KR20040006407A - 웨이퍼 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 웨이퍼 처리 장치는 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전척과, 웨이퍼의 세정 또는 건조를 위한 처리유체를 공급하는 처리유체 공급부를 구비한다. 처리유체 공급부는 처리유체를 수용하기 위한 수용부와, 수용부에 수용된 처리유체를 회전하는 웨이퍼 상에 전체적으로 공급하기 위한 슬릿을 갖는다. 수용부의 내부에는 처리유체에 초음파 진동을 인가하기 위한 초음파 진동부가 설치되어 있고, 초음파 진동부에 의해 초음파 진동이 인가된 처리유체가 웨이퍼 상에 전체적으로 균일하게 공급된다. 따라서, 웨이퍼의 세정 효율이 향상되며, 초음파 진동에 의한 패턴의 손상이 감소된다.

Description

웨이퍼 처리 장치{Apparatus for treating a wafer}
본 발명은 웨이퍼 처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 웨이퍼의 표면에 초음파 진동이 인가된 세정액을 제공하여 웨이퍼를 세정하고, 건조 가스를 사용하여 세정된 웨이퍼를 건조시키는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 증착, 포토리소그래피, 식각, 연마, 세정 및 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해 제조된다. 상기 단위 공정들 중에서 세정 및 건조 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 웨이퍼의 표면에 부착되는 이물질 또는 불필요한 막을 제거하고, 웨이퍼를 건조시키는 웨이퍼 처리 공정이다. 최근, 상기 웨이퍼 처리 공정은 웨이퍼 상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 대조비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 중요도가 높아지고 있다.
상기 세정 공정을 수행하는 장치는 동시에 다수의 웨이퍼를 세정하는 배치식 세정 장치와 낱장 단위로 웨이퍼를 세정하는 매엽식 세정 장치로 구분된다. 배치식 세정 장치는 웨이퍼를 세정하기 위한 세정액이 수용된 세정조를 사용하여 동시에 다수의 웨이퍼를 세정한다. 이때, 세정조에 수용된 세정액에는 세정 효율을 향상시키기 위한 초음파 진동이 인가될 수 있다. 매엽식 세정 장치는 웨이퍼를 지지하기 위한 척과 웨이퍼의 전면 또는 이면에 세정액을 공급하기 위한 노즐들을 포함한다. 웨이퍼에 공급되는 세정액은 초음파 진동이 인가된 상태로 공급될 수도 있고, 웨이퍼 상에 공급된 상태에서 초음파 진동이 인가될 수도 있다.
상기 매엽식 세정 장치는 배치식 세정 장치보다 세정 효율이 높다는 장점이 있으나, 배치식 세정 장치보다 세정 시간이 길다는 단점이 있다. 배치식 세정 장치를 사용하여 다수의 웨이퍼를 동시에 세정하는 경우, 웨이퍼로부터 제거된 이물질이 세정조로부터 배출되지 않고, 세정조 내부에 잔존하는 경우가 발생된다. 상기와 같이 세정조에 잔존하는 이물질은 다시 웨이퍼에 재부착되어 웨이퍼의 세정 효율을저하시키며, 미세한 패턴들 사이에 부착된 이물질에 대한 제거 효율이 낮다는 단점이 있다.
초음파 진동을 세정액에 인가하여 웨이퍼를 세정하는 매엽식 세정 장치의 일 예로서, 미합중국 특허 제6,039,059호(issued to Bran)에는 메가소닉(megasonic) 에너지를 사용하여 웨이퍼에 공급된 세정액을 진동시켜 웨이퍼를 세정하는 장치가 개시되어 있다. 상기 세정 장치는 메가소닉 에너지를 세정액에 인가하기 위한 길게 연장된 석영 프로브를 구비한다. 또한, 미합중국 공개특허 제2001-32657호(Itzkowitz, Herman)에는 웨이퍼 상에 제공된 세정액 또는 식각액에 기계적 진동을 인가하기 위한 메가소닉 변환기를 갖는 메가소닉 처리 장치가 개시되어 있다.
도 1은 상기 석영 프로브를 갖는 매엽식 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼(W)는 원형의 척(110) 상에 놓여지고, 척(110)은 모터(120)로부터 제공되는 회전력에 의해 회전된다. 척(110)은 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 원형 링(112)과, 회전축(122)의 상단 부위에 설치되는 허브(114, hub) 및 허브(114)와 원형 링(112)을 연결하는 다수개의 스포크(116, spoke)들을 포함한다.
척(110)에 놓여진 웨이퍼(W)의 상부에는 웨이퍼(W)를 세정하기 위한 세정액을 웨이퍼(W)의 상면으로 제공하는 제1노즐(130)이 구비되고, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W)의 주변 부위로 비산되는 세정액을 막기 위한 보울(140, bowl)이 척을 둘러싸도록 배치된다.
보울(140)의 바닥에는 웨이퍼(W)로부터 이탈된 세정액을 배출하기 위한 배출 배관(150)이 연결되어 있으며, 모터(120)의 회전력을 척(110)에 전달하기 위한 회전축(122)이 보울(140)의 바닥 중앙 부위를 관통하여 설치되어 있다. 보울(140)의 일측 부위에는 수직 방향으로 슬롯(140a)이 형성되어 있으며, 슬롯(140a)을 통해 웨이퍼(W)의 상면에 제공된 세정액에 초음파 진동을 인가하기 위한 석영 프로브(160)가 설치되어 있다.
