KR20180060059A - 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

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KR20180060059A KR1020160159097A KR20160159097A KR20180060059A KR 20180060059 A KR20180060059 A KR 20180060059A KR 1020160159097 A KR1020160159097 A KR 1020160159097A KR 20160159097 A KR20160159097 A KR 20160159097A KR 20180060059 A KR20180060059 A KR 20180060059A
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Abstract

실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는 세정액이 담기는 세정조; 상기 세정조의 상부에 배치되고, 복수의 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 지지부; 상기 웨이퍼 지지부의 측면에 배치되어 상기 웨이퍼 지지부를 상하로 이동시키는 웨이퍼 이동 유닛; 상기 웨이퍼 이동 유닛과 연결되고, 상기 웨이퍼 지지부의 상부에 배치되어 상기 웨이퍼 지지부를 수평으로 회전시키는 수평 회전 유닛; 및 상기 수평 회전 유닛의 하단에 배치되어 상기 웨이퍼 지지부를 좌우로 흔들어주는 좌우 회전 유닛을 포함한다.

Description

웨이퍼 세정 장치{APPARATUS FOR WAFER CLEANING}
실시예는 웨이퍼 세정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 또는 반도체 칩 등을 제조하기 위해서 실리콘으로 형성되는 웨이퍼를 반도체 장비를 이용하여 처리한다. 이러한 웨이퍼는 통상적으로 리소그래피, 화학 또는 물리적 증착 및 플라즈마 에칭 등과 같은 일련의 반도체 소자 제조공정을 거친다.
상기 반도체 소자 제조 공정이 진행되는 동안에, 웨이퍼의 표면에는 화합물 또는 분진 등과 같은 이물질이 잔재하게 되는데, 반도체 소자의 품질을 향상시키기 위해서는 세정 공정을 통해 웨이퍼 표면에 잔재하는 이물질을 완전히 제거하여야 한다. 상기 웨이퍼의 표면이 손상되지 않고, 상기 웨이퍼 상의 이물질이 완전히 세정되도록 다양한 세정 장치 및 세정 방법들이 도입되고 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 웨이퍼 세정 장치(9)는, 세정조(1)와, 웨이퍼 서포터(2)와, 초음파 발신기(3)를 포함한다. 세정조(1)에는 웨이퍼를 세정하기 위한 세정액이 수용된다. 웨이퍼 서포터(2)는 바 형상으로 형성되며, 일반적으로 3개의 지지대로 구비된다. 각 웨이퍼 서포터에는 웨이퍼가 끼워지는 슬롯이 복수 개 형성되어 있으며, 웨이퍼 서포터(2)의 단면은 원형으로 형성된다. 초음파 발신기(3)는 세정조(1)의 하측에 배치되며, 웨이퍼 서포터에 지지된 웨이퍼(W)를 향하여 초음파를 발신한다.
상술한 바와 같이 구성된 웨이퍼 세정장치(9)를 사용하여 웨이퍼(W)를 세정하는 공정을 살펴보면, 먼저 세정조(1)로 세정액을 공급하고 웨이퍼(W)를 웨이퍼 서포터(2)에 삽입한다. 이후, 초음파 발신기(3)에서 초음파를 발신하면, 도 1에 화살표로 도시된 바와 같이 초음파가 세정액을 통해 상방향으로 전파되어 웨이퍼(W)의 표면에 전달된다. 그리고 이 초음파에 의해 웨이퍼 표면의 이물질이 제거된다.
그런데, 초음파 발신기(3)에서 발신되는 초음파는 초음파 발신면에 대하여 수직한 방향으로 진행하려는 성질, 즉 직진성이 강하며, 초음파의 진행경로 상에 장애물이 있는 경우에는 초음파가 장애물의 표면에서 반사되거나 장애물을 통과하는 과정에서 많은 에너지가 손실되므로 장애물을 통과한 후의 초음파의 세기는 많이 약해지게 된다. 따라서, 웨이퍼 서포트(2)의 상측에 위치한 웨이퍼(W)의 표면으로는 초음파가 약하게 전달되며, 그 결과 이 지점에 부착되어 있는 이물질이 충분히 제거되지 않는 문제점이 있다.
