KR102812258B1

KR102812258B1 - 기판처리장치 및 기판수평조절방법

Info

Publication number: KR102812258B1
Application number: KR1020230111989A
Authority: KR
Inventors: 정인일; 오승민; 이종석
Original assignee: 주식회사 테스
Priority date: 2023-08-25
Filing date: 2023-08-25
Publication date: 2025-05-23
Anticipated expiration: 2043-08-25
Also published as: KR20250030696A

Abstract

본 발명은 기판처리장치 및 기판수평조절방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 초임계유체를 사용하는 기판처리장치에 있어서 초임계유체의 흐름을 원활히 하여 기판의 표면에 대한 파티클 부착을 억제할 수 있는 기판처리장치 및 기판수평조절방법에 대한 것이다.

Description

기판처리장치 및 기판수평조절방법 {Substrate processing apparatus and substrate horizontality adjusting method}

일반적으로 반도체 웨이퍼의 표면에 LSI(Large scale integration)와 같이 대규모/고밀도 반도체 디바이스를 제작하는 경우 웨이퍼 표면에 극미세 패턴을 형성할 필요가 있다.

이러한 극미세 패턴은 레지스트를 도포한 웨이퍼를 노광, 현상, 세정하는 각종 공정을 거치고, 레지스트를 패터닝하고, 이어서 상기 웨이퍼를 에칭함으로써 웨이퍼에 레지스트 패턴을 전사하여 형성될 수 있다.

그리고 이러한 에칭 후에는 웨이퍼 표면의 먼지나 자연 산화막을 제거하기 위해 웨이퍼를 세정하는 처리가 행해진다. 세정처리는 표면에 패턴이 형성된 웨이퍼를 약액이나 린스액 등의 처리액 내에 침지하거나, 웨이퍼 표면에 처리액을 공급함으로써 실행된다.

그런데, 반도체 디바이스의 고집적화에 따라 세정처리를 행한 후 처리액을 건조시킬 때, 레지스트나 웨이퍼 표면의 패턴이 붕괴되는 패턴 붕괴가 발생하고 있다.

이러한 패턴 붕괴는, 도 11에 도시된 바와 같이 세정 처리를 끝내고 기판(W) 표면에 남은 처리액(10)을 건조시킬 때, 패턴(11, 12, 13) 좌우의 처리액이 불균일하게 건조되면, 패턴(11, 12, 13)을 좌우로 인장하는 모세관력의 균형이 맞지 않아 처리액이 많이 남아 있는 방향으로 패턴(11, 12, 13)이 붕괴되는 현상에 해당한다.

도 11의 경우, 기판(W)의 상면에서 패턴이 형성되지 않은 좌우 외측 영역의 처리액의 건조가 완료되는 한편, 패턴(11, 12, 13)의 간극에는 처리액(10)이 잔존하고 있는 상태를 나타내고 있다. 그 결과, 패턴(11, 12, 13) 사이에 잔존하는 처리액(10)으로부터 받는 모세관력에 의해, 좌우 양측의 패턴(11, 13)이 내측을 향해 붕괴된다.

전술한 패턴 붕괴를 일으키는 모세관력은 세정처리 후의 기판(W)을 둘러싸는 대기 분위기와 패턴 사이에 잔존하는 처리액과의 사이에 놓인 액체/기체 계면에서 작용하는 처리액의 표면장력에 기인한다.

따라서, 최근에는 기체나 액체와의 사이에서 계면을 형성하지 않는 초임계 상태의 유체(이하, '초임계유체'라 함)를 이용하여 처리액을 건조시키는 처리 방법이 주목받고 있다.

도 12의 압력과 온도의 상태도에서 온도 조절만을 이용하는 종래기술의 건조방법에서는 은선으로 도시된 바와 같이 반드시 기액 평형선을 통과하므로, 이때에 기액 계면에서 모세관력이 발생하게 된다.

이에 반해, 유체의 온도와 압력 조절을 모두 이용하여 초임계상태를 경유하여 건조하는 경우에는 기액 평형선을 통과하지 않게 되어, 본질적으로 모세관력 프리의 상태로 기판을 건조시키는 것이 가능해진다.

도 12를 참조하여 초임계유체를 이용한 건조를 살펴보면, 액체의 압력을 A에서 B로 상승시키고, 이어서 온도를 B에서 C로 상승시키게 되면 기액 평형선을 통과하지 않고 초임계상태 C로 전환된다. 또한, 건조공정이 종료된 경우에는 초임계유체의 압력을 낮추어 기액 평형선을 통과하지 않고 기체 D로 전환시키게 된다.

한편, 초임계유체를 이용하는 경우 초임계유체를 챔버 내부로 공급하는 경우에 초임계유체의 흐름이 기판의 상면을 따라 원활하게 진행되어야 한다. 그런데, 종래기술에 따른 장치를 살펴보면 다양한 요인으로 인해 초임계유체의 흐름을 방해하는 요인들이 발생하게 된다. 예를 들어, 챔버 내에서 기판이 수평을 유지하지 못하는 경우, 챔버 내부의 구조로 인해 초임계유체의 흐름에 와류가 발생하는 경우, 또는 치환된 유기용매가 원활하게 배출되지 못하는 경우 등이 발생할 수 있다.

