KR100712733B1 - 산화막 제조 장치 및 그 방법 - Google Patents

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이건호
배소익
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Abstract

산화막 제조 장치 및 그 방법이 개시된다. 개시된 산화막 제조 장치는, 실리콘 웨이퍼가 수납되어 산화막이 형성되는 세정조와; 상기 세정조를 순환하는 순환배관의 일측에 설치되어 오존가스와 초순수에 의해 오존수가 형성되도록 하는 오존접촉기와; 상기 오존접촉기에서 초순수에 용존하지 않은 오존가스와 순환하는 순환배관 내의 잔존가스를 제거하여 상기 세정조로 오존수만을 공급해주는 버블제거기;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 산화막 제조 장치 및 방법을 채용함으로써, 장비를 단순화시키고, 비용을 절감할 수 있으며, 효율적으로 오존을 공급할 수 있고, 비교적 저온에서 균일한 두께를 갖는 산화막을 제조 및 개선할 수 있고, 안정한 실리콘 표면을 제조할 수 있는 이점이 있다.
실리콘 웨이퍼, 세정조, 오존수, 산화막

Description

산화막 제조 장치 및 그 방법{SYSTEM FOR MANUFACTURING OXIDE FILM AND METHOD FOR THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 산화막 제조 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 세정액에 담그는 시간에 따른 오존수 세정(실시예) 및 일반적으로 사용되는 SC-1세정 방법(비교예)에 의해서 웨이퍼 표면에 성장하는 자연 산화막의 두께를 보여주는 그래프.
도 3은 본 발명의 오존수 세정 및 일반적으로 사용되는 SC-1세정 방법에 따른 웨이퍼 표면의 산화막 균일도를 비교한 그래프.
도 4는 본 발명의 오존수 세정 및 일반적으로 사용되는 SC-1세정 방법에 따른 웨이퍼 표면의 접촉각을 비교한 그래프.
도 5은 본 발명의 오존수 세정 및 일반적으로 사용되는 SC-1세정 방법에 따른 웨이퍼 표면의 거칠기를 비교한 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10. 웨이퍼
11. 세정조
12. 순환펌프
13. 냉각기
14. 오존접촉기
15. 댐퍼
16. 버블제거기
17. 필터
본 발명은 산화막 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼 표면에 균일한 두께를 갖는 산화막을 제조하고, 웨이퍼 표면을 친수성으로 만들며, 웨이퍼 표면 거칠기를 감소시키기 위한 산화막 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켜 산화막을 형성시키는 종래의 방법으로는 초순수, RCA 세정, 고온의 노(furnace)에서 산소 가스를 주입하면서 열처리를 하는 방법, 또는 화학 증착법, 오존에 의한 방법 등이 사용되어졌다.
이러한 방법들은 실리콘 웨이퍼 표면에 실리콘 산화막 절연층을 형성하거나, 실리콘 웨이퍼 표면을 세정하고 안정된 산화막을 얻고자 할 때 주로 사용되었다.
그리고 초순수 내에서의 산화막 제조 방법은, 초순수에 존재하는 산소 성분들이 산화막의 성장을 촉진시키는데, 이때 침지 시간이 길수록, 그리고 초순수 내 산소의 농도가 높을수록 산화막의 두께는 더욱 증가한다. 이러한 방법은 세정 시간이 오래 걸리며, 친수화된 안정된 상태의 산화막 제조가 어렵다.
또한 RCA 세정액 중 SC-1 세정에 함유된 과수 성분으로 인해 최종적으로 웨이퍼 표면에 화학적인 산화막이 생성된다. 이러한 처리 과정에서 과산화수소는 물과 산소로 분해되면서 산소가스가 발생된다. 산소 가스에 의한 버블(bubble)은 실리콘 표면에 미세 거칠기(micro-roughness)의 영향을 주는 요인이 된다.
그리고 세정에 사용된 화학 물질 자체의 금속 불순물에 의해서 웨이퍼 표면에 금속 오염이 야기되기 때문에 친수화된 안정한 상태의 웨이퍼 표면을 유지시키기 어렵다.
