KR20100052828A - 기판처리장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판(또는 웨이퍼) 상에 약액을 공급하여 기판을 처리하는 장치에 있어서 노즐의 공정 위치에 따라 상기 기판을 회전시키는 스핀헤드의 회전수를 가변적으로 조절할 수 있는 기판처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치는, 기판을 지지하며 회전가능한 기판지지부, 상기 기판지지부에 놓여진 기판 상으로 약액을 공급하는 노즐, 상기 노즐로 약액을 공급하는 약액공급부, 공정 진행 중 기판 상에서 상기 노즐의 위치가 변화되도록 상기 노즐을 이동시키는 노즐이동부 및 상기 기판 상에 약액을 공급하는 노즐의 위치에 따라 기판지지부의 회전수를 제어하는 기판회전제어부를 포함한다.

챔버, 보울, 용기, 기판, 식각, 노즐, 스핀헤드, 웨이퍼

Description

기판처리장치 및 그 방법{Apparatus and method for treating substrate}

본 발명은 기판처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판(또는 웨이퍼) 상에 약액을 공급하여 기판을 처리하는 장치에 있어서 노즐의 공정 위치에 따라 상기 기판을 회전시키는 스핀헤드의 회전수를 가변적으로 조절할 수 있는 기판처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조 장치는 증착, 포토리소그래피, 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행을 통하여 반도체를 제조한다. 이러한 공정들 중 세정 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 반도체 기판 표면에 잔류하는 이물질 또는 불필요한 막을 제거하는 공정이다.

세정 공정을 수행하는 장치는 다수의 기판(또는 웨이퍼)을 동시에 세정하는 배치식 세정장치와 낱장 단위로 기판을 세정하는 매엽식 세정장치로 구분된다. 이 중 매엽식 세정장치는 낱장의 기판을 지지하며 회전하는 척(Chuck) 또는 지지대 등과 같은 스핀헤드와 기판 처리면에 공정 처리 약액들을 공급하는 적어도 하나의 노즐을 포함한다. 매엽식 세정장치의 공정이 개시되면, 스핀헤드에 기판이 안착되고 노즐은 세정액, 린스액 및 건조 가스를 순차적으로 분사하여 기판을 세정 및 건조 시킨다.

이때, 기판이 안착되는 스핀헤드와 기판을 중심으로 노즐로부터 식각액이 공급되는 경우, 상기 기판은 스핀헤드에 의해 회전되어 상기 식각액은 원심력에 의해 기판의 전체 영역으로 공급되게 된다.

그러나 종래에는 상기 기판을 회전시키는 핀헤드가 일정한 회전수(RPM)를 가지며 회전되고 상기 노즐은 기판의 중심 부위와 가장자리 부위를 스윙(Swing)하면서 식각액을 공급하기 때문에 상기 식각액에 의해 기판의 일부 영역이 과식각 되거나 부족식각되는 문제점이 있고, 웨이퍼의 영역에 따라 식각률을 조절할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 기판처리장치에 있어서 기판 상에 약액을 공급하는 노즐의 위치에 따라 기판을 지지하며 회전시키는 스핀헤드의 회전수가 가변적으로 제어되어 기판의 영역에 관계없이 균일한 식각률로 공정을 수행하게 하거나 기판의 영역에 따라 작업자가 원하는 식각률로 공정을 수행할 수 있는 기판처리장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치는, 기판을 지지하며 회전가능한 기판지지부, 상기 기판지지부에 놓여진 기판 상으로 약액을 공급하는 노즐, 상기 노즐로 약액을 공급하는 약액공급부, 공정 진행 중 기판 상에서 상기 노즐의 위치가 변화되도록 상기 노즐을 이동시키는 노즐이동부 및 상기 기판 상에 약액을 공급하는 노즐의 위치에 따라 기판지지부의 회전수를 제어하는 기판회전제어부를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판회전제어부는 상기 노즐이 상기 기판의 중심 상부에 있을 때에 비해 상기 기판의 가장자리 상부에 있을 때에 상기 기판지지부의 회전수가 높아지도록 제어한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판회전제어부는 상기 노즐로부터 공급되는 약액의 양에 따라 상기 기판지지부의 회전수를 가변시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 기판회전제어부는 상기 노즐의 이동속도와 시간에 따라 상기 기판지지부의 회전수를 가변시킨다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리방법은, 기판의 지지대 상에 기판이 놓여지는 단계, 상기 기판 상부로 노즐이 위치되는 단계, 상기 기판이 회전되는 단계, 상기 노즐이 상기 기판으로 약액을 공급하면서 상기 기판 상부에서 이동되는 단계 및 상기 기판 상부에서의 상기 노즐의 위치에 따라 상기 기판의 회전수가 제어되는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼의 영역에 대한 노즐의 위치에 따라 스핀헤드의 회전수를 조절함으로써, 웨이퍼 전체 영역에서 균일한 식각이 이루어지도록 할 수 있으며, 선택적으로 웨이퍼 영역에 따라 상이한 식각률로 공정이 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 웨이퍼 상부에서의 노즐의 위치와 이동속도 및 약액의 양 등 다양한 파라미터 값을 조절하여 스핀헤드의 회전수를 제어하므로 다양하고 정확한 공정조건으로 공정을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 일례를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 기판처리장치에 있어서 노즐의 이동경로에 따른 스핀헤드의 회전수 가변 제어의 일례를 나타내는 평면도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치는, 용기(100), 기판지지부(200), 노즐(300), 노즐이동부(400), 약액공급부(500) 및 기판회전제어부(600)를 포함한다.

