KR20030028046A - 웨이퍼 습식 처리 장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 습식 처리 장치가 개시된다. 이 장치는, 화학물질 용액이 채워지고 웨이퍼가 담기는 적어도 하나의 용기로 이루어진 공정 액조, 공정 액조를 이루는 벽체 일부에 형성된 유입구, 공정 액조 바닥면 중심부에 형성된 유출구, 상기 유입구 및 유출구를 통해 상기 공정 액조와 연결되는 화학물질 용액 순환 배관, 상기 공정 액조 하부에 상기 중심부 부분이 볼록하고 상기 공정 액조의 측벽쪽이 낮게 형성되며 다수의 홀이 균일하게 형성된 판재로 이루어져 상기 액조에서 상기 유입구 부분과 상기 공정 액조의 상부 공간을 구분하는 펀치 플레이트를 구비하여 이루어진다. 바람직하게, 본 발명은 상기 유입구 부분에 중심부가 상기 유입구 중심쪽으로 돌출되어 상기 유입구에서 상기 공정 액조로 유입되는 상기 화학물질 용액을 상기 공정 액조의 주변부로 유도하는 스톱 플레이트를 더 구비하여 이루어질 수 있다.

Description

웨이퍼 습식 처리 장치 {Wet type apparatus for wafer treatment}

본 발명은 반도체 장치 생산 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼에 대한 습식 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 장치 제조는 고도로 집적화된 소자 및 배선으로 회로를 구성하여 이루어지는 것이다. 고도의 정밀성을 가진 패터닝을 가능하게 만드는 것 가운데 하나로 반도체 장치 제조 공정에서 기계적인 방법이 아닌 노광 및 에칭이라는 화학적인 방법을 사용한다는 것을 들 수 있다.

그런데, 이들 반도체 장치 제조 공정에서 광화학적 혹은 화학적인 방법을 사용하므로 그 결과는 화학반응이 이루어지는 공정 조건에 크게 의존하게 된다. 공정 조건 가운데 중요한 것으로 가공되는 웨이퍼 주위에 공급되는 화학 물질의 농도, 공정 챔버의 온도, 압력 등이 있다. 특히, 습식으로 화학물질 용액 내에서 웨이퍼 처리가 이루어지는 경우를 생각하면, 공정 챔버 내의 온도 및 화학 물질의 농도가 가장 중요한 공정 조건을 구성한다. 그런데, 습식 식각을 실시할 때 웨이퍼 표면에서의 화학반응에 참가하는 특정 물질이 용액 내에서 확산 속도는 충분히 빠르지 못하여 웨이퍼 주변에서 이 물질 농도는 점차 낮아지면서 공정 시간이 증가될 수 있다.

또한, 웨이퍼 표면 전반에 걸쳐 화학반응을 일으키는 영역이 고르게 분포하지 않는 경우, 영역별로 웨이퍼 표면에서의 물질 농도가 저하되어 부분적으로 반응이 느리게 이루어질 수 있다. 부분적으로 반응 속도가 달라지면 가령 패터닝 공정에서 형성되는 선폭이 영역별로 달라지고, 영역별로 신호 전달 속도나, 소자 기능이 일정치 않게 되는 문제가 발생한다.

따라서, 화학물질 용액에 의한 웨이퍼 처리가 이루어질 경우, 웨이퍼 표면에 계속 화학물질이 작용하도록 하고, 또한, 웨이퍼 영역별로 균등한 속도로 화학반응이 이루어지도록 해야 한다. 이를 위해 공정 기판을 화학물질 용액에서 습식 처리할 때는 특정 물질의 용기 내 조성이 균등하도록 용기내의 화학물질 용액을 순환시킴으로서 섞어주는 경우가 많다. 용액을 순환시킬 경우, 화학물질의 조성뿐 아니라 온도도 용기 전체를 통해 고르게 해주는 효과를 거둘 수 있다.

도1은 화학물질 용액으로 웨이퍼를 처리하는 습식 처리 장치의 일 예에 대한 개략적 구성을 나타내는 측단면도이며, 도2는 웨이퍼 습식 처리 장치의 일부를 구성하고 있는 펀칭 플레이트의 평면도이다.

도1을 참조하여 설명하면, 웨이퍼 습식 처리 장치는 크게 화학물질 용액(15)이 담겨 있는 내부 액조(13)와 내부 액조(13)를 둘러싸고 내부 액조(13)에서 오버 플로우된 화학물질 용액(15)을 수용하는 외부 액조(11)로 나뉜다. 외부 액조(11)의 하부에는 화학물질 용액(15)이 순환 배관(21)으로 유출되는 유출구(17)가 형성된다. 순환 배관(21)을 거친 화학물질 용액(15)은 내부 액조(13)의 하부로 유입구(19)를 통해 유입된다.

