KR20010017387A - 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 세정 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 그 안에 웨이퍼들이 놓여지는 내부 세정조, 내부 세정조의 밖에 위치한 외부 세정조, 및 내부 세정조의 양측 상단에 배치된 샤워 노늘관을 구비한다. 외부의 압력으로 샤워 노즐관을 통해 케미칼을 내부 세정조 내의 웨이퍼에 분사하여 웨이퍼를 세정한다. 세정조 내에서 케미칼의 유속을 가속화하여 케미칼의 와류를 증가시킬 수 있으므로 세정 효과를 증대시킬 수 있다.

Description

웨이퍼 세정 장치{Apparatus for cleaning wafer}

본 발명은 세정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세정조의 양측 상단에서 케미칼(chemical)을 분사하여 웨이퍼의 세정 효과를 증대시킬 수 있는 세정 장치에 관한 것이다.

웨이퍼가 대구경화되고 소자들이 고밀도, 고집적화됨에 따라, 반도체 기판의 표면에 존재하는 미립자(particle)나 금속 불순물 등으로 대표되는 미세 오염(micro-contamination)이 제품의 수율과 신뢰성에 큰 영향을 미치게 되었다. 이 때문에 VLSI 공정에서는 청정화의 중요성이 한층 높아지고 있다. 각 제조 공정에서 웨이퍼에 부착되는 미립자수의 추이를 보면, VLSI 공정은 그 모두가 미립자뿐 아니라 각종 오염의 발생 원인이며 전공정에 걸쳐서 웨이퍼의 표면을 청정하게 보존하는 것이 수율 향상의 키포인트가 되고 있다.

통상적으로 반도체 제조 공정에서는, 웨이퍼 상의 미립자를 비롯한 금속 불순물, 유기 오염물, 표면 피막 등의 다양한 대상물을 제거하기 위하여 습식 세정 공정을 수행한 후, 웨이퍼를 건조시키게 된다. 이러한 세정 방법은 크게 고온·고순도의 케미칼을 사용하는 화학적 세정 방법과 물리적인 힘을 사용하는 스핀 스크러버 세정 방법으로 분류할 수 있다.

이 중에서 화학적 세정 방법은 두가지 방식으로 수행될 수 있는데, 첫째는 세정조 내에 웨이퍼를 담그는(dip) 것으로 배치(batch) 타입의 세정 방식이며, 둘째는 세정액을 웨이퍼에 분사(spray)시키는 것으로 매엽식 타입의 세정 방식이다. 현재는 세정조를 이용한 배치 타입의 세정 방식이 주로 사용되고 있다.

세정조에서 수행되는 세정 공정은 단일 또는 일정한 조성비로 공급된 케미칼을 이용하여 웨이퍼에 부착되어 있는 유기물, 무기물, 금속 이온, 표면 피막 및 기타 미립자들을 세정하는 공정과, 초순수(D.I water)를 이용한 퀵 덤프 드레인(quick dump drain; QDR) 및 오버 플로우 린스(over flow rinse) 방법으로 웨이퍼의 표면에 남아있는 케미칼들을 세정하는 공정으로 진행된다. 세정조는 석영이나 테플론으로 구성되는데, 그 재질뿐만 아니라 구조적 특성이 세정 효과에 중요한 요인이 된다.

도 1은 케미칼을 이용하여 웨이퍼를 세정하기 위한 종래의 세정 장치를 도시한 개략도로서, 화살표 방향은 케미칼이 흐르는 방향을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 케미칼 세정 장치(10)는 양쪽 깊이가 다른 직사각형의 외부 세정조(14) 내에 내부 세정조(12)가 들어있는 이중 구조로 형성된다.

내부 세정조(12)의 바닥 중앙부에는 케미칼이 공급되는 순환 라인(도시하지 않음)이 연결되어 있으며, 이 순환 라인에 케미칼을 고온으로 유지하기 위한 히터(20)가 인-라인으로 연결되어 있다.

종래의 세정 장치(10)에 의한 세정 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 별도의 유닛을 통해 케미칼이 인-라인 히터(20)에 공급된다. 인-라인 히터(20)에 의해 약 25℃∼170℃의 온도로 유지된 케미칼은 순환 라인을 통해 내부 세정조(12)의 바닥 중앙부로 공급된다.

내부 세정조(12)로 공급된 케미칼은 내부 세정조(12)의 하부에서 상부로 순환되면서 웨이퍼(22)를 세정한다. 웨이퍼(22)를 세정한 케미칼은 내부 세정조(12)에서 외부 세정조(14)로 오버플로우(overflow)됨으로써, 웨이퍼(22)에 부착되어 있던 미립자 등의 오염 물질을 외부 세정조(14)로 이탈시킨다. 이러한 방식으로 외부 세정조(14)의 수위가 적정 레벨이 될 때까지 순환 라인을 통해 케미칼을 계속 공급하면서 웨이퍼(22)들의 세정을 계속 수행한다.

