KR101041449B1 - 기판 처리 장치 및 기판 건조 방법 - Google Patents

Abstract

스핀 건조시 기판의 오염을 방지하는 기판 건조 방법을 개시한다. 가스 노즐이 배치된 기판 건조 장치로 기판을 건조하기 위해, 전면(前面)에 포토 레지스트가 코팅된 기판을 회전 가능한 척에 안착시키고, 기판의 배면을 처리액을 사용하여 린스 처리한 후, 기판을 회전시키고 가스 노즐에서 기판의 배면으로 건조 가스를 분사하여 기판의 배면을 건조한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 건조 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND METHOD OF DRYING SUBSTRATE}

본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 건조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스핀 건조시 기판의 오염을 방지하는 기판 처리 장치 및 기판 건조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조 공정에서는 절연막 및 금속 물질의 증착(Deposition), 식각(Etching), 포토 레지스트(Photo-resist)의 도포(Coating), 현상(Develop), 애셔(Asher) 제거 등이 수회 반복되어 미세한 패터닝(Patterning)의 배열을 만들어 나가게 되며, 각각의 공정에서 발생하는 이물질의 제거를 위해 순수(Deionized Water) 또는 약액(Chemical)을 이용한 세정 공정(Wet Cleaning Process)을 수행한다.

반도체 소자의 제조시 반도체 기판에 포토 레지스트를 도포한 후 처리액을 사용하여 세정 및 린스 처리를 하고, 반도체 기판에 남은 처리액을 건조시킨다. 이때, 일반적으로는 스핀 건조 장치를 사용하여 반도체 기판을 건조시킨다.

종래의 스핀 건조 장치에 의한 건조 방법을 살펴보면, 처리 용기의 하단에 설치된 척 상에 포토 레지스트가 코팅된 기판을 안착시킨다. 이어서, 하우징 하단에 설치된 처리액 노즐에서 기판의 배면으로 처리액을 분사하여 오염 물질을 제거한다. 다음에, 반도체 기판이 안착된 척을 고속으로 회전하면, 기판에 남은 처리액이 원심력에 의해 제거되면서 기판이 건조된다.

그런데, 반도체 제조 공정에서 고점도의 포토 레지스트를 사용하여 기판에 두껍게 포토 레지스트를 도포할 경우 종래의 스핀 건조 장치 및 건조 방법은 다음과 같은 문제가 발생하고 있다. 스핀 건조 장치의 척이 고속으로 회전할 때 기판에 도포된 고점도의 포토 레지스트가 기판의 배면으로 흘러 기판을 오염시킨다. 통상적으로 스핀 건조 장치의 척의 회전 속도는 1000 RPM(Rotations Per Minute) 이상이다.

한편, 스핀 건조에서 기판의 오염을 방지하기 위해 포토 레지스트의 두께를 낮추면, 포토 레지스트가 흐르는 현상은 방지할 수 있으나, 식각시 포토 레지스트가 마스크 기능을 하지 못할 수 있다.

또한, 스핀 건조에서 기판의 오염을 방지하기 위해 척의 회전 속도를 낮추면, 건조 불량에 의한 결함이 증가하거나 건조 시간이 오래 걸려 생산성이 저하된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스핀 건조시 기판을 저속으로 회전시켜 기판의 오염을 방지하고, 건조 시간을 줄여 생산성을 높일 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 건조 방법를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판을 지지하고 고정시키는 스핀 헤드, 상기 스핀 헤드의 하부면에 결합되는 스핀들, 상기 스핀들을 회전시키는 구동부 및 상기 스핀들을 감싸고, 상기 기판의 배면과 마주하는 상면에 건조 가스를 분사하는 가스 노즐을 구비하는 노즐 지지대를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 노즐 지지대는 상기 기판의 배면에 처리액을 분사하는 처리액 노즐을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 노즐 지지대는 적어도 하나의 가스 노즐을 구비하고, 상기 가스 노즐에 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 더 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 건조 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar), 및 네온(Ne)을 포함하는 비활성 기체 그룹에서 선택된 하나일 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 기판 건조 방법은 가스 노즐이 배치된 기판 건조 장치로 기판을 건조하기 위해, 전면(前面)에 포토 레지스트 가 코팅된 상기 기판을 회전 가능한 척에 안착시키고, 상기 기판의 배면을 처리액을 사용하여 린스 처리한 후, 상기 기판을 회전시키고 상기 가스 노즐에서 상기 기판의 배면으로 건조 가스를 분사하여 상기 기판의 배면을 건조한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 기판은 저속으로 회전하고, 그 회전 속도는 100RPM 내지 700RPM일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 처리액을 분사하는 처리액 노즐을 구비하여 회전하는 상기 기판의 배면에 상기 처리액을 분사할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 건조 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar), 및 네온(Ne)을 포함하는 비활성 기체 그룹에서 선택된 하나일 수 있다.

