KR20220005304A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20220005304A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 나노 마이크로 버블이 포함된 처리액을 생성하여 기판 상의 미세 파티클을 제거함으로써 기판 표면 또는 기판 표면에 형성된 패턴을 defect 없이 세정할 수 있다. 특히나, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 의하여 생성되는 나노 마이크로 버블의 다양한 특성을 제어 및 유지할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자가 고밀도, 고집적화, 고성능화됨에 따라 회로 패턴의 미세화가 급속히 진행됨으로써, 반도체 웨이퍼 또는 기판(이하 통칭하여 '기판'이라 함) 표면에 잔류하는 파티클(Paticle), 유기 오염물, 금속 오염물 등의 오염 물질은 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미치게 된다. 이 때문에 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 반도체 제조 공정에서 매우 중요하게 여겨지고 있으며, 반도체를 제조하는 각 단위 공정의 전후 단계에서 기판을 세정 처리하는 공정이 실시되고 있다.
기판의 세정 공정은 기판 상의 오염 물질을 화학적 반응에 의해 식각 또는 박리시키는 화학 용액 처리 공정(약액 처리 공정), 약액 처리된 반도체 웨이퍼를 탈이온수로 세척하는 린스 공정, 그리고 린스 처리된 기판을 건조하는 건조 공정으로 이루어진다.
대한민국 등록특허공보 제10-1394092호(2014.05.07)
본 발명은 세정 공정에서 나노 마이크로 버블을 이용하여 미세 파티클 제거에 효과적인 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 버블의 특성 및 버블의 크기 조절이 가능한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 버블의 특성 유지 면에서 유리한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 실시예에 의한 기판 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 회전 가능하게 설치되며, 기판을 지지하는 스핀 척; 상기 챔버 내부와 연결되며, 처리액을 기판에 공급하는 처리액 공급 유닛;을 포함하고, 상기 처리액 공급 유닛은, 처리액이 저장된 처리액 탱크, 상기 처리액 탱크로부터 처리액을 공급받아 처리액 내에 버블을 생성하기 위한 버블 생성 유닛, 및 상기 버블 생성 유닛에 의해 생성된 버블을 포함하는 처리액을 기판에 공급하는 처리액 토출 유닛을 포함할 수 있다.
상기 버블 생성 유닛은 상기 처리액 탱크로부터 공급받은 처리액에 버블 생성을 위한 버블 생성 가스를 혼합시켜 버블을 생성하는 버블 제너레이터와; 상기 처리액 탱크와 상기 버블 제너레이터를 연결하는 순환 라인을 포함하는 순환 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 버블 제너레이터는 내부 공간과, 상기 내부 공간에 배치된 다수의 돌기를 포함한 회전 부재와, 상기 처리액 탱크로부터 처리액이 상기 내부 공간으로 주입되는 처리액 주입구와, 상기 버블 생성 가스가 상기 내부 공간으로 주입되는 버블 생성 가스 주입구 및 생성된 버블을 포함하는 처리액을 토출하는 토출구를 포함할 수 있다.
상기 순환 라인은 상기 버블을 포함하는 처리액으로부터 버블이 탈락되는 것을 방지하는 버블 이동 촉진 부재를 포함할 수 있다.
상기 버블 이동 촉진 부재는 상기 순환 라인 내부에 친수 구간과 소수 구간을 번갈아 삽입하는 방식으로 구성될 수 있다.
또는, 상기 버블 이동 촉진 부재는 상기 순환 라인 외부에 전극선을 형성하는 방식으로 구성될 수 있다.
상기 토출구는 내부에 메시(mesh) 형태로 형성되는 메시 부재를 포함할 수 있다.
상기 메시 부재의 메시(mesh) 사이즈를 변경함으로써 상기 버블의 크기를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 기판 처리 방법은, 처리액과 버블 생성 기체를 버블 제너레이터에 주입하는 주입 단계; 상기 버블 제너레이터를 이용하여 나노 마이크로 버블을 생성하는 버블 생성 단계; 상기 생성된 나노 마이크로 버블을 포함하는 처리액을 기판 표면에 공급하는 처리액 공급 단계; 상기 단계들을 차례로 수행하는 때, 상기 처리액이 이동 유로를 따라 이동하는 이동 단계; 상기 기판 표면에 공급된 처리액에 의하여 기판 표면의 파티클이 제거되는 세정 단계;를 포함할 수 있다.
상기 버블 생성 단계에서, 상기 버블 제너레이터는 상기 처리액과 상기 버블 생성 기체가 주입된 내부에 토네이도를 발생시킴으로써 나노 마이크로 버블을 생성할 수 있다.
