KR101044409B1 - 기판 세정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 세정 방법을 개시한 것으로서, 에스피엠(SPM), 희석된 불산(dHF), 그리고 제 1 표준 세정액(SC-1)을 순차적으로 공급하여 에싱 공정이 진행된 기판을 약액 처리하고, 약액 처리된 기판을 린스한 후 건조하는 것을 특징으로 가진다.

이러한 특징에 의하면, 기판 세정 공정의 공정 시간을 단축하고, 세정 공정에 사용되는 약액에 의한 기판상의 막질의 불필요한 식각을 최소화할 수 있는 기판 세정 방법을 제공할 수 있다.

세정, 에스피엠, 희석된 불산, 제 1 표준 세정액

Description

기판 세정 방법{METHOD FOR CLEANING SUBSTRATE}

본 발명은 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판을 세정 처리하는 기판 세정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스는 기판상에 여러 가지 물질을 박막 형태로 증착하고 이를 패터닝하여 제조된다. 이를 위하여 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 및 세정 공정 등 여러 단계의 서로 다른 공정들이 요구된다.

이들 공정 중 식각 공정은 기판상에 형성된 막질을 제거하는 공정이고, 세정 공정은 반도체 제조를 위한 각 단위 공정의 진행 후 기판 표면에 잔류하는 오염 물질을 제거하는 공정이다. 식각 공정 및 세정 공정은 공정 진행 방식에 따라 습식 방식과 건식 방식으로 분류되며, 습식 방식은 배치 타입의 방식과 스핀 타입의 방식으로 분류된다.

스핀 타입의 방식은 한 장의 기판을 처리할 수 있는 척 부재에 기판을 고정한 후, 기판을 회전시키면서 분사 노즐을 통해 기판에 약액 또는 탈이온수를 공급하여, 원심력에 의해 약액 또는 탈이온수를 기판의 전면으로 퍼지게 함으로써 기판을 세정 처리하며, 기판의 세정 처리 후에는 건조 가스로 기판을 건조한다.

본 발명은 세정 공정의 공정 효율을 증대시킬 수 있는 기판 세정 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 세정 방법은, 에스피엠(SPM), 희석된 불산(dHF), 그리고 제 1 표준 세정액(SC-1)을 기판에 순차적으로 공급하여 기판을 약액 처리하는 단계; 약액 처리된 상기 기판을 린스하는 단계; 및 린스된 상기 기판을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명에 의한 기판 세정 방법에 있어서, 상기 희석된 불산(dHF)의 초순수와 불산 용액의 혼합 비율은 500:1 내지 1000:1일 수 있다.

다른 예에 의하면, 상기 희석된 불산(dHF)의 초순수와 불산 용액의 혼합 비율은 500:1일 수 있다.

상기 기판의 상기 약액 처리 단계, 상기 린스 단계, 그리고 상기 건조 단계는 매엽 방식으로 진행될 수 있다.

상기 약액 처리 단계의 진행 중 상기 기판은 회전되며, 상기 기판은, 상기 제 1 표준 세정액(SC-1)을 이용한 약액 처리시, 상기 에스피엠(SPM)과 상기 희석된 불산(dHF)을 이용한 약액 처리시보다 저속으로 회전될 수 있다.

상기 에스피엠(SPM)과 상기 희석된 불산(dHF)을 이용한 약액 처리시, 상기 기판은 200 RPM의 속도로 회전되고, 상기 제 1 표준 세정액(SC-1)을 이용한 약액 처리시, 상기 기판은 100 RPM의 속도로 회전될 수 있다.

상기 약액 처리 단계, 상기 린스 단계, 그리고 상기 건조 단계는 에싱(Ashing) 공정을 거친 기판에 대해 진행될 수 있다.

본 발명에 의하면, 세정 공정의 공정 시간을 단축할 수 있다.

그리고 본 발명에 의하면, 세정 공정에 사용되는 약액에 의한 기판상의 막질의 불필요한 에칭을 최소화할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 세정 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

( 실시 예 )

도 1은 본 발명에 따른 기판 세정 방법이 적용된 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 매엽식 기판 세정 설비는 로딩/언로딩부(1), 캐리어 이송부(2), 캐리어 테이블(3), 기판 이송부(4), 그리고 세정 처리부(5)를 포함한다.

