KR100597656B1 - 반도체의 제조를 위한 세정방법 및 세정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초임계 이산화탄소와 공용매를 이용하는 건식세정의 적용으로 건조공정이 요구되지 않으면서도 세정을 용이하게 수행하여 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체의 제조를 위한 세정방법 및 세정장치에 관한 것으로서, 반도체의 제조를 위한 세정방법은, 포토리소그래피공정을 포함하는 반도체 제조공정에 있어서, (1) 가열원이 부착된 고압세정용기에 세정할 웨이퍼를 장착하는 장착단계; (2) 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상을 형성하여 웨이퍼의 표면을 세정하도록 40 내지 100℃의 온도범위에서 100 내지 200기압(atm)의 압력으로 이산화탄소를 공급하면서 상기 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상으로 혼합되어 이루어지는 혼합용매를 공급하여 상기 웨이퍼를 세정하는 세정단계; (3) 상기 세정단계 이후 초임계상태의 이산화탄소와 에탄올의 혼합물 그리고/또는 초임계 상태이거나 액체 상태의 이산화탄소만으로 웨이퍼를 헹구는 린싱단계; (4) 상기 고압세정용기로부터 이산화탄소 및 공용매와 에탄올을 제거하는 제거단계; (5) 상기 제거단계 이후 기체상태의 이산화탄소를 분리하고 재사용하기 위해 액체상태로 응축하는 응축단계; 및 (6)상기 고압세정용기를 감압시킨 후, 웨이퍼를 인출하는 인출단계;들을 포함하여 이루어진다.
초임계, 이산화탄소, 공용매, 사이클로헥사논, 단일상, 혼합용매, 포토레지스트.
Description
도 1은 본 발명에 따른 반도체의 제조를 위한 세정장치를 도시한 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c들은 비교예로서 초임계 이산화탄소 만에 의한 세정의 결과를 확인하기 위하여 웨이퍼를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 세정 전후를 촬영한 사진들이다.
도 3a 내지 도 3e들은 본 발명에 따른 공용매들과 기타 다른 공용매들(비교예)의 사용에 의한 세정의 결과를 확인하기 위하여 웨이퍼를 주사전자현미경을 이용하여 세정 전후를 촬영한 사진들이다.
도 4a 내지 도 4c들은 본 발명에 따라 공용매의 함량을 달리하면서 한 공용매의 함량에 따른 세정의 결과를 확인하기 위하여 웨이퍼를 주사전자현미경을 이용하여 세정 전후를 촬영한 사진들이다.
도 5a 내지 도 5e들은 금속식각 후의 공용매에 따른 세정의 결과를 확인하기 위하여 웨이퍼를 주사전자현미경을 이용하여 세정 전후를 촬영한 사진들이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 이산화탄소공급원 12 : 공급관
13 : 고압펌프 14 : 공용매공급원
15 : 에탄올공급원 16 : 히터
17 : 고압세정용기 18 : 순환펌프
19 : 순환관 20 : 분리기
21 : 배출관 22 : 회수관
23 : 이산화탄소응축용기 24 : 배기관
본 발명은 반도체의 제조를 위한 세정방법 및 세정장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 초임계 이산화탄소와 공용매를 이용하는 건식세정의 적용으로 건조공정이 요구되지 않으면서도 세정을 용이하게 수행하여 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체의 제조를 위한 세정방법 및 세정장치에 관한 것이다.
반도체 제조 기술에서 널리 사용되고 있는 습식세정방법은 세정과 건조공정의 반복으로 공정이 복잡해지고, 웨이퍼를 오염시키는 파티클(particle)이 생성되기 쉬워 역오염의 가능성이 높으며, 다량의 물의 사용으로 인한 웨이퍼 상에의 물 반점(water spot)의 형성, 높은 부식 발생가능성, 초순수의 정제 및 폐수처리 비용의 증대 등으로 인한 문제점들이 발생되고 있다.
