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KR102676133B1 - 반도체 웨이퍼를 세정하는 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼를 세정하는 장치 및 방법 Download PDF

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KR102676133B1
KR102676133B1 KR1020197013059A KR20197013059A KR102676133B1 KR 102676133 B1 KR102676133 B1 KR 102676133B1 KR 1020197013059 A KR1020197013059 A KR 1020197013059A KR 20197013059 A KR20197013059 A KR 20197013059A KR 102676133 B1 KR102676133 B1 KR 102676133B1
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에이씨엠 리서치 (상하이), 인코포레이티드
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Abstract

반도체 웨이퍼를 세정하는 장치는 척(106), 초음파 또는 메가소닉 장치, 액츄에이터(113), 적어도 하나의 디스펜서(108, 209), 및 회전 구동 기구(111)를 포함한다. 척(106)은 반도체 웨이퍼(105)를 보유지지한다. 액츄에이터(113)는 초음파 또는 메가소닉 장치를 반도체 웨이퍼(105)의 표면 위의 위치로 구동하고, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이에 갭이 형성된다. 적어도 하나의 디스펜서(108, 209)는 반도체 웨이퍼(105)의 표면에 세정액을 분사한다. 회전 구동 기구는, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭이 세정액(104)으로 완전하고 연속적으로 채워져, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액(104)을 통해 반도체 웨이퍼(105)의 전체 표면에 안정적으로 전달되게 하는 것을 확보하기 위해, 척(106)을 구동하여 설정된 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 회전시킨다. 또한, 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법이 개시된다.

Description

반도체 웨이퍼를 세정하는 장치 및 방법
본 발명은 전체적으로 반도체 웨이퍼를 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해 초음파 또는 메가소닉(mega sonic) 장치를 사용하고, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼 사이의 갭을 세정액이 완전하고 연속적으로 채우게 하도록, 설정된 회전 속도보다 낮게 반도체 웨이퍼의 회전 속도를 제어하여, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액을 통해 반도체 웨이퍼에 안정적으로 전달됨으로써, 반도체 웨이퍼의 패터닝된 구조의 손상을 방지하는 것에 관련된 것이다.
반도체 칩의 체적이 작아짐에 따라, 오늘날의 반도체 세정 기술에서 큰 과제는 반도체 웨이퍼의 패터닝된 구조를 손상시키지 않고 입자 제거율을 향상시키는 것이다. 초음파 또는 메가소닉 세정 기술의 개발은 반도체 소자의 제조 동안에 세정 문제를 해결하는데, 이 기술은 단일 반도체 웨이퍼의 세정에 더 많이 적용되고, 입자 및 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있다. 예를 들어, 메가소닉 장치를 보면, 메가소닉 장치는 일반적으로 공진기에 음향적으로 결합된 압전 변환기를 포함한다. 변환기는 전기적으로 여기되어 진동하고, 공진기는 고주파 음향 에너지를 세정액으로 전달한다. 메가소닉 에너지에 의해 생성된 세정액의 교란은 반도체 웨이퍼 상의 입자를 느슨하게 한다. 따라서, 오염물질은 반도체 웨이퍼로부터 진동되고, 디스펜서(dispenser)에 의해 공급되어 흐르는 세정액을 통해 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거된다. 반도체 웨이퍼를 세정할 때, 반도체 웨이퍼는 척에 의해 지지되고, 반도체 웨이퍼는 척과 함께 소정의 회전 속도로 회전한다. 디스펜서는 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사한다. 메가소닉 장치는 반도체 웨이퍼의 표면 위의 위치로 구동되고, 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이에 갭이 형성된다. 세정액은 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭을 채운다. 메가소닉 에너지는 세정액을 통해 반도체 웨이퍼의 표면으로 전달된다. 반도체 소자의 제조 공정 동안, 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼 사이의 세정액은 분명히 패터닝된 구조의 품질에 영향을 끼칠 수 있다. 반도체 웨이퍼의 회전 속도는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭을 채우는 세정액에 영향을 주는 주요 요인이다. 세정액이 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭을 완전히 채우지 못하면, 메가소닉 에너지가 반도체 웨이퍼의 표면에 불안정하게 전달되기 때문에 반도체 웨이퍼의 패터닝된 구조가 손상될 수 있다. 