KR20220083001A - 기판 처리 장치 및 온도 제어 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 온도 제어 방법 Download PDF

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KR20220083001A
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이영훈
차명석
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Abstract

본 발명은 온도 제어 방법을 제공한다. 챔버로 전달되는 처리 유체를 저장하는 탱크 내 온도 제어 방법은, 상기 탱크가 가지는 내부 공간으로 상기 처리 유체를 공급하고, 상기 내부 공간에서 상기 처리 유체를 가열하고, 가열된 상기 처리 유체를 상기 챔버로 전달하되, 상기 내부 공간의 온도는, 상기 내부 공간의 압력을 측정하고, 측정된 상기 압력에 근거하여 상기 내부 공간의 온도를 조절될 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 온도 제어 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND TEMPERATURE CONTROL METHOD}
본 발명은 기판 처리 장치 및 온도 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압의 처리 유체를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 상기 기판 처리 장치가 가지는 챔버로 전달되는 처리 유체를 저장하는 탱크 내 온도 제어 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서, 기판에 사진, 식각, 애싱, 이온 주입, 그리고 박막 증착 등의 다양한 공정들을 통해 원하는 패턴을 웨이퍼 등의 기판 상에 형성한다. 각각의 공정에는 다양한 처리 액, 처리 가스들이 사용되며, 공정 진행 중에는 파티클, 그리고 공정 부산물이 발생한다. 이러한 파티클, 그리고 공정 부산물을 기판으로부터 제거하기 위해 각각의 공정 전후에는 세정 공정이 수행된다.
일반적인 세정 공정은 기판을 케미칼 및 린스 액으로 처리한 후에 건조 처리한다. 건조 처리의 일 예로, 기판을 고속으로 회전시켜 기판 상에 잔류하는 린스 액을 제거하는 회전 건조 공정이 있다. 그러나, 이러한 회전 건조 방식은 기판 상에 형성된 패턴을 무너뜨릴 우려가 있다.
이에, 최근에는 기판 상에 이소프로필알코올(IPA)과 같은 유기 용제를 공급하여 기판 상에 잔류하는 린스 액을 표면 장력이 낮은 유기 용제로 치환하고, 이후 기판 상에 초임계 상태의 처리 유체를 공급하여 기판에 잔류하는 유기 용제를 제거하는 초임계 건조 공정이 이용되고 있다.
도 1은 초임계 건조 공정을 수행하는 일반적인 기판 처리 장치를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 탱크의 내부 공간의 압력 및 온도 변화, 그리고 초임계 챔버의 처리 공간의 압력 변화를 보여주는 그래프이다. 도 1, 그리고 도 2를 참조하면, 초임계 건조 공정을 수행하는 일반적인 기판 처리 장치(1)는 탱크(2), 히터(4), 제1가스 공급 관(5), 제2가스 공급 관(6), 온도 센서(7), 압력 센서(8), 그리고 초임계 챔버(9)를 포함한다. 또한, 도 2에 도시된 그래프에서, X 축은 시간(t)을 나타내고, Y 축들은 각각 탱크의 내부 공간의 압력(PT), 탱크의 내부 공간의 온도(FT), 초임계 챔버의 처리 공간의 압력(PC)을 나타낸다.
초임계 챔버(9)는 웨이퍼 등의 기판(W)을 건조 처리하는 처리 공간을 가진다. 탱크(2)는 내부 공간(3)을 가진다. 탱크(2)의 내부 공간(3)으로는 제1가스 공급 관(5)에 의해 처리 유체가 공급된다. 탱크(2)는 내부 공간(3)으로 공급된 처리 유체를 저장 할 수 있다. 내부 공간(3)에 저장된 처리 유체는 히터(4)에 의해 가열되고, 가열된 상태로 제2가스 공급 관(6)을 통해 초임계 챔버(9)의 처리 공간으로 공급된다. 초임계 챔버(9)로 가열된 상태의 처리 유체가 공급되면, 초임계 챔버(9)의 처리 공간의 압력은 미리 설정된 압력까지 상승된다. 이후, 처리 공간의 압력은 일정 시간 유지된다. 이후, 처리 공간으로부터 처리 유체가 배출되어 초임계 챔버(9)의 처리 공간의 압력은 낮아진다.
또한, 탱크(2)의 내부 공간(3)의 압력은 설정 압력(SP), 그리고 설정 온도(ST)로 일정하게 유지되어야 한다. 이는 초임계 챔버(9)로 전달되는 처리 유체의 온도가 공급되는 시점에 따라 편차가 발생하는 것을 억제하기 위함이다. 또한, 탱크(2)의 내부 공간(3)의 압력을 비교적 일정하게 유지하여 기판 처리 장치(1)의 설비 안정성을 확보하기 위함이다. 이에, 탱크(2)의 내부 공간(3)에는, 탱크(2)의 내부 공간(3)의 온도 및 압력을 일정하게 유지하기 위해 내부 공간(3)의 압력을 측정하는 압력 센서(8)와 내부 공간(3)의 온도를 측정하는 온도 센서(7)가 배치된다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1시점(t01)에 탱크(2)로부터 초임계 챔버(9)로 처리 유체가 공급되면, 탱크(2)의 내부 공간(3)의 압력은 낮아진다. 낮아진 내부 공간(3)의 압력을 높이기 위해 압력 센서(8)가 측정하는 내부 공간(3)의 압력 값에 근거하여, 탱크(2)의 내부 공간(3)으로는 제1가스 공급 관(5)을 통해 신규 처리 유체가 유입된다. 내부 공간(3)으로 신규 처리 유체가 유입되면 내부 공간(3)의 온도는 낮아진다. 낮아진 내부 공간(3)의 온도를 높이기 위해 온도 센서(7)가 측정하는 내부 공간(3)의 온도 값에 근거하여, 히터(4)는 내부 공간(3)의 온도를 상승시킨다.
그러나, 탱크(2)의 내부 공간(3)으로 유입되는 신규 처리 유체의 온도는 다소 낮다. 즉, 탱크(2)의 내부 공간(3)에서 제1가스 공급 관(5)과 인접한 A 영역의 온도와, 제2가스 공급 관(6)과 인접한 B 영역의 온도는 서로 상이할 수 있다. 즉, 온도 센서(7)가 내부 공간(3)에 배치되는 위치에 따라 온도 센서(7)가 측정하는 내부 공간(3)의 온도 값은 달라질 수 있다. 다시 말해, 온도 센서(7)가 측정하는 온도 값의 정확도는 떨어진다. 또한, 온도 센서(7)가 측정하는 온도 값에 추종하여 히터(4)가 내부 공간(3)을 가열하기에 히터(4)의 반응 속도는 온도 센서(7)가 측정하는 온도 값의 변화에 영향을 받는다. 그러나, 상술한 바와 같이 온도 센서(7)가 측정하는 온도 값은 상대적으로 정확도가 떨어지며, 온도 센서(7)의 측정 반응 속도 또한 느리기 때문에, 히터(4)의 반응 속도도 느리다.
