KR20010023318A - 기판 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리액을 함유하는 용기내에서 기판을 처리하는 방법에 관한 것으로, 기판이 용기의 적어도 하나의 내벽상에 제공된 인도 수단에 의해 상기 용기내로 인도되고 유지되며, 처리액은 용기의 에지부 하부로부터 유입되고 배출된다. 본 발명에 따른 방법은 짧은 공정시간 동안 소량의 처리액을 사용하여 기판을 균일하게 처리는 것이다. 이를 달성하기 위해, 기판이 빈 용기 내부로 공급되고, 동시에 제 1 처리액이 용기 하부로부터 용기 내부로 유입되어 용기를 충진한다. 다음으로, 제 1 처리액이 제 2 처리액이 하부로부터 유입될 때 용기로부터 배출된다.

Description

기판 처리 방법 {METHOD FOR TREATING SUBSTRATES}

이러한 형태의 방법은 본 출원인과 동일한 출원인의 DE 44 13 077 C 또는 DE 195 46 990 C에 공지되어 있고, 동일한 출원인의 공개되지 않은 DE 196 16 402 A, DE 196 116 400 A, DE 196 37 875 A, DE 196 21 587 A 또는 DE 196 44 254 A에 공지되어 있다. 비록 이러한 방법들이 실제로 매우 성공적인 것으로 판명되었으나, 이러한 넘침(overflow) 방법에서는 여러 처리액을 교환할 수 있는 교체 공정을 통해 다수의 교체 사이클과 다수의 용기 부피가 요구되기 때문에 많은 양의 처리액이 필요하다.

미국 특허번호 4,902,350 또는 5,313,966에는 기판을 포함하는 카세트가 처리액으로 충진된 용기내에 삽입되는 방법에 관해 개시되어 있다. 이러한 카세트를 사용함으로써, 상당히 큰 용기와 이에 따른 다량의 처리액이 요구되고, 이는 고가의 비용이 들 뿐만 아니라 예를 들면, 고가의 열분해 처리를 통해 재생 또는 제거와 관련하여 많은 노력을 필요로 한다. 더욱이, 카세트내에서의 기판 처리가 우수하게 수행될 수 없고, 카세트를 갖지 않는 용기내에서는 카세트가 처리 과정을 상당히 손상시키기 때문에 용이하지 않다.

이러한 방법의 추가의 단점은 카세트 또는 용기내에서 기판의 위치와 무관하게 전체 기판 표면에 대해 균일한 처리가 불가능하다는 것이다. 그 이유는 카세트 자체가 기판의 균일한 처리를 방해할 뿐만 아니라 초기에 처리액내에 담궈지고 배출동안 처리액내에 가장 오랫동안 남아 있는 기판의 하부 영역이 상부 영역보다 더 장시간 처리되는데, 이는 이들이 예를 들면, 에칭액과 같은 처리액과 더 오랫동안 접촉하기 때문이다.

본 발명의 목적은 카세트를 갖지 않으면서도 기판의 균일한 처리 및/또는 소량의 처리액만을 필요로 하는 용기를 사용하는 것을 가능케 하는 것이다.

앞에서 언급된 바에 기초하여, 이러한 목적은 이하의 방법 단계에 의해 수행된다:

a) 비어 있는 무-카세트 용기내에 기판을 삽입하는 단계;

b) 제 1 처리액을 용기의 하부로 유입하여 용기를 충진하는 단계; 및

c) 용기 하부로 제 2 처리액을 유입시킴으로써 용기 외부로 제 1 처리액을 교체하는 단계.

본 발명의 방법은 예를 들면, 희석된 불화수소산과 같은 화학제인 소량의 제 1 처리액으로 웨이퍼 표면을 에칭하는 것을 가능케 하고, 처리액의 부피는 용기의 부피와 일치한다. 그러므로, 제 1 처리액과 제 2 처리액의 완전한 교체는 소량의 제 2 처리액만으로도 가능한데, 그 이유는 제 1 처리액의 제거가 상당히 용이하고 카세트가 없으므로 매우 빠르게 수행될 수 있기 때문이다. 본 발명의 방법의 특정장점은 기판의 균일한 처리가 통상적인 방법의 경우보다 더 우수하다는 것인데, 그 이유는 단계 b)에 따라 처리액과 초기에 접촉하거나 또는 남아 있고, 이에 따라 오랫동안 접촉하는 기판의 하부 영역은 하부로부터 제 2 처리액의 유입으로 인해 제 1 처리액과 접촉하지 않게 된다. 따라서, 기판의 상부 영역이 단계 b)에 따른 유입 동안 제 1 처리액과 접촉하게 되고, 단계 c)에 따라 교체동안 제 2 처리액과 접촉하게 된다. 그러므로, 통상적인 방법에 비해 본 발명에 따르면 처리 매체의 절감 및 가공시간의 가속화에 유리할 뿐만 아니라 기판의 균일한 처리를 얻을 수 있다.

