KR20060059785A - 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3베쓰(bath) 1배치(batch)식 웨이퍼 자동세정장치에 관한 것이다.
본 발명은, 복수매의 웨이퍼에 대하여 일괄적으로 세정 및 건조공정을 수행하는 웨이퍼 자동세정장치로서, 순차적으로 배열되는 3개의 베쓰를 포함하되, SC-1 케미컬로 세정작업을 실시하는 제1베쓰와, 오존수와 HF 혼합액으로 세정작업을 실시하는 제2베쓰와, HF 케미컬로 최종세정작업을 수행한 후 내부를 반복적으로 가압 및 감압하면서 고온의 순수한 질소를 유입하여 건조작업을 실시하는 제3베쓰를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 3개의 베쓰로 이루어져 장치의 풋프린트(footprint)를 최소화할 수 있고, 자연산화막의 발생을 최소화하는 등 우수한 세정효과를 제공하여 생산성(throughput) 향상을 기할 수 있으며, 사용되는 케미컬의 종류 및 사용량을 최소화하여 원가절감을 이룰 수 있는 효과가 있다.
반도체, 웨이퍼, 세정, 린스, 건조, 베쓰, 배치, 풋프린트

Description

3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치{3 BATH 1 BATCH TYPE WAFER CLEANING APPARATUS}
도 1은 본 발명에 따른 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치에 대한 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제1베쓰 2 : 제2베쓰
3 : 제3베쓰 4 : 제1반송로봇
5 : 제2반송로봇 6 : 제3반송로봇
7 : 제1카세트 8 : 제2카세트
9 : 제3카세트
본 발명은 3베쓰(bath) 1배치(batch)식 웨이퍼 자동세정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장치의 풋프린트(footprint)를 최소화하도록 3개의 베쓰로 이루어지면서 세정효과를 극대화할 수 있는 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 일련된 수많은 공정으로 이루어지는 반도체 제조공정에서 소자의 성능과 수율에 직접적인 영향을 미치는 것으로 제조중에 발생되는 파티클(particle), 유기물, 무기물 및 자연산화막과 같은 오염물이 있으며, 각 단위공정의 수행에 따라 웨이퍼(wafer) 표면상에는 오염물이 기하급수적으로 발생되어 소자의 수율은 대폭 감소시킬 수 있다.
따라서, 각 단위공정의 수행 전후에는 반드시 웨이퍼에 대한 세정(cleaning)공정을 실시하여 발생된 오염물을 제거하게 된다.
특히, 최근에는 반도체 소자의 미세화 및 고집적화가 진행됨에 따라 패턴의 크기 및 패턴들 사이의 간격이 매우 작아지고 있는데, 오염물이 존재할 경우 후속공정에서 패턴 불량이 유발될 수 있고, 오염물이 도전막으로 이루어진 미세 패턴들 사이에 존재할 경우에는 반도체 소자의 오동작(malfunction)을 유발할 수 있기 때문에, 반도체 소자의 수율 및 신뢰성 개선을 위해 세정공정은 더더욱 중요시되고 있는 실정이다.
세정공정을 수행하는 세정장치(일명, 웨트 스테이션(wet station)이라고도 함)로는 복수매의 웨이퍼에 대해 일괄된 작업이 가능한 배치(batch)식의 경우, 복수매의 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어(wafer carrier) 단위로 세정공정을 진행하기 위해서 웨이퍼를 침지(dip)하기 위한 복수개의 베쓰(bath, 처리조)를 구비하며, 각 베쓰에서는 케미컬(chemical, 습식 화학액)(예컨대, SC1, SC2, 황산 등) 및/또는 초순수(DIW ; DeIonized Water)를 이용하게 된다.
상세하게, 세정장치는 복수매의 웨이퍼를 이송하여 로딩하기 위한 로더 (loader), 세정공정이 진행되는 일련된 복수개의 세정용 베쓰, 세정이 완료된 웨이퍼를 건조시키기 위한 건조용 베쓰 및 작업이 완료된 웨이퍼를 이송하여 언로딩하기 위한 언로더(unloader)를 구비하고 있다.
여기서, 세정용 베쓰로는 그 작업성격에 따라 케미컬베쓰(chemical bath), 린스베쓰(rinse bath), 최종린스베쓰(final rinse bath) 등으로 구분되게 되며, 이상과 같은 여러 용도의 복수개의 베쓰로 구성되는 다조식에는 4베쓰, 5베쓰 등의 타입이 통상적으로 이용되어 왔다.
