KR20010109346A - 기판 세척 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20010109346A
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KR1020017012819A
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위르겐 로뮐러
Original Assignee
페터 옐리히, 울리히 비블
스테그 마이크로테크 게엠베하
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Abstract

본 발명은 기판 특히, 반도체 웨이퍼(2) 세척하기 위한 방법 및 장치(1)에 관한 것으로서, 그 장치 및 방법에서 세척에 앞서서 또는 세척 중에 유체가 기판에 도포된다. 본 발명의 목적은 간단하고도 저렴한 방법으로 기판을 신뢰할 수 있게 세척하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 얼음 결정이 기판상에 위치한 유체내로 도입된다.

Description

기판 세척 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE FOR CLEANING SUBSTRATES}
그러한 장치가 예를 들어, WO 96/10463 에 공지되어 있다. 이러한 장치에서, 웨이퍼 필름이 세척될 기판 표면에 도포되고, 동시에 또는 그 후에 증기가 노즐을 통해 직접적으로 세척되는 표면상으로 이송된다. 그 증기는 웨이퍼 필름에서 급격히 냉각되며, 그에 따라 작은 증기 거품(bubble)이 내파(內波)되어 세척되는 표면으로부터 입자들을 해방시키는(loosen) 수막(water film)내 펄스를 발생시킨다.
이러한 공지된 장치에서, 펄스가 입자들을 제거하기에 충분하지 않은 경우, 세척되는 표면에 강하게 부착된 그 입자들은 계속 남아 있게 된다. 또한, 그 장치는 증기 발생기를 필요로 하며, 그에 따라 장치의 전체 크기가 커지게 된다. 또한, 증기는 증기 발생기내의 금속 및 매체를 이송하는 연속 배치된 부품들과 접촉하여, 세척되는 기판이 금속 이온으로 오염될 위험이 있다.
관련 기술이 인쇄 회로 기판을 세척하는 방법에 관한 US-A-5,651,836 에 기재되어 있다. 이러한 방법에서, 얇은 수막이 세척되는 회로 기판의 일측면에 도포된다. 이어서, 상기 세척되는 회로기판의 측면은 얼음 결정들에 의해 폭사(bombard)되며, 그 얼음 결정은 수막을 통과하여 회로 기판 표면을 때려 그 기판 표면을 세척한다. 수막은 얼음 결정들의 타격 중에 발생하는 전하들을 전환(divert)시켜 그 전하들이 인쇄 회로 기판을 손상시키지 않게 하는 기능을 갖는다.
본 발명은 특히 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 세척하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 그 방법 및 장치에 따라 세척 공정 전에 및/또는 그 공정 중에, 유체가 기판에 도포된다.
도 1 은 본 발명의 제 1 특정 실시예에 따른 기판 세척 장치를 개략적으로 도시한 측면도.
도 2 는 본 발명의 다른 특정 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한 측면도.
도 3 은 본 발명의 또 다른 특정 실시예에 따른 장치를 개략적으로 도시한 측면도.
도 4 는 도 3 의 특정 실시예의 평면도.
공지된 장치로부터, 본 발명의 목적은 기판 손상의 위험 없이 기판을 신뢰할 수 있게 직접적이고 경제적으로 세척하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 특히 반도체 웨이퍼와 같은 기판 세척 방법에 의해서 진보적으로 실현되며, 그 방법에 따르면, 세척 공정 전에 및/또는 세척 공정 중에 기판에 유체가 도포되고, 기판상에 위치된 유체내로 얼음 결정이 도입되며, 정밀한 펄스 발생 및 그에 따른 정밀한 세척을 달성하기 위해 얼음 결정의 유체내로의 침투 깊이가 제어된다. 얼음 결정의 침투 깊이를 제어함으로써, 얼음 결정이 기판을 타격하기 전에 기체 상태로 변화되기 때문에, 얼음 결정이 세척되는 기판을 타격하여 그 기판을 손상시키는 것을 방지할 수 있다. 얼음 결정과 유체 간의 큰 온도차로 인해, 얼음 결정은 기체 상태로 폭발적으로 변화된다. 작은 증기 거품의 내파(內波)에 의해 발생되는 펄스보다 상당히 큰 발생 펄스는 세척되는 기판 표면으로부터 입자들을 제거한다. 그러한 진보적인 방법을 실시하기 위해서, 고압 기체 공급라인과 유체 공급 라인 만이 필요하며, 그에 따라 그 방법을 실시하기 위한 장치는작은 크기를 갖는다. 특히, 일반적으로 세척실에서 실시되는 반도체 웨이퍼 세척에서, 세척실의 제작 및 작동에 상당한 비용이 발생하기 때문에, 가능한한 작은 크기를 갖는 장치를 사용하는 것이 중요하다. 유체 공급라인 및 고압의 기체 공급라인만을 제공하면 되기 때문에, 매체를 이송하는 부품들을 금속이 없이 제조할 수 있고, 그에 따라 기판이 금속 이온으로 오염될 위험을 예방할 수 있다. 또한, 얼음 결정의 크기 및 온도와, 결정이 기체 상태로 변화할 때 발생되는 결정의 크기 및 온도에 따른 펄스의 크기를 용이하게 제어할 수 있으며, 결과적으로 세척 공정 결과를 전체적으로 양호하게 제어할 수 있다.
