KR20220162329A - 기판 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20220162329A
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최문식
김선미
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 처리 방법 및 장치로서, BHDIW의 공급 여부에 따른 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 기초로 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 기판 상으로 스캔 토출함으로써 에칭 레이트와 균일도를 향상시키는 방안을 제시한다.

Description

기판 처리 방법 및 장치{Method and apparatus for treating substrate}
본 발명은 기판 처리 방법 및 장치로서, 보다 상세하게는 BHDIW의 공급 여부에 따른 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 기초로 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 기판 상으로 스캔 토출함으로써 에칭 레이트와 균일도를 향상시키는 방안에 대한 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 유리 기판 등의 기판에 대하여, 기판을 회전시키면서 기판의 상방에 배치된 분사 노즐로부터 기판에 대하여 처리액을 공급하고, 기판의 원심력에 의해 처리액을 기판의 표면 전체에 확산시켜 기판을 처리하는 기판 처리 장치가 적용되고 있다.
기판 처리 장치에서 처리액을 기판의 중심부에 고정 분사하는 경우 처리액이 기판의 전면에 고루 분포되지 않고 중심부와 외측 간에 처리액 공급량의 차이가 발생되는 문제가 있다.
이러한 제반 문제 해결을 위해 기판 처리 장치를 동작시킴에 있어서 분사 노즐로부터 처리액을 토출시키면서 분사 노즐을 기판의 중심부과 외측 사이에서 왕복시키는 스캔 처리를 복수회 연속으로 행하여 처리액 공급의 면내 균일도를 높이고 있다.
하지만 기판의 중심부와 외측 간의 온도 차이로 인해 에칭 레이트의 균일도((E/R Uniformity)가 떨어지는 문제가 있다. 특히 기판의 후면으로 BHDIW(후면 고온 순수)를 공급하면서 기판의 전면으로 처리액을 토출하는 경우, 기판의 중심부와 외측 간에 온도 차이가 일정 수준을 초과하면 에칭 레이트의 균일도(E/R Uniformity)는 더욱 떨어지는 문제가 있다.
한국 등록특허공보 제10-2115173호
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기판 처리 장치에서 처리액을 기판의 중심부에 고정 분사하는 경우 처리액이 기판의 전면에 고루 분포되지 않고 중심부와 외측 간에 처리액 공급량의 차이가 발생되는 문제를 해소하고자 한다.
나아가서 기판의 중심부와 외측 사이에서 분사 노즐을 스캔 토출함에 있어서 기판의 중심부와 외측 간의 온도 차이로 인해 에칭 레이트의 균일도((E/R Uniformity)가 떨어지는 문제를 해결하고자 한다.
특히 기판의 후면으로 BHDIW(후면 고온 순수)를 공급하면서 기판의 전면으로 처리액을 토출하는 경우, 기판의 중심부와 외측 간에 온도 차이가 일정 수준을 초과하면 에칭 레이트의 균일도(E/R Uniformity)는 더욱 떨어지는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일실시예는, 기판 처리 공정에 따라 BHDIW(후면 고온 순수)를 선택적으로 기판 후면에 공급하는 기판 온도 조절 단계; 및 BHDIW의 공급 여부에 따른 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 기초로 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 기판 상으로 스캔 토출하는 처리액 토출 조절 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 처리액 토출 조절 단계는, 기판의 외측으로부터 중심부를 향해 상기 분사 노즐의 이동 시간을 조절하여 처리액을 기판 상으로 스캔 토출할 수 있다.
일례로서, 상기 처리액 토출 조절 단계는, BHDIW의 공급시 경우, 기판의 외측 부위에서 중심 부위보다 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 길게 조절할 수 있다.
다른 일례로서, 상기 처리액 토출 조절 단계는, BHDIW의 미공급시의 경우, 기판의 외측 부위에서 중심 부위보다 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 짧게 조절할 수 있다.
나아가서 상기 처리액 토출 조절 단계는, 스캔 토출 범위를 조절하여 처리액을 기판 상으로 스캔 토출할 수 있다.
