KR101907510B1 - 기판 세척 방법 및 기판 세척 장치 - Google Patents

Abstract

세정액과 2유체 혼합물을 동시에 분사하는 기판 세척장치 및 방법에 있어서, 상면에 세척대상 가공물이 형성된 기판을 회전 가능한 지지대에 고정한다. 제1 노즐을 통하여 회전하는 기판의 상면으로 세정액을 공급하여 기판으로부터 1차 불순물을 분리한다. 제2 노즐을 통하여 회전하는 기판의 상면으로 2유체 혼합물을 세정액과 동시에 공급하여 세정액에 의해 분리되지 않은 2차 불순물을 기판으로부터 분리한다. 1차 및 2차 불순물을 포함하는 세정액 및 2유체 혼합물을 기판으로부터 제거한다. 고속 고압의 2유체 혼합물에 의해 기판 표면의 가공물이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

기판 세척 방법 및 기판 세척 장치{Method and apparatus for cleaning a substrate}

본 발명은 기판 세정방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 패턴을 구비하는 기판의 세척방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 장치로 제조하기 위한 반도체 기판에 대하여 증착, 사진, 식각, 이온 주입, 연마, 세척 등의 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로서 제조된다. 상기 단위 공정들 중에서 세척공정은 각각의 단위 공정들을 수행한 후 기판 상에 잔류하는 잔류물이나 오염물을 제거하는 공정으로 패턴의 사이즈가 나노 단위로 가공되는 최근의 미세공정에서 더욱 중요하게 취급되고 있다.

세척공정을 수행하는 장치는 다수의 기판을 한번에 처리하는 배치식(batch) 장치와 낱장 단위로 기판을 처리하는 매엽식 장치가 있다. 배치식 세척장치는 기판의 대형화에 따른 대응이 용이하지 않고 케미컬 약액 사용이 많다는 단점이 있다. 또한, 기판이 파손될 경우 전체 기판들에 영향을 미칠 수 있는 위험이 있다. 이와 같은 이유로 최근의 세척장치는 매엽식 장치가 선호되고 있다.

매엽식 세척장치는 일반적으로 세정, 린싱 및 건조공정을 통하여 특정 공정이 완료된 기판 상에 생성된 불순물이나 오염물을 제거한다. 상기 세정공정은 회전하는 기판에 불순물을 용해할 수 있는 화학물질인 케미컬을 포함하는 약액을 공급하여 상대적으로 작은 사이즈의 불순물이나 오염물을 기판으로부터 화학적으로 분리시킨 후 고압의 혼합 가스를 분사하여 상대적으로 큰 사이즈를 갖고 화학적으로 용해되지 않는 불순물이나 오염물을 기판으로부터 제거한다. 상기 세정공정이 완료되면, 상기 불순물이나 오염물이 제거된 기판을 정화하는 린스 액을 공급하여 기판으로부터 상기 약액이나 혼합가스의 잔류물을 제거하고 건조가스에 의해 기판을 건조함으로써 세척공정을 완료하게 된다.

특히, 상기 세정공정은 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 불순물이나 오염물을 상기 약액과의 화학반응으로 용해시켜 제거하는 화학적 제거단계와 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 불순물이나 오염물에 직접 물리적 충돌이나 진동을 가하여 제거하는 물리적 제거단계를 순차적으로 수행함으로써 진행된다.

이때, 화학적 제거단계에서는 불순물이나 오염물이 용해된 상기 약액은 회전하는 기판의 원심력에 의해 기판과 분리되어 오염물이 제거되지만, 물리적 제거단계에서는 사이즈가 큰 불순물을 기판에 형성된 패턴의 표면으로부터 제거하기 위해 가스와 약액을 혼합한 2유체 제트류를 고속 및 고압으로 직접 분사하여 오염물을 제거한다. 즉, 불순물이 용해된 약액이 기판으로부터 완전히 제거되면 다음 단계에서 2유체 제트류가 패턴 표면으로 직접 분사되어 물리적 제거단계를 수행하게 된다.

그러나, 최근 기판이 대형화되고 기판 상에 형성된 패턴이 미세화 및 조밀화 되면서 패턴표면으로의 상기 2유체 제트류의 고압분사는 빈번하게 패턴을 손상시키는 문제점이 발생하고 있다. 반도체 제조공정에서 세척공정은 각 단위공정마다 수행되어야 하므로 이와 같은 패턴의 손상은 반도체 소자의 치명적 불량을 야기하게 된다.