본 발명의 특정 실시예의 장점에 따르면, 예를 들면, 에칭액인 제 1 처리액이 제 2 처리액이 제 1 처리액을 교체하기 위해 유입되기 전에, 예를 들면, 원하는 표면 제거와 같은 원하는 처리를 달성하기 위해 처리액 용기내에서 미리 설정된 시간동안 남겨진다.

본 발명의 특정 실시예에 따르면, 제 2 처리액이 유입되어 제 1 처리액을 교체한 이후, 기판이 제 2 처리액 외부로 올려진다. 제 2 처리액은 예를 들면, 용기 부피의 6 내지 18배와 같이 용기 부피의 수 배에 해당하는 부피로 유입되는 린스액이다. 결과적으로, 기판이 제거되어 건조되기 이전에 기판에 대한 신뢰성 있는 세정과 린싱이 이루어진다. 린스액 및 세정액이 화학적 함량에 관해서뿐만 아니라 재가공 및 제거에 관해서도 비용이 상당히 적게 들기 때문에, 용기 부피의 빈번한 재순환 그리고 이에 따라 처리 공정의 끝에서 기판의 신뢰성 있는 완전한 세정이 경제적인 방식으로 가능하다.

본 발명의 특정 실시예중 하나에 따르면, 제 2 처리액으로부터 기판을 제거하는 동안, 건조 공정을 개선시키는 액체가 마란고니(Marangoni) 원리에 따라 제 2 처리액 표면상에 가해진다. 이러한 건조 공정과 관련된 반복을 방지하기 위해, 본 출원인에 의해 EP 0 385 536 A와 DE 44 13 077 C를 참조하고, 본 발명의 이해를 위해 인용된다.

본 발명의 추가의 특정 실시예에 따르면, 단계 a, b), c)가 적어도 한 번 반복된다. 이러한 점에서, 단계 a, b), c)가 반복되기 이전에 제 2 처리액이 용기의 베이스내 방출 개구부를 통해 배출된다면, 더욱 빠르게 수행될 수 있다. 그후에 처리액으로 다른 처리가 영향을 받기 때문에, 기판의 건조는 많은 경우 초기에는 필요하지 않다. 제 2 처리액으로부터 제거되는 동안 특히, 마란고니 원리를 사용하여 수행되는 건조 공정은 반복된 단계 a), b), c)의 끝에서만 수행되는 것이 특히 바람직하다. 단계 a), b), c)의 반복 동안, 기판의 처리는 여러 처리액에 영향을 받는다. 특정 실시예를 통해 이후에 상세히 설명될 바와 같이, 단계 a), b), c)의 제 1 시퀀스로, 예를 들면, 불화수소산인 에칭액으로 처리가 수행되고, 단계 a), b), c)가 반복됨과 동시에 암모니아-과산화수소-물 혼합물이 사용되고, 이러한 배스(bath) 즉, 기판은 선택적으로 메가 사운드(mega sound)로 조사된다.

본 발명의 추가의 특정 실시예에 따르면, 단계 a)에 따라 용기내로 유입되기 전에, 기판은 적어도 하나의 추가의 용기에서 사전처리된다. 비록 추가의 용기에 대해 기판용 통합형 인도 수단을 구비하는 기판 즉, 무-카세트 용기가 적합할 수 있지만, 본 발명의 추가의 특정 실시예에 따르면, 추가의 용기는 내부에 포함된 기판으로 카세트를 지지하도록 설계된다. 이는 특히 추가의 용기내에서 기판의 처리가 예를 들면, 광 레커(lacquer)를 제거하기 위해 매우 뜨거운 인산 또는 불화수소산과 같은 침식성 화학제로 수행된다. 침식성 화학제가 사용될 때, 석영과 같은 특정 용기 재료가 필요한 반면 다음 방법 시퀀스에 대한 처리액 용기는 플라스틱 또는 다른 재료로 코팅된 플라스틱과 같이 더욱 경제적인 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 200℃에 이르는 온도의 뜨거운 화학제로 인해, 용기내에서 재료의 팽창이 발생되고, 이로 인해 카세트내에서 기판을 유지할 필요성이 있다. 하지만, 용기의 분리 인도 엘리먼트내 기판을 유지하기 위해 필요한 정확한 부피는 한정적인 것이 아니다.

