KR20240040169A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20240040169A
KR20240040169A KR1020220118534A KR20220118534A KR20240040169A KR 20240040169 A KR20240040169 A KR 20240040169A KR 1020220118534 A KR1020220118534 A KR 1020220118534A KR 20220118534 A KR20220118534 A KR 20220118534A KR 20240040169 A KR20240040169 A KR 20240040169A
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이무현
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은, 내부에 처리 공간을 제공하는 컵과 상기 처리 공간에 기판을 지지하고 기판을 회전시키는 지지 유닛과 상기 기판에 약액과 물이 혼합된 처리액을 공급하는 노즐 그리고 상기 노즐로 상기 처리액을 공급하는 액 공급 유닛을 포함하되, 상기 액 공급 유닛은, 상기 처리액을 저장하는 탱크와 상기 탱크에 결합되어 상기 탱크 내부의 상기 처리액 중 증발된 수증기를 외부로 배기하는 배기 라인과 상기 배기 라인에 구비되되, 상기 탱크로부터 상기 증발된 수증기를 응축하여 상기 탱크로 재공급 하는 회수 유닛을 포함하고, 상기 탱크는, 내부에 처리액이 저장되는 공간을 가지는 하우징과 상기 하우징에 결합되어 상기 하우징 내부의 상기 처리액을 순환시키는 순환 라인 및 상기 처리액 중 상기 약액의 농도를 측정하는 농도 측정 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 증발되는 수증기를 탱크내로 재공급하여 설정 농도에 도달한 처리액의 농도변화를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING A SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판에 처리액을 공급하는 액 공급 유닛을 포함하는 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 웨이퍼를 건조함으로써 이루어진다
최근에는 처리액으로 인산 수용액과 같은 고온의 액이 사용된다. 예컨대, 인산 수용액은 인산과 물을 포함한다. 액 공급 유닛은 공급 탱크, 액 공급 라인, 그리고 노즐을 가진다. 공급 탱크는 인산 수용액의 온도 및 인산의 농도가 공정 조건에 맞도록 조절된다. 예컨대, 기판에 공급되는 인산 수용액의 온도는 약 150℃ 내지 180℃이고, 인산 수용액에서 인산의 농도는 약 85% 내지 95% 일 수 있다. 농도 및 온도가 조절된 인산 수용액은 액 공급 라인을 통해서 공급 탱크로부터 노즐로 공급된다.
도 1은 공급 탱크의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 공급 탱크(900)는 하우징(910) 및 순환 라인(940)을 가진다. 또한, 하우징(910)에는 외부로부터 하우징(910)으로 인산이 공급되는 인산 공급 라인(920), 물이 공급되는 물 공급 라인(930), 하우징(910) 내 폐액을 배출하는 폐액 배출 라인(950), 기판으로 액을 공급하는 액 공급 라인(980), 그리고 하우징(910) 내에서 증발한 수증기를 배기하는 벤트 라인(970)이 연결된다.
순환 라인(940)에는 펌프(942) 및 히터(944)가 설치된다. 하우징(910) 내의 인산 수용액은 순환 라인(940)을 따라 유동하면서 히터(944)에 의해 가열된다. 인산 수용액의 온도는 히터(944)의 가열에 의해 설정 온도로 조절된다. 또한, 인산 수용액에서 인산의 농도는 히터(944)의 가열에 의해 물이 증발됨으로써 조절된다.
그러나, 하우징(910) 내에 가열된 처리액은 시간이 지날수록 벤트 라인(970)을 통해 배출되는 물의 증발량이 많아져 처리액의 농도가 설정 농도보다 높아지게 되므로 물 공급 라인(930)으로부터 물을 보충함으로써 처리액의 농도를 조절한다.
그러나 물은 간헐적으로 탱크 내에 공급되므로, 상술한 방식으로는 탱크 내 인산 수용액에서 인산의 농도를 설정 농도로 항상 유지하기 어렵다.
