KR20060070158A - 웨이퍼 세정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세정 장치에 관한 것으로, 세정 장치는 웨이퍼 가장자리를 지지하고 회전시키는 롤러들을 가진다. 롤러들은 핸들러에 의해 웨이퍼가 이송될 때의 위치인 대기위치와 공정 수행시 웨이퍼를 지지하는 위치인 공정위치간 이동된다. 대기위치에서 롤러들은 웨이퍼의 가장자리가 롤러들의 상부면에 얹혀질 수 있도록 배치된다.

세정 장치, 롤러, 웨이퍼

Description

웨이퍼 세정장치{APPARATUS FOR CLEANING WAFER}

도 1은 일반적으로 사용되고 있는 세정 장치의 평면도;

도 2a와 도 2b는 각각 롤러들이 대기위치에 있을 때와 공정위치에 있을 때, 롤러들과 웨이퍼의 위치를 보여주는 도면들;

도 3은 도 1의 장치 사용시 문제점을 보여주는 도면;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세정 장치를 개략적으로 보여주는 평면도;

도 5는 도 4의 장치에서 롤러의 형상과 롤러의 회전 구조를 개략적으로 보여주는 도면;

도 6은 대기위치에서 웨이퍼와 롤러들간의 위치를 보여주는 평면도;

도 7은 도 6의 선 Ⅰ- Ⅰ을 따라 절단한 단면도;

도 8은 공정위치에서 웨이퍼와 롤러들간의 위치관계를 보여주는 평면도; 그리고,

도 9는 도 8의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 스테이지

200 : 롤러

300 : 이동 부재

본 발명은 반도체 기판을 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 화학적 기계적 연마가 이루어진 기판을 세정하는 장치에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정은 웨이퍼 상에 박막층을 형성하는 증착공정과 그 박막층 상에 미세한 회로패턴을 형성하는 식각공정을 포함한다. 웨이퍼 상에 요구되는 회로패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되고, 웨이퍼의 표면에는 매우 많은 굴곡이 생긴다. 반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 회로의 선폭은 감소되고, 하나의 칩에 더 많은 배선들이 적층되고 있어 칩 내부에서 위치에 따른 단차는 더욱 증가하고 있다. 이들 적층배선들에 의해 생긴 단차는 후속 공정에서 도전층의 고른 도포를 어렵게 하고 사진 공정에서 디포커스 등의 문제를 발행한다. 이를 해결하기 위해 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정이 요구된다. 최근에는 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 좁은 영역뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, 이하 "CMP") 방법이 주로 사용되고 있다.

화학적 기계적 연마가 완료된 웨이퍼는 표면에 잔류하는 이물질을 제거하기 위해 연마 장치의 측면에 제공되는 세정 장치로 이송된다. 세정 장치는 암모니아, 과산화수소, 그리고 탈이온수의 혼합 약액(이하, SC-1)이나 불산 등을 사용하여 웨 이퍼를 세정한다. 도 1은 SC-1 약액에 의해 세정이 이루어지는 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 1을 참조하면, 세정 장치는 웨이퍼(W)가 바닥으로 떨어지지 않고 수평을 유지하도록 웨이퍼(W)를 지지하며, 웨이퍼(W)를 회전시키는 네 개의 롤러들(720)을 가진다. 롤러들(720)은 대략 직사각을 이루도록 배치된다. 롤러들(720)은 이동부재(도시되지 않음)에 의해 대기위치와 공정위치간 이동된다. 대기위치는 도 2a에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)가 핸들러에 의해 롤러들(200) 사이에 놓여질 때의 롤러들의 위치이고, 공정위치는 도 2b에 도시된 바와 같이 세정공정 수행을 위해 웨이퍼(W)를 안정적으로 지지할 때의 롤러들(200)의 위치이다.

그러나 일반적인 세정 장치는 다음과 같은 문제가 있다. 롤러들(200)이 대기위치에 있을 때 서로 대각선으로 대향되는 롤러들(200) 사이의 거리(도 1의 L₀)가 웨이퍼(W)의 지름보다 길다. 핸들러의 불안정 등의 이유로 웨이퍼(W)가 일방향으로 기울어진 상태로 롤러들(200) 사이로 이송되면 웨이퍼(W)의 일측이 롤러(200)의 상부면보다 아래에 위치되고, 도 3에 도시된 바와 같이 롤러들(200)이 공정위치로 이동될 때 롤러(200)에 의해 가해지는 힘에 의해 웨이퍼(W)가 파손된다.

