KR20060075176A - 웨이퍼 세정 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20060075176A
KR20060075176A KR1020040113758A KR20040113758A KR20060075176A KR 20060075176 A KR20060075176 A KR 20060075176A KR 1020040113758 A KR1020040113758 A KR 1020040113758A KR 20040113758 A KR20040113758 A KR 20040113758A KR 20060075176 A KR20060075176 A KR 20060075176A
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cleaning
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wafer
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rotating
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구자현
홍진석
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삼성전자주식회사
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Abstract

하나의 용기에서 두 번의 세정 공정을 수행하는 반도체 웨이퍼 세정 방법 및 장치에 있어서, 수직으로 회전부 상에 지지된 웨이퍼의 전면 및 후면에 대하여 한 쌍의 제1브러시들과 유기 오염물을 제거하기 위한 제1세정액을 이용하여 일차 물리적 화학적 세정을 수행하고, 이어서, 한 쌍의 제2브러시들과 산화막 및 금속오염물을 제거하기 위한 제2세정액을 이용하여 이차 물리적 화학적 세정을 상기 일차 물리적 화학적 세정을 수행하는 동일한 용기 내에서 수행한다. 따라서, 세정 장치의 크기를 소형화할 수 있으며, 이동 없이 두 번의 세정을 수행함으로써 공정 시간을 감축할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2브러시들 사이에 보호 커버가 위치하여 상기 일차 물리적 화학적 세정을 수행하는 동안 상기 제2브러시들을 상기 제1세정으로부터 보호하며, 상기 이차 물리적 화학적 세정을 수행한 후, 상기 제2브러시들을 세정하기 위하여 보호 커버로부터 상기 제2브러시들로 제3세정액을 공급한다. 따라서, 상기 제2브러시들에 잔존하는 잔류물에 의해 발생될 수 있는 부가적인 오염을 방지할 수 있다.

Description

웨이퍼 세정 방법 및 장치{Method and apparatus for cleaning a wafer}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 세정 장치의 회전부를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 웨이퍼 세정 장치의 다른 제1구동부를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 웨이퍼 세정 장치의 보호 커버를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 보호 커버의 다른 제3구동부를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 웨이퍼 세정 장치를 사용하여 웨이퍼를 세정하기 위한 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 세정 장치 100 : 용기
106 : 회전부 110 : 제1브러시들
120 : 제1세정액 공급부 130 : 제2브러시들
140 : 제2세정액 공급부 150 : 보호 커버
W : 반도체 기판
본 발명은 웨이퍼 세정 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 연마 공정을 수행한 반도체 웨이퍼 상의 오염물을 제거하기 위한 세정 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(fabrication; 'FAB') 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 반도체 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 반도체 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 반도체 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상기 단위 공정을 수행한 후, 상기 반도체 기판 상에 잔존하는 오염물을 제 거하기 위하여, 상기 반도체 기판에 대하여 세정 공정을 수행한다.
일 예로, 반도체 기판 상에 형성된 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing : CMP)을 수행한 후, 상기 반도체 기판 상에는 연마 잔류물들이 잔존한다.
자세하게, 상기 화학 기계적 연마 공정은 화학 용액에 미세한 연마 입자가 첨가된 슬러리(slurry)를 반도체 기판과 패드 사이에 공급시키고(화학적 연마), 폴리싱 헤드(polishing head)를 가압 및 회전시키며(물리적 연마) 상기 반도체 기판 표면을 연마한다. 상기와 같은 방법으로 연마 공정을 수행한 후, 상기 반도체 기판 상에는 슬러리 잔류물과, 상기 반도체 기판과 반응한 반응물 잔류물 등이 잔존한다.
따라서, 상기 화학적 기계적 연마 공정을 수행한 반도체 기판에 대한 세정 공정은 후속 공정을 위하여 반드시 수행되어야한다.
상기 세정 공정을 크게 화학적 세정(chemical cleaning)과 물리적 세정(physical cleaning)으로 나뉘어지며, 상기 화학적 세정으로는 과산화수소(H2O2)를 주 세정액으로 사용하는 RCA클리닝과, 황산(H2SO4)을 주 세정액으로 사용하는 피라냐(Piranha) 클리닝과, 불산(F)을 주 세정액으로 사용하는 DHF(Dilute Hydrofluoric Acid) 클리닝 등이 사용되어진다. 상기 물리적 세정으로는 브러시를 반도체 기판과 접촉시키고, 상기 브러시의 회전력으로 상기 반도체 기판을 클리닝하는 방법이 주로 사용되고 있다. 또한, 상기 화학적 세정 및 물리적 세정을 동시 에 수행함으로써 세정을 효과적으로 수행할 수 있다.
