KR20010021285A - 반도체기판 세정장치 및 세정방법 - Google Patents

반도체기판 세정장치 및 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 반도체 기판 세정 장치 및 방법은 반도체 기판의 앞면과 뒷면으로부터 오염을 효과적으로 제거할 수 있다. 세정될 반도체 기판의 앞면과 뒷면에 세정액을 공급하는 단일 세정액 공급 노즐이 기판의 주변 가장자리로부터 떨어져 위치된다. 초음파 진동기는 기판의 앞면과 뒷면에 초음파 진동을 가한다. 4개의 구동 롤러는 기판의 주변 가장자리부에 맞물려 배치된다. 구동롤러가 기판의 바깥 가장자리부와 맞물리는 동안 회전하게 되고 이때 기판은 구동적으로 회전한다.

Description

반도체기판 세정장치 및 세정방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 기판 세정용 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에 들어서는 반도체 회로에서 대단히 미세한 배선 패턴을 요구하는 것이 표준이 되어 가고 있다. 회로를 작게 만드는 요구만 증가하는 것이 아니라, 그러한 회로의 신뢰도를 향상시켜야 한다는 요구도 증가하고 있다. 배선 패턴간의 거리가 감소함에 따라, 단락 회로 및 다른 결함의 발생을 막기 위해서는, 기판표면이 미립자 및 기타 다른 오염원에 의해 오염되는 것을 피하는 것이 점점 중요해지고 있다. 따라서, 반도체 기판의 세정은 반도체 제조 공정상의 여러 단계에서 수행될 것을 필요로 한다.
이와 관련하여, CMP(Chemical/Mechamical Polishing)(화학적/기계적 연마)를 채용한 최신 세정 기술을 아래에 설명한다.
CMP에 있어서는 슬러리 또는 연마액내의 Al2O3, SiO2, CeOX등의 연마제가 연마후에 웨이퍼 표면에 흡착된다. 직경이 200 ㎜인 실리콘 웨이퍼의 경우에, 직경이 0.2 마이크론인 대략 4에서 4×104개의 입자들이 웨이퍼 표면에 흡착된다. 이 상태의 웨이퍼 표면은 아래에 기술되는 것처럼 제 1 및 제 2 세정공정을 거치게 된다.
제 1 세정공정에서, 웨이퍼는 웨이퍼의 가장자리에 맞물리는 다수의 구동 롤러에 의해 고정되며, 구동 롤러가 회전하면서 웨이퍼를 축에 대해 회전시킨다. 그런 다음에는, 웨이퍼에 흡착되는 부스러기 및 연마제를 포함한 모든 입자를 표면으로부터 제거하기 위하여, 반대면 또는 회전하는 웨이퍼의 앞뒷면에 대해 스폰지 롤러가 압축되어진다. 그러나, 표면에 오목부를 갖는 웨이퍼의 경우에는 이 오목부의 존재로 인해 스폰지 롤러를 웨이퍼 표면에 적당히 접촉시키는 것이 불가능하다.
제 2 세정공정은 도 21을 참조하여 아래에 기술된다. 도 21은 세정공정에 사용되는 세정장치의 개념도이다. 이미 제 1 세정공정을 거친 실리콘 웨이퍼(1)는 웨이퍼의 가장자리에 맞물리는 다수의 구동 롤러(도시되지 않음)에 의해 고정된다. 구동 롤러의 회전으로 인해 웨이퍼(1)는 화살표 방향으로 축에 대해 회전을 하게된다. 초음파 노즐(31)은 웨이퍼(1)의 표면위에 구비된다. 초음파 노즐(31)은 웨이퍼의 직경방향으로 움직이면서 작동된다. 웨이퍼(1)의 표면상에 잔류하는 모든 입자를 제거하기 위해 세정액(33)이 노즐(31)로부터 웨이퍼(1)로 공급된다. 제 2 세정공정에서는, 세정액을 통하여 웨이퍼의 표면으로 진동을 전달시키기 위하여, 노즐(31)에 합체된 초음파 진동기에 의해 초음파 진동이 세정액(33)에 부여된다. 초음파 진동을 웨이퍼에 적용하는 것은, 세정액의 공급에 의한 화학적 세정효과 및 세정시 웨이퍼에 초음파 진동을 부여함으로써 유발되는 직접적인 물리적 세정효과의 결합으로 얻어지는 상승효과로 인해 세정을 더욱 강화시킬 수 있다.
그러나, 도 21에 도시되는 세정장치는 세정공정을 마치는데 필요한 시간이 상대적으로 길다는 문제점을 지닌다. 도 22는 세정시간을 줄이기 위해 고안된 확대노즐(41)을 구비한 세정 장치의 개념도이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(1)는 그 가장자리에서 구동 롤러와 맞물림으로써 고정되어 회전하게 되어 있다. 확대노즐(41)은 웨이퍼(1)의 직경방향으로 연장되도록 웨이퍼 위에 위치한다. 확대노즐은 웨이퍼의 전 직경에 걸쳐 초음파 진동하에 분배되는 세정액을 공급함으로써, 도 21에 도시된 세정장치에 비해 세정시간을 줄일 수 있다.
그러나, 도 21 및 22에 도시된 세정장치에 의해 얻어지는 이러한 고효율의 세정효과도 세정장치의 노즐에 인접한 웨이퍼 앞면에 대해서만 수행되며, 뒷면에서의 세정효과는 앞면에 비해 떨어진다. 웨이퍼를 돌려 뒷면을 세정하도록 하는 세정공정을 채택하는 것도 생각할 수 있으나, 이러한 공정은 웨이퍼를 세정하는데 두배의 시간을 요한다. 웨이퍼로 분배될 초음파 파동을 가진 세정액에 완전히 담구는 세정법 역시 소개 되었다. 그러나, 이러한 방식은 화학액의 사용량이 비경제적으로 늘어난다는 점에서 문제가 된다. 게다가, 웨이퍼로부터 제거된 연마제 입자 등의 입자들이 세정액이 들어 있는 용기면에 흡착되는 경향이 있다. 이런한 입자들의 흡착은 웨이퍼의 세정시에 악영향을 일으킬 소지가 있다.
초음파 진동기에 접하는 웨이퍼 표면에 대해서만 고효율의 세정효과를 얻을 수 있고, 앞면에 비해 뒷면에서의 세정효과가 떨어진다는 상기 기술한 문제점은 본 발명에서 궁극적으로 극복되어야 할 과제이다.
도 1(a)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 측면도.
도 1(b)는 도 1의 장치의 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 기판 세정 방법에 사용된 스폰지 롤러 세정 장치의 개념도.
도 3(a)는 표면을 세정하기 이전의 반도체 기판 앞면상에 잔류하는 입자의 현미경 사진.
도 3(b)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세정장치를 이용해 세정실험을 실시하고 난 후의 반도체 기판 앞면상에 잔류하는 입자의 현미경 사진.
