KR20220023899A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20220023899A
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양승태
정부영
박귀수
김호영
정윤석
이재홍
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치는 내부에 기판을 처리하는 처리 공간을 가지는 하우징; 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛; 지지 유닛에 놓인 기판에 처리액을 공급하는 노즐을 포함하는 액 공급 유닛과; 지지 유닛과 액 공급 유닛을 제어하는 제어기를 포함하고, 제어기는, 회전하는 기판의 중앙 영역으로 노즐이 처리액을 공급하되, 처리액의 종류, 처리액의 온도 그리고 기판의 표면에 대한 처리액의 접촉각에 대응하여, 기판 상으로 공급되는 처리액의 공급 유량과 기판의 회전 속도가 결정되도록 지지 유닛과 액 공급 유닛을 제어할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Apparatus and Method for treating a substrate}
본 발명은 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 기판으로 액을 공급하여 기판을 액 처리하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는 사진, 증착, 애싱, 식각, 그리고 이온주입 등과 같은 다양한 공정이 수행된다. 또한 이러한 공정들이 수행되기 전후에는 기판 상에 잔류된 파티클을 세정 처리하는 세정 공정이 수행된다.
기판 표면에 잔류하는 파티클(Particle), 유기 오염물, 그리고 금속 오염물 등의 오염 물질은 반도체 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미친다. 이 때문에 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 반도체 제조 공정에서 매우 중요하다. 일반적으로 기판의 세정은 케미칼을 이용하여 기판상에 잔류하는 금속 이물질, 유기 물질, 또는 파티클 등을 제거하는 케미컬 처리 공정, 순수 또는 유기 용제 등을 이용하여 기판상에 잔류하는 케미칼을 제거하는 린스공정, 그리고 초임계 유체, 또는 질소 가스 등을 이용하여 기판을 건조하는 건조 공정 등을 포함한다.
일반적으로 기판 세정을 위해 액 공급 유닛은 기판 지지 유닛에 지지된 기판이 회전되는 동안, 기판에 유기 용제를 토출한다. 이 경우, 유기 용제가 기판 전체로 도포되는 과정에서 기판의 원심력 등에 의해 핑거링(Fingering)이 발생된다.
이러한 핑거링 간의 사이 영역은 유기 용제가 도포되기까지의 시간이 상대적으로 길어지므로 건조되어 기판의 표면이 노출된다. 또한, 유기 용제 공급 전 순수 등이 기판 상에 공급된 경우, 유기 용제와 기판 간의 습윤열 및 순수와 유기 용제 간의 표면장력 차에 의해, 기판 상에서 확산되는 유기 용제와 선 공급된 순수 사이에 순수가 건조된 영역이 발생된다.
이러한 건조 현상에 의해 기판의 표면이 노출됨으로써, 기판의 표면이 파티클(Particle)에 의해 오염되거나, 기판의 패턴에 리닝(Leaning)현상이 발생될 수 있다.
본 발명은 기판의 세정 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 회전하는 기판 상에 액을 공급할 때에 핑거링 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판을 처리하는 장치는, 내부에 기판을 처리하는 처리 공간을 가지는 하우징; 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛; 지지 유닛에 놓인 기판에 처리액을 공급하는 노즐을 포함하는 액 공급 유닛과; 지지 유닛과 액 공급 유닛을 제어하는 제어기를 포함하고, 제어기는, 회전하는 기판의 중앙 영역으로 노즐이 처리액을 공급하되, 처리액의 종류, 처리액의 온도 그리고 기판의 표면에 대한 처리액의 접촉각에 대응하여, 기판 상으로 공급되는 처리액의 공급 유량과 기판의 회전 속도가 결정되도록 지지 유닛과 액 공급 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어기는, 노즐로 공급되는 처리액의 온도를 측정하는 온도 측정부와; 기판의 표면에 대한 처리액의 접촉각을 측정하는 접촉각 측정부와; 처리액의 종류, 온도 측정부로부터 측정된 처리액의 온도 그리고 접촉각 측정부로부터 측정된 기판의 표면에 대한 처리액의 접촉각에 대응하여 기판 상으로 공급되는 공급 유량과 회전 속도를 산출하는 연산부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 연산부는, 처리액의 종류와 온도 측정부로부터 측정된 처리액의 온도에 따른 처리액의 밀도, 처리액의 점도 그리고 기판의 표면에 대한 처리액의 표면장력에 대응하여, 공급 유량과 회전 속도를 결정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 연산부는, 처리액의 종류와 처리액의 온도에 따른 처리액의 밀도(ρ), 처리액의 점도(μ) 그리고 기판의 표면에 대한 처리액의 표면장력(σ) 그리고 접촉각(θ)에 대응하여 기판 상으로 공급되는 처리액의 공급 유량(Q)과 회전 속도(Ω)는,
Figure pat00001
