KR100744145B1 - 초임계 유체를 이용하는 웨이퍼 처리 장치 및 웨이퍼 처리방법 - Google Patents

초임계 유체를 이용하는 웨이퍼 처리 장치 및 웨이퍼 처리방법 Download PDF

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Abstract

초임계 유체를 이용하는 웨이퍼 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법에 관하여 개시한다. 웨이퍼 처리 장치는 복수의 챔버와, 초임계 상태의 제1 유체를 공급하기 위한 제1 공급부와, 상기 제1 유체와는 다른 종류의 제2 유체와 상기 제1 유체와의 혼합물을 공급하기 위한 제2 공급부를 포함한다. 제어부에서는 복수의 챔버중 하나인 제1 챔버를 선택하여 제1 챔버에만 제1 유체가 공급되도록 복수의 밸브의 개폐 상태를 제어하고, 복수의 챔버중 제1 챔버와는 다른 제2 챔버를 선택하여 제2 챔버에만 혼합물이 공급되도록 복수의 제2 밸브의 개폐 상태를 제어한다. 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 방법에서는 웨이퍼에 대한 식각, 세정 또는 건조 공정과 같은 처리 공정을 진행하는 데 있어서 복수의 챔버중 1 개의 챔버에 대하여만 처리 공정을 행하고, 그 챔버에서의 처리 공정이 완료되면 순차적으로 그 다음 순서의 챔버에서 웨이퍼의 처리 공정이 이루어지는 방식으로 각 챔버 마다 순차적으로 웨이퍼 처리 공정을 행한다.
초임계 유체, CO₂, 공용매, 챔버, 식각, 세정

Description

초임계 유체를 이용하는 웨이퍼 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법{Apparatus and method for treating wafers using supercritical fluid}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치의 요부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 공급부의 보다 상세한 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 제2 공급부에서 제2 유체를 공급하기 위한 예시적인 장치 구성을 보여주는 도면이다.
도 4a는 도 1에 도시된 챔버의 예시적인 구성을 보여주는 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 처리 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 웨이퍼 처리 방법에서 웨이퍼 처리 시간이 1분으로 설정된 경우에 각 챔버내에서의 시간 경과에 따른 압력 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 웨이퍼 처리 방법에서 웨이퍼 처리 시간이 3분으로 설정된 경우에 각 챔버내에서의 시간 경과에 따른 압력 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 예시적인 웨이퍼 처리 방법에서 웨이퍼 처리 시간이 5분으로 설정된 경우에 각 챔버내에서의 시간 경과에 따른 압력 프로파일을 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
20: 봄베, 22: 응축기, 24: 가압 펌프, 26: 밸브, 28: 공급 라인, 32, 34: 밸브, 42, 44, 46: 봄베, 52, 54, 56: 밸브, 60: 가압 펌프, 62: 체크 밸브, 100: 웨이퍼 처리부, 110: 로드락, 120: 챔버, 122, 124: 케이스, 132: 척, 142: 하우징, 152: 유체 주입구, 154: 배출구, 210: 제1 공급부, 212: 제1 유체, 214: 제2 유체, 216: 제1 분기 라인, 218: 제2 분기 라인, 220: 제2 공급부, 224: 혼합 탱크, 226: 공급 라인, 230: 제1 공급 라인, 232: 제1 밸브, 234: 제2 밸브, 240: 제2 공급 라인, 242: 체크 밸브, 244: 공급 라인, 250: 제어부, 260: 처리 시간 제어부, 262: 타이머, 270: 압력 조절부, 272: 압력 조절 장치, 280: 분리기, 282: 배기 라인, 284: 체크 밸브, 286: 리사이클라인, 288: 초임계 유체 리사이클 필터, 290: 공급 라인 개폐부.
본 발명은 반도체 소자 제조 장치 및 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 초임계 유체를 이용하는 웨이퍼 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 디자인 룰 (design rule)이 감소함에 따라 아스펙트비 (aspect ratio)가 큰 깊고 좁은 콘택 형성 공정 및 이에 수반되는 식각 또는 세정 공정이 요구되고 있다. 이와 같이 큰 아스펙트비를 가지는 구조물이 형성된 웨이퍼에 대하여 소정의 처리 공정, 예를 들면 식각, 세정, 건조 등의 처리 공정을 행하는 데 있어서, 통상의 습식 공정을 이용하는 경우에는 웨이퍼 표면의 다른 막질의 손상 및 물반점 등에 의한 불량이 빈번하게 발생된다. 또한, 비교적 큰 두께를 가지는 막, 예를 들면 커패시터의 스토리지 노드 형성시 희생용 막으로 사용되는 몰드 산화막을 제거하기 위한 식각 공정에서 습식 식각 공정을 이용하는 경우에는 순수의 높은 표면 장력으로 인해 상기 몰드 산화막이 제거된 후 스토리지 노드가 쓰러지는 리닝(leaning) 현상이 발생되기도 한다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 노력으로서 초임계 CO2를 용매로 이용하여 웨이퍼상의 소정막을 식각, 세정 또는 건조시키는 방법들이 제안되었다. 그러나, 지금까지 제안된 초임계 CO2를 이용한 웨이퍼 처리 공정에서는 고온 고압의 초임계 상태를 유지하기 위하여 매엽식 장비를 이용하여 1 매의 웨이퍼씩 처리 공정을 행한다. 그 결과, 공정 쓰루풋(throughput)이 저하되어 양산성 확보에 매우 불리하다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술에서의 문제들을 해결하고자 하는 것으로, 초임계 유체를 이용하는 웨이퍼 처리 공정에서 처리된 웨이퍼간 균일도 (uniformity)를 향상시킬 수 있고 다량의 웨이퍼를 처리하는 경우에도 불필요한 시간 손실을 줄여 공정 쓰루풋을 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 웨이퍼 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 초임계 유체를 이용하는 웨이퍼 처리 공정에서 처리된 웨이퍼간 균일도를 향상시킬 수 있고 다량의 웨이퍼를 처리하는 경우에도 불필요한 시간 손실을 줄여 공정 쓰루풋을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치는 복수의 챔버를 구비하는 웨이퍼 처리부와, 초임계 상태의 제1 유체를 상기 웨이퍼 처리부에 공급하기 위한 제1 공급부와, 상기 제1 유체와는 다른 종류의 제2 유체와 상기 제1 유체와의 혼합물을 상기 웨이퍼 처리부에 공급하기 위한 제2 공급부를 포함하는 유체 공급부를 포함한다. 상기 제1 공급부로부터 공급되는 상기 제1 유체가 상기 복수의 챔버에 각각 공급될 수 있도록 상기 제1 공급부와 상기 복수의 챔버와의 사이에는 복수의 제1 공급 라인이 연결되어 있다. 상기 제2 공급부로부터 공급되는 상기 혼합물이 상기 복수의 챔버에 각각 공급될 수 있도록 상기 제2 공급부와 상기 복수의 챔버와의 사이에는 복수의 제2 공급 라인이 연결되어 있다. 상기 복수의 제1 공급 라인을 통한 상기 제1 유체의 공급을 개방 또는 차단시키기 위하여 상기 복수의 제1 공급 라인에는 복수의 제1 밸브가 설치되어 있다. 상기 복수의 제2 공급 라인을 통한 상기 혼합물의 공급을 개방 또는 차단시키기 위하여 상기 복수의 제2 공급 라인에는 복수의 제2 밸브가 설치되어 있다. 