KR20090012703A - 기판 세정 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20090012703A
KR20090012703A KR1020070076750A KR20070076750A KR20090012703A KR 20090012703 A KR20090012703 A KR 20090012703A KR 1020070076750 A KR1020070076750 A KR 1020070076750A KR 20070076750 A KR20070076750 A KR 20070076750A KR 20090012703 A KR20090012703 A KR 20090012703A
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이복규
강준기
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판 세정 장치는 공정시 기판으로 이소프로필 알코올 액체를 분사하는 알코올노즐과 공정시 상기 알코올노즐을 뒤따라가면서 기판으로 고온의 질소가스를 분사하는 건조노즐을 구비한다. 본 발명은 세정액에 의한 세정공정이 완료된 기판으로 이소프로필 알코올 액체와 고온의 질소가스를 분사하여 기판의 건조 효율을 향상시킨다.
반도체, 기판, 세정, 건조, IPA, 이소프로필 알코올, 질소

Description

기판 세정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매엽식으로 반도체 기판을 세정하는 장치 및 상기 장치의 기판 세정 방법에 관한 것이다.
일반적인 반도체 제조 장치는 증착, 포토리소그래피, 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해 제조된다. 이러한 단위 공정들 중에서 세정 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 반도체 기판 표면에 부착되는 이물질 또는 불필요한 막 등을 제거하는 공정으로, 최근 반도체 기판상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 중요도가 높아지고 있다.
이러한 세정 공정을 수행하는 장치들 중 매엽식 기판 세정 장치는 공정시 낱장의 웨이퍼를 순차적으로 세정한다. 보통 매엽식 기판 세정 장치는 스핀척에 웨이퍼를 안착시켜 일정속도로 회전시킨 후 회전되는 웨이퍼 표면으로 다양한 종류의 약액 및 가스를 분사하여 웨이퍼를 세정한다.
그러나, 이러한 기판 세정 장치는 기판의 세정시 기판 표면에 물반점이 발생 할 수 있다. 이러한 물반점 현상은 기판상에 형성된 패턴이 미세화되면서 린스 공정에 사용된 초순수가 완전히 제거되지 않고 미건조되는 현상 때문에 발생된다. 또는, 세정 공정시 기판 표면에 외부 공기에 노출됨으로써, 웨이퍼 표면에 물반점이 발생할 수 있다. 특히, 이러한 물반점 현상은 약액으로 웨이퍼를 세정한 후 웨이퍼를 건조할 때, 웨이퍼의 건조 효율이 낮기 때문에 발생된다. 따라서, 이러한 물반점의 발생을 방지하기 위해서는 세정공정 후 웨이퍼의 건조 효율을 향상시키는 것이 중요하다.
본 발명은 기판의 세정 효율을 향상시키는 기판 세정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 웨이퍼를 건조시키는 효율을 향상시키는 기판 세정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판의 세정 공정시 기판 표면에 물반점의 발생을 방지하는 기판 세정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판의 세정 공정 시간을 단축하는 기판 세정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 세정 장치는 내부에 기판을 세정하는 공정을 수행하는 공간을 제공하는 용기, 공정시 상기 하우징 내부에서 기판을 지지하는 지지부재, 그리고 공정시 상기 지지부재에 놓여진 기판으로 세정유체를 공급하는 노즐부를 가지는 유체 공급부재를 포함하되, 상기 노즐부는 기판으로 세정액을 분사하는 세정노즐, 기판으로 이소프로필 알코올 액체를 분사하는 알코올노즐, 그리고 공정시 상기 알코올노즐을 뒤따라 가면서 기판으로 질소가스를 분사하는 건조노즐을 포함하고, 상기 유체 공급부재는 상기 질소가스를 가열하는 히터를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 세정 방법은 이소프로필 알코올 액체를 분사하는 알코올노즐과 가열된 질소가스를 분사하는 건조노즐을 구 비하여 기판을 세정하되, 상기 질소가스의 공급은 공정시 상기 건조노즐이 상기 알코올노즐을 뒤따라 이동되도록 하여, 상기 알코올노즐에 의해 분사되는 이소프로필 알코올 액체의 분사영역에 상기 가열된 질소가스가 분사되도록 하여 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기판 세정 방법은 불산 용액을 기판으로 분사하여 기판 표면에 잔류하는 이물질을 제거하는 단계, 초순수를 기판으로 분사하여 기판 표면에 잔류하는 상기 불산 용액을 제거하는 단계, 그리고 상기 이소프로필 알코올 액체와 상기 가열된 질소가스를 동시에 기판으로 분사하여 기판 표면을 건조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가열된 질소가스의 온도는 50℃이상이다.
