KR20230082739A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20230082739A
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김윤상
최윤석
정영대
조순천
오세훈
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다. 처리 공간을 제공하는 챔버와 상기 처리 공간에 제공되어 기판을 지지하고, 상기 기판을 회전시키는 기판 지지 유닛과 상기 기판 지지 유닛에 지지된 상기 기판에 대하여 약액을 토출하는 약액 토출 노즐을 포함하는 액 공급 유닛과 상기 기판에 마이크로파를 인가되는 마이크로파를 발산하는 마이크로파 인가 부재를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 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 식각 공정 또는 세정 공정은 기판 상에 형성된 박막 중 불필요한 영역을 제거하는 공정으로, 박막에 대한 높은 선택비, 높은 식각률 및 식각 균일성이 요구되며, 반도체 소자의 고집적화에 따라 점점 더 높은 수준의 식각 선택비 및 식각 균일성이 요구되고 있다.
일반적으로 기판의 식각 공정 또는 세정 공정은 크게 케미칼 처리 단계, 린스 처리 단계, 그리고 건조 처리 단계가 순차적으로 수행된다. 케미칼 처리 단계에는 기판 상에 형성된 박막을 식각 처리하거나 기판 상의 이물을 제거하기 위한 케미칼을 기판으로 공급하고, 린스 처리 단계에는 기판 상에 순수와 같은 린스액이 공급된다. 이 같이 유체를 통한 기판의 처리에 기판의 가열이 수반될 수 있다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 식각 성능이 향상될 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 기판의 온도 승온이 신속하게 진행되어 기판의 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 기판의 막질에 따른 선택적 가열이 가능한 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 기판을 가열함에 따른 기판의 손상을 최소화 할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는, 처리 공간을 제공하는 챔버와; 상기 처리 공간에 제공되어 기판을 지지하고, 상기 기판을 회전시키는 기판 지지 유닛과; 상기 기판 지지 유닛에 지지된 상기 기판에 대하여 약액을 토출하는 약액 토출 노즐을 포함하는 액 공급 유닛과; 상기 기판에 마이크로파를 인가되는 마이크로파를 발산하는 마이크로파 인가 부재를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기판 지지 유닛은, 상기 레이저 빔 조사 유닛에서 조사되는 레이저 빔이 투과 가능한 소재로 제공되고, 상기 기판의 하부에 제공되는 윈도우 부재와; 상기 기판의 측부를 지지하며 상기 윈도우 부재와 상기 기판을 소정 간격 이격 시키는 척핀과; 상기 윈도우 부재와 결합되고 상하 방향으로 관통되어 상기 레이저 빔이 전달되는 경로를 제공하는 스핀 하우징과; 상기 스핀 하우징을 회전시키는 구동 부재를 포함하고, 상기 마이크로파 인가 부재는 상기 윈도우 부재의 하부에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스핀 하우징의 내부에서 상기 윈도우 부재를 관통하여 제공되는 백 노즐을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 백노즐은 유전체로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 마이크로파 인가 부재는 제1 마이크로파와, 상기 제1 마이크로파와 상이한 제2 마이크로파를 발산할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 마이크로파와 상기 제2 마이크로파는 펄스 폭, 세기 및 듀티 비 중 어느 하나 이상이 상이한 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 마이크로파는 막질의 종류에 따라 상이하게 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 마이크로파는 상기 제1 마이크로파가 상기 기판으로 도달하는 진행파와, 반사되는 반사파의 중첩 현상을 상쇄시키는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 마이크로파 인가 부재는 상기 기판보다 하부에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 약액은 인산 수용액일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 기판 지지 유닛과 상기 액 공급 유닛을 제어하여, 상기 기판을 회전시키면서 상기 기판의 상면에 상기 약액의 액막을 형성시키고, 상기 마이크로파 인가 부재를 통해 상기 기판에 상기 마이크로파를 인가할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 약액에 의해 액막이 형성된 기판에 대하여, 마이크로파를 인가하여 가열할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기판은 상기 기판을 지지하고 회전 가능한 기판 지지 유닛에 의해 지지되어 제공되며, 상기 마이크로파를 인가하는 마이크로파 인가 부재는 상기 기판보다 하부에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 약액은 인산 수용액일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 마이크로파는 막질의 종류에 따라 상이하게 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 마이크로파는 제1 마이크로파와, 상기 제1 마이크로파와 상이한 제2 마이크로파를 중첩한 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 마이크로파와 상기 제2 마이크로파는 펄스 폭, 세기 및 듀티 비 중 어느 하나 이상이 상이한 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 마이크로파는 상기 제1 마이크로파가 상기 기판으로 도달하는 진행파와, 반사되는 반사파의 중첩 현상을 상쇄시키는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 마이크로파는, 상기 기판의 하부를 처리하는 유체가 흐는 관체를 통과하여 상기 기판으로 전달될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기판은 처리 대상이 되는 막질의 두께가 제1 두께이고, 상기 제1 두께가 설정 두께보다 큰 경우 제1 마이크로파를 인가하고, 상기 제1 두께가 