KR20130094055A - 스핀 린스 드라이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스핀 린스 드라이 장치에 관한 것으로, 케이싱과; 원형 형상의 기판이 안착된 상태로 상기 케이싱 내에 회전하는 기판 거치대와; 상기 기판 거치대에 거치된 상기 기판에 액체를 분사하는 액체분사노즐과; 상기 기판의 상부로 공기를 분사하는 기체 유동을 발생시키는 유동 발생부와; 상기 기체 유동의 상류측에 비해 하류측에서 보다 작은 단면을 갖도록 형성되어, 상기 유동 발생부에서 발생되어 공급되는 기체의 유동 흐름을 보다 작은 단면을 통해 배출되도록 안내하는 유동 안내부를; 포함하여 구성되어, 건조 공정 중에 기판으로부터 떨어져 나간 이물질 및 순수가 공기 중에 부유하다가 기판에 재흡착되는 것을 최소화하여 공정 효율을 향상시키는 스핀 린스 드라이 장치를 제공한다

Description

스핀 린스 드라이 장치 {SPIN RINSE DRY APPARATUS}

본 발명은 스핀 린스 드라이 장치에 관한 것으로, 원형 기판 상의 이물질을 순수를 분사하여 제거하고 건조함에 있어서 분사된 순수에 의해 씻겨나가는 이물질이 공기 중에 부유하면서 기판에 다시 묻는 것을 최소화하는 스핀 린스 드라이 장치에 관한 것이다.

최근에는 기판이 대구경화됨에 따라 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 데 화학 기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 공정이 널리 이용되고 있다. CMP공정이란 단차를 갖는 웨이퍼 표면을 폴리싱 패드 위에 밀착시킨 후, 연마제와 화학 물질이 함유된 슬러리를 웨이퍼와 폴리싱 패드에 주입시키면서 웨이퍼와 폴리싱 패드의 상대 회전 운동을 유도하여, 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 공정이다.

웨이퍼는 CMP공정을 거친 이후에 표면에 이물질이 부착되는 데, 이 파티클을 제거하기 위하여 스핀 린스 드라이 공정을 실시한다.

스핀 린스 드라이 공정은 도1에 도시된 스핀 린스 드라이 장치(1)를 이용하여 행해지는 데, 케이싱(10) 내의 웨이퍼 거치대(20)에 웨이퍼(G)를 거치시킨 후, 웨이퍼 거치대(20)를 회전(20r)시키면서 순수 분사기(30)로부터 순수(30a)를 고압으로 분사하여 웨이퍼(G)의 표면에 부착된 이물질을 분리시키는 린스 공정을 행한다. 그리고, 웨이퍼(G)를 회전시킨 상태를 유지하면서, 케이싱(10)의 상부 천장에 설치된 팬(40)이 가동되면서 웨이퍼(G)에 공기(44)를 분사하여 웨이퍼(G)에 잔류하는 순수를 건조시킨다.

즉, 웨이퍼(G)에 액체를 분사하여 웨이퍼(G)의 표면을 세정한 이후에, 팬 필터 유닛(FFU)으로 깨끗한 기체를 케이싱 내부에 공급하여 하부 배기구(11, 12)를 통해 케이싱 내부의 이물질을 배출하도록 구성된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 스핀 린스 드라이 장치(1)는 케이싱(10) 내부의 기체 및 이물이 배기구(11, 12)를 통해 강제로 외부로 취출되도록 의도되지만, 웨이퍼(G)를 스핀 회전시키는 동안에 발생되는 원심력으로 인하여, 웨이퍼(G)에서 제거된 이물질이 케이싱(10)의 내벽에 부딪힌 이후에, 도면부호 99로 표시된 방향으로 유동함에 따라, 웨이퍼(G)로부터 튀겨나가는 액체(55)가 부유하다가 웨이퍼(G)의 표면에 다시 흡착되는 현상이 발생되었다.

