KR20090125484A - 기판 세정 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20090125484A
KR20090125484A KR1020080051617A KR20080051617A KR20090125484A KR 20090125484 A KR20090125484 A KR 20090125484A KR 1020080051617 A KR1020080051617 A KR 1020080051617A KR 20080051617 A KR20080051617 A KR 20080051617A KR 20090125484 A KR20090125484 A KR 20090125484A
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안영기
구교욱
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 세정 장치 및 방법을 개시한 것으로서, 진동자가 진동 발생 부재에서 발생된 제 1 종파를 횡파로 변환하고, 제 1 종파에 의해 진동자의 단부에 전달되는 제 2 종파와 상기 횡파가 합성된 합성파를 기판 처리 면 상의 약액에 전달하는 것을 특징으로 가진다.
이러한 특징에 의하면, 세정액과 초음파 에너지를 이용하여 기판을 물리-화학적으로 세정 처리함에 있어서, 기판의 세정 처리 면상의 세정액 층에 균일한 초음파 에너지를 인가할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
기판, 세정, 초음파, 종파, 횡파

Description

기판 세정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음파 에너지를 이용하여 기판을 세정하는 기판 세정 장치 및 기판 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 메모리 소자 또는 평판 표시 장치와 같은 전자 장치는 기판을 포함한다. 기판은 실리콘 웨이퍼이거나 또는 글라스 기판이 될 수 있다. 기판상에는 복수의 도전막 패턴들이 형성되고, 서로 다른 복수의 도전막 패턴들 사이를 절연하는 절연막 패턴들이 형성된다. 도전막 패턴들이나 절연막 패턴들은 노광, 현상 및 식각 등과 같은 일련의 공정들에 의하여 형성된다.
상기한 일련의 공정들에는 불순물 입자를 제거하는 공정이 포함된다. 이는 기판 표면에 불순물 입자가 존재하는 경우, 불순물 입자가 오염을 유발하여 패턴 형성시 불량이 발생할 수 있기 때문이다. 기판으로부터 불순물을 제거하는 방법은 화학적인 방법과 물리적인 방법이 있다. 화학적인 방법은 약액을 사용하여 화학적으로 기판 표면을 처리하는 방법이고, 물리적인 방법은 물리적인 힘을 가하여 기판상에 흡착된 불순물 입자를 제거하는 방법이다.
그런데, 최근 반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라서 반도체 메모리 소자에서 미세 패턴의 크기가 1㎛ 이하로 감소하고 있기 때문에, 허용 가능한 불순물의 크기도 점점 작아지고 있다. 따라서, 작은 크기의 불순물 입자는 통상적인 세정 방법으로는 용이하게 제거되지 않는다.
또한, 작은 크기의 불순물 입자를 제거하기 위하여, 고농도의 화학 약액을 사용하는 경우에는 기판상의 패턴을 이루는 막질들이 식각될 수 있고, 강한 물리적인 힘을 가하는 경우에는 기판상의 패턴들이 손상될 수 있다.
