KR20170063691A - 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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시 왕
청 청
준 우
후에이 왕
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에이씨엠 리서치 (상하이) 인코포레이티드
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Abstract

반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 상기 장치는 브러시 모듈, 스윙 아암, 회전형 액추에이터 및 상승형 액추에이터를 구비한다. 상기 브러시 모듈은 웨이퍼의 표면 상에 기계력을 제공하도록 브러시 헤드를 갖는다. 상기 스윙 아암의 일단부는 상기 브러시 모듈을 장착한다. 상기 회전형 액추에이터는 상기 스윙 아암의 타단부와 연결된다. 상기 회전형 액추에이터는 상기 웨이퍼의 전체 표면을 가로질러 스윙하도록 상기 스윙 아암을 구동하여 상기 브러시 헤드가 상기 웨이퍼의 전체 표면을 가로질러 이동하게 한다. 상기 상승형 액추에이터는 상기 스윙 아암의 타단부와 연결된다. 상기 상승형 액추에이터는 상기 스윙 아암이 상승 또는 하강하도록 구동하여 상기 브러시 모듈이 상승 또는 하강하게 한다. 상기 장치는 상기 브러시 헤드에 의해 반도체 웨이퍼를 세정하여, 세정 효과를 개선시킨다.

Description

반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 세정 기술분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 브러시 세정과 같은 물리적 세정에 의해 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 제조 프로세스 동안에는, 거의 모든 작업 절차에서 세정을 수반하고, 반도체 장치의 집적 레벨이 높을수록, 더 많은 세정 절차가 필요하다. 많은 세정 절차에서, 하나의 세정 절차가 요건을 충족할 수 없는 한, 칩에 대한 전체적인 배치(batch)가 폐기된다. 따라서, 반도체 장치의 제조를 위해서는 세정이 매우 중요하다.
반도체 장치를 제조하는 동안에 웨이퍼에 생성되어 부착되는 오염물은 주로 입자, 금속 오염물 및 유기 오염물을 포함한다. 현재, 웨이퍼 상의 오염물을 제거하기 위한 종래의 방법은 습식 세정(wet cleaning) 또는 건식 세정(dry cleaning)이다. 습식 세정은 오염물을 효과적으로 제거하기 위해 웨이퍼를 린스하도록 화학용액 또는 탈이온수를 채용하는 한편, 건식 세정은 웨이퍼 상에 남아 있는 오염물을 제거하기 위해 가스를 채용한다. 습식 세정 또는 건식 세정은 주로 오염물을 제거하기 위해 화학반응에 의존하며, 웨이퍼 표면에 작용되는 물리력을 이용하지 않는다. 그러나, 반도체 장치의 구조가 더 복잡해지는 경우, 웨이퍼 표면의 세정 요건도 더욱더 높아진다. 종래의 세정 장치 및 방법은 더 이상 프로세스 요건을 충족하지 않는다. 따라서, 반도체 기술의 발전에 대한 요구를 충족하기 위해 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 개선된 장치 및 방법이 만들어질 필요가 있다.
본 발명은 브러시 헤드에 의해 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치 및 방법을 제공하며, 이는 세정 효과를 개선시키고 반도체 기술의 발전에 대한 요구를 충족한다.
본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치는 브러시 모듈, 스윙 아암, 회전형 액추에이터 및 상승형 액추에이터를 구비한다. 상기 브러시 모듈은 웨이퍼의 표면 상에 기계력을 제공하도록 브러시 헤드를 갖는다. 상기 스윙 아암의 일단부는 상기 브러시 모듈을 장착한다. 상기 회전형 액추에이터는 상기 스윙 아암의 타단부와 연결된다. 상기 회전형 액추에이터는 상기 웨이퍼의 전체 표면을 가로질러 스윙하도록 상기 스윙 아암을 구동하여 상기 브러시 헤드가 상기 웨이퍼의 전체 표면을 가로질러 이동하게 한다. 상기 상승형 액추에이터는 상기 스윙 아암의 타단부와 연결된다. 상기 상승형 액추에이터는 상기 스윙 아암이 상승 또는 하강하도록 구동하여 상기 브러시 모듈이 상승 또는 하강하게 한다.
본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 방법은, 웨이퍼 척 상에 웨이퍼를 로딩하여 상기 웨이퍼를 회전시키는 단계; 상기 웨이퍼의 표면에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달하는 단계; 세정 챔버 내로 브러시 모듈을 이동시키는 단계로서, 상기 브러시 모듈의 브러시 헤드는 상기 웨이퍼의 표면 상에 있는, 상기 브러시 모듈의 이동 단계; 상기 웨이퍼의 표면에 근접한 위치로 상기 브러시 모듈을 아래로 제1 속도로 이동시키는 단계; 사전설정 높이를 갖는 프로세스 위치로 상기 브러시 모듈을 아래로 제2 속도로 이동시키는 단계; 사전설정 방안에 근거하여 상기 웨이퍼의 표면을 가로질러 상기 브러시 모듈의 브러시 헤드를 스윙하는 단계; 상기 웨이퍼 위의 위치까지 상기 브러시 모듈을 이동시키는 단계; 상기 세정 챔버 외부로 상기 브러시 모듈을 스윙하는 단계; 상기 웨이퍼의 표면으로의 세정 화학제 또는 탈이온수의 전달을 중지하는 단계; 상기 웨이퍼를 건조시키는 단계; 및 상기 웨이퍼 척으로부터 상기 웨이퍼를 언로딩하는 단계를 구비한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 실시예에 대한 하기의 설명을 읽음으로써 당업자에게 명백할 것이다.
