KR100319498B1 - 웨이퍼세정및건조방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 세정 및 건조 방법에서, 습식 처리된 웨이퍼는 폐쇄된 챔버 내에 위치된 처리조 내에 놓여지고 탈이온수의 표면 장력을 저하시키도록 작용하는 수용성 유기 용제인 IPA의 증기를 처리조보다 높은 위치로부터 공급하는 동안 탈이온수의 상승 흐름에 의해 세정되어, 탈이온수조의 표면 장력은 약화되고, 탈이온수조의 표면 상에 잔류하는 극히 미세한 입자는 처리조의 상부 모서리로부터 범람하는 탈 이온수와 함께 제거된다. 이후에, 탈이온수의 공급은 중지되지만, IPA 증기는 소정 시간 동안 높은 위치로부터 탈이온수의 표면 상에 송풍되어 탈이온수조의 흐름이 정지되고 균일한 두께의 액상 IPA층은 정지된 탈이온수조의 표면 상에 형성된다. 이 상태에서, 웨이퍼는 웨이퍼 표면상의 탈이온수가 액상의 IPA로 대체되도록 인상된다. 이후에, 탈이온수는 처리조로부터 배출되고, 폐쇄된 챔버는 웨이퍼가 건조되도록 진공화된다.

Description

웨이퍼 세정 및 건조 방법 {IMPROVED METHOD FOR RINSING AND DRYING A WAFER}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 각종 화학물질로 습식 처리된 웨이퍼를 세정 및 건조하기 위한 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 대량 생산은 서브미크론(sub-micron) 시대에 이미 접어들었고, 개발 중심은 하프미크론(half-micron) 다음의 단계로 이동하였다. 미세 제조의 이러한 진보로 인해, 공정 중에 웨이퍼에 부착된 초미세 이물질과 약간의 얼룩은 결함을 발생시키게 되어, 세정 기술의 중요성이 새로이 인식되었고 세정 성능의 향상이 요구되고 있다.
프레스 저널 발행의 일본어판 월간지 "반도체 세계(Semiconductor World)" 1995년 3월호에서 "세정 - 그 단순화 및 신뢰성"이라는 제목의 특별판은 세정 기술의 현재 상황을 설명한다.
종래 기술에서, 다중조(multi-bath) 공정의 웨이퍼 에칭 및 세정 방법이 공지되어 있다. 예를 들어, 일련의 처리는 APM(물이 혼합된 암모니아 과산화수소 = NH4OH/H2O2/H2O), HPM(물이 혼합된 염산 과산화수소 = HCI/H2O/H2O), DHF(희석 불산 = HF/H2O)를 기본으로 사용하고 필요에 따라 그 외에 SPM(물이 혼합된 황산 과산화수소 = H2SO4/H2O2/H2O), BHF(완충 불산) 및 FPM (물이 혼합된 불산 과산화수소 = HF/H2O/H2O)등을 조합하여 순서적으로 실행된다.
도1에는 다중조 공정에서 웨이퍼 에칭 및 세정 방법의 한 예가 도시되어 있다. 간단하게 설명하면, 웨이퍼가 로더(loader : a)에 설치된 후, APM 화학물질조(b)와, DHF 확학물질조(d)와, HPM 화학물지로조(f)에 명명 순서대로 이송된다. 이 경우, 급속 덤프 세정조[QDR(Quick Dump Rinse)조](c, e, 또는 g)가 웨이퍼를 탈이온수(deionized water)로 세정하기 위하여 인접한 화학물질조의 각 쌍 사이에 설치되어 화학물질이 그 다음 하류의 화학물질조에 침투하는 것을 방지하고 있다.
QDR조(g)로부터 반송된 웨이퍼는 린스조(h)를 거쳐 스핀 건조형 또는 IPA(이소프로필 알코올) 증기 건조형인 웨이퍼 건조 챔버(i)로 이송된다. 그 후에, 웨이퍼는 언로더(Unloader; j)로 이송된다.
전술한 다중조 웨이퍼 세정 및 건조 방법에서, 화학물질을 순환시키고 여파시키기 위한 기구가 사용되면, 화학물질이 소모량을 화학물질의 사용을 충분히 허용하는 오염 범위 내의 한계로 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 다수의 조(bath)가 사용되므로, 처리량은 수행되는 공정에 따라 어떤 경우에는 양호하다. 그러나, 웨이퍼를 대기 중에서 반송해야 하므로 대기 중에서 웨이퍼를 반송하는 동안 먼지가 발생될 가능성이 높고 워터 마크(water mark)가 종종 발생한다.
