KR19990086185A

KR19990086185A - 다양한 크기의 분출구가 형성된 순수 공급관을 갖춘 웨이퍼 세정조

Info

Publication number: KR19990086185A
Application number: KR1019980019046A
Authority: KR
Inventors: 이한주; 송재인; 손홍성
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1999-12-15

Abstract

다양한 크기의 분출구가 형성된 순수 공급관을 갖춘 웨이퍼 세정조에 관하여 개시한다. 본 발명은 습식 세정액으로 세정된 웨이퍼를 오버플로우 방식에 의하여 린스하는 데 사용되고, 순수를 공급하기 위한 순수 공급관을 갖춘 웨이퍼 세정조에 있어서, 상기 순수 공급관은 순수가 유입되는 유입 단부와, 끝이 막혀 있는 다른 단부와, 상기 유입 단부와 다른 단부 사이에서 상기 세정조 내로 순수를 분출시키도록 형성된 복수의 분출구를 포함하고, 상기 복수의 분출구는 상기 유입 단부로부터 상기 다른 단부에 걸쳐서 각각 다양한 크기를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정조를 제공한다.

Description

다양한 크기의 분출구가 형성된 순수 공급관을 갖춘 웨이퍼 세정조

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 다양한 크기의 분출구가 형성된 순수 공급관을 갖춘 웨이퍼 세정조에 관한 것이다.

반도체 제조 공정중 식각 공정을 진행하고 난 후 막질을 증착하기 전에 식각 반응 부산물인 폴리머, 금속 오염물, 자연 산화막 등을 제거하기 위하여 통상적으로 세정 공정을 거친다. 이 세정 공정에서는 HF 희석액이 널리 사용되고 있다.

그런데, 반도체 소자가 고집적화되고 다자인 룰이 작아짐에 따라 층간절연막을 형성하기 위한 막질로서 플로우(flow) 특성이 우수한 산화막이 도입되었다. 이와 같이 플로우 특성이 우수한 산화막들은 습식 세정액에 의한 식각량이 기존에 사용되었던 산화막들에 비하여 훨씬 크다. 따라서, 습식 세정 마진이 줄어드는 결과가 초래되었다.

기존에 사용되었던 산화막들은 습식 세정 공정중 산화막의 식각량이 크지 않아서 식각 공정과 증착 공정 사이에 충분한 세정을 할 수 있었다. 그러나, 현재 사용되고 있는 플로우 특성이 우수한 산화막으로 이루어지는 층간절연막에 대하여 기존에 사용되었던 세정 공정을 적용하는 경우에는 층간절연막이 세정액에 의하여 과다하게 식각되어 층간절연막에 의하여 덮여 있던 배선층이 노출될 우려가 있다. 특히, 콘택홀을 형성한 후 세정 공정을 행할 때에는 콘택홀 내의 측벽에서 서로 식각율이 다른 여러 산화막들이 여러 겹으로 적층된 상태로 노출되어 있어서 세정 후에는 각 막질간의 식각량 차이로 인하여 요철 형태의 프로파일이 얻어지게 된다. 이로 인해, 후속 공정에서 상기 요철 형태의 프로파일을 갖는 콘택홀 내에 소정의 막질을 채워서 콘택을 형성할 때 콘택 내에는 보이드(void)가 형성되는 등 매립시 불량이 발생되기 쉽다.

또한, 세정 공정중에 층간절연막의 식각량이 커지면서 한 웨이퍼 내에서의 식각량의 균일도가 기존의 수준이라 하더라도 식각량이 커짐에 따라 식각량의 분포 범위가 커지게 된다. 즉, 실제 웨이퍼 내에서의 식각량은 어떤 부분에서는 타겟(target)으로 하는 식각량의 중심값보다 더 크게 되고, 다른 어떤 부분에서는 그보다 적어질 수 있다. 이는 결과적으로 웨이퍼 내에서의 전기적 특성의 분포 범위가 커져서 전체적인 소자의 신뢰성을 저하시키는 결과를 초래하게 된다.

상기와 같은 이유로 인하여 세정 공정 시간을 가능한 한 줄이고, 막질간의 식각량 선택비를 개선할 수 있는 세정 공정이 개발되고 있으며, 아울러 한 웨이퍼 안에서 식각량을 균일하게 할 수 있는 방법을 모색하게 되었다.

