KR20030076898A - 반도체 소자 제조에 이용되는 메가소닉 세정장치 - Google Patents
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Abstract
반도체 소자 제조에 이용되는 메가소닉(megasonic) 세정장치를 개시한다. 본 발명은 메가소닉 에너지를 발생시키는 압전변환기, 및 웨이퍼에 대하여 반경 방향으로 설치되며 상기 압전변환기에서 발생된 에너지를 상기 웨이퍼 상의 세정액에 전달하여 교반시키는 에너지 전달 수단을 포함한다. 상기 에너지 전달 수단은 상기 교반된 세정액의 흐름이 상기 웨이퍼의 반경 방향으로 균일한 에너지를 상기 웨이퍼에 인가하여 오염입자를 제거하도록 디자인된 것이 특징이다. 따라서, 원하는 세정 효과를 얻기에 충분할 정도로 에너지의 크기를 증가시켜도 에너지가 웨이퍼 상의 어느 한 부위에 집중되지 않으므로, 패턴 리프팅을 방지하면서 웨이퍼의 표면으로부터 오염입자를 효율적으로 제거할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조에 이용되는 메가소닉 세정장치에 관한 것으로서, 특히 패턴 리프팅을 방지하면서 충분한 세정 효과를 얻을 수 있는 메가소닉 세정장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 높아져 감에 따라 패턴의 크기 및 패턴들 사이의 간격이 매우 작아지고 있다. 이에 따라, 웨이퍼 세정 공정의 중요성도 점차 증가하고 있다. 그 이유는 웨이퍼의 표면에 오염입자가 존재할 경우 후속 공정시 패턴 불량이 유발될 수 있으며, 오염입자가 도전막으로 이루어진 미세 패턴들 사이에 존재할 경우 반도체 소자의 오동작이 유발될 수 있기 때문이다.
그런데 미세 패턴의 크기가 1 ㎛ 이하로 줄어들면서 허용 가능한 오염입자의 크기도 작아진다. 그리고 이렇게 작은 크기의 오염입자는 웨이퍼와 작용하는 강한 점착력(adhesion force)때문에 기존의 세정 방법으로는 제거하기가 용이하지 않다. 따라서, 세정 효율을 높이기 위한 연구가 다각적으로 진행되고 있으며, 그것의 핵심은 제거할 대상물, 즉 오염입자의 점착력을 극복할 수 있는 힘을 세정 대상물, 다시 말해 웨이퍼에 효과적으로 제공하는 데 있다.
이러한 세정 방법의 하나로 메가소닉 세정장치가 사용되고 있다. 메가소닉 세정장치는 웨이퍼 표면을 향하는 고주파수의 극도로 교반된 유체 흐름(agitated stream of fluid, 예컨대 탈이온수)을 이용한다. 극도로 교반된 유체 흐름은 웨이퍼 표면 및/또는 리세스된 영역에서조차 오염입자를 안전하고 효과적으로 제거한다.
일반적으로 메가소닉 세정장치는 메가소닉 에너지를 발생시키는 압전변환기(piezoelectric transducer)와, 이 압전변환기에서 발생된 에너지를 유체 매질에 전달하는 에너지 전달 수단을 포함한다. 이 에너지 전달 수단을 통해 전달된 에너지에 의해 매질이 고주파수로 교반되고, 이 교반된 매질의 흐름에 의해 오염입자가 웨이퍼 표면으로부터 진동하여 물리적으로 분리된다.
도 1은 에너지 전달 수단으로서 석영 로드(20)를 채용한 메가소닉 세정장치를 나타낸다. 석영 로드(20)는 압전변환기(10)에서 발생된 에너지를 유체 매질, 즉 세정액(15)에 전달한다. 이 석영 로드(20)는 원통형 세정부(20a) 및 직경이 증가하는 플레어된 후방부(20b)를 가진다. 석영 로드(20)를 통해 세정액(15)으로 전달된 에너지는 세정액(15)을 고주파수로 교반시키고, 이렇게 교반된 세정액(15)은 웨이퍼(30)를 진동시켜 웨이퍼(30) 표면의 오염입자를 제거한다. 웨이퍼(30)는 그 하부의 스핀플레이트(40)의 회전에 따라 회전되면서 전체 표면이 세정된다.
