KR100899159B1

KR100899159B1 - 포토 마스크 세정장치 및 방법

Info

Publication number: KR100899159B1
Application number: KR1020070095031A
Authority: KR
Inventors: 정인석
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-05-27
Also published as: KR20090029876A

Abstract

본 발명은 포토 마스크 세정장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명 포토 마스크 세정장치는, 챔버 내부로 공급된 질소가스를 사용온도 보다 높은 온도로 가열하는 히터와, 상기 히터에 의해 가열된 질소가스를 사용온도로 냉각시킴과 아울러 그 질소가스에 포함된 수분을 제거하는 냉각기와, 상기 냉각기에 의해 수분이 제거된 질소가스를 정화 및 순환시키는 순환필터와, 상기 순환필터에 의해 수분이 제거된 질소가스가 공급되는 분위기에서 웨이퍼 표면에 고체 이산화탄소를 분사하는 세정노즐을 포함한다. 또한 본 발명 포토 마스크 세정방법은, 챔버 내에서 제1질소가스가 흐르는 분위기에서 웨이퍼에 고체 이산화탄소를 분사하여 포토 마스크를 제거하는 포토 마스크 세정방법에 있어서, 상기 제1질소가스는 가열 팽창 후, 냉각 응축에 의해 수분이 제거된 것을 사용한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 히터에 의해 적정온도 이상 가열된 질소가스를 냉각기를 이용하여 적정온도로 낮춤과 아울러 그 질소가스에서 수분을 제거하여 처리되는 웨이퍼를 용이하게 건조시킴으로써, 세정 후 이물이 재 부착되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

포토 마스크, 세정, 질소, 절대습도

Description

포토 마스크 세정장치 및 방법{Cleaner for photo mask and cleaning method thereof}

본 발명은 포토 마스크 세정장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조에 사용하는 포토 마스크를 건식으로 세정할 수 있는 포토 마스크 세정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정에서는 소정의 소자 패턴을 형성하기 위하여 포토 마스크(포토 레지스트)를 사용하여 증착된 박막의 일부를 노출시키고, 그 노출된 특정 박막을 식각하는 방식을 사용한다.

이와 같이 포토 에칭 공정을 수행한 후, 포토 마스크는 완전하게 제거될 필요가 있으며, 이를 위하여 강알칼리 또는 강산인 약액을 사용하고 있다. 상기 약액에 의한 습식세정은 그 세정 효과가 우수하나 후처리에 많은 비용이 들며, 환경오염을 유발할 수 있는 문제점이 있었다.

이와 같은 습식세정의 문제점을 해결하기 위하여, 승화성 고체입자를 이용한 포토 마스크의 제거 방법이 제시되었으며, 이는 주로 고체 이산화탄소(드라이아 이스) 입자의 충돌과 부피의 증가를 이용하여 포토 마스크를 제거하는 것으로, 미국특허 5,989,355호에 기재되어 있다.

이하, 미국특허 5,989,355호를 참조하여 종래 포토 마스크 세정장치의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 종래 포토 마스크 세정장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면 종래 포토 마스크 세정장치는, 외부와 기밀을 유지하는 상태에서 웨이퍼(40b)의 입출입이 가능하도록 프론트도어(31a)와 리어도어(31b)를 구비하는 로드락(31)과, 상기 로드락(31)에서 웨이퍼(40b)를 인출하여 스핀들(45) 상에 로딩하거나, 세정이 완료된 웨이퍼(40b)를 상기 로드락(31)으로 언로딩하는 로봇아암(42)과, 상기 웨이퍼(40b)상의 세정종점을 검출하는 테스트부(43) 및 마이크로 스코프(44)와, 액체 이산화탄소를 저장하는 저장용기(23)에 저장된 액체 이산화탄소를 튜브(24) 및 밸브어셈블리(25)를 통해 공급받아 상기 웨이퍼(40b)에 고체 이산화탄소를 분사하여 세정하는 노즐(22)을 포함하는 분사시스템(20)과, 기체 질소를 저장하는 질소저장용기(37a)에서 필터(36a)를 통해 공급된 질소를 가열하는 히터(36)와, 상기 히터(36)에서 가열된 질소를 챔버(30) 내에서 순환시키는 블로워(38)와, 상기 블로워(38)에 의해 순환되는 질소를 필터링하는 헤파필터(33) 및 프리필터(39)와, 상기 질소의 고른 순환이 이루어지도록 하는 층류스크린(34)와, 상기 히터(36)의 온도를 제어함과 아울러 상기 로봇아암(42)과 테스트부(43)를 제 어하는 컴퓨터(35)를 포함하여 구성된다.

