KR100330676B1 - 마이크로파여기세정및린싱장치 - Google Patents

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가네꼬 히사시
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Abstract

마이크로파 여기 세정 및 린싱 장치는, 셀에 순수 또는 세정용 화학 용액을 공급하는 입구(2a) 및 셀로부터 순수 또는 세정용 화학 용액을 배출하는 출구(2b)를 구비한 셀(1)과, 마이크로파를 생성하여 셀 내의 순수 또는 세정용 화학 용액에 마이크로파를 조사하기 위한 마이크로파 발진기(3)를 포함한다.

Description

마이크로파 여기 세정 및 린싱 장치{MICROWAVE-EXCITATION CLEANING AND RINSING APPARATUS}
본 발명은 반도체 디바이스(wafer)의 제조에 사용되는 세정 및 린싱 장치(cleaning and rinsing apparatus)에 관한 것이다.
웨이퍼의 제조에 있어서, 특히 고집적 반도체 디바이스에서는, 세정 및 린싱 작업이 필수적이어서 제조 수율은 이에 따라 변한다. 예를 들면, 세정 및 린싱 작업에서는, 오염물, 유기성 혹은 무기성 입자, 남아있는 레지스트, 및 이온 잔여물이 웨이퍼에 영향을 주지 않으면서 웨이퍼의 표면으로부터 제거된다.
종래 기술의 제1 세정 및 린싱 방법에서는, 웨이퍼는 초음파가 가해지면서 약 50℃-90℃의 온도에서 뜨거운 화학 약품에 적셔진다. 예를 들면, 암모니아수/과산화수소수 혼합물(APM)과 같은 알칼리성 용액이 무기성 입자의 제거에 사용되고, 황산/과산화수소수 혼합물(SPM) 혹은 염산/과산화수소수 혼합물(HPM)과 같은 산성 용액이 유기성 입자 및 금속 입자의 제거에 사용된다. 또한, 이소프로필 알코올 용액(IPA)과 같은 알코올 용액도 유기성 입자의 제거에 사용된다. 상기 화학 약품을 사용한 세정 작업이 완료된 후에, 순수를 사용하는 린싱 작업이 수행된다. 이러한 경우에, 상기 화학 약품들은 높은 점도(viscosity)를 가지므로, 린싱 작업은 90℃과 같이 비교적 높은 온도에서 수행된다. 특히, SPM은 80%이상의 황산을포함하므로, SPM의 점도는 매우 높다.
종래 기술의 제1 세정 및 린싱 방법에서, 오염물은 화학 약품에 의해 제거될 수 있지만, 상기 화학 약품은 높은 점도를 가지므로, 상기 화학 약품, 특히 SPM은 웨이퍼의 콘택 홀과 같은 미세한 개구로 들어갈 수 없다. 그 결과, 웨이퍼로부터 오염물을 완전히 제거하는 것은 불가능하게 된다.
또한, 종래 기술의 제1 세정 및 린싱 방법에서는, 만약 히터에 의해 가열된 뜨거운 순수가 사용된다해도, 화학 약품과 순수 분자의 그룹은 충분히 분리될 수 없다. 게다가, 화학 약품의 표면 장력과 순수의 표면 장력은 모두 높기 때문에, 웨이퍼 상에서의 그들의 습윤성(wettability)은 낮다. 그 결과, 상기 화학 약품과 순수는 웨이퍼의 고 집적 개구로 들어갈 수 없으므로, 웨이퍼로부터 잔여 이온을 완전히 제거하는 것은 불가능하게 된다.
종래 기술의 제2 세정 및 린싱 방법에서는, 순수가 Pb 또는 Pt 입자로 구성된 촉매와 접촉하는 동안 마이크로파가 가해진다. 상기의 경우에, 순수는 마이크로파에 의해 여기되므로, 순수 분자의 그룹은 클러스터(cluster)로 분리되어, 순수의 습윤성을 향상시킨다. 그 다음에, 향상된 습윤성의 순수는 웨이퍼의 오염물이 순수에 의해 제거되는 사용 지점으로 이동된다(JP-A-5-7869 참조).
그러나, 종래 기술의 제2 세정 및 린싱 방법에서, 순수의 여기 상태는 장시간 계속될 수 없다. 예를 들면, 여기 상태의 지속 시간은 수 ms정도이다. 그러므로, 사용 지점에 도달한 순수는 활성도(activity)를 잃게 되어, 웨이퍼는 세정되거나 린싱될 수 없다.
