WO2017073952A1 - 노즐과 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

노즐과 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법 Download PDF

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orifice
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이수연
김호영
김승호
이재홍
김준오
김진규
강병만
정인일
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세메스 주식회사
서울대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a nozzle and a substrate processing apparatus and method comprising the same.
  • Contaminants such as particles, organic contaminants, and metal contaminants remaining on the substrate surface have a great influence on the characteristics and production yield of semiconductor devices. For this reason, the cleaning process for removing various contaminants adhering to the substrate surface is very important in the semiconductor manufacturing process, and the process for cleaning the substrate is carried out at the front and rear stages of each unit process for manufacturing the semiconductor.
  • the gaseous carbon dioxide is injected into the inlet of the nozzle N together with the carrier gas, and is injected in the form of solid particles at the injection hole of the nozzle N.
  • the carrier gas is provided as compressed high purity nitrogen gas or the like.
  • Carrier gas is provided to inject carbon dioxide at a high speed and high pressure sufficient to clean the substrate.
  • the cleaning medium when the cleaning medium is injected from the cleaning medium source 12, conventionally, the cleaning medium is cooled using the heat exchanger 30 in advance.
  • the temperature control is not easy, and the cleaning medium is often overcooled.
  • the cleaning medium to be injected does not maintain a gaseous state.
  • the present invention provides a nozzle, a substrate processing apparatus, and a method for efficiently cleaning a substrate while maintaining the inside of the process chamber at a normal pressure during the cleaning process.
  • the present invention is to provide a nozzle and substrate processing apparatus and method capable of cleaning a substrate with a simple facility structure during the cleaning process.
  • the present invention provides a substrate processing apparatus.
  • the chamber provides a space for processing the substrate; A support unit provided in the chamber to support a substrate; And a nozzle for supplying a cleaning medium to the substrate supported by the support unit, wherein the nozzle comprises: a contracting portion having an inlet through which the cleaning medium is introduced and having a cross-sectional area decreasing away from the inlet; An expansion part having an injection hole through which the cleaning medium is injected and having a cross sectional area increasing closer to the injection hole; An orifice is disposed between the contraction portion and the expansion portion, and the cleaning medium flowing into the contraction portion is a single gas.
  • the area of the injection hole is 4 to 14 times the cross-sectional area of the orifice cut perpendicular to the longitudinal direction.
  • the area of the injection hole is 6 to 10 times the cross-sectional area of the orifice cut perpendicular to the longitudinal direction.
  • the diameter of the orifice is 0.24mm to 0.6mm
  • the diameter of the injection hole is 0.9mm to 3.0mm.
  • the diameter of the orifice is 0.3mm to 0.5mm
  • the diameter of the injection hole is 0.9mm to 1.1mm.
  • the area of the orifice is 0.05mm 2 to 0.28mm 2
  • the area of the injection hole is 0.7 mm 2 to 7mm 2 .
  • the area of the orifice is 0.10mm 2 to 0.14mm 2
  • the area of the injection hole is 0.7 mm 2 to 1.4mm 2 .
  • the vertical distance between the jet and the surface of the substrate is 2cm to 5cm.
  • the vertical distance between the jet and the surface of the substrate is 2.5cm to 4cm.
  • the injection port is provided inclined with respect to the surface of the substrate.
  • the inclination angle between the jet and the surface of the substrate is 25 degrees to 90 degrees.
  • the inclination angle between the jet and the surface of the substrate is 25 degrees to 35 degrees.
  • the cleaning medium is carbon dioxide.
  • the internal pressure of the chamber is 0.01bar to 1bar
  • the supply pressure of the cleaning medium flowing into the contraction portion is 20bar to 60bar.
  • the internal pressure of the chamber is 0.75bar to 1.25bar
  • the supply pressure of the cleaning medium flowing into the contraction portion is 45bar to 55bar.
  • the area of the injection hole is 4 to 14 times the cross-sectional area of the orifice cut perpendicular to the longitudinal direction
  • the vertical distance between the injection hole and the surface of the substrate is 2cm to 5cm
  • the cleaning medium Is carbon dioxide
  • the internal pressure of the chamber is 0.01bar to 1.25bar
  • the supply pressure of the cleaning medium flowing into the contraction portion is 20bar to 60bar.
  • the area of the injection hole is 6 to 10 times the cross-sectional area of the orifice cut perpendicular to the longitudinal direction, the vertical distance between the injection hole and the surface of the substrate is 2.5cm to 4cm, the cleaning The medium is carbon dioxide, the internal pressure of the chamber is 0.75bar to 1.25bar, the supply pressure of the cleaning medium flowing into the contraction portion is 45bar to 55bar.
  • the jet is provided to be inclined with respect to the surface of the substrate, wherein the inclination angle between the jet and the surface of the substrate is 25 degrees to 90 degrees.
  • the jet is provided to be inclined with respect to the surface of the substrate, the inclination angle between the jet and the surface of the substrate is 25 degrees to 35 degrees.
  • the present invention provides a nozzle.
  • the cleaning medium has an inlet for the inlet and the shrinkage portion is reduced in cross-sectional area away from the inlet;
  • An expansion part having an injection hole through which the cleaning medium is injected and having a cross sectional area increasing closer to the injection hole;
  • An orifice is disposed between the contraction portion and the expansion portion, and the cleaning medium flowing into the contraction portion is a single gas.
  • the area of the injection hole is 4 to 14 times the cross-sectional area of the orifice cut perpendicular to the longitudinal direction.
  • the area of the injection hole is 6 to 10 times the cross-sectional area of the orifice cut perpendicular to the longitudinal direction.
  • the diameter of the orifice is 0.24mm to 0.6mm
  • the diameter of the injection hole is 0.9mm to 3.0mm.
  • the diameter of the orifice is 0.3mm to 0.5mm
  • the diameter of the injection hole is 0.9mm to 1.1mm.
  • the area of the orifice is 0.05mm 2 to 0.28mm 2
  • the diameter of the injection hole is 0.7 mm 2 to 7mm 2 .
  • the area of the orifice is 0.10mm 2 to 0.14mm 2
  • the area of the injection hole is 0.7 mm 2 to 1.4mm 2 .
  • the cleaning medium is carbon dioxide.
  • the present invention provides a substrate processing method.
  • the cleaning medium has an inlet which has an inlet, the shrinkage is reduced in cross-sectional area as the distance away from the inlet, the orifice, the injection medium is injected into the cleaning medium and the cross-sectional area closer to the injection hole Supplying a single cleaning medium in gas to the inlet of the nozzle, the increasing inflating portion being sequentially provided, and spraying the cleaning medium through the nozzle of the nozzle to treat the substrate, wherein the cleaning medium is between the inlet and the nozzle It adiabaticly expands and solidifies while passing through an orifice located in the.
  • the vertical distance between the jet and the surface of the substrate is 2cm to 5cm.
  • the vertical distance between the jet and the surface of the substrate is 2.5cm to 4cm.
  • the injection hole is provided to be inclined with respect to the surface of the substrate, and the cleaning medium is sprayed at an angle.
  • the inclination angle between the jet and the surface of the substrate is 25 degrees to 90 degrees.
  • the inclination angle between the jet and the surface of the substrate is 25 degrees to 35 degrees.
  • the cleaning medium is carbon dioxide.
  • the internal pressure of the chamber is 0.01 bar to 1 bar.
  • the internal pressure of the chamber is 0.75 bar to 1.25 bar.
  • the supply pressure of the cleaning medium flowing into the contraction portion is 20bar to 60bar.
  • the supply pressure of the cleaning medium flowing into the contraction portion is 45bar to 55bar.
  • the supply pressure of the cleaning medium flowing into the contraction portion is 20bar to 60bar
  • the internal pressure of the chamber is 0.01bar to 1bar
  • the vertical distance between the injection port and the surface of the substrate is 2cm to 5cm.
  • the supply pressure of the cleaning medium flowing into the contraction portion is 45bar to 5bar
  • the internal pressure of the chamber is 0.75bar to 1.25bar
  • the vertical distance between the injection port and the surface of the substrate is 2.5cm to 4cm to be.
  • the spray hole is provided to be inclined with respect to the surface of the substrate to spray the cleaning medium at an angle, the inclination angle between the spray hole and the surface of the substrate is 25 degrees to 90 degrees.
  • the spray hole is provided to be inclined with respect to the surface of the substrate to spray the cleaning medium at an angle, wherein the inclination angle between the spray hole and the surface of the substrate is 25 degrees to 35 degrees.
  • the substrate may be efficiently cleaned while maintaining the inside of the process chamber at a normal pressure during the cleaning process.
  • a single gas may be injected during the cleaning process to effectively clean the substrate.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a conventional substrate processing apparatus for cleaning a substrate using a cleaning medium.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a substrate processing apparatus for cleaning a substrate according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a nozzle according to the present invention.
  • 5 is a photograph showing the degree of cleaning of the substrate according to the ratio of the area of the orifice and the injection hole.
  • FIG. 6 is a photograph showing the degree of cleaning of the substrate according to the pressure in the chamber.
