KR20050035318A - 기판 세정 건조 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20050035318A
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drying
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김원배
한재선
배정용
조중근
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판을 회전시키면서 세정 및 건조시키는 기판의 세정건조 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 서로 다른 유체가 각각 분사되는 제1분사구와, 제2분사구를 구비하고, 이 분사구들이 노즐의 이동방향 또는 그 이동방향과 인접한 선상에 일렬로 배치된 분사부를 갖는다. 상기 분사부는 이동부에 의해 기판의 중심으로부터 가장자리로 직선 이동되며, 제1분사구와 제2분사구는 그 이동선상에 일렬로 배치된다.

Description

기판 세정 건조 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR WAFER CLEANING DRY}
본 발명은 기판을 회전시키면서 세정 및 건조시키는 기판의 세정건조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정에서는 절연막 및 금속물질의 증착(Deposition), 식각(Etching), 감광제(Photo-resist)의 도포(Coating), 현상(Develop), 애셔(Asher) 제거 등이 수회 반복되어 미세한 패터닝(Patterning)의 배열을 만들어 나가게 되며, 각각의 공정에서 발생하는 이물질의 제거를 위한 공정으로는 순수(Deionized Water) 또는 약액(Chemical)을 이용한 세정공정(Wet Cleaning Process)이 있다.
이러한 감광제의 도포, 현상, 세정 공정 등에서는 액체 상태의 약액 또는 순수를 기판 위로 분사시켜 공정이 이루어지며, 일반적인 세정건조 장치는 한 장의 기판을 처리할 수 있는 기판척(Wafer chuck)으로 기판을 고정시킨 후 모터에 의해 기판을 회전시키면서, 기판의 상부에서 분사노즐을 통해 약액 또는 순수를 흘려주어, 기판의 회전력에 의해 약액 또는 순수가 기판의 전면으로 퍼지게 하여 공정이 이루어지도록 하고 있다.
이와 같이, 매엽식 세정건조 장치에서는 순수를 이용한 린스 처리후에 N2 가스로 건조하는 방식으로 세정건조공정이 이루어지고 있다.
하지만, 기판이 대형과 되고, 기판상에 형성된 패턴이 미세화되면서 린스 공정에 사용된 순수가 완전히 제거되지 않고 미건조되는 현상이 발생되고 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 마란고니 건조 방식을 적용하여 건조 효과를 높일 수 있는 새로운 형태의 기판 세정건조 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 또 다른 목적은 세정(린스)와 건조 시간을 단축할 수 있는 새로운 형태의 기판 세정건조 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위한 기판 처리 장치는 피처리면이 위를 향하도록 기판을 유지하고, 그 기판을 회전시키기 위한 스핀헤드; 상기 스핀헤드에 놓여진 기판의 피처리면으로 세정과 건조를 위한 유체를 분사하기 위한 노즐을 갖는 분사부; 및 상기 분사부의 노즐을 기판의 중심으로부터 가장자리로 이동시키기 위한 이동부를 포함하되; 상기 노즐은 서로 다른 유체가 각각 분사되는 제1분사구와, 제2분사구를 구비하고, 이 분사구들은 상기 노즐의 이동방향 또는 그 이동방향과 인접한 선상에 일렬로 배치된다.
본 발명에서 상기 노즐은 상기 이동부에 의해 기판의 중심으로부터 가장자리로 직선 이동되며, 상기 제1분사구와 상기 제2분사구는 상기 노즐의 직선 이동선상에 일렬로 배치된다.
본 발명에서 상기 노즐은 상기 기판의 중심으로부터 가장자리로 회전 이동되며, 상기 제1분사구와 상기 제2분사구는 상기 노즐의 회전 이동선상에 일렬로 배치된다.
본 발명에서 상기 제1분사구와 상기 제2분사구로 유체를 공급하기 위한 유체 공급부를 더 포함하되; 상기 유체 공급부는 상기 제1분사구 또는 상기 제2분사구가 상기 기판의 중심에 위치하였을 때 유체 공급이 이루어진다.
본 발명에서 상기 분사부는 상기 제1분사구와 제2분사구가 상기 기판의 중심을 순차적으로 거쳐서 기판의 가장자리로 이동되되; 상기 제1분사구는 기판 세정을 위한 제1유체가 분사되고, 상기 제2분사구는 기판 건조를 위한 제2유체가 분사된다.
본 발명에서 상기 제1유체는 DIW 또는 IPA가 포함된 DIW 혼합액이고, 상기 제2유체는 N2 또는 IPA가 포함된 N2혼합기체일 수 있다.
