KR101063039B1 - 플로우 방식이 개선된 웨이퍼 세정 방법 및 이를 위한 웨이퍼 세정조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 세정 대상 웨이퍼가 투입되는 내부공간을 구비한 세정조 본체; 상기 세정조 본체의 측면에 설치되어 상기 세정조 본체 내부의 가로방향으로 세정액을 공급하는 공급관; 및 세정에 사용된 세정액을 외부로 방출하도록 상기 세정조 본체에 설치된 배출관;을 포함하는 웨이퍼 세정조가 개시된다.

웨이퍼, 세정조, 공급관, 배출관, 오버 플로우

Description

플로우 방식이 개선된 웨이퍼 세정 방법 및 이를 위한 웨이퍼 세정조{WAFER CLEANING METHOD IMPROVED IN FLOW PROCESS AND BATH STRUCTURE FOR THE SAME}

본 발명은 웨이퍼 세정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세정조(Bath) 내부에 공급되는 세정액의 플로우 방식이 개선되어 각종 파티클이나 오염물질의 배출이 원활히 이루어질 수 있는 웨이퍼 세정 방법과 이를 위한 웨이퍼 세정조에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼의 제조 공정 중 세정 공정에서는 웨이퍼의 표면에 잔존하는 각종 파티클이나 금속 오염물질 등을 제거하여 웨이퍼의 표면을 청정화하는 처리를 수행한다.

통상적으로 웨이퍼 세정 공정에서는 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 반도체 웨이퍼(1)가 투입되는 세정조 내에 세정액을 유입시켜 세정조의 내조(10)로부터 외조(11)로 오버 플로우(Over-flow)시키는 방식이 널리 사용된다. 이와 관련하여 도 1의 (a)에는 SC-1, SC-2와 같은 세정 약액과 순수(DIW)를 공급하고 순환시킴으로써 웨이퍼를 세정하는 케미컬 세정조의 개략적인 구성이 도시되어 있으며, 도 1의 (b)에는 순수(DIW)를 내조로 지속적으로 공급하여 웨이퍼를 린스하는 DIW 세정조의 개 략적인 구성이 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 세정조의 내조(10) 하부로 공급된 세정액은 상부로 상승하여 외조(11)로 오버 플로우되고, 세정액을 펌핑하는 펌프(12), 세정액에 포함된 이물질을 필터링하는 필터(13) 등을 포함하는 순환 시스템을 통해 다시 내조(10)로 공급된다. 이와 같은 구성을 갖는 웨이퍼 세정조는 예컨대, 대한민국 공개특허공보 제2001-0026116호에 개시되어 있다.

그런데, 종래의 플로우 방식에 따른 세정 공정은 세정조 내부에서 세정액이 플로우 하는 과정에서 난류(Turbulence)가 심하게 발생하여 웨이퍼 표면에 오염 패턴이 발생하는 등 세정 성능이 좋지 않은 취약점이 있다.

즉, 종래의 세정액 플로우 방식에 의하면 도 3에 도시된 바와 같이 세정조 내부에 난류가 발생하여 세정조의 상부와 가운데 부분에 사각지대(타원 표시 참조)가 생기게 되는데, 이 사각지대로 인해 파티클이나 오염물질의 배출이 방해되어 웨이퍼의 표면에는 각종 오염 패턴이 발생하게 된다. 도 3의 (a), (b)는 세정액의 플로우를 시뮬레이션한 측면도와 정면도를 나타낸다.

상기와 같이 세정조의 하부로부터 상부로 세정액을 밀어내어 오버 플로우시키는 방법은 중력(Gravity) 방향의 반대 방향으로 세정액의 오버 플로우가 이루어지므로 세정액에 가해지는 중력과 상승력이 상충하여 난류가 발생하게 된다.

도 4에는 종래기술에 따라 세정 공정을 수행한 이후에 웨이퍼의 표면을 관찰한 결과가 나타나 있다. 도 4를 참조하면, 세정액의 플로우 과정에서 발생하는 난류에 의해 각종 파티클이나 오염물질이 세정조 밖으로 배출되지 못함으로 인하여 웨이퍼 표면의 여러 지점에서 다수의 오염 패턴이 발생하였음을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 세정액의 공급 방향을 개선하여 플로우 과정에서 난류가 발생하는 문제를 해소할 수 있는 웨이퍼 세정 방법 및 이를 위한 웨이퍼 세정조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 세정조의 측면에서 세정액을 공급하여 세정액의 원활한 플로우를 유도하는 웨이퍼 세정 방법과 이를 위한 웨이퍼 세정조를 개시한다.

즉, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법은, 세정액을 이용하여 세정조 내부에 투입된 웨이퍼를 세정하는 공정에 있어서, 세정조 내부의 가로방향으로 세정액을 공급하여 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 한다.

