KR20000006236A - 기판표면보호방법및그장치 - Google Patents

Abstract

기판표면 보호방법 및 그 장치는 반도체 웨이퍼 같은 기판이 하나의 단위공정에서 다른 단위공정으로 운반되는 동안 기판표면의 보호를 제공한다. 상기 방법은 최소한 기판표면의 일부분을 아이스 필름 같은 응고된 필름으로 도포하는 것을 포함한다.

Description

기판표면 보호방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROTECTION OF SUBSTRATE SURFACE}

본 발명은 반도체장치 제조라인에서 기판이 한 단위공정에서 다른 단위공정으로 이동되는 동안 기판의 표면오염 및 기판의 디바이스면(device surface)의 열화를 방지하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 반도체장치에 대한 회로집적밀도는 근래에 상당히 증가하고 있고, 단일 단위공정에 있어서 기판상에 증착된 또는 기판으로부터 에칭된 층(layer)의 두께는 더욱 얇아지고 있다. 이러한 다층 디바이스의 제조에 있어서, 개별 공정작업중에 반복적으로 증착 및 에칭처리를 적용하는 것이 필요하다. 이러한 작업의 수가 증가하기 때문에, 화학적 상호작용에 기인한 바람직하지 못한 환경 또는 열화에 노출되어, 그에 따른 입자 및 분자에 의한 가공된 표면의 오염가능성이 잠재적으로 증가하게 된다.

예를 들어, 순수 실리콘 표면이 실온에서 단 몇 초라도 대기중에 노출되면, 표면은 (약 50Å 두께의)자연 산화물로 도포되어 표면특성변화 또는 표면열화를 일으키고, 더욱이 질소(N₂), 산소(O₂), 이산화탄소(CO₂) 등과 같은 공기중의 다양한 가스종류의 흡수가 최외측 표면상에서 발생할 뿐만 아니라, 유기성 물질, 산화물, 금속, 이온등과 같은 미립자의 점착으로 디바이스면상에 입자오염을 일으키게 된다. 기판표면의 이러한 열화 및 특성변화와 디바이스면상의 분자/입자오염은 다음의 공정에 악영향을 미치고, 완료된 디바이스의 성능문제의 주요원인이 된다.

본 발명의 목적은 표면오염 및 열화를 일으키는 바람직하지 못한 환경에의 노출을 방지함으로써, 반도체 웨이퍼 같은 기판이 한 단위공정에서 다른 단위공정으로 이동되는 동안 기판의 표면오염을 방지하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 응고된 필름으로 최소한 기판표면의 일부분을 도포하는 것을포함하는 기판보호방법에 의해 달성된다. 이 방법은 필름층 형성, 에칭 및 가공된 표면조건이 디바이스면을 오염 및 열화시키는 대기에 노출되었을 필름층부 제거의 복수의 단계공정을 반복적으로 수행하는 반도체 장치 제조라인에서 수행될 것이다.

본 발명이 다른측은 응고된 필름으로 최소한 기판표면의 일부분을 도포하고, 다음 단계를 수행하기 위해 상기 도포된 기판을 처리장치로 운반하는 것을 포함한다.

다음의 단계는 습식처리 단계 또는 건식처리 단계 또는 저장공정등일 것이다. 응고된 필름은 탈이온수 또는 초순수(ultrapure water)로 만들어지는 아이스 필름(ice film)에 의해 구성된다. 기판은 반도체 웨이퍼 또는 액정기판일 것이다. 기판은 바람직하게는 표면이 주위대기에 노출되지 않고 도포될 것이다. 기판은 디바이스면상에 형성된 다이크(dike)로 형성된 표면상에 형성된 액상필름을 응고시킴으로써 도포될 것이다. 기판은 기판을 감싸는 응고 수증기를 응고시킴으로써 도포될 것이다.

본 발명의 다른 측면은 응고된 필름으로 최소한 기판표면의 일부분을 도포하는 코팅장치, 기판상에 가공단계를 수행하는 가공장치, 및 기판을 가공장치로 운반하는 운반장치를 포함하는 기판가공용 장치이다.