본 발명은 세정액과 초음파 에너지를 이용하여 기판을 물리-화학적으로 세정 처리함에 있어서, 기판의 세정 처리 면상의 세정액 층에 균일한 초음파 에너지를 제공할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 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 세정 장치는 기판이 놓이는 기판 지지 부재; 상기 기판으로 약액을 공급하는 약액 공급 부재; 및 초음파를 발생하는 진동 발생 부재와, 상기 초음파를 상기 기판의 처리 면에 공급된 약액에 인가하는 진동자를 가지는 초음파 세정 유닛을 포함하되, 상기 진동자는 상기 기판 처리 면에 대해 수직 방향으로 배치되며, 일단이 상기 진동 발생 부재에 연결 되는 제 1 진동 로드; 상기 기판 처리 면에 대해 수평 방향으로 배치되며, 일단이 상기 제 1 진동 로드의 타단에 연결되는 제 2 진동 로드; 및 상기 기판 처리 면에 대해 수직 방향으로 배치되며, 일단이 상기 제 2 진동 로드의 타단에 연결되는 제 3 진동 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 세정 장치에 있어서, 상기 제 3 로드의 타단이 상기 기판의 처리 면에 공급된 약액에 접촉하도록 상기 초음파 세정 유닛을 상하 방향으로 이동시키는 수직 구동 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제 3 로드의 타단이 상기 기판의 중심부로부터 주변부로 이동되도록 상기 초음파 세정 유닛을 수평 방향으로 이동시키는 수평 구동 부재를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 세정 방법은, 초음파를 이용하여 기판을 세정하는 방법에 있어서, 기판 지지 부재에 로딩된 기판을 회전시키고, 상기 기판의 처리 면으로 약액을 공급하고, 진동 발생 부재에서 발생된 초음파를 진동자를 이용하여 상기 기판 처리 면 상의 약액에 전달하여 상기 기판을 세정하되, 상기 진동자는 상기 진동 발생 부재에서 발생된 제 1 종파를 횡파로 변환하고, 상기 제 1 종파에 의해 상기 진동자의 단부에 전달되는 제 2 종파와 상기 횡파가 합성된 합성파를 상기 기판 처리 면 상의 약액에 전달하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 세정 방법에 있어서, 상기 진동자를 상기 기판의 중심부로부터 주변부로 수평 이동시키면서 상기 기판을 세정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판의 세정 처리 면상의 세정액 층에 초음파 에너지를 균일하게 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 기판으로 전달되는 초음파 에너지의 기판상의 위치에 따른 편차에 의해 발생할 수 있는 기판 패턴의 손상을 방지할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 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 )
도 1은 본 발명에 따른 기판 세정 장치의 일 예를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 초음파 세정 유닛을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 세정 장치는 기판 지지 부재(100), 용기(200), 약액 공급 부재(300) 및 초음파 세정 유닛(400)을 포함한다.
기판 지지 부재(100)는 기판(W)을 지지하고, 후술할 제 1 회전 구동기(130)는 기판 지지 부재(100)를 회전시킨다. 기판(W)은 기판 지지 부재(100)의 회전에 의해 회전한다. 약액 공급 부재(300)는 기판(W)을 세정 처리하기 위한 화학 약액을 회전하는 기판(W)상으로 공급한다. 초음파 세정 유닛(400)은 기판(W)으로 공급되는 화학 약액에 초음파 진동을 인가한다. 기판(W)상의 잔류 오염 물질은 화학 약액과, 화학 약액에 인가된 초음파 진동에 의해 제거된다.
기판 지지 부재(100)는 기판(W)을 지지하기 위한 것으로 원형의 상부 면을 가지는 지지판(110)을 가진다. 지지판(110)의 하부에는 지지 축(120)이 연결되고, 지지 축(120)은 제 1 회전 구동기(130)에 연결된다. 제 1 회전 구동기(130)는 지지판(110) 상에 기판(W)을 로딩/언로딩할 경우 지지 축(120)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있으며, 그리고 공정이 진행되는 동안에는 지지 축(120)을 회전시켜 지지판(110) 상에 놓인 기판(W)을 회전시킨다.
기판 지지 부재(100)는 지지판(110) 내에 제공된 진공 라인(미도시)을 통해 기판(W)을 진공 흡착할 수 있다. 이와 달리 기판 지지 부재(100)로는 정전력에 의해 기판을 흡착 지지하는 정전척(Electro Static Chuck, ESC)이 사용될 수 있다. 또한 기계적 클램핑 방식을 이용하여 기판(W)을 기판 지지 부재(100)에 고정할 수도 있다.