HF 희석액을 사용하여 웨이퍼 세정을 행하는 종래의 방법에 의하면, 소정의 농도로 맞추어진 HF 희석액을 세정조 내에 공급한 후, 이 세정조 내에 웨이퍼를 투입하고, 세정액의 순환 조작 없이 정해진 공정 시간 동안 세정조 내의 세정액에 웨이퍼를 담그고 있다가, 정해진 시간이 완료되면 동일한 세정조 내에서 아래쪽에 설치된 관을 통하여 순수(純水)가 인시튜(in-situ)로 공급되면서 순수의 오버플로우(overflow)에 의하여 린스 공정을 거치게 된다. 이 때, 세정 공정에서의 식각량의 균일도는 HF 희석액 처리 후 순수의 오버플로우에 의한 린스 공정시 HF 희석액이 순수와 치환되는 과정이 얼마나 균일하게 이루어지는가에 달려 있다.

기존의 세정조의 구조에서는 세정조 아래쪽에서 공급되는 순수의 흐름이 웨이퍼의 전체 영역에서 고르게 공급되기 보다는 세정조의 센터 부분으로만 편중되었다. 그 결과, 세정조 내의 코너 부분에서 데드 스페이스(dead space)가 형성되고, 동일한 세정조 내에서 각 웨이퍼간의 세정에 의한 식각량 균일도 및 웨이퍼 내에서 각 위치간의 식각량 균일도가 불량해지는 결과를 초래하였다. 그에 따라, 기존의 세정조의 구조로는 습식 세정중 식각량 균일도를 원하는 정도로 관리하기 어렵다.

향후 미세화되는 반도체 제조 공정에서는 플로우 특성이 우수한 산화막을 층간절연막으로 사용하는 것은 필수적이라 할 수 있다. 이러한 산화막들은 습식 세정 공정에서 높은 식각율을 나타내므로, 습식 세정중 식각량 균일도를 원하는 정도로 관리하기 위하여는 습식 세정 후 균일한 린스 공정이 이루어질 수 있도록 세정조의 구조를 개선할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체 소자를 제조하기 위하여 HF 희석액을 사용하여 웨이퍼의 습식 세정 공정을 행할 때 웨이퍼상의 층간절연막의 식각 균일도를 증가시킬 수 있는 구조를 가지는 웨이퍼 세정조를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 세정조의 구성을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 세정조의 순수 공급관의 일부 확대 측면도이다.

도 3은 린스 공정중에 세정조 내에서 순수의 흐름 양상을 보여주는 본 발명에 따른 세정조의 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 세정조, 20 : 캐리어

22 : 웨이퍼, 30 : 순수 공급관

32 : 분출구, 33 : 유입 단부

34 : 단부,

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 습식 세정액으로 세정된 웨이퍼를 오버플로우 방식에 의하여 린스하는 데 사용되고, 순수를 공급하기 위한 순수 공급관을 갖춘 웨이퍼 세정조에 있어서, 상기 순수 공급관은 순수가 유입되는 유입 단부와, 끝이 막혀 있는 다른 단부와, 상기 유입 단부와 다른 단부 사이에서 상기 세정조 내로 순수를 분출시키도록 형성된 복수의 분출구를 포함하고, 상기 복수의 분출구는 상기 유입 단부로부터 상기 다른 단부에 걸쳐서 각각 다양한 크기를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정조를 제공한다.

바람직하게는, 상기 순수 공급관에 형성된 복수의 분출구는 상기 입구측 단부로부터 다른 단부 쪽으로 진행함에 따라 점차 작은 크기를 갖도록 형성된다.

또한 바람직하게는, 상기 순수 공급관은 상기 세정조 내에서 상기 복수의 분출구가 상기 세정조의 바닥을 향하여 개구되도록 설치된다.