반도체 웨이퍼의 회전 속도 외에, 반도체 웨이퍼의 표면 위에서 메가소닉 장치의 위치와, 반도체 웨이퍼의 표면 특성(소수성 또는 친수성) 등도 세정액이 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭을 채우는 것에 영향을 끼칠 수 있는데, 이들 요인은 세정액이 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 전체 갭을 완전하고 연속적으로 채우지 못하게 하여, 패터닝된 구조의 손상을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 초음파 또는 메가소닉 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼를 세정하고, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭을 세정액이 완전하고 연속적으로 채우게 하도록, 설정된 회전 속도보다 낮게 반도체 웨이퍼의 회전 속도를 제어하여, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액을 통해 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 안정적으로 전달됨으로써, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 반도체 웨이퍼의 패터닝된 구조를 손상시키는 것을 방지하는 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 반도체 웨이퍼를 세정하는 장치는, 척, 회전 구동 기구, 초음파 또는 메가소닉 장치, 액츄에이터, 및 적어도 하나의 중앙 디스펜서를 포함한다. 척은 반도체 웨이퍼를 보유지지한다. 회전 구동 기구는 척을 구동하여 30rpm보다 낮은 회전 속도로 회전시킨다. 액츄에이터는 초음파 또는 메가소닉 장치를 반도체 웨이퍼의 표면 위의 위치로 구동하고, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이에 갭이 형성된다. 적어도 하나의 중앙 디스펜서는 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사한다. 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭은 세정액으로 완전하고 연속적으로 채워져, 초음파 또는 메가소닉 에너지는 세정액을 통해 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 안정적으로 전달된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 반도체 웨이퍼를 세정하는 장치는, 척, 회전 구동 기구, 초음파 또는 메가소닉 장치, 액츄에이터, 및 측면 디스펜서를 포함한다. 척은 반도체 웨이퍼를 보유지지한다. 회전 구동 기구는 척을 구동하여 45rpm보다 낮은 회전 속도로 회전시킨다. 액츄에이터는 초음파 또는 메가소닉 장치를 반도체 웨이퍼의 표면 위의 위치로 구동하고, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이에 갭이 형성된다. 측면 디스펜서는 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사한다. 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭은 세정액으로 완전하고 연속적으로 채워져, 초음파 또는 메가소닉 에너지는 세정액을 통해 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 안정적으로 전달된다.
본 발명의 일 실시예에서, 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법은, 척에 의해 반도체 웨이퍼를 보유지지하는 단계; 적어도 하나의 중앙 디스펜서에 의해 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하는 단계; 반도체 웨이퍼의 표면 위의 위치로 초음파 또는 메가소닉 장치를 구동하여, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이에 갭이 형성되게 하는 단계; 및 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭이 세정액으로 완전하고 연속적으로 채워져, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액을 통해 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 안정적으로 전달되게 하는 것을 확보하기 위해, 척을 구동하여 30rpm보다 낮은 회전 속도로 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법은, 척에 의해 반도체 웨이퍼를 보유지지하는 단계; 적어도 하나의 측면 디스펜서에 의해 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하는 단계; 반도체 웨이퍼의 표면 위의 위치로 초음파 또는 메가소닉 장치를 구동하여, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이에 갭이 형성되게 하는 단계; 및 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭이 세정액으로 완전하고 연속적으로 채워져, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액을 통해 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 안정적으로 전달되게 하는 것을 확보하기 위해, 척을 구동하여 45rpm보다 낮은 회전 속도로 회전시키는 단계를 포함한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 장치를 도시한 개략도이고, 도 1b는 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해, 장치의 초음파 또는 메가소닉 장치와 중앙 디스펜서를 사용하는 것을 도시한 평면도이다.
도 2는 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치의 초음파 또는 메가소닉 장치와 측면 디스펜서를 사용하는 것을 도시한 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는, 반도체 웨이퍼가 높은 회전 속도(>30rpm)로 회전하고, 중앙 디스펜서가 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하여 반도체 웨이퍼와 초음파 또는 메가소닉 장치 사이의 갭을 채우는 동안 세정액 도달 영역이 어떻게 변하는지를 도시한 평면도들이고, 도 3c 및 도 3d는 반도체 웨이퍼가 높은 회전 속도로 회전하는 동안 세정액 도달 영역이 어떻게 변하는지를 도시한 개략도들이다.
