KR101065349B1 - 세정 노즐 및 이를 포함하는 세정 장치 - Google Patents

세정 노즐 및 이를 포함하는 세정 장치 Download PDF

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Abstract

세정 노즐 및 이를 포함하는 세정 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 발명의 세정 장치는 기판을 지지하는 지지부, 지지부를 회전시키는 회전부 및 기판에 세정액을 분사하는 노즐을 포함하는 세정 장치에 있어서, 노즐은 세정액을 공급 받아 기판을 향하여 분사하는 세정액 분사 노즐, 세정액 분사 노즐의 끝단에 가스를 분사하는 가스 공급 노즐 및 세정액에 초음파 진동을 인가하는 초음파 발생부를 포함한다.
세정 장치, 매엽식, 초음파, 노즐

Description

세정 노즐 및 이를 포함하는 세정 장치{Cleaning nozzle and cleaning apparatus including the same}
본 발명은 세정 노즐 및 이를 포함하는 세정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정 중 세정 공정에 사용되는 세정 노즐 및 이를 포함하는 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.
종래의 습식 세정 장치에 있어서 기판을 향하여 고압의 세정액을 분사하는 세정이 주류를 이루고 있다. 이때, 고압의 세정책을 분사하는 방법으로는 초순수(DIW; Deionized Water)를 고압으로 분사하는 방법, 초순수와 질소 가스를 고속 으로 분사하는 방법, 초순수, 질소, 이산화탄소를 고속으로 분사하는 방법 등이 사용되었다. 각각의 방법에 있어서 세정액의 분사 속도와 입자경을 각각 다르지만, 각각의 경우에 분사속도는 50m/sec이상, 입자경은 30㎛ 이상이었다.
세정액의 입자경이 크고 분사 속도가 크면 기판에 스크래치를 발생시켜 기판의 불량을 초래할 수가 있다. 따라서, 기판의 손상을 방지하기 위한 속도로 세정액을 분사시켜야 했고, 따라서 세정의 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 세정력을 향상시키는 세정 노즐 및 세정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 세정 노즐은 세정액을 공급 받아 분사하는 세정액 분사 노즐; 상기 세정액 분사 노즐의 끝단에 가스를 분사하는 가스 분사 노즐; 및 상기 세정액에 초음파 진동을 인가하는 초음파 발생부를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 세정 장치는 기판을 지지하는 지지부; 상기 지지부를 회전시키는 회전부; 및 상기 기판에 세정액을 분사하는 노즐을 포함하는 세정 장치에 있어서, 상기 노즐은 세정액을 공급 받아 상기 기판을 향하여 분사하는 세정액 분사 노즐; 상기 세정액 분사 노즐의 끝단에 가스를 분사하는 가스 분사 노즐; 및 상기 세정액에 초음파 진동을 인가하는 초음파 발생부를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 세정 노즐 및 이를 포함하는 세정 장치에 따르 면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 고압의 세정액을 이용한 분사 세정과 초음파 세정을 동시에 수행할 수 있어서 세정력을 향상시킬 수가 있다는 장점이 있다.
둘째, 기존의 세정액 분사 속도를 유지하면서 세정력을 향상시킬 수 있으므로 분사 압력에 의해 기판이 손상되는 것을 방지할 수 있다는 장점도 있다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 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, 본 발명의 실시예들에 의하여 세정 노즐 및 이를 포함하는 세정 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 장치를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 세정 노즐의 이동을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
본 발명의 일 시예에 따른 기판 세정 장치(200)는 지지부(210), 회전부(218), 세정 노즐(280), 및 바울(202) 등을 포함할 수 있다.
지지부(210)는 회전부(218)의 회전력을 전달하기 위한 제 1 회전축(220)과 연결되어 있는 허브(214), 반도체 기판(W)을 지지하기 위한 원형 링(212), 및 원형 링(212)과 허브(214)를 연결하기 위한 다수개의 스포크(216)를 포함하여 구성될 수 있다. 지지부(210)의 구조는 전술한 것에 한정되지 않고, 다른 공지된 기술로 다양하게 변형이 가능하다.
회전부(218)는 모터 등으로 구성되어 지지부(210)와 연결되어 지지부(210)를 회전 시키는 회전 동력을 발생시킨다.
바울(202)은 반도체 기판(W)의 표면으로 공급되어 반도체 기판(W)의 회전에 의해 반도체 기판(W)으로부터 비산되는 세정액을 차단할 수 있다. 바울(202)은 반도체 기판(W)의 로딩 및 언로딩을 위해 상하 이동 가능하도록 설치될 수 있다.
바울(202)의 하부에는 세정액을 배출시키는 배출관(208)이 형성될 수 있고, 바울(202)의 하부 중앙 부위를 관통하여 제1 회전축(220)이 설치될 수 있다. 배출관(208)을 통해 바울(202)에 의해 차단된 세정액이 배출시킨 후 이를 다시 수거하여 세정액으로 재사용할 수도 있다.
회전부(218)와 연결된 제 1 회전축(220)은 지지부(210)에 지지된 반도체 기판(W)을 회전시키기 위한 회전력을 전달할 수 있다.
세정 노즐(280)은 반도체 기판(W)의 상면에 세정액을 공급한다. 반도체 기 판(W)의 하면에 세정액을 공급하기 위한 세정 노즐(206)을 더 포함할 수가 있다. 도시된 바와 같이 기판(W)의 하부를 세정하기 위한 세정 노즐(206)은 바울(202)의 측벽을 관통하여 설치될 수 있다.
