KR20070108980A - 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법 및 그 장치 - Google Patents

반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 순수를 이용하여 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정장치의 스핀 스테이지에 실린더에 의해 상승/하강하는 도어를 설치함을 특징으로 한다. 따라서, 웨이퍼 세정을 위한 순수 분사시 상기 도어를 상승시켜 스핀 스테이지부를 타 설비와 일시적으로 격리시킴으로써, 상기 순수가 캐리어측으로 튀는 것을 방지하여 캐리어 및 상기 캐리어 내부에 수납된 웨이퍼가 오염되는 문제점을 최소화한다.
반도체, 세정, 순수, 캐리어, 스핀 스테이션

Description

반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법 및 그 장치{wafer cleaning method for semiconductor device manufacturing and cleaning apparatus the same}
도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 세정장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 평면구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 측면구성도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치를 이용한 웨이퍼 세정방법을 나타내는 플로우챠트이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 캐리어 스테이션부 102: 캐리어
104: 로봇 스테이션부 106: 로봇암
108: 스핀 스테이션부 110: 디스크
112: 실린더 114: 스핀들
116: 순수분사구 118: 순수
120: 도어
본 발명은 반도체 디바이스 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 표면에 존재하는 슬러리 및 이물질등의 파티클을 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 대중화에 따라 반도체 디바이스도 비약적으로 발전하고 있다. 이로 인해 그 기능적인 면에 있어서도 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되어 반도체 디바이스의 집적도는 점차 증가되고 있는 실정이다. 이러한 반도체 디바이스의 고집적화 및 대용량화 추세로 인해 메모리셀을 구성하는 각각의 단위소자 사이즈가 축소됨에 따라 제한된 면적내에 다층구조를 형성하는 고집적화기술 또한 눈부신 발전을 거듭하고 있다.
일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 되는데, 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 공정은 크게 반도체 기판 내부로 3B족 또는 5B족의 불순물 이온을 주입하는 불순물 이온주입 공정, 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 박막증착(deposition)공정, 상기 박막증착 공정으로 형성된 물질막을 원하는 형상으로 패터닝하는 식각 공정, 웨이퍼 표면에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 폴리싱하여 단차를 없애는 연마 공정 을 비롯하여 불순물 제거를 위한 웨이퍼 세정 공정등과 같은 여러 단위 공정들로 이루어져 있다.
통상적으로, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 상기와 같은 여러 단위 공정들을 여러 번 반복 실시하게 된다. 그리고, 반도체 디바이스 제조공정에서는 박막을 형성하는 공정 또는 박막을 식각하는 공정에서 여러 종류의 반응물질이 발생되는데, 이들 물질들은 대부분 웨이퍼 상부 표면에 남게 된다. 따라서, 웨이퍼 표면에 존재하는 반응물질들을 후공정을 진행하기 전에 완전히 제거되어야 하는데, 이러한 목적으로 실시하는 것이 세정공정이다.
세정이란 웨이퍼 표면의 세정만을 생각하기 쉽지만 세정공정은 반도체 제조장치 전체에 해당되는 초청정화를 위한 기술로서 광범위하게 파악되지 않으면 안된다. 즉, 웨이퍼 표면의 세정만이 아닌 제조환경, 사용기구, 부품등의 청정화까지 포함하는 기술이다. 그러나, 웨이퍼 표면의 세정은 그 중에서도 가장 중요하고 까다로운 초청정화 기술로서, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 웨이퍼 표면의 오염이 반도체 디바이스의 신뢰성이나 수율에 직접적인 영향을 미치게 되므로 무엇보다도 이러한 세정공정의 중요성이 커져 가고 있는 바, 실질적으로 이러한 세정공정은 반도체 장치의 제조공정의 매 단계에서 실시되고 있다.
한편, 웨이퍼 표면에 존재하는 오염에는 단지 파티클이나 금속원자, 또는 유기물만이 아니라 공정중에 발생하는 결정의 데미지나 변질층도 오염의 일종이라고 볼 수 있다. 이러한 웨이퍼 표면의 오염을 제거하기 위한 세정방법으로서, 세정화합물을 이용하는 화학적 방법과 스핀 스크러버를 이용하는 물리적 방법이 있다.
먼저, 스핀 스크러버를 사용하는 물리적 세정 방법으로서는, 스핀부에 로딩된 웨이퍼 표면에 순수를 분사함과 동시에 고속으로 회전시키켜 세정하는 린스 방식과 디-소닉(D-sonic) 파워가 인가된 순수를 웨이퍼 표면에 분사하여 오염물질을 제거하는 디-소닉 방식이 있다. 그러나, 두 가지 방식 모두 세정공정이 진행되는 동안 계속해서 스핀 스크러버의 스핀부에 의해 웨이퍼가 고속으로 회전되므로 웨이퍼 상에 분사된 순수는 원심력에 의해 웨이퍼 중심으로부터 밀려나게 된다. 따라서, 세정 공정이 완료될 때까지 웨이퍼 상에 지속적으로 순수를 공급하여야 하는 단점이 있다.
