KR100954566B1 - 트랜스미터 및 이를 포함하는 기판 세정 장치 - Google Patents
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Abstract
가공이 용이하고, 내 강산성을 가지는 트랜스미터 및 이를 포함하는 기판 세정 장치가 제공된다. 트랜스미터는 초음파 에너지를 전달하는 트랜스미터 본체부와, 트랜스미터 본체부의 외표면을 커버하도록 배치되고, 두께가 0.5 ~ 3㎛인 보호 필름을 포함한다.
트랜스미터, 보호 필름, 초음파 세정
Description
본 발명은 트랜스미터 및 이를 포함하는 기판 세정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공이 용이하고, 내 강산성을 가지는 트랜스미터 및 이를 포함하는 기판 세정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판에는 증착, 리소그래피, 식각, 화학적/기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들이 반복적으로 수행된다. 상기 단위 공정들 중에서 세정 공정은 각각의 단위 공정을 수행하는 동안, 반도체 기판의 표면에 부착되는 이물질이나 불필요한 막을 제거하는 공정이다.
반도체 기판 상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 세정 공정의 중요도가 커지고 있다. 그리고, 완벽한 세정을 위하여 기판 세정 장치가 지속적으로 개발되었다. 최근에는 세정액에 수백 kHz 이상의 초음파 진동을 인가하는 기판 세정 장치가 주로 사용되고 있다. 초음파 진동을 인가하면 입자 가속도와 캐비테이션을 이용하여 반도체 기판을 세척할 수 있다.
한편, 기판 세정 장치는 다수의 반도체 기판을 동시에 세정하는 배치식 세정 장치와 낱장 단위로 반도체 기판을 세정하는 매엽식 세정 장치로 구분된다. 이 중에서, 매엽식 세정 장치는 반도체 기판을 지지하는 지지대와 반도체 기판의 전면 또는 이면에 세정액을 분사하는 세정액 노즐을 포함한다. 그리고, 세정액이 반도체 기판 상에 공급된 상태에서 트랜스미터를 이용하여 초음파 진동이 인가될 수 있다.
그러나, 트랜스미터가 강산성인 세정액에 의해 손상받을 수 있으므로, 트랜스미터의 손상을 방지하여 세정액에 초음파 에너지를 양호하게 전달할 필요가 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 가공이 용이하고 내 강산성을 가지는 트랜스미터를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 트랜스미터를 포함하는 기판 세정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터는, 초음파 에너지를 전달하는 트랜스미터 본체부와, 상기 트랜스미터 본체부의 외표면을 커버하도록 배치되고, 두께가 0.5 ~ 3㎛인 보호 필름을 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치는, 반도체 기판을 지지하는 지지부와, 상기 반도체 기판에 세정액을 분사하는 세정액 노즐과, 상기 세정액에 초음파 에너지를 전달하는 트랜스미터 본체부와, 상기 트랜스미터 본체부의 외표면을 커버하도록 배치되고, 두께가 0.5 ~ 3㎛인 보호 필름을 포함하는 트랜스미터를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 트랜스미터 및 기판 세정 장치에 의하면, 트랜스미터의 내강산성이 향상되어 초음파 에너지를 세정액에 유효하게 전달할 수 있으며, 트랜스미터의 가공이 용이해질 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 및/또는 은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 트랜스미터와 이를 포함하는 기판 세정 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 2는 도 1의 기판 세정 장치에 포함된 트랜스미터를 설명하기 위한 상세도이다.
도 1을 참조하면, 기판 세정 장치(200)는 반도체 기판(W)을 지지하고, 회전시키기 위한 지지부(210)와, 지지부(210)의 둘레에 구비된 보울(202)과, 반도체 기판(W)의 표면에 세정액을 공급하기 위한 세정액 노즐(204, 206)과, 반도체 기판(W)의 상면에 공급된 세정액에 초음파 진동을 인가하는 초음파 노즐(290)을 포함할 수 있다.
지지부(210)는 제1 모터(218)의 회전력을 전달하기 위한 제1 회전축(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 포함할 수 있다. 지지부(210)의 구조는 다양하게 변경될 수 있으며, 다양한 지지부(210)의 구조 가 공지되어 있으므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
보울(202)은 반도체 기판(W)의 표면으로 공급되어 반도체 기판(W)의 회전에 의해 반도체 기판(W)으로부터 비산되는 세정액을 차단할 수 있다. 보울(202)은 반도체 기판(W)의 로딩 및 언로딩을 위해 상하 이동 가능하도록 설치될 수 있다.
