KR20030043235A - 세정방법 및 이를 수행하기 위한 세정 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 세정 장치는 반도체 기판의 에지 부위 및 이면 부위로 세정액을 제공하는 상부 노즐 조립체 및 하부 노즐 조립체를 포함한다. 상부 노즐 조립체는 상기 에지 부위로 세정액을 제공하는 제1노즐과 상기 세정액이 반도체 기판의 중심 부위로 이동하지 않도록 질소 가스를 제공하는 제2노즐 및 제3노즐을 포함한다. 상기 에지 부위로 제공되는 세정액은 반도체 기판의 회전에 의해 상기 에지 부위로부터 반도체 기판의 측면 부위로 흐른다. 상기 에지 부위 상부에 구비되는 초음파 발생기로부터 제공되는 초음파는 상기 에지 부위에 제공된 세정액 및 상기 이면 부위에 제공된 세정액의 세정 효율을 상승시킨다. 상기 세정 장치는 상기 에지 부위로 제공된 세정액이 반도체 기판의 측면 부위로 제공되도록 하는 가이드를 더 포함한다. 따라서, 상기 세정 장치는 반도체 기판의 에지 부위, 측면 부위 및 이면 부위의 이물질을 효율적으로 제거할 수 있다.

Description

세정 방법 및 이를 수행하기 위한 세정 장치{Cleaning method and cleaning apparatus for performing the same}
본 발명은 반도체 기판을 세정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 반도체 기판의 에지 부위, 측면 부위 및 이면을 세정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 장치로 제조하기 위한 반도체 기판에 대하여 증착, 포토리소그래피, 식각, 이온 주입, 연마, 세정 및 건조 등의 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로서 제조된다. 상기 단위 공정들 중에서 상기 세정 공정은 각각의 단위 공정들을 수행한 후 기판 상에 잔류하는 잔류물을 제거하는 공정으로 미세한 패턴을 요구하는 최근의 디자인 룰(design rule)에서는 더욱 중요한 공정으로 부각되고 있다.
그러나, 상기 단위 공정들을 수행하는 도중에 상기 반도체 기판의 에지 부위, 측면 부위 및 이면에 부착된 이물질 등은 일반적인 세정 공정으로는 완벽하게 제거되지 않는다. 반도체 기판 상에 금속 배선이 형성되어 있는 경우 상기 에지 부위, 측면 부위 및 이면을 세정하기 위해서는 상기 반도체 기판 상에 포토레지스트 조성물을 도포하고, 상기 금속 배선이 형성된 부위를 제외한 나머지 부위에 대하여 노광 및 에싱 공정을 수행한 후, 상기 반도체 기판을 다양한 방법을 이용하여 세정하게 된다.
매엽식 세정 방법의 경우, 반도체 기판의 로딩된 척을 회전시키고, 반도체 기판의 에지 부위에 세정액을 제공함으로서, 반도체 기판의 에지 부위에 부착된 이물질을 제거하게 된다. 배치식 세정 방법의 경우, 세정액이 담긴 욕조 내에서 다수매의 반도체 기판을 동시에 세정한다.
그러나, 매엽식 세정 방법의 경우, 반도체 기판의 측면 및 이면의 이물질은 효과적으로 제거할 수 없다. 그리고, 배치식 세정 방법의 경우, 반도체 기판으로부터 분리된 이물질 등이 세정액 내부를 부유하다가 다시 반도체 기판에 부착되는 현상이 발생하고, 에지 부위 및 측면 등에 대한 부분적 세정에 대한 효과가 작다.
상기와 같이 반도체 기판의 표면에서 완전히 제거되지 않은 이물질은 후속 공정에서 공정 불량의 원인으로 작용하게 되고, 이는 반도체 장치의 수율 및 생산성을 저하시키는 윈인이 되고 있다. 또한, 상기와 같이 반도체 기판 상에 형성된 금속 배선 등을 세정 공정으로부터 보호하기 위한 포토리소그래피 공정의 추가로 인한 생산 원가가 상승된다.
이에 따라, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 일 예로서, 일본 공개 특허 평11-260778호(issued to Kuniyasu)에는 웨이퍼 표면에 세정액 노즐로부터 세정액을 공급하고, 동시에 초음파 진동판을 이용해 초음파를 제공함으로서 상기 웨이퍼의 오염 제거 효과를 촉진하고, 또한, 웨이퍼의 이면도 세정하는 매엽식 세정 장치가 개시되어 있다. 그리고, 미합중국 특허 제5,729,856호(issued to Jang, et al.)에는 웨이퍼의 에지 부위를 세정하기 위한 세정 장치가 개시되어 있고, 미합중국 특허 제6,114,254호(issued to Rolfson)에는 웨이퍼의 주연 부위 및 이면에 세정액을 제공하는 세정 장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기 일본 공개 특허의 경우, 웨이퍼의 특정 부위에 대한 선택적인 세정이 불가능하며, 상기 미합중국 특허의 경우, 금속 배선 등이 형성되어 있는 웨이퍼의 중심 부위가 세정액에 노출될 수 있는 우려가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 반도체 기판의 중심 부위로 세정액이 제공되는 것을 방지하고, 반도체 기판의 에지 부위, 측면 부위 및 이면에 부착된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 세정 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 세정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시한 반도체 기판 세정 방법을 수행하기 위한 반도체 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 클램프를 나타내는 상세도이다.
도 4는 도 2에 도시한 상부 노즐 조립체 및 하부 노즐 조립체를 나타내는 상세도이다.
도 5는 도 4에 도시한 상부 노즐 조립체를 설명하기 위한 상세도이다.
