KR20190074403A - 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 웨이퍼를 일 방향으로 회전시키는 적어도 하나의 웨이퍼 롤러; 상기 웨이퍼의 양면에 각각 접촉하도록 서로 나란하게 배치되어 상기 웨이퍼의 양면을 각각 세정하며, 서로 반대 방향으로 회전하는 제1 및 제2 롤러 브러시; 상기 제1 및 제2 롤러 브러시 상에 서로 나란하게 배치되며 상기 웨이퍼를 세정하는 세정액이 각각 유입되는 제1 및 제2 세정관; 상기 제1 및 제2 세정관의 길이 방향을 따라 각각 배치되며, 상기 웨이퍼의 상기 양면에 각각 상기 세정액을 소정의 각도로 분사하는 복수의 노즐들로 이루어진 제1 및 제2 노즐 그룹; 및 상기 제1 및 제2 세정관을 연결하여, 상기 제1 및 제2 세정관의 움직임을 제한하는 결속부;를 포함하는 웨이퍼 세정 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 세정 장치{WAFER CLEANING APPARATUS}
본 발명은 웨이퍼 세정 장치에 관한 것이다.
반도체 산업은 갈수록 집적기술의 발전이 빠르고, 그에 따라 웨이퍼에 형성되는 각종 막질의 단차가 높아져 안정적인 공정 진행 및 수율 확보가 어려워지고 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 최근 평탄화 기술이 크게 각광받고 있고, 그 중에서도 화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing) 기술이 많이 적용되고 있으며, 이 연마 기술의 정도는 반도체 수율 및 품질에 직접적인 영향을 끼치게 된다.
이러한 CMP공정에 사용되는 설비는 크게 폴리싱을 하는 연마 장치와 클리닝을 하기 위한 웨이퍼 세정 장치를 포함한다. 그 중 웨이퍼 세정 장치는 연마를 마친 웨이퍼에 묻어있는 슬러리 찌꺼기와 그 밖의 파티클을 제거할 목적으로 사용되고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제 중 하나는, CMP 공정에 사용되는 장비의 효율성을 향상시키는 점에 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시예로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 웨이퍼를 일 방향으로 회전시키는 적어도 하나의 웨이퍼 롤러; 상기 웨이퍼의 양면에 각각 접촉하도록 서로 나란하게 배치되어 상기 웨이퍼의 양면을 각각 세정하며, 서로 반대 방향으로 회전하는 제1 및 제2 롤러 브러시; 상기 제1 및 제2 롤러 브러시 상에 서로 나란하게 배치되며 상기 웨이퍼를 세정하는 세정액이 각각 유입되는 제1 및 제2 세정관; 상기 제1 및 제2 세정관의 길이 방향을 따라 각각 배치되며, 상기 웨이퍼의 상기 양면에 각각 상기 세정액을 소정의 각도로 분사하는 복수의 노즐들로 이루어진 제1 및 제2 노즐 그룹; 및 상기 제1 및 제2 세정관을 연결하여, 상기 제1 및 제2 세정관의 움직임을 제한하는 결속부;를 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
본 발명의 기술적 사상에 따른 웨이퍼 세정 장치는, CMP 공정의 효율성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 세정 장치가 채용된 화학기계적 연마 설비를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 세정 장치의 평면도이다.
도 3은 도 2의 I방향에서 본 측면도이다.
도 4는 도 2의 II방향에서 본 측면도이다.
도 5(a)는 비교예에 의한 웨이퍼 세정 장치의 세정 효과를 도시한 그래프이다.