또한, 상기 복수의 챔버중에서 웨이퍼 처리를 위한 제1 챔버를 선택하여 상기 선택된 제1 챔버에만 상기 제1 유체가 공급되도록 상기 복수의 제1 밸브의 개폐 상태를 제어하고, 상기 복수의 챔버중에서 상기 제1 챔버와는 다른 제2 챔버를 선택하여 상기 제2 챔버에만 상기 혼합물이 공급되도록 상기 복수의 제2 밸브의 개폐 상태를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 유체는 초임계 CO2로 이루어질 수 있고, 상기 제2 유체는 알콜계 공용매, 불소함유 화합물, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치는 상기 웨이퍼 처리부의 챔버 내에서의 웨이퍼 처리 시간을 제어하기 위하여 상기 복수의 챔버 각각의 주위에 설치되어 있는 복수의 타이머(timer)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치는 상기 복수의 챔버 내에서의 압력과, 상기 제1 공급 라인 및 제2 공급 라인에서의 압력을 각각 제어하기 위하여 상기 복수의 챔버 각각의 주위에 설치되어 있는 복수의 압력 조절 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 챔버는 웨이퍼를 처리하기 위한 밀폐 가능한 처리 공간을 한정하기 위하여 상호 개폐 가능하게 결합되는 2개의 케이스와, 상기 처리 공간 내에서 웨이퍼를 지지하기 위하여 상기 케이스에 각각 결합되어 있는 복수의 척(chuck)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치에서, 상기 제1 공급부는 상기 제1 유체를 제1 압력하에서 액체 상태로 공급하기 위한 제1 용기와, 상기 제1 용기로부터 공급된 상기 제1 유체를 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력으로 압축하여 초임계 상태로 공급하기 위한 응축기(condensor)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 공급부는 상기 응축기로부터 배출되는 상기 제1 유체의 압력을 높이기 위하여 상기 응축기와 상기 웨이퍼 처리부와의 사이에 설치되어 있는 가압 펌프 (booster pump)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치는 상기 웨이퍼 처리부의 챔버에서 배출되는 유체로부터 초임계 유체를 분리하기 위한 분리기(separator)와, 상기 분리기에서 분리된 초임계 유체를 여과하여 상기 제1 공급부로 피드백시키기 위한 리사이클 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치에서, 상기 제어부는 상기 제1 챔버로의 상기 제1 유체의 공급과 상기 제2 챔버로의 상기 혼합물의 공급이 동시에 이루어지도록 상기 복수의 제1 밸브 및 복수의 제2 밸브의 개폐 상태를 제어할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 방법에서는 초임계 상태의 제1 유체를 공급하기 위한 제1 공급 라인과, 상기 제1 유체와는 다른 제2 유체와 상기 제1 유체와의 혼합물을 공급하기 위한 제2 공급 라인이 각각 연결되어 있는 복수의 챔버를 준비한다. 상기 복수의 챔버중에서 선택되는 하나의 제1 챔버 내에서 2개의 웨이퍼가 처리 공간을 사이에 두고 소정 간격 만큼 이격된 상태로 상기 2개의 웨이퍼 각각의 전면이 상호 대향하도록 상기 2개의 웨이퍼를 상 기 제1 챔버 내에 로딩한다. 상기 제1 챔버 내의 상기 처리 공간에 상기 제1 공급 라인으로부터 공급되는 상기 제1 유체를 공급하여 상기 2개의 웨이퍼에 대하여 전처리를 행하는 제1 전처리한다. 상기 제1 전처리 단계에 이어서 연속적으로 상기 제1 챔버 내의 처리 공간에 상기 제2 공급 라인으로부터 공급되는 상기 혼합물을 공급하여 상기 제1 챔버 내의 2개의 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 행하는 제1 처리 과정을 행한다. 상기 제1 처리 과정에 이어서 연속적으로 상기 제1 챔버로부터 웨이퍼를 언로딩하는 제1 언로딩 과정을 행한다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 방법에서는 상기 복수의 챔버중에서 선택되는 하나의 제2 챔버 내에서 2개의 웨이퍼가 처리 공간을 사이에 두고 소정 간격 만큼 이격된 상태로 상기 2개의 웨이퍼 각각의 전면이 상호 대향하도록 상기 2개의 웨이퍼를 상기 제2 챔버 내에 로딩하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 처리 과정에 이어서, 또한 제1 언로딩 과정과 동시에, 상기 제2 챔버 내의 처리 공간에 상기 제2 공급 라인으로부터 공급되는 상기 혼합물을 공급하여 상기 제2 챔버 내의 2개의 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 행하는 제2 처리 공정과, 상기 제2 처리 과정에 이어서 연속적으로 상기 제2 챔버로부터 웨이퍼를 언로딩하는 제2 언로딩 과정을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 방법에서는 상기 복수의 챔버중에서 선택되는 하나의 제3 챔버 내에서 2개의 웨이퍼가 처리 공간을 사이에 두고 소정 간격 만큼 이격된 상태로 상기 2개의 웨이퍼 각각의 전면이 상호 대향하도록 상기 2개의 웨이퍼를 상기 제3 챔버 내에 로딩하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제 2 처리 과정에 이어서, 또한 제2 언로딩 과정과 동시에, 상기 제3 챔버 내의 처리 공간에 상기 제2 공급 라인으로부터 공급되는 상기 혼합물을 공급하여 상기 제3 챔버 내의 2개의 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 행하는 제3 처리 과정과, 상기 제3 처리 과정에 이어서 연속적으로 상기 제3 챔버로부터 웨이퍼를 언로딩하는 제3 언로딩 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 처리 방법에서, 챔버가 N개 (N은 3 이상의 자연수)일 때, 상기 제1 챔버로부터 웨이퍼를 언로딩한 후, 다시 상기 제1 챔버 내에서 2개의 웨이퍼가 처리 공간을 사이에 두고 소정 간격 만큼 이격된 상태로 상기 2개의 웨이퍼의 각각의 전면이 상호 대향하도록 상기 2개의 웨이퍼를 상기 제1 챔버 내에 로딩하는 과정과, 상기 복수의 챔버중 N개의 모든 챔버 내에서 웨이퍼에 대한 소정의 처리가 이루어졌으면, 상기 복수의 챔버중 가장 마지막으로 상기 소정의 처리가 행해진 N번째 챔버에서의 웨이퍼에 대한 소정의 처리 단계에 이어서 연속적으로 상기 제1 챔버 내의 처리 공간에 상기 제2 공급 라인으로부터 공급되는 상기 혼합물을 공급하여 상기 제1 챔버 내의 2개의 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 행하는 제(N+1) 처리 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 챔버중 N개의 모든 챔버 내에서 웨이퍼에 대한 소정의 처리가 이루어졌으면, 상기 제(N+1) 처리 과정 전에, 또한 상기 복수의 챔버중 가장 마지막으로 상기 소정의 처리가 행해진 N번째 챔버에서의 웨이퍼에 대한 소정의 처리 과정과 동시에, 상기 제1 챔버 내의 상기 처리 공간에 상기 제1 공급 라인으로부터 공급되는 상기 제1 유체를 공급하여 상기 2개의 웨이퍼에 대하여 전처리를 행하는 제(N+1) 전처리 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 하나의 챔버 내에 적어도 2 매의 웨이퍼를 로딩하여 이들에 대하여 동시에 웨이퍼 처리 공정을 행함으로써 공정 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 따라서, 초임계 유체를 이용하여 복수 매의 웨이퍼를 처리하는 데 있어서, 웨이퍼 처리에 소요되는 시간을 단축시킴으로써 양산성을 높일 수 있으며, 처리된 웨이퍼의 균일도를 향상시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치의 요부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치는 복수의 챔버(120)를 구비하는 웨이퍼 처리부(100)를 포함한다. 도 1에는 N (N은 자연수)개의 챔버(C1, C2, C3, ..., CN)를 구비하는 웨이퍼 처리부(100)가 도시되어 있다. 또한, 상기 웨이퍼 처리부(100)에서 웨이퍼에 대하여 소정의 처리, 예를 들면 식각, 세정 또는 건조 처리하는 데 필요한 유체를 상기 각 챔버(120)에 공급하기 위하여 유체 공급부(200)가 구비되어 있다. 상기 유체 공급부(200)는 초임계 상태의 제1 유체(212)를 상기 웨이퍼 처리부(100)에 공급하기 위한 제1 공급부(210)와, 상기 제1 유체(212)와는 다른 종류의 제2 유체(214)와 상기 제1 유체(212)와의 혼합물을 상기 웨이퍼 처리부(100)에 공급하기 위한 제2 공급부(220)를 포함한다. 상 기 제2 공급부(220)는 상기 제1 유체(212)와 상기 제2 유체(214)를 혼합하기 위한 혼합 탱크(224)를 포함한다.
