KR20150113470A - 코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치에 관한 것으로서, 오염원이 형성되어 있는 반도체 기판 또는 LCD기판을 킬레이트제를 포함하는 염기성 과산화수소 세정용액으로 처리한 다음, 상기 기판을 수소 가스 플라즈마 및 불소함유 가스로 처리하고, 마지막으로 상기 기판을 어닐링하는 반도체 기판 또는 LCD 기판의 세정방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 일련의 세정방법을 이용하면 반도체 기판 또는 LCD 기판의 제조 공정중 발생할 수 있는 유기성 오염물, 파티클, 금속성 오염물 등과 같은 각종 오염물질을 제거할 수 있음은 물론 자연 산화막 등을 하부막의 손상 없이 효율적으로 제거할 수 있다는 잇점이 있다.

Description

코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치{A SEMICONDUCTOR DEVICE WASHING APPARATUS USING COANDA STRUCTURE}

본 발명은 반도체 기판 또는 LCD 기판의 세정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼, 평판 유리기판, 인쇄회로기판, PCB 공정 등에 부착되는 이물질을 제거하기 위하여 에어 나이프에 냉각된 압축공기 또는 질소를 공급하고 에어 나이프로 냉각된 공기 또는 질소를 분사하여 냉각시켜, 금속 오염물, 파티클, 유기 오염물 및 자연 산화막을 제거할 수 있음은 물론 반도체 기판 또는 LCD 기판 표면의 수소 패시베이션 처리도 가능한 코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼(W)를 집적 회로로 제조할 때 다양한 제조공정 중에 발생하는 잔류 물질(residual chemicals), 작은 파티클(small particles), 오염물(contaminants) 등을 제거하기 위하여 반도체 웨이퍼(W)를 세정하는 공정이 필요하다. 특히, 고집적화된 집적회로를 제조할 때는 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 부착된 미세한 오염물을 제거 하는 세정 공정은 매우 중요하다.

최근에 웨이퍼(W) 세정을 위해 세정액으로서 다양한 기능수가 사용되고 있다. 일반적인 세정 설비는 기능수의 종류에 따라 복수의 장치들이 제공되고, 웨이퍼(W)는 순차적으로 각각의 장치로 이송되면서 공정이 수행된다. 상술한 구조로 인해 공정에 소요되는 시간이 길고, 설비가 대형화된다.

근래에 반도체 세정 방법은 접촉기에서 제 1기능수를 생산하는 단계, 상기 제 1기능수를 분사기로 공급하여 기판을 세정하는 단계, 상기 접촉기에서 제 2기능수를 생산하는 단계, 그리고 상기 제 2기능수를 상기 분사기로 공급하여 상기 기판을 세정하는 단계를 포함한다. 상기 접촉기에서 제 1기능수를 생산하는 단계는 상기 접촉기로 액체와 제 1가스를 공급하여 상기 액체 내에 상기 제 1가스를 용해시키는 단계를 포함하고, 상기 접촉기에서 제 2기능수를 생산하는 단계는 상기 접촉기로 상기 제 1가스의 공급을 중단하고 제 2가스를 상기 접촉기로 공급하여 상기 액체 내에 상기 제 2가스를 용해시키는 단계를 포함한다.

상기 액체는 탈이온수이고, 상기 제 1가스와 상기 제 2가스 중 어느 하나는 수소이며, 다른 하나는 산소 또는 오존일 수 있다. 또한, 상기 접촉기에서 제 1기능수를 생산하는 단계와 상기 접촉기에서 제 2기능수를 생산하는 단계는 각각 상기 접촉기로 첨가제를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 접촉기에서 제 1기능수를 생산하는 단계에서, 상기 제 1가스는 수소이고, 상기 첨가제는 수산화 암모늄을 포함하며, 상기 접촉기에서 제 2기능수를 생산하는 단계에서 상기 제 2가스는 산소 또는 오존이고, 상기 첨가제는 염화수소을 포함한다.

