KR102292851B1 - 기판 처리 장치, 이에 사용되는 고분자 소재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

기판 처리 장치, 이에 사용되는 고분자 소재 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 처리 용기 등의 구성을 이루는 고분자 소재에 이온 주입 방법에 의하여 전도성을 부여하는 이온 주입층이 형성됨으로써, 기판 처리 공정 중 대전 현상에 따른 정전기 발생을 억제하여 기판이 정전기에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

기판 처리 장치, 이에 사용되는 고분자 소재 및 이의 제조 방법 {SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, POLYMER MATERIAL USED THEREFOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 기판을 처리하는 장치, 이 장치에 사용되는 고분자 소재 및 이 소재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 또는 디스플레이를 제조하는 데에는 반도체 웨이퍼, 글라스 등의 기판에 대하여 소정의 처리 공정을 수행하는 기판 처리 장치가 사용된다. 이러한 장치의 예로는 기판에 처리액을 공급하여 기판에 부착된 오염물을 제거하는 액 처리 공정에 사용되는 기판 세정 장치 등이 있다.
기판 처리 장치의 일종인 기판 세정 장치는, 기판 지지 유닛에 의하여 지지된 기판에 액 공급 유닛을 이용하여 처리액을 공급하고, 기판에 공급된 처리액을 처리 용기에 의하여 회수하도록 구성된다. 처리 용기에는 기판 지지 유닛이 수용된다.
한편, 처리 용기는 처리액에 의한 부식 방지, 고온 환경에서의 안정성 등을 위하여 불소 수지(예를 들어, 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE))와 같은 절연성의 고분자 소재로 이루어진다. 또, 기판 지지 유닛 및 액 공급 유닛의 경우에도 처리액과 접촉할 수 있는 구성이 불소 수지와 같은 절연성의 고분자 소재로 이루어진다. 때문에, 기판 지지 유닛, 처리 용기 또는 액 공급 유닛에는 액 처리 공정의 수행 중 처리액 등에 의하여 마찰 대전 등이 발생할 수 있고, 이로 인하여 기판에는 유도 대전이 발생할 수 있다. 예를 들어, 탈이온수(deionized water, DIW)를 처리액으로 사용하는 때, 불소 수지의 처리 용기는 음(-)으로 대전되고, 탈이온수는 양(+)으로 대전될 수 있다.
이와 같은 대전 현상에 의하면, 기판의 주변에 존재하는 파티클이 기판으로 이동되어 기판이 오염될 수도 있고, 기판에서 정전기에 의한 아킹(arcing)이 발생할 수도 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 고분자 소재에 카본나노튜브, 그래핀 등 전도성 고분자를 혼합하여 전도성을 부여하는 기술이 제시된 바 있으나, 이러한 기술은 혼합된 전도성 고분자가 용출되는 등 소재 특성 변화의 문제가 있어 개선이 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1147656호(2012.05.24.) 대한민국 등록특허공보 제10-1910796호(2018.10.25.)
본 발명의 실시예는 기판 처리 장치를 구성하는 고분자 소재가 대전되어 정전기가 발생되는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치, 이에 사용되는 고분자 소재 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
해결하고자 하는 과제는 이에 제한되지 않고, 언급되지 않은 기타 과제는 통상의 기술자라면 이하의 기재로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과; 상기 기판 지지 유닛에 의하여 지지된 상기 기판에 처리액을 공급하는 액 공급 유닛과; 상기 기판 지지 유닛을 수용하며 상기 액 공급 유닛으로부터 상기 기판에 공급된 처리액을 회수하는 처리 용기를 포함하고, 상기 기판 지지 유닛, 상기 액 공급 유닛 및 상기 처리 용기 중 하나 이상은 일부 또는 전체가 고분자 소재로 형성되며, 상기 고분자 소재의 표면에는 이온 주입 방법을 이용하는 표면 처리에 의하여 상기 고분자 소재에 전도성을 부여하는 이온 주입층이 형성된 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 고분자 소재는 불소 수지(예를 들어, PFA(perfluoroalkoxy), PTFE 등)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 처리 용기는 컵 부재를 포함하고, 상기 이온 주입층은 컵 부재의 표면에 형성되는 것일 수 있다. 이때, 상기 이온 주입층이 형성된 고분자 소재의 면저항은 109 ohm/sq. 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치용 고분자 소재는, 상기한 기판 처리 장치에 사용되는 고분자 소재로서, 고분자 소재의 표면에 이온 주입 방법을 이용하는 표면 처리에 의하여 고분자 소재에 전도성을 부여하는 이온 주입층이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치용 고분자 소재 제조 방법은, 고분자 소재의 표면을 향해 이온을 가속하여 이온 주입층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 이온 주입층 형성에 의해 고분자 소재의 면저항이 109 ohm/sq. 이하가 되는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 이온은 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중에서 선택된 기체로부터 생성된 이온일 수 있다.
