KR20230053155A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20230053155A
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KR1020210136377A
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손원식
오세훈
김진규
정인기
유정협
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 처리 공간을 가지는 처리 용기; 상기 처리 공간에서 상기 기판을 지지하고, 상기 기판을 회전시키는 지지 유닛; 상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판으로 처리액을 공급하는 액 공급 유닛; 및 상기 기판을 가열하는 가열 유닛을 포함하고, 상기 지지 유닛은, 스핀 척; 상기 스핀 척을 회전시키는 구동기; 상기 스핀 척과 함께 회전되도록 상기 스핀 척 상에 설치되는 척 핀; 및 상기 척 핀을 상기 기판의 측부와 접촉하는 접촉 위치 및 상기 기판의 측부와 이격되는 개방 위치 간에 이동시키는 척 핀 이동 유닛을 포함하고, 상기 척 핀 이동 유닛은, 상기 척 핀에 결합되고 상기 스핀 척과 함께 회전되는 제1구동 모듈; 및 상기 제1구동 모듈과 대향하고 상기 스핀 척과 함께 회전되지 않는 제2구동 모듈을 포함하고, 상기 제1구동 모듈은 제1자성체를 포함하고, 상기 제2구동 모듈은 상기 제1자성체와 대향하는 제2자성체와, 상기 제2자성체를 상하 방향으로 구동시키는 구동 부재를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명의 실시예는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 또는 액정 디스플레이를 제조하기 위해서 기판에 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막 증착, 그리고 세정 등의 다양한 공정들이 수행된다. 이 중, 식각 공정 또는 세정 공정은 기판 상에 형성된 박막 중 불필요한 영역을 제거하거나, 이물질, 파티클 등을 식각하거나 세정하는 공정으로, 박막에 대한 높은 선택비, 높은 식각률 및 식각 균일성이 요구되며, 반도체 소자의 고집적화에 따라 점점 더 높은 수준의 식각 선택비 및 식각 균일성이 요구되고 있다.
일반적으로 기판의 식각 공정 또는 세정 공정은 크게 처리액 처리 단계, 린스 처리 단계, 그리고 건조 처리 단계가 순차적으로 수행된다. 일 예에 있어서, 처리액 처리 단계에는 기판 상에 형성된 박막을 식각 처리하거나 기판 상의 이물을 제거하기 위한 처리액을 기판으로 공급하여 퍼들(Puddle)을 형성한 뒤 처리액의 퍼들을 가열하여 처리액에 의한 에칭을 촉진하고, 린스 처리 단계에서는 기판 상에 순수와 같은 린스액이 공급된다.
상술한 처리액 처리 단계에서는, 기판을 지지 유닛 상에 놓고 지지 유닛을 회전시키며 기판 상에 처리액을 공급함으로써 이루어진다. 지지 유닛에는 회전 시 기판이 지지 유닛의 측방향으로 이동되는 것을 방지하기 위해 기판의 측부를 지지하는 척 핀들이 설치된다. 척 핀들은 기판이 지지 유닛 상에 로딩 또는 언로딩될 때 기판이 놓이는 공간을 제공하는 대기 위치와, 지지 유닛 상에 놓인 기판이 회전되면서 공정이 수행될 때 기판의 측부와 접촉되는 지지 위기 간에 이동된다. 따라서, 대기 위치에 놓인 척 핀들 사이에 제공된 공간은 지지 위치에 놓인 척 핀들 사이에 제공된 공간보다 넓다.
일반적으로 기판에 퍼들 형성시, 기판과 척 핀의 접촉으로 인하여 처리액이 척 핀을 따라 흘러내리는 문제가 발생한다. 또한, 처리액이 척 핀을 따라 흘러내리는 현상으로 인해 일정량의 액막을 유지하기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 실시예는 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 기판을 회전시켜 공정이 이루어지는 도중에 척 핀의 이동이 자유로운 지지 유닛과, 이를 이용한 기판 처리 장치와 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는 기판을 처리하는 장치를 개시한다. 기판 처리 장치는 처리 공간을 가지는 처리 용기; 상기 처리 공간에서 상기 기판을 지지하고, 상기 기판을 회전시키는 지지 유닛; 상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판으로 처리액을 공급하는 액 공급 유닛; 및 상기 기판을 가열하는 가열 유닛을 포함하고, 상기 지지 유닛은, 스핀 척; 상기 스핀 척을 회전시키는 구동기; 상기 스핀 척과 함께 회전되도록 상기 스핀 척 상에 설치되는 척 핀; 및 상기 척 핀을 상기 기판의 측부와 접촉하는 접촉 위치 및 상기 기판의 측부와 이격되는 개방 위치 간에 이동시키는 척 핀 이동 유닛을 포함하고, 상기 척 핀 이동 유닛은, 상기 척 핀에 결합되고 상기 스핀 척과 함께 회전되는 제1구동 모듈; 및 상기 제1구동 모듈과 대향하고 상기 스핀 척과 함께 회전되지 않는 제2구동 모듈을 포함하고, 상기 제1구동 모듈은 제1자성체를 포함하고, 상기 제2구동 모듈은 상기 제1자성체와 대향하는 제2자성체와, 상기 제2자성체를 상하 방향으로 구동시키는 구동 부재를 포함한다.
상기 제1구동 모듈은 상기 제2자성체의 위치 변화에 따라 상기 척 핀의 위치를 이동시킬 수 있다.
상기 제1자성체와 상기 제2자성체 사이에는 척력이 작용할 수 있다.
상기 제1구동 모듈은 상기 제1자성체와 상기 척 핀을 연결하는 아암 부재를 더 포함하고, 상기 아암 부재는 상기 제1자성체가 이동됨에 따라 상기 척 핀의 이동을 안내할 수 있다.
상기 척 핀은 복수의 척 핀을 포함하고, 상기 제2자성체는 링 형상으로 제공되고, 상기 제1구동 모듈은 상기 복수의 척 핀과 대응되는 수로 제공될 수 있다.
상기 아암 부재는, 상기 척 핀에 결합되되, 상기 척 핀의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장되는 제1아암; 상기 제1아암에 결합되는 제2아암; 및 상기 제2아암과 상기 제1자성체를 연결하는 제3아암을 포함하고, 상기 제2아암의 일단부에는 탄성 부재가 결합되되, 상기 탄성 부재는, 상기 척 핀이 상기 개방 위치에서 상기 접촉 위치로 이동되도록 회복력을 제공할 수 있다.
상기 척 핀 이동 유닛은 상기 스핀 척이 회전되는 도중에 상기 척 핀을 이동시킬 수 있다.
상기 구동기는 상기 기판이 제1속도로 회전되도록 상기 스핀 척을 회전시키고, 상기 척 핀 이동 유닛은 상기 기판이 상기 제1속도로 회전되는 중에 상기 척 핀이 상기 개방 위치에 위치되도록 상기 척 핀을 이동시킬 수 있다.
상기 구동기는 상기 기판이 상기 제1속도보다 빠른 제2속도로 회전되도록 상기 스핀 척을 회전시키고, 상기 척 핀 이동 유닛은 상기 기판이 상기 제2속도로 회전되는 중에 상기 척 핀이 상기 접촉 위치에 위치되도록 상기 척 핀을 이동시킬 수 있다.
상기 스핀 척은 상하 방향으로 관통되는 통공을 가지고, 상기 가열 유닛은 상기 통공을 통해 상기 기판의 저면을 가열할 수 있다.
상기 가열 유닛은 레이저를 포함할 수 있다.
상기 스핀 척은 몸체부와; 상기 몸체부의 상단으로부터 위로 연장되는 확장부를 포함하고, 상기 확장부는 상부로 갈수록 점진적으로 면적이 넓어질 수 있다.
