KR20160116476A - 반도체 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼(W)에 대한 세정 공간을 제공하는 세정 챔버(1); 상기 세정 챔버(1) 내부에 배치된 상태에서 상기 웨이퍼(W)를 고정시켜 회전하게 하는 웨이퍼 고정척(5); 상기 웨이퍼 고정척(5)의 상부에 이격 배치되는 세정 가이드 블럭(10); 상기 세정 가이드 블럭(10)의 중앙부에 연결되는 세정 물질 공급 모듈(20); 및 상기 세정 가이드 블럭(10)의 중앙부 외측을 통해 상기 웨이퍼(W)에 대한 세정이 이루어진 세정 물질을 상기 세정 챔버(1)의 외부로 배출하게 하는 회수 모듈(30);을 포함한다.

Description

반도체 웨이퍼 세정 장치{Apparatus for cleaning wafer}

본 발명은 반도체 웨이퍼 세정 장치의 설계에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반도체나 전자부품 등의 디바이스를 제조하는데 있어서 기본이 되는 웨이퍼에 대한 세정 공정에 있어서, 웨이퍼 상으로 세정 물질의 공급 및 세정 후 세정 물질의 배출을 원활하게 하는 세정 기술에 관한 것이다.

종래에 반도체 웨이퍼 세정 공정을 위한 세정 방식은 크게 건식 세정 방식 및 습식(Wet) 세정 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중 에서 습식 세정 방식은 여러 가지 약액을 이용한 세정 방식으로서, 복수의 기판을 동시에 세정하는 배치식(batch type) 세정장치와 낱장 단위로 기판을 세정하는 매엽식(single wafer type) 세정장치로 구분된다.

배치식 세정장치와 관련하여 종래에 반도체 웨이퍼 등을 액체세정하는 방법으로서는 복수의 세정탱크가 연속해서 배열되어 이루어지는 액체 벤치(wet bench)형의 세정탱크에 대하여, 캐리어 카세트에 수납한 복수매의 웨이퍼를 침지시키거나 또는 캐리어 카세트를 생략한 상태로 하여 직접적으로 복수매의 웨이퍼를 반송장치에 의해 차례로 침지시켜 처리하는 이른바 배치(batch)식 액체 세정이 주류를 이루었다.

상기와 같이 배치식 세정장치는 세정액이 수용된 세정조에 복수의 기판을 한꺼번에 침지시켜서 오염원을 제거한다. 그러나 기존의 배치식 세정장치는 기판의 대형화 추세에 대한 대응이 용이하지 않고, 세정액의 사용이 많다는 단점이 있다. 또한 배치식 세정장치에서 세정공정 중에 기판이 파손될 경우 세정조 내에 있는 기판 전체에 영향을 미치게 되므로 다량의 기판 불량이 발생할 수 있는 위험이 있다.

한편, 반도체 장치도 서브마이크론 시대를 맞이하여 장치의 미세화 및 고집적화에 수반하여 웨이퍼의 표면에도 극히 높은 청정도가 요구되고 있는바, 상기의 배치식 액체 세정과는 다르게 보다 높은 청정도의 요구를 만족시키는 액체세정기술로서, 밀폐된 세정 하우징 내에서 카세트에 내장되어 있지 않은 웨이퍼를 1매씩 액체세정하는 매엽식 액체세정이 제안되고 있다.

매엽식 세정장치는 낱장의 기판 단위로 처리하는 방식으로서, 고속으로 회전시킨 기판 표면에 세정액을 분사함으로써, 기판의 회전에 의한 원심력과 세정액의 분사에 따른 압력을 이용하여 오염원을 제거하는 스핀 방식으로 세정이 진행된다.