본 발명은 물의 증발에 의해 처리액의 농도를 조정하는 탱크 구조에서, 인산 수용액 중 인산의 농도를 설정 농도로 상시 유지할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 제공하는 컵과; 상기 처리 공간에 기판을 지지하고 기판을 회전시키는 지지 유닛과; 상기 기판에 약액과 물이 혼합된 처리액을 공급하는 노즐; 그리고 상기 노즐로 상기 처리액을 공급하는 액 공급 유닛을 포함하되, 상기 액 공급 유닛은, 상기 처리액을 저장하는 탱크와; 상기 탱크에 결합되어 상기 탱크 내부의 상기 처리액 중 증발된 수증기를 외부로 배기하는 배기 라인과; 그리고 상기 배기 라인에 구비되되, 상기 탱크로부터 상기 증발된 수증기를 응축하여 상기 탱크로 재공급 하는 회수 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탱크는, 내부에 처리액이 저장되는 공간을 가지는 하우징과; 상기 하우징에 결합되어 상기 하우징 내부의 상기 처리액을 순환시키는 순환 라인; 및 상기 처리액 중 상기 약액의 농도를 측정하는 농도 측정 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 회수 유닛은, 상기 하우징에서 배출된 상기 수증기를 응축하는 응축기; 및 일측이 상기 배기 라인에 연결되고, 타측이 상기 하우징에 연결되어 응축된 상기 수증기를 상기 하우징으로 이송하는 회수 라인을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 회수 라인은, 회수 밸브가 구비되고, 상기 배기 라인은, 배기 밸브가 구비되며, 상기 회수 유닛은, 상기 배기 라인 중 상기 배기 밸브와 상기 하우징의 사이에 구비되고, 상기 기판 처리 장치는, 상기 회수 밸브와 상기 배기 밸브를 제어하는 제어기를 더 포함하며, 상기 제어기는, 상기 회수 유닛이 응축한 상기 수증기를 상기 하우징으로 공급하는 동안에는 상기 배기 밸브를 닫고 상기 회수 밸브를 열도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 회수 라인은, 응축된 상기 수증기가 중력에 의해 회수되도록, 상기 응축기의 하부에 연결될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 농도 측정 유닛이 측정한 농도가 설정 농도에 도달하기 전에는 상기 배기 밸브를 열고 상기 회수 밸브를 닫도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 농도 측정 유닛이 측정한 농도가 설정 농도에 도달한 때부터 상기 회수 유닛이 증발된 상기 수증기를 응축 후 상기 하우징으로 회수하도록 제어할 수 있다.
상술한 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법으로는, 탱크에서 물과 약액을 포함하는 처리액을 가열하여 물을 증발시킴으로써 상기 처리액에서 상기 약액의 농도를 조절하되, 상기 처리액에서 증발된 수증기를 응축시키고, 응축된 수증기를 상기 탱크로 재공급하여 상기 탱크에 물을 보충할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 재공급은, 상기 탱크 내에서 상기 처리액에서 약액의 농도가 기설정된 농도 이상인 경우에 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 처리액에서 약액의 농도가 기설정된 농도에 도달하기 전까지는 상기 수증기를 상기 탱크에 재공급하지 않고 외부로 배기할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 처리액은 인산 수용액일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 증발되는 수증기를 탱크내로 재공급하여 설정 농도에 도달한 처리액의 농도변화를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 액 공급 유닛의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 액 처리 챔버의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액 공급 유닛을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 히터 유닛의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 도 4의 액 공급 유닛에 포함되는 배기 라인의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 7과 도 8은 도 6의 배기 라인에서 인산 수용액과 수증기의 흐름 경로를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 하우징 내의 인산 수용액 중 인산의 농도에 따른 배기 밸브와 회수 밸브의 작동상태를 보여주는 도면이다..
도 10과 도 11은 각각 기판 처리 장치의 변형 예를 보여주는 도면들이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액 공급 유닛을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 13은 도 2의 액 처리 챔버의 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 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 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 '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.
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.
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)을 포함한다. 일 실시예에 의하며, 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 후진이동할 수 있다.
처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(200), 반송 챔버(300), 그리고 처리 챔버(400)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. 처리 챔버(400)는 기판(W) 상에 액을 공급하여 기판(W)을 액 처리하는 처리 공정을 수행한다. 반송 챔버(300)는 버퍼 유닛(200) 및 액 처리 챔버(400) 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)는 복수 개 제공되며, 반송 챔버(300)의 측부에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)와 반송 챔버(300)는 제2방향(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 각각 배치된다. 반송 챔버(300)의 양측 각각에서 액 처리 챔버(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.
