KR20100050404A - 웨이퍼 처리 장치 및 이에 사용되는 배럴과, 웨이퍼 처리 방법 - Google Patents

웨이퍼 처리 장치 및 이에 사용되는 배럴과, 웨이퍼 처리 방법 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 처리 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치는, 처리 대상인 웨이퍼가 수용되어 처리되는 처리조; 상기 처리조의 내부에 회전가능하게 설치되고, 표면에는 웨이퍼를 상기 처리조의 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 지지하는 복수의 슬롯이 형성된 봉상의 웨이퍼 지지봉; 및 상기 웨이퍼 지지봉에 연결되어 상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 회전 수단;을 구비하고, 상기 웨이퍼 지지봉에는, 상기 웨이퍼에 처리 유체를 분사하는 처리 유체 분사구; 및 상기 처리 유체 분사구로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 유로가 형성되어 있다. 본 발명에 따르면, 처리조 내의 데드존을 제거하고 처리 유체의 균일하고 원활한 흐름이 가능하여 처리 효율이 향상되고 웨이퍼 청정도나 평탄도가 균일한 웨이퍼를 제공할 수 있다.
웨이퍼, 처리, 세정, 식각, 지지봉, 회전, 분사구, 처리 유체 유로

Description

웨이퍼 처리 장치 및 이에 사용되는 배럴과, 웨이퍼 처리 방법{Wafer treatment apparatus and barrel used therein, and wafer treatment method}
본 발명은 웨이퍼를 세정하거나 식각하는 등 웨이퍼를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼는 슬라이싱(slicing) 공정, 그라인딩(grinding) 공정, 랩핑(lapping) 공정, 에칭(etching) 공정, 폴리싱(polishing) 공정 등의 일련의 공정을 거쳐 반도체 소자 제조용 웨이퍼로 생산된다. 이때, 웨이퍼는 공정이 진행되는 과정에서 각종 오염물에 의해 표면이 오염되는데, 대표적인 오염물로는 미세 파티클, 금속 오염물, 유기 오염물 등을 들 수 있다. 이러한 오염물은 웨이퍼의 품질을 저하시킬 뿐만 아니라, 반도체 소자의 물리적 결함 및 특성 저하를 일으키는 원인으로 작용하여, 궁극적으로 반도체 소자의 생산 수율을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 이러한 오염물들을 제거하기 위해서는 일반적으로 산 또는 알칼리 등의 에칭액이나 순수(Deionized water)를 이용하는 습식 세정공정을 거치게 된다. 또한, 웨이퍼 및 반도체 소자 제조 공정에는 웨이퍼를 식각조(bath)에 넣고 식각액을 이용하여 습식 식각하는 등 다양한 식각 공정이 포함된다.
최근에는 디자인 룰이 엄격해짐에 따라 웨이퍼의 전(全)면에 대해 보다 높은 청정도와 평탄도를 요하고 있다. 또한, 한 매의 웨이퍼 내에서의 균일한 청정도 및 평탄도는 물론, 통상 세정조 또는 식각조에 복수 매의 웨이퍼를 넣어 처리하는 배치(batch)식 처리의 경우에 웨이퍼간 청정도나 평탄도의 균일성도 요구되고 있다. 이와 관련하여, 특허출원공개 제2005-0002532호나 일본 특허출원공개 제2006-032640호 등에 따르면, 바 형태의 지지대에 웨이퍼를 지지하고 지지대를 회전함으로써 웨이퍼를 회전시키면서 세정 또는 식각하는 방법을 개시하고 있으며, 특허출원공개 제2005-0059895호에 따르면, 별도의 초순수 분사관을 설치하여 웨이퍼를 세정하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 특허출원공개 제2003-0054732호에는 다수의 웨이퍼가 수직으로 세워져 지지되는 캐리어의 하부에, 기체 배출구가 형성된 파이프를 배치하여 기체를 공급하면서 웨이퍼를 식각하는 식각 장치가 개시되어 있고, 특허출원공개 제2003-0056702호에는 기체 공급관을 구비함과 함께, 처리조 내부 바닥쪽에서 공급되는 식각액을 처리조 전체로 확산시키기 위해, 각각 다수의 구멍이 형성되어 있고 서로 간격을 두고 상하로 배치되는 복수의 확산판을 구비한 식각장치가 개시되어 있다.
