KR101856606B1 - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 초임계 처리하는 장치 및 방법을 제공한다. 기판처리 장치는 내부에 초임계 처리 공정이 수행되는 처리 공간이 형성되는 고압 챔버, 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 처리 공간에 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛, 그리고 상기 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛을 포함하되, 상기 배기 유닛은 상기 고압 챔버에 연결되는 1차 배기 라인 및 상기 1차 배기 라인으로부터 분기되는 2차 배기 라인을 포함한다. 처리 공간을 배기하는 과정에서, 처리 공간의 압력이 상압에 가까울수록 감압되는 속도가 낮아지는 것을 최소화하며, 초임계 처리 공정의 쓰루풋을 향상시킬 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{Apparatus and Method for treating substrate}
본 발명은 기판을 초임계 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하기 위해서, 기판에 사진, 식각, 애싱, 이온주입, 그리고 박막 증착등의 다양한 공정들을 통해 원하는 패턴을 기판에 형성한다. 각각의 공정에는 다양한 처리액들이 사용되며, 공정 진행 중에는 오염물 및 파티클이 생성된다. 이를 해결하기 위해 각각의 공정 전후에는 오염물 및 파티클을 세정 처리하기 위한 세정 공정이 필수적으로 수행된다.
일반적으로 세정 공정은 기판을 케미칼 및 린스액으로 처리한 후에 건조 처리한다. 건조 처리 단계에는 기판 상에 잔류된 린스액을 건조하기 위한 공정으로, 이소프로필알코올(IPA)과 같은 유기 용제로 기판을 건조 처리한다. 그러나 기판에 형성된 패턴과 패턴과의 거리(CD:Critical Dimension)가 미세화됨에 따라, 그 패턴들의 사이 공간에 유기 용제가 잔류된다.
최근에는 기판 상에 잔류된 유기 용제를 제거하기 위해, 초임계 처리 공정을 수행한다. 초임계 처리 공정은 초임계 유체의 특정 조건을 만족하기 위해 외부로부터 밀폐된 공간에서 진행된다. 이러한 특정 조건은 상압 및 상온에 비해 높은 고온 고압의 조건을 가진다.
도 1은 일반적인 초임계 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 초임계 처리 장치는 공정 챔버(2) 및 배기 라인(6)을 포함한다. 공정 챔버(2) 내에는 초임계 공정이 수행되는 처리 공간(4)이 제공되며, 배기 라인(6)은 처리 공간(4)을 배기한다. 일반적인 임계 압력은 150 Bar 이상으로 제공되며, 초임계 공정이 완료되면, 처리 공간(4)을 상압으로 낮춘다.
그러나 처리 공간의 압력은 도 2와 같이, 상압에 가까워질수록 감압되는 속도가 느려진다. 이로 인해 처리 공간(4)을 배기하기 위한 많은 시간이 소요된다.
또한 배기 라인(6)에 설치된 압력 센서를 통해 처리 공간이 상압에 도달되었다고 판단되면, 도달 시점으로부터 5초 내지 10초를 더 대기한 후에 공정 챔버(2)를 개방한다.
이는 공정 챔버(2)를 개방하는 과정에서, 배기 라인(6) 내에 잔류된 고압이 역류하여 기판(W)을 오염시킬 수 있다. 뿐만 아니라 배기 라인(6)에 설치된 압력 센서는 임계 압력에 해당되는 고압을 측정하는 센서로서, 상압에 가까운 압력 측정이 부정확하다.
한국 공개 특허 번호 2011-0101045
본 발명은 초임계 처리 공정의 쓰루풋(Throughput)을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 공정 챔버를 개방하는 과정에서 배기 라인에 잔류되는 압력이 역류하여 기판이 오염되는 것을 방지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 초임계 처리 공정 및 그 이후의 압력을 보다 정확하게 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 기판을 초임계 처리하는 장치 및 방법을 제공한다. 기판 처리 장치는 내부에 초임계 처리 공정이 수행되는 처리 공간이 형성되는 고압 챔버, 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 처리 공간에 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛, 그리고 상기 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛을 포함하되, 상기 배기 유닛은 상기 처리 공간에 연결되는 진공 라인 및 상기 진공 라인을 감압하는 감압 부재를 포함한다.
상기 기판 처리 장치는 상기 배기 유닛을 제어하는 제어기를 더 포함하고, 상기 배기 유닛은 상기 고압 챔버에 직접 연결되는 벤트 라인을 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 초임계 처리 공정 중에 상기 벤트 라인을 통해 상기 처리 공간을 배기하고, 상기 초임계 처리 공정이 완료되면 상기 진공 라인을 통해 상기 처리 공간을 배기하도록 상기 배기 유닛을 제어할 수 있다. 상기 제어기는 상기 초임계 공정이 완료되면 상기 벤트 라인을 통해 상기 처리 공간을 배기하고, 상기 처리 공간이 상기 기설정 압력으로 낮아지면 상기 진공 라인을 통해 상기 처리 공간을 배기하도록 상기 배기 유닛을 제어할 수 있다.
또한 기판처리 장치는 내부에 초임계 처리 공정이 수행되는 처리 공간이 형성되는 고압 챔버, 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 처리 공간에 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛, 그리고 상기 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛을 포함하되, 상기 배기 유닛은 상기 고압 챔버에 연결되는 1차 배기 라인 및 상기 1차 배기 라인으로부터 분기되는 2차 배기 라인을 포함한다.
