KR20040015811A - 단일 웨이퍼 세정 시스템 상의 갈바니 부식 효과를제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 단일 웨이퍼 세정 시스템 상에서 갈바니 부식 효과를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 1실시예에 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 경계에서의 농도 구배가 리프레쉬된다. 그 다음, 세정 화학제를 제거하기 위해 세정 작용제와 건조 작용제가 동시에 인가되는데, 여기서 건조 작용제는 부식 억제제의 농도가 부식 보호를 제공하기에 불충분한 수준으로 희석되는 것에 앞서 웨이퍼의 표면을 건조한다.
Description
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 및 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 수성의 클리너 또는 반수성의 클리너로부터의 물과 같은 전해액을 통한 전기 접촉을 일으킨다. 결과적으로, 금속 중 하나의 부식은 가속되고, 이에 의해 장치 실패에 대한포텐셜을 야기한다. 도 2는 상이한 금속이 갈바니 셀로부터 형성될 수 있는 하나의 예를 묘사하는 종래 기술의 도면(110)이다. 도면(110)은 2중 다마스크 구조(dual damascene structure)를 나타내는데, 트렌치(120;trench)는 아래의 구리 금속화 라인(112) 쪽으로의 바이어(122;via)를 포함한다. 라이너(114;liner)는 구리 금속화 라인(122)을 3측면에서 에워싸고, 구리 확산 장벽으로 작용한다. 전형적으로, 유전층(118)은 장벽(116)에 걸쳐서 배치된 저 K 유전체이다. 도면 110으로 보여지는 바와 같이, 바이어(122)는 구리 금속화 라인(112)에 걸쳐 약간 오정렬된다. 결과적으로, 2개의 상이한 금속이 노출되고, 라이너(114)가 2중 다마스크 적용에 대해 전형적으로 탄탈 또는 질화 탄탈이므로, 구리 금속화 라인(112)의 구리 및 라이너(114)가 노출된다. 금속화 라인(112)과 접촉하지 않는, 제2금속 라인(도시 생략) 상의 추가적으로 오정렬된 바이어는, 절연된 라인 내의 노출된 상이한 금속이 전해액을 통해 접촉할 때 갈바니 셀을 위한 포텐셜을 도입할 수도 있다. 구리가 기재(124)의 다른 지역 내에 노출된 제2금속과 접촉할 수 있음에 따라, 바이어는 오정렬될 필요가 없는 것으로 생각된다. 따라서, 보다 완벽하게 정렬된 구조의 상이한 금속이 세정 및 헹굼 동작 동안 전해액을 통해 접촉될 수 있다. 더욱이, 2중 다마스크 구조가 도면 110에 존재하는 반면, 알루미늄을 사용하는 전통적인 금속화 처리가 갈바니 셀을 위한 포텐셜을 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 중요하게 된다. 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 패시베이트 민감 표면에 대한 계면 활성제를 포함한다. 포스트 바이어 에칭(post via etch) 적용에 사용하기 위한 상업적으로 이용 가능한 단일-웨이퍼 세정 화학제의 예로는, Ohio주 Dublin의 Ashland Inc.로부터의 NE-89와 캐나다 Hayward의 EKC Technology의 EKC640을 포함한다.
단일-웨이퍼 세정 동작을 위한 세정 화학제의 계면 활성제는 바이어와 콘택트와 같은 접근하기 어려운 피처의 왜팅(wetting)을 돕고, 갈바니 효과를 제어하기 위해서 공식화되는데, 계면 활성제가 희석되면 자체의 패시베이션 능력은 감소되거나 억제되므로, 이에 의해 기재는 갈바니 부식 효과에 대해 보다 취약하게 된다. 예컨대, 세정 화학제가 기재 상에 발라지고, DI수(deionizer water)로 헹궈지는 곳에서, 물은 갈바니 부식에 대한 메커니즘을 초기화하기 위한 전해액으로서 작용한다. 갈바니 부식은 제1의 수 초(sec)의 헹굼 내에서 일어날 수 있는데, 여기서 세정 화학제 및 계면 활성제는 세정 화학제의 헹굼에 따라 초기에 희석된다. 세정 화학제의 희석은 부식으로부터 기재 표면을 보호하기 위해서 수립된 화학적 평형을 전복한다. 계면 활성제 농도가 헹굼을 통한 희석에 의해 변경되므로, 반도체 기재는 계면 활성제 농도가 부식을 억제하는데 불충분할 때 부식에 취약하게 된다.