따라서, 코팅보호의 본 발명은 기판이 다음 단위공정 라인에서 가공되기를 기다리는 동안 가공된 또는 가공될 기판의 표면조건이 지속되는 것을 보장하여, 가공실 대기에 노출됨으로써 발생되는 기판의 오염 및 열화를 방지하고 제어한다.

도 1a 및 1b는 보호될 표면상에 아이스 코팅을 제공하는 단계를 예시하는 도,

도 2는 물, 기판 및 주위대기상에 작용하는 표면장력의 정적 평행을 예시하는 도,

도 3은 기판표면상에 아이스 코팅을 형성하는 장치의 개략도,

도 4는 티타늄상의 점착계수 및 가스의 흡수량을 도시하는 테이블,

도 5는 반도체 웨이퍼용 가공시설에 표면보호장치를 적용하는 예를 보여주는 블록 다이어그램, 및

도 6은 보호필름 및 기판 폴리싱을 제공하는 공정라인에 대한 단순 흐름도.

바람직한 실시예가 다음의 도 1 내지 6을 참조로 제시된다. 본 발명은 표면 및 환경사이의 접촉을 방지하기 위해 웨이퍼가 한 단위공정으로부터 다른 단위공정으로 운반될 때, 가공된 또는 가공될 표면을 아이싱 코팅으로 덮음으로써 가공중인 웨이퍼의 표면을 보호하는 것에 관한 것이다. 방법은 다음과 같이 기판상에 아이스 코팅을 형성하는 기본적 접근의 관점에서 설명될 것이다.

(1) 표면은 얇은 수막으로 덮혀지고, 기판은 냉각되어 아이스 필름을 형성한다.

(2) 기판은 수증기로 감싸지고, 기판을 포함하는 전체 시스템은 냉각되어 기판표면상에 응축된 물을 얼려서 아이스 필름을 얻는다.

먼저, 접근(1)의 적용이 도 1a, 1b 및 2를 참조로 설명된다. 방수성 물질로 만들어진 다이크(2)는 기판(1)의 외주변 둘레에 구조되고, 내부공간은 물로 채워져 도 1a에 도시된 바와 같이 얇은 수막층(3)을 형성한다. 기판(1)은 냉각되어 수막층(3)을 얼려서 도 1b에 도시된 바와 같이 아이스 필름(4)을 형성한다. 냉동전에 수막층(3)이 기판(1)상에 형성된 다이크 내에서 유지되고 있는 동안, 수막층(3)의 원주형상(6)은 각각 γ_sl,γ_sg및 γ_gl로 표시되는 수막층(3)(액체상), 기판(1)(고체상) 및 대기(5)(기체상)에 작용하는 표면장력의 정적평형의 결과로서 형성되고, θ가 접촉각일 때

γ_sg= γ_sl+γ_glcosθ (1)

의 관계가 성립되며, 수막층(3)의 형상은 등식(1)에 의해 표시된 조건에 덧붙여 물의 중량 및 밀도에 의해 결정된다. 따라서, 수막층(3)의 두께는 기판재료의 특성 및 표면상태에 의해 결정됨이 명백하고, 이 두께를 어느 한계 이하로 감소시키는 것은 어렵다. 예를 들어, 수막이 200mm 직경의 실리콘 웨이퍼의 깨끗한 표면상에 형성되면, 최소 임계두께는 약 1.9mm로 측정된다.

실질적으로 다이크(2) 제조용 재료는 포토 레지스트 또는 실리콘 수지를 제조하는데 사용되는 수지같은, 잘 벗겨지는 재료이어야 한다.

아이스 필름을 만드는 컨셉(2)(concept)의 적용은 도 3에 도시된다. 수증기를 얻기 위한 물 공급원(13)은 증기실(11)의 내부에 배치된 물탱크(12)에 저장되고, 수증기(15)는 물(13)에 잠수되어 있는 히터(14)에 의해 일정온도로 물 공급원(13)을 기화시킴으로써 생성된다.

