KR101205828B1 - 기판 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

기판을 세정하는 기판 세정 방법이 제공된다. 본 발명에 의하면, 세정액이 토출되는 기판의 영역에 따라 노즐의 토출구와 기판간의 거리를 달리하며 기판을 세정한다. 노즐이 기판의 중심영역과 에지영역간에 세정액을 토출하면서 이동하고, 세정액이 토출되는 기판의 영역에 따라 노즐의 토출부와 기판간의 거리가 변하여 기판상에 접촉하는 세정액의 압력이 기판의 각 영역마다 다르게 된다. 이와 같이 노즐에 별도의 압력조절부를 제공하지 않고도, 기판상에 접촉하는 세정액의 압력을 다르게 함으로써 기판상에 존재하는 파티클, 특히 기판중심에 비하여 회전속도가 상대적으로 큰 기판 에지에 존재하는 파티클을 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

기판 세정 방법{SUBSTRATE CLEANING METHOD}
본 발명은 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 기판을 세정하는 기판 세정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 박막 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정, 세정 공정 및 연마 공정 등과 같은 다양한 단위 공정들이 반복적으로 수행되어 제조된다. 특히 세정 공정은 이들 단위 공정들을 수행할 때 반도체 기판의 표면에 잔류하는 작은 파티클(small particles) 이나 오염물(contaminants) 및 불필요한 막을 제거한다.
최근, 반도체 기판에 형성되는 패턴이 미세화됨에 따라 세정 공정의 중요도는 더욱 커지고 있다. 이러한 세정 공정은, 반도체 기판 상의 오염물질을 화학적 반응에 의해 식각 또는 박리시키는 화학 용액 처리 공정, 화학 용액 처리 공장에 의해 약액 처리된 반도체 웨이퍼를 초순수(DeionizeWater : DIW)로 세척하는 린스 공정, 및 린스 처리된 반도체 웨이퍼를 건조하는 건조 공정으로 이루어진다.
일반적으로 화학 용액 처리 공정은 기판을 세정하기 위하여 노즐이 회전하는 기판 중심 상부에서 세정액을 토출하고 토출된 세정액이 기판의 회전력에 의하여 기판의 각 영역으로 제공되도록 하는 방법(도 1a 참조), 기판의 일측으로부터 이격하여 고정된 노즐이 세정액을 토출하고, 토출된 세정액이 기판의 회전력에 의하여 기판의 각 영역으로 제공되도록 하는 방법(도 1b 참조), 그리고 기판의 상부에 노즐이 위치하여 기판을 스캐닝하며 세정액을 토출하는 방법(도 1c 참조)으로 이루어져 왔다.
그러나 이러한 방법은 기판의 중심영역과 기판 에지 영역간에 회전력의 상대적인 차이로 인하여 영역에 따라 파티클을 충분히 제거하기 어렵다. 특히, 최근 반도체 기판에 형성되는 패턴이 미세화됨에 따라 세정공정에서 패턴의 무너짐을 방지하기 위해 기판의 회전수를 적게하는 추세여서 더욱 그러하다. 때문에 세정공정이 완료된 후에도 기판의 에지 영역에 상대적으로 많이 존재하는 파티클을 제거하기 위하여 추가공정이 요구되며, 이로 인해 전체 공정이 길어지는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼에 존재하는 파티클을 효과적으로 제거하는 기판 제정 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 기판 세정 방법에 의하면,
세정액을 토출하며 기판의 중심영역과 에지영역간에 노즐을 이동시키고, 세정액이 토출되는 기판의 영역에 따라 노즐의 토출부와 기판간의 거리를 변화시키면서 기판을 세정한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기판 세정 방법은 노즐이 기판의 중심영역에 세정액을 토출할 때보다 에지 영역에 토출할 때 노즐의 토출부와 기판간의 거리가 더 길 수 있다. 이 방법은 세정액이 기판의 중심영역에서 에지영역으로 토출되는 도중에 노즐의 토출부와 기판간의 거리가 점점 길어지는 구간을 포함할 수 있다.
