KR100696379B1 - 세정 장치 및 이를 이용한 세정 방법 - Google Patents

세정 장치 및 이를 이용한 세정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 파티클의 역흡착이 없는 세정 장치 및 세정 방법을 개시한다. 본 발명은 피처리물을 세정하기 위한 처리액이 채워지는 세정조와, 상기 세정조의 상부에 배치되어 상기 피처리물을 건조시키기 위한 유체가 상단부에서 제공되는 건조실을 포함한다. 또한, 상기 세정조와 상기 건조실 사이를 이동하며 상기 피처리물을 이송하는 이송 수단을 포함한다. 여기서, 상기 건조실이 밀폐되도록 상기 건조실 하단부에 활주 가능하게 배치되며 상기 건조실 내로 제공된 상기 건조용 유체를 배기시키는 배기판을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 웨이퍼 간격이 조밀함으로써 생기는 웨이퍼 센터 부위에서의 유체 흐름에 대한 저항 증가가 상쇄됨으로써 건조용 유체의 흐름이 균일한 층류가 된다.
반도체 웨이퍼, 세정 장치, 세정조, 건조실, 이소프로필알코올(IPA)

Description

세정 장치 및 이를 이용한 세정 방법{CLEANING APPARATUS AND CLEANING METHOD USING THE SAME}
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 세정 장치를 이용한 웨이퍼 세정 및 건조 공정 이후의 웨이퍼 상태를 보여주는 사진.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 장치를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 장치의 웨이퍼 가이드를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 장치의 건조실을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 장치의 기화기를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 장치의 배기판을 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 장치의 배기부를 도시한 사시도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 장치의 건조실 높이에 따른 건조용 유체의 흐름을 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 장치를 이용한 웨이퍼 세정 및 건조 공정 이후의 웨이퍼 상태를 보여주는 사진.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 장치의 동작을 설명하기 위한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100; 반도체 세정 장치 110; 세정조
112; 회수조 114, 124, 232; 노즐
116; 배출구 120; 건조실
122; 덮개 130; 웨이퍼 가이드
140; 배기판 142,143,144; 배기구
145; 배기로 200; 기화기
210; 기화기 몸체 147, 220, 240, 310; 관
320; 유량 조절 밸브 330; 흡입기
본 발명은 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 웨이퍼로의 미세한 이물질의 흡착을 방지할 수 있는 세정 장치 및 이를 이용한 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정은 다양한 종류의 물질을 사용하고, 다단계의 처리 공정을 거쳐 회로패턴 및 배선을 형성한다. 그러므로, 각 처리 단계 이후에 후속의 공정에 오염에 방지하기 위해 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼) 표면으로부터 불순물 입자 및 기타 오염물을 제거하는 것이 필수적이다. 종래에도 웨이퍼 표면의 미립자나 유기오염물, 금속불순물과 같은 오염물을 제거하기 위해 세정장치를 사용하고 있는 바, 그 중 특히 습식 세정장치는 오염물을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 배치 처리(batch process)로 대량처리를 할 수 있기 때문에 널리 보급되고 있다.
이러한 습식 세정 장치에서는 웨이퍼에 대해 암모니아 처리, 플루오르산 처리, 황산 처리와 같은 약액 세정처리, 순수 같은 것으로 세정하는 수세 세정처리, 이소프로필알코올(IPA) 등으로 처리하는 건조처리가 행해지도록 구성되고, 각각 처리순으로 배열된 처리조와 건조실로 약액과 순수 및 이소프로필알코올을 각각 공급하여, 웨이퍼를 처리조에 순차로 침지한 후 건조시키는 배치 처리방법이 널리 채택되고 있다.
그러나, 이와 같이 각 처리 과정마다 처리조와 건조실을 설치하게 되면 설비의 대형화가 초래되고, 더구나 웨이퍼를 반송하는 기회, 즉 웨이퍼를 대기에 노출시키는 기회가 많기 때문에 웨이퍼 표면에 미립자가 부착될 가능성도 높아지게 된다. 이에 따라, 종래에는 처리조와 건조실을 일체화시켜 약액처리와 건조처리가 같은 챔버 내에서 행해지도록 구성된 세정 장치가 제안된 바 있다. 일본국 공개특허공보 특개소 64-81230호와 특개평 06-326073호, 한국공개특허공보 2003-82827호가 그 예이다. 이들 세정 장치들은 챔버의 하부에다 약액을 채워 웨이퍼를 침지한 후 웨이퍼를 끌어올려 챔버의 상부에서 이소프로필알코올을 이용하여 건조처리를 하도록 구성되어 있다.
그런데, 최근 반도체의 디자인룰이 작아짐에 따라 세정 공정에서 이루어져야 할 조건이 점점 까다로와지고 있는데, 특히 이물질의 역흡착에 대한 관리기준이 매우 엄격해지고 있다. 예컨데, 최근의 미세 선폭(예; D10)을 가지는 반도체 소자를 기준으로 임계 결함 크기를 50 나노미터(nm) 이하까지 웨이퍼당 수십개 이하로 관리할 것이 요구되고 있다. 이렇게 작은 나노크기의 이물질의 역흡착을 제어하기 위해서는 기존의 웨이퍼나 습식 세정 장치에서 기인되는 무기물 성분의 이물질 뿐만 아니라, 건조실에서 화학적으로 기인되는 결함(chemically induced defect) 발생과 웨이퍼로의 흡착을 억제해야 할 필요성이 있다.
