KR20080006806A - 습식 세정 장치 및 방법 - Google Patents

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김창현
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Abstract

본 발명은 웨이퍼을 소정의 세정액으로 세정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 습식 세정 장치는 내부에 세정액이 채워지는, 그리고 공정시 웨이퍼가 상기 세정액에 침지되는 공간을 가지는 처리조, 상기 처리조의 하측에 설치되어 상방향으로 세정액을 분사하는 분사부재, 그리고 웨이퍼의 중심을 가로지르는 수평선을 기준으로 상기 수평선보다 상부 영역의 가장자리 일부에만 접촉하여 복수의 웨이퍼들을 상하로 수직하게 지지하는, 그리고 상기 처리조에 웨이퍼를 침지시키는 침지 부재를 포함한다. 본 발명에 따른 습식 세정 장치 및 방법은 세정 공정시 공급되는 세정액이 웨이퍼를 지지 및 고정시키는 수단과 충돌하여 웨이퍼들의 처리면 사이에서 와류가 발생되는 것을 방지하여, 분사되는 세정액이 웨이퍼 표면 전반을 균일하게 세정할 수 있다.
반도체, 웨이퍼, 세정, 처리조, 베스,

Description

습식 세정 장치 및 방법{WET CLEANING APPARATUS AND METHOD}
도 1은 종래 기술에 따른 습식 세정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 습식 세정 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 침지부재의 사시도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 습식 세정 장치의 공정 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100 : 습식 세정 장치
110 : 처리조
120 : 순환부재
130 : 침지부재
140 : 세정액 공급부재
본 발명은 기판 세정 장치 및 방법에 관하 것으로, 보다 상세하게는 반도체 기판을 세정하는 기판 세정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정에서는 웨이퍼 상의 미립자 금속 불순물, 유기 오염물, 표면 피막 등의 다양한 이물질을 제거하는 세정 공정이 수행된다. 일반적으로 기판을 세정하는 장치는 건식 세정 장치와 습식 세정 장치로 나뉜다. 이 중 습식 세정 장치는 웨이퍼를 세정액이 수용된 처리조에 침지시켜 웨이퍼를 세정한다.
도 1을 참조하면, 일반적인 습식 세정 장치(1)는 처리조(10), 순환부재(20), 그리고 침지부재(30)를 포함한다. 처리조(10)는 내부에 세정액이 채워지는 공간을 제공한다. 처리조(10)의 내부에는 지지체(12) 및 분사부재(14)를 포함한다. 지지체(12)는 복수개가 설치된다. 각각의 지지체(12)들은 처리조(10) 내부에서 웨이퍼(W)들이 상하로 수직하게 세워지도록 지지한다. 분사부재(14)는 공정시 순환부재(20)로부터 세정액을 공급받아, 지지체(12)에 안착된 웨이퍼(W)들 사이 공간으로 세정액을 분사한다. 그리고, 침지부재(30)는 복수의 웨이퍼(W)들을 상하로 수직하게 척킹(chucking)한다.
상술한 습식 세정 장치(1)는 공정이 개시되면, 침지부재(30)가 복수의 웨이퍼(W)들을 상하로 수직하게 척킹한 후 처리조(10) 내 지지체(12)에 안착시킨다. 웨이퍼(W)들이 지지체(12)에 안착되면, 분사부재(14)는 순환부재(20)로부터 세정액을 공급받아 웨이퍼(W)들 사이 공간으로 분사한다. 웨이퍼(W)들의 세정이 완료되면, 척킹부재(30)는 웨이퍼(W)들을 처리조(10)로부터 반출한다.