보울(202)의 하부에는 배출관(208)이 연결될 수 있고, 보울(202)의 하부 중앙 부위를 관통하여 제1 회전축(220)이 설치될 수 있다. 배출관(208)을 통해 보울(202)에 의해 차단된 세정액이 배출될 수 있다. 그리고, 제1 회전축(220)은 지지부(210)에 지지된 반도체 기판(W)을 회전시키기 위한 회전력을 전달할 수 있다.
세정액 노즐(204, 206)은 반도체 기판(W)의 상면에 세정액을 공급하기 위한 제1 노즐(204)과, 반도체 기판(W)의 하면에 세정액을 공급하기 위한 제2 노즐(206)을 포함할 수 있다. 제1 노즐(204)은 지지부(210)의 상부에 배치될 수 있으며, 제2 노즐(206)은 보울(202)의 측벽을 관통하여 설치될 수 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 사용될 수 있다.
탈이온수는 반도체 기판(W)에 부착된 이물질 제거 및 린스의 목적으로 사용될 수 있다. 불산과 탈이온수의 혼합액(DHF)은 반도체 기판(W) 상에 형성된 자연 산화막(SiO2) 제거 및 금속 이온 제거를 위해 사용될 수 있다. 이때, 불산과 탈이온수의 혼합 비율은 1:100 내지 1:500 정도일 수 있으며, 세정 공정의 조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
세정액은 세정하려는 대상에 따라 달라질 수 있다. 세정액이 산성 또는 강산성을 가지는 경우 반도체 기판(W)에 인접하게 배치된 트랜스미터 본체부(232)를 부식시킬 우려가 있으나, 후술하는 보호 필름(332)에 의해 트랜스미터 본체부(232)가 보호될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 초음파 노즐(290)은 진동 에너지를 제공하는 초음파 진동부(232, 234, 238)와, 초음파 진동부(232, 234, 238)를 수납하는 하우징(240)을 포함할 수 있다.
초음파 진동부(232, 234, 238)는 트랜스듀서에 의해 진동하는 트랜스미터(transmitter, 232, 332)와 전기 에너지를 진동 에너지로 변환하는 트랜스듀서(transducer, 238)와 버퍼(234)를 포함할 수 있다.
트랜스미터(232, 332)는 트랜스미터 본체부(232)와 이를 보호하는 보호 필름(332)으로 이루어질 수 있다.
트랜스미터 본체부(232)는 지지부(210)에 지지된 반도체 기판(W)의 상부에 배치될 수 있다. 트랜스미터 본체부(232)는 제1 노즐(204)을 통해 반도체 기판(W)의 상면에 공급된 세정액에 초음파 진동을 인가할 수 있다. 트랜스미터 본체부(232)는 반도체 기판(W)의 상면에 공급된 세정액과 접촉될 수 있으며, 수직 방향으로 연장될 수 있다.
트랜스미터 본체부(232)는 예를 들어 원기둥 형상, 하부면으로 갈수록 폭이 넓어지는 사다리꼴 기둥 형상, 직사각형 기둥 형상일 수 있으며, 형상에 제한이 있 는 것은 아니다.
한편, 트랜스미터 본체부(232)의 하부면으로부터 반도체 기판(W)의 상부면으로 공급된 세정액에 인가되는 초음파는 반도체 기판(W)의 상부면에 반사되어 반사파를 형성할 수 있다. 반사파는 세정액에 인가된 초음파 진동을 비정상적으로 증폭시킬 수 있으며, 이에 따라 반도체 기판(W) 상에 형성된 패턴이 손상될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 이러한 초음파 진동의 비정상적인 증폭은 트랜스미터 본체부(232)의 하부면에 요철을 형성함으로서 방지될 수 있다. 트랜스미터 본체부(232)의 하부면에 다수의 홈을 형성하거나 다수의 돌기를 형성하면, 트랜스미터 본체부(232)의 하부면에 요철을 형성할 수 있다. 트랜스미터 본체부(232) 하부면의 요철은 반도체 기판(W)으로부터 반사된 반사파를 분산시켜, 초음파 진동이 비정상적으로 증폭하는 것을 방지할 수 있다.