이러한 경우, 초임계유체와 유기용매의 치환이 잘 이루어지지 않게 되어 기판의 표면에 파티클 등의 이물질이 부착하여 기판에 손상을 유발할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 챔버의 내부에서 초임계유체의 흐름이 원할하게 진행되도록 하여 기판의 표면에 파티클 부착을 최대한 억제할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 초임계상태의 유체를 이용하여 처리액 또는 유기용매가 도포된 기판에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 기판을 지지하며 상기 챔버의 개구부를 통해 상기 챔버의 내부로 인입 및 상기 챔버의 외부로 인출 가능하게 구비되는 트레이 및 상기 트레이의 상면에 착탈 가능하게 구비되어 상기 기판의 수평을 조절하며 상기 기판의 처짐을 방지하는 복수개의 수평조절부를 구비하는 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 트레이에는 상기 기판이 삽입되는 오목부가 형성되고, 상기 수평조절부는 상기 오목부에 형성될 수 있다.

또한, 상기 수평조절부는 상기 트레이의 중앙부를 중심으로 대칭적으로 배치되는 복수개의 제1 지지부를 구비할 수 있다.

나아가, 상기 수평조절부는 상기 트레이의 중앙부에 위치한 제2 지지부를 더 구비할 수 있다.

한편, 상기 트레이에는 상기 기판 상의 처리유체 또는 유기용매를 배출시킬 수 있는 개구부가 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 트레이에는 상기 기판이 삽입되는 오목부가 형성되고, 상기 개구부는 상기 오목부의 가장자리를 따라 형성될 수 있다.

또한, 상기 개구부는 개구된 면적이 상이한 복수개의 개구부로 구성되며, 상기 복수개의 개구부 중에 개구된 면적이 작은 개구부는 상기 트레이의 중심부와 상기 제1 지지부가 삽입되는 제1 연결홀을 연결하는 연장선에 인접하여 형성될 수 있다.

한편, 상기 트레이에는 상기 기판이 삽입되는 오목부가 형성되고, 상기 오목부의 가장자리에는 상기 오목부의 내측을 향해 돌출된 영역이 없을 수 있다.

나아가, 상기 수평조절부는 상기 트레이의 중앙부를 중심으로 대칭적으로 배치되는 복수개의 제1 지지부를 구비하고, 상기 제1 지지부는 상기 오목부의 가장자리에서 이격되어 배치될 수 있다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 초임계상태의 유체를 이용하여 기판에 대한 처리공정을 수행하는 챔버와, 상기 기판을 지지하며 상기 챔버의 개구부를 통해 상기 챔버의 내부로 인입 및 상기 챔버의 외부로 인출 가능하게 구비되는 트레이를 구비한 기판처리장치의 기판수평조절방법에 있어서, 상기 트레이의 상면에 구비된 수평조절부에 상기 기판이 로딩되는 단계 및 상기 기판의 수평을 조절하는 단계를 구비하며, 상기 기판의 수평을 조절하는 단계에서 상기 기판의 수평을 조절하며, 상기 트레이의 상면과 상기 기판의 하면 사이에 간격을 확보하고, 상기 기판의 상면과 상기 챔버의 내부 천장 사이의 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 기판수평조절방법에 의해 달성될 수 있다.

한편, 상기 기판의 수평을 조절하는 단계는 상기 트레이의 틸팅을 감지하는 단계 및 상기 기판을 상기 트레이에서 언로딩하고 상기 수평조절부의 돌출높이를 조절하는 단계를 구비하고, 상기 수평조절부의 돌출높이를 조절하는 단계는 상기 트레이의 상면에 서로 다른 높이를 가지는 수평조절부를 착탈 가능하게 연결하거나, 상기 수평조절부가 상기 트레이에 삽입되는 깊이를 조절할 수 있다.

나아가, 상기 수평조절부는 상기 트레이의 중앙부를 중심으로 대칭적으로 배치되는 복수개의 제1 지지부와, 상기 트레이의 중앙부에 위치한 제2 지지부로 구성되며, 상기 수평조절부의 돌출높이를 조절하는 단계에서, 상기 제1 지지부의 돌출높이를 조절할 수 있다.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 챔버의 내부에서 초임계유체의 흐름이 원할하게 진행되도록 하여 기판의 표면에 파티클 부착을 최대한 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계유체를 이용한 기판처리장치의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 도 1에서 챔버의 구성을 도시한 측단면도,
도 3은 도 2에서 트레이를 도시한 사시도,
도 4는 일 실시예에 따른 트레이의 구조의 일부 확대 사시도,
도 5는 도 4의 트레이 구조의 일부 측단면도,
도 6은 도 4에 따른 트레이 구조에서 기판에 부착된 파티클을 도시한 도면,
도 7은 다른 실시예에 따른 트레이의 구조의 일부 확대 사시도,
도 8은 도 7의 트레이 구조의 일부 측단면도,
도 9는 도 7에 따른 트레이 구조에서 기판에 부착된 파티클을 도시한 도면,
도 10은 도 7에 따른 트레이 구조에서 기판의 상면에서 초임계유체의 흐름을 도시한 도면,
도 11은 종래기술에 따라 기판 상부의 패턴을 건조시키는 경우에 패턴이 붕괴되는 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 12는 초임계유체를 이용한 처리공정에서 유체의 압력 및 온도 변화를 도시한 상태도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 구조에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.

