KR100675560B1 - 기판 세정 장치 및 처리조 내로 세정액을 공급하는 방법 - Google Patents

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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판을 세정하는 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 처리조로 약액을 공급하는 제 1노즐과 처리조로 세척액을 공급하는 제 2노즐을 가진다. 제 1노즐은 위에서 아래를 향하는 방향으로 처리조로 약액을 공급하도록 배치되고, 제 2노즐은 처리조 내 웨이퍼들보다 아래에서 웨이퍼를 향해 세척액을 공급하도록 배치된다.
기판 세정, 약액, 세척액, 노즐

Description

기판 세정 장치 및 처리조 내로 세정액을 공급하는 방법{APPARATUS FOR CLEANING APPARATUS AND METHOD FOR SUPPLYING CLEANING LIQUID TO A BATH}
도 1은 일반적인 세정 장치의 일 예를 보여주는 단면도;
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기판 세정 장치의 일 예를 개략적으로 보여주는 단면도;
도 3은 도 2의 지지부재의 일 예를 보여주는 사시도;
도 4와 도 5는 각각 처리조 내로 약액이 공급되는 경우 및 세척액이 공급되는 경우를 보여주는 도면들; 그리고
도 6은 본 발명의 세정 장치의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 처리조 200 : 지지부재
300 : 세정액 공급 부재 320 : 제 1노즐
340 : 제 2노즐 362 : 약액 공급관
364 : 세척액 공급관 380 : 분배관
382 : 제 1연결관 384 : 제 2연결관
본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 웨이퍼들을 세정하는 장치 및 처리조 내로 세정액을 공급하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 증착, 사진, 식각, 연마, 세정 등과 같은 다양한 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해 제조된다. 세정 공정은 이들 단위 공정들을 수행할 때 반도체 웨이퍼의 표면에 잔류하는 잔류 물질(residual chemicals), 작은 파티클(small particles), 오염물(contaminants), 또는 불필요한 막을 제거하는 공정이다. 최근에 웨이퍼에 형성되는 패턴이 미세화됨에 따라 세정 공정의 중요도는 더욱 커지고 있다.
반도체 웨이퍼의 세정 공정은 반도체 웨이퍼 상의 오염물질을 화학적 반응에 의해 식각 또는 박리시키는 화학 용액 처리 공정(약액 처리 공정), 약액 처리된 반도체 웨이퍼를 탈이온수로 세척하는 린스 공정, 그리고 린스 처리된 반도체 웨이퍼를 건조하는 건조 공정으로 이루어진다.
상술한 세정 공정을 수행하는 장치로는 패턴면이 상부를 향하도록 웨이퍼를 위치시키고 웨이퍼의 중심으로 약액과 세척액을 순차적으로 공급하면서 웨이퍼를 세정하는 매엽식 장치와 패턴면이 측방향을 향하도록 복수의 웨이퍼들을 처리조 내에 위치시켜 웨이퍼들이 약액 및 세척액에 잠기도록 함으로써 웨이퍼들을 세정하는 배치식 장치가 사용되고 있다.
도 1은 상술한 배치식 장치(900)의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 배치식 장치(900)는 처리조(920) 내에는 웨이퍼들(W)을 지지하는 지지부재(940)와 처리조(920) 내로 처리액을 공급하는 노즐(960)을 가진다. 노즐(960)은 처리조(920) 내에서 웨이퍼(W) 아래에 위치된다. 노즐(960)에는 약액을 공급하는 약액 공급관(962)과 세척액을 공급하는 세척액 공급관(964)이 모두 연결된다. 처음에 웨이퍼들(W)이 수용되기 전에 약액 공급관(962)을 통해 노즐(960)로 약액이 공급되어 처리조(920) 내부가 약액으로 채워진다. 이후 웨이퍼들(W)이 약액에 잠기어 웨이퍼(W) 상에 잔류하는 파티클 등이 제거된다. 이후, 세척액 공급관(960)을 통해 세척액이 노즐(960)로 공급되어, 처리조(920) 내는 세척액으로 치환된다. 세척액은 웨이퍼(W 상에 잔존하는 약액을 제거한다.
