KR100575171B1 - 웨이퍼 세척 방법 및 장치 - Google Patents

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다이닛뽕스크린세이조오가부시키가이샤
세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따르면, 화학 용액으로 세척된 웨이퍼에 세척수를 공급하는 단계와, 화학 용액 및 세척수를 포함하는 용액의 비저항을 측정하는 단계와, 측정된 값을 시간에 대해 미분하는 단계와, 비저항의 시간 미분값이 미리 설정된 값 이하가 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지, 세척수로 웨이퍼를 계속 세척하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 방법이 제공된다.
웨이퍼, 세척수, 화학 용액, 비저항, 전도율

Description

웨이퍼 세척 방법 및 장치{WAFER CLEANING METHOD AND EQUIPMENT}
도1은 제1 실시예에 따른 웨이퍼 세척 방법을 도시하는 흐름도.
도2는 제1 실시예에 따른 웨이퍼 세척 장치를 도시하는 단순화된 블록도.
도3은 제1 실시예에 따른 웨이퍼 세척 시간과 세척될 웨이퍼의 수와 각종 세척 화학 용액에 대한 비저항의 시간 미분값 시간 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도4는 제2 실시예에 따른 웨이퍼 세척 장치를 도시하는 단순화된 블록도.
도5a 및 도5b는 종래 기술에 따른 단순화된 웨이퍼 세척 장치를 도시하는 단면도.
도6은 종래 기술에 따른 웨이퍼 세척 시간과 비저항 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도7은 웨이퍼 세척 시간과 각종 세척 화학 용액의 종래 기술에 따른 비저항과 세척될 웨이퍼의 수 사이의 관계를 도시하는 그래프.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 세척 장치
2 : 웨이퍼
3 : 세척 탱크
5 : 세척수 공급 밸브
6 : 용액
8 : 전기 특성 측정 유닛
본 발명은 웨이퍼 세척 공정에 관한 것이다. 더 상세히는, 본 발명은 화학 용액으로 웨이퍼를 화학적으로 세척한 후에 세척수를 이용하는 최종 웨이퍼 세척 공정에서 웨이퍼 세척 방법과 장치에 관한 것이다.
다양한 측정이 웨이퍼에 제공된 반도체 소자의 특성 및 수율을 개선하기 위해 반도체 제조 공정 동안의 오염 및 예기치 않은 오염에 대해 웨이퍼를 보호하기 위해 실시된다. 일반적으로, 웨이퍼는 화학 용액으로 세척된다. 웨이퍼를 세척하는데 이용되는 일반적인 화학 용액은 수산화염소산과 과산화수소의 혼합 수용액, 암모니아와 과산화수소의 혼합 수용액 및 진한 황산과 과산화수소의 혼합 용액을 포함한다. 플루오르화 수소산의 수용액 또한 통상적으로 사용된다. 최근, 플루오르화 수소 및 산소 물의 혼합 수용액이나 플루오르화 산 및 과산화수소의 혼합 수용액이 또한 이용된다.
웨이퍼 세척 방법은 대략적으로 다음의 두 가지 형태로 나뉜다. 하나는 화학 용액이 채워진 처리 탱크에서 복수의 웨이퍼를 침지하는 방법이다. 이는 소위 일괄 세척 방법이라 지칭한다. 다른 방법은 하나씩 회전시킴으로써 복수의 웨이퍼의 표면에 화학 용액을 공급하는 방법이다. 이는 소위 단일 웨이퍼 세척 방법이라 지칭한다.
화학 세척 후에, 초순수(ultra pure water)를 이용하여 웨이퍼에 부착된 화학 용액을 제거하고 웨이퍼를 건조시킨다. 그 다음에, 다음 반도체 제조 공정으로 진행한다. 일 종류의 화학 용액으로 웨이퍼에 부착된 불순물을 제거하기 어렵다면, 두 종류 이상의 화학 용액을 이용하고 각각의 화학 용액을 이용하여 웨이퍼 세척을 계속한다. 화학 용액을 이용하는 웨이퍼 세척 공정 내에 초순수를 이용하는 헹굼 단계를 삽입한다. 세척 공정의 끝부분에서, 초순수로 최종 헹굼으로써 웨이퍼에 부착된 화학 용액을 충분히 제거하고 웨이퍼를 건조시킨다. 초순수를 이용한 최종 헹굼은 웨이퍼에 부착된 화학 용액을 충분히 제거하기 위한 것이다.
그러나, 웨이퍼에 부착된 화학 용액이 충분히 제거되는 헹굼의 종료를 직접 아는 것은 불가능하다. 일괄 세척 방법에서, 헹굼(헹굼 시간)의 종료는 일반적으로 처리 탱크의 액체에 존재하는 화학 용액에 포함된 특정 이온의 밀도에 기초하여 결정된다. 구체적으로, 최종 헹굼 단계 동안 처리 탱크로부터 유출되는 용액의 전도성, 비저항 또는 그 역수를 모니터링함으로써 화학 용액의 이온 밀도를 측정한다. 화학 용액의 측정된 이온 밀도가 웨이퍼에 부착된 화학 용액이 충분히 제거되었는지를 지시하는 값과 동일하거나 작을 때, 최종 헹굼 단계가 완료된 것으로 간주한다. 웨이퍼에 부착된 화학 용액이 충분히 제거되었는지를 지시하는 값은 일반적으로 실험에 의해 결정된다. 웨이퍼 세척 방법과는 다르지만, 웨이퍼를 세척하기 위해 이용하는 초순수를 정제하는 장치의 비저항을 제어하는 방법으로써, 상승 시간(rise time)을 결정하는 방법뿐만 아니라 비저항 단부 지점을 이용하는 기술이 일본 특허 출원 공개 제9-1138호에 개시되어 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 화학 용액으로 세척된 웨이퍼에 세척수를 공급하는 단계와, 화학 용액 및 세척수를 포함하는 용액의 비저항을 측정하는 단계와, 측정된 값을 시간에 대해 미분하는 단계와, 비저항의 시간 미분값이 미리 설정된 값 이하가 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지 세척수로 웨이퍼를 계속 세척하는 단계를 포함하는 웨이퍼 세척 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 화학 용액으로 세척된 웨이퍼에 세척수를 공급하는 단계와, 화학 용액 및 세척수를 포함하는 용액의 전도율을 측정하는 단계와, 측정된 값을 시간에 대해 미분하는 단계와, 전도율의 시간 미분값이 미리 설정된 값 이상이 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지 세척수로 웨이퍼를 계속 세척하는 단계를 포함하는 웨이퍼 세척 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 화학 용액으로 세척된 웨이퍼를 저장하는 세척 탱크와, 웨이퍼를 세척하기 위해 세척수를 세척 탱크에 공급하는 세척수 공급 유닛과, 웨이퍼를 세척하는데 사용되는 화학 용액과 세척수를 포함하는 용액의 비저항을 측정하는 전기 특성 측정 유닛과, 전기 특성 측정 유닛으로 측정된 용액의 비저항을 시간에 대해 미분하는 산술 유닛과, 산술 유닛에 의해 계산된 비저항의 시간 미분값이 미리 설정된 값 이하가 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지 세척수 공급 유닛을 작동시키고 세척 탱크에 세척수를 공급하는 제어 유닛을 포함하는 웨이퍼 세척 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 화학 용액으로 세척된 웨이퍼를 저장하는 세척 탱크와, 웨이퍼를 세척하기 위해 세척수를 세척 탱크에 공급하는 세척수 공급 유닛과, 웨이퍼를 세척하는데 사용되는 화학 용액과 세척수를 포함하는 용액의 전도율을 측정하는 전기 특성 측정 유닛과, 전기 특성 측정 유닛으로 측정된 용액의 전도율을 시간에 대해 미분하는 산술 유닛과, 산술 유닛에 의해 계산된 전도율의 시간 미분값이 미리 설정된 값 이상이 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지 세척수 공급 유닛을 작동시키고 세척 탱크에 세척수를 공급하는 제어 유닛을 포함하는 웨이퍼 세척 장치가 제공된다.