상기 기판 처리 장치는 상기 배기 유닛을 제어하는 제어기를 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 초임계 처리 공정이 완료되면 상기 2차 배기 라인을 차단 및 상기 1차 배기 라인을 개방하여 상기 처리 공간을 1차 배기하고, 상기 처리 공간이 기설정 압력으로 낮아지면 상기 1차 배기 라인을 차단 및 상기 2차 배기 라인을 개방하여 상기 처리 공간을 2차 배기할 수 있다. 상기 배기 유닛은 상기 2차 배기 라인을 감압하는 감압 부재를 더 포함하되, 상기 감압 부재는 상기 2차 배기 라인을 상기 고압 챔버의 외부 압력보다 낮은 압력으로 감압할 수 있다. 상기 배기 유닛은 상기 1차 배기 라인의 압력을 측정하는 제1측정 부재 및 상기 2차 배기 라인의 압력을 측정하는 제2측정 부재를 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 처리 공간을 1차 배기하는 중에 상기 제1측정 부재로부터 1차 측정 정보를 전달받고, 상기 처리 공간을 2차 배기하는 중에 상기 제2측정 부재로부터 2차 측정 정보를 전달받을 수 있다. 상기 제어기는 상기 초임계 처리 공정이 진행되는 중에 상기 2차 배기 라인을 차단하고, 상기 1차 배기 라인을 개방하여 상기 처리 공간의 압력을 일정 범위로 유지할 수 있다.
기판 처리 방법으로는 밀폐된 처리 공간에서 초임계 처리 공정이 수행되는 공정 처리 단계 및 상기 처리 공간을 배기하는 공간 배기 단계를 포함하되, 상기 공간 배기 단계는 상기 처리 공간과 연결되는 1차 배기 라인을 통해 상기 처리 공간을 배기하는 1차 배기 단계 및 상기 1차 배기 단계 이후에, 상기 1차 배기 라인으로부터 분기되는 2차 배기 라인을 통해 상기 처리 공간을 배기하는 2차 배기 단계를 포함한다.
상기 1차 배기 단계에서 상기 처리 공간의 압력이 기설정 압력에 도달하면,상기 2차 배기 단계를 진행할 수 있다. 상기 1차 배기 단계에는 상기 처리 공간을 자연 배기하고, 상기 2차 배기 단계에는 상기 처리 공간을 상기 2차 배기 라인에 연결된 감압 부재에 의해 강제 배기할 수 있다. 상기 기설정 압력은 1 내지 5 Bar을 포함할 수 있다. 상기 공정 처리 단계에는 상기 1차 배기 라인을 개방하고 상기 2차 배기 라인을 차단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 처리 공간을 배기하는 과정에서, 처리 공간의 압력이 상압에 가까울수록 감압되는 속도가 낮아지는 것을 최소화하며, 초임계 처리 공정의 쓰루풋을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 처리 공간은 상압보다 낮은 압력 또는 고압 챔버의 외부보다 낮은 압력으로 감압된다. 이로 인해 고압 챔버가 개방되는 중에 배기 라인의 잔류 압력이 역류되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 처리 공간은 압력에 따라 그 압력을 측정하는 센서가 상이하게 제공된다. 이로 인해 처리 공간의 압력을 보다 정확하게 측정 가능하다.
도 1은 일반적인 초임계 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 장치에서 기판을 처리하는 과정 중에 처리 공간의 압력 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비를 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 제1공정 챔버에서 기판을 세정 처리하는 장치를 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 3의 제2공정 챔버에서 기판을 건조 처리하는 장치를 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 5의 기판 지지 유닛을 보여주는 사시도이다.
도 7 내지 도 10은 도 5의 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 보여주는 도면들이다.
도 11은 도 7 내지 도 10의 과정에서 처리 공간의 압력 변화를 보여주는 그래프이다.
도 12 및 도 13은 도 7 내지 도 10의 과정의 다른 실시예를 보여주는 도면들이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
본 발명은 도 3 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 일 예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비를 보여주는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 기판 처리 설비(1)는 인덱스 모듈(10)과 공정 처리 모듈(20)을 가지고, 인덱스 모듈(10)은 로드 포트(120) 및 이송 프레임(140)을 가진다. 로드 포트(120), 이송 프레임(140), 그리고 공정 처리 모듈(20)은 순차적으로 일렬로 배열된다. 이하, 로드 포트(120), 이송 프레임(140), 그리고 공정 처리 모듈(20)이 배열된 방향을 제1방향(12)이라 하고, 상부에서 바라볼 때, 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하며, 제1방향(12)과 제2방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3방향(16)이라 칭한다.
로드 포트(120)에는 기판(W)이 수납된 캐리어(18)가 안착된다. 로드 포트(120)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 도 1에서는 네 개의 로드 포트(120)가 제공된 것으로 도시하였다. 그러나 로드 포트(120)의 개수는 공정 처리 모듈(20)의 공정효율 및 풋 프린트 등의 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 캐리어(18)에는 기판의 가장자리를 지지하도록 제공된 슬롯(도시되지 않음)이 형성된다. 슬롯은 제3방향(16)을 복수 개가 제공되고, 기판은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 캐리어 내에 위치된다. 캐리어(18)로는 전면 개방 일체형 포드(Front Opening Unified Pod;FOUP)가 사용될 수 있다.
