KR101993730B1 - 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 반도체 기판 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다 본 발명 기판 세정 장치의 일 실시예는 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 기판 지지 유닛을 둘러싸고 상기 기판으로부터 비산하는 유기용제를 회수하는 용기, 상기 용기의 일측에 제공되고, 상기 기판에 기포를 포함한 액상의 유기용제를 분사하는 유기용제 공급 유닛 및 상기 유기용제 공급 유닛의 타측에 제공되고, 상기 기판에 약액을 분사하는 약액 공급 유닛을 포함한다. 상기 유기용제 공급 유닛은 상기 유기용제를 상기 기판으로 토출시키는 노즐 헤드, 저장 탱크로부터 상기 노즐 헤드로 상기 유기용제를 공급하는 유기용제 공급 라인 및 상기 공급 라인에 제공되어, 상기 액상의 유기용제에 기포를 제공하는 기포 제공 부재를 포함할 수 있다.

Description

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법{APPARATUS AND METHOD FDR CLEANING SUBSTRATES}
본 발명은 반도체 기판 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는, 실리콘 웨이퍼와 같은 기판에 대해 사진 공정(photo process), 식각 공정(etching process), 이온 주입 공정(ion implantation process) 그리고 증착 공정(Deposition process) 등과 같은 다양한 공정을 통해 형성된다.
그리고, 각각의 공정을 수행하는 과정에서 기판에 부착된 각종 오염물을 제거하기 위해 세정 공정이 수행된다. 세정 공정은 약액(chemical)으로 기판상에 오염물질을 제거하는 약액 처리 공정, 순수(pure water)로 기판 상에 잔류하는 약액을 제거하는 세척 공정(wet cleaning process), 그리고 건조 유체를 공급하여 기판 표면에 잔류하는 순수를 건조하는 위한 건조 공정(drying process)을 포함한다.
과거에는 순수가 남아 있는 기판 상으로 가열된 질소가스를 공급하여 건조 공정을 수행하였다. 그러나 기판 상에 형성된 패턴의 선폭이 좁아지고 종횡비가 커짐에 따라 패턴 사이에 순수의 제거가 잘 이루어지지 않는다. 이를 위해 최근에는 순수에 비해 휘발성이 크고 표면장력이 낮은 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)과 같은 액상의 유기용제로 기판 상에서 순수를 치환하고, 이후에 가열된 질소 가스를 공급하여 기판을 건조하고 있다.
그러나 비극성인 유기용제와 극성인 순수가 혼합이 잘 이루어지지 않으므로, 순수를 액상의 유기용제로 치환하기 위해서는 장시간 동안 많은 양의 액상의 유기용제를 공급하여야 한다.
본 발명은 기판의 건조 효율을 향상시킬 수 있는 기판 세정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 액상의 유기용제와 순수의 치환을 용이하게 하여 액상의 유기용제를 절약할 수 있는 기판 세정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 세정 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치는 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 상기 기판 지지 유닛을 둘러싸도록 제공되는 용기, 상기 용기 외측에 제공되고, 상기 용기를 승강시키는 승강 유닛 및 상기 용기의 일측에 제공되고 상기 기판에 기포를 포함한 액상의 유기용제를 분사하는 유기용제 공급 유닛을 포함할 수 있다.
상기 기판 세정 장치는 상기 유기용제 공급 유닛의 타측에 제공되고, 상기 기판에 건조가스를 분사하는 건조가스 공급 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 유기용제 공급 유닛은 상기 유기용제를 상기 기판으로 토출시키는 노즐 헤드, 저장 탱크로부터 상기 노즐 헤드로 상기 유기용제를 공급하는 유기용제 공급 라인 및 상기 공급 라인에 제공되어 상기 액상의 유기용제에 기포를 제공하는 기포 제공 부재를 포함할 수 있다.
상기 기포 제공 부재는 상기 공급 라인에 연결되고 내부에는 상기 액상의 유기용제가 흐르며 미공이 형성된 맴브레인(Membrane) 라인, 상기 멤브레인 라인을 감싸는 하우징 및 상기 맴브레인 라인과 상기 하우징 사이의 공간으로 기체를 공급하는 기체 공급 라인을 포함할 수 있고, 상기 공간으로 공급된 상기 기체가 상기 미공을 통해 상기 멤브레인 라인의 내부로 유입되어 액상의 상기 유기용제에 기포를 제공할 수 있다.
