KR100500201B1 - 반도체 웨이퍼 세정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 세정될 기판을 수납하며 상부 개구부를 갖고 그 상부 개구부를 통해 외부 컨테이너와 접속되는 내부 컨테이너와, 내부 컨테이너를 수납하며 밀폐 공간을 갖는 외부 컨테이너를 구비하는 이중 컨테이너; 내부 컨테이너로 세정액을 공급하는 세정액 공급 콘딧; 내부 컨테이너로부터 세정액을 배수하는 내부 컨테이너 배수 콘딧; 내부 컨테이너로 기판 건조를 위한 용제 함유 가스를 공급하는 용제 함유 가스 공급 콘딧; 내부 컨테이너로 기판에 부착되는 용제 성분을 분해하기 위한 용제분해 가스를 공급하는 용제분해 가스 공급 콘딧; 이중 컨테이너로부터 가스를 배출하는 배출 파이프; 및 내부 컨테이너로부터 외부 컨테이너로 넘친 액을 배수하는 외부 컨테이너 배수 콘딧을 구비하는 반도체 웨이퍼용 반도체 세정 장치를 제공한다.

Description

반도체 웨이퍼 세정 장치 {CLEANING APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은 반도체 제조 공정 등에 사용되는 반도체 웨이퍼용 세정 장치에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 본 발명은 기판, 즉 실리콘 웨이퍼를 세정액에 침지시켜 세정하는 침지 (immersion) 세정 장치에 관한 것이다.
SPM (Sulfuric acid Hydrogen Peroxide Mix; 황산 과산화수소 화합물), APM (Ammonium Hydroxide Hydrogen Peroxide Mix; 수산화 암모늄 과산화수소 화합물), HPM (Hydrochloric acid Hydrogen Peroxide Mix; 염산 과산화수소 화합물), 및 HF (Hydrogen Fluoride; 플루오르화 수소) 와 같은 세정액의 화합물을 사용하는 세정 시스템은 열 확산 산화 처리 이전에 선세정 (pre-cleaning) 처리에 광범위하게 사용된다.
일본 특허 공개 번호 제 2001-44429 호에, APM, HF, 및 H2O2 을 사용하는 시스템 및 방법의 실시형태가 개시되어 있다.
상기 공보에 따르면, 시스템은 2 이상의 컨테이너를 구비한다. 컨테이너들 중 하나는 불화수소로 세정하며 정제수로 헹구며 과산화수소의 희석액 처리를 행하는 원-베스형 (one-bath-type) 세정 컨테이너이며, 다른 컨테이너에서는 IPA (이소프로필 알코올; Isopropyl alcohol) 을 사용하는 건조 처리를 행한다.
또한, 상기 시스템은 4 개의 컨테이너를 구비한다. 컨테이너들 중 하나는 화학 산화막을 형성하는 화학 물질을 사용하는 제 1 선확산 세정용 세정 컨테이너이고, 다른 하나는 정제수로 화학 물질을 헹구는 제 2 선확산 세정용 세정 컨테이너이다.
그러한 시스템에서, 실리콘 웨이퍼는 청정도 등급 1 을 갖는 세정룸으로부터 습식 세정 장치로 반송된다. 그 후, 실리콘 웨이퍼는 로버트 팔에 의해 세정 장치내의 처리 컨테이너로 반송되어, 세정 또는 건조 공정 각각이 행해진다.
세정 및 건조 공정 후에, 실리콘 웨이퍼는 세정룸으로 다시 반송된다. 습식 세정 장치는 일괄 공정을 통해 한번에 25 장의 웨이퍼를 세정한다.
상술한 바와 같이, APS 세정, 정제수 헹굼, 불화수소 (HF) 세정, 및 이소프로필 알코올 (IPA) 건조를 포함하는 세정 및 건조 공정에 대해, 2 이상의 습식 세정 컨테이너를 사용한다.
도 6 에 나타낸 바와 같이, 원-베스형 세정 컨테이너는 세정 컨테이너 본체 (120), 본체 (120) 로부터 넘친 화학액을 수용하는 트레이 (130), 본체 (120) 의 하부에 접속된 화학액 공급 콘딧 (301), 화학액 공급 콘딧 (301) 에 접속된 화학액 공급선 (181, 191, 201), 폐액선 (302) 을 구비한다.
화학액 공급선 (181, 191, 201) 각각은 불화수소, H2O2, 및 정제수 각각을 공급한다.
화학액 각각은 공급선 (181, 191, 201) 을 통해 혼합기 (222) 로 공급되어 혼합된다. 혼합액은 본체의 하부 (120) 의 바닥에서 입구를 통해 세정 컨테이너 (120) 로 주입된다. 혼합기 (222) 에서, 2 이상의 혼합액은 소정의 농도 조건에 기초하여 적당한 비율로 혼합된다.
