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KR100873937B1 - 웨이퍼 세정 장치 및 웨이퍼 세정 방법 - Google Patents

웨이퍼 세정 장치 및 웨이퍼 세정 방법 Download PDF

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KR100873937B1 KR1020070095370A KR20070095370A KR100873937B1 KR 100873937 B1 KR100873937 B1 KR 100873937B1 KR 1020070095370 A KR1020070095370 A KR 1020070095370A KR 20070095370 A KR20070095370 A KR 20070095370A KR 100873937 B1 KR100873937 B1 KR 100873937B1
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오세훈
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Abstract

본 발명은 반도체 처리 공정 중에서 웨이퍼 세정 공정에 관한 것으로, 본 발명의 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼를 회전시키는 스핀 척, 웨이퍼 상에 세정액층를 형성하기 위해 세정액을 공급하는 세정액 공급부, 및 세정액층에 진동을 인가하기 위한 진동 유닛을 포함하되, 진동 유닛은 진동자가 설치된 진동 노즐, 노즐 구동부, 및 진동 노즐을 웨이퍼의 중심 영역에서 가장자리 영역으로 이동 시에는 세정액층에 접촉시키고 웨이퍼의 가장자리 영역에서 중심 영역으로 이동 시에는 세정액층으로부터 이격되도록 노즐 구동부를 제어하는 노즐 제어부를 갖는다.
웨이퍼 세정 장치. 진동자, 세정액

