KR20030041091A - 기판가공방법 및 기판가공장치 - Google Patents

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Abstract

반도체기판 상에 첨착된 레지스트막과 폴리머층을 제거하는 방법이 개시된다. 전형적인 예로 과산화수소 용액과 같은 산화제를 포함하는 제1 처리액이 기판에 공급되어 레지스트막과 폴리머층의 상태를 변화시킨다. 이후, 전형적인 예로 디메틸산화황과 아민 용매를 포함하는 제2 처리액이 기판에 공급되어 레지스트막과 폴리머층을 용해시킴으로써 기판으로부터 제거한다. 폴리머층에 포함된 증착된 구리입자들도 또한 제거될 수 있다.

Description

기판가공방법 및 기판가공장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 반도체 소자 제조공정과 같은 기판가공공정에 있어서 공정 중에 기판에 첨착되는 레지스트(resist), 폴리머 등의 첨착물질과 처리액(processing liquid) 등을 이용하고 제거하는 기판가공방법 및 기판가공장치에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 제조공정에 있어서는 설계의 소형화가 급속한 진보를 보이고 있다. 이와 함께, 저(低)유전율의 유기막이 저전도막(low-k film)이라고 불리는 층간절연막으로 사용되고, 반도체소자의 고속작동을 위하여 알루미늄 대신에 낮은 전기저항을 갖는 구리가 배선층 물질로 사용되고 있다.
인접한 구리 배선층들 사이에 층간절연막이 형성되도록 구리 배선층을 형성하기 위해 이중 대머신(dual damascene) 공정이 이용된다. 예를 들어, 이중 대머신 공정은 다음과 같은 순서로 수행된다. 하위 레벨의 대머신 구조에 기 형성된 구리 배선층 위에 정지층을 형성하고, 정지층 위에 저전도성 층간절연막을 형성한다. 층간절연막 위에 미리 정해진 패턴에 따라 레지스트막을 형성한다. 이 레지스트막을마스크로 이용하여 비아-에칭(via-etching)을 수행한다. 홀(hole) 안의 폴리머와 레지스트막을 제거한 후, 희생층을 형성한다. 다시 한번 층간절연막 위에 레지스트막을 특정 패턴에 따라 형성하고, 이 레지스트막을 마스크로 하여 트렌치 에칭(trench etching)을 수행한다. 이후, 홀 안의 폴리머와 레지스트를 제거한다. 에칭에 의해 희생층과 정지층을 제거한 후, 상부 구리 배선이나 플러그를 형성한다.
상기에서 레지스트와 폴리머를 제거하는 공정은 건식식각(dry-etching) 후 습식세정(wet-cleaning)을 수행함으로써 이루어진다. 그 이유는 아직까지는 처리액을 이용한 습식세정만으로는 레지스트와 폴리머를 완전하게 제거하는 것이 불가능하기 때문이다.
그러나, 패턴 공정 이후에 레지스트를 제거하는 과정에서 건식식각을 수행하는 경우 층간절연막인 저전도막이 손상되어 구리 배선의 완성도를 저해하는 다양한 문제들이 발생된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하부층에 손상을 주지 않고 레지스트와 폴리머 층을 제거하는 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 레지스트 막과 폴리머 층을 포함하는 제거될 대상물이 그 위에 첨착되어 있는 기판을 준비하는 단계와; 기판 상에 제 1 처리액을 공급하여 이 제 1 처리액이 기판 위로 흐르게 하여 대상물의 상태를변화시키는 단계와; 기판 상에 제 2 처리액을 공급하여 이 제 2 처리액이 기판 위로 흐르게 하여 제 1 처리액에 의하여 변화된 대상물을 용해하여 기판으로부터 제거하는 단계를 포함하여 구성되는 기판가공방법을 제공한다.
기판으로부터 제거될 대상물에는 증착된 금속이 포함될 수도 있다. 이 경우, 상기 금속은 제 1 처리액을 공급하는 단계에서 제 1 처리액에 의해 산화되고, 제 2 처리액을 공급하는 단계는 기판의 산화를 피하면서 수행된다.
본 발명은 또한, 기판을 고정하기 위한 로터(rotor)와; 로터를 수용하도록 구성된 처리공간을 제공하는 밀폐함과; 기판 상에 첨착된, 레지스트 막과 폴리머 층이 포함되는 제거될 대상물의 상태를 변화시킬 수 있는 제 1 처리액을 기판에 공급하는 수단과; 상기 대상물을 용해하여 제거할 수 있는 제 2 처리액을 기판에 공급하는 수단을 포함하여 구성되는 기판가공장치를 제공한다.
기판으로부터 제거될 대상물에는 증착된 금속이 더 포함될 수도 있다. 이 경우, 제 1 처리액은 상기 금속을 산화시킬 수 있어야 하고, 제 2 처리액은 상기 증착된 금속이 제 1 처리액에 의하여 산화된 것을 용해할 수 있어야 한다.
바람직하게는, 상기 장치는 처리 공간에 비(非)산화성 대기를 형성하기 위하여 불활성 기체를 공급해 주는 불활성 기체 공급기를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적이나 그 외의 목적, 구성 및 효과는 이하에 서술되는 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 첨부된 도면들과 연계된 발명의 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해질 것이다.
도 1 은 내부 실린더(inner cylinder)가 외부 파이프에 놓여진 웨이퍼 가공장치의 단면도이다.
도 2 는 내부 실린더가 외부 실린더(outer cylinder)의 외각 위치까지 제거된 상태를 보여주는 가공장치의 단면도이다.
도 3 은 도 1에 도시된 A-A 선을 따라 절단된 단면을 보여주는 가공장치의 단면도이다.
도 4 는 도 1의 가공장치의 절환장치(switching mechanism) 및 이에 인접한 부품들에 대한 확대 단면도이다.
도 5 는 도 1의 가공장치의 밀봉장치(seal mechanism) 및 이에 인접한 부품들에 대한 확대 단면도이다.
도 6 은 가공장치의 제 1 처리액 공급장치의 구성을 개략적으로 보여주고 있는 도면이다.
도 7(a) ~ 도 7(c) 는 도 6에 도시된 가공장치의 제 1 처리액 공급장치의 순환파이프(recycle pipe)에 부착된 필터장치를 도시하고 있는 도면이다.
도 8 은 도 1의 가공장치의 제 1 처리액 공급장치의 처리액 탱크의 다른 실시예를 보여주고 있는 단면도이다.
도 9(a) ~ 도 9(d) 는 본 발명에 따른 가공방법이 적용된 반도체 소자의 제조공정의 일실시예를 보여주고 있는 단면도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 가공방법이 적용된 반도체 소자의 다른 실시예를 보여주고 있는 단면도이다.
본 발명에 따른 가공장치(1)는 식각공정 후 잔존하는 레지스트 층과 폴리머 층 및 반도체 웨이퍼(W; 이하 단순히 "웨이퍼"라 칭함)에 식각공정이 수행된 뒤 잔존하는 금속증착물을 제거하는데 사용된다. 도 1 내지 도3에 도시되어 있듯이 모터(3)는 지지부재(2a)에 의하여 모터(3)의 회전축(4)이 수평방향을 향하도록 처리장치(1)의 수직지지벽(2)에 고정된다. 로터(5)는 모터(3)의 축(4)에 부착된다. 관형의 케이싱(6)이 지지벽(2)으로부터 수평방향으로 연장되어 모터(3)와 축(4)을 둘러싼다. 케이싱(6)은 로터(5)를 밀폐하도록 구성되는 제 1 밀폐함 형성부재(7)와 제 2 밀폐함 형성부재(8)를 지지한다.
로터(5)는 수직으로 늘어서서 수평방향으로 정렬된 다수의(예를 들어 26개의) 웨이퍼(W)들을 고정할 수 있도록 구성된다. 모터(3)는 고정된 다수의 웨이퍼(W)들에 따라 로터(5)를 회전시킨다.