그러나, 위에서 예로 든 세정 장치의 건조실의 경우 린스 진행시 웨이퍼에 묻어있는 순수를 건조하는 측면으로만 최적화되어 있어서 수백개에서 수만개의 나노 크기의 이물질이 웨이퍼 전면에 흡착되거나 건조 취약 부분에 몰려있게 되는 문제점이 있었다. 가령, 베어 웨이퍼(Bare wafer)를 이용하여 린스(rinse)와 건조(drying) 공정을 진행한 후 계측기를 이용하여 65nm 크기의 결함까지 관측해 본 결과, 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 진행 전(A)에 비해 공정 진행 이후(B)에 수백개의 이물질들이 관측되었다.
이들 미세한 이물질들은 매우 엄격한 공정에서는 소자의 불량 원인으로 연결된다. 특히, 이러한 것들은 소자의 디자인룰이 작아질수록 점점 더 커지고 있는 상황이다. 이에 따라, 결함 발생이 없는 환경 구현과 함께 나노 크기의 이물질들의 웨이퍼로의 흡착에 큰 영향을 주는 요인 발생을 제거할 수 있는 세정 장치의 필요성이 절실히 요구되는 것이다.
본 발명은 상술한 종래 기술상에서의 요구와 필요에 의해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 미세한 이물질의 웨이퍼로의 흡착을 예방할 수 있는 세정 장치 및 이를 이용한 세정 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세정 장치 및 세정 방법은 세정조와 건조실이 일체화되어 있고 건조실에 유입되는 건조용 유체의 흐름을 균일한 층류가 되도록 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 세정 장치는, 피처리물을 세정하기 위한 처리액이 채워지는 세정조와; 상기 세정조의 상부에 배치되어 상기 피처리물을 건조시키기 위한 유체가 상단부에서 제공되는 건조실과; 상기 세정조와 상기 건조실 사이를 이동하며 상기 피처리물을 이송하는 이송 수단과; 상기 건조실이 밀폐되도록 상기 건조실 하단부에 활주 가능하게 배치되며 상기 건조실 내로 제공된 상기 건조용 유체를 배기시키는 배기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 세정 장치에 있어서, 상기 배기판은 그 상면에 배치 위치에 따라 개구 면적이 상이한 복수개의 배기구를 포함한다. 상기 복수개의 배기구는 상기 배기판의 중앙부에 위치한 것으로부터 상기 배기판의 가장자리부에 위치한 것으로 갈수록 그 개구 면적이 점진적으로 작아진다. 상기 복수개의 배기구는 슬릿 형태일 수 있다.
본 실시예에 세정 장치에 있어서, 상기 배기판은 그 측면에 상기 배기구와 연결되는 배기로를 포함하며, 상기 배기판과 조합되어 상기 건조용 유체를 강제 배기시키는 흡입기와 유량 조절 밸브를 구비한 배기부를 더 포함한다. 상기 배기판과 상기 배기부는 상기 배기판의 활주 동작에 따라 유연하게 움직일 수 있는 유연한 관에 의해 조합된다. 상기 유연한 관은 상기 배기로에 연결된다.
본 실시예에 세정 장치에 있어서, 상기 건조실로 상기 건조용 유체를 기화시켜 제공하며, 상기 건조용 유체가 통과될 때 상기 건조용 유체를 미스트 상태로 만드는 노즐과 상기 미스트 상태의 건조용 유체에 열을 제공하여 상기 건조용 유체를 기화시키는 히트 탱크를 구비하는 기화기를 더 포함한다. 상기 건조실의 상단부는 상기 기화기에서 제공받은 건조용 유체를 분출시키는 관 형태의 노즐을 포함한다.
본 실시예의 세정 장치에 있어서, 상기 건조실의 높이는 상기 피처리물의 높이보다 1.5 배 내지 2배이다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 변형 실시예에 따른 세정 장치는, 처리액이 채워져 웨이퍼가 상기 처리액에 침지되어 세정 처리되는 세정조와; 상기 세정조의 상부에 배치되고, 상기 세정조에서 세정 처리된 웨이퍼를 건조 처리하기 위한 불활성 가스와 유기 용제가 분출되는 노즐이 배치되어 있고, 상기 노즐과 상하 대면하도록 하단부에 활주 가능하게 배치되어 상기 불활성 가스와 유기 용제를 배기시키는 복수개의 배기구가 배열된 배기판이 배치된 건조실과; 상기 세정조와 상 기 건조실 사이에 웨이퍼를 이송하도록 상하 동작 가능하며, 웨이퍼를 기립 상태로 병렬시켜 보유지지하는 웨이퍼 가이드와; 상기 불활성 가스와 유기 용제를 상기 건조실의 노즐로 제공하며, 상기 불활성 가스 내의 상기 유기 용제의 농도를 임의대로 설정하여 제공할 수 있는 기화기와; 상기 배기판과 조합되어 상기 건조실 내의 불활성 가스와 유기 용제를 강제로 배기시키는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 변형 실시예의 세정 장치에 있어서, 상기 복수개의 배기구는 상기 배기판의 상면에 배치되고 상기 배기판의 상면에서의 배치 위치에 따라 그 개구 면적이 상이할 수 있다. 상기 웨이퍼 가이드에 보유지지된 웨이퍼의 센터에 대응하도록 상기 배기판에 배치된 배기구의 개구 면적은 상기 웨이퍼의 사이드에 대응하도록 상기 배기판에 배치된 배기구의 개구 면적에 비해 클 수 있다. 상기 배기판은 그 측면에 상기 복수개의 배기구와 연결되는 배기로를 포함한다. 상기 배기로와 상기 배기부를 구조적으로 연결시키며, 상기 배기판의 활주 동작에 따라 유연하게 움직일 수 있는 관을 더 포함한다.
