KR20130074191A - 반도체 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 세정액을 수용하는 세정조, 상기 세정조 내에 위치하고, 웨이퍼를 지지하는 복수의 웨이퍼 지지대들, 및 상기 세정조와 연결되고, 인접하는 웨이퍼 지지대들 사이에 위치하는 적어도 하나의 로드(rod)를 포함하며, 상기 세정조와 상기 로드는 상기 세정액에 초음파를 발생할 수 있다.

Description

반도체 웨이퍼 세정 장치{An apparatus for cleaning a semiconductor wafer}
실시 예는 반도체 웨이퍼 세정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 장치는 반도체 기판(웨이퍼)에 증착, 포토리소그래피(photolithography), 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로써 반도체 웨이퍼를 제조할 수 있다.
각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 반도체 웨이퍼 표면에는 이물질 또는 불필요한 막과 같은 오염 물질이 부착될 수 있다. 이와 같은 오염 물질은 제품의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에 반도체 웨이퍼에 부착된 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정이 필요하다. 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커지기 때문에, 세정 공정은 반도체 제조 공정 중 중요한 공정 중 하나이다.
세정 공정을 수행하는 장치는 다수의 반도체 웨이퍼를 동시에 세정하는 배치식 세정 장치(Batch Type Cleaning)와 낱장 단위로 반도체 웨이퍼를 세정하는 매엽식 세정 장치(Single Wafer Cleaning)로 구분될 수 있다.
습식 세정 장치(wet station)를 사용하는 습식 세정 공정에서는 파티클, 유기오염, 자연 산화막, 이온성 불순물 등 다양한 오염물을 제거하기 위해 여러 가지 세정액이 사용되고, 세정액이 수용된 처리조에 다수의 반도체 웨이퍼를 일정 시간 침지시킨다. 이러한 습식 세정 공정에서 세정 효율을 향상시키기 위해 세정액에 초음파 진동을 가하는 초음파 세정 장치가 사용될 수 있다.
세정액에 초음파를 발생시키면, 초음파(Ultrasonic)에 의한 공동 현상(Cavitation)에 의해 웨이퍼의 오염 또는 이물질을 제거할 수 있다.
도 6은 일반적인 웨이퍼 세정 장치를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 초음파 발생기(603)에 의하여 발생된 초음파(602)는 세정조(604)에 수용된 세정액을 통하여 웨이퍼(5)에 전달된다. 초음파(602)는 직진성을 갖기 때문에 웨이퍼 지지대(42,44,46)에 의하여 초음파의 진행이 차단될 수 있다. 이로 인하여 웨이퍼(5)에는 초음파 전달이 차단되는 사각 지대(601)가 발생하여, 웨이퍼 전면에 대한 균일한 세정이 이루어질 수 없다. 이러한 사각 지대(601)는 오염 물질이 제거되지 않는 부분으로 웨이퍼의 특성 및 이러한 웨이퍼를 사용한 반도체 소자는 특성이 저하될 수 있다.
실시 예는 웨이퍼 전면을 균일하게 세정할 수 있는 웨이퍼 세정 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 웨이퍼 세정 장치는 세정액을 수용하는 세정조, 상기 세정조 내에 위치하고, 웨이퍼를 지지하는 복수의 웨이퍼 지지대들, 및 상기 세정조와 연결되고, 인접하는 웨이퍼 지지대들 사이에 위치하는 적어도 하나의 로드(rod)를 포함하며, 상기 세정조와 상기 로드는 상기 세정액에 초음파를 발생할 수 있다.
상기 세정조와 상기 로드는 석영(quartz)으로 이루어질 수 있다. 상기 세정조와 상기 로드는 일체형일 수 있다. 상기 로드는 복수 개이고, 복수의 로드들은 서로 이격하여 상기 세정조 내부에 배치될 수 있다.
상기 로드는 일단이 상기 세정조의 하부면과 연결되고, 상기 웨이퍼 지지대들에 삽입되는 인접하는 웨이퍼들 사이에 위치할 수 있다. 상기 로드의 타 단은 상기 웨이퍼 지지대에 삽입된 웨이퍼의 중심보다 높게 위치할 수 있다.