도 6은 도 2에 도시한 반도체 기판 세정 장치의 동작을 제어하는 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 제1세정액 및 제2세정액의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 챔버 102 : 도어
104 : 척 106 : 커버
108 : 제1공압 실린더 110 : 모터
112 : 제2공압 실린더 114 : 배출관
116 : 회전축 118 : 로드
120 : 클램프 120a : 클램프 하우징
120b : 클램프 바디 122 : 선택 밸브
124a : 탈이온수 공급 라인 124b : 불산 용액 공급 라인
124c : SC1 용액 공급 라인 124d : Lal 용액 공급 라인
126 : 제어부 128 : 전원공급기
130 : 제1방향 제어 밸브 132 : 제2방향 제어 밸브
200 : 상부 노즐 조립체 202 : 제1노즐
204 : 제1라인 206 : 제1밸브
208 : 브라켓 212 : 제2노즐
214 : 제2라인 216 : 제2밸브
222 : 제3노즐 224 : 제3라인
226 : 제3밸브 250 : 초음파 발생기
260 : 가이드 300 : 하부 노즐 조립체
302 : 제4노즐 304 : 제4라인
306 : 제4밸브 900 : 반도체 기판
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1측면에 따른 반도체 기판 세정 방법은, 반도체 기판을 회전시키는 단계와,
상기 반도체 기판의 에지 부위 및 상기 반도체 기판의 측면 부위를 세정하기 위한 제1세정액을 상기 반도체 기판의 에지 부위로 제공하는 단계와,
상기 에지 부위로 제공된 상기 제1세정액에 초음파를 제공하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2측면에 따른 반도체 기판 세정 장치는, 반도체 기판이 놓여지고, 상기 반도체 기판을 회전시키는 척과,
상기 반도체 기판의 에지(edge) 부위 상부에 구비되고, 상기 반도체 기판의 에지 부위 및 상기 반도체 기판의 측면 부위를 세정하기 위한 제1세정액을 상기 반도체 기판의 에지 부위로 제공하는 상부 노즐 조립체와,
상기 반도체 기판의 에지 부위 상부에 구비되고, 상기 반도체 기판의 에지 부위로 제공된 상기 제1세정액에 초음파를 제공하는 초음파 발생기를 포함한다.
따라서, 제1노즐로부터 분사된 제1세정액은 반도체 기판의 에지 부위로부터측면 부위로 흐르게되고, 상기 에지 부위로 제공되는 상기 제1세정액에 초음파가 제공된다. 이에 따라, 반도체 기판의 에지 부위 및 측면 부위의 세정 효과가 상승된다.
그리고, 상기 반도체 기판 세정 장치가 더 포함하는 제2노즐 및 제3노즐로부터 제공되는 제1질소 가스 및 제2질소 가스는 상기 제1세정액이 반도체 기판의 중심 부위로 이동하는 것을 방지한다. 이에 따라, 상기 제1세정액에 의해 반도체 기판에 형성된 패턴 또는 금속 배선 등이 파손되는 것이 방지된다.
또한, 상기 반도체 기판 세정 장치는 반도체 기판의 이면에 제2세정액을 공급하는 제4노즐을 더 포함한다. 초음파 발생기로부터 제공되는 초음파는 반도체 기판을 투과하여 반도체 기판의 이면에 제공되는 상기 제2세정액에 제공되고, 이로 인해 반도체 기판의 이면 세정 효과도 상승된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 세정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판이 이송 로봇과 같은 반도체 기판 이송 장치에 의해 회전척에 로딩되면, 상기 회전척은 적절한 속도로 회전한다.(단계 S100)
이어서, 회전하는 반도체 기판의 에지 부위로 제1세정액이 제공되고, 상기 제1세정액이 제공됨과 동시에 상기 제1세정액이 반도체 기판의 중심 부위로 이동하는 것을 방지하기 위한 제1질소 가스 및 제2질소 가스가 제공된다. 또한, 상기 제1세정액이 제공됨과 동시에 반도체 기판의 이면으로 제2세정액이 제공된다.(단계 S200)
그리고, 상기 반도체 기판의 에지 부위로 제공된 제1세정액에 초음파가 제공되고, 상기 초음파는 반도체 기판을 투과하여 제2세정액에도 동일하게 제공된다.(S300) 상기 제1세정액은 반도체 기판의 에지 부위로부터 측면 부위를 따라 흐르고, 제2세정액은 반도체 기판의 이면을 따라 흐른다. 상기 초음파는 반도체 기판으로 제공되는 제1세정액 및 제2세정액의 세정 효과를 상승시키는 역할을 하며, 세정 시간 또는 세정액의 조성 등은 제거하고자 하는 이물질에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
반도체 기판의 세정이 종료되면, 회전을 멈추고, 반도체 기판을 언로딩한다.(단계 S400)
상기 제1세정액이 반도체 기판의 에지 부위로 제공될 때, 상기 제1세정액이 반도체 기판의 중심 부위로 바운딩(bounding)되지 않도록 상기 제1세정액은 반도체 기판의 중심 부위로부터 에지 부위를 향하는 방향으로 30 내지 60°의 입사각으로 제공된다. 또한, 제1질소 가스 및 제2질소 가스는 상기 제1세정액이 제공되는 반도체 기판의 에지 부위로부터 반도체 기판의 중심 방향으로 소정 거리 이격된 제1부위 및 제2부위에 각각 제공된다. 제1질소 가스는 제1세정액이 제공되는 방향과 동일한 방향으로 30내지 60°의 입사각으로 제공되고, 제2질소 가스는 제1세정액이 제공되는 방향과 동일한 방향으로 15 내지 30°의 입사각으로 제공된다. 이때, 상기 반도체 기판의 에지 부위는 반도체 기판의 측면으로부터 5mm 이내이며, 상기제1부위는 상기 제1세정액이 제공되는 부위로부터 3 내지 15mm 이격된 부위이다. 그리고, 상기 제1부위 및 제2부위는 동일하다. 그러나, 상기와 같은 에지 부위, 제1부위 및 제2부위의 범위가 본 발명을 한정하지는 않는다. 상기 범위는 세정하고자 하는 반도체 기판의 부위에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
상기 반도체 기판의 회전 속도는 18 내지 20rpm 정도가 바람직하고, 제1세정액 및 제2세정액의 유량은 1 내지 5 ℓ/min 정도가 바람직하다. 이는 반도체 기판의 에지 부위 및 이면으로 제공된 제1세정액 및 제2세정액이 바운딩되지않고, 제1세정액이 측면 부위를 따라 흐를 수 있는 회전 속도와 유량이다. 그러나, 상기 회전 속도 및 상기 유량이 본 발명을 한정하지는 않으며, 세정 공정의 조건에 따라 상기 회전 속도와 상기 유량은 다양하게 변경될 수 있다.