도 3(c)는 표면을 세정하기 이전의 반도체 기판 뒷면상에 잔류하는 입자의 현미경 사진.
도 3(d)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세정장치를 이용해 세정실험을 실시하고 난 뒤 반도체 기판 뒷면상에 잔류하는 입자의 현미경 사진.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에서 기판에 대한 초음파 노즐의 방향각의 변화 상태를 도시한 개념도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에서 기판에 대한 초음파 노즐의 방향각 θ와 입자 제거 효과 간의 관계를 나타낸 표.
도 6(a), 6(b) 및 6(c)는 200 ㎑의 진동으로 각각 10초, 20초, 30초간 세정 실험을 수행하고 난 뒤 반도체 기판상에 잔류하는 입자의 현미경 사진.
도 6(d), 6(e) 및 6(f)는 400 ㎑의 진동으로 각각 10초, 20초, 30초간 세정실험을 수행하고 난 뒤 반도체 기판상에 잔류하는 입자의 현미경 사진.
도 7(a), 7(b) 및 7(c)는 500 ㎑의 진동으로 각각 10초, 20초, 30초간 세정실험을 수행하고 난 뒤 반도체 기판상에 잔류하는 입자의 현미경 사진.
도 7(d), 7(e) 및 7(f)는 700 ㎑의 진동으로 각각 10초, 20초, 30초간 세정실험을 수행하고 난 뒤 반도체 기판상에 잔류하는 입자의 현미경 사진.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에서, 비식각 웨이퍼에 대해 소정의 세정효과를 얻는 데 초음파 진동의 필요치를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에서, 소정의 세정효과를 얻는 데 초음파 진동의 필요치를 식각된 SiN 패턴을 가진 웨이퍼를 사용해 측정했을 때의 실험 결과를 나타낸 그래프.
도 10은 다양한 초음파 주파수를 웨이퍼에 주었을 때 얻는 세정효과를 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 기판 세정 방법에서 소정의 세정효과를 얻는데 pH값의 중요성을 나타낸 그래프.
도 12(a)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 개량형의 정면도.
도 12(b)는 도 12(a)에서의 장치의 측면도.
도 13(a)은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 측면도.
도 13(b)은 도 13(a)에서의 장치의 정면도.
도 14는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예의 세정효과와 종래의 세정 장치의 세정효과를 도시한 비교그래프.
도 15(a)는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 측면도.
도 15(b)는 도 15(a)에서의 장치의 정면도.
도 16은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 핵심부분을 도시한 그림.
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 기판 세정 방법의 세정 효과와 종래의 세정 방법의 세정효과를 나타낸 비교그래프.
도 18은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 개량형을 도시한 그림.
도 19는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 개략적인 구성을 나타낸 그림.
도 20은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 핵심부분의 확대도.
도 21은 단일 초음파 노즐을 사용한 종래의 반도체 기판 세정 장치의 개략도.
도 22는 막대형 초음파 진동기를 사용한 반도체 기판 세정 장치의 개략도.
(발명의 요약)
종래 기술에서의 상기 문제점을 고려하면, 본 발명의 목적은 반도체 기판의 앞뒤 양면으로부터 오염을 효율적으로 제거할 수 있는 반도체 기판 세정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서는 세정될 반도체 기판의 앞뒤 양면에 세정액을 공급하는 세정액 노즐을 구비한 반도체 기판 세정 장치를 제공한다. 상기 세정 장치는 더 나아가 반도체 기판의 앞뒤 양면에 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동기를 포함한다.
바람직하게는, 반도체 기판에 진동을 직접 부여하기 위해 상기 초음파 진동기는 반도체 기판에 접촉되도록 설치된다. 대안적으로, 초음파 진동기와 반도체 기판사이에 배치되는 보호부재 또는 세정액을 통해 반도체 기판으로 진동을 부여하기 위해 상기 초음파 진동기가 반도체 기판으로부터 떨어지도록 설치된다.
바람직하게는, 세정 장치에는 반도체 기판의 바깥쪽 가장자리에 맞물리도록 위치된 다수의 구동 롤러가 제공된다. 유지 지그는 반도체 기판의 바깥쪽 가장자리에 접촉되는 동안 회전하도록 되어 있어 반도체 기판이 회전되도록 한다. 좀더 바람직하게는 구동 롤러 각각이 초음파 진동기와 합체되어 있다.
바람직하게는, 세정 장치는 반도체 기판의 앞뒤 양면으로 제공되는 스폰지 롤러를 구비하고 있다. 스폰지 롤러는 반도체 기판에 접촉되어 회전하도록 되어 있기 때문에, 반도체 기판의 앞뒤 양면으로부터 오염을 제거한다. 바람직하게는, 초음파 진동기의 진동 주파수의 범위는 200 ㎑에서 700 ㎑ 이다. 초음파 진동기의 가장 적합한 진동 주파수 범위는 400 ㎑에서 500 ㎑ 이다.
세정 장치는 단일 또는 다수의 초음파 진동기 및 단일 또는 다수의 세정액 노즐을 구비할 수 있다. 그러나 바람직하기로는, 진동기를 노즐내에 합체시키는 방식으로 한 개의 진동기 및 한개의 노즐을 채용한다. 이 경우에 있어서, 반도체 기판의 표면에 대해 ±10 에서 20°의 각도로 반도체 기판의 가장자리를 향해 세정액이 분사(jet)식으로 노즐에서 분출되는 것이 바람직하다. 다수의 초음파 진동기가 제공되는 경우에는, 초음파 진동기가 반도체 기판의 표면에 대해서 대칭적으로 제공되며, 동일한 특성을 갖는 초음파 진동이 반도체 기판의 앞뒷면 사이에 대칭적으로 또한 동일한 각도로 반도체 기판에 부여된다.
세정액의 pH는 적어도 7인 것이 바람직하다.
더 나아가, 본 발명은 반도체 기판의 앞뒤 양면에 동시에 세정액을 공급하고, 반도체 기판의 앞뒤 양면에 초음파 진동이 부여됨으로써 반도체 기판을 세정하게 되는 반도체 기판 세정법을 제공한다.
본 발명에서는, 세정액 공급 노즐로부터 초음파 진동을 구비한 세정액이 반도체 기판의 앞뒤 양면에 공급된다. 따라서 반도체 기판의 앞뒤 양면을 동시에 세정할 수 있다. 그러므로 세정시간을 줄일 수 있다. 노즐로부터 세정액이 공급되기 때문에, 반도체 기판 전체를 세정액에 담구는 침지식 세정공정과 비교해서 화학액의 사용량은 줄어든다.
초음파 진동을 세정액에 부여하기 위한 초음파 진동기를 각 구동 롤러에 제공함으로써, 반도체 기판의 앞뒷면에 동시에 초음파 진동을 부여할 수 있다.