을 만족하도록 공급 유량과 회전 속도를 산출할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어기는, 처리액의 온도가 높을수록, 회전 속도를 고정한 상태에서 공급 유량이 증가되도록 지지 유닛과 액 공급 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어기는, 처리액의 온도가 높을수록, 공급 유량을 고정한 상태에서 회전 속도가 증가되도록 지지 유닛과 액 공급 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어기는, 접촉각이 클수록, 공급 유량을 고정한 상태에서 회전 속도가 증가되도록 지지 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어기는, 접촉각이 클수록, 회전 속도를 고정한 상태에서 공급 유량이 증가되도록 액 공급 유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 처리액은 기판을 세정하는 세정액일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 세정액은, 이소프로필알코올(IPA;Isppoply alcohol) 또는 순수일 수 있다.
또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 방법은, 회전하는 기판의 중앙 영역으로 처리액을 공급하여 기판을 처리하는 방법에 있어서, 처리액의 종류, 처리액의 온도 그리고 기판의 표면에 대한 처리액의 접촉각에 대응하여, 기판 상으로 공급되는 처리액의 공급 유량과 기판의 회전 속도를 결정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 처리액의 종류와 처리액의 온도에 따른 처리액의 밀도, 처리액의 점도 그리고 기판의 표면에 대한 처리액의 표면장력에 대응하여 공급 유량과 회전 속도를 결정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 처리액의 종류와 처리액의 온도에 따른 처리액의 밀도(ρ), 처리액의 점도(μ) 그리고 기판의 표면에 대한 처리액의 표면장력(σ) 그리고 접촉각(θ)에 대응하여 기판 상으로 공급되는 처리액의 공급 유량(Q)과 회전 속도(Ω)는,
Figure pat00002
을 만족할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 처리액의 온도가 높을수록, 회전 속도를 고정한 상태에서 공급 유량을 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 처리액의 온도가 높을수록, 공급 유량을 고정한 상태에서 회전 속도를 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 접촉각이 클수록, 공급 유량을 고정한 상태에서 회전 속도를 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 접촉각이 클수록, 회전 속도를 고정한 상태에서 공급 유량을 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 처리액은 건조된 상태의 기판에 공급될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 처리액은 기판을 세정하는 세정액일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 세정액은, 이소프로필알코올(IPA;Isppoply alcohol) 또는 순수일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판의 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 회전하는 기판 상에 액을 공급할 때에 핑거링 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 액 처리 챔버의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 1의 액 공급 유닛을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제어기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 회전하는 기판 상으로 액을 도포하는 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 기판 상에 액이 도포된 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 액막의 반지름을 결정하는 인자에 따라 형성된 액막의 반지름을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
본 실시예에는 기판을 케미칼 처리 및 린스 처리하는 세정 공정을 일 예로 설명한다. 그러나 본 실시예는 세정 공정에 한정되지 않고, 식각 공정, 애싱 공정, 현상 공정 등, 처리액을 이용하여 기판을 처리하는 공정에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 처리 장치는 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)을 포함한다. 일 실시예에 의하면, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)은 일방향을 따라 배치된다. 이하, 인덱스 모듈(10)과 처리 모듈(20)이 배치된 방향을 제1방향(92)이라 하고, 상부에서 바라볼 때 제1방향(92)과 수직한 방향을 제2방향(94)이라 하고, 제1방향(92) 및 제2방향(94)에 모두 수직한 방향을 제3방향(96)이라 한다.
