KR950007964B1 - 일조식 웨이퍼 세정장치 - Google Patents

일조식 웨이퍼 세정장치 Download PDF

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    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Abstract

내용 없음.

Description

일조식 웨이퍼 세정장치
제1도는 종래 기술의 세정 순서도를 나타낸 흐름도.
제2도는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치의 블럭도이다.
본 발명은 반도체 기판의 표면 세정장치에 관한 것으로서, 특히 하나의 세정조 내에서 서로 다른 세정액들을 사용하는 다수의 세정 처리는 물론 세척 및 건조까지도 처리할 수 있는 일조식(one-bath-type) 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.
VLSI 제조에 있어서 웨이퍼에 부착한 미립자 등의 웨이퍼 표면 오염물은 소자의 특성을 저하시켜 불량의 큰 원인이 되고 있다. 웨이퍼 표면을 청정하게 유지하기 위해서는 프로세스 분위기를 세정화해서 웨이퍼가 오염되지 않도록 하는 것이 중요하지만 현실적으로 오염을 완전히 없애기란 불가능하다. 웨이퍼 표면은 클린-룸 분위기, 사람, 제조장치 등으로 부터 항상 오염에 노출되어 있다.
따라서, 오염된 웨이퍼 표면을 청정화하기 위한 웨이퍼 세정이 불가결하다. 수백 가지의 단위 공정을 거쳐 제조되는 VLSI에 있어서, 전 공정의 약 35% 정도를 세정 공정이 차지하고 있다.
소자의 특성을 저하시키는 웨이퍼 표면 오염물로는 미립자, 금속, 유기물 및 산화막 등 크게 4가지 형태가 있으며, 이에 때한 세정 공정은 웨이퍼의 상태나 오염물에 대한 소자의 민감도에 따라 여러가지가 있다.
일반적으로 고온확산 공정, 산화공정, 에피 성장 및 증착 전, 후에 웨이퍼를 화학적으로 세정을 하는데, 이때의 세정 방법으로는 제1도에 도시된 바와 같은 RCA 방법이 알려져 있다.
이 기술은 처음에 유기질막 오염을 제거하고, 다음으로 무기질 이온과 중금속을 세정하는 단계를 포함한다. 이 세정 공정은 알칼리 세정(NH4OH+H2O2+H2O)에 이어 산 세정(HCl+H2O2+H2O)을 하는 것으로 과산화수소(H1O2)는 기판의 산화제로서의 역할을 한다. 이때, 전자를 SC-1, 후자를 SC-2 세정액 이라고도 한다.
상기 세정액 이외에도 초기 세정 또는 감광막 제거후에는 황산 보일(H2SOpH2O22 : 1)이 널리 사용되고 있으며, 희석 HF(1% HF/H2O)도 중요한 세정액의 하나이다.
이러한 RCA 세정의 순서도를 보면 제1도와 같이 세정, 세척 단계를 반복한 후, 최종적으로 건조 공정을 거친다.
상술한 RCA 표준 세정은 W.Kern과 D.Puotinen이 발표한 RCA Rev., Vol.31, pp.187, 1970에 실려있다.
상술한 바와같이 반복되는 세정 및 세척 공정과 건조공정을 수행하는 종래의 습식 세정장치는 반복되는 세정액들의 종류에 따라 별도의 세정조들이 따로 구비되어야 함은 물론이고, 세척 및 건조를 위한 별도의 조(bath) 들도 구비되어야 함으로써, 클린-룸 내에서 이러한 세정장치가 차지하는 점유 면적이 커지고 이에 따라 경제적 손실도 커지는 문제점이 있다.
또한, 반도체 소자들의 고집적화에 수반해서 미세 가공화가 더욱 가속됨에 따라 이들 오염울의 영향도 더욱 커짐으로써, 웨이퍼 표면의 세정 능력을 더욱 향상시킬 필요가 있다.
더구나, 현재 사용되고 있는 세정장치는 건조시 웨이퍼 표면으로의 역오염 및 물반점(water mark) 발생문제와, 각 세정조로의 웨이퍼의 이동 및 이의 지체 시간에 다른 웨이퍼의 오염 가능성 등의 문제가 대두되고 있다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 웨이퍼 표면의 고세정화, 설비 면적의 최소화 및 경비 절감을 위하여 하나의 세정 조 안에서 모든 세정액 처리는 물론 세척 및 건조까지도 실시하는 일조식 세정 처리를 수행할 수 있는 세정장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일조식 세정장치는 각종 세정이 진행되는 내통과 이 내통을 소정간격을 갖고 둘러싸는 외통으로 이루어진 세정조, 상기 내통 내외로 웨이퍼를 이송하기 위해 로봇 팔이 부착된 자동 이송기, 상기 자동 이송기의 출입을 통제하기 위해 상기 외통의 상부에 설치된 도어, 상기 세정조의 내통으로 세정액 및 세척액을 공급하기 위해 희석조와 내통 사이에 연결된 다수의 세정액 및 세척액 공급관, 상기 내통으로부터 오버플로우 되는 세정 및 세척액을 배출하기 위해 설치된 외측 배출관, 상기 내통에 남은 잔류 세정 및 세척액을 배출하기 위한 내측 배출관 및 상기 외측 배출관과 내측 배출관에 연결되어 상기 웨이퍼 표면에 남아 있는 잔류 물기를 제거하기 위해 상기 세정조 내부를 감압 상태로 하기 위한 어스피레이터(aspirator)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상술한 바와같이, 반도체 기판 표면의 상태에 따라 요구되는 서로 다른 화학 혼합 용액들에 대한 각각의 세정 처리는 물론 린스 및 건조 공정까지도 하나의 조에서 처리하는 일조식(one-bath-type)세정 설비라는 것에 특징이 있다.