공정 처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(220), 이송 챔버(240), 제1공정 챔버(260), 그리고 제2공정 챔버(280)를 가진다. 이송 챔버(240)는 그 길이 방향이 제1방향(12)과 평행하게 배치된다. 제2방향(14)를 따라 이송 챔버(240)의 일측에는 제1공정 챔버들(260)이 배치되고, 이송 챔버(240)의 타측에는 제2공정 챔버들(280)이 배치된다. 제1공정 챔버들(260)과 제2공정 챔버들(280)은 이송 챔버(240)를 기준으로 서로 대칭이 되도록 제공될 수 있다. 제1공정 챔버들(260) 중 일부는 이송 챔버(240)의 길이 방향을 따라 배치된다. 또한, 제1공정 챔버들(260) 중 일부는 서로 적층되게 배치된다. 즉, 이송 챔버(240)의 일측에는 제1공정 챔버들(260)이 A X B(A와 B는 각각 1이상의 자연수)의 배열로 배치될 수 있다. 여기서 A는 제1방향(12)을 따라 일렬로 제공된 제1공정 챔버(260)의 수이고, B는 제3방향(16)을 따라 일렬로 제공된 제2공정 챔버(260)의 수이다. 이송 챔버(240)의 일측에 제1공정 챔버(260)가 4개 또는 6개 제공되는 경우, 제1공정 챔버들(260)은 2 X 2 또는 3 X 2의 배열로 배치될 수 있다. 제1공정 챔버(260)의 개수는 증가하거나 감소할 수도 있다. 제2공정 챔버들(280)도 제1공정 챔버들(260)과 유사하게 M X N(M과 N은 각각 1 이상의 자연수)의 배열로 배치될 수 있다. 여기에서 M, N은 각각 A, B와 동일한 수일 수 있다. 상술한 바와 달리, 제1공정 챔버(260)와 제2공정 챔버(280)은 모두 이송 챔버(240)의 일측에만 제공될 수 있다. 또한, 상술한 바와 달리, 제1공정 챔버(260)와 제2공정 챔버(280)은 각각 이송 챔버(240)의 일측 및 타측에 단층으로 제공될 수 있다. 또한, 제1공정 챔버(260)와 제2공정 챔버(280)는 상술한 바와 달리 다양한 배치로 제공될 수 있다.
버퍼 유닛(220)은 이송 프레임(140)과 이송 챔버(240) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(220)은 이송 챔버(240)와 이송 프레임(140) 간에 기판(W)이 반송되기 전에 기판(W)이 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼 유닛(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. 버퍼 유닛(220)에서 이송 프레임(140)과 마주보는 면과 이송 챔버(240)와 마주보는 면 각각이 개방된다.
이송 프레임(140)은 로드 포트(120)에 안착된 캐리어(18)와 버퍼 유닛(220) 간에 기판(W)을 반송한다. 이송 프레임(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), 몸체(144b), 그리고 인덱스암(144c)을 가진다. 베이스(144a)는 인덱스레일(142)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(144b)는 베이스(144a)에 결합된다. 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 제3방향(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 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스암(144c)들 중 일부는 공정 처리 모듈(20)에서 캐리어(18)로 기판(W)을 반송할 때 사용되고, 다른 일부는 캐리어(18)에서 공정 처리 모듈(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.
이송 챔버(240)는 버퍼 유닛(220), 제1공정 챔버(260), 그리고 제2공정 챔버(280) 간에 기판(W)을 반송한다. 이송 챔버(240)에는 가이드 레일(242)과 메인 로봇(244)이 제공된다. 가이드 레일(242)은 그 길이 방향이 제1방향(12)과 나란하도록 배치된다. 메인 로봇(244)은 가이드 레일(242) 상에 설치되고, 가이드 레일(242) 상에서 제1방향(12)을 따라 직선 이동된다.
제1공정 챔버(260)와 제2공정 챔버(280)는 하나의 기판(W)에 대해 순차적으로 공정을 수행하도록 제공될 수 있다. 예컨대, 기판(W)은 제1공정 챔버(260)에서 케미칼 공정, 린스 공정, 그리고 1차 건조 공정이 수행되고, 제2공정 챔버(260)에서 2차 건조 공정이 수행될 수 있다. 이 경우, 1차 건조 공정은 유기 용제에 의해 이루어지고, 2차 건조 공정은 초임계 유체에 의해 이루어질 수 있다. 유기 용제로는 이소프로필 알코올(IPA) 액이 사용되고, 초임계 유체로는 이산화탄소(CO2)가 사용될 수 있다. 이와 달리 제1공정 챔버(260)에서 1차 건조 공정은 생략될 수 있다.
아래에서는 제1공정 챔버(260)에 제공된 기판 처리 장치(300)에 대해 설명한다. 도 4는 도 3의 제1공정 챔버에서 기판을 세정 처리하는 장치를 보여주는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 기판 처리 장치(300)는 처리 용기(320), 스핀 헤드(340), 승강 유닛(360), 그리고 분사 부재(380)를 가진다. 처리 용기(320)는 기판처리공정이 수행되는 공간을 제공하며, 그 상부는 개방된다. 처리 용기(320)는 내부 회수통(322) 및 외부 회수통(326)을 가진다. 각각의 회수통(322,326)은 공정에 사용된 처리액 중 서로 상이한 처리액을 회수한다. 내부 회수통(322)은 스핀 헤드(340)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 외부 회수통(326)은 내부 회수통(322)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 내부 회수통(322)의 내측공간(322a) 및 외부 회수통(326)과 내부 회수통(322)의 사이 공간(326a)은 각각 내부 회수통(322) 및 외부 회수통(326)으로 처리액이 유입되는 유입구로서 기능한다. 각각의 회수통(322,326)에는 그 저면 아래 방향으로 수직하게 연장되는 회수라인(322b,326b)이 연결된다. 각각의 회수라인(322b,326b)은 각각의 회수통(322,326)을 통해 유입된 처리액을 배출한다. 배출된 처리액은 외부의 처리액 재생 시스템(미도시)을 통해 재사용될 수 있다.
