KR20220098062A - 기판 처리 방법 - Google Patents

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KR20220098062A
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최기훈
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원준호
김응수
허필균
김민우
성진영
김태희
류서홍
김덕수
김주원
김시은
장종수
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Abstract

본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 일 실시 예에 따르면 기판 처리 방법은, 노광 처리 및 포스트 베이크 처리된 기판에 대하여 현상 유체를 도포하여 현상 처리하는 단계와; 현상 처리된 기판에 대하여 린스 유체를 도포하는 단계와; 상기 린스 유체가 도포된 기판을 고압 챔버로 이동시켜 초임계 유체를 이용하여 처리하는 단계를 수행한다.

Description

기판 처리 방법{METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 또는 액정 디스플레이를 제조하기 위해서, 기판에 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막 증착, 그리고 세정 등의 다양한 공정들이 수행된다. 이 중 사진 공정은 기판 상에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위한 공정으로, 도포 공정, 노광 공정, 그리고 현상 공정이 순차적으로 진행된다. 도포 공정에는 기판 상에 포토 레지스트를 도포하고, 노광 공정에는 감광막이 형성된 기판 상에 회로 패턴을 노광하며, 현상 공정에는 기판 상에 노광 처리된 영역을 선택적으로 현상 처리한다. 이후, 기판은 현상 공정에서 사용된 현상 유체를 기판에서 제거한 후, 기판을 건조 시킨다.
최근에는 포토 레지스트로서 금속을 포함하는 메탈 옥사이드 포토 레지스트가 적용된다. 메탈 옥사이드 포토레지스트를 적용함으로써, 노광 처리에 대한 감도 향상을 기대할 수 있으며, 메탈 옥사이드 포토레지스트를 소위 하드 마스크로서 이용함으로써, 에칭 내성의 향상이 기대하고 있다. 또한, 메탈 옥사이드 포토레지스트는 종래와 비교하여 보다 미세한 피치를 인쇄할 수 있는 것으로 연구된다.
본 발명의 파티클이나 오염물 발생을 억제하고 기판 처리 효율을 높일 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 파티클이나 오염물 발생을 억제하면서 금속 함유 포토레지스트를 현상하는 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 소량의 린스액만으로 처리가 가능하며, 이로서 초임계 유체를 이용한 건조 공정의 진행시에 초임계 건조 시간이 단축될 수 있는 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 실시 예에 있어서, 기판 처리 방법은, 노광 처리 및 포스트 베이크 처리되어 금속 함유 포토레지스트막이 형성된 기판에 대하여 현상 유체를 도포하여 현상 처리하는 단계와; 현상 처리된 기판에 대하여 린스 유체를 도포하는 단계와; 상기 린스 유체가 도포된 기판을 고압 챔버로 이동시켜 초임계 유체를 이용하여 처리하는 단계를 수행한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 린스 유체는 데케인(Decane)일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 린스 유체는 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 금속 함유 포토레지스트막은 네거티브 감광액일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 현상 유체는 2-헵타논(2-Heptanone)일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 현상 유체는 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 현상 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)과 산성액의 혼합액 일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 초임계 유체는 이산화탄소인 기판 처리 방법.
본 발명의 다른 관점에 따른 실시 예의 기판 처리 방법은, 노광 처리 및 포스트 베이크 처리되어 금속 함유 포토레지스트막이 형성된 기판을 액 처리 챔버로 이송하는 단계와; 상기 액 처리 챔버에서 상기 기판에 현상 유체를 도포하여 현상 처리하는 단계와; 상기 액 처리 챔버에서 상기 현상 처리된 기판에 린스 유체를 도포하는 단계와; 상기 린스 유체가 도포된 기판을 고압 챔버로 이동시키는 단계와; 상기 고압 챔버에서 초임계 유체를 이용하여 처리하는 단계를 수행한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 린스 유체는 데케인(Decane) 또는 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 현상 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 현상 처리하는 단계는: 상기 기판에 제1 처리 유체를 도포하는 제1 처리 단계와; 상기 기판에 제2 처리 유체를 도포하는 제2 처리 단계를 포함하고, 상기 제1 처리 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGEMA에 제1 산성액을 포함한 액이고, 상기 제2 처리 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGEMA에 제2 산성액을 포함한 액이며, 상기 제1 산성액와 상기 제2 산성액의 pH는 서로 상이한 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 산성액은 강산성액이고, 상기 제2 산성액은 약산성액일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 파티클이나 오염물 발생을 억제하고 기판 처리 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 파티클이나 오염물 발생을 억제하면서 금속 함유 포토레지스트를 현상할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 소량의 린스액만으로 처리가 가능하며, 이로서 초임계 유체를 이용한 건조 공정의 진행시에 초임계 건조 시간이 단축될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 제1 액 처리 챔버의 단면도이다.