일례로서, 상기 기판 온도 조절 단계는, 기판의 외측과 중심 부위에 대한 온도 차이를 측정하며, 상기 처리액 토출 조절 단계는, 상기 온도 차이를 기초로 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절할 수 있다.
바람직하게는 기판 처리 공정에 따른 BHDIW 공급 여부, 기판의 처리 온도 조건 및 처리액 공급량을 기초로 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 설정하는 공정 조건 설정 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일실시예는, 기판이 안착되는 기판 지지 부재; 기판 상으로 스캔 이동하면서 상기 기판의 상부면으로 처리 유체를 토출하는 분사 노즐을 포함하는 노즐 부재; 상기 기판의 후면으로 처리 유체를 분사하는 백노즐; 및 상기 백노즐의 BHDIW(후면 고온 순수) 분사를 선택적으로 제어하면서 BHDIW의 공급 여부에 따른 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 설정하여 상기 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 토출하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 제어부는, 기판의 외측으로부터 중심부를 향해 상기 분사 노즐의 이동 시간을 조절하여 처리액을 기판 상으로 스캔 토출하도록 상기 노즐 부재를 제어할 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 제어부는, 상기 분사 노즐의 스캔 토출 범위를 조절하여 처리액을 기판 상으로 스캔 토출하도록 제어할 수 있다.
일례로서, 상기 제어부는, 기판 처리 공정에 따른 BHDIW 공급 여부, 기판의 처리 온도 조건 및 처리액 공급량을 기초로 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 설정할 수 있다.
나아가서 기판의 외측과 중심 부위에 대한 온도 차이를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 기판의 외측과 중심 부위의 온도 차이를 기초로 상기 분사 노즐의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 기초로 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 기판 상으로 스캔 토출함으로써 에칭 레이트와 균일도를 향상시킬 수 있다.
특히, BHDIW 공급 여부에 따른 기판 영역별 온도를 고려하여 분사 노즐의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절함으로써 에칭 레이트의 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 위에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치가 적용되는 기판 처리 시스템의 일실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 평면 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 측면 구성도를 나타낸다.
도 4는 BHDIW 사용 여부에 따른 기판의 온도 차이를 나타낸다.
도 5는 BHDIW 사용시 기판의 중심부(center) 영역과 외측(Edge) 영역의 온도 변화를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일실시예에 따른 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 방법에서 기판을 복수의 영역으로 분류하여 분사 노즐의 이동 시간 조절하는 개념을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 기판 처리 방법에서 분사 노즐의 이동 시간 조절에 대한 실시예를 도시한다.
도 9는 본 발명을 적용하여 BHDIW의 공급 여부에 따른 TiN 에칭량(Etch Amount)을 나타낸다.
도 10은 본 발명에서 분사 노즐의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간 조절에 따른 TiN 에칭량(Etch Amount)을 나타낸다.
도 11은 본 발명에서 스캔 토출 범위를 조절한 경우의 따른 TiN 에칭량(Etch Amount)을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 BHDIW의 공급 여부에 따른 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 기초로 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 기판 상으로 스캔 토출함으로써 에칭 레이트와 균일도를 향상시키는 기판 처리 방법과 기판 처리 장치를 제시한다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치가 적용되는 기판 처리 시스템의 일실시예를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치가 적용되는 기판 처리 시스템(1)은 인덱스부(10), 버퍼부(20) 그리고 처리부(50)를 포함할 수 있다. 인덱스부(10), 버퍼부(20) 그리고 처리부는 일렬로 배치된다.
인덱스부(10)는 4개의 로드 포트(12) 및 1개의 인덱스 로봇(13)을 포함할 수 있다.
4개의 로드 포트(12)는 인덱스부(10)의 전방에 배치된다. 로드 포트(12)는 복수 개가 제공되며 그 개수는 기판 처리 시스템(1000)의 공정 효율 및 풋 프린트 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 로드 포트(12)들에는 공정에 제공될 기판(W) 및 공정처리가 완료된 기판(W)이 수납된 캐리어(예컨대, 카세트, FOUP등)가 안착된다. 캐리어(16)에는 기판들을 지면에 대해 수평하게 배치한 상태로 수납하기 위한 다수의 슬롯이 형성된다.
