KR100396421B1 - 반도체웨이퍼의양면세정장치및반도체웨이퍼의폴리싱방법 - Google Patents

반도체웨이퍼의양면세정장치및반도체웨이퍼의폴리싱방법 Download PDF

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Abstract

반도체 웨이퍼 처리 공정 중에 부착된 먼지를 효율적으로 제거하는 웨이퍼 양면 세정 장치 및 이 세정 장치를 이용한 폴리싱 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 양면 세정 장치는 서로 반대 방향으로 회전하도록 구동되고 그 사이에 반도체 웨이퍼(1)가 비접촉으로 배치되는 한 쌍의 롤 형상 브러시(3, 4)와, 이 한 쌍의 롤 형상 브러시 근방에 배치되고 상기 반도체 웨이퍼가 이 한 쌍의 롤 형상 브러시 사이에 배치되어 그 양면이 세정되고 있는 동안에 이 반도체 웨이퍼의 측면을 브러싱하는 적어도 하나의 세정 브러시(2)를 구비하고 있다. 세정제가 반도체 웨이퍼(1)에 한 쌍의 롤 형상 브러시(3, 4)로부터 공급되어 세정된다. 반도체 웨이퍼(1)는 비접촉 상태로 그 양면이 세정되므로 효율적(단시간, 공간 절약형)으로 먼지를 제거할 수 있다.

Description

반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치 및 반도체 웨이퍼의 폴리싱 방법 {APPARATUS FOR CLEANING BOTH SURFACES OF SEMICONDUCTOR WAFER AND METHOD FOR POLISHING SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은 반도체 웨이퍼의 제조 공정 중의 세정 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼를 폴리싱한 후 등의 웨이퍼 처리 공정 중에 부착된 먼지를 제거하는 반도체 웨이퍼의 양면을 세정하는 장치에 관한 것이다.
IC나 LSI 등의 반도체 장치는 반도체 기판에 형성하는 집적 회로를 설계하는 설계 공정, 집적 회로를 형성하기 위해 사용되는 전자 빔 등을 묘화하기 위한 마스크 작성 공정, 단결정 잉곳으로부터 소정 두께의 웨이퍼를 형성하는 웨이퍼 제조공정, 웨이퍼에 집적 회로 등의 반도체 소자를 형성하는 웨이퍼 처리 공정, 웨이퍼를 각 반도체 기판에 분리하여 패키징해서 반도체 장치를 형성하는 조립 공정 및 검사 공정 등을 거쳐 형성된다. 웨이퍼 처리 공정은 복수의 공정으로 이루어지고, 이들 공정 사이에 있어서 부착된 먼지를 제거하기 위해 세정 처리가 또한 가해진다. 반도체 웨이퍼 표면에 부착된 먼지는 제조된 반도체 장치를 불량품으로 만드는 원인이 되므로 그 제거에 큰 노력을 기울이고 있다.
종래 반도체 장치의 제조에 있어서는 순수나 초순수는 원래부터 이를 전기 분해해서 얻은 전해 이온수를 사용하여 실리콘 등의 반도체 기판을 세정하거나 폴리싱 등을 행하고 있다. 지금까지 반도체 기판의 세정에는 프론 등의 불소계 용제가 사용되었으나 생활 환경에 악영향을 미치므로 경원되기 시작하고 대신에 순수나 초순수 등의 물이 가장 안전한 용제로서 이용되게 되었다. 순수는 이온, 미립자, 미생물, 유기물 등의 불순물을 거의 제거한 저항율이 5 내지 18 ㏁㎝ 정도인 고순도의 물이다.
초순수는 초순수 제조 장치에 의해 수중의 현탁 물질, 용해 물질 및 고효율로 제거한 순수보다 한층 더 순도가 높은 극히 고순도의 물이다. 이들 물(이하, 이를 종합해서 순수라고 함)을 전기 분해함으로써 산화성이 강한 양극 이온수(산성수)나 환원성이 강한 음극 이온수(알칼리성수) 등의 전해 이온수가 생성된다.
반도체 웨이퍼를 세정하는 방법으로서는 그 이면을 진공 흡착식 스핀 척에 보유 지지시킨 상태에서 반도체 웨이퍼를 회전시킨다. 이 상태에서 노즐로부터 순수 등의 세정액을 회전하는 롤 형상 브러시에 적하시킨다. 롤 형상 브러시는 세정액을 사용하여 반도체 웨이퍼상을 회전하면서 그 표면에 부착된 먼지를 제거한다. 그 후, 세정액의 적하를 정지한 다음 반도체 웨이퍼를 고속 회전시켜 건조시킨다.
