KR100875881B1 - 반도체 웨이퍼를 건식으로 세정하는 건식 세정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 건식 세정장치에 관한 것으로서, 세정될 웨이퍼(100)가 장입되는 세정실(142)과, 웨이퍼(100)의 앞면 및 뒷면 중의 적어도 어느 한 쪽 공간에 설치되어 세정가스를 웨이퍼(100)에 분사하는 세정노즐모듈(120U, 120L)과, 세정실(142)의 내부공간으로 인입되어 웨이퍼(100) 가까이에 입구가 위치하도록 설치되는 배기수단(140U, 149L)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 웨이퍼의 건식 세정과정에서 일어나는 재오염 문제를 해결할 수 있다.

건식세정, 아르곤 에어로졸, CO2 클러스터, 노즐분리 게이트 밸브, 반송실

Description

반도체 웨이퍼를 건식으로 세정하는 건식 세정장치{Dry cleaning apparatus for semiconductor wafer}

도 1은 종래의 건식세정장치의 문제점을 설명하기 위한 도면;

도 2는 종래의 건식세정장치의 또 다른 문제점을 설명하기 위한 도면;

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 건식 세정장치를 설명하기 위한 도면들;

도 5는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 건식 세정장치의 전체적인 개략도;

도 6은 세정실(142)을 설명하기 위한 도면;

도 7 및 도 8은 세정노즐모듈(120L)의 구동을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>

10, 100: 웨이퍼 20: 세정노즐

24: 아르곤 에어로 졸 36: 헬륨 크라이오클러

38: 열교환기 40: 배기구

42, 142: 세정실 44: 웨이퍼 스캔기구

46: 프로세스 핸드 56: 가속노즐

58: 가속가스 66: 퍼지가스

70, 170: 카세트실 72: 카세트

74, 76: 게이트 밸브 80: 반송실

82: 진공로봇 84: 로봇암

86: 로봇핸드 90: 버퍼실

120U, 120L: 세정노즐모듈 140U, 140L: 배기라인

144: 웨이퍼 회전용 지지판 180: 반송실

182:로봇 270: 노즐분리 게이트 밸브

280: 노즐대기실

본 발명은 반도체 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 웨이퍼를 건식으로 세정하는 건식 세정장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 표면의 오염은 최종 제품의 생산성에 크게 영향을 미치기 때문에 웨이퍼의 표면세정은 매우 중요하다. 이는 반도체 웨이퍼 뿐만 아니라 LCD 기판, 태양전지 기판 등에 있어서도 마찬가지이며 본 발명의 권리범위는 이러한 부분에도 미친다.

웨이퍼의 표면세정 방법으로는 습식세정과 건식세정이 있다. 습식세정은 세 정설비의 설치면적이 크고 폐액처리를 고려해야 된다는 문제가 있으며, 건식세정은 파티클 형상의 오염물은 제대로 제거되지 않는다는 문제가 있다. 이러한 통상적인 건식세정의 문제점을 해결하기 위하여 아르곤 고체의 미립자를 포함하는 에어로졸(이하 '아르곤 에어로 졸')을 감압분위기 속에서 충돌시켜 표면세정을 수행하는 건식세정 방법도 소개된 바 있다.

그러나 어떠한 방식의 건식세정을 하더라도 세정가스의 충돌에 의해서 웨이퍼 표면에서 떨어져 나온 오염물질이 세척된 기판 표면에 다시 붙어서 웨이퍼를 재오염시키는 문제가 여전히 존재한다.

도 1은 국제특허공개 WO 2001/00336 (출원번호: PCT/JP2000/003129)에 개시된 종래의 건식세정장치의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 세정노즐(20)을 통해서 분사되는 세정가스 즉 아르곤 에어로 졸(24)은 가속노즐(56)에서 분사되는 가속가스(58)에 의해 가속되어 웨이퍼(10) 표면에 충돌한 후 웨이퍼(10)의 표면에서 제거된 오염물질과 함께 세정실(42)의 배기구(40)를 통해 외부로 배출된다. 이 때 웨이퍼(10) 표면에서 떨어져 나온 오염물질이 웨이퍼(10) 표면에 다시 달라붙는 것을 방지하기 위하여 배기방향으로 퍼지가스(66)를 흘려보낸다.

그러나 이렇게 퍼지가스를 사용하는 것은 웨이퍼의 재오염을 방지하는데 효율적일지 모르나 아르곤 에어로졸(24)이 퍼지가스(66)의 흐름에 편승하게 되어 웨이퍼(10) 표면에 충돌되는 효율이 떨어지게 된다. 따라서 세정이 제대로 이루어지려면 많은 양의 아르곤 에어로졸(24)이 분사되어야 하는 문제가 있다.

