KR100226548B1 - 웨이퍼 습식 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정에서 사용되는 웨이퍼 습식 처리 장치에 관한 것으로서 다운 플로우 배쓰 구조를 기본으로 하여 웨이퍼의 안착을 위한 웨이퍼지지부를 내부 배쓰의 하부 바닥 면보다 높게 형성함으로써 다운 플로우 흐름에 의한 출구 및 지지부에 의해 오염된 오염물들이 웨이퍼를 오염시키는 것을 최대한으로 방지되게 하고, 또한, 내부 배쓰를 배쓰 바닥면위에 칸막이를 설치하여 형성하여 여러 가지 공정별로 이 칸막이를 변경하여 설치한다.

Description

웨이퍼 습식 처리 장치
제1도 : 종래의 오버 플로우형 세정 장치를 설명하기 위한 도면,
제2도 : 습식 처리 배쓰를 다수개 가진 종래의 웨이퍼 처리 장치를 설명하기위한 도면,
제3도 : 다운 플로우형 습식 처리 시스템을 설명하기 위한 도면,
제4도 : 본 발명의 웨이퍼 습식 처리 장치의 개략적인 사시도,
제5도 : 제4도의 V-V 선 단면도,
제6도 내지 제8도 : 본 발명의 웨이퍼 습식 처리 장치의 다른 실시예를 보인 도면,
본 발명은 반도체 제조 공정에서 사용되는 웨이퍼 습식 처리 장치에 관한것이다.
반도체 제조 공정에서 습식으로 웨이퍼(얇은 원판)를 처리하는 공정에는 식각 공정과 세정 공정 등이 있는데, 식각 공정에서 사용되는 웨이퍼 습식 처리 장치는 처리조에 화학 약품을 채운 후에 웨이퍼를 넣고 소정 시간 동안 화학 반응이 일어나게 하는 방법을 주로 사용하는 것이고, 세정 공정에서 사용되는 습식 반도체 처리 장치는 주로 세정 장치로서 처리조 바닥으로 처리액이 유입되어 처리조를 흘러 넘치는 처리액이 외부 탱크(또는 배쓰)에서 배출되거나 재 순환되도록 하는 방식을 사용하는 구조로 되어 있다. 습식 식각 처리장치는 처리조에 화학약품을 공급하거나 배출하는 파이프들과 온도 또는 유량을 제어하기 위한 각종 제어 수단들이 결합되어 이루어지는 것이고, 세정 장치는 세정조에서의 처리액이 흐름 방향을 기준으로 하여 오버 플로우형과 다운 플로우형으로 나눌 수가 있는데 간략히 표시하면 제 1 도에 도시된 바와 같다.
세정 장치는 제 1 도에 도시된 바와 같이, 내부 배쓰(세정조)(11)와 외부 배쓰 (배출 또는 주입용 통)(12)을 가지고 있고, 내부 배쓰와 외부 배쓰는 상부가 노출되고 하부에는 배출 또는 인입 파이프가 연결되어 있다. 이들 파이프에 처리액이 제 1 도에 표시된 화살표 방향과 같이 흐르면 오버 플로우형이 되고, 그 반대 방향으로 처리액을 공급하고 흐르도록 하면 다운 플로우형 처리장치가 된다.
오버 플로우형에서는 내부 배쓰에는 처리 대상인 웨이퍼(5)가 웨이퍼 카세트 또는 보오트(6)에 실려서 내부 배쓰 안에 안치되고, 처리액이 공급 라인(14)을 통하여 인입 되어 웨이퍼를 세정한 후 내부 배쓰를 오버 플로우 하여 외부 배쓰로 넘치게 되면 외부 배쓰에 형성된 배출 라인(15)을 통하여 배출되고, 이 배출된 처리액은 펌프에 의하여 재 순환되거나 저장 탱크로 배출된다. 다운 플로우형은 이상 설명한 바와 반대되는 방향으로 처리액이 흐름다.
제 2 도는 다수의 세정조를 가진 처리장치를 간략히 도시한 것이다.
이 장치는 제 1 도에서 보인 바와 같은 세정조가 일렬로 4개 연결되어 이루어 진 것인데, 이 장치를 이용한 처리 방식은, 예를 들면 웨이퍼를 제 1 세정조(21)에 넣어서 어떤 처리를 하고, 다시 웨이퍼를 제 2 세정조(22)로 옮겨서 화학처리을 하고, 또 웨이퍼를 제 3 세정조로 옮겨서 그 다음 처리를 하고, 같은 방식으로 다음 단계의 처리를 하는 것이다.