Description

웨이퍼 세정 장치 및 웨이퍼 세정 방법{APPARATUS FOR CLEANING WAFER AND METHOD FOR CLEANING WAFER}
본 발명은 웨이퍼 처리 장치 및 웨이퍼 처리 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 웨이퍼 세정 장치 및 그의 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라서 관리해야 할 파티클 수준도 보다 엄격해지고 있다. 따라서 세정 공정은 매우 중요하며, 파티클이 웨이퍼로부터 제거되지 않으면, 회로의 오동작을 야기하거나 동작 불능을 야기할 수 있어 수율이 저하된다.
웨이퍼 상의 파티클을 제거하는 대표적인 방법은 약액을 사용하여 화학적으로 표면을 처리하는 방법과, 물리적인 힘을 가하여 웨이퍼 상에 흡착되어 있는 파티클을 제거하는 물리적인 방법이 있다. 물리적인 방법의 예로서, 소닉 진동자를 이용하는 방식과, 스핀 스크러버(spin scrubber)의 브러쉬(brush)의 마찰력을 이용하는 방식 등이 있다.
본 발명의 목적은 효율적인 세정력을 갖는 웨이퍼 세정 장치 및 웨이퍼 세정 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼를 회전시키는 스핀 척; 상기 웨이퍼 상에 세정액층를 형성하기 위해, 세정액을 공급하는 세정액 공급부; 및 상기 세정액층에 진동을 인가하기 위한 진동 유닛을 포함하되, 상기 진동 유닛은 진동자가 설치된 진동 노즐, 노즐 구동부, 및 상기 진동 노즐을 상기 웨이퍼의 중심 영역에서 가장자리 영역으로 이동 시에는 상기 세정액층에 접촉시키고 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서 중심 영역으로 이동 시에는 상기 세정액층으로부터 이격되도록 상기 노즐 구동부를 제어하는 노즐 제어부를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 진동자는 상기 웨이퍼에 경사지게 배치되고, 상기 진동자의 저면은 웨이퍼와 평행할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법은 웨이퍼를 회전시키고; 세정액을 상기 웨이퍼로 공급하여 상기 웨이퍼 상에 세정액층을 형성하고; 그리고 상기 세정액층에 진동자가 설치된 진동 노즐을 이용하여 진동을 인가하여 상기 웨이퍼를 세정하되, 상기 진동 노즐이 상기 웨이퍼의 중심에서 가장자리로 이동 시와 상기 웨이퍼의 가장자리에서 중심으로 이동 시에 상기 웨이 퍼로부터의 상기 진동 노즐의 높이가 다르다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 진동 노즐은 상기 웨이퍼의 중심 영역에서 가장자리 영역으로 이동 시에는 상기 세정액층에 접촉하고, 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서 중심 영역으로 이동 시에는 상기 세정액층으로부터 이격한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 진동자는 초음파 진동을 인가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 진동 노즐의 진동자가 세정액층의 중심부 영역에서 모서리부 영역으로 이동하면서 웨이퍼의 표면으로부터 분리시킨 이물질이 다시 웨이퍼의 중심 영역으로 이동되는 것이 억제될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼가 효율적으로 세정될 수 있다. 게다가, 진동 노즐의 진동자가 웨이퍼에 수직하게 배치되는 것에 비해 진동자에 의해 인가되는 진동의 표면적이 넓어 웨이퍼가 더욱 효율적으로 세정될 수 있다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진동 유닛의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치(1000)는 스핀 척(100), 용기(200), 세정액 공급 노즐(152)을 가지는 세정액 공급부(150), 및 진동 유닛(160)을 포함한다.
스핀 척(100)은 스핀 헤드(110), 지지 핀(120)들, 및 척킹 핀(130)들을 갖는다. 스핀 헤드(110) 상에 설치된 지지 핀(120)들에 의해 웨이퍼(W)의 배면이 지지되고, 척킹 핀(130)들은 지지된 웨이퍼(W)의 가장자리를 고정한다. 또한, 스핀 척(100)은 진공 흡입 방식으로 웨이퍼(W)를 고정하거나 정전기력을 제공하여 웨이퍼(W)를 고정할 수 있다. 스핀 척(100)의 하단에 회전축(300)이 결합되어 있다. 스핀 척(100)의 구동부는 구동 모터(410), 구동 풀리(420), 및 벨트(430)를 갖는다. 스핀 척(100)의 구동부(400)는, 구동 모터(410)의 출력단에 구비된 구동 풀리(420)가 벨트(430)를 매개로 스핀 척(100)의 하단에 결합된 회전축(300)에 연결됨으로써, 스핀 척(100)을 구동 회전시켜, 스핀 척 상(100)에 지지고정되는 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
스핀 척(100) 주위에 용기(200)가 배치된다. 용기(200)의 내부는 웨이퍼(W)를 세정하는 공정을 수행하는 공간을 제공한다. 용기(200)의 내부에 웨이퍼(W)를 세정하기 위한 각종 유니트(미도시)들이 구비될 수 있다. 용기(200)의 상부는 개방되어 있다. 용기(200)는 용기 구동부(500)에 의해 스핀 척(100)에 대해 상대적으로 승강 또는 하강할 수 있다. 용기(200)의 개방된 상부는 웨이퍼(W)가 출입되기 위한 통로로 사용된다.
용기(200)의 개방된 상부의 한 측에 세정액 공급부(150)가 설치된다. 세정액 공급부(150)는 세정액 공급 노즐(152)을 갖는다. 세정액 공급 노즐(152)은 웨이퍼(W)를 향하고 웨이퍼(W)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 세정액 공급부(150)는 세정액 공급 노즐(152)을 통해 웨이퍼(W) 상에 지속적으로 세정액을 공급한다. 세정액은 웨이퍼(W)에 부착된 이물질(particle)의 제거 및 웨이퍼(W) 표면에 잔류하는 먼저 사용된 세정액의 린스의 목적으로 사용되는 가령, 초순수(deionized water: H2O)일 수 있다. 초순수 이외에 여러 종류의 케미컬(chemical)이 세정액으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 케미컬은 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2)와 초순수(H2O)의 혼합액, 불산(HF)과 초순수(H2O)의 혼합액, 불화암모늄(NH4F)과 불산(HF)과 초순수(H2O)의 혼합액, 인산(H3PO4)과 초순수(H2O)와의 혼합액일 수 있다. 케미컬은 세정시 조건에 따라 적절한 세정액으로 선택될 수 있다. 또는, 상기한 다양한 세정액은 제거하고자 하는 이물질의 종류에 따라 이들 중 어느 하나만을 사용하거나 이들 중 일부를 혼합하거나 또는 순차적으로 사용할 수 있다.