또한 바람직하게는, 상기 세정조는 각각 웨이퍼를 수용하는 복수의 슬롯을 갖춘 웨이퍼 캐리어가 고정적으로 수용되도록 구성되고, 상기 순수 공급관은 상기 복수의 분출구의 각각의 간격이 상기 각 슬롯간의 피치와 동일하도록 형성되고, 이 때 상기 순수 공급관은 상기 웨이퍼 캐리어의 하부에서 상기 웨이퍼 캐리어의 각 슬롯의 사이의 영역에 상기 복수의 분출구가 위치되도록 설치된다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼의 세정 후 린스 공정시 세정조 내부의 전체 영역에서 세정액이 순수로 고르게 치환되고, 세정액에 의한 웨이퍼에서의 막질 식각량은 각각의 웨이퍼마다 또한 하나의 웨이퍼 내에서 각 위치마다 그 균일도가 증가하게 된다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정조(10)는 웨이퍼의 오버플로우에 의한 린스 공정에 사용되는 것으로서, 상기 세정조(10) 내의 하부에서 웨이퍼 캐리어(20)가 놓여지는 위치의 아래에 설치되고, 분출 압력에 대응하여 다양한 크기를 가지는 복수의 분출구(32)가 형성된 순수(純水) 공급관(30)을 갖추고 있다.

상기 캐리어(20)에 수용된 웨이퍼(22)에 대하여 소정의 세정액, 예를 들면 HF 희석액을 사용하여 세정 공정을 행한 후, 상기 세정조(10) 내에서 순수를 사용하여 린스 공정을 행할 때, 순수는 외부로부터 화살표 "A" 방향에 따라 상기 순수 공급관(30) 내로 유입되고, 이와 같이 유입된 순수는 화살표 "B" 방향에 따라 상기 복수의 분출구(32)를 통하여 상기 세정조(10) 내로 분출된다.

상기 분출구(32)들을 통하여 분출되는 순수의 공급량이 일정한 양을 초과하면, 상기 세정조(10)로부터 순수가 오버플로우되고, 상기 분출구(32)를 통하여 계속 공급되는 순수는 상기 캐리어(20) 내부를 통과하여 화살표 "C" 방향에 따라 흘러서 상기 세정조(10)에서 오버플로우되면서 린스 공정이 이루어지게 된다.

도 2는 상기 순수 공급관(30)의 일부 확대 측면도이다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 세정조(10)의 순수 공급관(30)은 순수가 유입되는 유입 단부(33)의 반대측에서 다른 단부(34)가 막혀 있으며, 따라서 상기 순수 공급관(30) 내에서는 화살표 "D" 방향에 따라 흐르는 순수에 의하여 끝이 막혀 있는 상기 다른 단부(34)로 갈수록 상기 분출구(32)를 통하여 분출되는 순수의 분출 압력이 커지게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 분출구(32) 마다 순수가 일정한 압력으로 분출될 수 있도록 하기 위하여, 상기 순수 공급관(30)의 각 분출구(32)는 순수의 유입 단부(33)로부터 끝이 막혀 있는 상기 다른 단부(34)로 진행함에 따라 점차 작은 크기를 갖도록 형성되어 있다. 그 결과, 상기 순수 공급관(30)으로부터 각각 다른 크기를 갖는 상기 복수의 분출구(32)를 통하여 상기 세정조(10) 내로 분출되는 순수는 화살표 "E"로 표시한 바와 같이 각 분출구(32) 마다 일정한 압력으로 분출된다.

또한, 상기 순수 공급관(30)은 상기 세정조(10) 내에 설치될 때, 상기 캐리어(20)의 하부에서 각 슬롯 사이의 영역에 상기 각 분출구(32)가 위치되도록 설치된다. 또한, 상기 각 분출구(32) 사이의 간격은 상기 캐리어(20)의 각 슬롯간의 피치(pitch)와 동일하게 형성되어 있다. 따라서, 상기 분출구(32)를 통하여 상기 세정조(10) 내로 분출되는 순수는 상기 캐리어(20) 내의 각 웨이퍼(22) 사이의 공간으로 원활하게 공급된다. 그 결과, 린스 공정시 순수가 각 웨이퍼 표면에 고르게 공급될 수 있다.