기판의 표면에 도달하는 펄스의 크기를 제어하기 위하여, 바람직하게는 기판상의 유체 층의 두께 및/또는 유체의 온도를 제어한다. 유체 층의 두께로 인해, 펄스원(源)과 기판 표면 간의 거리 및 그에 따른 기판 표면에서의 펄스 강도를 설정할 수 있다. 유체 온도를 제어함으로써, 얼음 결정의 기체 상태로의 변화 강도(intensity) 및 그에 따른 펄스의 크기를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 특정 실시예에 따라, 얼음 결정의 크기 및/또는 온도가 제어되고, 그 2 가지는 얼음 결정이 기체 상태로 변화되는 동안에 발생하는 펄스의 효력을 결정한다.
본 발명의 바람직한 특정 실시예에 따라, 세척 방향을 규정하기 위하여, 얼음 결정이 기판과 소정 각도도 배향되는 것이 바람직하다. 얼음 결정은 기판에 대해 배향된 하나 이상의 얼음 노즐에서 생산되는 것이 바람직하다. 이에 따라 세척하는 중에, 전체 기판 표면에 대한 세척을 보장하기 위해, 얼음 노즐과 기판 간에상대적인 이동을 발생시키는 것이 바람직하다.
특정의 일실시예에 따라, 기판 및/또는 얼음 노즐이 선형 이동가능하다. 회전에 따른 원심력에 의해 해방된 입자들이 웨이퍼 영역으로부터 벗어나게 이동할 수 있도록, 기판이 또한 회전 가능한 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 특정 실시예에 따라, 유체 필름 및 해방된 입자들이 연속적으로 유출되는 것을 보장하기 위하여, 세척 공정중에 기판은 수평면에 대하여 상대적으로 경사진다.
바람직하게, 유체는 탈이온수인 것이 바람직하고, 얼음 결정은 CO2인 것이 바람직한데, 이는 CO2가 통상 압력에서 승화하기 때문이다.
본 발명의 목적은 기판에 유체를 가하는 장치와 그 유체내로 얼음 결정을 도입하는 장치를 구비한 기판 세척용 특히, 반도체 웨이퍼 세척용 장치에 의해 실현된다. 전술한 이점들은 그러한 장치에 의해서 성취된다.
바람직하게, 그 장치는 유체 도포를 위한 하나 이상의 노즐을 구비하며, 그 노즐은 기판의 너비와 같거나 그 보다 큰 너비를 가지는 폭넓은(wide) 슬롯 노즐인 것이 바람직하다. 그러한 넓은 슬롯 노즐에 의해, 세척될 기판의 전체 표면이 유체로 덮여지게 하는 것을 직접적으로 보장할 수 있다. 바람직하게, 그 장치는 유체의 유체 조절(tempering) 장치를 또한 구비하며, 그 결과 전술한 이점들이 성취된다.
이하에서는, 첨부 도면과 관련한 바람직한 특정 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은 반도체 웨이퍼(2)용 세척 장치(1)를 개략적으로 도시한 측면도이다. 세척 장치(1)는 얼음 노즐(6)과 유체 뉴즐(4)을 구비하며, 상기 유체 뉴즐(4)은 세척될 기판(2)의 표면(8)을 향해 배향되어 있다. 기판(2)은 도시되지 않은 장치에 의해 세척 장치(1)내에 유지되고, 중심 축선(A)을 중심으로 회전된다.
노즐(4)에 의해, 예를 들어 DI 용수(탈이온수)를 포함하는 유체 층(10)이 웨이퍼(2) 중심에서 도포된다. 웨이퍼(2)를 회전시킴으로써, 그 수막은 외측 반경방향으로 유동하여 세척될 웨이퍼(2)의 표면(8) 상에 균일한 필름을 형성한다.
얼음 노즐(6)에 의해, 얼음 결정의 흐름(stream)(12)이 용수 층(10)을 향하게 되고 그 층 내로 도입된다. 얼음 결정은 가압 기체 또는 액체의 급격한 팽창 및 냉각에 의해 얼음 노즐(6)내에서 공지된 방법으로 얻어진다. 얼음 결정은 냉동상태의 소망하는 적절한 물질로 구성된다.