도 4는 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해, 도 1a 및 도 1b에 도시된 장치를 사용하는 것을 도시한 개략도로서, 반도체 웨이퍼가 낮은 회전 속도(10-30rpm)로 회전하고, 중앙 디스펜서가 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하여 반도체 웨이퍼와 초음파 또는 메가소닉 장치 사이의 갭을 채우는 것을 도시한다.
도 5는 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해, 도 2에 도시된 장치를 사용하는 것을 도시한 개략도로서, 반도체 웨이퍼가 낮은 회전 속도(10-45rpm)로 회전하고, 측면 디스펜서가 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하여 반도체 웨이퍼와 초음파 또는 메가소닉 장치 사이의 갭을 채우는 것을 도시한다.
도 6은 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해, 도 2에 도시된 장치를 사용하는 것을 도시한 개략도로서, 반도체 웨이퍼가 높은 회전 속도(>45rpm)로 회전하고, 측면 디스펜서가 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하여 반도체 웨이퍼와 초음파 또는 메가소닉 장치 사이의 갭을 채우는 것을 도시한다.
도 7은 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해, 도 1a 및 도 1b에 도시된 장치를 사용하는 것을 도시한 개략도로서, 반도체 웨이퍼의 표면이 소수성이며, 반도체 웨이퍼가 낮은 회전 속도(10-30rpm)로 회전하고, 중앙 디스펜서가 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하여 반도체 웨이퍼와 초음파 또는 메가소닉 장치 사이의 갭을 채우는 것을 도시한다.
도 8은 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해, 도 1a 및 도 1b에 도시된 장치를 사용하는 것을 도시한 개략도로서, 반도체 웨이퍼의 표면이 친수성이며, 반도체 웨이퍼가 낮은 회전 속도(10-30rpm)로 회전하고, 중앙 디스펜서가 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하여 반도체 웨이퍼와 초음파 또는 메가소닉 장치 사이의 갭을 채우는 것을 도시한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼를 세정하는 예시적인 장치가 도시되어 있다. 장치는 반도체 웨이퍼(105)를 보유지지하는 척(106)을 포함한다. 척(106)에는 반도체 웨이퍼(105)를 고정하기 위한 복수의 위치 결정 핀(107)이 배치된다. 척(106)은 회전 구동 기구(111)에 연결된다. 회전 구동 기구(111)는 척(106)을 구동하여, 설정된 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 회전시킨다. 회전 속도는 10-3000rpm의 범위 내에서 설정된다. 반도체 웨이퍼(105)가 척(106)에 의해 보유지지됨에 따라, 반도체 웨이퍼(105)는 척(106)과 함께 동일한 회전 속도로 회전한다. 장치는 서스펜션 아암(suspension arm; 101)을 구비한다. 서스펜션 아암(101)의 저부에 초음파 또는 메가소닉 장치가 위치된다. 초음파 또는 메가소닉 장치는 공진기(103)에 음향적으로 결합된 압전 변환기(102)를 갖는다. 초음파 또는 메가소닉 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼(105)를 세정할 때, 초음파 또는 메가소닉 장치는 반도체 웨이퍼(105)의 표면 위의 위치로 이동되고, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이에 갭이 형성된다. 압전 변환기(102)는 전기적으로 여기되어 진동하고, 공진기(103)는 고주파 음향 에너지를 세정액에 전달한다. 초음파 또는 메가소닉 에너지에 의해 생성된 세정액의 교란은 반도체 웨이퍼(105) 상의 입자를 느슨하게 한다. 따라서, 오염물질은 반도체 웨이퍼(105)의 표면으로부터 진동되고, 흐르는 세정액(104)을 통해 반도체 웨이퍼(105)의 표면으로부터 제거된다. 세정액(104)은 적어도 하나의 중앙 디스펜서(108)에 의해 공급된다. 중앙 디스펜서(108)는 서스펜션 아암(101)의 선단에 위치된다. 중앙 디스펜서(108)는 반도체 웨이퍼(105)의 표면에 세정액(104)을 분사하기 위해, 반도체 웨이퍼(105)의 중심을 마주보거나 반도체 웨이퍼(105)의 중심을 조금 지나서 위치한다. 세정액(104)은 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭을 완전하고 연속적으로 채우게 되어, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액(104)을 통해 반도체 웨이퍼(105)의 전체 표면에 안정적으로 전달되게 함으로써, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 반도체 웨이퍼(105)의 패터닝된 구조를 손상시키는 것을 방지하고, 특히 초음파 또는 메가소닉 에너지가 반도체 웨이퍼(105)의 에지(edge)에 있는 패터닝된 구조를 손상시키는 것을 방지한다. 중앙 디스펜서(108)의 수는 적어도 하나 이상이다. 중앙 디스펜서(108)는 반도체 웨이퍼(105)의 표면에 액체 또는 기체일 수 있는 상이한 화학물질을 제공할 수 있다. 수직한 액츄에이터(112)는 서스펜션 아암(101)을 구동하여 위 또는 아래로 이동시킴으로써, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭을 변화시킨다. 액츄에이터(113)는 초음파 또는 메가소닉 장치를 반도체 웨이퍼(105)의 표면 위의 위치로 구동시킨다.