설정 두께보다 작은 경우 제2 마이크로파를 인가하고, 상기 제1 마이크로파는 상기 제2 마이크로파보다 고주파수를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 실시 예의 기판 처리 장치는, 처리 공간을 제공하는 챔버와; 상기 처리 공간에 제공되어 기판을 지지하고, 상기 기판을 회전시키는 기판 지지 유닛과; 상기 기판 지지 유닛에 지지된 상기 기판에 대하여 약액을 토출하는 약액 토출 노즐을 포함하는 액 공급 유닛과; 상기 기판에 마이크로파를 인가되는 마이크로파를 발산하는 마이크로파 인가 부재를 포함하고, 상기 기판 지지 유닛은, 상기 레이저 빔 조사 유닛에서 조사되는 레이저 빔이 투과 가능한 소재로 제공되고, 상기 기판의 하부에 제공되는 유전체 재질의 윈도우 부재와; 상기 기판의 측부를 지지하며 상기 윈도우 부재와 상기 기판을 소정 간격 이격 시키는 척핀과; 상기 윈도우 부재와 결합되고 상하 방향으로 관통되어 상기 레이저 빔이 전달되는 경로를 제공하는 스핀 하우징과; 상기 스핀 하우징을 회전시키는 구동 부재를 포함하고, 상기 마이크로파 인가 부재는 상기 윈도우 부재의 하부에 제공되고, 상기 마이크로파는 막질의 종류에 따라 상이하게 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 식각 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판의 온도 승온이 신속하게 진행(600 °C/s 이상)되어 기판의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판의 막질에 따른 선택적 가열이 가능한 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 가열함에 따른 기판의 손상을 최소화 할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
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 실시예에 따른 기판 처리 설비(1)를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 공정 챔버(260)에 제공된 제1 실시 예에 따른 기판 처리 장치(300)를 보여주는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 운용 방법을 도시하여 순차적으로 나열한 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 마이크로파 인가 부재(400)의 투과창이 적용되는 구조를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로파 인가 부재(1400)를 적용하여 기판을 처리하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로파 인가 부재(1400)로부터 방출되는 제1 마이크로파와 제2 마이크로파의 조합예를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1의 공정 챔버(260)에 제공된 제2 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1300)를 보여주는 단면도이다.
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 실시 예를 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 '포함한다'는 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 명세서상에 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.
용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
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 과장되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비(1)를 보여주는 평면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 처리 설비(1)는 인덱스모듈(10)과 공정처리모듈(20)을 포함한다. 인덱스모듈(10)은 로드포트(120) 및 이송프레임(140)을 포함한다. 로드포트(120), 이송프레임(140), 그리고 공정처리모듈(20)은 순차적으로 일렬로 배열된다.
이하, 로드포트(120), 이송프레임(140), 그리고 공정처리모듈(20)이 배열된 방향을 제1 방향(12)이라 하고, 상부에서 바라볼 때, 제1 방향(12)과 수직한 방향을 제2 방향(14)이라 하며, 제1 방향(12)과 제2 방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3 방향(16)이라 칭한다.
로드포트(120)에는 기판(W)이 수납된 캐리어(18)가 안착된다. 로드포트(120)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2 방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 로드포트(120)의 개수는 공정처리모듈(20)의 공정 효율 및 풋 프린트 조건 등에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 캐리어(18)에는 기판(W)들을 지면에 대해 수평하게 배치한 상태로 수납하기 위한 다수의 슬롯(미도시)이 형성된다. 캐리어(18)로는 전면개방일체형포드(Front Opening Unifed Pod; FOUP)가 사용될 수 있다.
공정처리모듈(20)은 버퍼유닛(220), 이송챔버(240), 그리고 공정 챔버(260)를 포함한다.
이송챔버(240)는 그 길이 방향이 제 1 방향(12)과 평행하게 배치된다. 이송챔버(240)의 일측 또는 양측에는 복수개의 공정 챔버(260)가 배치될 수 있다. 이송챔버(240)의 일측 및 타측에서 복수개의 공정 챔버(260)는 이송챔버(240)를 기준으로 대칭되도록 제공될 수 있다. 복수개의 공정 챔버(260) 중 일부는 이송챔버(240)의 길이 방향을 따라 배치된다. 또한, 복수개의 공정 챔버(260) 중 일부는 서로 적층되게 배치된다. 즉, 이송챔버(240)의 일측에는 공정 챔버(260)가 A X B의 배열로 배치될 수 있다. 여기서 A는 제1 방향(12)을 따라 일렬로 제공된 공정 챔버(260)의 수이고, B는 제3 방향(16)을 따라 일렬로 제공된 공정 챔버(260)의 수이다. 이송챔버(240)의 일측에 공정 챔버(260)가 4개 또는 6개 제공되는 경우, 복수개의 공정 챔버(260)는 2 X 2 또는 3 X 2의 배열로 배치될 수 있다. 공정 챔버(260)의 개수는 증가하거나 감소할 수도 있다. 상술한 바와 달리, 공정 챔버(260)는 이송챔버(240)의 일측에만 제공될 수 있다. 또한, 공정 챔버(260)는 이송챔버(240)의 일측 및 양측에 단층으로 제공될 수 있다.
