KR20000048763A - 웨이퍼 세정시스템 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼 세정시스템은 메가소닉에너지를 사용하여 웨이퍼에 인가된 세정액을 교반시킴으로써 반도체 웨이퍼를 세척한다. 음향에너지 소스가 음향에너지를 액체 내에 전달하는 길다란 석영 프로브를 진동시킨다. 일실시예의 프로브는 탱크 내의 견고한 원통형 세정부 및 상기 탱크의 외측으로 직경이 증가하는 플레어된 후방부를 가진다. 프로브의 큰 후방부 및 변환기에 음향적으로 결합된 열전달부재가 변환기로부터 열을 전도한다. 열전달부재 및 변환기용 하우징이 이들 구성품을 지지하며, 상기 하우징을 통하여 냉매를 전도하는 수단을 제공하여 변환기의 온도를 제어한다. 하나의 배열에 있어서, 액체는 웨이퍼의 양쪽 상에 분무되는 한편 프로브는 상측에 근접하여 위치된다. 다른 배열에 있어서, 짧은 프로브가 그 단부면이 웨이퍼의 표면에 근접하여 위치되고, 프로브는 웨이퍼가 회전할 때 웨이퍼 위를 이동한다. 또한, 프로브는 복수개의 디스크 내의 중앙 구멍을 관통하여 위치되어 이러한 부재 그룹을 동시에 세정한다.
Description
반도체 웨이퍼는 메가소닉에너지(megasonic energy)가 함침된 세정액(cleaning solution)에서 종종 세정된다. 초음파보다 20배 높은 주파수로 동작하는 메가소닉 세정시스템은 초음파 세정에서의 부정적 영향없이 입자를 물질로부터 안전하고 효과적으로 제거한다.
메가소닉에너지 세정장치는 트랜스미터(transmitter)에 결합된 압전 변환기(piezoelectric transducer)를 포함하는 것이 일반적이다. 변환기가 전기적으로 여기되어 진동하고, 트랜스미터가 고주파에너지(high frequency energy)를 처리탱크(processing tank) 내의 액체에 전달한다. 메가소닉에너지에 의하여 세정액이 교반(agitation)되어 반도체 웨이퍼 상의 입자가 분리된다. 따라서 오염물질(contaminants)이 웨이퍼의 표면으로부터 진동하여 떨어진다. 일실시예에 있어서, 용액을 탱크의 바닥으로부터 습식 처리용기(wet processing container) 내로 유입시켜 용기의 상단에서 넘치게 한다. 이로써 넘치는 용액과 함께 오염물질이 탱크로부터 제거된다.
초음파에너지 및 가압공기를 사용하는 정전기그래픽 재생장치(electrostaticgraphic reproducing apparatuses)용 가스 충돌 및 흡입 세정방법이 마렛(Maret)에 특허된 미합중국특허 제4,111,546호에 개시되어 있다.
차오 등(Chao et al.)에 특허된 미합중국특허 제5,318,591호에는 액화가스의 공동현상(cavitation)에 의한 세정방법이 개시되어 있다. 액화가스를 세정체임버 내에 주입하고 이 액화가스를 공동현상-발생수단(cavitation-producing means)에 노출시킴으로써 원하지 않는 물질을 기판으로부터 제거한다. 공동현상을 제공하는 혼(horn)의 형상이 상세하게 개시되어 있지 않고, 세정조 내 특정 위치에서의 음파 교반(sonic agitation)을 간과하고 있다.
프레이(Frei)에 특허된 미합중국특허 제4,537,511호에는 세정액 탱크 내의 길다란 금속튜브가 탱크의 벽을 통하여 연장되어 튜브의 단부에 부착된 변환기에 의하여 종파 모드(longitudinal wave mode)로 여기되는 것으로 개시되어 있다. 비교적 높은 내부 손실을 보충하기 위하여, 발광장치(radiating arrangement)는 비교적 벽이 얇은 튜브형 부재를 사용한다.
반도체 웨이퍼의 세정에 사용될 수 있는 장치 및 방법의 개선이 필요하다.
본 발명은 반도체 웨이퍼(semiconductor wafers) 또는 매우 높은 레벨의 세정을 필요로 하는 이러한 다른 품목을 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 메가소닉에너지 세정시스템의 일실시예의 측면도.
도 2는 도 1에 예시된 시스템의 측단면도.
도 3은 도 1에 예시된 프로브 어셈블리의 확대사시도.
도 4는 본 발명에 따른 다른 프로브의 측면도.
도 5a∼5c는 본 발명에 사용될 수 있는 다른 프로브 선단을 예시한 도면.
도 6은 세정액을 웨이퍼의 상면 상에 분무하여 사용된 본 발명에 따른 프로브의 개략도.
도 7은 도 6의 선 7-7에 따른 단면도.
도 8은 웨이퍼의 양면을 세정하는 프로브의 개략도.
도 9a는 세정될 디스크가 관통하여 연장된 도 1에 예시된 프로브의 개략도.
도 9b는 프로브 선단 캡의 부분단면도.
도 9c는 다른 프로브 선단 캡의 부분단면도.
도 10은 웨이퍼에 대하여 수직으로 배향된 프로브의 개략도.
도 11은 프로브를 서포트에 결합하는 다른 수단을 가진 본 발명의 다른 실시예의 부분측단면도.
본 발명의 일실시예에 있어서, 음향에너지 소스와 같은 진동기가 세정탱크 내로 연장된 길다란 프로브(probe)를 진동시켜 프로브에 근접한 제품의 표면을 세정한다. 열전달부재(heat transfer member)가 프로브의 후면에 부착되어 장치의 온도를 제어한다. 열전달부재에 음향적으로 결합되고, 메가소닉에너지 소스에 연결된 압전변환기가 프로브를 진동시키는 수단을 제공한다.
길다란 프로브는 석영(quartz) 또는 음향에너지를 효과적으로 전달하는 또 다른 비교적 불활성인 비오염물질로 제조된다. 프로브는 선단, 세정부, 및 후방부를 포함한다. 프로브의 단면은 둥글고, 프로브의 세정부 단면의 직경은 프로브의 후방부 단면의 직경보다 작게 하여 에너지를 집중시키는 것이 바람직하다. 프로브의 세정부는 직경을 일정하게 하여 견고한 원통형 섹션을 형성하는 것이 바람직하다.