도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치(1000)의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 챔버(400)의 구성을 도시한 측단면도이다.

초임계유체를 이용한 기판처리장치(1000)는 초임계상태의 유체를 이용하여 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하게 된다. 여기서, 초임계상태의 유체란 물질이 임계상태, 즉 임계온도와 임계압력을 초과한 상태에 도달하면 형성되는 상을 가진 유체에 해당한다. 이러한 초임계상태의 유체는 분자밀도는 액체에 가까우면서도 점성도는 기체에 가까운 성질을 가지게 된다. 따라서, 초임계상태의 유체는 확산력, 침투력, 용해력이 매우 뛰어나 화학반응에 유리하며, 표면장력이 거의 없어 미세구조에 표면장력을 가하지 아니하므로, 반도체소자의 건조공정 시 건조효율이 우수할 뿐 아니라 패턴 붕괴현상을 회피할 수 있어 매우 유용하게 이용될 수 있다.

본 발명에서 초임계유체로는 이산화탄소(CO₂)가 사용될 수 있다. 이산화탄소는 임계온도가 대략 31.1℃이고, 임계압력이 7.38Mpa로 비교적 낮아 초임계상태로 만들기 쉽고, 온도와 압력을 조절하여 그 상태를 제어하기 용이하며 가격이 저렴한 장점이 있다.

또한, 이산화탄소는 독성이 없어 인체에 무해하고, 불연성, 비활성의 특성을 지니게 된다. 나아가, 초임계상태의 이산화탄소는 물이나 기타 유기용매와 비교하여 대략 10배 내지 100배 정도 확산계수(diffusion coefficient)가 높아 침투성이 매우 우수하여 유기용매의 치환이 빠르고, 표면장력이 거의 없어 건조공정에 사용하기 유리한 물성을 가진다. 뿐만 아니라, 건조공정에 사용된 이산화탄소를 기체상태로 전환시켜 유기용매를 분리해 재사용하는 것이 가능하여 환경오염의 측면에서도 부담이 적다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 초임계상태의 유체를 이용하여 처리액 또는 유기용매(10)(이하, '유기용매'라 함)가 도포된 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간(412)을 제공하는 챔버(400)와, 상기 챔버(400)로 유체를 공급하는 유체공급부(600)를 구비할 수 있다.

상기 유체공급부(600)는 유체의 온도 및 압력 중에 적어도 하나를 조절하여 메인공급라인(120)을 통해 상기 챔버(400)로 유체를 공급할 수 있다.

예를 들어, 상기 유체공급부(600)는 상기 유체를 저장하는 유체저장부(100)와, 상기 유체저장부(100)와 상기 챔버(400)를 연결하는 메인공급라인(120)을 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 메인공급라인(120)을 따라 압력조절부(200)와 온도조절부(300)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 압력조절부(200)는 예를 들어 압력펌프 등으로 구성될 수 있으며, 상기 온도조절부(300)는 상기 유체를 가열하는 히터 또는 열교환기 등으로 구성될 수 있다.

나아가, 상기 메인공급라인(120)에는 상기 유체의 압력 및 온도 중에 적어도 하나를 감지하는 감지부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 상기 감지부에서 감지된 압력 및 온도에 따라 상기 메인공급라인(120)에 유동하는 유체의 압력 및 온도가 조절될 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(1000)는 상기 압력조절부(200)와 온도조절부(300)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 감지부에서 감지한 압력 및 온도를 기초로 상기 압력조절부(200)와 온도조절부(300)를 제어할 수 있다.

한편, 상기 기판(W)에 대한 처리공정을 수행하는 경우, 상기 챔버(400) 내부로 공급된 유체를 초임계상태로 전환시킬 수 있도록 상기 챔버(400)의 처리공간(412)의 온도 및 압력은 임계온도 및 임계압력 이상으로 유지될 수 있어야 한다.

이를 위하여, 상기 메인공급라인(120)을 따라 상기 유체가 이동하는 중에 상기 압력조절부(200)에 의해 상기 유체를 임계압력 또는 그 이상의 압력으로 가압할 수 있으며, 또한 상기 온도조절부(300)에 의해 상기 유체를 임계온도 또는 그 이상의 온도로 가열할 수 있다.

