KR20050110420A - 반도체 웨이퍼의 건조장치 및 건조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 건조장치 및 건조방법에 관한 것으로, 화학기계적연마 등의 중간 공정을 마친 웨이퍼에 대해서 후속 공정을 진행하기 앞서 웨이퍼를 세정하고 건조시, 전체 공정 시간을 크게 단축할 수 있도록 효과적으로 웨이퍼를 건조하여 제품의 생산 효율을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있도록 된 것이다.

이를 구현하기 위한 본 발명은, 상면으로 웨이퍼가 고정되는 웨이퍼척, 상기 고정된 웨이퍼를 회전시킬 수 있도록 상기 웨이퍼척의 하면 중심에 연결되는 회전축, 상기 고정된 웨이퍼의 표면으로 마이크로파를 인가하도록 상기 웨이퍼척의 연직상방향에 이격 설치되는 마이크로파발생기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 웨이퍼의 건조장치 및 건조방법 { Dry device for semiconductor wafer and method thereof }

본 발명은 반도체 웨이퍼의 건조장치 및 건조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학기계적연마 등의 중간 공정을 마친 웨이퍼에 대해서 후속 공정을 진행하기 앞서 웨이퍼를 세정하고 건조시, 전체 공정 시간을 크게 단축할 수 있도록 효과적으로 웨이퍼를 건조하는 반도체 웨이퍼의 건조장치 및 건조방법에 관한 것이다.

현대 사회에는 라디오, 컴퓨터, 텔레비젼 등의 각종 전자 제품이 매우 다양하게 사용되고 있으며, 상기 전자 제품에는 필수적으로 다이오우드나 트랜지스터와 같은 반도체 소자가 포함된다. 위와 같이 현대 사회의 필수품인 반도체 소자는, 산화실리콘(모래)에서 고순도의 실리콘을 추출한 것을 단결정으로 성장시키고 이를 원판 모양으로 잘라서 웨이퍼를 만드는 공정, 상기 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고 필요한 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하는 공정, 형성된 패턴에 따라 불순물 이온을 주입하는 공정, 불순물 이온으로 형성된 전기적 활성영역을 배선하는 공정, 전기적 특성이 양호한 칩을 분리하여 가공하는 공정을 거쳐서 제조된다.

위와 같은 일련의 공정 중 일부 공정에서는 반드시 웨이퍼의 세정 절차가 필요하다. 가령 웨이퍼에 패턴을 형성하는 공정은, 웨이퍼에 포토레지스트 도포, 노광, 현상, 에칭, 웨이퍼의 포토레지스트 제거 등 일련의 과정으로 이루어지며, 각각의 과정 중 웨이퍼 표면에 화학물질이 도포되므로 후속 절차를 진행하기 전에 필수적으로 웨이퍼의 청정을 위한 세정이 필요하다. 왜냐하면, 특정한 공정을 통하여 웨이퍼의 표면에 부착된 잔류물이나 유기오염물은 후속공정에서 부적절한 상호작용을 일으켜서 웨이퍼상에 결함(defect)을 유발하고 웨이퍼상의 소자가 오작동될 수 있기 때문이다.

특히 화학기계적연마(Chemecal Mechanical Polishing ; CMP)공정에 있어서는, 웨이퍼의 세정이 중요하다. 화학기계적연마 공정은 웨이퍼에 절연막을 형성하거나 금속 배선을 형성하는 경우 절연막이나 구리나 텅스텐과 같은 금속 배선 부분의 평탄화를 위한 것으로, 웨이퍼와 표면에 일정한 거칠기를 가지는 폴링싱 패드를 접촉하고 이를 상대적으로 회전시켜 발생되는 마찰로 인한 기계적 연마와, 슬러리라는 화학물질을 상기 폴리싱 패드와 웨이퍼 사이에 투입하여 웨이퍼의 표면과 슬러리가 반응하여 발생되는 화학적 연마가 동시에 이루어져, 슬러리의 화학작용과 연마패드의 기계적 마찰에 의해 웨이퍼의 표면이 국부적으로 벗겨지며 평탄화가 이루어진다. 따라서 화학기계적연마 공정에서는, 매우 많은 먼지 입자들이 발생하고 또한 웨이퍼가 직접적으로 패드면에 접촉되고 슬러리와 반응하므로, 공정 후 웨이퍼상에 불필요한 잔류물이 남게 될 가능성이 높아서 다른 어느 단계에서 보다 웨이퍼의 세정이 중요하다.

