KR100865457B1 - 세정공정의 안정성 확인 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세정공정의 안정성 확인 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 유기용제를 이용한 세정공정에서의 안정성을 시험하기 위하여 간단하게 시험용 웨이퍼를 만들어 확인하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 세정공정의 안정성 확인 방법은 웨이퍼에 금속층, ARC를 순차적으로 형성하고, 포토레지스트를 도포한 후 패턴을 형성한 웨이퍼를 식각하는 단계; 상기 식각된 웨이퍼를 IPA를 포함하는 세정액을 사용하여 세정하는 단계; 상기 세정단계를 거친 웨이퍼를 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
세정, 식각, 부식, 유기용제

Description

세정공정의 안정성 확인 방법{Stability check method in cleaning process}
본 발명은 세정공정의 안정성 확인 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 유기용제를 이용한 세정공정에서의 안정성을 시험하기 위하여 간단하게 시험용 웨이퍼를 만들어 확인하는 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 방법에서 스트리퍼는 비금속(Non-Metal) 공정에서 피라니아(Piranha) 공정과 같은 역할을 한다. 스트리퍼에서 사용되는 유기용제는 피라니아 혼합액에서의 황산이 금속을 식각하므로, 단지 금속을 식각하지 않으면서 유기오염물과 감광제 찌꺼기를 제거할 수 있는 역할을 할 수 있게 제작된 유기용제이다.
이는 금속 식각이나 비아 식각 후에 사용되는 세정 용액으로써, 유기 용제에 특별한 기능을 가진 첨가물을 사용하여, 식각후에 발생되는 폴리머를 제거하는데 사용되는 용액이다. 기능성을 가진 첨가물은 제조사에 따라 그리고 용도에 따라 그 종류와 조성이 다양하다. 주로 부식방지제, 폴리머 용해제 등이 첨가된다. 표 1은 금속식각후 세정에 사용되는 유기 용제중에서 시중에서 ACT-970의 상품명으로 판매 되는 유기용제의 구성성분과 조성비를 표시한 도표이다.
표 1. 유기용제(ACT-970)의 구성성분과 조성비
성분 조성비(%) 용도
NMEA 77.80 폴리머 용해제
물 20.00 식각 부산물과 폴리머 염의 용해제
벤조트리아졸 1.15 부식방지제
갈산 1.05 부식방지제
일반적인 부식은 금속식각시 형성된 금속 할로겐 염(Metal Halide Salts)에서 파생되는 산에 의해서 발생된다. 부식이 형성되는 원리는 다음과 같다.
Al + (BCl3 + Cl2) --> AlCl3 (루이스 산)
AlCl3 + (30~60% RH or H2O) --> Al(OH)3 + 3HCl
2(AlCl3 + 6H2O) --> Al2O3 + 9H2O + 6HCl
Al + 3HCl --> AlCl3 + 3/2H2
또한, 유기용제에 의한 식각 진행 시 사용한 화학약품이 린스 공정에서 반응하여 아래와 같은 디펙(defect)을 발생할 수 있다.
RNH2 + H2O <=> RNH3 + + OH-
Al + 4OH- <=> Al(OH)4 - + 3e-
O2 + 2H2O + 4e- <=> 4OH-
4Al + 3O2 + 4OH- <=> 4Al(OH)4 -
금속라인에서 발생하는 부식성 디펙트는 진행성 디펙트로 반도체 칩의 성능을 저하하는 중대 요인이다. 도 1은 부식성 결함을 보여주는 사진이다. 도 1에서 원형으로 표시된 부분이 부식성 결함이 발생한 부분이다.
상기된 부식성 부식등의 문제점을 확인하기 위하여 제조 공정에 있는 웨이퍼를 사용할 경우 금속부식, 갈바닉 부식, 포토레지스트 잔류물등의 디펙트로 수율 저하를 유발할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 반도체 소자의 제조에서 금속식각후의 유기용제를 이용한 세정공정의 장비 릴리즈(Release), 예방정비(PM), 결함 확인 또는 장비 점검을 위하여 단기간에 시험용 웨이퍼를 제조하여 세정공정의 안정성을 확인하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 세정공정의 안정성 확인 방법은 웨이퍼에 금속층, ARC를 순차적으로 형성하고, 포토레지스트를 도포한 후 패턴을 형성한 웨이퍼를 식각하는 단계; 상기 식각된 웨이퍼를 IPA를 포함하는 세정액을 사용하여 세정하는 단계; 상기 세정단계를 거친 웨이퍼를 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 식각단계와 세정단계 사이에 대기시간없이 연속적으로 진행된다.
