WO2023219219A1 - 기판 세정 장치 및 세정 방법 - Google Patents

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최은석
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Definitions

  • the embodiment relates to a substrate cleaning device and cleaning method that can improve the cleaning performance of a substrate by allowing ultrasonic waves to be irradiated evenly over the entire surface without dead zones.
  • a substrate is produced as a substrate for manufacturing semiconductor devices 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 substrate may be contaminated by fine particles, metal contaminants, organic contaminants, etc. These contaminants not only deteriorate the quality of the substrate, but also cause physical defects and deterioration of the characteristics of the semiconductor device, ultimately reducing the production yield of the semiconductor device. Therefore, in order to remove contaminants on the surface of the substrate, a wet cleaning process is performed using an etching solution such as acid or alkali or deionized water.
  • an etching solution such as acid or alkali or deionized water.
  • the wet cleaning process is divided into a single wafer method, which cleans the substrates one by one, and a batch method, which cleans the substrates all at once.
  • the batch type substrate cleaning device can clean the surface of the substrates by immersing a plurality of substrates in a cleaning tank filled with a cleaning solution for a certain period of time and generating ultrasonic waves in the cleaning solution.
  • Contaminants such as particles, organic substances, and metal contaminants present on the surface of the substrate are removed through a chemical reaction using an appropriate cleaning solution such as SC1 (standard cleaning-1), SC2 (standard cleaning-2), phosphoric acid, etc. It can be removed.
  • SC1 standard cleaning-1
  • SC2 standard cleaning-2
  • phosphoric acid etc.
  • contaminants on the surface of the substrate can be removed more efficiently by ultrasonic vibration transmitted through the cleaning liquid, and wet etching can be performed to remove oxide or nitride films formed on the surface of the substrate.
  • a gas injection unit that sprays a cleaning gas onto the wafer; a gas recovery unit facing the gas injection unit with the wafer in between; and a rotation driver that rotates the wafer.
  • the rotation driver directly contacts the edge portion of the wafer and includes a groove into which the edge portion of the wafer is inserted.
  • the embodiment provides a substrate cleaning device and cleaning method that can rotate the substrates supported on the combs at a set angle during ultrasonic cleaning so that ultrasonic waves are irradiated evenly throughout the entire area without a dead zone even if a simple structure is provided inside the cleaning tank.
  • the purpose is to provide.
  • a cleaning tank containing a plurality of substrates and a cleaning solution
  • a megasonic is provided at the bottom of the cleaning tank and irradiates ultrasonic waves toward the substrates for a cleaning time (t);
  • First and second side arms disposed on both sides of the cleaning tank; a plurality of first and second side combs provided below the first and second side arms and supporting both lower sides of the substrates;
  • a center arm disposed at the inner center of the washing tank; a plurality of center combs provided at a lower portion of the center arm and supporting lower centers of the substrates; and a driving unit that moves the center arm up/down or swings it relative to the center of the substrate during the cleaning time (t).
  • the first and second side arms include a pair of straight portions disposed perpendicularly at positions corresponding to both edges of the substrates, and each of the straight portions is downward inward toward the bottom of the straight portions. It may further include a pair of inclined portions, and the first and second side combs may be disposed at regular intervals between the inclined portions.
  • the center arm is vertically disposed across the centers of the substrates, and may be driven to lift or swing based on a driving point that coincides with the centers of the substrates.
  • the center combs may be provided in at least three or more, and the first and second side combs may be provided in at least two or more each.
  • the driving unit may swing the center arm within 45° based on the center of the substrate.
  • the driving unit may elevate and lower the center arm to at least the diameter of the center combs or the diameters of the first and second side combs based on the center of the substrate.
  • the driving unit may repeat the process of raising and rotating the center arm in a forward direction and lowering and rotating it in a reverse direction in order to rotate the substrates by a set angle.
  • the center combs when the driving unit raises the center arm by a predetermined distance, the center combs may contact the substrates and the first and second side combs may not contact the substrates.
  • the center combs when the driving unit lowers the center arm by a predetermined distance, the center combs may not be in contact with the substrates and the first and second side combs may be in contact with the substrates.
  • a plurality of substrates are put into a cleaning tank containing a cleaning liquid, and both lower sides of the substrates are provided with a plurality of first and second side combs ( The first stage supported by a side comb; After the first step, a second step of irradiating ultrasonic waves toward the substrates introduced into the cleaning tank for a cleaning time (t); While the second step is in progress, the center arm disposed between the first and second side arms is lifted or swung relative to the center of the substrate, thereby forming a plurality of centers provided at the lower portion of the center arm.
  • a third step in which a center comb rotates the substrates by a set angle; and a fourth step of removing the substrates from the cleaning tank after the second step.
  • the center arm in the first step, is arranged vertically across the centers of the substrates and the center combs are maintained in a non-contact state with the lower centers of the substrates.
  • Two side combs can remain in contact with both lower sides of the substrates.
  • the third step may include a process of lifting or swinging the center arm based on a driving point that coincides with the centers of the substrates.
  • the third step may include a process in which the edges of the substrates are supported by at least three center combs or at least two first and second side combs.
  • the third step may include swinging the center arm within 45° based on the center of the substrate.
  • the third step may include the process of elevating the center arm to at least the diameter of the center combs or the diameters of the first and second side combs based on the center of the substrate.
  • the third step includes a first process of rotating the center arm in the reverse direction by half of the set angle, a second process of raising the center arm after the first process, and the first process of rotating the center arm in the reverse direction by half of the set angle.
  • a third process of rotating the center arm in the forward direction by a set angle After the third process, a fourth process of lowering the center arm, and after the fourth process, setting the center arm in the reverse direction.