도 3은 도 1의 제2 액 처리 챔버의 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 도 1의 액 처리 챔버(3000)의 다른 실시예에 따른 단면도이다.
도 5은 도 1의 고압 챔버의 일 실시예의 단면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따라 기판이 처리되는 과정을 나타내는 플로우 차트이다.
도 7는 일 실시 예에 따라 기판이 처리되는 과정 중 현상 유체 공급 단계를 나타내는 플로우 차트이다.
도 8은 본 발명의 실시예 따른 린스액과 비교예에 따른 린스액의 초임계 유체와의 호환성을 평가한 그래프이다.
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.도 1은 본 발명에 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 평면도이다. 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)를 설명한다. 여기서, 기판(S)은 반도체 소자나 평판 디스플레이(FPD: flat panel display) 및 그 밖에 박막에 회로 패턴이 형성된 물건의 제조에 이용되는 기판을 모두 포함하는 포괄적인 개념이다. 이러한 기판(S)의 예로는, 실리콘 웨이퍼, 유리기판, 유기기판 등이 있다. 외부로부터 기판 처리 장치(100)에 반입되는 기판(S)은 금속 함유 포토레지스트로 제공되는 감광액의 도포 공정, 노광 공정, 포스트 베이크 공정이 수행된 상태이다. 이로서 기판(S)상에는 금속 함유 포토레지스트막이 형성되어 있다. 금속 함유 포토 레지스트는 메탈 옥사이드 포토 레지스트일 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 인덱스 모듈(1000)과 공정 모듈(2000)을 포함한다.
인덱스 모듈(1000)은 외부로부터 기판(S)을 반송 받아 공정 모듈(2000)로 기판(S)을 반송한다. 공정 모듈(2000)은 기판에 대하여 세정 및 건조 공정을 수행한다.
인덱스 모듈(1000)은 설비 전방 단부 모듈(EFEM: equipment front end module)로서, 로드포트(1100)와 이송 프레임(1200)을 포함한다.
로드포트(1100)에는 기판(S)이 수용되는 용기(C)가 놓인다. 용기(C)로는 전면 개방 일체형 포드(FOUP: front opening unified pod)가 사용될 수 있다. 용기(C)는 오버헤드 트랜스퍼(OHT: overhead transfer)에 의해 외부로부터 로드포트(1100)로 반입되거나 로드포트(1100)로부터 외부로 반출될 수 있다.
이송 프레임(1200)은 로드포트(1100)에 놓인 용기(C)와 공정 모듈(2000) 간에 기판(S)을 전달한다. 이송 프레임(1200)은 인덱스 로봇(1210)과 인덱스 레일(1220)을 포함한다. 인덱스 로봇(1210)은 인덱스 레일(1220) 상에서 이동하며 기판(S)을 반송할 수 있다.
공정 모듈(2000)은 버퍼 챔버(2100), 이송 챔버(2200), 액 처리 챔버(3000) 그리고 고압 챔버(4000)를 포함한다.
버퍼 챔버(2100)는 인덱스 모듈(1000)과 공정 모듈(2000) 간에 반송되는 기판(S)이 임시로 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼 챔버(2100)에는 버퍼 슬롯이 제공될 수 있다. 버퍼 슬롯에는 기판(S)이 놓인다. 예를 들어, 인덱스 로봇(1210)은 기판(S)을 용기(C)로부터 인출하여 버퍼 슬롯에 놓을 수 있다. 이송 챔버(2200)의 이송 로봇(2210)은 버퍼 슬롯에 놓인 기판(S)을 인출하여 이를 액 처리 챔버(3000)나 고압 챔버(4000)로 반송할 수 있다. 버퍼 챔버(2100)에는 복수의 버퍼 슬롯이 제공되어 복수의 기판(S)이 놓일 수 있다.
이송 챔버(2200)는 그 둘레에 배치된 버퍼 챔버(2100), 액 처리 챔버(3000) 그리고 고압 챔버(4000)간에 기판(S)을 전달한다. 이송 챔버(2200)는 이송 로봇(2210)과 이송 레일(2220)을 포함한다. 이송 로봇(2210)은 이송 레일(2220) 상에서 이동하며 기판(S)을 반송할 수 있다.