도 3은 기재(126) 상의 벤티지 포인트(vantage point)로부터 헹굼 동작 동안 형성된 다양한 농도 구배 지역을 나타내는 종래 기술 도면을 나타낸다. 기재(126)는 화살표 134방향으로 회전한다. 지역(128)은 노즐이나 그 밖의 전달 기계장치(도시생략)를 통해 기재(126) 상에 발라진 세정 화학제를 포함하는 지역을 묘사한다. 기재(126)로부터의 세정 화학제의 헹굼을 위해서, DI수는 기재가 회전하는 동안 기재(126)의 외측 에지를 행한 방향의 노즐(도시생략)을 통해 기재(126) 상에 뿌려진다. DI수가 기재(126) 상에 뿌려짐에 따라, 다른 구배의 지역이 기재(126) 상에 형성된다. 지역(130)은, DI수가 기재(126) 상에 초기에 뿌려짐에 따라 형성되는 세정 화학제와 DI수의 혼합물을 포함한다. 시간 주기 후, 충분한 DI수가 기재(126) 상에 뿌려지는데, 여기서 세정 화학제가 제거되고, DI수만을 함유하는 지역(132)이 형성된다. 도 3이 헹굼 처리 동안 한 예의 스냅샷을 제동하는 반면, 화살표 136에 의해 표시된 바와 같이 지역(132 및 130)의 에지가 기재(126)의 에지를 향해 움직이게 된다. DI수 헹굼은, 균등하게 모든 세정 화학제가 기재(126)로부터 제거될 때까지 계속된다.
상기된 바와 같이, 지역(130)은 세정 화학제와 DI수의 혼합물을 포함한다. 따라서, 세정 화학제가 기능하도록 계획된 화학적 평형은 시프트된다. DI수에 의한 계면 활성제의 희석의 결과로서, 계면 활성제의 부식 보호가 억제되는데, 차례로 기재(126)를 갈바니 부식의 효과에 노출시킨다. 상기된 바와 같이, 부식의 효과, 특히 갈바니 부식은 수 초 내에 일어날 수 있다.
상기된 바와 같이, 갈바니 부식으로부터 기재의 노출된 금속을 보호하는 방법으로 기재로부터 세정 화학제를 헹구기 위한 장치 및 방법을 제공할 필요가 있다.
본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것으로, 특히 갈바니 부식을 최소화하는 단일-웨이퍼 세정 시스템을 위한 세정 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 기본적인 갈바니 셀의 종래 기술의 도면,
도 2는 상이한 금속이 갈바니 셀을 형성할 수 있는 하나의 예를 묘사하는 종래 기술의 도면,
도 3은 기재 상의 벤테이지 포인트로부터의 헹굼 동작 동안 형성된 다양한 농도 구배 지역을 디스플레이 하는 종래 기술의 도면,
도 4는 본 발명의 1실시예에 따른 전형적인 건조 시스템을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 1실시예에 따른 기재에 걸쳐 위치된 분배 노즐의 상세한도면,
도 6은 본 발명의 1실시예에 따른 세정 화학제 층을 제거하기 위해서 헹굼 작용제 및 건조 작용제가 기재의 표면에 충돌하는 지역에서의 기재의 표면의 상세한 도면,
도 7은 본 발명의 1실시예에 따른 기재와 세정 화학제 층 사이의 경계의 상세한 도면,
도 8은 본 발명의 1실시예에 따른 단일-웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하기 위한 방법을 묘사하는 플로우차트,
도 9는 본 발명의 1실시예에 따른 반도체 기재 상의 잔류물을 세정하는 단일-웨이퍼를 위한 화학적 시퀀싱(sequencing) 방법을 묘사하는 플로우차트이다.
넓게 말하면, 본 발명은 반도체 기재의 표면으로부터 세정 화학제를 신속하게 제거하는 장치 및 방법을 제공함으로써 상기 요구를 충족한다. 본 발명은, 장치와 시스템, 디바이스 또는 방법을 포함하는 다수의 방법으로 실행될 수 있는 것으로 생각된다.
본 발명의 1실시예에 있어서는, 단일 웨이퍼 세정 시스템 상에서 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 경계에서 농도 구배가 리프레쉬된다. 그 다음, 헹굼 작용제와 건조 작용제가 세정 화학제를 제거하기 위해 동시에 인가되는데, 여기서 건조 작용제는 부식 억제제의 농도가 부식을 억제하는데 불충분한 수준으로 희석되는 것에 앞서 웨이퍼의 표면을 건조한다.