특히, 기술적으로 기존의 재래식 RCA 세정으로는 다량의 화학용제에 의한 손상(damage)이 발생하거나 폴리머가 완전히 제거되지 않아 새로운 용제의 개발이 이 루어지고 있으나, 현재의 습식세정 공정은 액체의 분자구조의 특성상 100㎚ 이하의 초미세구조로는 침투가 어려우며, 특히 low-K 절연막과 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 비아(vias)/트렌치(trench)로의 침투가 쉽지 않으며, 그에 따른 젖음성의 한계로 포토레지스트의 제거가 용이하지 않으므로, 이를 해결하기 위하여 가스상 또는 건식세정 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
건식세정은 초미세구조 적응능력, 건조공정의 생략, 오염물의 분리회수의 용이성, 폐수 발생 억제 및 생산비의 절감 등의 장점을 갖고 있다. 그러나, 건식세정으로 사용되고 있는 산소 플라즈마 회화(oxygen plasma ashing) 방법으로 포토레지스트를 제거하는 경우에 산소 플라즈마에 의한 손상(damage) 및 금속오염의 문제점 등이 있고, 최근 개발된 오존의 산화작용을 이용한 세정은 습식방법이나 플라즈마 건식세정과 같은 손상은 없으나, 오존발생으로 인한 환경적인 문제 등 해결해야 할 과제가 많다.
현재, 기존 반도체 제조공정에서는 금속식각 후, 포토레지스트 및 식각 잔류물의 제거를 위해 부분건식과 습식과정, 즉 회화(ashing)와 유기 스트립 공정의 두 단계를 거쳐 웨이퍼를 처리할 뿐만 아니라, 미세구조화의 진전에 따라 금속층 증착 이후의 회화처리 공정의 수가 증가하고 있어 많은 자원을 낭비하는 문제점이 있으며, 폐수처리에도 많은 비용이 소요되는 등의 문제점이 있었다.
따라서, 상기에서 기술한 바와 같이 반도체 제조공정에서는 건조공정의 생략화, 오염물의 분리회수의 용이화, 폐수발생의 억제 및 조업비용의 절감 등을 가능하게 하는 웨이퍼 세정방법이 요구되고 있다. 특히, 차세대 반도체를 제조하기 위 해서는 초미세구조의 패턴 형성과 제조과정에서 초정밀 세정이 필수적으로 요구되고 있는 실정이다.
한편, 공지의 특허기술에 있어서, 초임계 이산화탄소와 프로필렌 카보네이트와 같은 여러 가지 공용매를 혼합하여 사용하는 초임계 공정을 이용한 반도체 웨이퍼 세정방법이 소개된 바 있으나, 대부분 에칭공정이 생략된 웨이퍼 세정방법으로서 포토리소그래피 공정 상의 포토레지스트의 제거에 한정되었다.
본 발명의 목적은 초임계 이산화탄소와 공용매를 이용하는 건식세정의 적용으로 건조공정이 요구되지 않으면서도 세정을 용이하게 수행하여 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체의 제조를 위한 세정방법 및 세정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 액체의 장점인 용해성, 기체의 장점인 확산성, 침투력, 분산력의 우수성을 보유하면서도 환경친화적인 초임계 이산화탄소를 이용하는 공정을 도입하여 종래의 습식세정에서의 단점을 보완한 반도체의 제조를 위한 세정방법 및 세정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 반도체의 제조를 위한 세정방법은, 포토리소그래피공정을 포함하는 반도체 제조공정에 있어서, (1) 가열원이 부착된 고압세정용기(이하, 본 발명에서 고압세정용기는 ‘가열원이 부착된 고압세정용기’를 의미함)에 세정할 웨이퍼를 장착하는 장착단계; (2) 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상을 형성하여 웨이퍼의 표면을 세정하도록 40 내지 100℃의 온도범위에서 100 내지 200기 압(atm)의 압력으로 이산화탄소를 공급하면서 상기 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상으로 혼합되어 이루어지는 혼합용매를 공급하여 상기 웨이퍼를 세정하는 세정단계; (3) 상기 세정단계 이후 초임계상태의 이산화탄소와 에탄올의 혼합물 그리고/또는 초임계 상태이거나 액체 상태의 이산화탄소만으로 웨이퍼를 헹구는 린싱단계; (4) 상기 고압세정용기로부터 이산화탄소 및 공용매와 에탄올을 제거하는 제거단계; (5) 상기 제거단계 이후 이산화탄소를 분리하고 재사용하기 위해 액체상태로 응축하는 응축단계; 및 (6) 상기 고압세정용기를 감압시킨 후, 웨이퍼를 인출하는 인출단계;들을 포함하여 이루어진다.