이와 관련하여, 금후로도 반도체 패턴의 미세 패턴화는 계속적으로 진행될 것이므로, 원가절감을 위해 사용되는 케미컬의 종류와 사용량을 최소화하면서도 종래보다 세정효과를 극대화할 필요성이 있으며, 또한 장치의 풋프린트(footprint, 바닥점유면적)를 보다 낮추어 컴팩트하게 구성할 필요성도 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 감안하여 창안된 것으로서, 풋프린트의 저감을 위해 3개의 베쓰로 이루어지면서 종래보다 우수한 세정효과를 제공할 수 있는 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치는, 복수매의 웨이퍼에 대하여 일괄적으로 세정 및 건조공정을 수행하는 웨이퍼 자동세정장치로서, 순차적으로 배열되는 3개의 베쓰를 포함하되, SC-1 케미컬로 세정작업을 실시하는 제1베쓰와, 오존수와 HF 혼합액으로 세정작업을 실시하는 제2베쓰와, HF 케미컬로 최종세정작업을 수행한 후 내부를 반복적으로 가압 및 감압하면서 고온의 순수한 질소를 유입하여 건조작업을 실시하는 제3베쓰를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치에 대한 개략도이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 자동세정장치는 일측에 순차적으로 배열되어 설치되는 3개의 베쓰(1~3)와, 베쓰(1~3)의 열에 대하여 타측에 순차적으로 배열되어 설치되는 3개의 카세트(cassette)(7~9)와, 베쓰(1~3)의 열과 카세트(7~9)의 열 사이에 구비되는 3개의 반송로봇(4~6)을 포함하며, 3개의 베쓰(1~3)중 제1, 제2베쓰(1, 2)는 케미컬에 의한 세정공정을 실시하고, 제3베쓰(3)는 최종세정 및 건조공정을 실시하게 된다.
그 작용을 설명하면, 제1반송로봇(4)이 제1카세트(7)의 소정 매수(예컨대, 25매) 웨이퍼를 꺼내어 제1베쓰(1)내에 침지시키며, 제1베쓰(1)내에서 화학처리가 종료되면, 제1반송로봇(4)이 제1베쓰(1)에서 제2베쓰(2)로 해당 웨이퍼들을 이동시킨 다음, 또한 제1반송로봇(4)이 제2카세트(8)의 웨이퍼들을 꺼내어 제1베쓰(1)내 에 침지시키게 된다.
이어서, 제2베쓰(2)에서 웨이퍼들에 대한 화학처리가 종료되면, 제2반송로봇(5)이 해당 웨이퍼들을 제3베쓰(3)로 이동시키며, 또한 제1베쓰(1)에서 처리종료된 웨이퍼들을 제1반송로봇(4)이 제2베쓰(2)로 이동시키게 된다.
그리고, 제1반송로봇(4)에 의해 제3카세트(9)내의 웨이퍼들이 꺼내어져 제1베쓰(1)내로 침지되게 되고, 한편 제3베쓰(3)에서 최종세정 및 건조가 종료된 웨이퍼들은 제3반송로봇(6)에 의해 제1카세트(7)내로 원위치되어 탑재되게 되며, 이상과 같은 과정으로 연속적인 세정 및 건조공정이 수행되게 된다.
한편, 본 발명에 따르면, 전체 장치의 내부에 산소가 잔존하면 웨이퍼상에 자연산화막이 발생되는 원인이 될 수 있으므로, 자연산화막의 발생을 억제하여 세정효과를 극대화하기 위하여 장치 전체를 100%에 가까운 순수한 질소(N2)가스 분위기로 형성하게 된다.
그리고, 사용되는 케미컬의 종류 및 사용량을 최소화하면서도 세정효과를 극대화하기 위해 제1베쓰(1)에는 SC-1(Standard Cleaning-1 ; NH4OH+H2O2+H2O) 케미컬을 사용하고, 제2베쓰(2)에는 오존(O3)수와 HF 혼합액을 사용하게 된다.
나아가, 종래의 4베쓰, 5베쓰에 비해 풋프린트를 낮추어 컴팩트화하기 위해 본 발명에서는 3베쓰로 이루어지며, 각 베쓰(1~3)에 대한 사항은 이하 설명한다.
