KR101236804B1 - 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법 - Google Patents

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 세정 장치 및 방법을 제공한다. 기판 세정 방법은 기판을 로딩시키는 로딩단계; 상기 기판의 패턴면에 유기용제를 공급하여 상기 기판을 건조하는 건조단계; 상기 건조단계에서 사용된 유기용제를 수거하는 단계; 상기 수거된 유기용제를 상온보다 높은 온도로 가열하는 단계; 및 상기 가열된 유기용제를 상기 기판의 비패턴면에 공급하여 상기 기판을 가열하는 기판가열단계;를 포함한다.

Description

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING A SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 웨이퍼 또는 평판 표시 소자 제조에 사용되는 유리 기판 등과 같은 기판에 대해 세정 또는 건조 등과 같은 공정을 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 평판 표시 소자 제조나 반도체 제조 공정에서 유리 기판이나 웨이퍼를 처리하는 공정에는 감광액 도포 공정(photoresist coating process), 현상 공정(developing process), 식각 공정(etching process), 화학기상증착 공정 (chemical vapor deposition process), 애싱 공정(ashing process) 등 다양한 공정이 수행된다.
또한, 각각의 공정을 수행하는 과정에서 기판에 부착된 각종 오염물을 제거하기 위해, 약액(chemical) 또는 순수(deionized water)를 이용한 세정 공정(wet cleaning process)과 기판 표면에 잔류하는 약액 또는 순수를 건조시키기 위한 건조(drying process) 공정이 수행된다.
일반적으로 건조 공정은 원심력만으로 기판을 건조하는 장치와 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)가 같은 유기용제를 이용하여 기판을 건조시키는 장치가 사용되고 있다.
유기용제를 이용하여 기판을 건조하는 경우, 유기용제의 증발로 인한 응축 냉각으로 기판 표면 온도가 급격히 저하된다. 이로 인하여, 기판의 건조가 효율적으로 이루어지지 못하는 문제가 발생한다.
본 발명은 기판의 건조시 건조 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판의 영역에 따라 균일하게 기판을 건조시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 세정 방법을 제공한다. 기판 세정 방법은 비패턴면이 상부를 향하도록 기판을 로딩시키는 로딩단계; 상기 비패턴면에 상온보다 높은 온도로 가열된 제1유체를 공급하여 기판을 가열하는 가열단계; 상기 기판의 패턴면에 유기용제를 공급하여 상기 기판을 건조하는 건조단계를 포함할 수 있다.
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상기 유기용제는 상온보다 높은 온도로 가열될 수 있다.
상기 제1유체는 순수일 수 있다.
상기 가열단계는 상기 제1유체를 분사하는 노즐이 상기 기판의 상부에서 이동되며 상기 제1유체를 공급할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 노즐은 상기 기판의 중심영역과 가장자리영역 사이를 이동할 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 상기 노즐은 상기 기판의 일측 가장자리영역과 타측 가장자리영역 사이를 이동할 수 있다.
상기 로딩단계 이전, 상기 패턴면이 상부를 향하도록 상기 기판이 로딩된 상태에서 상기 기판으로 세정액을 공급하여 상기 패턴면을 세정하는 세정단계; 및 세정된 상기 패턴면이 하부를 향하도록 상기 기판을 반전시키는 반전단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 세정 장치를 제공한다. 기판 세정 장치는 기판을 지지하며, 회전가능한 스핀 헤드; 상기 스핀헤드의 상면으로부터 상부로 돌출되며, 그 상단에 상기 기판이 놓이는 지지핀들; 상기 기판의 상면으로 제1유체를 공급하는 제1유체 공급부재; 및 상기 기판의 저면으로 유기용제를 공급하는 유기용제 공급부재를 포함하되, 상기 제1유체 공급부재는 상기 제1유체를 상온보다 높은 온도로 가열하는 제1히터; 가열된 상기 제1유체를 상기 기판의 상면으로 공급하는 제1유체 분사노즐을 포함할 수 있다.
상기 제1유체 공급부재는 상기 제1유체 분사노즐이 지지되는 일단을 가지는 지지로드; 상기 지지로드의 타단에서 상기 지지로드를 지지하는 지지축; 및 상기 지지축을 회전시키는 구동기를 더 포함할 수 있다.
상기 유기용제 공급부재는 상기 스핀 헤드의 상면 중심영역에 고정설치되며, 상기 기판의 저면으로 상기 유기용제를 공급하는 유기용제 분사노즐; 및 상기 유기용제 분사노즐로 공급되는 상기 유기용제를 상온보다 높은 온도로 가열하는 제2히터를 포함할 수 있다.