또한, 상기 기판 세정 방법은 상기 접촉기에서 제 3기능수를 생산하는 단계와 상기 제 3기능수를 상기 분사기로 공급하여 상기 기판을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 접촉기에서 제 3기능수를 생산하는 단계는 상기 접촉기로 상기 제 2가스의 공급을 중단하고 제 3가스를 상기 접촉기로 공급하여 상기 액체 내에 상기 제 2가스를 용해시키는 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 액체는 탈이온수이고, 상기 제 1가스, 상기 제 2가스, 상기 제 3가스 중 어느 하나는 수소이고, 다른 하나는 오존이며, 또 다른 하나는 산소일 수 있다. 바람직하게는 상기 제 1가스는 수소이고, 상기 제 2가스는 오존이고, 상기 제 3가스는 산소이며, 상기 접촉기에서 제 1기능수를 생산하는 단계는 상기 접촉기로 상기 접촉기로 수산화 암모늄을 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 접촉기에서 제 2기능수를 생산하는 단계는 상기 접촉기로 염화수소를 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 접촉기에서 제 3 기능수를 생산하는 단계는 상기 접촉기로 염화수소를 공급하는 단계를 더 포함한다.

그러나, 상술한 장치에서 기능수로부터 세정에 영향을 주는 입자들을 발생시키기 위해 노즐에 초음파 발생기가 설치된다. 그러나 초음파 발생기가 장착된 노즐 사용시 입자들의 크기가 크고 불균일하며, 이들 입자들이 충돌시 웨이퍼(W)가 손상되는 문제가 발생한다.

대한민국 공개특허번호 10-2006-0018424, 공개일자 2006년 03월 02일, 발명의 명칭 '기판에 세정액을 공급하는 장치 및 이를 사용하여 기판을세정하는 방법'

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 기판 또는 LCD 기판 상에 존재할 수 있는 파티클, 유기물 및 금속성 오염물을 동시에 제거할 수 있음은 물론 자연 산화막 등의 산화막을 하부 막질을 손상시키지 않으면서 효과적으로 제거할 수 있는 코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 스퍼터링 증착이 완료된 반도체 웨이퍼 또는 평판유리기판에 냉각된 고속의 압축공기 또는 질소를 분사시켜 냉각과 동시에 이물질을 제거하여 이물질 제거공정을 추가하는 것 없이 반도체 웨이퍼 또는 평판유리기판에 부착되어 있는 이물질을 제거할 수 있는 코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 콘베어 벨트에 놓여 이송되는 기판의 이동통로 상부에 상기 기판의 수평면에 대해 일정한 각도로 경사지게 공기를 분사할 수 있도록 설치되는 에어 나이프와; 상기 에어 나이프에 냉각 공기 또는 질소를 공급하는 보텍스 튜브와; 상기 보텍스 튜브에 압축공기 또는 질소를 공급하는 콤프레서와; 상기 에어 나이프에서 배출되는 냉각공기 또는 질소에 의해 상기 기판에서 분리된 이물질을 제거하는 덕트로 구성된다.