제1베쓰(1)의 내부에 충진되어 사용되는 케미컬은 SC-1(NH4OH+H2O2+H2O) 혼합액으로서, 해당 케미컬을 이용하여 파티클과 유기물 등을 제거하게 되며, 이때 케 미컬의 온도는 약 70~80℃로 하고, 해당 베쓰(1)는 석영(quartz)재질로 이루어질 수 있으며, 세정종료후 케미컬은 전량 회수탱크로 회수된 후, 웨이퍼 양면과 베쓰(1)의 내부 부분에 대하여 상부로부터 스프레이(spray)방식으로 100℃ 정도의 고온인 초순수를 수직적으로 분사하여 린스하게 되며, 이 린스방식은 수직흐름(vertical flow) 린스방식으로 볼 수 있다.
그후, 100℃ 이상의 고온인 초순수를 제1베쓰(1) 내부에 전체적으로 공급하여 오버플로우(overflow)시키면서 재차 린스한 후, 해당 웨이퍼들을 제2베쓰(2)내로 이동시키게 된다.
여기서, 100℃ 정도의 고온 초순수를 이용하는 것은 상온 또는 약 70℃ 정도의 초순수에 비해 탁월한 린스효과를 제공할 수 있기 때문이다.
한편, 제2베쓰(2)에서 충진되어 사용되는 케미컬은 오존(O3)수와 HF 혼합액으로서, 해당 케미컬을 이용하여 금속오염물, 유기물 및 자연산화막 등을 제거하게 되며, 이때 사용되는 오존수의 농도는 5PPM 이상이고, HF의 농도는 0.1% 이상으로 하며, 해당 베쓰(2)는 테프론(teflon)재질로 이루어질 수 있다.
그리고, 해당 케미컬을 이용하여 세정한 후, 제1베쓰(1)에서와 동일한 방식으로 린스(스프레이방식과 오버플로우방식)한 후 해당 웨이퍼들을 제3베쓰(3)내로 이동시키게 된다.
한편, 제3베쓰(3)는 최종세정 및 건조공정이 수행되는 베쓰로서, 보다 완벽하게 자연산화막 등을 제거하게 되는 최종세정을 위해서 그 내부에는 케미컬로 HF 가 이용되게 되며, 이때 사용되는 HF의 농도는 0.05% 이상으로 하고, 해당 베쓰(3)는 합성석영재질로 이루어질 수 있다.
그리고, 최종세정이 수행된 다음에는 해당 케미컬을 퀵드레인(quick drain)시켜 전량 회수탱크로 회수한 후, 이어서 건조공정을 수행하게 된다.
건조공정은 제3베쓰(3)를 감싸도록 구비되는 챔버(chamber) 내부를 완전밀폐 상태로 만든 후, 가압과 감압 및 가열을 통해 건조시키게 되는데, 이때 차압으로 잔류 수분을 제거하기 위한 가압 및 감압은 1회 이상 실시하고, 가압시에는 내부를 1.5~1.9기압 범위로 만들고, 감압시에는 내부를 0.1기압 이하로 만들게 된다.
그리고, 가열을 위해서는 고온의 질소(N2)가스와 수소 라디칼 0.1% 정도를 사용하여 웨이퍼 표면의 온도를 200~240℃ 정도로 하게 되며, 이것은 웨이퍼상의 수분을 완전히 기화시켜 최종적으로 건조시킴과 더불어 자연산화막의 발생을 방지하면서 웨이퍼 표면을 수소화하기 위함이다.
이하에서는 이상의 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치를 이용하여 웨이퍼에 대한 세정 및 건조공정을 실시한 결과인 실시예에 대하여 설명한다.
<실시예>
먼저, 300㎜ 웨이퍼 1매를 클린룸(클래스 100)에 2일간 방치한 후, 해당 웨이퍼를 테프론재질의 핀셋을 이용하여 SC-1의 케미컬이 채워져 있는 작은 용량의 석영조, 즉 제1베쓰(1)내에 집어 넣어서 약 5분간 유지시킨다.
이때, SC-1의 케미컬은 NH4OH : H2O2 : H2O = 1:1:5의 비율이며, 그 온도는 70 ℃ 정도이다.
