WO2010053280A2 - 대상물의 습식 처리 장치 및 방법과 이에 사용되는 유체 확산판 및 배럴 - Google Patents

대상물의 습식 처리 장치 및 방법과 이에 사용되는 유체 확산판 및 배럴 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for wet processing, such as cleaning or etching an object such as a wafer.
  • a wafer is manufactured as a semiconductor device wafer through a series of processes such as a slicing process, a grinding process, a lapping process, an etching process, and a polishing process.
  • the surface of the wafer is contaminated by various contaminants during the process, the representative contaminants include fine particles, metal contaminants, organic contaminants and the like.
  • Such contaminants not only degrade the quality of the wafer, but also act as a cause of physical defects and deterioration of characteristics of the semiconductor device, and ultimately cause a decrease in the production yield of the semiconductor device. Therefore, in order to remove such contaminants, a wet cleaning process using an etchant such as acid or alkali or deionized water is generally performed.
  • the wafer and the semiconductor device manufacturing process includes a variety of etching processes such as the wafer is placed in an etching bath (wet) and wet etching using an etchant.
  • Patent Application Publication No. 2003-0054732 discloses an etching apparatus for etching a wafer while supplying gas by arranging a pipe having a gas outlet formed under a carrier on which a plurality of wafers are vertically supported.
  • Patent Application Publication No. 2003-0056702 is provided with a gas supply pipe, and in order to diffuse the etching liquid supplied from the bottom of the interior of the treatment tank to the entire treatment tank, a plurality of holes are formed, each spaced up and down spaced from each other
  • An etching apparatus having a plurality of diffusion plates is disclosed.
  • a dead zone which is an area where the flow of the cleaning liquid or the etching liquid is not smooth or stops in the treatment tank, may occur.
  • impurities or by-products generated during the cleaning or etching process may remain, and these impurities or by-products may be re-adsorbed onto the wafer and become a pollution source that contaminates the wafer.
  • a non-uniform wafer may be produced as a main cause, which is becoming more serious as recent design rules become strict.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the fluid diffusion plate and barrel to remove the dead zone in the treatment tank and smooth and uniform flow of the processing fluid to improve the treatment efficiency and uniformity, and the object using the same
  • An object of the present invention is to provide a wet treatment apparatus and method.
  • the fluid diffusion plate has an inner space defined by an upper surface, a lower surface and a side surface, and has a fluid supply unit for supplying a processing fluid to the inner space. And a plurality of through holes penetrating through the lower surface, wherein the through holes are separated from the inner space by a partition wall, and communicate with the inner space through the upper surface in a portion where the through holes are not formed on the upper surface. Many fluid ejections are formed.
  • a plurality of slots are formed on the surface of each of the plurality of slots arranged in parallel to each other, the surface of the object to be mounted upright in the direction perpendicular to the longitudinal direction, Object support rods; Both side plates for rotatably fixing both ends of the plurality of object support rods; And rotating means for rotating the object by rotating the object support rod, wherein the object support rod comprises: a processing fluid injection port for injecting a processing fluid onto the object; And a processing fluid flow path for supplying the processing fluid to the processing fluid injection port.
  • a wet treatment apparatus of an object for achieving the above object, the treatment tank is accommodated in the treatment object; Object support means for receiving and supporting the object to be processed; Processing liquid supply means for supplying a processing liquid from the lower portion of the processing tank; And a fluid diffusion plate as described above disposed between the object support means and the treatment liquid supply means.
  • a wet treatment apparatus of an object according to another aspect of the present invention for achieving the above object is a treatment tank that is accommodated and treated with a flat object to be processed; A barrel according to any one of claims 2 to 6, as an object supporting means for storing and supporting the processing object; And processing liquid supplying means for supplying the processing liquid from the lower portion of the processing tank.
  • a wet processing apparatus of an object according to another aspect of the present invention for achieving the above object is a wafer processing apparatus, the processing tank is accommodated and processed wafer; A rod-shaped wafer support rod rotatably installed in the processing tank, the surface having a plurality of slots for supporting the wafer in a direction perpendicular to the bottom surface of the processing tank; And rotation means connected to the wafer support rod to rotate the wafer support rod in a circumferential direction, the wafer support rod comprising: a processing fluid injection port for injecting a processing fluid onto the wafer; And a processing fluid flow path for supplying the processing fluid to the processing fluid injection port.
  • the wet treatment method of the object according to another aspect of the present invention for achieving the above object, while supplying the treatment liquid and the processing fluid in the lower portion of the treatment object in the treatment tank, the flow and treatment of the treatment liquid is spread It is characterized in that the flow of the fluid is supplied so as not to interfere with each other.
  • the wet treatment method of the object according to another aspect of the present invention for achieving the above object is a wafer processing method, a plurality of wafers in a plurality of wafer support rods each rotatable and disposed in parallel to each other in the processing tank Mounting parallel to each other along the longitudinal direction of the support rods; And processing the wafer by spraying the processing fluid onto the wafer while rotating the wafer in the circumferential direction by rotating the wafer support rod.
  • the processing fluid flow path formed in the wafer support rod is formed. Supplying a processing fluid through the processing fluid injection port formed on the surface of the wafer support rod, characterized in that for spraying the processing fluid to the wafer.
  • the processing liquid and the processing fluid can be diffused and supplied from the lower portion of the object to be treated in the processing tank so as not to interfere with each other. Accordingly, by removing the dead zone in the treatment tank and making the flow of the treatment fluid uniform, resorption on the object to be treated due to the remaining of impurities, etching by-products, and the like can be prevented and uniform treatment can be performed.
  • the processing liquid and the processing fluid can be simultaneously diffused and supplied by one diffusion plate, the processing apparatus can be compactly configured.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a wafer processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a wafer support rod on which a wafer is mounted in the apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of a portion of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an example of a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2.
  • FIG. 5 is another example of a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of a portion of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view showing a state of processing a wafer while injecting a processing fluid by the wafer processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view of a wafer processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a barrel on which a wafer is mounted in the apparatus shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a left side view of the barrel shown in FIG. 9.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of the diffusion plate in the apparatus shown in FIG. 8.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of the diffusion plate in the apparatus shown in FIG. 8.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the lines BB ', C-C', and D-D 'of FIG. 11.
  • the semiconductor wafer is used as the object to be treated, and the cleaning and etching are mainly performed as the wet process.
  • the present invention is not limited thereto, and the present invention is also applied to the wet process of a plate-like object such as a glass substrate or even an arbitrary object. Of course it is possible.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a wafer cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the wafer cleaning apparatus includes a cleaning tank in which a cleaning liquid and a wafer 110 to be cleaned are accommodated, a wafer support rod 120 supporting the wafer 110, a circulation pump 191, and a filter ( 192).
  • the cleaning tank may include an inner tank 111 in which the cleaning liquid and the wafer 110 are accommodated, and an outer tank 112 for circulating the cleaning liquid overflowed from the inner tank 111.
  • the inner tank 111 is filled with a cleaning liquid, such as ultrapure water or ozone water
  • the outer tank 112 is installed outside the upper half of the inner tank 111, and is configured to receive a washing liquid that overflows both walls of the inner tank 111.
  • the overflowed cleaning liquid is supplied back to the inner tank 111 through the circulation pipe 190 by the circulation pump 191, and at this time, the filter 192 may filter out contaminants.
  • the overflowed washing liquid is drained without being recycled, or further, a washing tank composed of only the inner tank 111 is not provided, that is, a separate outer tank 112 is installed.
  • the wafer cleaning apparatus further include a megasonic oscillator 193.
  • the megasonic oscillator 193 applies megasonic energy to the surface of the wafer 110 during the cleaning process to increase the cleaning efficiency. By applying the megasonic energy in this way, a cavitation effect can be obtained in a low frequency region, and an effect by acoustic streaming in a high frequency region can be obtained.
  • FIG. 2 is a partial view illustrating a configuration of a wafer support rod 120 on which a wafer 110 is mounted
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion 150 of FIG. 2.