도 1a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치를 도시한 도면,
도 1b는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치를 도시한 도면,
도 2a 및 2b는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치를 도시한 도면,
도 3a 및 3b는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치를 도시한 도면.
도 1a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치를 도시한다. 상기 장치는 브러시 모듈(1018), 스윙 아암(1010), 회전형 액추에이터(1011) 및 상승형 액추에이터(1012)를 구비한다.
브러시 모듈(1018)은 스윙 아암(1010)의 일단부 상에 장착된다. 브러시 모듈(1018)은 수직방향으로 배치되고, 브러시 헤드(1016), 브러시 베이스(1015), 하부 베어링(1005), 하부 장착 섹션(1007), 코일 스프링(1006), 상부 장착 섹션(1008), 상부 베어링(1020) 및 댐퍼(1009)를 구비한다. 브러시 헤드(1016)는 브러시 베이스(1015) 상에 장착된다. 하부 베어링(1005)의 일단부는 브러시 베이스(1015)에 연결하고, 하부 베어링(1005)의 타단부는 하부 장착 섹션(1007)에 연결한다. 코일 스프링(1006)의 일단부는 하부 장착 섹션(1007) 상에 고정되고, 코일 스프링(1006)의 타단부는 하부 장착 섹션(1007)에 대향되게 배치된 상부 장착 섹션(1008) 상에 고정된다. 상부 장착 섹션(1008)은 상부 베어링(1020)의 일단부에 연결하고, 상부 베어링(1020)의 타단부는 댐퍼(1009)에 연결한다. 액체 타입 또는 기체 타입인 댐퍼(1009)는 브러시 모듈(1018)을 프로세스 동안에 수직방향으로 안정 유지시키는데 이용된다. 브러시 헤드(1016)는 PVA 스펀지 또는 나일론 필라멘트로 제조될 수 있다.
스윙 아암(1010)의 타단부는 회전형 액추에이터(1011) 및 승강형 액추에이터(1012)와 연결된다. 회전형 액추에이터(1011)는 전체의 웨이퍼 표면을 가로질러 스윙하도록 스윙 아암(1010)을 구동하여, 브러시 헤드(1016)는 세정 프로세스 동안에 전체의 웨이퍼 표면을 가로질러 이동할 수 있다. 승강형 액추에이터(1012)는 스윙 아암(1010)이 상승 또는 하강하도록 구동하여, 브러시 모듈(1018)이 웨이퍼 표면에 작용하는 가압력이 조정될 수 있다. 스윙 아암(1010)은 스윙, 상승 또는 하강하거나, 혹은 회전형 액추에이터(1011) 및/또는 상승형 액추에이터(1012)의 구동 하에서 스윙하여 동시에 상승 또는 하강한다. 스윙 아암(1010)의 수직방향 하강 거리를 구속하도록 상승형 액추에이터(1012) 상에는 경질의 스토퍼(1014)가 설치되어, 웨이퍼의 표면 상에 가압하는 브러시 헤드(1016)의 가압력을 수용가능한 범위로 구속한다. 브러시 헤드(1016)가 웨이퍼의 표면을 가압하는 동안 코일 스프링(1006)의 변형을 모니터링하도록 스윙 아암(1010) 상에는 스트레인 게이지(1013)가 위치설정된다.
상기 장치는 세정 챔버(도 1a에 미도시)를 더 구비하며, 상기 세정 챔버는 웨이퍼 척(1002), 회전 구동 기구(1004) 및 적어도 하나의 노즐(1019)을 구비한다. 웨이퍼 척(1002)은 웨이퍼(1001)를 보유하여 위치설정하도록 세정 챔버 내에 배치된다. 회전 구동 기구(1004)는 웨이퍼 척(1002)을 회전 구동시킨다. 적어도 하나의 노즐(1019)은 웨이퍼(1001)의 표면 상에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달한다.