종래에는 상기와 같은 세정 방법들 중에서 선택된 세정 방법을 2회에 걸쳐 수행하였다. 자세하게, 상기 화학 기계적 연마 공정을 수행한 반도체 기판 상에 연마 잔여물 및 반응물 잔여물을 제거하기 위하여 화학적 또는 물리적 일차 세정을 제1용기에서 수행한 후, 상기 반도체 기판을 제2용기로 이송하여 상기 반도체 기판에 대하여 화학적 또는 물리적 이차 세정을 수행하였다.
상기 화학 기계적 연마 공정 후 세정 공정 장치는, 일차 및 이차 세정 공정을 위한 두 개의 용기와, 상기 세정 공정 후 상기 반도체 기판을 건조시키기 위한 건조 용기를 더 포함함으로써, 상기 세정 공정 장치의 크기가 비대해졌다. 따라서, 클린룸(clean-room) 내의 작업 공간이 협소해지며, 상기 비대한 크기에 따라 장치의 가격도 상승하게 되었다.
또한, 상기 반도체 기판에 대하여 두 번의 세정 공정을 수행하기 위하여 상기 반도체 기판을 제1 및 제2세정 용기로 이동시킴으로 발생되는 이송 시간으로 상기 세정 공정 시간이 증가하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1목적은 세정 장치의 크기를 축소시키고, 세정 공정 시간을 감소시키기 위한 세정 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제2목적은 세정 장치의 크기를 축소시키고, 세정 공정 시간을 감소시키기 위한 세정 방법을 제공하는데 있다.
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1측면에 따른 웨이퍼 세정 방법은, 수직 방향으로 배치된 웨이퍼를 회전시키는 단계와, 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 각각 제1브러시들을 접촉시키고 회전시킴으로써 상기 웨이퍼에 대하여 일차 물리적 세정을 수행함과 동시에, 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 유기 오염물을 제거하기 위한 제1세정액을 공급하여 일차 화학적 세정을 수행하는 단계와, 상기 제1세정액의 공급을 차단하고, 상기 제1브러시들을 상기 웨이퍼로부터 이격시키는 단계와, 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 제2브러시들을 접촉시키고 회전시킴으로써 상기 웨이퍼에 대하여 이차 물리적 세정을 수행함과 동시에, 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 산화막 및 금속오염물을 제거하기 위하여 상기 웨이퍼로 제2세정액을 공급하여 이차 화학적 세정을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 웨이퍼 세정 장치는, 웨이퍼를 수직 방향으로 지지하고 회전시키기 위한 회전부와, 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 대하여 일차 물리적 세정을 수행하기 위한 한 쌍의 제1브러시들과, 상기 제1브러시들과 구동축들을 통해 각각 연결되며, 상기 제1브러시들을 상기 웨이퍼와/로부터 접촉/이격되도록 이동시키고, 회전시키기 위한 제1구동부와, 상기 일차 물리적 세정을 수행하는 동안, 상기 웨이퍼로 유기 오염물을 제거하기 위한 제1세정액을 공급하기 위한 제1노즐을 포함하는 제1세정액 공급부와, 상기 제1브러시들 하부에 위치하며, 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 대하여 이차 물리적 세정을 수행하기 위한 한 쌍의 제2브러시들과, 상기 제2브러시들과 구동축들을 통해 각각 연결되며, 상기 제2브러시들을 상기 웨이퍼와/로부터 접촉/이격되도록 이동시키고, 회전시키기 위한 제2구동부와, 상기 이차 물리적 세정을 수행하는 동안, 상기 웨이퍼로 산화막 및 금속오염물을 제거하기 위한 제2세정액을 공급하기 위한 제2노즐을 포함하는 제2세정액 공급부를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼에 대한 두 번의 세정 공정을 하나의 용기에서 수행함으로써 상기 세정 장비의 크기를 축소시키고, 상기 반도체 웨이퍼를 이송하는 단계가 제거되어 세정 시간을 감축할 수 있다. 또한, 보호 커버를 더 구비함으로써 브러시들이 세정액에 의해 오염되는 것을 방지한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 세정 장치(10)는, 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 세정 공정을 수행하기 위하여 공간을 제공하기 위한 용기(100)와, 상기 용기 내부에 위치하며 상기 반도체 웨이퍼(W)를 수직방향으로 지지하고 회전시키기 위한 회전부(106)와, 상기 반도체 웨이퍼(W)에 잔존하는 유기 화합물 및 파티클을 제거하기 위한 일차 물리적 화학적 세정부와, 상기 반도체 웨이퍼(W)에 잔존하는 산화막, 금속 화합물 및 파티클을 제거하기 위한 이차 물리적 화학적 세정부를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼(W) 세정 장치의 회전부(106)를 설명하기 위한 단면도이다.