용기(100)는 내부에 상부가 개방된 공간을 가지는 원통 형상을 가지고, 용기(100) 내측에는 서로간에 적층되도록 배치되는 복수의 약액회수챔버(120a,120b,120c)가 제공된다. 약액회수챔버(120a,120b,120c)들은 원형의 링 형 상을 가지고 용기(100) 내측을 향해 개방된 입구를 가진다. 약액회수챔버(120a,120b,120c)들은 각각 제작되어 용기(100) 내에 적층되고 약액회수챔버(120a,120b,120c)들과 용기(100)의 내측벽 사이에는 진공펌프와 연결된 환형의 공간(180)이 제공될 수 있다. 환형의 공간(180)은 공정 진행 중 용기(100) 기류가 용기(100)의 측방향으로 흐르도록 한다. 각각의 약액회수챔버(120a,120b,120c)들에는 환형의 공간(180)과 통하는 개구(122)가 제공된다. 선택적으로 약액회수챔버(120a,120b,120c)들은 용기(100)의 내측벽으로부터 일정거리 안쪽으로 돌출되도록 형성된 링 형상의 플레이트들에 의해 제공될 수 있다.

상기 복수의 약액회수챔버(120a,120b,120c)의 외측벽 또는 바닥벽에는 약액회수챔버(120a,120b,120c)로 유입된 약액을 회수하는 회수관(124a,124b,124c)이 연결되어 있으며, 각각의 회수관(124a,124b,124c)에는 개폐밸브(126a,126b,126c)가 설치된다. 용기(100)로부터 약액들이 상이한 회수관(124a,124b,124c)을 통해 분리 배출되므로 회수된 약액은 재사용될 수 있다. 상술한 예에서는 3개의 약액회수챔버(120a,120b,120c)가 용기(100)에 제공되는 것으로 설명하였으나, 약액회수챔버의 수는 다양하게 변화될 수 있다.

용기(100) 내에는 기판지지부(200)가 배치된다. 기판지지부(200)는 공정 진행 중 웨이퍼(W)를 지지하며, 공정이 진행되는 동안 기판회전제어부(600)의 제어에 의해 회전수(RPM)가 제어된다. 기판지지부(200)는 원판 형상의 스핀헤드(220)를 가지고 스핀헤드(220)의 상부면에는 웨이퍼(W)와 접촉되어 웨이퍼(W)를 지지하는 지지핀(224)들이 설치된다. 스핀헤드(220)의 상부면 가장자리에는 웨이퍼(W)가 기판 지지부(200) 상의 정위치에 안착되도록 웨이퍼(W)를 정렬하는 정렬핀(222)들이 설치된다. 정렬핀(222)들은 일정간격으로 자신의 중심축을 기준으로 회전가능하게 배치된다. 공정 진행시 정렬핀(222)들은 웨이퍼(W)의 측부와 접촉되어 웨이퍼(W)가 정위치로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 상술한 구조와 달리 기판지지부(200)는 지지핀(224)들 없이 스핀헤드(220) 내에 제공된 진공라인을 통하여 웨이퍼(W)를 직접 흡착할 수 있다.