본 발명의 실시 예에 의하면 에어 나이프의 슬릿노즐은 기판을 향하여 아래로 돌출되고, 아래로 갈수록 단면이 작아지고, 슬릿노즐을 중심으로 좌측 노즐부가 우측 노즐부보다 슬릿노즐의 폭 w 만큼 들어가게 형성하고 좌측 노즐부는 직경 R의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 의하면 에어나이프의 공기 공급포트에 연결되는 보텍스 튜브는 상기 공기공급 포트에 공급되는 공기용량이 800 내지 1200 ℓ/min 가 되도록 하고, 온도범위는 -20 내지 -30°C 가 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 의하면 보텍스 튜브는 콤프레서로부터 압축공기를 공급하는 압축공기 호스가 연결되는 공기 주입구와; 주입된 압축공기를 냉각시키는 보텍스 실과; 상기 보텍스 실의 일단에 형성되고 상기 보텍스 실에 주입된 압축공기가 고속회전되어 온기와 냉기로 분리된 후 냉기가 배출되는 냉기 배출구와; 상기 보텍스 실의 타단에 형성되고 상기 보텍스 실에서 분리된 열기가 배출되는 열기 배출구와; 상기 열기 배출구에서 발생하는 배출소음을 제거하는 소음기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 일련의 세정 방법에 따라 반도체 기판 또는 LCD 기판을 세정하게 되면 공정 중에 발생할 수 있는 각종 오염물, 즉 유기 오염물, 파티클, 금속 오염물 등을 효과적으로 제거할 수 있다. 특히, 금속 오염물의 재부착으로 인한 역오염 문제가 없으며 자연 산화막 등의 각종 산화막을 하부 막질의 손상 없이 효과적으로 제거할 수 있다는 잇점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 기판의 이물질 제거장치의 구성을 나타내는 모식도,
도 2는 본 발명에 의한 기판의 이물질 제거장치에 사용되는 에어나이프의 좌측면도,
도 3은 본 발명에 의한 에어 나이프를 도 2의 A-A'선을 따라 자른 측단면도,
도 4는 본 발명에 의한 기판의 이물질 제거장치에 적용되는 보텍스 튜브의 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 의한 기판의 이물질 제거장치에 적용되는 보텍스 튜브의 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 [0023] 의하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1에 본 발명에 의한 기판의 이물질 제거장치의 구성을 나타내는 모식도가 도시된다. 본 발명에 의한 기판의 이물질 제거장치는 콘베어 벨트(미도시)에 놓여 이송되는 기판(50)의 이동통로 상부에 상기 기판(50)의 수평면에 대해 일정한 각도로 경사지게 공기를 분사할 수 있도록 설치되는 에어 나이프(10)와; 상기 에어 나이프(10)에 냉각 공기 또는 질소를 공급하는 보텍스 튜브(20)와; 상기 보텍스 튜브(20)에 압축공기 또는 질소를 공급하는 콤프레서(30)와; 상기 에어 나이프(10)에서 배출되는 냉각공기 또는 질소에 의해 상기 기판(50)에서 분리된 이물질을 제거하는 덕트(40)로 구성된다.

덕트(40)는 기판에서 분리된 이물질을 흡입하거나, 기판에서 분리된 이물질을 외부로 방출시키는 것에 의하여 이물질 제거 기능을 수행한다.

에어 나이프(10)는 기판(50)의 폭보다 약간 길게 구성하여 콘베어 벨트(도시 생략)를 따라 진행하는 기판(50)의 윗면에 압축공기 또는 질소를 분사한다. 상기 에어 나이프(10)는 콤프레서(30)에서 공급되는 압축공기 또는 질소를 동력원으로 하여 주변 공기를 대량으로 분출하기 위하여 코안다(COANDA) 효과를 이용한다.

도 2에 본 발명에 의한 기판의 이물질 제거장치에 사용되는 에어나이프의 좌측면도가 도시된다. 본 발명에 의한 기판의 이물질 제거장치에 사용되는 에어 나이프(10)는 좌측면에 마련된 공기 공급포트(12)에 콤프레서(30)와 연결된 압축공기 공급파이프를 연결하여 압축공기 또는 질소를 공급받는다.

에어 나이프(10)의 슬릿노즐(12)은 기판(50)을 향하여 아래로 돌출되고, 아래로 갈수록 단면이 작아지고, 슬릿 노즐(12)을 중심으로 도 4의 측단면도에 도시된 바와 같이 좌측 노즐부(12a)가 우측 노즐부(12b)보다 슬릿노즐(12)의 폭 w 만큼 들어가게 형성하고 좌측 노즐부(12a)는 직경 R의 곡면을 형성한다.