트랜스미터 본체부(232)는 초음파 에너지를 효과적으로 전달하는 물질, 예를 들어 석영으로 제조될 수 있다. 석영으로 제조된 트랜스미터 본체부(232)는 대부분의 세정액에 만족스럽게 사용될 수 있지만, 불산을 포함하는 세정액은 석영을 식각할 수 있다. 따라서, 불산을 포함하는 세정액이 사용되는 경우, 사파이어(sapphire), 탄화규소(silicon carbide), 질화붕소(boron nitride) 등이 석영 대신에 사용될 수 있다. 그러나, 이들 재료를 이용하여 트랜스미터 본체부(232)를 형성하는 경우 트랜스미터 본체부(232)의 가공이 용이하지 않으므로, 트랜스미터 본체부(232)는 석영으로 제조하되, 이의 외표면을 커버하여 트랜스미터 본체부(232)를 포하하는 보호 필름(332)을 형성한다.
이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치에 포함되는 보호 필름에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 도 2의 트랜스미터의 내 강산성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 보호 필름(332)은 적어도 트랜스미터 본체부(232)의 하부 외표면을 커버하도록 형성되어 식각액(도면에 다수의 미세 구형으로 도시)으로부터 트랜스미터 본체부(232)를 보호한다. 세정 공정 진행 중 세정액이 반도체 기판(W)으로부터 튀어올라 트랜스미터 본체부(232)의 측면에 묻어 트랜스미터 본체부(232)를 부식시킬 수 있으므로, 보호 필름(332)은 트랜스미터 본체부(232)의 외표면 전부를 덮도록 형성될 수 있다.
보호 필름(332)은 식각액에 내성이 있는 물질로 이루어진다. 즉, 식각액이 불산과 같이 강산인 경우 내 강산성 물질로 이루어진다. 보호 필름(332)은 예를 들어 탄소 함유 물질, CrN, Y2O3로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 보호 필름(332)으로 사용될 수 있는 탄소 함유 물질의 예로, 강성 및 내 강산성을 지니는 탄화규소나 탄소유리(vitreous carbon)를 들 수 있으며, 내산성, 및 강성을 지니고 매끈한 표면을 가지는 DLC(Diamond like carbon) 구조를 가지는 물질들이 적합하게 예시될 수 있다.
보호 필름(332)은 0.5 ~ 3㎛의 두께(t)로 형성될 수 있다. 보호 필름(332)의 두께(t)가 0.5㎛ 미만인 경우 보호 필름(332)이 일부 손상되면 트랜스미터 본체부(232)가 식각액과 접촉하여 부식을 일으킬 수 있으며, 보호 필름(332)의 두께(t) 가 3㎛를 초과하는 경우 트랜스미터 본체부(232)로부터 초음파 에너지가 세정액으로 잘 전달되지 않을 수 있다. 보호 필름(332)은 트랜스미터 본체부(232)의 외표면에 증착되거나 코팅될 수 있으며, 그 형성 방법에 제한이 있는 것은 아니다.
트랜스미터 본체부(232)의 하부면에 요철이 형성된 경우 보호 필름(332)은 요철의 굴곡을 따라 형성될 수 있다. 이 경우 트랜스미터 본체부(232)는 보호 필름(332)에 의해 강산성의 세정액에 내성을 가지는 한편, 보호 필름(332)의 표면이 요철의 굴곡을 가지므로, 초음파 진동의 비이상적 증폭을 방지할 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 트랜스듀서(238)는 전기적인 에너지를 물리적인 진동 에너지로 변환시키며, 디스크 형상의 압전 소자(piezoelectric transducer)를 포함할 수 있다. 트랜스듀서(238)에 인가되는 전기 에너지는 발진기와 같은 초음파 에너지 소스(미도시)로부터 제공될 수 있다. 다수의 전기 커넥터(254, connector)와 제2 회전축(264)을 관통하는 전선(256)에 의해서, 트랜스듀서(238)와 초음파 에너지 소스가 연결될 수 있다.