액 처리 챔버(3000)와 고압 챔버(4000)는 기판을 처리한다. 액 처리 챔버(3000)와 고압 챔버(4000)는 이송 챔버(2200)의 측면에 배치된다. 예를 들어, 액 처리 챔버(3000)와 고압 챔버(4000)는 이송 챔버(2200)의 다른 측면에 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
액 처리 챔버(3000)는 제1 액 처리 챔버(3010)와, 제2 액 처리 챔버(3020)를 포함한다. 제1 액 처리 챔버(3010)는 기판(S)에 현상 유체를 도포한다. 제2 액 처리 챔버(3030)는 기판(S)에 린스 유체를 도포한다. 제1 액 처리 챔버(3010)와 제2 액 처리 챔버(3020)의 배치는 상술한 예로 한정되지 않으며, 기판 처리 장치(100)의 풋프린트나 공정효율 등을 고려하여 변경될 수 있다.
공정 모듈(2000)에는 액 처리 챔버(3000)와 고압 챔버(4000)가 복수로 제공될 수 있다. 액 처리 챔버(3000)와 고압 챔버(4000)의 배치는 상술한 예로 한정되지 않으며, 기판 처리 장치(100)의 풋프린트나 공정효율 등을 고려하여 변경될 수 있다. 예컨대 복수의 공정 챔버들(3000, 4000)은 이송 챔버(2200)의 측면에 일렬로 배치되거나 또는 상하로 적층되어 배치되거나 또는 이들의 조합에 의해 배치될 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 제어기(도 2의 5000)에 의해 제어될 수 있다.
도 2는 도 1의 제1 액 처리 챔버의 단면도이다. 제1 액 처리 챔버(3010)는 지지 부재(3100), 노즐 부재(3200) 그리고 회수 부재(3300)를 포함한다.
액 처리 챔버(3010)는 노광 및 포스트 베이크된 기판에 대하여 현상 유체를 도포하여 기판(S)을 현상 처리한다.
지지 부재(3100)는 기판(S)을 지지한다. 지지 부재(3100)는 지지된 기판(S)을 회전시킬 수 있다. 지지 부재(3100)는 지지 플레이트(3110), 지지 핀(3111), 척 핀(3112), 회전 축(3120) 그리고 회전 구동기(3130)를 포함한다.
지지 플레이트(3110)는 기판(S)과 동일 또는 유사한 형상의 상면을 가진다. 지지 플레이트(3110)의 상면에는 지지 핀(3111)과 척 핀(3112)이 제공된다. 지지 핀(3111)은 기판(S)의 저면을 지지한다. 척 핀(3112)은 지지된 기판(S)을 고정할 수 있다.
지지 플레이트(3110)의 하부에는 회전 축(3120)이 연결된다. 회전 축(3120)은 회전 구동기(3130)로부터 회전력을 전달받아 지지 플레이트(3110)를 회전시킨다. 이에 따라 지지 플레이트(3110)에 안착된 기판(S)이 회전할 수 있다. 척 핀(3112)은 기판(S)이 정 위치를 이탈하는 것을 방지한다.
노즐 부재(3200)는 기판(S)에 공정 유체를 분사한다. 노즐 부재(3200)는 노즐(3210), 노즐 바(3220), 노즐 축(3230) 그리고 노즐 축 구동기(3240)를 포함한다.
노즐(3210)은 지지 플레이트(3110)에 안착된 기판(S)에 현상 유체를 공급한다. 노즐(3210)은 노즐 바(3220)의 일단 저면에 형성된다. 노즐 바(3220)는 노즐 축(3230)에 결합된다. 노즐 축(3230)은 승강 또는 회전할 수 있도록 제공된다. 노즐 축 구동기(3240)는 노즐 축(3230)을 승강 또는 회전시켜 노즐(3210)의 위치를 조절할 수 있다. 노즐(3210)은 현상 유체 공급 라인(3011)과 연결된다. 현상 유체 공급 라인(3011)은 현상 유체 공급원(3012)에 연결된다. 현상 유체 공급 라인(3011)에는 밸브(3013)가 설치된다. 공급되는 현상 유체는 유기 현상액이다. 현상액은 금속 함유 포토레지스트막을 현상하는 현상액으로서, 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)를 포함하는 액이다. 현상액은 헵타논(2-Heptanone) 또는 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)에 산성액을 더 포함할 수 있다. 산성액은 아세트산, 시트르산, 염산 또는 황산 중 어느 하나 이상일 수 있다.
2-헵타논(2-Heptanone) 및 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)는 nBA(n-Butyl Acetate)에 비해 표면장력이 높은 단점이 있지만, 점도가 높고 증기압이 낮아서 Wetting(젖음) 특성이 더 좋다.