다른 실시예에 있어서는, 반도체 기재의 표면을 신속히 건조하기 위한 방법을 제공한다. 방법은, 반도체 기재의 표면에 계면 활성제를 포함하는 세정 화학제를 인가함으로써 시작된다. 그 다음, 반도체 기재의 표면은 정의된 시간 주기 동안 세정 화학제에 노출된다. 다음에, 세정 화학제를 제거하기 위해서, 헹굼 작용제와 건조 작용제가 반도체 기재의 표면에 동시에 인가되는데, 건조 작용제는 기재의 부식을 허용하기에 충분한 시간 주기 동안 반도체 기재의 표면 상에 잔류하는 것으로부터 헹굼 작용제가 세정 화학제의 희석된 지역을 형성하는 것을 억제하게한다.
또 다른 실시예에 있어서는, 반도체 기재 표면 상의 잔류물의 단일-웨이퍼 세정을 위한 화학적 시퀀싱 방법이 제공된다. 화학적 시퀀싱 방법은 세정 화학제와 반도체 기재 상의 잔류물 사이의 경계에서 농도 구배를 유지하도록 구성된다. 방법은 반도체 기재의 표면에 세정 화학제를 인가함으로써 시작된다. 그 다음, 세정 화학제는 잔류물과 반응하도록 된다. 다음에, 세정 작용제는 부식에 대한 반도체 기재의 노출을 감소하기 위해서 제거된다. 그 다음, 인가, 허용 및 제거 단계가 반도체 기재의 표면 상에서 잔류물을 보다 효과적으로 제거하기 위해 농도 구배가 리프레쉬되도록 반복된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 세정 화학제와 웨이퍼 상의 잔류물 사이의 경계에서 농도 구배를 유지하는 한편, 단일-웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하기 위한 방법이 제공된다. 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 경계에서 농도 구배가 리프레쉬된다. 그 다음, 웨이퍼는 세정 화학제로 헹궈지는 동시에 세정 화학제를 제거하고 웨이퍼를 건조하기 위해서 건조 작용제로 건조된다.
다른 실시예에 있어서는, 단일 기재를 세정하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 기재를 지지하도록 적용된 스핀들을 포함하는데, 스핀들은 기재를 회전하도록 구성된다. 그것 상에 걸쳐 배치되는 세정 화학제의 층을 갖는 기재 표면을포함한다. 기재 표면 위에 위치되는 제1노줄이 또한 포함된다. 제1노즐은 기재가 회전하는 동안 기재 표면 상에 헹굼 작용제를 인가하도록 구성된다. 기재 표면 위에 위치된 제2노즐이 포함된다. 제2노즐은 제1노즐이 헹굼 작용제를 인가하는 동안 기재 표면 상에 건조 작용제를 인가하도록 구성된다. 제1 및 제2노즐이 엄격히 부착되는 디스펜스 암이 포함된다. 디스펜스 암은 기재가 회전하고 제1 및 제2노즐이 헹굼 작용제와 건조 작용제를 각각 인가하는 동안 기재 표면 위에서 기재 표면의 중심으로부터 기재의 에지로 방사상으로 진행하도록 구성된다. 기재 표면은 부식에 대한 기재 표면의 노출을 감소하기 위해 신속히 건조된다. 다중 노즐 쌍을 통합하는 것과 같이, 헹굼 및 건조의 속도를 증가시키기 위한 대안적인 구성이 통합될 수 있다.
본 발명의 다른 측면 및 장점이 첨부된 도면 및 수반되는 상세한 설명으로부터 보다 명백해진다.
본 발명은, 단일-웨이퍼 세정 동작 동안 부식 효과에 기재를 노출하지 않고, 반도체 기재의 표면으로부터 세정 화학제를 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 더욱이, 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 항목 전체 및 몇몇 없이 실시될 수 있음은 명백하다. 다른 예에 있어서, 공지된 처리 동작은 본 발명에 지장을 주지 않기 위해서 상세하게 설명하지 않는다.
본 발명의 실시예는, 갈바니 부식 효과에 기재를 노출하지 않고 반도체 기재에 세정 작용제를 인가 및 제거하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 1실시예에 있어서, 반도체 기재에 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, 헹굼 작용제의 희석 효과가 기재의 표면으로부터 세정 화학제를 신속하게 제거함으로써 헹굼 작용제의 희석 효과가 중화되는 방법으로 반도체 기재의 표면으로부터 제거된다. 헹굼 처리 동안 기재의 표면을 신속하게 건조함으로써, 반도체는 부식으로부터 보호된다.