상술한 기판 처리 장치 및 기판 건조 방법에 따르면, 기판의 배면과 마주하는 노즐 지지대의 상면에 가스 노즐을 구비함으로써, 저속으로 회전하는 기판의 배면에 건조 가스를 분사하여 기판의 배면을 신속하게 건조시킬 수 있다. 따라서, 기판의 전면에 코팅된 포토 레지스트의 변형 없이 배면을 건조할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 상술한 본 발명이 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 및 효과는 첨부된 도면과 관련된 실시 예들을 통해서 용이하게 이해될 것이다. 각 도면은 명확한 설명을 위해 일부가 간략하거나 과장되게 표현되었다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 도시되었음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면 구성을 나타내는 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 반도체 웨이퍼와 같은 기판(10)을 회전시키는 스핀 헤드(105), 스핀 헤드(105)와 연결되는 스핀들(110), 스핀들(110)을 감싸는 노즐 지지대(112), 노즐 지지대(112)에 설치된 처리액 노즐(118)과 가스 노즐(120), 스핀들(110)과 연결되어 스핀 헤드(105)과 스핀들(110)을 회전시키는 구동부(180) 및 노즐 지지대(112)를 감싸는 처리 용기(190)를 포함한다.

스핀 헤드(105)는 원형 플레이트 형태로 이루어지며, 처리 용기(190)의 중심에 위치한다. 스핀 헤드(105)는 전면(12)에 포토 레지스트(30)가 코팅된 기판(10)을 지지하며, 기판(10)을 흡착하여 고정한다.

스핀들(110)은 원기둥 형상으로 이루어져 스핀 헤드(105)에 수직한 방향으로 배치되고, 스핀 헤드(105)과 연결되어 스핀 헤드(105)을 지지한다. 스핀들(110)은 구동부(180)로부터 회전력을 공급받아 스핀 헤드(105)에 전달한다. 즉, 스핀들(110)은 구동부(180)에 의해 스핀 헤드(105)과 함께 회전한다.

노즐 지지대(112)는 내부가 비어있는 중공축(hollow shaft) 형태로 이루어지며, 내부에 위치하는 스핀들(110)을 감싼다. 노즐 지지대(112)는 상단이 기판(10)의 형태에 대응하는 평형한 원형으로 이루어지고, 상면에 처리액 노즐(118)과 가스 노즐(120)을 구비한다.

처리액 노즐(118)은 노즐 지지대(112)의 상면에 복수개가 설치된다. 처리액 노즐(118)은 처리액 공급부(미도시)로부터 공급되는 처리액을 기판(10)의 배면(14)에 분사한다. 이러한 처리액 노즐(118)은 기판(10)의 배면(14)을 린스 처리한다.

가스 노즐(120)은 노즐 지지대(112)의 상면에 복수개가 설치되며, 처리액 노즐(118) 사이에 위치한다. 가스 노즐(120)은 가스 공급부(130)와 가스 공급 라인(135)으로 연결되며, 가스 공급부(130)로부터 건조 가스를 공급받아 기판(10)의 배면(14)으로 분사한다. 이러한 가스 노즐(120)은 건조 가스 예컨대, 질소(N2), 아르곤(Ar), 및 네온(Ne)를 포함하는 비활성 기체 그룹 중 선택된 하나를 분사하여 처리액이 남아있는 기판(10)의 배면(14)을 건조한다. 여기서, 비활성 기체 그룹은 질소(N2), 아르곤(Ar), 및 네온(Ne)을 포함하는 것으로 한정되는 것은 아니며, 기판과 처리액에 영향을 주지 않는 다양한 기체를 포함할 수 있다.

가스 공급부(130)는 건조 가스를 저장하고 있다가 공정 진행시 가스 공급 라인(135)을 통해 가스 노즐(120)로 건조 가스를 공급한다.

구동부(180)는 스핀 모터를 포함하며, 노즐 지지대(112)의 하부에 배치된다. 구동부(180)는 스핀들(110)과 연결되며, 외부의 전원을 공급받아 회전력을 발생시켜 스핀들(110)을 회전시킨다. 이에 따라, 구동부(180)는 기판(10)을 고정하는 스 핀 헤드(105)을 회전시킬 수 있다. 이때, 구동부(180)는 스핀 헤드(105)을 100RPM 내지 700RPM의 저속으로 회전시킨다.

처리 용기(190)는 회전하는 기판(10)으로부터 처리액이 주변의 장비로 튀는 것을 방지하기 위해 상부가 개방된 원통 형상의 용기로 이루어진다.

기판 처리 장치(100)는 기판(10)의 배면(14)과 마주하는 노즐 지지대(112)의 상면에 가스 노즐(120)을 구비함으로써, 저속으로 회전하는 기판(10)의 배면(14)에 건조 가스를 분사하여 기판(10)의 배면(14)을 신속하게 건조시킬 수 있다. 따라서, 기판(10)은 전면(12)에 코팅된 포토 레지스트(30)의 변형 없이 배면(14)을 건조할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 건조 방법을 나타내는 흐름도이다. 여기서는, 도 1의 참조 번호를 차용하여 기판의 건조 방법을 설명한다.

