KR20040032200A

KR20040032200A - 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치와 이를 이용한 세정 및건조방법

Info

Publication number: KR20040032200A
Application number: KR1020020059764A
Authority: KR
Inventors: 이중연; 윤능구; 이창근
Original assignee: 주식회사 에이텍
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-17

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치와 이를 이용한 세정 및 건조방법에 관한 것이다. 내부에 웨이퍼를 승강시키는 승강기구가 구비되어 있는 내조(內槽)와; 상기 내조를 덮어 챔버를 이루고 질소분사노즐을 갖는 커버와; 세정액을 내조에 공급하여 웨이퍼가 세정액에 완전히 잠기도록 하는 세정액공급수단과; 상기 내조 내에서 웨이퍼의 세정을 마친 세정액을 외부로 배출하는 세정액배출수단을 포함하며, 챔버 내에 웨이퍼를 투입한 후 챔버를 밀폐하고, 챔버 내부공간에 질소를 공급하여 챔버내에 질소를 충진하는 준비단계와; 상기 내조내에 세정액을 공급하고 이와 동시에 공급된 유량만큼 배출하여 일정수위를 유지한 상태로 세정액으로 하여금 웨이퍼를 세정하게 하는 세정단계와; 상기 세정단계를 마친 후 웨이퍼를 세정액 액면 위로 상승시켜 웨이퍼를 건조시킴과 동시에 공급되고 있는 질소가스가 웨이퍼에 접하도록 하여 웨이퍼를 완전 건조시키는 웨이퍼건조단계를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 초순수와 이소프로필알코올이 혼합된 혼합액을 세정액으로 사용하되 웨이퍼가 상기 세정액에 잠겨있는 상태에서 세정액이 일정 흐름을 갖도록 할 수 있어 각종 불순물이나 미립자의 제거효율이 높으며 특히 세정 작업중 웨이퍼에 고주파진동을 가하여 불순물이나 미립자 제거효율을 배가시킬 수 있다.

Description

반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치와 이를 이용한 세정 및 건조방법 {Apparatus for washing and drying wafer and method of washing and drying wafer using that}

본 발명은 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치와 이를 이용한 세정 및 건조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 초순수(Deionized water;DIW)와 이소프로필알코올(Iso Propyl Alcohol;IPA) 혼합액의 다층 계면을 사용하여 세정 및 건조효과를 증대시킬 수 있는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치와 이를 이용한 세정 및 건조방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼(wafer)는 집적회로를 만드는 토대가 되는 얇은 판으로서 실리콘으로 제작된 실리콘웨이퍼(silicon wafer)가 가장 널리 사용되고 있다.

보통 상기 웨이퍼는 각종 소자 또는 반도체 칩 등을 제조하기 위해 리소그래피, 화학 또는 물리적 증착 및 플라즈마 에칭 등과 같은 일련의 제조공정을 거치는데, 상기 공정이 진행되는 동안에 그 표면에 화합물 또는 분진 등과 같은 이 물질이 잔재하게 된다. 따라서 반도체 소자의 품질을 향상시키기 위해서는 세정 및 건조 등의 공정을 통해 웨이퍼 표면에 묻어있는 이 물질들을 완전히 제거 하여야한다.

상기 목적을 갖는 웨이퍼의 세정방법은 여러 가지가 있다.

이 중에는 암모니아와 과산화수소 및 물을 1:4:20의 비율로 혼합하여 상온 또는 고온에서 파티클과 유기 오염물을 제거하기 위해 사용되는 SC1(standard clean 1)세정과, 염산과 과산화수소 및 물을 1:1:5의 비율로 혼합하여 상온 또는 고온에서 천이성 금속 오염물을 제거하기 위해 사용되는 SC2(standard clean 2)세정이 있다. 또한 황산과 과산화수소를 혼합하여 고온에서 감광제나 계면활성제 같은 유기 오염물을 제거하기 위해 수행되는 피라나(piranha)세정과, 웨이퍼 표면의 자연산화막을 효과적으로 제거하고 동시에 자연 산화막 내의 금속 오염물을 제거할 수 있는 HF세정 등이 있다.

한편 상기 세정 후에는 웨이퍼 표면의 세정액을 제거하기 위한 건조공정이 필수적으로 수행되는데, 상기 건조공정으로는 스핀건조, 이소프로필알코올(이하, IPA)증기건조, 마란고니건조 등이 있다.