이어서, 제1베쓰(1)내의 케미컬을 전량 회수탱크로 회수하여 제거한 다음, 웨이퍼 양면 및 제1베쓰(1) 내부 부분을 약 100℃ 정도의 초순수를 사용하여 상부로부터 핸드샤워(hand shower)로 약 20초 정도 분사하여 초기 린스한다.
그후, 100℃ 이상의 초순수를 제1베쓰(1)내에 채워서 약 5분간 유지시킴으로써 재차 린스한 후, 제1베쓰(1)로부터 해당 웨이퍼를 핀셋으로 꺼내어 제2베쓰(2)에 집어 넣는다.
여기서, 제2베쓰(2)내에는 오존수와 HF의 혼합액이 채워져 있으며, 오존수의 농도는 6PPM이고, HF의 농도는 0.1%이다.
이어서, 제2베쓰(2)내에서의 화학처리가 종료되면, 제1베쓰(1)에서와 동일한 방식으로 고온의 초순수를 이용하여 린스처리한 다음, 제2베쓰(2)로부터 해당 웨이퍼를 핀셋으로 꺼내어 제3베쓰(3)에 집어 넣는다.
제3베쓰(3)에는 케미컬로 농도가 0.1%인 HF가 채워져 있으며, 약 7초 정도 유지시켜 최종세정한 다음, 해당 케미컬을 전량 퀵드레인시킨 후, 제3베쓰(3)를 감싸고 있는 챔버를 이용하여 그 내부를 가압, 감압 및 가열시켜 건조공정을 수행하게 된다.
여기서, 챔버는 기본적으로 SUS316L재질상에 PFA 코팅처리된 것이 이용되었다.
건조를 위한 가압은 1.85기압으로, 감압은 0.1기압으로, 가압과 감압은 2회 반복 실시되었으며, 가열은 수소 라디칼을 조금 함유하는 고온의 순수한 질소가스 를 유입시켜 웨이퍼 표면의 온도가 200℃로 맞추어지도록 실시되었다.
이상과 같은 공정수행 결과, 웨이퍼상의 각종 오염물은 0.07㎛ 이상의 것이 7개로 매우 적었고, 자연산화막의 발생이 거의 없었으며, 있어도 2~3Å정도의 것으로 추정되었다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
본 발명에 따르면, 3개의 베쓰로 이루어져 장치의 풋프린트를 최소화할 수 있고, 자연산화막의 발생을 최소화하는 등 우수한 세정효과를 제공하여 생산성(throughput) 향상을 기할 수 있으며, 사용되는 케미컬의 종류 및 사용량을 최소화하여 원가절감을 이룰 수 있는 효과가 달성될 수 있다.

Claims (5)

  1. 복수매의 웨이퍼에 대하여 일괄적으로 세정 및 건조공정을 수행하는 웨이퍼 자동세정장치로서,
    순차적으로 배열되는 3개의 베쓰를 포함하되,
    SC-1 케미컬로 세정작업을 실시하는 제1베쓰와,
    오존수와 HF 혼합액으로 세정작업을 실시하는 제2베쓰와,
    HF 케미컬로 최종세정작업을 수행한 후 내부를 반복적으로 가압 및 감압하면서 고온의 순수한 질소를 유입하여 건조작업을 실시하는 제3베쓰를 포함하는 것을 특징으로 하는 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베쓰의 열에 대해 타측에 순차적으로 배열되어 설치되는 3개의 카세트와,
    상기 베쓰의 열과 상기 카세트의 열 사이에 설치되어 그들간에 상기 웨이퍼를 이송시키는 3개의 반송로봇을 더 포함하는 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    전체 장치의 내부는 순수한 질소가스 분위기로 형성되는 것을 특징으로 하는 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1베쓰 및 상기 제2베쓰에서 화학처리 완료후,
    각각 해당하는 케미컬을 드레인시킨 다음,
    내부의 상기 웨이퍼 및 내부 부분에 대하여 고온의 초순수로 린스하되,
    먼저 스프레이방식으로 린스한 후, 오버플로우방식으로 재차 린스하는 것을 특징으로 하는 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    건조를 위해 사용되는 상기 질소가스에는 수소 라디칼이 일부 함유되는 것을 특징으로 하는 3베쓰 1배치식 웨이퍼 자동세정장치.
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