KR100464663B1 - 세정 장치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세정 장치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것으로, 기체 상태의 가스를 증기 상태로 변화시키기 위한 냉각 장치와, 냉각 장치로부터 제공되는 기체 상태의 가스를 가속시켜 웨이퍼의 표면으로 분사시키기 위한 가속 노즐로 이루어지는 세정 장치를 이용하여 저온에서 만들어진 증기 상태의 질소(N₂)가 웨이퍼에 고압으로 분사되도록 하므로써 충돌 에너지에 의한 세정과 열교환 반응에 의한 세정 효과를 얻는다.

Description

세정 장치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정 방법 { Cleaning apparatus and a method for cleaning a wafer using the same}

본 발명은 세정 방치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것으로, 특히, 단차가 큰 미세한 크기의 콘택홀 내에 존재하는 반응 부산물 및 감광막 찌꺼기를 효과적으로 제거할 수 있도록 한 세정 방치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 다층 구조의 배선을 갖는 반도체 소자의 제조 공정에서 도전층과 도전층 간에는 절연막이 형성되며, 도전층 간의 접속은 절연막에 형성된 콘택홀을 통해 이루어진다.

콘택홀을 형성하기 위해서는 절연막상에 감광막으로 콘택홀 패턴을 형성한 후 노출된 부분의 절연막을 식각하여 하부층이 노출되도록 콘택홀을 형성하고, 형성된 콘택홀의 측벽 및 저면에 존재하는 반응 부산물(Polymer), 감광막 찌꺼기(Residue) 등을 제거하기 위해 웨이퍼를 세정한다.

식각 과정에서 생성된 반응 부산물은 주로 탄소(Carbon)를 함유하는 산화막 계열의 화합물로 이루어지므로 BOE(Buffered Oxide Etchant; BHF라고도 함)를 사용하여 제거하며, 감광막 찌꺼기는 H₂SO₄와 H₂O₂가 혼합된 피란하 용액을 사용하여 제거한다.

그런데 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 콘택홀의 크기도 감소되어 단차(Aspect ratio)가 증가되기 때문에 상기와 같이 BOE 용액을 사용할 경우 침투력이 떨어져 반응 부산물이 완전히 제거되지 않는다.

따라서 제거되지 않고 잔류되는 부산물 또는 감광막 찌꺼기에 의해 후속 공정시 박막이 비정상적으로 증착되고, 콘택홀 내부 표면적 증가에 따른 콘택 저항의 증가가 초래되어 소자의 수율이 저하된다.

또한, 피란하를 이용한 세정 공정은 100℃ 이상의 고온에서 이루어지기 때문에 환경적인 측면이나 안전 측면에서 여러가지의 위험 요소를 갖게 된다.

따라서 본 발명은 저온에서 증기 상태로 변화된 질소를 높은 압력으로 웨이퍼에 분사하여 충돌 에너지 및 열교환 반응에 의한 제거 효과를 얻을 수 있도록 하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 세정 방치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세정 장치는 기체 상태의 세정 가스를 증기 상태로 변화시키기 위한 냉각 장치와, 냉각 장치로부터 제공되는 세정 가스를 가속시켜 웨이퍼의 표면으로 분사시키기 위한 가속 노즐을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법은 냉각 장치를 통해 증기 상태로 변화된 세정 가스를 웨이퍼의 표면으로 분사하여 물리적 충돌에 의한 세정과 열교환 반응에 의한 세정이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 세정 가스는 질소(N₂)이며 분사 노즐에 의해 100 내지 150 ℓ/분의 속도로 분사되고, 상기 냉각 장치의 내부는 -150 내지 -200℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치를 설명하기 위한 구성도.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따라 세정된 콘택홀의 내부를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 냉각 장치 2: 가속 노즐

3: 웨이퍼 4: 절연막

5: 콘택홀

본 발명은 저온에서 만들어진 증기 상태의 질소(N₂)를 고압으로 웨이퍼에 분사하여 충돌 에너지에 의한 1차 세정과 열교환 반응에 의한 2차 세정 효과를 얻는다. 즉, 1차 세정에 의해 제거되지 않은 반응 부산물과 감광막 찌꺼기는 2차 세정인 질소(N₂)가 기화되는 과정에서 최종적으로 제거된다.