인덱스 로봇(13)은 로드 포트(12)와 버퍼부(20) 사이에 설치된다. 인덱스 로봇(13)은 버퍼부(20)의 상층에 대기하는 기판(W)을 캐리어(16)로 이송하거나, 캐리어(16)에서 대기하는 기판(W)을 버퍼부(20)의 하층으로 이송한다.
버퍼부(20)는 인덱스부(10)와 처리부(50) 사이에 설치된다. 버퍼부(20)는 인덱스 로봇(13)에 의해 이송되기 전에 공정에 제공될 기판(W) 또는 메인 이송 로봇(30)에 의해 이송되기 전에 공정 처리가 완료된 기판(W)이 일시적으로 수납되어 대기하는 장소이다.
메인 이송 로봇(30)은 이동 통로(40)에 설치되며, 각 기판 처리 장치(100)들 및 버퍼부(20) 간에 기판을 이송한다. 메인 이송 로봇(30)은 버퍼부(20)에서 대기하는 공정에 제공될 기판을 각 기판 처리 장치(100)로 이송하거나, 각 기판 처리 장치(100)에서 공정 처리가 완료된 기판을 버퍼부(20)로 이송한다.
이동 통로(40)는 메인 이송 로봇(30)이 이동하는 통로를 제공한다. 이동 통로(40)의 양측에는 기판 처리 장치(100)들이 서로 마주보며 배치된다. 이동 통로(40)에는 메인 이송 로봇(30)이 제 1 방향을 따라 이동하며, 기판 처리 장치(100)의 상하층, 그리고 버퍼부(20)의 상하층으로 승강할 수 있는 이동 레일이 설치된다.
기판 처리 장치(100)는 메인 이송 로봇(30)이 설치되는 이동통로(40)의 양측에 서로 마주하게 배치된다. 기판 처리 시스템(1)은 상하층으로 된 다수개의 기판 처리 장치(100)를 구비하나, 기판 처리 장치(100)의 개수는 기판 처리 시스템(1)의 공정 효율 및 풋 프린트 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 각각의 기판 처리 장치(100)는 독립적인 하우징으로 구성되며, 이에 각각의 기판 처리 장치(100) 내에서는 독립적인 형태로 기판을 처리하는 공정이 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 평면 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 측면 구성도이다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 다양한 처리 유체들을 사용하여 기판 표면에 잔류하는 이물질 및 막질을 제거하는 장치로써, 챔버(110), 처리 용기(120), 기판 지지부재(130), 노즐 부재(140) 등을 포함한다.
챔버(110)는 수평 격벽(111)에 의해 공정 영역과 유지보수 영역으로 구획된다.
처리 용기(120)는 상부가 개구된 원통 형상을 갖고, 기판(w)을 처리하기 위한 공정 공간을 제공한다. 처리 용기(120)의 개구된 상면은 기판(w)의 반출 및 반입 통로로 제공된다. 공정 공간에는 기판 지지부재(130)가 위치된다. 기판 지지부재(130)는 공정 진행시 기판(W)을 지지하고, 기판를 회전시킨다.
처리 용기(120)의 상부공간에는 회전되는 기판상에서 비산되는 약액과 기체를 유입 및 흡입하는 복수의 흡입덕트(121, 122, 123)가 다단으로 배치된다.
복수의 흡입덕트(121, 122, 123)는 하나의 공통된 환형공간(용기의 하부공간에 해당)과 통하는 배기구들을 갖는다. 복수의 흡입덕트(121, 122, 123)는 기판(w)으로부터 비산된 처리액 및 흄이 포함된 기류가 유입되는 회수공간을 제공한다.
한편, 처리 용기(120)는 처리 용기(120)의 수직 위치를 변경시키는 승강 유닛(160)와 결합된다. 승강 유닛(160)은 처리 용기(120)를 상하 방향으로 직선 이동시킨다.
