KR100922092B1 - 단일 웨이퍼 세정 시스템 상의 갈바니 부식 효과를제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

단일 웨이퍼 세정 시스템 상의 갈바니 부식 효과를제어하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 단일 웨이퍼 세정 시스템 상에서 갈바니 부식 효과를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 일 실시예에 있어서는, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하기 위한 방법을 제공한다. 방법은, 웨이퍼 표면에 부식 억제제를 함유하는 세정 화학제를 인가하면서 시작된다. 그 다음, 웨이퍼의 표면은 시간 주기 동안 세정 화학제에 노출된다. 다음에, 세정 화학제와 웨이퍼 표면의 계면에서의 농도 구배가 리프레쉬된다. 그 다음, 세정 화학제를 제거하기 위해 세정제와 건조제가 동시에 인가되는데, 여기서 건조제는 부식 억제제의 농도가 부식 방지를 제공하기에 불충분한 수준으로 희석되기 전에 웨이퍼의 표면을 건조한다.

Description

단일 웨이퍼 세정 시스템 상의 갈바니 부식 효과를 제어하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING GALVANIC CORROSION EFFECTS ON A SINGLE-WAFER CLEANING SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것으로, 특히 갈바니 부식을 최소화하는 단일 웨이퍼 세정 시스템을 위한 세정 방법 및 장치에 관한 것이다.
갈바니 부식은 2개의 상이한 금속이 전해액을 통해 결합되는 환경에서 유도된다. 갈바니 셀 내의 금속 중 하나는 양극이 되는데 정상보다 빨리 부식되는 반면, 다른 금속은 음극이 되어 정상보다 느리게 부식된다. 도 1은 기본적인 갈바니 셀의 종래 기술의 도면 (100) 이다. 2개의 상이한 금속 (104, 106) 이 전해액 (102) 을 통해 결합된다. 양극 (106) 은 전자를 내놓으므로 자체 부식율이 증가되는 반면 음극 (104) 은 자체의 부식율이 감소된다.
반도체에서 사용되는 금속 상호연결은, 흔히 구리/탄탈 (Cu/Ta) 이나 구리/질화탄탈 (Cu/TaN) 과 같은 상이한 금속으로 구성된다. 에칭과 화학적 기계적 평탄화 (CMP) 와 같은 처리 동작을 수반하는 세정 동작 동안, 상이한 금속은 수성계 클리너 또는 반수성 (semi-aqueous) 계 클리너로부터의 물과 같은 전해액을 통한 전기 접촉을 일으킨다. 결과적으로, 금속 중 하나의 부식은 가속되고, 이에 의해 장치 고장의 원인인 전위를 야기한다. 도 2는 상이한 금속이 갈바니 셀을 형성할 수 있는 하나의 예를 묘사하는 종래 기술의 도면 (110) 을 도시한다. 도면 (110) 은 2중 다마신 구조 (dual damascene structure) 를 나타내는데, 트렌치 (120;trench) 는 아래의 구리 금속화 라인 (112) 쪽으로의 비아 (122;via) 를 포함한다. 라이너 (114;liner) 는 구리 금속화 라인 (112) 을 3측면에서 에워싸고, 구리 확산 장벽으로 작용한다. 전형적으로, 유전층 (118) 은 장벽 (116) 에 걸쳐서 배치된 저 유전율 유전체이다. 도면 110으로 보여지는 바와 같이, 비아 (122) 는 구리 금속화 라인 (112) 에 걸쳐 약간 오정렬된다. 결과적으로, 라이너 (114) 가 2중 다마신 애플리케이션에 대해 전형적으로 탄탈 또는 질화 탄탈이므로, 2개의 상이한 금속인 구리 금속화 라인 (112) 의 구리 및 라이너 (114) 가 노출된다. 또한, 금속화 라인 (112) 과 접촉하지 않는, 제 2금속 라인 (도시 생략) 상의 추가적으로 오정렬된 비아는, 절연된 라인 내의 노출된 상이한 금속이 전해액을 통해 접촉할 때 갈바니 셀용 전위를 도입할 수 있다. 구리가 기판 (124) 의 다른 영역 내에 노출된 제 2 금속과 접촉할 수 있음에 따라, 비아는 오정렬될 필요가 없는 것으로 이해한다. 따라서, 보다 완벽하게 정렬된 구조의 상이한 금속이 세정 및 헹굼 동작 동안 전해액을 통해 접촉될 수 있다. 부가적으로, 2중 다마신 구조가 도면 (110) 에 존재하는 한편, 알루미늄을 사용하는 전통적인 금속화 처리가 갈바니 셀용 전위를 생성할 수도 있다.
세정 동작 동안, 기판은 세정 화학제에 노출된다. 단일 웨이퍼 세정 동작의 경우에 있어서, 세정 화학제는 빠른 작용을 위해 공식화되고, 성분의 화학량론은 세정 화학제의 성능에 중요하다. 예컨대, 단일 웨이퍼 세정 동작을 위한 반수성 세정 화학제는, 전형적으로 유기 재료를 제거하기 위한 용제와, 에칭 처리로부터 스퍼터링하기 위해 노출된 표면으로부터의 금속 오염물질 제거를 강화하기 위한 킬레이터 (chelator), 및 특히 부식에 취약한 민감 표면을 패시베이팅하기 위한 계면 활성제를 포함한다. 포스트 비아 에칭 (post via etch) 애플리케이션용으로 사용되는 시판되는 단일 웨이퍼 세정 화학제의 예로는, Ohio주 Dublin의 Ashland Inc.의 NE-89와 캘리포니아 Hayward의 EKC Technology Inc.의 EKC640을 포함한다.