그러나, 상술한 습식 세정 장치(1)는 세정 공정시, 분사부재(14)에 의해 분 사되는 세정액이 웨이퍼(W)들을 지지하는 지지체(12)와 충돌하여 세정액의 흐름이 변화한다. 즉, 분사되는 세정액은 지지체(12)와 충돌한 후 그 흐름이 흐트러지므로, 웨이퍼(W)들 사이 공간에서는 세정액의 와류가 발생된다. 따라서, 이러한 와류 영역(s)의 발생으로 인해 분사부재(14)로부터 분사되는 세정액은 웨이퍼(W) 표면을 불규칙적으로 세정하게 되어, 세정 공정 효율이 저하된다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 웨이퍼의 세정 효율을 향상시킨 습식 세정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 세정 공정시 공급되는 세정액이 웨이퍼를 지지 및 고정시키는 수단과 충돌하여 웨이퍼의 세정 효율이 저하되는 것을 방지하여, 웨이퍼를 세정하는 효율이 저하되는 것을 방지하는 습식 세정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 습식 세정 장치는 내부에 세정액이 채워지는, 그리고 공정시 웨이퍼가 상기 세정액에 침지되는 공간을 가지는 처리조, 상기 처리조의 하측에 설치되어 상방향으로 세정액을 분사하는 분사부재, 그리고 웨이퍼의 중심을 가로지르는 수평선을 기준으로 상기 수평선보다 상부 영역의 가장자리 일부에만 접촉하여 복수의 웨이퍼들을 상하로 수직하게 지지하는, 그리고 상기 처리조에 웨이퍼를 침지시키는 침지 부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 습식 세정 장치는 상기 처리조의 외부에서 상기 웨이퍼들을 대기시키는 대기부를 더 포함하고, 상기 침지부재는 상기 처리조 와 상기 대기부 상호간에 상기 웨이퍼들을 이송시키는 이송 부재이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 습식 세정 방법은 복수의 웨이퍼들을 상하로 수직하게 지지한 후 세정액이 채워진 처리조에 웨이퍼들을 침지시키고, 상기 처리조에 침지된 웨이퍼들을 향해 세정액을 분사함으로써 웨이퍼 표면을 세정하되, 상기 웨이퍼들은 상기 웨이퍼의 중심을 수평으로 가로지르는 수평선을 기준으로 상기 수평선보다 상부 영역의 가장자리 일부가 지지된 상태에서, 그리고 각각의 웨이퍼들의 처리면들이 서로 마주보며 상하로 수직하게 지지된 상태에서 공정이 진행된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 웨이퍼들의 지지는 상기 처리조와 상기 처리조의 외부에서 웨이퍼들을 대기시키는 대기부 상호간에 웨이퍼들을 이송하는 이송 부재에 의해 이루어진다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 웨이퍼를 세정액에 침지시켜 세정하는 반도체 제조 장치를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 소정의 처리액으로 웨이퍼 및 평판디스플레이 제조에 사용되는 유리기판을 처리하는 모든 기판 처리 장치에 적용이 가능하다.
(실시예)
도 2는 본 발명에 따른 습식 세정 장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 침지부재의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 습식 세정 장치(wet cleaning apparatus)(100)는 처리조(chemical bath)(110), 순환부재(recycling member)(120), 침지부재(immersing member)(130), 그리고 세정액 공급부재(cleaning-liquid supply member)(140)를 포함한다. 처리조(110)는 내조(inner bath)(112) 및 외조(outer bath)(114)를 포함한다. 내조(112)는 내부에 세정액이 채워지는 공간을 가진다. 상기 공간은 공정시 웨이퍼(W)들이 침지되어 세정이 이루어진다. 내조(112)에는 분사부재(112a)가 제공된다. 분사부재(112a)는 내조(112)의 하측에 설치되며, 내조(112) 내부 공간으로 세정액을 분사한다. 분사부재(112a)는 공정시 내조(112) 내부에 위치되는 웨이퍼(W)들 사이 공간으로 세정액을 분사한다. 외조(114)는 내조(112) 외부에서 내조(112)를 감싸도록 설치된다. 외조(114)는 공정시 내조(112)로부터 넘쳐흐르는 세정액을 수용한다. 외조(114)는 상부 일부가 개방되며, 개방된 상부는 공정시 웨이퍼(W)들의 출입이 이루어지는 출입구로 사용된다.
본 실시예에서는 처리조(110)가 내조(112) 및 외조(114)를 가지는 구성을 예로 들어 설명하였으나, 처리조(110)는 내조(112)만을 가지는 구성일 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예로서, 처리조는 이중 베스(double bath) 구조가 아닌 단일 베스(single bath)의 구조를 가질 수 있다.
순환부재(120)는 처리조(110) 내 세정액을 순환시킨다. 순환부재(120)는 순환라인(recylcle line)(122), 가압부재(pressurization member)(124), 가열기(heating part)(126), 그리고 필터부재(filter part)(128)를 포함한다. 순환라인(122)은 처리조(110) 내 세정액을 순환시킨다. 일 실시예로서, 순환라인(122)의 일단은 외조(114) 내부와 통하고, 타단은 분사부재(112a)와 연결된다. 따라서, 순환라인(122)은 외조(114)로부터 내조(112)로 세정액을 공급한다. 공급된 세정액은 내조(112)로부터 넘쳐흘러 다시 외조(114)에 수용되고, 외조(114)로 수용된 세정액은 다시 순환라인(122)에 의해 내조(112)로 공급된다.