상기 이온 주입층을 형성하는 단계에서, 이온 가속 에너지는 20 내지 100 KeV 일 수 있다.
또한, 상기 이온 주입층의 이온 밀도는 1Х1016 내지 1Х1017 ions/cm2 일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이온 주입층을 형성하는 단계는 플라즈마 이온 주입 방법에 의해 수행되고, 상기 플라즈마 이온 주입 방법은 플라즈마와 고분자 소재 사이에 배치된 그리드 전극에 음(-)의 전압을 인가하여 이온을 고분자 소재 쪽으로 가속시킴으로써 수행되는 것일 수 있다.
이때, 상기 그리드 전극은 50 내지 80%의 개구율을 갖는 메쉬(mesh) 형태일 수 있다.
또한, 상기 그리드 전극은 고분자 소재의 표면 형상에 대응되도록 형성되는 것일 수 있다.
또한, 상기 그리드 전극과 고분자 소재 표면 사이의 이격 거리는 20mm 이하일 수 있다.
과제의 해결 수단은 이하에서 설명하는 실시예, 도면 등을 통하여 보다 구체적이고 명확하게 될 것이다. 또한, 이하에서는 언급한 해결 수단 이외의 다양한 해결 수단이 추가로 제시될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 전도성을 부여하는 이온 주입층이 형성된 고분자 소재로 기판 처리 장치가 구성되기 때문에, 기판 처리 공정(액 처리 공정 등) 중 정전기가 발생하여 기판이 파티클, 아킹 등에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 전도성 물질을 혼합하는 것이 아닌 이온 주입에 의해 전도성을 부여하므로 고분자 소재의 고유 특성을 그대로 유지하면서 전도성을 부여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치가 도시된 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이온 주입층을 형성하기 위한 플라즈마 이온 주입 방법의 개념도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 효과를 나타내는 테스트 결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 참조하는 도면에서 구성 요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 데 사용되는 용어는 주로 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 용어에 대해서는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석하는 것이 마땅하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성이 개략적으로 도시된 단면도로, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(1), 처리 용기(2), 기판 지지 유닛(3), 승강 구동 유닛(4), 회전 구동 유닛(5) 및 액 공급 유닛(6)을 포함한다.
챔버(1)는 기판(W)에 대한 액 처리 공정이 이루어지는 내부 공간을 제공할 수 있다. 액 처리 공정은 상압에서 이루어질 수 있고 조절된 분위기에서 이루어질 수 있다. 챔버(1)에는 챔버(1)의 내부 공간의 분위기를 조절하기 위한 청정 가스, 건조 가스, 질소 가스 등이 공급될 수 있다. 예를 들어, 챔버(1) 상단에는 팬 필터 유닛(미도시)이 구비될 수 있다.
처리 용기(2)는 챔버(1)의 내부 공간에 배치될 수 있다. 처리 용기(2)는 상부가 개방되고 내부에 개방된 상부와 연통하는 처리 공간이 마련된 컵 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 처리 용기(2) 내의 처리 공간에는 기판 지지 유닛(3)이 수용될 수 있다. 기판 지지 유닛(3)에 의하여 지지된 기판(W) 상에는 액 공급 유닛(6)에 의하여 처리액이 공급될 수 있으며, 처리 용기(2)는 액 공급 유닛(6)으로부터 기판 상에 공급된 처리액을 회수할 수 있다.
처리 용기(2)는 복수 개의 컵 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 처리 공간을 감싸는 제1 컵 부재(제1 처리 용기, 21), 제1 컵 부재(21)를 일정한 간격을 두고 감싸는 제2 컵 부재(제2 처리 용기, 22), 그리고 제2 컵 부재(22)를 일정한 간격을 두고 감싸는 제3 컵 부재(제3 처리 용기, 23)를 포함할 수 있다. 이에, 내측의 제1 컵 부재(21)와 외측의 제3 컵 부재(23) 사이에는 제2 컵 부재(22)가 배치될 수 있다. 각각의 컵 부재(21, 22, 23)는 서로 다른 처리액을 회수하는 용도로 사용될 수 있다. 제1 컵 부재(21)는 회수할 처리액이 유입되는 개구인 제1 유입구(21a)를 가질 수 있다. 제1 컵 부재(21)와 제2 컵 부재(22) 사이의 개구는 회수할 처리액이 유입되는 제2 유입구(22a)로 기능할 수 있고, 제2 컵 부재(22)와 제3 컵 부재(23) 사이의 개구는 회수할 처리액이 유입되는 제3 유입구(23a)로 기능할 수 있다.
