KR100673391B1 - 기판 세정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 웨이퍼들에 대해 세정 공정을 수행하는 기판 세정 장치로, 장치는 내부에 웨이퍼들을 지지하는 지지부재와 세정액을 공급하는 노즐을 가진다. 노즐의 상부에는 노즐로부터 공급되는 세정액에 포함된 기포들 중 비교적 체적이 큰 기포를 웨이퍼의 바깥쪽으로 유도하는 안내부재가 제공된다.

세정, 웨이퍼, 노즐, 기포, 안내부재, 지지부재

Description

기판 세정 장치{APPARATUS FOR CLEANING SUBSTRATES}

도 1은 일반적인 세정 장치를 개략적으로 보여주는 단면도;

도 2는 도 1의 장치 사용시 문제점을 보여주는 도면;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 장치를 개략적으로 보여주는 단면도;

도 4는 도 3에서 지지부재 및 이에 장착된 안내부재를 보여주는 사시도;

도 5는 도 3의 장치 사용시 기포의 이동경로를 개략적으로 보여주는 도면;

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세정 장치를 개략적으로 보여주는 단면도;

도 7은 도 6에서 안내부재의 사시도; 그리고

도 8은 도 6의 장치 사용시 기포의 이동경로를 개략적으로 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 처리조 200 : 지지부재

300 : 노즐 400 : 안내부재

본 발명은 반도체 소자를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 세정액을 사용하여 반도체 기판을 세정하는 장치에 관한 것이다.

웨이퍼와 같은 반도체 기판을 집적 회로로 제조할 때 제조공정 중에 발생하는 잔류 물질(residual chemicals), 작은 파티클(small particles), 오염물(contaminants) 등을 제거하기 위하여 반도체 웨이퍼를 세정하는 공정이 요구된다. 반도체 웨이퍼의 세정 공정은 약액처리 공정, 린스 공정, 그리고 건조 공정으로 나눌 수 있다. 약액처리 공정은 불산 등과 같은 화학약액을 사용하여 웨이퍼 상의 오염물질을 화학적 반응에 의해 식각 또는 박리시키는 공정이며, 린스 공정은 약액 처리된 반도체 웨이퍼를 탈이온수로 세척하는 공정이며, 건조 공정은 최종적으로 웨이퍼를 건조하는 공정이다.

상술한 세정 공정을 수행하는 장치는 크게 웨이퍼를 회전하는 척에 고정하고, 척 상부에 배치된 노즐로부터 약액을 공급하면서 하나의 웨이퍼에 대해 공정을 수행하는 매엽식 장치와 약액이 채워진 처리조 내에 약 50매의 웨이퍼들을 잠기게 하여 복수의 웨이퍼들에 대해 공정을 수행하는 배치식 장치로 나누어진다. 배치식 장치는 복수의 웨이퍼들을 동시에 세정할 수 있다는 점에서 주로 사용된다.

도 1은 일반적인 배치식 세정 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 처리조(900) 내에는 웨이퍼들을 지지하는 지지부재(920)와 처리조(900) 내로 액액을 공급하는 노즐(930)이 배치된다. 노즐(930)은 지지부재(920)에 놓여진 웨이퍼(W) 아래에 배치된다. 약액은 세정액 공급관(932)을 통해 노즐(930)로 배치 된다. 약액이 세정액 공급관(932)을 통해 흐를 때 약액 마찰, 약액의 반응에 의한 온도상승, 그리고 배관 구조 등의 원인으로 인해 약액 내에 기포가 생성된다.

노즐(930)로부터 처리조(900) 내로 약액이 공급될 때, 기포는 부력 및 약액의 흐름에 의해 위방향으로 이동된다. 도 2는 노즐(930)로부터 약액이 처리조(900) 내로 공급될 때 기포의 이동경로를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 체적이 큰 기포는 노즐(930)로부터 분사시 노즐(930)의 수직 상부로 이동되고, 체적이 적을수록 노즐(930)에 형성된 분사공의 경사방향과 유사한 각도로 분사되어 상부로 이동된다. 기포의 부력은 기포의 부피에 비례한다. 큰 부피를 가지는 기포가 상승하면서 웨이퍼(W)와 부딪히면 웨이퍼(W)가 지지부재(920)로부터 이탈되고, 이로 인해 공정 불량이 발생되거나 웨이퍼(W)가 파손된다. 세정액 공급관(932) 상에 기포를 제거하기 위한 기포제거부재를 설치한다 할지라도, 처리조(900) 내로 공급되는 약액에 포함된 기포를 완전히 제거할 수 없다.

