KR19980073947A - 웨이퍼 세정방법 - Google Patents
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Abstract
CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 후에 적용되는 웨이퍼 세정 방법에 관하여 개시한다. 본 발명에서는 CMP 공정을 거친 웨이퍼 표면에 순수 및 제1 화학 용액을 공급하는 동시에 브러시를 이용한 스크러빙 공정을 행하여 웨이퍼 표면을 세정한 후, 다시 웨이퍼의 표면에 제2 화학 용액을 공급하여 웨이퍼 표면을 세정한다.
Description
본 발명은 웨이퍼 세정 방법에 관한 것으로, 특히 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 후에 적용되는 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라 다층 배선의 필요성이 점차 증대되었다. 다층 배선을 형성하는 데 있어서 하부층의 배선과 상부층의 배선을 절연시키기 위한 목적으로 사용되는 층간 절연막을 평탄화시키기 위한 한가지 방법으로서 CMP 방법을 사용한다.
CMP 방법에서는 웨이퍼와 폴리싱 패드(polishing pad)를 마찰시켜서 웨이퍼 표면을 연마하며, 이 때 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 슬러리 용액을 공급한다. 슬러리 용액은 통상적으로 실리카 또는 알루미나로 이루어지는 콜로이드 연마제와, 산화제 등의 화합물을 포함한다.
슬러리 용액 내에 포함된 콜로이드 연마제는 CMP 공정중에 웨이퍼의 연마가 진행되는 동안 서로 응집하는 경향이 있으며, 이와 같은 연마제의 응집 결과로서 CMP 공정이 완료된 후에 웨이퍼상에 수 μm 이상의 사이즈를 갖도록 응집된 비교적 큰 입자가 다량으로 존재하고, CMP 공정 후에 이와 같이 응집된 입자들이 웨이퍼상에 잔존하는 경우에는 웨이퍼 표면상에 스크래치(scratch)를 발생시키는 등 악영향을 끼친다.
따라서, CMP 공정을 진행한 후에는 그 후속 공정을 진행한 후에 웨이퍼 표면상에 남아 있는 응집된 입자들과 같은 오염물(이하, 단지 오염물이라 함)을 제거하기 위한 세정 공정이 필요하다.
본 발명의 목적은 CMP 공정 후에 웨이퍼상에 잔류하는 오염물을 효율적으로 제거할 수 있는 웨이퍼 세정 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법과 종래의 세정 방법을 거친 각 웨이퍼상에 잔류하는 오염물을 각 성분별로 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 CMP 공정을 거친 웨이퍼에 대하여 여러 가지 세정 방법을 거친 후 각각의 세정 조건에 대한 세정 효율을 평가한 그래프이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 CMP 공정을 거친 웨이퍼 표면에 순수 및 제1 화학 용액을 공급하는 동시에 브러시를 이용한 스크러빙 공정을 행하여 웨이퍼 표면을 세정한 후, 다시 웨이퍼의 표면에 제2 화학 용액을 공급하여 웨이퍼 표면을 세정한다.
제1 화학 용액 및 제2 화학 용액은 각각 희석된 HF 용액(diluted HF solution) 및 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2)와 순수(deionized water)가 소정의 비로 혼합된 혼합액으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나이다.
또한, 본 발명에서는 브러시 스트러빙을 행할 때 롤 타입(roll type), 펜슬 타입(pencil type) 및 드럼 타입으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 브러시를 사용한다. 이 때, 웨이퍼의 표면중 앞면에는 펜슬 타입의 브러시를 적용하고, 웨이퍼의 뒷면에는 롤 타입의 브러시를 적용하는 것이 바람직하다.
제2 세정 단계에서 브러시를 이용한 스크러빙 공정을 동시에 진행할 수 있다. 또한, 제2 세정 단계 후에 순수를 사용하여 웨이퍼 표면을 린스하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 세정 방법은 CMP 공정과 인시튜(in situ)로 행할 수 있다.
