KR200232349Y1 - 웨이퍼세정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 웨이퍼 전면에 형성된 패턴의 손상없이 웨이퍼 뒷면을 세정할 수 있도록 구성한 웨이퍼 세정장치를 개시한다.

본 고안은 밀폐된 챔버와, 챔버내에 위치하며 축과 연결된 구동부에 의해 회전하는 척과, 척의 외곽에 설치되어 척의 표면과 소정간격을 유지하는 상태로 웨이 퍼를 지지, 고정시키는 다수의 웨이퍼 지지대와, 척에 놓여진 웨이퍼의 뒷면에 식각용액을 공급하는 식각용액 공급라인과, 척에 놓여진 웨이퍼의 뒷면에 순수를 공급하는 순수공급라인으로 이루어져 웨이퍼가 상기 척 표면과 일정간격 유지한 상태로 각 웨이퍼 지지대 상에 안착되어 그 뒷면에 증착된 증착물질이 식각용액에 의 해 식각된후 그 식각물질은 순수에 의해 웨이퍼 뒷면에서 제거되는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 세정장치

제1도는 본 고안의 전체적인 구성도.

제2도는 제1도 "A" 상세 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 챔버 2 : 척

3 및 4 : 식각용액 공급라인 및 순수 공급라인

10 : 웨이퍼 지지대

본 고안은 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로서, 특히 웨이퍼 전면에 형성된 패턴의 손상 없이 웨이퍼 뒷면을 세정할 수 있도록 구성한 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조공정중 웨이퍼 표면에 증착막을 형성하는 공정, 예를 들어 웨이퍼 표면에 금속배선막을 형성하는 단계 직전에 실시하는 층간 절연막을 형성하기 위한 BPSG(boron phosphorous silicate glass)막 형성공정은 화학기상증착(CVD) 방법에 의하여 실시된다.

즉, 웨이퍼가 로딩된 반응기(reactor)내에서 화학반응 기체(BPSG막을 형성하는 공정에서는 인(P) 이나 불소(B)를 이용함)들을 주입하여 화학 반응에 의하여 생성된 고체 생성물(산화물질)을 웨이퍼 표면에 증착시키게 되며 BPSG막 증착공정은 보통 대기압 하에서 이루어져(APCVD: atmospheric pressure chemical vapor deposition) 웨이퍼 표면에 산화물질의 BPSG막을 형성하게 된다.

이러한 BPSG막 형성공정에서 웨이퍼 전(前) 면에만 산화물질의 증착이 이루어지는 것이 바람직하나, 옥사이드 계 산화물질이 웨이퍼의 뒷면에도 증착되는 현상이 발생된다. 특히 웨이퍼의 뒷면에 불균일한 두께로 산화물질이 증착되는 경우 증착된 산화물질은 금속 배선막 형성공정시 심각한 영향을 초래하게 된다.

즉, 금속막의 미세선폭이 0.7㎛ 이하로 고집적화 됨에 따라 마스크를 이용한 금속배선막의 선택적인 식각을 위해서는 웨이퍼가 정확한 수평상태를 유지하여야 하나, 웨이퍼 뒷면에 불균일하게 증착된 산화물질은 웨이퍼의 수평상태 유지를 불가능하게 한다. 따라서, 웨이퍼가 수평상태를 유지하지 못하게 됨으로서 광을 이용한 식각공정시 금속막의 미세선폭을 식각하기 어렵게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해서 금속배선막 형성공정전에 웨이퍼의 뒷면에 증착된 산화물질을 제거하여야만 한다.

웨이퍼 뒷면에 대한 일반적인 세정방법으로는 웨이퍼를 엔빌(anvil) 상에 위치시킨 뒤 웨이퍼 뒷면에 옥사이드(oxide)계 식각용액을 공급하여 웨이퍼 뒷면에 증착된 산화물질이 제거하는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 BPSG막이 형성된 웨이퍼 전면이 엔빌의 표면에 접촉됨으로서 BPSG막에 이물질이 흡착되거나 흠(scratch)이 발생되는 경우가 발생된다.