이상과 같이, 종래 기술에 의해 반도체 웨이퍼의 활성 영역이 형성되어 있는 표면의 먼지는 제거할 수 있다. 그러나, IC나 LSI 등의 반도체 집적 회로 장치의 고집적화에 따라 집적 회로의 미세화가 현저히 진행되어 사진 석판이나 엣칭 등의 공정에서는 반도체 웨이퍼의 이면이나 측면의 먼지도 프로세스에 미치는 영향을 무시하지 못하게 되었다. 그래서, 반도체 웨이퍼의 양면을 동시에 세정하는 방법이 개발되었는데, 세정 중의 반도체 웨이퍼 보유 지지는 어떤 상태에서 행해져야만 하므로 양면 세정을 충분히 행하는 것은 곤란했다. 또, 종래의 롤형 낱장 세정 장치에서는 롤의 외주로부터 약품이나 순수 등의 처리액을 공급하여 세정을 행하고 있었는데, 롤의 막힘이나 롤로부터의 역오염의 문제가 있었다. 게다가, 웨이퍼를 건조시키기 위해 건조용 스테이지에 웨이퍼를 이동시키는 구조로서 장치가 복잡하고 또한 대형화되어 있었다.
본 발명은 이와 같은 사정에 의해 이루어진 것으로, 반도체 웨이퍼 처리 공정 중에 부착된 먼지를 효율적으로 제거하는 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치 및 이 양면 세정 장치를 사용한 반도체 웨이퍼의 폴리싱 방법을 제공한다.
도1은 본 발명의 양면 세정 장치의 사시도.
도2는 본 발명의 한 쌍의 롤 형상 브러시와 반도체 웨이퍼의 사시도.
도3은 본 발명의 한 쌍의 롤 형상 브러시와 반도체 웨이퍼의 단면도.
도4는 본 발명의 세정 공정을 설명하는 사시도.
도5는 본 발명의 세정 공정을 설명하는 사시도.
도6은 본 발명의 세정 공정을 설명하는 사시도.
도7은 본 발명의 양면 세정 장치를 이용한 폴리싱 시스템의 블록도.
도8은 본 발명의 양면 세정 장치의 사시도.
도9는 본 발명의 롤 형상 브러시의 단면도.
도10은 이온수 생성 장치의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 62 : 반도체 웨이퍼
2 : 세정 브러시
3, 4 : 롤 형상 브러시
5, 6 : 처리액 공급 파이프
7 : 모터
8 : 스위치
9 : 전원
10 : 접지
11 : 회전 단자
12 : 이온수 생성 장치
13 : 음극실
14 : 양극실
16 : IPA(이소프로필 알코올)
17 : 오존수
18 : 이온수
19 : 밸브
20 : 순수(초순수)
21, 22 : 초음파 진동 장치
23, 24 : 분기 밸브
25, 26 : 진공 펌프
27, 28 : 압축 펌프(수압 제어기)
29 : 처리액 공급 유닛
30, 31 : 분기 파이프
32 : 로봇 아암
33 : 지지 공구
34, 35 : 드레서
36, 36' : 밀봉 부재
60 : 웨이퍼 반출 반입부
61 : 연마제 공급 파이프
63 : 드레서
64 : 연마 패드
65 : 세정 및 건조부
66 : 웨이퍼 공급부
67 : 웨이퍼 송출부
본 발명은 양면 세정 장치가 서로 반대 방향으로 회전하도록 구동되고 그 사이에 반도체 웨이퍼가 비접촉으로 배치되는 한 쌍의 롤 형상 브러시를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 반도체 웨이퍼는 비접촉 상태로 그 양면이 세정되므로 효율적(단시간, 공간 절약형)으로 먼지를 제거할 수 있다.
즉, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치는 서로 반대 방향으로 회전하도록 구동되고 그 사이에 반도체 웨이퍼가 비접촉으로 배치되는 한 쌍의 롤 형상 브러시와, 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시 근방에 배치되고 상기 반도체 웨이퍼가 이 한 쌍의 롤 형상 브러시 사이에 배치되어 그 양면이 세정되고 있는 동안에 이 반도체 웨이퍼의 측면을 브러싱하는 적어도 하나의 세정 브러시를 구비하고 있는 것을 제1 특징으로 한다. 또, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치는 내부에 처리액이 공급되는 중공부가 형성된 한 쌍의 롤 형상 브러시와, 상기 각 중공부에 처리액을 공급하는 파이프와, 상기 파이프에 부착되어 상기 처리액의 압력을 조정하는 제어기와, 상기 중공부를 감압 상태로 하는 감압 수단을 구비하고, 상기 중공부로부터 소정의 압력으로 상기 처리액을 상기 반도체 웨이퍼의 제1 주면 및 제2 주면의 양면에 공급하여 상기 반도체 웨이퍼를 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시와 비접촉 상태로 양면 동시 세정을 행하는 것을 제2 특징으로 한다.