제1 컵 부재(21)는 제1 벽체(211, 212)와 제1 바닥(213)을 포함할 수 있다. 제1 벽체(211, 212)는 처리 공간의 주위를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 제1 벽체(211, 212)는, 횡단면이 일정한 원형 구조를 가지도록 형성된 제1 하부 벽(211), 그리고 제1 하부 벽(211)의 상단으로부터 내측 방향으로 일정한 각도 경사지도록 연장되어 원뿔대 구조를 가진 제1 상부 벽(212)을 포함할 수 있다. 제1 하부 벽(211)과 제1 상부 벽(212)은 일체로 형성될 수 있다. 제1 상부 벽(212)의 상단에는 링 형상의 제1 돌기가 마련될 수 있다. 제1 돌기는 제1 상부 벽(212)의 상단으로부터 하측 방향으로 돌출된 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 제1 바닥(213)에는 제1 하부 벽(211)이 세워질 수 있다.
제2 컵 부재(22)는 제2 벽체(221, 222)와 제2 바닥(223)을 포함할 수 있다. 제2 벽체(221, 222)는 제1 벽체(211, 212)의 주위를 일정한 간격을 두고 둘러싸도록 형성될 수 있다. 제2 벽체(221, 222)는, 횡단면이 일정한 원형 구조를 가지도록 형성된 제2 하부 벽(221), 그리고 제2 하부 벽(221)의 상단으로부터 내측 방향으로 일정한 각도 경사지도록 연장되어 원뿔대 구조를 가진 제2 상부 벽(222)을 포함할 수 있다. 제2 하부 벽(221)과 제2 상부 벽(222)은 일체로 형성될 수 있다. 제2 상부 벽(222)은 상단의 높이가 제1 상부 벽(212)의 상단에 비하여 높고 내주의 크기가 제1 상부 벽(212)의 내주와 동일하거나 유사하도록 형성되어, 제1 상부 벽(212)의 상단과 제2 상부 벽(222)의 상단 사이에는 제2 유입구(22a)로 기능하는 개구가 형성될 수 있다. 제2 상부 벽(222)의 상단에는 링 형상의 제2 돌기가 마련될 수 있다. 제2 돌기는 제2 상부 벽(222)의 상단으로부터 하측 방향으로 돌출된 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 제2 바닥(223)은 제1 바닥(213)으로부터 하측으로 일정한 거리 이격될 수 있다. 제2 바닥(223)에는 제2 하부 벽(221)이 세워질 수 있다.
제3 컵 부재(23)는 제3 벽체(231, 232)와 제3 바닥(233)을 포함할 수 있다. 제3 벽체(231, 232)는 제2 벽체(221, 222)의 주위를 일정한 간격을 두고 둘러싸도록 형성될 수 있다. 제3 벽체(231, 232)는, 횡단면이 일정한 원형 구조를 가지도록 형성된 제3 하부 벽(231), 그리고 제3 하부 벽(231)의 상단으로부터 내측 방향으로 일정한 각도 경사지도록 연장되어 원뿔대 구조를 가진 제3 상부 벽(232)을 포함할 수 있다. 제3 하부 벽(231)과 제3 상부 벽(232)은 일체로 형성될 수 있다. 제3 상부 벽(232)은 상단의 높이가 제2 상부 벽(222)의 상단에 비하여 높고 내주의 크기가 제2 상부 벽(222)의 내주와 동일하거나 유사하도록 형성되어, 제2 상부 벽(222)의 상단과 제3 상부 벽(232)의 상단 사이에는 제3 유입구(23a)로 기능하는 개구가 형성될 수 있다. 제3 상부 벽(232)의 상단에는 링 형상의 제3 돌기가 마련될 수 있다. 제3 돌기는 제3 상부 벽(232)의 상단으로부터 하측 방향으로 돌출된 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 제3 바닥(233)은 제2 바닥(223)으로부터 하측으로 일정한 거리 이격될 수 있다. 제3 바닥(233)에는 제3 하부 벽(231)이 세워질 수 있다.
각각의 컵 부재(21, 22, 23)는 바닥(213, 223, 233)에 액 배출관(24, 25, 26)이 각각 연결될 수 있다. 각각의 액 배출관(24, 25, 26)은 하측 방향으로 연장되어 각각의 유입구(21a, 22a, 23a)를 통하여 각각의 컵 부재(21, 22, 23)로 회수된 처리액을 배출할 수 있다. 각각의 액 배출관(24, 25, 26)을 통하여 배출된 처리액은 액 재생 장치(도시되지 않음)에 의하여 재생된 후 재사용될 수 있다.
