KR100252865B1

KR100252865B1 - 반도체 웨이퍼 세정장치

Info

Publication number: KR100252865B1
Application number: KR1019970063821A
Authority: KR
Inventors: 박재우
Original assignee: 김영환; 현대반도체주식회사
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2000-04-15
Also published as: KR19990042890A

Abstract

반도체 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로 특히, 산화막을 성장시키기 전에 실리콘 기판의 표면을 고르게 처리하여 우수한 성막특성과 산화막 특성을 갖는 웨이퍼를 제공하기에 적당한 반도체 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다. 이와 같은 반도체 웨이퍼 세정장치는 세정 배쓰의 외부에서 내부로 기체를 공급시키는 외부 기체공급관이 복수개 형성된 세정 배쓰와, 상기 세정 배쓰 내부에 상기 외부 기체공급관이 형성된 위치와 동일 위치에 수직하게 구성되어 외부 기체공급관의 기체가 분사되는 기포분사구가 복수개 형성된 내부 기체공급관을 구비한 웨이퍼 카세트를 포함한다.

Description

반도체 웨이퍼 세정장치

본 발명은 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로 특히, 산화막을 성장시키기 전에 실리콘 기판의 표면을 고르게 처리하여 우수한 성막특성과 산화막 특성을 갖는 웨이퍼를 제공하기에 적당한 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자가 고집적화함에 따라 웨이퍼 표면에 잔류하는 미세입자들이 소자의 특성에 크게 영향을 미치게 된다.

따라서, 최근에는 이러한 웨이퍼 표면에 포함된 미세한 입자들을 제거하는 웨이퍼 세정기술이 반도체소자의 제조공정에서 매우 중요하게 대두되었다.

현재의 ULSI 기술에서는 이미 0.5㎛ 레벨의 패턴 치수의 디바이스가 양산되고 있는데, 그와 같은 미세한 디멘션(Dimension)이 관여하는 프로세스에서는 당연히 초청정(超淸淨) 환경이 필요하고, 다시 그것을 유지하기 위한 표면처리, 세정기술이 필요하다.

그리고, 반도체소자를 제조함에 있어서, 우수한 소자 특성을 얻기 위해서는 새로운 물질을 개발하는 것뿐만 아니라, 기존의 물질특성을 최대한 유지시키는 것도 중요하다.

특히, 막을 성장시킬 때 원하는 필름 고유의 특성을 얻기 위해서는 성막 이전에 외부로부터의 오염을 차단하거나 기존의 오염을 제거하는 사전 처리 작업이 필요하다.

그것이 세정이거나 식각이거나 간에 성막 구성물질(예를 들면 기판)이나 그 표면을 데미지없이 고르고 깨끗한 상태로 만들어 주는 것이 필요하여 일반적으로 막(film)을 성장시키기 이전에 사전 처리를 해주었는데 주로 습식세정(wet cleaning)방법을 사용하였다.

이와 같은 습식세정은 건식세정에 비하여 상대적으로 기판에 데미지를 적게 주어 결함을 줄여주고, 균일한 표면을 만들기에 유리하다.

그와 같은 사전 처리 작업은 웨이퍼의 대구경화 및 칩 사이즈의 감소에 따라 웨트공정(wet process)에 의한 배쓰 시스템(Bath system)의 개발로 진행되었다.

이와 같은 종래 반도체 웨이퍼 세정장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래 반도체 웨이퍼 세정장치를 나타낸 사시도이다.

종래 반도체 웨이퍼 세정장치는 습식 스테이션(wet station)이라 불리는 장치로써 그와 같은 습식 스테이션을 간략하게 설명하면 웨이퍼(6)가 장착된 웨이퍼 카세트(5)가 세정 배쓰(1)내로 로딩되면 웨이퍼(6)에 대한 세정공정을 진행하는 세정 배쓰(1)와, 상기 세정 배쓰(1)의 일측 하부에 세정공정에 사용되는 세정액을 유입시키는 유입구(3)를 갖는 약액공급관(2)과, 상기 약액공급관(2)의 상측에 구비된 공급량 센서(4)로 구성된다.

이와 같은 종래 반도체 웨이퍼 세정장치의 세정공정을 설명하기로 한다.