상기 스핀건조는 웨이퍼를 고속 회전시켜 웨이퍼 상에 잔류하는 잔류액을 원심력으로 탈락시켜 제거하는 방법이고, IPA증기건조는 IPA증기를 웨이퍼 표면에 접촉시켜 웨이퍼 표면에 잔류하는 습기 등의 잔류액을 IPA로 치환하여 습기를 제거하는 방법이다. 또한, 마란고니(marangoni)건조는 세정액 즉 초순수의 상부에 얇은 IPA막을 형성시켜 피건조체인 웨이퍼의 상승시 농도차에 의하여 발생하는 마란고니효과(Marangoni Effect)를 이용한 건조방법이다.

그러나 상기 스핀건조방식은 웨이퍼의 고속 회전시 건조장치내에 와류가 발생하여 예컨대 먼지 등에 의해 웨이퍼가 재오염 될 수 있고 과도한 원심력에 의해 웨이퍼의 파손이 야기될 수 도 있다. 또한 웨이퍼의 치핑(Chipping)이나 트렌치(Trench) 또는 콘택홀(Contact hole) 내부에 수분이 잔류할 수 있고 물자국(water mark)이 쉽게 생기는 등의 문제가 있다.

또한, 상기 IPA증기 건조방식은, IPA증기를 얻기 위해 휘발성이 강한 IPA를 고온의 히터로 가열하므로 화재의 위험이 높다. 또한 장치 내부가 항상 고온으로 유지되므로 웨이퍼의 투입시 IPA증기의 응축 및 치환에 의한 건조가 아닌 수분의 증발로 인한 물자국의 발생가능성이 높으며, 특히 IPA증기 영역이 불안정하여 IPA 증기가 균일하게 웨이퍼에 접촉될 수 없어 건조가 불량해질 수 있다.

아울러 상기 마란고니 건조방식은, 비교적 최근에 개발된 방식이긴 하지만 웨이퍼 표면상에 존재할 수 있는 각종 미립자 등의 불순물의 제거에는 한계가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 초순수와 이소프로필알코올이 혼합된 혼합액을 세정액으로 사용하되 웨이퍼가 상기 세정액에 잠겨있는 상태에서 세정액이 일정 흐름을 갖도록 할 수 있어 각종 불순물이나 미립자의 제거효율이 높으며 특히 세정 작업중 웨이퍼에 고주파진동을 가하여 불순물이나 미립자 제거효율을 배가시킬 수 있도록 구성된 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치와 이를 이용한 세정 및 건조방법을 제공함에 목적이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치의 전체적인 구성 및 동작을 설명하기 위하여 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정 및 건조방법을 정리하여 나타낸 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12:챔버 14:내조(內槽)