회전부(106)는, 상기 용기(100)의 하부에 위치하며 상기 반도체 웨이퍼(W)를 수직으로 지지하고 회전시키기 위한 한 쌍의 제1회전 유닛(102)들과, 상기 용기의 측면에 위치하고 제1회전 유닛들을 보조하여 상기 반도체 웨이퍼(W)를 회전시키기 위한 한 쌍의 제2회전 유닛(104)들을 포함한다.
상기 회전 유닛(106)으로 통상적으로 롤러(Roller)가 사용되며, 상기 롤러는 적어도 4개가 있어야 정상적으로 구동한다. 이는 반도체 웨이퍼(W)가 결정 방향을 확인하기 위한 플랫존을 가지고 있어, 상기 플랫존 부위가 상기 회전 유닛 사이에 위치할 경우에도 상기 반도체 웨이퍼(W)이 회전을 지속적으로 유지하기 위함이다. 본 실시예에서는 4개의 회전 유닛(106(을 사용하였으나, 본 발명에서는 상기 회전 유닛의 수량을 한정하지 않는다.
한편, 상기 한 쌍의 제1회전 유닛(102)들 사이의 이격 거리는 상기 반도체 웨이퍼(W)의 플랫존의 길이보다 길며, 상기 제2회전 유닛(104)들을 서로 대응되어 상기 용기(100)의 측면에 구비된다. 또한 상기 제2회전 유닛(104)들은 상기 반도체 웨이퍼(W)의 반경보다 낮은 높이에 배치되는 것이 바람직하다. 이는 상기 설명되어진 바와 동일한 이유로 반도체 웨이퍼(W)를 효과적으로 회전시키기 위함이다.
소정의 공정(연마 공정, 식각 공정, 증착 공정 등)을 수행한 반도체 웨이퍼(W) 상에 형성되거나 잔존하여 있는 오염물로는 파티클, 유기 오염물, 금속 오염물 및 자연 산화막으로 크게 나눌 수 있다.
상기와 같은 오염물을 제거하는 방법으로는 크게 물리적 세정 방법 및 화학적 세정 방법이 사용된다. 자세하게, 물리적 세정 방법은 브러시 등을 반도체 웨이퍼(W)와 접촉시키고 회전시킴으로써 상기 반도체 웨이퍼(W)에 잔존하는 파티클을 제거하고, 화학적 세정 방법은 황산(H2SO4) 또는 불산(HF) 등을 이용하여 화학 반응으로 상기 반도체 웨이퍼(W)에 잔존하는 유기 오염물, 금속 오염물 및 자연 산화막을 제거한다.
상기 물리적 세정 방법은 보통 브러시와 웨이퍼(W)를 접촉시키고, 브러시의 접촉 회전력으로 세정을 수행한다. 이는 상기 브러시에서 전달되는 물리적 힘을 이용하는 것이다. 이와는 다르게, 브러시와 웨이퍼(W)간의 직접적인 접촉 없이 브러시로 증류수를 제공하여 상기 브러시와 웨이퍼(W)간에 형성된 수막의 고속 흐름을 통해 오염 입자를 제거할 수 있다. 이는 상기 수막의 고속 흐름에 의해 생성된 유체 역학적 끄는 힘(Hydrodynamic drag force)을 이용하는 것이다.
본 실시예에서는 상기 물리적 및 화학적 세정 방법을 동시에 사용하여 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 오염물을 제거한다.
우선, 일차 물리적 화학적 세정으로 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 파티클 및 유기 오염물을 제거한다.
상기 일차 물리적 화학적 세정을 수행하기 위한 제1세정부는, 상기 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 일차 물리적 세정을 수행하기 위한 한 쌍의 제1브러시(110)들과, 상기 제1브러시들을 구동하기 위한 제1구동부(114, 116)와, 상기 일차 물리적 세정을 수행하는 동안 일차 화학적 세정을 수행하기 위하여 제1세정액을 상기 반도체 웨이퍼(W)로 공급하기 위한 제1세정액 공급부(120)를 포함한다.
한 쌍의 제1브러시(110)들은 상기 수직으로 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 전면 및 후면에 하나씩 구비된다. 도시된 바와 같이 상기 한 쌍이 제1브러시(110)들은 상기 용기 내의 상부에 위치하며, 상기 한 쌍의 제1브러시(110)들과 각각 제1구동축(112)을 통해 연결되어 있는 제1구동부(114, 116)에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 중심으로 이동하여 상기 반도체 웨이퍼(W)와 접촉한다. 상기 반도체 웨이퍼(W) 전면 및 후면의 중심 부위에 접촉된 제1브러시(110)들은 회전하여 물리적 세정을 수행한다.