제 1 밀폐함 형성부재(7)는, 로터(5)와 외부실린더(7c)사이의 청정을 유지하기 위해, 모터(3)측에 위치한 수직벽(7a), 모터로부터 떨어진 쪽에 위치한 수직벽(7b) 및 로터(5) 주위를 둘러싸며 형성되는 외부실린더(7c)로 구성된다. 수직벽(7b)의 중앙부에는 수직벽(7b)을 관통하는 회전축(4)과 수직벽(7b)과 회전축(4) 사이의 공간을 밀봉하는 밀봉장치(90; 후에 상세히 설명됨)가 구성된다. 외부 실린더(7c)는 웨이퍼(W)를 로터(5) 위에 마운트할 때, 케이싱(6) 측면 안쪽으로 들어갈 수 있다.
제 2 밀폐함 형성부재(8)는 외부 실린더(7b)보다 작은 직경을 갖는 내부 실린더(8a)를 포함하여 구성된다. 내부 실린더(8a)는 도 1에 도시된 바와 같이 액체를 처리하기 위한 위치와 도 2에 도시된 바와 같이 안쪽으로 빠져들어간 위치 사이를 이동할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 내부 실린더(8a)가 외부 실린더(7b) 내부의 액체처리위치에 위치할 때, 처리공간(30)은 내부 실린더(8a)와 두 수직벽(7a, 7b)에 의해 한정된다(즉, 제 2 밀폐함 형성부재(8)에 의하여 한정된다.). 도 2에 도시된 바와 같이 내부 실린더(8a)가 안쪽으로 빠져 있고 외부 실린더(7b)가 액체처리위치에 위치할 때, 처리공간(20)은 제 1 밀폐함 형성부재(7)에 의하여 한정된다. 처리공간(20)과 처리공간(30)은 밀봉장치(미도시)에 의해 기밀하게 밀봉된다.
다수의 분사구(21)를 가진 두 개의 분사노즐(22; 도 3 참조)이 처리공간(20)을 한정하는 외부 실린더(7c)의 상부 단부에 수평으로 부착된다. 이 분사노즐(22)에는 파이프(23)가 연결되고, 이 파이프(23)는 밸브(24)를 통해 제 1 처리액을 공급하는 제 1 처리액 공급장치(25)에 연결된다. 제 1 처리액 공급장치(25)로부터 파이프(23)를 통해 유입된 제 1 처리액은 분사노즐(22)의 분사구(21; 노즐 개구부)로부터 분사된다. 제 1 처리액은 레지스트 막과 폴리머 층의 상태를 변화시킬 수 있으며, 또한 구리 입자들과 같은 증착된 금속물질을 산화시킨다. 제 1 처리액은 주로 과산화수소용액과 같은 산화제를 포함하는 유기화학액체로 만들어진다. 제 1 처리액은 레지스트막과 폴리머층의 표면층을 소수성의 상태에서 친수성의 상태로 변화시키는 역할을 수행한다.
다수의 분사구(31)를 가진 두 개의 분사노즐(32; 도 3 참조)은 처리공간(30)을 한정하는 내부 실린더(8a)의 상부 단부에 수평으로 부착된다. 이 분사노즐(32)에는 파이프(33)가 연결되고, 이 파이프(33)는 밸브(34)를 통해 제 2 처리액을 공급하는 제 2 처리액 공급장치(35)에 연결된다. 제 2 처리액 공급장치(35)로부터 파이프(33)를 통해 유입된 제 2 처리액은 분사노즐(32)의 분사구(31)로부터 분사된다. 제 2 처리액은 레지스트 막과 폴리머 층 및 제 1 처리액에 의해 산화된 금속물질을 용해시켜 제거하는 역할을 하는 유기화학액체를 포함하여 구성된다. 한 예로, 제 2 처리액은 디메틸 산화황(dimethyl sulfoxide; DMSO)과 아민(amine)용매를 포함한다.
순수(純水; pure water)와 이소프로필 알콜(IPA)은 각각 파이프(23, 33)를 통해 분사노즐(22, 32)로부터 분사될 수 있다. 순수공급장치(42)로부터 연장된 파이프(41)는 파이프(23)와 파이프(33)에 각각 연결된 분기파이프(41a)와 분기파이프(41b)에 연결되어 있다. 이소프로필알콜(IPA)공급장치(46)로부터 연장된 파이프(45)는 파이프(23)와 파이프(33)에 각각 연결된 분기파이프(45a)와 분기파이프(45b)에 연결되어 있다. 따라서, 순수공급장치(42)로부터 파이프(41)와 분기파이프(41a, 41b)을 통해 유입된 순수는 두 파이프(23, 33)를 통해 공급된다. 또한, IPA공급장치(46)로부터 파이프(45)와 분기파이프(45a, 45b)을 통해 유입된 IPA도 두 파이프(23, 33)를 통해 공급된다. 각 파이프(41a, 41b, 45a, 또는 45b)에는 밸브(43, 44, 47, 또는 48)가 각각 구비된다. 또한, 밸브조절기(49)가 구비되어 밸브들(24, 34, 43, 44, 47 및 48)의 개폐를 조절한다. 밸브조절기(49)는 웨이퍼(W)의 전(全) 공정을 조절하는 공정조절기(100)에 의해 조정된다.
수직벽(7b)의 중앙부에는 외부로 돌출된 돌출부(50)가 형성되어 있으며, 여기에는 두 개의 배기포트(51, 52)가 연결되어 있다. 이 배기포트들(51, 52)은 각각 처리공간(20)과 처리공간(30)의 배기에 이용된다. 돌출부(50)의 내부에는 이 두 포트들(51, 52)을 위한 폐쇄장치가 구비된다.
수직벽(7b)의 돌출부(50) 외측에는 두 개의 질소(N2)가스 유입포트(53a, 53b)가 설치되어 적어도 내부실린더(8a) 안쪽에 형성되는 처리공간(30)에는 질소가스(불활성기체)가 공급될 수 있도록 구성된다. 기체공급파이프들(54a, 54b)은 질소가스 유입포트(53a, 53b)에 각각 연결된다. 질소가스는 질소가스공급원(55)으로부터 기체공급파이프(54a, 54b)와 질소가스 유입포트(53a, 53b)를 통하여 처리공간(30)에 공급된다. 물론 내부실린더(8a)가 빠져나와 있는 경우에는, 질소가스는 질소가스 유입포트(53a, 53b)를 통하여 외부실린더(7c) 안쪽에 형성되는 처리공간(20)에 공급될 수도 있다. 질소가스공급원(55)에는 질소가스를 가열하기 위한 히터(55a)가 설치되어 있다.
가열된 질소가스를 공급하여 처리공간(30) 내부의 온도를 상승시켜 줌으로써 처리액의 용해작용을 더욱 활성화시킬 수 있다. 각 기체공급파이프(54a, 54b)에는 질량유량조절기(56a, 56b)와 밸브(57a, 57b)가 각각 구비된다. 기체공급파이프(58a, 58b)는 질소가스공급원(55)에 연결되어 있으며, 이 중, 기체공급파이프(58a)는 수직벽(7a)의 중앙부에 구비된 절환장치(80; 후에 설명됨)에 연결되고, 기체공급파이프(58b)는 수직벽(7a)의 중앙부에 구비된 밀봉장치(90; 후에 설명됨)에 연결된다. 각 기체공급파이프(58a, 58b)에는 질량유량조절기(59a, 59b)와 밸브(60a, 60b)가 각각 구비된다. 불활성기체는 반드시 질소가스에만 한정되는 것은 아니며 아르곤(AR) 가스나 기타의 다른 종류의 불활성기체가 될 수도 있다.