단일 웨이퍼 세정 동작을 위한 세정 화학제의 계면 활성제는 비아와 콘택트와 같은 접근하기 어려운 피처의 웨팅 (wetting) 을 개선시키도록 돕고, 필요한 경우 갈바니 효과를 제어하기 위해서도 공식화되는데, 계면 활성제가 희석되면 자체의 패시베이션 능력은 감소되거나 억제되므로, 이에 의해 기판은 갈바니 부식 효과에 대해 보다 취약하게 된다. 예컨대, 세정 화학제가 기판 상에 발라지고, 탈이온화수 (deionizer water) 로 헹궈지는 곳에서, 물은 갈바니 부식에 대한 메커니즘을 초기화하기 위한 전해액으로서 작용한다. 갈바니 부식은 수 초 (sec) 의 제 1 헹굼 중에 일어날 수 있는데, 여기서 세정 화학제 및 계면 활성제는 세정 화학제의 헹굼에 따라 초기에 희석된다. 세정 화학제의 희석은 부식으로부터 기판 표면을 보호하기 위해서 수립된 화학적 평형을 혼란시킨다. 계면 활성제 농도가 헹굼을 통한 희석에 의해 변경되므로, 반도체 기판은 계면 활성제 농도가 부식을 억제하는데 불충분할 때 부식에 취약하게 되기 쉽다.
도 3은 기판 (126) 상의 벤티지 포인트 (vantage point) 로부터 헹굼 동작 동안 형성된 다양한 농도 구배 영역을 디스플레이하는 종래 기술 도면을 나타낸다. 기판 (126) 은 화살표 (134) 방향으로 회전한다. 영역 (128) 은 노즐이나 그 밖의 전달 메커니즘 (도시 생략) 를 통해 기판 (126) 상에 발라진 세정 화학제를 포함하는 영역을 묘사한다. 기판 (126) 으로부터 세정 화학제를 헹구기 위해, 기판이 회전하는 동안 기판 (126) 의 바깥쪽 에지를 향한 방향의 노즐 (도시 생략) 을 통해 기판 (126) 상에 탈이온화수를 뿌린다. 탈이온화수가 기판 (126) 상에 뿌려짐에 따라, 상이한 구배의 영역이 기판 (126) 상에 형성된다. 영역 (130) 은, 탈이온화수가 기판 (126) 상에 초기에 뿌려짐에 따라 형성되는 세정 화학제와 탈이온화수의 혼합물을 포함한다. 시간 주기 후, 충분한 탈이온화수가 기판 (126) 상에 뿌려지는데, 여기서 세정 화학제가 제거되고, 탈이온화수만을 함유하는 영역 (132) 이 형성된다. 도 3이 헹굼 처리 동안 스냅샷의 일 예를 제공하는 한편, 화살표 (136) 에 의해 표시된 바와 같이 영역 (132, 130) 의 에지가 기판 (126) 의 에지를 향해 움직이는 것을 이해한다. 탈이온화수 헹굼은, 모든 세정 화학제가 기판 (126) 으로부터 제거될 때까지 계속된다.
상기된 바와 같이, 영역 (130) 은 세정 화학제와 탈이온화수의 혼합물을 포함한다. 따라서, 세정 화학제가 기능하도록 설계된 화학적 평형이 이동한다. 탈이온화수에 의한 계면 활성제의 희석의 결과로서, 계면 활성제의 부식 방지가 억제되는데, 차례로 기판 (126) 을 갈바니 부식의 효과에 노출시킨다. 상기된 바와 같이, 부식의 효과, 특히 갈바니 부식은 수 초 내에 일어날 수 있다.
상기된 바와 같이, 갈바니 부식으로부터 기판의 노출된 금속을 보호하는 방법으로 기판에서 세정 화학제를 헹구기 위한 장치 및 방법을 제공할 필요가 있다.
넓게 말하면, 본 발명은 반도체 기판의 표면으로부터 세정 화학제를 신속하게 제거하는 장치 및 방법을 제공함으로써 상기 요구를 충족한다. 본 발명은, 장치와 시스템, 디바이스, 또는 방법을 포함하는 다수의 방법으로 실행될 수 있음을 이해한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서는, 단일 웨이퍼 세정 시스템 상에서 갈바니 부식 효과를 최소화하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은, 웨이퍼 표면에 부식 억제제를 함유하는 세정 화학제를 인가하면서 시작된다. 그 다음, 웨이퍼의 표면은 시간 주기 동안 세정 화학제에 노출된다. 다음에, 세정 화학제와 웨이퍼 표면의 계면에서 농도 구배가 리프레쉬된다. 그 다음, 헹굼제와 건조제가 세정 화학제를 제거하기 위해 동시에 인가되는데, 여기서 건조제는 부식 억제제의 농도가 부식을 억제하는데 불충분한 수준으로 희석되기 전에 웨이퍼의 표면을 건조한다.
