KR20090041154A - 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법 - Google Patents

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KR20090041154A
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Abstract

본 발명은 기판을 세정하는 장치를 제공한다. 상기 기판 세정 장치는 기판을 지지하는 스핀 헤드, 연마 방식으로 스핀 헤드에 놓인 기판을 세정하는 제 1 세정 유닛, 그리고 처리액을 분사하여 스핀 헤드에 놓인 기판을 세정하는 제 2 세정 유닛을 포함한다. 본 발명에 의하면, 연마 패드와 기판을 접촉하여 연마에 의해 기판을 일차적으로 세정하고, 처리액을 기판 상으로 공급하여 처리액에 의해 기판을 이차적으로 세정한다.
스핀 헤드는 기판을 진공 흡착하는 진공 흡착 부재와 회전시 기판이 측 방향으로 이동되지 않도록 기판의 측부를 지지하는 척 핀들을 가진다. 본 발명에 의하면, 연마에 의한 세정시에는 기판은 진공 흡착 부재에 의해 지지되고, 세정액에 의한 세정시에는 기판은 척 핀들에 의해 지지된다.
Figure P1020070106720
연마 세정, 처리액 세정, 기판, 게이트 패턴

Description

기판 세정 장치 및 기판 세정 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING A SUBSTRATE}
본 발명은 집적 회로를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 기판을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는 증착 공정, 사진 공정, 그리고 식각 공정 등과 같이 다양한 공정들이 요구되며, 각각의 공정을 수행한 이후에 기판 상에 잔류하는 불필요한 박막, 이물질, 그리고 파티클 등을 제거하는 세정 공정이 수행된다.
일반적으로 세정 공정은 기판으로 불산, 황산, 그리고 질산 등과 같은 약액(chemical)을 공급하여 이물질 등을 제거하는 약액 공정, 기판으로 탈이온수(deionize water)와 같은 세척액을 공급하여 기판 상에 잔류하는 약액을 제거하는 세척 공정, 그리고 기판 상에 잔류하는 세척액을 제거하는 건조 공정으로 이루어진다.
그러나 약액을 사용하여 기판을 처리할 때, 파티클(26)이 형성된 박막 상에 계속적으로 증착이 이루어짐으로써 박막에 돌기 형상으로 형성된 결함(28)이나 기 판에 강한 힘으로 고착된 이물질(27)은 제거되지 않는다. 특히, 게이트 패턴은 많은 수의 박막들을 순차적으로 증착함으로써 이루어지므로, 박막에 돌기 형상으로 형성된 결함이 빈번하고 크게 나타난다. 도 1은 게이트 패턴 형성시 상술한 돌기(28) 형상으로 형성된 결함을 보여준다.
본 발명은 기판 세정 효율을 향상시킬 수 있는 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 파티클이 형성된 박막 상에 계속적으로 증착이 이루어짐으로써 박막에 돌기 형상으로 형성된 결함이나 기판에 강한 힘으로 고착된 이물질 등을 제거할 수 있는 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 세정하는 장치를 제공한다. 상기 기판 세정 장치는 기판을 지지하는 스핀 헤드, 연마 방식으로 상기 스핀 헤드에 놓인 기판을 세정하는 제 1 세정 유닛, 그리고 처리액을 분사하여 상기 스핀 헤드에 놓인 기판을 세정하는 제 2 세정 유닛을 포함한다. 상기 제 1 세정 유닛은 지지 바와 상기 지지 바의 둘레를 감싸도록 상기 지지 바에 결합되는 연마 패드를 포함한다. 상기 제 1 세정 유닛에는 공정 진행시 상기 지지 바를 그 축을 중심으로 회전시키는 회전 부재가 더 제공될 수 있다. 상기 제 1 세정 유닛에는 상기 연마 패드가 상기 스핀 헤드 상에 놓인 기판의 상면과 접촉하는 접촉 위치와 상기 연마 패드가 상기 스핀 헤드 상에 놓인 기판의 상면과 비접촉하는 대기 위치 간에 위치 전환 가능하도록 상기 지지 바를 이동시키는 바 이동 부재가 더 제공될 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 스핀 헤드는 회전 가능한 몸체와 회전시 상기 기판이 상기 몸체로부터 측 방향으로 이탈되지 않도록 상기 기판을 고정하는 지지 유닛을 포함하며, 상기 지지 유닛은 기판을 상기 몸체 상에 진공 흡착하는 진공 흡착 부재와 회전시 기판이 측방향으로 이동되지 않도록 기판의 측부를 지지하는 척 핀들을 포함한다. 또한, 상기 지지 유닛에는 상기 척 핀과 상기 진공 흡착 부재 간에 상대 높이가 변화되도록 상기 척 핀 또는 상기 진공 흡착 부재를 상하 방향으로 이동시키는 승강 부재를 더 제공될 수 있다.
다른 예에 의하면, 상기 스핀 헤드는 회전 가능한 몸체와 기판이 상기 몸체에 놓일 수 있도록 상기 기판보다 넓은 공간을 제공하는 열림 위치와 상기 몸체에 놓인 기판의 측부와 접촉되는 닫힘 위치 간에 위치 전환 가능하며, 회전시 상기 기판을 지지하는 척 핀들을 포함하고, 상기 지지 바의 중심 축으로부터 상기 연마 패드의 외주면까지의 거리는 상기 지지 바가 상기 척 핀보다 높게 위치될 때 상기 연마 패드의 외주면이 상기 기판에 접촉될 수 있도록 제공된다.