상기 제1 유체(212)는 초임계 CO2로 이루어질 수 있다. 상기 제2 유체(214)는 알콜계 공용매, 불소함유 화합물, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 웨이퍼 처리부(100)에 있는 각 챔버(120)에서 행해지는 공정은 웨이퍼상의 소정 막질에 대한 식각 공정일 수 있다. 이 때, 상기 웨이퍼상의 식각 대상막이 산화막인 경우, 상기 제2 유체(214)는 불소 화합물과 피리딘(pyridine)과의 혼합물을 포함할 수 있다. 또는, 상기 제2 유체(214)는 F-AOT (sodium bis(2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro-1-pentyl)-2-sulfosuccinate), 불소계 계면활성제, 및 알콜계 공용매 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 상기 알콜계 공용매로서 예를 들면 메탄올, 에탄올, IPA (isopropyl alcohol), 또는 프로판올을 사용할 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 처리부(100)에 있는 각 챔버(120)에서 행해지는 공정은 웨이퍼상의 소정 막질에 대한 식각 공정과, 상기 식각 공정후 웨이퍼상에 남아 있는 부산물을 제거하기 위한 세정 공정을 포함할 수 있다. 또는, 상기 각 챔버(120)에서 행해지는 공정은 웨이퍼 표명의 세정 공정 만으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 초임계 CO2로 이루어지는 상기 제1 유체(212)와, 공용매로 이루어지는 상기 제2 유체(214)의 혼합물을 사용하여 상기 세정 공정을 행할 수 있다.
상기 제1 유체(212) 및 제2 유체(214)를 구성하는 구체적인 물질은 웨이퍼 상에 있는 식각 대상막 또는 세정 대상막의 종류에 따라 달라질 수 있다.
상기 제1 공급부(210)와 상기 복수의 챔버(120)와의 사이에는 상기 제1 공급부(210)로부터 공급되는 상기 제1 유체(212)를 상기 복수의 챔버(120)에 각각 공급하기 위한 복수의 제1 공급 라인(230)이 설치되어 있다.
상기 제1 공급부(210)로부터 공급되는 제1 유체(212)는 제1 분기 라인(216) 및 복수의 제1 공급 라인(230)을 통해 상기 복수의 챔버(120)에 각각 공급될 수 있다. 상기 복수의 챔버(120)로의 제1 유체(212)의 공급을 개방 또는 차단하는 것은 상기 복수의 제1 공급 라인(230)에 각각 설치되어 있는 복수의 제1 밸브(232)의 개폐 상태에 의해 제어될 수 있다.
또한, 상기 제1 공급부(210)로부터 공급되는 제1 유체(212)는 제2 분기 라인(218)을 통해 상기 혼합 탱크(224)로 공급된다. 상기 혼합 탱크(224)에서는 상기 제1 공급부(210)로부터 공급되는 제1 유체(212)와 공급 라인(226)을 통해 공급되는 제2 유체(214)가 혼합된다. 상기 제2 공급부(220)와 상기 복수의 챔버(120)와의 사이에는 상기 혼합 탱크(224)에서 혼합된 제1 유체(212)와 제2 유체(214)와의 혼합물을 상기 복수의 챔버(120)에 각각 공급하기 위한 복수의 제2 공급 라인(240)이 설치되어 있다. 상기 혼합 탱크(224)로부터 공급되는 상기 제1 유체(212)와 제2 유체(214)와의 혼합물은 공급 라인(244) 및 복수의 제2 공급 라인(240)을 통해 상기 복수의 챔버(120)에 각각 공급될 수 있다. 상기 복수의 챔버(120)로의 상기 혼합물의 공급을 개방 또는 차단하는 것은 상기 공급 라인(244)에 설치되어 있는 체크 밸브(242)와, 상기 복수의 제2 공급 라인(240)에 각각 설치되어 있는 복수의 체크 밸 브(234)의 개폐 상태에 의해 제어될 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 처리부(100)의 후단(後段)에 있는 처리 시간 제어부(260)에는 상기 웨이퍼 처리부(100)의 챔버(120) 내에서의 웨이퍼 처리 시간을 제어하기 위하여 복수의 타이머(timer)(262)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 복수의 챔버(120) 내의 압력과, 상기 웨이퍼 처리부(100)의 전단(前段)의 압력, 특히 상기 제1 공급 라인(230) 및 제2 공급 라인(240)의 압력을 각각 제어하기 위하여 상기 복수의 챔버(120)의 후단에 있는 압력 조절부(270)에는 복수의 압력 조절 장치(272)가 설치되어 있다.
상기 웨이퍼 처리부(100)에서 상기 복수의 챔버(120)중 하나의 챔버(120)에서만 웨이퍼 처리를 위한 소정의 공정이 이루어지도록 하기 위하여 상기 복수의 제1 밸브(232), 복수의 제2 밸브(234) 및 체크 밸브(242) 각각의 개폐 상태를 제어하여 상기 선택된 하나의 챔버(120)에만 웨이퍼 처리 공정에 필요한 유체를 공급하도록 제어할 수 있다. 바람직하게는, 상기 복수의 제1 밸브(232), 복수의 제2 밸브(234) 및 체크 밸브(242)로 이루어지는 공급 라인 개폐부(290)의 각 밸브의 개폐 상태는 제어부(250)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 상기 제어부(250)는 복수의 챔버(120)중 선택된 하나의 챔버에만 상기 제1 유체(212) 또는 상기 제1 유체(212)와 제2 유체(214)와의 혼합물이 공급되도록 상기 복수의 제1 밸브(232), 복수의 제2 밸브(234) 및 체크 밸브(242)로 이루어지는 공급 라인 개폐부(290)의 개폐 상태를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(250)는 상기 복수의 챔버(120)중에서 상기 제1 유체(212)가 공급되는 챔버(120)와는 다른 챔버(120)를 선택하여 그 다른 챔 버(120)에만 상기 제1 유체(212)와 제2 유체(214)와의 혼합물이 공급되도록 상기 복수의 제1 밸브(232), 복수의 제2 밸브(234) 및 체크 밸브(242)로 이루어지는 공급 라인 개폐부(290)의 개폐 상태를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(250)는 상기 복수의 챔버(120)중에서 선택되는 어느 하나의 챔버(120)로 상기 제1 유체(212)를 공급하는 것과, 상기 복수의 챔버(120)중에서 선택되는 다른 하나의 챔버(120)로 상기 제1 유체(212)와 제2 유체(214)와의 혼합물을 공급하는 것이 동시에 이루어지도록 상기 복수의 제1 밸브(232), 복수의 제2 밸브(234) 및 체크 밸브(242)로 이루어지는 공급 라인 개폐부(290)의 개폐 상태를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(250)는 상기 웨이퍼 처리부(100) 및 그 근방에 있는 로드락(110)에 소정의 제어 신호를 제공하여 상기 선택된 하나의 챔버(120)와 상기 로드락(110) 사이에서의 웨이퍼 반송, 즉 상기 선택된 하나의 챔버(120)에서의 웨이퍼 로딩 및 언로딩을 제어할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 챔버(120)중 웨이퍼 처리 공정은 하나의 챔버(120) 내에서만 행해질 수 있다. 또한, 이와 같은 웨이퍼 처리 공정은 처리 대상의 모든 웨이퍼에 대하여 원하는 처리가 완료될 때 까지 상기 복수의 챔버(120)에서 하나의 챔버(120)씩 순차적으로 웨이퍼 처리 공정을 행하여 모든 챔버(120)가 순서대로 웨이퍼 처리 공정에 사용되도록 상기 챔버(120)에서의 웨이퍼 로딩 및 언로딩과, 상기 공급 라인 개폐부(290)에서의 각 밸브의 개폐 상태를 제어하는 역할을 상기 제어부(250)에서 행할 수 있다.