본 변형 실시예의 세정 장치에 있어서, 상기 건조실의 상부는 웨이퍼의 수수를 위해 상기 건조실을 개방시킬 수 있는 덮개를 구성한다. 상기 건조실의 높이는 상기 웨이퍼의 직경보다 1.5 배 내지 2배이다.
본 변형 실시예의 세정 장치에 있어서, 상기 기화기는, 상기 유기 용제가 통과될 때 상기 유기 용제를 액상의 미스트 상태로 만드는 노즐과, 상기 액상의 미스트 상태의 유기 용제에 열을 제공하여 상기 액상의 미스트 상태의 유기 용제를 기 화시키는 히트 탱크를 포함한다.
본 변형 실시예의 세정 장치에 있어서, 상기 배기부는, 상기 배기판과 연결되는 관과, 상기 관을 통해 흐르는 상기 불활성 가스와 상기 유기 용제의 유량을 조절하는 밸브와, 상기 불활성 가스와 상기 유기 용제를 상기 건조실로부터 배기시키는 배기압을 발생시키는 흡입기를 포함한다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 세정 방법은, 건조실에 있는 이송 수단으로 하여금 피처리물을 보유지지하도록 상기 이송 수단에 피처리물을 제공하는 단계와; 상기 피처리물이 보유지지된 이송 수단을 구동시켜 상기 건조실의 하부에 배치된 세정조로 상기 피처리물을 이송하는 단계와; 상기 세정조에 처리액을 채워 상기 피처리물을 상기 처리액에 침지시켜 세정 처리하는 단계와; 상기 이송 수단을 구동시켜 상기 피처리물을 상기 건조실로 이송하는 단계와; 배기판을 활주시켜 상기 건조실을 밀폐시키고 상기 건조실에 건조용 유체를 분출하고 상기 배기판을 통해 상기 건조용 유체를 강제 배기시켜 상기 건조용 유체의 흐름을 균일한 층류를 형성케하면서 상기 피처리물을 건조 처리하는 단계와; 상기 건조실 내의 분위기를 불활성 가스로 치환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 건조실에 있는 이송 수단으로 하여금 피처리물을 보유지지하도록 상기 이송 수단에 피처리물을 제공하는 단계 이전에, 상기 건조실 내의 분위기를 상기 불활성 가스로 치환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 이송 수단을 구동시켜 상기 피처리물을 상기 건조실로 이송하는 단계 이전에, 상기 건조실 내의 분위기를 상기 불활성 가스 로 치환하고 상기 건조용 유체 분위기로 치환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 이송 수단을 구동시켜 상기 피처리물을 상기 건조실로 이송하는 단계와 병행하여, 상기 건조실에 상기 건조용 유체를 분출시켜 상기 피처리물에 대해 건조 처리를 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 건조실 상단에 파이프 형태의 건조용 유체의 공급부가 위치하고, 건조실 하단에 배기구를 가지는 판형의 배기부가 위치하고, 배기구 크기는 웨이퍼 센터와 사이드 간에 상이하다. 또한, 건조용 유체의 공급부와 배기부 사이 거리를 웨이퍼 직경의 대략 1.5배가 되도록 구성된다. 이에 따라, 웨이퍼 간격이 조밀함으로써 생기는 웨이퍼 센터 부위에서의 유체 흐름에 대한 저항 증가가 상쇄됨으로써 건조용 유체의 흐름이 균일한 층류가 된다.
이하, 본 발명에 따른 세정 장치 및 이를 이용한 세정 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
종래 기술과 비교한 본 발명의 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.
(실시예)
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 장치를 도시한 사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예의 반도체 세정 장치(100)는 세정 처리액으로서 불산(HF) 또는 불산혼합액과 같은 약액이나 순수 등이 채워지고, 채워진 세정 처리액에 피처리체인 웨이퍼(W)가 침지되는 처리조인 세정조(110)와, 세정조(110) 위쪽에 배치되어 세정조(110)에서 이송된 웨이퍼(W)의 건조 처리를 시행하는 건조실(120)을 갖춘 구조로 되어 있다.