도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼를 세정하는 예시적인 장치를 도시한 평면도이다. 제2 실시예의 장치는 도 1에 도시된 장치와 유사하고, 제2 실시예의 장치는, 장치의 초음파 또는 메가소닉 장치의 일 측면에 배치된 측면 디스펜서(209)를 갖는다는 점이 상이하다. 일 실시예에서, 측면 디스펜서(209)는 초음파 또는 메가소닉 장치의 측면을 따라 배치된 라인에 배열된 복수의 분사구멍을 갖춘다.
도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같은 일 실시예에서, 반도체 웨이퍼(105)를 세정하기 위해 도 1a 및 도 1b에 도시된 장치를 사용할 때, 척(106)은 복수의 위치 결정 핀(107)에 의해 반도체 웨이퍼(105)를 보유지지하고 위치시킨다. 회전 구동 기구(111)는 척(106)을 구동하여 30rpm보다 큰 높은 회전 속도로 회전시킨다. 액츄에이터(113)는 초음파 또는 메가소닉 장치를 반도체 웨이퍼(105)의 표면 위의 위치로 구동시킨다. 수직한 액츄에이터(112)는 초음파 또는 메가소닉 장치를 구동하여, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭을 변화시키도록 수직으로 이동시킨다. 초음파 또는 메가소닉 장치는 반도체 웨이퍼(105)의 바깥쪽 에지에 걸쳐 있다. 중앙 디스펜서(108)는 반도체 웨이퍼(105)의 표면에 세정액(104)을 분사한다. 회전 구동 기구(111)는 척(106)을 높은 회전 속도로 회전시키며, 이는 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭을, 특히 초음파 또는 메가소닉 장치의 에지에서, 세정액(104)으로 완전하고 연속적으로 채울 수 없게 한다. 세정 공정 동안, 세정액(104)은 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭을 간헐적으로 완전히 채우게 되는데, 이것은 불안정하다. 도 3a 및 도 3b는 반도체 웨이퍼가 높은 회전 속도로 회전하는 동안 세정액 도달 영역이 어떻게 변하는지를 도시한 평면도들이다. 구역 1 및 구역 2는 세정액(104)에 의해 간헐적으로 완전히 채워지게 된다. 때때로, 도 3a 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 구역 1 및 구역 2는 세정액(104)으로 채워지지 않거나 불완전하게 채워지고, 구역 3은 세정액(104)으로 완전히 채워지게 된다. 하지만, 때로는 도 3b 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 구역 1 및 구역 2는 세정액(104)으로 완전히 채워져, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 전체 갭이 세정액(104)으로 완전히 채워진다. 교번하는 기체상과 액체상은 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭에 존재한다. 초음파 또는 메가소닉 에너지는 기체상과 액체상의 경계 사이에 집중된다. 에너지 집중에 의해 생성된 높은 초음파 또는 메가소닉 파워는 패터닝된 구조를 손상시킬 위험이 있다. 또한, 구역 1 및 구역 2를 채우는 세정액(104)이 없거나, 구역 1 및 구역 2가 세정액(104)으로 완전히 채워지지 않을 때, 초음파 또는 메가소닉 에너지는 반도체 웨이퍼의 표면으로 전달되지 않으나, 구역 1 및 구역 2가 세정액(104)으로 완전히 채워지면, 초음파 또는 메가소닉 에너지는 세정액(104)을 통해 반도체 웨이퍼(105)의 표면으로 전달된다. 이는 반도체 웨이퍼(105)의 표면으로 전달되는 초음파 또는 메가소닉 에너지의 불균일한 분포를 초래한다. 게다가, 불안정한 액체의 전달은, 초음파 또는 메가소닉 에너지의 전달이 더욱 균일하지 않은 난류를 야기한다.