그리고 세정액이 기판의 중심영역에서 에지 영역으로 토출되는 도중에, 노즐의 토출구와 기판간의 거리가 제 1 속도로 길어지는 구간 및 제 1 속도와 상이한 제 2 속도로 길어지는 구간을 더 포함할 수 있다.
또한, 세정액이 기판의 중심영역에서 에지 영역으로 토출되는 도중에, 노즐의 토출부와 기판간의 거리가 일정하게 유지되는 구간을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 기판 세정 방법은 노즐이 기판의 에지 영역에 세정액을 토출할 때보다 중심영역에 토출할 때 노즐의 토출부와 기판과의 거리가 더 길 수 있다. 이 경우 상기 방법은 세정액이 기판의 중심영역에서 에지 영역으로 토출되는 도중에 노즐의 토출부와 기판간의 거리가 점점 짧아지는 구간을 포함할 수 있다.
그리고 세정액이 기판의 중심영역에서 에지 영역으로 토출되는 도중에, 노즐의 토출부와 기판간의 거리가 제 3 속도로 길어지는 구간 및 제 3 속도와 상이한 제 4 속도로 길어지는 구간을 더 포함할 수 있다.
또한, 세정액이 기판의 중심영역에서 에지 영역으로 토출되는 도중에, 노즐의 토출부와 기판간의 거리가 일정하게 유지되는 구간을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판 세정 방법은 노즐이 세정액을 기판의 중심영역에서 에지 영역으로 토출하면서 이동하는 도중에 기판의 반경방향으로 노즐의 이동속도가 변하는 구간을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 세정 방법은, 세정액이 토출되는 반도체 기판의 영역에 따라 노즐의 토출부와 기판간의 거리가 변한다. 이에 의하여, 기판에 존재하는 파티클, 특히 기판의 에지 영역에 존재하는 파티클을 효과적으로 제거시킬 수 있고, 공정시간을 단축시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 기판을 세정하기 위한 기판 세정 장치이다.
도 2을 참조하면, 기판 세정 장치는 기판 고정유닛(100) 및 세정유닛(200)을 포함한다.
기판 고정유닛(100)은 스핀헤드(110)와 제 1 구동부(200)를 포함한다. 스핀헤드(110)는 높이가 원판 형상으로 기판(W)을 지지한 상태에서 기판(W)을 회전시킨다. 스핀헤드(110)상에는 기판의 하부를 지지하는 복수의 지지핀들(112)과 회전시 기판의 측면을 지지하는 복수의 척킹핀들(111)이 설치된다. 지지핀(112)은 막대형상으로 상부가 뾰족하고 기판(W)의 에지영역(P1)에 접촉하며 스핀헤드(110)상에 서로 대향하여 일정간격으로 다수 배치된다. 척킹핀(111)은 원 또는 타원의 기둥형상으로 기판의 측면을 지지하기 위하여 기판의 측면과 닿는 기둥의 상부가 하부에 비해 좁거나 오목하다. 척킹핀(111)은 기판 측면과 접촉하며 스핀헤드(110)상에 서로 대향하여 일정간격 다수 배치되고, 스핀헤드(110)의 중심방향으로 일정거리 이동이 가능하다.
제 1 구동부(200)는 회전축(120), 구동모터(150), 구동풀리(140), 그리고 벨트(130)를 구비한다. 회전축(120)의 상단은 스핀헤드(110)에 연결되고, 회전축(120)의 하단은 벨트(130)와 연결된다. 구동모터(150)는 외부로부터 인가된 전원에 의하여 동력을 발생시키며, 구동모터(150)에 연결된 구동풀리(140)는 벨트(130)를 통하여 회전축(120)과 연결된다. 구동모터(150)에 의해 발생한 회전력은 벨트(130)를 통하여 회전축(120)에 전달되며, 회전축(120)의 회전속도는 구동모터(150)와 회전축(120)의 직경비에 따라 달리할 수 있다.
