KR20070028881A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼를 세정하는 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 공정 진행 중 웨이퍼의 패턴 면이 상부를 향하도록 기판을 지지하며, 복수의 토출공들이 형성된 분사노즐을 통해 약액이나 린스액 등을 웨이퍼로 공급한다. 따라서 적은 량의 약액 또는 린스액만으로 이들이 웨이퍼 상에 공급되는 영역을 증가시켜 세정 효율을 향상시킬 수 있다.

세정 장치, 분사노즐, 토출공

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING A SUBSTRATE}

도 1은 본 발명의 세정 장치의 일 예를 개략적으로 보여주는 도면;

도 2는 도 1의 분사노즐의 사시도;

도 3은 도 2의 선 Ⅰ-Ⅰ′을 따라 절단한 분사노즐의 단면도; 그리고

도 4a 내지 도 4b는 각각 분사노즐에 형성된 토출공들의 다양한 예를 보여주는 분사노즐의 저면도들; 그리고

도 5는 분사노즐의 다른 예를 보여주는 도 3과 같은 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 용기 200 : 지지부재

300 : 분사노즐 364 : 토출공

본 발명은 반도체 소자를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 세정액을 사용하여 매엽식으로 반도체 기판을 세정하는 장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼(W)를 집적 회로로 제조할 때 제조공정 중에 발생하는 잔류 물 질(residual chemicals), 작은 파티클(small particles), 오염물(contaminants) 등을 제거하기 위하여 반도체 웨이퍼(W)를 세정하는 공정이 요구된다. 반도체 웨이퍼(W)의 세정 공정은 약액 처리 공정, 린스 공정, 그리고 건조 공정으로 나눌 수 있다. 약액처리 공정은 불산 등과 같은 화학약액을 사용하여 웨이퍼(W) 상의 오염물질을 화학적 반응에 의해 식각 또는 박리시키는 공정이며, 린스 공정은 약액 처리된 반도체 웨이퍼(W)를 탈이온수로 세척하는 공정이며, 건조 공정은 최종적으로 웨이퍼(W)를 건조하는 공정이다.

매엽식 장치의 경우, 패턴면이 상부를 향하도록 웨이퍼(W)가 지지부재에 놓여지고, 웨이퍼(W)의 상부에 배치된 노즐로부터 웨이퍼(W)의 중앙으로 처리액이 공급된다. 노즐은 중앙에 하나의 토출구가 형성되어 있으며, 토출구는 약 1/4 인치(inch)의 직경을 가진다. 상술한 구조의 노즐 사용시 노즐로부터 토출되는 처리액의 큰 압력으로 인해 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴이 손상되기 쉽다. 또한, 좁은 영역에 많은 량의 처리액이 한번에 공급되므로 공급되는 처리액들 중 상당량이 웨이퍼(W) 세정에 사용되지 못하고 웨이퍼(W) 밖으로 빠져나간다. 이로 인해 공정에 사용되는 처리액의 량이 많고 공정에 많은 시간이 소요된다.

본 발명은 노즐로부터 공급되는 처리액에 의해 웨이퍼(W)의 패턴면이 손상되는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 공정에 사용되는 처리액의 량을 줄일 수 있는 구조의 노즐 을 가지는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 반도체 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 공정 진행 중 기판의 패턴 면이 상부를 향하도록 기판을 지지하며, 회전가능한 지지부재와 상기 지지부재에 놓인 기판으로 처리용 유체를 공급하는 분사노즐을 가지는 처리용 유체 공급부재를 포함하고, 상기 분사노즐에서 처리용 유체를 토출하는 토출공들은 복수개가 형성된다. 일 예에 의하면, 상기 장치는 기판을 세정하는 장치이고, 상기 처리용 유체는 약액, 린스액, 또는 건조가스 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

상기 복수의 토출공들 중 일부는 수직축을 기준으로 하향 경사지게 형성될 수 있다. 경사진 상기 토출공들의 경사각은 45도(°) 이내인 것이 바람직하다.

