KR20000077317A - 웨이퍼 세정장치 및 웨이퍼 세정방법 - Google Patents

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KR20000077317A
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혼고아키히사
모리사와신야
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마에다 시게루
가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 구리 도금 및 화학적-기계적 폴리싱과 같은 여러가지 공정을 거치는 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것이다.
여러단계의 제조공정을 거치게 되는 웨이퍼를 회전시키면서 세정용액으로 웨이퍼의 전면과 배면을 세정하는 장치로서, 상기 장치는 공정처리된 웨이퍼의 전면 및 배면에 각각 세정액을 분무하기 위한 세정노즐들, 및 웨이퍼의 외부 원주 주변에 에칭액을 분무하기 위한 에칭노즐을 포함하여 이루어진다.

Description

웨이퍼 세정장치 및 웨이퍼 세정방법{WAFER CLEANING APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING WAFER}
본 발명은 도금 및 화학적-기계적 폴리싱등과 같은 여러가지 공정단계를 거쳐 처리된 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정장치에 관한 것이다.
구리와 같은 금속물질이 반도체웨이퍼의 표면 및 모서리에 금속구리처럼 전기-화학적으로 부착되면, 금속물질은 안정화되어 순수(pure water)로 세정하여서는 제거되지 않는다. 이와 같은 방식으로 부착된 구리는 열처리동안 실리콘 웨이퍼속으로 퍼지게 되어, 디바이스 성능에 문제를 야기한다.
한편, 구리 도금을 위한 예비처리로서, 현재는 실리콘 웨이퍼상에 구리를 스퍼터링(sputtering)함으로써 (또는 CVD에 의해) 구리 시드층(seed layer)을 형성하는 데, 웨이퍼의 전체 전면(front surface)상에 코팅을 하는 것이 일반적이며, 이것이 보다 효율적으로 영역을 사용할 수 있기 때문이다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 경계층(barrier layer; 80)이 웨이퍼(W)의 전면상에 그 모서리부(edge section; E)까지 연장하여 형성되어 있으며, 그 위에 구리 시드층(83)이 형성되고, 시드층(83)상에 도금층(85)이 형성된다.
그러나, 예를 들어, 100㎚ 두께의 구리 시드층(83)이 스퍼터링에 의해 웨이퍼(W)의 전면상에 형성되면, 도 2에 도시된 바와 같이 스퍼터링된 구리층은 웨이퍼의 전면상에 형성될 뿐만아니라, 웨이퍼의 모서리부(E)상에도 구리층이 얇게 스퍼터링되어 형성된다. 한편, 웨이퍼(W)상의 도금층(85)은 웨이퍼(W)의 외부 원주부를 시일(seal)하여 형성시키게 되므로, 도금층이 웨이퍼(W)의 배면에까지 연장되는 것을 방지한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 도금층(85)은 웨이퍼의 모서리까지 연장하지 않으면서 웨이퍼(W)의 전면상에 형성될 수 있다. 이런 이유로, 구리 시드층(83)의 일부는 모서리부(E)와 그 주변에 얇은 층으로 남아 있게 된다. 그 위치에 잔류하는 구리층은 도금된 웨이퍼 또는 화학적-기계적 폴리싱(CMP)된 웨이퍼의 운반 또는 후속공정동안 웨이퍼로부터 분리되어 떨어져 나가, 구리 상호오염을 야기할 가능성이 증가한다.
또한, 비록 웨이퍼의 모서리와 배면이 그 외부 원주를 시일링(sealing)함으로써 보호된다고 하여도 웨이퍼의 배면 및 모서리에 구리가 부착되는 것을 방지하기는 어렵다.
도 1은 모서리부와 그 주변을 도시한 웨이퍼(W)의 개략적인 확대도,
도 2는 종래기술의 문제점을 나타내는 웨이퍼(W)의 개략적인 확대도,
도 3은 본 발명의 웨이퍼 세정장치의 기본구조를 나타내는 개략도,
도 4는 에칭노즐(35)의 위치설정을 나타내는 도,
도 5는 에칭노즐(35)의 다른 위치설정을 나타내는 도,
도 6은 에칭되는 웨이퍼의 개략적인 확대도,
도 7은 도금층(85)의 외부 원주에 불완전하게 형성된 계단부를 가진 웨이퍼(W)의 개략적인 확대도,
도 8은 웨이퍼의 도금층(85)의 외부 원주가 함께 에칭된 웨이퍼(W)의 개략적인 확대도,
도 9a는 도금부와 본 발명의 웨이퍼 세정장치를 하나의 유닛으로 통합한 예시적인 공정을 나타내는 도이며, 도 9b는 CMP부와 본 발명의 웨이퍼 세정장치를 하나의 유닛으로 통합한 예시적인 공정을 나타내는 도,
도 10은 도금부와 본 발명의 웨이퍼 세정장치가 하나의 유닛으로 통합되어 제작된 예시적인 장치를 나타내는 도,
도 11은 CMP부와 본 발명의 웨이퍼 세정장치가 하나의 유닛으로 통합되어 제조된 예시적인 장치를 나타내는 도이다.