16:커버 18:배기관

20:히터 22:질소공급관

24:질소분사노즐 26:웨이퍼승강기구

28:싱크 30:고주파진동판

32:제 1세정액배액관 34:제 2세정액배액관

36:제 3세정액배액관 38:배액밸브

40:액상미립자감지기 42:제 1세정액공급관

44:제 2세정액공급관 46:제 3세정액공급관

48:세정액혼합기 50:세정액농도계

52:유량조절펌프 54:IPA공급관

56:초순수공급관 58:공급관

60:분사노즐 62:배액관

64:내조배액관 66:수위센서

70:외조(外槽)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치는, 외부로부터 공급되는 웨이퍼 세정용 세정액을 받아들여 수용하고 내부에는 웨이퍼를 승강시키는 승강기구가 구비되어 있는 내조(內槽)와; 상기 내조의 상부에 위치하며 내조를 덮어 챔버를 이루고 외부로부터 공급된 질소가스를 챔버내에 분사하는 질소분사노즐을 갖는 커버와; 상기 내조의 내부공간에 연통하며 외부의 세정액을 내조에 공급하여 웨이퍼가 세정액에 완전히 잠기도록 하는 세정액공급수단과; 상기 내조 내에서 웨이퍼의 세정을 마친 세정액을 외부로 배출하되 공급된 량만큼 배출하여 세정액이 일정수위를 유지하도록 하는 세정액배출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내조의 하부에는 외부로부터 공급된 초순수(Deionized Water)를 수용하며 내조의 바닥부가 상기 초순수에 잠기도록 하는 외조(外槽)가 더 구비되며, 상기 외조에는 고주파를 발생하여 고주파가 초순수 및 상기 바닥부를 통과해 내조 내의 세정중의 웨이퍼로 전달되도록 하는 고주파진동부가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세정액은 초순수와 이소프로필알코올(Iso Propyl Alcohol;IPA)의 혼합액이며, 상기 세정액공급수단은; 외부로부터 이소프로필알코올 및 초순수를 받아들여 혼합하는 세정액혼합기와, 상기 세정액혼합기를 통과하며 혼합된 세정액내의 이소프로필알코올의 농도를 체크하는 세정액농도계와, 상기 세정액농도계를 통과한 세정액을 내조 내부로 유동시키는 세정액공급관을 포함하고, 상기 세정액배출수단은; 상기 내조에 연통하며 내조 외부로 연장되어 세정액을 배출하는 배액관과, 상기 배액관에 설치되어 세정액의 배출량을 조절하는 배액밸브와, 상기 배액관에 연결되며 배액관을 통해 배출되는 세정액내의 액상 미립자량을 체크하는 액상미립자감지기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 내조에 연결된 세정액공급관의 유출구 및 세정액배액관의 유입구는 내조의 내벽면에 위아래로 위치되되 세정액공급관이 세정액배액관의 하부에 위치하여, 유입된 세정액이 상향 유동하여 세정액배액관을 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세정액공급관 및 세정액배액관은 하나의 쌍을 이루며, 내조의 벽면에 두 쌍 이상이 상호 대향하도록 설치되어 각 세정액공급관을 통해 유입된 세정액이 상향 유동중 서로 부딪힌 후 각자의 배액관으로 유동하는 흐름을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세정액공급관 및 세정액배액관 세트는 내조 벽면의 원주방향으로 등간격을 이루고, 수직방향으로도 일정 간격을 이루어 고정된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 질소분사노즐은 질소공급관을 통해 질소가스를 공급받되 상기 질소공급관은 질소가스를 가열하는 히터와 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 반도체 세정 및 건조방법은, 챔버를 개방하여 내조 내부에 작업할 웨이퍼를 투입한 후 챔버를 밀폐하고, 챔버 내부공간에 질소를 공급하여 챔버내에 질소를 충진하는 준비단계와; 상기 내조내에 세정액을 공급하고 이와 동시에 공급된 유량만큼 배출하여 일정수위를 유지한 상태로 세정액으로 하여금 웨이퍼를 세정하게 하는 세정단계와; 상기 세정단계를 마친 후 웨이퍼를 세정액 액면 위로 상승시켜 웨이퍼를 건조시킴과 동시에 공급되고 있는 질소가스가 웨이퍼에 접하도록 하여 웨이퍼를 완전 건조시키는 웨이퍼건조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 준비단계에는 상기 외조에 초순수를 공급하여 내조의 바닥부가 초순수에 잠기도록 하는 초순수공급단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 세정단계에는 상기 외조에 고주파진동을 가하여 고주파가 초순수 및 내조 바닥부를 통과해 웨이퍼에 전달되도록 함으로써 고주파가 웨이퍼를 세척하게 하는 고주파 진동발생단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치의 전체적인 구성 및 동작을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 세정 및 건조장치는, 내부에 작업할 웨이퍼(w)를 수용하며 상부가 개방된 내조(14)와, 상기 내조(14)의 외벽 상측부에 위치하며 작업중 내조(14)로부터 흘러 넘칠 수 있는 세정액을 수용하는 외조(70)와, 상기 내조(14)의 상부를 덮어 내부 공간을 갖는 챔버(12)를 이루는 커버(16)와, 상기 내조(14)의 하측부 일부를 그 내부에 포함하고 초순수를 수용하는 싱크(28)와, 상기 싱크(28)의 하부에 설치되며 고주파를 발생하는 고주파진동판(30)과, 상기 내조(14)에 세정액을 공급 및 배출하는 세정액공급 및 배출수단을 갖는다.

상기 내조(14)는 공급된 세정액을 수용하는 처리조로서 그 내부에서 웨이퍼의 세정이 이루어진다. 상기 내조(14)는 석영(Quartz)이나 테프론으로 제작할 수 있다.

상기 내조(14)의 수직 벽면에는 후술할 다수의 파이프들이 인입 고정되어 있고 바닥부에는 내조배액관(64)이 연통되어 있다. 상기 내조배액관(64)은 필요시 내조(14)내에 공급되어 있는 세정액을 드레인시키기 위한 파이프이다.

한편, 상기 챔버(12)의 내부에는 웨이퍼승강기구(26)가 구비되어 있다. 상기 웨이퍼 승강기구(26)는 공지의 승강수단으로서 다수의 웨이퍼를 수직으로 지지한 상태로 웨이퍼를 승강시킨다.

즉, 상기 웨이퍼승강기구(26)는 세정을 위해 외부로부터 새로이 받아들여진 웨이퍼를 하강시켜 세정액 내에 잠기게 하며 세정이 완료된 웨이퍼는 상부로 상승시켜 장치로부터 웨이퍼를 빼낼 수 있게 한다.