원통형 섹션의 직경이 일정함으로써, 프로브 후방부의 단면이 플레어되거나 또는 증가된다. 제1 실시예에 있어서, 프로브 후방부의 단면의 직경이 점차 증가된다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 프로브 후방부 단면의 직경은 단차(stepped increments)로 증가된다.
일실시예에 있어서, 프로브는 스풀형상(spool-shaped)의 금으로 도금된 알루미늄 열전달부재에 음향적으로 결합된다. 일실시예에 있어서 프로브는 열전달부재에 결합되고, 다른 실시예에 있어서 프로브는 스프링 압축된 열전달부재에 결합된다. 변환기는 열전달부재의 타단에 음향적으로 결합되며 하우징 내에 수용된다. 하우징은 프로브 및 변환기의 온도를 제어하는 냉매용 입구 및 출구와 RF에너지용 전기변환기(electric converter)를 가진다.
하우징은 처리탱크의 외측에 장착되어, 처리탱크벽의 개구를 관통하여 위치된 프로브에 서포트(support)를 제공한다. 프로브는 반도체 웨이퍼에 평행으로 근접하여 위치된다. 스페이서(spacers) 또는 스탠드오프(stand-offs)가 변환기 및 탱크 외측의 프로브의 보다 큰 후방부에 위치되어 직경이 보다 작은 프로브 세정부 및 프로브 선단이 탱크 내로 연장되는 것이 바람직하다.
사용 중에, 처리탱크는 액체로 채워질 수 있고, 처리탱크 내의 서포트 상에 위치된 웨이퍼가 내면 상의 프로브에 근접하고, 프로브가 메가소닉 방식으로 진동하여 탱크 내의 액체가 교반된다. 웨이퍼가 회전하거나 그렇지 않으면 프로브에 따라 이동하여 세정될 웨이퍼의 전체 표면이 프로브에 근접하게 된다. 상이한 프로브 장착배열에서, 프로브는 웨이퍼에 따라 이동할 수 있다.
액체 내에 함침되는 대신에, 프로브는 액체가 분무된 웨이퍼 표면에 인접하여 위치될 수 있다. 메가소닉에너지는 액체층을 통하여 전달되며, 분리된 입자는 액체에 의하여 배출된다.
다른 실시예에 있어서, 중앙에 구멍을 가진 디스크는 프로브를 탱크 내에 위치된 하나 이상의 디스크를 관통하게 함으로써 세정될 수 있다.
도 1∼3은 길다란 프로브(104)가 처리탱크(101)의 벽(100)을 관통하여 삽입되어 있는, 본 발명에 따라 제조된 메가소닉에너지 세정장치를 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 프로브는 용기 외부의 일단에 캔틸레버 방식으로 지지된다. 프로브(104)와 탱크벽 사이에 끼워진 적합한 O-링(102)이 처리탱크(101)를 적절하게 밀봉한다. 하우징(120) 내에 수용된 열전달부재(134)는 프로브(104)에 음향적 및 기계적으로 결합된다. 하우징(120) 내에 또한 수용된 압전변환기(140)는 열전달부재(134)에 음향적으로 결합된다. 전기커넥터(electrical connectors)(142, 154, 및 126)가 변환기(140)와 음향에너지 소스(예시되지 않음) 사이에 연결된다.
하우징은 냉매용 입구관(124) 및 출구관(122)을 지지하며, 전기커넥터용 개구(152)를 가진다. 하우징은 프로브용 개구(132)를 가진 환형 플레이트(annular plate)(118)에 의하여 폐쇄된다. 이 플레이트는 탱크에 부착된다.
처리탱크(101) 내에는, 서포트 즉 서셉터(susceptor)(108)가 프로브(104)에 평행으로 근접하여 위치된다. 서셉터(108)는 여러 가지 형태, 즉 샤프트(110) 상에 지지된 허브(108c)에 연결된 복수개의 스포크(spoke)(108b)에 의하여 지지된, 처리탱크(101)의 바닥을 관통하여 연장된 외측림(outer rim)을 포함하는 예시된 배열을 가질 수 있다. 탱크(101)의 외측에서, 샤프트(110)가 모터(112)에 연결되어 있다.
길다란 프로브(104)는 음향에너지를 효과적으로 전달하는 석영과 같은 비교적으로 불활성인 비오염물질로 제조되는 것이 바람직하다. 석영 프로브는 대부분의 세정액에 만족스럽게 사용될 수 있지만, 플루오르화 수소산을 함유하는 용액은 석영을 에칭할 수 있다. 따라서, 사파이어(sapphire) 또는 탄화규소(silicon carbide) 또는 질화붕소(boron nitride)로 제조된 프로브가 석영 대신에 채택될 수 있다. 또한, 석영은 탄화규소 또는 탄소유리(vitreous carbon)와 같이 HF에 견딜 수 있는 물질로 코팅될 수 있다.
프로브(104)는 견고하며 길다란, 일정한 단면을 가진 세정부(104a), 및 후방부(104b)를 포함한다. 프로브의 단면은 둥글고, 프로브 세정부의 직경이 프로브 후방부의 직경보다 작은 것이 바람직하다. 표준적인 배열에 있어서, 후방부(104b)의 후면 영역은 세정부(104a)의 선단면 영역보다 25배이다. 물론, 원형이 아닌 단면형상이 채택될 수 있다.
직경이 작은 원통형 세정부(104a)가 이 세정부(104a)의 길이를 따라 메가소닉에너지를 집중하는데 바람직하다. 그러나, 프로브의 직경은 프로브에 의하여 전달된 메가소닉에너지에 의하여 발생된 기계적 진동에 대한 내성이 충분하여야 한다. 표준 배열에 있어서, 탱크 내에 수용된 프로브 원통형부의 단면 직경은 약 .4인치였다.
