KR100473475B1 - 기판 세정 장치 - Google Patents
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Abstract
개시된 장치는 기판을 지지하기 위한 척과, 기판의 표면에 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급부와, 기판의 상부면에 공급된 세정액에 초음파 진동을 인가하기 위한 프로브를 포함한다. 프로브는 기판의 상부면에 공급된 세정액에 접촉되며, 수직 방향으로 연장된다. 또한, 프로브의 단면적은 기판을 향하여 점차 증가하며, 하부면은 요철 형상을 갖는다. 프로브의 하부면의 면적이 프로브의 상부면의 면적보다 크기 때문에 세정액에 인가되는 초음파 진동이 넓게 분산되고, 하부면의 요철은 기판의 표면으로부터 반사된 반사파를 분산시킨다. 따라서, 초음파 진동에 의한 패턴의 파손이 방지된다. 또한, 척의 회전과 프로브의 수평 방향 이동에 의해 기판의 상부면에 공급된 세정액에 초음파 진동이 균일하게 전달된다.
Description
본 발명은 기판 세정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 기판의 표면에 공급된 세정액에 초음파 진동을 인가하여 반도체 기판을 세정하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 증착, 포토리소그래피, 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해 제조된다. 상기 단위 공정들 중에서 세정 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 반도체 기판의 표면에 부착된는 이물질 또는 불필요한 막을 제거하는 공정으로, 최근 반도체 기판 상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 중요도가 높아지고 있다.
상기 세정 공정을 수행하는 장치는 다수의 반도체 기판을 동시에 세정하는 배치식 세정 장치와 낱장 단위로 반도체 기판을 세정하는 매엽식 세정 장치로 구분된다. 배치식 세정 장치는 반도체 기판을 세정하기 위한 세정액이 수용된 세정조에 다수의 반도체 기판을 침지시켜 동시에 다수의 반도체 기판을 세정한다. 이때, 세정조에 수용된 세정액에는 세정 효율을 향상시키기 위한 초음파 진동이 인가될 수 있다. 매엽식 세정 장치는 반도체 기판을 지지하기 위한 척과 반도체 기판의 전면 또는 이면에 세정액을 공급하기 위한 노즐들을 포함한다. 반도체 기판에 공급되는 세정액은 초음파 진동이 인가된 상태로 공급될 수도 있고, 반도체 기판 상에 공급된 상태에서 초음파 진동이 인가될 수도 있다.
초음파 진동을 세정액에 인가하여 반도체 기판을 세정하는 매엽식 세정 장치의 일 예로서, 미합중국 특허 제6,039,059호(issued to Bran)에는 메가소닉(megasonic) 에너지를 사용하여 반도체 기판에 공급된 세정액을 진동시켜 반도체 기판을 세정하는 장치가 개시되어 있다. 상기 세정 장치는 메가소닉 에너지를 세정액에 인가하기 위한 길게 연장된 석영 프로브를 구비한다. 또한, 미합중국 공개특허 제2001-32657호(Itzkowitz, Herman)에는 반도체 기판 상에 제공된 세정액 또는 식각액에 기계적 진동을 인가하기 위한 메가소닉 변환기를 갖는 메가소닉 처리 장치가 개시되어 있다.
도 1은 상기 석영 프로브를 갖는 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(W)은 원형의 척(110) 상에 놓여지고, 척(110)은 모터(120)로부터 제공되는 회전력에 의해 회전된다. 척(110)은 반도체 기판(W)을 지지하기 위한 원형 링(112)과, 회전축(122)의 상단 부위에 설치되는 허브(114, hub) 및 허브(114)와 원형 링(112)을 연결하는 다수개의 스포크(116, spoke)들을 포함한다.
척(110)에 놓여진 반도체 기판(W)의 상부에는 반도체 기판(W)을 세정하기 위한 세정액을 반도체 기판(W)의 상부면으로 제공하는 제1노즐(130)이 구비되고, 반도체 기판(W)의 회전에 의해 반도체 기판(W)의 주변 부위로 비산되는 세정액을 막기 위한 보울(140, bowl)이 척(110)을 둘러싸도록 배치된다.
보울(140)의 바닥에는 반도체 기판(W)으로부터 이탈된 세정액을 배출하기 위한 배출구(150)가 연결되어 있으며, 모터(120)의 회전력을 척(110)에 전달하기 위한 회전축(122)이 보울(140)의 바닥 중앙 부위를 관통하여 설치되어 있다. 보울(140)의 일측 부위에는 수직 방향으로 슬롯(140a)이 형성되어 있으며, 슬롯(140a)을 통해 반도체 기판(W)의 상부면에 제공된 세정액에 초음파 진동을 인가하기 위한 석영 프로브(160)가 설치되어 있다.