본 발명에 따른 기판 세정 장치 및 방법은 기판의 건조 효율을 향상시켜 기판 세정 효율을 향상시킨다.
본 발명에 따른 기판 세정 장치 및 방법은 기판의 건조 효율을 향상시켜 기판 세정 공정 시간을 단축하고, 이소프로필 알코올의 사용량을 감소시킨다.
본 발명에 따른 기판 세정 장치 및 방법은 기판의 세정 공정시 기판 표면에 물반점이 발생하는 것을 방지한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다 른 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.
(실시예)
도 1은 본 발명에 따른 기판 세정 장치를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 세정 장치(apparatus for treating substrate)(100)는 용기(vessel)(110), 지지부재(support member)(120), 노즐부(nozzle member)(130), 이동부(transfer member)(140), 유체 공급원(fluid supply source)(150), 그리고 제어부(controller)(160)를 포함한다.
용기(110)는 내부에 반도체 기판(이하, '웨이퍼')을 세정하는 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 용기(110)는 상부가 개방된 컵(cup) 형상을 가진다. 용기(110)의 개방된 상부는 공정시 웨이퍼(W)가 상기 공간으로 반입되기 위한 통로로 이용된다. 용기(110)의 하부에는 공정에 사용된 유체를 용기(110) 외부로 배출시키기 위한 배출라인(discharge line)(112)이 제공된다.
지지부재(120)는 공정 진행시 하우징(110) 내부에서 웨이퍼(W)를 지지 및 회전시킨다. 지지부재(120)로는 스핀척(spin chuck)이 사용된다. 지지부재(120)는 스핀헤드(spin head)(122), 회전축(rotating shaft)(124), 그리고 구동기(driving part)(126)를 포함한다. 스핀헤드(122)는 대체로 원통형상으로 이루어진다. 스핀헤 드(122)는 세정 공정시 웨이퍼(W)를 지지하는 상부면을 가진다. 회전축(124)의 일단은 스핀헤드(122)의 하부 중앙과 결합되고, 타단은 구동기(126)와 결합된다. 구동기(126)는 회전축(124)을 회전시켜, 공정시 스핀헤드(122)에 놓여진 웨이퍼(W)가 기설정된 회전속도로 회전되도록 한다. 또한, 구동기(126)는 웨이퍼(W)의 로딩 및 언로딩시 회전축(124)을 업/다운(up/down)시켜 웨이퍼(W)의 높이가 조절되도록 한다.
노즐부(130)는 세정 공정시 웨이퍼(W)를 세정하기 위한 유체를 공급한다. 노즐부(130)는 노즐몸체(nozzle body)(132) 및 복수의 분사노즐(injection nozzle)들을 포함한다. 노즐몸체(132)는 유체 공급원(160)으로부터 유체를 공급받아 각각의 분사노즐로 이송시킨다. 분사노즐들은 공정시 웨이퍼(W)를 세정하기 위한 유체를 분사한다. 일 실시예로서, 분사노즐들은 세정노즐(cleaning nozzle)(132a), 알코올노즐(alcohol nozzle)(132b), 그리고 건조노즐(dry nozzle)(132c)을 포함한다.