그리고, 다중조 형식에 반대인 단일조(single-bath) 형식이 있다. 이 단일조 형식에서는, 확학물질에 의한 습식 에칭, 화학물질에 의한 세정, 탈이온수에 의한 세정 및 건조 모두가 단일조 내에서 행해진다. 따라서 한 처리가 수행될 때마다 액체는 다른 액체에 의해 대체되어야 하고 그 결과 사용된 화학물질의 양은 많아진다. 또한 처리량도 낮다. 그러나 화학물질 수용액이 각 처리 단계마다 다른 것으로 대체되므로 화학물질 수용액에 남아있는 입자 또는 먼지에 기인한 재오염은 감소한다. 이는 단일조 형식의 가장 중요한 장점이다. 비용면에서는 사용된 화학 물질의 양의 증가는 희석 처리를 채택함으로써 억제된다.
도2a 내지 도2h를 참조하여, 다중조 형식과 비교하여 입자 및 워터 마크를 감소시키는 데 유효한 것으로 생각되는 미국 특허 제5,520,744호에 개시된 IPA 건조를 사용한 종래의 단일조 습식 처리의 일 예가 설명되고, 상기 문헌의 내용은 본 출원에 참조 문헌으로 합체된다. 도2a 내지 도2h는 미국 특허 제5,520,744호의 도6에 도시된 것에 사실상 대응하는 단일조 습식 처리 유니트의 개략적 단면도이다. 이 단일조 습식 처리 유니트는 기밀식 밀봉 덮개(403)에 의해 개폐되는 상부를 갖는 기밀식 밀봉 챔버(402)를 포함한다. 이 기밀식 밀봉 챔버(402) 내에는 처리조(407)가 위치하고, 질소 또는 IPA 증기 공급 노즐(404)이 상부 위치에 장착된다. 처리조(407)는 바닥의 주변부에 위치된 탈이온수 공급 노즐(405)과, 바닥의중앙에 형성된 방출 포트(406)를 구비한다. 도2a 내지 도2h에서, 필요한 액체 및 가스를 공급하고 불필요한 액체 및 가스를 배출하기 위한 파이프 배치는 도면의 간소화를 위해 생략되어 있다.
단일조 습식 처리에서, 먼저, 웨이퍼(401)는 웨이퍼가 처리조(407) 내에 채워진 탈이온수(409) 내에 침지되도록 반송 카세트(도시되지 않음)에 의해 처리조(407) 내에 도입된다. 그 후에, 챔버(402)는 챔버(402)와 덮개(403)에 의해 기밀 밀봉된 공간을 완성하도록 덮개(403)로 폐쇄되고, 질소는 질소 또는 IPA 증기 공급 노즐(404)을 통해 공급된다.
이러한 상태에서, 탈이온수는 탈이온수의 상승 흐름이 발생되도록 탈이온수 공급 노즐(405)로부터 공급된다. 따라서, 웨이퍼(401)는 도2a에 도시된 대로 소정 시간 동안 탈이온수의 상승 흐름 내에 투입된다. 따라서, 입자는 웨이퍼(401)의 표면으로부터 제거되고, 처리조(407)의 상부 모서리로부터 범람하는 탈이온수(409)와 함께 처리조(407)로부터 배출된다.
그 후에, 웨이퍼(401)를 대기에 노출시키지 않고, 탈이온수는 화학 용액, 예를 들어 DHF액(410)으로 교체되고, 그러므로 DHF액은 처리조(407)를 채우기 위하여 노즐(405)을 통해 공급된다. 이러한 상태에서, 에칭은 도2b에 도시된 대로 소정 시간 동안 수행된다. 이때, 질소는 노즐(404)로부터 계속해서 공급된다.
그 후에, 웨이퍼(401)를 대기에 노출시키지 않고, DHF액(410)은 노즐(405)을 통해 공급되는 탈이온수로 대치되고, 웨이퍼(401)는 소정 시간 동안 상승 흐름의 탈이온수(409)로 세정된다. 이 처리에서, 웨이퍼(401)의 표면으로부터 제거되어탈이온수(409)에 확산된 입자는 도2c에 도시된 대로 처리조(407)의 상부 모서리로부터 범람하는 탈이온수(409)와 함께 처리조(407)로부터 배출된다. 이때, 질소는 노즐(404)로부터 계속해서 공급된다.
