KR20200040538A - 기판 세정 장치 - Google Patents

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KR20200040538A
KR20200040538A KR1020180120581A KR20180120581A KR20200040538A KR 20200040538 A KR20200040538 A KR 20200040538A KR 1020180120581 A KR1020180120581 A KR 1020180120581A KR 20180120581 A KR20180120581 A KR 20180120581A KR 20200040538 A KR20200040538 A KR 20200040538A
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이준호
이주영
이재홍
이재원
김형철
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주식회사 케이씨텍
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Abstract

기판의 세정 시 챔버를 기울일 수 있는 기판 세정 장치가 개시된다. 기판 세정 장치는, 기판이 안착되는 스핀척, 상기 스핀척을 수용하고 상기 스핀척에서 배출되는 세정액을 회수하는 복수의 회수컵을 포함하는 챔버 및 상기 챔버 하부에 구비되며 상기 챔버를 수평면에 대해서 기울기를 주기 위해서 틸팅시키는 틸팅부를 포함하여 구성된다.

Description

기판 세정 장치{CLEANING APPARATUS FOR SUBSTRATE}
반도체 기판을 세정하는 기판 세정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정에서는 절연막 및 금속물질의 증착(Deposition), 식각(Etching), 감광제(Photoresist)의 도포(Coating), 현상(Develop), 애셔(Asher)나 파티클 등의 불순물 제거 등이 수회 반복되어 미세한 패터닝(Patterning)의 배열을 만들어 나가게 되는데, 이러한 공정의 진행에 따라 반도체 기판 내에는 식각이나 불순물 제거 공정으로 완전히 제거되지 않은 불순물이 남게 된다. 반도체 장치의 미세화가 진행됨에 따라 수율과 신뢰성 측면에서 미립자를 비롯한 금속 불순물, 유기 오염물, 자연 산화막과 같은 불순물 제거의 중요성 또한 증대되고 있다. 이러한 불순물은 반도체 장치의 성능과 수율을 좌우하는 중요한 요소이기 때문에 반도체 장치를 제조하기 위한 각 공정을 진행하기 전에 세정 공정을 거쳐야 한다.
이와 같이, 반도체 장치를 제조하기 위한 기판의 세정 공정은 기판 표면에 잔류하는 미립자를 비롯한 금속 불순물, 유기 오염물, 자연 산화막과 같은 표면 피막 등의 다양한 대상물을 제거하기 위하여 실시한다. 통상적으로 세정 공정은 반도체 장치를 제조하는 총 공정의 약 1／4 ∼ 1／3을 차지하고 있으며, 이것은 세정 횟수뿐만 아니라 각 공정에 적합한 다양한 세정 공정이 요구되고 있다는 것을 의미한다.
일반적으로 반도체 기판의 습식 세정 장치는, 화학용액이 채워진 세정조(Bath) 내에 복수의 기판을 침지하여 처리하는 방식의 배치식(Batch type)과, 한 장의 기판을 수평으로 배치하여 회전시키면서 처리하는 방식의 매엽식(single type)으로 구분된다.