웨이퍼(1001)를 세정하기 위한 장치를 이용할 때, 웨이퍼(1001)는 웨이퍼 척(1002) 상에 로딩된다. 회전 구동 기구(1004)는 웨이퍼 척(1002)을 회전속도로 회전 구동시킨다. 바람직하게, 상기 회전속도는 30RPM 내지 1500RPM이다. 노즐(1019)은 웨이퍼(1001)의 표면 상에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달하고, 세정 화학제 또는 탈이온수의 유량은 100ml/분 내지 4000ml/분의 범위로 제어된다. 회전형 액추에이터(1011)는 스윙 아암(1010)을 스윙하게 구동하여 브러시 모듈(1018)을 세정 챔버 내로 이동하게 하고, 브러시 헤드(1016)는 웨이퍼(1001)의 표면 상에 있다. 그 다음, 상승형 액추에이터(1012)는 스윙 아암(1010)을 하강 구동하여 웨이퍼(1001)의 표면에 근접한 위치로 브러시 모듈(1018)을 제1 속도로 하강하게 한다. 스윙 아암(1010)은 상승형 액추에이터(1012)의 구동에 의해 계속적으로 하강하여 사전설정 높이를 갖는 프로세스 위치로 브러시 모듈(1018)을 아래로 제2 속도로 이동하게 하며, 제2 속도는 제1 속도보다 느리다. 제1 속도와 제2 속도 양자는 별개로 제어가능하다. 회전형 액추에이터(1011)는 스윙 아암(1010)을 스윙하게 구동하여, 웨이퍼(1001)의 표면을 세정하기 위한 사전설정 방안에 근거하여 웨이퍼(1001)의 표면을 가로질러 브러시 모듈(1018)의 브러시 헤드(1016)를 이동하게 한다. 사전설정 방안의 실행이 끝난 후에는, 스윙 아암(1010)의 스윙을 중지하고, 상승형 액추에이터(1012)가 스윙 아암(1010)을 상승 구동하여 브러시 모듈(1018)은 웨이퍼(1001)의 표면 위의 위치로 상승된다. 회전형 액추에이터(1011)는 스윙 아암(1010)을 스윙하게 구동하여 세정 챔버 외부로 브러시 모듈(1018)을 이동시킨다. 노즐(1019)은 웨이퍼(1001)의 표면 상에 세정 화학제 또는 탈이온수의 전달을 중지한다. 마지막으로, 웨이퍼(1001)를 건조시키고, 웨이퍼 척(1002)으로부터 웨이퍼(1001)를 언로딩한다.
상술한 세정 프로세스에서, 브러시 모듈(1018)은 웨이퍼(1001)의 표면에 기계력을 제공하고, 그 기계력의 강도는 상승형 액추에이터(1012)에 의해 스윙 아암(1010)을 상승 또는 하강하도록 구동함으로써 제어된다. 스윙 아암(1010)은 회전형 액추에이터(1011)에 의해 스윙 구동하여, 웨이퍼(1001)가 웨이퍼 척(1002)과 함께 회전하는 동안 웨이퍼(1011)의 전체 표면을 가로질러 브러시 헤드(1016)를 이동하게 한다. 또한, 스윙 아암(1010)은 제어가능한 수직방향 이동속도로 웨이퍼(1001)를 향해 아래로 이동하도록 상승형 액추에이터(1012)에 의해 구동된다. 상승형 액추에이터(1012)는 브러시 헤드(1016)가 웨이퍼(1001)의 표면 상에 가압하는 프로세스 위치로 스윙 아암(1010)과 브러시 모듈(1018)을 제어한다. 브러시 헤드(1016)가 웨이퍼(1001)의 표면에 작용하는 가압력을 생성하는 코일 스프링(1006)의 탄성 변형은 브러시 모듈(1018)의 프로세스 위치의 높이에 의해 결정된다. 노즐(1019)은 브러시 헤드(1016)는 웨이퍼(1001)의 표면 상에 가압하는 동안에, 웨이퍼(1001)의 표면에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달한다. 세정 화학제 또는 탈이온수는 브러시 헤드(1016)와 웨이퍼(1001)의 표면 사이에 연질의 매체를 형성하여 웨이퍼(1001)의 표면 상에 형성된 구조 상에 스크래치 또는 손상을 방지한다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치를 도시한 도 1b를 참조하면, 상기 장치는 도 1a에 도시한 장치에 근거하여 제어기(1013)를 추가한다. 제어기(1031)는 스트레인 게이지(1013) 및 상승형 액추에이터(1012)와 각각 연결한다. 스트레인 게이지(1013), 제어기(1031) 및 상승형 액추에이터(1012)는 스윙 아암(1001)의 수직방향 프로세스 위치를 실시간으로 제어하도록 폐쇄루프 회로를 형성하는 한편, 스윙 아암(1010)은 세정 프로세스 동안에 웨이퍼(1001)의 표면을 가로질러 스캐닝하여 브러시 모듈(1018)의 수직방향 프로세스 위치는 실시간으로 제어될 수 있다. 웨이퍼(1001)의 표면 상에 작용되는 브러시 모듈(1018)의 가압력은 스트레인 게이지(1013)에 의해 검출되고, 스트레인 게이지(1013)는 검출 신호를 생성한다. 스트레인 게이지(1013)는 제어기(1031)로 검출 신호를 송신한다. 제어기(1031)는 검출 신호를 수신하여 상승형 액추에이터(1012)에 피드백을 제공한다. 상승형 액추에이터(1012)는 제어기(1031)의 피드백에 근거하여 스윙 아암(1010)의 프로세스 위치의 높이를 조정한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치를 도시한 도 2a 및 2b를 참조하면, 상기 장치는 브러시 모듈(2018), 스윙 아암(2010), 회전형 액추에이터(2011) 및 상승형 액추에이터(2012)를 구비한다.
