KR101567681B1 - 웨이퍼 세정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파의 물리력을 세정조 내에 균일하게 분산시켜 세정 효과를 높일 수 있는 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.
본 발명은 일렬로 간극을 두고 배열된 복수개의 웨이퍼가 세워진 상태로 수용되고, 세정액이 담기는 세정조; 상기 세정조 하부가 담기고, 상기 세정조에서 흘러넘치는 세정액이 담기는 외조; 상기 외조의 외측 하면에 복수개의 셀 형태로 장착되고, 초음파를 발생시키는 진동자; 및 상기 진동자의 셀 사이의 공간에 위치하도록 장착되고, 상기 진동자의 셀 사이로 초음파 발생을 유도하는 초음파 분산 라인;을 포함하는 웨이퍼 세정장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 세정장치 {WAFER CLEANING APPARATUS}
본 발명은 초음파의 물리력을 세정조 내에 균일하게 분산시켜 세정 효과를 높일 수 있는 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼 세정장치는 반도체 소자의 미세화가 진행됨에 따라 수율과 신뢰성 측면에서 미립자를 비롯한 금속 불순물, 유기 오염물, 자연 산화막과 같은 불순물 제거의 중요성 또한 증대되고 있다. 이러한 불순물은 반도체 소자의 성능과 수율을 좌우하는 중요한 요소이기 때문에 반도체 소자를 제조하기 위한 각 공정을 진행하기 전에 세정 공정을 거쳐야한다.
이와 같이, 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼의 세정 공정은 웨이퍼 표면에 잔류하는 미립자를 비롯한 금속불순물, 유기 오염물, 자연 산화막과 같은 표면 피막 등의 다양한 대상물을 제거하기 위하여 실시한다.
통상적으로 세정 공정은 SC1(Standard Cleaning; NH4OH와 H2O2 및 H2O가 1:1:5 ∼ 1:4:20의 비로 혼합된 유기물) 용액과 DHF(Diluted HF) 용액을 이용한 화학 세정 공정을 포함한다. 세정 공정은 반도체 소자를 제조하는 총 공정의 약 1／4 ∼ 1／3을 차지하고 있으며, 이것은 세정 횟수뿐만 아니라 각 공정에 적합한 다양한 세정 공정이 요구되고 있다는 것을 의미한다.
한편, 일반적인 웨이퍼 습식 세정 장비는 화학용액이 인―조(In―Bath)에서 아웃―조(Out―Bath)로 순화되는 시스템이고, 웨이퍼 습식 세정 공정은 화학용액이 채워진 세정 조(Bath) 내에 웨이퍼가 딥(Dip) 되는 방식으로 진행된다.
그리고, 일반적인 웨이퍼 습식 세정 장비는 웨이퍼가 로딩(Loading) 로더부, H2SO4, NH4OH, HF, NH4F, 탈이온수(Deionized Water)의 화합물로 이루어진 화학용액 담겨있는 세정조 및 탈이온수를 사용하는 린스조와 오버플로우(Overflow) 린스조를 포함하는 6 ∼ 8개의 습식 세정조, 웨이퍼 표면의 수분을 제거하는 1 ∼ 2개의 드라이어(Dryer), 웨이퍼 카세트(Cassette)를 이동시키는 운반기(Transfer) 및 언로딩(Unloading)되는 언로더부로 구성되고, 상기 웨이퍼의 딥(Dip) 공정 및 웨이퍼의 이동은 로봇(Robot)에 의해 이루어진다.
아울러, 종래의 습식 세정조에는 화학반응과 더불어 물리적인 힘에 의해 세정 작용이 이뤄지도록 하는데, 웨이퍼에 간접적으로 초음파를 전달하는 방식으로 진동자가 구비되며, 일본공개특허 제2010-258084호에 개시된 바와 같이 진동자에 의해 초음파가 전달되더라도 웨이퍼를 안정적으로 지지할 수 있는 지지기구를 포함하도록 구성된다.