본 발명에 의하면 CMP 공정을 거친 웨이퍼에 대하여 물리적 세정 방법 및 화학적 세정 방법을 동시에 적용하므로 세정 효율을 높일 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
CMP 공정을 거친 웨이퍼를 세정하기 위한 세정 공정은 브러시(brush)에 의한 스크러빙(scrubbing)을 이용한 세정 방법과, 세정액을 이용한 화학적 세정 방법이 있다. 브러시에 의한 스크러빙은 웨이퍼상에 흡착된 오염물, 예를 들면 연마제 및 CMP 공정 잔류물을 제거하기 위하여 행하는 것으로서, 웨이퍼상에 순수(deionized water)를 분사시키면서 브러시를 사용하여 흡착된 오염물을 기계적으로 제거한다. 그러나, 브러시를 사용하는 기계적인 방법에만 의존하는 경우에는 슬러리 및 CMP 잔류물과 같은 오염물이 완전히 제거되지 않고 남아 있는 경우가 많아서 후속 공정을 진행하기 어렵다. 따라서, 후속 공정을 진행하기 전에 화학 물질로 이루어지는 세정액을 사용한 추가적인 세정 공정에 의하여 웨이퍼상에 잔류하는 오염물을 완전하게 제거할 필요가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 1을 참조하면, CMP 공정을 행한 폴리싱 스테이션(polishing station)으로부터 전달되어 온 웨이퍼를 세정하기 위한 제1 단계로서, 웨이퍼 세정용 브러시를 구비한 브러시 스테이션(brush station)에서 순수 및 제1 화학 용액을 공급하는 동시에 브러시를 이용한 스크러빙 공정에 의하여 웨이퍼 표면을 제1 세정(단계 10)한다. 즉, 이 단계에서는 웨이퍼상에 순수를 공급하면서 행해지는 브러시 스크러빙을 이용한 기계적인 방법 및 제1 화학 용액을 이용한 화학적 방법을 동시에 이용하여 웨이퍼의 앞면 및 뒷면에서의 오염물을 제거한다. 이 때 사용되는 브러시는 롤 타입(roll type), 펜슬 타입(pencil type) 및 드럼 타입(drum type)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용한다. 이 때, 브러시 스크러빙 공정을 웨이퍼의 앞면에만 적용하거나 또는 앞면 및 뒷면에 동시에 적용하는 것이 가능하다. 웨이퍼의 앞면 및 뒷면에 대하여 브러시 스크러빙 공정을 모두 적용하는 경우에는, 웨이퍼의 앞면에는 펜슬 타입의 브러시를 적용하고 웨이퍼의 뒷면에는 롤 타입의 브러시를 적용하는 것이 더욱 효과적이다. 그 이유는, 롤 타입의 브러시의 경우에는 웨이퍼 표면에 접촉되는 브러시의 면적이 다른 타입의 브러시에 비하여 커서 스크러빙 유효 면적이 커지는 장점이 있는 반면, 그에 상응하여 브러시에 의한 웨이퍼상의 역오염 발생 가능성도 커지기 때문이다.
또한, 제1 세정 단계에서는 웨이퍼의 앞면 및 뒷면에 각각 순수 및 제1 화학 용액을 소정의 노즐을 통하여 계속적으로 공급한다. 이 때 사용 가능한 제1 화학 용액으로는 순수:HF = 100:1∼200:1인 희석된 HF 용액(diluted HF solution)이 있다. 또는, 제1 화학 용액으로서 수산화암모늄(NH4OH), 과산화수소(H2O2) 및 순수가 각각 1:4:20의 비율로 혼합된 혼합액을 사용할 수도 있다.
이 단계에서는 브러시를 사용한 기계적인 방법과 제1 화학 용액을 사용한 화학적 방법을 동시에 이용하여 웨이퍼상의 오염물을 제거하므로, 브러시만을 이용하는 경우에 비하여 웨이퍼의 세정 효율을 현저하게 증가시킬 수 있다. 그러나, 이 단계를 거친 후의 웨이퍼상의 오염도는 기초적인 청정도를 유지하는 정도이며, 브러시 또는 그 밖의 세정 설비 구조에 기인하는 역오염에 따른 문제를 방지하는 데에는 한계가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 세정 방법에서는 CMP 공정을 거친 웨이퍼를 세정하기 위한 제2 단계로서, 상기 제1 세정 단계가 행해진 브러시 스테이션과 연속적으로 연결된 스테이션 내에서 제2 화학 용액을 사용하여 웨이퍼 표면을 제2 세정(단계 20)한다. 여기서, 제2 화학 용액으로는 상기한 바와 같이 희석된 HF 용액, 또는 수산화암모늄, 과산화수소 및 순수가 각각 1:4:20의 비율로 혼합된 혼합액을 사용할 수도 있다. 바람직하게는, 상기 제1 세정 단계에서 희석된 HF 용액을 사용한 경우에는 제2 세정 단계에서 수산화암모늄, 과산화수소 및 순수가 각각 1:4:20의 비율로 혼합된 혼합액을 사용하고, 상기 제1 세정 단계에서 수산화암모늄, 과산화수소 및 순수가 각각 1:4:20의 비율로 혼합된 혼합액을 사용한 경우에는 제2 세정 단계에서 희석된 HF 용액을 사용한다. 이와 같이 함으로써, 서로 다른 세정액으로 이루어지는 제1 및 제2 화학 용액의 각각의 특성에 의거하여 웨이퍼상에 잔류하는 각종 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다.