스핀헤드(220)의 저면에는 구동기(240)에 의해 구동되는 지지축(240)이 결합된다. 구동기(240)는 공정 진행 중 스핀헤드(220)를 회전시키고, 공정에 사용되고 있는 약액에 따라 용기(100) 내에서 스핀헤드(220)의 상대 높이가 변화되도록 스핀헤드(220)를 상하로 이동시킨다. 즉, 스핀헤드(220)는 사용되는 약액의 종류에 따라 특정 위치의 약액회수챔버(120a,120b,120c)의 높이에 대응되는 높이로 이동된다. 상술한 예에서는 용기(100)가 고정되고 약액의 종류에 따라 스핀헤드(220)가 상하로 이동되는 것을 설명하였으나, 이와 달리 스핀헤드(220)는 고정되고 용기(100) 또는 약액회수챔버(120a,120b,120c)들이 상하로 이동될 수 있다.

약액은 노즐(300)을 통해 기판지지부(200) 상에 놓여진 웨이퍼(W)로 공급된다. 약액은 웨이퍼(W) 상에 형성된 막을 제거하는 식각액일 수 있다. 노즐(300)은 노즐이동부(400)에 의해 지지되며, 공정 수행 중 기판지지부(200)의 상부에 배치된다.

노즐이동부(400)는 노즐지지대(420)와 이동축(440)을 가지는데, 이동축(440)은 길이가 긴 원통 형상을 가지고 용기(100)로부터 일정거리 이격되어 수직하게 배 치된다. 노즐지지대(420)는 로드 형상을 가지며 수평하게 배치되고 일단이 이동축(440)의 상단에 고정된다. 노즐(300)은 아래를 향하는 방향으로 수직하게 노즐지지대(420)의 타단에 고정되고 구동부(460)에 의해 상하로 이동된다. 여기서, 용기(100) 내에서 웨이퍼(W)의 높이가 변화될 때 웨이퍼(W)와 노즐(300)간의 거리가 설정간격으로 유지되도록 노즐(300)의 높이가 조절되는 것이 바람직하다.

노즐지지대(420)의 아래에는 수분공급노즐(300)이 결합될 수 있다. 수분공급노즐(300)은 웨이퍼(W)가 약액에 의해 식각이 완료된 이후 웨이퍼(W) 상으로 탈이온수(Deionized water)를 공급하여 웨이퍼(W) 상에서 약액이 마르는 것을 방지한다. 선택적으로 수분공급노즐(300)이 별도로 제공되지 않고 수분은 노즐(300)을 통해 공급되어도 무방하다.

상기와 같이 노즐(300)로부터 웨이퍼(W) 상에 약액이 공급되는 공정 진행 중 노즐(300)이 웨이퍼(W)의 중심 상부에 고정위치되면 웨이퍼(W)의 중심 영역은 과식각되고 웨이퍼(W)의 가장자리 영역은 부족식각되기 때문에, 노즐(300)은 웨이퍼(W)의 중심 영역 상부 뿐만 아니라 웨이퍼(W)의 가장자리 영역 상부를 지나도록 구동부(460)에 의해 이동된다. 일예에 의하면, 노즐(300)은 이동축(440)을 기준으로 일정각도 회전 이동된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 노즐(300)은 웨이퍼(W)의 제1 가장자리 상부(이하, 제1 위치(P1))에서 웨이퍼(W)의 중심 상부를 지나 웨이퍼(W)의 제2 가장자리 상부(이하, 제2 위치(P2))까지 스윙(Swing)된다.

여기서, 노즐(300)은 선택적으로 웨이퍼(W)의 제1 가장자리 상부에서 웨이퍼(W)의 중심 상부까지만 스윙되거나 웨이퍼(W)의 반경 방향으로 직선이동 또는 제 1 가장자리 상부에서 웨이퍼(W)의 중심 상부를 지나 제2 가장자리 상부까지 직선으로 이동될 수 있다.

