KR20010017151A - Method for Cleaning a Wafer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평탄화 공정후 잔류된 표면의 단차를 제거할 수 있도록 한 웨이퍼 세정 방법에 관해 개시된다. 본 발명은 공정이 완료된 웨이퍼의 표면에 잔류하는 찌꺼기를 제거하기 위하여 상기 웨이퍼의 표면을 1차 세정하는 단계와, 상기 웨이퍼를 회전시킨 후 상기 웨이퍼의 중심부로 세정액을 분사하며 2차 세정하는 단계와, 상기 웨이퍼의 표면을 건조시키는 단계로 이루어진다.The present invention is directed to a method of cleaning a wafer that enables to remove the step difference of the surface remaining after the planarization process. The present invention comprises the steps of first cleaning the surface of the wafer in order to remove the residue remaining on the surface of the wafer is completed, the second step of spraying the cleaning liquid to the center of the wafer after rotating the wafer and And drying the surface of the wafer.
Description
본 발명은 웨이퍼 세정 방법에 관한 것으로, 특히 평탄화 공정후 잔류된 표면의 단차를 제거할 수 있도록 한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer cleaning method, and more particularly, to a wafer cleaning method capable of removing the step difference of the surface remaining after the planarization process.
일반적으로 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 패턴의 크기 및 패턴간의 간격은 더욱 미세해지고, 이에 따라 웨이퍼 표면의 단차는 더욱 심화되는 실정이다. 이와 같은 웨이퍼 표면의 단차는 절연막상에 또 다른 패턴을 형성하기 위한 후속 사진 공정시 촛점 불량 등을 유발시켜 정확한 패턴의 형성을 어렵게 만든다. 그러므로 전극, 금속배선 등과 같은 패턴의 형성으로 인해 심화된 표면의 단차를 감소시키는 동시에 패턴간의 전기적 절연을 이루기 위하여 웨이퍼상에 절연막을 형성한 후 평탄화 공정을 실시한다.In general, as semiconductor devices are highly integrated, the size of the pattern and the spacing between the patterns become finer, and thus, the step height of the wafer surface is further deepened. Such a step difference on the surface of the wafer causes poor focal point and the like during the subsequent photographic process for forming another pattern on the insulating film, making it difficult to form an accurate pattern. Therefore, the planarization process is performed after forming an insulating film on the wafer to reduce the step height of the deepened surface due to the formation of a pattern such as an electrode or a metal wiring, and to achieve electrical insulation between the patterns.
고집적 반도체 소자의 제조 공정에서 대개 이러한 평탄화 공정은 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 방법으로 실시된다. 화학적 기계적 연마 방법은 연마제(Slurry)에 의한 화학적 반응과 연마패드에 의한 기계적 연마에 의해 표면의 평탄화가 이루어지도록 하는 방법이다.In the fabrication of highly integrated semiconductor devices, this planarization process is usually performed by a chemical mechanical polishing method. The chemical mechanical polishing method is a method in which the surface is planarized by chemical reaction with a slurry and mechanical polishing with a polishing pad.
화학적 기계적 연마 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 30 인치(inch) 정도 크기의 연마패드(2)가 장착된 플레이트(Plate; 도시안됨)가 회전되도록 하고, 상기 연마패드(2)에 연마제가 공급되는 상태에서 회전하는 웨이퍼(1)가 상기 연마패드(2)에 접촉되도록 하므로써 웨이퍼(1)상에 형성된 절연막이 연마되도록 하는 방법이다. 즉, 도 2a에 도시된 바와 같이 패턴(3)의 형성으로 인해 단차가 심화된 웨이퍼(1)상에 절연막(4)을 형성한 후 상기와 같은 화학적 기계적 연마 방법으로 평탄화 공정을 진행하면 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 절연막(4)의 표면이 평탄화된다.In the chemical mechanical polishing method, as shown in FIG. 1, a plate (not shown) mounted with a polishing pad 2 having a size of about 30 inches is rotated, and an abrasive is supplied to the polishing pad 2. The insulating film formed on the wafer 1 is polished by causing the rotating wafer 1 to come into contact with the polishing pad 2 in the state of being rotated. That is, as shown in FIG. 2A, when the insulating film 4 is formed on the wafer 1 having a step difference due to the formation of the pattern 3, the planarization process is performed by the chemical mechanical polishing method as described above. As shown in FIG. 4, the surface of the insulating film 4 is planarized.