기판 고정 유닛(100)은 용기(160)를 더 포함한다. 용기(160)는 스핀헤드(110)를 감싸도록 설치되어 스핀헤드(110)의 회전으로 인하여 기판(W)으로부터 세정액등이 외부로 비산하는 것을 방지한다. 세정액으로는 산 용액(acid solution)이 사용되기 때문에, 주변 장비 보호를 위하여 스핀헤드(110)를 감싸도록 설치되며, 용기(160)의 상단으로 기판(W)이 드나들 수 있도록 개구가 형성된다. 용기(160)는 회전하는 기판(W)의 원심력에 의해 기판(W)으로부터 비산된 세정액이 배수되는 배수라인(161)을 포함한다.
기판 고정 유닛(100)의 상부에는 세정유닛(300)이 배치된다. 세정유닛(300)은 노즐(20), 노즐 이동부재(400), 세정액 저장부(11), 세정액 공급라인(12)을 가진다. 노즐(20)은 수평지지대(22)의 일측에 결합하여 기판(W)의 상면에 세정액을 토출한다. 노즐(20)은 노즐 이동부재(400)에 의해 기판상부를 수직하게 승강할 수 있으며, 기판(W)의 각 영역에 세정액을 토출하며 기판(W)과 나란하게 이동할 수 있다. 노즐 이동부재(400)는 일측에 노즐(20)이 결합하는 수평지지대(22)와 수평지지대(22)의 타측과 결합하고 수평지지대(22)를 지지하는 수직지지대(24)를 포함한다. 수평지지대(22)는 노즐(20)이 기판(W)과 나란하게 이동할 수 있도록 구동되며, 수직지지대(24)는 수평지지대(22)를 수직방향으로 승강 및 회전시킬 수 있도록 구 동된다. 수직지지대(24)의 하부에는 수평지지대(22)와 수직지지대(24)를 구동시킬 수 있는 제 2 구동부(25)와 제 2 구동부(25)를 제어할 수 있는 제어부(28)가 배치된다. 세정액 공급라인(12)은 수평지지대(22) 내부 또는 수평지지대(22) 및 수직지지대(24) 내부에 제공되며 세정액 저장부(11)와 노즐(20)을 연결한다. 세정액 저장부(11)는 세정액 공급라인(12)과 연결되며 세정액을 저장 및 공급한다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 일실시에 따른 기판 세정 방법이다. 도 3a 내지 3e에 나타난 실시예는 노즐(20)의 이동에 의하여 세정액이 기판(W) 상면 중 평면영역의 중심영역(P3)에서 에지영역(P1)으로 토출된다. 세정액이 기판(W)의 중심영역(P3)에 토출될 때보다 기판(W)의 에지 영역(P1)에 토출될 때 노즐(20)의 토출부와 기판간의 거리가 더 길게 형성된다.
도 3a를 참조하면, 노즐(20)은 회전하는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부까지 수직하게 하강하며 세정액을 토출한 후, 제 1 지점(P2) 상부까지 기판(W)과 일정거리 유지하며 세정액을 토출한다. 이 후 노즐(20)은 기판(W)의 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 점점 상승하며 세정액을 토출한다. 도 3a의 경우, 노즐(20)의 토출구와 기판간의 거리는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부에서 제 1 지점(P2) 상부까지 일정하게 유지되며 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 점점 길어진다.
도 3b를 참조하면, 노즐(20)은 회전하는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부까지 수직하게 하강하며 세정액을 토출한 후, 제 1 지점(P2) 상부까지 점점 상승하며 세 정액을 토출한다. 이 후 노즐(20)은 기판(W)의 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 기판(W)과 일정거리 유지하며 세정액을 토출한다. 도 3b의 경우, 노즐(20)의 토출구와 기판(W)간의 거리는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부에서 제 1 지점(P2) 상부까지 점점 길어지며, 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 일정하게 유지된다.