또한, 노즐(300)은 약액공급부(500)로부터 약액을 공급받는다. 약액공급부(500)는 복수의 약액저장부(540a,540b,540c)와 약액공급관(522,524a,524b,524c)을 포함한다. 약액공급관(522,524a,524b,524c)은 노즐(300)과 연결되는 주공급관(522)과 이로부터 분기되며 각각의 약액저장부(540a,540b,540c)들에 연결되는 분기관(524a,524b,524c)들을 가진다. 각각의 분기관(524a,524b,524c)에는 그 내부 통로를 개폐하는 개폐밸브(526a,526b,526c)가 설치된다.

상기와 같이 노즐(300)이 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)를 동일 속도로 왕복 스윙하면서 웨이퍼(W) 상으로 동일한 양의 약액을 공급하면 웨이퍼(W)의 가장자리 영역은 중심 영역에 비해 과식각된다.

즉, 웨이퍼(W)가 안착된 스핀헤드(220)가 구동기(260)에 의해 회전되는 경우 원심력에 의해 약액이 웨이퍼(W)의 전체영역으로 이동되어, 웨이퍼(W)의 가장자리 영역은 중심 영역에 비해 상대적으로 상기 동일하게 공급되는 약액의 양에 대하여 약액과 접촉 반응되는 면적이 넓어지게 되고 상기 약액의 양에 비하여 접촉 반응되는 시간이 커지기 때문이다.

이를 위하여 본 발명의 바람직한 실시예는, 웨이퍼(W) 상의 노즐(300)의 스윙 위치에 따라 구동부(260)를 제어하여 스핀헤드(220)의 회전수가 가변되도록 하고 이를 통하여 웨이퍼(W) 전체 영역에서 균일한 식각이 이루어지도록 하는 기판회전제어부(600)를 포함한다.

기판회전제어부(600)는 노즐이동부(400)의 이동축(440)을 회전시키는 구동부(460)로부터 노즐(300)의 위치에 대한 정보를 전송받거나 별도로 제공되는 위치센서(미도시)로부터 노즐(300)의 위치정보를 제공받아 예를 들어, 노즐(300)로부터 웨이퍼(W) 상에 공급되는 약액이 일정하다고 가정 할 때, 노즐(300)이 웨이퍼(W)의 중심 영역에 위치되는 경우의 스핀헤드(220)의 회전수 보다 가장자리 영역에 위치되는 경우의 스핀헤드(220)의 회전수를 보다 크게 하여 상기 약액과 반응하는 웨이퍼(W)의 중심 영역과 가장자리 영역의 면적과 반응시간을 동일하게 하여 웨이퍼(W) 전체의 균일한 식각이 이루어지도록 할 수 있다.

한편, 노즐(300)이 제1 위치(P1)에서 제2 위치(P2)까지 멈춤 없이 계속적으로 왕복 스윙하지 않고 선택적으로 웨이퍼(W) 상부의 영역을 복수개로 구획하고 각각의 영역 상부에서 노즐(300)이 일정시간 정지하면서 왕복 스윙하는 경우, 또는 약액공급부(500)에 의해 노즐(300)로부터 웨이퍼(W) 상에 공급되는 약액의 양이 가변적일 경우, 기판회전제어부(600)는 상기와 같은 경우에 대하여 미리 이론적 계산 또는 실험적 결과를 통하여 설정되는 스핀헤드(220)의 가변적인 회전수 정보를 통하여 웨이퍼(W)가 전체적으로 균일하게 식각되도록 하거나 작업자의 선택에 따라 원하는 식각률로 공정을 수행하도록 할 수 있다. 즉, 약액의 양이 많은 경우 스핀헤드(220)의 회전수를 크게 하고 약액의 양이 적은 경우 스핀헤드(220)의 회전수를 작아지게 할 수 있다.