상기 웨이퍼 처리부(100)의 챔버(120)에서 소정의 웨이퍼 처리 공정이 행해 진 후, 상기 챔버(120) 내에 남아 있는 유체 잔류물은 상기 웨이퍼 처리부(100) 후단의 배기 라인(282)을 통해 분리기(separator)(280)로 배출된다. 상기 배기 라인(282)에는 상기 배기 라인(282)을 통한 유체의 흐름을 제어하기 위한 체크 밸브(284)가 설치되어 있다.
상기 분리기(280)는 상기 웨이퍼 처리부(100)의 각 챔버(120)에서 배출되는 유체를 중화시키는 역할을 한다. 예를 들면, 상기 챔버(120)로부터 HF가 배출되는 경우, 이를 중화시키기 위하여 상기 분리기(280) 내에는 1M의 NaOH 수용액이 수용될 수 있다. 상기 챔버(120)에서 유출되는 유체가 산성인 경우에는 상기 분리기(280)에는 염기성 용액이 수용되고, 상기 유체가 염기성인 경우에는 상기 분리기(280) 내에는 산성 용액이 수용된다.
또한, 상기 분리기(280)는 상기 웨이퍼 처리부(100)의 각 챔버(120)에서 배출되는 유체로부터 초임계 유체, 예를 들면 초임계 CO2를 분리하여 이를 리사이클 라인(286)에 있는 초임계 유체 리사이클 필터(288)를 통해 회수하고, 이를 다시 제1 공급부(210)에서 초임계 유체의 원료를 수용하고 있는 봄베(bombe)(도시 생략)로 피드백시킬 수 있다.
도시하지는 않았으나, 상기 제1 분기 라인(216) 또는 상기 공급 라인(244)을 통해 공급되는 유체가 상기 웨이퍼 처리부(100)에 도달하기 전에, 상기 공급 라인 개폐부(290)에서 상기 유체의 압력을 상기 웨이퍼 처리부(100)에서 실제로 적용되는 압력으로 미리 올리기 위하여 상기 공급 라인 개폐부(290)에 가압 펌프가 더 구 비될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 상기 제1 공급부(210)의 보다 상세한 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 공급부(210)는 상기 제1 유체(212)의 원료, 예를 들면 CO2가 저장되어 있는 봄베(20)를 포함한다. 상기 봄베(20)에 저장된 CO2는 약 800 psi의 압력하에서 액체 상태로 응축기(22)에 공급된다. 상기 응축기(22)에서는 상기 봄베(20)로부터 공급된 원료를 보다 높은 압력으로 압축하여 초임계 상태의 유체를 생성시킨다. 상기 응축기(22)로부터 배출되는 유체는 가압 펌프 (booster pump)(24)를 통과하면서 보다 더 높은 압력, 예를 들면 약 2000 ∼ 3500 psi의 압력을 가지는 초임계 상태의 상기 제1 유체(212)로 된다. 상기 가압 펌프(24)의 후단에 있는 공급 라인(28)에 설치된 밸브(26), 상기 제1 분기 라인(216)에 설치된 밸브(32), 그리고 상기 제2 분기 라인(218)에 설치된 밸브(34) 각각의 개폐 동작에 따라 상기 제1 유체(212)가 상기 제1 분기 라인(216) 또는 상기 제2 분기 라인(218)으로 전달된다.
도시하지는 않았으나, 상기 봄베(20)와 상기 응축기(22)와의 사이에는 상기 봄베(20)로부터 공급되는 초임계 유체 원료의 온도를 원하는 수준으로 유지하기 위한 냉각 자켓과, 상기 냉각 자켓에서의 설정 온도 및 상기 응축기(22)에서의 설정 온도를 제어하기 위한 온도 조절용 냉각기가 설치될 수 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 상기 제2 분기 라인(218)(도 1 참조), 공급 라인(226), 및 공급 라인(244) 을 통해 유동하는 유체의 온도를 적정 온도, 예를 들면 약 40 ∼ 60 ℃의 범위 내로 유지시키기 위하여 이들을 각각 감싸는 히팅 밴드 (heating band)를 더 구비할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 상기 제2 공급부(220)에서 상기 제2 유체(214)를 공급하기 위한 예시적인 장치 구성을 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 제2 공급부(220)는 웨이퍼상의 소정 막의 식각 또는 웨이퍼 표면의 세정 공정을 행하는 데 필요한 다양한 약품 또는 용매를 공급하기 위한 복수의 봄베(42, 44, 46)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 봄베(42, 44, 46)는 각각 개별적으로 불소 화합물, 피리딘, 계면활성제, 또는 알콜계 용매를 수용할 수 있다. 상기 봄베(42, 44, 46)로부터 공급되는 물질들은 밸브(52, 54, 56)의 개폐 동작에 따라 선택적으로 공급 라인(226)을 통해 상기 챔버(120)에 공급될 수 있다. 상기 공급 라인(226)에는 상기 봄베(42, 44, 46)로부터 공급되는 물질의 압력을 높이기 위한 가압 펌프(60)가 설치될 수 있다. 또한, 상기 공급 라인(226)에는 상기 봄베(42, 44, 46)로부터 공급되는 물질이 상기 웨이퍼 처리부(100)로 전달되는 것을 개폐 동작에 의해 제어하기 위한 체크 밸브(62)가 설치될 수 있다.
도 4a는 도 1에 도시된 상기 챔버(120)의 예시적인 구성을 보여주는 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 종단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치에 구비되는 챔버(120)는 웨이퍼(W1, W2)를 처리하기 위한 밀폐 가능한 처리 공간(S)을 한정하기 위하여 상호 개폐 가능하게 결합되는 2개의 케이스(122, 124)를 구비한다. 상기 케이스(122, 124)는 내부식성 재질, 예를 들면 하스텔로이 (hastelloy) 또는 모넬 금속 (monel metal)으로 이루어질 수 있다. 상기 2개의 케이스(122, 124)가 상호 결합됨으로써 상기 챔버(120)가 밀폐된 상태에서 상기 케이스(122, 124)에 의해 한정되는 상기 챔버(120)의 높이(H)는 약 60 ∼ 80 mm의 범위로 설정될 수 있다. 또한, 상기 케이스(122, 124)의 폭(W)은 약 300 ∼ 400 mm의 범위로 설정될 수 있다. 또한, 상기 2개의 케이스(122, 124)가 상호 결합되어 상기 챔버(120)가 닫힌 상태에서 상기 챔버(120)의 밀봉 상태를 더욱 견고하게 하기 위하여 상기 케이스(122, 124)가 상호 결합된 상태에서 상기 케이스(122, 124)를 감싸는 하우징(142)을 더 구비할 수 있다.
