KR101485579B1 - 기판세정장치 - Google Patents

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KR101485579B1 KR20130117807A KR20130117807A KR101485579B1 KR 101485579 B1 KR101485579 B1 KR 101485579B1 KR 20130117807 A KR20130117807 A KR 20130117807A KR 20130117807 A KR20130117807 A KR 20130117807A KR 101485579 B1 KR101485579 B1 KR 101485579B1
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Abstract

본 발명은 기판세정장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 세정 공정에 있어서 기판을 세정 후 약액을 종류별로 회수할 수 있는 기판세정장치에 관한 것이다. 상기 기판세정장치는 기판 상에 약액을 분사하는 노즐, 상기 기판이 로딩되며, 상기 기판과 일체로 회전하는 스핀척, 상기 스핀척 주위를 감싸도록 구비되고, 상기 기판의 회전에 의해 비산되는 상기 약액을 회수하는 회수유닛 및 상기 회수유닛 하부에 구비되며, 상기 회수유닛에서 회수된 상기 약액을 종류별로 분리하는 분리유닛을 포함한다. 여기서, 상기 회수유닛을 회전 또는 승하강 시키는 구동유닛을 더 포함하며, 상기 분리유닛은 상기 회수유닛의 승하강되는 위치에 따라 약액을 종류별로 분리하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판세정장치{Apparatus to clean substrate}
본 발명은 기판세정장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 세정 공정에 있어서 기판을 세정 후 약액을 종류별로 회수할 수 있는 기판세정장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 기판, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 이용하여 증착, 사진 및 식각 공정 등을 반복 수행함으로써 제조될 수 있다. 공정들을 거치는 동안 기판 상에는 각종 파티클, 금속 불순물, 유기 불순물 등과 같은 오염 물질이 잔존할 수 있다. 오염 물질은 반도체 소자의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에, 반도체 제조 시에는 기판에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 수행된다.
세정 공정을 위한 세정 방식은 크게 건식(dry) 세정 방식 및 습식(wet) 세정 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중에서 습식 세정 방식은 여러 가지 약액을 이용한 세정 방식으로서, 복수의 기판을 동시에 세정하는 배치식(batch type) 기판 세정 장치와, 낱장 단위로 기판을 세정하는 매엽식(single wafer type) 기판 세정 장치로 구분된다.
배치식 기판 세정 장치는 약액이 수용된 세정조에 복수의 기판을 한번에 침지시켜서 오염 물질을 제거한다. 그러나, 기존의 배치식 기판 세정 장치는 기판의 대형화 추세에 대한 대응이 용이하지 않고, 약액 사용이 많다는 단점이 있다. 또한 배치식 기판 세정 장치에서 세정 공정 중에 기판이 파손될 경우, 세정조 내에 있는 기판 전체에 영향을 끼치므로 다량의 기판 불량이 발생할 수 있는 우려가 있다.
따라서, 최근에는 매엽식 기판 세정 장치가 선호되고 있는 추세이다.
매엽식 기판 세정 장치는 낱장의 기판 단위로 처리하는 방식으로서, 고속으로 회전시킨 기판 표면에 약액을 분사함으로써 기판의 회전에 의한 원심력과 약액의 분사에 따른 압력을 이용하여 오염 물질을 제거하는 스핀 방식으로 세정이 진행된다.
도1은 종래의 매엽식 기판 세정 장치의 단면을 도시한 단면도이다.
도1을 참고하면, 종래의 매엽식 기판 세정 장치(1)는 상부가 개방된 원통형으로 구비되어 내부에 공정 처리를 위한 공간이 형성된 챔버(2)와 챔버(2) 내부에 구비되어 기판(W)을 안착하고, 세정 공정을 위해 공급되는 약액에 대응하여 상하 이동 및 회전하는 스핀척(3)와 챔버(2)로 다수의 약액들을 공급하는 약액 공급부와 연결되어 기판 표면으로 약액을 분사하는 노즐(4)와 챔버(2)에 구비되어 다수의 약액들을 회수하는 다수의 회수컵(5)들 및 회수컵(5)들로부터 회수된 약액들을 각각 배출하는 배출배관(6)들을 포함한다. 또 스핀척(3)와 노즐(4)에 연결되어 각각 상하 이동 또는 회전 이동시키는 구동부(7) 및 공정 진행에 따라 스핀척(3) 및 노즐(4)의 위치를 이동하거나 회전시키도록 구동부(7)를 제어하는 제어부를 포함한다.