본 발명은 대구경화에 따른 웨이퍼 건조 문제를 감안하여 어스피레이터(aspirator)를 이용한 감압건조 방식 및 적외선 히터를 이용한 적외선 조사 등의 물리력을 병행 사용함으로써, 물반점의 발생 억제는 물론 건조 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일조식 세정조는 주변 장치들과 접속되어 웨이퍼의 장착 및 탈착을 주관하는 로더부 및 언로더부를 없애고, 대신에 상술한 적외선 히터가 부착된 도어를 상기 세정조의 상부에 설치함으로써, 웨이퍼의 이송이 원할해진다. 따라서, 로봇에 의한 웨이퍼 이동시 외부 환경에의 노출 및 세정후 지체 시간에 따른 웨이퍼 표면의 역오염으로부터 웨이퍼 표면을 보호할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 웨이퍼 표면 세정장치의 개략적인 구성을 보여주는 블럭도이다. 이 세정장치의 구성은 크게 습식 세정을 진행시키기 위한 일조식 세정조(20) 및 원하는 희석비로 세정 용액을 제조하여 상기 세정조(20)에 세정 용액 및 세척액을 공급해 주는 희석조(10)와, 상기 세정조(20)의 하부에 연결되어 최종 건조를 위해 세정조를 감압시키는 어스피레이터(30)로 대별할 수 있다.
상술한 희석조(10)는 복수의 세정액 희석조(13), (15)들과, 도면에 표지되지 않은 별도의 세척 용액 희석조들로 세분화된다. 상기 세정액 희석조에 있어서, 부재 번호 15는 SC-1 세정액을, 부재 번호 13은 희석 HF 세정액을 각각 나타낸다. 필요에 따라서, 별도의 세정액 및 세척액 희석조를 부가할 수도 있다.
그리고, 상술한 어스피레이터(30)는 시수 사용량을 절약하기 위한 시수저장조(32), 상기 시수 저장조(32)의 시수를 순환시켜 어스피레이터의 입구로 시수를 공급해주는 순환펌프(ⓟ) 및 후술되는 외측 배출관(33)과 내측 배출관(31)에 연결되어 세정액 배출 및 세정조를 감압상태로 유지하기 위한 드레인 라인(35)으로 구성되어 있다.
한편, 상기 희석조(10) 및 어스피레이터(30)에서 ⓟ는 펌프(pump)를 (f)는 여과장치(filter)를 나타낸다.
본 발명의 주요 구성부인 일조식 세정조(20)는 각종 세정 공정이 진행되는 내통과 이 내통을 소정 간격을 갖고 둘러싸는 외통, 그리고 상기 내통의 내외로 세정할 웨이퍼(27)를 이송하기 위해 로봇 팔(26)이 부착된 자동 이송기(24), 상기 자동 이송기(24)의 출입을 통제하기 위해 상기 외통의 상부에 설치된 도어(21), 상기 희석조(10)에서 원하는 희석비로 제조된 세정 용액을 세정조(20)의 내통으로 공급하기 위한 다수의 세정액 공급관(23), (25)들과 세척액 공급관(28), (29)들로 구성되어 있다.
또한, 세정 공정이 종료된 후, 상기 세정조(20)의 내통에 남아있는 잔류 세정 용액을 배출시키기 위해 상기 내통의 하부에 설치된 내측 배출관(31)과 세척 공정에서 상기 내통으로부터 오버플로우되는 일부 용액들을 배출시키기 위해 외통에 설치된 외측 배출관(33)을 더 포함하고 있다.
여기서, 상술한 세정액 공급관은 HF 공급관(23), SC-1 공급과(25)으로 세척액 공급관은 온(hot) 탈이온수 공급관(28), 냉(cold) 탈이온수 공급관(29)으로 세분화되며, 필요에 따라 별도의 공급관을 부가할 수 있다.
상술한 바와같이 구성되는 본 발명에 따른 세정장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도어(21)가 열리면 세정할 웨이퍼(27)는 로버트 팔(25)에 의하여 세정조(20) 내부에 상기 로봇 팔(25)에 의지되어 놓여지면 세정을 위한 준비가 완료된다. 이때, 웨이퍼(27)는 카셋트가 없는 상태에서 세정을 함으로써, 치공구로부터의 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 웨이퍼 세정 후 다음 공정으로 신속히 이동할 수 있다.
본 발명에서 실시예로 사용된 세정액으로는 미립자 제거에 통상적으로 사용되고 있는 알칼리(암모니아수)/과산화수소 혼합액(SC-1)과, 자연산화막 제거에 쓰이고 있는 희석 HF를 예로 들었으나 필요에 따라서 추가할 수 있다.
SC-1 희석조(15)에서 소정의 비율(통상, 1 : 1 : 5)로 희석된 NH4/H2O2/H2O 혼합 세정액은 세정액 공급관(23)을 통하여 상기 내통의 내부가 포화될 때까지 일정시간 동안 공급된다. 이때, 실온에서의 입자제거 능력이 저하되는 것을 감안하여 상기 SC-1 희석조(15) 하부에 부착된 히터(5)를 사용하여 액온을 80℃ 정도로 조절하며, 세정 용액 자체의 미립자는 펌프(ⓟ)와 필터(f)를 이용하여 제거한다.
상기 SC-1 공급관(23)을 통하여 유입된 세정액에 의해 소정시간 동안 세정처리된 웨이퍼(27)는 탈이온수에 의해 세척된다. 세척 공정은 상기 냉,온 탈이온수 공급관(29), (28)을 통하여 웨이퍼가 충분히 세척될 수 있도록 공급된다. 이때, 냉,온 탈이온수를 선택적으로 공급할 수 있으며, 내통에서 오버플로우되는 용액들은 외통의 외측 배출관(33)을 통하여 배출된다. 또한, 내통 내부의 잔류 세정용액들은 내통 하부의 내측 배출관(31)을 통하여 배출된다.
세척 공정이 완료되면, HF 희석조(13)와 HF 공급관(25)을 이용하여 상기 과정을 반복하여 세정 처리한다.
마지막으로, 모든 처리가 완료된 웨이퍼는 건조된다. 건조 방법은 상기 외측 배출관(33)과 내측 배출관(31)에 연결된 어스피레이터(aspirator)(30)를 이용하여 세정조 내부의 압력을 낮춤으로써 웨이퍼 표면에 남아있는 물기를 제거함과 더불어 상술한 도어(21)에 부착된 적외선 히터(22)를 이용하여 건조 능력을 더욱 향상시킨다.
이상의 공정을 통하여 세정이 완료되면, 도어(21)가 열리고 상기 자동 이송기(24)에 의해 웨이퍼는 신속히 다른 공정 챔버로 이동된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 일조식 세정장치는 웨이퍼의 고세정화에 더하여 설비면적의 최소화 및 경비 절감 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나 이는 어디까지 일예에 불과한 것이고, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서는 이를 다양하게 변경, 실시할 수 있다.