상기 케이스(122, 124)에는 각각 상기 처리 공간(S) 내에서 웨이퍼(W1, W2)를 지지하기 위하여 복수의 척(chuck)(132)이 결합되어 있다. 도 4b에는, 상기 챔버(120) 내에 2개의 웨이퍼(W1, W2)를 상호 대면하는 상태로 지지할 수 있도록 상기 2개의 케이스(122, 124)에 각각 1개의 척((132)이 설치되어 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 챔버(120) 내에는 3 매 이상의 복수 매의 웨이퍼가 로딩되도록 설계될 수도 있으며, 로딩되는 웨이퍼의 매 수에 대응되는 갯수의 척을 구비할 수 있다. 상기 척(132)은 회전되지 않는 고정식, 또는 회전 가능한 스핀식 구조를 가질 수 있다.
상기 2개의 웨이퍼(W1, W2)는 각각 소정의 식각, 세정 또는 건조 처리 대상 면인 전면(front side)(M1, M2)이 상호 대면하는 상태로 상기 척(132)에 지지된다. 예를 들면, 상기 챔버(120) 내에는 300 mm 웨이퍼 2매가 그 전면이 상호 마주보는 상태에서 소정의 처리 공정이 진행되도록 상기 척(132)에 지지될 수 있다.
상기 챔버(120)의 유체 주입구(152)를 통해 상기 처리 공간(S)으로 유입되는 상기 제1 유체(212), 또는 상기 제1 유체(212)와 제2 유체(214)와의 혼합물은 상기 유체 주입구(152)로부터 상기 처리 공간(S)을 거쳐 유체 배출구(154)까지 화살표 "A" 방향을 따라 상기 웨이퍼(W1, W2)의 주면(main surface) 연장 방향과 평행한 방향으로 유동한다. 이 때, 상기 웨이퍼의 전면(M1, M2)에 대하여 상기 제1 유체(212), 또는 상기 제1 유체(212)와 제2 유체(214)와의 혼합물에 의한 소정의 처리 공정이 이루어진다.
상기 챔버(120)가 상기 웨이퍼 처리부(100)에 설치될 때, 상기 챔버(120) 내에 로딩되는 웨이퍼(W1, W2)가 도 4b에 도시된 바와 같이 수평 방향으로 놓이도록 설치될 수 있다. 또는, 상기 챔버(120) 내에 로딩되는 웨이퍼(W1, W2)가 도 4b에 도시된 방향에 직교하는 수직 방향으로 놓이도록 설치될 수도 있다.
도 1, 도 2, 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치에서, 웨이퍼(W1, W2)가 각 챔버(120) 마다 복수 매, 예를 들면 2 매씩 로딩된다. 상기 웨이퍼(W1, W2)가 로딩된 챔버(120) 내에 초임계 유체, 예를 들면 약 1000 ∼ 3500 psi의 순수한 초임계 CO2가 주입될 수 있다. 이 때, 상기 챔버(120) 내부의 압력이 웨이퍼 처리에 필요한 공정 압력에 도달하면 상기 초임계 CO2가 상기 챔버(120) 내부의 처리 공간(S)을 유동하면서 배출되고, 상기 압력 조절 장치(272)에 의해 상기 챔버(120) 내의 압력이 일정하게 조절된다.
상기 웨이퍼 처리부(100)에서는 복수의 챔버(120)중에서 하나의 챔버, 예를 들면 제1 챔버(C1)에만 웨이퍼 처리용 유체, 예를 들면 식각 또는 세정용 초임계 CO2와 공용매와의 혼합물을 주입하면서 웨이퍼 처리 공정이 시작된다. 이 때, 상기 척(132)이 스핀식 구조를 가지는 것이라면, 상기 척(132)에 의해 웨이퍼를 소정의스핀 속도, 예를 들면 약 1 ∼ 2000 rpm의 스핀 속도로 회전시키면서 상기 웨이퍼 처리 공정을 행할 수 있다.
상기 제1 챔버(C1)에서의 웨이퍼 처리 공정이 완료되면, 상기 제1 챔버(C1)로의 유체 주입이 차단되고, 배기에 의해 초임계 CO2가 감압된다. 그 후, 상기 제1 챔버(C1)로부터 웨이퍼(W1, W2)가 언로딩된다.
상기 제1 챔버(C1)에서의 웨이퍼 처리 공정이 완료됨과 동시에 제2 챔버(C2)에만 웨이퍼 처리용 유체, 예를 들면 식각 또는 세정용 초임계 CO2와 공용매와의 혼합물을 주입하면서 웨이퍼 처리 공정이 시작된다. 이 후, 제3 챔버(C3)로부터 제N 챔버(CN)에 대하여 상기 설명한 과정과 동일한 과정을 거치면서 처리 대상의 모든 웨이퍼들에 대하여 원하는 공정 처리가 이루어진다. 상기 제N 챔버(CN)에서 웨이퍼 처리 공정이 행해진 후에는 상기 설명한 바와 동일한 방법으로 제1 챔버(C1)로부터 제N 챔버(CN)에 대하여 처리 대상의 모든 웨이퍼들에 대하여 원하는 공정 처리가 완료될 때 까지 상기 설명한 과정을 반복한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 처리 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 플로차트이다. 도 5에 나타낸 웨이퍼 처리 방법은 단지 예시일 뿐이며, 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 방법의 기본 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 도 4에 예시된 웨이퍼 처리 방법으로부터 다양한 변형 및 변경이 가능하다. 도 5에 나타낸 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 처리 방법을 설명하는 데 있어서, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 참조한다.
도 5를 참조하면, 초임계 상태의 제1 유체(212)를 공급하기 위한 제1 공급 라인(230)과, 상기 제1 유체(212)와는 다른 제2 유체(214)와 상기 제1 유체(212)와의 혼합물을 공급하기 위한 제2 공급 라인(240)이 각각 연결되어 있는 복수의 챔버(120: C1, C2, C3, ..., CN)를 준비한다 (프로세스 502).
먼저, M을 0으로 설정한다 (프로세스 504).
그 후, (M + 1)을 다시 M으로 설정한다 (프로세스 506).
M 값과 N 값을 비교하여 (프로세스 508), 동일하면 프로세스 530을 행하고, 동일하지 않으면 프로세스 510를 행한다.
프로세스 510에서, M 번째 챔버(CM) 및 (M+1) 번째 챔버(CM+1)에 각각 웨이 퍼(W1, W2)를 로딩한다. 웨이퍼를 로딩하는 데 있어서, 상기 M 번째 챔버(CM) 및 (M+1) 번째 챔버(CM+1) 각각 1개의 챔버 내에 2개의 웨이퍼가 챔버 내부의 소정의 처리 공간을 사이에 두고 소정 간격 만큼 이격된 상태로 배치되도록 웨이퍼를 로딩할 수 있다. 여기서, 상기 2개의 웨이퍼는 각각의 전면이 상호 대향하도록 배치될 수 있다.
