KR20100034091A - 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치 및 방법 - Google Patents

메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는, 세정액과 세정대상인 웨이퍼가 수용되는 세정조; 및 상기 세정조 하방에 설치되며, 서로 다른 주파수의 메가소닉을 발생시키는 복수의 메가소닉 발진기를 포함하여, 웨이퍼에 서로 다른 주파수의 메가소닉 에너지를 동시에 인가함으로써, 세정효율을 더욱 높일 수 있다.
웨이퍼, 세정, 메가소닉, 초음파, 주파수

Description

메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치 및 방법{Wafer cleaning apparatus and method using megasonic}
본 발명은 웨이퍼 세정장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 세정효율을 높일 수 있는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼는 슬라이싱(slicing) 공정, 그라인딩(grinding) 공정, 랩핑 공정, 에칭 공정, 폴리싱(polishing) 공정 등의 일련의 공정을 거쳐 반도체 소자 제조용 웨이퍼로 생산된다. 이때, 웨이퍼는 공정이 진행되는 과정에서 각종 오염물에 의해 표면이 오염된다. 대표적인 오염물로는 미세 파티클, 유기 오염물, 금속 오염물 등을 들 수 있으며, 이러한 오염물은 반도체 소자의 생산 수율을 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 이러한 오염물들을 제거하기 위해서는 일반적으로 산 또는 알칼리 등의 에칭액이나 순수(Deionized water)을 이용하는 습식 세정공정을 거치게 된다.
최근에는 습식 세정공정에서 세정효율을 높이기 위해 세정공정이 진행되는 동안 웨이퍼의 표면에 메가소닉 에너지를 인가하는 기술이 이용되고 있다. 일반적 으로 메가소닉의 물리적인 효과는 주파수에 따라서 크게, 낮은 주파수 영역에서의 캐비테이션(cavitation) 효과와 높은 주파수 영역에서의 입자가속에 의한 효과로 크게 구분할 수 있다. 여기서, 캐비테이션은 큰 에너지를 가지는 증기성 기포로서 웨이퍼 표면에 충돌하여 발생하는 큰 에너지가 웨이퍼 표면의 오염물질을 제거하는 것이다. 그리고 입자가속은 일종의 가속화된 음파의 흐름으로서, 일반적으로 주파수가 높을수록 그 속도가 증가한다. 이러한 입자가속이 증가하면 웨이퍼 표면의 경계층에서 유속이 빨라지므로 경계층의 두께가 얇아지며, 경계층의 두께가 얇아지면 웨이퍼 표면의 미세한 파티클에도 메가소닉 에너지가 미치게 되어 미세 파티클을 쉽게 제거할 수 있다.
그런데, 종래의 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치는 메가소닉 주파수를 세정목적에 따라 하나의 주파수로만 고정하여 사용하기 때문에 세정공정이 진행되는 동안에 메가소닉 주파수의 조절이 불가능하다. 또한, 웨이퍼 세정장치의 세정조 전체에 대해 특정의 단일 주파수만을 사용하기 때문에 서로 다른 주파수 영역에서 나타나는 메가소닉의 물리적인 효과를 모두 활용하지 못하게 된다.
특히, 최근에는 패턴 손상(pattern damage) 방지 및 더욱 미세한 파티클 제거를 위해 높은 주파수의 메가소닉을 사용하고 있지만, 패턴이 없는 베어(bare) 웨이퍼의 경우에는 주파수만 올린다고 해서 미세한 파티클들이 모두 제거되지 않는다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 저주파와 고주파를 동시에 사용하여 웨이퍼의 세정효율을 더욱 높일 수 있는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 서로 다른 주파수의 메가소닉을 동시에 인가하면서 웨이퍼를 세정한다.
즉, 본 발명의 일측면에 따른 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치는, 세정액과 세정대상인 웨이퍼가 수용되는 세정조; 및 상기 세정조 하방에 설치되며, 서로 다른 주파수의 메가소닉을 발생시키는 복수의 메가소닉 발진기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 세정조의 내부에는 복수의 웨이퍼를 상기 세정조의 바닥면에 수직한 방향으로 서로 평행하게 세워서 지지하는 웨이퍼 지지대가 구비되며, 상기 복수의 메가소닉 발진기는 상기 복수의 웨이퍼가 평행하게 장착되는 방향과 수직한 방향으로 서로 평행하게 배치되거나, 상기 세정조의 바닥면에 평행한 평면에 격자 형으로 배치될 수 있다.
또한, 서로 다른 주파수의 메가소닉이 웨이퍼에 골고루 인가되도록, 상기 웨이퍼 지지대는 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 회전 수단을 구비하거나, 상기 웨이퍼 지지대는 상기 세정조의 바닥면에 평행한 평면에서 회전가능한 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따른 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정방법은, 세정액과 웨이퍼가 수용된 세정조에 메가소닉 발진기에 의해 발생된 메가소닉을 인가하여 상기 웨이퍼를 세정하는 단계를 포함하되, 서로 다른 주파수의 메가소닉을 발생시키는 복수의 메가소닉 발진기를 이용하여 서로 다른 주파수의 복수의 메가소닉을 동시에 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 복수의 메가소닉 발진기를 이용하여 서로 다른 주파수의 메가소닉 에너지를 웨이퍼 전면에 골고루 전달함으로써 세정효율을 더욱 높일 수 있다. 즉, 낮은 주파수 영역에서 캐비테이션(cavitation) 효과와 높은 주파수 영역에서의 가속화된 음파의 흐름이 세정 대상이 되는 웨이퍼에 동시에 작용함으로써, 단일 주파수만으로 세정하던 종래보다 세정효율을 더욱 높일 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명 을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치의 주요구성을 나타내는 구성도(측단면도)이고, 도 2는 도 1의 평면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치는 세정액과 세정대상인 웨이퍼(10)가 수용되는 세정조와, 세정조의 하방에 설치되고 내부에 메가소닉 발진기(140)가 설치되는 메가소닉 수조(150)를 포함한다. 세정조는 다시, 세정액과 웨이퍼(10)가 수용되는 내조(120)와, 내조(120)로부터 세정액이 오버플로우(overflow)되어 순환되도록 하기 위한 외조(130)로 구성될 수 있다.