도 3에 본 발명에 의한 에어 나이프를 도 2의 A-A'선을 따라 자른 측단면도가 도시된다. 본 발명에 의한 에어 나이프(10)의 슬릿노즐(12)은 아래로 갈수록 단면이 작아져서 베르누이 정리에 의해 콤프레서(30)에서 공급되는 압축공기 또는 질소가 슬릿노즐(12)에서 고속으로 분사되도록 하고 거기에 더하여 공기가 분사되는 방향의 좌측 노즐부(12a)에 볼록하게 직경 R의 곡면을 형성함으로써 코안다(COANDA) 효과에 의해 고속으로 분사되는 공기가 직경 R의 곡면을 따라 흐르면서 에너지를 잃지 않고 멀리까지 분사되도록 한다.

즉, 에어 나이프(10)와 기판(50) 사이의 간격을 좀더 멀게 하여도 상기 에어 나이프(10)의 슬릿노즐(12)에서 분사되는 공기가 속도를 잃지 않고 고속으로 기판(50)에 닿아서 기판(50)의 표면에 부착된 이물질이 기판(50)의 표면으로부터 쉽게 분리되도록 할 수 있다.

여기서 직경 R의 길이는 노즐의 폭 w 가 0.2~0.4㎜ 일 때, 1.2~2.4㎜ 가 적당하다. 슬릿노즐(12)에서 공기의 분사속도가 100 m/s 일때 20 ㎜ 정도 간격으로 떨어져 있는 기판(50)의 표면에서의 공기의 속도는 80?90 m/s 까지 유지시킬 수 있다.

본 발명에 의한 에어나이프(10)의 공기공급 포트(11)에는 도 2에 도시된 바와 같이 보텍스 튜브(20)가 연결되어 콤프레서(30)에서 공급되는 압축공기 또는 질소를 냉각시켜 에어 나이프(10)에 공급하게 된다.

본 발명에 의한 보텍스 튜브(20)는 상기 에어 나이프(10)의 공기공급 포트(11)에 공급되는 공기용량이 800~1200ℓ/min 가 되도록 하고, 온도범위는 -20~-30°C 가 되도록 한다.

상기와 같은 공기용량과 온도범위를 갖는 보텍스 튜브(20)를 고안하기 위한 변수는 보텍스 튜브의 직경, 전장, 원통의 면적과 냉온 공기의 출구의 면적비, 유량, 유속, 접선방향의 유입각도 등의 크기와 길이나 형상을 고려하여 기판의 이물질 제거장치에 알맞은 보텍스 튜브를 적용한다.

도 4에 본 발명에 의한 기판의 이물질 제거장치에 적용되는 보텍스 [0038] 튜브의 분해 사시도가 도시된다. 본 발명에 의한 보텍스 튜브(20)는 콤프레서(30)로부터 압축공기를 공급하는 압축공기 호스가 연결되는 공기 주입구(22)와; 주입된 압축공기를 냉각시키는 보텍스 실(25)과; 상기 보텍스 실(25)의 일단에 형성되고 상기 보텍스 실(25)에 주입된 압축공기가 고속회전되어 온기와 냉기로 분리된 후 냉기가 배출되는 냉기 배출구(21)와; 상기 보텍스 실(25)의 타단에 형성되고 상기 보텍스 실(25)에서 분리된 열기가 배출되는 열기 배출구(23)와; 상기 열기 배출구(23)에서 발생하는 배출소음을 제거하는 소음기(26)로 구성된다.

보텍스 실(25)은 공기 주입구(22)에서 공급되는 압축공기가 주입되면, 구심성 나선형의 유동을 하게 하여 일정한 분율로 회전반경이 감소하는 나선유동의 공기 흐름이 발생되게 한다.

이러한 나선유동이 일어나게 되면 온도가 낮아지고, 발생한 현열은 부분적으로 원주쪽의 더운공기 출구로 향하여 에너지 분리가 일어나게 된다. 도 5에 본 발명에 의한 기판의 이물질 제거장치에 적용되는 보텍스 튜브의 단면도가 도시된다.