수직벽(7b)의 외부 주위에는 링(ring; 61)이 형성되어 있다. 링(61)의 바닥에는 제 1 드레인 포트(62)가 구비되어 도 2에 도시된 바와 같이 처리위치에 위치한 외부실린더(7c)에 의해 한정되는 처리공간(20)에서 사용된 처리액, 순수 및 IPA를 방출한다. 제 1 드레인 포트(62)에는 드레인파이프(63)가 연결되어 있으며, 내부실린더(8a)의 바닥은 모터(3)쪽으로 경사지게 되어 있다. 내부실린더(8a)의 바닥에는, 도 1에 도시된 바와 같이 내부실린더(8a)가 처리위치에 위치하였을 경우, 그의 수직벽(7a)측 단부에 제 2 드레인 포트(64)가 구비되어 있다. 제 2 드레인 포트(64)는 처리공간(30)에서 사용된 처리액, 순수 및 IPA를 방출한다. 제 2 드레인 포트(64)에는 드레인파이프(65)가 연결되어 있다. 이들 드레인파이프(63, 65)를 통해 배출된 액체들은 재활용될 수 있다.
로터(5)는 사이에 공간을 두고 배치된 한 쌍의 디스크(70a, 70b)와; 그 단부가 각각 디스크(70a)와 디스크(70b)에 고정된 한 쌍의 제 1 고정막대(71a, 71b) 및 한 쌍의 제 2 고정막대(72a, 72b); 및 고정막대들(71a, 71b, 72a, 72b)에 의해 고정된 웨이퍼(W)를 하부로부터 지지하는 한 쌍의 지지장치(73a, 73b)를 포함하여 구성된다. 각 고정막대들(71a, 71b, 72a, 72b)에는 다수의 요홈(미도시)이 형성되어 있어 여기에 웨이퍼(W)의 모서리가 삽입된다. 이들 고정막대들(71a, 71b, 72a, 72b) 중의 하나에는 압력센서가 부착되어 있다.
지지장치(73a)는 디스크(70a) 내부에 위치한 지지팔(arm; 74a)과디스크(70b) 내부에 위치한 지지팔(75a) 및 이들 지지팔(74a, 75a) 사이에 연결되어 웨이퍼(W)를 지지하는 이동지지막대(76a)로 구성된다. 각 지지팔(74a, 75a)에는 균형추(77a)가 구비되어 각 디스크는 균형추와 해당 지지팔 사이에 위치하게 된다. 지지장치(73b)는 같은 형태로 구성되어 이동지지막대(76b)로 웨이퍼(W)를 지지한다.
지지장치(73a)측과 지지장치(73b)측에는 각각 절환장치(80)가 구비된다. 지지장치(73a)측의 절환장치는 도 4에 도시된 바와 같은 절환부재(81a)를 갖는다. 절환부재(81a)를 회전시키면 균형추(77a)가 돌아가게 되고 이로 인해 지지팔(75a)이 지지막대(76a)를 돌려주게 된다. 지지장치(73b)측의 절환장치도 같은 형태로 구성되고, 같은 방법으로 지지막대(76b)가 돌아가게 된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)를 지지하는 상태와 쉬고 있는 상태 사이의 절환(switching)이 두 개의 절환장치(80)를 통해 이루어지게 된다.
도 4에서 보여지고 있듯이 수직벽(7a)에서 제공되는 절환부재(81a)는 개구부(82a)로 받아들여진다. 개구부(82a)의 모터(3)측에는 개구부(82a)를 따라 관통구멍이 형성된 보스(boss; 83)가 배열되어 있다. 절환부재(81a)는 아주 작은 틈(84)을 남기고 보스(83)의 관통구멍으로 삽입된다. 절환부재(81a)의 끝부분과 개구부(82a) 사이에는 공간(85)이 존재한다. 보스(83)의 모터(3)측에는 회전실린더(86)가 구비되고, 절환부재(81a)는 회전실린더(86)에 연결되어 회전실린더(86)의 움직임에 의해 회전된다. 보스(83)에는 링 형태의 통로(87)가 형성되어 있으며 앞에서 설명한 기체공급파이프(58a)가 이 통로(87)의 일부에 연결되어 있다. 보스(83)에는 또한 이 통로(87)에 연결되고 처리공간(20, 30) 쪽으로 연장된 링 형태의 좁은 통로(88)가 형성되어 있다. 이 통로(88)는 절환부재(81a)와 수직벽(7a) 사이의 공간(85)으로 연결되어 있다. 기체공급파이프(58a)를 통해 질소가스를 공급하면, 질소가스는 통로(87)로부터 통로(88)를 통해 처리공간(20, 30)이나 공간(85)으로 유입된다. 이러한 방법으로 질소가스를 공급함으로써 처리공간(30)이나, 또는 필요한 경우 처리공간(20)의 대기환경의 보충적인 조절이 가능하게 된다.
절환부재(81a)와 수직벽(7a) 사이의 공간(85)에 처리액이 남아있게 되는 것을 방지하는 것 또한 가능하다. 처리액이 남아 그대로 마르게 되는 경우 웨이퍼를 오염시키게 될 수도 있으나 이 공간(85)에 처리액이 남아있게 되는 것을 방지함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
다음으로, 수직벽(7a)의 중앙부에 구비되는 밀봉장치(90)에 대하여 설명한다. 도 5는 도 1에 간략히 도시된 밀봉장치(90)와 그 주변영역의 상세한 배치를 보여주고 있는 확대 단면도이다.
도 5에서 보여지듯이 수직벽(7a)의 중앙부에는 할로우 형태의 원통체(91)가 구비되어 회전축(4)을 둘러싸고 있다. 원통체의 끝부분(91a)과 회전축(4) 사이에는 약간의 틈(92)이 존재한다. 원통체(91)와 회전축(4) 사이에는 베어링(93)이 구비되어 회전축(4)이 회전할 수 있도록 하며, 원통체(91)와 회전축(4) 사이의 공간을 밀봉하도록 액체밀봉부재(9)가 구비되어 있다. 원통체(91)와 베어링(93) 사이에는 링 형태의 통로(94)가 형성되어 있으며, 이 통로는 이를 통해 질소가스를 공급하는 기체공급파이프(58b)와 이를 통해 가스를 배출하는 배기가스파이프(58c)에 연결되어 있다.
이 통로(94)는 틈(92)을 통해 처리공간(20)에 연결되고, 이러한 구조로 기체공급파이프(58b)를 통해 공급되는 질소가스는 통로(94)로부터 틈을 통해 처리공간(20, 30)에 유입된다. 이러한 방법으로 질소가스를 공급함으로써 처리공간(30)이나, 또는 필요한 경우 처리공간(20)의 대기환경을 보충적으로 조절함은 물론, 회전축(4)을 둘러싸고 있는 틈(92)에 처리액이 남아있게 되는 것을 방지한다.
로터(5)를 회전시키는 모터(3)는 모터조절기(66)에 의해 조절되며 로터(5)의 회전속도를 원하는 속도로 조절할 수 있다. 또한, 공정 중에 로터(5)의 회전속도를 자유롭게 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 로터(5)의 회전속도, 다시 말해서 웨이퍼(W)의 회전속도는 반복적으로 가속, 혹은 감속될 수 있다. 모터조절기(66)는 상술한 공정조절기(100)에 의해 조정된다.
