KR101302586B1 - 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치는, 웨이퍼를 지지하는 지지대; 상기 웨이퍼 상에 산화제를 분사할 수 있도록 다수의 분사구가 이격되어 형성된 분사 장치; 를 포함하고, 상기 분사구는 웨이퍼의 표면에 수직인 직선에 대해 경사지게 방사상으로 형성되어, 상기 분사 장치는 상기 산화제가 분사될 때의 유체 압력에 의해 중심축을 중심으로 무동력 회전이 가능한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 간단한 구조와 저렴한 비용으로 웨이퍼 상에 양호한 품질의 산화막을 형성할 수 있는 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Description

웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치 및 방법 {Apparatus and method for forming oxide film on wafer}
본 발명은 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 웨이퍼(wafer)는 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정, 원하는 웨이퍼의 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑 공정(lapping), 웨이퍼 내부의 손상층 제거를 위한 식각 공정(etching), 표면 경면화 및 평탄도를 향상시키기 위한 폴리싱 공정(polishing), 웨이퍼 표면의 오염물질을 제거하기 위한 세정 공정(cleaning) 등의 단계를 거쳐 웨이퍼로 생산된다.
반도체 소자의 고집적화로 인해 반도체 웨이퍼 제조 공정 중 폴리싱 공정 시에 웨이퍼에 가해지는 스크래치나 결함이 반도체 제조공정에서 소자의 수율 및 생산성에 큰 영향을 끼치는 중요한 인자 중의 하나로 인식되어 가고 있다.
특히, 대구경화된 웨이퍼(예, 300㎜ 직경의 웨이퍼)를 사용하는 최근의 반도체 소자의 제조공정의 경우 웨이퍼와 연마장치의 연마면도 역시 대형화되어 가고 있는 추세이다. 이러한 이유들로 인해 폴리싱 공정 진행시 웨이퍼와 연마면에 가해지는 스트레스와 충격이 높아지고, 그 결과 웨이퍼에 스크래치나 결함의 발생 빈도가 높아지는 경향이 있다.
폴리싱 공정에 의해 웨이퍼의 표면은 평탄화되지만, 웨이퍼의 표면에는 연마제로서 공급되는 슬러리(slurry) 중에 포함된 연마입자 또는 웨이퍼로부터 발생된 파티클(이하, 파티클)이 많이 남아있는 상태가 된다. 이러한 파티클은 이후의 세정공정에 의해 제거되지만, 파티클이 웨이퍼의 표면에 고착되면 세정 공정에 의해서도 잘 제거되지 않는 문제점이 있다.
이를 위해, 폴리싱 공정 후에는 웨이퍼의 표면을 오존수로 처리하여 산화막을 형성함으로써, 파티클이 웨이퍼의 표면에 잘 고착되지 않도록 한다. 또한, 폴리싱 공정 후 웨이퍼를 세정조로 이송하는 과정에서 파티클이 웨이퍼 표면에 부착될 수 있으므로, 이를 방지하기 위한 목적으로 웨이퍼의 표면을 오존수로 처리한다.
도 1a 및 도 1b는 종래에 오존수로 웨이퍼 상에 산화막을 형성하는 방법을 도시하는 도면으로, 도 1a는 웨이퍼를 수조 내에 담그기 전의 상태를 도시하고, 도 1b는 웨이퍼를 수조 내에 담근 상태를 도시한다.
폴리싱 공정이 끝난 웨이퍼(W)는 오존수가 수용된 수조(1) 내에 담그는 방법으로 표면에 산화막을 형성한다. 도 1b를 참조하면, 웨이퍼(W)를 수조(1) 내에 넣을 때 화살표로 도시된 바와 같은 오존수의 흐름이 발생한다. 웨이퍼(W)를 수조(1)로부터 꺼낼 때는 화살표와 반대방향의 오존수 흐름이 발생한다.
도 2는 도 1에 도시된 방법으로 웨이퍼 상에 산화막을 형성하였을 때, 웨이퍼 상에 형성되는 패턴 마크를 도시하는 도면이다.