프로브 세정부(104a)는 길이가 충분하게 길어야 웨이퍼의 전체 표면적이 웨이퍼 세정 중에 프로브에 노출될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 웨이퍼가 프로브 하측에서 회전하기 때문에, 세정부(104b)의 길이가 충분하게 길어야 적어도 웨이퍼의 중앙에 도달할 수 있다. 따라서, 웨이퍼가 프로브 하측에서 회전하기 때문에, 웨이퍼의 전체 표면적이 프로브에 근접하게 된다. 실제로, 메가소닉에너지가 프로브 선단으로부터 웨이퍼의 중앙을 향하여 약간의 교반을 제공할 수 있기 때문에, 프로브가 웨이퍼의 중앙에 도달하지 못하는 경우에도 프로브가 만족스럽게 기능할 수 있다.
프로브의 길이는 소정 개수의 파장에 의하여 또한 결정된다. 일실시에에 있어서, 프로브 세정부(104a)의 길이는 인가된 에너지의 19 파장과 동일하다.
탱크의 외측에 위치된 프로브 후방부(104b)는 세정부(104a)의 직경보다 크게 플레어된다. 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 도 1∼3에 예시된 바와 같이, 프로브 후방부의 단면 직경은 원통형 섹션(104b)으로 점차 증가된다. 후방부(104b) 단부의 표면적을 보다 크게하여야 다량의 메가소닉에너지가 전달되어 직경이 보다 작은 섹션(104a)에 집중되는데 바람직하다.
도 4에 예시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 프로브 후방부의 단면 직경은 점차 증가되기 보다는 단차로 증가된다. 단차는 파장 멀티플(wavelength multiples)로 발생하여 메가소닉에너지를 효과적으로 전달한다. 예를 들면, 일실시예에 있어서, 프로브의 가장 얇은 부분(158)의 길이는 약 19 파장이고, 다음으로 직경이 큰 부분(160)은 축방향 길이가 약 3 파장이며 가장 직경이 큰 부분(162)은 축방향 길이가 약 4 파장이다. 도 1의 뾰족한 배열에서 얻은 결과를 시뮬레이트하려는 것이다.
도 5a∼5c는 프로브 선단의 다른 실시예를 예시한 도면이다. 프로브 선단이 상이함으로써 웨이퍼 표면부분이 커버될 수 있거나 또는 평탄한 프로브 단부(157)에 의하여 커버될 수 있다. 프로브는 원뿔형 선단(164), 반전된 원뿔형 선단(166), 또는 둥근 선단(168)을 가질 수 있다.
프로브의 큰 단부(104d)는 열전달부재(134)에 음향적으로 결합되고, 부재에 의하여 물리적으로 지지된다. 프로브의 단부면은 적합한 접착물질로 서포트에 결합 또는 접착되는 것이 바람직하다. 물질을 접착하는 외에, 도 3에 예시된 얇은 금속스크린(141)을 프로브 단부와 부재(134) 사이에 끼운다. 접착제로 채워진 작은 구멍을 가진 스크린이 접착제 그 자체로 얻는 연결보다 더욱 영구적인 진동연결을 제공한다. 표준 배열에 사용된 스크린은 신장된 금속형으로, 그 두께는 접착제를 가지는 스트랜드 사이에 포켓(pockets)을 형성하는 약 .002인치의 평탄한 스트랜드를 가진다. 채택된 접착제는 로스엔젤레스 소재 E.V. Roberts사의 제품으로서, 번호 5000의 수지 및 번호 61의 경화제로 형성된다. 스크린 물질은 미국회사 Delkar에서 판매하고 있다. 프로브는 열전달부재에 클램프되거나 또는 결합될 수 있어서 프로브가 적절하게 물리적으로 지지되고 메가소닉에너지가 프로브에 효과적으로 전달된다.
열전달부재(134)는 알루미늄, 또는 열 및 메가소닉에너지를 양호하게 전달하는 다른 전도체로 제조될 수 있다. 예시된 배열에 있어서, 열전달부재는 원통형이며, 적정량의 냉매를 제공하여 장치를 적합하게 냉각시킬 수 있는 크기의 냉매관으로서 기능하는 환형 그루브(136)를 가진다. 냉매 그루브(136)의 양 측면 상의 작은 환형 그루브(138, 139)에는 O-링(135, 137)과 같은 적합한 시일이 끼워져서 냉매를 분리시키고 변환기(140)와 전기적 연결이 차단되는 것이 방지된다.
변환기(140)는 열전달부재(134)의 평탄한 후면에 결합, 접착, 또는 음향적으로 결합된다. 적합한 접착물질로는 캘리포니아 가르데나 소재 Ablestick사 제품인 ECF 550이 있다. 변환기(140)는 디스크형상이 바람직하며, 그 직경은 프로브섹션(104d)의 후측말단의 직경보다 커서 변환기로부터 프로브에 음향에너지를 최대한으로 전달한다. 열전달부재는 금으로 도금하여 알루미늄의 산화를 방지, 즉 변환기를 프로브에 양호하게 결합시키는 것이 바람직하다.
변환기(140) 및 열전달부재(134) 양자 모두는 원통형상이 바람직한 하우징(120) 내에 수용된다. 열전달부재는 하우징(120) 내벽의 환형 리세스(annular recess) 내에 수용된다.
하우징은 알루미늄으로 제조되어 냉매에 열전달을 용이하게 하는 것이 바람직하다. 하우징은 액체 냉매의 출구관(122) 및 입구관(124)용 개구(144, 146)를 가진다. 하우징(134)은, 폐쇄된 단부에, 전기커넥터(126, 154)용 개구(152)를 가진다. 개구(148, 150)를 통하여 가스질퍼즈 (gaseous purge)가 하우징(120)으로 유입 및 하우징으로부터 배출된다.