상기 웨이퍼 세정 장치는 상기 세정조의 하부면에 전류를 공급하는 전원 공급부를 더 포함하며, 상기 세정조와 상기 로드는 상기 전원 공급부로부터 공급되는 전류에 의하여 상기 초음파를 발생할 수 있다.
상기 웨이퍼 지지대들은 상기 로드는 단면이 원형, 타원형, 또는 다각형일 수 있다.
상기 로드는 상기 세정조의 하부면으로부터 상부 방향으로 진행할수록 폭이 작아질 수 있다. 상기 로드의 외주를 이루는 면들 중 적어도 하나는 곡면일 수 있다.
실시 예는 웨이퍼 전면을 균일하게 세정할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 정면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 세정 장치의 측면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 웨이퍼 세정 장치의 상면도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 발진 로드의 제1 실시 예를 나타낸다.
도 5a는 도 1에 도시된 발진 로드의 제2 실시 예의 정면도를 나타낸다.
도 5b는 도 5a에 도시된 발진 로드의 제2 실시 예의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 6은 일반적인 웨이퍼 세정 장치를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 세정 장치를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 웨이퍼 세정 장치(100)의 정면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 세정 장치(100)의 측면도를 나타내고, 도 3은 도 1에 도시된 웨이퍼 세정 장치(100)의 상면도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 웨이퍼 세정 장치(100)는 세정조(10), 웨이퍼 지지대들(42,44,46), 및 초음파 발생부(20)를 포함한다.
세정조(10)는 웨이퍼를 세정하기 위한 세정액을 수용한다. 세정조(10)는 수정 세정조(12) 및 외부 세정조(14)를 포함한다.
발진 세정조(12)는 세정액을 수용할 수 있는 형상(예컨대, 직육면체)일 수 있으며, 그 상부는 개방된다. 이때 세정액은 불산(HF), SC1(standard cleaning 1), SC2, 기능수 또는 초순수(DeIonized water) 등일 수 있다
발진 세정조(12)는 후술하는 바와 같이 수용된 세정액에 초음파를 발생시킬 수 있다. 발진 세정조(12)는 석영(quartz)으로 이루어질 수 있다.
외부 세정조(14)는 발진 세정조(12)에서 오버플로우(overflow)되는 세정액을 수용할 수 있도록, 발진 세정조(12)의 외측 둘레를 따라 배치된다.
외부 세정조(14)로 오버플로우된 세정액은 순환 시스템(미도시)에 의해 회수되어 발진 세정조(12)로 재공급될 수 있다. 또는 다른 실시 예에서는 오버플로우된 세정액이 재순환되지 않고 배수될 수 있다. 또 다른 실시 예에서는 별도의 외부 세정조가 설치되지 않고, 발진 세정조만으로 구성된 세정조를 채택할 수도 있다.
웨이퍼 지지대들(42,44,46)은 발진 세정조(12) 내에 위치하며, 웨이퍼를 지지한다. 웨이퍼 지지대(42,44,46)은 복수 개가 발진 세정조(12) 내에서 나란하게 배치될 수 있다. 도 2에는 제1 내지 제3 웨이퍼 지지대들(42,44,46)이 도시되나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 내지 제3 웨이퍼 지지대들(42,44,46)은 일 방향으로 길게 형성된 봉(rod) 형상태일 수 있으며, 발진 세정조(12)의 하면(101)으로부터 이격 거리가 서로 다르도록 배치될 수 있다. 제1 내지 제3 웨이퍼 지지대들 상호 간의 이격 거리는 서로 다를 수 있다. 웨이퍼 지지대들(42,44,46)에는 웨이퍼가 삽입되어 고정될 수 있는 복수의 슬롯(slots)들이 마련된다. 웨이퍼 지지대들(42,44,46)은 웨이퍼(5)의 전면에 골고루 초음파를 전달하기 위하여 웨이퍼(5)를 일정 방향으로 회전시킬 수 있다.
초음파 발생부(20)는 세정액을 진동하기 위하여 초음파를 발생시키고, 발생된 초음파는 세정액에 직접 전달된다.
초음파 발생부(20)는 진동자에 해당하는 발진 세정조(12)와 발진 로드(30) 및 진동자에 전류를 공급하는 전원 공급부(25)를 포함할 수 있다. 전원 공급부(25)는 발진 세정조(12)의 하부면에 교류 전류를 공급할 수 있다.