본 발명의 실시예는 기판을 처리하는 방법을 개시한다. 기판 처리 방법은 상기 기판의 측부를 지지하기 위해 제공되는 척 핀이 상기 기판의 측부로부터 이격된 개방 상태에서 제1속도로 회전하는 상기 기판에 제1액을 공급하여 상기 기판 상에 제1액막을 형성하는 제1액 공급 단계; 상기 제1액 공급 단계 이후에, 상기 개방 상태에서 상기 기판 상에 형성된 상기 제1액막을 가열하는 액막 가열 단계와; 상기 액막 가열 단계 이후에, 상기 척 핀이 상기 기판의 측부와 접촉하여 상기 기판의 측부를 지지하는 접촉 상태에서 제2속도로 회전하는 상기 기판에 제2액을 공급하는 제2액 공급 단계를 포함한다.
상기 제1액과 상기 제2액은 동일할 수 있다.
상기 제1액은 인상 수용액일 수 있다.
상기 개방 상태에서 상기 접촉 상태로의 변경은 상기 기판이 회전되는 도중에 이루어질 수 있다.
상기 제2속도는 상기 제1속도보다 빠를 수 있다.
상기 제2액 공급 단계에서 상기 제2액의 단위 시간당 공급량은 상기 제1액 공급 단계에서 상기 제1액의 단위 시간당 공급량보다 많을 수 있다.
상기 액막 가열 단계에서는, 상기 기판이 상기 제1속도로 회전되며, 상기 기판 상으로 상기 제1액이 공급되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예는 상기 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 개시한다. 기판 처리 방법은 상기 척 핀이 상기 개방 위치에 위치된 개방 상태에서 제1속도로 회전하는 상기 기판에 제1액을 공급하여 상기 기판 상에 제1액막을 형성하는 제1액 공급 단계; 상기 제1액 공급 단계 이후에, 상기 척 핀이 상기 개방 상태에서 상기 기판 상에 형성된 상기 제1액막을 가열하는 액막 가열 단계와; 상기 액막 가열 단계 이후에, 상기 척 핀이 상기 접촉 위치에 위치된 접촉 상태에서 상기 제1속도보다 빠른 제2속도로 회전하는 상기 기판에 제2액을 공급하는 제2액 공급 단계를 포함하고, 상기 척 핀이 상기 개방 상태에서 상기 접촉 상태로의 변경은 상기 기판이 회전되는 도중에 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 기판을 회전시켜 공정이 이루어 지는 도중에 척 핀의 이동이 자유로울 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 처리액이 척 핀으로 흘러내리는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 기판 상에 형성되는 처리액 퍼들이 일정량 이상의 액막으로 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 기판을 지지하는 지지 유닛의 회전 또는 비회전 여부에 무관하게 상시로 척 핀을 이동시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 공정 진행 중에 척 핀의 이동 스트로크(Stroke)를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 내부에 중공의 공간이 형성되는 지지 유닛을 통해, 다양한 타입의 열원의 적용 및 다양한 열원의 쿨링 시스템(Cooling system)이 적용 가능할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것을 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 공정 챔버에 제공된 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 척 핀과, 척 핀 이동 유닛을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 척 핀 이동 유닛의 제2자성체를 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 척 핀이 스핀 척의 회전 도중에 이동되는 상태를 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 5의 척 핀이 개방 위치로 이동되는 과정을 보여주는 작동도이다.
도 7은 도 5의 척 핀이 접촉 위치로 이동되는 과정을 보여주는 작동도이다.
도 8은 회전하는 제1자성체와 회전하지 않는 도 4의 제2자성체 사이의 관계를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법의 순서도이다.
도 10 내지 도 13은 도 9의 기판 처리 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함한다'는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 실시예에는 처리액을 이용하여 기판을 식각 처리하는 공정을 일 예로 설명한다. 그러나 본 실시예는 식각 공정에 한정되지 않고, 세정 공정, 애싱 공정 및 현상 공정 등과 같이, 액을 이용한 기판 처리 공정에서 다양하게 적용 가능하다.
여기서, 기판은 반도체 소자나 평판 디스플레이(FPD: flat panel display) 및 그 밖에 박막에 회로패턴이 형성된 물건의 제조에 이용되는 기판을 모두 포함하는 포괄적인 개념이다. 이러한 기판(W)의 예로는, 실리콘 웨이퍼, 유리기판, 유기기판 등이 있다.
이하, 도 1 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 일 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비(1)를 보여주는 평면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 처리 설비(1)는 인덱스모듈(10)과 공정처리모듈(20)을 포함한다. 인덱스모듈(10)은 로드포트(120) 및 이송프레임(140)을 포함한다. 로드포트(120), 이송프레임(140), 그리고 공정처리모듈(20)은 순차적으로 일렬로 배열된다.
이하, 로드포트(120), 이송프레임(140), 그리고 공정처리모듈(20)이 배열된 방향을 제1방향(12)이라 하고, 상부에서 바라볼 때, 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하며, 제1방향(12)과 제2방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3방향(16)이라 칭한다.
로드포트(120)에는 기판(W)이 수납된 캐리어(18)가 안착된다. 로드포트(120)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 로드포트(120)의 개수는 공정처리모듈(20)의 공정 효율 및 풋 프린트 조건 등에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 캐리어(18)에는 기판(W)들을 지면에 대해 수평하게 배치한 상태로 수납하기 위한 다수의 슬롯(미도시)이 형성된다. 캐리어(18)로는 전면개방일체형포드(Front Opening Unifed Pod; FOUP)가 사용될 수 있다.
공정처리모듈(20)은 버퍼 유닛(220), 이송 챔버(240), 그리고 공정 챔버(260)를 포함한다.
이송 챔버(240)는 그 길이 방향이 제1방향(12)과 평행하게 배치된다. 이송 챔버(240)의 일측 또는 양측에는 복수개의 공정 챔버(260)가 배치될 수 있다. 이송 챔버(240)의 일측 및 타측에서 복수개의 공정 챔버(260)는 이송 챔버(240)를 기준으로 대칭되도록 제공될 수 있다. 복수개의 공정 챔버(260) 중 일부는 이송 챔버(240)의 길이 방향을 따라 배치된다. 또한, 복수개의 공정 챔버(260) 중 일부는 서로 적층되게 배치된다. 즉, 이송 챔버(240)의 일측에는 공정 챔버(260)가 A X B의 배열로 배치될 수 있다. 여기서 A는 제1방향(12)을 따라 일렬로 제공된 공정 챔버(260)의 수이고, B는 제3방향(16)을 따라 일렬로 제공된 공정 챔버(260)의 수이다. 이송 챔버(240)의 일측에 공정 챔버(260)가 4개 또는 6개 제공되는 경우, 복수개의 공정 챔버(260)는 2 X 2 또는 3 X 2의 배열로 배치될 수 있다. 공정 챔버(260)의 개수는 증가하거나 감소할 수도 있다. 상술한 바와 달리, 공정 챔버(260)는 이송 챔버(240)의 일측에만 제공될 수 있다. 또한, 공정 챔버(260)는 이송 챔버(240)의 일측 및 양측에 단층으로 제공될 수 있다.
버퍼 유닛(220)은 이송프레임(140)과 이송 챔버(240) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(220)은 이송 챔버(240)와 이송프레임(140) 간에 기판(W)이 반송되기 전에 기판(W)이 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼 유닛(220)의 내부에는 기판(W)이 놓이는 슬롯(미도시)이 제공된다. 슬롯(미도시)들은 서로 간에 제3방향(16)을 따라 이격되도록 복수 개가 제공된다. 버퍼 유닛(220)은 이송프레임(140)과 마주보는 면이 개방된다. 버퍼 유닛(220)은 이송 챔버(240)와 마주보는 면이 개방된다.
