KR100794586B1 - 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판의 건조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세정 처리된 기판상에 건조 가스를 공급하여 기판을 건조하는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판의 건조 방법을 개시한 것으로서, 가스 분사 부재의 중심부로 공급된 건조 가스가 가스 분사 부재의 내부에 형성된 나선형의 유로를 따라 이동하면서 기판상에 분사되는 것을 특징으로 한다.
이러한 특징에 의하면, 기판의 중심부에서 발생하는 건조 불량을 해소할 수 있고, 또한 기판의 건조 효율을 증대시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판의 건조 방법을 제공할 수 있다.
세정, 건조, 가스 분사 부재, 나선형 유로

Description

기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판의 건조 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATES AND METHOD FOR DRYING SUBSTRATES}
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 도시해 보인 개략적 사시도 및 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 노즐의 개략적 단면도,
도 4는 도 3의 A-A'선에 따른 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 동작 상태를 설명하기 위해 도시해 보인 개략적 단면도,
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 노즐의 개략적 동작 상태도들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 기판 지지 부재 120 : 하부 커버 부재
130 : 상부 커버 부재 140 : 제 1 노즐 부재
142 : 노즐 143 : 유로
150 : 가스 공급 부재 151 : 제 1 가스 공급관
152 : 제 2 가스 공급관 154 : 밸브
155 : 제어부 160 : 제 2 노즐 부재
170 : 제 3 노즐 부재 180 : 감압 부재
본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판을 세정 건조하는 기판 세정 장치 및 이를 이용한 기판의 건조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자가 고밀도, 고집적화, 고성능화됨에 따라 회로 패턴의 미세화가 급속히 진행됨으로써, 기판 표면에 잔류하는 파티클(Particle), 유기 오염물, 금속 오염물 등의 오염 물질은 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미치게 된다. 이 때문에 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정이 반도체 제조 공정에서 매우 중요하게 대두되고 있으며, 반도체 제조를 위한 각 단위 공정의 전후 단계에서 기판의 세정 공정이 실시되고 있다.
일반적인 세정 건조 장치에서는, 한 장의 기판을 처리할 수 있는 척 부재에 기판을 고정한 후, 기판을 회전시키면서 그 상부의 분사 노즐을 통해 기판에 약액 또는 탈이온수를 공급하여, 원심력에 의해 약액 또는 탈이온수를 기판의 전면으로 퍼지게 함으로써 세정 공정이 이루어진다. 이와 같이, 매엽식 세정 건조 장치에서는 약액 또는 탈이온수를 이용하여 기판을 세정 처리한 후에 건조 가스로 기판을 건조하는 건조 공정이 진행된다.
그런데, 건조 공정의 진행시 밀폐형 커버를 이용하여 기판상에 건조 가스를 공급할 경우, 건조 가스의 빠른 확산 속도에 의해 기판의 중심부와 주변부에서는 건조 가스의 공급 시간 및 공급 유량의 차이가 거의 없게 되며, 이로 인해 기판의 회전에 의한 원심력의 영향이 큰 주변부는 기판의 건조가 잘 이루어지지만, 상대적으로 원심력의 영향이 적은 기판의 중심부에서는 건조 불량이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 통상적인 세정 건조 장치가 가진 문제점을 감안하여 이를 해소하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판의 세정 건조시 기판의 건조 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 처리 장치는, 기판이 놓이며 회전 가능한 기판 지지 부재와; 상기 기판 지지 부재에 놓인 기판상에 건조 가스를 분사하며, 그 내부에는 중심부로 공급되는 건조 가스가 중심부의 둘레를 돌면서 주변부로 이동하도록 유로가 형성된 가스 분사 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 유로는 나선형으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 장치는 상기 가스 분사 부재의 중심부에 건조 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 부재와; 상기 가스 분사 부재의 주변부에 건조 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 장치는 상기 가스 분사 부재의 중심부 및 주변부에 순차적으로 건조 가스를 공급하도록 상기 제 1 및 제 2 가스 공급 부재의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 건조 방법은, 기판상에 건조 가스를 공급하여 기판을 건조하는 방법에 있어서, 가스 분사 부재의 중심부에 공급된 건조 가스가 그 내부에 형성된 유로를 따라 중심부의 둘레를 돌면서 주변부로 이동하도록 하면서, 상기 유로에 연결된 상기 가스 분사 부재의 분사 홀들을 통해 상기 유로를 따라 이동하는 건조 가스를 기판상에 분사하여 기판을 건조하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 건조 방법에 있어서, 상기 가스 분사 부재의 중심부에 공급된 건조 가스가 상기 유로를 따라 주변부로 이동하면서 발생하는 건조 가스의 유압 손실을 보상하기 위해, 상기 가스 분사 부재의 중심부에 건조 가스가 공급된 후 그 주변부로 건조 가스를 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 건조 가스는 회전하는 기판상에 공급되는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판의 건조 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의 해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 도시해 보인 개략적 사시도 및 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 노즐의 개략적 단면도이며, 도 4는 도 3의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 기판(W)을 회전시키면서 약액 세정, 린스, 그리고 건조 등의 처리 공정을 수행한다. 기판 처리 장치(100)는 기판(W)이 놓이는 척(112)을 갖는 기판 지지 부재(110), 하부 커버 부재(120), 상부 커버 부재(130), 제 1 노즐 부재(140), 제 2 노즐 부재(160), 제 3 노즐 부재(170) 및 감압 부재(180)를 포함한다.
