KR20150068019A - 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배쓰 내부에서 웨이퍼를 세정하기 위한 장치로서, 상기 배쓰 내부의 중심부에서 다수개의 웨이퍼가 배치되며 지지되는 웨이퍼 지지부; 및 상기 웨이퍼 지지부 하부에 마련되는 세정액 공급부;를 포함하고, 상기 세정액 공급부는, 다수개의 플레이트가 복수개의 면을 갖도록 결합되고, 상기 웨이퍼가 배치되는 방향으로 연장되며, 상기 플레이트 중에서, 상기 웨이퍼가 배치되는 방향과 직교하는 방향에 대응하는 플레이트에는 세정액을 분사하기 위한 복수개의 공급홀이 형성된다.

Description

웨이퍼 세정 장치{Apparatus for Wafer Cleaning}

본 발명은 웨이퍼 세정 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는 세정 장치에 구비되는 세정액 공급부의 구조를 변경하여 세정조 내부의 유속을 균일하게 할 수 있는 웨이퍼 세정 장치에 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.

일반적으로, 배스 타입(bath type)의 습식 세정 장치는 웨이퍼 표면에 존재하는 파티클(particle), 유기물, 메탈 오염물 등과 같은 오염 물질을 SC1(standard cleaning-1), SC2(standard cleaning-2), Piranha, 인산(phosphoric acid) 등과 같은 적절한 케미컬을 사용하여 화학 반응으로 제거하는 역할을 할 뿐만 아니라 동시에 산화막이나 질화막 등을 제거하는 습식 식각(wet etch)의 용도로서도 사용되고 있다.

도 1은 종래의 습식 세정 장치를 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 습식 세정 장치(10)는 세정을 위한 세정액이 채워지는 배쓰(11)와, 배쓰(11) 내측 하부 측면에 외부로부터 공급되는 세정액을 배쓰(11) 내부로 공급하는 공급 튜브(12)를 포함하고, 상기 공급 튜브(12) 상부에는 다수개의 웨이퍼가 인입된 웨이퍼 지지부가 놓여진다.

이러한 종래의 세정 장치(10) 하부의 좌우측에 구비된 공급 튜브(12)로 세정액을 공급하면, 세정액은 배쓰(11)의 중심부 쪽으로 강한 유속이 발생된다. 즉, 웨이퍼가 위치하는 영역에서 강한 상승 흐름이 형성되고, 이는 웨이퍼 영역을 흐르는 세정액의 유속에 높은 속도차이를 발생시킨다.

도 2는 종래의 세정 장치에 의한 웨이퍼 부근의 유속의 흐름을 나타낸 도면이다. 왼쪽의 그림은 웨이퍼 지지부의 가장 앞쪽에 위치하는 웨이퍼에 대해 나타낸 것이며, 오른쪽 그림은 웨이퍼 지지부의 중간에 위치하는 웨이퍼에 대해 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 웨이퍼의 하부에서는 빠른 유속의 흐름이 형성되어 웨이퍼의 중심부로 상승하게 되는데, 점선부분과 같이 웨이퍼를 지지하고 있는 웨이퍼 지지부에 의해 이러한 흐름이 정체되는 구간이 발생한다. 이런 현상은 왼쪽 그림과 같이 웨이퍼 지지부의 가장 앞쪽에 위치하는 웨이퍼에 심하게 나타나며, 웨이퍼 지지부의 상부 방향으로 웨이퍼의 표면에 파티클 패턴이 형성되어, 웨이퍼의 세정 효율이 저하되어, 웨이퍼의 품질이 열위되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배쓰 내부에서 순환하는 세정액의 유속을 일정하게 제어하기 위한 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 웨이퍼 영역을 흐르는 세정액의 유속차이가 발생되는 것을 감소시켜, 웨이퍼 표면에 파티클 패턴이 형성되는 것을 방지할 수 있는 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 배쓰 내부에서 웨이퍼를 세정하기 위한 장치로서, 상기 배쓰 내부의 중심부에서 다수개의 웨이퍼가 배치되며 지지되는 웨이퍼 지지부; 및 상기 웨이퍼 지지부 하부에 마련되는 세정액 공급부;를 포함하고, 상기 세정액 공급부는, 다수개의 플레이트가 복수개의 면을 갖도록 결합되고, 상기 웨이퍼가 배치되는 방향으로 연장되며, 상기 플레이트 중에서, 상기 웨이퍼가 배치되는 방향과 직교하는 방향에 대응하는 플레이트에는 세정액을 분사하기 위한 복수개의 공급홀이 형성된다.