여기서, 세정액으로는 초순수, 불산(HF)과 초순수의 혼합액, 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2) 및 초순순의 혼합액, 불화암모늄(NH4F)과 불산(HF) 및 초순수의 혼합액 및 인산(H3PO4) 및 초순수를 포함하는 혼합액 등이 사용될 수 있다. 이하, 설명에서는 세정액으로 초순수가 사용된 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 바울(도 1의 202 참조)의 일측에는 기판(W) 상부의 세정 노즐(280)의 높이를 조절하기 위한 공압 실린더(278)가 배치될 수 있고, 공압 실린더(278)는 세정 노즐을 수평 방향으로 이동시키기 위한 모터(272)와 연결될 수 있다.
모터(272)의 회전력을 전달하는 제 2 회전축(274)은 수평 암(250)과 연결될 수 있다. 공압 실린더(278)는 세정 노즐(280)을 수직 방향으로 이동시키며, 모터(272)는 수평 암(250)을 수평 방향으로 회전시킨다. 세정 노즐(280)이 바울(202) 내에서 수평 방향으로 이동하도록, 수평 암(250)은 일정한 각도 내에서 회전을 할 수 있다. 반도체 기판(W)이 회전하고, 세정 노즐(280)이 수평 방향으로 이동함으로써, 반도체 기판(W)의 상면의 전면에 균일하게 세정액을 인가시킬 수가 있다.
도시된 바에 의하면, 세정 노즐(280)의 수평 방향 이동은 수평 암(250)과 모터(272)에 의해 수행되며, 세정 노즐(280)의 수직 방향 이동은 공압 실린더(278)에 의해 수행된다. 그러나, 세정 노즐(280)의 수평 방향 이동 및 수직 방향 이동은 이에 한정되지 않고, 다양한 방법으로 변형 가능하다.
이하, 도 3을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 노즐을 설명하기로 한다. 도시된 세정 노즐은 도 1 및 도 2에서 기판의 상부를 향하여 세정액을 분사하는 제 1 노즐을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 노즐의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세정 노즐은 세정액 분사 노즐(282), 가스 분사 노즐(286), 및 초음파 발생부(289)를 포함하여 구성될 수 있다.
세정액 분사 노즐(282)은 상부의 개방된 유입구(283)로부터 미도시된 세정액 탱크를 통하여 세정액인 초순수를 공급받는다. 하부에는 상부에 비해 좁은 분사구(284)를 통해 세정액을 토출한다. 도시되어 있는 것과 같이 세정액 분사 노즐(282)의 내부는 유입구(283)에서 분사구(284)로 갈수록 단계적으로 폭이 좁아지는데, 폭이 좁아 짐에 따라서 분사 압력이 높아져 최종적으로 빠른 속도로 세정액이 분사구(284)를 통해 토출될 수 있다.
가스 분사 노즐(286)은 세정액 노즐의 끝단에 가스를 분사한다. 가스로는 불활성 가스인 질소(N2)가 분사될 수 있다. 가스 분사 노즐(286)은 도시되어 있는 것과 같이 세정액 분사 노즐(282)의 외부를 감싸도록 형성되어 있어서 세정액 분사 노즐(282)의 외부와의 틈 사이로 질소를 분사한다. 즉, 가스 분사 노즐(286)의 일측의 가스 유입부(287)로부터 질소를 공급 받아 가스 분사 노즐(286)의 내부로 유 입되는데, 이때, 세정액 분사 노즐(282)과 가스 분사 노즐 사이(286)의 틈 공간을 통해 아래로 빠른 속도의 질소 가스가 분사된다. 이때, 가스 분사 노즐(286)의 내부의 상부에는 실링(288)이 형성되어 가스 유입부(287)로부터 공급된 질소가 상부로 유출되는 것을 막고 아래의 틈을 통해서만 분사되도록 한다.
초음파 발생부(289)는 세정액에 초음파 진동을 인가한다. 바람직하게는 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 세정액 분사 노즐(282)의 내부에 압전 소자를 포함하는 초음파 발생부(289)가 형성되어 세정액 분사 노즐(282)의 유입구(283)를 통해 유입된 초순수에 초음파 진동을 인가한다. 압전 소자는 전기적인 에너지를 물리적인 진동 에너지로 변환시켜 초음파 진동을 발생시킨다.
초음파 세정의 원리를 간단하게 설명하면, 초음파 세정은 초음파에 의해 입자의 가속도와 캐비테이션(cavitation)을 이용한다. 캐비테이션은 초음파가 세정액으로 전달될 때 발생하는 압력의 변화에 의해서 캐비티가 붕괴되면서 발생하는 충격 현상이다.
초음파의 주파수가 낮을수록, 입자 가속도가 느려지고 충격력이 강해진다. 그리고, 주파수가 낮아질수록, 캐비티의 크기가 커지고 캐비테이션의 강도가 강해진다. 이렇게 초음파의 주파수가 낮아지면, 반도체 기판 상의 큰 입자를 제거할 수 있다.
반면, 초음파의 주파수가 높을수록, 입자 가속도가 빨라지고 충격력이 약해진다. 그리고, 주파수가 높아질수록, 캐비티의 크기가 작아지고 캐비테이션의 강도가 약해진다. 이렇게 초음파의 주파수가 커지면, 큰 입자를 제거할 수 있는 능력이 떨어질 수 있다. 그러나 캐비테이션의 밀도가 높아지므로, 침투력이 향상되어서, 정밀 세척이 가능해진다.
이와 같이 세정액에 초음파 에너지를 공급하여 초음파 진동에 의한 세정을 수행할 수가 있다.
세정액 분사 노즐(282)을 통해 빠른 속도로 분사되는 세정액은 압력의 변화에 의해 기체로 분사될 수 있는데, 분사구(284)의 일측에서 더욱 빠른 속도의 불활성 가스인 질소가 세정책을 향하여 분사되어 세정액의 입자경을 더욱 작게 만들 수가 있다.
따라서, 본 발명에서는 고압액(또는 기체)를 이용한 분사 세척을 수행함과 동시에, 분사되는 세정액은 초음파 진동 에너지를 가지고 있기 때문에 초음파 세정을 동시에 수행할 수가 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 노즐(280)을 이용함으로써 세정 효율을 더욱 향상시킬 수가 있다. 분사 세척과 초음파 세척을 동시에 수행함으로써 세정 효율을 향상시킬 수가 있으므로, 종래와 비교하여 세정액의 분사 속도를 더 느리게 설정하여도 더 향상된 세정을 수행할 수 있으며, 따라서 세정액의 높은 분사 압력에 의해 기판(W)에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 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. 본 발명의 범위는 상 기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세정 노즐의 이동을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 노즐의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
202: 바울
210: 기판 지지부
218: 회전부
280: 세정 노즐
282: 세정액 분사 노즐
286: 가스 분사 노즐
289: 초음파 발생부

