탄소를 챔버에 주입할 때, 이산화탄소의 압력을 변화하는 처리과정을 반복적으로 수행하여 IPA의 이산화탄소에 대한 용해도를 상승시킨다. 그러나, IPA를 이산화탄소에 용해시키는 과정에서 IPA와 이산화탄소가 접촉하여 반응이 일어나기까지 시간이 소요되어 상기 처리과정이 길어지는 문제가 있다.
본 발명은 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리 시 기판의 처리 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조 시 유기용제가 용해된 초임계 유체를 공급하는 기판 처리 장치 및 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 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와; 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지유닛과; 처리 공간으로 유기용제가 용해된 초임계 유체를 공급하는 제1유체 공급유닛과; 처리 공간으로 유기용제가 용해되지 않은 초임계 유체를 공급하는 제2유체 공급유닛과; 처리 공간을 배기하는 배기 유닛과; 제1유체 공급유닛, 제2유체 공급유닛 및 배기 유닛을 제어하는 제어기를 포함하되, 제어기는, 제1유체 공급유닛을 통해 유기용제가 혼합된 초임계 유체를 처리 공간으로 공급한 이후에 제2유체 공급유닛을 통해 유기용제가 용해되지 않은 초임계 유체가 처리 공간으로 공급되도록 제1유체 공급유닛 및 제2유체 공급유닛을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제1유체 공급유닛은, 혼합탱크와; 혼합탱크로 초임계 유체를 공급하는 제1초임계 유체 공급라인과; 혼합탱크로 유기용제를 공급하는 용제 공급라인과; 혼합탱크 내의 유기용제가 혼합된 초임계 유체를 처리 공간으로 공급하는 제1공급라인을 가질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제2유체 공급유닛은, 초임계 유체를 저장하는 레저버와; 레저버로 초임계 유체를 공급하는 제2초임계 유체 공급라인과; 레저버 내의 초임계 유체를 처리 공간으로 공급하는 제2공급라인을 가질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제어기는, 처리 공간으로 공급되는 유기용제가 용해된 초임계 유체의 혼합비는 처리 공간에서 유기용제가 1wt% 이하로 제공되도록 제1유체 공급유닛을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제1유체는 이산화탄소이고, 제2유체는 이소프로필알코올일 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판이 처리 공간으로 반입된 후 처리 공간을 초임계 유체를 공급하여 가압하는 가압 단계와; 초임계 유체를 처리 공간으로 공급하여 초임계 유체로 기판을 처리하는 처리 단계와; 그리고 기판의 처리가 완료된 후, 처리 공간에서 초임계 유체를 배출하는 감압 단계를 순차적으로 수행하되, 가압 단계에서는, 처리 공간으로 초임계 유체와 유기용제를 동시에 공급할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 가압 단계에서, 유기용제가 초임계 유체에 용해된 상태에서 처리 공간으로 공급될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 처리 단계는, 유기용제 없이 초임계 유체만 처리 공간으로 공급될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 가압 단계는, 처리 공간으로 공급되는 유기용제가 용해된 초임계 유체의 혼합비는 처리 공간에서 유기용제가 1wt% 이하로 제공되도록 조절될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 초임계 유체는 이산화탄소이고 유기용제는 이소프로필 알코올일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 유기용제가 잔류하는 기판 상에 초임계 유체를 공급하여 기판 상에서 유기용제를 제거하되, 처리 공간에 기판을 반입하고, 유기용제가 용해된 초임계 유체를 처리 공간으로 공급하고, 이후에 유기용제가 용해되지 않은 초임계 유체를 처리 공간으로 공급할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 처리 공간의 외부에서 유기용제가 초임계 유체에 용해된 이후에, 유기용제가 용해된 초임계 유체가 처리 공간으로 공급될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 처리 공간으로 공급되는 유기용제가 용해된 초임계 유체의 혼합비는 처리 공간에서 유기용제가 1wt% 이하로 제공되도록 조절될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 초임계 유체는 이산화탄소이고 유기용제는 이소프로필 알코올일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조 시 기판의 처리 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조 시 초임계 유체에 미처 용해되지 않은 유기용제가 건조되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 초임계 유체를 이용하여 기판을 건조 시 공정시간을 단축할 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 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 액 처리 장치의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 초임계 장치의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 초임계 유체를 공급하는 제1유체 공급유닛 및 제2유체 공급유닛의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 따른 기판 처리 방법의 순서도를 보여주는 도면이다.
