KR100625324B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판을 세정하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 상기 지지부재에 놓여진 기판으로 탈이온수를 공급하여 린스 공정을 수행하는 동안, 웨이퍼의 둘레를 감싸는 차단막을 형성하기 위해 차단가스를 공급하는 차단 노즐을 가진다. 이로 인해 공정 진행 중 웨이퍼가 공기와 접촉되는 것을 차단하여 웨이퍼에 물반점이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
세정 장치, 물반점, 차단 가스

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING A SUBSTRATE}
도 1은 본 발명의 세정 장치의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면;
도 2는 도 1의 선 Ⅰ-Ⅰ′을 따라 절단한 분사노즐의 단면도;
도 3은 도 2의 선 Ⅱ-Ⅱ′를 따라 절단한 분사노즐의 단면도;
도 4는 도 2의 저면도; 그리고
도 5는 도 1의 장치에서 공정 수행시 유체의 흐름 경로를 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 용기 200 : 지지부재
300 : 처리용 유체 공급부재 400 : 차단가스 공급부재
440 : 차단 노즐 500 : 차단막
본 발명은 반도체 소자를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하 게는 매엽식으로 반도체 기판을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼를 집적 회로로 제조할 때 제조공정 중에 발생하는 잔류 물질(residual chemicals), 작은 파티클(small particles), 오염물(contaminants) 등을 제거하기 위하여 반도체 웨이퍼를 세정하는 공정이 요구된다. 반도체 웨이퍼의 세정 공정은 약액 처리 공정, 린스 공정, 그리고 건조 공정으로 나눌 수 있다. 약액처리 공정은 불산 등과 같은 화학약액을 사용하여 웨이퍼 상의 오염물질을 화학적 반응에 의해 식각 또는 박리시키는 공정이며, 린스 공정은 약액 처리된 반도체 웨이퍼를 탈이온수로 세척하는 공정이며, 건조 공정은 최종적으로 웨이퍼를 건조하는 공정이다.
세정 공정을 수행하는 장치로 매엽식 장치와 배치식 장치가 사용된다. 매엽식 장치는 웨이퍼를 그 처리면이 상부를 향하도록 위치시키고 웨이퍼 상에 세정액을 공급함으로써 공정을 수행하는 장치이다. 배치식 장치는 복수의 웨이퍼들을 처리조 내 세정액에 잠기도록 하여 공정을 수행하는 장치이다.
배치식 장치의 경우, 웨이퍼들이 세정액(약액 또는 린스액) 내에 잠긴 상태에서 공정이 수행되므로 웨이퍼들과 공기가 접촉되지 않는다. 그러나 매엽식 장치의 경우, 공정 진행 중 웨이퍼의 처리면이 공기 중에 노출되고, 이로 인해 웨이퍼의 처리면과 산소가 접촉되어 웨이퍼 상에 물반점을 형성한다.
본 발명은 공정 진행 중 웨이퍼가 공기에 접촉됨으로써 웨이퍼 상에 물반점 이 형성되는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 매엽식 기판 처리 장치를 제공한다. 상기 기판 처리 장치는 공정 진행 중 기판을 지지하는 지지부재, 상기 지지부재에 놓여진 기판으로 처리용 유체를 공급하는 처리용 유체 공급부재, 그리고 차단가스를 공급하여 상기 기판을 감싸는 차단막을 형성하는 차단가스 공급부재를 포함한다. 상기 차단막은 공정 진행 중 상기 지지부재에 놓여진 기판이 공기와 접촉되는 것을 방지한다.
일 예에 의하면, 상기 기판 처리 장치는 기판을 세정하는 장치이고, 상기 공정은 린스 공정을 포함한다.
일 예에 의하면, 상기 차단가스 공급부재는 공정 진행 중 상기 지지부재에 놓인 기판의 상부에 위치되며 아래 방향으로 차단가스를 공급하는 차단 노즐을 가진다. 상기 차단 노즐은 그 끝단에 제공되며 차단 가스를 토출하는 분사통로를 포함한다. 상기 분사통로는 링 형상으로 제공되며, 기판의 바깥쪽을 향하는 방향으로 하향 경사진다.
일 예에 의하면, 상기 기판 처리 장치에는 상기 지지부재를 감싸며 상부가 개방된 공간을 가지는 용기가 제공된다. 상기 분사통로의 경사각은 상기 용기 내로 공기가 유입되지 않도록 상기 용기의 개방된 상부를 차단가스로 감쌀 수 있도록 제공된다.