예를 들어 CO2를 포함할 수 있는 얼음 결정의 온도는 층(10)내의 물의 온도보다 상당히 낮다. 얼음 결정이 용수 층(10)을 통과할 때, 온도차로 인해 그 얼음 결정들은 기체상태로 폭발적으로 변화된다. 그 과정 중에, 용수 필름에 펄스가 발생되며, 그 펄스는 세척되는 기판(2)의 표면(8)으로부터 입자를 해방 또는 분리시킨다. 웨이퍼(2) 전체 표면(8)의 양호한 세척을 보장하기 위하여, 얼음 노즐(6)을 중심 축선(A)으로부터 웨이퍼의 연부(edge)쪽으로 기판(2)에 대하여 방사상으로 이동시킨다. 웨이퍼(2)의 회전과 조합되어, 웨이퍼(2)의 전체 표면(8)의 세척이 보장된다.
노즐(6)을 이동시키는 대신에, 회전하는 중에 웨이퍼(2)를 얼음 노즐(6)에 대하여 선형적으로 이동 시킬 수도 있다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예를 나타내며, 여기 도 2 에서는 동일한 참조부호를 사용하여 동일하거나 균등한 부품들을 표시하였다.
도 2 의 세척 장치(1) 역시 얼음 노즐(6) 및 유체 뉴즐(4)를 포함하며, 그 유체 노즐은 세척될 웨이퍼(2)의 표면(8)을 향해 배향된다. 웨이퍼(2)는, 그 웨이퍼(2)가 수평선에 대해 경사지도록, 다수의 롤러(그 중 2 개를 도시함)(15)를 통해 유지된다. 웨이퍼(2)의 경사로 인해, 도 2 에서, 세척될 표면(8)에 도포되는 용수 필름(10)이 좌측을 향해 유동한다.
웨이퍼(2)를 유지하는 롤러(15)는 회전될 수 있고 또 웨이퍼(2)를 화살표(B)방향으로 선형 이동시킬 수 있다. 이러한 선형 이동의 결과, 웨이퍼(2)가 유체 노즐(4) 및 얼음 노즐(6) 하부를 통과하여 이동하며, 그 결과 전체 표면에 세척된다. 웨이퍼(2) 전체 폭에 걸친 세척을 보장하기 위하여, 유체 노즐(4) 및 얼음 노즐(6)이 각각 웨이퍼(2)의 폭에 걸쳐 연장하는 넓은 슬롯 또는 물고기 꼬리모양의 노즐로 구현된다. 대신에, 서로 나란히 배치되고 작업 영역이 인접하거나 또는 겹치는 다수의 유체 노즐 및 얼음 노즐을 구비할 수도 있다.
롤러(15)에 의해 웨이퍼가 노즐(4, 6) 하부를 통과하여 이동하는 대신에, 전술한 바와 같이, 노즐(4, 6)이 웨이퍼(2)에 대해 상대적으로 이동하게 할 수도 있으며, 그에 따라 웨이퍼(2)와 세척되는 웨이퍼 표면(8) 사이의 간격이 유지된다.
도 3 은 또한 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데, 그 실시예에 따라 웨이퍼(2)는 다수의 롤러(18)에 의해 수평방향으로 유지되며, 다수의 롤러 중 2 개의 롤러가 도시되어 있다. 도 2 의 실시예에서와 같이, 롤러(18)들은 회전가능하며, 세척공정중에 노즐(4, 6) 하부를 통해 웨이퍼(2)를 이동시키는 위치에 배치된다. 그러나, 그 대신에, 롤러(18)들이 고정되고 노즐(4, 6)이 웨이퍼(2) 위에서 선형 이동할 수도 있다.
도 4 는 도 3 의 실시예의 평면도이며, 그 도 4 에서, 유체 노즐(4) 및 얼음 노즐(6)이 세척될 기판(2)의 폭 보다 약간 큰 폭을 가지는 넓은 슬롯으로 구현되었다는 것을 볼 수 있다.
이하에서는, 도 1 의 실시예를 참조하여 세척 공정을 설명한다.
도시하지 않은 취급 장치에 의해, 웨이퍼(2)가 도 1 에 도시된 세척 장치내의 정위치로 도입된다. 이어서, 유체 노즐(4)에 의해 DI 용수가 웨이퍼(2)의 중심에 도포되고, 그 웨이퍼 상에 균일한 용수 층(10)을 생성하기 위해 웨이퍼가 축선(A)을 중심으로 회전된다. 기판의 회전 속도 및 노즐(4)의 유동량을 조절함으로써, 기판(2)상의 용수 층(10)의 두께를 제어할 수 있다. 특정 층 두께가 얻어졌을 때, 얼음 결정의 스트림(stream)(12)이 얼음 노즐(6)을 통해 용수 층(10)내로 취입된다. 이와 관련하여, 상기 노즐은 중심 축선(A) 영역에서 용수 층(10)내로 얼음 결정을 취출하기 시작하며, 이어서 그 노즐(6)은 웨이퍼(2)의 외측 연부 방향으로 이동하며, 그에 따라 용수 층의 모든 영역이 얼음 결정에 의해 균일하게 폭사된다.
