KR20060076907A - 초음파 세정 장치 - Google Patents

초음파 세정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파의 직진성에 의해 발생할 수 있는 사각지대의 위치를 각 세정조에서 서로 다르게 하여 세정력을 향상할 수 있는 초음파 세정 장치에 관한 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치는, 내부 공간이 형성되며 상기 내부 공간에 세정액이 충전되는 복수의 세정조, 상기 각 세정조 내부에 설치되어 피세정재(被洗淨材)를 지지하는 지지부재, 및 상기 세정액에 상기 피세정재의 세정을 위한 초음파 진동을 제공하는 초음파 진동기를 포함한다. 이 때, 상기 서로 다른 세정조에서 상기 적어도 어느 하나의 지지부재는 서로 다른 위치에 설치되거나, 서로 다른 단면적을 가진다.
초음파, 메가소닉, 지지부재

Description

초음파 세정 장치{APPARATUS OF MEGASONIC CLEANER}
도 1은 본 발명의 초음파 세정 장치를 하나의 세정조를 기준으로 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 세정 장치에서 제1 세정조를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 세정 장치에서 제2 세정조를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 세정 장치에서 각 세정조를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 메가소닉(megasonic) 세정 장치에서 세정된 웨이퍼의 오염 물질 맵(particle map)을 오염 물질 측정기(particle counter)를 이용하여 측정한 도면이다.
본 발명은 초음파 세정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파의 직진성에 의해 발생할 수 있는 문제를 해결할 수 있는 초음파 세정 장치에 관한 것이 다.
최근 정보기술(information technology, IT) 산업 등의 발달에 의해 이러한 정보기술 산업의 핵심 기술에 해당하는 반도체에 대한 관심이 높아지고 있다. 반도체는 컴퓨터, 가전제품, 휴대폰, 액정표시장치 등의 다양한 분야에 적용될 수 있어 이러한 반도체 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
반도체를 제조하기 위해서는 웨이퍼를 제조하고 이러한 웨이퍼에 소정의 이온을 주입하고 회로 패턴을 형성하는 단계 등을 거쳐야 한다. 웨이퍼를 제조하기 위해서는 실리콘 단결정을 잉곳(ingot) 형태로 성장시킨 후 슬라이싱(slicing)하고, 래핑(lapping), 식각, 및 연마(polishing) 등의 공정을 수행한다.
이러한 웨이퍼 상에는 유기물, 금속 이온, 산화물 등의 오염 물질이 부착될 수 있는데, 이러한 오염 물질이 제거되지 않는 경우에는 반도체 소자의 품질이나 수율에 막대한 손실을 가져올 수 있다. 웨이퍼 상에 부착된 오염 물질을 제거하기 위한 세정 방법으로 여러 가지 방법이 있다.
웨이퍼의 오염 물질을 제거할 수 있는 세정 방법은 크게 식각 등의 방법으로 오염 물질을 제거하는 화학적 방법과 롤링 바(rolling bar), 교반기(agitator), 초음파를 이용하여 오염 물질을 제거하는 물리적 방법으로 나눌 수 있다.
반도체 소자가 고집적화되어 웨이퍼 상에 존재하는 오염 물질의 제거 기준도 점차 엄격해짐에 따라 나노미터(nm) 수준의 이물질을 세정하기 위하여 초음파를 이용하는 세정 방법이 널리 사용되고 있다. 이 때, 초음파 세정 장치는 그 주파수에 따라 울트라소닉(ultrasonic) 세정 장치와 메가소닉(megasonic) 세정 장치로 나눌 수 있고, 미세한 이물질의 제어를 위해서는 메가소닉 세정 장치를 사용하는 것이 일반적이다.
그런데 도 4을 참조하면 메가소닉 세정 장치에서는 메가소닉의 직진성에 의해, 오염 물질이 제거되지 않는 사각지대(dead zone)(도 4에서 적색 점 및 흰색 점이 표시된 부분)가 발생하는 것을 알 수 있다. 이러한 사각지대는 오염 물질이 제거되지 않아 웨이퍼의 품질에 안 좋은 영향을 미칠 수 있다.