브러시 모듈(2018)은 스윙 아암(2010)의 일단부 상에 장착된다. 브러시 모듈(2018)은 수직방향으로 배치되고, 브러시 헤드(2016), 브러시 베이스(2015), 하부 베어링(2005), 하부 장착 섹션(2007), 코일 스프링(2006), 상부 장착 섹션(2008), 상부 베어링(2020) 및 댐퍼(2009)를 구비한다. 브러시 헤드(2016)는 브러시 베이스(2015) 상에 장착된다. 하부 베어링(2005)의 일단부는 브러시 베이스(2015)에 연결하고, 하부 베어링(2005)의 타단부는 하부 장착 섹션(2007)에 연결한다. 코일 스프링(2006)의 일단부는 하부 장착 섹션(2007) 상에 고정되고, 코일 스프링(2006)의 타단부는 하부 장착 섹션(2007)에 대향되게 배치된 상부 장착 섹션(2008) 상에 고정된다. 상부 장착 섹션(2008)은 상부 베어링(2020)의 일단부에 연결하고, 상부 베어링(2020)의 타단부는 댐퍼(2009)에 연결한다. 액체 타입 또는 기체 타입인 댐퍼(2009)는 브러시 모듈(2018)을 프로세스 동안에 수직방향으로 안정 유지시키는데 이용된다.
스윙 아암(2010)의 타단부는 회전형 액추에이터(2011) 및 승강형 액추에이터(2012)와 연결된다. 회전형 액추에이터(2011)는 전체의 웨이퍼 표면을 가로질러 스윙하도록 스윙 아암(2010)을 구동하여, 브러시 모듈(2018)은 세정 프로세스 동안에 전체의 웨이퍼 표면을 가로질러 이동할 수 있다. 승강형 액추에이터(2012)는 스윙 아암(2010)이 상승 또는 하강하도록 구동하여, 브러시 모듈(2018)이 웨이퍼 표면에 작용하는 가압력이 조정될 수 있다. 스윙 아암(2010)은 스윙, 상승 또는 하강하거나, 혹은 회전형 액추에이터(2011) 및/또는 상승형 액추에이터(2012)의 구동 하에서 스윙하여 동시에 상승 또는 하강한다. 스윙 아암(2010)의 수직방향 하강 거리를 구속하도록 상승형 액추에이터(2012) 상에는 경질의 스토퍼(2014)가 설치되어, 웨이퍼의 표면 상에 가압하는 브러시 헤드(2016)의 가압력을 수용가능한 범위로 구속한다. 브러시 헤드(2016)가 웨이퍼의 표면을 가압하는 동안 코일 스프링(2006)의 변형을 모니터링하도록 스윙 아암(2010) 상에는 스트레인 게이지(2013)가 위치설정된다.
상기 장치는 세정 챔버(2000)를 더 구비한다. 세정 챔버(2000)는 웨이퍼 척, 회전 구동 기구 및 적어도 하나의 노즐을 구비한다. 웨이퍼 척은 웨이퍼(2001)를 보유하여 위치설정하도록 세정 챔버(2000) 내에 배치된다. 회전 구동 기구는 웨이퍼 척을 회전 구동시킨다. 적어도 하나의 노즐(2019)은 웨이퍼(2001)의 표면 상에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달한다.
세정 챔버(2000) 옆에는 브러시 세정 포트(2040)가 배치되어, 브러시 헤드(2016)가 아이들 상태에 있을 때 브러시 헤드(2016)를 세정하고, 브러시 모듈(2018)이 정상 상태에 있는지의 여부를 체크하는데 이용된다. 브러시 세정 포트(2040)는 적어도 하나의 출구(2043)와 적어도 하나의 입구(2041)를 구비한다. 브러시 세정 포트(2040)의 하부에는 힘 센서(2045)가 설치되어 신호 케이블(2047)을 통해 제어기와 연결된다. 힘 센서(2045)가 브러시 세정 포트(2040) 내의 세정액과 접촉하는 것을 보호하도록 커버(2049)가 힘 센서(2045)를 차폐한다. 브러시 헤드(2016)가 아이들 상태에 있을 때, 회전형 액추에이터(2011)는 스윙 아암(2010)을 세정 챔버(200) 외부로 이동하고 브러시 세정 포트(2040) 내로 이동하게 구동한다. 상승형 액추에이터(2012)는 세정 위치의 사전설정 위치로 브러시 헤드(2016)를 브러시 세정 포트(2040)로 아래로 이동하도록 구동한다. 탈이온수와 같은 세정액은 브러시 헤드(2016)로 분무된다. 브러시 헤드(2016)와 힘 센서(2045) 사이에는 갭이 설정된다. 코일 스프링(2006)이 비정상으로 작동하는 것과 같이 브러시 모듈(2018)이 비정상이면, 힘 센서(2045)는 가압력을 검출하여 장치가 웨이퍼(2001)의 처리를 방지하도록 신호를 보낸다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치를 도시한 도 3a 및 3b를 참조하면, 상기 장치는 브러시 모듈(3018), 스윙 아암(3010), 회전형 액추에이터(3011) 및 상승형 액추에이터(3012)를 구비한다.