이하에서는, 웨이퍼의 세정과 관련, 화학기계적연마 공정을 일례로, 이를 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 1은 웨이퍼 세정장치의 개략도를 나타낸다. 통상적으로 웨이퍼 세정장치는 적재스테이션(10), 브러쉬유닛(20), 회전건조장치(30), 방출스테이션(40)과 각 장치간에 웨이퍼를 이송하는 이송로봇(51,52,53)으로 구성된다. 화학기계적연마공정을 마친 웨이퍼(100)는, 다수개가 일정간격으로 카세트(11)에 적재된 상태로 적재스테이션(10)으로 반입되고, 카세트(11)에서 인출된 후, 브러쉬유닛(20)을 거치면서 초순수(De Ionized Water)가 분사되면서 상하부 브러쉬를 통하여 세척되고, 회전건조장치(30)에서는 웨이퍼척에 고정된 상태로 회전하면서 건조되고, 이 후 적재스테이션(40)의 카세트(41)에서 적재되고 후속 공정을 위해 이송된다.

상기 회전건조장치에서의 건조 과정은, 웨이퍼가 회전하는 건조(Spin Drying)방식외에 가스가열 또는 램프가열 회전건조 방식이 사용된다. 이와 같이 웨이퍼를 건조함에 있어서, 웨이퍼를 회전하거나 가열하는 것은 건조 시간을 단축하기 위함이나, 그럼에도 불구하고 웨이퍼의 건조에는 지나치게 많은 시간이 소요되어 전체 공정에 있어서 병목(bottleneck)으로 작용하는 문제점이 있다. 특히 웨이퍼상에 구현되는 회로선폭이 점점 미세화됨에 따라 저유전율(low-K) 절연막을 사용해야 하는데, 이러한 절연막은 통상 다공성 형태를 가지므로 내부에 침투한 수분을 제거하기가 어려운 문제가 있다. 또한 텅스텐 배선을 위한 화학기계적연마에 있어서는, 웨이퍼상에 다층 구조의 층간 배선을 연결시키기 위해 형성되는 콘택 플러그에 심(seam)이라고 하는 미세한 구멍이 존재하여 이것이 표면에 노출되는 경우 화학물질이나 초순수의 침투가 용이하여, 웨이퍼 건조시 원활하게 제거되지 않은 채로 후속 공정에서 결함을 발생시키는 요인이 되는 등 반도체 소자의 신뢰성을 낮추는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 발명된 것으로, 반도체 웨이퍼를 세정하고 건조함에 있어서 웨이퍼 표면으로 마이크로파를 인가함으로써, 웨이퍼 건조 시간을 감축시킴과 동시에 미세한 구멍에 침투하여 제거하기 어려운 수분이나 화학 물질을 원활하게 증발시켜, 제품의 생산 효율을 향상시키고 신뢰성을 확보할 수 있는 반도체 웨이퍼의 건조장치 및 건조방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명 반도체 웨이퍼의 건조장치는, 상면으로 웨이퍼가 고정되는 웨이퍼척, 상기 고정된 웨이퍼를 회전시킬 수 있도록 상기 웨이퍼척의 하면 중심에 연결되는 회전축, 상기 고정된 웨이퍼의 표면으로 마이크로파를 인가하도록 상기 웨이퍼척의 연직상방향에 이격 설치되는 마이크로파발생기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명 반도체 웨이퍼의 건조방법은, 초순수 등을 사용하여 웨이퍼를 세정한 후 이를 웨이퍼척에 고정하고 회전하면서 건조하는 반도체 웨이퍼의 건조방법에 있어서, 상기 웨이퍼의 표면으로 마이크로파를 인가하여 웨이퍼에 삽입된 불필요한 화학물질이나 수분을 고속의 진동으로 가열하여 신속하게 제거하는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 건조방법의 과정을 나타낸 절차 흐름도이다. 도면을 참조하여 개략적인 건조과정을 살펴본다.

