KR20210114154A - 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

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KR20210114154A
KR20210114154A KR1020200029438A KR20200029438A KR20210114154A KR 20210114154 A KR20210114154 A KR 20210114154A KR 1020200029438 A KR1020200029438 A KR 1020200029438A KR 20200029438 A KR20200029438 A KR 20200029438A KR 20210114154 A KR20210114154 A KR 20210114154A
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cleaning tank
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최현수
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에스케이실트론 주식회사
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Abstract

본 발명은 세정액을 수용하는 세정조; 상기 세정조 내부에서 다수의 웨이퍼를 지지하는 지지부; 및 상기 세정조 하부에 위치하며 상기 세정액에 잔류하는 오염물을 분리하는 오염물 분리부를 포함하는 웨이퍼 세정 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 세정 장치{APPARATUS FOR CLEANING WAFER}
본 발명은 세정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼를 세정하는 습식 웨이퍼 세정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼는 슬라이싱(Slicing) 공정, 그라인딩(Grinding) 공정, 래핑(Lapping) 공정, 에칭(Etching) 공정, 폴리싱(Polishing) 공정 등의 일련의 공정을 거쳐 반도체 소자 제조용 웨이퍼로 생산된다.
웨이퍼는 제조 공정이 진행되는 과정에서 각종 오염물에 의해 표면이 오염될 수 있다. 대표적인 오염물로는 미세 파티클, 금속 오염물, 유기 오염물 등을 들 수 있다. 이러한 오염물은 웨이퍼의 품질을 저하시켜 반도체 소자의 물리적 결함 및 특성 저하를 발생시키므로 궁극적으로는 반도체 소자의 생산 수율이 낮아지는 원인이 된다. 따라서 이러한 오염물들을 제거하기 위해서는 일반적으로 산 또는 알칼리 등의 에칭액이나 순수(DIW, Deionized water)를 이용하는 습식 세정 공정을 거치게 된다.
일반적으로 세정조 내부에서 웨이퍼를 세정하는 배스 타입(bath type)의 습식 세정 장치는 웨이퍼 표면에 존재하는 파티클(particle), 유기물, 메탈 오염물 등과 같은 오염 물질을 SC1(standard cleaning-1), SC2(standard cleaning-2), Piranha, 인산(phosphoric acid) 등과 같은 적절한 케미컬(세정액)을 사용하여 화학 반응으로 제거하게 된다. 동시에 초음파를 발생시켜 초음파 진동에 의해 오염물을 더 효율적으로 제거할 수 있고, 웨이퍼 표면에 형성된 산화막이나 질화막 등을 제거하는 습식 식각(wet etching)의 용도로서 사용할 수 있다.
세정조 내부에는 다수의 웨이퍼를 직립한 상태로 지지하는 지지부(comb)가 배치되고, 세정조 내부로 세정액을 공급하는 세정액 분사부가 설치된다. 세정액 분사부에 의해 세정조 내부로 세정액이 공급되면서 웨이퍼 표면은 세정액과의 마찰, 화학 반응에 의해 오염물이 분리되면서 세정이 이루어진다.
한편, 웨이퍼 세정 장치에서 세정조 내부는 세정액의 분사, 재사용 등에 의해 일정한 세정액의 순환 흐름이 발생하게 된다.
그런데 세정액의 순환 흐름에 따라 웨이퍼로부터 분리된 오염물도 함께 순환하면서 세정조 내부에 축적되면서 세정조를 오염시키거나 웨이퍼에 재흡착되어 웨이퍼의 세정이 불균일하게 이루어지는 문제가 생길 수 있다.
본 발명은 세정조에서 순환하는 오염물을 세정액의 흐름으로부터 분리하여 외부로 쉽게 제거하도록 함으로써 웨이퍼의 세정 효율을 높일 수 있는 웨이퍼 세정 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 세정액을 수용하는 세정조; 상기 세정조 내부에서 다수의 웨이퍼를 지지하는 지지부; 및 상기 세정조 하부에 위치하며 상기 세정액에 잔류하는 오염물을 분리하는 오염물 분리부를 포함하는 웨이퍼 세정 장치를 제공한다.
상기 오염물 분리부는 상기 지지부 아래에 장착되는 격리패널; 및 상기 격리패널에 형성된 다수의 분리공을 포함할 수 있다.