본 발명은 핸들러의 불안정 등의 이유로 웨이퍼가 롤러들 사이에 한쪽으로 기울어져 놓여질 때, 롤러들에 의해 웨이퍼가 파손되는 것을 방지할 수 있는 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 세정 장치는 일정간격으로 배치되어 웨이퍼의 가장자리를 지지하고 이를 회전시키는 롤러들과 상기 웨이퍼의 표면을 세정하는 세정 부재를 포함한다. 롤러들은 웨이퍼가 상기 롤러들 사이로 이송될 때의 위치인 대기위치와 공정수행시 상기 웨이퍼를 지지할 때의 위치인 공정위치로 이동부재에 의해 이동된다. 각각의 상기 롤러는 상단부 및 이로부터 아래로 연장되는 하단부를 가지고, 상기 상단부 및 상기 하단부 사이에는 웨이퍼의 가장자리가 삽입되는 홈이 형성되며, 상기 롤러들은 상기 대기위치에서 웨이퍼가 상기 롤러들 사이로 이송될 때 상기 웨이퍼의 가장자리가 상기 롤러의 하단부 상에 얹혀지도록 배치된다.

일 예에 의하면, 상기 장치는 직사각 또는 정사각을 이루도록 배치된 네 개의 상기 롤러들을 구비하고, 상기 롤러들은 상기 대기위치에서 서로 대각선으로 마주보는 상기 롤러들간의 거리가 웨이퍼의 직경보다 적도록 배치된다.

일 예에 의하면, 상기 세정 부재는 웨이퍼의 상부면을 세정하는 상부 브러시와 웨이퍼의 하부면을 세정하는 하부 브러시를 포함한다. 상기 세정 부재는 암모니아, 과산화수소, 그리고 탈이온수가 혼합된 약액을 사용하여 웨이퍼를 세정할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 4 내지 도 9를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 세정 장치(10)를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 세정 장치(10)는 웨이퍼(W)를 화학적 기계적으로 연마하는 연마장치(도시되지 않음)의 일측에 제공되어, 연마가 완료된 웨이퍼(W)의 표면을 세정한다. 도 4를 참조하면, 세정 장치(10)는 스테이지(100), 롤러들(200), 이동부재(300), 그리고 세정부재(400)를 가진다. 롤러들(200)은 공정 수행시 웨이퍼(W)의 가장자리를 지지하고 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 롤러들(200)은 직사각을 이루도록 스테이지(100) 상에 배치된다. 도 4에서 좌측 상단에 위치되는 롤러부터 반시계방향으로 제 1롤러(200a), 제 2롤러(200b), 제 3롤러(200c), 그리고 제 4롤러(200d)라 칭한다. 도 5는 롤러(200)의 개략적인 형상 및 롤러(200)의 회전 구조가 개시된 도면이다. 도 5를 참조하면, 각각의 롤러(200)는 상단부(222)와 하단부(224)를 가지는 지지부재(220)를 가진다. 상단부(222)는 아래로 갈수록 안쪽으로 점진적으로 함입되는 형상을 가지고, 하단부(224)는 상단부(222)의 끝단으로부터 아래로 연장되며, 하단부(224)의 상부면(224a)은 바깥쪽으로 갈수록 높이가 점진적으로 낮아지도록 경사진다. 상술한 구조로 인해 지지부재(220)에는 상단부(222)와 하단부(224)의 경계에 공정 진행시 웨이퍼(W)의 가장자리를 삽입하는 삽입홈(226)이 형성된다.