제 3 도는 다운 플로우형 습식 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
세정조는 위에서 설명한 다운 플로우형 세정 장치와 같이, 내부 배쓰(31)에는 처리 대상인 웨이퍼(5)가 웨이퍼 카세트 또는 보오트(6)에 실려서 내부 배쓰 안에 안치되고, 처리액이 공급 라인 헤드(34)를 통하여 외부 배쓰(32)에 인입 되어 내부배쓰(31)의 상부 가장자리를 오버 플로우하여 흘러 넘어 들어가서 웨이퍼에 필요한 처리를 한 후, 내부 배쓰 아래에 설치된 배출 라인(35)을 통하여 배출된다.
이때 배출된 처리액은 필터와 펌프 등을 구비한 재순환 장치에 의하여 외부 배쓰로 입입되어 재 순환되거나, 배출용 처리액의 저장 탱크로 배출된다.
처리액 공급라인헤드(34)에는 다수의 처리액 공급라인들(36)이 연결되어 있고, 이 공급라인 각각은 각 케미컬 탱크(37)로부터 처리액이 공급되도록 연결되어 있고, 케미컬 탱크에는 질소 탱크(38)로부터 질소 압력이 가하여져서 처리액이 압력을 받아서 공급된다. 또한 공급라인헤드에는 순수 공급라인(39)도 레규레이터(40)를 통하여 연결되어 있다. 공급라인헤드에 연결되는 각 공급라인들은 제어 밸브들을 통하여 연결된다.
이렇게 구성된 다운 플로우형 습식 처리 장치를 이용하여 웨이퍼를 습식으로 처리하는 과정은, 먼저 공급라인헤드와 외부 배쓰 및 내부 배쓰를 순수(DI-Water)로 세정한 후, 웨이퍼를 내부 배쓰에 안치하고 필요한 처리액을 선택하여 외부 배쓰와 내부 배쓰에 공급하여 습식 처리를 한다. 이러한 처리는 수동으로 밸브들을 조작하거나 제어 밸브를 자동으로 동작되도록 하여 수행하면 된다.
최근에는 반도체 디바이스의 고집적화에 따라 웨이퍼를 처리하는 처리 기술과 웨이퍼를 처리하는 처리 장치의 중요성이 증대되고 있다. 웨이퍼 처리 장치에 의해 오염되는 조그마한 오염도 디바이스의 신뢰성에 큰 영향을 미치게 되어서 웨이퍼의 처리 효과 절감은 물론이고 칩의 치명적인 불량을 유발할 수도 있기 때문이다. 또한 웨이퍼 크기가 대구경화 되어 감에 따라 종래의 기술대로 하면 처리 장치의 처리액 탱크의 크기도 커져야 하므로, 처리 장치의 전체적인 크기를 줄이기 위하여 장치의 부품 및 처리조의 최적화를 이루기 위한 노력이 증가되고 있다.
종래의 기술에서의 다단계 습식 처리 공정에서는, 앞 공정에서 사용된 케미컬 (CHEMICAL) 및 운반시 유입된 파티클(PARTICLE)등이 웨이퍼 보트(BOAT)의 홈사이로 유입되어 누적되고, 이것은 결국 오염원(CONTAMINATION SOURCE)으로 작용하게 된다.
즉, 처음 공정에서 어떤 화학 용액으로 처리한 후에 다음 세정조(BATH)로 웨이퍼를 옮겨 다음 공정 처리액(CHEMICAL SOLUTION)으로 처리를 진행하며, 또 다음 공정에서 다른 세정액으로 처리를 하고, 필요한 만큼의 공정을 진행한 후 최종 단계에서는 순수 세정조를 이용하여 마지막 처리 공정을 진행한다.
상기 공정들은 각 공정당 별도의 배쓰가 필요하며, 순수 배쓰 시스템도 각각 배쓰에 따른 차별화가 이루어져야 한다. 이러한 다단 처리 공정에서 사용되는 다수 배쓰를 가진 시스템의 단점으로 지적되는 것은 장치의 전체 면적이 커진다는 점과, 특히 웨이퍼가 대구경화 되어 감에 따라 배쓰의 크기도 커져야 하고, 배쓰 전체 용량의 증가로 인하여 장치가 차지하는 전체 면적이 증가되어야 하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 원 배쓰 시스템이 착안되고 있는데, 이 시스템은 각 공정에서 하나의 배쓰를 사용하되 각 공정에서 사용하는 처리액(CHEMICAL SOLUTION)은 각 공정에 필요한 것을 바꾸어서 사용하는 방식이다. 이 시스템은 동일 배쓰에서 여러 가지의 공정을 진행함으로써 다수의 세정조 시스템에서 필요로 하였던 많은 배쓰의 수를 줄일 수 있다는 이점이 있다.
