KR20100052831A - 반도체 웨이퍼용 래핑 후 세정 방법 및 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼용 래핑 후 세정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

래핑 후 랩 세정의 효율을 개선하거나 랩 세정 공정 자체를 제거할 수 있는 래핑 후 간이 세정 방법 그리고 래핑과 랩 세정 사이의 수동 공정을 자동화할 수 있는 세정 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 세정 방법에서는, 탈이온수를 포함하는 세정액이 담긴 세정조 내에서 상기 웨이퍼를 1차 세정한 후, 롤 브러쉬 및 이류체 노즐에 의해 상기 웨이퍼를 2차 세정하고 나서, 상기 웨이퍼를 건조한다. 본 발명에 따르면, 건조까지 완료된 상태로 웨이퍼가 이동하기 때문에 작업 환경이 개선되고 물류 자동화가 가능해지고 이에 따라 작업자의 부작업율이 개선된다. 또한, 랩 세정 전에 간이 세정을 통해 랩 세정 이후의 얼룩으로 인한 웨이퍼의 불량률을 감소시킬 수 있고 랩 세정 공정을 간소화할 수 있거나 더 나아가 랩 세정 공정 자체를 제거하여 랩 세정 설비의 신규 투자비 절감 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼용 래핑 후 세정 방법 및 장치 {Post-lapping cleaning process and apparatus for semiconductor wafer}
본 발명은 반도체 웨이퍼 세정에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 래핑된 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 유기 잔여물, 금속 불순물 및 다른 미립자 오염물의 세정을 위한 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 반도체 웨이퍼 제조 프로세스의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 집적 회로의 제조시에 사용되는 반도체 웨이퍼는 단결정 실리콘 잉곳(ingot)으로부터 얇은 웨이퍼를 슬라이싱(slicing)함으로써 생성된다(단계 S1). 슬라이싱에서는 와이어의 쏘 마크(saw mark) 등의 결함층이 웨이퍼 표면에 존재하게 되는데, 이 결함층을 제거하기 위한 방법으로 래핑 프로세스를 실시하고 있다(단계 S2).
래핑은 상정반과 하정반 사이에 웨이퍼와 캐리어를 로딩하여 연마제와 분산제가 혼합된 랩 슬러리를 공급하면서 일정한 압력으로 가압 회전시켜 웨이퍼 표면을 연마하는 것이다. 이러한 래핑을 거쳐 웨이퍼는 다소 균일한 두께를 가지게 된다.
이후, 웨이퍼는 에칭되어 손상을 제거하며 평활(smooth) 표면을 생성한다(단계 S4). 통상적인 반도체 웨이퍼 제조 프로세스의 최종 단계는 웨이퍼의 적어도 한 표면 상에 양호하게 반사하며 손상없는 표면을 생성하기 위한 연마(polishing) 단계이다(단계 S5). 이 연마된 표면 상에서 집적 회로 제조가 실행된다.
웨이퍼 래핑 후에는 슬러리, 웨이퍼 물질, 정반 재질 등이 웨이퍼 표면에 잔재하게 되므로 래핑 단계(S2) 및 에칭 단계(S4) 사이에서 웨이퍼를 세정하여 금속 오염물, 다른 형태의 미립자 불순물은 물론, 래핑 그릿(grit)(예컨대, 알루미늄) 및 유기 잔여물 같은 물질을 제거하여야 한다(이른바 랩 세정, 단계 S3).
랩 세정 프로세스가 효과적이지 않으면, 웨이퍼의 표면이 얼룩(stain)으로 오염되어 오염물 중 일부는 웨이퍼의 연마되지 않은 면에서 연마된 면으로와 같이, 웨이퍼의 한 면에서 다른 한 면으로 전달될 수 있다. 집적 회로가 이렇게 오염된 웨이퍼 표면 상에 제조된다면, 이들 회로의 품질 및 성능은 상당히 감소된다. 따라서 세정 과정이 매우 중요하다.