상기 혼합용매에서 공용매는 사이클로헥사논, 메타-크레졸, ACT935(미합중국 소재 에어프러덕츠(Air Products의 상품명 ; 25℃에서의 비중 1.040, 끓는점 125.0℃, pH 11.0) 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 될 수 있다.
상기 세정공정에서 세정의 대상이 되는 웨이퍼가 하드 베이키드 웨이퍼를 비롯한 옥사이드 에치(oxide etch) 또는 폴리 에치(poly etch) 후의 웨이퍼이고, 포토레지스트 및 식각물 제거공정인 경우에 상기 공용매로 사이클로헥사논 또는 메타-크레졸이 사용될 수 있다.
상기 세정공정에서 세정의 대상이 되는 웨이퍼가 금속식각 후의 웨이퍼이고, 포토레지스트 및 금속식각물 제거공정인 경우에 상기 공용매로 ACT935가 사용될 수 있다.
상기 혼합용매에서 상기 공용매는 상기 혼합용매 전체 용적에서 15용적% 이 내가 될 수 있다.
상기 세정단계에서 혼합용매가 상기 웨이퍼에 간헐적으로 접촉하는 펄스상 공급에 의해 세정될 수 있다.
상기 세정단계 후에 웨이퍼 위에 잔존하는 공용매와 오염물은 초임계 이산화탄소와 에탄올의 혼합물 그리고/또는 초임계 상태이거나 액체 상태의 이산화탄소만을 공급하므로써 제거할 수 있다
또한, 본 발명에 따른 반도체의 제조를 위한 세정장치는, 이산화탄소를 공급하기 위하여 공급관을 통하여 고압세정용기에 연결되는 이산화탄소공급원, 상기 이산화탄소를 고압으로 송출하기 위한 고압펌프, 상기 공급관에 함께 연결되어 공용매를 공급하는 공용매공급원과 에탄올을 공급하는 에탄올공급원, 상기 이산화탄소 및 공용매와 에탄올을 가열하기 위하여 상기 공급관 상에 설치되는 히터, 상기 고압세정용기에 연결되어 용매를 순환시키기 위한 순환펌프 및 순환관, 상기 고압세정용기에 연결되어 상기 고압세정용기로부터 인출되는 용매를 기체상의 이산화탄소와 액체상의 공용매 및 에탄올로 분리하는 분리기, 분리된 기체상태의 이산화탄소를 이송하여 액체상태로 응축하기 위한 회수관 및 이산화탄소응축용기들을 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 반도체의 제조를 위한 세정방법은, 포토리소그래피공정을 포함하는 반도체 제조공정에 있어서, (1) 고압세정용기(17)에 세정할 웨이퍼를 장착 하는 장착단계; (2) 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상을 형성하여 웨이퍼의 표면을 세정하도록 40 내지 100℃의 온도범위에서 100 내지 200기압(atm)의 압력으로 이산화탄소를 공급하면서 상기 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상으로 혼합되어 이루어지는 혼합용매를 공급하여 상기 웨이퍼를 세정하는 세정단계; (3) 상기 세정단계 이후 초임계상태의 이산화탄소와 에탄올의 혼합물 그리고/또는 초임계 상태이거나 액체 상태의 이산화탄소만으로 웨이퍼를 헹구는 린싱단계; (4) 상기 고압세정용기(17)로부터 이산화탄소 및 공용매와 에탄올을 제거하는 제거단계; (5) 상기 제거단계 이후 기체상태의 이산화탄소를 분리하고 재사용하기 위해 액체상태로 응축하는 응축단계; 및 (6) 상기 고압세정용기(17)를 감압시킨 후, 웨이퍼를 인출하는 인출단계;들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 상기 (1)의 장착단계는 고압세정용기(17)에 세정할 웨이퍼를 장착하는 단계로서, 일정한 용적을 갖는 상기 고압세정용기(17)와 같은 용기 내로 이산화탄소를 공급하는 것에 의해 상기 고압세정용기(17) 내 및 상기 고압세정용기(17)에까지 이산화탄소를 공급하는 공급관(12) 내에서 이산화탄소가 가압되어 초임계상태를 유지할 수 있으며, 이 초임계상태의 이산화탄소가 공용매 및 에탄올과 각각 단일상을 이루어 웨이퍼의 표면과 접촉함으로써 세정 및 헹굼을 가능하도록 한다. 