또한, 본 발명은 기판을 세정하는 방법을 제공한다. 상기 기판 세정 방법에 의하면, 연마 패드와 기판을 접촉하여 연마에 의해 기판을 일차적으로 세정하고, 처리액을 상기 기판 상으로 공급하여 상기 처리액에 의해 상기 기판을 이차적으로 세정한다. 상기 연마에 의한 세정과 상기 처리액에 의한 세정은 상기 기판이 하나의 스핀 헤드에 장착된 상태에서 이루어질 수 있다.
상기 연마에 의한 세정이 이루어지는 동안 기판의 회전 속도는 상기 처리액에 의한 세정이 이루어지는 동안 기판의 회전 속도보다 느리게 제공될 수 있다. 상 기 연마 패드에 의한 세정이 이루어지는 동안 상기 기판은 진공 흡착 부재에 의해 상기 스핀 헤드에 고정되고, 상기 처리액에 의한 세정이 이루어지는 동안 상기 기판은 그 측부를 지지하는 척 핀들에 의해 상기 스핀 헤드에 고정될 수 있다. 상기 연마 패드에 의한 세정이 이루어지는 동안에는 상기 진공 흡착 부재가 상기 척 핀들보다 높은 위치에 배치되고, 상기 처리액에 의한 세정이 이루어지는 동안에는 상기 척 핀들이 상기 진공 흡착 부재보다 높은 위치에 배치될 수 있다.
상기 연마 패드에 의한 세정은 지지 바의 둘레를 감싸도록 연마 패드를 제공하고, 상기 연마 패드가 상기 스핀 헤드에 의해 지지되는 기판과 접촉되도록 상기 지지 바를 위치시키고, 상기 스핀 헤드와 상기 지지 바를 각각의 축을 중심으로 회전시키면서 이루어질 수 있다.
상기 기판은 파티클이 형성된 박막 상에 계속적으로 증착이 이루어짐으로써 박막에 돌기 형상으로 형성된 결함을 상부막에 포함하고, 상기 돌기 형상으로 형성된 결함은 상기 연마에 의한 세정에 의해서 제거될 수 있다. 상기 연마에 의한 세정은 화학적 기계적 연마에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면 기판 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 세정 공정시 파티클이 형성된 박막 상에 계속적으로 증착이 이루어짐으로써 박막에 돌기 형상으로 형성된 결함이나 기판에 강한 힘으로 고착된 이물질 등을 제거할 수 있으므로 세정 효율이 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면, 상술한 이물질이나 결함 등의 제거가 하나의 장치 에서 연속적으로 수행되므로 세정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 11b를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 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.
아래의 실시예에서는 웨이퍼(W)로서 반도체 소자 제조에 사용되는 웨이퍼를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명에서 웨이퍼(W)는 이에 한정되지 않으며, 평판 표시 패널 제조를 위해 사용되는 유리 웨이퍼(W) 등과 같이 다양한 종류일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치(10)를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2의 기판 세정 장치(10)의 종단면도이다. 도 2와 도 3을 참조하면, 기판 세정 장치(10)는 용기(vessel)(100), 스핀 헤드(spin head)(200), 제 1 세정 유닛(first cleaning unit)(400), 그리고 제 2 세정 유닛(second cleaning unit)(500)을 가진다. 용기(100)는 세정 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 스핀 헤드(200)는 용기(100) 내에 배치되며, 공정 진행시 웨이퍼(W)를 지지한다. 제 1 세정 유닛(400)과 제 2 세정 유닛(500)은 웨이퍼(W) 상의 결함이나 파티클 등을 제거한다. 제 1 세정 유닛(400)은 웨이퍼(W)를 연마함으로써 웨 이퍼(W)를 세정하고, 제 2 세정 유닛(500)은 웨이퍼(W)로 처리액을 공급하여 웨이퍼(W)를 세정한다. 이하, 본 발명의 구성요소 각각에 대해 상세히 설명한다.
용기(100)는 내부에 상부가 개방된 공간(102)을 가진다. 용기(100)는 공정 진행시 공정에 사용된 처리액 등이 외부로 튀는 것을 방지한다. 용기(100)의 바닥면에는 공정에 사용된 처리액을 외부로 배출하는 배출관(122)이 연결되고, 배출관(122)에는 내부 통로를 개폐하는 밸브(122a)가 설치된다. 용기(100)의 측벽 상단에는 슬릿 형성의 홈(140)이 형성된다.
스핀 헤드(200)는 공정 진행시 웨이퍼(W)를 지지한다. 스핀 헤드(200)는 몸체(220)와 지지 유닛(300)을 가진다. 몸체(220)의 저면에는 모터(384)와 같은 구동기에 의해 회전되는 회전축(382)이 고정 결합된다. 회전축(382)은 몸체(220)의 저면으로부터 용기(100)의 외부까지 아래 방향으로 연장된다. 지지 유닛(300)은 몸체(220) 상에 놓인 웨이퍼(W)를 지지한다. 지지 유닛(300)은 척킹 부재(320), 진공 흡착 부재(340), 그리고 승강 부재(360)를 가진다. 웨이퍼(W)는 진공 흡착 부재(340)와 척킹 부재(320) 중 어느 하나에 의해 몸체(220)에 지지된다.