그러나, 종래의 방법에 의하면, 처리조 내에 세정액이나 식각액의 흐름이 원활하지 못하거나 정지하는 영역인 데드존(deadzone)이 발생할 수 있다. 데드존에는 세정 또는 식각 과정에서 발생한 불순물이나 부산물이 잔존하게 될 수 있고, 이러한 불순물이나 부산물은 웨이퍼에 재흡착되어 웨이퍼를 오염시키는 오염원이 될 수 있다. 특히, 식각 속도가 매우 빠른 공정에서는 불균일한 웨이퍼를 양산하 게 되는 주원인으로 작용할 수 있으며, 이는 최근 디자인 룰이 엄격해짐에 따라 더욱 심각한 문제가 되어 가고 있다.
특히, 웨이퍼 주변에 초순수 분사관을 설치하는 경우에, 분사는 한 쪽 방향으로만 이루어지므로 분사 반대 방향에는 데드존이 남아 있을 수 있으며, 여러 분사관을 세정조 내에 설치하여야 하므로 장치가 복잡해지고 거대해 지는 등의 문제가 있다. 또한, 다량의 분사관과 같은 여러 장치를 세정조 내에 설치하여야 하기 때문에 이러한 장치가 또 다른 오염원으로 작용하는 문제도 발생할 수 있다.
또한, 캐리어 하부에 기체 공급용 파이프 또는 기체 공급관을 설치하는 경우에도 파이프로부터 먼 곳에는 기체가 충분히 공급되지 못하므로 특히 대구경의 웨이퍼를 처리하는 경우에 세정이나 식각의 균일도가 떨어지는 문제가 있다. 아울러, 복수의 확산판을 설치한 경우에는 장치의 부피가 커지는 단점이 있고, 식각액과 기체의 흐름이 상호 간섭하여 식각액 및 기체의 흐름이 원활하고 균일하게 이루어지지 않을 수도 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 처리조 내의 데드존을 제거하고 처리 유체의 흐름을 원활하고 균일하게 하여 처리 효율 및 균일도를 향상시킨 웨이퍼 처리 장치 및 이에 사용되는 배럴과 웨이퍼 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치는, 처리 대상인 웨이퍼가 수용되어 처리되는 처리조; 상기 처리조의 내부에 회전가능하게 설치되고, 표면에는 웨이퍼를 상기 처리조의 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 지지하는 복수의 슬롯이 형성된 봉상의 웨이퍼 지지봉; 및 상기 웨이퍼 지지봉에 연결되어 상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 회전 수단;을 구비하고, 상기 웨이퍼 지지봉에는, 상기 웨이퍼에 처리 유체를 분사하는 처리 유체 분사구; 및 상기 처리 유체 분사구로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 유로가 형성되어 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배럴은, 각각 길이방향에 수직한 방향으로 웨이퍼를 세워서 장착하는 복수의 슬롯이 표면에 형성되고, 서로 평행하게 배치된 복수의 웨이퍼 지지봉; 상기 복수의 웨이퍼 지지봉의 양단부를 각각 회전가능하게 고정하는 양측판; 및 상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 회전 수단;을 구비하고, 상기 웨이퍼 지지봉에는, 상기 웨이퍼에 처리 유체를 분사하는 처리 유체 분사구; 및 상기 처리 유체 분사구로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 유로가 형성되어 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 방법은, 각각 회전 가능하고 처리조 내에 서로 평행하게 배치되는 복수의 웨이퍼 지지봉에 복수의 웨이퍼를 상기 웨이퍼 지지봉의 길이방향을 따라 서로 평행하게 장착하는 단계; 및 상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키면서 웨이퍼에 처리 유체를 분사하여 웨이퍼를 처리하는 단계;를 포함하고, 상기 웨이퍼를 처리하는 단계에서는, 상기 웨이퍼 지지봉 내부에 형성된 처리 유체 유로를 통하여 처리 유체를 공급하고, 상기 웨이퍼 지지봉 표면에 형성된 처리 유체 분사구를 통하여 상기 처리 유체를 상기 웨이퍼에 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 처리조 내의 데드존을 제거하고 처리 유체의 흐름을 균일하게 함으로써, 불순물이나 식각 부산물의 잔존으로 인한 웨이퍼 상의 재흡착을 방지하고 균일한 처리를 할 수 있도록 하여 청정하고 평탄도가 우수한 웨이퍼를 제공할 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼 이외에 이와 유사한 형태의 원형 구조를 갖는 물체의 처리에도 활용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 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 발명을 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 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 개략적으로 나타 내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는 세정액과 세정 대상인 웨이퍼(110)가 수용되는 세정조, 웨이퍼(110)를 지지하는 웨이퍼 지지봉(120), 순환 펌프(191) 및 필터(192)를 포함한다.