웨이퍼(401)의 세정이 종료될 때, 도2d에 도시된 대로, 유기 용제의 증기(411), 예를 들어 수용성이고 탈이온수의 표면 장력을 낮추도록 작용하는 IPA는 캐리어로서 질소 가스를 사용함으로써 질소 또는 IPA 증기 공급 노즐(404)로부터 처리조(407)의 상부 위치를 향해 공급된다. 그 후에, 웨이퍼(401)는 도2e에 도시된 대로 처리조(407)로부터 상방으로 인상(pull up)된다.
전술된 공정에서, 얇은 IPA층(412)이 탈이온수(409)의 표면 상에 형성되기 때문에, 웨이퍼(401) 상의 탈이온수는 웨이퍼(401)가 인상될 때 웨이퍼(401)가 신속히 건조되도록 IPA로 교체된다. 여기에서, 탈이온수의 표면 장력을 낮추도록 작용하는 수용성 유기 용제로서 알코올류, 케톤류와 같은 유기 용제를 들 수 있으나, IPA는 금속과 같은 불순물을 적게 함유한 IPA가 상업적으로 용이하게 입수 가능하다는 점에서 가장 바람직하다.
탈이온수(409)로부터 웨이퍼(401)의 인상이 완료되면, IPA 증기(411)의 공급이 중지되고, 단지 질소(408) 공급 만이 개시된다. 또한, 처리조(407)로의 탈이온수(409)의 공급이 중지되고, 동시에 탈이온수(409)는 도2f에 도시된 대로 처리조(407)로부터 방출 포트(406)를 거쳐 방출된다.
탈이온수(409)가 처리조(407)로부터 방출된 후에, 질소 가스의 공급은 중지되고, 동시에 기밀식 밀봉 챔버(402)는 기밀식 밀봉 챔버(402)가 도2g에 도시된 대로 감압 상태에 놓이도록 진공 펌프(도시되지 않음)에 의해 진공화되고, 그 결과 탈이온수로 대체되는 웨이퍼(401)의 표면 상의 IPA는 증발되고 웨이퍼(401)는 건조된다.
웨이퍼(401)의 건조를 종료한 후에, 질소 가스(408)의 공급은 개시되고, 그 후에, 약 30초의 시간이 경과될 때, 진공 펌프는 중지되어, 기밀식 밀봉 챔버(402) 내의 압력은 도2h에 도시된 대로 감압 상태로부터 대기압으로 복귀된다.
대기압으로 복귀된 후에, 덮개(403)를 개방하여, 웨이퍼(401)를 꺼내게 된다.
전술된 웨이퍼 에칭 및 세정 방법에서, 웨이퍼의 인상 전에, 유기 용제의 증기는 탈이온수의 상승 흐름에 대항하여 송풍된다. 그러나, 탈이온수는 처리조로부터 범람되고, 부가적으로 탈이온수의 표면은 탈이온수의 상승 흐름으로 인해 높아지게 되고, 그 결과 균일한 두께의 IPA층이 탈이온수 표면 상에 결코 형성될 수 없다.
게다가, 웨이퍼가 습식 처리가 수행된 후에 질소 분위기 내에서 세정된다면, 웨이퍼가 상승 흐름 내에 위치될지라도, 탈이온수는 높은 표면 장력을 가지므로, 처리조 표면 부근에서 예컨대 0.2 ㎛ 이하의 극히 미세한 입자를 배출하는 것이 곤란하다.
더구나, 처리조 내에 잔류하는 입자는 후속 처리 공정에서 웨이퍼에 부착된다.
