KR20090070827A - 웨이퍼 세정장치 및 이를 이용한 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세정액에 메가소닉을 이용하여 파동을 형성함으로써, 웨이퍼의 이물, 특히 깊은 골의 이물을 효과적으로 제거할 수 있는 웨이퍼 세정장치 및 이를 이용한 세정방법을 제공하는 데 있다.

이를 위해 본 발명은 상부에 웨이퍼가 흡착되는 평탄면이 구비되고, 상기 평탄면의 중심을 축으로 회전하는 회전부, 상기 회전부의 상면에서 이격되어 배치되고, 상기 평탄면의 중심에서 외곽으로 직선운동을 하며, 상기 웨이퍼에 세정액을 공급하는 세정액 공급부, 상기 회전부의 상면에서 이격되고, 상기 세정액 공급부와 상기 평탄면의 중심을 기준으로 설정된 각도로 회전시킨 영역에 배치되며, 공급된 상기 세정액에 파동을 형성시키는 메가소닉 발생부를 포함한다.

또한, 웨이퍼 준비단계, 웨이퍼를 회전시키고, 세정액을 공급하는 세정액 공급단계, 공급된 상기 세정액에 파동을 형성시키는 메가소닉 발생단계, 파동성을 띠는 세정액으로 상기 웨이퍼를 세정하는 세정단계를 포함한다.

따라서, 본 발명을 통해 웨이퍼의 이물, 특히 깊은 골의 이물을 효과적으로 제거함으로써, 웨이퍼의 생산 수율을 향상시키는 효과가 있다.

메가소닉, 세정, 웨이퍼, 순수

Description

웨이퍼 세정장치 및 이를 이용한 세정방법{Apparatus for Cleaning a Semiconductor Wafer and Method for Cleaning using the same}

본 발명은 웨이퍼 세정장치 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세정액에 메가소닉을 이용하여 파동을 형성함으로써, 웨이퍼의 이물, 특히 깊은 골의 이물을 효과적으로 제거할 수 있는 웨이퍼 세정장치 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것이다.

최근 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 메모리 등과 같은 반도체 소자의 기능도 비약적으로 발전하고 있다. 이러한 반도체 제품들은 경쟁력 확보를 위해 낮은 비용, 고품질을 위해 필수적으로 제품의 고집적화가 요구된다.

이러한 고집적화를 위해서는 반도체 소자의 게이트 산화막 두께 및 채널 길이들을 얇고 짧게 하는 작업 등을 포함하는 스케일 다운(Scale Down)이 수반되며, 그에 따라 반도체 제조 공정 및 제조 장비들도 다양한 형태로 발전되고 있는 추세이다.

일반적으로 반도체소자는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상증착, 이 온주입 및 금속 증착 등의 공정을 반복적이고 선택적으로 수행하여 패턴을 형성함으로써 제조된다.

특히, 반도체 기판에 반도체 소자를 형성하는 웨이퍼 처리공정은 매우 중요한 공정으로써, 상기와 같은 여러 단위 공정을 진행하기 전 또는 진행한 후에 상기 반도체 기판에 부착된 먼지나 파티클(Particle) 등을 제거하기 위한 세정공정이 행해진다.

상기 먼지나 파티클 등은 완성된 반도체 소자를 불량으로 만드는 원인이 되므로 이들을 완벽하게 제거하기 위한 노력들이 계속되고 있다.

이러한 상기 세정공정은 다양한 방법에 의해 진행되는데, 예를 들어, 순수(De-Ionized Water)를 웨이퍼 상에 분사함과 동시에 질소(N₂) 가스를 공급하여 상기 순수를 미세화함으로써, 먼지나 파티클을 제거하는 방법이 있다.

그러나 상기와 같은 세정방법은 질소 가스 압력을 소정의 압력 이상으로 유지해야 하는데, 이러한 공정은 웨이퍼 표면에 손상(Damage)을 입힐 수 있다.

또한, 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 웨이퍼 표면에서의 깊이가 점점 깊어지고 있다.