또한, 초임계 챔버(9)에서 기판에 대한 초임계 처리 공정이 완료되는 제4시점(t04)이 되면, 초임계 챔버(9)의 처리 공간으로 공급된 처리 유체들은 초임계 챔버(9)로부터 배출된다. 이에, 초임계 챔버(9)의 압력은 낮아진다. 또한, 제4시점(t04)부터는 탱크(2)의 내부 공간(3)에서 초임계 챔버(9)의 처리 공간으로의 처리 유체의 공급이 중단된다. 또한, 제4시점(t04) 이전에 낮아진 내부 공간(3)의 압력을 높이기 위해 내부 공간(3)으로는 처리 유체가 지속하여 공급된다. 제5시점(t05)에는 내부 공간(3)의 압력이 설정 압력(SP)에 이른다. 그러나, 내부 공간(3)의 압력은 설정 압력(SP)에 이른 이후, 그보다 더 높은 압력으로 높아진다. 이는, 내부 공간(3)으로 신규 처리 유체가 유입되어 내부 공간(3)의 온도가 낮아지고, 낮아진 내부 공간(3)의 온도를 높이기 위해 히터(4)가 탱크(2)를 가열하기 때문이다. 온도와 압력은 서로 비례 관계에 있으므로, 히터(4)가 탱크(2)를 가열하여 내부 공간(3)의 온도를 높이면, 탱크(2)의 내부 공간(3)의 압력은 설정 압력(SP)보다 높아진다. 이에, 설정 압력(SP)보다 높아진 내부 공간(3)의 압력을 다시 낮추기 위해 내부 공간(3)에 공급된 처리 유체는 탱크(2)의 외부로 도시되지 않은 벤트 라인을 통해 배출된다. 처리 유체가 벤트 라인을 통해 외부로 배출되면, 내부 공간(3)의 압력은 다시 낮아진다. 이 경우, 내부 공간(3)의 압력은 설정 압력(SP)보다 더 낮은 수준으로 떨어질 수 있다. 내부 공간(3)의 압력이 설정 압력(SP)보다 더 낮은 수준으로 떨어지면, 내부 공간(3)에는 신규 처리 유체가 다시 공급된다. 내부 공간(3)으로 신규 처리 유체가 다시 공급되면, 내부 공간(3)의 온도는 다시 떨어진다. 내부 공간(3)의 온도가 떨어지면 히터(4)는 탱크(2)를 다시 가열한다. 즉, 도 2에서 제5시점(t05), 그리고 제6시점(t06) 사이에서는 오버 슈팅(Over-shooting) 현상이 발생된다. 즉, 제5시점(t05), 그리고 제6시점(t06) 사이에서 내부 공간(3)의 압력 및 온도를 설정 압력(SP), 그리고 설정 온도(ST)로 유지하는 과정에서, 처리 유체가 불필요하게 소모되는 문제가 발생한다.
본 발명은 처리 유체의 온도를 효율적으로 조절할 수 있는 온도 제어 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 오버 슈팅 현상이 발생되는 것을 최소화 할 수 있는 온도 제어 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 탱크의 내부 공간의 온도 및 압력을 효과적으로 제어할 수 있는 온도 제어 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 탱크의 내부 공간의 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 온도 제어 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재들로부터 통상의 기술자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 온도 제어 방법을 제공한다. 챔버로 전달되는 처리 유체를 저장하는 탱크 내 온도 제어 방법은, 상기 탱크가 가지는 내부 공간으로 상기 처리 유체를 공급하고, 상기 내부 공간에서 상기 처리 유체를 가열하고, 가열된 상기 처리 유체를 상기 챔버로 전달하되, 상기 내부 공간의 온도는, 상기 내부 공간의 압력을 측정하고, 측정된 상기 압력에 근거하여 상기 내부 공간의 온도를 조절될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 내부 공간의 온도는, 상기 내부 공간의 압력이 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 조절될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 내부 공간의 온도는, 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력보다 낮은 경우, 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 상기 내부 공간의 온도를 상승시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 내부 공간의 온도는, 상기 탱크의 외부에서 열을 발생시켜 상기 내부 공간의 온도를 조절하는 제1온도 조절 부재, 그리고 상기 내부 공간에서 열을 발생시켜 상기 내부 공간의 온도를 조절하는 제2온도 조절 부재 중 적어도 어느 하나에 의해 조절될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탱크에는, 상기 탱크와 접촉되도록 설치되는 바이메탈(Bimetal)이 상기 제1온도 조절 부재 또는 상기 제2온도 조절 부재로 전력을 공급하는 전력 공급 라인과 연결되어, 상기 탱크의 온도가 일정 온도 이상으로 높아지는 경우 상기 전력의 공급을 차단할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 내부 공간의 압력은, 상기 내부 공간에 설치되거나, 상기 내부 공간과 연통하며 상기 처리 유체를 상기 내부 공간으로 공급하는 공급 라인 상에 설치되는 압력 측정 부재에 의해 측정될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 처리 유체는, 기체 상태로 상기 내부 공간으로 공급되되, 적어도 일부가 상기 내부 공간에서 초임계 상태로 상 변화하여 상기 챔버로 전달될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는, 상기 기판이 처리되는 처리 공간을 가지는 챔버; 상기 처리 공간으로 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛; 및 제어기를 포함하고, 상기 유체 공급 유닛은, 내부 공간을 가지는 탱크; 상기 내부 공간으로 상기 처리 유체를 공급하는 제1공급 라인; 상기 내부 공간으로부터 상기 처리 유체를 상기 처리 공간으로 전달하는 제2공급 라인; 상기 내부 공간의 온도를 조절하는 온도 조절 부재; 및 상기 내부 공간의 압력을 측정하는 압력 측정 부재를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 압력 측정 부재가 측정하는 상기 내부 공간의 압력에 근거하여, 상기 온도 조절 부재가 상기 내부 공간의 온도를 조절하도록 상기 온도 조절 부재를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 온도 조절 부재가 상기 내부 공간의 온도를 조절하여 상기 내부 공간의 압력이 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 상기 온도 조절 부재를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 압력 측정 부재가 측정하는 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력보다 낮은 경우, 상기 온도 조절 부재가 상기 내부 공간의 온도를 상승시켜 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 상기 온도 조절 부재를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 온도 조절 부재는, 상기 탱크를 둘러싸도록 제공되는 제1온도 조절 부재, 그리고 상기 내부 공간에서 열을 발생시켜 상기 내부 공간의 온도를 조절하는 제2온도 조절 부재 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제2온도 조절 부재는, 샤프트; 및 상기 샤프트에 설치되는 적어도 하나 이상의 발열 판을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 유체 공급 유닛은, 바이메탈(Bimetal)을 더 포함하고, 상기 바이메탈은, 상기 탱크와 접촉되도록 설치되되, 상기 온도 조절 부재에 전력을 공급하는 전력 공급 라인과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 유체 공급 유닛은, 바이메탈(Bimetal)을 더 포함하고, 상기 바이메탈은, 상기 탱크와 접촉되도록 설치되되, 상기 제어기가 발생시키는 신호를 전달하는 신호 라인과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제1공급 라인은, 기체 상태의 상기 유체를 상기 내부 공간으로 공급하고, 상기 온도 조절 부재는, 상기 내부 공간을 가열하여 상기 내부 공간에 공급된 기체 상태의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 상 변화시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 