KR20090041805A

KR20090041805A - 초음파 세정장치

Info

Publication number: KR20090041805A
Application number: KR1020070107478A
Authority: KR
Inventors: 박재병
Original assignee: 주식회사 실트론
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-04-29

Abstract

세정력을 향상시킨 기판의 초음파 세정장치가 개시된다. 상기 초음파 세정장치는 세정액이 수용되는 세정조의 바닥면을 V자 형태로 경사지게 형성하고, 상기 V자형 바닥면의 외측에 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 복수의 진동발생부를 구비한다. 서로 다른 주파수대의 초음파를 조합함으로써 2중의 경계층을 형성시킬 수 있으며, 다양한 크기의 파티클을 제거할 수 있고, 세정력을 향상시킨다.

초음파 세정, 습식 세정장치

Description

초음파 세정장치{APPARATUS FOR ULTRASONIC CLEANING OF SUBSTRATE}

본 발명은 기판의 습식 세정장치에 관한 것으로, 초음파를 조사하여 세정 효율을 향상시키는 초음파 세정장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판에 증착, 포토리소그래피(photolithography), 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로써 제조된다.

각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 반도체 기판 표면에는 이물질 또는 불필요한 막과 같은 오염물질이 부착될 수 있다. 이와 같은 오염 물질은 제품의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에 반도체 제조 공정에서는 기판에 부착된 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정이 수행된다. 최근 반도체 기판상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 세정 공정의 중요도가 높아지고 있다.

세정 공정을 수행하는 장치는 다수의 반도체 기판을 동시에 세정하는 배치식 세정장치와 낱장 단위로 반도체 기판을 세정하는 매엽식 세정장치로 구분된다.

일 예로, 세정공정을 수행하는 습식 세정장치(wet station)는 파티클, 유기 오염, 자연 산화막, 이온성 불순물 등 다양한 오염물을 제거하기 위해 여러 가지 세정액이 사용되고, 세정액이 수용된 세정조에 다수의 반도체 기판을 일정시간 침지시킴으로써 세정 공정이 수행된다.

상기 세정장치의 세정 효율을 향상시키기 위해 세정액에 초음파 진동을 가하는 초음파 세정장치가 개시된다. 상기 세정액에 초음파를 발생시키면, 상기 초음파의 에너지에 의해 진동이 발생함에 따라, 세정액 내에 기포가 형성된다. 그리고, 상기 기포는 상기 세정액의 표면으로 이동하면서 성장하고 파열된다. 여기서, 상기 기포의 파열시에 발생되는 온도와 압력으로 인해, 상기 기판 표면에 부착된 파티클이 제거된다.

그런데, 상기 기판 표면에는 상기 초음파의 영향을 받지 않는 경계층이 형성된다. 상기 경계층의 두께는 세정력에 영향을 미치는 중요한 요인이 된다. 상세하게는, 상기 경계층의 두께가 상기 기판에 부착된 파티클의 크기보다 큰 경우, 상기 파티클이 상기 경계층 내부에 있게 되므로, 상기 파티클이 상기 초음파에 의한 영향을 받지 않게 된다. 따라서, 상기 경계층의 두께가 두께보다 크기가 큰 파티클만 제거되므로, 세정 효율을 향상시키기 위해서는 상기 경계층의 두께가 얇게 형성될수록 유리하다.

여기서, 상기 경계층의 두께는 상기 초음파의 주파수에 영향을 받는다.

종래의 초음파 세정장치는 단일 주파수를 갖는 초음파를 조사되므로, 경계층의 두께도 단일하게 생성된다. 따라서, 종래의 초음파 세정장치는 상기 기판 표면에 부착된 다양한 크기의 파티클을 모두 제거할 수 있는 세정력을 가질 수 없다. 특히, 최근 반도체의 소형화에 따라 50 ㎚ 이하의 초미세 파티클을 제거할 수 있는 충분한 세정력을 확보하는 것이 중요하다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 세정력을 개선한 초음파 세정장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 다양한 크기의 파티클을 제거하기에 적합한 초음파 세정장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 세정조의 바닥면을 V자 형태로 경사지게 형성하고, 상기 바닥면 외측에 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 복수의 진동발생부를 구비함으로써, 미세한 입자의 파티클을 제거할 수 있고, 세정력을 향상시킨다. 또한, 2개의 초음파가 조합되어 사용자의 요구에 대응되는 두께를 갖는 경계층을 생성할 수 있다.

실시예에서, 상기 바닥면은 경사면인 제1 면과 제2 면이 V자형태로 결합되고, 상기 바닥면에서 발진된 초음파가 상기 기판 표면에서 교차될 수 있도록, 상기 바닥면은 하부를 향해 오목하게 형성된다. 즉, 상기 제1 면과 상기 제2 면은 90° 내지 180°의 사이각을 형성한다.