이후부터 본 발명이 첨부된 도면에 도시된 실시예들에 따라 상세히 설명된다.
(제1 실시예)
실시예를 설명하기 전에, 도5a 내지 도7을 참조하여 본 실시예의 비교예로써 종래 기술에 따른 일반적인 용액의 비저항을 측정하는 방법에 대해 설명한다.
일반적인 종래의 용액의 비저항을 측정하는 방법은 도5a 및 도5b에 도시된 두 가지 형식의 세척 장치(101, 102)를 이용한다. 도5a에 도시된 세척 장치(101)를 이용하는 방법에서, 용액(105)의 비저항을 모니터하는 비저항 측정 셀(비저항 측정기)(106)은 웨이퍼(103)를 포함하는 탱크(104)의 상부 개구(104a)에 근접하여 제공된다. 비저항 측정 셀(106)은 상부 개구(104a)로부터 범람한 용액(105)의 비저항을 측정한다. 도5b에 도시된 세척 장치(102)를 이용하는 방법에서, 포트(108) 가 탱크(107)로부터 용액(105)을 추출하기 위해 탱크(107)의 중심에 제공되고, 비저항 측정 셀(106)이 포트(108)에 제공된다. 비저항 측정 셀(105)은 포트(108)를 통해 탱크(107)로부터 추출되는 샘플링 용액(105)의 비저항을 측정한다. 탱크(104, 107)로써, 웨이퍼(103)가 탱크의 화학 용액으로 세척된 후에 화학 용액이 부착된 웨이퍼(103)를 헹구기 위한 헹굼 탱크 또는 탱크에 공급된 용액을 순수(pure water)로 대체하기 위한 기구를 갖는 처리 탱크를 이용하는 것이 일반적이다.
도6은 도5a에 도시된 방법에 의해 측정된 용액(105)의 비저항의 시간에 따른 변화의 예를 도시한다. 일반적으로, 적어도 한번 비저항의 시간에 따른 변화를 측정하고 도6에 도시된 바와 같이 데이터를 획득한다. 비저항이 상승되어 특정 값에서 안정적으로 되면, 탱크(104) 내의 화학 용액은 거의 완전히 순수로 대체된 것으로 간주한다. 도6에 도시된 예에서, 최종 상승 시간은 10분으로 설정된다. 이러한 경우, 용액(105)의 비저항은 상승 중지 후에 약 2분 동안 대략 16㏁㎝에서 사실상 안정적이 된다. 즉, 탱크(104) 내의 화학 용액은 순수로 거의 완전히 대체된 것으로 간주되고, 웨이퍼(103)에 부착된 화학 용액은 충분히 제거된 것으로 간주된다. 헹굼 시간은 일반적으로 전술한 바와 같이 충분한 공차를 갖고 설정된다.
그러나, 최근, 반도체 장치는 저가로 판매되고, 저비용으로 반도체 장치의 대량 생산이 요구되고 있다. 따라서, 헹굼 시간은 웨이퍼의 세척에서 순수의 양을 감소시킴으로써 또는 웨이퍼를 세척하는 데 요구되는 시간을 감소시킴으로써 감소된다. 예를 들어, 용액의 비저항을 측정함으로써 최종 웨이퍼 헹굼 시간을 결정하는 전술한 세척 방법에서, 헹굼은 비저항이 미리 설정된 값에 도달하는 점에서 종 료된다. 도6에서, 용액(105)의 비저항이 16㏁㎝ 이상으로 상승될 때, 웨이퍼 헹굼이 완료된 것으로 간주한다. 따라서, 이러한 경우, 헹굼의 종료는 용액(105)의 비저항이 도6에서 실선 화살표로 지시된 지점(A)에 도달할 때의 지점에서 설정된다.
용액의 비저항이 미리 설정된 값에 도달하는 점에서 헹굼을 종료하는 웨이퍼 세척 방법에서, 용액의 종류 및 밀도 또는 처리된 웨이퍼의 수에 의해 헹굼 시간이 변화하고 비저항이 미리 설정된 값에 도달하지 못한다는 문제점이 있다. 따라서, 사실상 전술한 세척 방법에 적용되는 시스템에 합체된 웨이퍼 세척 장치를 이용하는 것이 어렵다. 특히, 도5a에 도시된 방법에서, 소위 공기 포함(air involving)이 발생되고, 공기 내의 탄산가스 등이 쉽게 탱크(104)의 상부 개구(104a)로부터 범람한 용액(105) 내에 쉽게 용해된다. 이산화탄소와 같은 탄산가스가 용액(105) 내에 용해되면, 세척 장치(101)의 세척 시스템 내에 노이즈가 발생하고 용액(105)의 비저항이 낮아진다. 게다가, 도5a에 도시된 방법[장치(101)]에서, 공기와 접촉하는 용액(105)의 영역은 변화하고(표면 동요) 용액(105) 내의 탄산가스의 용해량이 쉽게 변화하고 세척 시스템 내의 노이즈가 변화하기 쉽다.
종래의 웨이퍼 세척 방법에서, 용액의 비저항(전도율)이 미리 설정된 값에 도달했는지 여부를 안정적이고 정확하게 측정하는 것이 어렵다. 즉, 웨이퍼에 부착된 화학 용액 또는 얼룩이 완전히 제거되었고 웨이퍼가 적절한 세척 상태로 세척되었는지 여부를 안정적이고 정확하게 결정하는 것이 어렵다. 또한, 이는 웨이퍼를 세척하기 위해 이용되는 순수의 양을 감소시키거나 또는 세척 시간을 감소시킴으로써 웨이퍼의 세척 효율을 개선하는 것이 어렵다. 완전히 제거되지 않은 화학 용액에 의해 오염된 웨이퍼에 반도체 소자가 장착되면, 반도체 소자의 특성 및 수율이 저하될 것이다. 즉, 오염된 웨이퍼를 이용하는 반도체 장치는 낮은 성능, 품질, 신뢰성 및 수율을 갖게 될 것이다. 이러한 반도체 장치는 또한 낮은 생산 효율을 갖고 제조 비용을 증가시킨다.
본 실시예는 전술한 문제점을 해결하기 위해 만들어졌다. 본 실시예의 목적은 세척되는 웨이퍼의 수와, 화학 용액의 종류 및 밀도에 관계없이 세척 효율을 증가시키면서 적절한 세척 상태로 웨이퍼를 세척할 수 있는 웨이퍼 세척 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 실시예의 다른 목적은 화학 용액이 잔류하지 않는 적절하게 세척된 상태로 완전히 세척된 웨이퍼와 이러한 세척된 웨이퍼에 제공되고 성능, 품질, 신뢰성 및 수율이 개선된 반도체 장치를 제공하는 것이다. 이후에 본 발명의 제1 실시예가 도1 내지 도3을 참조하여 상세히 설명된다.
도1은 본 실시예에 따른 웨이퍼 세척 방법을 도시하는 흐름도이다. 도2는 본 실시예에 따른 웨이퍼 세척 장치를 도시하는 단순화한 블록도이다. 도3은 본 실시예에 따른 웨이퍼의 헹굼(세척) 시간과 웨이퍼 수와 각종 세척 화학 용액에 대한 비저항의 시간 미분값 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
본 실시예는 화학 용액으로 웨이퍼를 세척한 후에 세척 웨이퍼의 양과 웨이퍼 세척 공정의 순 헹굼 시간[로우 공정 시간(Row Process Time):RPT]을 감소시키고 적절한 세척 상태로 웨이퍼를 세척하는 최종 헹굼 종료 시간을 한정한다. 구체적으로, 세척수를 포함하는 용액의 순수의 비저항(전도율)은 최종 웨이퍼 헹굼 종료를 한정하도록 최종 헹굼 동안 연속적으로 모니터된다. 얻어진 비저항 데이터는 시간에 대한 구배에서 변화를 얻기 위해 미분된다. 그 다음에, 헹굼의 종료 지점은 시간 및 계속된 최종 헹굼 시간에 대한 구배 변화에 기초하여 결정된다. 본 방법은 이러한 방식으로 세척수의 양 및 RPT를 감소시키고 웨이퍼를 적절한 세척 상태로 세척한다. 상세한 설명은 이후에 설명한다.