도 2는 웨이퍼(W) 상에 레이저를 주사하여 웨이퍼 상의 파티클을 조사하기 위한 헤이즈 맵(haze map)을 나타내고, 이러한 헤이즈 맵 상에는 오존수의 흐름에 의한 패턴 마크가 나타나고 있다. 패턴 마크는 웨이퍼(W) 표면의 미세한 러프니스(roughness)에 의해 나타나는 것으로 웨이퍼(W)의 품질을 저해하는 요인이 된다. 종래의 산화막 형성 공정에 의해 웨이퍼(W) 표면에 산화막은 용이하게 형성할 수 있지만, 웨이퍼(W)를 수조(1)에 넣었다가 꺼내는 과정에서 오존수의 흐름에 의해 웨이퍼(W) 표면에 패턴 마크가 발생하여 웨이퍼의 품질이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 웨이퍼(W)의 에지를 파지하고 웨이퍼(W)를 회전시키면서 웨이퍼(W)의 상부에서 오존수를 뿌려주는 방법이 있으나, 웨이퍼(W)의 에지를 파지하는 과정에서 에지가 오염될 수 있고, 회전 시스템의 설비로 인한 투자 비용이 많고, 장비 크기가 커져 생산성이 저하되는 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 간단한 구조와 저렴한 비용으로 웨이퍼 상에 양호한 품질의 산화막을 형성할 수 있는 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공하고자 함에 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치는, 웨이퍼를 지지하는 지지대; 상기 웨이퍼 상에 산화제를 분사할 수 있도록 다수의 분사구가 이격되어 형성된 분사 장치; 를 포함하고, 상기 분사구는 웨이퍼의 표면에 수직인 직선에 대해 경사지게 방사상으로 형성되어, 상기 분사 장치는 상기 산화제가 분사될 때의 유체 압력에 의해 중심축을 중심으로 무동력 회전이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분사 장치는, 상기 산화제가 공급되는 유로가 형성된 중앙부와, 상기 중앙부와 유체 연통되어 상기 중앙부로부터 방사상으로 연장되고 상기 분사구가 이격되어 형성된 복수의 분지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분지부는 상기 중앙부로부터 하방으로 경사지게 연장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분사구의 경사각도는 30 내지 60°인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분사구의 직경은 1 내지 3mm 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분지부 상에서 각각의 상기 분사구가 이격되는 거리는 1 내지 3cm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산화제는 오존수인 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 방법은, 지지대 상에 웨이퍼를 안착시키는 단계; 중심축을 중심으로 회전하는 분사 장치에 의해 산화제를 상기 웨이퍼의 표면에 대해 경사지게 상기 웨이퍼 상으로 분사하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분사구는 상기 중심축을 중심으로 방사상으로 이격되어 형성되고, 상기 웨이퍼의 표면에 수직인 직선에 대해 경사지게 형성되어, 상기 분사 장치는 상기 산화제가 분사될 때의 유체 압력에 의해 상기 중심축을 중심으로 무동력 회전이 가능한 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치는, 웨이퍼를 지지하는 지지대; 중심축을 중심으로 회전 가능하고, 상기 웨이퍼 상에 산화제를 분사할 수 있도록 다수의 분사구가 이격되어 형성된 분사 장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 간단한 구조와 저렴한 비용으로 웨이퍼 상에 양호한 품질의 산화막을 형성할 수 있는 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래에 오존수로 웨이퍼 상에 산화막을 형성하는 방법을 도시하는 도면으로, 도 1a는 웨이퍼를 수조 내에 담그기 전의 상태를 도시하고, 도 1b는 웨이퍼를 수조 내에 담근 상태를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 방법으로 웨이퍼 상에 산화막을 형성하였을 때, 웨이퍼 상에 형성되는 패턴 마크를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산화막 형성 장치의 분사 장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 산화막 형성 장치의 분사구의 분사방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 장치에 의해 웨이퍼 상에 산화막을 형성하였을 때, 웨이퍼 표면에 대한 헤이즈 맵을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 웨이퍼 상에 산화막을 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치를 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산화막 형성 장치의 분사 장치를 나타내는 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 산화막 형성 장치의 분사구의 분사방향을 설명하기 위한 도면이다.
반도체 소자 제조를 위한 웨이퍼는 단결정 실리콘 잉곳(ingot)으로부터 슬라이싱 공정, 래핑 공정, 식각 공정, 폴리싱 공정, 세정 공정 등의 단계를 거쳐 웨이퍼로 생산된다. 폴리싱 공정을 진행한 후에는 웨이퍼의 표면은 평탄화되지만, 웨이퍼의 표면에는 각종 파티클들이 많이 남아있는 상태가 된다. 이러한 파티클은 이후의 세정공정에 의해 제거되지만, 파티클이 웨이퍼의 표면에 고착되면 세정 공정에 의해서도 잘 제거되지 않는 문제점이 있다. 이를 위해, 최종 폴리싱 공정 후에는 웨이퍼의 표면에 산화막을 형성하여 파티클이 웨이퍼의 표면에 잘 고착되지 않도록 한다.
실시예에 따른 웨이퍼 상에 산화막을 형성하는 장치(100)(이하, 장치)는 지지대(110), 분사 장치(120), 산화제 공급부(130)를 포함한다.