석영 프로브(160)는 긴 막대 형상을 가지며, 반도체 기판(W)의 주연 부위로부터 중앙 부위를 향해 배치되며, 반도체 기판(W)의 상부면과 일정한 간격을 갖도록 반도체 기판(W)과 평행하게 배치된다. 석영 프로브(160)의 후단 부위에는 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동부(170)가 연결되어 있다. 한편, 척(110)에 놓여진 반도체 기판(W)의 하부면으로 세정액을 공급하기 위한 제2노즐(132)이 보울(140)의 일측 부위를 관통하여 설치되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 세정 장치(100)를 사용하여 반도체 기판(W)의 세정 공정을 수행하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 기판(W)을 척(110) 상에 올려놓는다. 이어서, 모터(120)를 작동시켜 반도체 기판(W)을 회전시키고, 제1노즐(130) 및 제2노즐(132)을 통해 반도체 기판(W)의 상부면과 하부면에 세정액을 공급한다.
반도체 기판(W)의 상부면으로 공급된 세정액은 반도체 기판(W)의 회전에 의해 석영 프로브(160)와 반도체 기판(W)의 상부면 사이로 제공된다. 상기와 같이 석영 프로브(160)와 반도체 기판(W) 사이로 제공되는 세정액에는 석영 프로브(160)로부터 초음파 진동이 인가되며, 진동된 세정액에 의해 반도체 기판(W)의 상부면에 부착된 미세한 파티클이 제거된다.
이때, 반도체 기판(W) 상의 불필요한 막 또는 이물질 등을 제거하기 위한 케미컬(chemical)이 반도체 기판(W)의 상부면으로 제공될 수도 있다. 상기 초음파 진동은 케미컬과 반도체 기판(W) 상의 불필요한 막 또는 이물질의 화학 반응을 촉진시켜 반도체 기판(W) 상의 불필요한 막 또는 이물질의 제거 효율을 향상시킨다.
반도체 기판(W)의 상부면 또는 하부면으로부터 이탈된 세정액은 보울(140)의 측벽에 의해 차단되어 보울(140)의 바닥으로 이동되고, 보울(140)의 바닥에 연결되어 있는 배출구(150)를 통해 배출된다.
상기와 같은 세정 장치(100)의 석영 프로브(160)는 긴 막대 형상을 갖기 때문에 반도체 기판(W)의 대형화에 용이하게 대처할 수 없다는 단점이 있다. 긴 막대 형상을 갖는 석영 프로브(160)의 길이를 연장시키는 것은 매우 제한적이며, 초음파 진동으로 인해 수명이 짧다는 단점이 있다.
최근, 반도체 기판(W) 상에 형성되는 패턴이 점차 미세화되고, 패턴의 대조비가 커짐에 따라 상기와 같이 반도체 기판(W)의 상부면에 제공되는 세정액에 직접적으로 초음파 진동을 인가하는 경우 미세한 패턴이 손상될 우려가 있다. 상기와 같은 패턴의 손상은 초음파 진동부(170)와 인접한 반도체 기판(W)의 가장자리 부위에서 심각하게 발생한다. 이는 초음파 진동부(170)로부터 석영 프로브(160)를 통해 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액에 인가되는 초음파 진동의 크기가 초음파 진동부(170)로부터 이격된 거리에 따라 다르기 때문이다. 상기와 같이 반도체 기판(W) 가장자리의 패턴 손상을 방지하기 위해 초음파 진동부(170)의 파워를 낮출 경우 반도체 기판(W) 중앙 부위의 이물질이 제거되지 않는다는 문제점이 발생한다.