뿐만 아니라, 약액에 의한 화학적 제거는 패턴 막질의 극성변화를 이용하여 불순물을 제거한다는 측면에서 습식 식각의 개념을 포함하고 있으므로 라인형 패턴의 측벽과 같이 상대적으로 넓은 세정면에 대해서는 과식각이 발생하는 문제점이 있다. 이에 따라, 세척 공정 이전의 단위 공정에 의해 패턴이 정확하게 가공되었다 할지라도 세척공정에서 패턴 사이즈가 축소되어 반도체 소자 제조공정에서 정확한 임계치수를 가공하지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 패턴의 손상을 방지하고 패턴 사이즈의 축소를 방지할 수 있는 개선된 세척공정이 요구되고 있다.

본 발명의 실시예들은 상기의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 약액 및 2유체 제트류의 분사공정을 개선하여 패턴 손상 및 사이즈 축소를 방지할 수 있는 기판의 세척방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예들은 상술한 바와 같은 공정을 수행할 수 있는 기판의 세척 장비를 제공한다.

본 발명의 일 견지에 따른 기판의 세척방법에 의하면, 상면에 세척대상 가공물이 형성된 기판을 회전 가능한 지지대에 고정한다. 이어서, 제1 노즐을 통하여 회전하는 상기 기판의 상면 중앙부로 세정액을 공급하여 상기 기판으로부터 1차 불순물을 분리한다. 제2 노즐을 통하여 회전하는 상기 기판의 상면으로 2유체 혼합물을 상기 세정액과 동시에 공급하여 상기 세정액에 의해 분리되지 않은 2차 불순물을 상기 기판으로부터 분리한다. 상기 1차 및 2차 불순물을 포함하는 상기 세정액 및 2유체 혼합물을 상기 기판으로부터 제거한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 세정액은 과산화수소(H2O2)와 수산화암모늄(NH4OH)의 수용액인 제1 표준 세정액(SC1, Standard Clean 1), 인산 수용액, 불화수소 수용액(aqueous HF solution) 및 완충 산화 식각액(buffered oxide etch (BOE) solution) 중의 어느 하나를 포함하며 상기 2유체 혼합물은 탈이온수(deionized water) 또는 상기 세정액과 기체의 혼합물을 포함한다. 이때, 상기 가스는 질소(N2) 및 이산화탄소(CO2)를 구비하는 불활성 가스, 오존(O3) 및 산화질소를 구비하는 산화성 가스 및 에틸렌을 구비하는 유기가스로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 2유체 혼합물은 상기 기판의 중앙부와 주변부를 주기적으로 제2 노즐을 통하여 고속 및 고압의 제트류(jet stream)상태로 상기 기판의 상면으로 분사된다. 이때, 상기 세정액은 회전하는 상기 기판의 원심력에 의해 골과 이랑을 구비하는 파랑형상으로 상기 기판의 중심부로부터 주변부로 이동하며 상기 2유체 혼합물은 상기 세정액의 골로 공급된다. 상기 제2 노즐은 2.5초 내지 3.5초의 주기로 상기 기판의 중심부와 주변부 사이를 이동하고 상기 기판은 850rpm 내지 950rpm의 속도로 회전한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판은 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 기판 또는 평판 표시 패널을 제조하기 위한 유리기판을 포함한다.

본 발명의 일 견지에 따른 기판 세척장비는 세척대상 가공물이 배치된 상면이 위를 향하도록 기판을 고정하고 회전시키는 지지대, 1차 불순물을 상기 기판으로부터 분리하는 세정액을 상기 기판의 상면으로 공급하는 제1 노즐, 상기 기판의 중앙부와 주변부 사이를 일정할 주기로 왕복이동하며 상기 세정액에 의해 분리되지 않는 2차 불순물을 상기 기판으로부터 분리하는 2유체 혼합물을 분사하는 제2 노즐 및 상기 세정액과 상기 2유체 혼합물을 상기 제1 및 제2 노즐을 통하여 동시에 분사하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는 상기 기판의 회전에 의해 파랑 형태로 상기 기판의 주변부로 밀려나는 상기 세정액의 골을 향하여 상기 2유체 혼합물을 분사하도록 상기 지지대의 회전속도 및 상기 제2 노즐의 스캔 주기를 제어하는 속도 제어부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부에 연결되어 회전력을 생성하는 구동 모터, 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 회전로드 및 상기 회전로드 및 상기 제2 노즐에 연결되어 상기 회전로드의 회전에 따라 왕복 직선운동을 하는 수평 암을 더 포함한다.

