KR101486430B1 - 디스크형 물품의 습윤 처리 장치 및 방법 - Google Patents

디스크형 물품의 습윤 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

기술된 디스크형 물품의 습윤 처리 장치는:
- 상기 디스크형 물품을 지지 및 회전시키기 위한 스핀 척(spin chuck), 및
- 상기 디스크형 물품의 상기 제1 표면의 제1 주변 영역을 향해진 처리 액체를 분배하는 내측 가장자리 노즐을 구비하며,
여기서 상기 제1 표면은 상기 스핀 척을 향하고 상기 제1 주변 영역은 상기 디스크형 물품의 반경(ra)보다 더 작은 1cm 보다 더 큰, 내측 반경(ri)을 갖는 제1 표면의 영역에 있도록 한정되며, 여기서 상기 내측 가장자리 노즐은 (상기 스핀 척상에 배치될 때의) 상기 디스크형 물품과 상기 스핀 척 사이에서 고정된 방식으로 위치되며, 여기서 상기 내측 가장자리 노즐은 상기 디스크형 물품의 제1 표면에 대해 처리 액체를 공급하기 위해, 상기 스핀 척을 통해 중앙에서 관통하고 고정된 방식으로 배치되는, 중앙 파이프를 통해 공급된다.

Description

디스크형 물품의 습윤 처리 장치 및 방법{Apparatus and Method for Wet Treatment of Disc-Like Articles}
본 발명은 디스크형 물품을 지지 및 회전시키기 위한 스핀 척(spin chuck)을 구비하는, 단일 디스크형 물품의 습윤 처리(wet treating)를 위한 장치에 관한 것이다.
용어 습윤 처리는 기본적으로 소재를 청소, 에칭 또는 배치하기 위해 디스크형 물품을 습윤 처리하는 것을 의미한다.
아래에서 용어 웨이퍼가 사용된다면, 그러한 디스크형 물품을 의미하는 것이다.
그러한 디스크형 물품은 플랫 패널 디스플레이 또는 레티클(reticles)과 같은 그러한 다각형의 물품은 물론 반도체 웨이퍼, 또는 컴팩트 디스크 일 수 있다.
US 6,435,200는 디스크형 물품의 주변 영역을 에칭하기 위한 장치를 기술하고 있다. 액체는 척(chuck)과 대면하지 않고 디스크형 물품과 링 사이의 갭에서 지지되는 디스크형 물품의 표면으로 공급된다.
특정한 적용에 대해, 주변 영역을 적절히 처리하기 위해, 예를 들면, 주변 영역으로부터 특정한 층을 제거하기 위해 기계적인 힘이 유리하다.
본 발명은 디스크형 물품을 지지 및 회전시키기 위한 스핀 척(spin chuck), 및 디스크형 물품의 제1 표면의 제1 주변 영역을 향해 처리 액체를 분배하는 내측 가장자리 노즐을 구비하는 단일 디스크형 물품의 습윤 처리를 위한 장치를 제공함으로써 본 발명의 목적들을 충족시키며, 여기서 상기 제1 표면은 상기 스핀 척을 향하고 상기 제1 주변 영역은 상기 디스크형 물품의 반경(ra)보다 더 작은 1cm 보다 더 큰, 내측 반경(ri)을 갖는 제1 표면의 영역에 있도록 한정되며, 여기서 상기 내측 가장자리 노즐은 (상기 스핀 척상에 배치될 때의) 상기 디스크형 물품과 상기 스핀 척 사이에서 고정된 방식으로 위치되며, 여기서 상기 내측 가장자리 노즐은 상기 디스크형 물품의 제1 표면에 대해 처리 액체를 공급하기 위해, 상기 스핀 척을 통해 중앙에서 관통하고 고정된 방식으로 배치되는, 중앙 파이프를 통해 공급된다.
