KR20060055775A - 웨이퍼 세정 장치 및 세정 방법 - Google Patents

Abstract

하나의 배스 내에서 멀티프로세스를 진행하는 설비를 이용한 반도체 웨이퍼 세정 장치 및 세정 방법에 관하여 개시한다. 본 발명에 따른 세정 장치는 배스 내에 순수를 분사하기 위하여 상기 배스의 상단부에 설치되어 있는 순수 분사 장치를 포함한다. 본 발명에 따른 세정 방법에서는 배스 내에서 웨이퍼를 화학 처리액으로 화학처리한 후, 배스 내에 순수를 공급하면서 상기 배스 내의 상기 화학 처리액중 적어도 일부를 오버플로우시킨다. 오버플로우 도중에 배스로부터 상기 화학 처리액 및 순수를 완전히 배출시키고, 배관을 통하여 배스 내에 순수를 공급하면서 상기 웨이퍼를 린스한다.

배스, 웨이퍼, 순수 분사 장치, 린스

Description

웨이퍼 세정 장치 및 세정 방법 {System and method for cleaning wafer}

도 1은 종래의 웨이퍼 세정 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 요부 구성을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 요부 구성을 보여주는 측면도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.

도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법에 의해 웨이퍼를 세정하였을 때의 TOC 분석 결과이다.

도 6은 종래 기술에 따른 웨이퍼 세정 방법에 의해 웨이퍼를 세정하였을 때의 TOC 분석 결과이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110: 배스, 114: 배관, 120: 순수 분사 장치, 122: 순수.

본 발명은 반도체 웨이퍼 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것으로, 특히 하나의 배스(bath) 내에서 멀티프로세스를 진행하는 설비를 이용한 반도체 웨이퍼 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정에서는 웨이퍼 상에 포토리소그래피, 식각, 애싱, 확산, 화학기상증착, 이온주입 및 금속증착 등의 다양한 공정을 이용하여 웨이퍼상에 다양한 막질, 예를 들면 도전층, 반도체층, 절연층 등을 형성하는 일련의 과정이 행해진다. 그리고, 각 단위 공정들 사이에는 웨이퍼 상에 잔류하는 불필요한 물질, 반응 부산물, 및 이물질을 포함한 불순물을 제거하기 위한 세정 공정이 행해진다.

웨이퍼가 대구경화되어감에 따라 웨이퍼 세정시 사용되는 클린 룸(clean room)의 건설 및 유지 비용이 제조 원가에서 큰 비중을 차지하게 되었다. 이와 같은 문제를 극복하기 위한 시도중 하나로서, 하나의 배스 내에서 멀티프로세스를 진행하는 기능을 갖춘 설비 구조가 주로 이용되고 있다. 예를 들면, 기존의 8인치 웨이퍼용 세정 장치의 경우, HF 세정액용 배스와 SC1 세정액용 배스를 각각 별도로 마련하여 사용했으나, 300mm 웨이퍼의 경우에는 HF 및 SC1을 단일 배스에서 처리하는 설비를 사용하고 있다. 이 설비를 이용하는 세정 방법은 각 세정액 마다 별도의 배스를 사용하는 기존의 설비 구조에 비해 배스의 갯수를 1/2 이상 줄일 수 있었다.

도 1은 하나의 배스 내에서 멀티프로세스를 진행하는 기능을 갖춘 설비 구조로 구성되는 종래의 웨이퍼 세정 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 세정, 린스, 및 건조 과정이 각각 이루어지는 배스(10)가 설치되어 있고, 상기 배스(10) 내부에는 상기 배스(10)의 하부에 연결된 배관(14)을 통하여 소정의 세정액(12)이 웨이퍼(W)가 충분히 잠길 정도의 양으로 투입된다.

웨이퍼(W)들이 세정액(12) 내에 잠기도록 투입된 상태에서 소정 시간이 경과하여 세정액(12)에 의한 세정 작업이 다 이루어지면, 상기 배관(14)을 통하여 순수(deionized water)를 지속적으로 공급함과 동시에 상기 배스(10)의 상부에서는 배스(10) 내부에 있던 세정액을 오버플로우시키면서 상기 배스(10) 내에서의 세정액(12)이 완전히 순수로 교체될 때까지 세정액(12)을 희석한다. 이와 같은 린스 과정이 종료되면 상기 배관(14)을 통하여 상기 배스(10) 내부의 순수를 완전히 배출시키고 웨이퍼(W)의 건조 과정을 행한다.