이러한 현상은 웨이퍼의 표면으로 전파되기 전에 장애물이 있는 경우 직진성의 특성을 갖는 메가소닉의 진행이 방해되어 발생된다. 세정조에서 웨이퍼를 지지하는 지지부재들이 메가소닉의 진행을 방해할 수 있는데, 종래의 초음파 세정 장치에서는 각 세정조의 지지부재들이 동일한 위치에 위치함으로써 여러 세정조에서 세정을 거치는 경우에도 웨이퍼 상에 동일한 부분이 세정되지 않는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 각 세정조에서 사각지대의 위치를 제어하여 세정력을 향상할 수 있는 초음파 세정 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정 장치는, 내부 공간이 형성되며 상기 내부 공간에 세정액이 충전되는 복수의 세정조, 상기 각 세정조 내부에 설치되어 피세정재(被洗淨材)를 지지하는 지지부재, 및 상기 세정액에 상기 피세정재의 세정을 위한 초음파 진동을 제공하는 초음파 진동기 를 포함한다. 이 때, 상기 서로 다른 세정조에서 상기 적어도 어느 하나의 지지부재는 서로 다른 위치에 설치되거나, 서로 다른 단면적을 가진다.
상기 지지부재는, 상기 피세정재의 하부 양측 각각을 지지하는 제1 지지부재 및 제2 지지부재와, 상기 제1 지지부재와 상기 제2 지지부재 사이에서 상기 피세정재의 하부 중앙부 부근을 지지하는 제3 지지부재를 포함할 수 있다.
상기 제3 지지부재는, 제1 세정조에서는 상기 피세정재의 중심을 지나는 수직 가상선을 기준으로 일측으로 설치되고 제2 세정조에서는 다른 일측으로 설치될 수 있다.
상기 서로 다른 세정조에서 제1 지지부재, 제2 지지부재 및 제3 지지부재 중 적어도 어느 하나의 설치 위치가 서로 다를 수 있다.
상기 서로 다른 세정조에서 제1 지지부재 및 제2 지지부재 중 적어도 어느 하나의 단면적이 서로 다를 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세정 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 초음파 세정 장치를 하나의 세정조를 기준으로 개략적으로 도시한 개략도이다. 도면에는 본 발명에 관련되는 부분만을 도시하고 이하에서는 본 발명에 관련되는 부분에 대해서만 상세하게 설명하며 본 발명과의 관련성이 적은 부분의 설명은 생략한다. 그리고, 명세서 전체에서 동일하거나 서로 대응되는 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 1을 참조하면, 초음파 세정 장치는 세정조(10), 각 세정조(10) 내에 위치 하는 지지부재(12a, 12b, 12c) 및 초음파 진동기(14)를 포함한다. 일반적으로 초음파 세정 장치는 도 1에 도시한 세정조(10)가 복수 개 구비된다.
세정조(10)는 피세정재, 본 발명에서는 일례로 웨이퍼(20)가 위치할 수 있도록 내부 공간이 형성되며, 세정조(10) 내부 공간에는 세정액(16)이 충전된다. 세정조(10)는 초음속 에너지를 수용할 수 있으면서 세정액(16)에 의해 화학적으로 손상되지 않는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 세정액(16)으로는 피세정재의 세정에 적절한 물질을 사용한다.
세정조(10)의 내부에는 지지부재(12a, 12b, 12c)가 설치된다. 이러한 지지부재(12a, 12b, 12c)를 세정조(10)에 설치하는 방법으로는 공지의 방법이 적용될 수 있고, 도면에서는 본 발명의 명확한 설명을 위해 이러한 지지부재(12a, 12b, 12c)의 설치 방법 및 설치 상태에 관한 부분은 도시하지 않았다.
이러한 지지부재(12a, 12b, 12c)에 의해 웨이퍼(20)들이 세정조(10)의 내부 공간에 수직으로 지지된다. 지지부재(12a, 12b, 12c)는 웨이퍼(20)의 지지를 위해 다양한 배치 상태를 가지는 것이 가능하며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명에서는 일례로 지지부재(12a, 12b, 12c)가 웨이퍼(20)의 하부 양측 각각을 지지하는 제1 지지부재(12a) 및 제2 지지부재(12b)와, 제1 지지부재(12a)와 제2 지지부재(12b) 사이에서 웨이퍼(20)의 하부 중앙부 부근을 지지하는 제3 지지부재(12c)를 포함한다. 이러한 지지부재(12a, 12b, 12c)는 내구성을 위해 세정액(10)에 의해 화학적으로 손상되지 않는 물질로 이루어지는 바람직하다.
본 발명에서는 지지부재들(12a, 12b, 12c)이 웨이퍼(20)를 지지하므로 웨이 퍼(20)의 지지를 위해 종래에 사용하던 카세트(cassette)의 사용이 불필요하다. 따라서, 종래에 카세트에 의해 발생하는 웨이퍼의 오염 문제를 방지할 수 있다.
