KR20040003714A - 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

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KR20040003714A
KR20040003714A KR1020020038473A KR20020038473A KR20040003714A KR 20040003714 A KR20040003714 A KR 20040003714A KR 1020020038473 A KR1020020038473 A KR 1020020038473A KR 20020038473 A KR20020038473 A KR 20020038473A KR 20040003714 A KR20040003714 A KR 20040003714A
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deionized water
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김중관
이정호
박영춘
고세종
김태욱
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(주)케이.씨.텍
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Abstract

개시된 세정 장치는 웨이퍼를 지지하고 회전시키는 회전척과, 회전척에 지지된 웨이퍼의 하부면과 마주보도록 구비되는 초음파 진동부를 포함한다. 초음파 진동부는 웨이퍼의 크기와 대응하는 원반 형상을 갖는다. 웨이퍼의 하부면과 초음파 진동부 사이에는 제1세정액이 공급되며, 웨이퍼의 상부면에는 제2세정액이 공급된다. 초음파 진동은 제1세정액에 인가되며, 웨이퍼를 통해 제2세정액에 인가된다. 따라서, 패턴이 형성된 웨이퍼의 상부면은 초음파 진동이 간접적으로 인가된 제2세정액에 의해 세정되므로 초음파 진동에 의한 손상이 방지된다. 또한, 간접적인 초음파 진동 인가는 초음파 진동의 크기를 자유롭게 조절할 수 있게 하며, 이로 인해 웨이퍼 상의 파티클을 그 크기에 따라 선택적으로 제거할 수 있다.

Description

웨이퍼 세정 장치{Apparatus for cleaning a wafer}
본 발명은 웨이퍼 세정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 웨이퍼의 표면에 초음파 진동이 인가된 세정액 또는 식각 케미컬을 제공하여 웨이퍼를 세정하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 증착, 포토리소그래피, 식각, 연마, 세정 및 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해 제조된다. 상기 단위 공정들 중에서 세정 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 웨이퍼의 표면에 부착되는 이물질 또는 불필요한 막을 제거하는 공정으로, 최근 웨이퍼 상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 대조비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 중요도가 높아지고 있다.
상기 세정 공정을 수행하는 장치는 동시에 다수의 웨이퍼를 세정하는 배치식 세정 장치와 낱장 단위로 웨이퍼를 세정하는 매엽식 세정 장치로 구분된다. 배치식 세정 장치는 웨이퍼를 세정하기 위한 세정액이 수용된 세정조를 사용하여 동시에 다수의 웨이퍼를 세정한다. 이때, 세정조에 수용된 세정액에는 세정 효율을 향상시키기 위한 초음파 진동이 인가될 수 있다. 매엽식 세정 장치는 웨이퍼를 지지하기 위한 척과 웨이퍼의 전면 또는 이면에 세정액을 공급하기 위한 노즐들을 포함한다. 웨이퍼에 공급되는 세정액은 초음파 진동이 인가된 상태로 공급될 수도 있고, 웨이퍼 상에 공급된 상태에서 초음파 진동이 인가될 수도 있다.
초음파 진동을 세정액에 인가하여 웨이퍼를 세정하는 매엽식 세정 장치의 일 예로서, 미합중국 특허 제6,039,059호(issued to Bran)에는 메가소닉(megasonic) 에너지를 사용하여 웨이퍼에 공급된 세정액을 진동시켜 웨이퍼를 세정하는 장치가 개시되어 있다. 상기 세정 장치는 메가소닉 에너지를 세정액에 인가하기 위한 길게 연장된 석영 프로브를 구비한다. 또한, 미합중국 공개특허 제2001-32657호(Itzkowitz, Herman)에는 웨이퍼 상에 제공된 세정액 또는 식각액에 기계적 진동을 인가하기 위한 메가소닉 변환기를 갖는 메가소닉 처리 장치가 개시되어 있다.