세정조(110)는 후술하는 웨이퍼 가이드(130)와 함께 이 웨이퍼 가이드(130)에 보유지지된 예컨대 25매 또는 50매의 웨이퍼(W)를 수용하도록 되어 있다. 세정조(110)의 바닥부 양쪽에는 내부에 수용되는 웨이퍼(W)를 향해 처리액을 분출하는 노즐(114)이 설치되어 있다. 이들 노즐(114)은 웨이퍼(W)가 배열되는 방향으로 연장된 형태이며 분출구가 노즐(114)의 길이 방향으로 다수개 형성되어 있다. 세정조(110)의 최하부에는 처리액을 배출하기 위한 배출구(116)가 형성되어 있다. 또한, 세정조(110)의 측면에는 세정조(110)에서 넘치는 처리액을 회수하기 위한 회수조(112)가 더 설치되어 있다.
건조실(120)은 세정조(110)와 마찬가지로 웨이퍼 가이드(130)와 함께 웨이퍼 가이드(130)에 보유지지된 다수매의 웨이퍼(W)를 수용하도록 되어 있다. 건조실(120)의 상부는 세정 장치(100)로 웨이퍼(W)를 수용하도록 개폐가 가능한 덮개(122)로 구성되어 있다. 건조실(120)의 하부는 후술하는 배기판(140)이 설치되고, 이 배기판(140)은 활주 동작이 가능하다. 배기판(140)의 활주 동작에 의해 건조실(120)과 세정조(110)는 공간적으로 서로 연결되어 개방되거나 또는 폐쇄된다.
도 3은 본 발명의 반도체 세정 장치의 웨이퍼 가이드를 도시한 사시도이다. 도 3을 참조하면, 웨이퍼 가이드(130)는 지지부(132) 하단에 예컨대 25 매 또는 50매의 웨이퍼(W)를 기립 상태로 병렬시켜 보유지지하는 웨이퍼 지지봉(134)이 설치되어 있는 바, 웨이퍼 지지봉(134)은 지지부(132) 하단의 좌우 양측에 서로 병행되게 걸쳐 2개로 구성된다. 웨이퍼 지지봉(134)의 한쪽 끝은 지지부(132)의 하단에 고정되고, 다른쪽 끝은 고정부(138)에 고정된다. 그리고, 웨이퍼 지지봉(134)에는 그 길이방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 예컨대 25개 또는 50개의 웨이퍼 지지홈(136)이 형성되어 있다. 한편, 본 실시예에서는 좌우 두 개의 웨이퍼 지지봉(134)이 형성되어 있으나 웨이퍼 지지봉(134) 사이에 웨이퍼 지지봉(135)이 더 형성되어 있을 수 있다. 이 웨이퍼 가이드(130)는 반도체 세정 장치(100) 내에서 상승 및 하강 동작이 가능하여, 보유지지된 웨이퍼(W)를 세정조(110)와 건조실(120) 사이로 이송한다.
도 4는 본 발명의 반도체 세정 장치의 건조실을 도시한 사시도이다. 도 4를 참조하면, 건조실(120)은 이미 앞서 설명한 바와 같이 세정조(110)에서 세정 처리되어 이송된 웨이퍼(W)를 건조 처리를 시행하기 위한 것이다. 이를 위해 건조실(120)의 상부에는 건조실(120) 내에서 웨이퍼 가이드(130)에 보유지지된 웨이퍼(W)에 대해 질소 가스 및 질소와 이소프로필알코올(IPA)의 혼합 가스를 아래를 향해 불어넣는 노즐(124)이 설치되어 있다. 이 노즐(124)을 통해 건조용 유체, 예를 들어, 질소, 이소프로필알코올, 또는 질소와 이소프로필알코올의 혼합 유체 등이 건조실(124)로 유입된다. 나노(Nano) 단위의 크기를 가진 파티클의 발생과 웨이퍼로의 흡착이 없는 건조 처리를 확보하기 위해서는 질소 내에 기화되어 함께 공급되는 이소프로필알코올의 농도를 높게 공급해주어야 한다.
그러나, 이소프로필알코올의 농도를 높이게 되면 웨이퍼 또는 웨이퍼 상에 존재하는 특정의 물질과의 원치 않는 화학 반응이 일어날 수 있다. 따라서, 질소 내의 이소프로필알코올의 농도는 공정 처리 각각마다 다르게 설정되는 것이 바람직하다. 이를 위해 질소 내 이소프로필알코올의 농도를, 예를 들어 5 % 내지 25 % 영역에서 임의대로 공급이 가능하고 농도의 변화를 ±5 % 이내로 유지해 줄 수 있는 이하와 같은 기화기를 통해 공급된다.
도 5는 본 발명의 반도체 세정 장치의 기화기를 도시한 사시도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예의 기화기(200)는 대략 직육면체 형상의 몸체(210) 내에 액상의 건조용 유체를 열을 공급하여 액상의 건조용 유체를 기화시키는 히트 탱크(230)가 내재되어 있다. 히트 탱크(230)의 상단부에는 액상의 유체를 미스트(mist) 상태로 히트 탱크(230) 내부로 공급시키는 노즐(232)이 자리잡고 있으며, 몸체(210)의 상단부에는 건조용 유체를 히트 탱크(230) 내부로 공급시키는 관(220)이 구비된다. 액상의 건조용 유체가 노즐(232)을 통해 히트 탱크(230) 내부로 분사되어 미스트 상태로 된 후 가열되어 있는 히트 탱크(230) 내에서 기화된다. 히트 탱크(230)의 건조용 유체 공급관(220)은 건조용 유체를 종류별로 별개로 히트 탱크(230) 내부로 공급시키도록 가령 질소 가스가 공급되는 관(222)과 액상의 이소프로필알코올이 공급되는 관(224)으로 구분된다. 히트 탱크(230)의 하단부에는 질소, 이소프로필알코올, 또는 질소와 이소프로필알코올의 혼합 유체를 기화기(200) 외부로 배출시키는 관(240)이 연결된다. 이 관(240)은 건조실(120) 내의 노즐(124)과 연결되어 건조용 유체가 노즐(124)을 통해 건조실(120)로 제공된다.