매엽식 세정 장치는 고속으로 회전하는 기판의 표면에 세정제를 분사하여 원심력으로 기판 표면을 세정하고, 기판 표면에 액상의 이소프로필 알코올(IPA: Isopropyl Alcohol)과 같은 건조액을 이용하여 기판을 건조시키게 된다. 또한, 매엽식 세정 장치에서 세정 공정은, RCA 공정, 즉, SC1(Standard Cleaning 1, NH4OH:H2O2:H2O가 혼합된 세정제), SC2(Standard Cleaning 2, HPM-HCl:H2O2:H2O가 혼합된 세정제), Piranha(SPM, Sulfuric Peroxide Mixture), DHF(Dilute HF) 약액을 이용하여 기판 표면에서 박막을 제거하고, 파티클을 제거한 후 초순수(DI)로 린스 처리 한 다음 건조 공정을 거치게 된다. 그리고 건조 공정은 일반적으로 고RPM(예를 들어, 1500~2500RPM)으로 기판을 회전시키면서 건조하는 스핀(Spin) 방식과 동시에 기판 표면에 불활성 가스(예를 들어, N2 가스)를 공급하여 건조시키는 방식이 있다. 최근에는 스핀 방식과 동시에 IPA/N2 가스를 분사하여 건조시키는 로타고니 방식(Rotagoni Dry)이 각광을 받고 있다. 로타고니 방식은 IPA를 액체 또는 기체 상태로 제공하는 동시에 N2 가스를 분사함으로써, 마랑고니 효과(Marangoni Effect; 기판에 잔류하는 수분의 표면장력을 낮춰서 건조시키는 효과)를 이용하여 기판의 수분을 제거하게 된다.
한편, 기존의 매엽식 세정 장치에서는 기판의 표면에 대해서만 세정처리를 하고 있는데, 기판의 세정 시 기판의 배면에 대한 오염이 발생할 수 있고, 공정의 단순화를 위해서도 기판의 배면에 대해서도 세정 처리가 요구되고 있다.
전술한 배경기술로서 설명된 내용은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 인정하는 것이라고 할 수는 없다.
실시 예의 목적은, 기판의 세정 시 챔버를 기울일 수 있는 기판 세정 장치를 제공하는 것이다.
또한, 기판의 표면 및 배면을 세정할 수 있는 기판 세정 장치를 제공하는 것이다.
실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 실시 예들에 따르면, 기판 세정 장치는, 기판이 안착되는 스핀척, 상기 스핀척을 수용하고 상기 스핀척에서 배출되는 세정액을 회수하는 복수의 회수컵을 포함하는 챔버 및 상기 챔버 하부에 구비되며 상기 챔버를 수평면에 대해서 기울기를 주기 위해서 틸팅시키는 틸팅부를 포함하여 구성된다. 본 실시 예들에 따르면, 기판의 표면 세정 및 배면 세정 시 챔버를 기울여서 세정함으로써, 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 실시 예에 따르면, 챔버를 수평면에 대해서 소정 각도 범위 내에서 일 방향으로 경사지도록 틸팅시킬 수 있도록 형성된다. 그리고 챔버를 기울임으로써 기판의 표면 세정 시 및 배면 세정 시에, 기판의 표면과 배면에 균일하게 세정액을 제공할 수 있으므로, 기판을 균일하고 효과적으로 세정할 수 있다.
일 실시 예에 따른 기판 세정 장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 기판 세정 장치의 측면도이다.
도 2는 도 1의 기판 세정 장치를 틸팅 시킨 상태의 도면이다.
도 3은 도 2에서 기판의 표면 세정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 도 2에서 기판의 배면 세정을 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 실시 예들에 따른 기판 세정 장치(10)에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 일 실시 예에 따른 기판 세정 장치(10)의 일 방향에서 본 측면도이고, 도 2는 도 1의 기판 세정 장치(10)를 소정 각도 틸팅시킨 상태를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에서 기판(1)의 표면 세정 동작을 설명하기 위한 모식도이고, 도 4는 도 2에서 기판(1)의 배면 세정 동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도면을 참조하면, 기판 세정 장치(10)는 한 장의 기판(1)을 수평으로 지지하여 소정 속도로 회전시키고, 회전하는 기판(1) 상에 세정을 위한 약액 등을 제공함으로써 기판(1)을 세정 및 건조하는 방식의 매엽식(single spin type) 세정 장치이다. 또한, 기판 세정 장치(10)는 기판(1)의 표면에 세정액을 제공하여 기판(1)의 표면을 세정할 뿐만 아니라 배면에 배면 세정액을 제공하여 기판(1)의 배면을 세정할 수 있다. 그리고 이하에서는 기판(1)의 표면을 세정하기 위해 사용하는 세정액을 '표면 세정액'이라 하고, 기판(1)의 배면을 세정하기 위해 사용하는 세정액을 '배면 세정액'이라 한다. 다만, 표면 세정액과 배면 세정액은 동일한 약액이 사용되거나, 서로 다른 약액이 사용될 수 있다. 또한, 표면 세정액 및 배면 세정액에는 기판(1)을 세정하기 위한 액체 또는 기체 등의 물질을 포함하며, 제거하고자 하는 물질의 종류에 따라 복수의 약액이 사용될 수 있으며, 건조를 위해서 제공되는 IPA 등도 포함한다.