다음으로, 제 1 처리액 공급장치(25)가 설명된다. 도 6은 제 1 처리액 공급장치(25)의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다. 제 1 처리액 공급장치(25)는 제 1 처리액을 담고 있는 처리액탱크(101)을 가지고 있다. 처리액탱크(101)는 내부에 새(new) 처리액을 담고 있는 신액(新液)탱크(102)가 구성되고 사용된 처리액을 담는 재활용탱크(103)가 외부에 구성되는 이중구조로 구성된다. 파이프(23)의 단부는 처리액탱크(101)의 신액탱크(102)에 삽입되어 있다. 파이프(23)에 구비된 처리액 공급펌프(104)에 의해 신액탱크(102)로부터 공급되는 새 처리액은 파이프(23)와 분사노즐(22)을 통해 외부실린더(7c) 내의 처리공간(20)으로 공급된다. 처리액 공급펌프(104)의 하부라인에는 파이프(106)와 연결된 스위치밸브(105)가 구비되며, 파이프(106)의 단부는 처리액탱크(101)의 재활용탱크(103)에 삽입되어 있다. 이 스위치밸브(105)를 파이프(23)측으로부터 파이프(106)측으로 스위칭하면, 재활용탱크(103)에 담긴 사용된 처리액이 파이프(106)와 파이프(23) 및 분사노즐(22)을 통해 외부실린더(7c) 내의 처리공간(20)으로 공급된다.
처리액탱크(101)의 신액탱크(102)에는 신액공급원(108)에 연결된 신액공급파이프(107)가 삽입되어 있으며 이 신액공급파이프(107)에는 신액공급펌프(109)가 구비된다. 센서(미도시)가 신액탱크(102)의 처리액 수위를 감지하고, 이에 기초하여 신액공급원(108)으로부터 신액공급펌프(109)를 통해 신액탱크(102)로 신액이 공급되어 원하는 범위의 수위를 유지하도록 한다.
파이프(107)에는 개폐밸브(110)와 스위치밸브(111)가 구비되는데 스위치밸브(111)는 개폐밸브(110)보다 아래(downstream)쪽에 구비된다. 이 스위치밸브(111)에는 재활용탱크(103)에 그 일단이 삽입되는 파이프(112)가 연결된다. 이 스위치밸브(111)를 스위칭함으로써 재활용탱크(103)에 새 처리액을 공급할 수 있다. 또한, 신액탱크(102) 상부로부터 재활용탱크(103)로 액체가 흐를 수 있는 연결통로(미도시)가 구비되어 신액탱크(102)로 공급되는 처리액이 넘치는 경우 이를 통해 재활용탱크(103)로 유입되게 된다.
상술한 제 1 드레인포트(62)에 연결된 드레인파이프(63)는 스위치밸브(113)에 연결된다. 이 스위치밸브(113)에는 처리액탱크(101)의 재활용탱크(103)에 그 일단이 삽입되는 파이프(114)가 연결된다. 이 스위치밸브(113)를 스위칭함으로써 드레인파이프(63)를 통해 유입되는 사용된 제 1 처리액을 파이프(114)를 통해 재활용탱크(103)에 다시 수거할 수 있다. 처리액을 회수하지 않을 경우에는 이 스위치밸브(113)을 드레인파이프(63)측으로 스위칭하여 액체를 방출한다. 또한, 이 스위치밸브(113) 하부흐름에 일련의 스위치밸브들(미도시)을 구비하여 드레인파이프(63)를 통해 흐르는 사용된 순수, IPA 등이나 또는 미수거된 제1 처리액 등을 분리하여 처리할 수 있다.
스위치밸브(113)의 상부흐름(upstream) 쪽의 드레인파이프(63)에는 농도센서(115)와 필터장치(116)가 구비되는데 필터장치(116)는 농도센서(115)보다 상부쪽에 위치된다. 제 1 처리액의 웨이퍼 처리능은 처리액 내의 활성요소들의 농도에 의존한다. 따라서, 제1 처리액이 수거되는 경우, 드레인파이프(63)를 통해 사용된 제1 처리액이 흐를 때, 상기 농도센서(115)를 이용하여 그 농도를 측정하고 그 농도가 기준치보다 낮은 경우에는 파이프(112)를 통해 재활용탱크(103)에 새로운 제1처리액을 공급해 줌으로써 그 농도를 조절한다.
사용된 제1 처리액의 활성요소농도가 다시 사용할 수 없을 정도로 낮아지게 되는 경우에는 스위치밸브(113)를 스위칭하여 이를 수거하지 않고 바로 처분한다. 외부실린더(7c) 내의 처리공간(20)에서의 처리가 처음 시작되고 나서 당분간은 고농도의 오염물질을 포함하는 폐액이 방출되므로 상기 농도레벨에 관계없이 수거함이 없이 그대로 처분한다. 농도센서(115)를 구비하는 대신에 재활용 횟수와 농도레벨간의 관계를 계산하여 농도를 조절하거나 또는 사용된 처리액을 수거하지 않고바로 처분하는 타이밍을 결정할 수도 있다. 이러한 모든 작업은 공정조절기(100)에 의해 조절된다. 공정조절기(100)는 또한 공급되는 새로운 제1 처리액의 양과 재활용되는 사용된 제1 처리액의 양을 조절하여 재활용탱크(103) 내의 제1 처리액의 처리효율을 일정하게 유지하는 기능을 수행한다. 재활용탱크(103) 내의 처리액의 처리효율이 설정된 값보다 낮아지게 되는 경우, 공정조절기(100)는 수거량을 0(zero)으로 설정한다. 다시 말해서, 사용된 제1 처리액을 전혀 회수하지 않는다.
필터장치(116)는 주로 레지스트막이나 폴리머층을 제거하는 과정의 결과로 배출되는 액체에 섞여있는 입자들이나 다른 고체들을 제거하는 기능을 수행한다. 필터장치(116)는 하나의 간단한 필터소자로 구성될 수도 있으나, 레지스트막이나 폴리머층에서 떨어져나온 물질들이 비교적 큰 고체(입자)를 형성하는 경우가 있으므로, 도 7(a)에 도시된 것과 같이 상부흐름측에 성긴(coarse)필터소자(117)를 배치하고 그 하부에 미세필터소자(118)을 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 도 7(b)에 도시된 것과 같이 동일하게 설계된 두 개의 필터소자(119a, 119b)를 병렬로 배치하는 것도 바람직하다. 이렇게 하면 하나의 필터소자를 사용하는 동안 다른 하나를 교체하는 등의 유지, 보수작업이 가능하게 된다. 도면부호 120과 121은 스위치밸브를 나타낸다. 도 7(c)에 도시된 것과 같이 성긴필터소자(117a)와 미세필터소자(118a)의 조합과 이와 유사한 또다른 성긴필터소자(117b)와 미세필터소자(118b)의 조합을 병렬로 구성하는 것 또한 바람직하다. 이렇게 하면 앞서 설명한 도 7(a) 및 도 7(b)에 도시된 필터장치들의 장점을 모두 갖게 된다.
제2 처리액을 공급하는 제2 처리액 공급장치(35)는 상술한 제1 처리액 공급장치(25)와 동일하게 구성되고 공정조절기(100)에 의해 유사한 방법으로 조절되므로 반복설명은 생략하기로 한다.
처리액탱크는 두 개의 재활용탱크를 갖도록 구성될 수도 있다. 도 8은 이러한 구조의 처리액탱크(101')를 보여주고 있다. 이 처리액탱크(101')는 제일 안쪽에 신액탱크(102)가 구비되고, 그 외곽으로 제1 재활용탱크(103a)가 구비되며, 다시 그 외곽에 제2 재활용탱크(103b)가 구비된다. 이 경우, 재활용파이프(63)에 구비된 스위치밸브(113)로부터 연장된 파이프(114)는 제1 재활용탱크(103a)에 삽입되는 파이프(114a)와 제2 재활용탱크(103b)에 삽입되는 파이프(114b)에 결합된다. 스위치밸브(122)가 스위칭됨에 따라 사용된 처리액은 제1 재활용탱크(103a) 또는 제2 재활용탱크(103b)로 공급된다. 제1 재활용탱크(103a) 또는 제2 재활용탱크(103b) 내의 처리액이 외부실린더(7c) 내의 처리공간(20)으로 공급될 수 있게 하기 위하여 파이프(106a)와 파이프(106b)가 각각 탱크(103a)와 탱크(103b)에 삽입되어 있다. 이와 같은 구조의 처리액탱크(101')를 사용하면 처리공정 전반부에는 제1 재활용탱크(103a)를 이용하여 처리액을 재활용하고, 후반부에는 제2 재활용탱크(103b)를 이용하여 처리액을 재활용할 수 있다. 이렇게 함으로써 제2 재활용탱크(103b) 내의 처리액의 오염도를 감소시켜 총 사용되는 신액의 양을 줄일 수 있다.