제1세정액 및 제2세정액으로는 탈이온수(de-ionized water, H2O), 불산(HF)과 탈이온수의 혼합액, 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합액, 불화암모늄(NH4F)과 불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액 및 인산(H3PO4) 및 탈이온수를 포함하는 혼합액 등이 사용된다.
일반적으로, 탈이온수는 반도체 기판에 부착된 이물질 제거 및 린스의 목적으로 사용된다.
불산과 탈이온수의 혼합액(DHF)은 반도체 기판 상에 형성된 자연 산화막(SiO2) 제거 및 금속 이온 제거를 위해 사용한다. 이때, 불산과 탈이온수의 혼합 비율은 1:100 내지 1:500 정도이며, 세정 공정의 조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
일반적으로, SC1(standard clean 1) 용액이라 불리는 수산화암모늄과 과산화수소 및 탈이온수의 혼합액은 반도체 기판 상에 형성된 산화막 또는 반도체 기판 상에 부착된 유기물을 제거하며, 혼합 비율은 1:4:20 내지 1:4:100 정도이며, 세정 공정에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
그리고, Lal 용액이라 불리는 불화암모늄과 불산 및 탈이온수의 혼합액은 반도체 기판 상에 형성된 산화막을 제거하며, 인산과 탈이온수를 포함하는 혼합액은 상기 Lal 용액으로 처리가 불가능한 나이트라이드(nitride) 계열의 이물질을 제거한다.
상기 제1세정액 및 제2세정액은 온도가 높을수록 높은 세정 효과를 나타내며, 상기 온도는 적절하게 조절될 수 있다. 또한, 상기와 같이 다양한 세정액들은 제거하고자 하는 이물질의 종류에 따라, 순차적으로 사용될 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시한 반도체 기판 세정 방법을 수행하기 위한 반도체 기판 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 반도체 기판 세정 장치는 세정 공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버(100)를 구비한다. 챔버(100)의 일측에는 반도체 기판(900)이 반입 또는 반출되는 도어(102)가 구비되어 있고, 챔버(100)의 내부에는 반도체 기판(900)을 파지하고, 회전시키는 척(104)이 구비되어 있다. 척(104)의 주변에는 반도체 기판(104)의 세정 공정이 진행될 때, 세정액이 반도체 기판(900)으로부터 이탈되어 챔버(100) 내부로 분산되는 것을 방지하기 위한 커버(106)가 구비되어 있고,커버(106)의 일측에는 반도체 기판(900)의 에지 부위 및 측면 부위를 세정하기 위한 상부 노즐 조립체(200)를 구동하는 제1공압 실린더(108)가 설치되어 있다. 챔버(100) 하부에는 척(104)을 회전시키기 위한 모터(110)와, 커버(106)를 상하 구동시키기 위한 제2공압 실린더(112)가 설치되어 있다. 그리고, 반도체 기판(900)의 하부에는 반도체 기판(900)의 이면을 세정하기 위한 하부 노즐 조립체(300)가 구비된다.
커버(106)는 컵 형상을 갖고, 척(104)을 둘러싸도록 구비된다. 커버(106)의 외측벽에는 제1공압 실린더(108)가 설치되고, 제1공압 실린더(108)의 로드(108a)는 커버(106)를 관통하여 척(104)이 구비된 방향으로 연장된다. 제1공압 실린더(108)의 로드(108a) 단부에는 상부 노즐 조립체(200)와 초음파 발생기(250)가 연결되고, 제1공압 실린더(108)의 로드(108a)는 상부 노즐 조립체(200)와 초음파 발생기(250)의 위치를 조절하기 위해 반도체 기판(900)의 반경 방향으로 구동된다. 상부 노즐 조립체(200)는 다수개의 노즐들과 가이드(260)를 포함하고, 가이드(260)를 관통하여 초음파 발생기(250)가 설치된다. 즉, 제1공압 실린더(108)는 상부 노즐 조립체(200)와 초음파 발생기(250)를 동시에 구동시킨다. 상세한 설명은 이후에 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 커버(106)의 하부 일측에는 반도체 기판(900)의 세정에 사용된 세정액을 배출하는 배출관(114)이 연결되어 있고, 반도체 기판을 회전시키기 위한 모터(110)와 연결되는 회전축(116)이 커버(106)의 하부 중심 부위를 관통하여 설치되어 있다.