상기 커버(16)는 내조(14)를 밀폐하며 챔버(12) 내부가 질소가스 분위기가 되도록 하는 것으로 측부에 배기관(18)을 갖는다. 상기 배기관(18)은 챔버(12) 내에 질소가스가 공급될 때 챔버(12)내에 잔류하는 공기가 질소가스에 밀려 나가도록 마련한 통로이며 아울러 질소가스의 공급에 의해 챔버(12) 내부의 압력이 상승하는 것을 막는다.

또한 상기 커버(16)의 내측부에는 다수의 질소분사노즐(24)이 설치된다. 상기 질소분사노즐(24)은 외부의 질소공급관(22)과 연결되어 외부로부터 공급된 질소를 챔버(12)내부로 분사하여 챔버 내부공간이 질소가스로 충진되도록 한다. 상기질소분사노즐(24)은 세정 및 건조공정이 완료될 때까지 질소가스를 계속 공급하여 챔버(12)내에 외부 공기가 유입되지 않게 한다.

상기 질소공급관(22)에는 챔버 내부로 이동하는 질소가스를 가열하기 위한 히터(20)가 연결된다. 상기 히터(20)는 도 2에 도시한 바와같이 세정을 마치고 세정액 상부로 상승한 웨이퍼 표면에 고온의 질소가스가 부딪히도록 하여 웨이퍼 표면에 혹시 남아있을 수 있는 IPA막을 효과적으로 증발시켜 제거한다.

상기 내조(14)의 하부에 설치되는 싱크(28)는 외부로부터 공급된 초순수를 일정 수위로 저장하며 상기 내조(14)의 바닥부가 상기 초순수에 잠기도록 한다. 이와 같이 싱크(28)내에 초순수를 공급하고 또한 내조(14)의 하측 바닥부가 초순수에 잠기도록 한 것은, 세정작업시 고주파진동판(30)으로부터 발생한 고주파가 내조(14) 바닥부에 직접 전달되지 않고 초순수를 거쳐 전달되도록 한 것이다.

또한 상기 싱크(28)내에 초순수를 공급하는 공급관(58)의 유출구에는 분사노즐(60)이 구비된다. 상기 분사노즐(60)은 초순수를 내조(14)의 바닥면측으로 분사하여 바닥면에 붙어있을 수 있는 기포나 기타 이물질을 제거하여 고주파가 효과적으로 바닥면을 통과하도록 한다.

도면부호 66은 수위센서이다. 상기 수위센서(66)는 싱크(28)내에 공급된 초순수의 수위를 감지하며 초순수가 항상 일정한 수위를 가지도록 한다.

아울러 상기 싱크(28)의 바닥면에는 배액관(62)이 구비되어 필요시 싱크(28)내의 초순수를 배수할 수 있다.

상기 싱크(28)의 하부에 위치하는 고주파진동판(30)은 공지의 것으로싱크(28)에 고정되어 있으며 웨이퍼(w)의 세정시 고주파를 발생하여 세정의 효과를 증대 시킨다.

한편, 상기 내조(14)에 세정액을 공급 및 배출하는 세정액공급수단과 세정액배출수단은, 상기 내조(14)의 벽면에 설치된 다수의 세정액공급관(42,44,46)과 상기 각 세정액공급관(42,44,46)에 쌍을 이루는 세정액배액관(32,34,36)을 포함한다.

상기 세정액배출수단은, 다수의 세정액배액관(32,34,36)과 상기 세정액배액관(32,34,36)에 연결되는 액상미립자감지기(40)를 구비한다. 상기 각 세정액배액관(32,34,36)에는 배액밸브(38)가 구비된다. 상기 배액밸브(38)는 배출되는 세정액의 유동량을 제어하는 밸브이다.

또한 상기 세정액공급수단은, 다수의 세정액공급관(42,44,46)과, 상기 세정액공급관(42,44,46)에 각각 연결되는 세정액혼합기(48) 및 세정액농도계(50)를 포함한다.

상기 세정액배액관(32,34,36)은 세정액공급관(42,44,46)과 일대일 대응하며 쌍을 이룬다. 즉 하나의 세정액배액관은 하나의 세정액공급관과 쌍을 이루며 각 쌍은 내조(14)의 벽면에 고정된다.

또한 각 세정액공급관(42,44,46)의 유출단부는 상향 경사져 내조(14) 내부로 공급되는 세정액이 화살표 a방향 흐름을 가지도록 한다.

아울러 상기와 같이 쌍을 이루는 두 개의 세정액공급관 및 세정액배액관에 있어서, 공급관이 배액관의 수직 하부에 위치한다. 따라서 각 세정액공급관(42,44,46)을 통해 공급된 세정액은 상향 유동하여 각자의 세정액배액관(32,34,36)을 통해 배출된다.