그런데 상기와 같은 화학적 기계적 연마 방법을 이용하여 실제 절연막 평탄화공정을 실시하는 경우 웨이퍼의 중심부와 가장자리부의 연마 정도가 다르게 나타나는데, 이와 같은 현상은 웨이퍼와 연마패드가 접촉하는 압력, 연마제의 종류, 연마패드 표면의 상태 등에 따라 발생되는 것으로 파악되며, 실제 연마 공정후 표면의 평탄도를 측정하면 설비의 조건에 따라 4 내지 15%의 차이를 보인다.However, when performing the actual insulating film planarization process using the chemical mechanical polishing method as described above, the degree of polishing of the center and the edge of the wafer is different. Such a phenomenon is caused by the pressure between the wafer and the polishing pad, the type of abrasive, and the polishing pad. It is known to occur depending on the state of the surface, and after measuring the surface flatness after the actual polishing process shows a difference of 4 to 15% depending on the conditions of the installation.
그러므로 상기와 같은 연마 공정후에는 표면의 단차를 최소화시키는 동시에 연마 공정후 절연막의 표면에 잔류된 찌꺼기를 제거하기 위한 세정 공정을 실시하는데, 그러면 종래의 웨이퍼 세정 방법을 도 3을 통해 설명하면 다음과 같다.Therefore, after the polishing process as described above, a cleaning process for minimizing the surface step and removing residues on the surface of the insulating film after the polishing process is performed. The conventional wafer cleaning method will now be described with reference to FIG. same.
도 3은 종래의 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a conventional wafer cleaning method.
먼저, 연마 공정이 완료된 웨이퍼를 세정장비 내부로 로드(Road)한 후 순수(DI Water)를 사용하여 웨이퍼의 표면을 1차 세정한다 (단계 10). 상기 1차 세정 공정이 완료되면 파티클 제거용 세정액을 상기 웨이퍼의 표면에 분사하며 부러쉬(Brush)를 사용하여 웨이퍼의 표면을 세척한다 (단계 11). 이후 상기 웨이퍼상에 잔류하는 금속성 오염물질을 제거하기 위하여 HF 용액과 같은 금속 제거용 세정액을 사용하여 상기 웨이퍼의 표면을 2차 세정한다 (단계 12). 상기 2차 세정이 완료되면 웨이퍼가 회전되는 상태에서 순수를 사용하여 상기 웨이퍼의 표면을 3차 세정한 후 상기 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 상기 웨이퍼의 표면이 건조되도록 한다 (단계 13 및 14).First, after the polishing process is completed, the wafer is loaded into the cleaning equipment, and then the surface of the wafer is first cleaned using DI water (step 10). When the primary cleaning process is completed, the cleaning liquid for particle removal is sprayed onto the surface of the wafer and the surface of the wafer is cleaned using a brush (step 11). The surface of the wafer is then secondary cleaned using a metal removal rinse, such as HF solution, to remove metallic contaminants remaining on the wafer (step 12). After the secondary cleaning is completed, the surface of the wafer is thirdly cleaned using pure water in a state where the wafer is rotated, and then the wafer is rotated at high speed to dry the surface of the wafer (steps 13 and 14).
그런데 상기와 같은 종래의 웨이퍼 세정 방법은 첫째, 파티클 및 오염물질을 제거하기 위한 세정액을 주로 사용하기 때문에 연마 공정시 발생된 표면의 상처(Scratch)나 웨이퍼 표면의 단차를 감소시키지 못하며, 둘째, 3회의 세정 공정과 1회의 세척 공정으로 이루어지기 때문에 시간당 웨이퍼의 처리속도가 낮아 소자의 생산성이 저하된다. 또한, 셋째, 상기 세척 공정시 부러쉬를 사용하기 때문에 부러쉬에 이물질이 부착된 경우 웨이퍼의 표면에 상처가 생길 수 있으며, 웨이퍼 표면에 생긴 상처는 후속으로 실시되는 상기 2차 세정 공정시 성장되어 상처의 깊이가 더욱 심화된다.However, the conventional wafer cleaning method as described above, first, does not reduce the scratches on the surface or the level of the wafer surface generated during the polishing process because the cleaning liquid mainly used to remove particles and contaminants is not used. Since it consists of one cleaning process and one cleaning process, the processing speed of the wafer per hour is low, and the productivity of the device is lowered. In addition, since the brush is used during the cleaning process, when foreign matter is attached to the brush, a wound may occur on the surface of the wafer, and the wound on the surface of the wafer may be grown during the subsequent second cleaning process to remove the wound. Deeper depth.
