KR100633686B1 - 반도체 웨이퍼의 세정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 세정 방법에 관한 것으로, 세정, 린스 및 건조 단계를 포함하도록 이루어지는 반도체 웨이퍼의 세정 방법으로서, 세정 단계에서 반도체 웨이퍼는 2개 이상의 제1세척조에 순차적으로 침지되며, 반도체 웨이퍼가 침지되는 최초 세척조의 온도가 최종 세척조의 온도보다 25 내지 45℃ 높은 온도로 함으로써, 웨이퍼 표면에 세정액이 균일하게 도포되어 반도체 웨이퍼 식각 공정에서 형성된 폴리머를 충분히 제거하는 동시에 세정액 잔여물 덩어리가 형성되는 것을 억제하여, 반도체 웨이퍼 수율 및 신뢰성 저하 현상을 방지할 수 있다.

웨이퍼, 세정, 린스, 습식 케미칼, 세척조

Description

반도체 웨이퍼의 세정 방법{Method for cleaning semiconductor wafer}

도 1은 반도체 웨이퍼 세정시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

22: 세척조 24: 건조부

본 발명은 반도체 웨이퍼의 세정 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 소정 세정액에 반도체 웨이퍼를 투입하는 세정 단계를 적절한 온도차이를 가지고서 2회 이상 실시함으로써 웨이퍼 표면에 세정액이 균일하게 도포되어 반도체 웨이퍼 식각 공정에서 형성된 폴리머를 충분히 제거하는 동시에 세정액 잔여물 덩어리가 형성되는 것을 억제하기에 적당한 반도체 웨이퍼의 세정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자는 웨이퍼 상에 포토리소그래피, 식각, 애싱, 확산, 화학기상증착, 이온주입 및 금속증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하여 적어도 하나 이상의 도전층, 반도체층, 부도체층 등을 적층하고 조합하는 일련의 과정을 거쳐 만들어진다. 반도체 소자를 제조하는 공정 중에서도 특히 금속배선이나 콘택 홀 형성 등과 같이 식각 공정을 필요로 하는 공정에서는 식각에 사용 되는 가스 등이 플라즈마장 내에서 반도체 기판이나 층간 절연막 등과 같은 하지층 또는 포토레지스트와 상호 반응을 일으키면서 원하지 않는 부생성물로서 폴리머가 다량으로 생성된다. 이 폴리머는 재증착되어 웨이퍼의 표면을 오염시켜서 후속 공정을 진행하는 데 장애요인으로 작용할 뿐만 아니라, 소자의 구조적 형상을 왜곡하고 전기적 특성을 저하시킴으로써 그 소자의 성능(electrical characteristics) 신뢰성 및 수율 등에 큰 영향을 미친다.

따라서, 각 단위 공정 과정의 사이에는 웨이퍼 상에 존재하는 불필요한 공정층, 반응 부산물 및 각종 이물질 포함한 불순물을 제거하기 위한 세정 과정이 이루어진다.

도 1은 일반적인 반도체 웨이퍼의 세정 방법에 사용된 반도체 웨이퍼 세정시스템을 나타낸 것이다.

먼저, 어느 하나의 단위공정을 마친 후 소정 단위 개수로 카세트(C)에 탑재된 웨이퍼(W)들은 세정 시스템의 로딩부(10)와 정렬부(12)를 통해 순차적으로 이송과 정렬 과정을 거친다. 이후 구비된 트랜스퍼(14)에 의해 제1트랜스부(16)로 이송되어 웨이퍼(W)의 개수를 확인하는 작업과 카세트(C)로부터 분리되는 작업이 이루어지고, 이어 대기하는 로봇(18)에 인계된다.

한편, 로봇(18)에 인계된 웨이퍼(W)들은 로봇(18)의 구동에 따라 다수개 배열된 세척조(22)에 순차적으로 투입되어 세정 및 린스 단계를 거친다. 구체적으로, 웨이퍼(W)는 산성 또는 알카리성 케미칼이 수용된 세척조(22)에서 세정된 다음, 이소프로필 알코올 또는 탈이온화수(De-Ionized Water)가 수용된 1 또는 2개의 세척조(22)로 이송되어 1차 린스 단계를 거치며, 이소프로필 알코올 또는 탈이온화수가 수용된 또 다른 1 또는 2개의 세척조(22)로 이송되어 2차 린스 단계를 마친다. 이때, 세정 단계는 대략 75℃ 내외의 온도에서 진행하며, 린스 단계는 열처리없이 상온에서 실시한다. 린스 단계를 마친 웨이퍼(W)는 연이어 이웃하는 소정 위치의 건조부(24)로 이동된다.