버퍼유닛(220)은 이송프레임(140)과 이송챔버(240) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(220)은 이송챔버(240)와 이송프레임(140) 간에 기판(W)이 반송되기 전에 기판(W)이 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼유닛(220)의 내부에는 기판(W)이 놓이는 슬롯(미도시)이 제공된다. 슬롯(미도시)들은 서로 간에 제3 방향(16)을 따라 이격되도록 복수 개가 제공된다. 버퍼유닛(220)은 이송프레임(140)과 마주보는 면 및 이송챔버(240)와 마주보는 면이 개방된다.
이송프레임(140)은 로드포트(120)에 안착된 캐리어(130)와 버퍼유닛(220) 간에 기판(W)을 반송한다. 이송프레임(140)에는 인덱스레일(142)과 인덱스로봇(144)이 제공된다. 인덱스레일(142)은 그 길이 방향이 제2 방향(14)과 나란하게 제공된다. 인덱스로봇(144)은 인덱스레일(142) 상에 설치되며, 인덱스레일(142)을 따라 제2 방향(14)으로 직선 이동된다. 인덱스로봇(144)은 베이스(144a), 몸체(144b), 그리고 인덱스암(144c)을 포함한다. 베이스(144a)는 인덱스레일(142)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(144b)는 베이스(144a)에 결합된다. 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 제3 방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 몸체(144b)에 결합되고, 몸체(144b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스암(144c)들은 제3 방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스암(144c)들 중 일부는 공정처리모듈(20)에서 캐리어(18)로 기판(W)을 반송할 때 사용되고, 이의 다른 일부는 캐리어(18)에서 공정처리모듈(20)로 기판(W)을 반송할 때 사용될 수 있다. 이는 인덱스로봇(144)이 기판(W)을 반입 및 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판(W)으로부터 발생된 파티클이 공정 처리 후의 기판(W)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이송챔버(240)는 버퍼유닛(220)과 공정 챔버(260) 간에, 그리고 공정 챔버(260)들 간에 기판(W)을 반송한다. 이송챔버(240)에는 가이드레일(242)과 메인로봇(244)이 제공된다. 가이드레일(242)은 그 길이 방향이 제1 방향(12)과 나란하도록 배치된다. 메인로봇(244)은 가이드레일(242) 상에 설치되고, 가이드레일(242) 상에서 제1 방향(12)을 따라 직선 이동된다. 메인로봇(244)은 베이스(244a), 몸체(244b), 그리고 메인암(244c)을 포함한다. 베이스(244a)는 가이드레일(242)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(244b)는 베이스(244a)에 결합된다. 몸체(244b)는 베이스(244a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(244b)는 베이스(244a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 몸체(244b)에 결합되고, 이는 몸체(244b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 메인암(244c)들은 제3 방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다.
공정 챔버(260)에는 기판(W)에 대해 액 처리 공정을 수행하는 기판 처리 장치(300)가 제공된다. 기판 처리 장치(300)는 수행하는 액 처리 공정의 종류에 따라 상이한 구조를 가질 수 있다. 이와 달리 각각의 공정 챔버(260) 내의 기판 처리 장치(300)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로 복수개의 공정 챔버(260)는 복수 개의 그룹으로 구분되어, 동일한 그룹에 속하는 공정 챔버(260) 내에 기판 처리 장치(300)들은 서로 동일하고, 서로 상이한 그룹에 속하는 공정 챔버(260) 내에 기판 처리 장치(300)의 구조는 서로 상이하게 제공될 수 있다.
도 2는 도 1의 공정 챔버(260)에 제공된 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(300)를 보여주는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(300)는 처리 용기(320), 기판 지지 유닛(340), 승강 유닛(360), 액 공급 유닛(390), 그리고 제어기(미도시)를 포함한다.