도 6은 본 발명의 반도체 세정 장치의 배기판을 도시한 평면도이다. 도 4 및 도 6을 참조하면, 건조실(120)의 하부에는 상술한 바와 같이 배기판(140)이 설치된다. 이 배기판(140)은 활주 가능하여 건조실(120)과 세정조(110)를 공간적으로 연결시키거나 단절시킨다. 배기판(140)에는 건조실(120) 내의 건조용 유체를 배기하기 위한 다수의 배기구(142,143,144)가 형성되어 있는 바, 배기구(142-144)는 그 개구 면적이 웨이퍼 센터 위치에서 웨이퍼 사이드 위치로 갈수록 점진적으로 작아지는 형태로 배열되어 있다. 즉, 웨이퍼 센터 위치에 있는 배기구(142)는 웨이퍼 사이드 위치에 있는 배기구(144)에 비해 개구 면적이 크고, 배기구(142,144) 사이에 있는 배기구(143)의 개구 면적은 그 중간 정도이다. 웨이퍼 센터 위치에 있는 배기구(142)의 개구 면적을 웨이퍼 사이드 위치에 있는 배기구(144)의 개구 면적에 비해 크게 하면 기립상태로 병렬적으로 배열된 웨이퍼(W) 사이의 간격이 조밀함으로써 생기는 웨이퍼(W) 센터 부위에서의 건조용 유체의 흐름에 대한 저항 증가를 상쇄시키는데 바람직하다. 배기판(140)의 측면에는 배기로(145)가 형성되어 있고, 배기로(145)에는 관(147)이 연결되고 이 관(147)은 후술하는 배기부(300)에 조합되어 있다. 특히, 이 관(147)은 배기판(140)이 활주 동작하더라도 유연하게 움직일 수 있도록 유연한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 반도체 세정 장치의 배기부를 도시한 사시도이다. 도 7을 참조하면, 본 실시예의 배기부(300)는 건조실(120) 내의 압력을 의도된 값으로 유 지해 주기 위해서 강제로 건조용 유체를 배기하는 방식이다. 배기부(300)의 구성은 배기로(145)에 연결된 유연한 관(147)과 구조적으로 접속하는 관(310)과 유량 조절 밸브(320) 및 흡입기(330;Aspirator)로 구성된다. 배기압은 기체를 고속으로 흘려주었을 때 발생하는 음압을 이용하는 흡입기(330;Aapirator)를 통해 발생시켜 준다. 건조실(120)과 흡입기(330) 사이에는 유량 조절 밸브(320)가 설치되어 있어 배기되는 건조용 유체의 유량이 조절되어 건조실(120) 내의 압력이 조절된다. 이상과 같은 구성에 의해 건조실(120)의 건조용 유체는 배기부(300)의 작동에 의해 웨이퍼(W)를 지나 배기구(142-144)로 강제로 빠져나가게 된다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 반도체 세정 장치의 건조실 높이에 따른 건조용 유체의 흐름을 보여주는 것이다. 도 8을 참조하면, 건조실(120)의 높이(H1)가 웨이퍼(W)의 직경(D)의 1.5 배에 미치지 못하는 경우 건조용 유체의 건조실(120) 내에서의 흐름은 곳곳에서, 특히 웨이퍼(W)의 좌우 상단측에서 와류가 형성된다. 와류가 형성됨에 따라 특히 나노 단위 크기의 미세한 파티클이 웨이퍼(W)에 다시 흡착될 염려가 있다. 도 9를 참조하면, 이와 달리 건조실(120)의 높이(H2)를 웨이퍼(W)의 직경의 1.5 배 내지 2배, 최소한 1.5 배로 설정하면 웨이퍼(W) 상단부에 충분한 여유의 공간이 확보됨으로써 건조용 유체의 흐름이 도 8의 경우 보다 더 균일해짐을 알 수 있다. 특히, 건조실(120)의 상단에서 건조용 유체가 제공되고 건조실(120)의 하부에 배기판(140)으로 건조용 유체가 강제 배기되게 함으로써 건조용 유체가 건조실(120) 내에서 대체적으로 일직선 상으로 흐르게 하고, 게다가 웨이퍼 (W) 간격이 조밀함으로써 생기는 웨이퍼 센터부위에서의 유체 흐름 저항을 상쇄시키도록 웨이퍼 센터 위치의 배기구(142)의 개구 면적을 다른 배기구(143,144)의 개구 면적보다 더 크게 함으로써 건조용 유체가 웨이퍼(W) 표면에 걸쳐 균일한 층류(Laminar Flow)를 형성하게 된다. 웨이퍼(W) 표면에 걸친 균일한 층류를 이루어 건조용 유체가 흐르게 되므로 종래와 같이 수백개에서 수만개의 나노 크기의 이물질이 웨이퍼(W) 전표면에 흡착되거나 건조 취약 부분에 몰려있게 되거나 취약 부분이 발생할 여지가 없다.