로딩/언로딩부(1)는 기판들이 수용된 캐리어(C)가 놓이는 인/아웃 포트(1-1)를 가진다. 로딩/언로딩부(1)에 인접하게 캐리어 이송부(2)가 배치되고, 캐리어 이송부(2)의 타 측 중앙부에는 기판 이송부(4)가 배치된다. 기판 이송부(4)는 캐리어 이송부(2)에 수직한 방향으로 형성된 이송 로봇(4-3) 이동용 통로(4-1)를 가진다. 통로(4-1)의 내측에는 통로(4-1)의 길이 방향을 따라 이송 가이드(4-2)가 설치되고, 이송 로봇(4-3)이 이송 가이드(4-2)에 의해 안내되어 통로(4-1)의 길이 방향을 따라 이동한다.

통로(4-1)의 양측에는 캐리어 테이블(3)과 세정 처리부(5)가 각각 배치된다. 세정 처리부(5)는 기판 이송부(4)의 통로(410) 양측에 나란하게 배치된 복수 개의 공정 챔버들(5a,5b,5c,5d)을 가진다. 기판 이송부(4), 캐리어 테이블(3) 및 세정 처리부(5)는 상층과 하층의 복층 구조로 배치될 수 있으며, 캐리어 이송부(2) 또한 복층 구조의 캐리어 테이블(3)에 대응하도록 복층 구조를 가질 수 있다. 그리고, 캐리어 이송부(2), 캐리어 테이블(3), 기판 이송부(4) 및 세정 처리부(5)의 상부에는 청정 공기를 공급하는 팬 필터 유닛(Fan Filter Unit)(미도시)이 각각 제공될 수 있다.

기판을 수용하는 캐리어(C)로는 전면 개방 일체식 포드(Front Open Unified Pod)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 캐리어(C)는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead Conveyor), 또는 자동 안내 차량(Automatic Guided Vehicle)과 같은 이송 수단(도시되지 않음)에 의해 로딩/언로딩부(1)의 인/아웃 포트(1-1) 상에 놓인다.

로딩/언로딩부(1)의 인/아웃 포트(1-1)에 놓인 캐리어(C)는 캐리어 이송부(2)에 의해 캐리어 테이블(3)로 이송된다. 기판 이송부(4)의 이송 로봇(4-3)은 캐리어 테이블(3)에 놓인 캐리어(C)로부터 세정 처리될 기판을 세정 처리부(5)의 공정 챔버들(5a,5b,5c,5d)로 이송하고, 공정 챔버들(5a,5b,5c,5d)에서는 기판의 세정 처리 공정이 진행된다.

세정 처리부(5)에서 세정 처리된 기판은 이송 로봇(4-3)에 의해 캐리어 테이블(3) 상의 캐리어(C)로 이송되며, 세정 처리된 기판들을 수용하는 캐리어(C)는 캐리어 이송부(2)에 의해 로딩/언로딩부(1)의 인/아웃 포트(1-1)에 놓인다.

도 2는 도 1의 공정 챔버의 내부 구성을 보여주는 사시도이다.

도 2를 참조하면, 공정 챔버의 내부에는 기판 지지 유닛(10), 바울(20) 및 기판 세정 수단(30,40,50)이 구비된다. 기판 지지 유닛(10)은 기판의 세정 공정 진행 중 기판(W)을 지지하며, 공정이 진행되는 동안 회전될 수 있다. 기판 지지 유닛(10)의 외측에는 공정에 사용된 약액들을 분리하여 회수하기 위한 바울(20)이 설치된다. 바울(20)의 둘레에는 기판을 세정하기 위한 기판 세정 수단(30,40,50)이 배치된다.

기판 세정 수단(30,40,50)은 기판으로 약액을 공급하는 제 1 처리 유체 공급 부재(30), 기판으로 린스액 또는 건조 가스를 공급하는 제 2 처리 유체 공급 부재(40) 및 초음파 세정 부재(50)를 포함할 수 있다.