실시예는 웨이퍼 세정 공정 중에 웨이퍼의 표면에 부착되어 있는 파티클을 균일하게 제거할 수 있는 웨이퍼 세정 장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는 세정액이 담기는 세정조; 상기 세정조의 상부에 배치되고, 복수의 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 지지부; 상기 웨이퍼 지지부의 측면에 배치되어 상기 웨이퍼 지지부를 상하로 이동시키는 웨이퍼 이동 유닛; 상기 웨이퍼 이동 유닛과 연결되고, 상기 웨이퍼 지지부의 상부에 배치되어 상기 웨이퍼 지지부를 수평으로 회전시키는 수평 회전 유닛; 및 상기 수평 회전 유닛의 하단에 배치되어 상기 웨이퍼 지지부를 좌우로 흔들어주는 좌우 회전 유닛을 포함할 수 있다.
상기 세정조의 바닥면에는 초음파 발생 유닛이 배치될 수 있다.
상기 세정조의 바닥면은 경사질 수 있다.
상기 바닥면의 경사도는 상기 웨이퍼 세정 장치의 수평 바닥면을 기준으로 하부로 1° 내지 3°일 수 있다.
상기 세정조의 외측 상부에는 상기 세정조에서 넘치는 상기 세정액이 담기는 넘침 방지부가 배치될 수 있다.
상기 수평 회전 유닛은 연속 회전이 가능할 수 있다.
상기 수평 회전 유닛은 동일한 시간 간격으로 동일한 각도로 회전이 가능할 수 있다.
상기 웨이퍼 세정 장치는 상기 수평 회전 유닛을 구동시키는 제1 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 좌우 회전 유닛이 회전되는 각도는 25°내지 35°일 수 있다.
상기 좌우 회전 유닛을 구동시키는 제2 구동부를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼의 세정성을 향상시키고, 웨이퍼의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 세정조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 웨이퍼 지지부, 웨이퍼 이동 유닛, 좌우 회전 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 수평 회전 유닛에 의해 회전되는 웨이퍼의 위치를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래의 웨이퍼 세정 장치와 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치로 웨이퍼를 세정한 후 각각의 웨이퍼 표면의 파티클 수를 측정한 그래프이다.
이하, 실시예들은 첨부된 도면 및 실시예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시예의 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.
도 2는 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치(100)를 나타내는 단면도이고, 도 3은 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 세정조를 나타내는 단면도이며, 도 4는 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 웨이퍼 지지부, 웨이퍼 이동 유닛, 좌우 회전 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치(100)는 세정조(110), 웨이퍼 지지부(120), 웨이퍼 이동 유닛(130), 수평 회전 유닛(140) 및 좌우 회전 유닛(150)을 포함할 수 있다.
세정조(110)는 세정액이 담길 수 있는 수조 형태일 수 있고, 세정액이 세정조(110)로 공급될 수 있다. 세정조(110)에 공급되는 세정액은 초순수나 오존수일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
세정조(110)의 외측 상부에는 세정조(110)에서 넘치는 세정액이 담기는 넘침 방지부가 배치될 수 있다.
넘침 방지부(115)는 세정조(110)에 담긴 웨이퍼(W)를 세정하는 과정에서 세정조(110)로부터 넘친 세정액을 담을 수 있는 외부 수조(115)로 구비될 수 있다. 그리고, 외부 수조(115)에 담긴 세정액이 세정조(110)로 다시 공급되어 세정액 순환되도록 하기 위해 외부 수조(115)에는 세정액 순환 유닛이 구비될 수 있다.
웨이퍼 지지부(120)는 세정조(110)의 상부에 배치되고, 복수의 웨이퍼(W)가 안착될 수 있다.
웨이퍼 지지부(120)에는 복수 개의 웨이퍼(W)를 세정조(110)에 투입되도록 복수 개의 웨이퍼를 고정시킬 수 있는 척(chuck)이 구비될 수 있다.
웨이퍼 지지부(120)에는 효과적인 세정이 이루어지도록 하기 위해 웨이퍼(W)가 세정조(110)의 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 장착될 수 있다.
웨이퍼 이동 유닛(130)은 웨이퍼 지지부(120)의 측면에 배치되어 웨이퍼 지지부(120)를 상하로 이동시킬 수 있다.
웨이퍼 이동 유닛(130)은 연결부(145)의 일측에 배치되고, 웨이퍼 지지부(120)는 연결부(145)의 타단에 배치되어 웨이퍼 이동 유닛(130)이 상하로 이동하면서 웨이퍼 지지부(120)가 상하로 이동될 수 있다.