이와 같은 처리 용기(2)는 절연성을 가진 고분자 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 컵 부재(21, 22, 23)는 내약품성, 내열성 등이 우수하여 처리액에 의한 손상 방지, 고온 환경에서의 안정성 등의 측면에서 유리한 불소 수지(PFA, PTFE 등)로 이루어질 수 있다.
기판 지지 유닛(3)은 액 처리 공정 중 기판을 지지할 수 있다. 기판 지지 유닛(3)은 스핀 헤드(31), 지지 핀(32) 및 척 핀(33)을 포함할 수 있다.
스핀 헤드(31)는 원형 형상의 상면을 가질 수 있다. 스핀 헤드(31)는 처리 용기(2) 내의 처리 공간에 배치될 수 있다. 스핀 헤드(31)는 회전 구동 유닛(5)에 의하여 회전될 수 있다.
지지 핀(32)은 복수로 구비되고 기판을 하측에서 지지하도록 스핀 헤드(31)의 상면으로부터 돌출될 수 있다.
척 핀(33)은 복수로 구비되고 지지 핀(32)들에 비하여 스핀 헤드(31)의 중심으로부터 멀리 이격된 위치에 배치될 수 있다. 척 핀(33)들은 스핀 헤드(31)가 회전 구동 유닛(5)에 의하여 회전되는 때 기판의 측부를 서로 이격된 위치에서 각각 지지하여 기판이 정위치에서 이탈되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
척 핀(33)들은 핀 구동부(도시되지 않음)에 의하여 스핀 헤드(31)의 반경 방향을 따라 이동되어 대기 위치에 위치하거나 지지 위치에 위치할 수 있다. 대기 위치는 척 핀(33)들에 의한 기판의 지지가 이루어지는 지지 위치에 비하여 스핀 헤드(31)의 중심으로부터 멀리 이격된 위치일 수 있다. 척 핀(33)들은, 기판이 스핀 헤드(31)의 상면에 로딩되거나 언로딩되는 때에는 대기 위치로 이동되어 대기할 수 있고, 로딩된 기판에 대한 액 처리 공정이 수행되는 때에는 지지 위치로 이동되어 기판을 지지할 수 있다. 척 핀(33)들은 지지 위치에서 기판의 측부에 각각 접촉될 수 있다.
이와 같은 기판 지지 유닛(3)은 전체 또는 일부 구성이 절연성을 가진 고분자 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 스핀 헤드(31)와 지지 핀(32) 및 척 핀(33)들은 적어도 일부분이 불소 수지(PFA, PTFE 등)로 이루어질 수 있다.
승강 구동 유닛(4)은 처리 용기(2)를 승강시킬 수 있다. 승강 구동 유닛(4)은 각각의 컵 부재(21, 22, 23)를 동시에 이동시키거나 개별적으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 처리 용기(2)가 승강 구동 유닛(4)에 의하여 승강되면, 각각의 컵 부재(21, 22, 23)는 기판 지지 유닛(3)에 대한 상대 높이가 변경될 수 있다. 승강 구동 유닛(4)은 브래킷(41), 승강 축(42) 및 축 승강부(43)를 포함할 수 있다.
브래킷(41)은 처리 용기(2)의 외부에 장착될 수 있다. 구체적으로, 브래킷(41)은 가장 외측에 위치한 제3 컵 부재(23)를 구성하는 제3 벽체(231, 232)의 외벽면에 장착될 수 있다. 승강 축(42)은 브래킷(41)에 결합될 수 있다. 승강 축(42)은 상하 방향으로 배치될 수 있다. 축 승강부(43)는 동력원으로부터의 동력에 의하여 승강 축(42)을 승강시키도록 구성될 수 있다.
승강 구동 유닛(4)은 기판이 기판 이송 로봇에 의하여 스핀 헤드(31)의 상면에 로딩되거나 언로딩되는 때 기판 이송 로봇과 처리 용기(2) 간에 간섭이 발생하는 것이 방지되도록 처리 용기(2)를 하강시킬 수 있다. 또한, 승강 구동 유닛(4)은 액 처리 공정 중 액 공급 유닛(6)으로부터 기판 상에 공급되는 처리액의 종류에 따라 처리액이 사전에 설정한 유입구(21a, 22a, 23a)로 유입되도록 처리 용기(2)를 승강시켜 처리 용기(2)의 높이를 조정할 수 있다.
한편, 승강 구동 유닛(4)은 처리 용기(2) 대신 기판 지지 유닛(3)을 승강시키도록 구성될 수도 있다.
