KR19980015080A - 웨이퍼 세정 장치 및 세정액 공급 방법과 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 세정 장치 및 세정액 공급 방법과 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 세정액이 유입되는 세정액 입구를 포함하는 세정 챔버와, 상기 세정 챔버를 외기(外氣)와 차단시킬 수 있도록 상기 세정 챔버 상부에 개폐 가능하게 설치된 챔버 커버와, 내부에 불활성 가스 버블러가 설치되어 있고, 웨이퍼 세정액을 저장하는 세정액 저장 탱크와, 상기 세정액 저장 탱크로부터 세정액을 상기 세정액 입구를 통해 상기 세정 챔버 내로 공급하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치를 사용하여, 용존 산소가 제거된 세정액으로 불활성 분위기에서 세정을 행한다. 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 최종 린스에 사용되는 순수 내의 용존 산소를 최소화함으로써, 세정 공정에서 웨이퍼가 역오염되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

웨이퍼 세정 장치 및 세정액 공급 방법과 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법
본 발명은 웨이퍼 세정 장치 및 세정액 공급 방법과 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 최종 린스에 사용되는 세정액 내에 용존된 산소의 양을 최소화함으로써, 세정 공정에서 용존 산소에 의해 유발될 수 있는 결함을 방지할 수 있는 웨이퍼 세정 장치 및 세정액 공급 방법과 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.
웨이퍼가 대구경화되고 소자들이 고밀도, 고집적화됨에 따라, 반도체 기판 상에 존재하는 미립자(particle) 또는 금속 불순물 등으로 대표되는 미세 오염(micro-contamination)이 제품의 수율과 신뢰성에 큰 영향을 미치게 되었다. 이 때문에, 초LSI 공정에서는 청정화의 중요성이 한층 높아지고 있다. 각 제조 공정에서 웨이퍼에 부착되는 미립자 수의 추이를 보면, 초LSI 공정은 그 모두가 미립자(뿐 만 아니라 각종 오염)의 발생 원인이며 전체 공정에 걸쳐서 웨이퍼 표면을 청정하게 보존하는 것이 수율 향상의 키 포인트가 되고 있다.
통상적으로, 반도체 제조 공정에서는 웨이퍼 상의 미립자를 비롯한 금속 불순물, 유기 오염 물질, 표면 피막 등의 다양한 대상물을 제거하기 위하여 습식 세정 공정을 수행한 후, 웨이퍼를 건조시키게 된다.
특히, 반도체 제조 공정중에 산화물로 이루어지는 막질과 폴리실리콘으로 이루어지는 막질이 동시에 노출되어 있고 단차가 형성된 구조상에서는 워터마크(water mark)로 인한 오염 문제가 빈번히 발생되고 있다. 이와 같은 워터마크의 경우에는 에칭 공정에서 워터마크에 의한 마스킹 현상이 발생하는 문제를 일으킬 수도 있고, 성막 공정에서의 장해 요인으로 되어, 완성된 반도체 소자의 특성을 저하시키는 문제를 일으키고 있다.
따라서, 반도체 제조 공정에 있어서 워터마크는 이물질, 금속 오염, 자연 산화막 등과 마찬가지로 반드시 제거하여야 할 과제이며, 따라서, 그 생성 원인을 제거할 필요가 있다.
일반적으로, 상기와 같은 워터마크는 건조 분위기중에서 산소가 물방울에 용해되어 물방울의 내부와 계면에 확산된 상태로 건조된 결과로서 형성되는 것으로 알려져 있다. 특히, 최종 린스시에 사용되는 순수(純水) 내에 용존 산소를 다량으로 함유하고 있는 경우에는 상기한 바와 같은 워터마크가 형성되는 현상이 더욱 심화되는 것으로 알려져 있다.
그에 따라, 상기와 같은 워터마크의 형성을 최소화하기 위하여 최종 린스에 사용되는 세정조에 질소(N2) 가스를 이용하여 버블링(bubbling)을 발생시키는 N2버블러(bubbler)와 같은 장치를 설치하여 사용하고 있다. 그러나, N2버블러 자체만으로는 세정조 내에서 순수 내에 함유되어 있는 용존 산소를 완전히 제거하는 것은 어렵다. 또한, 세정조 내에 N2버블러를 설치하게 되면, N2버블링으로 인하여 세정조 내에서 순수가 원활하게 유동할 수 없을 뿐 만 아니라, 사이즈가 비교적 큰 버블에 의해 웨이퍼 표면상에 파티클이 형성되는 현상이 나타나기도 한다.