가압부재(124)는 순환라인(122) 상에 설치된다. 가압부재(124)는 순환라인(122)이 세정액을 순환시키도록, 순환라인(122) 내 세정액에 유동압을 제공한다. 가압부재(124)로는 펌프(pump)가 사용될 수 있다. 가열기(126)는 순환라인(122) 상에 설치되어, 순환라인(122)을 따라 순환되는 세정액을 기설정된 공정온도로 가열한다. 가열기(126)로는 적어도 하나의 히터(heater)가 사용될 수 있다. 그리고, 필터부재(128)는 순환라인(122) 상에 설치되어, 순환라인(122)을 따라 순환되는 세정액 내 오염물질을 필터링(filtering)한다. 필터부재(128)로는 적어도 하나의 필터(filter)가 사용된다.
침지부재(130)는 공정시 복수의 웨이퍼(W)들을 척킹(chucking)한 후 처리조(110)에 침지시킨다. 도 3을 참조하면, 침지부재(130)는 제1 지지체(132) 및 제2 지지체(134)를 포함한다. 제1 지지체(132)는 제2 지지체(134)를 고정시킨다. 제1 지지체(132)는 제1 아암부(132a) 및 제2 아암부(132b)를 가진다. 제1 아암부(132a) 및 제2 아암부(132b) 각각은 웨이퍼(W)를 상하로 가로지르는 수직선(Y)을 기준으로 서로 좌우 대칭으로 제공된다. 제2 지지체(134)는 제1 지지체(132)에 의해 지지되며, 수평하게 제공된다. 제2 지지체(134)는 제1 척킹부(134a) 및 제2 척킹부(134b)를 포함한다. 제1 척킹부(134a) 및 제2 척킹부(134b)는 긴 바(bar) 형상을 가진다. 제1 척킹부(134a)는 제1 아암부(132a)에 의해 지지되며, 제2 척킹부(134b)는 제2 아암부(132b)에 의해 지지된다. 제1 척킹부(134a) 및 제2 척킹부(134b)에는 홈들(134c)들이 형성된다. 홈들(134c)은 공정시 웨이퍼(W)의 상부 가장자리 일부를 삽입시켜 척킹한다. 여기서, 웨이퍼(W)의 상부는 웨이퍼(W)를 수평으로 가로지르는 수평선(X)보다 상부에 있는 웨이퍼(W)의 영역이다. 따라서, 제1 및 제2 척킹부(134a, 134b)는 각각 웨이퍼(W)의 상부 영역에서 웨이퍼(W)와 접촉한다. 이때, 홈들(134c)은 웨이퍼(W)와 최소한의 접촉면적으로 갖고 웨이퍼(W)를 척킹하는 것이 바람직하다. 이는, 각각의 홈들(134c)이 웨이퍼(W)와 접촉하는 면적이 클수록 공정시 세정액에 의해 세정이 원활히 이루어지지 않는 영역이 증가하기 때문이다.
침지부재(130)는 처리조(110) 및 처리조(110) 외부에 이송되는 이송 부재(tranforting member)이다. 이를 위해, 장치(100)의 외부 일측에는 침지부재(130)를 구동시키는 구동부(미도시됨)가 설치된다. 구동부는 세정위치(a), 대기위치(b), 그리고 척킹위치(미도시됨) 상호간에 척킹부재(130)를 구동시킨다. 세정위치(a)는 웨이퍼(W)들을 척킹한 척킹부재(130)가 웨이퍼(W)들을 처리조(110)로 침지시켜 세정 공정을 수행하는 위치이다. 대기위치(b)는 세정위치(a)로 이동되기 전 에 척킹부재(130)가 처리조(110)의 상부에서 대기하는 위치이다. 그리고, 척킹위치(미도시됨)는 척킹부재(130)가 웨이퍼(W)들을 척킹(chucking) 및 언척킹(unchucking)하는 위치이다. 여기서, 척킹위치(미도시됨)에는 세정 공정이 수행되기 전에 웨이퍼(W)들을 대기시키는 대기부(미도시됨)가 제공된다.수단을 제1 및 제2 척킹부(134a, 134b)에 구비시켜 웨이퍼(W)들을 지지할 수 있다.