먼저, 화학기계적연마와 같이 각 단계에서 필요한 공정이 이루어진 후 초순수 등으로 세정되어 건조가 필요한 웨이퍼가 건조장치로 이송된다.

다음으로, 건조장치에 반입된 웨이퍼는 웨이퍼척에 고정된 상태에서, 웨이퍼척이 회전하면서 함께 회전하게 된다. 여기서 추가적으로 웨이퍼에 초순수가 분사되어 웨이퍼가 회전하면서 재차 세정될 수 있는데, 이는 화학기계적연마와 같이 공정 특성상 웨이퍼의 표면으로 많은 이물질이 부착되어 보다 정밀한 세정 작업이 필요한 공정에 적용된다.

마지막으로 웨이퍼가 건조되는데, 본 발명에 있어서는 신속한 건조를 위해 웨이퍼에 마이크로파를 인가하는 방식을 이용한다. 마이크로파란, 전자기파를 주파수에 따라 분류할 때, 주파수가 300 MHz ~ 300 GHz 범위를 갖는 전자기파로, 마이크로파를 통하여 웨이퍼의 건조가 촉진되는 것은 마치 전자레인지에서 음식을 익히는 원리와 동일하다.

전자레인지는, 전류가 저항을 통과할 때 필요한 일을 그대로 열로 전환한여 사용하는 전열기와 같은 제품과 달리, 음식물에 고주파수를 갖는 전자기파를 인가하여 가열한다. 즉, 통상 음식물은 전분이나 단백질과 같은 생물체로 구성되는데, 이들은 전자가 원자에 속박되어 자유롭게 이동할 수 없어 전기적으로 절연된 유전체이다. 이러한 유전체의 외부에서 전기장(Electric Field)을 인가하면, 유전체 내부의 개개 원자에 있어서 전자중심과 양성자를 가진 원자핵 중심이 불일치되어 전기쌍극자를 형성하는 분극현상이 일어난다. 여기에서 외부에서 인가되는 전기장의 방향을 반대로 하면 그에 따라 전기쌍극자의 극성방향도 바뀌게 된다. 그런데 외부 전기장의 극성이 바뀌어 전기쌍극자의 극성이 변하는 순간에는, 각각의 전기쌍극자가 종전의 상태를 유지하려고 하는 경향을 나타내므로 미세한 마찰이 생긴다. 따라서 높은 주파수로 매우 빠르게 양과 음의 극성이 변화되는 전기장을 인가하면 전기쌍극자의 극성도 동일한 속도로 변화되어, 변화되는 순간의 마찰도 커지므로 음식물을 가열할 수 있는 정도에 이르게 된다. 가령, 마이크로파가 통신용으로 사용되지 않고 음식을 익히는데 사용될 경우, 공업적으로는 915 MHz를 가정용으로는 2450 MHz를 주로 사용하므로, 1초에 24억 5천만 회나 극성이 변화하여 충분한 열이 발생된다.