선택적으로, 제2 세정 단계에서 제2 화학 용액에 의한 세정 공정과 동시에 브러시를 사용한 스크러빙 공정을 적용할 수 있다. 이 때, 상기 제1 세정 단계에서와 마찬가지로 롤 타입(roll type), 펜슬 타입(pencil type) 및 드럼 타입(drum type)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 브러시를 웨이퍼의 앞면 및 뒷면에 대하여 선택적으로 사용할 수 있다.
상기 제1 세정 단계 및 제2 세정 단계는 상호 연속적으로 연결되어 있는 별도의 스테이지(stage) 내에서 행해진다.
그 후, 상기 제2 세정 단계를 거친 웨이퍼에 대하여 순수를 사용하여 예를 들면 초음파를 이용한 세정 방법으로 웨이퍼를 린스(단계 30)함으로써 웨이퍼상에 남아 있는 화학 용액 및 미세한 오염물을 제거한다. 즉, 순수 공급과 함께 웨이퍼에 초음파를 가함으로써, 단지 순수를 유동시키는 방법만으로는 제거하기 어려운 오염물을 완전히 제거한다. 그 후, 웨이퍼를 예를 들면 스핀 드라이(spin dry) 방식에 의하여 건조시킴으로써, CMP 공정 후의 웨이퍼의 세정 공정을 완성한다.
상기한 바와 같은 웨이퍼 세정 공정은 CMP 공정이 종료된 후 CMP 공정과는 다른 별도의 장비 내에서 진행할 수도 있고, CMP 공정을 행하는 폴리싱 스테이션(polishing station)과, 상기 제1 세정 단계 및 제2 세정 단계가 연속적으로 진행되는 브러시 스테이션(brush station)을 하나의 장비 내에 일련의 공정 라인으로서 연결시킴으로써 CMP 공정과 인시튜(in situ)로 진행할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법의 효과를 종래의 세정 방법과 비교하여 나타낸 그래프로서, CMP 공정을 적용할 막질을 증착한 직후의 웨이퍼 표면 상태를 분석한 경우(?), 본 발명에 따른 방법에 의한 경우(▨) 및 종래의 방법과 같이 CMP 공정 후에 순수 공급과 함께 브러시 스크러빙만을 행한 경우(▩) 각각에 대하여 웨이퍼상에 잔류하는 오염물을 각 성분별로 분석한 결과이다. 상기 결과에 있어서 각각의 경우 모두 아연(Zn) 및 알루미늄 성분은 검출 한계치 이하로 존재하였다.
도 2의 그래프로부터, 본 발명에 따른 세정 방법을 적용하는 경우에는 종래의 방법에 비하여 오염물 제거 능력이 훨씬 뛰어남을 알 수 있다.
도 3은 CMP 공정을 거친 웨이퍼에 대하여 여러 가지 세정 방법을 거친 후 각각의 세정 조건에 대한 세정 효율을 평가한 그래프이다. 세정 조건으로서 CMP 공정 후 웨이퍼 건조 공정만 거친 경우(a), CMP 공정 후 웨이퍼를 건조하고 순수(deionized water; D.I.) 공급과 함께 브러시 스크러빙을 적용한 경우(b), CMP 공정 직후 순수 공급과 함께 브러시 스크러빙을 적용한 경우(c), 및 본 발명의 세정 방법에 따라 CMP 공정 후 제1 세정 단계에서 순수 공급과 함께 브러시 스크러빙을 적용하는 것과 동시에 화학 용액을 가하고, 제2 세정 단계에서 다시 화학 용액을 가하여 웨이퍼를 세정한 경우(d) 각각에 대하여 CMP 잔류물로 이루어지는 오염물에 의한 결함 수를 측정하여 표시하였다.