기판 처리장치(100)는 처리 용기(120)를 수직 이동시켜 처리 용기(120)와 기판 지지부재(130) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시킨다. 그러나, 기판 처리장치(100)는 기판 지지부재(130)를 수직 이동시켜 처리 용기(120)와 기판 지지부재(130) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시킬 수도 있다.
기판 지지 부재(130)는 처리 용기(120)의 내측에 설치된다. 기판 지지 부재(130)는 공정 진행 중 기판(W)을 지지하며, 공정이 진행되는 동안 구동부에 의해 회전될 수 있다. 기판 지지 부재(130)는 원형의 상부면을 갖는 스핀헤드(131)를 가지며, 스핀헤드(131)의 상부 면에는 기판(W)을 지지하는 지지 핀(132)들과 척킹핀(134)들을 가진다. 지지 핀(132)들은 기판(W)의 하면을 지지하여 기판(W)이 스핀헤드(131)로부터 상측 방향으로 이격된 상태에서 지지되도록 한다. 척킹 핀(134)들은 다수의 지지 핀(132)들에 의해 지지된 기판(W)이 스핀헤드(131) 상의 정 위치에 놓이도록 기판(W)을 정렬한다. 공정 진행시 척킹 핀(134)들은 기판(W)의 측부와 접촉되어 기판(W)이 정 위치로부터 이탈되는 것을 방지한다.
스핀 헤드(131)의 상면에는 백노즐(135)이 제공된다. 백노즐(135)은 기판 후면의 중심을 향해 처리 유체를 분사한다.
노즐 부재(140)는 스윙 이동을 통해 기판의 중심 상부로 이동되어 기판상에 세정 또는 식각하기 위한 처리 유체를 공급할 수 있다.
노즐 부재(140)는 구동부(141), 지지축(142), 노즐 암(143), 그리고 분사 노즐(145)을 포함한다.
지지축(142)은 구동부(141)와 결합된다. 구동부(141)는 노즐 암(143)이 스윙 이동되도록 지지축(142)을 회전시킨다.
노즐 암(143)은 지지축(142)에 결합된다. 노즐 암(143)의 단부에는 분사 노즐(145)이 설치되며, 노즐 암(143)은 구동부(141)에 의해 지지축(142)을 중심축으로 기판 중심에서 가장자리까지 스윙 이동될 수 있다.
노즐 부재(140)는 기판 중앙에 위치한 상태에서 처리 유체를 토출하거나 또는 기판 상에서 스캔 이동을 하면서 처리 유체를 토출할 수 있다. 이때, 노즐 부재(140)는 토출 지점에 따라 유량 변경이 가능할 수 있다.
제어부(200)는 노즐 부재(140)의 스윙 이동과 토출 유량을 제어한다. 또한 제어부(200)는 백노즐(135)의 선택적 처리 유체 분사를 제어한다.
특히, 제어부(200)는 백노즐(135)를 통한 BHDIW의 공급 여부에 따라 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 설정하고, 이를 기초로 분사 노즐(145)의 이동 시간을 조절하면서 기판(W) 상으로 분사 노즐(145)의 스캔 토출을 제어한다.
제어부(200)는 기판 처리 공정에 따른 BHDIW 공급 여부, 기판의 처리 온도 조건 및 처리액 공급량을 기초로 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 설정하며, 설정된 공정 조건에 따라 백노즐(135)과 분사 노즐(145)를 통한 처리 유체 분사를 제어할 수 있다.
바람직하게는 제어부(200)는 기판(W)의 외측으로부터 중심부를 향해 분사 노즐(145)의 이동 시간을 조절하여 처리액을 기판(W) 상으로 스캔 토출하도록 노즐 부재(140)를 제어할 수 있다. 또한 제어부(200)는 분사 노즐(145)의 스캔 토출 범위를 조절하여 처리액을 기판(W) 상으로 스캔 토출하도록 제어할 수 있다.