도 1은 상기 석영 프로브를 갖는 매엽식 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼(W)는 원형의 척(110) 상에 놓여지고, 척(110)은 모터(120)로부터 제공되는 회전력에 의해 회전된다. 척(110)은 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 원형 링(112)과, 회전축(122)의 상단 부위에 설치되는 허브(114, hub) 및 허브(114)와 원형 링(112)을 연결하는 다수개의 스포크(116, spoke)들을 포함한다.
척(110)에 놓여진 웨이퍼(W)의 상부에는 웨이퍼(W)를 세정하기 위한 세정액을 웨이퍼(W)의 상면으로 제공하는 제1노즐(130)이 구비되고, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W)의 주변 부위로 비산되는 세정액을 막기 위한 보울(140, bowl)이 척(110)을 둘러싸도록 배치된다.
보울(140)의 바닥에는 웨이퍼(W)로부터 이탈된 세정액을 배출하기 위한 배출구(150)가 연결되어 있으며, 모터(120)의 회전력을 척(110)에 전달하기 위한 회전축(122)이 보울(140)의 바닥 중앙 부위를 관통하여 설치되어 있다. 보울(140)의 일측 부위에는 수직 방향으로 슬롯(140a)이 형성되어 있으며, 슬롯(140a)을 통해 웨이퍼(W)의 상면에 제공된 세정액에 초음파 진동을 인가하기 위한 석영 프로브(160)가 설치되어 있다.
석영 프로브(160)는 긴 막대 형상을 가지며, 웨이퍼(W)의 주연 부위로부터 중앙 부위를 향해 배치되며, 웨이퍼(W)의 상면과 일정한 간격을 갖도록 웨이퍼(W)와 평행하게 배치된다. 한편, 척(110)에 놓여진 웨이퍼(W)의 하면으로 세정액을 공급하기 위한 제2노즐(132)이 보울(140)의 일측 부위를 관통하여 설치되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 세정 장치(100)를 사용하여 웨이퍼(W)의 세정 공정을 수행하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 웨이퍼(W)를 척(110) 상에 올려놓는다. 이어서, 모터(120)를 작동시켜 웨이퍼(W)를 회전시키고, 제1노즐(130) 및 제2노즐(132)을 통해 웨이퍼(W)의 상면과 하면에 세정액을 공급한다.
웨이퍼(W)의 상면으로 제공된 세정액은 웨이퍼(W)의 회전에 의해 석영 프로브(160)와 웨이퍼(W)의 상면 사이로 제공된다. 상기와 같이 석영 프로브(160)와 웨이퍼(W) 사이로 제공되는 세정액에는 석영 프로브(160)로부터 초음파 진동이 인가되며, 진동된 세정액에 의해 웨이퍼(W)의 상면에 부착된 미세한 파티클이 제거된다.
이때, 웨이퍼(W)의 상면으로 웨이퍼(W) 상의 불필요한 막 또는 이물질 등을제거하기 위한 케미컬(chemical)이 제공될 수도 있다. 상기 초음파 진동은 케미컬과 웨이퍼(W) 상의 불필요한 막 또는 이물질의 화학 반응을 촉진시켜 웨이퍼(W) 상의 불필요한 막 또는 이물질의 제거 효율을 향상시킨다.
웨이퍼(W)의 상면 또는 하면으로부터 이탈된 세정액은 보울(140)의 측벽에 의해 차단되어 보울(140)의 바닥으로 이동되고, 보울(140)의 바닥에 연결되어 있는 배출구(150)를 통해 배출된다.
상기와 같은 세정 장치(100)의 석영 프로브(160)는 긴 막대 형상을 갖기 때문에 웨이퍼(W)의 대형화에 용이하게 대처할 수 없다는 단점이 있다. 긴 막대 형상을 갖는 석영 프로브(160)는 초음파 진동에 의해 빈번하게 파손되므로 석영 프로브(160)의 길이를 연장시키는 것은 매우 제한적이다. 또한, 석영 프로브(160)를 통해 제공되는 초음파 진동은 세정액의 공급 유량 및 웨이퍼(W)의 회전 속도 등에 따라 세정액에 인가되는 정도가 가변되기 때문에 웨이퍼(W)의 상면에 제공되는 세정액에 균일하게 전달되지 않는다는 단점이 있고, 이에 따라 웨이퍼(W)의 부위별 세정 효율이 달라진다는 문제점이 있다.
