KR20110082730A - 웨이퍼 세정장치 및 세정방법 - Google Patents

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KR20110082730A
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Abstract

알칼리 혼합용액이 순환하는 순환배관에 파티클, 유기물질과 더불어 금속오염물질을 여과할 수 있는 웨이퍼 세정모듈, 세정장치 및 세정방법이 제시된다. 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치는, 알칼리 혼합용액이 수용되고 웨이퍼의 파티클 및 유기오염물질을 제거하는 세정모듈, 상기 세정모듈의 전 또는 후에 배치되어 상기 웨이퍼를 린스하는 린스모듈, 및 세정이 완료된 상기 웨이퍼를 건조하는 건조모듈을 포함하고, 상기 세정모듈은, 양 단부가 세정조에 연결되어 상기 세정액이 이동하는 통로를 형성하는 순환배관, 상기 순환배관의 경로 상에 위치하여 상기 파티클 및 유기오염물을 여과시키는 파티클 필터, 및 상기 순환배관의 경로 상에 위치하여 상기 세정액 내 금속오염물질을 여과시키는 금속오염물질 필터를 포함한다. 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치 및 세정방법에 의하면, 순환배관을 통해 파티클, 유기오염물질과 더불어 금속오염물질을 동시에 제거할 수 있고, 금속오염물질 제거를 위해 별도의 세정액에 의한 세정을 생략할 수 있는 효과가 있다.

Description

웨이퍼 세정장치 및 세정방법 {Apparatus and Method for Cleaning Wafer}
본 발명은 웨이퍼 세정장치 및 세정방법에 관한 것으로, 구체적으로 알칼리 혼합용액이 순환하는 순환배관에 파티클, 유기물질과 더불어 금속오염물질을 여과할 수 있는 웨이퍼 세정장치 및 세정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 기판을 이용하여 증착, 식각 공정 등을 반복 수행함으로써 제조될 수 있다. 이러한 공정들을 거치는 동안 기판 상에는 각종 파티클, 금속 불순물, 유기 불순물 등과 같은 오염 물질이 잔존할 수 있다. 오염 물질은 반도체 소자의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에 반도체 제조 시에는 기판에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 공정이 수행된다.
상기 공정을 위한 기판 처리 방식은 크게 건식 처리 방식 및 습식 처리 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중에서 습식 처리 방식은 여러 가지 약액을 이용하는 방식으로서, 복수의 기판을 동시에 처리하는 배치식(batch type) 세정 장치와 낱장 단위로 기판을 처리하는 매엽식(single wafer type) 세정 장치로 구분된다.
배치식 세정 장치에서, 웨이퍼 표면의 금속 불순물의 제어는 초순수(DIW)가 들어 있는 세정조(bath) 내에 강산(HCl, HF 등)을 투입하여 금속 성분을 이온화하여 초순수 속에 용해시키는 방식을 사용하였다. 이 때, 금속 불순물의 포집률을 높이기 위해 킬레이트제(chelate agent)를 사용하는 경우도 있었다.
피세정체인 웨이퍼가 강산이 혼합된 세정액인 초순수 속에 침지되며, 초순수는 세정조 및 웨이퍼에서 발생하는 파티클 등을 제어하기 위해 순환배관, 펌프 등으로 구성된 순화 시스템을 통해 순환된다. 즉, 배치식 세정 장치에서는 생산성 및 약액 절감, 폐수 절감 등의 이유와 약액 교환 초기의 품질 악화 방지를 위해, 세정액을 수십 회씩 순환시켜 재사용하고 있다.
