KR100486211B1 - 웨이퍼세정방법 - Google Patents

Abstract

뱃치 타입의 세정 공정을 인시튜(in situ)로 진행하는 웨이퍼 세정 장치 및 방법에 관하여 개시한다. 단일의 순환조를 사용하여 인시튜로 연속적인 세정을 행하기 위하여 상기 순환조는 액체가 오버플로우될 수 있도록 상부가 개방되어 있는 내조와, 상기 내조를 포위하여 설치되고, 상기 내조로부터 오버플로우되는 액체를 수용하는 외조와, 단일의 입구 배관을 통하여 상기 내조로 DIW(deionized water) 및 적어도 1종의 화학 용액을 공급하는 공급 배관과, 상기 외조에 형성되고, 상기 내조로부터 오버플로우되는 액체를 배출시키는 배출구를 포함한다. 웨이퍼 세정시에는 내조에 웨이퍼를 로딩하고, 상기 내조에서 상기 웨이퍼에 대하여 SC1 용액에 의한 제1 화학 처리를 행하고, 상기 SC1 용액이 배출되지 않은 상태에서 인시튜(in situ)로 상기 내조에 DIW를 공급하여 소정 시간 동안 오버플로우시켜서 제1 린스 단계를 행하고, 상기 제1 린스 단계와 인시튜로 상기 내조에 DHF를 공급하여 소정 시간 동안 오버플로우시켜서 제2 화학 처리를 행하고, 상기 제2 화학 처리 단계와 인시튜로 상기 내조에 DIW를 공급하여 소정 시간 동안 오버플로우시켜서 제2 린스 단계를 행한다.

Description

웨이퍼 세정 방법{Wafer cleaning method}

본 발명은 웨이퍼 세정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 개방식 뱃치 타입(open batch type), 즉 딥(dip) 방식의 웨이퍼 세정 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 공정은 크게 구분하면 사진 공정, 확산 공정, 식각 공정, 박막 형성 공정 및 세정 공정으로 이루어져 있으며, 이러한 공정들의 반복 및 적절한 배치에 의하여 반도체 소자의 제조 공정이 결정된다. 상기 공정중에서 세정 공정은 대부분 다른 공정중에 발생하게 되는 파티클 및 기타 잔류물을 제거하고, 웨이퍼의 표면의 상태를 원하는 상태로 처리하는 데 이용된다.

반도체 소자의 제조 공정중 대부분의 세정 공정은 SC1(NH₄OH : H₂O₂ : 순수 = 1 : 4 : 20으로 혼합된 세정액)을 이용한 제1 화학 처리 및 DHF(diluted HF)를 이용한 제2 화학 처리를 거쳐서 진행되고 있다. 이와 같이 제1 및 제2 화학 처리에 의하여 실리콘 웨이퍼를 세정하기 위하여 뱃치 타입, 즉 딥(dip) 방식의 웨트 스테이션(wet station)에서 세정 공정을 진행하는 경우에, 통상적으로 제1 화학 처리 공정, 제1 화학 처리 후의 린스 공정, 제2 화학 처리 공정, 제2 화학 처리 후의 최종 린스 공정 및 건조 공정을 거치게 된다. 종래의 세정 공정에서는 상기 각 공정에 대하여 각각 1개의 조(槽)를 별도로 구비하고, 각 공정 사이에서 웨이퍼를 이동시켜야 하므로, 공정이 번거로울 뿐 만 아니라 웨트 스테이션이 차지하는 공간이 타 공정 설비에 비하여 복잡하고 커질 수밖에 없다.

더구나, 300mm 웨이퍼 제조 공정에서 상기와 같은 종래의 세정 방법을 적용하는 경우에는 세정에 필요한 설비의 점유 공간이 현재보다 약 2배 이상 증가될 것으로 예상되며, 웨이퍼의 이송을 위한 로봇 암(robot arm)에 대한 문제가 대두될 것으로 예상된다.

그에 따라, 설비의 점유 면적에 따른 문제를 해결하기 위하여 조 대신 챔버를 이용하는 폐쇄식의 시스템이 이미 개발되어 상용화되고 있으나, 이는 세정에 사용되는 화학 용액 및 DIW(deionized water)의 공급 및 배출을 제어하여야 하고, 진공 장치를 이용하여야 하는 등 설비적으로 복잡한 구조를 갖고 있다.

