KR100812545B1

KR100812545B1 - 반도체 웨이퍼 세정장치 및 그 세정장치의 세정 약액공급방법

Info

Publication number: KR100812545B1
Application number: KR1020060102687A
Authority: KR
Inventors: 이태우
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2008-03-13

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 세정장치 및 그 세정장치의 세정 약액 공급방법 에 관한 것으로, 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치는 세정 약액이 공급되는 내부 세정조와, 그 내부 세정조에서 오버플로우된 세정 약액이 공급되는 외부 세정조와, 펌프에 의해 외부 세정조에서 내부 세정조로 순환되는 세정 약액을 가열하여, 제1배관을 통해 내부 세정조에 승온된 세정 약액을 공급하는 히터를 포함하는 반도체 웨이퍼 세정장치에 있어서, 상기 내부 세정조의 세정 약액 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 온도센서의 검출결과와 기준값을 비교하여 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 세정 약액이 공정온도 이상의 온도일 때, 상기 순환되는 세정 약액의 순환경로를 변경하는 제1 및 제2밸브와, 상기 제어부의 제어에 따라 제2밸브를 통해 공급된 세정 약액을 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부에서 냉각된 세정 약액을 상기 내부 세정조에 공급하는 제2배관을 더 포함한다. 이와 같이 구성된 본 발명은 세정 약액의 교체시 세정 약액의 반응열을 감안하여 적기에 승온과 냉각을 함으로써, 세정 약액을 보다 빠른 시간 내에 공정온도로 설정할 수 있게 되어, 세정공정의 중단시간을 최소화하여 반도체 장치의 수율 및 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼 세정장치 및 그 세정장치의 세정 약액 공급방법{Cleaning apparatus for semiconductor wafer and supply method for chemical of the cleaning apparatus}

도 1은 종래 반도체 웨이퍼 세정장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치의 바람직한 실시예에 따른 구성도이다.

도 3은 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치에 사용되는 냉각부의 바람직한 실시예에 따른 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:내부 세정조 20:외부 세정조

30:펌프 40:필터

50:히터 51:제1밸브

52:제1배관 60:배출관

70:냉각부 71:제2밸브

77:제2배관 80:제어부

81:온도센서

본 발명은 반도체 웨이퍼 세정장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세정 약액의 온도 안정화를 유도하여 세정 약액의 교환시간을 단축시킬 수 있는 반도체 웨이퍼 세정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼 세정장치는 다수의 반도체 웨이퍼를 세정 약액이 담긴 세정조에 일정시간 침전시켜 세정할 수 있도록 구성된다.

이와 같은 반도체 웨이퍼 세정장치는 서로 다른 약액들을 혼합한 세정 약액을 사용하며, 그 혼합과 온도의 조절을 위하여 강제 순환 및 가열구조를 가지고 있다. 또한, 일정시간 이상 또는 반도체 웨이퍼를 설정량 이상 세정한 경우 그 세정 약액을 교환할 수 있도록 하는 구성을 가지고 있으며, 이와 같은 종래 반도체 웨이퍼 세정장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 반도체 웨이퍼 세정장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래 반도체 웨이퍼 세정장치는 서로 다른 약액이 유입되는 내부 세정조(1)와, 상기 내부 세정조(1)에서 오버플로우된 세정약액이 유입되는 외부 세정조(2)와, 상기 외부 세정조(2)의 세정 약액을 순환시키는 펌프(3)와, 상기 펌프(3)에 의해 순환되는 세정 약액을 필터링하는 필터(4)와, 상기 필터링된 세정 약액을 소정의 온도로 가열하여 상기 내부 세정조(1)로 공급하는 히터(5)와, 상 기 내부 세정조(1)와 외부 세정조(2)에서 세정에 사용된 세정 약액을 외부로 배출하는 배출관(6)을 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 반도체 웨이퍼 세정장치의 구성 및 그에 따른 문제점을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 내부 세정조(1)와 외부 세정조(2)에 세정 약액이 담긴 상태에서 다수의 반도체 웨이퍼를 동시에 상기 내부 세정조(1)의 세정 약액에 침전시켜 반도체 웨이퍼를 세정한다.

상기 세정 약액은 황산과 과산화수소가 혼합된 것일 수 있으며, 이를 보통 SPM(Piranha) 세정용액이라 하며, 약 120℃의 온도로 가열된 상태로 반도체 웨이퍼 표면의 유기 오염물을 제거하는데 사용한다.

이는 과산화수소수에 의한 유기물의 산화와 용해반응과 황산에 의한 유기물 버닝(burning)을 이용하여 감광제나 계면활성제 등의 유기물을 제거할 수 있는 것이다.

