KR100898913B1 - 기판 세정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 세정 방법 및 장치가 개시된다. 이에 기판 세정 방법에 따르면, 외부로부터 제공된 레이저빔을 기판의 상부에 집속시킴으로써 기판 상부의 사방으로 전파되는 충격파를 이용하여 기판에 잔재하는 이물질을 탈락시킨다. 그리고, 기판으로 진동을 제공하여 기판으로부터 탈락된 이물질을 기판으로부터 완전 탈락시킨다. 이에 충격파 및 진동에 의하여 기판으로부터 탈락된 이물질을 흡입하여 외부로 배기시킨다. 따라서, 충격파를 이용하여 기판 상에 잔재하는 이물질을 탈락시키고, 기판으로 진동을 제공하여 탈락된 이물질이 기판에 재부착하는 것을 방지할 수 있다.

Description

기판 세정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF CLEANING A SUBSTRATE}
본 발명은 기판 세정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충격파를 이용하여 기판 상에 잔재하는 이물질을 제거하는 기판 세정 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 등과 같은 집적회로 소자의 제조 공정은 공정 중 발생하는 파티클 뿐 아니라, 장비로부터의 오염, 공정진행 중의 반응물 또는 생성물에 의한 오염 등 다양한 오염원에 의해 생성된 불순물들을 제거하는 세정 공정을 포함한다. 특히, 집적회로가 미세화되고 소자가 초고집적화하면서 과거에는 중요하게 생각하지 않았던 0.1㎛ 정도의 매우 작은 오염원들도 제품의 성능에 커다란 영향을 미치게 되고 따라서 오염원의 제거를 위한 세정 공정의 중요성은 계속 증가하고 있다.
따라서, 다수의 공정이 진행되는 기판의 표면을 깨끗한 상태로 유지하기 위하여 각 공정의 전 단계 및/또는 후 단계에 세정 공정이 수행된다. 이에 집적회로 소자를 완성하기 위하여 세정 공정이 반복해서 진행되고, 이에 전체 제조 공정의 30 내지 40 퍼센트 정도를 세정 공정이 차지한다. 또한, 디자인룰이 미세화됨에 따라 전체 공정에서 차지하는 세정 공정의 비율은 점점 더 증가하고 있다.
한편, 기판 세정 장치는 레이저빔을 상기 기판 상부에 집속시켜 충격파를 발생시키고, 상기 충격파를 이용하여 상기 기판에 잔재하는 이물질을 탈락시킨다. 이 때, 상기 충격파에 의해 탈락된 이물질이 다시 기판에 재부착하여 세정 공정의 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한, 상기 기판 세정 장치는 상기 기판의 상부에서 상기 탈락된 이물질을 흡입하여 외부로 배기키시키 위한 배기부를 더 포함할 수 있다. 상기 배기부는 상기 레이저가 집속되어 충격파가 발생하는 영역의 상부에 배치된다. 이 때, 상기 배기부의 흡입 동작 시, 기판으로 향하는 충격파의 에너지가 상쇄될 수 있다. 따라 서, 상기 배기부로 인하여 충격파의 에너지가 감소하여 상기 기판에 대한 세정 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 일 목적은 충격파를 이용하여 기판에 잔재하는 이물질을 탈락시키고, 탈락된 이물질이 기판에 재부착하는 것을 방지할 수 있는 기판 세정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 언급한 기판 세정 방법을 용이하게 수행할 수 있는 기판 세정 장치를 제공하는데 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 기판 세정 방법에 있어서, 기판을 지지하고, 외부로부터 제공된 레이저빔을 상기 기판의 상부에 집속시킴으로써 상기 기판 상부의 사방으로 전파되는 충격파를 이용하여 상기 기판에 잔재하는 이물질을 탈락시킨다. 그리고, 상기 기판으로 진동을 제공하여 상기 기판으로부터 탈락된 이물질을 상기 기판으로부터 완전 탈락시킨다. 