KR20090070663A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치를 개시한 것으로서, 기판 지지 부재에 로딩된 기판의 상부와 하부 간의 압력차를 해소하도록 기판 하부의 중심 영역으로 가스를 분사하는 것을 구성상의 특징으로 가진다. 이러한 특징에 의하면, 기판의 변형을 최소화하여 기판 처리 공정의 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
기판 지지 부재, 기판, 음압, 가스 분사

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판을 회전시키면서 식각 또는 세정 공정을 진행하는 매엽 방식의 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 디바이스는 기판상에 여러 가지 물질을 박막 형태로 증착하고 이를 패터닝하여 제조된다. 이를 위하여 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 및 세정 공정 등 여러 단계의 서로 다른 공정들이 요구된다.
이들 공정 중 식각 공정은 기판상에 형성된 막질을 제거하는 공정이고, 세정 공정은 반도체 제조를 위한 각 단위 공정의 진행 후 기판 표면에 잔류하는 오염 물질을 제거하는 공정이다. 식각 공정 및 세정 공정은 공정 진행 방식에 따라 습식 방식과 건식 방식으로 분류되며, 습식 방식은 배치 타입의 방식과 스핀 타입의 방식으로 분류된다.
스핀 타입의 방식은 스핀 헤드의 상면에 기판을 지지하는 지지 핀들이 설치되고, 스핀 헤드가 회전함에 따라 지지 핀들에 의해 지지된 기판이 회전하는 구성을 가진다. 기판의 상부에는 프론트 싸이드 노즐(Front Side Nozzle)이 제공되며, 프론트 싸이드 노즐(Front Side Nozzle)을 통해 기판의 상면으로 처리액(식각액 또는 세정액)을 공급하여 기판을 처리한다.
본 발명은 스핀 헤드에 로딩된 기판의 변형을 최소화할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 기판 처리 공정의 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 처리 장치는 기판을 상향 이격 상태로 지지하며, 회전 가능한 기판 지지 부재와; 상기 기판상에 처리액을 공급하는 처리액 공급 부재와; 상기 처리액 공급 부재로부터 상기 기판상에 공급된 처리액이 상기 기판의 하부로 유입되는 것을 방지하도록 상기 기판 하부의 가장자리 영역을 향해 가스를 분사하는 제 1 가스 분사 부재와; 상기 제 1 가스 분사 부재에서 분사된 가스에 의해 생성되는 상기 기판 상하부 간의 압력차를 해소하도록 상기 기판 하부의 중심 영역으로 가스를 분사하는 제 2 가스 분사 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 가스 분사 부재는 상기 기판 하부의 가장자리 영역으로 가스를 분사하도록 상기 지지판에 외향 경사지게 형성된 제 1 가스 라인으로 마련될 수 있다.
상기 기판 지지 부재는 원판 형상의 지지판과, 상기 지지판 상에 설치되는 핀 부재들을 포함하고, 상기 제 2 가스 분사 부재는 상기 기판 하부의 중심 영역으로 가스를 분사하도록 상기 지지판에 형성되는 제 2 가스 라인으로 마련될 수 있다.
상기 제 2 가스 라인의 토출구는 상기 지지판의 상면에 내향 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제 2 가스 분사 부재에 의해 상기 기판 하부의 중심 영역으로 공급된 가스를 배기하는 배기 부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 배기 부재는 상기 기판 하부의 중심 영역으로 공급된 가스를 배기하도록 상기 지지판에 형성되는 가스 배기 라인으로 마련될 수 있다.
상기 가스 배기 라인의 가스 배기구는 상기 지지판의 상면 중앙에 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판 지지 부재에 로딩된 기판의 상부와 하부 간의 압력차를 해소하여 기판의 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판 처리 공정의 균일도를 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가 능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
본 실시 예는 기판 처리 장치로 식각액을 이용하여 기판을 처리하는 식각 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 기판상에 처리액을 공급하여 공정을 수행하는 다양한 장치에 적용 가능하다. 또한, 본 실시 예에서는 기판으로 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명하나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 유리 기판과 같은 다양한 종류의 기판에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(10)는 기판 지지 부재(100), 처리액 공급 부재(200), 처리액 회수 부재(300), 그리고 배기통(400)을 포함한다.