랩 세정은 일반적으로 계면활성제를 포함하는 또는 포함하지 않은 부식액을 사용하여 초음파 탱크에서 실행되어, 오물을 웨팅(wetting)하여 분산시킨다. 종래에는 래핑 프로세스 종료 후 작업자가 카세트에 담긴 웨이퍼를 싱크대로 옮겨 웨이퍼 표면으로부터 슬러지를 간단히 제거하고 도 2에 도시한 바와 같이 웨트(wet) 상태로 간이 수조에 담아 도 3에 도시한 랩 워셔(lap washer)로 이동시켜 웨트 상태로 로딩하여 랩 세정을 실시하고 있다.
그런데 이렇게 웨트 상태의 카세트를 이동시킴에 따라 작업장 바닥에 이물이 떨어지는 등 공정 환경이 악화되는 문제가 있으며 작업자의 수동 세정으로 인한 추가적인 부작업율이 증가된다. 또한, 랩 세정 이후 불완전한 세정에 의한 얼룩이 발생할 수 있는 원인을 제공하게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 래핑 후 랩 세정의 효율을 개선하거나 랩 세정 공정 자체를 제거할 수 있는 래핑 후 간이 세정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 래핑과 랩 세정 사이의 수동 공정을 자동화할 수 있는 세정 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 세정 방법은, 반도체 웨이퍼가 래핑된 후, 상기 웨이퍼의 표면으로부터 오염물을 세정하기 위한 방법으로서, 탈이온수를 포함하는 세정액이 담긴 세정조 내에서 상기 웨이퍼를 1차 세정하는 단계; 롤 브러쉬 및 이류체 노즐에 의해 상기 웨이퍼를 2차 세정하는 단계; 및 상기 웨이퍼를 건조하는 단계를 포함한다.
이 때, 이송수단을 더 이용함으로써 상기 1차 세정, 2차 세정 및 건조까지 자동화 진행함이 바람직하다. 필요한 경우 상기 세정액은 계면활성제를 더 포함하며 상기 세정조에 초음파 에너지를 부가하도록 한다. 상기 2차 세정 및 건조는 상기 웨이퍼의 상, 하에서 진행할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 세정 장치는, 반도체 웨 이퍼가 래핑된 후, 상기 웨이퍼의 표면으로부터 오염물을 세정하기 위한 장치로서, 탈이온수를 포함하는 세정액이 담긴 세정조; 상기 세정조에서 세정된 웨이퍼를 이송수단으로 밀어 올리는 푸셔(pusher); 및 상기 이송수단에 의하여 상기 웨이퍼가 연속적으로 진행되면서 연속적인 처리가 가능하도록 구성되며 상기 웨이퍼의 이송 방향을 따라 연속적으로 배열된 롤 브러쉬, 이류체 노즐 및 에어 나이프를 포함한다.
상기 롤 브러쉬, 이류체 노즐 및 에어 나이프 중 적어도 어느 하나는 상기 웨이퍼의 상, 하에 배열될 수 있으며, 상기 이송수단은 롤러 방식 또는 에어 베어링 방식일 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼의 가공 공정 중 래핑과 랩 세정 사이에 장치 및 공정이 추가된다. 래핑 이후의 수동 세정 방식을 탈피하여 신규의 세정 장치를 이용한 웨이퍼의 자동 세정방식을 적용하게 되면, 건조까지 완료된 드라이(dry) 상태로 웨이퍼가 이동하기 때문에 작업 환경이 개선되고 물류 자동화가 가능해진다. 자동화에 따라 작업자의 부작업율이 개선된다.
또한, 랩 세정 전에 간이 세정을 통해 랩 세정 이후의 얼룩으로 인한 웨이퍼의 불량률을 감소시킬 수 있고 랩 세정 공정을 간소화할 수 있거나 더 나아가 랩 세정 공정 자체를 제거하여 랩 세정 설비의 신규 투자비 절감 효과가 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 4는 본 발명에 따른 간이 세정 방법을 이용한 웨이퍼 제조 방법의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 슬라이싱(단계 S1), 래핑(단계 S2), 랩 세정(단계 S3), 에칭(단계 S4) 및 연마(단계 S5)는 기존의 방법과 거의 유사하지만, 래핑 단계(S2)와 랩 세정 단계(S3) 사이에 간이 세정 단계(S2')가 추가됨에 특징이 있다. 또한, 간이 세정 단계(S2') 추가에 따라 이후의 랩 세정 단계(S3)는 종래에 비하여 간소화되거나 아예 생략이 될 수도 있다.