압력 측정 부재는, 상기 내부 공간에 배치되거나, 상기 제1공급 라인 상에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는, 초임계 상태의 처리 유체를 이용하여 기판을 처리하는 처리 공간을 가지는 챔버; 상기 처리 공간으로 상기 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛; 및 상기 유체 공급 유닛을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 유체 공급 유닛은, 내부 공간을 가지는 탱크; 상기 내부 공간으로 상기 처리 유체를 공급하는 제1공급 라인; 상기 내부 공간으로부터 상기 처리 유체를 상기 처리 공간으로 전달하는 제2공급 라인; 상기 내부 공간의 분위기에 열을 전달하는 히터; 및 상기 내부 공간의 압력을 측정하는 압력 측정 부재를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 압력 측정 부재가 측정하는 상기 내부 공간에 압력이 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 상기 히터가 상기 내부 공간의 분위기에 열을 전달하는 상기 히터를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 압력 측정 부재가 측정하는 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력보다 낮은 경우, 상기 히터가 상기 내부 공간의 온도를 상승시켜 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 상기 히터를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 유체 공급 유닛은, 상기 제2공급 라인 상에 설치되는 제2밸브를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 제2밸브를 적어도 1 회 이상 온(On) 또는 오프(Off) 시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 유체 공급 유닛은, 바이메탈(Bimetal)을 더 포함하고, 상기 바이메탈은, 상기 탱크와 접촉되도록 설치되되, 상기 히터에 전력을 공급하는 전력 공급 라인과 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 처리 유체의 온도를 효율적으로 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 오버 슈팅 현상이 발생되는 것을 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 탱크의 내부 공간의 온도 및 압력을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 탱크의 내부 공간의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 초임계 건조 공정을 수행하는 일반적인 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 탱크의 내부 공간의 압력 및 온도 변화, 그리고 초임계 챔버의 처리 공간의 압력 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 액 처리 챔버에 제공되는 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3의 건조 챔버에 제공되는 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 유체 공급 유닛의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 제2온도 조절 부재의 단면을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 6의 바이메탈의 기능을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 6의 탱크의 내부 공간의 압력 및 온도 변화, 그리고 챔버의 처리 공간의 압력 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유체 공급 유닛의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 도 3 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 기판 처리 장치는 인덱스 모듈(10), 처리 모듈(20), 그리고 제어기(30)를 포함한다. 상부에서 바라볼 때, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)은 일 방향을 따라 배치된다. 이하, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)이 배치된 방향을 제1방향(X)이라 하고, 상부에서 바라볼 때 제1방향(X)과 수직한 방향을 제2방향(Y)이라 하고, 제1방향(X) 및 제2방향(Y)에 모두 수직한 방향을 제3방향(Z)이라 한다.
인덱스 모듈(10)은 기판(W)이 수납된 용기(C)로부터 기판(W)을 처리 모듈(20)로 반송하고, 처리 모듈(20)에서 처리가 완료된 기판(W)을 용기(C)로 수납한다. 인덱스 모듈(10)의 길이 방향은 제2방향(Y)으로 제공된다. 인덱스 모듈(10)은 로드포트(12)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(C)는 로드포트(12)에 놓인다. 로드포트(12)는 복수 개가 제공될 수 있으며, 복수의 로드포트(12)는 제2방향(Y)을 따라 배치될 수 있다.
용기(C)로는 전면 개방 일체 식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 용기(C)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(Y)으로 제공된 가이드 레일(124)이 제공되고, 인덱스 로봇(120)은 가이드 레일(124) 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(Z)을 축으로 한 회전, 그리고 제3방향(Z)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(122)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(122)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진이동할 수 있다.
제어기(30)는 기판 처리 장치를 제어할 수 있다. 제어기(30)는 기판 처리 장치의 제어를 실행하는 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러와, 오퍼레이터가 기판 처리 장치를 관리하기 위해서 커맨드 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 기판 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스와, 기판 처리 장치에서 실행되는 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어로 실행하기 위한 제어 프로그램이나, 각종 데이터 및 처리 조건에 따라 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억부를 구비할 수 있다. 또한, 유저 인터페이스 및 기억부는 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있을 수 있다. 처리 레시피는 기억 부 중 기억 매체에 기억되어 있을 수 있고, 기억 매체는, 하드 디스크이어도 되고, CD-ROM, DVD 등의 가반성 디스크나, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리 일 수도 있다.
또한, 제어기(30)는 후술하는, 유체 공급 유닛(600)을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어기(30)는 후술하는 제1밸브(621), 제2밸브(631), 상부 밸브(634), 하부 밸브(636), 그리고 온도 조절 부재(650) 중 적어도 어느 하나를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(30)는 후술하는 압력 측정 부재(640)가 측정하는 압력 값에 근거하여 후술하는 온도 조절 부재(650)를 제어할 수 있다.
처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(200), 반송 챔버(300), 액 처리 챔버(400), 그리고 건조 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. 건조 챔버(500)는 기판(W) 상에 잔류하는 액을 제거하는 건조 공정을 수행한다. 반송 챔버(300)는 버퍼 유닛(200), 액 처리 챔버(400), 그리고 건조 챔버(500) 간에 기판(W)을 반송한다.