하우징(120)의 개방된 단부는 프로브 후측섹션(104d)이 관통하는 중앙 개구(132)를 가지는 환형 플레이트(118)에 부착된다. 환형 플레이트의 외경은 하우징(120)을 지나 연장되며 2개의 링에 내측 링구멍(131)을 통하여 형성된 복수개의 구멍을 가지고, 스크루와 같은 복수개의 연결구(120)가 연장되어 플레이트(118)가 하우징(120)에 부착된다. 환형 플레이트(118)는 외측링의 플레이트구멍(130)을 관통하여 탱크벽(100) 내에 끼워지는 복수개의 나삿니가 있는 파스너(threaded fasteners)(117)에 의하여 탱크벽(100)에 장착된다. 또한, 파스너는 플레이트(118)를 탱크벽으로부터 이격시키는 슬리브 즉 스페이서(116)를 관통한다. 스페이서가 변환기 및 프로브의 플레어된 후방부(104b)를 탱크의 외측에 위치시킴으로써 단지 프로브의 세정부 및 프로브 선단이 탱크 내로 연장된다. 또한, 스페이서가 플레이트(118) 및 하우징을 탱크에서 어느 정도 분리시켜서, 열전달부재, 하우징 및 플레이트로부터의 진동이 최소로 된다.
처리탱크(101)는 웨이퍼를 오염시키지 않는 물질로 제조된다. 탱크는 액체를 탱크 내로 유입하기 위한 입구(도시되지 않음) 및 제품으로부터 제거된 입자를 배출하기 위한 출구(도시되지 않음)를 가져야 한다.
반도체 웨이퍼의 크기가 증가하기 때문에, 웨이퍼 카세트를 즉시 세정하기 보다는, 하나의 웨이퍼를 즉시 세정하는 세정장치 및 방법을 사용하는 것이 더욱 실질적이며 비용이 적게 든다. 본 발명의 프로브의 크기는 세정될 웨이퍼의 크기에 따라 길이가 변경될 수 있다는 것이 장점이다.
반도체 웨이퍼(106) 또는 세정될 다른 제품을 탱크(101) 내의 서포트(108) 상에 위치시킨다. 웨이퍼가 프로브에 충분하게 근접되도록 위치시켜야 프로브와 웨이퍼 사이에서의 액체의 교반으로 웨이퍼 표면 상의 입자가 분리된다. 프로브와 웨이퍼 표면 사이의 간격은 약 .1인치 이하가 바람직하다.
모터(112)가 프로브(104) 하측의 서포트(108)를 회전시키면 제품의 상면 전체가 진동 프로브(104)에 충분하게 근접되어 제품의 표면으로부터 입자가 제거된다. 프로브와 웨이퍼(106) 사이에 필요한 상대운동을 얻기 위하여, 웨이퍼가 프로브 하측에서 횡방향으로 이동하는 배열이 제공될 수 있다. 또한, 서포트(108)는 제 위치에 그대로 있는 반면 프로브는 웨이퍼(106)의 표면 위에서 이동하는 배열이 제공될 수 있다.
압전변환기(140)가 전기적으로 여기될 때, 압전변환기는 고주파로 진동한다. 변환기는 프로브 크기에 일치하는 전압을 가진 메가소닉주파로 여기되는 것이 바람직하다. 진동은 열전달부재(134)를 통하여 길다란 프로브(104)에 전달된다. 다음에, 프로브(104)는 고주파에너지를 프로브와 웨이퍼 사이의 세정액 내에 전달한다. 이 배열의 중요한 장점 중 한 가지는 프로브의 큰 후방부는 큰 변환기를 수용할 수 있고, 프로브의 작은 전방부는 메가소닉 진동을 작은 영역 내에 집중시켜 입자의 분리력을 최대로 한다는 것이다. 프로브와 웨이퍼 사이의 충분한 액체물질로 에너지가 프로브와 웨이퍼 사이의 작은 갭을 지나 효과적으로 전달되어 원하는 세정이 이루어진다. 웨이퍼(106)의 표면적이 프로브(104)에 근접하기 때문에, 프로브(104)와 웨이퍼(106) 사이의 액체 교반으로 반도체 웨이퍼(106) 상의 입자가 분리된다. 따라서 오염물질이 웨이퍼(106) 표면으로부터 제거된다. 흐트러진 입자는 계속 흐르는 액체에 의하여 제거될 수 있다.
변환기(140)에 와트수(wattage)를 크게 인가하여 상당한 열을 발생시키면 변환기(140)의 손상이 방지될 수 있다. 따라서 냉매를 하우징(120)에 주입하여 부재(134), 즉 변환기를 냉각시킨다.
물과 같은 액체가 바람직한, 제1의 냉매를 하우징(120)의 일단으로 주입하여 열전달부재(134) 주위를 순환시키고 하우징(120)의 타단에서 배출시킨다. 열전달부재(134)가 열전도성이 양호한 물질로 제조되기 때문에, 상당량의 열이 액체냉매에 의하여 용이하게 전달될 수 있다. 물론, 냉각속도는 냉매의 유속 및/또는 온도를 변화시킴으로써 용이하게 모니터할 수 있다.
제2의 선택 냉매를 하우징 타단 상의 개구(148, 150)를 통하여 하우징(120) 내로 유입 및 하우징으로부터 배출시킴으로써 변환기 상에 순환시킨다. 변환기(140) 및 전기배선(142, 154) 때문에, 질소와 같은 불활성가스가 하우징의 이 부분에 냉매 또는 세정가스(purging gas)로서 사용된다.
프로브 단부(104b)를 부재(134)에 결합하는 다른 배열을 도 11에 나타낸다. 프로브를 부재(134)에 접합하는 대신에, 이른바 진공그리스(vacuum grease)를 인가하고, 프로브는 코일스프링(143)에 의하여 부재(134)에 압착된다. 진공그리스는 점성그리스로서 누출되거나 또는 용이하게 변위되지 않고 조인트 타단쪽의 압력을 견딜 수 있다. 표준 배열에 있어서, 그리스 및 금속스프링의 결합으로 확실한 음향 결합이 제공된다. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 하우징(120)은 플레이트(118)에 직접 장착되는 대신에 스탠드오프(145)에 의하여 플레이트(118)에 장착된다. 슬리브(116) 및 파스너(117)는 도 2에 나타낸 것보다 짧아서, 플레이트(118)가 프로브의 뾰족한 부분을 둘러싼다. 이로써 하우징(120)과 플레이트(118) 사이에 갭이 생긴다. 이 갭에 코일스프링(143)이 위치되어 플레이트(118)와 프로브의 뾰족한 부분 사이에 압축된다. 따라서, 스프링이 프로브를 부재(134)를 향하여 압착한다. 이 배열이 프로브를 열전달부재(134)에 음향적으로 결합한다. 테프론 슬리브(149)를 프로브에 인접한 제1 코일스프링(143)에 걸쳐 위치시켜 금속스프링이 석영 프로브를 손상시키지 않게 하는 것이 바람직하다.