따라서 일반적인 세정공정을 진행할 경우, 여러 단위 공정에 의해 패터닝되어 형성된 깊은 골의 이물이 잘 제거되지 않아 반도체 소자의 불량을 야기할 수 있다.

상기한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 기술적 과제는 세정액에 메가소닉을 이용하여 파동을 형성함으로써, 웨이퍼의 이물, 특히 깊은 골의 이물을 효과적으로 제거할 수 있는 웨이퍼 세정장치 및 이를 이용한 세정방법을 제공하는 데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 세정장치는 상부에 웨이퍼가 흡착되는 평탄면이 구비되고, 상기 평탄면의 중심을 축으로 회전하는 회전부, 상기 회전부의 상면에서 이격되어 배치되고, 상기 평탄면의 중심에서 외곽으로 직선운동을 하며, 상기 웨이퍼에 세정액을 공급하는 세정액 공급부, 상기 회전부의 상면에서 이격되고, 상기 세정액 공급부와 상기 평탄면의 중심을 기준으로 설정된 각도로 회전시킨 영역에 배치되며, 공급된 상기 세정액에 파동을 형성시키는 메가소닉 발생부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정방법은 웨이퍼 준비단계, 상기 웨이퍼를 회전시키고, 세정액을 공급하는 세정액 공급단계, 공급된 상기 세정액에 파동을 형성시키는 메가소닉 발생단계, 파동성을 띠는 상기 세정액으로 상기 웨이퍼를 세정하는 세정단계를 포함한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 웨이퍼 세정장치는 상부에 웨이퍼가 흡착되는 평탄면이 구비되고, 상기 평탄면의 중심을 축으로 회전하는 회전부, 상기 회전부의 상면에서 이격되어 배치되고, 상기 평탄면의 중심에서 외곽으로 직선운동을 하며, 상기 웨이퍼에 순수로 구성된 세정액을 공급하는 1차 세정액 공급부, 상기 1차 세정액 공급부의 상면에서 이격되어 배치되고, 상기 1차 세정액 공급부와 함께 상기 직선운동을 하며, 공급된 상기 세정액에 파동을 형성시키는 메가소닉 발생부, 상기 메가소닉 발생부의 상면에서 이격되어 배치되고, 상기 메가소닉 발생부와 함께 상기 직선운동을 하며, 상기 웨이퍼에 상기 세정액을 공급하는 2차 세정액 공급부를 포함한다.

여기서, 상기 1차 세정액 공급부와, 상기 메가소닉 발생부 그리고 상기 2차 세정액 공급부는 상기 회전부와 수직하는 동일 선상에 차례로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정방법은 웨이퍼 준비단계, 상기 웨이퍼를 회전시키고, 세정액을 공급하는 1차 세정액 공급단계, 공급된 상기 세정액에 파동을 형성시키는 메가소닉 발생단계, 파동성을 띠는 상기 세정액으로 상기 웨이퍼를 세정하는 1차 세정단계, 상기 1차 세정단계 진행 중 상기 웨이퍼에 상기 세정액을 공급하는 2차 세정액 공급단계, 공급된 상기 세정액으로 상기 웨이퍼를 세정하는 2차 세정단계를 포함한다.

본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치 및 이를 이용한 세정방법을 통해, 웨이퍼의 이물, 특히 깊은 골의 이물을 효과적으로 제거함으로써, 웨이퍼의 생산 수율을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다. 이하의 실시예들에서는 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 사용하기로 하며, 동일한 구성요소의 중복되는 설명은 가능한 하지 않기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 개략적이 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정방법을 나타낸 순서도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정방법을 설명하기 위한 모식도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치(100)는 상부에 웨이퍼(110)가 흡착되는 평탄면(120)이 구비되고, 상기 웨이퍼(110)가 흡착되어 위치할 경우, 상기 웨이퍼(110)의 전면을 고르게 세정하도록 상기 평탄면(120)의 중심(C)을 축으로 회전하는 회전부(130)가 구비된다. 여기서, 상기 웨이퍼(110)가 흡착되는 평탄면(120)은 상기 웨이퍼(110)의 지름보다 작은 원의 형태를 갖는다.

