KR101087791B1 - 스핀 척 및 이를 이용한 스핀 척 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안착된 웨이퍼(기판)를 회전시키는 스핀 척 및 그 스핀 척을 이용한 스핀 척 장치를 개시한다.
본 발명의 스핀 척은 안착된 기판의 후면과 일정 거리 이격되면서 기판의 후면을 커버해주는 보조 고정판을 구비함으로써 기판에 박막을 코팅하는 과정에서 발생되는 미세 포말들이 기판의 후면에 부착되는 것을 차단시켜준다. 또한 스핀 척 장치는 스핀 척의 수평 불량을 감지함으로써 수평 불량에 의한 기판 후면의 긁힘 현상을 방지할 수 있다.

Description

스핀 척 및 이를 이용한 스핀 척 장치{Spin chuck and apparatus using the same}
본 발명은 웨이퍼를 흡착 및 회전시키는 스핀 척 및 이를 이용한 스핀 척 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 후면에 오염원이 부착되는 것을 차단하고 회전시 웨이퍼 후면의 긁힘 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 스핀 척 및 그 스핀 척을 사용한 스핀 척 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다.
일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 기판 상에 소정의 막을 형성하고, 그 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로써 제조된다.
그러한 패턴은 막 형성, 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 화학적 기계적 연마(CMP) 등과 같은 단위 공정들의 순차적으로 또는 반복적으로 수행됨으로써 형성된다. 그러한 단위 공정들 중에서 포토리소그래피 공정은 반도체 기판 상에 포토레지스트막을 형성하고 이를 경화시키는 공정과 반도체 기판 상에 형성된 포토레지 스트 막을 원하는 포토레지스트 패턴으로 형성하기 위해 소정 부위를 제거하는 노광 공정 및 현상 공정을 포함한다. 그러한 포토레지스트막의 코팅 및 현상은 노광 장비에 연결되게 트랙 장비로 구성된 스핀 척(spin chuck) 장치에서 수행되고 있다. 스핀 척 장치에서는 이러한 레지스트액 또는 현상액과 같은 화학액의 분출과 함께 세정(cleaning) 또는 린스(rinse)를 위한 탈이온수(DI water)와 같은 세정액 또는 린스액을 분출하도록 구성되어 있다.
도 1은 종래의 스핀 척 장치의 구성을 간략하게 설명하기 위한 도면이다.
종래의 스핀 척 장치는 웨이퍼(W)가 안착되는 스핀 척(10), 레지스트액 또는 현상액과 같은 화학액을 분출하거나 탈이온수와 같은 세정액 또는 린스액을 토출하는 토출부(20), 웨이퍼(W)의 후면에 린스를 분사하는 백린스(30) 및 사용된 레지스트액 또는 화학액을 외부로 배출하기 위한 액처리용 컵(40)을 포함한다. 스핀 척(10)은 회전축(12)에 연결되어 회전축(12)의 회전에 의해 회전되게 구성된다.
이러한 스핀 척 장치는 이송 로봇에 의해 웨이퍼(W)가 스핀 척(10) 상에 올려지면 토출부(20)가 웨이퍼(W) 상의 중심 부위에 레지스트액을 토출하고, 스핀 척(10)을 회전시킴으로써 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 그러면 웨이퍼(W) 상의 중심 부위에 토출된 레지스트액은 웨이퍼(W)의 회전력에 의해 웨이퍼(W)의 주변 부위로 밀려나면서 웨이퍼(W)의 전면에 고르게 도포된다. 다음에 열 공정을 통하여 포토레지스트 용액이 포토레지스트 막으로 형성된다.
그런데, 이러한 스핀 척 장치에서는 도 2에서와 같이 레지스트액을 코팅하는 과정에서 웨이퍼(W)의 표면에 토출된 레지스트액이 웨이퍼(W)의 회전에 의해 주변 으로 흩어지면서 다량의 미세한 포말(파티클)들을 발생시키게 되는데, 이러한 미세한 포말들은 회전하는 웨이퍼(W)의 후면에 부착되어 후면을 오염시키는 원인이 되고 있다.