구동 롤러내에 구비되는 초음파 진동기가 반도체 기판에 직접 접촉되는 구조를 채택함으로써, 진동 매질로서의 세정액을 사용하지 않고 반도체 기판에 초음파 진동을 직접 부여시킬 수 있다. 따라서, 반도체 기판을 통해 충격파가 통과함으로써 반도체 기판의 직경방향으로 초음파 진동을 연속적으로 부여할 수 있다.
단일 초음파 진동기 및 단일 세정액 공급 노즐이 하나의 유닛으로 통합된 경우, 초음파 진동은 노즐 팁으로부터 반도체 기판의 일측으로 부여될 수 있다. 따라서 반도체 기판의 전후 양면을 동시에 세정할 수 있으며, 장치의 비용을 최소화 할 수 있다.
세정용 스폰지 롤러를 구비한 세정 장치를 제공함으로써, 세정시 두 단계를 필요로 하는 종래의 방식과 대비해 단일 세정 공정으로 반도체 기판을 세정하는 것이 가능하다. 따라서, 세정 시간을 줄일 수 있으며 세정 효과를 현저히 향상시킨다.
본 발명에 대한 상기 및 다른 목적, 특징, 장점은 본 발명의 적절한 실시예를 첨부도면과 관련하여 다음에 서술함으로써 더욱 명백해 질 것이다.
첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 아래에 기술한다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연마 장치를 구비한 반도체 기판 세정 장치를 나타내며; 도 1(a)는 이에 대한 측면도이고, 도 1(b)는 정면도이다.
세정 장치에는 원판형태의 반도체 웨이퍼(1)주위에 등각거리로 서로 떨어져 있는 네개의 구동 롤러(2)가 웨이퍼(1)의 가장자리와 맞물리는 방식으로 제공된다. 구동 롤러(2) 각각은 웨이퍼(1)의 표면에 수직으로 연장되는 회전축을 가지며 그 중심축에 대해 웨이퍼(1)를 회전시키도록 작동한다. 웨이퍼의 회전속도는 분당회전수가 수십에서 수백의 범위이다. 구동 롤러(2)의 회전축은 웨이퍼(1)의 중심축에 대해 또는 웨이퍼(1)의 바깥쪽 가장자리를 따라 움직일 수 있다.
세정 장치는 더 나아가 초음파 진동기(6)를 구비한 초음파 진동 노즐(3)을 포함한다. 노즐(3)은 세정액 주입구(4)와 세정액 배출구(5)를 구비한다. 세정액 배출구(5)가 웨이퍼(1)를 향하도록 웨이퍼(1)의 주위 외부로 근접하게 노즐을 위치시킨다. 노즐(3)은 세정액 주입구(4)를 통해 세정액을 제공받으며, 웨이퍼(1)의 앞뒤 양면에 세정액이 공급되도록 세정액 배출구(5)를 통해서 웨이퍼(1)를 향해 배출된다. 초음파 진동기(6)에 의해 발생된 초음파 진동이 배출된 세정액에 부여된다. 도 1의 일련의 점선은 초음파 파면의 진행경로이다.
초음파 진동파가 직선으로 전파되는 경향이 강하기 때문에, 웨이퍼(1)와 노즐의 액체 출구(5)사이의 거리(d)는 초음파의 전파 조건에 의해 제한되지 않는다. 그러나, 웨이퍼(1)의 반대면에 세정액을 적절히 공급하기 위해서는, 거리(d)를 10 mm 내지 20 mm 또는 그 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그러나, 액체의 압력 효과를 고려하면, 상기 거리(d)를 전술한 범위 내로 엄격히 제한하는 것은 필요하지 않다. 일반적으로 노즐의 액체 출구(5)의 직경(l)은 적어도 1mm 가 되도록 요구된다. 출구 직경(l)의 범위는 통상 5 mm 내지 50 mm 가 되도록 하는 것이 바람직하다.
세정액으로서는, 순수(pure water) 또는 화학 세정액이 사용된다. 화학 세정액의 예는 염산, 암모니아수, 불화수소산, 과산화수소용액, 오존수 및 전해질 이온수(산성수 또는 알카리수), 산화 또는 환원 화학액, 및 음이온 또는 비이온 계면활성제와 같이 산성 또는 알카리성 수용액이다. pH가 7 이상인 알카리성 수용액 또는 음이온 계면활성제를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
공급된 세정액의 유속은, 비록 초음파의 진동 노즐(3)의 노즐 너비(l)에 의존하기는 하지만, 바람직하게는 분당 수백 입방 센티미터로부터 분당 수 리터에 이르는 범위에 있다.
다음은, 상술한 세정 장치를 사용하는 반도체 기판 세정 방법을 설명할 것이다.
먼저, 도 2에서 도시한 바와 같이 스폰지 롤러를 이용한 세정은, 도 1에서 도시한 바와 같이 수행될 제 2 세정 공정에 앞서서 제 1 세정 공정으로서 수행된다. 스폰지 롤러를 이용하여 세정하는 동안, 예를 들어, pH 가 대략 10 인 암모니아수를 필수적으로 포함하는 세정액이 화학액 공급 노즐(도시 안됨)로부터 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 공급된다. 또한, 원통형 스폰지 롤러(7a 및 7b)는 웨이퍼(1) 각각의 앞면과 뒷면으로부터 전진하거나 후진할 수 있도록 되어 있으며, 웨이퍼(1) 앞면과 뒷면에 대하여 눌려진다. 전진과 후진 운동시, 구동 롤러(2)도 회전된다. 따라서, 웨이퍼(1)가 회전되는 동안, 웨이퍼(1)의 앞면 또는 뒷면에 부착된 입자 또는 금속성 불순물과 같은 임의의 오염물을 제거하기 위해 스폰지(7a 및 7b)도 또한 회전된다.
스폰지 롤러를 이용한 세정을 한 후에는, 도 1에 도시된 장치를 사용하는 초음파 세정이 아래와 같이 수행된다.
먼저, 제 1 세정 동작에서와 마찬가지로, 구동 롤러(2)를 회전시킴으로써 웨이퍼(1)가 회전된다. 초음파 진동 노즐(3)은 웨이퍼(1)의 외주 단면으로부터 소정의 거리(d)에 위치된다. 노즐 출구(5)는 웨이퍼(1)의 표면에 대해 방향 각도가 0°이 되도록 조절된다. 그 후, 세정액은 초음파 진동 노즐(3)를 통하여 액체 입구(4)로부터 웨이퍼에 공급된다. 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면은 공급된 세정액으로 젖게 된다.