다른 실시예에 있어서는, 반도체 기판의 표면을 신속히 건조하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은, 반도체 기판의 표면에 계면 활성제를 포함하는 세정 화학제를 인가함으로써 시작된다. 그 다음, 반도체 기판의 표면은 정의된 시간 주기 동안 세정 화학제에 노출된다. 다음에, 세정 화학제를 제거하기 위해서, 헹굼제와 건조제가 반도체 기판의 표면에 동시에 인가되는데, 건조제는 기판의 부식을 허용하기에 충분한 시간 주기 동안 반도체 기판의 표면 상에 잔류하는 것으로부터 헹굼제가 세정 화학제의 희석된 영역을 형성하는 것을 억제하게 한다.
또 다른 실시예에 있어서는, 반도체 기판 표면 상의 잔류물에 대해 단일 웨이퍼 세정을 위한 화학적인 시계열적 방법이 제공된다. 화학적인 시계열적 방법은 세정 화학제와 반도체 기판 상의 잔류물 사이의 계면에서 농도 구배를 유지하도록 구성된다. 이 방법은 반도체 기판의 표면에 세정 화학제를 인가함으로써 시작된다. 이 후, 세정 화학제가 잔류물과 반응한다. 다음으로, 부식에 대한 반도체 기판의 노출을 감소하기 위해서 세정제가 제거된다. 그 다음, 인가 단계, 반응 단계, 및 제거 단계가 반도체 기판의 표면 상에서 잔류물을 보다 효과적으로 제거하기 위해 농도 구배가 리프레쉬되도록 반복된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 세정 화학제와 웨이퍼 상의 잔류물 사이의 계면에서 농도 구배를 유지하는 한편, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 웨이퍼의 표면에 대해 부식 억제제를 함유하는 세정 화학제를 인가함으로써 시작된다. 그 다음, 웨이퍼의 표면은 시간 주기 동안 세정 화학제에 노출된다. 다음, 세정 화학제와 웨이퍼 표면의 계면에서 농도 구배가 리프레쉬된다. 그 다음, 웨이퍼는 세정 화학제로 헹궈지는 동시에 세정 화학제를 제거하고 웨이퍼를 건조하기 위해서 건조제로 건조된다.
다른 실시예에 있어서는, 단일 기판을 세정하기 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 기판을 지지하도록 적용된 스핀들을 포함하는데, 스핀들은 기판을 회전하도록 구성된다. 세정 화학제의 층이 상부에 배치된 기판 표면을 포함한다. 기판 표면 위에 위치되는 제 1 노줄이 또한 포함된다. 제 1 노즐은 기판이 회전하는 동안 기판 표면 상에 헹굼제를 인가하도록 구성된다. 기판 표면 위에 위치된 제 2 노즐이 포함된다. 제 2 노즐은 제 1 노즐이 헹굼제를 인가하는 동안 기판 표면 상에 건조제를 인가하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 노즐이 견고하게 부착된 디스펜스 암이 포함된다. 디스펜스 암은 기판이 회전하고 제 1 및 제 2 노즐이 헹굼제와 건조제를 각각 인가하는 동안 기판 표면 위에서 기판 표면의 중심으로부터 기판의 에지로 반경 방향으로 진행하도록 구성된다. 기판 표면은 부식에 대한 기판 표면의 노출을 감소하기 위해 신속히 건조된다. 다중의 노즐 쌍을 결합하는 것과 같이, 헹굼 및 건조의 속도를 증가시키기 위한 대안적인 구성이 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 측면 및 장점이 본 발명의 원리를 예시적으로 설명하는 첨부 도면 및 수반되는 상세한 설명으로부터 보다 명백해진다.
도 1은 기본적인 갈바니 셀의 종래 기술의 도면을 도시한다.
도 2는 상이한 금속이 갈바니 셀을 형성할 수 있는 하나의 예를 묘사하는 종래 기술의 도면을 도시한다.
도 3은 기판 상의 벤티지 포인트로부터의 헹굼 동작 동안 형성된 다양한 농도 구배 영역을 디스플레이하는 종래 기술의 도면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전형적인 건조 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판에 걸쳐 위치된 분배 노즐의 상세도를 제공한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 화학제 층을 제거하기 위해서 헹굼제 및 건조제가 기판의 표면에 충돌하는 영역에서의 기판의 표면의 상세도를 도시한다.
7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판과 세정 화학제 층 간의 계면을 상세하게 도시한다.
삭제
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하기 위한 방법을 묘사하는 플로우차트를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 상의 잔류물을 세정하는 단일 웨이퍼를 위한 화학적인 시계열적 방법을 묘사하는 플로우차트를 도시한다.
본 발명은, 단일 웨이퍼 세정 동작 동안 부식 효과에 기판을 노출하지 않고, 반도체 기판의 표면으로부터 세정 화학제를 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 더욱이, 이 방법 및 장치는 세정 화학제의 소비를 증가시키지 않고 세정 동작 동안 잔류물을 제거하기 위한 효과적인 수단을 제공한다. 그런데, 당업자에 있어서 본 발명은 이들 특정 세부 항목의 전체 또는 일부 없이 실시될 수도 있음은 명백하다. 다른 예에 있어서, 공지된 처리 동작은 본 발명을 불명료하게 하지 않도록 상세하게 설명하지 않는다.