약액이 처리조(920)로 공급될 때에, 약액이 처리조(920)에 일정 높이 채워진 이후에는 약액을 고압(고유량)으로 공급 가능하나, 약액이 처리조(920)에 일정 높이 채워지기 전에는 약액이 처리조(920) 외부로 튀어 설비를 오염시키지 않도록 약액은 저압(저유량)으로 공급되어야 한다. 따라서 약액이 채워진 높이를 감지하기 위한 센서(도시되지 않음)가 필요하며, 일정 높이까지 약액을 채우기까지 많은 시간이 필요하고, 장치(900) 제어가 복잡해진다.
세척액이 처리조(920)로 공급할 때, 웨이퍼(W)에 묻어 있는 약액의 세척 효율을 향상시키기 위해 세척액을 웨이퍼를 향해 고압으로 분사되는 것이 바람직하다. 그러나 도 1에 도시된 바와 같이, 세척액과 약액이 동일한 노즐(960)을 통해 처리조(920)로 공급되는 경우, 약액의 분사압 제한으로 인해 노즐(960)에 제공된 분사구의 크기가 제한을 받으므로, 세척액을 고압으로 분사하기 어렵다.
본 발명은 세정 공정을 효율적으로 수행할 수 있는 세정 장치 및 세정액 공급 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 처리조 내부로 약액을 빠르게 공급할 수 있는 세정 장치 및 세정액 공급 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 약액의 분사압에 제한받지 않고, 웨이퍼를 향해 고압으로 세척액을 분사할 수 있는 구조를 가진 세정 장치 및 세정액 공급 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판을 세정하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 세정 공정이 수행되는 처리조, 공정 진행시 상기 처리조 내에 배치되어 기판들을 지지하는 지지 부재, 그리고 상기 처리조 내로 세정액을 공급하는 세정액 공급 부재를 포함한다. 상기 세정액 공급 부재는 상기 처리조 내로 약액을 공급하는 제 1노즐과 상기 처리조 내 기판들을 향해 세척액을 분사하는 제 2노즐을 포함한다. 이로 인해, 제 1노즐과 제 2노즐에 형성된 분사구의 크기를 서로에 의해 제한을 받지 않고 가장 적합하게 제공할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제 1노즐은 상기 처리조로 위에서 아래 방향으로 약액을 공급하도록 설치되고, 상기 제 2노즐은 상기 처리조 내에 기판보다 아래에 배치되어 상기 처리조 내 기판들을 향해 세척액을 분사하도록 설치된다. 이로 인해, 초기에 상기 제 1노즐로부터 상기 처리조로 약액이 공급될 때, 약액이 상기 처리조 외부로 튀는 것을 방지할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 제 2노즐의 분사구는 상기 제 1노즐의 분사구의 크기보다 작게 형성될 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 세정액 공급부재는 약액을 공급하는 약액 공급관, 세척액을 공급하는 세척액 공급관, 상기 약액 공급관 및 상기 세척액 공급관으로부터 약액 및 세척액을 공급받아 이를 상기 제 1노즐 또는 제 2노즐로 공급하는 분배관을 가진다. 상기 분배관은 일단이 상기 약액 공급관 및 상기 세척액 공급관과 연결되고 타단이 상기 제 1노즐과 연결되는 제 1연결관과 상기 제 1연결관으로부터 분기되며 상기 제 2노즐과 연결되는 제 2연결관, 상기 제 1연결관에 설치되어 그 내부 통로를 개폐하거나 유량을 조절하는 밸브, 그리고 상기 제 2연결관에 설치되어 그 내부 통로를 개폐하거나 유량을 조절하는 밸브를 포함한다.
또한, 본 발명은 기판을 세정하는 처리조로 세정액을 공급하는 방법을 제공한다. 상기 방법에 의하면, 처리조로 약액을 공급할 때에는 상기 처리조의 상부에서 설치된 제 1노즐을 통해 상기 처리조로 약액을 공급하고, 상기 처리조로 세척액을 공급할 때에는 상기 처리조 내 하부에 설치된 제 2노즐을 통해 상기 기판들을 향해 분사되도록 세척액을 공급한다.
일 예에 의하면, 기판이 수용된 처리조에 약액을 공급할 때, 상기 제 1노즐을 통해 상기 처리조에 일정 수위 이상 약액이 공급되면, 상기 제 1노즐과 함께 상기 제 2노즐을 통해서도 약액이 상기 처리조 내로 공급된다.
일 예에 의하면, 상기 제 2노즐은 상기 제 1노즐에 비해 고압으로 세척액을 분사한다.