따라서, 상기 고압세정용기(17) 내에서 초임계상태의 이산화탄소와 공용매 및 에탄올이 혼합된 각각의 혼합용매가 단일상을 이루어 상기 고압세정용기(17) 내에 투입된 웨이퍼와 접촉하여 세정 및 헹굼을 가능하게 한다. 상기 (2)의 세정단계는 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상을 형성하여 웨이퍼의 표면을 세정하도록 40 내지 100℃의 온도범 위에서 100 내지 200기압(atm)의 압력으로 이산화탄소를 공급하는 것에 의해 상기 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상으로 혼합되어 이루어지는 혼합용매를 공급하여 상기 웨이퍼를 세정하는 단계이다. 이 단계에서는 이산화탄소가 포토레지스트 고분자로의 침투 및 팽창을 일으킴으로써 첨가된 공용매와 더불어 포토레지스트 고분자를 용해시킨다. 이 단계에서 실질적으로 웨이퍼 상의 포토레지스트 또는 금속식각물 등이 제거되게 된다. 이때, 초임계상태의 이산화탄소에 의한 기체의 장점인 확산성, 침투력, 분산력의 우수성을, 그리고 공용매에 의한 액체의 장점인 용해성을 모두 제공하여 세정을 효율적으로 수행할 수 있게 된다. 상기 혼합용매가 40℃ 미만으로 가열되는 경우, 세정력의 향상효과가 충분치 못하여 세정에 많은 시간이 소요되어 생산성이 저하되는 문제점이 있을 수 있으며, 반대로 100℃를 초과하는 경우, 일정압에서 초임계 이산화탄소의 밀도가 낮아져 용해도 저하를 초래하게 되는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 상기 이산화탄소의 공급을 위한 가압이 100기압 미만인 경우, 초임계 이산화탄소의 용해도가 저하되는 문제점이 있을 수 있으며, 반대로 200기압을 초과하는 경우, 과도한 압력에 의한 장치의 유지, 보수 등이 어려워지는 문제점이 있을 수 있다. 상기 (3)의 린싱단계는 상기 세정단계 이후 초임계상태의 이산화탄소와 에탄올의 혼합물 그리고/또는 초임계 상태이거나 액체 상태의 이산화탄소만으로 웨이퍼를 헹구는 단계로서, 용해된 고분자를 웨이퍼 표면으로부터 탈착시키고, 웨이퍼의 표면에 존재할 수 있는 잔존 용매성분을 제거하는 단계이다. 헹굼 후에는 단지 대기압에 노출시켜 감압시키거나 또는 약간의 가열에 의해 초임계상태 또는 액체 상태의 이산화탄소가 모두 쉽게 기화하여 제 거될 수 있으며, 따로 건조공정이 요구되지 않고, 습식세정 후에서 문제되는 물반점의 형성 등의 문제점을 원천적으로 예방하는 장점을 제공하게 된다. 상기 (4)의 제거단계는 상기 고압세정용기(17)로부터 이산화탄소 및 공용매와 에탄올을 제거하는 단계이고, 이로부터 분리된 기체상태의 이산화탄소는 후속하는 상기 (5)의 응축단계단계에서 액체상태의 이산화탄소로 응축되어 회수되고 세정반응을 위해 재사용된다. 최종적으로 세정된 웨이퍼는 따로이 건조공정을 거치지 않고, 후속하는 상기 (6)의 인출단계에서 상기 고압세정용기(17)와 연결되어 있는 배기관(24)을 통해 상기 고압세정용기(17)를 감압시킨 후, 웨이퍼를 인출할 수 있게 된다.