본 발명의 실시예는, 갈바니 부식 효과에 대해 기판을 노출하지 않고 반도체 기판에 세정제를 인가 및 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 일 실시예에 있어서, 반도체 기판에 인가된 정확하게 공식화된 세정 화학제는 세정 화학제의 성분의 희석을 감소시키는 방법으로 제거된다. 다른 실시예에 있어서, 세정 화학제는 부식을 억제하는 계면 활성제를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 계면 활성제는 부식 억제제로 언급된다. 세정 화학제는, 기판의 표면으로부터 세정 화학제를 신속하게 제거함으로써 헹굼제의 희석 효과가 중화되는 방법으로 반도체 기판의 표면으로부터 제거된다. 헹굼 처리 동안 기판의 표면을 신속하게 건조함으로써, 반도체는 부식으로부터 보호된다.
더욱이, 단일 웨이퍼 세정 동안 반도체 기판의 표면으로부터 세정 화학제를 보다 효과적으로 제거하기 위한 방법 및 장치가 다른 실시예에서 제공된다. 단일 웨이퍼 세정 처리를 위한 세정 화학제의 빠른 작용 공식은, 세정 화학제와 반도체 기판의 표면에서 제공되는 잔류물 사이의 농도 구배가 잔류물을 갖는 세정 화학제의 작용으로부터 형성된 경계층의 제거에 의해 유지될 때, 최적으로 수행된다. 보다 상세하게, 세정 화학제와 잔류물의 상호작용에 의해 생성된 반응종의 지체 효과 (retarding effect) 는, 농도 구배를 유지하기 위해서 세정 화학제를 리프레쉬 (refresh) 하기 위한 화학적인 시계열적 처리에 의해 최소화된다. 리프레쉬 처리는, 이하 보다 상세히 논의될 바와 같이 농도 구배를 유지하기 위해 기판 표면으로부터의 세정 화학제의 제거하는 단계와, 새로운 세정 화학제로 교환하거나 연속적으로 리싸이클하는 단계를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 건조 시스템 (140) 을 나타낸다. 건조 시스템 (140) 은 기판 (148) 을 홀딩하고, 드립 트레이 (150;drip tray) 안쪽 위에 배치되도록 구성된 중공 스핀들 (142) 을 포함한다. 디스펜스 암 (152) 은 기판 (148) 의 상부면에 위쪽에 위치된다. 디스펜스 암 (152) 은 디스펜스 암 드라이브 샤프트 하우징 (156) 내에 배치된 디스펜스 암 드라이브 샤프트 (도시 생략) 에 기계적으로 연결된 (도시 생략) 디스펜스 암 지지 포스트 (154) 에 의해 지지된다. 기판 (148) 은 핑거 (158) 로 중공 스핀들 (142) 에 부착된다. 중공 스핀들 (142) 은 회전되도록 구성되는데, 이에 따라 기판 (148) 도 회전한다. 스핀들 모터 (160) 는 드라이브 벨트를 통해 (162) 중공 스핀들 (142) 로 회전 에너지를 제공하는데, 이 에너지는 중공 스핀들 (142) 의 핑거들 (158) 로 잠금된 기판 (148) 을 회전시킨다.
중공 스핀들 (142), 핑거 (158), 및 기판 (148) 둘러싸는 것은 스프레이 쉴드 (164;spray shield) 이다. 스프레이 쉴드 (164) 는 중공 스핀들 (142) 주위의 영역에 헹굼 및 건조 처리로부터 어떤 액체를 포함하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 스프레이 쉴드 (164) 는, 기판 (148) 의 삽입 및 제거를 위해 중공 스핀들 (142) 로의 측면 접근을 제공하기 위해서 반원형의 공압 시스템에 자기적으로 결합된 도어 (도시 생략) 를 구비하여 구성한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 헹굼제 및 건조제는 기판 (148) 의 상부 표면에 동시에 인가된다. 일 실시예에 있어서, 헹굼제는 노즐 (166) 을 통해 인가되고, 건조제는 노즐 (168) 을 통해 인가된다. 헴굼제의 예는 탈이온화수와 이소프로필 알콜을 포함한다. 건조제의 예는 이소프로필 알콜 (IPA), IPA 증기, 가열된 질소 (N2) 가스, 및 그 밖의 불활성 가스 또는 증발된 화학제를 포함한다. 몇몇 건조제는 부산물을 생성하거나, 드립 트레이 (150) 내에서 트랩될 수 있는 잉여 증기를 야기한다. 공기로 운반되는 화학제 또는 증기의 방출을 위한 배기관 (170) 이 제공되고, 세정제 및 건조제 둘 다의 어떤 액체 잔류물을 배출시키기 위한 배출구 (172) 가 제공된다.