상기 기포 제공 부재는 상기 유기용제에 포함된 기포량을 측정하는 기포량 측정기, 상기 기체 공급 라인에 설치되어 상기 공간으로 공급되는 상기 기체의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브 및 상기 기포량 측정기로부터 측정된 결과에 따라 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 유기용제 공급 유닛은 상기 공급 라인에서 분기되어 상기 저장 탱크와 연결되고 상기 액상의 유기용제를 상기 저장 탱크로 이동시키는 순환 라인을 더 포함할 수 있다. 또한 상기 유기용제 공급 유닛은 상기 순환 라인에 제공되어 순환되는 상기 액상의 유기용제에서 기포를 분리하는 탈기부재를 더 포함하고, 상기 기포 제공 부재가 상기 공급 라인에서 상기 순환 라인으로 분기되는 분기점과 상기 저장탱크 사이의 상기 유기용제 공급 라인상에 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 세정 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 방법은 기포를 포함하는 액상의 유기용제를 기판으로 공급하여 상기 기판의 패턴내에 잔류하는 순수를 상기 액상의 유기용제로 치환하는 단계를 포함하되, 상기 액상의 유기용제에 기포를 제공하는 방법은 멤브레인 라인 내부와 외부의 압력차로 인하여 상기 멤브레인 라인 외부의 기체를 내부로 유입시킴으로써, 상기 액상의 유기용제에 기포를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
기포가 포함되지 않은 상기 액상의 유기용제를 상기 기판으로 토출하여 상기 기판에서 기포가 제거되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판 세정 장치 및 방법의 건조 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 액상의 유기용제에 포함된 기포로 인하여 유기용제와 순수의 치환을 용이하게 되어 기판 건조에 사용되는 액상의 유기용제를 절약할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 기판 처리 장치의 일 실시예를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 기판 세정 장치의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 유기용제 공급 유닛의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 유기용제 공급 유닛의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3의 기포 제공 부재의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 선 A-A'를 따라 절단한 기포 제공 부재의 단면도이다.
도 7은 도 1의 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 세정하는 방법의 일 예를 보여주는 순서도이다.
도 8은 도 3의 유기용제 공급 유닛을 이용하여 액상의 유기용제의 순환경로를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 3의 유기용제 공급 유닛을 이용하여 기포가 발생된 액상의 유기용제가 기판으로 분사되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 7의 기포가 발생된 액상의 유기용제가 기판에서 순수와 치환되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 11은 액상의 유기용제, 순수 및 기체의 3상계면에서 와류가 발생되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 12는 도 10의 3상계면에서 실제 발생한 와류를 보여주는 사진이다.
도 13은 도 3의 유기용제 공급 유닛을 이용하여 기포가 불포함된 액상의 유기용제가 기판으로 분사되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 14는 도 13의 액상의 유기용제에서 기포가 제거되는 과정을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 기판 처리 장치의 일 실시예에 관한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기판 처리 설비(1)는 인덱스 모듈(10)과 공정 처리 모듈(20)을 가지고, 인덱스 모듈(10)은 로드 포트(120) 및 이송 프레임(140)을 가진다. 로드 포트(120), 이송 프레임(140), 그리고 공정 처리 모듈(20)은 순차적으로 일렬로 배치된다. 이하, 로드 포트(120), 이송 프레임(140), 그리고 공정 처리 모듈(20)이 배열된 방향을 제 1 방향(12)이라 하고, 상부에서 바라볼 때, 제 1 방향(12)과 수직한 방향을 제 2 방향(14)이라 하며, 제 1 방향(12)과 제 2 방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제 3 방향(16)이라 한다.
로드 포트(140)에는 기판이 수납된 캐리어(18)가 안착된다. 로드 포트(120)는 복수 개가 제공되며 이들은 제 2 방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 로드 포트(120)의 개수는 공정 처리 모듈(20)의 공정 효율 및 풋 프린트 조건 등에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 캐리어(18)에는 기판들을 지면에 대해 수평하게 배치한 상태로 수납하기 위한 다수의 슬롯(미도시)이 형성된다. 캐리어(18)로는 전면 개방 일체형 포드(Front Opening Unifed Pod;FOUP)가 사용될 수 있다.
공정 처리 모듈(20)은 이송 챔버(240), 버퍼 유닛(220), 그리고 공정 챔버(260)를 가진다. 이송 챔버(240)는 그 길이 방향이 제 1 방향(12)과 평행하게 배치된다. 이송 챔버(240)의 양측에는 각각 공정 챔버(260)들이 배치된다. 이송 챔버(240)의 일측 및 타측에서 공정 챔버(260)들은 이송 챔버(240)를 기준으로 서로 간에 대칭이 되도록 제공된다. 이송 챔버(240)의 일측에는 복수 개의 공정 챔버(260)들이 제공된다. 공정 챔버(260)들 중 일부는 이송 챔버(240)의 길이 방향을 따라 배치된다. 또한, 공정 챔버(260)들 중 일부는 서로 적층되게 배치된다. 즉, 이송 챔버(240)의 일측에는 공정 챔버(260)들이 A X B의 배열로 배치될 수 있다. 여기서 A는 제 1 방향(12)을 따라 일렬로 제공된 공정 챔버(260)의 수이고, B는 제 2 방향(14)을 따라 일렬로 제공된 공정 챔버(260)의 수이다. 이송 챔버(240)의 일측에 공정 챔버(260)가 4개 또는 6개 제공되는 경우, 공정 챔버(260)들은 2 X 2 또는 3 X 2의 배열로 배치될 수 있다. 공정 챔버(260)의 개수는 증가하거나 감소할 수도 있다. 상술한 바와 달리, 공정 챔버(260)는 이송 챔버(240)의 일측에만 제공될 수 있다. 또한, 상술한 바와 달리, 공정 챔버(260)는 이송 챔버(240)의 일측 및 양측에 단층으로 제공될 수 있다.