이때, 상기 제1구동부(114, 116)는 상기 제1브러시를 상기 반도체 웨이퍼(W)와/로부터 접촉/이격시키기 위하여 상기 제1브러시(110)들을 각각 기 설정된 회전각만큼 진자 운동시키기 위한 한 쌍의 제1스윙 유닛(116)과, 상기 각각의 제1브러시들을 회전시키기 위한 한 쌍의 제3회전 유닛(114)들을 포함한다.
자세하게, 상기 제1스윙 유닛(116)들의 구동에 의해 상기 제1브러시(110)들은 상기 반도체 웨이퍼(W) 전면 및 후면의 중심 부위와 접촉되고, 상기 반도체 웨이퍼(W)로부터 이격되어 상기 용기(100)의 상부의 초기 위치로 이동한다. 또한, 상기 제3회전 유닛(114)들의 구동에 의해 상기 반도체 웨이퍼(W) 전면 및 후면의 중심 부위와 접촉된 제1브러시(110)들을 회전시킨다.
이와 같이 상기 제1브러시(110)들이 반도체 웨이퍼(W) 전면 및 후면에 각각 접촉되고, 회전함으로써 상기 반도체 웨이퍼(W) 전면 및 후면 상의 파티클을 세정할 수 있다. 이때, 상기 반도체 웨이퍼(W)도 상기 제1 및 제2회전 유닛(106)에 의해 회전됨으로써, 상기 반도체 웨이퍼(W) 전면 및 후면이 전체적으로 세정될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 웨이퍼(W) 세정 장치의 다른 제1구동부(204, 206)를 설명하기 위한 단면도이다.
이와는 다르게, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1구동부(204, 206)는, 상기 한 쌍의 제1브러시(200)들을 상기 웨이퍼(W)와/로부터 접촉 및 이격시키기 위한 한 쌍의 제1직선 왕복 유닛(206)들과, 상기 각각의 제1브러시들을 회전시키기 위한 한 쌍의 제3회전 유닛(204)들을 포함한다.
상기 제1브러시(200)들은 상기 제1직선 왕복 유닛(206)들과 제1구동축(202)으로 연결되어 있으며, 상기 제1직선 왕복 유닛(206)들에 의해 상기 제1구동축(202)들이 직선 왕복 운동을 한다. 즉, 제1구동축(202)들이 상기 반도체 웨이퍼(W)의 중심을 향해 이동하고, 상기 제1브러시(200)들이 상기 반도체 웨이퍼(W)의 전면 및 후면의 중심 부위에 접촉하게 되고, 상기 제1구동축(202)들을 초기 위치로 이동시킴으로써, 상기 제1브러시(200)들이 용기의 상부의 초기 위치로 이동한다. 또한, 상기 반도체 웨이퍼(W)의 중심 부위에 접촉된 제1브러시(200)들은 제3회전 유닛(204)에 의해 회전한다. 이와 같이 제1브러시(200)가 상기 반도체 웨이퍼(W) 전면 및 후면의 중심 부위와 접촉하고, 회전함으로써 반도체 웨이퍼(W) 상에 파티클을 세정할 수 있다.
한편, 상기 제1브러시(110)의 재질로는 PVA(Poly-Vinyl Alcohol)가 주로 사용되며, 상기 PVA는 부드럽고 유연한 스폰지 재료로써 반도체 웨이퍼(W) 표면에 손상을 주지 않으며, 1㎛ 이상의 파티클에서 미크론 이하의 입자까지도 제거할 수 있다.
제1세정액 공급부(120)는 상기 제1세정액을 공급하기 위한 제1세정액 탱크(126)와, 상기 제1세정액을 반도체 웨이퍼(W)로 공급하기 위한 제1노즐(122)과, 상기 제1세정액 탱크(126) 및 제1노즐(122)을 연결하기 위한 제1세정액 공급 라인(124)을 포함한다. 상기 제1세정액 공급 라인(124) 중에는 상기 제1세정액의 배출양을 조절하기 위한 제1밸브(128)가 구비될 수 있다.
상기 제1세정액 탱크(126)로부터 제1세정액이 제1세정액 공급 라인(124)을 따라 제1노즐(122)을 통해 상기 반도체 웨이퍼(W)의 전면 및 후면으로 공급된다.
도시된 바와 같이 상기 제1노즐(122)은 상기 용기(100)의 상부 중앙에 위치하며 상기 반도체 웨이퍼(W)의 전면 및 후면으로 상기 제1세정액을 공급하도록 각각 한 쌍이 구비된다. 또한, 상기 제1노즐은 상기 제1세정액을 반도체 웨이퍼(W) 전면 및 후면으로 효과적으로 공급하기 위하여 상기 반도체 웨이퍼(W)의 전면 및 후면을 향해 소정의 각도만큼 각각 기울어져 배치된다.