상기 세정액의 공급 과정은, 상기 세정조의 어느 한쪽 측면으로부터 반대쪽 측면을 향하는 단방향으로 수행되는 것이 바람직하다.

상기 세정조의 반대쪽 측면으로 공급된 세정액은 상부로 오버 플로우되는 것이 바람직하다.

상기 세정액의 공급 과정은, 웨이퍼면과 나란한 방향으로 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 세정 대상 웨이퍼의 투입을 위한 내부공간을 구비한 세정조 본체; 상기 세정조 본체의 측면에 설치되어 상기 세정조 본체 내부의 가로방향으로 세정액을 공급하는 공급관; 및 세정에 사용된 세정액을 외부로 방출하도록 상기 세정조 본체에 설치된 배출관;을 포함하는 웨이퍼 세정조가 제공된다.

상기 공급관은 복수개가 구비되어 상기 세정조 본체의 어느 한쪽 측면에 분산 배치되고, 상기 배출관은 상기 공급관이 위치한 면의 반대쪽 측면에 배치될 수 있다.

상기 배출관은 복수개가 구비되어 상기 세정조 본체의 측면 하단부에 일렬로 배치될 수 있다.

상기 배출관은 복수개의 공급관 중 최하단에 위치한 공급관에 비해 상대적으로 낮은 지점에 위치하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 세정조 본체는 내조 및 외조로 이루어지고, 상기 공급관과 배출관의 유량 분배는 세정액의 일부를 내조로부터 외조로 오버 플로우시키도록 결정될 수 있다.

본 발명에 의하면 세정액이 세정조 내부의 가로방향으로 공급되어 중력과의 상충없이 플로우에 방향성이 부여되므로 난류의 발생이 억제되어 각종 파티클이나 오염물질의 배출이 원활히 이루어질 수 있다. 따라서, 웨이퍼 표면의 이물질과 관련된 품질 및 산포가 개선되고 수율이 향상될 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정조의 개략적인 구성도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정조는 세정조 본체와, 세정조 본체의 어느 한쪽 측면에 설치된 공급관(101)과, 세정조 본체의 다른 쪽 측면에 설치된 배출관(102)을 포함한다.

세정조 본체는 세정액이 채워지는 내부공간을 구비한 내조(100)와, 세정액의 오버 플로우를 위하여 내조(100)의 상부에 설치된 외조(103)로 이루어진다. 내조(100)의 내부공간에는 상호 실질적으로 포개진 형태를 이루는 다수의 세정 대상 웨이퍼(1)가 투입된다.

공급관(101)은 내조(100)의 한쪽 측면에 설치되어 가로방향으로 세정액을 공급한다. 상기 '가로방향'은 내조(100)의 바닥면에 대하여 실질적으로 수평을 이루는 방향을 지칭한다. 따라서, '가로방향'은 정수평방향에 국한되지 않으며, 세정액 의 플로우가 내조(100)의 내부공간을 실질적으로 가로지르는 방향을 향하기만 하면 충분하다.

상기 세정액은 SC-1, SC-2와 같은 세정 약액이나, 순수(DIW) 또는 이들의 혼합액을 지칭한다.

공급관(101)은 복수개가 구비되어 내조(100)의 한쪽 측면에 분산 배치되고, 각각의 공급관(101)에는 세정액이 균등하게 분배되어 공급된다(도 7의 (a) 참조). 비록 도 7에는 5개의 공급관(101)이 분산 배치된 예가 도시되어 있으나, 본 발명이 이러한 예에 한정되지 않고 공급관(101)의 개수에 다양한 변형예가 있을 수 있음은 물론이다.

도 8의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 공급관(101)이 상부, 중부, 하부 중 어느 한 지점에 치우치게 배치된 경우에는 세정액의 공급 불균형으로 인하여 오버 플로우 과정에서 소정의 난류가 발생할 수 있다.

배출관(102)은 세정에 사용된 세정액을 외부로 방출하도록 내조(100)의 다른 쪽 측면 하단부에 배치된다(도 7의 (b) 참조). 세정액의 균형있는 배출을 위해 배출관(102)은 복수개가 일렬로 배치되고, 각각의 배출관(102)에는 세정액이 균등하게 분배되어 배출된다.

세정액의 원활한 배출을 위하여 배출관(102)은 복수개의 공급관(101) 중 최하단에 위치한 공급관(101)에 비해 상대적으로 낮은 지점에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 공급관(101), 배출관(102), 외조(103)에는 세정액의 공급, 배출, 순환 을 제어를 위하여 펌프, 밸브, 필터 등을 포함하는 통상의 순환 시스템이 연결된다.