상기 전자레인지와 동일한 원리로, 웨이퍼의 표면에 높은 주파수를 갖는 마이크로파를 인가하면, 보다 효과적으로 수분을 제거하여 웨이퍼를 건조시킬 수 있다. 특히 마이크로파를 인가하는 방식은, 웨이퍼의 표면 절연막이나 콘택 플러그에 존재하는 미세한 구멍으로 수분이나 화화물질이 침입한 경우에도, 종래와 달리 구멍에 삽입된 물질을 진동시켜 용이하게 제거할 수 있다. 여기서 웨이퍼를 회전하면서 초단파를 인가하여 건조하는 방법 이외에, 종래 가스가열 방식을 추가하여 웨이퍼의 표면으로 상온(약 30 ~ 40 ℃)또는 가열(약 80 ℃)된 가스를 공급하여 건조 시간을 더욱 단축시킬 수 있다. 이 때 공급되는 가스는 웨이퍼와 접하여 불필요한 화학 반응을 유발하지 않도록 질소(N₂) 네온(Ne), 아르곤(Ar)과 같은 불활성가스이어야 한다.

도 3은, 본 발명의 건조 방법이 구체적으로 구현된 실시예로, 반도체 웨이퍼 건조장치의 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 건조장치는, 상면으로 웨이퍼(100)가 고정되는 웨이퍼척(31), 상기 웨이퍼척(31)의 하면 중심에 연결되어 구동장치(미도시)로부터 동력을 받아 상기 웨이퍼(100)를 회전시키는 회전축(32)을 포함하며, 상기 웨이퍼(100)의 표면에 마이크로파를 인가하는 마이크로파발생기(200)는 상기 웨이퍼척(31)의 연직상방향에 이격 설치된다. 상기 마이크로파발생기(200)는 전기 진동을 발생하는 발진기를 포함하며, 필요한 주파수나 파형에 따라 자려 발진기나 수정 발진기 등 다양한 방식의 것을 사용할 수 있다. 한편 건조 효과를 향상시키기 위하여, 웨이퍼(100)의 표면으로 상온 또는 가열된 불활성가스를 공급할 수 있으며 이를 위한 가스공급기(300)가 설치된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명 반도체 웨이퍼의 건조장치 및 건조방법 에 의하면, 웨이퍼 표면의 절연막 또는 텅스텐 콘택 플러그에 잔류하는 수분이나 화학물질을 효과적으로 제거하여 웨이퍼 건조 시간을 크게 감축시킴으로써, 제품의 생산 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 웨이퍼 세정장치의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 건조방법의 과정을 나타낸 절차 흐름도,

도 3은 본 발명의 건조 방법이 구체적으로 구현된 반도체 웨이퍼 건조장치의 구성도이다.

♧도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♧

10 -- 적재스테이션 20 -- 브러쉬유닛

30 -- 회전건조장치 31 -- 웨이퍼척

32 -- 회전축 40 -- 방출스테이션

51,52,53 -- 이송로봇 100 -- 웨이퍼

200 -- 마이크로파발생기 300 -- 가스공급기

Claims (6)

1. 상면으로 웨이퍼가 고정되는 웨이퍼척, 상기 고정된 웨이퍼를 회전시킬 수 있도록 상기 웨이퍼척의 하면 중심에 연결되는 회전축, 상기 고정된 웨이퍼의 표면으로 마이크로파를 인가하도록 상기 웨이퍼척의 연직상방향에 이격 설치되는 마이크로파발생기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 건조장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고정된 웨이퍼의 표면으로 상온 또는 가열된 불활성가스를 공급하는 가스공급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 건조장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가스공급기에서 공급하는 불활성가스는 질소(N₂), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 건조장치.
4. 초순수 등을 사용하여 웨이퍼를 세정한 후 이를 웨이퍼척에 고정하고 회전하면서 건조하는 반도체 웨이퍼의 건조방법에 있어서, 상기 웨이퍼의 표면으로 마이크로파를 인가하여 웨이퍼에 삽입된 불필요한 화학물질이나 수분을 고속의 진동으로 가열하여 신속하게 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 건조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 웨이퍼에 인가되는 마이크로파의 주파수는 915 MHz 또는 2450 MHz 인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 건조방법.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 마이크로파가 인가된 웨이퍼의 표면으로 상온 또는 가열된 불활성가스를 추가로 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 건조방법.