KR20060132246A

KR20060132246A - 음향 진동을 이용한 웨이퍼 세정 장비

Info

Publication number: KR20060132246A
Application number: KR1020050052483A
Authority: KR
Inventors: 윤진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-21

Abstract

음향 진동을 이용한 웨이퍼 세정 장비를 제시한다. 본 발명에 따르면, 표면에 수막이 형성되되 회전하는 웨이퍼, 및 웨이퍼 표면을 세정하기 메가 소닉(mega sonic)의 음향 진동 에너지를 제공하는 막대 형태이되, 웨이퍼의 가장 자리 부위에의 음향 진동 에너지의 상대적 집중을 보상 완화하기 위해, 웨이퍼의 가장 자리 부위에 진동 막대와 웨이퍼의 표면과의 간격을 국부적으로 상대적으로 넓게 유도하기 위해 경사진 바닥면을 가지는 반(half) 삼각형 형태의 홈을 가지는 진동 막대를 포함하는 웨이퍼 세정 장비를 제시한다.

음향 진동, 메가 소닉, 세정, 진동 막대, 기포 폭발

Description

음향 진동을 이용한 웨이퍼 세정 장비{Apparatus for cleaning wafer by using sonic vibration}

도 1은 종래의 음향 진동(sonic vibration)을 이용한 웨이퍼 세정 장비를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음향 진동을 이용한 웨이퍼 세정 장비를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면들이다.

본 발명은 반도체 소자 제조 장비에 관한 것으로, 특히, 음향 진동을 이용한 웨이퍼(wafer) 세정 장비에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하는 과정 중에 웨이퍼를 세정하기 위한 장비들이 다양하게 개발되고 또한 사용되고 있다. 예컨대, 메가 소닉 진동을 이용한 세정을 수행하는 장비는, 메가 소닉의 음향 진동 에너지를 이용하여 웨이퍼 상의 파티클(particle) 등을 제거하는 데 이용되고 있다.

도 1은 종래의 메가 소닉 진동을 이용한 웨이퍼 세정 장비를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 웨이퍼 세정 장비는, 웨이퍼(10)를 지지하기 위해 하우징(housing: 도시되지 않음) 내에 설치된 웨이퍼 지지부(15)와, 웨이퍼(10) 상에 메가 소닉 진동을 인가하기 위한 진동 막대(21)를 포함하여 구성될 수 있다. 웨이퍼 지지부(15)는 세정 중에 웨이퍼(10)를 회전시키는 역할을 한다. 그리고, 웨이퍼(10) 상에 메가 소닉 진동 에너지를 전달하고 세정하는 매질로 수막(30)을 형성기 위해 세정액 또는 순수(DI water)를 제공하기 위한 세정액 공급부(17) 또한 웨이퍼(10) 및 진동 막대(21) 상에 도입한다.

진동 막대(21)는 트랜스듀서(transducer: 27)에서 전환된 진동을 전달받아, 웨이퍼(10) 상에 메가 소닉 진동에 따른 에너지를 전달하는 역할을 한다. 이러한 진동 막대(21)는 석영(quartz) 재질의 길게 연장된 둥근 막대로 형성되고 있다. 트랜스듀서(27)는 진동을 발생시키는 진동자로 기능할 수 있다.

진동 막대(21)와 트랜스듀서(27) 사이에는 트랜스듀서(27)가 부착되는 연결부(25)가 진동 막대(21)와 바람직하게 일체로 형성되되 보다 진동 막대(21)에 비해 큰 지름으로 형성된다. 그리고, 연결부(25)와 진동 막대(21) 사이에는 지름이 점차 줄어드는 중간 부분(23)이 형성된다. 이러한 연결부(25), 진동 막대(21) 및 중간 부분(23)은 일체 형태의 석영 재질의 프로브(probe)로 형성된다.

진동 막대(21)에 의해 웨이퍼(10) 상으로 소닉 진동이 전달될 때, 진동 막대(21)와 웨이퍼(10) 사이에는 세정액 또는 순수의 수막(30)이 개재하게 된다. 진동 막대(21)에 의해서 인가되는 음향 진동 에너지, 예컨대, 초음파는 수막(30) 내에서 기포 또는 공기 방울(또는 공동:cavitation)을 발생시키고 발생된 기포를 폭발하도 록 유도하는 현상, 예컨대, 공동 현상(cavitation phenomenon)을 일으키게 된다. 이에 따라, 웨이퍼(10) 상으로부터 파티클 등과 같은 오염물이 떨어져 나와 웨이퍼(10)가 세정되게 된다.