처리 용기(320)는 상부가 개방된 통 형상을 포함한다. 처리 용기(320)는 제1 회수통(321) 및 제2 회수통(322)을 포함한다. 각각의 회수통(321, 322)은 공정에 사용된 처리액들 중 서로 상이한 처리액을 회수한다. 제1 회수통(321)은 기판 지지 유닛(340)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 제2 회수통(322)은 기판 지지 유닛(340)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 일 실시 예에 있어서, 제1 회수통(321)은 제2 회수통(322)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 제2 회수통(322)은 제1 회수통(321)에 삽입되어 제공될 수 있다. 제2 회수통(322)의 높이는 제1 회수통(321)의 높이 보다 높을 수 있다. 제2 회수통(322)은 제1 가드부(326)와 제2 가드부(324)를 포함할 수 있다. 제1 가드부(326)는 제2 회수통(322)의 최상부에 제공될 수 있다. 제1 가드부(326)는 기판 지지 유닛(340)을 향해 연장되어 형성되며, 제1 가드부(326)는 기판 지지 유닛(340) 방향으로 향할수록 상향 경사지게 형성될 수 있다. 제2 회수통(322)에서 제2 가드부(324)는 제1 가드부(326)에서 하부로 이격된 위치에 제공될 수 있다. 제2 가드부(324)는 기판 지지 유닛(340)을 향해 연장되어 형성되며, 제2 가드부(324)는 기판 지지 유닛(340) 방향으로 향할수록 상향 경사지게 형성될 수 있다. 제1 가드부(326)와 제2 가드부(324)의 사이에는 처리액이 유입되는 제1유입구(324a)로 기능한다. 제2 가드부(324)의 하부에는 제2 유입구(322a)가 제공된다. 제1 유입구(324a)와 제2 유입구(322a)는 서로 상이한 높이에 위치될 수 있다. 제2 가드부(324)에는 홀(미도시)이 형성되어 제1 유입구(324a)로 유입된 처리액이 제2 회수통(322)의 하부에 제공된 제2 회수 라인(322b)로 흐르도록 구성할 수 있다. 제2 가드부(324)의 홀(미도시)은 제2 가드부(324)에서 가장 높이가 낮은 위치에 형성될 수 있다. 제1 회수통(321)으로 회수된 처리액은 제1 회수통(321)의 저면에 연결된 제1 회수 라인(321b)로 흐르도록 구성된다. 각각의 회수통(321, 322)에 유입된 처리액들은 각각의 회수라인(321b, 322b)을 통해 외부의 처리액재생시스템(미도시)으로 제공되어 재사용될 수 있다.
승강유닛(360)은 처리 용기(320)를 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 일예로, 승강유닛(360)은 처리 용기(320)의 제2 회수통(322)와 결합되어 제2 회수통(322)을 상하로 이동시킴에 따라 기판 지지 유닛(340)에 대한 처리 용기(320)의 상대 높이가 변경될 수 있다. 승강유닛(360)은 브라켓(362), 이동축(364), 그리고 구동기(366)를 포함한다. 브라켓(362)은 처리 용기(320)의 외벽에 고정설치되고, 브라켓(362)에는 구동기(366)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동축(364)이 고정 결합된다. 기판(W)이 기판 지지 유닛(340)에 로딩되거나, 기판 지지 유닛(340)로부터 언로딩될 때 기판 지지 유닛(340)의 상부가 처리 용기(320)의 상부로 돌출되도록, 구체적으로 제1 가드부(326) 보다 높게 돌출되도록 처리 용기(320)의 제2 회수통(322)이 하강된다. 또한, 공정이 진행될 시에는 기판(W)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통(321, 322)으로 유입될 수 있도록 처리 용기(320)의 높이가 조절된다. 선택적으로, 승강유닛(360)은 처리 용기(320)를 대신하여 기판 지지 유닛(340)을 상하 방향으로 이동시킬 수도 있다. 선택적으로, 승강유닛(360)은 처리 용기(320)의 전체를 상하 방향으로 승하강 가능하게 이동시킬 수도 있다. 승강유닛(360)은 처리 용기(320)와 기판 지지 유닛(340)의 상대 높이를 조절하기 위해 제공되는 것으로, 처리 용기(320)와 기판 지지 유닛(340)의 상대 높이를 조절할 수 있는 구성이라면, 처리 용기(320)와 승강 유닛(360)의 실시예는 설계에 따라 달리 다양한 구조와 방법으로 제공될 수 있다.
기판 지지 유닛(340)은 공정 진행 중 기판(W)을 지지하고 기판(W)을 회전시킨다.
기판 지지 유닛(340)은 윈도우 부재(348), 스핀 하우징(342), 척핀(346), 구동 부재(349)를 포함한다.