용기(200)의 개방된 상부의 다른 측에 진동 유닛(160)이 설치된다. 본 발명에 실시예에 따른 진동 유닛(160)는 진동 노즐(162), 노즐 구동부(164, 165), 및 노즐 제어부(169)를 가진다. 진동 노즐(162)은 진동 발생부(161b)와 진동자(161a)를 포함한다. 진동 발생부(161b)는 진동자(161a)의 단부와 결합된다. 진동 발생부(161b)는 음파 에너지에 의한 진동을 발생하며, 진동자(161a)는 세정액층(도 3a의 155)에 강력한 초음파 진동을 인가한다. 진동 발생부(161b)는 전기 에너지를 물 리적인 진동에너지로 변환시키는 압전체를 포함한다. 진동자(161a)는 초음파 에너지를 효과적으로 전달한다고 알려져 있는 석영(quartz)으로 만들어질 수 있다. 석영은 대부분의 세정액에 대해 사용 가능하다. 다만, 불산을 포함하는 세정액에 대해서는 석영으로 된 진동자(161a)가 식각될 염려가 있다. 따라서, 진동자(161a)는 석영 이외에 사파이어(sapphire), 탄화규소(silicon carbide), 질화붕소(boron nitride), 탄소 유리 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 진동 노즐(162)의 진동자(161a)는 웨이퍼(W)에 경사지게 배치되고, 진동자(161a)의 저면은 웨이퍼(W)와 평행하다. 본 발명에 따르면, 진동자(161a)가 웨이퍼(W)에 수직하게 배치되는 것에 비해 진동자(161a)에 의해 인가되는 진동의 표면적이 넓어 웨이퍼(W)가 효율적으로 세정될 수 있다.
노즐 구동부(164, 165)는 노즐 제 1 구동부(164) 및 노즐 제 2 구동부(165)를 포함한다. 노즐 제 1 구동부(164)는 진동 노즐(162)을 웨이퍼(W)의 표면과 평행하게 수평 왕복 운동시킬 수 있고, 노즐 제 2 구동부(165)는 진동 노즐(162)을 웨이퍼(W)의 표면과 수직하게 상하 운동시킬 수 있다. 노즐 제 1 구동부(164) 및 노즐 제 2 구동부(165)는 노즐 제어부(169)와 전기적으로 연결된다. 노즐 제어부(169)는 진동 노즐(162)을 웨이퍼(W)의 중심 영역에서 가장자리 영역으로 이동 시에는 세정액층(도 3a의 155)에 접촉시키고 웨이퍼(W)의 가장자리 영역에서 중심 영역으로 이동 시에는 세정액층(도 3a의 155)으로부터 이격되도록 노즐 구동부(164, 165)를 제어한다.
이하, 상술한 웨이퍼 세정 장치를 사용한 웨이퍼 세정 방법을 설명한다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법을 보여주는 웨이퍼 세정 장치의 단면도들이다. 도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치의 세정 수순을 도시한 흐름도이다.
도 3a, 도 3b, 및 도 4를 참조하면, 단계 S450에서 스핀 척(100)에 웨이퍼(W)를 장착시킨다. 스핀 척(100)을 구동시켜 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
단계 S452에서 세정액 공급 노즐(112)을 통해 회전하는 웨이퍼(W) 전면으로 세정액을 지속적으로 공급하여 웨이퍼(W) 상에 세정액층(155)을 형성한다. 지속적인 세정액 공급에 의하여, 공정이 진행되는 동안 웨이퍼(W) 상에 세정액층(155)이 유지될 수 있다.
단계 S454에서 웨이퍼(W)에 대응하는 세정액층(155)의 중심부 영역에 진동 노즐(162)의 진동자(161a)를 접촉시킨다. 접촉된 진동자(161a)를 세정액층(155)의 모서리부 영역으로 이동시키며 진동 노즐(162)의 진동 발생부(161b)에서 발생된 진동을 진동자(161a)를 통하여 세정액층(155)에 인가한다. 이에 따라, 세정액층(155)에 가해지는 진동에 의해 캐비테이션(cavitation) 기포가 파열하여 이물질(particle) 사이에 틈을 만들고, 그 틈으로 기포들이 침투하여 파열함으로써 완전하게 웨이퍼(W)의 표면으로부터 이물질이 분리된다. 만약, 이물질의 크기가 매우 작은 경우에는 초음파(Megasonic)를 이용하는 것이 적합하다. 가령, 이물질이 1㎛ 이하 정도로 매우 작은 경우에는 메가헤르쯔(MHz) 단위의 주파수를 갖는 초음파가 사용될 수 있다.
단계 S456에서 세정액층(155)의 모서리부 영역에서 진동 노즐(162)의 진동 자(161a)를 세정액층(155)으로부터 이격시킨다. 이격된 진동자(161a)를 세정액층(155)의 중심부 영역으로 이동시킨다. 단계 S454 및 단계 S456를 반복하며 웨이퍼(W)를 세정한다.
본 발명에 따르면, 진동 노즐(162)의 진동자(161a)가 세정액층(155)으로부터 이격된 채 세정액층(155)의 모서리부 영역에서 중심부 영역으로 이동한다. 이에 따라, 진동 노즐(162)의 진동자(161a)가 세정액층(155)의 중심부 영역에서 모서리부 영역으로 이동하면서 웨이퍼(W)의 표면으로부터 분리시킨 이물질이 다시 웨이퍼(W)의 중심 영역으로 이동되는 것이 억제될 수 있다.
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 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진동 유닛의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법을 보여주는 웨이퍼 세정 장치의 단면도들이다.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치의 세정 수순을 도시한 흐름도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 스핀 척 110 : 스핀헤드
120 : 지지 핀 130 : 척킹 핀
155 : 세정액층 160 : 진동 유닛
200 : 용기 300 : 회전축