상기 지지핀들은 상기 스핀 헤드의 상면 가장자리영역에 서로 이격하여 제공되며, 그 상단에 상기 기판의 가장자리영역이 놓일 수 있다.
상부가 개방된 내부공간을 가지며, 상기 스핀 헤드를 감싸는 용기; 상기 용기의 일측에 배치되며, 상기 기판을 반전시키는 기판 반전 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 건조공정이 진행되는 동안 기판이 설정온도 이상으로 유지되므로 기판의 건조 효율이 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판의 전체면이 균일하게 설정온도 이상으로 가열되므로, 기판의 전체면이 균일하게 건조된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 기판 세정 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 세정 장치를 간략하게 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 세정단계를 나타내는 도면이다.
도 6 및 7은 도 4의 건조단계를 나타내는 도면이다.
도 8을 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 세정 장치를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 8을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이고, 도 2는 도 1의 기판 세정 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 기판 세정 장치(10)는 지지부재(110), 용기(120), 세정액 공급부재(200), 제1유체 공급부재(300), 유기용재 공급부재(400), 건조가스 공급부재(500) 그리고 반전유닛(600)을 포함한다. 지지부재(110)는 기판(11)을 지지하며, 용기(120)는 기판(11)으로부터 비산되는 처리액들을 모은다. 세정액 공급부재(200)는 패턴면(11a)으로 세정액을 공급하여 기판(11)을 세정하고, 제1유체 공급부재(300)는 비패턴면(11b)으로 가열된 제1유체를 공급하여 기판(11)을 가열한다. 유기용제 공급부재(400)는 패턴면(11a)으로 유기용제를 공급하고, 건조가스 공급부재(500)는 패턴면(11a)으로 건조가스를 공급한다. 반전유닛(600)은 패턴면(11a)이 상부 또는 하부를 향하도록 기판(11)을 반전시킨다. 이하 각 구성에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
지지부재(110)는 공정 처리시 기판(11)을 지지한다. 지지부재(110)는 스핀 헤드(111), 지지핀(112), 척킹핀(113), 지지축(114) 그리고 지지축 구동기(115)를 포함한다.
스핀 헤드(111)는 기판(11)이 로딩되는 상면을 가진다. 상면은 대체로 원형으로 제공되며, 기판(11)보다 큰 직경을 가진다. 스핀 헤드(111)의 하면은 상면보다 작은 직경을 가진다. 그리고, 스핀 헤드(111)의 측면은 상면에서 하면으로 갈수록 점점 직경이 작아지도록 경사지게 제공된다.
스핀헤드(111)의 상면에는 지지핀(112)과 척킹핀(113)이 제공된다. 지지핀(112)은 스핀헤드(111)의 상면으로부터 상부로 돌출되며, 상단에 기판(11)이 놓인다. 지지핀(112)은 스핀헤드(111)의 상면에 서로 이격하여 복수개 제공된다. 실시예에 의하면, 지지핀(112)들은 기판(11)의 가장자리영역에 대응하는 영역에 제공된다. 지지핀(112)들은 대체로 스핀 헤드(111)의 상면 가장자리영역을 따라 제공되며, 그 상단에 기판(11)의 가장자리영역이 놓인다. 지지핀(112)들은 서로 조합되어 대체로 링 형상으로 배치된다. 지지핀(112)의 상단에는 기판(11)의 패턴면(11a) 또는 비패턴면(11b)이 놓일 수 있다.
척킹핀(113)은 스핀 헤드(111)의 상면으로부터 상부로 돌출되며, 기판(11)의 측부을 지지한다. 척킹핀(113)들은 스핀 헤드(111)가 회전될 때, 원심력에 의해 기판(11)이 스핀 헤드(111)로부터 측방향으로 이탈되는 것을 방지한다. 척킹핀(113)은 스핀 헤드(111)의 상면 가장자리영역을 따라 서로 이격하여 복수개 제공된다. 척킹핀(113)들은 적어도 3개 이상 제공되며, 서로 조합되어 링 형상으로 배치된다. 척킹핀(113)들은 스핀 헤드(111)의 중심을 기준으로 지지핀(112)들보다 직경이 큰 링 형상을 이루도록 배치된다. 척킹핀(113)들은 스핀 헤드(111)의 반경 방향을 따라 직선 이동되도록 제공될 수 있다. 척킹핀(113)들은 기판(11)의 로딩 또는 언로딩시 기판(11)의 측면과 이격 또는 접촉되도록 반경방향을 따라 직선이동한다.