콤프레서(30)에 의해 5기압 내지 7기압으로 압축된 압축공기가 보텍스 튜브(20)의 공기 주입구(22)에 공급된다. 상기 공기 주입구(22)에 공급된 압축공기는 보텍스 실(25)을 따라 진행하면서 회전하게 된다.

이때 회전공기 일부는 온도 조절노브(24)에 의해 공기 주입구(22)의 방향으로 되돌아 오게 되고, 이렇게 되돌아 온 회전공기는 보텍스 실(25)을 따라 진행하는 회전 공기에 열을 잃고 차가운 공기가 되어 냉기 배출구(21)를 통하여 에어나이프(10)의 공기공급 포트(11)에 공급된다.

온도조절노브(24)의 조절노브를 적게 열면 공기의 유량은 많아지지만 냉기의 온도가 높아지고, 반대로 조절노브를 많이 열면 공기의 유량은 줄어들지만 대신 냉기의 온도는 더욱 낮아지게 된다.

이상에서, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 본 발명의 구성을 설명하였으나, 본 발명이 상기 실시 예에 한정되는 것이 아님은 물론이며, 첨부한 청구범위 및 도면에 의해 파악되는 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변형, 수정 및 개선이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.

10: 에어나이프 11: 공기 공급포트
12: 슬릿 노즐 20: 보텍스 튜브
21: 냉기 배출구 22: 공기 주입구
23: 열기 배출구 24: 온도조절노브
25: 보텍스 실 26: 소음기
30:콤프레서 40: 덕트
50: 기판

Claims (5)

1. 콘베어 벨트(미도시)에 놓여 이송되는 기판(50)의 이동통로 상부에 상기 기판(50)의 수평면에 대해 일정한 각도로 경사지게 공기를 분사할 수 있도록 설치되는 에어 나이프(10)와;
   상기 에어 나이프(10)에 냉각 공기 또는 질소를 공급하는 보텍스 튜브(20)와;
   상기 보텍스 튜브(20)에 압축공기 또는 질소를 공급하는 콤프레서(30)와;
   상기 에어 나이프(10)에서 배출되는 냉각공기 또는 질소에 의해 상기 기판(50)에서 분리된 이물질을 제거하는 덕트(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 에어 나이프(10)의 슬릿노즐(12)은 기판(50)을 향하여 아래로 돌출되고, 아래로 갈수록 단면이 작아지고, 슬릿노즐(12)을 중심으로 좌측 노즐부(12a)가 우측 노즐부(12b)보다 슬릿노즐(12)의 폭 w 만큼 들어가게 형성하고 좌측 노즐부(12a)는 직경 R의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 에어 나이프(10)의 좌측 노즐부(12a)는 직경 R의 값은 슬릿노즐(12)의 폭w 가 0.2~0.4㎜일 때, 1.2~2.4㎜ 인 것을 특징으로 하는 코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 에어나이프(10)의 공기 공급포트(11)에 연결되는 보텍스 튜브(20)는 상기 공기공급 포트(11)에 공급되는 공기용량이 800~1200 ℓ/min 가 되도록 하고, 온도범위는 -20~-30°C 가 되는 것을 특징으로 코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 보텍스 튜브(20)는 콤프레서(30)로부터 압축공기를 공급하는 압축공기 호스가 연결되는 공기 주입구(22)와; 주입된 압축공기를 냉각시키는 보텍스 실(25)과; 상기 보텍스 실(25)의 일단에 형성되고 상기 보텍스 실(25)에 주입된 압축공기가 고속회전되어 온기와 냉기로 분리된 후 냉기가 배출되는 냉기 배출구(21)와; 상기 보텍스 실(25)의 타단에 형성되고 상기 보텍스 실(25)에서 분리된 열기가 배출되는 열기 배출구(23)와; 상기 열기 배출구(23)에서 발생하는 배출소음을 제거하는 소음기(26)로 구성되는 것을 특징으로 하는 코안다 구조를 이용한 반도체 세정장치.
   
   

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