KR20010050905A - 기판세정방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판표면의 회로형성부에 있어서의 자연산화막의 성장을 방지하면서 기판의 둘레 가장자리부, 또는 이면측에 부착한 구리 등의 배선재료를 확실하게 제거할 수 있으며, 또한 에지커트폭을 자유롭게 설정할 수 있게 한 기판세정방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 기판(W)을 회전시키면서 이 기판(W)의 표면측 중앙부에 산용액을 연속적으로 공급하면서 기판(W)의 둘레 가장자리부에 산화제 용액을 연속적으로 또는 간헐적으로 공급한다.
Description
본 발명은 기판세정방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼 등의 기판의 둘레 가장자리부나 이면에 성막을 위해 부착한 불필요한 구리(Cu) 등의 배선재료를 세정제거하도록 한 기판세정방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 기판상에 배선회로를 형성하기 위한 금속재료로서, 알루미늄 또는 알루미늄합금을 대신하여 전기저항율이 낮고 일렉트로마이그레이션내성이 높은 구리(Cu)를 사용하는 경향이 현저해지고 있다. 이와 같은 구리배선은 기판의 표면에 설치한 미세 오목부의 내부에 구리를 매립함으로써 일반적으로 형성된다. 이 구리배선을 형성하는 방법으로서는, CVD, 스패터링 및 도금이라는 방법이 있으나, 어느 것이나 둘레 가장자리부를 포함하는 기판의 표면 전면에 구리를 성막하거나, 둘레 가장자리부를 밀봉하여 기판의 표면에 구리를 성막한 후, 화학기계연마(CMP)에 의하여 불필요한 구리를 연마함으로써 제거하도록 하고 있다. 이와 같은 성막방법에서는 밀봉이 불완전한 경우도 있어 기판의 둘레 가장자리부, 즉 에지(edge)에 구리가 성막되거나, 또 기판의 이면에도 구리가 부착되는 일이 있다.
한편, 구리는 반도체제조공정에 있어서, 실리콘 산화막중에 용이하게 확산되어 그 절연성을 열화시키는 등의 점에서 불필요한 구리는 기판상으로부터 완전히 제거하는 것이 요구되고 있다. 더구나 회로형성부 이외의 기판의 둘레 가장자리부(에지 및 베벨) 및 이면에 부착한 구리는 불필요할 뿐만 아니라, 그후의 기판의 반송, 보관, 처리의 공정에 있어서, 상호오염의 원인으로도 될 수 있기 때문에 구리의 성막공정이나 CMP공정 직후에 완전히 제거할 필요가 있다.
이 때문에, 기판상면의 회로부에 형성된 구리막 표면에 보호코팅을 실시한 기판을 수평회전시키면서, 둘레 가장자리부에 구리에칭액을 공급하여 기판의 둘레 가장자리부에 부착한 구리를 용액제거하도록 한 것이나, 보호코팅을 실시한 기판을 산용액에 침지하여 그 기판의 둘레 가장자리부에 형성한 금속막을 에칭제거하도록 한 것 등, 여러가지가 제안되어 있다.
그러나 종래의 기판세정방법에 있어서는 그 모두가 예를 들면 기판의 둘레 가장자리부에 부착한 불필요한 구리를 제거할 수 있어도 회로상에 성막된 구리표면에 형성되는 자연산화막을 제거할 수 없어, 다시 이것을 제거할 필요가 있거나, 기판의 이면측에 부착한 구리 등을 회로의 어느 표면측과 동시에 제거할 수 없다는 문제가 있다. 또 기판의 사용목적에 따라 둘레 가장자리부의 구리를 제거하는 폭(에지커트폭)이 다르나, 이 크기를 자유롭게 설정할 수 없어 많은 종류의 기판에 대응할 수 없는 것이 현재 상태이었다. 이것은 구리 이외의 텅스텐, 루테늄, 각종 실리사이드 등의 다른 배선재료 및 전극에 있어서도 마찬가지였다.
본 발명은 상기한 것을 감안하여 이루어진 것으로, 회로상에 성막된 구리표면에 형성되는 자연산화막을 제거하면서 기판의 둘레 가장자리부, 또는 이면측에 부착한 구리 등의 배선재료를 확실하게 제거할 수 있고, 더욱이 에지커트폭을 자유롭게 설정할 수 있게 한 기판세정방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 기판세정방법에 사용되는 장치의 개요를 나타내는 도,
도 2는 본 발명의 실시형태의 기판세정장치의 개요를 나타내는 도,
도 3은 본 발명의 에지노즐의 구동기구의 개요를 나타내는 도,
도 4는 본 발명의 에지노즐의 고정부의 상세를 나타내는 단면도,
도 5는 에지노즐의 기판평면에 대한 방향(각도)에 대한 설명도,
도 6은 에지커트폭을 나타내는 기판의 평면도,
도 7은 에지노즐로부터 나오는 액의 기판평면에 대한 각도(θ2)를 45°로 설정하였을 때의 에지노즐 높이와 에지커트폭의 관계를 나타내는 그래프,
도 8은 센터노즐을 에지노즐과 동시에 이동시키도록 한 구동기구의 개요를 나타내는 도,
도 9는 본 발명에 의하여 처리하였을 때의 기판표면의 에칭형상을 나타내는 도,
도 10은 본 발명의 기판 이면의 세정결과를 나타내는 도,
도 11은 본 발명에 관한 기판세정장치를 구비한 구리도금을 실시하는 도금장치의 전체도이다.