본 발명은 상기 설명된 배경기술의 문제점의 관점에서 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 그러한 현재 문제점들을 해결하고, 구리 도금, CMP 공정등에 의해 공정처리된 웨이퍼의 표면을 완전하게 세정할 수 있는 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 제조공정하의 웨이퍼를 회전시키면서 웨이퍼의 전면 및 배면을 세정하는 장치로서, 공정처리된 웨이퍼의 전면 및 그 배면에 각각 세정액을 분무하는 세정노즐들; 및 웨이퍼의 외부 원주 주변에 에칭액을 분무하는 에칭노즐을 포함하여 이루어지는 세정장치가 제공된다.
웨이퍼의 공정처리된 전면을 세정하게 되면, 미립자들 및 떨어져 나온 구리들은 웨이퍼로부터 제거된다. 웨이퍼의 배면을 세정하게 되면, 미립자들 및/또는 금속구리로서 흡착된 구리는 제거된다. 웨이퍼의 모서리부를 세정하게 되면, 에칭에 의해 얇은 구리필름을 강제로 제거할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼의 모서리부에 부착된 구리와 같은 금속에 의해 야기되는 잠재적인 디바이스의 문제점을 방지할 뿐만 아니라, 웨이퍼의 양 측면과 모서리를 동시에 세정할 수 있게 해준다. 즉, 웨이퍼의 모서리부 및 배면에 부착된 금속으로부터의 오염에 의해 야기되는 디바이스 성능저하문제, 및 모서리부에 형성된 구리로부터 분리된 금속필름에 의해 야기되는 상호오염의 문제는 방지된다. 따라서, 본 발명은 구리 도금 및 도금 공정을 뒤따르는 CMP 공정등과 같은 여러가지 공정을 거치는 공정처리된 웨이퍼의 이상적인 세정을 용이하게 해주는 유용한 효과를 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 및 잇점은 예시의 목적으로 도시된 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부된 도면을 참조하는 다음의 설명으로부터 명확해 질것이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 웨이퍼 세정장치의 기본 구조를 나타내는 개략도이다. 이 개략도에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 세정장치는, 웨이퍼(W)를 홀딩(holding)하고 회전시키는 회전기구(10), 두개의 세정노즐(31, 33), 및 에칭노즐(35)로 이루어진다. 다음에 각각의 구성부품을 상세히 설명한다.
회전기구(10)는, 웨이퍼 홀딩기구(11)가 벨트(B) 및 풀리(P1, P2)를 통해 회전될 수 있도록 모터(M)를 포함한다. 이 도면에서는 단지 두개의 웨이퍼 홀딩기구의 지지부만이 도시되었지만, 실용적으로는, 4~8개의 웨이퍼 홀딩기구가 제공되고, 웨이퍼(W)의 외부 원주를 홀딩하도록 배치되어 웨이퍼(W)를 수평으로 유지한다. 웨이퍼는 웨이퍼의 전면이 위쪽 또는 아랫쪽중 어느 하나를 향하도록 배향될 수 있다.
한편, 세정노즐(31)은 웨이퍼(W)의 전면을 향하여 가깝게 배치되며, 이 전면은 도금 공정 또는 CMP 공정등을 거쳐 제조된 표면이다. 노즐로부터의 세정액은 웨이퍼(W)의 중심을 향한다. 세정노즐(31)은 웨이퍼의 제조된 표면(전면)이 아랫쪽을 향할 때에는, 웨이퍼의 아래에 배치되어야 한다.
세정노즐(31)로부터 분무된 세정액(a)은 구리를 에칭시키지 않는 액체물질이여야만 하며, 금속 및 미립자의 오염물질들을 제거하는데 효과적이어야 한다. 예를 들면, 순수, 희석된 황산, 희석된 불화수소산(DHF), 이온수, 또는 희석된 불화수소산과 오존수로의 2-단계처리, 및 과산화 수소(H2O2)와 희석된 불화수소산으로의 2-단계처리중 어느 것이라도 필요에 따라 사용될 수 있다.