기판(1)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(1)은 액정표시장치(liquid crystal display, LCD)나 플라즈마 표시 장치(plasma display panel, PDP)와 같은 평판 디스플레이 (flat panel display, FPD) 장치용 유리 기판일 수 있다. 또한, 기판(1)은 그 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형이나 사각형의 플레이트 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다. 그리고 기판(1)의 형상 및 크기에 따라 스핀척(13)의 크기와 형상 역시 변경될 수 있다.
기판 세정 장치(10)는 기판(1)을 지지하여 회전하는 스핀척(13)과, 스핀척(13)을 수용하여 기판(1)의 세정 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버(11) 및 챔버(11) 하부에 구비되어 챔버(11)를 수평면에 대해서 소정 각도로 틸팅시킬 수 있는 틸팅부(16)를 포함하여 구성된다.
또한, 기판 세정 장치(10)는 기판(1) 표면에 세정액을 제공하는 표면 세정부(14), 기판(1)의 배면에 세정액을 제공하는 배면 세정부(15)를 포함할 수 있다.
챔버(11)는 회수컵(12)과 스핀척(13)이 내부에 수용되는 공간을 제공하고, 기판(1)의 세정 공정을 위한 환경을 제공한다. 또한, 챔버(11)의 일 측(예를 들어, 상부)에는 챔버(11) 내부의 환경을 형성하기 위한 FFU(Fan Filter Unit) 등이 구비될 수 있다.
또한, 기판 세정 장치(10)는 스핀척(13)의 둘레에 구비되어서 기판(1)의 세정 공정이 진행되는 동안 약액 등을 회수하기 위한 회수컵(12)을 포함한다. 회수컵(12)의 일 측(예를 들어, 하부)에는 회수컵(12)에서 회수되는 약액들을 외부로 배출시키는 배출부(120)가 구비된다.
스핀척(13)은 기판(1)이 상면에 안착된 상태에서 소정 속도로 자전한다. 또한, 스핀척(13)은 기판(1)의 로딩 및 언로딩 시와, 세정 공정 동안 상하 방향으로 승강 이동 가능하다.
스핀척(13)에는 기판(1)이 안착 및 고정되는 복수의 척핀(131)이 구비된다. 척핀(131)은 스핀척(13)의 상면에 구비되며, 기판(1)의 가장자리를 지지할 수 있도록 스핀척(13)의 둘레를 따라 배치된다. 척핀(131)은 복수개(예를 들어, 3개, 4개 등)가 구비되며, 등간격으로 배치될 수 있다.
표면 세정부(14)는 스핀척(13) 상부에 구비되며, 기판(1)의 표면에 표면 세정액을 제공한다. 예를 들어, 표면 세정부(14)는 복수의 노즐을 포함할 수 있다. 또한, 표면 세정부(14)는 기판(1)의 상부에서 스윙 또는 회전이 가능하게 구비될 수 있다. 다만, 표면 세정부(14)의 상세한 구조에 대해서는 설명 및 도시를 생략한다.
배면 세정부(15)는 스핀척(13) 상에 구비되며, 배면 세정액을 기판(1)의 배면에 제공한다. 참고적으로, 도면에서 150은 배면 세정부(15)에 배면 세정액을 제공하는 배면 세정액 공급부(150)이다.