회전축(116)의 상부에는 반도체 기판(900)을 지지하고, 모터(110)의 회전력을 전달하는 다수개의 로드(118)가 방사상으로 구비되어 있고, 각각의 로드(118)에는 반도체 기판(900)을 고정시키는 클램프(120)가 연결되어 있다. 도 3은 도 2에 도시한 클램프를 나타내는 상세도이다. 도 3을 참조하면, 클램프(120)는 로드(118)와 연결되는 클램프 하우징(120a)과 클램프 하우징(120a)에 회전할 수 있도록 장착되는 클램프 바디(120b)를 포함한다. 클램프 바디(120b)는 반도체 기판(900)이 로딩 또는 언로딩될 때는 무게 중심에 의해 반도체 기판(900)이 로딩 또는 언로딩될 수 있도록 반시계 방향으로 회전하고, 반도체 기판(900)이 로딩된 후 회전하는 경우 원심력에 의해 시계 방향으로 회전하여 반도체 기판(900)을 고정시킨다.
도 4는 도 2에 도시한 상부 노즐 조립체 및 하부 노즐 조립체를 나타내는 상세도이다.
도 4를 참조하면, 커버(도 2 참조)의 일측에 설치되는 제1공압 실린더(108)의 로드(108a)에는 상부 노즐 조립체(200)를 고정시키기 위한 브라켓(208)이 연결된다. 브라켓(208)의 하부에 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a)에 제1세정액을 제공하기 위한 제1노즐(202)이 연결되고, 제1노즐(202)의 일측에 상기 제1세정액이 반도체 기판(900)의 중심 부위(900c)로 이동하는 것을 일차적으로 방지하기 위한 제1질소 가스를 제공하는 제2노즐(212)이 배치된다. 그리고, 상기 제1세정액이 반도체 기판의 중심 부위(900c)로 이동하는 것을 이차적으로 방지하기 위한 제2질소 가스를 제공하는 제3노즐(222)이 제2노즐(212)의 일측에 배치된다. 즉, 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a)로부터 중심 부위(900c)로 향하는 방향으로 제1노즐(202), 제2노즐(212) 및 제3노즐(222)이 순차적으로 배치된다.제1노즐(202)의 일측 단부에는 상기 제1세정액을 제공하는 제1라인(204)이 연결되고, 제1라인(204)에는 상기 제1세정액의 유량을 조절하는 제1밸브(206)가 설치된다. 제2노즐(212)의 일측 단부에는 상기 제1질소 가스를 제공하는 제2라인(214)이 연결되고, 제2라인(214)에는 상기 제1질소 가스의 유량을 조절하는 제2밸브(216)가 설치된다. 그리고, 제3노즐(222)의 일측 단부에는 제2라인(214)으로부터 분기되고, 제2질소 가스를 제공하는 제3라인(224)이 연결되고, 제3라인(224)에는 상기 제2질소 가스의 유량을 조절하는 제3밸브(226)가 설치된다.
또한, 브라켓(208)의 하부에는 제1노즐(202)로부터 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a)로 제공된 제1세정액이 반도체 기판(900)의 회전에 의해 상기 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 가이드(260)가 연결된다. 반도체 기판(900)이 저속으로 회전하는 경우 상기 제1세정액은 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a)로부터 반도체 기판(900)의 측면 부위(900b)를 따라 흐르게 된다. 그러나, 반도체 기판(900)이 고속으로 회전하는 경우 상기 제1세정액은 반도체 기판(900)의 측면 부위(900b)를 따라 흐르지 않고, 반도체 기판(900)으로부터 이탈된다. 상기와 같이 이탈된 제1세정액은 반도체 기판(900)의 측면 부위(900b)를 세정할 수 없다. 가이드(260)는 상기와 같이 이탈된 제1세정액이 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a) 또는 측면 부위(900b)로 바운딩되도록 하는 역할을 한다. 따라서, 가이드(260)에 의해 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a) 또는 측면 부위(900b)로 바운딩된 제1세정액은 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a) 또는 측면 부위(900b)를 세정할 수 있다.
반도체 기판(900)의 에지 부위(900a)에 제공되는 제1세정액에 초음파를 제공하는 초음파 발생기(250)는 로드 형상을 갖고, 가이드(260)를 관통하여 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a) 상부로 연장된다.
반도체 기판(900)의 하부에는 반도체 기판(900)의 이면(900d)을 세정하기 위한 하부 노즐 조립체(300)가 구비된다. 하부 노즐 조립체(300)는 반도체 기판(900)의 이면(900d)에 제2세정액을 제공하는 제4노즐(302)과, 제4노즐(302)의 일측 단부에 연결되고, 상기 제2세정액을 제공하는 제4라인(304) 및 제4라인(304)에 설치되고, 상기 제2세정액의 유량을 조절하는 제4밸브(306)를 포함한다. 하부 노즐 조립체(300)의 위치는 반도체 기판(900)의 이면 부위(900d)를 선택적으로 세정할 수 있도록 다양하게 조절할 수 있다.