다른 한편, 세정노즐(33)은 도금 또는 CMP 공정과 같은 제조공정을 받지 않은 웨이퍼의 배면을 향하도록 배치된다. 세정노즐(33)은 웨이퍼의 배면이 위쪽을 향할 때에는, 웨이퍼 위쪽에 배치되어야 한다. 세정노즐(33)은 웨이퍼(W)의 배면이 아랫쪽을 향할 때에는 세정액이 원추형상으로 분무되도록 구성되어 있다.
세정노즐(33)로부터 분무된 세정액(b)은, 웨이퍼의 전면 즉 제조된 표면상에 분무되는 용액(a)에 비해, 실리콘 웨이퍼상에 부착된 구리를 제거할 수 있어야 한다. 세정액(b)은, 예를 들면, 순수, 희석된 황산, 희석된 불화수소산, 오존수와 희석된 불화수소산으로의 2-단계처리, 및 과산화수소와 희석된 불화수소산으로의 2-단계처리중 어느 것이라도 필요에 따라 사용할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 에칭노즐(35)은 노즐의 분무용 개구(spray opening)가 특정거리에 위치하도록 설치되어, k는 웨이퍼(W)의 모서리부로부터 5㎜이하이고(k5㎜), 에칭노즐(35)의 선단에서의 분무용 개구의 중심선()의 방향은 웨이퍼(W)의 표면에 대해 직각(θ1=90˚)을 이룬다.
또한, 에칭노즐(35)은 도 5에 도시된 바와 같이, 노즐의 분무용 개구가 특정거리에 위치하도록 설치될 수도 있어, k는 웨이퍼(W)의 모서리부로부터 5㎜이하이고(k5㎜), 에칭노즐(35)의 선단에서의 분무용 개구의 중심선()의 방향은 웨이퍼(W)의 표면에 대해 직각이 아닌 각도(θ2＜90˚)로 외부 모서리를 향해 기울어져 있다.
또한, 이 실시예에서는 단지 하나의 에칭노즐(35)만이 제공되었지만, 복수의 에칭노즐이 제공되어도 무방하다. 에칭경계를 잘 형성하도록, 에칭노즐(35)로부터 분사되는 유체흐름은 가능한 한 미세하게 형성되는 것이 바람직하다.
에칭노즐(35)로부터 분무되는 에칭액(c)은 구리를 에칭하도록 적절히 선택되어야 한다. 예를 들면, 그러한 용액으로서는 황산과 과산화수소의 혼합물, 및 과황산나트륨, 황산, 염산, 질산, 이온수 또는 오존수 및 희석된 불화수소산에 기초한 2-단계처리중 어느 하나를 필요에 따라 사용하면 된다.
다음에, 웨이퍼 세정장치의 작동을 설명한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 제조될 표면(전면)이 위쪽을 향한 채로, 구리 도금 또는 CMP 공정과 같은 제조공정을 거친 웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀딩기구(11)내에서 홀딩되며, 모터(M)는 웨이퍼(W)를 회전시키도록 작동된다. 세정액(a 및 b)은 세정노즐(31, 33)로부터 분무되고, 동시에 에칭액(c)은 에칭노즐(35)로부터 분무된다. 또는 에칭액(c)은 초기 일정시간동안만 에칭노즐(35)로부터 분무되며, 그 다음 세정액이 노즐(31, 33)로부터 분무된다.
세정노즐(31)로부터 분무된 세정액(a)은 웨이퍼(W)의 전면의 중심부로 쇄도한 다음, 웨이퍼(W)의 회전작용에 의해 전체 웨이퍼 표면상으로 펴져 나간다. 따라서, 금속 및 미립자 오염물질들은 웨이퍼(W)의 전면으로부터 씻겨나가, 웨이퍼(W)의 전면이 세정된다.
한편, 세정노즐(33)로부터 분무된 세정액(b)은 원추형상으로 웨이퍼(W)의 배면에 쇄도하여, 웨이퍼(W)의 회전작용에 의해 전체 배면을 따라 펴져 나가며, 이에 따라 웨이퍼(W)의 배면으로부터 금속 및 미립자의 오염물질들을 제거하여 웨이퍼의 배면을 세정한다. 웨이퍼(W)의 전면과 배면이 향하는 방향을 반대로 하는 것도 가능하다.