본 발명은 도면을 참조로 한 바람직한 실시예를 통해 이하에서 상세히 설명될 것이다.

본 발명은 처리액을 함유하는 용기내에서 기판을 처리하는 방법에 관한 것으로, 기판은 용기의 적어도 하나의 내벽상에 제공된 인도 수단에 의해 인도되고 유지되며, 처리액은 용기의 림(rim) 하부로부터 유입되고 림 상부로 배출된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 개략도.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 개략도.

도 3은 본 발명의 제 3 실시예의 개략도.

도 4는 본 발명의 제 4 실시예의 개략도.

도 5는 본 발명의 제 5 실시예의 개략도.

도 1에 도시된 실시예에서, 예를 들면 반도체 웨이퍼인 기판(1)이 빈 처리액 용기(2)내에 위치하고, 다음으로 단계 a)에 따라, 예를 들면 희석된 불화수소산인 처리액(3)이 처리액 용기(2) 하부로부터 용기로 유입되고, 이는 처리액 용기(2)내 검은 하부 영역으로 표시되고 DHF-충진으로 나타내진다.

단계 b)에 따르면, 용기(2)는 하부로부터 유입된 제 1 처리액(3)으로 완전히 충진되고 기판(1)이 이러한 단계 b) 동안 처리된다. 이러한 단계는 DHF-에칭으로 나타내진다 즉, 기판이 불화수소산으로 에칭된다.

다음의 처리 단계 c) 동안, 예를 들면 린스액인 제 2 처리액이 처리액 용기(2) 하부로부터 용기로 유입되고, 이에 의해 불화수소산이 넘쳐서 교체되고, 이는 도 1c에 OF-린스로 나타내진다. 다음의 단계 d)는 기판(1)이 처리액 용기(2) 외부로 올려져 건조되는 것을 나타낸다. MgD는 마란고니 건조를 나타낸다.

처리액 용기(2)는 소위 싱글 탱크 툴(STT;single tank tool)을 포함하는 도 1에 개략적으로 도시되고, 여기서 처리액은 하부로부터 유입되고 처리액의 상부 표면에서 즉, 용기의 상부 에지를 통해 넘친다. 기판(1)은 용기의 적어도 하나의 측벽으로부터 내부로 돌출하는 인도 수단에 의해 처리액 용기(2)내로 인도되고 유지된다. 이러한 처리액 용기(2)과 여러 설계에 대한 반복을 피하기 위해, 본 출원인에 의한 DE 196 16 402 A, DE 196 21 587, DE 196 44 253 A, DE 196 22 254 A 또는 DE 196 44 255 A를 참조하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 인용된다.

이러한 예시된 실시예에서, 예를 들면 0.1 내지 1의 농도로 희석된 불화수소산이 제 1 처리액으로서 사용된다. 200nm 물에 대해 처리액 용기(2)의 충진 능력은 예를 들면, 8.5리터이다. 웨이퍼가 카세트내에 삽입되는 통상적인 처리액 용기와 비교하여, 이는 매우 낮고 따라서 본 발명에 따르면 고가의 처리액의 소량만이 필요하다. 넘침 린싱 단계 c)의 린스액은 바람직하게는 탈이온화된 물이고, 예를 들면, 처리액 용기(2)의 6배에 해당하는 부피 즉, 50리터의 양으로 특히 바람직하게는 1분내에 유입된다. 그러므로, 본 발명의 방법은 매우 빠른 교체를 가능케 하고, 용기의 적은 부피와 처리시간으로 인해 이에 따른 생산성이 매우 높다.

