KR102105950B1 - 웨이퍼 세정용 멀티 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 웨이퍼 세정용 멀티 노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 제1 세정액이 유입되는 유입구와, 유입구를 통해 유입되는 제1 세정액이 분사되도록 축방향으로 관통하여 형성된 분사홀이 구비된 제1 필러와, 제2 세정액이 유입되는 유입구와, 유입구를 통해 유입되는 제2 세정액이 분사되도록 축방향으로 관통하여 형성된 분사홀이 형성된 제2 필러 및 압축가스가 유입되는 유입구와, 유입구를 통해 유입되는 압축가스가 제1 필러의 분사홀과 제2 필러의 분사홀에 분사되는 제3 필러를 포함하는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼의 세정공정시 다중 노즐을 통해 웨이퍼 표면에 동일한 압력으로 둘 이상의 서로 다른 성질의 이류체 세정액을 분사함으로써 세정시간이 단축되는 효과가 있다.

Description

웨이퍼 세정용 멀티 노즐{Multi nozzle for cleaning wafer}

본 발명은, 웨이퍼 세정용 노즐에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 세정공정시 웨이퍼 표면에 동일한 압력으로 둘 이상의 이류체를 균일하게 분사할 수 있는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐에 관한 것이다.

최근에 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 패턴의 크기 및 패턴들 사이의 간격이 매우 좁아지고 있다. 일반적으로 웨이퍼 공정은 오염물들의 근원이고 이는 소자의 성능과 수율에 직접적인 영향을 미치게 된다. 각 공정 후 웨이퍼 표면의 오염물은 기하급수적으로 늘어나게 되고 이 오염물에 의해 반도체 소자의 수율은 급격히 감소하게 된다. 이에, 웨이퍼 세정 공정의 중요성이 점차로 증가하고 있다.

반도체 소자 공정 중 세정 공정은 웨이퍼 상에 생긴 불순물이나 파티클, 먼지 등을 제거하는 공정으로 반도체 소자 제조 공정의 전 공정 전후에 매우 빈번하게 수행되는 공정이다. 그 이유는 웨이퍼의 표면에 오염입자가 존재할 경우 후속 공정시 패턴 불량이 유발될 수 있기 때문이다.

또한, 오염 입자가 미세 패턴들 사이에 존재할 경우 반도체 소자의 오작동을 유발할 수 있기 때문이다. 여기서, 미세 패턴의 크기가 약 1㎛ 이하로 줄어들면서 허용 가능한 오염 입자의 크기가 작아지고 있다.

통상적으로 이렇게 작은 크기의 오염 입자는 기존의 세정 방법으로는 제거하기가 용이하지 않다. 따라서, 세정효율을 높이기 위한 연구가 다각적으로 진행되고 있는데, 이러한 연구의 핵심은 오염 입자의 강한 점착력을 극복할 수 있는 힘을 웨이퍼에 효과적으로 제공하는 데에 달려 있다고 볼 수 있다.

이러한 웨이퍼 세정 공정은 웨이퍼 표면의 모든 오염물을 완벽히 제거하는 것이 가장 이상적인 목표이기는 하지만 그것은 거의 불가능하다고 할 수 있다. 실제로 웨이퍼 세정 공정은 각 공정 전과 후에 실시하여 기하 급수적으로 증가하는 오염물을 최소한의 비율로 감소시키는 것이 그 주된 목적이다.

따라서, 웨이퍼 세정 공정은 모든 공정 전후에 반드시 행해져야 한다. 반도체 소자 공정 중 웨이퍼 표면 위에 오염되는 불순물의 종류는 크게 오염물은 파티클, 유기 오염물, 금속 오염물 그리고 자연 산화막으로 나눌 수 있다.

한편, 한국 등록특허공보 제10-0930579호(2009년 12월 09일 공고)에는 "세정용 노즐"이 개시되어 있다. 상기 종래의 세정용 노즐을 통한 웨이퍼의 세정공정을 살펴보면, 수평상태의 웨이퍼가 하부의 회전모터에 의해 회전되는 상태에서 웨이퍼 상에 이류체를 분사하되, 노즐이 웨이퍼의 상측에서 웨이퍼를 가로지르며 왕복하면서 이류체를 분사하였다.