이때, 상기 처리액 또는 상기 버블 생성 기체의 주입량을 조절함으로써 생성되는 나노 마이크로 버블의 농도를 제어할 수 있다.
이때, 상기 버블 생성 단계에서 상기 나노 마이크로 버블을 메시 부재에 통과시킴으로써 상기 나노 마이크로 버블의 크기를 제어할 수 있다.
상기 이동 단계는 처리액 탱크 복귀 단계와 농도 체크 단계를 포함할 수 있다.
상기 이동 단계에서, 상기 나노 마이크로 버블의 전기적 특성을 이용하여 상기 나노 마이크로 버블을 포함한 처리액으로부터 상기 나노 마이크로 버블이 탈락되는 것을 방지함으로써 처리액 내 버블 농도가 변하는 것을 방지할 수 있다.
상기 처리액은 DIW(De-ionized water)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 나노 마이크로 버블이 포함된 처리액을 생성하여 기판 상의 미세 파티클을 제거함으로써 기판 표면 또는 기판 표면에 형성된 패턴을 손상없이 효과적으로 세정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 나노 마이크로 버블을 생성하는 때 사용하는 처리액 및 버블 생성 가스의 조합 및 주입량을 조절함으로써 다양한 특성을 가진 마이크로 버블을 생성할 수 있으므로 파티클 종류에 따른 나노 마이크로 버블을 적용하거나 마이크로 버블의 파티클 제거 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 메시 부재와 이동 촉진 부재를 처리액의 이동 유로에 포함하고, 순환 알고리즘을 적용함으로써 나노 마이크로 버블의 사이즈, 처리액 내 버블의 농도 등의 특성 조절이 가능하고 버블의 특성 유지가 가능하므로 버블 제어 면에서 매우 유리하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 처리액 공급 유닛의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 버블 생성 유닛을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 순환 유닛을 도시한 단면도 및 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 메시 부재를 도시한 사시도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 순환 알고리즘을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법의 공정 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법의 원리를 개략적으로 나타낸 것이다.
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 특별이 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 다르기 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 개념으로 해석될 수 있다.
본 발명에서 말하는 처리액의 농도란 처리액 내 버블의 농도를 뜻한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 기판 처리 장치를 도시한 것이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 기판 처리 장치는 챔버(100), 스핀척(200), 처리액 공급 유닛(300)을 포함한다.
챔버(100)는 기판 표면의 파티클을 제거하기 위한 처리 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 챔버(100)의 일측에는 처리 대상물인 기판이 투입되거나 처리된 기판이 반출되도록 출입구(미도시)가 구비된다.
스핀 척(200)은 챔버(100) 내부의 대략 중앙에 배치된다. 스핀 척(200)은 모터 등의 회전 유닛(도시 생략)에 의해 소정 속도로 회전할 수 있고 스핀 척(200)의 회전 속도는 조절 가능하다. 스핀 척(200) 상에는 처리 대상물인 기판이 안착된다.
도 2는 처리액 공급 유닛(300)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
처리액 공급 유닛(300)은 챔버(100) 내부와 연결되며 스핀 척에 안착된 기판(W) 표면에 처리액을 공급한다. 처리액 공급 유닛(300)은 복수의 처리액 탱크(400), 버블 생성 유닛, 처리액 토출 유닛을 포함한다. 처리액 공급 유닛(300)을 통해 버블을 포함한 처리액이 기판(W)의 표면에 공급되고, 이 때 버블의 특성은 처리액 공급 유닛(300)에 의하여 제어 및 유지가 가능하다.
처리액 탱크(400)는 챔버 외부에 구비되며 처리액이 수용된다. 처리액 탱크(400)는 챔버(100), 버블 생성 유닛(500)과 각각 연결되며 장치의 효율성을 높이기 위하여 복수로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 두 개의 처리액 탱크(400A, 400B)를 가지는 것을 예로 들며 처리액 공급 탱크(400)의 수는 이로 한정하지 않는다.
처리액 탱크(400)는 처리액 공급 라인(410)을 통해 버블 생성 유닛(500)에 처리액을 공급하고, 처리액 공급 라인(410) 상에는 처리액의 공급 유량을 조절하는 제1 밸브(412)가 장착된다. 또한, 처리액 공급 라인(410) 상에는 처리액에 섞인 불순물이 버블 생성 유닛에 주입되는 것을 방지하기 위한 제1 필터(414)가 장착된다.
버블 생성 유닛은 버블 제너레이터(510), 순환 유닛을 포함한다.