또한, 본 발명은 기판의 처리면이 상부를 향하도록 기판을 지지하고 상기 기판의 처리면으로 처리용 유체를 공급하여 공정을 수행하는 기판 처리 방법을 제공한다. 상기 기판 처리 방법에 의하면, 공정 진행 중 차단가스를 공급하여 상기 기판을 감싸는 차단막을 형성하고, 이로 인해 상기 기판의 처리면이 공기와 접촉되는 것을 방지한다. 상기 공정은 기판을 세정하는 공정들 중 린스 공정일 수 있다.
상기 차단가스는 상기 기판의 상부에 배치된 차단 노즐로부터 제공되며, 상기 차단 노즐은 상기 차단막을 콘 형상으로 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 위해 과장된 것이다.
아래의 실시예에서는 반도체 웨이퍼(W)를 세정하는 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 이는 일 예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상은 세정 공정 이외에 웨이퍼(W)가 공기에 노출된 상태에서 웨이퍼(W)에 처리용 유체를 공급하여 공정을 수행하는 다른 종류의 장치에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치(10)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 세정 장치(10)는 용기(100), 지지부 재(200), 처리용 유체 공급부재(300), 그리고 차단가스 공급부재(400)를 가진다. 용기(100)는 내부에 세정 공정이 수행되는 공간(140)을 제공한다. 용기(100)는 상부가 개방된 공간(140)이 형성된 보울(bowl) 형상을 가지며, 용기(100)의 저면에는 공정에 사용된 처리용 유체가 배출되는 배출라인(120)이 결합된다.
지지부재(200)는 공정 진행 중 웨이퍼(W)를 지지한다. 지지부재(200)는 대체로 원판 형상으로 형성된 지지판(220)을 가진다. 지지판(220)의 저면에는 모터(260)에 의해 회전가능한 회전축(240)이 결합된다. 지지판(220)은 용기(100) 내에 위치되며, 회전축(240)은 용기(100)의 저면을 관통하도록 제공된다. 지지판(220)의 가장자리 영역에는 공정 진행 중 웨이퍼(W)를 지지하는 지지핀들(280)이 설치된다. 지지핀들(280)은 복수개가 서로 균등한 간격으로 배치된다. 각각의 지지핀(280)은 원통 형상을 가지며 웨이퍼(W)의 가장자리 일부가 접촉되는 지지부(282)와 이로부터 상부로 연장된 돌출부(284)를 가진다. 돌출부(284)는 공정 진행 중 웨이퍼(W)가 원심력에 의해 지지부재(200)로부터 벗어나는 것을 방지한다. 선택적으로 지지부재(200)가 진공 흡착에 의해 웨이퍼(W)를 지지하도록, 지지핀들(280) 대신 지지판(220) 내에 진공라인(도시되지 않음)이 제공될 수 있다.
처리용 유체 공급부재(300)는 웨이퍼(W) 세정에 사용되는 유체를 공급한다. 처리용 유체 공급부재(300)는 공급 노즐(320)과 이를 이동시키는 공급 노즐 이동기(340)를 가진다. 공급 노즐 이동기(340)는 용기(100)의 외측에 수직 방향으로 설치된 수직 지지대(344)와 이의 상부 끝단에 수평 방향으로 설치된 수평 지지대(342)를 가진다. 공급 노즐(320)은 아래를 향하는 방향으로 처리용 유체를 분사할 수 있 도록 수평 지지대(342)의 끝단에 결합된다. 수직 지지대(344)는 원통형의 긴 로드 형상을 가지며, 수직 지지대(344)는 자신의 중심축을 기준으로 모터에 의해 회전된다. 상술한 구조로 인해 공급 노즐(320)은 공정 진행 전에는 용기(100)의 외측에 위치되고, 공정 진행 시에는 용기(100) 내로 이동된다. 상술한 예에서 공급 노즐 이동기(340)는 공급 노즐(320)을 회전이동시키는 구조를 가지는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 공급 노즐 이동기는 공급 노즐(320)을 웨이퍼(W)의 반경 방향으로 직선이동시키는 구조를 가질 수 있다.
상술한 처리용 유체 공급부재(300)에 의해 공급되는 유체는 웨이퍼(W) 상에 오염물질을 제거하기 위한 약액, 웨이퍼(W) 상에 잔류하는 약액을 제거하기 위한 린스액, 또는 웨이퍼(W)를 건조하기 위한 건조가스일 수 있다. 약액으로는 불산 등과 같은 화학용액이 사용되고, 린스액으로는 탈이온수 등이 사용될 수 있으며, 건조가스로는 이소프로필 알코올 증기와 같은 유기용제 또는 질소가스와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.