배면 세정부(15)는 기판(1)의 배면 중앙에 대해서 배면 세정액을 제공하도록 구비된다. 예를 들어, 배면 세정부(15)는 스핀척(13)의 중앙부 1개소에 구비되거나, 스핀척(13) 상에서 복수의 개소에 구비될 수 있다. 또한, 배면 세정부(15)는 배면 세정액을 분사하는 노즐 형태를 가질 수 있다. 여기서, 배면 세정부(15)는 기판(1)의 배면에 대해서 수직으로 배면 세정액을 제공할 수 있다. 다만, 이는 일 예시에 불과한 것으로, 배면 세정부(15)의 형태와 위치는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
틸팅부(16)는 틸팅부(16)는 챔버(11) 하부에 구비되는 틸팅 베이스(161)와 틸팅 베이스(161)를 틸팅시키기 위한 구동부(162)를 포함하여 구성된다. 틸팅부(16)는 구동부(162)가 틸팅 베이스(161)를 이동시킴으로써 챔버(11) 하부에 구비되어서 챔버(11) 및 스핀척(13)을 수평면에 대해서 소정 각도로 틸팅시키도록 구비된다. 또한, 틸팅부(16)는 틸팅 베이스(161)의 일 측을 지지점 또는 틸팅 축으로 하여 회전시킴으로써, 챔버(11) 전체를 수평면에 대해서 틸팅시키게 된다.
틸팅부(16)가 챔버(11)를 틸팅시키는 각도는 수평면에 대해서 1° 내지 5°의 범위이며, 바람직하게는 2° 내지 3°의 범위로 틸팅시킨다.
본 실시 예에서는 스핀척(13) 및 챔버(11) 전체를 틸팅시키도록 구비된 것을 예시하였다. 그러나 스핀척(13)에 대해서만 틸팅시키도록 구비되는 것도 가능하다.
본 실시 예에 따르면, 틸팅부(16)는 기판(1)의 표면을 세정하는 동안 및/또는 기판(1)의 배면을 세정하는 동안 스핀척(13)을 틸팅시킨다. 일 예로, 도 3에 도시한 바와 같이, 기판 세정 장치(10)는 기판(1)의 표면에 표면 세정액을 제공하면서 기판(1)의 표면 세정 공정 동안 챔버(11) 전체를 틸팅시키면 기판(1) 표면에서는 표면 세정액(LF)이 틸팅된 방향에 대해서 하부쪽(도면에서는 좌측)으로 몰리게 된다. 그리고 이와 같이 표면 세정액(LF)이 한 쪽 방향으로 몰리면 해당 부분에서 기판(1) 표면이 표면 세정액(LF)에 충분하게 묻게 되어 젖음성(wetting)이 향상되고, 기판(1) 표면의 세정 효율이 향상되게 된다. 더불어, 기판(1)의 가장자리까지 표면 세정액(LF)이 충분히 제공되므로, 기판(1)의 면적이 커질수록 기판(1) 중앙에 제공된 표면 세정액(LF)이 가장자리로 가는 동안 증발하는 것을 방지할 수 있다.
유사하게, 도 4에 도시한 바와 같이, 기판 세정 장치(10)는 챔버(11) 전체를 틸팅시키면 기판(1)의 배면에서 배면 세정액(LB)이 틸팅된 방향에 대해서 하부쪽(도면에서는 좌측)으로 몰리게 된다. 그리고 이와 같이 배면 세정액(LB)이 몰리면 해당 부분은 배면 세정액(LB)에 충분하게 묻게 되면서 젖음성(wetting)이 향상되고, 그에 따라, 기판(1) 배면의 세정 효율이 향상되게 된다. 여기서, 스핀척(13)이 회전하기 때문에 기판(1)을 일 측으로 기울이더라도 기판(1)의 전체 배면에 대해서 배면 세정액(LB)을 균일하게 제공할 수 있게 된다.