더욱이, 단일-웨이퍼 세정 동안 반도체 기재의 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 기재의 표면에서 제공되는 잔류물 사이의 농도 구배가 잔류물을 갖는 세정 화학제의 작용으로부터 형성된 경계 층의 제거에 의해 유지될 때, 최적으로 수행된다. 특히, 세정 화학제와 잔류물의 상호작용에 의해 생성된 반응종의 지체 효과는, 농도 구배를 유지하기 위해서 세정 화학제를 리프레쉬(refresh)하기 위한 화학적 시퀀싱 처리에 의해 최소화된다. 리프레쉬 처리는, 이하 보다 상세히 논의되는 농도 구배를 유지하기 위해서 기재 표면으로부터의 세정 화학제의 제거와, 프레쉬 세정 화학제와의 교환 또는 연속적인 재사용을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 1실시예에 따른 전형적인 건조 시스템(140)을 나타낸다. 건조 시스템(140)은 기재(148)를 유지하기 위해 구성되고, 드립 트레이(150;drip tray) 내에 걸쳐 배치된 중공 스핀들(142)을 포함한다. 디스펜스 암(152)은기재(148)의 상부 표면에 걸쳐서 위치된다. 디스펜스 암(152)은 디스펜스 암 드라이브 샤프트 하우징(156) 내에 배치된 디스펜스 암 드라이브 샤프트(도시생략)에 기계적으로 연결된(도시생략) 디스펜스 암 지지 포스트(154)에 의해 지지된다. 기재(148)는 핑거(158)로 중공 스핀들(142)에 부착된다. 중공 스핀들(142)은 회전되도록 구성되는데, 이에 따라 기재(148)도 회전한다. 핑거(158) 내의 중공 스핀들(142)에 잠금된 기재(148)를 회전하는 드라이브 벨트(162)로 중공 스핀들(142)에 인가되는 회전 에너지를 제공하도록 스핀들 모터(160)가 구성된다.
중공 스핀들(142), 핑거(158) 및, 기재(148) 둘레에는 스프레이 쉴드(164;spray shield)가 있게 된다. 스프레이 쉴드(164)는 중공 스핀들(142) 주위의 지역에 헹굼 및 건조 처리로부터의 소정의 액체를 포함하도록 구성된다. 본 발명의 1실시예에 있어서, 스프레이 쉴드(164)는, 기재(148)의 삽입 및 제거를 위해 중공 스핀들(142)로의 측면 접근을 제공하기 위해서 반원형의 공압 시스템에 자기적으로 결합된 도어(도시생략)를 구비하여 구성한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 헹굼 작용제 및 건조 작용제는 기재(148)의 상부 표면에 동시에 인가된다. 1실시예에 있어서, 헹굼 작용제는 노즐(166)을 통해 인가되고, 건조 작용제는 노즐(168)을 통해 인가된다. 헴굼 작용제의 예는 DI수와 이소프로필 알콜을 포함한다. 건조 작용제의 예는 이소프로필 알콜(IPA), IPA증기, 가열된 질소(N2)가스 및, 그 밖의 불활성 가스 또는 증기화 화학제를 포함한다. 몇몇 건조 작용제는 부산물을 생성하고, 드립 트레이(150) 내에서 트랩될수 있는 과도 증기로 귀결된다. 공기로 운반되는 화학제 또는 증기의 방출을 위한 배기관(170)이 제공되고, 세정 및 건조 작용제 모두의 소정의 액체 잔류물을 배출하기 위한 배출구(172)가 제공된다.
디스펜스 암(152)은 중공 스핀들(142) 상의 핑거(158) 내에 위치된 기재(148)로 디스펜스 노즐(166, 168)을 통해 헹굼 및 건조 작용제의 공급을 위해 제공된다. 건조 작용제와 헹굼 작용제가 분리 저장소(도시생략)로부터 공급되고, 디스펜스 암(152)을 따른 경로로 각각 디스펜스 노즐(168 및 166)로 향한다. 노즐(166 및 168)은 기재(148)의 상부 표면에 건조 작용제 및 헹굼 작용제의 흐름을 안내한다.