세정조는 세정액과 웨이퍼(110)가 수용되는 내조(111)와, 내조(111)로부터 오버플로우(overflow)된 세정액이 순환되도록 하기 위한 외조(112)로 구성될 수 있다. 내조(111)에는 초순수나 오존수와 같이 세정액이 채워지며, 외조(112)는 내조(111)의 상반부 외측에 설치되어, 내조(111)의 양측 벽을 오버플로우되는 세정액을 받을 수 있도록 구성된다. 오버플로우된 세정액은 순환펌프(191)에 의해 순환배관(190)을 통해 내조(111)로 다시 공급되며, 이때 필터(192)를 통해 오염물 등을 걸러낼 수 있다. 하지만, 오버플로우된 세정액이 재순환되지 않고 배수되거나, 나아가 별도의 외조(112)가 설치되지 않은, 즉 내조(111)만으로 구성된 세정조를 채택할 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는, 메가소닉 발진기(193)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 메가소닉 발진기(193)는 세정 효율을 높이기 위해 세정 공정이 진행되는 동안 웨이퍼(110)의 표면에 메가소닉 에너지를 인가한다. 이와 같이 메가소닉 에너지를 인가함으로써, 낮은 주파수 영역에서는 캐비테이션(cavitation) 효과를 얻을 수 있고, 높은 주파수 영역에서는 입자가속(Acoustic Streaming)에 의한 효과를 얻을 수 있다.
웨이퍼 지지봉(120)은, 세정조 내부에 서로 평행하게 복수개 설치되어 웨 이퍼(110)를 세정조의 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 지지한다. 도 2는 웨이퍼(110)가 장착된 웨이퍼 지지봉(120)의 구성을 나타내는 부분도이며, 도 3은 도 2의 일부분(150)에 대한 부분 확대도이다. 도면을 참조하면, 회전 수단(도시되지 않음)에 연결된 웨이퍼 지지봉(120)에는, 세정액 분사구, 및 세정액 유로(123)가 형성되어 있다.
회전 수단은 웨이퍼(110)를 원주 방향으로 회전시키는 수단으로서, 웨이퍼 지지봉(120)에 연결된 구동축과 같은 형태일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 회전 수단이 웨이퍼 지지봉(120)에 연결된 구동축인 경우, 웨이퍼 지지봉(120)은 외부의 구동축과 연결되어 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전함으로써, 슬롯(124)에 장착된 웨이퍼(110)를 회전시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 웨이퍼 지지봉(120)에 연결된 회전 수단을 통해 웨이퍼(110)를 회전시키며 세정할 수 있으므로, 균일한 세정을 가능하게 한다.
세정액 분사구는, 세정조로 세정액을 분사하는 통로로서 하나 또는 그 이상의 분사구로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 세정액 분사구는 웨이퍼 지지봉(120)의 인접한 2개의 슬롯(124) 사이에 형성된 제1 세정액 분사구(121)를 포함한다. 여기서, 웨이퍼 지지봉(120)의 슬롯(124)이란, 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 지지봉(120)에서 웨이퍼(110)가 직접 장착되는 부분을 말한다. 웨이퍼 지지봉(120)에 연결된 회전 수단에 의해 웨이퍼(110)를 회전시키면서, 제1 세정액 분사구(121)를 통해 세정액을 분사하면, 웨이퍼(110) 사이의 유속을 가속하여 세정 효율을 향상시킬 수 있고, 또한, 세정 효율이 높아짐에 따라 결과적으로 세정 시간 도 단축할 수 있게 된다. 도 3을 참조하면, 제1 세정액 분사구(121)는 양쪽 웨이퍼(110)에 세정액이 동시에 분사될 수 있도록 인접한 2개의 슬롯 사이에 2개의 분사구를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 세정액 분사구(121)는 인접한 2개의 슬롯 사이에 1개 또는 3개 이상의 분사구를 가질 수도 있다.
더욱 바람직하게는, 세정액 분사구는 웨이퍼 지지봉의 슬롯(124) 상에 형성된 제2 세정액 분사구(122)를 더 포함한다. 도면을 참조하면, 제2 세정액 분사구(122)는 1개의 슬롯(124) 당 1개의 분사구를 가질 수 있으나, 복수의 분사구를 갖는 형태도 가능하다.
세정액 유로(123)는, 세정액을 세정액 분사구로 공급하는 이동 통로이다. 바람직하게는, 세정액 유로(123)는 웨이퍼 지지봉(120)의 내부에 형성된다.
도 4는 도 2의 A-A'선을 따라 절단하여 바라본 단면도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 지지봉(120)의 내부에는 세정액 유로(123)와 세정액을 분사할 수 있는 복수의 세정액 분사구(121)가 형성되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 세정액 분사구(121)는 세정액 유로(123)를 중심으로 방사상으로 형성되어 있어, 세정액 유로(123)의 세정액을 방사상으로 분사하는 것이 가능하다. 이때, 세정액 분사구(121)의 개수는 필요에 따라 증감할 수 있다.
