KR940008363B1 - 반도체장치의 세정방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체장치의 세정방법

제1도는 및 제2도는 본 발명을 실시하는데 이용되는 세정장치의 주요부분을 나타낸 단면도.

제3도는 그 효과를 나타낸 도면.

제4도는 종래의 세정장치의 주요부분의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,6 : 언로더 2 : 반도체기판

3,5 : 반송계 4 : 지지대

7 : 케이스 8 : 노즐

9 : 초음파진동실 10 : 유출로

11 : 전원 12 : 진동자

13,17 : 유량제어계 14,18 : 벌브

15,16 : 도관 19 : 나사

산업상의 이용분야

본 발명은 800KHz의 초음파진동을 순수(純水)로 인가하는 반도체장치의 초음파 순수세정[이후 메가소닉(megasonic) 순수세정이라 기재함]에 관한 것으로, 특히 알칼리 또는 산(酸)계열의 약액(藥液)을 첨가한 순수를 이용하는 세정방법에 관한 것이다.

종래의 기술 및 그 문제점

최근의 반도체소자는 D-RAM으로 대표되는 것과 같이 집적도가 향상되고 있기 때문에 배선간의 간격도 점차 좁아져 예컨대 0.5μm룰(Rule)정도의 것들이 이용되고 있는 바, 반도체소자의 제조수율에 이물질이 끼치는 영향의 정도가 커지고 있어서 제조단계에서의 이물질의 발생을 최대한 억제하도록 노력하고 있다. 이 때문에, 제조공정에서의 세정공정도 다양하게 개량되어지고 있다.

그런데, 반도체기판의 세정에는 유순수(流純水)에 의한 방식에 부가하여 메가소닉 순수세정법도 이용되고 있고, 그 세정장치로는 제4도에 도시된 바와 같은 회전이 자유로운 지지대(51)에 고정시킨 반도체기판(52)의 매엽(枚葉)을 세정하는 소위 스피너타입(Spinner Type)도 사용되고 있다. 유순수를 방출하는 노즐(53)은 당연히 반도체기판(52)에 대향하여 설치되고, 유순수가 방출되는 반도체기판(52)의 한쪽면 부근에는 능동 또는 수동소자가 형성되어 있으며, 세정시에 이 표면의 반대측 즉 이면도 제트(Jet)모양의 순수에 의해 세정하는 소위 백린스(Back Rine) 공정도 병용(倂用)한다.

노즐(53)내에 형성되는 순수를 모으는 진동실(55)에는 탄탈(Yantalum)로 된 진동자(54)를 배치함과 더불어 연통(連通)한 유출로(56)를 설치하여 이 유출로(56)로 부터 메가소닉 순수를 회전하는 지지대(51)에 고정되어 있는 반도체기판(52)을 방출한다. 이와 같은 세정장치의 가동에 앞서 반도체기판(52)은 언로더(57)에 수납되어 반송로(58)를 거쳐 지지대(51)에 세트(Set)된 후, 소정의 세정공정을 마치고 나서 재차 반송로(59)에 의해 언로더(60)로 보내진다.

그런데, 반도체기판(52)을 고정하는 지지대(51)는 1000~300rpm 범위의 회전수로 회전되고, 더욱이 진동실(55)에 유입된 순수에 대해 탄탈진동자(54)의 가동에 의해 800KHz~2MHz 범위에서 선정한 소정의 초음파진동을 가한다. 그리고, 얻어진 메가소닉 순수를 0.5~2ℓ/min의 유속으로 50~60초간 유출로(56)로부터 방출하여 세정을 행한다.

그후, 메가소닉 순수의 방출을 종료하고 나서 지지대(51)를 3000~5000rpm으로 회전시켜 스핀건조를 행함으로써, 세정공정을 종료한다.

이와 같은 세정공정과 별도로, 약액에 의한 소위 립(Dip)방식에 의한 표면처리를 반도체기판에 실시하여 먼지 등과 같은 이물질을 제거하는 수법도 알려져 있다. 이 경우, 약액으로서는 과산화수소, 친수성 표면활성제, 불산, 유산 등과 같은 산계열의 처리액 또는 강염기성 처리액인 콜린(Coline) 등이 있고, 또 이들의 혼합 처리액도 이용되고 있다.