세정노즐(132a), 알코올노즐(132b), 그리고 건조노즐(132c)은 노즐몸체(132)의 하부면에 일렬로 배치된다. 세정노즐(132a)은 공정시 웨이퍼(W)로 세정액을 분사하고, 알코올노즐(132b)은 공정시 웨이퍼(W)로 이소프로필 알코올 액체(이하, '알코올')를 분사한다. 그리고, 건조노즐(132c)은 공정시 고온의 건조가스를 분사한다. 여기서, 세정액로는 불산(HF) 용액이 사용되고, 건조가스는 대략 50℃이상의 온도로 가열되는 질소가스(N₂gas)가 사용된다.
여기서, 건조노즐(132c)은 공정시 알코올노즐(132b)의 뒤를 따라 이동되도록 배치된다. 즉, 웨이퍼(W)의 건조 공정시 알코올노즐(132b)은 이소프로필 알코올 액 체를 웨이퍼(W)로 분사하고, 이와 동시에 건조노즐(132c)은 질소가스를 웨이퍼(W)로 분사한다. 이때, 이소프로필 알코올 액체에 의한 건조가 수행된 웨이퍼(W) 영역이 뒤이어 바로 건조가스에 의한 건조가 수행되도록, 건조노즐(132c)은 알코올노즐(132b)의 이동경로를 뒤따라 이동된다. 이는 이소프로필 알코올 액체에 의한 건조 후 건조가스에 의한 건조를 실시하여, 건조 공정시 이소프로필 알코올에 의한 건조로부터 건조가스에 의한 건조로 교체되는 과정의 시간을 없애 세정 공정 시간을 단축시키고, 유체의 교체 과정시 웨이퍼(W)가 외부 공기에 노출되는 것을 방지하기 위함이다.
이동부(140)는 노즐부(130)를 이동시킨다. 이동부(150)는 이동아암(transfer arm)(142), 지지축(support shaft)(144), 그리고 구동모터(driving motor)(146)를 포함한다. 이동아암(142)은 일단이 노즐부(130)와 연결되고, 타단은 용기(110) 외부 일측에 설치되는 지지축(144)과 연결된다. 이동아암(142)은 노즐부(130)의 직선 및 회전 운동을 위해 구동모터(146)와 연결되는 지지축(144)과 유기적으로 동작된다. 지지축(144)은 일단이 이동 아암(142)과 연결되고, 타단이 구동모터(146)와 연결된다. 지지축(144)은 구동모터(146)에 의해 동작되어 이동아암(142)을 이동시킨다.
유체 공급부재(150)는 세정액 공급원(cleanig liquid supply source)(152), 알코올 공급원(alcohol supply source)(154), 그리고 건조가스 공급원(dry gas supply source)(156)을 포함한다. 세정액 공급원(152)은 세정액을 저장하며, 공정시 세정액 공급라인(152a)을 통해 세정노즐(134a)로 세정액을 공급한다. 동일한 방 식으로 알코올 공급원(154)은 알코올 공급라인(154a)을 통해 알코올노즐(134b)로 이소프로필 알코올 액체를 공급하고, 건조가스 공급원(154)은 건조가스 공급라인(156a)을 통해 건조노즐(134c)로 건조가스를 공급한다.
또한, 유체 공급부재(150)는 웨이퍼(W)의 건조 공정시 노즐부(132)로 고온의 질소가스를 공급한다. 이를 위해, 일 실시예로서, 건조가스 공급라인(156a)에는 히터(156a')가 설치된다. 히터(156a')는 건조가스 공급라인(156a)을 따라 흐르는 질소가스를 가열하여, 노즐부(132)를 통해 웨이퍼(W)로 분사되는 질소가스의 온도가 기설정된 온도를 만족하도록 한다. 여기서, 상기 기설정된 질소가스의 온도는 대략 50℃이상인 것이 바람직하다. 50℃ 이상의 온도로 가열된 질소가스는 상온의 질소가스에 비해 웨이퍼(W)의 건조 효율이 크므로, 장치(100)의 건조 공정 효율을 향상시킨다.
제어부(160)는 지지부재(120)의 구동기(126) 및 이동부(140)의 구동모터(146)와 전기적으로 연결된다. 그리하여, 제어부(160)는 기판의 세정 공정시, 지지부재(120)의 회전 및 상하 운동을 제어하고, 이동부(140)를 동작하여 노즐부(130)의 동작을 제어한다.