인덱스 모듈(10)은 수납된 용기(80)로부터 기판(W)을 처리 모듈(20)로 반송하고, 처리 모듈(20)에서 처리가 완료된 기판(W)을 용기(80)로 수납한다. 인덱스 모듈(10)의 길이 방향은 제2방향(94)으로 제공된다. 인덱스 모듈(10)은 로드포트(12, loadport)와 인덱스 프레임(14)을 가진다. 인덱스 프레임(14)을 기준으로 로드포트(12)는 처리 모듈(20)의 반대 측에 위치된다. 기판(W)들이 수납된 용기(80)는 로드포트(12)에 놓인다. 로드포트(12)는 복수 개가 제공될 수 있으며, 복수의 로드포트(12)는 제2방향(94)을 따라 배치될 수 있다.
용기(80)로는 전면 개방 일체 식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 용기(80)는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead Conveyor), 또는 자동 안내 차량(Automatic Guided Vehicle)과 같은 이송 수단(도시되지 않음)이나 작업자에 의해 로드포트(12)에 놓일 수 있다.
인덱스 프레임(14)에는 인덱스 로봇(120)이 제공된다. 인덱스 프레임(14) 내에는 길이 방향이 제2방향(94)으로 제공된 가이드 레일(140)이 제공되고, 인덱스 로봇(120)은 가이드 레일(140) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 인덱스 로봇(120)은 기판(W)이 놓이는 핸드(122)를 포함하며, 핸드(122)는 전진 및 후진 이동, 제3방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3방향(96)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(122)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(122)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진 이동할 수 있다.
처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(200), 반송 챔버(300), 액 처리 챔버(400)를 포함한다. 버퍼 유닛(200)은 처리 모듈(20)로 반입되는 기판(W)과 처리 모듈(20)로부터 반출되는 기판(W)이 일시적으로 머무르는 공간을 제공한다. 액 처리 챔버(400)는 기판(W) 상에 액을 공급하여 기판(W)을 액 처리하는 액 처리 공정을 수행한다. 반송 챔버(300)는 버퍼 유닛(200), 액 처리 챔버(400) 간에 기판(W)을 반송한다.
반송 챔버(300)는 그 길이 방향이 제1방향(92)으로 제공될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 인덱스 모듈(10)과 반송 챔버(300) 사이에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)는 반송 챔버(300)의 측부에 배치될 수 있다. 액 처리 챔버(400)와 반송 챔버(300)는 제2방향(94)을 따라 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 반송 챔버(300)의 일단에 위치될 수 있다.
일 예에 의하면, 액 처리 챔버(400)들은 반송 챔버(300)의 양측에 배치되고, 반송 챔버(300)의 일측에서 액 처리 챔버(400)들은 제1방향(92) 및 제3방향(96)을 따라 각각 A X B(A, B는 각각 1 또는 1보다 큰 자연수) 배열로 제공될 수 있다.
반송 챔버(300)는 반송 로봇(320)을 가진다. 반송 챔버(300) 내에는 길이 방향이 제1방향(92)으로 제공된 가이드 레일(340)이 제공되고, 반송 로봇(320)은 가이드 레일(340) 상에서 이동 가능하게 제공될 수 있다. 반송 로봇(320)은 기판(W)이 놓이는 핸드(322)를 포함하며, 핸드(322)는 전진 및 후진 이동, 제3방향(96)을 축으로 한 회전, 그리고 제3방향(96)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 핸드(322)는 복수 개가 상하 방향으로 이격되게 제공되고, 핸드(322)들은 서로 독립적으로 전진 및 후진 이동할 수 있다.
버퍼 유닛(200)은 기판(W)이 놓이는 버퍼(220)를 복수 개 구비한다. 버퍼(220)들은 제3방향(96)을 따라 서로 간에 이격되도록 배치될 수 있다. 버퍼 유닛(200)은 전면(front face)과 후면(rear face)이 개방된다. 전면은 인덱스 모듈(10)과 마주보는 면이고, 후면은 반송 챔버(300)와 마주보는 면이다. 인덱스 로봇(120)은 전면을 통해 버퍼 유닛(200)에 접근하고, 반송 로봇(320)은 후면을 통해 버퍼 유닛(200)에 접근할 수 있다.