척킹 부재(320)는 몸체(220)에 놓인 웨이퍼(W)의 측부와 접촉됨으로써 몸체(220)가 회전되는 동안 웨이퍼(W)가 측 방향으로 이동되는 것을 방지한다. 척킹 부재(320)는 비교적 웨이퍼(W)가 고속으로 회전될 때 웨이퍼(W)를 지지하도록 사용된다. 척킹 부재(320)는 척 핀들(322)과 척 핀 구동기(도시되지 않음)를 가진다. 척 핀들(322)은 몸체(220)로부터 상부로 돌출되도록 몸체(220)에 설치된다. 각각의 척 핀(322)은 지지 로드(322a)와 접촉 핀(322b)을 가진다. 지지 로드(322a)는 원통 형상을 가지며, 그 길이 방향이 몸체(220)의 상면에 수직하도록 배치된다. 접촉 핀(322b)은 지지 로드(322a)의 상단으로부터 위 방향으로 돌출된다. 접촉 핀(322b)의 지름은 지지 로드(322a)의 지름보다 작게 제공되고, 접촉 핀(322b)은 그 중심이 지지 로드(322a)의 중심에 대해 편심되도록 위치된다.
척 핀 구동기는 척 핀들(322)을 열림 위치와 닫힘 위치로 전환 시킨다. 열림 위치는 접촉 핀(322b)들 사이에 제공된 공간이 웨이퍼(W)의 직경보다 넓게 되도록 척 핀들(322)이 놓이는 위치이다. 닫힘 위치는 접촉 핀(322b)들이 그들 사이에 놓인 웨이퍼의 측부와 접촉되도록 척 핀들(322)이 놓이는 위치이다. 척 핀들(322)은 몸체(220)에 웨이퍼(W)가 놓일 때와 몸체(220)로부터 웨이퍼(W)가 들어 올려질 때에 열림 위치에 놓이고, 웨이퍼(W)가 몸체(220)에 놓인 상태에서 회전하면서 공정이 수행될 때에 닫힘 위치에 놓인다. 일 예에 의하면, 척 핀 구동기는 각각의 지지 로드(322a)를 회전시킴으로써 척 핀들(322)을 열림 위치와 닫힘 위치 간에 전환 시킨다. 일 예에 의하면, 각각의 척 핀(322)은 둘레에 종동 기어(도시되지 않음)가 연결된 회전축(도시되지 않음)과 결합되고, 복수의 종동 기어들은 회전되는 하나의 구동 기어(도시되지 않음)에 맞물릴 수 있다. 선택적으로 척 핀들(322)은 상술한 예와 상이한 형상으로 제공될 수 있으며, 척 핀 구동기는 척 핀들(322)을 몸체(220)의 반경 방향으로 직선 이동시킴으로써 척 핀들(322)을 열림 위치와 닫힘 위치 간에 위치 전환시킬 수 있다.
몸체(220)는 웨이퍼(W)가 척 핀들(322)에 의해 측 방향으로 지지되는 동안 웨이퍼(W)의 후면을 지지하는 지지 핀들(222)을 가진다. 각각의 지지 핀(222)은 몸 체(220)의 상면에 위 방향으로 돌출되어 웨이퍼(W)의 후면 가장자리를 지지할 수 있도록 위치된다. 각각의 지지 핀(222)은 상부 영역과 하부 영역을 가진다. 상부 영역은 대체로 원뿔 형상을 가지고, 상단은 웨이퍼(W)의 후면과 접촉된다. 하부 영역은 대체로 원통 형상을 가지며, 하단은 몸체(220)에 고정 설치된다.
진공 흡착 부재(340)는 진공에 의한 방식으로 웨이퍼(W)를 몸체(220)에 흡착 고정한다. 진공 흡착 부재(340)는 비교적 웨이퍼(W)가 저속으로 회전될 때 웨이퍼(W)를 지지하기 위해 사용된다. 진공 흡착 부재(340)는 진공 플레이트(342), 진공 라인(도시되지 않음), 그리고 진공 펌프(도시되지 않음)를 가진다. 진공 플레이트(342)는 몸체(220)의 상면에 제공된다. 진공 플레이트(342)는 지지 핀들(222)보다 안쪽 위치에 배치된다. 진공 플레이트(342)는 상부에서 바라볼 때 원형의 형상을 가질 수 있다. 진공 플레이트(342)에는 진공 홀(도 6의 342a)이 형성된다. 진공 홀(342a)은 하나 또는 복수 개가 형성될 수 있다. 일 예에 의하면, 진공 홀(342a)은 진공 플레이트(342)의 중심에 하나가 제공된다. 선택적으로 진공 홀(342a)은 진공 플레이트(342)에 환형의 링을 이루도록 복수 개가 배치될 수 있다. 진공 라인은 진공 홀(342a)과 연결되며, 진공 라인에는 진공 펌프가 설치된다.