또한, 반도체 기판(W)의 표면으로부터 반사된 반사파에 의해 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액에 인가된 초음파 진동이 비정상적으로 증폭되는 현상이 발생되며, 상기 증폭된 초음파 진동에 의해 반도체 기판(W)의 상부면에 형성된 미세 패턴이 손상된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 기판의 크기와 상관없이 반도체 기판의 표면에 공급된 세정액에 균일하게 초음파 진동을 인가하며, 상기 초음파 진동에 의한 패턴의 손상을 방지하는 기판 세정 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 기판 세정 장치는, 기판을 지지하고, 회전시키기 위한 척과, 상기 척에 지지된 기판의 표면으로 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급부와, 상기 척에 지지된 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉되어 수직 방향으로 연장되며, 상기 기판을 향하여 점차 증가하는 단면적을 갖고, 수평 방향으로 이동 가능하도록 설치되는 프로브(probe)와, 상기 프로브의 상부에 연결되며, 상기 프로브보다 높은 열전도도를 갖는 물질로 이루어지는 열전달 부재와, 상기 열전달 부재와 연결되며, 상기 프로브를 진동시키기 위한 진동부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 기판 세정 장치는, 기판을 지지하고, 회전시키기 위한 척과, 상기 척에 지지된 기판의 표면으로 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급부와, 전기적인 초음파 에너지를 물리적인 초음파 진동 에너지로 변환시키기 위한 압전 변환기와, 상기 압전 변환기와 음향적으로 결합되고, 냉매가 공급되는 유로가 형성되어 있는 열전달 부재와, 상기 하우징을 통해 상기 열전달 부재의 하부면에 음향적으로 결합되어 수직 방향으로 연장되며, 상기 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉하여 상기 세정액에 초음파 진동 에너지를 인가하며, 상기 기판을 향하여 점차 증가하는 단면적을 갖는 프로브와, 상기 압전 변환기와 상기 열전달 부재를 수납하기 위한 하우징과, 상기 하우징과 연결되어 수평 방향으로 연장된 수평 암과, 상기 수평 암을 회전시키기 위한 구동부를 포함한다.
상기 기판의 회전과 프로브의 수평 방향 이동에 의해 상기 기판의 상부면에 공급된 세정액에는 균일한 초음파 진동이 인가된다. 또한, 프로브의 단면적이 기판을 향하여 증가되므로 기판의 상부면에 공급된 세정액에 인가되는 초음파 진동은 넓게 분산된다. 이에 따라, 기판의 상부면에 형성된 미세 패턴의 손상이 감소된다.
한편, 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉되는 프로브의 하부면은 요철 형상을 갖는다. 상기 기판의 표면으로부터 반사된 반사파는 요철이 형성된 기판의 하부면에 의해 분산된다. 따라서, 세정액에 인가된 초음파 진동이 비정상적으로 증폭되는 현상이 방지된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 프로브 및 초음파 진동부를 설명하기 위한 상세도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바에 의하면, 상기 제1실시예에 따른 기판 세정 장치(200)는 반도체 기판(W)을 지지하고, 회전시키기 위한 척(210)을 갖는다. 척(210)은 제1모터(218)의 회전력을 전달하기 위한 제1회전축(220)과 연결되어 있는 허브(214)와, 반도체 기판(W)을 지지하기 위한 원형 링(212)과, 허브(214) 및 원형 링(212)을 연결하기 위한 다수개의 스포크(216)를 포함한다. 척(210)의 구조는 다양하게 변경될 수 있으며, 다양한 척의 구조가 공지되어 있으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
척(210)의 둘레에는 보울(202)이 구비되며, 보울(202)은 반도체 기판(W)의 표면으로 공급되어 반도체 기판(W)의 회전에 의해 반도체 기판(W)으로부터 비산된 세정액을 차단한다. 보울(202)에 의해 차단된 세정액은 보울(202)의 하부에 연결된 배출관(208)을 통해 배출된다. 척(210)에 지지된 반도체 기판(W)을 회전시키기 위한 회전력을 전달하는 제1회전축(220)은 보울(202)의 하부 중앙 부위를 관통하여 설치되어 있다. 보울(202)은 반도체 기판(W)의 로딩 및 언로딩을 위해 상하 이동 가능하도록 설치될 수 있다.
척(210)에 지지된 반도체 기판(W)의 표면에 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급부는 반도체 기판(W)의 상부면에 세정액을 공급하기 위한 제1노즐(204)과 반도체 기판(W)의 하부면에 세정액을 공급하기 위한 제2노즐(206)을 포함한다. 제1노즐(204)은 척(210)의 상부에 배치되며, 제2노즐(206)은 보울(202)의 측벽을 관통하여 설치되어 있다. 여기서, 세정액으로는 탈이온수(de-ionized water, H2O), 불산(HF)과 탈이온수의 혼합액, 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합액, 불화암모늄(NH4F)과 불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액 및 인산(H3PO4
) 및 탈이온수를 포함하는 혼합액 등이 사용된다.
일반적으로, 탈이온수는 반도체 기판(W)에 부착된 이물질 제거 및 린스의 목적으로 사용된다.
