KR20080023861A

KR20080023861A - 기판을 처리하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20080023861A
Application number: KR1020060087949A
Authority: KR
Inventors: 배정용; 최충식; 송길훈
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-03-17

Abstract

지지 플레이트 상에 로딩된 웨이퍼(W)에 세정액이 공급되면, 웨이퍼(W)의 표면에는 세정액층이 형성된다. 프로브의 일단은 세정액층에 접하여 세정액층에 초음파를 전달하며, 초음파는 프로브의 타단에 연결된 액츄에이터에 의해 발생한다. 프로브는 경사진 상태에서 프로브의 축방향으로 진동하는 초음파를 세정액층에 전달하며, 공정종료시까지 프로브는 웨이퍼(W)의 중앙으로부터 웨이퍼(W)의 가장자리까지 직선왕복운동한다.

프로브, 초음파, 왕복운동

Description

기판을 처리하는 장치 및 방법{Apparatus and method for treating substrate}

도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 세정유닛을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 기판처리장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 기판처리방법을 나타내는 흐름도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 지지부재 12 : 지지 플레이트

14 : 지지축 20 : 세정액노즐

100 : 초음파 세정유닛 120 : 프로브

130 : 액츄에이터 140 : 하우징

150 : 홀더 160 : 제1 이동암

170 : 제1 구동기 180 : 제2 이동암

190 : 제2 구동기

본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파를 이용하여 기판을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

웨이퍼(W)의 표면 상에는 파티클들이 부착될 수 있으며, 일부 파티클들은 정전기력(electrostatic forces)으로 인하여 집요하게 붙어 있다. 따라서, 이들을 제거하기 위한 추가적인 단계들이 요구된다.

종래에는 이러한 파티클들을 제거하기 위하여 실내 공기를 정화하는 헤파 필터(HEPA filter)에 의존하였으나, 웨이퍼 표면의 파티클들은 실내 공기의 정화만으로 충분히 제거되지 않았다.

종래의 RCA 세정 절차는 파티클들보다 오염막들(contaminant films)과 원자요소들(atomic elements)을 제거하기 위하여 고안되었으므로, 파티클들을 다루기 위해서는 추가적인 전략이 요구된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기판 상의 파티클들을 충분하게 제거할 수 있는 기판처리장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 의하면, 기판처리장치는 기판을 지지하며 회전가능한 지지 플레이트와, 공정진행시 상기 기판의 상부에 처리액을 공급하는 처리액노즐과, 진동에 의하여 기설정된 주파수의 초음파를 발생시키는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터에 일단이 연결되며 타단은 상기 기판의 표면에 형성된 처리액층에 접하여 상기 액츄에 이터로부터 발생한 초음파를 상기 처리액층에 전달하는 프로브를 포함한다.

상기 프로브는 상기 기판과 기설정된 각도를 이룰 수 있으며, 상기 각도는 45°일 수 있다.

상기 프로브는 상기 기판의 표면과 나란하며, 상기 처리액층에 접하는 가진면을 구비할 수 있다.

상기 장치는 공정진행시 상기 기판의 상부에서 상기 기판의 일측으로부터 상기 기판의 타측을 향하여 상기 기판의 표면과 나란한 방향으로 상기 프로브를 직선이동시키는 이동부를 더 포함할 수 있으며, 상기 이동부는 상기 프로브를 왕복운동시킬 수 있다.

상기 액츄에이터는 상기 프로브의 축방향으로 진동할 수 있으며, 상기 처리액은 세정액일 수 있다.

본 발명에 의하면, 기판을 처리하는 방법은 기판을 지지 플레이트 상에 로딩하고 로딩된 기판을 회전시키는 단계와, 처리액을 공급하여 상기 기판의 상부에 처리액층을 형성하는 단계와, 프로브의 일단이 상기 처리액층에 접하도록 상기 프로브를 상기 기판의 상부로 이동하는 단계와, 상기 프로브를 통하여 상기 처리액층에 초음파를 전달하는 단계를 포함한다.