청구항 1에 기재된 발명은, 기판을 회전시키면서 그 기판의 표면측 중앙부에 산용액을 연속적으로 공급하면서, 상기 기판의 둘레 가장자리부에 산화제 용액을 연속적으로 또는 간헐적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법이다.
이에 의하여 기판표면의 회로형성부에 구리 등의 자연산화막이 형성되어도, 이 자연산화막은 표면측 중앙부에 공급되어 기판의 회전에 따라 그 기판 전면으로 퍼지는 산용액으로 제거되므로 성장하는 것이 방지된다. 또 기판의 둘레 가장자리부에 부착한 구리 등은 기판의 둘레 가장자리부에 공급되는 산화제 용액으로 산화되어 상기 산용액으로 에칭되어 용해제거된다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 기판의 이면측에 산화제 용액과 산용액을 동시 또는 교대로 공급하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 기재의 기판세정방법이다. 이에 의하여 기판의 이면측에 부착한 구리 등은 기판의 실리콘 마다 산화제 용액으로 산화되어 산용액으로 에칭제거된다. 또한 이 제거는 기판의 표면측과 동시에 행하여진다.
여기서 상기 산화제 용액과 산용액을 별개의 노즐로부터 기판의 이면측에 공급함으로써 산화제 용액의 공급을 먼저 정지하면 소수면(疏水面)이 얻어지고, 산용액의 공급을 먼저 정지하면 친수면(親水面)이 얻어져 그후의 공정의 요구에 따른 이면으로 조정할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명은, 상기 산용액은 염산, 플루오르산, 황산, 구연산 및 옥살산중 1종 이상을 함유하며, 상기 산화제 용액은 오존, 과산화수소, 질산 및 차아염소산염중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 기판세정방법이다.
청구항 4에 기재된 발명은, 기판을 유지하여 회전시키는 기판유지부와, 이 기판유지부로 유지되는 기판의 표면측 중앙부 위쪽에 위치하도록 배치한 센터노즐과, 상기 기판유지부로 유지되는 기판의 위쪽에 위치하여 기판의 둘레 가장자리부로부터 중앙부 방향 및/또는 기판평면에 대하여 연직방향으로 이동자유롭게 배치한 에지노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 기판세정장치이다. 이에 의하여 센터노즐로부터 산용액을, 에지노즐로부터 산화제 용액을 각각 공급하여 기판의 둘레 가장자리부를 에칭할 때에, 에지노즐의 위치 및/또는 높이를 바꿈으로써 에지커트폭을 자유롭게 설정할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 상기 에지노즐은 에지노즐로부터 나오는 액의 기판평면에 대한 각도 및/또는 에지노즐로부터 나오는 액의 방향을, 기판평면에 투영한 선의 연장선과 그 연장선이 기판 바깥 둘레와 교차하는 점에 있어서의 상기 기판의 접선이 이루는 각도를 자유롭게 변화시키는 것을 특징으로 하는 청구항 4기재의 기판세정장치이다. 이에 의하여 에지노즐의 기판평면에 대한 방향을 임의로 설정하여 에지노즐로부터 나오는 액이 기판평면에 닿는 방향을 바꿈으로써 액의 비산을 방지하거나 에칭형상이 양호하게 되도록 할 수 있다.
청구항 6에 기재된 발명은, 표면에 회로가 형성되고, 그 회로상에 구리가 성막된 기판의 세정방법에 있어서, 그 기판을 회전시켜 회로가 형성되어 있는 그 기판 표면의 둘레 가장자리부에 산화제 용액을 공급하여 그 기판 둘레 가장자리부에 부착된 구리를 산화시킴과 동시에, 회로가 형성되어 있는 상기 기판 표면의 중앙부에 산용액을 공급하여 회로형상으로 성막된 구리 표면의 산화막을 제거하면서 상기 기판 둘레 가장자리부에 부착한 구리막을 제거하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법이다.
청구항 7에 기재된 발명은, 표면에 회로가 형성되고, 그 회로상에 구리가 성막된 기판의 세정방법에 있어서, 상기 기판을 회전시켜 회로가 형성되어 있는 상기 기판 표면의 중앙부에 공급되어 그 기판 표면 전체로 퍼진 산용액에 의하여 상기 기판 둘레 가장자리부의 상면 및 끝면에 성막되어 산화된 구리막을 용해제거하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법이다.
청구항 8에 기재된 발명은, 상기 산용액은 비산화성의 산인 것을 특징으로 하는 청구항 6 또는 7에 기재된 기판세정방법이다.
청구항 9에 기재된 발명은, 상기 비산화성의 산은 염산, 플루오르산, 황산, 구연산 및 옥살산중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 청구항 8에 기재된 기판세정방법이다.
청구항 10에 기재된 발명은, 상기 산화제 용액은 오존, 과산화수소, 질산 및 차아염소산중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 청구항 6에 기재된 기판세정방법이다.
청구항 11에 기재된 발명은, 상기 기판의 회로가 형성된 면과 반대측의 기판이면측에 산용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 청구항 6 또는 7에 기재된 기판세정방법이다.
청구항 12에 기재된 발명은, 표면에 회로가 형성되고, 그 회로상에 구리가 성막된 기판을 유지하여 회전시키는 기판유지부와, 그 기판유지부로 유지되는 상기 기판의 회로가 형성되어 있는 기판표면의 중앙부에 산용액을 공급하는 센터노즐과, 상기 기판의 그 기판 표면의 둘레 가장자리부에 산화제 용액을 공급하는 에지노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 기판세정장치이다.