그리고, 세정조(10)의 하방으로 세정액(16)에 웨이퍼(20)의 세정을 위한 초음파 진동을 제공하는 초음파 진동기(14)가 위치한다. 초음파 진동기(14)는 직진성을 갖는 메가소닉(megasonic)을 생성한다.
초음파 세정 장치에서는, 초음파 진동기(14)가 세정액(16)에 초음파 진동을 제공하면 세정액(16)과 웨이퍼(20)가 고주파수로 진동하여 웨이퍼(20)의 표면상에 존재하는 오염 물질이 제거된다.
메가소닉은 직진성의 특성을 가지므로, 메가소닉이 진행(A)한 부분은 오염 물질은 제거되고 지지부재(12a, 12b, 12c)에 의해 메가소닉의 진행이 방해(B)된 부분에서는 사각지대(dead zone)(DZ)가 발생한다.
이러한 사각지대(DZ)는 웨이퍼(20) 표면의 오염 물질이 제거되지 않는 부분으로 웨이퍼의 특성 및 이러한 웨이퍼를 사용한 반도체 소자의 특성을 저하시키는 문제가 있는데, 본 발명에서는 이러한 사각 지대의 제어를 위하여 각 세정조(10)에 설치되는 지지부재(12a, 12b, 12c)의 배치 상태 또는 지지부재(12a, 12b, 12c)의 단면적을 서로 다르게 형성한다. 이를 본 발명에 따른 실시예에서 보다 상세하게 설명한다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 세정 장치에서 제1 세정조를 개략적으로 도시한 개략도이다. 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 세정 장치에서 제2 세정조를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 실시예에서는 웨이퍼(20)의 하부 중앙부 부근을 지지하는 제3 지지부재(12c)의 설치 위치를 서로 다르게 한 것이다. 즉, 제1 세정조(101)에서는 제3 지지부재(12c)가 웨이퍼(20)의 중심을 지나는 수직 가상선(L)을 기준으로 좌측으로 설치되고 제2 세정조(102)에서는 우측으로 설치된다. 본 실시예에 따른 초음파 세정 장치에는 이러한 제1 세정조(101) 및 제2 세정조(102)를 각각 복수로 구비할 수 있다.
본 실시예에서 먼저 제1 세정조(101)에서 웨이퍼(20)를 세정하면 중앙부 부근에서 수직 가상선(L)을 기준으로 좌측으로 사각지대가 형성된다. 제2 세정조(102)에는 상기 사각지대가 형성된 부분에 메가소닉의 진행을 방해하는 지지부재가 위치하지 않으므로, 상기의 웨이퍼(20)를 제2 세정조(102)에서 세정하여 상기 사각지대의 세정이 가능하다.
즉, 본 실시예에서는 제3 지지부재(12c)의 위치를 변화시킴으로써 중앙부에 형성되는 사각지대(DZ)에서 웨이퍼의 일부분이 계속하여 세정되지 않는 문제를 해결할 수 있으며, 웨이퍼 중앙부의 세정력을 증가시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 세정 장치의 각 세정조를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 본 실시예에서는 제1 지지부재(12a), 제2 지지부재(12b) 및 제3 지지부재(12c) 중 적어도 어느 하나의 지지부재가 각 세정조에서 서로 다르게 형성된다.
도 3a에 도시한 세정조 내부에 설치된 지지부재(12a, 12b, 12c)의 위치를 각 지지부재(12a, 12b, 12c)의 기준위치(C)라 하고, 다른 세정조 내부에 설치된 지지부재(12a, 12b, 12c)의 위치를 살펴보면 다음과 같다.
도 3b에 도시한 세정조 내부에 설치된 지지부재(12a, 12b, 12c)는, 제1 지지부재(12a) 및 제2 지지부재(12b)는 기준위치(C)의 우측으로 설치되며 제3 지지부재(12c)는 기준위치를 유지한다.
도 3c에 도시한 세정조 내부에 설치된 지지부재(12a, 12b, 12c)는, 제1 지지부재(12a) 및 제2 지지부재(12b)는 기준위치(C)의 좌측으로 설치되고 제3 지지부재(12c)는 기준위치를 유지한다.