도 3은 냉각실(16)이 증기실(11)에 인접하게 배치되고, 기판(1)은 냉각실(16)의 내부에 배치된 냉각 플레이트(17)상에 위치됨을 보여준다. 냉각 플레이트(17)는 약 -130℃의 냉각제가 흐르는 내부 냉각관(17a)을 구비하여, 기판(1)은 냉각 플레이트(17)상에 위치하자마자 급속히 냉각된다. 냉각실(16)에는 진공펌프에 연결된 진공관(18)이 제공되어, 증기실(11)을 포함하는 전체 시스템내의 압력은 급속히 낮아져 물공급원(13)의 기화를 촉진시킴으로써 신속하게 수증기를 공급하게 된다.

고체물의 온도가 낮을수록 고체물의 표면에 부딪히는 가스분자의 점착비도 낮아진다는 것은 일반적으로 알려진 사실이다. 도 4(참조 D. J. Harra, J. V. S. T., Jan/Feb, 1976)는 실온(27℃) 및 -195℃로 유지되는 티타늄 견본 표면에 점착될 수 있는 가스의 양과 점착계수를 비교하는 테이블을 도시한다. 이 테이블에 도시되듯이, 온도가 낮아짐에 따라 이산화 탄소, 산소에 대한 분자흡수밀도 및 점착계수는 증가한다. 도 4에 있어서, 결과에 저온에서의 물흡수에 대한 내용은 빠져 있지만, 아넬바 뉴스 (Anelva News) 62호 8페이지에 따르면, -195℃의 물의 점착계수는 약 1로 보고되고 있다. 따라서, 점착계수는 일반적으로 저온에서 증가되어 기판(1)이 충분히 냉각될 때, 물흡수는 기판(1)상에서 활발히 일어나고 급속히 냉각되어 기판(1)상에 신속히 아이스 필름(19)을 형성한다.

또한 가스성 분자의 극저온 트래핑(cryogenic trapping)은 극저온펌프와 같은 응용에 있어서 진공 시스템의 일부분에서 널리 시행된다.

도 3에 도시된 장치에 있어서, 냉각공정이 완료된 후, 냉각 플레이트(17)로부터의 기판(1)의 분리를 촉진하기 위해 냉각 플레이트(17) 내에 특수 목적의 저전력 히터(도시 안됨)를 제공하는 것이 가끔 효과적이다.

또한, 상술된 바와 같이, 냉각실(16)에 진공펌프에 연결된 진공관(18)이 제공되어, 증기실(11)을 포함하는 전체 시스템은 진공되어 수증기의 신속한 형성을 촉진한다. 이는 액체 구성요소로부터 증기를 방출하는 시스템에 있어서 액체의 증기의 부분압이 낮아짐에 따라, 단위 면적에 대한 기화율이 증가된다는 사실에 기초한다. 이 관계는 양적으로 다음과 같은 관계로 표현될 수 있다.

dN/dt = {a/(2πmkT)^1/2}(Pe-P) (2)

이때, dN은 시간간격 dt 동안의 액체의 단위 표면으로부터 기화하는 증기분자의 수이며, m은 분자중량, a는 기화계수이며, k는 볼츠만 상수이다.

등식(2)에서 명백하듯이, 부분 증기압P이 감소됨에 따라 dN/dt는 증가하여, 도 3에 도시된 전체 시스템을 진공시켜 물의 부분압을 감소시킴으로써, 기판(1)으로의 수증기 공급은 상당히 증가된다.

본 발명의 적용범위는 매우 넓다. 본 발명의 적용예가 다음에 제시될 것이다.