지지축(114)은 스핀 헤드(111)의 하부에 위치하며 스핀 헤드(111)를 지지한다. 지지축(114)은 중공 축(hollow shaft) 형상으로 제공되며, 지지축 구동기(115)에서 발생한 회전력을 스핀 헤드(111)에 전달한다. 지지축(114)의 하단에는 지지축 구동기(115)가 제공된다. 지지축 구동기(115)는 지지축(114)을 회전시킬 수 있는 회전력을 발생시킨다.
용기(120)는 공정에 사용된 처리액 및 공정시 발생됨 흄(fume)이 외부로 튀거나 유출되는 것을 방지한다. 용기(120)는 내부에 상부가 개방되고 기판(11)이 처리되는 공간을 가진다.
실시예에 의하면, 용기(120)는 공정에 사용된 처리액들을 분리하여 회수할 수 있는 복수의 회수통들(120a, 120b, 120c)을 가진다. 각각의 회수통(120a, 120b, 120c)은 공정에 사용된 처리액들 중 서로 상이한 종류의 처리액을 회수한다. 본 실시 예에서 용기(120)는 3개의 회수통들을 가진다. 각각의 회수통들을 내부 회수통(120a), 중간 회수통(120b), 그리고 외부 회수통(120c)이라 칭한다.
내부 회수통(120a)은 스핀 헤드(111)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 중간 회수통(120b)은 내부 회수통(120a)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되며, 외부 회수통(120c)은 중간 회수통(120b)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 각각의 회수통(120a, 120b, 120c)은 용기(120) 내 공간과 통하는 유입구(121a, 121b, 121c)를 가진다. 각각의 유입구(121a, 121b, 121c)는 스핀 헤드(111) 둘레에 링 형상으로 제공된다. 기판(11)처리에 제공된 처리액들은 기판(11)의 회전으로 인한 원심력에 의해 비산되어 유입구(121a, 121b, 121c)를 통해 회수통(120a, 120b, 120c)으로 유입된다. 외부 회수통(120c)의 유입구(121c)는 중간 회수통(120b)의 유입구(121b)의 수직 상부에 제공되고, 중간 회수통(120b)의 유입구(121b)는 내부 회수통(120a)의 유입구(121a)의 수직 상부에 제공된다. 즉, 내부 회수통(120a), 중간 회수통(120b), 그리고 외부 회수통(120c)의 유입구(121a,121b,121c)들은 서로 간에 높이가 상이하도록 제공된다. 회수통(120a, 120b, 120c)들의 바닥벽(122a, 122b, 122c)에는 배출관(125a, 125b, 125c)이 각각 결합된다. 각각의 회수통(120a, 120b, 120c)들로 유입된 처리액들은 배출관(125a, 125b, 125c)들을 통해 분리되어 회수된다. 그리고, 외부 회수통(120c)의 바닥벽(122c)에는 배기관(127)이 설치된다. 배기관(127)은 회수통(120a, 120b, 120c)들로 유입된 처리액에서 발생된 가스를 외부로 배기한다.
승강 유닛(미도시)은 스핀 헤드(111)에 대한 상대 높이가 조절되도록 용기(120)를 상하방향으로 이동시킨다. 승강 유닛은 기판(11)이 스핀 헤드(111)에 로딩되거나, 스핀 헤드(111)로부터 언로딩될 때 스핀 헤드(111)가 용기(120)의 상부로 돌출되도록 용기(120)를 하강시킨다. 또한, 공정의 진행시에는 기판(11)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통(120a,120b,120c)으로 유입될 수 있도록 용기(120)의 높이를 조절한다.
세정액 공급부재(200)는 용기(120)의 일측에 배치된다. 세정액 공급부재(200)는 기판(11)의 상면(11a)으로 세정액을 공급하여 기판(11)을 세정한다. 세정액이 공급되는 동안, 기판(11)은 패턴면(11a)이 상부를 향하도록 지지부재(110)에 지지된다. 세정액 공급부재(200)는 세정액 분사 노즐(201), 세정액 분사노즐 이동부(210), 그리고 세정액 공급부(220)를 포함한다.
세정액 분사노즐(201)은 기판(11)의 상면(11a)으로 세정액을 분사한다. 세정액 분사노즐(201)의 저면에는 세정액이 분사되는 분사구가 형성된다.
세정액 분사노즐 이동부(210)는 용기(120)의 외측과 기판(11) 상부 사이 구간에서 세정액 분사노즐(201)을 이동시킨다. 세정액 분사노즐 이동부(210)는 지지로드(212), 지지축(213), 그리고 구동기(214)를 포함한다.
지지로드(212)는 로드 형상으로 제공되며, 세정액 분사노즐(201)을 지지한다. 지지로드(212)는 수평방향으로 배치되며, 일단에 세정액 분사노즐(201)이 결합한다.
