KR20090068643A - 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치 - Google Patents

반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것으로서, 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치에 있어서, 웨이퍼가 척킹되며, 웨이퍼를 회전시키는 스핀 척과, 스핀 척 상의 웨이퍼를 향하여 수소환원수 및 초순수를 분사하는 분사 수단을 포함한다. 따라서, 본 발명은 세정을 위해 회전하는 웨이퍼에 수소환원수를 분사하여 발생된 정전기적 전하를 감소시킴과 아울러 정전기적 전하의 발생을 방지함으로써 정전기적 전하에 의한 재오염, 회로나 소자의 손상, 주변 장비의 오동작 유발 등을 방지하여 반도체 소자의 불량률을 줄이고, 수율을 향상시키는 효과를 가지고 있다.
정전기적 전하, 수소환원수, 초순수, 스핀 척, 분사 수단, 제어부

Description

반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치 및 세정 방법{Cleaning apparatus for manufacturing semiconductor devices and method thereof}
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에서 웨이퍼의 세정시 수소환원수(hydrogen reduction water)를 이용한 정전기적 전하에 따른 재오염 및 손상을 방지하기 위한 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치 및 세정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 클린 룸으로 불리는 고도로 깨끗한 환경에서 제조되며, 이러한 클린 룸은 미세 오염물질의 여과 및 제거를 위해 특수하게 설계된다.
반도체 소자의 표면에 부착되는 오염 입자는 미세한 전자 회로 전체를 손상시킬 수 있기 때문에 오염 입자의 제어는 반도체 소자의 제조 과정에서 매우 중요하며, 반도체 소자의 수율에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서, 청정한 제조 환경에도 불구하고, 반도체 소자의 제조 공정에서 웨이퍼로부터 오염 입자를 제거하기 위해 반도체 소자의 제조 과정에서 여러 번의 세정 공정이 수행된다.
세정 공정은 리소그래피(Lithography)와 같은 패턴 형성 공정 전과, 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 "CMP"라 함) 공정과 같은 오염도가 높은 공정 후에 특히 중요하다. 예를 들어, 웨이퍼 표면을 평탄화하기 위해 사용되는 CMP 공정은 1㎛ 이하 사이즈의 실리카, 알루미나, 세리아 등의 미세 연마 입자를 함유하는 연마용 슬러리(slurry)를 사용한다. 따라서, 연마 중에 웨이퍼 자체로부터 제거된 입자와 함께, 다수의 슬러리 입자들은 연마된 웨이퍼 표면 상에 잔존하기 때문에 CMP 공정 후에는 일반적으로 스크러빙 세정 공정이 수행된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 스크러빙 세정 장치를 도시한 정면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 스크러빙 세정 장치(10)는 받침판(11) 상에 상측으로 개방되도록 형성되는 원통의 스핀 컵(12)이 설치되고, 스핀 컵(12) 내측에 웨이퍼(W)를 척킹하여 회전시키는 스핀 척(spin chuck; 17)이 설치되며, 스핀 컵(12)이 상승하여 웨이퍼(W)를 감싸게 되고, 스핀 컵(12) 측면에 중심으로부터 서로간에 90도의 각도를 가지도록 각각 고정되는 제 1 및 제 2 초순수 분사 노즐(13,14)의 끝단이 스핀 컵(12) 상측에 위치하여 웨이퍼(W)를 향하여 초순수를 분사하며, 스핀 컵(12)의 외측에 초음파 세정 아암(19)과 브러쉬 아암(21)이 각각 위치한다.
초음파 세정 아암(19)은 초음파 세정 시 끝 부분이 고정축을 중심으로 웨이퍼(W)의 외측에서 웨이퍼(W) 상으로 일정 각도만큼 회전 이동할 수 있도록 구성되며, 끝 부분의 하측에 초음파를 발생시키는 초음파 발생기(18)가 장착된다.
브러쉬 아암(21)은 웨이퍼(W)의 외측에서 웨이퍼(W) 상으로 일정 각도만큼 회전 이동할 수 있도록 구성되며, 끝 부분의 하측에 부착된 브러쉬(20)가 웨이퍼(W) 표면에 접촉되어 세정이 진행된다.
이와 같은 종래의 기술에 따른 스크러빙 세정 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
스핀 척(17)에 웨이퍼(W)가 안착되면, 스핀 컵(12)이 상승되어 웨이퍼(W)를 감싸게 됨으로써 웨이퍼(W)가 파손되는 경우 파손된 조각들이 장비에 충돌하는 것을 방지하게 되며, 이 때, 스핀 척(17)이 웨이퍼(W)와 함께 회전한다.
스핀 척(17)이 웨이퍼(W)를 설정된 회전 속도에 도달하도록 회전시키면, 초음파 세정 및 브러쉬(brush) 세정이 반복하여 진행된다. 즉, 제 1 및 제 2 초순수 분사 노즐(13,14)로부터 초순수가 웨이퍼(W) 상으로 분사되고, 초음파 세정 아암(19) 또는 브러쉬 아암(21)의 일측단이 웨이퍼(W) 상측으로 회전 이동하며, 초음파 세정인 경우에는 초음파 세정 아암(19)에 부착된 초음파 발생기(18)에서 초음파가 발생되어 웨이퍼(W) 표면의 세정이 이루어지고, 브러쉬 세정인 경우에 브러쉬 아암(21)에 부착된 브러쉬(20)가 웨이퍼(W) 표면에 접촉되어 세정이 진행된다.
