KR102081378B1 - 초음파 세정장치 및 세정방법 - Google Patents

초음파 세정장치 및 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 저면에 기울기를 갖는 세정조를 이용하여 피세정물의 초음파 세정을 행하는 세정방법으로서, 상기 세정조를 복수개 이용하고, 이 복수의 세정조의 저면의 기울기의 방향을 인접하는 세정조마다 변경하여 상기 피세정물을 세정하는 것을 특징으로 하는 세정방법이다. 이에 따라, 초음파 세정에 의한 웨이퍼의 세정에 있어서, 웨이퍼의 세정불균일을 해소할 수 있다.

Description

초음파 세정장치 및 세정방법{ULTRASONIC CLEANING APPARATUS AND CLEANING METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼를 비롯한 반도체부품 등의 피세정물을 약액이나 순수에 침지하고, 초음파를 조사하여 세정하는 세정방법 및 초음파 세정장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 세정에 있어서, 웨이퍼 표면의 파티클을 효율 좋게 제거하기 위하여 초음파 세정을 병용하는 것이 일반적이다. 이 초음파 세정은, 부착 파티클의 종류나 웨이퍼의 상태, 세정 후의 품질 등에 따라, 주파수, 출력, 초음파 제어, 초음파 세정조, 세정시간 등이 결정된다. 최근에는, 보다 미소한 파티클의 제거를 행하고, 또한 웨이퍼 표면에 데미지를 주지 않기 위하여, 1MHz와 같은 고주파(소위, 메가소닉)에 의한 초음파 세정이 행해지는 경우가 많다. 그러나, 메가소닉은 고주파이기 때문에, 지향성이 강하고, 세정조 내의 지그 등의 그림자(影)지는 부분이 잘 씻기지 않게 되어, 이에 의한 세정불균일이 발생하는 문제를 가지고 있다. 그러므로, 초음파 처리조를 복수개 설치하여, 지그 등의 위치를 조금씩 이동함에 따라 세정불균일의 해소를 도모하고 있다.
또한, 상기 초음파 세정에는 초음파 진동판으로서, 주로 스테인리스의 판이 이용되고 있다. 그러나, 스테인리스판을 직접 세정 중인 세정액에 접촉시키면, 스테인리스판으로부터 금속이온이 용출되고, 이 금속이온에 의해 웨이퍼나 세정조가 오염되는 문제가 있다. 이에, 세정액을 넣는 세정조와 그 저면을 내부에 배치하는 외조의 이중구조로서, 외조의 저면에 초음파 진동자를 부착하여, 초음파를 전파하기 위한 전파수(傳播水)를 넣어, 전파수를 통해 간접적으로 석영유리 등으로 제작되는 세정조 중의 피세정물에 초음파를 조사하는 방법이 이용되고 있다.
일본특허공개 H3-222419호 공보 일본특허공개 2007-44662호 공보
외조의 전파수에서는 전파하는 초음파 진동에 의해 수중에 기포가 발생한다. 그러면, 그 기포가 세정조의 저면에 부착되어 세정조 내로의 초음파의 전파를 방해하는 문제가 생긴다. 이에, 세정조의 저면을 경사시켜, 세정조의 저면에 부착된 기포를 경사를 따라 상승시킴으로써, 저면에 머물러 있게 하지 않도록 하는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 1, 2).
그러나, 예를 들어 도 2에서 나타나는 장치와 같이, 세정조(1’)의 저면의 우측이 깊어지도록 경사를 준 경우, 외조(2’)에 장착된 진동판(3’)으로부터 발진하는 초음파(화살표)는, 세정조(1’)의 저면을 통과하는 초음파와 반사되는 초음파로 나뉜다. 세정조(1’)의 저면에서 반사된 초음파는 전파수(4’) 중을 타고 내려와, 외조(2’) 저면에서 반사되고, 다시 세정조(1’)의 저면에서 통과하는 초음파와 반사되는 초음파로 나뉜다. 이를 반복함으로써, 조 내의 좌측이 우측에 비해 초음파가 강해져, 조 내에서 초음파의 강도에 불균일이 발생하고, 결과적으로 웨이퍼(W)의 세정불균일이 발생한다. 특히, 도 3에 나타내는 바와 같은 2개의 세정조(101a, 101b)를 갖는 초음파 세정장치에서 웨이퍼(W)를 세정한 경우, 유지구(保持具)에 유지된 웨이퍼(W)의 방향이 같으면, 모든 조에서 좌우의 초음파의 강도의 편차가 동일해지고, 세정 후의 웨이퍼(W)에 강한 세정불균일이 발생한다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 초음파 세정에 의한 웨이퍼의 세정에 있어서, 웨이퍼의 세정불균일을 해소하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은,
저면에 기울기를 갖는 세정조를 이용하여 피세정물의 초음파 세정을 행하는 세정방법으로서, 상기 세정조를 복수개 이용하고, 이 복수의 세정조의 저면의 기울기의 방향을 인접하는 세정조마다 변경하여 상기 피세정물을 세정하는 세정방법을 제공한다.
