KR100904462B1 - 기판 처리 설비 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 설비 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

기판의 배면에 소정의 액처리를 수행하는 기판 처리 설비가 제공된다. 이 기판 처리 설비는 백 노즐, 흡입밸브 및 약액 공급부를 포함한다. 상기 백 노즐은 제 1 약액 공급라인을 통해 약액을 공급받아서 기판의 배면에 상기 약액을 토출한다. 상기 흡입밸브는 제 1 약액 공급라인을 통해 상기 백 노즐과 연결되어 상기 백 노즐로부터 약액의 배출이 정지되면 상기 제 1 약액 공급라인에 수용되어 있는 약액을 흡입한다. 상기 약액 공급부는 제 2 약액 공급라인을 통해 상기 흡입밸브와 연결되어 상기 흡입밸브로 약액을 공급한다. 이 기판 처리 설비에 의하면, 상기 백 노즐의 바로 전단에 흡입 밸브를 구비함으로써, 약액의 배출이 정지되는 시간동안 백 노즐을 통해 약액이 누출되는 슬로우 리크(slow leak)현상을 방지할 수 있다.

Description

기판 처리 설비 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE TREATING APPARTUS AND SUBSTRATE TREATING METHOD}
본 발명은 기판 처리 설비 및 이 기판 처리 설비를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판의 배면에 소정의 액처리를 수행하는 기판 처리 설비 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 반도체 기판 상에 박막을 형성한다. 박막의 형성에는 에칭공정이 필수적이다. 기판의 배면에 증착된 박막 등은 후속공정에서 이물질로 작용한다. 따라서, 매엽식 기판처리장치를 이용하여, 기판 배면의 박막 등과 같은 이물질을 제거하는 기판 배면의 에칭 처리 공정은 대단히 중요하다.
이러한 에칭 처리를 위해 제공되는 일반적인 기판 처리 설비는 기판이 놓이는 스핀 헤드에 구비되는 백 노즐과, 상기 백 노즐로 약액을 공급하는 약액 탱크, 상기 백 노즐과 상기 약액 탱크를 연결하는 약액 공급라인 및 상기 약액 공급라인상에 설치되어 상기 약액의 흐름을 결정하는 다수의 밸브들로 구성된다.
한편, 상기 약액 공급라인은 신축성있는 튜브 타입으로 제조된다. 이러한 약 액 공급라인은 통상적으로 고온 상태의 약액을 이송한다. 따라서, 상기 약액 공급라인은 상기 고온 상태의 약액을 이송하는 동안 팽창하게 된다. 상기 백 노즐로부터 약액의 토출이 정지되어도 상기 약액은 상기 약액 공급라인 내부에 잔존하게 된다. 상기 약액 공급라인 내부에 고온 상태의 약액이 장시간 정체되면, 상기 고온 상태의 약액이 상온 또는 저온으로 하강되어 팽창된 약액 공급라인은 수축을 시작하게 된다. 이때, 약액 공급라인이 수축되는 과정에서 내부에 잔존해 있는 약액을 상기 백 노즐로 밀어올리는 현상이 유발한다. 따라서 상기 약액 공급라인으로부터 상기 약액의 토출이 정지되었음에도 불구하고, 스핀 헤드로 약액이 누출되는 현상이 발생한다. 당업계에서는 이러한 현상을 슬로우 리크(Slow Leak)라 한다. 이러한 슬로우 리크 현상에 의해 누출된 약액이 후속 공정에서 기판 표면에 접촉하게 되면 공정사고가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 슬로우 리크 현상을 방지할수 있는 기판 처리 설비를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 기판 처리 설비를 이용한 기판 처리 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 바와 같은 기술적과제를 해결하기 위해 본 발명의 기판 처리 설비는 백 노즐, 흡입밸브 및 약액 공급부를 포함한다. 상기 백 노즐은 약액을 공급받아서 기판의 배면에 상기 약액을 토출한다. 상기 흡입밸브는 제 1 약액 공급라인을 통해 상기 백 노즐과 연결되고, 상기 약액의 유량을 조절하여 상기 백 노즐로 공급하고, 상기 백 노즐로 상기 약액의 공급이 정지되면 상기 제 1 약액 공급라인에 수용되어 있는 약액을 흡입한다. 상기 약액 공급부는 제 2 약액 공급라인을 통해 상기 흡입밸브와 연결되어 상기 흡입밸브로 약액을 공급한다.