Claims (6)

  1. 세정액을 공급 받아 분사하는 세정액 분사 노즐;
    상기 세정액 분사 노즐의 끝단에 가스를 분사하는 가스 분사 노즐; 및
    상기 세정액에 초음파 진동을 인가하는 초음파 발생부를 포함하되,
    상기 가스 분사 노즐은 상기 세정액 분사 노즐의 분사구 외주변을 감싸도록 형성되며,
    상기 가스 분사 노즐의 내측면은 상기 세정액 분사 노즐의 외측면과 대응하는 형상을 갖는 세정 노즐
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분사 노즐은 상기 세정액 분사 노즐의 외측면과 상기 가스 분사 노즐의 내측면 사이의 틈으로 가스를 분사하는 세정 노즐.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 발생부는 상기 세정액 분사 노즐의 내부에 형성된 압전 소자에 의해 상기 세정액에 상기 초음파 진동을 인가하며,
    상기 초음파 발생부는 상기 세정액 분사 노즐의 유입구 내측 둘레를 따라 형성되는 세정 노즐.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액은 초순수(DIW)이고, 상기 가스는 질소인 세정 노즐.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분사 노즐은 상기 세정액 분사 노즐의 끝단을 통해 분사되는 세정액을 향하여 상기 가스를 분사하는 세정 노즐.
  6. 기판을 지지하는 지지부;
    상기 지지부를 회전시키는 회전부; 및
    상기 기판에 세정액을 분사하는 노즐을 포함하는 세정 장치에 있어서,
    상기 노즐은
    세정액을 공급 받아 상기 기판을 향하여 분사하는 세정액 분사 노즐;
    상기 세정액 분사 노즐의 끝단에 가스를 분사하는 가스 분사 노즐; 및
    상기 세정액에 초음파 진동을 인가하는 초음파 발생부를 포함하되,
    상기 가스 분사 노즐은 상기 세정액 분사 노즐의 분사구 외주변을 감싸도록 형성되며,
    상기 가스 분사 노즐의 내측면은 상기 세정액 분사 노즐의 외측면과 대응하는 형상을 갖는 세정 장치.
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