상기한 바의 본 발명에 따른 반도체의 제조를 위한 세정방법에 의하면, 가압과 감압공정을 거친 이산화탄소는 상변화를 통해 전혀 잔여물을 남기지 않는다. 그 결과, 기존 습식공정에서의 탈이온수 헹굼(rinsing)으로 인한 건조단계를 필요로 하지 않는다. 초임계 이산화탄소의 낮은 표면장력과 낮은 점도는 표면의 경계층 두께를 감소시킴으로써 파티클의 제거가 가능하다. 또한, 액상 화학약품이 침투해 들어갈 수 있는 한계 미세구조를 초임계 이산화탄소의 낮은 표면장력 특성으로 인하여 극복이 가능하며, 그에 따라 초미세구조의 패턴 형성과 제조과정에서 요구되는 초정밀 세정을 가능하게 한다. 열처리를 한 후의 포토레지스트는 화학적, 물리적인 저항성을 갖게 되며, 이것을 완전히 제거하는 것은 매우 어렵지만 반도체 제조공정에 있어서 필수적으로 요구되는 매우 중요한 사항이다. 따라서, 초임계 이산화탄소 만을 이용하여 잘 제거되지 않는 포토레지스트의 제거를 위해서 본 발명에서는 공용매를 첨가하는 공정을 개발하기에 이르렀다.
상기 혼합용매에서 공용매는 사이클로헥사논, 메타-크레졸, ACT935 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 될 수 있다. 이들 공용매는 액체의 장점인 용해성을 제공하며, 상기한 초임계상태의 이산화탄소에 의해서는 제거되지 않는 포토레지스트 등의 폴리머 등을 용이하게 제거하는 기능을 한다. 단, 공용매 만의 사용에 의한 종래의 세정에 비해 함께 단일상을 이루는 초임계상태의 이산화탄소에 의해 기체의 장점인 확산성, 침투력, 분산력의 우수성을 제공하여 초미세구조의 반도체의 제조를 가능하게 한다.
상기 세정공정에서 세정의 대상이 되는 웨이퍼가 옥사이드 에치(oxide etch)나 폴리 에치(poly etch)후의 웨이퍼이고, 포토레지스트 및 식각물 제거공정인 경우에 상기 공용매로 사이클로헥사논 또는 메타-크레졸이 사용될 수 있다. 이는 포토레지스트에 대한 용해성이 우수한 상기 사이클로헥사논 또는 메타-크레졸을 공용매로 사용함으로써 세정효과를 크게 향상시킬 수 있음에 기인한다.
상기 세정공정에서 세정의 대상이 되는 웨이퍼가 금속식각 후의 웨이퍼이고, 포토레지스트 및 금속식각물 제거공정인 경우에 상기 공용매로 ACT935가 사용될 수 있다. 이는 금속식각물을 분해 내지는 용해시키는 것에 의해 금속식각물에 대한 세정성이 우수한 ACT935를 공용매로 사용함으로써 세정효과를 크게 향상시킬 수 있음에 기인한다.
상기 혼합용매에서 상기 공용매는 상기 혼합용매 전체 용적에서 15용적% 이내가 될 수 있다.
상기 세정단계에서 혼합용매가 상기 웨이퍼에 간헐적으로 접촉하는 펄스상 공급에 의해 세정될 수 있다. 상기 펄스상 공급에 의한 세정은 상기 혼합용매의 유동성을 부여함으로써 혼합용매와 웨이퍼의 접촉효과를 크게 하여 용해된 포토레지스트 및 금속식각물을 지속적으로 제거하게 되어 세정효과를 강화시킬 수 있고, 외부 필터에 의한 파티클 제거 효과와 웨이퍼의 재오염을 방지할 수 있는 장점이 있다.