다수의 제품이 하나의 기판으로부터 획득될 수 있기 때문에, 반도체를 제조하는 큰 사이즈를 갖는 기판, 즉 실리콘 웨이퍼는 LSI 같은 제품의 비용을 절감시킨다. 따라서, 큰 기판이 사용되는 경향이 있다.
반도체 제조 장치에 의해 처리되는 웨이퍼의 직경이 200㎜ 로부터 300㎜ 로 이행되는 시기이다. 반도체 제조 라인에서 직경 300㎜ 을 갖는 웨이퍼에 대한 이들 반도체 제조 장치의 도입으로 300㎜ 의 직경을 갖는 웨이퍼에 대응하는 반도체 세정 장치를 필요로 한다.
그러나, 세정 장치의 단순한 대형화는 풋프린트 (footprint; 장치의 설치에 필요한 작업 공간) 소비를 초래한다. 장치가 더 큰 웨이퍼 및 더 작은 풋프린터에 대한 공정 용량을 갖도록 하는 것이 필요하다.
또한, LSI 의 고밀도화 및 미세화가 진행됨에 따라서, 게이트 공정 또는 산화막 형성 공정 이전에, 웨이퍼를 세정하는 세정 장치는 높은 청정도를 갖도록 요구되어, 금속, 파티클, 또는 유기물과 같은 잔류 오염물이 웨이퍼상에 남아있지 않는다.
종래에는, IPA 건조 공정을 액 세정 공정 후에 행한다. 이 경우, 유기물이 산화막 형성 공정 이전에 제거해야 하므로, 웨이퍼상의 잔류 IPA 은 건조 공정 후에 제거해야 한다.
본 발명은 상기에서 지적한 문제점들을 해결하며, 기판, 즉 실리콘 웨이퍼의 사이즈 및 높은 세정력의 관점에서 더 작은 풋프린트를 갖는 반도체 세정 장치를 제공하는 것이 목적이다.
본 발명은, 세정될 기판을 수납하는 상부 개구부를 갖고 상부 개구부를 통해 외부 컨테이너와 접속되는 내부 컨테이너와, 내부 컨테이너를 수납하며 밀폐 공간을 갖는 외부 컨테이너를 구비하는 이중 컨테이너; 내부 컨테이너로 세정액을 공급하는 세정액 공급 콘딧; 내부 컨테이너로부터 세정액을 배수하는 내부 컨테이너 배수 콘딧; 내부 컨테이너로 기판 건조를 위한 용제 함유 가스를 공급하는 용제 함유 가스 공급 콘딧; 내부 컨테이너로 기판에 부착된 용제 성분을 분해하기 위한 용제 분해 가스를 공급하는 용제 분해 가스 공급 콘딧; 이중 컨테이너로부터 가스를 배출하는 배출 파이프; 및 내부 컨테이너로부터 외부 컨테이너로 넘친 액을 배수하는 외부 컨테이너 배수 콘딧을 구비하는 반도체 웨이퍼용 반도체 세정 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 세정 장치는, 세정될 기판을 수납하며 상부 개구부를 갖고 그 상부 개구부를 통해 외부 컨테이너와 접속되는 내부 컨테이너와 내부 컨테이너를 수납하는 밀폐 공간을 갖는 외부 컨테이너를 구비하는 이중 컨테이너; 내부 컨테이너로 세정액을 공급하는 세정액 공급 콘딧; 내부 컨테이너로부터 세정액을 배수하는 내부 컨테이너 배수 콘딧; 내부 컨테이너로 기판 건조를 위한 용제 함유 가스를 공급하는 용제 함유 가스 공급 콘딧; 내부 컨테이너로 기판에 부착되는 용제 성분을 분해하기 위한 용제 분해 가스를 공급하는 용제 분해 가스 공급 콘딧; 이중 컨테이너로부터 가스를 배출하는 배출 파이프; 및 내부 컨테이너로부터 외부 컨테이너로 넘친 액을 배수하는 외부 컨테이너 배수 콘딧을 구비한다.
본 발명에 따르면, 내부 컨테이너에 수납된 기판은 세정액에 침지되어 세정된다.
세정 공정을 완료한 후에, 사용된 세정액은 내부 컨테이너로부터 배수되며, 내부 컨테이너에 도입된 용제 함유 가스로 건조 공정을 행한다.
기판을 건조한 후에, 용제 함유 가스는 기판상의 잔류 용제를 분해하기 위해 공급된다.