제1공압 실린더(108)는 상부 노즐 조립체(200)의 위치를 0.1㎛ 단위로 조절할 수 있으며, 상부 노즐 조립체(200)의 가이드(260)와 반도체 기판(900) 사이의 최소 거리는 약 1㎝ 정도이다. 일반적으로 반도체 기판(900) 상에 셀이 형성되는 부위를 제외한 에지 부위(900a)의 범위는 반도체 기판(900)의 측면(900b)으로부터 5mm 이내이며, 제1세정액이 제공되는 위치는 제1공압 실린더(108)에 의해 조절된다. 그러나, 상기와 같은 범위가 본 발명을 한정하지는 않으며, 반도체 기판(900)의 크기 및 제거하고자 하는 이물질의 분포 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
제1노즐(202) 및 제4노즐(302)을 통해 제공되는 제1세정액 및 제2세정액의 유량은 각각 1 내지 5 ℓ/min 정도이며, 제1노즐(202)을 통해 반도체 기판의 에지 부위로 제공되는 제1세정액은 반도체 기판(900)과 초음파 발생기(250) 사이를 통과하여 반도체 기판(900)의 측면 부위(900b)를 따라 흐르고, 초음파 발생기(250)로부터 제공되는 초음파에 의해 세정 효과가 극대화된다. 초음파는 반도체 기판(900)을 투과하여, 반도체 기판(900)의 이면(900d)에 제공되는 제2세정액에도 제공되며, 이에 따라 반도체 기판(900)의 이면(900d) 세정 효과도 상승한다. 상기 제1세정액 및 제2세정액의 유량은 다양하게 변경될 수 있으며, 반도체 기판(900) 및 초음파 발생기(250)와 동시에 접촉될 수 있는 정도가 바람직하다. 이때, 반도체 기판(900)과 초음파 발생기(250) 사이의 간격은 1 내지 3mm 정도가 바람직하다.
가이드(260)는 세정액에 견딜 수 있고, 내구성 및 내식성이 강한 테프론(teflon) 수지로 이루어진다. 그리고, 제1세정액 및 제2세정액을 제공하는 제1라인(204) 및 제4라인(304)은 1/16 내지 1/8 인치(inch) 직경을 갖는 테프론 튜브가 사용된다. 제1질소 가스를 제공하는 제2라인(214)은 1/16 내지 1/8 인치 직경을 갖는 테프론 튜브가 사용되고, 제2질소 가스를 제공하는 제3라인(224)은 1/16 인치의 직경을 갖는 테프론 튜브가 사용된다.
도 5는 도 4에 도시한 상부 노즐 조립체를 설명하기 위한 상세도이다.
도 5를 참조하면, 제1노즐(202)과 제2노즐(212) 사이의 간격은 3 내지 15mm 정도이며, 상기 간격은 제1세정액의 유량, 반도체 기판(900)의 회전 속도 및 제1세정액의 종류 등에 따라 변경될 수 있다. 제1세정액이 제공되는 에지 부위(900a)와 제1질소 가스가 제공되는 제1부위(900e)의 간격은 제1노즐(202)과 제2노즐(212)의 간격에 따라 결정된다.
제1노즐(202)은 제1세정액이 반도체 기판(900)의 중심 부위(900c)로 바운딩되지 않도록 반도체 기판(900)의 중심 부위(900c)로부터 에지 부위(900a)로 향하는 방향으로 경사지게 구비되고, 경사각(A)은 반도체 기판(900)에 대하여 30 내지 60°이다. 제2노즐(212)의 경사각(B)은 제1노즐(202)의 경사각(A)과 동일하고, 제3노즐(222)의 경사각(C)은 반도체 기판(900)에 대하여 15 내지 30°이다.
반도체 기판(900)이 고속으로 회전하는 경우, 반도체 기판(900)으로부터 이탈된 제1세정액을 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a) 또는 측면 부위(900b)로 바운딩시키기 위한 가이드(260)는 반도체 기판(900)에 대하여 40 내지 50°의 경사각(D)을 갖도록 구비된다.
다시 도 2를 참조하면, 제1세정액을 공급하는 제1라인(204) 및 제2세정액을 공급하는 제4라인(304)은 선택 밸브(122)와 연결되고, 선택 밸브(122)에는 다양한 세정액 공급 라인들이 연결된다. 상기 공급 라인들은 탈이온수 공급 라인(124a), 탈이온수로 희석된 불산 용액 공급 라인(124b), SC1 용액 공급 라인(124c) 및 Lal 용액 공급 라인(124d)이며, 이밖에도 제거하고자 하는 이물질의 종류에 따라 다양한 세정액들이 공급될 수 있다. 이때, 도시된 바에 의하면, 제1세정액 및 제2세정액은 동일한 라인으로부터 제공되지만, 제거하고자 하는 이물질의 종류에 따라서 각각 다른 라인으로부터 제공될 수도 있다.
반도체 기판의 세정 공정의 진행 순서를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도어(102)가 개방되고, 반도체 기판(900)이 척(104)에 안착된다. 이때, 제1공압 실린더(108)와 제2공압 실린더(112)는 신축된 상태이며, 제1공압 실린더(108)의 신축에 따라, 상부 노즐 조립체(200) 및 초음파 발생기(250)는 척(104)의 일측으로 이동되어 있다. 또한, 제2공압 실린더(112)의 신축에 따라 커버(106), 제1공압 실린더(108), 상부 노즐 조립체(200) 및 초음파 발생기(250) 등은 반도체 기판(900)이 척(104)으로 이송될 수 있는 위치로 이동되어 있다.
이어서, 반도체 기판(900)을 이송하는 로봇(도시되지 않음)이 챔버(100) 외부로 이동한 후 도어(102)가 폐쇄된다. 여기서, 반도체 기판(900)을 상기 로봇으로부터 지지하여 척(104)에 안착시키는 리프트 핀은 도시되지 않았다.
그리고, 제2공압 실린더(112)가 신장되고, 이에 따라 커버(106), 제1공압 실린더(108), 상부 노즐 조립체(200) 및 초음파 발생기(250) 등이 세정을 위한 위치로 상승한다. 이후, 제1공압 실린더(108)가 신장되고, 이에 따라 상부 노즐 조립체(200) 및 초음파 발생기(250)가 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a)로 이동한다.