버블 제너레이터(510)는 처리액 탱크(400)로부터 공급받은 처리액에 버블 생성을 위한 버블 생성 가스를 혼합한다. 이때, 버블 제너레이터(510)는 전단선회기법을 사용하여 버블을 생성할 수 있다.
도 3을 참고하면, 버블 제너레이터(510)는 처리액과 버블 생성 가스를 혼합하기 위한 내부 공간을 포함하며, 내부 공간에는 다수의 돌기를 포함한 회전 부재(512)가 구비된다. 또한, 처리액 탱크(400)로부터 공급받은 처리액을 내부 공간으로 주입하는 제1 주입구(514)와 버블 생성 가스를 내부 공간으로 주입하는 제2 주입구(516) 및 버블 제너레이터(510)에 의해 생성된 버블 및 버블을 수용한 처리액을 순환 유닛으로 토출하는 토출구(518)를 포함한다.
회전 부재(512)는 버블 제너레이터(510)의 대략 중앙에 배치되고, 별도의 구동 유닛(미도시)에 의하여 고속으로 회전된다. 회전 부재(512)가 회전하는 때, 회전 부재(512)에 포함되고 날개 형태로 형성된 다수의 돌기에 의해 버블 제너레이터(510) 내부에 토네이도가 형성될 수 있다.
제1 주입구(514)는 버블 제너레이터(510)의 상부면에 형성되고, 제2 주입구(516)는 버블 제너레이터(510)의 우측면에 형성된다. 제1 주입구(514)와 제2 주입구(516)는 처리액 탱크(400)로부터 처리액을 전달하는 처리액 공급 라인(410)과 가스 공급원(미도시)으로부터 버블 생성 가스를 전달하는 가스 공급 라인(530)에 각각 연결된다. 가스 공급 라인(530) 상에는 버블 생성 가스의 공급 유량을 조절하는 제2 밸브(532)가 장착되고 버블 생성 가스 속에 섞인 불순물이 버블 생성 유닛(500)에 주입되는 것을 방지하기 위한 제2 필터(534)가 장착된다. 이때, 제2 밸브(532)와 제2 필터(534) 사이에는 유량계가 구비될 수 있고, 버블 생성 가스의 주입 유량을 조절함으로써 버블 제너레이터(510)에 의해 생성되는 버블의 농도를 조절할 수 있다. 또는 주입하는 처리액의 유량을 조절함으로써 버블 제너레이터(510)에 의해 생성되는 버블의 농도를 조절할 수 있다.
버블 제너레이터(510)의 내부에서는 제1 주입구(514)를 통해 주입된 처리액과 제2 주입구(516)를 통해 주입된 버블 생성 가스가 혼합되는 동시에 버블이 형성된다. 버블 제너레이터(510) 내부에 주입된 처리액과 버블 생성 가스가 고속으로 회전하는 회전 부재(512)의 돌기를 따라 함께 고속 회전함으로써 캐비테이션(cavitation) 현상에 의하여 버블이 형성되는 것이다. 이때, 형성된 버블은 육안으로 확인이 불가능한 초미세기포로서, 상온, 상압의 개방 조건에서 안정성을 유지함에 따라 일반 기포와 액체 중에서도 안정성을 유지할 수 있는 나노 마이크로 버블이다. 이와 같은 나노 마이크로 버블을 포함한 처리액을 세정 공정에 이용하면 기판 표면 및 기판 표면 상의 패턴 사이의 미세 파티클을 defect 없이 제거할 수 있다. 나노 마이크로 버블을 형성하기 위한 처리액은 DIW(De-ionized water), SC1, IPA(Isopropyl Alcohol), HF 등 캐비테이션(cavitation) 현상을 일으킬 수 있는 모든 세정 공정용 처리액이 될 수 있고, 버블 생성 가스로는 Ar, N2, O2, CF, NF3, CO2 등 캐비테이션(cavitation) 현상을 일으킬 수 있는 모든 종류의 가스가 될 수 있다. 따라서 처리액과 버블 생성 가스의 조합을 조절함으로써 생성되는 나노 마이크로 버블의 특성을 제어할 수 있다.
버블 제너레이터(510)에 포함되는 구성 요소는 생성된 나노 마이크로 버블에 파티클 등의 오염 물질이 잔류되지 않도록 고청정 부품으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 형성된 나노 마이크로 버블의 특성 유지를 위하여 버블 제너레이터(510)의 내부는 온도가 일정하게 유지되는 것이 바람직하며 내부 온도는 버블이 소멸되지 않도록 100℃ 미만인 것이 바람직하다.