다음으로, 상술한 가공장치(1)를 이용하여 기판을 가공하는 공정을 설명하기로 한다. 첫번째 예로서, 패턴화된 레지스트막, 즉 레지스트 마스크를 이용하여 낮은 유전율을 갖는 유기물로 이루어진 저전도막에 하부 구리배선층까지 닿는 비아(via)홀이 형성된 이후 수행되어지는 액체처리공정을 살펴보기로 한다.
액체처리공정을 설명하기 전에, 도 9를 참조하여 비아-에칭의 공정을 살펴본다. 먼저, 도 9(a)에 도시되어 있듯이, 대머신 구조(170) 내부의 구리배선층(171) 위에 절연층 역할을 하는 저전도막(173)과 정지층(172)가 형성된다. 그 다음, 저전도막(173) 위에 레지스트막(174)이 형성된다. 포토리소그래피(photolithography)기술을 이용하여 레지스트막(174) 위에 배선패턴을 전사한다.
다음으로, 도 9(b)에 도시되어 있듯이, 에칭가스의 플라즈마를 사용하여 레지스트막(174)를 마스크로 이용하여 비아-홀(175)을 형성한다. 이 때, 에칭가스의 요소들로 인하여 비아-홀(175)의 내벽에 폴리머층(176)이 형성된다. 이에 의해, 에칭시에 이 폴리머층(176)이 보호층으로 작용하여 상당히 불균일한 에칭이 이루어지게 된다.
에칭이 진행되어 도 9(c)에 도시되어 있듯이 구리배선층(171)에 도달하게 됨에 따라, 구리가 증착되어 폴리머층(176)의 바깥쪽으로 구리입자(177)가 달라붙게 된다. 구리배선층(171)까지 식각이 진행된 후, 과도식각이 수행되어, 도 9(d)에 도시되어 있듯이, 구리입자(177) 바깥쪽으로 다시 폴리머층(176)이 형성된다. 다시 말해서, 구리입자(177)들이 폴리머층(176) 내부에 갇히게 된다.
도 9(d)에 도시된 상태에서, 웨이퍼(W)는 가공장치(1)에 의해 가공되게 된다. 이하에서 설명되어지겠지만 이 처리공정에 의하여 레지스트막(174), 폴리머층(176) 및 구리입자(177)는 모두 제거된다.
이 처리공정에서는 우선, 도시되지 않은 이동수단에 의하여 외부실린더(7c)와 내부실린더(8a)가 케이싱(6) 위로 들어 올려지고 다수의 웨이퍼(W)들이 하부로부터 로터(5)에 올려놓여져 지지팔(73a, 73b)에 의해 지지된다. 이 때, 상술한 압력센서가 웨이퍼(W)가 로터(5) 위에 놓여질 때 웨이퍼(W)에 부가되는 압력을 측정하여 웨이퍼(W)에 가해지는 손상을 피하게 한다. 이후, 외부실린더(7c)가 도 2에 도시된 바와 같이 로터(5)의 외부에 배치되어 기밀한 처리공간(20)을 형성한다.
모터(3)에 의한 로터(5)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 회전함에 따라 과산화수소용액 등과 같은 산화제를 주 요소로 하는 유기화학물질로 이루어진 제1 처리액이 분사노즐(22)을 통해 분사됨으로써 제1 처리액이 웨이퍼(W)에 공급된다. 이로 인하여 레지스트막(174)과 폴리머층(176)의 상태가 변화되어 균열이 형성됨으로써 처리액이 스며들기 쉽게 되고, 또한 증착된 구리입자(177)들이 산화된다. 또한, 폴리머층(176)과 레지스트막(174)의 표면층이 소수성의 상태에서 친수성의 상태로 변화된다. 이 때, 증착된 구리입자들(177)은 그에 포함된 불순물들의 영향으로 급속하게 반응하게 되므로 하부의 구리배선층(171)이 산화되기 이전에 증착된 구리입자들만이 먼저 선택적으로 산화되게 된다.
제1 처리액에 의한 처리공정에 있어서 처음 수십초 동안에는 로터(5)를 1 에서 500rpm 정도의 낮은 속도로 회전시키면서 제1 처리액을 분사시켜준다. 이렇게 하여 웨이퍼(W)의 표면에 제1 처리액이 고루 퍼지게 된다. 이 경우, 로터(5)의 회전속도를 조절함으로써 제1 처리액의 점도에 따라 처리액이 얼마나 고루 퍼지는가를 조절할 수 있다. 제1 처리액이 고루 퍼지게 되면, 로터(5)의 회전속도를 100 에서 3,000rpm 범위의 고속으로 증가시켜 반응도를 높인다. 반응도를 높인다는 점에 있어서는 저속회전과 고속회전을 반복적으로 교번하는 것이 바람직하다.
제1 처리공간(20)의 대기환경은 일반 공기일 수도 있으나, 구리배선층(171)의 산화를 철저하게 방지하기 위해서는 공급원(55)으로부터 질소가스를 주입하여 제1 처리공간(20)의 대기환경을 불활성기체환경으로 조성하는 것이 바람직하다.
이 공정에서 사용된 제1 처리액은 제1 드레인포트(62)를 통해 드레인파이프(63)로 배출되어 처리액탱크(101)의 재활용탱크(103)에 수집된다. 필요에 따라, 제1 처리액을 사용한 공정이 끝나고 제2 처리액을 사용한 공정이 시작되기 전의 시간 동안에 신액공급원(108)으로부터 신액탱크(102)로 새로운 제1 처리액이 공급된다. 그리고, 신액탱크(102)에 신액이 과도하게 공급되는 경우에는 과도한 양의 신액은 재활용탱크(103)로 흘러들어간다.
다음으로, 케이싱(6) 위로 빠져나와 있던 내부실린더(8a)가 도 1에 도시된 바와 같이 외부실린더(7c) 내부로 이동되어 내부실린더(8a) 안쪽에 제2 처리공간(30)을 형성함으로써 제2 처리액을 이용한 공정을 수행하기 위한 준비가 이루어진다.
이 상태에서, 필요한 경우 로터(5) 위에서 웨이퍼(W)를 회전시키면서 웨이퍼(W)에 세정액으로 순수나 IPA를 공급해줌으로써 세정공정을 수행할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 순수나 IPA를 공급한 후, 로터(5)에 의한 고속회전으로 이 세정액을 털어내는 건조공정을 수행할 수도 있다.
이러한 형태의 세정공정이 수행된 후, 제2 처리공간(30) 내에서 웨이퍼(W)에 제2 처리액이 공급된다. 제2 처리액의 공급이 시작되는 순간부터 제2 처리공간(30)에 잔존하는 세정액은 제2 처리액과 섞이게 되고 그 혼합액이 제2 처리공간(30)으로부터 배출된다. 제2 처리액이 세정액과 섞여 희석됨에 따라, 그 혼합액이 제2 처리액 공급장치(35)의 처리액탱크(이후, "제2 처리액탱크"라고 칭함)에 수집되는 경우, 제2 처리액탱크 내의 제2 처리액의 활성요소농도는 감소하게 된다. 따라서, 이 경우 제2 처리액탱크에 모인 제2 처리액에 새로운 제2 처리액이 공급되게 된다. 그러나, 이러한 경우, 제2 처리액의 처리효율을 일정하게 유지하기 위해서 제2 처리액탱크에 공급되는 신액의 양과 제2 처리액탱크에 수집되는 배출액(즉, 제2 처리액과 세정액의 혼합액)의 양을 조절하는 것이 바람직하다.
