KR100595140B1 - 화학 잔류물을 효과적으로 제거하기 위한 웨이퍼 세정 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 소자의 금속 배선층 형성을 위한 식각 공정 후에 수행되는 웨이퍼 세정 방법을 개시한다. 본 웨이퍼 세정 방법은, 케미컬 세정 공정에 사용되는 고온의 유기 용제가 이후에 진행되는 상온의 IPA 세정 공정에서의 갑작스러운 온도변화에 기인하여 웨이퍼 상에 화학 잔류물로 흡착되는 것을 방지하는 웨이퍼 세정 방법으로서, 이를 위해, 케미컬 세정 공정 후 순수에 의한 세정 공정 전에 버퍼 탱크로 사용되는 IPA 베쓰의 양측면으로부터 소정의 압력으로 IPA 용액을 분사하는 분사식 IPA 세정 공정을 실시한다. 그리하여, 물리적으로 강하게 반응하는 IPA 용액이 이전 케미컬 세정 공정의 유기 용제 베쓰로부터 묻어나온 유기 용제를 효과적으로 제거하여 웨이퍼 표면에 화학 잔류물이 흡착되는 것을 방지한다.

Description

화학 잔류물을 효과적으로 제거하기 위한 웨이퍼 세정 방법{Wafer Cleaning Method for Effective Removal of Chemical Residue}

도 1은 금속 식각 공정 후에 행하는 종래의 웨이퍼 세정 공정을 단계별로 도시한 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 공정을 단계별로 도시한 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 웨이퍼 세정 공정에 따른 분사식 IPA 세정 공정을 수행하는 상태를 개략적으로 도시한 개요도이다.

본 발명은 웨이퍼 세정방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 반도체 소자의 금속 배선층 형성을 위한 식각 공정 후에 웨이퍼 표면에 남아 있는 반응 부산물을 제거하기 위한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 회로 집적도가 증가함에 따라, 여러 종류의 반도체 박막이 다층으로 적층된 구조의 미세패턴을 가공해야 할 필요성이 점차 증가되고 있다. 이에 따라 수많은 식각공정, 감광막 제거공정 등을 거치게 되고, 특히 반도체 소자 제조시 발생되는 공정불량을 줄이기 위하여 여러 차례의 웨이퍼 세정공정이 필수적 으로 요구되고 있다.

반도체 제조 공정에 있어 세정공정은 더 이상 필요하지 않은 포토레지스트막을 웨이퍼로부터 제거한 후, 웨이퍼 상에 존재하는 포토레지스트막 잔류물, 건습식 에칭 후 잔류하는 엑천트 및 에칭 후 발생한 잔류물, 웨이퍼에 부착된 파티클, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 후, 웨이퍼 상에 잔류하는 슬러리(slurry) 등을 소정의 화학 처리제를 이용하여 웨이퍼로부터 제거함으로써 후속 반도체 공정에서의 불량 발생을 방지하는 매우 중요한 공정 중 하나이다.

도 1을 참조하여 종래의 금속 배선 식각 후에 행해지는 웨이퍼 세정공정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 웨이퍼 상에 존재하는 포토레지스트막을 제거하고 잔존하는 폴리머 등의 부산물을 제거하기 위하여 통상 50 ℃도 내지 80 ℃로 유지되는 유기용제 베쓰 내에 웨이퍼를 침지하여 케미컬 세정을 행한다.(S10) 다음으로, 케미컬 세정에 의해 웨이퍼 상에 잔류하는 불순물(유기용제 성분)을 제거하기 위하여 순수(DI-water)로 세정한다.(S20) 순수를 이용한 세정에서는 세정 효율을 높이기 위하여 QDR(Quick Drain Rinse) 베쓰를 이용하여 행하게 되는데, 일반적으로 QDR은 베쓰 내에 순수를 채우는 단계, 순수를 오버플로우(Overflow)시키는 단계, 및 베쓰 내의 순수를 배출하는 단계로 진행된다. QDR 공정을 마친 다음에는 순수로 최종 린스(Final Rinse)하게 되고(S30), 그 후 웨이퍼 건조 공정(S40)을 행하여 웨이퍼 상에 존재하는 물기를 제거하게 된다.

한편, 케미컬 세정 공정후 QDR 공정을 바로 진행하는 경우에 메탈 어택(metal attack)이 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 중간 세정 공정으 로서 이소프로필알콜(Isopropylalcohol, 이하 IPA라고 칭함)에 의한 세정을 수행한다. IPA에 의한 세정은 상온으로 유지되는 IPA 베쓰에 케미컬 세정을 마친 웨이퍼를 침지함으로써 행해지는데, IPA 베쓰는 버퍼 탱크(Buffer Tank)로서의 역할을 수행하게 된다. 경우에 따라서는 두번의 IPA 세정 공정을 행하게 되는데, 먼저 케미컬 세정 후에 웨이퍼 상에 잔존하는 폴리머 입자 등의 부산물을 1차적으로 제거하기 위하여 제1 IPA 베쓰 내에서 초벌 세정(S11)한 후, 제2 IPA 베쓰에서 미세 세정(S12)하게 된다.