웨이퍼의 세정에는 SC-1(표준세정액 1; Standard Cleaning1)과 SC-2(표준세정액 2; Standard Cleaning2)를 사용하는 RCA 세정방법이 있으며, RCA 법의 기본은 과산화수소를 기초로 한 고 pH의 알칼리 혼합 용액과 저 pH의 산 혼합액에 의한 2단계 세정이다. SC-1에 의한 1단계 세정은 유기오염물 및 파티클(particle) 제거를 목적으로 한다. 하지만, SC-1 세정 용액에 의해 금속(metal) 재오염이 일어나므로, 이후 SC-2 세정용액을 함께 사용하여야 한다. H2O2-H2O-HCl의 혼합 용액인 SC-2에서 금속 불순물들은 H2O2의 산화 작용에 의해 착화되고 HCl과의 반응으로 용해하여 제거되는 과정을 거친다. 이 단계에서 SC-1 용액에서 NH4OH의 수산화물 형태로 용해할 수 없는 알칼리이온의 양이온(Al+3, Fe+3, Mg+2) 등이 제거된다.
그런데, SC-2 세정 용액은 저 pH의 산 혼합액으로 용액 내에서의 파티클은 (+)전하를 띠게 되고 (-)전하를 띠고 있는 실리콘 웨이퍼 표면과 척력이 작용하여 웨이퍼 표면으로의 파티클 재흡착이 일어난다. SC-2에서 재흡착되는 파티클은 65nm 이하의 미세 사이즈이므로 이후 최종 세정 공정을 거치면서 일부 제거가 가능하다. 그러나 절대적인 품질은 SC-2를 생략하였을 때보다 열위하며, 파티클 사이즈가 작을수록 유의차는 크다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 목적은 SC-1 순환라인에서 파티클, 유기오염물질과 더불어 금속오염물질을 동시에 제거할 수 있는 웨이퍼 세정모듈, 세정장치 및 세정방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 목적은 금속오염물질 제거를 위한 SC-2 세정조 및 이후 린스 세정조를 생략할 수 있는 웨이퍼 세정모듈, 세정장치 및 세정방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법은 세정액이 수용되고 웨이퍼가 침지되는 세정조를 이용하는 배치식 웨이퍼 세정방법에 관한 것이다. 상기 세정방법은 알칼리 혼합용액인 세정액을 순환배관으로 순환시키고, 상기 순환배관의 경로 상에 위치한 파티클 필터에 의해 상기 세정액 내의 파티클 및 유기오염물질을 여과하고, 금속오염물질 필터에 의해 상기 세정액 내의 금속오염물질을 여과하는 것을 특징으로 한다.상기 여과부는, 세정액 내의 파티클 또는 유기오염물을 여과하는 파티클 필터, 및 상기 세정액 내의 금속오염물질을 여과하는 금속오염물질 필터를 포함한다.
바람직하게, 상기 금속오염물질 필터는, 알칼리 이온 금속오염물질과 반응하는 알칼리금속제거용 고형체 및 상기 알칼리금속제거용 고형체와 반응한 알칼리 분자가 세정조로 공급되는 것을 여과하는 여과체를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 세정액은 과산화수소, 물, 암모니아수의 혼합용액일 수 있다.
상기 순환부는 양 단부가 상기 세정조에 연결되고 상기 세정액이 이동하는 통로를 형성하는 순환배관, 및 상기 순환배관의 경로 상에 위치하여 상기 세정액이 순환하는 동력을 공급하는 펌프를 포함하고, 상기 여과부는 상기 순환배관의 경로 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치는, 알칼리 혼합용액이 수용되고 상기 웨이퍼의 파티클 및 유기오염물질을 제거하는 세정모듈, 상기 세정모듈의 전후에 배치되어 상기 웨이퍼를 린스하는 린스모듈, 및 세정이 완료된 상기 웨이퍼를 건조하는 건조모듈을 포함하고, 상기 세정모듈은, 양 단부가 세정조에 연결되어 상기 세정액이 이동하는 통로를 형성하는 순환배관, 상기 순환배관의 경로 상에 위치하여 상기 파티클 및 유기오염물질을 여과하는 파티클 필터, 및 상기 순환배관의 경로 상에 위치하여 상기 세정액 내 금속오염물질을 여과시키는 금속오염물질 필터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치 및 세정방법에 의하면, 웨이퍼를 세정하는 알칼리 혼합용액(SC-1) 순환라인에서 파티클, 유기오염물질과 더불어 금속오염물질을 동시에 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치 및 세정방법에 의하면, 웨이퍼 표면의 금속오염물질을 제거하기 위한 SC-2 세정조 및 이후 린스 세정조를 생략할 수 있어, 공정의 간소화 및 제조 비용 감소 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치의 구성도이다;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정모듈의 구성도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치(10)의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정모듈(12)의 구성도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 세정장치(10)는 세정모듈(12), 린스모듈(11), 건조모듈(13)을 포함한다.