1실시예에 있어서, 기재(148)의 상부 및 표면을 교차하는 디스펜스 암(152)의 위치 조정은 디스펜스 암 드라이브 샤프트 하우징(156) 내에 포함된 디스펜스 암 콘트롤러(도시생략)와 디스펜스 암 드라이브 샤프트(도시생략)에 의해 제어된다. 디스펜스 암 드라이브 샤프트는 디스펜스 암(152)을 위치시키기 위해서 드라이브 샤프트와 디스펜스 암(152) 사이의 직접 기계 연결을 제공하는 디스펜스 암 지지 포스트(154)에 기계적으로 연결된다. 디스펜스 암(152)은 디스펜스 암(152)을 움직이고 기재의 상부 표면을 방사상으로 교차하는 디스펜스 노즐(166 및 168)을 움직이기 위해 디스펜스 암 지지 포스트(154) 주위로 선회하도록 구성된다. 본 발명의 1실시예에 있어서, 헹굼 및 건조 작용제는 기재의 중심 지역으로부터 기재의 주변 지역으로 회전하는 기재의 반경을 따라 분배된다. 그러므로, 상부 분배 암(152)은 중심 지역으로부터 주변 지역을 향해서 회전하는 기재의 표면을 따라 움직인다. 다른 실시예에 있어서, 노즐(166 및 168)은 디스펜스 암(152)이 기재(148)의 표면을 횡단함에 따라 건조 작용제가 헹굼 작용제 배후에서 바로 기재의 표면에 인가되도록 위치된다. 이하, 보다 상세히 기재된 바와 같이, 단일-웨이퍼 세정 동작에서 기재(148)의 표면을 신속히 건조하는 방법으로 헹굼 작용제와 동시에 건조 작용제를 인가하는 것은 부식 효과로부터 기재를 보호한다. 도 4는 1실시예의 장치의 전형적인 도면을 제공하는데, 본 발명은 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 1실시예에 따른 기재(148)에 걸쳐 위치된 디스펜스 노즐(166 및 168)의 상세한 도면이다. 디스펜스 암(152)은, 화살표 180으로 가리켜지는 바와 같이 기재 위의 평면에서 기재(148)의 표면을 방사상으로 교차하는 경로를 횡단한다. 그러므로, 기재(148)가 자체의 축에 대해 회전함에 따라, 노즐(166 및 168)은 기재(148)의 표면을 교차하는 헹굼 작용제의 흐름과 건조 작용제의 흐름을 안내한다. 세정 화학제를 헹구고 기재(148)의 표면을 즉시 건조함으로써, 세정 화학제의 부식 억제제는 부식 효과를 억제할 수 없는 희석된 상태로 기재(148)의 표면 상에 남지 않게 된다. 갈바니 부식이 몇 초의 문제로 초기화될 수 있으므로, 상기와 같이 기재가 퀀치됨에 따라 기재의 즉각적인 건조가 부식 효과의 공격을 감소시키거나 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 1실시예에 따라 세정 화학제 층(188)을 제거하기 위해서, 헹굼 작용제(182)와 건조 작용제(184)가 기재(148)의 표면에 충돌하는 지역의 기재(148) 표면의 상세한 도면을 나타낸다. 헹굼 작용제(182)가 디스펜스노즐(166)을 통해 인가되는 동시에, 건조 작용제(184)가 디스펜스 노즐(168)을 통해 인가된다. 1실시예에 있어서, 노즐(166 및 168)은 노즐(166 및 168)로부터 나오는 유체 흐름(190 및 192)이 각각 기재(148)의 표면에 소정 각도로 안내되고 디스펜스 암의 운동(180)의 방향과 동일 평면 내에서 안내되도록 위치된다. 헹굼 작용제(182)는 건조 작용제(184)에 앞서 회전하는 기재(148) 상부 표면에 인가되는 한편, 기재(148)의 중심 지역으로부터 기재(148)의 주변 지역을 향해 움직인다. 헹굼 작용제는 세정 화학층(188)을 제거하기 위해서 기재(148)의 표면을 헹구도록 구성된다. 1실시예에 있어서, 세정 작용제는 DIW이다. 건조 작용제는 헹굼 작용제의 표면 응력 및 액체의 운동을 감소시키도록 공식화되고, 잔류물은 세정 화학 층의 희석된 지역이 기재(148)의 표면 상에 남지 않도록 기재의 표면을 신속하게 건조시킴으로써 증강된다.
도 6의 건조 작용제(184) 및 헹굼 작용제를 동시에 인가함으로써, 기재 표면은 세정 화학제와 헹굼 작용제(182)의 혼합물을 함유하는 소정의 지역이 최소화되도록 신속하게 건조된다. 더욱이, 헹굼 작용제(182)와 건조 작용제(184)를 동시에 인가함으로써, 기재(148)의 표면이 신속하게 건조된다. 그러므로, 세정 화학제의 희석된 지역이 형성되더라도, 부식 효과를 시작하기 위한 기회를 허용함이 없이 신속하게 건조된다.