이러한 종래의 웨이퍼 세정용 노즐은, 단일 노즐로 구성되어 있기 때문에 수차례 왕복을 반복해야 하는 단점이 있었다. 즉, 웨이퍼의 세정 시간이 많이 소요되는 문제가 있다.

또한, 단 하나의 세정액을 사용할 수 밖에 없는 구조로 이루어져 있기 때문에 다양한 각각의 오염물들을 효과적으로 제거하기 위해 여러 가지 세정 용액을 혼합하여 일괄 처리 공정으로 세정하는 것이 불가능한 문제가 있다.

한국 등록특허공보 제10-0930579호(2009년 12월 09일 공고)

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 웨이퍼의 세정공정시 웨이퍼 표면에 동일한 압력으로 둘 이상의 이류체를 균일하게 분사하여 웨이퍼에 흡착 및 밀착된 오염물을 제거할 수 있는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 부수적인 과제는, 압축가스에 의해 세정액이 이송되어 분사되며, 유입되는 가스를 회전시키고, 그 가스의 회전에 의해 순수의 회전력을 발생시킬 수 있도록 세정용 노즐의 형상을 구성함으로써, 토출 하부의 진공현상에 의한 미립자 부상현상이 발생하여 미세패턴과 복잡한 형태의 패턴에서도 쉽게 오염원을 제거할 수 있는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 부수적인 과제는, 다중 노즐을 통해 서로 다른 성질의 이류체 세정액을 웨이퍼에 분사함으로써 세정시간을 단축할 수 있는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 웨이퍼 세정용 멀티 노즐로서, 제1 세정액이 유입되는 유입구와, 상기 유입구를 통해 유입되는 제1 세정액이 분사되도록 축방향으로 관통하여 형성된 분사홀이 구비된 제1 필러, 제2 세정액이 유입되는 유입구와, 상기 유입구를 통해 유입되는 제2 세정액이 분사되도록 축방향으로 관통하여 형성된 분사홀이 형성된 제2 필러 및 압축가스가 유입되는 유입구와, 상기 유입구를 통해 유입되는 압축가스가 상기 제1 필러의 분사홀과 상기 제2 필러의 분사홀에 분사되는 제3 필러를 포함한다.

상기 제1 필러와 제2 필러는, 외경을 따라 나선형 홈이 형성된 스크류부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제3 필러는, 상기 유입구를 통해 유입되는 압축가스가 분기되도록 격벽으로 분리되어 상기 제1 필러의 스크류부가 내부에 수용되는 제1 공간부와 상기 제2 필러의 스크류부가 내부에 수용되는 제2 공간부가 형성되며, 상기 제3 필러 내부로 유입되는 압축가스가 제1 필러의 스크류부와 제2 필러의 스크류부에 각각 분사되어 나선형 홈을 따라 회전하면서 상기 제1 세정액과 제2 세정액이 회전하며 분사되는 것을 특징으로 한다.