도 6은 가압단계에서 도 4의 제1유체 공급 유닛이 공정챔버에 유기용제가 용해된 초임계 유체를 공급하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 처리단계에서 도 4의 제2유체 공급 유닛이 공정챔버에 유기용제가 용해되지 않은 초임계 유체를 공급하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 배기단계에서 도 4의 배기 유닛이 공정챔버를 배기하는 모습을 보여주는 도면이다.
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 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 처리 시스템은 인덱스 모듈(10), 처리 모듈(20), 그리고 제어기(미도시)를 포함한다. 일 실시예에 의하면, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)은 일방향을 따라 배치된다. 이하, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)이 배치된 방향을 제1방향(92)이라 하고, 상부에서 바라볼 때 제1방향(92)과 수직한 방향을 제2방향(94)이라 하고, 제1방향(92) 및 제2방향(94)에 모두 수직한 방향을 제3방향(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 제2방향(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 제2방향(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, 제3방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3방향(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 장치(300), 액 처리 장치(400), 그리고 초임계 장치(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 장치(400)는 기판(W) 상에 액을 공급하여 기판(W)을 액 처리하는 액 처리 공정을 수행한다. 초임계 장치(500)는 기판(W) 상에 잔류하는 액을 제거하는 건조 공정을 수행한다. 반송 장치(300)는 버퍼 유닛(200), 액 처리 장치(400), 그리고 초임계 장치(500) 간에 기판(W)을 반송한다.
반송 장치(300)는 그 길이 방향이 제1방향(92)으로 제공될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 인덱스 모듈(10)과 반송 장치(300) 사이에 배치될 수 있다. 액 처리 장치(400)와 초임계 장치(500)는 반송 장치(300)의 측부에 배치될 수 있다. 액 처리 장치(400)와 반송 장치(300)는 제2방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 초임계 장치(500)와 반송 장치(300)는 제2방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 반송 장치(300)의 일단에 위치될 수 있다.
일 예에 의하면, 액 처리 장치(400)들은 반송 장치(300)의 양측에 배치되고, 초임계 장치(500)들은 반송 장치(300)의 양측에 배치되며, 액 처리 장치(400)들은 초임계 장치(500)들보다 버퍼 유닛(200)에 더 가까운 위치에 배치될 수 있다. 반송 장치(300)의 일측에서 액 처리 장치(400)들은 제1방향(92) 및 제3방향(96)을 따라 각각 A X B(A, B는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수) 배열로 제공될 수 있다. 또한, 반송 장치(300)의 일측에서 초임계 장치(500)들은 제1방향(92) 및 제3방향(96)을 따라 각각 C X D(C, D는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수)개가 제공될 수 있다. 상술한 바와 달리, 반송 장치(300)의 일측에는 액 처리 장치(400)들만 제공되고, 그 타측에는 초임계 장치(500)들만 제공될 수 있다.