버퍼 유닛(220)은 이송 프레임(140)과 이송 챔버(240) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(220)은 공정 챔버(260)와 캐리어(18) 간에 기판이 반송되기 전에 기판이 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼 유닛(220)은 그 내부에 기판이 놓이는 슬롯(미도시)이 제공되며, 슬롯(미도시)들은 서로 간에 제 3 방향(16)을 따라 이격되도록 복수개 제공된다. 버퍼 유닛(220)은 이송 프레임(140)과 마주보는 면 및 이송 챔버(240)와 마주보는 면이 개방된다.
이송 프레임(140)은 로드 포트(120)에 안착된 캐리어(18)와 버퍼 유닛(220) 간에 기판을 반송한다. 이송 프레임(140)에는 인덱스 레일(142)과 인덱스 로봇(144)이 제공된다. 인덱스 레일(142)은 그 길이 방향이 제 2 방향(14)과 나란하게 제공된다. 인덱스 로봇(144)은 인덱스 레일(142) 상에 설치되며, 인덱스 레일(142)을 따라 제 2 방향(14)으로 직선 이동된다. 인덱스 로봇(144)은 베이스(144a), 몸체(144b), 그리고 인덱스 암(144c)을 가진다. 베이스(144a)는 인덱스 레일(142)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(144b)는 베이스(144a)에 결합된다. 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 제 3 방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 인덱스 암(144c)은 몸체(144b)에 결합되고, 이는 몸체(144b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스 암(144c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스 암(144c)들은 제 3 방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스 암(144c)들 중 일부는 공정 처리 모듈(20)에서 캐리어(18)로 기판을 반송할 때 사용되고, 이의 다른 일부는 캐리어(18)에서 공정 처리 모듈(20)로 기판을 반송할 때 사용될 수 있다. 이는 인덱스 로봇(144)이 기판을 반입 및 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판으로부터 발생된 파티클이 공정 처리 후의 기판에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이송 챔버(240)는 버퍼 유닛(220)과 공정 챔버(260) 간에, 그리고 공정 챔버(260)들 간에 기판을 반송한다. 이송 챔버(240)에는 가이드 레일(242)과 메인 로봇(244)이 제공된다. 가이드 레일(242)은 그 길이 방향이 제 1방향(12)과 나란하도록 배치된다. 메인 로봇(244)은 가이드 레일(242) 상에 설치되고, 이는 가이드 레일(242)상에서 제 1 방향(12)을 따라 직선 이동된다. 메인 로봇(244)은 베이스(244a), 몸체(244b), 그리고 메인 암(244c)을 가진다. 베이스(244a)는 가이드 레일(242)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(244b)는 베이스(244a)에 결합된다. 몸체(244b)는 베이스(244a) 상에서 제 3 방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(244b)는 베이스(244a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 메인 암(244c)은 몸체(244b)에 결합되고, 이는 몸체(244b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 메인 암(244c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 메인 암(244c)들은 제 3 방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다.
공정 챔버(260) 내에는 기판에 대해 세정 공정을 수행하는 기판 세정 장치(300)가 제공된다. 기판 세정 장치(300)는 수행하는 세정 공정의 종류에 따라 상이한 구조를 가질 수 있다. 이와 달리 각각의 공정 챔버(260) 내의 기판 세정 장치(300)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로 공정 챔버(260)들은 복수 개의 그룹으로 구분되어, 동일한 그룹에 속하는 공정 챔버(260) 내에 기판 세정 장치(300)들은 서로 동일하고, 서로 상이한 그룹에 속하는 공정 챔버(260) 내에 기판 세정 장치(300)의 구조는 서로 상이하게 제공될 수 있다. 예컨대, 공정 챔버(260)가 2개의 그룹으로 나누어지는 경우, 이송 챔버(240)의 일측에는 제 1 그룹의 공정 챔버(260)들이 제공되고, 이송 챔버(240)의 타측에는 제 2 그룹의 공정 챔버(260)들이 제공될 수 있다. 선택적으로 이송 챔버(240)의 양측에서 하층에는 제 1 그룹의 공정 챔버(260)들이 제공되고, 상층에는 제 2 그룹의 공정 챔버(260)들이 제공될 수 있다. 제 1 그룹의 공정 챔버(260)와 제 2 그룹의 공정 챔버(260)는 각각 사용되는 케미컬의 종류나, 세정 방식의 종류에 따라 구분될 수 있다. 이와 달리, 제 1 그룹의 공정 챔버(260)와 제 2 그룹의 공정 챔버(260)는 하나의 기판에 대해 순차적으로 공정을 수행하도록 제공될 수 있다.
아래에서는 처리액을 이용하여 기판을 세정하는 기판 세정 장치의 일 예를 설명한다.
도 2는 도 1의 기판 세정 장치의 일 실시예에 관한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 기판 세정 장치(300)는 기판 지지 유닛(310), 용기(320), 승강 유닛(330) 및 유체 공급 유닛(3000,3900)을 포함한다.
기판 지지 유닛(310)는 세정 공정시 기판(w)을 지지한다. 기판 지지 유닛(310)는 스핀 헤드(311), 스핀들(spindle)(312) 그리고 회전 부재(313)를 갖는다.