그런데, 진동 막대(21)의 길이 방향에 따른 음향 진동 에너지의 밀도 분포를 고려하면, 진동 막대(21)와 수막(30)이 처음으로 접촉하는 부위, 즉, 웨이퍼(10) 의 가장 자리(edge) 부위(11)에서, 이러한 음향 진동 에너지가 가장 크게 집중된다. 이에 따라, 웨이퍼(10)의 이러한 가장 자리 부위(11)는 이러한 메가 소닉 에너지의 집중 현상에 의해 침해가 발생될 수 있다. 예컨대, 웨이퍼(10)의 이러한 가장 자리 부위(11)에 형성되어 있는 패턴은 이러한 메가 소닉 에너지의 집중에 의해 손상될 수 있다.

이와 같은 웨이퍼(10)의 가장 자리 부위(11)에서의 메가 소닉 에너지 또는 파워(power)를 감소시키는 방법으로 여러 세정 수행 시의 조건들을 변화시키는 방법들이 고려될 수 있으나, 파티클의 제거력을 높이기 위해서는 보다 높은 메가 소닉 에너지 또는 파워를 전달하는 것이 요구된다. 따라서, 파티클의 제거력이 높아지면 이에 따라 웨이퍼(10) 상의 패턴 손상이 심각해질 것으로 예측된다.

그러므로, 이러한 웨이퍼(10) 상의 패턴 손상을 근원적으로 해소하기 위해서 진동 막대(21)의 구조를 개선하는 방법의 개발이 우선적으로 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 세정을 위한 음향 진동 에너지가 웨이퍼의 가장 자리 부위에 집중되는 것을 방지할 수 있는 음향 진동을 이용한 웨 이퍼 세정 장비를 제시하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 표면에 수막이 형성되되 회전하는 웨이퍼, 및 상기 웨이퍼 표면을 세정하기 위해 상기 웨이퍼 표면에 음향 진동 에너지를 제공하되 상기 웨이퍼의 표면과의 사이에 상기 수막을 개재하고 상기 웨이퍼 표면에 평행하게 상기 웨이퍼 상을 가로질러 이격되게 길게 연장된 막대 형태이되, 상기 웨이퍼의 가장 자리 부위에의 상기 음향 진동 에너지의 상대적 집중을 보상 완화하기 위해 상기 웨이퍼의 가장 자리 부위에 상기 진동 막대와 상기 웨이퍼의 표면과의 간격을 국부적으로 상대적으로 넓게 유도하기 위해 경사진 바닥면을 가지는 홈을 가지는 진동 막대를 포함하는 웨이퍼 세정 장비를 제시한다.

상기 진동 막대는 석영 재질로 형성되고, 상기 홈은 상기 진동 막대 표면에 반(half) 삼각형 형태의 홈으로 형성된 것일 수 있다.

상기 홈은 상기 웨이퍼의 가장 자리로 갈수록 홈의 깊이가 깊어지게 상기 웨이퍼 표면에 대해 대략 0.5° 내지 45° 각도의 기울어진 상기 바닥면을 가지는 것일 수 있다.

상기 홈은 대략 5㎜ 내지 500㎜의 길이로 형성된 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 세정을 위한 음향 진동 에너지가 웨이퍼의 가장 자리 부위에 집중되는 것을 방지할 수 있는 음향 진동을 이용한 웨이퍼 세정 장비를 제시할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서는, 메가 소닉 진동과 같은 음향 진동을 이용한 세정 장비에서, 음향 진동 에너지를 웨이퍼 상으로 전달하는 바람직하게 석영 소재의 진동 막대를 구조를 개선하여, 웨이퍼의 가장 자리 부위에서의 음향 진동 에너지의 집중을 완화하는 기술을 제시한다.

진동 막대의 웨이퍼의 가장 자리 부위에 대응되는 부분에 반(half) 삼각형 형태의 홈을 구비하게 하여, 웨이퍼의 가장 자리 부위와 직동 막대 간의 간격이 다른 부분에서의 간격 보다 넓게 하여 이 부분에서의 수막의 기포 폭발력을 상대적으로 더 줄일 수 있다. 즉, 반(half) 삼각형 형태의 홈은 메가 소닉 파워가 웨이퍼의 가장 자리 부위에 상대적으로 덜 전달되게 하는 역할을 한다.

이에 따라, 이 부분에서의 수막에서의 기포 폭발력은 상대적으로 감소하게 되고, 이러한 기포 폭발력의 상대적인 감소는 웨이퍼의 가장 자리 부위에서의 음향 진동 에너지의 집중 현상을 상쇄 보상하게 된다. 이에 따라, 결국 웨이퍼의 가장 자리 부위에서의 음향 진동 에너지의 집중 현상에 따른 패턴 손상은 효과적으로 방지되게 된다.