그 후, 초음파 진동기(6)로부터 초음파 진동이 부여된다. 초음파 진동기(6)에 의해 발생된 초음파 진동은 노즐 출구(5)로부터 배출된 세정액을 통해 초음파 진동 노즐(3)로부터 웨이퍼(1)에 가해진다. 초음파는 직선 방식으로 전파하는 중요한 성향을 가지므로, 이러한 파동은 세정액에 젖은 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면 모두에 부여될 수 있다. 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 가해진 초음파 진동은 웨이퍼(1)에 부착된 입자와 금속성 불순물과 같은 오염이 앞면과 뒷면으로부터 동시에 제거될 수 있게한다. 또한, 웨이퍼(1)가 회전되는 동안에, 초음파 세정이 수행되기 때문에, 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면의 전체 표면 영역에 소정의 세정 효과가 나타난다.
요컨대, 본 실시예에 따르면, 스폰지 롤러에 의한 1차 세정에 이어 초음파 세정이 실시될 때, 세정되는 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에는 웨이퍼(1)의 외주 단면에 위치한 초음파 진동 노즐(3)로부터의 세정액과 상기 노즐(3)로부터 발생되는 초음파가 동시에 공급된다. 결과적인 초음파 진동이 세정액을 통해 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에서 동시에 가해진다. 따라서, 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면은 동시에 세정될 수 있어, 웨이퍼를 세정하는데 필요한 시간을 단축시킨다. 또한, 상기 세정 장치에는 단지 하나의 초음파 진동기(6)만 설치하면 되기 때문에, 상기 장치의 비용도 감소될 수 있다.
도 3은 상술된 세정 방법에 의해 수행된 세정 효과의 평가로부터 얻어진 실험 데이터를 도시한다. 본 실험에서는, 실리콘 웨이퍼상에서 형성된 패턴에 기인하여 실리콘 웨이퍼 표면상에 상대적으로 큰 높이 차이를 보이는 불규칙부를 가지며, 두께가 2200 Å인 실리콘 웨이퍼 표면상에 침착된 SiN 막을 갖는 실리콘 웨이퍼가 세정될 물체로서 사용되었다. 도 3의 도 3(a) 및 도 3(b)는 입자 카운터(KLA-Tencor사에 의해 제조된 AIT-8000)를 사용하여 얻어진, 웨이퍼의 앞면에 부착된 입자 분포의 측정 결과를 도시하는 현미경 사진이고, 도 3의 도 3(c) 및 도 3(d)는 웨이퍼 뒷면상의 입자 분포를 도시한 현미경 사진이다. 도 3(a) 및 도 3(c)는 Al2O3로 오염시킨 후 측정된 웨이퍼의 앞면과 뒷면의 상태를 도시하고, 도 3(b)및 도 3(d)는 초음파 세정 후 웨이퍼 양면의 상태를 도시한다. 이러한 현미경 사진을 통해서, 웨이퍼에 부착된 Al2O3가 초음파 세정에 의해 앞면과 뒷면에서 충분히 제거되었다는 것이 명백해질 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 세정액이 웨이퍼(1)를 향하는 방향각과 세정 효과 사이의 관계가 설명될 것이다. 노즐(3)로부터 세정액이 배출된 경로를 따르는 평면에 웨이퍼(1)가 위치될 때, 즉 각도 θ=0°일 때에는, 대략적으로 같은 양의 세정액이 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 공급된다. 초음파 진동 노즐(3)이 웨이퍼(1)의 윗쪽 위치로부터 웨이퍼(1)를 향하게 될 때, 세정액의 방향각 θ는 양이 된다. 이 경우에는. 웨이퍼(1)의 뒷면 혹은 아래면에 공급되는 세정액의 양이 감소한다. 그 결과, 그에 따라 얻을 수 있는 세정 효과는 상당히 감소한다. 이와 달리, 세정액이 웨이퍼의 아래쪽 위치로부터 공급될 때, 즉, 각도 θ가 음인 위치에서는, 세정액이 웨이퍼 (1)의 뒷면 뿐만 아니라 웨이퍼(1)의 앞면 또는 윗면에 공급된다.
도 5는 세정액의 방향각 θ가 상술한 바와 같이 변화될 때의 입자 제거 효과를 도시한다. 가로 좌표축은 방향각 θ를 도시하고, 세로 좌표축은 입자 제거 효과를 도시한다.
웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 대해서, 방향각 θ가 0°부근에 있을 때에는 입자 제거 효과가 충분히 얻어진다. 그 이유는 방향각 θ가 0°일 때에는 충분한 양의 세정액과 초음파가 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 공급되기 때문이다. 각 θ가 음의 방향으로 이동되면, 0°내지 - 50°의 각도 범위에서 입자 제거 효과가 앞면과 뒷면에서 얻어지고, 반면에 각 θ가 양의 방향으로 이동되면, 0°내지 50°의 각도 범위에서 비록 앞면의 세정 효과는 고정되지만 세정 효과는 빠르게 감소된다. 그 이유는 세정액이 웨이퍼(1)의 아래 방향으로 기울어져 있을 때 세정액이 웨이퍼(1)의 뒷면에 충분히 공급되지 않기 때문이다.
각 θ가 음의 방향으로 이동될 때, 웨이퍼(1)의 전체 표면에 세정액을 공급하는 것은 불가능하다. 각 θ가 -60°에서 - 70°의 범위를 넘어 음의 방향으로 이동될 때에는 세정 효과가 매우 감소된다. 앞면의 세정 효과에 대해서, 각의 크기가 대략 ±60°내인 경우는 세정액이 이 방향각 범위내에서 앞면에도 공급되기 때문에 높은 세정 효과가 얻어진다. 그러나, 각이 대략 ±80°에서 90°근처에 있을 때에는 반사파의 영향으로 세정효과가 감소된다.
상술한 바와 같이, 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면 모두에서 충분한 입자 제거 효과를 얻기 위해서는 세정 방향 각도 θ가 대략 ±10°에서 20°범위이고 이상적으로는 0°에 설정되도록 하는 것이 바람직하다고 이해될 것이다.
도 6 및 도 7은 다양한 초음파 파동 주파수에서 세정 효과를 평가할 때 얻어지는 웨이퍼(1)의 현미경 사진이다. 도 6(a) 내지 도 6(c)는 주파수가 200 kHz인 초음파가 가해졌을 때의 현미경 사진이다. 도 6(d) 내지 도 6(f)는 주파수가 400 kHz인 초음파가 가해졌을 때의 현미경 사진이다. 도 7(a) 내지 도 7(c)는 주파수가 500 kHz인 초음파가 가해졌을 때의 현미경 사진이다. 도 7(d) 내지 도 7(f)는 주파수가 200 kHz인 초음파가 가해졌을 때의 현미경 사진이다. 주파수가 200 kHz 일때는, 30초동안 세정을 수행해도 입자가 충분히 제거되지 않았다. 그러나, 웨이퍼 중심으로부터 직경이 80 mm의 범위에서는 충분히 제거되었다. 주파수가 400 kHz 일 때는, 세정이 10초동안 수행되더라도, 충분한 세정 효과가 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐서 얻어졌다. 세정이 30초동안 수행되었을 때, 입자는 대부분 제거되었다. 주파수가 500 kHz에서는, 400 kHz의 주파수를 이용하는 경우에서와 같이, 충분한 세정 효과가 웨이퍼의 전체 표면에 대해서 얻어졌다. 30초동안 세정되었을 때, 입자는 더욱 제거되었다. 주파수가 700 kHz인 경우는, 30초동안 세정되더라도 입자는 웨이퍼의 중심부로부터 직경이 80 mm 인 범위내에서만 제거되었다. 그러나, 직경이 80 mm 인 범위에서 세정 효과는 상당히 효과적이었고 입자는 충분히 제거되었다. 사용된 주파수가 200 kHz 인 경우보다 세정 효과가 다소 더 높아졌다.