상기 세정단계 후에 웨이퍼 상에 잔존하는 공용매와 오염물은 초임계 이산화탄소와 에탄올의 혼합물 그리고/또는 초임계 상태이거나 액체 상태의 이산화탄소만을 공급하므로써 제거될 수 있다. 상기 초임계 이산화탄소와 에탄올의 혼합물이 헹굼 뿐만 아니라 세정역할을 함으로써 세정작용을 극대화시킬 수 있다. 세정시간과 헹굼시간을 포함한 전공정시간은 10 내지 60분의 범위가 될 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체의 제조를 위한 세정장치는, 초기에 이산화탄소를 공급하고 대기 배출량을 보충하기 위하여 공급관(12)을 통하여 고압세정용기(17)에 연결되는 이산화탄소공급원(11), 상기 이산화탄소를 고압으로 송출하기 위한 고압펌프(13), 상기 공급관(12)에 함께 연결되어 공용매를 공급하는 공용매공급원(14)과 에탄을 공급하는 에탄올공급원(15), 상기 이산화탄소 및 공용매와 에탄올을 가열하기 위하여 상기 공급관(12) 상에 설치되는 히터(16), 상기 고압세정용기(17)에 연결되어 용매를 순환시키기 위한 순환펌프(18) 및 순환관(19), 상기 고압세정용기(17)에 연결되어 상기 고압세정용기(17)로부터 인출되는 용매를 기체상의 이산화탄소와 액체상의 공용매와 에탄올로 분리하는 분리기(20) 및 분리된 기체상의 이산화탄소를 회수하여 응축하고 재사용하기 위한 회수관(22) 및 이산화탄소응축용기(23)들을 포함하여 이루어진다. 상기한 구성에 의해, 상기 이산화탄소를 고압으로 송출하기 위한 상기 고압펌프(13)에 의해 이산화탄소를 100 내지 200기압의 압력으로 가압하여 상기 이산화탄소공급원(11) 및 이산화탄소응축용기(23)로부터 이산화탄소가 고압으로 가압되어 공급되며, 이때 상기 공급관(12)을 통해 상기 고압세정용기(17)에 공급되기 때문에 일정한 내용적을 갖는 폐쇄된 공간을 형성하여 이산화탄소는 가압되어 초임계상태로 유지될 수 있게 된다. 한편, 상기 공급관(12)에는 공용매공급원(14)과 에탄올공급원(15)이 연결되어 상기 초임계상태의 이산화탄소와 공용매 또는 에탄올이 혼합된 단일상의 혼합용매가 각각 세정단계와 헹굼단계에서 상기 고압세정용기(17)에로 공급될 수 있게 된다. 상기 이산화탄소와 공용매 및 에탄올을 가열하기 위하여 상기 공급관(12) 상에는 히터(16)가 설치되어 세정효과의 향상을 위해 상기 혼합용매를 40 내지 100℃의 온도범위로 가열할 수 있다. 상기 순환펌프(18)는 상기 고압세정용기(17)에 연결되고 필터가 부착된 순환관(19)을 통해 상기 혼합용매를 순환시켜 파티클 등이 웨이퍼에 달라붙는 재오염을 방지토록 한다. 또한, 상기 분리기(20)는 상기 고압세정용기(17)에 연결되어 상기 고압세정용기(17)로부터 인출되는 용매를 기체상의 이산화탄소와 액체상의 공용매 및 액체상의 에탄올로 분리하여 기체상태의 이산화탄소는 액체상태로 응축 회수하여 재사용되고, 액체상태의 공용매와 에탄올은 최종적으로 후처리에 의해 배출되도록 한다. 상기에서 후처리라 함은 여과, 정수 등에 의해 환경적으로 오염문제를 일으키지 않도록 하는 통상의 대기정화 및 수정화 등의 대기처리 및 수처리 등을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
상기한 구성에 의해, 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상의 혼합용매를 구성하여 고압세정용기(17) 내에 투입된 웨이퍼의 표면을 세정하고, 세정 후에는 초임계상태의 이산화탄소와 에탄올의 단일상 또는 초임계 상태이거나 액체 상태의 이산화탄소만을 사용하여 헹굴 수 있도록 한다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.
이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.
비교예 1
우선적으로 초임계 이산화탄소 만을 사용하여 웨이퍼 상의 열처리된 포토레지스트를 제거하는 실험을 하였다. 여기에서 사용된 웨이퍼는 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)가 코팅된 p-타입 웨이퍼(p-type wafer)로서, 열처리를 하였으며, 레지스트 막 두께는 약 1.18㎛이다. 압력은 140기압, 온도는 40℃ 및 80℃에서 각각 실시하였다. 실시 후, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 세정 전후를 관찰한 결과를 도 2a(세정 전), 도 2b(40℃에서의 세정 후) 및 도 2c(80℃에서의 세정 후)에 나타내었다. 관찰 결과, 도 2a 내지 도 2c에 나타난 바와 같이 포토레지스트가 제거되지 않았음을 확인할 수 있었다.