스핀 헤드(340)는 처리 용기(320) 내에 배치된다. 스핀 헤드(340)은 공정 진행 중 기판(W)을 지지하고 기판(W)을 회전시킨다. 스핀 헤드(340)는 몸체(342), 지지핀(334), 척핀(346), 그리고 지지축(348)을 가진다. 몸체(342)는 상부에서 바라볼 때 대체로 원형으로 제공되는 상부면을 가진다. 몸체(342)의 저면에는 모터(349)에 의해 회전가능한 지지축(348)이 고정결합된다. 지지핀(334)은 복수 개 제공된다. 지지핀(334)은 몸체(342)의 상부면의 가장자리부에 소정 간격으로 이격되게 배치되고 몸체(342)에서 상부로 돌출된다. 지지핀들(334)은 서로 간에 조합에 의해 전체적으로 환형의 링 형상을 가지도록 배치된다. 지지핀(334)은 몸체(342)의 상부면으로부터 기판(W)이 일정거리 이격되도록 기판의 후면 가장자리를 지지한다. 척핀(346)은 복수 개 제공된다. 척핀(346)은 몸체(342)의 중심에서 지지핀(334)보다 멀리 떨어지게 배치된다. 척핀(346)은 몸체(342)에서 상부로 돌출되도록 제공된다. 척핀(346)은 스핀 헤드(340)가 회전될 때 기판(W)이 정 위치에서 측 방향으로 이탈되지 않도록 기판(W)의 측부를 지지한다. 척핀(346)은 몸체(342)의 반경 방향을 따라 대기위치와 지지위치 간에 직선 이동 가능하도록 제공된다. 대기위치는 지지위치에 비해 몸체(342)의 중심으로부터 멀리 떨어진 위치이다. 기판(W)이 스핀 헤드(340)에 로딩 또는 언 로딩시에는 척핀(346)은 대기위치에 위치되고, 기판(W)에 대해 공정 수행시에는 척핀(346)은 지지위치에 위치된다. 지지위치에서 척핀(346)은 기판(W)의 측부와 접촉된다.
승강 유닛(360)은 처리 용기(320)를 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 처리 용기(320)가 상하로 이동됨에 따라 스핀 헤드(340)에 대한 처리 용기(320)의 상대 높이가 변경된다. 승강 유닛(360)은 브라켓(362), 이동축(364), 그리고 구동기(366)를 가진다. 브라켓(362)은 처리 용기(320)의 외벽에 고정설치되고, 브라켓(362)에는 구동기(366)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동축(364)이 고정결합된다. 기판(W)이 스핀 헤드(340)에 놓이거나, 스핀 헤드(340)로부터 들어올려 질 때 스핀 헤드(340)가 처리 용기(320)의 상부로 돌출되도록 처리 용기(320)는 하강된다. 또한, 공정이 진행될 시에는 기판(W)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통(360)으로 유입될 수 있도록 처리 용기(320)의 높이가 조절한다.
상술한 바와 달리 승강 유닛(360)은 처리 용기(320) 대신 스핀 헤드(340)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
분사 부재(380)는 기판(W) 상에 처리액을 공급한다. 분사 부재(380)는 노즐 지지대(382), 노즐(384), 지지축(386), 그리고 구동기(388)를 가진다. 지지축(386)은 그 길이 방향이 제3방향(16)을 따라 제공되고, 지지축(386)의 하단에는 구동기(388)가 결합된다. 구동기(388)는 지지축(386)을 회전 및 승강 운동한다. 노즐지지대(382)는 구동기(388)와 결합된 지지축(386)의 끝단 반대편과 수직하게 결합된다. 노즐(384)은 노즐지지대(382)의 끝단 저면에 설치된다. 노즐(384)은 구동기(388)에 의해 공정 위치와 대기 위치로 이동된다. 공정 위치는 노즐(384)이 처리 용기(320)의 수직 상부에 배치된 위치이고, 대기 위치는 노즐(384)이 처리 용기(320)의 수직 상부로부터 벗어난 위치로 정의한다. 분사 부재(380)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 분사 부재(380)가 복수 개 제공되는 경우, 케미칼, 린스액, 그리고 유기 용제 각각은 서로 상이한 분사 부재(380)를 통해 제공될 수 있다. 케미칼은 강산 또는 강염기의 성질을 가지는 액일 수 있다. 린스액은 순수일 수 있다. 유기 용제는 이소프로필 알코올 증기와 비활성 가스의 혼합물이거나 이소프로필 알코올 액일 수 있다.
제2공정 챔버에는 기판의 2차 건조 공정이 수행하는 기판 처리 장치(400)가 제공된다. 기판 처리 장치(400)는 제1공정 챔버에서 1차 건조 처리된 기판(W)을 2차 건조 처리한다. 기판 처리 장치(400)는 유기 용제가 잔류된 기판(W)을 건조 처리한다. 기판 처리 장치(400)는 초임계 유체를 이용하여 기판(W)을 건조 처리할 수 있다. 도 5는 도 2의 제2공정 챔버에서 기판을 건조 처리하는 장치를 보여주는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 기판 처리 장치(400)는 고압 챔버(410), 기판 지지 유닛(440), 바디 승강 부재(450), 가열 부재(460), 차단 부재(480), 유체 공급 유닛(490), 배기 유닛(470,500), 그리고 제어기(550)를 포함한다.
고압 챔버(410)는 내부에 기판(W)을 처리하는 처리 공간(412)을 형성한다. 고압 챔버(410)는 기판의 처리 공정이 진행되는 공정 챔버(410)로 제공된다. 고압 챔버(410)는 기판(W)을 처리하는 동안에 그 처리 공간(412)을 외부로부터 밀폐한다. 고압 챔버(410)는 하부 바디(420) 및 상부 바디(430)를 포함한다. 하부 바디(420)는 상부가 개방된 사각의 컵 형상을 가진다. 하부 바디(420)의 내측 저면에는 하부 공급 포트(422) 및 배기 포트(426)가 형성된다. 상부에서 바라볼 때 하부 공급 포트(422)는 하부 바디(420)의 중심축을 벗어나게 위치될 수 있다. 하부 공급 포트(422)는 처리 공간(412)에 초임계 유체를 공급하는 유로로 기능한다.
