KR101206923B1 - 매엽식 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼에 부착된 이물질을 낱장의 웨이퍼 단위로 세정할 수 있도록 구성된 매엽식 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다. 상기 매엽식 웨이퍼 세정장치는 챔버; 상기 챔버 내에 구비되고 웨이퍼가 안착되는 지지대; 상기 웨이퍼 위로 세정액을 분사하는 세정액 공급부; 상기 챔버 내에 구비되고 세정공정 동안 비산되는 세정액 및 세정공정 동안 발생하는 흄(fume)을 포함하는 배기가스를 포집하는 회수부; 상기 회수부와 연결되어 상기 챔버 내부의 비산된 세정액 및 배기가스를 외부로 배출시키는 배기부; 를 포함하고, 상기 회수부는, 상기 비산된 세정액 및 배기가스가 배출되는 배출 유로를 형성하는 벽부; 상기 벽부에 의해 형성되는 공간으로 불활성가스를 분사하는 가스공급부; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 웨이퍼 세정 동안에 발생되는 세정액 미스트에 의해 웨이퍼의 재오염을 방지할 수 있는 매엽식 웨이퍼 세정 장치를 제공할 수 있다.

Description

매엽식 웨이퍼 세정 장치{Apparatus for cleaning single wafer}
본 발명은 웨이퍼에 부착된 이물질을 낱장의 웨이퍼 단위로 세정할 수 있도록 구성된 매엽식 웨이퍼 세정 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 웨이퍼는 단결정 실리콘 박판을 지칭한다. 이러한 웨이퍼(wafer)는, 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정, 원하는 웨이퍼의 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑 공정(lapping), 웨이퍼 내부의 손상층 제거를 위한 식각 공정(etching), 표면 경면화 및 평탄도를 향상시키기 위한 폴리싱 공정(polishing), 웨이퍼 표면의 오염물질을 제거하기 위한 세정 공정(cleaning) 등의 단계를 거쳐 웨이퍼로 생산된다.
이러한 공정들을 거치는 동안 웨이퍼 상에는 각종 파티클, 금속 불순물, 유기 불순물 등과 같은 오염 물질이 잔존할 수 있다. 오염 물질은 반도체 소자의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에, 반도체 제조시에는 웨이퍼 상에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 세정공정이 수행된다.
상기 세정공정을 위한 세정 방식은 크게 건식 세정 방식 및 습식(Wet) 세정 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중에서 습식 세정 방식은 오염물들을 제거하기 위해서 일반적으로 산 또는 알칼리 등의 에칭액이나 순수(Deionized water)를 이용하게 된다. 웨이퍼의 습식 세정 방법은, 대표적으로 배치식 웨이퍼 세정 방법과 매엽식 웨이퍼 세정 방법으로 구분된다.
배치식 웨이퍼 세정 방법은 한번에 여러 장의 웨이퍼를 세정하기 때문에 세정시간이 짧고 높은 처리율을 갖고 있어 생산 효율이 크다. 그러나, 웨이퍼 간의 크로스(cross) 오염으로 인해 세정 효율이 떨어지며, 다량의 세정액을 사용함으로써 비용이 많이 들고 환경 오염을 유발한다는 문제점이 있다.
이에 반해, 매엽식 웨이퍼 세정 방법은 단일 웨이퍼에 대해 소량의 세정액을 사용하여 세정하는 방법으로써, 세정 효율이 낮은 대신 웨이퍼 간의 크로스 오염이 없고, 고청정도 분위기에서 세정이 진행되므로 세정 효율이 높다는 장점을 갖는다. 특히, 웨이퍼의 대구경화로 인해 배치식 세정 방법에는 한계가 있고, 고집적화되어 가는 반도체 소자에 있어서는 세정 효율이 더욱 중요하므로 매엽식 세정 방법의 이용이 점차 증가하고 있다.
일반적으로, 매엽식 세정장치는 고속으로 회전시킨 웨이퍼 표면에 세정액을 분사함으로써, 웨이퍼의 회전에 의한 원심력과 세정액의 분사에 따른 압력을 이용하여 오염원을 제거하는 스핀 방식(spinning method)으로 세정이 진행된다.