도 1은 종래의 웨이퍼 세정장치에 적용된 진동자 구조가 도시된 도면이고, 도 2는 종래의 웨이퍼 세정장치에서 세정된 웨이퍼의 품질이 도시된 그래프이다.
종래의 웨이퍼 세정장치는 도 1에 도시된 바와 같이 여러 개의 셀(1a)이 조합된 형태로 진동자(1)가 구성되고, 웨이퍼가 담기는 세정조 하부 외측에 배치된다. 따라서, 초음파가 발생됨에 따라 진동자(1)를 통하여 세정조 내부에 물리적인 힘을 공급하고, 웨이퍼 표면을 세정할 수 있다.
그런데, 종래의 웨이퍼 세정장치는 여러 개의 셀(1a)이 조합된 진동자(1)가 적용되기 때문에 셀(1a) 사이의 경계(1h)에서 초음파가 상대적으로 낮게 전달된다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 셀(1a) 사이의 경계(1h) 지점 위에 위치한 슬롯들(slot)에 장착된 웨이퍼에서 LLS(Localized Light Scatter)가 높게 나타나ㄴ는 것을 볼 수 있으며, 이는 웨이퍼의 품질을 떨어뜨릴 뿐 아니라 웨이퍼의 불량률을 높이는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 초음파의 물리력을 세정조 내에 균일하게 분산시켜 세정 효과를 높일 수 있는 웨이퍼 세정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 일렬로 간극을 두고 배열된 복수개의 웨이퍼가 세워진 상태로 수용되고, 세정액이 담기는 세정조; 상기 세정조 하부가 담기고, 상기 세정조에서 흘러넘치는 세정액이 담기는 외조; 상기 외조의 외측 하면에 복수개의 셀 형태로 장착되고, 초음파를 발생시키는 진동자; 및 상기 진동자의 셀 사이의 공간에 위치하도록 장착되고, 상기 진동자의 셀 사이로 초음파 발생을 유도하는 초음파 분산 라인;을 포함하는 웨이퍼 세정장치를 제공한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는 진동자의 셀 사이로 초음파 발생을 유도하는 초음파 분산 라인을 추가함으로써, 초음파의 물리력을 진동자의 셀 사이의 경계 영역으로 유도함에 따라 세정조 내에 균일하게 분산시킬 수 있고, 이로 인하여 진동자의 셀 사이의 경계 지점에서도 웨이퍼의 세정 효과를 높일 수 있어 웨이퍼의 품질 및 불량률을 개선할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는 초음파 분산 라인을 지지대에 의해 세정조의 내측 하면에 장착하되, 웨이퍼의 배열 방향을 따라 이동 가능하게 설치함으로써, 진동자의 셀 위치를 고려하여 초음파 분산 라인의 설치 위치를 유동적으로 조절할 수 있어 규격 또는 크기가 다른 세정 장비에 손쉽게 적용할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 세정장치에 적용된 진동자 구조가 도시된 도면.
도 2는 종래의 웨이퍼 세정장치에서 세정된 웨이퍼의 품질이 도시된 그래프.
도 3은 본 발명의 웨이퍼 세정장치가 개략적으로 도시된 정단면도.
도 4는 본 발명의 웨이퍼 세정장치 일부가 개략적으로 도시된 사시도.
도 5는 본 발명의 웨이퍼 세정장치에 적용된 진동자 구조가 도시된 도면.
도 6은 종래와 본 발명에서 각각 세정된 웨이퍼의 품질이 도시된 그래프.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 3은 본 발명의 웨이퍼 세정장치가 개략적으로 도시된 정단면도이고, 도 4는 본 발명의 웨이퍼 세정장치 일부가 개략적으로 도시된 사시도이며, 도 5는 본 발명의 웨이퍼 세정장치에 적용된 진동자 구조가 도시된 도면이다.
본 발명의 웨이퍼 세정장치는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 웨이퍼 정렬부(110)와, 세정조(120)와, 외조(130)와, 초음파 발생부(140)와, 초음파 분산 라인(150)과, 지지대(160)를 포함하도록 구성된다.
