KR20180004505A - 반도체 세정장치 및 이에 적용된 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세정조와 순환유로에 잔류하는 금속 오염을 손쉽게 제거할 수 있는 반도체 세정장치 및 이에 적용된 세정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체 세정장치 및 이에 적용된 세정 방법은 세정조와 순환유로를 따라 별도의 청소액을 순환시킨 다음, 별도의 배관을 통하여 청소액을 배수시킴으로써, 청소액에 의해 세정조와 순환유로 내벽에 형성된 산화막 및 그 내부에 누적된 금속 오염을 완전히 제거할 수 있다.
따라서, 웨이퍼의 세정력을 높일 수 있어 웨이퍼의 품질을 안정화시킬 수 있고, 세정조와 순환유로에 누적된 금속 오염을 자동으로 배출시킬 수 있어 작업자의 편의를 도모할 수 있는 이점이 있다.

Description

반도체 세정장치 및 이에 적용된 세정 방법{Semiconductor cleaning device and cleaning method by it}
본 발명은 세정조와 순환유로에 잔류하는 금속 오염을 손쉽게 제거할 수 있는 반도체 세정장치 및 이에 적용된 세정 방법에 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) 반도체 세정장치와 낱장 단위로 기판을 처리하는 매엽식(single wafer type) 반도체 세정장치로 구분된다.
보통, 배치식 반도체 세정장치는 SC1, SC2 와 같은 세정액을 이용하여 웨이퍼를 세정하게 되는데, SC2 를 이용한 세정 공정은 웨이퍼 표면에 잔류하는 금속 불순물을 제어하기 위하여, 웨이퍼들과 초순수(DIW)가 들어 있는 세정조(bath) 내에 강산(HCl, HF 등)을 투입하고, 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 이온화하여 초순수 속에 용해시키는 방식을 사용하고 있다.
상세하게, 웨이퍼가 강산이 혼합된 세정액인 초순수 속에 침지되며, 초순수는 세정조 및 웨이퍼에서 발생하는 파티클 등을 제어하기 위해 순환배관, 펌프, 필터 등으로 구성된 순환 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.
하지만, 배치식 반도체 세정장치는 웨이퍼 최종 세정 공정 중 HF 와 같은 강산 용액으로 에칭하지 않고, 순수(DIW)와 과산화수소(H2O2)와 암모니아수(NH4OH)로 이루어진 알칼리 계열의 SC1 용액으로만 세정하고 있다.
그런데, SC1 용액이 세정조와 순환유로를 따라 순환되면, 세정조와 순환유로 내벽에 SC1 용액의 과산화수소(H2O2)에 의해 산화막이 생성되는데, 웨이퍼의 표면에서 떨어져나온 Ni, Cu 와 같은 금속은 산화막 표면에 증착되는 반면, Al, Na 와 같은 금속은 산화막 내부에 누적될 수 있다.
이때, SC1 용액의 암모니아수(NH4OH)에 의해 산화막 표면에 증착된 Ni, Cu 와 같은 금속은 손쉽게 제거될 수 있지만, 산화막 내부에 누적된 Al, Na 과 같은 금속은 산화막을 완전히 제거하지 않는 이상 깨끗하게 제거되기 어렵다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 반도체 세정장치의 세정조 및 순환유로 일부가 도시된 도면이다.
상기와 같이, SC1 용액이 세정조(1) 내부에 웨이퍼를 세정하고, 순환유로를 따라 순환한 다음, 세정조(1)로 다시 공급되는 과정을 거친다.
도 1a 에 도시된 바와 같이 세정조(1) 내벽에 산화막(1a)이 생성 및 제거되는 과정을 반복하지만, 도 1b 에 도시된 바와 같이 순환유로 중 직교하는 방향의 두 개의 유로(2,3)를 피팅부(fitting : 4)에 의해 연결하는 부분에서 산화막이 생성되더라도 손쉽게 제거되지 않으며, 산화막에 누적된 금속 오염을 제거하는 효율도 떨어지게 된다.
따라서, 세정 공정이 반복될수록 세정조와 순환유로에 금속 오염이 잔류하기 쉽고, 이로 인하여 웨이퍼의 세정력이 저하되어 웨이퍼 품질을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 세정 공정을 여러 차례 반복하면, 금속 오염이 누적된 피팅부를 교체하거나, 작업자가 별도로 순환유로를 분해하여 금속 오염된 부분을 확인한 다음, 알콜이나 암모니아를 이용하여 수동으로 제거하고 있는 실정이다.