본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 세정단계는 식각단계를 거친 웨이퍼가 세정액인 유기용제가 들어있는 2개의 탱크, 2개의 IPA 및 건조기를 순차적으로 거치면서 실시된다.
본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 IPA의 운전온도가 상기 탱크의 운전온도와 동일하다.
본 발명에 의하면, 프론트 공정을 생략하고, 금속층 증착, 식각, 세정, 검사 단계만을 거쳐서 시험용 웨이퍼를 만들어 세정공정의 안정성을 간단하게 확인할 수 있다. 또한 일반적인 유기용제를 이용한 세정장비의 모니터링 방법인 파티클 모니터링이외에 상기 과정을 거쳐 만들어진 웨이퍼를 이용하여 장비의 안정성을 검사할 수 있으므로, BEOL(back end of the line) 공정의 안정성을 배가시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 세정공정의 안정성 확인을 위한 웨이퍼의 제작방법을 도시한 도면이다.
이하 예시도면에 의거하여 본 발명의 일실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명한다. 다만, 아래의 실시예는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 충분히 이해할 수 있도록 제공되는 것이지, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 금속 식각 세정공정의 안정성 확인 방법은 웨이퍼에 금속층, ARC를 순차적으로 형성하고, 포토레지스트를 도포한 후 패턴을 형성한 웨이퍼를 식각하는 단계; 상기 식각된 웨이퍼를 IPA를 포함하는 세정액을 사용하여 세정하는 단계; 상기 세정단계를 거친 웨이퍼를 검사하는 단계를 포함하는 포함하고 있다. 이하 구체적인 실시예를 가지고 각 단계별로 살펴본다.
먼저 웨이퍼에 금속층, ARC를 순차적으로 형성하고, 포토레지스트를 도포한 후 패턴을 형성한 웨이퍼를 식각하는 단계를 거친다. 이를 위해 베어 웨이퍼의 탈가스 공정, 티타늄 증착, 알루미늄 구리 증착, 티타늄 증착, 질화티타늄 증착의 순서로 진행된다.
베어 웨이퍼(10)는 먼저 웨이퍼의 탈가스(DEGAS) 공정을 거치게 된다. 탈가스 공정은 PVD 또는 CVD등을 이용하여 박막을 형성하기 전에 박막이 형성될 웨이퍼의 표면에 박막형성을 저해하거나 생성된 박막의 특성을 변화시킬 수 있는 기체 또는 액상의 물질등을 웨이퍼를 가열하여 이물질을 활성화시켜서 제거하는 과정이다.
탈가스 공정을 거친 웨이퍼 위에 티타늄을 증착시킨다. 다른 공정처럼 티타늄은 전체 웨이퍼에 증착되는 첫번째 금속이다. 이는 다음 금속층과의 사이에 우수한 접착을 제공한다. 여기서 티타늄은 100Å의 두께로 증착시키는 것이 바람직하다.
다음으로 알루미늄 구리 금속이 박막 PVD 기술을 이용하여 티타늄이 코팅된 웨이퍼에 증착시킨다. 알루미늄 구리 금속의 상부에는 다시 티타늄을 증착시키고, 다시 그 상부에 질화티타늄을 증착시켜서 금속층(12)을 형성시킨다. 여기서 알루미늄 구리 금속은 4000Å, 티타늄은 50Å, 질화티타늄은 600Å의 두께로 증착시키는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 스퍼터링 단계를 거친 웨이퍼의 상부에 ARC(Anti-Reflective Coating, 미도시)을 실시한다. ARC는 빛의 반사를 억제하여 원하지 않는 패턴이 형성되는 것을 방지하기 위한 것으로, 실리콘산화질화막(SiON)과 실리콘산화막(SiO2)을 증착시켜서 형성한다. 여기서 실리콘산화질화막과 실리콘산화막은 각각 330Å,50Å의 두께로 증착시키는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 ARC 상부에 포토레지스트막(14)을 증착시킨다. 이는 고속으로 회전하고 있는 웨이퍼의 표면에 포토레지스트를 떨어뜨려 웨이퍼 표면에 포토레지스트 막(14)을 형성시킨다. 다음으로 자외선등의 광원을 이용하여 마스크 패턴을 웨이퍼위에 전사한다. 다음으로 노광부의 포토레지스트를 용제를 이용하여 녹인 후, 패턴(15)의 상태를 육안으로 검사하고 CD 측정을 거쳐서 패턴이 제대로 형성되었는지를 확인한다.