적용가능한 스핀 척의 한 실예는 US6536454 에 기술되어 있다. 스핀 척이 위를 향하고 따라서 디스크형 물품이 스핀 척의 상부에 놓여 진다면, 내측 가장자리 노즐에 의해 처리될 디스크형 물품의 표면은 이때 디스크형 물품의 바닥 표면이 된다. 중앙 파이프는 내측 가장자리 노즐을 동시에 지지할 수 있다. 스핀 척을 통해 축방향으로 안내하는 중앙 파이프는 방사 파이프를 통해 내측 가장자리 노즐에 연결될 수 있다. 방사 파이프가 내측 가장자리 노즐의 지지 부재로서 동시에 작용한다면, 방사 파이프는 이때 노즐 또는 방사 파이프 자체의 어느 것도 디스크형 물품(스핀 척상에 배치될 때) 또는 디스크형 물품을 향하는 스핀 척의 표면의 어느 하나와 접촉할 수 없을 정도로 충분히 견고해야 한다.
본 발명의 장점은 디스크형 물품의 주변 영역이 디스크형 물품의 한 측면과 접촉하지 않고 양쪽의 측면들상에서 처리될 수 있다는 것이고, 여기서 액체 흐름은 방해받지 않는다.
양호하게는, 스핀 척은 그의 가장자리에서 디스크형 물품을 파지하기 위해 스핀 척으로부터 돌출하는 적어도 두 개의 파지 부재를 구비한다. 그러한 파지 부재는 스핀 척에 고정될 수 있고, 이것은 파지 부재가 스핀 척의 회전축에 관하여 반경 방향으로 이동할 수 없다는 것을 의미한다. 그러나, 파지 부재는 디스크형 물품이 더욱 안전하게 지지되는 장점을 제공하는 스핀 척의 회전 축에 관하여 반경 방향으로 이동할 수 있다. 파지 부재가 핀 형상으로 이루어진다면, 양호하게는 세 개의 핀이 사용된다.
상기 장치는 또한 스핀 척과 대면하지 않는, 디스크형 물품의 제2 표면으로 향해진 외측 노즐을 구비할 수 있다. 이러한 경우에, 디스크형 물품은 양쪽 측면들, 예를 들면, 그의 주변 영역상의 한쪽 측면 및 디스크형 물품 전체 위의 다른 측면상에서 동시에 처리될 수 있다. 노즐은 고정되거나 또는 이동 가능하게 장착될 수 있다.
상기 외측 노즐이 이것이 디스크형 물품을 가로질러 이동할 수 있도록 이동 가능하게 장착된다면, 척(chuck)과 대면하지 않는 디스크형 물품의 표면의 각 영역은 외측 노즐로부터 분배된 액체에 의해 직접 도달될 수 있다.
외측 노즐은 처리 액체를 분배하는 외측 가장자리 노즐일 수 있다. 노즐은 이때 디스크형 물품의 제1 표면의 제2 주변 영역으로 향해지며, 여기서 제2 주변 영역은 디스크형 물품의 반경보다 더 작은 1cm 보다 더 큰, 내측 방경을 갖는 제2 표면의 영역이 되도록 한정된다. 그러므로, 디스크형 물품의 양쪽 주변 영역들은 각각의 표면들의 내측 영역들을 동시에 처리하거나 또는 처리하지 않고 동시에 또는 양자 택일적으로 처리될 수 있다.
양호하게는, 내측 가장자리 노즐의 축과 제1 표면은 5°내지 85°의 범위의 각도 α를 포함한다. 그러한 예각의 제공은 스프래쉬(splashes)를 피하기 위한 장점을 가져다준다. 그러나, 스핀 속도(spin speed), 체적 흐름(volume flow), 흐름 속도(flow speed), 액체 파라미터(liquid parameters)(예를 들면, 점성, 표면 에너지), 요구된 기계적인 충격과 같은 그러한 처리 파라미터(process parameters)들에 관하여 각도 α를 최적화할 필요가 있다는 것이 이해될 것이다.
한 실시예에서, 내측 가장자리 노즐의 축과 디스크형 물품의 가장자리는 5° 내지 90°, 양호하게는 10° 내지 80°의 범위의 각도 β를 포함한다. 이것은 요구된 처리 결과들을 더욱 최적화하도록 도울 수 있다. 각도 β는 디스크형 물품의 표면을 향해 직각으로 돌출될 때 내측 가장자리 노즐의 축과 디스크형 물품의 가장자리 양쪽 (축과 가장자리)에 의해 포함된 각도로서 한정될 것이다.