내부 액조(13)의 바닥에 형성된 유입구(19) 위에는 내부 액조(13)의 바닥을 전반적으로 덮고 있는 펀치 플레이트(23)가 있다. 펀치 플레이트(23)는 내부 액조(13)의 바닥면과 일정 거리 이격된 상태로 설치되는 일종의 격벽으로 바닥면과 유사한 형태를 가진다. 그러나, 수많은 홀들이 펀치 플레이트(23)에 고르게 설치되므로 유입구(19)에서 유입된 화학물질 용액(15)은 펀치 플레이트(23)를 통해 내부 액조(13)로 쉽게 들어갈 수 있다. 펀치 플레이트(23)는 유입구(19) 주변의 흐름을 내부 액조(13) 전체를 통해 고르게 분포시키는 역할을 하기 위해 설치된다.

그러나, 펀치 플레이트(23)의 설치에도 불구하고, 화학물질 용액(15)의 유입은 내부 액조(13) 저면 중앙부에 설치된 유입구(19)에 상대적으로 가까운 부분으로집중되는 경향을 보인다. 따라서, 원래의 펀치 플레이트(23) 설치 의도를 충분히 구현하지 못하는 문제가 있다.

본 발명은, 종래 펀치 플레이트가 화학물질 용액의 흐름을 내부 액조 전체를 통해 고르게 하지 못하는 문제점을 보완하기 위한 것으로, 순환 배관에서 유입되는 화학물질 용액의 흐름을 고르게 할 수 있는 웨이퍼 습식 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 화학물질 용액으로 웨이퍼를 처리하는 습식 장치의 일 예에 대한 개략적 구성을 나타내는 측단면도,

도2는 웨이퍼 습식 처리 장치의 일부를 구성하고 있는 펀칭 플레이트의 평면도,

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 습식 처리 장치에 대한 개략적 구성을 나타내는 측단면도,

도4는 도3과 같은 웨이퍼 습식 처리 장치에서 유입구를 지난 화학물질 용액의 흐름이 스톱 플레이트와 펀칭 플레이트에 의해 어떤 양상을 띄는 가의 한 예를 나타내는 설명도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 습식 처리 장치는, 화학물질 용액이 채워지고 웨이퍼가 담기는 적어도 하나의 용기로 이루어진 공정 액조, 공정 액조를 이루는 벽체 일부에 형성된 유입구, 공정 액조 바닥면 중심부에 형성된 유출구, 상기 유입구 및 유출구를 통해 상기 공정 액조와 연결되는 화학물질 용액 순환 배관, 상기 공정 액조 하부에 상기 중심부 부분이 볼록하고 상기 공정 액조의 측벽쪽이 낮게 형성되며 다수의 홀이 균일하게 형성된 판재로 이루어져 상기 액조에서 상기 유입구 부분과 상기 공정 액조의 상부 공간을 구분하는 펀치 플레이트를 구비하여 이루어진다. 바람직하게, 본 발명은 상기 유입구 부분에 중심부가 상기 유입구 중심쪽으로 돌출되어 상기 유입구에서 상기 공정 액조로 유입되는 상기 화학물질 용액을 상기 공정 액조의 주변부로 유도하는 스톱 플레이트를 더 구비하여 이루어질 수 있다.

본 발명에서 유입구 및 유출구를 통해 공정 액조와 연결된 순환 배관은 통상필터, 순환 모터, 밸브 시스템을 구비하며, 경우에 따라 보조 탱크 및 히터를 가질 수 있다.

또한, 공정 액조는 단일 액조로 이루어질 수 있으나, 화학물질 용액으로 채워지고 웨이퍼가 투입되는 내부 액조 및 내부 액조를 감싸고 내부 액조에서 오버 플로우 되는 화학물질 용액을 외곽에서 수집하는 외부 액조를 구비한 이중 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 외부 액조에 유출구, 내부 액조에 유입구가 형성되는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 일 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.

도3을 참조하면, 도1과 같은 내부 액조(13) 및 외부 액조(11)를 가지는 공정 액조가 구비된다. 외부 액조(11)는 외부 액조(11)의 벽체 외곽으로 형성되어 내부 벽체를 넘쳐 흐르는 화학물질 용액(15)을 수용하도록 구성된다. 외부 액조(11)의 저면 일부에는 유출구가 형성되며, 유출구는 순환 배관(21)의 입구가 된다. 순환 배관(21)에는 화학물질 용액(15)에 섞여 있는 이물질을 제거하기 위한 필터(25)가 설치되어 있다. 필터(25)에서 정화된 화학물질 용액(15)은 순환 배관(21)을 통해 진행하여 도시되지 않은 보조 탱크를 거칠 수도 있다. 배관 일부나 보조 탱트 등에는 공정 액조 내의 화학물질 용액의 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터가 설치될 수 있다. 또한, 배관의 일 지점에는 순환 펌프(27)가 설치되어 유출구를 통해 공정 액조에서 나온 화학물질 용액(15)을 공정 액조로 돌려보내는 동력을 제공한다.