그 후, 상기 M 번째 챔버(CM) 및 (M+1) 번째 챔버(CM+1) 내의 각 웨이퍼(W1, W2)를 전처리한다 (프로세스 512). 상기 전처리를 위하여, 예를 들면 상기 제1 공급 라인(230)을 통해 상기 M 번째 챔버(CM) 및 (M+1) 번째 챔버(CM+1)에 초임계 CO2로 이루어지는 제1 유체(212) 만을 공급할 수 있다. 이와 같은 전처리에 의하여 상기 M 번째 챔버(CM) 및 (M+1) 번째 챔버(CM+1) 내의 분위기가 웨이퍼 처리 분위기에 근접한 분위기로 미리 설정될 수 있다. 상기 프로세스 512의 전처리 과정은 경우에 따라 생략 가능하다.
그 후, M = 1이면, 프로세스 516을 행하고, M = 1이 아니면 프로세스 534를 행한다.
프로세스 516에서, 상기 M 번째 챔버(CM) 내에 로딩된 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 원하는 공정 처리를 행한다. 예를 들면, 상기 공정 처리를 위하여 상기 제2 공급 라인(240)을 통해 상기 M 번째 챔버(CM) 내에 식각 또는 세정용 초임계 CO2로 이루어지는 제1 유체(212)와, 공용매로 이루어지는 상기 제2 유체(214)와의 혼합물을 공급할 수 있다. 이 때, 상기 공정 처리를 위한 챔버내의 분위기로서 약 30 ∼ 100 ℃의 온도 및 약 1000 ∼ 4500 psi의 압력을 유지할 수 있다. 또한, 상기 공정 처리와 동시에 상기 웨이퍼((W1, W2)를 약 1 ∼ 2000 rpm의 스핀(spin) 속도로 회전시킬 수 있다. 그리고, 상기 M 번째 챔버(CM) 내에서 웨이퍼 처리 공정이 이루어지는 동안 상기 웨이퍼 처리에 필요한 유체가 약 1 ∼ 5000 ml/min의 유량으로 연속적으로 유입 및 배출이 이루어지도록 할 수 있다. 초임계 CO2로 이루어지는 제1 유체(212)와, 공용매로 이루어지는 상기 제2 유체(214)와의 혼합물을 공급하는 데 있어서, 상기 혼합물 내에서 공용매는 초임계 CO2의 총량을 기준으로 약 0.1 ∼ 10 부피 %, 바람직하게는 약 0.1 ∼ 5 부피 %의 농도로 포함될 수 있다. 상기 M 번째 챔버(CM) 내에서의 공정 시간은 타이머(262) (도 1 참조)에 의해 조절될 수 있다.
프로세스 516에서의 공정 처리가 완료된 후, 프로세스 518에서 상기 M 번째 챔버(CM)에서 웨이퍼를 로딩한다. 그리고, 상기 M 번째 챔버(CM) 내에서의 공정 종료 직후 연속적으로 (M+1) 번째 챔버(CM+1) 내에 로딩된 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 원하는 공정 처리를 행한다. 상기 M 번째 챔버(CM)에서의 웨이퍼 로딩과 상기 (M+1) 번째 챔버(CM+1) 내에서의 공정 처리는 동시에 이루어진다. 상기 (M+1) 번째 챔버(CM+1) 내에서의 공정 처리는 상기 프로세스 516에서 설명한 바와 동일하게 행해질 수 있다.
상기 (M+1) 번째 챔버(CM+1) 내에서의 공정 처리가 종료되면 상기 (M+1) 번째 챔버(CM+1)에서 웨이퍼를 언로딩한다. 그리고, 다시 프로세스 506으로 진행하여 위에서 설명한 바와 같은 과정을 거친다.
프로세스 508에서, M = N인 경우, 즉 복수의 챔버중 마지막 챔버(CN) 차례가 된 경우, 프로세스 530으로 진행하여 M 번째 챔버(CN) 및 1 번째 챔버에 웨이퍼를 로딩한다.
이어서, 상기 M 번째 챔버(CN) 및 1 번째 챔버에 있는 웨이퍼에 대하여 전처리 공정을 행한다 (프로세스 532). 상기 전처리 공정은 프로세스 512에 대하여 설명한 바와 동일한 방법으로 행할 수 있다. 상기 M 번째 챔버(CN) 및 1 번째 챔버의 전처리 공정은 그 이전의 챔버, 즉 (M-1) 번째 챔버(CM-1)에서의 웨이퍼 처리 공정이 행해지는 동안, 또는 그 이전에 미리 행해질 수 있다.
(M-1) 번째 챔버(CM-1)에서의 웨이퍼 처리 공정이 완료된 후, (M-1) 번째 챔버(CM-1)로부터 웨이퍼를 언로딩하는 것과 동시에 M 번째 챔버(CN)에서 웨이퍼 처리 공정을 행한다 (프로세스 534). 상기 M 번째 챔버(CN)에서의 웨이퍼 처리 공정은 상기 프로세스 516에서 설명한 바와 동일하게 행해질 수 있다.
M 번째 챔버(CN)에서의 웨이퍼 처리 공정이 완료되었으면, 상기 M 번째 챔 버(CN)에서 웨이퍼를 언로딩한다. 이 때, 상기 M 번째 챔버(CN)가 복수의 챔버(120)중 마지막 챔버라면, 상기 M 번째 챔버(CN)에서의 웨이퍼 언로딩과 동시에 1 번째 챔버(C1)에서 웨이퍼 처리 공정을 행한다 (프로세스 538). 상기 1 번째 챔버(C1)에서의 웨이퍼 처리 공정은 상기 프로세스 516에서 설명한 바와 동일하게 행해질 수 있다.
이어서, 상기 1 번째 챔버(C1)에서 웨이퍼를 언로딩한다 (프로세스 540).
상기 프로세스 538을 행한 후, 상기 M 번째 챔버(CN)가 복수의 챔버(120)중 마지막 챔버가 아니라면, 프로세스 518로 진행하여 상기 M 번째 챔버(CN)에서의 웨이퍼 언로딩과 동시에 (M + 1) 번째 챔버(CM+1)에서 웨이퍼 처리 공정을 행한다.
처리 대상의 웨이퍼가 아직 남아 있으면, M = 1로 설정한 후 (프로세스 544), 다시 프로세스 506 내지 프로세스 542의 과정을 반복한다. 처리 대상의 웨이퍼에 대하여 원하는 웨이퍼 처리 공정이 모두 완료되었으면, 웨이퍼 처리 공정을 종료한다.
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 방법의 예시적인 실시예를 설명하기 위하여 5개의 챔버(챔버 I, II, III, IV 및 V)를 포함하는 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치를 사용하여 웨이퍼를 처리할 때 각 챔버내에서의 시간 경과에 따른 압력 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 방법의 예시적인 다른 실 시예를 설명하기 위하여 3개의 챔버(챔버 I, II 및 III)를 포함하는 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치를 사용하여 웨이퍼를 처리할 때 각 챔버내에서의 시간 변화에 따른 압력 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 5에 도시한 플로차트의 프로세스 516, 518, 534 및 538에서의 웨이퍼에 대한 공정 처리 과정은 도 6, 도 7 및 도 8에서 각각 일정 압력을 유지하는 시간, 즉 빗금으로 표시한 부분들에 대응된다. 각 웨이퍼에 대한 공정 처리 시간 전에 해당 챔버에 웨이퍼를 로딩한 후 웨이퍼 처리, 예를 들면 식각, 세정 또는 건조를 위한 공정 처리 분위기를 조성하기 위하여 챔버 내의 압력을 높이는 가압 시간이 필요하다. 상기 가압 시간에는 도 5에 도시한 플로차트의 프로세스 512 및 532에서의 웨이퍼에 대한 전처리 공정 시간이 포함될 수 있다. 그리고, 해당 챔버에 로딩된 웨이퍼에 대한 소정의 처리 공정이 완료된 후에는 해당 챔버에서의 언로딩을 위하여 챔버 내의 압력을 낮추기 위한 감압 시간이 필요하다.