  • a fifth process of rotating by an angle may be included.
  • the third step may repeat the second, third, fourth, and fifth processes until the cleaning time (t) is completed.
  • the center combs are not in contact with the substrates and the first and second side combs are in contact with the substrates in a state in which the center arm is lowered. You can.
  • the center combs are in contact with the substrates while the center arm is raised, and the first and second side combs are not in contact with the substrates. You can.
  • the fourth step includes, after the fourth step, rotating the center arm in the reverse direction by half the set angle, and while the process is in progress, the center arm is lowered.
  • the center combs may be in non-contact with the substrates and the first and second side combs may be in contact with the substrates.
  • the substrates are supported by the first and second side combs provided on the first and second side arms, and the drive shaft of the center arm coincident with the center of the substrate is lifted or swung to move the substrates to the center comb provided on the center arm.
  • the substrates can be rotated by a set angle.
  • the substrates supported on the combs can be rotated at a set angle during ultrasonic cleaning, so that the ultrasonic waves are irradiated evenly throughout the entire surface without a dead zone, allowing multiple substrates to be uniformly treated. It can be cleaned, and can be lifted, lowered, and swung from a single driving point, which not only simplifies the device and control, but also has the advantage of improving cleaning performance by minimizing contaminants inside the cleaning tank.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a substrate cleaning device according to an embodiment.
  • FIGS. 2A to 2F are diagrams illustrating an operating state of a substrate cleaning device according to an embodiment.
  • Figure 3 is a flow chart illustrating a substrate cleaning method according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing step S3 of FIG. 3 in more detail.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a substrate cleaning device according to an embodiment.
  • a substrate cleaning device in one embodiment includes a cleaning tank (B), a megasonic (M) provided at the bottom of the cleaning tank (B), first and second side arms (110, 120) provided inside the cleaning tank (B), and , a plurality of first and second side combs (130,140) provided below the first and second guide arms (110,120), a center arm (150) provided between the first and second side arms (110,120), and a center arm ( 150) It includes a center comb 160 provided at the lower portion and a drive unit (not shown) that lifts or swings the center arm 150 based on the center of the substrate (W).
  • the cleaning tank B is shaped like a water tank with an open top, and can accommodate a cleaning liquid for cleaning the substrate.
  • the cleaning solution contained in the cleaning tank (B) may overflow to the upper side of the cleaning tank (B), and contaminants including particles contained in the cleaning solution that overflowed from the cleaning tank (B) are removed and then removed from the cleaning tank (B). It can be supplied again as (B).
  • the substrate W may include any disk-shaped Si, SiC, GaN, or Sapphire substrate, but is not limited thereto.
  • the cleaning solution may vary depending on the type of substrate.
  • the cleaning solution may be an etching solution such as acid or alkali, or ultrapure water (DIW, DeIonized Water) from which various impurities have been removed, or SC1 (DIW + H 2 O 2 + NH 4 OH), but is not limited thereto.
  • the cleaning tank (B) may be made of a material such as quartz or sapphire that not only has corrosion resistance to the cleaning liquid but is also capable of transmitting ultrasonic waves generated by the megasonic (M), which will be described below.
  • the megasonic (M) is disposed on the outside below the cleaning tank (B) and can generate ultrasonic waves toward the substrates (W) placed inside the cleaning tank. Ultrasonic waves generated from the megasonic (M) generate vibration through the cleaning liquid inside the cleaning tank (B), and can remove contamination sources such as particles on the surfaces of the substrates (W) by the vibration of the cleaning liquid.
  • the ultrasonic vibration generated by the megasonic M cannot be transmitted to a portion of the surface of the substrates W by the first and second side combs 130 and 140 and the center combs 160.
  • the center arm 150 which will be described below, rotates the substrates W at a predetermined angle as it is lifted or swung with respect to the center of the substrate by a drive unit (not shown), the entire surface of the substrates W can be cleaned evenly, which will be explained in detail below.
  • the substrates W are erected and arranged at predetermined intervals in the front and rear direction, and both lower sides of the substrates W are supported by the first and second side arms 110 and 120 and the first and second side combs 130 and 140. can do.
  • the first and second side arms 110 and 120 are disposed on both sides of the cleaning tank B and may be provided at the front and rear of the substrates W, respectively.
  • the first and second side arms 110 and 120 have straight portions 111 and 121 arranged perpendicularly at positions corresponding to both edges of the substrates W, and the lower ends of the straight portions 111 and 121 respectively slope downward toward the inside. It may be composed of inclined portions 112 and 122 that are disposed. If the lower portions of the first and second side arms 110 and 120 are configured in an inclined form, the area can be minimized and the source of contamination can be reduced.
  • the first and second side combs 130 and 140 are respectively provided on the inclined portions 112 and 122 of the first and second side arms at predetermined intervals in the circumferential direction of the substrate W, and cross the front and rear directions of the substrates W. lock may be provided.
  • the first and second side combs 130 and 140 may have a plurality of slits on their upper surfaces into which both lower sides of the substrates W can be seated at predetermined intervals in the front-back direction.
  • the first and second side combs 130 and 140 are preferably provided to maintain an interval of at least 100° or more with respect to the center of the substrate W, taking into account the movement range of the center combs 160, which will be described below.
  • the substrates W are rotated by a set angle during ultrasonic cleaning, and the substrates W can be rotated by the center arm 150 and the center combs 160.
  • the center arm 150 is disposed at the inner center of the cleaning tank B, that is, between the first and second side arms 110 and 120, and may be provided at the front and rear of the substrates W, respectively.