불산과 탈이온수의 혼합액(DHF)은 반도체 기판(W) 상에 형성된 자연 산화막(SiO2) 제거 및 금속 이온 제거를 위해 사용한다. 이때, 불산과 탈이온수의 혼합 비율은 1:100 내지 1:500 정도이며, 세정 공정의 조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
일반적으로, SC1(standard clean 1) 용액이라 불리는 수산화암모늄과 과산화수소 및 탈이온수의 혼합액은 반도체 기판(W) 상에 형성된 산화막 또는 반도체 기판(W) 상에 부착된 유기물을 제거하며, 혼합 비율은 1:4:20 내지 1:4:100 정도이며, 세정 공정에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
그리고, Lal 용액이라 불리는 불화암모늄과 불산 및 탈이온수의 혼합액은 반도체 기판(W) 상에 형성된 산화막을 제거하며, 인산과 탈이온수를 포함하는 혼합액은 상기 Lal 용액으로 처리가 불가능한 나이트라이드(nitride) 계열의 이물질을 제거한다.
상기 세정액은 온도가 높을수록 높은 세정 효과를 나타내며, 상기 온도는 적절하게 조절될 수 있다. 또한, 상기와 같이 다양한 세정액들은 제거하고자 하는 이물질의 종류에 따라, 순차적으로 사용될 수도 있다.
척(210)에 지지된 반도체 기판(W)의 상부에 배치되는 프로브(230)는 제1노즐(204)을 통해 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액에 초음파 진동을 인가한다. 프로브(230)는 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액과 접촉되며, 수직 방향으로 연장된다. 프로브(230)는 반도체 기판(W)을 향하여 점차 증가하는 단면적을 갖는다. 도 2 및 도 3에 도시된 프로브(230)는 원형 단면을 가지며, 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액과 접촉되는 프로브(230)의 하부면의 직경이 프로브(230)의 상부면의 직경보다 크다. 프로브(230)는 원형이 아닌 다른 단면 형상을 가질 수도 있다.
프로브(230)의 상부면에는 열전달 부재(232)가 음향적으로 결합되어 있고, 전기적인 초음파 에너지를 물리적인 초음파 진동 에너지로 변환시키는 초음파 진동부(234)가 열전달 부재(232)의 상부면에 음향적으로 결합되어 있다. 프로브(230)와 열전달 부재(232)는 접착 물질(236)에 의해 접착되는 것이 바람직하다. 또한, 프로브(230)와 열전달 부재(232) 사이에 다수의 홀이 형성되어 있는 얇은 금속 스크린이 개재될 수 있다.
전기적인 에너지를 물리적인 진동 에너지로 변환시키는 압전 변환기(piezoelectric transducer)가 초음파 진동부(234)로 사용될 수 있으며, 프로브(230)는 초음파 에너지를 효과적으로 전달하는 석영으로 제조되는 것이 바람직하다. 석영 프로브(230)는 대부분의 세정액에 만족스럽게 사용될 수 있지만, 불산을 포함하는 세정액은 석영을 식각할 수 있다. 따라서, 사파이어(sapphire), 탄화규소(silicon carbide), 질화붕소(boron nitride) 등이 석영 대신에 사용될 수 있다. 또한, 석영 프로브(230)는 불산에 견딜 수 있는 탄화규소 또는 탄소유리(vitreous carbon)로 코팅될 수 있다.
열전달 부재(232)는 원기둥 형상을 가지며, 프로브(230)의 열전도도보다 높은 열전도도를 갖는 물질로 이루어진다. 예를 들면, 열전달 부재(232)는 동, 알루미늄 등과 같이 열전도도가 높은 물질로 이루어진다. 열전달 부재(232)의 측면에는 열전달 부재(232)의 온도를 조절하기 위한 냉매가 제공되는 제1환형 그루브(232a, groove)가 형성되어 있으며, 제1환형 그루브(232a)의 상측 및 하측에는 제2환형 그루브와 제3환형 그루브가 각각 형성되어 있다. 제2환형 그루브와 제3환형 그루브에는 냉매의 누설을 방지하기 위한 오-링(238)과 같은 밀봉 부재가 끼워져 있다.
열전달 부재(232)와 초음파 진동부(234)는 원통 형상을 갖는 하우징(240)에 수납되어 있다. 하우징(240)은 원형의 컵(242)과 커버(244)를 포함한다. 컵(242)의 내측벽에는 열전달 부재(232)를 수납하기 위한 환형 리세스(recess)가 형성되어 있고, 커버(244)의 중앙 부위에는 프로브(230)가 설치되는 개구가 형성되어 있다. 컵(242)과 커버(244)는 다수개의 볼트(246)에 의해 결합된다.