상술한 바와 같은 다른 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 기판 처리 방법은 약액 공급라인을 통해 상기 백 노즐의 바로 이전단에 흡입밸브를 설치하여 상기 백 노즐로부터 상기 기판의 배면으로 상기 약액의 토출이 정지되는 시간동안 상기 약액 공급라인에 잔존하는 상기 약액을 흡입한다.
본 발명에 의하면, 약액 공급라인을 통해 백 노즐의 바로 이전단에 흡입 밸브를 설치하여 상기 백 노즐로부터 약액의 토출이 정지되는 시간동안 상기 약액 공급라인에 잔존해 있는 약액을 흡입한다. 따라서 상기 약액 공급라인의 수축에 의해 상기 백 노즐로부터 약액의 토출이 정지되는 시간동안 상기 백 노즐로부터 상기 약액이 누출되는 슬로우 리크 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 및 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하 게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 도시되는 각 구성요소의 형상은 보다 명확한 설명을 위해 과장된다.
또한, 본 실시예에서는, 식각액을 사용하여 기판을 처리하는 식각 장치등 다수의 약액을 웨이퍼 상에 각각 공급하여 공정을 수행하는 다양한 장치에 적용가능하다. 또한, 본 실시예에서는 기판의 처리대상으로서 웨이퍼 등과 같은 반도체 기판을 예로 들어 설명하고 있으나 이에 한정되지 않고, 유리 기판과 같은 다양한 종류의 기판에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비(1)를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비(1)는 약액을 공급받아서 상기 공급된 약액을 이용하여 웨이퍼(W)를 처리하는 기판 처리 장치(600), 상기 기판 처리 장치(600)로 약액을 공급하는 약액 공급 장치(800) 및 상기 기판 처리 장치(600)와 상기 약액 공급 장치(800)를 연결하는 약액 공급라인(700)을 포함한다. 여기서, 상기 약액 공급라인(700)은 제 1 약액 공급라인(700a)과 제 2 약액 공급라인(700b)을 포함한다. 상기 기판 처리 장치(600)는 상기 제 1 약액 공급라인(700a)을 통해 상기 약액 공급 장치(800)로부터 약액을 공급받는다. 본 명세서에 첨부된 도면에서는 설명의 편의를 위해 상기 제 1 약액 공급라인(700a)은 서로 평행하게 연장되는 2개의 일점 쇄선으로 도시되고, 상기 제 2 약액 공급라인(700b)은 서로 평행하게 연장되는 2개의 이점 쇄선으로 도시된다.
상기 기판 처리 장치(600)는 기판 지지부(100), 약액 공급유닛(200), 약액 회수부(300), 배기통(400) 및 승강부(500)를 포함한다.
상기 기판 지지부(100)는 공정 진행 중 웨이퍼(W)가 놓이며, 공정이 진행되는 동안 모터(180)에 의해 회전한다. 상기 기판 지지부(100)는 원형의 표면을 갖는 스핀 헤드(110), 웨이퍼(W)를 지지하는 지지부재(120)들, 웨이퍼(W)의 배면을 처리하기 위해 약액을 분사하는 백 노즐(130)을 포함한다. 상기 스핀 헤드(100)에는 웨이퍼(W)와 접촉되어 웨이퍼(W)를 지지하는 지지부재(120)들이 설치된다. 공정진행시 지지부재(120)들은 웨이퍼(W)의 가장자리 단부와 접촉되어 웨이퍼(W)가 정위치로부터 이탈되는 현상을 방지한다. 상기 백 노즐(130)은 웨이퍼(W)의 배면을 세정하기 위한 것으로서, 상기 백 노즐(130)은 일측 단부가 하부에 설치된 상기 제 1 약액 공급라인(700a)과 연결되어 약액을 공급받고, 타측 단부가 스핀 헤드(110)의 상면 중앙부에 노출되어 웨이퍼(W) 배면 중앙부에 약액을 토출한다. 상기 백 노즐(130)을 통해 웨이퍼(W)의 배면 중앙부로 토출된 약액은 웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W)의 배면 가장자리로 쉽게 분산된다.
상기 제 1 약액 공급라인(700a)은 소정의 배관으로 구성되며, 일례로 PFA(Perfluoroalkoxy) 소재의 튜부 형태로 제조된다. 이때, 상기 약액은 상기 제 1 약액 공급라인(700a)을 통해 고온(대략 65℃~70℃ 범위)의 상태로 이송된다. 상기 약액은 암모니아(NH4OH), 과산화수소(H2O2), 물(H2O2) 등이 적절한 비율로 혼합되어 상기 웨이퍼(W)의 배면으로 토출된다.