대략 75℃의 고온으로 열처리한 세척조에 세정액으로서 산성 또는 알카리성 케미칼을 투입한 세정 단계에서, 세정액은 웨이퍼 표면에 균일하게 분포되므로 세정 효과가 우수하다. 그러나, 이후 상온에서 실시되는 린스 단계를 거치면서 세정액의 점도가 높아져서 세정액이 국부적으로 뭉치는 현상이 발생한다. 이로 인해, 세정액을 웨이퍼 표면에 균일하게 분포되지 못 할 뿐만 아니라 이렇게 뭉쳐진 세정액은 린스 단계에서도 일부 제거되지 못 하여 세정액 잔여물(chemical residue)을 발생하게 되어, 반도체 웨이퍼의 수율 및 신뢰성 저하를 초래하는 문제점이 있었다. 특히, 높은 점도를 갖는 ACT-970 등을 세정액으로 사용하였을 때 75℃ 내외의 온도 조건에서 실시하는 세정 단계에서는 반도체 웨이퍼 표면에 세정액이 균일하게 도포하여 폴리머 제거에 효과적이나, 이후 상온에서 실시되는 린스 단계에서는 ACT-970의 점도가 급격히 상승되므로 균일하게 도포된 세정액 일부가 린스되지 않고 서로 뭉쳐 세정액 잔여물이 과량 발생하게 된다. 세정액 잔여물이 남게 되면 후속 층간 절연막(IMD; Intermetal Dielectric)를 도포하고 화학 기계적 평탄화 또는 연마(CMP; Chemical Mechanical Planarization or polishing) 공정을 실시하는 경우에 립-아웃(rip-out) 현상을 유발하고, 후속되는 증착 또는 콘택 홀 형성을 방 해하여 수율 및 신뢰성 저하 등의 현상이 발생한다.

겔-필터(Gel filter) 등을 사용하는 경우 세정액 잔여물의 발생횟수는 줄어들지만 세정액 잔여물의 발생 자체가 없어지는 것이 아니므로 이러한 방법은 문제점을 해결하기에 적합하지 못하다.

본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼를 형성할 때 생성되는 폴리머를 제거하는 동시에 세정 단계에서 투입된 세정액 잔여물이 발생하는 것을 방지하는 반도체 웨이퍼의 세정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 웨이퍼 수율 및 신뢰성 저하 현상을 방지할 수 있는 반도체 웨이퍼의 세정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 방법은 세정, 린스 및 건조 단계를 포함하도록 이루어지는 반도체 웨이퍼의 세정 방법에서, 산성 또는 알카리성 케미칼을 투입한 제1세척조에 반도체 웨이퍼를 침지시키는 세정 단계; 소정의 린스액을 투입한 제2세척조에 상기 세정된 반도체 웨이퍼를 침지시켜 웨이퍼 표면에 피복된 케미칼을 제거하는 린스 단계; 및 상기 린스된 반도체 웨이퍼를 건조하여 린스된 반도체 웨이퍼 표면에 피복된 린스액을 제거하는 건조 단계로 이루어지며, 상기 세정 단계에서 반도체 웨이퍼는 2개 이상의 제1세척조에 순차적으로 침지되며, 반도체 웨이퍼가 침지되는 최초 세척조의 온도가 최종 세척조의 온도보다 25 내지 45℃ 높은 온도임을 특징으로 한다.

본 발명의 최초 세척조의 온도는 65 내지 85℃이며, 더욱 바람직하게는 70 내지 80℃이다.

본 발명에서 세정액으로 사용되는 케미칼은 ACT 935, ACT 970, ST250 및 EKC 640으로 이루어진 군에서 선택된 습식 케미칼일 수 있다.

본 발명의 린스액으로 이소프로필알코올, 탈이온수 또는 그 혼합물이 사용될 수 있다.

구현예

이하 본 발명의 구체적인 구현예에 대해 설명한다.

본 발명의 반도체 웨이퍼를 세정하는 방법은 반도체 웨이퍼에 형성된 폴리머를 제거하는 세정 단계, 세정 단계에서 투입되어 웨이퍼 표면에 도포된 세정액을 세척하는 린스 단계 및 웨이퍼 표면에 도포된 린스액을 제거하는 건조 단계를 포함하도록 구성되어 있다.

준비된 제1세척조에 습식 케미칼을 투입하고 폴리머를 갖는 반도체 웨이퍼를 침지시켜 세정 단계를 실시한다. 세정액으로는 통상의 산성 또는 알카리성 케미칼이라면 제한됨이 없이 사용될 수 있으나, 습식 케미칼을 사용하는 것이 더 바람직하며, 예를 들어, ST250, EKC640, ACT935, ACT970(Ashland사 제품) 등이 사용될 수 있다. 본 구현예에서 이러한 세정 단계는 75℃ 조건의 세척조에서 먼저 실시한 후 40℃ 조건의 세척조에서 동일한 과정을 1회 더 반복한다. 따라서, 제1세척조는 1개에 한정됨이 없이 다수개로 구성될 수 있다. 총 세정시간은 통상의 처리시간 범위로 한다. 최초 세척조의 온도가 최종 세척조의 온도보다 25 내지 45℃ 높은 온 도 조건을 두고, 세정 단계는 2개 이상의 세척조에서 2회 이상 실시될 수 있다. 최초 세정조의 온도보다 적당히 낮춘 2회차 또는 그 이후의 세정 단계는 세정 완충(buffer cleaning) 역할을 하는 것으로서, 세정 단계에서 투입된 세정액이 이후 실시되는 린스 단계에서 온도의 급격한 차이로 인하여 뭉치는 현상을 미연에 방지하게 된다.