반송 챔버(300)는 그 길이 방향이 제1방향(X)으로 제공될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 인덱스 모듈(10)과 반송 챔버(300) 사이에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)와 건조 챔버(500)는 반송 챔버(300)의 측부에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)와 반송 챔버(300)는 제2방향(Y)을 따라 배치될 수 있다. 건조 챔버(500)와 반송 챔버(300)는 제2방향(Y)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, 건조 챔버(500)들은 반송 챔버(300)의 양측에 배치되며, 액 처리 챔버(400)들은 건조 챔버(500)들보다 버퍼 유닛(200)에 더 가까운 위치에 배치될 수 있다. 반송 챔버(300)의 일측에서 액 처리 챔버(400)들은 제1방향(X) 및 제3방향(Z)을 따라 각각 A X B(A, B는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수) 배열로 제공될 수 있다. 또한, 반송 챔버(300)의 일측에서 건조 챔버(500)들은 제1방향(X) 및 제3방향(Z)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 건조 챔버(500)들만 제공될 수 있다.
반송 챔버(300)는 반송 로봇(320)을 가진다. 반송 챔버(300) 내에는 길이 방향이 제1방향(X)으로 제공된 가이드 레일(324)이 제공되고, 반송 로봇(320)은 가이드 레일(324) 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(Z)을 축으로 한 회전, 그리고 제3방향(Z)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(322)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(322)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진이동할 수 있다.
버퍼 유닛(200)은 기판(W)이 놓이는 버퍼(220)를 복수 개 구비한다. 버퍼(220)들은 제3방향(Z)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 4는 도 3의 액 처리 챔버에 제공되는 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다. 도 4을 참조하면, 액 처리 챔버(400)에 제공되는 기판 처리 장치는 하우징(410), 컵(420), 지지 유닛(440), 액 공급 유닛(460), 그리고 승강 유닛(480)을 가진다.
하우징(410)은 기판(W)이 처리되는 내부 공간을 가질 수 있다. 하우징(410)은 대체로 육면체의 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 하우징(410)은 직육면체의 형상을 가질 수 있다. 또한, 하우징(410)에는 기판(W)이 반입되거나, 반출되는 개구(미도시)가 형성될 수 있다. 또한, 하우징(410)에는 개구를 선택적으로 개폐하는 도어(미도시)가 설치될 수 있다.
컵(420)은 상부가 개방된 통 형상을 가질 수 있다. 컵(420)은 처리 공간을 가지고, 기판(W)은 처리 공간 내에서 액 처리 될 수 있다. 지지 유닛(440)은 처리 공간에서 기판(W)을 지지한다. 액 공급 유닛(460)은 지지 유닛(440)에 지지된 기판(W) 상으로 처리 액을 공급한다. 처리 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 처리 액은 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 노즐(462)을 포함할 수 있다. 노즐(462)은 기판(W)으로 처리 액을 공급할 수 있다. 처리 액은 케미칼, 린스 액 또는 유기 용제일 수 있다. 케미칼은 강산 또는 강염기의 성질을 가지는 케미칼일 수 있다. 또한, 린스 액은 순수 일 수 있다. 또한, 유기 용제는 이소프로필알코올(IPA)일 수 있다. 또한, 액 공급 유닛(460)은 복수의 노즐(462)들을 포함할 수 있고, 각각의 노즐(462)들에서는 서로 상이한 종류의 처리 액을 공급할 수 있다. 예컨대, 노즐(462)들 중 어느 하나에서는 케미칼을 공급하고, 노즐(462)들 중 다른 하나에서는 린스 액을 공급하고, 노즐(462)들 중 또 다른 하나에서는 유기 용제를 공급할 수 있다. 또한, 제어기(30)는 노즐(462)들 중 다른 하나에서 기판(W)으로 린스 액을 공급한 이후, 노즐(462)들 중 또 다른 하나에서 유기 용제를 공급하도록 액 공급 유닛(460)을 제어할 수 있다. 이에, 기판(W) 상에 공급된 린스 액은 표면 장력이 작은 유기 용제로 치환될 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 5는 도 3의 건조 챔버에 제공되는 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 건조 챔버(500)에 제공되는 기판 처리 장치는, 초임계 상태의 처리 유체를 이용하여 기판(W) 상에 잔류하는 처리 액을 제거할 수 있다. 예컨대, 건조 챔버(500)에 제공되는 기판 처리 장치는, 초임계 상태의 이산화탄소(CO2)를 이용하여 기판(W) 상에 잔류하는 유기 용제를 제거하는 건조 공정을 수행할 수 있다.
건조 챔버(500)는 챔버(510), 가열 부재(520), 유체 공급 유닛(600), 유체 배기 라인(550), 그리고 승강 부재(560)를 포함할 수 있다. 챔버(510)는 기판(W)이 처리되는 처리 공간(518)을 가질 수 있다. 챔버(510)는 기판(W)이 처리되는 처리 공간(518)을 제공할 수 있다. 챔버(510)는 초임계 상태의 처리 유체에 의해 기판(W)이 건조 처리되는 처리 공간(518)을 제공할 수 있다. 챔버(510)는 베셀이라 불릴 수 있다.
챔버(510)는 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514)를 포함할 수 있다. 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514)는 서로 조합되어 상기 처리 공간(518)을 형성할 수 있다. 기판(W)은 처리 공간(518)에서 지지될 수 있다. 예컨대, 기판(W)은 처리 공간(518)에서 지지 부재(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 지지 부재는 기판(W)의 가장자리 영역의 하면을 지지할 수 있도록 구성될 수 있다. 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514) 중 어느 하나는 승강 부재(560)와 결합되어 상하 방향으로 이동될 수 있다. 예컨대, 하부 바디(514)는 승강 부재(560)와 결합되어, 승강 부재(560)에 의해 상하 방향으로 이동될 수 있다. 이에, 챔버(510)의 처리 공간(518)은 선택적으로 밀폐 될 수 있다. 상술한 예에서는 하부 바디(514)가 승강 부재(560)와 결합되어 상하 방향으로 이동하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상부 바디(512)가 승강 부재(560)와 결합되어 상하 방향으로 이동할 수도 있다.
가열 부재(520)는 처리 공간(518)으로 공급되는 처리 유체를 가열할 수 있다. 가열 부재(520)는 챔버(510)의 처리 공간(518) 온도를 승온시켜 처리 공간(518)에 공급되는 처리 유체(예컨대, CO2를 포함하는 고압 가스)를 초임계 상태로 상 변화시킬 수 있다. 또한, 가열 부재(520)는 챔버(510)의 처리 공간(518) 온도를 승온시켜 처리 공간(518)에 공급되는 초임계 상태의 처리 유체가 초임계 상태를 유지하도록 할 수 있다.