도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 세정 장치의 세정 효과를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
우선, 도 1을 참조하여 화학기계적 연마 설비에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 세정 장치가 채용된 화학기계적 연마 설비를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
화학기계적 연마 설비(1)는 복수개의 웨이퍼가 적재된 카세트가 위치하는 로드 락 설비(50), 웨이퍼에 대한 평탄화 공정이 수행되는 연마 장치(70), 상기 연마 장치(70)로 웨이퍼를 로딩하거나 언로딩하는 역할을 수행하는 웨이퍼 이송로봇(60), 상기 연마 장치(70)로부터 언로딩된 웨이퍼에 대한 세정 공정을 수행하는 웨이퍼 세정 장치(100), 및 사전 검사 장치(500)를 포함할 수 있다. 상기 사전 검사 장치(500)는 로드컵 설비를 장착하기 위한 로드컵부(501) 및 연마 헤드를 장착하기 위한 헤드부(502)를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 상기 웨이퍼 세정 장치(100)에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 세정 장치의 평면도이고, 도 3은 도 2의 I방향에서 본 측면도이며, 도 4는 도 2의 II방향에서 본 측면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 세정 장치(100)는 제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120), 제1 및 제2 세정관(130, 140), 제1 l 및 제2 노즐 그룹(N1, N2) 및 결속부(150)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120)는 세정 공정을 수행하기 위한 웨이퍼(W)를 사이에 두고, 서로 대향되게 배치될 수 있다. 즉, 제1 롤러 브러시(110)는 웨이퍼(W)의 전면(W1)에 접촉하도록 배치되며, 제2 롤러 브러시(120)는 웨이퍼(W)의 후면(W2)에 접촉하도록 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120)는 서로 다른 방향(D2, D3)으로 회전하며, 웨이퍼(W)의 전면(W1)과 후면(W2)을 각각 세정할 수 있다. 상기 제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120)는 웨이퍼(W)의 반경보다 긴 길이를 가질 수 있으며, 상기 웨이퍼(W)는 화학기계적 연마(CMP) 공정이 수행된 반도체 기판일 수 있다. 상기 웨이퍼(W)는 웨이퍼 롤러(160)에 의해, 상기 제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120)의 사이에서 일 방향(D1)으로 회전할 수 있다. 일 실시예의 경우, 3개의 웨이퍼 롤러(160)가 배치된 경우를 예로 들었으나(도 4 참조), 이에 한정하는 것은 아니며, 실시예에 따라서는 웨이퍼(W)를 복수의 아이들러가 지지하고, 1개의 웨이퍼 롤러(160)가 웨이퍼(W)를 회전하게 할 수도 있다. 상기 제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120)의 표면에는 각각 웨이퍼(W)의 세정 효과를 향상시키기 위한 돌기(111, 112)가 형성될 수 있다. 상기 웨이퍼(W)는 이전 단계에서 화학기계적 연마(CMP) 공정이 수행된 반도체 기판일 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼(W)의 전면(W1)은 반도체칩을 제조하기 위한 반도체층이 성장된 면일 수 있다.
상기 웨이퍼 롤러(160)는 모터와 같은 구동장치에 의해 회전할 수 있다. 상기 웨이퍼 롤러(160)는 웨이퍼(W)의 에지부분에 접촉되어, 웨이퍼 롤러(160)가 회전함에 따라 웨이퍼(W)가 일 방향(D1)으로 회전할 수 있다.
상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)은 웨이퍼(W)에 분사되는 세정액이 공급되는 유로로서, 일 방향으로 긴 원통형의 막대 형상으로 형성될 있으며, 상기 제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120)의 상부에, 웨이퍼(W)를 사이에 두고 서로 나란하게 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)은 실질적으로 동일한 길이로 마련될 수 있다. 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)에는 각각 복수의 노즐들(131, 141)로 이루어진 제1 및 제2 노즐 그룹(N1, N2)이 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2 노즐 그룹(N1, N2)은 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)의 길이 방향을 따라 각각 웨이퍼(W)의 전면(W1)과 후면(W2)을 향하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 노즐 그룹(N1, N2)은 각각 웨이퍼(W)의 전면(W1)과 후면(W2)을 향하여 소정의 각도(θ1, θ2)로 세정액이 분사되도록 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 노즐 그룹(N1, N2)은 웨이퍼(W)가 제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120)의 사이에 회전하며 유입되는 영역(A), 즉, 상기 웨이퍼(W)가 회전하는 방향(D1)과 제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120)의 회전 방향(D2, D2)이 일치하는 영역에 세정액을 분사하도록 배치될 수 있다. 이 영역(A)은 웨이퍼(W)가 제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120)의 사이로 유입되며 세정되는 영역이므로, 이 영역에 세정액을 분사하면, 세정액이 제1 및 제2 롤러 브러시(110, 120)의 세정 과정에서 충분하게 사용될 수 있는 장점이 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 노즐 그룹(N1, N2)의 복수의 노즐들(131, 141)은 상기 웨이퍼(W)의 전면(W1) 및 후면(W2)에 대하여 각각 50° 내지 70°의 기울기로 상기 세정액을 분사되도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 복수의 노즐들(131, 141)은 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)에 일정 간격으로 열을 이루어 배치될 수 있다.
제1 및 제2 노즐 그룹(N1, N2)의 복수의 노즐들(131, 141)에서 각각 분사되는 세정액의 단위시간 당 분사량은 균일하도록 배치될 수 있으며, 이때의 단위시간 당 분사량은 500ml/min 이상이 되도록 하여, 웨이퍼(W)의 세정에 필요한 충분한 양을 공급하도록 할 수 있다.
또한, 제1 노즐 그룹(N1)의 복수의 노즐들(131)의 개수를 제2 노즐 그룹(N2)의 복수의 노즐들(141)의 개수보다 많게 배치함으로써, 상기 제1 노즐 그룹(N1)에서 분사되는 세정액의 단위시간 당 분사량이 상기 제2 노즐 그룹(N2)에서 분사되는 세정액의 단위시간 당 분사량 보다 많게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 전면(W1)에 분사되는 세정액의 양을 후면(W2)에 분사되는 세정액의 양보다 많게 할 수 있다.