도 8은 입자를 제거하는데 있어 초음파 주파수의 효과를 도시한다. 그 측정은 다음 조건하에 수행되었다: 세정될 물체는 베어 웨이퍼(bare wafer)였다; 웨이퍼의 회전수는 100 rpm 였다; 암(arm)의 진동수는 3 이었다; 암의 진동 속도는 5 mm/sec였다; 노즐각은 45°였다; 주파수가 200 kHz 내지 700 kHz에서 세정액의 유속은 5.0 l/min. 이었고, 주파수가 1 MHz 내지 1.5 MHz 에서는 세척액의 유속이 1.2 l/min. 이었다. 도 6과 도 7의 현미경 사진에서와 마찬가지로 도 8에서는 주파수가 400 kHz 내지 500 kHz 범위일 때 세정 효과가 최고가 되고, 최고점의 양쪽에서 점진적으로 감소된다는 것을 알 수 있을 것이다.
또한 입자 제거 효과는 세정될 물체의 형태(type)에도 의존한다. 도 8은 베어 웨이퍼에 대한 세정 효과와, 베어 웨이퍼상에 형성된 오목부 패턴을 갖는 웨이퍼를 세정하는 경우에서의 효과가 얼마나 다른지를 도시한다. 도 9는 세정될 대상물에 형성된 패턴에 기인하여 표면 높이에 상대적으로 큰 변동을 가지며 2200Å의 두께로 표면상에 침착된 SiN 막을 갖는 실리콘 웨이퍼가 세정될 물질로서 사용되었던 경우의 입자 제거 속도에 대한 초음파 주파수 의존도를 도시한다. 도 9 에서, 베어 웨이퍼의 경우에서와 같이, 초음파 주파수가 400 kHz 내지 500 kHz 의 범위에서 세정 효과는 최고가 되고, 주파수가 최고 정점 레벨로부터 증가 또는 감소함에 따라 세정 효과는 빠르게 악화된다. 웨이퍼로부터 입자를 효과적으로 제거하기 위해 웨이퍼상에 형성된 오목부 패턴을 갖는 웨이퍼상의 오목부로부터 입자를 배출하려면, 주파수가 1 MHz 인 초음파 진동을 사용하는 것이 적절하다고 생각된다. 그러나, 본 실험의 결과는 사용될 최적 주파수가 400 kHz 내지 500 kHz 의 범위내에 있는 것을 도시한다.
도 10은 세정 효과가 다양한 초음파 주파수에서 다양한 물체에 대해 평가되는 것을 도시한다. 평평한 베어 웨이퍼인 경우에는, 400 kHz의 주파수를 사용하는 세정 동작을 포함하여, 1500 kHz 와 200 kHz 같이 다양한 주파수를 사용하는 세정 동작 사이에서 Al2O3의제거 효과는 큰 차이가 없다. 크기가 50nm 또는 500 nm 인 오목부패턴을 갖는 웨이퍼의 경우에서, 초음파 주파수가 1500 kHz 또는 200 kHz 일 때, 입자를 제거하는 능력은 크게 감소된다. Al2O3제거 효과는 일반적으로 오목부 패턴의 불규칙부 크기에 비례하여 감소된다. 초음파 주파수가 400 kHz 인 경우에는, 오목부 패턴의 불규칙부 크기에 관계없이 충분한 세정 효과가 얻어질 수 있다. 오목부 패턴이 형성된 웨이퍼를 세정하는데에는 대략 400 kHz 인 초음파 주파수가 특히 적합하다는 것을 이해할 수 있다.
이러한 세정 효과는 사용된 세정액의 pH 에 또한 의존한다. 도 11은 상기 실험 조건에서 세정액의 pH가 변화되었을 때의 Al2O3제거 효과를 도시한다. 가로축은 세정액의 pH를 도시하고, 세로축은 Al2O3제거 효과를 도시한다. 도 11은 두개의 다른 초음파 주파수 즉, 400 kHz 와 1.5 MHz 에서 깊이가 500 nm 인 오목부를 갖는 웨이퍼에 대한 Al2O3제거 효과를 도시한다. 주파수가 400 kHz 인 경우에는, pH 가 8 이상일때, 더욱 바람직하게는 pH가 10 이상일때 충분한 입자 제거 효과가 얻어진다. 이와 달리, 1.5 MHz인 경우에는 pH가 증가되더라도 충분한 입자 제거 효과를 얻을 수 없다. 세정액의 pH 가 7 미만일 때에는 제거 효과가 전혀 없음을 유념해야 한다.
본 발명은 상술된 실시예에 반드시 제한되는 것은 아니다. 제 1 실시예의 수정이 도 12에서 도시된다. 본 수정 실시예에서는 웨이퍼(1)가 수직으로 위치되고, 세정액은 자유 낙하 방식으로 웨이퍼의 상부로부터 웨이퍼로 공급된다. 상기 장치의 나머지 구성은 수정 실시예 및 상술된 실시예와 공통된다. 본 수정 실시예에서는, 세정액이 자유롭게 떨어지기 때문에, 노즐 출구(5)와 웨이퍼(1)가장자리 사이의 거리(d)가 수십 밀리 미터가 되더라도 아무런 문제가 발생하지 않는다. 세정액이 자유 낙하 방식으로 공급되기 때문에, 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면 모두에 세정액이 충분히 공급될 수 있다.
(제 2 실시예)
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 일반적인 구성을 도시하는 다이어그램으로서, 도 13(a)는 부분 정면도이고 도 13(b)는 평면도이다. 본 실시예에서는, 제 1 실시예에 따른 세정 장치와 함께 스폰지 세정 롤러(7a,7b)가 사용된다. 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 공통적인 세정 장치의 부재 또는 부분은 동일한 참조 번호에 의해 표시되고, 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.