이하, 상술한 기판 세정 장치(100)의 공정 과정을 상세히 설명한다. 도면 2는 본 발명에 따른 기판 세정 장치의 공정 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 기판 세정 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
세정 공정이 개시되면, 로봇암(미도시됨)은 지지부재(120)에 웨이퍼(W)를 로딩한다(S110). 즉, 제어부(160)는 구동기(126)를 제어하여, 스핀헤드(122)의 상부면이 하우징(110)의 개방된 상부를 통해 하우징(110) 외부로 노출되도록 스핀헤드(122)를 상승시킨다. 스핀헤드(122)에 웨이퍼(W)가 놓여지면, 구동기(126)는 스핀헤드(122)를 하강시켜, 웨이퍼(W)가 하우징(110) 내 공간에 위치되도록 한다.
웨이퍼(W)가 로딩되면, 웨이퍼(W)로 세정액을 분사하여 웨이퍼(W)를 세정한다(S120). 즉, 도 3a를 참조하면, 제어부(160)는 스핀헤드(122)에 놓여진 웨이퍼(W)를 기설정된 회전속도로 회전되도록 구동기(126)를 제어한다. 웨이퍼(W)가 기설정된 회전속도로 회전되면, 유체 공급부재(130)의 노즐부(132)는 세정액 공급원(152)으로부터 불산 용액을 공급받아, 세정노즐(132a)을 통해 웨이퍼(W) 표면으로 불산 용액을 분사한다. 웨이퍼(W) 표면으로 분사되는 불산 용액은 웨이퍼(W) 표면에 잔류하는 이물질을 제거한 후 하우징(110) 내부에 수용된다. 하우징(110) 내부에 수용된 불산 용액은 배출라인(112)을 통해 하우징(110) 외부로 배출된다.
불산 용액에 의한 웨이퍼(W) 세정이 완료되면, 웨이퍼(W)로 초순수를 분사하여 웨이퍼(W)를 린스한다(S130). 즉, 유체 공급부재(130)의 노즐부(132)는 세정액 공급원(152)으로부터 초순수를 공급받아, 세정노즐(132a)을 통해 웨이퍼(W) 표면으로 초순수를 분사한다. 웨이퍼(W) 표면으로 분사되는 초순수는 웨이퍼(W) 표면에 잔류하는 불산 용액을 제거한 후 배출라인(112)을 통해 하우징(110) 외부로 배출된다.
세정액에 의한 웨이퍼(W) 세정이 완료되면, 웨이퍼(W)로 이소프로필 알코올 액체 및 질소가스를 분사하여 웨이퍼(W)를 건조한다(S140). 즉, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 유체 공급부재(130)의 노즐부(132)는 알코올 공급원(154)으로부터 이소프로필 알코올 액체를 공급받아, 알코올노즐(132b)을 통해 웨이퍼(W) 표면으로 이소프로필 알코올 액체를을 분사한다. 이와 동시에 노즐부(132)는 건조가스 공급원(156)으로부터 질소가스를 공급받아, 건조노즐(132c)을 통해 웨이퍼(W) 표면으로 질소가스를 분사한다. 이때, 건조노즐(132c)은 알코올노즐(132b)을 뒤따라가면서 분사되는 질소가스가 이소프로필 알코올 액체에 의한 건조되는 영역을 향해 분사되도록 한다. 웨이퍼(W) 표면으로 분사되는 이소프로필 알코올 액체는 웨이퍼(W) 표면을 마란고니 효과에 의한 건조를 수행하고, 건조가스는 마란고니 건조가 수행된 웨이퍼(W) 표면을 다시 건조시킨다. 마랑고니 건조는 물과 알코올이 갖는 서로 다른 밀도 및 표면 장력을 이용해서 기판 표면을 건조하는 것으로, 기판 표면에 잔류하는 처리액을 효과적으로 제거시키고, 기판 표면에 물반점(water mark)과 같은 재오염물이 발생하지 않도록 기판을 건조시킨다.