상기 결속부(150)는 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)의 일 영역을 연결하여 고정시킴으로써, 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)에 배치된 제1 및 제2 노즐 그룹(N1, N2)의 복수의 노즐들(131, 141)의 분사 각도가 고정되게 할 수 있다. 상기 결속부(150)는 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)과 별개로 마련된 후, 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)에 접착 또는 끼움 결합 등에 의해 부착될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)과 일체로 제조될 수도 있다. 상기 결속부(150)는 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)의 일단을 연결하도록 배치될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 제1 및 제2 세정관(130, 140)을 견고하게 고정시킬 수 있는 영역이면 제한 없이 배치될 수 있다.
상기 결속부(150)는 제1 및 제2 세정관(130, 140)을 연결하여 고정시킴으로써, 제1 및 제2 세정관(130, 140)이 길이 방향의 중심부를 기준으로 회전하여, 제1 및 제2 노즐 그룹(N1, N2)의 복수의 노즐들(131, 141)의 분사 각도가 변경되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 세정액이 웨이퍼(W)에 일정한 각도로 균일하게 도포될 수 있다. 종래에는 제1 및 제2 세정관이 분리되어 있었으며, 이로 인해 제조공정에서 발생하는 진동 등에 의해 세정액이 분사되는 각도가 변경되는 문제가 있었다. 웨이퍼의 표면 중에 세정액이 많이 분사된 영역은, 세정이 과도하게 되어 의도했던 정도보다 더 낮은 표면 프로파일을 가지게 되며, 세정액이 적게 분사되면, 의도했던 정도보다 더 높은 표면 프로파일을 가지게 된다. 이와 같이 웨이퍼의 표면 프로파일이 영역별로 상이하게 되면, 웨이퍼에서 제조된 반도체 칩의 품질이 균일하지 못하는 문제를 발생시킬 수 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하여 이러한 효과를 설명한다. 도 5(a)는 비교예에 의한 웨이퍼 세정 장치의 세정 효과를 도시한 그래프이고, 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 세정 장치의 세정 효과를 도시한 그래프이다.
도 5(a)의 비교예는 결속부가 배치되지 않은 경우로서, 웨이퍼의 영역에 따라 표면 프로파일이 약 50Å의 높이 차를 가지는 것을 볼 수 있다. 반면에, 도 5(b)의 경우에는, 표면 프로파일이 약 20Å 이하의 높이 차를 가지게 되어, 비교예에 비해 균일한 프로파일을 가지는 것을 볼 수 있다. 따라서, 일 실시예의 웨이퍼 세정 장치는 CMP 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 화학기계적 연마 설비
100: 웨이퍼 세정 장치
110, 120: 제1 및 제2 롤러 브러시
111, 121: 돌기
130, 140: 제1 및 제2 세정관
131, 141: 노즐
150: 결속부
160: 웨이퍼 롤러
N1, N2: 제1 및 제2 노즐 그룹
W: 웨이퍼

Claims (10)

  1. 웨이퍼를 일 방향으로 회전시키는 적어도 하나의 웨이퍼 롤러;
    상기 웨이퍼의 양면에 각각 접촉하도록 서로 나란하게 배치되어 상기 웨이퍼의 양면을 각각 세정하며, 서로 반대 방향으로 회전하는 제1 및 제2 롤러 브러시;
    상기 제1 및 제2 롤러 브러시 상에 서로 나란하게 배치되며 상기 웨이퍼를 세정하는 세정액이 각각 유입되는 제1 및 제2 세정관;
    상기 제1 및 제2 세정관의 길이 방향을 따라 각각 배치되며, 상기 웨이퍼의 상기 양면에 각각 상기 세정액을 소정의 각도로 분사하는 복수의 노즐들로 이루어진 제1 및 제2 노즐 그룹; 및
    상기 제1 및 제2 세정관을 연결하여, 상기 제1 및 제2 세정관의 움직임을 제한하는 결속부;를 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노즐 그룹을 이루는 복수의 노즐들의 개수는 상기 제2 노즐 그룹을 이루는 복수의 노즐들의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 노즐 그룹은 상기 일 방향과 상기 제1 및 제2 롤러 브러시의 각각의 회전 방향이 일치하는 영역을 향하여 상기 세정액을 분사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 노즐 그룹은 상기 양면에 대하여 각각 50° 내지 70°의 기울기로 상기 세정액을 분사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 노즐 그룹은 상기 양면에 대하여 실질적으로 동일한 각도로 상기 세정액을 분사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 세정부는 실질적으로 서로 동일한 형상을 가지며,
    상기 결속부는 상기 제1 및 제2 세정관의 서로 대응되는 영역에 부착되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 노즐 그룹을 이루는 복수의 노즐들은 실질적으로 동일한 단위시간 당 분사량으로 상기 세정액을 분사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 노즐 그룹은 상기 제1 및 제2 세정관의 길이 방향의 중심부를 기준으로 상기 소정의 각도로 하방 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 노즐들은 일정 간격으로 열을 이루어 배치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 화학기계적 연마(CMP) 공정이 수행된 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
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