상술한 종래의 웨이퍼 세정 공정에서, IPA에 의한 세정은 상온으로 유지되는 IPA 용액에 의해 수행되는데, 이는 IPA를 고온으로 가열하는 경우 폭발 위험성을 갖게 되기 때문이다. 그러나, 이전 단계인 케미컬 세정에서는 고온의 유기용제에 의해 수행되는데, 이러한 고온의 유기용제에 의한 세정을 마친 웨이퍼가 상온의 IPA 베쓰에 들어가면 유기 용제에 함유된 화학 물질들이 순간적으로 경화작용을 일으켜 웨이퍼 표면에 흡착되어 화학 잔류물(chemical resedue)을 형성한다. 이는 보통 50도 내지 80도의 고온의 유기용제로부터 상온의 IPA 베쓰로의 갑작스러운 온도변화에 기인한다.

이러한 화학 잔류물은 이후의 세정 공정에서 쉽게 제거되지 않으므로 반도체 소자의 수율을 저하시키게 되며, 특히 세정 후에 IMD(Intermetallic dielectrics)의 증착 공정 후에 수행되는 CMP 공정에서 박막의 벗겨짐 현상(rip-out)을 발생시켜 직접적인 수율 손실을 가져온다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, IPA 베쓰 내의 IPA 용액을 교반하거나 IPA 용액의 유속을 빠르게 하는 방법을 사용하고 있으나, 그 효과가 미흡하여 실제 생산 과정에서는 많은 잔류물들이 발생하고 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 케미컬 세정 공정에서 완전히 제거되지 않은 폴리머 등의 부산물 뿐만 아니라, 케미컬 세정 공정에 사용되는 고온의 유기 용제가 이후에 진행되는 상온의 IPA 세정 공정에서의 갑작스러운 온도변화에 기인하여 웨이퍼 상에 화학 잔류물로 흡착되는 것을 방지하는 웨이퍼 세정 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 소자 제조시 금속 배선 식각 공정을 거친 웨이퍼를 세정하는 방법에서, 상기 웨이퍼로부터 포토레지스트막을 제거한 후 잔존하는 부산물을 제거하기 위하여 유기 용제로 상기 웨이퍼를 케미컬 세정하는 단계; 상온으로 유지되는 IPA 용액을 상기 웨이퍼에 소정의 압력으로 분사하여 온도변화로 인해 상기 웨이퍼 상에 흡착되는 상기 유기용제의 화학 잔류물을 세척하는 분사식 IPA 세정 단계; 상기 웨이퍼를 순수(DI-water)로 세정하는 단계; 및 상기 웨이퍼를 건조하여 물기를 제거하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 케미컬 세정 단계에서 사용되는 유기 용제는 대략 50 ℃ 이상 80 ℃ 이하의 온도로 유지되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분사식 IPA 세정 단계 이후에, 상기 웨이퍼를 IPA 베쓰 내에 수용된 상온의 IPA 용액에 침지하여 세척하는 침지식 IPA 세정 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 로 한다. 여기의 실시예는 단지 설명적인 관점에서 기술될 것이고 본 발명의 본질적인 특징이 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 2에 도시한 공정 순서도는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 공정을 순차적으로 도시한 것이다.

먼저, 금속 배선 식각 공정을 거친 웨이퍼를 스트리퍼(stripper)를 이용하여 포토레지스트막을 제거한 후, 완전히 제거되지 않고 웨이퍼 상에 잔존하는 폴리머 등의 부산물을 제거하기 위하여 웨이퍼를 유기물 화학 처리제로서의 유기 용제에 침지하여 세정한다.(케미컬 세정 단계, S100) 여기의 유기 용제는 대략 50 ℃ 이상 80 ℃ 이하의 온도로 유지된 상태에서 웨이퍼를 세정하게 된다.

다음으로, 케미컬 세정 공정을 거친 웨이퍼를 상온의 IPA 용액으로 세정하게 된다. IPA 용액에 의한 세정은 순수(DI-water)에 의한 세정 공정 전에 행하는 완충적인 세정 공정이다. 여기서, IPA 용액에 의한 세정은 안전상 상온에서 행하게 되는데, 이때 고온에서 행한 케미컬 세정 공정에서의 유기 용제가 급격한 온도 변화에 기인하여 경화됨으로써 화학 잔류물로 생성되고, 이들 화학 잔류물들이 웨이퍼 상에 흡착된다.