도 13a에서 도시된 바와 같이, 스폰지 세정 롤러(7a 및 7b)는 웨이퍼(1)로부터 전진 및 후진할 수 있도록 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 제공된다. 스폰지롤러(7a 및 7b) 사이에 웨이퍼(1)가 끼워지고, 구동 롤러(2)의 회전 샤프트는 웨이퍼(1)주변을 따라 이동할 수 있다. 즉 구동 롤러(2)는 웨이퍼(1)의 중심부에 대해 회전할 수 있다. 다시 말하자면, 웨이퍼(1)가 구동 롤러(2)와 맞물리는 위치는 구동 롤러(2)를 웨이퍼(1)주위에서 이동시킴으로써 항상 변화될 수 있다. 도면에서 보인 점선은 제 1 실시예의 경우에서와 같이 초음파 파면(wavefront)의 이동 경로를 도시한다.
본 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 동작이 아래에 설명될 것이다.
먼저, 구동 롤러(2)를 회전시킴으로써 웨이퍼(1)가 회전된다. 스폰지 세정 롤러(7a 및 7b)는 회전하는 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 각각 맞닿는다. 그런 다음, 스폰지 롤러(7a 및 7b)가 회전된다. 초음파 진동 노즐(3)은 웨이퍼(1) 주변으로부터 소정의 거리(d)에 위치되고, 웨이퍼의 표면에 대한 세정액의 방향각은 0。 로 설정된다. 그 후, 초음파 진동 노즐(3)을 통해서 액체 입구(4)로부터 웨이퍼(1)에 세정액이 공급된다. 웨이퍼의 앞면과 뒷면은 모두 공급된 세정액에 젖게된다.
이와 같은 상태에서, 초음파 진동기(6)로부터 초음파가 발생된다. 그 결과, 발생된 초음파는 세정액을 통해 초음파 진동 노즐(3)로부터 웨이퍼(1)에 전파된다. 따라서, 초음파 진동은 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 동시에 가해진다. 상기 초음파 진동은 웨이퍼(1)상의 입자가 웨이퍼의 앞면과 뒷면으로부터 동시에 제거되도록 한다. 게다가, 스폰지 세정 롤러(7a 및 7b)가 웨이퍼(1)와 가압접촉된 상태에서 회전되므로, 세정 효과는 더욱 향상된다. 웨이퍼(1)를 지지하는 구동 롤러(2)의 회전 샤프트는 웨이퍼의 중심부에 대해 웨이퍼(1)의 외주면을 따라 이동된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 초음파 진동은 직접 웨이퍼의 앞면과 뒷면에 동시에 가해질 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 앞면과 뒷면상의 오목부에 있는 입자가 제 1 실시예의 경우에서와 같이 효과적으로 제거될 수 있다. 또한, 초음파 세정 동작이 스폰지 롤러 세정 동작과 결합하여 수행되기 때문에 세정 효과는 더욱 향상된다. 게다가 스폰지 롤러 세정 공정이 별도의 추가적인 공정으로 수행될 필요가 없기 때문에, 세정 시간을 단축하는 것도 가능하다.
구동 롤러(2)의 회전 샤프트가 웨이퍼의 중심부에 대해 웨이퍼(1)의 외주면을 따라 이동되기 때문에, 스폰지 롤러(7a 및 7b)의 세정 동작에 영향을 주지 않으면서도 웨이퍼(1)의 주변 가장자리까지 효과적으로 세정될 수 있다.
또한, 세정될 웨이퍼를 고정시키기 위해서는 일반적으로 스핀 척 시스템 (spin chuck system)이 사용된다는 것에 유념해야 한다. 그러나, 스핀 척 시스템을 사용하는 경우는, 세정 공정동안 스핀 척에 의해 임의의 고정된 위치에서 웨이퍼 (1)가 붙들려 있게 된다. 따라서, 스핀 척에 의해 붙들린 웨이퍼(1)부는 세정될 수 없다. 또한, 웨이퍼의 측면으로 부터 웨이퍼(1)에 초음파 진동과 액체를 동시에 공급하는 방식으로 설치된 노즐을 설치하는 것이 불가능하며, 그 이유는 노즐을 그러한 방식으로 설치하게 되면 스핀 척에 의해 붙들린 부분과 스핀 척에 의해 가려진 웨이퍼(1) 부분을 세정할 수 없기 때문이다.
이와 대조적으로, 구동 롤러(2)가 사용되는 경우는 구동 롤러와 맞물리는 웨이퍼(1)상의 위치가 고정되어 있지 않다. 따라서, 스폰지 롤러(7a 및 7b)의 세정 동작에 영향을 주지 않고서도, 웨이퍼(1)가 고정된 위치 및 웨이퍼(1)의 주변 가장자리까지 포함하여 충분히 세정하는 것이 가능하다. 따라서, 입자 제거 효과는 상당히 향상된다.
도 14는 본 실시예와 제 1 실시예, 및 더 나아가 종래의 세정 장치의 세정 효과를 도시하는 비교 다이어그램이다. 세로축은 잔류 Al2O3의입자수를 도시한다. 도 14는 오목부가 형성되고 알루미나 슬러리가 오목부상에 흡착된 웨이퍼에 대한 다양한 세정 공정의 알루미나 슬러리 제거 효과를 도시한다. 웨이퍼는 깊이가 0.5 미크론인 실리콘 트렌치에 0.2 미크론의 두께로 침착된 질화물막(LP-SiN막)을 가졌다. 슬러리 입자를 검출하는데에는 AIT-8000(KLA-Tencor에 의해 제조된)가 사용되었다. 알루미나 CMP 가 상부에 흡착된 웨이퍼가 세정되지 않고 스핀 건조되었을 때에는, 4 ×104내지 5 ×104의 슬러리 입자가 검출되었다. pH 가 대략 10인 암모니아수를 사용하여 1분동안 웨이퍼가 스폰지 롤러 세정되었을 때에는, 3 ×104내지 4 ×104의 슬러리 입자가 검출되었다. 이와 대조적으로, 웨이퍼가 제 1 실시예에 따라 초음파 세정되었을 때에는, 슬러리 입자가 충분히 제거되었고, 잔류 슬러리 입자수는 수백개의 영역내로 감소되었다. 따라서, 초음파 세정에 의해 얻어진 오목부 세정 효과가 확실히 명확해졌다. 그러나, 표면층에 부착된 커다란 알루미나 덩어리는 제거될 수 없었다. 본 실시예에서와 같이 초음파 세정 및 스폰지 롤러 세정이 동시에 수행되었을 때에는, 알루미나 슬러리 입자를 제거하고 잔류 입자의 수를 100 또는 그 이하로 제한하는 것이 가능했다. 따라서, 접촉 세정 및 비접촉 세정을 동시에 수행함으로써 발생된 뛰어난 효과가 확실히 나타났고, 접촉 세정 또는 비접촉 세정이 하나씩 수행되었던 공정과 비교하여 세정 효과가 크게 개선되었다는 것이 증명되었다. 또한, 종래의 시스템에서는 스폰지 롤러 세정만이 수행되었으나, 본 발명은 웨이퍼의 뒷면에서 얻어진 세정 효과를 상당히 개선시킬 수 있다.