비교예 2 내지 4 및 실시예 1 내지 2
상기 비교예 1에서 사용된 웨이퍼와 동일하게 처리된 웨이퍼를 사용하였으며, 세정조건을 하기 표 1과 같이 하였으며, 이산화탄소의 압력은 140기압으로 하여 처리하였으며, 그 결과를 도 3a 내지 도 3e에 나타내었다.
| 구분 | 공용매 | 용적％(공용매의) | 순환시간(분) | 온도(℃) |
| 비교예2 | 프로필렌 카보네이트 | 5％ | 20분 | 40℃ |
| 비교예3 | 아세틸아세톤 | 5％ | 20분 | 40℃ |
| 비교예4 | 과산화수소 | 5％ | 20분 | 40℃ |
| 실시예1 | 사이클로헥사논 | 5％ | 20분 | 40℃ |
| 실시예2 | 메타-크레졸 | 5％ | 20분 | 40℃ |
도 3a 내지 도 3e에 나타난 바와 같이, 프로필렌 카보네이트, 아세틸아세톤, 과산화수소, 사이클로헥사논 및 메타-크레졸 등이 모두 우수한 세정효과를 보임을 확인할 수 있었다.
실시예 3 내지 5
상기 비교예 1에서 사용된 웨이퍼와 동일하게 처리된 웨이퍼를 사용하였으며, 공용매로서 사이클로헥사논의 함량을 5용적%(실시예 3), 10용적%(실시예 4) 및 15용적%(실시예 5)로 각각 달리하면서 80℃, 140기압하에서 처리하였으며, 그 결과를 도 4a(5용적%), 도 4b(10용적%) 및 도 4c(15용적%)에 나타내었다.
도 4a 내지 도 4c에 나타난 바와 같이, 모두 세정효과가 우수하게 나타남을 확인할 수 있었다.
실시예 6 및 비교예 5 내지 7
공용매에 따른 메탈식각 후의 웨이퍼의 세정효과를 실험하였다.
층 구조가 실리콘/실리콘 부산화막 4000Å/티타늄 300Å/질화티타늄 900Å/알루미늄 8000Å/티타늄 100Å/질화티타늄 400Å(Si/Si rich Oxide 4000Å/Ti 300Å/TiN 900Å/Al 8000Å/Ti 100Å/TiN 400Å)로 되어 있고, 최소배선폭(minimum feature size)는 0.18㎛이며, 금속 식각 과정에서 생성된 포토레지스트가 잔존하는 웨이퍼를 사용하였다.
세정조건을 하기 표 2와 같이 하였고, 이산화탄소의 압력은 140기압으로 하여 세정 처리하였으며, 그 결과를 도 5a 내지 도 5e에 나타내었다.
| 구분 | 공용매 | 용적％(공용매의) | 순환시간(분) | 온도(℃) |
| 실시예6 | ACT935 | 2％ | 20분 | 40℃ |
| 비교예5 | 테트라메틸 암모늄하이드록사이드 | 2％ | 20분 | 40℃ |
| 비교예6 | 프로필렌 카보네이트 | 2％ | 20분 | 40℃ |
| 비교예7 | 디메틸술폭사이드 | 2％ | 20분 | 40℃ |
도 5a은 미처리의 대조군으로서, 알루미늄이 식각된 웨이퍼 표면 상에는 금속 라인에 식각과정에 생성된 고분자 물질이 잔존하며, 이들은 표면 위로 토끼귀(rabbit ears) 모양의 오염형태를 나타내고 있다. 도 5b(실시예 6)에서는 상기한 토끼귀 모양의 오염이 깨끗하게 제거됨을 확인할 수 있었다. 그러나, 도 5c(비교예 5), 도 5d(비교예 6) 및 도 5e(비교예 7)들에서는 본 발명에 따른 실시예 6과 같은 오염 제거효과가 거의 없음을 확인할 수 있었다.