그런데, 석영 로드(20)가 세정액(15)을 매개로 하여 웨이퍼(30)에 인가하는 에너지의 크기는 석영 로드(20)의 길이 방향, 즉 웨이퍼 에지(E)에서 웨이퍼 중심(C)에 이르기까지 일정하지 못하다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(30)에 인가되는 에너지는 웨이퍼 에지(E) 부분에서 제일 크고 웨이퍼 중심(C)으로 갈수록 감소한다. 즉, 종래의 메가소닉 세정장치에서는 웨이퍼 에지(E) 부위에 에너지가 집중된다. 이는, 석영 로드(20)가 웨이퍼(30) 상에서 최초로 세정액(15)과 접촉하는 웨이퍼 에지(E) 부위에서 가장 많은 에너지가 발산되는 현상에 기인한 것이다.
이에 따라, 에너지가 상대적으로 작게 인가되는 웨이퍼 중심(C) 부분에서 충분한 세정 효과를 얻기 위해서는 압전변환기(10)에서 발생되는 에너지의 크기를 증가시켜야만 한다. 그러나, 충분한 세정 효과를 위해 적용하는 높은 파워에서는 웨이퍼 에지(E)에 무리하게 큰 에너지가 인가되므로 이 부분에 위치한 패턴(P)에 리프팅 현상을 유발하는 치명적인 문제점이 있다. 따라서, 패턴 리프팅 현상도 방지하면서 충분한 세정 효과를 얻기 위한 최적 에너지 조건 도출이 어려운 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 메가소닉 세정장치에서의 웨이퍼 에지 부위의 에너지 집중현상을 개선함으로써, 패턴 리프팅을 방지하면서 충분한 세정 효과를 얻을 수 있는 메가소닉 세정장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 메가소닉 세정장치를 나타낸다.
도 2는 도 1의 장치에서 웨이퍼에 전달되는 에너지의 크기를 웨이퍼 상의 위치에 따라 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메가소닉 세정장치의 상면도이다.
도 4는 도 3의 장치의 측단면도이다.
도 5는 도 3의 장치에서 에너지 전달 수단에 구비되는 홈을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 도 3의 장치에서 웨이퍼에 전달되는 에너지의 크기를 웨이퍼 상의 위치에 따라 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 장치에서 에너지 전달 수단에 구비될 수 있는 홈의 다른 예를 설명하기 위한 측단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 압전변환기,115, 115' : 세정액,120 : 에너지 전달 수단,
120a : 전방부,120b : 후방부,120c : 선단,
120d : 홈
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 메가소닉 에너지를 발생시키는 압전변환기, 및 웨이퍼에 대하여 반경 방향으로 설치되며 상기 압전변환기에서 발생된 에너지를 상기 웨이퍼 상의 세정액에 전달하여 교반시키는 에너지 전달 수단을 포함한다. 상기 에너지 전달 수단은 상기 교반된 세정액의 흐름이 상기 웨이퍼의 반경 방향으로 균일한 에너지를 상기 웨이퍼에 인가하여 오염입자를 제거하도록 디자인된 것이 특징이다.