이처럼 복수의 세정조의 저면의 기울기를 인접하는 조마다 변경하는 세정방법이면, 각각의 세정조 중의 초음파가 강한 위치와 약한 위치가 바뀔 수 있어, 세정효과가 높은 영역이 보완되고, 세정플로우로서 피세정물, 특히 웨이퍼의 세정불균일을 해소할 수 있다.
이때, 상기 저면의 기울기의 방향을 인접하는 세정조 간에 앞뒤대칭 또는 좌우대칭으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 세정조를 이용하는 세정방법이면, 보다 효과적으로 세정불균일을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명은,
저면에 기울기를 갖는 세정조와, 이 세정조의 저면을 내부에 배치하는 외조와, 이 외조에 장착된 진동판을 구비하는 초음파 세정장치로서, 상기 세정조가 복수개 구비되고, 이 복수의 세정조의 저면의 기울기의 방향이 인접하는 세정조마다 상이한 것인 초음파 세정장치를 제공한다.
이렇게 복수의 세정조의 저면의 기울기를 인접하는 조마다 상이한 것을 구비하는 초음파 세정장치이면, 각각의 세정조 중의 초음파가 강한 위치와 약한 위치가 바뀌어, 세정효과가 높은 영역이 보완되고, 결과적으로 피세정물, 특히 웨이퍼의 세정불균일을 해소할 수 있다.
이 중, 상기 복수의 세정조로서, 상기 저면의 기울기의 방향이 인접하는 세정조 간에 앞뒤대칭 또는 좌우대칭인 것을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 세정조를 구비하는 세정장치이면, 보다 효과적으로 세정불균일을 해소할 수 있다.
본 발명의 세정장치 및 초음파 세정장치를 이용하여 피세정물, 특히 웨이퍼를 세정함으로써, 지향성이 있는 초음파여도, 각각의 세정조 중의 초음파가 강한 위치와 약한 위치가 바뀜에 따라 세정효과가 높은 영역이 보완되고, 세정플로우로서, 웨이퍼의 세정불균일을 해소할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼의 전체면을 균일하게 세정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 초음파 세정장치의 일예(실시예)를 나타내는 개략도이다.
도 2는 일반적인 초음파 세정장치의 1유닛의 일예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 비교예 1에서 이용한 초음파 세정장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 비교예 2에서 이용한 초음파 세정장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 실시예에서 세정을 행한 후의 웨이퍼의 파티클맵이다.
도 6은 비교예 1에서 세정을 행한 후의 웨이퍼의 파티클맵이다.
도 7은 비교예 2에서 세정을 행한 후의 웨이퍼의 파티클맵이다.
본 발명자들은, 저면에 기울기를 갖는 세정조를 이용한 피세정물의 초음파 세정에 의한 세정방법에 대하여, 예의 검토한바, 상기 세정조를 복수개 이용하고, 또한, 인접하는 조 간에 저면의 기울기의 방향을 변경하는 세정방법이면, 세정조 중에 있어서 세정효과가 높은 영역가 보완되고, 세정플로우로서, 웨이퍼의 세정불균일을 해소할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
상기 방법을 실시하는 장치로는, 도 1에 나타나는 초음파 세정장치를 예시할 수 있다.
도 1에 나타나는 초음파 세정장치는, 도 2에 나타낸 바와 같은 장치를 1유닛으로서, 2개의 유닛을 세정조의 저면의 기울기가 상이하도록 배치한 것이며, 저면에 기울기를 갖는 세정조(1a, 1b)와, 세정조(1a, 1b)의 저면을 내부에 배치하는 외조(2a, 2b)와, 외조(2a, 2b)에 장착된 진동판(3a, 3b)을 구비하는 것이고, 2개의 세정조(1a, 1b)의 저면의 기울기의 방향이 반대가 되도록 배치한 것이다.
세정조(1a, 1b)는, 후술하는 세정액으로 채워지고, 웨이퍼(W)를 세정액 중에 침지하여 초음파 세정을 행하는 것이다. 이러한 세정조(1a, 1b)의 형상으로는, 저면에 기울기를 가지며, 외조(2a, 2b) 중의 전파수(4)로 발생하는 기포를 기울기를 따라 상승시키는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 측면을 직방형이나 원주형으로 할 수도 있다. 또한, 재질은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 석영유리제인 것을 이용할 수 있다.
