KR20200051869A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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KR20200051869A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 기판을 지지하며, 상기 기판 저면으로 세정액이 토출되도록 분사유로가 형성된 스핀척; 상기 분사유로로 세정액을 제공하는 분사노즐;을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스핀척에 분사유로를 형성하고, 상기 분사유로를 통해 스핀척에 안착된 기판 저면에 세정액을 분사할 수 있으므로, 세정액이 분사되지 않는 사각지대를 최소화할 수 있다. 따라서, 기판 저면에 잔존하는 파티클을 최소화할 수 있으며, 후속 공정 진행 시 기판 저면의 파티클에 의한 공정 불량을 감소시킬 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판의 저면(Back side)을 세정하기 위한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 기판 상에 여러 가지 물질을 박막 형태로 증착하고 이를 패터닝하여 제조된다. 이를 위하여 포토리소그래피, 박막형성 공정 등 여러 단계의 서로 다른 기판 처리 공정이 요구된다. 각각의 처리 공정에서 기판은 해당 공정에 최적의 조건을 제공하는 챔버에 장착되어 처리될 수 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 시스템을 보여주는 평면도이다.
도 1을 참고하면, 기판 처리 시스템은 인덱스모듈(10) 및 공정모듈(20)을 포함한다.
여기서, 기판은 실리콘 웨이퍼, 유리기판, 유기기판 등을 모두 포함하는 포괄적인 개념이다.
인덱스모듈(10)은 외부로부터 기판을 반송 받아 공정모듈(20)로 기판을 반송한다. 인덱스모듈(10)은 로드챔버(11)와 이송프레임(12)을 포함한다.
로드챔버(11)에는 기판이 수용되는 용기(11a)가 놓인다. 용기(11a)로는 전면 개방 일체형 포드(FOUP: Front Opening Unified Pod)가 사용될 수 있다. 용기(11a)는 오버헤드 트랜스퍼(OHT: Overhead Transfer)에 의해 외부로부터 로드챔버(11)로 반입되거나 로드챔버(11)로부터 외부로 반출될 수 있다.
이송프레임(12)은 로드챔버(11)에 놓인 용기(11a)와 공정모듈(20) 간에 기판을 반송한다. 이송프레임(12)은 인덱스로봇(12a)과 인덱스레일(12b)을 포함한다. 인덱스로봇(12a)은 인덱스레일(12b) 상에서 이동하며 기판을 반송할 수 있다. 예를 들어, 인덱스로봇(12a)은 기판을 용기(11a)로부터 인출하여 후술하는 버퍼슬롯에 놓을 수 있다.
공정모듈(20)은 버퍼챔버(21), 이송챔버(22), 공정챔버(23)를 포함한다.
버퍼챔버(21)는 인덱스모듈(10)과 공정모듈(20) 간에 반송되는 기판이 임시로 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼챔버(21)에는 기판이 놓이는 버퍼슬롯(21a)이 제공될 수 있다. 버퍼슬롯(21a)은 복수 제공될 수 있으며, 이에 따라 기판 역시 복수가 버퍼챔버(21)에 유입될 수 있다.
이송챔버(22)는 그 주변에 배치된 버퍼챔버(21), 공정챔버(23) 간에 기판을 반송한다. 이송챔버(22)는 이송로봇(22a)과 이송레일(22b)을 포함한다. 이송로봇(22a)은 이송레일(22b) 상에서 이동하며 기판을 반송할 수 있다. 즉, 이송챔버(22)의 이송로봇(22a)은 버퍼슬롯(21a)에 놓인 기판을 인출하여 이를 공정챔버(23)로 반송할 수 있다.
공정챔버(23)는 하나 또는 복수개가 제공될 수 있다. 공정챔버(23)는 일측에 기판이 출입하기 위한 출입구를 구비하고, 출입구는 도어에 의해 개폐될 수 있다. 공정챔버는 출입구가 제공된 일측면이 이송챔버(22)를 향하도록 배치될 수 있다.