상기 에너지 전달 수단이 상기 웨이퍼의 반경 방향으로 균일한 에너지를 상기 웨이퍼에 인가하도록 디자인하기 위해서는, 상기 에너지 전달 수단의 상기 웨이퍼 상에서의 위치에 따라 상기 세정액과의 웨팅(wetting)양이 달라지도록 디자인하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 에너지 전달 수단은 선단, 길다란 전방부, 및 상기 전방부의 단면 직경보다 큰 단면 직경을 갖도록 플레어된 후방부를 갖는다. 그리고, 상기 에너지 전달 수단의 선단은 상기 웨이퍼 중심 상에 위치하게 된다. 특히, 상기 길다란 전방부는 그 상부에 상기 웨이퍼 에지에서의 에너지 집중현상을 방지하기 위해 형성된 홈을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 홈은 상기 웨이퍼 에지에 해당되는 곳에서부터 상기 선단까지 형성된다. 그리고 상기 홈은 테이퍼(taper)진 홈으로서 반원뿔의 형상을 가지며 상기 웨이퍼 에지에 해당되는 곳에서 최대의 반경을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 홈은 상기 세정액으로 채워져 상기 에너지 전달 수단이 진동할 때 상기 홈에 채워진 세정액으로 에너지가 일부 발산된다.
본 발명에 의하면, 에너지 전달 수단을 새롭게 디자인하여 웨이퍼에 균일한 에너지를 인가하게 하므로, 종래 웨이퍼 에지 부분에 에너지가 집중되는 문제를 해결할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 대안, 변형 및 등가를 포함한다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메가소닉 세정장치의 상면도이고, 도 4는 측단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 메가소닉 세정장치는 메가소닉 에너지를 발생시키는 압전변환기(110) 및 웨이퍼(130)에 대하여 반경 방향으로 설치되며 상기 압전변환기(110)에서 발생된 에너지를 상기 웨이퍼(130) 상의 세정액(115)에 전달하여 교반시키는 에너지 전달 수단(120)을 포함한다. 상기 에너지 전달 수단(120)에 의해 교반된 세정액(115)의 흐름은 상기 웨이퍼(130)에 에너지를 인가한다. 이 에너지에 의해 상기 웨이퍼(130) 상의 오염입자가 진동하여 제거된다.
상기 에너지 전달 수단(120)은 상기 압전변환기(110)에서 발생된 에너지를 효과적으로 전달하는 비교적 불활성인 비오염물질로 이루어지는 것이 바람직한데, 예를 들어 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 또는 탄소 유리(vitreous carbon)로 이루어질 수 있다. 또는 석영으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 에너지 전달 수단(120)은 상기 교반된 세정액(115)의 흐름이 상기 웨이퍼(130)에 균일한 에너지를 상기 웨이퍼에 인가하여 오염입자를 제거하도록 디자인된다. 이를 위해서 상기 에너지 전달 수단(120)의 상기 웨이퍼(130) 상에서의 위치에 따라 상기 세정액(115)과의 웨팅양이 달라지도록 디자인할 수 있다.
도면에 나타낸 바와 같이, 상기 에너지 전달 수단(120)은 로드(rod) 타입으로서 그 일단의 직경이 그 타단의 직경보다 작다. 상기 에너지 전달 수단(120)은 선단(120c), 길다란 전방부(120a), 및 상기 전방부(120a)의 단면 직경보다 큰 단면 직경을 갖도록 플레어된 후방부(120b)를 갖는다. 상기 선단(120c)은 상기 웨이퍼 중심(C) 상에 위치한다. 특히, 상기 전방부(120a)는 그 상부에 상기 웨이퍼 에지(E)에서의 에너지 집중현상을 방지하기 위해 형성된 홈(120d)을 구비한다. 이러한 홈(120d)은 세정액(115')으로 채워진다. 따라서, 상기 에너지 전달 수단(120)이 진동할 때 상기 홈(120d)에 채워진 세정액(115')으로 에너지가 일부 발산된다.