상기 지지부재는 기판을 회전시키는 구조를 가지며, 상기 처리용 유체 공급부재에는 공정 진행 중 상기 분사노즐을 상기 기판의 중심 상부에서 상기 기판의 가장자리 상부로 이동시키는 노즐 이동부재가 제공될 수 있다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예 는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 위해 과장된 것이다.

아래의 실시예에서는 반도체 웨이퍼(W)를 세정하는 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 이는 일 예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상은 세정 공정 이외에 웨이퍼(W) 상에 처리액을 공급하여 공정을 수행하는 다른 종류의 장치에도 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼(W) 세정 장치(10)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 세정 장치(10)는 용기(100), 지지부재(200), 그리고 처리용 유체 공급부재(300)를 가진다. 용기(100)는 상부가 개방된 공간(140)이 형성된 보울(bowl) 형상을 가지며, 용기(100)의 저면에는 공정에 사용된 처리용 유체가 배출되는 배출라인(120)이 결합된다.

지지부재(200)는 공정 진행 중 웨이퍼(W)를 지지한다. 지지부재(200)는 대체로 원판 형상으로 형성된 지지판(220)을 가진다. 지지판(220)의 저면에는 모터(260)에 의해 회전가능한 회전축(240)이 결합된다. 지지판(220)은 용기(100) 내에 위치되며, 회전축(240)은 용기(100)의 저면을 관통하도록 제공된다. 지지판(220)의 가장자리 영역에는 공정 진행 중 웨이퍼(W)를 지지하는 지지핀들(280)이 설치된다. 지지핀들(280)은 복수개가 서로 균등한 간격으로 배치된다. 각각의 지지핀(280)은 원통 형상을 가지며 웨이퍼(W)의 가장자리 일부가 접촉되는 지지부(282)와 이로부터 상부로 연장된 돌출부(284)를 가진다. 돌출부(284)는 공정 진행 중 웨이퍼(W)가 원심력에 의해 지지부재(200)로부터 벗어나는 것을 방지한다. 선택적으로 웨이퍼(W)가 진공 흡착에 의해 지지부재(200)에 지지되도록, 지지핀들(280) 대신 진공라인(도시되지 않음)이 지지판(220) 내에 제공될 수 있다.

처리용 유체 공급부재(300)는 웨이퍼(W) 세정에 사용되는 처리용 유체를 공급한다. 처리용 유체 공급부재(300)는 분사노즐(320)과 이를 이동시키는 노즐 이동부재(340)를 가진다.

노즐 이동부재(340)는 용기(100)의 외측에 수직 방향으로 설치된 수직 지지대(344)와 이의 상부 끝단에 수평 방향으로 설치된 수평 지지대(342)를 가진다. 분사노즐(320)은 아래를 향하는 방향으로 처리용 유체를 분사할 수 있도록 수평 지지대(342)의 끝단에 결합된다. 수직 지지대(344)는 원통형의 긴 로드 형상을 가지며, 수직 지지대(344)는 자신의 중심축을 기준으로 구동기(346)에 의해 회전되거나 상하로 수직 이동된다. 상술한 구조로 인해 분사노즐(320)은 공정 진행 전에는 용기(100)의 외측에 위치되고, 공정 진행 시에는 용기(100) 내로 이동된다.

상술한 예에서 노즐 이동부재(340)는 분사노즐(320)을 회전이동시키는 구조를 가지는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 노즐 이동부재(340)는 분사노즐(320)을 웨이퍼(W)의 반경 방향으로 직선이동시키는 구조를 가질 수 있다.

처리용 유체 공급부재(300)에 의해 공급되는 유체는 웨이퍼(W) 상에 오염물질을 제거하는 약액, 웨이퍼(W) 상에 잔류하는 약액을 제거하는 린스액, 또는 웨이퍼(W)를 건조하는 건조가스일 수 있다. 약액으로는 불산 등과 같은 화학용액이 사용되고, 린스액으로는 탈이온수 등이 사용되고, 건조가스로는 이소프로필 알코올 증기와 같은 유기용제 또는 질소가스와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.