반송 장치(300)는 반송 로봇(320)을 가진다. 반송 장치(300) 내에는 길이 방향이 제1방향(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, 제3방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3방향(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 장치(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 2는 도 1의 액 처리 장치(400)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 액 처리 장치(400)는 하우징(410), 컵(420), 지지 유닛(440), 액 공급 유닛(460), 승강 유닛(480) 및 제어기(40)를 가진다. 제어기(40)는 액 공급 유닛(460), 지지 유닛(440) 및 승강 유닛(480)의 동작을 제어한다. 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 처리공간을 가지고, 기판(W)은 처리공간 내에서 액 처리된다. 지지 유닛(440)은 처리공간 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 전 처리액은 각 회수통(422, 424, 426)의 유입구(422a, 424a, 426a)를 통해 회수 공간으로 유입된다. 일 예에 의하면, 컵(420)은 제1회수통(422), 제2회수통(424), 그리고 제3회수통(426)을 가진다. 제1회수통(422)은 지지 유닛(440)을 감싸도록 배치되고, 제2회수통(424)은 제1회수통(422)을 감싸도록 배치되고, 제3회수통(426)은 제2회수통(424)을 감싸도록 배치된다. 제2회수통(424)으로 액을 유입하는 제2유입구(424a)는 제1회수통(422)으로 액을 유입하는 제1유입구(422a)보다 상부에 위치되고, 제3회수통(426)으로 액을 유입하는 제3유입구(426a)는 제2유입구(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 제1노즐(462), 제2노즐(464), 그리고 제3노즐(466)을 가진다. 제1노즐(462)은 제1액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제1액은 기판(W) 상에 잔존하는 막이나 이물을 제거하는 액일 수 있다. 제2노즐(464)은 제2액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제2액은 제3액에 잘 용해되는 액일 수 있다. 예컨대, 제2액은 제1액에 비해 제3액에 더 잘 용해되는 액일 수 있다. 제2액은 기판(W) 상에 공급된 제1액을 중화시키는 액일 수 있다. 또한, 제2액은 제1액을 중화시키고 동시에 제1액에 비해 제3액에 잘 용해되는 액일 수 있다.
일 예에 의하면, 제2액은 물일 수 있다. 제3노즐(466)은 제3액을 기판(W) 상으로 공급한다. 제3액은 초임계 장치(500)에서 사용되는 초임계 유체에 잘 용해되는 액일 수 있다. 예컨대, 제3액은 제2액에 비해 초임계 장치(500)에서 사용되는 초임계 유체에 잘 용해되는 액일 수 있다. 일 예에 의하면, 제3액은 유기용제일 수 있다. 유기용제는 이소프로필알코올(IPA)일 수 있다. 일 예에 의하면, 초임계 유체는 이산화탄소일 수 있다.
제1노즐(462), 제2노즐(464), 그리고 제3노즐(466)은 서로 상이한 아암(461)에 지지되고, 이들 아암(461)들은 독립적으로 이동될 수 있다. 선택적으로 제1노즐(462), 제2노즐(464), 그리고 제3노즐(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 전 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 3은 도 1의 초임계 장치(500)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 일 실시예에 의하면, 초임계 장치(500)는 초임계 유체를 이용하여 기판(W) 상의 액을 제거한다. 일 실시예에 따르면, 기판(W) 상의 액은 이소프로필 알코올(IPA)이다. 초임계 장치(500)는 초임계 유체를 기판 상에 공급하여 기판(W) 상의 IPA를 초임계 유체에 용해시켜 기판(W)으로부터 IPA를 제거한다. 일 예에서, 초임계 유체는 초임계 상태의 이산화탄소이다.
초임계 장치(500)는 공정챔버(520), 제1유체 공급유닛(560), 제2유체 공급유닛(570), 지지 장치(미도시) 그리고 배기 유닛(550)을 포함한다.
공정챔버(520)는 세정 공정이 수행되는 처리 공간(502)을 제공한다. 공정챔버(520)는 상부 하우징(522)과 하부 하우징(524)을 가지며, 상부 하우징(522)과 하부 하우징(524)는 서로 조합되어 상술한 처리 공간(502)을 제공한다. 상부 하우징(522)은 하부 하우징(524)의 상부에 제공된다.
상부 하우징(522)은 그 위치가 고정되고, 하부 하우징(524)은 실린더와 같은 구동부재(590)에 의해 승하강될 수 있다. 하부 하우징(524)이 상부 하우징(522)으로부터 이격되면 처리 공간(502)이 개방되고, 이 때 기판(W)이 반입 또는 반출된다.
공정 진행시에는 하부 하우징(524)이 상부 하우징(522)에 밀착되어 처리 공간(502)이 외부로부터 밀폐된다. 공정챔버(520)의 벽 내부에는 히터(미도시)가 제공된다. 히터(미도시)는 공정챔버(520)의 내부공간 내로 공급된 유체가 초임계 상태를 유지하도록 공정챔버(520)의 처리 공간(502)을 가열한다. 처리 공간(502)의 내부는 초임계 유체에 의한 분위기가 형성된다.