도 9에는 공급관(101), 배출관(102), 외조(103)에 대한 유량 분배의 예가 모식적으로 도시되어 있다. 도 9에서 각각의 공급관(101)에는 4LPM의 유량이 분배되고, 각각의 배출관(102)에는 5LPM이 분배된다. 따라서, 공급 유량은, 내조(100)의 상부에는 2개의 공급관(101)에 의해 8LPM이 분배되고, 내조(100)의 중부에는 1개의 공급관(101)에 의해 4LPM이 분배되며, 내조(100)의 하부에는 2개의 공급관(101)에 의해 8LPM이 분배된다. 또한, 배출 유량은, 내조(100)의 하부에 위치하는 3개의 배출관(102)에 15LPM이 분배되고, 나머지 5LPM은 외조(103)로 오버 플로우 되도록 분배된다. 상기와 같이 결정되는 유량 분배에 따르면 세정액이 일정한 방향성을 가지면서 원활히 배출됨과 동시에 오버 플로우 될 수 있다.

본 발명에 따라 제공되는 웨이퍼 세정 공정에서는 도 10에 도시된 바와 같이 세정조의 어느 한쪽 측면에서 단방향으로 세정액을 공급하여 웨이퍼(1)를 세정한다. 세정액은 세정조 내부의 가로방향을 향하게 되므로 원활한 플로우를 위하여 세정액의 공급 방향은 각각의 웨이퍼면과 나란한 것이 바람직하다.

세정조의 4면에서 오버 플로우가 진행되는 종래기술(도 11의 (a) 참조)과 대비할 때, 세정조의 한쪽 측면에서 오버 플로우가 진행되는 본 발명(도 11의 (b) 참조)은 세정조 내부의 센터 부분에서 플로우의 무방향성에 의한 난류가 발생하지 않으므로 각종 파티클이나 오염물질의 배출이 원활히 이루어질 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발 명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래기술에 따른 세정조의 구성도,

도 2는 종래기술에 따른 세정조의 오버 플로우 과정을 도시한 모식도,

도 3은 종래기술에 따른 세정조에 대하여 세정액의 플로우를 해석한 시뮬레이션도,

도 4는 종래기술에 따른 세정 공정 후에 웨이퍼 표면에 파티클 패턴이 발생한 결과를 보여주는 실제 사진,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정조의 구성도,

도 6은 도 5의 상면도,

도 7은 도 5의 측면도,

도 8은 공급관의 불균형 배치시 발생하는 난류를 나타낸 모식도,

도 9는 도 5에서 공급관, 배출관, 외조에 대한 유량 분배의 예를 나타낸 모식도,

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세정 방법을 수행하는 과정을 나타낸 입체도,

도 11은 종래기술과 본 발명에 따라 수행되는 세정액 오버 플로우 방식을 비 교한 모식도이다.

<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>

1: 웨이퍼 100: 내조

101: 공급관 102: 배출관

103: 외조

Claims (9)

1. 세정조 내부의 가로방향으로 세정액을 공급하여 웨이퍼를 세정하는 방법에 있어서,

   상기 세정조의 어느 한쪽 측면으로부터 반대쪽 측면을 향하는 단방향으로 세정액을 공급하고,

   상기 반대쪽 측면의 상부로만 세정액을 오버 플로우시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   웨이퍼면과 나란한 방향으로 플로우가 이루어지도록 상기 세정액을 공급하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
5. 세정 대상 웨이퍼가 투입되는 내부공간을 구비한 세정조 본체와, 상기 세정조 본체의 한쪽 측면에 설치되어 상기 세정조 본체 내부의 가로방향으로 세정액을 공급하는 공급관과, 세정에 사용된 세정액을 외부로 방출하도록 상기 공급관이 위치한 면의 반대쪽 측면에 설치된 배출관을 구비한 웨이퍼 세정조에 있어서,

   상기 세정조 본체는 상기 세정 대상 웨이퍼가 투입되는 내부공간을 가진 내조와, 상기 배출관이 위치한 측면의 상부에 설치된 외조를 포함하고,

   상기 공급관과 배출관의 유량 분배는 세정액의 일부를 상기 내조로부터 외조로 오버 플로우시키도록 결정되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정조.
6. 제5항에 있어서,

   상기 공급관은 복수개가 구비되어 상기 세정조 본체의 한쪽 측면에 분산 배치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정조.
7. 제6항에 있어서,

   상기 배출관은 복수개가 구비되어 상기 세정조 본체의 측면 하단부에 일렬로 배치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정조.
8. 제7항에 있어서,

   상기 배출관은 복수개의 공급관 중 최하단에 위치한 공급관에 비해 상대적으로 낮은 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정조.
9. 삭제

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