도 5는 습식처리 필름형성 및 습식 폴리싱공정에 의한 반도체 웨이퍼용 공정라인을 포함하는 설비에 적용되는 기판표면 보호장치의 개략적인 다이어그램을 보여준다. 도 5에 도시되듯이, 중앙로봇(21)은 복수의 기판상에 동시에 필름을 형성하는 습식처리 필름형성실(22), 복수의 기판을 저장하는 저장실(23), 웨이퍼를 동시에 처리하는 습식처리 폴리싱실(24), 기판을 일시적으로 수용하는 대기실(25) 및 본 발명에 따른 표면보호장치인, 기판상에 아이스 필름을 형성하는 아이스 필름 코팅실(26)에 의해 둘러싸인다.

습식처리 필름형성실(22)내의 습식처리후 웨이퍼의 표면조건 또는 습식처리 폴리싱실(24)내의 폴리싱 후 원하는 표면조건을 유지하기 위해, 처리된 웨이퍼는 아이스 형성실(26) 내에서 처리되어 아이스 필름으로 도포된다. 이 처리는 처리된 표면이 주위대기에 노출되어 표면이 열화 및 오염되는 것을 방지함으로써 처리된 표면의 보호를 제공하여, 소정의 공정을 거쳐 원하는 표면조건에 도달하는 처리된 표면의 조건을 유지시킨다.

표면보호용 재료는 코팅이 공정실 대기와의 접촉은 유지하지만, 기판재료와화학적으로 반응하지 않으며, 기계적으로 유해하지 않은 재료로 선택되어야 한다. 이러한 관점에서, 물은 이러한 모든 요구를 만족시키며, 따뜻한 물에 넣음으로써 아이스 필름을 즉각 제거할 수 있어, 물은 이상적인 재료이다.

도 6에 도시된 흐름도는 도 5의 설비를 이용하는 예이다. 복수의 기판은 습식처리 필름 형성실(22)내에서 동시에 처리되고(단계 1), 기판을 아이스 필름으로 감싸는 아이스 필름 형성실(26)내의 처리를 거쳐(단계 2), 아이스 도포된 웨이퍼가 일시적인 저장을 위해 대기상태에 위치한다(단계 3). 습식처리 폴리싱실에서 한번에 하나의 웨이퍼가 폴리싱되고(단계 4), 폴리싱된 웨이퍼는 저장실(23)에 저장된다(단계 5). 어떤 경우에 있어서, 장치의 제조과정에 따라, 단계 3에서 저장된 웨이퍼는 아이스 필름형성실(26)로 되돌려 보내져 아이스 필름으로 도포되고, 습식처리 필름형성실(22)에서 더 처리될 것이다. 또한, 단계 4에서의 폴리싱후 웨이퍼는 아이스 필름형성실(26)로 보내져 아이스로 도포되고 대기실(25)에 일시적으로 저장될 것이다.

웨이퍼는 필름형성 및 폴리싱공정의 처리시간, 동시에 처리될 수 있는 웨이퍼의 수 및 공정 생산성과 같은 공정변수의 차이로 인해 가끔 다음 단위공정을 위해 일정시간동안 기다려야 하는 경우가 있다. 공정은 공정실 환경내에서 행해지므로, 종래의 대기 접근은 웨이퍼가 주위대기에 노출되는 시간을 증가시킨다. 하지만, 도 6에 도시된 공정을 이용하면, 필요시 표면은 아이스 코팅에 의해 보호될 수 있어, 주위대기와의 접촉에 의한 표면열화 및 오염의 잠재적 문제는 상당히 감소된다.

또한, 자연적으로 두꺼운 수막층을 형성하려는 자연적 경향 때문에, 상술된 접근(1)는 에너지 소모가 많고 처리시간이 길어지기 쉽다. 장점은 장치가 상대적으로 단순하다는 것이다. 반면, 비록 접근(2)는 복잡한 장치를 요구하지만, 장점은 필름두께가 얇고 처리시간이 매우 짧다는 것이다. 따라서, 두 접근은 처리요구에 맞게 대안적으로 사용되어 표면보호는 주 공정 진행의 요구를 만족시키게 실행될 수 있어야 한다.