도 3의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법은 종래의 방법에 비하여 그 세정 효율이 훨씬 높을 뿐 만 아니라, 통상적으로 CMP 공정 후 후속 공정을 진행하는 데 있어서 문제를 초래하지 않을 정도의 최소한의 결함수 허용 한계가 웨이퍼당 약 100개임을 고려할 때, 본 발명에 따른 세정 방법에 따르면 웨이퍼상의 결함 수가 각 웨이퍼당 100개 이하이므로, CMP 공정을 진행한 후 그 후속 공정을 진행하는 데에 있어서도 웨이퍼상의 오염물에 따른 문제를 유발시킬 염려가 없음을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 CMP 공정 후에 웨이퍼상에 남아 있는 오염물을 제거하기 위하여 브러시를 이용한 스크러빙 공정을 진행할 때 화학 용액을 동시에 적용함으로써 브러시 스테이션에서 웨이퍼상에서의 오염물 제거율이 현저하게 증가될 수 있다. 따라서, CMP 공정 후에 웨이퍼상에 남아 있는 CMP 공정 잔류물을 제거하기 위한 세정 효율이 현저히 향상될 수 있으며, 본 세정 공정 후 후속 공정을 진행하기 전에 별도의 세정 공정을 추가할 필요가 없다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.
Claims (16)
- 소정의 반도체 제조 공정을 거친 웨이퍼 표면에 순수 및 제1 화학 용액을 공급하는 동시에 브러시를 이용한 스크러빙 공정에 의하여 웨이퍼 표면을 제1 세정하는 단계와,상기 제1 세정을 거친 웨이퍼의 표면에 제2 화학 용액을 공급하여 웨이퍼 표면을 제2 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정의 반도체 제조 공정은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 화학 용액은 희석된 HF 용액(diluted HF solution) 및 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2)와 순수(deionized water)가 소정의 비로 혼합된 혼합액으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제2 화학 용액은 희석된 HF 용액(diluted HF solution), 및 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2)와 순수(deionized water)가 소정의 비로 혼합된 혼합액으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 화학 용액은 희석된 HF 용액(diluted HF solution), 및 수산화암모늄(NH4OH)과 과산화수소(H2O2)와 순수(deionized water)가 소정의 비로 혼합된 혼합액으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 제2 화학 용액은 상기 선택된 어느 하나를 제외한 나머지 다른 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 브러시는 롤 타입(roll type), 펜슬 타입(pencil type) 및 드럼 타입으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 세정 단계에서 웨이퍼의 표면중 앞면에는 펜슬 타입의 브러시를 적용하고, 웨이퍼의 뒷면에는 롤 타입의 브러시를 적용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제2 세정 단계에서 브러시를 이용한 스크러빙 공정을동시에 진행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 브러시는 롤 타입(roll type), 펜슬 타입(pencil type) 및 드럼 타입으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 제2 세정 단계에서 웨이퍼의 표면중 앞면에는 펜슬 타입의 브러시를 적용하고, 웨이퍼의 뒷면에는 롤 타입의 브러시를 적용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 세정 단계 및 제2 세정 단계는 상호 연속적으로 연결되어 있는 각각의 스테이지(stage) 내에서 행해지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 제1 세정 단계 및 제2 세정 단계는 상호 연속적으로 연결되어 있는 별도의 스테이지(stage) 내에서 행해지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 세정 단계 및 제2 세정 단계는 CMP 공정과 인시튜(in situ)로 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 세정 단계 후에 순수를 사용하여 웨이퍼 표면을 린스하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 린스 단계는 웨이퍼에 초음파를 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 세정 단계, 제2 세정 단계 및 린스 단계는 CMP 공정과 인시튜(in situ)로 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
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| KR1019970009548A KR19980073947A (ko) | 1997-03-20 | 1997-03-20 | 웨이퍼 세정방법 |
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|---|---|---|---|---|
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