한편, 앞서 배경 기술에서도 언급하였듯이, 튜부 형태로 제조된 상기 제 1 약액 공급라인(700a)은 고온 상태의 약액을 이송하므로, 고온의 약액이 이송되는 동안 즉, 상기 백 노즐(130)을 통해 약액이 토출되는 동안, 상기 제 1 약액 공급라인(700a)은 고온 상태의 약액에 의해 원래의 크기보다 팽창하게 된다. 백 노즐(130)로부터의 약액의 토출이 정지하게 되면, 온도가 하강하면서 팽창된 제 1 약액 공급라인은 원래의 상태로 수축된다. 이 수축되는 과정에서 제 1 약액 공급라인(700a) 내부에 잔존해 있는 소량의 약액이 스핀 헤드(100) 상부면으로 누설되는 슬로우 리크(slow leak)가 발생한다.
이러한 슬로우 리크 현상을 제거하기 위해 본 발명의 기판 처리 설비(1)는 제 1 약액 공급라인(700a)의 끝단에 흡입 밸부(820)를 설치하여 제 1 약액 공급라인(700a) 내부에 잔존해 있는 소량의 약액을 제거한다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
계속해서, 상기 약액 공급 유닛(200)는 웨이퍼(W)의 상면을 세정하기 위한 것으로, 노즐 지지대(220), 이동 로드(240) 및 노즐(260)을 포함한다. 상기 노즐 지지대(220)은 상기 이동 로드(240) 상부에 연결되어 이동 로드(240)를 중심으로 선회 동작을 한다. 여기서, 이동 로드(240)는 수직 방향으로 세워져 있으며, 상기 노즐 지지대(220)은 상기 이동 로드(240)의 상부에 연결되어 수평 방향으로 지지된다. 노즐(260)은 노즐 지지대(220)의 단부에 연결되어 웨이퍼(W)의 상면에 약액을 토출한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비(1)에서는 웨이퍼(W)의 상면 세정과 웨이퍼(W)의 배면 세정이 모두 가능하다.
상기 약액 회수부(300)는 노즐(260)로부터 공급되는 약액들을 각각 회수하여 약액(특히, 식각액)의 재사용이 가능하도록 한다. 상기 약액 회수부(300)는 안쪽에 기판 지지부(100)가 위치되는 공간(330)을 제공한다. 상기 약액 회수부(300)는 노즐 지지대(220)의 측방향으로 노즐(260)을 감싸도록 배치되는 약액 회수통(320, 340)들을 가진다. 약액 회수통은 재사용이 필요한 약액을 회수하는 제 1 회수통(320)과 재사용이 필요없는 약액을 회수하는 하나 또는 다수의 제 2 회수통(340)을 가진다. 상기 제 1 회수통(320)에는 그 내부로 회수된 식각액을 배출하는 배출관(360)이 결합된다. 배출관(360)은 상기 제 1 회수통(320) 유입된 식각액을 모두 배출시킨다.
상기 기판 지지부(100) 및 상기 약액 회수부(300) 아래에는 배기통(400)이 제공된다. 배기통(400)에는 펌프(442)가 설치된 배기관(410)이 연결된다. 상기 펌프에 의해 상기 공간(330) 내에 발생한 약액 성분의 가스가 상기 배기관(410)을 통해 외부로 배출된다.
계속해서, 상기 기판 처리 장치(600)로 약액을 공급하는 약액 공급 장치(800)는 상기 제 1 약액 공급라인(700a)을 통해 백 노즐과 연결되는 흡입 밸브(820), 제 2 약액 공급라인(700b)을 통해 상기 흡입 밸브(820)와 연결되는 약액 공급부(840) 및 상기 흡입 밸브(820)와 상기 약액 공급부(840)를 제어하는 제어부(860)를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 약액 공급 장치(800)의 내부 구성을 상세히 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 2에 도시된 흡입 밸브의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해 제 2 약액 공급라인(700b)이 제 2-1 약액 공급라인(700b-1), 제 2-2 약액 공급라인(700b-2) 및 제 2-3 약액 공급라인(700b-3)으로 나누어 표시된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 액약 공급 장치(800)는 흡입 밸브(820), 약액 공급부(840) 및 제어부(860)를 포함한다.