이어서, 모터(110)가 설정된 회전 속도로 회전하고, 제1노즐(202) 및 제4노즐(302)로부터 각각 제1세정액 및 제2세정액이 반도체 기판(900)으로 제공되고, 제2노즐(212) 및 제3노즐(222)로부터 제1질소 가스 및 제2질소 가스가 제공된다. 또한, 상기 제1세정액 및 제2세정액이 제공됨과 동시에 초음파 발생기(250)로부터 발생된 초음파가 상기 제1세정액 및 제2세정액으로 제공된다. 반도체 기판(900)의 회전에 의한 원심력에 의해 제1세정액은 반도체 기판(900)의 에지 부위(900a)로부터 측면 부위(900b)를 따라 흐르고, 제2세정액은 반도체 기판(900)의 이면(900d)을 따라 흐른다.
반도체 기판(900)의 에지 부위(900a), 측면 부위(900b) 및 이면 부위(900d)에 부착된 이물질이 모두 제거되면, 모터(110)의 회전이 중지되고, 제1공압 실린더(108)와 제2공압 실린더(112)가 순차적으로 작동하고, 이에 따라 커버(106), 제1공압 실린더(108), 상부 노즐 조립체(200) 및 초음파 발생기(250) 등은 초기 반도체 기판(900)이 로딩될 때와 동일한 위치로 이동된다.
이어서, 반도체 기판(900)이 상기 리프트 핀에 의해 상승되고, 상기 로봇에 의해 후속 공정으로 이송된다.
도 6은 도 2에 도시한 반도체 기판 세정 장치의 동작을 제어하는 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 도 2에 도시한 반도체 기판 세정 장치는 반도체 기판의 세정 공정을 제어하는 제어부(126)를 더 구비한다. 제어부(126)는 전원공급기(128)와 연결되고, 전원 공급기(128)는 반도체 기판 세정 장치의 작동에 필요한 전력을 제공한다.
제어부(126)는 반도체 기판을 회전시키기 위한 모터(110)의 회전 속도를 제어하고, 전원공급기(128)는 제어부(126)의 제어 신호에 따라 모터(110)로 전력을 공급한다.
제어부(126)는 선택 밸브(122)의 동작을 제어한다. 즉, 제거하고자 하는 이물질의 종류에 따라 세정액의 종류가 결정되고, 이에 따라, 제어부(126)는 결정된 세정액을 반도체 기판을 제공하기 위해 선택 밸브(122)의 동작을 제어한다. 제어부(126)는 상기 이물질의 종류에 따라 하나의 세정액만을 선택할 수도 있고, 여러 가지의 세정액을 순차적으로 선택할 수 있다. 그리고, 제어부(126)의 제어 신호에 따라 전원공급기(128)는 선택 밸브(122)를 구동하기 위한 전력을 선택 밸브(122)로 공급한다. 여기서, 선택 밸브(122)는 솔레노이드의 전자기력에 의해 동작된다.
선택 밸브(122)를 통해 제공되는 제1세정액 및 제2세정액은 각각 제1노즐(202) 및 제4노즐(302)을 통해 반도체 기판의 에지 부위 및 이면 부위로 제공된다. 이때 제1밸브(206) 및 제4밸브(306)는 각각 제1세정액 및 제2세정액의 유량을 조절한다. 제어부(126)는 제1밸브(206) 및 제4밸브(306)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 발생시키고, 제어부(126)의 제어 신호에 따라 전원공급기(128)는 제1밸브(206) 및 제4밸브(306)로 전력을 공급한다. 여기서, 제1밸브(206) 및 제4밸브(306)는 솔레노이드의 전자기력에 의해 동작된다.
제어부(126)는 제2밸브(216)와 연결되는 제2노즐(212) 및 제3밸브(226)와 연결되는 제3노즐(222)을 통해 반도체 기판으로 제공되는 제1질소 가스 및 제2질소 가스의 유량을 제어한다. 제1밸브(216) 및 제4밸브(226)와 마찬가지로, 제2밸브(216) 및 제3밸브(226)는 솔레노이드의 전자기력에 의해 동작된다.
제어부(126)는 제1공압 실린더(108) 및 제2공압 실린더(112)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 발생시키고, 전원공급기(128)는 상기 제어 신호에 따라 제1공압 실린더(108) 및 제2공압 실린더(112)로 공급되는 압축 공기의 방향 및 유량을 제어하는 제1방향 제어 밸브(130) 및 제2방향 제어 밸브(132)로 전력을 공급한다. 제1방향 제어 밸브(130) 및 제2방향 제어 밸브(132)는 각각 솔레노이드의 전자기력에 의해 상기 압축 공기의 방향 및 유량을 제어한다.
상기와 같은 제어 시스템의 구성은 세정 장치의 설계 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 제1세정액 및 제2세정액의 유량 조절, 제1질소 가스 및 제2질소 가스의 유량 조절, 압축 공기의 방향 및 유량 조절 등에 사용되는 밸브들의 종류는 다양하게 변경될 수 있다. 그리고, 압력 제어 밸브, 안전 밸브 등의 밸브들이 더 추가될 수 있다. 또한, 압축 공기로 작동되는 제1공압 실린더 및 제2공압 실린더는 유압 실린더로 대체될 수 있으며, 모터와 리드 스크류 등의 다른 구동 방식을 사용하는 장치로 대체될 수도 있다.