  • the center arm 150 may be arranged vertically across the centers of the substrates W and may be provided with a drive shaft 151 that coincides with the centers of the substrates W.
  • the drive shaft 151 of the center arm is a driving point connected to a drive unit (not shown), and can lift or swing the center arm 150 around the drive shaft 151 of the center arm.
  • the center combs 160 may be provided at predetermined intervals in the lower portion of the center arm 150 in the circumferential direction of the substrates W and may be provided across the front-to-back direction of the substrates W. Like the first and second side combs 130 and 140, the center combs 160 may be provided with a plurality of slits on the upper surface into which the lower centers of the substrates W can be seated at predetermined intervals in the front-back direction. In order to stably support the substrates W, it is preferable that at least three center combs 160 are provided on the center arm 150.
  • the drive unit may be configured to lift or swing the center arm 150 around the drive shaft 151 of the center arm. Since the driving unit (not shown) can be configured in various ways, detailed description will be omitted.
  • the drive unit (not shown) swings the center arm 150 within 45° around the drive shaft 151 of the center arm, thereby swinging the center combs 160 within 45° based on the center of the substrate W. It can be rotated in the forward and reverse directions.
  • the drive unit (not shown) adjusts the center arm 150 around the drive shaft 151 of the center arm to at least the diameter of the first and second side combs 130 and 140 or the diameter of the center combs 160, that is, 10 mm or more.
  • the substrates W can be selectively brought into contact or non-contact with the first and second side combs 130 and 140 and the center combs 160.
  • FIGS. 2A to 2F are diagrams illustrating an operating state of a substrate cleaning device according to an embodiment.
  • both lower sides of the substrates (W) are supported by the first and second side combs (130 and 140), but the substrates The lower center of (W) remains spaced apart from the center combs 160.
  • the drive shaft 151 of the center arm is rotated 15° in the reverse direction, and then the drive shaft 151 of the center arm is raised more than 10 mm as shown in FIG. 2C, and the substrates W are first It is not supported by the first and second side combs (130 and 140), but is supported by the center combs (160).
  • the drive shaft 151 of the center arm is rotated 30° in the forward direction, and then the drive shaft 151 of the center arm is lowered by more than 10 mm as shown in FIG. 2E, and the substrates (W) It is supported by the first and second side combs 130 and 140, and is not supported by the center combs 160.
  • the drive shaft 151 of the center arm is rotated 30° in the reverse direction, and then the drive shaft 151 of the center arm is raised by 10 mm or more as shown in FIG. 2C, and the substrates W It is not supported by the first and second side combs 130 and 140, but by the center combs 160.
  • the substrates W supported by the first and second side combs 130 and 140 can be rotated by 30°, thereby creating a dead zone where ultrasonic waves cannot be irradiated. can be eliminated, and the surfaces of the substrates W can be cleaned evenly.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a substrate cleaning method according to an embodiment
  • FIG. 4 is a flowchart showing step S3 of FIG. 3 in more detail.
  • the substrates are placed in a cleaning tank containing a cleaning solution (see S1).
  • Both lower sides of the substrates are supported by the first and second side combs, but the lower centers of the substrates remain spaced apart from the center combs. Since the cleaning solution is contained in the cleaning tank, the cleaning solution may etch the surfaces of the substrates.
  • the substrates are rotated by a set angle (a) during the cleaning time (t). (See S3,S4)
  • the drive shaft of the center arm that coincides with the center of the substrate is rotated in the reverse direction by half of the set angle (a).
  • the substrates W are supported by the first and second side combs and are not supported by the center combs. Before rotating the substrates, the center combs can be placed on one lower side of the substrates.
  • the center combs can move the lower side of the substrates to the other side and rotate the substrates at a set angle (a).
  • the drive shaft of the center arm is lowered by a set height (h) or more, and then the drive shaft of the center arm is rotated in the reverse direction by a set angle (a).
  • h set height
  • a set angle
  • the substrates W are supported by the first and second side combs and are not supported by the center combs. Before rotating the substrates, the center combs can be placed on one lower side of the substrates.
  • the substrates (W) supported by the first and second side combs can be rotated by a set angle (a), so that the ultrasonic waves are irradiated Dead zones that cannot be used can be eliminated, and the surfaces of the substrates W can be cleaned evenly.
  • This embodiment can be applied to cleaning contaminants on the surface during the semiconductor substrate manufacturing process.

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Abstract

실시예의 일 측면에 따르면, 복수의 기판과 세정액이 담기는 세정조; 상기 세정조 하부에 구비되고 세정 시간(t) 동안 상기 기판들을 향하여 초음파를 조사하는 메가소닉(megasonic); 상기 세정조 내부 양측에 배치되는 제1,2 사이드 암(side arm); 상기 제1,2 사이드 암의 하부에 구비되고 상기 기판들의 하부 양측을 지지하는 복수의 제1,2 사이드 콤(side comb); 상기 세정조 내부 중심에 배치되는 센터 암(center arm); 상기 센터 암의 하부에 구비되고 상기 기판들의 하부 중심을 지지하는 복수의 센터 콤(center comb); 및 상기 세정 시간(t) 동안 상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 승강(up/down) 또는 스윙(swing)시키는 구동 유닛;을 포함하는 기판 세정 장치를 제공한다.

Description

기판 세정 장치 및 세정 방법
실시예는 데드 존(dead zone) 없이 초음파가 전체에 걸쳐 골고루 조사되도록 하여 기판의 세정 성능을 향상시킬 수 있는 기판 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기판은 슬라이싱(slicing) 공정, 그라인딩(grinding) 공정, 랩핑(lapping) 공정, 에칭(etching) 공정, 폴리싱(polishing) 공정 등의 일련의 공정을 거쳐 반도체 소자 제조용 기판으로 생산된다.