따라서 본 발명은 연마 공정에 의해 제거되지 않은 표면의 단차를 감소시키기 위한 식각 공정과 표면에 잔류된 찌꺼기를 제거하기 위한 식각 공정이 동시에 이루어지도록 하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 웨이퍼 세정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a wafer cleaning method that can solve the above disadvantages by simultaneously performing an etching process for reducing the step difference of the surface not removed by the polishing process and an etching process for removing the residues left on the surface. Its purpose is to.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공정이 완료된 웨이퍼의 표면에 잔류하는 찌꺼기를 제거하기 위하여 상기 웨이퍼의 표면을 1차 세정하는 단계와, 상기 웨이퍼를 회전시킨 후 상기 웨이퍼의 중심부로 세정액을 분사하며 2차 세정하는 단계와, 상기 웨이퍼의 표면을 건조시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is the step of first cleaning the surface of the wafer in order to remove the residue remaining on the surface of the wafer is completed, and spraying the cleaning solution to the center of the wafer after rotating the wafer And secondary cleaning, and drying the surface of the wafer.
또한, 상기 1차 세정 공정은 순수를 사용하여 실시하고, 상기 2차 세정공정시 사용되는 세정액은 산화제, H2O2+ HF, H2O2+ NH4OH, H2O2+ HF + NH4F중 어느 하나이며, 상기 2차 세정 공정시 상기 웨이퍼는 100 내지 2500 RPM의 속도로 회전되는 것을 특징으로 한다.In addition, the primary cleaning process is performed using pure water, the cleaning liquid used in the secondary cleaning process is an oxidizing agent, H 2 O 2 + HF, H 2 O 2 + NH 4 OH, H 2 O 2 + HF + Any one of NH 4 F, wherein the wafer is rotated at a speed of 100 to 2500 RPM during the secondary cleaning process.
도 1은 화학적 기계적 연마 방법을 설명하기 위한 평면도.1 is a plan view for explaining a chemical mechanical polishing method.
도 2a 및 2b는 절연막 평탄화 공정을 설명하기 위한 단면도.2A and 2B are cross-sectional views for explaining an insulating film planarization step.
도 3은 종래의 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위한 흐름도.3 is a flowchart for explaining a conventional wafer cleaning method.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위한 흐름도.4 is a flowchart illustrating a wafer cleaning method according to the present invention.
도 5a, 6a 및 7a는 세정액의 분사 위치에 따른 세정액의 흐름을 설명하기 위한 개념도.5A, 6A and 7A are conceptual views for explaining the flow of the cleaning liquid according to the injection position of the cleaning liquid.
도 5b, 6b 및 7b는 웨이퍼의 회전 속도와 세정액의 분사 위치에 따른 웨이퍼 표면의 평탄도 차이를 도시한 그래프도.5B, 6B and 7B are graphs showing the difference in the flatness of the wafer surface according to the rotational speed of the wafer and the spraying position of the cleaning liquid.
〈도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명〉<Brief description of the main parts of the drawing>
1 및 31: 웨이퍼 2: 연마패드1 and 31: wafer 2: polishing pad
3: 패턴 4: 절연막3: pattern 4: insulating film
32: 세정액32: washing liquid
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a wafer cleaning method according to the present invention.
연마 공정이 완료된 웨이퍼를 세정장비 내부로 로드(Load)한 후 웨이퍼 표면에 잔류하는 찌꺼기를 제거하기 위하여 순수(DI Water)로 웨이퍼의 표면을 1차 세정한다 (단계 21). 상기 1차 세정 공정이 완료되면 상기 웨이퍼를 회전시키며 상기 웨이퍼의 중심부를 비롯하여 넓은 부위에 세정액이 분사되도록 하여 2차 세정이 이루어지도록 하고 (단계 22), 상기 2차 세정 공정이 완료되면 상기 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 상기 웨이퍼의 표면이 건조되도록 한다 (단계 23).After the polishing process is loaded into the cleaning equipment, the surface of the wafer is first washed with DI water in order to remove residues remaining on the surface of the wafer (step 21). When the first cleaning process is completed, the wafer is rotated and the cleaning liquid is sprayed to a wide area including the center of the wafer to perform the second cleaning (step 22). Rotate at high speed to allow the surface of the wafer to dry (step 23).
여기서, 상기 2차 세정 공정시 상기 웨이퍼의 회전속도는 100 내지 2500 RPM이 되도록 하며, 상기 세정액으로는 산화제, H2O2+ HF, H2O2+ NH4OH, H2O2+ HF + NH4F 등을 이용한다. 그리고 상기 건조 공정시 상기 웨이퍼의 회전속도는 1000 내지 2000 RPM이 되도록 한다.Here, in the secondary cleaning process, the rotational speed of the wafer is 100 to 2500 RPM, and the cleaning solution is an oxidizing agent, H 2 O 2 + HF, H 2 O 2 + NH 4 OH, H 2 O 2 + HF + NH 4 F or the like is used. And the rotation speed of the wafer during the drying process is to be 1000 to 2000 RPM.