상기 제3 필러의 제1 공간부와 제2 공간부에는, 고압의 가스로 압축하여 분사되도록 상기 스크류부의 단부 외경에 비접촉되는 고압 토출막이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 분사홀은, 상기 유입구에 연통되어 세정액이 유입되는 제1 분사홀 및 상기 제1 분사홀에 연통되며 제1 분사홀 보다 작은 내경으로 이루어져 세정액을 고압으로 압축하는 제2 분사홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 분사홀의 하단에 형성되며, 분사되는 세정액을 고압으로 압축하면서 분사방향을 결정하는 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐부는, 상기 분사홀에 대해 일정 각도로 이루어지며, 서로 이격형성된 복수의 노즐을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 일정 각도는, 약 30 내지 40°인 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 세정하고자 하는 대상에 세정 용액을 빠르고 고르게 분사할 수 있도록 노즐에 유입되는 가스를 회전시키고, 그 회전되는 가스에 의해 세정 용액이 이송되어 분사되도록 노즐 형상을 구성함으로써, 미세패턴과 복잡한 형태의 패턴을 갖는 웨이퍼에 흡착 및 밀착된 오염물을 용이하게 제거하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 노즐로부터 회전하며 분사되는 세정 용액 내외부에 높은 회전력이 발생하며, 내부에서는 가스의 빠른 이송에 따른 벤추리 효과가 발생하여 노즐 내부의 피대상체 접촉부분에 흡입력이 발생하여 세정 대상체의 이물질이나 식각찌꺼기들이 흡착되지 않도록 분리하여 세정공정에 따른 효과를 극대화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은, 웨이퍼의 세정공정시 다중 노즐을 통해 웨이퍼 표면에 동일한 압력으로 둘 이상의 서로 다른 성질의 이류체 세정액을 분사함으로써 세정시간이 단축되는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정용 멀티 노즐을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정용 멀티 노즐에서 스크류부의 상세구성을 나타낸 예시도,
도 4 및 5는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정용 멀티 노즐을 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정용 멀티 노즐에서 노즐부를 나타낸 예시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 세정용 멀티 노즐의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정용 멀티 노즐을 나타낸 사시도이고, 도 3은 웨이퍼 세정용 멀티 노즐에서 스크류부의 상세구성을 나타낸 예시도이고, 도 4 및 5는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐을 나타낸 단면도이고, 도 6은 웨이퍼 세정용 멀티 노즐에서 노즐부를 나타낸 예시도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정용 멀티 노즐은, 제1 필러(100), 제2 필러(200) 및 제3 필러(300)를 포함하는 구성요소로 이루어지며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 웨이퍼 세정용 멀티 노즐은, 웨이퍼에 세정액을 빠르고 고르게 분사할 수 있도록 유입되는 가스를 회전시키고, 그 회전되는 가스에 의해 세정액이 이송되어 분사되도록 노즐 형상을 구성함으로써, 미세패턴과 복잡한 형태의 패턴을 갖는 웨이퍼에 흡착 및 밀착된 오염물을 용이하게 제거할수 있도록 하는 기술적 구성을 제안한다.

이를 위해 노즐로부터 회전하며 분사되는 세정액 내외부에 높은 회전력이 발생하며, 내부에서는 가스의 빠른 이송에 따른 벤추리 효과가 발생하여 피대상체의 접촉부분에 흡입력이 발생하여 세정 대상체의 이물질이나 식각찌꺼기들이 흡착되지 않도록 분리하여 세정공정을 수행하도록 하는 기술적 구성을 제안한다.

제1 필러(100)는, 일측에 제1 세정액이 유입되는 유입구(110)가 형성된다. 그리고, 외경을 따라 나선형 홈이 형성된 스크류부(120)가 형성된다. 마지막으로, 유입구(110)를 통해 유입되는 제1 세정액이 이송되어 웨이퍼(W)의 표면을 향해 분사되도록 축방향으로 관통한 분사홀(130)이 형성된다.

이때, 제1 세정액은, 초순수(delonized water) 또는 소정의 케미컬 용액이 함유된 기능성 세정액일 수 있다.

제2 필러(200)는, 상술한 제1 필러(100)와 마찬가지로 일측에 제2 세정액이 유입되는 유입구(210)가 형성된다. 그리고, 외경을 따라 나선형 홈이 형성된 스크류부(220)가 형성된다. 마지막으로, 유입구(210)를 통해 유입되는 제2 세정액이 이송되어 웨이퍼(W)의 표면을 향해 분사되도록 축방향으로 관통한 분사홀(230)이 형성된다.

이때, 제2 세정액은, 제1 세정액과 마찬가지로 초순수(delonized water) 또는 소정의 케미컬 용액이 함유된 기능성 세정액일 수 있다.

즉, 예를 들어 제1 필러(100)와 제2 필러(200)의 각각의 유입구(110, 210)를 통해 동일한 초순수가 유입되어 웨이퍼(W)를 향해 분사되어 웨이퍼(W)를 세정할 수 있고, 하나의 필러에는 초순수가 유입되고 다른 하나의 필러에는 소정의 세정물질이 함유된 세정액이 유입되어 웨이퍼(W)를 향해 분사되어 웨이퍼(W)를 세정할 수 있는 것이다.