도 5는 도 2의 A-A'선을 따라 절단하여 바라본 단면도의 다른 예이며, 도 6은 도 5의 일부분(170)에 대한 부분 확대도이다. 도면을 참조하면, 세정액 유로(123)는 일부분이 개방된 세정액 유로 외벽(125)을 포함하되, 이 세정액 유로 외 벽(125)은 고정되어 있고, 웨이퍼 지지봉(120) 중 세정액 분사구(121)를 포함하여 세정액 유로 외벽(125) 이외의 부분이 회전한다. 물론 이와는 반대로 세정액 유로 외벽(125)이 회전하고 세정액 유로 외벽(125) 이외의 부분이 고정하는 것도 가능하다. 그러면, 세정액 유로 외벽(125)은 부분적으로만 개방되어 있기 때문에, 세정액 분사구(121)가 세정액 유로 외벽(125)의 개방된 부분에 이르게 된 경우에만 세정액을 분사할 수 있다. 한편, 세정액 유로 외벽(125)의 개방 부분의 개수 또는 방향 등을 조정함으로써, 세정액 분사구를 통한 세정액의 분사량 또는 분사 방향 등을 조정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치에 의한 세정액의 분사 상태를 나타내는 도면이다. 도면을 참조하면, 일반적인 세정 장치의 경우 세정액의 흐름이 원활하지 못한 데드존(D)이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 세정 장치의 경우, 웨이퍼 지지봉(120)이 여러 방향으로 세정액을 분사함으로써, 데드존(D)의 유체 흐름을 원활하게 하고 세정액이 정체되는 것을 방지한다. 따라서, 본 발명에 의한 세정 장치는 웨이퍼(110)의 균일한 세정을 가능하게 하고, 불순물의 정체로 인한 웨이퍼(110)로의 재흡착을 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 메가소닉 발진기(193)에 의해 메가소닉을 인가함으로써 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 세정액 분사구(121, 122)를 통해 분사되는 세정액은 세정조(111) 내에 채워지는 주 세정액과 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 세정액 분사구(121, 122)를 통해 분사되는 유체는 액체가 아닌 기체일 수도 있으며, 이 경우 기체의 분 사로 인하여 세정조(111) 내의 세정액 흐름이 원활하게 될 수 있다.
다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 이용한 세정 방법을 설명한다.
먼저, 웨이퍼에 대한 단위 공정이 종료되면 웨이퍼를 상기와 같은 구성의 웨이퍼 세정 장치의 웨이퍼 지지봉에 장착한다. 그런 다음, 웨이퍼 세정 장치를 작동시키면 세정조로 세정액이 공급되고 웨이퍼의 표면과 접촉하게 되어 웨이퍼의 세정을 시작한다.
본 발명에 따른 회전 가능한 웨이퍼 지지봉에 웨이퍼를 장착하고 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키면서 웨이퍼에 세정액을 분사하여 웨이퍼를 세정하는 방법은, 상기 웨이퍼 지지봉 내부에 형성된 세정액 유로를 통하여 세정액을 공급하고, 상기 웨이퍼 지지봉 표면에 형성된 세정액 분사구를 통하여 상기 세정액을 상기 웨이퍼에 분사한다. 또한, 웨이퍼의 세정 중에 웨이퍼에 메가소닉을 인가할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 세정액 분사구는 웨이퍼 지지봉의 슬롯과 슬롯 사이에 형성되어 세정액이 웨이퍼의 표면으로 분사되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 세정액 분사구는 웨이퍼 지지봉의 슬롯에도 형성되어 세정액이 웨이퍼의 에지로도 분사된다.
또한, 세정액 분사구는 세정액 유로를 중심으로 방사상으로 형성되어, 세정액이 방사상으로 분사되는 것이 바람직하다.
지금까지, 본 실시예가 반도체 웨이퍼의 세정에 적용되는 경우를 예로 들 어 설명하였으나, 본 실시예는 웨이퍼의 세정만이 아니라 식각을 포함하여 처리액으로 웨이퍼를 처리하는 일반적인 처리 공정에도 적용 가능하다. 이 경우, 상술한 설명에서 '세정'이란 용어는, '식각'이나 '처리'란 용어로 대체함으로써 동일한 설명이 가능하다.