  • the cleaning liquid injection port and the cleaning liquid flow path 123 are formed in the wafer support rod 120 connected to the rotating means (not shown).
  • the rotation means is a means for rotating the wafer 110 in the circumferential direction, but may have the same shape as a drive shaft connected to the wafer support rod 120, but the present invention is not limited thereto.
  • the rotation means is a drive shaft connected to the wafer support rod 120
  • the wafer support rod 120 is connected to an external drive shaft to rotate clockwise or counterclockwise, thereby rotating the wafer 110 mounted in the slot 124.
  • the present invention can rotate and clean the wafer 110 through the rotation means connected to the wafer support rod 120, thereby enabling uniform cleaning.
  • the cleaning liquid injection port may be configured as one or more injection holes as a passage for injecting the cleaning liquid into the cleaning tank.
  • the cleaning liquid jet hole includes a first cleaning liquid jet hole 121 formed between two adjacent slots 124 of the wafer support rod 120.
  • the slot 124 of the wafer support rod 120 refers to a portion in which the wafer 110 is directly mounted on the wafer support rod 120.
  • the first cleaning liquid injection hole 121 may have two injection holes between two adjacent slots so that the cleaning liquid may be simultaneously injected to both wafers 110.
  • the present invention is not limited thereto, and the first cleaning liquid injection hole 121 may have one or three injection holes between two adjacent slots.
  • the cleaning liquid jet hole further includes a second cleaning liquid jet hole 122 formed on the slot 124 of the wafer support rod.
  • the second cleaning liquid injection hole 122 may have one injection hole per one slot 124, but may have a shape having a plurality of injection holes.
  • the cleaning liquid flow path 123 is a moving passage for supplying the cleaning liquid to the cleaning liquid injection port.
  • the cleaning liquid flow path 123 is formed inside the wafer support rod 120.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2.
  • the cleaning liquid flow path 123 and a plurality of cleaning liquid injection holes 121 for spraying the cleaning liquid are formed in the wafer support rod 120 according to the embodiment of the present invention.
  • the cleaning liquid injection port 121 is formed radially around the cleaning liquid flow path 123, and it is possible to spray the cleaning liquid of the cleaning liquid flow path 123 radially. At this time, the number of the cleaning liquid injection holes 121 may be increased or decreased as necessary.
  • the cleaning liquid flow path 123 includes a cleaning liquid flow path outer wall 125 with a portion thereof open, and the cleaning liquid flow path outer wall 125 is fixed and includes a cleaning liquid injection hole 121 of the wafer support rod 120. As a result, portions other than the cleaning liquid flow path outer wall 125 are rotated. Of course, on the contrary, it is also possible that the cleaning liquid flow path outer wall 125 is rotated and portions other than the cleaning liquid flow path outer wall 125 are fixed.
  • the cleaning liquid flow path outer wall 125 is only partially open, the cleaning liquid can be sprayed only when the cleaning liquid injection port 121 reaches the open portion of the cleaning liquid flow path outer wall 125.
  • the number, the direction, and the like of the open portion of the cleaning liquid flow path outer wall 125 the injection amount or the spraying direction of the cleaning liquid through the cleaning liquid injection port can be adjusted.
  • FIG. 7 is a view showing an injection state of a cleaning liquid by a wafer cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. Referring to the drawings, in the case of a general cleaning device, a dead zone (D) in which the flow of the cleaning liquid is not smooth may occur.
  • the wafer support rod 120 sprays the cleaning liquid in various directions to smooth the fluid flow of the dead zone D and prevent the cleaning liquid from stagnation. Therefore, the cleaning apparatus according to the present invention enables uniform cleaning of the wafer 110 and can prevent resorption onto the wafer 110 due to the retention of impurities.
  • the cleaning efficiency can be improved by applying the megasonic by the megasonic oscillator 193 as described above.
  • the cleaning liquid injected through the cleaning liquid injection holes 121 and 122 may be the same as or different from the main cleaning liquid filled in the cleaning tank 111.
  • the fluid injected through the cleaning liquid injection holes 121 and 122 may be a gas instead of a liquid, and in this case, the cleaning liquid flow in the cleaning tank 111 may be smooth due to the injection of the gas.
  • a wafer is mounted to the wafer support rod of the wafer cleaning apparatus of the above structure. Then, when the wafer cleaning apparatus is operated, the cleaning liquid is supplied to the cleaning bath and comes into contact with the surface of the wafer to start cleaning the wafer.
  • a method of cleaning a wafer by mounting a wafer on a rotatable wafer support rod and rotating the wafer in the circumferential direction, cleaning the wafer by supplying the cleaning liquid through a cleaning liquid flow path formed inside the wafer support rod, The cleaning liquid is sprayed onto the wafer through the cleaning liquid injection hole formed on the surface of the supporting rod. It is also possible to apply megasonic to the wafer during cleaning of the wafer.
  • the cleaning liquid injection port is preferably formed between the slot of the wafer support rod and the slot so that the cleaning liquid is injected onto the surface of the wafer. More preferably, the cleaning liquid jet port is also formed in the slot of the wafer support rod so that the cleaning liquid is also injected to the edge of the wafer.
  • the cleaning liquid injection port is formed radially around the cleaning liquid flow path, and the cleaning liquid is preferably sprayed radially.
  • the present embodiment has been described taking the case of applying to the cleaning of the semiconductor wafer as an example, this embodiment is applicable not only to cleaning the wafer, but also to a general processing process for treating the wafer with a processing liquid including etching.
  • the term 'cleaning' may be the same as replacing the term 'etching' or 'processing'.
  • three wafer support rods 120 are shown to be installed below the cleaning tank, but the number and location of the wafer support rods 120 can be changed.
  • the wafer support rod 120 can be installed also at the upper end of the wafer.
  • the plurality of wafer support rods 120 can be configured in a barrel form.
  • FIGS. 8 to 12 illustrate a wafer etching apparatus as a wafer processing apparatus according to another embodiment of the present invention. That is, this embodiment is described as a device particularly suitable for wafer etching, but of course it can also be used for wafer cleaning.
  • the wafer etching apparatus of this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11.
  • the same reference numerals as the above-described embodiments are the same members having the same configuration as the above-described embodiments, and thus descriptions thereof will be omitted and will be mainly described with respect to differences from the above-described embodiments.
  • the wafer etching apparatus includes an etching bath in which an etchant and a wafer 110 to be etched are accommodated, a barrel 200 containing the wafer 110 (see FIG. 9), a circulation pump 191, and an etchant temperature control device ( 194 and diffuser plate 300. That is, the wafer etching apparatus of the present embodiment is mainly different from the wafer cleaning apparatus of the above-described embodiment, in the form of a barrel 200 in which a wafer support rod 120 for supporting a wafer is disposed on both the upper and lower portions of the wafer 110.
  • the diffusion plate 300 is provided to diffuse the etching liquid supplied or circulated from the barrel 200 into the etching bath.
  • the etching solution used in the wafer etching process of this embodiment may be an alkaline solution such as NaOH, KOH, and may be an acid such as hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3 ), acetic acid (CH 3 COOH), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), or the like. or it may be a mixed acid, or a non-flame (NH 4 HF 2), nitrate (NH 4 NO 3), or a mixture thereof and the like. Since the chemical reaction of wafer etching is mainly exothermic, considerable heat is generated during etching, which makes it impossible to keep the temperature of the etching liquid constant.
  • the temperature of the etching solution is kept constant by passing the etching solution supplied to the etching bath through the etching solution temperature controller 194 implemented by a heat exchanger or the like. desirable.
  • a filter 192 (see FIG. 1) for filtering out impurities and the like may be provided as in the above-described embodiment.
  • a barrel used in the wafer etching apparatus according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 9.
  • the barrel according to the present embodiment includes a plurality of wafer support rods 120, two side plates 201 and 202, and a rotation means.
  • a plurality of wafer support rods 120 (four along the circumference of the wafer 110 in this embodiment) are arranged in parallel with each other, and are rotatably fixed to both side plates 201 and 202.