기판 제작 공정이 진행되는 동안, 기판의 표면은 미세 파티클, 금속 오염물, 유기 오염물 등에 의해 오염될 수 있다. 이러한 오염물은 기판의 품질을 저하시킬 뿐만 아니라, 반도체 소자의 물리적 결함 및 특성 저하를 일으키는 원인으로 작용하여, 궁극적으로 반도체 소자의 생산 수율을 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 기판 표면에 묻은 오염물들을 제거하기 위해서 산 또는 알칼리 등의 에칭액이나 순수(Deionized water)를 이용하는 습식 세정 공정을 진행한다.
습식 세정 공정은 기판을 하나씩 세정하는 매엽식과, 기판들을 한꺼번에 세정하는 배치식으로 나뉘어진다.
배치식 기판 세정 장치는 세정액으로 채워진 세정조에 복수개의 기판을 일정 시간 담그고, 세정액에 초음파를 발생시켜 기판의 표면을 세정할 수 있다.
기판 표면에 존재하는 파티클(particle), 유기물, 메탈 오염물 등과 같은 오염 물질을 SC1(standard cleaning-1), SC2(standard cleaning-2), 인산(phosphoric acid) 등과 같은 적절한 세정액을 사용하여 화학 반응으로 제거할 수 있다.
또한, 세정액을 통하여 전달된 초음파 진동에 의해 기판 표면의 오염물을 더 효율적으로 제거할 수 있고, 기판 표면에 형성된 산화막이나 질화막 등을 제거하는 습식 식각(wet etching)이 진행될 수 있다.
한국공개특허 제2012-0127783호(2011.05.16.출원)에 개시된 웨이퍼 세정장치에 따르면, 웨이퍼에 세정 기체를 분사하는 가스 분사부; 상기 웨이퍼를 사이에 두고 상기 가스 분사부와 마주보는 가스 회수부; 및 상기 웨이퍼를 회전시키는 회전 구동부를 포함한다.
상기 회전 구동부는 상기 웨이퍼의 에지부와 직접 접촉하고, 상기 웨이퍼의 에지부가 삽입되기 위한 홈을 포함한다.
실시예는 세정조 내부에 간단한 구조를 제공하더라도 데드 존(dead zone) 없이 초음파가 전체에 걸쳐 골고루 조사되도록 초음파 세정 중 콤들에 지지된 기판들을 설정 각도씩 회전시킬 수 있는 기판 세정 장치 및 세정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
실시예의 일 측면에 따르면, 복수의 기판과 세정액이 담기는 세정조; 상기 세정조 하부에 구비되고 세정 시간(t) 동안 상기 기판들을 향하여 초음파를 조사하는 메가소닉(megasonic); 상기 세정조 내부 양측에 배치되는 제1,2 사이드 암(side arm); 상기 제1,2 사이드 암의 하부에 구비되고 상기 기판들의 하부 양측을 지지하는 복수의 제1,2 사이드 콤(side comb); 상기 세정조 내부 중심에 배치되는 센터 암(center arm); 상기 센터 암의 하부에 구비되고 상기 기판들의 하부 중심을 지지하는 복수의 센터 콤(center comb); 및 상기 세정 시간(t) 동안 상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 승강(up/down) 또는 스윙(swing)시키는 구동 유닛;을 포함하는 기판 세정 장치를 제공한다.
실시예의 일 측면에 따르면, 상기 제1,2 사이드 암은, 상기 기판들의 양측 에지와 대응되는 위치에 각각 수직하게 배치되는 한 쌍의 직선부와, 상기 직선부들의 하단에 각각 내측 방향으로 갈수록 하향 경사지게 배치되는 한 쌍의 경사부를 더 포함하고, 상기 제1,2 사이드 콤들은, 상기 경사부들에 일정 간격을 두고 배치될 수 있다.
실시예의 일 측면에 따르면, 상기 센터 암은, 상기 기판들의 중심을 가로지르도록 수직하게 배치되고, 상기 기판들의 중심과 일치하는 구동 지점을 기준으로 승강 또는 스윙 구동될 수 있다.
실시예의 일 측면에 따르면, 상기 센터 콤들은, 적어도 3개 이상 구비되고, 상기 제1,2 사이드 콤들은, 각각 적어도 2개 이상 구비될 수 있다.
실시예의 일 측면에 따르면, 상기 구동 유닛은, 상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 45°이내에서 스윙시킬 수 있다.
실시예의 일 측면에 따르면, 상기 구동 유닛은, 상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 적어도 상기 센터 콤들의 직경 또는 상기 제1,2 사이드 콤들의 직경 이상으로 승강시킬 수 있다.
실시예의 일 측면에 따르면, 상기 구동 유닛은, 상기 기판들을 설정 각도씩 회전시키기 위하여 상기 센터 암을 상승과 정방향 회전과 하강과 역방향 회전시키는 과정을 반복할 수 있다.
실시예의 일 측면에 따르면, 상기 구동 유닛이 상기 센터 암을 소정 간격 상승시키면, 상기 센터 콤들이 상기 기판들에 접촉되고 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들에 비접촉될 수 있다.
