KR20050106714A - 반도체 웨이퍼 습식 세정장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼 습식 세정장치 Download PDF

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Abstract

반도체 웨이퍼 습식 세정장치가 제공된다. 반도체 웨이퍼 습식 세정장치는, 화학 용액이 담긴 배스와, 배스 내의 화학 용액을 순환시키는 배스 용액 순환부와, 배스 내의 화학 용액을 배출시키는 드레인부와, 배스 외부에 부착되어 배스 내부로 빛을 통과시키는 광센서부와, 광센서부의 동작에 따라 배스 내의 화학 용액의 오염여부를 감지하는 제어부를 포함한다. 여기서, 광센서부는 배스의 일측 방향에서 빛을 발생시키는 투광부와, 투광부와 마주보는 배스의 타측 방향에서 투광부로부터의 빛을 받는 수광부로 구성될 수 있다.

Description

반도체 웨이퍼 습식 세정장치{Wet cleaning apparatus for semiconductor wafer}
본 발명은 반도체 웨이퍼 습식 세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 건식애싱 공정 후의 잔여 포토레지스트(Photoresist) 및 파티클을 제거하기 위한 반도체 웨이퍼 습식 세정장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 제조 공정에서, 웨이퍼에 회로패턴을 형성하는데 사진 공정이 필수적으로 쓰여지며, 이러한 사진공정은 광화학적 반응물질인 포토레지스트를 웨이퍼 위에 도포한 후, 이 포토레지스트 위에 만들고자하는 회로 패턴을 새긴 래티클(Reticle)을 위치시킨 다음, 소정 파장을 갖는 빛을 이용하여 이 빛을 레티클에 투과시켜 레티클의 회로패턴을 웨이퍼 위의 포토레지스트에 전사시킨 후, 이를 현상하는 공정을 말한다.
상기 사진공정이 완료되면, 웨이퍼 위에 남아 있는 포토레지스트를 완전히 제거해야 한다. 포토레지스트의 제거는 크게 건식 애싱(Dry ashing)과 습식 세정(Wet cleaning)으로 나누어진다.
상기 건식 애싱은 산소플라즈마(O2 Plasma) 등으로 진행하며, 건식 애싱을 마친 후에도, 전체 포토레지스트의 5% 내로 웨이퍼에 여전히 포토레지스터가 잔류하게 된다.
상기 습식 세정은 강력한 산화작용을 가진 황산(H2SO4)을 약 130℃의 고온으로 가열한 다음 과산화수소(H2O2)와 약 6:1의 비율로 혼합하여 포토레지스트를 제거하는 방법으로, 대부분 건식 애싱으로 완전히 제거가 불가능했던 포토레지스트 찌꺼기와 파티클(Particle) 등을 제거하는데 사용된다.
한편, 상기 습식 세정에 사용되는 상기 황산과 과산화수소가 혼합되어 이루어진 황산 용액은 투명한색을 띄고 있다. 그러나, 상기 황산 용액 내에 메탈 물질 등의 이물질이 들어가게 되면, 상기 황산 용액은 오염되어, 용액의 색상이 어두운 갈색 또는 검은색으로 불투명하게 변질된다. 이러한, 메탈 오염은, 메탈 패터닝 과정에 있는 웨이퍼가 잘못 로딩되었을 때 발생될 수 있다.
즉, 상기 메탈 패터닝 과정에 있는 웨이퍼가 황산 용액에 침지되면, 웨이퍼의 메탈 성분이 황산 용액과 빠르게 반응하여, 상기 황산 용액을 오염시킨다. 이어, 상기 오염된 황산 용액에 세정하고자 하는 정상의 웨이퍼를 담구게되면, 정상의 웨이퍼에 이차적인 메탈 오염을 초래하게 된다. 또한, 연속적으로 공정이 진행되는 후속 웨이퍼들도 모두 오염시키게 되어, 공정 손실이 매우 크게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 습식 세정을 수행하는 화학 용액의 오염 여부를 감지하여 세정 공정을 하고자 하는 후속 웨이퍼들의 추가적인 오염을 방지하도록 하는 반도체 웨이퍼 습식 세정장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 습식 세정장치는, 화학 용액이 담긴 배스와, 상기 배스 내의 화학 용액을 순환시키는 배스 용액 순환부와, 상기 배스 내의 화학 용액을 배출시키는 드레인부와, 상기 배스 외부에 부착되어 상기 배스 내부로 빛을 통과시키는 광센서부 및 상기 광센서부의 동작에 따라 배스 내의 상기 화학 용액의 오염여부를 감지하는 제어부를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 광센서부는 상기 배스의 일측 방향에서 빛을 발생시키는 투광부와, 상기 투광부와 마주보는 배스의 타측 방향에서 상기 투광부로부터의 빛을 받는 수광부로 구성된 것이 바람직하다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 제조용 습식 세정장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 습식 세정장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 습식 세정장치는 배스(100)와, 상기 배스 내부로 화학 용액을 공급하고 순환시키는 배스 용액 순환부(200)와, 상기 배스 내의 화학 용액을 배출시키는 드레인부(300)와, 광센서부(410, 420) 및 제어부(500)를 포함한다.
습식 세정장치는 건식 애싱공정을 마친 웨이퍼(700)를 화학 용액(800)이 가득찬 배스(100) 내부로 이송하여 웨이퍼를 화학 용액(800)에 침지시킴으로써, 포토레지스트의 찌꺼기 및 파티클 등의 잔여물을 제거하도록 하는 장치이다.
여기서, 상기 화학 용액(800)은 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)를 4:1 내지 6:1 정도의 비율로 혼합한 용액인 것이 바람직하며, 혼합된 황산 용액의 온도는 120℃ 내지 150℃ 정도의 고온인 것이 바람직하다.