도 3을 참조하면, 스핀 헤드(105)의 상부에 기판(10)을 로딩한다(S11). 여기서, 기판(10)은 포토 리소그래피 공정에서 패터닝을 위해 전면(12)에 고점도의 포토 레지스트(30)가 소정의 두께로 코팅된 상태이다. 스핀 헤드(105)는 기판(10)을 흡착하여 고정시킨다.

다음, 구동부(180)에서 회전력을 발생시켜 스핀들(110)을 회전시키고, 스핀 헤드(105)과 스핀 헤드(105)에 고정된 기판(10)도 회전시킨다. 그리고, 회전하는 기판(10)의 배면(14)에 처리액을 분사한다. 이때, 노즐 지지대(112)에 설치된 처리액 노즐(118)을 이용하여 처리액 공급부로부터 공급되는 처리액을 기판(10)의 배면(14)에 분사한다. 이에 따라, 기판(10)의 배면(14)을 린스 처리한다(S21).

다음, 기판(10)을 저속으로 회전시키고, 처리액이 남아있는 기판(10)의 배면(14)에 건조 가스를 분사하여 기판(10)을 건조한다(S31). 이때, 노즐 지지대(112)의 상면에 설치된 가스 노즐(120)을 이용하여 가스 공급부(130)로부터 공급되는 건조 가스 예컨대, 질소(N2), 아르곤(Ar), 및 네온(Ne)을 포함하는 비활성 기체 그룹 중 선택된 하나를 기판(10)의 배면(14)에 분사한다. 비활성 기체는 회전하는 기판(10)에 의해 배면(14)을 따라 고르게 분산되며, 남아있는 처리액을 기판(10)의 외곽으로 밀어내거나 증발시켜 기판(10)을 건조시킬 수 있다.

여기서, 기판(10)은 100RPM 내지 700RPM의 저속으로 회전시킨다. 왜냐하면, 기판(10)의 전면(12)에 코팅된 포토 레지스트(30)에 영향을 주지 않기 위해서이다. 그럼에도 불구하고, 종래에 1000RPM 이상으로 회전하는 기판(10)과 대비하여 처리액의 제거 속도는 뒤떨어지지 않는다. 기판(10)을 회전하는 것과 함께 비활성 기체를 분사하여 기판(10)의 배면(14)에서 처리액을 증발시켜 기판의 건조 속도가 증가하였기 때문이다. 결과적으로 원심력이 감소함에 따라 전면(12)에 코팅된 포토 레지스트(30)의 변형을 방지하면서 기판(10)의 배면(14)을 신속하게 건조시킬 수 있다.

기판의 건조 과정이 완료되면, 건조된 기판(10)을 처리 용기(190)의 외부로 이동시켜 기판(10)을 스핀 헤드(105)로부터 언로딩한다(S41).

본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 건조 방법은 전면(12)에 포토 레지스트(30)가 코팅된 기판(10)을 린스 처리한 후 건조하는 모든 설비에 적용 가능할 수 있다. 그리고, 회전하는 기판(10)의 배면(14)에 기체를 분사함으로써, 전면(12)에 코팅된 포토 레지스트(30)의 변형과 기판(10)의 건조 불량 및 작업 시간 증가를 방지할 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 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면 구성을 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 건조 방법을 나타내는 흐름도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 기판 105: 스핀 헤드

110: 스핀들 112: 노즐 지지대

120: 가스 노즐 130: 가스 공급부

135: 가스 공급 라인 180: 구동부

190: 처리 용기

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 기판 처리 장치에 있어서,

   기판의 배면 중앙을 지지하고, 원형플레이트 형상으로 이루어지는 스핀헤드;

   상기 스핀 헤드의 하부면에 수직한 방향으로 결합되는 스핀들;

   상기 스핀들을 회전시키는 구동부; 및

   상기 스핀들이 관통되어 위치되도록 내부가 비어있는 중공축 형태로 이루어지며, 상기 기판의 배면과 대응하는 평형한 원형의 상면을 갖되, 상기 상면에는 기판의 배면으로 건조 가스를 분사하는 적어도 하나의 가스 노즐과, 기판의 배면으로 처리액을 분사하는 적어도 하나의 처리액 노즐이 설치되어 있는 노즐 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 건조 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar), 및 네온(Ne)을 포함하는 비활성 기체 그룹에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
5. 삭제
6. 가스 노즐이 배치된 기판 건조 장치로 기판을 건조하는 방법에 있어서,

   전면(前面)에 포토 레지스트가 코팅된 상기 기판을 회전 가능한 척에 안착시키는 단계;

   상기 기판의 배면을 처리액을 사용하여 린스 처리하는 단계; 및

   상기 기판을 회전시키고 상기 가스 노즐에서 상기 기판의 배면으로 건조 가스를 분사하여 상기 기판의 배면을 건조하는 단계를 포함하되;

   상기 기판은 저속으로 회전하고, 그 회전 속도는 100RPM 내지 700RPM인 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
7. 제6 항에 있어서, 상기 린스 처리하는 단계는,

   처리액을 분사하는 처리액 노즐을 구비하여 회전하는 상기 기판의 배면에 상기 처리액을 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 건조 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar), 및 네온(Ne)을 포함하는 비활성 기 체 그룹에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.

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