버블 제너레이터(510) 내부에서 생성된 나노 마이크로 버블은 처리액에 포함된 형태로 버블 제너레이터(510)의 좌측면에 입구가 좁아지는 형태로 형성된 토출구(518)를 통해 버블 제너레이터(510) 외부로 토출된다.
순환 유닛은 처리액 탱크(400)와 버블 생성 유닛을 연결하는 순환 라인(522)과 순환 펌프(524), 그리고 후술할 버블 이동 촉진 부재(526)를 포함한다.
순환 라인(522)은 처리액 탱크(400)로부터 공급된 처리액이 버블 생성 유닛(500)을 거쳐 버블을 포함한 처리액의 형태로 다시 처리액 탱크(400)로 재수용되는 과정에서의 모든 이동 유로를 포함한다. 따라서 처리액 공급 라인(410)도 순환 라인(522)에 포함된다. 이하, 도 2를 참고하면, 순환 라인(522)의 단부는 모두 처리액 탱크(400A, 400B)에 연결되고, 순환 라인(522)상에는 처리액이 순환 라인(522)을 따라 처리액 탱크(400)에 유출입될 수 있도록 유동 압력을 제공하는 순환 펌프(524)가 배치된다.
도 4는 버블 이동 촉진 부재(526)의 실시예를 나타낸 것이다.
버블 이동 촉진 부재(526)는 순환 라인(522)에 포함된다. 순환 라인(522) 내부를 따라 나노 마이크로 버블을 포함한 처리액이 이동하는 때, 정전기 등의 이유로 인해 처리액 중에 존재하는 나노 마이크로 버블이 순환 라인(522) 내부 벽면에 흡착되어 처리액으로부터 탈락하는 현상이 발생한다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 버블 이동 촉진 부재(526)를 포함하는 것이다. 버블 제너레이터(510)에 의해 생성된 나노 마이크로 버블은 전기적 특성을 지니고, 친수성(Hydrophilic)을 지닌 표면보다 소수성(Hydrophobic)을 지닌 표면을 좋아하는 특성을 갖는다. 이러한 버블의 특성을 이용하여 버블 이동 촉진 부재(526)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 4(a)와 같이 버블 이동 촉진 부재(526)는 순환 라인(522)의 내부를 친수성(Hydrophilic) 소재와 소수성(Hydrophobic) 소재를 번갈아 배치함으로써 버블의 이동을 촉진하도록 형성될 수 있다. (Hydrophobic(소수성)이라고 표시되지 않은 구간이 친수성(Hydrophilic) 구간이다.) 또는, 버블 이동 촉진 부재(526)는 도 4(b) 또는 도 4(c)와 같이 순환 라인(522)의 외부에 전선을 형성하여 미세 전류를 흘려주어 정전기를 방지함으로써 순환 라인(522) 내부 벽면에 버블이 흡착되는 현상을 방지하고, 전기적 특성을 지닌 버블이 전류의 방향을 따라 이동하도록 형성될 수 있다. 또는, 버블 이동 촉진 부재(526)는 도 4(d)와 같이 상술한 두 가지 형태의 구성이 혼합된 형태로 형성될 수 있다. 도 4(d)는 도 4(a)와 도 4(c)의 구성이 혼합된 형태로 나타냈지만, 도 4(a)와 도 4(b)의 구성이 혼합될 수도 있다. 이때, 순환 라인(522)의 외부에 형성되는 전선은 탈부착이 가능한 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 버블 이동 촉진 부재(526)를 이용하여 버블을 포함한 처리액으로부터 버블의 탈락 현상을 방지함으로써 처리액의 버블 농도를 일정하게 유지할 수 있다.
처리액 토출 유닛은 토출 라인(610)과 버블 생성 유닛(500)을 거친 처리액을 기판 표면에 공급하는 토출 노즐(620)을 포함한다.
토출 라인(610)의 일단은 처리액 공급 유닛(300)에 연결되고, 타단은 챔버(100)에 연결된다. 구체적으로, 토출 라인(610)은 복수의 처리액 공급 탱크(400)의 하부와 챔버(100)의 내부를 연결한다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 토출 라인(610)의 일단은 제1 처리액 공급 탱크(400A)의 하부, 제2 처리액 공급 탱크(400B)의 하부에 나뉘어 연결되며, 타단은 토출 노즐(620)을 포함하고 챔버(100)의 상부를 통해 챔버(100) 내부로 연결된다. 토출 라인(610) 상에는 제1 처리액 공급 탱크(400A) 및 제2 처리액 공급 탱크(400B)로부터 토출되는 처리액의 토출 유량을 조절하는 각각의 밸브(v)와 처리액의 버블 농도를 측정하는 각각의 농도계(d)가 구비된다.