간이 세정 단계(S2')는 도 5와 같은 순서도에 따라 진행될 수 있으며, 바람직하게는 본 발명에서 제안하는 세정 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 도 6은 본 발명에 따른 세정 장치의 개략도이다.
도 6에 도시한 본 발명에 따른 세정 장치(100)는 래핑 단계(S2)가 진행되는 래핑 설비와 랩 세정 단계(S3)가 진행되는 랩 워셔 사이에 배치되는 것으로, 간이 세정 장치라고 불릴 수 있다.
도 5 및 도 6을 함께 참조하여 본 발명에 따른 세정 방법 및 세정 장치를 함께 설명하면, 세정 장치(100)는 랩 슬러리, 웨이퍼 물질 및 정반 재질 등이 표면에 존재하는 래핑이 완료된 웨이퍼를 로딩하여 탈이온수와 같은 세정액이 담긴 세정 조(110) 내에서 일정 시간 1차 세정된다(단계 t1). 이 때, 래핑 직후 웨이퍼 표면의 랩 슬러리를 신속히 제거하기 위하여 세정액에 계면활성제를 더 포함시킬 수 있으며, 40 kHz 정도의 초음파 에너지를 부가해 웨이퍼 표면에 부착된 입자를 진동으로 떨어뜨리거나 세정액의 기포 현상을 일으켜 세정 효율을 극대화할 수도 있다. 세정액의 온도 범위와 세정조(110) 내의 웨이퍼 체류 시간은 적절히 조정할 수 있으며, 세정조(110) 연속적으로 필터링되어 재순환되도록 구성할 수 있다. 이 특징은 세정액으로부터 불순물을 제거하는 것을 원조하여 불순물이 웨이퍼 표면 상에 재적층되는 것을 방지하는 것을 돕는다.
이후 푸셔(120, pusher)에 의해 밀려진 웨이퍼가 한 장씩 이송수단(130), 예컨대 롤러(roller)에 의해 화살표 방향으로 이동되면서 1차 세정 이후에도 남아 있는 슬러지를 제거하기 위해 롤 브러쉬(140) 및 이류체 노즐(150)에 의해 2차 세정된다(단계 t2). 이송수단(130)은 롤러 방식 이외에도 비접촉 방식인 에어 베어링 방식의 구동부를 가진 것을 이용할 수 있다.
이류체 노즐(150)은 기·액의 두 가지 유체, 예컨대 탈이온수 및 N2를 함께 공급하여 웨이퍼를 세정하는 것으로, 기체에 액체를 혼합하여 액체를 미스트(mist)화하여 분사하므로 보다 더 미세한 이물에 직접 충격을 줄 수 있어 세정 효율이 높아진다. 롤 브러쉬(140) 및 이류체 노즐(150)의 개수는 적절히 조절할 수 있는데, 예컨대 롤 브러쉬(140)는 웨이퍼 상, 하에 2열로 배열하고 이류체 노즐(150)은 웨이퍼 상, 하에 3열로 배열할 수 있다(도시한 것은 웨이퍼 상에 1열씩 배열한 경우 임). 이와 같은 구조에서 상부의 롤 브러쉬와 하부의 롤 브러쉬는 이송되는 웨이퍼의 이송 방향에 대해 수직인 방향으로 선 접촉되며, 그 접촉부분에서 상대적으로 크기가 큰 파티클을 제거하게 된다. 그리고, 상부의 롤 브러쉬와 하부의 롤 브러쉬는 그 회전방향이 반대가 되게 할 수 있다.