상술한 공정은 이중 컨테이너에서 행해지며, 그것에 의하여 세정 장치의 풋프린트를 작게 한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 세정될 기판을 수납하며 상부 개구부를 갖고 그 상부 개구부를 통해 외부 컨테이너와 접속되는 내부 컨테이너와, 내부 컨테이너를 수납하는 밀폐 공간을 갖는 외부 컨테이너를 구비하는 이중 컨테이너; 내부 컨테이너로 불화수소산 함유수, 오존 함유수, 수소 함유수, 및 정제수를 공급하는 세정액 공급 콘딧; 내부 컨테이너로부터 액을 배수하는 내부 컨테이너 배수 콘딧; 내부 컨테이너로 비활성 가스, 오존 가스, 및 용제 함유 가스를 공급하는 가스 공급 콘딧; 이중 컨테이너로부터 가스를 배출하는 배출 파이프; 및 내부 컨테이너로부터 외부 컨테이너로 넘친 액을 배수하는 외부 컨테이너 배수 콘딧을 구비하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 기판은 내부 컨테이너로 적당한 순서로 공급된 불화수소산 함유수, 오존 함유수, 수소 함유수, 및 정제수로 세정되며, 내부 컨테이너에 침지된다. 이들 세정수의 선택 및 적용 순서는 기판의 상태 또는 종류에 따라서 임의로 결정될 수 있다. 동일한 종류의 세정수를 복수회 사용할 수도 있다. 기판은 이들 세정수로 적당하게 세정된다.
세정 공정 후에, 내부 컨테이너의 세정수는 내부 컨테이너 배수 콘딧을 통해 배수되며, 그 후 기판을 건조하기 위해 내부 컨테이너로 용제 함유 가스가 도입된다.
용제 함유 가스로 건조 후에, 기판상의 잔류 용제 성분을 분해시키기 위해, 오존 가스를 공급한다. 마지막으로, 이중 컨테이너로 비활성 가스를 도입하면서, 이중 컨테이너로부터 배출 파이프를 통해 가스를 배출시킨다.
세정 공정 및 건조 공정이 원-베스에서 행해질 수 있도록, 세정 장치의 풋프린트는 종래의 2 또는 다중 베스형 장치의 절반이하로 감소된다. 또한, 잔류 용제 성분은 이 세정 장치로 분해된다.
여기서, 비활성 가스보다 질소 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 용제 함유 가스로 이소프로필 가스 또는 이소프로필 가스와 질소 가스의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 에탄올 (ethanol), 메탄올 (methanol), 또는 자일렌 (xylene) 을 용제 함유 가스의 재료로 사용할 수도 있다.
불화수소산 함유수에 대한 내구성을 갖도록, 내부 컨테이너는 석영 (quartz), 테플론 (Teflon)(폴리테트라플루오르에틸렌; polytetrafluoroethylene), 또는 내산성 수지 (즉, PEEX) 로 제조되는 것이 바람직하다.
세정 장치는 내부 컨테이너의 세정액을 진동시키기 위한 메가소닉 발진기 (megasonic oscillator) 를 구비할 수도 있다.
특히, 오염물질을 제거하는 처리동안, 수소 함유수를 진동시키는 것이 효과적이다.
내부 컨테이너의 입구는 균일한 처리를 제공할 수 있도록 5㎜ 간격으로 0.5㎜ 의 홀을 갖는 노즐을 구비할 수도 있다.
본 발명의 반도체 세정 장치에서, 용제 함유 가스를 공급하는 콘딧의 일부 이상은 가열기를 갖는 실리카 튜브, 용제 공급 콘딧, 및 비활성 가스 공급 콘딧을 구비하며, 실리카 튜브는 각각의 용제 공급 콘딧과 비활성 공급 콘딧 각각을 통해 용제액과 비활성 가스를 수용한다.
기판을 건조하기 위한 용제 함유 가스는, 용제 공급 콘딧을 통해 실리카 튜브로 용제액을 공급하며 가스화될 때까지 가열시키며, 필요하다면 제 2 비활성 가스 공급 콘딧을 통해 공급된 비활성 가스를 혼합함으로써 획득될 수 있다. 그런 방법으로 제조된 용제 함유 가스는 기판을 건조하기 위해 내부 컨테이너로 공급된다. 제 2 비활성 가스 공급 콘딧을 통해 공급되는 비활성 가스로 질소 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 오존수 공급 콘딧은 실리카 튜브에 접속되어, 오존수로 실리카 튜브와 용제 함유 가스 공급 콘딧의 세정을 가능하게 한다.
염산을 오존 함유수에 첨가하며, 암모니아를 수소 함유수에 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 오존 함유수의 오존 농도는 1 내지 30ppm 이며, 수소 함유수의 수소 농도는 1 내지 30ppm 인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 세정될 기판을 수납하며 상부 개구부를 갖고 그 상부 개구부를 통해 외부 컨테이너와 접속되는 내부 컨테이너와 내부 컨테이너를 수납하는 밀폐 공간을 갖는 외부 컨테이너를 구비하는 이중 컨테이너; 내부 컨테이너로 불화수소산 함유수, 오존 함유수, 수소 함유수, 및 정제수를 공급하는 세정액 공급 콘딧; 내부 컨테이너로부터 액을 배수하는 내부 컨테이너 배수 콘딧; 내부 컨테이너로 비활성 가스, 오존 가스, 및 용제 함유 가스를 공급하는 가스 공급 콘딧; 이중 컨테이너로부터 가스를 배출하는 배출 파이프; 및 내부 컨테이너로부터 외부 컨테이너로 넘친 액을 배수하는 외부 컨테이너 배수 콘딧을 구비하며, 각각의 세정액 공급 콘딧, 내부 컨테이너 배수 콘딧, 가스 공급 콘딧, 배출 파이프은 제어기에 의해 개폐되는 밸브를 가지며, 이것에 의해 기판을 세정 및 건조하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치를 제공한다.