도 4를 참조하면, 전술한 문제를 해결하기 위해, 척(106)의 회전 속도는 30rpm보다 작은, 바람직하게는 10-30rpm의 범위 내의 낮은 회전 속도로 제어된다. 중앙 디스펜서(108)는 반도체 웨이퍼(105)의 표면에 세정액(104)을 분사한다. 회전 구동 기구(111)가 척(106)을 구동하여 설정된 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 회전시킴으로써, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭이 세정액(104)으로 완전하고 연속적으로 채워지기 때문에, 초음파 또는 메가소닉 에너지는 세정액(104)을 통해 반도체 웨이퍼(105)의 전체 표면에 안정적으로 전달되어, 반도체 웨이퍼(105)의 패터닝된 구조를 손상시키는 것을 방지한다. 설정된 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 척(106)의 회전 속도를 제어하면, 패터닝된 구조의 손상을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 반도체 웨이퍼(205)를 세정하기 위해 도 2에 도시된 장치를 사용할 때, 척(206)은 복수의 위치 결정 핀(207)에 의해 반도체 웨이퍼(205)를 보유지지하고 위치시킨다. 회전 구동 기구는 척(206)을 구동하여 45rpm보다 작은, 바람직하게는 10-45rpm의 범위 내의 낮은 회전 속도로 회전시킨다. 액츄에이터는 초음파 또는 메가소닉 장치를 반도체 웨이퍼(205)의 표면 위의 위치로 구동시킨다. 수직한 액츄에이터는 서스펜션 아암(201)을 구동하여, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(205)의 표면 사이의 갭을 변화시키도록 수직으로 이동시킨다. 바람직하기로, 초음파 또는 메가소닉 장치의 에지는 반도체 웨이퍼(205)의 바깥쪽 에지와 정렬된다. 측면 디스펜서(209)는 반도체 웨이퍼(205)의 표면에 세정액(204)을 분사한다. 회전 구동 기구가 척(206)을 구동하여 설정된 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 회전시킴으로써, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(205)의 표면 사이의 갭이 세정액(204)으로 완전하고 연속적으로 채워지기 때문에, 초음파 또는 메가소닉 에너지는 세정액(204)을 통해 반도체 웨이퍼(205)의 전체 표면에 안정적으로 전달되어, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 반도체 웨이퍼(205)의 패터닝된 구조를 손상시키는 것을 방지한다. 설정된 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 척(206)의 회전 속도를 제어하면, 패터닝된 구조의 손상을 방지할 수 있다.
도 5에 도시된 실시예와 비교하여, 도 6에 도시된 바와 같은 일 실시예에서는, 회전 구동 기구가 척(206)을 구동하여 45rpm보다 큰 높은 회전 속도로 회전시키며, 이는 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(205)의 표면 사이의 갭을, 특히 초음파 또는 메가소닉 장치의 에지에서, 세정액(204)으로 완전하고 연속적으로 채울 수 없게 한다. 세정 공정 동안, 세정액(204)은 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(205)의 표면 사이의 갭을 간헐적으로 완전히 채우게 되는데, 이것은 불안정하다. 교번하는 기체상과 액체상은 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(205)의 표면 사이의 갭에 존재한다. 초음파 또는 메가소닉 에너지는 기체상과 액체상의 경계 사이에 집중된다. 에너지 집중에 의해 생성된 높은 초음파 또는 메가소닉 파워는 패터닝된 구조를 손상시킬 위험이 있다. 또한, 갭을 채우는 세정액(204)이 없거나, 갭이 세정액(204)으로 완전히 채워지지 않을 때, 초음파 또는 메가소닉 에너지는 반도체 웨이퍼의 표면으로 전달되지 않으나, 갭이 세정액(204)으로 완전히 채워지면, 초음파 또는 메가소닉 에너지는 세정액(204)을 통해 반도체 웨이퍼(205)의 표면으로 전달된다. 이는 반도체 웨이퍼(205)의 표면으로 전달되는 초음파 또는 메가소닉 에너지의 불균일한 분포를 초래한다. 게다가, 불안정한 액체의 전달은, 초음파 또는 메가소닉 에너지의 전달이 더욱 균일하지 않은 난류를 야기한다.