  • FIG. 7 is a view illustrating a relative position of a nozzle and a substrate in the substrate processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a photograph showing a degree of cleaning of a substrate according to a distance between a nozzle and a substrate in the substrate processing apparatus of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a cleaning efficiency of a substrate according to a distance between a nozzle and a substrate in the substrate processing apparatus of FIG. 7.
  • FIG. 10 is a view showing the relative position of the nozzle and the substrate in the substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a photograph illustrating a degree of cleaning of a substrate according to an angle between a nozzle and a substrate in the substrate processing apparatus of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a graph illustrating a cleaning efficiency of a substrate according to an angle between a nozzle and the substrate in the substrate processing apparatus of FIG. 10.
  • FIG. 13 is a photograph illustrating a degree of cleaning of a substrate according to a distance between a nozzle and a substrate and an angle between the nozzle and the substrate in the substrate processing apparatus of FIG. 10.
  • FIG. 14 is a photograph showing the degree of damage of the substrate pattern according to the angle between the nozzle and the substrate in the substrate processing apparatus of FIG.
  • 1 is a plan view schematically showing the substrate processing equipment 1.
  • the substrate processing facility 1 includes an index module 100 and a process processing module 200.
  • the index module 100 includes a load port 120 and a transfer frame 140.
  • the load port 120, the transfer frame 140, and the process processing module 200 are sequentially arranged in a row.
  • the direction in which the load port 120, the transfer frame 140, and the process module 200 are arranged is referred to as a first direction 12.
  • the direction perpendicular to the first direction 12 is referred to as the second direction 14
  • the direction perpendicular to the plane including the first direction 12 and the second direction 14 is referred to as the third direction. It is called (16).
  • the carrier 130 in which the substrate W is accommodated is placed in the load port 120.
  • a plurality of load ports 120 are provided and they are arranged in a line along the second direction 14. In FIG. 1, four load ports 120 are provided. However, the number of load ports 120 may increase or decrease depending on conditions such as process efficiency and footprint of the process processing module 200.
  • the carrier 130 is formed with a slot (not shown) provided to support the edge of the substrate W. As shown in FIG. A plurality of slots are provided in the third direction 16.
  • the substrates W are positioned in the carrier 130 to be stacked apart from each other along the third direction 16.
  • a front opening unified pod (FOUP) may be used as the carrier 130.
  • FOUP front opening unified pod
  • the process module 200 includes a buffer unit 220, a transfer chamber 240, and a process chamber 260.
  • the transfer chamber 240 is disposed in parallel with the first direction 12 in the longitudinal direction thereof.
  • Process chambers 260 are disposed on one side and the other side of the transfer chamber 240 along the second direction 14, respectively.
  • Process chambers 260 located on one side of the transfer chamber 240 and process chambers 260 located on the other side of the transfer chamber 240 are provided to be symmetrical with respect to the transfer chamber 240.
  • Some of the process chambers 260 are disposed along the longitudinal direction of the transfer chamber 240.
  • some of the process chambers 260 are arranged to be stacked on each other.
  • the process chambers 260 may be arranged in an array of A X B (A and B are one or more natural numbers) on one side of the transfer chamber 240.
  • A is the number of process chambers 260 provided in a line along the first direction 12
  • B is the number of process chambers 260 provided in a line along the third direction 16.
  • the process chambers 260 may be arranged in an arrangement of 2 ⁇ 2 or 3 ⁇ 2.
  • the number of process chambers 260 may increase or decrease.
  • the process chamber 260 may be provided only on one side of the transfer chamber 240.
  • unlike the above-described process chamber 260 may be provided as a single layer on one side and both sides of the transfer chamber 240.
  • the buffer unit 220 is disposed between the transfer frame 140 and the transfer chamber 240.
  • the buffer unit 220 provides a space where the substrate W stays between the transfer chamber 240 and the transfer frame 140 before the substrate W is transferred.
  • the buffer unit 220 is provided with a slot (not shown) in which the substrate W is placed, and a plurality of slots (not shown) are spaced apart from each other along the third direction 16. Surfaces facing the transfer frame 140 and surfaces facing the transfer chamber 240 are opened in the buffer unit 220.
  • the transfer frame 140 transports the substrate W between the carrier 130 seated on the load port 120 and the buffer unit 220.
  • the transfer frame 140 is provided with an index rail 142 and an index robot 144.
  • the index rail 142 is provided in parallel with the second direction 14 in the longitudinal direction thereof.
  • the index robot 144 is installed on the index rail 142 and is linearly moved in the second direction 14 along the index rail 142.
  • the index robot 144 has a base 144a, a body 144b, and an index arm 144c.
  • the base 144a is installed to be movable along the index rail 142.
  • Body 144b is coupled to base 144a.
  • the body 144b is provided to be movable along the third direction 16 on the base 144a.
  • the body 144b is provided to be rotatable on the base 144a.
  • the index arm 144c is coupled to the body 144b and provided to move forward and backward with respect to the body 144b.
  • the plurality of index arms 144c are provided to be individually driven.
  • the index arms 144c are stacked to be spaced apart from each other along the third direction 16.
  • Some of the index arms 144c are used to convey the substrate W from the process processing module 200 to the carrier 130, and some of the index arms 144c are transferred from the carrier 130 to the process processing module 200. It can be used when conveying. This can prevent particles generated from the substrate W before the process treatment from being attached to the substrate W after the process treatment in the process of the index robot 144 loading and unloading the substrate W.
  • the transfer chamber 240 transports the substrate W between the buffer unit 220 and the process chamber 260 and between the process chambers 260.
  • the transfer chamber 240 is provided with a guide rail 242 and a main robot 244.
  • the guide rail 242 is disposed such that its length direction is parallel to the first direction 12.
  • the main robot 244 is installed on the guide rail 242 and moves linearly along the first direction 12 on the guide rail 242.
  • the main robot 244 has a base 244a, a body 244b, and a main arm 244c.
  • the base 244a is installed to be movable along the guide rail 242.
  • Body 244b is coupled to base 244a.
  • the body 244b is provided to be movable along the third direction 16 on the base 244a.
  • the body 244b is provided to be rotatable on the base 244a.
  • the main arm 244c is coupled to the body 244b, which is provided to be capable of moving forward and backward with respect to the body 244b.
  • a plurality of main arms 244c are provided to be individually driven.
  • the main arms 244c are stacked to be spaced apart from each other along the third direction 16.
  • the main arm 244c used to convey the substrate W from the buffer unit 220 to the process chamber 260 and the substrate W used to convey the substrate W from the process chamber 260 to the buffer unit 220.
  • the main arms 244c may be different from each other.
  • a substrate processing apparatus 300 for performing a cleaning process on the substrate W is provided.
  • the substrate processing apparatus 300 provided in each process chamber 260 may have a different structure according to the type of cleaning process to be performed.
  • the substrate processing apparatus 300 in each process chamber 260 may have the same structure.
  • the process chambers 260 are divided into a plurality of groups so that the substrate processing apparatuses 300 provided in the process chambers 260 belonging to the same group have the same structure and are provided to the process chambers 260 belonging to different groups.
  • the substrate processing apparatuses 300 may have different structures from each other.
  • Process chambers 260 may be provided.
  • a first group of process chambers 260 may be provided at a lower layer, and a second group of process chambers 260 may be provided at a lower layer at each of one side and the other side of the transfer chamber 240.
  • the process chamber 260 of the first group and the process chamber 260 of the second group may be classified according to the type of chemicals used or the type of cleaning method.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a substrate processing apparatus 300.
  • the substrate processing apparatus 300 includes a chamber 310, a cup 320, a support unit 340, a lifting unit 360, and an injection unit 380.
  • the chamber 310 provides a space therein.
  • the internal pressure of the chamber 310 may be maintained at 0.01 bar to 1 bar.
  • the internal pressure of the chamber 310 may be maintained at 0.75 bar to 1.25 bar.
  • the internal pressure of the chamber 310 may be provided at atmospheric pressure.
  • the cup 320 is located in a space in the chamber 310.
  • the cup 320 provides a space in which a substrate processing process is performed, and an upper portion thereof is open.
  • the cup 320 has an inner recovery container 322, an intermediate recovery container 324, and an external recovery container 326.
  • Each recovery container 322, 324, 326 recovers a different treatment fluid from among the treatment fluids used in the process.
  • the inner recovery container 322 is provided in an annular ring shape surrounding the support unit 340
  • the intermediate recovery container 324 is provided in an annular ring shape surrounding the inner recovery container 322, and the outer recovery container 326 ) Is provided in an annular ring shape surrounding the intermediate collection vessel 324.
  • Inner space 322a of the inner recovery container 322, space 324a between the inner recovery container 322 and the intermediate recovery container 324 and the space between the intermediate recovery container 324 and the external recovery container 326 ( 326a functions as an inlet 410 through which the processing fluid flows into the inner recovery container 322, the intermediate recovery container 324, and the external recovery container 326, respectively.
  • Each recovery container 322, 324, 326 is connected to the recovery line (322b, 324b, 326b extending vertically in the bottom direction).
  • Each recovery line 322b, 324b, 326b discharges the treatment fluid introduced through the respective recovery bins 322, 324, 326.
  • the discharged treatment fluid may be reused through an external treatment fluid regeneration system (not shown).