상기 반도체 웨이퍼의 회전을 지지하는 복수의 지지 공구를 구비해도 된다. 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시 근방에 배치되고 상기 반도체 웨이퍼가 이 한 쌍의 롤 형상 브러시 사이에 배치되어 그 양면이 세정되고 있는 동안에 이 반도체 웨이퍼의 측면을 세정하는 적어도 하나의 세정 브러시를 구비해도 된다. 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시 근방에 배치되고 또 상기 반도체 웨이퍼에 접하여 배치된 적어도 하나의 전위 제어기를 구비해도 된다. 상기 전위 제어기는 카본 회전 단자로 구성해도 된다. 상기 카본 회전 단자는 상기 지지 공구에 부착해도 된다. 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시의 중공부로부터 상기 반도체 웨이퍼의 상기 제1 주면 및 제2 주면의 양면으로 분출되는 상기 처리액의 분출압은 동일해도 된다. 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시는 제1 브러시와 제2 브러시로 이루어지고, 상기 제1 브러시는 상기 제 2 브러시 위에 배치되고 상기 제1 브러시에 공급되는 상기 처리액의 압력은 상기 제2 브러시에 공급되는 상기 처리액의 압력보다 작아도 된다. 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시는 표면이 기모(起毛) 또는 입모(立毛)된 열가소성 합성 섬유에 폴리우레탄 등을 함침시킨 인공 수에드 형태의 구조물 또는 스폰지 형태로 발포된 폴리우레탄을 사용해도 된다.
본 발명의 폴리싱 방법은 반도체 웨이퍼의 피폴리싱막을 폴리싱하는 공정과, 상기 공정에 의해 폴리싱된 반도체 웨이퍼를 내부에 처리액이 공급되는 중공부가 형성된 한 쌍의 롤 형상 브러시 사이에 배치하는 공정과, 상기 중공부로부터 소정의 압력으로 상기 처리액을 상기 반도체 웨이퍼의 제1 주면 및 제2 주면의 양면에 공급하여 상기 반도체 웨이퍼를 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시와 비접촉 상태로 양면 동시 세정을 행하는 공정과, 진공 또는 감압 상태로 해서 상기 양면 세정된 반도체 웨이퍼의 표면에 부착된 수분을 진공 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 발명의 실시 형태를 설명한다.
우선, 도1 내지 도3을 참조하여 양면 세정 장치의 제1 실시예를 설명한다.
도1은 반도체 웨이퍼를 세정하는 한 쌍의 롤 형상 브러시를 구비한 양면 세정 장치의 사시도이다. 한 쌍의 롤 형상 브러시(3, 4)는 중공으로 되어 있고 세정용 처리액이 공급되도록 구성되어 있다. 중공부는 폐쇄되어 있고 롤 형상 브러시 (3, 4)의 단부에는 각각 처리액 공급 파이프(5, 6)가 접속되어 있다. 중공부는 폐쇄되어 있지만 롤 형상 브러시(3, 4)의 표면 재질이 기모 또는 입모된 열가소성 합성 섬유에 폴리우레탄 등을 함침시킨 인공 수에드 형태의 구조물 또는 스폰지 형태로 발포된 폴리우레탄이므로 통기성이 있고, 중공부 내로 공급된 처리액은 내외의 압력차에 의해 용이하게 외부로 돌출시킬 수 있다. 처리액 공급 파이프(5, 6)는 처리액 공급 유닛(29)으로부터 도출되어 있다. 처리액 공급 유닛(29)으로부터는 이소프로필 알코올(IPA)(16), 오존수(ORP＋)(17), 이온수(산성수가 ORP＋, 알칼리성수가 ORP－)(18), 순수(20) 중 어느 하나가 처리액 공급 파이프(5, 6)를 거쳐 롤 형상 브러시(3, 4)의 중공부에 공급된다.
이온수(18)는 순수 등을 전기 분해해서 얻은 것으로 알칼리성 이온수와 산성 이온수가 있다. 처리액 공급 파이프(5, 6)에는 롤 형상 브러시(3, 4)와 처리액 공급 유닛(29) 사이에 압축 펌프로 이루어지는 수압 제어기(27, 28)가 각각 설치되어 있다. 또, 처리액 공급 파이프(5, 6)는 압축 펌프 및 수압 제어기(27, 28)와 롤 형상 브러시(3, 4) 사이에 각각 진공 펌프(25, 26)를 부착한 분기 파이프(30, 31)가 접속되어 있다. 또, 분기 파이프(30, 31)의 분기 밸브(23, 24)와 롤 형상 브러시(3, 4) 사이에는 초음파 진동 장치(1 내지 1000 MHz)(21, 22)가 각각 부착되어 있다.
그런데, 처리액의 이온수는 이온수 생성 장치로부터 형성된다. 도10은 이온수 생성 장치의 개략 단면도이다.