역압전 효과에 의하여 결정 물질(예컨대, 석영(quartz))에 교류 전류를 인가하면 결정이 수축과 이완을 반복하면서 일정한 주파수의 기계적 진동이 발생하여 초음파가 발생할 수 있다.
전원 공급부(25)는 발진 세정조(12)와 발진 로드(30)에 전류를 공급하고, 공급된 전류에 의하여 발진 세정조(12)와 발진 로드(30)는 진동하며, 발진 세정조(12)와 발진 로드(30)의 진동에 의하여 초음파가 발생할 수 있다.
발진 로드(30)는 일단이 발진 세정조(12)의 하부면(101)과 연결되고, 복수의 웨이퍼 지지대들(42,44,46) 중 인접하는 2개의 웨이퍼 지지대들 사이에 위치할 수 있다. 예컨대, 발진 로드(30)는 제2 웨이퍼 지지대(44)와 제3 웨이퍼 지지대(46) 사이에 위치할 수 있다. 발진 로드(30)는 발진 세정조(12)와 일체형일 수 있다.
발진 로드(30)는 웨이퍼 지지대(42,44,46)에 삽입된 인접하는 웨이퍼들 사이에 위치할 수 있다. 발진 로드(30)의 타 단은 웨이퍼 지지대(42,44,46)에 삽입된 웨이퍼의 중심보다 높게 위치할 수 있다. 발진 로드(30)는 복수 개(30-1 내지 30-n, n>1인 자연수)일 수 있다.
발진 로드(30)는 단면이 원형, 타원형, 다각형 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 발진 로드(30)는 발진 세정조(12)의 하부면(101)으로부터 상부 방향으로 진행할수록 폭(W)이 작아질 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 발진 로드(30)의 제1 실시 예(30')를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 웨이퍼 지지대들(42,44,46)에 삽입된 웨이퍼에 대향하는 면(401)의 폭(W)이 제1 방향(201)으로 갈수록 감소할 수 있다. 제1 방향(201)은 발진 세정조(12)의 하부면(101)으로부터 상부로 향하는 방향일 수 있다.
만약 발진 로드(30)의 폭이 제1 방향으로 일정하다면, 동일한 시간 동안 회전하는 웨이퍼(5)의 외곽 부분은 중심 부분이 비하여 세정력이 작을 수 있다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이 발진 로드(30)의 폭(W)을 제1 방향으로 감소시킴으로써 실시 예는 웨이퍼(5)의 전면을 균일하게 세정할 수 있다.
발진 로드(30')의 높이(H)는 세정하는 웨이퍼(5)의 직경에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 웨이퍼 지지대들(42,44,46)에 삽입된 웨이퍼(5)의 중심보다 발진 로드(30')의 일단이 높게 위치하도록 발진 로드(30')의 높이(H)가 결정될 수 있다. 이는 웨이퍼(5)가 회전하기 때문에 발진 로드(30')의 일단이 적어도 웨이퍼(5)의 외주면에서 중심까지는 오버랩되어야 웨이퍼(5) 전면에 초음파를 전달할 수 있기 때문이다. 그렇지 않으면 웨이퍼(5)에 초음파가 전달되지 않는 영역이 발생할 수 있다. 발진 로드(30')가 인접하는 웨이퍼들 사이에 위치해야 하기 때문에 발진 로드(30')의 두께(T)는 이를 고려하여 결정될 수 있다.
도 5a는 도 1에 도시된 발진 로드(30)의 제2 실시 예(30")의 정면도를 나타내고, 도 5b는 도 5a에 도시된 발진 로드(30)의 제2 실시 예(30")의 AB 방향의 단면도를 나타낸다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제2 실시 예는 제1 실시 예와 유사하나, 제2 실시 예의 발진 로드(30")는 외주를 이루는 면들 중 적어도 하나는 곡면일 수 있다. 예컨대, 발진 로드(30")는 곡면인 적어도 하나의 측면을 포함할 수 있다. 구체적으로 도 5b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(5)와 대향하는 면들(402, 402)은 평면이나, 이들을 연결하는 측면들(501, 502)은 곡면일 수 있다.