브러시 모듈(3018)은 스윙 아암(3010)의 일단부 상에 장착된다. 브러시 모듈(3018)은 수직방향으로 배치되고, 브러시 헤드(3016), 브러시 베이스(3015), 하부 베어링(3005), 하부 장착 섹션(3007), 코일 스프링(3006), 상부 장착 섹션(3008), 상부 베어링(3020) 및 댐퍼(3009)를 구비한다. 브러시 헤드(3016)는 브러시 베이스(3015) 상에 장착된다. 하부 베어링(3005)의 일단부는 브러시 베이스(3015)에 연결하고, 하부 베어링(3005)의 타단부는 하부 장착 섹션(3007)에 연결한다. 코일 스프링(3006)의 일단부는 하부 장착 섹션(3007) 상에 고정되고, 코일 스프링(3006)의 타단부는 하부 장착 섹션(3007)에 대향되게 배치된 상부 장착 섹션(3008) 상에 고정된다. 상부 장착 섹션(3008)은 상부 베어링(3020)의 일단부에 연결하고, 상부 베어링(3020)의 타단부는 댐퍼(3009)에 연결한다. 액체 타입 또는 기체 타입인 댐퍼(3009)는 브러시 모듈(3018)을 프로세스 동안에 수직방향으로 안정 유지시키는데 이용된다.
스윙 아암(3010)의 타단부는 회전형 액추에이터(3011) 및 승강형 액추에이터(3012)와 연결된다. 회전형 액추에이터(3011)는 전체의 웨이퍼 표면을 가로질러 스윙하도록 스윙 아암(3010)을 구동하여, 브러시 모듈(3018)은 세정 프로세스 동안에 전체의 웨이퍼 표면을 가로질러 이동할 수 있다. 승강형 액추에이터(3012)는 스윙 아암(3010)이 상승 또는 하강하도록 구동하여, 브러시 모듈(3018)이 웨이퍼 표면에 작용하는 가압력이 조정될 수 있다. 스윙 아암(3010)은 스윙, 상승 또는 하강하거나, 혹은 회전형 액추에이터(3011) 및/또는 상승형 액추에이터(3012)의 구동 하에서 스윙하여 동시에 상승 또는 하강한다. 스윙 아암(3010)의 수직방향 하강 거리를 구속하도록 상승형 액추에이터(3012) 상에는 경질의 스토퍼(3014)가 설치되어, 웨이퍼의 표면 상에 가압하는 브러시 헤드(3016)의 가압력을 수용가능한 범위로 구속한다. 브러시 헤드(3016)가 웨이퍼의 표면을 가압하는 동안 코일 스프링(3006)의 변형을 모니터링하도록 스윙 아암(3010) 상에는 스트레인 게이지(3013)가 위치설정된다.
상기 장치는 세정 챔버(3000)를 더 구비한다. 세정 챔버(3000)는 웨이퍼 척, 회전 구동 기구 및 적어도 하나의 노즐을 구비한다. 웨이퍼 척은 웨이퍼(3001)를 보유하여 위치설정하도록 세정 챔버(3000) 내에 배치된다. 회전 구동 기구는 웨이퍼 척을 회전 구동시킨다. 적어도 하나의 노즐(3019)은 웨이퍼(3001)의 표면 상에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달한다.
세정 챔버(3000) 옆에는 브러시 세정 포트(3040)가 배치되어, 브러시 헤드(3016)가 아이들 상태에 있을 때 브러시 헤드(3016)를 세정하고, 브러시 모듈(3018)이 정상 상태에 있는지의 여부를 체크하는데 이용된다. 브러시 세정 포트(3040)는 적어도 하나의 출구(3043)와 적어도 하나의 입구(3041)를 구비한다. 브러시 세정 포트(3040)의 하부에는 힘 센서(3045)가 설치되어 신호 케이블(3047)을 통해 제어기와 연결된다. 힘 센서(3045)가 브러시 세정 포트(3040) 내의 세정액과 접촉하는 것을 보호하도록 커버(3049)가 힘 센서(3045)를 차폐한다. 브러시 모듈(3018)의 상태를 체크하기 위해 브러시 세정 포트(3040)의 대향 측부에는 한 쌍의 브러시 위치 센서(3051)가 안착된다. 브러시 위치 센서(3051)는 브러시 헤드(3016)가 브러시 세정 포트(3040) 내에서 아래로 이동할 때 트리거될 것이다. 브러시 위치 센서(3051)가 트리거될 때의 브러시 헤드(3016)의 수직방향 이동거리는 매번 기록 및 비교된다. 수직방향 이동거리의 값이 사전설정 범위를 벗어나면, 브러시 모듈(3018)의 비정상에 대한 신호가 보내진다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치를 도시한 도 4a 및 4b를 참조하면, 상기 장치는 브러시 모듈(4018), 스윙 아암(4010), 회전형 액추에이터(4011) 및 상승형 액추에이터(4012)를 구비한다.