공정챔버(23)는 기판에 대해 소정의 공정을 수행한다. 예컨대, 공정챔버(23)는 포토레지스트 도포, 현상, 세정, 열처리 등의 공정을 수행할 수 있다.
도 2는 종래 기술에 의한 기판 처리 장치를 도시한 것이다.
도 2를 참고하면, 기판(S)의 아래에 소정 각도(θ)로 세정액 노즐(40)이 설치되고, 기판(S)의 회전 시 세정액이 분사되어 기판(S) 이면의 잔류물을 제거토록 한다.
예를 들면, 포토레지스트 도포 공정에서는 기판을 스핀척(10)에 안착하고 일정량의 포토레지스트를 기판에 도포한 후, 이를 고르게 퍼질 수 있도록 스핀척(10)을 소정 속도로 회전시켜 포토레지스트를 코팅한다. 이때 포토레지스트는 회전하는 기판(S)의 원심력에 의해 기판(S)의 외경 방향으로 유동하게 된다. 이 과정 중에 포토레지스트의 일부가 흘러 넘쳐 기판(S)의 이면에 묻게 되는 현상이 발생할 수 있다.
기판(S) 이면에 묻은 파티클 등의 오염물질은 이후의 공정 예컨대, 노광 공정 시 정밀한 패턴 형성을 방해하여 공정 불량을 일으키는 원인이 된다.
이를 방지하기 위해 포토레지스트 도포 공정 시 또는 그 이후에 기판(S)의 이면에 세정액을 분사함으로써 포토레지스트 잔류물을 제거하게 된다. 이때 세정액을 분사하는 세정액 노즐(40)은 기판(S)의 하측에 고정되어 있다. 즉, 세정액 노즐(40)은 고정된 채 기판(S)만 회전하면서 세정액을 분사하게 된다.
또한, 상술한 바와 유사한 방법으로 린스액을 공급하여 세정액을 제거하는 과정을 수행할 수도 있다.
한편, 기판(S)의 회전 시 그 원심력에 의해 세정액이 기판(S)의 에지 측으로 유동될 수 있도록 세정액 노즐(40)은 기판(S)의 외경 방향으로 세정액을 사선으로 분사하도록 배치되어 있다.
그런데 기존에는 세정액 노즐(40)이 기판의 하측(S)에 고정되어 있고, 기판(S)의 회전 시 기판(S)의 외경 방향으로 세정액을 사선으로 분사하게 됨에 따라 스핀척(30)이 근접한 기판(S)의 저면에서 세정액의 영향을 받지 않는 미세정 영역(A)이 발생할 수 있다. 이 경우 세정액이 도포되지 않은 기판(S) 저면의 미세정 영역(A)에서 파티클이 잔존하게 될 수 있고, 이는 추후 공정의 불량 원인으로 작용할 우려가 있다.