  • Specific configurations of the wafer support rod 120 that is, the slot 124, the processing fluid flow path 123, and the processing fluid injection holes 121 and 122, are basically the same as those described with reference to FIGS. 3 to 6 in the above-described embodiment. Since the description is the same, the description is omitted.
  • reference numeral 126 denotes a pipe for supplying a processing fluid to the processing fluid flow path 123 of each wafer support rod 120.
  • Both side plates 201 and 202 have a plate-like shape, and are formed with holes in which both ends of the wafer support rod 120 are rotatably inserted, thereby inserting and fixing the wafer support rod 120 therein.
  • a structure is provided in which both side plates are widened from side to side (back and forth in FIG. 9) or separated vertically for mounting the wafer, or a structure capable of changing the position of some wafer support rods 120. That is, for example, as shown in FIG. 10, which is a left side view of FIG.
  • both side plates 201 movably so as to be movable relative to one of the four wafer supports 120 (a wafer support rod located on the upper right side in FIG. 10).
  • An opening groove 203 is formed in the 202, and the wafer support rod 120 is moved to the lower side of the opening groove 203, and then the wafer is mounted. When the wafers are all loaded, the wafer support rod is moved to the upper side of the opening groove again. After fixation, it can be added to the etching process.
  • Rotating means for rotating the wafer support rod 120 may be, for example, made of a motor 210, a power transmission device 220, gears (231, 232) and the like. That is, the motor 210 is mounted on one side plate 202, and the rotational force of the motor 210 is changed by using a power transmission device 220 such as a bevel gear, a worm, and a worm gear to rotate the center of the side plate 202.
  • the center gear 231 is rotatably fixed to the driving unit. Then, the wafers 110 mounted in the slots 124 of the respective wafer support rods 120 are engaged with the center gear 231 and the gears 232 coupled to the ends of the respective wafer support rods 120 rotate in one direction. ) Can be rotated.
  • the rotating means is not limited to the configuration of driving by using a gear, of course, can be modified by various equivalent means such as a chain or a belt.
  • the barrel 200 may be swung up and down to achieve more uniform etching.
  • the etching apparatus according to the present embodiment may include, for example, a barrel rocking means connected to upper portions of both side plates 201 and 202 to swing the barrel 200 up and down.
  • the etching apparatus according to the present embodiment may further include the megasonic oscillator 193 used in the above-described embodiment together with or instead of the barrel swing means.
  • the wafer etching apparatus includes a diffusion plate 300 for diffusing and supplying the etching liquid supplied from the lower portion of the etching tank (or the circular supply) to the upper portion of the etching tank.
  • the gas supply pipe 320 and the flow control valve 321 are connected to the diffusion plate 300 to receive gas from the outside. That is, the diffusion plate 300 not only diffuses the etching liquid supplied from the lower portion of the etching bath, but also simultaneously performs a function of diffusing and ejecting the gas supplied from the outside.
  • the diffusion gas is used to help the smooth flow of the etchant, and to help the by-product gas generated in the reaction of the etchant and the surface of the wafer 110 to be quickly discharged to the upper side of the etchant, inert gas such as nitrogen or argon Can be used. In some cases, a gas that acts on the etching of the wafer together with the etchant may be used.
  • the diffusion plate 300 is a planar shape substantially coincident with the planar shape of the etching bath, and has a structure having an inner space defined by an upper surface, a lower surface, and a side surface.
  • the diffusion plate 300 is preferably made of fluorine resin such as polyvinyllidene fluoride (PVDF), poly (tetrafluoroethylene) PTFE, and poly (fluoroalkoxy) PFA so as not to be corroded by the etching solution.
  • PVDF polyvinyllidene fluoride
  • PTFE poly (tetrafluoroethylene) PTFE
  • PFA fluoroalkoxy
  • a plurality of through holes 311 penetrating the upper and lower surfaces are formed in the diffusion plate 300.
  • the through hole 311 is an etching solution through which the etchant passes, and the through hole 311 has an inner wall and is separated from the internal space of the diffusion plate 300.
  • a plurality of gas ejection openings 312 penetrating only the upper surface and communicating with the internal space are formed in a portion where the etching liquid through hole 311 is not formed.
  • the etching liquid through hole 311 the etching liquid supplied from the lower portion is evenly spread and supplied to the upper portion, and the gas supplied from the outside is uniformly supplied to the upper portion of the etching tank through the gas ejection port 312.
  • the etching liquid through hole 311 and the gas ejection port 312 are formed at the same time, compared to the structure having a plurality of diffusion plates disclosed in the aforementioned Patent Application Publication No. 2003-0056702.
  • the etching apparatus can be configured more compactly, and the etching liquid through hole 311 and the gas ejection port 312 do not interfere with each other, the etching liquid flow and the gas flow do not interfere with each other, so that the wafer having a uniform flatness can be obtained. You can get it.
  • the size, shape, arrangement, etc. of the etching liquid through hole 311 and the gas jet port 312 can be variously modified according to the application.
  • each of the etching liquid through hole 311 and the gas outlet 312 is shown to have the same size and shape, but changes in size and shape according to the distance from the gas supply pipe 320.
  • the cross-sectional shape of the etching liquid through hole 311 may be made narrower from the bottom to the top.
  • the gas supply pipe 320 is shown to be connected at one side of the diffusion plate 300, the number of connection points and the gas supply pipe 320 may also be variously modified.
  • the etching apparatus of the present embodiment is configured to include the barrel 200 shown in FIGS. 9 and 10 and the diffusion plate 300 shown in FIGS. 11 and 12, but the present invention may include only one side or the foregoing.
  • the components of one embodiment and each of the embodiments may be arbitrarily combined. That is, the wafer processing apparatus is configured by combining the non-barrel type wafer support rod 120 of the above-described embodiment or the general barrel having no processing fluid flow path and the processing fluid injection port with the diffusion plate 300 of the present embodiment, It can also be set as the structure provided only the barrel 200 of a present Example.
  • the present embodiment can be applied not only to the etching of the wafer but also to a general processing process for treating the wafer with a processing liquid such as cleaning, as well as to the case of processing the wafer using gas, as in the above-described embodiment.
  • a processing liquid such as cleaning
  • 'cleaning liquid' and 'etching liquid' may be generalized to 'processing fluid'.
  • the present invention can be used for wet treatment such as cleaning and etching of an object such as a semiconductor wafer or a substrate, or a disk-like or flat-shaped object, or an object of arbitrary shape.

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Abstract

반도체 웨이퍼나 기판과 같은 처리 대상물을 세정, 식각 등 습식 처리하는 습식 처리 장치 및 방법과, 이에 사용되는 유체 확산판 및 배럴을 개시한다. 본 발명에 따른 대상물의 습식 처리 장치는, 처리 대상물이 수용되어 처리되는 처리조; 상기 처리조의 내부에 회전가능하게 설치되고, 표면에는 대상물을 상기 처리조의 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 지지하는 복수의 슬롯이 형성된 봉상의 대상물 지지봉; 및 상기 대상물 지지봉에 연결되어 상기 대상물 지지봉을 회전시킴으로써 상기 대상물을 회전시키는 회전 수단;을 구비하고, 상기 대상물 지지봉에는, 상기 대상물에 처리 유체를 분사하는 처리 유체 분사구; 및 상기 처리 유체 분사구로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 유로가 형성되어 있다. 본 발명에 따르면, 처리조 내의 데드존을 제거하고 처리 유체의 균일하고 원활한 흐름이 가능하여 처리 효율 및 처리 균일도가 향상된다.