석영 프로브(160)는 긴 막대 형상을 가지며, 웨이퍼(W)의 주연 부위로부터 중앙 부위를 향해 배치되며, 웨이퍼(W)의 상면과 일정한 간격을 갖도록 웨이퍼(W)와 평행하게 배치된다. 한편, 척(110)에 놓여진 웨이퍼(W)의 하면으로 세정액을 공급하기 위한 제2노즐(132)이 보울(140)의 일측 부위를 관통하여 설치되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 세정 장치(100)를 사용하여 웨이퍼(W)의 세정 공정을 수행하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 웨이퍼(W)를 척(110) 상에 올려놓는다. 이어서, 모터(120)를 작동시켜 웨이퍼(W)를 회전시키고, 제1노즐(130) 및 제2노즐(132)을 통해 웨이퍼(W)의 상면과 하면에 세정액을 공급한다.
웨이퍼(W)의 상면으로 제공된 세정액은 웨이퍼(W)의 회전에 의해 석영 프로브(160)와 웨이퍼(W)의 상면 사이로 제공된다. 상기와 같이 석영 프로브(160)와 웨이퍼(W) 사이로 제공되는 세정액에는 석영 프로브(160)로부터 초음파 진동이 인가되며, 진동된 세정액에 의해 웨이퍼(W)의 상면에 부착된 미세한 파티클들이 제거된다.
이때, 웨이퍼(W)의 상면으로 웨이퍼(W) 상의 불필요한 막 또는 이물질 등을 제거하기 위한 케미컬(chemical)이 제공될 수도 있다. 상기 초음파 진동은 케미컬과 웨이퍼(W) 상의 불필요한 막 또는 이물질의 화학 반응을 촉진시켜 웨이퍼(W) 상의 불필요한 막 또는 이물질의 제거 효율을 향상시킨다.
웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W)의 상면 또는 하면으로부터 이탈된 세정액은 보울(140)의 측벽에 의해 차단되어 보울(140)의 바닥으로 이동되고, 보울(140)의 바닥에 연결되어 있는 배출 배관(150)을 통해 배출된다.
상기와 같은 세정 장치(100)의 석영 프로브(160)는 긴 막대 형상을 갖기 때문에 웨이퍼(W)의 대형화에 용이하게 대처할 수 없다는 단점이 있다. 긴 막대 형상을 갖는 석영 프로브(160)는 초음파 진동에 의해 빈번하게 파손되므로 석영 프로브(160)의 길이를 연장시키는 것은 매우 제한적이다. 석영 프로브(160)를 통해 제공되는 초음파 진동은 세정액의 공급 유량 및 웨이퍼(W)의 회전 속도 등에 따라 가변되기 때문에 웨이퍼(W)의 상면에 제공되는 세정액에 균일하게 전달되지 않고, 이로 인해 웨이퍼(W)의 부위별 세정 효율이 달라진다는 문제점이 있다.
또한, 석영 프로브(160)와 웨이퍼(W) 상에 공급된 세정액의 접촉 면적이 제한적이기 때문에 초음파 진동의 인가 효율이 낮다는 단점이 있고, 웨이퍼(W)의 상에 공급되는 세정액에 직접적으로 인가되는 초음파 진동에 의해 웨이퍼(W) 상에 형성되어 있는 미세한 패턴이 손상될 우려가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은 초음파 진동이 인가된 세정액을 웨이퍼 상에 전체적으로 균일하게 제공하는 웨이퍼 처리 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제2목적은 초음파 진동이 인가된 세정액을 다수의 웨이퍼 상에 전체적으로 균일하게 각각 제공하고, 다수의 웨이퍼를 동시에 처리할 수 있는 웨이퍼 처리 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 매엽식 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 처리유체 공급부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1플레이트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 제1플레이트의 다른 예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시된 제2플레이트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 도 5에 도시된 제1플레이트와 대응하는 제2플레이트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 제1플레이트의 슬릿에 설치되는 분사판을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 도 2에 도시된 처리유체 공급부와 연결되는 공급 배관을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 3에 도시된 처리유체 공급부의 다른 예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 제2플레이트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 13은 도 12에 도시된 처리유체 공급부들과 연결되는 공급 배관을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 12에 도시된 제1구동부의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 웨이퍼 처리 장치202 : 처리 챔버
210 : 회전척212 : 회전축
214 : 모터216 : 구동부
220 : 처리유체 공급부220a : 수용부
222 : 제1플레이트222a : 슬릿
224 : 제2플레이트224a : 오목부
226 : 분사판230 : 초음파 진동부
240 : 배출 배관250 : 공급 배관
W : 웨이퍼
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 처리 장치는, 웨이퍼를 지지하고, 회전시키기 위한 회전척과, 상기 웨이퍼를 세정하기 위한 제1처리유체를 수용하기 위한 제1수용부 및 상기 제1수용부와 연결되는 제1슬릿을 갖고, 상기 제1처리유체가 상기 제1슬릿을 통해 상기 회전척에 의해 회전되는 웨이퍼 상에 전체적으로 공급되도록 상기 회전척의 상부에 배치되는 처리유체 공급부와, 상기 제1수용부에 설치되고, 상기 제1수용부에 수용된 제1처리유체에 초음파 진동을 인가하기 위한 초음파 진동부를 포함한다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 처리 장치는, 다수의 웨이퍼를 수용하는 웨이퍼 카세트를 지지하는 카세트 스테이지와 상기 웨이퍼들을 처리하기 위한 다수의 처리 챔버와, 상기 웨이퍼 카세트와 상기 처리 챔버들 사이에서 상기 웨이퍼들을 이송하기 위한 이송부를 포함한다. 상기 처리 챔버는 웨이퍼를 지지하고, 회전시키기 위한 회전척과, 상기 웨이퍼를 세정하기 위한 제1처리유체를 수용하기 위한 제1수용부 및 상기 제1수용부와 연결되는 제1슬릿을 갖고, 상기 제1처리유체가 상기 제1슬릿을 통해 상기 회전척에 의해 회전되는 웨이퍼 상에 전체적으로 공급되도록 상기 회전척의 상부에 배치되는 처리유체 공급부와, 상기 제1수용부에 설치되고, 상기 제1수용부에 수용된 제1처리유체에 초음파 진동을 인가하기 위한 초음파 진동부를 포함한다.