본 발명에서 이용할 수 있는 세정액으로는, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 순수, 암모니아수와 과산화수소수와 순수의 혼합 수용액, 테트라메틸암모늄 수용액과 과산화수소수의 혼합 수용액, 그리고 가성소다수와 과산화수소수의 혼합 수용액 중 어느 하나로 할 수 있다. 이러한 세정액은, 특히 연마 후의 실리콘 웨이퍼 등의 세정에 호적하게 이용할 수 있다.
또한, 세정액의 온도는 특별히 한정되지 않고, 적당히 설정할 수 있다. 예를 들어 암모니아수와 과산화수소수와 순수의 혼합 수용액의 경우, 세정효과를 높이면서, 세정 후의 웨이퍼의 표면거칠기가 커지는 것을 방지하는 온도로서, 30℃ 이상으로 할 수 있다.
외조(2a, 2b)는, 세정조(1a, 1b)의 저면을 내부에 배치하고, 진동판(3a, 3b)이 장착되는 것이며, 초음파를 전파하기 위하여 전파수(4)로 채워지는 것을 예시할 수 있다. 상기와 같은 초음파 세정장치에서는, 웨이퍼(W)를 세정조(1a, 1b)를 통해 세정하는 것이며, 외조(2a, 2b) 유래의 금속이온 등에 의한 웨이퍼의 오염의 염려가 없으므로, 외조(2a, 2b)의 재질을 스테인리스로 할 수도 있다.
진동판(3a, 3b)은, 예를 들어, 초음파 발진기에 의해 고주파전압이 인가되어 구동하는 것으로 할 수 있다. 이러한 진동판(3a, 3b)의 종류, 재질, 형상 등은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 압전진동자 등의 종래와 동일한 것으로 할 수 있다.
초음파 발진기를 이용하는 경우에는, 초음파 발진기를 진동판(3a, 3b)에 각각 접속하고, 고주파를 인가하여 진동판(3a, 3b)을 발진시키는 것으로 할 수 있다.
본 발명에서는, 세정에 이용하는 초음파를, 1MHz 이상의 고주파(소위, 메가소닉)로 할 수 있다.
상기에서는, 도 1에서 나타나는 초음파 세정장치를 이용하여 설명을 하였지만, 본 발명의 세정방법 및 초음파 세정장치에서는, 원하는 세정도나 웨이퍼의 종류에 따라, 3개 이상의 세정조를 갖도록 할 수도 있고, 2개 이상의 복수의 유닛이 인접하는 세정조의 저면의 기울기가 상이하도록 배치된 것을 이용할 수도 있다.
본 발명에는, 인접하는 세정조의 저면의 기울기가 상이하도록 배치한다. 이에 따라, 각 세정조의 초음파가 강한 위치와 약한 위치, 즉 강도편차를 상이한 개소로 할 수 있고, 가령, 유지구에 유지되어 세정되는 웨이퍼의 방향이 같더라도, 웨이퍼를 연속으로 침지함으로써, 세정효과가 높은 영역이 보완되고, 웨이퍼의 세정불균일을 해소할 수 있다.
나아가, 인접하는 세정조의 저면의 기울기를 앞뒤대칭 또는 좌우대칭으로 함으로써, 초음파의 강도편차가 인접하는 조마다 대칭하는 위치가 되어, 보다 효과적으로 세정불균일을 해소할 수 있고, 결과적으로, 웨이퍼의 전체면을 균일하게 세정할 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이것들로 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
2조의 SC1세정조(1a, 1b)를 이용하여 경면연마 후의 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼(W)를 각 조 3분씩 합계 6분 SC1에 의한 초음파 세정을 행하고, 그 후에 순수로 린스 및 건조를 행하였다. 이때 사용한 SC1세정액은 암모니아수(28wt%), 과산화수소수(30wt%), 물의 혼합비를 1:1:10으로 하였다. 또한, 세정액의 온도를 50℃로 하였다. 2조의 세정조의 1조째로서 우측이 깊어지도록 저면이 경사진 형상의 석영유리제의 것(1a), 2조째로서 좌측이 깊어지도록 저면이 경사진 형상의 석영유리제의 것(1b)을 사용하였다(도 1). 세정 후의 웨이퍼의 파티클(LPD(Light Point Defect))수(≥37nm)를 웨이퍼 표면검사장치(KLA-Tencor제 SP2)로 측정하였다. 측정한 파티클맵을 도 5에 나타낸다. LPD수는 24개로 도 5에 나타내는 바와 같이 웨이퍼의 전체면이 균일하게 세정되어 있는 것을 알 수 있다. 1조째는 세정조의 저면의 기울기의 우측이 깊어지는 형상이므로, 웨이퍼의 좌측의 파티클 제거효과가 높고, 2조째에서는 세정조의 저면의 기울기가 1조째와는 반대로 좌측이 깊어지는 형상이므로, 웨이퍼의 우측의 파티클 제거효과를 높일 수 있다. 그러므로, 1조째와 2조째에서 초음파에 의한 세정효과가 높은 영역을 보완할 수 있어, 웨이퍼 전체면을 균일하게 세정하는 것이 가능해졌다.