상기 회전부(130)의 상면에는 상기 웨이퍼(110)에 세정액을 공급하는 세정액 공급부(140)가 이격되어 배치된다. 상기 세정액 공급부(140)는 상기 웨이퍼(110)의 중심에서 외곽으로 직선운동을 하며 상기 세정액을 공급하게 된다. 상기 세정액은 순수(De-Ionized Water)를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 회전부(130)의 다른 상면에는 상기 세정액 공급부(140)와 설정된 각도로 회전시킨 영역에 메가소닉 발생부(150)가 이격되어 배치된다.

상기 세정액 공급부(140)와 메가소닉 발생부(150)는 상기와 같이 이격되게 배치될 경우 공정의 편의상 상기 평탄면(120)의 중심(C)을 기준으로 대략 30˚~ 60˚ 범위의 각도로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 메가소닉 발생부(150)는 상기 세정액 공급부(140)에서 공급된 상기 세정액에 메가소닉을 발생시켜 파동을 형성한다.

한편, 초음파에는 메가소닉(Megasonic)과 울트라소닉(Ultrasonic)이 있다. 본 발명에서 이용하는 메가소닉은 서브 마이크론(Sub-micron)범위의 파티클까지 제거하는 초정밀 세정이 가능하다. 이러한 상기 메기소닉은 입자가속도에 의한 세정작용으로 입자의 가속도를 증대시켜 피세척물의 이물을 박리시켜 세척하는 것으로, 상기 울트라소닉 보다 상대적으로 높은 주파수를 이용함으로써 세척이 잘 되지 않는 데드존(Dead zone)이 매우 적은 장점이 있다.

또한, 상기 웨이퍼 세정장치(100)는 상기 회전부(130), 세정액 공급부(140) 및 메가소닉 발생부(150)를 구동하기 위한 별도의 구동부(미도시)를 더 포함한다.

상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치를 이용한 웨이퍼 세정방법은 도 2에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 준비단계(S1), 세정액 공급단계(S2), 메가소닉 발생단계(S3) 및 세정단계(S4)로 구성된다.

먼저, 웨이퍼 준비단계(S1)는 증착, 식각 등의 단위 공정에 의해 패터닝되어 형성된 반도체 소자를 구비하는 웨이퍼(110)를 회전부(130)의 평탄면(120)에 흡착 및 위치시키는 공정으로 이루어진다.

다음으로, 세정액 공급단계(S2)는 상기 웨이퍼 준비단계(S1) 완료 후 회전하는 상기 웨이퍼(110)의 중심으로부터 외곽으로, 세정액 공급부(140)를 통해, 순수 로 구성된 세정액을 공급하는 공정으로 이루어진다.

다음으로, 메가소닉 발생단계(S3)는 상기 세정액 공급단계(S2) 진행 시 공급되는 상기 세정액에 대하여, 메가소닉 발생부(150)를 통해 메가소닉을 발생시켜 파동이 형성되도록 하는 공정으로 이루어진다.

상기와 같은 웨이퍼(110) 세정을 위한 각각의 단위 공정이 완료된 후, 마지막 세정단계(S4)에 의해 상기 웨이퍼(110)의 세정(Rinse)이 진행된다.

상기 세정단계(S4)는 상기와 같은 공정에 의해 형성된 파동성을 띠는 상기 세정액으로, 상부에 반도체 소자가 구비된 상기 웨이퍼(110)의 각종 이물들을 제거하는 공정으로 진행된다.