Description

대상물의 습식 처리 장치 및 방법과 이에 사용되는 유체 확산판 및 배럴
본 발명은 웨이퍼와 같은 대상물을 세정하거나 식각하는 등 습식 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼는 슬라이싱(slicing) 공정, 그라인딩(grinding) 공정, 랩핑(lapping) 공정, 에칭(etching) 공정, 폴리싱(polishing) 공정 등의 일련의 공정을 거쳐 반도체 소자 제조용 웨이퍼로 생산된다. 이때, 웨이퍼는 공정이 진행되는 과정에서 각종 오염물에 의해 표면이 오염되는데, 대표적인 오염물로는 미세 파티클, 금속 오염물, 유기 오염물 등을 들 수 있다. 이러한 오염물은 웨이퍼의 품질을 저하시킬 뿐만 아니라, 반도체 소자의 물리적 결함 및 특성 저하를 일으키는 원인으로 작용하여, 궁극적으로 반도체 소자의 생산 수율을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 이러한 오염물들을 제거하기 위해서는 일반적으로 산 또는 알칼리 등의 에칭액이나 순수(Deionized water)를 이용하는 습식 세정공정을 거치게 된다. 또한, 웨이퍼 및 반도체 소자 제조 공정에는 웨이퍼를 식각조(bath)에 넣고 식각액을 이용하여 습식 식각하는 등 다양한 식각 공정이 포함된다.
최근에는 디자인 룰이 엄격해짐에 따라 웨이퍼의 전(全)면에 대해 보다 높은 청정도와 평탄도를 요하고 있다. 또한, 한 매의 웨이퍼 내에서의 균일한 청정도 및 평탄도는 물론, 통상 세정조 또는 식각조에 복수 매의 웨이퍼를 넣어 처리하는 배치(batch)식 처리의 경우에 웨이퍼간 청정도나 평탄도의 균일성도 요구되고 있다. 이와 관련하여, 대한민국 특허출원공개 제2005-0002532호나 일본 특허출원공개 제2006-032640호 등에 따르면, 바 형태의 지지대에 웨이퍼를 지지하고 지지대를 회전함으로써 웨이퍼를 회전시키면서 세정 또는 식각하는 방법을 개시하고 있으며, 대한민국 특허출원공개 제2005-0059895호에 따르면, 별도의 초순수 분사관을 설치하여 웨이퍼를 세정하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허출원공개 제2003-0054732호에는 다수의 웨이퍼가 수직으로 세워져 지지되는 캐리어의 하부에, 기체 배출구가 형성된 파이프를 배치하여 기체를 공급하면서 웨이퍼를 식각하는 식각 장치가 개시되어 있고, 대한민국 특허출원공개 제2003-0056702호에는 기체 공급관을 구비함과 함께, 처리조 내부 바닥쪽에서 공급되는 식각액을 처리조 전체로 확산시키기 위해, 각각 다수의 구멍이 형성되어 있고 서로 간격을 두고 상하로 배치되는 복수의 확산판을 구비한 식각 장치가 개시되어 있다.
그러나, 종래의 방법에 의하면, 처리조 내에 세정액이나 식각액의 흐름이 원활하지 못하거나 정지하는 영역인 데드존(deadzone)이 발생할 수 있다. 데드존에는 세정 또는 식각 과정에서 발생한 불순물이나 부산물이 잔존하게 될 수 있고, 이러한 불순물이나 부산물은 웨이퍼에 재흡착되어 웨이퍼를 오염시키는 오염원이 될 수 있다. 특히, 식각 속도가 매우 빠른 공정에서는 불균일한 웨이퍼를 양산하게 되는 주원인으로 작용할 수 있으며, 이는 최근 디자인 룰이 엄격해짐에 따라 더욱 심각한 문제가 되어 가고 있다.
특히, 웨이퍼 주변에 초순수 분사관을 설치하는 경우에, 분사는 한 쪽 방향으로만 이루어지므로 분사 반대 방향에는 데드존이 남아 있을 수 있으며, 여러 분사관을 세정조 내에 설치하여야 하므로 장치가 복잡해지고 거대해 지는 등의 문제가 있다. 또한, 다량의 분사관과 같은 여러 장치를 세정조 내에 설치하여야 하기 때문에 이러한 장치가 또 다른 오염원으로 작용하는 문제도 발생할 수 있다.
또한, 캐리어 하부에 기체 공급용 파이프 또는 기체 공급관을 설치하는 경우에 파이프로부터 먼 곳에는 기체가 충분히 공급되지 못하므로 특히 대구경의 웨이퍼를 처리하는 경우에 세정이나 식각의 균일도가 떨어지는 문제가 있다. 아울러, 복수의 확산판을 설치한 경우에는 장치의 부피가 커지는 단점이 있고, 식각액과 기체의 흐름이 상호 간섭하여 식각액 및 기체의 흐름이 원활하고 균일하게 이루어지지 않을 수도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 처리조 내의 데드존을 제거하고 처리 유체의 흐름을 원활하고 균일하게 하여 처리 효율 및 균일도를 향상시킨 유체 확산판 및 배럴과, 이를 이용한 대상물의 습식 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 유체 확산판은, 상면, 하면 및 측면에 의해 한정되는 내부 공간을 가지고, 상기 내부 공간에 처리 유체를 공급하는 유체 공급부를 가지고, 상기 상면과 하면을 관통하는 다수의 통공이 형성되어 있되, 상기 통공은 격벽에 의해 상기 내부 공간과 분리되어 있고, 상기 상면에서 상기 통공이 형성되어 있지 않는 부분에 상기 상면을 관통하여 상기 내부 공간과 연통되는 다수의 유체 분출구가 형성되어 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배럴은, 각각 길이방향에 수직한 방향으로 평판상의 처리 대상물을 세워서 장착하는 복수의 슬롯이 표면에 형성되고, 서로 평행하게 배치된 복수의 대상물 지지봉; 상기 복수의 대상물 지지봉의 양단부를 각각 회전가능하게 고정하는 양측판; 및 상기 대상물 지지봉을 회전시킴으로써 상기 대상물을 회전시키는 회전 수단;을 구비하고, 상기 대상물 지지봉에는, 상기 대상물에 처리 유체를 분사하는 처리 유체 분사구; 및 상기 처리 유체 분사구로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 유로가 형성되어 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 대상물의 습식 처리 장치는, 처리 대상물이 수용되어 처리되는 처리조; 상기 처리 대상물을 수납하여 지지하는 대상물 지지수단; 상기 처리조의 하부에서 처리액을 공급하는 처리액 공급수단; 및 상기 대상물 지지수단과 처리액 공급수단의 사이에 배치되는 전술한 바와 같은 유체 확산판;을 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 대상물의 습식 처리 장치는, 평판상의 처리 대상물이 수용되어 처리되는 처리조; 상기 처리 대상물을 수납하여 지지하는 대상물 지지수단으로서 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 배럴; 및 상기 처리조의 하부에서 처리액을 공급하는 처리액 공급수단;을 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 대상물의 습식 처리 장치는 웨이퍼 처리 장치로서, 처리 대상인 웨이퍼가 수용되어 처리되는 처리조; 상기 처리조의 내부에 회전가능하게 설치되고, 표면에는 웨이퍼를 상기 처리조의 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 지지하는 복수의 슬롯이 형성된 봉상의 웨이퍼 지지봉; 및 상기 웨이퍼 지지봉에 연결되어 상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 회전 수단;을 구비하고, 상기 웨이퍼 지지봉에는, 상기 웨이퍼에 처리 유체를 분사하는 처리 유체 분사구; 및 상기 처리 유체 분사구로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 유로가 형성되어 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 대상물의 습식 처리 방법은, 처리조 내의 처리 대상물 하부에서 처리액과 처리 유체를 확산시켜 공급하되, 확산되는 상기 처리액의 흐름과 처리 유체의 흐름이 서로 간섭되지 않게 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 대상물의 습식 처리 방법은 웨이퍼 처리 방법으로서, 각각 회전 가능하고 처리조 내에 서로 평행하게 배치되는 복수의 웨이퍼 지지봉에 복수의 웨이퍼를 상기 웨이퍼 지지봉의 길이방향을 따라 서로 평행하게 장착하는 단계; 및 상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키면서 웨이퍼에 처리 유체를 분사하여 웨이퍼를 처리하는 단계;를 포함하고, 상기 웨이퍼를 처리하는 단계에서는, 상기 웨이퍼 지지봉 내부에 형성된 처리 유체 유로를 통하여 처리 유체를 공급하고, 상기 웨이퍼 지지봉 표면에 형성된 처리 유체 분사구를 통하여 상기 처리 유체를 상기 웨이퍼에 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 처리조 내의 처리 대상물 하부에서 처리액과 처리 유체를 서로 간섭하지 않도록 확산시켜 공급할 수 있다. 따라서, 처리조 내의 데드존을 제거하고 처리 유체의 흐름을 균일하게 함으로써, 불순물이나 식각 부산물 등의 잔존으로 인한 처리 대상물 상의 재흡착을 방지하고 균일한 처리를 할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 하나의 확산판으로 처리액과 처리 유체를 동시에 확산 공급할 수 있으므로 처리 장치를 컴팩트하게 구성할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 이하의 실시예 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치에서 웨이퍼가 장착된 웨이퍼 지지봉의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 일부분에 대한 부분 확대도이다.