또한, 상술한 설명에서는 처리액, 즉 액체를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 기체를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 경우에도 적용 가능하다. 이 경우, 상술한 설명에서 '세정액', '식각액'은 '처리 유체'로 일반화될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 웨이퍼 지지봉(120)은 세정조 내부 아래쪽에 3개 설치되는 것으로 도시되었지만, 웨이퍼 지지봉(120)의 개수와 설치개소는 변경이 가능하다. 특히, 본 실시예의 장치를 격렬한 화학반응을 수반하는 식각에 이용하는 경우 격렬한 화학반응에 의해 발생되는 기체나 식각액의 흐름에 의해 웨이퍼(110)가 요동하여 서로 부딪치거나 떠오르는 등의 부작용을 방지하기 위해 웨이퍼 지지봉(120)을 웨이퍼의 상단부에도 설치하는 것이 바람직하다. 나아가, 이하에 기술하는 실시예와 같이, 복수의 웨이퍼 지지봉(120)을 배럴 형태로 구성하는 것도 가능하다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치로서 웨이퍼 식각 장치를 도시한 도면들이다. 즉, 본 실시예는 특히 웨이퍼 식각에 적합한 장치로서 설명되지만 웨이퍼 세정에도 사용가능함은 물론이다. 도 8 내지 도 11을 참조하여 본 실시예의 웨이퍼 식각 장치에 대해 설명한다. 다만, 도면에서 전술한 실시예와 동일한 참조부호는 전술한 실시예와 동일한 구성을 가지는 동일한 부재이므로 그에 대한 설명은 생략하고, 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에 따른 웨이퍼 식각 장치는 식각액과 식각 대상인 웨이퍼(110)가 수용되는 식각조, 웨이퍼(110)를 수납하는 배럴(200, 도 9 참조), 순환 펌프(191), 식각액 온도조절장치(194) 및 확산판(300)을 포함한다. 즉, 본 실시예의 웨이퍼 식각 장치가 전술한 실시예의 웨이퍼 세정 장치와 주로 다른 점은, 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지봉(120)이 웨이퍼(110)의 상부와 하부에 모두 배치되는 배럴(200) 형태로 제공되고, 배럴(200) 하부에서 공급 또는 순환공급되는 식각액을 식각조 내부로 확산시키는 확산판(300)이 제공된다는 점이다.
본 실시예의 웨이퍼 식각 처리에 사용되는 식각액은 NaOH, KOH 등의 알칼리 용액일 수 있고, 불산(HF), 질산(HNO3), 초산(CH3COOH), 인산(H3PO4) 등의 산 또는 혼합산, 또는 불화염(NH4HF2), 질산염(NH4NO3) 또는 그 혼합물 등을 사용할 수 있다. 웨이퍼 식각의 화학 반응은 주로 발열 반응이므로 식각 중에 상당한 열이 발생하게 되고 이는 식각액의 온도를 일정하게 유지할 수 없게 한다. 식각액의 온도 변화와 불균일한 온도는 결과적으로 웨이퍼 평탄도를 악화시킬 수 있으므로 식각조로 공급되는 식각액을 열교환기 등으로 구현되는 식각액 온도조절장치(194)를 통과시킴으로써 식각액의 온도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 실시예와 마찬가지로 불순물 등을 걸러내는 필터(192, 도 1 참조)를 구비할 수도 있다.
도 9를 참조하여 본 실시예에 따른 웨이퍼 식각 장치에 사용되는 배럴에 대하여 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 배럴은 복수의 웨이퍼 지지봉(120), 양측판(201, 202) 및 회전 수단을 포함한다.
웨이퍼 지지봉(120)은 서로 평행하게 복수개(본 실시예에서는 웨이퍼(110)의 둘레를 따라 4개)가 배치되고, 양측판(201, 202)에 회전가능하게 고정된다. 웨이퍼 지지봉(120)의 구체적인 구성 즉, 슬롯(124), 처리 유체 유로(123), 처리 유체 분사구(121, 122) 등의 구성은 전술한 실시예에서 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 기본적으로 동일하므로 그 설명을 생략한다. 한편, 도 9에서 참조부호 126은 각 웨이퍼 지지봉(120)의 처리 유체 유로(123)로 처리 유체를 공급하기 위한 배관이다.
양측판(201, 202)은 기본적으로 판상의 형태를 가지고 웨이퍼 지지봉(120)의 양단부가 회전가능하게 삽입되는 구멍이 형성되어 있어, 여기에 웨이퍼 지지봉(120)을 삽입하여 고정한다. 또한, 복수의 웨이퍼 지지봉(120)의 배치에 따라서는 배럴(200)에 웨이퍼(110)를 장착하기가 곤란할 수 있다. 이런 경우에, 웨이퍼의 장착을 위해 양측판이 좌우로(도 9에서는 전후로) 벌려지거나 상하로 분리되는 구조, 또는 일부의 웨이퍼 지지봉(120)의 위치를 변경시킬 수 있는 구조가 제공된다. 즉, 예를 들어, 도 9의 좌측면도인 도 10에 도시된 바와 같이, 4개의 웨이퍼 지지봉(120) 중 하나(도 10에서 우상측에 위치한 웨이퍼 지지봉)에 대하여 이동가능하 도록 양측판(201, 202)에 개구홈(203)을 형성해 두고, 이 웨이퍼 지지봉(120)을 개구홈(203)의 아래쪽으로 이동시킨 후 웨이퍼를 장착하고, 웨이퍼가 모두 장착되면 웨이퍼 지지봉을 다시 개구홈의 윗쪽으로 이동시켜 고정한 후 식각 공정에 투입할 수 있다.