상기한 바와 같은 종래의 스크러빙 세정 장치는 스핀 스크러빙(spin scrubbing) 과정과 린싱(rinsing) 과정에서 정전기적 전하를 생성 및 형성시키는 환경을 제공한다. 특히, 스핀 컵에서 높은 저항을 가지는 초순수는 웨이퍼 표면에 걸쳐 전달되어 높은 수준의 정전기적 전하를 생성시킨다. 이러한 높은 수준의 표면 전압, 예를 들어 60V 정도의 전압은 웨이퍼 위에 제조되는 회로나 트랜지스터와 같은 소자를 손상시키게 되는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 대전된 웨이퍼는 스핀 컵으로부터 언로딩되는 즉시, 웨이퍼 표면에 공기로 운반되는 입자 및 오염 물질이 유인되어 부착됨으로써 세정 효과를 반감시키는 문제점을 가지고 있었다.
그리고, 스핀 컵으로부터 언로딩되는 웨이퍼는 접지된 물체에 너무 가깝게 되면 정전기 방전(electrostatic discharge; ESD)을 일으킬 수 있다. 이러한 정전기 방전은 주변의 제조 환경에 영향을 미칠 수 있는 전자기적 간섭(electromagnetic interference; EMI)를 일으키게 되며, 극단적인 경우 ESD가 발생함으로써 주변 장치의 동작에 에러를 유발하여 웨이퍼가 재처리되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 세정을 위해 회전하는 웨이퍼에 수소환원수를 분사하여 발생된 정전기적 전하를 감소시킴과 아울러 정전기적 전하의 발생을 방지함으로써 정전기적 전하에 의한 재오염, 회로나 소자의 손상 또는 주변 장비의 오동작 유발 등을 방지 한다.
본 발명의 일 실시예로서 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치는, 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치에 있어서, 웨이퍼가 척킹되며, 웨이퍼를 회전시키는 스핀 척과, 스핀 척 상의 웨이퍼를 향하여 수소환원수 및 초순수를 분사하는 분사 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예로서 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법은, 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법에 있어서, 웨이퍼를 척킹하여 회전시키는 단계와, 웨이퍼에 수소환원수를 1차적으로 분사하는 단계와, 웨이퍼에 초순수를 분사하여 파티클을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명은 세정을 위해 회전하는 웨이퍼에 수소환원수를 분사하여 발생된 정전기적 전하를 감소시킴과 아울러 정전기적 전하의 발생을 방지함으로써 정전기적 전하에 의한 재오염, 회로나 소자의 손상 또는 주변 장비의 오동작 유발 등을 방지하여 반도체 소자의 불량률을 줄이고, 수율을 향상시키는 효과를 가지고 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치(100)는 웨이퍼(W)가 척킹되는 스핀 척(110)과, 스핀 척(110) 상의 웨이퍼(W)를 향하여 수소환원수 및 초순수를 분사하는 분사 수단(120)을 포함한다.
스핀 척(110)은 상단에 웨이퍼(W)가 진공으로 척킹되고, 하부에 일체로 마련되는 회전축(111)을 중심으로 회전 가능하도록 설치되며, 모터의 회전력을 회전축(111)으로 전달하는 회전 구동 수단(미도시)에 의해 웨이퍼(W)와 함께 회전한다.
분사 수단(120)은 스핀 척(110)의 상측에 설치되며, 웨이퍼(W)를 향하도록 설치되는 분사 노즐(121)과, 분사 노즐(121)로 수소환원수를 공급하는 수소환원수 공급부(122)와, 분사 노즐(121)로 초순수를 공급하는 초순수 공급부(123)와, 분사 노즐(121)에 수소환원수와 초순수 중 어느 하나가 공급되도록 선택하는 선택 밸브(124)를 포함한다.
분사 노즐(121)은 선택 밸브(124)의 동작에 의해 공급 라인(125)을 통해서 수소환원수 공급부(122)와 초순수 공급부(123)로부터 선택적으로 공급되는 수소환원수 또는 초순수를 웨이퍼(W)를 향해서 분사한다.
수소환원수 공급부(122)는 공급하는 수소환원수가 0.1∼2.5 mg/ℓ의 용존 수소 농도를 가지는 물인 것이 바람직하다.
수소환원수 공급부(122)와 초순수 공급부(123)로부터 수소환원수와 초순수의 공급을 수동적으로 개폐시키기 위하여 공급 라인(125) 상에 개폐 밸브(126,127)가 각각 설치된다.
선택 밸브(124)는 솔레노이드밸브와 같은 제어 밸브가 사용될 수 있으며, 한 쌍으로 이루어져서 수소환원수와 초순수의 분사를 각각 개폐시킬 수 있으며, 바람직하게는 본 실시예에서처럼 단일의 3방향 밸브가 사용된다.
한편, 분사 노즐(121)로부터 수소환원수와 초순수의 분사 시간 및 분사 순서를 자동으로 제어하기 위하여 제어부(130)를 더 포함할 수 있다.
제어부(130)는 입력부(131)에 의해 사용자로부터 입력되어 설정된 수소환원수와 초순수의 분사 시간과 수소환원수와 초순수의 분사 순서에 따라 선택 밸브(124)를 제어함으로써 정해진 시간 및 순서에 따라 분사 노즐(121)로부터 수소환원수와 초순수가 분사되도록 한다.