우선, 도2를 참조하여 본 실시예에 따른 웨이퍼 세척 장치(1)에 대해 설명한다. 세척 장치(1)는 화학 용액으로 세척된 하나 이상의 웨이퍼(2)를 포함하는 세척 탱크(3)를 갖는다. 세척 탱크(3)는 세척 화학 용액이 부착된 웨이퍼(2)를 헹구도록 제공되는 처리 탱크이거나 또는 웨이퍼(2)가 화학 용액으로 세척된 후에 웨이퍼(2)에 공급되는 용액을 화학 용액으로부터 세척수로 바꾸는 장치를 구비한 처리 탱크일 수 있다. 세척 탱크(3)의 저부는 세척 탱크(3)의 내측에서 웨이퍼(2)를 헹구는데 이용되는 세척수를 공급하는 물 공급 파이프(4)에 연결된다. 물 공급 파이프(4)의 중앙에는, 세척수 공급 밸브(5)가 세척 탱크(3)의 내측으로 세척수를 공급하기 위한 세척수 공급 장치로서 제공된다. 본 실시예에서는, 초순수가 세척수로써 이용된다. 따라서, 세척수 공급 밸브는 소위 초순수 공급 밸브(5)로 지칭될 수 있다.
세척 탱크(3)는 상부에 개구(3a)를 갖는다. 웨이퍼(2)에 부착된 화학 용액과 세척 탱크(3)의 내측에 공급된 순수를 포함하는 용액(6)은 개구(3a)를 통해 세척 탱크의 내측으로부터 외측으로 범람한다. 세척 탱크(3)의 개구(3a) 근처에는 세척 탱크(3)의 내측으로부터 범람한 용액(6)을 수용한 후에 세척 탱크(3)의 외측으로 용액(6)을 배수하기 위한 배수 포트(7)가 제공된다. 용액(6)의 비저항 또는 전도율을 측정하는 전기 특성 측정 유닛(8)은 배수 포트(7)의 용액(6)과 접촉되어 제공된다.
비저항 및 전도율은 서로 상반된다. 그러므로, 용액(6)의 비저항 및 전도율 중 적어도 하나의 측정은 다른 것의 측정에 대응한다. 이 실시예에서, 용액(6)의 비저항은 전기 특성 측정 유닛(8)으로 측정된다. 그러므로, 이 실시예에서, 비저항 측정기(비저항 측정 셀, 8)는 전기 특성 측정 유닛(8)으로서 사용된다. 비저항 측정 셀(8)은 용액(6)의 비저항으로서 세척 탱크(3)의 상부에서 개구(3a)를 통해 세척 탱크(3)의 내부로부터 외부로 배수되는 범람된 물(6a)의 비저항을 측정한다.
비저항 측정 셀(8)로 측정되는 용액(6)의 비저항은 전기 신호로서 비저항 측정 회로(9)에 전송된다. 비저항 측정 회로(9)는 비저항 측정 셀(8)로부터의 전기 신호 출력을 기초하여 비저항 측정 셀(8)로 측정되는 용액(6)의 비저항을 측정한다.
비저항 측정 회로(9)로 측정된 용액(6)의 비저항은 전기 신호로서 비저항 측정 회로(9)로부터 A/D 컨버터(10)에 전송된다. 이 실시예에서, 비저항 측정 회로(9)는 아날로그 신호로서 용액(6)의 측정된 비저항을 출력하도록 설정된다. 산술 제어 회로(11)는 디지털 신호를 수용하도록 설정된다. 그러므로, 이 실시예에서, A/D 컨버터(10)는 비저항 측정 회로(9)로부터의 아날로그 신호 출력을 디지털 신호로 전환하도록 설정되고, 이 디지털 신호를 산술 제어 회로(11)로 전송한다.
A/D 컨버터(10)에 의해 아날로그에서 디지털 신호로 전환된 용액(6)의 비저항은 산술 제어 유닛(11)에 전송된다. 산술 제어 유닛(11)은 미리 설정된 시간마 다 비저항 측정 회로(9)에 의해 측정된 용액의 비저항을 얻고, 미리 설정된 시간동안 그것을 유지하며, 시간에 대하여 얻어진 측정값을 미분하고, 초순수 공급 밸브(5)의 개폐를 제어한다. 이 실시예에서, 산술 제어 유닛(11)은 시간에 대하여 비저항 측정 셀(8)로 측정된 용액(6)의 비저항을 미분하는 산술 유닛(산술 섹션, 산술 회로)과, 산술 유닛과 일체로 되고 산술 유닛에 의해 계산된 미분값이 미리 설정된 값 이하가 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지 초순수 공급 밸브(5)를 작동시킴으로써 세척 탱크(3)에 세척수를 공급하는 제어 유닛(제어 섹션, 제어 회로)으로 이루어진다.
세척 탱크(3), 물 공급관(4) 및 초순수 공급 밸브(5)는 세척 장치(1)의 세척 시스템을 구성한다. 비저항 측정 셀(8), 비저항 측정 회로(9), A/D 컨버터(10) 및 산술 제어 유닛(11)은 세척 장치(1)의 측정 시스템(13)을 구성한다.
다음으로, 도1을 참조로 이 실시예에 따른 웨이퍼 세척 방법을 설명한다. 이 실시예의 웨이퍼 세척 방법은 화학 용액으로 세척된 웨이퍼(2)에 부착된 화학 용액과 같은 얼룩을 제거하고 웨이퍼(2)를 적절한 세척 상태로 세척하는 최종 웨이퍼 헹굼 공정에 있어서 구체적 세척 방법이다. 이 실시예의 웨이퍼 세척 방법은 화학 용액으로 세척된 웨이퍼(2)를 헹구는데 사용된 세척수를 포함하는 용액(6) 및 웨이퍼(2)를 세척하기 위해 사용된 화학 용액의 비저항을 측정하고, 측정된 값을 시간에 대하여 미분한다. 웨이퍼(2)는 미분된 값이 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 연속적으로 헹궈지고 미리 설정된 시간동안 그 값에서 유지된다. 이 실시예의 웨이퍼 세척 방법에 있어서, 웨이퍼(2)는 웨이퍼 세척 장치(1)를 사용하여 헹궈 진다. 다음에 상세히 설명될 것이다.
우선, 웨이퍼가 세척되었지만 세척 용액이 완전히 제거되지 않은 상태에 있는 하나 이상의 웨이퍼(2)를 세척 탱크(3) 내에 둔다. 다음으로, 초순수 공급 밸브(5)를 개방하기 위해 밸브 제어 신호를 산술 제어 유닛(11)으로부터 초순수 공급 밸브(5)로 전송함으로써 초순수 공급 밸브(5)를 개방한다. 초순수는 세척 탱크(3)의 내부에 공급되고, 웨이퍼(2)는 초순수로 세척(초순수로 헹굼)되기 시작된다. 동시에, 비저항 측정 셀(8)은 세척 탱크(3)로부터 배수된 용액(6)[범람된 물(6a)]의 비저항을 측정하기 시작한다. 비저항 측정 회로(9)는 비저항 측정 셀(8)로 측정된 값(검출된 값)을 연속적으로 측정한다. A/D 컨버터(10)는 비저항 측정 회로(9)로부터 아날로그 신호(아날로그 값)로 출력된 비저항값을 디지털 신호(디지털 값)로 연속적으로 전환한다. A/D 컨버터(10)는 산술 제어 유닛(11)으로 디지털 신호를 출력한다.
산술 제어 유닛(11)은 A/D 컨버터(10)로부터 디지털 신호 출력을 수용하고, 상기 디지털 신호를 기초로 하여 소정의 공정을 수행한다. 산술 제어 유닛(11)에 의해 수행된 소정의 공정은 도1의 점선으로 지시된다. 다음에 상세히 설명된다.