나아가서 기판(W)의 외측과 중심 부위에 대한 온도 차이를 측정하는 온도 측정부(미도시)가 구비될 수 있다. 온도 측정부는 카메라 센서를 통한 촬영을 통해 기판의 영역별 온도를 측정할 수도 있고 또는 광 조사를 통해 기판의 영역별 온도를 측정할 수 있다.
그리고 제어부(200)는 온도 측정부의 측정 결과에 따른 기판(W)의 외측과 중심 부위의 온도 차이를 기초로 분사 노즐(145)의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기판 처리 장치를 통해 기판의 외측과 중심부의 온도 차이에 따른 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절하여 분사 노즐을 스윙 이동시키면서 기판 상에 처리액을 스캔 토출함으로써 에칭 레이트의 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에서는 상기에서 살펴본 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 제시하는데, 이하에서는 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 앞서 살펴본 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 참조하여 살펴보기로 한다.
이하의 실시예에서는 RMG(Replacement Metal Gate) 공정을 예시로 설명하나, 본 발명이 RMG 고정에 한정되는 것은 아니다.
반도체 게이트(gate) 물질로 금속을 사용하는데 있어서, 금속(Metal)의 경우 Poly-Si보다 녹는점이 낮은 물질들이 많기 때문에 공정 중 금속 게이트가 녹는 문제가 발생된다. 이러한 여러 제반 문제를 해결하고자 RMG(Replacement Metal Gate)공정이 도입되었다.
RMG는 우선 게이트(Gate)에 고온에서 잘 버틸 수 있는 더미(Dummy)재료를 증착 시킨 후에 고온 공정이 끝나면 CMP로 더미(Dummy) 재료를 제거하고 이후에 금속 게이트(Gate Metal)를 증착시키는 방법이다.
RMG 공정에서 TiN 막질의 에칭량(Etch Amount) 증가를 위해 BHDIW(후면 고온 순수)를 사용한다. 그러나 BHDIW 사용 시 기판(Wafer)의 중심부와 외측 간 온도 차가 심해지고, 이로 인해 에칭 레이트 균일도(E/R Uniformity) 성능이 떨어지는 문제가 있다.
도 4는 BHDIW 사용 여부에 따른 기판의 온도 차이를 나타낸다.
분사 노즐을 기판의 중심부에 고정시킨 상태에서 처리액을 토출하는 경우, 상기 도 4의 (a)는 BHDIW 미사용시 기판의 영역별 온도를 나타내고, 상기 도 4의 (b)는 BHDIW 사용시 기판의 영역별 온도를 나타낸다.
상기 도 4에서 보는 바와 같이 BHDIW 사용 여부에 따라 기판의 중심부(center) 영역과 외측(Edge) 영역 간에 상당한 온도 차이가 발생되는 것을 알 수 있다. 이러한 온도 차이는 기판의 중심부(center) 영역과 외측(Edge) 영역 간의 에칭 레이트 차이를 발생시키고 에칭 균일도(Uniformity)에 영향을 미친다.
BHDIW를 사용함으로써 기판 영역 간 온도 차이를 어느 정도 줄일 수는 있으나, 여전히 기판의 중심부(center) 영역과 외측(Edge) 영역 간에는 일정 수준 이상의 온도 차이가 발생된다.
도 5는 BHDIW 사용시 기판의 중심부(center) 영역과 외측(Edge) 영역의 온도 변화를 나타낸다.
기판의 중심부에서 분사 노즐을 통해 70도의 처리액을 800cc/min 분사 속도로 30초가 토출하면서 기판 후면에 70도의 BHDIW를 700cc/min 분사 속도로 토출하여 기판의 영역별 온도 변화를 측정하였다.
상기 도 5에서 보는 바와 같이 상대적으로 기판 처리 온도가 고온으로 갈수록 BHDIW 사용시에도 기판의 중심부(center) 영역과 외측(Edge) 영역의 온도 차이가 점차적으로 커지는 것을 알 수 있다.
이는 고온 공정에서는 BHDIW를 사용하더라도 기판의 전체적인 온도 균일도를 적절하게 유지시키지 못하므로 이로 인해 에칭 균일도(Uniformity) 저하가 발생된다.