지지축(213)은 지지로드(212)의 하부에서 상하방향으로 배치된다. 지지축(213)은 상단이 지지로드(212)의 타단과 결합하며, 지지로드(212)를 지지한다. 지지축(213)의 하단에는 구동기(214)가 제공된다. 구동기(214)는 지지축(213)의 길이방향과 나란한 축을 중심으로 지지축(213)을 회전시킨다.
세정액 공급부(220)는 세정액 분사노즐(201)에 세정액을 공급한다. 세정액 공급부(220)는 세정액 저장부(221), 세정액 공급라인(222), 그리고 밸브(223)를 포함한다. 세정액 공급라인(222)은 세정액 저장부(221)와 세정액 분사노즐(201)을 연결한다. 세정액 저장부(221)에 저장된 세정액은 세정액 공급라인(222)을 통해 세정액 분사노즐(201)로 공급된다. 밸브(223)는 세정액 공급라인(222)상에 설치되며, 세정액 공급라인(222)을 개폐한다.
상술한 세정액 공급부재(200)의 구조에 의하여, 세정액 분사노즐(201)은 회전하는 기판(11)으로 세정액을 공급한다. 실시예에 의하면, 세정액 분사노즐(201)은 기판(11)의 중심영역과 가장자리영역 사이구간 또는 기판(11)의 일측 가장자리영역과 타측 가장자리영역 사이구간을 스윙이동하며 세정액을 공급할 수 있다.
제1유체 공급부재(300)는 용기(120)의 타측에 배치된다. 제1유체 공급부재(300)는 상면(11b)으로 상온보다 높은 온도로 가열된 제1유체를 공급한다. 제1유체가 공급되는 동안, 기판(11)은 비패턴면(11b)이 상부를 향하도록 지지부재(110)에 지지된다. 제1유체 공급부재(300)는 제1유체 분사 노즐(301), 제1유체 분사노즐 이동부(310), 그리고 제1유체 공급부(320)를 포함한다.
제1유체 분사노즐(301)은 기판(11)의 상면(11b)으로 제1유체를 분사한다. 제1 유체 분사노즐(301)의 저면에는 제1유체가 분사되는 분사구가 형성된다.
제1유체 분사노즐 이동부(310)는 용기(120)의 외측과 스핀 헤드(111) 상부 사이 구간에서 제1유체 분사노즐(301)을 이동시킨다. 제1유체 분사노즐 이동부(310)는 지지로드(312), 지지축(313), 그리고 구동기(314)를 포함한다.
지지로드(312)는 로드형상으로 제공되며, 제1 유체 분사노즐(301)을 지지한다. 지지로드(312)는 수평방향으로 배치되며, 일단에 제1 유체 분사노즐(301)이 결합한다.
지지축(313)은 지지로드(312)의 하부에서 상하방향으로 배치된다. 지지축(313)은 상단이 지지로드(312)의 타단과 결합하며, 지지로드(312)를 지지한다. 지지축(313)의 하단에는 구동기(314)가 제공된다. 구동기(314)는 지지축(313)의 길이방향과 나란한 축을 중심으로 지지축(313)을 회전시킨다.
제1유체 공급부(320)는 제1유체 분사노즐(301)로 제1유체를 공급한다. 제1 유체 공급부(320)는 제1유체 저장부(321), 제1유체 공급라인(322), 히터(323), 그리고 밸브(324)를 포함한다.
제1유체 공급라인(322)은 제1유체 저장부(321)와 제1유체 분사노즐(301)을 연결한다. 제1유체 저장부(321)에 저장된 제1유체는 제1유체 공급라인(322)을 통해 제1유체 분사노즐(301)로 공급된다.
제1유체 공급라인(322) 상에는 히터(323)와 밸브(324)가 설치된다. 히터(323)는 제1유체 공급라인(322)을 통해 제1유체 분사노즐(301)로 공급되는 제1유체를 가열한다. 히터(323)는 제1유체를 상온보다 높은 온도로 가열한다. 실시예에 의하면, 히터(323)는 제1유체를 55℃ 이상 80℃ 이하의 온도로 가열한다. 밸브(324)는 히터(323)와 제1유체 저장부(321) 사이 구간에 설치되며, 제1유체 공급라인(322)을 통해 공급되는 제1유체의 유량을 조절한다.
상술한 제1유체 공급부재(320)의 구조에 의하여, 제1유체 분사노즐(320)은 회전하는 기판(11)의 상면(11b)으로 가열된 제1유체를 공급한다. 실시예에 의하면, 제1유체 분사노즐(301)은 기판(11)의 중심영역과 가장자리영역 또는 기판(11)의 일측 가장자리영역과 타측 가장자리영역을 스윙이동하며 제1유체를 공급할 수 있다. 가열된 제1유체의 공급으로 기판(11)의 온도는 기 설정 온도 이상으로 유지될 수 있다. 기 설정된 온도는 상온보다 높은 온도이다. 실시예에 의하면, 제1유체로는 물(water)이 사용될 수 있다.