또한, 토출 라인(610)은 토출 라인(610)으로부터 분기된 재수용 라인(612)을 포함하고, 농도계(d)로부터 측정된 버블 농도가 설정값에 도달하지 못하면 처리액은 재수용 라인(612)을 따라 처리액 탱크(400)로 재수용된다. 재수용 라인(612)은 처리액이 처리액 탱크(400)로부터 유출되어 처리액 탱크(400)로 재수용되는 과정에서의 이동 유로에 포함되므로 순환 라인(522)에 포함된다.
본 발명에 의한 기판 처리 장치의 처리액 공급 유닛(300)은 도 5와 같이 메시(mesh) 형태로 형성되는 메시 부재(310)를 포함함으로써 나노 마이크로 버블의 크기를 제어하고, 그 크기를 유지할 수 있다. 구체적으로, 버블 제너레이터(510)에 포함된 토출구(518)의 단부에 나노 사이즈의 메시(mesh) 형태로 형성된 메시 부재(310)를 포함함으로써 버블 제너레이터(510)로부터 토출되는 버블의 사이즈를 제어할 수 있다. 메시 부재(310)의 메시(mesh) 사이즈를 변경함으로써 처리액에 포함되는 버블의 사이즈를 변경할 수 있는 것이다. 또한, 토출 라인(610) 또는 토출 노즐(620) 중 적어도 어느 하나 이상의 내부에 토출구(518)에 장착된 메시 부재(310)의 메시(mesh) 사이즈와 같은 메시(mesh) 사이즈를 가진 메시 부재(310)를 장착함으로써 기판으로 토출되는 버블의 크기를 안정적으로 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 장치의 효율성을 높이기 위하여 복수의 제1 처리액 탱크(400A)와 제2 처리액 탱크(400B)를 구비한다. 이때, 제1 처리액 탱크(400A)와 제2 처리액 탱크(400B)를 구비하는 이유는, 제1 처리액 탱크(400A)에 수용된 처리액을 먼저 이용하여 버블을 포함하는 처리액을 생성하고 제1 처리액 탱크(400A)의 처리액으로 생성된 버블을 포함하는 처리액을 이용하여 기판 처리 공정을 진행하는 동안 제2 처리액 탱크(400B)에 수용된 처리액으로 버블을 포함하는 처리액을 생성함으로써 기판으로의 버블을 포함하는 처리액 공급이 연속적이고 효율적으로 이루어질 수 있게 하기 위함이다. 즉, 하나의 처리액 공급 탱크를 이용하여 버블을 포함하는 처리액을 생성하여 기판 처리 공정을 진행하는 동안 다른 하나의 처리액 공급 탱크를 이용하여 버블을 포함하는 처리액을 생성하는 과정을 번갈아 반복함으로써 챔버(100) 내에 버블을 포함하는 처리액의 공급이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
도 6을 참고하면 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은 처리액 생성 공정을 포함한다.
처리액 생성 공정은 버블 제너레이터(510)에 처리액과 버블 생성 기체를 주입하는 주입 단계(S10), 버블 제너레이터(510)를 이용하여 나노 마이크로 버블을 생성하는 버블 생성 단계(S20), 나노 마이크로 버블을 포함하는 처리액을 기판 표면에 공급하는 처리액 공급 단계(S30), 상기 단계들을 차례로 수행하는 때 처리액이 이동 유로를 따라 이동하는 이동 단계(S40), 기판 표면에 공급된 처리액에 의하여 기판 표면에 존재하는 파티클이 제거되는 기판 세정 단계(S50)을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 기판 표면이란 미세 패턴이 형성된 기판의 패턴 형성 면을 의미한다.
주입 단계(S10)에서는 처리액 탱크(400)에 수용되어 있던 처리액이 버블 제너레이터(510)로 주입되고, 가스 공급원(미도시)으로부터 버블 생성 가스가 버블 제너레이터(510)로 주입된다. 이때, 주입된 처리액과 버블 생성 가스가 혼합된 혼합액을 이용하여 세정 공정을 수행하게 되므로 처리액과 버블 생성 가스는 버블 제너레이터(510)에 주입되기 전 각각의 필터를 거치는 필터링 과정을 거친다. 상기 필터링 과정을 통해 처리액 및 버블 생성 가스에 잔류하던 파티클 등의 불순물들을 제거하는 것이다.