한국공개특허 10-2010-0060094
본 발명은 기판의 저면 전체에 고르게 세정액을 분사할 수 있도록 한 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 기판 처리 장치는, 기판을 지지하며, 상기 기판 저면으로 세정액이 토출되도록 분사유로가 형성된 스핀척; 상기 분사유로로 세정액을 제공하는 분사노즐;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 분사유로의 입구는 스핀척의 저면에 형성되고, 상기 분사노즐은 상기 분사유로의 입구에 대응 배치될 수 있다. 상기 분사유로의 입구는 스핀척의 중심을 기준으로 그 주변에 동심원상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 분사유로의 출구는 상기 스핀척의 측면 상단에 형성되고, 상기 분사유로의 출구에는 경사면이 형성될 수 있다. 상기 경사면은 세정액이 기판의 외경 방향으로 사선으로 토출되도록 기판의 저면에 대해 예각을 형성할 수 있다. 상기 분사유로의 출구는 스핀척에 방사상으로 복수 형성되고, 상기 분사유로의 출구들 죽 적어도 하나는 상이한 분사각을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 기판 처리 장치는, 기판을 지지하며, 상기 기판 저면으로 세정액이 토출되도록 분사유로가 형성된 스핀척; 상기 분사유로로 세정액을 제공하는 제1분사노즐; 상기 기판의 저면에 세정액을 직접 분사하는 제2분사노즐;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2분사노즐은 세정액을 기판의 외경 방향으로 사선으로 분사하도록 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 기판 처리 방법은, 분사노즐로부터 스핀척에 형성된 분사유로의 입구에 세정액을 분사하는 단계; 분사유로로 제공된 세정액을 분사유로의 출구를 통해 기판 저면에 토출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 세정액은 분사유로의 출구로부터 기판의 외경 방향으로 사선으로 토출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스핀척에 분사유로를 형성하고, 상기 분사유로를 통해 스핀척에 안착된 기판 저면에 세정액을 분사할 수 있으므로, 세정액이 분사되지 않는 사각지대를 최소화할 수 있다. 따라서, 기판 저면에 잔존하는 파티클을 최소화할 수 있으며, 후속 공정 진행 시 기판 저면의 파티클에 의한 공정 불량을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이다. 따라서, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석될 필요는 없다.
도 1은 일반적인 기판 처리 시스템을 도시한 평면도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 기판 처리 장치를 도시한 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 기판 처리 장치를 도시한 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 기판 처리 장치를 도시한 저면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 기판 처리 장치를 도시한 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 기판 처리 장치를 도시한 종단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 본질과 관계없는 부분은 그에 대한 상세한 설명을 생략할 수 있으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여할 수 있다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 여기서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것으로서 본 발명을 한정하도록 의도되지 않으며, 본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 개념으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 기판의 표면 또는 상면은 소자 패턴이 형성된 기판의 패턴 형성면을 의미하고, 기판의 이면 또는 저면은 그 반대면을 의미한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 기판 처리 장치를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 제1실시예에 의한 기판 처리 장치는 스핀척(100), 분사유닛(300)을 포함한다.
스핀척(100)은 기판 처리 공정 예컨대, 세정 공정을 진행하기 위한 챔버(도시 생략) 내에 설치될 수 있다. 챔버는 기판 처리 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 챔버에는 처리 대상물인 기판의 로딩 및 언로딩을 위한 출입구가 구비된다.
스핀척(100) 상에는 처리 대상물인 기판(S)이 안착된다. 스핀척(100)은 대략 원형의 평판으로 형성될 수 있다. 스핀척(100)은 기판(S)의 직경보다 작은 직경을 갖는다. 따라서, 스핀척(100)의 상측에 안착된 기판(S)은 중심부 외측의 주변부가 외부로 노출된다.
스핀척(100)에는 세정액의 이동 경로인 분사유로(110)가 형성된다. 분사유로(110)는 세정액이 유입되는 입구(111) 및 유입된 세정액이 분사되는 출구(112)를 갖는다.
분사유로(110)의 입구(111)는 스핀척(100)의 저면에 형성될 수 있다. 분사유로(110)의 입구(111)는 스핀척(100)의 중심을 기준으로 그 주변에 동심원상으로 링 형태로 형성될 수 있다.
분사유로(110)의 출구(112)는 스핀척(100)의 측면 상단에 형성될 수 있다. 이에 따라, 분사유로(110)의 출구(112)는 스핀척(100)의 직경에 대응하는 기판 저면의 중심부 영역 외측에 최대한 근접해서 세정액을 토출할 수 있다. 또한, 분사유로(110)의 출구(112)는 스핀척(100)에 방사상으로 복수 형성될 수 있다. 이에 따라 세정액의 분사 시 기판(S) 저면의 주변부에 고르게 세정액을 분사할 수 있다.