제3 필러(300)는, 일측에 압축가스가 유입되는 유입구(310)가 형성된다. 그리고, 유입구(310)를 통해 유입되는 압축가스가 분기되도록 격벽(340)으로 분리된 제1 공간부(320)와 제2 공간부(330)가 마련된다. 이러한 제1 공간부(320)의 내부에는 제1 필러(100)의 스크류부(120)가 수용되고, 제2 공간부(330)의 내부에는 제2 필러(200)의 스크류부(220)가 각각 수용된다.

여기서, 제3 필러(300)는 각 스크류부(120, 220)의 외경에 형성된 나선형 홈의 시작 지점에 대응하여 위치하는 것이 바람직하며, 압축가스는 안전한 비활성의 N₂가스인 것이 바람직하다.

한편, 스크류부(120, 220)는 축방향을 따라 관통하여 형성된 분사홀(130, 230)로 세정액이 유입되어 분사되도록 하고, 유입되는 가스가 외면에 형성된 나선형 홈을 따라 분사되어 세정액이 회전하며 분사되도록 한다.

즉, 도 3에 도시된 스크류부의 상세 구성과 같이, 제3 필러(300) 내부로 유입되는 압축가스가 제1 필러(100)의 스크류부(120)와 제2 필러(200)의 스크류부(220)에 각각 분사되어 나선형 홈을 따라 회전하면서 제1 세정액과 제2 세정액이 회전하며 분사되는 것이다.

여기서 분사홀(130)은 제1 필러(100)의 유입구(110)와 연통되어 제1 세정액이 유입되는 제1 분사홀(130a)과, 제1 분사홀(130a)과 연통되어 연결되고, 제1 분사홀(130a)의 직경보다 작은 직경을 갖으며, 제1 세정액을 고압으로 압축하는 제2 분사홀(130b)을 포함한다.

또한, 마찬가지로 분사홀(230)은, 제2 필러(200)의 유입구(210)와 연통되어 제2 세정액이 유입되는 제1 분사홀(230a)과, 제1 분사홀(230a)과 연통되어 연결되고, 제1 분사홀(230a)의 직경보다 작은 직경을 갖으며, 제2 세정액을 고압으로 압축하는 제2 분사홀(230b)을 포함한다.

한편, 본 발명의 웨이퍼 세정용 멀티 노즐은, 제3 필러(300)의 제1 공간부(320)와 제2 공간부(330)에는, 고압의 가스로 압축하여 분사되도록 스크류부(120, 220)의 단부 외경에 비접촉되는 고압 토출막(321, 331)이 더 형성될 수 있다. 이는, 이격된 영역을 통해서 고압의 가스로 압축하여 분사할 수 있게 하기 위함이다.

고압의 가스를 통해 이송되는 세정액의 분사속도를 빠르게 함과 동시에 회전력이 강하게 발생하고, 가스의 빠른 이송에 따른 벤추리 효과가 발생하여 노즐 내부의 피대상체 접촉부분에 흡입력이 발생하여 세정 대상체의 이물질이나 식각찌꺼기들이 흡착되지 않도록 분리하여 세정공정을 수행할 수 있다.

한편, 분사홀(130, 230)의 하단에 형성되며, 분사되는 세정액을 고압으로 압축하면서 분사방향을 결정하는 노즐부(131, 231)를 더 포함할 수 있다.
즉, 제1 필러(100)의 분사홀(130) 하단에는 제1 세정액을 고압으로 압축하면서 분사방향을 결정하는 노즐부(131)가 구비되고, 제2 필러(200)의 분사홀(230) 하단에는 제2 세정액을 고압으로 압축하면서 제1 필러(100)의 노즐부(131)와 같은 방향으로 분사하는 노즐부(231)가 구비된다. 따라서 본 발명은 다중 노즐부(131,231)를 통해 서로 다른 성질의 이류체 세정액을 웨이퍼에 분사할 수 있다.

여기서, 노즐부(131, 231)는 분사홀(130, 230)에 대해 일정 각도를 갖으며, 분사홀(130, 230)을 기준으로 좌우 대칭이 되게 제1 노즐(131a, 231a) 및 제2 노즐(231a, 231b)로 구비될 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 분사홀(130, 230)에 대해 일정 각도를 갖으며, 동일 간격으로 적어도 2개 이상의 노즐을 구비할 수 있다.