회전 구동 유닛(5)은, 스핀 헤드(31)의 저면에서 스핀 헤드(31)의 중심에 결합된 구동 축(51), 그리고 동력원으로부터의 동력에 의하여 구동 축(51)을 회전시키도록 구성된 축 회전부(52)를 포함할 수 있다. 구동 축(51)이 축 회전부(52)에 의하여 회전되면, 스핀 헤드(31)는 구동 축(51)과 동일한 방향으로 회전될 수 있다. 이때, 척 핀(33)들에 의하여 지지된 기판도 함께 동일한 방향으로 회전될 수 있다.
회전 구동 유닛(5)에 의하면, 회전되는 기판 상에 공급된 처리액은 주위로 비산되고, 비산된 처리액은 사전에 설정한 유입구(21a, 22a, 23a)로 유입될 수 있다.
액 공급 유닛(6)은 기판 지지 유닛(3)에 의하여 지지된 기판 상에 처리액을 공급하도록 구성될 수 있다. 액 공급 유닛(6)은 노즐(61), 노즐 암(62), 암 지지대(63) 및 지지대 구동부(64)를 포함할 수 있다.
암 지지대(63)는 챔버(1)의 내부 공간에서 처리 용기(2)의 외부에 배치되고 수직 방향으로 연장될 수 있다. 노즐 암(62)은 암 지지대(63)의 상단 부분에 결합되고 수평 방향으로 연장될 수 있다. 노즐(61)은 노즐 암(62)의 선단 부분에 처리액을 하측 방향으로 토출하도록 장착될 수 있다. 지지대 구동부(64)는 암 지지대(63)의 회전과 승강 중 적어도 어느 하나 이상을 수행하도록 구성될 수 있다. 지지대 구동부(64)가 작동되면, 노즐(61)은 이동(회전 이동 및/또는 승강 이동)될 수 있다.
액 공급 유닛(6)은 노즐(61)이 지지대 구동부(64)에 의하여 암 지지대(63)를 중심으로 회전되어 대기 위치에 위치하거나 공급 위치에 위치할 수 있다. 이때, 대기 위치는 노즐(61)이 처리 용기(2)의 수직 상부로부터 벗어난 위치이고, 공급 위치는 노즐(61)로부터 토출된 처리액이 기판 상에 공급되도록 노즐(61)이 처리 용기(2)의 수직 상부에 배치된 위치일 수 있다. 노즐(61)은, 기판이 스핀 헤드(31)의 상면에 로딩되거나 언로딩되는 때에는 대기 위치로 이동되어 대기할 수 있고, 로딩된 기판에 대한 액 처리 공정이 수행되는 때에는 공급 위치로 이동되어 기판 상에 처리액을 공급할 수 있다.
한편, 액 공급 유닛(6)은 복수로 구비될 수 있다. 액 공급 유닛(6)을 복수로 구비하는 경우, 각각의 액 공급 유닛(6)은 기판 상에 서로 다른 처리액을 공급할 수 있다.
처리액은 황산, 인산 등의 세정액 또는 탈이온수(DIW) 등의 린스액을 포함할 수 있다. 처리액은 액 공급 라인(도시되지 않음)을 통하여 액 저장부로부터 노즐(61)로 이송될 수 있다.
이와 같은 액 공급 유닛(6)은 전체 또는 일부 구성이 절연성을 가진 고분자 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 처리액과 접촉하는 노즐(61) 및 노즐(61)로 처리액을 이송하는 액 이송 라인은 불소 수지(PFA, PTFE 등)로 이루어질 수 있다.
한편, 각각의 컵 부재(21, 22, 23), 기판 지지 유닛(3)의 스핀 헤드(31)와 지지 핀(32) 및 척 핀(33), 액 공급 유닛(6)의 노즐(61)과 액 이송 라인 등을 형성하는 고분자 소재는 표면 쪽에 이온 주입 방법을 이용하는 표면 처리에 의하여 전도성을 부여하는 이온 주입층이 형성될 수 있다. 고에너지의 이온이 고분자 소재에 주입되면서 고분자 소재의 결합 구조의 변화가 발생하고, 이로 인해 전도성이 부여될 수 있다. 구체적으로는, 고분자 소재에 탄소 단일결합(C-C 결합)과 이중결합(C=C 결합)이 증가하는 것에 의해 전도성이 증가할 수 있다.
이온 주입층은 고분자 소재의 표면으로부터 수천 Å 깊이의 두께를 가질 수 있다. 이처럼 고분자 소재의 표면에 얇은 이온 주입층을 형성하여 전도성을 부여하므로, 본 발명의 실시예에 의하면 고분자 소재 자체의 특성은 실질적으로 동일하게 유지될 수 있다.