하우징(240)의 상부는 프로브(230)를 회전시키기 위한 제2회전력을 전달하는 제2회전축(248)과 연결된다. 제2회전축(248)은 수평 암(250)을 관통하여 제2모터(252)와 연결되어 있다. 즉, 제2모터(252)는 수평 암(250)의 상부면에 설치되며, 하우징(240)은 수평 암(250)을 관통한 제2회전축(248)과 연결된다.
초음파 에너지 소스(미도시)와 초음파 진동부(234)는 다수의 전기 커넥터(254, connector)와 전선(256)에 의해 연결되며, 전선(256)은 제2회전축(248)을 관통하여 초음파 에너지 소스와 연결된다.
한편, 열전달 부재(232)의 내부에는 냉매의 제1공급 유로(232b)와 제1배출 유로(232c)가 형성되어 있으며, 냉매의 제1공급 유로(232b)와 제1배출 유로(232c)는 제1환형 그루브(232a)와 연결되어 있다. 제2회전축(248)에는 냉매의 제2공급 유로(248a)와 제2배출 유로(248b)가 형성되어 있으며, 하우징(240)의 내부에는 냉매의 제1공급 유로(232b)와 제2공급 유로(248a)를 연결하는 제1연결 파이프(258) 및 냉매의 제1배출 유로(232c)와 제2배출 유로(248b)를 연결하는 제2연결 파이프(260)가 설치되어 있다. 제2회전축(248)의 상부에는 회전 밸브(262)가 연결되어 있고, 냉매의 공급 라인(264)과 배출 라인(266)은 회전 밸브(262)에 연결되어 있다.
도 4는 도 2에 도시된 프로브의 수평 방향 이동을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 2에 도시된 프로브의 수직 방향 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 보울(202, 도 2 참조)의 일측에는 프로브(230)의 높이를 조절하기 위한 공압 실린더(268)가 배치되어 있고, 공압 실린더(268)는 프로브(230)를 수평 방향으로 이동시키기 위한 제3모터(270)와 연결되어 있다. 제3모터(270)의 회전력을 전달하는 제3회전축(272)은 수평 암(250)과 연결되어 있다. 공압 실린더(268)는 제3모터(270)를 수직 방향으로 이동시키며, 제3모터(270)는 수평 암(250)을 회전시킨다.
따라서, 반도체 기판(W)의 회전과 프로브(230)의 수평 방향 이동은 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액에 균일하게 초음파 진동을 인가할 수 있다. 이때, 프로브(230)의 단면적이 프로브(230)의 상부면으로부터 프로브(230)의 하부면을 향하여 점차 증가하므로 초음파 진동 에너지가 넓게 분산된다. 이에 따라, 반도체 기판(W) 상에 형성된 미세 패턴이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 프로브(230)의 하부면 직경은 반도체 기판(W) 반경의 0.2 내지 1배가 바람직하다. 프로브(230)의 하부면 직경이 반도체 기판(W) 반경의 0.2배보다 작은 경우, 세정 공정의 시간이 너무 길어진다는 단점이 있고, 프로브(230)의 하부면 직경이 반도체 기판(W) 반경보다 큰 경우, 반도체 기판(W)과 프로브(230) 사이로 세정액이 원활하게 공급되지 않는다는 단점이 있다. 가장 바람직한 것은 프로브(230)의 하부면 직경이 반도체 기판(W) 반지름의 0.5배인 것이다.
도시된 바에 의하면, 프로브(230)의 수평 방향 이동은 수평 암(250)과 제3모터(270)에 의해 수행되며, 프로브(230)의 수직 방향 이동은 공압 실린더(268)에 의해 수행된다. 그러나, 프로브(230)의 수평 방향 이동 및 수직 방향 이동은 모터와 볼 스크루 타입의 구동 장치에 의해 각각 수행될 수도 있다.
한편, 프로브(230)의 하부면으로부터 반도체 기판(W)의 상부면으로 공급된 세정액에 인가되는 초음파는 반도체 기판(W)의 상부면에 반사되어 반사파를 형성한다. 상기 반사파는 세정액에 인가된 초음파 진동을 비정상적으로 증폭시킬 수 있으며, 이에 따라 반도체 기판(W) 상에 형성된 패턴이 손상될 수 있다. 또한, 초음파 진동부(234)가 프로브(230)의 상부면에 연결되어 있으므로 초음파 진동부(234)로부터 발생된 초음파 진동은 프로브(230)를 통해 반도체 기판(W)의 상부면에 직접적으로 전달된다. 초음파 진동의 전달 방향과 초음파 진동이 인가된 세정액의 진동 방향이 동일하므로 패턴의 손상이 더욱 증가된다.