[표 1] 2-Heptanone, PGMEA 및 nBA의 특성 비교
Figure pat00001
회수 부재(3300)는 기판(S)에 공급된 공정 유체를 회수한다. 노즐 부재(3200)에 의해 기판(S)에 공정 유체가 공급되면, 지지 부재(3100)는 기판(S)을 회전시켜 기판(S)의 전 영역에 공정 유체가 균일하게 공급되도록 할 수 있다. 기판(S)이 회전하면 기판(S)으로부터 공정 유체가 비산한다. 비산하는 공정 유체는 회수 부재(3300)에 의해 회수될 수 있다.
회수 부재(3300)는 회수통(3310), 회수 라인(3320), 승강바(3330) 그리고 승강 구동기(3340)를 포함한다.
회수통(3310)은 지지 플레이트(3110)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 회수통(3310)은 복수로 제공될 수 있다. 복수의 회수통(3310)은 상부에서 볼 때 차례로 지지 플레이트(3110)로부터 멀어지는 링 형상으로 제공된다. 지지 플레이트(3110)로부터 먼 거리에 있는 회수통(3310)일수록 그 높이가 높게 제공된다. 회수통(3310) 사이의 공간에는 기판(S)으로부터 비산되는 기판 세정 조성물이 유입되는 회수구(3311)가 형성된다. 회수통(3310)의 하면에는 회수 라인(3320)이 형성된다.
승강바(3330)는 회수통(3310)에 연결된다. 승강바(3330)는 승강 구동기(3340)로부터 동력을 전달받아 회수통(3310)을 상하로 이동시킨다. 승강바(3330)는 회수통(3310)이 복수인 경우 최외곽에 배치된 회수통(3310)에 연결될 수 있다. 승강 구동기(3340)는 승강바(3330)를 통해 회수통(3310)을 승강시켜 복수의 회수구(3311) 중 비산하는 공정 유체가 유입되는 회수구(3311)를 조절할 수 있다.
도 3은 도 1의 제2 액 처리 챔버의 일 실시예의 단면도이다.
제2 액 처리 챔버(3020)의 구성에서 제1 액 처리 챔버(3010)와 동일한 구성은 동일한 참조 번호를 기재하였고, 설명은 도 2의 설명으로 대체한다.
액 처리 챔버(3020)는 현상 유체 처리한 기판(S)에 대하여 린스 유체를 도포한다. 노즐(3210)은 지지 플레이트(3110)에 안착된 기판(S)에 린스 유체를 공급한다. 제2 액 처리 챔버(3020)의 노즐(3210)은 린스 유체 공급 라인(3021)과 연결된다. 린스 유체 공급 라인(3021)은 린스 유체 공급원(3022)에 연결된다. 린스 유체 공급 라인(3021)에는 밸브(3023)가 설치된다. 공급되는 린스 유체는 비극성 린스액으로 제공된다. 비극성 린스액은 금속 함유 포토레지스트막과 반응성이 없고 초임계 유체와의 호환성이 높은 유체로 제공된다. 비극성 린스액은 알케인(Alkane) 계열 또는 에테르(Ether) 계열의 유기용매로 제공될 수 있다. 알케인(Alkane) 계열 또는 에테르(Ether) 계열의 유기용매는 본 발명의 실시 예에 따른 현상액과 잘 섞일 수 있다. 또한, 알케인(Alkane) 계열의 유기용매는 분자 구조가 대칭 구조임에 따라, 비극성인 이산화탄소(CO2)와 잘 섞인다. 때문에 알케인(Alkane) 계열의 유기용매는 초임계 CO2에 의해 추출이 잘 일어날 수 있다. 또한, 선형 대칭성 에테르(Ether) 계열의 유기용매에서, 극성을 띠는 산소 분자는 물과 수소 결합을 형성하여 친수성을 나타내지만, 그 이외의 부분은 소수성으로 비극성인 이산화탄소(CO2)와 잘 섞여서 초임계 유체로 제공되는 이산화탄소(CO2)에 의해 추출이 잘 일어나거나, 본 발명의 실시 예에 따른 현상액과 동등한 수준으로 이산화탄소(CO2)에 의한 추출이 일어날 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 비극성 린스액은 데케인(Decane) 또는 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)이다. 본 발명의 실시 예에 따른 비극성 린스액은 본 발명의 실시 예에 따른 현상액과 비교하여 표면 장력이 낮음에 따라, 기판(S) 상에 형성된 패턴의 사이 사이에 용이하게 침투할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 비극성 린스액은 비교예에 따른 린스액들과 비교하여 점도가 높고 증기압이 낮은 특성에 따라 Wetting(젖음) 특성이 높아 부분 건조에 따른 결함 발생을 억제 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 비극성 린스액으로 제공되는 데케인(Decane)과 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)는 