KR20010068648A - 웨이퍼 세정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로써, 종래의 웨이퍼 세정장치는 웨이퍼를 약액 또는 순수, IPA 증기에 담그는 습식처리 방식으로 웨이퍼를 세정하여 약액 또는 순수,IPA 용액의 사용량이 많고, 각각의 처리조를 구비하여야 하는 문제점이 있었던 바, 본 발명인 웨이퍼 세정장치는 웨이퍼 세정에 필요한 약액 및 순수, IPA 용액이 각각 충전된 다수개의 용액 탱크와, 용액 탱크에 형성되어 약액 및 순수, IPA 용액에 진동을 가해 약액 및 순수, IPA 용액에서 분무형태의 증기를 발생시키는 초음파 발생기와, 용액 탱크에서 분무된 증기가 공급되어 웨이퍼의 세정이 진행되는 공정챔버와, 용액 탱크와 공정챔버 사이에 형성되어 공정챔버에 공급되는 증기를 공급 또는 차단하여 웨이퍼의 세정이 진행되도록 하는 밸브 매니폴드를 포함하여 이루어진다.

따라서, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는 습식 세정이 아닌 증기 세정이 이루어져 약액 또는 순수의 사용량을 최소화하며, 다수개의 처리조가 필요없게 된다.

Description

웨이퍼 세정장치{A wafer cleaner}

본 발명은 웨이퍼 세정장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 화학적 에칭에 사용되는 약액 및 웨이퍼의 수세에 사용되는 순수, 웨이퍼의 건조에 사용되는 IPA 액이 분무상태의 증기로 공정챔버에 공급되어 웨이퍼의 세정이 이루어지는 증기 처리방식의 웨이퍼 세정장치이다.

일반적으로 미세화, 고집적화, 고성능화가 요구되는 반도체 소자를 제조하기 위해서 공정의 저온화, 고선택성화가 필수적이며, 공정 조건의 최적화 및 반도체 소자의 고청정화가 필수적이다.

특히, 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼에 이물질이 부착되면 이물질에 의해 패턴의 불량 및 배선간의 단락등의 문제점이 발생되어 반도체 소자의 특성을 저하시키게 되므로 웨이퍼의 고청정화의 중요성이 대두되고 있다.

제 1 도는 이러한 웨이퍼의 고청정화를 위해 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정장치를 설명하기 위한 도면으로써, 종래의 웨이퍼 세정장치는 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어에 다수개 적재한 상태에서 약액조 또는 수세조, 증기 건조조 내부에 입조시켜 연속적으로 세정을 진행하는 습식 처리방식이다.

제 1 도를 참조하여 종래의 웨이퍼 세정장치를 설명한다.

종래의 웨이퍼 세정장치는 크게 세정하고자 하는 웨이퍼 표면 상태에 따른 적절한 약액이 담겨져 웨이퍼를 화학적으로 약액 처리하는 약액조(10)와, 순수(deionized water; 이하 D.I)가 담겨져 약액 처리된 웨이퍼가 이송되면 웨이퍼 표면에 묻어 있는 약액을 수세처리하는 수세조(11,12)와, IPA(Isopropyl alcohol)액이 담겨져 수세 처리된 웨이퍼가 이송되면 IPA 액에 의해 발생된 IPA 증기와 웨이퍼 표면의 순수가 서로 치환되어 순수를 건조 처리하는 건조조(13)로 이루어진다.

여기서, 약액조(10)에 담겨진 약액은 순수(D.I)와 일정한 비율로 혼합되어 웨이퍼 표면의 산화막을 식각하며, 순환(circulation)방식으로 순환하면서 필터링되어 약액조에 계속적으로 공급된다.

그리고, 수세조(11,12)는 세정효과를 높이기 위해 다수개가 연속적으로 위치되어 약액 처리된 웨이퍼 표면에 묻어있는 여분의 약액을 순수에 의해 여러 번 세정하며, 순수의 공급방식은 오버 플로우(over-flow)방식으로 웨이퍼의 침전시 대략 20 ~ 50 l/min 정도로 순환하면서 공급된다.

그리고, 건조조(13)는 내부에 담겨진 IPA 용액을 히터(16)로 가열시켜 IPA 증기를 발생시키고, 건조조 상단에 냉각 코일(14)을 형성하여 IPA 증기가 응축되어 냉각 코일 하단으로 일정한 IPA 증기 영역이 형성된다.

또한, 건조조(13)내부에는 입조된 웨이퍼 표면의 순수와 IPA 증기가 서로 치환되어 형성된 IPA 액을 받아 외부에 배출시키는 낙액 받이(15)가 형성된다.