이러한 세정공정시 BPSG막을 보호하기 위하여 BPSG막상에 포토레지스트를 도포시킨 후 웨이퍼를 엔빌상에 위치시키는 방법이 이용되고 있으나, 이는 불필요한 공정을 실행하고 또한 포토레지스크 용액이 낭비되는 문제점이 있다.

본 고안은 웨이퍼 전면에 대한 증착막 형성공정시 웨이퍼 뒷면에 부분적으로 증착된 증착물질(산화물질)을 제거하는 과정에서 발생되는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 웨이퍼 전면에 형성된 증착막의 손상 없이 세정을 실시할 수 있는 웨이퍼 세정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 고안은 밀폐된 챔버와, 챔버내에 위치하며 축과 연결된 구동부에 의해 회전하는 척과, 상기 척의 외곽에 설치되어 척의 표면과 소정간격을 유지하는 상태로 웨이퍼를 지지, 고정시키는 다수의 웨이퍼 지지대와, 척에 놓여진 웨이퍼의 뒷면에 식각용액을 공급하는 식각용액 공급라인과, 척에 놓여진 웨이퍼의 뒷면에 순수를 공급하는 순수공급라인으로 이루어져 웨이퍼가 상기척 표면과 일정간격 유지한 상태로 각 웨이퍼 지지대 상에 안착되어 그 뒷면에 증착된 증착물질이 식각용액에 의해 식각된 후 식각물질이 순수에 의해 웨이퍼 뒷면에서 제거되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 고안의 전체적인 구성도로서, 본 고안은 크게 챔버(1), 챔버(1) 내에서 회전하는 원판형 척(2), 챔버(1) 내부공간에 식각용액과 순수를 공급하는 식각용액 공급라인(3) 및 순수 공급라인(4)으로 이루어진다.

밀폐된 챔버(1)는 그 내부에서 웨이퍼의 세정이 이루어지며 하단에는 용액 배출 라인(5)이, 일측면에는 가스 배출라인(6)이 설치되어 있다.

챔버(1)의 하단에는 구동부(8)가 위치하며 구동부(8)의 회전축은 척(2)의 저면에 고정되어 챔버(1)를 관통하는 축(2A)과 연동된다. 척(2)을 회전시키는 축(2A)의 챔버(1) 대응부분에는 베어링(2B)이 설치되어 원활한 회전을 유지한다. 또한, 축(2A)의 하단에는 척(2)의 상부로 질소가스를 공급하기 위한 질소 공급라인(7)과 연결되며, 질소가스를 척(2)의 상부에 공급하기 위해서는 척(2A)을 중공의 원통부재로 형성하여야 한다.

축(2A)의 상단에 위치하여 구동부(8)의 작동에 따라 회전하는 척(2)은 웨이퍼(W)와 대응될 수 있는 면적으로 이루어지며 그 외곽에는 웨이퍼(W)를 안착, 지지하는 다수의 웨이퍼 지지대(10)가 고정되어 있다. 각 웨이퍼 지지대(10)의 구성을 살펴보면, 제2도는 제1도의 웨이퍼 지지대(10)의 구성을 도시하고 있다. 척(2)의 외곽에 설치된 웨이퍼 지지대(10)는 척(2) 표면에 고정된 수평부재(11)와 수평부재(11)의 외측단에서 상향 연장된 수직부재(12)로 이루어진다. 제2도에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)의 측단은 수평부재(11)상에 놓여지며, 외측면은 수직부재(12)와 접촉하게 된다.