스핀 헤드(311)는 용기(320)의 안쪽 공간에 배치된다. 스핀 헤드(311)는 상부에 기판(w)이 로딩(loading)되는 상부면(319)을 갖는다. 상부면(319)에는 이로부터 상부로 돌출된 지지 핀(315)들이 제공된다. 지지 핀(315)은 스핀 헤드(311)의 상부면(319)으로부터 기판(w)이 일정거리 이격되도록 기판(w)의 후면 가장자리를 지지한다. 척킹 핀(316)은 기판(w)의 상부면 가장자리 영역에 제공된다. 척킹 핀(316)은 스핀 헤드(311)가 회전될 때 기판(w)이 정 위치에서 측 방향으로 이탈되지 않도록 기판(w)의 측부를 지지한다.
스핀들(312)은 스핀 헤드(311)의 하부 중앙에 결합된다. 스핀들(312)은 그 내부가 비어 있는 중공 축(hollow shaft) 형태이다. 스핀들(312)은 회전 부재(313)의 회전력을 스핀 헤드(311)에 전달한다. 상세하게 도시하지는 않았지만, 회전 부재(313)는 회전력을 발생하는 모터와 같은 구동부와, 구동부로부터 발생된 회전력을 스핀들로 전달하는 벨트, 체인과 같은 동력 전달부 등의 통상적인 구성으로 이루어질 수 있다.
한편, 스핀 헤드(311)에는 백 노즐부(317)가 설치된다. 백 노즐부(317)는 기판의 저면으로 초순수 및 질소가스 등의 유체를 분사한다. 백 노즐부(317)는 스핀 헤드(311)의 중앙부에 위치된다.
용기(320)는 스핀 헤드(311) 주변을 감싸고, 상부가 개방된 형상을 가진다. 용기(320)는 공정에 사용된 약액들을 분리하여 회수할 수 있는 구조를 가진다. 이는 약액들의 재사용이 가능하게 한다. 용기(320)는 복수의 회수통들(3210, 3220, 3230)을 가진다. 각각의 회수통(3210, 3220, 3230)은 공정에 사용된 처리액들 중 서로 상이한 종류의 처리액을 회수한다. 본 실시 예에서 용기(320)는 3개의 회수통들(3210, 3220, 3230)을 가진다. 각각의 회수통들을 내부 회수통(3210), 중간 회수통(3220), 그리고 외부 회수통(3230)이라 칭한다.
내부 회수통(321)은 스핀 헤드(311)를 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 중간 회수통(322)은 내부 회수통(321)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 외부 회수통(323)은 중간 회수통(322)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 각각의 회수통(321, 322, 323)은 용기(320) 내에서 용기 내 공간(32)과 통하는 유입구(321a, 322a, 323a)를 가진다. 각각의 유입구(321a, 322a, 323a)는 스핀 헤드(311)의 둘레에 링 형상으로 제공된다. 기판(w)으로 분사되어 공정에 사용된 약액들은 기판(w)의 회전으로 인한 원심력에 의해 유입구(321a, 322a, 323a)를 통해 회수통(321, 322, 323)으로 유입된다. 외부 회수통(323)의 유입구(323a)는 중간 회수통(322)의 유입구(322a)의 수직 상부에 제공되고, 중간 회수통(322)의 유입구(322a)는 내부 회수통(321)의 유입구(321a)의 수직 상부에 제공된다. 즉, 내부 회수통(321), 중간 회수통(322), 그리고 외부 회수통(323)의 유입구(321a, 322a, 323a)들은 서로 간에 높이가 상이하도록 제공된다.
내부 회수통(321), 중간 회수통(322), 그리고 외부 회수통(323) 각각에는 액을 배출하는 배출관(321b, 322b, 323b)과 흄을 포함하는 기체를 배기하는 배기관(329)이 결합된다.
승강 유닛(330)은 용기(320)를 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 용기(320)가 상하로 이동됨에 따라 스핀 헤드(311)에 대한 용기(320)의 상대 높이가 변경된다. 승강 유닛(330)은 브라켓(331), 이동 축(332), 그리고 구동기(333)를 가진다. 브라켓(331)은 용기(320)의 외벽에 고정설치되고, 브라켓(331)에는 구동기(333)에 의해 상하방향으로 이동되는 이동 축(332)이 고정결합된다. 기판(w)이 스핀 헤드(311)에 놓이거나, 스핀 헤드(311)로부터 들어올릴 때 스핀 헤드(311)가 용기(320)의 상부로 돌출되도록 용기(320)는 하강한다. 또한, 공정이 진행시에는 기판(W)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통(321, 322, 323)으로 유입될 수 있도록 용기(320)의 높이가 조절한다. 상술한 바와 반대로, 승강 유닛(330)은 스핀 헤드(311)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
유체 공급 유닛(3000, 3900)은 기판 세정 공정에 필요한 약액, 세척액, 유기용제 및 건조가스를 기판에 공급한다. 유체 공급 유닛(3000, 3900)은 공급되는 유체에 따라 약액 공급 유닛(미도시), 세척액 공급 유닛(미도시), 유기용제 공급 유닛(3000) 및 건조가스 공급 유닛(3900)을 가진다. 도 2를 참조하면, 유기용제 공급 유닛(3000)은 용기(320)의 일측에 배치되고, 건조가스 공급 유닛(3900)은 용기(320)의 타측에 배치된다. 선택적으로 유기용제와 건조가스가 하나의 공급유닛에서 공급될 수도 있다. 도시되지 않았지만, 약액 공급 유닛, 세척액 공급 유닛이 하나의 챔버내에서 유기용제 공급 유닛(3000), 건조가스 공급 유닛(3900)과 함께 용기(320)의 일측면에 제공될 수 있다.