외부 세정조(14)의 수위가 적정 레벨 이상이 될 때에는 외부 세정조(14)의 바닥에 연결된 드레인 밸브(도시하지 않음)를 열고 펌프(16)를 작동시킨다. 외부 세정조(14)의 밖으로 배출된 케미칼은 펌프(16)에 의해 펌핑되어 필터(18)로 보내진 후, 필터(18)를 통해 여과되어 다시 인-라인 히터(20)를 거쳐 내부 세정조(12)로 공급된다.

상술한 바와 같이 종래의 세정 방법에 의하면, 내부 세정조의 바닥 중앙부에 위치한 순환 라인을 통해 케미칼을 공급하고 내부 세정조의 하부에서 상부로 케미칼을 순환시키면서 웨이퍼를 세정한다. 따라서, 내부 세정조 내에서 케미칼이 순환될 때 세정조의 중앙부에서의 케미칼 유속과 엣지부에서의 케미칼 유속에 차이가 발생하게 된다. 즉, 세정부의 엣지부에서는 케미칼의 유속이 감소되므로 이 부위에 위치하는 웨이퍼들로부터 미립자 등의 오염 물질을 효과적으로 제거하기가 어렵다. 또한, 내부 세정조의 중앙부에서만 오버플로우가 일어나므로 세정조의 엣지부에서는 웨이퍼로부터 이탈된 미립자 등이 국부적으로 정체하게 된다.

또한, 케미칼은 순환 라인에 인-라인으로 연결된 히터를 통해 고온으로 유지되므로, 내부 세정조의 하부와 상부에서 미세한 온도 변화가 발생하게 된다. 이러한 미세 온도 변화는 웨이퍼에 전달되는 온도 균일성을 저하시키게 되며, 이로 인하여 웨이퍼 내에서 부위 별로 세정 효과가 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 식각 방식으로 세정하는 케미칼을 사용할 경우에는, 이러한 미세 온도 변화에 의해 웨이퍼 내에서의 식각량 균일성이 저하되어 웨이퍼에 더 큰 결함(defect)을 발생시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 세정조의 양측 상단에서 케미칼을 분사하여 웨이퍼의 세정 효과를 증대시킬 수 있는 세정 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 세정 장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명에 의한 세정 장치를 도시한 개략도이다.

도 3은 도 2에 도시한 세정조의 윗면도이다.

도 4는 도 3에 도시한 세정조의 정면도이다.

도 5는 도 4에 도시한 "A" 부분의 상세도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 세정 장치 102 : 내부 세정조

104 : 외부 세정조 106 : 펌프

108 : 필터 110 : 인-라인 히터

112 : 샤워 노즐관 114 : 웨이퍼

116, 118 : 외부 노즐관 120 : 가이드

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 그 안에 웨이퍼들이 놓여지는 내부 세정조; 상기 내부 세정조의 밖에 위치한 외부 세정조; 그리고 상기 내부 세정조의 양측 상단에 배치된 샤워 노늘관을 구비하며, 외부의 압력으로 상기 샤워 노즐관을 통해 케미칼을 상기 내부 세정조 내의 웨이퍼에 분사하는 것을 특징으로 하는 세정 장치를 제공한다.

바람직하게는, 케미칼을 공급하기 위하여 샤워 노즐관에 연결된 순환 라인, 및 순환 라인에 연결된 인-라인 히터를 더 구비한다.

바람직하게는, 내부 세정조로부터 케미칼을 배출시키기 위하여 내부 세정조의 바닥에 설치된 외부 노즐관을 더 구비한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 세정조의 양측 상단에 위치한 샤워 노즐관을 통해 케미칼을 분사함으로써 세정조 내에서 케미칼의 유속을 가속화하여 웨이퍼의 세정 효과를 증대시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 의한 세정 장치를 도시한 개략도이다. 도 3은 도 2에 도시한 세정조의 윗면도이다. 도 4는 도 3에 도시한 세정조의 정면도이다. 도 5는 도 4에 도시한 "A" 부분의 상세도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 케미칼 세정 장치(100)는 양쪽 깊이가 다른 직사각형의 외부 세정조(104) 내에 내부 세정조(102)가 들어있는 이중 구조로 형성된다.

내부 세정조(102)는 웨이퍼들(114)을 올려 놓기 위한 가이드(120)를 구비하며, 그 양측 상단에 케미칼을 분사하기 위한 샤워 노즐관(112)이 설치되어 있다. 각 샤워 노즐관(112)은 케미칼을 공급하기 위한 순환 라인(도시하지 않음)에 연결되어 있으며, 이 순환 라인에는 케미칼을 고온으로 유지하기 위한 히터(110)가 인-라인으로 연결되어 있다.

바람직하게는, 샤워 노즐관(112)은 도 3에 도시한 바와 같이 내부 세정조(102)의 세로 길이에 대응되도록 설치되며, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 케미칼을 분사하기 위한 다수의 노즐들을 갖는다.

내부 세정조(102)의 바닥 및 외부 세정조(104)의 바닥에는 각각 케미칼을 밖으로 배출시키기 위한 외부 노즐관(116, 118)들이 설치되어 있으며, 이 외부 노즐관(116, 118)들은 케미칼을 순환시키기 위한 펌프(106)에 연결되어 있다.