상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 불순물을 화학적으로 제거하기 위한 약액을 제공하는 단계와 물리적으로 제거하기 위한 2유체 제트류를 분사하는 단계를 동시에 수행하여 세척 대상 패턴의 표면이 상기 약액에 의해 커버된 상태에서 상기 2유체 제트류가 패턴으로 공급되어 세척 대상 패턴과 고압의 2유체 제트류가 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 세척 대상 패턴이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 세정액은 기판의 원심력 뿐 아니라 고압의 제트류에 의해서도 기판의 주변부로 이동하게 되므로 패턴 표면과의 접촉시간을 상대적으로 줄일 수 있다. 이에 따라, 상기 약액에 의한 패턴 표면에서의 과식각을 방지할 수 있다. 특히, 상기 액상의 약액은 기판의 원심력에 의해 기판의 중심부에서 외주면으로 이동하는 경우 세척공정 이전에 형성된 기판 상의 다양한 구조물에 의해 일정한 주기로 골과 이랑을 구비하는 파랑형상으로 퍼져 나가고 상기 제트류는 상기 이랑으로 공급되어 약액과 제트류의 충돌에 의한 스플래시(splash)를 최소화 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 기판 세척 장비를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 세척 장비를 이용하여 기판을 세척하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 기판 세척 장비를 나타내는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 세척 장비(900)는 세척대상 가공물이 배치된 상면이 위를 향하도록 기판(w)을 고정하고 회전시키는 지지대(100), 불순물을 화학적으로 용해하는 세정액을 상기 기판(w)의 상면 중앙부로로 공급하는 제1 공급부(200), 상기 기판(w)의 중앙부와 주변부 사이를 일정할 주기로 왕복이동하며 상기 세정액에 용해되지 않은 불순물을 상기 기판(w)으로부터 물리적으로 분리하는 2유체 혼합물을 분사하는 제2 공급부(300) 및 상기 세정액과 상기 2유체 혼합물을 상기 제1 및 제2 공급부(200, 300)를 통하여 동시에 분사하도록 제어하는 제어부(400)를 포함한다.

일실시예로서, 세척대상 기판(w)이 고정되는 상기 지지대(100)는 세척공정을 수행하는 챔버(102)의 내부에 배치된다. 예를 들면, 챔버(102)의 내부에는 기판(w)을 파지하고 일정할 속도로 회전하는 스핀 척(spin chuck)이 상기 지지대(100)로 제공된다. 상기 스핀 척의 상부에는 기판(w)을 파지하기 위한 진공이 제공되는 홀이 형성된다. 상기 지지대(100)의 하부에는 상기 지지대(100)를 회전하기 위한 회전력을 전달하는 회전축(110)이 연결되고 상기 회전축(110)은 하부에 연결된 제1 구동부(112)로부터 회전력을 전달 받는다. 제1 구동부(112)는 상기 제어부(400)와 연결되어 있고 제어부(400)의 제어신호에 따라 동작한다.

상기 지지대(100)의 주위에는 기판(w)에 대한 세척공정이 수행되는 동안 기판(w)으로 공급되는 세정액 및 린스액 등이 비산되는 것을 방지하도록 컵 형상을 갖는 커버(114)가 구비된다. 커버(114)의 하부에는 상기 세정액 및 린스액을 배출하는 배출구(116)가 연결된다. 상기 커버(114)에는 구동축(118)을 통하여 별도의 제2 구동부(120)가 연결되어 상기 커버(114)를 상하로 구동할 수 있다. 제2 구동부(120)도 상기 제어부(400)와 연결되어 제어부(400)의 제어신호에 따라 동작한다.

이때, 상기 기판(w)은 소정의 공정에 의해 형성된 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반도체 소자를 제고하기 위한 단위 공정이 수행되어 다양한 종류의 막 구조물이나 도전성 구조물이 배치된 반도체 기판을 포함할 수 있으며 평판 표시 장치를 형성하기 위한 다양한 단위공정이 수행되어 막 구조물이나 도전성 구조물이 배치된 유리기판을 포함할 수 있다.

상기 기판의 상면에 상기 구조물들과 같은 세척대상 가공물이 배치되고 상기 챔버(102) 내에서 상기 기판(w)의 상면이 위를 향하도록 상기 지지대(100) 상에 고정된다.

상기 지지대(100)의 상부에는 불순물을 화학적으로 용해하는 세정액을 상기 기판(w)의 상면 중앙부로로 공급하는 제1 공급부(200)와 상기 기판(w)의 중앙부와 주변부 사이를 일정할 주기로 왕복 이동하며 상기 세정액에 용해되지 않은 불순물을 상기 기판(w)으로부터 물리적으로 분리하는 2유체 혼합물을 분사하는 제2 공급부(300)가 배치된다.

상기 제1 공급부(200)는 상기 세정액을 임시로 저장하는 세정액 대기부(210), 상기 대기부(210)와 연결되며 상기 세정액을 상기 기판(w)의 상면으로 분사하는 제1 노즐(220), 상기 세정액 대기부(210)와 수평하게 연결되는 제1 수평 암(230) 및 상기 제1 수평 암과 연결되고 상기 챔버(102)의 바닥에 고정된 고정유닛(240)을 포함한다.