처리용 유체 공급부재(300)는 각각의 노즐 이동부재(340)에 의해 구동되는 복수의 분사노즐(320)들을 가질 수 있다. 선택적으로 처리용 유체 공급부재(300)는 하나의 분사노즐(320)을 가지고, 분사노즐(320) 내에 처리용 유체가 공급되는 복수의 통로들이 제공될 수 있다.

공정 진행시 분사노즐(320)은 웨이퍼(W)의 중앙 상부에 고정될 수 있다. 선택적으로 공정 진행시 분사노즐(320)은 웨이퍼(W)의 중앙 상부와 웨이퍼(W)의 가장자리 상부 사이를 이동할 수 있다. 일 예에 의하면, 약액 처리 공정이 진행되는 동안 약액을 공급하는 분사노즐은 웨이퍼(W)의 중앙 상부에서 가장자리 상부까지 이동되고, 린스 공정이 진행되는 동안 린스액을 공급하는 분사노즐은 웨이퍼(W)의 중앙 상부에 위치될 수 있으며, 건조 공정을 수행하는 동안 건조가스를 공급하는 분사노즐은 웨이퍼(W)의 중앙 상부에서 웨이퍼(W)의 가장자리 영역까지 이동될 수 있다. 선택적으로 린스 공정시에도 린스액을 공급하는 노즐은 웨이퍼(W)의 중앙 상부에서 가장자리 상부까지 이동될 수 있다.

상술한 예에서는 본 발명의 장치(10)가 약액 처리 공정, 린스 공정, 그리고 건조 공정을 모두 수행하도록 구성된 경우를 설명하였다. 그러나 이와 달리 본 발명의 장치(10)는 상술한 공정들 중 어느 하나의 공정만을 수행하도록 구성될 수 있다.

세정 공정 진행시, 분사노즐(320)로부터 약액을 공급하여 웨이퍼(W)의 표면을 세정하는 경우, 분사노즐(320)로부터 토출된 약액이 웨이퍼(W)에 충돌할 때, 충 돌영역에서 세정 효율이 높다. 따라서 분사노즐(320)의 토출공은 약액이 웨이퍼(W) 내 넓은 면적으로 공급될 수 있도록 형상 지어진 것이 바람직하다. 그러나 일반적인 장치에 사용되는 노즐은 내부에 큰 직경을 가지는 하나의 토출공만이 형성된다. 따라서 웨이퍼(W) 내 넓은 면적으로 약액을 공급하기 위해서는 많은 량의 약액이 사용되며, 이 경우 토출되는 약액의 압력이 높아 약액이 웨이퍼(W)와 충돌시 웨이퍼(W)의 패턴이 손상된다.

본 발명에서 분사노즐(320)은 사용되는 약액의 량을 절감함과 동시에 웨이퍼(W) 상의 넓은 영역으로 약액을 공급할 수 있는 구조를 가진다.

도 2는 도 1의 분사노즐(320)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 선 Ⅰ-Ⅰ′을 따라 절단한 단면도이다. 도 2와 도 3을 참조하면, 분사노즐(320)은 내부에 약액이 흐르는 이동통로(360)를 가진다. 이동통로(360)는 외부의 공급관(도시되지 않음)으로부터 공급된 약액이 분사노즐(320) 내로 유입되는 유입로(362)와 분사노즐(320)로 유입된 약액을 웨이퍼(W)를 향해 토출하는 토출공들(364)을 가진다. 유입로(362)는 비교적 큰 직경으로 형성되며, 복수의 토출공들(364) 각각은 유입로(362)에 비해 매우 작은 직경을 가진다. 일 예에 의하면, 유입로(362)의 직경이 1/4인치(inch) 인 경우, 토출공(364)의 직경은 약 0.5 내지 2 밀리미터(mm) 일 수 있다. 각각의 토출공(364)의 상단은 유입로(362)의 하단으로부터 연장되는 것이 바람직하다.

토출공들(364)은 다양한 형상과 배치로 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 각각의 토출공들(364)은 원형으로 형성될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 분사 노즐의 중앙에 하나의 토출공(364)이 제공되고, 이를 감싸도록 동심을 가지는 복수의 환형의 링 형상의 배치로 복수의 토출공들(364)이 제공될 수 있다. 선택적으로 도 4b에 도시된 바와 같이, 토출공들(364)은 비정형화된 배치로 제공될 수 있다. 다른 예에 의하면, 도 4c에 도시된 바와 같이 중앙에는 하나의 원형의 토출공(364a)이 제공되고, 그 둘레에는 환형의 링 형상의 토출공들(364b)이 제공될 수 있다.