(비교예 1)
세정조로서 2조 모두 우측이 깊어지도록 저면이 경사진 형상인 것(101a, 101b)을 사용한 것(도 3)을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 세정을 행하였다. 측정한 파티클맵을 도 6에 나타낸다. LPD수는 77개로 도 6에 나타내는 바와 같이 웨이퍼의 우측으로 파티클이 치우쳐 남아있는 것을 알 수 있다. 세정조의 저면의 기울기가 2조 모두 우측이 깊어지는 형상이므로, 전파조(외조) 내에서 초음파의 일부가 세정조의 저면 및 전파조의 저면에서 반사됨에 따라, 세정조의 좌측의 초음파가 강해지고 있다. 그러므로, 세정조 내의 웨이퍼도 우측에 비해 좌측쪽이 초음파의 효과가 강해지므로, 웨이퍼 좌측의 파티클은 제거되어 있는 것에 반해, 우측은 파티클을 다 제거하지 못하고 남아 있다.
(비교예 2)
세정조로서 2조 모두 좌측이 깊어지도록 저면이 경사진 형상의 것(201a, 201b)을 사용한 것(도 4)을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 세정을 행하였다. 측정한 파티클맵을 도 7에 나타낸다. LPD수는 169개로 도 7에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 좌측으로 파티클이 치우쳐 남아있는 것을 알 수 있다. 비교예 1과는 반대로, 세정조의 저면의 기울기가 2조 모두 좌측이 깊어지는 형상이므로, 전파조(외조) 내에서 초음파의 일부가 세정조의 저면 및 전파조의 저면에서 반사됨에 따라, 세정조의 우측의 초음파가 강해지고 있다. 그러므로, 세정조 내의 웨이퍼도 좌측에 비해 우측쪽이 초음파의 효과가 강해지므로, 웨이퍼 우측의 파티클은 제거되어 있는 것에 반해, 좌측은 파티클을 다 제거하지 못하고 남아 있다.
상기 결과로부터, 본 발명의 세정방법 및 초음파 세정장치이면, 세정효과가 높은 영역이 보완되고, 웨이퍼의 세정불균일을 해소할 수 있으므로, 전체면이 균일하게 세정된 웨이퍼를 얻을 수 있는 것이 분명해졌다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (4)

  1. 저면에 기울기를 갖는 세정조와, 이 세정조의 저면을 내부에 배치하는 외조와, 이 외조의 저면에 장착된 진동판을 구비한 초음파 세정장치를 이용하여 피세정물의 초음파 세정을 행하는 세정방법으로서,
    상기 세정조를 복수개 이용하고, 이 복수의 세정조의 저면의 기울기의 방향을 인접하는 세정조마다 변경하여 상기 피세정물을 세정할 때에, 상기 피세정물의 주면이, 상기 인접하는 세정조마다 상이한, 상기 세정조의 저면의 기울기의 방향과 평행이 되도록, 상기 세정조 내에 상기 피세정물을 배치하고, 또한 상기 저면의 기울기의 방향을 인접하는 세정조 간에 앞뒤대칭 또는 좌우대칭으로 하여 세정하는 것을 특징으로 하는 세정방법.
  2. 삭제
  3. 저면에 기울기를 갖는 세정조와, 이 세정조의 저면을 내부에 배치하는 외조와, 이 외조의 저면에 장착된 진동판을 구비하는 초음파 세정장치로서,
    상기 세정조가 복수개 구비되고, 이 복수의 세정조의 저면의 기울기의 방향이 인접하는 세정조마다 상이한 것이고,
    상기 세정조에서 세정하는 피세정물의 주면이, 상기 인접하는 세정조마다 상이한, 상기 세정조의 저면의 기울기의 방향과 평행이고, 또한 상기 복수의 세정조로서, 상기 저면의 기울기의 방향이 인접하는 세정조 간에 앞뒤대칭 또는 좌우대칭인 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
  4. 삭제
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