반 삼각형 형태의 홈은 반 삼각형 형태의 홈은 홈의 바닥이 경사진 면으로 구성되므로, 웨이퍼의 가장 자리 부위에서 웨이퍼의 표면과 진동 막대의 표면, 즉, 홈의 바닥 간의 간격을 점차적으로 넓게 하는 효과를 구현한다. 이에 따라, 음향 진동 에너지 또는 파워는 급격히 감소되지 않고, 웨이퍼의 가장 자리로 갈수록 점차 연속적으로 차츰 감소하게 된다.

따라서, 웨이퍼 가장 자리 부위에서의 음향 진동 에너지의 집중 현상을 고려할 때, 음향 진동 에너지의 집중 현상을 이러한 반 삼각형 형태의 홈에 의한 전달되는 음향 진동 에너지의 감소가 상쇄할 수 있어, 웨이퍼의 중앙 부위와 가장 자리 부위에서 실질적으로 웨이퍼 표면에 전달되는 음향 진동 에너지 파워가 전체적으로 보다 더 균일해 질 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 진동을 이용한 웨이퍼 세정 장비는, 웨이퍼(100)를 지지하기 위해 하우징(도시되지 않음) 내에 설치된 웨이퍼 지지부(도시되지 않음)와, 웨이퍼(100) 상에 메가 소닉 진동과 같은 음향 진동을 인가하기 위한 진동 막대(210)를 포함하여 구성될 수 있다.

종래의 경우와 마찬가지로, 웨이퍼 지지부는 세정 중에 웨이퍼(100)를 회전시키는 역할을 한다. 그리고, 웨이퍼(100) 상에 메가 소닉 진동 에너지를 전달하고 세정하는 매질로 수막(300)을 형성기 위해 세정액 또는 순수(DI water)를 제공하기 위한 세정액 공급부 또한 웨이퍼 및 진동 막대 상에 마찬가지로 도입될 수 있다.

그리고, 진동 막대(210)는 트랜스듀서에서 전환된 진동을 전달받아, 웨이퍼(100) 상에 메가 소닉 진동에 따른 에너지를 전달하는 역할을 하게 된다. 따라서, 이러한 진동 막대(210)는 석영(quartz) 재질의 길게 연장된 둥근 막대로 마찬가지로 형성될 수 있으며, 트랜스듀서는 진동을 발생시키는 진동자로 기능할 수 있다.

전형적인 진동 막대와 마찬가지로, 진동 막대(210)와 트랜스듀서 사이에는 트랜스듀서가 부착되는 연결부가 진동 막대와 바람직하게 일체로 형성되되 보다 진동 막대(210)에 비해 큰 지름으로 형성될 수 있다. 그리고, 연결부와 진동 막대(210) 사이에는 지름이 점차 줄어드는 중간 부분이 마찬가지로 형성될 수 있다.

진동 막대(210)에 의해 웨이퍼(100) 상으로 음향 진동이 전달될 때, 진동 막대(210)와 웨이퍼(100) 사이에는 세정액 또는 순수의 수막(300)이 개재하게 된다. 진동 막대(210)에 의해서 인가되는 음향 진동 에너지, 예컨대, 초음파는 수막(300) 내에서 기포 또는 공기 방울(또는 공동:cavitation)을 발생시키고 발생된 기포를 폭발하도록 유도하는 현상, 예컨대, 공동 현상(cavitation phenomenon)을 일으키게 된다. 이에 따라, 웨이퍼(100) 상으로부터 파티클 등과 같은 오염물이 떨어져 나와 웨이퍼(100)가 세정되게 된다.

이때, 웨이퍼(100) 가장 자리 부위에 음향 진동 에너지가 집중되기 마련인데, 이를 상쇄 보상하기 위해서, 웨이퍼(100) 가장 자리 부위(101)에 대응되는 진동 막대(210)의 부위에 반 삼각형 형태의 홈(211)을 도입한다. 홈(211)은 바닥이 웨이퍼(100)의 중앙 부위에서 가장 자리 부위로 경사진 면으로 구성된다.

이때, 홈(211)의 경사진 바닥 면의 기울기(θ)는 기포 폭발력이 최대가 되는 진동 막대(210)와 웨이퍼(100) 표면의 거리 즉, 음향파의 파장을 λ로 고려할 때, 3/4λ에 해당되는 기포 폭발력이 최대가 되는 간격을 고려하여 설계될 수 있다. 예컨대, 진동 막대(210)와 웨이퍼(100)의 표면은 대략 1.8㎜ 정도 이격되게 되는 데, 이를 고려하여, 홈(211)의 바닥면의 기울기θ는 대략 0.5°내지 45°로 설정될 수 있다. 이러한 홈(211)의 길이(d)는 대략 5㎜ 내지 500㎜ 정도로 설정될 수 있다.