상기와 같은 황산과 과산화수소수가 혼합된 세정 약액이 설정된 시간 또는 설정된 양의 웨이퍼를 세정한 후에는 교체되어야 한다.

이를 위해 내부 세정조(1)와 외부 세정조(2)에 존재하는 사용된 세정 약액은 배출관(6)을 통해 외부로 배출된다. 또한 상기 배출이 이루어짐과 동시에 외부로부 터 황산과 과산화수소수가 각각 상기 내부 세정조(1)로 공급된다.

이때 공급량은 황산과 과산화수소수가 약 4:1의 비율이 되도록 일정량이 공급되며, 그 내부 세정조(1)가 만수되어 세정 약액이 오버플로우 되면 상기 외부 세정조(2)에 담기게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 황산과 과산화수소수로 이루어지는 세정 약액은 보다 혼합이 잘되도록 함과 아울러 공정온도인 120℃로 가열하기 위하여 순환된다.

상기의 순환은 펌프(3)의 압력에 의해 이루어지며, 펌프(3)에 의해 외부 세정조(2)에서 배출된 세정 약액은 필터(4)를 통해 필터링되어 이물이 제거되며, 히터(5)에 의해 가열된 후, 상기 내부 세정조(1)로 유입된다.

이때, 내부 세정조(1)에서는 다시 오버플로우가 발생하며, 오버플로우된 세정 약액은 외부 세정조(2)로 유입된다.

상기의 순환에서 황산과 과산화수소가 혼합되면서 발열반응이 나타나게 된다. 상기 발열반응이 멈추는 시점은 약 108 내지 110℃이다. 이와 같이 발열반응이 멈춘 후, 상기 히터(5)는 파라미터(parameter) 상에 조절되어있는 지연시간이 경과되면 동작하여 110 내지 116℃까지 세정 약액을 가열한다.

이와 같은 가열이 파라미터에 세팅되어 있는 온도인 120℃에 도달하면 히터(5)는 다시 오프되며, 설정된 지연시간이 경과한 후 약액교환을 완료하게 된다.

하지만, 대부분의 경우 온도알람이 발생하는 범위가 5℃ 이내로 설정되어 있으므로, 알람범위 내부의 범위에서 약액교환이 완료된 후 또 다시 공정온도인 120℃까지 승온을 하게 된다.

승온이 다시 진행된 후 120℃가 되면 히터(5)는 작동을 멈추게 되지만 히터(5)의 잔류열과 황산과 과산화수소의 혼합열에 의해 상기 세정 약액의 온도는 일정기간동안 계속 상승하게 된다.

종래 반도체 웨이퍼 세정장치는 그 히터(5)가 108℃에서 발열반응이 끝난 후에 공정상의 온도까지 제어를 유도하기 위해 많은 파라미터 설정값에 따라 히터(5)의 온, 오프가 반복적으로 수행되며, 결국 히터(5)의 잔존 열과 황산과 과산화수소수와의 반응열에 의해 세정 약액의 온도는 120℃ 이상으로 상승하게 된다.

이와 같이, 공정온도 이상으로 세정 약액의 온도가 상승하게 되면, 이 상태에서는 반도체 웨이퍼의 세정공정을 진행할 수 없으며, 다시 세정 약액의 온도가 알람범위로 설정된 수치인 120℃±5℃만큼 유지되는 상태가 되면 반도체 웨이퍼의 세정공정을 진행하게 된다.