본 발명의 실시 예로 제공되는 현상액(2-Heptanone, PGMEA)에 비해 점도가 높아 액막 유지를 위한 안정성이 높고, 표면장력이 낮음에 따라 패턴의 데미지(Damage) 발생 빈도가 낮고, 증기압이 낮으므로 증발율이 낮아 소량만을 사용하더라도 충분한 린스 효과를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로 데케인(Decane)과 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)는 본 발명의 실시 예에 따른 현상액으로 제공되는 2-헵타논(2-Heptanone)과 PGEMA의 증기압인 0.4~0.493KPa 보다 낮은 증기압을 가지므로, 액막 유지에 유리하다. 또한, 데케인(Decane)과 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)는 본 발명의 실시 예에 따른 현상액으로 제공되는 2-헵타논(2-Heptanone)과 PGEMA의 점도인 0.77~0.8cP 보다 높은 점도를 가지므로, 액막 유지에 유리하다. 이러한 특성으로 데케인(Decane) 또는 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)를 린스액으로 사용하여 현상액을 치환할 경우 소량의 린스액만으로 처리가 가능하며, 이로서 초임계 유체를 이용한 건조 공정의 진행시에 초임계 건조 시간이 단축될 수 있다.
[표 2] 본 발명의 실시 예에 따른 린스액인 데케인(Decane) 및 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)와 비교예에 따른 린스액의 특성 비교
Figure pat00002
도 4는 도 1의 액 처리 챔버(3000)의 다른 실시예에 따른 단면도이다.
도 4를 참조하면 도 2의 제1 액 처리 챔버(3010)와 도 3의 제2 액 처리 챔버(3020)의 기능은 통합되어 하나의 액 처리 챔버에서 제공될 수 있다.
통합된 액 처리 챔버(3000)의 구성에서 제1 액 처리 챔버(3010)와 동일한 구성은 동일한 참조 번호를 기재하였고, 설명은 도 2의 설명으로 대체한다.
액 처리 챔버(3000)는 현상 유체 처리한 기판(S)에 대하여 현상 유체를 도포하여 현상 처리 한 이후 기판(S) 린스 유체를 도포한다.
통합된 액 처리 챔버(3000)의 노즐(3210)은 액 공급 라인(3001)과 연결된다. 액 공급 라인(3001)은 현상 유체 공급 라인(3011) 및 린스 유체 공급 라인(3021)과 연결된다. 현상 유체 공급 라인(3011) 및 린스 유체 공급 라인(3021)은 어느 지점에서 접속되어 액 공급 라인(3001)과 연결된다. 현상 유체 공급 라인(3011)은 현상 유체 공급원(3012)에 연결된다. 린스 유체 공급 라인(3021)은 린스 유체 공급원(3022)에 연결된다. 현상 유체 공급 라인(3011)에는 밸브(3013)가 설치되고, 린스 유체 공급 라인(3021)에는 밸브(3023)가 설치된다.
공급되는 현상 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)를 포함하는 액이고, 공급되는 린스 유체는 데케인(Decane) 또는 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)이다.
도 5은 도 1의 고압 챔버의 일 실시예의 단면도이다.
도 5을 참조하면, 고압 챔버(4000)는 챔버(4100), 승강 유닛(4200), 지지 유닛(미도시), 가열 부재(4400), 유체 공급 유닛(4500), 차단 부재(미도시) 그리고 배기 부재(4700)를 포함한다. 고압 챔버(4000)는 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리하는 공정을 수행하다.
챔버(4100)는 내부에 초임계 세정 또는 건조 공정이 수행되는 처리 공간을 제공한다. 챔버(4100)는 임계 압력 이상의 고압을 견딜 수 있는 재질로 제공된다.
챔버(4100)는 상체(4110)와 하체(4120)를 포함한다. 상체(4110)는 하체(4120)와 조합되어 내부에 처리 공간을 형성한다. 상체(4110)는 하체(4120)의 위에 위치된다. 상체(4110)는 사각의 판 형상으로 제공되고, 하체(4120)는 상부가 개방된 사각의 컵 형상을 가질 수 있다.
상체(4110)는 하체(4120)와 중심축이 서로 일치하는 위치에서, 그 하단이 하체(4120)의 상단과 마주보도록 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 상체(4110) 및 하체(4120) 각각은 금속 재질로 제공될 수 있다.