배출되지 않은 입자는 웨이퍼 표면 상에 균일한 유기 용제층의 형성을 방지한다. 따라서, 웨이퍼 표면에 요철이 있을 때, 특히 웨이퍼 표면이 소수성 표면 및 친수성 표면을 포함할 때, 탈이온수가 웨이퍼의 표면의 경계면에 잔류하기 쉬워 입자들이 부착된다. 입자들이 부착되면, 입자 내에 함유된 수분으로 인해 워터 마크가 생성된다. 64 Mbit DRAM 및 차세대 DRAM과 같은 고집적 DRAM의 커패시터 전극으로서 기대되는 실리콘막의 마이그레이션을 이용함으로써 반구형 결정립 실리콘(hemispherical grained silicon)(이하에서, "HGS-Si라고 함)을 형성하는 공정에서, 매우 미세하게 잔류하는 물은 실리콘막의 마이그레이션을 방해하여, 그 결과 DRAM 커패시터의 용량값이 작게 되고 생산 수율 및 신뢰성이 악화되는 큰 문제를 일으킨다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 습식 처리후에 웨이퍼를 세정할 때 입자들을 충분히 배출시켜 균일하고 두꺼운 유기 용제층을 형성하는 것이 필요해진다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제점을 극복하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼의 세정 시에 입자를 충분히 배출시켜 균일하고 두꺼운 유기 용제층을 형성함으로써, 웨이퍼 표면에 요철, 특히 소수성 표면 및 친수성 표면이 혼재할지라도, 웨이퍼 표면 상의 탈이온수를 유기 용제로 확실히 대체하여, 웨이퍼에 부착되는 미립자 및 워터 마크가 최소화될 수 있는 재현성 좋은 웨이퍼 세정 및 건조 방법을 제공하기 위한 것이다.
도1은 다중조 습식 처리 공정에서 종래 기술의 웨이퍼 에칭 및 세정 방법의 일례를 도시하는 도면.
도2a 내지 도2h는 단일조 습식 처리 공정에서 종래 기술의 웨이퍼 에칭 및 세정 방법의 일례를 도시하는 단일조 습식 처리 장치의 도식적 단면도.
도3a 내지 도3h는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 및 건조 방법의 제1 실시예를 도시하는 단일조 습식 처리 장치의 도식적 단면도.
도4는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 및 건조 방법의 제2 실시예의 흐름도.
도5a 내지 도5f는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 및 건조 방법의 제2 실시예를 도시하는 세정 및 건조 장치의 도시적인 단면도.
도6은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 및 건조 방법과 종래 기술의 세정 및 건조 방법의 공정 안정성을 도시하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101, 201 : 웨이퍼
102, 202 : 기밀식 밀봉 챔버
103, 203 : 기밀식 밀봉 뚜껑
104, 204 : 질소 또는 IPA 증기 공급 노즐
105, 205 : 탈이온수 공급 노즐
106, 206 : 방출 포트
107, 207 : 처리조
109, 209 : 탈이온수
110 : DHF액
111 : IPA 증기
본 발명의 상기 및 다른 목적은, 본 발명에 따라서 탈이온수의 표면 장력을 저하시키도록 작용하는 제1 수용성 유기 용제의 증기를 처리조보다 높은 위치로부터 공급하는 동안 처리조 내에 위치된 습식 처리된 웨이퍼를 탈이온수의 상승 흐름에 의해 세정하는 제1 단계와, 탈이온수의 상승 흐름을 정지시키고, 탈이온수의 표면 장력을 저하시키도록 작용하는 제2 수용성 유기 용제의 증기를 처리조보다 높은 위치로부터 소정 시간 동안 공급하는 제2 단계와, 웨이퍼를 처리조로부터 인상시키는 제3 단계를 포함하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법에 의해 성취된다.
제1 수용성 유기 용제 및 제2 수용성 유기 용제는 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들어, 탈이온수의 표면 장력을 저하시키도록 작용하는 수용성 유기 용제로서 알코올류, 케톤류와 같은 유기 용제로 예시될 수 있다.
실시예에서, 웨이퍼가 처리조로부터 인상된 후에, 처리조 내의 탈이온수는 배출되고, 웨이퍼 및 처리조를 포함하는 밀폐 챔버는 배기되어 밀폐 챔버의 내압이 하강하여 웨이퍼를 건조시키도록 한다.
본 발명의 상기 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조한 이하의 본 발명의 양호한 실시예의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 및 건조 방법의 실시예를 설명하기로 한다.
<제1 실시예>
도3a 내지 도3h를 참조하여 IPA 건조 기능을 갖는 단일조 습식 처리 유니트를 사용하는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 및 건조 방법의 실시예를 설명하기로 한다. 도3a 내지 도3h에 도시된 이러한 단일조 습식 처리 유니트는 기밀식 밀봉 덮개(103)에 의해 개폐되는 상부를 갖는 밀봉 챔버(102)를 포함한다. 이러한 기밀식 밀봉 챔버(102) 내에, 처리조(107)가 위치되며, 질소 또는 IPA 증기 공급 노즐(104)이 처리조(107)의 상부 모서리보다 높은 위치에 장착되어 처리조(107)를 향한다. 처리조(107)는 바닥의 주변부에 위치된 탈이온수 공급 노즐(105)과 바닥의 중심에 형성된 방출 포트(106)를 포함한다. 따라서, 도3a 내지 도3h에서 도시된 단일조 습식 처리 유니트는 도2a 내지 도2h에서 도시된 것과 대체로 동일하며, 따라서, 도2a 내지 도2h와 마찬가지로, 필요한 액체 및 가스의 공급 및 불필용한 액체 및 가스의 배출을 파이프 배치는 도면의 단순화를 위해 생략되었다.