  • the support unit 340 is disposed in the processing space of the cup 320.
  • the support unit 340 supports the substrate and rotates the substrate during the process.
  • the support unit 340 has a spin head 342, a support pin 344, a chuck pin 346, a drive shaft 348, and a driver 349.
  • Spin head 342 has a top surface that is provided generally circular when viewed from the top.
  • a drive shaft 348 rotatable by the driver 349 is fixedly coupled to the bottom of the spin head 342. When the drive shaft 348 rotates, the spin head 342 rotates.
  • the spin head 342 includes a support pin 344 and a chuck pin 346 to support the substrate.
  • the support pin 344 is provided in plurality.
  • the support pins 344 are spaced apart at predetermined intervals from the edge of the upper surface of the spin head 342 and protrude upward from the spin head 342.
  • the support pins 344 are arranged to have an annular ring shape as a whole by combining with each other.
  • the support pin 344 supports the bottom edge of the substrate so that the substrate is spaced a predetermined distance from the top surface of the spin head 342.
  • a plurality of chuck pins 346 are provided.
  • the chuck pins 346 are disposed farther from the support pins 344 in the center of the spin head 342.
  • the chuck pins 346 are provided to protrude upward from the spin head 342.
  • the chuck pins 346 support the side surfaces of the substrate so that the substrate does not deviate laterally from its position when the support unit 340 is rotated.
  • the chuck pins 346 are provided to be linearly movable between the standby position and the support position along the radial direction of the spin head 342.
  • the standby position is a position far from the center of the spin head 342 relative to the support position.
  • the lifting unit 360 linearly moves the cup 320 in the vertical direction.
  • the lifting unit 360 may move the plurality of recovery containers 322, 324, and 326 of the cup 320. Alternatively, although not shown, each collection container may be moved individually.
  • the lifting unit 360 has a bracket 362, a moving shaft 364, and a driver 366.
  • the bracket 362 is fixed to the outer wall of the cup 320, and the movement shaft 364 which is moved in the vertical direction by the driver 366 is fixedly coupled to the bracket 362.
  • the cup 320 is lowered so that the support unit 340 protrudes above the cup 320 when the substrate W is placed on the support unit 340 or is lifted from the support unit 340.
  • the height of the cup 320 is adjusted to allow the processing fluid to flow into the predetermined recovery container 360 according to the type of processing fluid supplied to the substrate W.
  • the substrate is positioned at a height corresponding to the inner space 322a of the inner recovery container 322.
  • the substrate may be disposed between the inner recovery container 322 and the intermediate recovery container 324, and the space 324a, and the intermediate recovery container 324 and the outer container.
  • the lifting unit 360 may move the support unit 340 in the vertical direction instead of the cup 320.
  • the cup 320 may have a single recovery container 322.
  • the injection unit 380 supplies a cleaning medium to the substrate W.
  • the cleaning medium may be carbon dioxide.
  • the cleaning medium may be chemical.
  • the chemical may comprise sulfuric acid.
  • the chemical may comprise phosphoric acid.
  • the cleaning medium may be a rinse liquid.
  • the rinse liquid may be pure.
  • the injection unit 380 may be rotatable. One or a plurality of injection units 380 may be provided.
  • the injection unit 380 has a nozzle support 382, a support 386, a driver 388, and a nozzle 400.
  • the support 386 has a longitudinal direction along the third direction 16, and the driving unit 388 is coupled to the lower end of the support 386.
  • the driver 388 rotates and lifts the support 386.
  • the nozzle support 382 is vertically coupled with the opposite end of the support 386 coupled with the drive unit 388.
  • the nozzle 400 is installed at the bottom of the end of the nozzle support 382.
  • the nozzle 400 is moved to the process position and the standby position by the driver 388.
  • the process position is the position where the nozzle 400 is disposed vertically above the cup 320
  • the standby position is the position where the nozzle 400 deviates from the vertical upper portion of the cup 320.
  • FIG. 4 is a view briefly showing the internal structure of the nozzle according to the present invention.
  • the nozzle 400 has a constriction 420, an inflation 440 and an orifice 450.
  • the constriction 420, the orifice 450, and the inflation 440 are provided sequentially.
  • Contraction portion 420 has inlet 410.
  • the cleaning medium flows into the inlet 410.
  • the contraction portion 420 decreases in cross-sectional area as it moves away from the inlet 410.
  • the contraction portion 420 may have a shape of a truncated cone.
  • the cleaning medium flowing into the inlet 410 is provided as a single gas.
  • the cleaning medium may be provided with carbon dioxide.
  • Supply pressure of the introduced cleaning medium may be 20bar to 60bar.
  • the supply pressure of the cleaning medium may be 45 bar to 55 bar.
  • the inflation portion 440 has an injection hole 430.
  • a cleaning medium is injected in the injection hole 430.
  • the cross-sectional area increases.
  • the expansion unit 440 may have a shape of a truncated cone.
  • Orifice 450 is located between shrinkage 420 and inflation 440. Orifice 450 may have a constant cross-sectional area along its length.
  • the area of the injection hole 430 may be 4 to 14 times the cross-sectional area of the orifice 450.
  • the area of the injection hole 430 may be 6 to 10 times the cross-sectional area of the orifice 450.
  • the area of the injection hole 430 may be provided as 4 to 14 times the cross-sectional area of the passage of the orifice 450 cut perpendicular to the longitudinal direction. Or, it may be provided in 6 to 10 times.
  • the diameter of the orifice 450 may be 0.24 mm to 0.6 mm, and the diameter of the injection hole 430 may be 0.9 mm to 3.0 mm.
  • the diameter of the orifice is 0.3mm to 0.5mm, the diameter of the injection hole may be 0.9mm to 1.1mm.
  • the area of the orifice 450 is 0.05mm 2 to 0.28mm 2, the diameter of the injection hole 430 may be 0.7 mm 2 to 7mm 2. Alternatively, the area of the orifice is 0.10mm 2 to 0.14mm 2, the area of the injection hole may be 0.7 mm 2 to about 1.4mm 2.
  • the cleaning medium injected from the injection hole 430 may be injected at high speed and high pressure to be sufficient to clean the substrate even without the carrier gas.
  • the cleaning efficiency of the substrate will be described with reference to the experimental results described later.
  • FIG. 5 is a photograph showing the degree of cleaning of the substrate according to the ratio of the area of the orifice 450 and the injection hole 430.
  • the points brightly treated in the photographs are impurities remaining even after cleaning. The greater the distribution of bright spots, the more incomplete the cleaning of the substrate.
  • FIG. 6 is a photograph showing the degree of cleaning of the substrate according to the pressure in the chamber.
  • the substrate is cleaned using the nozzle 400 having a ratio of the cross-sectional area A1 of the orifice 450 and the area A2 of the injection hole 430 of 6 to 10, but the pressure inside the chamber is not vacuum.
  • the experiment was conducted. For example, experiments were performed for the cases in which the chamber internal pressures were 0.75 bar, 1 bar, and 1.25 bar.
  • the pressure supplying the cleaning medium to the nozzle 400 and the inlet 410 was maintained at 45 bar to 55 bar. Referring to FIG. 6, it can be seen that the substrate is cleaned even if the pressure inside the chamber is not in a vacuum state. In particular, the substrate was effectively cleaned between 0.75 bar and 1.25 bar.
  • FIG. 7 is a view showing the relative position of the nozzle 400 and the substrate in the substrate processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • an injection hole 430 of the nozzle 400 may be provided to spray the cleaning medium in a direction perpendicular to the surface of the substrate.
  • FIG. 8 is a photograph showing a degree of cleaning of a substrate according to a distance between the nozzle 400 and the substrate in the substrate processing apparatus of FIG. 7.
  • the degree of cleaning of the substrate varies according to the stand-off distance Std between the injection hole 430 and the surface of the substrate.
  • the nozzle 400 used the nozzle 400 having a ratio of 6 to 10 between the cross-sectional area A1 of the orifice 450 and the area A2 of the injection hole 430.
  • the pressure in the chamber maintained the normal pressure.
  • the pressure supplying the cleaning medium to the nozzle 400 and the inlet 410 was maintained at 45 bar to 55 bar.
  • the degree of cleaning of the substrate after the process was photographed in units of 0.5 cm in a distance of 2 cm to 5 cm. Referring to FIG.
  • the substrate is cleaned only with a single carbon dioxide gas in a distance distance Std of 2 cm to 5 cm.
  • the separation distance was effectively performed at 2.5cm to 4cm. If the separation distance is too small, for example, less than 2 cm, the cleaning medium such as carbon dioxide does not sufficiently grow into particles in the solid phase and the cleaning efficiency is lowered. In the case where the separation distance is too large, for example, exceeding 4 cm, a phenomenon occurs that the cleaning medium of the solid phase particles does not reach the substrate, resulting in poor cleaning efficiency of the substrate.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a cleaning efficiency of a substrate according to a distance between the nozzle 400 and the substrate in the substrate processing apparatus of FIG. 7. 9, it can be seen that the substrate is cleaned at a separation distance of 2 cm to 5 cm.
  • the cleaning efficiency is 98% to 99% in the range of 2.5cm to 3.5cm.