본 발명의 목적은 보다 작은 점유 면적을 차지하는 간단한 구조를 가지는 뱃치 타입의 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 웨이퍼 세정 장치를 사용하여 효율적으로 세정 공정을 행할 수 있는 웨이퍼 세정 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치는 단일의 순환조를 사용하여 인시튜로 연속적인 세정을 행하도록 구성된다. 상기 순환조는 액체가 오버플로우될 수 있도록 상부가 개방되어 있는 내조와, 상기 내조를 포위하여 설치되고, 상기 내조로부터 오버플로우되는 액체를 수용하는 외조와, 단일의 입구 배관을 통하여 상기 내조로 DIW(deionized water) 및 적어도 1종의 화학 용액을 공급하는 공급 배관과, 상기 외조에 형성되고, 상기 내조로부터 오버플로우되는 액체를 배출시키는 배출구를 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법에서는 내조와 상기 내조로부터 오버플로우되는 액체를 수용하는 외조로 구성된 순환조의 내조에 웨이퍼를 로딩하고, 상기 내조에서 상기 웨이퍼에 대하여 SC1 용액에 의한 제1 화학 처리를 행하고, 상기 SC1 용액이 배출되지 않은 상태에서 인시튜(in situ)로 상기 내조에 DIW를 공급하여 소정 시간 동안 오버플로우시켜서 제1 린스 단계를 행하고, 상기 제1 린스 단계와 인시튜로 상기 내조에 DHF를 공급하여 소정 시간 동안 오버플로우시켜서 제2 화학 처리를 행하고, 상기 제2 화학 처리 단계와 인시튜로 상기 내조에 DIW를 공급하여 소정 시간 동안 오버플로우시켜서 제2 린스 단계를 행한다.

상기 제1 린스 단계 및 제2 린스 단계는 각각 600∼1,000초 동안 DIW를 오버플로우시킨다.

상기 제2 화학 처리 단계는 오버플로우 시간을 기준으로 하여 상기 웨이퍼상의 소정 막질의 식각량을 설정한다.

또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법에서는 상기 제2 린스 단계 후에 상기 웨이퍼를 상기 순환조와 분리된 다른 조로 이송하는 단계와, 상기 이송된 웨이퍼를 건조시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼 세정 공정에 필요한 설비의 점유 면적을 종래 기술에 의한 경우에 비하여 약 절반 이하로 줄일 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치는 액체가 내부로부터 외부로 오버플로우될 수 있도록 상부가 개장되어 있는 내조(10)와, 상기 내조(10)를 포위하여 설치되고 상기 내조(10)로부터 오버플로우되는 액체를 수용하는 외조(20)로 구성된 1개의 순환조(30)로 구성된다. 즉, 1개의 순환조(30)에 의하여 제1 화학 처리 공정, 제1 화학 처리 후의 린스 공정, 제2 화학 처리 공정 및 제2 화학 처리 공정 후의 린스 공정을 인시튜(in situ)로 진행한다.

여기서, 상기 내조(10)의 용량을 17L로 하는 경우에는 상기 내조(10)에 50매의 웨이퍼를 동시에 로딩할 수 있다. 각각의 공급 배관을 통하여 공급되는 제1 화학 처리를 위한 제1 세정 용액, 제2 화학 처리를 위한 제2 세정 용액, 및 DIW는 각각 단일의 입구 배관(50)을 통하여 웨이퍼(60)가 로딩되어 있는 상기 순환조(30)의 내조(10)로 공급된다.

본 발명에서는 제1 화학 처리를 위한 제1 세정 용액으로서 SC1을 사용하고, 제2 화학 처리를 위한 제2 세정 용액으로서 DHF를 사용한다. 여기서, SC1의 혼합 배율 및 온도 제어는 딥(dip) 방식을 채용하는 통상의 방식에 의한 제어와 동일한 방법에 의하여 행한다. DHF의 경우에는 공급 배관 내에서 혼합 밸브(도시 생략)에 의하여 농도를 원하는 정도로 조절한 후 상기 입구 배관(50)을 통하여 예를 들면 16L/min의 일정한 유량으로 상기 순환조(30)로 공급된다. 상기 순환조(30) 내의 온도 제어는 일정한 온도로 공급되는 DIW에 의존하여 제어된다. 상기 내조(10)로부터 오버플로우되는 세정액은 배출구(70)를 통하여 배출된다.

본 발명에 따른 세정 공정을 행하기 위한 세정 장치는 상기 순환조(30)에서 세정액 공급 및 배출을 제어하기 위한 제어 장치 및 진공 장치가 필요 없다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.