용기(200)는 기판 지지 부재(100)의 둘레에 배치되며, 기판(W)상에 공급되는 화학 약액이 비산하는 것을 방지한다. 용기(200)는 대체로 원통 형상을 가진다. 용 기(200)는 원형의 하부 벽(210)과, 하부 벽(210)의 가장자리로부터 상측으로 연장되는 측벽(220)을 가진다. 하부 벽(210)에는 배기 홀(212)이 형성되고, 배기 홀(212)에는 배기관(230)이 연통 설치된다. 배기관(230) 상에는 펌프와 같은 배기 부재(240)가 배치된다. 배기 부재(240)는 기판(W)의 회전에 의해 비산된 약액을 포함하는 용기 내부의 공기를 배기시키도록 음압을 제공한다.
약액 공급 부재(300)는 기판 지지 부재(100)의 일 측에 배치된다. 약액 공급 부재(300)는 기판 지지 부재(100)에 놓인 기판(W)상에 화학 약액을 공급한다. 기판(W)상에 공급된 화학 약액은 기판(W)상의 오염 물질을 화학적 반응에 의해 식각 또는 박리시킨다.
약액 공급 부재(300)는 기판(W)을 향해 화학 약액을 공급하는 노즐(310)을 가진다. 노즐(310)은 노즐 지지대(320)의 일단에 연결되고, 노즐 지지대(320)는 수평 방향으로 배치된다. 노즐 지지대(320)의 타 단에는 이동 로드(330)가 연결된다. 이동 로드(330)는 노즐 지지대(320)와 직각을 유지하도록 수직 방향으로 배치된다. 이동 로드(330)는 제 2 회전 구동기(340)에 연결된다. 제 2 회전 구동기(340)는 이동 로드(330)를 회전시켜, 공정 진행시 또는 공정 전후에 노즐(310)을 이동시킨다. 제 2 회전 구동기(340)는 모터일 수 있으며, 선택적으로 노즐(310)을 상하 방향으로 직선 이동시키기 위한 어셈블리일 수도 있다.
초음파 세정유닛(400)은 진동자(410), 진동 발생 부재(420), 하우징(430), 그리고 홀더(440)를 포함한다. 진동자(410)는 후술할 진동 발생 부재(420)에서 발생된 초음파를 기판(W)의 처리 면에 공급된 약액에 전달한다. 진동자(410)는 제 1 진동 로드(412), 제 2 진동 로드(414), 그리고 제 3 진동 로드(416)를 포함한다. 제 1 진동 로드(412)는 기판 처리 면에 대해 수직 방향으로 배치되며, 일단이 진동 발생 부재(420)에 연결된다. 진동 발생 부재(420)와 제 1 진동 로드(412)의 사이에는 연결 부재(418)가 설치될 수 있다. 제 2 진동 로드(414)는 기판 처리 면에 대해 수평 방향으로 배치되며, 일단이 제 1 진동 로드(412)의 타단에 연결된다. 그리고 제 3 진동 로드(416)는 기판 처리 면에 대해 수직 방향으로 배치되며, 일단이 제 2 진동 로드(414)의 타단에 연결된다.
진동자(410)의 제 1 내지 제 3 진동 로드(412,414,416)는 초음파 진동을 효과적으로 전달할 수 있는 석영과 같은 불활성의 비오염 재료로 제조될 수 있다. 또한 석영 재질이 불산을 함유한 약액에 취약한 점을 보완하기 위해, 석영 재질의 진동 로들(412,414,416)은 산화이트륨(Y2O3)과 같이 불산을 함유하는 약액에 견딜 수 있는 금속 산화물로 코팅될 수 있다.
진동 발생 부재(420)의 일 측은 연결 부재(418)에 연결되며, 타 측에 연결된 전원 공급 라인(422)을 통하여 공급되는 전원을 이용하여 초음파를 발생시킨다. 진동 발생 부재(420)는 압전 변환기일 수 있으며, 20-50 ㎑에서 작동하는 울트라 소닉(Ultrasonic)과 약 1 ㎒에서 작동하는 메가소닉(Megasonic)이 모두 가능하다.