버퍼(234)는 트랜스듀서(238)와 트랜스미터 본체부(232) 사이에 배치되며, 트랜스듀서(238)에서 발생되는 초음파 진동 에너지를 손실없이 트랜스미터 본체부(232) 상면에 제공하는 역할을 할 수 있다.
버퍼(234)는 트랜스미터 본체부(232)의 상부면에 음향적으로 결합될 수 있고, 트랜스듀서(238)는 버퍼(234)의 상부면에 음향적으로 결합될 수 있다. 여기서, 트랜스미터 본체부(232)와 버퍼(234)는 접착 물질에 의해 접착될 수 있다. 또한, 트랜스미터 본체부(232)와 버퍼(234) 사이에 다수의 홀이 형성되어 있는 얇은 금속 스크린이 개재될 수 있다.
버퍼(234)는 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 트랜스미터 본체부(232)의 열전도도보다 높은 열전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 버퍼(234)는 동, 알루미늄 등과 같이 열전도도가 높은 물질로 이루어질 수 있다.
하우징(240)은 원통 형상을 가질 수 있고, 트랜스미터 본체부(232)와 버퍼(234)를 수납할 수 있다. 하우징(240)은 원형의 컵(242)과 커버(244)를 포함할 수 있다. 컵(242)의 내측벽에는 버퍼(234)를 수납하기 위한 환형 리세스(recess, 미도시)가 형성될 수 있고, 커버(244)의 중앙 부위에는 트랜스미터 본체부(232)가 설치되는 개구가 형성될 수 있다. 컵(242)과 커버(244)는 복수의 볼트(246)에 의해 결합될 수 있다.
초음파 노즐(290)은 초음파 노즐(290)을 회전 운동시키는 제2 모터(262)와 제2 회전축(264)를 더 포함할 수 있다.
제2 모터(262)는 수평 암(250)의 상부면에 설치될 수 있으며 제2 회전축(264)에 연결될 수 있다. 제2 모터(262)는 회전력을 발생시키고, 제2 회전축(264)에 회전력을 전달할 수 있다. 제2 회전축(264)은 트랜스미터 본체부(232)를 회전시키기 위한 제2 회전력을 전달할 수 있다. 제2 회전축(264)은 수평 암(250)을 관통하고, 하우징(240)의 상부와 연결될 수 있다. 곧, 하우징(240)은 수평 암(250)을 관통한 제2 회전축(264)과 연결될 수 있다.
초음파 노즐(290)은 초음파 진동부(232, 234, 238)의 온/오프를 제어하는 제어부(270)를 더 포함할 수 있다. 제어부(270)는 트랜스듀서(238)에 인가되는 전기 에너지를 온/오프하여서, 초음파 진동부(232, 234, 238)의 온/오프를 제어할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 도 1의 기판 세정 장치에 포함된 트랜스미터를 설명하기 위한 상세도이다.
도 3은 도 2의 트랜스미터의 내 강산성을 설명하기 위한 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
200: 기판 세정 장치 202: 보울
204: 제1 노즐 206: 제2노즐
210: 지지부 212: 원형 링
214: 허브 216: 스포크
218: 제1 모터 220: 제1 회전축
232: 트랜스미터 본체부 234: 버퍼
238: 트랜스듀서 240: 하우징
332: 보호 필름
Claims (5)
- 초음파 에너지를 전달하는 트랜스미터 본체부; 및상기 트랜스미터 본체부의 외표면을 커버하도록 배치되고, 두께가 0.5 ~ 3㎛인 보호 필름을 포함하는데,상기 보호 필름은 내 강산성 물질로 이루어진 트랜스미터.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,상기 보호 필름은 탄소 함유 물질, CrN, Y2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 트랜스미터.
- 제3 항에 있어서,상기 탄소 함유 물질은 DLC 구조를 가지는 트랜스미터.
- 반도체 기판을 지지하는 지지부;상기 반도체 기판에 세정액을 분사하는 세정액 노즐; 및상기 세정액에 초음파 에너지를 전달하는 트랜스미터 본체부와, 상기 트랜스미터 본체부의 외표면을 커버하도록 배치되고, 두께가 0.5 ~ 3㎛인 보호 필름을 포함하는데,상기 보호 필름은 내 강산성 물질로 이루어진 트랜스미터를 포함하는 트랜스미터를 포함하는 기판 세정 장치.
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