즉, 웨이퍼(G)의 회전력에 의해 형성된 기류의 흐름이 기판(G)을 중심으로 상부와 하부로 분리되는 현상이 발생되어, 케이싱(10) 내부에 부유하는 이물질이 완전히 제거되지 않는 문제가 있었다. 또한, 웨이퍼(G)로부터 이물질을 제거하는 스핀 린스 건조 공정에 소요되는 시간이 보다 길어져 공정 효율이 낮아지는 문제가 초래되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 웨이퍼 등의 원형 기판 상에 묻은 이물질을 순수로 제거한 후 건조 공정을 행함에 있어서, 건조 공정을 촉진하기 위해 분사하는 기체에 의해 기판의 표면에 잔류하는 액체가 밀려 기판으로부터 튀겨나간 액체가 케이싱 내부에서 부유하면서 기판에 재흡착되는 것을 최소화하는 스핀 린스 드라이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 기판의 세정 이후의 건조 공정의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 케이싱과; 원형 형상의 기판이 안착된 상태로 상기 케이싱 내에 회전하는 기판 거치대와; 상기 기판의 상부로 공기를 분사하는 기체 유동을 발생시키는 유동 발생부와; 상기 기체 유동의 상류측에 비해 하류측에서 보다 작은 단면을 갖도록 형성되어, 상기 유동 발생부에서 발생되어 공급되는 기체의 유동 흐름을 보다 작은 단면을 통해 배출되도록 안내하는 유동 안내부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스핀 린스 드라이 장치를 제공한다.

이는, 유동 발생부에서 발생되어 분사되는 기체를 기판에 분사하여 건조시키는 데 있어서, 상기 기체 유동의 상류측에 비해 하류측에서 보다 작은 단면을 갖도록 형성된 유동 안내부에 의하여, 기판의 중앙부에는 상대적으로 빠른 유속으로 기체가 도달하고 기판의 가장 자리는 상대적으로 느린 유속으로 기체가 도달하게 하여, 기판에 도달한 이후에 케이싱의 내벽을 타고 기판으로 되돌아오는 방향(99)의 유동량을 최소화하기 위함이다.

이를 통해, 케이싱 내부의 기체 유동장은 기판으로 되돌아오는 유동을 최소화하여, 기판의 표면으로부터 분리된 액체가 분무 형태로 케이싱 내부에 부유하다가 기판에 다시 부착되는 것을 최소화하여, 기판의 건조 효율을 보다 높일 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은 상기 케이싱에는 외기와 통하는 배기공이 측벽에 다수 형성되어, 분사되는 기체가 기판을 접한 이후에 방향이 전환된 기체가 다수의 배기공을 통해 곧바로 외기로 배출되도록 유도됨에 따라, 케이싱 내부에 부유하는 액체가 다시 기판에 내려 앉는 현상을 완전히 제거할 수 있다.

이 때, 상기 배기공은 상기 유동 안내부의 하단부보다 더 낮은 위치로부터 상측으로 다수 형성됨으로써, 기판을 접한 이후에 방향 전환된 기체의 유동이 상기 유동 안내부의 하단부로부터 분사되는 기체에 영향을 받지 않게 되어, 기체의 유동을 배기공을 통해 외부로 배출시키는 작용을 보다 확실하게 할 수 있다.

한편, 상기 유동 안내부의 출구는 일정한 단면으로 연장된 구간을 포함하여 깔때기 형상으로 형성됨으로써, 상방으로부터 기판을 향해 하방으로 흐르는 유동의 방향이 보다 일정한 분포를 갖도록 할 수 있다. 상기 유동 발생부는 기체를 불어넣는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 케이싱 상부에 팬 필터 유닛(FFU)을 설치하여 유동 발생부를 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 액체분사노즐은 기판의 표면에 잔류하는 이물질을 제거하는 다양한 액체를 분사하도록 구성될 수 있는데, 세정액을 분사하거나 순수(DeIoninzed Water)를 분사할 수 있다.

상기 유동 안내부의 출구의 직경은 상기 기판의 직경의 50% 내지 70%로 형성된 것이 바람직하다. 이와 같이 유동 안내부의 출구 직경과 기판의 직경 비율을 유지함으로써, 기판의 중앙부에는 가장자리에 비하여 보다 빠른 유속으로 기체 유동장이 형성되어, 기판을 향해 분사된 기체가 기판의 전체를 일정한 유속으로 도달하도록 하는 종래의 유동장에 비하여, 케이싱의 내벽을 거친 후 기판으로 되돌아오는 유동량을 크게 줄일 수 있다.

이 때, 케이싱의 내벽은 원형 단면으로 형성될 수도 있고, 사각형 단면으로 형성될 수도 있으며, 다양한 단면 형상으로 형성될 수 있다.