또한 반도체 선폭이 줄어듦에 따라 가는 선 사이에 있는 오염물질을 제거하기 위해서는 아르곤 에어로졸(24)을 웨이퍼(10)에 대략 수직하게 충돌시켜야 하는데, 이 경우 비록 퍼지가스(66)의 흐름이 존재한다 하더라도 충돌 후에 아르곤 에어로졸(24)이 사방으로 퍼져나가는 양이 상당하게 된다. 따라서 재오염이 발생할 우려가 많게 된다.

도 2는 상기 국제특허공개 WO 2001/00336에 개시된 종래의 건식세정장치의 또 다른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 웨이퍼(10)는 카세트실(70)의 카세트(72)에 수용되어 있다가, 반송실(80) 내에 설치된 진공로봇(82)의 로봇암(84)의 선단에 장착된 로봇핸드(86)에 의해 게이트 밸브(74, 76)를 통과하여 버퍼실(90)의 프로세스 핸드(46) 상에 이송된다. 웨이퍼 스캔기구(44)에 의해 구동되는 프로세스 핸드(46) 상에 있던 웨이퍼(10)는 버퍼실(90)에서 세정실(42)로 이송되며, 세정노즐(20) 및 가속노즐(56) 아래에서 X축 및 Y축 방향으로 스캔된다. 세정실(42)에서 세정이 이루진 웨이퍼(10)는 버퍼실(90)로 반입된 경로를 역으로 거슬러 카세트실(70)로 되돌아간다.

아르곤 에어로졸(24)은 아르곤 가스와 질소가스를 헬륨 크라이오쿨러(He cryocooler, 36)를 이용한 열교환기(38)를 이용하여 냉각시킨 다음에 세정노즐(20)에 형성된 다수의 미세한 노즐구멍을 통해 분사시킴으로써 형성된다.

상술한 종래의 건식세정장치는, 첫째, 아르곤 에어로졸(24)이 저온이므로 세정노즐(20)도 같이 냉각된다. 따라서 세정노즐(20)을 이동시키기 보다는 세정노 즐(20)은 고정하고 웨이퍼 스캔기구(44)를 이용하여 웨이퍼(10)를 이동시킨다. 이 때 웨이퍼의 이동과 관련된 부품들(parts)이 선형적으로 이동하게 되는데 이로 인해 신규 오염물이 발생하게 된다.

둘째, 세정노즐(20)이 냉각되기 때문에 대기에서 웨이퍼(10)를 로딩하거나 언로딩하면 노즐에 수분 및 기타 이물질이 붙게 된다. 따라서 이를 방지하기 위해서 진공상태에서 웨이퍼를 로딩하거나 언로딩하기 위해서 별도의 로봇과 챔버가 필요하며 이는 가격상승과 넓은 설치공간의 요인이 된다.

셋째, 세정실(42)에는 웨이퍼를 한 장씩 로딩해야 하므로 생산성 측면에서 바람직하지 못하다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 웨이퍼를 건식으로 세정함에 있어서 나타나는 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 반도체 웨이퍼 건식 세정장치를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 건식 세정장치는, 세정될 웨이퍼가 장입되는 세정실과, 상기 웨이퍼의 앞면 및 뒷면 중의 적어도 어느 한 쪽 공간에 설치되어 세정가스를 상기 웨이퍼에 분사하는 세정노즐모듈과, 상기 세정실의 내부공간으로 인입되어 상기 웨이퍼 가까이에 입구가 위치하도록 설치되는 배기 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 세정노즐모듈은 가속가스를 분사하는 가속노즐을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 세정가스는 상기 가속가스에 의하여 가속되어 상기 웨이퍼에 충돌한다.

상기 배기수단은 그 입구가 상기 웨이퍼의 둘레에 대칭하도록 배치되는 것이 바람직하다.

상기 세정실에는 복수개의 웨이퍼가 원형으로 놓여지는 웨이퍼 회전용 지지판이 설치될 수 있으며, 이 경우 상기 웨이퍼 회전용 지지판의 회전에 의하여 상기 웨이퍼들이 상기 세정노즐모듈에 번갈아 가면서 노출된다.

노즐분리 게이트 밸브에 의해서 상기 세정실과 분리되는 노즐 대기실이 더 설치될 수 있으며, 이 때 상기 세정노즐모듈은 상기 노즐 대기실에서 대기하고 있다가 세정 시에 상기 웨이퍼 쪽으로 이송되어 상기 세정가스를 분사하도록 설치된다. 상기 노즐분리 게이트 밸브는 상기 웨이퍼가 상기 세정실에 로딩 또는 언로딩되는 과정에서는 닫히도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 세정실에 인접하여 반송챔버가 설치되고, 상기 반송챔버에는 반송수단이 포함되는데, 상기 반송수단은 상기 반송챔버와 상기 세정실이 대기상태에서 상기 웨이퍼를 상기 세정실로 로딩 또는 언로딩한다.