제어부(130)는 입력부(131)에 의해 수소환원수와 초순수의 분사량 설정이 가능함으로써 입력부(131)에 설정된 분사량에 해당하도록 선택 밸브(124)의 개폐량을 제어할 수도 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치(100)의 동작 및 작용을 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법과 함께 상세히 설명하기로 하겠다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법을 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법은 웨이퍼를 척킹 및 회전시키는 단계(S10)와, 웨이퍼에 수소환원수를 1차적으로 분사하는 단계(S20)와, 웨이퍼에 초순수를 분사하는 단계(S30)를 포함한다.
웨이퍼를 척킹 및 회전시키는 단계(S10)는 스핀 척(110)의 상면에 웨이퍼(W)가 로딩되면, 스핀 척(110)으로 진공을 공급하여 웨이퍼(W)를 진공으로 척킹하고, 회전 구동 수단의 구동에 의해 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
웨이퍼에 수소환원수를 1차적으로 분사하는 단계(S20)는 선택 밸브(124)의 동작에 의해 수소환원수 공급부(122)로부터 수소환원수가 분사 노즐(121)로 공급되도록 함으로써 스핀 척(110) 상에 척킹되어 고속으로 회전하는 웨이퍼(W), 특히 중심부에 수소환원수를 분사하고, 이로 인해 회전하는 웨이퍼(W)에 발생된 정전기적 전하를 감소시킬 뿐만 아니라 웨이퍼(W)에 존재하는 파티클 등과 같은 이물질을 제거한다.
즉, 웨이퍼(W)에 세정액으로서 수소환원수, 즉 수소가스가 용해된 물을 분사함으로써 수소환원수에 포함된 수소이온이 정전기를 흡수하여 소멸시킴으로써 웨이퍼(W)에 정전기적 전하가 축적되는 것을 방지할 수 있으며, 나아가서, 파티클 등과 같은 이물질의 제거가 용이함과 아울러 이물질의 재부착을 방지할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)가 공정의 부산물로 인해 표면이 이온으로 차징(charging)된 상태인 경우 웨이퍼(W)의 고속 회전에 의해 중앙에 모이는 결과를 초래하게 되어 웨이퍼(W)의 중심부가 정전기에 의한 손상을 받게 되므로 이를 방지하기 위해서 수소환원수를 분사시 웨이퍼(W)의 중심부에 분사함이 바람직하다.
이 때, 수소환원수 공급부(122)로부터 공급되는 수소환원수는 0.1∼2.5 mg/ℓ의 용존 수소 농도를 가지는 물임이 바람직하다. 이와 같이, 물에 수소가 용해되면 알칼리성을 띄게 되고, 환원력이 증가하며, 웨이퍼(W)의 표면 전하를 파티클 등 의 이물질과 동일한 음의 상태로 만들어 정전기적 전하를 감소시킬 뿐만 아니라 정전기적 전하의 발생을 방지하도록 한다.
웨이퍼에 초순수를 분사하는 단계(S30)는 선택 밸브(124)의 동작에 의해 수소환원수 공급부(122)로부터 수소환원수의 공급을 중지시키고, 초순수 공급부(123)로부터 초순수가 분사 노즐(121)로 공급되도록 함으로써 초순수가 웨이퍼(W)에 분사되도록 하여 웨이퍼(W)로부터 파티클을 제거한다.
한편, 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법은 웨이퍼에 초순수를 분사하는 단계(S30) 이후에 웨이퍼에 수소환원수를 2차적으로 분사하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
웨이퍼에 수소환원수를 2차적으로 분사하는 단계(S40)는 선택 밸브(124)의 전환에 의해 초순수 공급부(123)로부터 초순수의 공급을 중지시킴과 아울러 수소환원수 공급부(122)로부터 수소환원수가 분사 노즐(121)로 공급되도록 함으로써 분사 노즐(121)을 통해서 수소환원수가 웨이퍼(W)에 분사되도록 한다. 따라서, 이전 단계(S30)에서 고속으로 회전하는 웨이퍼(W)에 초순수를 분사하게 됨으로써 발생된 순간적인 전위차를 포함하는 정전기적 전하를 수소환원수의 분사에 의해 감소시키며, 웨이퍼(W)로부터 파티클 등의 이물질에 의해 재차 오염되는 것을 차단한다.
이 때, 수소환원수 공급부(122)로부터 공급되는 수소환원수는 0.1∼2.5 mg/ℓ의 용존 수소 농도를 가지는 물임이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 세정을 위해 회전하는 웨이퍼에 수소환원수를 분사하여 발생된 정전기적 전하를 감소시킴과 아울러 정전기적 전하의 발생을 방지함으로써 정전기적 전하에 의한 재오염, 회로나 소자의 손상 또는 주변 장비의 오동작 유발 등을 방지하여 반도체 소자의 불량률을 줄이고, 수율을 향상시킨다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 스크러빙 세정 장치를 도시한 정면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치를 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법을 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 스핀 척 111 : 회전축
120 : 분사 수단 121 : 분사 노즐
122 : 수소환원수 공급부 123 : 초순수 공급부
124 : 선택 밸브 125 : 공급 라인
126,127 : 개폐 밸브 130 : 제어부
131 : 입력부