또한, 상기 충격파 및 진동에 의하여 상기 기판으로부터 탈락된 이물질을 흡입하여 외부로 배기시킨다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제공되는 레이저빔은 고에너지를 갖는 짧은 펄스파이고, 상기 기판에 제공되는 상기 진동은 상기 레이저빔의 펄스 주기와 대응되도록 일정 주기를 갖는다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기판에 진동을 제공하는 단계에서 상기 기판의 하부면 중앙부에 초음파를 이용하여 수직 또는 수평 방향의 진동을 제공한 다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 레이저빔이 집속되는 영역의 상부에서 불활성 기체를 하방으로 분사하여 상기 충격파를 상기 기판으로 집중시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 충격파를 상기 기판의 상부면에 제공하는 단계에서 상기 지지된 기판을 회전시키고 좌우 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 기판 세정 장치는 기판 지지부, 충격파 제공부, 진동 제공부 및 배기부를 포함한다. 상기 기판 지지부는 기판의 가장 자리를 하부에서 지지한다. 상기 충격파 제공부는 외부로부터 제공된 레이저빔을 상기 기판의 상부에 집속시킴으로써 상기 기판 상부의 사방으로 전파되는 충격파를 이용하여 상기 기판에 잔재하는 이물질을 탈락시킨다. 상기 진동 제공부는 상기 기판의 하부면과 인접하게 배치되고, 상기 기판으로 진동을 제공하여 상기 기판으로부터 탈락된 이물질을 완전 탈락시킨다. 그리고, 상기 배기부는 상기 기판의 상부에 배치되고, 상기 충격파 제공부 및 상기 진동 제공부에 의해 상기 기판으로부터 탈락된 이물질을 흡입하여 외부로 배기시킨다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 레이저빔을 상기 충격파 제공부로 제공하는 레이저 조사부를 더 포함하고, 상기 레이저빔은 고에너지를 갖는 짧은 펄스파가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 진동 제공부는 상기 레이저빔의 펄스 주기와 대응하도록 일정 주기를 갖는 진동을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 진동 제공부는 상기 기판의 하부면 중앙부에 초음파를 이용하여 수직 또는 수평 방향의 진동을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기판 세정 장치는 상기 배기부의 내부에 배치되고, 상기 레이저빔이 집속되는 위치의 상부에서 기체를 하방으로 분사하여 상기 충격파를 상기 기판으로 유도시키는 기체 분사부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기체 분사부로부터 분사되는 기체는 불활성 가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기판 세정 장치는 상기 기판 지지부를 회전시키고 상하 이동 및 좌우 이동시키기 위한 구동부를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 레이저빔을 기판의 상부에 집속시켜 충격파를 발생시키고, 충격파를 이용하여 기판에 잔재하는 이물질을 탈락시킬 수 있다. 또한, 기판에 진동을 제공하여 탈락된 이물질이 기판에 재부착하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기판에 대한 전체적인 세정 공정의 효율성이 크게 향상될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였 다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 기판 세정 장치(100)는 챔버(110) 내부에 배치된 기판 지지부(200), 충격파 제공부(300), 진동 제공부(400) 및 배기부(500)를 포함한다.
챔버(110)는 기판(120)을 세정하기 위한 공간을 제공한다. 예를 들어, 챔버(110)는 내부에 공간을 갖는 육면체의 통 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 챔버(110)는 내부에 공간을 갖는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
기판 지지부(200)는 기판(120)을 지지한다. 예를 들어, 기판 지지부(200)는 기판(120)의 가장 자리를 하부 또는 측부에서 지지한다.
이에 기판 지지부(200)는 기판(120)을 지지하기 위한 스핀척(210)과 기판(120)의 가장 자리를 지지하기 위한 지지핀(220), 및 스핀척(210)을 구동시키기 위한 구동부(230)를 포함한다.
스핀척(210)은 기판(120)의 크기에 대응되도록 형성되며, 기판(120)의 크기보다 더 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 스핀척(210)은 그 하부면 중심부에 배치된 회전축을 통하여 구동부(230)와 연결된다.