본 발명은 세정액에 포함된 기포들 중 상대적으로 체적이 큰 기포가 웨이퍼에 부딪혀 웨이퍼가 지지부재로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있는 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 기판 세정 장치는 세정 공정이 수행되는 공간을 제공하는 처리조를 가진다. 상기 처리조 내에는 기판들을 지지하는 지지부재와 상기 처리조 내로 세정액을 공급하는 노즐이 제공된다. 상기 처리조 내에서 상기 노즐의 상부에는 안내부재가 제공되어 상기 세정액 내의 기포(bubble)를 상기 지지부재에 놓여진 기판의 바깥쪽으로 안내한다.

일 예에 의하면, 상기 안내부재는 상기 지지부재의 외측벽에 장착된다. 구체적으로, 상기 기판들은 상기 지지부재에 세워진 상태로 나란히 배열되도록 위치되고, 상기 노즐은 상기 지지부재에 놓여진 기판 아래에 위치되며, 상기 안내부재는 상기 지지부재로부터 멀어질수록 하부면이 상향 경사지게 배치된다.

또한, 상기 지지부재는 기판의 가장자리가 삽입되는 슬롯들이 형성된 복수의 지지로드들을 포함하고, 상기 노즐은 상기 지지로드들 중 가장 외측에 위치되는 지지로드보다 상기 처리조의 측벽에 인접하게 상기 지지로드 아래에 위치되고, 상기 안내부재는 상기 지지부재에 놓여진 기판의 외측까지 연장되는 폭을 가지고, 그 하부면이 상기 지지부재로부터 멀어질수록 상향 경사지도록 상기 지지로드들 중 가장 외측에 위치되는 지지로드의 측벽에 장착될 수 있다.

다른 예에 의하면, 상기 안내부재는 상기 처리조의 내측벽에 장착된다. 구체적으로 상기 기판들은 상기 지지부재에 세워진 상태로 나란히 배열되도록 위치되고, 상기 노즐은 상기 지지부재에 놓여진 기판보다 아래에 위치되며, 상기 안내부재는 상기 처리조의 내측벽으로부터 상기 처리조 안쪽을 향해 멀어지는 방향으로 하향 경사지게 배치되고, 상기 안내부재에는 상기 안내부재를 따라 이동되는 기포가 빠져나가는 통로가 제공된다.

또한, 상기 노즐은 상기 지지로드들 중 가장 외측에 위치되는 지지로드보다 상기 처리조의 측벽에 인접하게 상기 지지로드 아래에 위치되고, 상기 안내부재는 상기 처리조의 내측벽으로부터 상기 지지부재를 향하는 방향으로 상기 노즐의 상부를 지나도록 하향 경사지게 배치되고, 상기 안내부재에서 상기 처리조의 내측벽과 결합되는 끝단에는 상기 안내부재 안쪽으로 함입되어 상기 안내부재를 따라 이동되는 기포가 빠져나가는 통로로서 기능하는 홈이 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 8을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

본 실시예에서는 약액 또는 탈이온수와 같은 세정액을 사용하여 약액 처리 또는 린스 공정을 수행하는 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명은 한국공개특허 2003-0056812에 기재된 장치와 같이 약액 처리, 린스, 그리고 건조 공정을 모두 수행할 수 있는 장치에도 적용 가능하다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 세정 장치(1)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 세정 장치(1)는 상부가 개방되며 내부에 공정이 수행되는 공간을 제공하는 처리조(100)를 가진다. 처리조(100)의 개방된 상부를 개폐하기 위해 덮개(140)가 제공될 수 있다. 처리조(100)의 바닥면에는 처리조(100)에 채워진 세정액을 배출하는 배출관(120)이 연결된다. 세정액은 중력에 의해 처리조(100)로부터 자연 배출되거나 펌프에 의해 강제 배출될 수 있다. 배출관 (120)에는 내부 통로를 개폐하는 밸브(120a)가 설치된다.