따라서, 이러한 화학 잔류물들을 효과적으로 제거하기 위하여, IPA 용액을 도 3에 도시한 압력식 분사 노즐(N1, N2)을 통해 소정의 압력으로 웨이퍼에 분사한다. 즉, 상기 분사 노즐(N1, N2)을 통해 분사되는 IPA 용액의 압력에 의하여 화학 잔류물들이 물리적으로 웨이퍼로부터 제거된다.(S110) 또한, 이러한 분사식 IPA 세정 공정에 의하면, 케미컬 세정 공정에서 미처 제거되지 않은 폴리머 등의 부산 물 뿐만 아니라, 유기 용제의 경화로 인한 화학 잔류물을 효과적으로 제거할 수 있다.

분사식 IPA 세정 단계를 거친 후에는, 순수(DI-water)를 이용하여 웨이퍼를 세정한다. 세정 효율을 높이기 위하여 QDR(Quick Drain Rinse) 베쓰를 이용하여 세정하고(S200), QDR 세정을 마친 다음에는 순수로 최종 린스(Final Rinse)하게 되고(S300), 그 후 웨이퍼 건조 공정(S400)을 행하여 웨이퍼 상에 존재하는 물기를 제거하게 된다.

한편, IPA 용액을 소정의 압력으로 분사하여 행하는 분사식 상기 IPA 세정 단계(S110)를 거친 후, 순수에 의한 세정 공정을 행하기에 앞서서, 상기 웨이퍼를 IPA 베쓰 내에 수용된 상온의 IPA 용액에 침지하여 세척하는 침지식 IPA 세정 단계를 행하는 것이 바람직하다. 그리하여, 미처 제거되지 않는 폴리머 등의 부산물 또는 유기 용제의 경화로 인한 화학 잔류물 등의 미세 입자들을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.

도 3은 분사식 IPA 세정 공정을 실행하는 상태를 개략적으로 도시한다. 여기서 복수개의 웨이퍼(W)를 배치하고 상기 웨이퍼(W) 상단 좌우측에 각각 압력식 분사 노즐(N1, N2)을 배치한다. 상기 분사 노즐(N1, N2)로부터 상온의 IPA 용액을 소정의 압력으로 분사하여 웨이퍼(W) 상에 흡착된 잔류물을 물리적으로 제거한다. 여기의 분사 노즐(N1, N2)은 일반적으로 사용되는 액체 분사 노즐을 이용할 수 있다. 또한, IPA 용액이 분출되는 압력은 웨이퍼(W)가 손상되지 않으면서 웨이퍼(W) 상에 잔류하는 입자들이 효과적으로 제거될 수 있는 적절한 압력이 되도록 조정한 다.

본 발명에 따르면, 반도체 소자 제조시 금속 식각 공정을 거친 웨이퍼를 세정함에 있어서, 케미컬 세정 공정에서 완전히 제거되지 않은 폴리머 등의 부산물 뿐만 아니라, 케미컬 세정 공정에 사용되는 고온의 유기 용제가 이후에 진행되는 상온의 IPA 세정 공정에서의 갑작스러운 온도 변화에 기인하여 웨이퍼 상에 화학 잔류물로 흡착되는 것을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.

이를 위하여, 순수에 의한 세정 공정 전에 버퍼 탱크로 사용되는 IPA 베쓰의 양측면으로부터 소정의 압력으로 IPA 용액을 분사하는 분사식 IPA 세정 공정을 실시한다. 그리하여, 물리적으로 강하게 반응하는 IPA 용액이 이전 케미컬 세정 공정의 유기 용제 베쓰로부터 묻어나온 유기 용제를 효과적으로 제거하여 웨이퍼 표면에 화학 잔류물이 흡착되는 것을 방지한다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 공정에 대해 해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위내에서 변형된 형태로 구현가능함을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. 반도체 소자 제조시 금속 배선 식각 공정을 거친 웨이퍼를 세정하는 방법으로서,

   상기 웨이퍼로부터 포토레지스트막을 제거한 후 잔존하는 부산물을 제거하기 위하여 50 ℃ 이상 80 ℃ 이하의 온도로 유지된 유기 용제로 상기 웨이퍼를 케미컬 세정하는 단계;

   상온으로 유지되는 IPA 용액을 상기 웨이퍼에 소정의 압력으로 분사하여 온도변화로 인해 상기 웨이퍼 상에 흡착되는 상기 유기용제의 화학 잔류물을 세척하는 분사식 IPA 세정 단계;

   상기 웨이퍼를 순수(DI-water)로 세정하는 단계; 및

   상기 웨이퍼를 건조하여 물기를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 분사식 IPA 세정 단계 이후에, 상기 웨이퍼를 IPA 베쓰 내에 수용된 상온의 IPA 용액에 침지하여 세척하는 침지식 IPA 세정 단계를 더 포함하는 것을 특 징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.

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