도 1의 단계 a), b)에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 매우 균일한 처리 또한 가능하고, 이는 특히 반도체 소자와 웨이퍼를 처리하고 제조하는데 매우 중요하다. 단계 a)에 따르면, 처리액 용기(2) 하부로부터 희석된 불화수소산이 유입되는 동안, 초기에 기판(1)의 하부 영역이 불화수소산(3)과 접촉하고, 그 결과 기판의 상부 영역보다 하부 영역에서 기판 표면이 점진적으로 위쪽으로 더 많이 에칭된다. 하지만, 단계 c) 동안 하부로부터의 린스액으로 인해 희석된 불화수소산의 교체 때문에, 하부 영역이 상부 영역보다 에칭용 불화수소산으로부터 더 빨리 자유로와지고, 그 결과 단계 a)에 따른 불화수소산의 유입 동안 존재하는 조건이 보상된다. 결과적으로, 전체 기판 표면에 대해 균일한 처리가 제공된다. 단계 c)의 린스액이 처리액 용기(2) 하부로부터 용기로 유입되는 속도를 조절함으로써 본 발명의 방법은 기판의 균일한 처리를 제어 및 조정할 수 있다 즉, 희석된 불화수소산이 기판(1)의 모든 영역에서 동일한 시간 주기동안 작용하게 된다.

단계 a) 내지 d)에 대해 도 1에 도시된 부호는 다음의 도면들에서도 동일한 의미로 사용된다.

도 2에 도시된 방법 시퀀스에 대한 단계 a), b), c)는 단계 c)가 도 1에 도시된 단계 d)에 의해 후속되는 것을 제외하고는 도 1의 방법 시퀀스와 동일하고, 이러한 방법의 실시예에서 QDR(quick dump rinse)로 표시되는 단계 d)가 이전의 단계 c)의 교체 및 린싱 공정 이후 린스액이 처리액 용기(2)의 베이스내의 방출 개구부를 통해 빠르게 배출될 수 있는 단계 c)를 후속하고, 그 결과 용기(2)가 비어지고, 이는 도 2의 단계 d)에 도시된 바와 같이 개략적으로 도시된다. 결과적으로, 다른 처리액에 대해서도 도 2에 따른 단계 a), b), c)를 반복하는 것이 가능하게 된다.

단계 e) 동안, 암모니아, 과산화수소 및 물(SC1-충진으로 표시됨)의 혼합물의 경우 추가의 처리액이 기판(1)의 집중적인 세정을 위해 처리액 용기(2)의 하부로부터 용기에 유입되고, 단계 f)에 따라 한 세트의 시간 주기동안 기판(1)과 접촉하는 상태로 남겨진다. 동시에, 이러한 실시예에 따르면 기판의 메가 사운드 조사가 수행되어 세정 공정을 더욱 개선시킨다.

이러한 세정 공정에 뒤이어, 이미 수행된 린싱 공정 d)에 해당하는 제 2 린싱 공정이 후속한다. 완전한 세정과 린싱 이후, 공정 h)가 수행되고, 이는 도 1의 단계 d)와 동일한 부호를 가지며 마란고니 건조와 관련된다.

도 3의 방법 시퀀스는 암모니아, 과산화수소 및 물의 혼합물로의 세정이 가장 먼저 수행되고, 다음으로 희석된 불화수소산으로 처리하는 것이 도 2의 시퀀스와의 차이점이다. 다시 말해, 도 2에 부호적으로 도시된 단계 a), b), c)는 단계 e), f), g)로 대체된다.

도 4는 카세트내에 웨이퍼를 지지하도록 설계된 용기(4)내에서 수행되는 처리 공정이 도 1 내지 도 3의 공정 시퀀스보다 선행되는 본 발명의 방법의 실시예를 도시한다. 개략적으로 도시된 단계 a)에서, 웨이퍼가 공지된 조종기에 의해 카세트내로 삽입된다. 물로 충진된 카세트가 카세트 처리액 용기(4)내에 삽입되고, 이는 단계 b)에 의해 부호적으로 표시되며, 여기서 기판(1)은 용기의 측벽과 접촉하지 않는다. 용기(4)는 처리액 용기(4)의 안정성과 관련된 특정 조건을 설정하는 처리액으로 충진된다. 도시된 실시예에서, 용기에 대해 안정된 재료를 필요로 하는 완충 불화수소산(도 4의 BHF+H₂0으로 표시됨)이 사용된다. 게다가, 처리액은 결정화하는 경향이 있고, 그 결과 특정 유입 개구부가 이러한 처리액의 유입에 필요하고, 웨이퍼를 인도하기 위한 어떠한 카세트도 구비하지 않고 추가의 처리 공정에 사용되는 바람직한 처리액 용기 또한 추가의 방법 단계에서 사용되는 매우 바람직한 처리액 유입 노즐이 결정화로 인해 막혀버릴 수 있다는 이유로 사용될 수 없다.