따라서, 회전척에 의해 회전되는 웨이퍼 상에는 상기 제1슬릿을 통해 초음파 진동이 인가된 제1처리유체가 균일하게 공급되므로 웨이퍼의 균일한 세정이 이루어진다. 또한, 다수의 웨이퍼에 대한 매엽식 세정이 동시에 수행되므로 웨이퍼 세정에 소요되는 시간이 단축된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 웨이퍼 처리 장치(200)는 회전척(210), 처리유체 공급부(220), 초음파 진동부(230) 및 처리 챔버(202)를 구비한다.
회전척(210)은 웨이퍼(W)를 지지하고, 회전시킨다. 처리유체 공급부(220)는 웨이퍼(W)를 지지하는 회전척(210)의 상부에 배치되고, 회전척(210)에 지지된 웨이퍼(W) 상에 처리유체를 공급한다. 처리유체는 웨이퍼(W)의 표면을 세정하기 위한 세정액이며, 다양한 종류의 세정액들이 사용될 수 있다. 처리유체 공급부(220)의 내부에는 처리유체를 수용하기 위한 수용부(220a)가 형성되어 있으며, 회전척(210)에 지지된 웨이퍼(W) 상에 처리유체를 공급하기 위한 슬릿(222a)이 수용부(220a)와 연결되도록 형성되어 있다. 수용부(220a)에는 초음파 진동부(230)가 설치되어 있으며, 초음파 진동부(230)는 수용부(220a)에 수용되는 처리유체에 초음파 진동을 인가한다.
회전척(210)은 처리 챔버(202) 내부에 설치되며, 처리 챔버(202)는 상부가 개방된 컵 형상을 갖는다. 여기서, 회전척(210)이 웨이퍼(W)를 파지하는 방법은 다양한 방법들이 공지되어 있으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다. 처리유체 공급부(220)는 원반 형상을 갖고, 처리 챔버(202)의 상부를 덮을 수 있는 크기를 갖는다. 회전척(210)의 하부에는 회전력을 전달하는 회전축(212)이 연결되어 있으며, 회전축(212)은 회전력을 제공하는 모터(214)와 연결된다. 모터(214)의 하부에는 회전척(210)에 의해 지지된 웨이퍼(W)와 처리유체 공급부(220) 사이의 간격을 조절하기 위한 구동부(216)가 구비된다. 구동부(216)는 회전축(212)을 상하 이동시켜 웨이퍼(W)와 처리유체 공급부(220) 사이의 간격을 조절한다. 구동부(216)는 처리 챔버(202)의 바닥(202a) 중앙 부위에 배치된다.
처리 챔버(202)의 하부에는 웨이퍼(W)의 세정에 사용된 처리유체를 배출하기 위한 배출 배관(240)이 연결되어 있다. 처리 챔버(202)의 바닥(202a)은 중앙 부위로부터 가장자리 부위를 향해 하향 경사지도록 형성되어 있으며, 배출 배관(240)은 처리 챔버(202)의 바닥(202a)의 가장자리 부위에 연결되어 있다. 또한, 처리 챔버(202)의 일측에는 웨이퍼(W)의 로딩 및 언로딩을 위한 도어(204)가 설치되어 있다.
초음파 진동을 발생시키기 위한 초음파 발생부(미도시)는 울트라 소닉 발생기(ultra sonic generator)와 메가소닉 발생기(megasonic generator)로 이루어진다. 울트라 소닉 발생기는 20 내지 800kHz의 고주파 전원을 제공하며, 메가소닉 발생기는 800kHz 이상의 고주파 전원을 제공한다. 초음파 진동부(230)는 초음파 발생부로부터 제공되는 고주파 전원에 의해 기계적 진동을 발생시키는 압전 변환기(piezoelectric transducer)이다.
도 3은 도 2에 도시된 처리유체 공급부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 처리유체 공급부(220)는 제1플레이트(222)와 제2플레이트(224)를 포함한다. 제1플레이트(222)와 제2플레이트(224)는 각각 원반 형상을 갖는다. 제1플레이트(222)는 웨이퍼(W)의 크기보다 크며, 제2플레이트(224)는 처리 챔버(202)의 상부를 덮을 수 있는 크기를 갖는다. 제1플레이트(222)는 제1플레이트(222)의 중심축과 제2플레이트(224)의 중심축이 일치하도록 제2플레이트(224)의 중앙 부위에 부착된다.