상부 바디(430)는 하부 바디(420)와 조합되어 내부에 처리 공간(412)을 형성한다. 상부 바디(430)는 하부 바디(420)의 위에 위치된다. 상부 바디(430)는 사각의 판 형상으로 제공된다. 상부 바디(430)에는 상부 공급 포트(432)가 형성된다. 상부 공급 포트(432)는 처리 공간(412)에 초임계 유체가 공급되는 유로로 기능한다. 상부 공급 포트(432)는 상부 바디(430)의 중심에 일치되게 위치될 수 있다. 상부 바디(430)는 하부 바디(420)와 중심축이 서로 일치하는 위치에서, 그 하단이 하부 바디(420)의 상단과 마주보도록 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 상부 바디(430) 및 하부 바디(420) 각각은 금속 재질로 제공될 수 있다.
기판 지지 유닛(440)은 처리 공간(412)에서 기판(W)을 지지한다. 도 6은 도 5의 기판 지지 유닛(440)을 보여주는 사시도이다. 도 5를 참조하면, 기판 지지 유닛(440)은 기판(W)의 처리면이 위를 향하도록 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(440)은 지지대(442) 및 기판 유지대(444)를 포함한다. 지지대(442)는 상부 바디(430)의 저면으로부터 아래로 연장된 바 형상으로 제공된다. 지지대(442)는 복수 개로 제공된다. 예컨대, 지지대(442)는 4 개일 수 있다. 기판 유지대(444)는 기판(W)의 저면 가장자리 영역을 지지한다. 기판 유지대(444)는 복수 개로 제공되며, 각각은 기판(W)의 서로 상이한 영역을 지지한다. 예컨대, 기판 유지대(444)는 2 개일 수 있다. 상부에서 바라볼 때 기판 유지대(444)는 라운드진 플레이트 형상으로 제공된다. 상부에서 바라볼 때 기판 유지대(444)는 지지대의 내측에 위치된다. 각각의 기판 유지대(444)는 서로 조합되어 링 형상을 가지도록 제공된다. 각각의 기판 유지대(444)는 서로 이격되게 위치된다.
다시 도 5를 참조하면, 바디 승강 부재(450)는 상부 바디(430) 및 하부 바디(420) 간에 상대 위치를 조절한다. 바디 승강 부재(450)는 상부 바디(430) 및 하부 바디(420) 중 하나를 상하 방향으로 이동시킨다. 본 실시예에는 상부 바디(430)의 위치가 고정되고, 하부 바디(420)을 이동시켜 상부 바디(430)와 하부 바디(420) 간에 거리를 조절하는 것으로 설명한다. 선택적으로, 고정된 하부 바디(420)에 기판 지지 유닛(440)이 설치되고, 상부 바디(430)가 이동될 수 있다. 바디 승강 부재(450)는 바디 승강 부재(450)는 상부 바디(430) 및 하부 바디(420) 간에 상대 위치가 밀폐 위치 및 개방 위치를 가지도록 하부 바디(420)를 이동시킨다. 여기서 밀폐 위치는 상부 바디(430) 및 하부 바디(420)가 서로 접촉되어 처리 공간(412)을 외부로부터 밀폐하는 위치이고, 개방 위치는 기판이 반출입 가능하도록 상부 바디(430) 및 하부 바디(420)가 서로 이격되는 위치로 정의한다. 바디 승강 부재(450)는 하부 바디(420)를 승하강시켜 처리 공간(412)을 개방 또는 밀폐시킨다. 바디 승강 부재(450)는 상부 바디(430) 및 하부 바디(420)를 서로 연결하는 복수 개의 승강 축들(452)을 포함한다. 승강 축들(452)은 하부 바디(420)의 상단과 상부 바디(430) 사이에 위치된다. 승강 축들(452)은 하부 바디(420)의 상단의 가장 자리를 따라 배열되게 위치된다. 각각의 승강 축(452)은 상부 바디(430)를 관통하여 하부 바디(420)의 상단에 고정 결합될 수 있다. 승강 축들(452)이 승강 또는 하강 이동함에 따라 하부 바디(420)의 높이가 변경되고, 상부 바디(430)와 하부 바디(420) 간에 거리를 조절할 수 있다.
가열 부재(460)는 처리 공간(412)을 가열한다. 가열 부재(460)는 처리 공간(412)에 공급된 초임계 유체를 임계온도 이상으로 가열하여 초임계 유체 상으로 유지한다. 가열 부재(460)는 상부 바디(430) 및 하부 바디(420) 중 적어도 하나의 벽 내에 매설되어 설치될 수 있다. 예를 들어, 가열 부재(460)는 외부로부터 전원을 받아 열을 발생시키는 히터(460)로 제공될 수 있다.