세정모듈(12)은 알칼리 혼합용액에 의해 웨이퍼의 파티클 및 유기오염물질을 제거한다.
구체적으로, 세정모듈(12)의 알칼리 혼합용액의 성분은 과산화수소-물-암모니아수(H2O2-H2O-NH4OH; SC-1)로서, 과산화수소의 강한 산화 작용과 암모니아수의 용해 작용에 의해 웨이퍼 표면의 유기오염물질 및 파티클이 제거된다. 또한, Au, Ag, Cu, Zn, Co, Cr 등의 Ib족, IIb족이나 그 외의 금속 불순물이 암모니아수와의 화합물 생성 반응에 의해 제거된다.
그러나, 상기 알칼리 혼합용액(SC-1)은 낮은 산화 환원력(Redox Potential)에 의해 미소 금속(Trace Metal)의 재오염이 일어난다.
상기 세정모듈(12)은 순환배관(123,124) 상에 위치한 파티클 필터(150)와 금속오염물질 필터(160)를 포함하여, 파티클, 금속오염물질, 유기오염물질들을 세정액으로부터 여과시킨다. 이에 대한 설명은 이후에 상술하도록 한다.
린스모듈(11)은 웨이퍼를 이온수나 초순수를 이용하여 린스하는 세정조를 포함하여 구성되며, 상기 세정모듈(12)의 전후에 배치될 수 있다. 린스모듈(11)에서 세정모듈(12)에서 사용된 세정액과 파티클이 제거될 수 있다.
건조모듈(13)은 세정이 완료된 웨이퍼를 건조하며, 상기 건조모듈(13)의 전에는 고온의 초순수를 이용한 고온 초순수 린스모듈(11a)이 더 구비될 수 있다.
세정모듈(12)이 복수 개로 구비되어, 상기 세정액에 의한 세정이 다수 회 반복 수행될 수 있다. 또한, 린스모듈(11) 역시 복수 개로 구비되어, 린스 단계가 다수 회 반복될 수 있다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 세정모듈(12)은 순환부 및 여과부를 포함한다.
상기 순화부는 양 단부가 세정조(121,122)와 연결되어 상기 세정조(121,122) 내의 세정액을 순환시킨다.
상기 세정조(121,122)는 내조(121), 중간조(122) 및 외조를 포함하여 구성된다. 상기 내조(121)에 세정을 위한 웨이퍼가 침지되고, 상기 중간조(122)는 상기 내조(121)의 외곽을 둘러싸고 있으며, 내조(121)에서 오버플로우(overflow)된 세정액이 담기게 되는 배스(bath)이다. 외조는 상기 내주(121)와 중간조(122)의 면적보다 넓은 면적을 가지고 그 아래에 배치되는 배스로서, 상기 중간조(122)에서 오버플로우된 세정액이 담기게 된다.
상기 외조의 하부에는 초음파 발생부(140)가 구비되며, 상기 초음파 발생부(140)는 상기 웨이퍼 주변의 세정액을 진동시켜, 상기 세정액에 의한 웨이퍼 세정력을 향상시킨다.
웨이퍼가 침지되는 내조(121)의 상부에는 세정액공급부(130)가 구비된다. 상기 세정액공급부(130)는 초순수공급라인(131)과 약액공급라인(132)를 포함한다. 상기 초순수공급라인(131)으로부터 공급된 초순수와 약액공급라인(132)에서 공급된 약액의 적절한 혼합에 의해 알칼리 혼합용액 세정액이 내조(121)로 공급된다.
상기 내조(121)와 중간조(122)의 하부 일측에는 순환배관(123,124)이 연결된다. 상기 순환배관(123,124)은 하나로 합쳐져서 일련의 경로를 거친 후 다시 내조(121)로 연장한다. 즉, 순환배관(123,124)의 양 단부는 세정조와 연결되고, 상기 세정액이 이동하는 통로를 형성한다.