또한, 가열 부재(520)는 챔버(510) 내에 매설될 수 있다. 예컨대, 가열 부재(520)는 상부 바디(512), 그리고 하부 바디(514) 중 어느 하나에 매설될 수 있다. 예컨대, 가열 부재(520)는 하부 바디(514) 내에 제공될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 가열 부재(520)는 처리 공간(518)의 온도를 승온시킬 수 있는 다양한 위치에 제공될 수 있다. 또한, 가열 부재(520)는 히터 일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 가열 부재(520)는 처리 공간(518)의 온도를 승온시킬 수 있는 공지된 장치로 다양하게 변형될 수 있다.
유체 공급 유닛(600)은 챔버(510)의 처리 공간(518)으로 처리 유체를 공급할 수 있다. 유체 공급 유닛(600)은 챔버(510)의 처리 공간(518)으로 가열된 상태의 처리 유체를 공급할 수 있다. 유체 공급 유닛(600)은 탱크(610), 제1공급 라인(620), 그리고 제2공급 라인(630)을 포함할 수 있다. 제1공급 라인(620)은 유체 공급원(미도시)과 연결되어 신규 처리 유체를 탱크(610)로 전달할 수 있다. 제1공급 라인(620)에는 제1밸브(621)가 설치될 수 있다. 제1밸브(621)는 온/오프 밸브이거나, 유량 조절 밸브일 수 있다. 탱크(610)로 공급된 처리 유체는, 탱크(610)에서 온도가 조절될 수 있다. 예컨대, 탱크(610)로 공급된 처리 유체는, 탱크(610)에서 가열될 수 있다. 탱크(610)에서 가열된 처리 유체는 기체 상태에서 초임계 상태로 상 변화될 수 있다. 탱크(610)에서 가열된 처리 유체는 제2공급 라인(630)을 통해 처리 공간(518)으로 공급될 수 있다. 제2공급 라인(630)에는 제2밸브(631)가 설치될 수 있다. 제2밸브(631)는 온/오프 밸브이거나, 유량 조절 밸브일 수 있다.
또한, 제2공급 라인(630)은 복수의 공급 라인으로 분기될 수 있다. 예컨대, 제2공급 라인(630)이 분기된 공급 라인 중 어느 하나는 상부 공급 라인(633)일 수 있다. 또한, 제2공급 라인(630)이 분기된 공급 라인 중 다른 하나는 하부 공급 라인(635)일 수 있다. 상부 공급 라인(633)은 처리 공간(518)으로 처리 유체를 위에서 아래를 향하는 방향으로 공급할 수 있다. 하부 공급 라인(635)은 처리 공간(518)으로 처리 유체를 아래에서 위를 향하는 방향으로 공급할 수 있다. 상부 공급 라인(633)은 상부 바디(512)와 연결될 수 있다. 하부 공급 라인(635)은 하부 바디(514)와 연결될 수 있다. 상부 공급 라인(633)에는 상부 밸브(634)가 설치될 수 있다. 상부 밸브(634)는 온/오프 밸브이거나, 유량 조절 밸브일 수 있다. 또한, 하부 공급 라인(635)에는 하부 밸브(636)가 설치될 수 있다. 하부 밸브(636)는 온/오프 밸브이거나, 유량 조절 밸브일 수 있다.
유체 배기 라인(550)은 챔버(510)의 처리 공간(518)으로부터 처리 유체를 배기할 수 있다. 유체 배기 라인(550)은 펌프와 같은 감압 부재(미도시)와 연결될 수 있다. 또한, 유체 배기 라인(550)에는 배기 밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 배기 밸브는 온/오프 밸브이거나, 유량 조절 밸브일 수 있다.
도 6은 도 5의 유체 공급 유닛의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 공급 유닛(600)은 탱크(610), 상술한 제1공급 라인(620), 상술한 제1밸브(621), 상술한 제2공급 라인(630), 상술한 제2밸브(631), 압력 측정 부재(640), 온도 조절 부재(650), 바이메탈(660, Bimetal), 그리고 온도 측정 부재(670)를 포함할 수 있다.
탱크(610)는 내부 공간(612)을 가질 수 있다. 탱크(610)는 고압, 그리고 고온에 견딜 수 있는 내압성, 그리고 내열성을 가지는 소재로 제공될 수 있다. 탱크(610)가 가지는 내부 공간(612)에서는 내부 공간(612)으로 공급되는 처리 유체를 가열할 수 있다. 내부 공간(612)에서 가열된 처리 유체 중 적어도 일부는 기체 상태에서 초임계 상태로 상 변화될 수 있다.
제1공급 라인(620)은 내부 공간(612)으로 신규 처리 유체를 공급할 수 있다. 제2공급 라인(620)은 내부 공간(612)으로부터 가열된 처리 유체를 챔버(510)의 처리 공간(518)으로 전달할 수 있다.
압력 측정 부재(640)는 내부 공간(612)의 압력을 측정할 수 있다. 예컨대, 압력 측정 부재(640)는 내부 공간(612)의 분위기의 압력을 측정할 수 있다. 압력 측정 부재(640)는 내부 공간(612)에 배치될 수 있다. 압력 측정 부재(640)는 고압, 그리고 고온에 견딜 수 있는 스펙을 가지는 컴포넌트일 수 있다. 압력 측정 부재(640)가 측정하는 내부 공간(612)의 압력 값은 상술한 제어기(30)로 전달될 수 있다.
온도 조절 부재(650)는 내부 공간(612)의 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, 온도 조절 부재(650)는 내부 공간(612)의 온도를 높일 수 있다. 예컨대, 온도 조절 부재(650)는 내부 공간(612)의 분위기에 열을 전달할 수 있다. 또한, 온도 조절 부재(650)는 제어기(30)에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 제어기(30)는 온도 조절 부재(650)를 PID 방식으로 제어할 수 있다. 온도 조절 부재(650)는 내부 공간(612)을 가열하여, 내부 공간(612)으로 공급된 기체 상태의 처리 유체를 초임계 상태로 상 변화시킬 수 있다. 온도 조절 부재(650)는 제1온도 조절 부재(651), 그리고 제2온도 조절 부재(656)를 포함할 수 있다. 온도 조절 부재(650)가 발생시키는 열은 온열일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 온도 조절 부재(650)가 발생시키는 열은 냉열일 수 있다.
제1온도 조절 부재(651)는 탱크(610)의 외부에서 열을 발생시켜 내부 공간(612)의 온도를 조절할 수 있다. 제1온도 조절 부재(651)는 탱크(610)의 외벽을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 제1온도 조절 부재(651)는 몸체(652), 그리고 발열 부(653)를 포함할 수 있다. 몸체(652)는 탱크(610)의 외벽을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 몸체(652)에는 발열 부(653)가 설치될 수 있다. 발열 부(653)는 발열 부(653)에 구동 전력을 전달하는 제1전력 공급 라인(654)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1온도 조절 부재(651)는 자켓 히터(Jacket Heater)일 수 있다.