차단 부재(480)는 하부 공급 포트(474)로부터 공급되는 초임계 유체가 기판(W)의 비처리면에 직접적으로 공급되는 것을 방지한다. 차단 부재(480)는 차단 플레이트(482) 및 지지대(484)를 포함한다. 차단 플레이트(482)는 하부 공급 포트(474)와 기판 지지 유닛(440) 사이에 위치된다. 차단 플레이트(482)는 원형의 판 형상을 가지도록 제공된다. 차단 플레이트(482)는 하부 바디(420)의 내경보다 작은 직경을 가진다. 상부에서 바라볼 때 차단 플레이트(482)는 하부 공급 포트(474) 및 배기 포트(426)를 모두 가리는 직경을 가진다. 예컨대, 차단 플레이트(482)는 기판(W)의 직경과 대응되거나, 이보다 큰 직경을 가지도록 제공될 수 있다. 지지대(484)는 차단 플레이트(482)를 지지한다. 지지대(484)는 복수 개로 제공되며, 차단 플레이트(482)의 원주 방향을 따라 배열된다. 각각의 지지대(484)는 서로 일정 간격으로 이격되게 배열된다.
유체 공급 유닛(490)은 처리 공간(412)에 처리 유체를 공급한다. 처리 유체는 임계 온도 및 임계 압력에 의해 초임계 상태로 공급된다. 유체 공급 유닛(490)은 상부 공급 라인(492) 및 하부 공급 라인(494)을 포함한다. 상부 공급 라인(492)은 상부 공급 포트(432)에 연결된다. 처리 유체는 상부 공급 라인(492) 및 상부 공급 포트(432)를 순차적으로 거쳐 처리 공간(412)에 공급된다. 상부 공급 라인(492)에는 상부 밸브(493)가 설치된다. 상부 밸브(493)는 상부 공급 라인(492)을 개폐한다. 하부 공급 라인(494)은 상부 공급 라인(492)과 하부 공급 포트(422)를 서로 연결한다. 하부 공급 라인(494)은 상부 공급 라인(492)으로부터 분기되어 하부 공급 포트(422)에 연결된다. 즉, 상부 공급 라인(492) 및 하부 공급 라인(494) 각각으로부터 공급되는 처리 유체는 동일한 종류의 유체일 수 있다. 처리 유체는 하부 공급 라인(494) 및 하부 공급 포트(422)를 순차적으로 거쳐 처리 공간(412)에 공급된다. 하부 공급 라인(494)에는 하부 밸브(495)가 설치된다. 하부 밸브(495)는 하부 공급 라인(494)을 개폐한다.
일 예에 의하면, 기판(W)의 비 처리면과 대향되는 하부 공급 포트(422)로부터 처리 유체가 공급되고, 이후에 기판(W)의 처리면과 대향되는 상부 공급 포트(432)로부터 처리 유체가 공급될 수 있다. 따라서 처리 유체는 하부 공급 라인(494)을 통해 처리 공간(412)으로 공급되고, 이후에 상부 공급 라인(492)을 통해 처리 공간(412)으로 공급될 수 있다. 이는 초기에 공급되는 처리 유체가 임계 압력 또는 임계 온도에 미도달된 상태에서 기판(W)에 공급되는 것을 방지하기 위함이다.
배기 유닛(470,500)은 처리 공간(412)의 분위기를 배기한다. 처리 공간(412)에 발생된 공정 부산물은 배기 유닛(470,500)을 통해 배기된다. 또한 배기 유닛(470,500)은 공정 부산물을 배기하는 동시에, 처리 공간(412)의 압력을 조절 가능하다. 배기 유닛(470,500)은 1차 배기 부재(470) 및 2차 배기 부재(500)를 포함한다. 처리 공간(412)은 1차 배기 부재(470)에 의해 1차 배기되고, 이후에 2차 배기 부재(500)에 의해 2차 배기된다. 즉, 1차 배기 부재(470)는 고압 상태의 처리 공간(412)을 배기하고, 2차 배기 부재(500)는 1차 배기 부재(470)에 비해 상대적으로 저압 상태의 처리 공간(412)을 배기한다. 일 예에 의하면, 1차 배기 부재(470)는 처리 공간(412)을 자연 배기하고, 2차 배기 부재(500)는 처리 공간(412)을 강제 배기할 수 있다.
1차 배기 부재(470)는 1차 배기 라인(472) 및 제1측정 부재(474)를 포함한다. 1차 배기 라인(472)은 배기 포트(426)에 직접 연결된다. 처리 공간(412)은 1차 배기 라인(472)을 통해 자연 배기될 수 있다. 1차 배기 라인(472)에는 1차 밸브(476)가 설치된다. 1차 밸브(476)는 1차 배기 라인(472)을 개폐한다. 1차 배기 라인(472)을 통한 배기량은 1차 배기 라인(472)의 개방률에 따라 조절될 수 있다. 제1측정 부재(474)는 1차 배기 라인(472)의 압력을 측정한다. 제1측정 부재(474)는 고압 센서(474)를 포함한다. 고압 센서(474)는 압력 센서일 수 있다. 고압 센서(474)는 상압에 비해 이보다 높은 압력을 정확하게 측정 가능하다. 고압 센서(474)는 측정하고자 하는 압력이 상압에 가까워질수록 그 정확도가 떨어질 수 있다.
2차 배기 부재(500)는 2차 배기 라인(510), 감압 부재(520), 그리고 제2측정 부재(530)를 포함한다. 2차 배기 라인(510)은 1차 배기 라인(472)으로부터 분기되는 분기 라인으로 제공된다. 2차 배기 라인(510)의 분기점은 배기 방향에 대해 1차 밸브(476)보다 상류에 위치된다. 2차 배기 라인(510)에는 2차 밸브(512)가 설치된다. 2차 밸브(512)는 2차 배기 라인(510)을 개폐한다. 감압 부재(520)는 2차 배기 라인(510)에 설치된다. 감압 부재(520)는 2차 배기 라인(510)을 강제 배기한다. 감압 부재(520)는 배기 방향에 대해 2차 밸브(512)보다 하류에 위치된다. 감압 부재(520)는 2차 배기 라인(510)을 상압 또는 고압 챔버(410)의 외부보다 낮은 압력으로 감압할 수 있다.