예를 들면, 상기 세정액 대기부(210)는 상기 기판(w)의 중앙부 상부에 배치되고 상기 제1 노즐(220)은 상기 기판(w)의 상면을 향하도록 상기 세정액 대기부에 배치된다. 이때, 상기 세정액 대기부(210)는 상기 제1 수평 암(230)을 통하여 상기 고정유닛(240)에 연결됨으로써 상기 챔버(102) 내부에서 고정되도록 배치된다. 상기 고정유닛(240)은 상기 세정액 대기부(210)를 기판의 상부에 고정할 수 있는 구조이면 다양한 변형이 가능하며 반드시 상기 챔버(102)의 내부에 배치되어야 하는 것도 아님은 자명하다.

또한, 상기 제1 수평 암(230)은 공정의 필요에 따라 선택적으로 상기 고정유닛(240)에 이동 가능하게 고정될 수도 있고 정적으로 고정될 수도 있다. 이동 가능하게 고정되는 경우에는 상기 혼합물 대기부(310)의 이동속도와 연동하여 이동할 수 있음은 자명하다. 또한, 정적으로 고정되는 경우에는 상기 기판의 중앙부로 세정액을 공급하도록 고정되는 것이 바람직하다. 특히, 본 실시예의 경우, 상기 제1 수평 암(230)이 상기 고정유닛(240)에 고정되는 구조를 예시적으로 개시하고 있지만 후술하는 이동유닛(340)에 대응하는 구조에 의해 상기 이동유닛(340)에 연동하여 이동가능하게 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 고정유닛(240) 역시 후술하는 제어부(400)에 의해 제어될 수 있음은 자명하다.

상기 세정액 대기부(210)는 제1 약액 저장조(250)와 제1 공급라인(252)에 의해 연결되며 상기 세정액은 제1 약액 저장조(250)에서 상기 세정액 대기부(210)로 공급된다. 상기 제1 공급라인(252) 상에는 제1 약액 공급밸브(254)가 배치되어 상기 세정액 대기부로 공급되는 제1 약액의 양을 조절할 수 있다. 상기 제1 약액 공급밸브(254)는 상기 제어부(400)에 연결되어 세정공정의 필요에 따라 상기 세정액 대기부(210)로 공급되는 제1 약액의 양은 자동으로 제어될 수 있다.

상기 제1 약액 저장조(250)에 저장되어 세정액으로 공급되는 제1 약액은 상기 기판(w) 표면의 미세 오염물이나 불순물을 용해시키기 위한 액상의 용액으로서 과산화수소(H2O2)와 수산화암모늄(NH4OH)의 수용액인 제1 표준 세정액(SC1, Standard Clean 1), 인산 수용액, 불화수소 수용액(aqueous HF solution) 및 완충 산화 식각액(buffered oxide etch (BOE) solution) 중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 제2 공급부(300)는 상기 세정액에 용해되지 않은 불순물을 상기 기판으로부터 물리적으로 분리하기 위한 2유체 혼합물을 임시로 저장하는 혼합물 대기부(310), 상기 혼합물 대기부(310)와 연결되며 상기 2유체 혼합물을 상기 기판(w)의 상면으로 고속 분사하는 제2 노즐(320), 상기 혼합물 대기부(310)와 수평하게 연결되는 제2 수평 암(330) 및 상기 제2 수평 암(330)과 연결되어 상기 혼합물 대기부(310)를 상기 기판(w)의 중앙부와 주변부 사이를 왕복 이동시키는 이동유닛(340)을 포함한다.

예를 들면, 상기 혼합물 대기부(310)는 상기 세정액 대기부(210)와 나란하게 동일한 평면을 공유하도록 배치되어 상기 회전로드(340)의 구동에 의해 상기 기판(w)의 상면과 평행하게 기판의 주변부와 중앙부 사이를 일정한 주기로 왕복 이동한다. 상기 제2 노즐(320)은 상기 기판(w)의 표면을 향하도록 상기 혼합물 대기부(310)에 고정되어 상기 혼합물 대기부(310)와 함께 이동한다.

예를 들면, 상기 이동유닛(340)은 상기 제2 수평 암(330)과 연결되는 회전 로드(340a) 및 상기 회전 로드에 회전력을 전달하는 구동모터(340b)를 포함할 수 있다. 상기 구동모터(340b)는 상기 제어부(400)의 신호에 따라 적절한 크기의 회전력을 상기 회전로드(340a)에 전달하고 상기 회전로드(340a)의 회전에 대응하여 상기 제2 수평 암(330)은 상기 기판(w)과 나란한 수평한 방향을 따라 일정한 주기로 왕복 이동하게 된다.