상기 웨이퍼 정렬부(110)는 웨이퍼의 양측 하부 및 최하단을 각각 지지하는 세 개의 지지축(111,112,113)을 포함하도록 구성된다. 이때, 상기 지지축들(111,112,113)은 각각 웨이퍼가 안착될 수 있는 복수개의 슬롯(111S,112S,113S)이 일렬로 구비될 수 있으며, 상기 지지축들(111,112,113) 중 적어도 하나 이상은 웨이퍼들을 회전시킬 수 있도록 회전 구동되는 동시에 나머지는 회전 가능하게 지지될 수 있다.
상기 세정조(120)는 상기 웨이퍼 정렬부(110)가 내측 바닥에 고정되고, 세정액이 공급될 수 있도록 구성된다.
상기 외조(130)는 상기 세정조(120)의 하부를 수용하도록 설치되고, 상기 세정조(120)로부터 세정액이 흘러 넘치더라도 수용될 수 있으며, 세정이 완료된 후에 세정액이 배수될 수 있도록 구성된다.
상기 초음파 발생부(140)는 전원이 공급됨에 따라 초음파를 발생시킬 수 있는 장치로써, 일예로 메가소닉 발생장치(Megasonic generator)가 적용될 수 있으며, 여러 개의 셀(141) 형태로 조합된 진동자에 의해 초음파를 전달할 수 있다. 이때, 상기 초음파 발생부(140)는 상기 외조(130)의 외측 하부에 장착되는데, 상기 외조(130)의 외측 하면에 상기 셀들(141)이 장착된다.
상기 초음파 분산 라인(150)은 상기 세정조(120) 내에 있는 웨이퍼에 영향을 미치지 않을 뿐 아니라 웨이퍼로 전달되는 초음파가 저하되는 것을 방지하기 위하여 상기 세정조(120)의 내측 바닥면에 장착되는데, 상기 셀들(141) 사이의 경계(141h) 지점 상측에 위치하도록 배열되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 초음파 분산 라인(150)은 초음파의 물리력을 유도할 수 있는 전선 형태로써, 상기 세정조(120) 내부에서 사용될 수 있는 재질 즉, 웨이퍼에 영향을 미치지 않을 뿐 아니라 세정액과 반응하지 않도록 테프론 등과 같은 모든 재질로 제작될 수 있으며, 직경이 0.1mm 이하로 제작하여 초음파의 물리력 손실을 최소화하는 것이 바람직하다.
상기 지지대(160)는 상기 초음파 분산 라인(150)을 장착시키기 위하여 웨이퍼에 영향이 없는 부분에 장착되는 것이 바람직하며, 실시예에서는 상기 세정조(120)의 내측 바닥면에 한 쌍이 구비되며, 그 높이가 3mm 이하로 한정될 수 있다.
이때, 상기 지지대(160)는 상기 초음파 분산 라인(150)을 상기 웨이퍼가 배열된 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있는 복수개의 홈(160h)이 구비되는데, 상기 홈들(160h) 사이의 간격은 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 정렬부(110)의 슬롯들(111S,112S,113S) 사이의 간격을 고려하여 설정되는 것이 바람직하며, 실시예에서 상기 홈들(160h) 사이의 간격은 0.02mm 이하로 한정될 수 있다.
아울러, 상기 지지대(160)도 마찬가지로 상기 세정조(120) 내부에서 사용될 수 있는 모든 재질이 적용 가능한데, 오랜 기간 세정액에 잠기더라도 내부식성을 가지는 Peek 또는 PVDF(Polyvinylidene Fluoride)와 같은 재질이 사용될 수 있다.
상기와 같이, 상기 초음파 발생부(140)가 상기 외조(130)의 외측 하부에 장착되고, 상기 초음파 분산 라인(150)이 상기 지지대(160)에 의해 상기 세정조(120)의 내측 바닥에 장착된 다음, 웨이퍼들이 상기 세정조(120) 내측에서 웨이퍼 정렬부(110)에 장착된다.