한편, 상기 메인공급라인(120)은 상기 챔버(400)의 상부에 연결되는 제1 공급라인(150)과, 상기 챔버(400)의 하부로 연결되는 제2 공급라인(160)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 공급라인(150)은 상기 챔버(400)의 상부의 대략 중앙부에 연결될 수 있으며, 마찬가지로 상기 제2 공급라인(160)은 상기 챔버(400)의 하부의 대략 중앙부에 연결될 수 있다. 상기 메인공급라인(120)이 상기 제1 공급라인(150)과 제2 공급라인(160)으로 분기되기 전에 상기 메인공급라인(120)에 공급밸브(122)가 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1 공급라인(150)에는 유체의 흐름을 온/오프로 제어하는 제1 밸브(152)가 구비될 수 있고, 상기 제2 공급라인(160)에는 마찬가지로 유체의 흐름을 온/오프로 제어하는 제2 밸브(162)가 구비될 수 있다.

나아가, 도면에는 도시되지 않지만 상기 제1 공급라인(150)에는 유체에서 이물질 등을 필터링하는 제1 필터가 구비될 수 있고, 상기 제2 공급라인(160)에는 마찬가지로 유체에서 이물질 등을 필터링하는 제2 필터가 구비될 수 있다.

또한, 상기 챔버(400)에는 처리공간(412)의 유체를 외부로 배출할 수 있는 배출라인(146)이 더 구비된다. 상기 기판(W)에 대한 처리공정 중에 또는 처리공정이 종료된 경우 상기 챔버(400)의 내부에서 외부로 상기 배출라인(146)을 통해 유체를 배출할 수 있다. 상기 배출라인(146)에는 배출밸브(540)가 구비될 수 있으며, 예를 들어 비례제어밸브(Proportional valve)로 구성될 수 있다.

또한, 상기 배출라인(146)은 복수개로 구성되어 상기 챔버(400)의 하부의 중앙부에서 이격되어 배치될 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이 상기 챔버(400)의 하부의 중앙부에는 상기 제2 공급라인(160)이 연결되므로, 상기 배출라인(146)은 상기 제2 공급라인(160)과 간섭을 피하기 위해 상기 챔버(400)의 하부의 중앙부에서 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 복수개의 배출라인(146)은 중앙부를 중심으로 대칭적으로 배치되어, 상기 처리공간(412)의 유체를 보다 효과적으로 배출시킬 수 있다.

한편, 상기 챔버(400)는 초임계상태의 유체를 이용하여 상기 기판(W)에 대한 건조공정 등과 같은 처리공정을 수행하는 처리공간(412)을 제공할 수 있다. 상기 챔버(400)는 일측에 개구부(414)가 형성되며, 내측에서 상기 기판(W)에 대한 고압 공정을 처리하기에 적합한 재질로 제작될 수 있다.

상기 챔버(400)의 처리공간(412)은 밀폐상태를 유지하여, 상기 처리공간(412)으로 공급된 유체의 압력을 임계압력 이상으로 유지할 수 있게 된다.

또한, 상기 챔버(400)에는 상기 처리공간(412)의 온도를 소정온도 이상으로 유지할 수 있도록 가열부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 상기 가열부에 의해 상기 기판(W)에 대한 공정 중에 상기 처리공간(412)의 온도, 또는 상기 처리공간(412)에 수용된 유체의 온도를 임계온도 이상으로 유지할 수 있다.

한편, 상기 챔버(400)에는 상기 기판(W)을 지지하는 기판지지유닛을 구비할 수 있다. 본 실시예에서 상기 기판지지유닛은 트레이유닛(450)으로 구성될 수 있다.

상기 트레이유닛(450)은 상기 개구부(414)를 통해 상기 챔버(400)의 처리공간(412)으로 인입되거나, 또는 상기 처리공간(412)에서 상기 개구부(414)를 통해 상기 챔버(400)의 외부로 인출될 수 있다.

예를 들어, 상기 트레이유닛(450)은 상기 기판(W)을 지지하며, 상기 챔버(400)의 개구부(414)를 통해 상기 챔버(400)의 내부로 인입 및 상기 챔버(400)의 외부로 인출 가능하게 구비되는 트레이(456)와, 상기 트레이(456)의 말단부에 구비되어 상기 개구부(414)를 밀폐하는 커버(452)를 구비할 수 있다.

상기 커버(452)는 상기 트레이(456)의 말단부에 연결될 수 있다.

상기 트레이(456)가 상기 개구부(414)를 통해 상기 처리공간(412)으로 삽입되는 경우 상기 커버(452)가 상기 개구부(414)를 밀폐하게 된다. 이 경우, 상기 커버(452)와 상기 챔버(400) 사이의 실링을 위하여 실링부재(458)를 구비할 수 있다.

한편, 상기 커버(452)에 의해 상기 개구부(414)를 밀폐하는 경우 상기 챔버(400)의 내측에서는 초임계유체를 이용하여 고압의 공정을 진행하게 되므로 상기 커버(452)가 상기 챔버(400) 내측의 압력에 의해 밀리지 않도록 하는 구성이 필요하다.