상기 다수의 분리공은 상부에서 하부로 갈수록 경사지게 상기 격리패널에 관통형성된 포함할 수 있다.
상기 다수의 분리공은 격자 형태로 상기 격리패널에 배치될 수 있다.
상기 격리패널에 결합되어 상기 분리공으로 유입되는 오염물을 가이드하는 분리 가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 분리 가이드는 상기 세정조의 바닥면에 인접하도록 격리패널로부터 연장될 수 있다.
상기 세정조의 상부 외측에 설치되며, 상기 세정조로부터 넘치는 세정액을 수용하는 외부 세정조; 및 상기 외부 세정조와 상기 세정조를 연결하며, 상기 외부 세정조로 이동한 세정액을 상기 세정조의 하부 측면 영역으로 재공급하는 순환배관을 더 포함할 수 있다.
상기 순환배관의 일단은 상기 지지부와 상기 격리패널의 사이에 오도록 상기 세정조의 하부 측벽에 결합될 수 있다.
상기 순환배관의 타단은 상기 외부 세정조의 하부에 형성된 배출관에 결합될 수 있다.
상기 순환배관에 결합되는 펌프와 필터를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 세정액을 수용하는 세정조; 상기 세정조 내부에서 다수의 웨이퍼를 지지하는 지지부; 상기 세정조의 상부 외측에 설치되며, 상기 세정조로부터 넘치는 세정액을 수용하는 외부 세정조; 및 상기 외부 세정조와 상기 세정조 하부 측벽을 연결하며, 상기 외부 세정조로 이동한 세정액을 상기 세정조의 하부 측면 영역으로 재공급하는 순환배관을 포함하는 웨이퍼 세정 장치를 제공한다.
상기 세정조 하부에 위치하며 상기 세정액에 잔류하는 오염물을 분리하는 오염물 분리부를 더 포함할 수 있다.
상기 오염물 분리부는 상기 지지부 아래에 장착되는 격리패널; 및 상기 격리패널에 형성된 다수의 분리공; 및 상기 격리패널에 결합되어 상기 각각의 분리공으로 유입되는 오염물을 가이드하는 다수의 분리 가이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 세정 장치에 따르면, 이와 같이 본 발명의 웨이퍼 세정 장치에 따르면, 세정조에서 순환하는 오염물을 세정액의 흐름으로부터 분리하여 세정조 바닥면에 가라앉도록 유도할 수 있고, 세정조 바닥에 모인 오염물들을 세정조에서 쉽게 제거할 수 있다. 따라서 세정조 내부의 청정한 환경을 조성하여 웨이퍼의 세정 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 동작도이다.
도 3은 도 1의 오염물 분리부의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 단면도이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 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. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 동작도이며, 도 3은 도 1의 오염물 분리부의 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 세정 장치(1)는 세정조(100), 지지부(200), 세정액 분사부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
세정조(100)는 세정액(10)이 채워지며 일정 양의 세정액(10)을 수용할 수 있다. 세정액(10)은 산이나 알칼리 등의 에칭액 또는 각종 불순물들이 제거된 초순수(DIW, DeIonized Water)일 수 있으며, RCA 세정 방법에 사용되는 SC1(DIW + H2O2 + NH4OH)일 수 있다. 또한, 세정액(10)은 래핑(Lapping) 가공 후, 웨이퍼(W) 표면의 손상층(Damage Layer)을 제거하기 위해 KOH 케미컬(Chemical)을 이용하여 웨이퍼(W) 표면을 식각하는 식각액일 수 있다. 따라서 세정액(10)은 세정수, 식각액, 처리액 등으로 불릴 수 있다. 본 발명의 웨이퍼 세정 장치(1)는 웨이퍼 처리 장치, 웨이퍼 식각 장치 등으로 명칭될 수 있다.
세정조(100)는 욕조 형상을 가지므로 배스(Bath)로도 불리울 수 있다. 예를 들어 세정조(100)는 내부에 빈 공간이 형성되고 상부가 개방된 육면체 형상일 수 있다. 세정조(100)는 내식성과 초음파 전달 성능이 우수한 석영, 사파이어 등의 재질로 이루어질 수 있다. 세정조(100)의 바닥면의 두께는 후술할 초음파 발생부(500)에 발생된 초음파의 투과율이 높도록 초음파 진동수의 3의 배수에 비례하는 3mm, 6mm, 9mm 등으로 이루어질 수 있다. 세정조(100)는 식각조, 처리조 등으로 불릴 수 있다.