슬릿(222a)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1플레이트(222)의 중심을 통과하도록 형성된다. 슬릿(222a)의 길이는 웨이퍼(W)의 직경과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 슬릿(270a)은 제1플레이트(270)의 중심으로부터 제1플레이트(270)의 주연 부위까지 형성될 수도 있다. 즉, 도 5에 도시된 슬릿(270a)의 길이는 웨이퍼(W)의 반경과 동일하다.
상기와 같이 웨이퍼(W)의 반경과 같거나 웨이퍼의 반경보다 긴 길이를 갖는 슬릿(222a, 270a)을 통해 웨이퍼(W) 상으로 공급되는 처리유체는 웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W) 상에 전체적으로 공급된다.
도 6은 도 3에 도시된 제2플레이트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 제2플레이트(224)의 하부면에는 처리유체를 수용하기 위한 오목부(224a)가 형성되어 있다. 오목부(224a)의 형상은 반원이며, 제1플레이트(222)의 슬릿(222a)과 연결된다. 이때, 오목부(224a)의 직경은 제1플레이트(222)의 슬릿(222a)의 길이와 대응한다. 제2플레이트(224)의 측면에는 처리유체를 공급하기 위한 공급 배관(250)이 연결되어 있다. 공급 배관(250)은 제2플레이트(224)의 측면과 오목부(224a)의 내측 원주면(inner side rounding surface)을 관통하는 홀(224b, 도 2 참조)에 연결된다. 또한, 오목부(224a)에는 처리유체에 초음파 진동을 인가하기 위한 초음파 진동부(230)가 제1플레이트(222)의 슬릿(222a)을 따라 배치되어 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 도 5에 도시된 제1플레이트(270)를 사용하는 경우 제2플레이트(272)에 형성되는 오목부(272a)의 직경은 웨이퍼(W)의 반경과 대응한다. 여기서, 오목부(272a)의 형상은 다양하게 변경될 수 있다.
도 2에 도시된 수용부(220a)는 제1플레이트(222)와 제2플레이트(224)의 오목부(224a)에 의해 한정되며, 오목부(224a)에 설치된 초음파 진동부(230)에 의해 수용부(220a)에 수용된 처리유체에 초음파 진동이 인가된다. 초음파 진동부(230)는 수용부(220a)에 수용된 처리유체에 초음파 진동을 인가하고, 초음파 진동이 인가된 처리유체가 웨이퍼(W) 상으로 공급되기 때문에 웨이퍼(W) 상에 형성되어 있는 패턴의 손상이 감소된다.
슬릿(222a)의 내부에는 도 8에 도시된 바와 같은 분사판(226)이 설치된다. 분사판(226)에는 초음파 진동이 인가된 처리유체를 웨이퍼(W) 상에 균일하게 공급하기 위한 다수의 분사구(226a)들이 형성되어 있다. 따라서, 슬릿(222a)의 내부에 설치된 분사판(226)의 분사구(226a)들을 통해 웨이퍼(W) 상으로 공급되는 처리유체는 웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W) 상에 전체적으로 균일하게 공급된다.
처리유체는 웨이퍼(W)의 표면을 세정하기 위한 세정액을 포함한다. 상기 세정액으로는 탈이온수(de-ionized water, H2O), 불산(HF)과 탈이온수의 혼합액, 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합액, 불화암모늄(NH4F)과 불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액 및 인산(H3PO4) 및 탈이온수를 포함하는 혼합액 등이 사용될 수 있다.
일반적으로, 탈이온수는 웨이퍼(W)에 부착된 이물질 제거 및 린스의 목적으로 사용된다.
불산과 탈이온수의 혼합액(DHF)은 웨이퍼(W) 상에 형성된 자연 산화막(SiO2) 제거 및 금속 이온 제거를 위해 사용한다. 이때, 불산과 탈이온수의 혼합 비율은 1:100 내지 1:500 정도이며, 세정 공정의 조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
일반적으로, SC1(standard clean 1) 용액이라 불리는 수산화암모늄과 과산화수소 및 탈이온수의 혼합액은 웨이퍼(W) 상에 형성된 산화막 또는 웨이퍼(W) 상에 부착된 유기물을 제거하며, 혼합 비율은 1:4:20 내지 1:4:100 정도이며, 세정 공정에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
그리고, LAL 용액이라 불리는 불화암모늄과 불산 및 탈이온수의 혼합액은 웨이퍼(W) 상에 형성된 산화막을 제거하며, 인산과 탈이온수를 포함하는 혼합액은 상기 LAL 용액으로 처리가 불가능한 나이트라이드(nitride) 계열의 이물질을 제거한다.
상기 세정액들은 온도가 높을수록 높은 세정 효과를 나타내며, 상기 온도는 적절하게 조절될 수 있다. 또한, 상기와 같이 다양한 세정액들은 제거하고자 하는 이물질의 종류에 따라 순차적으로 사용될 수도 있고, 초음파 진동은 세정액의 반응을 촉진시켜 웨이퍼(W)의 세정 효율을 향상시킨다.
또한, 처리유체는 웨이퍼(W)의 표면을 건조시키기 위한 건조가스를 포함한다. 상기 건조가스로는 이소프로필 알콜 증기 또는 가열된 질소 가스가 사용될 수 있으며, 이소프로필 알콜 및 가열된 질소 가스의 혼합 가스가 사용될 수 있다. 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 수분은 공급되는 이소프로필 알콜 증기로 인해 발생되는 마란고니 효과(Marangoni effect)와 웨이퍼의 회전에 의해 웨이퍼(W)의 표면으로부터 제거된다.