(제 3 실시예)
도 15(a)는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 일반적인 구성을 도시하는 측면도이다.
도 15(a)에서 도시되는 바와 같이, 디스크 형태인 웨이퍼(1)의 외주면을 따라 복수의 구동 롤러(2)가 배치된다. 구동 롤러(2)는 웨이퍼(1)를 수평형으로 지탱하도록 웨이퍼(1)의 주변 가장자리와 맞물린다. 구동 롤러(2)는 웨이퍼를 회전하는 각각의 회전 샤프트에 대해 회전하는 부재이다. 웨이퍼(1) 앞면과 뒷면 각각의 중심부에 화학 세정액을 공급하기 위해 공급 노즐(8a 및 8b)이 제공된다.
도 15(b)는 상술된 바와 같은 웨이퍼(1) 및 구동 롤러(2)를 도시하는 다이어그램이다. 구동 롤러(2)들은 각각의 실선 화살표의 방향으로 동일한 회전 운동수로 회전한다. 이러한 구성은 웨이퍼로 하여금 점선으로된 화살표가 가리키는 방향으로 웨이퍼의 중심부에 대해 회전하도록 한다.
도 16은 도 15 및 그 근처에 도시된 구동 롤러(2)중 하나의 확대도이다. 구동 롤러(2)는 초음파 진동기(4)를 포함한다. 상술된 바와 같이, 각각 초음파 진동기(4)를 각각 포함하는 4개의 구동 롤러(2)가 제공된다. 각각의 구동 롤러(2)의 웨이퍼 접촉 표면은 초음파 진동기(4)가 웨이퍼(1)에 직접 접촉하도록 되어 있다. 이런 경우에는, 웨이퍼(1)와 초음파 진동기(4) 사이의 접촉 영역에서, 적어도 웨이퍼(1)의 주변 가장자리가 초음파 진동기(4)와 접촉하는 것만이 필요하다. 초음파 진동기(4)가 웨이퍼(1)의 베벨 단부와 직접 접촉하는 구조라는 장점에의해, 초음파 진동기(4)로부터 발생된 초음파 진동이 웨이퍼(1)에 직접 가해진다. 도 16에서, 웨이퍼(1)의 화살표가 초음파의 이동 방향을 표시한다.
본 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 동작이 아래에서 설명되어질 것이다.
먼저, 제 1세정 공정에서와 같이, 웨이퍼(1)는 주변 가장자리상에 있는 복수의 지점에서 구동 롤러(2)에 의해 고정되고 회전된다. 세정액이 회전 웨이퍼(1)에 공급되는 동안, 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 대해서 스폰지 롤러(도시 안됨)들이 눌려진다. 스폰지 롤러들 사이에 웨이퍼(1)가 삽입된 방식으로 스캔시키기위해 스폰지 롤러가 회전되어, 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면으로부터 입자를 제거시킨다.
그 다음, 제 1세정 공정의 경우에서와 같이 구동 롤러(2)를 회전시킴으로써 웨이퍼(1)가 회전된다. 그 후, 회전 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에는 화학액 공급 노즐(8a 및 8b)로부터 세정액이 동시에 공급된다. 이와 동시에, 구동 롤러(2)에 제공된 초음파 진동기(4)로부터 초음파가 발생된다. 그 결과, 초음파 진동이 웨이퍼(1)에 직접 가해진다. 진동은 도 16의 화살표가 가리키는 방향으로, 즉 웨이퍼(1)의 직경방향으로 이동한다. 따라서, 초음파 진동이 웨이퍼(1)에 직접 가해진 상태에서 세정이 수행되고, 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 부착된 입자의 제거는 충분히 달성된다.
도 17은 상술한 공정에 의해 세정된 웨이퍼(1)에 대한 입자 제거 효과를 도시한다. 도 17은 8인치 웨이퍼(1)의 표면이 CMP(화학적/기계적 폴리싱)되었을 때의, 잔류 입자수를 도시한다. 비교 목적으로, CMP 처리 직후에 곧 나타나는 잔류 입자수와 종래의 웨이퍼 세정 공정이 수행된 후 남아있는 입자수 역시 도시한다. 종래의 웨이퍼 세정 공정에서, 주파수 1.6 MHz 으로, 스캐닝형 초음파 세정이 수행되었다. 도 17에서 도시한 바와 같이, CMP 처리 직후에 웨이퍼(1)에 부착된 입자수는 종래의 웨이퍼 세정 공정에서의 입자수보다 대략 102줄어든 104이었다. 종래의 웨이퍼 세정 공정의 입자 제거 효과는 0.5 ㎛ 또는 그 이상의 큰 입자를 제거하는데 충분히 효과적이지 못했다. 이와 대조적으로, 본 실시예에 따르면, 웨이퍼 세정 공정은 0.1 ㎛ 또는 그 이상의 크기의 입자에 대해 우수한 입자 제거 효과를 나타내고, 이러한 큰 입자를 포함함으로써, 잔류입자의 수를 충분히 낮출 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 초음파 진동이 웨이퍼의 직경 방향으로 웨이퍼(1)에 직접 가해진다. 또한, 화학액 공급 노즐(8a 및 8b)이 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 제공되기 때문에, 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면은 화학액과 동시에 공급될 수 있다. 따라서, 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면은 동시에 세정될 수 있고, 세정 시간은 단축될 수 있다.
본 발명은 상술된 제 3 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 실시예에서는, 구동 롤러(2)에 제공된 초음파 진동기(4)가 도 16에서 도시된 바와 같이 웨이퍼와 직접 접촉되지만, 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, 보호 플레이트(11)가 각각의 구동 롤러(2)의 표면상에 제공되고, 초음파 진동기(4)와 웨이퍼(1)는 보호 플레이트(11)를 거쳐 서로 접촉될 수도 있다. 보호 플레이트(11)를 제공하게 되면 초음파 진동기(4)와 구동 롤러(2)의 화학적 저항력을 개선시킨다. 상기 보호 플레이트(11)로서는 예를 들어, 실리콘 카바이드(SiC) 또는 석영(SiO2)이 사용될 수 있다. 그러나, 보호 플레이트(11)는 이런 재료로 반드시 제한되는 것은 아니다.
게다가, 제 2 실시예의 세정 공정과 관련하여 설명한 바와 같이, 제 3 실시예의 세정 공정은 스폰지 롤러에 수행되는 세정 공정과 결합될 수 있다.
(제 4 실시예)
도 19는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 기판 세정 장치의 일반적인 장치를 도시하는 다이어그램이다. 도 20은 제 4 실시예에 따른 세정 장치의 필수부에 대한 확대도이다.