이러한 구성에 의해서, 종래의 매엽식 세정 장치는 반도체 기판을 회전시키는 스핀척이 챔버 내부에서 상하로 이동하여 세정 공정을 수행하게 된다. 여기서, 챔버는 다수의 회수컵이 적층된 구조로 이루어지며 각 회수컵에서 회수될 약액이 미리 정해져 있어 약액의 종류에 따라 그에 맞는 위치로 스핀척을 수직으로 이송하도록 구성된다.
그런데, 스핀척의 회전에 의한 원심력에 의해 각각의 회수컵에 미리 정해진 약액의 종류가 아닌 다른 종류의 약액이 회수컵으로 유입되는 경우가 발생하며, 이로 인해, 기존의 회수컵에 유입된 약액을 오염시켜 재사용이 불가능하게 될 수 있다. 또한, 스핀척의 회전이 저속일 경우 상대적으로 원심력이 약해지며, 이로 인해, 미리 지정된 회수컵으로 약액이 유입되지 않고, 챔버 하부로 유입되어, 제대로 약액을 회수할 수 없는 경우가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 세정공정 중에 약액을 회수할 때 약액의 종류에 따라 회수함으로써, 약액의 회수율을 높이는 기판세정장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 세정 공정 중에 약액을 종류별로 회수함으로써, 회수된 약액을 재사용하는 기판세정장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 기판세정장치는 기판 상에 약액을 분사하는 노즐, 상기 기판이 로딩되며, 상기 기판과 일체로 회전하는 스핀척, 상기 스핀척 주위를 감싸도록 구비되고, 상기 기판의 회전에 의해 비산되는 상기 약액을 회수하는 회수유닛 및 상기 회수유닛 하부에 구비되며, 상기 회수유닛에서 회수된 상기 약액을 종류별로 분리하는 분리유닛을 포함한다. 여기서, 상기 회수유닛을 회전 또는 승하강 시키는 구동유닛을 더 포함하며, 상기 분리유닛은 상기 회수유닛의 승하강되는 위치에 따라 약액을 종류별로 분리하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 회수유닛은 상기 스핀척의 측부를 감싸도록 구비되며, 상기 약액을 회수하는 공간을 형성하는 회수벽, 상기 회수벽 하부에 구비되며, 상기 스핀척을 지지하는 지지면 및 회수된 약액을 상기 분리유닛으로 배출시키는 통로인 배출라인을 형성하는 지지부재 및 상기 지지부재 하부에 구비되며, 상기 구동유닛과 연결되어, 상기 구동유닛에 의해 상기 지지부재를 회전 또는 승하강시키는 구동축을 포함한다.
일 실시예에 따른, 상기 배출라인은 상기 지지면을 기준으로 중력방향으로 30°~ 60°의 경사각을 형성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 분리유닛은 동일한 중심을 가지며, 환형의 링 형상으로 복수개가 단차에 의해 배치되며, 공간을 형성하는 분리벽 및 상기 분리벽 하부에 구비되고, 상기 분리벽을 지지하는 동시에, 상기 분리벽 사이에 형성된 공간에 유입된 약액을 배출하는 다수의 배출홀을 구비한 플레이트를 포함한다.
일 실시예에 따른, 상기 분리벽은 동심원의 중심에서 반지름 방향으로 갈수록 상기 분리벽의 높이가 높게 배치되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 회전유닛이 하강할 경우, 상기 분리유닛의 분리벽이 상기 회전유닛의 하부에 형성된 홈에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 배출홀을 통해 배출된 약액은 외부 배출되거나, 상기 노즐에 재공급되어 재활용하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 스핀척은 상기 회수유닛에 대해서 독립적으로 승하강하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른, 상기 회수유닛의 위치는 상기 노즐에서 분사되는 약액의 종류에 따라 변경되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성으로 세정공정 중에 약액을 회수할 때 약액의 종류에 따라 회수함으로써, 약액의 회수율을 높일 수 있다. 또한, 세정 공정 중에 약액을 종류별로 회수함으로써, 회수된 약액을 재사용할 수 있다. 또한, 약액을 회수하는 회수유닛의 바닥면에 배출라인 형성함으로써, 회수유닛에 잔존하는 약액 양을 최소화할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 세정공정 중에 약액을 회수할 때 약액의 종류에 따라 회수함으로써, 약액의 회수율을 높일 수 있다.
또한, 세정 공정 중에 약액을 종류별로 회수함으로써, 회수된 약액을 재사용할 수 있다.
또한, 약액을 회수하는 회수유닛의 바닥면에 배출라인 형성함으로써, 회수유닛에 잔존하는 약액 양을 최소화할 수 있다.