지지핀(220)은 스핀척(210)의 상부면 가장 자리에 배치된다. 예를 들어, 지지핀(220)은 기판(120)의 가장 자리를 지지하도록 스핀척(210)의 상부면 가장 자리에 복수개가 배치될 수 있다. 또한, 지지핀(220)은 기판(120)의 하부면 가장 자리 를 지지하기 위한 핀의 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 지지핀(220)은 기판(120)의 가장 자리를 측부에서 집는 방식으로 기판(120)을 지지할 수 있다.
구동부(230)는 스핀척(210)을 구동시켜, 상부에 지지된 기판(120)을 일 방향으로 회전 또는 이동시킨다. 예를 들어, 구동부(230)는 상기 회전축을 통하여 스핀척(210)을 일 방향으로 회전시킨다. 또한, 구동부(230)는 스핀척(210)을 좌우 또는 상하의 직선 방향으로 구동시켜 기판(120)의 위치를 조절한다. 이와 같이, 구동부(230)가 기판(120)을 회전시키고 이동시킬 수 있다. 따라서, 구동부(230)는 충격파 제공부(300)와 기판(120) 사이의 거리를 일정하게 유지시키고, 충격파 제공부(300)로부터의 충격파(360)가 기판(120) 전체면에 균일하게 제공되도록 조절할 수 있다.
충격파 제공부(300)는 충격파(360)를 기판(120)의 상부면으로 제공한다. 충격파 제공부(300)는 기판(120)으로 충격파(360)를 제공하기 위하여 레이저 조사부(310), 제1 반사 거울(320), 제2 반사 거울(330) 및 초점 렌즈(340)를 포함한다.
레이저 조사부(310)는 레이저빔을 조사한다. 예를 들어, 레이저 조사부(310)는 기판(120)을 세정하기 위한 챔버(110)의 외부에 배치된다. 이와 달리, 레이저 조사부(310)는 챔버(110)의 내부에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 레이저 조사부(310)으로부터 조사되는 상기 레이저빔은 고에너지를 갖는 짧은 펄스파로 이루어질 수 있다. 상기 펄스파는 약 10㎐의 주파수를 가질 수 있다. 또한, 상기 레이저빔은 빔은 1 내지 100 나노초를 가진 0.1 내지 10 줄(joule)의 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저빔은 충격파(360) 발생을 위하여 Nd:YAG 레이저, CO2 레이저 등을 포함할 수 있다.
레이저 조사부(310)로부터 조사된 레이저빔이 제1 반사 거울(320)에 의해 반사된다. 상기 레이저빔은 제1 반사 거울(320)에 의하여 그 경로가 챔버(110)의 내부 방향으로 변경된다. 이 때, 상기 레이저빔은 챔버(110)의 측벽(112)에 형성된 투명창(114)을 통하여 챔버(110) 내부로 유도될 수 있다.
챔버(110) 내부로 유도된 레이저빔은 챔버(110)의 내부에 배치된 제2 반사 거울(330)에 의하여 반사된다. 이에 상기 레이저빔의 경로는 기판(120) 방향으로 변경될 수 있다.
한편, 상기 레이저빔의 경로는 제1 및 제2 반사 거울(320, 330) 뿐만 아니라 다양한 광학 부재(도시되지 않음)들을 이용하여 변경되거나 조절될 수 있다.
제2 반사 거울(330)에 의하여 경로가 변경된 레이저빔은 그 경로 상에 배치된 초점 렌즈(340)를 통과한다. 이 때, 초점 렌즈(340)를 통과한 레이저빔은 기판(120)의 상부에 사전에 특정 영역으로 설정된 초점(350)으로 집속된다. 예를 들어, 초점 렌즈(340)는 관통하는 레이저빔을 집속시키기 위한 볼록 렌즈가 될 수 있다. 여기서, 초점(350)은 기판(120)의 상부 특정 영역이 될 수 있다. 한편, 초점(350)은 상기 특정 영역으로 고정되고, 초점(350)의 위치에 대응하여 하부에 배치된 기판(120)이 이동한다. 따라서, 기판(120)과 초점(350)과의 거리 등이 조절될 수 있다.