진동 발생 부재(420)는 연직 방향으로 진동하며, 일 측에 연결된 연결 부 재(418)를 진동시킨다. 한편, 도시하지는 않았지만, 진동 발생 부재(420)와 연결 부재(418)의 사이에는 진동 발생 부재(420)의 진동을 연결 부재(418)에 더욱 원활히 전달하기 위한 별도의 매개체가 제공될 수 있다.
한편, 연결 부재(418)에는 진동 발생 부재(420)를 감싸는 하우징(430)이 연결되며, 하우징(430)의 후단에는 홀더(440)가 설치되어 진동 발생 부재(420)에 연결되는 전원 공급 라인(422)을 고정한다.
하우징(430)에는 진동자(410)의 제 3 진동 로드(416)의 타단이 기판의 중심부로부터 주변부로 이동되도록 초음파 세정 유닛(400)을 수평 방향으로 이동시키는 수평 구동 부재(450,460)가 설치된다. 하우징(430)에는 제 1 이동 암(450)의 일단이 연결되며, 제 1 이동 암(450)의 타단에는 기판(W)의 표면과 나란한 방향으로 제 1 이동 암(450)을 직선 이동시키는 제 1 구동기(460)가 연결된다. 제 1 구동기(460)는 진동자(410)를 기판(W)의 중심부로부터 기판(W)의 주변부(가장자리)로 이동시킨다.
그리고, 제 1 구동기(460)에는 진동자(410)의 제 3 진동 로드(416)의 타단이 기판의 처리 면에 공급된 약액에 접촉하도록 초음파 세정 유닛(400)을 상하 방향으로 이동시키는 수직 구동 부재(470,480)가 설치된다. 제 1 구동기(460)에는 제 1 이동 암(450)과 대체로 수직한 제 2 이동 암(470)의 일단이 연결되며, 제 2 이동 암(470)의 타단은 제 2 구동기(480)에 연결된다. 제 2 구동기(480)는 진동자(410)를 상하 방향으로 이동시킨다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 기판 세정 장치를 이용하여 기판을 세정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 세정 장치의 동작 상태를 보여주는 도면이고, 도 4는 진동자를 통해 전달되는 초음파의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판 지지 부재(100)의 지지판(110)에 기판이 로딩된 상태에서, 지지 축(120)의 회전에 의해 지지판(110)에 놓인 기판이 회전한다. 회전하는 기판의 처리 면에 노즐(310)을 이용하여 약액을 공급하면, 원심력에 의해 기판의 처리 면상에는 일정 두께의 약액이 층을 이룬다. 이러한 상태에서 진동자(410)의 제 3 진동 로드(416)가 약액에 접촉하도록 수직 구동 부재에 의해 상하 방향으로 이동되고, 진동자(410)는 진동 발생 부재(420)에서 발생된 초음파를 약액에 전달한다.
진동 발생 부재(420)는 연직 방향의 진동을 발생시키고, 제 1 진동 로드(412)는 연직 방향의 진동에 대응하는 제 1 종파를 전달한다. 여기서, 종파라 함은 파동이 진행하여 나아가는 방향과 매질의 진동 방향이 같은 경우의 음파를 말한다. 제 1 진동 로드(412)를 통해 전달되는 제 1 종파는 제 2 진동 로드(414)를 경유하면서 횡파로 변환된다. 여기서, 횡파라 함은 파동이 진행하여 나아가는 방향과 매질의 진동 방향이 수직을 이루는 경우의 음파를 말한다.
제 1 종파는 제 1 진동 로드(412)와 제 2 진동 로드(414)가 교차하는 부분에서 횡파로 변환된다. 제 1 진동 로드(412)를 통해 전달되는 제 1 종파의 진폭이 최소(0)인 지점에서 횡파가 발생하며, 제 1 진동 로드(412)의 길이 방향을 따라 제 1 종파가 전달되는 시차가 발생하기 때문에, 변환되는 횡파에 위상 차가 발생한다. 횡파에 위상 차가 발생하면 제 2 진동 로드(414)의 길이 방향을 따라 음압의 분포가 균일해질 수 있다.