특히, 제2 처리액탱크의 재활용탱크에 공급되는 신액의 양에 기초하여 수집되는 배출액의 양을 제2 처리액탱크의 재활용탱크 내의 제2 처리액의 활성요소농도가 설정된 값보다 높아지도록 조절해야 한다. 이 경우, 배출액의 수집으로 인하여 재활용탱크 내의 처리액의 처리능이 원하는 레벨 이하로 내려갈 수도 있는 경우에는 회수량을 0(zero)으로 설정해야 한다. 다시 말해서, 제2 처리액과 세정액의 혼합액을 수집하지 않아야 한다.
제2 처리액을 사용하는 공정이 수행되는 동안에 구리배선층9171)의 산화를 방지하기 위한 측면에서 비산화성의 대기환경(전형적으로 불활성의 대기환경)이 요구된다. 따라서, 제2 처리액을 공급하기에 앞서 불활성 기체인 질소가스를 질소가스 공급원(55)으로부터 처리공간(300으로 공급하여 제2 처리공간(30) 내에 불활성기체의 대기환경을 조성한다. 제1 처리액을 사용하는 공정이 수행되는 동안 제1 처리공간(20)에 질소가스가 공급되었던 경우, 불활성기체의 대기환경을 유지하기 위해 질소가스의 공급이 계속된다.
이 상태에서, 모터(3)에 의한 로터(5)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 회전되고, 디메틸산화황(DMSO)과 아민용매를 포함하는 유기화학물질로 이루어진 제2 처리액이 분사노즐(32)을 통해 방출되어 웨이퍼(W)에 공급된다. 제2 처리액의 작용으로 인하여 레지스트막(174), 폴리머층(176) 및 산화된 구리입자(177)들이 용해되어 씻겨져나가게 된다.
제1 처리액을 사용하지 않고 단순히 제2 처리액만을 사용하는 것은, 제2 처리액이 레지스트막(174)과 폴리머층(176)으로 침투하기가 매우 어렵기 때문에 비효율적이며 실효를 거두기 힘들다. 그러나, 상술한 실시예에서는 제1 처리액이 제2 처리액의 공급에 앞서 폴리머층(176)과 레지스트막(174)의 표면층의 상태를 변화시켜 그 안에 균열을 형성시킴으로써 제2 처리액이 그 안으로 쉽게 침투할 수 있게 하여줌으로써 그 처리효율을 향상시킨다.
또한, 산화되지 않은 구리입자는 제2 처리액에 의해 용해되어 제거되기 어렵다. 그러나, 구리입자(177)들이 제1 처리액에 의해 산화됨으로써 이들은 제2 처리액에 의해 쉽게 제거된다.
제2 처리액에 의한 처리공정에 있어서 처음 수십초 동안에는 분사노즐(32)로부터 제2 처리액이 분사된다. 이 때, 처음 수십초 동안에는 로터(5)를 1 에서 500rpm 정도의 낮은 속도로 회전시키면서 웨이퍼(W)의 표면에 제2 처리액이 고루 퍼지게 한다. 이 경우, 로터(5)의 회전속도를 조절함으로써 제2 처리액의 점도에 따라 처리액이 얼마나 고루 퍼지는가를 조절할 수 있으며, 이에 의해 레지스트막(174), 폴리머층(176) 및 산화된 구리입자(177)들이 고르게 용해될 수있다. 제2 처리액의 점도가 높은 경우에는 로터(5)의 회전속도를 상술한 범위 안에서 비교적 고속으로 설정하고, 제2 처리액의 점도가 낮은 경우에는 로터(5)의 회전속도를 상술한 범위 안에서 비교적 저속으로 설정함으로써 제2 처리액을 고르게 확산시킬 수 있다.
레지스트막(174), 폴리머층(176) 및 구리입자(177)들이 용해되면, 웨이퍼(W)의 표면에 반응한 제2 처리액이 존재하게 된다. 처리액의 활성요소농도가 감소되었으므로 처리액의 반응도는 낮아진다. 이 경우, 제2 처리액의 공급을 중단하고, 수초 동안 분사노즐(32)을 통해 가열된 질소가스를 분사하면서 로터(5)의 회전속도를, 제2 처리액이 작용할 때보다 높은 속도인, 100 에서 3,000rpm 범위의 고속으로 증가시킨다. 이렇게 함으로써 공급되는 불활성기체의 압력과 로터(5)의 회전에 의하여 생기는 원심력에 의해 웨이퍼(W)의 표면으로부터 반응한 제2 처리액을 제거할 수 있다. 이 때, 웨이퍼(W)의 표면에 묻어있는 반응한 제2 처리액의 점도에 따라 로터(5)의 회전속도를 조절하는 것이 바람직하다.
상기의 방법으로 웨이퍼(W)의 표면에서 반응한 제2 처리액을 제거한 후에는, 로터의 회전속도를 다시 1 에서 500rpm 정도의 낮은 속도로 감속시키고 분사노즐(32)을 통해 제2 처리액을 분사시킨다. 이렇게 낮은 속도로 웨이퍼(W)를 회전시키면서 제2 처리액을 공급하는 단계와 웨이퍼(W)를 고속으로 회전시켜 그 위에 묻어있는 반응한 제2 처리액을 제거하는 단계를 수회 내지 수천회 반복하여 수행함으로써 웨이퍼(W)의 표면에 항상 반응도가 높은 새로운 제2 처리액을 공급하여 레지스트막, 폴리머층 및 구리입자들을 효율적으로 제거할 수 있다.
레지스트막, 폴리머층 및 구리입자들의 제거공정이 완료된 후에는 웨이퍼(W)에 남아있을 수 있는 반응물질을 세정해내기 위하여 분사노즐(32)을 통해 IPA나 순수를 분사시킨다.
이 공정에서 사용된 제2 처리액은 제2 드레인포트(64)를 통해 드레인파이프(65)로 배출되어 제2 처리액탱크의 재활용탱크에 수집된다. 필요에 따라, 제2 처리액을 사용한 공정이 끝나고 제1 처리액을 사용한 공정이 시작되기 전의 시간 동안에 제2 처리액탱크의 신액탱크로 새로운 제2 처리액이 공급된다. 그리고, 신액탱크에 신액이 과도하게 공급되는 경우에는 과도한 양의 신액은 재활용탱크로 흘러들어간다.
상술한 바와 같이 제1 처리액을 이용한 공정과 제2 처리액을 이용한 공정을 수행한 후 제거작업을 완료할 수도 있기는 하나, 제1 처리액을 이용한 공정과 제2 처리액을 이용한 공정을 수회 반복하는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 어떤 경우에는 제1 처리액을 이용한 공정과 제2 처리액을 이용한 공정을 한 번만 수행하는 것으로는 불충분할 수도 있으나, 이들을 반복함으로써 그 효율을 높일 수 있고 나아가서, 레지스트막, 폴리머층 및 구리입자들을 완전하게 제거할 수 있다.
이 경우, 제1 처리액을 이용한 공정이 수행되고 제2 처리액을 이용한 공정을 시작하기 전에 세정공정을 수행할 수도 있다. 이 세정공정은, 필요한 경우, 내부실린더(8a)를 들어낸 상태에서 웨이퍼(W)를 회전시키면서 웨이퍼(W)에 세정액으로 순수나 IPA를 공급해 줌으로써 수행할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)에 순수나 IPA를 공급한 후, 로터(5)에 의한 고속회전으로 이 세정액을 털어내는 건조공정을 수행할수도 있다.
