KR20100052659A

KR20100052659A - 기판 배면 처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100052659A
Application number: KR1020080111470A
Authority: KR
Inventors: 이우석; 김우영
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2010-05-20
Also published as: KR101008341B1

Abstract

본 발명은 기판의 배면을 식각하는 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명의 기판 배면 처리 장치는 기판의 배면이 위를 향하도록 기판을 반전하는 반전 유닛; 상기 반전 유닛에 의해 반전된 기판이 놓여지는 기판 지지부재; 상기 기판 지지부재에 놓여진 기판의 배면을 식각액으로 식각하는 제1식각부재; 및 상기 기판 지지부재에 놓여진 기판의 전면 가장자리를 플라즈마로 식각하는 제2식각부재를 포함한다.

플라즈마,배면,식각

Description

기판 배면 처리 장치 및 방법{APPARATUS FOR TREATING BACKSIDE OF SUBSTRATE}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판상에 약액이나 기체를 공급하여 기판을 처리하는 기판 배면 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정에서는 절연막 및 금속물질의 증착(Deposition), 식각(Etching), 감광제(Photo-resist)의 도포(Coating), 현상(Develop), 애셔(Asher) 제거 등이 수회 반복되어 미세한 패터닝(Patterning)의 배열을 만들어 나가게 되며, 각각의 공정에서 발생하는 이물질의 제거를 위한 공정으로는 순수(Deionized Water) 또는 약액(Chemical)을 이용한 세정(식각) 공정(Wet Cleaning Process)이 있다.

잘 알려진 세정 방법은 로봇(이송로봇)이 웨이퍼를 클램핑 한 후, 웨이퍼를 스핀 스크러버 유닛이 설치된 공정 챔버 내로 인입하고, 세정이 완료되면 웨이퍼를 공정 챔버로부터 인출하는 것이다. 그리고, 최근에는 기판의 전면(소자 형성면 또는 윗면이라고도 칭함)뿐만 아니라 배면(backside)도 세정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 기판의 배면 식각과 기판의 전면 베벨면 식각이 동시에 이루어지는 기판 배면 처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 기판의 전면 베벨면의 경계면이 수직하게 형성될 수 있는 기판 배면 처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 배면 처리 장치는 기판이 놓여지는 기판 지지부재; 상기 기판 지지부재에 놓여진 기판의 배면을 식각하는 제1식각부재; 및 상기 기판 지지부재에 놓여진 기판의 전면 가장자리를 식각하는 제2식각부재를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기판 배면 처리 장치는 기판의 이면이 위를 향하도록 반전하는 반전 유닛을 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1식각부재는 기판의 배면 중앙으로 식각액을 공급하는 식각액 공급노즐을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2식각부재는 기판의 전면 가장자리로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 토치를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 토치는 기판의 가장자리에 대응 되는 링 형태의 분사를 더 포함한다.

상기한 과제를 달성하기 위한 기판 배면 처리 장치는 기판의 배면이 위를 향하도록 기판을 반전하는 반전 유닛; 상기 반전 유닛에 의해 반전된 기판이 놓여지는 기판 지지부재; 상기 기판 지지부재에 놓여진 기판의 배면을 식각액으로 식각하는 제1식각부재; 및 상기 기판 지지부재에 놓여진 기판의 전면 가장자리를 플라즈마로 식각하는 제2식각부재를 포함한다.

상기한 과제를 달성하기 위한 기판 배면 처리 방법은 기판을 기판 지지부재에 로딩하는 단계; 기판의 배면을 식각하면서 동시에 기판의 전면 가장자리를 식각하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기판이 상기 기판 지지부재에 로딩하기 전에 기판의 배면이 위를 향하도록 기판을 반전하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기판의 배면 식각은 식각액을 사용한 습식 식각 방법으로 식각하고, 상기 기판의 전면 가장자리 식각은 플라즈마를 사용한 건식 식각 방법으로 식각한다.

본 발명에 의하면, 기판의 배면 식각과 기판의 전면 베벨면 식각이 가능하다. 또한, 본 발명에 의하면 기판의 전면 베벨면의 경계면을 수직하게 식각할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 매엽식 기 판 세정 장치를 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.

본 발명의 기판 처리 장치는 기판(w)에 처리액(초순수, 산성 약액, 알칼리성 약액)과 플라즈마를 동시에 제공하여 기판(W)의 배면과 전면의 가장자리를 처리하는 장치, 가령 기판 세정 장치 또는 기판 식각 장치일 수 있다. 여기서, 기판이라 함은, 반도체 기판(semiconductor substrate), 유리 기판(glass substrate) 또는 액정 패널(liquid crystal panel) 등과 같은 기판(substrate)등을 뜻한다.