도 7에 도시된 바와 같은 일 실시예에서, 반도체 웨이퍼(105)를 세정하기 위해 도 1a 및 도 1b에 도시된 장치를 사용할 때, 척(106)은 복수의 위치 결정 핀(107)에 의해 반도체 웨이퍼(105)를 보유지지하고 위치시킨다. 회전 구동 기구(111)는 척(106)을 구동하여 30rpm보다 작은, 바람직하게는 10-30rpm의 범위 내의 낮은 회전 속도로 회전시킨다. 액츄에이터(113)는 초음파 또는 메가소닉 장치를 반도체 웨이퍼(105)의 표면 위의 위치로 구동시킨다. 수직한 액츄에이터(112)는 서스펜션 아암(101)을 구동하여, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭을 변화시키도록 수직으로 이동시킨다. 초음파 또는 메가소닉 장치의 에지는 반도체 웨이퍼(105)의 바깥쪽 에지와 정렬된다. 중앙 디스펜서(108)는 반도체 웨이퍼(105)의 표면에 세정액(104)을 분사한다. 이 실시예에서, 반도체 웨이퍼(105)의 표면은 소수성을 가지며, 이는 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭을, 특히 초음파 또는 메가소닉 장치의 에지에서, 세정액(104)으로 완전하고 연속적으로 채울 수 없게 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 도 8에 도시된 바와 같은 다른 실시예를 제공한다. 이 실시예에서, 반도체 웨이퍼(105)를 세정하기 위해 도 1a 및 도 1b에 도시된 장치를 사용할 때, 척(106)은 복수의 위치 결정 핀(107)에 의해 반도체 웨이퍼(105)를 보유지지하고 위치시킨다. 회전 구동 기구(111)는 척(106)을 구동하여 30rpm보다 작은, 바람직하게는 10-30rpm의 범위 내의 낮은 회전 속도로 회전시킨다. 액츄에이터(113)는 초음파 또는 메가소닉 장치를 반도체 웨이퍼(105)의 표면 위의 위치로 구동시킨다. 수직한 액츄에이터(112)는 서스펜션 아암(101)을 구동하여, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭을 변화시키도록 수직으로 이동시킨다. 초음파 또는 메가소닉 장치의 에지는 반도체 웨이퍼(105)의 바깥쪽 에지와 정렬된다. 중앙 디스펜서(108)는 반도체 웨이퍼(105)의 표면에 세정액(104)을 분사한다. 반도체 웨이퍼(105)의 표면은 친수성을 가지며, 이는 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼(105)의 표면 사이의 갭을 세정액(104)으로 완전하고 연속적으로 채우게 되므로, 초음파 또는 메가소닉 에너지는 세정액(104)을 통해 반도체 웨이퍼(105)의 전체 표면에 안정적으로 전달되어, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 반도체 웨이퍼(105)의 패터닝된 구조를 손상시키는 것을 방지한다.
상술한 바와 같이, 척의 회전 속도, 초음파 또는 메가소닉 장치의 위치, 디스펜서의 유형, 및 반도체 웨이퍼의 표면 특성은, 세정액이 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭을 채우는 데에 영향을 끼치는 요인들이다. 특히, 설정된 회전 속도보다 낮게 척의 회전 속도를 제어함으로써, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭이 세정액으로 완전하고 연속적으로 채워져 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액을 통해 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 안정적으로 전달되어, 반도체 웨이퍼의 패터닝된 구조를 손상시키는 것을 방지하는 것을 보장할 수 있다. 중앙 디스펜서의 경우, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 반도체 웨이퍼의 패터닝된 구조를 손상시키는 것을 방지하기 위해, 척의 회전 속도는 30rpm보다 낮다. 측면 디스펜서의 경우, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 반도체 웨이퍼의 패터닝된 구조를 손상시키는 것을 방지하기 위해, 척의 회전 속도는 45rpm보다 낮다.