본 발명에서 상기 노즐은 상기 제1분사구와 상기 제2분사구 사이에 설치되는 적어도 하나의 제3분사구를 더 포함하되; 상기 분사부는 상기 제1분사구, 제3분사구 그리고 제2분사구가 상기 기판의 중심을 순차적으로 거쳐서 기판의 가장자리로 이동된다.
본 발명에서 상기 제1분사구는 기판 세정을 위한 제1유체가 분사되고, 상기 제3분사구는 1차 기판 건조를 위한 제2유체가 분사되며, 상기 제2분사구는 2차 기판 건조를 위한 제3유체가 분사된다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 서로 다른 유체가 각각 분사되는 분사구들이 노즐의 이동방향에 일렬로 배치되는 분사부를 구비한 장치내에서 기판을 세정하고 건조하는 방법은 기판을 유지하고 기판을 회전하는 공정; 상기 분사부가 상기 기판의 중심에서부터 가장자리로 이동하면서 상기 기판 표면에 유체를 분사하는 단계를 포함하되; 상기 유체 분사 단계는 첫 번째 분사구가 상기 기판의 중심에서부터 가장자리로 이동하면서 상기 기판 표면을 세정하기 위한 제1유체를 분사하는 단계와; 두 번째 분사구가 상기 첫 번째 분사구를 뒤따라 이동하면서, 상기 첫 번째 분사구에 의해 세정된 기판의 표면을 건조하기 위한 제2유체를 분사하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 세 번째 분사구가 상기 두 번째 분사구를 뒤따라 이동하면서, 상기 두 번째 분사구에 의해 건조된 기판의 표면을 2차 건조하기 위한 제3유체를 분사하는 단계를 더 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 세정건조 장치(100)는 기판이 유지되는 스핀헤드(110)을 갖는다. 스핀헤드 하부에는 스핀헤드(110)을 지지하고, 회전력을 전달하는 회전축(112)이 연결되며, 이 회전축에는 회전력을 제공하는 스핀 모터(114)가 연결된다.
상기 스핀헤드(110) 주위에는 캣치컵(120)이 설치된다. 이 캣치컵(120)은 상기 기판의 세정 및 건조 공정이 진행되는 동안 상기 기판(w)으로 공급되는 유체들이 비산되는 것을 방지하기 위한 것으로, 이것에 의해 외부의 다른 장치나 주위가 오염되는 것이 방지된다.
도시되지 않았지만, 캣치컵(120)과 상기 스핀헤드(110)은 상대적으로 승강하도록 구성되어 있고, 이들을 상대적으로 승강시킨 상태에서 기판을 캣치컵(120) 내로 반입하거나, 처리가 끝난 기판을 캣치컵(120) 밖으로 반출하도록 되어 있다.
상기 스핀헤드(110) 상부에는 세정액(또는 린스액)과 건조가스등을 기판 표면으로 분사하기 위한 분사부(130)가 설치된다. 이 분사부(130)의 노즐(132)은 기판의 중심(c)에서 가장자리로 이동하면서 상기 기판(w)의 피처리면으로 세정액(또는 린스액)과 건조가스를 분사하게된다. 상기 분사부(130)의 이동을 위해 상기 분사부(130)는 이동부(140)의 아암(142)에 연결된다.
상기 이동부(140)는 구동모터(146)와, 이 구동모터(146)로부터 회전력을 전달받는 지지축(144) 그리고 이 지지축(144)에 설치되는 아암(142)으로 이루어진다. 상기 아암(142)의 끝단부에는 상기 분사부(130)가 설치된다. 상기 이동부(140)의 구동모터(146)는 세정건조공정의 진행을 제어하는 제어부(180)의 제어 신호에 의해 동작한다.
상기 분사부(130)의 노즐(132)은 서로 다른 유체가 각각 분사되는 제1분사구(134a), 제2분사구(134b) 그리고 제3분사구(134c)를 갖는다. 이 분사구들은 상기 분사부(130)의 이동방향 또는 그 이동방향과 인접한 선상에 일렬로 배치된다. 본 실시예에서, 상기 분사부(130)는 상기 지지축(144)을 회전축으로 하여 회전 이동되며, 이 경우 상기 분사구들(134a,134b,134c)은 기판의 중심(c)을 지나는 동일한 회전 반경을 갖는 선상(a)에 일렬로 배치된다. 만약, 분사부(130)가 회전 이동이 아닌 직선 이동을 하는 경우, 분사구들은 도 3에서와 같이, 기판의 중심(c)을 지나는 직선(b)상에 일렬로 배치된다. 상기 분사부(130)의 직선 이동 방식은, 도 3a,3b에서처럼 분사부(130)가 이동부의 아암(142)상에서 직선 이동되는 구조 또는 도 3c, 도3d에서처럼 이동부(140) 전체가 이송 레일(148)을 따라 직선 이동되는 구조 등 다양한 이동 구조가 적용될 수 있다.