본 실시예에서 사용되는 용어 중 기판의 전면은 기판의 양면중 패턴이 형성된 패턴면을 칭하고, 기판의 배면은 그 반대면인 패턴이 형성되지 않은 비패턴면을 칭한다.

( 실시 예 )

도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 측면 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 배면 처리 장치(1)는 기판의 배면과 기판의 전면 가장자리(베벨부)를 식각할 수 있는 식각 처리 장치이다.

기판 배면 처리 장치(1)는 처리용기(100), 기판 지지부재(200), 반전 유닛(300), 제1식각부재(A) 및 제2식각부재(B)를 포함한다.

처리 용기(100)는 상부가 개구된 원통 형상을 갖고, 기판(w)을 처리하기 위 한 공정 공간을 제공한다. 처리 용기(100)의 개구된 상면은 기판(w)의 반출 및 반입 통로로 제공된다. 처리 용기(100) 내측에는 기판 지지부재(200)가 위치된다. 기판 지지부재(200)는 공정 진행시 기판(W)을 지지하고, 기판을 회전시킨다.

기판 지지 부재(200)는 처리 용기(100)의 내측에 설치된다. 기판 지지 부재(200)는 공정 진행 중 기판(W)을 지지하며, 공정이 진행되는 동안 후술할 구동부(240)에 의해 회전될 수 있다. 기판 지지 부재(200)는 스핀헤드(210), 지지축(220), 구동부(230)를 포함한다.

스핀 헤드(210)는 원형의 상부 면을 갖으며 기판을 진공 흡착하는 진공척으로 이루어진다. 스핀헤드(210)의 하부에는 스핀헤드(210)를 지지하는 지지축(220)이 연결되며, 지지축(220)은 그 하단에 연결된 구동부(230)에 의해 회전한다. 구동부(230)는 모터 등으로 마련될 수 있다. 지지축(220)이 회전함에 따라 스핀헤드(210) 및 기판(W)이 회전한다.

반전 유닛(300)은 처리 용기(100)의 상부에 위치된다. 반전 유닛(300)은 기판의 배면(w1)이 위를 향하도록 기판을 반전해서 스핀 헤드(210)에 로딩시킨다. 반전 유닛(300)은 피처리체인 기판이 로딩되는 홀딩부(310), 홀딩부(310)를 반전시키기 위한 반전부(320), 프레임상에 설치되고 반전부(320)를 승강시키기 위한 승강부(330)를 포함한다. 여기서, 반전부(320)는 홀딩부(310)를 180도 반전시키기 위한 것으로 모터와 같은 구동 장치가 사용되며, 승강부(330)는 반전부(304)를 프레임상에서 수직방향으로 승강시키기 위한 것으로, 실린더 또는 리니어 모터, 모터를 이용한 리드스크류와 같은 직선 구동 장치가 사용될 수 있으며, 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

반전 유닛(300)의 홀딩부(310)에는 반전하고자 하는 기판뿐만 아니라 일시적으로 대기하고자 하는 기판이 놓여질 수 있는 버퍼 기능을 동시에 수행할 수 있다.

제1식각부재(A)는 기판의 배면(w1) 중앙으로 식각액을 분사하는 노즐(410)과, 노즐(410)이 장착되는 아암(420) 그리고 아암(420)을 승강 및 회전시키는 노즐구동부(430)를 포함한다.

제2식각부재(B)는 기판의 전면(w2) 가장자리를 향해 플라즈마를 제공하는 플라즈마 토치(600)를 포함한다. 플라즈마 토치(600)는 에너지 전달 효율이 높은 고밀도의 균일한 플라즈마를 방출함으로써 기판의 전면(w2) 가장자리(베벨부)(식각부)를 식각한다.

상술한 바와 같이, 기판의 배면(w1)은 제1식각부재(A)로부터 제공되는 식각액에 의해 식각되고, 기판의 전면(w2) 베벨부는 제2식각부재의(B) 플라즈마 토치(600)로부터 제공되는 플라즈마에 의해 식각된다.

플라즈마란 이온화된 가스 상태를 의미하는데, 이러한 플라즈마는 다음과 같은 구조로 된 플라즈마 토치에서 생성된다. 다음의 구조는 상압 플라즈마 토치의 한 예이며 이와는 다은 구조로도 가능하다.

도 2는 플라즈마 토치의 구성을 보여주는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 플라즈마 토치(600)는 몸체(body)(620), 전극부(electrode)(640), 유전체(dielectric)(660), 전극 홀더(electrode holder)(680), 그리고 덮개(cover)(690)를 가진다.