스피너형의 메가소닉 순수세정장치에서는, 상기한 바와 같이 800KHz~2MHz 범위의 극히 진동파장이 짧은 영역이 이용되고 있으므로, 첫째로 미립자(Patricle)까지 효율적으로 제거가 가능하다. 예컨대, 전력 100W, 회전수 50rpm, 유속 1ℓ/min, 시간 30초의 메가소닉 순수세정조건에 의한 CVD(Chemical Vapour Deposition)입자의 평균제거율 90%는, 유속 4ℓ/min, 시간 15분에서의 일반적인 유수수세(流水水洗)의 발생이 없으므로, 반도체기판에 대한 대미지(Damage)가 없어지는 등의 기본적인 장점을 갖추고 있다.

또한, 배치(Batch)방식에 비해 특별한 반송수단이 필요치 않을 뿐만 아니라 카세트 투 카세트(Cathet to Cahtet) 방식이 인라인(In Line)화될 수 있으므로, 단시간의 처리가 가능하게 되어 순수/반도체기판의 매엽당의 양이 적어지게 되는 등의 이점이 있다.

그러나, Al 또는 Al 함금제 배선, 산화규소나 P(Plazma)-SiN 등의 절연막을 레지스트를 이용하여 RIE(Reactive Ion Etching)처리, CDE(Chemical Dry Etching : 마그네트론관을 이용한 플라즈마 발생위치로부터 분리된 장소로 이동한 래디컬(Radical)에 의해 에칭하는 방법]처리 후, 산소플라즈마법에 의해 레지스트를 박리할 때 발생하는 레지스트잔사(殘渣) 및 중금속 잔사는 메가소닉 순수세정으로는 제거할 수가 없다.

이 때문에, 이들 잔사의 제거에는 콜린 등의 얄칼리성 처리액 또는 불산, 유산 등과 같은 산계열의 처리액에 의한 후처리가 메가소닉 순수세정에 필요하게 된다.

그러나, 이 후처리는 딥(Dip)방식이기 때문에, 딥용액 표면에 표면장력에 의해 부유되는 입자가 피세정 반도체기판에 재부착되게 된다는 단점이 있다.

발명의 목적

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 특히 메가소닉 순수세정으로 제거할 수 없었던 중금속잔사와 산소플라즈마에 의한 레지스트박리후의 레지스트잔제거를 동시에 실시할 수 있는 반도체장치의 세정방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

발명의 구성

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체장치의 세정방법은, 지지대 상에 반도체기판을 배치하는 공정과, 순수에 초음파진동을 부여하는 공정, 초음파진동이 부여된 상기 순수와 소정의 약액을 첨가하여 혼합액을 생성하는 공정, 상기 반도체기판에 대해 상기 혼합액을 방출하는 공정 및, 상기 혼합액에 의해 제거된 상기 반도체기판상의 세정물을 부유시켜서 유출시키는 공정을 갖춘 것을 특징으로 한다.

(작용)

본 발명은 Al, Al-Si, Al-Si-Cu 등의 배선층이나 P-SiN 등을 RIE 법에 의해 처리함으로써 발생하는 중금속잔사, 또는 CDE법에 의해 실리콘 반도체기판을 레지스트를 이용하여 식각하고나서 산소플라즈마로 이 레지스트를 박리함으로써 생기는 잔사를 약액을 혼합한 메가소닉 순수세정에 의해 제거할 수 있다는 사실을 기초로 하여 완성된 것으로서, 부유상태로 한 중금속이나 레지스트잔사를 유출(流出)시키는 방식을 채택하고 있다.

그에 따라, 제3도에 도시된 바와 같이 반도체기판 표면은 극히 청정하게 되어 입자의 제거율이 순수에서 평균 90%가 95~98로 향상되고, 더욱이 Al 또는 Al 합금배선후의 레지스트잔사도 입자제거와 동시에 제거되는 것을 주사전자현미경(SEM : Scanning Electronic Microscopy)의 관찰에 의해 확인하였다.