이송프레임(140)은 로드포트(120)에 안착된 캐리어(18)와 버퍼 유닛(220) 간에 기판(W)을 반송한다. 이송프레임(140)에는 인덱스 레일(142)과 인덱스 로봇(144)이 제공된다. 인덱스 레일(142)은 그 길이 방향이 제2방향(14)과 나란하게 제공된다. 인덱스 로봇(144)은 인덱스 레일(142) 상에 설치되며, 인덱스 레일(142)을 따라 제2방향(14)으로 직선 이동된다. 인덱스 로봇(144)은 베이스(144a), 몸체(144b), 그리고 인덱스암(144c)을 포함한다. 베이스(144a)는 인덱스 레일(142)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(144b)는 베이스(144a)에 결합된다. 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(144b)는 베이스(144a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 몸체(144b)에 결합되고, 몸체(144b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스암(144c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스암(144c)들 중 일부는 공정처리모듈(20)에서 캐리어(18)로 기판(W)을 반송할 때 사용되고, 이의 다른 일부는 캐리어(18)에서 공정처리모듈(20)로 기판(W)을 반송할 때 사용될 수 있다. 이는 인덱스 로봇(144)이 기판(W)을 반입 및 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판(W)으로부터 발생된 파티클이 공정 처리 후의 기판(W)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이송 챔버(240)는 버퍼 유닛(220)과 공정 챔버(260) 간에, 그리고 공정 챔버(260)들 간에 기판(W)을 반송한다. 이송 챔버(240)에는 가이드 레일(242)과 메인 로봇(244)이 제공된다. 가이드 레일(242)은 그 길이 방향이 제1방향(12)과 나란하도록 배치된다. 메인 로봇(244)은 가이드 레일(242) 상에 설치되고, 가이드 레일(242) 상에서 제1방향(12)을 따라 직선 이동된다. 메인 로봇(244)은 베이스(244a), 몸체(244b), 그리고 메인암(244c)을 포함한다. 베이스(244a)는 가이드 레일(242)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(244b)는 베이스(244a)에 결합된다. 몸체(244b)는 베이스(244a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(244b)는 베이스(244a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 몸체(244b)에 결합되고, 이는 몸체(244b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 메인암(244c)들은 제3 방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다.
공정 챔버(260)에는 기판(W)에 대해 액 처리 공정을 수행하는 기판 처리 장치(300)가 제공된다. 기판 처리 장치(300)는 수행하는 액 처리 공정의 종류에 따라 상이한 구조를 가질 수 있다. 이와 달리 각각의 공정 챔버(260) 내의 기판 처리 장치(300)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로 복수개의 공정 챔버(260)는 복수 개의 그룹으로 구분되어, 동일한 그룹에 속하는 공정 챔버(260) 내에 기판 처리 장치(300)들은 서로 동일하고, 서로 상이한 그룹에 속하는 공정 챔버(260) 내에 기판 처리 장치(300)의 구조는 서로 상이하게 제공될 수 있다.
도 2는 도 1의 공정 챔버에 제공된 제1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 척 핀과, 척 핀 이동 유닛을 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 3의 척 핀 이동 유닛의 제2자성체를 보여주는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 척 핀이 스핀 척의 회전 도중에 이동되는 상태를 보여주는 평면도이고, 도 6은 도 5의 척 핀이 개방 위치로 이동되는 과정을 보여주는 작동도이고, 도 7은 도 5의 척 핀이 접촉 위치로 이동되는 과정을 보여주는 작동도이고, 도 8은 회전하는 제1자성체와 회전하지 않는 도 4의 제2자성체 사이의 관계를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(300)는 처리 용기(320), 기판 지지 유닛(340), 승강 유닛(360), 액 공급 유닛(390) 그리고 가열 유닛(500)을 포함한다.
기판 처리 장치(300)는 챔버(310)를 포함할 수 있다. 챔버(310)은 밀폐된 내부 공간을 제공한다. 챔버(310)의 내부 공간에는 처리 용기(320)가 배치된다. 챔버(310)의 상부에는 팬필터유닛(315)이 설치된다. 팬필터유닛(315)은 챔버(310)의 내부에 수직 기류를 발생시킨다. 팬필터유닛(315)은 챔버(310)의 내부에 하강 기류를 발생시킨다. 팬필터유닛(315)는 필터와 공기공급팬이 하나의 유닛으로 모듈화된 것으로, 고습도 외기를 필터링하여 챔버(310)의 내부로 공급해주는 장치이다. 고습도 외기는 팬필터유닛(315)을 통과하여 챔버(310)의 내부로 공급되고, 챔버(310)의 내부 공간에 수직 기류를 형성한다. 이러한 수직 기류는 기판(W)의 상부에 균일한 기류를 제공한다. 기판(W)이 처리되는 과정에서 발생되는 오염물질(일 예로, 흄(Fume))들은 수직 기류에 포함되는 공기와 함께 처리 용기(320)의 외부로 배출되며, 이를 통해 처리 용기(320)의 내부는 고청정도를 유지할 수 있다.
처리 용기(320)는 상부가 개방된 통 형상을 포함한다. 처리 용기(320)는 제1회수통(321) 및 제2회수통(322)을 포함한다. 각각의 회수통(321, 322)은 공정에 사용된 처리액들 중 서로 상이한 처리액을 회수한다. 제1회수통(321)은 기판 지지 유닛(340)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 제2회수통(322)은 기판 지지 유닛(340)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 일 실시 예에 있어서, 제1회수통(321)은 제2회수통(322)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 제2회수통(322)은 제1회수통(321)에 삽입되어 제공될 수 있다. 제2회수통(322)의 높이는 제1회수통(321)의 높이 보다 높을 수 있다. 제2회수통(322)은 제1가드부(326)와 제2가드부(324)를 포함할 수 있다. 제1가드부(326)는 제2회수통(322)의 최상부에 제공될 수 있다. 제1가드부(326)는 기판 지지 유닛(340)을 향해 연장되어 형성되며, 제1가드부(326)는 기판 지지 유닛(340) 방향으로 향할수록 상향 경사지게 형성될 수 있다. 제2회수통(322)에서 제2가드부(324)는 제1가드부(326)에서 하부로 이격된 위치에 제공될 수 있다. 제2가드부(324)는 기판 지지 유닛(340)을 향해 연장되어 형성되며, 제2가드부(324)는 기판 지지 유닛(340) 방향으로 향할수록 상향 경사지게 형성될 수 있다. 제1가드부(326)와 제2가드부(324)의 사이에는 처리액이 유입되는 제1유입구(324a)로 기능한다. 제2가드부(324)의 하부에는 제2유입구(322a)가 제공된다. 제1유입구(324a)와 제2유입구(322a)는 서로 상이한 높이에 위치될 수 있다. 제2가드부(324)에는 홀(미도시)이 형성되어 제1유입구(324a)로 유입된 처리액이 제2회수통(322)의 하부에 제공된 제2회수 라인(322b)로 흐르도록 구성할 수 있다. 제2가드부(324)의 홀(미도시)은 제2가드부(324)에서 가장 높이가 낮은 위치에 형성될 수 있다. 제1회수통(321)으로 회수된 처리액은 제1회수통(321)의 저면에 연결된 제1회수 라인(321b)로 흐르도록 구성된다. 각각의 회수통(321, 322)에 유입된 처리액들은 각각의 회수라인(321b, 322b)을 통해 외부의 처리액재생시스템(미도시)으로 제공되어 재사용될 수 있다.