대기부는 복수의 웨이퍼(W)들을 상하로 수직하게 안착시키는 보우트(boat)(미도시됨) 및 상기 보우트에 안착된 웨이퍼(W)들을 상하로 리프팅(lifting)시키는 승강부재(미도시됨)를 가진다. 승강부재는 공정시 척킹부재(130)가 척킹위치(미도시됨)에 위치하면, 보우트에 안착된 웨이퍼들을 승강시켜 척킹부재(130)에 제공되는 홈들(134c)에 웨이퍼(W)들을 삽입시킨다.
본 실시예에서는 침지부재(130)가 복수의 웨이퍼(W)들을 제1 및 제2 척킹부(134a, 134b)에 형성된 홈들(134c)에 삽입시켜 지지하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 침지부재(130)가 웨이퍼(W)들을 지지하는 방식은 다양한 기술이 적용될 수 있다. 예컨대, 침지부재(130)는 제1 및 제2 척킹부(134a, 134b)에 집게와 같은 구조를 가지는 척킹 및 언척킹 수단을 구비시켜 웨이퍼(W)들을 지지할 수 있다. 또는, 침지부재(130)는 홈들(134c)에 삽입된 웨이퍼(W)들을 고정시키는 고정
세정액 공급부재(140)는 처리조(110)로 세정액을 공급한다. 세정액 공급부재(140)는 세정액 공급원(142) 및 세정액 공급라인(144)을 포함한다. 세정액 공급원(142)은 세정액을 수용하고, 세정액 공급라인(144)은 세정액 공급원(142)으로부터 처리조(110)의 외조(114)로 세정액을 공급한다. 여기서, 세정액은 웨이퍼(W) 표 면에 잔류하는 이물질을 세정하는 액체이다. 세정액으로는 다양한 종류의 약액(chemical) 및 초순수(DIW:Deionized Water)가 사용될 수 있다.
본 실시예에서는 세정액 공급부재(140)가 외조(114)로 세정액을 공급하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 세정액 공급부재(140)는 내조(112)로 세정액을 공급할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 세정액 공급부재(140)가 제조가 완성된 세정액을 처리조(110)로 공급하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 세정액은 처리조(110)에서 복수의 처리액들을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 다른 실시예로서, 습식 세정 장치는 상기 세정액을 제조하기 위한 복수의 처리액들을 처리조(110)로 공급하는 처리액 공급부재(treating-liquid supply member)를 가진다. 처리조(110)가 상기 처리액 공급부재로부터 복수의 처리액들을 공급받으면, 순환부재(120)는 처리조(110) 내 처리액들을 순환시키면서 혼합하여 기설정된 공정 농도 및 온도를 만족하는 세정액을 생성시킨다.
이하, 상술한 구조를 가지는 습식 세정 장치(100)의 공정 과정을 상세히 설명한다. 여기서, 상술한 구성들과 동일한 구성들에 대한 참조번호는 동일하게 병기하고, 그 구성들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 습식 세정 장치(100)의 공정 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 도 4a를 참조하면, 습식 세정 장치(100)의 공정이 개시되면, 세정액 공급부재(140)의 세정액 공급라인(144)은 세정액 공급원(142)으로부터 처리조(110)로 세정액을 공급한다. 처리조(110) 내 세정액이 기설정된 수위 이상으로 채워지면, 순환부재(120)는 처리조(110) 내 세정액을 순환시킨다. 즉, 가압부 재(124)가 가동되어, 처리조(110) 내 세정액은 순환라인(122)을 따라 순환된다. 이때, 순환라인(122)을 따라 순환되는 세정액은 가열기(126)에 의해 기설정된 공정 온도로 가열되고, 필터부재(128)에 의해 오염물질이 필터링된다.
침지부재(130)는 구동부(미도시됨)에 의해 구동되어, 척킹위치(미도시됨)에 위치된다. 침지부재(130)가 척킹위치에 위치되면, 상술한 승강부재는 웨이퍼(W)들을 승강시켜 제2 지지체(134)의 제1 및 제2 척킹부(134a, 134b)에 제공된 홈들(134c)에 삽입시킨다. 제2 지지체(134)가 웨이퍼(W)들을 척킹하면, 구동부는 침지부재(130)를 척킹위치로부터 대기위치(b)로 이동시킨다.