도 3c 및 도 3d를 참조하면, 노즐(20)은 회전하는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부까지 수직하게 하강하며 세정액을 토출한 후, 제 1 지점(P2) 상부까지 제 1 속도로 상승하며 세정액을 토출한다. 이 후 노즐(20)은 기판(W)의 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 제 1 속도와 상이한 제 2 속도로 상승하며 세정액을 토출한다. 도 3c 및 도 3d의 경우, 노즐(20)의 토출구와 기판(W)간의 거리는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부에서 제 1 지점(P2) 상부까지 제 1 속도로 멀어지며, 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 제 1 속도와 상이한 제 2 속도로 멀어진다. 도 3c는 제 2 속도가 제 1 속도보다 큰 실시예를 나타내며, 도 3d는 제 1 속도가 제 2 속도보다 큰 실시예를 나타낸다.
도 3e를 참조하면, 노즐(20)은 회전하는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부까지 수직하게 하강하며 세정액을 토출한 후, 제 1 지점(P2) 상부를 거쳐 에지영역(P1) 상부까지 점점 상승하며 세정액을 토출한다. 도 3e의 경우, 노즐(20)의 토출구와 기판(W)간의 거리는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 점점 길어진다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일실시에 따른 기판(W) 세정 방법으로 세정액 이 토출되는 구간을 중심영역(P3),제 1 지점(P2), 에지영역(P1)으로 구분하였다. 그러나 상기 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하기 위한 일실시에 불과한 것으로 본 발명은 상기 설명되는 실시예에 한정되지 않는다. 따라서 기판(W)의 중심영역(P3)과 에지영역(P1)간에 세정액이 토출되는 방법이 상이한 다수의 구간을 적용할 수 있음은 당연하다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 세정 방법이다. 도 4a 내지 4e에 나타난 실시예는 노즐(20)의 이동에 의하여 세정액이 기판(W) 상면 중 평면영역의 중심영역(P3)에서 에지영역(P1)으로 토출되고, 세정액이 기판(W)의 에지영역(P1)에 토출될 때보다 기판(W)의 중심영역(P3)에 토출될 때 노즐(20)의 토출부와 기판(W)간의 거리가 더 길게 형성된다.
도 4a를 참조하면, 노즐(20)은 회전하는 기판(W)의 에지영역(P1) 상부에서 중심영역(P3) 상부로 기판(W)과 일정거리 유지하며 세정액을 토출한 후, 제 1 지점(P2) 상부까지 기판(W)과 일정거리 유지하며 세정액을 토출한다. 이 후 노즐(20)은 기판(W)의 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 점점 하강하며 세정액을 토출한다. 도 4a의 경우, 노즐(20)의 토출구와 기판(W)간의 거리는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부에서 제 1 지점(P2) 상부까지 일정하게 유지되며, 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 점점 짧아진다.
도 4b를 참조하면, 노즐(20)은 회전하는 기판(W)의 에지영역(P1) 상부에서 중심영역(P3) 상부로 기판(W)과 일정거리 유지하며 세정액을 토출한 후, 제 1 지 점(P2) 상부까지 점점 하강하며 세정액을 토출한다. 이 후 노즐(20)은 기판(W)의 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 기판(W)과 일정거리 유지하며 세정액을 토출한다. 도 4b의 경우, 노즐(20)의 토출구와 기판(W)간의 거리는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부에서 제 1 지점(P2) 상부까지 점점 짧아지며, 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 일정하게 유지된다.
도 4c 및 도 4d를 참조하면, 노즐(20)은 회전하는 기판(W)의 에지영역(P1) 상부에서 중심영역(P3) 상부로 기판(W)과 일정거리 유지하며 세정액을 토출한 후, 제 1 지점(P2) 상부까지 제 3 속도로 하강하며 세정액을 토출한다. 이 후 노즐(20)은 기판(W)의 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 제 3 속도와 상이한 제 4 속도로 하강하며 세정액을 토출한다. 도 4c 및 도 4d의 경우, 노즐(20)의 토출구와 기판간의 거리는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부에서 제 1 지점(P2) 상부까지 제 3 속도로 가까워 지며, 제 1 지점(P2) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 제 3 속도와 상이한 제 4 속도로 가까워진다. 도 4c는 제 3 속도가 제 4 속도보다 큰 실시예를 나타내며, 도 4d는 제 4 속도가 제 3 속도보다 큰 실시예를 나타낸다.