상기 집속된 레이저빔은 초점(350)에서 가스입자 브레이크다운(breakdown)에 의해 충격파(360)를 발생시킨다. 예를 들어, 충격파(360)는 쇼크-웨이브(shock wave)가 될 수 있다. 이 때, 충격파(360)는 사방으로 전파된다. 이에 충격파(360)의 일부가 하부에 배치된 기판(120)의 상부면으로 제공된다.
이와 같이, 충격파 제공부(300)는 레이저 조사부(310)로부터 조사된 레이저빔을 기판(120) 상부의 초점(350)에 집속시키고, 상기 집속된 레이저빔이 충격파(360)를 발생시킴으로써, 충격파(360)를 기판(120)의 상부면으로 제공할 수 있다. 따라서, 충격파 제공부(300)는 충격파(360)를 이용하여 기판(120)의 상부면에 잔재하는 이물질을 탈락시킨다. 이 때, 충격파(360)의 힘이 기판(120) 상에 부착된 이물질의 접촉 강도(adhesion force)보다 큰 경우, 상기 이물질이 기판(120)으로부터 탈락된다.
진동 제공부(400)가 기판(120)과 인접하게 배치된다. 예를 들어, 진동 제공부(400)는 기판(120)의 하부면과 인접하게 배치된다. 진동 제공부(400)는 기판(120)의 하부 중앙부에 배치될 수 있다. 한편, 진동 제공부(400)는 기판(120)과 일정 거리 이격되도록 배치되고, 상기 진동을 기판으로 전달하는 진동 전달 물질(도시되지 않음)이 상기 이격 공간에 게재될 수 있다.
진동 제공부(400)는 기판(120)으로 진동을 제공한다. 예를 들어, 진동 제공부(400)는 기판(120)의 하부면 중앙부로 진동을 제공할 수 있다. 이는 진동 제공부(400)로부터의 진동이 기판(120)의 하부면 전체에 균일하게 제공되도록 하기 위해서이다.
또한, 진동 제공부(400)는 초음파를 이용한 진동을 수직 방향 또는 수평 방향으로 기판(120)에 제공할 수 있다. 진동 제공부(400)는 진동을 수직 방향 및 수평 방향으로 기판(120)으로 제공할 수 있다.
진동 제공부(400)는 펄스파인 레이저빔의 펄스 주기와 대응하도록 일정 주기를 갖는 진동을 기판(120)으로 제공한다. 즉, 충격파 제공부(300)가 일정 주기에 따라 충격파(360)를 기판(120)으로 제공되는 경우, 진동 제공부(400)는 상기 충격파(360)가 제공되는 주기에 대응하여 기판(120)으로 진동을 제공한다.
이와 같이, 진동 제공부(400)가 기판(120)으로 진동을 제공함으로써, 충격파(360)에 의해 기판(120)으로부터 탈락된 이물질이 기판(120)에 재부착하는 것을 방지한다. 즉, 충격파(360)에 의해 기판(120)으로부터 일차적으로 탈락된 이물질이 기판(120)에 재부착하는 경우, 진동 제공부(400)가 충격파(360)의 제공 주기에 따라 기판(120)에 진동을 제공한다. 특히, 이물질이 기판(120)의 가장 자리 방향으로 재부착하는 경우가 많으므로, 진동 제공부(400)는 기판(120)의 중앙부에서 가장 자리 방향으로 진동이 전달되도록 기판(120)의 중앙부에 진동을 제공한다. 따라서, 상기 진동에 의하여 상기 이물질이 기판(120)에 재부착되는 것이 방지되므로, 상기 이물질이 상기 기판(120)으로부터 완전 탈락된다.