종래, 이온수 생성 장치에 의해 생성된 이온수는 각 분야에 이용되고, 특히 반도체 장치의 제조나 액정 제조 등에 많이 이용되고 있다. 반도체 장치의 제조에 있어서는 순수나 초순수를 전기 분해해서 얻은 이온수를 사용하여 실리콘 등의 반도체 웨이퍼를 세정하거나 반도체 웨이퍼 표면의 피폴리싱막을 폴리싱하거나 하고 있다.
순수는 이온, 미립자, 미생물, 유기물 등의 불순물을 대부분 제거한 저항율이 5 내지 18 ㏁㎝ 정도인 고순도의 물이다. 초순수는 초순수 제조 장치에 의해 수중의 현탁 물질, 용해 물질 및 고효율로 제거한 순수보다 한층 더 순도가 높은 극히 고순도의 물이다. 이들 물(이하, 이를 종합해서 순수라고 함)을 전기 분해함으로써 산화성이 강한 양극 이온수(산성수)나 환원성이 강한 음극 이온수(알칼리성수) 등의 이온수가 생성된다.
이온수 생성 장치(12)에 있어서의 전해조는 음극실(13)과 양극실(14)을 구비하고, 음극실(13)에는 음극이 배치되고 양극실(14)에는 양극이 배치되어 있다. 이들 음극 및 양극으로 이루어지는 전극은 백금 또는 티탄 등의 금속이나 탄소로 구성되어 있다. 음극실(13)에서 생성되는 음극 이온수 및 양극실(14)에서 생성되는 양극 이온수를 효율좋게 분리하기 위해 음극실(13)과 양극실(14)은 세라믹이나 고분자 등의 다공질 격막으로 구획되어 있다. 전해조의 음극은 직류 전원의 마이너스극에 접속되고, 양극은 그 플러스극에 접속되어 있다. 전해조에서는 전원으로부터의 전원 전압을 인가하여 전해조의 초순수 공급 라인으로부터 공급된 순수(20)에, 예를 들어 염화 암모늄 등의 지지 전해질을 첨가한 희석 전해질 용액을 전기 분해한다. 이 전기 분해 결과, 음극측에서 생성되는 음극 이온수는 알칼리성수이고 양극측에서 생성되는 양극 이온수는 산성수이다.
음극실(13)에서 생성된 음극 이온수는 음극 이온수 공급 라인으로부터 외부에 공급되고, 양극실(14)에서 생성된 양극 이온수는 양극 이온수 공급 라인으로부터 외부에 공급된다. 음극 이온수 공급 라인 및 양극 이온수 공급 라인은 밸브 (19)에 의해 하나의 이온수 공급 라인으로 정리되어 그곳으로부터 양극 이온수 또는 음극 이온수가 이온수(18)로서 외부에 공급된다.
일반적으로는 음극실(13)에서 알칼리성수가 생성되므로 예를 들어 반도체 장치의 제조에 이용되는 폴리싱 장치를 사용하는 경우, 알칼리성수를 이용하여 폴리싱을 행하기 위해서는 전해조에 접속된 음극 이온수 공급 라인을 이온수 공급 라인으로 해서 알칼리성수를 폴리싱 장치의 연마포에 공급한다. 이 경우, 양극실(14)에서 생성되는 산성수는 불필요하므로 폐기된다.
또, 산성수를 이용하여 폴리싱을 행하려면 전해조에 접속된 양극 이온수 공급 라인이 이온수 공급 라인이 되어 산성수를 연마 패드에 공급한다. 이 경우, 음극실(13)에서 생성되는 알칼리성수는 불필요하므로 폐기된다.
전술한 바와 같이 이온수에는 알칼리성수와 산성수가 있으며, 전해조 내에서 희석된 예를 들어 HCl, HNO3, NH4Cl, NH4F 등의 전해질 용액을 전해함으로써 임의의 pH의 이온수가 생성된다.
이 이온수 생성 장치에 의해 생성된 이온수가 도1의 양면 세정 장치에 공급되어 반도체 웨이퍼를 세정한다.
도2의 롤 형상 브러시 및 반도체 웨이퍼의 사시도에 도시한 바와 같이, 반도체 웨이퍼(1)는 한 쌍의 서로 반대 방향으로 회전하고 있는 예를 들어 50 ㎜ 직경의 롤 형상 브러시(3, 4) 사이에 보유 지지되어 양면 세정된다. 처리액은 압축 펌프(27, 28)로 가압되어 롤 형상 브러시(3, 4)의 중공부에 공급된다. 롤 형상 브러시(3, 4) 사이에 배치된 상태의 반도체 웨이퍼(1)에는 카본 등의 도전성 재질로 이루어진 회전 단자(11)가 복수개(도2에서는 4개) 회전하면서 접촉되어 있다. 이 실시예에서 사용되고 있는 회전 단자(11)는 실 형상의 카본을 꼬아서 매듭 형태로 짠 구조의 것을 가공하여 형성된다. 회전 단자(11)는 모터 등으로 회전되며 전위 제어기로서 사용된다. 이 전위 제어기를 사용하여 반도체 웨이퍼 표면의 전위를 필요에 따라 소정의 값으로 제어할 수 있다. 이와 같이 전위를 제어함으로써 부착된 먼지가 쉽게 제거된다.