상기 제1분사구(134a)에는 기판 세정(린스)을 위한 DIW 공급부(162)가 연결되고, 제2분사구(134b)에는 기판 건조를 위한 N2 공급부(164)가 연결되며, 제3분사구(134c)에는 기판의 2차 건조를 위한 고온의 N2가스 공급부(166)가 연결된다. 본 실시예에서는, 기판 건조시 마란고니 효과를 얻기 위하여, 상기 제1분사구에는 IPA 증기가 포함된 DIW 혼합액이, 상기 제2분사구에는 IPA 증기가 포함된 N2혼합가스가 공급될 수 있다.
도 8 내지 도 10에서는, 상기 분사부의 분사구들의 변형예를 보여주고 있다. 도 8에는 DIW 분사구와, N2 분사구로 구성된 분사부(130a)가 도시되어 있고, 도 9에는 IPA 증기가 혼합된 DIW혼합액 분사구와 N2 분사구로 구성된 분사부(130b)가 도시되어 있으며, 도 10에는 DIW 분사구와 IPA증기가 포함된 N2 혼합가스 분사구로 구성된 분사부(130c)가 도시되어 있다. 도 11에는 기판 상부 전체에 IPA 증기를 공급하여, 기판 주변 분위기를 IPA 증기로 바꾼 상태에서 기판의 세정과 건조 공정이 진행되는 예를 보여주고 있다.
이와 같이, 본 발명의 장치는 기판의 세정 건조 방식에 따라 상기 분사구들의 개수 또는 분사구들로 공급되는 유체의 종류를 변경할 수 있으며, 상기 분사구들간의 간격 역시 조정될 수 있다.
도 4 내지 도 7에서는 상기 분사부에 의해 기판이 세정되고 건조되는 과정을 순차적으로 보여주는 도면들이다.
먼저, 상기 스핀헤드(110)에 기판(w)이 놓여지면, 기판을 진공으로 고정한 후 회전한다. 이때, 상기 분사부(130)의 제1분사구(134a)는 상기 이동부(140)에 의해 기판의 중심(c)에 위치된다. 상기 제1분사구(134a)에서 기판 세정을 위한 DIW가 분사된다. 상기 제1분사구에서의 기판 세정이 시작되면, 상기 이동부(140)는 상기 분사부(130)를 천천히 기판의 중심에서 가장자리로 이동시킨다. 이때, 상기 제2분사구(134b)가 기판의 중심에 위치되면, 상기 제2분사구(134b)에서는 기판 건조를 위한 N2가스가 분사되고(도 5참조), 상기 제3분사구(134c)가 기판의 중심에 위치되면, 상기 제3분사구(134c)에서는 2차로 기판을 건조시키기 위한 고온의 N2가스가 분사된다(도 6참조).
이처럼, 본 발명의 기판 세정건조 장치(100)는 상기 분사부(130)가 기판의 중심에서 가장자리로 이동하면서 기판의 세정과 건조 공정을 동시에 진행할 수 있다는데 그 특징이 있다. 여기서 중요한 것은, 단순히 분사부(130)가 기판의 중심에서 가장자리로 이동되는 것이 아니라, 분사부의 분사구들이 기판의 중심(c)을 지나는 이동경로상에 순차적으로(공정 진행별로, 즉 세정-1차건조-2차건조) 배치되고, 이들이 순차적으로 기판의 중심을 통과하면서 유체가 분사된다는데 그 특징이 있는 것이다.
여기서, 상기 기판은 포토레티클(reticle: 회로 원판)용 기판, 액정 디스플레이 패널용 기판이나 플라즈마 디스플레이 패널용 기판 등의 표시 패널 기판, 하드 디스크용 기판, 반도체 장치 등의 전자 디바이스용 웨이퍼 등을 뜻한다.