도 7은 본 발명의 1실시예에 따른 기재(148)와 세정 화학제 층(188) 사이의 상세한 경계(194)를 나타낸 도면이다. 1실시예에 있어서, 기재 표면(196)은 에칭이나 CMP와 같은 이전의 동작으로부터의 잔류물을 포함한다. 단일-웨이퍼 세정 동작 동안, 기재 표면(196)에 인가된 세정 화학제는 기재 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 작용되는 단일-웨이퍼 세정 처리를 위해 정확하게 공식화된다. pH, 화학종의 농도와 반수성 세정 화학제의 물 농도는 요구되는 세정 결과를 제공하기 위해서 주의 깊게 공식화된다. 더욱이, 경계(194)에서 일어나는 반응을 수 초 내에 일어난다.
그러므로, 도 7의 경계(194)에서, 세정 화학제가 용해되거나 이전 동작의 잔류물과 반응함에 따라, 화학적 평형은 시프트되고, 이에 따라 세정 화학제의 작용을 지연시킨다. 경계(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, 화학적 시퀀싱 방법은 농도 구배를 리프레쉬하기 위해 채용된다. 도 9를 참조로 설명된 바와 같이, 화학적 시퀀싱 동작은 세정 화학제를 특정 시간 주기 동안 기재에 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 적용은 세정 화학제가 도 9를 참조로 설명된 바와 같이 1회 인가될 때의 1/2을 사용한다. 다른 실시예에 있어서, 세정 화학제는기재의 표면으로부터 제거됨에 따라 재사용되는데, 포획된 후 기재의 표면에 다시 인가된다. 세정 화학제가 기재의 표면에 연속적으로 뿌려짐에 따라, 농도 구배는 실질적으로 일정하게 된다고 생각된다.
도 8은 본 발명의 1실시예에 따른 단일-웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하기 위한 방법을 묘사한다. 플로우차트(198)는 세정 화학제가 웨이퍼(또는, 반도체 기재로서 언급되는)에 인가되는 동작(200)으로 시작된다. 1실시예에 있어서, 세정 화학제는 부식을 억제하기 위한 계면 활성제를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 계면 활성제는 갈바니 부식으로부터 웨이퍼를 보호한다. 당업자에 있어서, 세정 화학제는 웨이퍼 상에 연속적으로 벌크 적용으로 발라지거나 뿌려질 수 있는 것으로 생각된다. 그 다음, 방법은 웨이퍼가 정의된 시간 주기 동안 세정 화학제에 노출되는 동작(202)으로 진행한다. 1실시예에 있어서, 단일-웨이퍼 세정 방법을 위한 세정 화학제는 대략 30초 내지 대략 1분 사이에서 잔류물을 용해하도록 설계된다. 그 다음, 방법은 농도 구배가 리프레쉬되는 동작(204)으로 진행한다. 여기서, 세정 화학제와 웨이퍼 경계의 잔류물 사이의 구배는 1실시예에 있어서 웨이퍼의 표면 상에 세정 화학제를 연속적으로 뿌림으로써 리프레쉬된다. 다른 실시예에 있어서, 연속적으로 뿌려진 세정 화학제는 회전하는 웨이퍼의 표면으로부터 떨어짐에 따라 모여져서 재사용된다. 예컨대, 도 4의 드립 트레이는 재사용을 위해 세정 화학제를 모을 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 농도 구배는 시간 주기 동안 세정 화학제가 기재 상에 발라지거나 뿌려지는 화학적 시퀀싱 처리를 통해 리프레쉬된 후, 제거된다. 그 다음, 프레쉬 세정 화학제는 농도 구배를 리프레쉬하기 위해 기재에 대해 다시 인가된다.
그 다음, 도 8의 방법은 헹굼 작용제 및 건조 작용제가 세정 화학제를 제거하기 위해서 웨이퍼의 표면에 동시에 인가되는 동작(206)으로 진행한다. 동작(206)에 있어서, 세정 화학제는, 예컨대 웨이퍼 상에 부식이 일어나도록 하는 시간 주기 동안 웨이퍼에 계면 활성제의 희석된 지역이 남지 않도록 신속하게 제거된다. 1실시예에 있어서, 헹굼 작용제 및 건조 작용제는 도 4 내지 도 6에 논의된 바와 같이 인가된다. 다른 실시예에 있어서, 헹굼 작용제는 DIW 중 하나이거나, 이소프로필 알콜과 같은 세정 화학제를 제거 및 퀀치(quench)할 수 있는 소정의 다른 액체이고, 건조 작용제는 IPA, IPA 증기, 질소, 가열된 질소 또는 그 밖의 불활성가스 중 하나이다.