기판 지지 부재(100)는 공정 진행 중 웨이퍼(W)를 지지하며, 공정이 진행되는 동안 후술할 구동부(140)에 의해 회전될 수 있다. 기판 지지 부재(100)는 원형의 상부 면을 갖는 지지판(110)을 가지며, 지지판(110)의 상부 면에는 웨이퍼(W)를 지지하는 핀 부재(120)가 설치된다. 핀 부재(120)는 지지 핀(122)들과 척킹 핀(124)들을 가진다. 지지 핀(122)들은 지지판(110)의 상부 면 가장자리부에 소정 간격 이격되어 일정 배열로 배치되며, 지지판(110)으로부터 상측으로 돌출되도록 구비된다. 지지 핀(122)들은 웨이퍼(W)의 하면을 지지하여 웨이퍼(W)가 지지 판(110)으로부터 상측 방향으로 이격된 상태에서 지지되도록 한다. 지지 핀(122)들의 외 측에는 척킹 핀(124)들이 각각 배치되며, 척킹 핀(124)들은 상측으로 돌출되도록 구비된다. 척킹 핀(124)들은 다수의 지지 핀(122)들에 의해 지지된 웨이퍼(W)가 지지판(110) 상의 정 위치에 놓이도록 웨이퍼(W)를 정렬한다. 공정 진행시 척킹 핀(124)들은 웨이퍼(W)의 측부와 접촉되어 웨이퍼(W)가 정 위치로부터 이탈되는 것을 방지한다.
지지판(110)의 하부에는 지지판(110)을 지지하는 지지 축(130)이 연결되며, 지지 축(130)은 그 하단에 연결된 구동부(140)에 의해 회전한다. 구동부(140)는 모터 등으로 마련될 수 있다. 지지 축(130)이 회전함에 따라 지지판(110) 및 웨이퍼(W)가 회전한다. 또한, 구동부(140)는 지지판(110) 상에 웨이퍼(W)를 로딩하거나 지지판(110)으로부터 웨이퍼(W)를 언로딩하는 경우, 그리고 기판 처리 공정 중 필요할 때 지지판(110)을 상하로 이동시킬 수 있다.
처리액 공급 부재(200)는 기판 지지 부재(100) 상에 놓인 웨이퍼(W)로 처리액을 공급한다. 처리액 공급 부재(200)는 수직하게 배치되며 웨이퍼(W)로 처리액을 공급하는 노즐(220)을 가진다. 노즐(220)은 노즐 지지대(240)에 의해 지지되며, 노즐 지지대(240)는 노즐(220)과 직각을 유지하도록 수평 방향으로 배치되며, 노즐 지지대(240)의 일단은 노즐(220)의 끝단에 결합된다. 노즐 지지대(240)의 타단에는 노즐 지지대(240)와 직각을 유지하도록 수직 방향으로 배치되며, 공정 진행시 또는 공정 전후에 노즐(220)을 이동시키는 이동 로드(260)가 결합된다. 이동 로드(260)를 이동시키는 구동 부재(280)는 노즐(220)을 회전시키기 위한 모터일 수 있으며, 선택적으로 노즐(220)을 웨이퍼(W)의 반경 방향으로 직선 이동시키기 위한 어셈블리일 수도 있다.
처리액 공급 부재(200)는 웨이퍼(W) 상에 복수의 처리액들을 공급할 수 있다. 예를 들어, 처리액 공급 부재(200)는 하나 또는 복수의 식각액과, 탈이온수와 같은 세정액을 웨이퍼(W) 상에 공급할 수 있다. 노즐(220)은 그 내부에 복수의 통로들을 가져 식각액과 탈이온수를 서로 다른 경로를 통해 웨이퍼(W)로 공급할 수 있다. 선택적으로 노즐들(220)이 복수 개 제공되고, 각각의 노즐(220)은 하나의 식각액 또는 탈이온수를 웨이퍼(W)로 공급할 수도 있다.
처리액 공급 부재(200)가 회전하는 웨이퍼(W)의 상면으로 처리액(식각액 또는 탈이온수)을 공급할 때, 처리액은 원심력에 의해 웨이퍼(W) 상면의 중심으로부터 가장자리로 이동하고, 후술할 처리액 회수 부재(300)로 회수된다. 그러나, 처리액 중의 일부는 웨이퍼(W) 하면의 가장자리를 따라 흘러 웨이퍼(W)의 하부 공간으로 유입될 수 있다. 이를 방지하기 위해 지지판(110)에는 웨이퍼(W) 하부의 가장자리 영역을 향해 가스를 분사하도록 제 1 가스 분사 부재(150)가 제공된다.