유기용제 공급 유닛(3000)은 기판(w)의 상면에 액상의 유기용제를 분사하여 기판(w)을 건조한다. 기판(w)에 제공된 액상의 유기용제는 세척공정 후 기판(w)표면에 잔류하는 순수와 치환된다. 이후 유기용제는 기판(w)의 회전, 건조가스 또는 가열에 의해 휘발된다. 처음에 액상의 유기용제는 기포를 포함한 상태로 기판(w)에 공급되어, 기판(w) 표면에 잔류하는 순수와의 치환 효율을 향상시킨다. 이후 액상의 유기용제는 기포를 포함하지 않은 상태로 기판(w)에 공급되어, 기판(w)의 패턴 내에 기포가 제거된다. 액상의 유기용제로는 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol)이 제공될 수 있다.
유기용제 공급 유닛(3000)은 노즐 부재(3010), 유기용제 공급 라인(3020), 회수 라인(3030) 및 기포 제공 부재(3050)를 포함한다.
노즐 부재(3010)는 노즐 헤드(3011), 노즐 암(3012), 지지축(3013) 및 구동기(3014)를 포함한다.
지지축(3013)은 용기(320)의 외측에 위치된다. 지지축(3013)은 그 길이 방향이 상하 방향으로 배치된다. 지지축(3013)은 구동기(3014)와 결합되며 구동기(3014)에 의해 그 중심축을 기준으로 회전된다. 또한, 지지축(3013)은 구동기(3014)에 의해 상하 방향으로 이동된다. 지지축(3013)의 상단에는 노즐 암(3012)이 장착된다. 노즐 암(3012)은 지지축(3013)에 대해 수직하게 배치된다. 노즐 암(3012)의 끝단에는 노즐 헤드(3011)가 장착된다. 노즐 헤드(3011)는 분사 노즐(3015)을 가진다. 분사 노즐(3015)은 유기용제 공급 라인(3020)과 연결되어, 액상의 유기용제를 기판(w)에 분사한다. 지지축(3013)의 회전에 의해 노즐 헤드(3011)는 기판(w)의 중앙 영역과 가장자리 영역 간에 스윙된다.
이하에서는 유기용제 공급 유닛의 일 실시예에 관하여 설명한다. 도 3은 유기용제 공급 유닛의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면 유기용제 공급 유닛(3100)은 노즐 부재(3110), 유기용제 공급 라인(3120), 회수 라인(3130) 및 기포 제공 부재(3150)를 가진다.
유기용제 공급 라인(3120)은 저장 탱크(390)와 노즐 헤드(3111)를 연결한다. 회수 라인(3130)은 유기용제 공급 라인(3120)으로부터 분기되어 저장탱크(390)와 연결된다. 이하 유기용제 공급 라인(3120)에서 회수 라인(3130)이 분기된 지점을 분기점(P)이라 한다. 저장탱크(390)에 저장된 액상의 유기용제는 유기용제 공급 라인(3120)을 통해 노즐 헤드(3111)로 공급되거나, 회수 라인(3130)을 통해 저장탱크(390)로 다시 회수된다. 일 예에 의하면, 유기용제 공급 라인(3120)의 일부는 노즐 암(3112)에 위치되고, 기포 제공 부재(3150)는 노즐 암(3112) 내에 위치될 수 있다. 선택적으로 기포 제공 부재(3150)는 노즐 암(3112)의 외부에 위치될 수 있다.
기포 제공 부재(3150)는 멤브레인 라인(3151), 하우징(3152), 기체 공급 라인(3153), 기포량 측정기(3156) 및 제어기(3157)를 포함한다. 멤브레인 라인(3151)은 유기용제 공급 라인(3120)상에 제공되며, 하우징(3152)으로 둘러쌓여 있다. 멤브레인 라인(3151)에는 미공(3154)이 형성되어 있어, 이를 통해 기체가 멤브레인 라인(3151) 외부에서 내부로 이동될 수 있으나, 액체는 멤브레인 라인(3151)을 통과되지 못한다. 하우징(3152)은 멤브레인 라인(3151)을 둘러싼 형태로 유기용제 공급 라인(3120)상에 제공되며, 기체 공급 라인(3153)과 연결되어 있다. 기체 공급 라인(3153)은 하우징(3152)과 연결되고, 기체 공급 라인(3153) 상에 유량 조절 밸브(3159)를 갖는다. 기체 공급 라인(3153)은 기체를 멤브레인 라인(3151)과 하우징(3152) 사이의 공간(3155)으로 이동시킨다. 멤브레인 라인(3151)과 하우징(3152) 사이는 일정한 공간(3155)이 확보되도록 이격되어 있다. 이 공간에는 기체 공급 라인(3153)을 통해 제공된 기체가 유입된다. 기포량 측정기(3156)는 유기용제 공급 라인(3120)상에 멤브레인 라인(3151)과 노즐 헤드(3111) 사이에 제공된다. 기포량 측정기(3156)는 액상의 유기용제 내부의 기포량을 측정한 결과를 제어기(3157)로 보낸다. 제어기(3157)는 기포량 측정기(3156)의 결과를 기준으로 기체 공급 라인(3153)상의 밸브(3159)를 통해 기체의 유량을 조절한다. 일 예에 의하면, 기체는 불활성 기체로서 질소가스일 수 있다.