도1은 종래의 매엽식 기판 세정 장치의 단면을 도시한 단면도이다.
도2는 본 발명의 실시예들에 따른 기판세정장치를 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 실시예들에 따른 기판세정장치의 회수유닛이 상승한 상태를 도시한 단면도이다.
도4은 본 발명의 실시예들에 따른 기판세정장치의 회수유닛이 하강한 상태를 도시한 단면도이다.
도5는 본 발명의 실시예들에 따른 기판세정장치의 분리유닛을 도시한 부분사시도이다.
이하, 도 2 내지 도5를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 기판세정장치에 대해서 자세히 설명한다.
도2는 본 발명의 실시예들에 따른 기판세정장치를 도시한 단면도이고, 도3은 본 발명의 실시예들에 따른 기판세정장치의 회수유닛이 상승한 상태를 도시한 단면도이고, 도4은 본 발명의 실시예들에 따른 기판세정장치의 회수유닛이 하강한 상태를 도시한 단면도이고, 도5는 본 발명의 실시예들에 따른 기판세정장치의 분리유닛을 도시한 부분사시도이다.
도2 내지 도5를 참고하면, 기판세정장치(100)는 기판의 세정 및 건조 공정을 처리하는 매엽식 세정장치로서, 복수 개의 약액들을 회수하기 위한 회수유닛(30) 및 복수 개의 약액을 종류별로 분리하는 분리유닛(40)을 포함한다.
보다 구체적으로, 기판세정장치(100)는 기판 상에 약액을 분사하는 노즐(10), 상기 기판이 로딩되며, 상기 기판과 일체로 회전하는 스핀척(20), 상기 스핀척(20) 주위를 감싸도록 구비되고, 상기 기판의 회전에 의해 비산되는 상기 약액을 회수하는 회수유닛(30) 및 상기 회수유닛(30) 하부에 구비되며, 상기 회수유닛(30)에서 회수된 상기 약액을 종류별로 분리하는 분리유닛(40)을 포함한다. 여기서, 상기 회수유닛(30)을 회전 또는 승하강 시키는 구동유닛(50)을 더 포함하며, 상기 분리유닛(40)은 상기 회수유닛(30)의 승하강되는 위치에 따라 약액을 종류별로 분리하는 것을 특징으로 한다.
노즐(10)은 기판 상부에 위치하여 기판을 향하여 기판 처리를 위한 약액을 공급한다. 노즐(10)을 통해 기판의 중심을 향하여 분사된 약액은 기판의 회전에 의해 원심력으로 기판의 가장자리로 이동을 하면서 기판을 처리하게 되며, 최종적으로 기판을 이탈하여 회수유닛(30)으로 유입되게 된다.
또한, 노즐(10)은 복수 개의 약액 공급부(미도시)로부터 서로 다른 종류의 약액들 예를 들어, 식각액, 세정액 등을 공급받아서 기판으로 약액을 분사하는 노즐(10)들을 구비하고, 적어도 하나의 노즐(10) 지지대에 의해 노즐(10)과, 노즐(10)을 공정 위치 및 대기 위치에 따라 상하 이동 및 회전 이동시키는 노즐(10) 구동부(미도시)와 체결된다. 예를 들면, 약액 공급부(미도시)는 각각의 공급 라인을 통해 노즐(10)로 제 1 및 제 2 약액을 공급한다. 여기서 제1약액은 식각액으로서, 불산(HF)용액, SC-1(Standard Clean-1)용액이고, 제 2 약액은 세정액으로서, 초순수(DIW) 및 건조 가스 예컨대, 이소프로필 알코올(IPA: Isopropyl Alcohol)이다.
스핀척(20)은 공정시 기판을 지지하고, 회수유닛(30) 내부에서 상하 이동 및 회전한다. 스핀척(20)은 상부에 공정 시 기판의 가장자리 일부를 척킹(chucking)하여 기판이 이탈되는 것을 방지하는 복수 개의 척킹 핀(chucking pin)들과 안착된 기판을 지지하는 복수 개의 리프트 핀들을 구비한다. 따라서 스핀척(20)는 기판이 안착되면, 구동장치에 의해 현재 공급되는 약액에 따른 공정 위치로 상하 이동되고, 공정 처리 시 회전된다. 즉, 상기 스핀척(20)은 구동장치에 의해 상기 회수유닛(30)에 대해서 독립적으로 승하강하는 것을 특징으로 한다.