도 2는 도 1의 기판 지지 부재(100)에 제공된 가스 분사 부재들을 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2의 기판 지지 부재를 이용한 기판의 척킹 상태를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제 1 가스 분사 부재(150)는 지지 축(130) 내측에 지지 축(130)의 길이 방향을 따라 형성된 제 1 가스 공급 라인(151)과, 제 1 가스 공급 라인(151)으로부터 분기된 제 1 가스 라인(152)을 가진다. 제 1 가스 라인(152)은 지지판(110)의 내측에 형성된다. 제 1 가스 라인(152)의 끝단에는 웨이퍼(W)의 하부로 가스를 분사하는 토출구(153)가 형성되며, 토출구(153)는 가스의 분사 방향이 웨이퍼(W)의 가장자리를 향하도록 외향 경사지게 형성된다. 그리고, 제 1 가스 공급 라인(151)에는 제 1 가스 공급관(154)의 일단이 연결되고, 제 1 가스 공급관(154)의 타 단에는 제 1 가스 공급원(155)이 연결된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 가장자리를 향하도록 외향 경사지게 형성된 토출구(153)를 이용하여 웨이퍼(W)의 하부 가장자리로 가스를 공급하면, 공급된 가스의 압력에 의해 웨이퍼(W)의 하면 가장자리로 유입되는 처리액을 차단할 수 있다.
그런데, 제 1 가스 분사 부재(150)를 이용하여 웨이퍼(W)의 하부 가장자리로 가스를 분사하면, 웨이퍼(W)의 하부 중심부에는 음압이 형성된다. 웨이퍼(W)의 하부 중심부에 음압이 형성되면, 웨이퍼(W) 상부 중심부와의 압력 차이에 의해 웨이퍼(W)의 중심부가 아래로 볼록한 형상으로 변형될 수 있다. 이를 방지하기 위해 본 발명에는 웨이퍼(W)의 하부 중심 영역으로 가스를 분사하는 제 2 가스 분사 부재(160)가 제공된다.
제 2 가스 분사 부재(160)는 지지 축(130) 내측에 지지 축(130)의 길이 방향을 따라 형성된 제 2 가스 공급 라인(161)과, 제 2 가스 공급 라인(161)으로부터 분기된 제 2 가스 라인(162)을 가진다. 제 2 가스 라인(162)은 지지판(110)의 내측 에 형성된다. 제 2 가스 라인(162)의 끝단에는 웨이퍼(W)의 하부로 가스를 분사하는 토출구(163)가 형성되며, 토출구(163)는 가스의 분사 방향이 웨이퍼(W)의 중심 영역을 향하도록 내향 경사지게 형성된다. 그리고, 제 2 가스 공급 라인(161)에는 제 2 가스 공급관(164)의 일단이 연결되고, 제 2 가스 공급관(164)의 타 단에는 제 2 가스 공급원(165)이 연결된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중심 영역을 향하도록 내향 경사지게 형성된 토출구(163)를 이용하여 웨이퍼(W)의 하부 중심 영역으로 가스를 공급하면, 제 1 가스 분사 부재(150)에 의해 형성된 음압이 상쇄된다. 따라서, 웨이퍼(W) 중심부의 상부 압력과 하부 압력이 균형을 이루어 웨이퍼(W)가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 웨이퍼(W)의 변형이 방지되면, 기판 처리 공정의 균일도 또한 향상될 수 있다.
그리고, 지지판(110)과 지지 축(130)에는 웨이퍼(W) 하부의 중심 영역으로 공급된 가스를 배기하는 배기 부재(170)가 제공될 수 있다. 배기 부재(170)는 웨이퍼(W) 하부의 중심 영역으로 공급된 가스를 배기하도록 지지판(110)과 지지 축(130)에 형성된 배기 라인(171)으로 마련될 수 있다. 배기 라인(171) 일단의 배기구(171a)는 지지판(110)의 상면 중앙에 형성될 수 있다. 배기 라인(171)의 타 단에는 배기관(172)이 연결되고, 배기관(172)에는 펌프(173)가 연결된다.
다시, 도 1을 참조하면, 처리액 회수 부재(300)는 노즐(220)로부터 공급되는 처리액들을 회수하여 처리액의 재사용이 가능하도록 한다. 처리액 회수 부재(300) 는 내측에 기판 지지부재(100)가 위치하는 공간(310)을 제공하며, 기판 지지 부재(100)를 감싸도록 배치되는 처리액 회수통들(320, 340)을 가진다.