도 10은 본 발명의 반도체 세정 장치를 이용한 웨이퍼 세정 및 건조 공정 이후의 웨이퍼 상태를 보여주는 사진이다. 도 10을 참조하면, 공정 처리 진행 이전(A)과 공정 진행 이후(B)의 웨이퍼 상태를 비교하여 보면 종래의 경우(도 1)와는 상당히 다르게 공정 진행 이후 결함의 발생이 거의 없음을 알 수 있다.
이하에선 상기와 같이 구성된 반도체 세정 장치의 동작을 도 11 및 도 12를 참조하여 설명하도록 한다.
도 11을 참조하면, 건조실(120) 상부의 덮개(122)를 열어 건조실(120) 내의 웨이퍼 가이드(130)로 웨이퍼(W)를 외부로부터 건조실(120)로 이송시킨다. 이때, 웨이퍼(W)를 이송하기 이전에 노즐(124)로부터 질소 가스를 분출시켜 건조실(120) 내의 분위기, 또는 건조실(120)과 세정조(110) 내의 분위기를 질소 가스로 치환할 수 있다. 그 다음, 세정 처리액(예; 불산 또는 불산혼합액)을 노즐(114)로부터 배출시켜 세정조(110)가 처리액으로 채워지도록 한다. 이렇게 처리액이 채워진 세정조(110)로 웨이퍼 가이드(130)를 하강시켜 웨이퍼(W)가 처리액에 침지되도록 하여 웨이퍼(W)가 세정 처리되도록 한다. 여기서, 웨이퍼(W)가 세정조(110)에 투입되기 이전에 세정조(110) 내에 처리액을 미리 채워놓아도 무방하다.
세정 처리 공정은 주지된 세정 처리 공정을 선택할 수 있다. 예를 들어, 처리액으로서 불산(HF)(또는 불산(HF)/초순수(H2O)의 혼합액)을 적용한다. 노즐(114)로부터 분출된 불산(HF)이 세정조(110) 내에서 웨이퍼(W)를 향해 대류를 형성케 하여 세정이 촉진되도록 한다. 이어서 불산(HF)을 배출구(116)를 통해 배출시킨 후 초순수(DIW)를 노즐(114)로부터 분출시켜 헹굼처리를 한다. 노즐(114)로부터 분출된 초순수(DIW)는 세정조(110) 내에서 웨이퍼(W)를 향해 대류를 형성하게 함으로써 헹굼처리를 촉진할 수 있다. 이와 달리, 불산(HF)을 배출시키지 않고 불산(HF)이 채워진 상태에서 그대로 초순수(DIW)를 분출시켜 서서히 불산(HF)이 묽어지도록 하여도 무방하다.
이와 같은 세정 처리가 진행되는 동안 건조실(120)은 미리 이소프로필알코올 분위기가 되도록 할 수 있다. 또는, 세정 처리가 진행되는 동안 건조실(120)내의 노즐(124)로부터 질소 가스를 분출시켜 건조실(120) 내의 분위기를 질소 가스로 치환한 후 노즐(124)로부터 이소프로필알코올 또는 이소프로필알코올과 질소 가스의 혼합 가스를 건조실(120) 내로 분출시킬 수 있다. 그 후, 웨이퍼 가이드(130)를 상승시켜 웨이퍼(W)를 건조실(120) 내로 이송시킨다.
도 12를 참조하면, 건조실(120) 하부의 배기판(140)을 활주시켜 건조실(120)을 밀폐시키고, 건조실(120) 내의 노즐(124)로부터 이소프로필알코올 또는 이소프 로필알코올과 질소 가스의 혼합 가스를 웨이퍼(W)를 향해 분출하도록 한다. 이에 따라, 이소프로필알코올이 웨이퍼(W) 표면에 응축되어 웨이퍼(W) 표면에 있는 세정 처리액이나 초순수의 표면 장력이 작게 되어 중력에 의해 밑으로 떨어지는 과정을 통해 이들이 웨이퍼(W) 표면으로부터 제거됨으로써 웨이퍼(W)의 건조 처리가 진행된다. 이후에, 질소 가스를 노즐(124)을 통해 분출시켜 이소프로필알코올을 건조실(120)로부터 배기되도록 함으로서 세정 및 건조 처리가 완료된다.
건조 처리 진행시 건조용 유체, 즉 질소 또는 이소프로필알코올과 질소의 혼합 가스가 건조실(120)의 상부에서 분출되고 건조실(120) 하부의 배기판(140)에 의해 외부로 강제로 배출된다. 그리고, 배기구(142-144)의 개구 면적이 웨이퍼 센터 위치에서 에지 쪽으로 갈수록 점진적으로 작아지므로 조밀한 웨이퍼 간격에 의한 건조용 유체의 흐름에 대한 저항이 상쇄되어 건조용 유체의 흐름은 웨이퍼(W)의 전표면에 걸쳐 균일한 층류를 이룬다. 따라서, 웨이퍼(W) 표면에는 건조 취약 부분이 발생되지 아니한다.