본 발명에 따르면, 배쓰 내부에서 순환하는 세정액의 유속의 편차를 감소시시킬 수 있으며, 특히 웨이퍼를 지나는 세정액의 유속 편차가 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼 영역에서 균일한 유속으로 세정이 실시됨에 따라, 웨이퍼 표면에 발생할 수 있는 파티클 패턴 등이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼 표면에 대한 세정 효율이 향상됨에 따라 웨이퍼 제조 수율 또한 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 습식 세정 장치를 나타낸 사시도
도 2는 종래의 종래의 세정 장치에 의한 웨이퍼 부근의 유속의 흐름을 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치를 나타낸 사시도
도 4는 본 발명에 따른 세정액 공급부를 나타낸 사시도
도 5는 본 발명에 따른 세정액 공급부를 나타낸 단면도
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 부근에서의 유속을 나타낸 도면
도 7은 웨이퍼 중심부의 수직 속도 특성을 나타낸 도면이며, (a)는 종래의 세정 장치에 대하여 (b)는 본 발명의 세정 장치에 대한 것이다.
도 8은 웨이퍼 영역을 이동하는 세정액의 흐름을 나타낸 도면이며, (a)는 종래의 세정 장치에 대하여 (b)는 본 발명의 세정 장치에 대한 것이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치를 나타낸 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 웨이퍼 세정 장치(20)는 세정액이 채워지는 배쓰(21), 배쓰 내부의 중심으로 투입되며 다수개의 웨이퍼가 배치되며 지지되는 웨이퍼 지지부(22), 웨이퍼 지지부(22) 하부에 배치되는 세정액 공급부(25) 및 외부에서 세정액을 공급하는 세정액 공급관(26)을 포함하며, 세정액 공급관(26)은 배쓰(21) 하부를 통해 상기 세정액 공급부(25)의 하면과 연결된다.

배쓰(21)의 중심부에는 다수의 웨이퍼가 웨이퍼 지지부(22)에 장착되어 놓여지고, 내부에 케미컬 또는 초순수 등의 세정액이 채워지기 위한 공간을 제공하며, 세정액을 오버 플로우시켜 배출시키거나 배출구를 통해 외부로 배출시킨다.

세정액 공급부(25)는 상기 웨이퍼 지지부(22)의 하부에 배치되며, 복수개의 면으로 이루어진 박스형 플레이트 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 박스형 플레이트 구조는 사각 기둥의 형상을 갖도록 제조될 수 있으며, 상기 사각 기둥은 웨이퍼 지지부(22)가 놓여지고 웨이퍼가 인입되는 방향으로 길이가 연장되도록 형성되는 직육면체 형상일 수 있다. 즉, 다수개의 플레이트가 복수개의 면을 갖도록 결합되고, 상기 웨이퍼가 배치되는 방향으로 연장될 수 있다.

그리고, 세정액 공급부(25)의 하면은 배쓰(21) 하부에 체결되어 고정될 수 있으며, 세정액 공급관(26)은 상기 세정액 공급관(26) 하면의 중심부를 관통하도록 배치되어 상기 세정액 공급관(26) 내부로 세정액을 공급한다.

도 4는 본 발명에 따른 세정액 공급부를 나타낸 사시도를 나타낸 것으로, 상기 세정액 공급부(25)에 대해 상세히 살펴보기로 한다. 도 4를 참조하면, 세정액 공급부(25)의 측면에는 복수개의 공급홀(27a, 28a)이 형성될 수 있다. 상기 공급홀(27a, 28a)들은 세정액 공급부(25)의 측면 중에서, 웨이퍼가 배치되는 방향과 직교하는 면에 형성될 수 있다.

그리고, 직육면체 형상의 세정액 공급부(25)의 면 중에서 웨이퍼가 배치되는 방향과 직교하는 방향에 위치하는 제1 측면(27)에는 제1 공급홀(27a)이, 제1 측면(27)과 대향하는 제2 측면(28)에는 제2 공급홀(28a)이 복수개로 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 공급홀(27a, 28a)들은 배쓰(21)의 특성에 따라 세정액의 유량을 변화시키기 위하여 제1 공급홀(27a)들과 제2 공급홀(28a)들의 갯수가 다르게 형성될 수 있다. 또한, 배쓰(21)의 특성에 따라 세정액의 유량을 변화시키기 위하여 제1 공급홀(27a)들과 제2 공급홀(28a)들은 서로 다른 개구면적을 갖도록 형성될 수 있으며, 서로 다른 분포를 갖도록 형성될 수 있다.