처리조(100)의 내부에는 웨이퍼들을 지지하는 지지부재(200)가 제공된다. 지지부재(200)는 처리조(100) 내에 고정 설치되고 이송로봇(도시되지 않음)은 웨이퍼들을 지지부재(200)로 로딩한다. 선택적으로 이송로봇은 웨이퍼들이 놓여지는 지지부재(200)를 직접 처리조(100) 내로 로딩할 수 있다. 도 4는 도 3의 지지부재(200)의 사시도이다. 도 4를 참조하면, 지지부재(200)는 3개의 지지로드들(220a, 220b)과 이들을 연결하는 측판(240)을 가진다. 측판들(240)은 서로 대향되도록 배치되며, 3개의 지지로드들(220a, 220b)은 이들 사이에 나란히 배치된다. 노즐(300)로부터 공급된 세정액이 웨이퍼 아래로부터 상부로 흐를 수 있도록 지지로드들(220a, 220b)은 서로 이격되어 설치된다. 각각의 지지로드(220a, 220b)에는 웨이퍼의 가장자리가 삽입되는 슬롯들(222)이 형성된다. 슬롯들(222)은 대략 50개가 형성되어 50매의 웨이퍼들에 대해 동시에 공정을 수행한다. 웨이퍼들은 지지부재(200)에 세워진 상태로 일렬로 나란히 놓여진다.

처리조(100) 내에서 가장 바깥쪽에 위치되는 지지로드(220b)의 아래 양측에는 처리조(100) 내로 세정액을 공급하는 노즐(300)이 배치된다. 노즐(300)은 로드 형상으로 형성되고 웨이퍼들이 배열되는 방향과 평행하게 배치된다. 노즐(300)에는 상방향으로 경사진 분사공(320)이 복수개 형성된다. 노즐(300)에는 세정액 공급관(320)이 결합된다. 세정액 공급관(320)에는 내부 통로를 개폐하거나 유량을 조절하는 밸브(322)가 설치될 수 있다. 세정액 공급관(320)의 일단은 노즐(300)과 결합되고, 타단은 세정액 저장부(도시되지 않음)와 연결될 수 있다. 선택적으로 세정액 공급관(320)의 타단은 처리조(100)와 연결되어 세정액은 세정액 공급관(320)을 따라 순환될 수 있다. 비록 도시되지는 않았으나 세정액 공급관(320)에는 기포(500)를 제거하는 기포 제거기, 세정액에 강제적 유동압을 제공하는 펌프, 세정액을 정화시키는 필터, 세정액을 공정에 적합한 온도로 가열하는 히터 등이 설치될 수 있다.

세정액은 화학 약액 또는 탈이온수를 포함할 수 있다. 세정액이 화학 약액인 경우 세정 공정 전에 이루어진 공정의 종류에 따라 다양한 종류의 약액이 사용될 수 있다. 예컨대, 세정액으로 웨이퍼 상의 유기물을 제거하기 위해 수산화 암모늄(NH₄OH), 과산화수소(H₂O₂), 물(H₂O)의 혼합용액과 웨이퍼 상의 무기물을 제거하기 위해 세정액으로 염산(HCL), 과산화수소(H₂O₂), 물의 혼합용액이 사용될 수 있다. 선택적으로 세정액으로 황산(H₂SO₄), 과산화수소(H₂O₂), 그리고 물의 혼합용액이 사용되거나 자연산화막이나 무기오염 물질 제거를 위해 희석된 불산(HF)이 사용될 수 있다.

세정액 공급관(320)을 통해 세정액이 흐르는 동안, 약액 마찰, 약액의 반응에 의한 온도상승, 그리고 배관 구조 등의 원인으로 인해 약액 내에 기포(500)가 생성된다. 기포(500)들 중 체적이 큰 기포는 노즐(320)에 제공된 분사공(320) 수직 상부로 이동되고, 체적이 적은 기포일수록 분사공(320)의 형성각도와 유사한 각도로 유출된 후 상부로 이동된다. 본 발명에 의하면, 기포들(500) 중 체적이 큰 기포가 웨이퍼에 부딪히는 것을 방지하기 위해 처리조(100) 내에는 체적이 큰 기포들을 지지부재(200)에 놓여진 웨이퍼의 바깥쪽으로 안내하는 안내부재(400)가 제공된다.

도 3 및 도 4를 다시 참조하면, 노즐(300)은 지지부재(200)에 놓여진 웨이퍼의 측부 가장자리 아래에 위치되고, 안내부재(400)는 지지부재(200)에 장착된다. 세정액이 지지부재(200)에 놓여진 웨이퍼 아래로부터 상부로 흐르는 것을 방해하지 않도록 안내부재(400)는 가장 바깥쪽에 위치되는 지지로드들(220b)의 외측벽에 장착되는 것이 바람직하다. 안내부재(400)는 지지로드(220b)와 유사한 길이의 판 형상을 가지며, 웨이퍼들의 배열방향과 나란하게 배치된다. 안내부재(400)는 그 하부면이 지지로드(220b)로부터 멀어질수록 상향경사지게 지지부재(200)에 장착된다. 기포(500)가 웨이퍼 가장자리와 부딪히는 것을 방지하기 위해 안내부재(400)는 충분히 긴 길이를 가진다. 안내부재(400)와 지지부재(200)는 각각 제작되어 나사결합, 접착제 등 다양한 고정수단에 의해 결합될 수 있으며, 선택적으로 안내부재(400)는 지지부재(200)와 일체를 이루도록 제조될 수 있다.