주변 영역에 인가된 기계적인 힘을 향상시키기 위해, 장치는 제1 주변 영역으로 향해진 액체 흐름을 교반하기 위한 교반 수단을 구비하며, 여기서 교반 수단은 액체 흐름 안내 레이저 빔(liquid flow guided laser beam), 메가소닉 변환기(megasonic transducer), 가스 제트(gas jet) 및 두 개의 유체 제트(fluid jet)의 그룹으로부터 선택된 부재들 중 적어도 하나를 구비한다.
장치의 다른 실시예들은 디스크형 물품의 제1 표면의 내측 영역을 향해 액체를 공급하기 위해 디스크형 물품의 제1 표면 및/또는 내측 액체 노즐로 가스를 공급하기 위한 두 개(또는 그 이상)의 내측 가장자리 노즐 및/또는 가스 정화 장치를 구비하며, 상기 내측 영역은 주변 영역(예를 들면, 둘 또는 그 이상의 내측 액체 노즐들)내에 위치된다.
두 개의 내측 가장자리 노즐들은 내측 주변 영역을 충분히 습윤시키도록 도울 수 있다. 그러나, 예를 들면, 두 개의 상이한 액체들이 주변 영역으로부터 두 개의 상이한 종류의 소재를 제거하기 위해 요구된다면, 상이한 액체들이 이들 두 개의 노즐들을 통해 양자택일적으로 및/또는 동시에 공급될 수 있다.
제1 표면으로 가스를 공급하기 위한 가스 정화 장치는 내측 가장자리 노즐로부터의 백 스프래쉬(back splashes)로 인하여 제1 표면의 내측 영역의 오염을 방지하도록 도울 수 있다. 내측 액체 노즐은 불활성 액체(예를 들면, DI-water, 2-propanol)에 의해 백 스프래쉬로부터 제1 표면의 내측 영역을 보호하기 위해, 및/또는 (주변 영역을 포함하는) 제1 표면을 세정 및 린스하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 습윤 처리 장치를 사시도로 도시하는 상세도이다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 II-II 방향에서 본 측면도로, 본 발명에 따른 습윤 처리 장치의 상세도를 도시한다.
도 3은 III으로 표시된 부분의 상세도를 도시한다.
도 4는 도 1에서 도시된 방향 II-II에서 본 측 횡단면도로 본 발명에 따른 습윤 처리 장치의 상세도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예를 측면도로 도시하는 도면이다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 습윤 처리 장치의 핵심 항목(core details)의 상이한 도면들을 도시한다. 이 장치는 중공 샤프트 모터(40)(도 4에서 도식적으로 도시됨)의 로터에 장착된 스핀 척(10)과, 상기 스핀 척의 중앙 호울을 통해 관통하는 고정 노즐 헤드(20)를 구비한다. 중공 샤프트 모터(40)의 스테이터는 장착 플레이트(42)(도 4에서 도식적으로 도시됨)에 장착된다.
노즐 헤드(20) 및 장착 플레이트(42)는 같은 고정 프레임(44)(도 4에서 도식적으로 도시됨)에 장착된다.
분리된 액체(spun off liquid)를 수집하기 위해, 수집 챔버(환형의 덕트-도시되지 않음)는 스핀 척 주위에서 동심원상으로 배열된다. 액체를 상이한 수직하게 배열된 환형 덕트 속으로 분리하기 위해, 고정 프레임과 수집 챔버는 (예를 들면 US4903717에서 기술된 바와 같이) 서로에 대해 축방향으로 변위될 수 있다.