미설명 부호 10은 종래 포토 마스크 세정장치이며, 21은 액체이산화탄소를 공급하는 공급시스템, 41은 세정이 이루어지는 테이블이고, 40a는 픽업헤드, 32a는 질소의 순환을 위한 리턴 덕트이다.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 포토 마스크 세정장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 챔버(30)의 로드락(31)의 프론트도어(31a)가 열린 상태에서 포토 마스크의 제거가 필요한 웨이퍼(40b)가 로딩되며, 그 프론트도어(31a)가 닫힌 상태에서 리어도어(31b)가 열린 후, 상기 컴퓨터(35)에 의해 제어되는 로봇아암(42)이 동작하여 그 로드락(31)에서 웨이퍼(40b)를 인출하여 스핀들(45) 상에 로딩한다.

이와 같은 상태에서 분사시스템(20)은 고체 이산화탄소를 그 웨이퍼(40b)에 분사하여 포토 마스크를 세정한다. 상기 분사시스템(20)은 밸브 어셈블리(25)에 포함된 밸브의 열림에 따라 액체 이산화탄소 저장부(23)에 저장된 액체 이산화탄소를 튜브(24)를 통해 인출 받아 노즐(22)을 통해 분사하며, 그 노즐(22)을 통해 분사되는 액체 이산화탄소는 단열 팽창하여 고체 이산화탄소가 된다.

이와 같이 분사된 고체 이산화탄소는 웨이퍼(40b) 표면의 포토 마스크와 충돌 후 기화되면서 부피가 확장되어 포토 마스크를 제거할 수 있게 된다.

그러나 상기 고체 이산화탄소 자체의 온도가 매우 낮기 때문에 웨이퍼(40b)의 표면에 결로가 발생할 수 있으며, 이와 같은 결로의 발생은 수분에 의한 포토 마스크의 재 부착이 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위하여 상온 이상의 온도로 가열된 질소가스를 사용하여 상기 웨이퍼(40b)에 결로가 발생하는 것을 방지한다.

포토 마스크는 유기물이며, 상기와 같은 세정에 의해 유기물이 챔버(30) 내에 존재할 수 있게 된다. 이와 같은 유기물의 정화를 위하여 상기 결로방지에 사용된 질소가스를 챔버(30) 내에서 순환시키며, 그 유기물을 필터 프리필터(39) 및 헤파필터(33)로 필터링 한다.

또한 난류의 발생을 방지하기 위하여 층류스크린(34)을 사용하여 일정한 질소가스의 흐름을 유지한다.

그러나 상기와 같은 종래 포토 마스크 세정장치는 질소가스를 히터(36)로 가열하는 과정에서 그 질소가스의 절대 습도가 상승할 수 있으며, 이는 상기 웨이퍼(40b)에서 습기를 제거하는데 방해 요인이 된다. 따라서 웨이퍼(40b)의 습기를 완전히 제거할 수 없어 이물이 재 부착되는 문제점이 있었다.

아울러 상기 고체 이산화탄소와 웨이퍼(40b)의 충돌에 의해 웨이퍼(40b)가 정전기로 대전될 수 있으며, 이러한 정전기에 의해서도 이물이 재 부착되어 웨이퍼(40b)를 오염시킬 수 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 본 발명의 과제는, 장치 내에서 수분을 제거하여 세정된 웨이퍼에 이물이 재 부착 되는 것을 방지할 수 있는 포토 마스크 세정장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 과제는 고체 이산화탄소와 웨이퍼의 충돌시 발생할 수 있는 정전기를 방지할 수 있는 포토 마스크 세정장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 포토 마스크 세정장치는, 챔버 내부로 공급된 질소가스를 사용온도 보다 높은 온도로 가열하는 히터와, 상기 히터에 의해 가열된 질소가스를 사용온도로 냉각시킴과 아울러 그 질소가스에 포함된 수분을 제거하는 냉각기와, 상기 냉각기에 의해 수분이 제거된 질소가스를 정화 및 순환시키는 순환필터와, 상기 순환필터에 의해 수분이 제거된 질소가스가 공급되는 분위기에서 웨이퍼 표면에 고체 이산화탄소를 분사하는 세정노즐을 포함한다.