본 발명에 이용된 물의 질은 기판의 사용 및 특성에 맞게 선택되어야 한다. 특히, 반도체 장치를 보호하는데 사용되기 위해, 초순수가 일반적으로 선택될 것이다. 또한, 본 방법은 진공 공정이 아닌 정상 공정환경 하에서 수행되는 습식처리 필름형성 및 폴리싱공정에 가장 적당하다.

코팅보호의 본 발명은 기판이 다음 단위공정 라인에서 가공되기를 기다리는 동안 가공된 또는 가공될 기판의 표면조건이 지속되는 것을 보장하여, 공정대기에 노출됨으로써 발생되는 기판의 오염 및 열화를 방지하고 제어할 수 있다.

Claims (28)

1. 기판처리 방법에 있어서,

   최소한 상기 기판표면의 일부분을 응고된 필름으로 도포하고,

   다음 단계를 수행하기 위해 상기 도포된 기판을 처리장치로 운반하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 다음 단계는 습식처리단계인 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 다음 단계는 저장단계인 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 응고된 필름은 아이스 필름으로 구성된 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 아이스 필름은 탈이온수 또는 초순수로 만들어지는 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 기판은 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 기판은 상기 표면을 주위대기에 노출되지 않고 도포되는 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 기판은 상기 표면에 형성된 액상필름을 응고시킴으로써 도포되는 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 액상필름은 상기 표면에 형성된 다이크내에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 기판은 상기 표면을 감싸는 증기를 응결시킴으로써 도포되는 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 주위 대기압은 상기 응고동안 감소되는 것을 특징으로 하는 기판처리 방법.
12. 기판처리용 장치에 있어서,

    최소한 상기 기판표면의 일부분을 응고된 필름으로 도포하고,

    상기 기판을 다음 단계로 운반하는 운반장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 다음 단계는 습식처리인 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
14. 제 12항에 있어서,

    상기 다음 단계는 저장공정인 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
15. 제 12항에 있어서,

    상기 응고된 필름은 아이스 필름으로 구성된 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 아이스 필름은 탈이온수 또는 초순수로 만들어지는 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
17. 제 12항에 있어서,

    상기 기판은 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
18. 제 12항에 있어서,

    상기 기판은 상기 표면이 주위대기에 노출되지 않고 도포되는 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
19. 제 12항에 있어서,

    상기 기판은 상기 표면상에 형성된 액상필름을 응고시킴으로써 도포되는 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 액상필름은 상기 표면상에 형성된 다이크내에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
21. 제 12항에 있어서,

    상기 기판은 상기 표면을 감싸는 증기를 응고시킴으로써 도포되는 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
22. 제 12항에 있어서,

    주위 대기압은 상기 응고동안 감소되는 것을 특징으로 하는 기판처리용 장치.
23. 기판 보호방법에 있어서,

    최소한 상기 기판표면의 일부분을 응고된 필름으로 도포하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 보호방법.
24. 기판 저장방법에 있어서,

    상기 기판은 최소한 상기 기판표면의 일부분이 응고된 필름으로 도포된 상태로 저장구역에 저장되는 것을 특징으로 하는 기판 저장방법.
25. 기판을 운반하는 방법에 있어서,

    상기 기판은 최소한 상기 기판표면의 일부분이 응고된 필름으로 도포된 상태로 운반되는 것을 특징으로 하는 기판 운반방법.
26. 기판보호용 장치에 있어서,

    최소한 상기 기판표면의 일부분을 응고된 필름으로 도포하는 코팅장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판보호용 장치.
27. 기판저장용 장치에 있어서,

    최소한 상기 기판표면의 일부분을 응고된 필름으로 도포하는 코팅장치, 및

    상기 도포된 기판을 저장하는 저장구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판저장용 장치.
28. 기판운반용 장치에 있어서,

    최소한 상기 기판표면의 일부분을 응고된 필름으로 도포하는 코팅장치, 및

    상기 도포된 기판을 운반하는 운반구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판운반용 장치.