이와 달리, 제1유체로는 유기용제가 사용될 수 있다. 유기용제가 사용되는 경우, 유기용제 저장부(413)로부터 유기용제가 제1유체 분사노즐(301)로 공급될 수 있다. 이와 달리, 유기용제 분사노즐(411)에서 기판(11)으로 분사된 유기 용제가 사용될 수 있다. 기판(11)의 저면으로 분사된 유기용제는 기판(11) 처리에 제공된 후, 회수되어 제1유체 분사노즐(320)에 의해 기판(11)의 상면으로 재공급될 수 있다. 이에 의하여, 유기용제의 재활용률을 향상시킬 수 있다.
유기용제 공급부재(400)는 기판의 저면(11a)으로 유기용제를 공급한다. 실시예에 의하면, 유기용제는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol 이하, IPA라고 함)이 사용된다. 유기용제 공급부재(400)는 IPA 분사노즐(411), IPA 공급라인(412), IPA 저장부(413), 그리고 밸브(414)를 포함한다.
IPA 분사노즐(411)은 기판(11)의 저면(11a)으로 IPA 용액을 공급한다. 실시예에 의하면, IPA 분사노즐(411)은 스핀 헤드(111)의 상면 중앙부에 설치된다. IPA 분사노즐(411)의 상면에는 IPA 용액을 분사하는 분사구가 형성된다. IPA 분사노즐(411)에서 분사된 IPA 용액은 기판(11)의 회전에 의해 패턴면(11a)의 중앙부에서 가장자리영역으로 분산된다.
IPA 공급라인(412)은 IPA 분사노즐(411)과 IPA저장부(413)를 연결한다. IPA 저장부(413)에 저장된 IPA용액은 IPA 공급라인(412)을 통해 IPA 분사노즐(411)로 공급된다. 밸브(414)는 IPA 공급라인(412)상에 설치되며, IPA 공급라인(412)을 통해 공급되는 IPA 용액의 유량을 조절한다. 실시예에 의하면, IPA 공급라인(412)을 통해 공급되는 IPA 용액의 온도는 상온상태로 유지된다.
선택적으로, 도 3과 같이 IPA 공급라인(412)에는 히터(415)가 제공될 수 있다. 히터(415)는 IPA 공급라인(412)을 통해 공급되는 IPA 용액을 상온보다 높은 온도로 가열한다. 실시예에 의하면, IPA 용액은 55℃이상 80℃이하의 온도로 가열된다.
건조가스 공급부재(500)는 기판의 저면(11a)으로 건조가스를 공급한다. 건조가스 공급부재(500)는 건조가스 분사노즐(511), 건조가스 공급라인(512), 그리고 건조가스 저장부(513)를 포함한다.
건조가스 분사노즐(511)은 기판의 저면(11a)으로 건조가스를 분사한다. 실시예에 의하면, 건조가스 분사노즐(511)은 IPA 분사노즐(411)에 인접하여 스핀헤드(111)의 상면에 설치된다. 건조가스 분사노즐(511)의 상면에는 건조가스가 분사되는 분사구가 형성된다. 건조가스 분사노즐(511)에서 분사된 건조가스는 기판 저면(11a)의 중앙부로부터 가장자리영역으로 확산된다.
건조가스 공급라인(512)은 건조가스 분사노즐(511)과 건조가스 저장부(513)를 연결한다. 건조가스 저장부(513)에 저장된 건조가스는 건조가스 공급라인(512)을 통해 건조가스 분사노즐(511)에 공급된다. 건조가스 공급라인(512)에는 밸브(514)가 설치되며, 밸브(514)는 건조가스 공급라인(512)을 통해 공급되는 건조가스의 유량을 조절한다. 실시예에 의하면, 건조가스는 질소가스가 사용될 수 있다.
기판 반전 부재(600)는 용기(120)의 일측에 위치한다. 기판 반전 부재(500)는 기판(11)의 패턴면(11a)이 상부 또는 하부를 향하도록 기판(11)을 반전시킨다. 기판 반전 부재(600)의 각 구성에 대해서는 한국 등록특허 제10-901493호에 상세하게 개시되어 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.