버블 생성 단계(S20)는 버블 제너레이터(510)를 이용하여 버블 제너레이터(510)에 주입된 처리액과 버블 생성 가스를 혼합하는 동시에 나노 마이크로 버블을 생성하는 단계이다. 이때, 버블 제너레이터(510)는 전단선회기법을 사용하여 버블을 생성할 수 있다. 버블 생성 단계(S20)에서는 고속 회전하는 회전 부재(512)에 의하여 버블 제너레이터(510) 내부에 토네이도가 발생됨에 따라 주입된 처리액과 버블 생성 가스가 혼합되면서 캐비테이션(cavitation) 현상에 의하여 나노 마이크로 버블이 생성된다. 생성된 나노 마이크로 버블은 처리액 중에 존재하는 형태로 버블 제너레이터(510)로부터 토출된다. 이때, 나노 마이크로 버블의 농도는 처리액 또는 버블 생성 기체의 주입량을 조절함으로써 제어가 가능하다. 또한, 버블 제너레이터(510)의 토출구(518)에 설치된 메시 부재(310)에 통과시킴으로써 처리액 중에 존재하는 나노 마이크로 버블의 크기를 조절할 수 있다. 메시 부재(310)의 메시(mesh) 사이즈를 조절하여 처리액 중에 존재하는 나노 마이크로 버블의 사이즈를 조절하는 것이다.
처리액 공급 단계(S30)는 버블 생성 단계를 거쳐 나노 마이크로 버블을 포함하는 처리액을 기판 표면에 공급하는 단계이다. 처리액은 기판의 상부로부터 기판 표면을 향해 공급될 수 있고, 또는 기판(W)을 지지하는 스핀 척에 의하여 기판(W) 저면으로부터 기판(W) 표면으로 공급될 수도 있다. 이때, 처리액을 기판으로 공급하는 토출구 내부에는 메시 부재(310)가 포함되고, 버블을 포함하는 처리액이 메시 부재(310)를 한번 더 통과함으로써 기판(W) 표면에 공급되는 처리액 속 나노 마이크로 버블의 크기가 생성 직후와 동일하게 유지된다. 기판(W) 표면에 공급되는 버블을 포함한 처리액은 기판(W) 표면에 액막을 형성할 만큼 충분한 양이 공급되고 처리액의 공급량을 조절하여 액막의 두께를 조절할 수 있다.
이동 단계(S40)는 처리액이 상술한 단계들을 차례로 수행하는 때,
각 단계 사이를 처리액이 이동 유로를 따라 이동하는 단계이다. 이동 단계(S40)는 도 7에 도시된 바와 같이 처리액 공급 단계(S41), 순환 펌프 on 단계(S42), 버블 제너레이터 on 단계(S43), 처리액 탱크 복귀 단계(S44), 농도 체크 단계(S45), 처리액 토출(S46) 단계로 이루어지는 순환 알고리즘을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 예로 하여 이 순환 알고리즘을 설명하면, 제1 처리액 탱크(400A)에 수용된 처리액을 버블 생성 유닛(500)에 공급하는 때 순환 라인(522) 상에 위치하는 순환 펌프(524)를 작동시켜 순환 라인(522)에 유동 압력을 가한다. 순환 라인(522)을 통해 버블 제너레이터(510)에 주입된 처리액은 버블 제너레이터(510)가 작동함에 따라 나노 마이크로 버블을 포함한 처리액의 형태로 제1 처리액 탱크(400A)로 재수용된다. 이후, 제1 처리액 탱크(400A)와 연결된 농도계(d)를 이용하여 처리액의 버블 농도를 확인하고, 처리액의 버블 농도가 설정값에 도달하면 제1 처리액 공급 탱크(400A)에 연결된 밸브(v)를 열어 처리액 공급 단계(S30)를 수행하고, 처리액의 버블 농도가 원하는 수준에 도달하지 못하면 처리액은 재수용 라인(612A)을 따라 제1 처리액 탱크(400a)에 재수용되어 상술한 과정을 다시 거친다. 처리액의 버블 농도가 설정값에 도달하여 제1 처리액 공급 탱크(400A)로부터 토출된 처리액으로 처리 공정이 시작되면, 상술한 과정과 동일한 방법으로 제2 처리액 공급 탱크(400B)를 이용하여 처리액을 생성한다.