또한, 종래 기술의 제2 세정 및 린싱 방법에서, 최신의 필터링 기술을 사용해도 촉매로서의 Pb 또는 Pt 입자를 완전히 제거하는 것은 불가능하므로, 상기 입자는 웨이퍼에 부착될 수 있어서, 웨이퍼의 특성을 저하시킨다.
더우기, 종래 기술의 제2 세정 및 린싱 방법에서는, 잔여 이온 및 소량의 유기성 입자가 여기된 순수에 의해 제거될 수 있다해도, 순수의 pH 중성으로 인해 웨이퍼로부터 금속, 무기성 입자 또는 입자 오염물을 완전히 제거하는 것은 불가능하다.
본 발명의 목적은 향상된 마이크로파 여기 세정 및 린싱 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 마이크로파 여기 세정 및 린싱 장치는 셀에 순수 또는 세정용 화학 용액을 공급하기 위한 입구와 셀로부터 순수 또는 세정용 화학 용액을 배출하기 위한 출구를 구비한 셀과, 마이크로파를 생성하여 이 마이크로파를 셀 내의 순수 또는 세정용 화학 용액에 조사하기 위한 마이크로파 발진기를 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면, 셀 내의 대상물을 세정하고 린싱하기 위한 방법에서, 셀에 순수 또는 세정용 화학 용액이 공급되어, 대상물은 순수 또는 세정용 화학 용액으로 적셔진다. 대상물이 순수 또는 세정용 화학 용액에 적셔지는 동안에 순수 또는 세정용 화학 용액은 마이크로파로 조사된다.
그러므로, 순수 또는 세정용 화학 용액은 마이크로파에 의해 활성화되고, 동시에 대상물(웨이퍼)은 활성화된 순수 또는 세정용 화학 용액에 의해 린싱되고 세정된다.
순수 또는 세정용 화학 용액이 마이크로파로 조사될 때, 순수 또는 세정용 용액의 분자 그룹은 클러스터로 분리된다. 즉, 순수 또는 세정용 화학 용액의 분자는 영구 쌍극자를 구성하므로, 이 영구 쌍극자는 마이크로파로 조사되고,상기 분자는 마이크로파에 의한 교류 전기장에 따라 회전하여, 분자가 가열된다. 그러므로, 순수 또는 세정용 화학 용액의 분자 그룹이 서로 분리, 다시 말해, 순수 또는 세정용 화학 용액이 활성화된다.
본 발명에서, 웨이퍼는 순수 또는 세정용 화학 용액이 활성화되는 동안 세정되고 린싱된다. 즉, 활성화된 순수 또는 세정용 화학 용액이 비활성화되기 전에, 활성화된 순수 또는 세정용 화학 용액이 웨이퍼에 부착된다. 그 결과, 웨이퍼 상에서의 순수 또는 세정용 화학 용액의 표면 장력이 감소되어 웨이퍼 상에서의 습윤성을 강화시킨다. 게다가, 활성화된 순수 또는 세정용 화학 용액은 웨이퍼의 미세 구조 콘택 홀 내로 쉽게 적셔져서, 콘택 홀로부터 오염물을 효과적으로 제거한다. 상기의 경우에, 활성화된 순수 또는 세정용 화학 용액은 유리기(free radical)를 발생시켜, 웨이퍼로부터의 오염물의 제거를 더 강화시킨다.
순수 또는 세정용 화학 용액은 마이크로파에 의한 유도 가열에 의해서 단시간 동안 가열되므로, 전력 소모가 히터 가열의 경우에 비해 감소될 수 있다는 것에 주의한다. 게다가, 마이크로파는 순수 또는 세정용 화학 용액 내에 흡수되므로, 웨이퍼는 마이크로파에 의해 거의 손상되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로파 여기 세정 및 린싱 장치의 제1 실시예를 도시한 부분 단면 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로파 여기 세정 및 린싱 장치의 제2 실시예를 도시한 부분 단면 사시도.