도 2는 도 1의 액 처리 챔버(400)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 액 처리 챔버(400)는 하우징(410), 컵(420), 지지유닛(440), 액 토출 유닛(460), 그리고 승강 유닛(480)을 가진다.
하우징(410)은 대체로 직육면체 형상으로 제공된다. 컵(420), 지지유닛(440), 그리고 액 토출 유닛(460)은 하우징(410) 내에 배치된다.
컵(420)은 상부가 개방된 처리 공간을 가지고, 기판(W)은 처리 공간 내에서 액 처리된다. 지지유닛(440)은 처리 공간 내에서 기판(W)을 지지한다. 액 토출 유닛(460)은 지지유닛(440)에 지지된 기판(W) 상으로 액을 공급한다. 액은 복수 종류로 제공되고, 기판(W) 상으로 순차적으로 공급될 수 있다. 승강 유닛(480)은 컵(420)과 지지유닛(440) 간의 상대 높이를 조절한다.
일 예에 의하면, 컵(420)은 복수의 회수통(422, 424, 426)을 가진다. 회수통들(422, 424, 426)은 각각 기판 처리에 사용된 액을 회수하는 회수 공간을 가진다. 각각의 회수통들(422, 424, 426)은 지지유닛(440)을 감싸는 링 형상으로 제공된다. 액 처리 공정이 진행시 기판(W)의 회전에 의해 비산되는 처리액은 각 회수통(422, 424, 426)의 유입구(422a, 424a, 426a)를 통해 회수 공간으로 유입된다.
일 예에 의하면, 컵(420)은 제1회수통(422), 제2회수통(424), 그리고 제3회수통(426)을 가진다. 제1회수통(422)은 지지유닛(440)을 감싸도록 배치되고, 제2회수통(424)은 제1회수통(422)을 감싸도록 배치되고, 제3회수통(426)은 제2회수통(424)을 감싸도록 배치된다. 제2회수통(424)으로 액을 유입하는 제2유입구(424a)는 제1회수통(422)으로 액을 유입하는 제1유입구(422a)보다 상부에 위치되고, 제3회수통(426)으로 액을 유입하는 제3유입구(426a)는 제2유입구(424a)보다 상부에 위치될 수 있다.
지지유닛(440)은 지지판(442)과 구동축(444)을 가진다. 지지판(442)의 상면은 대체로 원형으로 제공되고 기판(W)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 지지판(442)의 중앙부에는 기판(W)의 후면을 지지하는 지지핀(442a)이 제공되고, 지지핀(442a)은 기판(W)이 지지판(442)으로부터 일정 거리 이격되도록 그 상단이 지지판(442)으로부터 돌출되게 제공된다.
지지판(442)의 가장자리부에는 척핀(442b)이 제공된다. 척핀(442b)은 지지판(442)으로부터 상부로 돌출되게 제공되며, 기판(W)이 회전될 때 기판(W)이 지지유닛(440)으로부터 이탈되지 않도록 기판(W)의 측부를 지지한다. 구동축(444)은 구동기(446)에 의해 구동되며, 기판(W)의 저면 중앙과 연결되며, 지지판(442)을 그 중심축을 기준으로 회전시킨다.
승강 유닛(480)은 컵(420)을 상하 방향으로 이동시킨다. 컵(420)의 상하 이동에 의해 컵(420)과 기판(W) 간의 상대 높이가 변경된다. 이에 의해 기판(W)에 공급되는 액의 종류에 따라 처리액을 회수하는 회수통(422, 424, 426)이 변경되므로, 액들을 분리 회수할 수 있다. 상술한 바와 달리, 컵(420)은 고정 설치되고, 승강 유닛(480)은 지지유닛(440)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
액 토출 유닛(460)은 처리액을 기판(W)에 공급한다. 액 토출 유닛(460)은 아암(461)과 아암(461)의 끝단에 고정 결합되어 기판(W)에 액을 토출 시키는 노즐(462)을 포함한다.