세정조 즉, 내조(120)의 내부에는 복수 매(예컨대 25매)의 웨이퍼(10)를 지지하기 위한 웨이퍼 지지대(160)가 설치되며, 초순수나 오존수와 같은 세정액이 채워진다. 여기서, 웨이퍼 지지대(160)에는 세정 대상이 되는 웨이퍼(10)가 직접 장착되거나, 다수의 웨이퍼(10)가 장착된 카세트가 웨이퍼 지지대(160)에 장착될 수도 있다. 웨이퍼 지지대(160)는 효과적인 세정을 위해 웨이퍼(10)를 세정조 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 장착할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 웨이퍼 지지대(160)는 메가소닉 발진기(140)에서 발생하는 메가소닉을 웨이퍼(10)의 전체면에 골고루 전달하기 위하여 직접 장착된 또는 카세트 내에 장착된 웨이퍼(10)를 웨이퍼 원주 방향(도 1에 도시된 화살표 방향)으로 회전시킬 수 있도록 구성된다. 이 웨이퍼(10)를 회전시키기 위한 구체적인 회전 수단은 로울러와 같은 공지의 수단으로서 구체적인 설명과 도시는 생략하나, 예를 들어 공개특허공보 제2005-2532호에 개시된 바와 같은 회전 수단을 채택할 수 있다.
외조(130)는 내조(120)의 상반부 외측에 설치되며, 내조(120)의 양측벽을 넘어 오버플로우되는 세정액을 받을 수 있도록 구성된다. 오버플로우된 세정액은 도시하지 않은 순환 시스템에 의해 회수되어 내조(120)로 재공급될 수 있다. 하지만, 오버플로우된 세정액은 재순환되지 않고 배수되거나, 나아가 별도의 외조(130)가 설치되지 않은, 즉 내조(120) 만으로 구성된 세정조를 채택할 수도 있음은 물론이다.
메가소닉 수조(150)에는 메가소닉 에너지의 전달을 위해 물등의 매체가 채워지게 되며, 하부에는 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 다른 주파수를 발생시키는 3개의 메가소닉 발진기(140a, 140b, 140c)가 설치된다. 다만, 본 실시예에서는 메가소닉 발진기가 3 개로 구성된 예를 들었으나, 발진기의 수는 한정되지 않고, 또한 메가소닉 발진기(140a, 140b, 140c) 각각의 주파수는 원하는 응용에 따라 다양하게 조합될 수 있다. 나아가, 물이 채워진 별도의 메가소닉 수조(150)를 배치하지 않고, 메가소닉 발진기(140a, 140b, 140c)를 세정조 하방에 직접 배치하는 구성으로 할 수도 있다.
한편, 복수의 메가소닉 발진기(140a, 140b, 140c)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 웨이퍼(10)가 평행하게 장착되는 방향(도 2에서 가로 방향)과 수직한 방향(도 2에서 세로 방향)으로 서로 평행하게 배치되는 것이, 웨이퍼의 적재 위치에 따른 세정 효과의 편차를 줄일 수 있어 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, 웨이퍼 지지대(160)에 의해 웨이퍼(10)가 그 원주 방향으로 회전하게 되는 경우, 각각의 메가소닉 발진기(140a, 140b, 140c)에 의해 발생된 서로 다른 주파수의 메가소닉 에너지가 웨이퍼(10) 전체면에 골고루 효율적으로 전달된다. 즉, 웨이퍼(10)가 회전하지 않을 경우에는 도면에서 웨이퍼(10) 좌측은 좌측에 위치한 메가소닉 발진기(140a)에서 발생하는 메가소닉의 영향만 받게 되지만 웨이퍼가 회전함으로써, 각각 서로 다른 주파수를 발생시키는 3 개의 메가소닉 발진기(140a, 140b, 140c)의 영향을 모두 받게 되어 세정효율의 편차를 더욱 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세정장치를 도시한 평면도로서, 도 3에 도시된 실시예의 웨이퍼 세정장치가 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 다른 점은, 웨이퍼 지지대(160)가 세정조(120)의 바닥면과 평행한 평면에서 회전한다는 점이다. 그러면, 세정조 바닥면에 수직하게 세워져서 장착된 웨이퍼(10)들이 수직하게 세워진 상태에서 세정조 바닥면에 평행한 평면에서 회전하게 되므로, 복수의 메가소닉 발진기(140)에서 발생된 서로 다른 주파수의 메가소닉 에너지가 웨이퍼의 장착 위치에 무관하게 골고루 전달되어 세정효율의 편차가 줄어든다. 또한 이 경우에는, 주파수가 서로 다른 복수의 메가소닉 발진기(140)가 도 3에 도시된 바와 같이 격자형으로 배치될 수도 있다. 다만, 메가소닉 발진기(140)의 개수는 도 3에 도 시된 9 개로 한정되지 않고, 각각의 발진 주파수가 반드시 모두 달라야 하는 것은 아니며, 세정 목적에 따라 다양한 주파수의 조합으로 설정될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 실시예의 세정장치에서는, 전술한 도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 장치와 같이, 웨이퍼(10)를 그 원주 방향으로도 동시에 회전시킬 수도 있다.
다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 실시예의 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치를 이용한 세정방법을 설명한다.
먼저, 웨이퍼에 대한 단위 공정이 종료되면 다수의 웨이퍼(10) 또는 카세트에 안착된 다수의 웨이퍼를 상기와 같은 구성의 웨이퍼 세정장치의 웨이퍼 지지대(160)에 장착한다.
그런 다음, 웨이퍼 세정장치를 작동시키면 내조(120)로 세정액이 공급되고 웨이퍼(10)의 표면과 접촉하게 되어 웨이퍼(10)의 세정을 시작하게 된다.
이어서, 메가소닉 발진기(140)에서 발생하는 메가소닉이 수조(150)의 물을 통하여 내조(120)로 전달되고, 내조(120) 내부는 초음파에 의한 세정액의 진동과 캐비테이션이 발생하게 된다. 이러한 세정액의 진동과 웨이퍼(10)의 표면에서 파열되는 캐비테이션에 의해 웨이퍼 표면의 오염물질을 제거되며, 이 과정에서 오염물질을 포함하는 세정액은 외조(130)로 오버플로우되어 배수 또는 재순환된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치는 주파수가 서로 다른 다수의 메가소닉 발진기를 사용함으로써, 낮은 주파수 영역에서의 캐비테이션 효과와 높은 주파수 영역에서의 가속화된 음파의 흐름이 세정 대상이 되는 웨이퍼에 동시에 작용하여 단일 주파수만으로 세정하던 종래보다 세정효율 을 더욱 높일 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치의 주요구성을 나타내는 구성도이다.
도 2은 도 1의 웨이퍼 세정장치의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치의 구성을 나타내는 평면도이다.

