KR20230094092A - 웨이퍼 세정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 하면을 세정하는 과정에서 세정액이 비산하여 웨이퍼의 상면을 오염시키는 것을 최소화할 수 있도록 구조가 개선된 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.
본 발명은, 웨이퍼의 하면을 세정하는 웨이퍼 세정장치에 있어서, 상기 웨이퍼를 지지하는 지지수단; 상기 웨이퍼에 세정액을 분사하는 노즐; 상기 노즐에 세정액을 공급하는 세정액 공급수단; 상기 웨이퍼의 외주를 감싸 상기 웨이퍼에 분사된 세정액의 액적이 상기 웨이퍼의 상면으로 비산하는 것을 방지하는 비산 방지수단;을 포함하며, 상기 비산 방지수단 중 상기 웨이퍼 쪽에 배치되는 면인 내면은 러프(rough)하게 형성되는 웨이퍼 세정장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 세정장치{Wafer Cleaning Apparatus}

본 발명은 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 하면을 세정하는 과정에서 세정액이 비산하여 웨이퍼의 상면을 오염시키는 것을 최소화할 수 있도록 구조가 개선된 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.

반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 웨이퍼는 단결정 실리콘 박판을 지칭한다. 이러한 웨이퍼(wafer)는, 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정, 원하는 웨이퍼의 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑 공정(lapping), 웨이퍼 내부의 손상층 제거를 위한 식각 공정(etching), 표면 경면화 및 평탄도를 향상시키기 위한 폴리싱 공정(polishing), 웨이퍼 표면의 오염물질을 제거하기 위한 세정 공정(cleaning) 등의 단계를 거쳐 웨이퍼로 생산된다.

이러한 공정들을 거치는 동안 웨이퍼 상에는 각종 파티클, 금속 불순물, 유기 불순물 등과 같은 오염 물질이 잔존할 수 있다. 오염 물질은 반도체 소자의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에, 반도체 제조시에는 웨이퍼 상에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 세정공정이 수행된다.

상기 세정공정을 위한 세정 방식은 크게 건식 세정 방식 및 습식(Wet) 세정 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중에서 습식 세정 방식은 오염물들을 제거하기 위해서 일반적으로 산 또는 알칼리 등의 에칭액이나 순수(Deionized water)를 이용하게 된다. 웨이퍼의 습식 세정 방법은, 대표적으로 배치식 웨이퍼 세정 방법과 매엽식 웨이퍼 세정 방법으로 구분된다.

배치식 웨이퍼 세정 방법은 한번에 여러 장의 웨이퍼를 세정하기 때문에 세정시간이 짧고 높은 처리율을 갖고 있어 생산 효율이 크다. 그러나, 웨이퍼 간의 크로스(cross) 오염으로 인해 세정 효율이 떨어지며, 다량의 세정액을 사용함으로써 비용이 많이 들고 환경 오염을 유발한다는 문제점이 있다.

이에 반해, 매엽식 웨이퍼 세정 방법은 단일 웨이퍼에 대해 소량의 세정액을 사용하여 세정하는 방법으로써, 세정 효율이 낮은 대신 웨이퍼 간의 크로스 오염이 없고, 고청정도 분위기에서 세정이 진행되므로 세정 효율이 높다는 장점을 갖는다.

특히, 웨이퍼의 대구경화로 인해 배치식 세정 방법에는 한계가 있고, 고집적화되어 가는 반도체 소자에 있어서는 세정 효율이 더욱 중요하므로 매엽식 세정 방법의 이용이 점차 증가하고 있다.

일반적으로, 매엽식 세정장치는 고속으로 회전시킨 웨이퍼 표면에 세정액을 분사함으로써, 웨이퍼의 회전에 의한 원심력과 세정액의 분사에 따른 압력을 이용하여 오염원을 제거하는 스핀 방식(spinning method)으로 세정이 진행된다.

종래의 매엽식 세정장치는 웨이퍼가 수용되어 세정공정이 수행되는 챔버와, 웨이퍼를 고정시킨 상태로 회전하는 스핀척과, 웨이퍼에 약액과 린스액을 포함하는 세정액을 공급하기 위한 노즐 어셈블리를 포함한다.