순환배관(123,124)의 경로 상에는 펌프가 구비된다. 상기 펌프는 순환배관(123,124)을 통해 순환하는 세정액에 동력을 공급한다.
또한, 순환배관(123,124)의 경로상에는 세정액을 선택적으로 단속할 수 있는 밸브가 구비될 수 있다. 밸브에 의해 순환배관(123,124) 단면의 개방정도를 조절하여 세정액의 유량 조절이 가능하고, 배관 및 필터의 교체 등이 필요할 경우에는 밸브에 의해 순환배관(123,124)을 폐쇄하거나, 반대로 개방할 수 있다.
상기 여과부는 파티클 필터(150)와 금속오염물질 필터(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
파티클 필터(150)는 순환배관(123,124)의 경로 상에 위치하고 있으며, 파티클 및 유기오염물질을 여과한다. 상기 파티클 필터(150)는 제1 파티클 필터(151)와 제2 파티클 필터(152)를 구비할 수 있으며, 상기 제1 파티클 필터(151)와 제2 파티클 필터(152)는 순환경로(123,124) 상에서 병렬로 배치되어 파티클 및 유기오염물질의 여과효율을 높일 수 있도록 한다.
금속오염물질 필터(160)는 상기 파티클 필터(150)와 별개로 형성되거나 일체로 형성될 수도 있으며, 세정액 내 금속오염물질을 여과하는 필터로서, 순환배관(123,124)의 경로 상에 위치한다.
예를 들어, 상기 금속오염물질 필터(160)는 알칼리금속제거용 고형체와 여과체를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 알칼리금속제거용 고형체는 세정액 내의 알칼리 이온 금속오염물질과 반응하며 상기 여과체는 상기 알칼리금속제거용 고형체와 반응한 알칼리 분자가 상기 세정조로 공급되는 것을 여과한다.
예를 들어, 상기 알칼리금속제거용 고형체는 3차원 그물구조를 갖는 크립테이트(cryptate)구조(18-crown-6, dibenzo-18-crown-6,dicyclohexane-18-crown-6)일 수 있으며, 이 구조 가운데에 존재하는 빈 공간에 선택적으로 결합이 이루어지는 화학반응을 이용한다. 상기 여과체는 미세한 통공을 무수히 갖는 금속필터 또는 합성수지재 등일 수 있다.
본 실시예에서는 금속오염물질 필터(160)가 알칼리금속제거용 고형체와 여과체인 것을 예로 들어 설명하였지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 세정액 내 금속오염물질은 양전하를 가지는 Al+3, Fe+3, Mg+2와 같은 알칼리 이온의 양이온이므로, 전기장을 형성하여 상기 금속오염물질을 여과하는 전기장을 이용한 필터로 구성될 수도 있다. 또는 상기 금속오염물질 필터(160)는 이온 교환 필터(ion exchange filter)로 구성될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 웨이퍼 세정모듈(12)에서의 세정액 순환 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.
세정액공급부(130)에서 과산화수소-물-암모니아수(H2O2-H2O-NH4OH) 혼합용액인 세정액을 내조(121)로 공급한다. 상기 내조(121)에 웨이퍼를 침지시켜 웨이퍼 표면의 파티클 및 유기오염물질을 제거한다. 이 때, 세정액 내에는 파티클과 유기오염물질뿐만 아니라, 미세금속 재오염 등에 의한 금속오염물질이 존재한다.
내조(121) 또는 중간조(122)로부터 순환배관(123,124)을 통해 세정액이 순환하게 되며, 펌프에 의해 세정액은 순환 경로를 거쳐 다시 내조(121)로 재공급된다.
이 때, 세정액은 파티클 필터(150)를 거치면서 세정액 내의 파티클과 유기오염물질이 여과된다. 이어서, 금속오염물질 필터(160)를 거치면서 금속오염물질의 흡착/여과가 이루어진다. 따라서, 상기 금속오염물질 필터(160)를 거친 세정액 내에는 파티클과 유기오염물질뿐만 아니라 금속오염물질까지 제거되어, 청정한 상태를 유지한 채로 내조(121)로 재공급될 수 있다.