우선, 도3a에서 도시된 바와 같이, 웨이퍼(101)가 반송 카세트(도시되지 않음)에 의해 처리조(107) 내로 도입되어 웨이퍼는 처리조(107) 내에 충진된 탈이온수(109) 내에 침지된다. 그 후, 챔버(102)가 챔버(102) 및 덮개(103)에 의해 기밀식으로 밀봉된 공간을 형성하도록 덮개(103)로 폐쇄되며, 질소 또는 IPA 공급 노즐(104)을 통해 질소가 공급된다.
이러한 상태에서, 탈이온수가 공급 노즐(105)로부터 공급되어 탈이온수의 상승 흐름이 철조(107) 내에 발생된다. 도3a에서 도시된 바와 같이 웨이퍼(101)는 소정 시간 동안 탈이온수의 상승 흐름에 놓인다. 따라서, 입자가 웨이퍼(101)의 표면으로부터 제거되어 처리조(107)의 상부 모서리로부터 범람하는 탈이온수(109)와 함께 처리조(107)로부터 배출된다. 이 때, 15.2 ㎝(6 in) 내지 20.3 ㎝(8 in) 직경을 갖는 웨이퍼의 경우, 탈이온수(109)의 유동율은 약 20 내지 24 리터/min인것이 좋다.
그 후, 도3b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(101)를 대기에 노출시키지 않으면서, 탈이온수(109)는 DHF액(110)으로 처리조(107)를 충진시키도록 노즐(105)을 통해 탈이온수 대신에 공급되는 예를 들어 DHF액(110)과 같은 화학 용액으로 대체되며, 그 후, 소정 시간 동안 에칭이 수행된다.
그 후, 웨이퍼(101)를 대기에 노출시키지 않으면서, DHF액(110)이 노즐(105)을 통해 공급된 탈이온수로 대체되며, 웨이퍼(101)가 소정 시간 동안 상승 흐름의 탈이온수(109)로 세정된다. 이러한 공정에서, 캐리어로서 질소 가스를 사용함으로써 질소 또는 IPA 증기 공급 노즐로부터 처리조(107)의 상부 위치를 향해 IPA 증기(111)가 공급된다. 여기서, IPA는 예를 들어 알코올류, 케톤류와 같은 탈이온수의 표면 장력을 감소시키도록 작용하는 다른 수용성 유기 용제로 대체될 수 있다.
IPA 증기(111)는 탈이온수(109)의 표면에 의해 냉각 액화되어 탈이온수의 표면 상에 IPA 박막을 형성한다. 그 결과, 탈이온수(109)의 표면 장력은 약화되어, 탈이온수는 처리조로부터 균일하게 범람하도록 된다. 따라서, 도3c에서 도시된 바와 같이, 웨이퍼(101)의 표면으로부터 제거되어 탈이온수(109)로 확산된 입자는 처리조(107)의 상부 모서리로부터 범람하는 탈이온수(109)와 함께 처리조(107)로부터 균일하게 배출된다.
이러한 세정 처리에서, IPA 증기(111)를 계속 송풍하는 것이 보다 효과적이나 이는 고가이다. 따라서, 이러한 세정 처리 방식에서 IPA 증기(111)의 공급을중단하는 것이 가능하다. 그러나, 세정 처리의 종료 직전에 수분 동안 IPA 증기(111)를 계속 공급하는 것이 바람직하다.
웨이퍼(101)의 세정이 완료될 때, 처리조(107)로 탈이온수(109)의 공급은 중단되며, 도3d에서 도시된 바와 같이 소정 시간(예를 들어 약 60초)이 경과된 후, 도3e에서 도시된 바와 같이 예를 들어 5 ㎜/sec의 속도로 처리조(107)로부터 웨이퍼(101)가 인상된다. 이러한 처리에서, 웨이퍼(101) 상의 탈이온수가 IPA액으로 대체되기 때문에, 웨이퍼(101)는 신속히 건조된다.
