KR20200077119A - 기판 세정 장치 - Google Patents

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KR20200077119A
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이제윤
박미경
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주식회사 케이씨텍
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Abstract

기판의 세정을 위한 챔버를 세정할 수 있는 기판 세정 장치가 개시된다. 기판 세정 장치는, 기판을 세정하는 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부에 구비되며, 상기 기판이 안착되어 회전 가능하게 구비되는 스핀척 및 상기 챔버 내부에서 상측에 구비되며, 상기 챔버의 내벽면에 세정액을 제공하는 벽면 세정 노즐을 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 세정 공정 동안 챔버 내벽면에 오염 물질이 부착될 수 있는데, 이를 제거하기 위한 세정 공정을 추가로 실시하여야 한다.
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, 챔버의 내벽면의 오염을 제거할 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 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예들에 따르면, 기판 세정 장치는, 기판을 세정하는 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부에 구비되며, 상기 기판이 안착되어 회전 가능하게 구비되는 스핀척 및 상기 챔버 내부에서 상측에 구비되며, 상기 챔버의 내벽면에 세정액을 제공하는 벽면 세정 노즐을 포함하여 구성된다.
이상에서 본 바와 같이, 본 실시 예에 따르면, 챔버의 내벽면을 세정할 수 있어서 기판 세정 장치의 내부 환경을 일정하게 유지시킬 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 장치에서 Ⅱ-Ⅱ 방향에서 본 평면도이다.
도 3은 변형 실시 예에 따른 기판 세정 장치의 측면도이다.
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 2를 참조하여, 일 실시 예에 따른 기판 세정 장치(10)에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 일 실시 예에 따른 기판 세정 장치(10)의 측면도이고, 도 2는 도 1의 기판 세정 장치(10)에서 Ⅱ-Ⅱ 방향에서 본 평면도이다.
도면을 참조하면, 기판 세정 장치(10)는 한 장의 기판(1)을 수평으로 지지하여 소정 속도로 회전시키고, 회전하는 기판(1) 상에 세정을 위한 세정액을 제공함으로써 기판(1)을 세정 및 건조하는 방식의 매엽식(single spin type) 세정 장치이다. 세정액은 기판(1)을 세정하기 위한 액체 또는 기체 등의 물질을 포함하며, 제거하고자 하는 물질의 종류에 따라 복수의 약액이 사용될 수 있으며, 약액 뿐만 아니라 건조를 위해서 제공되는 IPA 및 N2 가스 등도 포함한다.
기판 세정 장치(10)는 기판(1)의 세정 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버(11), 챔버(11)의 내벽면(111)을 세정하는 벽면 세정 노즐(17)을 포함하여 구성된다. 또한, 기판 세정 장치(10)는 기판(1)을 지지하여 회전하는 스핀척(13)과, 기판(1)에 세정액을 제공하는 기판 세정 노즐(14) 및 챔버(11) 상부에 구비되어 챔버(11) 내부에 세정 환경을 형성하는 FFU(16)를 포함할 수 있다.
일 예로, 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.
챔버(11)는 스핀척(13)이 내부에 수용되는 공간을 제공하고, 기판(1)의 세정 공정을 위한 공간을 제공한다. 도면에서는 챔버(11)는 사각형 또는 직사각형의 단면을 갖는 통 모양인 것으로 도시하였으나, 챔버(11)의 형상이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 내벽면(111)의 수는 챔버(11)의 단면 형상에 따라 4개 이상 또는 이하의 수를 가질 수 있다. 참고적으로 챔버(11)의 내측 면들은, 측벽면인 내벽면(114)과 상면(112) 및 바닥면(113)으로 구분하여 설명한다.
챔버(11)의 바닥면(113) 측에는 챔버(11) 내부에서 세정액을 배출시키기 위한 배출구(115)가 형성되고, 배출구(115)에 연결되어 배출부(15)가 구비된다.
FFU(Fan Filter Unit)(16)는 챔버(11)의 상부에 구비되며, 챔버(11) 내부에서 하부를 향하는 유체의 유동을 형성함으로써 기판(1)의 세정을 위한 환경을 형성한다. 그리고 FFU(16)에서 챔버(11) 측에는 복수의 홀이 형성된 플레이트(161)가 구비된다.
스핀척(13)은 상면에 기판(1)이 상면에 안착되어서, 소정 속도로 회전함으로써 기판(1)을 회전시킨다. 또한, 스핀척(13)은 챔버(11) 내부에서 소정 높이로 승강 이동 가능하게 구비된다.
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.
회수컵(12)은 스핀척(13)의 둘레를 따라 외측에 구비되며, 스핀척(13)에 지지되어 회전하는 기판(1)에서 비산되는 세정액을 포집한다. 회수컵(12)은 스핀척(13)의 둘레를 둘러싸는 형태를 가지며, 회수컵(12)이 하나인 일단이거나, 복수의 회수컵(12)이 겹쳐진 다단으로 형성될 수 있다.