배기부(500)는 기판(120)의 상부에 배치된다. 예를 들어, 배기부(500)는 기판(120)에 설정된 초점(350)과 인접하게 배치될 수 있다. 배기부(500)는 충격파(360)에 의해 탈락된 이물질 및/또는 진동 제공부(400)에 의해 재탈락된 이물질을 흡입하여 외부로 배기시킨다. 따라서, 배기부(500)는 상기 이물질이 탈락되어 날아가는 경로 상에 위치하여, 상기 이물질을을 흡입한다. 이에 배기부(500)는 상기 흡입된 이물질의 배기 경로를 제공하기 위하여 배기관(510)을 구비한다. 예를 들어, 배기관(510)은 원통 형상의 관으로 이루어져 있다.
한편, 배기부(500)가 초점(350)의 상부에 배치되어 이물질을 상부로 흡입하므로, 초점(350)에서 발생되어 기판(120) 방향인 하방으로 제공되는 충격파(360)의 일부가 배기부(500)에 의하여 상쇄될 수 있다. 즉, 상부 방향으로 흡입하는 배기부(500)에 의하여 하방으로 전파되는 충격파(360)의 일부가 소멸 또는 상쇄되는 문제점이 발생한다.
이에 기판 세정 장치(100)는 배기부(500)의 배기관(510) 내부에 배치된 기체 분사부(600)를 더 포함할 수 있다.
기체 분사부(600)는 레이저빔이 집속되는 위치, 즉 초점(350)의 상부에 배치된다. 기체 분사부(600)는 초점(350)의 상부에서 하방으로 기체를 분사한다. 이에 기체 분사부(600)는 기체를 공급하기 위한 기체 공급부(610) 및 기체 공급부(610)으로부터의 기체가 분사되는 경로를 제공하기 위한 분사관(620)을 포함한다.
기체 공급부(610)는 분사관(620)을 통해 기체를 공급한다. 예를 들어, 기체 공급부(610)는 챔버(110)의 외부에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 공급되는 기체는 불활성 가스를 포함한다. 예를 들어, 상기 기체는 불활성 가스인 아르곤(Ar)가스, 네온(Ne)가스 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기체는 질소(N2)가스 등을 포함할 수도 있다.
분사관(620)은 기체 공급부(610)로부터 공급된 기체를 초점(350) 방향으로 전달되기 위한 경로를 제공한다. 예를 들어, 분사관(620)은 배기관(510)의 내부에 배치된다. 이 때, 분사관(620)은 원통의 관으로 형성된 배기관(510)의 중앙부에 별도의 관으로 이루어질 수 있다. 이에 분사관(620)도 원통 형상을 갖는 관으로 이루어지므로, 분사관(620)과 배기관(510)은 전체적으로 이중관의 형태를 갖는다.
이와 같이, 기체 분사부(600)는 배기부(500)의 흡입 경로의 중앙부 또는 일 영역에 배치되어 하부 방향으로 기체를 분사한다. 따라서, 기체 분사부(600)는 초점(350)의 상부에서 기판(120) 방향으로 기체를 분사함으로써, 초점(350)에서 기판(120) 방향으로 전파되는 충격파(360)를 기판(120)방향으로 유도할 수 있다. 즉, 기체 분사부(600)는 배기부(500)에 의해 충격파(360) 중 일부가 상쇄 또는 소멸되는 것을 방지한다. 따라서, 기체 분사부(600)에 의하여 충격파(360)가 상쇄되지 않고 기판(120)에 제공됨으로써 기판(120)에 잔재하는 이물질이 충분하게 제거될 수 있다. 이에 전체적인 세정 공정의 효율이 향상되고, 제품의 불량률이 크게 감소되며 전체적인 제품의 생산량이 증가될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 세정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 기판 세정 방법에 따르면, 기판을 지지하고(S100), 외부로부터 제공된 레이저빔을 상기 기판의 상부에 집속시킴으로써 상기 기판 상부의 사방으로 전파되는 충격파를 이용하여 상기 기판에 잔재하는 이물질을 탈락시킨다(S200). 또한, 상기 기판으로 진동을 제공하여 상기 기판 으로부터 탈락된 이물질을 상기 기판으로부터 완전 탈락시킨다(S300). 그리고, 상기 충격파 및 진동에 의하여 상기 기판으로부터 탈락된 이물질을 흡입하여 외부로 배기시킨다(S400).