실시예에서, 상기 진동발생부는 상기 제1 면과 상기 제2 면에 진동발생부가 각각 구비되고, 제1 진동발생부와 제2 진동발생부는 서로 다른 주파수대의 초음파를 발생시킨다. 예를 들어, 상기 진동발생부 중 적어도 어느 하나는 1 ㎒대의 초음파를 발생시킨다. 그리고, 상기 진동발생부 중 적어도 어느 하나는 2 내지 3 ㎒대 의 초음파를 발생시킨다.

본 발명에 따르면, 첫째, 서로 다른 주파수를 갖는 초음파를 함께 발진시킴으로써 경계층의 두께를 최소화할 수 있어서, 보다 미세한 입자의 파티클을 제거할 수 있으며, 세정력을 향상시킨다.

둘째, V자형의 세정조 바닥에서 초음파를 조사함으로써 기판으로 초음파가 균일하게 전달될 수 있도록 하여 세정 효율을 향상시킨다.

또한, 서로 다른 주파수를 갖는 초음파가 교차하면서 간섭이 발생하여 다양한 두께를 갖는 경계층을 형성할 수 있어서, 다양한 크기의 파티클을 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치를 설명하기 위한 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 세정장치의 동작을 설명하기 위한 경계층을 도시한 단면도이고, 도 3은 주파수에 따른 제거 가능한 파티클의 크기를 보여주는 그래프이다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치를 설명한다.

도 1을 참조하면, 초음파 세정장치(100)는 피세정체인 기판(10)과 세정액(111)을 수용하는 세정조(110)와 상기 세정액(111)으로 초음파를 조사하는 진동발생부(120)를 포함한다.

상기 세정조(110)는 소정의 세정액(111)을 수용하고, 상기 세정액(111) 내부에 상기 기판(10)이 침지되어 세정 공정이 수행된다.

상기 세정조(110)는 ‘V’자 형태로 경사진 바닥면(112)을 갖는다. 상세하게는, 상기 바닥면(112)은 하부를 향해 오목하게 형성되고, 상기 바닥면(112)을 이루는 경사면인 제1 면(112a)과 제2 면(112b)이 서로 마주보도록 형성된다. 그리고, 상기 제1 면(112a)과 상기 제2 면(112b)이 이루는 사이각은 180°보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 면(112a)과 상기 제2 면(112b)이 이루는 사이각은 90°보다 크고 180°보다 작은 값을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 제1 면(112a)과 상기 제2 면(112b)의 외측에는 상기 진동발생부(120)가 각각 구비된다. 상기 진동발생부(120)는 서로 다른 주파수대의 초음파를 발생시키는 제1 진동발생부(121)와 제2 진동발생부(122)로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 진동발생부(120)는 미세한 입자의 파티클을 제거하기 위해서 1 ㎒ 이상의 초음파를 발생시킨다. 참고적으로, ㎒ 대의 초음파는 캐비테이 션(cavitation)에 의한 세정이 아닌 강력한 분자이동에 의해 세정이 이루어진다. 따라서, 반도체나 액정, 초정밀 부품 등의 세정을 위해서는 ㎒ 대의 초음파를 사용하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 상기 제1 진동발생부(121)는 1 ㎒ 주파수대의 제1 초음파(131)를 발생시킨다. 그리고, 상기 제2 진동발생부(122)는 상기 제1 초음파(131)보다 고주파인 2 ㎒ 또는 3 ㎒의 주파수대의 제2 초음파(132)를 발생시킨다.

한편, 도 1을 참조하면, 상기 제1 진동발생부(121)에서 발진된 제1 초음파(131)와 상기 제2 진동발생부(122)에서 발진된 제2 초음파(132)는 각각 상기 바닥면(112)에 수직한 방향으로 진행된다. 따라서, 상기 바닥면(112)의 경사에 의해 상기 제1 초음파(131)와 상기 제2 초음파(132)는 상기 기판(10) 상에서 교차된다.

상기 두 초음파(131, 132)가 서로 교차되는 교차영역(133)에서는 상기 초음파(131, 132) 사이의 간섭이 발생하게 되고, 상기 두 초음파(131, 132)의 진동 주파수가 증폭 및 감쇄 현상이 발생한다. 따라서, 상기 교차영역(133)에서는 상기 상기 2개의 초음파(131, 132)에 의한 진동뿐만 아니라 간섭으로 인해 변조된 진동이 혼재되어 있다.

또한, 상기 제1 초음파(131)와 상기 제2 초음파(132)가 소정 각도로 교차하도록 발진되므로, 상기 기판(10) 전면에 균일하게 상기 초음파(131, 132)가 전달된다.

여기서, 상기 제1 초음파(131)와 상기 제2 초음파(132)의 발진 시간을 변경시킴으로써 상기 교차영역(133)에서의 진동의 양상을 보다 다양하게 변화시킬 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 기판(10) 표면에는 상기 초음파(131, 132)의 영향을 받지 않는 경계층(a, b)이 형성된다. 상기 경계층(a, b)의 두께는 상기 초음파(131, 132)의 주파수에 따라 다르게 형성되는데, 특히, 주파수가 높을수록 얇아진다.