도 1은 웨이퍼를 통상적인 방법으로 최종 린스하기 위하여 사용되는 세정조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼를 순수에 의해 통상적인 방법으로 최종 린스하는 경우에는, 세정액 입구(102)를 통하여 정류판(104)이 설치된 세정조(100) 내로 공급되는 순수가 웨이퍼(도시 생략)의 최종 린스시에 화살표 A로 표시한 바와 같이 유동하여 세정조 밖으로 오버플로우된다.
도 2는 웨이퍼를 최종 린스하는 세정조 내에 N2버블러를 설치한 경우를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 웨이퍼(도시 생략)를 최종 린스하는 세정조(100) 내에 N2버블러(106)를 설치한 경우에는, 세정액 입구(102)를 통하여 정류판(104)이 설치된 세정조(100) 내로 공급되는 순수가 부분적으로는 웨이퍼의 최종 린스시에 화살표 A로 표시한 바와 같이 유동하지만, N2버블러(106)가 설치된 부분에서는 상기 N2버블러(106)에 의해 형성된 N2기포(108)에 의하여 순수가 화살표 B로 표시한 바와 같은 와류 형상으로 유동하게 된다.
상기와 같이 세정조 내에 와류가 형성되는 경우에는, 세정 공정시의 세정력을 약화시킬 뿐 만 아니라, 오히려 웨이퍼에 파티클이 재흡착되어 웨이퍼가 역오염되는 원인이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 최종 린스에 사용되는 순수 내의 용존 산소를 최소화할 수 있는 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼의 최종 린스에 사용되는 순수 내의 용존 산소를 최소화할 수 있는 세정액의 공급 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 웨이퍼 세정 장치를 사용하여 웨이퍼를 세정하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 웨이퍼를 통상적인 방법으로 최종 린스하기 위하여 사용되는 세정조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 웨이퍼를 최종 린스하는 세정조 내에 N2버블러를 설치한 경우를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 상기 도 3에 도시한 상기 세정 챔버를 확대하여 도시한 사시도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 세정액 저장 탱크, 4 : 불활성 가스 버블러
5 : 산소 농도계, 6 : 펌프
7 : 필터, 9 : 세정 챔버
10 : 게이지, 12 : 가스 유입구
13 : 챔버 커버, 15 : 세정액 입구
16 : 세정액
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 세정액이 유입되는 세정액 입구를 포함하는 세정 챔버와, 상기 세정 챔버를 외기(外氣)와 차단시킬 수 있도록 상기 세정 챔버 상부에 개폐 가능하게 설치된 챔버 커버와, 내부에 불활성 가스 버블러가 설치되어 있고, 웨이퍼 세정액을 저장하는 세정액 저장 탱크와, 상기 세정액 저장 탱크로부터 세정액을 상기 세정액 입구를 통해 상기 세정 챔버 내로 공급하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 펌프와 상기 세정 챔버의 세정액 입구 사이에 설치되어 상기 펌프로부터 유출되는 세정액 내의 파티클을 분리시키는 필터를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 세정 챔버에는 상기 세정 챔버의 외부로부터 불활성 가스를 상기 세정 챔버 내로 유입시키기 위한 가스 유입구가 형성되어 있다.
또한 바람직하게는, 상기 세정액 저장 탱크는 상기 세정액 저장 탱크 내부에서의 압력을 릴리스(release)시키기 위한 가스 릴리저(releaser)를 포함하고, 상기 세정 챔버와 세정액 저장 탱크중 적어도 하나의 내부에는 산소 농도계가 설치된다.