제2온도 조절 부재(656)는 내부 공간(612)에서 열을 발생시켜 내부 공간(612)의 온도를 조절할 수 있다. 제2온도 조절 부재(656)는 샤프트(657), 그리고 발열 판(658)을 포함할 수 있다. 도 7에서는 제2온도 조절 부재(656)를 샤프트(657)의 길이 방향을 따라 바라본 제2온도 조절 부재(656)의 단면도를 보여주고 있는데, 도 7에 도시된 바와 같이 상술한 발열 판(658)은 샤프트(657)에 적어도 하나 이상이 설치될 수 있다. 예컨대, 발열 판(658)은 샤프트(657)를 중심으로 원주 방향을 따라 서로 동일한 간격으로 이격되어 복수 개가 샤프트(657)에 설치될 수 있다. 제2온도 조절 부재(656)는 발열 판(658) 및/또는 샤프트(657)에 구동 전력을 전달하는 제2전력 공급 라인(659)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2온도 조절 부재(656)는 카트리지 히터일 수 있다.
또한, 도 6, 그리고 도 7에서는 제2온도 조절 부재(656)가 하나로 제공되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제2온도 조절 부재(656)는 복수 개로 제공될 수 있다. 예컨대, 제2온도 조절 부재(656)는 복수 개로 되어 서로 이격되어 제공될 수 있다. 복수 개로 제공되는 제2온도 조절 부재(656)들은 그 사이에 배치되는 연결 부재를 매개로 브레이징 등의 방식으로 서로 연결될 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 본 발명의 유체 공급 유닛(600)은 바이메탈(660)을 더 포함할 수 있다. 바이메탈(660)은 열 팽창 계수가 매우 다른 종류의 얇은 금속판을 포개어 붙여 한장으로 만든 막대 형태의 부품일 수 있다. 바이메탈(660)에 열을 가했을 때, 바이메탈(660)은 휘는 성질을 가진다. 이에, 바이메탈(660)의 온도가 과도하게 높아지는 경우, 바이메탈(660)은 도 8에 도시된 바와 같이 스위치와 유사한 기능을 수행할 수 있게 된다. 바이메탈(660)의 이러한 성질을 이용하여 탱크(610)의 온도가 과도하게 높아지는 경우, 건조 챔버(500)에 제공되는 기판 처리 장치에 대한 인터락(Interlock)을 수행하거나, 온도 조절 부재(650)가 열을 발생시키는 것을 중단시킬 수 있다.
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 바이메탈(660)은 제1바이메탈(661), 제2바이메탈(662), 그리고 제3바이메탈(663)을 포함할 수 있다. 제1바이메탈(661), 제2바이메탈(662), 그리고 제3바이메탈(663)은 각각 탱크(610)와 접촉되도록 설치될 수 있다. 예컨대, 제1바이메탈(661), 제2바이메탈(662), 그리고 제3바이메탈(663)은 탱크(610)의 외벽에 설치될 수 있다.
제1바이메탈(661)은 제2온도 조절 부재(656)로 전력을 공급하는 전력 공급 라인과 연결될 수 있다. 이에, 탱크(610)의 온도가 과도하게 높아지면(예컨대, 일정 온도 이상으로 높아지는 경우), 제1바이메탈(661)의 형상은 변형되어, 제2온도 조절 부재(656)로 전달되는 전력을 차단할 수 있다.
제2바이메탈(662)은 제1온도 조절 부재(651)로 전력을 공급하는 전력 공급 라인과 연결될 수 있다. 이에, 탱크(610)의 온도가 과도하게 높아지면(예컨대, 일정 온도 이상으로 높아지는 경우), 제2바이메탈(662)의 형상은 변형되어, 제1온도 조절 부재(651)로 전달되는 전력을 차단할 수 있다.
제3바이메탈(663)은 제어기(30)와 신호 연결될 수 있다. 예컨대, 제3바이메탈(663)은 신호 라인(31)과 연결될 수 있다. 신호 라인(31)은 제어기(30)가 특정 신호를 일정 주기로 발생시키면, 그 신호를 제어기(30)가 다시 피드백 방식으로 되돌려 받을 수 있게 하는 라인일 수 있다. 이에, 탱크(610)의 온도가 과도하게 높아지면(예컨대, 일정 온도 이상으로 높아지는 경우), 제3바이메탈(663)의 형상은 변형된다. 이 경우, 제어기(30)가 발생시키는 특정 신호는, 제어기(30)가 다시 되돌려 받을 수 없게 된다. 이 경우, 제어기(30)는 탱크(610)의 온도가 과도하게 높아진 것으로 판단하고, 건조 챔버(500)에 제공되는 기판 처리 장치의 구동을 중단하는 인터락(Interlock)을 발생시킬 수 있다.
온도 측정 부재(670)는 내부 공간(612)의 온도를 측정하는 온도 센서일 수 있다. 온도 측정 부재(670)는 고압, 그리고 고온 상태인 내부 공간(612)에서 견딜 수 있도록, 내압성 및 내열성이 우수한 스펙을 가지는 센서로 제공될 수 있다. 온도 측정 부재(670)가 측정하는 내부 공간(612)의 온도 값은 제어기(30)로 전달될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 챔버(510)로 전달되는 처리 유체를 저장하는 탱크(610)의 내부 공간(612)의 온도 제어 방법에 대하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명하는 온도 제어 방법을 수행할 수 있도록 제어기(30)는 유체 공급 유닛(600), 그리고 건조 챔버(500)에 제공되는 기판 처리 장치가 가지는 그 밖의 구성들 중 적어도 하나 이상을 제어할 수 있다.
도 9는 도 6의 탱크의 내부 공간의 압력 및 온도 변화, 그리고 챔버의 처리 공간의 압력 변화를 보여주는 그래프이다. 이하에서는 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 제어 방법을 설명한다. 도 9에 도시된 그래프에서, X 축은 시간(t)을 의미하고, Y 축들은 각각 내부 공간(612)의 압력(PT), 내부 공간(612)의 온도(FT), 그리고 처리 공간(518)의 압력(PC)을 의미할 수 있다.