도 4는 도 2의 A-A'선을 따라 절단하여 바라본 단면도의 일예이다.
도 5는 도 2의 A-A'선을 따라 절단하여 바라본 단면도의 다른 예이다.
도 6은 도 5의 일부분에 대한 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치에 의해 처리 유체를 분사하면서 웨이퍼를 처리하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 장치에서 웨이퍼가 장착된 배럴의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 배럴의 좌측면도이다.
도 11은 도 8에 도시된 장치에서 확산판의 구성을 도시한 사시도이다.
도 12는 도 11의 B-B', C-C' 및 D-D'선을 따라 절단하여 바라본 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 이하의 설명에서는 처리 대상물로서 반도체 웨이퍼를 들고 습식 처리로서 세정과 식각을 중심으로 설명하나, 본 발명이 이에 한하지 않고 유리 기판과 같은 평판상의 물건이나, 나아가 임의의 대상물의 습식 처리에도 적용가능함은 물론이다.
도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는 세정액과 세정 대상인 웨이퍼(110)가 수용되는 세정조, 웨이퍼(110)를 지지하는 웨이퍼 지지봉(120), 순환 펌프(191) 및 필터(192)를 포함한다.
세정조는 세정액과 웨이퍼(110)가 수용되는 내조(111)와, 내조(111)로부터 오버플로우(overflow)된 세정액이 순환되도록 하기 위한 외조(112)로 구성될 수 있다. 내조(111)에는 초순수나 오존수와 같이 세정액이 채워지며, 외조(112)는 내조(111)의 상반부 외측에 설치되어, 내조(111)의 양측 벽을 오버플로우되는 세정액을 받을 수 있도록 구성된다. 오버플로우된 세정액은 순환펌프(191)에 의해 순환배관(190)을 통해 내조(111)로 다시 공급되며, 이때 필터(192)를 통해 오염물 등을 걸러낼 수 있다. 하지만, 오버플로우된 세정액이 재순환되지 않고 배수되거나, 나아가 별도의 외조(112)가 설치되지 않은, 즉 내조(111)만으로 구성된 세정조를 채택할 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는, 메가소닉 발진기(193)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 메가소닉 발진기(193)는 세정 효율을 높이기 위해 세정 공정이 진행되는 동안 웨이퍼(110)의 표면에 메가소닉 에너지를 인가한다. 이와 같이 메가소닉 에너지를 인가함으로써, 낮은 주파수 영역에서는 캐비테이션(cavitation) 효과를 얻을 수 있고, 높은 주파수 영역에서는 입자가속(Acoustic Streaming)에 의한 효과를 얻을 수 있다.
웨이퍼 지지봉(120)은, 세정조 내부에 서로 평행하게 복수개 설치되어 웨이퍼(110)를 세정조의 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 지지한다. 도 2는 웨이퍼(110)가 장착된 웨이퍼 지지봉(120)의 구성을 나타내는 부분도이며, 도 3은 도 2의 일부분(150)에 대한 부분 확대도이다. 도면을 참조하면, 회전 수단(도시되지 않음)에 연결된 웨이퍼 지지봉(120)에는, 세정액 분사구, 및 세정액 유로(123)가 형성되어 있다.
회전 수단은 웨이퍼(110)를 원주 방향으로 회전시키는 수단으로서, 웨이퍼 지지봉(120)에 연결된 구동축과 같은 형태일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 회전 수단이 웨이퍼 지지봉(120)에 연결된 구동축인 경우, 웨이퍼 지지봉(120)은 외부의 구동축과 연결되어 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전함으로써, 슬롯(124)에 장착된 웨이퍼(110)를 회전시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 웨이퍼 지지봉(120)에 연결된 회전 수단을 통해 웨이퍼(110)를 회전시키며 세정할 수 있으므로, 균일한 세정을 가능하게 한다.
세정액 분사구는, 세정조로 세정액을 분사하는 통로로서 하나 또는 그 이상의 분사구로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 세정액 분사구는 웨이퍼 지지봉(120)의 인접한 2개의 슬롯(124) 사이에 형성된 제1 세정액 분사구(121)를 포함한다. 여기서, 웨이퍼 지지봉(120)의 슬롯(124)이란, 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 지지봉(120)에서 웨이퍼(110)가 직접 장착되는 부분을 말한다. 웨이퍼 지지봉(120)에 연결된 회전 수단에 의해 웨이퍼(110)를 회전시키면서, 제1 세정액 분사구(121)를 통해 세정액을 분사하면, 웨이퍼(110) 사이의 유속을 가속하여 세정 효율을 향상시킬 수 있고, 또한, 세정 효율이 높아짐에 따라 결과적으로 세정 시간도 단축할 수 있게 된다. 도 3을 참조하면, 제1 세정액 분사구(121)는 양쪽 웨이퍼(110)에 세정액이 동시에 분사될 수 있도록 인접한 2개의 슬롯 사이에 2개의 분사구를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 세정액 분사구(121)는 인접한 2개의 슬롯 사이에 1개 또는 3개 이상의 분사구를 가질 수도 있다.
더욱 바람직하게는, 세정액 분사구는 웨이퍼 지지봉의 슬롯(124) 상에 형성된 제2 세정액 분사구(122)를 더 포함한다. 도면을 참조하면, 제2 세정액 분사구(122)는 1개의 슬롯(124) 당 1개의 분사구를 가질 수 있으나, 복수의 분사구를 갖는 형태도 가능하다.
세정액 유로(123)는, 세정액을 세정액 분사구로 공급하는 이동 통로이다. 바람직하게는, 세정액 유로(123)는 웨이퍼 지지봉(120)의 내부에 형성된다.
도 4는 도 2의 A-A'선을 따라 절단하여 바라본 단면도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 지지봉(120)의 내부에는 세정액 유로(123)와 세정액을 분사할 수 있는 복수의 세정액 분사구(121)가 형성되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 세정액 분사구(121)는 세정액 유로(123)를 중심으로 방사상으로 형성되어 있어, 세정액 유로(123)의 세정액을 방사상으로 분사하는 것이 가능하다. 이때, 세정액 분사구(121)의 개수는 필요에 따라 증감할 수 있다.