반송 챔버(300)는 반송 로봇(320)을 가진다. 반송 챔버(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 후진이동할 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), 노즐 유닛(460), 승강 유닛(480), 액 공급 유닛(1000), 그리고 제어기(30)를 가진다.
하우징(410)은 대체로 직육면체 형상으로 제공된다. 컵(420), 지지 유닛(440), 그리고 노즐 유닛(460)은 하우징(410) 내에 배치된다.
컵(420)은 상부가 개방된 처리 공간을 가지고, 기판(W)은 처리 공간 내에서 액 처리된다. 지지 유닛(440)은 처리 공간 내에서 기판(W)을 지지한다. 노즐 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 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.
노즐 유닛(460)은 제1노즐(462)과 제2노즐(464)을 가진다. 제1노즐(462)은 처리액을 기판(W) 상으로 공급한다. 처리액은 상온보다 높은 온도의 액일 수 있다. 일 예에 의하면, 처리액은 인산 수용액일 수 있다. 인산 수용액은 인산과 물의 혼합액일 수 있다. 선택적으로 인산 수용액은 다른 물질을 더 함유할 수 있다. 예컨대, 다른 물질은 실리콘일 수 있다. 제2노즐(464)은 물을 기판(W) 상으로 공급한다. 물은 순수(pure water) 또는 탈이온수(deionized water)일 수 있다.
제1노즐(462)과 제2노즐(464)은 서로 상이한 아암(461)에 각각 지지되고, 이들 아암(461)들은 독립적으로 이동될 수 있다. 선택적으로 제1노즐(462)과 제2노즐(464)은 동일한 아암에 장착되어 동시에 이동될 수 있다.
선택적으로 액 공급 유닛은 제1노즐(462)과 제2노즐(464) 이외에 하나 또는 복수의 노즐을 더 구비할 수 있다. 추가되는 노즐은 다른 종류의 처리액을 기판으로 공급할 수 있다. 예컨대, 다른 종류의 처리액은 기판 상에서 이물을 제거하기 위한 산 용액 또는 염기 용액일 수 있다. 또한, 다른 종류의 처리액은 표면장력이 물보다 낮은 알코올일 수 있다. 예컨대, 알코올은 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol)일 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.
액 공급 유닛(1000)은 처리액을 제1노즐(462)로 공급한다. 아래에서는 처리액이 인산 수용액인 경우를 예로 들어 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액 공급 유닛의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 액 공급 유닛(1000)은 탱크(1200), 배기 라인(1490), 회수 유닛(1300) 및 제어기(1900)를 가진다. 탱크(1200)는 인산 수용액을 저장한다. 탱크(1200)는 하우징(1220) 및 순환 라인(1240)을 가진다.
하우징(1220)은 직육면체 또는 원통 형상으로 제공된다. 하우징(1220)은 내부에 인산 수용액이 저장되는 공간을 가진다. 하우징(1220)에는 유입 라인(1420) 및 유출 라인(1440)이 연결된다. 유입 라인(1420) 및 유출 라인(1440)에는 각각 밸브(도시되지 않음)가 설치된다. 인산 수용액은 유입 라인(1420)을 통해 하우징(1220) 내로 유입된다. 인산 수용액은 기판 처리에 사용되는 설정 온도보다 낮은 온도로 유입 라인(1420)을 통해 하우징(1220) 내로 유입될 수 있다. 또한, 인산 수용액은 기판 처리에 사용되는 인산의 설정 농도보다 낮은 농도로 유입 라인(1420)을 통해 하우징(1220) 내로 유입될 수 있다. 선택적으로 인산 수용액은 설정 온도 및 설정 농도로 조절된 상태로 유입 라인(1420)을 통해서 하우징(1220) 내로 유입되고, 온도 및 농도가 조절된 처리액은 유출 라인(1440)을 통해서 하우징(1220)으로부터 외부로 공급된다. 상술한 예에서는 유출 라인(1400)이 하우징에 연결된 것으로 설명하였으나, 순환 라인(1240)에 연결될 수 있다. 설정 농도는 기판을 처리하는 공정에서의 인산의 농도일 수 있다.
하우징(1220)에는 폐액 라인(1460)이 연결된다. 폐액 라인(1460)에는 밸브(도시되지 않음)가 설치된다. 인산 수용액을 일정 횟수 또는 일정 기간 재사용한 후 인산 수용액을 폐기할 때, 하우징(1220) 내의 인산 수용액은 폐액 라인(1460)을 통해 하우징(1220) 외부로 배출된다.