도 3은 도 2의 장치의 변형을 도시한 부분 단면의 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 세정 작업의 효과를 설명하기 위해 콘택 홀 내의 철 이온의 농도 특성을 도시한 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 린싱 작업의 효과를 설명하기 위해 콘택 홀 내의 황산염 이온의 농도 특성을 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 셀
2a : 입구
2b : 출구
3 : 마그네트론
4 : 교반기 팬
6 : 차폐 커버
9 : 웨이퍼
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 한 다음의 설명으로써 보다 명백히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 도시하고 있으며, 참조 기호(1)은 석영으로 제작되며 입구(2a) 및 출구(2b)를 구비한 셀을 표시한다. 순수 또는 세정용 화학 용액은 입구(2a)로부터 셀(1)로 공급된다. 그 다음에, 순수 또는 세정용 화학 용액의 높이가 소정의 높이에 도달할 때, 순수 또는 세정용 화학 용액은 자동적으로 셀(1)로부터 출구(2b)를 통해 재생 수단(도시 생략)으로 배출된다. 그러므로, 순수 또는 세정용 화학 용액은 소정의 높이로 유지된다. 또한, 셀(1) 내의 순수 또는 세정용 화학 용액에 공급되는 마이크로파를 생성하기 위한 마그네트론(3)과 같은 마이크로파 발진기가 셀(1)의 측벽에 제공된다. 상기의 경우에, 마이크로파는 셀(1) 내의 순수 또는 세정용 화학 용액 내에 균일하게 분산된다. 또한, 마이크로파의 주파수는 0.4에서 25 GHz, 바람직하게는, 2.45 GHz이고, 마이크로파의 전력은 0.3 kW - 3 kW 내의 범위이다. 게다가, 셀(1) 내의 마이크로파를 차단하기 위해, 교반기 팬(4)과 결합된 셀(1)이 금속망을 포함하는 차폐 커버(6)에 의해 커버할 수 있는 차폐 케이스(5) 내에 설치된다.
또한, 그 위에 웨이퍼(9)를 설치하기 위해 기판 홀더(8)가 셀(1)의 하부에 배치된다. 상기의 경우에, 셀(1) 내의 순수 또는 세정용 화학 용액의 높이는 소정의 높이로 유지되기 때문에, 기판 홀더(8) 상에 설치된 웨이퍼(9)는 순수 또는 세정용 화학 용액 내에 완전히 잠겨서, 웨이퍼(9)는 결코 공기중에 노출되지 않는다.
도 1의 장치의 세정 또는 린싱 작업의 예가 다음에서 설명된다.
먼저, 그 위에 웨이퍼(9)를 설치하는 기판 홀더(8)이 셀(1)로 배치되기 전에, 마그네트론(3)이 셀(1) 내의 순수 또는 세정용 화학 용액에 마이크로파를 조사하기 위해 턴온(turn ON)되어, 순수 또는 세정용 화학 용액이 미리 가열된다. 그 다음에, 마그네트론(3)은 턴 오프(turn off)된다.
다음에, 차폐 커버(6)가 개방되고, 그 다음에, 웨이퍼(9)가 실린 기판 홀더(8)가 운반 로봇(도시 생략)에 의해 셀(1)로 배치된다. 상기의 경우에, 웨이퍼(9)는 셀(1) 내의 순수 또는 세정용 화학 용액에 완전이 잠긴다.
다음에, 마그네트론(3)은 다시 턴 온되어 상기 셀(1) 내의 순수 또는 세정용 화학 용액에 마이크로파를 조사한다.
최종적으로, 마그네트론(3)은 턴 오프되고, 웨이퍼(9)와 결합된 기판 홀더(8)는 운송 로봇에 의해 셀(1)로부터 제거된다.
도 1의 장치에서, 마이크로파는 웨이퍼(9)의 표면과 평행하게 조사되어, 웨이퍼(9) 내의 순수는 균일하게 활성화될 수 있다. 또한, 다른 마그네트론 및 다른 교반기 팬이 마그네트론(3) 및 교반기 팬(4)의 반대측 상의 세정 셀(1)의 측벽에 추가될 수 있어서, 이로써 마이크로파의 조사 효율을 강화시킨다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예를 도시하고 있으며, 도파관(10)은 도 1의 세정 셀(1) 및 마그네트론(3) 사이에 제공된다. 일반적으로, 복수의 마이크로파 여기 세정 장치는 습식 처리 장치 및 세정룸 등과 일렬로 배열된다. 상기의 경우에, 만약 도 2의 구성이 채용된다면, 다수의 마이크로파 여기 세정 및 린싱 장치는 단일 마그네트론으로 동작될 수 있다.
도 2의 장치에서도, 마이크로파는 웨이퍼(9)의 표면과 평행으로 조사되어, 웨이퍼(9) 내의 순수 또는 세정용 화학 용액은 균일하게 활성화될 수 있다. 또한, 다른 마그네트론 및 다른 교반기 팬이 마그네트론(3) 및 교반기 팬(4)의 반대측 상의 세정 셀(1)의 측벽에 추가될 수 있어서, 이로써 마이크로파의 조사 효율을 강화시킨다.