또한, 웨이퍼 제조시 여러장의 웨이퍼를 동시에 운반하고, 일괄 공정을 수행할 수 있도록 25매 또는 50매의 웨이퍼를 적재할 수 있도록 고안된 웨이퍼 가이드(900)에 의해 운반되어 세정 공정이 진행된다. 한편, 상기 25매와 같이, 동시에 공정을 진행할 수 있는 웨이퍼 집합 단위를 이하에서는 랏(Lot)으로 명명한다.
상기 배스 용액 순환부(200)는 화학 용액(800)을 공급받아, 세정 공정 진행시 상기 화학 용액(800)이 계속 순환되도록 하는 역할을 수행하며, 본 발명의 일실시예에서는 하부에 도시하였지만, 다양한 위치에 설계될 수 있으며 배스 내의 화학 용액(800)이 골고루 순환되도록 순환펌프를 포함할 수 있다.
드레인부(300)는 상기 화학 용액이 오염되어 더 이상 쓸 수 없을 때, 화학 용액을 외부로 배출시키도록 한다.
상기 광센서부(410, 420)는 상기 화학 용액(800)의 오염여부를 감지할 수 있도록 장착된 것으로, 투광부(410) 및 수광부(420)를 포함한다.
상기 투광부(410)는 상기 배스(100)의 일측 방향 외부벽에 위치하며, 빛을 발생시키는 발광소자를 포함하여 구성된다.
상기 수광부(420)는 상기 투광부(410)와 마주보는 배스(100)의 타측 방향 외부벽에 위치하며, 상기 투광부(410)로부터 입사된 빛을 받아 빛의 투과 여부를 체크하는 역할을 수행한다.
이때, 상기 배스(100) 내부의 화학 용액(800)이 어두운 갈색 또는 검은색 등으로 변질되면, 상기 투광부(410)에서 발생된 빛이 배스(100) 내부로 투과하지 못하고 산란되므로, 상기 수광부(420)는 빛이 투과되지 않는 것으로 인지된 신호를 상기 제어부(500)에 인가하는 방식으로 화학 용액(800)의 오염 여부를 체크할 수 있다.
다음은, 도 2 내지 도 4를 참조하여 상기한 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 습식 세정장치의 동작을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 습식 세정장치의 동작 순서도이고, 도 3은 도 1의 웨이퍼 습식 세정장치의 배스에 투명한 화학 용액이 담겨있는 경우 광센서부 동작을 설명하기 위한 개략도이고, 도 4는 도 1의 웨이퍼 습식 세정장치의 배스에 오염된 화학 용액이 담겨있는 경우 광센서부 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 습식 세정장치는, 먼저, 상기 배스(100)내에서 다수의 웨이퍼 랏을 차례로 화학 용액(800) 내로 침지하여 습식 세정을 수행한다(S100).
다음, 상기 투광부(410)의 광센서가 주기적으로 빛을 발생시키고, 상기 수광부(420)는 상기 투광부(410)로부터의 빛이 화학 용액(800)이 담긴 배스(100)를 관통하는 것을 감지하는 방법으로, 상기 화학 용액(800)의 오염 여부를 감지한다(S200).
이때, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 화학 용액(800)이 오염되지 않은 투명한 색상이면, 상기 투광부(410)에서 발생된 빛은 상기 수광부(420)로 정상적으로 입사되어, 후속 웨이퍼 랏을 화학 용액(800) 내로 침지하여 계속하여 세정 공정이 진행되도록 한다(S100).
그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 화학 용액(800)이 어두운 갈색 또는 검은색 등으로 변질되어 있으면, 상기 상기 투광부(410)에서 발생된 빛은 상기 배스(100) 내부로 통과하지 못하고 산란되어 상기 수광부(420)로 입사되지 못한다.
여기서, 상기 화학 용액(800)이 어두운 갈색 또는 검은색 등으로 변질되는 것은 상기 화학 용액(800) 내에 메탈 물질 등의 이물질이 불필요하게 들어가 오염되었을 때이다. 예를 들어, 메탈 패터닝 과정에 있는 웨이퍼가 잘못 로딩되었을 때 발생될 수 있다.
즉, 상기 투광부(410)로부터 발생된 빛이 상기 수광부(420)에서 감지되지 않으면, 상기 제어부(500)는 상기 후속 웨이퍼 랏이 더 이상 진행하지 않도록 세정 설비의 동작을 일시적으로 멈추도록하여(S300), 오염된 화학 용액(800)에 의하여 상기 후속 웨이퍼 랏이 오염되어 버려지는 일이 없도록 한다.
또한, 상기 제어부(500)는 상기 화학 용액(800)의 오염 발생을 감지하게 되면 알람을 발생시키도록 하여 오염 발생 사실을 알리거나, 배스(100) 내의 오염된 화학 용액(800)을 상기 드레인부(300)로 방출하고 새로운 화학 용액(800)을 교체하여 후속 웨이퍼 랏의 세정공정을 진행시키도록 할 수 있다(S400).
따라서, 본 발명에 따르면, 화학 용액이 변질 되었을 경우, 세정 작업을 일시적으로 멈추도록 하여, 세정 공정을 하고자 하는 후속 웨이퍼들의 추가적인 오염을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 습식 세정을 수행하는 화학 용액의 오염 여부를 감지하여 세정 공정을 하고자 하는 후속 웨이퍼들의 추가적인 오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 습식 세정장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 습식 세정장치의 동작 순서도이다.
도 3은 도 1의 웨이퍼 습식 세정장치의 배스에 투명한 화학 용액이 담겨있는 경우 광센서부 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 1의 웨이퍼 습식 세정장치의 배스에 오염된 화학 용액이 담겨있는 경우 광센서부 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100: 배스 200: 배스 용액 순환부
300: 드레인부 410: 투광부
420: 수광부 500: 제어부
700: 웨이퍼 800: 화학 용액
900: 웨이퍼 가이드