처리용 유체 공급부재(300)에는 각각의 공급 노즐 이동기(340)에 의해 구동되는 복수의 공급 노즐(320)들이 제공될 수 있다. 선택적으로 처리용 유체 공급부재(300)는 하나의 공급 노즐(320)을 구비하고, 공급 노즐(320) 내에 처리용 유체가 공급되는 복수의 통로들이 제공될 수 있다.
상술한 예에서는 본 발명의 장치에서 약액 처리 공정, 린스 공정, 그리고 건조 공정을 모두 수행하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나 이와 달리 본 발명의 장치는 상술한 공정들 중 어느 하나의 공정만을 수행하도록 구성지어질 수 있 다.
공정 진행시 공급 노즐(320)은 웨이퍼(W)의 중앙 상부에 고정될 수 있다. 선택적으로 공정 진행시 공급 노즐(320)은 웨이퍼(W)의 중앙 상부와 웨이퍼(W)의 가장자리 상부 사이를 회전할 수 있다. 일 예에 의하면, 약액 처리 공정이 진행되는 동안 약액을 공급하는 공급 노즐은 웨이퍼(W)의 중앙 상부에서 가장자리 상부까지 회전하고, 린스 공정이 진행되는 동안 린스액을 공급하는 공급 노즐은 웨이퍼(W)의 중앙 상부에 위치될 수 있으며, 건조 공정을 수행하는 동안 공급 노즐은 웨이퍼(W)의 중앙 상부에서 웨이퍼(W)의 가장자리 영역까지 직선 이동될 수 있다.
세정 장치(10)는 청정실(도시되지 않음) 내에 배치되며 청정실 내에서 공기는 상부에서 아래로 대체로 수직방향으로 흐른다. 세정 공정이 진행되는 동안 공기가 용기(100) 내로 유입되어 웨이퍼(W)에 접촉된다. 이 경우 공기 중에 포함된 산소에 의해 웨이퍼(W)에 물반점이 형성된다. 차단가스 공급부재(400)는 웨이퍼(W)를 감싸도록 차단막(500)을 형성하는 차단가스를 공급한다. 차단막(500)은 공기가 웨이퍼(W)와 접촉하는 것을 방지한다. 차단가스로는 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 이산화탄소(CO2) 등이 사용될 수 있다.
차단가스 공급부재(400)는 지지대(420)와 차단 노즐(440)을 가진다. 차단 노즐(440)은 공정 진행시 웨이퍼(W)의 중앙 상부에 공급 노즐(320)보다 높게 위치된다. 차단 노즐(440)은 아래 방향으로 차단가스를 공급하도록 배치되며 지지대(420)에 의해 지지된다. 지지대(420)는 상술한 위치에 고정설치될 수 있으며, 선택적으 로 직선 이동 또는 회전 이동될 수 있다. 그러나 공정 진행 중 차단 노즐(440)은 웨이퍼(W)의 중앙 상부에 고정된다.
차단가스 공급부재(400)는 웨이퍼(W)의 둘레에 콘(cone) 형상의 차단막(500)을 제공할 수 있는 형상을 가진다. 도 2는 도 1의 차단가스 공급부재(400)의 선 Ⅰ-Ⅰ′을 따라 절단한 단면도이고, 도 3은 도 2의 선 Ⅱ-Ⅱ′를 따라 절단한 단면도이며, 도 4는 도 2의 저면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 차단 노즐(440)은 원통 형상을 가지는 상부체(442)와 이로부터 아래로 연장되며 원뿔 형상을 가지는 하부체(444)를 가진다. 상부체(442)와 하부체(444) 내에는 차단가스가 흐르는 차단가스 이동통로(460)가 형성된다. 차단가스 이동통로(460)는 공급통로(462), 연결통로(464), 그리고 분사통로(466)를 가진다. 공급통로(462)는 상부체(442) 중앙에 수직방향으로 일직선으로 제공되며, 외부의 가스공급관과 연결된다. 연결통로(464)와 분사통로(466)는 하부체(444)에 형성된다. 연결통로(464)는 공급통로(462)의 끝단으로부터 분기되어 공급통로(462)로부터 경사지게 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이 연결통로(464)는 복수개가 제공되며 이들은 서로 균등한 간격으로 이격되게 형성된다. 분사통로(466)는 상술한 복수개의 연결통로(464)들과 연결되며 링 형상을 가진다. 분사통로(466)는 아래로 갈수록 웨이퍼(W)의 바깥쪽을 향하는 방향으로 하향 경사지게 제공된다. 분사통로(466)의 경사각도는 연결통로(464)의 경사각도와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 경사각도는 차단 노즐(440)이 제공되는 높이에 따라 다양하게 제공될 수 있다. 예컨대, 분사통로(466)의 경사각도는 수직축을 기준으로 약 45도(°) 내지 80도(°)가 될 수 있다.