그러면 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 세정 장치를 설명하기 위한 구성도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따라 세정된 콘택홀의 내부를 도시한 단면도이다.

예를들어, 헬륨(He) 냉각기와 같은 냉각 장치(1)를 이용하여 -150 내지 -200℃의 온도에서 질소(N₂)를 증기 상태로 변화시킨다. 상기 냉각 장치(1)에서 증기 상태로 변화된 질소(N₂)는 가속노즐(2)을 통해 100 내지 150 ℓ/분의 속도로 가속되어 고압으로 웨이퍼(3)에 분사된다. 이때, 극 저온의 질소(N₂) 증기는 강력한 압력에 의해 웨이퍼(3) 표면에 충돌되는데, 충돌 에너지에 의해 웨이퍼(3)상에 존재하는 반응 부산물 및 감광막 찌꺼기가 일차적으로 제거된다. 가속노즐(2)에 의해 분사되는 질소(N₂)는 에어로솔(Aerosol) 상태로 분사된다.

한편, 분사된 질소(N₂) 에어로솔은 웨이퍼(1)상에서 반응 부산물 및 감광막 찌꺼기와 열교환 반응을 일으킨 후, 기화된다. 이 과정에서 잔류된 반응 부산물 및 감광막 찌꺼기가 질소(N₂)와 함께 제거된다.

즉, 액체 상태의 질소(N₂)가 가지는 표면 장력은 물에 비해 작기 때문에 단차비가 7 이상인 미세한 크기의 콘택홀 내부로도 쉽게 침투되며, 또한, 베르누이의 원리에 의해 콘택홀의 저면부에 존재하는 반응 부산물과 감광막 찌꺼기도 효과적으로 제거된다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따라 세정된 콘택홀의 단면을 도시한 것으로, 본 발명에 따른 세정 후 콘택홀(5) 측벽 및 저면부에 반응 부산물과 감광막 찌꺼기가 존재하지 않는 상태가 도시된다. 도면 부호 4는 절연막을 도시한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 저온에서 만들어진 증기 상태의 질소(N₂)를 고압으로 웨이퍼에 분사하여 충돌 에너지에 의한 1차 세정과 열교환 반응에 의한 2차 세정 효과를 얻는다.

따라서, 본 발명은 세정액을 사용하지 않는 건식으로 이루어지기 때문에 세정액에 의한 콘택홀의 피해가 방지되어 소자의 수율이 증대되며, 폐수처리 비용 및 생산원가를 절감시키고 환경보호를 이룰 수 있도록 한다. 또한, 종래에는 세정시 30 내지 90분이 소요되었으나, 본 발명에 의하면 3 내지 10분 정도가 소요되기 때문에 세정 시간을 단축시켜 생산성을 높일 수 있다.

Claims (9)

1. 기체 상태의 세정 가스를 증기 상태로 변화시키기 위한 냉각 장치와,

   상기 냉각 장치로부터 제공되는 증기 상태의 세정 가스를 가속시켜 웨이퍼의 표면으로 분사시키기 위한 가속 노즐을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 세정 가스는 질소(N₂)인 것을 것을 특징으로 하는 세정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉각 장치는 헬륨 냉각 장치인 것을 특징으로 하는 세정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉각 장치의 내부는 -150 내지 -200℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 세정 가스는 상기 분사 노즐에 의해 100 내지 150 ℓ/분의 속도로 분사되는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
6. 냉각 장치를 통해 증기 상태로 변화된 세정 가스를 웨이퍼의 표면으로 분사하여 물리적 충돌에 의한 세정과 열교환 반응에 의한 세정이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 냉각 장치는 헬륨 냉각 장치인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 세정 가스는 질소(N₂)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 세정 가스는 100 내지 150 ℓ/분의 속도로 분사되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.