따라서, 세정 공정이 반복되더라도 세정조와 순환유로에 잔류하는 금속 오염을 손쉽게 제거하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 세정조와 순환유로에 잔류하는 금속 오염을 손쉽게 제거할 수 있는 반도체 세정장치 및 이에 적용된 세정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 웨이퍼를 세정하기 위한 세정액을 공급하는 세정액 공급관; 상기 세정액 공급관에서 공급된 세정액에 의해 웨이퍼의 세정이 이루어지는 세정조; 상기 세정조에서 오버 플로우되는 세정액이 담기는 외조; 상기 외조에 담긴 세정액을 걸러서 상기 세정조로 순환시키는 순환유로; 상기 세정조 하측에 구비되고, 세정액을 배수시키는 세정액 배수관; 상기 세정액에 의해 상기 세정조와 순환유로에 형성된 산화막을 제거하기 위한 청소액을 상기 세정조 또는 외조로 공급하는 청소액 공급관; 상기 세정액 배수관에서 분지되고, 청소액을 배수시키는 청소액 배수관; 및 상기 세정액 배수관과 청소액 배수관 사이에 구비되고, 유로를 전환하는 밸브;를 포함하는 반도체 세정장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 세정액이 웨이퍼가 담긴 세정조에 공급되고, 세정조에 담긴 세정액이 순환유로를 통하여 걸러져 세정조로 재순환되는 제1단계; 상기 제1단계에서 사용된 세정액이 세정조로부터 세정액 배수관을 따라 배수되는 제2단계; 상기 제2단계에서 세정액이 배수되면, 청소액이 세정조와 순환유로를 따라 순환되는 제3단계; 및 상기 제3단계에서 사용된 청소액이 세정조로부터 청소액 배수관을 따라 배수되는 제4단계;를 포함하는 반도체 세정장치의 세정 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 세정장치 및 이에 적용된 세정 방법은 세정조와 순환유로를 따라 별도의 청소액을 순환시킨 다음, 별도의 배관을 통하여 청소액을 배수시킴으로써, 청소액에 의해 세정조와 순환유로 내벽에 형성된 산화막 및 그 내부에 누적된 금속 오염을 완전히 제거할 수 있다.
따라서, 웨이퍼의 세정력을 높일 수 있어 웨이퍼의 품질을 안정화시킬 수 있고, 세정조와 순환유로에 누적된 금속 오염을 자동으로 배출시킬 수 있어 작업자의 편의를 도모할 수 있는 이점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 반도체 세정장치의 세정조 및 순환유로 일부가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 세정장치가 개략적으로 도시된 도면.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 세정장치의 배수구조가 개략적으로 도시된 도면.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 세정장치의 세정 방법에 도시된 순서도.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 세정장치가 개략적으로 도시된 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 반도체 세정장치의 배수구조가 개략적으로 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 반도체 세정장치는 세정조(10)와, 상기 세정조(10) 외측에 구비된 외조(20)와, 상기 세정조(10)와 외조(20) 사이에 세정액 또는 청소액을 순환시키는 순환유로(30)와, 상기 세정조(10) 상측에 세정액과 청소액을 별도로 공급하는 공급관들(40,50)과, 상기 세정조(10) 하측에 세정액과 청소액을 별도로 배수시키는 배수관들(60,70)로 구성된다.
상기 세정조(10)는 세정액 또는 청소액이 담길 수 있는 소정의 공간을 제공하며, 상면이 개방됨에 따라 세정액 또는 청소액이 오버 플로우(over flow)될 수 있다. 물론, 상기 세정조(10) 내부에 복수개의 웨이퍼가 안착된 카세트(cassette)가 수용될 수 있으며, 세정액에 의해 세정 공정이 이뤄진다.
상기 외조(20)는 상기 세정조(10) 외둘레를 감싸도록 설치되고, 마찬가지로 상면이 개방된 형태로 상기 세정조(10)에서 오버 플로우되는 세정액 또는 청소액이 담길 수 있다.
상기 순환유로(30)는 상기 외조(20)의 하부에 세정액 또는 청소액을 상기 세정조(10) 내측으로 공급하도록 설치되는데, 상기 순환유로(30) 상에는 유동 방향을 기준으로 펌프(pump : 31)와 댐퍼(damper : 32)와 필터(filte : 33) 및 승온관(34)이 차례대로 구비될 수 있다.
따라서, 상기 펌프(31)가 작동하면, 상기 외조(20)의 하부로부터 상기 세정조(10) 내측으로 세정액 또는 청소액이 반복적으로 순환되고, 세정액 또는 청소액에 잔류하는 금속 오염이 상기 필터(33)에 의해 걸러질 수 있다. 물론, 세정액 또는 청소액이 상기 댐퍼(32)에 의해 상기 펌프(31)와 필터(33) 사이에 역류되는 것을 방지한다.