Claims (8)

  1. 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치에 있어서,
    웨이퍼가 척킹되며, 상기 웨이퍼를 회전시키는 스핀 척과,
    상기 스핀 척 상의 웨이퍼를 향하여 수소환원수 및 초순수를 분사하는 분사 수단
    을 포함하는 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사 수단은,
    상기 스핀 척의 상측에 설치되며, 상기 웨이퍼를 향하도록 설치되는 분사 노즐과,
    상기 분사 노즐로 수소환원수를 공급하는 수소환원수 공급부와,
    상기 분사 노즐로 초순수를 공급하는 초순수 공급부와,
    상기 분사 노즐에 수소환원수와 초순수 중 어느 하나가 공급되도록 선택하는 선택 밸브
    를 포함하는 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    사용자의 입력에 의해 설정된 시간 및 분사 순서에 따라 상기 분사 노즐로부터 수소환원수 및 초순수를 각각 분사하도록 상기 선택 밸브를 제어하는 제어부
    를 더 포함하는 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소환원수는,
    0.1∼2.5 mg/ℓ의 용존 수소 농도를 가지는 물인 것
    을 특징으로 하는 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 장치.
  5. 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법에 있어서,
    웨이퍼를 척킹하여 회전시키는 단계와,
    상기 웨이퍼에 수소환원수를 1차적으로 분사하는 단계와,
    상기 웨이퍼에 초순수를 분사하여 파티클을 제거하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수소환원수를 1차적으로 분사하는 단계는,
    수소환원수가 0.1∼2.5 mg/ℓ의 용존 수소 농도를 가지는 물인 것
    을 특징으로 하는 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 웨이퍼에 초순수를 분사하는 단계 이후에 상기 웨이퍼에 수소환원수를 2차적으로 분사하는 단계
    를 더 포함하는 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수소환원수를 2차적으로 분사하는 단계는,
    수소환원수가 0.1∼2.5 mg/ℓ의 용존 수소 농도를 가지는 물인 것
    을 특징으로 하는 반도체 소자를 제조하기 위한 세정 방법.
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KR102572215B1 (ko) 2022-12-29 2023-08-30 주식회사 씨에스티 반도체 제조 공정용 대전방지 비저항 수치 자동 컨트롤 시스템

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112235927A (zh) * 2020-09-26 2021-01-15 江苏亚电科技有限公司 一种晶圆去静电和清洗装置
KR102572215B1 (ko) 2022-12-29 2023-08-30 주식회사 씨에스티 반도체 제조 공정용 대전방지 비저항 수치 자동 컨트롤 시스템

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