또한, 상기 세정 장치에서 웨이퍼(W) 상에 공급되는 세정액에 초음파 진동을 인가하기 위한 석영 프로브와 연결되는 초음파 발생기는 메가소닉 발생기로 저주파의 진동을 인가할 수 없다. 즉, 통상적으로 800kHz 이상의 초음파 진동만을 인가하므로 세정할 수 있는 파티클의 크기가 제한된다. 또한, 웨이퍼(W) 상면에 대한 브러시와 동시 세정이 불가능하다.
최근, 웨이퍼(W) 상에 형성되는 패턴이 점차 미세화되고, 패턴의 대조비가커짐에 따라 상기와 같이 웨이퍼(W)의 상면에 제공되는 세정액에 직접적으로 초음파 진동을 인가하는 경우 미세한 패턴이 손상될 우려가 있다. 또한, 대조비가 큰 트렌치(trench) 또는 콘택홀(contact hole)의 내부에 기포가 존재하는 경우 상기 기포에 의해 초음파 진동이 웨이퍼(W)의 표면에 전달되지 않는 문제점이 있다. 그러나, 미세한 패턴이 파손될 우려가 있으므로 세정액에 인가되는 초음파 진동을 증가시키는 데에는 한계가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼의 대형화에 능동적으로 대응하며, 웨이퍼의 표면에 초음파 진동이 균일하게 인가된 세정액을 제공하는 웨이퍼 세정 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 매엽식 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 회전척을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 회전척의 다른 예를 설명하기 위한 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 웨이퍼 세정 장치210 : 회전척
212 : 원형 링214 : 허브
216 : 스포크220 : 초음파 진동부
230 : 제1세정액 제공부240 : 회전축
244 : 모터248 : 구동부
250 : 초음파 발생부252 : 울트라 소닉 발생기
254 : 메가소닉 발생기260 : 제2세정액 제공부
262 : 스프레이 노즐264 : 초음파 노즐
266 : 케미컬 노즐270 : 브러시
272 : 린스 노즐280 : 보울
282 : 배출 파이프W : 웨이퍼
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 웨이퍼의 주연 부위를 지지하고, 회전시키기 위한 회전척과, 상기 웨이퍼의 직경과 대응하는 원반 형상을 갖고, 상기 회전척에 지지된 웨이퍼의 하부면과 마주보도록 구비되며, 상기 웨이퍼를 세정하기 위한 초음파 진동을 제공하기 위한 초음파 진동부와, 상기 회전척에 지지된 웨이퍼의 하부면과 상기 초음파 진동부 사이에 상기 웨이퍼의 하부면을 세정하기 위한 제1세정액을 제공하기 위한 제1세정액 제공부와, 상기 회전척에 지지된 웨이퍼의 상부면에 상기 웨이퍼의 상부면을 세정하기 위한 제2세정액을 제공하기 위한 제2세정액 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치를 제공한다.
상기 웨이퍼의 하부면과 상기 초음파 진동부 사이에 제공되는 제1세정액에는초음파 진동부로부터 초음파 진동이 직접적으로 인가된다. 상기와 같이 초음파 진동이 인가된 제1세정액은 회전척에 놓여진 웨이퍼의 하부면을 세정한다. 상기 초음파 진동은 웨이퍼에 인가되고, 웨이퍼를 투과하여 웨이퍼의 상부면에 제공되는 제2세정액에 간접적으로 인가된다. 따라서, 초음파 진동이 인가된 웨이퍼의 상부면에 형성되어 있는 패턴들 사이에 존재하는 기포가 상기 초음파 진동에 의해 제거되며, 간접적으로 초음파 진동이 인가된 제2세정액에 의해 웨이퍼의 상부면이 세정된다.
상기 초음파 진동부로부터 제공되는 초음파 진동은 웨이퍼의 전체 면적에 대하여 균일하게 초음파 진동을 인가하므로 웨이퍼의 세정이 균일하게 이루어진다. 또한, 패턴이 형성된 웨이퍼의 상부면에 직접적으로 초음파 진동이 인가되지 않으므로 미세한 패턴이 손상되지 않는다.