탈이온수(109)의 공급을 중단시킴으로써 그리고 다른 한편으로는 소정 기간 동안 IPA 증기를 계속적 송풍함으로써, 탈이온수 표면 상에 부양하는 입자는 감소된다. 더욱이, 수조(107) 내의 탈이온수 흐름은 정지되고, 균일한 두께의 IPA층(112)은 흐름 정지된 탈이온수 표면 위에 형성된다.
여기에서, 탈이온수 표면의 용기 및 웨이퍼 표면 상의 탈이온수를 IPA액으로 대체하기 위한 효능을 고려하면, 수조로부터 웨이퍼의 인상 속도가 감소될수록, 이는 더 양호하다. 실제로, 웨이퍼의 인상 속도는 6 ㎜/s보다 높지 않게 하는 것이 양호하다.
만일 탈이온수(109)로부터 웨이퍼(101)의 인상이 완료되면, IPA 증기(111)의 공급은 중단되고, 질소(108)의 공급은 개시된다. 이와 동시에, 탈이온수(109)는 도3f에 도시된 바와 같이 처리조(107)로부터 방출 포트(106)를 통하여 방출된다.
탈이온수(109)가 처리조(107)로부터 방출된 뒤, 질소 가스의 공급은 중단되고, 동시에 기밀식 밀봉 챔버(102)는 감압된 상태에 놓이도록 기밀식 밀봉챔버(102)는 진공 펌프(도시되지 않음)에 의해 배기되고, 그 결과 탈이온수를 대체한 웨이퍼(101) 표면 상의 IPA는 증발되어, 따라서 도3g에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(101)는 건조된다.
웨이퍼(101)의 건조가 완료된 후, 질소 가스(108)의 공급이 개시되고, 그 후 예를 들어 약 30초의 시간이 경과한 때, 진공 펌프는 정지되어, 도3h에 도시된 바와 같이, 기밀식 밀봉 챔버(102) 내의 압력은 감압된 상태에서 대기압 상태로 복원된다.
대기압 상태로 복원된 후, 덮개(103)는 개방되고, 웨이퍼(101)는 인출된다.
<제2 실시예>
전술된 제1 실시예는 본 발명에 웨이퍼의 세정 및 건조 방법이 IPA 건조를 이용한 단일조 습식 처리에 적용되는 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 웨이퍼의 세정 및 건조 방법은 다중조 습식 처리에도 적용될 수 있다. 화학 액체가 다중조 습식 처리 내에서 순환될 수 있기 때문에, 본 발명은 희석 공정에 제한됨이 없이 어떤 습식 처리에도 적용될 수 있다. 그러나, 웨이퍼가 대기 중으로 이송되기 때문에, 입자 및 워터 마크를 최소화하는 효과는 단일조 습식 처리에 비하여 작아진다. 실제로, 극도로 미세한 잔류 물이 역효과를 미치는 HSG-Si 공정에서, 입자 및 워터 마크를 최소화시키는 효과는 종래의 세정 및 건조 방법에 비하여 현저히 유리하다.
이제, 다중조 습식 처리 공정에 적용된 본 발명에 따른 웨이퍼의 세정 및 건조 방법의 실시예는 도4 및 도5a 내지 도5f와 함께 설명될 것이다.
먼저, 도4를 참조하면, 웨이퍼는 도4의 로더(a) 상에 장착되고, 그 다음 APM 화학물질조(b), DHF 화학물질조(d), 그리고 HPM 화학물질조(f)를 명명 순서대로 경유하여 최종 세정조(g)로 이송된다. 여기에서, 탈이온수로 웨이퍼를 세정하기 위하여, QDR조(긴급 덤프 세정조; c 또는 e)는 인접한 각 한 쌍의 화학물질조 사이에 위치되고, 그에 의해 화학물질이 다음 하류의 화학물질조로 유입되는 것을 방지한다. 그러나, HPM 화학물질조(f)에 인접하여 제공된 QDR조가 없으므로, 웨이퍼는 QDR조를 통과하지 않고 HPM 화학물질조(f)로부터 최종 세정조(g)로 직접 이송된다.
최종 세정조(g) 내에서 수행되는 세정 및 건조 공정을 설명하기 위한 최종 세정조(g)의 개략 단면도인 도5a 내지 도5f에 도시된 바와 같이, 최종 세정조(g)만이 기밀식 밀봉 구조를 갖는다.