Claims (9)

  1. 세정액과 세정대상인 웨이퍼가 수용되는 세정조; 및
    상기 세정조 하방에 설치되며, 서로 다른 주파수의 메가소닉을 발생시키는 복수의 메가소닉 발진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세정조의 내부에는 복수의 웨이퍼를 상기 세정조의 바닥면에 수직한 방향으로 서로 평행하게 세워서 지지하는 웨이퍼 지지대가 구비되며,
    상기 복수의 메가소닉 발진기는 상기 복수의 웨이퍼가 평행하게 장착되는 방향과 수직한 방향으로 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세정조의 내부에는 복수의 웨이퍼를 상기 세정조의 바닥면에 수직한 방향으로 서로 평행하게 세워서 지지하는 웨이퍼 지지대가 구비되며,
    상기 복수의 메가소닉 발진기는 상기 세정조의 바닥면에 평행한 평면에 격자형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지대는 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지대는 상기 세정조의 바닥면에 평행한 평면에서 회전가능한 것을 특징으로 하는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지대는 상기 세정조의 바닥면에 평행한 평면에서 회전가능한 것을 특징으로 하는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정장치.
  7. 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정방법으로서,
    세정액과 웨이퍼가 수용된 세정조에 메가소닉 발진기에 의해 발생된 메가소닉을 인가하여 상기 웨이퍼를 세정하는 단계를 포함하되,
    서로 다른 주파수의 메가소닉을 발생시키는 복수의 메가소닉 발진기를 이용하여 서로 다른 주파수의 복수의 메가소닉을 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 세정하는 단계는, 상기 세정조의 바닥면에 수직한 평면에서 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키면서 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 세정하는 단계는, 상기 세정조의 바닥면에 평행한 평면에서 상기 웨이퍼를 회전시키면서 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 메가소닉을 이용한 웨이퍼 세정방법.
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KR20110132660A (ko) * 2010-06-03 2011-12-09 삼성전자주식회사 메가소닉 세정 방법 및 세정 장치
WO2023219219A1 (ko) * 2022-05-13 2023-11-16 에스케이실트론 주식회사 기판 세정 장치 및 세정 방법

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