도 3d에 도시한 세정조 내부에 설치된 지지부재(12a, 12b, 12c)는, 제1 지지부재(12a) 및 제2 지지부재(12b)는 기준위치(C)의 좌측으로 설치되고 제3 지지부재(12c)는 기준위치(C)의 우측으로 설치된다.
도 3e에 도시한 세정조 내부에 설치된 지지부재(12a, 12b, 12c)는, 제1 지지부재(12a), 제2 지지부재(12b) 및 제3 지지부재(12c)는 모두 기준위치(C)의 좌측으로 설치된다.
본 발명에서는 이런 식으로 각 세정조에서의 지지부재(12a, 12b, 12c)의 위치를 계속하여 변경시키는 것도 가능하고, 도 3a 내지 도 3e에 도시한 세정조를 각각 복수로 구비하는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 각 세정조(10)에 설치되는 지지부재들(12a, 12b, 12c) 중 적어도 하나의 지지부재(12a, 12b, 12c)의 위치와 다른 세정조(10)에서의 위치를 서로 다르게 함으로써, 복수의 세정조(10)에서 세정을 마친 이후에 웨이퍼(20)의 모든 부분이 세정될 수 있도록 한다. 즉, 하나의 세정조에서 사각지대였던 부분이 다른 세정조에서는 세정이 가능하도록 위치하게 되므로 결국에는 웨이퍼(20)의 전면을 세정할 수 있고 이에 따라 세정력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 지지부재들 중 적어도 하나의 지지부재의 단면적을 각 세정조에서 다르게 함으로써 하나의 세정조에서 사각지대에 해당하는 부분이 다음 세정조에서는 세정이 가능한 부분이 되도록 할 수 있으며 이 또한 본 발명에 범위에 속한다.
본 발명에 따른 초음파 세정 장치는 웨이퍼의 전면을 세정할 수 있어 웨이퍼의 표면에 존재하는 오염 물질들을 효과적으로 제거할 수 있으며, 이에 따라 반도체 소자의 품질을 향상시키고 수율을 증가시킬 수 있다.
상기의 설명에서는 웨이퍼를 세정하는 것을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명에 따른 초음파 세정 장치는 다양한 피세정재를 세정할 수 있다.
이상을 통해 본 발명에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 초음파 세정 장치는 세정조에서의 지지 부재의 위치 또는 단면적을 서로 다르게 함으로써 복수의 세정조에서의 세 정 공정을 수행한 후 서로 동일한 부분에서 사각 지대가 발생하는 것을 방지한다. 이에 따라 이러한 복수의 세정조에서 세정 공정을 수행하여 피세정재의 전면을 균일하게 세정할 수 있어 세정력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 세정 장치를 이용하여 웨이퍼를 세정하는 경우 웨이퍼의 오염 물질들을 효과적으로 제거할 수 있으며, 이에 따라 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있으며 수율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본발명에서는 기존에 웨이퍼의 지지를 위해 사용하던 카세트(cassette)를 사용하지 않음으로써 카세트 접촉부에서 발생하던 세정 얼룩을 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 내부 공간이 형성되며 상기 내부 공간에 세정액이 충전되는 복수의 세정조;
    상기 각 세정조 내부에 설치되어 피세정재(被洗淨材)를 지지하는 지지부재; 및
    상기 세정액에 상기 피세정재의 세정을 위한 초음파 진동을 제공하는 초음파 진동기
    를 포함하고,
    상기 서로 다른 세정조에서 상기 적어도 어느 하나의 지지부재의 설치 위치가 서로 다르거나 상기 적어도 어느 하나의 지지부재의 단면적이 서로 다른 초음파 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부재는, 상기 피세정재의 하부 양측 각각을 지지하는 제1 지지부재 및 제2 지지부재와, 상기 제1 지지부재와 상기 제2 지지부재 사이에서 상기 피세정재의 하부 중앙부 부근을 지지하는 제3 지지부재를 포함하는 초음파 세정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제3 지지부재는, 제1 세정조에서는 상기 피세정재의 중심을 지나는 수직 가상선을 기준으로 일측으로 설치되고 제2 세정조에서는 다른 일측으로 설치되 는 초음파 세정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 서로 다른 세정조에서 상기 제1 지지부재, 제2 지지부재 및 제3 지지부재 중 적어도 어느 하나의 설치 위치가 서로 다른 초음파 세정 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 서로 다른 세정조에서 상기 제1 지지부재 및 제2 지지부재 중 적어도 어느 하나의 단면적이 서로 다르게 형성되는 초음파 세정 장치.
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