이후, 세정액이 상기 세정조(120)에 공급될 뿐 아니라 흘러 넘쳐 상기 외조(130)로 빠져나가게 되고, 웨이퍼들의 표면에 묻은 이물질이 세정액과 화학적 반응을 하면서 제거된다.
또한, 상기 초음파 발생부(140)가 작동됨에 따라 상기 진동자의 셀들(141)의 중심부에서 초음파가 발생된 다음, 수직하게 상승하면서 초음파의 물리력이 웨이퍼들의 표면에 전달되는데, 상기 초음파 분산 라인(150)에 의해 초음파의 물리력이 상기 진동자의 셀들(141) 사이에 경계(141h) 지점으로 분산되어 상기 세정조(130) 내부에 균일하게 전달되고, 웨이퍼들의 표면에 묻은 이물질이 초음파에 의해 물리적으로 제거된다.
도 6은 종래와 본 발명에서 각각 세정된 웨이퍼의 품질이 도시된 그래프이다.
종래의 웨이퍼 세정장치는 초음파 분산 라인이 설치되기 전 즉, 여러 개의 셀이 조합된 진동자에 의해 초음파 물리력을 전달하기 때문에 셀들의 중심부로 초음파 물리력이 집중되는 반면, 셀들의 경계 지점에는 초음파 물리력이 약하여 전체 웨이퍼의 LLS 가 비교적 높게 나타남에 따라 웨이퍼 품질이 떨어지는 것을 볼 수 있다.
반면, 본 발명의 웨이퍼 세정장치는 초음파 분산 라인이 설치된 후 즉, 여러 개의 셀이 조합된 진동자에 의해 초음파 물리력을 전달하는 동시에 초음파 분산 라인을 채용하여 셀들의 경계 지점으로도 초음파 발생을 유도함으로써, 초음파 물리력이 세정조 전체에 균일하게 전달되어 전체 웨이퍼의 LLS 가 비교적 낮게 나타남에 따라 웨이퍼 품질이 향상된 것을 볼 수 있다.
따라서, 종래의 웨이퍼 세정장치에 비해 본 발명의 웨이퍼 세정장치는 셀들의 경계 지점 위에 위치한 웨이퍼 정렬부의 슬롯에 장착된 웨이퍼에서도 다른 웨이퍼들과 마찬가지로 LLS가 낮게 나타나며, 웨이퍼의 품질을 향상시킬 뿐 아니라 웨이퍼의 품질 편차 및 불량률을 낮출 수 있다.
110 : 웨이퍼 정렬부 120 : 세정조
130 : 외조 140 : 초음파 발생부
150 : 초음파 분산 라인 160 : 지지대

Claims (8)

  1. 일렬로 간극을 두고 배열된 복수개의 웨이퍼가 세워진 상태로 수용되고, 세정액이 담기는 세정조;
    상기 세정조 하부가 수용되고, 상기 세정조에서 흘러넘치는 세정액이 담기는 외조;
    상기 외조의 외측 하면에 복수개의 셀 형태로 장착되고, 초음파를 발생시키는 진동자;
    상기 진동자의 셀 사이의 공간에 위치하도록 장착되고, 상기 진동자의 셀 사이로 초음파 발생을 유도하는 전선 형태의 초음파 분산 라인; 및
    상기 세정조의 내측 하면에 장착되고, 상기 초음파 분산 라인이 지지되는 한 쌍의 지지대;를 포함하고,
    상기 지지대는, 상기 초음파 분산 라인을 상기 웨이퍼가 배열된 방향으로 이동시킬 수 있는 복수개의 홈이 구비된 웨이퍼 세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 분산 라인은, 직경이 0.1mm 이하로 한정되는 웨이퍼 세정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 분산 라인은, 테플론 재질인 웨이퍼 세정장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지대는, 높이가 3mm 이하로 한정되는 웨이퍼 세정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지대는, Peek 또는 PVDF(Polyvinylidene Fluoride)와 같은 내부식성 재질로 제작되는 웨이퍼 세정장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지대의 홈들은, 간격이 0.02mm 이하로 한정되는 웨이퍼 세정장치.

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