제2측정 부재(530)는 2차 배기 라인(510)의 압력을 측정한다. 제2측정 부재(530)는 측정 라인(532) 및 저압 센서(534)를 포함한다. 측정 라인(532)은 2차 배기 라인(510)으로부터 분기되는 분기 라인으로 제공된다. 측정 라인(532)의 분기점은 배기 방향에 대해 2차 밸브(512)보다 상류에 위치된다. 측정 라인(532)에는 측정 밸브(536)가 설치된다. 측정 밸브(536)는 측정 라인(532)을 개폐한다. 측정 밸브(536) 및 2차 밸브(512)는 동시에 개폐될 수 있다. 저압 센서(534)는 측정 라인(532)에 설치된다. 저압 센서(534)는 배기 방향에 대해 측정 밸브(536)보다 하류에 위치된다. 저압 센서(534)는 압력 센서일 수 있다. 저압 센서(534)는 측정하고자 하는 압력이 상압에 가까워질수록 압력의 측정 정확도가 높아질 수 있다. 저압 센서(534)는 측정하고자 하는 압력이 상압에 가까워질수록 고압 센서(474)에 비해 더 정확하게 측정할 수 있다. 예컨대, 저압 센서(534)는 0 내지 5 Bar의 압력을 고압 센서(474)에 비해 더 정확하게 측정할 수 있다.
제어기(550)는 고압 센서(474) 및 저압 센서(534)로부터 측정된 정보를 전달받아 1차 밸브(476), 2차 밸브(512), 그리고 측정 밸브(536)를 제어한다. 제어기(550)는 기판의 초임계 처리 공정이 완료되면, 처리 공간(412)을 1차 배기 라인(472)을 배기하도록 1차 밸브(476)를 제어한다. 제어기(550)는 고압 센서로부터 측정된 압력이 기설정 압력에 도달되면, 1차 밸브(476)를 차단하고, 2차 밸브(512) 및 측정 밸브(536)를 개방한다. 제어기(550)는 저압 센서(534)로부터 처리 공간(412)의 압력 정보를 전달받고, 처리 공간(412)의 압력이 상압 또는 고압 챔버(410)의 외부보다 낮은 압력에 도달되면, 2차 밸브(512) 및 측정 밸브(536)를 차단하여 배기 공정을 종료할 수 있다. 선택적으로 제어기(550)는 처리 공간(412)의 압력이 상압 또는 고압 챔버(410)의 외부와 동일한 압력에 도달되면, 2차 밸브(512) 및 측정 밸브(536)를 차단하여 배기 공정을 종료할 수 있다.
다음은 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명한다. 도 7 내지 도 10은 도 5의 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 보여주는 도면들이고, 도 11은 도 7 내지 도 10의 과정에서 처리 공간의 압력 변화를 보여주는 그래프이다. 도 7 내지 도 11을 참조하면, 기판 처리 방법은 공정 처리 단계 및 공간 배기 단계를 포함한다. 공정 처리 단계 및 공간 배기 단계는 순차적으로 진행된다. 공정 처리 단계에는 하부 바디가 밀폐 위치로 이동된다. 처리 공간(412)은 외부로부터 밀폐되고, 처리 공간(412)에는 하부 공급 포트(422)를 통해 초임계 유체가 공급된다. 처리 공간(412)이 임계 온도 및 임계 압력에 도달되면, 하부 공급 포트(422)의 초임계 유체 공급을 중지하고 상부 공급 포트(432)를 통해 유체 공급이 시작된다. 기판의 초임계 처리 공정이 진행되는 중에 발생된 공정 부산물은 1차 배기 라인(472)을 통해 배기된다. 처리 공간(412)은 1차 배기 라인(472)을 통한 배기에 의해 일정 범위 내에 유지될 수 있다. 공정 처리 단계가 완료되면, 처리 유체의 공급을 중지하고 공간 배기 단계가 진행된다.
공간 배기 단계는 1차 배기 단계 및 2차 배기 단계를 포함한다. 1차 배기 단계에는 1차 배기 라인(472)을 통해 처리 공간(412)을 자연 배기하고, 2차 배기 단계에는 2차 배기 라인(510)을 통해 처리 공간(412)을 강제 배기한다. 1차 배기 단계가 진행되면 1차 배기 라인(472)은 개방되고, 2차 배기 라인(510) 및 측정 라인(532)은 차단된 상태를 유지한다. 처리 공간(412)은 1차 배기되는 중에 그 압력이 계속적으로 낮아진다. 1차 배기 단계에는 고압 센서가 처리 공간(412)의 압력을 측정한다. 처리 공간(412)의 압력이 기설정 압력이 도달하면, 1차 배기 단계를 중지하고 2차 배기 단계를 진행한다. 일 예에 의하면, 기설정 압력은 1 내지 5 Bar 일 수 있다.
2차 배기 단계에는 2차 배기 라인(510)을 통해 처리 공간(412)을 배기한다. 2차 배기 단계가 진행되면 1차 배기 라인(472)을 차단하고, 2차 배기 라인(510) 및 측정 라인(532)을 개방한다. 처리 공간(412)은 2차 배기되는 중에 그 압력이 계속적으로 낮아진다. 2차 배기 단계에는 저압 센서(534)가 처리 공간(412)의 압력을 측정한다. 처리 공간(412)의 압력이 상압보다 낮은 압력 또는 고압 챔버(410)의 외부보다 낮은 압력에 도달되면, 2차 배기 라인(510) 및 측정 라인(532)을 차단한다.
이후 하부 바디는 개방 위치로 이동되며, 기판을 언로딩한다.