예를 들어, 상기 커버(452)가 상기 챔버(400)의 내측 압력에 의해 밀리지 않도록 가압하는 셔터(459)를 구비할 수 있다. 상기 셔터(459)는 상기 트레이(456)가 상기 처리공간(412)의 내측으로 삽입되어 상기 커버(452)가 상기 개구부(414)를 막는 경우 상기 커버(452)를 가압하여 상기 커버(452)가 공정 중에 밀리지 않게 한다. 상기 셔터(459)는 상부 또는 하부에서 수직방향으로 이동하여 상기 커버(452)의 외측면에서 상기 커버(452)를 상기 챔버(400)를 향해 가압할 수 있다. 이와 같이 커버(452)를 가압하는 구성은 일예를 들어 설명한 것이며, 다양하게 변형되어 적용될 수 있다.

한편, 상기 트레이(456)에는 상기 기판(W)이 안착되어 지지될 수 있다.

도 3은 상기 트레이(456)를 도시한 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 트레이(456)에는 상기 기판(W)의 수평을 조절하며 상기 기판(W)의 처짐을 방지하는 복수개의 수평조절부(480)를 구비할 수 있다. 상기 수평조절부(480)는 상기 트레이(456)의 상면에 착탈 가능하게 구비될 수 있다.

상기 트레이(456) 상에 상기 기판(W)이 안착되는 경우에 상기 기판(W)이 수평을 유지하지 못하고 틸팅(tilting)되면 상기 기판(W)의 상면을 따라 유동하는 처리유체의 흐름이 불균일하게 되어 처리유체와 유기용매의 치환이 적절히 발생하지 않을 수 있다. 이는 상기 기판(W)에 파티클 발생 요인이 될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 기판(W)의 수평을 유지하고 나아가 처짐을 방지하기 위하여 수평조절부(480)를 구비할 수 있다.

한편, 상기 트레이(456)에는 상기 기판(W)이 삽입되는 오목부(464)가 형성되고, 상기 수평조절부(480)는 상기 오목부(464)의 베이스(461)에 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 수평조절부(480)는 상기 베이스(461)에 착탈 가능하게 구비될 수 있다.

예를 들어, 상기 베이스(461)에 연결홀(470)이 형성되고, 상기 수평조절부(480)가 상기 연결홀(470)에 착탈 가능하게 구비될 수 있다. 도 3에서는 상기 수평조절부(480)가 제외된 연결홀(470)을 도시하고 있다.

이 경우, 상기 수평조절부(480)의 하단부가 상기 연결홀(470)에 삽입 및 분리 가능하게 연결되거나, 또는 상기 연결홀(470)의 내측에 나사산이 형성되고, 상기 수평조절부(480)의 하단부에도 나사산이 형성되어 상기 수평조절부(480)를 나사산에 의해 연결할 수도 있다. 이러한 수평조절부(480)의 연결구조는 일예를 들어 설명한 것이며 다양하게 변형 가능하다.

한편, 상기 수평조절부(480)는 상기 기판(W)의 수평을 유지하는 역할을 하므로, 높이 조절이 가능하게 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 수평조절부(480)를 구비하는 경우에 다양한 높이를 가지는 복수개의 세트로 구성되어, 적절한 높이의 수평조절부(480)를 상기 트레이(456)에 장착할 수 있다.

또는 상기 수평조절부(480)를 전술한 바와 같이 나사산에 의해 결합하는 경우에는 상기 수평조절부(480)를 회전시켜 상기 연결홀(470)에 삽입되는 깊이를 조절하여 상기 수평조절부(480)의 돌출된 높이를 조절할 수도 있다.

한편, 상기 수평조절부(480)는 상기 트레이(456)의 중앙부를 중심으로 대칭적으로 배치되는 복수개의 제1 지지부(482)를 구비할 수 있다. 상기 제1 지지부(482)를 위한 제1 연결홀(471)은 도면에서는 3개로 도시되지만, 이에 한정되지는 않으며 3개 이상 구비될 수도 있다.

이 경우, 상기 제1 연결홀(471)은 상기 베이스(461)의 중앙부를 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 상기 제1 연결홀(471)이 대칭적으로 배치되는 경우에 상기 제1 지지부(482)에 의해 상기 기판(W)을 보다 안정적으로 지지할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 제1 연결홀(471)에 착탈 가능하게 연결되는 제1 지지부(482)는 전술한 바와 같이 높이 조절이 가능하도록 구성되어, 상기 기판(W)의 수평을 유지하게 된다.