먼저, 웨이퍼(6)가 장착된 웨이퍼 카세트(5)가 세정 배쓰(1)내로 로딩(loading)되면 약액공급관(2)의 유입구(3)를 통해 세정액이 세정 배쓰(1)내로 공급된다. 이때, 상기 웨이퍼 카세트(5)는 웨이퍼(6)를 지지하기 위한 지지대(7)와 웨이퍼(1)가 직접 놓이는 웨이퍼 슬롯(slot)(8)으로 구분된다.

상기한 바와 같이, 웨이퍼(1)를 웨이퍼 카세트(5)의 슬롯(8)에 장착시킨후 웨이퍼 카세트(5)를 세정 배쓰(1)내로 로딩시킨다음 세정공정을 진행하는데 상기한 바와 같이 복수개의 웨이퍼(1)에 대해 동시에 공정을 진행시키는 것을 배치(Batch) 방식이라 한다. 일반적으로 25장의 웨이퍼(1)를 1 랏(Lot)이라 하는데 통상 배치 형(Batch type) 공정은 1 ∼ 4 Lot의 공정을 진행하게 된다.

그리고, 상기한 바와 같은 세정공정에서 사용하는 세정액은 SC1(Standard Cleaning)이라 불리우는 NH₄OH + H₂O₂+ D.I(De-ionized) water 혼합용액과 D.I water로 희석된 불산(HF)용액을 사용한다.

이때, 상기 SC1을 이용한 세정공정에서는 유기물이나, 파티클(partile) 또는 알카리물 등을 제거하는데 이용되는데 SC1에서의 유기물 및 파티클 제거는 H₂O₂에 의한 화학적, 정전기적 작용과 세정 배쓰(1)내의 흐름에 의해 오염물질이 이탈되고, 이탈된 오염물질은 부유되어 필터링되는 것이다. 즉, 오버플로(overflow)형 세정 배쓰(1)를 사용하는 것이다. 이때, 도시하지는 않았지만 상기 세정 배쓰(1)를 내부 탱크라하면 상기 세정 배쓰(1)의 외곽에 세정 배쓰(1)를 둘러싸는 외부 탱크가 오버플로된 세정액을 필터링하여 다시 사용하고 적정수준에서는 세정액을 폐기처분하게 된다. 그리고, 그와 같은 SC1에서는 분당 수Å의 실리콘이 식각되는 것으로 알려져 있다.

불산 처리에서는 약액(불산)으로 산화막을 식각하고, 탈이온수(D.I water)를 오버플로시켜 세정을 마치게 되는 것으로 약액 처리와 탈이온수 처리를 하나의 배쓰에서 처리하는 것이다(one bath system).

종래 반도체 웨이퍼 세정장치에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 약액처리와 탈이온수 처리를 이용하여 실리콘 기판을 세정할 경우 일반적으로 수십 Å의 실리콘이 식각되는데 그와 같은 경우 실제 반도체소자로 사용할 패턴(특히 트랜치)이 형성되어 있는 경우에는 패턴의 치수(CD : Critical Dimension)를 변화시킬 가능성이 높아 반도체소자의 신뢰도를 저하시킬 수 있었다.

둘째, 습식 세정의 특성이 등방성 식각 특성 때문에 표면의 거칠기가 그대로 남아 있는 경우가 발생하여 우수한 성막 특성(특히, 밀러(millar)면 웨이퍼를 형성하고자하는 경우)을 갖는 웨이퍼를 제공하기 어려운 문제점이 있다.

셋째, 불산을 이용한 세정시 순간적으로 탈이온수를 주입하여 세정공정을 진행하는 QDR(Quick Dump Rinse)를 사용할 경우 정전기에 의해 파티클이 웨이퍼에 부착될 수 있어 오버플로 린스 방식을 사용하였는데 오버플로 린스는 잔류약액 제거에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 반도체 웨이퍼 세정장치의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 배쓰에 기체공급관을 설치하고, 기체공급관과 연결되도록 웨이퍼 카세트의 지지대에 기체 분사구를 형성한후 배쓰내에서 세정공정시 기체 분사구를 통해 나오는 기포를 이용하여 웨이퍼의 식각량을 줄이므로써 패턴치수 등의 변형 및 표면 거칠기는 감소시키고, 파티클 제거능력은 향상시킨 반도체 웨이퍼 세정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 반도체 웨이퍼 세정장치를 나타낸 사시도