청구항 13에 기재된 발명은, 도금처리 및 그것에 이어지는 처리를 동일 설비내에서 행하여 기판의 표면에 금속막부착을 행하는 도금장치로서, 상기 설비내에 기판을 수납하는 카세트를 얹어 놓는 카세트스테이지와, 기판의 표면에 도금을 실시하는 도금처리유닛과, 도금후의 기판을 적어도 산용액으로 세정하는 제 1 세정장치와, 도금후의 기판을 순수로 세정하는 제 2 세정장치와, 기판을 반송하는 반송장치가 구비되고, 상기 제 1 세정장치는 그 기판을 유지하여 회전시키는 기판유지부와, 그 기판유지부로 유지되는 상기 기판의 회로가 형성되어 있는 기판 표면의 중앙부에 산용액을 공급하는 센터노즐과, 상기 기판의 그 기판 표면의 둘레 가장자리부에 산화제 용액을 공급하는 에지노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 도금장치이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 기판세정방법을 실시하는 데 사용되는 세정장치의 개략도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이 표면의 둘레 가장자리부를 제외한 영역에 회로를 형성한 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)은 그 둘레 가장자리부의 원주방향에 따른 복수개소에서 스핀척(12)으로 파지되어 기판유지부(10)에 수평으로 유지되어 있다. 이에 의하여, 고속으로 수평회전하도록 되어 있다. 또한 유지기구에 의하여 기판을 수직으로 유지하도록 하여도 좋으나, 여기에서는 수평으로 유지한 경우에 대하여 설명한다. 이 기판 유지부(10)로 유지된 기판(W)의 표면측의 대략 중앙부의 위쪽에 위치하여 센터노즐(center nozzle;14)이, 둘레 가장자리부의 위쪽에 위치하여 에지노즐(edge nozzle;16)이 각각 하향으로 배치되고, 다시 기판(W)의 이면측의 대략 중앙부의 아래쪽에 위치하여 2개의 백노즐(back nozzle;18, 20)이 각각 상향으로 배치되어 있다. 여기서 기판의 둘레 가장자리부란, 기판의 둘레 가장자리로서 회로가 형성되어 있지 않은 영역, 또는 기판의 둘레 가장자리로서 회로가 형성되어 있어도 최종적으로 칩으로서 사용되지 않는 영역을 말한다. 센터노즐(14)은 기판 표면측의 중앙부로부터 둘레 가장자리부의 사이에 소망의 위치로 설치할 수 있으나, 노즐로부터의 공급액은 기판 중앙부에 공급된다. 여기서 기판 중앙부란, 바람직하게는 기판 직경의 20% 이내를 말하며, 더욱 바람직하게는 기판 직경의 10% 이내를 말한다. 마찬가지로, 백노즐(18)의 설치위치도 기판이면측의 중앙부로부터 둘레 가장자리부 사이의 소망의 위치에 설치할 수 있으나, 노즐로부터의 공급액은 기판 중앙부에 공급되는 것이 바람직하다.
또한 이들 각 노즐은 목적에 따라 복수개 설치하도록 하여도 좋다. 또 예를 들면 도 2에 나타내는 방수커버(21)의 내측면 등의 장치 내측면에 고정노즐을 설치하고(도시 생략), 이 고정노즐로부터 목적에 따라 순수, 탈이온수나 다른 약액(산용액, 알칼리용액, 계면활성제 또는 방식제 등)을 기판에 공급하도록 하여도 좋다.
다음으로, 이 세정장치에 의한 세정방법에 대하여 설명한다. 여기에서는 배선재료로서 구리를 사용한 경우를 설명한다.
먼저, 기판(W)을 스핀척(12)을 개재하여 기판유지부(10)로 수평으로 유지한 상태에서 기판(W)을 기판유지부(10)와 일체로 수평회전시킨다. 이 상태에서 센터노즐(14)로부터 기판(W)의 표면측의 중앙부에 산용액을 공급한다. 이에 의하여 기판(W)의 표면의 회로형성부에 구리의 자연산화막이 형성되어 있어도, 이 자연산화막은 기판(W)의 회전에 따라 상기 기판(W)의 표면 전면에 걸쳐 퍼지는 산용액으로 즉시 제거되어 성장하는 일은 없다. 이 산용액으로서는 예를 들면 반도체장치 제조공정에 있어서의 세정공정에서 일반적으로 사용되고 있는 염산, 플루오르산, 황산, 구연산, 옥살산중의 어느 하나 또는 그 조합을 들 수 있으나, 비산화성의 산이면 어느 것이든 지 상관없다. 또한 플루오르산이면 뒤에서 설명하는 기판(W)의 이면측의 세정에도 사용할 수 있으므로, 약품을 공통화하는 점에서 바람직하다. 또 플루오르산의 경우이면 산화막 제거의 효과를 고려하여 농도는 0.1중량% 이상이 바람직하다. 또 구리 표면의 거칠음을 생기게 하지 않기 위하여 5중량% 이하인 것이 바람직하다.
한편, 에지노즐(16)로부터 기판(W)의 둘레 가장자리부에 산화제 용액을 연속적으로 또는 간헐적으로 공급한다. 이에 의하여 기판(W)의 둘레 가장자리부의 상면 및 끝면에 성막된 구리막 등은 산화제 용액으로 급속하게 산화되고, 동시에 상기 센터노즐(14)로부터 공급되어 기판(W)의 표면 전면으로 퍼지는 산용액에 의하여 에칭되어 용해제거된다. 또한 산용액에 의한 에칭은 산화제 용액의 공급점 이외에서도 일어나기 때문에, 산용액의 농도 및 공급량을 높게 할 필요는 없다. 이 산화제 용액으로서는 예를 들면 반도체장치 제조공정에 있어서의 세정공정에서 일반적으로 사용되고 있는 오존, 과산화수소, 질산, 차아염소산염중의 어느 하나 또는 그 조합을 들 수 있다. 오존수를 사용하는 경우이면 20ppm 이상으로부터 200ppm이하, 과산화수소이면 10중량% 이상으로부터 80중량%이하, 차아염소산염이면 1중량%이하로부터 50중량%이하가 바람직하다.