도 5는 도 2의 A-A'선을 따라 절단하여 바라본 단면도의 다른 예이며, 도 6은 도 5의 일부분(170)에 대한 부분 확대도이다. 도면을 참조하면, 세정액 유로(123)는 일부분이 개방된 세정액 유로 외벽(125)을 포함하되, 이 세정액 유로 외벽(125)은 고정되어 있고, 웨이퍼 지지봉(120) 중 세정액 분사구(121)를 포함하여 세정액 유로 외벽(125) 이외의 부분이 회전한다. 물론 이와는 반대로 세정액 유로 외벽(125)이 회전하고 세정액 유로 외벽(125) 이외의 부분이 고정하는 것도 가능하다. 그러면, 세정액 유로 외벽(125)은 부분적으로만 개방되어 있기 때문에, 세정액 분사구(121)가 세정액 유로 외벽(125)의 개방된 부분에 이르게 된 경우에만 세정액을 분사할 수 있다. 한편, 세정액 유로 외벽(125)의 개방 부분의 개수 또는 방향 등을 조정함으로써, 세정액 분사구를 통한 세정액의 분사량 또는 분사 방향 등을 조정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치에 의한 세정액의 분사 상태를 나타내는 도면이다. 도면을 참조하면, 일반적인 세정 장치의 경우 세정액의 흐름이 원활하지 못한 데드존(D)이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 세정 장치의 경우, 웨이퍼 지지봉(120)이 여러 방향으로 세정액을 분사함으로써, 데드존(D)의 유체 흐름을 원활하게 하고 세정액이 정체되는 것을 방지한다. 따라서, 본 발명에 의한 세정 장치는 웨이퍼(110)의 균일한 세정을 가능하게 하고, 불순물의 정체로 인한 웨이퍼(110)로의 재흡착을 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 메가소닉 발진기(193)에 의해 메가소닉을 인가함으로써 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 세정액 분사구(121, 122)를 통해 분사되는 세정액은 세정조(111) 내에 채워지는 주 세정액과 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 세정액 분사구(121, 122)를 통해 분사되는 유체는 액체가 아닌 기체일 수도 있으며, 이 경우 기체의 분사로 인하여 세정조(111) 내의 세정액 흐름이 원활하게 될 수 있다.
다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 실시예의 웨이퍼 세정 장치를 이용한 세정 방법을 설명한다.
먼저, 웨이퍼에 대한 단위 공정이 종료되면 웨이퍼를 상기와 같은 구성의 웨이퍼 세정 장치의 웨이퍼 지지봉에 장착한다. 그런 다음, 웨이퍼 세정 장치를 작동시키면 세정조로 세정액이 공급되고 웨이퍼의 표면과 접촉하게 되어 웨이퍼의 세정을 시작한다.
본 발명에 따른 회전 가능한 웨이퍼 지지봉에 웨이퍼를 장착하고 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키면서 웨이퍼에 세정액을 분사하여 웨이퍼를 세정하는 방법은, 상기 웨이퍼 지지봉 내부에 형성된 세정액 유로를 통하여 세정액을 공급하고, 상기 웨이퍼 지지봉 표면에 형성된 세정액 분사구를 통하여 상기 세정액을 상기 웨이퍼에 분사한다. 또한, 웨이퍼의 세정 중에 웨이퍼에 메가소닉을 인가할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 세정액 분사구는 웨이퍼 지지봉의 슬롯과 슬롯 사이에 형성되어 세정액이 웨이퍼의 표면으로 분사되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 세정액 분사구는 웨이퍼 지지봉의 슬롯에도 형성되어 세정액이 웨이퍼의 에지로도 분사된다.
또한, 세정액 분사구는 세정액 유로를 중심으로 방사상으로 형성되어, 세정액이 방사상으로 분사되는 것이 바람직하다.
지금까지, 본 실시예가 반도체 웨이퍼의 세정에 적용되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 실시예는 웨이퍼의 세정만이 아니라 식각을 포함하여 처리액으로 웨이퍼를 처리하는 일반적인 처리 공정에도 적용 가능하다. 이 경우, 상술한 설명에서 '세정'이란 용어는, '식각'이나 '처리'란 용어로 대체함으로써 동일한 설명이 가능하다.
또한, 상술한 설명에서는 처리액, 즉 액체를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 기체를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 경우에도 적용 가능하다. 이 경우, 상술한 설명에서 '세정액', '식각액'은 '처리 유체'로 일반화될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 웨이퍼 지지봉(120)은 세정조 내부 아래쪽에 3개 설치되는 것으로 도시되었지만, 웨이퍼 지지봉(120)의 개수와 설치개소는 변경이 가능하다. 특히, 본 실시예의 장치를 격렬한 화학반응을 수반하는 식각에 이용하는 경우 격렬한 화학반응에 의해 발생되는 기체나 식각액의 흐름에 의해 웨이퍼(110)가 요동하여 서로 부딪치거나 떠오르는 등의 부작용을 방지하기 위해 웨이퍼 지지봉(120)을 웨이퍼의 상단부에도 설치하는 것이 바람직하다. 나아가, 이하에 기술하는 실시예와 같이, 복수의 웨이퍼 지지봉(120)을 배럴 형태로 구성하는 것도 가능하다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치로서 웨이퍼 식각 장치를 도시한 도면들이다. 즉, 본 실시예는 특히 웨이퍼 식각에 적합한 장치로서 설명되지만 웨이퍼 세정에도 사용가능함은 물론이다. 도 8 내지 도 11을 참조하여 본 실시예의 웨이퍼 식각 장치에 대해 설명한다. 다만, 도면에서 전술한 실시예와 동일한 참조부호는 전술한 실시예와 동일한 구성을 가지는 동일한 부재이므로 그에 대한 설명은 생략하고, 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
본 실시예에 따른 웨이퍼 식각 장치는 식각액과 식각 대상인 웨이퍼(110)가 수용되는 식각조, 웨이퍼(110)를 수납하는 배럴(200, 도 9 참조), 순환 펌프(191), 식각액 온도조절장치(194) 및 확산판(300)을 포함한다. 즉, 본 실시예의 웨이퍼 식각 장치가 전술한 실시예의 웨이퍼 세정 장치와 주로 다른 점은, 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지봉(120)이 웨이퍼(110)의 상부와 하부에 모두 배치되는 배럴(200) 형태로 제공되고, 배럴(200) 하부에서 공급 또는 순환공급되는 식각액을 식각조 내부로 확산시키는 확산판(300)이 제공된다는 점이다.
본 실시예의 웨이퍼 식각 처리에 사용되는 식각액은 NaOH, KOH 등의 알칼리 용액일 수 있고, 불산(HF), 질산(HNO3), 초산(CH3COOH), 인산(H3PO4) 등의 산 또는 혼합산, 또는 불화염(NH4HF2), 질산염(NH4NO3) 또는 그 혼합물 등을 사용할 수 있다. 웨이퍼 식각의 화학 반응은 주로 발열 반응이므로 식각 중에 상당한 열이 발생하게 되고 이는 식각액의 온도를 일정하게 유지할 수 없게 한다. 식각액의 온도 변화와 불균일한 온도는 결과적으로 웨이퍼 평탄도를 악화시킬 수 있으므로 식각조로 공급되는 식각액을 열교환기 등으로 구현되는 식각액 온도조절장치(194)를 통과시킴으로써 식각액의 온도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 실시예와 마찬가지로 불순물 등을 걸러내는 필터(192, 도 1 참조)를 구비할 수도 있다.
도 9를 참조하여 본 실시예에 따른 웨이퍼 식각 장치에 사용되는 배럴에 대하여 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 배럴은 복수의 웨이퍼 지지봉(120), 양측판(201, 202) 및 회전 수단을 포함한다.
웨이퍼 지지봉(120)은 서로 평행하게 복수개(본 실시예에서는 웨이퍼(110)의 둘레를 따라 4개)가 배치되고, 양측판(201, 202)에 회전가능하게 고정된다. 웨이퍼 지지봉(120)의 구체적인 구성 즉, 슬롯(124), 처리 유체 유로(123), 처리 유체 분사구(121, 122) 등의 구성은 전술한 실시예에서 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 기본적으로 동일하므로 그 설명을 생략한다. 한편, 도 9에서 참조부호 126은 각 웨이퍼 지지봉(120)의 처리 유체 유로(123)로 처리 유체를 공급하기 위한 배관이다.