디스펜스 암 (152) 은 중공 스핀들 (142) 상의 핑거들 (158) 안쪽으로 위치된 기판 (148) 으로 디스펜스 노즐 (166, 168) 을 통해 헹굼제 및 건조제를 공급하기 위해 제공된다. 건조제와 헹굼제가 분리 저장소 (도시 생략) 로부터 공급되고, 디스펜스 암 (152) 을 따라 각각 디스펜스 노즐 (168, 166) 로 향한다. 노즐 (166, 168) 은 기판 (148) 의 상부 표면에 건조제 및 헹굼제의 흐름을 안내한다.
일 실시예에 있어서, 기판 (148) 의 상부 및 표면을 교차하는 디스펜스 암 (152) 의 위치 조정은 디스펜스 암 드라이브 샤프트 하우징 (156) 내에 포함된 디스펜스 암 콘트롤러 (도시 생략) 와 디스펜스 암 드라이브 샤프트 (도시 생략) 에 의해 제어된다. 디스펜스 암 드라이브 샤프트는 디스펜스 암 (152) 을 위치시키기 위해서 드라이브 샤프트와 디스펜스 암 (152) 사이에 직접 기계 연결을 제공하는 디스펜스 암 지지 포스트 (154) 에 기계적으로 연결된다. 디스펜스 암 (152) 은 디스펜스 암 (152) 을 움직이고 기판의 상부 표면을 반경방향으로 디스펜스 노즐 (166, 168) 을 움직이기 위해 디스펜스 암 지지 포스트 (154) 주위로 피벗팅하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 헹굼제 및 건조제는 기판의 중심 영역으로부터 기판의 주변 영역으로 회전하는 기판의 반경을 따라 분배된다. 그러므로, 상부 디스펜스 암 (152) 은 중심 영역으로부터 주변 영역을 향해서 회전하는 기판의 표면을 따라 움직인다. 다른 실시예에 있어서, 노즐 (166, 168) 은 디스펜스 암 (152) 이 기판 (148) 의 표면을 횡단함에 따라 건조제가 헹굼제 배후에서 바로 기판의 표면에 인가되도록 위치된다. 이하, 보다 상세히 기재된 바와 같이, 단일 웨이퍼 세정 동작에서 기판 (148) 의 표면을 신속히 건조하는 방법으로 헹굼제와 동시에 건조제를 인가하는 것은 부식 효과로부터 기판을 보호한다. 도 4는 일 실시예의 장치의 전형적인 도면을 제공하는데, 본 발명은 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 (148) 에 걸쳐 위치된 디스펜스 노즐 (166, 168) 의 상세한 도면이다. 디스펜스 암 (152) 은, 화살표 (180) 로 가리켜지는 바와 같이 기판 위의 평면에서 기판 (148) 의 표면의 반경 방향인 경로를 가로지른다. 그러므로, 기판 (148) 그 축에 대해 회전함에 따라, 노즐 (166, 168) 은 기판 (148) 의 표면을 교차하는 헹굼제의 흐름과 건조제의 흐름을 안내한다. 세정 화학제를 헹구고 기판 (148) 의 표면을 즉시 건조함으로써, 세정 화학제의 부식 억제제는 부식 효과를 억제할 수 없는 희석된 상태로 기판 (148) 의 표면 상에 남지 않게 된다. 갈바니 부식이 사실상 몇 초 내에 개시될 수 있으므로, 상기와 같이 기판이 퀀치 (quench) 됨에 따라 기판의 즉각적인 건조가 부식 효과의 징후를 감소시키거나 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 세정 화학제 층 (188) 을 제거하기 위해서, 헹굼제 (182) 와 건조제 (184) 가 기판 (148) 의 표면에 충돌하는 영역의 기판 (148) 표면의 상세한 도면을 나타낸다. 헹굼제 (182) 가 디스펜스 노즐 (166) 을 통해 인가되는 동시에, 건조제 (184) 가 디스펜스 노즐 (168) 을 통해 인가된다. 일 실시예에 있어서, 노즐 (166, 168) 은 노즐 (166, 168) 로부터 나오는 유체 흐름 (190, 192) 이 각각 기판 (148) 의 표면에 소정 각도로 안내되고 디스펜스 암의 움직임 방향 (180) 과 동일 평면 내에서 안내되도록 위치된다. 헹굼제 (182) 는 건조제 (184) 에 앞서 회전하는 기판 (148) 상부 표면에 인가되는 한편, 기판 (148) 의 중심 영역으로부터 기판 (148) 의 주변 영역을 향해 이동한다. 헹굼제는 세정 화학층 (188) 을 제거하기 위해서 기판 (148) 의 표면을 헹구도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 세정제는 DIW이다. 건조제는 헹굼제의 표면 응력 및 액체의 운동을 감소시키도록 공식화되고, 잔류물은 세정 화학층의 희석된 영역이 기판 (148) 의 표면 상에 남지 않도록 기판의 표면을 신속하게 건조시킴으로써 증강된다.