한편, 패턴의 파손 위험이 없는 경우 패턴이 형성된 면이 초음파 진동부와 인접하도록 웨이퍼를 로딩할 수 있다. 이때, 직접적으로 초음파 진동이 인가된 제1세정액에 의해 패턴이 형성된 면이 세정되므로 더욱 향상된 세정 효율을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시한 회전척을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 웨이퍼(W)는 회전척(210)에 의해 지지된다. 회전척(210)은 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 원형 링(212)과, 회전력이 제공되는 허브(214) 및 원형링(212)과 허브(214)를 연결하는 다수의 스포크(216)들을 포함한다.
원형 링(212)은 웨이퍼(W)의 가장자리 부위를 지지하기 위한 제1원형 링(212a)과 스포크(216)들과 연결되는 제2원형 링(212b)으로 이루어진다. 제1원형 링(212a)은 제2원형 링(212b)의 상부면에 부착되며, 제1원형 링(212a)의 내경은 제2원형 링(212b)보다 작다. 제1원형 링(212a)의 상부면 내주연 부위에는 웨이퍼(W)가 놓여지는 계단부가 형성되어 있다.
웨이퍼(W)를 세정하기 위한 초음파 진동을 제공하는 초음파 진동부(220)는 웨이퍼(W)의 하부면과 마주보도록 평행하게 구비된다. 초음파 진동부(220)는 웨이퍼(W)의 크기에 대응하는 크기를 갖는다. 즉, 웨이퍼(W)의 직경과 같거나 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원반 형상을 갖고, 웨이퍼(W)의 하부면과 마주보도록 배치된다. 초음파 진동부(220)의 중심 부위에는 웨이퍼(W)의 하부면과 초음파 진동부(220) 사이에 제1세정액을 제공하기 위한 제1세정액 제공부(230)가 연결된다. 제1세정액 제공부(230)는 허브(214)를 관통하여 설치되며, 초음파 진동부(220)의 중심 부위를 관통하여 초음파 진동부(220)의 상부면까지 연장되고, 제1세정액을 공급하기 위한 유로(232)가 중심축을 따라 형성되어 있다.
허브(214)의 하부에는 회전력을 전달하기 위한 회전축(240)이 연결되어 있다. 회전축(240)은 중심축을 따라 관통공(242)이 형성되어 있는 중공축이며, 회전축(240)의 하부에는 회전력을 제공하는 모터(244)가 연결되어 있다. 모터(244)와 회전축(240)은 타이밍 벨트와 같은 동력 전달 부재(246)에 의해 연결된다. 또한, 다양한 방식의 동력 전달 방식이 사용될 수 있다.
제1세정액 제공부(230)는 허브(214)와 회전축(240)을 관통하여 회전축(240)의 하부로 연장되어 있으며, 제1세정액 제공부(240)의 하부에는 초음파 진동부(220)를 상하 구동하기 위한 구동부(248)가 연결되어 있다. 구동부(248)는 웨이퍼(W)의 하부면과 초음파 진동부(220) 사이의 간격을 조절하며, 공압 또는 유압 실린더가 구동부(248)로 사용될 수 있다.
제1세정액은 탈이온수(deionized water, H2O)를 포함한다. 또한, 제1세정액은 탈이온수 이외에 웨이퍼(W)의 하부면에 부착된 이물질 또는 불필요한 막을 제거하기 위한 다양한 케미컬을 포함할 수 있다.
또한, 초음파 진동을 발생시키기 위한 초음파 발생부(250)는 제1세정액 제공부(230)를 통해 초음파 진동부(220)와 연결된다. 초음파 발생부(250)는 울트라 소닉 발생기(252, ultra sonic generator)와 메가소닉 발생기(254, megasonic generator)로 이루어진다. 울트라 소닉 발생기(252)는 20kHz 이상 800kHz 미만의 고주파 전원을 제공하며, 메가소닉 발생기(254)는 800kHz 이상의 고주파 전원을 제공한다. 초음파 진동부(220)는 초음파 발생부(250)로부터 제공되는 고주파 전원에 의해 기계적 진동을 발생시키는 압전 변환기(piezoelectric transducer)이다.