도3은 도2의 단면도이다. 이와 같이 가압된 처리액은 각각의 롤 형상 브러시(3, 4)의 중공부로부터 분출되어 반도체 웨이퍼(1) 양면에 내뿜어진다. 모든 중공부로부터의 분출압은 동일하므로, 예를 들어 웨이퍼 직경이 15.24 내지 30.48 ㎝ (6 내지 12인치)인 반도체 웨이퍼(1)는 롤 형상 브러시(3, 4) 사이에 있어서 양자에 비접촉 상태로 유지된다. 이것은 하이드로플레이닝 현상에 의해 반도체 웨이퍼 주면 상에 액막이 형성되므로 비접촉 상태가 유지되는 데 기인한다.
롤 형상 브러시(3, 4)는 세정 처리시에는 서로 상하 위치에 배치되어 있다.따라서, 상기와 같이 모든 중공부로부터의 분출압을 동일하게 하기 위해서는 상방에 위치하는 롤 형상 브러시(4)의 중공부에 공급되는 처리액 압력을 작게 할 필요가 있다. 즉, 수압 제어기(27)의 압력을 수압 제어기(28)의 압력보다 높게 하도록 조정한다.
이상과 같은 세정 장치에 의해 반도체 웨이퍼의 양면 모두 충분히 세정 처리를 행할 수 있다.
롤 형상 브러시(3, 4)의 회전 속도는 10 내지 1000 회전/초이다. 롤 형상 브러시(3, 4)의 재료인 표면이 기모 또는 입모된 열가소성 합성 섬유에 폴리우레탄 등을 함침시킨 인공 수에드 형태의 구조물은, 예를 들어 폴리에스테르 65 wt% 및 폴리우레탄 35 wt%로 이루어지고 중량은 125 g/㎡이다. 인장 강도는 세로가 4.0 ㎏/㎝이고 가로가 3.0 ㎏/㎝이다. 이 롤 형상 브러시는 원통 형상으로 형성한 상기 인공 수에드 형태의 구조물의 내부를 도려서 구멍을 내어 형성한다. 금속의 존재는 반도체 웨이퍼의 특성을 해치므로, 롤 형상 브러시의 측면을 밀폐하는 부재와 처리액 공급 파이프는 테플론을 소재로 해서 사용하고 있고 금속은 사용하지 않는다.
롤 형상 브러시로 반도체 웨이퍼를 세정한 후는 반도체 웨이퍼를 건조시킨다. 건조 처리는 처리액 공급 파이프(5, 6)로부터 처리액을 제거한 후 진공 펌프 (25, 26)를 이용하여 중공부 내부를 진공으로 해서 회전하는 반도체 웨이퍼 표면을 진공 건조시킨다.
다음에, 도4 내지 도6을 참조하면서 도1에 도시한 세정 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼를 세정하는 공정을 설명한다.
로봇 아암(32)을 이용하여 실리콘 등의 반도체 웨이퍼(1)를 양면 세정 장치의 세정 위치에 반송한다(도4의 (a)). 반도체 웨이퍼(1)가 세정 위치로 반송된 부분에서 지지 공구(33)를 이동시켜 반도체 웨이퍼(1)를 지지한다. 이 도면에서는 지지 공구(33)는 4개로 구성되어 있으나, 6개를 배치하면 반도체 웨이퍼의 지지 및 회전이 안정된다. 지지 공구(33)의 선단부는 반도체 웨이퍼(1)의 모서리를 지지하도록 중앙 부분의 직경이 작게 되어 있는 원통형 부재이고(도4의 (c)), 그 재료에는 예를 들어 실리콘 고무를 사용하므로 반도체 웨이퍼의 회전이 원활하게 행해진다. 도2에 도시한 회전 단자(11)를 이 지지 공구(33)에 부착하여 양자를 일체화하는 것도 가능하다. 반도체 웨이퍼(1)가 지지 공구(33)에 의해 지지된 후 아암(32)을 세정 위치로부터 이탈시키는 동시에 롤 형상 브러시(3, 4)를 반도체 웨이퍼(1)의 상하로 근접시킨다(도4의 (b)). 그리고, 롤 형상 브러시(3, 4)를 서로 반대 방향으로 회전시키면서 처리액 공급 파이프로부터 공급된 처리액을 회전하는 반도체 웨이퍼(1)의 양면에 공급하여 양면을 이들 브러시로 비접촉 상태에서 세정한다(도5의 (a)).