회수유닛(30)은 상기 스핀척(20)의 측부를 감싸도록 구비되며, 상기 약액을 회수하는 공간을 형성하는 회수벽(31), 상기 회수벽(31) 하부에 구비되며, 상기 스핀척(20)을 지지하는 지지면 및 회수된 약액을 상기 분리유닛(40)으로 배출시키는 통로인 배출라인(34)을 형성하는 지지부재(32) 및 상기 지지부재(32) 하부에 구비되며, 상기 구동유닛(50)과 연결되어, 상기 구동유닛(50)에 의해 상기 지지부재(32)를 회전 또는 승하강 시키는 구동축(33)을 포함한다.
특히, 회수유닛(30)의 위치는 상기 노즐(10)에서 분사되는 약액의 종류에 따라 변경되는 것을 특징으로 한다. 예를 들면, 회수유닛(30)이 상승하여 최고 높이에 위치하면 약액의 종류 중 하나인 제1약액이 노줄에서 분사되고, 회수유닛(30)이 하강하여 최저 높이에 위치하면 약액의 종류 중 하나인 제2약액이 노줄에서 분사될 수 있다.
회수벽(31)은 지지부재(32)의 외곽 둘레에 형성되며, 기판의 회전에 의해 비산하는 약액을 회수하는 벽으로써, 약액이 회수유닛(30) 외부로 비산하는 것을 방지할 수 있다.
지지부재(32)는 스핀척(20)을 지지하는 지지면 및 회수벽(31)에 의해 회수된 약액을 분리유닛(40)으로 배출하는 배출라인(34)을 형성한다. 여기서, 배출라인(34)은 상기 지지면을 기준으로 중력방향으로 30°~ 60°의 경사각을 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 지지부재(32)는 하부에 홈이 형성되며, 홈은 회수유닛(30)이 하강시 간섭되는 부분에 형성될 수 있다. 예를 들면, 회전유닛이 하강할 경우, 상기 분리유닛(40)의 분리벽(41)이 상기 회전유닛의 하부에 형성된 홈에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
구동축(33)은 분리유닛(40) 중앙을 관통하며, 구동유닛(50)과 연결되어 회수유닛(30)을 회전 또는 승하강 시킬 수 있다.
분리유닛(40)은 동일한 중심을 가지며, 환형의 링 형상으로 복수개가 단차에 의해 배치되며, 공간을 형성하는 분리벽(41) 및 상기 분리벽(41) 하부에 구비되고, 상기 분리벽(41)을 지지하는 동시에, 상기 분리벽(41) 사이에 형성된 공간에 유입된 약액을 배출하는 다수의 배출홀(43)을 구비한 플레이트(42)를 포함한다.
예를 들면, 분리벽(41)은 약액을 종류별로 분류하는 제1벽(41a), 제2벽(41b) 및 제3벽(41c)으로 구성되어 있으며, 동심원의 중심에서 반지름 방향으로 갈수록 분리벽(41)의 높이가 높게 배치되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 제1벽(41a)은 가장 낮은 벽으로 동심원 중심을 기준으로 가장 가까운 위치에 구비된다. 제2벽(41b)은 제1벽(41a) 보다 높게 형성되며, 동심원 중심을 기준으로 제1벽(41a) 보다 먼 곳에 위치하여 구비된다. 제3벽(41c)은 제2벽(41b) 보다 높게 형성되며, 동심원 중심을 기준으로 제2벽(41b) 보다 먼 곳에 위치하여 구비된다.
또한, 분리벽(41)은 약액을 종류별로 분리 및 저장하는 회수공간을 형성하며, 제1벽(41a), 제2벽(41b) 및 제3벽(41c)에 의해 형성된다. 예를 들면, 제1벽(41a)과 제2벽(41b) 사이에 제 1회수공간이 형성되며, 제1회수공간(S1)에는 제1약액 또는 제2약액이 회수될 수 있다. 또한, 제2벽(41b)과 제3벽(41c) 사이에 제2회수공간(S2)이 형성되며, 제2회수공간(S2)에는 제1약액이 회수될 수 있다.
플레이트(42)는 상기 분리벽(41)에 의해 분리되어 회수한 약액들을 하부에 구비된 배출홀(43)을 통해 배출할 수 있다. 여기서, 배출홀(43)을 통해 배출된 약액은 외부 배출되거나, 상기 노즐(10)에 재공급되어 재활용하는 것을 특징으로 한다.
한편, 기판세정장치(100)에서 약액의 종류에 따라 회수유닛(30)의 작동 및 약액을 종류별로 분리하는 과정에 대해서 자세히 설명한다.