하우징(1220)에는 인산 보충 라인(1482)과 물 보충 라인(1484)이 연결될 수 있다. 인산 보충 라인(1482) 및 물 보충 라인(1484)에는 각각 밸브(도시되지 않음)가 설치된다. 인산 보충 라인(1482)은 하우징(1220) 내로 유입된 인산 수용액에 인산을 보충하고, 물 보충 라인(1484)은 하우징(1220) 내로 유입된 인산 수용액에 물을 보충할 수 있다. 인산 및 물의 보충은 하우징(1220) 내에 제공된 수위 측정 센서(1222)에 의해 측정된 인산 수용액의 수위에 기초하여 이루어질 수 있다. 선택적으로 인산 수용액을 일정 횟수 또는 일정 기간 재사용하고 인산 수용액을 하우징(1220)으로부터 배출한 후, 인산 및 물의 보충이 이루어질 수 있다. 인산 수용액에 실리콘이 함유된 경우, 실리콘 보충 라인(532)이 추가로 연결될 수 있다.
상술한 예에서는 폐액 라인(1460)과 유출 라인(1440)이 각각 하우징(1220)에 연결되는 것으로 도시하였다. 그러나 이와 달리 폐액 라인(1460)과 유출 라인(1440)은 순환 라인(1240)에 연결될 수 있다.
하우징(1220)에는 순환 라인(1240)이 연결된다. 일 예에 의하면, 순환 라인(1240)의 일단은 입구(1240a)로 기능하며, 하우징(1220)의 저면에 결합된다. 순환 라인(1240)의 타단은 출구(1240b)로 기능하며, 하우징(1220) 내 인산 수용액 내에 침지된다. 선택적으로 순환 라인(1240)의 타단은 하우징(1220) 내에 저장된 인산 수용액의 수면(1224)보다 높게 위치될 수 있다.
순환 라인(1240)은 펌프 유닛(1500), 히터 유닛(1600), 압력 측정 유닛(1250), 농도 측정 유닛(1260)을 가진다.
펌프 유닛(1500)은 하우징(1220) 내의 인산 수용액이 순환 라인(1240) 내를 흐르도록 하는 유동압을 제공한다. 히터 유닛(1600)은 순환 라인(1240) 내를 흐르는 인산 수용액을 가열한다. 일 예에 의하면, 히터 유닛(1600)은 인산 수용액이 설정 온도로 가열되도록 제어된다. 일 예에 의하면, 설정 온도는 약 140℃ 내지 170℃ 일 수 있다. 설정 온도는 인산 수용액에서 인산의 농도에 따라 다르게 설정될 수 있다. 순환 라인(1240)에는 입구 밸브(V1)와 출구 밸브(V2)가 설치될 수 있다.
도 5는 도 4의 히터 유닛의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 히터 유닛(1600)은 바디(1620) 및 히터(1640)를 가진다. 히터(1640)는 바디(1620) 내부에 위치된다. 바디(1620)에는 제1포트(1622)와 제2포트(1624)가 제공된다. 인산 수용액은 제1포트(1622)를 통해 히터 유닛(1600)의 내부로 유입되고, 제2포트(1624)를 통해 히터 유닛(1600)으로부터 외부로 유출된다. 바디(1620)의 내부에는 인산 수용액이 흐르는 유로(1660)가 형성된다. 유로(1660)는 제1포트(1622) 및 제2포트(1624)와 연결된다. 일 예에 의하면, 유로(1660)는 유입로(1662), 유출로(1664), 그리고 연결로(1666)로 이루어질 수 있다. 유입로(1662)의 일단에 제1포트(1622)가 위치되고, 유출로(1664)의 일단에 제2포트(1624)와 위치된다. 연결로(1666)는 유입로(1662)와 유출로(1664)를 연결한다. 유입로(1662)와 유출로(1664)는 서로 대향되게 제공될 수 있다. 유입로(1662)와 유출로(1664)는 서로 평행하고 일정 거리 이격되게 위치될 수 있다. 히터(1640)는 유입로(1662), 유출로(1664), 그리고 연결로(1666)로 둘러싸여진 공간에 위치될 수 있다. 히터 유닛(1600)의 구조는 이에 한정되지 않으며 다양하게 변경될 수 있다.