일 예에 의하면, 액 토출 유닛(460)은 복수 개가 제공되고, 서로 상이한 종류의 처리액을 기판(W)에 공급할 수 있다. 처리액은 케미칼, 린스액, 그리고 유기 용제 등을 포함할 수 있다. 케미칼은 희석된 황산(H2SO4, Diluted Sulfuric acid Peroxide), 인산(P2O5), 불산(HF) 그리고 수산화 암모늄(NH4OH)을 포함할 수 있다. 린스액은 순수일 수 있다.
액공급유닛(500)은 액 토출 유닛(460)에 처리액을 공급한다. 이하, 도 3 아래에서는 액 공급 유닛이 처리액으로서 이소프로필 알코올과 같은 유기용제를 공급하는 것을 예로 들어 설명한다. 이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 예를 상세히 설명한다. 상술한 바와 같이, 액 토출 유닛(460)에서 공급되는 처리액은 케미칼, 린스액, 그리고 유기 용제 등을 포함할 수 있다. 아래의 실시예에서는 기판(W)의 건조를 위해 유기 용제가 공급되는 것으로 설명한다. 일 실시예로 유기용제는 이소프로필알코올(IPA)일 수 있다.
액공급유닛(500)은 액공급라인(540), 처리액 공급원(510), 용기(520), 필터(560) 등을 포함할 수 있다.
액공급라인(540)은 노즐(462)로 처리액을 공급한다. 처리액 공급원(510)은 용기(520)에 처리액을 공급한다. 처리액 공급원(510)과 용기(520)는 인렛관(541)에 의해 연결되고, 인렛관(541)에는 밸브(552)가 설치된다. 밸브(552)는 개폐 밸브 또는 유량 조절 밸브일 수 있다. 용기(520)는 처리액 공급원(510)으로부터 처리액을 공급받아 저장한다. 용기(520) 내 처리액은 노즐(462)로 공급된다. 액공급라인(540)에는 밸브(554)와 유량계(556)가 설치될 수 있다. 밸브(554)는 용기(520)로부터 공급되는 처리액 액의 유량을 조절할 수 있다. 밸브(554)는 개폐 밸브이거나 유량 조절 밸브일 수 있다. 유량계(556)는 액공급라인(540)을 흐르는 처리액 액의 유량을 직접 또는 간접적으로 측정할 수 있다. 필터(560)는 처리액 내부의 불순물을 응집시켜 불순물이 필터(560)에서 여과되도록 한다.
도 4는 본 발명의 제어기(490)의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 제어기(490)는, 온도 측정부(491), 접촉각 측정부(493) 그리고 연산부(495)를 포함한다. 온도 측정부(491)는, 노즐로 공급되는 처리액의 온도를 측정한다. 일 예에서, 온도 측정부(491)는 액공급라인에 제공된 온도 센서일 수 있다. 예컨대, 온도 센서는 노즐과 인접하게 제공될 수 있다.
접촉각 측정부(493)는, 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 접촉각을 측정한다. 접촉각은 기판(W)의 재질 또는 기판(W)을 코팅한 물질의 종류, 처리액의 종류 등에 따라 달라질 수 있다. 일 예에서, 접촉각 측정부(493)는 기판(W) 상에 놓인 처리액과 기판(W) 간의 접촉각을 측정하는 접촉각 센서일 수 있다.
연산부(495)는, 온도 측정부(491)로부터 측정된 처리액의 온도 그리고 접촉각 측정부(493)로부터 측정된 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 접촉각에 대응하여 기판(W) 상으로 공급되는 공급 유량과 회전 속도를 산출한다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 기판(W) 처리 방법에 대해 설명한다. 상술한 제어기(490)는 본 발명의 기판(W) 처리 방법을 수행한다. 도 5를 참조하면, 기판(W)을 세정하기 위해 회전하는 기판(W) 상으로 처리액을 도포한다. 일 예에서, 처리액은 기판(W)을 세정하는 세정액이다. 예컨대, 세정액은, 이소프로필알코올(IPA;Isppoply alcohol) 또는 순수일 수 있다. 일 예에서, 회전하는 기판(W)의 중앙 영역 상으로 처리액을 공급한다. 기판(W)이 회전함에 따라 원심력에 의해 기판(W)의 가장 자리 영역으로 처리액이 퍼져나간다.