웨이퍼 세정이 종료하면 처리액의 공급을 중단하고 처리액 공급 파이프에 부착된 진공 펌프(배큠 펌프)에 의해 롤 형상 브러시(3, 4)의 중공부를 진공으로 해서 회전하는 반도체 웨이퍼(1)를 건조(진공 건조)시킨다. 진공 건조 종료 후에 롤 형상 브러시(3, 4)를 이격시킨다(도5의 (b)). 그 후, 아암(32)으로 반도체 웨이퍼 (1)를 보유 지지한 후 지지 공구(33)를 반도체 웨이퍼(1)로부터 분리하여 이격시킨다(도6의 (a)). 그 후, 반도체 웨이퍼(1)는 필요에 따라 건조실로 반송되어 스핀 건조된다(도6의 (b)). 건조 처리가 종료한 반도체 웨이퍼(1)는 다음 공정으로 송출된다. IPA를 이용한 건조를 진공 건조전에 행하는 것도 가능하다.
다음에, 도7을 참조하여 본 발명의 양면 세정 장치를 이용한 폴리싱 장치를 설명한다. 도면은 폴리싱 장치를 포함하는 시스템 블록도이다. 이 시스템은 반도체 웨이퍼를 전공정으로부터 수용하여 반도체 웨이퍼 주면에 형성된 폴리실리콘막, 절연막이나 금속막 등의 피폴리싱막을 평탄화하는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)법에 의한 폴리싱을 행하고, 세정 및 건조의 후처리를 행하여 다음 공정으로 송출하기 까지를 행한다. 이 시스템에서는 폴리싱 장치, 웨이퍼 세정 건조부 및 웨이퍼 반입 반출부가 구비된다.
폴리싱 장치는 회전하는 연마반(도시 생략) 위에 연마 패드(64)가 부착되어 있다. 연마 패드(64)는 발포 폴리우레탄이나 폴리우레탄 부직포 등으로 구성되어 있다. 회전하는 연마 패드(64) 위에 회전하는 반도체 웨이퍼(62)가 소정의 압력으로 압박되어 그 표면의 피폴리싱막이 폴리싱되어 간다. 폴리싱시의 연마반의 회전수는 20 내지 200 rpm 정도이고, 반도체 웨이퍼의 압박 압력은 50 내지 500 g/㎠이다.
연마 패드(64) 위에서 반도체 웨이퍼(62)를 폴리싱할 때는 연마제 공급 파이프(61)로부터 공급되는 연마제(슬러리)를 연마 패드(64)의 폴리싱면에 적하하면서 행한다.
일반적으로 연마 패드는 웨이퍼를 폴리싱할 때마다 폴리싱 특성이 열화되어간다. 그래서, 통상 1 내지 복수장의 웨이퍼를 폴리싱 처리한 연마 패드는 적절하게 드레서로 폴리싱면을 드레싱한다.
이 실시예에서는 반도체 웨이퍼(62)를 폴리싱하고 있는 동안에 드레서(63)를 폴리싱면에 가압 접촉시켜 드레싱하고 있다. 즉, 드레싱과 폴리싱을 동시에 행하고 있다. 이와 같이 하면 항상 폴리싱 특성이 양호한 상태에서 연마 패드를 이용할 수 있다. 드레서(63)에는 세라믹 드레서나 다이아몬드 드레서 등이 이용된다.
웨이퍼 처리 공정 중의 반도체 웨이퍼(64)는 웨이퍼 반입 반출부(60)의 웨이퍼 공급부(66)로부터 폴리싱 장치부로 반송된다. 반도체 웨이퍼(64)는 폴리싱 처리가 행해진 후 웨이퍼 세정 건조부(65)로 송출되어 본 발명의 양면 세정 장치로 세정 및 건조가 행해진다. 건조된 반도체 웨이퍼(64)는 웨이퍼 반입 반출부(60)로 송출되어 그 웨이퍼 송출부(67)로부터 다음 공정으로 반송된다.
다음에, 도8 및 도9를 참조하여 제2 실시예의 양면 세정 장치를 설명한다.
도8은 반도체 웨이퍼를 세정하는 한 쌍의 롤 형상 브러시를 구비한 양면 세정 장치를 부분적으로 도시한 사시도이다. 한 쌍의 롤 형상 브러시(3, 4)는 중공으로 되어 있고, 그 내부에 세정용 처리액이 공급되도록 구성되어 있다. 중공부는 폐쇄되어 있고 롤 형상 브러시(3, 4)의 단부에는 각각 처리액 공급 파이프(5, 6)가 접속되어 있다.