상기 혼합물 대기부(310)는 분사되는 유체와 기판 사이의 물리적 타격을 통하여 상기 세정액과의 화학적 반응에 의해 제거되지 않는 불순물을 제거하기 위하여 분사되는 유체의 압력과 유속을 높일 수 있도록 액체와 기체의 2유체 혼합물을 저장한다.

예를 들면, 상기 혼합물 대기부(310)는 액체와 기체를 혼합하여 2유체 혼합물을 생성하는 혼합부(356)와 제2 공급라인(358)을 통하여 연결되고 충분한 농도로 혼합된 2유체 혼합물은 상기 제2 공급라인(358)을 통하여 상기 혼합물 대기부(310)로 공급된다. 상기 혼합물 대기부(310)에 저장된 2유체 혼합물은 상기 제2 노즐(320)을 통하여 기판(w)의 상면으로 고압 및 고속으로 분사되어 화학적 용해과정에 의해 제거되지 않은 불순물이나 오염물을 기판(w)의 표면으로부터 제거한다.

상기 혼합부(356)는 제2 약액을 저장하는 제2 약액 저장조(350a) 및 가스를 저장하는 가스 저장부(350b)를 구비하는 원료 저장부(350)로부터 공급된 제2 약액과 가스를 세정공정에 필요한 적정한 비율로 혼합하여 상기 2유체 혼합물을 생성한다. 이때, 상기 제2 약액은 약액 공급라인(352a) 및 제2 약액 공급 밸브(352b)를 구비하는 약액 공급부(352)에 의해 상기 혼합부(356)로 공급되고 상기 가스는 가스 공급라인(354a) 및 가스 공급 밸브(354b)에 의해 상기 혼합부(356)로 공급된다. 상기 약액 공급 밸브(352b) 및 가스 공급 밸브(354b)는 상기 제어부(400)에 연결되어 상기 혼합부로 공급되는 제2 약액 및 가스의 양은 적정하게 제어된다.

본 실시예에서 상기 제2 약액 저장조(350a)에 저장되는 제2 약액은 제1 약액 또는 탈 이온수를 포함하며 상기 가스 저장조(350b)에 저장되는 가스는 질소(N2) 및 이산화탄소(CO2)를 구비하는 불활성 가스, 오존(O3) 및 산화질소를 구비하는 산화성 가스 및 에틸렌을 구비하는 유기가스로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 제2 약액은 불순물의 종류와 크기에 따라 제1 약액과 상이한 종류의 약액을 사용할 수 있음은 자명하다.

이때, 상기 제2 노즐(320)을 통하여 2유체 혼합물은 상기 제2 약액이 기체 상태의 가스와 혼합됨으로써 고속 및 고압의 제트류 상태로 상기 기판의 표면으로 분사된다. 따라서, 상기 세정액과의 화학결합에 의해 용해되지 않은 불순물이나 상대적으로 크기가 큰 불순물은 상기 2유체 혼합물의 제트류에 의해 상기 기판으로부터 완전히 분리될 수 있다.

상기 제어부(400)는 제1 및 제2 구동부(112, 120), 제1 및 제2 약액 공급 밸브(254, 352b), 이동유닛(340)의 구동모터(340b) 및 가스 공급밸브(354b)와 전기적으로 연결되어 상기 기판에 대한 세정공정을 적절하게 제어한다.

예를 들면, 상기 제어부(400)는 상기 제1 및 제2 구동부(112, 120)와 상기 구동모터(340b)의 회전속도를 제어하는 속도 제어부(410) 및 상기 밸브들을 통하여 유체의 유량을 제어하는 유량 제어부(420)를 포함한다.

특히, 상기 제어부(400)는 상기 제1 노즐(220)을 통하여 분사되는 세정액과 상기 제2 노즐을 통하여 분사되는 2유체 혼합물이 동시에 상기 기판으로 분사되도록 제어함으로써 상기 2유체 혼합물에 의한 기판 표면의 손상을 방지할 수 있다. 상기 세정액에 의해 불순물의 화학적 용해 과정이 수행되는 동안 상기 2유체 혼합물이 상기 기판으로 분사됨으로써 화학적 용해 과정과 물리적 분리과정을 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 기판 표면은 상기 세정액에 덮여진 상태에서 고속 고압의 2유체 혼합물과 접촉함으로써 2유체 혼합물의 강한 충격으로 인한 구조물 손상을 방지할 수 있다.