상기 흡입 밸브(820)는 제 1 약액 공급라인(700a)과 제 2-1 약액 공급라인(700b-1) 사이에 설치되어 상기 제 2-1 약액 공급라인(700b-1)을 통해 유입되는 약액을 통과 및 차단을 제어한다. 또한 상기 흡입 밸브(820)는, 백 노즐(130)로부터의 약액 토출이 정지된 이후, 상기 제 1 약액 공급라인(700a)에 수용되어 있는 약액을 강제로 흡입하여 상기 약액 토출이 정지된 시점으로부터 후속 공정이 재개될 때까지 상기 백 노즐(130)로부터의 약액의 누출(leak)을 억제한다.
구체적으로, 상기 흡입 밸브(820)는 상기 제 1 약액 공급라인(700a)에 수용되어 있는 약액에 대하여 음압(negative pressure)을 형성하는 석크백 밸브(820a, Suckback Valve:SV)와, 상기 석크밸브(820a)와 상기 제 2-1 약액 공급라인(700b-1) 사이에 설치되어 상기 제 2-1 약액 공급라인(700b-1)으로부터 상기 제 1 약액 공급라인(700a)으로 약액을 통과시키거나 차단하는 개폐밸브(820b, Air Valve:AV)를 포함한다.
상기 석크백 밸브(10)는 밀폐된 내부 공간을 가지며 제 1 에어라인(822a)에 연결된 제 1 몸체(11), 상기 제 1 몸체(11)와 상기 제 1 약액 공급라인(700a) 사이에 설치되며 약액을 흡입하기 위한 흡입구(16)를 가지는 흡입실(18), 상기 석크백 밸브(820a) 내부의 에어 압력에 따라 상기 제 1 약액 공급라인(700a)의 내부에 수용된 약액에 대하여 음압을 형성하는 다이아프램(15), 상기 제 1 몸체(11)의 내부 에 설치되고 상기 다이아프램(15)의 작동범위가 조절되도록 함에 의해 상기 제 1 약액 공급라인(700a)에 수용된 약액에 대한 흡입정도를 조절하는 누름부재(13), 외부에서 상기 누름부재(13)의 높이를 조절하는 높이 조절 부재(12) 및 상기 누름부재(13)의 설정 높이를 유지시키는 제 1 스프링(14)을 포함한다.
상기 개폐밸브(820b)는 밀폐된 내부 공간을 가지며 제 2 에어라인(822b)에 연결된 제 2 몸체(21), 상기 제 2 몸체(21)의 내부에 설치되고 상기 제 2 에어라인(822b)을 통하여 인가되는 에어 압력이 상승하면 상기 제 2-1 약액 공급라인(700b-1)을 개방하고, 상기 에어 압력이 하강하면 상기 제 2-1 약액 공급라인(700b-1)을 차단하는 차단 부재(23) 및 상기 차단 부재(23)가 상기 제 2-1 약액 공급라인(700b-1)을 차단할 때 상기 차단 부재(23)의 차단동작을 유지시키는 제 2 스프링(22)을 포함한다.
상기 제어부(860)는 상기 흡입 밸브(820)를 통해 약액의 흐름을 제어한다. 구체적으로, 상기 제어부(860)가 약액 방출을 명령하는 제 1 제어 신호(S1)를 에어 밸브(824)로 출력한다. 상기 에어 밸브(824)는 상기 제 1 제어 신호(S1)에 응답하여 에어 라인들(822a,822b)을 통해 상기 흡입 밸브(820)로 에어를 공급한다. 이에 따라 상기 제 2 몸체(21) 내부공간의 에어 압력이 상승한다. 상기 제 2 몸체(21) 내부공간의 에어 압력이 상기 제 1 스프링(22)의 복원력보다 커지면 상기 제 2 몸체(21)에 구비된 차단 부재(23)가 수직 방향으로 상승한다. 따라서, 상기 제 2-1 약액 공급라인(700b-1)이 개방되어 상기 제 2-1 약액 공급라인(700b-1)에 공급된 약액이 제 1 약액 공급라인(700a)으로 통과된다. 이때, 제 1 몸체(11) 내의 내부공 간의 에어 압력도 상승하여 상기 누름 부재(13)가 수직 방향으로 하강한다. 이에 따라 다이아프램(15)은 수축된 상태를 약액의 방출 동작 동안 유지한다. 상기 제 1 약액 공급라인(700a)으로 통과된 약액은 기판 처리 장치(1)에 구비된 백 노즐(130)을 통해 웨이퍼(W)의 배면에 토출된다.