도 6은 기판(W) 상에 액이 도포된 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다. 일 예에서, 기판(W)은 실리콘 재질일 수 있다. 소수성을 띄는 기판(W) 상에 친수성을 띄는 처리액을 공급하면 처리액은 기판(W) 상에서 골고루 퍼지지 않게 된다. 또한, 기판(W)의 중앙 영역에 처리액을 공급하는 바 기판(W) 상에 형성되는 액막은 가장자리로 갈수록 얇게 형성된다. 이에 따라, 액막의 외주부는 끊겨 기판(W)의 표면에 액실을 형성하거나 액막에 구멍을 형성한다. 이를 방지하기 위해 본원 발명은 액막의 반지름을 결정하는 인자를 조절하여, 액막이 기판(W) 전 영역에 고루 형성되도록 한다.
액막의 반지름을 결정하는 인자들은 처리액의 밀도(ρ), 처리액의 점도(μ) 그리고 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 표면장력(σ), 처리액과 기판(W) 간의 접촉각(θ), 기판(W) 상으로 공급되는 처리액의 유량(Q) 그리고 기판(W)의 회전 속도(Ω)이다. 여기에서 처리액의 유량(Q)는, 단위 시간인 초당 기판(W) 상으로 공급되는 처리액의 유량을 mL/sec로 나타낸 것일 수 있다. 또한, 기판(W)의 회전 속도(Ω)는 지지 유닛(440)의 각속도일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 연산부(495)는, 처리액의 종류와 온도 측정부(491)로부터 측정된 처리액의 온도를 기반으로 처리액의 밀도, 처리액의 점도 그리고 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 표면장력을 산출해낸다. 처리액의 종류와 온도가 결정되면, 처리액의 밀도(ρ), 처리액의 점도(μ) 그리고 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 표면장력(σ)은 고정값이 된다. 기판(W)과 처리액 간의 접촉각(θ)은 기판(W)에 처리액이 공급된 직후에 접촉각 측정부(493)로부터 측정될 수 있다.
처리액의 밀도(ρ), 처리액의 점도(μ) 그리고 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 표면장력(σ) 그리고 접촉각(θ)을 고정 인자로 하여 처리액의 유량(Q) 그리고 기판(W)의 회전 속도(Ω)를 결정한다. 처리액의 유량(Q) 그리고 기판(W)의 회전 속도(Ω)를 변경시키면서 기판(W) 상에 형성되는 액막을 관찰한다. 일 예에서, 특정 속도로 회전하는 기판(W) 상으로 처리액을 특정 유량으로 공급한다. 기판(W)으로 처리액을 공급하는 것과 기판(W)을 회전시키는 것은 멈추지 않고 수초동안 계속될 수 있다. 기판(W) 상에 형성된 최종 액막 반지름(Rf)이 기판(W)의 반지름과 동일해지면 기판(W) 상에 액막이 고루 형성되었다고 판단한다. 기판(W)을 회전시키면서 기판(W) 상으로 처리액을 공급하고 이를 초고속 카메라로 관찰한다. 이와 같은 실험 방법을 통해 얻어낸 결과가 도 7에 도시된다.
도 7은 액막의 반지름을 결정하는 인자에 따라 형성된 액막의 반지름을 보여주는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 반지름이 15CM인 기판을 회전시키며 처리액을 공급한다. 이때, 최종 액막 반지름(Rf)이 15CM가 되는 경우 기판(W) 상에 액막이 고루 형성되었다고 판단한다.
처리액의 밀도(ρ), 처리액의 점도(μ) 그리고 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 표면장력(σ), 처리액과 기판(W) 간의 접촉각(θ), 기판(W) 상으로 공급되는 처리액의 유량(Q) 그리고 기판(W)의 회전 속도(Ω)는 아래와 같은 조건을 만족할 시에 기판(W) 상에 고루 액막을 형성한다.
Figure pat00003
(이하, 수식 1)
수식 1을 만족하기 위해, 일 실시예에 의하면, 접촉각이 클수록, 공급 유량을 고정한 상태에서 회전 속도를 증가시킨다. 선택적으로, 접촉각이 클수록, 회전 속도를 고정한 상태에서 공급 유량을 증가시킨다.