이상과 같은 본 고안의 웨이퍼 세정기능을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 뒷면에 증착된 증착물질을 제거해야 하는 웨이퍼(W)를 척(2) 외곽부에 고정되어 있는 다수의 웨이퍼 지지대(10) 상에 위치시킨다. 한편, 웨이퍼(W)의 뒷면(W_B)은 챔버(1)의 상부면을, 전면(W_F)은 척(2)의 표면을 향하도록 위치시켜야 함은 물론이다. 전술한 바와같이 각 웨이퍼 지지대(10) 상에 위치하는 웨이퍼(W)의 외곽 원주저면은 각 웨이퍼 지지대(10)의 수평부재(11) 상에 놓여지며, 측단은 수직부재(12)와 접촉하게 된다. 웨이퍼(W)의 외곽부가 웨이퍼 지지대(10)에 지지됨으로서 웨이퍼(W)의 전면(W_F)과 척(2) 표면사이에는 소정의 공간(S:수평부재 높이 )을 유지하게 되나 지지되지 않는 웨이퍼(W)의 중심부에는 처짐이 발생되어 척(2) 표면과 접촉할 우려가 있다. 웨이퍼(W) 중심부의 처짐을 방지하기 위하여 척(2)의 외곽부에 설치된 각 웨이퍼 지지대(10) 상에 웨이퍼(W)를 위치시킴과 동시에 축(2A) 과 연결된 질소가스 공급라인(7)을 통하여 외부에서 공급된 질소가스를 척(2)으로 공급한다. 따라서, 분사된 질소가스는 척(2)의 표면과 웨이퍼(W) 전면(W_F) 간의 공간(S)으로 분사되어 웨이퍼(W) 중심부의 처짐을 방지하게 된다.

이상과 같이 척(2)에 웨이퍼(W)를 안착시킨 후 구동부(8)를 작동시켜 척(2)을 회전, 즉 웨이퍼(W) 뒷면(W_B)에 식각용액을 공급한다. 따라서, 웨이퍼 뒷면(W_B)에 증착된 산화물질은 식각용액에 의하여 식각, 제거되어지며 이후 순수 공급라인(4)을 통하여 웨이퍼 뒷면(W_B)에 순수를 공급함으로서 순수는 식각용액에 의하여 식각, 제거된 산화물질 및 식각용액을 웨이퍼 표면에서 분리, 챔버(1) 하단의 용액 배출구(5)를 통하여 외부로 배출시키게 된다. 순수에 의한 웨이퍼 뒷면(W_B)의 세정 공정이 완료된 후에도 구동부(8)를 계속 작동시켜 웨이퍼(W)를 건조시킴으로서 모든 세정공정은 완료된다.

이때, 챔버(1)에 형성된 가스 배기구(6)는 계속적으로 공급되는 질소가스 및 식각용액으로 인한 산화물질의 식각과정에서 발생된 가스를 외부로 배기 시킴으로서 챔버(1) 내의 분위기가 정체되는 것을 방지한다.

이상과 같은 세정과정에서의 조건을 설명하면 다음과 같다.

(A) 척(2)을 통하여 웨이퍼(W) 에 분사되는 질소가스의 압력은 웨이퍼(W)의 처짐을 방지할 수 있도록 약 60 psi 정도의 압력을 가지고 분사되어져야 하며, 또한 그 온도는 약 60℃로서 이는 식각용액의 활성화를 위하여 적절하다.

(B) 웨이퍼(W) 의 가장자기를 지지하는 각 웨이퍼 지지대(10)는 최소한 3개 이상 설치하는 것이 바람직하다.

(C) 식각용액 공급라인(3)을 통하여 공급되어 웨이퍼 뒷면(W_B)에 증착된 옥사이드계 산화물질을 제거하기 위한 식각용액으로서는 약 35℃의 온도 및 약 7 대 1의 농도를 갖는 BOE 용액(buffered oxide etchant)이며, 이는 중착물질에 따라 다른 용액을 이용할 수 있음은 물론이다. 또한, 웨이퍼 전면(W_F)으로 식각용액을 균일하게 분산시키기 위해서 척(2)의 회전 속도, 즉 웨이퍼(W) 의 회전속도는 약 50 내지 100rpm 정도가 적절하다.

(D) 식각용액에 의하여 식각, 제거된 산화물질 및 식각용액을 웨이퍼 뒷면(W_B) 표면에서 분리, 제거하기 위한 순수의 공급시 웨이퍼(W;척)의 회전속도는 1000 내지 2000 rpm 정도로서, 웨이퍼(W)를 고속으로 회전시킴으로서 산화물질을 웨이퍼 뒷면(W_B)에서 완전히 제거할 수 있다.