이후, 상기 제어부(860)는 약액의 방출의 정지를 명령하는 제 2 제어 신호(S2)를 상기 에어 밸브(824)로 출력한다. 이때, 상기 에어밸브(824)는 상기 제 2 제어 신호(S2)에 응답하여 약액의 방출을 정지하도록 상기 개폐 밸브(820b)를 제어한다. 개폐 밸브는 약액 방출을 차단한다. 동시에 석크백 밸브(820a)는 상기 제 1 약액 공급라인(700a) 내부에 수용된 약액에 대하여 음압(negative pressure)을 형성하여 상기 약액을 흡입한다.
계속해서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 약액 공급부(840)는 유체제어밸브(842), 유량계(844, flow meter) 및 약액 탱크(846)를 포함한다.
상기 유체제어밸브(842)는 제 2-1 약액 공급라인(700b-1)과 제 2-2 약액 공급라인(700b-2) 사이에 설치되어 상기 제 2-1 약액 공급라인(700b-1)을 통해 상기 흡입 밸브(820)와 연결된다. 상기 유체제어밸브(842)는 제 2-1 약액 공급라인(700b-1)과 제 2-2 약액 공급라인(700b-2) 사이의 유로의 개구 면적을 변화시킴으로써 약액의 유량을 제어한다. 특별히 한정하는 것은 아니지만, 상기 유체제어밸브(842)는 공기식으로 약액의 유량을 제어하는 니들밸브(needle valve) 내지 핀치 밸브(pinch valve)일 수 있다. 또한, 상기 유체제어밸브(842)는 전기식으로 약액의 유량을 제어하는 니들 밸브 내지 핀치 밸브일 수도 있다. 또한, 이러한 유체제어밸 브(842)는 수동 밸브일 수 있으며, 특히, 상기 유체제어밸브(842)가 니들밸브인 경우, 작업자가 수동 밸브의 니들(needle)을 직접 조작하여 유량을 조절할 수 있다.
상기 유량계(844)는 상기 제 2-2 약액 공급라인(700b-2)과 상기 제 2-3 약액 공급라인(700b-3) 사이에 설치되어 상기 제 2-2 약액 공급라인(700b-2)을 통해 상기 유체제어밸브(842)와 연결된다. 또한, 상기 유량계(844)는 상기 제어부(860)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 유량계(844)는 이송되는 약액의 유량값을 검출하고, 검출된 유량값을 전기적인 신호로 변환하여 상기 제어부(860)로 전송한다. 작업자는 상기 제어부(860)를 통해 유량계(844)에서 검출된 유량을 하나의 화면에 모니터링 할 수 있다. 따라서, 상기 제어부(860)는 상기 검출된 유량을 모니터링할 수 있는 표시수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 작업자는 상기 검출된 유량을 모니터링하면서 상기 약액을 유량을 상기 유체제어밸브(842)를 통해 제어한다.
상기 약액 탱크(846)는 약액을 저장하는 저장 탱크로서, 상기 제 2-3 약액 공급라인(700b-3)를 통해 상기 플로우 미터(844)와 연결된다.
상기한 설명에서는 본 발명의 실시 예를 위주로 도면을 따라 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 상기 노즐의 외관 구조나 노즐의 개수를 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 다양한 형태로 변경할 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 설비를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 약액 공급 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 흡입밸브를 나타내는 도면이다.

Claims (5)

  1. 약액을 공급받아서 기판의 배면에 상기 약액을 토출하는 백 노즐을 포함하는 기판 처리부;
    약액 탱크로부터 상기 백 노즐로 상기 약액을 이송하는 약액 공급라인; 및
    상기 약액 공급라인 상에 설치되는 흡입밸브를 포함하되,
    상기 약액 공급라인은 상기 백 노즐과 상기 흡입밸브를 연결하는 제 1 약액 공급라인과, 상기 약액 탱크와 상기 흡입밸브를 연결하는 제 2 약액 공급라인을 포함하고,
    상기 흡입밸브는 상기 백 노즐로부터 상기 약액의 토출이 정지되는 시간 동안 상기 제 1 약액 공급라인에 잔존해 있는 상기 약액을 흡입하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 설비.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 약액의 배출을 지시하는 제 1 제어 신호 및 상기 약액의 흡입을 지시하는 제 2 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 흡입 밸브는 상기 제 1 제어 신호에 따라서 상기 제 2 약액 공급라인을 통해 공급된 상기 약액을 상기 제 1 약액 공급라인으로 배출하고, 상기 제 2 제어 신호에 따라서 상기 제 1 약액 공급라인으로 상기 약액의 배출을 정지하고 상기 제 1 약액 공급라인에 잔존하는 상기 약액을 흡입하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 설비.
  5. 삭제
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