이때, 순환 라인(1240)은 하우징(1220)과 제1포트(1622)를 연결하는 제1라인(1242)과 제2포트(1624)와 하우징(1220)을 연결하는 제2라인(1244)을 가진다.
압력 측정 유닛(1250)은 순환 라인(1240)에 흐르는 인산 수용액의 압력을 측정한다. 압력 측정 유닛(1250)은 제2라인(1244)에 제공된다. 압력 측정 유닛(1250)은 누수(Leak)가 주로 발생하는 히터 유닛(1600)의 제2포트(1624)와 제2라인(1244)이 결합되는 연결부에 제공될 수 있다. 압력 측정 유닛(1250)은 측정된 인산 수용액의 압력 정보를 제어기(1900)에 전송한다.
농도 측정 유닛(1260)은 순환 라인(1240)에 흐르는 인산 수용액에 포함된 인산의 농도를 측정한다. 선택적으로 농도 측정 유닛(1260)은 순환 라인(1240)에 흐르는 인산 수용액에 포함된 물의 농도를 측정함으로써 인산의 농도를 간접적으로 측정할 수 있다. 농도 측정 유닛(1260)은 제1라인(1242) 또는 제2라인(1244)에 제공될 수 있다. 농도 측정 유닛(1260)은 측정된 인산 농도 정보를 제어기(1900)에 전송한다.
상술한 예에서는 온도 측정 유닛(1250) 및 농도 측정 유닛(1260)이 순환 라인(1240)에 구비된 것으로 설명하였으나, 이와 달리 온도 측정 유닛(1250) 및 농도 측정 유닛(1260)은 하우징(1220)에 설치될 수 있다.
도 6은 도 4의 액 공급 유닛에 포함되는 배기 라인의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 탱크(1200)에는 배기 라인(1490)이 연결된다. 배기 라인(1490)은 하우징(1220) 내에 저장된 인산 수용액으로부터 증발된 수증기를 하우징(1220)의 외부로 배기한다. 배기 라인(1490)은 하우징(1220)의 상면에 결합된다. 하우징(1220) 내부가 소정 압력 이상이 되는 경우, 하우징(1220) 내 가스는 배기 라인(1490)을 통해 배출될 수 있다. 배기 라인(1490)은 배기 밸브(V4)를 구비한다.
회수 유닛(1300)은 하우징(1220) 으로부터 증발되어 배기 라인(1490)을 지나는 수증기를 응축하여 하우징(1220)으로 재공급 한다. 회수 유닛(1300)은 배기 라인(1490)에 구비된다. 회수 유닛(1300)은 응축기(1320)와 회수 라인(1340)을 포함한다.
응축기(1320)는 하우징(1220)에서 배출된 수증기를 응축한다. 응축기(1320)는 배기 라인(1490)에 구비된다. 응축기(1320)는 배기 라인(1490)을 지나는 수증기를 응축한다. 응축기(1320)는 냉각관(1324)과 응축조(1322)를 포함한다. 냉각관(1324)은 응축조(1322)를 냉각함으로써 배기 라인(1490)을 지나는 수증기를 응축한다. 냉각관(1324)은 냉매가 흐른다. 냉각관(1324)은 응축조(1322)를 감싸는 형태로 제공될 수 있다. 냉매는 물, 질소, 공기 중 하나로 제공될 수 있다. 응축조(1322)는 배기 라인(1490)에 구비된다. 응축조(1322)는 배기 라인(1490)에서 배기 밸브(V4)와 하우징(1220)의 사이에 구비된다. 응축조(1322)는 응축된 수증기를 저류한다.
회수 라인(1340)은 응축조(1322)에서 응축된 수증기를 하우징(1220)으로 이송한다. 회수 라인(1340)은 일측이 응축조(1322)에 연결되고 타측이 응축조(1322)에 연결된다. 회수 라인(1340)은 응축조(1322)의 하부에 연결될 수 있다. 회수 라인(1340)은 하우징(1220)에 저장되는 인산 수용액의 수위 한계 지점보다 높은 위치에 연결될 수 있다. 회수 라인(1340)에는 회수 밸브(V5)가 구비된다. 회수 밸브(V5)가 열리면 응축조(1322)에 저류된 물이 중력에 의해 하우징(1220)으로 회수된다.