승강 유닛(360)은 처리 용기(320)를 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 일 예로, 승강 유닛(360)은 처리 용기(320)의 제2회수통(322)와 결합되어 제2회수통(322)을 상하로 이동시킴에 따라 기판 지지 유닛(340)에 대한 처리 용기(320)의 상대 높이가 변경될 수 있다. 승강 유닛(360)은 브라켓(362), 이동축(364), 그리고 구동기(366)를 포함한다. 브라켓(362)은 처리 용기(320)의 외벽에 고정 설치되고, 브라켓(362)에는 구동기(366)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동축(364)이 고정 결합된다. 기판(W)이 기판 지지 유닛(340)에 로딩되거나, 기판 지지 유닛(340)로부터 언로딩될 때 기판 지지 유닛(340)의 상부가 처리 용기(320)의 상부로 돌출되도록, 구체적으로 제1가드부(326) 보다 높게 돌출되도록 처리 용기(320)의 제2회수통(322)이 하강된다. 또한, 공정이 진행될 시에는 기판(W)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통(321, 322)으로 유입될 수 있도록 처리 용기(320)의 높이가 조절된다. 선택적으로, 승강 유닛(360)은 처리 용기(320)를 대신하여 기판 지지 유닛(340)을 상하 방향으로 이동시킬 수도 있다. 선택적으로, 승강 유닛(360)은 처리 용기(320)의 전체를 상하 방향으로 승하강 가능하게 이동시킬 수도 있다. 승강 유닛(360)은 처리 용기(320)와 기판 지지 유닛(340)의 상대 높이를 조절하기 위해 제공되는 것으로, 처리 용기(320)와 기판 지지 유닛(340)의 상대 높이를 조절할 수 있는 구성이라면, 처리 용기(320)와 승강 유닛(360)의 실시예는 설계에 따라 달리 다양한 구조와 방법으로 제공될 수 있다.
액 공급 유닛(390)은 기판(W)의 상부에서 기판(W)으로 약액을 토출하기 위한 구성으로, 하나 이상의 약액 토출 노즐을 포함할 수 있다. 액 공급 유닛(390)은 저장 탱크(미도시)에 저장된 약액을 펌핑하여 약액 토출 노즐을 통해 기판(W)에 약액을 토출할 수 있다. 액 공급 유닛(390)은 구동부(미도시)를 포함하여 기판(W)의 중앙 영역과 대향하는 공정 위치와 기판(W)을 벗어난 대기 위치 사이에서 이동 가능하도록 구성될 수 있다.
액 공급 유닛(390)에서 기판(W)으로 공급되는 약액은 기판 처리 공정에 따라 다양할 수 있다. 기판 처리 공정이 실리콘 질화막 식각 공정인 경우, 약액은 인산(H3PO4)을 포함하는 약액일 수 있다. 액 공급 유닛(390)은 식각 공정 진행 후 기판 표면을 린스하기 위한 탈이온수(DIW) 공급 노즐, 린스 후 건조 공정을 진행하기 위한 이소프로필 알코올(IPA: Isopropyl Alcohol) 토출 노즐 및 질소(N2) 토출 노즐을 더 포함할 수 있다. 도시하지 않았으나, 액 공급 유닛(390)은 약액 토출 노즐을 지지하고, 약액 토출 노즐을 이동시킬 수 있는 노즐 이동 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 노즐 이동 부재(미도시)는 지지축(미도시), 아암(미도시), 그리고 구동기(미도시)를 포함할 수 있다. 지지축(미도시)은 처리 용기(320)의 일측에 위치된다. 지지축(미도시)은 그 길이 방향이 제3 방향을 향하는 로드 형상을 포함한다. 지지축(미도시)은 구동기(미도시)에 의해 회전 가능하도록 제공된다. 아암(미도시)은 지지축(미도시)의 상단에 결합된다. 아암(미도시)은 지지축(미도시)으로부터 수직하게 연장될 수 있다. 아암(미도시)의 끝단에는 약액 토출 노즐이 고정 결합된다. 지지축(미도시)이 회전됨에 따라 약액 토출 노즐은 아암(미도시)과 함께 스윙 이동 가능하다. 약액 토출 노즐은 스윙 이동되어 공정 위치 및 대기 위치로 이동될 수 있다. 선택적으로, 지지축(미도시)은 승강 이동이 가능하도록 제공될 수 있다. 또한 아암(미도시)은 그 길이 방향을 향해 전진 및 후진 이동이 가능하도록 제공될 수 있다.
기판 지지 유닛(340)은 공정 진행 중 기판(W)을 지지하고 기판(W)을 회전시킨다. 기판 지지 유닛(340)은 스핀 척(342), 윈도우 부재(348), 구동 부재(349), 척 핀(346), 그리고 척 핀 이동 유닛(400)을 포함한다.
스핀 척(342)에는 척 핀(346)이 결합된다. 기판(W)은 스핀 척(342)에 결합되는 척 핀(346)에 의해 스핀 척(342)의 상면으로부터 이격 배치된다. 기판(W)은 스핀 척(342)에 결합되는 척 핀(346)에 지지된 채로 스핀 척(342)과 함께 회전된다.
스핀 척(342)은 상부와 하부가 개구된 통 형상으로 제공된다. 스핀 척(342)는 상면과 하면을 관통하여 형성되는 통공(342a)을 포함한다. 스핀 척(342)은 상하 방향으로 관통되는 통공(342a)을 포함한다. 이때, 상하 방향은 스핀 척(342)의 축 방향 또는 스핀 척(342)의 회전축 방향과 평행한 방향을 의미할 수 있다. 통공(342a)에는 후술하는 가열 유닛(500)이 배치된다.
스핀 척(342)은 몸체부(3421)와, 몸체부(3421)로부터 위로 연장되는 확장부(3422)를 포함한다. 몸체부(3421)와 확장부(3422)는 일체로 형성된다. 통공(342a)는 몸체부(3421)와 확장부(3422)를 모두 관통하여 형성된다. 몸체부(3421)는 면적이 동일하게 형성된다. 몸체부(3421)는 내경이 동일하게 형성된다. 몸체부(3421) 내의 통공(342a)는 직경이 동일하게 형성된다. 확장부(3422)는 몸체부(3421)로부터 위로 갈수록 점진적으로 면적이 넓어지도록 형성된다. 확장부(3422)의 내경은 위로 갈수록 증가되도록 형성된다. 확장부(3422) 내의 통공(342a)는 직경이 위로 갈수록 증가되도록 형성된다. 몸체부(3421) 내부에는 후술하는 가열 유닛(500)이 배치되고, 가열 유닛(500)에서 생성되는 레이저 빔은 확장부(3422)를 통해 기판(W)으로 조사된다. 확장부(3422)는 레이저 빔과 간섭되지 않은 크기로 형성될 수 있다. 이를 통해, 가열 유닛(500)에서 생성된 레이저 빔이 스핀 척(342)에 의해 간섭되지 않고 기판(W)까지 조사될 수 있다. 스핀 척(342)는 후술하는 윈도우 부재(348)의 아래에 배치될 수 있다. 스핀 척(342)은 윈도우 부재(348)의 가장자리 영역을 지지한다. 기판(W)에 공급된 약액이 가열 유닛(500)으로 침투하지 않도록 스핀 척(342)과 윈도우 부재(348)의 연결 부분은 밀폐 구조일 수 있다.
윈도우 부재(348)는 기판(W)의 하부에 위치된다. 윈도우 부재(348)은 척 핀(346)에 지지된 기판(W)의 아래에 제공된다. 윈도우 부재(348)는 기판(W)과 대체로 대응되는 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 기판(W)이 원형의 웨이퍼인 경우, 윈도우 부재(348)는 대체로 원형으로 제공될 수 있다. 윈도우 부재(348)은 기판보다 큰 직경을 가질 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 윈도우 부재(348)는 기판(W)과 동일한 직경을 갖거나, 기판(W)보다 더 작은 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 윈도우 부재(348)에는 척 핀(346)이 배치되는 홀(3481)이 형성된다. 윈도우 부재(348)의 홀(3481)에는 척 핀(346)이 관통될 수 있다. 윈도우 부재(348)의 홀(3481)의 직경은 척 핀(346)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 이를 통해, 척 핀(346)은 윈도우 부재(348)의 홀(3481) 내부를 이동할 수 있다. 이때, 척 핀(346)은 스핀 척(342)의 회전축 방향에 수직한 방향으로 이동된다.