상기 세정액(115) 및 상기 웨이퍼(130)는 용기(150)에 수용된다. 그리고, 상기 에너지 전달 수단(120)의 길다란 전방부(120a)가 상기 용기 내에 설치된다. 상기 웨이퍼(130)를 지지하는 스핀플레이트(140)는 웨이퍼(130)를 회전시킨다. 상기 세정액(115)은 상기 웨이퍼(130) 상에 설치된 세정액 분무 노즐(160)로부터 상기 에너지 전달 수단(120)과 상기 웨이퍼 사이(130)에 도입된다. 세정액(115)은 특별히 제조된 다양한 화합물을 포함하는 특수 세정액일 수 있으며, 또는 대안적으로 일반 탈이온수일 수 있다.
도 5를 참조하여 상기 전방부(120a)에 구비된 홈(120d)을 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 홈(120d)은 상기 웨이퍼 에지(E)에 해당되는 곳에서부터 상기 선단(120c)까지 형성된다. 그리고 상기 홈(120d)은 테이퍼(taper)진 홈으로서 반원뿔의 형상을 가진다.
상기 홈(120d)은 상기 웨이퍼 에지(E)에 해당되는 곳에서 최대의 반경을 갖도록 형성된다. 따라서, 상기 홈(120d)에 채워진 세정액(115')으로 발산되는 에너지는 상기 웨이퍼 에지(E)에 해당되는 곳에서 최대이다. 즉, 웨이퍼 에지(E) 부분에서는 많은 양의 에너지가 웨이퍼가 에너지 전달 수단 상부의 매질로 발산되며, 웨이퍼 중심으로 갈수록 작은 양의 에너지가 에너지 전달 수단 상부의 매질로 발산하게 된다. 결국 웨이퍼로 전달되는 에너지 양이 웨이퍼 반경 방향으로 조절된다.
본 발명과 달리 종래에는 에너지 전달 수단의 웨이퍼 상에서의 위치에 따라 세정액과의 웨팅양이 동일하다. 따라서, 이미 언급한 바와 같이, 종래 에너지 전달 수단에 인가되는 에너지는 세정액과 최초로 접촉하는 웨이퍼 에지 부분에서 최대로 발산되며 이 때문에, 웨이퍼에 인가되는 에너지는 웨이퍼 에지로부터 멀어질수록 감소하게 되는 것이다.
본 실시예에서 상기 홈(120d)은 반원뿔 형상을 가지도록 디자인된 것인데, 이는 홈 형성 공정의 편의성도 다분히 고려한 것이다. 그러나, 본 발명의 사상을 구현하는 홈은 종래와 같은 에너지 불균일을 완전히 보상하기 위하여 얼마든지 다양한 형상을 가지도록 디자인될 수 있다. 그리고, 반원뿔 형상의 홈이라도 반경 및 깊이는 필요에 따라 얼마든지 다르게 정할 수 있다.
상기 홈(120d)을 적정하게 디자인하면, 도 6에 나타낸 바와 같은 에너지 분포를 얻을 수 있다. 즉, 상기 에너지 전달 수단(120)이 상기 세정액(115)을 매개로 하여 웨이퍼(30)에 인가하는 에너지의 크기는 상기 에너지 전달 수단(120)의 길이 방향, 즉 웨이퍼 에지(E)에서 웨이퍼 중심(C)에 이르기까지 일정하게 할 수 있다. 따라서, 종래의 메가소닉 세정장치에서의 웨이퍼 에지 부위의 에너지 집중현상을 개선할 수 있다. 원하는 세정 효과를 얻기에 충분할 정도로 에너지의 크기를 증가시켜도 에너지가 웨이퍼 상의 어느 한 부위에 집중되지 않으므로, 패턴 리프팅을 방지하면서 웨이퍼의 표면으로부터 오염입자를 효율적으로 제거할 수 있다.
상기 전방부(120a)에 웨이퍼 에지(E)에서의 에너지 집중현상을 방지하기 위해 구비되는 홈(120d)은 상기 웨이퍼 에지(E)에 해당되는 곳에서부터 상기 선단(120c)까지 형성되는 것이 일반적이다. 그러나, 도 7에 나타낸 바와 같이, 홈(120d')은 상기 웨이퍼 에지(E)에 해당되는 곳에서 갑자기 끝나지 않고 상기 웨이퍼 에지(E)에 해당되는 곳의 바깥쪽으로 점차 얕아지도록 처리할 수도 있다.