제어기(1900)는 펌프 유닛(1500), 히터 유닛(1600) 그리고 회수 유닛(1300)을 제어한다. 제어기(1900)는 하우징(1220)에 저장된 인산 수용액이 순환 라인(1240)을 순환하도록 펌프 유닛(1500)을 제어한다. 제어기(1900)는 순환 라인(1240)을 순환하는 인산 수용액이 가열되도록 히터 유닛(1600)을 제어한다. 제어기(1900)는 하우징(1220)에서 증발되어 배기 라인(1490)으로 배출된 수증기를 응축하도록 회수 유닛(1300)을 제어한다. 제어기(1900)는 회수 유닛(1300)에 회수된 수증기를 하우징(1220)으로 재공급하도록 회수 유닛(1300)을 제어한다. 제어기(1900)는 농도 측정 유닛(1260)에 의해 측정된 인산의 농도값에 근거하여 회수 유닛(1300)을 제어할 수 있다. 제어기(1900)는 농도 측정 유닛(1260)이 측정한 인산의 농도가 설정 농도보다 높을 때 회수 유닛(1300)에 회수된 수증기가 하우징(1220)에 공급되도록 회수 유닛(1300)을 제어한다. 제어기(1900)는 농도 측정 유닛(1260)이 측정한 인산의 농도가 설정 농도에 도달 시 회수 유닛(1300)에 회수된 수증기가 하우징(1220)에 지속적으로 공급되도록 회수 유닛을 제어한다.
제어기(1900)는 액 공급 유닛(1000)에 설치된 밸브들(V1, V2, V3, V4, V5)을 제어한다.
제어기(1900)는 농도 측정 유닛(1260)에 의해 측정된 인산의 농도값에 근거하여 밸브들(V4, V5)을 제어할 수 있다. 제어기(1900)는 농도 측정 유닛(1260)에서 측정된 농도가 설정 농도에 도달하면 배기 밸브(V4)를 닫고 회수 밸브(V5)를 열도록 제어한다. 제어기(1900)는 농도 측정 유닛(1260)에서 측정된 농도가 설정 농도에 도달하기 전에는 배기 밸브(V4)를 열고 회수 밸브(V5)를 닫도록 제어한다.
상술한 예에서는, 제어기(1900)가 회수 유닛(1300)이 항상 수증기를 응축하도록 제어하는 것으로 기재하였으나 이와 달리, 제어기(1900)는 농도 측정 유닛(1260)에서 측정한 도가 설정 농도에 도달 시 회수 유닛이 수증기를 응축하도록 제어할 수 있다.
도 7과 도 8은 도 6의 배기 라인에서 인산 수용액과 수증기의 흐름 경로를 개략적으로 보여주는 도면이다. 실선으로 표시된 화살표는 물의 흐름 경로를 보여주고, 점선으로 표시된 화살표는 수증기의 흐름 경로를 보여준다. 도 7은 인산 수용액이 설정 농도에 도달하기 전 물과 수증기의 흐름을 보여주는 도면이고, 도8은 인산 수용액이 설정 농도에 도달한 후 물과 수증기의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 9는 하우징 내의 인산 수용액 중 인산의 농도에 따른 배기 밸브와 회수 밸브의 작동상태를 보여주는 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 탱크 내의 인산 수용액이 설정 농도에 도달하기전에는 제어기(1900)가 배출 밸브(V4)는 열리도록 제어하고, 회수 밸브(V5)는 닫히도록 제어하며, 탱크 내의 인산 수용액이 설정 농도에 도달하면 배출 밸브(V4)는 닫히도록 제어하고, 회수 밸브(V5)는 열리도록 제어한다.
이어서, 본 발명의 기판 처리 방법에 대해 설명한다.
먼저, 유입 라인(1420)을 통해 하우징(1220) 내로 인산 수용액이 공급된다. 초기에 공급되는 인산수용액은 공정에 사용되는 공정 온도보다 낮은 온도일 수 있다. 일 예로 인산 수용액의 공정 온도는 약 150℃ 내지 180℃이고, 초기에 하우징(1220) 내로 공급되는 인산 수용액은 상온일 수 있다. 또한, 인산 수용액에서 인산의 설정 농도는 약 85% ~ 95%이고, 초기에 하우징(1220)에 공급되는 인산 수용액에서 인산의 농도는 약 70% ~ 80%일 수 있다.