우선, 미리 설정된 시간마다 산술 제어 유닛(11)에 의해 소정의 미리 설정된 시간동안 디지털 신호로 산술 제어 유닛(11)에 입력된 비저항값을 유지한다. 다음으로, 산술 제어 유닛(11)은 비저항값의 유지된 수와 유지 시간을 기초로 하여 구배(변화율), 또는 유지 시간에 대한 비저항의 미분값을 계산한다. 만일 필요하면 미분값은 비저항값을 평활화 한 후에 계산될 수 있다. 비저항의 미분값은 미리 정 해진 시간에서 비저항의 구배에 상응한다. 따라서, 미분값을 얻기 위하여 보유된 비저항 데이터를 유지하기 전에 소정 수의 보유된 비저항 데이터를 실시간으로 평활화함으로써 구배를 얻는 것이 허용된다. 평활화의 방법 및 정도는 세척 장치(1)의 세척 시스템(12) 및 측정 시스템(13)의 노이즈가 고려되는 한 한정되지 않는다. 가중 평균(가중 평활도), 가중 중심, 또는 사비즈키-골레이 방법(Savizky-Golay method)이 허용된다.
다음으로, 산술 제어 유닛(11)에 의해 얻어진 미분값이 미리 설정된 값 이하이고 미리 설정된 시간동안 유지되는 지를 산술 제어 유닛(11)으로 판단한다. 미분값이 미리 설정된 값 이하이고 미리 설정된 시간동안 그 값에서 유지될 때, 웨이퍼(2)에 부착된 화학 용액과 같은 얼룩이 완전히 제거된 것으로 간주되고, 웨이퍼(2)는 적절한 세척 상태로 세척되었다고 간주된다. 이 실시예에서, 산술 제어 유닛(11)은 미분값이 0.05MΩcm/sec 이하이고 최대값을 지난 후에 5초 이상동안 그 값에서 유지되는 지를 판단하도록 설정된다. 미분값이 0.05MΩcm/sec 이하이고 최대값을 지난 후에 5초 이상동안 그 값에서 유지될 때, 웨이퍼(2)는 적절한 세척 상태로 세척되었다고 간주되고, 초순수로 웨이퍼(2)를 헹구는 단계가 종료된다.
상기 미분값 측정 조건은 웨이퍼(2)에 대해 요구된 청정도에 따라 적절한 값으로 설정된다. 조건값은 실험에 의해 미리 얻어진다. 초순수로 헹구는 단계를 종료하는 이상적인 타이밍은 비저항의 미분값이 0.00MΩcm/sec에 도달하거나, 시간에 대한 비저항의 구배가 0이 되는 순간이다. 그러나, 노이즈(전기 신호 노이즈)는 세척 장치(1)의 세척 시스템(12) 및 측정 시스템(13) 내에서 발생하고, 비저항 의 미분값은 사실상 0.00MΩcm/sec에 도달할 수 없다. 발명자들에 의해 수행된 실험 및 경험에 따르면, 비저항의 미분값이 최대값을 통과한 후에 적어도 5초동안 0.05MΩcm/sec 이하로 유지될 때, 웨이퍼(2)는 웨이퍼의 수와 세척에 사용된 화학 용액의 종류 및 밀도에 관계없이 적절한 세척 상태로 세척될 수 있다고 알려진다. 그러므로, 이 실시예에서 비저항의 미분값이 최대값을 지난 후에 적어도 5초동안 0.05MΩcm/sec 이하로 유지되면, 초순수로 웨이퍼(2)를 헹구는 단계가 종료되도록 설정된다.
만일 미분값이 최대값을 지난 후에 적어도 5초동안 0.05MΩcm/sec 이하로 유지되지 않는다고 산술 제어 유닛(11)이 판단하면, 초순수로 웨이퍼(2)를 헹구는 단계는 계속되고, 산술 제어 유닛(11)은 비저항 데이터를 보유하고, 미분값이 상기 조건을 만족할 때까지 상기 데이터를 기초로 하여 비저항의 미분을 반복한다. 데이터가 반복적으로 보유되고 데이터가 오랫동안 보유되면, 보유된 데이터의 수가 증가되고, 산술 제어 유닛(11)에 부하가 증가된다. 이것을 피하기 위해, 소정의 시간이 지난 후에 데이터를 버리도록 설정되는 것이 허용된다.
만일 미분값이 최대값을 지난 후에 적어도 5초동안 0.05MΩcm/sec 이하로 유지된다고 산술 제어 유닛(11)이 판단하면, 산술 제어 유닛(11)은 초순수 공급 밸브(5)로 초순수 공급 밸브(5)를 닫는 밸브 제어 신호를 전송하고, 초순수 공급 밸브(5)를 닫는다. 이러한 작동으로, 세척 탱크(3)로 초순수의 공급은 중단되고, 웨이퍼(2)의 초순수 헹굼 단계는 종료된다. 웨이퍼(2)의 초순수 헹굼 단계의 종료 후, 세척 탱크(3)로부터 웨이퍼(2)를 꺼내고, 상기 웨이퍼를 건조시킨다. 이것으로 최 종 웨이퍼 헹굼 공정을 종료한다.
도3은 이 실시예의 하나의 예의 세척 방법에 있어서 비저항 데이터가 매초마다 얻어지고 1초동안 유지되는 것을 도시하는 그래프이고, 시간의 변화에 대한 비저항의 미분값이 보유된 데이터를 기초로 하여 계산된다. 이 예에서, 미분은 대략 매초마다 비저항 데이터를 얻고 데이터를 1초동안 유지함으로써 수행되지만, 데이터 보유 시간, 미분값 계산 간격 및 미분값 보유 시간은 1초로 제한되지 않는다. 그것들은 초순수로 웨이퍼(2)의 헹굼 단계에 의해 요구되는 순시간(net time, RPT)에 비해 충분히 짧은 시간이 될 수 있다.
도3의 HF200/1wf는 순수 및 50% 플루오르화 수소산 수용액으로 혼합된 화학 용액을 이용하여 세척되고, 순수에 대해 50% 플루오르화 수소산 수용액을 약 1:200의 체적비를 갖도록 희석되는 하나의 웨이퍼(2)의 초순수 헹굼 단계(최종 헹굼 단계)를 나타낸다. 도3의 그래프에서 실선은 HF200/1wf에서 초순수 헹굼 단계 시간에 대하여 비저항의 시간 미분값의 변화를 나타낸다. HF500/1wf는 순수 및 50% 플루오르화 수소산 수용액으로 혼합된 화학 용액을 사용함으로써 세척되고, 순수에 대해 50% 플루오르화 수소산 수용액을 약 1:500의 체적비를 갖도록 희석되는 하나의 웨이퍼(2)의 초순수 헹굼 단계를 나타낸다. 도3의 그래프에서 점선은 HF500/1wf에서 초순수 헹굼 단계 시간에 대하여 비저항의 시간 미분값의 변화를 나타낸다. HF200/44wf는 순수 및 50% 플루오르화 수소산 수용액으로 혼합된 화학 용액을 이용하여 세척되고, 순수에 대해 50% 플루오르화 수소산 수용액을 약 1:200 체적비를 갖도록 희석되는 44개의 웨이퍼(2)의 초순수 헹굼 단계를 나타낸다. 도3 의 그래프에서 쇄선은 HF200/44wf에서 초순수 헹굼 단계 시간에 대하여 비저항의 시간 미분값의 변화를 나타낸다. HF500/44wf는 순수 및 50% 플루오르화 수소산 수용액으로 혼합된 화학 용액을 이용하여 세척되고, 순수에 대해 50% 플루오르화 수소산 수용액을 약 1:500 체적비를 갖도록 희석되는 44개의 웨이퍼(2)의 초순수 헹굼 단계를 나타낸다. 도3의 그래프에서 이중 쇄선은 HF500/44wf에서 초순수 헹굼 단계 시간에 대하여 비저항의 시간 미분값의 변화를 나타낸다.