브러시 모듈(4018)은 스윙 아암(4010)의 일단부 상에 장착된다. 브러시 모듈(4018)은 수직방향으로 배치되고, 브러시 헤드(4016), 브러시 베이스(4015), 베어링(4005), 가요성 구성요소(4007), 적어도 하나의 댐퍼(4009), 코일 스프링(4006), 장착 섹션(4008) 및 브러시 쉘(4020)을 구비한다. 브러시 헤드(4016)는 브러시 베이스(4015) 상에 장착된다. 베어링(4005)의 일단부는 브러시 베이스(4015)에 연결하고, 베어링(4005)의 타단부는 브러시 쉘(4020) 내로 관통하여 가요성 구성요소(4007)의 일측부에 연결한다. 가요성 구성요소(4007)의 타측부는 브러시 쉘(4020) 상에 장착되어 프로세스 동안에 브러시 모듈(4018)을 수직방향으로 안정 유지하는데 이용되는 댐퍼(4009)와 연결한다. 코일 스프링(4006)은 브러시 쉘(4020) 내에 수용된다. 코일 스프링(4006)의 일단부는 가요성 구성요소(4007)의 측부 상에 고정되고, 코일 스프링(4006)의 타단부는 브러시 쉘(4008)의 상부에 배치되며 가요성 구성요소(4007)에 대향된 장착 섹션(4008) 상에 고정된다. 장착 섹션(4008)은 브러시 쉘(4020)의 상부 플레이트일 수 있다. 브러시 쉘(4020)은 스윙 아암(4010)의 단부 상에 브러시 모듈(4018)을 장착하도록 스윙 아암(4010)의 단부에 고정된다.
스윙 아암(4010)의 타단부는 회전형 액추에이터(4011) 및 승강형 액추에이터(4012)와 연결된다. 회전형 액추에이터(4011)는 전체의 웨이퍼 표면을 가로질러 스윙하도록 스윙 아암(4010)을 구동하여, 브러시 모듈(4018)은 세정 프로세스 동안에 전체의 웨이퍼 표면을 가로질러 이동할 수 있다. 승강형 액추에이터(4012)는 스윙 아암(4010)이 상승 또는 하강하도록 구동하여, 브러시 모듈(4018)이 웨이퍼 표면에 작용하는 가압력이 조정될 수 있다. 스윙 아암(4010)은 스윙, 상승 또는 하강하거나, 혹은 회전형 액추에이터(4011) 및/또는 상승형 액추에이터(4012)의 구동 하에서 스윙하여 동시에 상승 또는 하강한다. 스윙 아암(4010)의 수직방향 하강 거리를 구속하도록 상승형 액추에이터(4012) 상에는 경질의 스토퍼(4014)가 설치되어, 웨이퍼의 표면 상에 가압하는 브러시 헤드(4016)의 가압력을 수용가능한 범위로 구속한다. 브러시 헤드(4016)가 웨이퍼의 표면을 가압하는 동안 코일 스프링(4006)의 변형을 모니터링하도록 스윙 아암(4010) 상에는 스트레인 게이지(4013)가 위치설정된다.
상기 장치는 세정 챔버를 더 구비한다. 세정 챔버는 웨이퍼 척(4002), 회전 구동 기구(4004) 및 적어도 하나의 노즐(4019)을 구비한다. 웨이퍼 척(4002)은 웨이퍼(4001)를 보유하여 위치설정하도록 세정 챔버 내에 배치된다. 회전 구동 기구(4004)는 웨이퍼 척(4002)을 회전 구동시킨다. 적어도 하나의 노즐(4019)은 웨이퍼(4001)의 표면 상에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달한다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 방법을 개시한다.
단계 1: 웨이퍼 척 상에 웨이퍼를 로딩하여 상기 웨이퍼를 30RPM 내지 1500RPM의 속도로 회전시키는 단계.
단계 2: 상기 웨이퍼의 표면에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달하는 단계로서, 세정 화학제 또는 탈이온수의 유량은 100ml/분 내지 4000ml/분의 범위로 제어되는 단계.
단계 3: 세정 챔버 내로 브러시 모듈을 이동시키는 단계로서, 상기 브러시 모듈의 브러시 헤드는 상기 웨이퍼의 표면 상에 있는 단계.
단계 4: 상기 웨이퍼의 표면에 근접한 위치로 상기 브러시 모듈을 아래로 제어가능한 제1 속도로 이동시키는 단계.
단계 5: 사전설정 높이를 갖는 프로세스 위치로 상기 브러시 모듈을 아래로 제2 속도로 이동시키는 단계로서, 제2 속도는 제어가능하고 제1 속도보다 느린 단계.
단계 6: 사전설정 방안에 근거하여 상기 웨이퍼의 표면을 가로질러 상기 브러시 모듈의 브러시 헤드를 스윙하는 단계.