도 7은 제1세정액 및 제2세정액의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제1밸브(202)를 통해 회전하는 반도체 기판(900)의 에지 부위로 제공되는 제1세정액은 제2노즐(212) 및 제3노즐(222)로부터 제공되는 제1질소 가스 및 제2질소 가스에 의해 반도체 기판의 중심 부위로 이동하는 것이 차단된다. 그리고, 초음파 발생기(250) 및 반도체 기판(900)의 에지 부위와 접촉된 상태로 반도체 기판(900)의 측면 부위를 향해 이동하고, 상기 측면 부위를 따라 아래로 이동한다. 제4밸브(302)를 통해 반도체 기판(900)의 이면 부위로 제공되는 제2세정액은 반도체 기판(900)의 이면과 접촉된 상태에서 반도체 기판(900)의 측면 부위로 이동하여 제1세정액과 함께 아래로 이동하고, 가이드(260)는 제1세정액 및 제2세정액을 안내한다.
초음파 발생기(250)로부터 제공되는 초음파의 주파수는 제거하고자 하는 이물질의 종류에 따라 변경되며, 일반적으로 약 800㎑ 이상의 주파수가 사용된다. 상기 초음파는 제1세정액에 제공되며, 반도체 기판(900)을 투과하여 제2세정액에도제공된다. 일반적인 SC1 용액을 사용한 경우와 상기 SC1 용액에 초음파를 제공한 경우를 비교한 실험 결과가 표 1에 기재되어 있다.
사용 전력(Watt) 30 sec. 60 sec. 비고
SC1(초음파미사용) 0 31% 35%
SC1(기판 상·하부)+초음파(기판 상부) 50 99.7% 99.3%
75 81.4% 92.5%
100 84.8% 93.1%
125 85.4% 95.8%
탈이온수(기판 상부)+SC1(기판 하부)+초음파(기판 상부) 50 98.7% - 전면 로딩
50 99.7 - 이면 로딩
상기 실험은 반도체 기판 상에 실리콘 나이트라이드 겔(SiN gel)을 강제로 오염시킨 뒤 65℃의 SC1 용액을 사용하여 상기 실리콘 나이트라이드 겔을 제거하였다. 실험에서 제공되는 초음파의 주파수는 830㎑이다.
첫 번째 실험은 실리콘 나이트라이드 겔이 형성된 면이 위를 향하도록 반도체 기판을 로딩한 상태에서 수행되었다. SC1 용액만을 사용하는 경우에는 30% 정도의 제거 효율을 보인 반면, SC1 용액에 초음파를 제공하는 경우 81 내지 99%의 제거 효율을 얻을 수 있다.
그리고, 두 번째 실험은 탈이온수를 반도체 기판의 상부에서 제공하고, 반도체 기판의 하부에서 SC1 용액을 반도체 기판으로 제공하였다. 초음파는 반도체 기판의 상부에서 제공하였다. 실리콘 나이트라이드 겔이 형성된 면이 위를 향하도록 반도체 기판을 로딩한 경우 98.7%의 제거 효율을 얻을 수 있었고, 실리콘 나이트라이드 겔이 형성된 면이 아래를 향하도록 반도체 기판을 로딩한 경우 99.7%의 제거 효율을 얻을 수 있었다.
상기 두 번째 실험 결과로부터 초음파를 제공하는 경우 탈이온수만으로도 높은 세정 효율을 얻을 수 있다는 사실을 알 수 있고, 반도체 기판의 상부에서 제공되는 초음파는 반도체 기판을 투과하여 하부에서 제공되는 SC1 용액으로 제공되었다는 사실을 알 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 반도체 기판 세정 장치는 회전하는 반도체 기판의 에지 부위 및 이면 부위에 각각 제1세정액 및 제2세정액을 제공하고, 상기 에지 부위로 제공된 제1세정액에 초음파를 제공한다. 이에 따라, 효과적으로 반도체 기판의 에지 부위, 측면 부위 및 이면 부위에 부착된 이물질을 제거할 수 있다.
그리고, 상기 제1세정액이 제공되는 상기 에지 부위의 일측에 제1질소 가스 및 제2질소 가스를 제공함으로서, 상기 제1세정액이 반도체 기판의 중심 부위로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가이드는 회전에 의해 반도체 기판으로부터 이탈되는 제1세정액을 반도체 기판의 에지 부위 또는 측면 부위로 바운딩시킨다. 이에 따라, 반도체 기판의 에지 부위 및 측면 부위의 세정 효율이 상승한다.
상기와 같이 반도체 기판의 에지 부위, 측면 부위 및 이면 부위와 같은 특정 부위에 부착된 이물질을 효과적으로 제거함으로서, 상기 특정 부위를 세정하기 위한 포토리소그래피 공정을 생략할 수 있다. 이에 따라, 반도체 장치의 생산 원가를 절감하고, 반도체 장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. a) 반도체 기판을 회전시키는 단계;
    b) 상기 반도체 기판의 에지 부위 및 상기 반도체 기판의 측면 부위를 세정하기 위한 제1세정액을 상기 반도체 기판의 에지 부위로 제공하는 단계; 및
    c) 상기 에지 부위로 제공된 상기 제1세정액에 초음파를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1세정액은 상기 반도체 기판의 중심 부위로부터 상기 반도체 기판의 에지 부위를 향하는 방향으로 30 내지 60°의 입사각을 갖도록 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 b) 단계와 동시에 상기 제1세정액이 상기 반도체 기판의 중심 부위로 이동하는 것을 일차적으로 방지하기 위한 제1질소 가스를 상기 제1세정액이 제공되는 에지 부위로부터 상기 반도체 기판의 중심 방향으로 소정 거리 이격된 제1부위로 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1부위로 제공되는 제1질소 가스는 상기 반도체 기판의 중심 부위로부터 상기 반도체 기판의 에지 부위를 향하는 방향으로 30 내지 60°의 입사각을 갖도록 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 b) 단계와 동시에 상기 제1세정액이 상기 반도체 기판의 중심 부위로 이동하는 것을 이차적으로 방지하기 위한 제2질소 가스를 상기 제1세정액이 제공되는 에지 부위로부터 상기 반도체 기판의 중심 방향으로 소정 거리 이격된 제2부위로 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2부위로 제공되는 상기 제2질소 가스는 상기 반도체 기판의 중심 부위로부터 상기 반도체 기판의 에지 부위를 향하는 방향으로 15 내지 30°의 입사각을 갖도록 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 b) 단계와 동시에 상기 반도체 기판의 이면에 상기 제2세정액을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1세정액 및 제2세정액은
    탈이온수(H2O),
    불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액,
    수산화암모늄(NH4OH), 과산화수소(H2O2) 및 탈이온수의 혼합액,
    불화암모늄(NH4F), 불산(HF) 및 탈이온수의 혼합액, 또는
    인산(H3PO4) 및 탈이온수를 포함하는 혼합액인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.