이상에서, 본 발명에 따른 기판 세정건조 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 갖는다. 첫째, 기판의 세정과 건조 공정을 동시에 진행할 수 있기 때문에 전체 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 둘째, 건조결함을 최소화할 수 있다. 특히 큰 직경의 기판을 물반점을 발생시키지 않고 전체 면에 걸쳐 효율이 좋고 확실하게 완전 건조시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 세정건조 장치의 측면 구성도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 세정건조 장치의 평면 구성도;
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에서 분사부가 직선으로 이동되는 방식들을 설명하기 위한 도면들;
도 4 내지 도 7은 본 발명의 기판 세정 건조 과정을 순차적으로 설명하기 위한 도면들;
도 9 내지 도 11은 분사부의 분사구들의 변형예를 보여주는 도면들이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 스핀헤드
120 : 캣치컵
130 : 분사부
134a : 제1분사구
134b : 제2분사구
134c : 제3분사구
140 : 이동부

Claims (12)

  1. 기판을 세정 및 건조하기 위한 장치에 있어서:
    피처리면이 위를 향하도록 기판을 유지하고, 그 기판을 회전시키기 위한 스핀헤드;
    상기 스핀헤드에 놓여진 기판의 피처리면으로 세정과 건조를 위한 유체를 분사하기 위한 노즐을 갖는 분사부; 및
    상기 분사부의 노즐을 기판의 중심으로부터 가장자리로 이동시키기 위한 이동부를 포함하되;
    상기 노즐은 서로 다른 유체가 각각 분사되는 제1분사구와, 제2분사구를 구비하고, 이 분사구들은 상기 노즐의 이동방향 또는 그 이동방향과 인접한 선상에 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 이동부에 의해 기판의 중심으로부터 가장자리로 직선 이동되며,
    상기 제1분사구와 상기 제2분사구는 상기 노즐의 직선 이동선상에 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 기판의 중심으로부터 가장자리로 회전 이동되며,
    상기 제1분사구와 상기 제2분사구는 상기 노즐의 회전 이동선상에 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1분사구와 상기 제2분사구로 유체를 공급하기 위한 유체 공급부를 더 포함하되;
    상기 유체 공급부는 상기 제1분사구 또는 상기 제2분사구가 상기 기판의 중심에 위치하였을 때 유체 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사부는 상기 제1분사구와 제2분사구가 상기 기판의 중심을 순차적으로 거쳐서 기판의 가장자리로 이동되되;
    상기 제1분사구는 기판 세정을 위한 제1유체가 분사되고,
    상기 제2분사구는 기판 건조를 위한 제2유체가 분사되는 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1유체는 DIW 또는 IPA가 포함된 DIW 혼합액이고,
    상기 제2유체는 N2 또는 IPA가 포함된 N2혼합기체인 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 장치.
  7. 제1항 내지 제3항에 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 제1분사구와 상기 제2분사구 사이에 설치되는 적어도 하나의 제3분사구를 더 포함하되;
    상기 분사부는 상기 제1분사구, 제3분사구 그리고 제2분사구가 상기 기판의 중심을 순차적으로 거쳐서 기판의 가장자리로 이동되는 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1분사구는 기판 세정을 위한 제1유체가 분사되고,
    상기 제3분사구는 1차 기판 건조를 위한 제2유체가 분사되며,
    상기 제2분사구는 2차 기판 건조를 위한 제3유체가 분사되되;
    상기 제1유체는 DIW 또는 IPA가 포함된 DIW 혼합물이고,
    상기 제3유체는 N2 또는 IPA가 포함된 N2혼합물이며,
    상기 제2유체는 고온의 N2인 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 장치
  9. 서로 다른 유체가 각각 분사되는 분사구들이 노즐의 이동방향에 일렬로 배치되는 분사부를 구비한 장치내에서 기판을 세정하고 건조하는 방법에 있어서:
    기판을 유지하고 기판을 회전하는 공정;
    상기 분사부가 상기 기판의 중심에서부터 가장자리로 이동하면서 상기 기판 표면에 유체를 분사하는 단계를 포함하되;
    상기 유체 분사 단계는
    첫 번째 분사구가 상기 기판의 중심에서부터 가장자리로 이동하면서 상기 기판 표면을 세정하기 위한 제1유체를 분사하는 단계와;
    두 번째 분사구가 상기 첫 번째 분사구를 뒤따라 이동하면서, 상기 첫 번째 분사구에 의해 세정된 기판의 표면을 건조하기 위한 제2유체를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1유체는 DIW 또는 IPA가 포함된 DIW 혼합액이고,
    상기 제2유체는 N2 또는 IPA가 포함된 N2혼합기체인 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    세 번째 분사구가 상기 두 번째 분사구를 뒤따라 이동하면서, 상기 두 번째 분사구에 의해 건조된 기판의 표면을 2차 건조하기 위한 제3유체를 분사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1유체는 DIW 또는 IPA가 포함된 DIW 혼합액이고,
    상기 제2유체는 N2 또는 IPA가 포함된 N2혼합기체이며,
    상기 제3유체는 고온의 N2인 것을 특징으로 하는 기판 세정건조 방법.
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