윈도우 부재(348)는 기판(W)의 하부에 위치된다. 윈도우 부재(348)는 기판(W)과 대체로 대응되는 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 기판(W)이 원형의 웨이퍼인 경우, 윈도우 부재(348)는 대체로 원형으로 제공될 수 있다. 윈도우 부재(348)는 기판(W)과 동일한 직경을 갖거나, 기판(W)보다 더 작은 직경을 갖거나, 기판(W)보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 윈도우 부재(348)는 레이저 빔이 투과되어 기판(W)으로 도달하도록 하며, 약액으로부터 기판 지지 부재(340)의 구성을 보호하는 구성으로서, 설계에 따라 다양한 크기와 형상으로 제공될 수 있다. 지지 부재(113)는 웨이퍼의 직경보다 큰 직경으로 이루어질 수 있다.
윈도우 부재(348)는 마이크로파 투과성이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 마이크로파 인가 부재(400)에서 조사되는 마이크로파가 윈도우 부재(348)를 투과할 수 있다. 윈도우 부재(348)는 약액과 반응하지 않도록 내식성이 우수한 소재일 수 있다. 이를 위한 윈도우 부재(348)의 소재는 일례로, 석영, 유리 또는 사파이어(Sapphire) 등 일 수 있다.
스핀 하우징(342)는 윈도우 부재(349)의 저면에 제공될 수 있다. 스핀 하우징(342)은 윈도우 부재(349)의 가장자리를 지지한다. 스핀 하우징(342)은 내부에 회전 부재(111)는 상하 방향으로 관통된 빈 공간을 제공한다. 스핀 하우징(342)이 형성하는 빈 공간은 마이크로파 인가 부재(400)가 인접한 부분으로부터 윈도우 부재(349)로 갈수록 내경이 증가하게 형성될 수 있다. 스핀 하우징(342)는 하단에서 상단으로 갈수록 내경이 증가되는 원통 형상일 수 있다. 스핀 하우징(342)은 의해 후술할 마이크로파 인가 부재(400)에서 발산된 마이크로파가 기판(W)으로 전달되어 기판(W)을 소망하는 온도로 가열할 수 있는 구조이면 충분하다.
구동 부재(349)는 스핀 하우징(342)과 결합되어, 스핀 하우징(342)을 회전시킬 수 있다. 구동 부재(349)는 스핀 하우징(342)을 회전시킬 수 있는 것이면, 어느 것이든 사용될 수 있다. 일 예로 구동 부재(349)는 중공 모터로 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면 구동 부재(349)는 고정자(349a)와 회전자(349b)를 포함한다. 고정자(349a)는 일 위치에 고정되어 제공되고, 회전자(349b)는 스핀 하우징(342)과 결합된다. 도시된 일 실시 예에 의하면, 회전자(349b)가 내경에 제공되고, 고정자(349a)가 외경에 제공된 중공 모터를 도시하였다. 도시된 에에 의하면, 스핀 하우징(349)의 저부는 회전자(349b)와 결합되어 회전자(349b)의 회전에 의해 회전될 수 있다. 구동 부재(349)로서 중공 모터가 이용될 경우 스핀 하우징(349)의 저부가 좁게 제공될수록 중공 모터의 중공을 작은 것으로 선택할 수 있음에 따라, 제조 단가를 감소시킬 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 구동 부재(349)의 고정자(349a)는 처리 용기(320)이 지지되는 지지면에 고정 결합되어 제공될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 구동 부재(349)를 약액으로부터 보호하는 커버 부재(343)를 더 포함할 수 있다.
액 공급 유닛(390)은 기판(W) 상부에서 기판(W)으로 약액을 토출하기 위한 구성으로, 하나 이상의 약액 토출 노즐을 포함할 수 있다. 액 공급 유닛(390)은 저장 탱크(미도시)에 저장된 약액을 펌핑하여 이송하여 약액 토출 노즐을 통해 기판(W)에 약액을 토출할 수 있다. 액 공급 유닛(390)은 구동부를 포함하여 기판(W) 중앙 직상방의 공정 위치와 기판(W)을 벗어난 대기 위치 사이에서 이동 가능하도록 구성될 수 있다.