지지부재(220)의 아래에는 모터(도시되지 않음)와 같은 회전부재(290)에 의해 회전되는 회전로드(280)가 결합된다. 회전부재(290)는 회전로드(280)에 결합되는 풀리(290), 풀리(290)에 회전력을 제공하는 모터, 그리고 인접하는 풀리(290)들 에 감겨져 회전력을 전달하는 벨트(270)를 가진다. 예컨대, 제 1롤러(200a)와 제 2롤러(200b)가 하나의 벨트(270)에 의해 결합되고, 제 3롤러(200c)와 제 4롤러(200d)가 하나의 벨트(270)에 의해 결합될 수 있다. 상술한 구조에 의해 롤러들(200)에 의해 지지되는 웨이퍼(W)는 공정 진행시 일방향으로 회전된다.

세정부재(400)는 연마공정 진행 후 웨이퍼(W)의 표면에 잔류하는 이물질을 제거한다. 일 예에 의하면, 세정부재(400)로는 암모니아, 과산화수소, 그리고 탈이온수의 혼합 약액(SC-1)을 사용하여 웨이퍼(W)의 표면을 세정하는 브러시가 사용된다. 세정부재(400)는 공정 진행시 롤러들에 지지된 웨이퍼(W)의 상부에 배치되어 웨이퍼(W)의 상부면을 세정하는 상부 브러시와 웨이퍼(W)의 하부에 배치되어 웨이퍼(W)의 하부면을 세정하는 하부 브러시를 가진다(도 4에는 상부 브러시만 도시됨). 상부 브러시와 하부브러시는 상하로 이동가능하다. 선택적으로 세정부재(400)는 상부 브러시 또는 하부 브러시만을 구비할 수 있다. 상부 브러시와 하부 브러시는 서로 대향되도록 배치되며, 웨이퍼(W)의 지름과 유사한 길이를 가진다. 공정 진행시 상부 브러시와 하부 브러시는 웨이퍼(W)와 접촉되는 위치까지 상하로 이동된 후, 자신의 축을 중심으로 회전된다. 선택적으로 롤러들(200)에 의해 지지된 웨이퍼(W)의 중심 상부에 노즐(도시되지 않음)이 배치되고, 노즐을 통해 세정액이 웨이퍼로 공급될 수 있다.

롤러들(200)은 이동부재(300)에 의해 대기위치와 공정위치로 이동된다. 대기위치는 핸들러(도시되지 않음)에 의해 웨이퍼(W)가 롤러들 사이로 이송될 때의 롤러들(200)의 위치이고, 공정위치는 세정공정이 진행될 때의 롤러들(200)의 위치이 다. 도 6은 대기위치에서 웨이퍼(W)와 롤러들(200)간의 위치를 보여주는 평면도이고, 도 7은 도 6의 선 Ⅰ- Ⅰ을 따라 절단한 단면도이다. 또한, 도 8은 공정위치에서 웨이퍼(W)와 롤러들(200)간의 위치관계를 보여주는 평면도이고, 도 9는 도 8의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 단면도이다. 도 6 내지 도 9를 참조하면, 대기위치에서 롤러들(200)은 웨이퍼(W)가 핸들러에 의해 롤러들(2000) 사이로 이송될 때 웨이퍼(W)의 가장자리가 롤러들(200)의 지지부재(220) 하단부(224) 상에 얹혀지도록 하는 위치에 배치되고, 공정위치에서 롤러들(200)은 웨이퍼(W)의 가장자리가 지지부재(220)의 삽입홈(226) 내로 삽입되도록 하는 위치까지 웨이퍼(W)를 향하는 방향으로 이동된다. 즉, 대기위치에서 서로 대각선으로 마주보고 있는 제 1롤러(200a)와 제 3롤러(200c), 그리고 제 2롤러(200b)와 제 4롤러(200d)는 웨이퍼(W)의 직경보다 적은 거리(L₁)를 가지도록 배치된다. 이를 위해 롤러(200)의 지지부재(220)는 일반적으로 사용되고 있는 롤러(200)보다 충분히 긴 길이를 가지도록 형상 지어질 수 있다.