구체적으로 살펴보면, 먼저 상기 기판을 지지한다. 예를 들어, 상기 기판의 가장 자리를 하부에서 지지할 수 있다. 이와 달리, 상기 기판의 가장 자리를 측부에서 집는 방식으로 상기 기판을 지지할 수 있다. 한편, 상기 기판을 지지하고 고정하는 경우, 상기 기판의 위치를 상하로 조절할 수 있다. 이는 후술할 충격파가 상기 기판에 제공되는 경우, 상기 충격파가 영향을 미치는 영역에 대응하여 상기 기판과 상기 충격파가 발생되는 영역 사이의 거리를 조절하기 위해서이다.
상기 지지된 기판으로 충격파를 제공하여 상기 기판 상에 잔재하는 이물질을 탈락시켜 제거한다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 기판으로 충격파를 제공하기 위해서 연속적인 단계들이 수행된다.
먼저, 레이저빔을 상기 기판 방향으로 조사한다. 상기 레이저빔은 고에너지를 갖는 짧은 펄스파로 이루어질 수 있다. 상기 펄스파는 약 10㎐의 주파수를 가질 수 있다. 또한, 상기 레이저빔은 빔은 1 내지 100 나노초를 가진 0.1 내지 10 줄(joule)의 에너지를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저빔은 상기 충격파의 발생을 위하여 Nd:YAG 레이저, CO2 레이저 등을 포함할 수 있다.
반사 거울을 이용하여 상기 조사된 레이저빔을 반사시켜 상기 레이저빔의 경로를 변경시킨다. 예를 들어, 상기 레이저빔이 기판에 배치된 챔버의 외부에서 조 사되는 경우, 상기 반사 거울을 이용하여 상기 레이저빔을 상기 챔버의 방향으로 향하도록 한다.
그리고, 챔버 내부로 유도된 상기 레이저빔을 다른 반사 거울을 이용하여 레이저빔의 경로를 재변경시킨다. 예를 들어, 상기 레이저빔의 경로를 상기 기판과 인접한 영역으로 유도한다. 이 때, 상기 레이저빔은 상기 기판의 상부에 사전에 설정된 초점 방향으로 유도한다.
여기서, 상기 레이저빔의 경로를 두 번 변경시켰지만, 그 경로의 변경 횟수 및 제공 경로는 다양하게 변할 수 있다. 한편, 상기 레이저빔의 경로는 상기 변경 거울들뿐만 아니라 다양한 광학 부재(도시되지 않음)들을 이용하여 변경시키거나 조절할 수 있다.
한편, 상기 레이저빔을 초점 렌즈를 관통하여 상기 초점으로 유도시킨다. 따라서, 상기 초점 렌즈를 관통한 상기 레이저빔이 상기 초점에서 집속된다. 이 때, 상기 초점 렌즈는 일정한 폭을 가지고 진행하는 레이저빔을 집속시키기 위한 볼록 렌즈로 이루어질 수 있다.
상기 레이저빔을 상기 초점에서 집속시켜 충격파를 발생시킨다. 예를 들어, 발생된 충격파는 가스입자 브레이크다운(breakdown)에 의한 쇼크-웨이브(shock wave)가 될 수 있다. 발생된 충격파는 사방으로 전파된다. 따라서, 상기 전파되는 충겨파의 일부가 상기 기판 방향으로 제공된다.
이와 같이, 상기 레이저빔을 집속시켜 상기 충격파를 발생시킴으로써, 상기 충격파를 상기 기판으로 제공할 수 있다. 또한, 상기 충격파를 상기 기판으로 제공 하는 경우, 상기 기판의 위치를 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 충격파의 전파 시작점인 상기 초점은 고정되어 있으므로, 상기 충격파를 상기 기판 전체면으로 균일하게 제공하기 위하여 상기 기판을 회전시키고 상기 기판을 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 이 때, 상기 수평 방향으로 이동은 상기 충격파가 상기 기판의 중앙부에서 가장 자리 방향으로 제공되도록 이루어진다.