진공 플레이트(342)의 형상은 다양하게 제공될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이 진공 플레이트(342′)는 대체로 원형의 내측 영역(342b)과 이로부터 바깥쪽으로 로드 형상으로 연장된 외측 영역들(342c)을 가질 수 있다. 외측 영역(342c)은 내측 영역(342b)의 둘레에 균일한 간격으로 배치되며, 약 여섯 개가 제공될 수 있다. 이와 달리 외측 영역(342c)의 수는 다양하게 변화될 수 있다. 척 핀 들(322)과 지지 핀들(222)은 인접하는 외측 영역들(342c)의 사이에서 몸체(220) 상에 배치될 수 있다. 진공 홀(342a)은 진공 플레이트(342)의 각각의 외측 영역(342c)에 제공될 수 있다. 추가적으로 진공 홀(342a)은 진공 플레이트(342)의 중앙 영역(342b)에 제공될 수 있다.
승강 부재(360)는 진공 흡착 부재(340)와 척킹 부재(320) 간에 상대 높이를 변경한다. 웨이퍼(W)가 척킹 부재(320)에 의해 지지 될 때에는, 척킹 부재(320)가 진공 흡착 부재(340)보다 높게 위치된다. 웨이퍼(W)가 진공 흡착 부재(340)에 의해 지지 될 때에는 진공 흡착 부재(340)가 척킹 부재(320)보다 높게 위치된다. 일 예에 의하면, 승강 부재(360)는 진공 흡착 부재(340)를 상하 방향으로 이동시킨다. 승강 부재(360)는 몸체(220)와 함께 회전가능하도록 몸체(220) 내에 설치된다. 승강 부재(360)는 승강 축(362)과 수직 구동기(364)를 가진다. 승강 축(362)은 진공 플레이트(342)의 하단으로부터 아래 방향으로 연장되도록 제공되고, 승강 축(362)에는 수직 구동기(364)가 연결된다. 수직 구동기(364)로는 유공압 실린더 또는 모터가 사용될 수 있다. 상술한 바와 달리, 승강 부재(360)는 척 핀들(322)과 지지 핀들(222)을 상하 방향으로 이동시키는 구조로 제공될 수 있다.
제 1 세정 유닛(400)은 연마 방식으로 웨이퍼(W)를 세정한다. 일 예에 의하면 제 1 세정 유닛(400)은 화학적 기계적 연마에 의해 웨이퍼(W)를 세정하는 구조를 가진다. 제 1 세정 유닛(400)은 지지 바(420), 연마 패드(440), 회전 부재(460), 그리고 바 이동 부재(480)를 가진다. 지지 바(420)는 일방향으로 긴 로드 형상을 가진다. 지지 바(420)는 웨이퍼(W)의 반경보다 긴 길이를 가진다. 지지 바(420)는 그 길이 방향에 수직한 방향으로 절단시 원형의 단면을 가진다. 연마 패드(440)는 지지 바(420)의 외측을 감싸도록 제공되며, 지지 바(420)에 고정 결합된다. 연마 패드(440)는 지지 바(420)의 끝단까지 감싸도록 제공된다. 연마 패드(440)는 중앙에 지지 바(420)가 삽입되는 홀이 형성된 롤러 형상을 가질 수 있다. 연마 패드(440)는 대체로 웨이퍼(W)의 반경과 동일하거나, 이보다 긴 길이를 가진다. 연마 패드(440)는 연마재를 포함하는 재질로 제조된다. 연마재에 의해 웨이퍼(W)는 화학적으로 연마되고, 연마 패드(440)와의 접촉에 의한 마찰에 의해 웨이퍼(W)는 기계적으로 연마된다. 연마재는 웨이퍼(W) 표면의 박막의 종류에 따라 다양하게 제공된다. 그러나 이와 달리, 연마재는 연마 패드(440)에 함유되지 않고, 별도의 노즐(520)을 통해 웨이퍼(W) 상으로 공급될 수 있다.
회전 부재(460)는 지지 바(420)를 그 길이 방향의 축을 중심으로 회전한다. 이는 연마 패드(440)가 웨이퍼(W)과 접촉될 때 연마 패드(440)의 전체 영역이 순차적으로 웨이퍼(W)과 접촉되도록 한다. 회전 부재(460)는 지지 바(420)의 일단과 연결된 회전축을 가지는 모터가 사용된다.
바 이동 부재(480)는 연마 패드(440)를 접촉 위치와 대기 위치 간에 위치 전환하도록 지지 바(420)를 이동시킨다. 접촉 위치는 연마 패드(440)가 스핀 헤드(200) 상에 놓인 웨이퍼(W)의 상면과 접촉되는 위치이고, 대기 위치는 연마 패드(440)가 스핀 헤드(200) 상에 놓인 웨이퍼(W)의 상면과 비접촉 되는 위치이다. 연마 패드(440)는 웨이퍼(W)의 상면과 나란하게 웨이퍼(W)의 상부에 위치된다. 대기 위치에서 연마 패드(440)는 웨이퍼(W)의 상부에서 벗어나도록 위치된다. 본 실 시예에 의하면, 바 이동 부재(480)는 지지 바(420)를 회전시킴으로써 지지 바(420)가 접촉 위치와 대기 위치로 이동되도록 한다. 대기 위치에서 지지 바(420)는 그 길이 방향으로 상하방향으로 배치되며, 용기(100)의 외부에 위치된다. 바 이동 부재(480)는 브라켓(482)과 모터를 가진다. 브라켓(482)은 회전 부재(460)에 고정 결합된다. 또한, 브라켓(482)은 모터(484)와 연결된 회전 축(486)에 고정 결합된다.