종래의 매엽식 세정장치는 웨이퍼가 수용되어 세정공정이 수행되는 챔버와, 웨이퍼를 고정시킨 상태로 회전하는 스핀척과, 웨이퍼에 약액과 린스액을 포함하는 세정액을 공급하기 위한 노즐 어셈블리를 포함한다.
이러한 매엽식 세정장치는 챔버 내에서 스핀척에 의해 고속으로 회전하는 웨이퍼 표면으로 세정액을 분사하여 웨이퍼를 세정한다. 여기서, 세정공정 동안 웨이퍼로 분사되어 웨이퍼 표면에서 비산하는 세정액은 챔버 측부의 회수컵으로 포집되어 회수되고, 세정공정 동안 발생하는 흄(fume)을 포함하는 배기가스는 회수컵 내측에 구비된 배기부를 통해 챔버 외부로 배출된다.
비산된 세정액은 회수컵 안으로 포집되지만, 회수컵과 배기부와의 이격 거리가 있어 비산된 세정액은 효율적으로 포집되지 못하고, 세정액 일부는 회수컵 내벽에 충돌하여 더 작은 크기의 세정액 미스트(mist)를 만들게 된다.
이러한 세정액 미스트의 일부는 챔버 내에 그대로 남아, 웨이퍼에 재증착됨으로써 웨이퍼의 재오염이 발생한다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 웨이퍼 세정 동안에 발생되는 세정액 미스트에 의해 웨이퍼의 재오염을 방지할 수 있는 매엽식 웨이퍼 세정 장치에 관한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 매엽식 웨이퍼 세정장치는 챔버; 상기 챔버 내에 구비되고 웨이퍼가 안착되는 지지대; 상기 웨이퍼 위로 세정액을 분사하는 세정액 공급부; 상기 챔버 내에 구비되고 세정공정 동안 비산되는 세정액 및 세정공정 동안 발생하는 흄(fume)을 포함하는 배기가스를 포집하는 회수부; 상기 회수부와 연결되어 상기 챔버 내부의 비산된 세정액 및 배기가스를 외부로 배출시키는 배기부; 를 포함하고, 상기 회수부는, 상기 비산된 세정액 및 배기가스가 배출되는 배출 유로를 형성하는 벽부; 상기 벽부에 의해 형성되는 공간으로 불활성가스를 분사하는 가스공급부; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회수부는 컵 형상을 갖거나 또는 환형으로 되어 상기 웨이퍼를 감싸는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 벽부의 선단부는 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스공급부는, 상기 벽부를 따라 이격되어 불활성가스를 분사하는 복수의 가스공급관과, 상기 가스공급관으로 불활성가스를 공급하는 가스공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스공급관은 상기 웨이퍼 표면에 수직인 직선에 대해 0°초과 90°미만 사이에서 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스공급관은 0.001~1mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스공급장치를 통해 상기 가스공급관으로 공급되는 불활성가스의 양은 1~20 lpm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지대는 상기 웨이퍼를 회전 가능하게 지지하는 스핀척으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스핀척은 상기 웨이퍼를 지지하는 복수의 척핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회수컵은 상하 방향으로 다단으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버의 상부에 구비되어 상기 챔버 하부로 불활성가스를 분사하는 가스공급노즐; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 불활성가스는 N2 또는 Ar 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버의 하단에 배치된 세정액 배수관; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지대는 승강 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 매엽식 웨이퍼 세정장치는, 챔버 내에서 웨이퍼의 세정동안 비산되는 세정액을 포집하여 배출하기 위한 회수컵을 구비하고, 상기 회수컵의 내벽을 따라 이격된 복수의 가스공급관을 통해 불활성가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 세정 동안에 발생되는 세정액 미스트에 의해 웨이퍼의 재오염을 방지할 수 있는 매엽식 웨이퍼 세정 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 가스공급관이 형성되는 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 도시하는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 도시하는 도면이다.