또한 본 발명 포토 마스크 세정방법은, 챔버 내에서 제1질소가스가 흐르는 분위기에서 웨이퍼에 고체 이산화탄소를 분사하여 포토 마스크를 제거하는 포토 마스크 세정방법에 있어서, 상기 제1질소가스는 가열 팽창 후, 냉각 응축에 의해 수분이 제거된 것을 사용한다.

본 발명은 히터에 의해 적정온도 이상 가열된 질소가스를 냉각기를 이용하여 적정온도로 낮춤과 아울러 그 질소가스에서 수분을 제거하여 처리되는 웨이퍼를 용이하게 건조시킴으로써, 세정 후 이물이 재 부착되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 제전기를 사용하여 고체 이산화탄소와의 충돌에 의해 웨이퍼가 대전되는 것을 방지하여, 세정 후 정전기에 의해 이물이 재 부착되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 본 발명 세정장치의 바람직한 실시예에 따른 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 포토 마스크 세정장치의 바람직한 실시예에 따른 구성도이다.

도 2를 참조하면 본 발명 포토 마스크 세정장치의 바람직한 실시예는, 상기 챔버(100)와 외기의 기밀을 유지하면서 웨이퍼(1)를 로딩 및 언로딩할 수 있는 오토셔터부(110)와, 상기 오토셔터부(110)의 웨이퍼(1)를 세정위치로 로딩 및 언로딩하는 로봇(120)과, 컴퓨터(200)의 제어에 따라 개폐가 제어되어 상기 챔버(100)의 내부로 질소가스용기(130)의 질소가스를 공급하는 제1밸브부(140)와, 상기 제1밸브부(140)를 통해 공급된 질소가스를 적정 온도를 초과하는 온도로 가열하는 히 터(150)와, 상기 히터(150)에서 가열된 질소가스를 적정 온도로 냉각시킴과 아울러 그 질소가스에 포함된 수분을 제거하는 냉각기(160)와, 상기 냉각기(160)에서 냉각된 공기를 필터링함과 아울러 순환시키는 순환필터(170)와, 상기 컴퓨터(200)의 제어에 따라 액체 이산화탄소 저장용기(300)로부터 액체 이산화탄소를 인출하여 공급하는 상기 챔버(100)의 내측으로 공급하는 제2밸브부(310)와, 상기 제2밸브부(310)에 의해 공급된 액체 이산화탄소를 고체로 상변화시켜 상기 세정위치에 로딩된 웨이퍼(1)에 분사하는 세정노즐(320)과, 상기 제1밸브부(140)로부터 질소가스를 공급받아 상기 세정중인 웨이퍼(1)에 분사하는 질소분사노즐(180)과, 상기 웨이퍼(1)의 대전을 방지하는 분사식 제전기(400)와, 상기 챔버(100)의 내부에서 각각 압력, 파티클, 온도, 세정종점을 검출하여 상기 컴퓨터(200)에 그 정보를 제공하는 압력센서(510), 파티클센서(520), 온도센서(530) 및 종점검출센서(540)와, 상기 컴퓨터(200)의 제어에 따라 상기 챔버(100) 내부의 질소 등을 외부로 배출하는 배기부(600)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 포토 마스크 세정장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저 챔버(100)는 완전히 외기와 차단된 것이며, 웨이퍼(1)의 출입을 위하여 그 챔버(100)의 측면에 오토셔터부(110)가 설치된다. 상기 오토셔터부(110)는 동시에 열리는 상태가 없는 두 개의 셔터도어에 의해 외기와 챔버(100) 내부 사이 의 기밀이 유지되는 상태에서 웨이퍼를 로딩 또는 언로딩 할 수 있는 공간을 제공한다.

상기 오토셔터부(110)에 적재된 포토 마스크의 세정이 요구되는 웨이퍼(1)는 로봇(120)에 의해 인출되어 세정위치로 이송되며, 세정이 완료된 웨이퍼는 다시 그 로봇(120)에 의해 상기 오토셔터부(110)로 언로딩된다.

상기 웨이퍼(1)가 세정위치로 이송될 때 컴퓨터(200)는 제1밸브부(140)를 제어하여 질소가스용기(130)로부터 질소가스를 인출하여 상기 챔버(100) 내로 공급한다. 또한 상기 챔버(100)의 내측에 위치하는 히터(150)에 의해 그 공급된 질소가스는 가열된다.

이때 상기 히터(150)에 의해 가열되는 온도는 실제 세정공정에 사용할 질소가스의 온도보다 더 높은 온도로 가열한다. 이처럼 가열된 질소가스는 그 부피가 팽창된다.