상세히 도시되지는 않았지만, 상기 압전 변환기는 다수개의 압전 변환기로 이루어진다. 즉, 울트라 소닉 발생기(252)와 연결되는 다수개의 제1압전 변환기들과 메가소닉 발생기(254)와 연결되는 다수개의 제2압전 변환기들로 이루어진다. 바람직하게는 제1압전 변환기와 제2압전 변환기는 부체꼴 형상을 갖고, 전체적으로원반 형상을 갖도록 번갈아서 연결된다. 따라서, 울트라 소닉 발생기(252)에 의한 저주파 진동과 메가소닉 발생기(254)에 의한 고주파 진동이 동시에 인가될 수 있기 때문에 웨이퍼(W)의 세정력이 극대화된다. 즉, 인가되는 초음파 진동의 주파수 대역에 따라 제거되는 파티클의 크기가 달라지므로, 저주파 진동과 고주파 진동을 동시에 인가함으로서 다양한 크기의 파티클을 넓은 영역에 대한 효율적인 세정이 가능하다. 또한, 제거하고자 하는 파티클에 따라 저주파 진동 또는 고주파 진동을 선택적으로 인가하는 것도 가능하다.
회전척(210)의 상부에는 웨이퍼(W)의 상부면을 세정하기 위한 제2세정액을 제공하기 위한 제2세정액 제공부(260)가 배치된다. 제2세정액 제공부(260)는 다수의 노즐들로 이루어진다. 제2세정액은 탈이온수(de-ionized water, H2O), 불산(HF)과 탈이온수의 혼합액, 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합액, 불화암모늄(NH4F)과 불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액 및 인산(H3PO4) 및 탈이온수를 포함하는 혼합액 등이 사용된다.
일반적으로, 탈이온수는 웨이퍼(W)에 부착된 이물질 제거 및 린스의 목적으로 사용된다.
불산과 탈이온수의 혼합액(DHF)은 웨이퍼(W) 상에 형성된 자연 산화막(SiO2) 제거 및 금속 이온 제거를 위해 사용한다. 이때, 불산과 탈이온수의 혼합 비율은 1:100 내지 1:500 정도이며, 세정 공정의 조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
일반적으로, SC1(standard clean 1) 용액이라 불리는 수산화암모늄과 과산화수소 및 탈이온수의 혼합액은 웨이퍼(W) 상에 형성된 산화막 또는 웨이퍼(W) 상에 부착된 유기물을 제거하며, 혼합 비율은 1:4:20 내지 1:4:100 정도이며, 세정 공정에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
그리고, LAL 용액이라 불리는 불화암모늄과 불산 및 탈이온수의 혼합액은 웨이퍼(W) 상에 형성된 산화막을 제거하며, 인산과 탈이온수를 포함하는 혼합액은 상기 LAL 용액으로 처리가 불가능한 나이트라이드(nitride) 계열의 이물질을 제거한다.
상기 제1세정액 및 제2세정액은 온도가 높을수록 높은 세정 효과를 나타내며, 상기 온도는 적절하게 조절될 수 있다. 또한, 상기와 같이 다양한 세정액들은 제거하고자 하는 이물질의 종류에 따라, 순차적으로 사용될 수도 있다.
제2세정액 제공부(260)는 웨이퍼(W)의 상부면에 탈이온수를 전체적으로 분무하기 위한 스프레이 노즐(262, spray nozzle)과, 초음파 진동이 인가된 탈이온수를 웨이퍼(W)의 상부면에 제공하기 위한 초음파 노즐(264, ultrasonic nozzle)과, 다양한 케미컬을 제공하기 위한 케미컬 노즐(266)을 포함한다. 초음파 노즐(264)의 내부에는 탈이온수에 초음파 진동을 인가하기 위한 압전 변환기가 구비된다.