지지대(110)는 그 위에 웨이퍼(W)를 안착시켜 지지하는 역할을 한다. 지지대(110)에는 지지봉(도시안됨)이 구비되어, 웨이퍼(W)를 지지대(110)의 표면으로부터 이격되게 지지할 수 있다.
분사 장치(120)는 중앙부(121)와, 중앙부(121)로부터 방사상으로 연장되는 분지부(122)를 포함할 수 있다. 분사 장치(120)는 금속 또는 플라스틱으로 제작될 수 있다.
중앙부(121)에는 산화제가 공급되는 유로(121a)가 형성된다. 산화제 공급부(130)로부터 공급되는 산화제는 이러한 유로(121a)를 통해 분지부(122)로 전달된다.
분지부(122)는 중앙부(121)의 유로(121a)와 유체 연통되어, 중앙부(121)로부터 방사상으로 연장된다. 분지부(122)에는 웨이퍼(W) 상으로 산화제를 분사할 수 있도록 다수의 분사구(122a)가 형성된다. 분사구(122a)는 웨이퍼(W)의 표면에 수직인 직선에 대해 경사지게 형성되어, 분사구(122a)를 통해 분사되는 산화제는 웨이퍼(W)의 표면에 경사지게 분사될 수 있다.
산화제 공급부(130)는 중앙부(121)의 유로(121a)와 연결되어, 분사 장치(120)로 산화제를 공급하는 역할을 한다. 이러한 산화제는 예를 들어, 오존수일 수 있다. 또한, 산화제 공급부(130)는 서로 다른 복수의 산화제를 분사 장치(120)로 공급할 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 분지부(122)는 중앙부(121)로부터 하방으로 경사지게 연장될 수 있다. 이는 산화제가 중앙부(121)를 통해 분지부(122)의 각각의 분사구(122a)로 전달될 때의 압력 손실을 고려한 것이다.
도 4를 참조하면, 분지부(122)는 중앙부(121)로부터 연장되는 봉 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 3개의 분지부(122)가 중앙부(121)로부터 연장되고, 각각의 분지부(122)는 동일한 간격으로 이격될 수 있다.
분지부(122)의 하단에는 다수의 분사구(122a)가 이격되어 형성된다. 분사구(122a)의 직경은 산화막을 형성하고자 하는 웨이퍼(W)의 크기에 따라 달라질 수 있다. 분사구(122a)의 직경(d)은 예를 들어, 1 내지 3mm일 수 있다. 또한, 각각의 분사구(122a) 사이의 이격거리(D)는 1 내지 3cm일 수 있다.
도 5를 참조하면, 분사구(122a)는 웨이퍼(W)의 표면에 수직인 직선에 대해 경사지게 형성된다. 이러한 경사각도(θ)는 30 내지 60°일 수 있다. 각각의 분사구(122a)를 통한 산화제의 분사방향에 의해, 산화제는 웨이퍼(W)의 표면에 분사되면서 웨이퍼(W)의 내측에서 외측으로 유동된다.
중앙부(121)의 유로(121a)로 공급된 산화제는 분지부(122)를 통해 각각의 분사구(122a)를 통해 빠져나간다. 분사구(122a)를 통해 분사되는 산화제의 유압은 분지부(122)가 중앙부(121)의 중심축(123)을 중심으로 회전하는 회전력을 발생시킨다. 이는 분사구(122a)가 웨이퍼(W)의 표면에 수직인 직선에 대해 경사지게 형성됨으로써, 분사구(122a)를 통해 산화제가 비스듬하게 분사되면서 중심축(123)을 중심으로 하는 원에 대한 접선방향의 힘을 발생시키기 때문이다.
이와 같이, 분사 장치(120)는 분사구(122a)를 통해 빠져나가는 산화제의 유압에 의해 무동력으로 회전할 수 있다. 다수의 분사구(122a)를 통해 분사된 산화제는 웨이퍼(W)의 표면에 산화막을 형성하게 된다. 회전하면서 분사되는 다수의 분사구(122a)를 통해 산화제는 웨이퍼(W)의 내측에서 외측으로 균일한 유동을 형성하게 되고, 웨이퍼(W) 표면에 패턴 마크를 발생시키지 않는다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 장치에 의해 웨이퍼 상에 산화막을 형성하였을 때, 웨이퍼 표면에 대한 헤이즈 맵을 도시하는 도면이다.
도시된 바와 같이, 헤이즈 맵 상에는 산화제에 의한 패턴 마크가 형성되지 않고, 웨이퍼의 품질이 개선된 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 웨이퍼 상에 산화막을 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 먼저 지지대(110) 상에 웨이퍼(W)를 안착시킨다(S10).