상체(4110)는 외부 구조물에 고정되게 설치된다. 하체(4120)는 상체(4110)에 대해 승강 가능하게 제공된다. 하체(4120)는 하강하여 상체(4110)로부터 이격되면 고압 챔버(4000)의 내부에 처리 공간이 개방된다. 개방된 처리 공간으로 기판(S)이 고압 챔버(4000)의 내부 공간으로 반입되거나 내부 공간으로부터 반출될 수 있다. 여기서, 고압 챔버(4000)로 반입되는 기판(S)은 도포된 린스 유체가 잔류하는 상태이다.
하체(4120)가 상승하여 상체(4110)에 밀착되면 고압 챔버(4000)의 내부에 처리 공간이 밀폐된다. 밀페된 처리 공간에서는 초임계 유체를 통해 기판이 처리될 수 있다. 상술한 예와 달리 챔버(4100)에서 하체(4120)가 고정 설치되고, 상체(4110)가 승강되는 구조로 제공될 수도 있다.
승강 유닛(4200)은 하체(4120)를 승강시킨다. 승강 유닛(4200)은 승강 실린더(4210)와 승강 로드(4220)를 포함한다. 승강 실린더(4210)는 하체(4120)에 결합되어 상하 방향의 구동력을 발생시킨다. 승강 실린더(4210)는 초임계 유체를 이용한 기판 처리가 수행되는 동안 고압 챔버(4000) 내부의 임계 압력 이상의 고압을 이기고, 상체(4110)와 하체(4120)를 밀착시켜 고압 챔버(4000)를 밀폐시킬 수 있는 정도의 구동력을 발생시킨다. 승강로드(4220)는 그 일단이 승강 실린더(4210)에 삽입되어 수직상방으로 연장되어 타단이 상체(4110)에 결합된다. 승강 실린더(4210)에서 구동력 발생 시, 승강 실린더(4210)와 승강 로드(4220)가 상대적으로 승강되어 승강 실린더(4210)에 결합된 하체(4120)가 승강될 수 있다. 승강 실린더(4210)에 의해 하체(4120)가 승강하는 동안 승강 로드(4220)는 상체(4110)와 하체(4120)가 수평방향으로 움직이는 것을 방지하고, 승강 방향을 안내하여, 상체(4110)와 하체(4120)가 서로 정위치에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 처리 공간 내부에는 기판(S)을 지지하는 기판 지지 유닛(미도시)이 마련될 수 있다. 기판 지지 유닛(미도시)은 기판(W)의 처리면이 위를 향하도록 기판(W)을 지지한다.
지지 유닛(미도시)은 챔버(4100)의 처리 공간에 위치하며 기판(S)을 지지한다. 지지 유닛(미도시)은 상체(4110)에 결합될 수 있다. 지지 유닛(미도시)이 상체(4110)에 결합됨에 따라, 지지 유닛(4300)은 하체(4120)가 승강하는 동안 안정적으로 기판(S)을 지지할 수 있다.
지지 유닛(미도시)이 기판(S)의 가장자리 영역에 접촉하여 기판(S)을 지지하여 기판(S) 상면 전체영역과 하면의 대부분의 영역에 대해서 초임계 유체를 통한 기판 처리가 수행될 수 있다. 여기서, 기판(S)은 그 상면이 패턴면이고, 하면이 비패턴면일 수 있다.
가열 부재(4400)는 고압 챔버(4000)의 내부를 가열한다. 가열 부재(4400)는 고압 챔버(4000) 내부에 공급된 초임계 유체를 임계온도 이상으로 가열하여 초임계 유체 상으로 유지한다. 가열 부재(4400)는 초임계 유체가 액화된 경우에는 다시 초임계 유체가 되도록 초임계 유체를 가열할 수 있다. 가열 부재(4400)는 상체(4110) 및 하체(4120) 중 적어도 하나의 벽 내에 매설되어 설치된다. 가열 부재(4400)는 외부로부터 전원을 받아 열을 발생시킨다. 일 예로 가열 부재(4400)는 히터로 제공 될 수 있다.
유체 공급 유닛(4500)은 고압 챔버(4000)로 유체를 공급한다. 공급되는 유체는 초임계 유체일 있다. 일 예로 공급되는 초임계 유체는 이산화탄소일 수 있다.
유체 공급 유닛(4500)은 공급 포트(4510), 유체 공급 라인(4550) 그리고 밸브(4551)를 포함한다.
공급 포트(4510)는 처리 공간에 초임계 유체가 공급되는 유로로 기능한다. 일 예로, 공급 포트(4510)는 상체(4110)에 형성될 수 있고, 나아가 상체(4110)의 중앙에 위치할 수 있다.