또한 각각의 세정액공급관 및 세정액배액관 세트는 내조(14) 벽면의 원주방향을 따라 등간격을 이루고 중앙부를 향해 고정되어 있다. 그러므로 각 세정액공급관(42,44,46)을 통해 유입된 세정액은 내조(14)의 중앙부에서 상호 부딪힌 후 세정액배액관(32,34,36)측으로 이동해 빠져나간다.

또한 각각의 세정액공급관 및 세정액배액관 세트는 내조(14) 벽면에 수직으로 배열된다. 즉, 하나의 세정액공급관(42) 및 세정액배액관(32)세트의 상부에 다른 세정액공급관(44) 및 세정액배액관(34)세트가 구비되고, 또한 그 상부에 다른 세정액공급관(46) 및 세정액배액관(36)세트가 구비되어 전체적으로 세 개의 층을 이룬다.

세정액공급관(42,44,46) 및 세정액배액관(32,34,36)이 상기와 같은 패턴으로 설치되어 있으므로 각 세정액공급관(42,44,46)을 통해 유입한 세정액은 내조(14) 내에서 세 개의 층을 이루며 각자 화살표 a방향 흐름을 갖는다.

물론 각 공급관 및 배액관 세트 사이에 수평의 격벽이 있는 것은 아니므로 유입된 세정액이 약간씩 혼합되겠지만 전체적으로 상기와 같은 화살표 a방향의 흐름은 유지된다.

상기 세 개의 세정액배액관(32,34,36)은 하나의 파이프로 합쳐진 후 액상미립자감지기(40)와 연결된다. 상기 액상미립자감지기(40)는 세정을 마친 세정액 내부에 섞여있는 불순물의 량을 체크하는 장치로서, 작업의 완료시점을 판단하게 해준다. 즉, 예컨대 감지된 불순물의 량이 설정치 보다 많을 경우 웨이퍼가 그만큼오염된 것이므로 불순물의 량이 설정치 이하로 내려갈 때 까지 장치를 계속 가동할 수 있게 하는 것이다.

한편, 상기 내조(14)에 공급되는 세정액은 초순수와 이소프로필알코올(IPA)을 소정비율로 혼합한 혼합물이다. 이와같이 초순수에 알코올을 혼합함으로 세정액의 표면장력이 초순수보다 작아져 웨이퍼로부터 세정액의 분리가 그만큼 용이하게 이루어지게 된다. 초순수에 대한 IPA의 농도를 증가시킬수록 세정액의 표면장력이 점점 작아지게 됨은 물론이다.

한편, 본 실시예에서 제 1세정액공급관(42)을 통해 공급되는 세정액의 농도와, 제 2세정액공급관(44)을 통해 공급되는 세정액의 농도와, 제 3세정액공급관(46)을 통해 공급되는 세정액의 농도는 상호 다르게 하되, 제 1세정액공급관(42)을 통해 공급되는 세정액의 농도가 제일 약하고 제 3세정액공급관(46)을 통해 공급되는 세정액의 농도가 제일 강하게 한다.

예컨대 제 1세정액공급관(42)을 통해 공급되는 세정액의 IPA의 농도는 0.2중량% 내지 0.3중량%가 되게 하고, 제 2세정액공급관(44)을 통해 공급되는 세정액에서 IPA의 농도는 1중량% 내지 2중량%, 제 3세정액공급관(46)을 통해 공급되는 세정액에서 IPA의 농도는 대략 4중량% 내지 6중량% 가 되도록 한다.

상기 각 세정액공급관(42,44,46)은 내조(14)로부터 연장되어 IPA공급관(54) 및 초순수공급관(56)과 연결된다.

상기 IPA공급관(54)은 외부의 IPA탱크(미도시)와 연결되며 탱크내의 IPA는 별도의 펌프에 의해 각 세정액 공급관 측으로 압송되고, 초순수공급관(56)은 초순수탱크(미도시)와 연결되며 탱크내의 초순수는 별도의 펌프에 의해 내조(14)내로 압입된다.

상기 각 IPA공급관(54)에는 유량조절펌프(52)가 구비된다. 상기 유량조절펌프(52)는 그 펌핑량을 조절하여 유량조절펌프(52)를 지나는 IPA의 유량을 조절하는 역할을 하는 것으로 IPA의 유량을 증가시켜 세정액 내의 IPA의 농도를 증가시키거나 반대로 IPA의 유량을 감소시켜 세정액 내의 IPA이 농도를 감소시킨다.