발진 로드(30")의 외주면 또는 측면이 곡면일 경우, 초음파의 분산 효과가 향상될 수 있다. 따라서 제1 실시 예와 비교할 때, 제2 실시 예는 웨이퍼 전면에 대하여 더 균일한 세정을 할 수 있다.
실시 예에 따른 웨이퍼 세정 장치(100)는 아래와 같이 세정 작업을 수행할 수 있다.
웨이퍼 이송 장치(미도시)를 통하여 세정액(3)이 수용된 발진 세정조(12)에 웨이퍼(5)를 장입(裝入)한다. 발진 세정조(12)에 장입된 웨이퍼(5)는 웨이퍼 지지대들(42,44,46)에 마련되는 슬롯들(미도시)에 삽입되어 고정될 수 있다.
전원 공급부(25)에 의하여 발진 세정조(12) 및 발진 로드(30)에 전류가 공급되고, 전류가 공급된 발진 세정조(12) 및 발진 로드(30)는 초음파를 발생시킨다. 그리고 균일한 세정을 위하여 웨이퍼 지지대들(42,44,46)에 의하여 웨이퍼(5)를 회전시킨다.
도 6에 도시된 웨이퍼 세정 장치는 직경이 작은 웨이퍼의 경우에는 웨이퍼 상단까지 초음파의 전달이 가능하지만, 450mm이상의 대구경 웨이퍼의 세정에 있어서는 웨이퍼의 전면에 균일한 초음파의 전달이 어려고, 이로 인하여 웨이퍼 표면의 파티클 등의 이물질의 제거가 용이하지 않을 수 있다.
또한 도 6에 도시된 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼 지지대들(42,44,46)에 의하여 초음파가 전달되지 않은 사각 지대(601)가 발생하여 웨이퍼 전면에 대한 균일한 세정을 할 수 없다.
그러나 실시 예는 발진 세정조(12) 자체가 진동자로서 초음파를 발생하기 때문에 웨이퍼(50) 전면에 균일한 초음파 전달이 가능하고, 발진 로드(30)에 의하여 사각 지대가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 실시 예는 450mm이상의 대구경 웨이퍼에 대해서도 균일한 세정이 가능하기 때문에 오염 물질에 의하여 웨이퍼의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
3: 세정액 5: 웨이퍼
10: 세정조 12: 발진 세정조
14: 외부 세정조 20: 초음파 발생부
25: 전원 공급부 30: 발진 로드
42,44,46: 웨이퍼 지지대.

Claims (10)

  1. 세정액을 수용하는 세정조;
    상기 세정조 내에 위치하고, 웨이퍼를 지지하는 복수의 웨이퍼 지지대들; 및
    상기 세정조와 연결되고, 인접하는 웨이퍼 지지대들 사이에 위치하는 적어도 하나의 로드(rod)를 포함하며,
    상기 세정조와 상기 로드는 상기 세정액에 초음파를 발생하는 웨이퍼 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세정조와 상기 로드는 석영(quartz)으로 이루어지는 웨이퍼 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세정조와 상기 로드는 일체형인 웨이퍼 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로드는 복수 개이고, 복수의 로드들은 서로 이격하여 상기 세정조 내부에 배치되는 웨이퍼 세정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로드는 일단이 상기 세정조의 하부면과 연결되고, 상기 웨이퍼 지지대들에 삽입되는 인접하는 웨이퍼들 사이에 위치하는 웨이퍼 세정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 로드의 타 단은 상기 웨이퍼 지지대에 삽입된 웨이퍼의 중심보다 높게 위치하는 웨이퍼 세정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 세정조의 하부면에 전류를 공급하는 전원 공급부를 더 포함하며,
    상기 세정조와 상기 로드는 상기 전원 공급부로부터 공급되는 전류에 의하여 상기 초음파를 발생하는 웨이퍼 세정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지대들은
    상기 로드는 단면이 원형, 타원형, 또는 다각형인 웨이퍼 세정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 로드는 상기 세정조의 하부면으로부터 상부 방향으로 진행할수록 폭이 작아지는 웨이퍼 세정 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로드의 외주를 이루는 면들 중 적어도 하나는 곡면인 웨이퍼 세정 장치.
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