상기 세정노즐모듈은 상기 웨이퍼 면에 대해서 수직으로 이송가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 세정가스로는 아르곤 에어로졸 또는 CO₂ 클러스터를 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 건식 세정장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 세정노즐모듈(120U, 120L)이 웨이퍼(100)의 앞면 및 뒷면 의 양쪽 공간에 각각 설치되어 아르곤 에어로졸 또는 CO₂ 클러스터를 웨이퍼(100)에 분사할 수 있게 되어 있는데, 세정노즐모듈(120U, 120L)의 각각은 종래의 세정노즐 및 가속노즐을 모두 포함할 수도 있으며 세정노즐만 포함한 것일 수 있다. 세정 후의 오염물질이 웨이퍼(100)에 재 흡착되지 않고 바로 외부로 펌핑되어 배출될 수 있도록 배기라인(140U, 140L)이 세정실(142) 안쪽까지 삽입되어 세정노즐모듈(120U, 120L)과 웨이퍼(100)의 가까이에 배치된다. 세정노즐모듈(120U, 120L)은 웨이퍼(100)의 윗 공간과 밑 공간에 설치되며, 이에 따라 배기라인(140U, 140L)도 웨이퍼(100)의 윗 공간과 밑 공간에 설치된다.

세정실(142)의 벽 자체를 배기구의 입구로 사용하면 배기구와 웨이퍼 사이의 거리가 멀어 배기구에 가까울수록 오염물질이 점점 많이 쌓이므로 이는 오염물질 제거의 근본적인 해결책이 될 수 없는 바, 상술한 바와 같이 배기라인(140U, 140L)을 세정실(142)의 안쪽까지 삽입시켜 웨이퍼(100)의 가까이에 배치하는 것이 본 발명의 특징이다.

가는 선폭의 웨이퍼를 세정하기 위해 세정노즐모듈(120U, 120L)을 웨이퍼(100)에 대해 수직으로 세울 경우 세정 후의 오염물이 사방으로 퍼져 나갈 수 있으므로 배기라인(140U, 140L)은 웨이퍼(100)의 양쪽에 대칭으로 배치하는 것이 바람직하다. 웨이퍼(100)의 둘레를 따라 환형으로 설치하는 것도 이러한 범주에 포함된다.

도4의 (a)에서와 같이 상부 세정노즐모듈(120U) 및 상부 배기라인(140U)만 설치될 수도 있고, 도 4의 (b)에서와 같이 하부 세정노즐모듈(120U) 및 하부 배기라인(140L)만 설치될 수도 있다.

하부 세정노즐모듈(120L)과 하부 배기라인(140L)은 웨이퍼(100)의 뒷면을 세정하기 위한 것이지만, 경우에 따라서는 웨이퍼(100)의 세정후 오염물이 웨이퍼(100)에 다시 내려앉아 웨이퍼(100)가 재오염되는 것을 방지하기 위하여 세정 대상면(앞면)을 위로 향하게 하지 않고 아래로 향하게 하여 세정하는 경우도 있는데 이 때 하부 세정노즐모듈(120L)과 하부 배기라인(140)이 매우 유용하다.

도 5는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 건식 세정장치의 전체적인 개략도이다. 카세트실(170)에 대기 중이던 웨이퍼(100)는 반송실(180)의 로봇(182)의 도움을 받아 세정실(142)로 이송되어 세정이 이루어진다. 웨이퍼가 한 장씩 세정실에 장입되는 종래의 매엽식의 경우와 달리 본 발명의 경우는 웨이퍼(100)가 여러 장 장입되는 배치(batch)식이다. 따라서 한 번의 세정공정으로 여러 장의 웨이퍼를 세정할 수 있으므로 웨이퍼 1개당 세정시간이 크게 단축된다.

도 6은 도 5의 세정실(142)을 설명하기 위한 도면으로서, 웨이퍼 회전용 지지판(144)에 복수개의 웨이퍼(100)가 환형으로 놓여진다. 세정노즐모듈(120U)은 고정되며 웨이퍼 회전용 지지판(144)이 회전하면서 여러장의 웨이퍼(100)가 세정된다. 따라서 종래의 왕복직선운동하는 경우보다 이동하는 부품의 수가 적어 신규 오염물질이 적게 발생하여 바람직하며, 종래에는 웨이퍼 1장당 1개의 세정노즐모듈이 필요하였지만 본 발명의 경우에는 웨이퍼 당 세정노즐모듈의 개수가 줄어든다.