즉, 종래 반도체 웨이퍼 세정장치는 세정 약액의 교환시 온도를 공정온도로 맞춰주기 위한 시간이 35분 이상 소요되며, 이는 과산화수소수의 분해 속도가 빠른 특성을 감안하여 세정 약액의 교체 주기가 1440분 또는 200회의 세정공정을 진행한 후 교체되어야 하는 잦은 교체에서는 공정의 중단 시간이 상대적으로 크게 되어 반 도체 장치의 수율이 저하되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 세정 약액의 온도를 공정 온도로 빠르게 조절할 수 있는 반도체 웨이퍼의 세정장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치는 세정 약액이 공급되는 내부 세정조와, 그 내부 세정조에서 오버플로우된 세정 약액이 공급되는 외부 세정조와, 펌프에 의해 외부 세정조에서 내부 세정조로 순환되는 세정 약액을 가열하여, 제1배관을 통해 내부 세정조에 승온된 세정 약액을 공급하는 히터를 포함하는 반도체 웨이퍼 세정장치에 있어서, 상기 내부 세정조의 세정 약액 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 온도센서의 검출결과와 기준값을 비교하여 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 세정 약액이 공정온도 이상의 온도일 때, 상기 순환되는 세정 약액의 순환경로를 변경하는 제1 및 제2밸브와, 상기 제어부의 제어에 따라 제2밸브를 통해 공급된 세정 약액을 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부에서 냉각된 세정 약액을 상기 내부 세정조에 공급하는 제2배관을 더 포함한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치의 세정 약액 공급방법은 세정조의 사용된 세정 약액을 배출한 후, 새로운 세정 약액을 세정조로 공급하고, 그 세정조의 세정 약액을 순환시킴과 아울러 가열하여, 세정 약액을 교환하는 반도체 세정장치의 세정 약액 공급방법에 있어서, a) 상기 세정 약액이 순환 될 때 온도를 검출하여 그 세정 약액의 온도가 공정 온도 이상인지 판단하는 단계와, b) 상기 a) 단계에서 공정 온도 이상으로 세정 약액이 가열되었으면, 순환되는 세정 약액을 냉각하여 세정 약액의 온도를 공정 온도로 낮추는 단계를 더 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치의 바람직한 실시예는 서로 다른 약액이 유입되는 내부 세정조(10)와, 상기 내부 세정조(10)에서 오버플로우된 세정약액이 유입되는 외부 세정조(20)와, 상기 외부 세정조(20)의 세정 약액을 순환시키는 펌프(30)와, 상기 펌프(30)에 의해 순환되는 세정 약액을 필터링하는 필터(40)와, 상기 필터링된 세정 약액을 소정의 온도로 가열하여 제1배관(52)을 통해 상기 내부 세정조(10)로 공급하는 히터(50)와, 상기 세정 약액의 온도가 공정 온도 이상으로 상승하여 히터(50)의 운전이 중단되었을 때, 상기 필터(40)를 통해 순환되는 세정 약액을 공정 온도로 냉각시켜 제2배관(77)을 통해 상기 내부 세정조(10)로 공급하는 냉각부(70)와, 상기 세정 약액이 히터(50) 또는 냉각부(70)를 통해 순환될 수 있도록 선택하는 제1 및 제2밸브(51,71)와, 상기 내부 세정조(10)와 외부 세정조(20)에서 세정에 사용된 세정 약액을 외부로 배출하는 배출관(60)과, 상기 내부 세정조(10)의 세정 약액의 온도를 검출하는 온도센서(81)의 검출결과에 따라 상기 히터(50), 냉각부(70), 제1 및 제2밸브(51,71)을 제어하는 제어부(80)를 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 내부 세정조(10)와 외부 세정조(20)에서 세정에 사용된 세정 약액은 배출관(60)을 통해 배출된다.

그 다음, 새로운 황산과 과산화수소수가 4:1의 비율로 상기 내부 세정조(10)에 공급되고, 그 내부 세정조(10)에서 오버플로우된 세정 약액은 외부 세정조(20)로 공급된다.

이와 같은 상태에서 상기 황산과 과산화수소수가 혼합되면 반응열에 의해 상기 세정 약액의 온도는 증가하게 된다. 이때 세정 약액의 온도는 약 108 내지 110℃이다.

상기와 같이 발열반응이 완료되는 시점은 온도센서(81)에 의해 검출되며, 제어부(80)는 펌프(30)에 의해 외부 세정조(20)의 세정 약액을 순환시키며, 이는 필터(40)에서 정화된 후, 제1밸브(51)를 통해 히터(50)에 공급된다.

상기 히터(50)는 제어부(80)의 제어에 따라 동작하여 순환되는 세정 약액을 승온시켜, 제1배관(52)을 통해 내부 세정조(10)에 더 가열된 세정 약액을 공급하게 된다.

상기 가열된 세정 약액의 온도를 검출하는 온도센서(81)의 검출온도가 113℃가 되었을 때, 히터(50)의 동작은 다시 정지되며, 파라미터 설정에 의해 대기시간동안 정지상태를 유지한다.

이때부터 상기 제어부(80)의 제어에 의하여 히터(50)는 온, 오프를 반복하며, 상기 온도센서(81)에 의해 검출되는 온도가 공정온도인 120℃가 될 때까지 승온을 시킨다.

상기와 같은 승온 과정에서 제2밸브(71)는 닫혀있어 냉각부(70)는 전체 동작에 영향을 주지 않게 된다.