제 1 처리 유체 공급 부재(30)는 스캔 방식으로 직선 왕복 운동하며 기판상에 약액을 공급할 수 있다. 기판의 세정 공정에 사용되는 약액으로는 에스피엠(SPM), 희석된 불산(dHF), 그리고 제 1 표준 세정액(SC-1) 등이 사용될 수 있다.

에스피엠(SPM, Sulfuric Peroxide Mixture)은 황산(H₂SO₄)과 과산화수소(H₂O₂)가 혼합된 약액으로, 기판 표면의 유기 오염물을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 희석된 불산(DHF, Dilute HydroFluoric acid)은 불산 용액을 초순수로 희석한 약액으로 에스피엠(SPM)의 린스를 위해 사용될 수 있다. 제 1 표준 세정액(SC-1)은 수산화암모늄(NH₄OH)과 과산화수소(H₂O₂) 및 물(H₂O)이 혼합된 약액으로, 파티클과 유기 오염물을 제거하기 위해 사용될 수 있다.

제 1 처리 유체 공급 부재(30)는 적어도 하나 이상의 약액 공급 노즐(32)을 가지며, 기판 처리에 사용되는 약액의 종류에 따라 선택된 어느 하나의 약액 공급 노즐(32)을 이용하여 기판상에 약액을 공급한다. 약액 공급 노즐(32)은 이동 로드(34)와 픽업(Pick-up) 부재(36)의 구동에 의해 취사 선택된다. 수직 방향으로 설치된 이동 로드(34)는 구동부(미도시)에 의해 스캔 방향을 따라 직선 왕복 운동할 수 있으며, 또한 상하 방향으로도 운동이 가능하다. 이동 로드(34)의 상하 이동에 의해 이동 로드(34)의 상단에 수평 방향으로 연결된 픽업 부재(36)가 상하 이동하 고, 픽업 부재(36)는 선택된 어느 하나의 약액 공급 노즐(32)을 픽업한다. 픽업 부재(36)에 약액 공급 노즐(32)이 픽업된 상태에서 이동 로드(34)가 스캔 방향을 따라 이동하고, 약액 공급 노즐(32)은 기판상으로 약액을 공급한다. 이때, 기판 지지 유닛(10)의 회전에 의해 기판 지지 유닛(10)에 놓인 기판이 회전된다.

제 2 처리 유체 공급 부재(40)는 붐 스윙 방식으로 회전 운동하며 기판상에 린스액 또는 건조 가스를 공급한다. 린스액으로는 초순수(DIW:Deionized Water)가 사용될 수 있고, 건조 가스로는 이소프로필 알코올 가스(IPA:Isopropyl alcohol gas) 또는 질소 가스와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.

제 2 처리 유체 공급 부재(40)는 수직하게 배치되며 기판 지지 유닛(10)을 향해 린스액 또는 건조 가스를 공급하는 노즐(42)을 가진다. 노즐(42)은 노즐 지지대(44)의 일단에 연결되고, 노즐 지지대(44)는 노즐(42)과 직각을 유지하도록 수평 방향으로 배치된다. 노즐 지지대(44)의 타 단에는 노즐 지지대(44)와 직각을 유지하도록 수직 방향으로 배치되며, 공정 진행시 또는 공정 전후에 노즐(42)을 이동시키는 이동 로드(46)가 결합된다. 그리고, 이동 로드(46)는 구동부(미도시)에 연결된다. 구동부(미도시)는 노즐(42)을 회전시키기 위한 모터일 수 있으며, 선택적으로 노즐(42)을 상하 방향으로 직선 이동시키기 위한 어셈블리일 수도 있다.

초음파 세정 부재(50)는 기판(W)상에 공급되는 약액에 초음파 진동을 인가하는 진동자(52)를 가진다. 진동자(52)는 수평 방향으로 배치된 지지대(54)의 일단에 연결된다. 지지대(54)의 타 단에는 지지대(54)와 직각을 유지하도록 수직 방향으로 배치되며, 공정 진행시 또는 공정 전후에 진동자(52)를 이동시키는 이동 로드(56) 가 결합된다. 그리고, 이동 로드(56)는 구동부(미도시)에 연결된다. 구동부(미도시)는 진동자(52)를 회전시키기 위한 모터일 수 있으며, 선택적으로 진동자(52)를 상하 방향으로 직선 이동시키기 위한 어셈블리일 수도 있다.