동시에 백노즐(18)로부터 기판(W)의 이면측 중앙부에 산화제 용액과 플루오르산과 같은 산용액을 동시에 또는 교대로 공급한다. 이에 의하여 기판(W)의 이면측에 부착되어 있는 구리 등을 기판의 실리콘마다 산화제 용액으로 산화하고 산용액으로 에칭하여 제거할 수 있다.
또한 2개의 백노즐(18, 20)을 설치하여, 산화제 용액과 산용액을 각각의 노즐로부터 별개로, 동시 또는 교대로 공급하여도 좋다. 이에 의하여 산화제 용액의 공급을 먼저 정지하면 소수면이 얻어지고, 산용액을 먼저 정지하면 친수면이 얻어져 그후의 공정의 요구에 따른 이면으로 조정할 수 있다.
이 산화제 용액으로서는, 상기와 마찬가지로, 예를 들면 오존, 과산화수소, 질산, 차아염소산염중의 어느 하나 또는 그 조합을 들 수 있다. 또 산용액으로서는 상기한 염산, 플루오르산, 황산, 구연산, 옥살산 등의 비산화성의 산 외에, 기판(W)의 이면측에는 표면측과 같은 회로가 없기 때문에, 질산 등의 산화성의 산을 사용하여 구리를 제거할 수도 있다. 또 질산 등의 산화성의 산용액을 사용하는 경우에는 이 산용액 자체가 산화제 용액의 역할을 하기 때문에, 산화제 용액을 사용하는 일 없이, 산화성의 산용액 단독으로 사용하는 것도 가능하다. 또한 상기 기판(W)의 둘레 가장자리부에 공급하는 산화제 용액과 동일한 것으로 하는 쪽이 약품의 종류를 적게 하는 데 바람직하다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 실시형태의 기판세정장치를 나타내는 것으로, 이것은 바닥이 있는 원통형상의 방수커버(21)의 내부에 위치하여, 기판(W)을 상면을 위쪽으로 하여 스핀척에 의하여 수평으로 유지하여 고속회전시키는 기판유지부 (22)와, 이 기판유지부(22)로 유지한 기판(W)의 표면측의 대략 중앙부의 위쪽에 위치하도록 하향으로 배치한 센터노즐(24)과, 마찬가지로 둘레 가장자리부의 위쪽에 위치하도록 하향으로 배치한 에지노즐(26)과, 기판(W)의 이면측의 대략 중앙부의 아래쪽에 위치하여 상향으로 배치한 백노즐(28)을 구비하고 있다.
에지노즐(26)은 도 3에 나타내는 바와 같이 수평방향으로 연장되는 요동아암(32)의 자유단에 고정되고, 이 요동아암(32)의 기초단에 연결된 상하방향으로 연장되는 아암샤프트(34)는 스테이지(36)에 회전자유롭게 지지되어 있다. 그리고 이 스테이지(36)에는 요동아암 구동용 모터(38)가 설치되고, 이 모터(38)의 출력축에 설치한 구동용 풀리(40)와 아암샤프트(34)의 하단에 고정된 종동용 풀리 (42)와의 사이에 타이밍벨트(44)가 걸쳐져 있다. 여기에 요동아암(32)은 도 6에 나타내는 바와 같이 기판 유지부(22)로 유지한 기판(W)의 옆쪽에 위치하도록 배치되어 있다. 이에 의하여 요동아암 구동용 모터(38)의 구동에 따라, 요동아암(32)이 아암샤프트(34)를 중심으로 하여 요동하여 에지노즐(26)이 기판(W)의 둘레 가장자리부로부터 중앙부 방향으로 이동하고, 또한 요동아암 구동용 모터(38)의 펄스수를 제어함으로써 도 2에 나타내는 에지노즐(26)의 기판(W)의 직경방향을 따른 이동폭 (L)을 제어할 수 있도록 되어 있다.
한편, 가대(架臺)(46)에는 바깥 둘레면에 암나사를 설치한 구동나사봉(48)이 회전자유롭게 지지되고, 이 구동나사봉(48)의 수나사는 상기 스테이지(36)에 설치한 암나사에 나사결합되어 있다. 그리고 가대(46)에는 상하이동용 모터(50)가 부착되고, 이 모터(50)의 출력축에 부착한 구동용 풀리(52)와 구동나사봉(48)의 하단에 부착한 종동용 풀리(54) 사이에 타이밍벨트(56)가 걸쳐져 있다. 이에 의하여 상하이동용 모터(50)의 구동에 따라, 에지노즐(26)이 스테이지(36)와 일체로 상하이동하고, 또한 상하이동용 모터(50)의 펄스수를 제어함으로써 도 2에 나타내는 기판(W)의 기판평면으로부터 에지노즐(26)의 하단까지의 높이(H)를 제어할 수 있게 되어 있다.