웨이퍼 이동 유닛(130)은 복수 개의 웨이퍼(W)가 안착된 웨이퍼 지지부(120)를 세정조(110)에 투입시켜 세정조(110)에 담긴 세정액에 웨이퍼(W)가 잠길 수 있도록 웨이퍼 지지부(120)를 하부로 이동시킬 수 있다.
그리고, 웨이퍼 이동 유닛(130)은 세정조(110)의 세정액에 잠긴 웨이퍼가 세정될 수 있도록 웨이퍼 지지부(120)를 세정조(110) 내에서 상하로 이동시켜 줄 수 있다.
웨이퍼 이동 유닛(130)은 웨이퍼 세정 장치(100)의 바닥면에 기둥 형태로 배치되는 지지대(135)에 연결되어 실린더 구동될 수 있다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 세정조(110)에 담긴 웨이퍼(W)들은 초음파로 세척될 수 있다.
실시예에서, 초음파 발생 유닛(105)은 세정조(110)의 바닥면에 배치될 수 있다.
초음파 발생 유닛(105)은 세정조(110)에 담긴 웨이퍼(W)를 향하여 초음파를 발생시킬 수 있도록 구비될 수 있고, 초음파 발생 유닛(105)은 초음파의 전달률을 높이기 위하여 초음파가 세정액을 통과할 수 있도록 세정조의 하면에 부착되어 구비될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 간접조 방식의 초음파 전달을 위해서는 세정조(110)의 바닥면이 경사질 수 있다.
세정조(110)의 바닥면 경사도(θ)는 웨이퍼 세정 장치(100)의 수평 바닥면을 기준으로 하부로 1° 내지 3°일 수 있다.
세정조의 바닥면이 경사져 있지 않고 수평으로 이루어지면 음파의 대부분이 반사되어 음파의 투과력이 급격히 떨어지게 된다.
음파의 투과력을 향상시키기 위하여, 세정조(110)의 바닥면이 경사가 지면, 하부 바닥면의 초음파가 경사진 바닥면에서 초음파가 반사되면서 일방향으로 초음파가 강하게 진행되는 경향이 있어 음파 균일도가 차이가 날 수 있다.
이러한 음파 균일도의 차이로 웨이퍼 지지부에 안착된 복수의 웨이퍼가 균일하게 세정되지 못할 수 있다.
세정조(110) 내에서 복수의 웨이퍼가 균일한 음파로 세정될 수 있도록 웨이퍼 지지부(120)를 수평 또는 좌우로 회전시켜 시켜줄 수 있다.
수평 회전 유닛(140)은 웨이퍼 이동 유닛(130)과 연결되어 배치될 수 있고, 웨이퍼 지지부(120)의 상부에 배치되어 웨이퍼 지지부(120)를 수평으로 회전시킬 수 있다.
수평 회전 유닛(140)은 웨이퍼 지지부(120)를 회전시키는 속도, 방향, 주기 등을 다르게 제어할 수 있다.
예를 들어, 수평 회전 유닛(140)은 연속 회전이 가능할 수 있고, 수평 회전 유닛(140)은 동일한 시간 간격으로 동일한 각도로 회전이 가능할 수 있다.
수평 회전 유닛(140)의 회전 속도가 너무 느리면 웨이퍼를 세정시키는 세정력이 저하될 수 있고, 수평 회전 유닛(140)의 회전 속도가 너무 빠르면 세정조(110)에 담긴 세정액이 쉽게 넘칠 수 있다.
수평 회전 유닛(140)의 회전 방향이 장시간 동안 동일한 경우, 웨이퍼의 표면이 균일하게 세정되지 않을 수 있으므로 수평 회전 유닛(140)의 회전 방향을 주기적으로 바꾸어 웨이퍼 세정력을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이, 수평 회전 유닛(140)이 웨이퍼 지지부(120)를 회전시키는 속도, 방향, 주기 등에 따라 웨이퍼(W)의 세정력이 달라질 수 있다.
웨이퍼 세정 장치(100)는 수평 회전 유닛(140)을 구동시키는 제1 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
좌우 회전 유닛(150)은 수평 회전 유닛(140)의 하단에 배치되어 웨이퍼 지지부(120)를 좌우로 회전시켜 흔들어 줄 수 있다.