도 2를 참조하면, 도 1에서 설명한 바와 같은 웨이퍼 세정 장치의 순환조(30)의 내조(10)에 소정의 수의 웨이퍼를 로딩한다(단계 110). 그 후, 상기 입구 배관(50)을 통하여 상기 내조(10)에 SC1 용액을 공급하여 내조(10) 내의 웨이퍼에 대하여 SC1 용액 내에서 딥(dip) 공정에 의하여 소정 시간 동안 제1 화학 처리를 행한다(단계 120). 이어서, SC1 용액을 배출시키지 않고 그대로 유지시킨 상태에서 인시튜로 상기 내조(10)에 DIW를 공급하여 오버플로우시키면서 약 1,000초 동안 린스 공정을 거친다(단계 130).

그 후, 제2 화학 처리를 위하여 상기 내조(10)로부터 DIW를 배출시키지 않고 그대로 유지시킨 상태에서 인시튜로 상기 내조(10)에 DHF를 공급하여 소정 시간 동안 오버플로우시킨다(단계 140). 여기서, 계속 공급되는 DHF는 내조(10)로부터 오버플로우되는 양만큼 상기 외조(20)에서 상기 배출구(70)를 통하여 배출되며, 이를 제어하기 위한 별도의 장치를 필요로 하지 않는다. 이 때, DHF에 의한 제2 화학 처리시 웨이퍼상의 소정 막질의 식각량은 종래의 경우에서와 같이 HF의 농도 및 딥 공정 지속 시간에 의해 설정되지 않고, DHF의 오버플로우 시간을 기준으로 설정한다. 이어서, DHF 용액을 배출시키지 않고 그대로 유지시킨 상태에서 인시튜로 상기 내조(10)에 DIW를 공급하여 오버플로우시키면서 약 1,000초 동안 린스 공정을 거친다(단계 150).

그 후, 상기한 바와 같은 세정 공정을 거친 웨이퍼를 건조시키기 위하여 상기 순환조(30)와는 분리된 다른 조로 웨이퍼를 이송한다(단계 160). 이어서, 통상의 방법에 의하여 웨이퍼 건조 공정을 진행(단계 170)함으로써, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 단계를 완료한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법에서는 SC1 및 DHF에 의한 제1 및 제2 화학 처리 단계를 1개의 조에서 인시튜로 진행하고, 린스 공정도 역시 인시튜 오버플로우에 의하여 진행한다. 이 때, 세정 공정에 사용된 용액의 배출을 제어할 필요가 없으며, DHF 공정에 의한 식각량은 단지 처리액의 오버플로우 시간을 기준으로 설정 가능하다.

따라서, 최종의 건조 단계를 제외한 공정을 웨이퍼 이송 없이 1개의 조 내에서 진행하는 것이 가능하므로, 건조 단계까지 진행하는 경우에 종래 기술에 비하여 웨이퍼 세정에 필요한 조의 수를 2개로 대폭 줄일 수 있다. 따라서, 웨이퍼 세정 공정에 필요한 설비의 점유 면적을 종래 기술에 의한 경우에 비하여 약 절반 이하로 줄일 수 있다.

상기 단계 140에서 DHF 및 DIW의 오버플로우시에 액체의 부분 정체 정도를 확인하기 위하여 웨이퍼상에 형성된 열산화막에 대한 식각량 및 동시에 처리되는 각 웨이퍼간의 식각 균일도를 측정하였다. 이 때, SC1 용액의 온도는 40℃였고, SC1 용액 내에서의 딥 공정의 지속 시간은 10분이었다. DHF 용액의 농도는 부피비 기준으로 DIW : 49중량% HF 용액 = 200:1이었고, DHF 용액 공급시의 오버플로우 시간은 300초로 설정하였다. 1회의 뱃치 처리시에 50매의 웨이퍼를 처리하는 조건으로 4회의 뱃치 처리를 진행한 결과, 식각량은 60±5Å이었으며, 식각량 균일도 범위는 최대 10Å이었다. 이는 종래의 경우에서와 같이 각 처리 단계마다 별도의 조를 사용하여 행하는 경우에 비하여 유의차가 발생하지 않는 것으로서, 이로부터 세정에 필요한 처리액의 부분 정체가 발생되지 않은 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 방법에서와 같이 린스 공정을 인시튜로 진행한 후 린스 효과를 평가하기 위하여, 실리콘 베어 웨이퍼(bare wafer)를 사용하여 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 공정을 진행한 후, 공정 전후의 파티클 증가량을 측정하였다. 그 결과, 0.16μm 이상의 파티클 증가치가 50개 이하로서, 양호한 결과를 나타내었다. 이로부터, 본 발명에 따른 오버플로우에 의한 린스 공정시 불량이 발생되지 않음을 간접적으로 확인할 수 있다.