이 장치에서, 제어기는 기판을 건조하기 위한 플루오르산 함유수, 오존 함유수, 정제수, 및 수소 함유수의 공급 콘딧 각각의 밸브를 개폐하며, 내부 컨테이너를 통해 사용된 세정액을 배수하기 위해, 내부 컨테이너 배수 콘딧의 밸브를 개방하며, 기판을 건조하기 위한 용제 함유 가스를 공급하기 위해 가스 공급 콘딧을 개방시킴으로써, 액 세정 및 건조 공정을 제공하는 원-베스형 세정이 자동적이며 연속적으로 기능하도록 할 수 있다.
본 발명의 반도체 세정 장치에서, 용제 함유 가스는, 용제 함유 가스를 공급하는 가스 공급 콘딧의 일부 이상에 설치된 가열기로 알코올을 가열하여 형성된 알코올 가스와, 질소 가스와의 혼합물로 이루어지며, 기판 건조시 제어기는 용제 함유 가스를 공급하는 가스 공급 콘딧의 밸브를 개폐하며, 그 후 오존 가스를 공급하는 가스 공급 콘딧을 개폐한다.
상술한 공정에 따르면, 기판상의 용제 성분은, 이소프로필 알코올 가스와 같은 용제 함유 가스에 의한 건조 공정에 후속하여 공급된 오존 가스에 의해 분해된다.
본 발명의 반도체 세정 장치에서, 제어기는 기판 세정시 60 내지 1040 초동안 오존 함유수에 기판을 침지하는 침지 처리를 행하는 밸브를 제어할 수도 있다.
본 발명의 반도체 세정 장치에서, 제어기는 기판의 세정시 60 내지 1040 초동안 수소 함유수에 기판을 침지하는 침지 처리를 행하는 밸브를 제어할 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 침지형 반도체 세정 장치의 바람직한 실시형태의 개략도를 나타낸다.
도 1 에서, 기판 (S; 실리콘 웨이퍼) 을 세정하는 세정 컨테이너 (10) 는 내부 컨테이너 (12), 내부 컨테이너 (12) 를 수납하는 내부 공간을 밀폐하기 위해 외부 컨테이너의 일부를 형성하는 덮개 (16) 를 갖는 외부 컨테이너 (14) 를 구비한다. 내부 컨테이너 (12) 는 상부 개구부를 갖는다. 내부 컨테이너 (12) 는 상부 개구부를 통해 외부 컨테이너 (14) 에 접속된다. 내부 컨테이너 (12) 는 세정액을 수용하기 위한 노즐 (18) 을 갖는 바닥부를 갖는다. 내부 컨테이너 배수 콘딧 (20) 은 내부 컨테이너 (12) 의 바닥부에서 배수 출구에 접속된다. 외부 컨테이너 (14) 는 외부 컨테이너 배수 콘딧 (22) 에 접속되는 배수 출구를 갖는 바닥부를 갖는다. 세정 컨테이너 (10) 는 내부 컨테이너와 외부 컨테이너의 바닥부들에 공통인 바닥부를 갖는다. 세정 컨테이너 (10) 의 바닥부는 세정력을 증가시키기 위해 내부 컨테이너 (12) 의 세정액을 진동시키는 메가소닉 발진기 (24) 를 구비한다.
용제 함유 가스를 공급하는 용제 함유 가스 공급 콘딧 (32), 오존 가스를 공급하는 오존 가스 공급 콘딧 (34), 및 비활성 가스로 사용되는 질소 가스를 공급하는 질소 가스 공급 콘딧 (36) 은 내부 컨테이너 (12) 로 각각의 가스를 공급하기 위해 덮개 (16) 에 접속된다. 또한, 배출 파이프 (50) 는 덮개 (16) 로 밀폐된 내부 컨테이너로부터 가스를 배출시키기 위해 덮개 (16) 에 접속된다.
용제 함유 가스 공급 콘딧 (32) 은 가열기 (38) 가 튜브 (40) 주위에 감긴 실리카 튜브 (40) 에 접속된다. IPA 공급 콘딧 (42), 제 2 비활성 가스 공급 콘딧 (44; 질소 공급 콘딧), 및 실리카 튜브 (40) 의 내부를 세정하는 제 2 오존수 공급 콘딧은 실리카 튜브 (40) 에 접속된다. 용제, 즉 IPA 은 IPA 공급 콘딧 (42) 을 통해 튜브 (40) 에 공급되어, 50℃ 로부터 150℃ 로 가열되어 실리카 튜브 (40) 에서 가스화된다. 실리카 튜브의 바닥부는 사용된 IPA 액을 배수하는 실리카 튜브 배수 콘딧 (48) 을 갖는다. 용제로서 이소프로필 알코올은 적합하다. 그러나, 에탄올, 메탄올, 및 자일렌 등과 같은 다른 용제로 대체할 수도 있다.