또는 공급 포트(4510)는 상체(4110)에 형성되는 상부 공급 포트(4510)와 하체(4120)에 형성되는 하부 공급 포트(미도시)를 포함할 수 있다. 후술할 유체 공급 라인(4450)은 도중에 분기되어 상부 공급 포트(4510)와 하부 공급 포트(미도시)에 연통될 수 있다. 그리고 상부 공급 포트(4510)로 분기되는 공급 라인과 하부 공급 포트(미도시)로 분기되는 공급 라인에는 각각 밸브(4551)가 설치될 수 있다.
공급 포트(4510)에서 분사되는 초임계 유체는 기판(S)의 중앙영역으로 도달하여 가장자리 영역으로 퍼지면서 기판(S)의 전 영역에 균일하게 제공된다.
유체 공급 라인(4550)은 공급 포트(4510)와 연결된다. 공급 라인은 외부에 별도의 초임계 유체 저장부(4560)에서 초임계 유체를 공급 받아 공급 포트(4510)에 초임계 유체를 공급한다.
밸브(4551)는 유체 공급 라인(4550)에 설치된다. 밸브(4551)는 공급 라인에 복수 개 제공 될 수 있다. 각각의 밸브(4551)는 공급 포트(4510)에 공급되는 초임계 유체의 유량을 조절한다. 밸브(4551)는 제어기(5000)에 의해서 챔버(4100) 내부로 공급되는 유량 조절이 가능하다.
배기 부재(4700)는 고압 챔버(4000)로부터 초임계 유체를 배기한다. 배기 부재(4700)를 통해 배기되는 초임계 유체는 대기 중으로 방출되거나 또는 초임계 유체 재생 시스템(미도시)로 공급될 수 있다. 배기 부재(4700)는 하체(4120)에 결합될 수 있다. 배기 부재(4700)는 처리 공간 내의 초임계 유체가 배기되는 배기 포트(미도시)를 포함한다. 일 예로, 배기 포트(미도시)는 하체(4120)에 형성될 수 있고, 나아가 하체(4120)의 중앙에 위치할 수 있다.
그리고 하체(4120)에 하부 공급 포트(미도시)가 형성되는 경우, 하부 공급 포트(미도시)는 배기 부재(4700)와 간섭되지 않는 위치에 마련될 수 있다. 예를 들어, 배기 부재(4700)가 하체(4120)의 중앙에 제공되는 경우 배기 포트(미도시)는 중앙에서 소정 거리 벗어나 위치할 수 있다.
초임계 유체를 통한 기판 처리 공정의 후기에는 고압 챔버(4000)로부터 초임계 유체가 배기되어 그 내부압력이 임계압력 이하로 감압되어 초임계 유체가 액화될 수 있다. 액화된 초임계 유체는 중력에 의해 하체(4120)에 형성된 배기 부재(4700)를 통해 배출될 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따라 기판이 처리되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 감광액이 도포되고 노광된 후 포스트 베이크된 상태로 반입(S110, S120)된 기판(S)을 설정 과정에 따라 처리 한다. 기판(S)에 도포된 감광액은 네거티브 감광액이며, 금속 함유 포토레지스트이다.
기판(S)은 액 처리 챔버로 이송된다(S130). 액 처리 챔버에서 기판(S)에 현상 유체를 공급한다(S140). 현상 유체는 기판(S)을 현상 처리 할 수 있다. 현상 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGEMA를 포함하는 액이다. 현상 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGEMA에 산성액을 더 포함하는 액일 수 있다.
이후, 현상 처리된 기판(S)에 대하여 린스 유체가 공급된다(S150). 린스 유체는 현상된 감광액 부산물과 잔류하는 현상액을 제거한다. 린스 유체는 현상 유체와 섞일 수 있고, 후술할 초임계 유체에서 용해되어 추출될 수 있으며, 현상 공정에서 형성된 감광액 패턴에 손상을 주지 않는 특성을 가지는 유기 용제이다. 린스 유체는 데케인(Decane) 또는 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)이다. 이후, 기판(S)에 린스 유체가 잔류하는 상태로 고압 챔버로 이송한다(S160). 고압 챔버에서 기판(S)에는 초임계 유체가 공급되어, 린스 유체를 용해하여 추출함으로써 기판(S)에서 린스 유체를 제거한다(S170).
도 7는 일 실시 예에 따라 기판이 처리되는 과정 중 현상 유체 공급 단계를 나타내는 플로우 차트이다.