탱크(610)가 가지는 내부 공간(612)으로 제1공급 라인(620)은 신규 처리 유체를 공급할 수 있다. 내부 공간(612)에 공급된 처리 유체는 온도 조절 부재(650)가 발생시키는 열에 의해 가열될 수 있다. 가열된 처리 유체는 제2공급 라인(630)을 통해 챔버(510)의 처리 공간(518)으로 전달될 수 있다. 예컨대, 처리 공간(518)에서 기판(W)에 대한 초임계 처리 공정을 시작하는 제1시점(t11)부터 처리 공간(518)의 압력은 점차 높아진다. 처리 공간(518)의 압력이 기 설정된 압력에 이르는 경우, 처리 공간(518)의 압력은 일정 시간 동안 일정하게 유지될 수 있다. 이와 달리, 일정 시간 동안 승압 또는 감압이 반복하여 이루어질 수도 있다. 이 경우, 제2공급 라인(630) 상에 설치되는 제2밸브(631)는 적어도 1 회 이상 온(On) 또는 오프(Off) 될 수 있다. 또한, 상기 일정 시간이 지난 이후에는, 처리 공간(518)의 압력은 낮아질 수 있다. 처리 공간(518)의 압력이 낮아지는 것은 배기 라인(550)을 통해 처리 공간(518)에 공급된 처리 유체가 배출되면서 이루어질 수 있다.
제1시점(t11)이 되면, 내부 공간(612)의 압력은 낮아질 수 있다. 이는 내부 공간(612)으로부터 처리 유체가 유출되어 처리 공간(518)으로 전달되기 때문이다. 내부 공간(612)의 압력이 낮아지면, 제1공급 라인(620)은 내부 공간(612)으로 신규 처리 유체를 공급할 수 잇다. 신규 처리 유체의 온도는 내부 공간(612)에 잔류하는 처리 유체의 온도보다 다소 낮을 수 있다. 이에, 내부 공간(612)의 온도는 다소 낮아질 수 있다. 이때, 온도 조절 부재(650)는 내부 공간(612)의 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, 온도 조절 부재(650)는 내부 공간(612)의 온도를 압력 측정 부재(640)가 측정하는 내부 공간(612)의 압력에 근거하여 조절할 수 있다. 예컨대, 온도 조절 부재(650)는 내부 공간(612)의 온도 측정 값이 아닌, 압력 측정 부재(640)가 측정하는 내부 공간(612)의 압력 측정 값에 근거하여 내부 공간(612)의 온도를 상승시킬 수 있다. 예컨대, 온도 조절 부재(650)는 내부 공간(612)의 압력이 기 설정된 압력(SP)에 이를 수 있도록 내부 공간(612)에 열을 전달할 수 있다. 예컨대, 온도 조절 부재(650)는 내부 공간(612)의 압력이 기 설정된 압력(SP)보다 낮은 경우, 내부 공간(612)의 압력이 기 설정된 압력(SP)에 이를 수 있도록 내부 공간(612)의 온도를 상승시킬 수 있다. 즉, 온도 조절 부재(650)에 의한 내부 공간(612)의 온도 조절이 압력 측정 부재(540)가 측정하는 내부 공간(612)의 압력에 근거하여 이루어지므로, 내부 공간(612)의 온도 변화와 내부 공간(612)의 압력 변화는 비슷한 양상을 띌 수 있다.
일반적인 기판 처리 장치에서는 탱크(610)의 내부 공간(612)의 온도 제어를, 탱크(610)의 내부 공간(612)의 온도를 측정하는 온도 측정 부재(670)가 측정하는 온도 값에 근거하여 이루어졌다. 이 경우, 온도 측정 부재(670)가 내부 공간(612)에 배치되는 위치에 따라, 온도 측정 부재(670)가 측정하는 온도 값은 달라질 수 있다. 예컨대, 온도 측정 부재(670)가 제1공급 라인(620)과 인접하게 배치되는 경우 온도 측정 부재(670)가 측정하는 온도 값은 다소 낮을 수 있고, 이와 반대로, 온도 측정 부재(670)가 제2공급 라인(630)과 인접하게 배치되는 경우 온도 측정 부재(670)가 측정하는 온도 값은 다소 높을 수 있다. 즉, 온도 측정 부재(670)가 배치되는 위치에 따라 측정되는 온도 편차가 발생되므로, 온도 조절 부재(650)에 의한 내부 공간(612)의 온도 제어는 정밀하게 이루어질 수 없었다. 또한, 온도 측정 부재(670)가 측정하는 온도 값에 근거하여 온도 조절 부재(650)가 내부 공간(612)의 온도를 조절하게 되면, 온도 조절 부재(650)의 반응성은 온도 측정 부재(670)가 측정하는 온도 값의 변화에 종속하게 된다. 그러나, 온도 값의 변화는 열 전도에 근거하게 되므로 온도 조절 부재(650)가 측정하는 온도 값에 대한 변화는 다소 덜 민감하게 이루어진다. 따라서, 온도 조절 부재(650)에 의한 온도 제어의 반응성도 낮다.
그러나, 본 발명의 일 실시 예에 의한 내부 공간(612)의 온도 제어는, 온도 측정 부재(670)가 측정하는 온도 값이 아닌, 압력 측정 부재(640)가 측정하는 압력 값에 근거하여 이루어진다. 서로 연통되는 내부 공간(612)의 모든 영역은, 서로 같은 압력을 가지게 되므로 압력 측정 부재(640)의 위치에 따라 측정되는 압력 값에 편차가 발생되는 문제가 없다. 또한, 압력 측정 부재(640)의 압력 값 변화는, 초임계 상태일 수 있는 처리 유체의 유동에 근거하게 되므로, 반응성이 매우 높다. 이는 온도 조절 부재(650)에 의한 온도 제어의 반응성을 높일 수 있다.
또한, 온도 조절 부재(650)에 의한 내부 공간(612)의 온도 제어는 내부 공간(612)의 압력 측정 값에 근거하게 되므로, 상술한 오버 슈팅(Over-shooting)의 문제가 발생되는 것을 최소화 할 수 있다.
상술한 예에서는 압력 측정 부재(640)가 내부 공간(612)에 설치되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 압력 측정 부재(640)는 도 10에 도시된 바와 같이 내부 공간(612)과 유체 연통하는 제1공급 라인(620) 상에 설치될 수 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.