용제 함유 가스 공급 콘딧 (32), 오존 가스 공급 콘딧 (34), 비활성 가스 공급 콘딧 (36), IPA 공급 콘딧 (42), 제 2 비활성 가스 공급 콘딧 (44; 질소 가스 공급 콘딧), 오존수 공급 콘딧 (46), 실리카 튜브 배수 콘딧 (48), 배출 파이프 (50), 및 내부 컨테이너 배수 콘딧 (20) 각각은 밸브 (82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 98, 및 96) 를 갖는다. 이들 밸브는 도 2 에 나타낸 제어기 (100) 에 의해 개폐된다.
도 2 은 내부 컨테이너 (12) 로 세정액을 공급하는 세정액 공급 시스템을 나타낸다. 수소 함유수 제조 유닛 (60) 에서, 수소 함유수는 정제수 및 수소로부터 제조된다. 유닛 (60) 은 1 내지 30ppm 의 암모니아를 수소 함유수에 첨가하는 암모니아 공급 탱크 (62) 를 수납한다. 첨가된 암모니아는 수소 함유수를 알칼리화하고 제타-전위 (zeta-potential) 로 파티클을 변화시켜, 파티클이 기판상에 재부착되지 않는다. 수소 함유수 제조 유닛 (60) 에서 제조되는 수소 함유수는 제어기 (100) 에 의해 개폐되는 밸브 (70) 를 갖는 수소 함유수 공급 콘딧 (70a) 을 통해 내부 컨테이너 (12) 로 공급된다.
오존 함유수 제조 유닛 (64) 에서, 오존 함유수는 정제수와 산소 가스로부터 제조된다. 유닛 (64) 은 오존 함유수에 1 내지 30ppm 의 염산을 첨가하는 염산 공급 탱크 (66) 를 수납한다. 금속의 이온화 경향은 더 높은 산화-환원 전위를 갖는 오존 함유수에서 증가하기 때문에, 첨가된 염산은 오존 함유수를 산화시켜, 기판으로부터 파티클의 탈착을 촉진시킨다. 오존 함유수 제조 유닛 (64) 에서 제조된 오존 함유수는 제어기 (100) 에 의해 개폐되는 밸브 (74) 를 갖는 오존 함유수 공급 콘딧 (70d) 을 통해 내부 컨테이너 (12) 로 공급된다.
불화수소산 함유수 제조 유닛 (68) 에서, 불화수소산 함유수 (희석된 불화수소산) 는 정제수 및 불화수소로부터 제조된다. 불화수소산 함유수 제조 유닛 (68) 에서 제조된 불화수소산 함유수는 제어기 (100) 에 의해 개폐되는 밸브 (76) 를 갖는 불화수소산 함유수 공급 콘딧 (70c) 을 통해 내부 컨테이너 (12) 로 공급된다.
또한, 정제수는 제어기 (100) 에 의해 개폐되는 밸브 (78) 를 갖는 정제수 공급 콘딧 (70b) 을 통해 내부 컨테이너 (12) 로 공급된다.
이들 콘딧은 테프론 (폴리테트라플루오르 에틸렌) 과 같은 내화학성 물질로 제조된다.
70a 내지 70d 에 대응하는 수소 함유수 공급 콘딧, 정제수 공급 콘딧, 불화수소산 함유수 공급 콘딧, 및 오존 함유수 공급 콘딧은 공통 출구 콘딧을 통해 내부 컨테이너 (12) 의 노즐 (18) 에 접속되는 혼합기 (26) 에 연결된다. 노즐 (18) 은 5㎜ 의 간격으로 다수의 0.5㎜ 홀을 가지므로, 세정액은 내부 컨테이너 (12) 로 균일하게 주입된다.
이하, 본 발명의 반도체 세정 장치에 따른 세정 절차를 설명한다.
도 1 에 나타낸 바와 같이, 기판의 세정 공정은 불화수소산 함유수 (희석된 불화수소산), 수소 함유수, 오존 함유수, 및 정제수를 적당하게 공급함으로써 행해진다. 도 3 은 기판의 세정 공정의 예이다. 제어기 (100) 은 이하의 단계를 행한다.
단계 1
제어기 (100) 는 내부 컨테이너 (12) 에 불화수소산 함유수를 공급하여, 충진하기 위해 밸브 (76) 를 개방한다. 로보트 팔 (미도시) 은 기판을 반송시켜 내부 컨테이너 (12) 에 위치시킨다. 그 후, 기판은 내부 컨테이너 (12) 에 충진된 불화수소산 함유수에 침지된다.
단계 2
불화수소산의 농도 0.5wt.%, 액체의 온도 25℃, 및 공정 시간 2분의 조건 하에서, 불화수소산 함유수로 에칭 처리를 행한다.