상기한 실시예들을 종합한 결과, 본 발명에 따르면, 건식세정과 습식세정의 장점을 모두 취하면서 포토레지스트, 특히 옥사이드 에치나 폴리 에치후의 포토레지스트와 식각물 및 금속식각 후의 포토레지스트와 금속식각물 등의 오염물의 세정효과가 매우 뛰어남을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 의하면 초임계 이산화탄소와 공용매를 이용하는 건식세정의 적용으로 건조공정이 요구되지 않으면서도 세정을 용이하게 수행하여 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체의 제조를 위한 세정방법 및 세정장치를 제공하는 효과가 있다. 또한, 초임계 이산화탄소와 에탄올의 혼합물 그리고/또는 초임계 상태이거나 액체 상태의 이산화탄소만에 의한 헹굼에 의해 건조공정의 생략 및 건조 후 웨이퍼 상에 물반점 등이 잔류하지 않아 생산성을 향상시킬 수 있다는 장점을 제공한다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (8)
- 삭제
- 포토리소그래피공정을 포함하는 반도체 제조공정에 있어서,(1) 고압세정용기에 세정할 웨이퍼를 장착하는 장착단계;(2) 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상을 형성하여 웨이퍼의 표면을 세정하도록 40 내지 100℃의 온도범위에서 100 내지 200기압(atm)의 압력으로 이산화탄소를 공급하면서 상기 초임계상태의 이산화탄소와 공용매가 단일상으로 혼합되어 이루어지는 혼합용매를 공급하여 상기 웨이퍼를 세정하는 세정단계;(3) 상기 세정단계 이후 초임계상태의 이산화탄소와 에탄올의 혼합물 또는 초임계 상태이거나 액체 상태의 이산화탄소만으로 웨이퍼를 헹구는 린싱단계;(4) 상기 고압세정용기로부터 이산화탄소 및 공용매와 에탄올을 제거하는 제거단계;(5) 상기 제거단계 이후 기체상태의 이산화탄소를 분리하고 재사용하기 위해 액체상태로 응축하는 응축단계; 및(6) 상기 고압세정용기를 감압시킨 후, 웨이퍼를 인출하는 인출단계; 를 포함하여 이루어지며,상기 혼합용매에서 공용매는 사이클로헥사논, 메타-크레졸, ACT935 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 반도체의 제조를 위한 세정방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 세정공정에서 세정의 대상이 되는 웨이퍼가 옥사이드 에치(oxide etch)나 폴리 에치(poly etch)후의 웨이퍼이고, 포토레지스트 및 식각물 제거공정인 경우에 상기 공용매로 사이클로헥사논 또는 메타-크레졸이 사용됨을 특징으로 하는 반도체의 제조를 위한 세정방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 세정공정에서 세정의 대상이 되는 웨이퍼가 금속식각 후의 웨이퍼이고, 포토레지스트 및 금속식각물 제거공정인 경우에 상기 공용매로 ACT935가 사용됨을 특징으로 하는 반도체의 제조를 위한 세정방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 혼합용매에서 상기 공용매가 상기 혼합용매 전체 용적에서 15용적％ 이내임을 특징으로 하는 반도체의 제조를 위한 세정방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 세정단계에서 혼합용매가 상기 웨이퍼에 간헐적으로 접촉하는 펄스상 공급에 의해 세정됨을 특징으로 하는 반도체의 제조를 위한 세정방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 세정단계 후에 웨이퍼 위에 잔존하는 공용매와 오염물은 초임계 이산화탄소와 에탄올의 혼합물 또는 초임계 상태이거나 액체 상태의 이산화탄소만을 공급하므로써 제거됨을 특징으로 하는 반도체의 제조를 위한 세정방법.
- 이산화탄소를 공급하기 위하여 공급관을 통하여 고압세정용기에 연결되는 이산화탄소공급원, 상기 이산화탄소를 고압으로 송출하기 위한 고압펌프, 상기 공급관에 함께 연결되어 공용매를 공급하는 공용매공급원과 에탄올을 공급하는 에탄올공급원, 상기 이산화탄소 및 공용매와 에탄올을 가열하기 위하여 상기 공급관 상에 설치되는 히터, 상기 고압세정용기에 연결되어 용매를 순환시키기 위한 순환펌프 및 필터가 부착된 순환관 및 상기 고압세정용기에 연결되어 상기 고압세정용기로부터 인출되는 용매를 기체상의 이산화탄소 및 액체상의 공용매와 에탄올로 분리하는 분리기 및 분리된 기체상의 이산화탄소를 회수하여 응축하고 재사용하기 위한 회수관 및 이산화탄소응축용기들을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조를 위한 세정장치.
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