준비된 제2세척조에 소정의 린스액을 투입하고 세정 단계를 거친 반도체 웨이퍼를 침지시켜 린스 단계를 실시한다. 린스액으로는 통상 사용되는 것이라면 제한됨이 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 이소프로필알코올, 탈이온수 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 린스 단계는 상온의 세척조에서 통상의 처리시간에 따라 실시한다. 본 구현예에서 이러한 린스 단계는 이소프로필알코올을 투입한 2개의 세척조와 탈이온수를 투입한 2개의 세척조로 구성되는 제2세척조를 이웃하도록 배치해 둔 후, 세정된 반도체 웨이퍼를 4개의 세척조에 순차적으로 침지시킨다. 이 과정에서 웨이퍼 표면에 도포되어 잔존하는 케미칼을 제거할 수 있다. 앞서의 온도차이를 둔 2회에 걸친 세정 단계에 의해 반도체 웨이퍼 표면에 세정액이 뭉치는 현상은 크게 줄었지만, 전체적으로 균일하게 도포되어 있으므로 이를 제거하기 위해 린스 단계를 실시하는 것이다.

린스 단계가 끝나면 반도체 웨이퍼를 건조하여 린스된 반도체 웨이퍼에 도포되어 잔존하는 린스액을 제거하는 건조 단계를 실시한다. 건조는 사용된 린스액 및 장치에 따라 그 온도를 적의 선택하여 설정한다. 따라서, 건조 단계는 상온에서 실시할 수도 있으며 열처리하에서 실시할 수도 있다.

이러한 과정을 거침으로써 반도체 웨이퍼에 형성된 폴리머를 제거하는 동시에 폴리머 제거를 위해 처리된 세정액이 웨이퍼 표면에 뭉치는 현상 또한 방지할 수 있다.

상술한 과정 이후 웨이퍼(W)는 도 1에 나타낸 바와 같이 로봇(18)의 구동에 의해 제2트랜스부(26)로 이송되는 과정을 거치고, 복수 웨이퍼(W)의 탑재가 이루어진 카세트(C)는 계속해서 언로딩되어 다음 공정 위치로 이송되는 과정을 거친다.

지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.

본 발명에 따르면 반도체 웨이퍼의 세정 방법 중 린스 및 건조 단계에 앞서 실시되는 세정 단계에서 반도체 웨이퍼는 2개 이상의 세척조에 순차적으로 침지되며, 반도체 웨이퍼가 침지되는 최초 세척조의 온도와 최종 세척조의 온도를 적절한 차이를 갖도록 설정함으로써, 웨이퍼 표면에 세정액이 균일하게 도포되어 반도체 웨이퍼 식각 공정에서 형성된 폴리머를 충분히 제거하는 동시에 세정액 잔여물 덩어리가 형성되는 것을 억제하여, 반도체 웨이퍼 수율 및 신뢰성 저하 현상을 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 세정, 린스 및 건조 단계를 포함하도록 이루어지는 반도체 웨이퍼의 세정 방법에서,

   산성 또는 알카리성 케미칼을 투입한 제1세척조에 반도체 웨이퍼를 침지시키는 세정 단계; 소정의 린스액을 투입한 제2세척조에 상기 세정된 반도체 웨이퍼를 침지시키는 린스 단계; 및 상기 린스된 반도체 웨이퍼를 건조하는 건조 단계로 이루어지며,

   상기 세정 단계에서 반도체 웨이퍼는 2개 이상의 제1세척조에 순차적으로 침지되며, 반도체 웨이퍼가 침지되는 최초 세척조의 온도가 최종 세척조의 온도보다 25 내지 45℃ 높은 온도임을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 세정 방법.
2. 제1항에서,

   상기 최초 세척조의 온도가 65 내지 85℃임을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 세정 방법.
3. 제2항에서,

   상기 최초 세척조의 온도가 70 내지 80℃임을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 세정 방법.
4. 제1항에서,

   세정액으로 사용되는 상기 케미칼은 ACT 935, ACT 970, ST250 및 EKC 640으로 이루어진 군에서 선택된 습식 케미칼임을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 세정 방법.
5. 제1항에서,

   린스 단계에 사용된 용매는 이소프로필알코올, 탈이온수 또는 그 혼합물임을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 세정 방법.

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