패터닝된 웨이퍼는 상기된 포토레지스트 패턴(15)을 마스크로 하여 금속층(12)을 식각하여서 원하는 금속배선(13)을 형성하게 된다. 또한 플라즈마를 이용하여 포토레지스트도 제거한다. 그러나 이 과정에서 금속층이나 층간절연체에 식각부산물(20)이 발생하게 된다.
다음으로 IPA를 포함하는 세정액을 사용하여 세정하는 단계를 거치게 된다. 세정단계에서는 식각과정에서 발생한 식각부산물(20)을 제거하게 된다. 표 2는 세정단계에서의 세정방법에 대한 레시피(RECIPE)이다.
표 2. 세정단계의 세정방법에 대한 레시피
구분 탱크 1 탱크 2 IPA 1 IPA 2 건조기
온도(℃) 75 ± 5 75 ± 5 55 ± 5 55 ± 5
시간(초) 600 600 600 600 600
세정단계에서 사용되는 유기용제는 2개의 탱크에 들어있는데, 웨이퍼는 탱크 #1과 탱크 #2에서 75±5℃의 온도에서 각각 600초 동안 세정과정을 진행하게 된다. 탱크 #1과 탱크 #2로 나누어서 세정을 진행하는 이유는 탱크 #1에서 제거된 폴리머등의 불순물이 웨이퍼에 재흡착될 가능성이 있으므로, 탱크 #2에서 잔존하는 불순물을 제거할 수 있도록 하기 위함이다.
탱크 #1,2를 거친 후에는 IPA(iso-propyl alcohol)로 유기용제를 제거하기 위한 세정을 하게 된다. 탱크 #1,2에서의 유기용제를 제거하기 위하여 순수를 사용 할 경우에는 금속에 부식이 발생할 가능성이 높으므로, IPA를 이용하게 된다. 또한 IPA의 사용온도는 탱크#1,2에서의 운전온도와 동일한 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 이는 탱크 #1,2의 고온에서 사용된 유기용제가 저온의 IPA에 의해 경화되는 것을 방지하기 위함이다.
여기서 식각 진행 후에 세정까지 장시간 대기하면 식각과정에서 제거된 포토레지스트가 재경화되어 레지듀 결함을 유발하므로, 대기시간없이 연계하여 진행하는 것이 바람직하다.
이러한 과정을 거쳐서 완성된 웨이퍼의 결함을 검사하여서 세정공정의 안정성을 확인하는 검사단계를 진행하게 된다. 검사단계에서는 금속부식(metal corrosion), 레지듀, 파티클 디펙트(particle defect)등의 발생유무를 확인하여 세정공정의 안정성 여부를 알 수 있다. 즉, 세정을 마친 웨이퍼를 검사한 결과, 금속부식이 하나라도 발견된다면 세정공정에 문제점이 있을 가능성이 높다. 웨이퍼의 검사는 공지된 방법에 의해 실시한다.
본원발명에 의한 세정공정의 안정성 확인방법은 펌프, 베스 가이드, 배관, 온도센서등의 세정장비의 베스관련 부품 교체시, 유기용제 조성 비율 변경시, 순수 조성 비율 변경시, 사용시간 연장시, 결함 확인시 등 다양한 경우에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 패턴의 정형성을 요구하는 것이 아니라 라인상의 결함을 점검하 여서 부식상태와 레지듀를 확인할 수 있는 모든 패턴의 사용이 가능하다.
도 1은 부식성 결함을 보여주는 사진,
도 2는 본 발명에 의한 세정공정의 안정성 확인을 위한 웨이퍼의 제작방법을 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 주요 부호의 설명>
10: 베어 웨이퍼 12: 금속층
14: 포토레지스트 20: 식각부산물

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 웨이퍼에 금속층, ARC를 순차적으로 형성하고, 포토레지스트를 도포한 후 패턴을 형성한 웨이퍼를 식각하는 단계; 상기 식각된 웨이퍼를 IPA를 포함하는 세정액을 사용하여 세정하는 단계; 상기 세정단계를 거친 웨이퍼를 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정공정의 안정성 확인 방법에 있어서, 상기 식각과 세정 사이에 대기시간없이 연속진행하는 것을 특징으로 하는 세정공정의 안정성 확인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 세정단계는 상기 식각단계를 거친 웨이퍼가 세정액인 유기용제가 들어있는 2개의 탱크, 2개의 IPA 및 건조기를 순차적으로 거치면서 진행되는 것을 특징으로 하는 세정공정의 안정성 확인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 IPA의 운전온도가 상기 탱크의 운전온도와 동일한 것을 특징으로 하는 세정공정의 안정성 확인 방법.
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