도 5는 도 3의 장치(1) 사용시 세정액에 포함된 기포(500)가 이동되는 경로를 보여주는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이 노즐(300)로부터 유출된 기포들(500) 중 체적이 큰 기포는 안내부재(400)의 하부면에 도달된 후 안내부재(400)의 하부면을 따라 웨이퍼의 바깥쪽을 향해 상승 이동되고 안내부재(400)를 벗어나면 수직으로 올라간다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세정 장치(2)의 단면도이고, 도 7은 도 6의 안내부재(400′)의 사시도이다. 도 6을 참조하면, 안내부재(400′)는 웨이퍼들의 배열방향과 마주보는 처리조(100)의 내측벽들과 결합되도록 제공된다. 각각 의 안내부재(400′)는 판 형상을 가지며, 그 끝단이 노즐(300)의 상부를 지나도록 충분한 길이를 가진다. 노즐(300)은 지지부재(200)에 놓여진 웨이퍼의 측부 가장자리 아래에 위치되고, 안내부재(400′)는 처리조(100)의 내측벽으로부터 멀어질수록 하향경사지게 배치된다. 도 7에 도시된 바와 같이 처리조(100)의 내측벽과 결합되는 안내부재(400′)의 끝단에는 안내부재(400′)를 향해 안쪽으로 함입된 홈(420)이 형성된다. 선택적으로 홈(420) 대신 안내부재(400′)의 끝단 가장자리에 슬릿 형상의 홀이 제공될 수 있다. 안내부재(400′)는 처리조(100)에 나사결합, 접착제 등 다양한 고정수단(도시되지 않음)에 의해 결합될 수 있으며, 선택적으로 안내부재(400′)는 처리조(100)와 일체를 이루도록 제조될 수 있다.

도 8은 도 6의 장치(1) 사용시 처리조(100) 내에서 기포(500)가 이동되는 경로를 보여준다. 도 8을 참조하면, 노즐(300)로부터 공급되는 세정액에 포함된 기포(500)들 중 체적이 큰 기포는 노즐(300)의 분사공(320) 수직 상부로 유출되며, 안내부재(400′)와 인접한 높이까지 도달되면, 안내부재(400′)의 하부면을 따라 처리조(100)의 측벽을 향하는 방향으로 이동되고, 이후 안내부재(400′)에 형성된 홈(420)을 통해 안내부재(400′)의 상부로 이동된다.

본 실시예에서 안내부재(400)는 처리조(100) 또는 지지부재(200)에 장착된 것으로 설명되었다. 그러나 상술한 실시예들과 달리 안내부재(400)는 처리조(100) 내에 제공되는 다양한 구조물에 의해 제공될 수 있다.

본 발명에 의하면, 안내부재에 의해 처리조 내로 공급되는 세정액에 포함된 기포들 중 상대적으로 체적이 큰 기포는 웨이퍼의 바깥쪽으로 흐르므로, 체적이 큰 기포가 웨이퍼 가장자리에 부딪혀 웨이퍼가 지지부재로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (7)

1. 기판 세정 장치에 있어서,

   세정 공정이 수행되는 공간을 제공하는 처리조와;

   상기 처리조 내에 배치되며, 기판의 가장자리가 삽입되는 슬롯들이 형성된 복수의 지지로드들을 포함하는 지지부재와;

   상기 처리조 내에서 상기 지지로드들 중 가장 외측에 위치되는 지지로드보다 상기 처리조의 측벽에 인접하게 상기 지지로드 아래에 위치되며 상기 처리조 내로 세정액을 공급하는 노즐과;

   상기 지지부재의 외측벽에 장착되며, 상기 세정액 내의 기포(bubble)를 상기 지지부재에 놓여진 기판의 바깥쪽으로 안내하는 안내부재를 포함하되,

   상기 안내부재는 상기 지지부재에 놓여진 기판의 외측까지 연장되도록 폭을 가지고, 그 하부면이 상기 지지부재로부터 멀어질수록 상향 경사지도록 상기 지지로드들 중 가장 외측에 위치되는 지지로드의 측벽에 장착되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
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