상기와 같은 초음파 진동의 비정상적인 증폭은 프로브(230)의 하부면에 요철을 형성함으로서 방지될 수 있다. 프로브(230) 하부면의 요철은 반도체 기판(W)으로부터 반사된 반사파를 분산시켜, 초음파 진동의 비정상적인 증폭을 방지한다. 또한, 초음파 진동이 인가된 세정액의 진동 방향은 프로브(230) 하부면의 요철과, 프로브(230)의 회전에 의해 변경된다.
도 6a는 도 2에 도시된 프로브의 하부면 형상을 보여하기 위한 도면이고, 도 6b 및 도 6c는 도 6a에 도시된 프로브의 하부면 형상의 다른 예를 보여주기 위한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 프로브의 하부면(230a)에는 초음파 진동의 비정상적인 증폭을 방지하기 위한 다수의 홈(230b)이 형성되어 있다. 프로브의 하부면(230a)은 다수의 홈(230b)에 의해 요철이 형성되며, 반도체 기판(W)으로부터 반사된 반사파를 분산시켜 초음파 진동의 비정상적인 증폭을 방지한다. 이와는 반대로, 프로브(230)의 하부면에 다수의 돌기를 형성할 수도 있다.
도 6b에 도시된 바에 의하면, 프로브의 하부면(230a)에는 서로 직교하는 다수의 그루브(230c)가 형성되어 있다. 서로 직교하는 다수의 그루브(230c)는 다수의 돌기(230d)를 형성한다. 다수의 그루브(230c)와 다수의 돌기(230d)를 포함하는 프로브의 하부면(230a)은 초음파 진동의 비정상적인 증폭을 방지한다. 또한, 다수의 그루브(230c)는 세정액의 유동을 원활하게 한다.
도 6c에 도시된 바에 의하면, 프로브의 하부면(230a)에는 바람개비 형상의 다수의 나선 그루브(230e)가 형성되어 있다. 다수의 나선 그루브(230e)는 초음파 진동의 비정상적인 증폭을 방지하며, 세정액의 유동을 더욱 원활하게 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 8은 도 7에 도시된 프로브 및 초음파 진동부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바에 의하면, 상기 제2실시예에 따른 기판 세정 장치(300)는 반도체 기판(W)을 지지하고, 회전시키기 위한 척(310)과, 척(310)에 지지된 반도체 기판(W)의 상부면 및 하부면에 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급부와, 회전하는 반도체 기판(W)으로부터 비산된 세정액을 차단하기 위한 보울(302)과, 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액과 접촉되는 프로브(330)와, 프로브(330)의 상부면에 결합되는 열전달 부재(332)와, 열전달 부재(332)의 측면에 결합되며, 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동부(334)를 포함한다.
척(310)은 제1모터(318)의 회전력을 전달하기 위한 제1회전축(320)과 연결되는 허브(314), 반도체 기판(W)의 가장자리 부위를 지지하기 위한 원형 링(312) 및 허브(314)와 원형 링(312)을 연결하기 위한 다수개의 스포크(316)를 포함한다. 척(310)의 둘레에는 보울(302)이 배치되며, 보울(302)의 하부에는 세정액을 배출하기 위한 배출관(308)이 연결되어 있다.
세정액 공급부는 반도체 기판(W)의 상부면에 세정액을 공급하기 위한 제1노즐(304)과 반도체 기판(W)의 하부면에 세정액을 공급하기 위한 제2노즐(306)을 포함한다.
척(310)에 지지된 반도체 기판(W)의 상부에 배치되는 프로브(330)는 제1노즐(304)을 통해 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액에 초음파 진동을 인가한다. 프로브(330)는 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액과 접촉되며, 수직 방향으로 연장된다. 프로브(330)는 반도체 기판(W)을 향하여 점차 증가하는 단면적을 갖는다. 도 7 및 도 8에 도시된 프로브(330)는 원형 단면을 가지며, 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액과 접촉되는 프로브(330)의 하부면의 직경이 프로브(330)의 상부면의 직경보다 크다.