기판상에 공급된 약액은 기판상의 오염 물질을 식각 또는 박리시키며, 이때 초음파 세정 부재(50)를 이용하여 약액에 초음파 진동을 인가한다. 약액에 인가된 초음파 진동은 약액과 기판(W)상의 오염 물질의 화학 반응을 촉진시켜 기판(W)상의 오염 물질의 제거 효율을 향상시킨다.

이하에서는, 상기와 같은 구성을 가지는 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 공정에 대해 설명한다. 기판 처리 공정은, 예를 들면, 에싱(Ashing) 처리된 기판을 세정하는(Post-Ashing Cleaning) 공정일 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 기판 세정 방법의 공정 흐름도이다.

도 2와, 도 3을 참조하면, 에싱(Ashing) 공정이 진행된 기판이 기판 지지 유닛(10)에 로딩된다. 기판은 기판 지지 유닛(10)의 회전에 의해 회전되며, 기판의 회전 속도는 예를 들어 200 RPM일 수 있다. 제 1 처리 유체 공급 부재(30)는 회전하는 기판상에 에스피엠(SPM) 약액을 공급한다. 에스피엠 약액은 130±20 ℃의 온도 범위로 가열된 상태로 공급될 수 있으며, 에스피엠 약액의 공급 시간은 예를 들어 30초일 수 있다. 기판에 공급된 에스피엠 약액은 에싱 공정 후 기판상에 잔류하는 유기 오염 물질을 제거한다.(S10)

에스피엠 약액을 이용한 기판 처리 공정 후, 제 1 처리 유체 공급 부재(30) 는 회전하는 기판상에 희석된 불산(dHF)을 공급한다. 기판의 회전 속도는 에스피엠 약액의 공급시와 마찬가지로 200 RPM의 속도로 회전될 수 있다. 희석된 불산(dHF)의 초순수와 불산 용액의 혼합 비율은 500:1 내지 1000:1의 범위일 수 있으며, 바람직하게는 500:1일 수 있다. 희석된 불산은 상온 상태로 공급될 수 있으며, 희석된 불산의 공급 시간은 예를 들어 15초일 수 있다. 기판에 공급된 희석된 불산은 에스피엠 용액을 린스하고, 이와 동시에 에싱 공정 후 기판상의 패턴 주위에 잔존하는 레지듀(Residue)를 제거한다. 희석된 불산은 500:1 이상의 비율로 혼합되어 농도가 현저히 낮기 때문에, 에스피엠 용액과 희석된 불산의 공급 사이에 린스 공정이 필요없을 수 있다.(S20)

희석된 불산을 이용한 기판 처리 공정 후, 제 1 처리 유체 공급 부재(30)는 회전하는 기판상에 제 1 표준 세정액(SC-1)을 공급한다. 기판의 회전 속도는 희석된 불산의 공급시보다 저속일 수 있으며, 예를 들어 기판은 100 RPM의 속도로 회전될 수 있다. 제 1 표준 세정액(SC-1)은 70±10 ℃의 온도 범위로 가열된 상태로 공급될 수 있으며, 제 1 표준 세정액의 공급 시간은 예를 들어 15초일 수 있다. 기판에 공급된 제 1 표준 세정액은 기판상의 파티클을 제거하고, 이와 동시에 기판상의 유기 오염 물질을 제거할 수 있다. 제 1 표준 세정액에 앞서 공급된 희석된 불산은 500:1 이상의 비율로 혼합되어 농도가 현저히 낮기 때문에, 희석된 불산과 제 1 표준 세정액의 공급 사이에 린스 공정이 필요없을 수 있다.(S30)