상기 실시예에서는 건조가스 분사노즐(511) 및 유기용제 분사노즐(411)의 토출구가 기판(11)의 저면(11a)에 대해 수직하게 형성된 것으로 도시하였으나, 이와 달리, 토출구는 기판(11)의 저면(11a)에 대해 비스듬히 경사지게 형성될 수 있다. 실시예에 의하면, 토출구는 스핀헤드(111)의 중심축에 대해 약 45°경사지게 형성될 수 있다. 이에 의하여, 기판(11)의 저면에 경사지게 유체가 제공되므로, 기판(11)의 가장자리영역으로 유체의 확산이 용이하게 일어날 수 있다. 특히, 기판(11)이 저속으로 회전되는 경우, 기판(11)의 가장자리영역으로 충분한 양의 유체가 공급될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 기판 세정 장치를 이용하여 기판을 세정하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 기판 세정 방법은 세정단계(S110), 기판 반전 단계(S120), 그리고 건조 단계(S130)를 포함한다.
도 5는 도 4의 세정단계를 나타내는 도면이다.
도 4 및 5를 참조하면, 세정단계(S110)는 먼저, 패턴면(11a)이 상부를 향하도록 기판(11)을 스핀 헤드(111)에 로딩시킨다(S111). 지지핀(112)이 기판(11)의 비패턴면(11b)을 지지하고, 척킹핀(113)이 기판(11)의 측면을 지지한 상태에서 스핀 헤드(111)가 회전된다. 회전되는 기판(11)의 패턴면(11a)으로 세정액이 공급된다(S112). 공급된 세정액은 기판(11)의 회전력에 의해 패턴면(11a)의 중심영역으로부터 가장자리영역으로 공급된다. 세정액은 기판(11) 표면에 잔류하는 유기 오염물질, 자연 산화막 그리고 산화막 내에 포함되어 있는 금속 오염물질을 제거한다. 실시예에 의하면, 세정액 공급노즐(201)은 기판(22)의 중심영역과 가장자리영역 사이 구간 또는 기판(22)의 일측 가장자리영역과 타측 가장자리영역 사이를 이동하며 세정액을 공급할 수 있다.
세정단계가 완료되면, 기판 반전 부재(도 1의 600)가 기판(11)을 반전시킨다(S120). 기판 반전 부재(600)는 세정이 완료된 기판(11)을 수취하여 패턴면(11a)이 하부를 향하도록 기판(11)을 반전시킨다.
이후, 반전된 기판(11)은 건조단계(S130)에 제공된다. 도 4 및 6을 참조하면, 패턴면(11a)이 하부를 향하도록 기판(11)이 배치된 상태에서 기판(11)은 스핀 헤더(111)에 로딩된다(S131). 지지핀(112)이 기판(11)의 패턴면(11a)을 지지하고, 척킹핀(113)이 기판(11)의 측면을 지지한 상태에서 스핀 헤드(111)가 회전된다.
회전되는 기판(11)의 비패턴면(11b)으로 제1유체가 공급된다(S132). 제1유체 저장부(321)에 저당된 제1유체는 제1유체 공급라인(322)을 통해 제1유체 분사노즐(311)로 공급되는 동안, 히터(323)에 의해 가열된다. 제1유체는 히터(323)에 의하여 상온보다 높은 온도로 가열된다. 제1유체 분사노즐(311)은 가열된 제1유체를 비패턴면(11b)으로 분사한다. 실시예에 의하면, 제1유체 분사노즐(311)은 회전하는 기판(11)의 중심영역과 가장자리영역 사이(P1)를 이동하며 비패턴면(11b)으로 제1유체를 분사할 수 있다. 이와 달리, 제1유체 분사노즐(311)은 기판(11)의 일측 가장자리영역과 타측 가장자리영역 사이(P2)를 이동하며 비패턴면(11b)으로 제1유체를 분사할 수 있다. 실시예에 의하면, 제1유체 분사노즐(311)은 기판(11)의 상부에서 스윙이동하며 제1유체를 분사할 수 있다. 이와 달리, 제1유체 분사노즐(311)은 기판(11)의 상부에서 스캔이동하며 제1유체를 분사할 수 있다.
이와 같이, 제1유체 분사노즐(311)이 이동하며 제1유체를 분사하므로, 기판(11)의 중심영역과 가장자리영역 사이 구간으로 제1유체가 균일하게 제공될 수 있다. 이에 의하여, 기판(11)은 전체면이 균일하게 가열된다.