웨이퍼 지지봉(120)을 회전시키는 회전 수단은, 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이, 모터(210), 동력 전달 장치(220), 기어(231, 232) 등으로 이루어질 수 있다. 즉, 일방의 측판(202)에 모터(210)를 장착하고, 모터(210)의 회전력을 베벨기어나 웜과 웜기어 등의 동력 전달 장치(220)를 이용하여 회전 방향을 바꾸어 측판(202) 중심에 회전가능하게 고정된 중심 기어(231)를 구동한다. 그러면, 중심 기어(231)에 맞물려 있고 각 웨이퍼 지지봉(120)의 단부에 결합된 기어들(232)이 한 방향으로 회전하면서 각 웨이퍼 지지봉(120)의 슬롯(124)에 장착된 웨이퍼들(110)이 회전할 수 있게 된다. 여기서, 회전 수단은 기어를 이용하여 구동하는 구성으로 한정되지 않고, 체인이나 벨트 등 다양한 균등한 수단으로 변형가능함은 물론이다.
한편, 본 실시예에 따른 식각 장치를 이용하여 식각 공정을 진행하는 동안, 배럴(200)을 상하로 요동시킴으로써 더욱 균일한 식각을 도모할 수도 있다. 이를 위해 본 실시예에 따른 식각 장치는, 도시하지는 않았지만, 예컨대 양측판(201, 202)의 상부에 연결되어 배럴(200)을 상하로 요동시키는 배럴 요동 수단을 구비할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 식각 장치는 배럴 요동 수단과 함께 또는 그 대신에 전술한 실시예에서 사용한 메가소닉 발진기(193)를 더 구비할 수도 있다.
본 실시예에 따른 웨이퍼 식각 장치에는 식각조 하부에서 공급되는(또는 순환 공급되는) 식각액을 식각조 상부로 확산시켜 공급하는 확산판(300)을 구비한다. 또한, 이 확산판(300)에는 기체 공급 배관(320) 및 유량 조절 밸브(321)가 연결되어 외부로부터 기체를 공급받을 수 있게 되어 있다. 즉, 확산판(300)은 식각조 하부에서 공급되는 식각액을 확산할 뿐만 아니라, 외부로부터 공급되는 기체를 확산 분출하는 기능도 동시에 담당한다. 이렇게 확산 공급되는 기체는 식각액의 원활한 흐름을 돕고, 식각액과 웨이퍼(110) 표면의 반응에서 생성되는 부산물 기체가 식각조 위쪽으로 신속하게 배출되도록 돕는 역할을 하는 것으로서, 질소나 아르곤 등의 불활성 기체를 사용할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 식각액과 함께 웨이퍼의 식각에 작용하는 기체를 사용할 수도 있다.
확산판(300)은 식각조의 평면 형상과 대략 일치하는 평면 형상으로서, 상면, 하면 및 측면에 의해 한정되는 내부 공간을 가지는 구조이다. 확산판(300)은 식각액에 의해 부식되지 않도록 PVDF(poly(vinylidene fluoride)), PTFE(poly(tetrafluoroethylene)), PFA(poly(fluoroalkoxy)) 등의 불소계 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 확산판(300)에는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상면과 하면을 관통하는 통공(311)이 다수 형성되어 있다. 이 통공(311)은 식각액이 통과하는 식각액 통공으로서 통공(311)에는 내벽이 있어 확산판(300) 내부 공간과는 분리된 구조이다. 또한, 확산판(300)에는 식각액 통공(311)이 형성되어 있지 않는 부분에 상면만을 관통하여 내부 공간과 연통되는 기체 분출구(312)가 다수 형성되어 있다. 따라서, 식각액 통공(311)을 통해서는 하부에서 공급되는 식각액이 고르게 확산되어 상부로 공급되고, 기체 분출구(312)를 통해서는 외부로부터 공급되는 기체가 식각조 상부로 고르게 공급되게 된다. 특히, 본 실시예에 따른 확산판(300)에는 식각액 통공(311)과 기체 분출구(312)가 동시에 형성되어 있어 전술한 특허출원공개 제2003-0056702호에 개시된 복수의 확산판을 가지는 구조에 비해 식각 장치를 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있고, 또한 식각액 통공(311)과 기체 분출구(312)가 서로 간섭하지 않는 구조여서 식각액의 흐름과 기체의 흐름이 서로 간섭하지 않게 되므로 균일한 평탄도의 웨이퍼를 얻을 수 있다.