제 1 표준 세정액을 이용한 기판 처리 공정 후, 제 2 처리 유체 공급 부재(40)는 회전하는 기판상에 린스액을 공급한다. 기판의 회전 속도는, 예를 들어 200 RPM일 수 있다. 린스액으로는 탈이온수(DIW)가 사용될 수 있으며, 탈이온수의 공급 시간은 예를 들어 15초일 수 있다. 탈이온수는 기판상의 제 1 표준 세정액을 린스한다.(S40)

탈이온수를 이용한 린스 공정 후, 제 2 처리 유체 공급 부재(40)는 회전하는 기판상에 건조 가스를 공급한다. 기판의 회전 속도는, 예를 들어 1500 RPM일 수 있다. 건조 가스로는 이소프로필 알코올 가스(IPA:Isopropyl alcohol gas) 또는 질소 가스와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있으며, 건조 가스의 공급 시간은 예를 들어 20초일 수 있다. 건조 가스는 기판상의 탈이온수를 건조한다.(S50)

상술한 바와 같은 과정들 중, 제 1 표준 세정액을 이용한 약액 처리의 시간(15초)은, 에스피엠 약액의 린스를 위해 탈이온수를 사용하는 종래 경우의 제 1 표준 세정액의 처리 시간(90~120초)보다 훨씬 단축될 수 있다. 이는 에스피엠 약액의 린스를 위해 희석된 불산(dHF)을 사용하기 때문에 가능하다.

그리고, 종래의 경우, 제 1 표준 세정액의 공급 시간이 90~120초이므로, 제 1 표준 세정액의 식각율(Etching Rate)이 1Å/min인 것을 감안하면, 이 시간 동안 기판상의 식각되지 말아야 할 막질이 최대 2Å까지 제 1 표준 세정액에 의해 식각될 수 있다.

반면에, 본 발명의 경우, 희석된 불산(dHF)의 식각율이 2.8Å/min이고, 희석된 불산의 공급 시간이 15초인 것을 감안하면, 기판상의 막질이 희석된 불산에 의해 0.7Å 식각될 수 있다. 그리고 제 1 표준 세정액의 식각율이 1Å/min이고, 제 1 표준 세정액의 공급 시간이 15초인 것을 감안하면, 기판상의 막질이 제 1 표준 세정액에 의해 0.25Å 식각될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 경우, 약액 처리 공정의 진행 중에 기판상의 식각되지 말아야 할 막질이 최대 0.95Å까지 식각된다. 이는 최대 2Å까지 식각되는 종래의 경우와 비교하여 현저히 작은 식각량임을 알 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 기판 세정 방법이 적용된 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 2는 도 1의 공정 챔버의 내부 구성을 보여주는 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 기판 세정 방법의 공정 흐름도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 기판 지지 유닛 30: 제 1 처리 유체 공급 부재

40: 제 2 처리 유체 공급 부재

Claims (7)

1. 에스피엠(SPM), 초순수로 희석된 불산(dHF), 그리고 제 1 표준 세정액(SC-1)을 기판에 순차적으로 공급하여 기판을 약액 처리하는 단계;

   약액 처리된 상기 기판을 린스하는 단계; 및

   린스된 상기 기판을 건조하는 단계를 포함하되;

   상기 약액 처리 단계에서 상기 기판은,

   상기 제 1 표준 세정액(SC-1)을 이용한 약액 처리시, 상기 에스피엠(SPM)과 상기 희석된 불산(dHF)을 이용한 약액 처리시보다 저속으로 회전되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 희석된 불산(dHF)의 초순수와 불산 용액의 혼합 비율은 500:1 내지 1000:1인 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 기판의 상기 약액 처리 단계, 상기 린스 단계, 그리고 상기 건조 단계는 매엽 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 에스피엠(SPM)과 상기 희석된 불산(dHF)을 이용한 약액 처리시, 상기 기판은 200 RPM의 속도로 회전되고,

   상기 제 1 표준 세정액(SC-1)을 이용한 약액 처리시, 상기 기판은 100 RPM의 속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 약액 처리 단계, 상기 린스 단계, 그리고 상기 건조 단계는 에싱(Ashing) 공정을 거친 기판에 대해 진행되는 것을 특징으로 하는 기판 세정 방법.

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