한편, 화학적 세정방법으로서는, RCA 세정으로 불리우는 습식 세정 방법이 가장 보편적으로 이용되고 있는데, 일반적으로 유기물은 H2SO4등과 같은 산을 사용하여 제거하고, 자연산화막은 플루오르화수소 수용액을 사용하여 제거한다. 그리고, 파티클 또는 금속불순물은 RCA 세정을 이용하여 제거하는데, 암모니아(NH4OH) 수용액과 과산화수소(H2O2) 및 물(H2O)의 혼합액인 SC-1은 파티클 제거에 유효하고, 염산(HCl), 과산화수소 및 물의 혼합액인 SC-2는 금속불순물 제거에 유효한 특성을 가지고 있다.
하기의 도 1에는 본 분야에 통상적으로 사용되는 화학적 세정장치가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 화학적 세정장치는 통상의 연마 공정이 완료된 다수개의 웨이퍼가 수납되는 캐리어(12)가 구비된 캐리어 스테이션부(10), 상기 캐리 어(12)로부터 웨이퍼를 낱장으로 취출하는 로봇암(16)이 구비된 로봇 스테이션부(14) 및 상기 로봇암(16)에 의해 취출된 웨이퍼에 대해 세정공정을 실시하는 스핀 스테이션부(18)로 이루어진다. 그리고, 상기 스핀 스테이션부(18)에는 낱장의 웨이퍼가 안착되는 디스크(20), 상기 디스크(20)에 안착된 웨이퍼를 업/다운시키는 실린더(22) 및 웨이퍼 표면에 순수(D.I water)를 분사하는 순수분사구(24)가 구비되어 있다.
상기와 같은 세정장치를 통한 세정공정을 살펴보면, 먼저 통상의 연마 공정이 완료된 웨이퍼가 상기 캐리어(12)에 수납된 후, 로봇암(16)에 의해 스핀 스테이션부(18)의 디스크(20) 상부로 이동한다. 그리고, 상기 실린더(22)를 이용하여 디스크(20) 상부에 안착된 웨이퍼(W)를 업시킨 후, 순수분사구(24)를 통해 웨이퍼 표면으로 순수를 분사함으로써, 웨이퍼에 대한 세정 공정을 진행하게 된다.
그러나, 상기와 같은 세정장치를 이용하여 웨이퍼 세정을 실시함에 있어서, 다음과 같은 문제점이 유발된다.
상기 세정공정시 웨이퍼 표면으로 순수(28)가 분사되면서 스핀들(spindle:26)이 약 1800 RPM으로 고속 회전하게 되고, 그로 인해 웨이퍼가 안착된 디스크(20) 또한 고속으로 회전하게 된다. 이처럼, 디스크(20)가 고속으로 회전함에 따라 웨이퍼 표면으로 분사된 순수(28)가 캐리어(12)쪽으로 튀게 된다. 통상의 세정공정에 사용되는 순수는 웨이퍼 표면의 파티클을 제거하기 위한 세정수로서, 스핀 스테이션부(18)에서의 세정공정이 완료된 후에는 순수에 의한 얼룩이 남지 않도록 드라이 과정을 거치게 된다. 그러나, 캐리어(12)쪽으로 순수가 튈 경우, 캐리어(12)는 물론 캐리어(12) 내부에 수납된 웨이퍼에 순수가 묻게 되고, 이를 제거하기 위한 별도의 드라이 과정을 거치지 못하여 그대로 스팟(spot)성 얼룩을 남기게 된다.