따라서 본 발명에서는 BHDIW의 공급 여부에 따른 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 기초로 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 기판 상으로 스캔 토출함으로써 RMG공정에 필요한 TiN막질의 에칭 레이트(E/R)와 균일도(Uniformity)를 향상시키는 방안을 제시한다.
도 6은 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 일실시예에 따른 흐름도를 도시한다.
본 발명에서는 BHDIW의 공급 여부에 따른 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 기초로 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 기판 상으로 스캔 토출하는데, 이를 위해 제어부(200)는 사전에 분사 노즐의 처리액 스캔 토출을 위한 딜레이 시간을 설정(S110)한다.
여기서 처리액 스캔 토출 딜레이 시간은 해당 기판 처리 공정에 따른 BHDIW 공급 여부, 기판의 처리 온도 조건 및 처리액 공급량 등의 각 요소에 대한 데이터를 사전에 실험적 결과를 기초로 마련하여 각 요소별 변동치에 따라 최적의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 설정할 수 있다.
가령 도 7에 도시된 바와 같이 기판(W)을 중심부로부터 외측부를 향해 복수의 영역(A, B, C)로 분류하고 각 영역(A, B, C)에서 분사 노즐(145)의 이동 시간을 각각 상이하게 조절하면서 처리액 공급량을 조절할 수 있다. 상기 도 7에서는 기판(W)을 외측으로부터 중심을 향해 A, B, C 영역으로 구분하였으나, 이는 설명의 편의를 위해 구분한 것으로서, 기판의 영역을 더욱 세분화시켜 구분할 수도 있고, 또는 기판(W)의 외측으로부터 중심부를 향하는 거리를 기준으로 분사 노즐(145)의 이동 시간을 조절할 수도 있다. 또한 기판(W)의 외측과 중심부 간을 반복하여 왕복하도록 분사 노즐(145)의 이동 시간을 조절할 수도 있다.
기판 처리 장치(100)를 통한 기판 처리 공정을 수행하면서, 제어부(200)는 해당 공정에 따라 백노즐(135)을 제어하여 BHDIW(후면 고온 순수)를 선택적으로 기판 후면에 공급(S120)한다.
그리고 제어부(200)는 노즐 부재(140)를 제어하여 분사 노즐(145)의 이동 시간을 조절(S130)하면서 분사 노즐(145)을 통해 처리액을 스캔 토출(S140)시킨다.
바람직하게는 제어부(200)는 기판의 외측으로부터 중심부를 향해 분사 노즐(145)의 이동 시간을 조절하여 처리액을 기판 상으로 스캔 토출하도록 노즐 부재(140)를 제어한다.
도 8은 본 발명에 따른 기판 처리 방법에서 분사 노즐의 이동 시간 조절에 대한 실시예를 도시한다.
상기 도 8의 (a)는 BHDIW를 공급하는 경우에 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 나타내는데, 기판(W)의 외측 부위의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간(t11)을 기판(W)의 중심 부위의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간(t12)보다 길게 조절한다.
또한 상기 도 8의 (b)는 BHDIW를 미공급하는 경우에 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 나타내는데, 기판(W)의 외측 부위의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간(t21)을 기판(W)의 중심 부위의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간(t22)보다 ?게 조절한다.
이와 같이 백노즐(135)을 통한 BHDIW의 공급 여부에 따라 분사 노즐(145)의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절하여 분사 노즐(145)의 이동 시간을 상이하게 변경하면서 기판 상에 처리액을 스캔 토출한다.
이러한 분사 노즐(145)의 처리액 스캔 토출은 기판의 외측 부위와 중심 부위를 왕복하면서 반복적으로 수행될 수도 있다.
또한 제어부(200)는 BHDIW 공급 여부와 기판의 온도 변화에 따라 분사 노즐(145)의 스캔 토출 범위를 상이하게 조절하여 기판 상으로 분사 노즐(145)이 처리액을 스캔 토출하도록 제어할 수도 있다.