  9. 반도체 기판이 놓여지고, 상기 반도체 기판을 회전시키는 척;
    상기 반도체 기판의 에지(edge) 부위 상부에 구비되고, 상기 반도체 기판의 에지 부위 및 상기 반도체 기판의 측면 부위를 세정하기 위한 제1세정액을 상기 반도체 기판의 에지 부위로 제공하는 상부 노즐 조립체; 및
    상기 반도체 기판의 에지 부위 상부에 구비되고, 상기 반도체 기판의 에지 부위로 제공된 상기 제1세정액에 초음파를 제공하는 초음파 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 척은 회전축;
    상기 회전축의 상부에 방사상으로 연결되는 다수개의 로드; 및
    상기 로드들의 단부에 각각 구비되고, 상기 반도체 기판을 파지하는 다수개의 클램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 상부 노즐 조립체는 상기 반도체 기판의 에지 부위로상기 제1세정액을 제공하는 제1노즐;
    상기 제1노즐로 상기 제1세정액을 제공하는 제1라인; 및
    상기 제1라인에 설치되고, 상기 제1노즐로 제공되는 상기 제1세정액의 유량을 조절하는 제1밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1노즐은 상기 반도체 기판의 중심 부위로부터 상기 반도체 기판의 에지 부위를 향하는 방향으로 30 내지 60°의 경사각을 갖도록 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 상부 노즐 조립체는 상기 제1노즐을 기준으로 상기 반도체 기판의 중심 부위 방향에 구비되고, 상기 반도체 기판의 에지 부위로 제공된 상기 제1세정액이 상기 반도체 기판의 중심 부위로 이동하는 것을 일차적으로 방지하기 위한 제1질소 가스를 제공하는 제2노즐;
    상기 제2노즐로 상기 제1질소 가스를 제공하는 제2라인;
    상기 제2라인에 설치되고, 상기 제2라인을 통해 제공되는 제1질소 가스의 유량을 조절하는 제2밸브;
    상기 제2노즐을 기준으로 상기 반도체 기판의 중심 부위 방향에 구비되고, 상기 반도체 기판의 에지 부위로 제공된 상기 제1세정액이 상기 반도체 기판의 중심 부위로 이동하는 것을 이차적으로 방지하기 위한 제2질소 가스를 제공하는 제3노즐;
    상기 제2라인으로부터 분기되고, 상기 제3노즐로 상기 제2질소 가스를 제공하는 제3라인; 및
    상기 제3라인에 설치되고, 상기 제3노즐로 제공되는 상기 제2질소 가스의 유량을 조절하는 제3밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제2노즐은 상기 반도체 기판의 중심 부위로부터 상기 반도체 기판의 에지 부위를 향하는 방향으로 30 내지 60°의 경사각을 갖도록 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제3노즐은 상기 반도체 기판의 중심 부위로부터 상기 반도체 기판의 에지 부위를 향하는 방향으로 15 내지 30°의 경사각을 갖도록 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  16. 제9항에 있어서, 상기 상부 노즐 조립체는 상기 반도체 기판의 중심 부위로부터 상기 상부 노즐 조립체가 구비되는 방향으로 상기 반도체 기판의 측면으로부터 소정 거리 이격되어 구비되고, 상기 반도체 기판의 회전에 의해 상기 반도체 기판으로부터 이탈된 상기 제1세정액을 차단하는 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 가이드는 차단된 상기 제1세정액이 상기 반도체 기판의 에지 부위 또는 상기 반도체 기판의 측면 부위로 바운딩(bounding)되도록 상기 반도체 기판에 대하여 40 내지 50°의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 초음파 발생기는 로드 형상을 갖고, 상기 가이드를 관통하여 상기 반도체 기판의 에지 부위 상부로 연장되고, 상기 반도체 기판으로부터 1 내지 3㎜ 이격되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  19. 제9항에 있어서, 상기 반도체 기판의 하부에 구비되고, 상기 반도체 기판의 이면을 세정하기 위한 제2세정액을 상기 반도체 기판의 이면으로 제공하는 하부 노즐 조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 하부 노즐 조립체는 상기 반도체 기판의 이면으로 상기 제2세정액을 제공하는 노즐;
    상기 노즐로 상기 제2세정액을 제공하는 라인; 및
    상기 라인에 설치되고, 상기 노즐로 제공되는 상기 제2세정액의 유량을 조절하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
  21. 제9항에 있어서, 상기 반도체 기판의 세정 범위를 조절하기 위해 상기 상부 노즐 조립체 및 상기 초음파 발생기를 상기 반도체 기판의 반경 방향으로 구동시키는 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 장치.
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