KR20080029212A - 세정 프로브 및 이를 구비하는 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

세정 프로브 및 이를 구비하는 웨이퍼 세정 장치 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 세정 장치는 세정 용기와, 세정 용기 안에 위치하고 웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 지지대와, 웨이퍼 지지대 위에 위치하며 상기 웨이퍼 상의 세정액을 통해 상기 웨이퍼 표면으로 메가소닉 파동을 전달하는 세정 프로브를 구비하되, 세정 프로브는 메가소닉 파동을 발생시키는 프로브 진동자와, 프로브 진동자와 연결되는 결합부와, 결합부로부터 연장되어 메가소닉 파동을 전달하는 제1파동전달부와, 제1파동전달부의 내부에 위치하고, 상기 제1파동전달부에 의한 메가소닉 파동과 다른 메가소닉 파동을 전달하는 제2파동전달부를 포함한다. 이중재질을 갖는 세정 프로브를 통해 패턴 데미지를 감소시켜 웨이퍼의 손상을 방지하는 효과가 있다. 또한, 세정효과 상실을 방지하여 웨이퍼의 손상을 방지하는 효과가 있다.
웨이퍼 세정 장치. 세정 프로브

Description

세정 프로브 및 이를 구비하는 웨이퍼 세정 장치{cleaning probe and Wafer cleaning equipment with cleaning probe}
도 1은 종래의 세정 프로브에 의하여 세정되도록 놓여진 웨이퍼의 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 세정 프로브의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 세정 프로브를 나타내는 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 세정 프로브를 나타내는 측면도이다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세정 프로브를 나타내는 측면도이다.
도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세정 프로브를 나타내는 측면도이다.
도 5d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세정 프로브를 나타내는 측면도이다.
본 발명은 세정 프로브 및 이를 구비하는 웨이퍼 세정 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼를 세정하기 위하여 메가소닉 파동을 사용하는 세정 프로브 및 이를 구비하는 웨이퍼 세정 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 및 다른 아이템들은 종종 매우 높은 수준의 깨끗함을 요구한다. 특히, 반도체 회로를 제조하는 동안, 미세한 파티클들이 웨이퍼 구조의 표면 위에 잔류할 수 있는데, 이러한 파티클들을 제거하지 않으면 회로의 오동작이 유발되거나 동작불능이 야기된다. 따라서, 파티클들은 반도체 표면으로부터 가능한 한 많이 제거되어야 한다.
파티클들을 웨이퍼로부터 제거하는 하나의 방법은 메가소닉 파동으로 구동되는 막대(rod) 가까이에 웨이퍼를 위치시키고, 그 막대 아래에서 웨이퍼를 움직이는 것이다. 메가소닉 파동은 막대가 파티클들을 웨이퍼 표면으로부터 분리시키는 세정 작용을 하도록 한다. 메가소닉 에너지는 초음파 에너지보다 10 내지 50배 높은 주파수를 가지는, 예를 들어 200 내지 1000kHz의 범위 안에 있는, 에너지이다. 이러한 주파수에서, 약 0.01 내지 10W/mm2 (웨이퍼 표면) 사이의 파워 수준에서 우수한 세정 성능이 얻어진다. 추가적으로, 물 또는 다른 용액과 같은 케미칼들이 웨이퍼의 표면으로 공급되어, 세정 막대가 구동되는 동안에 용액이 웨이퍼와 세정 막대 사이에 있게 된다. 나아가, 세정 작용을 증진하기 위해서, 구동된 세정 막대 아래에서 웨이퍼가 회전될 수 있다. 메가소닉 파동에 의한 웨이퍼 세정 시스템의 예는 브랜(Bran)에게 허여된 미국특허 제6,039,059에 개시되어 있다.
도 1은 세정 막대 또는 프로브(probe)(20)에 의해 세정되도록 설치된 웨이퍼(10)의 예를 보이는 단면도이다. 세정액(12)은 웨이퍼(10) 표면에 존재하고 세정 막대(20) 주변에 메니스커스(meniscus)를 형성한다. 웨이퍼(10)가 세정 프로브(20) 아래에서 회전함에 따라 메니스커스가 비대칭일 수 있다.
세정 프로브(20)는 프로브와 웨이퍼(10) 사이에 있는 세정액(12)으로 고주파 에너지를 전달하는 데 중요한 역할을 한다. 메가소닉 파동이 세정 프로브(20)에 인가되면, 공동 효과(cavity effect)가 세정액(12)에서 일어나, 파동의 1/2주기 동안 용액 안에서 기포가 발생되어 성장하고 다른 1/2주기동안 터진다. 기포가 발생되고 터짐에 따라 파티클들이 웨이퍼(10) 표면으로로부터 분리되고 세정액(12)에 의해 옮겨짐으로써 웨이퍼 표면이 세정된다.