즉, 종래에는 상기 세정액이 모두 제거된 기판의 표면으로 고속 고압의 2유체 혼합물이 분사됨으로써 상기 2유체 혼합물과 기판 표면 또는 상기 표면에 형성된 구조물들이 직접 접촉함으로써 2유체 혼합물의 강한 운동에너지에 의해 상기 구조물들이 손상되었지만, 본원발명의 세정장치에 의하면 기판 표면과 2유체 혼합물이 상기 세정액을 매개로 하여 간접적으로 접촉하므로 상기 기판 표면에 대한 2유체 혼합물의 물리적 충격의 강도를 저하시킬 수 있다.

예를 들면, 상기 유량 제어부(420)를 통하여 공급 밸브를 제어함으로써 상기 세정액 대기부(210) 및 상기 혼합물 대기부(310)로 공급되는 세정액 및 2유체 혼합물의 공급시기를 동조화시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 세정액과 2유체 혼합물을 동시에 기판(w)으로 공급할 수 있다.

한편, 상기 제어부(400)는 상기 기판(w)의 회전속도와 상기 제2 노즐(320)의 이동속도를 제어함으로써 동시에 공급되는 상기 세정액 및 2유체 혼합물의 충돌로 인한 스플래시를 최소화 할 수 있다.

상기 기판(w)은 스핀 척의 회전에 의해 일정한 속도로 회전하므로 회전하는 기판의 상면 중앙부로 공급된 세정액은 기판의 원심력에 의해 주변부로 밀려 나간다. 이때, 상기 세정액은 상기 기판의 회전속도에 따라 일정한 주기를 갖고 골과 이랑을 형성하는 파랑형태로 전파된다.

이때, 상기 속도 제어부(410)는 상기 구동모터(340b)를 상기 기판의 회전속도를 고려하여 제어함으로써 상기 제2 노즐(320)을 통하여 분사되는 2유체 혼합물이 상기 세정액 파랑의 골 부분과 충돌하도록 유도한다. 즉, 상기 구동모터(340b)를 통하여 상기 혼합물 대기부(310) 및 상기 제2 노즐(320)의 스캔 주기를 조절함으로써 2유체 혼합물과 상기 세정액 파랑이 이랑이 아니라 골 부분에서 접촉되도록 함으로써 상대적으로 스플래시 가능성을 줄일 수 있다.

예를 들면, 상기 기판이 300mm 직경을 갖는 웨이퍼이고 약 800rpm 내지 900rpm으로 회전하는 경우, 상기 제2 노즐(320)이 약 2.5초 내지 약 3.5초의 스캔 주기를 갖도록 상기 구동 모터(340b)를 제어함으로써 상기 세정액과 2유체 혼합물의 직접 접촉으로 인한 스플래시를 최소화 할 수 있다. 이때, 상기 속도 제어부(410)는 지지대(100)인 상기 스핀 척의 회전속도에 맞추어 상기 구동모터(340b)의 회전속도를 조절함으로써 상기 제2 노즐(320)의 스캔 주기를 제어할 수 있다.

이에 따라, 상기 세정액과 2유체 혼합물의 충돌에 의해 발생된 스플래시가 상기 기판이나 챔버(102)내에서 오염원으로 기능하는 것을 방지할 수 있다.

비록 도 1에는 도시되지 않았지만, 상기 기판 세척 장비(900)는 기판(w)에 대한 세정 후 린싱 및 세척공정을 수행하기 위한 추가적인 약액 저장부 및 분사노즐을 더 구비할 수 있음은 자명하다.

이와 같은 구성을 갖는 상기 기판 세척 장비(900)는 아래와 같이 작동된다. 도 2는 도 1에 도시된 기판 세척 장비를 이용하여 기판을 세척하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 기판 세척 장비(900)의 지지대(100) 상에 상면에 세척대상 가공물이 형성된 기판을 고정한다(단계 S100).

세척공정 이전에 수행되는 단위 공정에 의해 웨이퍼나 유리기판 상에 소정의 구조물을 형성한 후 상기 기판을 상기 챔버(102) 내부에 배치된 지지대(100)인 스핀 척으로 로딩한다. 이어서, 상기 스핀 척의 표면에 형성된 진공 홀을 통하여 진공 압력을 가함으로써 상기 기판(w)을 지지대(100)에 고정한다.

이어서, 제1 노즐(220)을 통하여 회전하는 상기 기판(w)의 상면 중앙부로 세정액을 공급하여 상기 기판(w)으로부터 1차 불순물을 분리한다(단계 S200).