도9는 롤 형상 브러시(3)의 단면도이다. 롤 형상 브러시(3)는 중공으로 되어 있지만 그 측면은 테플론 등의 절연 부재로 이루어진 밀봉 부재(36, 36')로 밀폐되어 있다. 밀봉 부재(36)에는 처리액 공급 파이프(5)가 접속되어 있어 이 파이프로부터 처리액이 공급된다. 중공부는 폐쇄되어 있으나 롤 형상 브러시(3, 4)의 표면 재질이 기모 또는 입모된 열가소성 합성 섬유에 폴리우레탄 등을 함침시킨 인공 수에드 형태의 구조물 또는 스폰지 형태로 발포된 폴리우레탄이므로 통기성이 있고, 중공부 내에 공급된 처리액은 내외의 압력차에 의해 용이하게 외부로 돌출시킬 수 있다. 처리액 공급 파이프(5, 6)는 처리액 공급 유닛(29)으로부터 도출되어 있다. 이 롤 형상 브러시는 도1의 세정 장치의 것과 동일하다. 따라서, 처리액 공급 파이프에 접속되는 모든 설비는 도1의 양면 세정 장치와 동일한 구조이므로 이 부분의 기재를 생략한다.
이 실시예는 롤 형상 브러시의 브러시 특성을 회복시키는 드레서를 근접시켜 배치하는 것 및 반도체 웨이퍼의 양면 외에 웨이퍼 측면도 세정하는 장치를 배치하는 데 특징이 있다.
롤 형상 브러시(3, 4)의 경사 상방에 근접해서 판 형상의 드레서(34, 35)가 각각 배치되어 있다. 이들은 세라믹 드레서로서 롤 형상 브러시와 동일한 곡률 반경으로 만곡되어 있다. 따라서, 드레서가 회전하는 롤 형상 브러시를 드레싱할 때 양자가 균일하게 접촉하므로 롤 형상 브러시의 표면은 균일하게 드레싱된다. 세라믹 드레서는 알루미나, 실리카, SiC, SiN 등의 무기물 입자의 분말을 가압 성형하여 고온에서 소성함으로써 얻을 수 있다. 반도체 장치의 제조에 있어서 드레서는 종래 폴리싱 장치에 사용되는 연마 패드의 드레싱에 이용되고 있다. 또, 예를 들어 도7의 시스템에 사용되는 폴리싱 장치에 탑재되는 연마 패드상의 드레서(63)로는 세라믹 드레서 등을 이용한다.
반도체 웨이퍼(1)는 한 쌍의 서로 반대 방향으로 회전하고 있는 롤 형상 브러시(3, 4) 사이에 보유 지지되어 양면 세정된다. 처리액은 압축 펌프(수압 제어기)로 가압되어 롤 형상 브러시(3, 4)의 중공부에 공급된다. 롤 형상 브러시(3, 4) 사이에 배치된 상태의 반도체 웨이퍼(1)에는 카본 등의 도전성 재료로 이루어진 회전 단자(11)가 복수개(도2에서는 4개) 회전하면서 접촉되어 있다. 전술한 바와 같이 회전 단자(11)는 세정 중의 반도체 웨이퍼(1)를 지지하는 지지 공구(33)(도4 내지 도6 참조)에 부착되며 지지 공구가 회전 단자를 겸용하도록 일체화시켜도 된다.
이 실시예에서 사용되고 있는 회전 단자(11)는 실 형상의 카본을 꼬아서 매듭 형태로 짠 구조의 것을 가공하여 형성되어 있다. 회전 단자(11)는 모터 등으로 회전되며 전위 제어기로서 사용된다. 회전 단자는 반도체 웨이퍼 표면의 전위를 필요에 따라 소정의 값으로 제어할 수 있다.
이 실시예의 반도체 웨이퍼는 롤 형상 브러시로 세정 중에 측면도 측면 브러시(2)에 의해 세정된다. 측면 브러시(2)는 롤 형상 브러시와 마찬가지로 표면이 기모 또는 입모된 열가소성 합성 섬유에 폴리우레탄 등을 함침시킨 인공 수에드 형태의 구조물 또는 스폰지 형태로 발포된 폴리우레탄을 재료로 하고 있고, 회전하는 반도체 웨이퍼(1)의 측면에 접촉해서 측면에 부착된 먼지를 제거한다.
드레서는 롤 형상 브러시의 세정 특성을 회복시키므로 이 존재에 의해 롤 형상 브러시의 수명이 장기화된다.
이 실시예의 양면 세정 장치는 측면 브러시의 사용에 의해 먼지의 제거가 충분히 행해지므로 고집적화하는 반도체 장치의 제조에 충분히 대응할 수 있다.
다음에, 제1 또는 제2 실시예의 양면 세정 장치를 사용한 반도체 웨이퍼의 세정 방법에 대해서 설명한다.
세정에 사용되는 처리액에는 도1에 도시한 바와 같이 IPA, 오존수, 순수 및 이온수가 있으며 이들 처리액을 적절하게 선택해서 세정 처리를 행한다. 이 방법에서는 하나의 세정 공정 중에 복수의 처리액을 사용할 수 있고, 처리액의 선택이나 조합은 전공정의 종류에 따라 결정된다. 처리액으로서는 상기 이외에 계면 활성제, 불산, 염산 등의 보조적 재료가 있다. 또, 이온수에는 산성수와 알칼리성수가 있다.