  • Particle removal efficiency was calculated by comparing the number of contaminant particles present on the substrate before the cleaning process with the number of contaminant particles remaining after the cleaning process as follows.
  • FIG 10 is a view showing a relative position of the nozzle 400 and the substrate in the substrate processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the nozzle 400 may be inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the substrate so that the cleaning medium may be obliquely sprayed onto the surface of the substrate from the injection hole 430.
  • FIG. 11 is a photograph illustrating a degree of cleaning of a substrate according to an angle between the nozzle 400 and the substrate in the substrate processing apparatus of FIG. 10.
  • the nozzle 400 used used the nozzle 400 such that the area A2 of the injection hole 430 was 6 to 10 times the cross-sectional area A1 of the orifice 450, like the nozzle 400 of the first embodiment.
  • the pressure supplied to the cleaning medium into the nozzle 400 was maintained at 45 bar to 55 bar, and the pressure in the chamber was maintained at normal pressure.
  • the substrate is more efficiently cleaned.
  • the speed component of the cleaning medium to be sprayed is composed of a combination of components in the horizontal direction and components in the vertical direction.
  • the larger the horizontal component in which the cleaning medium is injected the higher the cleaning efficiency of the substrate. Therefore, the smaller the injection angle is, the larger the horizontal component is, so that the cleaning efficiency of the substrate can be increased.
  • FIG. 12 is a graph illustrating cleaning efficiency of a substrate according to an angle between a nozzle and a substrate surface in the substrate processing apparatus of FIG. 10. It can be seen that the cleaning efficiency reaches 99.5% when the injection angle IA is 30 degrees.
  • FIG. 13 is a photograph illustrating a cleaning degree of a substrate according to a distance between a nozzle and a substrate and an angle between the nozzle and the substrate in the substrate processing apparatus of FIG. 10. Referring to FIG. 13, when the separation distance is 2.5 cm to 4 cm and the injection angle is 30 degrees, the substrate is efficiently cleaned.
  • an injection angle can be 25 degree-35 degree.
  • the pressure in the process chamber for processing the substrate is maintained in the range between 0.01 bar and 1 bar. Alternatively, it may be maintained at 0.75 bar to 1.25 bar.
  • the pressure in the process chamber may be 1 bar, which is an atmospheric pressure condition.
  • the cleaning medium for cleaning the substrate may be carbon dioxide.
  • the incoming cleaning medium may be provided as a single carbon dioxide gas.
  • the supply pressure of the cleaning medium supplied to the inlet 410 of the nozzle 400 is maintained at 20 bar to 60 bar.
  • the supply pressure of the cleaning medium can be 45 bar to 55 bar.
  • the supply pressure can be 50 bar.
  • the substrate A is cleaned using the nozzle 400 having an area A2 of the injection hole 430 of 4 to 14 times the cross-sectional area A1 in which the passage of the orifice is cut perpendicular to the longitudinal direction.
  • the area A2 of the injection hole 430 may be 6 to 10 times the cross-sectional area A1 obtained by vertically cutting the passage of the orifice in the longitudinal direction.
  • the cleaning medium is sprayed while maintaining a separation distance of 2 cm to 5 cm between the injection hole 430 of the nozzle 400 and the substrate surface.
  • the separation distance may be 2.5 cm to 4 cm.
  • the nozzle 400 and the injection hole 430 and the substrate surface may be perpendicular to each other.
  • the cleaning medium may be sprayed by inclining the nozzle 400 of the nozzle 430 at a predetermined angle with respect to the substrate surface.
  • the predetermined angle is a spray angle at which the cleaning medium is sprayed onto the substrate surface, so that the cleaning medium may be sprayed so as to be 25 degrees to 90 degrees.
  • the spray angle can be 25 degrees to 35 degrees.

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 공간을 제공하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 제공되어 기판을 지지하는 지지유닛과; 상기 지지유닛에 지지된 기판으로 세정매체를 공급하는 노즐을 포함하되, 상기 노즐은, 상기 세정매체가 유입되는 유입구를 가지며 상기 유입구로부터 멀어질수록 단면적이 감소하는 수축부와; 상기 세정매체가 분사되는 분사구를 가지며 상기 분사구에 가까워질수록 단면적이 증가하는 팽창부와; 상기 수축부와 상기 팽창부 사이에 위치하는 오리피스를 포함하되, 상기 수축부로 유입되는 세정매체는 단일의 가스이다.

Description

노즐과 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법
본 발명은 노즐과 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
기판 표면에 잔류하는 입자(Particle), 유기 오염물, 그리고 금속 오염물 등의 오염 물질은 반도체 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미친다. 이 때문에 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 반도체 제조 공정에서 매우 중요하며, 반도체를 제조하는 각 단위 공정의 전후 단계에서 기판을 세정 처리하는 공정이 실시되고 있다.
도 1은 이산화탄소를 이용하여 기판을 세정하는 일반적인 기판 처리 장치를 보여준다. 노즐(N)의 유입구에 기체 상태의 이산화탄소를 캐리어 가스와 함께 주입하고, 노즐(N)의 분사구에서 고체상의 입자(solid particle) 형태로 분사된다. 캐리어 가스는 압축된 고순도의 질소 가스 등으로 제공된다. 캐리어 가스는 기판을 세정하기에 충분한 고속 및 고압으로 이산화탄소를 분사하기 위해 제공된다.
한편, 세정매체 공급원(12)으로부터 세정매체를 주입할 때, 종래에는 미리 열교환기(30)를 이용하여 세정매체를 냉각하였다. 그러나, 온도 제어가 용이하지 않아 세정매체를 과냉각시키는 경우가 빈번히 발생하였다. 따라서, 주입되는 세정매체가 기체 상태를 유지하지 못하는 문제가 존재하였다.
또한, 캐리어 가스를 함께 주입하기 위해서는 별도의 설비(22, 24, 50, 60)와 비용이 필요하다. 또한, 종래에는 세정 매체를 고속으로 분사하기 위해 공정 챔버를 진공 상태로 유지하였다. 하지만, 챔버 내를 진공상태로 유지하기 위한 별도의 설비를 필요로 하였고, 이로 인한 공간 확보에 문제가 있었다.
본 발명은 세정 공정시 공정 챔버 내부를 상압으로 유지하면서도 기판을 효율적으로 세정할 수 있는 노즐과 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 세정 공정시 단순한 설비구조로 기판을 세정할 수 있는 노즐과 기판 처리 장치 및 방법를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판을 처리하는 공간을 제공하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 제공되어 기판을 지지하는 지지유닛과; 상기 지지유닛에 지지된 기판으로 세정매체를 공급하는 노즐을 포함하되, 상기 노즐은, 상기 세정매체가 유입되는 유입구를 가지며 상기 유입구로부터 멀어질수록 단면적이 감소하는 수축부와; 상기 세정매체가 분사되는 분사구를 가지며 상기 분사구에 가까워질수록 단면적이 증가하는 팽창부와; 상기 수축부와 상기 팽창부 사이에 위치하는 오리피스를 포함하되, 상기 수축부로 유입되는 세정매체는 단일의 가스이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 4 내지 14 배이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 6 내지 10 배이다.
일 실시예에 따르면, 상기 오리피스의 직경은 0.24mm 내지 0.6mm이고, 상기 분사구의 직경은 0.9mm 내지 3.0mm이다.
일 실시예에 따르면, 상기 오리피스의 직경은 0.3mm 내지 0.5mm이고, 상기 분사구의 직경은 0.9mm 내지 1.1mm 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 오리피스의 면적은 0.05mm2 내지 0.28mm2 이고, 상기 분사구의 면적은 0.7 mm2 내지 7mm2 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 오리피스의 면적은 0.10mm2 내지 0.14mm2 이고, 상기 분사구의 면적은 0.7 mm2 내지 1.4mm2 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2cm 내지 5cm 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2.5cm 내지 4cm 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구는 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 90도이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 35도이다.
일 실시예에 따르면, 상기 세정매체는 이산화탄소이다.
일 실시예에 따르면, 상기 챔버의 내부 압력은 0.01bar 내지 1bar이고, 상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 20bar 내지 60bar이다.
일 실시예에 따르면, 상기 챔버의 내부 압력은 0.75bar 내지 1.25bar이고, 상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 45bar 내지 55bar이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 4 내지 14 배이고, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2cm 내지 5cm 이며, 상기 세정매체는 이산화탄소이고, 상기 챔버의 내부 압력은 0.01bar 내지 1.25bar이며, 상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 20bar 내지 60bar이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 6 내지 10 배이고, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2.5cm 내지 4cm 이며, 상기 세정매체는 이산화탄소이고, 상기 챔버의 내부 압력은 0.75bar 내지 1.25bar이며, 상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 45bar 내지 55bar이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구는 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공되되, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 90도이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구는 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공되되, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 35도이다.
본 발명은 노즐을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 세정매체가 유입되는 유입구를 가지며 상기 유입구부터 멀어질수록 단면적이 감소하는 수축부와; 상기 세정매체가 분사되는 분사구를 가지며 상기 분사구에 가까워질수록 단면적이 증가하는 팽창부와; 상기 수축부와 상기 팽창부 사이에 위치하는 오리피스를 포함하되, 상기 수축부로 유입되는 세정매체는 단일의 가스이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 4 내지 14 배이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 6 내지 10 배이다.