이상에서 설명한 세정 및 건조 처리 과정은 일 예에 불과하며, 이와는 다른 과정도 가능하다. 가령, 세정 처리가 완료되면 건조실(120) 내부로 노즐(124)을 통해 질소 가스를 분출시켜 건조실(120) 내부를 질소 분위기로 만든 다음 노즐(124)을 통해 이소프로필알코올을 질소 가스와 함께 미스트 상태로 제공하여 세정 처리액 상에 이소프로필알코올층이 형성되게 한다. 이어서, 웨이퍼 가이드(130)를 상승시켜 웨이퍼(W)가 세정 처리액상에 형성된 이소프로필알코올층을 통과하여 건조실(120)로 향하게 나아가게 함으로써 마란고니 효과(Marangoni effect)에 의해 웨이 퍼(W) 표면에 있는 초순수나 세정 처리액을 제거한다.
웨이퍼(W)가 완전히 상승하면 배기판(140)을 활주시켜 건조실(120)을 밀폐시키고, 노즐(124)을 통해 질소와 이소프로필알코올의 혼합 가스를 분출시킴과 동시에 배기판(140)을 통해 강제 배기시켜 혼합 가스의 흐름이 균일한 층류가 되도록 하여 웨이퍼(W)에 대해 건조 처리를 한다. 이후에, 노즐(124)을 통해 질소 가스를 공급하여 웨이퍼(W) 표면에 잔류하는 이소프로필알코올을 제거하여 웨이퍼(W)의 건조 처리 과정을 완료한다. 이때의 질소 가스는 가열된 질소 가스를 사용할 수 있다. 한편, 여기서의 건조 처리 과정시의 이소프로필알코올의 농도와 앞서의 건조 처리 과정시의 이소프로필알코올의 농도는 필요에 따라 또는 공정 조건에 따라 동일하게 설정하거나 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 앞서의 건조 처리 과정시에는 이소프로필알코올을 저농도로 하고 후의 건조 처리 과정시에는 이소프로필알코올을 고농도로 설정하여 건조 효율을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 예에서는 세정 처리액으로서 불산(HF) 또는 불산(HF)/초순수(H2O)의 혼합액을 예로 들었지만, 이외에 암모니아(NH4)/과수(H2O2)/초순수(H2O)의 혼합액, 염산(HCl)/과수(H2O2)/초순수(H2O)의 혼합액, 또는 이들의 혼합액을 세정 처리액으로 채택할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 불활성 가스로서 질소 가스를 이용하였지만 이외에 아르곤이나 헬륨과 같은 영족 기체를 불활성 가스로 이용할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 수용성이면서 웨이퍼에 대한 초순수나 처리액의 표면 장력을 저하시키는 작용을 하는 유기 용제로서 이소프로필알코올을 사용하였 으나, 메탄올과 같은 1가알코올, 아세톤과 같은 케톤류, 에틸에테르와 같은 에테르류, 에틸렌글리콜과 같은 다가알코올 등의 유기 용제를 채택할 수 있다. 그리고, 피처리물은 반도체 웨이퍼에 한정되지 아니하고, 플라즈마 디스플레이 또는 액정디스플레이 장치의 기판, 또는 포토마스크 기판 등도 이에 포함된다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 건조실에 기립된 상태로 유지되는 웨이퍼의 표면을 통해 흐르는 건조용 유체의 흐름이 균일한 층류를 형성하게 되어 미세한 이물질까지 웨이퍼로의 흡착이 방해된다. 이에 따라, 반도체 제품의 생산성 향상 내지는 수율이 향상되는 효과가 있다. 더욱이, 질소 안에 기화되어 있는 이소프로필알코올의 농도를 넓은 퍼센트 농도 영역에서 임의대로 공급 가능하다.