상기 기판(10) 표면에는 상기 제1 초음파(131)에 의해 제1 경계층(a)이 형성되고, 상기 제2 초음파(132)에 의해 제2 경계층(b)이 형성된다. 여기서, 상기 제2 초음파(132)는 상기 제1 초음파(131)보다 고주파 영역이므로 상기 제2 경계층(b)의 두께가 얇다. 즉, 상기 제2 초음파(132)에 의해 상기 제1 초음파(131)보다 더 미세한 입자의 파티클(21)을 제거할 수 있다.

여기서, 상기 초음파(131, 132)에 의해 제거될 수 있는 파티클(21)의 크기는 상기 경계층(a, b)의 두께에 영향을 받는다. 즉, 상기 경계층(a, b)보다 큰 입자의 파티클(21)은 제거되지만, 상기 경계층(21)보다 작은 크기의 입자는 제거가 어렵다.

상기 기판(10) 표면에는 다양한 크기의 파티클(21)이 부착되어 있는데, 본 실시예에 의하면, 상기 제1 경계층(a)과 상기 제2 경계층(b)이 혼합되어 다양한 크기의 파티클(2)을 제거할 수 있다. 특히, 상기 기판(10) 표면에 2중의 경계층(a, b)이 형성됨으로써 보다 미세한 입자의 파티클(21)을 제거할 수 있으며, 다양한 크기의 파티클(21)을 제거할 수 있다.

즉, 상기 기판(10) 표면은 상기 제1 초음파(131)와 상기 제2 초음파(132) 사 이의 간섭으로 인해 복잡한 진동이 발생하고, 이와 같은 진동으로 인해 상기 기판(10)에는 다양한 두께를 갖는 경계층이 형성된다. 따라서, 다양한 크기의 파티클을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 상기 제1 초음파(131)와 상기 제2 초음파(132)을 혼합시킴으로써 사용자의 요구에 맞는 두께의 경계층을 형성하는 것이 가능하다.

여기서, 상기 경계층(a, b)의 두께는 상기 초음파(131, 132)의 주파수에 의해 결정되므로, 상기 초음파(131, 132)의 제거 가능한 입자의 크기는 주파수에 의해 결정된다.

도 3은 상기 초음파(131, 132)의 주파수에 따라 제거 가능한 입자의 크기를 도시한 그래프이다. 도 3에서 ‘A’는 1 ㎒ 이하의 저주파수 대역의 초음파를 이용하여 제거 가능한 입자의 크기를 나타낸다. 그리고, ‘B’는 1 ㎒ 이상의 고주파수 대역의 초음파를 이용하여 제거 가능한 입자의 크기를 나타낸다.

도 3에 도시한 바와 같이, 대략 10 내지 400 ㎑ 주파수대의 초음파는 1 내지 100 ㎛ 크기의 파티클을 제거할 수 있다. 또한, 대략 750 내지 1200 ㎑ 주파수대의 초음파는 0.1 내지 10 ㎛ 크기의 파티클을 제거할 수 있다. 즉, 주파수가 높아질수록 제거할 수 있는 파티클의 입자 크기도 미세해짐을 알 수 있다. 따라서, 1 ㎒보다 고주파인 2 내지 3 ㎒의 주파수 대역의 초음파는 0.1 ㎛ 이하의 초미세 파티클을 제거할 수 있다. 본 실시예에서와 같이, 1 ㎒와 2 ㎒ 이상의 초음파를 함께 발진시킴으로써 50 ㎚ 이하의 초미세 파티클을 세정할 수 있는 초음파 세정장치를 구현하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 세정장치를 설명하기 위한 순서도;

도 2는 도 1의 세정장치에서 기판에 형성된 경계층을 도시한 요부 단면도;

도 3은 초음파의 주파수에 따른 제거 가능한 파티클의 크기를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 21: 파티클

100: 초음파 세정장치 110: 세정조

112, 112a, 112b: 바닥면 120, 121, 122: 진동발생부

131, 132: 초음파 133: 교차영역

A, B, C: 주파수 영역 a, b: 경계층

Claims

V자 형태로 경사진 바닥면을 구비하고 세정액을 수용하는 세정조; 및

상기 바닥면 외측에 구비되고, 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 복수의 진동발생부;

를 포함하는 초음파 세정장치.
제1항에 있어서,

상기 바닥면은 경사면인 제1 면과 제2 면이 V자형태로 결합되어 형성되고,

상기 제1 면과 상기 제2 면은 90° 내지 180°의 사이각을 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
제2항에 있어서,

상기 진동발생부는,

상기 제1 면에 구비되고, 제1 주파수대의 초음파를 발생시키는 제1 진동발생부; 및

상기 제2 면에 구비되고, 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수대의 초음파를 발생시키는 제2 진동발생부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
제3항에 있어서,

상기 진동발생부 중 적어도 어느 하나는 1 ㎒대의 주파수를 갖는 초음파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
제3항에 있어서,

상기 진동발생부 중 적어도 어느 하나는 2 내지 3 ㎒대의 주파수를 갖는 초음파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.