선택적으로, 용기(100)의 측벽에는 홀이 형성되고, 바 이동 부재(480)는 용기(100)의 홀을 통해 지지 바(420)를 수평 방향으로 직선 이동시킴으로써 연마 패드(440)를 접촉 위치와 대기 위치 간에 이동시킬 수 있다.
선택적으로, 바 이동 부재(480)는 지지 바(420)를 상항 방향으로 직선 이동시키는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 대기 위치는 웨이퍼(W)의 이동 및 공정 진행시 제 2 세정 유닛(500)의 위치와 간섭되지 않도록 웨이퍼(W)로부터 충분히 높이 상부로 이격되는 위치가 된다.
제 2 세정 유닛(500)은 웨이퍼(W) 상으로 처리액을 분사하는 방식으로 웨이퍼(W)를 세정한다. 제 2 세정 유닛(500)은 처리액 공급 부재와 건조 가스 공급 부재(도시되지 않음)를 가진다. 처리액 공급 부재는 약액 공급 부재(520a)와 린스액 공급 부재(도시되지 않음)를 가진다. 약액 공급 부재(520a)는 불산, 황산, 질산, 또는 수산화 암모늄 등과 같은 화학 용액을 포함하는 약액을 웨이퍼(W)로 공급하여 웨이퍼(W)로부터 이물질 등을 제거한다. 린스액 공급 부재는 탈이온수와 같은 린스액을 웨이퍼(W)로 공급하여 웨이퍼(W) 상에 잔류하는 이물질이나 약액을 웨이퍼(W)로부터 제거한다. 건조 가스 공급 부재는 이소프로필 알코올과 같은 알코올 또는 가열된 질소가스와 같은 불활성 가스를 웨이퍼(W)로 공급하여, 웨이퍼(W) 상에 잔류하는 린스액을 제거한다.
약액 공급 부재(520a)는 노즐(520), 지지 로드(540), 그리고 수직 로드(560)를 가진다. 수직 로드(560)는 용기(100)의 외측에 상하 방향으로 수직하게 위치된다. 수직 로드(560)에는 수직 로드(560)를 회전시키고 수직 로드(560)를 상하로 이동시키는 구동기(580)가 결합된다. 수직 로드(560)의 상단에는 수직 로드(560)로부터 수평 방향으로 배치되는 지지 로드(540)가 고정 결합되고, 지지 로드(540)의 끝단에는 아래 방향으로 돌출되는 노즐(520)이 고정 결합된다. 노즐(520)에는 약액을 토출하는 토출구가 제공된다. 약액을 사용하여 공정 진행시, 약액 공급 부재(520a)의 노즐(520)은 웨이퍼(W)의 중심을 향해 약액을 공급하도록 용기(100) 내 또는 용기(100)의 상부에 위치되고, 그 이외에는 노즐(520)이 용기(100)의 외부에서 대기한다. 린스액 공급 부재와 건조 가스 공급 부재는 약액 공급 부재(520a)와 대체로 유사한 구성을 가진다.
도 5 내지 도 8은 웨이퍼(W)가 제 1 세정 유닛(400) 및 제 2 세정 유닛(500)에 의해 세정되는 상태들을 보여준다. 도 5와 도 6은 각각 제 1 세정 유닛(400)에 의해 세정시 기판 세정 장치(10)의 종단면도와 정면도이고, 도 7과 도 8은 각각 제 2 세정 유닛(500)에 의해 세정시 기판 세정 장치(10)의 종단면도와 정면도이다. 도 5와 도 6을 참조하면, 제 1 세정 유닛(400)에 의해 세정이 이루어지는 동안, 연마 패드(440)는 웨이퍼(W)의 표면과 평행하게 그리고 웨이퍼(W)의 표면과 접촉되도록 배치된다. 척 핀(322)에 의해 웨이퍼(W)가 지지 되면 스핀 헤드(200)의 회전시 척 핀(322)과 지지 바(420)가 서로 간섭될 수 있다. 따라서 제 1 세정 유닛(400)에 의해 세정이 이루어지는 동안 웨이퍼(W)는 진공 흡착 부재(540)에 의해 스핀 헤드(200)에 고정된다. 승강 부재(360)는 진공 플레이트(342)가 척 핀들(322)보다 높게 위치되도록 진공 플레이트(342)를 상승시키고, 진공 펌프를 구동하여 웨이퍼(W)를 진공 플레이트(342)에 진공 흡착한다. 지지 바(420)는 대기 위치에서 접촉 위치로 이동되고, 연마 패드(440)는 웨이퍼(W)의 표면과 접촉된다. 웨이퍼(W)는 그 중심축을 기준으로 회전되고, 연마 패드(440)는 지지 바(420)의 중심 축을 기준으로 회전된다. 제 1 세정 유닛(400)에 의한 세정은 기설정 시간 동안 이루어질 수 있다.
도 7과 도 8을 참조하면, 제 2 세정 유닛(500)에 의해 세정이 이루어지는 동안, 노즐(520)은 웨이퍼(W)의 중심을 향하는 방향으로 처리액을 공급하도록 위치된다. 처리액을 공급되는 동안 웨이퍼(W)는 회전되고, 원심력에 의해 처리액은 웨이퍼(W)의 중심에서 가장자리를 향하는 방향으로 퍼진다. 웨이퍼(W)의 전체 면에 균일하게 처리액이 퍼지도록 하기 위해, 웨이퍼(W)는 고속으로 회전되어야 한다. 진공에 의해 웨이퍼(W)가 스핀 헤드(200)에 고정되면, 고속으로 회전시 웨이퍼(W)가 측 방향으로 이동될 수 있다. 따라서 제 2 세정 유닛(500)에 의해 세정이 이루어지는 동안 웨이퍼(W)의 측면은 척 핀들(322)에 의해 지지된다.