통상적으로 매엽식 세정장치는 기판이 수용되어 세정공정이 수행되는 챔버와 기판을 고정시킨 상태로 회전하는 스핀척 및 기판에 약액, 린스액, 건조가스 등을 포함하는 세정액을 공급하기 위한 노즐 어셈블리를 포함하게 되는데, 세정 공정 동안 노즐 어셈블리에서 기판 상으로 분사된 후에 기판 표면으로부터 비산하는 세정액은 챔버 측부로 포집되어 회수되는데, 기존의 세정장치는 챔버 내벽을 따라 구비된 회수컵 내측에 배기부가 구비되므로 배기부와 기판 사이의 거리가 이격되어 있어서 배기가스를 배출시키기가 어려운 문제점이 있고, 이로 인해 배기부에서 기판에 고르게 흡입력을 작용시키지 못함으로써 배기가 불균일하고 배기효율이 저하되는 문제점이 있다.

반도체 웨이퍼에 대한 세정 장치 기술을 제시하는 종래의 문헌으로 등록특허 제10-0983759호(2010.09.15)를 참조할 수 있다. 상기 문헌에서는 스핀척 상부에 구비되어 배기가스를 측방의 배기부로 안내하는 링 형태의 베인을 구비하는 배기 가이드부를 포함한 구조를 통해 배기효율을 향상하는 방안을 개시하지만, 스핀척 상부를 통해 세정 물질을 공급 및 회수하는 구조를 통해 반도체 웨이퍼 상면에 대한 세정 효율을 높이는 방안에 대해서는 별도로 개시하고 있지 않다는 한계가 있다.

(특허문헌 1) KR10-0983759 B

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 반도체 웨이퍼가 놓이는 스핀척 상부에 배치되는 세정 가이드 블럭을 통해 세정 물질의 공급 및 회수를 가능하게 함으로써 세정 후 세정 물질의 회수를 원활하게 하는 반도체 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 것이 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼(W)에 대한 세정 공간을 제공하는 세정 챔버(1); 상기 세정 챔버(1) 내부에 배치된 상태에서 상기 웨이퍼(W)를 고정시켜 회전하게 하는 웨이퍼 고정척(5); 상기 웨이퍼 고정척(5)의 상부에 이격 배치되는 세정 가이드 블럭(10); 상기 세정 가이드 블럭(10)의 중앙부에 연결되는 세정 물질 공급 모듈(20); 및 상기 세정 가이드 블럭(10)의 중앙부 외측을 통해 상기 웨이퍼(W)에 대한 세정이 이루어진 세정 물질을 상기 세정 챔버(1)의 외부로 배출하게 하는 회수 모듈(30);을 포함한다.

상기 세정 가이드 블럭(10)은, 상기 세정 가이드 블럭(10)의 중앙부에 형성되는 노즐 연결 유로(14) 및 상기 세정 가이드 블럭(10)의 중앙부 외측으로 그 상하면을 연통하도록 형성되는 회수 유로(16)를 포함하며, 상기 노즐 연결 유로(14) 및 회수 유로(16)는 상기 세정 가이드 블럭(10)의 반경 방향을 따라 다단으로 방사 형태로 형성된다.

상기 장치는, 상기 세정 물질 공급 모듈(20)에 연통하도록 상기 세정 가이드 블럭(10)의 하단에 고정 배열되는 노즐(60);을 더 포함하며, 상기 노즐(60)은 상기 세정 가이드 블럭(10)의 직하부 방향을 기준으로 경사지게 배치된다.

상기 회수 유로(16)는 상기 세정 가이드 블럭(10)의 중심을 기준으로 제1 동심원 상에 배치되는 복수개의 제1 회수 유로(16a) 및 상기 제1 동심원보다는 큰 직경을 갖는 제2 동심원 상에 배치되는 복수개의 제2 회수 유로(16b)를 포함한다.

상기 장치는, 상기 회수 모듈(30)과 상기 세정 물질 공급 모듈(20)을 연결하는 재생 챔버(40); 및 상기 재생 챔버(40)에서 분리되는 오염물질이 이송되는 드레인(50);을 더 포함한다.

상술한 바와 같은 본 발명인 반도체 웨이퍼 세정 장치는 반도체 웨이퍼가 놓이는 스핀척 상부에 배치되는 세정 가이드 블럭을 통해 세정 물질의 공급 및 회수를 가능하게 함으로써 세정 후 세정 물질의 회수를 원활하게 한다.