또한, 회전척(210)의 상부에는 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 파티클들을 제거하기 위한 브러시(270)가 구비된다. 브러시(270)는 웨이퍼(W)의 표면과 접촉하여 약 450RPM의 회전속도로 회전함으로서 웨이퍼(W) 상의 파티클들을 제거한다. 브러시(270)는 폴리비닐알콜로 이루어지며, 회전하는 웨이퍼(W)의 중심 부위로부터 가장자리 부위로 이동한다. 또한, 브러시(270)의 일측에는 탈이온수를 제공하는 린스 노즐(272)이 구비되어 브러시(270)와 함께 웨이퍼(W)의 중심 부위로부터 가장자리 부위로 이동한다. 린스 노즐(272)로부터 제공되는 탈이온수는 브러시(270)의 건조 및 오염을 방지하고, 브러시(270)의 의해 웨이퍼(W)로부터 제거된 파티클들을 회전하는 웨이퍼(270)로부터 제거하는 기능을 한다. 브러시(270)는 웨이퍼(W)의 하부면으로 공급되는 제1세정액에 의한 세정과 함께 다양한 세정 공정이 가능하도록 한다.
회전척(210)의 둘레에는 웨이퍼(W)의 회전에 의해 웨이퍼(W)로부터 이탈된 세정액을 커버하기 위한 보울(280)이 구비된다. 회전하는 웨이퍼(W)의 하부면과 초음파 진동부(220) 사이로 제공되는 제1세정액과 회전하는 웨이퍼(W)의 상부면으로 제공되는 제2세정액은 회전력에 의해 웨이퍼(W)의 가장자리로부터 비산된다. 비산된 제1세정액 및 제2세정액은 보울(280)에 의해 차단되고, 보울(280)의 측벽을 따라 보울(280)의 바닥으로 이동된다.
보울(280)의 바닥에는 웨이퍼(W)로부터 이탈된 제1세정액 및 제2세정액을 배출하기 위한 배출 파이프(282)가 연결되어 있고, 보울(280)의 바닥 중앙 부위에는 회전축(240)이 설치되는 관통공이 형성되어 있다. 보울(280)의 상부는 개방되어 있으며, 회전척(210)을 감싸도록 내측으로 경사지게 형성되어 있다. 또한, 보울(280)의 관통공의 주변 부위는 세정액이 관통공으로 유출되는 것을 방지하기 위해 다른 부위보다 높게 형성된다.
한편, 도 3에 도시된 바에 의하면, 회전척(210)은 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 원형 링(212)과, 회전력이 제공되는 허브(214)와, 원형 링(212)과 허브(214)를연결하는 다수의 스포크(216)들을 포함한다. 그러나, 회전척(210)의 구조는 웨이퍼(W)의 하부면과 초음파 진동부(200)가 전체적으로 마주볼 수 있도록 구성되면 어떠한 구조라도 상관없다. 도 4에는 회전척의 다른 예가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 도시된 회전척(310)은 웨이퍼(W)보다 큰 직경을 갖는 원형 플레이트(312)와, 원형 플레이트(312)의 가장자리를 따라 배치되며, 웨이퍼(W)의 가장자리 부위를 지지하기 위한 다수의 고정핀(314)을 포함한다. 상기와 같은 회전척(310)을 사용하는 경우 웨이퍼(W)의 상부면 및 하부면에 제공되는 세정액은 고정핀(314)들의 사이로 배출된다.
원형 플레이트(312)의 상부에는 초음파 진동부(220, 도 2 참조)가 구비되고, 회전력을 전달하는 회전축(340)이 원형 플레이트(312)의 하부 중앙 부위에 연결된다. 회전축(340)은 중공축이며, 회전축(340)을 관통하여 제1세정액 제공부(230, 도 2 참조)가 초음파 진동부에 연결된다.