하우징(1220) 내로 공급된 인산 수용액은 순환 라인(1240)을 통해 순환되면서 히터 유닛(1600)에 의해 공정 온도로 가열된다. 그리고 가스 공급 라인(1800)에 설치된 가스 밸브(V3)가 개방되면서 하우징(1220)의 내부로 가스가 유입된다. 순환 라인(1240)에서 가열된 인산 수용액은 복수의 분사홀(1720)들을 통해 하우징(1220) 내에 저장된 인산 수용액의 수면(1224)보다 높은 위치에서 비산된다.
하우징(1220) 내에서 인산 수용액은 물의 끓는점보다 높으므로, 인산 수용액에서 물이 증발되고, 물이 증발됨에 따라 인산 수용액 내 인산의 농도가 높아진다.
물의 증발로 인해 하우징(1220) 내의 압력이 증가하면, 하우징(1220) 내 상부 영역의 수증기 및 가스는 배기 라인(1490)을 통해 배출된다.
공정 온도 및 농도에 도달한 인산 수용액에서 지속적인 물의 증발로 설정 농도가 높아지게 된다.
배기 라인(1490)에 구비된 회수 유닛(1300)이 배기 라인(1490)으로 배출된 수증기를 응축하여 하우징(1220)으로 재공급 함으로써 설정 농도를 유지한다.
이에 따라, 탱크(1200)에서 인산 수용액의 온도 및 농도가 공정 조건으로 유지된다.
이후 공정 순서에 따라 탱크(1200)에 저장된 인산 수용액은 유출 라인(1440)을 통해 기판으로 공급된다.
하우징(1220) 내에서 인산 수용액의 수면(1224)이 설정치보다 낮은 경우 인산 보충 라인(1482)과 물 보충 라인(1484)을 통해서 인산 또는 물이 보충될 수 있다.
도 10과 도 11은 각각 기판 처리 장치의 변형 예를 보여주는 도면들이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 탱크(1200)의 하우징(1220)에 연결된 유입라인(1420)은 액 처리 챔버(400)에 직접 결합될 수 있다. 이 경우 액 처리 챔버(400)에서 기판 처리에 사용된 처리액은 탱크(1200)의 하우징(1220)에 직접 회수된다. 또한, 유출 라인(1440)은 액 처리 챔버(400)의 노즐에 직접 결합될 수 있다. 이 경우, 탱크(1200)에서 온도 및 농도가 조절된 인산 수용액은 유출 라인(1440)을 통해 노즐로 인산 수용액이 공급될 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 액 처리 챔버(400)에서 기판 처리에 사용된 처리액은 응축조(5001)로 직접 회수되고, 이후에 응축조(5001)로부터 탱크(1200)로 유입 라인(1420)을 통해서 처리액이 유입될 수 있다. 또한, 탱크(1200)에서 온도 및 농도가 조절된 인산 수용액은 유출 라인(1440)을 통해 버퍼 탱크(5002)로 공급되고, 이후에 버퍼 탱크(5002)로부터 노즐로 인산 수용액이 공급될 수 있다. 응축조(5001)와 버퍼 탱크(5002) 중 어느 하나, 또는 응축조(5001)와 버퍼 탱크(5002)는 탱크(1200)와 동일 또는 유사한 구조로 제공될 수 있다. 농도가 조절된 인산 수용액은 액 처리 챔버(400)의 노즐로 직접 공급된다.
상술한 예에서는 수증기가 응축조(1322)에서 응축되는 것으로 설명하였으나, 도 12에 도시된 바와 같이, 회수 라인(1340)이 배기 라인(1490)에 직접 연결되고, 냉각관(1324)은 배기 라인(1490)을 냉각할 수 있다. 이때, 배기 라인(1490)은 응축된 수증기가 중력에 의해 회수라인으로 유입이 용이하도록 하우징(1220)에서 멀어질수록 하향 경사지도록 형성될 수 있다.
상술한 예에서는 탱크(1200)에 저장된 처리액이 인산 수용액인 것으로 예를 들어 설명하였다. 그러나 이와 달리, 탱크(1200)에 저장된 처리액은 물을 포함하고 물의 증발에 의해 농도를 조절하는 다른 종류의 처리액일 수 있다.