웨이퍼 세정 장치(100)는 챔버(110), 지지대(120), 세정액 공급부(130), 회수부(140), 배기부(150)를 포함한다.
챔버(110)는 웨이퍼(W)에 대한 세정 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 챔버(110)는 지지대(120)를 둘러싸는 형태를 갖고 웨이퍼(W)의 출입이 가능하도록 상부 또는 하부가 개방되게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 웨이퍼(W)는 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 웨이퍼(W)는 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리 따위의 투명 기판일 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼(W)는 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다. 웨이퍼(W)의 형상 및 크기에 따라 챔버(110) 및 지지대(120)의 크기와 형상 역시 변경될 수 있다.
지지대(120)는 웨이퍼(W)를 고정시킨 상태에서 회전 가능하도록 챔버(110) 내에 구비된다. 지지대(120)는 구동장치(125)와 연결되어, 구동장치(125)에 의해 챔버(110) 내부에서 상하 방향으로 승강되도록 구성될 수 있다.
지지대(120)는 웨이퍼(W)에 대응되는 원형 플레이트 형태를 갖고, 지지대(120) 상에는 웨이퍼(W)가 안착된다. 지지대(120)는 웨이퍼(W)를 지지한 상태에서 웨이퍼(W)를 고속으로 회전시킬 수 있는 스핀척으로 구성될 수 있다. 이 경우, 스핀척은 지지대(120)와, 웨이퍼(W)를 선택적으로 고정시키는 척핀(121)과, 회전축(124)을 포함하여 이루어진다.
척핀(121)은 웨이퍼(W)를 지지대(120) 표면으로부터 소정 간격 이격되게 지지할 수 있도록 지지대(120) 상면에서 소정 높이로 돌출된다. 또한, 지지대(120) 상면에는 웨이퍼(W)를 안정적으로 지지할 수 있도록 복수의 척핀(121)이 이격되어 배치된다. 예를 들어, 척핀(121)은 지지대(120)에서 웨이퍼(W)의 에지(edge)부에 대응되는 원주 상에 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 척핀(121)은 웨이퍼(W)를 안정적으로 지지할 수 있도록 적어도 3개 이상 구비된다.
지지대(120) 위에는 세정액 공급부(130)가 배치된다. 세정액 공급부(130)는 지지대(120) 위에 웨이퍼(W)가 안착된 상태에서 웨이퍼(W)를 세정하기 위한 세정액을 분사한다. 이러한 세정액은 약액과 린스액을 포함할 수 있다.
챔버(110)의 내부에는 세정액 공급부(130)로부터 분사되어 웨이퍼(W)에서 비산되는 세정액 및 세정공정 동안 발생하는 흄(fume)을 포함하는 배기가스를 회수하는 회수부(140)가 형성된다. 이러한 회수부(140)는 비산되는 세정액 등을 수용하기 위해 컵 형상을 가질 수 있다. 회수부(140)가 컵 형상을 가질 경우, 복수로 형성될 수 있다. 이와 달리, 회수부(140)는 환형으로 되어 웨이퍼(W)를 감싸는 형상을 가질 수도 있다.
배기부(150)는 회수부(140) 내부와 연통되어 챔버(110) 내에서 발생한 배기가스 및 세정액을 챔버(110) 외부로 배출시킨다. 배기부(150)는 웨이퍼(W)가 수용되어 세정이 수행되는 챔버(110) 공간의 외측에 구비될 수 있다. 배기부(150)는 회수부(140)와 연결되어 챔버(110)의 벽을 관통하여 형성될 수 있고, 회수부(140)가 다단으로 형성된 경우 각각의 회수부(140)와 연결된다.
세정 공정이 수행되면서, 웨이퍼(W)에서 비산되는 세정액은 지지대(120)의 높이에 해당하는 회수부(140)로 포집될 수 있다. 세정공정이 진행되는 동안, 비산된 세정액 부산물은 회수부(140)에 의해 포집되어 배기부(150)를 통해 외부로 배출되거나, 필터를 거쳐 세정액 공급부(130)로 공급되어 세정액으로 재사용될 수 있다.