Claims (4)

  1. 각종 세정이 진행되는 내통과 이 내통을 소정 간격을 갖고 둘러싸는 외통으로 이루어진 세정조, 상기 내통 내외로 웨이퍼를 이송하기 위해 로봇 팔이 부착된 자동 이송기, 상기 자동 이송기의 출입을 통제하기 위해 상기 외통의 상부에 설치된 도어, 상기 세정조의 내통으로 세정액 및 세척액을 공급하기 위해 희석조와 내통사이에 연결된 다수의 세정액 및 세척액 공급관, 상기 내통으로부터 오버플로우 되는 세정 및 세척액을 배출하기 위해 설치된 외측 배출관, 상기 내통에 남은 잔류 세정 및 세척액을 배출하기 위한 내측 배출관, 및 상기 외측 배출관과 내측 배출관에 연결되어 상기 웨이퍼 표면에 남아 있는 잔류 물기를 제거하기 위해 상기 세정조 내부를 감압 상태로 하기 위한 어스피레이터(aspirator)로 구성되어 하나의 세정조내에서 모든 세정처리는 물론 세척 및 건조까지도 처리한는 것을 특징으로 하는 일조식 웨이퍼 세정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세정할 웨이퍼는 치공구로부터의 역오염을 방지하기 위하여 카셋트(cassette)를 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 일조식 웨이퍼 세정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 일 또는 그 이상의 세척액 공급관은 적어도 하나의 냉(cold) 탈이온수와 온(hot) 탈이온수를 공급할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 일조식 웨이퍼 세정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도어에는 최종 건조를 위하여 적외선 히터가 부착된 것을 특징으로 하는 일조식 웨이퍼 세정장치.
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