온도가 상이한 처리액은, 처리액의 밀도(ρ), 처리액의 점도(μ) 그리고 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 표면장력(σ), 처리액과 기판(W) 간의 접촉각(θ)이 상이하다. 처리액의 온도가 높을수록, 수식 1에서
Figure pat00004
는 작아진다. 이에, 일 실시예에서, 처리액의 온도가 높을수록, 회전 속도를 고정한 상태에서 공급 유량을 증가시킨다. 선택적으로, 처리액의 온도가 높을수록, 공급 유량을 고정한 상태에서 각속도를 증가시킨다.
일 실시예에서, 처리액을 공급하기 전에 처리액의 온도를 측정하여 처리액의 밀도(ρ), 처리액의 점도(μ) 그리고 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 표면장력(σ)을 산출하고, 접촉각(θ)을 측정한다. 이후에 수식 1에 의해 처리액의 유량(Q) 그리고 기판(W)의 회전 속도(Ω)를 설정하여 설정된 기판(W)의 회전 속도(Ω)로 회전하는 기판(W) 상으로 설정된 처리액의 유량(Q)으로 처리액을 공급한다. 처리액을 공급하는 동안 처리액의 유량(Q) 그리고 기판(W)의 회전 속도(Ω)는 설정된 값을 유지한다.
상술한 예에서는, 처리액을 공급하는 동안 처리액의 유량(Q) 그리고 기판(W)의 회전 속도(Ω)는 설정된 값을 유지하는 것으로 설명하였다. 그러나, 선택적으로, 처리액을 공급하는 동안 처리액의 유량(Q) 그리고 기판(W)의 회전 속도(Ω)는 변경될 수 있다. 예컨대, 처리액을 공급하는 도중에 수시 또는 정해진 시간 간격 마다 처리액의 온도를 측정하여 처리액의 밀도(ρ), 처리액의 점도(μ) 그리고 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 표면장력(σ)을 산출하고, 접촉각(θ)을 측정한다. 이를 기반으로, 처리액을 공급하는 동안 처리액의 유량(Q) 그리고 기판(W)의 회전 속도(Ω)는 변경될 수 있다.
상술한 예에서는, 접촉각 측정부(493)는, 기판(W)의 표면에 대한 처리액의 접촉각을 측정한다. 다른 예에서, 처리액의 종류와 온도 등에 따른 접촉각의 정보를 접촉각 측정부(493)에 미리 입력해두고, 입력된 데이터 값을 불러올 수도 있다.
상술한 예에서는, 기판(W) 상에 공급되는 액은 세정액인 것으로 설명하였다. 그러나, 기판(W) 상으로 공급되는 액은 세정액에 한정하지 않고 회전하고 있는 기판(W)의 중앙 영역으로 액을 공급하는 공정이어도 무관하다.
본 발명에 따르면, 소수성을 띄는 기판(W)의 표면을 처리액이 완전히 젖은 상태로 만들 수 있다. 이에, 기판(W)에 액을 공급할 때에 기판(W)의 표면이 부분적으로 건조되는 것을 방지하고, 핑거링 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
462: 노즐
490: 제어기
491: 온도 측정부
493: 접촉각 측정부
495: 연산부
500: 액공급유닛
520: 용기
540: 액공급관
560: 필터

Claims (20)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 기판을 처리하는 처리 공간을 가지는 하우징;
    상기 처리 공간에서 상기 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 지지 유닛에 놓인 상기 기판에 처리액을 공급하는 노즐을 포함하는 액 공급 유닛과;
    상기 지지 유닛과 상기 액 공급 유닛을 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    회전하는 상기 기판의 중앙 영역으로 상기 노즐이 상기 처리액을 공급하되,
    상기 처리액의 종류, 상기 처리액의 온도 그리고 상기 기판의 표면에 대한 상기 처리액의 접촉각에 대응하여,
    상기 기판 상으로 공급되는 상기 처리액의 공급 유량과 상기 기판의 회전 속도가 결정되도록 상기 지지 유닛과 상기 액 공급 유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 노즐로 공급되는 상기 처리액의 온도를 측정하는 온도 측정부와;
    상기 기판의 표면에 대한 상기 처리액의 접촉각을 측정하는 접촉각 측정부와;
    상기 처리액의 종류, 상기 온도 측정부로부터 측정된 상기 처리액의 온도 그리고 상기 접촉각 측정부로부터 측정된 상기 기판의 표면에 대한 상기 처리액의 접촉각에 대응하여 상기 기판 상으로 공급되는 상기 공급 유량과 상기 회전 속도를 산출하는 연산부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 처리액의 종류와 상기 온도 측정부로부터 측정된 처리액의 온도에 따른 상기 처리액의 밀도, 상기 처리액의 점도 그리고 상기 기판의 표면에 대한 상기 처리액의 표면장력에 대응하여,