또한 바람직하게는, 상기 세정액 저장 탱크에 설치된 불활성 가스 버블러에는 순수한 불활성 가스를 공급하기 위한 필터가 설치되고, 상기 세정액 저장 탱크에 설치된 불활성 가스 버블러는 N2가스 버블러이다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웨트 스테이션에서 웨이퍼 세정을 위하여 세정 챔버 내에 세정액을 공급하는 방법에 있어서, 세정액 저장 탱크 내에서 불활성 가스를 사용하여 세정액 내의 용존 산소를 제거하는 단계와, 상기 용존 산소가 제거된 세정액을 펌프를 통하여 상기 세정 챔버 내에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정액 공급 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 세정액은 순수(純水)이다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웨트 스테이션에서 순수를 사용하여 웨이퍼를 세정하는 방법에 있어서, 상부에 설치된 개폐 가능한 챔버 커버에 의해 외기와 차단 가능한 세정 챔버 내에 용존 산소가 제거된 세정액을 공급하는 단계와, 상기 챔버 커버를 통하여 세정 챔버 내에 웨이퍼를 로딩하는 단계와, 상기 세정 챔버 내의 분위기를 불활성 분위기로하여 상기 세정액에 의해 웨이퍼의 세정을 행하는 단계를 포함하는 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 웨이퍼의 세정을 행하는 단계에서는 상기 세정 챔버 내의 분위기를 불활성 분위기로 하기 위하여 상기 세정 챔버 내에 불활성 가스를 계속 공급한다. 더욱 바람직하게는, 상기 불활성 가스로서 N2가스를 사용한다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는 웨트 스테이션에 설치되어 웨이퍼의 세정을 행하는 것으로서, 세정액(16), 예를 들면 순수(純水)가 유입되는 세정액 입구(15)를 포함하는 세정 챔버(9)와, 상기 세정 챔버(9)를 외기(外氣)와 차단시킬 수 있도록 상기 세정 챔버(9) 상부에 개폐 가능하게 설치된 챔버 커버(13)와, 내부에 불활성 가스 버블러(4)가 설치되어 있고, 웨이퍼 세정액을 저장하는 세정액 저장 탱크(2)와, 상기 세정액 저장 탱크(2)로부터 세정액을 상기 세정액 입구(15)를 통해 상기 세정 챔버(9) 내로 공급하는 펌프(6)를 포함한다. 여기서, 상기 펌프(6)와 상기 세정 챔버(9)의 세정액 입구(15) 사이에는 필터(7)가 설치되어, 상기 펌프(6)로부터 유출되는 세정액 내에서 파티클을 최소화한 상태로 상기 세정 챔버(9) 내에 세정액을 공급한다.
또한, 상기 세정액 저장 탱크(2) 내부에서 세정액 내의 용존 가스를 제거할 목적으로 사용하는 불활성 가스 버블러(4)는 미리 필터(8)를 거친 순수한 불활성 가스, 예를 들면 N2가스를 사용하고, 상기 세정액 저장 탱크(2) 내부에서 불활성 가스의 사용으로 인해 상기 세정액 저장 탱크(2) 내부에 걸리는 압력을 릴리스(release)시키기 위하여 가스 릴리저(gas releaser)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 세정 챔버(9)와 세정액 저장 탱크(2)중 적어도 하나에는 그 내부에 산소 농도계(5)를 설치하여, 상기 세정 챔버(9) 또는 세정액 저장 탱크(2) 내부에 충전된 세정액 내의 용존 산소의 양을 체크하고, 그 결과를 웨트 스테이션의 외부에 설치된 산소 농도 모니터용 게이지(10)를 통하여 확인할 수 있다. 도 1에는 상기 산소 농도계(5)가 상기 세정 챔버(9) 및 세정액 저장 탱크(2)에 모두 설치되어 있는 것으로 도시되어 있다.