따라서, 제공된 충격파를 이용하여 상기 기판 상에 잔재하는 이물질을 제거하거나 탈락시킬 수 있다. 한편, 상기 충격파의 힘은 상기 기판 상에 부착된 이물질의 접촉 강도(adhesion force)보다 크게 설정된다.
한편, 상기 충격파에 의해 이물질이 일시적으로 기판으로부터 탈락되었다가 다시 재부착하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 이물질의 재부착을 방지하기 위하여 상기 기판으로 진동을 제공한다. 예를 들어, 상기 기판의 하부면 중앙부로 진동을 제공한다. 이는 상기 기판의 중앙부로 진동을 제공하는 경우, 상기 제공된 진동이 가장 자리로 전달될 수 있기 때문이다. 또한, 기판으로 초음파를 이용한 진동을 제공할 수 있다. 나아가, 상기 기판에 수평 방향, 수직 방향 또는 수평 수직 방향으로 진동을 제공할 수 있다.
한편, 상기 진동을 상기 레이저빔, 즉, 상기 충격파의 펄스 주기와 대응하도록 상기 기판으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스 주기에 대응하여 상기 진동을 주기적으로 공급한다. 상기 진동이 상기 이물질의 재부착을 방지하기 위하여 제공되기 때문이다. 즉, 상기 충격파가 기판에 일정 주기로 제공되는 경우, 상기 충격파에 의하여 상기 기판으로부터 이물질도 일정 주기를 갖고 상기 기판으로부터 탈락된다. 따라서, 상기 탈락된 이물질의 재부착을 방지하기 위하여, 상기 진동도 상기 일정 주기에 대응하여 제공할 수 있다.
따라서, 상기 레이저파를 이용하여 상기 기판으로부터 상기 이물질을 제거하고, 상기 기판에 진동을 제공하여 상기 이물질이 상기 기판에 재부착하는 것을 방지할 수 있다. 이에 상기 이물질이 상기 기판으로부터 완전 탈락되므로 상기 기판에 대한 세정의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 기판의 상부에서 상기 탈락된 이물질을 흡입하여 외부로 배기시킨다. 예를 들어, 상기 흡입을 통한 배기는 상기 충격파가 전파되는 초점의 상부에서 이루어진다. 이는 기판과 인접한 상부에 배치될 경우 상기 충격파가 상기 기판에 충분하게 제공되지 못하거나 상기 충격파에 의해 상기 이물질을 배기하기 위한 배기부가 손상될 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 배기는 상기 초점의 상부에서 상방으로 수행된다.
이 때, 상기 상방으로 이루어지는 배기에 의하여 상기 충격파의 일부가 상쇄될 수 있다. 즉, 상기 기판을 향하여 하방으로 제공되는 충격파가 상기 초점의 상부에서 상방으로 흡입하는 배기에 의하여 일부가 상쇄되거나 소멸될 수 있다. 따라서, 세정 공정의 효율이 저하될 수 있다.
상기 초점의 상부에서 하방으로 기체를 분사할 수 있다. 예를 들어, 상기 기체를 상기 배기가 이루어지는 영역, 공간의 중앙부에서 분사할 수 있다. 따라서, 상기 초점의 상부에서 상기 기판 방향으로 기체를 분사함으로써 상기 초점으로부터 전파되는 충격파를 상기 기판으로 집중시킬 수 있다. 여기서, 상기 기체는 불활성 가스인 아르곤(Ar)가스, 네온(Ne)가스 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기체는 질소(N2)가스 등을 포함할 수도 있다.