본 발명의 분사노즐(320)은 비교적 적은 직경으로 형성된 복수개의 토출공들(364)을 가진다. 따라서 비교적 적은 량의 약액을 사용하여 웨이퍼(W) 상 넓은 영역으로 약액을 공급할 수 있다. 따라서 웨이퍼(W)에 충돌하는 약액의 압력 및 무게가 비교적 낮으므로 약액과의 충돌로 인해 웨이퍼(W)의 패턴면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 분사노즐(320′)의 다른 예를 보여주는 도 3과 같은 단면도이다. 도 5를 참조하면, 분사노즐(320′) 내에는 상술한 바와 같이 유입로(362)와 토출공들(366)이 형성된다. 도 5를 참조하면, 토출공들의 일부(366b)는 수직축(P)으로부터 하향 경사지게 형성된다. 이는 분스노즐(320′)로부터 분사되는 약액이 웨이퍼(W) 상에 공급되는 영역을 증가시킨다. 일 예에 의하면, 분사노즐(320′)의 중앙에 형성된 토출공(366a)은 아래방향으로 수직하게 형성되고, 분사노즐(320′)의 중앙에서 멀어질수록 토출공들(366b)은 큰 경사각을 가지도록 형성된다. 토출공들의 경사각은 수직축을 기준으로 45도 (°) 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 토출공들(366b)의 경사각이 너무 크면, 약액이 웨이퍼(W) 상에 공급되는 영역 내에서 약액과 충돌이 이루어지지 않은 영역이 존재하거나 충격 압력이 매우 낮아 세정 효율이 저하되는 영역이 존재할 수 있다.

토출공들(366b)의 경사각은 공정 수행시 웨이퍼(W)와 분사노즐(320)의 끝단 사이의 수직 거리 및 토출되는 약액의 유량과 같은 요소에 의해 영향을 받는다. 따라서 토출공들(366b)의 경사각은 상술한 요소들을 고려하여 다양하게 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 예컨대, 토출공들(366)의 경사각은 45도(°) 이하이고, 토출공들(366b)의 직경은 0.5 내지 2밀리미터(mm)이고, 웨이퍼(W)와 분사노즐(320)의 끝단 사이의 거리는 5 내지 30 밀리미터(mm)이고, 분사노즐(320)을 통해 토출되는 약액의 유량은 분당 0.3 내지 2 리터(L/min)로 제공될 수 있다.

상술한 예에서는 약액을 공급하는 분사노즐을 예로 들어 설명하였으나, 이는 린스액을 공급하는 분사노즐 또는 건조가스를 공급하는 분사노즐에도 동일하게 적용된다.

본 발명에 의하면, 비교적 적은 량의 처리용 유체를 사용하여 웨이퍼(W)의 세정 효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 처리용 유체의 압력에 의해 웨이퍼(W)에 형성된 패턴이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 기판 처리 장치에 있어서,

   공정 진행 중 기판의 패턴 면이 상부를 향하도록 기판을 지지하는 지지부재와;

   상기 지지부재에 놓인 기판으로 처리용 유체를 공급하는 분사노즐을 가지는 처리용 유체 공급부재를 포함하되,

   상기 분사노즐에는 처리용 유체를 토출하는 토출공들이 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 기판 처리 장치는 기판을 세정하는 장치이고,

   상기 처리용 유체는 약액, 린스액, 또는 건조가스 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 복수의 토출공들 중 일부는 수직축을 기준으로 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   경사진 상기 토출공들의 경사각은 45도(°) 이내인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 지지부재는 기판을 회전시키는 구조를 가지고,

   상기 처리용 유체 공급부재는 공정 진행 중 상기 분사노즐을 상기 기판의 중심 상부에서 상기 기판의 가장자리 상부로 이동시키는 노즐 이동부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.

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