본 발명은 세정 가이드 블럭의 중심부를 통해 세정 물질을 웨이퍼의 중심부로부터 방사상으로 공급하게 하는 것과 동시에 웨이퍼 가장자리의 상부 영역을 통해 세정을 수행한 세정 물질의 회수를 가능하게 함으로써 유동을 원활하게 하여, 이를 통해 와류를 최소화하여 라미나 플로우를 발생시켜 세정 챔버 내의 오염 물질을 원활히 배출되게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정 장치의 개념도,
도 2는 도 1의 반도체 웨이퍼 세정 장치를 구성하는 세정 가이드 블럭의 사시도, 및
도 3은 도 2의 세정 가이드 블럭의 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에서 반도체 웨이퍼는 웨이퍼, 기판 등으로 호칭될 수 있다. 여기서, 반도체 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 반도체 웨이퍼는 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리 따위의 투명 기판일 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼는 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정 장치의 개념도, 도 2는 도 1의 반도체 웨이퍼 세정 장치를 구성하는 세정 가이드 블럭의 사시도, 및 도 3은 도 2의 세정 가이드 블럭의 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼(W)에 대한 세정 공간을 제공하는 세정 챔버(1), 세정 챔버(1) 내부 하측에 배치된 상태에서 웨이퍼(W)를 고정시켜 회전하게 하는 웨이퍼 고정척(5), 세정 챔버(1) 내부에서 웨이퍼 고정척(5)의 상부 측에 배치되는 세정 가이드 블럭(10), 웨이퍼(W) 상면으로 세정 물질을 공급하는 세정 물질 공급 모듈(20), 웨이퍼(W)에 대한 세정이 이루어진 세정 물질을 세정 챔버(1)의 외부로 배출하게 하는 회수 모듈(30), 회수 모듈(30)과 세정 물질 공급 모듈(20)을 연결하는 재생 챔버(40), 재생 챔버(40)에서 분리되는 오염물질이 이송되는 드레인(50) 및 세정 물질 공급 모듈(20)에 연통하도록 세정 가이드 블럭(10)의 하단에 고정 배열되는 노즐(60)을 포함한다. 웨이퍼 고정척(5)은 그 하단으로 회전축(3)에 연결 고정되고, 상기 회전축(3)은 그 하단으로 스핀 모터(2)에 연결 고정된다.

웨이퍼(W)의 형상 및 크기에 따라 세정 챔버(1) 및 웨이퍼 고정척(5)의 크기와 형상 역시 변경될 수 있다.

세정 챔버(1)는 웨이퍼(W)에 대한 세정 공정이 진행되는 동안 웨이퍼(W) 상으로 제공되는 세정 물질의 비산을 방지하고 비산된 세정 물질을 적절히 회수하는 역할을 한다. 예를 들어, 세정 챔버(1)는 세정 가이드 블럭(10)과 웨이퍼 고정척(5) 둘레를 둘러싸는 보울 형태를 갖는 상태에서 웨이퍼(W)의 출입이 가능하도록 상부 또는 하부가 개방되게 형성된다. 또한 하부로 좁아지는 형상을 갖는 상태에서 세정 챔버(1)와 웨이퍼 고정척(5) 사이를 통해 불순물을 포함한 상태의 세정물질의 배출을 가능하게 한다.

도 2 및 도 3을 참조하여 세정 가이드 블럭(10)에 대해 설명한다.

세정 가이드 블럭(10)은 일예로서 소정 두께의 원형 플레이트 형태를 가지며, 세정 챔버(1) 내의 상측부에 고정된다. 구체적으로, 세정 가이드 블럭(10)은 그 중앙부에 소정 깊이로 형성되는 세정 물질 수용홈(12), 세정 물질 수용홈(12)의 하단과 세정 가이드 블럭(10)의 하단을 연통하는 노즐 연결 유로(14), 및 세정 물질 수용홈(12)의 외측으로 세정 가이드 블럭(10)의 상하면을 연통하도록 형성되는 회수 유로(16)를 포함한다.