Claims (4)

  1. 화학 용액이 담긴 배스;
    상기 배스 내의 화학 용액을 순환시키는 배스 용액 순환부;
    상기 배스 내의 화학 용액을 배출시키는 드레인부;
    상기 배스 외부에 부착되어 상기 배스 내부로 빛을 통과시키는 광센서부 및
    상기 광센서부의 동작에 따라 배스 내의 상기 화학 용액의 오염여부를 감지하는 제어부를 포함하는 반도체 웨이퍼 습식 세정장치.
  2. 제1항에서,
    상기 광센서부는 상기 배스의 일측 방향에서 빛을 발생시키는 투광부와, 상기 투광부와 마주보는 상기 배스의 타측 방향에서 상기 투광부로부터의 빛을 받는 수광부로 구성된 반도체 웨이퍼 습식 세정장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제어부는,
    상기 투광부에서 발생된 빛이 상기 수광부로 입사되면 상기 세정장치가 정상 동작하도록 하고, 상기 투광부에서 발생된 빛이 상기 수광부에서 감지되지 않으면, 상기 세정장치의 동작을 멈추도록 제어하는 반도체 웨이퍼 습식 세정장치.
  4. 제3항에서,
    상기 화학 용액은 황산과 과산화수소가 4:1 내지 6:1의 비율로 혼합된 용액인 반도체 웨이퍼 습식 세정장치.
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