챔버(110)의 상부에는 챔버(110) 내의 가스 등의 오염물질을 하부로 배출하기 위해 하부로 불활성가스를 분사하는 가스공급노즐(160)이 배치될 수 있다. 상기 불활성가스는 N2 또는 Ar 일 수 있다.
챔버(110)의 하단에는 세정액 공급부(130)로부터 분사된 세정액을 배수하기 위한 세정액 배수관(170)이 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 회수부(140)는 벽부(141)와, 가스공급부(145)를 포함한다.
벽부(141)는 세정액 공급부(130)로부터 분사되어 비산된 세정액 등을 배기부(150)를 통해 배출하기 위한 배출 유로(142)를 형성한다. 즉, 벽부(141)에 의해 형성되는 공간은 비산된 세정액을 배출하기 위한 배출 유로(142)가 된다. 벽부(141)의 선단부(141a)는 비산된 세정액 등이 배출 유로(142)로 잘 흘러들어갈 수 있도록 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다.
세정액 공급부(130)로부터 공급된 세정액은 회수부(140)의 벽부(141)와 충돌하면서 더 작은 크기를 갖는 미스트(mist)가 된다. 이러한 미스트는 배기부(150)를 통해 배출되지 않으면 웨이퍼(W)에 재증착되어 웨이퍼(W)를 오염시키는 원인이 된다. 본 실시예에서는, 세정액 미스트가 회수부(140)를 벗어나지 않고 배기부(150)를 통해 잘 배출될 수 있도록 벽부(141)에 의해 형성되는 공간으로 불활성가스를 분사하는 가스공급부(145)를 포함한다. 이러한 불활성가스는 예를 들어, N2 또는 Ar 일 수 있다.
가스공급부(145)는 벽부를 따라 이격된 복수의 가스공급관(145a)과, 이러한 가스공급관(145a)으로 불활성가스를 공급하는 가스공급장치(145b)를 포함한다.
가스공급관(145a)은 웨이퍼(W) 표면에 수직인 직선에 대해 0°초과 90°미만 사이에서 경사지게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 가스공급관(145a)은 비산된 세정액이 배출되는 방향으로 경사지게 형성된다. 도면에서, 비산된 세정액 및 가스가 배출되는 방향은 점선의 화살표로 도시된 방향이고, 가스공급관(145a)은 이러한 방향으로 경사지게 형성된다.
가스공급관(145a)을 통해 분사되는 불활성가스는 비산된 세정액이 회수부(140)를 벗어나지 않고 배출 유로(142)를 통해 잘 배출될 수 있도록 한다. 따라서, 비산된 세정액이 회수부(140)에 부딪히면서 생성된 세정액 미스트에 의해 웨이퍼(W)가 재오염되는 것이 방지된다.
도 3은 도 2의 가스공급관이 형성되는 실시예를 도시하는 도면이다.
가스공급관(145a)은 벽부(141)를 따라 균일한 간격으로 이격되게 배치될 수 있다. 가스공급관(145a)은 0.001~1mm의 직경을 가질 수 있다. 가스공급관(145a)은 중앙 통로(145c)를 통해 가스공급장치(145b)와 연결된다. 가스공급장치(145b)는 유량조절장치(146)와 연결되어 가스공급관(145a)으로 공급되는 불활성가스의 양이 자동으로 조절될 수 있다.