진공 플레이트(342)에 의해 웨이퍼(W)가 지지되는 동안 웨이퍼(W)의 회전 속도는 척 핀들(322)에 의해 웨이퍼(W)가 지지되는 동안 웨이퍼(W)의 회전 속도보다 느리다.
다음에는 상술한 장치(10)를 사용하여 공정이 수행되는 과정을 설명한다. 처음에 진공 플레이트(342)가 척 핀들(322)보다 낮게 위치된다. 척 핀들(322)은 열림 위치에 위치된다. 제 1 세정 유닛(400)과 제 2 세정 유닛(500)은 용기(100)의 외측에 위치된다. 웨이퍼(W)가 외부의 이송 로봇에 의해 웨이퍼(W)의 상부로 이송되고, 지지 핀들(222) 상에 놓인다. 척 핀들(322)이 닫힘 위치로 회전되어 웨이퍼(W)가 정렬된다.
먼저, 제 1 세정 유닛(400)을 사용하여 연마 방식으로 웨이퍼(W)를 일차적으로 세정한다. 제 1 세정 유닛(400)은 웨이퍼(W)의 표면으로부터 상부로 돌출된 부분만을 제거할 수 있다. 웨이퍼(W)의 표면으로부터 상부로 돌출된 부분은 웨이퍼(W)의 표면에 고착된 이물질이나 파티클이 형성된 박막 상에 계속적으로 증착이 이루어짐으로써 박막에 돌기(44) 형상으로 형성된 결함이다. 이와 달리, 제 1 세정 유닛(400)은 웨이퍼(W)의 표면을 약 10 내지 1000 옴스트롱(Å) 두께로 연마할 수 있다.
제 1 세정 유닛(400)에 의해 세정이 이루어지기 전에, 척 핀들은 열림 위치로 이동되고 진공 플레이트(342)가 승강하여 웨이퍼(W)를 진공 흡착하고, 지지 바(420)는 대기 위치에서 접촉 위치로 이동된다. 웨이퍼(W)과 지지 바(420)가 회전되면서 웨이퍼(W)의 상면이 연마된다.
제 1 세정 유닛(400)에 의한 세정이 완료되면, 제 2 세정 유닛(500)에 의한 세정이 시작된다. 진공 플레이트가 하강하여 웨이퍼(W)는 지지 핀(222) 상에 놓이고, 척 핀들(322)은 닫힘 위치로 이동되어 기판을 지지한다. 지지 바(420)는 접촉 위치에서 대기 위치로 이동되고, 약액 공급 부재(520a)는 웨이퍼(W)의 중심 상부에 노즐(520)이 위치되도록 이동된다. 제 2 세정 유닛(500)에 의해 세정이 이루어지는 동안, 웨이퍼(W)의 측부는 척 핀들(322)에 의해 지지된다.
노즐(520)로부터 약액이 분사되고 웨이퍼(W)는 고속으로 회전된다. 설정 시간이 경과되면, 린스액과 건조 가스가 순차적으로 웨이퍼(W)의 중심을 향해 분사되고, 웨이퍼(W)는 계속적으로 회전된다.
다음에는 도 9와 도 10을 참조하여, 본 발명의 장치(10)를 사용하여 웨이퍼(W) 상의 불필요한 돌기(44) 등을 제거하는 과정을 설명한다. 세정이 이루어지는 박막은 다양한 종류의 패턴을 형성하기 위해 제공된 박막일 수 있다. 상술한 박막 상에 형성된 불필요한 돌기(44)는 그 아래의 웨이퍼(W) 내부에 이물질이나 파티클이 잔류하는 상태에서 상부로 계속적으로 박막이 증착되기 때문에 형성된다. 증착되는 박막의 수가 많을수록 돌기(44)의 크기는 커진다. 일반적으로 웨이퍼(W) 상에 다양한 패턴이 형성되나, 게이트 패턴(70)은 특히 많은 수의 박막을 형성함으로써 이루어진다. 예컨대, 도 9와 같이 게이트 패턴(70)은 실리콘 웨이퍼(W) 상에 게이트 절연막(20), 게이트 도전막(30), 캐핑막(40), 그리고 반사 방지막(50) 등을 형성하기 위해 수십 개의 박막 등을 증착함으로써 형성된다. 게이트 절연막(20)으로는 산화막이 증착되고, 게이트 도전막(30)으로는 폴리 실리콘 막(32), 티타늄 질화막 등과 같은 금속 배리어 막(34), 그리고 텅스텐 등과 같은 금속막(36)이 증착되고, 캐핑막(40)으로는 실리콘 나이트라이드와 같은 질화막이 증착되고, 반사 방지막(50)으로는 실리콘 옥시 나이트라이드와 같은 산화질화막이 증착된다.