이때, 상기 세정액 공급단계(S2), 메가소닉 발생단계(S3), 세정단계(S4)는 동시에 그리고 반복적으로 이루어질 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 메가소닉 발생단계(S3)에서 상기 메가소닉 발생부(150)를 통해 발생된 상기 메가소닉은 순수로 구성된 상기 세정액에 파동성을 부여할 뿐만 아니라, 상기 웨이퍼(110) 또한 진동시키는 역할을 한다. 따라서, 상기 세정액의 파동과 상기 웨이퍼(110)의 진동에 의해 각종 이물들이 흔들려 부유하게 되고, 상기 웨이퍼(110)의 표면으로 부유된 상기 각종 이물들은 지속적으로 공급되는 상기 세정액에 의해 제거된다. 특히, 상기 웨이퍼(110) 세정공정에 상기 메가소닉을 사용함으로써, 각종 증착 및 식각 공정을 통해 패터닝되어 요철(凹凸)부를 갖는 반도체 소자를 구비한 상기 웨이퍼(110)의 상부면 중 요(凹)부의 내측 즉, 깊은 골에 잔존하는 이물을 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 개략적이 일측 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정방법을 나타낸 순서도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 웨이퍼 세정장치(200)는 상부에 웨이퍼(210)가 흡착되는 평탄면(220)이 구비되고, 상기 웨이퍼(210)가 흡착되어 위치할 경우, 상기 웨이퍼(210)의 전면을 고르게 세정하도록 상기 평탄면(220)의 중심(C)을 축으로 회전하는 회전부(230)가 구비된다.

여기서, 상기 웨이퍼(210)가 흡착되는 평탄면(220)은 상기 웨이퍼(210)의 지름보다 작은 원의 형태를 갖는다.

상기 회전부(230)의 상면에는 상기 웨이퍼(210)의 중심에서 외곽으로, 순수로 구성된 세정액을 공급하는 1차 세정액 공급부(240)가 이격되어 배치된다.

그리고 상기 1차 세정액 공급부(240)의 상면에는 상기 1차 세정액 공급부(240)에서 공급된 상기 세정액에 메가소닉을 이용하여 파동을 형성하는 메가소닉 발생부(250)가 이격되어 배치된다.

그리고 상기 메가소닉 발생부(250)의 상면에는 상기 웨이퍼(210)에 상기 세정액을 공급하는 2차 세정액 공급부(260)가 이격되어 배치된다.

또한, 상기 웨이퍼 세정장치(200)는 상기 회전부(230), 1차 세정액 공급부(240), 메가소닉 발생부(250) 및 2차 세정액 공급부(260)를 구동하기 위한 별도의 구동부(미도시)를 더 포함한다.

여기서, 상기 1차 세정액 공급부(240), 메가소닉 발생부(250) 그리고 2차 세 정액 공급부(260)는 상기 회전부(230)와 수직하는 동일 선상에 차례로 구성되며, 상기 메가소닉 발생부(250)와 2차 세정액 공급부(260)는 상기 1차 세정액 공급부(240)의 직선운동 즉, 상기 웨이퍼(210)의 중심으로부터 외곽으로 이동하는 직선운동시 함께 움직이게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치를 이용한 웨이퍼 세정방법은 도 5에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 준비단계(S10), 1차 세정액 공급 단계(S20), 메가소닉 발생단계(S30), 1차 세정단계(S40), 2차 세정액 공급단계(S50) 및 2차 세정단계(S60)로 구성된다.

먼저, 웨이퍼 준비단계(S10)는 증착, 식각 등의 단위 공정에 의해 패터닝되어 형성된 반도체 소자를 구비하는 웨이퍼(210)를 회전부(230)의 평탄면(220)에 흡착 및 위치시키는 공정으로 이루어진다.

다음으로, 1차 세정액 공급단계(S20)는 상기 웨이퍼 준비단계(S10) 완료 후 회전하는 상기 웨이퍼(210)의 중심으로부터 외곽으로, 1차 세정액 공급부(240)를 통해, 순수로 구성된 세정액을 공급하는 공정으로 이루어진다.

다음으로, 메가소닉 발생단계(S30)는 상기 1차 세정액 공급단계(S20) 진행 시 공급되는 상기 세정액에 대하여 메가소닉 발생부(250)를 통해 메가소닉을 발생시켜 파동이 형성되도록 하는 공정으로 이루어진다.

다음으로, 1차 세정단계(S40)는 상기 메가소닉 발생단계(S30)를 거쳐 형성된 파동성을 띠는 상기 세정액으로, 상기 웨이퍼(210) 상에 구성된 반도체 소자의 각종 이물들을 제거하는 공정으로 진행된다.