이처럼 웨이퍼(W)의 후면에 오염물질이 부착되면 미세 단차를 유발하여 후속의 포토 공정에서 디포커스에 의한 패턴 불량을 발생시킬 수 있게 된다.
도 3a는 레지스트액을 코팅시 발생된 미세 포말들에 의해 웨이퍼 후면이 오염된 모습을 보여주는 도면이다.
또한, 스핀 척 장치는 웨이퍼 후면(W)과 스핀 척 장치 사이의 이격거리 불량 또는 스핀 척(10)의 수평 불량 등에 의해 도 3b와 같이 웨이퍼(W)의 후면에 긁힘 현상을 유발할 수 있다. 이러한 긁힘이나 결점은 마찬가지로 포토 공정에서의 디포커스를 유발하거나 여타 장치의 오염을 유발할 수 있다.
본 발명의 목적은 스핀 척 장치의 구조를 개선하여 스핀 척에 안착된 웨이퍼의 후면에 오염 물질이 부착되거나 긁힘이 발생되는 것을 방지하는데 있다.
본 발명의 스핀 척은 안착된 기판을 회전시키는 고정부 및 고정부의 외주면과 일정 거리 만큼 이격되게 연결된 보조 고정판을 포함한다. 이때, 보조 고정판은 그 직경이 기판의 직경과 같은 원형띠 형상을 가지며 고정부에 안착된 상기 기판의 후면과 0.1 ∼ 10 ㎜ 만큼 이격되게 형성된다.
이처럼 본 발명의 스핀 척은 안착된 기판의 후면과 일정 거리 이격되면서 기판의 후면을 커버해주는 보조 고정판을 구비함으로써 기판에 박막을 코팅하는 과정에서 발생되는 미세 포말들이 기판의 후면에 부착되는 것을 차단시켜준다.
그리고 본 발명의 스핀 척에서 보조 고정판은 전도성 물질로 이루어질 수 있으며, 테두리에 용액넘침 방지턱이 더 형성될 수 있다. 용액넘침 방지턱은 기판의 후면과 0.1 ∼ 10 ㎜ 만큼 이격되게 형성될 수 있으며, 용액넘침 방지턱이 형성되는 경우 보조 고정판은 그렇지 않은 경우에 비해 기판의 후면과 보다 멀리 이격되게 형성된다.
이처럼 용액넘침 방지턱을 구비함으로써 현상 공정 또는 세정 공정시 현상액 또는 세정액이 흘러 넘쳐 기판의 후면으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 스핀 척 장치는 중앙에 기판이 안착되며 외주면이 기판의 후면과 일정 거리 이격되면서 기판의 후면을 커버하도록 형성되는 스핀 척, 기판의 상부면에 박막 형성을 위한 박막형성액를 토출하는 토출부 및 박막형성액이 상기 기판의 회전에 의해 비산되는 것을 차단하는 액처리용 컵을 포함하며, 스핀 척과 액처리용 컵의 접촉 여부를 감지하는 센싱부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 스핀 척 장치는 센싱부를 이용하여 스핀 척과 액처리용 컵의 접촉 여부를 감지함으로써 스핀 척의 수평 불량으로 인해 기판의 후면이 긁히는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 스핀 척 장치에서 스핀 척은 안착된 기판을 회전시키는 고정부 및 고정부의 외주면과 일정 거리 만큼 이격되게 연결된 보조 고정판을 포함한다. 이때, 보조 고정판은 그 직경이 기판의 직경과 같은 원형띠 형상을 가지며 고정부에 안착된 상기 기판의 후면과 0.1 ∼ 10 ㎜ 만큼 이격되게 형성될 수 있다.