공기가 용기(100) 내로 유입되는 것을 방지하도록 차단막(500)은 용기(100)의 개방된 상부를 감싸도록 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 분사통로(466)의 경사각도는 차단가스가 용기(100)의 개방된 상부를 감쌀 수 있도록 하는 각도로 제공되는 것이 바람직하다.
웨이퍼(W)의 둘레에 차단막(500)을 형성한다는 것의 의미는 상술한 실시예와 같이 콘 형상의 외곽에만 차단가스를 공급하는 경우뿐만 아니라 콘 형상의 외곽 내에 차단가스를 공급하는 경우를 모두 포함한다. 따라서 차단 노즐(440)의 형상은 상술한 예와 상이하게 제공될 수 있다.
공정 진행시 웨이퍼(W) 상에 물반점의 형성 문제는 린스 공정 진행시에 잘 발생된다. 따라서 린스 공정이 수행되는 동안 차단 노즐(440)로부터 차단가스가 공급된다. 선택적으로 약액 처리 공정 또는 건조 공정이 수행되는 동안 차단 노즐(440)로부터 차단가스가 공급될 수 있다.
도 5는 도 1의 장치를 사용하여 세정 공정 진행시 장치 내 유체의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 5에서 점선으로 된 화살표는 공기의 흐름을 나타내고, 실선으로 된 화살표는 차단막을 제공하는 차단가스의 흐름을 나타낸다. 도 5와 같이 처리용 유체 공급 노즐(320)로부터 탈이온수와 같은 처리용 유체가 공급되는 동안, 웨이퍼(W)의 상부에 배치된 차단가스 공급 노즐(320)로부터 차단가스가 공급된다. 차단가스는 웨이퍼(W)를 포함하여 용기(100)를 감싸도록 용기(100) 둘레에 콘 형상의 차단막(500)을 형성한다. 상부에서 아래로 제공되는 공기는 차단막(500)을 따라 아래로 이동된다. 따라서 용기(100) 내로 공기의 유입이 방지되며, 웨이퍼(W)에 물반 점이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면 매엽식 장치에서 처리용 유체를 공급하여 공정 진행시 웨이퍼가 공기 중의 산소와 접촉되어 웨이퍼에 물반점이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 차단 노즐이 콘 형상의 외곽에만 차단가스를 공급하여 차단막을 형성할 수 있는 구조를 가지므로 차단 가스의 사용량을 줄일 수 있다.

Claims (9)

  1. 매엽식 기판 처리 장치에 있어서,
    공정 진행 중 기판을 지지하는 지지부재와;
    상기 지지부재에 놓여진 기판으로 처리용 유체를 공급하는 처리용 유체 공급부재와; 그리고
    공정 진행 중 상기 지지부재에 놓여진 기판이 공기와 접촉되지 않도록 차단가스를 공급하여 상기 기판을 감싸는 차단막을 형성하는 차단가스 공급부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 기판을 세정하는 장치이고,
    상기 공정은 린스 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 차단가스 공급부재는 공정 진행 중 상기 지지부재에 놓인 기판의 상부에 위치되며, 아래 방향으로 차단가스를 공급하는 차단 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 차단 노즐은 그 끝단에 제공되며 차단 가스를 토출하는 분사통로를 포함하되,
    상기 분사통로는 링 형상으로 제공되며, 기판의 바깥쪽을 향하는 방향으로 하향 경사진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 상기 지지부재를 감싸며 상부가 개방된 공간을 가지는 용기를 더 포함하고,
    상기 분사통로의 경사각은 상기 용기 내로 공기가 유입되지 않도록 상기 용기의 개방된 상부를 차단가스로 감쌀 수 있도록 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 차단가스는 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 이산화탄소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 기판의 처리면이 상부를 향하도록 기판을 지지하고, 상기 기판의 처리면으로 처리용 유체를 공급하여 공정을 수행하는 기판 처리 방법에 있어서,
    공정 진행 중 차단가스를 공급하여 상기 기판을 감싸는 차단막을 형성함으로써 상기 기판의 처리면이 공기와 접촉되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 공정은 기판을 세정하는 공정들 중 린스 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 차단가스는 상기 기판의 상부에 배치된 차단 노즐로부터 제공되며,
    상기 차단 노즐은 상기 차단막을 콘 형상으로 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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