이하, 본 발명의 세정 장치(100)에 의한 세정 방법을 설명하고자 한다.

먼저, 내부 세정조(102) 내의 가이드(120) 위에 다수의 웨이퍼(114)들을 올려 놓은 후, 별도의 유닛을 통해 케미칼을 인-라인 히터(110)에 공급한다. 인-라인 히터(110)에 의해 약 25℃∼170℃의 온도로 유지된 케미칼은 순환 라인을 통해 내부 세정조(102)의 양측 상단에 위치한 두 개의 샤워 노즐관(112)에 각각 공급된다.

샤워 노즐관(112)에 공급된 케미칼은 외부의 압력에 의해 내부 세정조(102) 내로 분사되면서 웨이퍼(114)를 세정한다. 샤워 노즐관(112)에 의해 케미칼이 내부 세정조(102)의 위에서 아래로 분사되면서 케미칼의 유속이 가속화되므로, 내부 세정조(102) 내에서 케미칼의 와류가 증가하게 된다. 따라서, 웨이퍼(114) 내에서의 세정 균일성을 개선할 수 있으며, 내부 세정조(102) 내의 모든 부위에서 웨이퍼(114)들에 부착되어 있던 미립자 등의 오염 물질을 효과적으로 이탈시킬 수 있다.

또한, 내부 세정조(102)의 상부에서 케미칼의 분사 와류를 유도하여 웨이퍼(114)로부터 이탈된 미립자 등을 외부 세정조(104)로 바로 밀어낼 수 있으므로, 내부 세정조(102) 내에서 웨이퍼(114)로부터 이탈된 미립자 등이 국부적으로 정체하는 것을 방지할 수 있다.

샤워 노즐관(112)은 다수의 노즐을 갖고 있으므로, 내부 세정조(102) 내에 놓여 있는 각각의 웨이퍼(114)들에 균일하게 케미칼을 분사할 수 있으므로 웨이퍼에 대한 웨이퍼의 세정 균일성을 개선할 수 있다. 또한, 웨이퍼(114)들 사이사이에도 케미칼을 분사할 수 있어 세정 효과를 극대화할 수 있다.

상술한 바와 같이 샤워 노즐관(112)을 통한 분사 방식으로 외부 세정조(104)의 수위나 내부 세정조(102)의 수위가 적정 레벨이 될 때까지 순환 라인을 통해 케미칼을 계속 공급하면서 웨이퍼(114)들의 세정을 계속 수행한다.

외부 세정조(104)의 수위가 적정 레벨 이상이 될 때에는 외부 세정조(104)의 바닥에 연결된 드레인 밸브(도시하지 않음)를 열고 펌프(106)를 작동시킨다. 따라서, 외부 노즐관(118)을 통해 외부 세정조(104)의 밖으로 배출된 케미칼은 펌프(106)에 의해 펌핑되어 필터(108)로 보내진 후, 필터(108)를 통해 여과되어 다시 인-라인 히터(110)를 거쳐 내부 세정조(102)의 양측 상단에 위치한 샤워 노즐관(112)으로 공급된다.

또한, 내부 세정조(102)의 수위가 적정 레벨 이상이 될 때에도 내부 세정조(102)의 바닥에 연결된 드레인 밸브(도시하지 않음)를 열고 펌프(106)를 작동시킨다. 외부 노즐관(116)을 통해 내부 세정조(102)의 밖으로 배출된 케미칼은 펌프(106)에 의해 펌핑되어 필터(108)로 보내진 후, 필터(108)를 통해 여과되어 다시 인-라인 히터(110)를 거쳐 내부 세정조(102)의 양측 상단에 위치한 샤워 노즐관(112)으로 공급된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 세정 장치에 의하면, 세정조의 양측 상단에 위치한 샤워 노즐관을 통해 케미칼을 분사함으로써 세정조 내에서 케미칼의 유속을 가속화하여 케미칼의 와류를 증가시킨다. 따라서, 웨이퍼의 세정 효과를 증대시킬 수 있으며, 웨이퍼 내에서의 세정 균일성을 향상시킬 수 있다.

또한, 샤워 노즐관은 다수의 노즐을 갖고 있으므로, 내부 세정조 내에 놓여 있는 각각의 웨이퍼들에 균일하게 케미칼을 분사할 수 있을 뿐만 아니라 웨이퍼들 사이사이에도 케미칼을 분사하므로 웨이퍼에 대한 웨이퍼의 세정 균일성을 개선할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 그 안에 웨이퍼들이 놓여지는 내부 세정조;

   상기 내부 세정조의 밖에 위치한 외부 세정조; 그리고

   상기 내부 세정조의 양측 상단에 배치된 샤워 노늘관을 구비하며,

   외부의 압력으로 상기 샤워 노즐관을 통해 케미칼을 상기 내부 세정조 내의 웨이퍼에 분사하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 케미칼을 공급하기 위하여 상기 샤워 노즐관에 연결된 순환 라인, 및 상기 순환 라인에 연결된 인-라인 히터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 내부 세정조로부터 상기 케미칼을 배출시키기 위하여 상기 내부 세정조의 바닥에 설치된 외부 노즐관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.