상기 가열된 질소가스는 냉각기(160)에서 냉각되며, 그 냉각기(160)를 통과한 질소가스의 온도는 실제 세정공정에서 사용되는 적당한 온도이며, 그 질소가스의 부피는 줄어들게 된다.

이처럼 질소가스의 부피를 팽창시킨 후 다시 부피를 줄임으로써 상기 냉각기(160)에서 질소가스에 포함된 습기를 제거할 수 있으며, 따라서 질소가스의 절대 습도는 낮아지게 된다.

또한 히터의 가열에만 의존하던 종래의 온도 조절이 히터에 의한 가열(150) 및 냉각기(160)에 의한 냉각에 의해 조절될 수 있어 보다 온도의 조절이 용이하게 된다.

이처럼 온도와 습도가 제어된 질소가스는 순환필터(170)를 통해 정화됨과 아울러 상기 챔버(100)의 내부에서 순환될 수 있다. 상기 순환필터(170)는 필터 내부에 송풍팬이 마련된 것으로, 종래와 같이 송풍장치와 필터장치가 분리된 구성에 비하여 더 단순한 구성을 이룰 수 있다.

상기 순환필터(170)에 의해 정화되고, 고르게 세정위치로 공급되는 질소가스의 분위기에서 상기 컴퓨터(200)의 제어에 따라 개폐제어되는 제2밸브부(310)에 의해 이산화탄소 저장용기(300)에 저장된 액체 이산화탄소가 챔버(100)의 내부로 공급되며, 세정노즐(320)을 통해 상기 세정위치에 위치하는 웨이퍼(1)에 분사된다.

상기 세정노즐(320)은 공급된 액체 이산화탄소를 단열 팽창시켜, 고체 이산화탄소로 상변화를 시키는 것이면 그 구조에 무관하게 적용할 수 있다. 또한 그 수도 필요에 따라 선택 적용할 수 있다.

이와 같이 세정노즐(320)을 통해 고체 이산화탄소를 생성 분사하여 웨이퍼(1)의 상면에 위치하는 포토 마스크를 세정하는 과정에서, 상기 컴퓨터(200)는 상기 제1밸브부(140)를 제어하여 질소분사노즐(180)에 질소를 공급하여 상기 고체 이산화탄소의 분사와 함께 질소가스가 웨이퍼(1)의 표면으로 분사되도록 한다.

상기와 같은 질소분사노즐(180)에 공급되는 질소가스와 세정노즐(320)에 공급되는 액체 이산화탄소는 종점검출센서(540)에서 세정의 종점이 검출되면, 공급이 중단되도록 상기 컴퓨터(200)에서 제어한다.

상기 종점검출센서(540)는 세정되는 웨이퍼(1)에 광을 조사하여 파장의 변화를 검출하는 센서 등 포토 마스크의 제거가 완료되고 그 포토 마스크의 하부 막이 노출되는 것을 검출하는 센서이면 그 종류에 무관하게 사용할 수 있다.

이때 상기 질소분사노즐(180)에서 분사되는 질소가스의 압력은 상기 챔버(100) 내부에서 순환되는 질소가스에 비해 압력이 더 높게 하여 상기 고체 이산화탄소에 의해 세정되는 포토 마스크를 그 웨이퍼(1) 상에서 보다 더 쉽게 제거할 수 있게 하여, 세정력을 높인다.

또한 상기 냉각기(160)에 의해 냉각되면서 절대습도가 낮아진 질소가스에 의하여 상기 웨이퍼(1)에는 습기가 존재하지 않게 되며, 따라서 제거된 포토 마스크의 성분인 유기물이 웨이퍼(1)에 재 부착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

그리고 상기와 같이 세정이 이루어지는 웨이퍼(1)의 상부에는 제전기(400)가 구비되어 있으며, 그 제전기(400)의 주변인 세정위치에 이온을 발생시킴으로써 상기 웨이퍼(1)의 표면에 정전기가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이처럼 웨이퍼(1)에 정전기가 발생하는 것을 방지함으로써, 이물이 정전기에 의해 웨이퍼(1)에 재 부착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 제전기(400)는 자기방전식 또는 전압인가식 제전기를 사용할 수 있다.

이와 같이 포토 마스크가 세정된 웨이퍼(1)는 로봇(120)에 의해 오토셔터부(110)로 이송된다. 또한 세정에 사용된 질소가스는 순환되어 필요에 따라 다시 히터(150)에 의해 가열되고, 냉각기(160)에서 냉각된다.