그 결과, 캐리어(12)를 교체 또는 세정을 위한 비용이 증가되고 PM 주기가 단축되어 생산성 저하를 야기하게 된다. 또한, 상기 캐리어(12) 내부에 수납되는 웨이퍼 또한 스팟성 얼룩으로 인해 손실이 발생하여 반도체 디바이스의 생산성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 야기된다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 웨이퍼가 수납되는 캐리어가 순수에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있는 웨이퍼 세정방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 캐리어 내부에 수납된 웨이퍼가 순수에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있는 웨이퍼 세정방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 반도체 디바이스 제조를 위한 설비 유지 비용을 감소시키고, PM 주기를 연장시킬 수 있는 웨이퍼 세정방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 반도체 디바이스의 생산성 및 신뢰성 저하를 방지할 수 있는 웨이퍼 세정방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는, 전(pre) 공정이 완료된 웨이퍼가 수납되는 캐리어가 구비된 캐리어 스테이션부; 상기 캐리어로부터 웨이퍼를 낱장으로 취출하는 로봇암이 구비된 로봇 스테이션부; 상기 로봇암에 의해 취출된 웨이퍼가 안착되는 디스크부, 상기 디스크부에 안착된 웨이퍼를 세정하기 위한 세정액이 분사되는 세정액 분사구 및 상기 세정액이 타 설비측으로 튀는 것을 방지하기 위한 휀스가 구비된 스핀 스테이션부를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 세정방법은, 전(pre) 공정이 완료된 웨이퍼를 캐리어로부터 취출하는 단계와; 상기 취출된 웨이퍼를 스핀 스테이션부의 디스크 상부에 안착시키는 단계와; 상기 디스크 상부에 안착된 웨이퍼 상부 표면에 세정액을 분사하여 세정공정을 실시함과 동시에 상기 세정액이 타 설비측으로 튀는 것을 방지하기 위하여 휀스를 상승시켜 상기 스핀 스테이션부를 타 설비와 격리시키는 단계와; 상기 세정공정을 완료한 후, 상기 휀스를 하강시켜 원위치시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 평면구성도를 나타내며, 도 3은 상기 도 2에 대한 측면구성도를 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 구성을 설명하면, 통상의 연마공정 또는 식각공정등의 전(pre) 공정이 완료된 다수개의 웨이퍼가 수납되는 캐리어(102)가 구비된 캐리어 스테이션부(100), 상기 캐리어(102)로부터 웨이퍼를 낱장으로 취출하는 로봇암(106)이 구비된 로봇 스테이션부(104) 및 상기 로봇암(106)에 의해 취출된 웨이퍼에 대해 순수를 이용한 화학적 세정공정을 실시하는 스핀 스테이션부(108)로 이루어진다. 그리고, 상기 스핀 스테이션부(108)에는 낱장의 웨이퍼가 안착되는 디스크(110), 상기 디스크(110)에 안착된 웨이퍼를 업/다운시키는 실린더(112), 순수 분사시 상기 디스크(110)를 고속회전시키는 스핀들(spindle: 114), 상기 디스크(110) 표면에 안착된 웨이퍼 표면에 순수(D.I water: 118)를 분사하는 순수분사구(116) 및 상기 스핀 스테이지를 커버하기 위하여 실린더(112)에 의해 상승/하강하는 도어(door: 120)가 구비되어 있다.
상기 도어(120)는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치에 있어서의 핵심 구성으로서, 상기 순수분사구(116)를 통해 웨이퍼(W) 표면으로 분사되는 순수가 캐리어(102)측으로 튀는 것을 방지하는 휀스(fence)로서 기능을 한다. 이처럼, 상기 도어(120)를 이용하여 상기 캐리어(102)측으로 순수가 튀는 것을 방지함으로써, 순수에 의해 캐리어(102)가 오염되는 문제점은 물론 상기 캐리어(102) 내부에 수납된 웨이퍼가 오염되는 문제점을 해소할 수 있게 된다.
그러면, 하기 도 4를 참조하여 상기 도 2 및 도 3에 도시된 웨이퍼 세정장치 를 통해 수행되는 웨이퍼 세정과정을 구체적으로 살펴보기로 하자.
먼저, 통상의 연마 공정 또는 식각 공정등과 같은 전(pre) 공정이 완료된 웨이퍼를 상기 캐리어 스테이션부(100)의 캐리어(102)에 수납한다(S200). 그리고, 상기 캐리어(102)에 수납된 웨이퍼는 로봇 스테이션부(104)의 로봇암(106)에 의해 스핀 스테이션부(108)의 디스크(110) 상부로 이동한다(S202). 이처럼, 상기 디스크(110) 상부에 웨이퍼가 안착되면, 상기 실린더(112)를 이용하여 디스크(110) 상부에 안착된 웨이퍼(W)를 업시킨 후, 순수분사구(116)를 통해 웨이퍼 표면으로 순수(118)를 분사하여 웨이퍼(W)에 대한 세정 공정을 진행하게 된다. 이때, 상기 순수 분사시, 실린더(112)를 이용하여 웨이퍼(W)를 업시킴과 동시에 상기 도어(120)를 상승시킴으로써, 스핀 스테이션부(108)를 타 설비(캐리어 스테이션부 또는 로봇 스테이션부등)와 일시적으로 격리되도록 한다(S204).
통상적으로, 상기 세정공정시 웨이퍼 표면으로 순수(118)가 분사되는 과정에서 스핀들(spindle: 114)이 약 1800 RPM으로 고속 회전함에 따라 웨이퍼가 안착된 디스크(110)가 고속으로 회전하게 된다. 그리고, 상기 디스크(110)가 고속으로 회전됨에 따라 웨이퍼 표면으로 분사된 순수(118)가 타 설비측으로 튀게 되고, 순수가 건조됨에 따라 스팟 형태의 파티클이 발생하게 된다. 특히, 캐리어(102)쪽으로 순수가 튈 경우, 캐리어(102)는 물론 캐리어(102) 내부에 수납된 웨이퍼에 순수가 묻게 되고, 이를 제거하기 위한 별도의 드라이 과정을 거치지 못하여 캐리어(102) 및 웨이퍼에는 스팟(spot)성 얼룩이 남게 되어 반도체 디바이스의 생산성 및 신뢰성 저하를 유발하게 된다.