얼음 결정의 크기 및 온도는 얼음 노즐(6)내에 생성된 압력 강하에 의해 그리고 예비 냉각된 CO2기체 또는 CO2액체에 의해 제어된다. 얼음 결저의 침투 깊이의 제어를 위해, 얼음 노즐(6)과 수막(10) 사이의 간격을 변화시킬 수 있다. 얼음 결정의 생성을 위해, 얼음 노즐이 연속적으로 배치된 다수의 얼음 노즐을 구비하여, 다단계 냉각을 제공할 수 있다.
얼음 결정에 의해 수막(10)이 균일하게 폭사된 후에, 먼저 얼음 결정의 폭사가 중단되고, 이어서 DI 용수의 공급이 중단된다. 다음에, 이러한 방법으로 세척된 웨이퍼(2)는 장치(1)로부터 제거된다.
비록 웨이퍼(2)가 회전되지는 않지만, 도 2 내지 도 4 의 장치에서 세척 공정은 본질적으로 동일한 방식으로 진행된다. 도 2 내지 도 4 의 장치(1)는, 웨이퍼가 일측으로부터 연속적으로 공급되고 세척 노즐 하부에서 안내되며 타측으로 회수되는, 소위 연속 작업식 스테이션(continuous run-through station)으로 구현될 수 있다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 웨이퍼는 회전 가능한 롤러(15;18)에 의해 장치(1)를 통해 이송될 수 있다. 그 대신에, 웨이퍼가 공기 쿠션 또는 용수 스트림 상에서 장치를 통해 이송될 수도 있다.
비록, 바람직한 특정 실시예를 참조하여 장치를 설명하였지만, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라는 것을 주지하여야 한다. 특히, 알콜, 헹굼제(rinsing agent) 등과 같은 다른 유체가 웨이퍼상에 배치된 유체 층에 포함될 수도 있다. 또한, 얼음 결정들이 상이한 조성을 가질 수도 있다. 반도체 웨이퍼를 세척할 수 있을 뿐만 아니라, 세척 장치는 또한 마스크, 마이크로 부품, CD 등에도 특히 적합하다.
또한, 비록 각각의 바람직한 특정 실시예가 일면 만을 세척하는 것을 나타냈지만, 본 발명에 따른 방법 및 장치를 이용하여 기판의 양면을 세척할 수도 있다. 양면 세척은 연속적으로 또는 동시에 실시될 수 있다.

Claims (25)

  1. 세척 공정에 앞서서 및/또는 세척 공정 중에, 유체가 기판에 도포되고 얼음 결정이 기판상의 유체내로 도입되는 기판 특히, 반도체 웨이퍼를 세척하는 방법에 있어서, 얼음 결정의 유체내로의 침투 깊이가 제어되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유체 층의 두께가 제어되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유체의 온도가 제어되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얼음 결정의 크기 및/또는 온도가 제어되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얼음 결정이 기판과 소정 각도를 이루도록 배향되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얼음 결정은 기판을 향해 배향된 하나 이상의 얼음 노즐에서 발생되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 세척 공정 중에, 얼음 노즐과 기판 간에 상대적인 이동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 및/또는 얼음 노즐이 선형 이동하는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 그 기판의 중심 축선을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 세척 공정 중에 수평선에 대하여 경사진 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체는 탈이온수를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얼음 결정은 CO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  13. 기판에 유체를 도포하기 위한 장치(4) 및 유체내로 얼음 결정을 도입하기 위한 장치(6)를 포함하는 기판(2) 특히, 반도체 웨이퍼를 세척하기 위한 장치에 있어서, 얼음 결정의 유체내로 침투 깊이를 제어하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제어 장치는 기판상의 유체의 두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 유체 도포 장치는 하나 이상의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 노즐은 넓은 슬롯 노즐인 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 노즐의 폭은 기판(2)의 폭과 같거나 그 보다 큰 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 유체 조절 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  19. 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 얼음 노즐(6)은 유체를 향해 배향된 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  20. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 및/또는 얼음 노즐은 기판(2)의 표면(8)과 소정 각도로 배향된 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  21. 제 13 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(2)과 노즐(4) 및/또는 기판과 얼음 노즐(6) 간의 거리를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  22. 제 13 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(2) 및/또는 노즐(4) 및/또는 얼음 노즐(6)의 이동 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 이동 장치는 기판(2) 회전 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 이동 장치는 기판(2) 및/또는 노즐(4) 및/또는 얼음 노즐(6)의 선형 이동 유닛(18)을 구비하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
  25. 제 13 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판 경사 유닛(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
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