몸체(620)는 긴 길이를 가지는 원통의 형상을 가진다. 몸체(620) 내에는 길이방향으로 길게 형성된 제 1공간(622)이 제공되며, 몸체(620) 내로 유입된 가스는 제 1공간(622)에서 플라즈마로 상태로 전환된다. 제 1공간(622)은 상방향으로 개방되며, 아래방향으로는 상부판(630)에 의해 막혀진다. 제 1공간(622)은 길이방향으로 동일한 지름을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 몸체(620)는 상압에서 플라즈마가 안정적으로 발생될 수 있도록 절연물질로 이루어진다. 예건대, 몸체(620)는 석영(quartz)을 재질로 하여 이루어질 수 있다. 상부판(630)은 내부에 가스가 일시적으로 머무르는 제 2공간(638)이 형성되고, 서로 대향되는 상부면(632)과 하부면(634), 그리고 원통형의 측면(636)을 가진다. 상부면(632)과 하부면(634)의 중앙에는 각각 관통홀(632a, 634a)이 형성되고, 측면(636)에는 가스공급관(542a)이 연결되는 포트가 형성된다. 또한, 하부면(634)에는 관통홀(634a) 주위에 복수의 유입홀(634b)이 형성된다. 즉 가스공급관(542a)을 통해 가스는 제 2공간(638)으로 유입된 후, 유입홀(634b)을 통해 제 1공간(622)으로 유입된다. 가스는 제 1공간(622)에서 플라즈마 상태로 전환된다. 전극부(640)는 몸체(620) 내부로 유입된 가스를 플라즈마 상태로 전환시키는 에너지를 공급한다. 전극부(640)는 제 1전극(642), 제 2전극(644), 그리고 에너지원(646)을 포함한다. 제 1전극(642)은 로드 형상을 가지며, 상부판(630)에 형성된 관통홀들(632a, 634a)을 통해 삽입되어 제 1공간(622) 내의 하부까지 배치되도록 긴 길이를 가진다. 제 1전극(642)의 폭(또는, 직경)은 제 1공간(622)의 폭(또는 직경)에 비해 좁게 형성된다. 제 1전극(642)은 금속(metal)을 재질로 하여 이루어지며, 바람직하게는 텅스텐(tungsten)을 재질로 하 여 이루어진다. 제 2전극(644)은몸체(620)의 외측벽을 감싸도록 배치된다. 제 2전극(644)은 몸체(620)의 외측벽 중 아래부분을 감싸도록 배치되며, 선택적으로 제 2전극(644)은 몸체(620)의 외측벽 전체를 감싸도록 배치될 수 있다. 또한, 제 2전극(644)은 코일 형상으로 형성될 수 있다. 제 1전극(642)과 제 2전극(644)은 서로 다른 극성을 가지며, 제 1전극(642)에는 고전압이 인가되고 제 2전극(644)에는 저전압이 인가될 수 있다. 선택적으로제1전극(642)에는 고전압이 공급되고, 제 2전극(644)은 접지될 수 있다. 제 전극(642)과 제 2전극(644)에는 에너지원(646)이 결합되며, 에너지원(646)으로는 마이크로파(microwave)나 고주파(high frequency) 전원이 사용되는 것이 바람직하다. 제 1전극(642)에 고전압이 가해지는 경우, 제 1전극(642)으로부터 금속 파티클(metal particle)이 이탈되어 제 1공간(622) 내에 부유하게 되고, 이들 금속 파티클들은 후에 플라즈마와 함께 아래로 공급되어 웨이퍼를 오염시킨다. 또한, 제 1 전극(642)으로부터의 강한 전자 방출에 의해 전계가 집중되어 제 1전극(642)과 인접하는 영역에서 아크가 발생되며, 이는 특히 제 1전극의 끝단부(642a)에서 주로 일어난다. 유전체(660)는 이들을 방지하기 위한 것으로, 제 1전극(642)의 적어도 일부를 감싼다. 유전체(660)는 절연물질을 재질로 하여 이루어지며, 바람직하게는 석영(quartz)을 재질로 하여 이루어진다. 이 외에 실리콘 카바이드(SiC)나 알루미나(Alumina) 등의 세라믹 재질이 사용될 수 있다. 유전체(660)는 도 2에 도시된 바와 같이 제 1전극의 끝단부(642a)로부터 일정길이를 감싸도록 배치된다. 유전체(660)는 별도로 제작되어 제 1전극(642)에 씌워질 수 있으며, 선택적으로 유전체(660)는 고순도의 절연물질을 제 1전극(642)에 코팅함으로써 형성될 수 있다.

도 3은 상술한 장치를 사용하여 식각 공정이 수행되는 상태를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 3에서와 같이, 노즐(410)로부터 공급되는 식각액은 기판의 배면(w1)을 식각하고, 플라즈마 토치(600)로부터 제공되는 플라즈마는 기판의 전면(w2)의 베벨부(가장자리)를 식각한다. 이때, 기판 전면의 비식각부와 식각부(베벨부)의 경계면은 플라즈마에 의해 이방성 식각이 이루어짐으로써 비식각부의 측면이 수직으로 식각된다. 특히, 비식각부의 측면이 수직으로 식각되는 경우 오염의 가능성이 감소되고 수율 향상에 도움이 된다. 여기서, 플라즈마 토치(600)로부터 공급되는 플라즈마의 방향을 조절한다면 경계면의 경사도를 조절할 수 있다.