단계 7: 상기 웨이퍼 위의 위치까지 상기 브러시 모듈을 이동시키는 단계.
단계 8: 상기 세정 챔버 외부로 상기 브러시 모듈을 스윙하고, 바람직하게 상기 브러시 헤드를 세정하기 위해 상기 브러시 모듈을 브러시 세정 포트로 스윙하는 단계.
단계 9: 상기 웨이퍼의 표면으로의 세정 화학제 또는 탈이온수의 전달을 중지하는 단계;
단계 10: 상기 웨이퍼를 건조시키는 단계.
단계 11: 상기 웨이퍼 척으로부터 상기 웨이퍼를 언로딩하는 단계.
단계 5에서, 상기 프로세스 위치의 브러시 모듈의 높이는 브러시 헤드가 웨이퍼의 표면 상에 작용된 가압력에 따라 사전 캘리브레이션 된다.
단계 8에서, 브러시 헤드 세정 프로세스는 세정액이 브러시 헤드로 분무되는 위치인 브러시 세정 포트 내로 브러시 헤드를 아래로 이동시키는 단계를 구비한다. 또한, 정상적인 경우에, 브러시 헤드는 브러시 세정 포트 내에 장착된 힘 센서로부터 이격 유지된다. 힘 센서는 브러시 모듈의 코일 스프링이 비정상인 것과 같이 브러시 모듈이 비정상일 때의 힘을 검출하여, 시스템에 알람을 발생시키고, 웨이퍼의 공급을 중지한다.
본 발명의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 개시된 정확한 형태로 본 발명을 제한하거나 소진적인 것으로 의도되지 않고, 명확하게 많은 변경 및 수정이 전술한 내용의 견지에서 가능하다. 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 수 있는 이러한 변경 및 수정은 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (18)

  1. 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 장치에 있어서,
    웨이퍼의 표면 상에 기계력을 제공하도록 브러시 헤드를 갖는 브러시 모듈;
    상기 브러시 모듈을 장착하는 일단부를 갖는 스윙 아암;
    상기 스윙 아암의 타단부와 연결되며, 상기 웨이퍼의 전체 표면을 가로질러 스윙하도록 상기 스윙 아암을 구동하여 상기 브러시 헤드가 상기 웨이퍼의 전체 표면을 가로질러 이동하게 하는 회전형 액추에이터; 및
    상기 스윙 아암의 타단부와 연결되며, 상기 스윙 아암이 상승 또는 하강하도록 구동하여 상기 브러시 모듈이 상승 또는 하강하게 하는 상승형 액추에이터
    를 포함하는,
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스윙 아암은 스윙, 상승 또는 하강하거나, 혹은 상기 회전형 액추에이터 및/또는 상기 상승형 액추에이터의 구동 하에서 스윙하여 동시에 상승 또는 하강하는,
    장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상승형 액추에이터는 상기 스윙 아암의 수직방향 하강 거리를 구속하도록 경질의 스토퍼와 함께 설치되어 상기 웨이퍼의 표면 상에 가압하는 상기 브러시 헤드의 가압력을 수용가능한 범위로 구속하는,
    장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 브러시 모듈은 코일 스프링을 구비하며, 상기 코일 스프링의 탄성 변형은 상기 브러시 헤드가 상기 웨이퍼의 표면에 작용하는 가압력을 발생시키고, 상기 코일 스프링의 탄성 변형은 상기 브러시 모듈의 프로세스 위치의 높이에 의해 결정되는,
    장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 브러시 헤드가 상기 웨이퍼의 표면을 가압하는 동안 상기 코일 스프링의 변형을 모니터링하도록 상기 스윙 아암 상에 위치설정된 스트레인 게이지를 더 포함하는,
    장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지와 상기 상승형 액추에이터와 각각 연결되는 제어기를 더 포함하며, 상기 브러시 모듈의 가압력은 상기 스트레인 게이지에 의해 검출된 상기 웨이퍼의 표면에 작용하고, 상기 스트레인 게이지는 검출 신호를 생성하고, 상기 스트레인 게이지는 상기 제어기에 상기 검출 신호를 송신하고, 상기 제어기는 상기 검출 신호를 수신하여 상기 상승형 액추에이터에 피드백을 제공하고, 상기 상승형 액추에이터는 상기 제어기의 피드백에 근거하여 상기 스윙 아암의 프로세스 위치의 높이를 조정하는,
    장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 브러시 헤드를 세정하기 위한 브러시 세정 포트를 더 포함하는,
    장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 브러시 세정 포트는, 상기 브러시 세정 포트의 하부에 설치된 힘 센서와, 상기 브러시 모듈이 정상 상태에 있는지의 여부를 체크하도록 상기 힘 센서를 제어기에 연결하는 신호 케이블을 구비하는,
    장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 브러시 세정 포트는 상기 힘 센서가 상기 브러시 세정 포트 내의 세정액과 접촉하는 것을 방지하도록 상기 힘 센서를 차폐하는 커버를 구비하는,
    장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 브러시 모듈의 상태를 체크하도록 상기 브러시 세정 포트의 대향 측부에 안착된 한 쌍의 브러시 위치 센서를 더 포함하며, 상기 브러시 위치 센서는 상기 브러시 헤드가 상기 브러시 세정 포트 내에서 아래로 이동할 때 트리거되고, 상기 브러시 위치 센서가 트리거될 때의 상기 브러시 헤드의 수직방향 이동거리는 매번 기록 및 비교되고, 상기 수직방향 이동거리의 값이 사전설정 범위를 벗어나면, 상기 브러시 모듈의 비정상에 대한 신호가 보내지는,
    장치.