세정조(100)의 상부 외측에는 세정조(100)로부터 넘치는(Overflow) 세정액(10)을 수용하여 순환시키도록 외부 세정조(120)가 더 설치될 수 있다. 외부 세정조(120)의 아래에는 세정조(100)로부터 넘치는 세정액(10)을 배출시키는 배출관(125)이 형성될 수 있다. 배출관(125)은 후술할 순환배관(400)과 연결되어, 외부 세정조(120)로 이동한 세정액(10)은 순환배관(400)을 따라 다시 세정조(100)의 하부 측면 영역으로 재공급될 수 있다. 여기서 순환배관(400)에는 배출관(125)으로 배출된 세정액(10)을 펌핑하는 펌프(700)와 세정액(10)의 오염물(P)을 필터링하는 필터(600)가 더 설치될 수 있다.
이와 같이 세정액(10)은 세정조(100) 내부에서 세정 공정을 수행하는 동안 외부 세정조(120)로 넘치게 되면, 순환배관(400)을 따라 이동하면서 필터(600)에서 오염물(P)이 걸러진 후 펌프(700)에 의해 펌핑되면서 세정조(100)로 다시 유입되어 재사용되는 리사이클을 가질 수 있다. 전술한 세정조(100)의 형상, 두께 및 재료는 상술한 형태에 제한되지 않고 변형 실시 가능하다.
지지부(200)는 세정을 수행하는 동안 세정조(100) 내부에서 다수개의 웨이퍼(W)를 지지한다. 예를 들어 지지부(200)는 다수의 웨이퍼(W)의 하부 영역을 지지하는 다수의 콤(210, comb)과, 다수의 콤(210)을 연결하는 콤 가이드(250, comb guide)를 포함할 수 있다. 다수의 콤(210)은 각각 슬롯(미도시)이 형성된 봉(bar) 형상으로 이루어지며, 서로 나란하게 배치되면서 수직으로 세워진 다수개의 웨이퍼(W)를 세정조(100) 내부에서 지지할 수 있다. 예를 들어 다수개의 웨이퍼(W)는 25개 내지 50개일 수 있으나 숫자에 제한되지 않는다.
세정액 분사부(300)는 세정조(100) 내부에서 웨이퍼(W)를 향해 세정액(10)을 분사한다. 세정액 분사부(300)는 분사장치, 인젝터로 불리울 수 있다. 세정액 분사부(300)는 순환배관(400)과 연결되면서 세정액(10)을 공급받아 세정조(100) 내부로 분사할 수 있다. 세정액 분사부(300)는 세정액(10)을 세정조(100) 내부로 분사하는 다수의 분사공을 포함할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 웨이퍼 세정 장치(1)는 웨이퍼(W)를 지지부(200)에서 회전시키는 웨이퍼 회전부 및 세정조(100) 하부에 위치하며 웨이퍼(W)를 향해 초음파를 발생시키는 초음파 세정부를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 초음파 세정장치(1)는 세정액(10)을 분사함과 동시에 초음파를 발생시켜 웨이퍼(W) 표면에 부착된 이물질을 분리하는 세정 공정을 수행할 수 있다.
그런데 세정공정 동안, 세정액(10)이 세정조(100) 내부에서 순환하는 흐름에 따라 웨이퍼(W)에서 분리된 오염물(P)도 함께 순환하면서 세정조(100) 내부에 축적되면서 세정조(100)를 오염시키거나 웨이퍼(W)에 재흡착되어 웨이퍼(W)의 세정이 불균일하게 이루어지는 문제가 생길 수 있다.
이를 위해 본 발명의 웨이퍼 세정 장치(1)는 상술한 바와 같은 순환배관(400)을 포함할 수 있다. 순환배관(400)은 외부 세정조(120)와 세정조(100) 하부 측벽을 연결하며, 외부 세정조(120)로 이동한 세정액(10)을 세정조(100)의 하부 측면 영역으로 재공급할 수 있다.