단계 3
그 후, 오존 함유수가 넘쳐 내부 컨테이너의 모든 액체를 대체할 때까지, 노즐 (18) 을 통해 내부 컨테이너로 오존 함유수를 공급하도록 밸브 (74) 를 개방한다. 오존의 농도 0.5wt.%, 액체의 온도 25℃, 및 공정 시간 2분의 조건 하에서, 오존 함유수로 세정 처리를 행한다.
단계 4
그 후, 정제수가 넘쳐 내부 컨테이너의 모든 액체를 대체할 때까지, 노즐 (18) 을 통해 내부 컨테이너로 정제수를 공급하도록 밸브 (78) 를 개방한다. 액체의 온도 25℃, 및 공정 시간 10분의 조건 하에서, 정제수로 세정 처리를 행한다.
단계 5
그 후, 수소 함유수가 넘쳐 내부 컨테이너의 모든 액체를 대체할 때까지, 노즐 (18) 을 통해 내부 컨테이너로 수소 함유수를 공급하도록 밸브 (72) 를 개방한다. 수소 농도 1.3ppm, 액체의 온도 25℃, 및 공정 시간 2분의 조건 하에서, 수소 함유수로 세정 처리를 행한다.
단계 6
그 후, 정제수가 넘쳐 내부 컨테이너의 모든 액체를 대체할 때까지, 노즐 (18) 을 통해 내부 컨테이너로 정제수를 공급하도록 밸브 (78) 를 개방한다. 액체의 온도 25℃, 및 공정 시간 10분의 조건 하에서, 정제수로 세정 처리를 행한다.
단계 7
그 후, 내부 컨테이너 배수 콘딧 (20) 을 통해 세정액을 배수하기 위해 밸브 (96) 을 개방한다. 동시에, 내부 컨테이너 (12) 로 건조용 IPA 가스를 공급하기 위해 밸브 (82) 를 개방한다. 6분 동안, 건조 공정을 행한다. 따라서, 가열기 (38) 로 실리카 튜브 (40) 에 공급된 IPA 액을 가열함으로써 IPA 가스를 획득한다.
동시에, 반송 가스로 기능하는 비활성 가스, 즉 질소 가스를 공급하기 위해 밸브 (90) 를 개방한다.
단계 8
그 후, IPA 를 분해하는 오존 가스를 공급하기 위해 밸브 (84) 를 개방한다. 오존 농도 10 ppm, 및 공정 시간 30 분의 조건 하에서, 처리를 행한다.
단계 9
그 후, 내부 컨테이너 (12) 로부터 기판을 제거한다. 이러한 절차로 세정 공정을 완료한다. 오존수는 실리카 튜브 (40) 의 내부를 세정하기 위해 오존수 공급 콘딧 (46) 을 통해 실리카 튜브 (40) 로 공급되며, 사용된 오존수는 실리카 튜브 배수 콘딧 (48) 을 통해 배수된다.
이 실시형태에서, 세정 공정은 플루오르산 함유수 처리, 오존 함유수 처리, 정제수 헹굼, 수소 함유수 처리, IPA 건조, 및 오존 가스 처리에 의해 행해진다. 그러나, 불화수소산 함유수 처리, 오존 함유수 처리, 정제수 헹굼, 및 수소 함유수 처리의 순서 및 합성은 임의적으로 선택될 수 있다.
세정액의 밀도는 상술한 예에 의해 제한되지 않는다. 1 내지 5 wt.% 의 불화수소산 함유수, 1 내지 5 ppm 의 수소 함유수, 1 내지 30ppm 의 오존 함유수는 바람직한 세정 결과를 제공한다는 것이 확인되었다.
상술한 예에서, 세정력을 증가시키기 위해, 1 내지 50 ppm 의 암모니아를 수소 함유수에 첨가하며, 1 내지 50 ppm 의 염산을 오존수에 첨가한다.
도 4 은 수소 함유수 세정 처리에 기인하여 세정 시간 종속성으로써 표시되는 파티클 제거 효과를 나타낸다. 수소 함유수는 1.3 ppm 의 수소가 함유되며, 액체의 온도는 실온이며, 세정 시간은 변화된다는 조건하에서, 세정 처리를 실험하였다.
도 4 에 나타낸 바와 같이, 60 초, 120 초, 및 1040 초 하에서 83% 내지 97% 의 제거 비율이 획득되었다.
이것은, 수소수 세정에서 60 초, 120 초, 1040 초의 세정 시간 중 어느 하나가 효율적이라는 것을 나타낸다.
이 실험에서 사용되는 기판 (샘플 웨이퍼) 은 Al2O3 파티클이 부착된 실리콘 웨이퍼이다.
0.12 μ㎡ 의 최소 계수 가능한 사이즈를 가지며 레이저 빔의 난반사를 이용하는 상용 파티클 계수기가 파티클을 계수하기 위해 사용되었다.