그러나, 상기와 같이 온도센서(81)에서 검출되는 온도가 공정온도인 120℃가 되어 히터(50)의 동작을 정지시킨 상태에서도 히터(50)에 잔존하는 열에 의해 상기 내부 세정조(10)의 세정 약액은 온도가 더 상승하게 된다.

이와 같은 세정 약액의 온도 상승은 온도센서(81)에서 검출되며, 이를 입력받은 제어부(80)는 제1밸브(51)를 닫고, 제2밸브(71)를 열어 냉각부(70)에 공정온도 이상의 세정 약액이 공급되도록 한다.

상기 냉각부(70)가 동작하여 공정온도 이상인 세정약액을 냉각시키며, 그 냉각된 세정 약액을 제2배관(77)을 통해 상기 내부 세정조(10)로 공급하여 세정 약액의 온도를 공정온도로 맞출 수 있게 된다.

상기 세정 약액의 온도가 정확하게 공정온도가 될 때까지 상기 히터(50)의 가열과 냉각부(70)의 냉각은 반복될 수 있다.

이때까지 걸리는 시간은 시험적으로 약 10분 내외이며, 따라서 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치 및 방법은 세정 약액의 교체에 필요한 시간을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

도 3은 상기 냉각부(70)의 바람직한 실시예에 따른 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치의 냉각부(70)는 외측부터 페놀수지층(72), 불소수지층(73) 및 단열재(74)가 순차 위치하는 케이스와, 그 케이스를 관통하는 세정 약액이 순환되는 순환관(75)과, 상기 케이스의 내에서 순환관 주변에 위치하여 냉각수에 의한 열교환이 일어나도록 하는 냉각관(76)을 포함하여 구성된다.

상기 케이스는 열손실이 발생하지 않도록 함과 아울러 약액에 의한 손상을 방지하기 위한 구조이며, 이와 같은 작용이 가능한 열교환기의 구성이면 그 구성에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한되지 않는다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명 반도체 웨이퍼 세정장치 및 방법은 세정 약액의 교체시 세정 약액의 반응열을 감안하여 적기에 승온과 냉각을 함으로써, 세정 약액을 보다 빠른 시간 내에 공정온도로 설정할 수 있게 되어, 세정공정의 중단시간을 최소화하여 반도체 장치의 수율 및 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

세정 약액이 공급되는 내부 세정조와, 그 내부 세정조에서 오버플로우된 세정 약액이 공급되는 외부 세정조와, 펌프에 의해 외부 세정조에서 내부 세정조로 순환되는 세정 약액을 가열하여, 제1배관을 통해 내부 세정조에 승온된 세정 약액을 공급하는 히터를 포함하는 반도체 웨이퍼 세정장치에 있어서,

상기 내부 세정조의 세정 약액 온도를 검출하는 온도센서;

상기 온도센서의 검출결과와 기준값을 비교하여 제어신호를 출력하는 제어부;

상기 제어부의 제어에 따라 세정 약액이 공정온도 이상의 온도일 때, 상기 순환되는 세정 약액의 순환경로를 변경하는 제1 및 제2밸브;

상기 제어부의 제어에 따라 제2밸브를 통해 공급된 세정 약액을 냉각시키는 냉각부; 및

상기 냉각부에서 냉각된 세정 약액을 상기 내부 세정조에 공급하는 제2배관을 더 포함하는 반도체 웨이퍼 세정장치.
제1항에 있어서,

상기 세정 약액은 황산과 과산화수소수의 혼합액인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 냉각부는 냉각수를 이용한 열교환기인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장치.
세정조의 사용된 세정 약액을 배출한 후, 새로운 세정 약액을 세정조로 공급하고, 그 세정조의 세정 약액을 순환시킴과 아울러 가열하여, 세정 약액을 교환하는 반도체 세정장치의 세정 약액 공급방법에 있어서,

a) 상기 세정 약액이 순환 될 때 온도를 검출하여 그 세정 약액의 온도가 공정 온도 이상인지 판단하는 단계; 및

b) 상기 a) 단계에서 공정 온도 이상으로 세정 약액이 가열되었으면, 순환되는 세정 약액을 냉각하여 세정 약액의 온도를 공정 온도로 낮추는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼 세정장치의 세정 약액 공급방법.
제4항에 있어서,

상기 a) 단계의 세정 약액은 황산과 과산화수소수의 혼합액인 것을 특징으로 하는 세정 약액 공급방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 세정 약액의 공정온도는 120℃인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장치의 세정 약액 공급방법.
제4항에 있어서,

상기 a) 단계와 b) 단계는 상기 세정 약액의 온도가 정확히 공정온도가 될 때까지 반복될 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정장치의 세정 약액 공급방법.