양측판(201, 202)은 기본적으로 판상의 형태를 가지고 웨이퍼 지지봉(120)의 양단부가 회전가능하게 삽입되는 구멍이 형성되어 있어, 여기에 웨이퍼 지지봉(120)을 삽입하여 고정한다. 한편, 복수의 웨이퍼 지지봉(120)의 배치에 따라서는 배럴(200)에 웨이퍼(110)를 장착하기가 곤란할 수 있다. 이런 경우에, 웨이퍼의 장착을 위해 양측판이 좌우로(도 9에서는 전후로) 벌려지거나 상하로 분리되는 구조, 또는 일부의 웨이퍼 지지봉(120)의 위치를 변경시킬 수 있는 구조가 제공된다. 즉, 예를 들어, 도 9의 좌측면도인 도 10에 도시된 바와 같이, 4개의 웨이퍼 지지봉(120) 중 하나(도 10에서 우상측에 위치한 웨이퍼 지지봉)에 대하여 이동가능하도록 양측판(201, 202)에 개구홈(203)을 형성해 두고, 이 웨이퍼 지지봉(120)을 개구홈(203)의 아래쪽으로 이동시킨 후 웨이퍼를 장착하고, 웨이퍼가 모두 장착되면 웨이퍼 지지봉을 다시 개구홈의 윗쪽으로 이동시켜 고정한 후 식각 공정에 투입할 수 있다.
웨이퍼 지지봉(120)을 회전시키는 회전 수단은, 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이, 모터(210), 동력 전달 장치(220), 기어(231, 232) 등으로 이루어질 수 있다. 즉, 일방의 측판(202)에 모터(210)를 장착하고, 모터(210)의 회전력을 베벨기어나 웜과 웜기어 등의 동력 전달 장치(220)를 이용하여 회전 방향을 바꾸어 측판(202) 중심에 회전가능하게 고정된 중심 기어(231)를 구동한다. 그러면, 중심 기어(231)에 맞물려 있고 각 웨이퍼 지지봉(120)의 단부에 결합된 기어들(232)이 한 방향으로 회전하면서 각 웨이퍼 지지봉(120)의 슬롯(124)에 장착된 웨이퍼들(110)이 회전할 수 있게 된다. 여기서, 회전 수단은 기어를 이용하여 구동하는 구성으로 한정되지 않고, 체인이나 벨트 등 다양한 균등한 수단으로 변형가능함은 물론이다.
한편, 본 실시예에 따른 식각 장치를 이용하여 식각 공정을 진행하는 동안, 배럴(200)을 상하로 요동시킴으로써 더욱 균일한 식각을 도모할 수도 있다. 이를 위해 본 실시예에 따른 식각 장치는, 도시하지는 않았지만, 예컨대 양측판(201, 202)의 상부에 연결되어 배럴(200)을 상하로 요동시키는 배럴 요동 수단을 구비할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 식각 장치는 배럴 요동 수단과 함께 또는 그 대신에 전술한 실시예에서 사용한 메가소닉 발진기(193)를 더 구비할 수도 있다.
본 실시예에 따른 웨이퍼 식각 장치에는 식각조 하부에서 공급되는(또는 순환 공급되는) 식각액을 식각조 상부로 확산시켜 공급하는 확산판(300)을 구비한다. 또한, 이 확산판(300)에는 기체 공급 배관(320) 및 유량 조절 밸브(321)가 연결되어 외부로부터 기체를 공급받을 수 있게 되어 있다. 즉, 확산판(300)은 식각조 하부에서 공급되는 식각액을 확산할 뿐만 아니라, 외부로부터 공급되는 기체를 확산 분출하는 기능도 동시에 담당한다. 이렇게 확산 공급되는 기체는 식각액의 원활한 흐름을 돕고, 식각액과 웨이퍼(110) 표면의 반응에서 생성되는 부산물 기체가 식각조 위쪽으로 신속하게 배출되도록 돕는 역할을 하는 것으로서, 질소나 아르곤 등의 불활성 기체를 사용할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 식각액과 함께 웨이퍼의 식각에 작용하는 기체를 사용할 수도 있다.
확산판(300)은 식각조의 평면 형상과 대략 일치하는 평면 형상으로서, 상면, 하면 및 측면에 의해 한정되는 내부 공간을 가지는 구조이다. 확산판(300)은 식각액에 의해 부식되지 않도록 PVDF(poly(vinylidene fluoride)), PTFE(poly(tetrafluoroethylene)), PFA(poly(fluoroalkoxy)) 등의 불소계 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 확산판(300)에는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상면과 하면을 관통하는 통공(311)이 다수 형성되어 있다. 이 통공(311)은 식각액이 통과하는 식각액 통공으로서 통공(311)에는 내벽이 있어 확산판(300) 내부 공간과는 분리된 구조이다. 또한, 확산판(300)에는 식각액 통공(311)이 형성되어 있지 않는 부분에 상면만을 관통하여 내부 공간과 연통되는 기체 분출구(312)가 다수 형성되어 있다. 따라서, 식각액 통공(311)을 통해서는 하부에서 공급되는 식각액이 고르게 확산되어 상부로 공급되고, 기체 분출구(312)를 통해서는 외부로부터 공급되는 기체가 식각조 상부로 고르게 공급되게 된다. 특히, 본 실시예에 따른 확산판(300)에는 식각액 통공(311)과 기체 분출구(312)가 동시에 형성되어 있어 전술한 특허출원공개 제2003-0056702호에 개시된 복수의 확산판을 가지는 구조에 비해 식각 장치를 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있고, 또한 식각액 통공(311)과 기체 분출구(312)가 서로 간섭하지 않는 구조여서 식각액의 흐름과 기체의 흐름이 서로 간섭하지 않게 되므로 균일한 평탄도의 웨이퍼를 얻을 수 있다.
한편, 식각액 통공(311)과 기체 분출구(312)의 크기, 형태, 배치 등은 응용에 따라 다양하게 변형가능하다. 예를 들어, 도 11 및 도 12에서 식각액 통공(311)과 기체 분출구(312)의 각각은 동일한 크기와 형상을 가지는 것으로 도시되었으나 기체 공급 배관(320)으로부터의 거리에 따라 그 크기와 형태를 변화시킬 수 있고, 식각액 통공(311)의 단면 형상을 아래쪽에서 위쪽으로 갈수록 좁아지게 형성할 수도 있다. 또한, 기체 공급 배관(320)은 확산판(300)의 측면 1개소에서 연결되는 것으로 도시되었으나, 연결 개소와 기체 공급 배관(320)의 개수도 다양하게 변형가능하다.
나아가, 본 실시예의 식각 장치는 도 9 및 도 10에 도시된 배럴(200)과 도 11 및 도 12에 도시된 확산판(300)을 함께 구비하는 구성이지만, 본 발명은 어느 일방만을 구비하거나 전술한 실시예와 본 실시예의 각 구성요소들을 임의로 조합하여 구성할 수도 있다. 즉, 웨이퍼 처리 장치를 전술한 실시예의 비(非) 배럴 타입의 웨이퍼 지지봉(120) 또는 처리 유체 유로와 처리 유체 분사구를 가지지 않는 일반적인 배럴과 본 실시예의 확산판(300)을 조합하여 구성하거나, 본 실시예의 배럴(200)만을 구비하는 구성으로 할 수도 있다.
또한, 본 실시예도 전술한 실시예와 마찬가지로, 웨이퍼의 식각만이 아니라 세정 등 처리액으로 웨이퍼를 처리하는 일반적인 처리 공정에 적용 가능하고, 기체를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 경우에도 적용 가능하며, 상술한 설명에서 '세정액', '식각액'은 '처리 유체'로 일반화될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼나 기판 등 원반상 또는 평판상의 대상물, 나아가 임의 형상의 대상물에 대하여 세정, 식각 등의 습식 처리를 하는 데에 이용할 수 있다.

Claims (36)

  1. 대상물의 습식 처리 장치에 사용되는 유체 확산판에 있어서,
    상면, 하면 및 측면에 의해 한정되는 내부 공간을 가지고,
    상기 내부 공간에 처리 유체를 공급하는 유체 공급부를 가지고,
    상기 상면과 하면을 관통하는 다수의 통공이 형성되어 있되, 상기 통공은 격벽에 의해 상기 내부 공간과 분리되어 있고,
    상기 상면에서 상기 통공이 형성되어 있지 않는 부분에 상기 상면을 관통하여 상기 내부 공간과 연통되는 다수의 유체 분출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 확산판.