이소프로필 알콜 증기는 액상의 이소프로필 알콜을 가열하여 형성될 수 있으며, 가열된 질소 가스를 사용하여 이소프로필 알콜 증기를 발생시키는 버블러(bubbler)에 의해 형성될 수 있다. 상기 버블러를 사용하는 경우 가열된 질소 가스는 캐리어 가스로 사용되며, 웨이퍼(W) 상에는 이소프로필 알콜 증기와 가열된 질소 가스의 혼합 가스가 공급된다. 또한, 웨이퍼(W)의 최종 건조를 위해 가열된 질소 가스가 단독으로 공급될 수 있다.
이소프로필 알콜 증기를 단독으로 웨이퍼(W) 표면에 공급하는 경우, 이소프로필 알콜 증기를 사용하여 웨이퍼(W) 표면의 수분을 제거한 후, 웨이퍼(W)의 표면에 가열된 질소 가스를 재차 공급하여 웨이퍼(W)의 표면에 잔존하는 이소프로필 알콜을 휘발시킴으로서 웨이퍼(W)가 최종적으로 건조된다. 한편, 이소프로필 알콜 증기와 가열된 질소 가스의 혼합 가스를 공급하는 경우, 웨이퍼(W) 표면의 수분 제거 및 이소프로필 알콜의 휘발이 동시에 진행된다.
도 9는 도 2에 도시된 처리유체 공급부와 연결되는 공급 배관을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 처리유체 공급부(220)와 연결되는 공급 배관(250)은 서로 다른 다수의 처리유체들을 각각 공급하기 위한 다수의 제1배관(252)과, 수용부(220a)와 제1배관(252)들을 연결하고, 서로 다른 처리유체들 중에서 선택된 하나를 수용부(220)로 공급하기 위한 제2배관(254)과, 제1배관(252)들 중에 각각 설치되고, 서로 다른 제1처리유체들의 유량을 각각 제어하기 위한 다수의 제1밸브(256)와, 제2배관(254) 중에 설치되고, 수용부(220a)로 공급되는 선택된 처리유체의 유량을 제어하기 위한 제2밸브(258)를 포함한다. 여기서, 서로 다른 처리유체들은 다수의 세정액들과 다수의 건조가스들을 의미한다.
제1배관(252)들은 탈이온수, 불산(HF)과 탈이온수의 혼합액, 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합액, 불화암모늄(NH4F)과 불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액 및 인산(H3PO4) 및 탈이온수를 포함하는 혼합액, 이소프로필 알콜 증기, 가열된 질소 가스를 각각 공급한다.
제1배관(252)들에 설치된 제1밸브(254)들과 제2배관(256)에 설치된제2밸브(258)는 웨이퍼(W)의 세정 및 건조에 필요한 세정액 및 건조 가스를 선택한다. 즉, 세정하고자 하는 이물질에 따라 선택된 세정액에 의해 웨이퍼(W)의 세정 공정이 수행되며, 탈이온수에 의해 최종 세정이 수행된다. 탈이온수에 의한 웨이퍼(W)의 최종 세정 공정이 종료되면, 건조가스에 의한 웨이퍼(W)의 건조 공정이 수행된다.
여기서, 세정액은 액체이며, 건조가스는 기체이므로 세정 공정과 건조 공정 사이에서 제2배관(256) 및 처리유체 공급부(220)의 수용부(220a)에 잔존하는 세정액 및 건조가스를 배출해야하는 번거로움이 있다. 상기와 같은 번거로움을 방지하기 위한 처리유체 공급부(250)의 다른 예가 도 10 및 도 11에 도시되어 있다.
도 10은 도 3에 도시된 처리유체 공급부의 다른 예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 제2플레이트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 도시된 처리유체 공급부(280)는 각각 원반 형상을 갖는 제1플레이트(282)와 제2플레이트(284)를 포함한다. 제1플레이트(282)는 웨이퍼(W)보다 크며, 제2플레이트(284)는 처리 챔버(202)의 상부를 덮을 수 있는 크기를 갖는다. 제1플레이트(282)는 제1플레이트(282)의 중심축이 제2플레이트(284)의 중심축과 일치하도록 제2플레이트(284)의 하부면 중심 부위에 부착된다.
제1플레이트(282)에는 각각 제1처리유체와 제2처리유체를 웨이퍼(W) 상에 전체적으로 공급하기 위한 제1슬릿(282a)과 제2슬릿(282b)이 형성되어 있다. 제1슬릿(282a)과 제2슬릿(282b)은 평행하게 형성되며, 제1플레이트(282)의 중심에 대하여 서로 반대방향에 위치된다. 제1슬릿(282a)과 제2슬릿(282b)은 각각웨이퍼(W)의 직경과 대응하는 길이를 갖는다.