그리고, 보조 고정판은 전도성 물질로 이루어질 수 있으며, 테두리에 용액넘침 방지턱이 더 형성될 수 있다.
본 발명은 스핀 척 장치에서 기판(웨이퍼)이 안착되어 회전되는 스핀 척이 기판 보다 작은 경우 그 스핀 척의 외주면에 보조 고정판을 추가로 구비함으로써 파티클이 기판의 후면에 부착되는 것을 차단시켜 준다.
또한 본 발명의 스핀 척 장치는 스핀 척의 수평 불량을 감지할 수 있는 센싱장치를 구비함으로써 스핀 척의 수평 불량으로 인한 기판 후면의 긁힘 현상을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 척 장치의 구성을 보여주는 도면이며, 도 5는 도 4의 스핀 척 장치에서 스핀 척의 구성을 보다 구체적으로 보여주는 도면이다.
도 4의 스핀 척 장치는 스핀 척(110), 토출부(120), 백린스(130), 액처리용 컵(140) 및 센싱부(150)를 포함한다.
스핀 척(110)은 중앙에 웨이퍼(W)가 고정되게 안착되며 레지스트액 코팅, 현상 또는 세정 공정시 안착된 웨이퍼(W)를 회전시키고, 외주면이 웨이퍼(W)의 후면과 일정 간격 이격되면서 웨이퍼(W)의 후면을 커버하도록 형성되어 웨이퍼(W)의 회전에 의해 발생된 미세 포말들이 웨이퍼(W)의 후면에 부착되는 것을 방지해준다. 이러한 스핀 척(110)은 웨이퍼(W)가 고정되게 안착되며 안착된 웨이퍼(W)를 회전시켜주는 고정부(chuck)(112) 및 고정부(112)의 외주면과 일정 거리 만큼 이격되게 연결되며 원형띠 형상을 갖는 보조 고정판(chuck guard)(114)을 포함한다. 이때, 고정부(112)는 웨이퍼(W) 보다 작은 사이즈를 가지며, 보조 고정판(114)은 그 직경이 웨이퍼(W)의 직경과 같게 형성된다. 그리고, 보조 고정판(114)은 전도성 물질로 이루어지며, 고정부(112)와 보조 고정판(114) 사이에는 백린스(130)에서 분사된 린스가 웨이퍼(W)의 후면에 도달할 수 있도록 해주는 여백 공간(116)이 형성된다. 또한, 보조 고정판(114)은 백린스(130)에서 분사된 린스에 의한 후면 세정을 위한 공간을 마련하기 위해 웨이퍼(W)가 고정부(112)에 안착되었을 때 안착된 웨이퍼(W)의 후면과 0.1 ∼ 10 ㎜ 정도 이격되도록 형성된다.
토출부(120)는 웨이퍼(W)의 상부면에 레지스트막과 같은 박막을 형성하기 위한 박막형성액(예컨대, 레지스트액), 현상액과 같은 화학액 또는 탈이온수와 같은 세정액이나 린스액을 토출한다. 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 토출부(120)가 레지스트액을 토출하는 경우에 대해 설명한다.
백린스(130)는 스핀 척(110)의 여백 공간(116)을 통해 웨이퍼(W)의 후면에 세정액(린스)을 분사하여 웨이퍼(W)의 후면을 세정한다. 이를 위해 백린스(130)의 노즐은 분사되는 린스가 스핀 척(110)의 여백 공간(116)을 향하도록 각도가 조절된다.
액처리용 컵(140)은 웨이퍼(W) 상부에 토출된 레지스트액이 웨이퍼(W)가 회전할 때 발생되는 관성력에 의해 비산되는 것을 차단하여 외부로 배출시킨다. 이러한 액처리용 컵(140)은 스핀 척(110)을 일정 높이로 둘러싸도록 설치되며, 상부가 개방되어 있는 일종의 컵 형상을 갖는다.