가스 공급 유닛 : 1
탱크 : 2
내부 공간 : 3
히터 : 4
제1가스 공급 관 : 5
제2가스 공급 관 : 6
온도 센서 : 7
압력 센서 : 8
초임계 챔버 : 9
제1영역 : A
제2영역 : B
건조 챔버 : 500
챔버 : 510
가열 부재 : 520
배기 라인 : 550
승강 부재 : 560
유체 공급 유닛 : 600
탱크 : 610
제1공급 라인 : 620
제1밸브 : 621
제2공급 라인 : 630
제2밸브 : 631
상부 공급 라인 : 633
상부 밸브 : 634
하부 공급 라인 : 635
하부 밸브 : 636
압력 측정 부재 : 640
온도 조절 부재 : 650
제1온도 조절 부재 : 651
몸체 : 652
발열 부 : 653
제1전력 공급 라인 : 654
제2온도 조절 부재 : 656
샤프트 : 657
열판 : 658
제2전력 공급 라인 : 659
바이메탈 : 660
제1바이메탈 : 661
제2바이메탈 : 662
제3바이메탈 : 663
온도 측정 부재 : 670
제어기 : 30
신호 라인 : 31

Claims (20)

  1. 챔버로 전달되는 처리 유체를 저장하는 탱크 내 온도 제어 방법에 있어서,
    상기 탱크가 가지는 내부 공간으로 상기 처리 유체를 공급하고, 상기 내부 공간에서 상기 처리 유체를 가열하고, 가열된 상기 처리 유체를 상기 챔버로 전달하되,
    상기 내부 공간의 온도는,
    상기 내부 공간의 압력을 측정하고, 측정된 상기 압력에 근거하여 상기 내부 공간의 온도를 조절되는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 공간의 온도는,
    상기 내부 공간의 압력이 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 조절되는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내부 공간의 온도는,
    상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력보다 낮은 경우, 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 상기 내부 공간의 온도를 상승시키는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 공간의 온도는,
    상기 탱크의 외부에서 열을 발생시켜 상기 내부 공간의 온도를 조절하는 제1온도 조절 부재, 그리고 상기 내부 공간에서 열을 발생시켜 상기 내부 공간의 온도를 조절하는 제2온도 조절 부재 중 적어도 어느 하나에 의해 조절되는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탱크에는,
    상기 탱크와 접촉되도록 설치되는 바이메탈(Bimetal)이 상기 제1온도 조절 부재 또는 상기 제2온도 조절 부재로 전력을 공급하는 전력 공급 라인과 연결되어, 상기 탱크의 온도가 일정 온도 이상으로 높아지는 경우 상기 전력의 공급을 차단하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 공간의 압력은,
    상기 내부 공간에 설치되거나, 상기 내부 공간과 연통하며 상기 처리 유체를 상기 내부 공간으로 공급하는 공급 라인 상에 설치되는 압력 측정 부재에 의해 측정되는 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 유체는,
    기체 상태로 상기 내부 공간으로 공급되되, 적어도 일부가 상기 내부 공간에서 초임계 상태로 상 변화하여 상기 챔버로 전달되는 방법.
  8. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    상기 기판이 처리되는 처리 공간을 가지는 챔버;
    상기 처리 공간으로 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 유체 공급 유닛은,
    내부 공간을 가지는 탱크;
    상기 내부 공간으로 상기 처리 유체를 공급하는 제1공급 라인;
    상기 내부 공간으로부터 상기 처리 유체를 상기 처리 공간으로 전달하는 제2공급 라인;
    상기 내부 공간의 온도를 조절하는 온도 조절 부재; 및
    상기 내부 공간의 압력을 측정하는 압력 측정 부재를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 압력 측정 부재가 측정하는 상기 내부 공간의 압력에 근거하여, 상기 온도 조절 부재가 상기 내부 공간의 온도를 조절하도록 상기 온도 조절 부재를 제어하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 온도 조절 부재가 상기 내부 공간의 온도를 조절하여 상기 내부 공간의 압력이 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 상기 온도 조절 부재를 제어하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 압력 측정 부재가 측정하는 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력보다 낮은 경우, 상기 온도 조절 부재가 상기 내부 공간의 온도를 상승시켜 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 상기 온도 조절 부재를 제어하는 기판 처리 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 조절 부재는,
    상기 탱크를 둘러싸도록 제공되는 제1온도 조절 부재, 그리고 상기 내부 공간에서 열을 발생시켜 상기 내부 공간의 온도를 조절하는 제2온도 조절 부재 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2온도 조절 부재는,
    샤프트; 및
    상기 샤프트에 설치되는 적어도 하나 이상의 발열 판을 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 공급 유닛은,
    바이메탈(Bimetal)을 더 포함하고,
    상기 바이메탈은,
    상기 탱크와 접촉되도록 설치되되, 상기 온도 조절 부재에 전력을 공급하는 전력 공급 라인과 연결되는 기판 처리 장치.
  14. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 공급 유닛은,
    바이메탈(Bimetal)을 더 포함하고,
    상기 바이메탈은,
    상기 탱크와 접촉되도록 설치되되, 상기 제어기가 발생시키는 신호를 전달하는 신호 라인과 연결되는 기판 처리 장치.
  15. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1공급 라인은,
    기체 상태의 상기 유체를 상기 내부 공간으로 공급하고,
    상기 온도 조절 부재는,
    상기 내부 공간을 가열하여 상기 내부 공간에 공급된 기체 상태의 상기 처리 유체를 초임계 상태로 상 변화시키는 기판 처리 장치.
  16. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 측정 부재는,
    상기 내부 공간에 배치되거나, 상기 제1공급 라인 상에 설치되는 기판 처리 장치.
  17. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    초임계 상태의 처리 유체를 이용하여 기판을 처리하는 처리 공간을 가지는 챔버;
    상기 처리 공간으로 상기 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛; 및
    상기 유체 공급 유닛을 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 유체 공급 유닛은,
    내부 공간을 가지는 탱크;
    상기 내부 공간으로 상기 처리 유체를 공급하는 제1공급 라인;
    상기 내부 공간으로부터 상기 처리 유체를 상기 처리 공간으로 전달하는 제2공급 라인;
    상기 내부 공간의 분위기에 열을 전달하는 히터; 및
    상기 내부 공간의 압력을 측정하는 압력 측정 부재를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 압력 측정 부재가 측정하는 상기 내부 공간에 압력이 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 상기 히터가 상기 내부 공간의 분위기에 열을 전달하는 상기 히터를 제어하는 기판 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 압력 측정 부재가 측정하는 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력보다 낮은 경우, 상기 히터가 상기 내부 공간의 온도를 상승시켜 상기 내부 공간의 압력이 상기 기 설정된 압력에 이를 수 있도록 상기 히터를 제어하는 기판 처리 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 유체 공급 유닛은,
    상기 제2공급 라인 상에 설치되는 제2밸브를 더 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 제2밸브를 적어도 1 회 이상 온(On) 또는 오프(Off) 시키는 기판 처리 장치.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 공급 유닛은,
    바이메탈(Bimetal)을 더 포함하고,
    상기 바이메탈은,
    상기 탱크와 접촉되도록 설치되되, 상기 히터에 전력을 공급하는 전력 공급 라인과 연결되는 기판 처리 장치.
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