상기 프로브를 통하여 초음파를 전달하는 단계는 상기 프로브가 상기 기판과 기설정된 각도를 이룬 상태에서 이루어질 수 있다.

상기 프로브를 통하여 초음파를 전달하는 단계는 상기 프로브의 일단에 제공되며 상기 기판의 표면과 평행한 가진면을 통하여 이루어질 수 있다.

상기 프로브를 통하여 초음파를 전달하는 단계는 상기 기판의 일측으로부터 상기 기판의 타측을 향하여 상기 기판의 표면과 나란한 방향으로 상기 프로브를 직선이동하면서 이루어질 수 있으며, 상기 직선이동은 직선왕복운동일 수 있다.

상기 프로브를 통하여 전달되는 초음파는 상기 프로브의 타단에 설치된 액츄에이터로부터 발생될 수 있다.

상기 프로브를 통하여 전달되는 초음파는 상기 프로브의 축방향으로 진동하는 종파(longitudinal wave)인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.

상기 처리액을 공급하는 단계는 세정액을 공급하는 단계일 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

이하에서는 기판처리장치(1)의 일례로 세정장치를 예로 들어 설명하나, 본 발명은 초음파를 이용하는 장치에 응용될 수 있다. 또한, 기판의 일례로 웨이퍼(W)를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치(1)를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 초음파 세정유닛(100)을 개략적으로 나타내는 도면이다.

기판처리장치(1)는 지지부재(10), 세정액노즐(20), 초음파 세정유닛(100)을 포함한다.

지지부재(10)는 로딩된 웨이퍼(W)와 나란하게 배치되는 원판 형상의 지지 플레이트(12), 지지 플레이트(12)의 하부에 연결되며 회전가능한 지지축(14)을 포함한다.

지지 플레이트(12)의 상부에는 로딩된 웨이퍼(W)의 배면을 지지하는 복수의 지지핀(11a)들이 설치되며, 지지핀(11ads)의 바깥쪽에는 웨이퍼(W)의 측부를 지지하는 홀딩핀(11b)들이 설치된다.

세정액노즐(20)은 지지 플레이트(12)의 상부에 로딩된 웨이퍼(W)의 상부면에 세정액을 공급한다. 세정액은 제1 표준세정액(Standard Clean-1:SC-1) 및 제2표준세정액(Standard Clean-2:SC-2)을 포함하며, 이외에도 세정하고자 하는 오염물질에 따라 다양한 세정액이 공급될 수 있다. 한편, 세정액노즐(20)로부터 공급된 세정액은 웨이퍼(W)의 상부면에 고르게 분포되어 세정액층(CL)을 형성한다.

초음파 세정유닛(100)은 프로브(120), 액츄에이터(actuator)(130), 케이스(140), 그리고 홀더(150)를 포함한다.

프로브(120)는 후술하는 액츄에이터(130)에서 발생된 초음파를 웨이퍼(W)의 상부면에 형성된 세정액층(CL)에 전달하는 역할을 한다. 프로브(120)는 일단이 웨 이퍼(W)에 접촉하는 전단부(122)와, 전단부(122)의 타단에 연결되는 후단부(124)를 포함한다. 후단부(124)의 직경은 전단부(122)의 직경보다 크다. 전단부(122)는 세정액층(CL)과 접촉하는 접촉면(123)을 구비한다.

프로브(120)는 석영이나 초음파를 효과적으로 전달하는 불활성의 비오염 재료(non-contaminating material)로 제조되는 것이 바람직하다.