상기한 구성을 가지는 종래의 웨이퍼 세정 장치에서는 단일 배스에서 특성이 전혀 다른 세정액을 혼용함으로써 웨이퍼상에 원하지 않은 결함을 유발할 수 있다. 또한, 하나의 세정액을 사용한 후 다른 세정액으로 바꾸어 사용하기 위하여 세정액을 치환할 때 장시간의 린스 세정 시간을 필요로 한다. 즉, 웨이퍼에 잔류하는 화학 물질 또는 오염물에 의하여 오염된 배스 내부를 배스의 하부로부터 공급되는 순수에 의하여 희석하여 제거하는 방법으로 린스 세정 공정을 진행하기 때문에, 전 단계에서 화학 처리가 이루어진 웨이퍼에 잔존해 있는 화학 물질을 제거하기 위하여 린스 처리를 하는데 걸리는 시간이 길어지는 문제가 있다. 실제로, 상기한 종래의 장치를 이용하여 종래의 방법으로 배스 내부의 오염물을 완전히 제거하는데 걸리는 시간은 화학 처리액의 종류에 따라 다를 수 있으나 대체로 약 300초 이상 소요되고 있는 경우가 대부분이며, 이 때 배스 내부의 오염물을 완전히 제거하기까지 공급되는 순수의 양은 배스 용량의 약 5배에 달한다.

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 단일 배스를 사용하는 웨이퍼 세정 장치에서 화학 처리액 또는 세정액의 교체 시간, 또는 웨이퍼의 린스 시간을 단축할 수 있는 구성을 가지는 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 단일 배스를 사용하는 웨이퍼 세정 장치를 이용하여 웨이퍼를 세정할 때 화학 처리액 또는 세정액의 교체 시간, 또는 웨이퍼의 린스 시간을 단축할 수 있는 웨이퍼 세정 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치는 세정 대상의 웨이퍼 및 소정의 세정액을 수용하는 배스와, 상기 배스내에 소정의 세정액을 공급 및 배출시키기 위하여 상기 배스의 저부에 연결되어 있는 배관과, 상기 배스 내에 순수를 분사하기 위하여 상기 배스의 상단부에 설치되어 있는 순수 분사 장치를 포함한다.

바람직하게는, 상기 순수 분사 장치는 복수의 분사공이 형성된 관 형태로 이루어진다. 또한 바람직하게는, 상기 순수 분사 장치는 상기 배스의 상단부에서 상호 이격된 2개의 위치에 상호 평행하게 설치되어 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법에서는 하부에 처리액 배출 및 공급을 위한 배관이 형성되어 있는 배스 내에서 웨이퍼를 화학 처리액으로 화학처리한다. 상기 배관을 통하여 상기 배스 내에 순수를 공급하면서 상기 배스 내의 상기 화학 처리액중 적어도 일부를 오버플로우시킨다. 상기 배스로부터 상기 화학 처리액 및 순수를 완전히 배출시킨다. 상기 배관을 통하여 상기 배스 내에 순수를 공급하면서 상기 웨이퍼를 린스한다. 상기 웨이퍼를 건조시킨다.

바람직한 예에 있어서, 상기 배출 단계에서는 상기 화학 처리액 및 순수가 배출되는 동안 상기 배스의 상부로부터 상기 웨이퍼에 연속적으로 순수를 공급한다. 상기 배스의 상부로부터 상기 웨이퍼에 연속적으로 순수를 공급하기 위하여 상기 배스의 상단부에 설치되어 있는 순수 분사 장치를 이용할 수 있다. 상기 배스의 상부로부터 상기 웨이퍼에 연속적으로 순수를 공급하는 단계는 상기 웨이퍼 상부의 적어도 2 방향에서 각각 순수가 웨이퍼에 공급되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼 린스 시간이 대폭 감소되고 린스 효율이 대폭 향상될 수 있다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 요부 구성을 도시한 도면들로서, 도 2는 측단면 구성을 보여주고, 도 3은 측면도를 보여준다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치는 세정 대상의 웨이퍼(W) 및 소정의 세정액(도시 생략)을 수용하는 배스(110)를 포함한다. 상기 배스(110)내에 소정의 세정액을 공급 및 배출시키기 위하여 상기 배스(110)의 저부에는 배관(114)이 연결되어 있다. 또한, 상기 배스(110) 내에 순수(122)를 분사하기 위하여 상기 배스(110)의 상단부에는 순수 분사 장치(120)가 설치되어 있다.