  11. 제1항에 있어서,
    세정 챔버,
    웨이퍼를 보유하여 위치설정하도록 상기 세정 챔버 내에 배치된 웨이퍼 척,
    상기 웨이퍼 척을 회전 구동시키는 회전 구동 기구, 및
    상기 웨이퍼의 표면 상에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달하는 적어도 하나의 노즐
    을 더 포함하는,
    장치.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 브러시 모듈은 수직방향으로 배치되고, 브러시 베이스, 하부 베어링, 하부 장착 섹션, 상부 장착 섹션, 상부 베어링 및 댐퍼를 더 구비하며, 상기 브러시 헤드는 상기 브러시 베이스 상에 장착되고, 상기 하부 베어링의 일단부는 상기 브러시 베이스에 연결하고, 상기 하부 베어링의 타단부는 상기 하부 장착 섹션에 연결하고, 상기 코일 스프링의 일단부는 상기 하부 장착 섹션 상에 고정되고, 상기 코일 스프링의 타단부는 상기 하부 장착 섹션에 대향되게 배치된 상기 상부 장착 섹션 상에 고정되고, 상기 상부 장착 섹션은 상기 상부 베어링의 일단부에 연결하고, 상기 상부 베어링의 타단부는 상기 댐퍼에 연결하는,
    장치.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 브러시 모듈은 수직방향으로 배치되고, 브러시 베이스, 베어링, 가요성 구성요소, 적어도 하나의 댐퍼, 장착 섹션 및 브러시 쉘을 더 구비하며, 상기 브러시 헤드는 상기 브러시 베이스 상에 장착되고, 상기 베어링의 일단부는 상기 브러시 베이스와 연결하고, 상기 베어링의 타단부는 상기 브러시 쉘 내로 관통하여 상기 가요성 구성요소의 일측부에 연결하고, 상기 가요성 구성요소의 타측부는 상기 브러시 쉘 상에 장착되는 상기 댐퍼와 연결하고, 상기 코일 스프링은 상기 브러시 쉘 내에 수용되고, 상기 코일 스프링의 일단부는 상기 가요성 구성요소의 측부 상에 고정되고, 상기 코일 스프링의 타단부는 상기 브러시 쉘의 상부 플레이트이며 가요성 구성요소에 대향된 상기 장착 섹션 상에 고정되고, 상기 브러시 쉘은 상기 스윙 아암의 단부에 고정되는,
    장치.
  14. 반도체 웨이퍼를 세정하기 위한 방법에 있어서,
    웨이퍼 척 상에 웨이퍼를 로딩하여 상기 웨이퍼를 회전시키는 단계;
    상기 웨이퍼의 표면에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달하는 단계;
    세정 챔버 내로 브러시 모듈을 이동시키는 단계로서, 상기 브러시 모듈의 브러시 헤드는 상기 웨이퍼의 표면 상에 있는, 상기 브러시 모듈의 이동 단계;
    상기 웨이퍼의 표면에 근접한 위치로 상기 브러시 모듈을 아래로 제1 속도로 이동시키는 단계;
    사전설정 높이를 갖는 프로세스 위치로 상기 브러시 모듈을 아래로 제2 속도로 이동시키는 단계;
    사전설정 방안에 근거하여 상기 웨이퍼의 표면을 가로질러 상기 브러시 모듈의 브러시 헤드를 스윙하는 단계;
    상기 웨이퍼 위의 위치까지 상기 브러시 모듈을 이동시키는 단계;
    상기 세정 챔버 외부로 상기 브러시 모듈을 스윙하는 단계;
    상기 웨이퍼의 표면으로의 세정 화학제 또는 탈이온수의 전달을 중지하는 단계;
    상기 웨이퍼를 건조시키는 단계; 및
    상기 웨이퍼 척으로부터 상기 웨이퍼를 언로딩하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 30RPM 내지 1500RPM의 속도로 회전시키는,
    방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 표면에 세정 화학제 또는 탈이온수를 전달하는 단계는 100ml/분 내지 4000ml/분의 범위로 제어된 유량을 갖는,
    방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 속도와 상기 제2 속도는 별개로 제어가능하고, 상기 제2 속도는 상기 제1 속도보다 느린,
    방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 세정 챔버 외부로 상기 브러시 모듈을 스윙하는 단계 다음에는, 상기 브러시 헤드를 세정하도록 상기 브러시 모듈을 브러시 세정 포트로 스윙하는,
    방법.
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