지지 장치(미도시)는 공정챔버(520)의 처리 공간(502) 내에서 기판(W)을 지지한다. 공정챔버(520)의 처리 공간(502)으로 반입된 기판(W)은 지지 장치(미도시)에 놓인다. 일 예에 의하면, 기판(W)은 패턴면이 상부를 향하도록 지지 장치(미도시)에 의해 지지된다.
제1유체 공급유닛(560)은 처리 공간(502)으로 유기용제가 용해된 초임계 유체를 공급한다. 제2유체 공급유닛(570) 처리 공간(502)으로 유기용제가 용해되지 않은 초임계 유체를 공급한다. 도 4에서 제1유체 공급유닛(560)과 제2유체 공급유닛(570)은 상부 하우징(522)에 결합된 것으로 도시되었으나, 제1유체 공급유닛(560)과 제2유체 공급유닛(570)은 하부 하우징(524)에 결합될 수 있고, 둘 중 어느 하나는 상부 하우징(522)에 결합되고 나머지 하나는 하부 하우징(524)에 결합될 수도 있다.
하부 하우징(524)에는 배기 유닛(550)이 결합된다. 공정챔버(520)의 처리 공간(502) 내의 초임계 유체는 배기 유닛을 통해서 공정챔버(520)의 외부로 배기된다.
제1유체 공급유닛(560)은 처리 공간(502)으로 유기용제가 용해된 초임계 유체를 공급한다. 제2유체 공급유닛(570) 처리 공간(502)으로 유기용제가 용해되지 않은 초임계 유체를 공급한다. 도 4에서 제1유체 공급유닛(560)과 제2유체 공급유닛(570)은 상부 하우징(522)에 결합된 것으로 도시되었으나, 제1유체 공급유닛(560)과 제2유체 공급유닛(570)은 하부 하우징(524)에 결합될 수 있고, 둘 중 어느 하나는 상부 하우징(522)에 결합되고 나머지 하나는 하부 하우징(524)에 결합될 수도 있다.
제1유체 공급유닛(560)은, 제1초임계 유체 공급라인(540), 용제 공급라인(530), 혼합탱크(564), 제1공급라인(561) 및 제1공급밸브(562)를 가진다.
제1초임계 유체 공급라인(540)에, 제1펌프(549), 제1전방밸브(548), 제1레저버(546), 제1히터(544) 및 제1후방밸브(542)가 설치된다. 제1레저버(546)는 이산화탄소를 공급하는 초임계 유체 공급원(미도시)과 연결되어, 초임계 유체 공급원으로부터 이산화탄소를 공급받는다. 제1펌프(549)는 제1레저버(546)의 전단에 설치되어 이산화탄소를 제1레저버(546)로 송출한다. 제1전방밸브(548)는 제1펌프(549)로부터 제1레저버(546)로 송출되는 이산화탄소의 유량을 조절한다. 제1히터(544)는 이산화탄소를 초임계 상태가 되도록 가온시킨다. 제1후방밸브(542)는 혼합탱크(564)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 조절한다.
용제 공급라인(530)에, 제2펌프(535), 제2전방밸브(536), 제2레저버(534), 및 제2후방밸브(532)가 설치된다. 제2레저버(534)는 IPA를 공급하는 IPA 공급원(미도시)과 연결되어, IPA 공급원으로부터 IPA를 공급받는다. 제2펌프(535)는 제2레저버(534)의 전단에 설치되어 IPA를 제2레저버(534)로 송출한다. 제2전방밸브(536)는 제2펌프(535)로부터 제2레저버(534)로 송출되는 IPA의 유량을 조절한다. 제2후방밸브(532)는 혼합탱크(564)로 공급되는 IPA의 유량을 조절한다.