도 2는 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치를 나타낸 사시도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 세정 배쓰 12 : 약액공급관

13 : 유입구 14 : 공급량 센서

15 : 웨이퍼 카세트 16 : 웨이퍼

17 : 외부 기체공급관 18 : 내부 기체공급관

19 : 기포분사구 20 : 지지대

21 : 슬롯 22 : 링

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 세정장치는 세정 배쓰의 외부에서 내부로 기체를 공급시키는 외부 기체공급관이 복수개 형성된 세정 배쓰와, 상기 세정 배쓰 내부에 상기 외부 기체공급관이 형성된 위치와 동일 위치에 수직하게 구성되어 외부 기체공급관의 기체가 분사되는 기포분사구가 복수개 형성된 내부 기체공급관을 구비한 웨이퍼 카세트를 포함한다.

이와 같은 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치의 사시도이다.

본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치는 도 2에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(16)가 장착된 웨이퍼 카세트(15)가 로딩되는 세정 배쓰(11)와, 상기 세정 배쓰(11)의 외부에서 내부로 기체를 공급시키는 복수개의 외부 기체공급관(17)과, 상기 세정 배쓰(11)의 일측 하부에 세정공정에 사용되는 세정액을 유입시키는 유입구(13)를 갖는 약액공급관(12)과, 상기 약액공급관(12)의 상측에 구비된 공급량 센서(14) 및 상기 세정 배쓰(16) 내부에 상기 외부 기체공급관(17)이 형성된 위치와 동일 위치에 수직하게 구성되어 외부 기체공급관(17)의 기체가 분사되는 기포분사구(19)가 복수개 형성된 내부 기체공급관(18)을 구비한 웨이퍼 카세트(15)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기한 바와 같은 내부 기체공급관(18)은 웨이퍼(16)를 지지하기 위한 지지대(20)내부에 형성되며, 웨이퍼(16)는 웨이퍼 카세트(15)의 슬롯(21) 및 개개의 웨이퍼(16)가 놓이는 링(22)위에 꽂혀 있다.

이와 같은 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치의 세정공정을 설명하기로 한다.

먼저, 슬롯(21) 및 링(22)위에 개개의 웨이퍼(16)가 복수개 장착된 웨이퍼 카세트(15)가 세정 배쓰(11)내로 로딩(loading)되면 약액공급관(12)의 유입구(13)를 통해 세정액이 세정 배쓰(11)내로 공급된다. 이와 같은 슬롯(21)은 웨이퍼 카세트(15)의 지지대(20)에 구성되는데 상기 슬롯(21)의 양측면 지지대(20)에는 내부 기체공급관(18)에서 공급되는 기체를 분사하는 기포분사구(19)가 형성되어 있다. 그리고, 상기한 바와 같은 내부 기체공급관(18)은 상기 세정 배쓰(11)의 외부에서 내부로 기체를 공급시키는 복수개의 외부 기체공급관(17)과 연결되어 있어 세정 배쓰(11)내에 세정액이 공급되면 외부 기체공급관(17)을 통해 기체가 공급되고, 그와 같은 기체는 웨이퍼 카세트(15)의 지지대(20)내에 구성된 내부 기체공급관(18)으로 흐르게 되고 슬롯(21)의 양측에 구성된 기포분사구(19)를 통해 분사되는 것이다.