실시예의 일 측면에 따르면, 상기 구동 유닛이 상기 센터 암을 소정 간격 하강시키면, 상기 센터 콤들이 상기 기판들에 비접촉되고 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들에 접촉될 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 복수의 기판이 세정액이 담긴 세정조 내부에 투입되고, 기판들의 하부 양측이 제1,2 사이드 암(side arm)의 하부에 구비된 복수의 제1,2 사이드 콤(side comb)에 의해 지지되는 제1단계; 상기 제1단계 후, 상기 세정조에 투입된 기판들을 향하여 세정 시간(t) 동안 초음파를 조사하는 제2단계; 상기 제2단계가 진행되는 동안, 상기 제1,2 사이드 암 사이에 배치된 센터 암(center arm)이 상기 기판의 중심을 기준으로 승강 또는 스윙됨에 따라 상기 센터 암의 하부에 구비된 복수의 센터 콤(center comb)이 상기 기판들을 설정 각도씩 회전시키는 제3단계; 및 상기 제2단계 후, 상기 기판들을 상기 세정조에서 반출시키는 제4단계;를 포함하는 기판 세정 방법을 제공한다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 제1단계는, 상기 센터 암이 상기 기판들의 중심을 가로지르도록 수직하게 배치되고 상기 센터 콤들이 상기 기판들의 하부 중심과 비접촉 상태를 유지하는 반면, 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들의 하부 양측과 접촉 상태를 유지할 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 제3단계는, 상기 기판들의 중심과 일치하는 구동 지점을 기준으로 상기 센터 암을 승강 또는 스윙 구동시키는 과정을 포함할 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 제3단계는, 상기 기판들의 에지가 적어도 3개 이상의 센터 콤들 또는 적어도 2개 이상의 제1,2 사이드 콤들에 의해 지지되는 과정을 포함할 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 제3단계는, 상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 45°이내에서 스윙시키는 과정을 포함할 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 제3단계는, 상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 적어도 상기 센터 콤들의 직경 또는 상기 제1,2 사이드 콤들의 직경 이상으로 승강시키는 과정을 포함할 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 제3단계는, 상기 센터 암을 역방향으로 설정 각도의 반만큼 회전시키는 제1과정과, 상기 제1과정 후, 상기 센터 암을 상승시키는 제2과정과, 상기 제2과정 후, 상기 센터 암을 정방향으로 설정 각도만큼 회전시키는 제3과정과, 상기 제3과정 후, 상기 센터 암을 하강시키는 제4과정과, 상기 제4과정 후, 상기 센터 암을 역방향으로 설정 각도 만큼 회전시키는 제5과정을 포함할 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 제3단계는, 상기 세정 시간(t)이 완료되기 전까지 상기 제2,3,4,5과정을 반복 수행할 수 있다.
*실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 제1,4,5과정은, 상기 센터 암이 하강된 상태에서 상기 센터 콤들이 상기 기판들에 비접촉되고 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들에 접촉될 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 제2,3과정이 진행되는 동안, 상기 센터 암이 상승된 상태에서 상기 센터 콤들이 상기 기판들에 접촉되고 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들과 비접촉될 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 상기 제4단계는, 상기 제4과정 후, 상기 센터 암을 역방향으로 설정 각도의 반만큼 회전시키는 과정을 포함하고, 상기 과정이 진행되는 동안, 상기 센터 암이 하강된 상태에서 상기 센터 콤들이 상기 기판들에 비접촉되고 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들에 접촉될 수 있다.
실시예에 의하면, 기판들이 제1,2 사이드 암에 구비된 제1,2 사이드 콤이 지지하고, 기판의 중심과 일치하는 센터 암의 구동축을 승강 또는 스윙시킴으로서, 센터 암에 구비된 센터 콤에 의해 기판들을 설정 각도씩 회전시킬 수 있다.
따라서, 세정조 내부에 간단한 구조를 제공하더라도 초음파 세정 중 콤들에 지지된 기판들을 설정 각도씩 회전시킬 수 있으므로, 데드 존(dead zone) 없이 초음파가 전체에 걸쳐 골고루 조사되도록 하여 복수의 기판을 균일하게 세정할 수 있고, 한 개의 구동 포인트에서 승강과 스윙시킬 수 있어 장치 및 제어를 단순화시킬 수 있을 뿐 아니라 세정조 내부에 오염원을 최소화하여 세정 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 기판 세정 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2a 내지 도 2f는 일 실시예에 따른 기판 세정 장치의 작동 상태가 도시된 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 기판 세정 방법이 도시된 순서도이다.
도 4는 도 3의 S3 단계가 더욱 상세히 도시된 순서도이다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 기판 세정 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
일 실시에의 기판 세정 장치는 세정조(B)와, 세정조(B) 하부에 구비된 메가소닉(M)과, 세정조(B) 내측에 구비된 제1,2 사이드 암(110,120)과, 제1,2 가이드 암(110,120) 하부에 구비된 복수의 제1,2 사이드 콤(130,140)과, 제1,2 사이드 암(110,120) 사이에 구비된 센터 암(150)과, 센터 암(150) 하부에 구비된 센터 콤(160)과, 센터 암(150)을 기판(W)의 중심을 기준으로 승강 또는 스윙시키는 구동 유닛(미도시)을 포함한다.
세정조(B)는 상면이 개방된 수조 형상으로서, 기판을 세정하기 위한 세정액을 수용할 수 있다. 세정조(B)에 담긴 세정액은 세정조(B) 상측으로 오버 플로우(over flow)될 수 있고, 세정조(B)에서 오버 플로우된 세정액에 포함된 파티클을 비롯하여 오염 물질을 제거한 다음, 세정조(B)로 다시 공급될 수 있다.
기판(W)은 원판 형상의 Si, SiC, GaN, Sapphire 기판이 모두 포함될 수 있으며, 한정되지 아니한다. 기판의 종류에 따라 세정액이 달라질 수 있다. 세정액은 산이나 알칼리 등의 에칭액 또는 각종 불순물들이 제거된 초순수(DIW, DeIonized Water)이거나, SC1(DIW + H2O2 + NH4OH)일 수 있으나, 한정되지 아니한다. 세정조(B)는 세정액에 대한 내식성을 가질 뿐 아니라 하기에서 설명될 메가소닉(M)에서 발생되는 초음파를 전달할 수 있는 석영, 사파이어 등의 재질로 이루어질 수 있다.