도 5 은, 구리로 오염된 기판에 사용되었던 도 3 에 나타낸 오존 함유수 세정 처리의 Cu 제거 효과를 나타낸다.
이 세정 처리는, 오존 함유수는 2.4 ppm 의 오존을 함유하며 염산이 실온에서 사용되며 공정 시간이 변화된다는 조건하에서 행해졌다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, Cu 제거 비율은 공정 시간에 의존한다.
공정 시간이 60 초인 경우에, 오존수 처리 전후에서 웨이퍼상의 Cu 의 측정값은 각각 13.2 ×E10 (atoms/sq.cm) 및 6.0 ×E10 (atoms/sq.cm) 가 되며, 이것은 54% 의 Cu 가 처리되었다는 것을 의미한다.
공정 시간이 120 초인 경우에, 대응하는 측정값은 각각 13.2 ×E10 (atoms/sq.cm) 및 1.4 ×E10 (atoms/sq.cm) 가 되며, 이것은 89% 의 Cu 가 처리되었다는 것을 의미한다.
공정 시간이 1040 초인 경우에, 대응하는 측정값은 각각 13.2 ×E10 (atoms/sq.cm) 및 0.6 ×E10 (atoms/sq.cm) 가 되며, 이것은 95% 의 Cu 가 처리되었다는 것을 의미한다.
이것은, 오존수가 2.4 ppm 의 오존을 함유하며 염산이 실온에 있을 때, 60 내지 1040 초의 침지 공정 시간이 Cu 를 제거하는데 효율적이며, 특히 120 또는 1040 초의 공정 침지 공정 시간이 더 효율적임을 나타낸다.
실험용 기판은 Cu 원자 흡수용 표준 용액으로 오염된 실리콘 웨이퍼이다. Cu 원자 분석에 대해 유도성 결합 플라즈마 질량 분석법을 사용한다.
본 발명의 반도체 세정 장치에 의하면, 종래의 다중-베스형 장치를 대체하는 원-베스형 세정 장치를 제공함으로써, 풋프린트, 즉 룸의 작업 영역을 절반 이하로 감소시킬 수 있다.
또한, 그 기판을 불화수소산 함유수 처리, 오존 함유수 처리, 및 수소 함유수 처리의 순서 및 합성을 임의로 선택하여, 확산 또는 CVD 공정 이전에 요구되는 친수성 (hydrophilic) 또는 소수성 (hydrophobic) 표면 중 어느 것으로 마무리 가공할 수 있다.
기판상에 IPA 와 같은 유기 물질의 부착은 불충분한 제조 특성을 초래한다. TD 산화막 형성 공정 또는 게이트 형성 공정의 확산 이전의 세정 처리에서, 오존 가스 처리는 건조에 사용되는 잔류 IPA 를 분해할 수 있으므로, 유기 성분의 제거를 가능하게 한다.
또한, 순수 IPA 가스는 실리카 튜브에서 IPA 을 가열함으로써 획득될 수 있다. 실리카 튜브는 IPA 가스 제조 후에 오존수로 세정되어, 건조 공정에서 오염을 회피할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 반도체 웨이퍼 세정 장치는 기판에서 요구되는 세정력 및 세정 레벨을 달성하여, 제조 수율을 증가시키며 생산력을 강화시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 침지형 반도체 세정 장치의 바람직한 실시형태의 개략도.
도 2 은 도 1 의 반도체 세정 장치에서 세정액을 공급하는 세정액 공급 시스템을 나타낸 도면.
도 3 은 세정 공정의 예를 나타낸 도면.
도 4 은 기판상에서 Al2O3 을 제거하는 세정 전력의 실험 결과를 나타낸 도면.
도 5 은 오존 함유수에 의한 세정력의 실험 결과를 나타낸 도면.
도 6 은 종래의 반도체 세정 장치의 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 반도체 웨이퍼용 세정 장치 12 : 내부 컨테이너
14 : 외부 컨테이너 18 : 노즐
20 : 내부 컨테이너 배수 콘딧 24 : 메가소닉 발진기
32 : 용제 함유 가스 공급 콘딧 34 : 오존 가스 공급 콘딧
36 : 불활성 가스 공급 콘딧 38 : 가열기
42 : IPA 공급 콘딧 44 : 제 2 불활성 가스 공급 콘딧
60 : 수소 함유수 제조 유닛 62 : 암모니아 공급 탱크
64 : 오존 함유수 제조 유닛 66 : 염산 공급 탱크
70a : 불화수소산 함유수 공급 콘딧 70b : 정제수 공급 콘딧
70c : 오존수 공급 콘딧 70d : 수소수 공급 콘딧
32, 34, 36, 72, 74, 76, 78, 88, 90, 92, 96, 98 : 밸브
100 : 제어기

Claims (15)

  1. 세정될 기판을 수납하며 상부 개구부를 갖고 그 상기 상부 개구부를 통해 외부 컨테이너와 소통되는 내부 컨테이너, 및 상기 내부 컨테이너를 수납하는 밀폐 공간을 갖는 외부 컨테이너를 구비하는 이중 컨테이너;
    상기 내부 컨테이너로 세정액을 공급하는 세정액 공급 콘딧;
    상기 내부 컨테이너로부터 세정액을 배수하는 내부 컨테이너 배수 콘딧;
    상기 내부 컨테이너로 기판 건조를 위한 용제 함유 가스를 공급하는 용제 함유 가스 공급 콘딧;
    상기 내부 컨테이너로 기판에 부착된 용제 성분을 분해하기 위한 용제 분해 가스를 공급하는 용제 분해 가스 공급 콘딧;
    상기 이중 컨테이너로부터 가스를 배출하는 배출 파이프; 및
    상기 내부 컨테이너로부터 상기 외부 컨테이너로 넘친 액을 배수하는 외부 컨테이너 배수 콘딧을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 반도체 세정 장치.