또한, 웨이퍼의 세정 공정 중 상기 승온관(34)에 의해 세정액의 온도를 50℃ 정도로 가열하면, 웨이퍼의 세정력을 보다 높일 수 있다.
상기 공급관들(40,50)은 세정액을 공급하는 세정액 공급관(40)과, 청소액을 공급하는 청소액 공급관(50)으로 나눠지는데, 상기 세정액 공급관(40)과 청소액 공급관(50)은 상기 세정조(10) 상측 또는 상기 외조(20) 상측 어디에 구비되더라도 무방하다.
실시예에서, 상기 세정액 공급관(40)은 순수(DIW)와 과산화수소(H2O2)와 암모니아수(NH4OH)로 이루어진 알칼리 계열의 세정액인 SC1을 공급하도록 구성되는데, 순수(DIW)와 과산화수소(H2O2)와 암모니아수(NH4OH)를 각각 공급하도록 세 개의 공급관으로 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
실시예에서, 상기 청소액 공급관(50)은 순수(DIW)와 불산(HF)으로 이루어진 강산 계열의 청소액을 공급하도록 구성되는데, 마찬가지로 순수(DIW)와 불산(HF)을 각각 공급하도록 두 개의 공급관으로 구성될 수 있고, 기존의 세정액 공급관 중 순수를 공급하는 공급관을 같이 사용할 수 있으며, 한정되지 아니한다.
바람직하게는, 상기 청소액 공급관(50)은 산화막 및 이에 누적된 금속 오염을 효과적으로 제거하기 위하여 순수(DIW)와 불산(HF)의 비율이 1:50 ~ 200으로 한정되는 청소액을 공급하도록 구성되며, 알칼리성 계열의 세정액에 의해 세정조 및 순환유로에 형성된 산화막 및 그 내부에 누적된 금속 오염을 강산 계열의 청소액에 의해 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 배수관들(60,70)은, 강산 계열의 세정액과 알칼리 계열의 청소액을 별도로 배수 처리해야되는 관계로, 강산 계열의 세정액을 배수시키는 세정액 배수관(60)과, 알칼리 계역의 청소액을 배수시키는 청소액 배수관(70)으로 나눠지도록 구성된다.
실시예에서, 상기 세정액 배수관(60)이 상기 세척조(10) 하측에 직접 연결된 구조로서, 상기 청소액 배수관(70)이 상기 세정액 배수관(60) 일측에서 분지된 형태로 구성되고, 상기 세정액 배수관(60)과 청소액 배수관(70)의 분지된 부분에는 유로를 전환하는 밸브(80)가 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 세정장치의 세정 방법에 도시된 순서도이다.
본 발명에 따른 반도체 세정장치의 세정 방법은 도 4에 도시된 바와 같이 세정액이 공급 및 순환되고, 세정조 내부에 수용된 웨이퍼가 세정된다.(S1,S2 참조)
상세하게, 순수(DIW)와 과산화수소(H2O2)와 암모니아수(NH4OH)로 이루어진 알칼리 계열의 세정액이 세정조에 공급되면, 세정액에 의해 세정조에 수용된 웨이퍼가 세정되고, 웨이퍼의 표면으로부터 떨어져 나온 금속 오염이 세정액에 부유하게 된다.
이때, 세정액이 세정조의 용량보다 많이 공급되기 때문에 세정조에 담긴 세정액이 오버 플로우되어 외조에 담기게 된다.
이후, 외조에 담긴 세정액이 순환유로를 따라 순환하여 다시 세척조로 공급되는데, 순환유로 상에서 세정액에 부유하는 금속 오염이 필터에 의해 걸러지거나, 세정력을 높이기 위하여 세정액이 승온관에 의해 50℃ 정도로 가열된다.
상기와 같은 과정을 반복하면, 세정액에 포함된 과산화수소 성분에 의해 세정조와 순환유로 상에서 산화막이 형성되는데, 산화막 표면에 Cu, Ni 과 같은 금속 오염이 증착되거나, 산화막 내부에 Al, Na 같은 금속 오염이 누적된다.
물론, 세정액에 포함된 암모니아수 성분에 의해 그 산화막이 제거되지만, 산화막이 제거되는 속도가 산화막이 형성되는 속도보다 느려서 산화막 내부에 금속 오염이 반복적으로 누적된다.
상기와 같은 반복 과정을 통하여 웨이퍼의 세정이 완료되면, 세정액이 배수된다.(S3 참조)
다음, 청소액이 공급 및 순환되고, 세정조 및 순환유로가 청소된다.(S4,S5 참조)
상세하게, 순수(DIW)와 불산(HF)으로 이루어진 강산 계열의 청소액이 세정조에 공급되는데, 순수(DIW)와 불산(HF)의 비율이 1:50 ~ 200으로 한정되도록 공급된다.