도3a 내지 도3h와 도5a 내지 도5f 사이를 비교해 보면, 최종 세정조(g)는 도3a 내지 도3h에 도시된 단일조 습식 처리 유니트와 같은 구조를 갖는다. 그러므로, 도5a 내지 도5f에서, 도3a 내지 도3h에 도시된 것들에 대응하는 요소들은 도3a 내지 도3h에 부여된 도면 부호에 "100"을 더한 도면 부호가 부여되고, 설명을 간단하게 하기 위하여 이에 대한 설명은 생략될 것이다.
이제, 최종 세정조(g)에서 수행되는 세정 및 건조 공정은 도5a 내지 도5f에 의해 설명될 것이다.
먼저, 도5a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(201)는 처리조(207) 내에 충진된 탈이온수(209)에 침지되고, 챔버(202)는 덮개(203)로 폐쇄되어 챔버(202)와 덮개(203)에 의한 기밀식 밀봉 공간이 완성된다. 더욱이, 질소는 질소 또는 IPA증기 공급 노즐(204)을 통하여 공급된다.
그 후에, 탈이온수의 표면 장력을 낮추도록 작용하는 수용성 유기 용제인 IPA의 증기(210)는 캐리어로서 질소 가스를 사용함으로써 질소 또는 IPA 증기 공급 노즐(204)로부터 처리조(207)의 상부 위치로 공급된다. 따라서, 웨이퍼(201)의 표면으로부터 제거되어 탈이온수(209) 내에 확산된 입자들은 탈이온수 공급 노즐(205)로부터 공급된 탈이온수(209)와 함께 처리조(207)로부터 균일하게 배출되어 도5a에 도시된 것처럼 처리조(207)의 상부 모서리로부터 유출된다.
웨이퍼(201)의 세정이 완료되면 처리조(207)로의 탈이온수(209)의 공급이 정지되고, 처리조 내의 탈이온수(209)의 표면 흐름이 정지되도록 그리고 도5b에 도시된 것처럼 처리조(207) 내의 탈이온수(209)의 정지 표면 상에 균일하고 두꺼운 IPA층(211)이 형성되는 것을 허용하도록 예를 들어 약 60초의 소정 시간이 경과한 후에 웨이퍼(201)가 도5c에 도시된 것처럼 예를 들어 5 ㎜/sec의 속도로 처리조(207)로부터 인상된다. 이 공정에서, 웨이퍼(201) 상의 탈이온수는 웨이퍼(201)가 신속하게 건조되도록 IPA로 대체된다. 여기서, 웨이퍼의 인상 속도는 6 ㎜/sec보다 높은 것이 바람직하다.
탈이온수(209)로부터 웨이퍼(201)의 인상이 완료된 후에, IPA 증기(210)의 공급이 정지되고 질소(208)의 공급이 개시된다. 이와 동시에, 탈이온수(209)는 도5d에 도시된 것처럼 방출 포트(206)를 통하여 처리조(207)로부터 방출된다.
탈이온수(209)가 처리조(207)로부터 방출된 후에 질소의 공급이 정지되고, 이와 동시에 기밀식 밀봉 챔버(202)가 진공 펌프(도시되지 않음)에 의해 배기되어기밀식 밀봉 챔버(202)가 감압된 상태에 놓이게 되고, 그 결과 탈이온수를 대체한 웨이퍼(201) 표면 상의 IPA가 증발되어 도5e에 도시된 것처럼 웨이퍼(201)가 건조된다.
웨이퍼(201)가 건조가 완료된 후에 질소 가스(208)의 공급이 개시되고, 그후에 약 30초의 시간이 경과하였을 때 진공 펌프가 정지되어 기밀식 밀봉 챔버(202) 내의 압려깅 도5e에 도시된 것처럼 감압된 상태로부터 대기압 상태로 회복된다.
대기압 상태로 회복된 후에 덮개(203)가 개방되고 웨이퍼(201)가 도4에 도시된 것처럼 언로더(h)로 이송된다.
종래 기술의 세정 및 건조 방법에서는 습식 처리된 웨이퍼가 질소 대기 중에서 세정되기 때문에 입자들을 충분히 배출하기가 어려웠다. 또한, 탈이온수조로부터 웨이퍼를 인상하기 전에 유기 용제의 증기가 탈이온수의 상승 흐름에 대항하여 송풍되기 때문에, 탈이온수조 상의 유기 용제 증기가 매우 얇았고 균일하게 형성되지도 않았다. 그 결과, 입자들이 여전히 웨이퍼에 부착되어 웨이퍼 상에 많은 워터 마크가 발생했다.