또한, 도 4의 화살표로 도시된 바와 같이, 에칭노즐(35)로부터 분무된 에칭액(c)은 직각으로 웨이퍼(W)의 표면의 원주부를 향해 쇄도한다. 그러나, 웨이퍼(W)가 회전하기 때문에, 에칭액은 원심력에 의해 분사된 위치로부터 바깥쪽을 향해 흐르게 되며, 웨이퍼의 외부 원주에만 흐르게 된다. 이러한 작용으로 인해, 도 6에 도시된 바와 같이, 에칭액(c)이 부착되는 외부 원주만이 선택적으로 에칭될 수 있다. 즉, 이러한 선택적인 에칭작용으로 인해, 도 2에 도시된 웨이퍼(W)의 모서리부(E)상에 스퍼터링등으로 인해 형성된 불필요한 얇은 구리층을 제거할 수 있어 도 1에 도시된 상태를 만들 수 있다. 따라서, 부착된 구리가 뒤따르는 열처리동안 디바이스에 성능저하문제를 야기할 위험이 없으며, 웨이퍼(W)의 운반 또는 후속공정동안 구리에 의한 상호오염을 일으킬 위험이 없게 된다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 도금층(85)의 외부 원주상의 시일에 의해 형성되는 계단부가 잘 형성되지 않았을 때, 도금층(85)상에는 박막부(U)가 형성되며 분리(detachment)될 수도 있다. 따라서, 박막부(U)에서 시드층(83)과 도금층(85)을 함께 에칭할 필요가 있다. 이 박막부(U)가 전술한 바와 같이 선택적으로 에칭되면, 도 8의 상태가 얻어질 수 있다.
한편, 에칭노즐(35)이 도 5에 도시된 바와 같이, 외부 원주를 향해 직각에서 기울어지도록 설치되면, 웨이퍼(W)의 외부 부분만이 선택적으로 에칭되어 전술한 효과를 발생함은 명백하다.
상기 실시예에서, 구리는 에칭처리를 하는 대상금속으로서 사용되었으나, 본 발명은 구리에 한정되는 것은 아니며, 금, 은, 또는 납과 같은 다른 금속에도 본 발명은 적용가능하다. 또한, 많은 형태의 웨이퍼 회전기구가 있으며, 회전작용이 발생될 수 있는 한, 어떠한 형태의 회전기구라도 사용될 수 있다.
웨이퍼 세정장치는 구리 도금 또는 CMP 공정의 받게 되는 웨이퍼를 세정하는 데 사용되기 때문에, 구리 도금을 행하는 도금부(plating section) 또는 화학적-기계적 폴리싱을 행하는 CMP부(CMP section)와 웨이퍼 세정장치를 결합함으로써, 웨이퍼 세정장치가 하나의 통합유닛으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 9a는 도금부와 웨이퍼 세정장치가 결합된 유닛에 의해 행해지는 공정예를 도시한다. 도 9b는 CMP부와 웨이퍼 세정장치가 결합된 유닛에 의해 행해지는 공정예를 도시한다.
도 10은 구리 도금부와 웨이퍼 세정장치를 결합한 장치의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 도금부(100)는 복수의 도금 용기(plating vessel; 101), 로봇(103), 로딩 스테이지(105), 및 초벌세척부(rough wash section; 107)로 이루어지며; 세정부(110)는 본 발명의 웨이퍼 세정장치(111, 113), 린스 및 건조기(115, 117), 로봇(119), 로딩 웨이퍼카세트(121), 및 언로딩 웨이퍼카세트(123)로 이루어진다. 한번에 하나씩 웨이퍼가 로봇(119, 103)에 의해 로딩 웨이퍼카세트(121)로부터 이탈되어, 도금용 로딩 스테이지(105)를 통해 도금용기(101)로 운반된다. 그 다음, 도금된 웨이퍼는 초벌세척부(107)에서 세척되고, 웨이퍼의 전면, 배면 및 외부 원주를 에칭하기 위한 본 발명의 웨이퍼 세정장치(111, 113)에서 에칭된다. 그 다음, 린스 및 건조기(115, 117)를 통과하여 세정 및 건조되고, 건조된 웨이퍼는 언로딩 웨이퍼카세트(123)로 복귀된다. 즉, 각 웨이퍼에 대한 도금 공정 및 세정 공정이 순차적으로 일괄 처리되는 방식으로 행해진다.