이하, 첨부된 도면 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 위해 과장된 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 장치(10)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 세정 장치(10)는 처리조(100), 지지 부재(200), 그리고 세정액 공급 부재(300)를 가진다. 처리조(100)는 웨이퍼(W)들을 수용하여 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 지지 부재(200)는 공정 진행시 처리조(100) 내에서 웨이퍼(W)들을 지지한다. 세정액 공급 부재(300)는 처리조(100) 내로 공정에 사용되는 세정액을 공급한다. 이하, 각각의 구성 요소들의 구조에 대해 상세히 설명한다.
처리조(100)는 내조(120)와 외조(140)를 가진다. 내조(120)는 상부가 개방되 고, 복수의 웨이퍼(W)들을 동시에 수용할 수 있는 공간을 가진다. 내조(120)의 외측에는 내조(120)를 감싸도록 제공되는 외조(140)가 제공된다. 외조(140)는 내조(120)로부터 넘쳐흐르는 세정액을 수용한다. 내조(120)의 바닥면과 외조(140)의 바닥면 각각에는 밸브(122a, 142a)가 설치된 배출관(122, 142)이 결합된다.
지지 부재(200)는 내조(120) 내에 제공된다. 도 3은 도 2의 지지 부재(200)의 사시도이다. 도 2를 참조하면, 지지 부재(200)는 복수의 지지 로드들(220)과 이들의 끝단을 각각 연결하는 연결로드들(240)을 가진다. 각각의 지지로드들(220)에는 웨이퍼(W)의 가장자리 일부가 삽입되는 슬롯들(220a)이 형성된다. 슬롯(220a)은 지지로드(220)의 길이방향을 따라 복수개가 제공된다. 지지로드들(220)은 서로 평행하게 배치된다. 일 예에 의하면, 지지 부재(200)는 하나의 중앙 지지 로드(222)와 두 개의 측부 지지 로드(224)를 가진다. 중앙 지지 로드(222)는 웨이퍼(W)의 가장자리 하단 영역을 지지하고, 측부 지지 로드(224)는 중앙 지지 부재(222)의 양측으로 동일 거리 이격되어, 웨이퍼(W)의 가장자리 중 일측 영역을 지지한다. 상술한 구조로 인해, 웨이퍼(W)들은 일방향으로 나란하게 배열된 상태로 지지 부재(200)에 의해 지지된다.
세정액 공급 부재(300)는 제 1노즐(320), 제 2노즐(340), 약액 공급관(362), 세척액 공급관(364), 그리고 분배관(380)을 포함한다. 제 1노즐(320)은 내조(120) 내로 약액을 공급한다. 약액은 불산, 인산, 또는 황산 등을 포함하는 화학 용액일 수 있다. 제 2노즐(340)은 내조(120) 내로 세척액을 공급한다. 세척액으로는 탈이온수가 사용될 수 있다.
제 1노즐(320)은 위에서 아래 방향으로 처리조(100) 내로 약액을 공급하도록 배치된다. 제 1노즐(320)은 처리조(100)에 약액이 모두 채워진 상태에서 약액의 수면보다 높은 위치에 설치된다. 선택적으로, 제 1노즐(320)은 이로부터 공급되는 약액이 내조(120)의 바닥면에 부딪힌 후 다시 내조(120) 외부로 튀는 것을 방지할 수 있는 정도의 높이에 설치될 수 있다. 일 예에 의하면, 제 1노즐(320)은 파이프 형상을 가지며, 처리조(100)의 상부에 수직방향으로 설치된다.
일반적으로 약액은 내부에 액체가 채워지지 않은 처리조(100)로 공급된다. 상술한 제 1노즐(320)의 배치는 제 1노즐(320)로부터 내부가 비어 있는 처리조(100)로 약액을 공급할 때 약액이 처리조(100) 외부로 튀는 것을 방지한다. 제 1노즐(320)은 처리조(100) 내부를 약액으로 신속하게 채울 수 있도록 충분히 큰 분사구를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 제 1노즐(320)은 그 길이방향을 따라 복수의 분사구들이 형성된 로드 형상을 가질 수 있다.
제 2노즐(340)은 아래에서 위를 향하는 방향으로 처리조(100) 내로 세척액을 공급하도록 배치된다. 제 2노즐(340)은 내조(120) 내에 제공되며, 내조(120) 내에 수용된 웨이퍼(W)들보다 낮은 높이에 위치된다. 제 2노즐(340)은 하나 또는 복수개가 제공된다. 각각의 제 2노즐(340)은 긴 로드 형상을 가지며, 웨이퍼(W)의 배열방향과 동일한 방향으로 배치된다. 제 2노즐(340)에는 그 길이방향을 따라 복수의 분사구들이 형성된다.