한편, 본 발명에서는 습식 처리된 웨이퍼가 탈이온수의 상승 흐름 내에서 세정되고, 탈이온수의 표면 장력을 낮추도록 작용하는 유기 용제의 증기가 탈이온수조의 표면에 대항하여 송풍된다. 따라서, 탈이온수조 표면의 표면 장력이 약해지기 때문에, 탈이온수조의 표면 상에 잔류하는 과도한 양의 미립자들이 처리조의 상부 모서리로부터 범람하는 탈이온수와 함께 제거될 수 있다.
또한, 탈이온수의 공급이 정지된 후에, 고정 탈이온수조를 형성하도록 그리고 고정 탈이온수조의 표면 상에 균일한 두께의 유기 용제 액체 층이 형성되는 것을 허용하도록 소정 주기의 시간이 경과한 후에 웨이퍼가 인상된다. 따랏서, 본 발명에 따른 세정 및 건조 방법과 종래 기술의 세정 및 건조 방법에서의 운전 회수와 입자수/워터 마크와의 관계를 도시한 그래프인 도6에 도시된 것처럼 종래 기술의 세정 및 건조 방법에 비해서 입자들 및 워터 마크를 크게 감소시킬 수 있다. 도6으로부터 본 발명에 따른 세정 및 건조 방법에 의해 제조량을 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 도시 및 설명되었다. 그러나, 본 발명은 도시된 구조의 세부에 어떤 형태로든 제한되지 않고, 첨부된 청구범위의 범주 내에서 본 발명을 변경 및 수정할 수도 있다.
본 발명에서는 습식 처리된 웨이퍼가 탈이온수의 상승 흐름 내에서 세정되고, 탈이온수의 표면 장력을 낮추도록 작용하는 유기 용제의 증기가 탈이온수조의 표면에 대항하여 송풍된다. 따라서, 탈이온수조 표면의 표면 장력이 약해지기 때문에, 탈이온수조의 표면 상에 잔류하는 과도한 양의 미립자들이 처리조의 상부 모서리로부터 범람하는 탈이온수와 함께 제거될 수 있다.

Claims (10)

  1. 탈이온수의 표면 장력을 저하시키도록 작용하는 제1 수용성 유기 용제의 중기를 처리조보다 높은 위치로부터 공급하는 동안 처리조 내에 위치된 습식 처리된 웨이퍼를 상승 흐름의 탈이온수에 의해 세정하는 제1 단계와,
    상기 탈이온수의 상승 흐름을 정지시키고, 상기 탈이온수의 표면 장력을 저하시키도록 작용하는 제2 수용성 유기 용제의 증기를 상기 처리조보다 높은 위치로부터 소정 시간 동안 공급하는 제2 단계와,
    상기 웨이퍼를 상기 처리조로부터 인상시키는 제3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 탈이온수의 표면 장력을 저하시키도록 작용하는 각각의 상기 제1 및 제2 수용성 유기 용제는 알코올류, 케톤류로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 유기 용제인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 단계에서, 상기 제2 수용성 유기 용제의 상기 증기는 상기 처리조 내의 상기 탈이온수의 흐름이 정지하도록 허용하고 상기 제2 수용성 유기 용제의 균일한 두께의 액상층이 정지된 탈이온수의 표면 상에 형성도도록 허용하기에 충분한 시간 동안 계속 공급되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 단계에서, 상기 소정 시간은 30초 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3 단계에서, 상기 웨이퍼는 6 ㎜/sec 미만의 인상 속도로 상기 처리조로부터 인상되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 단계에서, 상기 제2 수용성 유기 용제의 상기 증기는 상기 처리조 내의 상기 탈이온수의 흐름이 정지하도록 허용하고 상기 제2 수용성 유기 용제의 균일한 두께의 액상층이 정지된 탈이온수의 표면 상에 형성되도록 허용하기에 충분한 시간 동안 계속 공급되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 단계에서, 상기 소정 시간은 30초 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제3 단계에서, 상기 웨이퍼는 6 ㎜/sec 미만의 인상 속도로 상기 처리조로부터 인상되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 단계에서, 상기 제2 수용성 유기 용제의 상기 증기는 30초 미만의 소정 시간 동안 계속 공급되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 탈이온수의 표면 장력을 저하시키도록 작용하는 각각의 상기 제1 및 제2 수용성 유기 용제는 알코올류, 케톤류로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 유기 용제인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 및 건조 방법.
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