제2플레이트(284)의 하부면에는 제1플레이트(282)의 제1슬릿(282a)과 제2슬릿(282b)과 각각 대응하는 제1오목부(284a)와 제2오목부(284b)가 형성되어 있다. 제1오목부(284a) 및 제2오목부(284b)의 형상은 각각 반원이며, 제1오목부(284a)의 직선 변은 제1슬릿(282a)과 평행하고, 제2오목부(284b)의 직선 변은 제2슬릿(282b)과 평행하다. 따라서, 제1처리유체를 수용하기 위한 제1수용부는 제1플레이트(282)와 제1오목부(284a)에 의해 한정되며, 제2처리유체를 수용하기 위한 제2수용부는 제1플레이트(282)와 제2오목부(284b)에 의해 한정된다. 제1오목부(282a)에는 제1처리유체를 공급하기 위한 제1공급 배관(290)이 연결되고, 제2오목부(284b)에는 제2처리유체를 공급하기 위한 제2공급 배관(292)이 연결된다.
한편, 제1처리유체는 웨이퍼(W)를 세정하기 위한 세정액이며, 제1오목부(284a)에는 제1처리유체에 초음파 진동을 인가하기 위한 초음파 진동부(294)가 설치되어 있다. 제2처리유체는 웨이퍼(W)를 건조시키기 위한 건조가스이다.
제1슬릿(282a)과 제2슬릿(282b)의 내부에는 제1처리유체 및 제2처리유체를 웨이퍼(W) 상으로 각각 균일하게 공급하기 위한 제1분사판(296)과 제2분사판(298)이 설치되어 있다. 따라서, 제1분사판(296) 및 제2분사판(298)을 통해 웨이퍼(W) 상으로 공급되는 제1처리유체 및 제2처리유체는 웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W) 상에 전체적으로 균일하게 공급된다. 또한, 제1처리유체와 제2처리유체가 독립적으로 공급되므로 도 3에 도시된 처리유체 공급부(220)를 사용하는 경우에발생하는 번거로움이 제거된다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치(300)는 다수의 웨이퍼(W)를 수용하는 웨이퍼 카세트()를 지지하는 카세트 스테이지와, 상기 웨이퍼들을 처리하기 위한 다수의 처리 챔버(310)와, 카세트 스테이지 및 챔버들 사이에서 웨이퍼들을 이송하는 이송부를 구비한다.
처리 챔버(310)는 웨이퍼(W)를 지지하고, 회전시키기 위한 회전척(312)과, 웨이퍼(W)를 세정하기 위한 처리유체를 회전척(312)에 의해 회전되는 웨이퍼(W) 상에 공급하기 위한 처리유체 공급부(314)와, 웨이퍼(W) 상에 공급되는 처리유체에 초음파 진동을 인가하기 위한 초음파 진동부(316)를 구비한다. 또한, 처리 챔버(312)의 내부에는 웨이퍼(W)를 회전시키기 위한 회전력을 제공하고, 웨이퍼(W)와 처리유체 공급부(314) 사이의 간격을 조절하기 위한 제1구동부(318)가 구비된다.
처리 챔버(310)의 구조는 도 2에 도시한 웨이퍼 처리 장치(200)의 처리 챔버(202)와 유사하며, 회전척(312), 처리유체 공급부(314) 및 초음파 진동부(316)의 구조는 동일하다. 따라서, 회전척(312), 처리유체 공급부(314) 및 초음파 진동부(316)에 대한 설명은 생략하기로 한다.
처리 챔버(310)들은 수직 방향으로 배열된다. 즉, 처리 챔버(310)들은 다층 구조를 갖는다. 웨이퍼(W)들의 처리 공정에 사용된 처리 유체들을 배출하기 위한배출 배관(320)들은 처리 챔버(310)들의 일측에 각각 연결된다.
이송부(330)는 웨이퍼 카세트(302)로부터 다수의 웨이퍼(W)를 동시에 인출하고, 인출된 다수의 웨이퍼(W)를 처리 챔버(310)들에 동시에 로딩한다. 이송부(330)는 다층 구조를 갖는 처리 챔버(310)들과 카세트 스테이지(304) 사이에 배치되며, 다수의 웨이퍼(w)를 동시에 핸들링하기 위한 다수의 로봇 암(332)을 갖는다. 로봇 암(332)들은 수직 방향으로 배치되는 구동축(334)에 수직 방향으로 배치된다. 로봇 암(332)들은 웨이퍼(W)들을 각각 로딩 및 언로딩하기 위해 수평면 상에서 직선 왕복 운동한다. 구동축(334)의 하부에는 로봇 암(332)들을 회전시키고, 상하 이동시키기 위한 제2구동부(336)가 연결된다.
로봇 암(332)들은 웨이퍼 카세트(302)와 처리 챔버(310)들 사이에서 다수의 웨이퍼(W)들을 동시에 로딩 및 언로딩하기 위해 수평 방향으로 직선 왕복 운동한다. 제2구동부(336)는 로봇 암(332)들이 웨이퍼 카세트(302) 또는 처리 챔버(310)들을 향하도록 로봇 암(332)들을 회전시키고, 로봇 암(332)들의 높이가 웨이퍼 카세트(302)의 슬롯들 또는 처리 챔버(310)들과 각각 대응되도록 로봇 암(332)들을 상하 이동시킨다.
상기 제2실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치(300)는 다수의 웨이퍼(W)를 동시에 처리할 수 있으므로 웨이퍼(W)의 처리 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 각각의 웨이퍼(W)에 대한 처리 공정은 독립적으로 이루어지므로 웨이퍼(W)의 처리 효율이 향상된다.