프로브(330)의 상부면에는 열전달 부재(332)가 결합된다. 열전달 부재(332)는 직육면체 형상을 가지며, 열전달 부재(332)의 내부에는 냉매가 공급되는 유로(332a)가 형성되어 있다. 열전달 부재(332)의 일측면에는 전기적인 초음파 에너지를 물리적인 진동 에너지로 변환시키는 초음파 진동부(334)가 결합된다. 프로브(330)와 열전달 부재(332)는 접착 물질에 의해 음향적으로 결합되며, 프로브(330)와 열전달 부재(332) 사이에는 다공성 금속 스크린이 개재될 수 있다. 열전달 부재(332)와 초음파 진동부(334)는 접착 물질에 의해 음향적으로 결합된다. 초음파 진동부(334)에 의해 발생된 물리적인 초음파 진동은 열전달 부재(332)를 통해 프로브(330)로 전달된다.
열전달 부재(332)와 초음파 진동부(334)는 사각 파이프 형상의 하우징(336)에 수납된다. 하우징(336)은 사각 컵(338)과 커버(340)를 포함하고, 사각 컵(338)과 커버(340)는 다수의 볼트(342)에 의해 결합된다. 사각 컵(338)은 수평 방향으로 배치되어 있으며, 수평 방향으로 배치된 사각 컵(338)의 하부에는 프로브(330)가 설치되는 개구가 형성되어 있다. 프로브(330)는 사각 컵(338)의 개구를 통해 사각 컵(338)의 내부에 수납된 열전달 부재(332)와 결합된다. 열전달 부재(332)의 냉매 유로(332a)는 수평 방향으로 배치된 사각 컵(338)의 상부를 관통하여 설치되는 제1커넥터(344) 및 제2커넥터(346)와 연결된다. 제1커넥터(344) 및 제2커넥터(346)는 냉매의 공급 라인(348) 및 배출 라인(350)과 각각 연결된다. 초음파 에너지 소스(미도시)와 초음파 진동부(330)는 전기 커넥터(352)와 전선(354)에 의해 연결되며, 전기 커넥터(352)는 커버(340)를 관통하여 설치된다.
도 9는 도 7에 도시된 프로브의 수평 방향 이동을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 7에 도시된 프로브의 수직 방향 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 보울(302, 도 7 참조)의 일측에는 프로브(330)의 높이를 조절하기 위한 공압 실린더(356)가 배치되어 있고, 공압 실린더(356)는 프로브(330)를 수평 방향으로 이동시키기 위한 제2모터(358)와 연결되어 있다. 제2모터(358)의 회전력을 전달하는 제2회전축(360)은 수평 암의 제1단부(362a)에 연결되어 있으며, 하우징(336)은 수평 암의 제2단부(362b)에 연결되어 있다. 공압 실린더(356)는 프로브(330)를 수직 방향으로 이동시키며, 제2모터(358)는 프로브(330)을 회전시킨다.
따라서, 반도체 기판(W)의 회전과 프로브(330)의 수평 방향 이동은 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액에 균일하게 초음파 진동을 인가할 수 있다. 이때, 프로브(330)의 단면적이 프로브(330)의 상부면으로부터 프로브(330)의 하부면을 향하여 점차 증가하므로 초음파 진동 에너지가 넓게 분산된다. 또한, 초음파 진동 에너지의 전달 방향은 반도체 기판(W)과 평행하므로, 초음파 진동 에너지는 수직 방향으로 배치된 프로브(330)를 통해 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액에 간접적으로 인가된다. 이에 따라, 반도체 기판(W) 상에 형성된 미세 패턴이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 프로브(330)의 하부면은 초음파 진동의 비정상적인 증폭을 방지하기 위한 요철을 갖는다. 프로브(330)의 하부면은 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 형성될 수 있고, 도 11에 도시된 바와 같이 형성될 수도 있다. 도 11을 참조하면, 프로브의 하부면(330a)에 형성된 그루브(330b)는 반도체 기판(W)의 회전에 의해 반도체 기판(W)의 상부면에 공급된 세정액의 흐름과 동일한 방향으로 형성될 수 있다. 도시된 플러스 기호(Wc)는 반도체 기판(W)의 중심을 나타내며, 화살표는 반도체 기판(W)의 회전 방향을 나타낸다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 프로브는 반도체 기판의 상부에 공급된 세정액에 접촉되며, 수직 방향으로 배치된다. 프로브는 반도체 기판을 향하여 점차 증가하는 단면적을 가지며, 프로브의 상부에 초음파 진동부가 연결된다. 따라서, 프로브를 통해 반도체 기판의 상부면에 공급된 세정액에 인가되는 초음파 진동은 넓게 분산된다. 또한, 프로브의 하부면에 형성된 요철은 반도체 기판으로부터 반사된 반사파에 의해 초음파 진동이 비정상적으로 증폭되는 것을 방지한다. 따라서, 반도체 기판 상에 형성되어 있는 미세 패턴의 손상이 방지된다.