세정 장치에서는 폴리싱 처리 등의 공정 후에 처리액을 사용하여 세정하고, 그 후 이 장치 내에서 그대로 건조 처리를 행한다. 이 세정 공정 중에 회전 단자로부터 전위를 부여하여 웨이퍼 표면의 전위를 변경시켜 표면에 부착된 먼지를 쉽게 제거할 수 있다. 세정 공정 중의 전체 기간에 걸쳐 초음파 진동을 부여할 수 있으나 소정의 기간에 한해 부여해도 된다.
시퀀스예로서는 A. 알칼리성수에 의한 세정→산성수에 의한 세정→진공 건조, B. 알칼리성수에 의한 세정→순수에 의한 세정→산성수에 의한 세정→순수에 의한 세정→진공 건조, C. 알칼리성수에 의한 세정→산성수에 의한 세정→순수에 의한 세정→IPA에 의한 건조→진공 건조, D. 계면 활성제를 가한 산성수에 의한 세정→진공 건조, E. 불산 또는 염산을 포함하는 오존수에 의한 세정→IPA에 의한 건조→진공 건조 등이 있다. IPA는 웨이퍼 표면의 규산 나트륨(water glass)의 발생을 방지한다.
폴리싱 처리를 실시한 반도체 웨이퍼의 세정은 반도체 웨이퍼에 형성된 폴리싱막의 재질에 따라 시퀀스가 다르다. 상기 시퀀스 D는 폴리실리콘막이나 실리콘 산화막을 피폴리싱막으로 하는 반도체 웨이퍼를 세정하는 데 적합하다. 금속막을 피폴리싱막으로 하는 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해서는 산성수에 의한 세정 및 희불산에 의한 세정을 교대로 반복하는 시퀀스(F)를 행한다.
본 발명에 의해 세정 시간은 종래에 비교해서 약 1/3로 저감된다.
본 발명은 반도체 웨이퍼가 비접촉 상태로 양면 세정이 행해지므로 좁은 공간에서 단시간에 효율적으로 먼지를 제거할 수 있다. 또, 반도체 웨이퍼의 양면 뿐만 아니라 측면도 효율적으로 제거할 수 있다. 그리고, 세정 및 건조가 동일한 장치로 실시되므로 웨이퍼 처리를 신속하게 행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 내부에 처리액이 공급되는 중공부가 형성된 한 쌍의 롤 형상 브러시와,
    상기 각 중공부에 처리액을 공급하는 파이프와,
    상기 파이프에 부착되어 상기 처리액의 압력을 조정하는 제어기와,
    상기 중공부를 감압 상태로 하는 감압 수단을 구비하고,
    상기 중공부로부터 반도체 웨이퍼의 제1 주면 및 제2 주면의 양면에 대하여 실질적으로 동일한 분출압으로 상기 처리액을 공급하여 상기 반도체 웨이퍼를 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시와 비접촉 상태로 양면을 동시에 세정을 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 회전을 지지하는 복수의 지지 공구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시 근방에 배치되고 상기 반도체 웨이퍼가 이 한 쌍의 롤 형상 브러시 사이에 배치되어 그 양면이 세정되고 있는 동안에 이 반도체 웨이퍼의 측면을 세정하는 적어도 하나의 세정 브러시를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시의 근방에 배치되고 또 상기반도체 웨이퍼에 접하여 배치된 적어도 하나의 전위 제어기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전위 제어기는 카본 회전 단자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 지지 공구에는 카본 회전 단자가 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시는 제1 브러시와 제2 브러시로 이루어지고, 상기 제1 브러시는 상기 제2 브러시 위에 배치되고 상기 제1 브러시에 공급되는 상기 처리액의 압력은 상기 제2 브러시에 공급되는 상기 처리액의 압력보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시는 표면이 기모 또는 입모된 열가소성 합성 섬유에 폴리우레탄 등을 함침시킨 인공 수에드 형태의 구조물 또는 스폰지 형태로 발포된 폴리우레탄을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 양면 세정 장치.
  9. 반도체 웨이퍼의 피폴리싱막을 폴리싱하는 공정과,
    상기 공정에 의해 폴리싱된 반도체 웨이퍼를 내부에 처리액이 공급되는 중공부가 형성된 한 쌍의 롤 형상 브러시 사이에 배치하는 공정과,
    상기 중공부로부터 상기 반도체 웨이퍼의 제1 주면 및 제2 주면의 양면에 대하여 실질적으로 동일한 분출압으로 상기 처리액을 공급하여 상기 반도체 웨이퍼를 상기 한 쌍의 롤 형상 브러시와 비접촉 상태로 양면 동시 세정을 행하는 공정과,
    상기 중공부를 진공 또는 감압 상태로 해서 상기 양면 세정된 반도체 웨이퍼의 표면에 부착된 수분을 진공 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 폴리싱 방법.
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