고주파 에너지로 세정하는 동안 발생되는 하나의 문제는 세정 작용이 웨이퍼(10)나 웨이퍼 위에 제조된 구조를 손상하는 것으로, 패턴 데미지(damage)라고 칭해진다. 세정 프로브(20) 바로 아래에 있는 위치에서는 그렇지 않은 위치에서보다 더 많은 패턴 데미지들이 관찰된다.
도 2는 종래의 세정 프로브의 측면도이다.
도 2를 참조하면, 웨이퍼(10) 표면을 더 효과적으로 세정하기 위해 세정 프로브(20)의 바닥 에지면을 따라 가로지르는 그루브(groove)(23) 패턴을 식각한 세정 프로브(20)를 사용한다. 세정 프로브(22)에 위치하는 그루브(23)는 프로브(22) 바로 아래에 위치하지 않는 웨이퍼 표면의 세정 작용은 유지한 채, 세정 프로브(22)와 웨이퍼(10) 표면간의 평균 거리를 증가시킨다. 다시 말해, 세정 프로 브(22) 안의 그루브(23)는 세정 프로브(22)로부터 프로브 바로 아래가 아닌 웨이퍼(10) 영역에 전달되는 메가소닉 파동은 감소시키지 않으면서, 세정 프로브(22)의 바닥면에서부터 세정 프로브의 바닥면 바로 아래에 있는 웨이퍼(10) 표면으로 전달되는 메가소닉 파동을 감소시키는 데에 중요한 역할을 한다. 프로브(22) 안에 그루브(23)를 가짐으로써, 그루브(23)가 형성된 세정 프로브(22) 바로 아래에 놓이는 웨이퍼 표면과 세정 프로브(22) 사이의 증가된 평균 거리 때문에, 웨이퍼(10) 표면에 대한 데미지는 줄어드는 반면 세정 작용은 보존된다.
그런데, 그루브(23)가 형성된 세정 프로브(22)를 사용하는 경우, 에너지 반복 현상에 의해 일정 간격으로 형성된 그루브(23)에 육안으로 확인될 정도의 기포가 빠져 나오지 못하는 경우가 발생한다.
이러한 경우, 메가소닉 파동이 전달되지 못해 세정 효과가 상실되는 문제점이 있다. 또한, 육안으로 확인될 정도의 기포가 웨이퍼의 패턴에서 터지면 패턴 데미지를 발생시키는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 웨이퍼를 세정하는 동안 발생되는 패턴 데미지를 감소시키는 세정 프로브 및 이를 구비하는 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 웨이퍼를 세정하는 동안 세정효과 상실을 방지할 수 있는 세정 프로브 및 이를 구비하는 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세정 프로브는 메가소닉 파동 을 발생시키는 프로브 진동자와, 프로브 진동자와 연결되는 결합부와, 결합부로부터 연장되어 메가소닉 파동을 전달하는 제1파동전달부와, 제1파동전달부의 내부에 위치하고, 상기 제1파동전달부에 의한 메가소닉 파동과 다른 메가소닉 파동을 전달하는 제2파동전달부를 포함한다.
제2파동전달부는 제2파동전달부는 제1파동전달부와 다른 재질로 이루어져, 제2파동전달부는 제1파동전달부에 의한 메가소닉 파동보다 약한 메가소닉 파동을 전달할 수 있다.
제2파동전달부의 단면은 원형, 사각형, 삼각형 중 어느 하나일 수 있다.
제2파동전달부는 복수개로 마련될 수 있다.
웨이퍼 세정장치는 세정 용기와, 세정 용기 안에 위치하고 웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 지지대와, 웨이퍼 지지대 위에 위치하며 상기 웨이퍼 상의 세정액을 통해 상기 웨이퍼 표면으로 메가소닉 파동을 전달하는 세정 프로브를 구비하되, 세정 프로브는 메가소닉 파동을 발생시키는 프로브 진동자와, 프로브 진동자와 연결되는 결합부와, 결합부로부터 연장되어 메가소닉 파동을 전달하는 제1파동전달부와, 제1파동전달부의 내부에 위치하고, 상기 제1파동전달부에 의한 메가소닉 파동과 다른 메가소닉 파동을 전달하는 제2파동전달부를 포함한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예가 이하에서 개시되는 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. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 웨이퍼 세정 장치(100)는 세정용기(110)와, 세정될 웨이퍼(W)가 놓여지는 웨이퍼 지지대(120)와, 프로브 진동자(240), 및 세정 프로브(200)를 포함한다.
세정용기(110)는 사발 형상으로 웨이퍼(W)의 세정 작업은 그 내부에서 수행된다.