상기와 같은 웨이퍼 세정 장치(200)를 사용하는 웨이퍼의 세정 공정에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
패턴이 형성된 면이 위를 향하도록 웨이퍼(W)를 회전척(210)에 로딩하는 경우, 웨이퍼(W)의 하부에 구비된 초음파 진동부(220)로부터 제1세정액에 인가되는 초음파 진동은 웨이퍼(W)를 통해 감쇠되고, 감쇠된 초음파 진동의 물리력은 웨이퍼(W)의 패턴을 손상시키지 않는다. 초음파 진동은 웨이퍼(W)의 상부면으로 제공되는 제2세정액으로 전파되며, 제2세정액에 의해 웨이퍼(W)의 세정이 이루어진다. 이때, 간접적으로 웨이퍼(W)를 통해 초음파 진동이 제2세정액으로 전달되므로웨이퍼(W)의 패턴이 손상될 우려가 없다. 따라서, 초음파 진동의 크기를 자유롭게 조절할 수 있고, 초음파 진동의 미세한 조절이 가능하므로 세정하고자 하는 파티클을 극미소한 크기까지 선택적으로 세정할 수 있다. 또한, 초음파 진동부(220)와 웨이퍼(W)의 하부면 사이의 간격은 구동부(248)에 의해 조절되므로 웨이퍼(W)에 전달되는 초음파 진동의 크기는 더욱 미세하게 조절될 수 있다.
일반적으로 세정 공정에 사용되는 초음파의 주파수 범위는 제거하고자 하는 파티클의 크기에 따라 변화된다. 초음파의 대역이 저주파인 경우 세정 원리는 초음파에 의한 케비테이션(cavitation) 현상을 이용하는 것이며, 초음파의 대역이 고주파인 경우 세정 원리는 입자 가속도를 이용하는 것이다. 미세한 크기의 파티클의 세정을 원하는 경우, 일반적으로 고주파 대역이 사용된다. 바람직하게는, 약 800kHz 내지 3MHz의 초음파 대역이 사용된다. 이때, 회전속도는 웨이퍼(W)의 상부면 및 하부면에 세정액 층이 형성될 수 있는 정도면 족하다. 실제로, 웨이퍼(W)의 회전 속도는 세정 효과에 미치는 영향이 작다. 이는 초음파 진동에 의한 입자 가속도가 웨이퍼(W)의 회전에 의해 세정액이 유출되는 속도에 비해 대단히 높기 때문이다.
더욱 상세하게 설명하면, 스프레이 노즐(262)을 통해 웨이퍼(W)의 상부면으로 제2세정액이 공급되고, 웨이퍼(W)의 하부면과 초음파 진동부(220) 사이에 제1세정액이 공급된다. 웨이퍼(W)의 하부면은 초음파 진동이 인가된 제1세정액에 의해 세정되고, 웨이퍼(W)의 상부면은 웨이퍼(W)를 통해 간접적으로 초음파 진동이 인가된 제2세정액에 의해 세정된다.
웨이퍼(W)의 패턴이 손상될 우려가 없는 경우에는 초음파 노즐(264)을 통해 초음파 진동이 인가된 제2세정액을 웨이퍼(W) 상에 공급할 수 있다. 이때, 웨이퍼(W)의 하부면과 초음파 진동부(220) 사이로 공급되며, 초음파 진동부(220)에 의해 초음파 진동이 인가된 제1세정액과, 초음파 노즐(264)을 통해 공급되는 제2세정액은 웨이퍼(W)의 양면 세정 효율을 극대화시킨다.
한편, 웨이퍼(W)의 패턴 형성면이 초음파 진동부(220)와 인접하도록 웨이퍼(W)를 로딩하는 경우, 초음파 진동부(220)에 의해 직접적으로 초음파 진동이 인가된 제1세정액으로 웨이퍼(W)의 패턴 형성면을 세정할 수도 있다.
웨이퍼(W)의 패턴 형성면에 제2세정액이 공급되고, 웨이퍼(W)의 트렌치 또는 콘택홀 내부에 기포가 존재하는 경우, 웨이퍼(W)를 통해 제2세정액으로 전달되는 초음파 진동에 의해 상기 기포가 제거된다. 즉, 상기 초음파 진동에 의해 웨이퍼(W)의 패턴 자체가 2차 진동을 하기 때문에 상기 기포가 용이하게 제거되는 것이다. 따라서, 트렌치 또는 콘택홀 내부에 대한 세정이 효율적으로 이루어진다.