예를 들면, 제1 공급홀(27a)들과 제2 공급홀(28a)들은 서로 다른 갯수의 행과 열을 갖도록 배치될 수 있지만, 도면에 도시된 바와 같이 배쓰(21) 양측으로 흐르는 유속을 동일하게 제어하기 위하여 제1 공급홀(27a)들과 제2 공급홀(28a)들은 크기가 같으며, 서로 같은 갯수의 행과 열을 갖는 복수개의 홀로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 공급홀(27a)들과 제2 공급홀(28a)의 갯수, 개구면적 및 분포 형태는 상기 배쓰(21)에서 수행되는 세정 공정의 특성에 따라 서로 상이하게 제조될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 세정액 공급부를 나타낸 단면도이다. 도 5를 참조하면, 도 4와 같이 제1 공급홀(27a)들과 제2 공급홀(28a)들은 크기가 같으며, 서로 같은 갯수의 행과 열을 갖는 복수개의 홀로 형성된다. 제1 공급홀(27a)들 중에서, 가장 하단의 행에 배치되는 제1 하부 공급홀(27b)들은 개구부는 배쓰(21)의 하부 쪽으로 소정의 각도만큼 경사지도록 형성될 수 있다. 제2 공급홀(28a)들 중에서, 가장 하단의 행에 배치되는 제2 하부 공급홀(28b)들 또한, 개구부가 배쓰(21)의 하부 쪽으로 소정의 각도만큼 경사지도록 형성될 수 있다. 상기와 같이 배치된 하부 공급홀(27b, 28b)들을 통해 공급되는 세정액은 배쓰(21) 하부에 정체되어 있는 세정액의 순환을 유도하며, 배쓰(21)의 측면으로 세정액의 상승 흐름이 일어나도록 함으로써 배쓰 내에서 세정액의 유속 차이를 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 세정액 공급부(25)는 세정액 공급관(26)이 배쓰(21)와 수직방향으로 결합되어 세정액을 수직방향으로 공급한다. 종래 수평 방향의 공급관은 튜브의 일단에 연결되어 세정액을 공급하게 되는데, 상기 튜브에 형성된 공급홀 중에서 공급관과 가까운 위치에 있는 공급홀에서는 비교적 빠른 유속으로 세정액이 분사되어 배쓰 내의 세정액 순환 속도에 차이가 발생하게 된다.

본 발명은 세정액 공급관(26)에서 공급되는 세정액이 세정액 공급부(25)에 마련된 공간의 내부에서 순환하면서 각각의 공급홀들로 분사되는 구조이므로, 공급홀들에 의한 유속의 차이가 감소될 수 있다. 또한, 세정액 공급관(26)의 직경은 세정액의 유속을 최적화하기 위해 임의적으로 설정될 수 있다.

종래의 공급관은 튜브의 직경과 유사한 크기로 제작되어, 비교적 빠른 유속으로 세정액이 흐르므로, 배쓰 내부로 분사되는 세정액의 유속의 차이의 편차가 심해지지만, 본 발명은 세정액 공급관(26)의 직경이 종래보다 크게 설정되어 공급되는 세정액의 유속을 조절할 수 있으므로, 배쓰 내부의 유속 편차를 감소시킬 수 있다.

즉, 하나의 세정액 공급부(25)로 공급된 세정액이 제1 공급홀(27a) 및 제2 공급홀(28a)에 의해 동일한 유속을 가지면서 배쓰 내부를 순환할 수 있다. 또한, 종래의 세정액이 수직 흐름을 갖는 것과 대비하여, 본 발명은 제1 공급홀(27a) 및 제2 공급홀(28a)의 개구부가 수평방향을 향하도록 제작됨으로써 배쓰 하부에서 세정액의 수평 흐름이 일어나도록 한다.

따라서, 세정액이 공급된 이후, 웨이퍼의 중심부를 따라 이동하는 세정액이 웨이퍼 근처에 배치되는 웨이퍼 지지부와 같은 구조물에 의해 유속이 변화하는 것을 방지할 수 있고, 유속의 차이에 의해 웨이퍼 표면에 파티클 패턴이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 부근에서의 유속을 나타낸 도면이다. 왼쪽의 그림은 웨이퍼 지지부의 가장 앞쪽에 위치하는 웨이퍼에 대해 나타낸 것이며, 오른쪽 그림은 웨이퍼 지지부의 중간에 위치하는 웨이퍼에 대해 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 도 2와 대비하여 왼쪽그림에서는 웨이퍼 영역에서 유속의 차이가 현저히 줄어들었음을 확인할 수 있으며, 오른쪽 그림에서는 웨이퍼 영역에서 유속이 거의 균일함을 확인할 수 있다.