도 6의 건조제 (184) 및 헹굼제 (182) 를 동시에 인가함으로써, 기판 표면은 세정 화학제와 헹굼제 (182) 의 혼합물을 함유하는 소정의 영역이 최소화되도록 신속하게 건조된다. 더욱이, 헹굼제 (182) 와 건조제 (184) 를 동시에 인가함으로써, 기판 (148) 의 표면이 신속하게 건조된다. 그러므로, 세정 화학제의 희석된 영역이 형성되더라도, 부식 효과가 개시할 기회를 허용하지 않고 신속하게 건조된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 (148) 과 세정 화학제 층 (188) 사이의 계면 (194) 을 상세하게 나타낸 도면이다. 일 실시예에 있어서, 기판 표면 (196) 은 에칭이나 CMP와 같은 이전의 동작으로부터의 잔류물을 포함한다. 단일 웨이퍼 세정 동작 동안, 기판 표면 (196) 에 인가된 세정 화학제는 기판 표면으로부터의 잔류물을 헹굴 수 있도록 잔류물을 신속하게 용해하도록 구성된다. 전형적으로, 세정 화학제는 유기 재료를 용해하기 위한 용제와, 금속을 용해하기 위한 킬레이터, 및 부식을 억제하기 위한 계면 활성제를 적어도 포함한다. 상기된 바와 같이, 세정 화학제는 빨리 작용되도록 단일 웨이퍼 세정 처리를 위해 정확하게 공식화된다. pH, 화학종의 농도와 반수성 세정 화학제의 물 농도는 요구되는 세정 결과를 제공하기 위해서 신중하게 공식화된다. 더욱이, 계면 (194) 에서 일어나는 반응은 수 초 내에 일어난다.
그러므로, 도 7의 계면 (194) 에서, 세정 화학제가 용해되거나 이전 동작의 잔류물과 반응함에 따라, 화학적 평형이 이동하고, 이에 따라 세정 화학제의 작용을 지연시킨다. 계면 (194) 에서 일어나는 화학 반응으로부터의 반응종은 세정 화학제의 활성 화학 약품과 세정 화학제가 상호작용하는 잔류물 사이의 농도 구배를 감소시킨다. 그러므로, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 화학적인 시계열적 방법은 농도 구배를 리프레쉬하기 위해 채용된다. 도 9를 참조로 하여 설명될 바와 같이, 화학적인 시계열적 동작은 세정 화학제를 특정 시간 주기 동안 기판에 인가하고, 세정 화학제를 도 4 내지 도 6을 참조로 상기된 바와 같이 신속하게 제거하며, 인가 및 제거를 반복하는 것을 포함한다. 본 실시예에 있어서, 세정 화학제가 적어도 2회 인가되는 동안, 사용되는 세정 화학제의 절대 양은 증가되지 않는다. 예컨대, 세정 화학제가 2회 인가되는 곳에서, 각각의 인가는 세정 화학제가 도 9를 참조로 설명된 바와 같이 1회 인가될 때 양의 절반을 사용한다. 다른 실시예에 있어서, 세정 화학제는 리싸이클되는데, 즉, 기판의 표면에서 제거할 때 이것을 포획한 후 기판의 표면에 재 인가한다. 세정 화학제가 기판의 표면에 연속적으로 뿌려짐에 따라, 농도 구배는 실질적으로 일정하게 됨을 이해한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하기 위한 방법을 묘사한다. 플로우차트 (198) 는 세정 화학제를 웨이퍼 (또는, 반도체 기판으로서 언급되는) 에 인가하는 동작 (200) 으로 시작한다. 일 실시예에 있어서, 세정 화학제는 부식을 억제하기 위한 계면 활성제를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 계면 활성제는 갈바니 부식으로부터 웨이퍼를 보호한다. 당업자는 세정 화학제가 웨이퍼 상에 대량으로 인가되어 발라지거나 연속적으로 뿌려질 수 있음을 이해한다. 그 다음, 방법은 웨이퍼가 정의된 시간 주기 동안 세정 화학제에 노출되는 동작 (202) 으로 진행한다. 일 실시예에 있어서, 단일 웨이퍼 세정 방법을 위한 세정 화학제는 약 30초 내지 약 1분 사이에서 잔류물을 용해하도록 설계된다. 그 다음, 이 방법은 농도 구배가 리프레쉬되는 동작 (204) 으로 진행한다. 여기서, 세정 화학제와 웨이퍼 계면의 잔류물 사이의 구배는 일 실시예에 있어서 웨이퍼의 표면 상에 세정 화학제를 연속적으로 뿌림으로써 리프레쉬된다. 다른 실시예에 있어서, 연속적으로 뿌려진 세정 화학제는 회전하는 웨이퍼의 표면으로부터 떨어질 때 수집되어 리싸이클된다. 예컨대, 도 4의 드립 트레이는 리싸이클을 위해 세정 화학제를 수집할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 농도 구배는 시간 주기 동안 세정 화학제가 기판 상에 발라지거나 뿌려지는 화학적인 시계열적 처리를 통해 리프레쉬된 후, 제거된다. 그 다음, 프레쉬 세정 화학제는 농도 구배를 리프레쉬하기 위해 기판에 재 인가된다.