도 3은 도 2의 장치의 변형을 도시하고 있으며, 회전축(10a)은 도 2의 도파관(10)의 하부에 제공된다. 그러므로, 도파관(10)은 회전축(10a)에 대해 회전될 수 있다. 그러므로, 마이크로파의 방향은 셀(1)의 벽에 의한 마이크로파의 반사를 고려하여 웨이퍼(9)에 대해 최적화될 수 있다.
본 발명에 따른 세정 작업의 효과가 도 4를 참조로 다음에서 설명된다.
먼저, 1 ㎛ 두께의 실리콘 산화물 내에 형성된 0.1, 0.2, 0.5, 1, 및 2 ㎛의 직경의 콘택홀을 각각 구비한 25개의 웨이퍼들이 준비되고, 이 웨이퍼들을 Fe 용액에 의도적으로 담가서, 이 웨이퍼들을 농도가 약 1013atoms/cm2인 철 이온으로 오염시킨다.
다음에, 이 웨이퍼들을 황산 - 과산화수소수 비율이 4인 SPM 용액에 담가서 마이크로파로 120℃의 온도로 미리 가열한다. 그 다음에, SPM 용액은 5분 동안 마이크로파로 조사되어 웨이퍼의 세정 작업을 수행한다. 마이크로파는 전력이 1kW인 마그네트론에 의해 생성되는 것에 주의한다.
최종적으로, 순수를 사용한 린싱 작업이 종래 방법에 의해 웨이퍼에 수행된다. 그 결과, 웨이퍼의 오염물, 즉, 콘택 홀 내의 Fe 이온 농도는 도 4에서 X로 표시된 바와 같이 얻어진다.
반면에, 먼저 1 ㎛ 두께의 실리콘 산화물 내에 형성된 0.1, 0.2, 0.5, 1, 및 2 ㎛의 직경의 콘택 홀을 각각 구비한 25개의 웨이퍼들이 준비되고, 이 웨이퍼들을 Fe 용액에 의도적으로 담가서, 이 웨이퍼들을 농도가 약 1013atoms/cm2인 철 이온으로 오염시킨다.
다음에, 이 웨이퍼들을 황산 - 과산화수소수 비율이 4인 SPM 용액에 담가서 마이크로파로 120℃의 온도로 미리 가열한다. 그 다음에, SPM 용액은 5분 동안 히터로 가열되어 웨이퍼의 세정 작업을 수행한다. 히터는 1kW의 전력인 것에 주의한다.
최종적으로, 순수를 사용한 린싱 작업이 종래 방법에 의해 웨이퍼에 수행된다. 그 결과, 웨이퍼의 오염물, 즉, 콘택 홀 내의 Fe 이온 농도는 도 4에서 Y로 표시된 바와 같이 얻어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 상의 오염물은 종래 기술(Y)에 비해 본 발명(X)에 의해서 더 효과적으로 제거된다. 특히, 콘택 홀의 직경이 작아질수록, 제거되는 오염물 양에 대한 본 발명과 종래 기술 사이의 차가 더 커진다. 이는 마이크로파에 의해 조사된 황산의 점도가 히터에 의해 가열된 황산의 점도보다 낮기 때문이다. 그 결과, 본 발명에서는, 웨이퍼 상의 SPM 용액의 습윤성이 강화되어, 웨이퍼의 Fe 원자는 용해되어 제거된다.
본 발명에 따른 린싱 작업의 효과가 도 5를 참조로 다음에서 설명된다.
1 ㎛ 두께의 실리콘 산화물 내에 형성된 0.1, 0.2, 0.5, 1, 및 2 ㎛의 직경의 콘택 홀을 각각 구비한 25개의 웨이퍼들이 준비되고, 이 웨이퍼들을 Fe 용액에 의도적으로 담가서, 이 웨이퍼들을 농도가 약 1013atoms/cm2인 철 이온으로 오염시킨다.
다음에, 이 웨이퍼들을 황산 - 과산화수소수 비율이 4인 SPM 용액에 담가서 마이크로파로 120℃의 온도로 미리 가열한다. 그 다음에, SPM 용액은 5분 동안 마이크로파로 조사되어 웨이퍼의 세정 작업을 수행한다. 마이크로파는 전력이 1kW인 마그네트론에 의해 생성되는 것에 주의한다.