도 3의 측면도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 순수 분사 장치(120)는 긴 관(tube) 형태로 구성되며, 상기 순수 분사 장치(120)에는 순수(122)를 분사하기 위한 분사공이 복수개 형성되어 있다.

도 2 및 도 3에 예시된 구성에 있어서, 상기 순수 분사 장치(120)는 상기 배스(110)의 상단부에서 상호 이격된 2개의 위치에 상호 평행하게 설치되어 있는 2개의 관으로 구성되어 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 사용하여 행해질 수 있다.

도 4를 참조하면, 먼저 단계 151에서, 하부에 처리액 배출 및 공급을 위한 배관(114)이 형성되어 있는 배스(110) 내에서 웨이퍼(W)를 화학 처리액으로 화학처리한다.

단계 152에서, 상기 배관(114)을 통하여 상기 배스(110) 내에 순수(122)를 공급하면서 상기 배스(110) 내의 상기 화학 처리액중 적어도 일부를 오버플로우시킨다.

단계 153에서, 상기 배스(110)로부터 상기 화학 처리액 및 순수를 완전히 배 출시킨다.

상기와 같이 단계 153에서 화학 처리액 및 순수를 완전히 배출시키는 데 있어서 배출이 진행되는 동안 웨이퍼(W)가 공기중에 노출되어 웨이퍼(W)상에 불량이 발생 및 성장하거나 화학 처리액이 잔류함으로써 오염물이 웨이퍼(W)에 역흡착되어 자연 건조되는 효과에 의해 고착되는 문제가 발생될 수 있다. 본 발명에서는 이와 같은 문제 발생을 방지하기 위하여, 단계 153에서 화학 처리액 및 순수를 완전히 배출시키는 동안 웨이퍼(W)가 습식 처리 상태를 유지할 수 있도록 하기 위하여 상기 배스(110)의 상부로부터 상기 웨이퍼(W)에 순수를 공급한다. 이를 위하여, 상기 화학 처리액 및 순수를 배출하는 동안 상기 배스(110)의 상단부에 설치되어 있는 순수 분사 장치(120)로부터 상기 웨이퍼(W)에 연속적으로 순수를 공급할 수 있다. 상기 배스(110)의 상부로부터 상기 웨이퍼(W)에 연속적으로 순수를 공급하는 데 있어서 상기 웨이퍼(W)의 모든 부분에 순수가 고르게 분사될 수 있도록 하기 위하여 상기 웨이퍼(W) 상부의 적어도 2 방향에서 각각 순수가 웨이퍼에 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 도 2에 도시한 바와 같이 배스(110)의 상단부 양측에 각각 1개씩 총 2개의 순수 분사 장치(120)가 설치되어 있는 경우에는 상기 웨이퍼(W) 상부의 2 방향에서 각각 순수가 공급된다.

단계 154에서, 상기 배관(114)을 통하여 상기 배스(110) 내에 순수를 공급하면서 상기 웨이퍼(W)를 린스한다.

단계 155에서, 상기 웨이퍼를 건조시킨다. 이 때, 상기 웨이퍼(W)를 건조시키기 위하여 상기 배스(110) 내에 있는 린스액, 즉 순수를 배관(114)을 통하여 완 전히 배출시킨 후 상기 배스(110) 내에서 건조 단계를 행한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법에 따르면, 화학 처리액의 오버플로우 도중에 배스 내에서 화학 처리액 및 순수를 완전히 배출시키고 난 후 순수를 오버플로우시키면서 린스 공정을 행하면 린스 시간이 대폭 감소되고 린스 효율이 대폭 향상될 수 있다.