노즐 연결 유로(14)는 세정 물질 수용홈(12)의 중심을 기준으로 방사상으로 형성된다. 즉, 동일 중심을 기준으로 반경 방향을 따라 다단으로 형성된 복수의 동심원들 상에 각각 일정한 간격으로 노즐 연결 유로(14)가 배치된다.

회수 유로(16)는 세정 가이드 블럭(10)의 상부에 배치되는 회수 모듈(30)에 연통하는 것으로서, 세정 가이드 블럭(10)의 중심을 기준으로 방사상으로 형성된다. 즉, 동일 중심을 기준으로 반경 방향을 따라 다단으로 형성된 복수의 동심원들 상에 각각 일정한 간격으로 회수 유로(16)가 배치된다.

회수 유로(16)는 세정 가이드 블럭(10)의 중심을 기준으로 제1 동심원 상에 배치되는 복수개의 제1 회수 유로(16a) 및 제1 동심원보다는 큰 직경을 갖는 제2 동심원 상에 배치되는 복수개의 제2 회수 유로(16b)를 포함한다. 한편, 제2 회수 유로(16b)의 직경은 제1 회수 유로(16a)의 직경보다는 크게 형성될 수 있다. 즉, 회수 유로(16)는 소정 간격을 가지고 원주를 배열된 원형 개구의 형태로 형성되며, 상기 회수 유로(16)의 직경이 웨이퍼(W) 표면의 중심부보다도 외측 주변부분으로 감에 따라 크게 되도록 설정될 수 있다. 이는 웨이퍼(W) 상면 중앙으로부터 가장자리로 비산되는 세정 물질을 효과적으로 배출하기 위한 구조일 수 있다.

세정 물질 공급 모듈(20)은 세정 물질 공급 챔버(22), 세정 가이드 블럭(10)의 세정 물질 수용홈(12)에 연결되는 세정 물질 공급관(24) 및 세정 물질 공급관(24) 상에 배치되는 공급조절밸브(26)를 포함한다.

회수 모듈(30)은 석션 펌프(32) 및 상기 석션 펌프(32)와 세정 가이드 블럭(10)의 회수 유로(16)를 연결하는 회수관(34)을 포함한다.

노즐(60)은 세정 가이드 블럭(10)의 노즐 연결 유로(14)에 직접적으로 연통하게 설치된다. 이를 통해, 노즐(60)은 세정 가이드 블럭(10)의 중심을 기준으로 방사상으로 형성되고, 그 반경 방향을 따라 다단으로 형성된 복수의 동심원들 상에 각각 일정한 간격으로 배치되는 구조일 수 있다. 노즐(60)은 세정 가이드 블럭(10)의 직하부 방향에서 외측을 따라 경사지게 배치되는 구조일 수 있는데, 이를 통해 분사되는 세정 물질이 웨이퍼(W) 표면 상에 경사진 방향으로 입사되도록 한다. 한편, 본 발명에서는 다른 실시예로서 노즐(60)을 필요로 하지 않은 상태에서 노즐 연결 유로(14)가 세정 가이드 블럭(10)의 상하면을 경사지게 연장하는 구조일 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 다시 참조하여 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 세정 장치의 작동 과정을 전체적으로 설명한다.

세정 물질 공급 챔버(22)에 저장된 세정 물질은 공급조절밸브(26)의 조절 과정을 거쳐 세정 물질 공급관(24)을 통해 세정 가이드 블럭(10)의 세정 물질 수용홈(12)에 먼저 수용된다. 즉, 세정 물질 수용홈(12)은 세정 물질에 대한 버퍼 공간의 기능을 한다.

세정 물질은 세정 물질 수용홈(12), 노즐 연결 유로(14), 노즐(60)을 통해 웨이퍼(W)의 상면으로 분사된다. 여기에서, 세정 물질은 웨이퍼(W)의 중심으로부터 가장자리 방향을 따라 분사가 이루어진다.

세정 물질의 분사가 이뤄지는 것과 동시에 회수 모듈(30)의 작동이 개시되는데, 석션 펌프(32)는 회수 유로(16)를 통해 세정이 이루어져 불순물을 포함한 상태의 세정 물질을 흡입하게 한다.