윈도우 부재(348)는 투광성이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 빔 조사 유닛(400)에서 조사되는 레이저 빔이 윈도우 부재(348)를 투과할 수 있다. 윈도우 부재(348)는 약액과 반응하지 않도록 내식성이 우수한 소재일 수 있다. 이를 위한 윈도우 부재(348)의 소재는 일례로, 석영, 유리 또는 사파이어(Sapphire) 등 일 수 있다. 윈도우 부재(348)는 레이저 빔이 투과되어 기판(W)으로 도달하도록 하며, 약액으로부터 기판 지지 부재(340)의 구성을 보호하는 구성으로서, 설계에 따라 다양한 크기와 형상으로 제공될 수 있다.
윈도우 부재(348)에는 지지핀(347)이 결합될 수 있다. 지지핀(347)은 복수 개로 제공될 수 있다. 지지핀(347)은 윈도우 부재(348)의 가장자리 영역에 제공될 수 있다. 복수의 지지핀(347)은 윈도우 부재(348)의 가장자리 영역을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 지지핀(347)은 윈도우 부재(348)의 상부면으로부터 위로 돌출되도록 구비될 수 있다. 지지핀(347)은 기판(W)의 하면을 지지하여 기판(W)을 윈도우 부재(348)로부터 이격시킬 수 있다.
구동 부재(349)는 스핀 척(342)과 결합된다. 구동 부재(349)는 스핀 척(342)을 회전시킨다. 구동 부재(349)는 스핀 척(342)을 회전시킬 수 있는 것이면, 어느 것이든 사용될 수 있다. 일 예로 구동 부재(349)는 중공 모터로 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면 구동 부재(349)는 고정자(미도시)와 회전자(미도시)를 포함할 수 있다. 고정자는 일 위치에 고정되어 제공되고, 회전자는 스핀 척(342)과 결합될 수 있다. 회전자는 스핀 척(349)의 저부에 결합되어 스핀 척(342)를 회전시킬 수 있다. 구동 부재(349)로서 중공 모터가 이용될 경우 스핀 척(349)의 저부가 좁게 제공될수록 중공 모터의 중공을 작은 것으로 선택할 수 있음에 따라, 제조 단가를 감소시킬 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 구동 부재(349)를 약액으로부터 보호하는 커버 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
척 핀(346)는 스핀 척(342)에 설치된다. 척 핀(346)은 스핀 척(342)의 확장부(3422)에 설치된다. 척 핀(346)은 스핀 척(342)과 함께 회전된다. 척 핀(346)은 복수 개로 마련된다. 복수 개의 척핀(346)은 서로 이격된다. 복수 개의 척 핀(346)은 조합하였을 때 원 형상으로 배치될 수 있다. 복수 개의 척 핀(346)은 확장부(3422) 내에 형성되는 통공(342a)의 가장자리를 따라 복수 개로 제공된다. 척 핀(346)은 기판(W)의 측부를 지지한다. 척 핀(346)은 기판(W)를 파지한다. 척 핀(3446)은 기판(W)을 윈도우 부재(348)로부터 소정 간격 이격시킨다. 척 핀(346)의 적어도 일부는 윈도우 부재(348)의 홀(3481)에 수용된다. 척 핀(346)은 윈도우 부재(348)의 홀(3481) 내에서 이동 가능하게 제공된다. 척 핀(346)은 후술하는 척 핀 이동 유닛(400)과 결합한다. 척 핀(346)은 척 핀 이동 유닛(400)에 의해 이동 가능하게 제공된다. 척 핀(342)은 기판(W)의 측부와 접촉하는 접촉 위치와, 기판(W)의 측부와 이격되는 개방 위치 간에 이동 가능하게 제공된다.
도 3을 참고하면, 척 핀 이동 유닛(400)은 척 핀(346)의 일단부에 결합되어 척핀(346)을 이동시킨다. 척 핀 이동 유닛(400)은 척 핀(346)을 스핀 척(342)의 회전축 방향에 수직한 방향으로 이동시킨다. 척 핀 이동 유닛(400)은 척 핀(342)이 기판(W)의 측부와 접촉하는 접촉 위치와, 기판(W)의 측부와 이격되는 개방 위치 사이를 이동하도록 척 핀(346)을 이동시킨다. 척 핀 이동 유닛(400)은 스핀 척(342)이 회전하는 도중에 척 핀(342)를 이동시킨다. 척 핀 이동 유닛(400)은 기판(W)이 회전하는 도중에 척 핀(342)를 이동시킨다.
척 핀 이동 유닛(400)은 제1구동 모듈(420)과 제2구동 모듈(440)을 포함한다. 제1구동 모듈(420)과 제2구동 모듈(440)이 조합되어 척 핀(346)을 이동시킨다.
제1구동 모듈(420)은 척 핀(346)에 결합된다. 제1구동 모듈(420)은 스핀 척(432)의 내부에 수용된다. 제1구동 모듈(420)은 스핀 척(342)의 확장부(3422) 내부에 수용된다. 확장부(3422)의 내부에는 제1구동 모듈(420)이 수용되는 수용 공간이 형성된다. 확장부(3422) 내부의 수용 공간은 홈(Groove)으로 제공될 수 있다. 제1구동 모듈(420)은 스핀 척(432)과 함께 회전된다.
제1구동 모듈(420)은 제1자성체(422)와 아암 부재(424)를 포함한다. 제1자성체(420)는 영구 자석으로 제공된다. 제1자성체(422)는 후술하는 제2구동 모듈(440)의 제2자성체(442)와 대향한다. 제1자성체(422)는 제2자성체(442)과 이격된다. 제1자성체(422)는 제2자성체(422)의 적어도 일부와 스핀 척(342)의 회전축 방향으로 오버랩된다. 제1자성체(422)와 제2자성체(442)는 서로 동일한 극성이 대향하도록 제공된다. 제1자성체(422)의 하부에 제공되는 극성은 제1자성체(442)의 상부에 제공되는 극성과 동일한 극성을 가진다. 예를 들어, 제1자성체(422)의 하부에 N극성이 배치될 경우 제2자성체(442)의 상부에는 N극성이 배치되고, 제1자성체(422)의 하부에 S극성이 배치될 경우 제2자성체(442)의 상부에는 S극성이 배치된다. 제1자성체(422)와 제2자성체(442) 사이에는 척력이 작용한다. 제1자성체(422)는 제2자성체(442)와의 척력에 의해 스핀 척(342)의 회전축 방향으로 이동된다.
아암 부재(424)는 척 핀(346)과 제1자성체(422)를 연결한다. 아암 부재(424)의 일단은 척 핀(346)에 결합되고, 아암 부재(424)의 타단은 제1자성체(422)에 결합된다. 아암 부재(424)는 제1자성체(422)가 제2자성체(422)와의 척력에 의해 이동됨에 따라 척 핀(342)의 이동을 안내한다.
아암 부재(424)는 제1아암(4242), 제2아암(4244) 및 제3아암(4246)을 포함할 수 있다. 제1아암(4242)은 척 핀(346)에 결합된다. 제1아암(4242)의 일단은 척 핀(345)에 결합되고, 제1아암(4242)의 타단은 제2아암(4244)에 결합된다.제1아암(4242)은 척 핀(346)의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장된다. 제1아암(4242)는 척 핀(346)보다 내측에 배치된다.