기판 세정 노즐(14)은 챔버(11) 내부에서 스핀척(13)의 외측에 구비되며, 기판(1) 표면에 세정액을 제공하도록 스핀척(13)보다 상측에 구비된다. 여기서, 기판 세정 노즐(14)은 하나 또는 복수개가 구비될 수 있으며, 기판(1)의 세정 공정에 따라 서로 다른 세정액(예를 들어, 약액, DIW, IPA 등)을 제공하며 독립적으로 또는 구동되도록 구비될 수 있다. 또한, 기판 세정 노즐(14)은 기판(1) 외측의 일 지점을 회전축으로 하여 기판(1)에 대해서 스윙 또는 회전할 수 있다. 또한 기판 세정 노즐(14)은 기판(1)의 표면에 대해서 승강 이동되도록 구비될 수 있다.
벽면 세정 노즐(17)은 챔버(11) 내부에서 상측에 구비되며, 내벽면(111)에 세정액(s)을 제공하도록 구비된다. 예를 들어, 벽면 세정 노즐(17)은 챔버(11) 내부의 상측 중앙 부분에 구비될 수 있다. 또한, 벽면 세정 노즐(17)은 둘레의 내벽면(111)들에 대해서 세정액(s)을 분사하도록 복수의 분사구(171)가 형성된다. 예를 들어, 벽면 세정 노즐(17)은 내벽면(111)을 향하도록 4개의 분사구(171)가 형성될 수 있다.
다만, 이는 일 예시에 불과한 것으로, 분사구(171)의 형상 및 위치와 그 수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 벽면 세정 노즐(17)은 원통형으로 형성되어서 원통형의 둘레를 따라 복수(4개 이상)의 분사구(171)가 형성될 수 있다. 또는, 벽면 세정 노즐(17)은 하나의 내벽면(111)에 대해서도 복수개의 분사구(171)가 대응되도록 형성되는 것도 가능하다. 또는, 벽면 세정 노즐(17)은 챔버(11)의 상측 중앙부의 1개소에만 구비되는 것으로 예시하였으나, 이에 한정되지 않고, 벽면 세정 노즐(17)이 복수개가 구비될 수 있다. 그리고, 벽면 세정 노즐(17)은 내벽면(111)을 세정하기 위한 액상의 약액뿐만 아니라, 내벽면(111)의 건조를 위한 소정의 건조 가스를 제공하도록 형성되는 것도 가능하다.
벽면 세정 노즐(17)에서 제공된 세정액(s)은 내벽면(111)을 타고 중력에 의해서 바닥면(113)으로 흘러내리면서 내벽면(111)을 세정하게 된다. 그리고 내벽면(111)을 타고 흘러내린 세정액(s)은 챔버(11)의 바닥면(113)에 형성된 배출구(115)를 통해 배출부(15)에서 외부로 배출된다.
여기서, 벽면 세정 노즐(17)에서 제공된 세정액(s)이 내벽면(111)의 모서리 부분에서 정체되거나 균일하게 제공되지 못하는 것을 방지할 수 있도록, 도 2에 도시한 바와 같이, 내벽면(111)의 모서리 부분을 둥글게 형성하여 곡면(111a)으로 형성할 수 있다.
본 실시 예들에 따르면, 챔버(11) 내부에 벽면 세정 노즐(17)을 구비함으로써, 챔버(11)의 내벽면(111)의 세정이 용이하며, 챔버(11) 내부의 환경을 지속적으로 관리 가능하다. 또한, 기존의 기판 세정 장치(10)의 구조를 크게 변경하지 않고, 기판 세정 노즐(14)과 간섭되지 않는 챔버(11) 상측 위치에 배치할 수 있으므로, 기판 세정 장치(10) 의 구조가 복잡해지지 않고, 크기가 증가되지 않는다.
한편, 벽면 세정 노즐(27)에서 제공되는 세정액(s)이 챔버(21) 내부에서 정체되지 않고, 내벽면(211)을 타고 원활하게 흐를 수 있도록 벽면 세정 노즐(27)의 하부에 세정액(s)을 분배 및 안내하기 위한 분배 플레이트(28)가 구비될 수 있다.
도 3은 변형 실시 예에 따른 기판 세정 장치(20)의 측면도이다. 참고적으로, 이하에서 설명하는 실시 예에서는 분배 플레이트(28)와 경사면(214)을 제외하고는 상술한 실시 예와 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성 요소에는 20번 또는 200번대의 도면부호를 사용하되 동일한 명칭을 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 기판 세정 장치(20)는 챔버(21), 스핀척(23), 회수컵(22), 기판 세정 노즐(24), FFU(26) 및 챔버(21)의 내벽면(211)을 세정하는 벽면 세정 노즐(27)을 포함하여 구성된다. 또한, 챔버(21)의 바닥면(213)에는 챔버(21) 내부에서 세정액을 배출시키기 위한 배출구(215)가 형성되고, 배출구(215)에 연결되어 배출부(25)가 구비된다. 그리고 FFU(26)에는 복수의 홀이 형성된 플레이트(261)가 구비된다.