센싱부(150)는 스핀 척(110)의 수평 불량을 감지한다. 이를 위해 센싱부(150)의 일 단자는 전도성 물질로 이루어진 보조 고정판(114)에 연결되어 보조 고정판(114)을 양전하(또는 음전하)로 대전시키고, 타 단자는 보조 고정판(114)의 하부에 위치하는 액처리용 컵(140)에 연결되어 액처리용 컵(140)을 보조 고정판(114)과 반대 전하로 대전시켜 스핀 척(110)의 수평 불량에 의해 보조 고정판(114)과 액처리용 컵(140)이 접촉되는지 여부를 감지한다. 센싱부(150)는 보조 고정판(114)과 액처리용 컵(140)이 접촉되면 이를 스핀 척(110)의 수평 불량이 발생한 것으로 판단하여 스핀 척(110)을 회전시키는 구동 모터(미도시)의 동작을 제어하여 스핀 척(110)의 회전을 중지시키거나 경고음을 발생시킨다.
본 발명의 스핀 척(110)은 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)의 후면과 일정 간격으로 이격되면서 웨이퍼(W)의 후면을 커버해주는 보조 고정판(114)을 구비함으로써, 레지스트액 코팅시 웨이퍼(W)의 회전에 의해 미세 포말들이 발생하더라도 그러한 미세 포말들이 웨이퍼(W)의 후면에 부착되는 것을 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명의 스핀 척(110)은 고정부(112)와 보조 고정판(114) 사이에 여백 공간(116)을 두고 보조 고정판(114)이 웨이퍼(W)의 후면과 일정 거리 이격되도록 형성됨으로써, 보조 고정판(114)을 구비하더라도 백린스(130)를 이용한 웨이퍼 후면 세정이 용이하도록 해준다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀 척의 구성을 보다 구체적으로 보여주는 도면이며, 도 7은 도 6의 스핀 척이 사용된 스핀 척 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6의 스핀 척은, 도 5의 스핀 척과 비교하여, 보조 고정판(114)이 웨이퍼(W)의 후면과 보다 멀리 이격되도록 배치되며, 보조 고정판(114)의 테두리 부분에 형성된 용액넘침 방지턱(118)을 포함한다. 용액넘침 방지턱(118)은 레지스트액 코팅시에는 포말들이 웨이퍼 후면에 부착되는 것을 차단할 뿐 아니라 코팅된 레지스트막의 일부를 선택적으로 제거하기 위한 현상 또는 세정 공정시 웨이퍼(W) 표면에 토출된 현상액 또는 세정액이 흘러 넘쳐 웨이퍼(W)의 후면으로 유입되는 것을 차단한다. 이때, 용액넘침 방지턱(118)은 고정부(112)에 안착된 웨이퍼(W)의 후면과 0.1 ∼ 10 ㎜ 정도 이격되도록 형성된다.
즉, 본 실시예의 스핀 척은 웨이퍼(W)의 후면과 보조 고정판(114) 사이의 공간을 충분히 확보하여 백린스(130)를 이용한 웨이퍼(W)의 후면 세정이 보다 용이하도록 하되, 보조 고정판(114)의 테두리 부분에 일정 높이의 턱(118)을 형성함으로써 레지스트액 코팅시에는 포말들이 웨이퍼 후면에 부착되는 것을 차단할 뿐만 아니라 현상 또는 세정 공정시 현상액 또는 세정액이 흘러넘쳐 웨이퍼 후면으로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
예컨대 상술한 실시예에서는 웨이퍼에 레지스터액을 코팅하거나 코팅된 레지스트막의 일부를 제거하기 위한 현상 및 세정하는 경우에 대해 설명하였으나, 회전 방식으로 기판에 박막을 형성하거나 세정을 수행하는 어떠한 장치에도 적용이 가능하며 보조 고정판의 형태도 원형띠가 아니 직사각, 타원 등 다양한 모양이 가능하다.