이와 같이, 잔사제거공정이 불필요하게 되어 설비유기경비를 대폭적으로 절감할 수 있게 된다.

이 방식을 달성하는 세정장치로서는, 회전이 자유로운 지지대에 피세정 반도체기판을 배치하고, 이것에 대향하여 설치된 노즐에는 순수를 모으는 초음파진동실과 초음파진동판을 설치하며, 더욱이 초음파진동실에는 유출로를 형성하고, 이 유출로로부터 방출되는 메가소닉 순수에 대해 약액을 혼합한 순수용액을 일체로 혼합시키는 약액혼합순수용 기구를 설치한 것이 있다.

노즐로서는 대약품성이 풍분한 재료가 선정되는데, 예컨대 콜린을 사용할 때에는 불소수지계 재료에 의해 달성한다.

적용되는 약품으로서는, 불산, 유산 등과 같은 산계열의 처리액과 염기성 처리액으로서 콜린을 적용할 수 있다. 게다가, 상기 잔사를 용해시키는 것이 아니라 반도체기판으로 부터 유리시키면 좋다. 따라서, 콜린농도는 용적농도(이후 Vol%로 기재함)로 1Vol%이하이면 충분하고, 경우에 따라서는 0.1Vol%라도 지장은 없다.

[실시예]

제1도 및 제2도를 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

언로더(1)에 수납된 피세정 반도체기판(2)은 예컨데 프로그 레그(Frog Leg)라고 불리우는 반송계(3)에 의해 회전가능한 지지대(4)로 운송되어 고정되고, 후술되는 메가소닉 순수세정공정을 종료하고 나서 재차 프로그 레그로 이루어진 반송계(5)에 의해 반송되어 언로더(6)에 수납된다.

도면에서는, 언로더(1,6)내의 반도체기판(2)과 지지대(4)상의 반도체기판의 칫수를 편의상 다르게 도시하였지만, 실제로는 당연히 동일한 것이다.

그런데, 지지대(4)로의 피세정 반도체기판(2)의 운송은 도시되어 있지 않지만 기계적인 특수구조에 의해 이루어진다. 즉, 지지대(4)의 6개소에는 반분(半分)으로 분할되고 게다가 위에서 보아 거의 원형모양인 고리(爪)가 배치되어 있고, 지지대(4)의 회전과 더불어 그중 3개소의 고리 반분이 회전하여 피세정 반도체기판(2)을 강력하게 고정하는 구조로 되어 있다.

제1도와 제2도에 있어서, 지지대(4)의 주위에는 케이스(7)를 배치하여 세정공정에 의해 유출되는 순수의 비산(飛散)을 방지함과 더불어 그것을 외부로 흐르게 하는 역할을 달성하고 있으며, 도시되어 있지 않지만 제트상태의 순수에 의해 피세정 반도체기판(2)의 이면에도 백린스처리를 실시한다.

노즐(8)은, 내(耐)알칼리성, 내산성의 불소수지계 재료로 구성되고, 메가소닉 순수를 모아둠과 더불어 초음파진동을 일으키는 초음파진동실(9)과, 여기에 연통하는 유출로(10)가 설치되어 있다.

이 초음파진동실(9)에는 전원(11)에 전기적으로 접속시킨 탄탈진동자(12)를 배치하고, 또한 메가소닉용 순수는 순수용 유량제어계(13), 벌브(Bulb : 14) 및 도관(15)을 경유하여 초음파진동실(9)에 공급된다. 초음파진동실(9)에서는 탄탈진동자(12)의 가동에 의해 800KHZ~2MHz 영역의 진동을 발생시켜서 메가소닉용 순수를 얻는다.