한편, 스핀척(13)의 중앙 1개소에서 배면 세정액(LB)을 제공하는 경우, 중력에 의해 배면 세정액(LB)이 낙하되어서 기판(1)의 가장자리까지 배면 세정액(LB)이 충분히 도달하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 배면 세정액(LB)의 분사량 또는 분사압을 증가시킬 경우, 배면 세정액(LB)의 분사 압력에 의해서 기판(1)이 부상되어서 척핀(131) 상에서 이탈되는 문제가 발생할 수도 있다. 특히, 기판(1)의 크기가 커질수록 이러한 문제점은 더욱 커질 수 있다.
본 실시 예에서는, 기판(1)의 표면에 제공하는 표면 세정액(LF)을 보다 효과적으로 기판(1)에 균일하게 제공할 수 있도록 하여 기판(1) 표면의 세정 효율을 높일 수 있다. 그리고 기판(1)의 배면에 제공하는 배면 세정액(LB)의 압력 및 양을 증가시키지 않더라도, 기판(1)의 배면 전체에 대해서 배면 세정액(LB)을 충분히 제공할 수 있다. 상세하게는, 기판(1)이 기울어져 있으므로, 기판(1)에 제공된 표면 세정액(LF) 및 배면 세정액(LB)이 기판(1)의 가장자리 부분까지 기판(1)의 면을 타고 흐르게 되므로, 중력에 의해서 표면 세정액(LF)이 기판(1) 표면에 충분히 도포될 수 있도록 함과 더불어, 배면 세정액(LB)이 낙하되어 기판(1)의 가장자리 부분에 배면 세정액(LB)이 도달되지 못하는 문제점을 해소할 수 있다. 또한, 기판(1)의 가장자리 부분에도 충분한 양의 표면 세정액(LF) 및 배면 세정액(LB)을 제공할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 기판
10: 기판 세정 장치
11: 챔버
12: 회수컵
120: 배출부
13: 스핀척
131: 척핀
14: 표면 세정부
15: 배면 세정부
150: 배면 세정액 공급부
16: 틸팅부
161: 틸팅 베이스
162: 구동부

Claims (7)

  1. 기판이 안착되는 스핀척;
    상기 스핀척을 수용하고 상기 스핀척에서 배출되는 세정액을 회수하는 복수의 회수컵을 포함하는 챔버; 및
    상기 챔버 하부에 구비되며 상기 챔버를 수평면에 대해서 기울기를 주기 위해서 틸팅시키는 틸팅부;
    를 포함하는 기판 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 틸팅부는,
    상기 챔버 하부에 구비되는 틸팅 베이스; 및
    상기 틸팅 베이스를 수평면에 대해서 틸팅 시키는 구동부;
    를 포함하고,
    상기 구동부는 상기 틸팅 베이스의 일 측을 지지점으로 하여 상기 킬팅 베이스를 회전시키는 기판 세정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 틸팅부는,
    상기 기판의 로딩 및 언로딩 시에는 상기 챔버를 수평 상태로 유지하고,
    상기 기판의 세정 공정 동안에는 상기 상기 챔버를 기울인 상태로 유지하는 기판 세정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 틸팅부는 상기 챔버를 수평면에 대해서 1° 내지 5°의 범위로 틸팅시키는 기판 세정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 틸팅부는 상기 챔버를 수평면에 대해서 2° 내지 3°의 범위로 틸팅시키는 기판 세정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스핀척 상부에 구비되어 상기 기판의 표면에 세정액을 제공하는 표면 세정부; 및
    상기 스핀척 상에 구비되어서 상기 기판의 배면에 배면 세정액을 제공하는 배면 세정부;
    를 더 포함하는 기판 세정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배면 세정부는 상기 기판의 배면에 대해서 수직으로 상기 배면 세정액을 제공하도록 구비되는 기판 세정 장치.
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