따라서, 본 발명의 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법이 제공되고, 이 방법은,
단계 1: 척에 의해 반도체 웨이퍼를 보유지지하는 단계;
단계 2: 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하는 단계;
단계 3: 반도체 웨이퍼의 표면 위의 위치로 초음파 또는 메가소닉 장치를 구동하여, 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이에 갭이 형성되게 하는 단계; 및
단계 4 : 초음파 또는 메가소닉 장치와 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭이 세정액으로 완전하고 연속적으로 채워져, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액을 통해 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 안정적으로 전달되게 하는 것을 확보하기 위해, 척을 구동하여 설정된 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 회전시키는 단계
를 포함한다.
일 실시예에서, 반도체 웨이퍼의 표면은 친수성이다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 중앙 디스펜서에 의해 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사한다. 그리고 척을 구동하여 30rpm보다 낮은, 바람직하게는 10-30rpm의 범위 내의 회전 속도로 회전시킨다. 중앙 디스펜서는 반도체 웨이퍼의 중심을 마주보거나 반도체 웨이퍼의 중심을 조금 지나서 위치한다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 측면 디스펜서에 의해 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사한다. 그리고 척을 구동하여 45rpm보다 낮은, 바람직하게는 10-45rpm의 범위 내의 회전 속도로 회전시킨다. 측면 디스펜서는 초음파 또는 메가소닉 장치의 일 측면에 배치된다. 측면 디스펜서는 초음파 또는 메가소닉 장치의 측면을 따라 배치된 라인에 배열된 복수의 분사구멍을 갖춘다.
본 발명의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 본 발명을 개시된 정확한 형태로 한정하거나 망라하려는 것은 아니며, 상기 교시의 견지에서 명백히 많은 수정 및 변형이 가능하다. 당업자에게 명백하게 될 수 있는 이러한 수정 및 변형은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (24)

  1. 반도체 웨이퍼를 보유지지하는 척;
    초음파 또는 메가소닉 장치;
    상기 초음파 또는 메가소닉 장치를 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위의 위치로 구동하여, 상기 초음파 또는 메가소닉 장치와 상기 반도체 웨이퍼의 표면 사이에 갭이 형성되게 하는 액츄에이터;
    상기 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하는 적어도 하나의 중앙 디스펜서; 및
    상기 초음파 또는 메가소닉 장치와 상기 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭에 기체상과 액체상이 교번하게 존재하지 않고 세정액으로 완전하고 연속적으로 채워져, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액을 통해 상기 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 안정적으로 전달되게 하는 것을 확보하기 위해, 상기 척을 구동하여 30rpm보다 낮은 회전 속도로 회전시키는 회전 구동 기구
    를 포함하고,
    상기 초음파 또는 메가소닉 장치는, 평면에서 볼 때, 원호부가 상기 반도체 웨이퍼 밖에 위치하고, 또한 상기 반도체 웨이퍼의 중심을 조금 지난 위치를 정점으로 하는 부채꼴을 하고 있고,
    상기 중앙 디스펜서는, 반도체 웨이퍼의 중심의 맞은편에서, 상기 부채꼴을 한 초음파 또는 메가소닉 장치의 중심선 상에 있어서 상기 반도체 웨이퍼의 중심을 조금 지난 위치에 배치되는, 반도체 웨이퍼를 세정하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 표면은 친수성인, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 회전 구동 기구는 상기 척을 구동하여 10-30rpm의 범위 내의 회전 속도로 회전시키는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 서스펜션 아암을 더 포함하고,
    상기 초음파 또는 메가소닉 장치는 상기 서스펜션 아암의 저부에 위치되며, 상기 중앙 디스펜서는 상기 서스펜션 아암의 선단에 위치된, 장치.