이는 온도센서(530)에 의해 검출된 챔버(100) 내부 온도가 설정온도 범위 내에 있는지 판단한 컴퓨터(200)에 의해 자동 조정될 수 있으며, 히터(150)와 냉각기(160)가 동시에 작동할 수 있으며, 히터(150) 또는 냉각기(160)가 선택적으로 동작하여 적당한 온도를 유지할 수 있게 한다.

상기와 같이 순환되는 질소가스는 상기 순환필터(170)에서 필터링되어 포함된 이물 등이 제거된다.

상기 챔버(100)에는 파티클센서(520)가 존재하며, 상기 순환필터(170)에 의해 필터링 된 상태의 질소가스에 포함된 파티클의 수를 검출한다. 이때 검출된 파티클의 수가 설정된 수 이상일 때는 세정공정의 진행을 중단하고, 배기부(600)를 통해 상기 챔버(100) 내부의 공기를 모두 배기한다.

이때 배기를 보다 용이하게 하도록 하기 위하여, 상기 챔버(100)에 CDA(Clean Dry Air)를 공급하는 CDA 공급부(도면 미도시)를 더 포함 할 수 있다.

상기와 같은 배기는 압력센서(510)에서 검출된 압력이 설정 압력에 비해 높은 경우에도 이루어질 수 있으며, 상기 압력센서(510)에서 검출된 압력이 설정압력 이하인 경우 컴퓨터(200)는 제1밸브부(140)를 제어하여 적당량의 질소가스가 챔버(100)로 유입되도록 제어한다.

이와 같이 본 발명 포토 마스크 세정장치는, 정전기 및 습기에 의해 이물이 세정된 웨이퍼 상에 재 부착되는 것을 방지함으로써, 세정 효율을 높이며, 세정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 포토 마스크 세정장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명 포토 마스크 세정장치의 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부의 설명>

1:웨이퍼 100:챔버

110:오토셔터부 120:로봇

130:질소가스용기 140:제1밸브부

150:히터 160:냉각기

170:순환필터 180:질소분사노즐

200:컴퓨터 300:이산화탄소 저장용기

310:제2밸브부 320:세정노즐

400:제전기 510:압력센서

520:파티클센서 530:온도센서

540:종점검출센서 600:배기부

Claims

챔버 내부로 공급된 질소가스를 사용온도 보다 높은 온도로 가열하는 히터;

상기 히터에 의해 가열된 질소가스를 사용온도로 냉각시킴과 아울러 그 질소가스에 포함된 수분을 제거하는 냉각기;

상기 냉각기에 의해 수분이 제거된 질소가스를 정화 및 순환시키는 순환필터; 및

상기 순환필터에 의해 수분이 제거된 질소가스가 공급되는 분위기에서 웨이퍼 표면에 고체 이산화탄소를 분사하는 세정노즐을 포함하는 포토 마스크 세정장치.
제1항에 있어서,

상기 고체 이산화탄소가 분사되는 상기 웨이퍼 상에 질소가스를 분사하는 질소분사노즐을 더 포함하는 포토 마스크 세정장치.
제2항에 있어서,

상기 질소분사노즐을 통해 분사되는 질소가스는,

상기 순환필터에 의해 순환되는 질소가스의 압력보다 더 높은 압력으로 분사되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 세정장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 웨이퍼가 정전기로 대전되는 것을 방지하는 제전기를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 포토 마스크 세정장치.
제4항에 있어서,

상기 챔버 내부의 파티클의 수 또는 챔버 내부 압력에 따라 컴퓨터의 제어에 의해 개폐되어 그 챔버 내부의 공기를 외부로 배기하는 배기부를 더 포함하는 포토 마스크 세정장치.
제5항에 있어서,

상기 배기부에 의해 배기가 이루어지는 동안, 상기 챔버 내부에 CDA(Clean Dry Air)를 공급하는 CDA공급부를 더 포함하는 포토 마스크 세정장치.
챔버 내에서 제1질소가스가 흐르는 분위기에서 웨이퍼에 고체 이산화탄소를 분사하여 포토 마스크를 제거하는 포토 마스크 세정방법에 있어서,

상기 제1질소가스는 가열 팽창 후, 냉각 응축에 의해 수분이 제거된 것을 특징으로 하는 포토 마스크 세정방법.
제7항에 있어서,

상기 고체 이산화탄소가 분사되는 웨이퍼에 상기 제1질소가스 보다 더 큰 압력의 제2질소가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 세정방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 웨이퍼의 주변에 이온을 형성하여 그 웨이퍼가 정전기로 대전되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 세정방법.