  2. 세정될 기판을 수납하며 상부 개구부를 갖고 그 상기 상부 개구부를 통해 외부 컨테이너와 소통되는 내부 컨테이너, 및 상기 내부 컨테이너를 수납하는 밀폐 공간을 갖는 외부 컨테이너를 구비하는 이중 컨테이너;
    상기 내부 컨테이너로 불화수소산 함유수, 오존 함유수, 수소 함유수, 및 정제수를 공급하는 세정액 공급 콘딧;
    상기 내부 컨테이너로부터 액을 배수하는 내부 컨테이너 배수 콘딧;
    상기 내부 컨테이너로 비활성 가스, 오존 가스, 및 용제 함유 가스를 공급하는 가스 공급 콘딧;
    상기 이중 컨테이너로부터 가스를 배출하는 배출 파이프; 및
    상기 내부 컨테이너로부터 상기 외부 컨테이너로 넘친 액을 배수하는 외부 컨테이너 배수 콘딧을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 컨테이너는 석영, 플리테트라플루오로-에틸렌, 내산성 수지 중 하나로 제조되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 컨테이너의 액체를 진동시키기 위한 메가소닉 발진기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 오존 함유수는 염산을 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 수소 함유수는 암모니아를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 오존 함유수는 1 내지 30 ppm 농도의 오존을 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 수소 함유수는 1 내지 30 ppm 농도의 수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 용제 함유 가스를 공급하는 콘딧의 적어도 일부분은,
    가열기를 갖는 실리카 튜브, 용제 공급 콘딧, 및 비활성 가스 공급 콘딧을 구비하되,
    상기 실리카 튜브는 상기 용제 공급 콘딧 및 비활성 가스 공급 콘딧 각각을 통해 용제액 및 비활성 가스를 수용하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 용제액으로는, 이소프로필 알코올, 에틸 알코올, 메틸 알코올, 및 자일렌 중 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 실리카 튜브에 연결된 제 2 오존 함유수 공급 콘딧을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  12. 세정될 기판을 수납하며 상부 개구부를 갖고 그 상기 상부 개구부를 통해 외부 컨테이너와 소통되는 내부 컨테이너, 및 상기 내부 컨테이너를 수납하는 밀폐 공간을 갖는 외부 컨테이너를 구비하는 이중 컨테이너;
    상기 내부 컨테이너로 불화수소산 함유수, 오존 함유수, 수소 함유수, 및 정제수를 공급하는 세정액 공급 콘딧;
    상기 내부 컨테이너로부터 액을 배수하는 내부 컨테이너 배수 콘딧;
    상기 내부 컨테이너로 비활성 가스, 오존 가스, 및 용제 함유 가스를 공급하는 가스 공급 콘딧;
    상기 이중 컨테이너로부터 가스를 배출하는 배출 파이프; 및
    상기 내부 컨테이너로부터 외부 컨테이너로 넘친 액을 배수하는 외부 컨테이너 배수 콘딧을 구비하되,
    각각의 세정액 공급 콘딧, 내부 컨테이너 배수 콘딧, 가스 공급 콘딧, 배출파이프는 제어기에 의해 개폐되는 밸브를 가지며, 그것에 의해 상기 기판을 세정 및 건조하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 용제 함유 가스는, 상기 용제 함유 가스를 공급하는 가스 공급 콘딧의 적어도 일부분에 설치된 가열기로 알코올을 가열하여 형성된 알코올 가스, 및 질소 가스와의 혼합물을 포함하며,
    기판의 건조시, 상기 제어기는 용제 함유 가스를 공급하는 가스 공급 콘딧의 밸브를 개폐하고, 그 후 오존 가스를 공급하는 가스 공급 콘딧을 개폐하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는 기판의 세정시 60 내지 1040 초동안 오존 함유수에 기판을 침지하는 침지 처리를 행하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는 기판의 세정시 60 내지 1040 초동안 수소 함유수에 기판을 침지하는 침지 처리를 행하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 세정 장치.
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