도 6에 예시된 배열에는, 상측 단부는 개방되고 하측 단부에는 드레인라인(202)를 가지는 탱크(200)와 결합된 도 1의 프로브 어셈블리를 나타낸다. 프로브(104)는 환형의 림(208a), 모터(212)에 의하여 회전하는 샤프트(210)의 상측 말단 상에 위치된 허브(208c)에 결합된 복수개의 스포크(208b)를 포함하는 적합한 서포트(208) 상에 장착된 웨이퍼(106) 위의 탱크 내로 관통하는 슬롯(203)을 나타낸다.
사용 중에, 탈이온수 또는 다른 세정액을 노즐(214)로부터 웨이퍼의 상측표면 상에 분무하는 한편, 프로브(104)는 음향적으로 여기된다. 액체가 프로브의 하측부와 회전하는 웨이퍼의 인접 상측면 사이에 메니스커스(meniscus)(216)를 형성시킨다. 도 7에 이를 개략적으로 나타낸다. 액체가 메가소닉에너지를 웨이퍼의 표면에 전달하는 매체를 제공하여 입자가 분리되게 한다. 이들 분리된 입자는 계속해서 흐르는 스프레이 및 회전하는 웨이퍼에 의하여 배출된다. 액체흐름이 차단될 때, 소정량의 건조작용이 물로부터 떨어지는 액체의 원심력을 통하여 얻어진다.
프로브 어셈블리는 적합한 서포트(116) 상에 장착될 수 있다. 서포트는, 화살표(118)로 나타낸 바와 같이, 어셈블리를 상향으로 피봇가능하여 웨이퍼의 설치 및 제거가 용이하다. 또한, 슬롯(203)이 구멍 대신에 폐쇄된 상측에 형성될 수 있고, 프로브는 반경방향으로 내외로 이동할 수 있다.
도 8은 웨이퍼의 하측 및 상측 양자 모두가 세정되는 도 7의 배열의 다른, 즉 추가적인 배열을 나타낸다. 스프레이노즐(254)이 탱크(200)의 측벽을 관통하여 상향으로 약간 경사져서 세정액이 스포크(208b) 사이 및 웨이퍼(106)의 하측면 상에 분무되고, 반경방향 내측으로 향하여 웨이퍼가 회전할 때, 하측면 전체에 액체가 분무된다. 웨이퍼는 도 6을 참조하여 전술한 바와 동일한 방식으로 프로브(104)에 의하여 메가소닉에너지를 받는다. 이 교반으로 웨이퍼 및 웨이퍼 하측면 상의 액체가 진동하여 웨이퍼가 회전할 때 프로브와 용이하게 정렬된다. 이 교반으로 웨이퍼 하측면 상의 입자는 흐트러지고, 입자는 웨이퍼의 하측면으로부터 낙하하는 액체, 즉 액적과 함께 배출된다.
각종의 액체가 도 6 및 8의 웨이퍼에 인가된 스프레이로서 채택될 수 있다. 액체 또는 고압가스 외에, 이른바 드라이아이스 스노우(dry ice snow)가 인가될 수 있다. 캘리포니아 출라 비스타 소재 Va-tran Systems, Inc.사에서 이러한 물질을 제조 및 인가하는 제품을 제품명 SND GUN으로 판매하고 있다. 이 접근방식의 주요한 장점은 세정 후 처리문제가 없다는 것이다. 오염물질은 불활성의 무해 증기를 통하여 세정표면으로부터 배출된다. 세정물질의 처리비용이 생략된다. 제품 SDN GUN에 대한 광고문에 따르면, 드라이아이스 스노우로 세정하면 건성 질소를 송풍하는 것보다 더욱 완전하게 입자가 제거된다고 설명하고 있다. 장치는 질소제트로는 제거가 곤란하거나 또는 불가능한 .2 마이크론만큼 작은 서브-마이크론 입자까지도 제거하는 것으로 되어 있다. 이러한 기술은 미합중국특허 제5,364,474호에 또한 개시되어 있으며, 이것을 참조하여 본 명세서에 결합한다.
도 9a를 참조하면, 도 1의 프로브 어셈블리가 탱크(300)의 벽에 장착된 것을 나타낸다. 프로브(104)는 "콤팩트 디스크(compact disks)"(302)와 같은 복수개의 수직으로 배향된 기판 내의 중앙 개구를 일반적으로 수평으로 관통하여 연장된다. 디스크는 탱크에 함침된 카세트(306) 내에 디스크의 구멍이 프로브와 정렬되어 장착될 수 있다. 디스크가 들어 있는 카세트가 횡방향으로 이동하여 프로브가 디스크와 실제적으로 접촉하지 않고 디스크의 구멍을 관통할 수 있다. 탱크에는 탈이온수와 같은 액체가 채워져서 디스크를 완전하게 덮는다. 프로브는 도 1을 참조하여 전술한 방식으로 메가소닉에너지에 의하여 진동된다. 프로브에 의하여 발생된 교반이 디스크 사이의 세정액 내로 전달되어 디스크 표면 상의 입자를 분리시킨다. 에너지가 프로브로부터 반경방향 외측으로 전달되어 각 디스크의 양쪽이 이러한 에너지에 노출된다. 세정액이 용기 내에 계속해서 흘러서 주입될 수 있고, 용기의 상측 말단을 넘치게 하여 분리된 입자를 배출할 수 있다.