이러한 매엽식 세정장치는 챔버 내에서 스핀척에 의해 고속으로 회전하는 웨이퍼 표면으로 세정액을 분사하여 웨이퍼를 세정한다. 여기서, 세정공정 동안 웨이퍼로 분사되어 웨이퍼 표면에서 비산하는 세정액은 챔버 측부의 회수컵으로 포집되어 회수되고, 세정공정 동안 발생하는 흄(fume)을 포함하는 배기가스는 회수컵 내측에 구비된 배기부를 통해 챔버 외부로 배출된다

도 1은 웨이퍼의 하면을 세정하기 위한 장치의 하나의 예이다. 웨이퍼(w)는 웨이퍼(w)의 아래에 배치된 노즐(1)에서 분사되는 세정액에 의해 세정되는데 이 과정에서 세정액이 튀어 웨이퍼의 상면을 오염시키는 것을 방지하기 위하여 비산 방지수단(2)이 웨이퍼(w)의 외주를 감싸는 형태로 설치되어 있고 비산 방지수단(2)의 내면은 매끈한 형태이다.

그런데 도 2에 도시된 유체 해석 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이 비산 방지수단(2)의 내면 부근에서 와류가 형성되고 형성된 와류에 의해 세정액의 액적이 웨이퍼의 상면으로 튀어 웨이퍼의 상면을 오염시킬 가능성이 있는 것으로 확인된다.

본 발명은 배경 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 웨이퍼의 하면 세정 과정에서 세정액이 웨이퍼의 상면을 오염시키는 것을 최소화할 수 있는 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것이다.

전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,

웨이퍼의 하면을 세정하는 웨이퍼 세정장치에 있어서,

상기 웨이퍼를 지지하는 지지수단;

상기 웨이퍼에 세정액을 분사하는 노즐;

상기 노즐에 세정액을 공급하는 세정액 공급수단;

상기 웨이퍼의 외주를 감싸 상기 웨이퍼에 분사된 세정액의 액적이 상기 웨이퍼의 상면으로 비산하는 것을 방지하는 비산 방지수단;을 포함하며,

상기 비산 방지수단 중 상기 웨이퍼 쪽에 배치되는 면인 내면은 러프(rough)하게 형성되는 웨이퍼 세정장치를 제공한다.

상기 내면에는 연속적으로 골이 형성되는데, 상기 연속적으로 형성된 골은 깊이와 폭이 서로 다를 수도 있고, 상기 연속적으로 형성된 골은 깊이와 폭이 일정할 수도 있다.

상기 내면에는 연속적으로 돌출부가 형성되는데, 상기 돌출부는 높이와 폭이 서로 다를 수도 있고, 상기 돌출부는 높이와 폭이 일정할 수도 있다.

본 발명에 의하면 비산 방지수단의 내면에 돌출부 또는 골을 형성함으로써 와류의 생성을 억제하여 웨이퍼의 상면으로 세정액의 액적이 비산하여 웨이퍼의 상면을 오염시키는 것을 최소화할 수 있는 웨이퍼 세정장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 세정장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 세정장치의 공기흐름을 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치를 설명하기 위한 도면.
도 4 내지 도 6은 비산 방지수단의 내면 형상의 예를 설명하기 위한 도면.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4 내지 도 6은 비산 방지수단의 내면 형상의 예를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치는 웨이퍼의 하면을 세정하기 위한 장치로서 도 3에 도시된 바와 같이 지지수단(10), 노즐(20), 세정액 공급수단, 비산 방지수단(30)을 포함하여 구성되며 상기 비산 방지수단(30)의 내면은 러프(rough)하게 형성된다.

상기 지지수단(10)은 웨이퍼(w)를 지지하며 필요한 경우 웨이퍼(w)를 회전시키기도 한다.

상기 노즐(20)은 웨이퍼(w)의 하면에 세정액을 분사하는 구성이다.