그 다음, 도 8의 방법은 헹굼제 및 건조제가 세정 화학제를 제거하기 위해서 웨이퍼의 표면에 동시에 인가되는 동작 (206) 으로 진행한다. 동작 (206) 에 있어서, 세정 화학제는, 예컨대 웨이퍼 상에 부식이 일어나게 하는 시간 주기 동안 웨이퍼에 계면 활성제의 희석된 영역이 남지 않도록 신속하게 제거된다. 일 실시예에 있어서, 헹굼제 및 건조제는 도 4 내지 도 6에 논의된 바와 같이 인가된다. 다른 실시예에 있어서, 헹굼제는 DIW, 이소프로필 알콜과 같은 세정 화학제를 제거 및 퀀치할 수 있는 임의의 다른 액체 중 하나이고, 건조제는 IPA, IPA 증기, 질소, 가열된 질소, 또는 그 밖의 불활성 기체 중 하나이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 상의 잔류물의 단일 웨이퍼 세정을 위한 화학적인 시계열적 방법을 묘사하는 플로우차트 (208) 이다. 이 방법은, 세정 화학제가 반도체 기판 상의 표면에 인가되는 동작 (210) 으로 시작된다. 일 실시예에 있어서, 세정 화학제는 Ohio주 Dublin의 Ashland Inc.로부터의 NE-14 및 NE-89 중 하나와 캘리포니아 Hayward의 EKC Technology, Inc.의 EKC640이다. 다른 실시예에 있어서, 단일 웨이퍼 세정 방법은 반도체 기판의 표면 상에 잔류물을 남기는 에칭이나 CMP 동작 후 적용된다. 그 다음, 이 방법은 세정 화학제가 반도체 기판 표면 상의 잔류물과 반응하도록 허용하는 동작 (212) 으로 진행한다. 여기서, 세정 화학제는 잔류물을 용해하기 위해서 정의된 시간 주기 동안 웨이퍼의 표면 상에 잔류한다. 일 실시예에 있어서, 정의된 시간 주기는 약 30초와 약 1분 사이이다.
그 다음, 플로우차트 (208) 의 방법은 부식에 대한 반도체 기판의 노출을 감소시키기 위해서 세정 화학제가 신속히 제거되는 동작 (214) 으로 움직인다. 일 실시예에 있어서, 세정 화학제는 세정 화학제를 제거하기 위해서 헹굼제와 건조제가 반도체 기판의 표면에 동시에 인가되는 도 4 내지 도 6을 참조로 기재된 바와 같이 신속하게 제거된다. 그 다음, 이 방법은 동작 210, 212, 및 214가 반복되는 동작 (216) 으로 진행한다. 농도 구배는 동작 210, 212, 214를 반복함으로써 리프레쉬되므로, 세정 화학제의 활동은 세정 화학제와 반도체 기판의 표면 사이의 계면에서 반응종의 축적에 의해 감소되지 않는다. 도 7을 참조로 기재된 바와 같이, 계면에서 일어나는 화학 반응으로부터의 반응종은 세정 화학제의 활성 화학약품과 세정 화학제가 상호작용하는 잔류물 사이의 농도 구배를 감소시킨다. 따라서, 세정 화학제가 가장 효과적인 화학적 평형은 이 축적에 의해 이동된다.
세정 화학제를 리프레쉬함으로써, 최적의 화학적 평형이 다시 수립된다. 일 실시예에 있어서, 플로우차트 (208) 의 방법은 1회 인가하는 처리와 동일한 양의 세정 화학제를 실질적으로 소모한다. 특히, 1회 인가하는 처리가 약 10ml 내지 약 100ml를 소모하면, 세정 화학제가 한번 제거되고 재 인가되는 화학적인 시계열적 동작은 각 인가량의 절반, 즉 약 5ml 내지 약 50ml 사이를 소모한다. 그러므로, 소모된 세정 화학제의 절대 양은 증가하지 않는다. 더욱이, 플로우차트 (208) 의 단일 웨이퍼 세정 방법을 위한 전체 시간은 실질적으로 세정 화학제를 1회 인가하는 시간과 동일하다. 농도 구배가 리프레쉬되므로, 화학적인 시계열적 방법에서 각각의 인가 동안 세정 화학제가 잔류하는 시간의 합계는 실질적으로 1회 인가하는 잔류 시간과 유사하다. 예컨대, 세정 화학제가 인가되고, 제거된 후, 재인가되는 화학적인 시계열적 동작을 위한 처리 시간은 세정 화학제를 1회 인가하는 처리 시간과 실질적으로 유사하다. 즉, 화학적인 시계열 동안 세정 화학제는 2회 인가되는데, 화학적인 시계열 동안의 인가 사이에서 구배가 리프레쉬되므로, 각각의 인가는 1회 인가를 위한 잔류 시간의 약 절반의 잔류 시간을 갖는다. 그러므로, 전체 처리 시간은 실질적으로 유사하게 된다.