순환 배관(21)을 통과한 화학물질 용액(15)은 내부 액조(13) 바닥면의 중앙부에 형성된 유입구를 통해 공정 액조로 돌아온다. 이때, 유입구 전면에는 중앙이유입구쪽으로 돌출되는 원뿔형 스톱 플레이트(43)가 설치되어 유입되는 화학물질 용액(15)의 내부 액조(13) 중앙부로의 흐름을 억제한다. 따라서, 유입되는 화학물질 용액(15)은 내부 액조(13)의 측벽쪽 혹은 주변부쪽으로 유도되며 넓게 퍼져나간다. 그리고, 공정 액조의 내부 액조(13) 하부에서 넓게 퍼진 상태의 흐름은 펀치 플레이트(33)에 다수 형성된 홀들을 통과하여 내부 액조(13) 전체로 퍼져나가면서 기존의 화학물질 용액(15)과 섞여 나간다. 따라서, 화학물질의 조성과 온도가 내부 액조 전체를 통해 균일화되는 효과를 가져온다. 이때, 펀치 플레이트(33)는 면적당 홀의 갯수는 균일한 패턴을 유지하되, 중앙부는 위로 돌출되고, 주변부는 저면쪽으로 내려온 형태가 된다. 중앙부를 위로 돌출시켜 유입구와의 거리를 둔 것은 유입구쪽의 급변하는 흐름의 영향을 줄이기 위한 것이며, 주변부는 상대적으로 유입구와 가깝게 형성되어 내부 액조(13) 주변쪽으로의 화학물질 용액(15) 흐름을 유지하도록 한 것이다.

도4는 도3과 같은 웨이퍼 처리용 습식 장치에서 유입구를 지난 화학물질 용액의 흐름이 스톱 플레이트와 펀칭 플레이트에 의해 어떤 양상을 띄는가의 한 예를 나타내는 설명도이다. 스톱 플레이트(43)와 펀칭 플레이트(33)는 내부 액조(13)에 있어서 순환 배관(21)으로부터 중앙부로 치우친 규칙적 흐름을 줄이고 불규칙하고 분산된 일종의 난류를 형성하는 역할을 하고 있다. 이 난류는 내부 액조(13)의 화학물질 용액을 전체적, 효과적으로 섞어화학물질 조성과 온도를 단시간에 평균화시키기에 적합하다.

본 발명에 따르면 간단한 부가적 요소 설치에 의해 공정의 시간을 줄일 수 있고, 웨이퍼 영역별 패턴 폭의 균일성을 높일 수 있다.

Claims (5)

1. 화학물질 용액이 채워지고 웨이퍼가 담기는 적어도 하나의 용기로 이루어진 공정 액조,

   상기 공정 액조를 이루는 벽체 일부에 형성된 유입구,

   상기 공정 액조 바닥면 중심부에 형성된 유출구,

   상기 유입구 및 유출구를 통해 상기 공정 액조와 연결되는 화학물질 용액 순환 배관 및

   상기 공정 액조 하부에, 상기 중심부 부분이 위로 돌출되고 상기 공정 액조의 측벽쪽이 낮게 형성되며, 다수의 홀이 균일하게 형성된 판재로 이루어져, 상기 액조에서 상기 유입구 부분과 상기 공정 액조의 상부 공간을 구분하는 펀치 플레이트를 구비하여 이루어지는 웨이퍼 습식 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유입구 부분에 중심부가 상기 유입구 중심쪽으로 돌출되어 상기 유입구에서 상기 공정 액조로 유입되는 상기 화학물질 용액을 상기 공정 액조의 주변부로 유도하는 스톱 플레이트가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 습식 처리 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 순환 배관은 필터, 순환 모터, 밸브를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 습식 처리 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 공정 액조는 화학물질 용액으로 채워지고 웨이퍼가 투입되는 내부 액조 및 상기 내부 액조를 감싸고 상기 내부 액조에서 오버 플로우 되는 화학물질 용액을 외곽에서 수집하는 외부 액조를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 습식 처리 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 외부 액조에 상기 유출구가, 상기 내부 액조 저면에 상기 유입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 습식 처리 장치.