도 19에서 도시되는 바와 같이, 화학액 공급 노즐(8a 및 8b)은 제 3 실시예의 경우에서와 같이 각각 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면에 제공된다. 웨이퍼(1)는 웨이퍼 홀더(21)에 의해 고정된다. 또한, 웨이퍼(1)의 수평위치를 결정하는 복수의 척 핀 (22)은 초음파 진동기(23)을 통해서 웨이퍼의 주변 가장자리에 접촉하도록 배치된다. 세정 공정동안 척 핀(22)은 연속적으로 같은 위치에서 웨이퍼(1)를 붙들고 있다. 그러나, 복수의 척 핀(22)의 웨이퍼 붙듬부분에 복수의 진동기(23)가 설치되는 경우에는, 진동기(23)들이 서로 간섭하여 진동 강도의 악화를 발생시킨다. 초음파 진동기 (23)는 웨이퍼(1)의 중심부에 대해 대칭을 이루는 지점에는 설치되지 말아야함에 유념해야 한다.
화학액 공급 노즐(8b)의 베이스 부분 위에는 원통형 회전 부재(24)가 회전 가능하게 제공되고, 이는 웨이퍼(1)의 뒷면에 제공된다. 웨이퍼 홀더(21)를 지지하기 위한 지지부재(25)가 회전부재(24)의 상단부에 설치된다. 회전 부재(24)가 화학액 공급 노즐(8b) 주위를 회전함에 따라, 웨이퍼 홀더(21)는 회전 부재(24)의 회전축을 중심축으로 하여 회전하여, 웨이퍼가 회전되도록 한다.
따라서, 본 실시예에서와 같이 웨이퍼(1)를 고정시키기 위한 기구로서 스핀 척 시스템이 사용되는 경우에도, 웨이퍼(1)의 앞면과 뒷면은 제 3 실시예의 경우에서와 같이 동시에 세정될 수 있다.
본 발명은 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니다. 세정될 물체는 실리콘 웨이퍼에 제한되지 않는다. 본 발명은 재료와 관계없이 임의의 유형의 반도체 기판에도 적용될 수 있다. 구동 롤러(2)의 갯수는 4개로 제한되지 않으며, 웨이퍼(1)가 충분히 고정되는한 임의의 갯수일 수 있다. 그러나, 구동 롤러(2)의 갯수는 스폰지 롤러(7a)의 세정 공정이 구동 롤러(2)에 의해 제한되지 않도록 설정하는 것이 바람직하다.
상술된 설명에서와 같이, 본 발명에 따르면, 세정액 공급 노즐로부터 공급된 세정액은 반도체 기판의 앞면과 뒷면 모두를 젖게 하고, 초음파 진동이 반도체 기판의 앞면과 뒷면 모두에 가해진다. 따라서, 반도체 기판의 앞면과 뒷면은 동시에 세정될 수 있고, 세정 시간이 단축될 수 있다. 또한, 세정액이 노즐로부터 공급되기 때문에, 반도체 기판 전체가 세정액에 잠기는 침지형 세정 시스템과 비교하여 사용되는 화학액의 양을 최소화시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 앞면과 뒷면 및 가장자리를 구비한 반도체 기판을 세척하는 세정 장치로서,
    상기 반도체 기판의 앞뒤 양면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 노즐 및;
    상기 반도체 기판의 앞뒤 양면에 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 세정액 공급 노즐은, 상기 반도체 기판의 앞뒤 양면에 세정액이 공급되도록, 상기 반도체 기판의 가장자리의 바깥쪽에 위치하고, 또한 세정액이 상기 반도체 기판의 가장자리 쪽을 향하도록 하는 세정액 배출구를 구비하며,
    상기 초음파 진동기는 초음파 진동을 생성하고, 상기 노즐의 세정액 배출구로부터 방출되어 상기 반도체 기판에 공급되는 세정액을 통하여 상기 초음파 진동을 상기 반도체 기판에 부여하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파 진동 노즐은 상기 세정액 노즐에 합체되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 원판형이며,
    상기 세정장치는 복수의 구동롤러를 더 포함하고, 상기 구동롤러는 반도체 기판의 둘레에 맞물리도록 되어있으며 또한 그 자신의 축선 주위를 회전하여 상기 반도체 기판을 구동 회전시키는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 앞뒷면 중의 어느 한 면과 접촉되며, 접촉 상태에 있는 상기 반도체 기판의 표면으로부터 오염을 제거하면서 회전가능한 스폰지 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 반도체 기판을 사이에 끼워 상기 반도체 기판의 앞뒤 양면에 접촉하도록 되어 있으며, 접촉 상태에 있는 상기 반도체 기판의 표면으로부터 오염을 제거하면서 회전가능한 스폰지 롤러쌍을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파 진동기는 200 ㎑에서 700 ㎑의 범위의 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  8. 앞면과 뒷면 및 가장자리를 구비한 상기 반도체 기판을 세척하는 세정 장치로서,
    상기 반도체 기판의 앞뒤 양면에 세정액을 공급하는 적어도 하나의 세정액 공급 노즐; 및
    상기 반도체 기판의 앞뒤 양면에 초음파 진동을 부여하는 초음파 진동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 반도체 기판에 접촉되어 초음파 진동을 상기 반도체 기판에 직접 부여하는 초음파 진동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 원판형이며,
    상기 세정 장치는,
    상기 반도체 기판의 둘레에 맞물리도록 되어있으며 또한 그 자신의 축선 주위를 회전하여 상기 반도체 기판을 구동 회전시키는 복수의 구동 롤러를 더 포함하며,
    상기 초음파 진동기는 구동 롤러를 통해서 초음파 진동을 전달하기 위해 구동 롤러에 합체되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 초음파 진동기는 상기 반도체 기판에 직접 연결된 원통형 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 초음파 진동기는 상기 구동 롤러 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    반도체 기판의 앞뒷면 중의 어느 한 면에 접촉되며, 접촉상태에 있는 반도체 기판의 표면으로부터 오염을 제거하면서 회전가능한 스폰지 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    반도체 기판을 사이에 끼워 상기 반도체 기판의 앞뒤 양면에 접촉되며, 접촉 상태에 있는 반도체 기판의 표면으로부터 오염을 제거하면서 회전가능한 스폰지 롤러쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 초음파 진동기는 200 ㎑에서 700 ㎑의 범위의 진동을 발생하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  16. 앞면과 뒷면 및 가장자리를 구비한 반도체 기판을 세척하는 세정 방법으로서,
    반도체 기판의 앞뒤 양면에 동시에 세정액을 공급하는 단계와,
    상기 반도체 기판의 앞뒤 양면에 초음파 진동을 동시에 부여하는 단계를 포함하는 세정 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 세정액이 상기 반도체 기판의 앞뒤 양면에 공급되기 위해, 상기 세정액은 상기 반도체 기판의 가장자리의 외부에 그로부터 이격된 지점에서 상기 반도체 기판의 가장자리방향으로 분사되어지는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 상기 앞뒤 양면에 상기 세정액의 분사를 통해 상기 초음파 진동이 전달 및 부여되는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
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