본 발명에 따라 인시튜로 진행되는 오버플로우에 의한 세정 공정에 의하여 웨이퍼 세정을 행하는 경우 세정에 사용된 처리액의 정체 정도를 보다 직접적으로 평가하기 위하여 순환조의 내조에 웨이퍼를 로딩한 경우 및 로딩하지 않은 경우 각각에 대하여 세정 공정 시간에 따른 HF의 농도 변화를 비교하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에서, 각 경우에 있어서 순환조의 내조에 DIW를 채운 상태에서 DHF 용액을 600초 동안 공급하고, 이어서 DIW를 1,000초 동안 공급하였다. 도 3의 결과로부터, 웨이퍼의 로딩 여부에 관계없이 HF의 농도 변화 곡선은 대략 동일한 경향을 나타내며, 인시튜 DIW 오버플로우 시간이 약 600초 정도 경과되면 HF 농도는 0%로 복귀되는 것을 확인할 수 있다.

또한, DHF 오버플로우 시간에 따른 식각량의 설정을 위하여 HF 농도 변화 측정시와 같은 조건으로 공정을 진행하되, DHF의 오버플로우 시간을 90 ∼ 600초로 세분하고, 웨이퍼상의 열산화막에 대한 식각량을 측정하였다. 그 결과, DHF 오버플로우 시간에 따라서 식각량이 선형적으로 증가하는 것을 확인하였다. 따라서, DHF 용액에 의한 세정 공정시의 식각량 설정을 DHF 오버플로우 시간을 기준으로 하여 진행하는 것이 가능한 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 웨이퍼 세정 방법에서는 SC1 및 DHF에 의한 제1 및 제2 화학 처리 단계를 본 발명에 따라 구성된 웨이퍼 세정 장치의 1개의 순환조에서 인시튜로 진행하고, 린스 공정도 역시 인시튜 오버플로우에 의하여 진행한다. 따라서, 최종의 건조 단계를 제외한 공정을 웨이퍼 이송 없이 1개의 조 내에서 진행하는 것이 가능하므로, 건조 단계까지 진행하는 경우에 종래 기술에 비하여 웨이퍼 세정 공정에 필요한 조의 수를 2개로 대폭 줄일 수 있다. 따라서, 웨이퍼 세정 공정에 필요한 설비의 점유 면적을 종래 기술에 의한 경우에 비하여 약 절반 이하로 줄일 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.

도 3은 순환조의 내조에 웨이퍼를 로딩한 경우 및 로딩하지 않은 경우 각각에 대하여 세정 공정 시간에 따른 HF의 농도 변화를 비교한 그래프이다.

Claims (5)

1. 내조와 상기 내조로부터 오버플로우되는 액체를 수용하는 외조로 구성된 순환조의 내조에 웨이퍼를 로딩하는 단계와,

   상기 내조에서 상기 웨이퍼에 대하여 SC1 용액에 의한 제1 화학 처리를 행하는 단계와,

   상기 SC1 용액이 배출되지 않은 상태에서 인시튜(in situ)로 상기 내조에 DIW를 공급하여 소정 시간 동안 오버플로우시키는 제1 린스 단계와,

   상기 제1 린스 단계와 인시튜로 상기 내조에 DHF를 공급하여 소정 시간 동안 오버플로우시키는 제2 화학 처리 단계와,

   상기 제2 화학 처리 단계와 인시튜로 상기 내조에 DIW를 공급하여 소정 시간 동안 오버플로우시키는 제2 린스 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 린스 단계는 600∼1,000초 동안 DIW를 오버플로우시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 화학 처리 단계는 오버플로우 시간을 기준으로 하여 상기 웨이퍼상의 소정 막질의 식각량을 설정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 린스 단계는 600∼1,000초 동안 DIW를 오버플로우시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 린스 단계 후에

   상기 웨이퍼를 상기 순환조와 분리된 다른 조로 이송하는 단계와,

   상기 이송된 웨이퍼를 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.

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