본 발명의 실시예와 달리, 제1유체 분사노즐(311)이 고정위치에서 제1유체를 분사하는 경우, 예컨데, 제1유체 분사노즐(311)이 스핀 헤드(111)의 상면 중심영역에 고정되어 기판(11)의 저면으로 제1유체를 분사하는 경우, 제1유체는 주로 기판(11)의 중심영역으로 분사된다. 그리고, 분사된 제1유체는 기판(11)의 회전력에 의해 중심영역으로부터 가장자리영역으로 이동되며 기판(11)을 세정한다. 그러나, 제1유체가 기판(11)의 중심영역으로부터 가장자리영역으로 이동하는 동안, 주변 온도에 의하여 제1유체의 온도가 하강한다. 이에 의하여, 기판(11)의 중심영역과 가장자리영역이 가열되는 정도에 차이가 발생되며, 이는 기판(11)의 중심영역과 가장자리영역의 처리 불균형을 유발한다. 그러나, 본 발명은 제1유체 분사노즐(311)이 기판(11)의 중심영역과 가장자리영역을 따라 이동하며, 기판(11)의 각 영역으로 직접 가열된 제1유체를 공급하므로 기판(11)의 전체면이 균일하게 가열될 수 있다.
제1유체가 비패턴면(11b)으로 분사되는 동안, 패턴면(11a)으로 유기용제가 공급된다(S133). IPA 분사노즐(411)을 통해 패턴면(11a)의 중심영역으로 IPA 용액이 분사된다. 분사되는 IPA 용액의 온도는 상온상태로 유지된다. 패턴면(11a)의 중심영역으로 공급된 IPA 용액은 기판(11)의 회전에 의하여 패턴면(11a)의 가장자리영역으로 공급된다. 공급된 IPA 용액은 수분의 부착력을 약화시키고 패턴면(11a)에 부착된 수분과 치환되어 패턴면(11a)에 잔류한다. 패턴면(11a)에 잔류하는 IPA 용액은 증발에 따른 응축 냉각에 의하여 기판(11)의 온도를 저하시킨다. 기판(11)의 온도 저하는 기판(11)의 건조 효율 감소의 요인이 된다. 그러나, 본 발명에서는 가열된 제1유체의 공급으로 IPA 용액의 증발로 인한 응축 냉각이 상쇄되어 기판(11)의 온도가 설정온도 이상으로 유지될 수 있다. 기판(11)이 설정온도 이상으로 유지되는 경우, 적은 양의 IPA 용액으로 기판(11)의 건조가 가능하므로, IPA 용액의 건조효율이 향상된다.
상술한 실시예와 달리, IPA 용액은 상온보다 높은 온도로 가열된 상태로 제공될 수 있다. IPA 용액이 IPA 분사노즐(311)로 공급되는 동안, IPA 용액은 히터(도 4의 415)에 의하여 상온보다 높은 온도로 가열된다. 가열된 IPA 용액의 온도는 기판(11)의 온도범위 내에 유지되므로, 증발로 인한 응축 냉각이 발생하더라도 기판(11)의 온도 저하가 예방된다. 이에 의하여, 기판(11)의 건조효율이 향상된다.
실시예에 의하면, IPA 용액은 가열된 제1유체의 공급으로 기판(11)이 설정 온도 이상으로 가열된 후, 패턴면(11a)으로 공급될 수 있다. 이와 달리, IPA 용액은 제1유체의 공급과 동시에 공급될 수 있다.
IPA 용액의 공급이 완료되면, 건조가스가 공급된다(S134). 도 7을 참조하면, 건조가스 저장부(513)에 저장된 건조가스는 건조가스 공급라인(512)을 통하여 건조가스 공급노즐(511)로 공급된다. 건조가스 공급노즐(511)을 통하여 패턴면(11a)으로 건조가스가 분사된다. 분사된 건조가스는 기판(11)의 회전에 의하여 패턴면(11a)의 중심영역으로부터 가장자리영역으로 확산된다. 건조가스는 패턴면(11a)의 패턴들 사이에 잔류하는 IPA 용액을 휘발시켜 기판(11)으로부터 IPA 용액을 제거한다. 실시예에 의하면, 건조가스로는 질소가스(N2)가 사용될 수 있다.
도 8을 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 기판 세정 장치는 세정액 공급부재를 제외한 구성은 도 2의 기판 세정 장치와 동일하게 제공된다. 세정액 공급부재는 기판의 저면으로 세정액을 공급한다. 세정액 공급부재는 세정액 분사노즐(201), 세정액 저장부(221), 세정액 공급라인(222), 그리고 밸브(223)를 포함한다.
세정액 공급노즐(201)은 건조가스 공급노즐(511) 및 유기용제 공급노즐(411)에 인접하여 스핀 헤드(111)의 상면 중앙부에 설치된다. 세정액 공급노즐(201)은 기판(11)의 저면으로 세정액을 공급한다. 세정액 공급노즐(201)의 상면에는 세정액을 분사하는 분사구가 형성된다. 세정액 분사노즐(201)에서 분사된 세정액은 기판(11)의 회전에 의해 중앙부에서 가장자리 영역으로 분산되며 기판(11)의 저면(11a)을 세정한다.