다음으로, 2차 세정액 공급단계(S50)는 상기 1차 세정단계(S40)가 진행되는 가운데, 상기 웨이퍼(210) 상에 2차 세정액 공급부(260)를 통해 상기 1차 세정액 공급부(240)에서 공급하는 세정액과 동일한 순수로 구성된 세정액을 공급하는 공정으로 이루어진다.

마지막으로, 2차 세정단계(S60)는 상기 세정액을 이용하여 상기 1차 세정단계(S40)에 의해 세정된 상기 웨이퍼(210)를 다시 세정하는 공정으로 진행된다. 즉, 상기 2차 세정액 공급단계(S50) 및 2차 세정단계(S60)는 상기 웨이퍼(210)에 대한 세정력을 더욱 높이기 위한 추가적인 세정 공정이다.

이때, 상기 1차 세정액 공급단계(S20)와, 상기 메가소닉 발생단계(S30)와, 상기 1차 세정단계(S40)와, 상기 2차 세정액 공급단계(S50) 및 상기 2차 세정단계(S60)는 동시에 그리고 연속적으로 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경할 수 있다는 것은 이 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 개략적이 평면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정방법을 나타낸 순서도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정방법을 설명하기 위한 모식도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 개략적이 일측 단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정방법을 나타낸 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ; 웨이퍼 세정장치 110 ; 웨이퍼

120 ; 평탄면 130 ; 회전부

140 ; 세정액 공급부 150 ; 메가소닉 발생부

Claims (5)

1. 상부에 웨이퍼가 흡착되는 평탄면이 구비되고, 상기 평탄면의 중심을 축으로 회전하는 회전부;

   상기 회전부의 상면에서 이격되어 배치되고, 상기 평탄면의 중심에서 외곽으로 직선운동을 하며, 상기 웨이퍼에 세정액을 공급하는 세정액 공급부;

   상기 회전부의 상면에서 이격되고, 상기 세정액 공급부와 상기 평탄면의 중심을 기준으로 설정된 각도로 회전시킨 영역에 배치되며, 공급된 상기 세정액에 파동을 형성시키는 메가소닉 발생부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
2. 웨이퍼 준비단계;

   상기 웨이퍼를 회전시키고, 세정액을 공급하는 세정액 공급단계;

   공급된 상기 세정액에 파동을 형성시키는 메가소닉 발생단계;

   파동성을 띠는 상기 세정액으로 상기 웨이퍼를 세정하는 세정단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
3. 상부에 웨이퍼가 흡착되는 평탄면이 구비되고, 상기 평탄면의 중심을 축으로 회전하는 회전부;

   상기 회전부의 상면에서 이격되어 배치되고, 상기 평탄면의 중심에서 외곽으 로 직선운동을 하며, 상기 웨이퍼에 세정액을 공급하는 1차 세정액 공급부;

   상기 1차 세정액 공급부의 상면에서 이격되어 배치되고, 상기 1차 세정액 공급부와 함께 상기 직선운동을 하며, 공급된 상기 세정액에 파동을 형성시키는 메가소닉 발생부;

   상기 메가소닉 발생부의 상면에서 이격되어 배치되고, 상기 메가소닉 발생부와 함께 상기 직선운동을 하며, 상기 웨이퍼에 상기 세정액을 공급하는 2차 세정액 공급부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 1차 세정액 공급부와, 상기 메가소닉 발생부 그리고 상기 2차 세정액 공급부는 상기 회전부와 수직하는 동일 선상에 차례로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
5. 웨이퍼 준비단계;

   상기 웨이퍼를 회전시키고, 세정액을 공급하는 1차 세정액 공급단계;

   공급된 상기 세정액에 파동을 형성시키는 메가소닉 발생단계;

   파동성을 띠는 상기 세정액으로 상기 웨이퍼를 세정하는 1차 세정단계;

   상기 1차 세정단계 진행 중 상기 웨이퍼에 상기 세정액을 공급하는 2차 세정액 공급단계;

   공급된 상기 세정액으로 상기 웨이퍼를 세정하는 2차 세정단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.

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