이 외에 메가소닉 순수와 마찬가지로 약액유량제어계(17)와 벌브(18)를 매개로 약액공급용 도관(16)을 설치하는데, 이것은 나사(19) 등과 같은 기계적 수단(제2도 참조)에 의해 노즐(8)에 고정되고, 그 선단(先端)을 유출로(10)의 외측에 설치함으로써 양액(兩液)을 혼합한다. 그러나 제1도와 같이 노즐(8)내에 직접 약액공급용 도관(16)을 형성하는 경우도 있다.

이들 어느쪽의 약액의 혼입도, 순수에 상기 영역의 초음파진동을 부여한 후에 실시함으로써, 탄탈진동자(12)가 알칼리성, 불산계, 과산화수소계 처리액에 의해 침식되는 것을 방지한다. 즉, 강알칼리나 불산계처리액에 의해 탄탈진동자(12)의 탄탈 및 함유불순물이 수십~수백 PPM밖에 용출되지 않아 메가소닉용 순수로의 혼입 및 반도체기판(2)으로의 오염을 방지할 수 있다.

이와 같이 약액을 메가소닉용 순수에 혼입하는 구체적인 수단은, 제1도에 도시된 장치가 고정식 유출로에 의한 것이고, 제2도의 장치에서는 약액공급용 도관(16)을 유출로(10)의 외측에 설치한 가동식 방식을 채용하고 있는 점에 특징이 있다. 이 약액의 혼합비율에 관해서는, 각각에 설치된 유량제어계(13,17)에 의해 조정하고, 콜린을 이용하는 경우에는 상기한 바와 같이 1Vol%이하로 한다. 또한, 불산이나 유산 등의 산성 처리액을 이용하는 경우도 콜린과 동일한 농도로 한다.

또, 순수를 가득 채운 초음파진동실(9)내의 탄탈진동자(12)의 상황에도 따르지만 세정용 메가소닉 순수의 유속은 약 2ℓ/min이 적당하고, 세정시간으로서는 피세정대상물 예컨대 중금속이나 레지스트 등에 따라 다르지만 최대로 1분, 최소로 10초정도이다.

피세정용 반도체기판(2)의 표면 부근에는 능동 또는 수동소자가 형성되어 있는데, 이 각 소자는 그 각 소자에 전기적으로 접속된 Al, Al-Si 또는 Al-Si-Cu 등으로 이루어진 배선층을 퇴적(Deposition)시킨 후, 포지티브형 포토레지스트를 이용하는 RIE법으로 패터닝(Patterning)하는 방법에 의해 형성하고 있다.

다음으로, 초음파진동실(9) 등이 설치된 노즐(8)의 운동기구에 관해서는 제1도 및 제2도에 도시되어 있지 않지만, 2가지의 방식을 채용할 수 있다. 즉, 약액이 혼입된 순수로 초음파세정을 실시할 때 회전지지대(4)에 고정된 반도체기판(2)을 그 한쪽편의 반경방향으로 이동시킬 수 있는 기구(예컨대 피니언 기어를 도시되어 있지 않은 노즐(8)의 고정부에 설치한 것)를 노즐(8)에 설치하고 있다. 이 때문에, 지지대(4)를 회전시킴으로써 반도체기판(2)의 피세정 전면에 초음파세정을 실시할 수 있도록 배려하여 특정방향으로의 운동밖에 할 수 없는 노즐(8)의 동작을 커버하고 있다.

이에 대해, X-Y방향으로 구동가능한 기구에 노즐(8)을 설치하여 세정하는 방법도 있다. 이것에서는 한쪽 방향 예컨대 X방향으로 반도체기판(2)을 옮기면서 다른쪽 방향 예컨대 Y방향으로 이동시킴으로써 약액이 혼입된 순수로 초음파세정을 행하는 방식을 채용할 수도 있다. 이 경우에는, 당연히 지지대(4)에 회전기구를 설치하지 않아도 좋다.

그런데, 가능한 한 제조공정에 맞도록 실리콘 반도체기판에 형성한 Al 또는 Al 합금제 배선층패턴을 포지티브형 포로레지스트를 이용하는 RIE법에 의해 형성한 후, Si잔사를 처리하고 산소 플라즈마법으로 포지티브형 포토레지스트층을 박리하여 Al 또는 Al 합금제 배선층에 생긴 포토레지스트잔사의 세정효과를 조사해 보았다.