Claims (24)

  1. 피처리물을 세정하기 위한 처리액이 채워지는 세정조와;
    상기 세정조의 상부에 배치되어 상기 피처리물을 건조시키기 위한 유체가 상단부에서 제공되는 건조실과;
    상기 세정조와 상기 건조실 사이를 이동하며 상기 피처리물을 이송하는 이송 수단과;
    상기 건조실이 밀폐되도록 상기 건조실 하단부에 활주 가능하게 배치되며 상기 건조실 내로 제공된 상기 건조용 유체를 배기시키는 배기판을 포함하며,
    상기 배기판은 그 상면에 배치 위치에 따라 개구 면적이 상이한 복수개의 배기구를 포함하되, 상기 복수개의 배기구는 상기 배기판의 중앙부에 위치한 것으로부터 상기 배기판의 가장자리부에 위치한 것으로 갈수록 그 개구 면적이 점진적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 배기구는 슬릿 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배기판은 그 측면에 상기 배기구와 연결되는 배기로를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배기판과 조합되어 상기 건조용 유체를 강제 배기시키는 흡입기와 유량 조절 밸브를 구비한 배기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배기판과 상기 배기부는 상기 배기판의 활주 동작에 따라 유연하게 움직일 수 있는 유연한 관에 의해 조합되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유연한 관은 상기 배기로에 연결되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 건조실로 상기 건조용 유체를 기화시켜 제공하며, 상기 건조용 유체가 통과될 때 상기 건조용 유체를 미스트 상태로 만드는 노즐과 상기 미스트 상태의 건조용 유체에 열을 제공하여 상기 건조용 유체를 기화시키는 히트 탱크를 구비하는 기화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 건조실의 상단부는 상기 기화기에서 제공받은 건조용 유체를 분출시키는 관 형태의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 건조실의 높이는 상기 피처리물의 높이보다 1.5 배 내지 2 배인 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  12. 처리액이 채워져 웨이퍼가 상기 처리액에 침지되어 세정 처리되는 세정조와;
    상기 세정조의 상부에 배치되고, 상기 세정조에서 세정 처리된 웨이퍼를 건조 처리하기 위한 불활성 가스와 유기 용제가 분출되는 노즐이 배치된 건조실과;
    상기 건조실의 하단부에 활주 가능하게 배치되고 상기 불활성 가스와 유기 용제를 배기시키는 복수개의 배기구가 마련되며, 상기 웨이퍼의 센터에 대응하도록 배치된 배기구의 개구 면적이 상기 웨이퍼의 사이드에 대응하도록 배치된 배기구의 개구 면적에 비해 크도록 상기 복수개의 배기구가 배열된 배기판과;
    상기 세정조와 상기 건조실 사이에 웨이퍼를 이송하도록 상하 동작 가능하며, 웨이퍼를 기립 상태로 병렬시켜 보유지지하는 웨이퍼 가이드와;
    상기 불활성 가스와 유기 용제를 상기 건조실의 노즐로 제공하며, 상기 불활성 가스 내의 상기 유기 용제의 농도를 임의대로 설정하여 제공할 수 있는 기화기와;
    상기 배기판과 조합되어 상기 건조실 내의 불활성 가스와 유기 용제를 강제로 배기시키는 배기부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서,
    상기 배기판은 그 측면에 상기 복수개의 배기구와 연결되는 배기로를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배기로와 상기 배기부를 구조적으로 연결시키며, 상기 배기판의 활주 동작에 따라 유연하게 움직일 수 있는 관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 건조실의 상부는 웨이퍼의 수수를 위해 상기 건조실을 개방시킬 수 있는 덮개를 구성하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 기화기는, 상기 유기 용제가 통과될 때 상기 유기 용제를 액상의 미스트 상태로 만드는 노즐과, 상기 액상의 미스트 상태의 유기 용제에 열을 제공하여 상기 액상의 미스트 상태의 유기 용제를 기화시키는 히트 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 배기부는, 상기 배기판과 연결되는 관과, 상기 관을 통해 흐르는 상기 불활성 가스와 상기 유기 용제의 유량을 조절하는 밸브와, 상기 불활성 가스와 상기 유기 용제를 상기 건조실로부터 배기시키는 배기압을 발생시키는 흡입기를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 건조실의 높이는 상기 웨이퍼의 직경보다 1.5 배 내지 2 배인 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  21. 건조실에 있는 이송 수단으로 하여금 피처리물을 보유지지하도록 상기 이송 수단에 피처리물을 제공하는 단계와;
    상기 피처리물이 보유지지된 이송 수단을 구동시켜 상기 건조실의 하부에 배치된 세정조로 상기 피처리물을 이송하는 단계와;
    상기 세정조에 처리액을 채워 상기 피처리물을 상기 처리액에 침지시켜 세정 처리하는 단계와;
    상기 이송 수단을 구동시켜 상기 피처리물을 상기 건조실로 이송하는 단계와;
    배기판을 활주시켜 상기 건조실을 밀폐시키고 상기 건조실에 건조용 유체를 분출하고 상기 배기판을 통해 상기 건조용 유체를 강제 배기시키되 상기 배기판에 형성된 복수개의 배기구를 상기 피처리체의 센터 위치에서 사이드 위치로 갈수록 그 개구 면적이 점진적으로 작아지는 형태로 배열시켜 상기 피처리체의 센터 부위에서의 건조용 유체의 흐름에 대한 저항 증가를 상쇄시켜 상기 건조용 유체의 흐름을 균일한 층류를 형성케하면서 상기 피처리물을 건조 처리하는 단계와;
    상기 건조실 내의 분위기를 불활성 가스로 치환하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 건조실에 있는 이송 수단으로 하여금 피처리물을 보유지지하도록 상기 이송 수단에 피처리물을 제공하는 단계 이전에, 상기 건조실 내의 분위기를 상기 불활성 가스로 치환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 이송 수단을 구동시켜 상기 피처리물을 상기 건조실로 이송하는 단계 이전에, 상기 건조실 내의 분위기를 상기 불활성 가스로 치환하고 상기 건조용 유체 분위기로 치환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 이송 수단을 구동시켜 상기 피처리물을 상기 건조실로 이송하는 단계와 병행하여, 상기 건조실에 상기 건조용 유체를 분출시켜 상기 피처리물에 대해 건조 처리를 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
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