이러한 구성으로 이루어진 웨이퍼 세정장치에 의한 웨이퍼 세정을 설명한다.

먼저, 다수개의 웨이퍼가 웨이퍼 캐리어에 적재되어 약액조(10)에 입조되면 약액이 순환하면서 웨이퍼 표면의 불순물 또는 산화막 등을 화학적으로 식각하는 약액 처리가 진행된다.

웨이퍼의 약액 처리가 완료되면 웨이퍼는 수세조(11,12)에 연속적으로 입조되어 오버 플로우 방식으로 공급되는 순수에 의해 약액을 씻어내는 수세처리가 진행된다.

그리고, 수세처리가 완료된 웨이퍼는 건조조의 IPA 증기 영역에 입조되면서 웨이퍼표면에 묻어있는 순수와 IPA 증기가 서로 치환되어 웨이퍼 건조처리가 진행된다.

따라서, 상기와 같은 과정을 통해 웨이퍼는 세정공정이 진행된다.

그러나, 종래의 웨이퍼 세정장치는 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어에 적재하여 약액, 순수용액, IPA 증기 영역에 입조시켜 세정을 진행시키는 습식 처리방식이므로 다량의 약액, 순수용액, IPA 용액이 필요하고, 사용된 약액, 순수 용액, IPA 용액은 대부분이 폐액처리되므로 세정비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 웨이퍼 세정장치는 약액조 및 다수개의 수세조, 그리고 건조조로 구성됨으로써 장치의 크기기 비대하며, 그에 따른 많은 설치 면적이 필요한 문제점이 있다.

게다가, 종래의 웨이퍼 세정장치는 웨이퍼가 웨이퍼 캐리어에 적재된 상태에서 각각의 처리조로 이송되면서 세정이 진행됨으로써 웨이퍼 이송간 이물질에 의해 웨이퍼가 오염되는 문제점이 있다.

이에 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 첫째, 소량의 약액, 순수용액, IPA 용액을 사용하여 웨이퍼 세정이 이루어지는 웨이퍼 세정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

둘째, 적은 설치 면적이 필요한 웨이퍼 세정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

셋째, 웨이퍼를 이송시키지 않고 세정이 진행되는 웨이퍼 세정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는 상기의 목적을 달성하고자, 웨이퍼 세정에 필요한 약액 및 순수, IPA 용액이 각각 충전된 다수개의 용액 탱크와, 용액 탱크에 형성되어 약액 및 순수, IPA 용액에 진동을 가해 약액 및 순수, IPA 용액에서 분무형태의 증기를 발생시키는 초음파 발생기와, 용액 탱크에서 분무된 증기가 공급되어 웨이퍼의 세정이 진행되는 공정챔버와, 용액 탱크와 공정챔버 사이에 형성되어 공정챔버에 공급되는 증기를 공급 또는 차단하는 밸브 매니폴드를 포함하여 이루어진다.

제 1 도는 종래의 웨이퍼 세정장치를 설명하기 위한 도면.

제 2 도는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치를 설명하기 위한 도면.

■도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ■

10 : 약액조 11,12 : 수세조

13 : IPA 건조조 14 : 냉각 코일

15 : 낙액 받이 16 : 히터

100 : 공정챔버 101 : 회전척

102 : 배플(baffle) 103 : 냉각코일

104 : 밸브 105 : 진공펌프

106 : 밸브 매니폴드 107,108 : 히터

109 : 증기 공급관 110 : 배출관

111 : IPA 액 탱크 112 : 약액 탱크

113 : 순수 탱크 114 : 초음파 발생기

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

제 2 도는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치를 설명하기 위한 도면으로써, 웨이퍼 세정장치는 웨이퍼 세정에 필요한 약액 및 순수, IPA 용액이 각각 충전된 다수개의 용액 탱크(111 내지 113)와, 용액 탱크에 형성되어 약액 및 순수, IPA 용액에 진동을 가해 약액 및 순수, IPA 용액에서 분무형태의 증기를 발생시키는 초음파 발생기(114a 내지 114c)와, 용액 탱크에서 발생된 증기가 공급되어 웨이퍼의 세정이 진행되는 공정챔버(100)와, 용액 탱크와 공정챔버 사이에 형성되어 공정챔버에 공급되는 증기를 공급 또는 차단하는 밸브 매니폴드(106)를 포함한다.

이를 좀더 자세히 설명하면, 본 발명인 웨이퍼 세정장치의 공정챔버(100)는 상부에 밸브 매니폴드(106)와 연결된 증기 공급관(109a)이 설치되며, 하부에 진공펌프(105)와 연결되며 개폐 밸브(104)가 형성된 배출관(110)이 설치된다.