혼합탱크(564)에서 제1초임계 유체 공급라인(540)으로부터 공급된 이산화탄소와 용제 공급라인(530)으로부터 공급된 IPA가 혼합된다. 혼합탱크(564) 내부에서 이산화탄소와 IPA가 섞이고 반응하면서 IPA가 이산화탄소에 용해된다. 혼합탱크(564) 내부의 온도와 압력은 이산화탄소가 초임계 상태를 유지할 수 있도록 설정된다. 혼합탱크(564) 내부에서 IPA가 이산화탄소에 용해되는 시간을 단축하기 위해 진동 인가 장치, 히터 등의 부재가 설치될 수 있다.
제1공급라인(561)은 혼합탱크(564)로부터 처리 공간(502)으로 IPA가 용해된 이산화탄소를 공급한다. 제1공급밸브(562)는 제1공급라인(561) 상에 설치되어 공정챔버(520)로 송출되는 IPA가 용해된 이산화탄소의 유량을 조절한다.
제2유체 공급유닛(570)은, 제2초임계 유체 공급라인(571)과 제2초임계 유체 공급라인(571)에 설치된 제3펌프(579), 제3전방밸브(578), 레저버(576), 제2히터(574) 및 제3후방밸브(572)를 가진다. 레저버(576)는 이산화탄소를 공급하는 초임계 유체 공급원(미도시)과 연결되어, 초임계 유체 공급원으로부터 이산화탄소를 공급받는다. 제3펌프(579)는 레저버(576)의 전단에 설치되어 이산화탄소를 레저버(576)로 송출한다. 제3전방밸브(578)는 제3펌프(579)로부터 레저버(576)로 송출되는 이산화탄소의 유량을 조절한다. 제2히터(574)는 이산화탄소를 초임계 상태가 되도록 가온시킨다. 제3후방밸브(572)는 처리 공간(502)로 공급되는 이산화탄소의 유량을 조절한다.
혼합탱크(564)와 레저버(576)는 각각 이산화탄소를 초임계 상태로 저장할 수 있다. 혼합탱크(564)와 레저버(576)에 저장된 이산화탄소의 온도, 압력 또는 밀도는 서로 상이할 수 있다. 일 예에서, 제1펌프(549)와 제3펌프(579)는 각각 제1레저버(546)와 레저버(576)로 송출되는 이산화탄소의 압력이 상이하도록 제공될 수 있다. 일 예에서, 제1히터(544)와 제2히터(574)의 출력이 상이하게 제공될 수 있다.
하부 하우징(524)에는 배기 유닛(550)이 결합된다. 공정챔버(520)(520)의 처리 공간(502) 내의 초임계 유체는 배기 유닛을 통해서 공정챔버(520)(520)의 외부로 배기된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 따른 기판 처리 방법의 순서도를 보여주는 도면이다. 제어기는 본 발명의 기판 처리 방법을 수행하기 위해 제1유체 공급유닛(560), 제2유체 공급유닛(570) 및 배기 유닛(550)을 제어한다.
도 5를 참조하면, 기판을 처리하는 방법은 가압 단계(S100), 처리 단계(S200), 감압 단계(S300) 및 개방 단계(S400)를 포함할 수 있다.
기판(W)이 처리 공간(502)으로 반입되면 가압 단계(S100)가 수행된다. 가압 단계(S100)에서 처리 공간(502)에 초임계 유체가 공급되어 처리 공간(502)을 가압한다. 가압은 처리 공간(502)의 내부가 이산화탄소가 초임계 유체가 되는 임계 압력 또는 그 이상이 될 때까지 이루어진다.
처리 단계(S200)는 초임계 유체를 처리 공간(502)으로 공급하여 초임계 유체로 기판(W)을 처리한다. 처리 단계(S200)는, 공급 과정과 배기 과정을 포함한다. 배기 과정과 공급 과정은 순차적으로 복수 회 반복되면서 수행된다. 공급 과정에서 처리 공간(502)으로 이산화탄소가 공급되고, 배기 과정에서 처리 공간(502)이 배기된다.