또한, 도 11은 CMP부와 본 발명의 웨이퍼 세정장치를 결합한 장치의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, CMP부(130)는 폴리싱표면을 구비한 턴테이블(134), 웨이퍼를 홀딩하기 위한 톱링 헤드(135)를 구비한 회전 톱링(137), 폴리싱표면을 드레싱하기 위한 드레서(141), 및 톱링 헤드(135)와 웨이퍼를 교환하는 푸셔(143)로 이루어진다. 한편, 세정부(150)는 일차 세척기(155), 이차 세척기(157), 스핀 건조기(159), 로봇(151, 153), 웨이퍼 반전기(161, 163), 및 웨이퍼 로딩/언로딩 카세트(165)로 이루어진다. 웨이퍼는 한번에 하나씩 웨이퍼 카세트(165)로부터 꺼내어져서, 웨이퍼 푸셔(143)에 의해 톱링 헤드(135)상에 장착된다. 그 다음, 웨이퍼는 턴테이블(134)의 폴리싱표면을 사용하여 화학적-기계적으로 폴리싱되고, 다시 웨이퍼 푸셔(143)에 의해 조작되어 1차 세척기(155)와 2차 세척기(157)에서 린스(rinse)된다. 그 다음, 웨이퍼는 스핀 건조기(159)에서 스핀 건조되고 웨이퍼 카세트(165)로 복귀된다. 즉, 각 웨이퍼에 대한 CMP 공정과 세정 공정이 순차적으로 일괄 처리되는 방식으로 행해진다. 본 실시예에서 1차 세척기(155)는 본 발명의 웨이퍼 세정장치로 표시될 수도 있다.
비록 본 발명의 특정 바람직한 실시예를 상세히 도시하고 설명하였지만, 첨부된 청구범위의 범위를 벗어남이 없이 본 발명에 대해 여러 변형 및 수정이 이루어 질 수 있음을 알아야 한다.
본 발명에 따르면, 구리 도금, CMP 공정등에 의해 처리된 웨이퍼의 표면을 완전하게 세정할 수 있는 웨이퍼 세정장치를 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 제조공정을 거치게 되는 웨이퍼를 회전시키면서 웨이퍼의 전면과 배면을 세정하는 장치로서,
    공정처리된 웨이퍼의 전면과 웨이퍼의 배면에 각각 세정액을 분무하는 세정노즐들; 및
    웨이퍼의 외부 원주 주변에 에칭액을 분무하는 에칭노즐을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 제조공정은 구리 도금 또는 화학적-기계적 폴리싱인것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 구리 도금을 행하는 구리 도금부 또는 화학적-기계적 폴리싱을 행하는 화학적-기계적 폴리싱부와 통합되어, 도금 또는 화학적-기계적 폴리싱과 세정을 결합함으로써 상기 웨이퍼는 각 공정이 순차적으로 일괄 처리되는 방식으로 공정처리되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 에칭액은 구리용 에칭액인것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 에칭노즐은 하나의 노즐 또는 복수의 노즐로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    웨이퍼 모서리로부터 일정 폭 부분상에 및/또는 웨이퍼 모서리로부터 일정 거리상에 에칭작용을 행하도록, 상기 에칭노즐의 방향은 상기 웨이퍼의 표면에 대해 직각이거나 또는 직각에서 기울어진 각인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 에칭액은 과산화수소, 과황산 나트륨, 황산, 염산, 이온수, 오존수 및 희석된 불화수소산과 황산의 혼합물중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
  8. 제 1세정노즐에 의해 웨이퍼의 전면에 제 1세정액을 분무하는 단계;
    제 2세정노즐에 의해 웨이퍼의 배면에 제 2세정액을 분무하는 단계;
    에칭노즐에 의해 웨이퍼의 외부 원주 주변에 에칭액을 분무하는 단계를 포함하여 이루어지는 웨이퍼 세정방법으로서,
    상기 웨이퍼는 용액이 분무되면서 회전하며, 상기 웨이퍼는 제조공정을 거친 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 웨이퍼 제조공정은 구리 도금 또는 화학적-기계적 폴리싱인것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 에칭노즐은 웨이퍼의 모서리부로부터 5㎜이하의 거리에 위치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1세정노즐은 웨이퍼의 전면의 중심부를 향하여 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2세정노즐은 웨이퍼의 배면의 중심부를 향하여 배치되어 원추형으로 세정액을 분무하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
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