(E) 순수에 의한 크리닝 공정후의 웨이퍼의 건조시에는 웨이퍼의 회전속도를 3000 내지 5000 rpm 정도로 유지한다.

한편, 상기 각 세정단계를 실시할 때 척(2)을 비교적 고속으로 회전시킴으로 인하여 웨이퍼(W)가 각 웨이퍼 지지대(10) 상에서 이탈되는 것을 방지하기 위하여 제2도에 도시된 바와같이 각 웨이퍼 지지대(10)의 수직부재(12) 상단에 피벗가능한 회전핀(13)을 설치하여 웨이퍼의 안착 후 회전 핀(13)을 웨이퍼(W) 면에 대응시킴으로서 웨이퍼의 이탈을 방지할 수 있다.

이상과 같은 본 고안은 웨이퍼 전면에 대한 증착막 형성공정시 웨이퍼 뒷면에 부분적으로 증착된 증착물질(산화물질)을 제거하는 공정을 패턴 등이 형성된 웨이퍼의 전면을 다른 부재와의 접촉 없이 실시함으로서 웨이퍼 전면에 형성된 증착막의 손상을 방지할 수 있으며, 세정공정시 패턴등을 보호하기 위하여 웨이퍼 전면에 포토레지스트 등과 같은 웨이퍼 전면 보호막을 도포할 필요가 없는 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (8)

1. 웨이퍼의 전면에 증착막을 형성한 후 웨이퍼 뒷면에 불필요하게 증착된 증착물질을 제거하기 위하여 세정면인 뒷면이 상부로 향하도록 웨이퍼가 장착된 웨이퍼세정장치에 있어서, 밀폐된 챔버와, 챔버내에 위치하며 축과 연결된 구동부에 의해 상기 웨이퍼를 회전시키는 척과, 상기 척의 외곽에 설치되어 척의 표면과 소정 간격을 유지하는 상태로 웨이퍼를 지지, 고정시키는 다수의 웨이퍼 지지대와, 상기 척에 놓여진 상기 웨이퍼의 뒷면에 식각용액을 공급하는 식각 용액 공급라인과, 상기 척에 놓여진 상기 웨이퍼의 뒷면에 순수를 공급하는 순수공급라인과, 상기 구동부와 척을 연결하는 축은 중공의 부재로서 외부의 가스를 축 상부로 분사시켜 웨이퍼 지지대에 안착된 웨이퍼 중앙부의 처짐을 방지하는 가스 공급라인을 포함하여 이루어져, 상기 웨이퍼가 상기 척 표면과 일정간격 유지한 상태로 각 웨이퍼 지지대 상에 안착되어 그 뒷면에 증착된 증착물질이 회전하는 웨이퍼에 분사되는 식각용액에 의해 식각된 후 식각물질이 순수에 의해 웨이퍼 뒷표면에서 제거되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급라인에 주입되는 가스는 질소가스인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 축을 통하여 웨이퍼에 분사되는 질소가스의 압력은 웨이퍼의 처짐을 방지하기 위하여 60psi의 압력을 가지고 분사되어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 각 웨이퍼 지지대는 상기 척 표면에 고정된 수평부재와 수평부재의 외측단에서 상향 연장된 수직부재로 이루어져 웨이퍼의 측단은 수평부재상에 놓여지며 웨이퍼의 외측면은 수직부재와 접하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 수직부재 상단에는 척의 고속 회전시 웨이퍼 지지대 상에서 웨이퍼가 이탈되는 것을 방지하기 위하여 피벗가능한 회전핀을 설치하여 웨이퍼의 안착 후 회전핀을 웨이퍼 면에 대응시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 식각용액 공급라인을 통한 식각용액의 공급시 웨이퍼 전면으로 식각용액을 균일하게 분산시키기 위한 척의 회전속도는 50 내지 100rpm 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 순수 공급라인을 통한 순수의 공급시 척의 회전속도는 1000 내지 2000rpm 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
8. 제7항에 있어서, 순수에 의한 웨이퍼 뒷면의 크리닝 공정 후 상기 척은 3000 내지 5000rpm 정도로 회전시켜 웨이퍼의 건조를 실시하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.