제2아암(4244)는 제1아암(4242)와 제3아암(4246)을 연결한다. 제2아암(4244)은 일단이 제1아암(4242)에 결합되고 타단이 제3아암(4246)에 결합된다. 제2아암(4244)의 일단은 제1아암(4242)의 타단에 결합된다. 제2아암(4244)는 절곡된 형상을 가질 수 있다. 제2아암(4244)은 척 핀(3446)의 길이 방향과 대응되는 길이 방향을 가지며 제1아암(4242)에 결합되는 제1부분과, 제1부분으로부터 연장되되 척 핀(3446)의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장되는 제2부분과, 제1부분과 제2부분을 연결하는 절곡부를 포함할 수 있다. 제2아암(4244)의 제2부분에는 제3아암(4246)과 힌지 결합되는 힌지 결합부가 제공될 수 있다.
제3아암(4246)은 제2아암(4244)와 제1자성체(422)를 연결한다. 제3아암(4246)의 일단은 제2아암(4244)과 힌지 결합되고, 제3아암(4246)의 타단은 제1자성체(422)와 힌지 결합된다. 제3아암(4246)의 일단은 제2아암(4244)의 제2부분에 제공되는 힌지 결합부에 힌지 결합된다.
제2아암(4244)에는 탄성 부재(426)이 제공될 수 있다. 탄성 부재(426)은 제2아암(4244)의 제2부분에 탄성 결합된다. 탄성 부재(426)는 제2아암(4244)의 단부와 스핀 척(342)의 내벽 사이에 제공된다. 탄성 부재(426)는 척 핀(346)이 개방 위치에서 접촉 위치로 이동되도록 회복력을 제공한다.
제2구동 모듈(440)은 제1구동 모듈(420)과 이격된다. 제2구동 모듈(440)은 제1구동 모듈(420)과 접촉되지 않는다. 제2구동 모듈(440)은 제1구동 모듈(420)과 대향한다. 제2구동 모듈(440)과 제1구동 모듈(420) 사이에는 격벽이 위치된다. 격벽은 스핀 척(342)의 바닥벽일 수 있다. 격벽은 제1구동 모듈(420)이 수용되는 확장부(3422)의 바닥벽일 수 있다. 격벽에 의해 제1구동 모듈(420)의 제1자성체(422)의 아래 방향으로의 이동이 제한된다. 격벽에 의해 제2구동 모듈(440)의 제2자성체(442)의 위 방향으로의 이동이 제한된다. 제2구동 모듈(440)은 스핀 척(342)의 외측에 제공된다. 제2구동 모듈(440)은 스핀 척(342)과 함께 회전하지 않는다.
제2구동 모듈(440)은 제2자성체(442)와 구동기(444)를 포함한다. 제2자성체(442)는 제1자성체(422)와 대향한다. 제2자성체(442)는 제1자성체(422)와 대향한다. 제2자성체(442)는 제1자성체(422)와 소정 거리로 이격된다. 제2자성체(442)는 영구 자석으로 제공된다. 제2자성체(442)는 제1자성체(422)와 서로 반대 극성을 가지도록 제공된다. 예를 들어, 제2자성체(442)의 상부에 N극성이 배치될 경우 제1자성체(422)의 하부에는 N극성이 배치되고, 제2자성체(442)의 상부에 S극성이 배치될 경우 제1자성체(422)의 하부에는 S극성이 배치된다. 제2자성체(442)와 제1자성체(422) 사이에는 척력이 작용한다. 도 4를 참고하면, 제2자성체(442)는 링 형상으로 제공된다.
구동기(444)는 제2자성체(442)를 이동시킨다. 구동기(444)는 제2자성체(442)가 스핀 척(342)의 회전축 방향으로 이동시킨다. 구동기(444)는 제2자성체(442)가 스핀 척(342)의 회전축 방향을 따라 상하 방향으로 이동시킨다. 구동기(444)는 실린더(Cylinder), 스텝핑 모터(Stepping Motor), 서보 모터(Servo Motor) 및 솔레노이드 코일(Solenoid Coil) 중 어느 하나로 제공될 수 있다. 그러나, 이에 제공되지 않으며, 제2자성체(442)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있는 모든 구동 장치가 적용될 수 있다.
제1구동 모듈(420)은 복수 개로 제공될 수 있다. 제1구동 모듈(420)은 척 핀(346)과 동일한 수로 마련될 수 있다. 제2구동 모듈(440)은 1개로 제공될 수 있다.
제1구동 모듈(420)은 제2자성체(442)의 위치 변화에 따라 척 핀(346)의 위치를 이동시킨다. 이하에서는, 제1 및 제2구동 모듈(420, 440)을 통해 척 핀(346)이 이동되는 과정에 대해 설명한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 척 핀(346)은 기판(W)의 측부와 접촉하는 접촉 위치에서 기판(W)의 측부와 이격되는 개방 위치로 이동될 수 있다. 구동기(444)는 제2자성체(442)를 위를 향하는 방향으로 이동시킨다. 제2자성체(442)가 위로 이동되면 제1자성체(422)와 제2자성체(442) 간의 이격 거리(이하에서, 제1간격(d1))가 좁아진다. 제1자성체(422)와 제2자성체(442) 사이의 제1간격(d1)이 소정 간격(이하에서 제2간격(d2))으로 좁혀지면, 제1자성체(422)와 제2자성체(442) 사이에는 척력이 발생된다. 제1간격(d1)은 서로 대향하는 제1자성체(422)와 제2자성체(442) 사이에 척력이 발생되지 않는 거리이고, 제2간격(d2)는 제1자성체(422)와 제2자성체(442) 사이에 척력이 작용하는 거리를 의미한다. 제2간격(d2)는 제1간격(d1)보다 클 수 있다. 제1자성체(422)와 제2자성체(442) 사이에 척력이 작용하면, 제1자성체(422)는 척력에 의해 위로 이동된다. 제1자성체(422)가 위로 이동되면, 제1자성체(422)와 힌지 결합되는 제3아암(4246)의 타단이 위로 이동되고, 제2아암(4244)와 결합되는 제3아암(4246)의 일단은 스핀 척(342)의 중심축과 멀어지는 방향(외측 방향)으로 이동된다. 이때, 탄성 부재(426)은 스핀 척(346)의 중심축과 멀어지는 방향으로 압축된다. 제3아암(4246)이 외측 방향으로 이동됨에 따라, 제2아암(4244)도 외측 방향으로 이동되고, 제2아암(4244)과 결합되는 제1아암(4242)도 외측 방향으로 이동하면서 척 핀(346)을 개방 위치로 이동시킨다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 척 핀(346)은 기판(W)의 측부와 이격되는 개방 위치에서 기판(W)의 측부와 접촉하는 접촉 위치로 이동될 수 있다. 구동기(444)는 제2자성체(442)를 아래를 향하는 방향으로 이동시킨다. 제2자성체(442)가 아래로 이동되면서 제1자성체(422)와 제2자성체(442)는 제1간격(d1) 이상으로 이격된다. 이 경우, 제1자성체(422)와 제2자성체(442) 사이의 척력이 작용하지 않는다. 제1자성체(422)와 제2자성체(442) 사이의 척력이 소멸되면, 제1자성체(422)가 더 이상 위로 이동되지 않게 되고, 탄성 부재(426)의 복원력에 의해 제2아암(4244)는 스핀 척(342)의 중심축을 향하는 방향(내측 방향)으로 이동되고, 제2아암(4244)와 결합되는 제1아암(4242)도 내측 방향으로 이동됨에 따라 척 핀(346)이 접촉 위치로 이동되어 기판(W)의 측부를 파지한다. 또한, 제2아암(4244)이 탄성 부재(426)의 복원력에 의해 내측 방향으로 이동되면, 제2아암(4244)와 힌지 결합되는 제3아암(4246)의 일단이 내측 방향으로 이동되고, 제2자성체(442)와 힌지 결합되는 제3아암(4246)의 타단이 아래로 이동된다. 제1자성체(422)는 제1자성체(422)와 제2자성체(424) 사이에 위치되는 격벽에 의해 아래 방향으로의 이동이 제한된다.