또, 1MHZ~100W-1ℓ/min의 조건으로 초음파진동을 순수에 부여함으로써 얻어진 메가소닉 순수에 0.5Vol% 농도의 콜린을 혼합하여 처리액을 조정하였다. 더욱이, 실리콘 반도체기판(2)을 고정하는 지지대(4)를 50rpm으로 회전시키고, 상기 콜린함유처리액을 2ℓ/min의 유속으로 방출하여 약 30초간 세정하였다. 그후, 50rpm으로 회전시킨 상태에서 다른 노즐로부터 방출되는 초음파진동을 부여하지 않은 순수에 의한 세정을 1분간 실시한 다음 500rpm의 회전에 의한 스핀건조를 실시하였다.

그 결과, 제3도에 도시된 바와 같이 3개의 처리수단 가운데 유수처리만의 경우가 가장 입자가 많고, 그 다음이 종래방법에 의한 메가소닉 순수세정이며, 가장 입자가 적은 방법이 본 발명으로서, 그 유용성은 명백하다. 도면중 입자가 가장 많은 것은 세정전의 반도체 웨이퍼를 나타내고 있다. 구체적으로는, 입자의 제거율로서 순수만의 경우가 평균 90%인데 반해 0.5Vol%의 약액첨가에 의한 본 발명의 방법과 장치에 따른 경우 95~98%로 향상되었다. 더욱이, SEM에 의한 레지스트잔사의 제거상황을 관찰한 결과, 중금속입자와 동시에 제거되어 있음을 확인할 수 있었다. 또한 노즐의 형상은 실시예에 도시된 것 외에 순수에 초음파진동을 부여한 후 산성 처리액 또는 알칼리성 처리액을 혼합할 수 있는 구조이면 좋은 것은 말할 필요도 없다. 제거하는 잔사로는 Al배선 형성후의 레지스트잔사와 중금속잔사를 나타냈지만, 다결정 반도체층(예컨대 폴리실리콘)패턴 형성후의 레지스트잔사, 산화규소 등의 절연막 가공후의 레지스트잔사, 더욱이 레지스트 이외의 폴리머계(系) 혹은 중금속 등 순수초음파세정만으로는 제거할 수 없는 잔사도 세정대상으로 될 수 있다.

또, 처리액으로서는 알칼리계로서 콜린 이외의 가성소다와 P-SiO 에치백처리후의 잔사에 유효한 불산계, 폴리실리콘 패터닝후의 포지티브 레지스트잔사에 유효한 유산계 등과 같이 세정제거의 대상으로 되는 잔사에 대해 유효한 것이면 좋고, 농도나 세정조건도 잔사를 거의 완전히 제거할 수 있으면 상기 실시예의 조건에 구애받지 않는다.

한편, 본 발명의 특허청구의 범위의 각 구성요소에 병기한 참조부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로서, 본 발명의 기술적 범위를 도면에 도시된 실시예에 한정할 의도로 병기한 것은 아니다.

발명의 효과

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 세정방법에 의하면, Al배선층 등에 피착된 중금속 및 레지스트잔사를 제거할 수 있으므로, 종래 필요했던 레지스트잔사 제거공정을 생략할 수 있게 되어 공정단축에 의한 비용절감 및 설비의 불필요에 따른 설비유지비용의 절감이 가능하게 된다.

Claims (1)

1. 지지대(4)상에 반도체기판(2)을 배치하는 공정과, 순수에 초음파진동을 부여하는 공정, 초음파진동이 부여된 상기 순수와 소정의 약액을 첨가하여 혼합액을 생성하는 공정, 상기 반도체기판(2)에 대해 상기 혼합액을 방출하는 공정 및, 상기 혼합액에 의해 제거된 상기 반도체기판(2)상의 세정물을 부유시켜서 유출시키는 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 반도체장치의 세정방법.

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