일 실시예에 따르면, 상기 오리피스의 직경은 0.24mm 내지 0.6mm이고, 상기 분사구의 직경은 0.9mm 내지 3.0mm 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 오리피스의 직경은 0.3mm 내지 0.5mm이고, 상기 분사구의 직경은 0.9mm 내지 1.1mm 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 오리피스의 면적은 0.05mm2 내지 0.28mm2 이고, 상기 분사구의 직경은 0.7 mm2 내지 7mm2 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 오리피스의 면적은 0.10mm2 내지 0.14mm2 이고, 상기 분사구의 면적은 0.7 mm2 내지 1.4mm2 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 세정매체는 이산화탄소이다.
본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 세정매체가 유입되는 유입구를 가지며 상기 유입구로부터 멀어질수록 단면적이 감소하는 수축부와, 오리피스, 상기 세정매체가 분사되는 분사구를 가지며 상기 분사구에 가까워질수록 단면적이 증가하는 팽창부가 순차적으로 제공되는 노즐의 상기 유입구에 기체 상의 단일의 세정 매체를 공급하고, 상기 노즐의 분사구를 통해 상기 세정 매체를 분사하여 기판을 처리하되, 상기 세정 매체는 상기 유입구와 상기 분사구 사이에 위치하는 오리피스를 통과하면서 단열 팽창하여 고화된다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2cm 내지 5cm 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2.5cm 내지 4cm 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구를 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공하여, 상기 세정매체를 비스듬히 분사한다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 90도이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 35도이다.
일 실시예에 따르면, 상기 세정매체는 이산화탄소이다.
일 실시예에 따르면, 상기 챔버의 내부 압력은 0.01bar 내지 1bar이다.
일 실시예에 따르면, 상기 챔버의 내부 압력은 0.75bar 내지 1.25bar이다.
일 실시예에 따르면, 상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 20bar 내지 60bar이다.
일 실시예에 따르면, 상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 45bar 내지 55bar이다.
일 실시예에 따르면, 상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 20bar 내지 60bar이고, 상기 챔버의 내부 압력은 0.01bar 내지 1bar이며, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2cm 내지 5cm 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 45bar 내지 5bar이고, 상기 챔버의 내부 압력은 0.75bar 내지 1.25bar이며, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2.5cm 내지 4cm 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구를 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공하여, 상기 세정매체를 비스듬히 분사하되, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 90도이다.
일 실시예에 따르면, 상기 분사구를 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공하여, 상기 세정매체를 비스듬히 분사하되, 상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 35도이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 세정 공정시 공정 챔버 내부를 상압으로 유지하면서도 기판을 효율적으로 세정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 세정 공정시 단일한 가스를 주입하여 기판을 효과적으로 세정할 수 있다.
도 1은 세정 매체를 이용하여 기판을 세정하는 종래의 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 기판 처리 설비를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 기판을 세정하는 기판 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 노즐을 나타낸 도면이다.
도 5는 오리피스와 분사구의 면적의 비에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다.
도 6은 챔버 내의 압력에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 예에 의한 기판 처리 장치에서 노즐과 기판의 상대적인 위치를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 기판 처리 장치에서 노즐과 기판의 거리에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다.
도 9는 도 7의 기판 처리 장치에서 노즐과 기판의 거리에 따른 기판의 세정 효율을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 예에 의한 기판 처리 장치에서 노즐과 기판의 상대적인 위치를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 기판 처리 장치에서 노즐과 기판 사이의 각도에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다.
도 12는 도 10의 기판 처리 장치에서 노즐과 기판 사이의 각도에 따른 기판의 세정 효율을 보여주는 그래프이다.
도 13은 도 10의 기판 처리 장치에서 노즐과 기판의 거리 및 노즐과 기판 사이의 각도에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다.
도 14는 도 10의 기판 처리 장치에서 노즐과 기판 사이의 각도에 따른 기판 패턴의 손상 정도를 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
이하, 도 1 내지 도 14을 참조하여 본 발명의 일 예를 상세히 설명한다.
도 1은 기판 처리 설비(1)를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 설비(1)는 인덱스 모듈(100)과 공정 처리 모듈(200)을 포함한다. 인덱스 모듈(100)은 로드포트(120) 및 이송프레임(140)을 포함한다. 로드포트(120), 이송프레임(140), 그리고 공정 처리 모듈(200)은 순차적으로 일렬로 배열된다. 이하, 로드포트(120), 이송프레임(140), 그리고 공정 처리 모듈(200)이 배열된 방향을 제1방향(12)이라 한다. 그리고 상부에서 바라볼 때 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하고, 제1방향(12)과 제2방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3방향(16)이라 한다.
로드포트(120)에는 기판(W)이 수납된 캐리어(130)가 놓인다. 로드포트(120)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 도 1에서는 네 개의 로드포트(120)가 제공된 것으로 도시하였다. 그러나 로드포트(120)의 개수는 공정 처리 모듈(200)의 공정효율 및 풋 프린트 등의 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 캐리어(130)에는 기판(W)의 가장자리를 지지하도록 제공된 슬롯(도시되지 않음)이 형성된다. 슬롯은 제3방향(16)으로 복수 개가 제공된다. 기판(W)은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 캐리어(130)내에 위치된다. 캐리어(130)로는 전면 개방 일체형 포드(Front Opening Unified Pod;FOUP)가 사용될 수 있다.
공정 처리 모듈(200)은 버퍼유닛(220), 이송챔버(240), 그리고 공정챔버(260)를 포함한다. 이송챔버(240)는 그 길이 방향이 제1방향(12)과 평행하게 배치된다. 제2방향(14)를 따라 이송챔버(240)의 일측 및 타측에는 각각 공정챔버들(260)이 배치된다. 이송챔버(240)의 일측에 위치한 공정챔버들(260)과 이송챔버(240)의 타측에 위치한 공정챔버들(260)은 이송챔버(240)를 기준으로 서로 대칭이 되도록 제공된다. 공정챔버(260)들 중 일부는 이송챔버(240)의 길이 방향을 따라 배치된다. 또한, 공정챔버(260)들 중 일부는 서로 적층되게 배치된다. 즉, 이송챔버(240)의 일측에는 공정챔버(260)들이 A X B(A와 B는 각각 1이상의 자연수)의 배열로 배치될 수 있다. 여기서 A는 제1방향(12)을 따라 일렬로 제공된 공정챔버(260)의 수이고, B는 제3방향(16)을 따라 일렬로 제공된 공정챔버(260)의 수이다. 이송챔버(240)의 일측에 공정챔버(260)가 4개 또는 6개 제공되는 경우, 공정챔버(260)들은 2 X 2 또는 3 X 2의 배열로 배치될 수 있다. 공정챔버(260)의 개수는 증가하거나 감소할 수도 있다. 상술한 바와 달리, 공정챔버(260)는 이송챔버(240)의 일측에만 제공될 수 있다. 또한, 상술한 바와 달리, 공정챔버(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)은 그 내부에 기판(W)이 놓이는 슬롯(미도시)이 제공되며, 슬롯(미도시)들은 서로 간에 제3방향(16)을 따라 이격되도록 복수 개 제공된다. 버퍼유닛(220)에서 이송프레임(140)과 마주보는 면과 이송챔버(240)와 마주보는 면 각각이 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 제2방향(14)과 나란하게 제공된다. 인덱스로봇(144)은 인덱스레일(142) 상에 설치되며, 인덱스레일(142)을 따라 제2방향(14)으로 직선 이동된다. 인덱스로봇(144)은 베이스(144a), 바디(144b), 그리고 인덱스암(144c)을 가진다. 베이스(144a)는 인덱스레일(142)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 바디(144b)는 베이스(144a)에 결합된다. 바디(144b)는 베이스(144a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 바디(144b)는 베이스(144a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 바디(144b)에 결합되고, 바디(144b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스암(144c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스암(144c)들 중 일부는 공정 처리 모듈(200)에서 캐리어(130)로 기판(W)을 반송할 때 사용되고, 다른 일부는 캐리어(130)에서 공정 처리 모듈(200)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 입자이 공정 처리 후의 기판(W)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이송챔버(240)는 버퍼유닛(220)과 공정챔버(260) 간에, 그리고 공정챔버(260)들 간에 기판(W)을 반송한다. 이송챔버(240)에는 가이드레일(242)과 메인로봇(244)이 제공된다. 가이드레일(242)은 그 길이 방향이 제1방향(12)과 나란하도록 배치된다. 메인로봇(244)은 가이드레일(242) 상에 설치되고, 가이드레일(242) 상에서 제1방향(12)을 따라 직선 이동된다. 메인로봇(244)은 베이스(244a), 바디(244b), 그리고 메인암(244c)을 가진다. 베이스(244a)는 가이드레일(242)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 바디(244b)는 베이스(244a)에 결합된다. 바디(244b)는 베이스(244a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 바디(244b)는 베이스(244a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 바디(244b)에 결합되고, 이는 바디(244b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 메인암(244c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 버퍼유닛(220)에서 공정챔버(260)로 기판(W)을 반송할 때 사용되는 메인암(244c)과 공정챔버(260)에서 버퍼유닛(220)으로 기판(W)을 반송할 때 사용되는 메인암(244c)은 서로 상이할 수 있다.