상술한 바와 같이 처리액은 순환 알고리즘을 따라 설정된 버블 농도값에 도달할 때까지 순환 과정을 반복하고, 처리액의 버블 농도가 설정값에 도달하면 처리액 공급 단계(S30)가 수행될 수 있다. 이때, 나노 마이크로 버블을 포함하는 처리액이 이동 유로를 따라 이동하는 동안 처리액의 특성을 일정하게 유지하기 위하여 나노 마이크로 버블이 전기적 특성을 지니고, 친수성(Hydrophilic)을 지닌 표면보다 소수성(Hydrophobic)을 지닌 표면을 좋아하는 특성을 이용할 수 있다. 이동 유로 내부를 친수성(Hydrophilic) 소재와 소수성(Hydrophobic) 소재로 번갈아 배치하거나 이동 유로의 외부에 전극선을 형성하여 처리액 속 나노 마이크로 버블이 이동 유로의 내부 벽면에 흡착되어 탈락되는 것을 방지함으로써 처리액의 특성(버블 농도)이 변하는 것을 방지할 수 있는 것이다.
세정 단계(S50)는 기판 표면에 공급된 처리액에 의하여 파티클 등의 오염 물질을 제거하는 단계이다. 구체적으로, 처리액 공급 단계(S30)에서 나노 마이크로 버블을 포함한 처리액이 기판 표면에 공급되어 기판 상에 액막을 형성함에 따라 나노 마이크로 버블의 화학적, 전기적 특성을 이용하여 기판(W) 및 기판(W) 표면의 패턴에 존재하는 미세 파티클을 제거하는 단계이다. 도 8은 나노 마이크로 버블을 포함하는 처리액에 의하여 기판 상의 파티클이 기판으로부터 분리되는 원리를 나타낸 것이다. 수용액 내에서 전기적으로 음성을 띠는 나노 마이크로 버블(B)이 전기적으로 양성을 띠는 파티클(P)과 인력에 의해 결합됨에 따라 파티클(P)과 기판(W) 표면 간에 반발력(척력)이 발생하게 되고, 이에 따라 파티클(P)이 기판으로부터 분리되는 것이다. 분리된 파티클(P)은 나노 마이크로 버블(B)과 결합된 상태이므로 처리 공정이 완료되어 챔버(100)로부터 처리액이 배출되는 때 처리액과 함께 배출될 수 있다.
버블을 생성하는데 이용하는 처리액과 버블 생성 가스의 종류 및 처리액의 pH 값에 따라 버블의 전기적 특성인 제타 포텐셜(Zeta potential) 값은 상이하다. 이는, 나노 마이크로 버블을 생성하는데 다양한 세정 가능한 처리액과 버블 생성 가스의 종류를 사용할 수 있으며 생성된 나노 마이크로 버블이 오랜 시간동안 처리액 내에 존재할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 버블 제너레이터(510) 내부에 주입하는 처리액과 버블 생성 가스의 종류 또는 설정 버블 농도를 조절함으로써 생성되는 나노 마이크로 버블의 특성을 제어할 수 있고, 이를 이용하여 나노 마이크로 버블의 파티클 제거 효과를 향상시킬 수 있을 것이다. 나노 마이크로 버블을 형성하기 위한 처리액은 DIW(De-ionized water), SC1, IPA(Isopropyl Alcohol), HF 등 캐비테이션(cavitation) 현상을 일으킬 수 있는 모든 세정 공정용 처리액이 될 수 있고, 버블 생성 가스로는 Ar, N2, O2, CF, NF3, CO2 등 캐비테이션(cavitation) 현상을 일으킬 수 있는 모든 종류의 가스가 될 수 있다.
특히, DIW(De-ionized water)를 처리액으로 사용하면 버블 생성 가스를 주입하지 않아도 나노 마이크로 버블 생성이 가능하며, 이는 화학적 물질이 포함되지 않으므로 친환경 세정 용액으로 사용될 수 있다. 또한, 공정 레시피(정전 척의 회전 RPM, 처리액 공급 시간 등) 및 공정 조건(액막 두께, 세정 영역 등)을 제어함으로써 버블과 파티클 간의 결합이 용이하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 나노 마이크로 버블이 포함된 처리액을 생성하여 기판 상의 미세 파티클을 제거함으로써 기판 표면 또는 기판 표면에 형성된 패턴을 손상없이 효과적으로 세정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 나노 마이크로 버블을 생성하는 때 사용하는 처리액 및 버블 생성 가스의 조합 및 주입량을 조절함으로써 다양한 특성을 가진 마이크로 버블을 생성할 수 있으므로 파티클 종류에 따른 나노 마이크로 버블을 적용하거나 마이크로 버블의 파티클 제거 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 메시 부재와 이동 촉진 부재를 처리액의 이동 유로에 포함하고, 순환 알고리즘을 적용함으로써 나노 마이크로 버블의 사이즈, 처리액 내 버블 농도 등의 특성 조절이 가능하고 버블 특성 유지가 가능하므로 버블 제어 면에서 매우 유리하다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 장치는 매엽식 타입의 기판 처리 장치를 예로 들었으나 배치식 타입으로도 물론 구현 가능하다.