세척액의 분사압력이 큰 경우, 웨이퍼(W)에 묻어있는 약액의 제거 효율은 높 아진다. 일반적으로 세척액은 약액 또는 세척액이 채워진 처리조(100)로 공급된다. 따라서 제 2노즐(340)에 형성된 분사구의 크기는 상술한 처리조(100) 내에 채워진 액체의 압력을 극복하고 세척액이 웨이퍼(W)에 도달할 정도로 충분히 작게 형성되는 것이 바람직하다.
일 예에 의하면, 제 1노즐(320)과 제 2노즐(340)은 각각 분배관(380)을 통해 약액 또는 세척액을 공급받는다. 분배관(380)은 제 1연결관(382)과 제 2연결관(384)을 가진다. 제 1연결관(382)은 일단이 세척액 공급관(364) 및 약액 공급관(362)과 연결되고, 타단이 제 1노즐(320)과 연결된다. 제 2연결관(384)은 제 1연결관(382)으로부터 분기되어 제 2노즐(340)과 연결된다. 약액 공급관(362)은 약액 저장부(392)로부터 약액을 공급받아 이를 분배관(380)으로 제공한다. 세척액 공급관(364)은 세척액 저장부(394)로부터 세척액을 공급받아 이를 분배관(380)으로 제공한다. 약액 공급관(362), 세척액 공급관(364), 제 1연결관(382), 그리고 제 2연결관(384) 각각에는 내부 통로를 개폐하거나 그 내부를 흐르는 유량을 제어하는 밸브(362a, 364a, 382a, 384a)가 설치된다.
상술한 구조를 가지는 세정 장치(10)에 의하면, 약액을 공급하는 노즐(320)과 세척액을 공급하는 노즐(340)이 각각 제공되므로, 약액을 공급하는 노즐(320)과 세척액을 분사하는 노즐(340)에 형성된 분사구의 크기를 정할 때 서로에 의해 제한을 받지 않는다.
또한, 상술한 구조를 가지는 세정 장치(10)에 의하면, 약액이 처리조(100)의 상부에서 아래를 향하는 방향으로 공급되므로, 초기에 약액이 처리조(100) 외부로 튀는 것을 방지할 수 있다.
다음에는 도 4 와 도 5를 참조하여, 상술한 구조를 가진 세정 장치(10)에서 공정을 수행하는 방법을 설명한다. 이하 설명의 용이를 위해, 약액 공급관(362), 세척액 공급관(364), 제 1연결관(382), 그리고 제 2연결관(384)에 설치된 밸브를 각각 제 1밸브(362a), 제 2밸브(364a), 제 3밸브(382a), 그리고 제 4밸브(384a)로 칭한다. 또한, 도면에서 내부가 블랙으로 채워진 밸브는 유체의 흐름이 차단되도록 닫힌 상태인 밸브를 나타내고, 내부가 빈 밸브는 유체의 흐름이 개방되도록 열린 상태인 밸브를 나타낸다.
처음에 도 4에 도시된 바와 같이 내부가 빈 내조(120) 내부를 약액으로 채운다. 제 1노즐(320)로 약액이 공급되도록 제 2밸브(364a)와 제 4밸브(384a)를 닫고, 제 1밸브(362a)와 제 3밸브(382a)를 연다. 내조(120)에 약액이 채워지면, 웨이퍼(W)들이 처리조(100) 내 지지 부재(200)로 로딩된다. 약액에 의해 웨이퍼(W)들 상에 잔류하는 파티클 등이 웨이퍼(W)로부터 제거된다. 일정시간이 지나면, 약액이 채워진 내조(120) 내로 세척액을 공급한다. 제 2노즐(340)로 세척액이 공급되도록 제 1밸브(362a)와 제 3밸브(382a)를 닫고, 제 2밸브(364a)와 제 4밸브(384a)를 연다. 제 2노즐(340)은 세척액을 웨이퍼(W)를 향해 고압으로 분사된다. 내조(120)로부터 넘쳐흐르는 세척액은 외조(140)로 수용된다. 웨이퍼(W) 세척이 완료되면, 웨이퍼(W)는 처리조(100)의 지지 부재(200)로부터 언로딩되고, 내조(120) 내에 채워진 세척액은 외부로 배출된다.