액 공급 유닛(390)에서 기판(W)으로 공급되는 약액은 기판 처리 공정에 따라 다양할 수 있다. 기판 처리 공정이 실리콘 질화막 식각 공정인 경우, 약액은 인산(H3PO4)을 포함하는 약액일 수 있다. 액 공급 유닛(390)은 식각 공정 진행 후 기판 표면을 린스하기 위한 탈이온수(DIW) 공급 노즐, 린스 후 건조 공정을 진행하기 위한 이소프로필 알코올(IPA: Isopropyl Alcohol) 토출 노즐 및 질소(N2) 토출 노즐을 더 포함할 수 있다. 도시하지 않았으나, 액 공급 유닛(390)은 약액 토출 노즐을 지지하고, 약액 토출 노즐을 이동시킬 수 있는 노즐 이동 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 노즐 이동 부재(미도시)는 지지축(미도시), 아암(미도시), 그리고 구동기(미도시)를 포함할 수 있다. 지지축(미도시)은 처리 용기(320)의 일측에 위치된다. 지지축(미도시)은 그 길이 방향이 제3 방향을 향하는 로드 형상을 포함한다. 지지축(미도시)은 구동기(미도시)에 의해 회전 가능하도록 제공된다. 아암(미도시)은 지지축(미도시)의 상단에 결합된다. 아암(미도시)은 지지축(미도시)으로부터 수직하게 연장될 수 있다. 아암(미도시)의 끝단에는 약액 토출 노즐이 고정 결합된다. 지지축(미도시)이 회전됨에 따라 약액 토출 노즐은 아암(미도시)과 함께 스윙 이동 가능하다. 약액 토출 노즐은 스윙 이동되어 공정 위치 및 대기 위치로 이동될 수 있다. 선택적으로, 지지축(미도시)은 승강 이동이 가능하도록 제공될 수 있다. 또한 아암(미도시)은 그 길이 방향을 향해 전진 및 후진 이동이 가능하도록 제공될 수 있다.
마이크로파 인가 부재(400)는 전송받은 마이크로파를 발산한다. 마이크로파는 기판(W)으로 발산된다. 마이크로파를 인가받은 기판(W)은 가열된다. (600 °C/s 이상 을 얻기 위해 인가되는 마이크로파의 구체적 특성 (주파수, 전력, 듀티비등) 기재.) 실시 예에 의하면 마이크로파에 의한 기판의 가열 속도는 600 °C/s 이상이다.
마이크로파 인가 부재(400)는 마이크로파를 생성하는 마그네트론(500)과 도파관(443)을 통해 연결된다. 마그네트론(500)은 본 발명의 실시 예에서 마이크로파 발생원(-Wave Source)에 대응한다. 도파관(443)은 마이크로파를 마이크로파 인가 부재(400)로 전송한다. 도파관(443)의 마이크로파 전송 경로에는 튜너(430)가 설치될 수 있다. 튜너(430)는 임피던스를 정합하는 기능을 행한다. 튜너(430)에 의한 임피던스 정합은 검출기(미도실)에서 반사파의 검출 결과에 근거하여 행해질 수 있다.
마이크로파 인가 부재(400)는 마이크로파 도입 포트(411)와 투과창(415)을 포함한다. 투과창(415)은 마이크로파 도입 포트(411)의 단부에 제공되어 마이크로파 도입 포트(411)를 막는다. 투과창(415)은 유전체 재료에 의해서 형성되어 있다. 예를 들면, 투과창(415)의 재료로서는, 석영, 세라믹 등이 이용될 수 있다. 투과창(415)과 마이크로파 도입 포트(411)의 결합에 의해 마이크로파 인가 부재(400)의 내부는 밀폐될 수 있다.
투과창(415)의 상부는 커버 부재(412)에 의해 커버될 수 있다. 커버 부재(412)의 내경은 투과창(415)의 직경보다는 작지만, 마이크로파 도입 포트(411)의 내경보다는 크게 제공되어, 커버 부재(412)에 의하여 마이크로파가 반사되는 현상을 제거할 수 있다(도 5 참조).
본 예에 있어서, 마그네트론(500)을 공정 챔버(260)의 바깥에 설치하였으나, 마그네트론(500)은 공정 챔버(260)의 내부에 설치될 수도 있다. 마그네트론(500)이 공정 챔버의 내부에 설치되는 경우 마그네트론(500)의 동작에 따른 발열에 의한 공정 영향을 고려해야 할 것으로 생각된다.
제어기(미도시)는 기판 처리 장치를 제어할 수 있다. 제어기(미도시)는 기판을 설정 공정에 따라 처리되도록 기판 처리 시스템의 구성 요소들을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(미도시)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 시스템에서 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.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 운용 방법을 도시하여 순차적으로 나열한 것이다.
도 3과 도 4를 순차적으로 참조한다. 기판(W)이 척핀(346)에 의해 기판 지지 유닛(300)에 지지된다. 구동 부재(349)의 구동에 따라, 기판(W)이 회전되고, 회전되는 기판(W) 상에 액 공급 유닛(390)은 약액을 공급한다. 마그네트론(500)에 전력을 공급하여 마이크로파 인가 유닛(400)이 기판(W)을 향해 마이크로파를 방사하도록 한다. 기판(W)은 마이크로파(W)에 의해 가열된다. 기판(W)이 가열됨에 따라 의해 약액과 기판(W)의 반응하고 기판이 처리된다. 약액에 의한 기판(W)의 처리는 식각 처리일 수 있다. 약액은 인산일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로파 인가 부재(1400)를 적용하여 기판을 처리하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다. 제2 실시 예에 의하면, 마이크로파 인가 부재(1400)는 복수의 마이크로파를 인가한다.