감압 단계(S300)는 기판(W)의 처리를 완료한 후, 처리 공간(502)을 배기한다. 일 예에 의하면 감압은 처리 공간(502) 내부의 상압 또는 이와 유사한 압력이 될 때까지 이루어진다. 감압 단계(S300)가 완료되면, 공정챔버(520)를 개방하는 개방 단계(S400)가 수행되고, 공정챔버(520)가 개방되면 기판(W)이 처리 공간(502)에서 반출된다.
도 6은 가압단계(S100)에서 도 4의 제1유체 공급유닛(560)이 공정챔버(520)에 IPA가 용해된 이산화탄소를 공급하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 가압 단계(S100)에서, IPA가 이산화탄소에 용해된 상태에서 처리 공간(502)으로 공급된다. 일 예에서, 처리 공간(502)으로 공급되는 IPA가 용해된 이산화탄소의 혼합비는 처리 공간(502)에서 IPA가 1wt% 이하로 제공되도록 조절된다. 일 실시예에서, IPA는 처리 공간(502)에서 0.5wt%가 되도록 제공될 수 있다. 가압 단계(S100)에서 제1공급밸브(562)를 제외한 밸브들은 폐쇄된다.
도 7은 처리단계에서 도 4의 제2 유체 공급 유닛이 공정챔버(520)에 유기용제가 용해되지 않은 초임계 유체를 공급하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 처리 단계(S200)의 공급 과정에서 유기용제 없이 초임계 유체만이 처리 공간(502)으로 공급된다. 처리 단계(S200)의 배기 과정은 도 8에 도시된 바와 같다.
일 예에서, 처리 단계(S200)의 공급과정에서 처리 공간(502)의 압력을 P1이라고 하고, 가압 단계(S100)에서 처리 공간(502)의 압력을 P2라고 하면 P1은 P2 보다 작거나 같을 수 있다. 일 예에서, 반복되는 공급과정에서 P2는 같은 압력으로 제공될 수 있고, 압력이 상이하게 제공될 수도 있다.
처리 단계(S200)에서 IPA가 용해되지 않은 이산화탄소를 처리 공간(502)으로 공급하여, 가압 단계(S100)에서 공급된 이산화탄소에 물리적 힘을 가하여 이산화탄소에 대한 IPA의 용해를 촉진시킨다.
도 8은 배기단계에서 도 4의 배기 유닛이 공정챔버(520)를 배기하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 배기 유닛(550)에 설치된 배기밸브(552)가 개방되고, 제1유체 공급유닛(560)과 제2유체 공급유닛(570)에 제공된 밸브들이 폐쇄되어 처리 공간이 배기된다.
본 발명에 따르면, 가압단계(S100)에서, 처리공간(502)으로 유기용제가 용해된 이산화탄소를 공급함에 따라, 유기용제가 이산화탄소에 용해되기 전에 처리공간(502)에서 건조되는 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라 리닝 현상을 방지하고, 유기용제로 기판을 웨팅하는 과정에서 유기용제의 사용량을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 가압단계(S100)에서, 처리공간(502)으로 유기용제가 용해된 이산화탄소를 공급함에 따라, 유기용제와 이산화탄소의 반응 속도를 높여, 유기용제의 이산화탄소에 대한 용해 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 가압단계(S100)에서, 처리공간(502)으로 유기용제가 용해된 이산화탄소를 공급함에 따라, 유기용제와 이산화탄소의 반응이 원활이 이루어지도록 하여 기판 상에 잔류하는 유기용제를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 가압단계(S100)에서 처리공간(502)으로 유기용제가 용해된 이산화탄소를 공급하고, 처리단계(S200)에서 처리공간(502)으로 유기용제가 용해되지 않은 이산화탄소를 공급함에 따라 처리단계(S200)에서 공급 과정과 배기 과정을 반복하는 횟수를 감소시켜 공정 시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
502: 처리공간
520: 공정챔버
550: 배기 유닛
560: 제1유체공급 유닛
570: 제2유체공급 유닛

Claims (14)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버와;
    상기 처리 공간 내에서 기판을 지지하는 지지유닛과;
    상기 처리 공간으로 유기용제가 용해된 초임계 유체를 공급하는 제1유체 공급유닛과;
    상기 처리 공간으로 상기 유기용제가 용해되지 않은 상기 초임계 유체를 공급하는 제2유체 공급유닛과;
    상기 처리 공간을 배기하는 배기 유닛과;