세정액 공급라인(222)은 세정액 분사노즐(201)과 세정액 저장부(221)를 연결한다. 세정액 저장부(221)에 저정된 세정액은 세정액 공급라인(222)을 통해 세정액 분사노즐(201)로 공급된다. 밸브(223)는 세정액 공급라인(222)상에 설치되어 세정액 공급라인(222)을 통해 공급되는 세정액의 유량을 조절한다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 세정 방법은 도 4의 기판 세정 방법과 달리, 세정단계는 패턴면(11a)이 하부를 향하도록 기판(11)이 스핀 헤드(111)에 로딩된 상태에서 수행된다. 세정액 분사노즐(201)은 회전되는 기판(11)의 패턴면(11a)으로 세정액을 공급된다. 공급된 세정액은 회전력에 의해 패턴면(11a)의 중심영역으로부터 가장자리영역으로 확산되며 패턴면(11a)을 세정한다.
세정단계가 완료되면, 순차적으로 건조단계가 수행된다. 본 발명의 실시예에서는 패턴면(11a)이 하부를 향하도록 기판(11)이 스핀 헤드(111)에 로딩된 상태에서 세정단계 및 건조단계가 수행되므로, 기판 반전 단계가 요구되지 않는다.
상기 기판(W)은 반도체 칩 제조에 사용되는 웨이퍼(wafer)에 한정되지 않고, 평판표시(Flat panel display) 패널에 사용되는 유리 기판과 같이 다른 종류의 기판일 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나태 내고 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당 업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
11: 기판 11a: 패턴면
11b: 비패턴면 111: 스핀 헤더
200: 세정액 공급부재 201: 세정액 분사노즐
300: 제1유체 공급부재 301: 제1유체 분사노즐
323: 히터 400: 유기용제 공급부재
411: 유기용제 분사노즐 500: 건조가스 공급부재
600: 기판 반전 부재

Claims (9)

  1. 기판을 로딩시키는 로딩단계;
    상기 기판의 패턴면에 유기용제를 공급하여 상기 기판을 건조하는 건조단계;
    상기 건조단계에서 사용된 유기용제를 수거하는 단계;
    상기 수거된 유기용제를 상온보다 높은 온도로 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 유기용제를 상기 기판의 비패턴면에 공급하여 상기 기판을 가열하는 기판가열단계;를 포함하는 기판 세정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 패턴면에 공급되는 유기용제를 상온보다 높은 온도로 가열하는 단계;를 더 포함하는 기판 세정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 로딩 단계는 상기 비패턴면이 상부를 향하도록 상기 기판을 로딩하는 기판 세정 방법.
  6. 제 1 항, 제 4항, 그리고 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기판가열단계는
    상기 기판의 비패턴면에 공급되는 상기 유기용제를 분사하는 노즐이 상기 기판의 상부에서 이동되며 상기 유기용제를 공급하는 기판 세정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 노즐은
    상기 기판의 중심영역과 가장자리영역 사이를 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  8. 기판을 지지하며, 회전가능한 스핀 헤드;
    상기 스핀헤드의 상면으로부터 상부로 돌출되며, 그 상단에 상기 기판이 놓이는 지지핀들;
    상기 기판의 일면으로 유기용제를 공급하는 하부 유체 공급부재;
    상부가 개방된 내부공간을 가지며, 상기 스핀 헤드를 감싸도록 설치되어, 상기 기판의 상기 일면에 공급된 유기용제를 수거하는 용기; 및
    상기 수거된 유기용제를 상기 기판의 상기 일면과 대향하는 타면으로 공급하는 상부 유체 공급부재;를 포함하되,
    상기 상부 유체 공급부재는,
    상기 수거된 유기용제를 상온보다 높은 온도로 가열하는 제1히터,
    가열된 상기 유기용제를 상기 기판의 상기 타면으로 공급하는 상부 분사노즐을 포함하는 기판 세정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 유체 공급부재는
    상기 상부 분사노즐이 지지되는 일단을 가지는 지지로드;
    상기 지지로드의 타단에서 상기 지지로드를 지지하는 지지축; 및
    상기 지지축을 회전시키는 구동기를 더 포함하고,
    상기 하부 유체 공급부재는
    상기 스핀 헤드의 상면 중심영역에 고정설치되며, 상기 기판의 상기 일면으로 상기 유기용제를 공급하는 하부 분사노즐; 및
    상기 하부 분사노즐로 공급되는 상기 유기용제를 상온보다 높은 온도로 가열하는 제2히터를 포함하는 기판 세정 장치.
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