도 6의 예에서는 웨이퍼에 대한 소정의 처리 공정을 행하는 시간이 1분인 경우, 도 7의 예에서는 웨이퍼에 대한 소정의 처리 공정을 행하는 시간이 3분인 경우, 도 8의 예에서는 웨이퍼에 대한 소정의 처리 공정을 행하는 시간이 5분인 경우가 예시되어 있다. 그리고, 도 6, 도 7 및 도 8의 각 예들에서, 상기 처리 공정 전후의 가압 시간 및 감압 시간이 각각 2분인 경우에 대하여 예시되어 있다.
도 5, 도 6 및 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼 처리를 위한 전체 공정 시간에 걸쳐서 웨이퍼에 대한 소정의 처리 공정, 예를 들면 웨이퍼에 대한 식각, 세정 또는 건조 공정은 복수의 챔버중 1 개의 챔버에 대하여만 진행되고, 1 개 의 챔버에서의 처리 공정이 완료되면 그에 이어서 순차적으로 그 다음 순서의 챔버에서 웨이퍼의 처리 공정이 이루어지는 방식으로 1개의 챔버씩 순차적으로 웨이퍼 처리 공정을 행한다. 따라서, 1 번째 챔버에서의 웨이퍼 처리 공정이 시작된 후 마지막 챔버에서의 웨이퍼 처리 공정이 완료될 때까지 챔버내 분위기의 가압 또는 감압을 위한 별도의 시간이 필요없다. 즉, 모든 웨이퍼에 대하여 소정의 처리 공정을 행하는 데 있어서 첫번째 웨이퍼 처리 전에 행해지는 1 회의 가압 공정에 필요한 시간과, 마지막 웨이퍼를 처리한 후 행해지는 1 회의 감압 공정에 필요한 시간만 공정 시간에 추가된다. 따라서, 통상의 매엽식 챔버를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 경우에 비해 복수 매의 웨이퍼 처리에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치는 2 매 이상의 웨이퍼에 대하여 동시에 소정의 공정 처리를 행할 수 있도록 하나의 챔버 내에 복수의 척을 구비한다. 또한, 복수의 챔버중 1 개의 챔버씩 순차적으로 웨이퍼 처리 공정을 행하도록 하기 위하여 웨이퍼 처리부에서의 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 제어하고, 또한 각 챔버에 연결되어 있는 유체 공급 라인들에 설치된 밸브들의 개폐 상태를 제어하기 위한 제어부를 구비한다. 이와 같은 웨이퍼 처리 장치를 이용하여 행해질 수 있는 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 방법에서는 웨이퍼에 대한 소정의 처리 공정, 예를 들면 식각, 세정 또는 건조 공정을 진행하는 데 있어서 복수의 챔버중 1 개의 챔버에 대하여만 상기 처리 공정을 행하고, 상기 1 개의 챔버에서의 처리 공정이 완료되면 그에 이어서 순차적으로 그 다음 순서의 챔버에서 웨이퍼의 처리 공정이 이루어지는 방식 으로 각 챔버 마다 순차적으로 웨이퍼 처리 공정을 행한다. 따라서, 1 번째 챔버에서의 웨이퍼 처리 공정이 시작된 후 마지막 챔버에서의 웨이퍼 처리 공정이 완료될 때까지 챔버 내 분위기의 가압 또는 감압을 위한 별도의 시간이 필요없다. 또한, 하나의 챔버 내에 적어도 2 매의 웨이퍼를 로딩하여 이들에 대하여 동시에 웨이퍼 처리 공정을 행함으로써 공정 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 초임계 유체를 이용하여 복수 매의 웨이퍼를 처리하는 데 있어서, 웨이퍼 처리에 소요되는 시간을 단축시킴으로써 양산성을 높일 수 있으며, 복수의 챔버에서 1 개의 챔버씩 순차적으로 웨이퍼 처리 공정이 이루어지도록 제어함으로써 처리된 웨이퍼의 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (27)

  1. 복수의 챔버를 구비하는 웨이퍼 처리부와,
    초임계 상태의 제1 유체를 상기 웨이퍼 처리부에 공급하기 위한 제1 공급부와, 상기 제1 유체와는 다른 종류의 제2 유체와 상기 제1 유체와의 혼합물을 상기 웨이퍼 처리부에 공급하기 위한 제2 공급부를 포함하는 유체 공급부와,
    상기 제1 공급부로부터 공급되는 상기 제1 유체가 상기 복수의 챔버에 각각 공급될 수 있도록 상기 제1 공급부와 상기 복수의 챔버와의 사이에 각각 연결되어 있는 복수의 제1 공급 라인과,
    상기 제2 공급부로부터 공급되는 상기 혼합물이 상기 복수의 챔버에 각각 공급될 수 있도록 상기 제2 공급부와 상기 복수의 챔버와의 사이에 각각 연결되어 있는 복수의 제2 공급 라인과,
    상기 복수의 제1 공급 라인을 통한 상기 제1 유체의 공급을 개방 또는 차단시키기 위하여 상기 복수의 제1 공급 라인에 각각 설치된 복수의 제1 밸브와
    상기 복수의 제2 공급 라인을 통한 상기 혼합물의 공급을 개방 또는 차단시키기 위하여 상기 복수의 제2 공급 라인에 각각 설치된 복수의 제2 밸브와,
    상기 복수의 챔버중에서 웨이퍼 처리를 위한 제1 챔버를 선택하여 상기 선택된 제1 챔버에만 상기 제1 유체가 공급되도록 상기 복수의 제1 밸브의 개폐 상태를 제어하고, 상기 복수의 챔버중에서 상기 제1 챔버와는 다른 제2 챔버를 선택하여 상기 제2 챔버에만 상기 혼합물이 공급되도록 상기 복수의 제2 밸브의 개폐 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유체는 초임계 CO2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유체는 초임계 CO2로 이루어지고,
    상기 제2 유체는 알콜계 공용매, 불소함유 화합물, 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 처리부의 챔버 내에서의 웨이퍼 처리 시간을 제어하기 위하여 상기 복수의 챔버 각각의 주위에 설치되어 있는 복수의 타이머(timer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 챔버 내에서의 압력과, 상기 제1 공급 라인 및 제2 공급 라인에서의 압력을 각각 제어하기 위하여 상기 복수의 챔버 각각의 주위에 설치되어 있는 복수의 압력 조절 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 웨이퍼를 처리하기 위한 밀폐 가능한 처리 공간을 한정하기 위하여 상호 개폐 가능하게 결합되는 2개의 케이스와,
    상기 처리 공간 내에서 웨이퍼를 지지하기 위하여 상기 케이스에 각각 결합되어 있는 복수의 척(chuck)을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 챔버 내에는 2개의 웨이퍼를 상호 대면하는 상태로 지지하기 위하여 상기 2개의 케이스 각각에 대향하여 설치되어 있는 2개의 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 케이스는 하스텔로이 (hastelloy) 또는 모넬 금속 (monel metal)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공급부는
    상기 제1 유체를 제1 압력하에서 액체 상태로 공급하기 위한 제1 용기와,
    상기 제1 용기로부터 공급된 상기 제1 유체를 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력으로 압축하여 초임계 상태로 공급하기 위한 응축기(condensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 공급부는
    상기 응축기로부터 배출되는 상기 제1 유체의 압력을 높이기 위하여 상기 응축기와 상기 웨이퍼 처리부와의 사이에 설치되어 있는 가압 펌프 (booster pump)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 처리부의 챔버에서 배출되는 유체로부터 초임계 유체를 분리하기 위한 분리기(separator)와,