도 4는 도 3의 유기용제 공급 유닛의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면 유기용제 공급 유닛(3200)의 기포 제공 부재(3250)는 회수 라인(3230)의 분기점(P)과 유기용제 저장탱크(390) 사이에서 유기용제 공급 라인(3220)상에 제공된다. 이 경우 유기용제 공급 유닛(3200)은 탈기부재(3290)를 더 포함한다. 탈기부재(3290)는 회수 라인(3230)상에 제공된다. 액상의 유기용제는 기포 제공 부재(3250)를 통과하면서 기포가 발생된다. 액상의 유기용제가 기판으로 분사되지 않는 경우는 회수 라인(3230)을 통해 이동하다 탈기부재(3290)에서 기포가 제거된다.
상술한 예들에서는 유기용제 공급 라인(3120, 3220)에 회수 라인(3130, 3230)이 연결되는 것으로 설명하였다. 그러나 회수 라인(3130, 3230) 중 적어도 어느 하나는 제공되지 않을 수 있다.
도 5는 도 3의 기포 제공 부재의 일 실시예를 보여주는 도면이다. 도 6은 도 5의 선 A-A'를 따라 절단한 기포 제공 부재의 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 기포 제공 부재(3150)에서 기체 공급 라인(3153)을 통해 제공된 기체가 하우징(3152)과 멤브레인 라인(3151) 사이의 공간(3155)으로 제공된다. 공간(3155)에 제공된 기체는 멤브레인 라인(3151) 내부와 외부의 압력차로 인해 멤브레인 라인(3151)의 미공(3154)을 통해 멤브레인 라인(3151) 외부에서 내부로 이동된다. 멤브레인 라인(3151)을 통과하는 액상의 유기용제에 멤브레인 라인(3151) 외부에서 내부로 유입된 기체가 유입되어 액상의 유기용제 상에 기포가 형성된다. 제어기(3157)는 하우징(3152)과 멤브레인 라인(3151) 사이의 공간(3155)으로 유입되는 기체의 양을 조절한다. 이를 통해 액상의 유기용제 내부에 발생하는 기포의 양이 조절된다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판 세정 장치를 이용하여 기판을 세정하는 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 기판 세정 방법은, 본 발명에 따른 기판 세정 장치 이외에도 이와 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 다른 기판 세정 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
도 7은 도 1의 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 세정하는 방법의 일 예를 보여주는 순서도이다.
도 7에 의하면 기판 세정 방법은 케미컬을 이용하여 박막을 선택적으로 제거하여 회로 패턴을 형성하는 식각 공정, 순수를 이용하여 케미컬을 제거하는 린스 공정 및 유기용제를 이용하여 기판에 잔류하는 순수를 건조시키는 건조 공정을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 건조 방법은 기포가 포함된 액상의 유기용제를 기판에 잔류하는 순수와 치환시킨다. 이후, 기판상에 기포가 포함된 액상의 유기용제는 기포가 불포함된 액상의 유기용제로 치환된다. 치환된 기포가 불포함된 액상의 유기용제는 기판상에서 휘발된다. 이때 액상의 유기용제의 휘발을 용이하게 하기 위하여 기판을 회전시키거나 기판을 가열하거나 불활성 가스가 공급될 수 있다.
다음에는 도 8 내지 도 14를 참조하여 건조 공정이 수행되는 과정을 설명한다. 먼저, 기판에 세척 공정이 진행되는 동안 액상의 유기용제는 노즐 헤드로 공급되지 않고 순환한다.
도 8은 도 3의 유기용제 공급 유닛을 이용하여 액상의 유기용제의 순환경로를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 기판에 세척 공정이 진행중인 경우, 유기용제 공급 유닛(3100)에서 유기용제 공급 라인(3120) 상의 밸브(3122)가 닫히고, 순환 라인(3130) 상의 밸브(3131)가 열린다. 이때 액상의 유기용제는 기판상으로 분사되지 않는다. 이로 인해 액상의 유기용제는 노즐 헤드(3111)로 이동되지 못하고 유기용제 저장탱크(390)로 회수된다.