액 처리 공정 중 액 저장부로부터의 처리액은 액 이송 라인을 따라 흐를 수 있고 노즐(61)을 통하여 토출되어 기판 상에 공급될 수 있다. 그리고, 기판 상에 공급된 처리액은 기판 지지 유닛(3)이 회전됨에 따라 주위로 비산되어 사전에 설정한 유입구(21a, 22a, 23a)를 통하여 해당 컵 부재(21, 22, 23)로 유입될 수 있고, 유입된 처리액은 해당 벽체(211, 212, 221, 222, 231, 232)의 내벽면을 따라 흐를 수 있다. 이 과정에서, 처리액이 이동되는 노즐(61)과 액 이송 라인, 처리액이 유입되는 해당 컵 부재(21, 22, 23)의 벽체(211, 212, 221, 222, 231, 232) 등에는 처리액과의 마찰 등에 의하여 대전이 발생할 수 있다. 특히, 노즐(61), 액 이송 라인, 각각의 해당 컵 부재(21, 22, 23)가 불소 수지와 같이 마찰 대전 서열에서 하위에 있는 재질로 이루어진 경우, 이러한 대전 발생에 더욱 취약할 수 있다. 이에 따라 컵 부재(21, 22, 23) 등의 고분자 소재에 정전기에 의한 아킹이 발생할 수 있고, 기판에도 유도 대전이 발생하여 파티클 오염이나 정전기 발생이 문제될 수 있다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 처리 용기(2), 기판 지지 유닛(3) 및 액 공급 유닛(6) 등이 이온 주입층에 의하여 전도성이 부여된 고분자 소재로 형성되기 때문에 대전 현상에 따른 정전기 발생이나 파티클 오염 발생을 억제할 수 있다.
처리 용기(2), 기판 지지 유닛(3) 및 액 공급 유닛(6)의 구성을 이루는 고분자 소재는 이온 주입층이 전기적으로 접지될 수 있다. 이를 위해, 이온 주입층이 형성된 표면에 접지 단자를 형성하고 그라운드(Ground)에 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 고분자 소재의 이온 주입층을 전기적으로 접지시킴으로써, 정전기 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
고분자 소재에 이온 주입층을 형성하기 위해서는 이온 가속기를 이용한 이온 가속 방법을 사용할 수 있다. 주입되는 이온은 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 기체로부터 발생시킨 양이온일 수 있다. 이온 가속 방법은 이온원(ion source)에서 발생된 이온과 전자를 질량 분리를 사용하여 분리하고, 이온 가속관을 이용하여 이온을 가속함으로써 고분자 소재에 주입할 수 있다. 이때 이온 가속 에너지는 20 내지 100 KeV일 수 있고, 이온 밀도는 1016 내지 1017 ions/cm2 일 수 있다. 이온 가속 에너지 및 이온 밀도는 이온 주입의 대상이 되는 고분자 소재에 따라 조절될 수 있으며, 이온 주입 후 고분자 소재의 면저항이 109 ohm/sq. 이하가 되도록 조절될 수 있다. 면저항을 상기 범위로 조절하는 것에 의해 정전기 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
고분자 소재에 이온 주입층을 형성하는 다른 방법으로는 플라즈마를 발생시킨 후 고분자 소재 쪽으로 이온을 유도하여 주입시키는 플라즈마 이온 주입 방법이 있다. 플라즈마 이온 주입 방법의 개념을 도 2에 도시한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 이온 주입 방법을 실시하기 위한 장치(10)는, 진공 챔버(130) 및 이에 결합되는 플라즈마 소스(120)를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스(120)는 플라즈마를 발생시키고 유지하기 위한 구성으로, 다양한 플라즈마 발생 방식이 사용될 수 있다. 일례로, 플라즈마 소스(120)는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 방식의 플라즈마 소스일 수 있다. 이를 위해 기체 공급부(122)로부터 플라즈마 발생 공간(121)으로 기체를 공급하고 마이크로파 소스(124)로부터 마이크로파를 공급할 수 있다. 또한, 자기장 발생부(126)를 이용하여 플라즈마 발생 공간(121)에 자기장을 형성하면 고밀도 플라즈마가 발생될 수 있다. 기체 공급부(122)에서 공급되는 기체는 질소, 아르곤, 헬륨 등일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 또한, 자기장 발생부(126)는 영구 자석 또는 코일일 수 있다.