세정 화학제를 2회 이상 사용될 수도 있음을 이해한다. 예컨대, 세정 화학제는 일 실시예에 있어서 3회 이상 인가될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 소모된 세정 화학제의 양은 1회 인가와 비교할 때 처리 시간과 마찬가지로 유사하게 된다. 다른 실시예에 있어서, 세정 화학제는 반도체 기판의 표면에 연속적으로 인가될 수 있다. 여기서, 기판 표면 상에 뿌려지거나 발라진 세정 화학제는 기판 표면으로부터 제거됨에 따라 리싸이클될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 농도 구배는 연속적으로 리프레쉬된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 세정 화학제는 도 4 내지 도 6의 장치를 사용하는 기판에 인가된다. 여기서, 세정 화학제는 건조제와 동시에 기판의 표면에 인가되는데, 즉, 세정 화학제는 헹굼제를 대체한다. 예컨대, 세정 화학제는 기판에 초기에 인가되고, 시간 주기 동안 기판에 노출된다. 여기서, 세정 화학제는 발라지거나 뿌려지거나 연속적으로 뿌려질 수 있고, 상기된 시간 주기 동안 리싸이클될 수 있다. 일 실시예의 연속적인 스프레이 모드에서, 세정 화학제는 농도 구배를 연속적으로 리프레쉬하기 위해서 리싸이클된다. 노출 주기가 완료된 후, 세정 화학제는 도 4 내지 도 6을 참조로 기재된 바와 같은 장치를 사용해서 웨이퍼를 형성하기 위해 헹궈진다. 일 실시예에 있어서, 세정 화학제는 헹굼제와 같은 세정 화학제를 제거 및 퀸치하는데 사용되는 탈이온화수 및 소정의 액체를 교체시킨다.
세정 화학제가 상기 설명된 헹굼제를 대체하는 실시예에서, 원한다면 세정 화학제를 쉽게 포획하여 리싸이클함을 이해한다. 다음에, 낭비되는 유출양은 세정 화학제가 탈이온화수나 다른 헹굼제로 희석되지 않음에 따라 감소되므로, 세정 화학제는 리싸이클 및 재이용된다. 더욱이, 갈바니 부식 효과는 세정 화학제가 헹굼제에 의해 희석되지 않음에 따라 최소화된다. 그러므로, 세정 화학제의 계면 활성제나 부식 억제제에 대해 수립된 화학적 평형은 유지되고, 갈바니 부식 효과를 제거하기 위해 리프레쉬된다.
상기 발명이 이해의 목적을 위해 몇몇 세부 사항을 기재했음에도 불구하고, 그 소정의 변화 및 변경은 첨부된 청구항의 범위를 벗어남이 없이 가능하다. 따라서, 본 실시예는 제한적인 것이 아니라 일 예로서 고려되어야 하고, 본 발명은 명세서에 기재된 세부 항목에 한정되는 것은 아니고 첨부된 청구항의 범위 내 및 그 등가물내에서 변경될 수 있다.

Claims (14)

  1. 웨이퍼의 표면에 부식 억제제를 함유하는 세정 화학제를 인가하는 단계;
    시간 주기 동안 상기 웨이퍼의 표면을 상기 세정 화학제에 노출하는 단계;
    상기 세정 화학제와 상기 웨이퍼의 표면의 계면에서 농도 구배를 리프레쉬하는 단계; 및
    상기 세정 화학제를 제거하기 위해서 헹굼제와 건조제를 동시에 인가하는 단계를 포함하고, 부식 방지를 제공하기에 불충분한 수준으로 상기 부식 억제제의 농도가 희석되기 전에 상기 건조제가 상기 웨이퍼의 표면을 건조하며,
    상기 리프레쉬하는 단계는,
    상기 웨이퍼의 표면으로부터 세정 화학제가 제거됨에 따라 상기 세정 화학제를 포획하는 단계; 및
    상기 웨이퍼의 표면에 상기 포획된 세정 화학제를 재 인가하는 단계를 더 포함하는, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 헹굼제는 탈이온화수인, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조제는 이소프로필 알콜인, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조제는 상기 헹굼제의 표면 응력을 감소시키는, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 헹굼제와 상기 건조제는 상기 웨이퍼가 회전하는 동안 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼의 에지로 상기 웨이퍼 표면의 반경 방향으로 인가되는, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하는 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 화학제는 용제와 반수성 용액의 킬레이터를 포함하는, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 주기는 30초와 1분 사이인, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 화학제와 웨이퍼의 표면 상의 잔류물 사이에 일정한 농도 구배를 유지하는 단계를 더 포함하는, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하는 방법.
  10. 웨이퍼의 표면에 부식 억제제를 함유하는 세정 화학제를 인가하는 단계;
    시간 주기 동안 상기 웨이퍼의 표면을 상기 세정 화학제에 노출하는 단계;
    상기 세정 화학제와 상기 웨이퍼의 표면의 계면에서 농도 구배를 리프레쉬하는 단계; 및
    상기 세정 화학제를 제거하기 위해서 헹굼제와 건조제를 동시에 인가하는 단계를 포함하고, 부식 방지를 제공하기에 불충분한 수준으로 상기 부식 억제제의 농도가 희석되기 전에 상기 건조제가 상기 웨이퍼의 표면을 건조하며,
    상기 웨이퍼의 표면을 노출하는 단계는,
    상기 웨이퍼를 회전시키는 단계;
    상기 웨이퍼의 표면에 상기 세정 화학제를 연속적으로 첨가하는 단계;
    상기 웨이퍼로부터 분리된 세정 화학제를 수집하는 단계; 및
    상기 웨이퍼의 표면에 첨가되는 상기 세정 화학제를 리싸이클하는 단계를 더 포함하는, 단일 웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하는 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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