이와 동시에, 상기 유동 안내부의 출구는 상기 기판의 표면으로부터 상기 기판의 직경의 50% 내지 80%만큼의 거리가 이격된 것이 바람직하다. 유동 안내부의 출구로부터 기판 사이의 거리를 상기와 같이 유도함으로써, 유동 안내부로부터 유출된 기체가 기판의 중앙부에는 유동 안내부의 출구 유속과 유사한 빠른 속도로 기체가 도달하지만, 기판의 가장자리에는 유동 안내부의 출구로부터 반경 바깥으로 퍼지면서 보다 낮은 속도로 도달하는 유동장을 신뢰성있게 구현할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 회전하는 원형 기판에 분사되는 액체로 기판의 표면에 잔류하는 이물질을 제거한 후, 유동 발생부로부터 분사되는 기체로 회전하는 기판을 건조시키는 데 있어서, 건조 공정 중에 기판으로부터 떨어져 나간 이물질 및 순수가 공기 중에 부유하다가 기판에 재흡착되는 것을 최소화하여 공정 효율을 향상시키는 스핀 린스 드라이 장치를 제공한다

즉, 본 발명은 유동 발생부로부터 분사된 공기의 유동 흐름을 기준으로 상류측에 비해 하류측에 보다 작은 단면을 갖도록 형성된 유동 유동부에 의해 유동 발생부로부터 유입되는 기체의 유동을 기판 중앙부를 향하는 보다 좁은 단면에 도달하도록 유도함으로써, 기판의 중앙부에는 상대적으로 빠른 유속으로 기체가 도달하고 기판의 가장 자리는 상대적으로 느린 유속으로 기체가 도달하게 유도하고, 이와 동시에, 기판의 상측에 다수의 배기공이 형성됨에 따라 기판을 타격한 기체의 유동이 곧바로 배기공으로 배출되도록 구성됨에 따라, 기판의 표면으로부터 분리된 액체 및 이물질이 분무 형태로 케이싱 내부에 부유하다가 기판에 다시 흡착되는 것을 최소화하여 기판의 세정 및 건조 효율을 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 깔대기 형상의 유동 안내부를 구비함으로써, 유동 발생부에서 발생되는 유동장의 속도가 낮더라도, 단면이 점점 작아지는 노즐 형태의 유동 안내부를 구비함으로써, 보다 빠른 유속의 기체를 기판에 분사하여 건조에 소요되는 시간을 보다 단축할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

도1은 종래의 스핀 린스 드라이 장치의 구성을 도시한 도면
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 린스 드라이 장치의 구성을 도시한 일부 절개도
도3은 도2의 작용 원리를 도시한 도면
도4는 도2의 치수를 설명하기 위한 도면

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 린스 드라이 장치(100)에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하며, 동일하거나 유사한 기능 혹은 구성에 대해서는 동일하거나 유사한 도면 부호를 부여하기로 한다.

도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 린스 드라이 장치(100)는 내부에 수용 공간이 구비된 케이싱(110)과, 케이싱(110)의 내부 중앙부에서 원형 기판인 웨이퍼(G)를 거치시키고 회전 가능하게 설치된 기판 거치대(120)와, 기판 거치대(120)에 거치된 웨이퍼(G)에 순수(DeIonized Water)를 분사하는 액체분사노즐(130)과, 기판 거치대(120)에 거치된 웨이퍼(G)의 상면을 향하는 공기 유동장을 발생시키는 유동 발생부(140)와, 유동 발생부(140)에서 발생된 기체 유동이 웨이퍼(G)의 중심을 기준으로 웨이퍼의 중심부 일부 면적에 해당하는 단면의 출구를 통해 배출되도록 기체 유동을 제어하는 유동 안내부(150)로 구성된다.

상기 케이싱(110)은 도2에 도시된 바와 같이 사각 단면의 직육면체 형상의 수용부가 내부에 형성되고, 내부 수용 공간과 외기를 연통시키는 다수의 배기공(111, 111')이 관통 형성된다. 이 때, 배기공(111, 111')은 슬릿 형태(111)로 형성될 수도 있고, 격자 형태로 배열된 형태(111')로 형성될 수 있으며, 도2에 도시된 바와 같이 이들의 조합으로 형성될 수도 있다.

상기 기판 거치대(120)는 웨이퍼(G)를 안정되게 거치시킨 상태로 위치 고정시키고, 회전축(121)과 연결되어 회전(120r) 구동된다.

상기 액체분사노즐(130)은 기판 거치대(120)에 거치된 웨이퍼(G))의 표면에 순수를 고압으로 분사하여, 웨이퍼(G)의 표면에 잔류하는 이물질을 제거한다.

상기 유동 발생부(140)는 케이싱(110)의 천장부에 위치한 팬 필터 유닛(FFU)으로 형성되어, 케이싱(110)의 천정부의 개구를 통해 공기를 케이싱(110)의 내부 수용 공간으로 공급한다.