    상기 제1유체 공급유닛, 상기 제2유체 공급유닛 및 상기 배기 유닛을 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는,
    상기 제1유체 공급유닛을 통해 상기 유기용제가 혼합된 초임계 유체를 상기 처리 공간으로 공급한 이후에 상기 제2유체 공급유닛을 통해 상기 유기용제가 용해되지 않은 상기 초임계 유체가 상기 처리 공간으로 공급되도록 상기 제1유체 공급유닛 및 상기 제2유체 공급유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체 공급유닛은,
    혼합탱크와;
    상기 혼합탱크로 상기 초임계 유체를 공급하는 제1초임계 유체 공급라인과;
    상기 혼합탱크로 상기 유기용제를 공급하는 용제 공급라인과;
    상기 혼합탱크 내의 상기 유기용제가 혼합된 초임계 유체를 상기 처리 공간으로 공급하는 제1공급라인을 가지는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2유체 공급유닛은,
    상기 초임계 유체를 저장하는 레저버와;
    상기 레저버로 상기 초임계 유체를 공급하는 제2초임계 유체 공급라인과;
    상기 레저버 내의 상기 초임계 유체를 상기 처리 공간으로 공급하는 제2공급라인을 가지는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 처리 공간으로 공급되는 상기 유기용제가 용해된 상기 초임계 유체의 혼합비는 상기 처리 공간에서 상기 유기용제가 1wt% 이하로 제공되도록 상기 제1유체 공급유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1유체는 이산화탄소이고, 상기 제2유체는 이소프로필알코올인 기판 처리 장치.
  6. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    기판이 처리 공간으로 반입된 후 상기 처리 공간을 초임계 유체를 공급하여 가압하는 가압 단계와;
    상기 초임계 유체를 상기 처리 공간으로 공급하여 상기 초임계 유체로 상기 기판을 처리하는 처리 단계와; 그리고
    상기 기판의 처리가 완료된 후, 상기 처리 공간에서 상기 초임계 유체를 배출하는 감압 단계를 순차적으로 수행하되,
    상기 가압 단계에서는,
    상기 처리 공간으로 초임계 유체와 유기용제를 동시에 공급하는 기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가압 단계에서,
    상기 유기용제가 상기 초임계 유체에 용해된 상태에서 상기 처리 공간으로 공급되는 기판 처리 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 처리 단계는,
    유기용제 없이 상기 초임계 유체만 상기 처리 공간으로 공급하는 기판 처리 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 가압 단계는,
    상기 처리 공간으로 공급되는 상기 유기용제가 용해된 상기 초임계 유체의 혼합비는 상기 처리 공간에서 상기 유기용제가 1wt% 이하로 제공되도록 조절되는 기판 처리 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초임계 유체는 이산화탄소이고 상기 유기용제는 이소프로필 알코올인 기판 처리 방법.
  11. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    유기용제가 잔류하는 기판 상에 초임계 유체를 공급하여 상기 기판 상에서 상기 유기용제를 제거하되,
    처리 공간에 상기 기판을 반입하고, 상기 유기용제가 용해된 상기 초임계 유체를 상기 처리 공간으로 공급하고, 이후에 상기 유기용제가 용해되지 않은 상기 초임계 유체를 상기 처리 공간으로 공급하는 기판 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 처리 공간의 외부에서 상기 유기용제가 상기 초임계 유체에 용해된 이후에, 상기 유기용제가 용해된 상기 초임계 유체가 상기 처리 공간으로 공급되는 기판 처리 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 처리 공간으로 공급되는 상기 유기용제가 용해된 상기 초임계 유체의 혼합비는 상기 처리 공간에서 상기 유기용제가 1wt% 이하로 제공되도록 조절되는 기판 처리 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초임계 유체는 이산화탄소이고 상기 유기용제는 이소프로필 알코올인 기판 처리 방법.

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