나아가서 제어부(200)는 분사 노즐(145)의 스캔 토출을 제어하면서 온도 측정부를 통해 기판의 각 영역에 대한 온도 차이를 파악(S150)할 수 있으며, 만약 기판의 영역별 온도 차이가 일정 수준을 초과하는 경우에 분사 노즐(145)의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 다시 조절(S160)할 수 있다.
가령, 기판의 외측과 중심 부위의 온도 차이가 기설정된 기준치를 초과하거나 미달하는 경우에 제어부(200)는 분사 노즐(145)의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 다시 조절할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 통해 처리액과 BHDIW의 공급량을 조절함으로써 에칭량(Etch Amount) 및 균일도를 향상시킬 수 있다.
특히 BHDIW 공급 여부에 따른 기판 영역별 온도를 고려하여 분사 노즐의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절함으로써 에칭 레이트의 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명을 적용한 실험결과에 따른 TiN 에칭량(Etch Amount)을 살펴보기로 한다.
도 9는 본 발명을 적용하여 BHDIW의 공급 여부에 따른 TiN 에칭량(Etch Amount)을 나타낸다.
분사 노즐을 통해 70도 처리액을 2000cc/min의 분사속도로 30초 동안 토출하면서 BHDIW의 공급시 70도 BHDIW를 2000cc/min의 분사속도로 공급하였다.
그리고 BHDIW의 공급시 분사 노즐의 스캔 토출 딜레이 시간을 기판의 외측 부근에서 0.5초로 설정하고 기판의 중심 부근에서 1.5초로 설정하였으며, BHDIW의 미공급시 분사 노즐의 스캔 토출 딜레이 시간을 기판의 외측 부근에서 1초로 설정하고 기판의 중심 부근에서 0.5초로 설정하였다.
상기 도 9에서 A1 그래프는 본 발명에 따라 처리액을 스캔 토출하면서 BHDIW를 공급한 경우의 TiN 에칭량이고, A2 그래프는 처리액을 스캔 토출하지 않고 기판의 중심부에서 고정 토출하면서 BHDIW를 공급한 경우의 TiN 에칭량이고, A3 그래프는 본 발명에 따라 처리액을 스캔 토출하면서 BHDIW를 미공급한 경우의 TiN 에칭량을 나타낸다.
상기 도 9에서 보는 바와 같이 본 발명을 적용하는 경우에 에칭량의 균일도를 현저하게 높일 수 있음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명에서 분사 노즐의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간 조절에 따른 TiN 에칭량(Etch Amount)을 나타낸다.
기판의 영역별로 분사 노즐의 스캔 토출 딜레이 시간을 상이하게 설정하였는데, B1 그래프의 경우 기판 중심 부위에서 1.5초, 외측 부위에서 0초로 설정하고, B2 그래프의 경우 기판 중심 부위에서 0.5초, 외측 부위에서 1초로 설정하고, B3 그래프의 경우 기판 중심 부위에서 3초, 외측 부위에서 0.5초로 설정하고 B4 그래프의 경우 기판 중심 부위에서 1.5초, 외측 부위에서 0.5초로 설정하여 각 경우에 대한 TiN 에칭량을 나타낸다.
상기 도 10의 결과를 통해 기판 중심 부위와 기판 외측 부위에서의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간에 대한 편차를 너무 높이는 경우 적절하지 않고 너무 낮추는 경우에도 적절하지 않을 것을 알 수 있다. 이러한 실험 결과에 따라 본 발명의 적용시 기판 중심 부위와 외측 부위 간의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간은 0~1:1~5로 설정하는 것이 적절하다. 아울러 BHDIW 공급 여부도 고려하여 기판 중심 부위와 외측 부위 간의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절하는 것이 적절하다.
도 11은 본 발명에서 스캔 토출 범위를 조절한 경우의 따른 TiN 에칭량(Etch Amount)을 나타낸다.
직경이 300mm인 웨이퍼에 대하여 웨이퍼 외측으로부터 중심을 향해 스캔 토출 범위를 다양하게 설정하고 처리액을 스캔 토출하여 상기 도 11의 결과를 얻었다.