벽면 세정 노즐(27)의 하부에는 분배 플레이트(28)가 구비된다. 분배 플레이트(28)는 챔버(21)의 단면에 대해서 전체를 덮는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 분배 플레이트(28)는 벽면 세정 노즐(27)보다 하부에 구비되어서 벽면 세정 노즐(27)에서 제공되는 세정액(s)이 내벽면(211)쪽으로 흐르도록 안내한다. 분배 플레이트(28)에서 내벽면(211)에 가까운 가장자리 쪽에는 세정액(s)이 흐르도록 복수의 안내홀(281)이 형성될 수 있다.
본 실시 예에서는 벽면 세정 노즐(27) 하부에 분배 플레이트(28)를 구비함으로써, 벽면 세정 노즐(27)에서 제공되는 세정액(s)이 분배 플레이트(28)에 의해서 내벽면(211) 쪽으로만 흐르게 되어서, 세정액(s)이 기판(1)이나 스핀척(23) 등으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 분배 플레이트(28)에 안내홀(281)을 균일하게 형성함으로써, 벽면 세정 노즐(27)에서 제공되는 세정액(s)이 보다 균일하게 내벽면(211)에 제공될 수 있다.
챔버(21)의 내벽면(211)과 바닥면(213)이 연결되는 모서리 부분에는 경사면(214)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 경사면(214)은 챔버(21)의 내벽면(211)과 회수컵(22)의 가장 외측 사이의 바닥면(213) 부분이 소정 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 또는 회수컵(22)이 있는 부분의 바닥면(213)에도 경사면으로 형성될 수 있다.
세정액(s)이 보다 원활하게 배출될 수 있도록, 배출구(215)는 경사면(214)이 끝나는 위치에 배치될 수 있다.
본 실시 예에서는, 바닥면(213)에 경사면(214)을 형성함으로써, 내벽면(211)을 타고 흐르는 세정액(s)이 내벽면(211)과 바닥면(213)의 모서리 부분에 정체되는 것을 방지하고, 바닥면(213)으로 원활하게 안내할 수 있다. 예를 들어, 경사면(214)의 형상은 도면에 의해 한정되지 않고, 내벽면(211)에서 바닥면(213)을 향해 소정 각도로 하향 경사를 갖는다면 실질적으로 다양하게 변경될 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
111: 내벽면
111a: 곡면부
112: 상면
113: 바닥면
214: 경사면
115: 배출구
12: 회수컵
13: 스핀척
131: 척핀
14: 기판 세정 노즐
15: 배출부
16: FFU
161: 플레이트
17: 벽면 세정 노즐
171: 분사구
28: 분배 플레이트
281: 안내홀

Claims (8)

  1. 기판을 세정하는 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에 구비되며, 상기 기판이 안착되어 회전 가능하게 구비되는 스핀척; 및
    상기 챔버 내부에서 상측에 구비되며, 상기 챔버의 내벽면에 세정액을 제공하는 벽면 세정 노즐;
    을 포함하는 기판 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벽면 세정 노즐은 상기 챔버의 중앙 부분에 구비되어서, 둘레의 내벽면들에 대해서 세정액을 제공하도록 형성되는 기판 세정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 벽면 세정 노즐은 복수의 내벽면에 대해서 각각 대응되도록 복수의 분사구가 구비되는 기판 세정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 벽면 세정 노즐은 원통형으로 형성되고, 상기 벽면 세정 노즐의 둘레를 따라 복수의 분사구가 구비되는 기판 세정 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 벽면 세정 노즐의 하부에는 상기 벽면 세정 노즐에서 제공되는 세정액을 상기 내벽면으로 안내하는 분배 플레이트가 더 구비되는 기판 세정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분배 플레이트는 상기 벽면 세정 노즐의 하부에서 상기 챔버의 단면을 덮는 형태로 형성되고,
    상기 분배 플레이트의 가장자리를 따라 상기 벽면 세정 노즐에서 제공되는 세정액을 상기 내벽면으로 안내하는 복수의 안내홀이 형성되는 기판 세정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 바닥면에는 세정액을 외부로 배출시키는 배출구가 형성되고,
    상기 내벽면과 상기 바닥면의 경계에는 상기 내벽면 상에 제공된 세정액을 상기 배출구로 안내하는 경사면이 형성되는 기판 세정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 평면으로 보았을 때 상기 내벽면이 만나는 부분이 둥글게 형성되는 기판 세정 장치.
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