상술한 예에서는 처리조(100) 내로 약액은 제 1노즐(320)을 통해서만 공급되 는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리, 초기에 약액은 제 1노즐(320)을 통해서만 처리조(100) 내로 공급되고, 처리조(100) 내에 약액이 일정수위 이상 채워진 이후에는 제 1노즐(320)과 제 2노즐(340)을 통해 동시에 처리조(100) 내로 공급된다. 이는 처리조(100)에 약액을 채우는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 상술한 예에서는 처리조(100) 내부가 약액으로 채워진 이후에 웨이퍼(W)들이 처리조(100) 내로 로딩되는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 웨이퍼(W)들이 처리조(100) 내로 로딩된 이후에 처리조(100) 내로 약액이 공급될 수 있다.
또한, 상술한 예에서는 처리조(100) 내에서 약액 및 세척액을 이용한 세정 공정만이 수행되는 경우를 설명하였다. 그러나 이와 달리, 처리조(100)에 건조가스를 공급하는 노즐이 더 제공되어, 웨이퍼(W)를 세척한 이후 웨이퍼(W)를 건조하는 공정이 수행될 수 있다.
상술한 예에서는 약액과 세척액이 분배관(380)을 통해 제 1노즐(320)과 제 2노즐(340)로 공급되는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리, 도 6에 도시된 바와 같이, 세정 장치(300′)는 제 1노즐(320)이 약액 공급관(362)에 직접 연결되고, 제 2노즐(340)이 세척액 공급관(364)에 직접 연결되는 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 약액을 공급하는 노즐과 세척액을 분사하는 노즐에 형성된 분사구의 크기를 이들 각각에 적합하도록 정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 초기에 처리조로 공급된 약액이 처리조 외부로 튀는 것을 방지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판을 세정하는 장치에 있어서,
    세정 공정이 수행되는 처리조와;
    공정 진행시 상기 처리조 내에 배치되어 기판들을 지지하는 지지 부재와;
    상기 처리조 내로 세정액을 공급하는 세정액 공급 부재를 포함하되,
    상기 세정액 공급 부재는,
    상기 처리조의 상부에 배치되어 상기 처리조 내로 위에서 아래 방향으로 약액을 공급하는 제 1노즐과;
    상기 처리조 내에 기판보다 아래에 배치되어 상기 처리조 내 기판들을 향해 세척액을 분사하는 제 2노즐;을 포함하며,
    상기 제 2 노즐의 분사구는 상기 제 1 노즐의 분사구의 크기보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 세정액 공급부재는,
    약액을 공급하는 약액 공급관과;
    세척액을 공급하는 세척액 공급관과;
    상기 약액 공급관 및 상기 세척액 공급관으로부터 약액 및 세척액을 공급받아 이를 상기 제 1노즐 또는 제 2노즐로 공급하는 분배관을 더 포함하되,
    상기 분배관은,
    일단은 상기 약액 공급관 및 상기 세척액 공급관과 연결되고, 타단은 상기 제 1노즐과 연결되는 제 1연결관과;
    상기 제 1연결관으로부터 분기되며, 상기 제 2노즐과 연결되는 제 2연결관과;
    상기 제 1연결관에 설치되어 그 내부 통로를 개폐하거나 유량을 조절하는 밸브와;
    상기 제 2연결관에 설치되어 그 내부 통로를 개폐하거나 유량을 조절하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.
  5. 기판을 세정하는 처리조로 세정액을 공급하는 방법에 있어서,
    처리조로 약액을 공급할 때에는 상기 처리조의 상부에서 설치된 제 1노즐을 통해 상기 처리조로 약액을 공급하고, 상기 처리조로 세척액을 공급할 때에는 상기 처리조 내 하부에 설치된 제 2노즐을 통해 상기 기판들을 향해 분사되도록 세척액을 공급하는 것을 특징으로 하는 처리조로 세정액을 공급하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    기판이 수용된 처리조에 약액을 공급할 때, 상기 제 1노즐을 통해 상기 처리조에 일정 수위 이상 약액이 공급되면, 상기 제 1노즐과 함께 상기 제 2노즐을 통해서도 약액이 상기 처리조 내로 공급되는 것을 특징으로 하는 처리조로 세정액을 공급하는 방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제 2노즐은 상기 제 1노즐에 비해 고압으로 세척액을 분사하는 것을 특징으로 하는 처리조로 세정액을 공급하는 방법.
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