실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 좌우 회전 유닛(150)이 회전되는 각도는 25°내지 35°일 수 있는데, 좌우 회전 유닛(150)이 회전되는 각도가 25°보다 작으면 좌우로 이동되는 범위가 작아 웨이퍼의 세정력이 저하될 수 있고, 좌우 회전 유닛(150)이 회전되는 각도가 35°보다 크면 세정조에 웨이퍼가 부딪히거나 세정조에 담긴 세정액의 넘침이 심해질 수 있다.
좌우 회전 유닛(150)이 회전되는 각도는 세정조 크기, 웨이퍼의 크기, 세정액의 양 등에 달라질 수 있으므로 이에 한정하지는 않는다.
웨이퍼 세정 장치(100)는 좌우 회전 유닛(150)을 구동시키는 제2 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 수평 회전 유닛에 의해 회전되는 웨이퍼의 위치를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 첫 번째 도면은 웨이퍼 지지부를 45°간격으로 수평 회전시킨 웨이퍼의 위치를 나타낸 것이고, 두 번째 도면은 웨이퍼 지지부를 90°간격으로 수평 회전시킨 웨이퍼의 위치를 나타낸 것이다.
이와 같이, 수평 회전 유닛의 회전 각도를 제어하여 복수의 웨이퍼가 안착된 웨이퍼 지지부를 회전시켜 수조 내에서 수직으로 세워진 웨이퍼를 수평으로 회전 이동시켜 웨이퍼의 세정력을 향상시킬 수 있다.
도 6은 종래의 웨이퍼 세정 장치와 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치로 웨이퍼를 세정한 후 각각의 웨이퍼 표면의 파티클 수를 측정한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 점선으로 표시된 그래프는 종래의 웨이퍼 세정 장치로 세정한 웨이퍼 표면의 파티클(particle) 수를 나타낸 것이고, 실선으로 표시된 그래프는 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치로 세정한 웨이퍼 표면의 파티클 수를 나타낸 것으로, 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치로 세정한 웨이퍼 표면의 파티클 수가 적고, 웨이퍼 표면이 균일하게 세정된 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼 세정 공정 중에 수평 회전 유닛(140)과 좌우 회전 유닛(150)을 교대로 구동시켜 웨이퍼의 표면에 부착되어 있는 파티클을 균일하게 제거할 수 있으므로, 웨이퍼의 세정성을 향상시키고, 웨이퍼의 신뢰성을 높일 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 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.
100: 웨이퍼 세정 장치 105: 초음파 발생 유닛
110: 세정조 115: 외부 수조
120: 웨이퍼 지지부 130: 웨이퍼 이동 유닛
135: 지지부 140: 수평 회전 유닛
145: 연결부 150: 좌우 회전 유닛
W: 웨이퍼

Claims (10)

  1. 세정액이 담기는 세정조;
    상기 세정조의 상부에 배치되고, 복수의 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 지지부;
    상기 웨이퍼 지지부의 측면에 배치되어 상기 웨이퍼 지지부를 상하로 이동시키는 웨이퍼 이동 유닛;
    상기 웨이퍼 이동 유닛과 연결되고, 상기 웨이퍼 지지부의 상부에 배치되어 상기 웨이퍼 지지부를 수평으로 회전시키는 수평 회전 유닛; 및
    상기 수평 회전 유닛의 하단에 배치되어 상기 웨이퍼 지지부를 좌우로 흔들어주는 좌우 회전 유닛을 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 세정조의 바닥면에는 초음파 발생 유닛이 배치되는 웨이퍼 세정 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 세정조의 바닥면은 경사진 웨이퍼 세정 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 바닥면의 경사도는 상기 웨이퍼 세정 장치의 수평 바닥면을 기준으로 하부로 1° 내지 3°인 웨이퍼 세정 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 세정조의 외측 상부에는 상기 세정조에서 넘치는 상기 세정액이 담기는 넘침 방지부가 배치되는 웨이퍼 세정 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 수평 회전 유닛은 연속 회전이 가능한 웨이퍼 세정 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 수평 회전 유닛은 동일한 시간 간격으로 동일한 각도로 회전이 가능한 웨이퍼 세정 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 세정 장치는 상기 수평 회전 유닛을 구동시키는 제1 구동부를 더 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 좌우 회전 유닛이 회전되는 각도는 25°내지 35°인 웨이퍼 세정 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 좌우 회전 유닛을 구동시키는 제2 구동부를 더 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
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