일 예에 있어서, 마이크로파 인가 부재(1400)는 제1 마이크로파 인가 부재(400-1)와 제2 마이크로파 인가 부재(400-2)를 포함한다. 제1 마이크로파 인가 부재(400-1)와 제2 마이크로파 인가 부재(400-2)는 각각 상이한 마이크로파를 발산한다. 제1 마이크로파 인가 부재(400-1)는 제1 마그네트론과 연결되고, 제2 마이크로파 인가 부재(400-2)는 제2 마그네트론과 연결된다. 편의상, 제1 마이크로파 인가 부재(400-1)가 발산하는 마이크로파를 제1 마이크로파라고 하고, 제2 마이크로파 인가 부재(400-2)가 발산하는 마이크로파를 제2 마이크로파라고 한다. 제1 마이크로파와 제2 마이크로파는 서로 조합되어 기판(W)으로 전달된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마이크로파 인가 부재(1400)로부터 방출되는 제1 마이크로파와 제2 마이크로파의 조합예를 나타낸 그래프이다.
도 7의 (a)는 제1 조합예이고, 도 7의 (b)는 제2 조합예이고, 도 7의 (c)는 제3 조합예이다. 제1 마그네트론(μ-Wave Source 1)으로부터 방출된 제1 마이크로파와 제2 마그네트론(μ-Wave Source 2)으로부터 방출된 제2 마이크로파는 펄스 폭, 세기 및 듀티 비 중 어느 하나 이상이 상이할 수 있다. 처리하고자 하는 기판(W)의 막질에 따라서, 제1 마이크로파와 제2 마이크로파의 조합을 상이하게 할 수 있다. 제1 마이크로파와 제2 마이크로파는 시간에 따라 펄스 폭, 세기 및 듀티 비 중 어느 하나 이상이 가변될 수 있다. 실시 예에 의하면, 10% 이상의 주파수 변조를 통하여 막질에 대한 선택적 가열 효과를 얻을 수 있다. 예컨대, 기판(W)에 증착된 막의 두께가 500nm 이하인 경우 High μ-Wave(보다 고 주파수의 마이크로 웨이브)를 사용하고, 예컨대, 기판(W)에 증착된 막의 두께가 500nm 이상인 경우 Low μ-Wave(보다 저주파수의 마이크로 웨이브)를 사용하여 기판(W)을 가열함으로써, 기판(W)의 데미지를 최소화 할 수 있다.
또한, 마이크로파의 위상차 조절을 통하여 반사파를 통제한다. 예컨대, 마이크로파의 위상차를 조절하여 진행파와 반사파 파동의 중첩 현상을 통제함으로써, 기판의 전면을 균일하게 가열할 수 있다(Heating Uniformity를 높일 수 있다).
도 8은 도 1의 공정 챔버(260)에 제공된 제2 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1300)를 보여주는 단면도이다. 도 8을 참조하여 설명한다. 제2 실시 예에 따른 기판 처리 장치(1300)를 설명하는데 있어서, 도 2 를 참조한 제1 실시 예의 기판 처리 장치(300)의 구성과 동일한 것은 제1 실시 예에 대한 설명으로 갈음한다.
기판 처리 장치(1300)는 백 노즐(386)이 제공된다. 백 노즐(386)은 스핀 하우징(342)의 내부에 위치되고, 윈도우 부재(348)을 관통하는 관체(385)를 포함한다. 관체(385)는 마이크로파 투과성이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 기판(W)으로 전달되는 마이크로파가 관체(385)에 간섭받지 않고 전달될 수 있다. 관체(385)는 수송되는 유체와 반응하지 않도록 내식성이 높은 소재로 제공될 수 있다. 또한, 기판(W)에 공급되고 비산된 반응하지 않도 내식성이 높은 소재로 제공될 수 있다. 이를 위한 관체(385)의 소재는 일례로, 석영, 유리 또는 사파이어(Sapphire) 등 일 수 있다. 관체(385)가 형성하는 유로는 제1 유체를 전송하는 제1 공급 라인(381)과 연결될 수 있다. 관체(385)가 형성하는 유로는 제2 유체를 전송하는 제2 공급 라인(381)과 연결될 수 있다. 제1 유체는 순수일 수 있다. 제2 유체는 질소 일 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.