반복을 피하기 위해, 도 1, 도 2 및 도 3의 단계 a), b) c)는 도 4의 단계 c)에 부호적으로 조합된다. 개별 단계는 DHF, SC1 및 MgD에 의해 부호적으로 표시된다. 처리 단계 b)와 c) 사이에, 기판(1)이 예를 들면, 본 출원인의 공개되지 않은 DE 196 52 526 A에 개시된 조정장치에 의해 용기(4)의 외부로 즉, 카세트 외부로부터 무-카세트 용기(2)로 옮겨진다.

도 4의 단계 d)는 처리 공정으로부터 마감-처리된 기판의 제거를 부호화한다.

도 5는 제 3 처리액 용기(5)가 카세트를 지지하는 용기(4)와 무-카세트 용기(2) 사이 즉, 도 4의 단계 b)와 c) 사이에 제공된다는 점에서 도 4에 도시된 실시예와는 다른 본 발명의 추가의 특정 실시예를 도시한다. 부호로 표시된 바와 같이, 도시된 실시예에서 제 3 용기(3)는 기판(1)이 인도되고 용기벽의 인도 수단내에 유지되는 무-카세트 용기이다.

단계 d) 동안, 기판은 예를 들면, 뜨거운 인산("뜨거운 인산"으로 표시됨)으로 처리된다. 단계 c)의 "뜨거운/차가운-QDR"은 빠른 처리액 배출과 동시에 뜨거운 및/또는 차가운 린스액으로 린싱하는 것을 나타내고, 이는 예를 들면, DE 196 16 402 A에 개시되어 있다.

제 3 용기(5)는 빠른 충진과 배출에 의해 뜨거운 및/또는 차가운 린스액 및/또는 세정액으로 기판을 세정 및/또는 린싱하기 위해 제공된다 다시 말해, 넘침 공정을 통하지 않고 처리되도록 한다. 다시 말해, 제 3 용기는 린싱 용기로서의 역할만을 하고, 이에 의해 용기 재료는 바람직하게는 뜨거운 린스액 또는 처리액을 배출시킬 수 있는 방식으로 선택된다.

이상에서 본 발명이 바람직한 특정 실시예를 통해 설명되었다. 하지만, 당업자라면 본 발명의 개념을 벗어남없이 다양한 변경과 실시예가 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 비록 본 발명에 따른 방법이 8인치 또는 200nm 웨이퍼와 관련하여 설명되었지만, 300nm의 웨이퍼에도 사용가능한데, 그 이유는 이러한 큰 웨이퍼로 균일한 처리가 특히 어렵고 더 많은 처리액 용기로 인해 처리액에 대한 비용이 매우 중요하게 되기 때문이다.

Claims (13)

1. 처리액을 함유하는 용기내에서 기판을 처리하는 방법에 있어서, 기판이 용기의 적어도 하나의 내벽상에 제공된 인도 수단에 의해 인도 및 유지되고, 이에 의해 처리액이 용기의 림 하부로부터 유입되고 림 상부로 넘치며, 상기 방법은:

   a) 빈 용기 내부로 기판을 삽입하는 단계;

   b) 상기 용기를 충진하도록 상기 처리액 용기 하부로부터 제 1 처리액을 유입하는 단계; 및

   c) 상기 처리액 용기의 하부로부터 제 2 처리액을 유입함으로써 상기 처리액 용기의 외부로 상기 제 1 처리액을 교체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 처리액은 상기 제 2 처리액이 상기 제 1 처리액을 교체하도록 유입되기 전에 설정된 시간 주기 동안 상기 처리액 용기내에 남아있는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기판은 상기 제 2 처리액 용기의 외부로 올려지는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 처리액의 외부로 상기 기판을 제거하는 동안, 건조 공정을 개선시키는 액체가 마란고니 원리에 따라 상기 제 2 처리액의 표면상에 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 a), b) 및 c)는 적어도 한번 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 처리액은 상기 단계 a), b) 및 c)를 반복하기 이전에 상기 용기의 베이스내의 배출 개구부를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 단계 a), b) 및 c)는 여러 처리액으로부터 영향을 받는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 처리액은 상기 용기 부피의 수 배의 부피로 유입되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 처리액은 린스액인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 상기 용기 내부에 삽입되기 전에 적어도 하나의 추가의 용기내에서 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 추가의 용기는 내부에 포함된 기판으로 카세트를 지지하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 추가의 용기는 뜨거운 인산 또는 불화수소산인 침식성 화학제를 견딜수 있는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 처리될 상기 기판은 반도체 웨이퍼이고, 제 1 처리액은 희석된 불화수소산 또는 암모니아, 과산화수소 및 물의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.