그러나, 본 발명에서와 같이 웨이퍼 표면으로 순수(118)를 분사함과 동시에 상기 도어(120)를 이용하여 스핀 스테이션부(108)를 타 설비와 일시적으로 격리시킴으로써, 웨이퍼 표면으로 분사되는 순수가 타 설비, 특히 웨이퍼가 수납되는 캐리어측으로 튀는 것을 원천적으로 방지하게 된다. 이때, 상기 도어(120)는 순수(118)가 분사됨과 동시에 상승되도록 하거나, 순수(118)를 분사하기 전에 미리 상승시켜 스핀 스테이지부(108)를 타 설비와 일시적으로 격리시킨다. 그리고, 웨이퍼에 대한 세정공정을 완료한 후에는 상기 실린더(112)를 이용하여 상승된 상기 도어(120)를 원위치로 하강시킨다(S206).
본 발명에서와 같이, 도어를 이용하여 스핀 스테이지부(108)를 타 설비와 격리시킬 경우, 순수에 의해 캐리어(102)가 오염되는 문제점을 해소하여 캐리어(102)를 교체 또는 세정을 위한 비용을 절감하고 PM 주기가 연장시킬 수 있게 된다. 또한, 캐리어(102) 내부에 수납된 웨이퍼가 오염되는 문제점을 해소하여, 반도체 디바이스의 생산성 및 신뢰성 저하를 방지 또는 최소화할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 순수를 이용하여 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정장치의 스핀 스테이지에 도어를 설치한다. 그리고, 순수 분사시 상기 도어를 상승시켜 스핀 스테이지부가 타 설비와 일시적으로 격리되도록 함으로써, 상기 순수가 캐리어측으로 튀는 것을 방지하여 캐리어 및 상기 캐리어 내부에 수납된 웨이퍼의 오염을 방지한다. 그리고, 캐리어 및 그 내부에 수납된 웨이퍼 오염을 방 지함으로써, 설비 유지 비용을 절감하고 PM 주기를 연장시킬 수 있으며, 반도체 디바이스의 생산성 및 신뢰성 저하를 방지할 수 있게 된다.

Claims (12)

  1. 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정장치에 있어서:
    전 공정이 완료된 웨이퍼가 수납되는 캐리어가 구비된 캐리어 스테이션부;
    상기 캐리어로부터 웨이퍼를 낱장으로 취출하는 로봇암이 구비된 로봇 스테이션부;
    상기 로봇암에 의해 취출된 웨이퍼가 안착되는 디스크부, 상기 디스크부에 안착된 웨이퍼를 세정하기 위한 세정액이 분사되는 세정액 분사구 및 상기 세정액이 타 설비측으로 튀는 것을 방지하기 위한 휀스가 구비된 스핀 스테이션부를 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 세정액은 순수임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 휀스는 실린더에 의해 상승 및 하강하여 상기 스핀 스테이션부를 타 설비와 일시적으로 격리시는 도어임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 휀스는 세정액 분사전에 미리 상승되거나 세성액이 분사됨과 동시에 상승됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전 공정은 웨이퍼 세정이 필요한 공정임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 전 공정은 연마 공정 또는 식각 공정임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정장치.
  7. 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법에 있어서:
    전 공정이 완료된 웨이퍼를 캐리어로부터 취출하는 단계와;
    상기 취출된 웨이퍼를 스핀 스테이션부의 디스크 상부에 안착시키는 단계와;
    상기 디스크 상부에 안착된 웨이퍼 상부 표면에 세정액을 분사하여 세정공정을 실시함과 동시에 상기 세정액이 타 설비측으로 튀는 것을 방지하기 위하여 휀스를 상승시켜 상기 스핀 스테이션부를 타 설비와 격리시키는 단계와;
    상기 세정공정을 완료한 후, 상기 휀스를 하강시켜 원위치시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 세정액은 순수임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 휀스는 실린더에 의해 상승 및 하강되는 도어임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 휀스는 세정액 분사전에 미리 상승되도록 하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 전 공정은 웨이퍼 세정이 필요한 공정임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 전 공정은 연마 공정 또는 식각 공정임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법.
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KR1020060041340A KR20070108980A (ko) 2006-05-09 2006-05-09 반도체 디바이스 제조를 위한 웨이퍼 세정방법 및 그 장치

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