메가소닉(M)은 세정조(B) 하부에 외측에 배치되고, 세정조 내부에 배치된 기판들(W)을 향하여 초음파를 발생시킬 수 있다. 메가소닉(M)에서 발생된 초음파는 세정조(B) 내부의 세정액을 통하여 진동을 발생시키고, 세정액의 진동에 의해 기판들(W)의 표면에 묻은 파티클 등의 오염 소스를 제거할 수 있다.
물론, 메가소닉(M)에서 발생된 초음파의 진동은 제1,2 사이드 콤들(130,140)과 센터 콤들(160)에 의해 기판들(W)의 표면 일부에 전달되지 못한다. 하지만, 하기에서 설명될 센터 암(150)이 구동 유닛(미도시)에 의해 기판의 중심을 기준으로 승강 또는 스윙됨에 따라 기판들(W)을 소정 각도 회전시키기 때문에 기판들(W)의 표면 전체를 골고루 세정시킬 수 있으며, 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
기판들(W)은 세워진 상태로 전후 방향으로 소정 간격을 두고 배치되는데, 제1,2 사이드 암(110,120)과 제1,2 사이드 콤들(130,140)에 의해 기판들(W)의 하부 양측을 지지할 수 있다.
제1,2 사이드 암(110,120)은 세정조(B) 내부 양측에 배치되고, 기판들(W)의 전방과 후방에 각각 구비될 수 있다. 제1,2 사이드 암(110,120)은 기판들(W)의 양측 에지와 대응되는 위치에 각각 수직하게 배치되는 직선부들(111,121)과, 직선부들(111,121)의 하단에 각각 내측 방향으로 갈수록 하향 경사지게 배치되는 경사부들(112,122)로 구성될 수 있다. 제1,2 사이드 암(110,120)의 하부가 경사진 형태로 구성하면, 면적을 최소화할 수 있어 오염 소스를 줄일 수 있다.
제1,2 사이드 콤들(130,140)은 제1,2 사이드 암의 경사부(112,122)에 기판(W)의 원주 방향으로 소정 간격을 두고 각각 구비되고, 기판들(W)의 전후 방향을 가로지르고록 구비될 수 있다. 제1,2 사이드 콤들(130,140)은 상면에 기판들(W)의 하부 양측이 안착될 수 있는 복수의 슬릿이 전후 방향으로 소정 간격을 두고 구비될 수 있다. 기판들(W)을 안정적으로 지지하기 위하여 제1,2 사이드 콤들(130,140)은 제1,2 사이드 암(110,120)에 각각 적어도 두 개 이상씩 구비되는 것이 바람직하다. 제1,2 사이드 콤들(130,140)은 하기에서 설명될 센터 콤들(160)의 이동 범위를 고려하여 기판(W)의 중심을 기준으로 적어도 100°이상의 간격을 유지하도록 구비되는 것이 바람직하다.
기판들(W)은 초음파 세정 중 설정 각도만큼 회전되는데, 센터 암(150)과 센터 콤들(160)에 의해 기판들(W)을 회전시킬 수 있다.
센터 암(150)은 세정조(B) 내부 중심 즉, 제1,2 사이드 암(110,120) 사이에 배치되고, 기판들(W)의 전방과 후방에 각각 구비될 수 있다. 센터 암(150)은 기판들(W)의 중심을 가로지르도록 수직하게 배치될 수 있고, 기판들(W)의 중심과 일치하는 구동축(151)을 구비할 수 있다. 센터 암의 구동축(151)은 구동 유닛(미도시)과 연결된 구동 포인트로서, 센터 암의 구동축(151)을 중심으로 센터 암(150)을 승강 또는 스윙시킬 수 있다.
센터 콤들(160)은 센터 암(150)의 하부에 기판(W)의 원주 방향으로 소정 간격을 두고 구비되고, 기판들(W)의 전후 방향을 가로지르고록 구비될 수 있다. 센터 콤들(160)도 제1,2 사이드 콤들(130,140)과 마찬가지로 상면에 기판들(W)의 하부 중심이 안착될 수 있는 복수의 슬릿이 전후 방향으로 소정 간격을 두고 구비될 수 있다. 기판들(W)을 안정적으로 지지해주기 위하여 센터 콤들(160)은 센터 암(150)에 적어도 세 개 이상 구비되는 것이 바람직하다.
구동 유닛(미도시)은 센터 암의 구동축(151)을 중심으로 센터 암(150)을 승강 또는 스윙시키도록 구성될 수 있다. 구동 유닛(미도시)은 다양하게 구성될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 구동 유닛(미도시)은 센터 암의 구동축(151)을 중심으로 센터 암(150)을 45°이내에서 스윙시킴으로서, 센터 콤들(160)을 기판(W)의 중심을 기준으로 45°이내에서 정방향과 역방향으로 회전시킬 수 있다.
또한, 구동 유닛(미도시)은 센터 암의 구동축(151)을 중심으로 센터 암(150)을 적어도 제1,2사이드 콤들(130,140)의 직경 또는 센터 콤들(160)의 직경 즉, 10mm 이상으로 승강시킴으로서, 기판들(W)을 제1,2사이드 콤들(130,140)과 센터 콤들(160)에 선택적으로 접촉 또는 비접촉시킬 수 있다.