여하튼 상기 IPA공급관(54)과 초순수공급관(56)이 하나로 합쳐짐으로서 IPA와 초순수는 제 1,2,3세정액공급관(42,44,46)내에서 섞이며 혼합액을 이룬다.

상기 혼합액은 세정액혼합기(48)를 통과하면서 보다 완전히 혼합된 후 세정액농도계(50)를 통과한다. 상기 세정액농도계(50)는 통과하고 있는 혼합액내의 IPA의 농도를 체크하여 외부로 알려준다.

따라서 상기 세정액농도계(50)를 통해 해당 세정액의 농도를 조절해야 할지 여부를 파악할 수 있으며 필요시 유량조절펌프(52)를 제어하여 농도를 적절히 조절한다.

한편, 상기 제 1,2,3세정액공급관(42,44,46)을 통해 내조(14) 내부로 공급되는 세정액의 농도를 상기와 같이 달리함으로써 웨이퍼의 세정 효율을 증가시킬 수 있다.

즉, 세 개의 층을 이루는 제 1,2,3세정액공급관(42,44,46)으로부터 분출되는 세정액의 농도를 달리함으로서 웨이퍼가 한 번 상승할 때 세 가지 종류의 세정액에 접하게 되는 효과를 갖는 것이므로 그만큼 미립자의 제거 기회가 많아지는 것이다.

도 2는 웨이퍼의 세정이 완료되어 웨이퍼(w)를 세정액의 액면 상부로 상승시킨 모습이다.

도시한 바와같이, 웨이퍼의 세정이 완료된 후 각 세정액공급관(42,44,46)을 통한 세정액의 공급을 종료시켜 내조(14)내의 유체의 흐름을 일시 정지시키고 액면을 안정시킨다. 이 상태에서 웨이퍼를 서서히 상향 이동하면 웨이퍼표면을 세정하던 세정액은 웨이퍼로부터 분리되어 결국 웨이퍼의 세정에 이은 건조가 이루어진다.

더욱이 챔버(12) 내에는 상기 질소분사노즐(24)로부터 질소가 계속적으로 분사되고 있으므로 상부로 이동한 웨이퍼의 표면에 질소가 가해져 혹시 남아있을지 모르는 세정액을 완전히 제거한다. 이 때 상기 히터(20)를 가동하여 웨이퍼에 고온의 질소가스가 분사되도록 하여 세정액의 제거를 더욱 신속히 수행한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 세정 및 건조방법을 설명하기 위하여 나타낸 순서도이다.

도시한 바와같이, 본 실시예의 반도체 웨이퍼 세정 및 건조방법은 크게 준비단계(100)와, 세정단계(111)와, 웨이퍼건조단계(115)를 포함하여 이루어진다.

상기 준비단계(100)는 세정 및 건조작업을 수행하기 위한 것으로 챔버개방(101), 웨이퍼투입(103), 챔버밀폐(105), 질소가스공급(107), 초순수공급(109)의 순서를 갖는다.

먼저 상기 커버(16)를 열어 챔버(12)를 개방한다. 커버(16)를 개방하면 세정액이 수용되어 있는 내조(14)가 나타나게 됨은 물론이다. 이어서 상기 웨이퍼승강기구(도 1의 26)에 작업할 웨이퍼를 올리고 웨이퍼승강기구(26)를 동작시켜 웨이퍼를 세정액 내에 잠기게 한다. 상기 웨이퍼승강기구의 동작 메카니즘은 종래와 동일하며 특히 그 동작을 정밀하게 제어하기 위해 서보모터를 구동원으로 채용함이 좋다.

웨이퍼(w)의 투입이 완료되면 상기 커버(16)를 다시 닫아 내부공간을 갖는 챔버(12)를 형성한다. 상기 커버(16)를 닫더라도 커버(16)에는 배기관(18)이 구비되어 있으므로 챔버(12)가 외부에 대해 완전히 밀폐되는 것은 아니다.

챔버(12)가 형성 되었다면 챔버(12)내에 질소가스를 공급하기 시작한다. 챔버(12)내에 질소가스를 공급하면 질소가스가 챔버를 가득 채우면서 기존에 있던 공기 및 부유 이물질 등은 배기관(18)을 통해 외부로 빠져나가고 또한 질소가스의 공급이 계속되므로 공급되는 질소가스도 배기관(18)을 통해 커버(16) 외부로 배출된다.