기판 지지 부재(110)는 처리 공정 진행시 기판을 지지한다. 기판 지지 부재(110)는 척(112), 스핀들(Spindle,114) 및 제 1 회전 부재(116)를 갖는다. 척(112)은 하부 커버 부재(120)의 내측 공간에 배치된다. 척(112)은 상부에 기판(W)이 로딩되는 상부면(112a)과, 상부면(112a)으로부터 이격된 상태로 기판(W)을 지지하는 지지 핀(113a)들, 그리고 기판(W)을 고정하는 척킹 핀(113b)들을 갖는다. 지지 핀(113a)들은 기판을 척(112)의 상부면(112a)으로부터 이격된 상태로 지지하며, 척킹 핀(113b)들은 공정 진행시 기판의 가장자리 일부를 척킹한다. 스핀들(114)은 척(112)의 중앙 하부에 결합된다. 스핀들(114)은 하부 커버 부재(120)의 삽입 포트(124)를 관통하여 설치되며, 제 1 회전 부재(116)로부터 회전력을 전달받는다. 척(112)은 스핀들(114)에 연동되어 회전된다. 제 1 회전 부재(116)는 회전력을 발생하는 구동부(116a)와, 구동부(116a)의 회전력을 스핀들(114)로 전달하는 벨트, 체인과 같은 동력 전달 부재(116b)를 포함할 수 있다.
하부 커버 부재(120)는 상부가 개방된 그리고 척(112) 주변을 감싸도록 형상지어진 하부 컵(122)을 갖는다. 하부 컵(122)은 바닥면(123a)과 측면(123b)을 갖는 보울(Bowl) 형상으로, 바닥면(123a)에 하부로 돌출되고 통로(124a)가 형성된 삽입 포트(124)와, 감압 부재(180)의 진공 라인(184)에 연결되는 진공 포트(128)를 갖는다. 삽입 포트(124)의 통로(124a)에는 기판 지지 부재(110)의 스핀들(114)이 통과되며, 통로(124a)에는 스핀들(114)을 회전 가능하게 지지하며 통로(124a)를 실링(Sealing)하는 베어링(128)이 설치된다. 도시하지 않았지만, 하부 커버 부재(120)에는 약액 및 유체의 배출을 위한 배출구가 설치될 수 있다.
상부 커버 부재(130)는 하부 커버 부재(120)의 상부를 개방하거나 또는 폐쇄할 수 있는 상부 컵(132)과, 상부 컵(132)이 하부 커버 부재(120)의 상부를 개방 또는 폐쇄하도록 상부 컵(132)을 승강시키는 승강 부재(136)를 갖는다. 상부 컵(132)은 하부 컵(122) 상부를 충분하게 커버할 수 있는 크기의 상면(133a)과, 상면(133a) 가장자리에 아래쪽으로 돌출되는 측면(133b)을 갖는 보울(Bowl) 형상을 갖는다. 상부 컵(132)은 상면(133a)에 상부로 돌출되고 통로(134a)가 형성된 삽입 포트(134)를 갖는다. 상부 커버 부재(130)의 상부 컵(132) 측면(133b)은 하부 커버 부재(120)의 하부 컵(122) 측면(123b)과 접촉된다. 상부 컵(132)과 접하는 하부 컵(122)의 측면(123b)에는 기판이 처리되는 공간을 실링하도록 실링 부재(139)가 설치된다. 삽입 포트(134)의 통로(134a)에는 제 1 노즐 부재(140)의 스핀들(146)이 통과되며, 통로(134a)에는 스핀들(146)을 회전 가능하게 지지하며 통로(134a)를 실링하는 베어링(138)이 설치된다.