그러나, 기본적인 배쓰 시스템의 전체 크기를 줄이기 위하여 원 배쓰 시스템이 개발되었으나, 각 공정에서 사용되는 서로 다른 여러 가지의 처리액을 동일한 배쓰에서 사용하게 되어서 문제가 야기된다. 예를 들면, 앞 공정에서 진행된 공정 처리액을 완전히 제거하고 배쓰 내를 순수 등으로 깨끗이 세정 처리한 후, 다음 공정 진행 처리액을 배쓰 내로 주입하여 배쓰 내를 초기 처리 공정을 진행한 후 본격적으로 진행할 처리액을 주입하면서 다음 공정을 진행하기 때문에 처리 공정들이 진행되기 전의 예비 준비 시간이 길어지며, 소모되는 처리액이나 순수의 양이 엄청나게 많아진다. 또한 배쓰의 측벽에 있는 잔존 처리액 등이 완전히 제거되지 않을 수도 있어서 다음 공정에서의 신뢰성이 저하된다.
원 배쓰 시스템을 순수 세정 공정 전용으로 사용하는 경우에도, 전 공정에서의 잔존 처리액 제거를 확실히 하기 위하여 많은 처리액을 소모하게 되는 문제는 계속 남게 된다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 다운 플로우 배쓰 구조를 기본으로 하여 웨리퍼의 안착을 위한 웨이퍼 지지부를 내부 배쓰의 하부 바닥 면보다 높게 형성함으로써 다운 플로우 흐름에 의한 축구 및 지지부에 의해 오염된 오염물들이 웨이퍼를 오염시키는 것을 최대한으로 방지되게 하고, 또한, 내부 배쓰를 배쓰 바닥면위에 칸막이를 설치하여 형성하여 여러 가지 공정별로 이 칸막이를 변경하여 설치 하므로써 전 공정에서의 잔류 케미컬로 인한 오염문제를 해결하도록 구성한 것이다.
즉 하나 이상의 내부 배쓰용 칸막이를 설치하여 어떤 공정을 진행 한 후, 해당 공정 진행을 위한 칸막이를 제거하고 다음 공정용 내부 배쓰 칸막이를 설치하여 새로운 공정을 진행하게 한다. 이때 다음 공정이 시작되기 전에 먼저번 사용하던 케미컬은 모두 배출시키고 순수로 세척한 후 새로운 칸막이를 설치하여 다음 공정을 준비하므로서 종래의 기술에서 내부 배쓰에 남아 있는 전 공정 케미컬의 오염원을 제거할 수 있게 된다. 이 내부 배쓰용칸막이는 공정 종류별로 구분하여 사용하면 더욱 효과적이 된다.
또 다른 방법은 최초 공정에서는 칸막이 하나로 내부 배쓰를 형성하여 사용하고 다음 공정에서는 사용된 칸막이를 그대로 두고 그 내부에 새로운 칸막이를 설치하여 공정을 진행시키고, 그 다음 공정에서는 또 다른 새로운 칸막이를 새로 설치하여 공정을 진행하는 방법으로 사용하여도 된다.
제 4 도는 본 발명의 습식 처리장치의 개략적인 사시도이고 제 5 도는 제 4 도의 V-V라인 단면도를 보인 것이다.
이 습식 처리장치는 외부 배쓰(41)와 이 외부배쓰내에 설치되는 내부배쓰바닥면(50)과, 내부 배쓰 바닥 면의 일부에 설치되는 하나 이상의 칸막이(43, 44, 45)들로 이루어진다.
외부 배쓰(41)의 바닥 면(41-1)에는 내부 배쓰와 외부 배쓰 사이에 유입되거나 유출되는 처리액의 배출 통로(41-2)가 형성되어 있다.
내부 배쓰의 바닥 면(50)은 두 개의 레벨을 가지도록 형성되어 있는데, 가운데 부분은 웨이퍼를 안착하기 위하여 웨이퍼 지지대(51)가 칸막이 받침대(52) 부분보다 높게 형성되어 있다. 그리고 웨이퍼 지지대의 측면에는 처리액이 통과되는 구멍들(53)이 다수개 형성되어 있다. 웨이퍼 보오트(6)는 점선으로 표시된 바와 같이 이 웨이퍼 지지대(51)위에 안치되는데 지지대의 상면과 웨이퍼(5)를 홀딩하는 웨이퍼 보오트(6)는 서로 결합이 잘되도록 적당히 요철부(56, 57)를 형성하면 좋다. 또 지지대의 측면 처리액 통과 구멍을 통과한 처리액을 수집하기 위한 일정한 공간을 형서하기 위한 내부 배쓰 바닥 하판(54)이 칸막이 받침대(52) 밑에 설치되는데 이 하판의 가장자리에는 받침대(52)를 받쳐 주는 측판이 부착되어 있어서 전체적으로 통모양을 하고 있다. 또 이 하판에는 처리액을 배출하기위한 배출라인(55)이 배수구에 연결되어 있다. 또 내부 배쓰와 외부 배쓰 상부에는 순수(DI Water)나 기타 세정액을 분사시키기위한 분삭(58)가 설치된다. 이 분사기에는 순수 공급라인, 기타 세정액 공급라인이 연결된다.