한편, 식각액 통공(311)과 기체 분출구(312)의 크기, 형태, 배치 등은 응용에 따라 다양하게 변형가능하다. 예를 들어, 도 11 및 도 12에서 식각액 통공(311)과 기체 분출구(312)의 각각은 동일한 크기와 형상을 가지는 것으로 도시되었으나 기체 공급 배관(320)으로부터의 거리에 따라 그 크기와 형태를 변화시킬 수 있고, 식각액 통공(311)의 단면 형상을 아래쪽에서 위쪽으로 갈수록 좁아지게 형성할 수도 있다. 또한, 기체 공급 배관(320)은 확산판(300)의 측면 1개소에서 연결되는 것으로 도시되었으나, 연결 개소와 기체 공급 배관(320)의 개수도 다양하게 변형가능하다.
나아가, 본 실시예의 식각 장치는 도 9 및 도 10에 도시된 배럴(200)과 도 11 및 도 12에 도시된 확산판(300)을 함께 구비하는 구성이지만, 본 발명은 어느 일방만을 구비하거나 전술한 실시예와 본 실시예의 각 구성요소들을 임의로 조합하 여 구성할 수도 있다. 즉, 웨이퍼 처리 장치를 전술한 실시예의 비(非) 배럴 타입의 웨이퍼 지지봉(120) 또는 처리 유체 유로와 처리 유체 분사구를 가지지 않는 일반적인 배럴과 본 실시예의 확산판(300)을 조합하여 구성하거나, 본 실시예의 배럴(200)만을 구비하는 구성으로 할 수도 있다.
또한, 본 실시예도 전술한 실시예와 마찬가지로, 웨이퍼의 식각만이 아니라 세정 등 처리액으로 웨이퍼를 처리하는 일반적인 처리 공정에 적용 가능하고, 기체를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 경우에도 적용 가능하며, 상술한 설명에서 '세정액', '식각액'은 '처리 유체'로 일반화될 수 있다.
나아가, 본 발명은 반도체 웨이퍼가 아닌 이와 유사한 원반 형태의 대상물의 처리에도 적용할 수 있다. 따라서, 이하의 특허청구범위에서 '웨이퍼'란 반도체 웨이퍼만이 아니라 웨이퍼와 같이 원반 형태를 갖는 대상물을 포괄하는 의미로 해석되어야 한다.
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.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치에서 웨이퍼가 장착된 웨이퍼 지지봉의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 일부분에 대한 부분 확대도이다.
도 4는 도 2의 A-A'선을 따라 절단하여 바라본 단면도의 일예이다.
도 5는 도 2의 A-A'선을 따라 절단하여 바라본 단면도의 다른 예이다.
도 6은 도 5의 일부분에 대한 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치에 의해 처리 유체를 분사하면서 웨이퍼를 처리하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 장치에서 웨이퍼가 장착된 배럴의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 배럴의 좌측면도이다.
도 11은 도 8에 도시된 장치에서 확산판의 구성을 도시한 사시도이다.
도 12는 도 11의 B-B', C-C' 및 D-D'선을 따라 절단하여 바라본 단면도들이다.