상기 속도 제어부(410)를 통하여 상기 제1 구동부(112)를 제어하여 일정한 속도로 상기 스핀 척을 회전시킨다. 이어서, 상기 제1 약액 공급밸브(254)를 선택적으로 조절함으로써 상기 스핀 척의 상면에서 회전하는 상기 기판(w)의 상면으로 세정액인 제1 약액을 공급한다. 본 실시예의 경우, 상기 제1 노즐(220)은 상기 제1 수평 암(230) 및 고정유닛(240)에 의해 상기 기판의 중앙부 상부에 정렬되어 상기 세정액은 상기 기판(w)의 중앙부로 일정하게 공급된다. 그러나, 상기 제1 노즐(220)이 상기 고정유닛(240)에 이동 가능하게 배치될 수도 있음은 자명하다. 이때, 상기 고정유닛(240)은 제어부(400)에 의해 이동유닛(340)의 이동속도와 연동하여 이동되도록 제어된다.

예를 들면, 상기 세정액으로 제공되는 상기 제1 약액은 과산화수소(H2O2)와 수산화암모늄(NH4OH)의 수용액인 제1 표준 세정액(SC1, Standard Clean 1), 인산 수용액, 불화수소 수용액(aqueous HF solution) 및 완충 산화 식각액(buffered oxide etch (BOE) solution) 중의 어느 하나를 포함한다. 또한, 상기 제1 불순물은 상기 제1 약액과 화학적으로 반응하여 용해될 수 있거나 사이즈가 상대적으로 작아서 상기 세정액의 분사속도에 의해서도 기판으로부터 분리될 수 있는 불순물을 포함한다.

이어서, 상기 제2 노즐(320)을 통하여 회전하는 상기 기판(w)의 상면으로 2유체 혼합물을 상기 세정액과 동시에 공급하여 상기 세정액에 의해 기판으로부터 분리되지 않은 2차 불순물을 상기 기판(w)으로부터 분리한다(단계 S300).

예를 들면, 상기 제2 약액과 가스가 상기 혼합부(356)에서 혼합되어 상기 혼합물 대기부(310)로 공급되고 상기 세정액이 상기 제1 노즐(220)을 통하여 기판으로 분사될 때 상기 2유체 혼합물도 상기 제2 노즐(320)을 통하여 상기 기판으로 분사되도록 조절한다. 상기 제1 및 제2 노즐(220, 320)을 통한 분사시점이 서로 동기화 되도록 상기 유량 제어부(420)에 의해 상기 제2 약액 공급밸브(352b)와 상기 가스 공급 밸브(354b)를 제어함으로써 상기 2유체 혼합물과 세정액을 동시에 기판으로 공급할 수 있다.

상기 2유체 혼합물은 2유체 혼합물은 탈이온수(deionized water) 또는 상기 제1 약액과 기체의 혼합물을 포함하며 상기 기체는 질소(N2) 및 이산화탄소(CO2)를 구비하는 불활성 가스, 오존(O3) 및 산화질소를 구비하는 산화성 가스 및 에틸렌을 구비하는 유기가스로부터 선택된 어느 하나를 포함한다. 또한, 상기 제2 불순물은 상기 제1 약액과 화학적으로 반응하여 용해되지 않거나 사이즈가 상대적으로 커서 상기 세정액의 분사속도에 의해서는 기판으로부터 분리되지 않는 불순물을 포함한다.

즉, 상기 기판 상에 분포하는 상기 불순물은 상기 세정액에 의해 물리적 또는 화학적으로 상기 기판과 분리되며 고속 고압의 상기 2유체 혼합물에 의해 물리적으로 상기 기판으로부터 분리된다.

이때, 상기 속도 제어부(410)는 상기 기판(w)을 회전하는 제1 구동부(112)의 회전속도에 맞추어 상기 제2 노즐(320)의 이동속도를 제어함으로써 상기 세정액과 2유체 혼합물의 충돌로 인한 스플래시(splash)를 최소화 할 수 있다.

회전하는 기판(w)의 상면으로 공급되는 상기 세정액은 기판의 원심력에 의해 상기 기판의 중심부에서 주변부를 향하여 골과 이랑을 갖는 파랑형상으로 퍼져 나간다. 이때, 상기 기판의 중심부와 주변부 사이를 왕복 이동하는 상기 제2 노즐(320)의 이동속도를 조절하여 제2 노즐을 통하여 분사되는 2유체 혼합물이 상기 세정액 파랑의 이랑이 아니라 골 부분으로 집중되게 함으로써 세정액과 2유체 혼합물의 충돌로 인한 스플래시 현상을 최소활 할 수 있다. 예를 들면, 직경 300mm인 웨이퍼가 약 850rpm 내지 약 950rpm으로 회전하는 경우, 상기 제2 노즐(320)의 주변부와 중심부 사이의 이동주기(이하, 스캔 주기)를 약 2.5초 내지 약 3.5초가 되도록 상기 구동모터(340b)를 제어한다.