    상기 분리기에서 분리된 초임계 유체를 여과하여 상기 제1 공급부로 피드백시키기 위한 리사이클 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 챔버로의 상기 제1 유체의 공급과 상기 제2 챔버로의 상기 혼합물의 공급이 동시에 이루어지도록 상기 복수의 제1 밸브 및 복수의 제2 밸브의 개폐 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  13. 초임계 상태의 제1 유체를 공급하기 위한 제1 공급 라인과, 상기 제1 유체와는 다른 제2 유체와 상기 제1 유체와의 혼합물을 공급하기 위한 제2 공급 라인이 각각 연결되어 있는 복수의 챔버를 준비하는 단계와,
    상기 복수의 챔버중에서 선택되는 하나의 제1 챔버 내에서 2개의 웨이퍼가 처리 공간을 사이에 두고 소정 간격 만큼 이격된 상태로 상기 2개의 웨이퍼 각각의 전면이 상호 대향하도록 상기 2개의 웨이퍼를 상기 제1 챔버 내에 로딩하는 단계와,
    상기 제1 챔버 내의 상기 처리 공간에 상기 제1 공급 라인으로부터 공급되는 상기 제1 유체를 공급하여 상기 2개의 웨이퍼에 대하여 전처리를 행하는 제1 전처리 단계와,
    상기 제1 전처리 단계에 이어서 연속적으로 상기 제1 챔버 내의 처리 공간에 상기 제2 공급 라인으로부터 공급되는 상기 혼합물을 공급하여 상기 제1 챔버 내의 2개의 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 행하는 제1 처리 단계와,
    상기 제1 처리 단계에 이어서 연속적으로 상기 제1 챔버로부터 웨이퍼를 언로딩하는 제1 언로딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 챔버중에서 선택되는 하나의 제2 챔버 내에서 2개의 웨이퍼가 처리 공간을 사이에 두고 소정 간격 만큼 이격된 상태로 상기 2개의 웨이퍼 각각의 전면이 상호 대향하도록 상기 2개의 웨이퍼를 상기 제2 챔버 내에 로딩하는 단계와,
    상기 제1 처리 단계에 이어서, 또한 제1 언로딩 단계와 동시에, 상기 제2 챔버 내의 처리 공간에 상기 제2 공급 라인으로부터 공급되는 상기 혼합물을 공급하여 상기 제2 챔버 내의 2개의 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 행하는 제2 처리 단계와,
    상기 제2 처리 단계에 이어서 연속적으로 상기 제2 챔버로부터 웨이퍼를 언로딩하는 제2 언로딩 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 챔버중에서 선택되는 하나의 제3 챔버 내에서 2개의 웨이퍼가 처리 공간을 사이에 두고 소정 간격 만큼 이격된 상태로 상기 2개의 웨이퍼 각각의 전면이 상호 대향하도록 상기 2개의 웨이퍼를 상기 제3 챔버 내에 로딩하는 단계와,
    상기 제2 처리 단계에 이어서, 또한 제2 언로딩 단계와 동시에, 상기 제3 챔버 내의 처리 공간에 상기 제2 공급 라인으로부터 공급되는 상기 혼합물을 공급하여 상기 제3 챔버 내의 2개의 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 행하는 제3 처리 단계와,
    상기 제3 처리 단계에 이어서 연속적으로 상기 제3 챔버로부터 웨이퍼를 언로딩하는 제3 언로딩 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 유체는 초임계 상태의 CO2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 유체는 초임계 CO2로 이루어지고,
    상기 제2 유체는 알콜계 공용매, 불소함유 화합물, 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 처리 단계에서는 상기 2개의 웨이퍼에 대하여 초임계 CO2와 알콜계 공용매와의 혼합물을 사용하여 세정 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 혼합물 내에서 상기 알콜계 공용매는 상기 초임계 CO2의 총량을 기준으로 0.1 ∼ 5 부피%의 양으로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 제1 처리 단계에서는 상기 2개의 웨이퍼에 대하여 초임계 CO2와 소정의 식각용 물질과의 혼합물을 사용하여 상기 2개의 웨이퍼로부터 소정 막을 식각하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 처리 단계에서는 상기 2개의 웨이퍼에 대하여 초임계 CO2에 불소 함유 화합물 및 피리딘이 용해된 혼합물을 사용하여 상기 2개의 웨이퍼로부터 소정 막을 식각하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 제1 처리 단계에서, 상기 제1 챔버 내의 처리 공간의 분위기를 상기 제1 유체가 초임계 상태로 유지될 수 있는 압력으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 제1 유체는 초임계 CO2로 이루어지고,
    상기 제1 챔버 내의 처리 공간의 분위기를 1000 ∼ 4500 psi 의 압력으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전처리 단계 및 상기 제1 처리 단계에서, 상기 제1 유체 및 상기 혼합물을 각각 상기 제1 챔버 내의 처리 공간 내에서 상기 웨이퍼의 주면 연장 방향에 평행하게 유동시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  25. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전처리 단계 및 상기 제1 처리 단계에서, 상기 제1 유체 및 상기 혼합물이 각각 상기 제1 챔버 내의 처리 공간 내에 공급되는 동안 상기 2개의 웨이퍼는 소정의 속도로 스핀(spin)되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  26. 제15항에 있어서,
    상기 챔버는 N개 (N은 3 이상의 자연수)이고,
    상기 제1 챔버로부터 웨이퍼를 언로딩한 후, 다시 상기 제1 챔버 내에서 2개의 웨이퍼가 처리 공간을 사이에 두고 소정 간격 만큼 이격된 상태로 상기 2개의 웨이퍼의 각각의 전면이 상호 대향하도록 상기 2개의 웨이퍼를 상기 제1 챔버 내에 로딩하는 단계와,
    상기 복수의 챔버중 N개의 모든 챔버 내에서 웨이퍼에 대한 소정의 처리가 이루어졌으면, 상기 복수의 챔버중 가장 마지막으로 상기 소정의 처리가 행해진 N번째 챔버에서의 웨이퍼에 대한 소정의 처리 단계에 이어서 연속적으로 상기 제1 챔버 내의 처리 공간에 상기 제2 공급 라인으로부터 공급되는 상기 혼합물을 공급하여 상기 제1 챔버 내의 2개의 웨이퍼에 대하여 소정의 처리를 행하는 제(N+1) 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 복수의 챔버중 N개의 모든 챔버 내에서 웨이퍼에 대한 소정의 처리가 이루어졌으면, 상기 제(N+1) 처리 단계 전에, 또한 상기 복수의 챔버중 가장 마지막으로 상기 소정의 처리가 행해진 N번째 챔버에서의 웨이퍼에 대한 소정의 처리 단계와 동시에, 상기 제1 챔버 내의 상기 처리 공간에 상기 제1 공급 라인으로부터 공급되는 상기 제1 유체를 공급하여 상기 2개의 웨이퍼에 대하여 전처리를 행하는 제(N+1) 전처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
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