도 4는 상기 도 3에 도시한 상기 세정 챔버(9)를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 세정 챔버(9)에는 상기 세정 챔버(9)의 외부, 즉 상기 세정 챔버(9)가 설치되어 있는 웨트 스페이션으로부터 불활성 가스, 예를 들면 N2가스를 상기 세정 챔버(9) 내로 유입시키기 위한 가스 유입구(12)가 형성되어 있다. 상기 가스 유입구(12)로부터 불활성 가스, 예를 들면 N2가스가 상기 세정 챔버(9) 내로 유입됨으로써, 상기 세정 챔버(9) 내부에 잔존하는 공기를 제거하고 상기 세정 챔버(9)의 내부를 불활성 분위기로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치를 사용하여 웨트 스테이션에서 웨이퍼를 세정할 때에는, 일단 상기 세정액 저장 탱크(2) 내에서 불활성 가스, 예를 들면 N2가스를 사용하여 세정액, 예를 들면 순수 내의 용존 산소를 제거하고, 상기 용존 산소가 제거된 세정액을 상기 펌프(6)를 통하여 상기 세정 챔버(9) 내에 공급한다. 그 후, 상기 챔버 커버(13)를 통하여 상기 세정 챔버(9) 내에 웨이퍼(도시 생략)를 로딩하고, 상기 가스 유입구(12)를 통해 유입되는 불활성 가스에 의해 상기 세정 챔버(9) 내의 분위기를 불활성 분위기로하여 상기 세정액(16)에 의해 웨이퍼의 세정을 행한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 최종 세정 공정시에 공급되는 세정액, 즉 순수 내에서 용존 산소의 양을 최소화할 수 있고, 세정에 사용되는 세정조로서 챔버 형태의 것을 사용하여 외부와 차단된 상태로 웨이퍼의 최종 세정 공정을 행하고, 그 내부를 불활성 분위기로 유지시킴으로써, 웨이퍼상에 형성되는 워터마크 등과 같은 웨이퍼의 오염 발생 원인을 근본적으로 게거할 수 있다. 또한, 종래의 경우와 같이, 불활성 가스 버블러를 웨이퍼를 최종 린스하는 세정조 내에 설치함으로써 야기되는 문제, 즉 세정조 내에 와류가 형성되어 세정 공정시의 세정력을 약화시키거나 웨이퍼가 역오염되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims (12)

  1. 세정액이 유입되는 세정액 입구를 포함하는 세정 챔버와,
    상기 세정 챔버를 외기(外氣)와 차단시킬 수 있도록 상기 세정 챔버 상부에 개폐 가능하게 설치된 챔버 커버와,
    내부에 불활성 가스 버블러가 설치되어 있고, 웨이퍼 세정액을 저장하는 세정액 저장 탱크와,
    상기 세정액 저장 탱크로부터 세정액을 상기 세정액 입구를 통해 상기 세정 챔버 내로 공급하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펌프와 상기 세정 챔버의 세정액 입구 사이에 설치되어 상기 펌프로부터 유출되는 세정액 내의 파티클을 분리시키는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 세정 챔버에는 상기 세정 챔버의 외부로부터 불활성 가스를 상기 세정 챔버 내로 유입시키기 위한 가스 유입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세정액 저장 탱크는 상기 세정액 저장 탱크 내부에서의 압력을 릴리스(release)시키기 위한 가스 릴리저(releaser)를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 세정 챔버와 세정액 저장 탱크중 적어도 하나의 내부에 설치된 산소 농도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 세정액 저장 탱크에 설치된 불활성 가스 버블러에는 순수한 불활성 가스를 공급하기 위한 필터가 설치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 세정액 저장 탱크에 설치된 불활성 가스 버블러는 N2가스 버블러인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  8. 웨트 스테이션에서 웨이퍼 세정을 위하여 세정 챔버 내에 세정액을 공급하는 방법에 있어서,
    세정액 저장 탱크 내에서 불활성 가스를 사용하여 세정액 내의 용존 산소를 제거하는 단계와,
    상기 용존 산소가 제거된 세정액을 펌프를 통하여 상기 세정 챔버 내에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정액 공급 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 세정액은 순수(純水)인 것을 특징으로 하는 세정수 공급 방법.
  10. 웨트 스테이션에서 순수를 사용하여 웨이퍼를 세정하는 방법에 있어서,
    상부에 설치된 개폐 가능한 챔버 커버에 의해 외기와 차단 가능한 세정 챔버 내에 용존 산소가 제거된 세정액을 공급하는 단계와,
    상기 챔버 커버를 통하여 세정 챔버 내에 웨이퍼를 로딩하는 단계와,
    상기 세정 챔버 내의 분위기를 불활성 분위기로하여 상기 세정액에 의해 웨이퍼의 세정을 행하는 단계를 포함하는 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 웨이퍼의 세정을 행하는 단계에서는 상기 세정 챔버 내의 분위기를 불활성 분위기로 하기 위하여 상기 세정 챔버 내에 불활성 가스를 계속 공급하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 불활성 가스로서 N2가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
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