도 9는 도 3의 유기용제 공급 유닛을 이용하여 기포가 발생된 액상의 유기용제가 기판으로 분사되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 세척 공정 이후 기판에 순수가 잔류하면, 유기용제 공급 유닛(3100)에서 유기용제 공급 라인(3120) 상의 밸브(3122)가 열리고 회수 라인(3130) 상의 밸브(3131)가 닫힌다. 액상의 유기용제(50)는 유기용제 공급 라인(3120)을 통해 멤브레인 라인(3151)으로 운반된다. 멤브레인 라인(3151)을 통과하면서 액상의 유기용제(50) 내부에 기포(70)가 발생된다. 기포(70)가 발생된 액상의 유기용제(50)는 유기용제 공급 라인(3120)을 통해 노즐 헤드(3111)로 운반되고, 분사 노즐(3115)에서 기판으로 분사된다.
도 10은 도 9의 기포가 발생된 액상의 유기용제가 기판에서 순수와 치환되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 10을 참조하면, 기판(w)상으로 분사된 기포(70)가 포함된 액상의 유기용제(50)는 기판(w)에 잔류하는 순수(60)와 접촉된다. 이때 액상의 유기용제(50)에 포함된 기포(70)가 액상의 유기용제(50)와 함께 순수(60)내로 이동한다. 이 과정에서 기포(70)와 액상의 유기용제(50)가 순수(60)와 접촉하게 된다. 이 접촉면에서 액상의 유기용제(50), 순수(60) 및 기체의 3상계면(80)이 발생한다. 기판(w)상에서 액상의 유기용제(50)에 포함된 기포(70)마다 액상의 유기용제(50)와 순수(60)가 접촉되는 경우 다수의 3상계면(80)이 발생될 수 있다. 이 3상계면(80)에서 와류(90)가 발생된다. 와류(90)로 인하여 액상의 유기용제(50)과 순수(60)의 치환이 용이하게 된다.
도 11은 액상의 유기용제, 순수 및 기체의 3상계면에서 와류가 발생되는 과정을 보여주는 도면이다. 도 12는 도 11의 3상계면에서 실제 발생한 와류를 보여주는 사진이다.
도 11 및 도 12을 참조하면, 액상의 유기용제(50), 순수(60) 및 기체(70)의 3상계면(80)마다 와류(90)가 발생한다. 이는 액상의 유기용제(50), 순수(60) 및 기체(70)의 표면장력이 각각 다르기 때문이다. 발생된 와류(90)는 액상의 유기용제(50)와 순수(60)사이의 이동을 활발하게 하고, 이로 인하여 액상의 유기용제(50)와 순수(60)의 치환이 용이하게 된다.
액상의 유기용제(50)는 기판상에서 기판에 잔류하는 순수(60)와 치환된다. 치환되어 기판에 잔류하는 액상의 유기용제(50)는 순수(60)보다 휘발성이 우수하기 때문에 기판에서 쉽게 휘발된다. 그러나 극성의 순수(60)와 비극성인 액상의 유기용제(50)는 혼합이 잘 이루어지지 않는다. 또한 기판상 잔류하는 순수(60)의 표면에서는 공기에 의해 치환이 잘 이루어지나, 패턴 내부에 순수(60)만이 잔류하는 경우에는 공기가 없어 치환이 잘 이루어지지 않는다. 따라서 순수(60)와 액상의 유기용제(50)의 치환 시간이 길어지고, 액상의 유기용제(50)의 소모량이 크다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 순수 내에서 상기 액상의 유기용제(50), 순수(60) 및 기체(70)의 3상계면(80)에서 발생한 와류(90)로 인해 순수(60)와 액상의 유기용제(50)의 치환이 용이하게 된다. 이로 인해 치환 시간이 줄어들게 되어 기판 건조 시간이 단축된다. 또한 기판 건조에 사용되는 액상의 유기용제(50)를 줄일 수 있다. 이를 통해 기판 건조의 효율이 향상된다.
다음에, 기포를 포함하지 않은 액상의 유기용제가 노즐 헤드로부터 기판으로 공급된다. 도 13은 도 3의 유기용제 공급 유닛을 이용하여 기포가 불포함된 액상의 유기용제가 기판으로 분사되는 과정을 보여주는 도면이다. 도 14는 도 13의 액상의 유기용제에서 기포가 제거되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 기판(w)상에 기포(70)를 포함한 액상의 유기용제(50)가 잔류하면, 공급 라인(3120) 상의 밸브(3122)와 회수 라인(3130) 상의 밸브(3131)가 닫힌다. 이때, 기포 제공 부재(3150)는 제어기(3157)에 의해 기체가 하우징(3152)과 멤브레인 라인(3151) 사이의 공간(3155)으로 유입되지 않도록 제어된다. 액상의 유기용제(50)는 공급 라인(3120)을 통해 멤브레인 라인(3151)을 통과한다. 그러나 액상의 유기용제(50)은 기포가 발생되지 않은 상태로 노즐 헤드(3111)의 분사 노즐(3115)로 운반된다. 기포(70)가 포함되지 않은 액상의 유기용제(50)는 분사 노즐(3115)에서 기판(w) 상부로 분사된다. 기포(70)가 포함되지 않은 액상의 유기용제(50)가 기판(w)상으로 분사되어, 기판(w)에 잔류하던 기포(70)가 포함된 액상의 유기용제(50)는 기판(w) 외부로 배출된다. 액상의 유기용제(50)에 기포(70)가 포함된 상태로 기판(w)상에 잔류하게 되면, 기포(70)가 기판(w) 상부의 패턴(p) 사이에서 터지게 되면서 패턴(p)이 손상될 수 있다. 그러나 본 실시예의 경우 기판(w)상의 액상의 유기용제(50)에서 기포(70)를 제거함으로써, 패턴(p)의 손상을 방지하는 효과가 있다.