이러한 형태의 세정공정이 수행된 후, 제1 처리공간(20) 내에서 웨이퍼(W)에 제1 처리액이 공급된다. 제1 처리액의 공급이 시작되는 순간부터 제1 처리공간(20)에 잔존하는 세정액은 제1 처리액과 섞이게 되고 그 혼합액이 제1 처리공간(20)으로부터 배출된다. 제1 처리액이 세정액과 섞여 희석됨에 따라, 그 혼합액이 제1 처리액탱크(101)에 수집되는 경우, 제1 처리액탱크 내의 제1 처리액의 활성요소농도는 감소하게 된다. 따라서, 이 경우 제1 처리액탱크(101)에 모인 제1 처리액에 새로운 제1 처리액이 공급되게 된다. 그러나, 이러한 경우, 제1 처리액의 처리효율을 일정하게 유지하기 위해서 제1 처리액탱크(101)에 공급되는 신액의 양과 제1 처리액탱크(101)에 수집되는 배출액(즉, 제1 처리액과 세정액의 혼합액)의 양을 조절하는 것이 바람직하다. 특히, 제1 처리액탱크의 재활용탱크(103)에 공급되는 신액의 양에 기초하여 수집되는 배출액의 양을 제1 처리액탱크(101)의 재활용탱크(103) 내의 제1 처리액의 활성요소농도가 설정된 값보다 높아지도록 조절해야 한다. 이 경우, 배출액의 수집으로 인하여 재활용탱크(103) 내의 처리액의 처리능이 원하는 레벨 이하로 내려갈 수도 있는 경우에는 회수량을 0(zero)으로 설정해야 한다. 다시 말해서, 제1 처리액과 세정액의 혼합액을 수집하지 않아야 한다.
제1 처리액을 이용한 공정과 제2 처리액을 이용한 공정이 완료된 후에는 내부실린더(8a)는 외부실린더(7c)의 내부로부터 케이싱(6)의 외부로 이동되고, 따라서 웨이퍼(W)는 외부실린더(7c) 내부에 형성되는 처리공간(20)에 놓여지게 된다. 이 상태에서 웨이퍼(W)는 분사노즐(22)을 통해 분사되는 순수에 의해 세정되고 최종적으로 로터(5)를 고속으로 회전시켜 웨이퍼(W)의 스핀-건조가 수행된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다른 종류의 처리액을 사용함으로써 건식식각공정 없는 습식세정을 통하여 하부의 저전도막에 손상을 가하지 않으면서 레지스트막, 폴리머층 및 구리입자들을 완전하게 제거할 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에서는 비아홀이 하부의 대머신구조의 구리배선층(171)까지 통하도록 형성되어 있다. 그러나, 어떤 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이 비아홀(175)이 정지층(172)까지만 도달하도록 형성된다. 이러한 경우에는, 비아-에칭이 구리배선층(171)까지 도달하지 않으므로 구리의 증착은 형성되지 않으며, 따라서 처리액의 제거대상은 레지스트막(174)과 폴리머층(176) 뿐이다. 물론 이 경우에도 마찬가지로 레지스트막(174)과 폴리머층(176)은 상술한 가공장치(1)의 사용과 같은 방법을 통해 용해되고 제거될 수 있다. 특히, 제1 처리액이 레지스트막(174)과 폴리머층(176)의 상태를 변화시킨 후에는, 액체의 침투가 용이하게 되어 제 2 처리액에 의한 용해, 제거가 더욱 활성화된다. 이 공정동안 구리배선층이 노출되지 않으므로 두 처리액을 이용한 공정들이 불활성기체 대기환경 하에서 수행될 필요가 없게 되어 일반적인 대기환경 하에서 공정을 수행하는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 상술한 실시예들에만 한정되는 것은 아니며 다양한 다른 응용이 가능한 것은 물론이다.
예를 들어, 제1 처리액 및/또는 제2 처리액은 상술한 특성과 효과를 보일 수만 있다면 상술한 실시예에 한정될 필요는 없다.
또한, 상술한 실시예에서는 제1 처리액을 이용한 공정과 제2 처리액을 이용한 공정이, 두 액체가 혼합되는 것을 피하기 위해, 두 개의 다른 처리영역(20, 30)에서 각각 수행되었지만, 하나의 처리영역만을 갖는 장치로도 충분히 수행될 수 있다.
예를 들어, 도1 및 도 2에 도시된 내부실린더(8a)를 제거하면 단일한 처리공간을 갖는 가공장치를 구성할 수 있다. 이렇게 단일한 처리공간을 갖는 장치에서는 제1 처리액을 이용한 공정과 제2 처리액을 이용한 공정이 동일한 처리공간에서 수행되기 때문에 두 공정 사이에 세정공정을 도입하여, 처리액과 세정액의 혼합액을 배출하는 공정이 필요하다. 그러나, 사용된 액체를 배출하고 재활용하는 방법이나, 처리액과 세정액의 활성요소농도를 조절하는 방법 등은 모두 도 1 및 도 2에 도시된 장치를 사용함에 있어 설명한 것과 동일한 원리로 수행될 수 있다.
상술한 실시예에서는 제1 처리액 공급장치와 제2 처리액 공급장치 모두가 재활용이 가능한 구조로 구성하였으나, 그 중 어느 하나만을 재활용 가능하게 구성하는 것도 가능하다.
웨이퍼에 처리액을 공급할 때, 기판이 가공될 웨이퍼의 표면에 처리액의 흐름이 형성될 수만 있으면 상술한 실시예에서 설명하는 것처럼 웨이퍼를 회전시키는 것이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 또한, 이 공정은 상술한 것처럼 배치(batch)공정에 제한될 필요는 없으며 단일 웨이퍼 공정으로 수행될 수도 있다. 나아가서, 금속첨착물질도 구리에 한정되는 것은 아니며, 레지스트막과 폴리머층의 기반도 저전도막에 한정되는 것은 아니다.
처리의 대상 또한 반도체웨이퍼에 국한되는 것은 아니며,액정디스플레이(LCD) 기판이나 기타의 다른 기판에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 처리액이 폴리머층과 레지스트막의 표면상태를 변화시켜 이후에 제공되는 제2 처리액이 그 안으로 침투하기에 용이하게 함으로써 레지스트막이나 폴리머층에 대한 제2 처리액의 용해 및 제거 능력의 효율을 크게 증가시켜 이들을 완전하게 제거할 수 있게 된다.
이에 더하여, 기판에 증착금속들이 잔존하고 있는 경우에도 제1 처리액을 이용하여 이러한 증착금속들만을 산화시키고. 필요한 경우, 제2 처리액을 비산화성 대기환경 하에서 공급함으로써 구리배선층과 같은 금속층이 산화되는 것을 방지한다. 따라서, 증착된 금속만이 용해되어 제거된다. 결과적으로, 레지스트막 및 폴리머층과 더불어 증착된 금속물질을 하부 금속층에 대하여 어떠한 손상도 가함이 없이 완전하게 제거하는 것이 가능하다.