이때, 상기 제1세정액으로는 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 유기 오염물을 제거하기 위하여 황산(H2SO4)을 포함하는 SPM(Sulfuric Peroxide Mixture) 용액을 사용한다.
제1세정부에서 일차 물리적 및 화학적 세정을 수행한 후, 상기 제1세정부의 제1브러시(110)들은 제1구동부(114, 116)에 의해 상기 반도체 웨이퍼(W)로부터 이격되고, 회전 구동을 정지한다. 또한, 상기 제1세정액 공급부(120)는 제1밸브(128)를 폐쇄시켜 제1세정액 공급을 중단한다.
상기 일차 세정을 수행한 반도체 웨이퍼(W)에는 유기 오염물 및 파티클의 일부가 제거되고, 상기 반도체 웨이퍼(W) 전면 및 후면에는 금속 오염물과 산화막 그리고, 미쳐 제거되지 못한 파티클이 잔존한다. 따라서, 상기와 같은 오염물을 세정하기 위하여 이차 세정을 수행한다.
상기 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 이차 물리적 화학적 세정을 수행하기 위한 제2세정부는, 상기 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 물리적 세정을 수행하기 위한 한 쌍의 제2브러시들(130)과, 상기 제2브러시(130)들을 구동하기 위한 제2구동부(134, 136)와, 상기 이차 물리적 세정을 수행하는 동안 이차 화학적 세정을 수행하기 위하여 제2세정액을 상기 반도체 웨이퍼(W)로 공급하기 위한 제2세정액 공급부(140)를 포함한다. 또한, 상기 일차 물리적 화학적 세정을 수행하는 동안 제1세정액이 상기 제2브러시(130)들로 침투하는 것을 방지하고, 상기 한 쌍의 제2브러시(130)들을 세정하기 위한 한 쌍의 보호 커버(150)들을 더 포함한다.
한 쌍의 제2브러시(130)들은 도시되어진바와 같이 상기 수직으로 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 전면 및 후면에 하나씩 구비되고, 용기(100)의 하부에 위치한다.
상기 제2브러시(130)들은 제2구동축(132)들에 의해 제2구동부(134, 136)와 연결되어 있으며, 상기 제2구동부(134, 136)를 이용하여 상기 제2브러시(130)들을 상기 반도체 웨이퍼(W)와/로부터 접촉/이격시키고, 상기 제2브러시(130)들을 회전시켜 상기 반도체 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 파티클을 제거한다.
상기 제2구동부(134, 136)는 상기 반도체 웨이퍼(W)와/로부터 접촉/이격시키기 위한 한 쌍의 제2스윙 유닛(136)들과, 상기 제2브러시(130)들을 회전시키기 위 한 한 쌍의 제4회전 유닛(134)을 포함한다.
상기 제1 및 제2스윙 유닛(116, 136)들과 상기 제1 내지 제4회전 유닛(106, 114, 134)들은 각각 모터와, 상기 모터로부터 발생된 회전력을 전달하기 위한 동력 전달 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제2구동부(미도시)는 반도체 웨이퍼(W)와/로부터 접촉/이격시키기 위한 한 쌍의 제2직선 왕복 유닛(미도시)들과, 상기 제2브러시들을 회전시키기 위한 한 쌍의 제4회전 유닛(미도시)을 포함한다.
상기 제1 및 제2직선 왕복 유닛들은 도시된 바와 같이 공압 또는 유압 실린더로 구성될 수 있다. 또는, 모터의 회전력에 의해 동작되는 랙기어와 피니언 기어를 이용하여 구성될 수도 있다. 즉, 상기 제1 및 제2직선 왕복 유닛은 상기 제1 및 제2브러시들을 직선 왕복 운동시킬 수 있는 구동 장치이면 족하므로, 이들의 구성이 본 발명의 범위를 한정하지는 않는다.
상기 한 쌍의 제2브러시(130)들에 관한 더욱 자세한 설명은 상기 한 쌍의 제1브러시(110)들에 관한 설명과 유사하여 생략하기로 한다.
제2세정액 공급부(140)는 상기 제2세정액을 공급하기 위한 제2세정액 탱크(146)와, 상기 제2세정액을 반도체 웨이퍼(W)로 공급하기 위한 제2노즐(142)과, 상기 제2세정액 탱크(146) 및 제2노즐(142)을 연결하기 위한 제2세정액 공급 라인(144)을 포함한다. 상기 제2세정액 공급 라인(144) 중에는 상기 제2세정액의 양을 조절하기 위한 제2밸브(148)가 구비될 수 있다.