도 4e를 참조하면, 노즐(20)은 회전하는 기판(W)의 에지영역(P1) 상부에서 중심영역(P3) 상부로 기판(W)과 일정거리 유지하며 세정액을 토출한 후, 제 1 지점(P2) 상부를 거쳐 에지영역(P1) 상부까지 점점 하강하며 세정액을 토출한다. 도 4e의 경우, 노즐(20)의 토출구와 기판간의 거리는 기판(W)의 중심영역(P3) 상부에서 에지영역(P1) 상부까지 점점 짧아진다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일실시에 따른 기판 세정 방법으로 세정액이 토출되는 구간을 중심영역(P3),제 1 지점(P2), 에지영역(P1)으로 구분하였다. 그러나 상기 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하기 위한 일실시에 불과한 것으로 본 발명은 상기 설명되는 실시예에 한정되지 않는다. 따라서 기판(W)의 중심영역(P3)과 에지영역(P1)간에 세정액이 토출되는 방법이 상이한 다수의 구간을 적용할 수 있음은 당연하다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나태내고 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.
도 1a 내지 1c는 종래 기술의 일실시 예에 따른 기판 세정 방법이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 세정 방법으로 기판을 세정하기 위한 기판 세정 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 기판 세정 방법의 실시 예이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 기판 세정 방법의 실시 예이다.

Claims (11)

  1. 기판 상면 중 평면영역의 중심영역과 에지영역간에 세정액을 토출시키면서 노즐을 이동시키되,
    상기 세정액이 토출되는 상기 평면영역의 영역에 따라 상기 노즐의 토출부와 상기 평면영역간의 거리가 변하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액이 상기 평면영역의 중심영역에 토출될 때보다 상기 평면영역의 에지 영역에 토출될 때, 상기 노즐의 토출부와 상기 평면영역간의 거리가 더 긴 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐이 상기 세정액을 상기 평면영역의 중심영역에서 에지 영역으로 토출하면서 이동하는 도중에, 상기 노즐의 토출부와 상기 평면영역간의 거리가 점점 길어지는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 노즐이 상기 세정액을 상기 평면영역의 중심영역에서 에지 영역으로 토출하면서 이동하는 도중에, 상기 노즐의 토출부와 상기 평면영역간의 거리가 제 1 속도로 길어지는 구간; 및
    상기 제 1 속도와 상이한 제 2 속도로 길어지는 타구간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 노즐이 상기 세정액을 상기 평면영역의 중심영역에서 에지 영역으로 토출하면서 이동하는 도중에, 상기 노즐의 토출부와 상기 평면영역간의 거리가 일정하게 유지되는 구간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액이 상기 평면영역의 에지 영역에 토출될 때보다 상기 평면영역의 중심영역에 토출될 때, 상기 노즐의 토출부와 상기 평면영역간의 거리가 더 긴 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 노즐이 상기 세정액을 상기 평면영역의 중심영역에서 에지 영역으로 토출하면서 이동하는 도중에, 상기 노즐의 토출부와 상기 평면영역간의 거리가 점점 짧아지는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 노즐이 상기 세정액을 상기 평면영역의 중심영역에서 에지영역으로 토출하면서 이동하는 도중에, 상기 노즐의 토출부와 상기 평면영역간의 거리가 제 3 속도로 짧아지는 구간; 및
    상기 제 3 속도와 상이한 제 4 속도로 짧아지는 타구간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 노즐이 상기 세정액을 상기 평면영역의 중심영역에서 에지 영역으로 토출하면서 이동하는 도중에, 상기 노즐의 토출부와 상기 평면영역간의 거리가 일정하게 유지되는 구간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐이 상기 세정액을 상기 평면영역의 중심영역에서 에지 영역으로 토출하면서 이동하되, 상기 기판의 반경 방향으로 상기 노즐의 이동속도가 변하는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 중심영역 및 상기 에지영역 각각에서 상기 평면영역에 수직 배치되어 상기 세정액을 토출하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
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