도3의 그래프에서 도시된 바와 같이, 비저항의 미분값(구배)은 웨이퍼(2)의 수와 세척하는 화학 용액의 종류 및 밀도에 관계없이 일반적으로 상향으로 돌출하고, 일단 헹굼 단계 후에 감소하는 곡선을 보인다. 헹굼 단계 시간이 각각의 4 개의 조건 하에 연장되더라도, 비저항의 미분값 0은 노이즈 성분으로 인해 유지되지 않는다. 4개의 조건 가운데, 미분값의 피크(최대) 위치 및 스위프 시간(sweep time)은 크게 상이하다. 도3의 그래프에 따르면, 비저항의 미분값은 피크를 제외한 다른 지점에서 동일한 값을 취할 수 있다. 도3은 미분값이 피크에 도달할 때까지 비저항은 크게 변한다는 것을 나타낸다. 비저항이 그렇게 변하는 동안, 화학 용액은 초순수로 대체된다. 이런 관점으로, 미분값이 도3의 그래프에서 피크에 도달할 때까지 웨이퍼(2)를 세척하는 단계를 유지하는 것이 명백히 필요하다. 그러므로, 비저항의 미분값이 일단 피크에 도달한 후 미리 설정된 값에 도달할 때, 웨이퍼(2)는 적절한 세척 상태로 세척된 것으로 간주된다.
웨이퍼(2)가 적절한 세척 상태로 세척된 것으로 간주되는 비저항의 미분값은 피크에 도달하기만 하면 웨이퍼(2)에 대해 요구되는 청정도에 따라 적절한 값으로 설정될 수 있다. 상기 미분값이 보다 작게 설정될 때, 웨이퍼(2)의 청정도는 증가되지만, 초순수 헹굼 단계를 종료하기 위해 요구되는 시간은 길어지게 된다. 초순수에 의한 헹굼 단계 시간이 길어지면, 초순수에 의한 헹굼 단계의 로우 공정 시간(RPT)이 길어지게 되고, 생산성을 감소하며, 증가된 양의 초순수에 의해 생산비용이 증가한다.
도3의 그래프에 따르면, 미분값 스위프는 최대 및 최소 미분값이 여러 노이즈 성분에 의해 반복되는 상태를 나타내는 부분을 나타낸다. 웨이퍼(2)가 적절한 세척 상태로 세척된 것으로 간주되는 값이 도3에 도시된 바와 같이 미분값이 스위프한 상태로 작게 설정하면, 값이 0.05MΩcm/sec 이하일지라도 값을 5초 이상동안 유지시키는 것이 매우 어렵게 된다. 게다가, 웨이퍼(2) 세척 시간을 연장하고, 초순수로 웨이퍼(2) 헹굼 단계를 종료하는 것은 불가능하게 된다. 그러므로, 웨이퍼(2) 세척 시간이 웨이퍼(2)에 대하여 요구되는 청정도를 만족시키는 범위 내에서 최단이 되는 값까지 웨이퍼가 적절한 세척 상태로 세척되는 것으로 간주되는 비저항의 미분값을 설정하는 것이 필요하다.
상기 이유로 인해, 도3에 도시된 실시예에서, 비저항의 미분값이 네 종류 모두에 대한 최대값을 지난 후에 5초 이상 동안 0.05MΩcm/sec 이하로 유지될 때, 웨이퍼(2)는 적절한 세척 상태로 세척되는 것으로 간주되고, 웨이퍼(2)의 헹굼이 종료된다. 이 방법에 의해, 웨이퍼(2)의 최종 헹굼은 세척 탱크(3) 내 용액(6)의 비저항이 화학 용액으로 세척할 때의 처리 조건과 상이하여도 사실상 동일한 상태로 종료될 수 있다. 즉, 웨이퍼(2)에 부착된 화학 용액과 같은 얼룩(stain)은 충분히 제거될 수 있고 웨이퍼(2)는 세척 탱크(3) 내의 용액(6)의 비저항, 세척 화학 용액의 종류 및 밀도 또는 세척되어야 할 웨이퍼(2)의 수에 관계없이 다양한 조건에서 사실상 동일한 세척 상태로 세척될 수 있다. 도3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 웨이퍼(2)는 적절한 세척 상태로 세척될 수 있고 최종 헹굼은 네 종류 의 세척 용액 모두에 대해 7 내지 8분 내에 종료될 수 있다.
다음, 도7을 참조하여 상기 실시예에 비교되는 예로 간략히 설명된다. 도7은 세척 화학 용액의 종류 및 세척되어야 할 웨이퍼의 수에 대해 종래 기술에 따른 비저항과 웨이퍼 헹굼 시간(세척 시간) 사이의 관계를 도시한 그래프이다. 구체적으로, 도7의 그래프는 상술된 실시예에서와 같이 HF200/1wf, HF500/1wf, HF200/44wf 및 HF500/44wf의 네 개의 조건 하에 도5A에 도시된 종래 기술에 따른 웨이퍼 세척 방법 및 세척 장치(101)에 의해 측정된 비저항을 나타낸다. 도7의 그래프에 도시된 실선은 HF200/1wf에서의 비저항 회복 시간 또는 초순수(ultra-pure water) 헹굼 시간에 대한 비저항의 변화를 나타낸다. 도7의 그래프에 도시된 점선은 HF500/1wf에서의 비저항 회복 시간 또는 초순수 헹굼 시간에 대한 비저항의 변화를 나타낸다. 도7의 그래프에 도시된 일점쇄선은 HF200/44wf에서의 비저항 회복 시간 또는 초순수 헹굼 시간에 대한 비저항의 변화를 나타낸다. 도7의 그래프에 도시된 이점쇄선은 HF500/44wf에서의 비저항 회복 시간 또는 초순수 헹굼 시간에 대한 비저항의 변화를 나타낸다.
종래 기술에 따르면, 웨이퍼가 적절한 세척 상태로 세척되는지는 용액의 비저항이 미리 설정된 값에 도달하는 지에 의해 결정된다. 이 비교 예에서, 용액의 비저항이 16MΩcm에 도달할 때, 웨이퍼는 적절한 세척 상태로 세척되는 것으로 간주된다. 네 개의 조건 중에서, 44개의 웨이퍼를 헹구기 위한 HF200/44wf 및 HF500/44wf에서, 초순수 헹굼 시간은 화학 용액(플루오르화수소산)의 밀도에 따라 상이하다. 용액의 비저항은 모든 조건에서 16MΩcm에 도달한다. 따라서, HF200/44wf 및 HF500/44wf에서, 최종 웨이퍼 세척의 종료 시간은 상기 세팅으로 또한 결정(확정)될 수 있다. 이와 반대로, 1 웨이퍼를 헹구기 위한 HF200/1wf 및 HF500/1wf에서, 초순수 헹굼 시간은 화학 용액의 밀도에 따라 상이하고, 용액의 비저항은 16MΩcm에 도달하지 않는다. 따라서, HF200/1wf 및 HF500/1wf에서, 최종 웨이퍼 세척의 종료 시간은 상기 세팅으로 또한 결정(확정)될 수 없다.
웨이퍼가 적절한 세척 상태로 세척되는 것으로 간주되는 용액의 비저항은 HF200/1wf 및 HF500/1wf에서도 최종 웨이퍼 헹굼의 종료 시간을 결정하기 위해 예를 들어 13MΩ로 설정된다. 다음에, 최종 웨이퍼 헹굼은 용액의 비저항이 HF200/1wf 및 HF500/1wf에서 13MΩcm에 도달할 때 종료될 수 있다. 그러나, HF200/44wf 및 HF500/44wf에서, 용액의 비저항이 13MΩcm에 도달할 때, 화학 용액에 함유된 이온은 세척 탱크의 용액에 잔류한다. 즉, HF200/44wf 및 HF500/44wf에서, 만약 웨이퍼가 적절한 세척 상태로 세척되는 것으로 간주되는 용액의 비저항이 13MΩcm로 설정되면, 최종 헹굼은 웨이퍼가 충분히 헹구어지기 전에 종료된다.