상술한 기판 세정 방법의 일 실시예에서는 유기용제 공급 라인(3120)에 회수 라인(3130)이 연결되는 것으로 설명하였다. 이와 달리 회수 라인(3130)은 제공되지 않을 수 있다.
또한, 기포가 포함되지 않은 액상의 유기용제를 공급하는 단계는 제공되지 않을 수 있다.
상술한 예에서는 유기용제 공급 유닛이 기포 제공 부재 내에 멤브레인 라인을 가지는 것으로 설명하였다. 이와 달리 유기용제 공급 유닛은 복수개의 기포 제공 부재를 포함 할 수 있다.
300 : 기판 세정 장치 310 : 기판 지지 유닛
320 : 용기 330 : 승강 유닛
3000 : 유기용제 공급 유닛 3010 : 노즐 부재
3020 : 유기용제 공급 라인 3030 : 회수 라인
3050 : 기포 제공 부재 3900 : 건조가스 공급 유닛

Claims (10)

  1. 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
    상기 기판 지지 유닛을 둘러싸도록 제공되는 용기;
    상기 용기 외측에 제공되고, 상기 용기를 승강시키는 승강 유닛;
    상기 기판에 순수를 포함하는 세척액을 공급하는 세척액 공급 유닛; 및
    상기 용기의 일측에 제공되고, 상기 순수가 잔류된 상기 기판에 기포를 포함한 액상의 유기용제를 분사하는 유기용제 공급 유닛;을 포함하는 기판 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 세정 장치는,
    상기 유기용제 공급 유닛의 타측에 제공되고, 상기 기판에 건조가스를 분사하는 건조가스 공급 유닛;을 더 포함하는 기판 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기용제 공급 유닛은,
    상기 유기용제를 상기 기판으로 토출시키는 노즐 헤드;
    저장 탱크로부터 상기 노즐 헤드로 상기 유기용제를 공급하는 유기용제 공급 라인; 및
    상기 공급 라인에 제공되어, 상기 액상의 유기용제에 기포를 제공하는 기포 제공 부재;를 포함하는 기판 세정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기포 제공 부재는,
    상기 공급 라인에 연결되고, 내부에는 상기 액상의 유기용제가 흐르며, 미공이 형성된 맴브레인(Membrane) 라인;
    상기 멤브레인 라인을 감싸는 하우징; 및
    상기 맴브레인 라인과 상기 하우징 사이의 공간으로 기체를 공급하는 기체 공급 라인;을 포함하고,
    상기 공간으로 공급된 상기 기체가 상기 미공을 통해 상기 멤브레인 라인의 내부로 유입되어 액상의 상기 유기용제에 기포를 제공하는 기판 세정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기포 제공 부재는,
    상기 유기용제에 포함된 기포량을 측정하는 기포량 측정기;
    상기 기체 공급 라인에 설치되어 상기 공간으로 공급되는 상기 기체의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브; 및
    상기 기포량 측정기로부터 측정된 결과에 따라 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 기판 세정 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기용제 공급 유닛은,
    상기 공급 라인에서 분기되어 상기 저장 탱크와 연결되고, 상기 액상의 유기용제를 상기 저장 탱크로 이동시키는 순환 라인;을 더 포함하는 기판 세정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기용제 공급 유닛은,
    상기 순환 라인에 제공되어, 순환되는 상기 액상의 유기용제에서 기포를 분리하는 탈기부재;를 더 포함하고,
    상기 기포 제공 부재가 상기 공급 라인에서 상기 순환 라인으로 분기되는 분기점과 상기 저장탱크 사이의 상기 유기용제 공급 라인상에 제공되는 기판 세정 장치.
  8. 기포를 포함하는 액상의 유기용제를 기판으로 공급하여 상기 기판의 패턴내에 잔류하는 순수를 상기 액상의 유기용제로 치환하는 단계를 포함하되,
    상기 액상의 유기용제에 기포를 제공하는 방법은,
    멤브레인 라인 내부와 외부의 압력차로 인하여, 상기 멤브레인 라인 외부의 기체를 내부로 유입시킴으로써, 상기 액상의 유기용제에 기포를 발생시키는 단계를 포함하는 기판 세정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    기포가 포함되지 않은 상기 액상의 유기용제를 상기 기판으로 토출하여 상기 기판에서 기포가 제거되는 단계;를 더 포함하는 기판 세정 방법.
  10. 기포를 포함하는 액상의 유기용제를 기판으로 공급하여 상기 기판의 패턴내에 잔류하는 순수를 상기 액상의 유기용제로 치환하는 단계와;
    상기 치환하는 단계 이후에, 상기 기포가 포함되지 않은 상기 액상의 유기용제를 상기 기판으로 토출하는 단계를 포함하는 기판 세정 방법.
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