본 발명에서는 기판의 배면(w1)의 식각은 식각액에 의해 이루어지고, 전면(w2)의 베벨부는 플라즈마에 의해 식각되며, 기판의 배면(w1) 식각과 전면(w2) 베벨부분 식각은 동시에 이루어지거나 또는 선택적으로 이루어질수도 있다.

도 4는 제2식각부의 변형예를 보여주는 도면이다.

도 4에서와 같이 제2식각부(B-1)는 플라즈마 토치(600)와, 플라즈마 토치(600)로부터 제공되는 플라즈마를 기판 전면(w2)의 가장자리로 제공하기 위해 링 형상으로 이루어지고, 기판과 마주하는 상면에 플라즈마 분사슬롯(672)이 형성된 분사링(670)을 포함한다.

도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 제2식각부가 적용된 기판 지지부재를 보여주는 도면들이다.

도 5 및 도 6에서와 같이, 기판(w)은 스핀 헤드(210)의 상면으로부터 척킹핀212)들에 의해 이격된 상태로 놓여진다. 제2식각부(B)의 분사링(672)은 스핀 헤드(210)의 상면 가장자리에에 설치되며, 플라즈마 토치(600)가 연결된다. 플라즈마 토치(600)로부터 제공되는 플라즈마는 기판 지지부재(200)에 형성된 플라즈마 이동 경로(674)를 통해 분사링(670)으로 제공되며, 분사링(670)으로 제공된 플라즈마는 플라즈마 분사슬롯(672)을 통해 기판 전면(w2)의 가장자리로 제공된다. 도면상, 플라즈마 분사슬롯(672)의 위치가 기판 전면(w2)의 가장자리 보다 안쪽으로 위치되어 있으나, 플라즈마 분사슬롯(672)의 분사각도를 조절하면 기판 전면의 가장자리로 플라즈마마 분사될 수 있다.

이처럼, 본 발명의 기판 배면 처리 장치에서 기판의 전면 가장자리를 플라즈마로 식각하기 위한 제2식각부는 노즐 타입 또는 링타입 구조로 구현 가능하다.

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 2는 플라즈마 토치의 구성을 보여주는 단면도이다.

도 4는 제2식각부의 변형예를 보여주는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 처리 용기

200 : 기판 지지부재

300 : 반전 유닛

A : 제1식각부

B : 제2식각부

600 : 플라즈마 토치

Claims

기판 배면 처리 장치에 있어서:

기판이 놓여지는 기판 지지부재;

상기 기판 지지부재의 상부에 제공되고, 아래방향으로 식각액을 제공하는 제1식각부재; 및

상기 기판 지지부재의 측부에 제공되고, 윗방향으로 가스 또는 플라즈마를 제공하는 제2식각부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 배면 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 기판 배면 처리 장치는

기판의 비패턴면이 위를 향하도록 반전하는 반전 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 배면 처리 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1식각부재는

기판의 비패턴면 중앙으로 식각액을 공급하는 식각액 공급노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 배면 처리 장치.
제2항에 있어서,

상기 제2식각부재는

기판의 패턴면 가장자리로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 토치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 배면 처리 장치.
제3항에 있어서,

상기 플라즈마 토치는 기판의 가장자리에 대응되는 링 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 배면 처리 장치.
기판 배면 처리 장치에 있어서:

기판의 비패턴면이 상부를 향하도록 기판을 반전하는 반전 유닛;

상기 반전 유닛에 의해 반전된 기판이 놓여지는 기판 지지부재;

상기 기판 지지부재에 놓여진 기판의 비패턴면을 식각액으로 식각하는 제1식각부재; 및

상기 기판 지지부재에 놓여진 기판의 패턴면 가장자리를 플라즈마로 식각하는 제2식각부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 배면 처리 장치.
기판 배면 처리 방법에 있어서:

기판의 비패턴면이 상부를 향하도록 기판을 반전하는 단계;

반전된 기판을 기판 지지부재에 로딩하는 단계;

기판의 비패턴면과 기판의 패턴면을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으 로 하는 기판 배면 처리 방법.
제7항에 있어서,

상기 식각 단계는

회전되는 기판의 비패턴면 중앙으로 식각액을 공급하고, 기판의 패턴면 가장자리로 가스 또는 플라즈마를 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 배면 처리 방법.
제7항에 있어서,

상기 기판의 비패턴면 식각은 식각액을 사용한 습식 식각 방법으로 식각하고,

상기 기판의 패턴면 식각은 가스 또는 플라즈마를 사용한 건식 식각 방법으로 식각하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.