웨이퍼(W)의 건조가 완료되면, 웨이퍼(W)의 언로딩이 수행된다(S150). 즉, 유체 공급부재(130)의 건조 유체 공급과 지지부재(120)의 회전은 중단되고, 제어부(160)는 구동기(126)를 구동시켜 스핀헤드(122)에 놓여진 웨이퍼(W)가 하우징(110)의 개방된 상부를 통해 하우징(110) 외부로 반출되도록 한다. 그리고, 로봇암(미도시됨)은 스핀헤드(122)로부터 웨이퍼(W)를 언로딩한 후 후속 공정이 수행되는 설비로 이송한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 세정 장치 및 방법은 세정 공정시 세정액에 의한 세정이 완료된 웨이퍼(W)를 이소프로필 알코올 액체와 고온의 질소가스를 동시에 분사함으로써, 웨이퍼(W)의 건조 효율을 향상시킨다. 이때, 건조노즐(134c)이 알코올노즐(134b)을 뒤따라가면서 이소프로필 알코올 액체에 의해 건조된 웨이퍼(W) 영역에 바로 건조가스가 분사되도록 하여, 웨이퍼(W)의 건조 효율을 더욱 향상시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 기판 세정 장치 및 방법은 웨이퍼(W)의 건조 효율을 향상시켜, 웨이퍼(W) 표면에 물반점이 발생하는 것을 방지한다.
또한, 본 발명에 따른 기판 세정 장치 및 방법은 대략 50℃이상의 온도로 가열되는 건조가스가 이소프로필 알코올 액체에 의해 처리되는 웨이퍼(W) 영역을 바로 건조하도록 함으로써, 웨이퍼(W)의 건조 효율을 향상시킨다. 특히, 본 발명은 이소프로필 알코올 액체에 의해 웨이퍼(W)를 건조하는 경우에 있어서, 이소프로필 알코올 액체에 의한 건조와 고온의 질소가스에 의한 건조를 연속적으로 수행함으로 인해, 적은 양의 이소프로필 알코올 액체의 공급만으로도 건조 공정을 완료할 수 있어, 이소프로필 알코올 액체의 사용량을 절감하고, 세정 공정 시간을 단축한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구 현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 세정 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 세정 장치의 공정 과정을 보여주는 순서도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 기판 세정 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

Claims (3)

  1. 기판을 세정하는 방법에 있어서,
    내부에 기판을 세정하는 공정을 수행하는 공간을 제공하는 용기와,
    공정시 상기 하우징 내부에서 기판을 지지하는 지지부재와,
    공정시 상기 지지부재에 놓여진 기판으로 세정유체를 공급하는 노즐부를 가지는 유체 공급부재를 포함하되,
    상기 노즐부는,
    기판으로 세정액을 분사하는 세정노즐과,
    기판으로 이소프로필 알코올 액체를 분사하는 알코올노즐, 그리고
    공정시 상기 알코올노즐을 뒤따라 가면서 기판으로 질소가스를 분사하는 건조노즐을 포함하고,
    상기 유체 공급부재는,
    상기 질소가스를 가열하는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  2. 이소프로필 알코올 액체를 분사하는 알코올노즐과 가열된 질소가스를 분사하는 건조노즐을 구비하여 기판을 세정하되,
    상기 질소가스의 공급은,
    공정시 상기 건조노즐이 상기 알코올노즐을 뒤따라 이동되도록 하여, 상기 알코올노즐에 의해 분사되는 이소프로필 알코올 액체의 분사영역에 상기 가열된 질소가스가 분사되도록 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 세정 방법은,
    불산 용액을 기판으로 분사하여 기판 표면에 잔류하는 이물질을 제거하는 단계와,
    초순수를 기판으로 분사하여 기판 표면에 잔류하는 상기 불산 용액을 제거하는 단계와,
    상기 이소프로필 알코올 액체와 상기 가열된 질소가스를 동시에 기판으로 분사하여 기판 표면을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 기판 세정 방법.
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