스핀 척(10)은 파지 핀들이 편심적으로 장착된 6개의 원통형으로 형성된 지지 부재들(14)을 구비한다. 파지 핀들은 톱니 기어(16)에 의해 지지 부재들의 실린더 축을 중심으로 회전된다. 톱니 기어(16)는 (베이스 본체(base-body)내의 도시되지 않은 슬릿(slit)을 통해 관통하는) 수직 이동 로드(18)에 의해 톱니 기어를 지지하는 한편 중공 샤프트 모터(40)에 의해 베이스 본체를 가볍게 회전시킴으로써 스핀 척의 베이스 본체에 대항하여 회전된다. 그것에 의해 원통형 지지 부재들(14)은 회전되고 파지 핀들(13)은 개방 위치로 선회한다. 웨이퍼(wafer)가 파지 핀들 내에서 지지 부재들(14)의 상부 레스트(top rests)(15)위에 배치된 후, 베이스 본체는 후방으로 선회되고 톱니 기어는 헬리컬 스프링(도시되지 않음)에 의해 구동된 폐쇄 위치로 선회한다. 그것에 의해 파지 핀들은 웨이퍼의 가장자리와 접촉하여 웨이퍼를 안전하게 파지한다.
비-회전 (고정) 노즐 헤드(20)는 0.2mm 의 노즐 헤드와 스핀 척 사이의 갭을 가지는 스핀 척의 중앙 호울을 통해 관통한다. 이 갭은 처리 시간(process time)중에 가스 (예를 들면, 질소)에 의해 정화될 수 있다. 5개의 파이프(22, 24, 26, 28, 29)는 노즐 헤드를 통해 안내한다. 파이프(22, 24, 26)는 상이한 액체 공급원에 각각 연결되며, 노즐 헤드는 물론 스핀 척의 상부 표면 위로 5mm 돌출한다. 파이프(22, 24, 26)의 개구들(노즐들)은 웨이퍼의 하향 표면쪽으로 향해진다. 파이프(28)는 중앙으로 배열되어 가스 공급원에 연결된다. 질소 또는 울트라 크린 에어(ultra clean air)와 같은 그러한 가스는 웨이퍼의 하향 표면 W1을 향해 파이프(28)를 통해 안내된다.
파이프(29)는 노즐 헤드(20)를 통해 안내하며 노즐 헤드의 위에서 이것은 방사 파이프(30)와 노즐 암(nozzle arm)으로서 웨이퍼의 가장자리를 향해 반경 외측방향으로 선회한다. 스핀 척의 회전축에 대해 약 50mm 의 거리에서 파이프(30)는 두 개의 노즐(32, 36)에서 끝나는 두 개의 부분(branches)으로 나누어진다. 노즐(32)은 두 개의 개구(33, 34)를 가지며 한편 도시된 실시예에서 노즐(36)은 하나의 개구를 가진다. 그러므로, 도시된 실시예는 세 개의 내측 가장자리 노즐(33, 34, 36)을 가진다. 방사 파이프(30)는 이들이 척과 웨이퍼의 어느 쪽과도 접촉하지 않도록 내측 가장자리 노즐들을 운반하기에 충분히 견고하다.
노즐들은 액체가 웨이퍼의 하향 표면 W1의 주변 영역에 공급되는 각도 α를 최적화하기위해 쉽게 변경할 수 있다. 도시된 실시예에서, 이 각도 α는 약 30°이다.
다른 노즐 조립체(50)(도 2에서 도식적으로 도시됨)는 액체 및/또는 가스를 웨이퍼의 상향 표면 W2 로 공급하기 위해 스핀 척의 위로 제공된다.
다음에서 웨이퍼를 처리하기 위한 공정이 기술될 것이다. 웨이퍼는 상부 레스트(15) 위에 놓여있는, 스핀 척(10) 상에 배치되어 파지 핀(13)에 의해 안전하게 지지된다. 스핀 척은 300 rpm의 스핀 속도로 회전된다. 에칭 액체(etching liquid)는 노즐(50)을 통해 1500 ml/min의 체적 흐름(volume flow)으로 제1 표면의 중앙에 공급된다. 이때 노즐(50)은 웨이퍼를 가로질러 반경방향으로 이동한다. 동시에 에칭 액체의 제2 흐름은 내측 가장자리 노즐(33, 34, 36)을 통해 공급된다. 각각의 내측 가장자리 노즐은 60초의 시간동안 50 ml/min의 체적 흐름으로 액체를 공급한 다. 임의로 그 후 전체 하부 표면 W1은 500rpm의 스핀 속도로 30초 동안 노즐(22)을 통해 공급된 세정 액체에 의해 세정된다. 그 대신 제2 처리 액체(세정 또는 에칭용)는 노즐(26)을 통해 공급될 수 있다.