도 5는 유기 화학 처리액으로 웨이퍼를 처리한 후 순수로 린스하는 데 있어서 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법에 따라 웨이퍼를 세정하였을 때 배스 내에서의 화학 물질의 잔류 정도를 TOC (Total Oganic Carbon) 분석을 통하여 확인한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 5의 평가를 위하여, 유기 화학 처리액으로 웨이퍼를 처리한 후 도 4의 단계 152에서 설명한 바와 같이 순수를 사용하여 오버플로우하는 도중에 도 4의 단계 153에서 설명한 바와 같이 배스로부터 유기 화학 처리액 및 순수를 완전히 배출시키고, 도 4의 단계 154에서와 같이 웨이퍼를 린스하였다. 이 린스 단계에 있어서, 유기 화학 처리액 및 순수의 배출 전 60초(A), 배출 후 60초(B), 배출 후 120초(C), 배출 후 180초(D), 및 배출 후 230초(E) 경과하였을 때 각각 TOC 분석을 실시하였다.

도 6은 대조예로서, 종래 기술에 따른 웨이퍼 세정 방법에 따라 웨이퍼를 세정하였을 때의 TOC 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 6의 평가를 위하여, 유기 화학 처리액으로 웨이퍼를 처리한 후 도 4의 단계 152에서 설명한 바와 같이 순수를 사용하여 오버플로우하였다. 여기서, 도 5의 경우와 다른 점은 도 4의 단계 153에서 설명한 유기 화학 처리액 및 순수의 배출 단계를 생략하고, 도 4의 단계 152 에서 배스 내부의 유기 화학 처리액이 완전히 순수로 교체될 때까지 오버플로우를 계속하였다. 이 린스 단계에 있어서, 린스 단계 경과 시간에 따라 각각 TOC 분석을 실시하였다.

도 5 및 도 6의 결과를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법에 따르면 린스 시간이 종래의 경우에 비하여 약 1/10 정도로 대폭 감소된다.

본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법에서는 유기 화학 처리액으로 웨이퍼를 처리한 후 순수로 린스하는 데 있어서 유기 화학 처리액으로 웨이퍼를 처리한 후 순수를 사용하여 오버플로우하는 도중에 배스로부터 유기 화학 처리액 및 순수를 완전히 배출시킨 후 순수를 사용한 웨이퍼 린스 공정을 행한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 웨이퍼 린스 시간이 대폭 감소되고 린스 효율이 대폭 향상될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (7)

1. 세정 대상의 웨이퍼 및 소정의 세정액을 수용하는 배스와,

   상기 배스내에 소정의 세정액을 공급 및 배출시키기 위하여 상기 배스의 저부에 연결되어 있는 배관과,

   상기 배스 내에 순수를 분사하기 위하여 상기 배스의 상단부에 설치되어 있는 순수 분사 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 순수 분사 장치는 복수의 분사공이 형성된 관 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 순수 분사 장치는 상기 배스의 상단부에서 상호 이격된 2개의 위치에 상호 평행하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
4. 하부에 처리액 배출 및 공급을 위한 배관이 형성되어 있는 배스 내에서 웨이퍼를 화학 처리액으로 화학처리하는 단계와,

   상기 배관을 통하여 상기 배스 내에 순수를 공급하면서 상기 배스 내의 상기 화학 처리액중 적어도 일부를 오버플로우시키는 단계와,

   상기 배스로부터 상기 화학 처리액 및 순수를 완전히 배출시키는 단계와,

   상기 배관을 통하여 상기 배스 내에 순수를 공급하면서 상기 웨이퍼를 린스하는 단계와,

   상기 웨이퍼를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 배출 단계에서는 상기 화학 처리액 및 순수가 배출되는 동안 상기 배스의 상부로부터 상기 웨이퍼에 연속적으로 순수를 공급하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 배스의 상부로부터 상기 웨이퍼에 연속적으로 순수를 공급하기 위하여 상기 배스의 상단부에 설치되어 있는 순수 분사 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 배스의 상부로부터 상기 웨이퍼에 연속적으로 순수를 공급하는 단계는 상기 웨이퍼 상부의 적어도 2 방향에서 각각 순수가 웨이퍼에 공급되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.

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