메가소닉에너지 일부는 프로브 선단이 액체 내에 함침된 프로브 말단을 통하여 전달되기 때문에, 도 9b에 나타낸 바와 같이 두 개의 유리벽(306a, 306b) 사이의 공기스페이스를 포함하는 작은 캡(306)이 프로브의 선단에 위치된다. 메가소닉에너지는 주위공기를 통하여 심할 정도로 이송되지 않기 때문에, 캡이 프로브의 말단을 통한 에너지의 손실을 방지한다. 도 9c에 나타낸 다른 캡(310)은 프로브의 단부에 부착된 짧은 섹션의 유리튜브(212)를 채택한다. 알 수 있는 바와 같이, 튜브의 외경은 프로브의 외경과 동일하고, 프로브로부터 이격된 튜브의 외측 말단은 디스크(314)에 의하여 폐쇄된다.
도 10은 본 발명의 프로브의 다른 실시예를 나타낸다. 프로브(404)가 도 1의 프로브(104)보다 훨씬 짧은 것을 제외하고는 도 1의 어셈블리와 유사한 프로브 어셈블리(400)를 나타낸다. 또한, 어셈블리(400)는 프로브가 수평 웨이퍼(106)의 표면과 일반적으로 수직, 일반적으로 직각으로 연장되어 있다. 세정액은 웨이퍼의 상면에 인가되고, 프로브의 하측 선단은 이 액체와 접촉한다. 따라서 메가소닉에너지가 상기 매체를 통하여 웨이퍼의 표면 상으로 전달되어 입자를 흐트러지게 한다. 프로브의 측면은 상기 매체에 노출되지 않기 때문에, 프로브의 수직면으로부터 전달된 메거소닉에너지는 감지할 정도는 아니다. 대신에, 이러한 메가소닉에너지는 선단에 집중된다. 선단은 웨이퍼가 회전할 때 웨이퍼에 대하여 반경방향으로 이동할 수 있어서 메가소닉에너지가 웨이퍼의 전체 표면에 인가될 수 있다. 또한 프로브는 상면 전체를 가로지를 수 있다. 원하는 이동을 제공하는 메커니즘을 포함한 임의의 적합한 서포트(410)를 채택할 수 있다.
전술한 바와 같이, 바람직한 실시예의 프로브 어셈블리는 석영과 같은 불활성 물질로 제조된 프로브 및 이 프로브의 후측에 결합된, 알루미늄과 같은 열전도성이 양호한 물질로 제조된 열전달부재를 포함한다. 프로브의 원통형부가 세정액과 접촉하고 웨이퍼에 인접하여 위치되기 때문에, 도 1의 섹션(104a)과 같은 전방부는 불활성물질, 후방부(104b)는 알루미늄으로 제조, 즉 열전달부재(134)를 가진 단체로 제조될 수 있는 다른 배열로 변형할 수 있다. 또한, 이것은 두 개의 구성품 사이의 조인트가 원통형부(104a)의 후측에 위치될 수 있다는 의미이다. 이러한 접합영역이 도 1에 예시된 배열만큼 단단하지 않을 수 있으나, 이것은 특정의 상황에 유용할 수 있다.
바꾸어 말하면, 일부 적용에는 석영 또는 다른 불활성물질을 프로브에 채택할 필요가 없을 수 있다. 대신에, 프로브 전체는 알루미늄 또는 이러한 다른 물질로 제조될 수 있다. 이 상황에서, 열전달부재는 프로브와 함께 단체로 제조될 수 있다. 또한 금속 프로브인 경우 세정액을 프로브 자체를 통하여 분무하는 것이 실질적일 수 있다. 예를 들면, 도 10의 배열에 있어서, 액체입구는 프로브의 직경이 큰 단부쪽에 위치되고 출구는 직경이 작은 단부쪽에 위치될 수 있다. 액체가 냉매로 또한 작용하여, 특히 드라이아이스 스노우가 채택된 경우, 변환기를 냉각시킬 수 있다.
당해기술 분야의 숙련자는 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 여러 가지로 변형 및 변경할 수 있으며, 이러한 모든 변형 및 변경은, 청구범위에 한정된 바와 같이, 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해한다.
Claims (51)
- 진동에너지를 효과적으로 전달하는 물질로 제조된 프로브;상기 프로브의 일단에 부착되며, 프로브와 상이한 물질로 제조된 열전달부재; 및상기 열전달부재에 결합되어 열전달부재를 통하여 전달된 에너지로 상기 프로브를 진동시키는 진동기를 포함하는 세정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 프로브는 상기 프로브 일단의 직경이 상기 프로브 타단의 직경보다 작으며, 단면이 원형인 길다란 형상을 가지는 세정장치.
- 제2항에 있어서,상기 프로브가선단;견고하고 길다란 원통형 전방부; 및단면 직경이 상기 원통형부의 단면 직경보다 큰 후방부를 포함하는 세정장치.
- 제3항에 있어서, 상기 원통형부가 상기 프로브 전체길이의 대략 2/3를 포함하는 세정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 진동기가 상기 열전달부재에 음향적으로 결합되며, 음향에너지 소스에 연결된 변환기를 포함하는 세정장치.
- 제5항에 있어서, 상기 변환기 및 상기 열전달부재를 둘러싸는 하우징을 추가로 포함하고, 상기 프로브는 상기 하우징의 한쪽 측면을 넘어서 연장되는 세정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 열전달부재가 알루미늄으로 제조된 세정장치.
- 제7항에 있어서, 상기 열전달부재가 금으로 도금된 세정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 열전달부재의 단면이 상기 프로브의 상기 후방부의 단면과 형상이 유사한 세정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세정장치의 온도를 제어하는 상기 열전달부재와의 열전달과 관련되는 냉매를 순환시키는 냉매통로를 추가로 포함하는 세정장치.
- 제10항에 있어서, 상기 열전달부재 및 상기 진동기를 둘러싸는 하우징을 포함하고, 상기 냉매통로는 상기 하우징과 열전달부재 사이에 환형 그루브를 포함하는 세정장치.
- 제11항에 있어서, 상기 하우징 내에서 냉매를 상기 진동기로부터 분리하는 시일을 포함하는 세정장치.