여기서 일정 각도는 세정공정시 본 발명에 따라 가스에 의해 이송되어 분사되는 세정액의 최적 세정 능력을 고려한 실험치가 된다. 이에 약 30 내지 40°사이의 어느 하나의 각도가 되며, 바람직하게는 약 30°가 된다.

예를 들어, 3개의 노즐로 노즐부가 형성되어야 할 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 약 120°의 등간격을 갖으며, 분사홀(130, 230)에 대해 약 30°의 기울기를 갖도록 3개의 노즐을 형성한다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

100: 제1 필러
110, 210, 310: 유입구
120, 220: 스크류부
130, 230: 분사홀
130a, 230a: 제1 분사홀
130b, 230b: 제2 분사홀
131, 231: 노즐부
131a, 131b, 231a, 231b: 노즐
200: 제2 필러
300: 제3 필러
320: 제1 공간부
321, 331: 고압 토출막
330: 제2 공간부
340: 격벽

Claims (8)

1. 제1 세정액이 유입되는 유입구(110)가 구비되고, 상기 유입구(110)를 통해 유입된 제1 세정액이 분사되도록 축방향으로 관통한 분사홀(130)이 구비되며, 외경을 따라 나선형 홈이 형성된 스크류부(120)를 포함하는 제1 필러(100)와;
   제2 세정액이 유입되는 유입구(210)가 구비되고, 상기 유입구(210)를 통해 유입된 제2 세정액이 분사되도록 축방향으로 관통한 분사홀(230)이 구비되며, 외경을 따라 나선형 홈이 형성된 스크류부(220)를 포함하는 제2 필러(200)와;
   압축가스가 유입되는 유입구(310)가 구비되고, 상기 유입구(310)를 통해 유입되는 압축가스가 상기 제1 필러(100)의 분사홀(130)과 상기 제2 필러(200)의 분사홀(230)에 분사되는 제3 필러(300)를 포함하되,
   상기 제3 필러(300)는 상기 유입구(310)를 통해 유입되는 압축가스가 분기되도록 격벽(340)으로 분리되어 상기 제1 필러(100)의 스크류부(120)가 내부에 수용되는 제1 공간부(320)와 상기 제2 필러(200)의 스크류부(220)가 내부에 수용되는 제2 공간부(330)가 형성되며,
   상기 제3 필러(300) 내부로 유입되는 압축가스가 제1 필러(100)의 스크류부(120)와 제2 필러(200)의 스크류부(220)에 각각 분사되어 나선형 홈을 따라 회전하면서 상기 제1 세정액과 제2 세정액이 회전하며 분사되며,
   상기 제1 필러(100)의 분사홀(130) 하단에는 제1 세정액을 고압으로 압축하면서 분사방향을 결정하는 노즐부(131)가 구비되고,
   상기 제2 필러(200)의 분사홀(230) 하단에는 제2 세정액을 고압으로 압축하면서 상기 제1 필러(100)의 노즐부(131)와 같은 방향으로 분사하는 노즐부(231)가 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제3 필러(300)의 제1 공간부(320)와 제2 공간부(330)에는, 고압의 가스로 압축하여 분사되도록 상기 스크류부(120, 220)의 단부 외경에 비접촉되는 고압 토출막(321, 331); 이 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐.
5. 제1항에 있어서, 상기 분사홀(130, 230)은,
   상기 유입구(110, 210)에 연통되어 세정액이 유입되는 제1 분사홀(130a, 230a); 및
   상기 제1 분사홀(130a, 230a)에 연통되며 제1 분사홀(130a, 230a) 보다 작은 내경으로 이루어져 세정액을 고압으로 압축하는 제2 분사홀(130b, 230b);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 노즐부(131, 231)는,
   상기 분사홀(130, 230)에 대해 일정 각도로 이루어지며, 서로 이격형성된 복수의 노즐(131a, 131b, 231a, 231b)을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐.
8. 제7항에 있어서,
   상기 일정 각도는, 30 내지 40°인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정용 멀티 노즐.

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