Claims (23)

  1. 웨이퍼 처리 장치에 있어서,
    처리 대상인 웨이퍼가 수용되어 처리되는 처리조;
    상기 처리조의 내부에 회전가능하게 설치되고, 표면에는 웨이퍼를 상기 처리조의 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 지지하는 복수의 슬롯이 형성된 봉상의 웨이퍼 지지봉; 및
    상기 웨이퍼 지지봉에 연결되어 상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 회전 수단;을 구비하고,
    상기 웨이퍼 지지봉에는, 상기 웨이퍼에 처리 유체를 분사하는 처리 유체 분사구; 및 상기 처리 유체 분사구로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구는 상기 슬롯과 슬롯 사이에 형성되어 상기 웨이퍼의 표면으로 처리 유체를 분사하는 제1 처리 유체 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구는, 상기 슬롯에 형성되어 상기 웨이퍼의 에지로 처 리 유체를 분사하는 제2 처리 유체 분사구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리 유체 유로는 상기 웨이퍼 지지봉의 내부에 형성되고,
    상기 처리 유체 분사구는 상기 처리 유체 유로를 중심으로 방사상으로 형성되어 있어, 처리 유체를 방사상으로 분사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리 유체 유로는 일부분이 개방된 처리 유체 유로 외벽에 의해 한정되고,
    상기 처리 유체 유로 외벽 및 상기 웨이퍼 지지봉의 상기 처리 유체 유로 외벽 이외의 부분 중 어느 일방은 고정되고 타방이 회전 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼에 메가소닉을 인가하는 메가소닉 발진기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지봉은 상기 웨이퍼의 둘레를 따라 복수개가 서로 평행하게 배치되어 배럴을 구성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배럴을 상기 처리조 내부에서 상하 방향으로 요동시키는 배럴 요동 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  9. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지봉 하부에 웨이퍼 처리액을 공급하는 처리액 공급수단; 및
    상기 웨이퍼 지지봉과 처리액 공급수단의 사이에 상기 웨이퍼 처리액을 확산시키는 확산판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 확산판은, 상면, 하면 및 측면을 가지고, 상기 상면과 하면을 관통하는 다수의 처리액 통공이 형성되어 있고, 상기 상면, 하면 및 측면과 상기 처리액 통공의 내벽에 의해 한정되는 내부 공간이 형성되어 있으며, 상기 내부 공간에 기체를 공급하는 기체 공급부를 가지고, 상기 상면에서 상기 처리액 통공이 형성되어 있지 않는 부분에 상기 상면을 관통하여 상기 기체 공급부에 의해 상기 내부 공간 으로 공급되는 기체를 분출하는 다수의 기체 분출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  11. 각각 길이방향에 수직한 방향으로 웨이퍼를 세워서 장착하는 복수의 슬롯이 표면에 형성되고, 서로 평행하게 배치된 복수의 웨이퍼 지지봉;
    상기 복수의 웨이퍼 지지봉의 양단부를 각각 회전가능하게 고정하는 양측판; 및
    상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 회전 수단;을 구비하고,
    상기 웨이퍼 지지봉에는, 상기 웨이퍼에 처리 유체를 분사하는 처리 유체 분사구; 및 상기 처리 유체 분사구로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배럴.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구는 상기 슬롯과 슬롯 사이에 형성되어 상기 웨이퍼의 표면으로 처리 유체를 분사하는 제1 처리 유체 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배럴.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구는, 상기 슬롯에 형성되어 상기 웨이퍼의 에지로 처 리 유체를 분사하는 제2 처리 유체 분사구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배럴.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 처리 유체 유로는 상기 웨이퍼 지지봉의 내부에 형성되고,
    상기 처리 유체 분사구는 상기 처리 유체 유로를 중심으로 방사상으로 형성되어 있어, 처리 유체를 방사상으로 분사하는 것을 특징으로 하는 배럴.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 처리 유체 유로는 일부분이 개방된 처리 유체 유로 외벽에 의해 한정되고,
    상기 처리 유체 유로 외벽 및 상기 웨이퍼 지지봉의 상기 처리 유체 유로 외벽 이외의 부분 중 어느 일방은 고정되고 타방이 회전 가능한 것을 특징으로 하는 배럴.
  16. 각각 회전 가능하고 처리조 내에 서로 평행하게 배치되는 복수의 웨이퍼 지지봉에 복수의 웨이퍼를 상기 웨이퍼 지지봉의 길이방향을 따라 서로 평행하게 장착하는 단계; 및
    상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키면서 웨이퍼에 처리 유체를 분사하여 웨이퍼를 처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 웨이퍼를 처리하는 단계에서는, 상기 웨이퍼 지지봉 내부에 형성된 처리 유체 유로를 통하여 처리 유체를 공급하고, 상기 웨이퍼 지지봉 표면에 형성된 처리 유체 분사구를 통하여 상기 처리 유체를 상기 웨이퍼에 분사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구가 상기 웨이퍼 지지봉의 슬롯과 슬롯 사이에 형성되어 상기 처리 유체가 웨이퍼의 표면으로 분사되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구가 상기 웨이퍼 지지봉의 슬롯에도 형성되어 상기 처리 유체가 웨이퍼의 에지로도 분사되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구가 상기 처리 유체 유로를 중심으로 방사상으로 형성되어, 상기 처리 유체가 방사상으로 분사되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 처리하는 중에 상기 웨이퍼에 메가소닉을 인가하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지봉 하부에서 웨이퍼 처리액을 상기 처리조 내부로 확산시키면서 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 처리하는 중에, 확산되는 상기 웨이퍼 처리액의 흐름과 간섭되지 않게 상기 웨이퍼를 향하여 기체를 분출시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 처리하는 중에 상기 복수의 웨이퍼 지지봉을 상하로 요동시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
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