한편, 상기 수평조절부(480)는 상기 트레이의 중앙부에 위치한 제2 지지부(484)를 더 구비할 수 있으며, 상기 트레이(456)의 베이스(461)의 중앙부에 상기 제2 지지부(484)가 착탈 가능하게 연결되는 제2 연결홀(472)이 더 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이 상기 기판(W)의 수평을 유지하기 위하여 복수개의 제1 지지부(482)를 구비하는 경우에 상기 기판(W)의 중앙부에 처짐이 발생할 수 있다. 상기 제2 지지부(484)는 상기 기판(W)의 중앙부의 처짐을 방지하여 상기 기판(W)의 수평을 유지하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 트레이(456)에는 상기 기판(W)을 상기 수평조절부(480)에 안착시키는 리프트핀(미도시)이 관통하는 핀홀(466)이 형성될 수 있다. 상기 핀홀(466)은 예를 들어 3개로 구성되며 대칭적으로 배치될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 챔버(400) 내에서 초임계유체를 이용하여 상기 기판(W)에 대한 건조공정 등의 처리공정을 진행하는 경우 기상의 처리유체가 액상의 유기용매(10)로 침투하여 유기용매(10)를 치환하면서 처리유체가 혼합된 유기용매(10)의 부피가 팽창하게 된다. 이러한 상태에서 임계압력을 지나게 되면 처리유체가 초임계상태로 변화하면서 부피가 급격히 팽창하게 된다. 처리유체가 초임계상으로 변화하는 경우에 처리유체가 혼합된 유기용매(10)의 두께가 급격히 증가하며 표면장력이 저하되기 때문에 상기 기판(W)의 가장자리에서 유기용매가 드랍(drop)될 수 있다. 이와 같이 유기용매(10)가 드랍되면 상기 기판(W)과 트레이(456) 사이로 침투할 수 있다.

또한, 상기 기판(W)에 대한 처리공정에서 상기 챔버(400)의 상부를 통해 공급되는 처리유체가 상기 기판(W)의 상면을 지나 하부로 원활하게 배출되는 것이 필요하다. 그런데, 상기 트레이(456)의 상면에 전술한 바와 같이 상기 오목부(464)가 형성되면 상기 처리유체의 배출이 힘들 수 있다.

따라서, 상기 트레이(456)에는 상기 처리유체 또는 유기용매를 배출시킬 수 있는 개구부(462, 463)가 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 개구부(462, 463)는 상기 오목부(464)의 베이스(461)의 가장자리를 따라 형성될 수 있다. 또는 상기 개구부(462, 463)는 상기 오목부(464)에 상기 기판(W)이 안착된 경우에 상기 기판(W)의 가장자리의 하부를 따라 형성될 수 있다. 또는, 상기 개구부(462, 463)는 상기 베이스(461)의 중앙부에서 상기 기판(W)의 반경을 따라 형성될 수도 있다.

이와 같이 상기 개구부(462, 463)가 배치되는 경우에 상기 기판(W)의 상면을 지난 처리유체 또는 유기용매를 상기 개구부(462, 463)를 통해 상기 트레이(456)의 하부로 이동시켜, 상기 챔버(400)의 하부에 연결된 배출라인(146)을 통해 원활하게 배출할 수 있다.

상기 개구부(462, 463)는 복수개로 형성될 수 있으며, 상기 개구부(462, 463)의 사이에 상기 오목부(464)의 측벽(468)에 연결되는 연결부(465)가 형성될 수 있다.

한편, 상기 개구부(462, 463)는 모두 동일한 너비 및 길이를 가지거나, 또는 도면에 도시된 바와 같이 상기 개구부(462, 463)의 너비 및 길이 중에 적어도 하나가 다르게 형성될 수도 있다.

도 3에는 일예로써 너비가 일정하고 길이가 다른 2가지 종류의 개구부(462, 463)가 도시된다. 상대적으로 길이가 긴 제1 개구부(462) 사이에 한 개 또는 복수개의 제2 개구부(463)가 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 개구부(463)의 길이는 상기 제1 개구부(462)에 비해 더 짧을 수 있다. 이와 같은 개구부(462, 463)의 너비 및 길이를 포함하는 형상은 다양하게 변형될 수 있다.

한편, 상기 개구부(462, 463)가 상기 제1 개구부(462)와 상기 제2 개구부(463)와 같이 개구된 면적이 다른 형태로 구성되는 경우 상기 제1 개구부(462)와 상기 제2 개구부(463)의 배치는 상기 트레이(456)의 강성을 고려하여 결정될 수 있다.

일반적으로 상기 개구부(462, 463)의 개구된 면적이 넓을수록 처리유체의 원활한 흐름에 유리하다. 반면에, 상기 개구부(462, 463)의 개구된 면적이 넓을수록 상기 트레이(456)을 강성을 떨어뜨리게 된다.

또한, 본 발명에 따른 기판처리장치(1000)의 경우, 공정 시작 시 상기 챔버(400)의 하부의 제2 공급라인(160)을 통해 고압의 처리유체가 상기 트레이(456)의 하면을 향해 분사된다. 이 경우, 상기 트레이(456)의 하면에 고압의 처리유체에 의한 압력이 가해질 수 있다. 따라서, 상기 트레이(456)가 처리유체의 압력에 저항할 수 있는 강성을 가지는 것이 바람직하다.

특히, 상기 제1 지지부(482)의 높이를 조절하여 싱기 기판(W)의 수평을 조절한 상태에서 처리유체의 압력에 의해 상기 트레이(456)에 변형이 생기게 되면, 상기 변형에 의해 상기 기판(W)의 수평이 다시 틀어질 수 있다. 따라서, 상기 제1 지지부(482)가 배치되는 상기 트레이(456)의 영역에 상대적으로 높은 강성이 필요하게 된다.