액츄에이터(130)의 일측은 후단부(124)에 연결되며, 타측에 연결된 전원공급라인(132)을 통하여 공급되는 전원을 이용하여 초음파를 발생시킨다. 액츄에이터(130)는 압전 변환기(piezoelectric transducer)이며, 20-50㎑에서 작동하는 울트라 소닉(ultrasonic)과 약 1㎒에서 작동하는 메가소닉(megasonic)이 모두 가능하다. 그러나, 고주파수에서 동작하는 메가소닉의 효과가 더욱 뛰어나다. 소모전력은 1-5W를 사용하며, 저전력을 이용하여 패턴의 손상을 줄일 수 있다.

엑츄에이터(130)는 프로브(120)의 축방향으로 진동하며, 일측에 연결된 후단부(124)를 진동시킨다. 한편, 도시하지는 않았지만, 액츄에이터(130)와 후단부(124) 사이에는 액츄에이터(130)의 진동을 후단부(124)에 더욱 원활히 전달하기 위한 별도의 매개체(medium)가 제공될 수 있다.

한편, 후단부(124)에는 액츄에이터(130)를 감싸는 하우징(140)이 연결되며, 하우징(140)의 후단에는 홀더(150)가 설치되어 액츄에이터(130)에 연결되는 전원공급라인(132)을 고정한다.

하우징(140)에는 제1 이동암(160)의 일단이 연결되며, 제1 이동암(160)의 타단에는 웨이퍼(W)의 표면과 나란한 방향으로 제1 이동암(160)을 직선이동시키는 제1 구동기(170)가 연결된다. 제1 구동기(170)는 프로브(120)를 웨이퍼(W)의 중앙으로부터 웨이퍼(W)의 가장자리까지 이동시킨다.

제1 구동기(170)는 제1 이동암(160)과 대체로 수직한 제2 이동암(180)의 일단이 연결되며, 제2 이동암(180)의 타단은 제2 구동기(190)에 연결된다. 제2 구동기(190)는 프로브(120)를 상하로 승강시킨다.

도 3은 본 발명에 따른 기판처리장치(1)의 작동상태를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 기판처리방법을 나타내는 도면이다. 이하, 도 3 및 도 4를 참고하여 기판을 처리하는 방법을 살펴보기로 한다.

먼저, 웨이퍼(W)를 지지 플레이트(12)의 상부에 로딩하고, 지지축(14)을 이용하여 지지 플레이트(12)를 웨이퍼(W)와 함께 회전시킨다(S10).

세정액노즐(20)은 회전하는 웨이퍼(W)의 상부면 중앙에 세정액을 공급한다. 공급된 세정액은 웨이퍼(W)의 회전으로 인하여 웨이퍼(W)의 가장자리까지 고르게 퍼지며, 웨이퍼(W)의 상부면에 일정 두께의 세정액층(CL)을 형성한다(S20).

웨이퍼(W)의 상부면에 세정액층(CL)이 형성되면, 프로브(120)를 웨이퍼(W)의 상부로 이동하며(S30), 프로브(120)의 접촉면(123)을 세정액층(CL)에 접촉시킨다. 이때, 접촉면(123)은 웨이퍼(W)의 상부면으로부터 이격되는 것이 바람직하며, 이는 웨이퍼(W)의 상부면에 형성된 패턴을 보호하기 위한 것이다. 웨이퍼(W)의 상부면과 의 이격거리는 약 0.75-2㎜가 바람직하다.

한편, 액츄에이터(130)는 전원공급라인(132)을 통해 공급된 전원을 이용하여 프로브(120)의 축방향과 일치하는 초음파를 발생시킨다. 이때, 발생된 초음파는 진행방향과 진동방향이 일치하는 종파(longitudinal wave)이다.

액츄에이터(130)에서 발생한 초음파는 세정액층(CL)과 접촉된 접촉면(123)을 통해 전달된다(S40). 초음파는 반복되는 인장응력(tensile stress)과 압축응력(compressive stress)을 이용하여 작은 증기버블들(vapor bubbles)을 발생시키고, 증기버블들을 팽창시키며, 증기버블들을 붕괴시킨다. 버블 붕괴(bubble collapsing)는 캐비테이션(cavitation)으로 알려져 있으며, 이는 웨이퍼(W) 표면 상의 파티클들의 부착력을 약화시킨다.