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: 챔버
200: 정전 척
300: 처리액 공급 유닛 310: 메시 부재
400: 처리액 탱크
400A: 제1 처리액 탱크 400B: 제2 처리액 탱크
410(522): 처리액 공급 라인 412: 제1 밸브
414: 제1 필터
510: 버블 제너레이터 512: 회전 부재
514: 제1 주입구 516: 제2 주입구
518: 토출구
522: 순환 라인 524: 순환 펌프
526: 버블 이동 촉진 부재
530: 가스 공급 라인
532: 제2 밸브 534: 제2 필터
610: 토출 라인 612(522): 재수용 라인
620: 토출 노즐

Claims (15)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 회전 가능하게 설치되며, 기판을 지지하는 스핀 척;
    상기 챔버 내부와 연결되며, 처리액을 기판에 공급하는 처리액 공급 유닛;
    을 포함하고,
    상기 처리액 공급 유닛은,
    처리액이 저장된 처리액 탱크, 상기 처리액 탱크로부터 처리액을 공급받아 처리액 내에 버블을 생성하기 위한 버블 생성 유닛, 및 상기 버블 생성 유닛에 의해 생성된 버블을 포함하는 처리액을 기판에 공급하는 처리액 토출 유닛을 포함하는 기판 처리 장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버블 생성 유닛은
    상기 처리액 탱크로부터 공급받은 처리액에 버블 생성을 위한 버블 생성 가스를 혼합시켜 버블을 생성하는 버블 제너레이터와;
    상기 처리액 탱크와 상기 버블 제너레이터를 연결하는 순환 라인을 포함하는 순환 유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버블 제너레이터는 내부 공간과, 상기 내부 공간에 배치된 다수의 돌기를 포함한 회전 부재와, 상기 처리액 탱크로부터 처리액이 상기 내부 공간으로 주입되는 처리액 주입구와, 상기 버블 생성 가스가 상기 내부 공간으로 주입되는 버블 생성 가스 주입구 및 생성된 버블을 포함하는 처리액을 토출하는 토출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 순환 라인은 상기 버블을 포함하는 처리액으로부터 버블이 탈락되는 것을 방지하는 버블 이동 촉진 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버블 이동 촉진 부재는 상기 순환 라인 내부에 친수 구간과 소수 구간을 번갈아 삽입하는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 버블 이동 촉진 부재는 상기 순환 라인 외부에 전극선을 형성하는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 토출구는 내부에 메시(mesh) 형태로 형성되는 메시 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메시 부재의 메시(mesh) 사이즈를 변경함으로써 상기 버블의 크기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 처리액과 버블 생성 기체를 버블 제너레이터에 주입하는 주입 단계;
    상기 버블 제너레이터를 이용하여 나노 마이크로 버블을 생성하는 버블 생성 단계;
    상기 생성된 나노 마이크로 버블을 포함하는 처리액을 기판 표면에 공급하는 처리액 공급 단계;
    상기 단계들을 차례로 수행하는 때, 상기 처리액이 이동 유로를 따라 이동하는 이동 단계;
    상기 기판 표면에 공급된 처리액에 의하여 기판 표면의 파티클이 제거되는 세정 단계;
    를 포함하는 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 버블 생성 단계에서, 상기 버블 제너레이터는 상기 처리액과 상기 버블 생성 기체가 주입된 내부에 토네이도를 발생시킴으로써 나노 마이크로 버블을 생성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 처리액 또는 상기 버블 생성 기체의 주입량을 조절함으로써 생성되는 나노 마이크로 버블의 농도를 제어 가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 버블 생성 단계에서 상기 나노 마이크로 버블을 메시 부재에 통과시킴으로써 상기 나노 마이크로 버블의 크기를 제어 가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 이동 단계는 처리액 탱크 복귀 단계와 농도 체크 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법
  14. 제9항에 있어서,
    상기 이동 단계에서, 상기 나노 마이크로 버블의 전기적 특성을 이용하여 상기 나노 마이크로 버블을 포함한 처리액으로부터 상기 나노 마이크로 버블이 탈락되는 것을 방지함으로써 상기 처리액 내 버블 농도가 변하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 처리액은 DIW(De-ionized water)인 기판 처리 방법.
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