분사유로(110)의 출구(112)에는 경사면(112a)이 형성될 수 있다. 경사면(112a)은 기판(S)의 저면에 대해 예각으로 형성될 수 있다. 즉, 경사면(112a)은 기판(S)의 외경 방향으로 상향 경사지게 형성될 수 있다. 이때, 분사유로(110)의 출구(112)가 스핀척(100)에 복수 형성될 경우, 복수 형성된 분사유로 출구(112)의 경사면(112a)들 중 적어도 하나는 상이한 경사각을 가질 수 있다. 즉, 분사유로(110)의 출구(112)들을 통해 토출되는 세정액은 일부 또는 각각의 분사각이 상이할 수 있다. 이에 따라 세정액 탄착점과 스핀척 사이의 미세정 영역 발생을 최소화할 수 있게 된다.
스핀척(100)은 회전구동부(200)로부터 제공된 구동력에 의해 설정 속도로 회전할 수 있다. 회전구동부(200)는 스핀척(100)의 하측 중앙에 구비되는 회전축(210)과, 회전축(210)에 연결되어 구동력을 제공하는 구동모터(도시 생략)를 포함할 수 있다. 따라서, 구동모터에 전원이 인가되면 회전축(210)이 회전하게 되고, 회전축(210)은 설정 속도로 스핀척(100)에 회전력을 전달할 수 있다.
스핀척(100)의 외측에는 회수유닛(도시 생략)이 설치될 수 있다. 회수유닛은 적어도 하나 이상의 회수통을 구비하며, 기판 처리 공정 또는 스핀척(100)의 세정 공정 진행 시 기판 또는 스핀척(100)으로 분사되는 약액이나 세정액들을 회수한다.
분사유닛(300)은 기판(S)에 세정액을 분사하기 위한 분사노즐(310)을 포함한다. 분사노즐(310)은 스핀척(100)의 하측에 배치되며, 외부로부터 공급된 세정액을 스핀척(100)의 분사유로 입구(111) 측으로 세정액을 분사한다.
분사유닛(300)은 분사노즐(310)에 세정액을 공급하는 세정액 공급부(도시 생략)를 더 포함한다. 예를 들어, 세정액 공급부는 분사노즐과 연결된 세정액 공급라인을 통하여 세정액을 공급할 수 있다.
이와 같이 구성된 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 과정을 설명하면 다음과 같다.
일 실시예에 의한 기판 처리 과정은, 스핀척(100)의 분사유로(110)에 세정액을 분사하는 단계, 분사유로(110)에서 기판 저면에 세정액을 토출하는 단계를 포함한다.
스핀척(100) 상에 소정의 공정을 진행한 기판이 안착되고, 스핀척(100)이 소정 속도로 회전하면, 분사노즐은 스핀척(100)의 분사유로(110)에 세정액을 분사한다.
분사유로(110)는 스핀척(100) 내부에 세정액이 유동하도록 소정 경로를 이루며, 분사유로(110)의 입구(111)는 분사노즐로부터 쉽게 세정액을 공급받도록 스핀척(100)의 저면에 형성되고, 분사유로(110)의 출구(112)는 스핀척(100)에 최대한 근접하게 형성되도록 스핀척(100)의 측면 상단에 형성된다.
따라서, 분사노즐(310)로부터 분사된 세정액은 스핀척(100)의 저면에 형성된 분사유로(110)의 입구(111)를 통해 공급되어 분사유로(110)의 출구(112)를 통해 기판(S) 저면에 토출된다. 이때, 분사유로(110)의 출구(112)는 기판의 외경 방향으로 상향 경사지게 형성됨으로써 사선으로 토출된다.
기판(S) 저면에 토출된 세정액은 스핀척(100)의 회전에 따라 기판이 회전(S)할 때, 그 원심력에 의해 기판(S)의 주변부로 유동하게 된다.
따라서, 스핀척(100)에 안착된 부분을 제외한 기판(S)의 전체 면적에 걸쳐 세정액이 도포될 수 있으며, 이에 따라 세정액 탄착점과 스핀척(100) 사이에 미세정 영역 발생을 최소화할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 기판 처리 장치를 도시한 것이다.