- 제1항에 있어서, 세정액 및 세정될 웨이퍼를 수용하는 용기를 포함하고, 상기 프로브는 자신의 한쪽 부분이 세정될 웨이퍼에 근접하여 위치되도록 지지되는 세정장치.
- 제13항에 있어서, 상기 용기에 웨이퍼를 지지하는 서포트를 포함하고, 상기 프로브는 웨이퍼에 대하여 반경방향으로 위치되며, 상기 서포트는 회전가능하게 장착되는 세정장치.
- 제13항에 있어서, 상기 프로브와 웨이퍼의 표면 사이에 액체층을 형성하기 위해 상기 웨이퍼의 표면 상에 세정액을 분무하도록 위치되어, 진동에너지를 웨이퍼의 표면에 전달하기 위한 분무기를 포함하는 세정장치.
- 세정될 제품을 수용하는 용기;상기 제품을 상기 용기 내에 지지하는 서포트;길다란 프로브;상기 프로브가 소정의 주파수로 진동하여 액체를 교반시킬 때 상기 제품 표면 상의 입자가 분리되도록 상기 프로브의 일부를 상기 제품에 충분히 근접한 용기 내에 위치시키는 상기 프로브용 서포트; 및상기 프로브에 결합되고, 음파에너지가 상기 프로브를 통하여 프로브와 제품 사이의 상기 액체 내로 전파하는 주파수로 진동하도록 조정되는 변환기를 포함하는 세정장치.
- 제16항에 있어서, 상기 프로브가 상기 제품 서포트 상에 위치될 때 제품의 표면과 대체적으로 평행하게 위치되는 세정장치.
- 제16항에 있어서,상기 프로브의 단면은 원형이고,상기 프로브는선단;상기 용기 내에 수용되는 견고하고 길다란 원통형부; 및상기 용기의 외측에 위치되고, 일단의 원형 단면은 상기 원통형부의 단면과 크기가 동일하며 타단의 직경은 상기 일단의 직경보다 큰 후방부를 포함하는 세정장치.
- 제18항에 있어서, 상기 프로브의 후방부 단면의 직경이 상기 일단으로부터 상기 타단까지 점차로 증가되는 세정장치.
- 제18항에 있어서, 상기 프로브의 후방부 단면의 직경이 단차(stepped increments)로 증가되는 세정장치.
- 제18항에 있어서, 상기 프로브의 원통형부 길이가 세정될 제품 길이의 적어도 1/2인 세정장치.
- 제18항에 있어서,상기 프로브의 후방부 및 상기 변환기에 결합되는 열전달부재;상기 열전달부재를 둘러싸고 지지하는 하우징; 및상기 하우징에 부착되고, 상기 프로브가 관통하는 개구를 가진 플레이트를 포함하고,상기 플레이트가 용기에 연결되어 상기 하우징을 용기 외측 상에 지지하는 세정장치.
- 제22항에 있어서, 상기 플레이트를 용기로부터 이격시키는 복수개의 스페이서를 포함하는 세정장치.
- 제22항에 있어서, 상기 하우징과 상기 열전달부재 사이에 환형의 냉매 그루브를 추가로 포함하는 세정장치.
- 세정액 및 세정될 웨이퍼를 수용하는 탱크;탱크벽을 통하여 상기 탱크 내로 연장되는 길다란 부분 및 용기의 외측에 위치된 후방부를 포함하는 프로브;상기 프로브의 후방부에 음향적으로 결합되어 프로브를 메가소닉 방식으로 진동시키는 변환기; 및상기 변환기를 둘러싸고, 상기 탱크에 장착되며, 변환기 및 프로브 ― 여기서 상기 프로브의 길다란 부분은 캔틸레버 방식으로 지지됨 ― 를 지지하는 하우징을 포함하는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 제25항에 있어서, 상기 하우징에 위치되고, 상기 프로브의 후방부 및 상기 변환기에 각각 음향적으로 결합되는 열전달부재를 포함하는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 제26항에 있어서, 상기 프로브와 열전달부재 사이에서 압축되어 상기 프로브와 열전달부재 사이에 음향적 결합을 제공하는 금속 스크린 및 그 금속 스크린에 인가된 점성물질을 포함하는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 제27항에 있어서, 상기 프로브를 상기 열전달부재쪽으로 힘을 가하여 상기 프로브와 열전달부재 사이의 그리스 및 스크린을 압축하는 스프링을 포함하는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 제28항에 있어서,상기 하우징으로부터 이격되어 하우징에 고정되고, 상기 탱크로부터 이격되어 탱크에 고정되며, 상기 프로브가 관통하는 개구를 가지는 플레이트를 포함하고; 상기 스프링은 상기 프로브를 둘러싸고 플레이트와 프로브 후방부 사이에서 압축되는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 불활성의 비오염물질로 제조되며, 진동에너지를 효과적으로 전달하며, 견고하고 길다란 원통형부, 단면 직경이 상기 원통형부의 단면 직경보다 큰 후방부, 및 상기 프로브 후방부에 음향적으로 결합되며 직경이 상기 원통형부의 직경보다 상당히 커서 상기 원통형부에 집중된 음향에너지가 최대로 되는 디스크형 변환기를 포함하는 길다란 프로브를 포함하고,상기 프로브는 일단의 원형 단면 직경이 상기 프로브의 타단 직경보다 작은 세정장치.
- 제30항에 있어서, 상기 원통형부가 프로브 전체 길이의 약 2/3인 세정장치.
- 제30항에 있어서, 상기 변환기와 프로브 사이에 음향적으로 결합되며, 열전도성이 양호한 물질로 제조된 열전달부재를 포함하는 세정장치.
- 세정액 및 세정될 제품을 수용하는 용기;상기 용기 내에 위치된 프로브의 길다란 부분 및 상기 용기의 외측에 위치된 후방부―여기서 후방부는 일단의 단면 크기가 상기 용기 내의 길다란 부분의 단면 크기와 대체로 동일하며 타단의 단면이 상기 일단보다 큼―를 포함하는 프로브 어셈블리; 및상기 타단에 결합되어 음파에너지를 상기 프로브를 통하여 상기 용기 내로 전파하는 주파수로 진동하도록 조정되는 변환기를 포함하는 세정장치.