다시 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(300)는 가열 유닛(500)을 포함한다. 가열 유닛(500)은 기판(W)으로 레이저 빔을 조사하기 위한 구성이다. 가열 유닛(500)은 기판 지지 유닛(340)에서 윈도우 부재(348)보다 저면에 위치될 수 있다. 가열 유닛(500)은 기판 지지 유닛(340) 상에 위치된 기판(W)을 향하여 레이저 빔을 조사할 수 있다. 가열 유닛(500)에서 조사된 레이저 빔은 기판 지지 유닛(340)의 윈도우 부재(348)를 통과하여 기판(W)에 조사될 수 있다. 이에 따라 기판(W)은 설정 온도로 가열될 수 있다. 가열 유닛(500)은 레이저 빔 생성 부재(미도시), 레이저 빔 조사 부재(500), 그리고 레이저 빔 전달 부재를 포함할 수 있다. 레이저 빔 생성 부재(미도시)는 챔버(310)의 외부에 배치될 수 있다. 레이저 빔 조사 부재(500)는, 일 예로, 렌즈를 포함할 수 있다. 레이저 빔 조사 부재(500)는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 레이저 빔 조사 부재(500)는 스핀 척(342) 내부에 제공될 수 있다. 레이저 빔 전달 부재는 레이저 빔 생성 부재(미도시)와 레이저 빔 조사 부재(500)를 연결하는 라인으로 제공될 수 있다. 레이저 빔 전달 부재는 레이저 빔 생성 부재(미도시)로부터 생성된 레이저 빔을 레이저 빔 조사 부재(500)로 전달할 수 있다. 레이저 빔 전달 부재에 의해 레이저 빔을 전달받은 레이저 빔 조사 부재(500)는 기판(W)으로 레이저 빔을 조사할 수 있다. 이상에서는 가열 유닛(500)이 레이저 빔을 조사하는 구성으로 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며 가열 유닛(500)은 기판(W)을 가열할 수 있는 다양한 열원으로 제공될 수 있다. 일 예로, 가열 유닛(500)은 LED 또는 할로겐 히터로 제공될 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 14를 참조하며 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법의 순서도이고, 도 10 내지 도 13은 도 9의 기판 처리 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법에 따라 공정 시작 전 기판의 정렬 단계를 도시한 도면이다. 도 10을 참조하면, 공정이 시작되기 전 기판(W)은 기판 지지 유닛(340)으로 반송된다. 기판(W)은 스핀 척(342)의 상부로 반송된 후, 기판(W)의 중심과 스핀 척(342) 또는 윈도우 부재(348)의 중심을 정렬한다. 이때, 척 핀(346)은 개방 위치에 위치된다. 기판(W)의 중심과 스핀 척(342) 또는 윈도우 부재(348)의 중심이 정렬되면 척 핀(346)은 접촉 위치로 이동되어 기판(W)의 측부를 지지한다. 이때, 척 핀(346)은 척 핀 이동 유닛(400)에 의해 이동된다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에 따라 기판에 처리액 퍼들을 형성하는 과정을 도시한 것이다. 도 11을 참조하면, 기판(W)이 기판 지지 유닛(340)의 척 핀(346)에 지지된 상태에서 스핀 척(342)은 기판(W)을 제1속도로 회전시킨다. 액 공급 유닛(390)은 제1속도로 회전하는 기판(W)으로 제1액을 공급하여 기판(W)의 상면에 제1액막(C1)을 형성한다. 제1액막(C1)은 일정 두께를 갖는 퍼들(Puddle)일 수 있다. 기판(W)으로 제1액이 공급될 때, 척 핀(346)은 개방 위치에 위치된다. 즉, 척 핀(346)이 기판(W)의 측부로부터 이격되는 개방 위치에 위치된 상태에서 제1속도로 회전하는 기판(W)으로 제1액을 공급하여 제1액막(C1)을 형성한다. 제1액막의 형성시 척 핀(346)이 기판(W)의 측부에 접촉되는 접촉 위치에 위치될 경우, 제1액이 척 핀(346)을 타고 흘러내려 일정량의 액막을 유지하기 어려운 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법에 따르면, 제1액막(C1)의 형성시 척 핀(346)기 기판(W)의 측부로부터 이격되는 개방 위치에 위치된 상태에서 제1액막(C1)이 형성되므로, 제1액의 흘러내림 현상을 방지할 수 있어 일정량의 액막을 유지할 수 있다. 또한, 척 핀(346)기 기판(W)의 측부로부터 이격됨에 따라 제1액막(C1)의 표면 장력에 의해 제1액막(퍼들)의 형성이 용이한 이점이 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법에 따라 제1액막을 가열하는 단계를 도시한 도면이다. 도 12를 참조하면, 소정 두께의 제1액막이 형성되면 기판(W)의 회전을 정지하고, 액 공급 유닛(390)으로부터의 제1액의 공급을 정지한다. 이로써 기판(W)의 표면이 제1액막(C)에 의해 덮인 상태가 된다(처리액의 퍼들의 형성). 여기서 처리액은 인산 수용액으로 제공될 수 있다. 기판(W) 및 제1액막(C1)은 기판(W)의 처리에 적합한 온도로 가열된다. 기판(W) 및 제1액막(C1)은 가열 유닛(500)에 의해 가열될 수 있다. 이때, 척 핀(346)은 개방 위치에 위치한다. 가열 유닛(500)의 열원으로는 레이저, LED, 및 할로겐 히터 중 어느 하나로 제공될 수 있다. 기판(W)의 표면이 가열된 처리액의 제1액막(C1)으로 덮인 상태를 미리 정해진 시간만큼 유지함으로써, 기판(W)의 처리(예컨대, 에칭 처리(웨트 에칭 공정))가 이루어진다. 이때, 스핀 척(342)은 기판(W)을 제1속도로 회전시킨다. 기판(W)을 정회전 및 역회전 방향으로 반회전 정도 회전시킴으로써, 기판(W) 상의 제1액을 교반해도 된다. 이에 의해, 에칭이 촉진되고, 또한 에칭량의 면내 균일성이 향상될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 제2액 공급 단계를 도시한 도면이다. 도 13을 참조하면, 제1액막(C1)의 가열 이후에, 기판(W)으로 제2액을 공급하여 제2액막(C2)을 형성한다. 이때, 스핀 척(346)은 기판(W)을 제2속도로 회전시킨다. 또한, 척 핀 이동 유닛(400)은 척 핀(346)이 기판(W)의 측부와 접촉되는 접촉 위치로 이동시킨다. 제2액은 제1액과 동일한 액으로 제공될 수 있다. 제2액은 인산 수용액으로 제공될 수 있다. 제2액막(C2)의 두께는 제1액막(C1)의 두께보다 얇을 수 있다. 제2속도는 제1속도보다 빠를 수 있다. 일 예로, 제1속도로의 회전은 저속 회전이고, 제2속도로의 회전은 고속 회전일 수 있다. 일 예로, 제1속도는 20RPM 이하일 수 있다.