또한 제 3 도에서 보인 바와 같이, 처리액 공급라인헤드가 외부 배쓰에 연결되고, 처리액 공급라인헤드에는 다수의 처리액 공급라인들이 연결되고, 이 공급라인 각각은 각 케미컬 탱크로부터 처리액이 공급되도록 연결되고, 케미컬 탱크에는 가압 수단이 결합되어 처리액이 압력을 받아서 공급라인헤드로 공급되도록 구성된다. 그리고 순수공급라인도 공급라인헤드에 연결되고, 각 공급라인들은 제어 밸브들을 가지고 있다.
제 6 도는 본 발명의 다른 실시예를 보인 도면이다.
본 예에서는 분사기를 이동식으로 만들고, 내부 배쓰용 칸막이를 세척하기 위하여 처리장치 배쓰(61) 옆에 세척용 배쓰(60)를 설치한 것이다.
분사기는 분사기 헤드(63)에 세정수가 공급되는 세정수라인(62)이 연결되고, 분사기헤드에 다수의 노즐들(64)이 있는 여러개의 가지가 연결되어서 세정수가 사방 팔방으로 분사되도록 구성된 것이다.
제 7 도는 제 6 도와 같은 장치에서 분사기를 위로 이동시킨 후의 상태를 보인 개략적인 사시도이다.
제 8 도는 또 다른 본 발명의 실시예로서, 본 예에서는 분사기를 각각 가진 두개의 세척용 배쓰(80, 81)을 처리장치 배쓰(82) 옆에 설치한 것이다. 이 경우에는 내부 배쓰용 칸막이는 4개의 판들(83)로 분리시킬 수 있도록 만들고, 이렇게 분리된 칸막이 판들을 세척용 배쓰(80, 81)에 넣어서 세척한다. 이 세척용 배쓰에는 사방 측면에 세정액 분사 노즐들(84)(세정액 공급라인은 도시 생략한다)가 설치되고, 상부에는 분사기(85)가 설치된다. 이렇게 구성하면 세척조의 크기를 줄일 수 있다.
이상 실시예에서 공통적으로 칸막이 받침대와 칸막이는 서로 결합이 될 때 처리액이 유통이 차단될 수 있도록 완전히 밀착되는 구조로 된다. 이 밀착 구조는 받침대에 요철부를 형성하고 칸막이 하부에는 패킹을 부착하여 칸막이 자체의 중량에 의하여 처리액이 칸막이와 받침대 사이를 통과하지 못하게 하면 된다.
이상의 여러 경우 장치에서 칸막이나 분사기를 이동시키는 척이나 로봇 등은 종래의 사용하던 것과 같은 것을 사용하는데, 이렇게 하기 위하여 필요한 지그나 부착수단등이 추가로 형성될 수 있다.
이렇게 구성된 본 발명의 장치를 사용하는 방법은 다음과 같다.
제 4 도 및 제 5 도에서 도시된 장치를 사용하는 경우, 순수를 사용하여 장치 전체가 모두 깨끗이 세정된 상태로 한 후 외부 배쓰(41) 내부의 받침대(52)위에 제일 큰 칸막이(43)를 설치하고 웨이퍼(5)를 안치한 후 케미컬을 공급라인(41-2)을 통하여 공급하여 필요한 공정을 행한 후, 배출 라인(55)을 통하여 사용된 케미컬을 배출시키고 분사기(58)를 이용하여 세정수를 분사시켜 웨이퍼와 배쓰를 세정한다.
다음에는 칸막이(44)를 칸막이(43) 내측에 설치하고 필요한 습식 공정을 실시한 후 또 세정한다. 이러한 과정을 제일 작은 칸막이(45)를 사용할 때까지 되풀이한다. 제4, 제5도에서는 칸막이 세 개가 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 실제로는 제일큰 칸막이(43)와 제일 작은 칸막이(45)사이에 중간 사이즈의 칸막이들을 다수개 준비하여 사용할 수가 있고, 그 수는 공정의 필요에 따라 선택될 수 있다.