- 제33항에 있어서, 상기 용기 내의 프로브 부분이 석영으로 제조된 견고한 원통형부인 세정장치.
- 세정액을 수용하는 용기;상기 용기의 측벽과 대체로 직각으로 관통하는 길다란 프로브를 포함하는 프로브 어셈블리―여기서 프로브 어셈블리는 프로브에 결합되어 메가소닉에너지를 상기 프로브에 인가하여 프로브를 진동시키는 변환기를 포함함―; 및중앙 개구를 각각 가지는 하나 이상의 디스크형 부재―여기서 디스크형 부재는 체임버 내에서 대체로 이격되고, 평행이며, 수직방향으로 지지되어, 상기 디스크형부재가 세정액 내에 함침될 때 메가소닉에너지가 상기 프로브로부터 디스크형부재의 표면을 따라 외측 반경방향으로 전달되어 상기 부재 상의 입자가 분리됨― 를 포함하는 세정장치.
- 제35항에 있어서, 상기 프로브 어셈블리가 상기 프로브의 후방부에 음향적으로 결합되는 변환기를 포함하는 세정장치.
- 제36항에 있어서, 상기 변환기에 결합된 프로브 부분의 단면이 상기 프로브의 로드형(rod-like) 전방부의 단면보다 훨씬 더 큰 세정장치.
- 제37항에 있어서, 상기 프로브의 후방부 및 변환기를 둘러싸며, 상기 용기의 외측에 장착되는 하우징을 포함하는 세정장치.
- 제38항에 있어서, 상기 프로브 후방부의 후측 및 변환기에 결합되어 변환기로부터 프로브에 진동을 전달하는 열전달부재를 포함하고, 상기 열전달부재가 상기 하우징과 협동하여 변환기로부터 열을 전달하는 냉매통로를 형성하는 세정장치.
- 제35항에 있어서, 상기 프로브는 석영으로 형성되고, 상기 로드형 전방부는 원통형 단면을 가지며, 상기 프로브 후방부는 단면이 로드형 전방부보다 실질적으로 큰 대체로 원통형인 후방부―여기서 후방부는 로드형 전방부와 원통형 후방부 사이에 연장되는 전이섹션(transition section)을 추가로 포함함―를 가지는 세정정치.
- 웨이퍼를 대체로 수평으로 지지하는 서포트;세정액을 웨이퍼의 상면 상에 분무하는 분무기;세정액을 웨이퍼의 하면 상에 분무하는 분무기;웨이퍼의 상면에 인접하여 위치되어 메가소닉에너지가 프로브에 인가될 때 웨이퍼의 상면 및 하면 상의 입자를 분리시키는 프로브를 포함하는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 제41항에 있어서, 상기 하면 상에 분무하는 분무기가 액체를 프로브 하측의 웨이퍼 하면 상으로 향하게 하는 반도체 웨이퍼의 세정장치.
- 반도체 웨이퍼와 같은 제품의 세정방법에 있어서,세정될 제품을 서포트 상에 위치시키는 단계;상기 프로브가 진동할 때 상기 표면 상의 입자가 분리되도록 길다란 로드형 프로브를 그 프로브 측면이 상기 제품의 대체로 평탄한 표면에 충분하게 근접되도록 위치시키는 단계;상기 프로브와 표면 사이의 작은 갭 내에 액체를 주입시키는 단계;상기 프로브를 진동시키는 단계; 및세정될 상기 제품의 전체 표면적이 상기 프로브에 충분하게 근접되어 제품 표면 상의 입자가 분리되도록 상기 제품과 프로브 사이에 상대운동을 발생시키는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼용 세정방법.
- 제43항에 있어서, 상기 변환기를 프로브에 연결하고, 상기 프로브가 상기 변환기를 소정 주파수로 진동하도록 여기시킴으로써 진동하는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 제44항에 있어서, 상기 프로브와의 열전달과 관련되는 냉매를 전도하여 상기 변환기의 온도를 제어하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 제45항에 있어서, 상기 열전달부재를 프로브와 변환기 사이에 위치시키고, 냉매를 열전달부재와 접촉하도록 전도하여 상기 온도를 제어하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 제43항에 있어서, 상기 액체 주입 단계가 상기 웨이퍼 상에 드라이아이스 스노우를 분무하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 하나 이상의 얇은 디스크의 세정방법에 있어서,각각의 디스크 중앙 개구가 수평으로 정렬되어 대체로 수평축을 형성하도록 용기 내에서 대체로 수직방향으로 상기 디스크를 위치시키는 단계;길다란 로드―여기서 로드는 메가소닉에너지를 탱크 내의 액체에 전달함―형 프로브를 탱크의 벽을 관통시켜 상기 디스크 개구 내로 삽입하는 단계; 및상기 프로브가 진동을 일으켜 메가소닉에너지가 탱크 내의 액체에 전달하도록 상기 디스크 상의 입자를 분리시키기 위해 메가소닉에너지를 상기 프로브의 후방부에 인가하는 단계를 포함하는 하나 이상의 얇은 디스크의 세정방법.
- 웨이퍼를 대체로 수평으로 지지하는 단계;프로브를 웨이퍼의 상면에 근접하도록 위치시키는 단계;상기 프로브와 웨이퍼의 상면 사이에 액체결합을 형성하도록 세정액을 프로브의 상면 및 하면 상에 분무하는 단계; 및프로브를 진동시켜 웨이퍼의 상면 및 하면 상의 입자를 분리하도록 메가소닉에너지를 인가하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼의 세정방법.
- 제49항에 있어서, 웨이퍼 하면 상의 분무가 프로브 하측의 웨이퍼 부분과 정렬하여 이루어지는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
- 제49항에 있어서, 세정될 웨이퍼의 상면 중 일부분을 프로브에 근접하도록 상기 웨이퍼와 프로브 사이에 상대운동을 발생시키는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼용 세정장치.
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