진공 챔버(130)에는 지지대(132)가 배치된다. 지지대(132) 상에는 이온 주입층 형성을 위한 고분자 소재(100)가 재치된다. 지지대(132) 상부에는 그리드 전극(134)이 배치되며, 전원(136)을 이용하여 그리드 전극(134)에는 음(-)의 전압이 인가된다. 그리드 전극(134)에 인가되는 음(-)의 전압은 펄스 형태로 인가될 수 있다. 그리드 전극(134)에 음(-)의 전압이 인가되면, 플라즈마로부터 양(+) 이온이 추출되어 그리드 전극(134) 쪽으로 가속될 수 있다. 이때 그리드 전극(134)은 소정의 개구율을 갖는 메쉬(mesh) 형태일 수 있으며, 그로 인해 가속된 양 이온이 그리드 전극(134)에 의해 차단되지 않고 그리드 전극(134)을 통과하여 고분자 소재(100)에 주입될 수 있다. 이온 주입 효율을 위해 그리드 전극(134)의 개구율은 50 내지 80%인 것이 바람직하다.
한편 그리드 전극(134)의 형상은 고분자 소재(100)의 형상에 따라 형성될 수 있다. 즉, 고분자 소재(100)는 평면이 아닌 곡면 형상의 표면을 가질 수 있다. 이 경우 그리드 전극(134)의 형태도 고분자 소재(100)의 표면 형상에 대응되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해 고분자 소재(100)의 표면과 그리드 전극(134) 사이의 이격 거리(d)를 위치에 상관없이 대략 동일하게 할 수 있다.
한편 고분자 소재(100)와 그리드 전극(134) 사이에 기생 플라즈마가 발생되지 않도록, 이격 거리(d)는 20mm 이하로 조절될 수 있다.
그리드 전극(134)에 인가되는 음(-)의 전압 및/또는 펄스, 또는 이온 주입 시간을 조절하는 등의 방법으로, 고분자 소재(100)에 주입되는 이온 가속 에너지 및 이온 밀도를 조절할 수 있다. 이온 가속 에너지는 20 내지 100 KeV일 수 있고, 이온 밀도는 1016 내지 1017 ions/cm2 일 수 있다. 이온 가속 에너지 및 이온 밀도는 이온 주입의 대상이 되는 고분자 소재에 따라 조절될 수 있으며, 이온 주입 후 고분자 소재의 면저항이 109 ohm/sq. 이하가 되도록 조절될 수 있다. 면저항을 상기 범위로 조절하는 것에 의해 정전기 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
이하 구체적인 실시예 결과를 이용하여 본 발명의 효과를 설명한다.
1. 컵 부재에 이온 주입층 형성
세정 장치에 사용되는 PTFE 소재의 컵 부재에 플라즈마 이온 주입 방법을 이용하여 이온 주입층을 형성하였다. 플라즈마 형성을 위해 공급되는 기체로는 질소, 아르곤, 헬륨을 각각 사용하였다. 그리드 전극에 인가되는 전압을 조절하여 이온 가속 에너지를 50KeV로 조절하였으며, 이온 밀도는 0.5X1016 내지 1017 ions/cm2 범위가 되도록 하였다.
2. 면저항 측정
이온 주입층이 형성된 컵 부재의 표면에 대해 면저항을 측정하였으며, 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
도 3을 참조하면, 이온 주입층을 형성하지 않은 컵 부재의 경우 약 1018 ohm/sq.의 높은 면저항이 측정되는 반면, 이온 주입층을 형성함으로써 면저항이 크게 감소하였다. 특히 이온 밀도가 1.0X1016 ions/cm2 인 경우 주입되는 이온의 종류와 상관없이 109 ohm/sq. 이하의 면저항을 얻을 수 있었다.
도 4는 컵 부재 위치에 따른 면저항 측정 결과로, 컵 부재 상의 상이한 높이 및 원주 방향으로 상이한 위치에서 모두 면저항이 109 ohm/sq. 이하임을 확인하였다.
3. 정전기 측정 결과
이온 주입층이 형성된 컵 부재를 포함한 기판 처리 장치에서 액 처리를 수행한 후, 정전기 필드 미터를 이용하여 정전기를 측정하였다. 정전기 측정은 컵 부재 및 웨이퍼에 대해 이루어졌으며, 그 결과를 도 5에 도시하였다.
이온 주입층 형성 전에는 컵 부재에서 10KV 이상의 정전기 전압이 측정되었으나, 이온 주입층 형성 후에는 컵 부재 및 웨이퍼 모두에서 정전기 전압이 약 100V 수준으로 저하되었다.