에칭 단계 후, 린스 액체(예를 들면, 탈이온수)는 500rpm의 스핀 속도로 20초동안 하부 노즐(24)을 통해 그리고 상부 노즐(노즐(50)과 유사함)을 통해 웨이퍼의 양쪽 측면들 W1 및 W2로 공급된다. 그 후, 질소는 스핀 속도가 1500rpm에 있는 동안 린스 액체를 제거하기 위해 10 l/min 의 체적 흐름으로 노즐(28)을 통해 공급된다.
전체 공정 중, 질소는 0.1 l/min 의 체적 흐름으로 공급될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시하며, 여기서 노즐 암(35)은 하나의 내측 가장자리 노즐(36)만 운반한다.

Claims (14)

  1. 단일 디스크형 물품의 습윤 처리 장치에 있어서,
    상기 디스크형 물품을 지지 및 회전시키기 위한 스핀 척(spin chuck), 및 상기 디스크형 물품의 제1 표면의 제1 주변 영역을 향해진 처리 액체를 분배하는 내측 가장자리 노즐을 구비하며, 여기서 상기 제1 표면은 상기 스핀 척을 향하고 상기 제1 주변 영역은 상기 디스크형 물품의 반경(ra)보다 더 작은 1cm 보다 더 큰, 내측 반경(ri)을 갖는 제1 표면의 영역에 있도록 한정되며, 여기서 상기 내측 가장자리 노즐은 (상기 스핀 척상에 배치될 때의) 상기 디스크형 물품과 상기 스핀 척 사이에서 고정된 방식으로 위치되며, 여기서 상기 내측 가장자리 노즐은 상기 디스크형 물품의 제1 표면에 대해 처리 액체를 공급하기 위해, 상기 스핀 척을 통해 중앙에서 관통하고 고정된 방식으로 배치되는, 중앙 파이프를 통해 공급되고,
    두 개의 상기 내측 가장자리 노즐들을 구비하고, 상이한 액체들이 상기 두 개의 내측 가장자리 노즐을 통하여 공급될 수 있고,
    상기 중앙 파이프와 상기 내측 가장자리 노즐은 방사 파이프에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스핀 척은 그의 가장자리에서 상기 디스크형 물품을 파지하기 위해 스핀 척으로부터 돌출하는 적어도 두 개의 파지 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사 파이프는 상기 내측 가장자리 노즐의 지지 부재로서 동시에 작용하는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스핀 척과 대면하지 않는, 상기 디스크형 물품의 제2 표면으로 향해진 외측 노즐을 더 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외측 노즐은 디스크형 물품을 가로질러 이동가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 외측 노즐은 상기 디스크형 물품의 상기 제2 표면의 제2 주변 영역으로 향해진 처리 액체를 분배하는 외측 가장자리 노즐이며, 여기서 상기 제2 주변 영역은 디스크형 물품의 반경보다 더 작은 1cm 보다 더 큰, 내측 반경을 갖는 제2 표면의 영역이 되도록 한정되는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내측 가장자리 노즐의 축과 상기 제1 표면은 5°내지 85°의 범위의 각도 α를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내측 가장자리 노즐의 축과 상기 디스크형 물품의 상기 가장자리는 5°내지 85°의 범위의 각도β를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주변 영역으로 향해진 상기 액체 흐름을 교반하기 위한 교반 수단을 더 이상 구비하며, 여기서 상기 교반 수단은 액체 흐름 안내 레이저 빔(liquid flow guided laser beam), 메가소닉 변환기(megasonic transducer), 가스 제트 및 두 개의 유체 제트의 그룹으로 선택된 요소들중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 디스크형 물품의 상기 제1 표면으로 가스를 공급하기 위한 가스 정화 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 디스크형 물품의 상기 제1 표면의 상기 내측 영역을 향해 액체를 공급하기 위한 내측 액체 노즐을 구비하며, 상기 내측 영역은 상기 주변 영역 내에 있는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    두 개의 내측 액체 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크형 물품의 습윤 처리 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
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