SC-1 이후 린스모듈에서의 금속 오염은 세정장치(10)의 초순수 공급부에 이온 교환 필터(ion exchange filter)를 설치하여, 상기 금속오염물질이 제거된 초순수를 공급하여 금속오염물질에 의한 추가 오염을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치(10)에 의하면, 알칼리 혼합용액(SC-1)의 순환배관(123,124)을 통과하면서 세정액 내에 존재하는 파티클, 유기오염물질과 더불어 금속오염물질까지 흡착/여과에 의해 제거할 수 있다. 즉, SC-1 용액 내에 존재하던 금속오염물질, SC-1의 화학반응에 의해 생성되는 금속오염물질이 안정적으로 제거될 수 있다. 기존의 SC-2 용액의 주 목적은 SC-1 처리시 제거되지 않고 수산화물 형태로 남아 있는 알칼리 이온의 금속불순물을 제거함에 있었으나, 파티클 측면에서 취약점이 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치(10)에 의하면, SC-1 처리 시 금속오염물질까지 제거가 가능하므로 SC-2 공정을 생략할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 웨이퍼 세정장치 11 : 린스모듈
12 : 세정모듈 13 : 건조모듈
130 : 세정액공급부 140 : 초음파 발생부
150 : 파티클 필터 160 : 금속오염물질 필터

Claims (5)

  1. 세정액이 수용되고 웨이퍼가 침지되는 세정조를 이용하는 배치식 웨이퍼 세정 방법에 있어서,
    알칼리 혼합용액인 세정액을 순환배관으로 순환시키고, 상기 순환배관의 경로 상에 위치한 파티클 필터에 의해 상기 세정액 내의 파티클 및 유기오염물을 여과하고, 금속오염물질 필터에 의해 상기 세정액 내의 금속오염물질을 여과하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 여과부는,
    세정액 내의 파티클 또는 유기오염물질을 여과하는 파티클 필터; 및
    상기 세정액 내의 금속오염물질을 여과하는 금속오염물질 필터;
    를 포함하는 웨이퍼 세정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속오염물질 필터는, 알칼리 이온 금속오염물질과 반응하는 알칼리금속제거용 고형체 및 상기 알칼리금속제거용 고형체와 반응한 알칼리분자가 상기 세정조로 공급되는 것을 여과하는 여과체를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세정액은 과산화수소(H2O2), 물(H2O), 암모니아수(NH4OH)의 혼합용액인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  5. 배치식 웨이퍼 세정장치에 있어서,
    알칼리 혼합용액이 수용되고, 상기 웨이퍼의 파티클 및 유기오염물질을 제거하는 세정모듈;
    상기 세정모듈의 전 또는 후에 배치되어, 상기 웨이퍼를 린스하는 린스모듈; 및
    세정이 완료된 상기 웨이퍼를 건조하는 건조모듈;
    을 포함하고,
    상기 세정모듈은,
    양 단부가 세정조에 연결되어, 상기 세정액이 이동하는 통로를 형성하는 순환배관;
    상기 순환배관의 경로 상에 위치하여, 상기 파티클 및 유기오염물질을 여과시키는 파티클 필터; 및
    상기 순환배관의 경로 상에 위치하여, 상기 세정액 내 금속오염물질을 여과시키는 금속오염물질 필터;
    를 포함하는 웨이퍼 세정장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101393385B1 (ko) * 2013-01-29 2014-05-27 주식회사 케이씨텍 화학 기계적 연마 공정에 사용된 캐리어 헤드의 세정 장치
CN110132803A (zh) * 2019-05-17 2019-08-16 洛阳大工检测技术有限公司 零配件清洁度检测方法及零配件清洁度检测系统
KR20190101097A (ko) * 2018-02-22 2019-08-30 주식회사 케이씨텍 마스크 처리 장치 및 마스크 처리 방법

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