챔버(12)내에 질소가스가 충진 되었다면 싱크(28)내에 초순수를 공급하여 고주파가 초순수를 매질로 삼아 내조(14) 내에 전달될 수 있게 한다. 이 때 싱크(28)에 공급되는 초순수는 분사노즐(60)에 의해 분사되어 내조(14)의 바닥면부에 생길지 모르는 기포나 기타 불순물을 제거하여 효과적인 고주파의 전달이 이루어지도록 한다.

상기 준비단계(100)를 통해 모든 준비가 완료되었다면 곧바로 세정단계(111)로 들어간다.

상기 세정단계(111)는 소정비율로 혼합된 세정액을 계속적으로 공급 및 배출하여 세정액의 흐름이 웨이퍼에 접하도록 함으로써 웨이퍼 표면의 불순물 등을 제거하는 단계이다. 상기 세정액의 농도조절은 각 IPA공급관(54)에 설치되어 있는 유량조절펌프(52)의 펌핑량으로 조절함은 상기와 같다. 아울러 공급되는 세정액의 농도는 각 세정액공급관(42,44,46)에 마련되어 있는 세정액농도계(50)를 통해 계속적으로 체크된다.

한편, 상기한 바와같이 세정액에 의한 세정시 고주파진동판(30)을 통해 고주파진동을 발생(121)하여 고주파 세척을 겸한다. 즉, 상기 세정단계(111)를 통해 내조(14)내에 공급된 세정액이 도 1의 화살표 a방향으로 흐르며 웨이퍼의 전체면을 닦아낸 후 제 1,2,3세정액배액관(32,34,36)을 통해 내조 외부로 각각 배출되는 동안 고주파가 웨이퍼에 전달되어 웨이퍼의 세정이 보다 효과적이며 신속하게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 세정단계(111)는 제 1,2,3세정액배액관(32,34,36)을 통해 배출되는 세정액내의 미립자의 검출농도에 따라 그 계속적인 진행여부를 결정한다. 즉, 액상미립자감지기(40)에 의해 감지된 불순물의 양이 설정치 이상일 경우에는 세정단계를 계속 실행하고 설정치 이하라면 더 이상 세정할 필요가 없는 것이므로 세정단계(111)를 종료하는 것이다. 이와 같이 배출되는 불순물의 량을 기준으로 세정여부를 결정하므로 세정단계(111)를 거치는 웨이퍼는 항상 완전히 세정될 수 있어 신뢰성이 높다.

세정단계(111)를 통한 세정이 완료(113)되었다면 세정액의 공급을 멈추고 고주파진동발생도 정지하여 세정액의 액면을 안정시킨다.

이어서 웨이퍼(w)를 서서히 상승시키며 웨이퍼를 건조하는 웨이퍼건조단계(115)가 수행된다. 상기한 바와같이 웨이퍼가 상승하는 동안 웨이퍼는 농도가 상호 다른 세 개 층의 세정액을 통과하고 마침내 액면의 상부로 상승한다. 웨이퍼가 액면의 상부로 이동할 때 세정액이 웨이퍼의 표면에 붙어 약간 따라 올라가지만 세정액은 IPA에 의해 그 표면장력이 작으므로 웨이퍼 표면에 붙어있지 않고 중력에 의해 하부로 흘러내린다.

한편 웨이퍼를 상승시키는 동안 상기 질소가스공급단계(107)로부터 계속 공급되던 질소가스의 공급량을 증가시키고 히터(20)를 작동하여 고온의 질소가스가 웨이퍼의 표면에 대해 분사되도록 한다(123). 웨이퍼의 표면에 부딪히는 고온의 질소가스는 웨이퍼에 묻어있을지 모르는 미세한 세정액을 바로 기화시키며 또한 그 분출압력으로 웨이퍼를 따라 올라오는 세정액을 하부로 밀어낸다.

웨이퍼가 완전히 상승한 후 상기 고온의 질소가스를 약 30초 내지 5분 정도 더 가한 후 건조를 완전히 완료(117)하고 질소가스의 공급을 중단(117)한 후 챔버를 개방(119)하여 모든 공정을 종료한다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

아울러 본 실시예에서는 피세정물로서 반도체 웨이퍼를 예를 들었지만 웨이퍼에 국한하지 않고 액정표시장치용기판이나 기록디스크용기판 또는 마스크용기판 등을 포함하는 여러 피세정물도 얼마든지 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims

외부로부터 공급되는 웨이퍼 세정용 세정액을 받아들여 수용하고 내부에는 웨이퍼(w)를 승강시키는 승강기구(26)가 구비되어 있는 내조(內槽)(14)와;

상기 내조(14)의 상부에 위치하며 내조(14)를 덮어 챔버(12)를 이루고 외부로부터 공급된 질소가스를 챔버(12)내에 분사하는 질소분사노즐(24)을 갖는 커버(16)와;