C1은 웨이퍼의 외측으로부터 15mm에서 시작하여 중심부를 향해 145mm까지 스캔 토출 범위를 설정한 경우이고, C2는 웨이퍼의 외측으로부터 15mm에서 시작하여 중심부를 향해 115mm까지 스캔 토출 범위를 설정한 경우이고, C3는 웨이퍼의 외측으로부터 15mm에서 시작하여 중심부를 향해 135mm까지 스캔 토출 범위를 설정한 경우이고, C4는 웨이퍼의 외측으로부터 15mm에서 시작하여 중심부를 향해 150mm까지 스캔 도출 범위를 설정한 경우이다.
상기 도 11의 결과 그래프에서 보듯이 C3의 경우 TiN 에칭량의 균일도가 가장 높은 것을 알 수 있다. 이러한 실험 결과를 기초로 최적의 스캔 토출 범위에 대한 설정이 가능하게 된다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 기초로 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 기판 상으로 스캔 토출함으로써 에칭 레이트와 균일도를 향상시킬 수 있다.
특히, BHDIW 공급 여부에 따른 기판 영역별 온도를 고려하여 분사 노즐의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절함으로써 에칭 레이트의 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 기판 처리 장치,
110 : 챔버, 120 : 처리 용기,
130 : 기판 지지부재, 135 : 백노즐,
140 : 노즐 부재,
141 : 구동부, 142 : 지지축,
143 : 노즐 암, 145 : 분사 노즐,
200 : 제어부.

Claims (12)

  1. 기판 처리 공정에 따라 BHDIW(후면 고온 순수)를 선택적으로 기판 후면에 공급하는 기판 온도 조절 단계; 및
    BHDIW의 공급 여부에 따른 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 기초로 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 기판 상으로 스캔 토출하는 처리액 토출 조절 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리액 토출 조절 단계는,
    기판의 외측으로부터 중심부를 향해 상기 분사 노즐의 이동 시간을 조절하여 처리액을 기판 상으로 스캔 토출하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리액 토출 조절 단계는,
    BHDIW의 공급시 경우, 기판의 외측 부위에서 중심 부위보다 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 길게 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리액 토출 조절 단계는,
    BHDIW의 미공급시의 경우, 기판의 외측 부위에서 중심 부위보다 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 짧게 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리액 토출 조절 단계는,
    스캔 토출 범위를 조절하여 처리액을 기판 상으로 스캔 토출하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 온도 조절 단계는,
    기판의 외측과 중심 부위에 대한 온도 차이를 측정하며,
    상기 처리액 토출 조절 단계는,
    상기 온도 차이를 기초로 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    기판 처리 공정에 따른 BHDIW 공급 여부, 기판의 처리 온도 조건 및 처리액 공급량을 기초로 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 설정하는 공정 조건 설정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  8. 기판이 안착되는 기판 지지 부재;
    기판 상으로 스캔 이동하면서 상기 기판의 상부면으로 처리 유체를 토출하는 분사 노즐을 포함하는 노즐 부재;
    상기 기판의 후면으로 처리 유체를 분사하는 백노즐; 및
    상기 백노즐의 BHDIW(후면 고온 순수) 분사를 선택적으로 제어하면서 BHDIW의 공급 여부에 따른 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 설정하여 상기 분사 노즐의 이동 시간을 조절하면서 처리액을 토출하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기판의 외측으로부터 중심부를 향해 상기 분사 노즐의 이동 시간을 조절하여 처리액을 기판 상으로 스캔 토출하도록 상기 노즐 부재를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 분사 노즐의 스캔 토출 범위를 조절하여 처리액을 기판 상으로 스캔 토출하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기판 처리 공정에 따른 BHDIW 공급 여부, 기판의 처리 온도 조건 및 처리액 공급량을 기초로 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    기판의 외측과 중심 부위에 대한 온도 차이를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    기판의 외측과 중심 부위의 온도 차이를 기초로 상기 분사 노즐의 처리액 스캔 토출 딜레이 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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