그러면, 약액공급관(12)을 통해 유입되는 용액에 따라 웨이퍼가 식각되거나 세정되는 공정을 하게 되는데 우선 SC1(Standard Cleaning)이라 불리우는 NH₄OH + H₂O₂+ D.I(De-ionized) water 혼합용액과 탈이온수(D.I water)로 희석된 불산(HF)용액을 사용하여 웨이퍼(11)가 식각되고, 파티클이 척력에 의해 웨이퍼(11)에서 이탈된다. 이때, 상기 기포분사구(19)를 통해 기체가 분사되면 기포의 발생으로 인해 웨이퍼(11)에 대한 식각능력은 저하된다. 즉, 기상(氣相)은 액상(液相)보다 식각능력이 떨어지기 때문이다. 하지만, 기포의 분사 때문에 파티클의 이탈은 용이해지고, 상기와 같은 기포는 파티클들을 포획하여 같이 상승하고 오버플로되므로 파티클의 제거에 유리한 것을 알 수 있다. 이때, 상기한 바와 같은 외부 기체공급관(17)은 단일 분기관의 일단에서 분기된 복수개의 분기관을 이용한다. 그리고, 상기 외부 기체공급관(17)을 통해 공급되는 기체는 불활성기체를 사용한다. 예를 들면 질소(N₂)가스를 사용한다. 그리고, 상기 복수개의 분기관은 내부 기체공급관(18)으로 상기한 바와 같은 불활성 가스를 공급하게 되는데 이때, 내부 기체공급관(18)은 외부 기체공급관(17)과 동일한 위치에 수직하게 구성되어 있으므로 분기관처럼 복수개로 구성된다. 이와 같은 내부 기체공급관(18)은 세 개이상으로 구성하는데 상기 내부 기체공급관(18)에 형성된 기포분사구(19)는 동일 내부 기체공급관(18)에서는 동일한 방향으로 기체를 분사시키도록 기포분사구(19)를 구성하고, 다른 내부 기체공급관(18)과는 다른 방향으로 기체를 분사시키도록 기포분사구(19)를 구성하여 웨이퍼(11)에 기체가 균일하게 분사되도록 한다. 즉, 세방향 이상에서 기체가 분사되도록 하는 것이다.

그리고, 상기와 같은 기포의 발생시 전반적인 식각능력은 액상으로만 하였을 경우보다는 떨어지지만 웨이퍼의 거칠은 부분에 대해서는 기포와 충돌하는 것을 알수 있다.

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 세정장치에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 약액처리와 탈이온수 처리를 이용하여 실리콘 기판을 세정할 경우 보통의 공정에서 수십 Å의 실리콘이 식각되는데 그와 같은 경우 불활성 기체가 웨이퍼의 표면으로 분사되면 식각능력을 저하시켜 실제로 반도체소자로 사용할 패턴(특히, 트랜치)이 형성되어 있는 경우에는 패턴의 치수(CD : Critical Dimension) 변화를 감소시켜 신뢰도 높은 반도체소자를 제공할 수 있다.

둘째, 밀러면 웨이퍼에 대한 세정공정에 있어서는 습식 세정의 특성이 등방성 식각 특성이기 때문에 표면의 거칠기가 그대로 남아 있는 경우가 발생하기 쉬운에 기체분사구에서 분사되는 기체가 기포를 발생시켜 충돌에너지에 의한 표면의 거칠은 부분을 식각하는 속도가 빨라지게 되어 우수한 성막 특성을 갖는 웨이퍼를 제공할 수 있다.

셋째, 불산을 이용한 세정시 순간적으로 탈이온수를 주입하여 세정공정을 진행하는 QDR(Quick Dump Rinse)를 사용할 경우 정전기에 의해 파티클이 웨이퍼에 부착될 수 있는데 기포분사구에서 분사되는 기포가 파티클을 포획하여 제거하므로 QDR을 이용한 파티클 제거가 용이하여 생산성이 향상된다.

Claims

세정 배쓰의 외부에서 내부로 기체를 공급시키는 외부 기체공급관이 복수개 형성된 세정 배쓰와;

상기 세정 배쓰 내부에 상기 외부 기체공급관이 형성된 위치와 동일 위치에 수직하게 구성되어 외부 기체공급관의 기체가 분사되는 기포분사구가 복수개 형성된 내부 기체공급관을 구비한 웨이퍼 카세트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 외부 기체공급관은 단일 분기관의 일단에서 분기된 복수개의 분기관으로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 기체는 불활성기체인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 내부 기체공급관에 형성된 기포분사구는 동일 내부 기체공급관에서는 동일한 방향으로 기체를 분사시키도록 기포분사구가 구성되고, 다른 내부 기체공급관과는 다른 방향으로 기체를 분사시키도록 기포분사구가 구성됨을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장치.