그리고, 처리조(110) 내 세정액이 일정시간 동안 순환되면, 구동부는 척킹부재(130)를 대기위치(b)로부터 세정위치(a)로 이동시켜 웨이퍼(W)들을 처리조(110)에 침지시킨다. 즉, 도 4b를 참조하면, 척킹부재(130)는 구동부에 의해 대기위치(b)로부터 세정위치(a)로 이동되어, 척킹한 웨이퍼(W)들을 세정액이 채워진 내조(112)에 침지시킨다. 내조(112)에 웨이퍼(W)들이 침지되면, 순환부재(120)는 외조(114)로부터 분사부재(112a)로 세정액을 공급한다. 분사부재(122a)는 공급받은 세정액을 웨이퍼(W)들 사이 공간으로 분사한다. 분사되는 세정액은 각각의 웨이퍼(W) 표면에 잔류하는 이물질을 세정한다.
세정 공정이 완료되면, 구동부는 침지부재(130)를 세정위치(a)로부터 대기 위치(b), 그리고 척킹위치에 순차적으로 이동시킨다. 척킹위치에 침지부재(130)가 위치되면, 승강부재(미도시됨)는 침지부재(130)에 척킹된 웨이퍼(W)들은 언척킹(unchucking)시킨 후 상술한 안착부재(미도시됨)에 안착시킨다. 안착부재에 안착 된 웨이퍼(W)들은 후속 공정이 수행되는 설비로 이동된다.
상술한 습식 세정 장치(100) 및 방법은 웨이퍼(W)를 고정 및 지지하는 수단이 세정 공정시 공급되는 세정액과 충돌되지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 습식 세정 장치(100)는 웨이퍼(W)의 상부 가장자리 일부와 접촉하여 복수의 웨이퍼(W)들을 척킹 및 언척킹하는 침지부재(130)를 가진다. 따라서, 세정 공정시 분사부재(112a)로부터 분사되는 세정액이 침지부재(130)와 충돌되는 것을 방지한다. 따라서, 종래의 지지체(도1의 (12))에 의해 지지된 상태에서 세정 공정이 수행되는 방식에 비해, 세정 공정시 웨이퍼(W)들을 향해 분사되는 세정액이 웨이퍼(W)들을 고정 및 지지시키는 지지체(12)와 충돌하여 각각의 웨이퍼(W)들 표면에서 와류가 발생되는 현상을 방지한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 습식 세정 장치 및 방법은 웨이퍼를 세정하는 효율을 향상시킨다. 특히, 본 발명에 따른 습식 세정 장치 및 방법은 세정 공정시 공급되는 세정액이 웨이퍼를 지지 및 고정시키는 수단과 충돌하여 웨이퍼들의 처리면 사이에서 와류가 발생되는 것을 방지하여, 분사되는 세정액이 웨이퍼 표면 전반을 균일하게 세정할 수 있다.

Claims (4)

  1. 습식 세정 장치에 있어서,
    내부에 세정액이 채워지는, 그리고 공정시 웨이퍼가 상기 세정액에 침지되는 공간을 가지는 처리조와,
    상기 처리조의 하측에 설치되어 상방향으로 세정액을 분사하는 분사부재, 그리고
    웨이퍼의 중심을 가로지르는 수평선을 기준으로 상기 수평선보다 상부 영역의 가장자리 일부에만 접촉하여 복수의 웨이퍼들을 상하로 수직하게 지지하는, 그리고 상기 처리조에 웨이퍼를 침지시키는 침지 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 습식 세정 장치는,
    상기 처리조의 외부에서 상기 웨이퍼들을 대기시키는 대기부를 더 포함하고,
    상기 침지부재는,
    상기 처리조와 상기 대기부 상호간에 상기 웨이퍼들을 이송시키는 이송 부재인 것을 특징으로 하는 습식 세정 장치.
  3. 복수의 웨이퍼들을 상하로 수직하게 지지한 후 세정액이 채워진 처리조에 웨 이퍼들을 침지시키고, 상기 처리조에 침지된 웨이퍼들을 향해 세정액을 분사함으로써 웨이퍼 표면을 세정하되, 상기 웨이퍼들은 상기 웨이퍼의 중심을 수평으로 가로지르는 수평선을 기준으로 상기 수평선보다 상부 영역의 가장자리 일부가 지지된 상태에서, 그리고 각각의 웨이퍼들의 처리면들이 서로 마주보며 상하로 수직하게 지지된 상태에서 공정이 진행되는 것을 특징으로 하는 습식 세정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 웨이퍼들의 지지는,
    상기 처리조와 상기 처리조의 외부에서 웨이퍼들을 대기시키는 대기부 상호간에 웨이퍼들을 이송하는 이송 부재에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 습식 세정 방법.
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