따라서, 웨이퍼(W) 표면 상의 파티클들은 세정액노즐(20)로부터 공급되는 세정액에 의하여 웨이퍼(W)의 표면으로부터 분리되며, 세정액과 함께 외부로 배출된다.

한편, 프로브(120)는 웨이퍼(W)의 표면과 일정 각도(θ)를 이룬다. 따라서, 프로브(120)를 따라 전달되는 프로브(120)의 축방향 진동(V)은 웨이퍼(W)의 표면에 나란한 성분의 진동(V_H)과 웨이퍼(W)의 표면에 수직한 성분의 진동(V_N)으로 분해될 수 있으며, 한방향의 진동을 이용하여 웨이퍼(W)의 표면에 두 가지의 진동을 전달할 수 있다.

이때, 웨이퍼(W)의 표면에 나란한 성분의 진동(V_H)과 웨이퍼(W)의 표면에 수직한 성분의 진동(V_N)을 동일하게 제공하기 위해서는 프로브(120)가 웨이퍼(W)의 표면과 이루는 각도(θ)는 45°인 것이 바람직하다.

또한, 공정진행시 접촉면(123)은 프로브(120)의 길이 방향과 일정한 각도를 이루며, 웨이퍼(W)의 표면과 나란하다. 따라서, 세정액층(CL)과의 접촉면적을 늘릴 수 있다.

또한, 프로브(120)는 웨이퍼(W)의 중앙으로부터 웨이퍼(W)의 가장자리를 향하여 직선왕복운동한다(S50). 따라서, 초음파를 웨이퍼(W)의 전면에 대하여 균일하게 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면 기판 상의 파티클들을 충분하게 제거할 수 있다.

Claims

기판을 지지하며, 회전가능한 지지 플레이트;

공정진행시 상기 기판의 상부에 처리액을 공급하는 처리액노즐;

진동에 의하여 기설정된 주파수의 초음파를 발생시키는 액츄에이터; 및

상기 액츄에이터에 일단이 연결되며, 타단은 상기 기판의 표면에 형성된 처리액층에 접하여 상기 액츄에이터로부터 발생한 초음파를 상기 처리액층에 전달하는 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

상기 프로브는 상기 기판에 대하여 경사지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제2항에 있어서,

상기 프로브의 끝단에는 상기 기판의 표면과 나란하며, 상기 처리액층에 접하는 접촉면이 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

상기 장치는 공정진행시 상기 기판의 상부에서 상기 기판의 중앙으로부터 상기 기판의 가장자리를 향하여 상기 기판의 표면과 나란한 방향으로 상기 프로브를 직선왕복운동시키는 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

상기 처리액은 탈이온수인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
기판을 지지 플레이트 상에 로딩하고 로딩된 상기 기판을 회전시키는 단계;

처리액을 공급하여 상기 기판의 상부에 처리액층을 형성하는 단계;

프로브의 일단이 상기 처리액층에 접하도록 상기 프로브를 상기 기판의 상부로 이동하는 단계; 및

상기 프로브를 통하여 상기 처리액층에 초음파를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제6항에 있어서,

상기 프로브를 통하여 초음파를 전달하는 단계는 상기 프로브가 상기 기판에 대하여 경사지도록 배치된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제6항에 있어서,

상기 프로브를 통하여 초음파를 전달하는 단계는 상기 기판의 일측으로부터 상기 기판의 타측을 향하여 상기 기판의 표면과 나란한 방향으로 상기 프로브를 직선왕복운동하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제6항에 있어서,

상기 프로브를 통하여 전달되는 초음파는 상기 프로브의 축방향으로 진동하는 종파(longitudinal wave)인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제6항에 있어서,

상기 처리액을 공급하는 단계는 탈이온수를 공급하는 단계인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.