제 1 노즐 부재(140)는 기판(W)의 상면으로 건조 가스를 분사하기 위한 것으로, 노즐(142), 스핀들(146), 제 2 회전 부재(148) 및 가스 공급 부재(150)를 포함한다.
노즐(142)은 척(112)에 놓인 기판에 대응하는 형상을 가지며, 노즐(142)의 중앙 상부에는 스핀들(146)이 결합된다. 스핀들(146)은 상부 커버 부재(130)의 삽입 포트(134)를 관통하여 설치되며, 외부에 설치된 제 2 회전 부재(148)로부터 회전력을 전달받는다. 제 2 회전 부재(148)는 노즐(142)을 회전시킬 수 있도록 구성되며, 회전력을 발생하는 구동부(149a)와, 구동부(149a)의 회전력을 스핀들(146)로 전달하는 벨트와 같은 동력 전달 부재(149b)를 포함한다. 그리고 노즐(142)에는 건조 가스를 공급하는 가스 공급 부재(150)가 연결된다. 가스 공급 부재(150)는 스핀들(146) 내부를 통해 노즐(142)의 상단 중심부에 연결되는 제 1 가스 공급관(151)과, 제 1 가스 공급관(151)으로부터 분기되어 노즐(142)의 상단 주변부에 연결되는 제 2 가스 공급관(152)을 포함한다. 제 1 가스 공급관(151)은 건조 가스 공급원(153)에 연결되고, 제 2 가스 공급관(152) 상에는 밸브(154)가 배치된다. 밸브(154)는 제 2 가스 공급관(152)을 흐르는 건조 가스의 흐름을 개폐하며, 제어부(155)에 의해 그 동작이 제어된다.
노즐(142)의 내부에는 제 1 가스 공급관(151)을 통해 노즐(142)의 중심부로 공급된 건조 가스가 노즐(142) 중심부의 둘레를 돌면서 주변부로 이동할 수 있도록 유로(143)가 형성된다. 유로(143)는 곡선부를 가지는 나선형으로 형성될 수 있으며, 이 밖에 다수의 직선 세그먼트(Segment)들이 중심부를 휘감아 도는 형상의 유로가 형성될 수도 있다. 그리고 노즐(142)의 하면에는 유로(143)에 연결되는 다수의 가스 분사 홀(144)들이 형성된다.
제 2 노즐 부재(160)는 기판(W)의 저면으로 세정 또는 건조를 위한 약액이나 건조 가스를 선택적으로 분사하기 위한 것으로, 제 2 노즐 부재(160)는 척(112)상에 배치되는 노즐(162)과, 노즐(162)로 약액이나 건조 가스가 공급되는 공급 라인(164)을 갖는다. 공급 라인(164)은 기판 지지 부재(110)의 스핀들(114) 내부를 통해 노즐(162)과 연결된다. 노즐(162)은 중심으로부터 기판(W)의 반경 방향으로 연장 형성된 바아(Bar) 형태를 가지며, 상면에는 다수의 분사 홀(162a)들이 형성되어 있다.
제 3 노즐 부재(170)는 기판(W)의 상면으로 세정을 위한 약액을 분사하기 위한 것으로, 제 3 노즐 부재(170)는 노즐 이동 부재(174)에 의해 상하 방향으로 직선 이동되거나 기판(W)의 중앙 상부에서 하부 커버 부재(120)의 하부 컵(122) 외측으로 회전 이동되는 노즐(172)을 포함한다. 노즐 이동 부재(174)는 노즐(172)이 결합되는 수평 지지대(176)와 이에 결합되며 모터(미도시됨)에 의해 회전 가능한 수직 지지대(178)를 가진다.
감압 부재(180)는 하부 커버 부재(120)와 상부 커버 부재(130)의 결합에 의 해 형성되는 밀폐 공간을 감압하기 위한 것이다. 감압 부재(180)는 진공 펌프(182)와, 일단은 진공 펌프(182)와 연결되고 타단은 하부 커버 부재(120)의 진공 포트(124)와 연결되는 진공 라인(184)을 갖는다.