  2. 각각 길이방향에 수직한 방향으로 평판상의 처리 대상물을 세워서 장착하는 복수의 슬롯이 표면에 형성되고, 서로 평행하게 배치된 복수의 대상물 지지봉;
    상기 복수의 대상물 지지봉의 양단부를 각각 회전가능하게 고정하는 양측판; 및
    상기 대상물 지지봉을 회전시킴으로써 상기 대상물을 회전시키는 회전 수단;을 구비하고,
    상기 대상물 지지봉에는, 상기 대상물에 처리 유체를 분사하는 처리 유체 분사구; 및 상기 처리 유체 분사구로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배럴.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구는 상기 슬롯과 슬롯 사이에 형성되어 상기 대상물의 표면으로 처리 유체를 분사하는 제1 처리 유체 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배럴.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구는, 상기 슬롯에 형성되어 상기 대상물의 에지로 처리 유체를 분사하는 제2 처리 유체 분사구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배럴.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 처리 유체 유로는 상기 대상물 지지봉의 내부에 형성되고,
    상기 처리 유체 분사구는 상기 처리 유체 유로를 중심으로 방사상으로 형성되어 있어, 처리 유체를 방사상으로 분사하는 것을 특징으로 하는 배럴.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 처리 유체 유로는 일부분이 개방된 처리 유체 유로 외벽에 의해 한정되고,
    상기 처리 유체 유로 외벽 및 상기 대상물 지지봉의 상기 처리 유체 유로 외벽 이외의 부분 중 어느 일방은 고정되고 타방이 회전 가능한 것을 특징으로 하는 배럴.
  7. 처리 대상물이 수용되어 처리되는 처리조;
    상기 처리 대상물을 수납하여 지지하는 대상물 지지수단;
    상기 처리조의 하부에서 처리액을 공급하는 처리액 공급수단; 및
    상기 대상물 지지수단과 처리액 공급수단의 사이에 배치되는 제1항에 기재된 유체 확산판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 처리 대상물이 평판상의 물건인 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 처리 대상물이 웨이퍼이고,
    상기 대상물 지지수단은, 그 표면에는 상기 웨이퍼를 상기 처리조의 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 지지하는 복수의 슬롯이 형성된 봉상의 지지봉인 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지봉은 상기 처리조의 내부에 회전가능하게 설치되고,
    상기 지지봉에 연결되어 상기 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 회전수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 지지봉은 상기 웨이퍼의 둘레를 따라 복수개가 서로 평행하게 배치되어 배럴을 구성하는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배럴을 상기 처리조 내부에서 상하 방향으로 요동시키는 배럴 요동 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 처리 대상물에 메가소닉을 인가하는 메가소닉 발진기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 처리 대상물이 평판상의 물건이고,
    상기 대상물 지지수단은 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 배럴인 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 장치.
  15. 평판상의 처리 대상물이 수용되어 처리되는 처리조;
    상기 처리 대상물을 수납하여 지지하는 대상물 지지수단으로서 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 배럴; 및
    상기 처리조의 하부에서 처리액을 공급하는 처리액 공급수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 장치.
  16. 웨이퍼 처리 장치에 있어서,
    처리 대상인 웨이퍼가 수용되어 처리되는 처리조;
    상기 처리조의 내부에 회전가능하게 설치되고, 표면에는 웨이퍼를 상기 처리조의 바닥면에 수직한 방향으로 세워서 지지하는 복수의 슬롯이 형성된 봉상의 웨이퍼 지지봉; 및
    상기 웨이퍼 지지봉에 연결되어 상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키는 회전 수단;을 구비하고,
    상기 웨이퍼 지지봉에는, 상기 웨이퍼에 처리 유체를 분사하는 처리 유체 분사구; 및 상기 처리 유체 분사구로 처리 유체를 공급하는 처리 유체 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구는 상기 슬롯과 슬롯 사이에 형성되어 상기 웨이퍼의 표면으로 처리 유체를 분사하는 제1 처리 유체 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구는, 상기 슬롯에 형성되어 상기 웨이퍼의 에지로 처리 유체를 분사하는 제2 처리 유체 분사구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 처리 유체 유로는 상기 웨이퍼 지지봉의 내부에 형성되고,
    상기 처리 유체 분사구는 상기 처리 유체 유로를 중심으로 방사상으로 형성되어 있어, 처리 유체를 방사상으로 분사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 처리 유체 유로는 일부분이 개방된 처리 유체 유로 외벽에 의해 한정되고,
    상기 처리 유체 유로 외벽 및 상기 웨이퍼 지지봉의 상기 처리 유체 유로 외벽 이외의 부분 중 어느 일방은 고정되고 타방이 회전 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 웨이퍼에 메가소닉을 인가하는 메가소닉 발진기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지봉은 상기 웨이퍼의 둘레를 따라 복수개가 서로 평행하게 배치되어 배럴을 구성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 배럴을 상기 처리조 내부에서 상하 방향으로 요동시키는 배럴 요동 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  24. 처리조 내에서 처리 대상물을 습식 처리하는 방법으로서,
    상기 처리조 내의 처리 대상물 하부에서 처리액과 처리 유체를 확산시켜 공급하되, 확산되는 상기 처리액의 흐름과 처리 유체의 흐름이 서로 간섭되지 않게 공급하는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 처리 대상물이 웨이퍼이고,
    상기 웨이퍼를 상기 처리조의 바닥면에 수직한 방향으로 복수 매 세워서 처리하는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 원주방향으로 회전시키면서 처리하는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 처리 대상물을 처리하는 중에 상기 처리 대상물에 메가소닉을 인가하는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 방법.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 처리 대상물을 처리하는 중에 상기 처리 대상물을 상하로 요동시키는 것을 특징으로 하는 대상물의 습식 처리 방법.
  29. 각각 회전 가능하고 처리조 내에 서로 평행하게 배치되는 복수의 웨이퍼 지지봉에 복수의 웨이퍼를 상기 웨이퍼 지지봉의 길이방향을 따라 서로 평행하게 장착하는 단계; 및
    상기 웨이퍼 지지봉을 회전시킴으로써 상기 웨이퍼를 원주 방향으로 회전시키면서 웨이퍼에 처리 유체를 분사하여 웨이퍼를 처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 웨이퍼를 처리하는 단계에서는, 상기 웨이퍼 지지봉 내부에 형성된 처리 유체 유로를 통하여 처리 유체를 공급하고, 상기 웨이퍼 지지봉 표면에 형성된 처리 유체 분사구를 통하여 상기 처리 유체를 상기 웨이퍼에 분사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구가 상기 웨이퍼 지지봉의 슬롯과 슬롯 사이에 형성되어 상기 처리 유체가 웨이퍼의 표면으로 분사되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구가 상기 웨이퍼 지지봉의 슬롯에도 형성되어 상기 처리 유체가 웨이퍼의 에지로도 분사되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 처리 유체 분사구가 상기 처리 유체 유로를 중심으로 방사상으로 형성되어, 상기 처리 유체가 방사상으로 분사되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  33. 제29항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 처리하는 중에 상기 웨이퍼에 메가소닉을 인가하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  34. 제29항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지봉 하부에서 웨이퍼 처리액을 상기 처리조 내부로 확산시키면서 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 처리하는 중에, 확산되는 상기 웨이퍼 처리액의 흐름과 간섭되지 않게 상기 웨이퍼를 향하여 기체를 분출시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
  36. 제29항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 처리하는 중에 상기 복수의 웨이퍼 지지봉을 상하로 요동시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 방법.
PCT/KR2009/006402 2008-11-04 2009-11-03 대상물의 습식 처리 장치 및 방법과 이에 사용되는 유체 확산판 및 배럴 WO2010053280A2 (ko)

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