    상기 공급 유량과 상기 회전 속도를 결정하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 처리액의 종류와 상기 처리액의 온도에 따른 상기 처리액의 밀도(ρ), 상기 처리액의 점도(μ) 그리고 상기 기판의 표면에 대한 상기 처리액의 표면장력(σ) 그리고 상기 접촉각(θ)에 대응하여 상기 기판 상으로 공급되는 처리액의 공급 유량(Q)과 상기 회전 속도(Ω)는,
    Figure pat00005
    을 만족하도록 상기 공급 유량과 상기 회전 속도를 산출하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 처리액의 온도가 높을수록,
    상기 회전 속도를 고정한 상태에서 상기 공급 유량이 증가되도록 상기 지지 유닛과 상기 액 공급 유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 처리액의 온도가 높을수록,
    상기 공급 유량을 고정한 상태에서 상기 회전 속도가 증가되도록 상기 지지 유닛과 상기 액 공급 유닛을 제어하는.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 접촉각이 클수록,
    상기 공급 유량을 고정한 상태에서 상기 회전 속도가 증가되도록 상기 지지 유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 접촉각이 클수록,
    상기 회전 속도를 고정한 상태에서 상기 공급 유량이 증가되도록 상기 액 공급 유닛을 제어하는 기판 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리액은 상기 기판을 세정하는 세정액인 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 세정액은,
    이소프로필알코올(IPA;Isppoply alcohol) 또는 순수인 기판 처리 방법.
  11. 회전하는 기판의 중앙 영역으로 처리액을 공급하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 처리액의 종류, 상기 처리액의 온도 그리고 상기 기판의 표면에 대한 상기 처리액의 접촉각에 대응하여,
    상기 기판 상으로 공급되는 상기 처리액의 공급 유량과 상기 기판의 회전 속도를 결정하는 기판 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 처리액의 종류와 상기 처리액의 온도에 따른 상기 처리액의 밀도, 상기 처리액의 점도 그리고 상기 기판의 표면에 대한 상기 처리액의 표면장력에 대응하여 상기 공급 유량과 상기 회전 속도를 결정하는 기판 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 처리액의 종류와 상기 처리액의 온도에 따른 상기 처리액의 밀도(ρ), 상기 처리액의 점도(μ) 그리고 상기 기판의 표면에 대한 상기 처리액의 표면장력(σ) 그리고 상기 접촉각(θ)에 대응하여 상기 기판 상으로 공급되는 처리액의 공급 유량(Q)과 상기 회전 속도(Ω)는,
    Figure pat00006
    을 만족하는 기판 처리 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 처리액의 온도가 높을수록,
    상기 회전 속도를 고정한 상태에서 상기 공급 유량을 증가시키는 기판 처리 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 처리액의 온도가 높을수록,
    상기 공급 유량을 고정한 상태에서 상기 회전 속도를 증가시키는 기판 처리 방법
  16. 제11항에 있어서,
    상기 접촉각이 클수록,
    상기 공급 유량을 고정한 상태에서 상기 회전 속도를 증가시키는 기판 처리 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 접촉각이 클수록,
    상기 회전 속도를 고정한 상태에서 상기 공급 유량을 증가시키는 기판 처리 방법.
  18. 제11항 내지 제17항에 있어서,
    상기 처리액은 건조된 상태의 기판에 공급되는 기판 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 처리액은 상기 기판을 세정하는 세정액인 기판 처리 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 세정액은,
    이소프로필알코올(IPA;Isppoply alcohol) 또는 순수인 기판 처리 방법.
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