도 2a 내지 도 2f는 일 실시예에 따른 기판 세정 장치의 작동 상태가 도시된 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이 기판들(W)이 세정액이 담긴 세정조(B)에 투입되면, 기판들(W)의 하부 양측은 제1,2 사이드 콤들(130,140)에 의해 지지되지만, 기판들(W)의 하부 중심은 센터 콤들(160)과 이격된 상태를 유지한다.
메가소닉(M)이 작동되고, 초음파가 기판들(W)을 향하여 조사되면, 초음파 진동에 의해 기판들(W)의 표면에 묻은 이물질이 제거되고, 이러한 초음파 세정 중 기판들(W)을 설정 각도(a)씩 회전시키는 과정을 반복한다.
도 2b에 도시된 바와 같이 센터 암의 구동축(151)을 역방향으로 15°회전시킨 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이 센터 암의 구동축(151)을 10mm 이상 상승시키면, 기판들(W)이 제1,2사이드 콤들(130,140)에 의해 지지되지 않고, 센터 콤들(160)에 의해 지지된다.
다음, 도 2d에 도시된 바와 같이 센터 암의 구동축(151)을 정방향으로 30°회전시킨 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이 센터 암의 구동축(151)을 10mm 이상 하강시키면, 기판들(W)이 제1,2사이드 콤들(130,140)에 의해 지지되고, 센터 콤들(160)에 의해 지지되지 않는다.
다음, 도 2f에 도시된 바와 같이 센터 암의 구동축(151)을 역방향으로 30°회전시킨 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이 센터 암의 구동축(151)을 10mm 이상 상승시키면, 기판들(W)이 제1,2사이드 콤들(130,140)에 의해 지지되지 않고, 센터 콤들(160)에 의해 지지된다.
초음파 세정 중 도 2c 내지 도 2f에 도시된 과정을 반복하면, 제1,2사이드 콤들(130,140)에 의해 지지된 기판들(W)을 30°씩 회전시킬 수 있으므로, 초음파가 조사되지 못하는 데드 존을 없앨 수 있고, 기판들(W)의 표면을 균일하게 세정시킬 수 있다.
초음파 세정이 완료되면, 도 2까지 진행한 다음, 도 2g에 도시된 바와 같이 센터 암의 구동축(151)을 역방향으로 15°회전하여 초기 위치로 복원하고, 기판들(W)을 세정조(B)로부터 반출시킨다.
도 3은 일 실시예에 따른 기판 세정 방법이 도시된 순서도이고, 도 4는 도 3의 S3 단계가 더욱 상세히 도시된 순서도이다.
먼저, 기판들을 세정액이 담긴 세정조에 투입한다.(S1 참조)
기판들의 하부 양측은 제1,2 사이드 콤들에 의해 지지되지만, 기판들의 하부 중심은 센터 콤들과 이격된 상태를 유지한다. 세정액이 세정조에 담겨져 있으므로, 세정액이 기판들의 표면을 식각시킬 수 있다.
다음, 메가소닉이 세정조에 초음파를 조사한다.(S2 참조)
초음파가 세정조를 투과하여 세정액을 진동시키고, 기판들의 표면에 묻은 이물질이 떨어져나가게 한다. 물론, 초음파가 제1,2사이드 콤들에 의해 지지된 부분으로 전달되지 못하여 데드 존을 형성하게 된다.
다음, 세정 시간(t) 동안 기판들을 설정 각도(a)만큼 회전시킨다. (S3,S4 참조)
상세하게, 기판의 중심과 일치하는 센터 암의 구동축을 역방향으로 설정 각도(a)의 반만큼 회전시킨다. (S31 참조) 기판들(W)이 제1,2사이드 콤들에 의해 지지되고, 센터 콤들에 의해 지지되지 않는다. 기판들을 회전시키기 전 센터 콤들을 기판들의 하부 일측에 위치시킬 수 있다.
다음, 센터 암의 구동축을 설정 높이(h) 이상 상승시킨다. (S32 참조) 기판들(W)이 제1,2사이드 콤들에 의해 지지되지 않고, 센터 콤들에 의해 지지된다. 기판들을 회전시키기 위해 센터 콤들을 기판들의 하부 일측에 지지시킬 수 있다.
다음, 센터 암의 구동축을 정방향으로 설정 각도(a)만큼 회전시킨다. (S33 참조) 센터 콤들이 기판들의 하부 일측을 타측으로 이동시키고, 기판들을 설정 각도(a) 회전시킬 수 있다.
다음, 센터 암의 구동축을 설정 높이(h) 이상 하강시킨 다음, 센터 암의 구동축을 역방향으로 설정 각도(a)만큼 회전시킨다. (S34,S35 참조) 기판들(W)이 제1,2사이드 콤들에 의해 지지되고, 센터 콤들에 의해 지지되지 않는다. 기판들을 회전시키기 전 센터 콤들을 기판들의 하부 일측에 위치시킬 수 있다.
초음파 세정이 진행되는 동안, 상기의 과정들(S32~S35)을 반복하면, 제1,2사이드 콤들에 의해 지지된 기판들(W)을 설정 각도(a)씩 회전시킬 수 있으므로, 초음파가 조사되지 못하는 데드 존을 없앨 수 있고, 기판들(W)의 표면을 균일하게 세정시킬 수 있다.