또한 도 4에 나타내는 바와 같이 에지노즐(26)은 내부에 약액유로(60a)를 가지고 그 약액유로(60a)에 약액튜브(62)를 연통시킨 구체(60)에 부착되고, 이 구체 (60)는 요동아암(32)을 구성하는 프레임판(64)과 부착판(66)사이에 끼워유지되고, 조임볼트(68)를 조임으로써 요동아암(32)에 고정되어 있다. 프레임판(64) 및 부착판 (66)의 구체(60)에 맞닿는 위치에는 구체(60)의 외형을 따른 볼형상의 관통구멍(64a, 66a)이 형성되어 있다. 이에 의하여 조임볼트(68)를 이완하면, 구체(60)가 프레임판(64) 및 부착판(66)의 관통구멍(64a, 66a)내를 자유롭게 회전하고, 에지노즐(26)이 소정의 위치에 있을 때 조임볼트(68)를 조임으로써 구체(60)를 프레임판(64)과 부착판(66)사이에 끼워 유지하여 고정할 수 있게 되어 있다.
이에 의하여 도 5(a)에 나타내는 바와 같이 에지노즐(26)로부터 나오는 액의 방향을 기판(W)의 평면상에 투영한 선의 연장선과, 그 연장선이 기판(W)의 바깥 둘레가 교차하는 점에 있어서의 기판(W)의 접선과 이루는 각도(θ1)와, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 에지노즐(26)로부터 나오는 약액의 기판(W)의 평면에 대한 각도(θ2)를, 예를 들면 에지노즐(26)로부터 나오는 액이 기판(W)의 둘레 가장자리부에 닿아 비산하는 것을 방지하거나 에칭형상이 양호하게 되도록 임의로 조정할 수 있다. 이 각도(θ1)는 예를 들면 0 내지 180°의 범위이고, 바람직하게는 70 내지 110°, 더욱 바람직하게는 80 내지 100°이고, 각도(θ2)는 0 내지 90°의 범위이고, 바람직하게는 10 내지 60°, 더욱 바람직하게는 35 내지 55°의 범위에서 임으로 조정할 수 있게 되어 있다.
여기서 에지노즐(26)을 기판평면에 대하여 경사진 방향으로 배치하면, 에지노즐(26)의 높이(H)(도 2 참조)를 바꿈으로써 에지커트폭(C)을 바꿀 수 있다. 예를 들면 기판평면과 에지노즐(26)로부터 나오는 약액이 이루는 각도(θ2)가 45°이고, 높이(H)가 15mm일 때, 에지커트폭이 5mm이도록 설정하여 두면, 도 7에 나타내는 바와 같이 에지커트폭(C)은 높이(H)를 1mm 높게 함으로서 1mm 작게 할 수 있다. 이에 의하여, 이면으로부터 표면으로의 액의 돌아 들어가는 양이 문제가 되지 않는 회전수 이상이면, 에지노즐(26)의 높이(H)만으로 에지커트폭(C)이 결정될 수 있어, 이 에지커트폭(C)의 크기를 도 6에 나타내는 에지커트폭(C1~ C2)(= 2 ~ 5mm)의 범위에서 자유롭게 설정하여 이 에지커트폭(C)에 존재하는 구리막을 제거할 수 있다. 또한 도 2에 나타내는 바와 같이 에지노즐(26)을 연직방향으로 배치했을 경우에는 에지노즐(26)의 기판 둘레 가장자리로부터 중앙부로의 이동폭(L)을 통하여 에지커트폭(C)을 상기한 바와 같이 조정하여도 좋은 것은 물론이다.
또한 도 8에 나타내는 바와 같이 요동아암(32)의 선단에 센터노즐(24)을, 그 길이방향에 따른 도중에 에지노즐(26)을 각각 설치하도록 하여도 좋다. 이에 의하여 요동아암(32)의 이동에 따라 센터노즐(24)과 에지노즐(26)을 동시에 이동시킬 수 있다.
다음으로, 이 기판세정장치의 사용예를 설명한다. 먼저, 에지노즐(26)의 위치를 예를 들면 기판(W)으로부터 높이(H)가 15mm, 기판평면과 에지노즐(26)로부터 나오는 액이 이루는 각도(θ2)가 45°, 에지노즐(26)로부터 나오는 액을 기판(W)에 투영한 선의 연장선과 이 연장선이 기판의 바깥 둘레에서 교차하는 점에 있어서의 기판(W)의 접선과 이루는 각도(θ1)가 90°가 되도록 조정하고, 기판(W)의 크기나 사용목적 등에 맞춘 에지커트폭(C)을 설정한다. 에지커트폭(C)를 변경하고 싶은 경우는 에지노즐(26)의 기판으로부터의 높이(H)를 변경하는 것만으로 간단하게 조정할 수 있다. 이들 높이(H)나 각도(θ1, θ2)는 기판의 크기나 사용목적 등에 맞추어 임의로 설정할 수 있음은 물론이다.
이 상태에서 기판(W)을 기판 유지부(22)로 수평으로 유지하여, 기판(W)을 기판 유지부(22)와 일체로 수평회전시킨다. 그리고, 센터노즐(24)로부터 기판(W)의 표면측의 중앙부에 예를 들면 DHF(희석플루오르산)를 연속적으로 공급함과 동시에, 에지노즐(26)로부터 기판(W)의 둘레 가장자리부에 예를 들면 H2O2를 연속적으로 또는 간헐적으로 공급한다,
그렇게 하면, 기판(W)의 둘레 가장자리부의 에지커트폭(C)내의 영역(에지 및 베벨)에서는 HF와 H2O2의 혼합액이 생겨, 기판(W)의 표면의 구리가 급격하게 에칭된다. HF와 H2O2의 혼합액을 에지노즐로부터 기판(W)의 둘레 가장자리부에 공급하고, 둘레 가장자리부의 구리를 에칭할 수 있으나, 이와 같이 HF와 H2O2를 센터노즐과 에지노즐로부터 따로 따로 공급하고, 기판(W)의 둘레 가장자리부에서 HF와 H2O2를 혼합시킴으로써, 예를 들면 에지노즐(26)로부터 HF와 H2O2의 혼합액을 공급하는 것에 비하여 더욱 가파른 에칭형상을 얻을 수 있다. 또 센터노즐(24)로부터 공급하는 DHF가 구리도금막 표면의 보호막의 역할을 한다. 이때 DHF와 H2O2농도에 의하여 구리의 에칭정도가 결정된다.