이에 따라, 상기 세정액으로 덮여진 상기 기판의 표면에 고속 고압의 2유체 혼합물이 분사됨으로써 기판의 표면으로 직접 분사되는 경우와 비교하여 기판 상에 형성된 구조물의 손상을 현저하게 줄일 수 있다. 또한, 상기 세정액과 고압 고속의 상기 2유체 혼합물을 동시에 공급함으로써 발생할 수 있는 스플래시 현상을 최소화 할 수 있다. 이에 따라, 상기 스플래시로 인한 챔버(102) 내 오염을 최소화할 수 있다.

이어서, 상기 1차 및 2차 불순물을 포함하는 상기 세정액과 2유체 혼합물을 상기 기판으로부터 제거한다(단계 S400). 상기 세정액과 2유체 혼합물은 기판의 회전에 의한 원심력에 의해 기판으로부터 제거되거나 추가적인 외력에 의해 강제적으로 제거할 수 있다. 특히, 2유체 혼합물의 고속 분사를 이용하여 상기 세정액을 기판의 주변부로 밀어 냄으로써 기판의 원심력에 의해서만 세정액을 제거하고 2유체 혼합물을 공급하는 종전의 공정과 비교하여 세척공정의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 불순물을 화학적으로 제거하기 위한 약액을 제공하는 단계와 물리적으로 제거하기 위한 2유체 제트류를 분사하는 단계를 동시에 수행하여 세척 대상 패턴의 표면이 상기 약액에 의해 커버된 상태에서 상기 2유체 제트류가 패턴으로 공급되어 세척 대상 패턴과 고압의 2유체 제트류가 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 세척 대상 패턴이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 세정액은 기판의 원심력 뿐 아니라 고압의 제트류에 의해서도 기판의 외주로 이동하게 되므로 패턴 표면과의 접촉시간을 상대적으로 줄일 수 있다. 이에 따라, 상기 약액에 의한 패턴 표면에서의 과식각을 방지할 수 있다. 특히, 상기 액상의 약액은 기판의 원심력에 의해 기판의 중심부에서 외주면으로 이동하는 경우 세척공정 이전에 형성된 기판 상의 다양한 구조물에 의해 일정한 주기로 골과 이랑을 구비하는 파랑형상으로 퍼져 나가고 상기 제트류는 상기 이랑으로 공급되어 약액과 제트류의 충돌에 의한 스플래시(splash)를 최소화 할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 지지대 200: 제1 공급부
300: 제2 공급부 400: 제어부
900: 기판 세척장치

Claims (10)

1. 상면에 세척대상 가공물이 형성된 기판을 회전 가능한 지지대에 고정하는 단계;
   제1 노즐을 통하여 회전하는 상기 기판의 상면 중앙부로 세정액을 공급하여 상기 기판으로부터 1차 불순물을 분리하는 단계;
   제2 노즐을 통하여 회전하는 상기 기판의 상면으로 2유체 혼합물을 상기 세정액과 동시에 공급하여 상기 세정액에 의해 분리되지 않은 2차 불순물을 상기 기판으로부터 분리하는 단계;
   상기 1차 및 2차 불순물을 포함하는 상기 세정액 및 2유체 혼합물을 상기 기판으로부터 제거하는 단계를 포함하고,
   상기 세정액은 회전하는 상기 기판의 원심력에 의해 골과 이랑을 구비하는 파랑형상으로 상기 기판의 중심부로부터 주변부로 이동하며 상기 2유체 혼합물은 상기 세정액의 골로 공급되도록, 상기 제2 노즐은 2.5초 내지 3.5초의 주기로 상기 기판의 중심부와 주변부 사이를 이동하고 상기 기판은 850rpm 내지 950rpm의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 기판의 세척방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 세정액은 과산화수소(H2O2)와 수산화암모늄(NH4OH)의 수용액인 제1 표준 세정액(SC1, Standard Clean 1), 인산 수용액, 불화수소 수용액(aqueous HF solution) 및 완충 산화 식각액(buffered oxide etch (BOE) solution) 중의 어느 하나를 포함하며 상기 2유체 혼합물은 탈이온수(deionized water) 또는 상기 세정액과 기체의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 세척방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 기체는 질소(N2) 및 이산화탄소(CO2)를 구비하는 불활성 가스, 오존(O3) 및 산화질소를 구비하는 산화성 가스 및 에틸렌을 구비하는 유기가스로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 세척방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 2유체 혼합물은 상기 기판의 중앙부와 주변부를 주기적으로 이동하는 노즐을 통하여 고속 및 고압의 제트류(jet stream)상태로 상기 기판의 상면으로 분사되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세척방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 기판은 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 기판 또는 평판 표시 패널을 제조하기 위한 유리기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 세척방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images