웨이퍼 지지대(120)는 웨이퍼(W)가 상면에 놓여질 수 있도록 원형 플레이트 형상으로 세정용기(110)의 내부에 위치한다. 웨이퍼 지지대(120)의 하부에는 회전축(121)이 마련되고, 회전축(121)은 구동모터(미도시)에 연결된다. 웨이퍼 지지대(120)는 구동모터에 의해 회전된다.
웨이퍼 지지대(120)의 상측에는 웨이퍼(W)의 상측 표면에 세정 매질막을 형성하기 위하여 세정액, 예를 들어, 순수 또는 화학 용액을 공급하는 제1세정액 공급부(122)가 설치된다. 제1세정액 공급부(122)는 노즐(nozzle)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 웨이퍼(W)의 하측에도 별도로 제2세정액 공급부(123)가 추가로 설치될 수 있다.
세정 프로브(200)는 세정작업 중 세정용기(110)의 측벽을 통해 웨이퍼 지지대(120) 상측에 위치한다. 세정 프로브(200)가 세정될 웨이퍼(W) 근처에 위치하면, 메가소닉 파동이 세정 프로브(200)에 인가되고, 이것은 세정액을 교란시켜 세정액의 공동(cavity)을 일으킨다. 이에 의하여 웨이퍼(W)가 세정된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 세정 프로브를 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 세정 프로브(200)는 프로브 진동자(240), 결합부(210), 제1파동전달부(220), 제2파동전달부(230)를 포함한다.
프로브 진동자(240)는 결합부(210)와 연결되고, 세정용기(110)의 외부에 배치된다. 프로브 진동자(240)는 압전 변환기(piezoelectric transducer)일 수 있다. 프로브 진동자(240)는 세정하는 동안 전기적으로 여기되어 세정 프로브(200)를 진동하게 한다. 프로브 진동자(240)가 압전 변환기인 경우 여기 에어지가 진동을 제어한다. 프로브 진동자(240)는 메가소닉 파동을 생성하고, 메가소닉 파동은 예를 들면 750~1000kHz의 주파수를 갖는다.
결합부(210)는 메가 소닉 에너지를 발생시키는 프로브 진동자(240)와 연결된다. 결합부(210)는 세정 용기(110, 도3참조) 외부에 배치되며, 제1파동전달부(220)보다 넓은 단면적을 가진다. 결합부(210)는 석영으로 이루어질 수 있다.
제1파동전달부(220)는 세정될 웨이퍼(W) 상측에 배치되며, 결합부(210)로부터 연장되어 형성된다. 제1파동전달부(220)는 세정될 웨이퍼(W)의 상측에 배치되어, 세정하는 동안 진동하여 메가소닉 파동을 전달한다. 제1파동전달부(220)는 쿼츠(Quartz, 석영)으로 이루어질 수 있다. 또한, 제1파동전달부(220)에는 제2파동전달부(230)가 삽입되어 배치될 수 있도록 삽입홀(221)이 마련된다. 이 삽입홀(221)에 제2파동전달부(230)이 삽입되어 가공된다.
제2파동전달부(230)는 로드(rod) 형상을 가지며, 제1파동전달부(220)의 내부에 위치하고, 제1파동전달부(220)가 세정될 웨이퍼(W)의 상측에 배치되는 경우, 웨이퍼(W)에 인접하는 위치에 배치되도록 마련된다.
또한, 제2파동전달부(230)는 제1파동전달부(220)의 재질과 다른 재질을 사용한다. 예를 들면 제2파동전달부(230)는 고무, 철(iron)등의 재질일 수 있다. 다만, 제2파동전달부(230)는 제1파동전달부(230)보다 약한 메가소닉 파동을 전달할 수 있는 재질이면 어떠한 재질이든 가능할 것이다.
제2파동전달부(230)와 제1파동전달부(220)의 재질을 서로 다른 재질로 사용함으로써, 제2파동전달부(230)와 제1파동전달부(220)는 서로 다른 고유 유전율과 밀도를 가진다. 따라서, 제1파동전달부(220)와 다른 고유 유전율과 밀도를 갖는 제2파동전달부(230)는 동일한 전기적 신호로부터 제1파동전달부(220)에 의한 기계적 신호와 다른 기계적 신호로 변경시킨다. 즉, 제1파동전달부(220)와 제2파동전달부(230)는 서로 다른 메가소닉 파동을 전달한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 세정 프로브를 나타내는 측면도이다.
도면에 도시된 바와 같이 제2파동전달부(230)의 단면은 원형, 사각형, 삼각형일 수 있다. 또한 제2파동전달부(230)는 제1파동전달부(220)의 내부에 복수개로 마련될 수 있다.