공정챔버(260) 내에는 기판(W)에 대해 세정 공정을 수행하는 기판 처리 장치(300)가 제공된다. 각각의 공정챔버(260) 내에 제공된 기판 처리 장치(300)는 수행하는 세정 공정의 종류에 따라 상이한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로 각각의 공정챔버(260) 내의 기판 처리 장치(300)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로 공정챔버(260)들은 복수 개의 그룹으로 구분되어, 동일한 그룹에 속하는 공정챔버(260)에 제공된 기판 처리 장치(300)들은 서로 동일한 구조를 가지고, 상이한 그룹에 속하는 공정챔버(260)에 제공된 기판 처리 장치(300)들은 서로 상이한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 공정챔버(260)가 2개의 그룹으로 나누어지는 경우, 이송챔버(240)의 일측에는 제1그룹의 공정챔버들(260)이 제공되고, 이송챔버(240)의 타측에는 제2그룹의 공정챔버들(260)이 제공될 수 있다. 선택적으로 이송챔버(240)의 일측 및 타측 각각에서 하층에는 제1그룹의 공정챔버(260)들이 제공되고, 상층에는 제2그룹의 공정챔버(260)들이 제공될 수 있다. 제1그룹의 공정챔버(260)와 제2그룹의 공정챔버(260)는 각각 사용되는 케미컬의 종류나, 세정 방식의 종류에 따라 구분될 수 있다.
아래에서는 기판(W)을 처리하는 기판 처리 장치(300)의 일 예를 설명한다. 도 2는 기판 처리 장치(300)의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(300)는 챔버(310), 컵(320), 지지 유닛(340), 승강 유닛(360), 그리고 분사 유닛(380)을 가진다.
챔버(310)는 내부에 공간을 제공한다. 챔버(310)의 내부 압력은 0.01bar 내지 1bar 로 유지될 수 있다. 또는, 챔버(310)의 내부 압력은 0.75bar 내지 1.25bar로 유지될 수 있다. 예컨대, 챔버(310)의 내부 압력은 상압으로 제공될 수 있다.
컵(320)은 챔버(310) 내 공간에 위치한다. 컵(320)은 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공하며, 그 상부는 개방된다. 컵(320)은 내부회수통(322), 중간회수통(324), 그리고 외부회수통(326)을 가진다. 각각의 회수통(322,324,326)은 공정에 사용된 처리유체 중 서로 상이한 처리유체를 회수한다. 내부회수통(322)은 지지 유닛(340)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 중간회수통(324)은 내부회수통(322)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 외부회수통(326)은 중간회수통(324)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 내부회수통(322)의 내측공간(322a), 내부회수통(322)과 중간회수통(324)의 사이 공간(324a) 그리고 중간회수통(324)과 외부회수통(326)의 사이 공간(326a)은 각각 내부회수통(322), 중간회수통(324), 그리고 외부회수통(326)으로 처리유체가 유입되는 유입구(410)로서 기능한다. 각각의 회수통(322,324,326)에는 그 저면 아래 방향으로 수직하게 연장되는 회수라인(322b,324b,326b)이 연결된다. 각각의 회수라인(322b,324b,326b)은 각각의 회수통(322,324,326)을 통해 유입된 처리유체를 배출한다. 배출된 처리유체는 외부의 처리유체 재생 시스템(미도시)을 통해 재사용될 수 있다.
지지 유닛(340)은 컵(320)의 처리 공간 내에 배치된다. 지지 유닛(340)은 공정 진행 중 기판을 지지하고 기판을 회전시킨다. 지지 유닛(340)은 스핀 헤드(342), 지지핀(344), 척핀(346), 구동축(348) 그리고 구동부(349)를 가진다. 스핀 헤드(342)는 상부에서 바라볼 때 대체로 원형으로 제공되는 상부면을 가진다. 스핀 헤드(342)의 저면에는 구동부(349)에 의해 회전가능한 구동축(348)이 고정결합된다. 구동축(348)이 회전하면 스핀헤드(342)가 회전된다. 스핀 헤드(342)는 기판을 지지할 수 있도록, 지지핀(344)과 척핀(346)을 포함한다. 지지핀(344)은 복수 개 제공된다. 지지핀(344)은 스핀 헤드(342)의 상부면의 가장자리부에 소정 간격으로 이격되게 배치되고 스핀 헤드(342)에서 상부로 돌출된다. 지지핀들(344)은 서로 간에 조합에 의해 전체적으로 환형의 링 형상을 가지도록 배치된다. 지지핀(344)은 스핀 헤드(342)의 상부면으로부터 기판이 일정거리 이격되도록 기판의 저면 가장자리를 지지한다. 척핀(346)은 복수 개 제공된다. 척핀(346)은 스핀 헤드(342)의 중심에서 지지핀(344)보다 멀리 떨어지게 배치된다. 척핀(346)은 스핀 헤드(342)에서 상부로 돌출되도록 제공된다. 척핀(346)은 지지 유닛(340)이 회전될 때 기판이 정 위치에서 측 방향으로 이탈되지 않도록 기판의 측면을 지지한다. 척핀(346)은 스핀 헤드(342)의 반경 방향을 따라 대기 위치와 지지 위치 간에 직선 이동 가능하도록 제공된다. 대기 위치는 지지 위치에 비해 스핀 헤드(342)의 중심으로부터 멀리 떨어진 위치이다. 기판이 지지 유닛(340)에 로딩 또는 언 로딩시에는 척핀(346)은 대기 위치에 위치되고, 기판에 대해 공정 수행시에는 척핀(346)은 지지 위치에 위치된다. 지지 위치에서 척핀(346)은 기판의 측부와 접촉된다.
승강 유닛(360)은 컵(320)을 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 승강 유닛(360)은 컵(320)의 복수의 회수통(322, 324, 326)을 이동시킬 수 있다. 또는 도시하지는 않았으나, 각각의 회수통을 개별적으로 이동시킬 수 있다. 컵(320)이 상하로 이동됨에 따라 지지 유닛(340)에 대한 컵(320)의 상대 높이가 변경된다. 승강 유닛(360)은 브라켓(362), 이동축(364), 그리고 구동기(366)를 가진다. 브라켓(362)은 컵(320)의 외벽에 고정설치되고, 브라켓(362)에는 구동기(366)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동축(364)이 고정결합된다. 기판(W)이 지지 유닛(340)에 놓이거나, 지지 유닛(340)으로부터 들어올려 질 때 지지 유닛(340)이 컵(320)의 상부로 돌출되도록 컵(320)은 하강된다. 또한, 공정이 진행될 시에는 기판(W)에 공급된 처리유체의 종류에 따라 처리유체가 기설정된 회수통(360)으로 유입될 수 있도록 컵(320)의 높이가 조절한다. 예컨대, 제1처리유체로 기판을 처리하고 있는 동안에 기판은 내부회수통(322)의 내측공간(322a)과 대응되는 높이에 위치된다. 또한, 제2처리유체, 그리고 제3처리유체로 기판을 처리하는 동안에 각각 기판은 내부회수통(322)과 중간회수통(324)의 사이 공간(324a), 그리고 중간회수통(324)과 외부회수통(326)의 사이 공간(326a)에 대응되는 높이에 위치될 수 있다. 상술한 바와 달리 승강 유닛(360)은 컵(320) 대신 지지 유닛(340)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 상술한 바와 달리, 컵(320)은 단일의 회수통(322)을 가질 수 있다.
분사 유닛(380)은 기판(W)에 세정매체를 공급한다. 세정매체는 이산화탄소일 수 있다. 세정 매체는 케미칼일 수 있다. 케미칼은 황산을 포함할 수 있다. 케미칼은 인산을 포함할 수 있다. 세정매체는 린스액일 수 있다. 린스액은 순수일 수 있다. 분사 유닛(380)은 회동이 가능할 수 있다. 분사 유닛(380)은 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 분사 유닛(380)은 노즐 지지대(382), 지지대(386), 구동부(388), 그리고 노즐(400)을 가진다. 지지대(386)는 그 길이 방향이 제3방향(16)을 따라 제공되고, 지지대(386)의 하단에는 구동부(388)가 결합된다. 구동부(388)는 지지대(386)를 회전 및 승강 운동한다. 노즐지지대(382)는 구동부(388)와 결합된 지지대(386)의 끝단 반대편과 수직하게 결합된다. 노즐(400)은 노즐지지대(382)의 끝단 저면에 설치된다. 노즐(400)은 구동부(388)에 의해 공정 위치와 대기 위치로 이동된다. 공정 위치는 노즐(400)이 컵(320)의 수직 상부에 배치된 위치이고, 대기 위치는 노즐(400)이 컵(320)의 수직 상부로부터 벗어난 위치이다.
도 4는 본 발명에 의한 노즐의 내부구조를 간략히 보여주는 도면이다.