대기위치에서 공정위치로 롤러들(200)의 이동은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 일 예에 의하면, 이동부재(300)는 제 1롤러(200a)와 제 2롤러(200b)를 결합하는 제 1연결로드(320a)와 제 3롤러(200c)와 제 4롤러(200d)를 결합하는 제 2연결로드(320b)를 가진다. 제 1연결로드(320a) 및 제 2연결로드(320b)는 각각 구동기(340)에 의해 서로 마주보는 방향으로 또는 서로 멀어지는 방향으로 직선 이동된다. 구동기(340)는 연결로드(320a, 320b)에 결합되는 브라켓(360)과 이를 직선 이 동시키기 위한 어셈블리를 가진다. 어셈블리로는 실린더 조립체, 모터 및 스크류의 조립체, 또는 모터, 풀리, 벨트의 조립체 등이 사용될 수 있다. 상술한 구조로 인해 대기위치에서 롤러들(200)은 직사각을 이루도록 배치되고, 공정 위치에서 롤러들(200)은 정사각을 이루도록 배치될 수 있다. 선택적으로 제 1롤러(200a), 제 2롤러(200b), 제 3롤러(200c), 그리고 제 4롤러(200d)는 그들 사이에 놓여진 웨이퍼(W)의 반경방향으로 이동될 수 있다. 이 경우, 대기위치 및 공정위치에서 롤러들(200)은 정사각을 이루도록 배치된다.

본 발명의 장치에 의하면, 서로 대향되도록 마주보는 롤러들(200) 사이의 거리가 웨이퍼(W)의 직경보다 적으므로, 비록 핸들러에 문제가 발생하여 웨이퍼(W)가 설정된 위치에서 벗어나거나 기울어진 상태로 롤러들(200) 사이로 이동되는 경우에도, 웨이퍼(W)가 롤러의 지지부재(220) 상에 안정적으로 놓여진다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 일측이 지지부재보다 낮게 기울어져 웨이퍼가 롤러에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.

상술한 예에서는 웨이퍼(W) 지지를 위해 네 개의 롤러들(200)이 제공되는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나 이는 일 예에 불과하며 3개 또는 5개 이상의 롤러들이 제공될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

본 실시예에서는 연마 이후에 SC-1 약액으로 브러시를 사용하여 웨이퍼(W)를 세정하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 공정의 종류, 세정이 이루어지는 시기, 세정에 사용되는 약액의 종류, 그리고 세정을 위한 세정부재를 각각 세정공정, 연마 이후, SC-1, 그리고 브러시로 한정하는 것은 아니 며, 복수의 롤러를 사용하여 웨이퍼(W)의 가장자리를 지지하는 다양한 종류의 공정을 수행하는 장치에 적용 가능하다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼가 롤러들 사이로 이송될 때, 웨이퍼 가장자리가 롤러들의 상부면 상에 얹혀지도록 롤러들이 배치되므로, 핸들러에 이상이 발생되더라도 웨이퍼가 이를 지지하는 롤러의 상부면보다 낮게 위치되어 파손되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 웨이퍼 세정 장치에 있어서,

   일정간격으로 배치되어 웨이퍼의 가장자리를 지지하고, 이를 회전시키는 롤러들과;

   상기 웨이퍼의 표면을 세정하는 세정 부재와;

   웨이퍼가 상기 롤러들 사이로 이송될 때의 위치인 대기위치와 공정수행시 상기 웨이퍼를 지지할 때의 위치인 공정위치로 상기 롤러들을 이동시키는 이동부재를 포함하되,

   각각의 상기 롤러는 상단부 및 이로부터 아래로 연장되는 하단부를 가지고, 상기 상단부 및 상기 하단부 사이에는 웨이퍼의 가장자리가 삽입되는 홈이 형성되고,

   상기 롤러들은 상기 대기위치에서 웨이퍼가 상기 롤러들 사이로 이송될 때 상기 웨이퍼의 가장자리가 상기 롤러의 하단부 상에 얹혀지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 장치는 직사각 또는 정사각을 이루도록 배치된 네 개의 상기 롤러들을 구비하고,

   상기 롤러들은 상기 대기위치에서 서로 대각선으로 마주보는 상기 롤러들간 의 거리가 웨이퍼의 직경보다 적도록 배치되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 세정 부재는,

   웨이퍼의 상부면을 세정하는 상부 브러시와;

   웨이퍼의 하부면을 세정하는 하부 브러시를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 세정 부재는 암모니아, 과산화수소, 그리고 탈이온수가 혼합된 약액을 사용하여 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.

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