또한, 케미컬 노즐(266)을 통해 웨이퍼(W) 상에 케미컬이 제공되는 경우, 웨이퍼(W)를 통해 전달되는 초음파 진동은 웨이퍼(W) 상에 제공되는 케미컬과 웨이퍼(W) 상의 이물질과의 반응을 촉진시킨다. 따라서, 웨이퍼(W) 상의 이물질 또는 불필요한 막의 제거 속도가 향상되며, 효율적인 세정이 이루어진다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 초음파 진동부는 회전척에 의해 회전되는 웨이퍼의 하부면과 마주보도록 구비되며, 웨이퍼의 하부면과 초음파 진동부 사이에제1세정액이 공급되고, 웨이퍼의 상부면에 제2세정액이 공급된다. 초음파 진동은 제1세정액에 초음파 진동을 인가하고, 웨이퍼를 통해 제2세정액에 초음파 진동을 인가한다. 따라서, 패턴이 형성된 웨이퍼의 상부면과 접촉하는 제2세정액에는 웨이퍼를 통하여 간접적으로 초음파 진동이 인가되므로 웨이퍼의 패턴이 손상되지 않는다. 또한, 초음파 진동이 인가된 제1세정액 및 제2세정액에 의한 효율적인 웨이퍼의 양면 세정이 가능하다.
초음파 진동의 간접 인가 방식으로 인해 초음파 진동의 크기 조절이 자유롭기 때문에 제거하고자 하는 파티클의 크기에 따라 초음파 진동의 크기를 조절함으로서, 효율적으로 웨이퍼를 세정할 수 있다.
웨이퍼 상에 제공되는 케미컬과 웨이퍼 상의 이물질 또는 불필요한 막의 반응이 초음파 진동에 의해 촉진되므로 웨이퍼의 세정 시간이 단축된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 웨이퍼의 주연 부위를 지지하고, 회전시키기 위한 회전척;
    상기 웨이퍼의 직경과 대응하는 원반 형상을 갖고, 상기 회전척에 지지된 웨이퍼의 하부면과 마주보도록 구비되며, 상기 웨이퍼를 세정하기 위한 초음파 진동을 제공하기 위한 초음파 진동부;
    상기 회전척에 지지된 웨이퍼의 하부면과 상기 초음파 진동부 사이에 상기 웨이퍼의 하부면을 세정하기 위한 제1세정액을 제공하기 위한 제1세정액 제공부; 및
    상기 회전척에 지지된 웨이퍼의 상부면에 상기 웨이퍼의 상부면을 세정하기 위한 제2세정액을 제공하기 위한 제2세정액 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전력을 전달하며, 상기 회전척의 중심 부위에 연결되고, 중심축을 따라 관통공이 형성되어 있는 회전축을 더 포함하고,
    상기 제1세정액 제공부는 상기 관통공을 통해 상기 초음파 진동부를 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 회전축에 지지된 웨이퍼의 하부면과 상기 초음파 진동부 사이의 간격을 조절하기 위해 상기 초음파 진동부를 상하 이동시키는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1세정액은 탈이온수를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2세정액 제공부는,
    상기 웨이퍼의 상부면에 탈이온수를 전체적으로 분무하기 위한 스프레이 노즐;
    상기 웨이퍼의 상부면에 초음파 진동이 인가된 탈이온수를 제공하기 위한 초음파 노즐; 및
    상기 웨이퍼의 상부면에 케미컬을 제공하기 위한 케미컬 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 케미컬은,
    불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액,
    수산화암모늄(NH4OH), 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합액,
    불화암모늄(NH4F), 불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액, 또는
    인산(H3PO4) 및 탈이온수를 포함하는 혼합액인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 상부면과 접촉되어 회전하며, 상기 웨이퍼의 상부면 중심 부위로부터 가장자리 부위로 이동하는 브러시; 및
    상기 브러시의 일측에 구비되어 상기 브러시와 함께 이동하며, 상기 웨이퍼의 상부면에 탈이온수를 제공하는 린스 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
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