도 7은 웨이퍼 중심부의 수직 속도 특성을 나타낸 도면이며, (a)는 종래의 세정 장치에 대하여 (b)는 본 발명의 세정 장치에 대한 것으로, 배쓰 내부에서 웨이퍼의 상대적인 위치에 따른 유속은 나타낸 것이며, 양의 값은 상승하는 흐름을 음의 값은 하강하는 흐름으로 나타내었다.

(a)를 참조하면, 종래의 세정 장치에서 배쓰 하부의 유속은 어느정도 일정한 상승 흐름을 가지다가 웨이퍼의 중심영역에서 급격히 큰 상승 흐름이 발생하는 것을 알 수 있다. 그러나, (b)를 참조하면, 본 발명의 세정 장치에서 배쓰 측면부에서는 큰 상승 흐름을 가지나, 웨이퍼 중심영역에서는 비교적 작은 하강 흐름이 형성됨을 알 수 있다.

도 8은 웨이퍼 영역을 이동하는 세정액의 흐름을 나타낸 도면이며, (a)는 종래의 세정 장치에 대하여 (b)는 본 발명의 세정 장치에 대한 것이다.

(a)를 참조하면, 종래의 세정 장치에서는 배쓰의 하부의 측면에서 분사되는 세정액이 배쓰의 중심부에서 상승하는 흐름을 갖게 되며, 이는 웨이퍼의 중심 영역 뿐 아니라 웨이퍼의 전 구간에서 상승 흐름을 가지게 된다.

(b)를 참조하면, 본 발명의 세정 장치에서는 웨이퍼의 하부에서 배쓰의 측면 방향으로 분사되는 세정액은 배쓰의 벽을 따라 상승 흐름을 가지게 되고, 웨이퍼 영역에 있어서는 상승 흐름과 하강 흐름이 동시에 나타남을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 웨이퍼 영역을 따라 흐르는 세정액의 유속 차이를 감소시킬 수 있으며, 배쓰 내부에 잔존하는 파티클들이 웨이퍼 표면에 패턴을 형성하게 되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 세정 장치는 웨이퍼 표면에 대해 세정액의 상승 흐름 및 하강 흐름이 발생하며 웨이퍼 전표면에 대해 세정액이 균일한 유속으로 흐를 수 있으므로, 웨이퍼 표면에 대하여 화학적 처리를 수행하는 세정 공정, 즉 산화막이나 질화막 등을 제거하는 습식 식각(wet etch)등과 같은 공정에 더욱 유리한 효과를 가질 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

20: 웨이퍼 세정 장치 27: 제1 측면
21: 배쓰 28: 제2 측면
22: 웨이퍼 지지부 27a: 제1 공급홀
25: 세정액 공급부 28a: 제2 공급홀
26: 세정액 공급관 27b: 제1 하부 공급홀
28b: 제2 하부 공급홀

Claims (7)

1. 배쓰 내부에서 웨이퍼를 세정하기 위한 장치로서,
   상기 배쓰 내부의 중심부에서 다수개의 웨이퍼가 배치되며 지지되는 웨이퍼 지지부; 및
   상기 웨이퍼 지지부 하부에 마련되는 세정액 공급부;를 포함하고,
   상기 세정액 공급부는,
   다수개의 플레이트가 복수개의 면을 갖도록 결합되고, 상기 웨이퍼가 배치되는 방향으로 연장되며,
   상기 플레이트 중에서, 상기 웨이퍼가 배치되는 방향과 직교하는 방향에 대응하는 플레이트에는 세정액을 분사하기 위한 복수개의 공급홀들이 형성되는 웨이퍼 세정 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 배쓰 하부에 마련되는 세정액 공급관을 더 포함하며, 상기 세정액 공급관은 수직방향으로 상기 세정액 공급부의 하면과 임의의 위치에서 결합되는 웨이퍼 세정 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 세정액 공급관의 직경을 조절하여, 상기 배쓰 내부로 유입되는 세정액의 유속을 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 세정액 공급부는 다수개의 플레이트가 직육면체 형상을 갖도록 결합되는 웨이퍼 세정 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 공급홀들은 상기 플레이트에서 소정 갯수의 행과 열을 가지도록 배치되는 웨이퍼 세정 장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 공급홀들 중에서 최하단의 행에 배치되는 공급홀들은 소정의 각도로 배쓰의 측면 하부쪽으로 경사진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 공급홀의 갯수, 개구면적 및 분포 형태는 상기 배쓰에서 수행되는 세정 공정의 특성에 따라 서로 상이하게 제조되는 웨이퍼 세정 장치.
   

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