식각액은 웨이퍼(W)에서 제거하고자 하는 막질의 종류에 따라 다양하게 제공될 수 있으며, 본 실시 예의 기판 처리 장치(10)의 경우 두 종류의 식각액을 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
처리액 회수통들(320, 340)은 식각액 회수통들(320)과 세정액 회수통(340)을 포함한다. 식각액 회수통들(320)은 웨이퍼(W)로 공급되는 식각액들을 회수하고, 세정액 회수통(340)은 웨이퍼(W)로 공급되는 탈이온수를 회수한다. 세정액 회수통(340)은 최외곽에 배치되고, 식각액 회수통들(320)은 세정액 회수통(340)의 안쪽에 배치된다. 식각액 회수통들(320)은 내부 회수통(320a)과 외부 회수통(320b)을 가지며, 내부 회수통(320a)은 기판 지지 부재(100)에 가장 인접하게 기판 지지 부재(100)를 감싸도록 배치되고, 외부 회수통(320b)은 내부 회수통(320a)과 세정액 회수통(340) 사이에 배치된다.
기판 지지 부재(100) 및 처리액 회수 부재(300)의 아래에는 배기통(400)이 제공된다. 배기통(400)은 대체로 원통 형상을 가진다. 구체적으로 배기통(400)은 원형의 하부 벽(410)과, 하부 벽(410)으로부터 상부로 연장되는 측벽(412), 그리고 기판 처리 공정이 진행되는 공간(310)과 배기통(400) 내부를 분리하기 위해 제공되는 분리 벽(414)을 가진다. 배기통(400)에는 펌프와 같은 흡입 부재(420)가 설치된 배기관(430)이 연결된다. 기판 처리 공정이 진행되는 공간(330) 내에서 기류가 처리액 회수통(320, 340)들을 향하는 방향으로 형성되도록 각각의 처리액 회수 통(320, 340)과 배기통(400)은 서로 통하도록 형상지어진다.
구동부(140)는 처리액 회수 부재(300) 내에서 기판 지지 부재(100)와 처리액 회수통들(320a, 320b, 340) 간의 상대 높이가 조절되도록 기판 지지 부재(100)를 상하 이동시킬 수 있다. 예컨대, 구동부(140)는 웨이퍼(W)로 공급되는 처리액의 종류에 따라 기판 지지 부재(100)가 내부 회수통(320a)에 대응하는 높이, 외부 회수통(320b)에 대응하는 높이, 그리고 세정액 회수통(340)에 대응하는 높이에 위치하도록 기판 지지 부재(100)를 이동시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 도면,
도 2는 도 1의 기판 지지 부재에 제공된 가스 분사 부재들을 보여주는 도면,
도 3은 도 2의 기판 지지 부재를 이용한 기판의 척킹 상태를 보여주는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 기판 지지 부재 110 : 지지판
130 : 지지 축 150 : 제 1 가스 분사 부재
160 : 제 2 가스 분사 부재 170 : 배기 부재
200 : 처리액 공급 부재 300 : 처리액 회수 부재
400 : 배기통

Claims (7)

  1. 기판을 상향 이격 상태로 지지하며, 회전 가능한 기판 지지 부재와;
    상기 기판상에 처리액을 공급하는 처리액 공급 부재와;
    상기 처리액 공급 부재로부터 상기 기판상에 공급된 처리액이 상기 기판의 하부로 유입되는 것을 방지하도록 상기 기판 하부의 가장자리 영역을 향해 가스를 분사하는 제 1 가스 분사 부재와;
    상기 제 1 가스 분사 부재에서 분사된 가스에 의해 생성되는 상기 기판 상하부 간의 압력차를 해소하도록 상기 기판 하부의 중심 영역으로 가스를 분사하는 제 2 가스 분사 부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 분사 부재는 상기 기판 하부의 가장자리 영역으로 가스를 분사하도록 상기 지지판에 외향 경사지게 형성된 제 1 가스 라인으로 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 지지 부재는 원판 형상의 지지판과, 상기 지지판 상에 설치되는 핀 부재들을 포함하고,
    상기 제 2 가스 분사 부재는 상기 기판 하부의 중심 영역으로 가스를 분사하도록 상기 지지판에 형성되는 제 2 가스 라인으로 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 라인의 토출구는 상기 지지판의 상면에 내향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 분사 부재에 의해 상기 기판 하부의 중심 영역으로 공급된 가스를 배기하는 배기 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배기 부재는,
    상기 기판 하부의 중심 영역으로 공급된 가스를 배기하도록 상기 지지판에 형성되는 가스 배기 라인으로 마련되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 배기 라인의 가스 배기구는 상기 지지판의 상면 중앙에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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