먼저, 공정 중 제1약액이 노즐(10)에서 분사될 경우, 회수유닛(30)은 승강하며, 노즐(10)에서 제1약액이 기판에 분사된다. 분사된 제1약액은 회수유닛(30)에 의해 회수되며, 회수된 제1약액은 분리유닛(40)으로 이동하여, 제1회수공간(S1) 또는 제2회수공간(S2)으로 유입될 수 있다. 제1회수공간(S1) 또는 제2회수공간(S2)으로 유입된 제1약액은 배출홀(43)을 통해 외부로 배출되거나, 약액 공급부에 재공급되어, 재활용될 수 있다.
다음으로, 공정 중 제2약액이 노즐(10)에서 분사될 경우, 회수유닛(30)은 하강하며, 노즐(10)에서 제2약액이 기판에 분사된다. 분사된 제2약액은 회수유닛(30)에 의해 회수되며, 회수된 제2약액은 분리유닛(40)으로 이동하여, 제1회수공간(S1)으로 유입될 수 있다. 제1회수공간(S1)에 유입된 제2약액은 배출홀(43)을 통해 외부로 배출되거나, 약액 공급부에 재공급되어 재활용될 수 있다.
이와 같은 구성으로 세정공정 중에 약액을 회수할 때 약액의 종류에 따라 회수함으로써, 약액의 회수율을 높일 수 있다. 또한, 세정 공정 중에 약액을 종류별로 회수함으로써, 회수된 약액을 재사용할 수 있다. 또한, 약액을 회수하는 회수유닛의 바닥면에 배출라인 형성함으로써, 회수유닛에 잔존하는 약액 양을 최소화할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 노즐 34: 배출라인
20: 스핀척 40: 분리유닛
30: 회수유닛 41: 분리벽
31: 회수벽 42: 플레이트
32: 지지부재 43: 배출홀
33: 구동축 50: 구동유닛
100: 기판세정장치

Claims (10)

  1. 기판 상에 약액을 분사하는 노즐;
    상기 기판이 로딩되며, 상기 기판과 일체로 회전하는 스핀척;
    상기 스핀척 주위를 감싸도록 구비되고, 상기 기판의 회전에 의해 비산되는 상기 약액을 회수하는 회수유닛; 및
    상기 회수유닛 하부에 구비되며, 상기 회수유닛에서 회수된 상기 약액을 종류별로 분리하는 분리유닛;
    을 포함하고,
    상기 분리유닛은 동일한 중심을 가지며, 환형의 링 형상으로 복수개가 단차에 의해 배치되며, 공간을 형성하는 분리벽 및 상기 분리벽 하부에 구비되고, 상기 분리벽을 지지하는 동시에, 상기 분리벽 사이에 형성된 공간에 유입된 약액을 배출하는 다수의 배출홀을 구비한 플레이트를 포함하는 기판세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회수유닛을 회전 또는 승하강 시키는 구동유닛을 더 포함하며, 상기 분리유닛은 상기 회수유닛의 승하강되는 위치에 따라 약액을 종류별로 분리하는 것을 특징으로 하는 기판세정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회수유닛은
    상기 스핀척의 측부를 감싸도록 구비되며, 상기 약액을 회수하는 공간을 형성하는 회수벽;
    상기 회수벽 하부에 구비되며, 상기 스핀척을 지지하는 지지면 및 회수된 약액을 상기 분리유닛으로 배출시키는 통로인 배출라인을 형성하는 지지부재; 및
    상기 지지부재 하부에 구비되며, 상기 구동유닛과 연결되어, 상기 구동유닛에 의해 상기 지지부재를 회전 또는 승하강시키는 구동축;
    을 포함하는 기판세정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배출라인은 상기 지지면을 기준으로 중력방향으로 30°~ 60°의 경사각을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판세정장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분리벽은 동심원의 중심에서 반지름 방향으로 갈수록 상기 분리벽의 높이가 높게 배치되는 것을 특징으로 하는 기판세정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회수유닛이 하강할 경우, 상기 분리유닛의 분리벽이 상기 회수유닛의 하부에 형성된 홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 기판세정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배출홀을 통해 배출된 약액은 외부 배출되거나, 상기 노즐에 재공급되어 재활용하는 것을 특징으로 하는 기판세정장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스핀척은 상기 회수유닛에 대해서 독립적으로 승하강하는 것을 특징으로 하는 기판세정장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 회수유닛의 위치는 상기 노즐에서 분사되는 약액의 종류에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 기판세정장치.
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