도 9는 본 발명의 1실시예에 따른 반도체 기재 상의 잔류물의 단일-웨이퍼 세정을 위한 화학적 시퀀싱 방법을 묘사하는 플로우차트(208)이다. 방법은, 세정 화학제가 반도체 기재 상의 표면에 인가되는 동작(210)으로 시작된다. 1실시예에 있어서, 세정 화학제는 Ohio주 Dublin의 Ashland Inc.로부터의 NE-14 및 NE-89 중 하나와 캐나다 Hayward의 EKC Technology, Inc.의 EKC640이다. 다른 실시예에 있어서, 단일-웨이퍼 세정 방법은 반도체 기재의 표면 상에 잔류물을 남기는 에칭이나 CMP 동작 후 적용된다. 그 다음, 방법은 세정 화학제가 반도체 기재 표면 상의 잔류물과 반응하도록 하는 동작(212)으로 진행한다. 여기서, 세정 화학제는 잔류물을 용해하기 위해서 정의된 시간 주기 동안 웨이퍼의 표면 상에 잔류한다. 1실시예에 있어서, 정의된 시간 주기는 대략 30초와 대략 1분 사이이다.
그 다음, 플로우차트(208)의 방법은 부식에 대한 반도체 기재의 노출을 감소시키기 위해서 세정 화학제가 신속히 제거되는 동작(214)으로 움직인다. 1실시예에 있어서, 세정 화학제는 세정 화학제를 제거하기 위해서 헹굼 작용제와 건조 작용제가 반도체 기재의 표면에 동시에 인가되는 도 4 내지 도 6을 참조로 기재된 바와 같이 신속하게 제거된다. 그 다음, 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 기재의 표면 사이의 경계에서 반응종의 축적에 의해 감소되지 않는다. 도 7을 참조로 기재된 바와 같이, 경계에서 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 시프트된다.
세정 화학제를 리프레쉬함으로써, 최적의 화학적 평형이 다시 수립된다. 1실시예에 있어서, 플로우차트(208)의 방법은 단일 적용 처리와 동일 양의 세정 화학제를 실질적으로 소모한다. 특히, 단일 적용 처리가 대략 10ml 내지 대략 100ml를 소모하면, 세정 화학제가 한번 제거되고 다시 인가되는 화학적 시퀀싱 동작은, 예컨대 대략 5ml 내지 대략 50ml 사이의 각각의 적용을 위한 양의 1/2을 소모한다. 그러므로, 소모된 세정 화학제의 절대 양은 증가하지 않는다. 더욱이, 플로우차트(208)의 단일-웨이퍼 세정 방법을 위한 시간의 전체 양은 실질적으로 세정 화학제의 단일 적용에 대해서와 동일하다. 농도 구배가 리프레쉬되므로, 화학적 시퀀싱 방법의 각각의 적용을 위한 세정 화학제에 대한 잔류 시간의 합계는 실질적으로 단일 적용 잔류 시간과 유사하다. 예컨대, 세정 화학제가 인가되고, 제거된 후 다시 인가된 화학적 시퀀싱 동작을 위한 처리 시간은 세정 화학제의 단일 적용의 처리 시간과 실질적으로 유사하다. 즉, 화학적 시퀀싱을 위한 세정 화학제는 2회 인가되는데, 구배가 화학적 시퀀싱 동안 적용 사이에서 리프레쉬되므로, 각각의 적용은 단일 적용을 위한 잔류 시간의 대략 1/2의 잔류 시간을 갖는다. 그러므로, 전체 처리 시간은 실질적으로 유사하게 된다.
세정 화학제의 2회 이상 사용될 수 있는 것으로 생각된다. 예컨대, 세정 화학제는 1실시예에 있어서 3회 이상 인가될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 소모된 세정 화학제의 양은 단일 적용과 비교할 때의 처리 시간과 마찬가지로 유사하게 된다. 다른 실시예에 있어서, 세정 화학제는 반도체 기재의 표면에 연속적으로 인가될 수 있다. 여기서, 기재 표면 상에 뿌려지거나 발라진 세정 화학제는 기재 표면으로부터 제거됨에 따라 재사용될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 농도 구배는 연속적으로 리프레쉬된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 세정 화학제는 도 4 내지 도 6의 장치를 사용하는 기재에 인가된다. 여기서, 세정 화학제는 건조 작용제와 동시에 기재의 표면에 인가되는데, 예컨대 세정 화학제는 헹굼 작용제를 교환시킨다. 예컨대, 세정 화학제는 기재에 초기에 인가되고, 시간 주기 동안 기재에 노출된다. 여기서, 세정 화학제는 발라지거나 뿌려지거나 연속적으로 뿌려질 수 있고, 상기된 시간 주기 동안 재사용될 수 있다. 1실시예의 연속적인 스프레이 모드에서, 세정 화학제는 농도 구배를 연속적으로 리프레쉬하기 위해서 재사용된다. 노출 주기가 완료된후, 세정 화학제는 도 4 내지 도 6을 참조로 기재된 바와 같은 장치를 사용해서 웨이퍼를 형성하기 위해 헹궈진다. 1실시예에 있어서, 세정 화학제는 헹굼 작용제와 같은 세정 화학제를 제거 및 퀸치하는데 사용되는 DI수 및 소정의 액체를 교체시킨다.