상술한 예에서는 액 처리 챔버(400)가 낱장의 기판(W)을 액 처리하는 매엽식인 것으로 설명하였으나, 도 13에 도시된 바와 같이, 복수개의 기판(W)들을 동시에 액 처리할 수 있는 배치식 액 처리 챔버(500)로 제공될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 증발되는 수증기를 탱크내로 재공급하여 설정 농도에 도달한 처리액의 농도변화를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 증발된 수증기를 응축하여 탱크 내로 재공급 함으로써 소비되는 물의양을 절약할 수 있는 효과가 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 상술한 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.
1000 : 액 공급 유닛 1200 : 탱크
1220 : 하우징 1280 : 순환 라인
1300 : 회수 유닛 1320 : 응축기
1322 : 응축조 1324 : 냉각관
1340 : 회수 라인 1490 : 배기 라인
1900 : 제어기 V4 : 배기 밸브
V5 : 회수 밸브

Claims (11)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 제공하는 컵과;
    상기 처리 공간에 기판을 지지하고 기판을 회전시키는 지지 유닛과;
    상기 기판에 약액과 물이 혼합된 처리액을 공급하는 노즐; 그리고
    상기 노즐로 상기 처리액을 공급하는 액 공급 유닛을 포함하되,
    상기 액 공급 유닛은,
    상기 처리액을 저장하는 탱크와;
    상기 탱크에 결합되어 상기 탱크 내부의 상기 처리액 중 증발된 수증기를 외부로 배기하는 배기 라인과; 그리고
    상기 배기 라인에 구비되되, 상기 탱크로부터 상기 증발된 수증기를 응축하여 상기 탱크로 재공급 하는 회수 유닛을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탱크는,
    내부에 처리액이 저장되는 공간을 가지는 하우징과;
    상기 하우징에 결합되어 상기 하우징 내부의 상기 처리액을 순환시키는 순환 라인; 및
    상기 처리액 중 상기 약액의 농도를 측정하는 농도 측정 유닛을 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 회수 유닛은,
    상기 하우징에서 배출된 상기 수증기를 응축하는 응축기; 및
    일측이 상기 배기 라인에 연결되고, 타측이 상기 하우징에 연결되어 응축된 상기 수증기를 상기 하우징으로 이송하는 회수 라인을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 회수 라인은,
    회수 밸브가 구비되고,
    상기 배기 라인은,
    배기 밸브가 구비되며,
    상기 회수 유닛은,
    상기 배기 라인 중 상기 배기 밸브와 상기 하우징의 사이에 구비되고,
    상기 기판 처리 장치는,
    상기 회수 밸브와 상기 배기 밸브를 제어하는 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 회수 유닛이 응축한 상기 수증기를 상기 하우징으로 공급하는 동안에는 상기 배기 밸브를 닫고 상기 회수 밸브를 열도록 제어하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회수 라인은,
    응축된 상기 수증기가 중력에 의해 회수되도록, 상기 응축기의 하부에 연결되는 기판 처리 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 농도 측정 유닛이 측정한 농도가 설정 농도에 도달하기 전에는 상기 배기 밸브를 열고 상기 회수 밸브를 닫도록 제어하는 기판 처리 장치.
  7. 제 5항 또는 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 농도 측정 유닛이 측정한 농도가 설정 농도에 도달한 때부터 상기 회수 유닛이 증발된 상기 수증기를 응축 후 상기 하우징으로 회수하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  8. 탱크에서 물과 약액을 포함하는 처리액을 가열하여 물을 증발시킴으로써 상기 처리액에서 상기 약액의 농도를 조절하되,
    상기 처리액에서 증발된 수증기를 응축시키고, 응축된 수증기를 상기 탱크로 재공급하여 상기 탱크에 물을 보충하는 기판 처리 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 재공급은,
    상기 탱크 내에서 상기 처리액에서 약액의 농도가 기설정된 농도 이상인 경우에 이루어지는 기판 처리 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 처리액에서 약액의 농도가 기설정된 농도에 도달하기 전까지는 상기 수증기를 상기 탱크에 재공급하지 않고 외부로 배기하는 기판 처리 방법.
  11. 제 8항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리액은 인산 수용액인 기판 처리 방법.
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