도시되지는 않았지만, 하부 커버 부재(120)와 기판 지지부재(110)의 척(112)은 상대적으로 또는 개별적으로 승강하도록 구성될 수 있으며, 이들을 승/하강시킨 상태에서 기판(W)을 기판 지지 부재(110)의 척(112)으로 로딩하거나, 처리가 끝난 기판(W)을 언로딩할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 기판 처리 장치를 사용하여 기판을 세정 건조하는 공정을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 동작 상태를 설명하기 위해 도시해 보인 개략적 단면도이고, 도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 노즐의 개략적 동작 상태도들이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 기판(W)은 하부 커버 부재(120)의 개방된 상부를 통해 척(112)에 로딩된다. 기판(W)은 지지 핀(113a)들에 지지된 상태에서 척킹 핀(113b)들에 의해 척킹된다, 기판(W)은 제 1 회전 부재(116)의 동작에 의해 척(112)과 함께 회전된다. 이후, 회전되는 기판은 제 3 노즐 부재(170)의 노즐(172)을 통해 분사되는 약액에 의해 세정 및 린스 처리된다.
기판의 세정 및 린스 처리가 완료되면, 기판(W)에 대한 건조 처리가 진행된다. 기판의 건조 처리는 기판 표면에 물반점이 발생되지 않도록 신속하게 그리고 대기압 이하의 환경에서 진행된다. 건조 과정을 자세히 살펴보면, 먼저 상부 커버 부재(130)의 상부 컵(132)이 도 5에 도시된 위치까지 하강하면, 하부 커버 부재(120)의 상부는 상부 컵(132)에 의해 밀폐된다. 그리고, 상부 커버 부재(130)와 하부 커버 부재(120)에 의해 제공된 밀폐 공간(S)은 감압 부재(180)에 의해 대기압 이하로 감압된다. 밀폐 공간(S)이 대기압 이하로 감압되면, 기판(W)은 제 1 노즐 부재(140)의 노즐(142)을 통해 분사되는 건조 가스에 의해 건조된다.
건조 가스가 제 1 가스 공급관(151)을 통해 노즐(142)의 중심부에 공급되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 건조 가스는 그 내부에 형성된 유로(143)를 따라 중심부의 둘레를 돌면서 주변부로 이동한다. 이때 건조 가스는 유로(143)를 따라 이동하면서 이에 연결된 가스 분사 홀(144)들을 통해 기판상에 분사된다.
이와 같이, 건조 가스가 기판상의 중심부에 먼저 분사되고, 이후 순차적으로 기판상의 주변부로 분사됨으로써, 기판의 중심부와 주변부의 유량 차이 및 회전하는 기판의 원심력에 의해 건조 가스가 기판의 중심부로부터 외측 반경 방향으로 순차적으로 퍼져나가 기판의 중심부에서 발생하는 건조 불량의 문제를 효과적으로 해결할 수 있게 된다.
그리고, 건조 가스가 노즐(142)의 중심부에 공급된 후 유로를 따라 중심부로부터 주변부로 이동하기 때문에, 건조 가스가 노즐(142)의 주변부에 이르렀을 때 건조 가스의 유압 손실이 발생할 수 있다. 이를 보상하기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 노즐(142) 상부의 주변부에 연결된 제 2 가스 공급관(152)을 통해 노즐(142)에 건조 가스를 이차적으로 추가 공급하며, 이는 제어부(155)가 제 2 가스 공급관(152) 상에 배치된 밸브(154)의 개폐 동작을 제어함으로써 이루어진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기판의 중심부에서 발생하는 건조 불량을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판의 건조 효율을 증대시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판이 놓이며 회전 가능한 기판 지지 부재와;
    상기 기판 지지 부재에 놓인 기판상에 건조 가스를 분사하며, 그 내부에는 중심부로 공급되는 건조 가스가 중심부의 둘레를 돌면서 주변부로 이동하도록 유로가 형성된 가스 분사 부재와;
    상기 가스 분사 부재의 중심부에 건조 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 부재와;
    상기 가스 분사 부재의 주변부에 건조 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로는 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 가스 분사 부재의 중심부 및 주변부에 순차적으로 건조 가스를 공급하도록 상기 제 1 및 제 2 가스 공급 부재의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 기판상에 건조 가스를 공급하여 기판을 건조하는 방법에 있어서,
    가스 분사 부재의 중심부에 공급된 건조 가스가 그 내부에 형성된 유로를 따라 중심부의 둘레를 돌면서 주변부로 이동하도록 하면서, 상기 유로에 연결된 상기 가스 분사 부재의 분사 홀들을 통해 상기 유로를 따라 이동하는 건조 가스를 기판상에 분사하여 기판을 건조하되,
    상기 유로를 따라 상기 가스 분사 부재의 주변부로 이동하는 건조 가스의 유압 손실을 보상하기 위해, 상기 가스 분사 부재의 중심부와 주변부에 각각 건조 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 건조 가스는 상기 가스 분사 부재의 중심부에 공급된 후 상기 가스 분사 부재의 주변부에 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 건조 가스는 회전하는 기판상에 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 건조 방법.
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