Claims (22)

  1. 레지스트 막과 폴리머 층을 포함하는 제거될 대상물이 그 위에 첨착되어 있는 기판을 준비하는 단계와;
    상기 기판 상에 제 1 처리액을 공급하여 상기 제 1 처리액이 상기 기판 위로 흐르게 하여 상기 대상물의 상태를 변화시키는 단계와;
    상기 기판 상에 제 2 처리액을 공급하여 상기 제 2 처리액이 상기 기판 위로 흐르게 하여 상기 제 1 처리액에 의하여 변화된 상기 대상물을 용해하여 상기 기판으로부터 제거하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 대상물에는 증착된 금속이 포함되고;
    상기 금속은 상기 제 1 처리액을 공급하는 단계에서 상기 제 1 처리액에 의해 산화되고;
    상기 제 2 처리액을 공급하는 단계는 상기 기판의 산화를 피하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 처리액을 공급하는 단계에서, 제 2 처리액의 공급을 시작하기 전에, 상기 기판이 놓여진 처리공간 내부에 불활성기체의 대기환경을 형성함으로써 상기 기판의 산화를 피하는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 처리액을 공급하는 단계와 상기 제2 처리액을 공급하는 단계는 상기 기판을 회전시키는 상태에서 각각의 처리액을 분사함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판을 준비하는 단계에서 그 각각에 상기 대상물들이 첨착되어 있는 다수의 기판들이 준비되고;
    상기 제 1 처리액을 공급하는 단계와 상기 제 2 처리액을 공급하는 단계가 수행될 때, 상기 기판들은 수직으로 세워져 수평방향으로 정렬된 상태로 기판지지대에 고정되어 상기 기판지지대와 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 처리액을 공급하는 단계 또는 상기 제 2 처리액을 공급하는 단계가 수행될 때, 상기 기판의 회전속도는 제 1 회전속도와 제2 회전속도가 번갈아가면서 반복되는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 처리액을 공급하는 단계와 상기 제2 처리액을 공급하는 단계를 교번하여 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 처리액은 상기 폴리머층과 상기 레지스트막의 표면의 상태를 소수성의(hydrophobic) 상태에서 친수성의(hydrophilic) 상태로 변화시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 처리액을 공급하는 단계를 수행한 후 상기 제2 처리액을 공급하는 단계를 수행하기 이전에, 상기 기판에 세정액을 공급하여 상기 기판을 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 처리액을 공급하는 단계를 수행한 후 상기 제2 처리액을 공급하는 단계를 수행하기 이전에, 상기 기판을 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 처리액이 상기 기판에 공급되기 시작하는 즉시 상기 기판에 공급되는 상기 제2 처리액과 상기 기판에 공급된 상기 세정액의 제1 혼합액을 제2 처리액 탱크로 수집하는 단계와;
    상기 수집된 제1 혼합액을 상기 탱크에 포함된 제2 처리액과 혼합함으로써 상기 제1 혼합액과 상기 탱크에 포함된 제2 처리액이 혼합된 제2 혼합액을 형성하는 단계를 더 포함하고;
    상기 제2 처리액을 공급하는 단계가 상기 기판에 상기 제2 혼합액을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 탱크에 새로운(사용되지 않은) 제2 처리액(신액; 新液)을 공급하는 단계를 더 포함하되;
    상기 탱크에 공급되는 상기 신액의 양 및/또는 상기 탱크로 수집되는 상기 제1 혼합액의 양을 조절하여 상기 제2 혼합액에 포함된 제2 처리액의 활성요소농도가 미리 정해진 일정한 범위 안의 값을 갖도록 조절하는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 처리액을 공급하는 단계를 수행한 후 상기 제1 처리액을 공급하는단계를 수행하기 이전에, 상기 기판에 세정액을 공급하여 상기 기판을 세정하는 단계와;
    상기 제1 처리액이 상기 기판에 공급되기 시작하는 즉시 상기 기판에 공급되는 상기 제1 처리액과 상기 기판에 공급된 상기 세정액의 제1 혼합액을 제1 처리액 탱크로 수집하는 단계; 및
    상기 수집된 제1 혼합액을 상기 탱크에 포함된 제1 처리액과 혼합함으로써 상기 제1 혼합액과 상기 탱크에 포함된 제1 처리액이 혼합된 제2 혼합액을 형성하는 단계를 더 포함하고;
    상기 제1 처리액을 공급하는 단계가 상기 기판에 상기 제2 혼합액을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 탱크에 새로운(사용되지 않은) 제1 처리액(신액; 新液)을 공급하는 단계를 더 포함하되;
    상기 탱크에 공급되는 상기 신액의 양 및/또는 상기 탱크로 수집되는 상기 제1 혼합액의 양을 조절하여 상기 제2 혼합액에 포함된 제1 처리액의 활성요소농도가 미리 정해진 일정한 범위 안의 값을 갖도록 조절하는 것을 특징으로 하는 기판가공방법.
  15. 기판가공장치에 있어서,
    기판을 고정하기 위한 로터와;
    로터를 수용하도록 구성된 처리공간을 한정하는 밀폐함과;
    상기 기판 상에 첨착된, 레지스트막과 폴리머층이 포함되는 제거될 대상물의 상태를 변화시킬 수 있는 제1 처리액을 상기 기판에 공급하는 수단; 및
    상기 대상물을 용해하여 제거할 수 있는 제2 처리액을 상기 기판에 공급하는 수단;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판가공장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 대상물에는 증착된 금속이 포함되고;
    상기 제 1 처리액은 상기 금속을 산화시키는 기능을 가지고 있으며;
    상기 제 2 처리액은 상기 제1 처리액에 의해 산화된 상기 증착된 금속을 용해시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 기판가공장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 처리공간 내에 비산화성 대기환경을 형성하기 위해 불활성기체를 공급하는 불활성기체 공급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판가공장치.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 로터의 회전속도를 제어하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는기판가공장치.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 밀폐함은 제1 처리공간을 그 안에 한정하는 외부밀폐부재와 제2 처리공간을 그 안에 한정하는 내부밀폐부재를 포함하여 구성되되, 상기 내부밀폐부재는 상기 외부밀폐부재의 내부의 공간으로 출입이 가능하게 구성되고;
    상기 제1 처리액 공급수단은 상기 제1 처리공간이나 상기 제2 처리공간 중의 어느 하나에 제1 처리액을 분사시켜주는 제1 분사노즐을 포함하여 구성되며, 상기 제2 처리액 공급수단은 상기 제1 처리공간이나 상기 제2 처리공간 중의 다른 하나에 제2 처리액을 분사시켜주는 제2 분사노즐을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판가공장치.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 처리액 공급장치와 상기 제2 처리액 공급장치 중의 적어도 하나의 장치는,
    제1 처리액 또는 제2 처리액을 저장하는 처리액탱크와;
    상기 처리공간에 공급된 제1 처리액 또는 제2 처리액을 상기 처리액탱크로 회수하기 위한 처리액 회수라인; 및
    상기 처리액탱크 또는 상기 처리액 회수라인에 구비되어 제1 처리액 또는 제2 처리액의 활성요소농도를 감지하는 농도센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판가공장치.
  21. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 처리액 공급장치는,
    제1 처리액을 저장하는 처리액탱크와;
    상기 처리공간에 공급된 제1 처리액을 상기 처리액탱크로 회수하기 위한 처리액 회수라인과;
    상기 처리액탱크에 새로운(사용되지 않은) 제1 처리액을 공급하기 위한 신액(新液)공급라인; 및
    상기 처리액탱크로 회수되는 제1 처리액의 양과 상기 처리액탱크로 공급되는 새로운 제1 처리액의 양을 조절하여 상기 처리액탱크에 존재하는 제1 처리액의 상기 기판에 대한 처리능을 일정하게 유지하는 조절기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판가공장치.
  22. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 처리액 공급장치는,
    제2 처리액을 저장하는 처리액탱크와;
    상기 처리공간에 공급된 제2 처리액을 상기 처리액탱크로 회수하기 위한 처리액 회수라인과;
    상기 처리액탱크에 새로운(사용되지 않은) 제2 처리액을 공급하기 위한신액(新液)공급라인; 및
    상기 처리액탱크로 회수되는 제2 처리액의 양과 상기 처리액탱크로 공급되는 새로운 제2 처리액의 양을 조절하여 상기 처리액탱크에 존재하는 제2 처리액의 상기 기판에 대한 처리능을 일정하게 유지하는 조절기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판가공장치.
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