도 10 내지 도 13에 따른 기판 처리는 복수회 반복하여 수행될 수 있다. 도 10 내지 도 13에 따른 기판 처리가 종료되면, 기판(W)으로 린스액을 공급하여 기판(W)의 표면으로부터 처리액과의 반응에 의해 발생한 부생성물을 제거하는 린스 처리(린스 공정)가 수행된다. 린스액은 순수(DIW)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법에 따르면, 제1액 공급 단계와 액막 가열 단계에서는 척 핀(346)이 개방 위치에 위치되도록 척 핀(346)을 이동시키고, 제2액 공급 단계에서는 척 핀(346)이 접촉 위치에 위치되도록 척 핀(346)을 이동시킨다. 이때, 90도 회전이 가능한 로터리 실린더를 사용하여 척 핀을 개방 위치와 접촉 위치 간에 이동시키는 일반적이 스핀 척 구조에 의하면, 스핀 척이 정지된 상태에서만 척 핀의 이동이 가능하다. 따라서, 기판 처리 방법의 각 단계를 수행할 때마다 스핀 척을 정지 및 척 핀 이동시켜야 할 경우 공정 시간이 오래 걸려 공정 효율이 저하되며, 각 공정 단계마다 스핀 척의 정치 및 척 핀의 이동을 위해 정지할 경우 균일한 두께의 액막을 얻지 못하거나, 액막이 과도하게 경화되어 액막이 깨시는 문제가 발생된다. 또한, 종래의 스핀 척 구조에서 기판 처리 방법의 각 단계마다 스핀 척을 정지하지 않고 척 핀이 기판의 측부에 접촉된 상태로 기판의 처리를 진행할 경우, 앞서 기재한 바와 같이 액막이 척 핀의 표면을 따라 흐르게 되어 일정량의 액막을 형성하지 못하는 문제와, 척 핀과 기판의 측부 사이의 접촉 영역에 의해 액막이 표면 장력이 작아지므로 일정 두께의 액막을 형성하기 어려운 문제가 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에 의하면, 서로 이격되며, 회전하는 제1자성체(422)와 회전하지 않는 제2자성체(442)의 척력을 활용한 척킹 시스템(Chucking System)을 통해 스핀 척(342)이 회전하는 도중에도 척 핀(346)을 이동시킬 수 있어 상술한 문제들을 해소할 수 있다.
한편, 상술한 실시 예들에 따른 기판 처리 장치와 기판 처리 방법은 제어기(미도시)에 의해 제어되어 행해질 수 있다. 제어기의 구성, 저장 및 관리는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다. 제어기를 이루는 파일 데이터 및/또는 상기 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM(Read Only Memory) 등과 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM(Random Access Memory), 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD(Compact Disk), DVD(Digital Versatile Disc), 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있음은 물론이다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 바람직하거나 다양한 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. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    처리 공간을 가지는 처리 용기;
    상기 처리 공간에서 상기 기판을 지지하고, 상기 기판을 회전시키는 지지 유닛;
    상기 지지 유닛에 지지된 상기 기판으로 처리액을 공급하는 액 공급 유닛; 및
    상기 기판을 가열하는 가열 유닛을 포함하고,
    상기 지지 유닛은,
    스핀 척;
    상기 스핀 척을 회전시키는 구동기;
    상기 스핀 척과 함께 회전되도록 상기 스핀 척 상에 설치되는 척 핀; 및
    상기 척 핀을 상기 기판의 측부와 접촉하는 접촉 위치 및 상기 기판의 측부와 이격되는 개방 위치 간에 이동시키는 척 핀 이동 유닛을 포함하고,
    상기 척 핀 이동 유닛은,
    상기 척 핀에 결합되고 상기 스핀 척과 함께 회전되는 제1구동 모듈; 및
    상기 제1구동 모듈과 대향하고 상기 스핀 척과 함께 회전되지 않는 제2구동 모듈을 포함하고,
    상기 제1구동 모듈은 제1자성체를 포함하고,
    상기 제2구동 모듈은 상기 제1자성체와 대향하는 제2자성체와, 상기 제2자성체를 상하 방향으로 구동시키는 구동 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1구동 모듈은 상기 제2자성체의 위치 변화에 따라 상기 척 핀의 위치를 이동시키는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1자성체와 상기 제2자성체 사이에는 척력이 작용하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1구동 모듈은 상기 제1자성체와 상기 척 핀을 연결하는 아암 부재를 더 포함하고,
    상기 아암 부재는 상기 제1자성체가 이동됨에 따라 상기 척 핀의 이동을 안내하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 척 핀은 복수의 척 핀을 포함하고,
    상기 제2자성체는 링 형상으로 제공되고,
    상기 제1구동 모듈은 상기 복수의 척 핀과 대응되는 수로 제공되는 기판 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 아암 부재는,
    상기 척 핀에 결합되되, 상기 척 핀의 길이 방향에 수직한 방향으로 연장되는 제1아암;
    상기 제1아암에 결합되는 제2아암; 및
    상기 제2아암과 상기 제1자성체를 연결하는 제3아암을 포함하고,
    상기 제2아암의 일단부에는 탄성 부재가 결합되되,
    상기 탄성 부재는,
    상기 척 핀이 상기 개방 위치에서 상기 접촉 위치로 이동되도록 회복력을 제공하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 척 핀 이동 유닛은 상기 스핀 척이 회전되는 도중에 상기 척 핀을 이동시키는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동기는 상기 기판이 제1속도로 회전되도록 상기 스핀 척을 회전시키고,
    상기 척 핀 이동 유닛은 상기 기판이 상기 제1속도로 회전되는 중에 상기 척 핀이 상기 개방 위치에 위치되도록 상기 척 핀을 이동시키는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구동기는 상기 기판이 상기 제1속도보다 빠른 제2속도로 회전되도록 상기 스핀 척을 회전시키고,
    상기 척 핀 이동 유닛은 상기 기판이 상기 제2속도로 회전되는 중에 상기 척 핀이 상기 접촉 위치에 위치되도록 상기 척 핀을 이동시키는 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스핀 척은 상하 방향으로 관통되는 통공을 가지고,
    상기 가열 유닛은 상기 통공을 통해 상기 기판의 저면을 가열하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가열 유닛은 레이저를 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 스핀 척은 몸체부와;
    상기 몸체부의 상단으로부터 위로 연장되는 확장부를 포함하고,
    상기 확장부는 상부로 갈수록 점진적으로 면적이 넓어지는 기판 처리 장치.
  13. 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 기판의 측부를 지지하기 위해 제공되는 척 핀이 상기 기판의 측부로부터 이격된 개방 상태에서 제1속도로 회전하는 상기 기판에 제1액을 공급하여 상기 기판 상에 제1액막을 형성하는 제1액 공급 단계;
    상기 제1액 공급 단계 이후에, 상기 개방 상태에서 상기 기판 상에 형성된 상기 제1액막을 가열하는 액막 가열 단계와;
    상기 액막 가열 단계 이후에, 상기 척 핀이 상기 기판의 측부와 접촉하여 상기 기판의 측부를 지지하는 접촉 상태에서 제2속도로 회전하는 상기 기판에 제2액을 공급하는 제2액 공급 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1액과 상기 제2액은 동일한 기판 처리 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1액은 인상 수용액인 기판 처리 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 개방 상태에서 상기 접촉 상태로의 변경은 상기 기판이 회전되는 도중에 이루어지는 기판 처리 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제2속도는 상기 제1속도보다 빠른 기판 처리 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제2액 공급 단계에서 상기 제2액의 단위 시간당 공급량은 상기 제1액 공급 단계에서 상기 제1액의 단위 시간당 공급량보다 많은 기판 처리 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 액막 가열 단계에서는,
    상기 기판이 상기 제1속도로 회전되며, 상기 기판 상으로 상기 제1액이 공급되지 않는 기판 처리 방법.
  20. 제1항의 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 척 핀이 상기 개방 위치에 위치된 개방 상태에서 제1속도로 회전하는 상기 기판에 제1액을 공급하여 상기 기판 상에 제1액막을 형성하는 제1액 공급 단계;
    상기 제1액 공급 단계 이후에, 상기 척 핀이 상기 개방 상태에서 상기 기판 상에 형성된 상기 제1액막을 가열하는 액막 가열 단계와;
    상기 액막 가열 단계 이후에, 상기 척 핀이 상기 접촉 위치에 위치된 접촉 상태에서 상기 제1속도보다 빠른 제2속도로 회전하는 상기 기판에 제2액을 공급하는 제2액 공급 단계를 포함하고,
    상기 척 핀이 상기 개방 상태에서 상기 접촉 상태로의 변경은 상기 기판이 회전되는 도중에 이루어지는 기판 처리 방법.
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