바람직하게는, 상기 순수 공급관(30)은 각 분출구(32)가 상기 세정조(10)의 바닥을 향하여 개구되도록 설치된다. 이와 같이 설치하면, 상기 분출구(32)로부터 분출되는 순수가 상기 웨이퍼(22) 쪽으로 곧바로 공급되지 않고 상기 세정조(10)의 바닥에 한번 부딪힌 후 상부로 공급되므로, 순수가 상기 분출구(32)로부터 상기 세정조(10)의 바닥에 부딪힌 후 다시 위로 반사되는 과정에서 서로 다른 방향의 순수 흐름과 부딪히고 그 결과 각 흐름이 서로 완충되어 상부로 흐르는 순수의 흐름이 더욱 균일해 진다. 따라서, 상기 세정조(10) 내의 모든 위치에서 순수의 흐름이 원활하게 되어 상기 세정조(10) 내에서 순수가 균일하게 오버플로우된다. 또한, 세정조(10) 내의 각 코너 부분에서 데드 스페이스(dead space)가 형성되는 것이 억제되므로, HF 희석액과 같은 세정액이 상기 세정조(10) 내에서 잔류하는 것을 억제할 수 있다.

도 3은 린스 공정중에 상기 세정조(10) 내에서 순수의 흐름 양상을 보여주는 상기 세정조(10)의 종단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 순수 공급관(30)을 통하여 공급되는 순수는 세정조(10)의 바닥을 향하여 개구되어 있는 복수의 분출구(32)를 통하여 세정조(10) 내로 공급되면, 먼저 세정조(10)의 바닥에 부딪히고, 이어서 위로 반사되어 캐리어(20)에 수용된 각 웨이퍼(22) 사이의 공간을 거쳐서 상부로 흐르고, 그 중 일부는 세정조(10) 밖으로 오버플로우되고 다른 일부는 세정조(10) 내에서 순환된다. 이와 같은 과정을 통하여 세정 공정에서 사용되고 남아 있는 세정액이 세정조(10) 내부의 전체 영역에서 순수로 고르게 치환되고, 세정액에 의한 웨이퍼에서의 막질 식각량은 각각의 웨이퍼마다 또한 하나의 웨이퍼 내에서 각 위치마다 그 균일도가 증가하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 세정조 내에 순수를 공급하는 순수 공급관으로부터 순수가 일정한 분출 압력으로 분출될 수 있도록 다양한 크기를 갖는 복수의 분출구를 순수 공급관에 형성하고, 또한 상기 분출구가 세정조의 바닥을 향하여 개구되도록 상기 순수 공급관이 설치되며, 캐리어의 각 슬롯의 피치와 동일한 간격으로 형성된 각 분출구가 상기 캐리어의 슬롯의 사이에서 각 웨이퍼 사이의 공간에 대응하여 위치되도록 상기 순수 공급관이 설치되므로, 웨이퍼의 세정 후 린스 공정시 세정조 내부의 전체 영역에서 세정액이 순수로 고르게 치환되고, 세정액에 의한 웨이퍼에서의 막질 식각량은 각각의 웨이퍼마다 또한 하나의 웨이퍼 내에서 각 위치마다 그 균일도가 증가하게 된다.

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

습식 세정액으로 세정된 웨이퍼를 오버플로우 방식에 의하여 린스하는 데 사용되고, 순수를 공급하기 위한 순수 공급관을 갖춘 웨이퍼 세정조에 있어서,

상기 순수 공급관은 순수가 유입되는 유입 단부와, 끝이 막혀 있는 다른 단부와, 상기 유입 단부와 다른 단부 사이에서 상기 세정조 내로 순수를 분출시키도록 형성된 복수의 분출구를 포함하고,

상기 복수의 분출구는 상기 유입 단부로부터 상기 다른 단부에 걸쳐서 각각 다양한 크기를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정조.
제1항에 있어서, 상기 순수 공급관에 형성된 복수의 분출구는 상기 유입 단부로부터 다른 단부쪽으로 진행함에 따라 점차 작은 크기를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정조.
제1항에 있어서, 상기 순수 공급관은 상기 세정조 내에서 상기 복수의 분출구가 상기 세정조의 바닥을 향하여 개구되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정조.
제1항에 있어서,

상기 세정조는 각각 웨이퍼를 수용하는 복수의 슬롯을 갖춘 웨이퍼 캐리어가 고정적으로 수용되도록 구성되고,

상기 순수 공급관은 상기 복수의 분출구의 각각의 간격이 상기 각 슬롯간의 피치와 동일하도록 형성되고,

상기 순수 공급관은 상기 웨이퍼 캐리어의 하부에서 상기 웨이퍼 캐리어의 각 슬롯의 사이의 영역에 상기 복수의 분출구가 위치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정조.