또한 센터노즐(24)로부터의 HF의 공급을 정지한 후, 에지노즐(26)로부터의 H2O2의 공급을 정지함으로써 표면에 노출되어 있는 Si를 산화하여 구리의 부착을 억제할 수 있다.
동시에 백노즐(28)로부터 예를 들면 H2O2→DHF의 순으로 약액을 공급한다. 이에 의하여 H2O2로 구리를 산화시키고, DHF로 산화한 구리를 에칭함으로써 기판 (W)의 표면의 구리오염을 제거할 수 있다.
장치내측면에 설치된 1개 또는 복수개의 고정노즐(도시 생략)로부터 탈이온수를 기판에 공급함으로써, 또는 각 노즐로부터 공급되는 약액을 탈이온수의 공급으로 전환함으로써, 기판의 세정을 행할 수 있다. 그리고 스핀건조를 거쳐 처리를 완료하는 것이며, 이에 의하여 기판표면의 둘레 가장자리부(에지 및 베벨)의 에지커트폭(C)내에 존재하는 구리막의 제거와, 이면의 구리오염제거를 동시에 행하여 이 처리를 예를 들면 80초 이내에 완료시킬 수 있다.
도 9는 상기한 바와 같이 하여 처리하였을 때의 기판표면의 에칭형상을 나타내는 것으로, 이에 의하여 기판(W)의 둘레 가장자리부에서는 구리막은 완전하게 제거되어 TaN막이 표면에 노출하고, 또한 양호하고 가파른 경계형상이 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 10은 CuSO4희석액에 의하여 1.0E13atoms/㎠ 이상으로 강제 구리오염된 실리콘 웨이퍼를 상기와 같이 처리하여 이면을 세정한 결과를 나타낸다. 이에 의하여 오염농도를 1.0E10atoms/㎠ 정도까지 제거할 수 있음을 알 수 있다.
이에 의하여 기판의 둘레 가장자리부(에지 및 베벨)의 구리막을 제거하여 이면의 구리오염을 문제가 없는 레벨까지 저감시킬 수 있다.
또한 상기 실시형태에 있어서는 배선재료로서 구리를 사용한 예를 나타내고 있으나, 구리 이외의 텅스텐, 루테늄, 각종 실리사이드 라는 다른 배선재료나 전극재료에도 적용할 수 있음은 물론이다.
도 11에 상기한 기판세정장치(125)를 가지는 반도체 기판(W)에 구리도금을 실시하는 도금장치의 전체도를 나타낸다. 상기 도면에 나타내는 바와 같이 이 도금장치는 직사각형상의 설비(110)내에 배치되어 반도체 기판의 구리도금을 연속적으로 행하도록 구성되어 있는 것이나, 이 설비(110)는 칸막이벽(111)에 의하여 도금공간(112)과 청정공간(113)으로 칸막이되고, 이들 각 도금공간(112)과 청정공간 (113)은 각각 독자적으로 급배기할 수 있게 되어 있다. 그리고 상기 칸막이벽 (111)에는 개폐자유로운 셔터(도시 생략)가 설치되어 있다. 또 청정공간(113)의 압력은 대기압보다 낮고, 또한 도금공간(112)의 압력보다도 높게 하고 있으며, 이에 의하여 청정공간(113)내의 공기가 설비(110)의 외부로 유출하는 일이 없고, 또한 도금공간(112)내의 공기가 청정공간(113)내로 유입하는 일이 없도록 되어 있다.
상기 청정공간(113)내에는 기판수납용 카세트를 얹어 놓는 2개의 카세트 스테이지(115)와, 도금처리후의 기판을 순수로 세정(린스)하여 건조하는 2기의 세정·건조장치(116)가 배치되고, 또한 기판의 반송을 행하는 고정타입으로 회전자유로운 제 1 반송장치(4축 로봇)(117)가 구비되어 있다. 이 세정·건조장치(116)로서는 예를 들면 기판의 표면과 이면의 양면에 초순수를 공급하는 세정액 공급노즐을 가지고, 기판을 고속으로 스핀시켜 탈수, 건조시키는 형식의 것이 사용된다.
한편, 도금공간(112)내에는 기판의 도금의 전처리를 행하고, 전처리후의 기판을 반전기(120)로 반전시키는 2기의 전처리 유닛(121)과, 기판의 표면에 그 표면을 하향으로 하여 구리도금처리를 실시하는 4기의 도금처리 유닛(122)과, 기판을 얹어 놓고 유지하는 2기의 제 1 기판 스테이지(123a, 123b)가 배치되고, 또한 기판의 반송을 행하는 자주타입으로 회전자유로운 제 2 반송장치(4축 로봇)(124)이 구비되어 있다.
청정공간(113)내에 위치하여 도금후의 기판을 산용액, 산화제 용액 등의 약액으로 세정하는 2기의 기판세정장치(125)와, 이 기판세정장치(125)와 상기 세정·건조장치(116)와의 사이에 위치하여 제 2 기판 스테이지(126a, 126b)가 배치되고, 또한 2기의 기판세정장치(125)에 끼워진 위치에 기판의 반송을 행하는 고정타입으로 회전자유로운 제 3 반송장치(4축 로봇)(127)가 구비되어 있다.