이상에서는 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 설명한 기술적 사상은, 각각 독립적으로 실시될 수도 있고, 둘 이상이 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
1: 챔버
2: 처리 용기
3: 기판 지지 유닛
4: 승강 구동 유닛
5: 회전 구동 유닛
6: 액 공급 유닛
100: 고분자 소재
120: 플라즈마 소스
130: 진공 챔버
134: 그리드 전극

Claims (15)

  1. 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과;
    상기 기판 지지 유닛에 의하여 지지된 상기 기판에 처리액을 공급하는 액 공급 유닛과;
    상기 기판 지지 유닛을 수용하며 상기 액 공급 유닛으로부터 상기 기판에 공급된 처리액을 회수하는 처리 용기를 포함하고,
    상기 기판 지지 유닛, 상기 액 공급 유닛 및 상기 처리 용기 중 하나 이상은 일부 또는 전체가 곡면 형상의 표면을 포함하는 고분자 소재로 형성되며,
    상기 고분자 소재는 불소 수지로 이루어지고,
    상기 고분자 소재의 표면에는 플라즈마 이온 주입 방법을 이용하는 표면 처리에 의하여 상기 고분자 소재에 전도성을 부여하는 이온 주입층이 형성되고,
    상기 플라즈마 이온 주입 방법은 플라즈마와 고분자 소재 사이에 배치된 그리드 전극에 음(-)의 전압을 인가하여 이온을 고분자 소재 쪽으로 가속시킴으로써 수행되며,
    상기 그리드 전극은 고분자 소재의 표면 형상에 대응되도록 형성하여 고분자 소재의 표면과 그리드 전극 사이의 이격 거리를 위치에 상관없이 동일하게 하며,
    상기 이격 거리는 20mm 이하인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기는 컵 부재를 포함하고,
    상기 이온 주입층은 컵 부재의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이온 주입층이 형성된 고분자 소재의 면저항은 109 ohm/sq. 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 기판을 처리하는 기판 처리 장치의 구성을 이루는 고분자 소재에 있어서,
    상기 고분자 소재는 곡면 형상의 표면을 포함하고,
    상기 고분자 소재는 불소 수지로 이루어지고,
    상기 고분자 소재의 표면에 플라즈마 이온 주입 방법을 이용하는 표면 처리에 의하여 상기 고분자 소재에 전도성을 부여하는 이온 주입층이 형성되고,
    상기 플라즈마 이온 주입 방법은 플라즈마와 고분자 소재 사이에 배치된 그리드 전극에 음(-)의 전압을 인가하여 이온을 고분자 소재 쪽으로 가속시킴으로써 수행되며,
    상기 그리드 전극은 고분자 소재의 표면 형상에 대응되도록 형성하여 고분자 소재의 표면과 그리드 전극 사이의 이격 거리를 위치에 상관없이 동일하게 하며,
    상기 이격 거리는 20mm 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 고분자 소재.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 처리액을 기판에 토출하여 기판을 액 처리하는 액 처리 장치이고,
    상기 액 처리 장치는 기판으로부터 비산된 처리액을 회수하는 컵 부재를 포함하며,
    상기 고분자 소재는 컵 부재의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 고분자 소재.
  8. 기판을 처리하는 기판 처리 장치의 구성을 이루는 고분자 소재를 제조하는 방법으로서,
    상기 고분자 소재의 표면을 향해 이온을 가속하여 이온 주입층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 고분자 소재는 곡면 형상의 표면을 포함하고,
    상기 고분자 소재는 불소 수지로 이루어지고,
    상기 이온 주입층을 형성하는 단계는, 플라즈마 이온 주입 방법에 의해 수행되고,
    상기 플라즈마 이온 주입 방법은, 플라즈마와 고분자 소재 사이에 배치된 그리드 전극에 음(-)의 전압을 인가하여 이온을 고분자 소재 쪽으로 가속시킴으로써 수행되며,
    상기 그리드 전극은 고분자 소재의 표면 형상에 대응되도록 형성하여 고분자 소재의 표면과 그리드 전극 사이의 이격 거리를 위치에 상관없이 동일하게 하고,
    상기 이격 거리는 20mm 이하이며,
    상기 이온 주입층 형성에 의해 고분자 소재의 면저항이 109 ohm/sq. 이하가 되는, 기판 처리 장치용 고분자 소재 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이온은 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중에서 선택된 기체로부터 생성된 이온인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 고분자 소재 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 이온 주입층을 형성하는 단계에서, 이온 가속 에너지는 20 내지 100 KeV인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 고분자 소재 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 이온 주입층의 이온 밀도는 1Х1016 내지 1Х1017 ions/cm2 인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 고분자 소재 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    상기 그리드 전극은 50 내지 80%의 개구율을 갖는 메쉬(mesh) 형태인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치용 고분자 소재 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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