세정 가이드 블럭(10)의 중앙부에 배치된 노즐 연결 유로(14) 및 노즐 연결 유로(14)를 에워싸는 형태로 배치된 회수 유로(16)의 구조를 통해서 볼때, 세정 가이드 블럭(10)의 하부에서 이루어지는 세정 물질의 공급 및 회수 경로는 전체적으로 U 또는 V 형태를 이루면서 진행된다.

석션 펌프(32)를 통해 회수된 세정 물질은 재생 챔버(40)에서 재처리 과정을 거치게 되는데, 상기 과정에서 분리된 순수한 세정 물질은 세정 물질 공급 챔버(22)로 공급되고, 오염 물질은 드레인(50)으로 배출된다.

상술한 바와 같은 본 발명인 반도체 웨이퍼 세정 장치는 반도체 웨이퍼가 놓이는 스핀척 상부에 배치되는 세정 가이드 블럭을 통해 세정 물질의 공급 및 회수를 가능하게 함으로써 세정 후 세정 물질의 회수를 원활하게 한다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 :세정 챔버
5 : 웨이퍼 고정척
10 : 세정 가이드 블럭
12 : 세정 물질 수용홈
14 : 노즐 연결 유로
16 : 회수 유로
20 : 세정 물질 공급 모듈
22 : 세정 물질 공급 챔버
24 : 세정 물질 공급관
26 : 공급조절밸브
30 : 회수 모듈
40 : 재생 챔버
60 : 노즐

Claims (5)

1. 웨이퍼(W)에 대한 세정 공간을 제공하는 세정 챔버(1);
   상기 세정 챔버(1) 내부에 배치된 상태에서 상기 웨이퍼(W)를 고정시켜 회전하게 하는 웨이퍼 고정척(5);
   상기 웨이퍼 고정척(5)의 상부에 이격 배치되는 세정 가이드 블럭(10);
   상기 세정 가이드 블럭(10)의 중앙부에 연결되는 세정 물질 공급 모듈(20); 및
   상기 세정 가이드 블럭(10)의 중앙부 외측을 통해 상기 웨이퍼(W)에 대한 세정이 이루어진 세정 물질을 상기 세정 챔버(1)의 외부로 배출하게 하는 회수 모듈(30);을 포함하는,
   반도체 웨이퍼 세정 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 세정 가이드 블럭(10)은,
   상기 세정 가이드 블럭(10)의 중앙부에 형성되는 노즐 연결 유로(14) 및 상기 세정 가이드 블럭(10)의 중앙부 외측으로 그 상하면을 연통하도록 형성되는 회수 유로(16)를 포함하며,
   상기 노즐 연결 유로(14) 및 회수 유로(16)는 상기 세정 가이드 블럭(10)의 반경 방향을 따라 다단으로 방사 형태로 형성되는,
   반도체 웨이퍼 세정 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 장치는,
   상기 세정 물질 공급 모듈(20)에 연통하도록 상기 세정 가이드 블럭(10)의 하단에 고정 배열되는 노즐(60);을 더 포함하며,
   상기 노즐(60)은 상기 세정 가이드 블럭(10)의 직하부 방향을 기준으로 경사지게 배치되는,
   반도체 웨이퍼 세정 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 회수 유로(16)는 상기 세정 가이드 블럭(10)의 중심을 기준으로 제1 동심원 상에 배치되는 복수개의 제1 회수 유로(16a) 및 상기 제1 동심원보다는 큰 직경을 갖는 제2 동심원 상에 배치되는 복수개의 제2 회수 유로(16b)를 포함하는,
   반도체 웨이퍼 세정 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 장치는,
   상기 회수 모듈(30)과 상기 세정 물질 공급 모듈(20)을 연결하는 재생 챔버(40); 및
   상기 재생 챔버(40)에서 분리되는 오염물질이 이송되는 드레인(50);을 더 포함하는,
   반도체 웨이퍼 세정 장치.

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