도 7은 세정노즐모듈(120L)을 설명하기 위한 도면이다. 세정노즐모듈(120L)은 세정 중에 냉각된 상태를 유지하기 때문에 온도가 매우 낮다. 따라서 대기 중에서 웨이퍼를 로딩하거나 언로딩할 경우 노즐에 수분 및 기타 이물질이 붙게 된다. 종래의 경우에는 이를 방지하기 위하여 진공상태에서 웨이퍼를 세정실로 로딩하거나 언로딩하였다. 그러나 본 발명의 경우에는 노즐분리 게이트 밸브(270)에 의해서 세정실(142)과 분리되는 별도의 진공공간인 노즐대기실(280)에서 세정노즐모듈(120L)이 공정조건을 유지하면서 대기하고 있는 동안에, 대기상태에서 세정실(142)로 웨이퍼를 로딩 및 언로딩할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 빠르게 하기 위해 별도의 진공 이송공간을 마련하지 않아도 되므로 장비의 가격이 저렴하고 설치공간도 작게 된다.

본 발명에 의하면 웨이퍼의 세정면이 밑쪽을 향하더라도 대기 중에서 진공척 을 이용하여 웨이퍼의 세정될 부분에 대한 직접적인 접촉이 없이 세정실로 로딩 및 언로딩할 수 있어서 웨이퍼 이동시 발생할 수 있는 오염을 감소시킬 수 있다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 세정노즐모듈(120L)은 상하운동 가능하게 설치된다. 웨이퍼(100)와 세정노즐모듈(120L) 사이의 거리 조절로 세정조건을 달리할 수 있기 때문에 세정조건이 다른 여러장의 웨이퍼를 세정할 시에 웨이퍼마다 세정노즐모듈(120L)과의 거리조절로 세정조건을 달리하면서 세정할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 세정노즐모듈이 세정실과 독립된 별도의 공간에서 공정조건을 유지하고 있다가 웨이퍼 상부 또는 하부공간으로 이송되어 오므로 웨이퍼를 진공상태에서 로딩 및 언로딩할 필요가 없게 되어 세정시간의 단축, 장비의 저렴화, 설치공간의 감소 등 많은 이점이 있고, 배기라인이 세정실 안쪽까지 인입되어 웨이퍼 가까이에 위치하므로 웨이퍼의 재오염이 방지되며, 세정노즐모듈의 상하운동이 가능하게 되므로 세정조건의 다양화를 꾀할 수 있다.

Claims (9)

1. 세정될 웨이퍼가 장입되는 세정실;

   상기 웨이퍼의 앞면 및 뒷면 중의 적어도 어느 한 쪽 공간에 설치되어 세정가스를 상기 웨이퍼에 분사하는 세정노즐모듈;

   상기 세정실의 내부공간으로 인입되어 상기 웨이퍼 가까이에 입구가 위치하도록 설치되는 배기수단; 및

   노즐분리 게이트 밸브에 의해서 상기 세정실과 분리되도록 설치되는 노즐 대기실; 을 구비하며,

   상기 세정노즐모듈은 상기 노즐 대기실에서 대기하고 있다가 세정 시에 상기 웨이퍼 쪽으로 이송되어 상기 세정가스를 분사하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 건식 세정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 세정노즐모듈은 가속가스를 분사하는 가속노즐을 포함하며, 상기 세정가스는 상기 가속가스에 의하여 가속되어 상기 웨이퍼에 충돌하는 것을 특징으로 하는 건식 세정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 배기수단은 그 입구가 상기 웨이퍼의 둘레에 대칭하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 건식 세정장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 세정실에는 복수개의 웨이퍼가 원형으로 놓여지는 웨이퍼 회전용 지지판이 설치되며, 상기 웨이퍼 회전용 지지판의 회전에 의하여 상기 웨이퍼들이 상기 세정노즐모듈에 번갈아 가면서 노출되는 것을 특징으로 하는 건식 세정장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 노즐분리 게이트 밸브는 상기 웨이퍼가 상기 세정실에 로딩 또는 언로딩되는 과정에서는 닫히도록 설치되는 것을 특징으로 하는 건식 세정장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 세정실에 인접하여 반송챔버가 설치되고, 상기 반송챔버에는 반송수단이 포함되는데, 상기 반송수단은 상기 반송챔버와 상기 세정실이 대기상태에서 상기 웨이퍼를 상기 세정실로 로딩 또는 언로딩하는 것을 특징으로 하는 건식 세정장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 세정노즐모듈은 상기 웨이퍼 면에 대해서 수직으로 이송가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 건식 세정장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 세정가스가 아르곤 에어로졸 또는 CO₂ 클러스터인 것 을 특징으로 하는 건식 세정장치.

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