세정 화학제가 상기된 헹굼 작용제를 교체하는 실시예를 위해서, 세정 화학제가 쉽게 포획되고 재사용될 필요가 있다. 다음에, 낭비 유출양은 세정 화학제가 DI수나 다른 헹굼 작용제로 희석되지 않음에 따라 감소되므로, 세정 화학제는 재사용 및 재생된다. 더욱이, 갈바니 부식 효과는 세정 화학제가 헹굼 작용제에 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 1예로서 고려되어야 하고, 본 발명은 명세서에 기재된 세부항목에 한정되는 것은 아니고 첨부된 청구항의 범위 내 및 그 등가물내에서 변경될 수 있다.
Claims (14)
- 웨이퍼의 표면에 부식 억제제를 함유하는 세정 화학제를 인가하고,시간 주기 동안 웨이퍼의 표면을 세정 화학제에 노출하며,세정 화학제와 웨이퍼의 표면의 경계에서 농도 구배를 리프레쉬하고,세정 화학제를 제거하기 위해서 헹굼 작용제와 건조 작용제를 동시에 인가하여, 부식 보호를 제공하기에 불충분한 수준으로 부식 억제제의 농도가 희석되는 것에 앞서 건조 작용제가 웨이퍼의 표면을 건조하는 것을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단일-웨이퍼 세정 시스템에서 갈바니 부식 효과를 최소화하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 헹굼 작용제는 DI수인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 건조 작용제는 이소프로필 알콜인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 건조 작용제는 헹굼 작용제의 표면 응력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 헹굼 작용제와 건조 작용제는 기재가 회전하는 동안 기재의중심으로부터 기재의 에지로 기재 표면을 방사상으로 교차하여 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 리프레쉬는, 웨이퍼의 표면으로부터 제거됨에 따라 세정 화학제를 포획하고, 웨이퍼의 표면에 포획된 세정 화학제를 다시 인가하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 세정 화학제는 용제와 반수성 용액의 킬레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 시간 주기는 대략 30초와 대략 1분 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 세정 화학제와 반도체 기재의 표면 상의 잔류물 사이에 실질적으로 일정한 농도 구배를 유지하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 반도체 기재의 표면을 노출하는 것이,반도체 기재를 회전하고,반도체 기재의 표면에 세정 화학제를 연속적으로 첨가하고,반도체 기재를 회전시켜 세정 화학제를 모으고,반도체 기재의 표면에 첨가되는 세정 화학제를 재사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 기재를 지지하여 회전하기 위해 구성된 스핀들과,그것 상에 배치되는 세정 화학제의 층을 갖는 기재 표면,기재 표면 위에 위치되어, 기재가 회전하는 동안 기재 표면 상에 헹굼 작용제를 인가하도록 구성되는 제1노즐,기재 표면 위에 위치되어, 제1노즐이 헹굼 작용제에 인가하는 동안 기재 표면 상에 건조 작용제를 인가하도록 구성되는 제2노즐 및,제1 및 제2노즐이 엄격히 부착되고, 기재가 회전하고 제1 및 제2노즐이 헹굼 작용제와 건조 작용제를 각각 인가하는 동안 기재 표면의 중심으로부터 기재의 에지로 기재 표면 위에서 방사상으로 진행하도록 구성되어, 기재 표면이 부식에 대한 기재의 노출을 감소하기 위해 건조되는 디스펜스 암을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단일 기재를 세정하기 위한 시스템.
- 제11항에 있어서, 세정 화학제는 용제와 반수성 용액의 킬레이터를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제11항에 있어서, 감소되는 부식은 갈바니 부식인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제11항에 있어서, 건조 작용제는 헹굼 작용제의 표면 응력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
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