노즐(400)은 수축부(420), 팽창부(440) 그리고 오리피스(450)를 가진다. 수축부(420), 오리피스(450), 그리고 팽창부(440)는 순차적으로 제공된다. 수축부(420)는 유입구(410)를 가진다. 유입구(410)에는 세정매체가 유입된다. 수축부(420)는 유입구(410)에서부터 멀어질수록 단면적이 감소한다. 예컨대, 수축부(420)는 원뿔대의 형상을 가질 수 있다.
유입구(410)에 유입되는 세정매체는 단일한 가스로 제공된다. 세정매체는 이산화탄소로 제공될 수 있다. 유입되는 세정매체의 공급압력은 20bar 내지 60bar 일 수 있다. 세정매체의 공급압력은 45bar 내지 55bar 일 수 있다.
팽창부(440)는 분사구(430)를 가진다. 분사구(430)에서는 세정매체가 분사된다. 팽창부(440)는 분사구(430)에 가까워질수록 단면적이 증가한다. 예컨대, 팽창부(440)는 원뿔대의 형상을 가질 수 있다. 세정매체가 분사구(430)에서 분사시에는 고체 상의 입자(solid particle)로 분사된다.
오리피스(450)는 수축부(420)와 팽창부(440) 사이에 위치한다. 오리피스(450)는 그 길이 방향을 따라 일정한 단면적을 가질 수 있다.
분사구(430)의 면적은 오리피스(450)의 단면적의 4 내지 14배일 수 있다. 분사구(430)의 면적은 오리피스(450)의 단면적의 6 내지 10배일 수 있다.
즉, 분사구(430)의 면적은 오리피스(450)의 통로를 그 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 4 내지 14배로 제공될 수 있다. 또는, 6 내지 10배로 제공될 수 있다.
일 예에 의하면, 오리피스(450)의 직경은 0.24mm 내지 0.6mm이고, 분사구(430)의 직경은 0.9mm 내지 3.0mm 일 수 있다. 또는, 상기 오리피스의 직경은 0.3mm 내지 0.5mm이고, 상기 분사구의 직경은 0.9mm 내지 1.1mm 일 수 있다.
일 예에 의하면, 오리피스(450)의 면적은 0.05mm2 내지 0.28mm2 이고, 분사구(430)의 직경은 0.7 mm2 내지 7mm2 일 수 있다. 또는, 상기 오리피스의 면적은 0.10mm2 내지 0.14mm2 이고, 상기 분사구의 면적은 0.7 mm2 내지 1.4mm2 일 수 있다.
상술한 조건 하에서, 분사구(430)에서 분사되는 세정 매체는 캐리어 가스가 없어도 기판을 세정하기에 충분하도록 고속 및 고압으로 분사될 수 있다. 이와 관련해서 후술하는 실험 결과를 참고하여 기판의 세정 효율을 설명한다.
도 5는 오리피스(450)와 분사구(430)의 면적의 비에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다. 이하, 사진들에서 상대적으로 밝게 처리된 점들은 세정 후에도 잔류하는 불순물이다. 밝은 점이 다량 분포할수록 기판의 세정이 불완전하게 되었음을 의미한다.
아래의 실험들에서는 챔버 내부의 압력이 진공이 아닌 상태에서 진행하였다. 또한, 세정매체로서 별도의 캐리어 가스(carrier gas) 없이 단일의 가스 상태인 이산화탄소만을 공급하였다.
도 5를 참조하면, 오리피스(450)의 단면적(A1)과 분사구(430)의 면적(A2)의 비가 4에서 14인 경우, 단일의 이산화탄소 가스만으로도 기판이 세정되는 것을 알 수 있다. 특히, 오리피스(450)의 단면적(A1)과 분사구(430)의 면적(A2)의 비가 6에서 10인 경우, 기판 상의 불순물이 효과적으로 세정된다.
도 6은 챔버 내부 압력에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다.
상술한 바와 같이 오리피스(450)의 단면적(A1)과 분사구(430)의 면적(A2)의 비가 6 내지 10인 노즐(400)을 사용하여 기판을 세정하되, 챔버 내부 압력이 진공이 아닌 상태에서 실험을 진행하였다. 일 예로, 챔버 내부 압력이 0.75bar, 1bar, 1.25bar 인 경우에 대해 각각 실험을 진행하였다. 노즐(400) 유입구(410)로 세정매체를 공급하는 압력은 45bar 내지 55bar를 유지하였다. 도 6을 참고하면, 챔버 내부의 압력이 진공 상태가 아니더라도, 기판이 세정됨을 알 수 있다. 특히, 0.75bar 와 1.25bar 사이에서 기판이 효과적으로 세정되었다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 기판 처리 장치에서 노즐(400)과 기판의 상대적인 위치를 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 노즐(400)의 분사구(430)는 기판의 표면에 대해서 수직인 방향에서 세정 매체를 분사하도록 제공될 수 있다.
도 8은 도 7의 기판 처리 장치에서 노즐(400)과 기판의 거리에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다. 분사구(430)와 기판 표면 사이의 이격 거리(Stand-off distance, Std)에 따라 기판의 세정 정도가 달라진다. 노즐(400)은 상술한 오리피스(450)의 단면적(A1)과 분사구(430)의 면적(A2)의 비가 6 내지 10인 노즐(400)을 사용하였다. 또한, 챔버 내의 압력은 상압을 유지하였다. 노즐(400) 유입구(410)로 세정매체를 공급하는 압력은 45bar 내지 55bar를 유지하였다. 도 8에서는 이격거리가 2cm부터 5cm인 범위에서 0.5cm 단위로 공정 후의 기판의 세정 정도를 촬영하였다. 도 8을 참조하면, 이격 거리(Std)가 2cm 내지 5cm의 범위에서단일의 이산화탄소 가스만으로도 기판이 세정됨을 알 수 있다. 특히, 이격 거리가 2.5cm 내지 4cm에서 효과적으로 수행된 것을 알 수 있다. 이격 거리가 지나치게 작은 경우, 일 예로 2cm 미만이면, 이산화탄소 등의 세정 매체가 고체 상의 입자로 충분히 성장하지 못하여 세정 효율이 떨어진다. 이격 거리가 지나치게 큰 경우, 일 예로 4cm를 초과하면, 고체 상 입자의 세정 매체가 기판에까지 도달하지 못하는 현상이 일어나게되어, 기판의 세정 효율이 떨어진다.
도 9는 도 7의 기판 처리 장치에서 노즐(400)과 기판의 거리에 따른 기판의 세정 효율을 보여주는 그래프이다. 도 9를 참조하면, 이격 거리가 2cm 내지 5cm에서 기판이 세정되는 것을 알 수 있다.
특히 이격 거리가 2.5cm 내지 3.5cm 의 범위에서 세정 효율이 98% 내지 99%이다.
세정 효율(Particle removal efficiency, PRE)은 세정 공정 전에 기판상에 존재하는 오염 입자의 수와 세정 공정 후에 잔류하는 오염 입자수를 비교하여 다음과 같이 산출하였다.
Figure PCTKR2016011816-appb-I000001
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 기판 처리 장치에서 노즐(400)과 기판의 상대적인 위치를 나타낸 도면이다.
앞선 제1 실시예와 달리, 노즐(400)을 기판의 표면에 대하여 소정 각도로 경사지게 하여 분사구(430)로부터 세정 매체가 기판의 표면에 비스듬히 분사되도록 할 수 있다.
도 11은 도 10의 기판 처리 장치에서 노즐(400)과 기판 사이의 각도에 따른 기판의 세정 정도를 보여주는 사진이다.
사용된 노즐(400)은 제1 실시예의 노즐(400)과 같이, 분사구(430)의 면적(A2)이 오리피스(450)의 단면적(A1)의 6 내지 10배인 노즐(400)을 사용하였다. 노즐(400) 내로 세정매체가 공급되는 압력은 45bar 내지 55bar를 유지하고, 챔버 내의 압력은 상압을 유지하였다.
도 11을 참조하면, 챔버 내 압력이 상압이고, 단일의 이산화탄소 가스만을 공급한 경우, 분사구(430)가 기판의 표면에 대해 90도 이하의 소정의 각도를 형성하더라도 기판이 세정되는 것을 알 수 있다.
분사구(430)가 기판의 표면에 대해 경사진 각도, 즉 분사 각도(incidence angle, IA)가 90도에서부터 작아질수록 기판의 세정이 효율적으로 수행된다. 세정 매체가 경사지게 분사되면, 분사되는 세정 매체의 속도 성분은 수평방향의 성분과 수직방향의 성분의 조합으로 이루어진다. 세정 매체가 분사되는 수평방향의 성분이 클수록 기판의 세정 효율이 높아진다. 따라서, 분사 각도가 작아질수록 수평방향의 성분이 커지게 되어 기판의 세정 효율이 높아질 수 있다.
도 12는 도 10의 기판 처리 장치에서 노즐과 기판 표면 사이의 각도에 따른 기판의 세정 효율을 보여주는 그래프이다. 분사 각도(IA)가 30도일 때 세정 효율은 99.5%에 이르는 것을 알 수 있다.
도 13은 도 10의 기판 처리 장치에서 노즐과 기판의 거리 및 노즐과 기판 사이의 각도에 따른 기판의 세정 정도를 알 수 있는 사진이다. 도 13을 참조하면, 이격 거리가 2.5cm 내지 4cm 이면서, 분사 각도가 30도 일 때 기판의 세정이 효율적으로 수행되었다.