따라서, 종래 기술에서, 웨이퍼 헹굼 시간은 웨이퍼의 수, 세척 화학 용액의 밀도와 종류 및 세척 탱크내 용액의 비저항과 같은 다양한 조건에 관계없이 웨이퍼가 충분히 세척된 상태로 세척되도록 세척 조건으로 인한 헹굼 시간의 변화를 고려 한 충분한 여유시간을 포함하여 길게 설정된다. 예를 들어, 도7에 도시된 비교예에서 헹굼 시간은 일반적으로 약 10분으로 설정된다. 반대로, 상술된 실시예에서, 도3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(2)는 모든 네 개의 조건에서 7 내지 8분 안에 적절한 세척 상태로 세척될 수 있고, 최종 헹굼이 종료될 수 있다.
예를 들어, HF500/44wf의 조건 하에, 종래 기술은 웨이퍼를 헹구기 위해 약 600초(10분)를 필요로 하는 세척 탱크에 이런 실시예를 적용함으로써 약 200초만큼 헹굼 시간이 감소될 수 있다. 이 경우에, 만약 세척 탱크에 공급된 초순수의 단위 시간당 유량이 약 20L/min으로 설정되면, 초순수는 약 67리터만큼 감소될 있다. 헹굼 시간은 가장 긴 헹굼 시간을 가진 HF200/1wf와 상기 예에서의 가장 짧은 헹굼 시간을 가진 HF500/44wf 사이에서 약 70초 상이하다. 즉, 본 실시예에 따르면, 헹굼 시간은 HF200/1wf와 비교하여 HF500/44wf에서 약 70초만큼 감소될 수 있다. 이 경우에, 만약 세척 탱크(3)에 공급된 초순수의 단위 시간당 유량이 약 20L/min으로 설정되면, 초순수는 약 23리터만큼 감소될 수 있다. 반대로, 종래 기술에서, 헹굼 시간은 상술된 바와 같이 HF200/1wf 및 HF500/44wf 모두의 경우 약 600초로 설정된다. 따라서, 종래 기술에서, 약 70초의 헹굼 시간 및 약 23리터의 초순수가 HF500/44wf에서 소모된다.
웨이퍼(2)의 최종 헹굼에서의 비저항 회복 시간은 웨이퍼(2)의 수 및 화학 용액의 종류와 밀도에 의해 영향 받기 쉽다. 이 비저항 회복 시간은 균일하지 않다. 따라서, 종래 기술에서, 웨이퍼 헹굼 시간은 가장 긴 헹굼 시간을 고려하여 결정된다. 반대로, 본 실시예에서, 웨이퍼(2) 세척 조건이 상이하여도 웨이퍼(2) 는 초순수의 소모를 제어하면서 동일한 상태로 세척될 수 있고, 웨이퍼 헹굼이 종료될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 웨이퍼(2)는 웨이퍼(2) 세척 조건에 관계없이 사실상 동일하게 적절한 세척 상태로 세척될 수 있다. 종래 기술과 비교해서, 본 실시예는 또한 초순수의 양을 감소시키고 웨이퍼(2)의 로우 처리 시간(RPT)을 감소시킴으로써 웨이퍼(2) 세척 효율을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 실시예는 비저항의 시간 미분값을 사용한다. 이는 초순수에 의한 화학 용액의 대체를 이용하는 것에 상응한다. 따라서, 웨이퍼(2)가 초순수로 세척될 때 세척 탱크(3) 내 용액(6)의 비저항에 의해 달성되는 최종 비저항값에 의해 영향을 받기 어렵다. 즉, 본 실시예는 세척되는 웨이퍼(2)의 상이한 수에 의해 야기된 최종 비저항 차이 및 비저항 측정기의 측정 정확성의 악화에 의해 야기되는 저하된 최종 비저항에 의해 거의 영향을 받지 않는다.
제1 실시예에 따라, 웨이퍼(2)의 헹굼은 웨이퍼(2)를 세척하기 위해 사용되는 화학 용액의 비저항의 시간 미분값과 세척된 웨이퍼(2)를 헹구기 위해 사용되는 세척수를 포함하는 용액(6)이 미리 설정된 값 이하이고 미리 설정된 시간동안 그 값에서 유지되는 지점에서 종료된다. 이는 세척용으로 사용되는 화학 용액의 밀도, 종류 및 세척되는 웨이퍼(2)의 수에 관계없이 웨이퍼(2) 세척 효율을 증가시키면서 웨이퍼(2)를 적절한 세척 상태로 세척하는 것을 가능하게 한다.
본 실시예에 따른 웨이퍼(2)는 본 실시예에 따른 웨이퍼 세척 장치(1) 또는 웨이퍼 세척 방법에 의해 헹구어진다. 따라서, 본 실시예의 웨이퍼(2)는 화학 용액의 얼룩이 충분히 제거되는 적절한 세척 상태로 세척된다. 더욱이, 본 실시예의 웨이퍼(2)는 높은 수율(제조 효율)을 제공하고 제조 비용을 감소시킨다.
더욱이, 도시되지는 않았지만, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 본 실시예에 따른 웨이퍼(2)를 구비한다. 따라서, 본 실시예의 반도체 장치는 성능, 특성, 신뢰성 및 수율에 있어서 향상된다. 더욱이, 본 실시예의 반도체 장치는 높은 제조 효율을 제공하고 제조 비용을 감소시킨다.
(제2 실시예)
이제, 도4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 관해 설명된다. 도4는 본 실시예에 따른 웨이퍼 세척 장치를 도시한 간략화된 블록도이다. 동일한 참조 번호는 제1 실시예와 동일한 부품에 부여되고 상세한 설명은 생략된다.
제1 실시예에 따른 웨이퍼 세척 장치와 달리, 본 실시예에 따른 웨이퍼 세척 장치에서, 비저항 측정기(비저항 측정 셀)가 세척 탱크의 중앙부 근처에 구비된다. 이하에서 구체적으로 설명된다.
도4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 웨이퍼 세척 장치(21)의 세척 탱크(22)의 중앙부에서, 배출 포트[take-out port(용액 배출 포트), 23]가 공기에 노출되지 않고 세척 탱크(22)로부터 용액(6)을 인출하도록 구비된다. 비저항 측정기[8, (비저항 측정 셀)]는 용액 인출 포트(23)를 통해 세척 탱크(3)로부터 인출된 용액(6b)과 접촉하게 구비된다. 즉, 본 실시예에서, 비저항 측정 셀(8)이 공기와 접촉하지 않고 용액(6b)의 비저항을 측정하도록 설정된다.
본 실시예에 따른 웨이퍼 측정 방법, 웨이퍼 및 반도체 장치는 제1 실시예의 것과 동일하고, 그 설명은 생략된다.
제2 실시예는 제1 실시예와 동일한 효과를 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 비저항 측정 셀(8)은 공기와 접촉하지 않고 용액(6b)의 비저항을 측정한다. 따라서, 측정된 값은 소위 공기 포함의 결과로 공기 내의 탄산 가스 등이 세척 탱크(22)의 상부 개구(22a)를 통해 용액(6)에 용해되어 영향받는 것이 어렵다. 즉, 본 실시예에서 비저항의 측정된 값은 세척 탱크(22), 물 공급 파이프(4) 및 초순수 공급 밸브(5)를 포함하는 세척 장치(21)의 세척 시스템(24)에 발생되는 노이즈에 의해 영향받는 것이 어렵다. 특히, 측정된 값은 용액(6)의 표면 변동(surface fluctuation)의 결과로 용액(6)의 공기 접촉 영역에서의 변화에 의해 야기되는 세척 시스템(24)의 노이즈에서의 변화에 의해 영향받는 것이 어렵다. 따라서, 본 실시예는 높은 정확성으로 용액(6)의 비저항을 측정할 수 있고 웨이퍼(2)를 더 깨끗한 상태로 세척할 수 있다. 즉, 본 실시예의 웨이퍼(2)에 부착된 화학 용액과 같은 얼룩은 충분히 제거되고 웨이퍼(2)는 더 적절한 세척 상태로 세척된다. 더욱이, 도시되지는 않았지만, 본 실시예의 반도체 장치는 성능, 품질, 신뢰성 및 수율에서 향상된다.