Claims (5)

  1. 웨이퍼를 회전시키고;
    세정액을 상기 웨이퍼로 공급하여 상기 웨이퍼 상에 세정액층을 형성하고; 그리고
    상기 세정액층에 진동자가 설치된 진동 노즐을 이용하여 진동을 인가하여 상기 웨이퍼를 세정하되,
    상기 진동 노즐이 상기 웨이퍼의 중심에서 가장자리로 이동 시와 상기 웨이퍼의 가장자리에서 중심으로 이동 시에 상기 웨이퍼로부터의 상기 진동 노즐의 높이가 다른 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 노즐은 상기 웨이퍼의 중심 영역에서 가장자리 영역으로 이동 시에는 상기 세정액층에 접촉하고, 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서 중심 영역으로 이동 시에는 상기 세정액층으로부터 이격하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동자는 초음파 진동을 인가하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  4. 웨이퍼를 회전시키는 스핀 척;
    상기 웨이퍼 상에 세정액층를 형성하기 위해, 세정액을 공급하는 세정액 공급부; 및
    상기 세정액층에 진동을 인가하기 위한 진동 유닛을 포함하되,
    상기 진동 유닛은 진동자가 설치된 진동 노즐, 노즐 구동부, 및 상기 진동 노즐을 상기 웨이퍼의 중심 영역에서 가장자리 영역으로 이동 시에는 상기 세정액층에 접촉시키고 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서 중심 영역으로 이동 시에는 상기 세정액층으로부터 이격되도록 상기 노즐 구동부를 제어하는 노즐 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 진동자는 상기 웨이퍼에 경사지게 배치되고, 상기 진동자의 저면은 웨이퍼와 평행한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
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