도 12에 도시된 바에 의하면, 처리 챔버(310)들은 수직 방향으로 배열되어있으나, 처리 챔버(310)들은 수직 및 수평 방향으로 배열될 수 있다. 이때, 카세트 스테이지(304)에는 다수개의 웨이퍼 카세트(302)들이 처리 챔버(310)들의 수평 배열 방향과 평행하게 배치되고, 처리 챔버(310)들과 카세트 스테이지(304) 사이에는 다수개의 이송부(330)가 배치된다.
도 13은 도 12에 도시된 처리유체 공급부들과 연결되는 공급 배관을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 처리유체 공급부(314)들과 연결되는 공급 배관(340)은 서로 다른 다수의 처리유체들을 각각 공급하기 위한 다수의 제1배관(342)과, 처리유체 공급부(314)들의 수용부들과 각각 연결되고, 서로 다른 처리유체들 중에서 선택된 하나를 상기 수용부들로 각각 제공하기 위한 다수의 제2배관(344)과, 제1배관(342)들 및 제2배관(344)들을 연결하기 위한 제3배관(346)과, 제1배관(342)들 중에 각각 설치되고, 서로 다른 처리유체들의 유량을 각각 제어하기 위한 다수의 제1밸브(348)와, 제2배관(344)들 중에 각각 설치되고, 수용부들로 각각 제공되는 상기 선택된 처리유체의 유량을 각각 제어하기 위한 다수의 제2밸브(350)와, 제3배관(346)에 중에 설치되고, 선택된 처리유체의 유량을 제어하기 위한 제3밸브(352)를 포함한다. 서로 다른 처리유체들은 다수의 세정액들과 다수의 건조가스들을 의미한다.
제1배관(342)들은 탈이온수, 불산(HF)과 탈이온수의 혼합액, 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합액, 불화암모늄(NH4F)과불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액 및 인산(H3PO4) 및 탈이온수를 포함하는 혼합액, 이소프로필 알콜 증기, 가열된 질소 가스를 각각 공급한다.
제1배관(342)들에 설치된 제1밸브(348)들은 웨이퍼(W)의 세정 및 건조에 필요한 세정액 및 건조 가스를 선택한다. 제2배관(344)들에 설치된 제2밸브(350)들 및 제3배관(346)에 설치된 제3밸브(352)는 처리 챔버(310)들에 로딩된 웨이퍼(W)들에 각각 공급되는 처리유체들의 유량을 제어한다. 즉, 세정하고자 하는 이물질에 따라 선택된 세정액에 의해 웨이퍼의 세정 공정이 수행되며, 탈이온수에 의해 최종 세정이 수행된다. 탈이온수에 의한 웨이퍼(W)의 최종 세정 공정이 종료되면, 건조가스에 의한 웨이퍼(W)의 건조 공정이 수행된다.
도 14는 도 12에 도시된 제1구동부의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 14를 참조하면, 도시된 제1구동부(360)는 처리 챔버(310)들의 외부에 배치되고, 제1구동부(360)와 다수개의 회전척(312)들은 수직 암(362)과 다수개의 수평 암(364)들에 의해 연결된다. 수직 암(362)은 제1구동부(360)의 상부에 연결되고, 다수개의 수평 암(364)들은 처리 챔버(310)들을 관통하여 수직 암(362)과 회전척(312)들을 각각 연결한다. 제1구동부(360)는 처리 챔버(310)들의 내부에 구비되는 회전척(312)들을 각각 회전시키고, 회전척(312)들의 높이를 각각 조절한다.
제1구동부(360)와 수직 암(362)이 처리 챔버(310)들의 외부에 배치됨에 따라 처리 챔버(310)들의 높이가 낮아지고, 웨이퍼 처리 장치의 설계 공간이 보다 넓어진다.
상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따르면, 처리유체 공급부는 초음파 진동이 인가된 처리유체를 슬릿을 통해 회전하는 웨이퍼 상으로 공급한다. 따라서, 초음파 진동이 인가된 처리유체는 웨이퍼 상에 전체적으로 균일하게 공급되고, 웨이퍼의 전체적인 세정 효율이 향상된다. 또한, 초음파 진동이 인가된 세정액이 공급되므로 웨이퍼 상에 형성되어 있는 패턴이 손상되지 않는다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치는 다수개의 처리 챔버들과, 다수의 웨이퍼를 동시에 이송할 수 있는 이송부를 구비한다. 따라서, 다수의 웨이퍼에 대한 처리 공정이 동시에 수행되므로 웨이퍼 처리 공정의 시간이 단축된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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 (20)

  1. 웨이퍼를 지지하고, 회전시키기 위한 회전척;
    상기 웨이퍼를 세정하기 위한 제1처리유체를 수용하기 위한 제1수용부 및 상기 제1수용부와 연결되는 제1슬릿을 갖고, 상기 제1처리유체가 상기 제1슬릿을 통해 상기 회전척에 의해 회전되는 웨이퍼 상에 전체적으로 공급되도록 상기 회전척의 상부에 배치되는 처리유체 공급부; 및
    상기 제1수용부에 설치되고, 상기 제1수용부에 수용된 제1처리유체에 초음파 진동을 인가하기 위한 초음파 진동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전척을 내장하는 처리 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 처리 챔버의 상부는 개방되어 있으며, 상기 처리유체 공급부가 상기 처리 챔버를 덮고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 처리 챔버의 하부에 연결되며, 상기 웨이퍼의 처리에 사용된 제1처리유체를 배출하기 위한 배출 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회전척에 지지된 웨이퍼와 상기 처리유체 공급부 사이의 간격을 조절하기 위해 상기 회전척을 수직 방향으로 이동시키는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 처리유체 공급부는,
    상기 제1처리유체를 수용하기 위한 오목부가 일면에 형성된 제1플레이트; 및