따라서, 상기 기체를 상기 초점의 인접한 상부에서 하방으로 분사하여 상기 기판 방향으로 전파되는 충격파가 상쇄되는 것을 방지할 수 있다. 이에 상기 충격파가 상기 기판으로 충분하게 제공되므로, 상기 기판에 대한 세정의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판으로 충격파를 제공하여 기판에 잔재하는 이물질을 제거 또는 탈락시킬 수 있다. 또한, 기판으로 진동을 제공하여 탈락된 이물질이 기판에 재부착하는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 충격파가 발생되는 초점의 상부에서 하방으로 기체를 분사하여 기판으로 제공되는 충격파의 상쇄를 방지하고 충격파를 기판에 집중시킬 수 있다. 따라서, 전체적인 세정 공정의 효율을 향상시키고, 기판의 불량률을 크게 감소시켜 기판의 생산성을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 세정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 세정 장치 110 : 챔버
120 : 기판 200 : 기판 지지부
230 : 구동부 300 : 충격파 제공부
310 : 레이저 조사부 320 : 제1 반사 거울
330 : 제2 반사 거울 340 : 초점 렌즈
350 : 초점 360 : 충격파
400 : 진동 제공부 500 : 배기부
600 : 기체 분사부 610 : 기체 공급부
620 : 분사관

Claims (12)

  1. 기판을 지지하는 단계;
    외부로부터 제공된 레이저빔을 상기 기판의 상부에 집속시킴으로써 상기 기판 상부의 사방으로 전파되는 충격파를 이용하여 상기 기판에 잔재하는 이물질을 탈락시키는 단계;
    상기 기판으로 진동을 제공하여 상기 기판으로부터 탈락된 이물질을 상기 기판으로부터 완전 탈락시키는 단계; 및
    상기 충격파 및 진동에 의하여 상기 기판으로부터 탈락된 이물질을 흡입하여 외부로 배기시키는 단계를 포함하되,
    상기 충격파를 상기 기판으로 집중시키기 위하여 상기 레이저빔이 집속되는 영역의 상부에서 불활성 기체를 하방으로 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제공되는 레이저빔은 고에너지를 갖는 짧은 펄스파이고, 상기 기판에 제공되는 상기 진동은 상기 레이저빔의 펄스 주기와 대응되도록 일정 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판에 진동을 제공하는 단계는
    상기 기판의 하부면 중앙부에 초음파를 이용하여 수직 또는 수평 방향의 진동을 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 충격파를 상기 기판의 상부면에 제공하는 단계는
    상기 지지된 기판을 회전시키고 수평 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  6. 기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
    외부로부터 제공된 레이저빔을 상기 기판의 상부에 집속시킴으로써 상기 기판 상부의 사방으로 전파되는 충격파를 이용하여 상기 기판에 잔재하는 이물질을 탈락시키기 위한 충격파 제공부;
    상기 기판의 하부면과 인접하게 배치되고, 상기 기판으로 진동을 제공하여 상기 기판으로부터 탈락된 이물질을 상기 기판으로부터 완전 탈락시키기 위한 진동 제공부; 및
    상기 기판의 상부에 배치되고, 상기 충격파 제공부 및 상기 진동 제공부에 의해 상기 기판으로부터 탈락된 이물질을 흡입하여 외부로 배기시키기 위한 배기부를 포함하는 기판 세정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레이저빔을 상기 충격파 제공부로 제공하는 레이저 조사부를 더 포함하 고, 상기 레이저빔은 고에너지를 갖는 짧은 펄스파인 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 진동 제공부는 상기 레이저빔의 펄스 주기와 대응하도록 일정 주기를 갖는 진동을 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 진동 제공부는 상기 기판의 하부면 중앙부로 초음파를 이용하여 수직 또는 수평 방향의 진동을 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 배기부의 내부에 배치되고, 상기 레이저빔이 집속되는 위치의 상부에서 기체를 하방으로 분사하여 상기 충격파를 상기 기판으로 유도시키는 기체 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기체 분사부로부터 분사되는 기체는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  12. 제6항에 있어서, 상기 기판 지지부를 회전시키고 상하 이동 및 좌우 이동시키기 위한 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
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