다음으로, 중심축(123)을 중심으로 회전하는 분사 장치(120)에 의해 산화제를 웨이퍼(W)의 표면으로 분사한다(S20). 이때, 분지부(122)의 분사구(122a)를 통해 분사되는 산화제는 웨이퍼(W)의 표면에 대해 경사지게 웨이퍼(W) 상으로 분사된다.
분사구(122a)는 중심축(123)에 대해 방사상으로 이격되어 형성되고, 웨이퍼(W)의 표면에 수직인 직선에 대해 경사지게 형성되므로, 분사구(122a)를 통해 분사되는 산화제의 유압에 의해 분사 장치(120)는 무동력 회전이 가능하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 상에 산화막을 형성하는 장치에서는 웨이퍼(W)는 고정되고, 회전하는 분사 장치(120)에 의해 웨이퍼(W) 상에 산화제를 분사하여 산화막을 형성한다. 따라서, 웨이퍼의 에지를 파지할 필요가 없어, 웨이퍼의 에지에 파티클이 생기거나 에지가 손상되는 것을 방지할 수 있 다. 또한, 분사 장치(120)가 회전하면서, 분사구(122a)를 통해 분사된 산화제는 웨이퍼(W) 상에 균일한 유동을 형성하므로, 웨이퍼(W) 상에 패턴 마크를 발생시키지 않아 웨이퍼(W)에 양호한 산화막을 형성하는 것이 가능하게 되고, 웨이퍼(W)의 품질이 향상된다.
또한, 분사 장치(120)의 분사구(122a)는 웨이퍼(W)의 표면과 수직인 직선에 대해 경사지게 형성되므로, 산화제의 유압에 의해 분사 장치(120)를 회전시키는 회전력을 발생시킨다. 따라서, 분사 장치(120)를 회전시키기 위한 별도의 동력 장치나 에너지가 필요하지 않아, 분사 장치(120)의 구조가 간단해져 비용이 절감된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 장치
110 : 지지대
120 : 분사 장치
121 : 중앙부
121a : 유로
122 : 분지부
122a : 분사구
130 : 산화제 공급부
W : 웨이퍼

Claims (10)

  1. 웨이퍼를 지지하는 지지대;
    상기 웨이퍼 상에 오존수를 분사할 수 있도록 다수의 분사구가 이격되어 형성된 분사 장치;
    를 포함하고,
    상기 분사구는 웨이퍼의 표면에 수직인 직선에 대해 경사지게 방사상으로 형성되고 상기 웨이퍼의 표면에 수직인 직선에 대하여 경사지게 형성되어, 상기 분사 장치는 상기 오존수가 분사될 때의 유체 압력에 의해 중심축을 중심으로 무동력 회전이 가능한 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분사 장치는, 상기 오존수가 공급되는 유로가 형성된 중앙부와, 상기 중앙부와 유체 연통되어 상기 중앙부로부터 방사상으로 연장되고 상기 분사구가 이격되어 형성된 복수의 분지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분지부는 상기 중앙부로부터 하방으로 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분사구의 경사각도는 30 내지 60°인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분사구의 직경은 1 내지 3mm 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 분지부 상에서 각각의 상기 분사구가 이격되는 거리는 1 내지 3cm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치.
  7. 삭제
  8. 지지대 상에 웨이퍼를 안착시키는 단계;
    중심축을 중심으로 회전하는 분사 장치에 구비된 분사구에 의해 오존수를 상기 웨이퍼의 표면에 대해 경사지게 상기 웨이퍼 상으로 분사하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 분사구는 상기 중심축을 중심으로 방사상으로 이격되어 형성되고, 상기 웨이퍼의 표면에 수직인 직선에 대해 경사지게 형성되어, 상기 분사 장치는 상기 오존수가 분사될 때의 유체 압력에 의해 상기 중심축을 중심으로 무동력 회전이 가능한 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 방법.
  9. 삭제
  10. 웨이퍼를 지지하는 지지대;
    중심축을 중심으로 회전 가능하고, 상기 웨이퍼 상에 오존수를 분사할 수 있도록 다수의 분사구가 이격되어 형성된 분사 장치;
    를 포함하고,
    상기 분사 장치는, 상기 오존수가 공급되는 유로가 형성된 중앙부와, 상기 중앙부와 유체 연통되어 상기 중앙부로부터 방사상으로 연장되고 상기 분사구가 이격되어 형성된 복수의 분지부를 포함하고, 상기 분지부 상에서 각각의 상기 분사구가 이격되는 거리는 1 내지 3cm인 웨이퍼 상에 산화막을 형성하기 위한 장치.
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