만약, 순환배관(400)의 일측이 세정조(100)의 상부와 연결되면, 세정액(10)이 상부로부터 하부로 이동하기 때문에 순환 흐름이 커지면서 세정조(100) 내부의 오염물(P)의 유동이 더 빨라질 수 있고 세정조(100)의 내벽 전체를 오염시킬 수 있다. 그러나 본 실시예처럼 순환배관(400)의 일측이 세정조(100)의 하부 측벽과 연결되면, 세정조(100)의 하부 측면 영역으로 세정액(10)이 재공급될 수 있다. 따라서 세정조(100) 내부에서 세정액(10)의 순환 흐름이 세정조(100) 하부로 유도되므로 세정조(100) 내부에서 비산하던 오염물(P)들은 세정조(100) 하부로 이동하면서 모여질 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 세정 장치(1)는 세정조(100) 하부에 위치하며 세정액(10)에 잔류하는 오염물(P)을 분리하는 오염물 분리부(500)를 더 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 오염물 분리부(500)는 세정조(100) 내부에 설치되는 격리패널(510)을 포함할 수 있다. 격리패널(510)은 도 3에 도시된 바와 같이 설치공(530)을 통해 세정조(100) 내부에서 착탈 결합될 수도 있다. 설치공(530)은 지지부(200) 또는 세정조(100)의 내벽과의 결합을 위해 상술한 형태에 제한되지 않고 크기, 형상 등 변형실시될 수 있다.
상술한 격리패널(510)은 오염물(P)이 세정조(100) 하부로 이동하면서 세정액(10)으로부터 분리되도록 지지부(200) 아래에 장착될 수 있다. 보다 상세하게는 오염물 분리부(500)는 순환배관(400)의 아래에 위치할 수 있다. 즉, 상술한 순환배관(400)의 일단은 지지부(200)와 격리패널(510)의 사이에 오도록 상기 세정조(100)의 측벽에 결합될 수 있다.
이에, 세정조(100) 내부에서 순환배관(400)으로 유입되는 세정액(10)에 의해 세정조(100) 하부로 순환흐름이 유도되므로 세정조(100) 내부에서 비산하던 오염물(P)들은 세정조(100) 하부로 이동하면서 모여질 수 있고, 오염물 분리부(500)에 의해 세정액(10)으로부터 분리될 수 있다.
오염물 분리부(500)는 오염물(P)을 분리할 수 있도록 격리패널(510)에 형성된 다수의 분리공(520)을 포함할 수 있다. 다수의 분리공(520)은 수평면을 기준으로 경사지게 형성될 수 있다. 예를 들어 분리공(520)은 격리패널(510)의 상부에서 하부로 갈수록 경사지도록 격리패널(510)에 관통형성될 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이 분리공(520)의 경사면은 순환배관(400)으로 유입되는 세정액(10)의 흐름과 나란하게 형성될 수 있다(화살표 참조).
도 3에 도시된 바와 같이 다수의 분리공(520)은 격자 형태로 격리패널(510)에 배치될 수 있다. 물론, 다수의 분리공(520)들은 격자 형태가 아닌 다양한 크기, 형상, 개수를 갖도록 격리패널(510)에 관통 형성될 수 있다. 다수의 분리공(520)을 통과한 오염물(P)은 격리패널(510)의 하부에 위치한 세정조(100) 바닥면으로 가라앉도록 유도될 수 있다.
웨이퍼 세정 공정이 완료되고, 오염물(P)들이 세정조(100) 하부 바닥면에 가라앉으면, 웨이퍼 세정 장치(1)는 세정조(100) 하부에 형성된 배수공(150)을 개방하여 세정액(10)을 세정조(100) 외부로 배출할 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 오염물 분리부(500)에 의해 분리되어 세정조(100) 하부에 적층된 오염물(P)들은 세정조(100)에서 효율적으로 배출되면서 제거될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 단면도이다.
본 실시예에서는 중복된 설명을 피하기 위해서 전술한 실시예와 다른 부분을 위주로 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 웨이퍼 세정 장치(1a)에서 오염물 분리부(500a)는 격리패널(510)에 결합되어 분리공(520)으로 유입되는 오염물(P)을 가이드하는 분리 가이드(511)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다.