이러한 홈(211)은 도 3에 제시된 바와 같이 웨이퍼(100)의 중앙부로부터 가장 자리 방향으로 점차 이격 거리가 커지게 허용하도록 경사진 바닥면을 가지게 설계될 수 있으며, 그 전체적인 형상은 여러 형태로 변형될 수 있으나, 도 3에 제시된 바와 같이 반 삼각형 형태로 형성될 수 있다.

홈(211)이 이와 같이 경사진 바닥면을 가지게 형성되므로, 웨이퍼(100)의 가장 자리 부위에서 웨이퍼(100)의 표면과 진동 막대(211)의 표면, 즉, 홈(211)의 바닥 간의 간격은 점차적으로 넓게되는 효과가 구현된다. 이에 따라, 홈(211) 부위에서의 음향 진동 에너지 또는 파워는 급격히 감소되지 않고, 웨이퍼(211)의 가장 자리로 갈수록 점차 연속적으로 차츰 감소하게 된다.

따라서, 웨이퍼(211) 가장 자리 부위(101)에서의 음향 진동 에너지의 집중 현상을 고려할 때, 음향 진동 에너지의 집중 현상을 이러한 반 삼각형 형태의 홈(211)에 의한 전달되는 음향 진동 에너지의 감소가 상쇄할 수 있어, 웨이퍼(100)의 중앙 부위와 가장 자리 부위(101)에서 실질적으로 웨이퍼(100) 표면에 전달되는 음향 진동 에너지 파워가 전체적으로 보다 더 균일해 질 수 있다.

진동 막대(210)는 바람직하게 석영 재질로 제작되는 데, 본 발명의 실시예의 경우, 기존 진동 막대(도 1의 21)의 형식에서 약간의 홈(211)을 제작하는 추가 가공을 수행함으로써 간단히 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 진동 막대(210)를 구현하는 데 추가 비용은 거의 들지 않게 된다.

또한, 음향 에너지 집중을 완화하기 위해서 이러한 웨이퍼(100)의 가장 자리 부위(101)에 순수 댐핑(damping)을 수행할 수 있는 데, 이러한 경우, 웨이퍼(100)의 가장 자리 부위(101)에 대응되는 진동 막대(210)에 부분적으로 순수를 분사하기 위한 순수 분사 장치를 별도로 구비하여야 한다.

그런데, 본 발명의 실시예에서는 홈(211)으로 충분히 음향 에너지의 국부적 집중 현상을 완화 보상할 수 있을 것으로 예측되므로, 이러한 별도의 댐핑을 위한 순수 분사 장치의 도입을 생략할 수 있다. 이에 따라, 세정 공정의 공정 변수를 보다 단순하게 할 수 있어 세정 장비의 제작에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있다. 물론, 본 발명의 실시예에서도 이러한 댐핑을 위한 순수 분사 장치를 당연히 더 구비할 수도 있다.

한편, 홈(211)의 위치는 웨이퍼(100)가 200㎜이냐 300㎜이냐에 따라 변화될 수 있으나, 웨이퍼(100)의 가장 자리 부위(101)에 대응하게 형성된다. 또한, 홈(211)의 크기는 메가 소닉의 음향 에너지 패턴에 따라 달라질 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 세정을 위한 음향 진동 에너지가 웨이퍼의 가장 자리 부위에 집중되는 것을 방지할 수 있어, 웨이퍼 가장 자리 부위에 존재하는 패턴의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims

표면에 수막이 형성되되 회전하는 웨이퍼; 및

상기 웨이퍼 표면을 세정하기 위해 상기 웨이퍼 표면에 음향 진동 에너지를 제공하되 상기 웨이퍼의 표면과의 사이에 상기 수막을 개재하고 상기 웨이퍼 표면에 평행하게 상기 웨이퍼 상을 가로질러 이격되게 길게 연장된 막대 형태이되

상기 웨이퍼의 가장 자리 부위에의 상기 음향 진동 에너지의 상대적 집중을 보상 완화하기 위해 상기 웨이퍼의 가장 자리 부위에 상기 진동 막대와 상기 웨이퍼의 표면과의 간격을 국부적으로 상대적으로 넓게 유도하기 위해 경사진 바닥면을 가지는 홈을 가지는 진동 막대를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장비.
제1항에 있어서,

상기 진동 막대는 석영 재질로 형성되고

상기 홈은 상기 진동 막대 표면에 반(half) 삼각형 형태의 홈으로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장비.
제1항에 있어서,

상기 홈은 상기 웨이퍼의 가장 자리로 갈수록 홈의 깊이가 깊어지게 상기 웨이퍼 표면에 대해 대략 0.5° 내지 45° 각도의 기울어진 상기 바닥면을 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장비.
제1항에 있어서,

상기 홈은 대략 5㎜ 내지 500㎜의 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장비.