현상 유체 공급 단계(S140)는 제1 처리 유체를 공급하는 단계(S141)와 그 이후, 제2 처리 유체를 공급하는 단계(S142)를 포함할 수 있다.제1 처리 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGEMA에 제1 산성액을 포함한 액이다. 제2 처리 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGEMA에 제2 산성액을 포함한 액이다. 제1 산성액와 제2 산성액의 pH는 서로 상이하게 제공된다. 제1 산성액와 제2 산성액은 pH가 조절된 아세트산, 시트르산, 염산 또는 황산일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제1 산성액은 강산성액이고, 제2 산성액은 약산성액이다. 기판(S)에 제1 처리 유체를 공급하여 금속 함유 포토레지스트막의 금속 성분을 제거면서 동시에 현상을 수행하고, 기판(S)에 제2 처리 유체를 공급하여 보호막을 제거할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예 따른 린스액과 비교예에 따른 린스액의 초임계 유체와의 호환성을 평가한 그래프이다. 평가 조건은 70 ℃의 온도 조건 및 100 내지 120bar의 압력 조건이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 린스액인 데케인(Decane)과 이소아밀 에테르(IAE)는 도데케인(Dodecane)과 비교하여 추출량이 높은 것으로 초임계 유체와 충분한 호환성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 한편, 데케인(Decane)과 이소아밀 에테르(IAE)는 2-헵타논(2-Heptanone)과 헵탄(Heptane)과 디부틸 에테르(Dibutyle Ether)와 비교하여 추출량이 높지는 않으나, 상술한 [표 1] 및 [표 2]에서 살펴지는 바와 같이, 점도가 높고 증기압이 낮은 특성으로 Wetting(젖음) 특성이 더 좋아서 부분 건조가 억제될 수 있으며, 초임계 유체와도 충분한 호환성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
상술한 제어기(5000)는 기판 처리 장치를 제어할 수 있다. 제어기(5000)는 상술하는 바와 같이 기판을 설정 공정에 따라 처리되도록 기판 처리 장치(100)의 구성 요소들을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(5000)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.
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.
100: 기판 처리 장치 1000: 인덱스 모듈
2000: 공정 모듈 3000: 액 처리 챔버
3010: 제1 액 처리 챔버 3020: 제2 액 처리 챔버
4000: 고압 챔버

Claims (13)

  1. 노광 처리 및 포스트 베이크 처리되어 금속 함유 포토레지스트막이 형성된 기판에 대하여 현상 유체를 도포하여 현상 처리하는 단계와;
    현상 처리된 기판에 대하여 린스 유체를 도포하는 단계와;
    상기 린스 유체가 도포된 기판을 고압 챔버로 이동시켜 초임계 유체를 이용하여 처리하는 단계를 수행하는 기판 처리 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 린스 유체는 데케인(Decane)인 기판 처리 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 린스 유체는 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)인 기판 처리 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 함유 포토레지스트막은 네거티브 감광액인 기판 처리 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 현상 유체는 2-헵타논(2-Heptanone)인 기판 처리 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 현상 유체는 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)인 기판 처리 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 현상 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)과 산성액의 혼합액인 기판 처리 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 초임계 유체는 이산화탄소인 기판 처리 방법.
  9. 노광 처리 및 포스트 베이크 처리되어 금속 함유 포토레지스트막이 형성된 기판을 액 처리 챔버로 이송하는 단계와;
    상기 액 처리 챔버에서 상기 기판에 현상 유체를 도포하여 현상 처리하는 단계와;
    상기 액 처리 챔버에서 상기 현상 처리된 기판에 린스 유체를 도포하는 단계와;
    상기 린스 유체가 도포된 기판을 고압 챔버로 이동시키는 단계와;
    상기 고압 챔버에서 초임계 유체를 이용하여 처리하는 단계를 수행하는 기판 처리 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 린스 유체는 데케인(Decane) 또는 이소아밀 에테르(Isoamyl Ether)인 기판 처리 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 현상 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGMEA(Propylene Glycol Methyl Ether Acetate)인 기판 처리 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 현상 처리하는 단계는:
    상기 기판에 제1 처리 유체를 도포하는 제1 처리 단계와;
    상기 기판에 제2 처리 유체를 도포하는 제2 처리 단계를 포함하고,
    상기 제1 처리 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGEMA에 제1 산성액을 포함한 액이고,
    상기 제2 처리 유체는 2-헵타논(2-Heptanone) 또는 PGEMA에 제2 산성액을 포함한 액이며,
    상기 제1 산성액와 상기 제2 산성액의 pH는 서로 상이한 것인 기판 처리 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 산성액은 강산성액이고,
    상기 제2 산성액은 약산성액인 기판 처리 방법.
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