상기 내조(14)의 내부공간에 연통하며 외부의 세정액을 내조(14)에 공급하여 웨이퍼가 세정액에 완전히 잠기도록 하는 세정액공급수단과;

상기 내조(14) 내에서 웨이퍼의 세정을 마친 세정액을 외부로 배출하되 공급된 량만큼 배출하여 세정액이 일정수위를 유지하도록 하는 세정액배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치.
제 1항에 있어서,

상기 내조(14)의 하부에는 외부로부터 공급된 초순수(Deionized Water)를 수용하며 내조(14)의 바닥부가 상기 초순수에 잠기도록 하는 싱크(28)가 더 구비되며,

상기 싱크(28)에는 고주파를 발생하여 고주파가 초순수 및 상기 바닥부를 통과해 내조(14) 내의 세정중의 웨이퍼로 전달되도록 하는 고주파진동부가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 세정액은 초순수와 이소프로필알코올(Iso Propyl Alcohol;IPA)의 혼합액이며,

상기 세정액공급수단은;

외부로부터 이소프로필알코올 및 초순수를 받아들여 혼합하는 세정액혼합기(48)와, 상기 세정액혼합기(48)를 통과하며 혼합된 세정액내의 이소프로필알코올의 농도를 체크하는 세정액농도계(50)와, 상기 세정액농도계(50)를 통과한 세정액을 내조(14) 내부로 유동시키는 세정액공급관(42,44,46)을 포함하고,

상기 세정액배출수단은;

상기 내조(14)에 연통하며 내조(14) 외부로 연장되어 세정액을 배출하는 세정액배액관(32,34,36)과,

상기 세정액배액관(32,34,36)에 설치되어 세정액의 배출량을 조절하는 배액밸브(38)와,

상기 세정액배액관(32,34,36)에 연결되며 세정액배액관(32,34,36)을 통해 배출되는 세정액내의 액상 미립자량을 체크하는 액상미립자감지기(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치.
제 3항에 있어서,

상기 내조(14)에 연결된 세정액공급관(42,44,46)의 유출구 및 세정액배액관(32,34,36)의 유입구는 내조(14)의 내벽면에 위아래로 위치되되 세정액공급관(42,44,46)이 세정액배액관(32,34,36)의 하부에 위치하여, 유입된 세정액이 상향 유동하여 세정액배액관(32,34,36)을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치.
제 4항에 있어서,

상기 세정액공급관(42,44,46) 및 세정액배액관(32,34,36)은 하나의 쌍을 이루며, 내조(14)의 벽면에 두 쌍 이상이 상호 대향하도록 설치되어 각 세정액공급관(42,44,46)을 통해 유입된 세정액이 상향 유동중 서로 부딪힌 후 각자의 세정액배액관(32,34,36)으로 유동하는 흐름을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치.
제 5항에 있어서,

상기 세정액공급관(42,44,46) 및 세정액배액관(32,34,36) 세트는 내조(14)벽면의 원주방향으로 등간격을 이루고, 수직방향으로도 일정 간격을 이루어 고정된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치.
제 1항에 있어서,

상기 질소분사노즐(24)은 질소공급관(22)을 통해 질소가스를 공급받되 상기 질소공급관(22)은 질소가스를 가열하는 히터(20)와 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조장치.
챔버(12)를 개방하여 내조(14) 내부에 작업할 웨이퍼를 투입한 후 챔버(12)를 밀폐하고, 챔버(12) 내부공간에 질소를 공급하여 챔버(12)내에 질소를 충진하는 준비단계(100)와;

상기 내조(14)내에 세정액을 공급하고 이와 동시에 공급된 유량만큼 배출하여 일정수위를 유지한 상태로 세정액으로 하여금 웨이퍼를 세정하게 하는 세정단계(111)와;

상기 세정단계(111)를 마친 후 웨이퍼를 세정액 액면 위로 상승시켜 웨이퍼를 건조시킴과 동시에 공급되고 있는 질소가스가 웨이퍼에 접하도록 하여 웨이퍼를 완전 건조시키는 웨이퍼건조단계(115)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조방법.
제 8항에 있어서,

상기 준비단계에는 상기 싱크에 초순수를 공급하여 내조의 바닥부가 초순수에 잠기도록 하는 초순수공급단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조방법.
제 9항에 있어서,

상기 세정단계에는 상기 싱크에 고주파진동을 가하여 고주파가 초순수 및 내조 바닥부를 통과해 웨이퍼에 전달되도록 함으로써 고주파가 웨이퍼를 세척하게 하는 고주파 진동발생단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 및 건조방법.