그리고, 제 3 진동 로드(416)에는 제 1 진동 로드(412)의 제 1 종파에 의해 제 2 종파가 전달되며, 제 3 진동 로드(416)는 제 2 종파와 횡파가 합성된 합성파를 기판 처리 면상의 약액에 인가한다.
이와 같이, 약액과 초음파를 이용하여 기판을 물리-화학적으로 세정 처리함에 있어서, 기판의 처리 면상의 약액에 균일한 음압 분포를 가지는 횡파와 종파의 합성파를 제공함으로써, 기판으로 전달되는 초음파 에너지의 기판상의 위치에 따른 편차에 의해 발생할 수 있는 기판 패턴의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 진동자(410)의 제 3 진동 로드(416)가 약액에 접촉하여 진동 발생 부재(420)에서 발생한 초음파를 약액으로 전달하는 동안, 제 3 진동 로드(416)가 기판의 중심부로부터 주변부로 이동되도록 수직 구동 부재는 초음파 세정 유닛(400)을 수평 방향으로 이동시킨다.
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 범 위가 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.
이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 세정 장치의 일 예를 보여주는 도면,
도 2는 도 1의 초음파 세정 유닛을 확대하여 보여주는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 기판 세정 장치의 동작 상태를 보여주는 도면,
도 4는 진동자를 통해 전달되는 초음파의 일 예를 보여주는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 기판 지지 부재 200 : 용기
300 : 약액 공급 부재 400 : 초음파 세정 유닛
410 : 진동자 412,414,416 : 진동 로드
420 : 진동 발생 부재

Claims (5)

  1. 기판이 놓이는 기판 지지 부재;
    상기 기판으로 약액을 공급하는 약액 공급 부재; 및
    초음파를 발생하는 진동 발생 부재와, 상기 초음파를 상기 기판의 처리 면에 공급된 약액에 인가하는 진동자를 가지는 초음파 세정 유닛을 포함하되,
    상기 진동자는,
    상기 기판 처리 면에 대해 수직 방향으로 배치되며, 일단이 상기 진동 발생 부재에 연결되는 제 1 진동 로드;
    상기 기판 처리 면에 대해 수평 방향으로 배치되며, 일단이 상기 제 1 진동 로드의 타단에 연결되는 제 2 진동 로드; 및
    상기 기판 처리 면에 대해 수직 방향으로 배치되며, 일단이 상기 제 2 진동 로드의 타단에 연결되는 제 3 진동 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 진동 로드의 타단이 상기 기판의 처리 면에 공급된 약액에 접촉하도록 상기 초음파 세정 유닛을 상하 방향으로 이동시키는 수직 구동 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 진동 로드의 타단이 상기 기판의 중심부로부터 주변부로 이동되도록 상기 초음파 세정 유닛을 수평 방향으로 이동시키는 수평 구동 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  4. 초음파를 이용하여 기판을 세정하는 방법에 있어서,
    기판 지지 부재에 로딩된 기판을 회전시키고,
    상기 기판의 처리 면으로 약액을 공급하고,
    진동 발생 부재에서 발생된 초음파를 진동자를 이용하여 상기 기판 처리 면 상의 약액에 전달하여 상기 기판을 세정하되,
    상기 진동자는 상기 진동 발생 부재에서 발생된 제 1 종파를 횡파로 변환하고, 상기 제 1 종파에 의해 상기 진동자의 단부에 전달되는 제 2 종파와 상기 횡파가 합성된 합성파를 상기 기판 처리 면 상의 약액에 전달하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 진동자를 상기 기판의 중심부로부터 주변부로 수평 이동시키면서 상기 기판을 세정하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
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