따라서, 증기는 증기 공급관(109a)으로 공정챔버 내부에 계속적으로 공급됨과 동시에 개방된 개폐 밸브(104) 및 진공펌프(105)에 의해 배출관(110)으로 배기되면서 일정한 하향 기류 흐름이 형성된다.

그리고, 증기 공급관(109a)과 배출관(110)의 공정챔버(100)연결부위에는 배플(baffle)(102a,102b)이 각각 설치되어 공급되는 증기가 공정챔버 내부에 고루 분포되게 하며, 배기되는 증기가 공정챔버 내부에서 효율적으로 배기되도록 한다.

또한, 공정챔버(100) 내부에는 세정될 웨이퍼가 안착되어 소정의 속도로 회전되는 회전척(101)이 형성되며, 회전척(101)의 상측으로 공정챔버(100) 내부 상단에는 냉각수 등의 냉각재가 순환하면서 공정챔버의 온도를 저하시키는 냉각코일(103)이 형성된다.

본 발명인 웨이퍼 세정장치의 용액 탱크(111 내지 113)는 웨이퍼를 화학적으로 약액 처리하기 위한 약액이 충전된 약액 탱크(112)가 있으며, 웨이퍼를 수세처리하기 위한 순수가 충전된 순수 탱크(113) 및 웨이퍼 건조를 위한 IPA 용액이 충전된 IPA 액 탱크(111)로 이루어진다.

그리고, 본 발명인 웨이퍼 세정장치의 초음파 발생기(114a 내지 114c)는 각각의 용액 탱크 하부에 부착되어 순수, 약액, IPA 액에 초음파 진동을 가해 순수 및 약액, IPA 액과 동일한 성분인 분무 형태의 증기가 발생되도록 한다.

또한, 본 발명인 웨이퍼 세정장치의 밸브 매니폴드(106)는 약액 탱크(112) 및 순수 탱크(113), IPA 액 탱크(111)에서 분무형태로 발생된 증기가 공정챔버(100)에 선택적으로 공급되도록 증기를 공급 및 차단하도록 한다.

여기서, 밸브 매니폴드(106)는 약액 탱크 및 순수 탱크, IPA 액 탱크에 각각 증기공급관(109b 내지 109d)으로 연결되고, 증기 공급관(109b,109d)에는 각각 히터(107,108)가 설치되어 순수 증기 및 IPA 증기가 가열되어 공정챔버(100)에 공급되도록 한다.

이때, 순수 증기 및 IPA 증기의 가열 온도는 공정챔버(100)의 내부 온도보다 높은 온도로 가열한다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치를 통한 웨이퍼 세정을 설명한다.

먼저, 세정될 웨이퍼를 공정챔버의 회전척(101)에 안착시켜 소정의 속도로 회전시킨 상태에서 약액 탱크(112), 순수 탱크(113), IPA 액 탱크(111)의 초음파 발생기(114a 내지 114c)가 작동되어 약액 증기, 순수 증기, IPA 증기를 분무형태로 발생시킨다.

이와 같은 상태에서 웨이퍼의 약액 처리를 설명한다.

이를 위해 밸브 매니폴드(106)는 순수 증기 및 IPA 증기가 공정챔버(100)에 공급되는 것을 차단하고, 약액 증기가 증기 공급관(109a)을 거쳐 공정챔버에 계속적으로 공급되게 한다.

이때, 공정챔버(100)에 공급된 약액 증기는 배플(102a)을 통해 분산되면서 고루 분포되며, 배플(102b), 개폐 밸브(104)와 진공펌프(105)에 의해 펌핑되어 하향 기류 흐름을 형성하면서 회전척(101) 상에서 회전하는 웨이퍼 전면에 공급되어 약액 처리를 하게 된다.

그리고, 웨이퍼 약액 처리가 완료되면, 공정챔버(100) 내부에 잔류된 약액 증기는진공펌프(105)에 의해 외부에 신속하게 배기되고, 밸브 매니폴드(106)는 약액 증기의 공급을 차단함과 동시에 순수 탱크(113)에서 발생된 순수 증기가 증기 공급관(109a,109b)을 거쳐 공정챔버에 계속적으로 공급되게 한다.

이때, 공정챔버의 냉각 코일(103)에는 냉각재가 공급되어 챔버 온도가 실온 이하가 되도록 하고, 증기 공급관(109b)의 히터(107)는 순수 증기를 챔버의 온도보다 높은 온도로 가열하여 공급되도록 한다.

따라서, 계속적으로 공정챔버(100)에 공급되는 순수 증기는 배플(102a)을 거쳐 분산되어 공급되면서 증기의 온도와 챔버의 온도 차이에 의해 급속히 냉각되면서 응축되어 순수로 액화되고, 액화된 순수는 회전하는 웨이퍼 표면에 떨어져 원심력에 의해 수세 처리하게 된다.