상기와 같이, 약액공급부(500)로부터 노즐(300)에 제공되는 약액의 양이 가변적으로 제어되는 경우 약액공급부(500)는 유량조절기(560)를 통하여 상기와 같이 이동축(440)을 회전시키는 구동부(460)로부터 노즐(300)의 위치에 대한 정보를 전송받거나 별도로 제공되는 위치센서(미도시)로부터 노즐(300)의 위치정보를 제공받아 웨이퍼(W)의 중심 영역에 노즐(300)이 가까워질수록 약액의 양을 증가시키고 중심 영역으로부터 가장자리 영역으로 멀어질수록 약액의 양을 감소시켜 웨이퍼(W) 전체 영역에서 균일한 식각이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 상술한 실시예에서는 노즐(300)이 머무르는 시간(또는 노즐(300)의 스윙속도)에 따른 위치정보 내지 노즐(300)로 공급되는 약액의 양에 따라 기판회전제어부(600)에 의해 스핀헤드(220)의 회전수가 미리 설정된 정보에 의해 가변되도록 즉, 웨이퍼(W)의 가장자리 영역에 노즐(300)이 위치되는 경우 스핀헤드(220)의 회전수를 크게 하고 중심 영역에 노즐(300)이 위치되는 경우 스핀헤드(220)의 회전수를 작게 하거나, 약액의 양이 많은 경우 스핀헤드(220)의 회전수를 크게 하고 약액의 양이 적은 경우 스핀헤드(220)의 회전수를 작아지게 하고 있으나, 상기 스핀헤드(220)의 회전수 가변은 공정조건에 따라 또는 작업자가 원하는 식각률 즉, 선택적으로 웨이퍼(W)의 영역에 따라 상이한 식각률로 공정이 이루어지도록 다양하게 변화(또는 상기와 반대로) 될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 기판처리장치를 이용한 기판처리방법에 대해 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 웨이퍼(W)가 기판지지부(200) 상에 로딩되고 노즐(300)이 웨이퍼(W)의 상부에 위치되도록 이동축(440)이 회전된다.

이후, 작업자에 의해 사용하고자 하는 식각액이 선택되고 용기(100) 내에서 웨이퍼(W)가 특정 약액회수챔버(120a,120b,120c) 사이에 위치되도록 스핀헤드(220)가 수직 이동된다.

이후, 웨이퍼(W)와 노즐(300)간 거리가 설정 위치가 되도록 노즐(300)이 수직 이동된다.

이후, 사용하고자 하는 식각액을 공급하는 분기관(524a,524b,524c)으로부터 식각액이 웨이퍼(W) 상에 공급됨과 동시에 노즐(300)이 제1 위치(P1)에서 제2 위치(P2)까지 왕복 스윙하고, 웨이퍼(W)는 스핀헤드(220)에 의해 회전된다.

이때, 노즐(300)이 스윙하는 동안 노즐(300)의 위치에 따라 기판회전제어부(600)에 의해 스핀헤드(220)의 회전수가 가변적으로 제어된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 일예를 나타낸 단면도이다.

도 2는 도 1의 기판처리장치에 있어서 노즐의 이동경로에 따른 스핀헤드의 회전수 가변 제어의 일예를 나타낸 평면도이다.

*도면 부호 설명*

100 : 용기 120a,120b,120c : 약액회수챔버

200 : 기판지지부 220 : 스핀헤드

300 : 노즐 400 : 노즐이동부

500 : 약액공급부 600 : 기판회전제어부

Claims (5)

1. 기판을 지지하며 회전가능한 기판지지부;

   상기 기판지지부에 놓여진 기판 상으로 약액을 공급하는 노즐;

   상기 노즐로 약액을 공급하는 약액공급부;

   공정 진행 중 기판 상에서 상기 노즐의 위치가 변화되도록 상기 노즐을 이동시키는 노즐이동부; 및

   상기 기판 상에 약액을 공급하는 노즐의 위치에 따라 기판지지부의 회전수를 제어하는 기판회전제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 기판회전제어부는

   상기 노즐이 상기 기판의 중심 상부에 있을 때에 비해 상기 기판의 가장자리 상부에 있을 때에 상기 기판지지부의 회전수가 높아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 기판회전제어부는

   상기 노즐로부터 공급되는 약액의 양에 따라 상기 기판지지부의 회전수를 가변시키는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 기판회전제어부는

   상기 노즐의 이동속도와 시간에 따라 상기 기판지지부의 회전수를 가변시키는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
5. 기판의 지지대 상에 기판이 놓여지는 단계;

   상기 기판 상부로 노즐이 위치되는 단계;

   상기 기판이 회전되는 단계;

   상기 노즐이 상기 기판으로 약액을 공급하면서 상기 기판 상부에서 이동되는 단계; 및

   상기 기판 상부에서의 상기 노즐의 위치에 따라 상기 기판의 회전수가 제어되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.

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