상기 세정액 공급수단(미도시)은 상기 노즐(20)에 세정액을 공급하는 수단으로서, 세정액을 공급하기 위한 배관과 세정액을 보관하기 위한 세정액 챔버 등으로 구성될 수 있는데 도 1에 도시된 종래의 웨이퍼 세정장치에 사용되는 구성과 실질적으로 동일하여 상세한 설명이 필요없다고 판단되며 도면 상에 도시하는 것도 생략하였다.

상기 비산 방지수단(30)은 웨이퍼(w)의 상면을 오염시키는 것을 방지하기 위하여 웨이퍼(w)의 외주를 감싸서 상기 웨이퍼(w)에 분사된 세정액의 액적이 웨이퍼(w)의 상면으로 비산하는 것을 방지하는 구성이다.

상기 비산 방지수단(30)은 상기 웨이퍼(w) 쪽에 배치되는 면인 내면(31)을 포함하고 있으며 상기 내면(31)은 러프(rough)하게 제작된다. 러프하게 제작된다는 의미는 사전적 의미 그대로 매끄럽지 않다는 의미이다. 종래에는 내면이 매끈하게 제작되어 내면 주변에서 와류가 형성되는데 이를 방지하기 위하여 러프한 형태로 내면을 제작하는 것이다.

러프하게 형성된 내면(31)의 예가 도 3 내지 도 6에 도시되어 있다.

내면(31)에는 골(32)나 연속한 돌출부(33)이 형성될 수 있는데 골(32)은 매끈한 가상의 면(a)을 기준으로 안쪽으로 패인 형태를 말하고 돌출부(33)는 매끈한 가상의 면(a)을 기준으로 바깥쪽으로 돌출된 형태를 말한다.

도 3에는 일정한 깊이와 폭의 골(32)가 형성된 내면(31)이 도시되어 있고, 도 4에는 서로 다른 깊이와 폭의 골(32)가 형성된 내면(31)이 도시되어 있으며, 도 5에는 일정한 높이와 폭의 연속적인 돌출부(33)이 형성된 내면(31)이 도 6에는 서로 다른 높이와 폭의 연속적인 돌출부(33)이 형성된 내면(31)이 도시되어 있다.

도시되지는 않았지만 이 밖의 러프한 예로서 골과 연속적인 돌출부가 모두 형성된 내면도 있고, 연속하지 않고 불규칙한 형태의 돌출부라 홈이 형성된 내면도 있으며 매끈하지 않다면 모두 러프한 형태로 볼 수 있다.

이처럼 내면(31)을 러프한 형태로 제작하면 웨이퍼(w)의 세정과정에서 내면(31)으로 비산된 액적이 불규칙한 방향으로 반사(난반사)되며 이렇게 불규칙한 방향으로 반사된 액적이 내면(31)으로 향하는 액적과 충돌하기도 하고 하면서 웨이퍼(w)의 상면으로 비산되는 것이 최소화된다. 이에 따라 웨이퍼(w)의 상면이 오염되는 것도 최소화할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 범위 안에서 다양한 형태로 구체화될 수 있다.

10 : 지지수단 20 : 노즐
30 : 비산 방지수단

Claims (7)

1. 웨이퍼의 하면을 세정하는 웨이퍼 세정장치에 있어서,
   상기 웨이퍼를 지지하는 지지수단;
   상기 웨이퍼에 세정액을 분사하는 노즐;
   상기 노즐에 세정액을 공급하는 세정액 공급수단;
   상기 웨이퍼의 외주를 감싸 상기 웨이퍼에 분사된 세정액의 액적이 상기 웨이퍼의 상면으로 비산하는 것을 방지하는 비산 방지수단;을 포함하며,
   상기 비산 방지수단 중 상기 웨이퍼 쪽에 배치되는 면인 내면은 러프(rough)하게 형성되는 웨이퍼 세정장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 내면에는 연속적으로 골이 형성되는 웨이퍼 세정장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 연속적으로 형성된 골은 깊이와 폭이 서로 다른 웨이퍼 세정장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 연속적으로 형성된 골은 깊이와 폭이 일정한 웨이퍼 세정장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 내면에는 연속적으로 돌출부가 형성된 웨이퍼 세정장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 돌출부는 높이와 폭이 서로 다른 웨이퍼 세정장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 돌출부는 높이와 폭이 일정한 웨이퍼 세정장치.

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