따라서, 청소액이 세정조와 외조 및 순환유로를 따라 순환하고, 청소액이 세정 공정 중에 세정조와 외조 및 순환유로 내벽에 형성된 산화막과 화학 반응하여 완전히 제거함으로써, 산화막 및 그 내부에 누적된 금속 오염을 깨끗하게 제거한다.
물론, 순환유로 상에서 청소액에 부유하는 금속 오염이 필터에 의해 걸러지거나, 금속 오염과 같이 청소액이 배수될 수 있다.
그런데, 청소액의 온도가 높을수록 청소액과 산화막의 화학 반응을 높일 수 있지만, 강산 계열의 청소액을 가열함에 따라 증기의 발생 및 배기로 인한 안전상 문제가 일어날 수 있기 때문에 청소액은 상온 상태로 순환되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 반복 과정을 통하여 세정조 및 순환유로 청소가 완료되면, 청소액이 배수된다.(S6 참조)
물론, 세정액과 청소액은 별도의 배수관을 통하여 별도로 배수 처리된다.
10 : 세정조 20 : 외조
30 : 순환유로 31 : 펌프
32 : 댐퍼 33 : 필터
34 : 승온관 40 : 세정액 공급관
50 : 청소액 공급관 60 : 세정액 배수관
70 : 청소액 배수관 80 : 밸브

Claims (10)

  1. 웨이퍼를 세정하기 위한 세정액을 공급하는 세정액 공급관;
    상기 세정액 공급관에서 공급된 세정액에 의해 웨이퍼의 세정이 이루어지는 세정조;
    상기 세정조에서 오버 플로우되는 세정액이 담기는 외조;
    상기 외조에 담긴 세정액을 걸러서 상기 세정조로 순환시키는 순환유로;
    상기 세정조 하측에 구비되고, 세정액을 배수시키는 세정액 배수관;
    상기 세정액에 의해 상기 세정조와 순환유로에 형성된 산화막을 제거하기 위한 청소액을 상기 세정조 또는 외조로 공급하는 청소액 공급관;
    상기 세정액 배수관에서 분지되고, 청소액을 배수시키는 청소액 배수관; 및
    상기 세정액 배수관과 청소액 배수관 사이에 구비되고, 유로를 전환하는 밸브;를 포함하는 반도체 세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세정액 공급관은,
    순수(DIW)와 과산화수소(H2O2)와 암모니아수(NH4OH)로 이루어진 알칼리 계열의 세정액을 공급하는 반도체 세정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 청소액 공급관은,
    순수(DIW)와 불산(HF)으로 이루어진 강산 계열의 청소액을 공급하는 반도체 세정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 청소액 공급관은,
    순수(DIW)와 불산(HF)의 비율이 1:50 ~ 200으로 한정되는 청소액을 공급하는 반도체 세정장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 순환유로는,
    세정액 순환 시에 발열되고, 청소액 순환 시에 발열 정지되는 승온관이 구비되는 반도체 세정장치.
  6. 세정액이 웨이퍼가 담긴 세정조에 공급되고, 세정조에 담긴 세정액이 순환유로를 통하여 걸러져 세정조로 재순환되는 제1단계;
    상기 제1단계에서 사용된 세정액이 세정조로부터 세정액 배수관을 따라 배수되는 제2단계;
    상기 제2단계에서 세정액이 배수되면, 청소액이 세정조와 순환유로를 따라 순환되는 제3단계; 및
    상기 제3단계에서 사용된 청소액이 세정조로부터 청소액 배수관을 따라 배수되는 제4단계;를 포함하는 반도체 세정장치의 세정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1단계는,
    순수(DIW)와 과산화수소(H2O2)와 암모니아수(NH4OH)로 이루어진 알칼리 계열의 세정액을 공급하는 반도체 세정장치의 세정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    순수(DIW)와 불산(HF)으로 이루어진 강산 계열의 청소액을 공급하는 반도체 세정장치의 세정 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    순수(DIW)와 불산(HF)의 비율이 1:50 ~ 200으로 한정되는 청소액을 공급하는 반도체 세정장치의 세정 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1단계는,
    세정액의 온도를 50℃로 유지시키고,
    상기 제3단계는,
    청소액의 온도를 상온으로 유지시키는 반도체 세정장치의 세정 방법.
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CN115921410A (zh) * 2022-12-14 2023-04-07 西安奕斯伟材料科技有限公司 清洗系统及方法

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