상기 유동 안내부(150)는 유동 발생부(140)에서 발생된 공기 유동의 상류측에 비해 하류측에서 보다 작은 단면을 가지면서, 출구에서는 일정한 단면으로 연장된 구간이 포함되는 깔때기 형상과 유사하게 형성된다. 이에 따라, 도3에 도시된 바와 같이, 유동 발생부(140)에서 발생된 유동(91)은 유동 안내부(150)를 통과하면서 유속이 증가하지만 보다 작은 단면을 통과하는 유동(92)의 형태로 웨이퍼(G)를 향해 분사(93)된다.

여기서, 유동 안내부(150)의 중심은 웨이퍼(G)의 중심과 정렬되도록 배열되지만, 출구 직경(d1)은 웨이퍼(G)의 직경(d2)에 비해 더 작게 형성된다. 그리고, 유동 안내부(150)의 출구는 웨이퍼(G)의 표면으로부터 웨이퍼(G)의 직경의 50% 내지 80%만큼의 거리가 이격된 위치에 위치한다. 이에 의해, 유동 안내부(150)의 출구로부터 배출된 기체가 반경 방향으로 퍼져나가 가장자리에 까지 도달할 수 있게 된다. 예를 들어, 직경(d2)이 300mm인 웨이퍼(G)인 경우에는, 유동 안내부(150)의 출구 직경(d1)은 150mm 내지 210mm로 형성되고, 기판(G)으로부터 유동 안내부(150)의 출구까지의 거리(L1)는 대략 150mm 내지 240mm만큼 이격 위치한다.

이와 같이 유동 안내부(150)의 출구 단면적이 웨이퍼(G)의 표면적보다 더 작게 형성되고, 상기와 같이 유동 안내부(500의 출구와 웨이퍼(G)의 사이 간격을 설정함에 따라, 유동 안내부(150)의 출구의 중심부에서 배출되는 기체는 거의 수직인 직선 경로로 웨이퍼(G)의 중앙부 표면에 빠른 속도로 도달하고, 유동 안내부(150)의 출구의 가장자리부에서 배출되는 기체(94)는 반경 바깥 방향으로 퍼지면서 웨이퍼(G)의 가장자리 표면에 보다 낮은 속도로 도달하는 유동장이 형성된다.

이에 따라, 웨이퍼(G)의 중앙부에 도달한 기체는 웨이퍼(G)의 표면에 잔류하는 액체를 신속하게 건조시키고, 웨이퍼(G)의 가장자리에도 기체가 도달하여 웨이퍼 표면의 액체를 건조시키되, 웨이퍼(G)의 가장자리에 비하여 중앙부에 보다 높은 유속의 기체가 집중하여 도달함에 따라, 웨이퍼(G)의 표면에 닿은 이후의 기체 유동이 반경 바깥 방향으로 발산하는 형태의 경로(95)로 유도되어, 공기 중에 부유하는 액체가 웨이퍼의 표면으로 되돌아와 다시 묻는 것을 최소화할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 웨이퍼(G)의 상측에 케이싱(110)의 내부 공간과 외기를 연통하는 배기공(111, 111')이 형성된다. 이에 따라, 웨이퍼(G)의 표면에 닿은 이후의 반경 바깥 방향으로 발산하는 형태의 기체 유동 경로(95)를 따라, 케이싱(110)의 내부에 부유하는 순수 등의 액체는 외기로 배출되므로, 웨이퍼(G)로부터 분리되어 떨어져나간 액체가 다시 웨이퍼(G)에 재부착되는 것을 효과적으로 방지할 수 잇다.

이 때, 배기공(111, 111')은 케이싱(110)의 전 표면에 걸쳐 위치할 수도 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 배기공(111, 111')은 대략 웨이퍼(G) 직경(d2)의 40~60%의 길이에 해당하는 만큼 웨이퍼(G)의 표면으로부터 이격 배치된 것이 효과적이다. 이보다 더 낮은 위치에 배기공(111, 111')이 형성되면, 웨이퍼(G)의 표면에 닿은 이후의 유동이 케이싱(110)의 내벽을 타면서 와류가 유도되므로, 케이싱 내부에 부유하는 액체 입자와 함께 공기를 외기로 배출시키는 효율이 저하된다. 그리고, 이보다 더 높은 위치로부터 배기공(111, 111')이 형성되면, 웨이퍼(G)의 표면을 닿은 이후의 공기 유동이 도달하지 못하는 양이 많아져 배출 효율이 저하된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 린스 드라이 장치(100)는 기판에 액체를 분사하여 기판(G)의 표면을 세정한 이후에, 팬 필터 유닛(FFU)에서 발생된 기체의 유동을 단면이 점점 작아지는 영역을 구비한 유동 안내부(150)를 통과하면서, 웨이퍼(G)의 중앙부에 보다 집중되게 기류를 형성하여, 케이싱 내부의 기체를 배기공(111, 111')을 통해 외기로 빠져나가게 함으로써, 이물질이 웨이퍼(G)에 다시 흡착되지 않고 건조 능력이 보다 향상되는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 린스 드라이 장치(100)의 작용 원리를 상술한다.