위와 같이 사용하는 방법이 편리한 것이지만, 내부 칸막이 중 어떠한 것이든지 하나를 사용하여 내부 배쓰를 형성하고 습식 처리 공정을 완료한 후에, 분사기를 이용하여 세척하고 사용된 칸막이를 제거하고 새로운 칸막이를 사용하여 다시 그 다음 습식 공정을 진행하여도 된다. 또한 칸막이를 처음에 필요한 수만큼 설치한 후 공정 하나가 진행되고 나면 하나씩 제거하면서 습식 공정을 진행하여도 된다.
제 6 도 및 제 8 도에서 보인 장치를 이용하면 더욱 다양한 습식처리을 할 수가 있다.
제 6 도의 장치는 위에서 설명한 제 4 도의 장치처럼 사용할 수도 있는데, 케미컬로 습식 처리한 후 칸막이를 세척용 배쓰(60)로 옮겨서 세척 공정과 케미컬 처리 공정을 동시에 실시할 수도 있다.
즉 하나의 내부 배쓰용 칸막이를 설치하여 어떤 공정을 진행 한 후, 해당 공정 진행을 위한 칸막이를 제거하고 다음 공정용 내부 배쓰 칸막이를 설치하여 새로운 공정을 진행하면서 사용된 칸막이를 세척할 수가 있게 되어 공정의 진행 속도를 신속하게 할 수 있다.
제 8 도의 장치를 이용하는 방식도 위에서 설명한 경우와 같은데, 단지 칸막이를 여러 개의 판으로 분리한 후 세척하기 때문에 세척 속도와 세척하는 정도가 더욱 확실하여 질 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 장치를 사용하면, 종래 기술의 문제점을 해소할 수가 있는데, 즉 웨이퍼 지지부를 내부 배쓰의 하부 바닥 면보다 높게 형성함으로써 다운 플로우 흐름에 의한 출구 및 지지부에 의해 오염된 오염물들이 웨이퍼를 오염시키는 것을 최대한으로 방지할 수가 있고, 내부 배쓰를 배쓰 바닥면위에 칸막이를 설치하여 형성하여 여러 가지 공정별로 이 칸막이를 변경하여 설치 하므로써 전 공정에서의 잔류 케미컬로 인한 오염 문제를 해결할 수가 있다. 또 습식 처리 공정을 진행하면서 세척 공정을 동시에 진행시킬 수가 있고, 웨이퍼를 이동시키지 아니하고 서로 다른 공정을 진행할 수가 있어서 공정 진행 효율을 극대화 할 수 있다.

Claims (8)

  1. 습식으로 웨이퍼를 처리하기 위한 습식 처리장치에 있어서, 처리액의 공급 및/또는 배출 라인이 연결된 외부 배쓰와, 상기 외부 배쓰 내에 설치되는 내부 배쓰 바닥과, 상기 내부 배쓰 바닥에 설치 및 제거가 가능한 다수개의 칸막이를 포함하여 이루어지는 것이 특징인 웨이퍼 습식 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내부 배쓰 바닥은, 상기 칸막이를 지지하기 위한 받침대와, 상기 받침대보다 높은 레벨로 형성되고, 상기 받침대 레벨보다 높은 측면에 처리액을 통과시키기 위한 구멍이 형성되고, 상면에는 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 지지대를 포함하여 이루어지는 것이 특징인 웨이퍼 습식 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지대 상면에는 웨이퍼 보오트와 결합되는 위치에 요철 홈이 형성되는 것이 특징인 웨이퍼 습식 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 외부 배쓰 측면에 상기 칸막이를 세척하기 위한 세척용 배쓰가 추가로 설치되는 것이 특징인 웨이퍼 습식 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 외부 배쓰와 상기 칸막이들 위에 세정 수를 분사하기 위한 분사기가 추가로 설치되는 것이 특징인 웨이퍼 습식 처리 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 칸막이와 상기 받침대는 완전히 밀착되는 구조로 상기 처리액이 상기 칸막이와 상기 받침대 사이를 통과하지 못하도록 구성된 것이 특징인 웨이퍼 습식 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 분사기는 이동할 수 있게 설치되는 것이 특징인 웨이퍼 습식 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 분사기는 세정수 공급라인에 연결된 분사기 헤드와, 상기 분사기 헤드에 다수의 노즐들이 형성되어 있는 다수의 가지가 연결되어 이루어지는 것이 특징인 웨이퍼 습식 처리 장치.
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