결국, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 트레이(456)의 중심부와 상기 제1 지지부(482)를 위한 제1 연결홀(471)을 연결하는 연장선(C1, C2, C3) 상에 전술한 연결부(465)를 마련하여 상기 트레이(456)의 상기 제1 연결홀(471)의 영역의 강성을 보강할 수 있다. 나아가, 상기 연결부(465)에 의해 상기 제1 개구부(462)에 비해 개구된 면적이 상대적으로 작은 상기 제2 개구부(463)가 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제2 개구부(463)는 상기 트레이(456)의 중심부와 상기 제1 연결홀(471)을 연결하는 연장선(C1, C2, C3)에 인접하여 형성될 수 있다. 또는 상기 제2 개구부(463)는 상기 트레이(456)의 중심부와 상기 제1 연결홀(471)을 연결하는 연장선(C1, C2, C3)의 양측에 형성될 수도 있다.

한편, 도 4는 일 실시예에 따른 상기 트레이(456)의 구조의 일부 확대 사시도이고, 도 5는 도 4의 트레이(456)의 구조의 일부 측단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예의 경우 상기 오목부(464)의 측벽(468)에서 돌출한 돌출부(457)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 기판(W)을 지지하는 지지부(451)는 상기 돌출부(457)에 인접하여 배치될 수 있다.

이 경우, 상기 지지부(451)의 높이(H)는 대략 1.5mm에 해당하며, 상기 기판(W)의 가장자리와 상기 돌출부(457) 사이의 직선거리(D1)는 대략 1.5mm에 해당하며, 상기 기판(W)의 가장자리와 상기 돌출부(457)의 하부 가장자리 사이의 대각거리(D2)는 대략 2.12mm에 해당하게 된다.

이와 같은 구조에서는 상기 기판(W)의 상면을 따라 하부로 유동하는 처리유체의 유로공간이 매우 협소하며, 또한, 상기 지지부(451)가 상기 돌출부(457)에 매우 인접하여 배치되므로 상기 기판(W)과 상기 돌출부(457) 사이의 공간으로 상기 처리유체가 유동하는 경우에 난류 또는 소용돌이가 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 처리유체와 상기 유기용매의 치환이 원활하게 이루어지지 않게 되어 파티클 발생의 요인이 될 수 있다.

도 6은 도 4에 따른 상기 트레이(456) 구조에서 상기 기판(W)에 대한 처리공정 후에 상기 기판(W)에 부착된 파티클을 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이 상기 기판(W)의 가장자리를 따라 점선으로 표시된 영역에 파티클이 집중적으로 부착된 것을 알 수 있다. 이 경우, 상기 점선 영역은 도 4에서 상기 돌출부(457)가 배치된 영역에 대응한다. 따라서, 상기 돌출부(457)에 의해 상기 처리유체의 흐름이 원활하지 않아 파티클이 발생됨을 알 수 있다.

한편, 도 7은 전술한 문제점을 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 트레이(456)의 구조의 일부 확대 사시도이고, 도 8은 도 7의 트레이(456)의 구조의 일부 측단면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예의 경우 상기 오목부(464)의 측벽(468)에서 내측을 향해 돌출된 영역이 없으며, 상기 오목부(464)의 측벽(468)이 상기 기판(W)과 일정한 거리를 유지하게 된다. 또한, 상기 제1 지지부(482)는 상기 오목부(464)의 가장자리에서 이격되어 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 기판(W)의 하면과 베이스(461) 사이의 높이(H')는 대략 1.5mm에 해당하며, 상기 기판(W)의 가장자리와 상기 측벽(468) 사이의 직선거리(D1')는 대략 9.4mm에 해당하며, 상기 기판(W)의 가장자리와 상기 베이스(461)의 가장자리 사이의 대각거리(D2')는 대략 9.52mm에 해당하게 된다.

이와 같은 구조에서는 상기 기판(W)의 상면을 따라 하부로 유동하는 처리유체의 유로공간이 충분하며, 또한, 상기 제1 지지부(482)가 상기 오목부(464)의 가장자리에서 이격되어 배치되므로 상기 기판(W)과 상기 오목부(464)의 측벽(468) 사이의 공간으로 상기 처리유체가 유동하는 경우에 난류 또는 소용돌이의 발생을 방지할 수 있다.

도 9는 도 7에 따른 트레이(456)의 구조에서 상기 기판(W)에 대한 처리공정 후에 상기 기판(W)에 부착된 파티클을 도시한 도면이며, 도 10은 상기 기판(W)의 상면에서 처리유체의 흐름을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 전술한 실시예의 도 6의 도면과 비교하여 전체적으로 파티클의 개수가 감소하였음을 알 수 있으며, 나아가 도 10에 도시된 바와 같이 처리유체가 상기 기판(W)의 상면에서 가장자리를 향해 균일하게 흐르게 되어 상기 기판(W)의 일부 영역에 파티클이 집중되지 않고 분산되어 있음을 알 수 있다.

한편, 전술한 구성을 가지는 기판처리장치(1000)에서 상기 기판(W)의 수평을 조절하는 기판수평조절방법을 살펴보면 다음과 같다.