도 10a 내지 도 10c는 하부막들(20, 30, 40) 중 어느 하나에 이물질 등이 잔류하는 상태에서 계속적으로 박막이 증착되는 경우 상부막(50)에 돌기(44)가 제공되어 있는 막이 본 발명의 장치(10)를 사용하여 세정되는 과정을 보여준다. 처음에 도 10a에 도시된 바와 같이 상부막에는 돌기(44)나 고착된 이물질(46)이 잔류한다. 제 1 세정 유닛(400)에 의해 세정이 이루어지면, 도 10b에 도시된 바와 같이, 돌기(44) 및 이물질(46)이 제거되고, 상부막(50)의 표면에는 연마에 의해 발생되는 일부 파티클(48)이 잔류한다. 제 2 세정 유닛(500)에 의해 세정이 이루어지면, 도 10c에 도시된 바와 같이 상부막(50) 표면에 잔류하는 파티클(48)이 모두 제거된다.
본 발명의 세정 공정은 게이트 패턴(70)을 모두 형성한 후, 가장 상부에 형성된 막을 세정하는 과정에서 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 세정은 게이트 패턴(70)의 반사 방지막(50)을 세정하는 과정에서 이루어질 수 있다. 이와 달리, 본 발명의 세정 공정은 게이트 패턴(70)을 형성하기 위해 웨이퍼(W) 상에 증착된 임의의 막을 세정하는 과정에서 이루어지거나, 각각의 막을 세정하는 과정에서 모두 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 세정 공정은 게이트 패턴(70) 이외에 다른 종류의 패턴을 형성하기 위해 사용된 박막을 세정하는 과정에서 이루어질 수 있다.
도 11a와 도 11b는 본 발명의 세정 장치(10)의 다른 실시예들을 보여준다. 도 11a와 도 11b의 세정 장치(10)는 도 2의 세정 장치(10)와 대체로 유사한 구조를 가진다. 다만, 도 2의 세정 장치(10)는 지지 유닛(300)이 진공 흡착 부재(340)와 척킹 부재(320)를 가지는 반면에, 도 11a와 도 11b의 세정 장치(10)는 진공 흡착 부재(340) 없이 척킹 부재(320)만을 가지고, 제 1 세정 유닛(400)과 제 2 세정 유 닛(500)에 의해 세정이 이루어지는 동안 웨이퍼(W)는 척킹 부재(320)에 의해 지지된다.
제 1 세정 유닛(400)에 의해 세정이 이루어지는 동안 연마 패드(440)와 척 핀들(322)간의 간섭이 방지되어야 한다. 따라서 지지 바(420)의 중심 축과 연마 패드(440)의 외주면까지의 거리는 접촉 위치에 있을 때 지지 바(420)는 척 핀들(322)보다 높게 위치될 때 연마 패드(440)의 외주면이 기판과 접촉되도록 제공된다.
일 예에 의하면, 도 11a에 도시된 바와 같이, 연마 패드(440)는 비교적 두꺼운 두께를 가진다. 지지 바(420)가 척 핀들(322)의 상부에 위치된 상태에서도 연마 패드(440)는 그 외측면이 웨이퍼(W)의 표면과 접촉될 수 있는 두께를 가진다.
다른 예에 의하면, 도 11b에 도시된 바와 같이 지지 바(420´)는 접촉 위치에서 웨이퍼(W)의 상면과 대향되는 부분(424)의 직경이 나머지 부분(422)에 비해 크게 제공되고, 연마 패드(440)는 직경이 큰 부분(424)만을 감싸도록 배치된다.
제 1 세정 유닛(400)과 제 2 세정 유닛(500)에 의해 웨이퍼(W)의 세정이 이루어지는 동안, 몸체(220)는 동일 속도로 회전될 수 있다. 선택적으로 제 1 세정 유닛(400)에 의해 웨이퍼(W)의 세정이 이루어질 때 웨이퍼(W)는 제 2 세정 유닛(500)에 의해 웨이퍼(W)의 세정이 이루어지는 때에 비해 느리게 회전될 수 있다.
또한, 상술한 예에서는 세정 공정이 하나의 용기 내에서 이루어진 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 제 1 세정 유닛에 의한 세정과 제 2 세정 유닛에 의한 세정은 서로 상이한 용기에서 이루어지고, 제 1 세정 유닛에 의해 세정이 완료된 기판은 제 2 세정 유닛이 제공된 용기로 이동될 수 있다.
도 1은 일반적인 기판 세정시 제거가 잘 되지 않은 불량을 보여주는 도면이다.;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 기판 세정 장치의 종단면도이다.
도 4는 진공 플레이트의 다른 예가 적용된 기판 세정 장치의 평면도이다.
도 5와 도 6은 각각 제 1 세정 유닛에 의해 기판의 세정이 이루어지는 상태를 보여주는 기판 세정 장치의 종단면도와 평면도이다.
도 7과 도 8은 각각 제 2 세정 유닛에 의해 기판의 세정이 이루어지는 상태를 보여주는 기판 세정 장치의 종단면도와 평면도이다.
도 9는 게이트 패턴이 형성된 기판을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 도 2의 기판 세정 장치를 사용하여 기판의 세정이 이루어지는 과정을 순차적으로 보여주는 도면들이다.