가스공급장치(145b)로부터 공급된 불활성가스는 중앙 통로(145c)를 통해 공급되어, 중앙 통로(145c)로부터 분지된 각각의 가스공급관(145a)으로 공급된다. 가스공급장치(145b)를 통해 가스공급관(145a)으로 공급되는 불활성가스의 양은 1~20 lpm 이 될 수 있다. 각각의 가스공급관(145a)으로부터 분사된 불활성가스는 세정액 미스트가 배기부(150)를 통해 잘 배출될 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는 비산된 세정액을 포집하여 회수하기 위한 회수부(140)에 불활성가스를 분사하기 위한 가스공급관(145a)이 형성되므로, 비산된 세정액 미스트는 가스공급관(145a)으로부터 분사되는 불활성가스에 의해 안내되어 배기부(150)를 통해 잘 배출될 수 있다. 따라서, 비산된 세정액 미스트에 의해 웨이퍼(W)의 세정 공정 동안 웨이퍼(W)가 재오염되는 것을 방지하여 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 도시하는 도면이다. 도 1의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호로 처리하고, 중복 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서 회수부(240)는 상하 방향으로 다단으로 형성된다. 이러한 회수부(240)는 세정액 공급부(130)로부터 제공되는 서로 다른 종류의 세정액을 각각 회수할 수 있다. 이를 위해, 지지대(120)는 웨이퍼(W)에 분사되는 세정액에 따라 복수의 회수부(240) 중에서 해당되는 세정액을 회수하는 회수부(240)의 높이에 대응되는 위치로 승강 이동할 수 있다.
다단으로 형성된 각각의 회수부(240)는 배기부(250)와 연결되어 비산된 세정액 등을 배기부(250)를 통해 배출할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 웨이퍼 세정 장치 110 : 챔버
120 : 지지대 121 : 척핀
124 : 회전축 125 : 구동장치
130 : 세정액 공급부 140 : 회수부
141 : 벽부 142 : 배출 유로
145 : 가스공급부 145a : 가스공급관
145b : 가스공급장치 145c : 중앙통로
150 : 배기부 W : 웨이퍼

Claims (16)

  1. 매엽식 웨이퍼 세정 장치에 있어서,
    챔버;
    상기 챔버 내에 구비되고 웨이퍼가 안착되는 지지대;
    상기 웨이퍼 위로 세정액을 분사하는 세정액 공급부;
    상기 챔버 내에 구비되고 세정공정 동안 비산되는 세정액 및 세정공정 동안 발생하는 흄(fume)을 포함하는 배기가스를 포집하는 회수부;
    상기 회수부와 연결되어 상기 챔버 내부의 비산된 세정액 및 배기가스를 외부로 배출시키는 배기부;
    를 포함하고,
    상기 회수부는,
    상기 챔버의 중심으로부터 하방 외측으로 경사지게 형성되고, 상기 비산된 세정액 및 배기가스가 배출되는 배출 유로를 형성하는 벽부;
    상기 벽부에 의해 형성되는 공간으로 불활성가스를 분사하는 가스공급부;
    를 구비하고,
    상기 가스공급부는, 상기 벽부를 따라 이격되어 불활성가스를 분사하는 복수의 가스공급관과, 상기 가스공급관으로 불활성가스를 공급하는 가스공급장치를 포함하고,
    상기 가스공급관은 상기 웨이퍼 표면에 수직인 직선에 대해 0°초과 90°미만 사이에서 상기 비산된 세정액 및 배출가스가 배출되는 방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회수부는 컵 형상을 갖거나 또는 환형으로 되어 상기 웨이퍼를 감싸는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 벽부의 선단부는 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지대는 상기 웨이퍼를 회전 가능하게 지지하는 스핀척으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스핀척은 상기 웨이퍼를 지지하는 복수의 척핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  10. 삭제
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버의 상부에 구비되어 상기 챔버 하부로 불활성가스를 분사하는 가스공급노즐;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  12. 삭제
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버의 하단에 배치된 세정액 배수관;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지대는 승강 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  15. 챔버 내에서 웨이퍼의 세정동안 비산되는 세정액을 포집하여 배출하기 위한 회수컵을 구비하고, 상기 회수컵의 내벽을 따라 이격된 복수의 가스공급관을 통해 불활성가스를 분사하고, 상기 가스공급관은 웨이퍼 표면에 수직인 직선에 대해 0°초과 90°미만 사이에서 상기 비산된 세정액이 배출되는 방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 매엽식 웨이퍼 세정장치.
  16. 삭제
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