상기 제2세정액 탱크(146)로부터 제2세정액이 제2세정액 공급 라인(144)을 따라 제2노즐(142)을 통해 상기 반도체 기판으로 공급된다.
상기 제2세정액으로는 상기 반도체 웨이퍼(W)에 잔존하는 금속 오염물과 산화막을 제거하기 위하여 불산(F)을 포함하는 DHF(Dilute Hydrofluoric Acid) 용액을 사용한다.
상기 제2세정액 공급부(140)에 관한 더욱 자세한 설명은 상기 제1세정액 공급부(120)에 관하여 설명한 것과 유사하여 생략하기로 한다.
한편, 본 실시예에서는 상기 제2노즐(122)과 제1노즐(142)이 인접하게 배치되어 있지만 이와는 다르게, 상기 제2노즐(142)은 상기 용기(100)의 하부 중앙에 위치하여 상기 반도체 웨이퍼(W)로 제2세정액을 공급할 수 있다. 본 발명에서는 상기 제1 및 제2노즐(122, 142)의 위치를 한정하지 않는다.
도 4는 도 1에 도시된 웨이퍼(W) 세정 장치의 보호 커버를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 보호 커버의 다른 제3구동부를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 한 쌍의 보호 커버(150)들은, 상기 한 쌍의 제2브러시(130)들 각각 커버하도록 초승달 형상을 가지며, 제1 및 제2브러시(110, 130)들 사이에 위치한다. 또한, 상기 보호 커버(150)들은 제3구동부(152)와 연결되어 있으며, 상기 제3구동부(152)에 의해 상기 보호 커버(150)는 제2브러시(130)들과/로부터 인접/이격된다. 상기 제3구동부(152)는 상기 설명되어진 스윙 유닛들과 유사하게 구동한다.
자세하게, 일차 물리적 화학적 세정 시, 상기 보호 커버(150)는 상기 제1 및 제2브러시(110, 130)들 사이에 위치하여 상기 제2브러시(130)들을 제1세정액으로부터 보호한다. 일차 물리적 화학적 세정을 수행한 후, 상기 제2브러시(130)들 및 제2세정액 공급부(140)에 의해 이차 물리적 화학적 세정을 수행한다. 이때, 상기 보호 커버(150)는 상기 제3구동부(152)에 의해 소정의 각도만큼 상기 제2브러시(130)들로부터 이격되고, 상기 제2브러시(130)들은 상기 반도체 웨이퍼(W)로 이동하여 이차 물리적 세정을 수행한다.
또한, 상기 이차 물리적 화학적 세정을 수행한 후, 상기 보호 커버(150)는 상기 제3구동부(152)에 의해 상기 제1 및 제2브러시(110, 130)들 사이에 위치한다. 이때, 상기 보호 커버(150)는 제3세정액 공급부를 이용하여 상기 제2브러시(130)들을 세정시킨다.
이와는 다르게, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 보호 커버(250)의 제3구동부(252)는 상기 보호 커버를 직선 왕복 구동시킨다. 상기 제3구동부(252)는 상기 설명되어진 직석 왕복 유닛과 유사하게 구동한다. 본 발명에서는 상기 보호 커버의 제3구동부를 한정하지 않는다.
상기 제2브러시(130)들을 세정시키기 위한 제3세정액 공급부는 상기 보호 커버(150)와 연결되어 있다. 상기 제3세정액 공급부는, 제3세정액을 수용하기 위한 제3세정액 탱크(158)와, 상기 보호 커버(150) 및 제3세정액 탱크(158)를 연결하기 위한 제3세정액 공급 라인(156)과, 상기 제3세정액 공급 라인(156) 중에 구비되며 상기 제3세정액의 배출량을 조절하기 위한 제3밸브(160)를 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이 보호 커버(150)는, 내측벽에 의해 한정된 공간과, 상기 공간과 연통되어 있으며 보호 커버의 하부를 관통하는 다수의 개구(154)들과, 상기 공간과 연통되어 있으며 보호 커버의 상부를 관통하는 홀을 포함한다.
상기 홀은 상기 제3세정액 공급 라인(156)과 연결되어 있으며, 상기 제3세정액 공급 탱크(158)로부터 공급된 제3세정액은 공급 라인(156)을 따라 상기 홀을 통해 보호 커버(150) 내부로 공급된다. 상기 홀 및 공간을 통과한 제3세정액은 다수의 개구(154)들을 통해 제2브러시(130)들로 공급된다. 이때, 상기 제3세정액으로는 초순수(Deionized water : DI water)를 사용한다.