상기 한쪽의 제 1 기판 스테이지(123b) 및 제 2 기판 스테이지(126b)는 기판을 수세가능하게 구성하고 있음과 동시에, 기판을 반전시키는 반전기(120)가 구비되어 있다.
이에 의하여, 상기 제 1 반송장치(117)는 상기 카세트 스테이지(115)에 얹어 놓여진 카세트, 세정·건조장치(116) 및 제 2 기판 스테이지(126a, 126b)사이에서 기판을 반송하고, 제 2 반송장치(124)는 상기 제 1 기판 스테이지(123a, 123b), 전처리 유닛(121) 및 도금처리 유닛(122) 사이에서 기판을 반송하고, 제 3 반송장치(127)는 상기 제 1 기판 스테이지(123a, 123b), 기판세정장치(125) 및 제 2 기판 스테이지(126a, 126b) 사이에서 기판을 반송하도록 되어 있다.
또한 상기 설비(110)의 내부에는 상기 제 1 기판 스테이지(123a)의 아래쪽에 위치하여 조정운전용 기판을 수납하는 용기(128)가 내장되고, 제 2 반송장치(124)는 조정운전용 기판을 용기(128)로부터 인출하여 조정운전 종료후에 다시 용기 (128)로 되돌리도록 되어 있다. 이와 같이 조정운전용 기판을 수용하는 용기(128)를 설비(110)의 내부에 내장함으로써 조정운전시에 조정운전용 기판을 외부로부터 도입함에 따르는 오염이나 처리능력의 저하를 방지할 수 있다.
또한 용기(128)의 배치위치는 어느 하나의 반송장치로 조정운전용 기판의 인출 및 수납이 가능한 위치이면 설비(110)내의 어느 곳이더라 좋으나, 제 1 기판 스테이지(123a)의 근방에 배치함으로써, 조정운전용 기판을 사용한 조정운전을 전처리로부터 도금처리를 위시하여, 세정하여 건조시킨 후에 용기(128)내에 수용할 수 있다.
여기서 기판에 대한 도금의 습윤성을 좋게 하는 전처리를 실시하는 전처리유닛을 생략할 수도 있다. 또 도금을 실시하기 전에 기판에 부착된 시일드층을 보강하기 위한 예비도금을 행하기 위한 예비도금유닛을 도금유닛의 하나를 대신하여, 또는 전처리유닛의 하나를 대신하여 설치할 수도 있다. 이 경우에는 전처리유닛 대신에 예비도금과 도금 사이에 및/또는 도금후에 수세를 행할 수 있기 위한 수세유닛이 설치된다.
여기서 상기 반송장치(117)는 떨어뜨려 넣는 타입의 2개의 핸드를 가지며, 위쪽을 드라이핸드(dry hand), 아래쪽을 웨트핸드(wet hand)로 한 것을 사용하며, 반송장치(124, 127)는 떨어뜨려 넣는 타입의 2개의 핸드를 가지고, 쌍방을 웨트핸드로 한 것을 사용하고 있으나, 이것에 한정되지 않음은 물론이다.
다음으로, 이 실시형태에 있어서의 기판의 흐름의 개요를 설명한다. 기판은 표면(소자형성면, 처리면)을 위를 향하여 카세트에 수납되어 카세트 스테이지(115)에 얹어 놓는다. 그리고 제 1 반송장치(117)가 기판을 카세트로부터 인출하고, 제 2 기판 스테이지(126a)상으로 이동하여 기판을 제 2 기판 스테이지(26a)상에 얹어 놓는다. 그리고 제 3 반송장치(127)가 제 2 기판 스테이지(126a)상에 있던 기판을 제 1 기판 스테이지(123a)로 옮긴다. 다음으로, 제 2 반송장치(124)가 제 1 기판 스테이지(123a)로부터 기판을 받아 전처리 유닛(121)으로 넘기고, 전처리 유닛 (121)에서의 전처리 종료후, 기판의 표면이 아래를 향하도록 반전기(120)로 기판을 회전시키고 다시 제 2 반송장치(124)에 보낸다. 그리고 제 2 반송장치(124)는 기판을 도금처리 유닛(122)의 헤드부에 보낸다.
도금처리 유닛(122)에서 기판의 도금처리 및 액떨굼을 행한 후, 기판을 제 2 반송장치(124)로 보내고, 제 2 반송장치(124)는 기판을 제 1 기판 스테이지(123b)로 보낸다. 기판은 제 1 기판 스테이지(123b)의 반전기(120)에 의하여 표면이 위를 향하도록 반전되고, 제 3 반송장치(127)에 의하여 기판세정장치(125)로 옮겨진다. 기판세정장치(125)에 있어서 약액세정, 순수세정, 스핀액이 떨구어진 기판은 제 3 반송장치(127)에 의하여 제 1 기판 스테이지(123b)로 운반된다. 다음으로, 제 1 반송장치(117)가 제 1 기판 스테이지(123b)로부터 기판을 받아 들여 세정·건조장치(116)로 기판을 이송하고, 세정·건조장치(116)에서 순수에 의한 세정과 스핀건조를 행한다. 건조된 기판은 제 1 반송장치(117)에 의하여 카세트 스테이지 (115)에 얹어 놓여진 기판 카세트내에 수납된다.