또한, 반도체 기판의 회전과 프로브의 수평 방향 이동에 의해 반도체 기판 상에 공급된 세정액에 균일하게 초음파 진동이 인가되므로 반도체 기판의 세정 효율이 향상된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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 종래의 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 프로브 및 초음파 진동부를 설명하기 위한 상세도이다.
도 4는 도 2에 도시된 프로브의 수평 방향 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 프로브의 수직 방향 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 도 2에 도시된 프로브의 하부면 형상을 보여하기 위한 도면이다.
도 6b 및 도 6c는 도 6a에 도시된 프로브의 하부면 형상의 다른 예를 보여주기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 8은 도 7에 도시된 프로브 및 초음파 진동부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 9는 도 7에 도시된 프로브의 수평 방향 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 7에 도시된 프로브의 수직 방향 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 7에 도시된 프로브의 하부면 형상을 보여주기 위한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 기판 세정 장치 202 : 보울
204 : 제1노즐 206 : 제2노즐
208 : 배출관 210 : 척
212 : 원형 링 214 : 허브
216 : 스포크 218 : 제1모터
220 : 제1회전축 230 : 프로브
232 : 열전달 부재 234 : 초음파 진동부
240 : 하우징 248 : 제2회전축
250 : 수평 암 252 : 제2모터
262 : 회전 밸브 268 : 공압 실린더
270 : 제3모터 272 : 제3회전축
W : 반도체 기판
Claims (20)
- 기판을 지지하고, 회전시키기 위한 척;상기 척에 지지된 기판의 표면으로 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급부;상기 척에 지지된 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉되어 수직 방향으로 연장되며, 상기 기판을 향하여 점차 증가하는 단면적을 갖고, 수평 방향으로 이동 가능하도록 설치되는 프로브(probe);상기 프로브의 상부에 연결되며, 상기 프로브보다 높은 열전도도를 갖는 물질로 이루어지는 열전달 부재; 및상기 열전달 부재와 연결되며, 상기 프로브를 진동시키기 위한 진동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 프로브는 원형 단면을 가지며, 상기 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉하는 상기 프로브의 하부면 직경이 상기 프로브의 상부면 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 열전달 부재는 프로브의 상부면에 결합되어 있고, 상기 진동부는 상기 열전달 부재의 상부면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 열전달 부재는 원기둥 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 열전달 부재는 프로브의 상부면에 결합되어 있고, 상기 진동부는 상기 열전달 부재의 일측면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 열전달 부재는 직육면체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 열전달 부재에는 냉매가 공급되는 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 열전달 부재 및 상기 진동부를 수납하기 위한 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 하우징과 연결되며, 상기 프로브를 회전시키기 위한 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 하우징과 연결되며, 상기 수평 방향으로 연장된 수평 암; 및상기 수평 암과 연결되며, 상기 수평 암을 회전시키기 위한 제1구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 수평 암과 연결되며, 상기 프로브를 수직 방향으로 이동시키기 위한 제2구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉하는 프로브의 하부면은 요철 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉하는 프로브의 하부면에는 다수의 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉하는 프로브의 하부면에는 서로 직교하는 다수의 그루브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉하는 프로브의 하부면에는 바람개비 형상을 갖는 다수의 나선 그루브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 기판을 지지하고, 회전시키기 위한 척;상기 척에 지지된 기판의 표면으로 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급부;전기적인 초음파 에너지를 물리적인 초음파 진동 에너지로 변환시키기 위한 압전 변환기;상기 압전 변환기와 결합되고, 냉매가 공급되는 유로가 형성되어 있는 열전달 부재;상기 하우징을 통해 상기 열전달 부재의 하부면에 결합되어 수직 방향으로 연장되며, 상기 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉하여 상기 세정액에 초음파 진동 에너지를 인가하며, 상기 기판을 향하여 점차 증가하는 단면적을 갖는 프로브;상기 압전 변환기와 상기 열전달 부재를 수납하기 위한 하우징;상기 하우징과 연결되어 수평 방향으로 연장된 수평 암; 및상기 수평 암을 회전시키기 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 프로브는 원형 단면을 갖고, 상기 프로브의 하부면 직경이 상기 프로브의 상부면 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 기판의 상부면에 공급된 세정액과 접촉된 프로브의 하부면은 요철 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 압전 변환기는 상기 열전달 부재의 상부면에 접착 물질에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 압전 변환기는 상기 열전달 부재의 일측면에 접찹 물질에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
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