한편, 상기 보호 커버(150)의 개구(154)들을 통해 제3세정액이 공급되는 동안, 제2브러시(130)들은 회전 구동하여 상기 제2브러시(130)들의 세정을 효과적으로 수행할 수 있다.
도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 세정 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)를 세정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 반도체 웨이퍼를 수직으로 지지하고 회전시킨다.(S10) 자세하게, 한 쌍의 제1회전 유닛 상에 상기 반도체 웨이퍼(W)를 용기에 하부면과 수직하게 제1회전 유닛들 상에 로딩시킨다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 반도체 웨이퍼(W)는 이송 로봇과 같은 이송부에 의해 상기 용기 내부로 이동할 수 있다.
이어서, 상기 수직하게 지지된 반도체 웨이퍼(W)를 한 쌍의 제1 및 제2회전 유닛들을 이용하여 회전시킨다.
제1세정부에서 제1브러시들과 제1세정액을 이용하여 웨이퍼의 점면 및 후면에 대하여 일차 물리적 화학적 세정을 수행한다.(S20)
자세하게, 상기 반도체 웨이퍼(W)의 전면 및 후면에 제1브러시들을 접촉시킨 후, 상기 제1브러시들을 회전시킨다. 즉, 상기 제1브러시들은 상기 반도체 웨이퍼(W)와 접촉하여 회전하여 상기 반도체 웨이퍼(W) 전면 및 후면에 잔존하는 파티클들을 물리적으로 제거한다.
상기 제1브러시들에 의해 일차 물리적 세정을 수행하는 동안 반도체 웨이퍼(W) 상부에 위치한 제1노즐로부터 제1세정액이 반도체 웨이퍼(W)로 공급된다. 상기 제1세정액은 황산과 과산화수소를 약 4:1의 비율로 혼합한 SPM용액으로써, 상기 반도체 웨이퍼(W) 표면의 유기 오염물을 제거한다. 상기 용기 내부의 온도를 90 내지 130℃로 높여 상기 일차 물리적 화학적 세정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제1브러시 및 제1세정액을 사용하여 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 일차 물리적 화학적 세정을 수행한 후, 상기 제1브러시들은 회전 구동이 멈추며 상기 반도체 웨이퍼(W)로부터 이격되고, 상기 제1세정액 공급부는 상기 제1세정액의 공급을 중단한다.(S30)
한편, 제1 및 제2브러시들 사이에 위치하는 한 쌍의 보호 커버들은 제2브러시들로부터 소정의 각도만큼 이격된다.
이이서, 제2브러시들과 제2세정액을 이용하여 웨이퍼의 전면 및 후면에 대하여 이차 물리적 화학적 세정을 수행한다.(S40)
자세하게, 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 이차 물리적 화학적 세정을 동일한 용기에서 수행한다. 상기 반도체 웨이퍼(W)는 상기와 같이 제1 및 제2회전 유닛들에 의해 지속적으로 회전하고, 한 쌍의 제2브러시들을 상기 반도체 웨이퍼(W)의 전면 및 후면에 접촉시키고, 상기 제2브러시들을 회전시킨다.
이때, 상기 제2브러시들은 상기 반도체 웨이퍼(W)에 접촉하여 회전함으로써 상기 반도체 웨이퍼(W)에 잔존하는 파티클을 물리적으로 제거할 수 있다.
상기 제2브러시들에 의해 이차 물리적 세정을 수행하는 동안 용기 상부에 위치한 제2노즐로부터 제2세정액이 반도체 웨이퍼(W)로 공급된다. 상기 제2세정액은 불산을 과산화수소에 희석시킨 용액으로써 보통 마지막 세정에 많이 사용되며, 일차 세정 공정 중에 발생한 화학적 산화막 또는 자연 산화막을 효과적으로 제거하고, 금속 오염물도 제거할 수 있다.
상기와 같이 제2브러시 및 제2세정액을 사용하여 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 이차 세정을 수행한 후, 상기 제2브러시는 회전 구동이 멈추며 상기 반도체 웨이퍼(W)로부터 이격되고, 상기 제2세정액 공급부는 상기 제2세정액의 공급을 중단한다.(S50)
상기와 같은 방법으로 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 일차 및 이차 물리적 화학적 세정을 수행한 후, 이송 로봇에 의해 상기 반도체 웨이퍼(W)는 용기로부터 언로딩된다.