여기서 전처리유닛에서의 전처리를 생략할 수도 있다. 예비도금유닛을 설치한 경우는 카세트로부터 인출된 기판은, 예비도금유닛으로 예비도금을 실시하고, 수세공정을 거쳐, 또는 수세공정을 거치지 않고 도금처리유닛으로 도금처리가 실시된다. 도금후에 수세공정을 거쳐, 또는 수세공정을 거치지 않고 제 1 세정장치로 반송된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기판표면의 회로형성부에 구리 등의 자연산화막이 형성되어도, 이 자연산화막은 산용액으로 제거되고, 또 기판의 둘레 가장자리부에 부착한 구리 등은 산화제 용액으로 산화된 후, 상기 산용액으로 에칭되어 용해제거된다. 이에 의하여 기판표면에 성장하는 자연산화막을 다시 제거할 필요를 없앨 수 있다.
또 기판의 이면측 중앙부에 산화제 용액과 산용액을 동시 또는 교대로 공급함으로써 기판의 이면측에 부착한 구리 등을 기판의 표면측과 동시에 에칭제거할 수 있다.
또한 센터노즐로부터 산용액을, 에지노즐로부터 산회제 용액을 각각 공급하여 기판의 둘레 가장자리부를 에칭할 때 에지노즐을 이동자유롭게 구성하여 이 위치를 위동시킴으로써 에지커트폭을 자유롭게 조정하여 많은 종류의 기판에 대처할 수 있다.
Claims (13)
- 기판을 회전시키면서 그 기판의 표면측 중앙부에 산용액을 연속적으로 공급하면서, 상기 기판의 둘레 가장자리부에 산화제 용액을 연속적 또는 간헐적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법.
- 제 1항에 있어서,상기 기판의 이면측에 산화제 용액과 산용액을 동시 또는 교대로 공급하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 산용액은 염산, 플루오르산, 황산, 구연산 및 옥살산중 1종 이상을 함유하고, 상기 산화제 용액은 오존, 과산화수소, 질산 및 차아염소산염중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법.
- 기판을 유지하여 회전시키는 기판유지부와;상기 기판유지부로 유지되는 기판의 표면측 중앙부 위쪽에 위치하도록 배치한 센터노즐과;상기 기판유지부로 유지되는 기판의 위쪽에 위치하여 기판의 둘레 가장자리부로부터 중앙부 방향 및/또는 기판평면에 대하여 연직방향으로 이동자유롭게 배치한 에지노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 기판세정장치.
- 제 4항에 있어서,상기 에지노즐은, 에지노즐로부터 나오는 액의 기판평면에 대한 각도 및/또는 에지노즐로부터 나오는 액의 방향을 기판평면에 투영한 선의 연장선과 그 연장선이 기판 바깥 둘레와 교차하는 점에 있어서의 상기 기판의 접선과 이루는 각도를 자유롭게 변화시키는 것을 특징으로 하는 기판세정장치.
- 표면에 회로가 형성되고, 그 회로상에 구리가 성막된 기판의 세정방법에 있어서,상기 기판을 회전시켜 회로가 형성되어 있는 그 기판 표면의 둘레 가장자리부에 산화제 용액을 공급하여 그 기판 둘레 가장자리부에 부착한 구리를 산화시킴과 동시에, 회로가 형성되어 있는 상기 기판 표면의 중앙부에 산용액을 공급하여 회로형상으로 성막된 구리 표면의 산화막을 제거하면서 상기 기판 둘레 가장자리부에 부착한 구리막을 제거하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법.
- 표면에 회로가 형성되고, 그 회로상에 구리가 성막된 기판의 세정방법에 있어서,상기 기판을 회전시켜 회로가 형성되어 있는 상기 기판 표면의 중앙부에 공급되어 그 기판 표면 전체로 퍼진 산용액에 의하여, 상기 기판 둘레 가장자리부의 상면 및 끝면에 성막되어 산화된 구리막을 용해제거하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법.
- 제 6항 또는 제 7항에 있어서,상기 산용액은 비산화성의 산인 것을 특징으로 하는 기판세정방법.
- 제 8항에 있어서,상기 비산화성의 산은 염산, 플루오르산, 황산, 구연산 및 옥살산중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법.
- 제 6항에 있어서,상기 산화제 용액은 오존, 과산화수소, 질산 및 차아염소산중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법.
- 제 6항 또는 제 7항에 있어서,상기 기판의 회로가 형성된 면과 반대측의 기판 이면측에 산용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 기판세정방법.
- 표면에 회로가 형성되고, 그 회로상에 구리가 성막된 기판을 유지하여 회전시키는 기판유지부와;상기 기판유지부로 유지되는 상기 기판의 회로가 형성되어 있는 기판표면의 중앙부에 산용액을 공급하는 센터노즐과;상기 기판의 그 기판 표면의 둘레 가장자리부에 산화제 용액을 공급하는 에지노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 기판세정장치.
- 도금처리 및 그에 이어지는 처리를 동일 설비내에서 행하여 기판의 표면에 금속막부착을 행하는 도금장치로서,상기 장치는: 기판을 수납하는 카세트를 얹어 놓는 카세트스테이지와; 기판표면에 도금을 실시하는 도금처리를 유닛과; 도금후의 기판을 적어도 산용액으로 세정하는 제 1 세정장치와; 도금후의 기판을 순수로 세정하는 제 2 세정장치와; 기판을 반송하는 반송장치를 구비하고,상기 제 1 세정장치는: 그 기판을 유지하여 회전시키는 기판유지부와; 상기기판유지부로 유지되는 상기 기판의 회로가 형성되어 있는 기판 표면의 중앙부에 산용액을 공급하는 센터노즐과; 상기 기판의 그 기판 표면의 둘레 가장자리부에 산화제 용액을 공급하는 에지노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 도금장치.
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