본 발명에 따른 세척 방법 및 장치는 제1 및 제2 실시예에 제한되지 않는다. 본 발명은 그 기술 사상 또는 필수 특성의 변경 내에서 다른 특정 형상으로 구체화될 수 있다. 본 실시예의 형상 및 공정은 부분적으로 변경되거나 적절하게 결합될 수 있다.
예를 들어, A/D 변환기(10)가 제1 및 제2 실시예에서 비저항 측정 회로(9)와 산술 제어 회로(11) 사이에 구비되지만, A/D 변환기(10)가 항상 필요한 것은 아니 다. 만약 비저항 측정 회로(9) 및 산술 제어 회로(11)가 동일 형태 아날로그 또는 디지털 신호를 처리하도록 설정되면, A/D 변환기(10)는 불필요하다.
산술 제어 유닛(11)의 제어 섹션(제어 회로) 및 산술 섹션(산술 회로)이 하나의 본체로 구성되지만, 그들이 반드시 하나의 본체가 아닐 수도 있다. 산술 제어 유닛(11)의 제어 섹션 및 산술 섹션이 분리되어 독립된 유닛으로 구성될 수 있다.
비저항 측정 셀(8)은 세척 탱크(3)의 상부 개구(3a) 근처 또는 세척 탱크(2)의 중앙부에 구비될 필요는 없다. 만약 비저항 셀(8)로 인출된 용액이 웨이퍼(2)의 주위 용액 전에 화학 용액에서 순수로 대체되지 않으면, 비저항 측정 셀(8)은 세척 탱크(3, 22)의 바닥부 근처에 구비될 수 있다. 이러한 세팅에서, 용액(6)의 비저항의 측정값은 용액(6)에 용해된 탄산 가스에 의해 야기되는 세척 시스템(12, 24)에 발생된 노이즈에 의해 영향받는 것이 더 어렵다.
세척 탱크(3, 22)는 한번에 복수의 웨이퍼(2)를 세척할 수 있는 소위 일괄 타입(batch type) 또는 웨이퍼(2)를 하나씩 세척하기 위한 단일 웨이퍼 타입일 수 있다.
세척 시스템(12, 24)의 대표적인 노이즈로서, 용액(6)에 용해된 공기 내의 이산화탄소와 같은 탄산가스가 있다. 용액(6)에 용해된 탄산가스는 용해된 양이 매우 적어도 비저항에 크게 영향을 미친다. 용액(6)에 용해된 탄산가스의 양은 초순수를 세척 탱크(3, 22)에 공급하는 속도, 세척 탱크(3, 22)로부터 용액(6)을 배수하는 속도, 또는 용액(6)의 표면 변동에 의해 용액(6)의 공기 접촉 영역의 변화 에 의해 변화된다. 탄산가스의 용해된 양의 변화율은 세척 탱크(3, 22)의 형상, 상부 개구(3a, 22a)의 크기 또는 비저항 측정 셀(8)의 위치 및 설치 방법에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서, 세척 시스템(12, 24)에서 노이즈를 제거하기 위해 비저항값을 평활하게 하는 방법은 가중 평균(가중 평활도), 가중 수단 또는 사비즈키-골레이 방법에 제한되지 않는다. 세척 시스템(12, 24)의 노이즈에 적절한 임의의 방법이 사용될 수 있다.
실제로, 비저항값을 평활화하는 것만으로는 노이즈 성분이 완전히 제거될 수 없다. 따라서, 웨이퍼(2)가 적절한 세척 상태로 세척된 것으로 간주되는 비저항의 미분값은 0.05 ㏁cm/sec 에 한정될 필요는 없다. 0.05 ㏁cm/sec 이하의 임의의 값이 웨이퍼(2)가 적절한 세척 상태로 세척된 것으로 간주되는 비저항의 미분값으로 사용될 수 있다.
제1 및 제2 실시예에서, 웨이퍼(2)가 적절한 세척 상태로 세척된 것으로 간주되는 조건은 비저항의 미분값이 최대값을 지난 후에 0.05 ㏁cm/sec 이하이고 5초 이상 그 값을 유지하는 것이지만, 조건은 이에 한정될 필요는 없다. 웨이퍼(2)가 적절한 세척 상태로 세척된 것으로 간주되는 조건은, 세척될 웨이퍼(2)의 수, 처리 탱크(3, 22)의 크기, 개구(3a, 22a)의 형상 또는 세척하는데 사용되는 화학 용액의 종류 및 밀도와 다른 다양한 조건에 따라 적절한 값으로 결정될 수 있다.
제1 및 제2 실시예에서, 세척수로서 초순수가 바닥으로부터 세척 탱크(2, 22)에 공급되지만, 세팅은 이에 한정되지 않는다. 초순수는 세척 탱크(3, 22)의 중앙에 공급될 수 있다. 초순수가 상부 개구(3a, 22a)를 통해 세척 탱크(3, 22)에 공급될 때 공기에 노출되면, 예컨대 공기 포함이 발생되고 공기중의 탄산가스 등이 초순수 내에 용해된다. 초순수에 용해된 탄산가스 등은 용액(6)의 비저항 및 전도율을 측정할 때 세척 시스템(12, 24) 내에 노이즈 성분을 발생시키고, 측정 정밀도가 저하된다. 반면, 초순수가 공기에 노출되지 않고 바닥 또는 중앙부로부터 세척 탱크(3, 22)에 직접 공급되면, 초순수 내에 탄산가스 등이 용해될 가능성은 거의 제로로 제거될 것이다. 즉, 세척 시스템(12, 24) 내에 노이즈 성분은 제어될 수 있고, 용액(6)의 비저항 및 전도율의 측정 정밀도는 개선될 수 있다. 또한, 웨이퍼(2)는 세척 효율을 개선하면서 더 나은 세척 상태로 세척될 수 있다.
제1 및 제2 실시예에서, 세척 탱크(3)는 세척 화학 용액의 부착에 의해 웨이퍼(2)를 헹구도록 된 처리 탱크이거나, 웨이퍼(2)가 화학 용액으로 세척된 후에 웨이퍼(2)에 공급된 용액을 화학 용액으로부터 세척수로 바꾸는 장치가 마련된 처리 탱크이다. 헹구도록 된 처리 탱크로서 세척 탱크(3, 22)를 사용함으로써, 세척수에 의해 제거될 화학 용액의 양이 감소될 수 있다. 따라서, 세척 탱크(3, 22)가 헹구도록 된 처리 탱크로 사용되는 경우와 비교하여, 웨이퍼(2) 세척 효과는 더욱 개선될 수 있다.
제1 및 제2 실시예에서, 용액(6)의 비저항은 비저항 측정 셀(8)을 사용하여 측정되지만, 측정은 이에 한정되지는 않는다. 비저항 대신 용액(6)의 전도율을 측정할 수도 있다. 이 경우, 전도율 측정기가 전기 특성 측정 유닛으로서 비저항 측정 셀(8, 비저항 측정기) 대신에 사용될 수 있다. 세척수로 웨이퍼(2)를 세척하는 것은 용액(6)의 전도율의 시간 미분값이 미리 설정된 값보다 크게 되고 미리 설정 된 시간동안 그 값을 유지하는 조건에 도달할 때까지 계속된다. 구체적으로는, 세척수로 웨이퍼(2)를 세척하는 것은 용액의 전도율의 시간 미분값이 최소값을 지난 후에 -20 μS/cm˙sec 이상이 되고 5초 이상 그 값으로 유지될 때까지 계속된다.