도 6을 참고하면, 제2실시예에 의한 기판 처리 장치는 스핀척(100), 분사유닛(300)을 포함하고, 분사유닛(300)은 제1분사노즐(310)과 제2분사노즐(320)을 포함한다. 스핀척(100), 제1분사노즐(310)은 제1실시예의 기판 처리 장치와 동일 또는 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
제2분사노즐(320)은 기판(S)의 하측에 적어도 하나 이상 설치된다. 제2분사노즐은 스핀척의 외측으로 노출된 기판의 저면에 직접 세정액을 분사하며, 제2분사노즐(320)의 분사각도는 기판의 외경 방향으로 세정액을 사선으로 분사할 수 있도록 형성된다.
즉, 제2실시예의 기판 처리 장치는 스핀척(100)의 분사유로(110)에 대응 배치된 제1분사노즐(310) 이외에 기판(S) 저면에 직접적으로 세정액을 분사할 수 있는 제2분사노즐(320)을 더 포함한 것이다.
제1분사노즐(310)과 제2분사노즐(320)은 세정액 공급라인의 일부로부터 분기되어 구성될 수도 있고, 또는 세정액 공급부로부터 각각의 세정액 공급라인으로 연결될 수도 있다.
제2분사노즐(320)은 그 이동에 필요한 구동력을 제공하는 이동구동부(도시 생략)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2분사노즐(320)의 위치를 조절하거나 또는 제1분사노즐(310)과 제2분사노즐(320) 간의 간격을 조절할 필요가 있을 경우 등의 상황에서 제2분사노즐(320)은 이동구동부에 의해 수평 및/또는 수직 방향으로 이동할 수 있다.
이와 같이, 제2실시예에 의한 기판 처리 장치는 제1분사노즐(310)과 제2분사노즐(320)을 구비하므로, 제1실시예에 의한 기판 처리 장치보다 신속하게 세정액을 기판(S) 저면에 분사할 수 있고, 이로 인해 공정 시간을 단축할 수 있게 된다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100; 스핀척 110; 분사유로
111; 입구 112; 출구
112a; 경사면 200; 회전구동부
210; 회전축 300; 분사유닛
310; 제1분사노즐 320; 제2분사노즐

Claims (11)

  1. 기판을 지지하며, 상기 기판 저면으로 세정액이 토출되도록 분사유로가 형성된 스핀척;
    상기 분사유로로 세정액을 제공하는 분사노즐;
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분사유로의 입구는 스핀척의 저면에 형성되고, 상기 분사노즐은 상기 분사유로의 입구에 대응 배치되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분사유로의 입구는 스핀척의 중심을 기준으로 그 주변에 동심원상으로 형성되는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분사유로의 출구는 상기 스핀척의 측면 상단에 형성되고, 상기 분사유로의 출구에는 경사면이 형성되는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 경사면은 세정액이 기판의 외경 방향으로 사선으로 토출되도록 기판의 저면에 대해 예각을 형성하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분사유로의 출구는 스핀척에 방사상으로 복수 형성되는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분사유로의 출구들 중 적어도 하나는 상이한 분사각을 갖는 기판 처리 장치.
  8. 기판을 지지하며, 상기 기판 저면으로 세정액이 토출되도록 분사유로가 형성된 스핀척;
    상기 분사유로로 세정액을 제공하는 제1분사노즐;
    상기 기판의 저면에 세정액을 직접 분사하는 제2분사노즐;
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2분사노즐은 세정액을 기판의 외경 방향으로 사선으로 분사하도록 배치되는 기판 처리 장치.
  10. 분사노즐로부터 스핀척에 형성된 분사유로의 입구에 세정액을 분사하는 단계;
    분사유로로 제공된 세정액을 분사유로의 출구를 통해 기판 저면에 토출하는 단계;
    를 포함하는 기판 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 세정액은 분사유로의 출구로부터 기판의 외경 방향으로 사선으로 토출되는 기판 처리 방법.
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