2차 세정을 마친 웨이퍼는 이송수단(130)에 의해 밀려져 에어 나이프(160, air knife)에 의하여 건조되며(단계 t3), 건조된 웨이퍼는 로봇(미도시)에 의해 카세트(미도시)에 적재되어 다음의 랩 워셔로 이동하게 된다. 에어 나이프(160)는 통상의 것으로, 비록 도면으로 도시하지는 않았으나 본체의 일측에 형성되어 에어가 흡입되는 흡입구와, 상기 흡입구를 통한 에어를 배출하는 배출구 및 상기 배출구의 크기를 조절하기 위한 슬릿조정부 등을 포함하여 이루어지며, 롤 브러쉬(140) 및 이류체 노즐(150)과 마찬가지로 웨이퍼 기준으로 상, 하 대칭으로 구성될 수 있다. 롤 브러쉬(140), 이류체 노즐(150) 및 에어 나이프(160)를 이렇게 상, 하 대칭으로 구성하면, 2차 세정 및 건조가 웨이퍼의 상, 하에서 동시 진행된다.
이처럼 세정 장치(100)는 이송수단(130)에 의하여 웨이퍼가 연속적으로 진행되면서 연속적인 처리가 가능하도록 구성되며, 세정조(110), 롤 브러쉬(140), 이류체 노즐(150) 및 에어 나이프(160)가 웨이퍼의 이송 방향을 따라 연속적으로 배열된 구조를 취한다.
이와 같이 래핑과 랩 세정 사이의 기존 수동 공정이 본 발명에 의할 경우 자동화 공정으로 진행됨에 따라 작업자 부작업율이 30% 이상 개선되는 효과를 얻을 수 있다. 특히 웨이퍼가 건조된 드라이 방식으로 카세트 이동함에 따라 공정 환경 이 개선되며, 물류 자동화가 가능해지고 그에 따른 물류 비용의 절감이 기대된다. 또한, 간이 세정 추가를 통해 스테인 불량 발생을 감소시킬 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 간이 세정의 효과가 좋은 경우에는 랩 세정 공정을 간소화할 수 있어 랩 워셔가 간소화될 수 있으며 가장 좋은 경우에는 랩 워셔 및 랩 세정 공정 자체를 제거할 수 있기 때문에 랩 워셔의 신규 투자비가 감소될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
도 1은 종래 웨이퍼 제조 프로세스의 순서도이다.
도 2는 종래 래핑과 랩 세정 단계 사이의 웨이퍼 처리 상태를 보여주는 사진이다.
도 3은 종래 랩 워셔(lap washer)의 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 간이 세정 방법을 이용한 웨이퍼 제조 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 간이 세정의 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 세정 장치의 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...세정 장치 110...세정조
120...푸셔 130...이송수단
140...롤 브러쉬 150...이류체 노즐
160...에어 나이프

Claims (7)

  1. 반도체 웨이퍼가 래핑된 후, 상기 웨이퍼의 표면으로부터 오염물을 세정하기 위한 방법으로서,
    탈이온수를 포함하는 세정액이 담긴 세정조 내에서 상기 웨이퍼를 1차 세정하는 단계;
    롤 브러쉬 및 이류체 노즐에 의해 상기 웨이퍼를 2차 세정하는 단계; 및
    상기 웨이퍼를 건조하는 단계를 포함하는 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 이송수단을 더 이용함으로써 상기 1차 세정, 2차 세정 및 건조까지 자동화 진행하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 세정액은 계면활성제를 더 포함하며 상기 세정조에 초음파 에너지를 부가하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 2차 세정 및 건조는 상기 웨이퍼의 상, 하에서 진행하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  5. 반도체 웨이퍼가 래핑된 후, 상기 웨이퍼의 표면으로부터 오염물을 세정하기 위한 장치로서,
    탈이온수를 포함하는 세정액이 담긴 세정조;
    상기 세정조에서 세정된 웨이퍼를 이송수단으로 밀어 올리는 푸셔(pusher); 및
    상기 이송수단에 의하여 상기 웨이퍼가 연속적으로 진행되면서 연속적인 처리가 가능하도록 구성되며 상기 웨이퍼의 이송 방향을 따라 연속적으로 배열된 롤 브러쉬, 이류체 노즐 및 에어 나이프를 포함하는 세정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 롤 브러쉬, 이류체 노즐 및 에어 나이프 중 적어도 어느 하나는 상기 웨이퍼의 상, 하에 배열되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 이송수단은 롤러 방식 또는 에어 베어링 방식인 것을 특징으로 하는 세정 장치.
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