일반적으로, 웨이퍼 세척용 화학 용액과 웨이퍼 세척용 세척수를 포함하는 용액의 전도율의 시간 미분값은 세척될 웨이퍼의 수와 세척에 사용되는 화학 용액의 종류 및 밀도와 상관없이 측정 초기에 사실상 제로이다. 측정 시간이 지남에 따라 전도율의 시간 미분값은 작아져서, 미리 설정된 시간에서 정점에 달한다. 그후, 전도율의 시간 미분값은 측정 시간이 지남에 따라 커져서, 사실상 제로가 된다. 즉, 시간에 대해 전도율을 미분하여 얻어진 값은 세척될 웨이퍼의 수와 세척에 사용되는 화학 용액의 종류 및 밀도에 상관없이 하향 돌출된 커브를 그리게 된다.
웨이퍼 세척 시간을 결정하기 위해 용액의 전도율의 시간 미분값을 사용할 때, 전도율의 시간 미분값의 특징을 이용한다. 즉, 세척 용액의 전도율의 시간 미분값이 웨이퍼가 적절한 세척 상태로 세척될 수 있는 실험 데이터에 근거하여 결정된 미리 설정된 값보다 더 크게 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지 웨이퍼를 계속 세척한다. 따라서, 세척수에 의한 웨이퍼 세척은 웨이퍼가 적절한 세척 상태로 세척된 후 즉시 종료될 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼 세척에 사용되는 세척수 양은 감소되고, 웨이퍼는 세척될 웨이퍼의 수와 세척에 사용되는 세척 용액의 종류 및 밀도에 상관없이 웨이퍼 세척 시간을 감소시키면서 적절한 세척 상태로 세척될 수 있다.
세척 용액의 비저항의 시간 미분값과 같이, 용액의 전도율의 시간 미분값은 -20 μS/cm˙sec 에 한정될 필요는 없다. 웨이퍼(2)가 적절한 세척 상태로 세척된 것으로 간주되는 전도율의 미분값으로서 -20 μS/cm˙sec 이상의 임의의 값이 사용될 수 있다. 웨이퍼(2)가 적절한 세척 상태로 세척된 것으로 간주되는 조건도 전도율의 미분값이 최소값을 지난 후에 -20 μS/cm˙sec 이상이고 5초 이상 그 값을 유지하는 것에 한정될 필요는 없다. 웨이퍼(2)가 적절한 세척 상태로 세척된 것으로 간주되는 조건은, 세척될 웨이퍼(2)의 수, 처리 탱크(3, 22)의 크기, 개구(3a, 22a)의 형상 또는 세척하는데 사용되는 화학 용액의 종류 및 밀도와 다른 다양한 조건에 따라 적절한 값으로 결정될 수 있다.
추가적인 잇점 및 수정예는 당해 기술 분야의 숙련자에게 쉽게 이해될 것이다. 따라서, 넓은 태양에서의 본 발명은 본 명세서에 기재되고 도시된 특정한 상세 설명 및 대표적인 실시예에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구항 및 그 등가물에 의해 한정된 것과 같은 일반적인 신규한 개념의 사상이나 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 수정예가 가능하다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 세척에 사용되는 세척수 양은 감소되고, 세척될 웨이퍼의 수와 세척에 사용되는 세척 용액의 종류 및 밀도에 상관없이 웨이퍼 세척 시간을 감소시키면서 웨이퍼를 적절한 세척 상태로 세척할 수 있는 웨이퍼 세척 방법 및 장치가 제공된다.

Claims (14)

  1. 화학 용액으로 세척된 웨이퍼에 세척수를 공급하는 단계와,
    화학 용액 및 세척수를 포함하는 용액의 비저항을 측정하는 단계와, 측정된 값을 시간에 대해 미분하는 단계와,
    비저항의 시간 미분값이 미리 설정된 값 이하가 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지, 세척수로 웨이퍼를 계속 세척하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 방법.
  2. 제1항에 있어서, 웨이퍼는 비저항의 시간 미분값이 최대값을 지난 후에 0.05 ㏁cm/sec 이하가 되고 5초 이상 그 값으로 유지될 때까지 세척수로 계속 세척되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 방법.
  3. 제1항에 있어서, 용액의 비저항은 미리 정해진 평활도(smoothing)로 되고, 평활화된 값은 시간에 대해 미분되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 방법.
  4. 화학 용액으로 세척된 웨이퍼에 세척수를 공급하는 단계와,
    화학 용액 및 세척수를 포함하는 용액의 전도율을 측정하는 단계와, 측정된 값을 시간에 대해 미분하는 단계와,
    전도율의 시간 미분값이 미리 설정된 값 이상이 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지, 세척수로 웨이퍼를 계속 세척하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 방법.
  5. 제4항에 있어서, 웨이퍼는 전도율의 시간 미분값이 최소값을 지난 후에 -20 μS/cm˙sec 이상이 되고 5초 이상 그 값으로 유지될 때까지 세척수로 계속 세척되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 방법.
  6. 제4항에 있어서, 용액의 전도율은 미리 정해진 평활도로 되고, 평활화된 값은 시간에 대해 미분되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 세척수로 웨이퍼를 세척할 때 웨이퍼를 저장하는 세척 탱크 내에 용액의 비저항이나 전도율이 용액의 비저항 또는 전도율로서 측정되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 방법.
  8. 화학 용액으로 세척된 웨이퍼를 저장하는 세척 탱크와,
    웨이퍼를 세척하기 위해 세척수를 세척 탱크에 공급하는 세척수 공급 유닛과,
    웨이퍼를 세척하는데 사용되는 화학 용액과 세척수를 포함하는 용액의 비저항을 측정하는 전기 특성 측정 유닛과,
    전기 특성 측정 유닛으로 측정된 용액의 비저항을 시간에 대해 미분하는 산 술 유닛과,
    산술 유닛에 의해 계산된 비저항의 시간 미분값이 미리 설정된 값 이하가 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지, 세척수 공급 유닛을 작동시키고 세척 탱크에 세척수를 공급하는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치.
  9. 제8항에 있어서, 제어 유닛은 비저항의 시간 미분값이 최대값을 지난 후에 0.05 ㏁cm/sec 이하가 되고 5초 이상 그 값으로 유지될 때까지 세척수 공급 유닛을 작동시키고 세척 탱크에 세척수를 공급하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치.
  10. 제8항에 있어서, 산술 유닛은 용액의 비저항을 평활화하고, 시간에 대해 평활화된 값을 미분하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치.
  11. 화학 용액으로 세척된 웨이퍼를 저장하는 세척 탱크와,
    웨이퍼를 세척하기 위해 세척수를 세척 탱크에 공급하는 세척수 공급 유닛과,
    웨이퍼를 세척하는데 사용되는 화학 용액과 세척수를 포함하는 용액의 전도율을 측정하는 전기 특성 측정 유닛과,
    전기 특성 측정 유닛으로 측정된 용액의 전도율을 시간에 대해 미분하는 산술 유닛과,
    산술 유닛에 의해 계산된 전도율의 시간 미분값이 미리 설정된 값 이상이 되고 미리 설정된 시간동안 그 값으로 유지될 때까지, 세척수 공급 유닛을 작동시키고 세척 탱크에 세척수를 공급하는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치.
  12. 제11항에 있어서, 제어 유닛은 전도율의 시간 미분값이 최소값을 지난 후에 -20 μS/cm˙sec 이상이 되고 5초 이상 그 값으로 유지될 때까지 세척수 공급 유닛을 작동시키고 세척 탱크에 세척수를 공급하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치.
  13. 제11항에 있어서, 산술 유닛은 용액의 전도율을 평활화하고, 시간에 대해 평활화된 값을 미분하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 세척 탱크로부터 용액을 배출하는 배출 포트가 세척 탱크의 중앙에 마련되고, 전기 특성 측정 유닛은 배출 포트를 통해 배출될 세척 탱크 내의 용액과 접촉하게 마련되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세척 장치.
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