한편, 보호 커버들은 상기 제1 및 제2브러시들 사이로 이동한다. 상기 보호 커버들이 상기 제1 및 제2브러시들 사이에 위치하면, 제3세정액 공급부로부터 상기 제2브러시들로 초순수가 공급된다. 이때, 상기 제2브러시가 제2구동부에 의해 회전하여 상기 제2브러시에 잔존하는 오염물들을 효과적으로 세정할 수 있다.(S60)
상기 제2브러시의 세정을 수행한 후, 상기 보호 커버들의 초순수의 공급이 중단되며, 상기 제2브러시의 회전 구동도 중단된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 세정 장치는 제1브러시들 및 제1세정액 공급부를 포함하는 제1세정부와 제2브러시들 및 제2세정액 공급부를 포함하는 제2세정부를 하나의 용기 내에 구비시켜, 일차 및 이차 세정을 교대로 수행함으로써, 상기 세정 장치의 크기를 감소할 수 있다.
또한, 일차 및 이차 세정을 수행하는 동안 상기 반도체 웨이퍼(W)를 이동시키지 않음으로써 이송시간이 제거되어 세정 공정 시간을 단축할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 수직 방향으로 배치된 웨이퍼를 회전시키는 단계;
    상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 각각 제1브러시들을 접촉시키고 회전시킴으로써 상기 웨이퍼에 대하여 일차 물리적 세정을 수행함과 동시에, 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 유기 오염물을 제거하기 위한 제1세정액을 공급하여 일차 화학적 세정을 수행하는 단계;
    상기 제1세정액의 공급을 차단하고, 상기 제1브러시들을 상기 웨이퍼로부터 이격시키는 단계; 및
    상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 제2브러시들을 접촉시키고 회전시킴으로써 상기 웨이퍼에 대하여 이차 물리적 세정을 수행함과 동시에, 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 산화막 및 금속 오염물을 제거하기 위하여 상기 웨이퍼로 제2세정액을 공급하여 이차 화학적 세정을 수행하는 단계를 포함하는 웨이퍼 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 일차 물리적 화학적 세정을 수행하는 동안 보호 커버을 이용하여 상기 제1세정액으로부터 제2브러시들을 보호하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2세정액의 공급을 차단하고, 상기 제2브러시들을 상기 웨이퍼로부터 이격시키는 단계; 및
    상기 제2브러시들의 오염물을 제거하기 위하여 제2브러시들로 제3세정액을 공급하는 단계를 포함하는 웨이퍼 세정 방법.
  4. 웨이퍼를 수직 방향으로 지지하고 회전시키기 위한 회전부;
    상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 대하여 일차 물리적 세정을 수행하기 위한 한 쌍의 제1브러시들;
    상기 제1브러시들과 제1구동축들을 통해 각각 연결되며, 상기 제1브러시들을 상기 웨이퍼와/로부터 접촉/이격되도록 이동시키고, 회전시키기 위한 제1구동부;
    상기 일차 물리적 세정을 수행하는 동안, 상기 웨이퍼로 유기 오염물을 제거하기 위한 제1세정액을 공급하기 위한 제1노즐을 포함하는 제1세정액 공급부;
    상기 제1브러시들 하부에 위치하며, 상기 웨이퍼의 전면 및 후면에 대하여 이차 물리적 세정을 수행하기 위한 한 쌍의 제2브러시들;
    상기 제2브러시들과 제2구동축들을 통해 각각 연결되며, 상기 제2브러시들을 상기 웨이퍼와/로부터 접촉/이격되도록 이동시키고, 회전시키기 위한 제2구동부; 및
    상기 이차 물리적 세정을 수행하는 동안, 상기 웨이퍼로 산화막 및 금속오염물을 제거하기 위한 제2세정액을 공급하기 위한 제2노즐을 포함하는 제2세정액 공급부를 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 일차 및 이차 물리적 화학적 세정을 수행하기 위하여 공간을 제공하기 위한 용기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 일차 물리적 화학적 세정 시, 제1 및 제2브러시들 사이에 위치하여 상기 제1세정액이 상기 제2브러시들로 침투되는 것을 방지하기 위한 한 쌍의 보호 커버들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보호 커버들에는 상기 제2브러시들을 세정하기 위한 제3세정액을 상기 제2브러시들로 공급하기 위한 다수의 개구들이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제1구동부는, 상기 제1브러시들을 상기 웨이퍼와/로부터 접촉/이격시키기 위하여 상기 제1브러시들을 각각 기 설정된 회전각만큼 진자 운동시키기 위한 한 쌍의 스윙 유닛(Swing Unit)들과, 상기 각각의 제1브러시들을 회전시키기 위한 한 쌍의 회전 유닛들을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 제1구동부는 상기 제1브러시들을 상기 웨이퍼와/로부터 접촉/이격시키기 위하여 상기 제1브러시들을 각각 직선 왕복 운동시키기 위한 한 쌍의 직선 왕복 유닛들과, 상기 각각의 제1브러시들을 회전시키기 위한 한 쌍의 회전 유닛들을 포함하는 웨이퍼 세정 장치.
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