Claims (20)

  1. 처리 공간을 제공하는 챔버와;
    상기 처리 공간에 제공되어 기판을 지지하고, 상기 기판을 회전시키는 기판 지지 유닛과;
    상기 기판 지지 유닛에 지지된 상기 기판에 대하여 약액을 토출하는 약액 토출 노즐을 포함하는 액 공급 유닛과;
    상기 기판에 마이크로파를 인가되는 마이크로파를 발산하는 마이크로파 인가 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 지지 유닛은,
    상기 레이저 빔 조사 유닛에서 조사되는 레이저 빔이 투과 가능한 소재로 제공되고, 상기 기판의 하부에 제공되는 윈도우 부재와;
    상기 기판의 측부를 지지하며 상기 윈도우 부재와 상기 기판을 소정 간격 이격 시키는 척핀과;
    상기 윈도우 부재와 결합되고 상하 방향으로 관통되어 상기 레이저 빔이 전달되는 경로를 제공하는 스핀 하우징과;
    상기 스핀 하우징을 회전시키는 구동 부재를 포함하고,
    상기 마이크로파 인가 부재는 상기 윈도우 부재의 하부에 제공되는 기판 처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 스핀 하우징의 내부에서 상기 윈도우 부재를 관통하여 제공되는 백 노즐을 더 포함하되,
    상기 백노즐은 유전체로 제공되는 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    마이크로파 인가 부재는 제1 마이크로파와, 상기 제1 마이크로파와 상이한 제2 마이크로파를 발산하는 기판 처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로파와 상기 제2 마이크로파는 펄스 폭, 세기 및 듀티 비 중 어느 하나 이상이 상이한 것인 기판 처리 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 마이크로파는 막질의 종류에 따라 상이하게 제공되는 기판 처리 장치.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로파는 상기 제1 마이크로파가 상기 기판으로 도달하는 진행파와, 반사되는 반사파의 중첩 현상을 상쇄시키는 것인 기판 처리 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 마이크로파 인가 부재는 상기 기판보다 하부에 제공되는 기판 처리 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 약액은 인산 수용액인 기판 처리 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 기판 지지 유닛과 상기 액 공급 유닛을 제어하여, 상기 기판을 회전시키면서 상기 기판의 상면에 상기 약액의 액막을 형성시키고,
    상기 마이크로파 인가 부재를 통해 상기 기판에 상기 마이크로파를 인가하는 기판 처리 장치.
  11. 약액에 의해 액막이 형성된 기판에 대하여,
    마이크로파를 인가하여 가열하는 기판 처리 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판을 지지하고 회전 가능한 기판 지지 유닛에 의해 지지되어 제공되며,
    상기 마이크로파를 인가하는 마이크로파 인가 부재는 상기 기판보다 하부에 제공되는 기판 처리 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 약액은 인산 수용액인 기판 처리 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 마이크로파는 막질의 종류에 따라 상이하게 제공되는 기판 처리 방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 마이크로파는 제1 마이크로파와, 상기 제1 마이크로파와 상이한 제2 마이크로파를 중첩한 것인 기판 처리 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 마이크로파와 상기 제2 마이크로파는 펄스 폭, 세기 및 듀티 비 중 어느 하나 이상이 상이한 것인 기판 처리 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 마이크로파는 상기 제1 마이크로파가 상기 기판으로 도달하는 진행파와, 반사되는 반사파의 중첩 현상을 상쇄시키는 것인 기판 처리 방법.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 마이크로파는, 상기 기판의 하부를 처리하는 유체가 흐는 관체를 통과하여 상기 기판으로 전달되는 기판 처리 방법.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 기판은 처리 대상이 되는 막질의 두께가 제1 두께이고,
    상기 제1 두께가 설정 두께보다 큰 경우 제1 마이크로파를 인가하고,
    상기 제1 두께가 설정 두께보다 작은 경우 제2 마이크로파를 인가하고,
    상기 제1 마이크로파는 상기 제2 마이크로파보다 고주파수를 갖는 기판 처리 방법.
  20. 처리 공간을 제공하는 챔버와;
    상기 처리 공간에 제공되어 기판을 지지하고, 상기 기판을 회전시키는 기판 지지 유닛과;
    상기 기판 지지 유닛에 지지된 상기 기판에 대하여 약액을 토출하는 약액 토출 노즐을 포함하는 액 공급 유닛과;
    상기 기판에 마이크로파를 인가되는 마이크로파를 발산하는 마이크로파 인가 부재를 포함하고,
    상기 기판 지지 유닛은,
    상기 레이저 빔 조사 유닛에서 조사되는 레이저 빔이 투과 가능한 소재로 제공되고, 상기 기판의 하부에 제공되는 유전체 재질의 윈도우 부재와;
    상기 기판의 측부를 지지하며 상기 윈도우 부재와 상기 기판을 소정 간격 이격 시키는 척핀과;
    상기 윈도우 부재와 결합되고 상하 방향으로 관통되어 상기 레이저 빔이 전달되는 경로를 제공하는 스핀 하우징과;
    상기 스핀 하우징을 회전시키는 구동 부재를 포함하고,
    상기 마이크로파 인가 부재는 상기 윈도우 부재의 하부에 제공되고,
    상기 마이크로파는 막질의 종류에 따라 상이하게 제공되는 기판 처리 장치.
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