    상기 일면에 부착되고, 상기 제1슬릿이 형성된 제1플레이트를 포함하며, 상기 제1수용부는 상기 오목부와 상기 제2플레이트로 한정되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1슬릿의 길이는 상기 웨이퍼의 반지름과 같거나 상기 웨이퍼의 반지름보다 긴 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1슬릿의 내부에 설치되며, 상기 제1처리유체를 상기 웨이퍼 상에 균일하게 공급하기 위한 다수의 분사구가 형성된 분사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1처리유체는,
    탈이온수(H2O),
    불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액,
    수산화암모늄(NH4OH), 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합액,
    불화암모늄(NH4F), 불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액, 또는
    인산(H3PO4) 및 탈이온수를 포함하는 혼합액인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1처리유체는 상기 웨이퍼를 건조하기 위한 건조가스를 더 포함하며,
    상기 건조 가스는 이소프로필 알콜 증기, 질소 가스 또는 이소프로필 알콜 증기와 질소 가스의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 서로 다른 다수의 제1처리유체들을 각각 공급하기 위한 다수의 제1배관;
    상기 제1수용부와 상기 제1배관들을 연결하고, 상기 서로 다른 제1처리유체들 중에서 선택된 하나를 상기 제1수용부로 공급하기 위한 제2배관;
    상기 제1배관들 중에 각각 설치되고, 상기 서로 다른 제1처리유체들의 유량을 각각 제어하기 위한 다수의 제1밸브; 및
    상기 제2배관 중에 설치되고, 상기 제1수용부로 공급되는 상기 선택된 제1처리유체의 유량을 제어하기 위한 제2밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 처리유체 공급부는 상기 웨이퍼를 건조하기 위한 제2처리유체를 수용하기 위한 제2수용부;
    상기 제2수용부와 연결되고, 상기 제2처리유체를 상기 회전척에 의해 회전되는 상기 웨이퍼 상에 전체적으로 공급하기 위한 제2슬릿을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  13. 다수의 웨이퍼를 수용하는 웨이퍼 카세트를 지지하는 카세트 스테이지;
    웨이퍼를 지지하고, 회전시키기 위한 회전척과, 상기 웨이퍼를 세정하기 위한 제1처리유체를 수용하기 위한 제1수용부 및 상기 제1수용부와 연결되는 제1슬릿을 갖고, 상기 제1처리유체가 상기 제1슬릿을 통해 상기 회전척에 의해 회전되는 웨이퍼 상에 전체적으로 공급되도록 상기 회전척의 상부에 배치되는 처리유체 공급부와, 상기 제1수용부에 설치되고, 상기 제1수용부에 수용된 제1처리유체에 초음파 진동을 인가하기 위한 초음파 진동부를 포함하는 다수의 처리 챔버; 및
    상기 웨이퍼 카세트와 상기 처리 챔버들 사이에서 상기 웨이퍼들을 이송하기 위한 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 처리 챔버들은 수직 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 이송부는 상기 웨이퍼 카세트로부터 다수의 웨이퍼를 동시에 인출하고, 상기 다수의 웨이퍼를 동시에 상기 처리 챔버들에 로딩하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제1슬릿의 길이는 상기 웨이퍼의 반지름과 같거나 상기 웨이퍼의 반지름보다 긴 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 처리유체 공급부는,
    상기 제1처리유체를 수용하기 위한 오목부가 일면에 형성된 제1플레이트; 및
    상기 일면에 부착되고, 상기 제1슬릿이 형성된 제1플레이트를 포함하고, 상기 제1수용부는 상기 오목부와 상기 제2플레이트로 한정되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  18. 제13항에 있어서, 상기 회전척에 지지된 웨이퍼와 상기 처리유체 공급부 사이의 간격을 조절하기 위해 상기 회전척을 수직 방향으로 이동시키는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  19. 제13항에 있어서, 서로 다른 다수의 제1처리유체들을 각각 공급하기 위한 다수의 제1배관;
    상기 제1수용부들과 각각 연결되고, 상기 서로 다른 제1처리유체들 중에서 선택된 하나를 상기 제1수용부들로 각각 제공하기 위한 다수의 제2배관;
    상기 제1배관들과 상기 제2배관들을 연결하기 위한 제3배관;
    상기 제1배관들 중에 각각 설치되고, 상기 서로 다른 제1처리유체들의 유량을 각각 제어하기 위한 다수의 제1밸브;
    상기 제2배관들 중에 각각 설치되고, 상기 제1수용부들로 제공되는 상기 선택된 제1처리유체의 유량을 각각 제어하기 위한 다수의 제2밸브; 및
    상기 제3배관에 중에 설치되고, 상기 선택된 제1처리유체의 유량을 제어하기 위한 제3밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  20. 제13항에 있어서, 상기 처리유체 공급부는 상기 웨이퍼를 건조하기 위한 제2처리유체를 수용하기 위한 제2수용부; 및
    상기 제2수용부와 연결되고, 상기 제2처리유체를 상기 회전척에 의해 회전되는 상기 웨이퍼 상에 전체적으로 공급하기 위한 제2슬릿을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
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