  5. 반도체 웨이퍼를 보유지지하는 척;
    초음파 또는 메가소닉 장치;
    상기 초음파 또는 메가소닉 장치를 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위의 위치로 구동하여, 상기 초음파 또는 메가소닉 장치와 상기 반도체 웨이퍼의 표면 사이에 갭이 형성되게 하는 액츄에이터;
    상기 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하는 적어도 하나의 측면 디스펜서; 및
    상기 초음파 또는 메가소닉 장치와 상기 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭에 기체상과 액체상이 교번하게 존재하지 않고 세정액으로 완전하고 연속적으로 채워져, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액을 통해 상기 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 안정적으로 전달되게 하는 것을 확보하기 위해, 상기 척을 구동하여 45rpm보다 낮은 회전 속도로 회전시키는 회전 구동 기구
    를 포함하고,
    상기 초음파 또는 메가소닉 장치는, 평면에서 볼 때, 원호부가 상기 반도체 웨이퍼 밖에 위치하고, 또한 상기 반도체 웨이퍼의 중심을 조금 지난 위치를 정점으로 하는 부채꼴을 하고 있고,
    상기 측면 디스펜서는, 상기 초음파 또는 메가소닉 장치의 측면을 따라, 상기 반도체 웨이퍼의 중심을 지난 위치로부터 상기 반도체 웨이퍼의 외측까지 상기 반도체 웨이퍼의 직경방향으로 연장되어 있는, 반도체 웨이퍼를 세정하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 회전 구동 기구는 상기 척을 구동하여 10-45rpm의 범위 내의 회전 속도로 회전시키는, 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 측면 디스펜서는, 상기 초음파 또는 메가소닉 장치의 측면을 따라 배치된 라인에 배열된 복수의 분사구멍을 갖춘, 장치.
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 초음파 또는 메가소닉 장치를 구동하여 상기 초음파 또는 메가소닉 장치와 상기 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭을 변화시키도록 수직으로 이동시키는 수직한 액츄에이터를 더 포함하는, 장치.
  9. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼를 고정하기 위해, 상기 척에 배치된 복수의 위치 결정 핀을 더 포함하는, 장치.
  10. 척에 의해 반도체 웨이퍼를 보유지지하는 단계;
    적어도 하나의 중앙 디스펜서 또는 적어도 하나의 측면 디스펜서로부터 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 세정액을 분사하는 단계;
    상기 반도체 웨이퍼의 표면 위의 위치로 초음파 또는 메가소닉 장치를 구동하여, 상기 초음파 또는 메가소닉 장치와 상기 반도체 웨이퍼의 표면 사이에 갭이 형성되게 하는 단계; 및
    상기 초음파 또는 메가소닉 장치와 상기 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 갭에 기체상과 액체상이 교번하게 존재하지 않고 세정액으로 완전하고 연속적으로 채워져, 초음파 또는 메가소닉 에너지가 세정액을 통해 상기 반도체 웨이퍼의 전체 표면에 안정적으로 전달되게 하는 것을 확보하기 위해, 상기 척을 구동하여 설정된 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 회전시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 회전 속도는, 상기 중앙 디스펜서로부터 세정액을 분사하는 경우 30rpm보다 낮고, 상기 측면 디스펜서로부터 세정액을 분사하는 경우 45rpm보다 낮고,
    상기 초음파 또는 메가소닉 장치는, 평면에서 볼 때, 원호부가 상기 반도체 웨이퍼 밖에 위치하고, 또한 상기 반도체 웨이퍼의 중심을 조금 지난 위치를 정점으로 하는 부채꼴을 하고 있고,
    상기 중앙 디스펜서로부터 세정액을 분사하는 경우, 상기 중앙 디스펜서는, 반도체 웨이퍼의 중심 맞은편에서, 상기 부채꼴로 형성된 초음파 또는 메가소닉 장치의 중심선 상에 있어서 상기 반도체 웨이퍼의 중심을 조금 지난 위치에 배치되어 있고,
    상기 측면 디스펜서로부터 세정액을 분사하는 경우, 상기 측면 디스펜서는, 상기 초음파 또는 메가소닉 장치의 측면을 따라, 상기 반도체 웨이퍼의 중심을 지난 위치로부터 상기 반도체 웨이퍼의 외측까지 상기 반도체 웨이퍼의 직경방향으로 연장되어 있는, 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 표면은 친수성인, 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 중앙 디스펜서로부터 세정액을 분사하는 경우, 상기 척을 구동하여 10-30rpm의 범위 내의 회전 속도로 회전시키는, 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 측면 디스펜서로부터 세정액을 분사하는 경우, 상기 척을 구동하여 10-45rpm의 범위 내의 회전 속도로 회전시키는, 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 측면 디스펜서는, 상기 초음파 또는 메가소닉 장치의 측면을 따라 배치된 라인에 배열된 복수의 분사구멍을 갖춘, 방법.
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