다음, 세정 시간(t)이 경과되면, 기판들을 세정조로부터 반출시킨다. (S5 참조)
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 실시예는 반도체 기판 제작 공정 중 표면에 묻은 오염 물질을 세정하는데 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 복수의 기판과 세정액이 담기는 세정조;
    상기 세정조 하부에 구비되고 세정 시간(t) 동안 상기 기판들을 향하여 초음파를 조사하는 메가소닉(megasonic);
    상기 세정조 내부 양측에 배치되는 제1,2 사이드 암(side arm);
    상기 제1,2 사이드 암의 하부에 구비되고 상기 기판들의 하부 양측을 지지하는 복수의 제1,2 사이드 콤(side comb);
    상기 세정조 내부 중심에 배치되는 센터 암(center arm);
    상기 센터 암의 하부에 구비되고 상기 기판들의 하부 중심을 지지하는 복수의 센터 콤(center comb); 및
    상기 세정 시간(t) 동안 상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 승강(up/down) 또는 스윙(swing)시키는 구동 유닛;을 포함하는 기판 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 사이드 암은,
    상기 기판들의 양측 에지와 대응되는 위치에 각각 수직하게 배치되는 한 쌍의 직선부와,
    상기 직선부들의 하단에 각각 내측 방향으로 갈수록 하향 경사지게 배치되는 한 쌍의 경사부를 더 포함하고,
    상기 제1,2 사이드 콤들은,
    상기 경사부들에 일정 간격을 두고 배치되는 기판 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센터 암은,
    상기 기판들의 중심을 가로지르도록 수직하게 배치되고,
    상기 기판들의 중심과 일치하는 구동 지점을 기준으로 승강 또는 스윙 구동되는 기판 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센터 콤들은,
    적어도 3개 이상 구비되고,
    상기 제1,2 사이드 콤들은,
    각각 적어도 2개 이상 구비되는 기판 세정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 유닛은,
    상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 45°이내에서 스윙시키는 기판 세정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구동 유닛은,
    상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 적어도 상기 센터 콤들의 직경 또는 상기 제1,2 사이드 콤들의 직경 이상으로 승강시키는 기판 세정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동 유닛은,
    상기 기판들을 설정 각도씩 회전시키기 위하여 상기 센터 암을 상승과 정방향 회전과 하강과 역방향 회전시키는 과정을 반복하는 기판 세정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 구동 유닛이 상기 센터 암을 소정 간격 상승시키면, 상기 센터 콤들이 상기 기판들에 접촉되고 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들에 비접촉되는 기판 세정 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 구동 유닛이 상기 센터 암을 소정 간격 하강시키면, 상기 센터 콤들이 상기 기판들에 비접촉되고 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들에 접촉되는 기판 세정 장치.
  10. 복수의 기판가 세정액이 담긴 세정조 내부에 투입되고, 기판들의 하부 양측이 제1,2 사이드 암(side arm)의 하부에 구비된 복수의 제1,2 사이드 콤(side comb)에 의해 지지되는 제1단계;
    상기 제1단계 후, 상기 세정조에 투입된 기판들을 향하여 세정 시간(t) 동안 초음파를 조사하는 제2단계;
    상기 제2단계가 진행되는 동안, 상기 제1,2 사이드 암 사이에 배치된 센터 암(center arm)이 상기 기판의 중심을 기준으로 승강 또는 스윙됨에 따라 상기 센터 암의 하부에 구비된 복수의 센터 콤(center comb)이 상기 기판들을 설정 각도씩 회전시키는 제3단계; 및
    상기 제2단계 후, 상기 기판들을 상기 세정조에서 반출시키는 제4단계;를 포함하는 기판 세정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1단계는,
    상기 센터 암이 상기 기판들의 중심을 가로지르도록 수직하게 배치되고 상기 센터 콤들이 상기 기판들의 하부 중심과 비접촉 상태를 유지하는 반면, 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들의 하부 양측과 접촉 상태를 유지하는 기판 세정 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 기판들의 중심과 일치하는 구동 지점을 기준으로 상기 센터 암을 승강 또는 스윙 구동시키는 과정을 포함하는 기판 세정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 기판들의 에지가 적어도 3개 이상의 센터 콤들 또는 적어도 2개 이상의 제1,2 사이드 콤들에 의해 지지되는 과정을 포함하는 기판 세정 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 45°이내에서 스윙시키는 과정을 포함하는 기판 세정 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 센터 암을 상기 기판의 중심을 기준으로 적어도 상기 센터 콤들의 직경 또는 상기 제1,2 사이드 콤들의 직경 이상으로 승강시키는 과정을 포함하는 기판 세정 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 센터 암을 역방향으로 설정 각도의 반만큼 회전시키는 제1과정과,
    상기 제1과정 후, 상기 센터 암을 상승시키는 제2과정과,
    상기 제2과정 후, 상기 센터 암을 정방향으로 설정 각도만큼 회전시키는 제3과정과,
    상기 제3과정 후, 상기 센터 암을 하강시키는 제4과정과,
    상기 제4과정 후, 상기 센터 암을 역방향으로 설정 각도 만큼 회전시키는 제5과정을 포함하는 기판 세정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 세정 시간(t)이 완료되기 전까지 상기 제2,3,4,5과정을 반복 수행하는 기판 세정 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1,4,5과정은,
    상기 센터 암이 하강된 상태에서 상기 센터 콤들이 상기 기판들에 비접촉되고 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들에 접촉되는 기판 세정 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제2,3과정이 진행되는 동안,
    상기 센터 암이 상승된 상태에서 상기 센터 콤들이 상기 기판들에 접촉되고 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들과 비접촉되는 기판 세정 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제4단계는,
    상기 제4과정 후, 상기 센터 암을 역방향으로 설정 각도의 반만큼 회전시키는 과정을 포함하고,
    상기 과정이 진행되는 동안,
    상기 센터 암이 하강된 상태에서 상기 센터 콤들이 상기 기판들에 비접촉되고 상기 제1,2 사이드 콤들이 상기 기판들에 접촉되는 기판 세정 방법.
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