도 11a와 도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 세정 장치의 종단면도들이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 용기 200 : 스핀 헤드
300 : 지지 유닛 320 : 척킹 부재
340 : 진공 흡착 부재 360 : 승강 부재
400 : 제 1 세정 유닛 420 : 지지 바
440 : 연마 패드 460 : 회전 부재
480 : 바 이동 부재 500 : 제 2 세정 유닛

Claims (21)

  1. 기판을 세정하는 장치에 있어서,
    기판을 지지하는 스핀 헤드와;
    연마 방식으로 상기 스핀 헤드에 놓인 기판을 세정하는 제 1 세정 유닛과; 그리고,
    처리액을 분사하여 상기 스핀 헤드에 놓인 기판을 세정하는 제 2 세정 유닛을 포함하되,
    상기 제 1 세정 유닛은,
    지지 바와;
    상기 지지 바의 둘레를 감싸도록 상기 지지 바에 결합되는 연마 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 세정 유닛은 공정 진행시 상기 지지 바를 그 축을 중심으로 회전시키는 회전 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 패드가 상기 스핀 헤드 상에 놓인 기판의 상면과 접촉하는 접촉 위치와 상기 연마 패드가 상기 스핀 헤드 상에 놓인 기판의 상면과 비접촉하는 대 기 위치 간에 위치 전환 가능하도록 상기 지지 바를 이동시키는 바 이동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀 헤드는,
    회전 가능한 몸체와;
    회전시 상기 기판이 상기 몸체로부터 측방향으로 이탈되지 않도록 상기 기판을 고정하는 지지 유닛을 포함하되,
    상기 지지 유닛은,
    기판을 상기 몸체 상에 진공 흡착하는 진공 흡착 부재와;
    회전시 기판이 측방향으로 이동되지 않도록 기판의 측부를 지지하는 척 핀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지지 유닛은,
    상기 척 핀과 상기 진공 흡착 부재 간에 상대 높이가 변화되도록 상기 척 핀 또는 상기 진공 흡착 부재를 상하 방향으로 이동시키는 승강 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀 헤드는,
    회전 가능한 몸체와;
    기판이 상기 몸체에 놓일 수 있도록 상기 기판보다 넓은 공간을 제공하는 열림 위치와 상기 몸체에 놓인 기판의 측부와 접촉되는 닫힘 위치 간에 위치 전환 가능하며, 회전시 상기 기판을 지지하는 척 핀들을 포함하고,
    상기 지지 바의 중심 축으로부터 상기 연마 패드의 외주면까지의 거리는 상기 지지 바가 상기 척 핀보다 높게 위치될 때 상기 연마 패드의 외주면이 상기 기판에 접촉될 수 있도록 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판 세정 장치는,
    상기 스핀 헤드를 감싸며 상부가 개방된 용기를 더 포함하고,
    상기 용기의 상단에는 회전에 의해 상기 지지 바가 상기 대기 위치에서 상기 접촉 위치로 이동되도록 상기 지지 바가 삽입 가능한 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 패드는 상기 기판의 반경과 동일하거나 상기 기판의 반경보다 긴 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 패드는 연마재를 함유하는 재질로 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  10. 기판을 세정하는 방법에 있어서,
    연마 패드와 기판을 접촉하여 연마에 의해 기판을 일차적으로 세정하고, 처리액을 상기 기판 상으로 공급하여 상기 처리액에 의해 상기 기판을 이차적으로 세정하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연마에 의한 세정과 상기 처리액에 의한 세정은 상기 기판이 하나의 스핀 헤드에 장착된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연마에 의한 세정이 이루어지는 동안 기판의 회전 속도는 상기 처리액에 의한 세정이 이루어지는 동안 기판의 회전 속도보다 느린 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 연마 패드에 의한 세정이 이루어지는 동안 상기 기판은 진공 흡착 부재 에 의해 상기 스핀 헤드에 고정되고, 상기 처리액에 의한 세정이 이루어지는 동안 상기 기판은 그 측부를 지지하는 척 핀들에 의해 상기 스핀 헤드에 고정되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연마 패드에 의한 세정이 이루어지는 동안에는 상기 진공 흡착 부재가 상기 척 핀들보다 높은 위치에 배치되고,
    상기 처리액에 의한 세정이 이루어지는 동안에는 상기 척 핀들이 상기 진공 흡착 부재보다 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 연마 패드에 의한 세정은 지지 바의 둘레를 감싸도록 연마 패드를 제공하고, 상기 연마 패드가 상기 스핀 헤드에 의해 지지되는 기판과 접촉되도록 상기 지지 바를 위치시키고, 상기 스핀 헤드와 상기 지지 바를 각각의 축을 중심으로 회전시키면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 연마 패드에는 연마재가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 세정 방법은 게이트 패턴을 형성하는 과정에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 세정 방법은 상기 게이트 패턴 형성시 가장 상단에 형성된 막을 세정하는 과정에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 연마에 의한 세정은 연마되는 막의 두께는 10 옴스토롱(Å) 이상 1000 옴스트롱(Å) 이하인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  20. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판은 파티클이 형성된 박막 상에 계속적으로 증착이 이루어짐으로써 박막에 돌기 형상으로 형성된 결함을 상부막에 포함하고,
    상기 돌기 형상으로 형성된 결함은 상기 연마에 의한 세정에 의해서 제거되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  21. 제 10 항에 있어서,
    상기 연마에 의한 세정은 화학적 기계적 연마에 의해 이루어지는 것을 특징 으로 하는 기판 세정 방법.
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