세정된 웨이퍼는 마이크로파에 의해 약 90℃ - 100℃의 온도로 가열된 순수에 담가진다. 그 다음에, 순수는 5분 동안 마이크로파로 조사되어 웨이퍼의 린싱 작업을 수행한다. 그 결과, 콘택 홀 내의 잔여 황산염 이온들은 도 5에 X로 표시된 바와 같이 얻어진다. 상기의 경우에, 마이크로파는 1kW의 전력을 갖는 마그네트론에 의해 생성되는 것에 주의한다.
또한, 세정된 웨이퍼는 히터에 의해 약 90℃ - 100℃의 온도로 가열된다. 그 다음에, 순수가 5분동안 히터에 의해 가열되어 웨이퍼의 린싱 작업을 수행한다. 그 결과, 콘택 홀 내의 잔여 황산염 이온들은 도 5에 Y1으로 표시된 바와 같이 얻어진다. 상기의 경우에, 히터는 1kW의 전력을 갖는 것에 주의한다.
또한, 세정된 웨이퍼는 5분 동안 순수 내로 담가지고, 이 순수가 Pb 또는 Pt 촉매와 접촉하는 동안 미리 마이크로파가 가해진다. 그 결과, 콘택 홀 내의 잔여 황산염 이온들은 도 5에서 Y2로 표시된 바와 같이 얻어진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 상의 잔여 황산염은 종래 기술(Y1 및 Y2)에 비해 본 발명(X)에 의해서 더 효과적으로 제거된다. 특히, 콘택 홀의 직경이 작아질수록, 제거되는 잔여 황산염 이온의 양에 대한 본 발명과 종래 기술 사이의 차가 더 커진다. 이는 마이크로파에 의해 조사된 황산의 점도가 히터에 의해 가열된 황산의 점도보다 낮기 때문이다. 그 결과, 본 발명에서는, 웨이퍼 상의 SPM 용액의 습윤성이 강화되어, 웨이퍼의 황산염 이온은 용해되어 제거된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 유기성 입자, 무기성 입자, 및 금속 입자와 같은 오염물이 효과적으로 제거될 수 있다.

Claims (12)

  1. 마이크로파 여기 린싱 장치(microwave-excitation rinsing apparatus)에 있어서,
    셀;
    상기 셀에 순수(pure water)를 소정 레벨까지 연속적으로 공급하기 위한 입구와 상기 셀로부터 상기 순수를 배출하기 위한 출구;
    마이크로파를 생성하여 상기 셀 내의 순수에 상기 마이크로파를 조사하기 위한 마이크로파 발진기; 및
    상기 셀 내에서 재배치 가능하게 놓여져 있으며 세정될 서로 평행한 각각의 평탄면을 갖는 웨이퍼를 보유하기 위한 웨이퍼 홀더를 포함하고,
    상기 마이크로파 발진기는 상기 셀 내의 상기 웨이퍼의 평탄면에 평행하게 향하는 마이크로파를 생성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 린싱 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셀과 상기 마이크로파 발진기 사이에 배열된 도파관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 린싱 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도파관을 회전시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 린싱 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 셀 내에 제공되어, 상기 마이크로파를 상기 셀 내에 균일하게 분산시키기 위한 교반기 팬(stirrer fan)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 린싱 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파의 주파수는 대략 0.4 - 25 GHz인 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 린싱 장치.
  6. 마이크로파 여기 세정 장치에 있어서,
    셀;
    상기 셀에 세정용 화학 용액을 소정 레벨까지 연속적으로 공급하기 위한 입구 및 상기 셀로부터 세정용 화학 용액을 배출하기 위한 출구;
    마이크로파를 생성하여 상기 셀 내의 상기 세정용 화학 용액에 상기 마이크로파를 조사하기 위한 마이크로파 발진기; 및
    상기 셀 내에서 재배치 가능하게 놓여져 있으며 세정될 서로 평행한 각각의 평탄면을 갖는 웨이퍼를 보유하기 위한 웨이퍼 홀더를 포함하고,
    상기 마이크로파 발진기는 상기 셀 내의 상기 웨이퍼의 평탄면에 평행하게 향하는 마이크로파를 생성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 세정 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 셀과 상기 마이크로파 발진기 사이에 배열된 도파관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 세정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도파관을 회전시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 세정 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 셀 내에 제공되어, 상기 마이크로파를 상기 셀 내에 균일하게 분산시키기 위한 교반기 팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 세정 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 마이크로파의 주파수는 대략 0.4 - 25 GHz인 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 세정 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼는 순환되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 린싱 장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 세정용 화학 용액은 순환되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 여기 세정 장치.
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