상기한 바와 같이, 제2파동전달부(230)를 통해 제1파동전달부(220)의 바로 아래에 있는 위치에 전달되는 에너지 집중현상을 방지할 수 있다. 또한 그루브를 가지지 않게 됨으로써, 기포가 그루브로부터 빠져 나오지 못하게 되어 발생되는 세정효과 상실을 방지할 수 있고, 그루브로부터 빠져 나온 커다란 기포에 의한 패턴 데미지(damage)를 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명 웨이퍼 세정 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 웨이퍼 지지대(120) 상에 웨이퍼(W)가 놓이면, 웨이퍼 지지대(120)가 구동모터(미도시)에 의해 회전하고 세정액 공급부(122, 123)를 통해 웨이퍼(W)의 표면으로 예를 들면 탈이온수 같은 세정액이 공급된다. 웨이퍼(W)가 웨이퍼 지지대(120)와 함께 회전하면서 웨이퍼(W) 상의 공급된 세정액은 웨이퍼(W)의 전면에서 균일한 두께로 분포하게 된다. 웨이퍼(W) 상으로 프로브 진동자(240)에 연결되는 세정 프로브(200)가 위치하게 되며, 세정 프로브(200)는 세정액과 접하게 된다. 이때, 세정 프로브(200)와 웨이퍼(W)의 표면은 직접적으로 접하지 않는다. 상기와 같은 상태에서, 프로브 진동자(240)에서 예를 들면 900kHz의 주파수를 갖는 메가소닉 파동이 생성되고, 메가소닉 파동은 세정 프로브(200)로 전달되며, 세정액을 통해 웨이퍼(W) 표면으로 전달된다.
웨이퍼(W) 표면으로 전달되는 메가소닉 파동은 세정 프로브(200)의 제1파동전달부(220)와 제2파동전달부(230)가 재질을 달리함에 의해 서로 다르게 된다. 이에 의하여, 제1파동전달부(220)의 바로 아래에 있는 위치에 전달되는 에너지 집중현상을 방지할 수 있다.
또한, 제1파동전달부(220)에 그루브를 형성하지 않음으로써, 기포가 그루브로부터 빠져 나오지 못하게 되어 발생되는 세정효과 상실을 방지할 수 있고, 그루 브로부터 빠져 나온 커다란 기포로 인한 패턴 데미지(damage)를 방지할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술 되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 이중재질을 갖는 세정 프로브를 통해 패턴 데미지를 감소시켜 웨이퍼의 손상을 방지하는 효과가 있다. 또한, 세정효과 상실을 방지하여 웨이퍼의 손상을 방지하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 메가소닉 파동을 발생시키는 프로브 진동자;
    상기 프로브 진동자와 연결되는 결합부;
    상기 결합부로부터 연장되어 메가소닉 파동을 전달하는 제1파동전달부;
    상기 제1파동전달부의 내부에 위치하고, 상기 제1파동전달부에 의한 메가소닉 파동과 다른 파동을 전달하는 제2파동전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 프로브.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제2파동전달부는 상기 제1파동전달부와 다른 재질로 이루어져, 상기 제2파동전달부는 상기 제1파동전달부에 의한 메가소닉 파동보다 약한 메가소닉 파동을 전달하는 것을 특징으로 하는 세정 프로브.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2파동전달부의 단면은 원형, 사각형, 삼각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세정 프로브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2파동전달부는 복수개로 마련되는 것을 특징으로 하는 세정 프로브
  5. 세정 용기;
    상기 세정 용기 안에 위치하고 웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 지지대;
    상기 웨이퍼 지지대 위에 위치하며 상기 웨이퍼 상의 세정액을 통해 상기 웨이퍼 표면으로 메가소닉 파동을 전달하는 세정 프로브를 구비하되,
    상기 세정 프로브는
    메가소닉 파동을 발생시키는 프로브 진동자;
    상기 프로브 진동자와 연결되는 결합부;
    상기 결합부로부터 연장되어 메가소닉 파동을 전달하는 제1파동전달부;
    상기 제1파동전달부의 내부에 위치하고, 상기 제1파동전달부에 의한 메가소닉 파동과 다른 메가소닉 파동을 전달하는 제2파동전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제2파동전달부는 상기 제1파동전달부와 다른 재질로 이루어져, 상기 제2파동전달부는 상기 제1파동전달부에 의한 메가소닉 파동보다 약한 메가소닉 파동을 전달하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 제2파동전달부의 단면은 원형, 사각형, 삼각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제2파동전달부는 복수개로 마련되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
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CN102327883A (zh) * 2011-10-10 2012-01-25 北京七星华创电子股份有限公司 兆声波清洗头及具有该清洗头的兆声波清洗系统

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