도 1은 종래의 스핀 척 장치의 구성을 간략하게 설명하기 위한 도면.
도 2는 웨이퍼 표면에 레지스트액을 코팅하는 과정에서 웨이퍼의 후면이 오염된 모습을 보여주는 도면.
도 3a는 레지스트액을 코팅시 발생된 미세 포말들에 의해 웨이퍼 후면이 오염된 모습을 보여주는 도면.
도 3b는 이격거리 불량 또는 수평 불량 등에 의해 웨이퍼의 후면에 긁힘 현상이 발생된 모습을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 척 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 5는 도 4의 스핀 척 장치에서 스핀 척의 구성을 보다 구체적으로 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀 척의 구성을 보다 구체적으로 보여주는 도면.
도 7은 도 6의 스핀 척이 사용된 스핀 척 장치의 구성을 보여주는 도면.

Claims (14)

  1. 안착된 기판을 회전시키는 고정부; 및
    상기 기판과 상기 기판의 후면을 세정하기 위한 백린스 사이에서 상기 고정부의 외주면과 연결되어 상기 기판의 후면을 커버하며, 상기 백린스에서 분사된 린스가 상기 기판의 후면에 도달할 수 있도록 해주는 여백 공간이 형성된 보조 고정판을 포함하는 스핀 척.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1항에 있어서, 상기 보조 고정판은
    그 직경이 상기 기판의 직경과 같은 원형띠 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 스핀 척.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1항에 있어서, 상기 보조 고정판은
    전도성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀 척.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1항에 있어서, 상기 보조 고정판은
    상기 고정부에 안착된 상기 기판의 후면과 0.1 ∼ 10 ㎜ 만큼 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀 척.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1항에 있어서, 상기 보조 고정판은
    테두리에 형성된 용액넘침 방지턱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀 척.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 5항에 있어서, 상기 용액넘침 방지턱은
    상기 고정부에 안착된 상기 기판의 후면과 0.1 ∼ 10 ㎜ 만큼 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀 척.
  7. 중앙에 기판이 안착되며, 외주면이 상기 기판의 후면과 일정 거리 이격되면서 상기 기판의 후면을 커버하도록 형성되되, 상기 기판의 후면을 세정하기 위한 백린스에서 분사된 린스가 상기 기판의 후면에 도달할 수 있도록 해주는 여백 공간이 형성된 스핀 척;
    상기 기판의 상부면에 박막 형성을 위한 박막형성액를 토출하는 토출부; 및
    상기 박막형성액이 상기 기판의 회전에 의해 비산되는 것을 차단하는 액처리용 컵을 포함하는 스핀 척 장치.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 7항에 있어서,
    상기 스핀 척과 상기 액처리용 컵의 접촉 여부를 감지하는 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀 척 장치.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 7항에 있어서, 상기 스핀 척은
    안착된 기판을 회전시키는 고정부; 및
    상기 고정부의 외주면과 일정 거리 만큼 이격되게 연결되는 보조 고정판을 포함하는 스핀 척 장치.
  10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    전도성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀 척 장치.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9항에 있어서, 상기 보조 고정판은
    상기 고정부에 안착된 상기 기판의 후면과 0.1 ∼ 10 ㎜ 만큼 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀 척 장치.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9항에 있어서, 상기 보조 고정판은
    테두리에 형성된 용액넘침 방지턱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀 척 장치.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 12항에 있어서, 상기 용액넘침 방지턱은
    상기 고정부에 안착된 상기 기판의 후면과 0.1 ∼ 10 ㎜ 만큼 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀 척 장치.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 9항에 있어서,
    상기 고정부와 상기 보조 고정판 사이의 이격된 공간을 통해 상기 기판의 세정액을 분사하는 백린스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀 척 장치.
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JPS60121719A (ja) * 1984-07-25 1985-06-29 Hitachi Ltd 回転処理装置

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