상기 기판수평조절방법은 상기 트레이(456)의 상면에 구비된 상기 수평조절부(480)에 상기 기판(W)이 로딩되는 단계 및 상기 기판(W)의 수평을 조절하는 단계를 구비할 수 있다.

예를 들어, 상기 기판(W)의 수평을 조절하는 단계는 상기 트레이(456)의 틸팅을 감지하는 단계 및 상기 기판(W)을 상기 트레이(456)에서 언로딩하고 상기 수평조절부(480)의 돌출높이를 조절하는 단계를 구비할 수 있다.

상기 트레이(456)의 틸팅을 감지하는 단계는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 트레이(456)의 틸팅을 감지하는 감지부에 의해 상기 트레이(456)의 틸팅을 감지할 수 있다. 또는, 전술한 바와 같이 상기 트레이(456)에 기판(W)을 로딩하고 테스트 공정을 수행하여 기판(W)에 부착된 파티클의 분포에 의해 상기 트레이(456)의 틸팅을 감지할 수도 있다.

상기 트레이(456)가 미리 정해진 기준값 이상으로 틸팅된 경우, 상기 기판(W)의 수평을 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 트레이(456)의 상면에 착탈 가능하게 구비된 상기 수평조절부(480)의 돌출높이를 조절하여 상기 기판(W)의 수평을 조절할 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 수평조절부(480)는 상기 트레이(456)의 중앙부를 중심으로 대칭적으로 배치되는 복수개의 제1 지지부(482)와, 상기 트레이(456)의 중앙부에 위치한 제2 지지부(484)로 구성된다. 이 경우, 상기 제1 지지부(482)의 돌출높이를 조절하여 상기 기판(W)의 수평 조절을 할 수 있다.

즉, 전술한 바와 같이 상기 제1 지지부(482)는 다양한 높이를 가지는 복수개의 세트로 구성될 수 있으므로, 상기 트레이(456)의 상면에 서로 다른 높이를 가지는 제1 지지부(482)를 착탈 가능하게 연결하여 상기 제1 지지부(482)의 돌출 높이를 조절할 수 있다.

또는, 상기 제1 지지부(482)는 나사산에 의해 결합되는 구조도 가능하므로, 상기 제1 지지부(482)를 회전시켜 상기 트레이(456)에 삽입되는 깊이를 조절하여 상기 제1 지지부(482)의 돌출된 높이를 조절할 수도 있다.

이와 같이 상기 기판(W)의 수평을 조절하는 경우, 상기 트레이(456)의 상면과 상기 기판(W)의 하면 사이에 처리액이 치환된 초임계유쳬의 유로를 형성하도록 간격을 확보할 수 있으며, 나아가 상기 기판(W)의 상면과 상기 챔버(400)의 내부 천장 사이의 간격도 조절할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

W : 기판
100 : 유체저장부
120: 메인공급라인
122 : 공급밸브
146 : 배출라인
150 : 제1 공급라인
152 : 제1 밸브
160 : 제2 공급라인
162 : 제2 밸브
200 : 온도조절부
300 : 압력조절부
400 : 챔버
412 : 처리공간
450 : 트레이유닛
452 : 커버
456 : 트레이
462 : 제1 개구부
463 : 제2 개구부
470 : 연결홀
471 : 제1 연결홀
472 : 제2 연결홀
480 : 수평조절부
482 : 제1 지지부
484 : 제2 지지부
540 : 배출밸브
600 : 유체공급부
1000 : 기판처리장치

Claims

초임계상태의 유체를 이용하여 처리액 또는 유기용매가 도포된 기판에 대한 처리공정을 수행하는 처리공간을 제공하는 챔버;
상기 기판을 지지하며 상기 챔버의 개구부를 통해 상기 챔버의 내부로 인입 및 상기 챔버의 외부로 인출 가능하게 구비되는 트레이; 및
상기 트레이의 상면에 착탈 가능하게 구비되어 상기 기판의 수평을 조절하며 상기 기판의 처짐을 방지하는 복수개의 수평조절부;를 구비하며,
상기 수평조절부는 상기 트레이의 중앙부를 중심으로 대칭적으로 배치되는 복수개의 제1 지지부와, 상기 트레이의 중앙부에 위치한 제2 지지부를 구비하고,
상기 트레이에는 상기 기판이 삽입되는 오목부가 형성되고, 상기 기판 상의 처리유체 또는 유기용매를 배출시킬 수 있는 개구부가 상기 오목부의 가장자리를 따라 형성되며,
상기 트레이의 상기 개구부는 개구된 면적이 상이한 복수개의 개구부로 구성되며, 상기 복수개의 개구부 중에 개구된 면적이 작은 개구부는 상기 트레이의 중심부와 상기 제1 지지부가 삽입되는 제1 연결홀을 연결하는 연장선에 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,
상기 수평조절부는 상기 오목부에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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제1항에 있어서,
상기 오목부의 가장자리에는 상기 오목부의 내측을 향해 돌출된 영역이 없는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 지지부는 상기 오목부의 가장자리에서 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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