단계 1: 먼저, CMP공정을 행하여 표면에 이물질이 묻은 웨이퍼(G)를 기판 거치대(120)에 위치 고정시킨다.

단계 2: 기판 거치대(120)를 회전시키면서, 액체분사노즐(130)로부터 세정액(130a)을 고압 분사하여, 웨이퍼(G)에 잔류하는 이물질을 웨이퍼로부터 분리시킨다.

단계 3: 그리고 나서, 유동 발생부(140)의 팬을 회전시켜 웨이퍼를 향해 공기를 공급한다. 유동 발생부(140)에 의해 발생된 기체의 유속은 유동 안내부(150)를 통과하면서 보다 빠른 속도로 웨이퍼(G)의 중앙부에 집중하여 공기를 분사하는 형태로 변하게 된다.

따라서, 도3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(G)의 중앙부에서는 보다 빠른 유속으로 공기가 분사되어 건조되고, 웨이퍼(G)의 가장자리부에서는 유동 안내부(150)의 출구로부터 반경 바깥 방향으로 퍼지는 공기가 도달하여 건조된다. 웨이퍼(G)의 중앙부에서의 속도가 가장자리에서의 속도보다 더 빠른 유동장으로 웨이퍼(G)의 표면에 도달함에 따라, 웨이퍼(G)의 표면에 부딪힌 이후의 공기 유동은 상측 바깥 방향의 경로(95)로 유동하여, 케이싱(110) 내부에 부유하는 이물질과 함께 공기는 배기공(111, 111')을 통해 외부로 배출된다.

이와 같은 작용에 의하여, 본 발명에 따른 스핀 린스 드라이 장치(100)는 CMP공정을 거친 웨이퍼의 표면에 묻은 이물질을 보다 효율적으로 보다 깨끗하게 세정할 수 있을 뿐만 아니라, 건조 효율이 높아져 세정 건조 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 상기와 같은 특정 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

100: 스핀 린스 드라이 장치 110: 케이싱
111, 111': 배기공 120: 기판 거치대
130: 액체분사노즐 140: 유동 발생부
150: 유동 안내부 G: 웨이퍼

Claims (9)

1. 케이싱과;
   원형 형상의 기판이 안착된 상태로 상기 케이싱 내에 회전하는 기판 거치대와;
   상기 기판의 상부로 기체를 분사하는 기체 유동을 발생시키는 유동 발생부와;
   상기 기체 유동의 상류측에 비해 하류측에서 보다 작은 단면을 갖도록 형성되어, 상기 유동 발생부에서 발생되어 공급되는 기체의 유동 흐름을 보다 작은 단면을 통해 배출되도록 안내하는 유동 안내부를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스핀 린스 드라이 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 케이싱에는 외기와 통하는 배기공이 측벽에 다수 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 린스 드라이 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 배기공은 상기 유동 안내부의 하단부보다 더 낮은 위치로부터 상측으로 다수 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 린스 드라이 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 유동 안내부의 출구는 일정한 단면으로 연장된 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀 린스 드라이 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 유동 발생부는 상기 케이싱 상부에 설치된 팬으로 형성되어, 상기 기판을 향하여 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 스핀 린스 드라이 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   순수(DeIonized Water)를 상기 기판에 분사하는 액체분사노즐을 더 포함하는 스핀 린스 드라이 장치.
   
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유동 안내부의 출구의 직경은 상기 기판의 직경의 50% 내지 70%로 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 린스 드라이 장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 유동 안내부의 출구는 상기 기판의 표면으로부터 상기 기판의 직경의 50% 내지 80%만큼의 거리가 이격된 것을 특징으로 하는 스핀 린스 드라이 장치.
   
9. 제 7항에 있어서,
   상기 배기공은 상기 기판 직경의 40~60%의 길이에 해당하는 만큼 상기 기판의 표면으로부터 이격된 위치로부터 상측을 향해 다수 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 린스 드라이 장치.
   
   
   
   

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