본 발명의 특정 실시예에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 수정 및 변형이 가능함은 명백하다. 이상의 실시예에서는 웨이퍼에 인가되는 에너지를 균일하게 하기 위하여, 홈을 구비하도록 디자인된 에너지 전달 수단의 예를 들었다. 그러나, 에너지 전달 수단은 본 발명의 기술적 과제를 해결하는 범위 내에서 얼마든지 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위 및 그들의 등가물에 의해 정해져야 할 것이다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 웨이퍼 에지 부위의 에너지 집중현상을 개선하여 웨이퍼 상에 균일한 에너지를 인가할 수 있다. 따라서, 원하는 세정 효과를 얻기에 충분할 정도로 에너지의 크기를 증가시켜도 에너지가 웨이퍼 상의 어느 한 부위에 집중되지 않으므로, 패턴 리프팅을 방지하면서 웨이퍼의 표면으로부터 오염입자를 효율적으로 제거할 수 있다.
Claims (16)
- 메가소닉 에너지를 발생시키는 압전변환기(piezoelectric transducer); 및웨이퍼에 대하여 반경 방향으로 설치되며, 상기 압전변환기에서 발생된 에너지를 상기 웨이퍼 상의 세정액에 전달하여 교반시키는 에너지 전달 수단을 포함하고,상기 에너지 전달 수단은 상기 교반된 세정액의 흐름이 상기 웨이퍼의 반경 방향으로 균일한 에너지를 상기 웨이퍼에 인가하여 오염입자를 제거하도록 디자인된 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 전달 수단은 상기 웨이퍼 상에서의 위치에 따라 상기 세정액과의 웨팅(wetting)양이 달라지도록 디자인된 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 전달 수단은 상기 압전변환기에서 발생된 에너지를 효과적으로 전달하는 비교적 불활성인 비오염물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 비오염물질은 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 또는탄소 유리(vitreous carbon)인 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 전달 수단은 석영으로 이루어진 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 전달 수단은 로드(rod) 타입으로서 상기 에너지 전달 수단 일단의 직경이 상기 에너지 전달 수단 타단의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 에너지 전달 수단은 선단, 길다란 전방부, 및 상기 전방부의 단면 직경보다 큰 단면 직경을 갖도록 플레어된 후방부를 갖는 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 에너지 전달 수단의 선단은 상기 웨이퍼 중심 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 길다란 전방부는 그 상부에 상기 웨이퍼 에지에서의 에너지 집중현상을 방지하기 위해 형성된 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 홈은 상기 웨이퍼 에지에 해당되는 곳에서부터 상기 선단까지 형성된 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 홈은 테이퍼(taper)진 홈으로서 반원뿔의 형상을 가지며 상기 웨이퍼 에지에 해당되는 곳에서 최대의 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 홈이 상기 웨이퍼 에지에 해당되는 곳에서 갑자기 끝나지 않고 상기 웨이퍼 에지에 해당되는 곳의 바깥쪽으로 점차 얕아지도록 처리된 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 홈은 상기 세정액으로 채워져 상기 에너지 전달 수단이 진동할 때 상기 홈에 채워진 세정액으로 에너지가 일부 발산되도록 하는 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 세정액 및 웨이퍼를 수용하는 용기를 더 포함하고, 상기 에너지 전달 수단의 길다란 전방부가 상기 용기 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 용기 내에서 상기 웨이퍼를 지지하여 회전시킬 수있는 스핀플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 에너지 전달 수단과 상기 웨이퍼 사이에 세정액을 도입하기 위하여 상기 웨이퍼 상에 설치된 세정액 분무 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메가소닉 세정장치.
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