상기와 같이 본 발명은 연마 공정시 완전히 제거되지 않은 표면의 단차를 감소시키기 위하여 상기 2차 세정 공정시 산화제, H2O2+ HF, H2O2+ NH4OH, H2O2+ HF + NH4F 등과 같은 세정액을 사용하므로써 절연막의 식각 및 세정이 동시에 진행되도록 하였으며, 또한, 상기 세정액이 웨이퍼의 중심부를 비롯하여 넓은 분위에 분사되도록 하고, 웨이퍼의 회전속도를 적절히 제어하므로써 표면의 평탄도가 균일하게 유지되도록 하였다.As described above, the present invention provides an oxidizing agent in the secondary cleaning process, H 2 O 2 + HF, H 2 O 2 + NH 4 OH, H 2 O 2 + HF in order to reduce the step height of the surface that is not completely removed during the polishing process. + By using a cleaning solution such as NH 4 F, the etching and cleaning of the insulating film are carried out at the same time. Also, the cleaning solution is sprayed to a wide range including the center of the wafer, and the surface flatness is controlled by appropriately controlling the rotational speed of the wafer. Was kept uniform.
참고적으로, 도 5a는 웨이퍼(31)를 500 내지 2500 RPM으로 회전시키며 세정액(32)을 웨이퍼(31)의 중심부로 분사한 경우 세정액(32)의 흐름을 도시한 것으로, 상기 웨이퍼(31)의 중심부보다 가장자리부의 식각이 빠르게 진행되어 도 5b와 같은 표면의 단차를 갖는다.For reference, FIG. 5A illustrates the flow of the cleaning liquid 32 when the wafer 31 is rotated at 500 to 2500 RPM and the cleaning liquid 32 is injected into the center of the wafer 31. Etching of the edge portion proceeds faster than that of the center portion, resulting in a step of the surface as shown in FIG.
도 6a는 웨이퍼(31)를 100 내지 2500 RPM으로 회전시키며 세정액(32)을 웨이퍼(31)의 중심부로부터 가장자리부로 분사한 경우 세정액(32)의 흐름을 도시한 것으로, 상기 웨이퍼(31)의 가장자리부보다 중심부의 식각이 빠르게 진행되어 도 6b와 같은 표면의 단차를 갖는다.FIG. 6A illustrates the flow of the cleaning liquid 32 when the wafer 31 is rotated at 100 to 2500 RPM and the cleaning liquid 32 is injected from the center of the wafer 31 to the edge portion, and the edge of the wafer 31 is shown. Etching of the central portion proceeds faster than that of the portion, resulting in a step of the surface as shown in FIG. 6B.
도 7a는 웨이퍼를(31) 100 내지 2500 RPM으로 회전시키며 웨이퍼(31)의 중심부를 비롯하여 넓은 부위에 세정액(32)이 분사되도록 한 경우 세정액(32)의 흐름을 도시한 것으로, 상기 세정액이 분사되는 면적이 넓기 때문에 도 7b와 같이 양호한 평탄도를 이룰 수 있다.FIG. 7A illustrates the flow of the cleaning liquid 32 when the wafer 31 is rotated at 100 to 2500 RPM and the cleaning liquid 32 is sprayed to a wide area including the center of the wafer 31. Since the area is large, good flatness can be achieved as shown in FIG. 7B.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 절연막의 식각 및 세정이 동시에 이루어지도록 하되, 세정액이 웨이퍼의 넓은 부위에 고르게 분사되도록 하므로써 연마 공정시 완전히 제거되지 않은 표면의 단차가 효과적으로 최소화된다. 또한 부러쉬를 사용하지 않으므로 웨이퍼 표면의 상처로 인한 불량의 발생이 방지되고, 공정의 단계가 감소되어 웨이퍼의 처리속도가 증가되므로써 소자의 수율이 향상된다.As described above, according to the present invention, the etching and the cleaning of the insulating film are simultaneously performed, but the cleaning liquid is evenly sprayed on the wide area of the wafer, thereby effectively minimizing the level difference of the surface that is not completely removed during the polishing process. In addition, since the brush is not used, defects caused by scratches on the surface of the wafer are prevented, and steps of the process are reduced to increase the processing speed of the wafer, thereby improving device yield.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114023628A (en) * | 2021-10-21 | 2022-02-08 | 上海华力集成电路制造有限公司 | Method for solving spherical residues after ST250 cleaning |
-
1999
- 1999-08-09 KR KR1019990032523A patent/KR20010017151A/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114023628A (en) * | 2021-10-21 | 2022-02-08 | 上海华力集成电路制造有限公司 | Method for solving spherical residues after ST250 cleaning |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19990809 |
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