상술한 실시예에는 처리 공간(412)을 배기하는 과정에서, 처리 공간(412)이 기설정 압력에 도달되면 감압 부재(520)가 설치된 2차 배기 라인(510)을 통해 배기한다. 이로 인해 처리 공간(412)의 압력이 상압에 가까울수록 감압되는 속도가 낮아지는 것을 최소화할 수 있다.
또한 처리 공간(412)의 1차 배기는 고압 센서에 의해 측정되며, 2차 배기는 저압 센서(534)에 의해 측정되므로, 처리 공간(412)의 압력을 보다 정확하게 측정 가능하다.
또한 처리 공간(412)의 2차 배기는 처리 공간(412)을 상압보다 낮은 압력 또는 고압 챔버(410)의 외부보다 낮은 압력으로 감압한다. 이로 인해 배기 라인에 잔류된 압력이 고압 챔버(410)를 개방하는 중에 역류되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 실시예에는 초임계 처리 공정이 완료되고, 처리 공간(412)의 압력에 따라 서로 상이한 배기 라인(472,510)으로 배기하는 것을 설명하였다. 그러나 도 12 및 도 13과 같이, 1차 배기 라인(472)은 공정 처리 중에 처리 공간(412)을 배기시키는 벤트 라인으로 제공되고, 2차 배기 라인(510)은 공정 완료 후에 처리 공간(412)을 배기시키는 진공 라인으로 제공될 수 있다. 공정 처리 단계에는 1차 배기 라인(472)을 통해 처리 공간(412)을 배기하고, 공간 배기 단계에는 2차 배기 라인(510)을 통해 처리 공간(412)을 임계 압력에서 상압보다 낮은 압력 또는 고압 챔버(410)의 외부보다 낮은 압력으로 배기할 수 있다.
410: 고압 챔버 440: 기판 지지 유닛
470: 1차 배기 부재 490: 유체 공급 유닛
500: 2차 배기 부재 550: 제어기

Claims (13)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 초임계 처리 공정이 수행되는 처리 공간이 형성되는 고압 챔버와;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과;
    상기 처리 공간에 처리 유체를 공급하는 유체 공급 유닛과;
    상기 처리 공간의 분위기를 배기하는 배기 유닛과;
    상기 배기 유닛을 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 배기 유닛은,
    상기 고압 챔버에 연결되는 벤트 라인과;
    상기 벤트 라인으로부터 분기되는 진공 라인과;
    상기 진공 라인을 감압하는 감압 부재와;
    상기 벤트 라인의 압력을 측정하는 고압 센서와;
    상기 진공 라인의 압력을 측정하는 저압 센서를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 처리 공간의 압력이 기설정 압력 이상이면 상기 벤트 라인을 개방 및 상기 진공 라인을 차단하고, 상기 처리 공간의 압력이 상기 기설정 압력에 도달하면 상기 벤트 라인을 차단 및 상기 진공 라인을 개방하며,
    상기 고압 센서는 상기 기설정 압력 이상의 압력 측정 정확도가 상기 저압 센서보다 높고,
    상기 저압 센서는 상기 기설정 압력의 측정 정확도가 상기 고압 센서보다 높으며,
    상기 기설정 압력은 0 내지 5 Bar를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 초임계 처리 공정이 완료되면 상기 진공 라인을 차단 및 상기 벤트 라인을 개방하여 상기 처리 공간을 1차 배기하고, 상기 처리 공간이 상기 기설정 압력에 도달하면 상기 벤트 라인을 차단 및 상기 진공 라인을 개방하여 상기 처리 공간을 2차 배기하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감압 부재는 상기 진공 라인을 상기 고압 챔버의 외부 압력보다 낮은 압력으로 감압하는 기판 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 초임계 처리 공정이 진행되는 중에 상기 진공 라인을 차단하고, 상기 벤트 라인을 개방하도록 상기 처리 공간의 압력을 상기 기설정 압력보다 높은 압력으로 유지하는 기판 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    밀폐된 처리 공간에서 초임계 처리 공정이 수행되는 공정 처리 단계와;
    상기 처리 공간을 배기하는 공간 배기 단계를 포함하되,
    상기 공간 배기 단계는,
    상기 처리 공간과 연결되는 1차 배기 라인을 통해 상기 처리 공간을 자연 배기하는 1차 배기 단계와;
    상기 1차 배기 단계 이후에, 상기 1차 배기 라인으로부터 분기되는 2차 배기 라인을 통해 상기 처리 공간을 강제 배기하는 2차 배기 단계를 포함하되,
    상기 처리 공간의 압력이 기설정 압력 이상이면 상기 1차 배기 단계를 진행하고, 상기 처리 공간의 압력이 상기 기설정 압력에 도달되면 상기 2차 배기 단계를 진행하되,
    상기 1차 배기 라인에는 고압 센서가 설치되고,
    상기 2차 배기 라인에는 저압 센서가 설치되며,
    상기 고압 센서는 상기 기설정 압력 이상의 압력 측정 정확도가 상기 저압 센서보다 높고,
    상기 저압 센서는 상기 기설정 압력의 측정 정확도가 상기 고압 센서보다 높으며,
    상기 기설정 압력은 0 내지 5 Bar를 포함하는 기판 처리 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 2차 배기 단계에는 상기 처리 공간을 상기 2차 배기 라인에 연결된 감압 부재에 의해 강제 배기하는 기판 처리 방법.
  12. 삭제
  13. 제9항 또는 제11항에 있어서,
    상기 공정 처리 단계에는 상기 1차 배기 라인을 개방하고 상기 2차 배기 라인을 차단하는 기판 처리 방법.




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