도 14는 도 10의 기판 처리 장치에서 노즐과 기판 사이의 각도에 따른 기판 패턴의 손상 정도를 보여주는 사진이다. 상술한 바와 같이, 분사되는 세정 매체의 속도 성분의 수평 성분이 크면 세정은 효율적으로 수행될 수 있다. 다만, 수평 성분이 과도하게 커지면 기판 패턴에 손상을 가한다. 도 14를 참조하면, 분사 각도가 30도 미만, 일 예로 25도인 경우, 기판 패턴에 손상이 심각하게 발생한 것을 알 수 있다. 반면에 분사 각도가 30도 이상인 경우에는 기판의 패턴에 손상을 가하지 않는다. 따라서, 기판의 패턴에 손상을 가하지 않으면서도 세정 효율을 높이기 위해서는 분사 각도를 25도 내지 35도로 할 수 있다.
이하에서는, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명한다.
기판을 처리하는 공정 챔버 내의 압력을 0.01bar 내지 1bar 사이의 범위에서 유지한다. 또는, 0.75bar 내지 1.25bar로 유지할 수 있다. 공정 챔버 내의 압력을 상압 조건인 1bar로 할 수 있다.
기판을 세정하는 세정 매체는 이산화탄소일 수 있다. 유입되는 세정 매체는 단일의 이산화탄소 가스로 제공될 수 있다.
노즐(400)의 유입구(410)로 공급되는 세정 매체의 공급 압력은 20bar 내지 60bar로 유지한다. 세정 매체의 공급 압력은 45bar 내지 55bar 일 수 있다. 공급 압력을 50bar로 할 수 있다.
분사구(430)의 면적(A2)이 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적(A1)의 4 내지 14배인 노즐(400)을 이용하여 기판을 세정한다. 분사구(430)의 면적(A2)이 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적(A1)의 6 내지 10배일 수 있다. 노즐(400)의 분사구(430)에서 분사시에는 이산화탄소가 고체 상의 입자(solid particle)로 분사된다.
노즐(400)의 분사구(430)와 기판 표면 사이의 이격 거리를 2cm 내지 5cm를 유지한 상태에서 세정 매체를 분사한다. 이격 거리는 2.5cm 내지 4cm 일 수 있다. 노즐(400) 분사구(430)와 기판 표면이 서로 수직을 이루도록 할 수 있다. 또는, 노즐(400) 분사구(430)가 기판 표면에 대하여 소정 각도로 경사지도록 하여 세정 매체를 분사할 수 있다. 소정의 각도는 세정 매체가 기판 표면에 분사되는 분사 각도로서, 25도 내지 90도가 되도록 하여 세정 매체를 분사할 수 있다. 분사 각도는 25도 내지 35도 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. 전술한 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 (40)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    기판을 처리하는 공간을 제공하는 챔버와;
    상기 챔버 내부에 제공되어 기판을 지지하는 지지유닛과;
    상기 지지유닛에 지지된 기판으로 세정매체를 공급하는 노즐을 포함하되,
    상기 노즐은,
    상기 세정매체가 유입되는 유입구를 가지며 상기 유입구로부터 멀어질수록 단면적이 감소하는 수축부와;
    상기 세정매체가 분사되는 분사구를 가지며 상기 분사구에 가까워질수록 단면적이 증가하는 팽창부와;
    상기 수축부와 상기 팽창부 사이에 위치하는 오리피스를 포함하되,
    상기 수축부로 유입되는 세정매체는 단일의 가스인 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 4 내지 14 배인 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 6 내지 10 배인 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오리피스의 직경은 0.24mm 내지 0.6mm이고, 상기 분사구의 직경은 0.9mm 내지 3.0mm 인 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오리피스의 직경은 0.3mm 내지 0.5mm이고, 상기 분사구의 직경은 0.9mm 내지 1.1mm 인 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 오리피스의 면적은 0.05mm2 내지 0.28mm2 이고, 상기 분사구의 면적은 0.7 mm2 내지 7mm2 인 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오리피스의 면적은 0.10mm2 내지 0.14mm2 이고, 상기 분사구의 면적은 0.7 mm2 내지 1.4mm2 인 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2cm 내지 5cm 인 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2.5cm 내지 4cm 인 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분사구는 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공되는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 90도인 기판 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 상기 경사 각도는 25도 내지 35도인 기판 처리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정매체는 이산화탄소인 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 압력은 0.01bar 내지 1bar이고,
    상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 20bar 내지 60bar인 기판 처리 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 압력은 0.75bar 내지 1.25bar이고,
    상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 45bar 내지 55bar인 기판 처리 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 4 내지 14 배이고,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2cm 내지 5cm 이며,
    상기 세정매체는 이산화탄소이고,
    상기 챔버의 내부 압력은 0.01bar 내지 1.25bar이며,
    상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 20bar 내지 60bar인 기판 처리 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 6 내지 10 배이고,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2.5cm 내지 4cm 이며,
    상기 세정매체는 이산화탄소이고,
    상기 챔버의 내부 압력은 0.75bar 내지 1.25bar이며,
    상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 45bar 내지 55bar인 기판 처리 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 분사구는 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공되되,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 90도인 기판 처리 장치.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 분사구는 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공되되,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 35도인 기판 처리 장치.
  20. 기판으로 세정매체를 공급하는 노즐에 있어서,
    상기 세정매체가 유입되는 유입구를 가지며 상기 유입구부터 멀어질수록 단면적이 감소하는 수축부와;
    상기 세정매체가 분사되는 분사구를 가지며 상기 분사구에 가까워질수록 단면적이 증가하는 팽창부와;
    상기 수축부와 상기 팽창부 사이에 위치하는 오리피스를 포함하되,
    상기 수축부로 유입되는 세정매체는 단일의 가스인 노즐.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 4 내지 14 배인 노즐.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 분사구의 면적은 상기 오리피스의 통로를 길이방향에 대해 수직으로 절단한 단면적의 6 내지 10 배인 노즐.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 오리피스의 직경은 0.24mm 내지 0.6mm이고, 상기 분사구의 직경은 0.9mm 내지 3.0mm 인 노즐.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 오리피스의 직경은 0.3mm 내지 0.5mm이고, 상기 분사구의 직경은 0.9mm 내지 1.1mm 인 노즐.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 오리피스의 면적은 0.05mm2 내지 0.28mm2 이고, 상기 분사구의 직경은 0.7 mm2 내지 7mm2 인 노즐.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 오리피스의 면적은 0.10mm2 내지 0.14mm2 이고, 상기 분사구의 면적은 0.7 mm2 내지 1.4mm2 인 노즐.
  27. 제20항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정매체는 이산화탄소인 노즐.
  28. 기판을 처리하는 방법에 있어서, 세정매체가 유입되는 유입구를 가지며 상기 유입구로부터 멀어질수록 단면적이 감소하는 수축부와, 오리피스, 상기 세정매체가 분사되는 분사구를 가지며 상기 분사구에 가까워질수록 단면적이 증가하는 팽창부가 순차적으로 제공되는 노즐의 상기 유입구에 기체 상의 단일의 세정 매체를 공급하고, 상기 노즐의 분사구를 통해 상기 세정 매체를 분사하여 기판을 처리하되,
    상기 세정 매체는 상기 유입구와 상기 분사구 사이에 위치하는 오리피스를 통과하면서 단열 팽창하여 고화되는 기판 처리 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2cm 내지 5cm인 기판 처리 방법.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2.5cm 내지 4cm 인 기판 처리 방법.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 분사구를 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공하여, 상기 세정매체를 비스듬히 분사하는 기판 처리 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 90도인 기판 처리 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 상기 경사 각도는 25도 내지 35도인 기판 처리 방법.
  34. 제28항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정매체는 이산화탄소인 기판 처리 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 압력은 0.01bar 내지 1bar이고,
    상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 20bar 내지 60bar인 기판 처리 방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 압력은 0.75bar 내지 1.25bar이고,
    상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 45bar 내지 55bar인 기판 처리 방법.
  37. 제28항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 압력은 0.01bar 내지 1bar이고,
    상기 세정매체는 이산화탄소이며,
    상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 20bar 내지 60bar이고,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2cm 내지 5cm인 기판 처리 방법.
  38. 제28항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 압력은 0.75bar 내지 1.25bar이고,
    상기 세정매체는 이산화탄소이며,
    상기 수축부로 유입되는 세정매체의 공급 압력은 45bar 내지 55bar이고,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 수직거리는 2.5cm 내지 4cm인 기판 처리 방법.
  39. 제37항 또는 제38항에 있어서,
    상기 분사구를 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공하여, 상기 세정매체를 비스듬히 분사하되,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 90도인 기판 처리 방법.
  40. 제37항 또는 제38항에 있어서,
    상기 분사구를 상기 기판의 표면에 대해 경사지게 제공하여, 상기 세정매체를 비스듬히 분사하되,
    상기 분사구와 상기 기판의 표면 사이의 경사 각도는 25도 내지 35도인 기판 처리 방법.
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