그리고, 웨이퍼 표면을 수세 처리한 순수는 배출관(110)을 통해 외부에 배출된다.

이와 같이 수세처리가 완료되면 밸브 매니폴드(106)는 순수 증기의 공급을 차단함과 동시에 IPA 액 탱크(111)에서 발생된 IPA 증기가 증기 공급관(109a,109d)를 거쳐 공정챔버(100)에 계속적으로 공급되게 한다.

이때, 공정챔버의 냉각 코일(103)에는 수세처리와 동일하게 냉각재가 공급되어 챔버 온도를실온 이하가 되도록 하고, 증기 공급관(109d)의 히터는 IPA 증기를 챔버의 온도보다 높은 온도로 가열하여 공급되도록 한다.

여기서, IPA 증기를 가열하는 것은 IPA 증기가 상온 상태인 웨이퍼와 동일한 온도인 경우 치환작용에 의해 웨이퍼 건조가 발생되지 않으므로 가열한 상태에서 공급하는 것이며, 냉각코일(103)에 의해 공정챔버(100)로 공급된 IPA 증기가 신속하게응축되도록 하기 위한 것이다.

따라서, 공정챔버(100)내부에 공급된 IPA 증기는 냉각 코일(103)에 응축되어 회전척(101) 상측으로 일정한 IPA 증기 영역을 형성하게 되고, 일정한 IPA 증기 영역 내에 위치된 웨이퍼 표면의 순수는 IPA 액 증기와 서로 치환되어 건조가 이루어진다.

상기의 과정이 모두 완료되면 회전척(101)에 안착된 웨이퍼를 공정챔버 외부에 반출시키면 웨이퍼 세정 공정이 완료된다.

상기에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는 증기 처리 방식으로 습식 처리 방식과 동일한 웨이퍼 세정이 가능하며, 순수 및 약액이 증기화된 상태에서 웨이퍼의 약액 처리 및 수세처리하므로 약액 및 순수 사용량이 현저하게 감소될 뿐만 아니라 폐액량 역시 현저하게 감소된다.

또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는 단일 공정챔버 내에서 모든 세정과정이 진행되므로 장치의 설치 면적을 최소화할 수 있으며, 장치의 구성을 단순화시킬 수 있다.

게다가, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는 웨이퍼 세정과정에서 웨이퍼를 이송시키지 않아 외부의 이물질에 의한 웨이퍼 오염이 원천적으로 차단된다.

Claims (5)

1. 웨이퍼 세정에 필요한 약액 및 순수, IPA 용액이 각각 충전된 다수개의 용액 탱크와;

   상기 용액 탱크에 형성되어 상기 약액 및 순수, IPA 용액에 진동을 가해 상기 약액 및 순수, IPA 용액에서 분무형태의 증기를 발생시키는 초음파 발생기와;

   상기 용액 탱크에서 분무된 증기가 공급되어 상기 웨이퍼의 세정이 진행되는 공정챔버와;

   상기 용액 탱크와 상기 공정챔버 사이에 형성되어 상기 공정챔버에 공급되는 상기 증기를 공급 또는 차단하여 상기 웨이퍼의 세정이 진행되도록 하는 밸브 매니폴드를 포함하여 이루어진 웨이퍼 세정장치.
2. 청구항 1 에 있어서,

   상기 공정챔버의 상단에는 상기 밸브 매니폴드와 연결된 증기 공급관이 형성되며,

   하단에는 진공펌프와 연결되며 개폐 밸브가 설치된 배출관이 형성되어 상기 증기 공급관으로 공급되는 상기 증기가 하향 기류 흐름을 가지는 것이 특징인 웨이퍼 세정장치.
3. 청구항 1 또는 2 에 있어서,

   상기 공정챔버는,

   상기 웨이퍼가 안착되어 소정의 속도로 회전하는 회전척과;

   상기 회전척의 상단에 설치되어 상기 챔버 내부의 온도를 저하시켜 상기 증기를 응축시키는 냉각코일이 설치된 것이 특징인 웨이퍼 세정장치.
4. 청구항 2 에 있어서,

   상기 공정챔버와 상기 증기 공급관 및 상기 배출관의 연결부위에 배플(baffle)이 형성된 것이 특징인 웨이퍼 세정장치.
5. 청구항 1 에 있어서,

   상기 순수 및 IPA 액 탱크와 상기 밸브 매니폴드를 연결하는 증기 공급관에는 히터가 설치된 것이 특징인 웨이퍼 세정장치.