분리 가이드(511)는 분리공(520)의 하부에 결합되어 오염물(P)을 세정조(100)의 바닥면으로 유도할 수 있고, 세정조(100) 바닥면에서 격리패널(510) 상부로 오염물(P)이 다시 부유하지 않도록 할 수 있다. 이를 위해 분리 가이드(511)는 세정조(100)의 바닥면에 인접하도록 격리패널(510)로부터 연장된 길이를 가질 수 있다. 즉, 분리 가이드(511)는 오염물(P)의 이동 경로를 형성함과 아울러 오염물(P)이 부유하지 않도록 오염물(P)들을 가두는 역할을 겸할 수 있다.
이러한 분리 가이드(511)는 도시된 형태에 제한되지 않고 다양한 형상, 길이를 가질 수 있으며, 모든 분리공(520)에 결합되지 않고 일부의 분리공(520)에만 결합될 수도 있을 것이다.
이와 같이 본 발명의 웨이퍼 세정 장치에 따르면, 세정조(100)에서 순환하는 오염물(P)을 세정액(10)의 흐름으로부터 분리하여 세정조(100) 바닥면에 가라앉도록 유도할 수 있고, 세정조(100) 바닥에 모인 오염물(P)들을 세정조(100)에서 쉽게 제거할 수 있다. 따라서 세정조(100) 내부의 청정한 환경을 조성하여 웨이퍼의 세정 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 웨이퍼 세정 장치 10 : 세정액
100 : 세정조 120 : 외부 세정조
125 : 배출관 200 : 지지부
210 : 콤(comb) 250 : 콤 가이드(comb guide)
300 : 세정액 분사부 400 : 순환배관
500 : 오염물 분리부 510 : 격리패널
511 : 분리 가이드 520 : 분리공
530 : 설치공 600 : 필터
700 : 펌프 W : 웨이퍼
P : 파티클(오염물)

Claims (13)

  1. 세정액을 수용하는 세정조;
    상기 세정조 내부에서 다수의 웨이퍼를 지지하는 지지부; 및
    상기 세정조 하부에 위치하며 상기 세정액에 잔류하는 오염물을 분리하는 오염물 분리부를 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오염물 분리부는
    상기 지지부 아래에 장착되는 격리패널; 및
    상기 격리패널에 형성된 다수의 분리공을 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 분리공은 상부에서 하부로 갈수록 경사지게 상기 격리패널에 관통형성된 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 분리공은 격자 형태로 상기 격리패널에 배치되는 웨이퍼 세정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 격리패널에 결합되어 상기 분리공으로 유입되는 오염물을 가이드하는 분리 가이드를 더 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분리 가이드는 상기 세정조의 바닥면에 인접하도록 격리패널로부터 연장된 웨이퍼 세정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 세정조의 상부 외측에 설치되며, 상기 세정조로부터 넘치는 세정액을 수용하는 외부 세정조; 및
    상기 외부 세정조와 상기 세정조를 연결하며, 상기 외부 세정조로 이동한 세정액을 상기 세정조의 하부 측면 영역으로 재공급하는 순환배관을 더 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 순환배관의 일단은 상기 지지부와 상기 격리패널의 사이에 오도록 상기 세정조의 하부 측벽에 결합되는 웨이퍼 세정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 순환배관의 타단은 상기 외부 세정조의 하부에 형성된 배출관에 결합되는 웨이퍼 세정 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 순환배관에 결합되는 펌프와 필터를 더 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  11. 세정액을 수용하는 세정조;
    상기 세정조 내부에서 다수의 웨이퍼를 지지하는 지지부;
    상기 세정조의 상부 외측에 설치되며, 상기 세정조로부터 넘치는 세정액을 수용하는 외부 세정조; 및
    상기 외부 세정조와 상기 세정조 하부 측벽을 연결하며, 상기 외부 세정조로 이동한 세정액을 상기 세정조의 하부 측면 영역으로 재공급하는 순환배관을 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 세정조 하부에 위치하며 상기 세정액에 잔류하는 오염물을 분리하는 오염물 분리부를 더 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 오염물 분리부는
    상기 지지부 아래에 장착되는 격리패널; 및
    상기 격리패널에 형성된 다수의 분리공; 및
    상기 격리패널에 결합되어 상기 각각의 분리공으로 유입되는 오염물을 가이드하는 다수의 분리 가이드를 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
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