종래의 노(furnace) 또는 화학 증착법 등으로 실리콘 웨이퍼의 표면에 산화막을 제조할 때에는, 산화막의 두께를 100Å 이상인 수백Å으로 제조할 때에는 실리콘 웨이퍼 표면 전체에 균일하게 형성되나, 100Å 이하의 수십Å으로 제조할 때에는 실리콘 웨이퍼의 표면 전체에 균일하게 형성되도록 제어하기 어렵다.
이러한 종래의 실리콘 웨이퍼의 산화 방법에 사용되는 장비는 대형이고, 그에 따른 비용이 많이 드는 문제점이 있었으며, 또한, 실리콘 표면의 결함을 평가하기 위하여 산화막을 형성할 때 세정에 의한 표면의 변화가 발생함으로 그 결함 평가가 정확하게 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
산화막 형성방법에 관계되는 종래의 방법으로서, 예컨대, (a)일본 특개평 1995-0001950호에 실리콘 웨이퍼를 고온 순수로 린스하면서 오존을 주입하여 균일한 산화막을 형성하는 방법과, (b)일본 특개평 1997-0052898호에 오존이 희석된 순수한 물에 상기 웨이퍼를 침지시킨 후 자외선을 조사하여 완전한 결합을 이루도록 함을 특징으로 하는 산화막 형성방법과, (c)일본 특개평 1999-026460호에, 오존수 또는 UV-오존을 이용하여 자연 산화막(예컨대, 20Å 이하)을 생성시켜 웨이퍼 전 표면을 친수화 되도록 하고 묽은 산화 용액을 이용하여서 소정 두께(예컨대, 3Å 이상)식각하는 웨이퍼 세정 방법이 각각 개시되어 있다.
그런데, 상기 (a)의 발명의 세척액은, 오존을 고온 순수에 주입하여 오존수를 공급하는 방법으로, 고온에서 행하기 때문에 세척 효율은 향상하지만, 초순수에 오존의 용해 농도를 확보할 수 없게 되는 우려가 있다.
그리고 상기 (b)의 발명에서는, 오존을 용해하기 위해서는 오존수에 자외선을 조사하는 방법으로 비용과 공정이 다소 복잡하다. 또한 오존수 린스를 행한 뒤의 웨이퍼를 건조시키기 위해 건조 장치를 이용하는 경우에 건조 장치의 내부에 오존수가 들어갈 수 있고, 건조 장치의 내부가 오존수로 오염되는 문제점이 있다.
또한 상기 (c)의 발명은 세척 공정에 있어서 용존 오존 농도는 2ppm 이하의 농도 범위를 갖는다. 오존 농도가 2ppm에서 1500초 동안 웨이퍼를 세정액에 담갔을 때 산화막 두께가 12Å의 산화막이 형성되는 것으로, 이 방법에서는 세척시간이 너무 길기 때문에 세척 능력은 향상하지만, 에칭(etching)량이 너무 커지는 우려가 있다. 또한 일반적인 효율적인 세정시간의 범위에서 친수성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 장비를 단순화시키고 비용을 절감하며, 효율적으로 오존을 공급하고, 비교적 저온에서 균일한 두께를 갖는 산화막을 제조하여 웨이퍼 표면을 친수성으로 만들며, 웨이퍼 표 면 거칠기를 감소시켜 안정한 실리콘 표면을 제조할 수 있도록 한 산화막 제조 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산화막 제조 장치는, 실리콘 웨이퍼가 수납되어 산화막이 형성되는 세정조와; 상기 세정조를 순환하는 순환배관의 일측에 설치되어 오존가스와 초순수에 의해 오존수가 형성되도록 하는 오존접촉기와; 상기 오존접촉기에서 초순수에 용존하지 않은 오존가스와 순환하는 순환배관 내의 잔존가스를 제거하여 상기 세정조로 오존수만을 공급해주는 버블제거기;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산화막 제조 방법은, (a) 실리콘 웨이퍼를 오존수조인 세정조에 침지 처리하여 상기 실리콘 웨이퍼 표면에 균일한 산화막을 제조하고, 상기 실리콘 웨이퍼 표면을 친수성으로 형성하는 단계와; (b) 상기 실리콘 웨이퍼를 순수한 물을 이용하여 린스하는 단계와; (c) 상기 실리콘 웨이퍼 표면의 수분을 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 산화막 제조 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 산화막 제조 장치는, 실리콘 웨이퍼(10)가 수납된 세정조(11)와, 이 세정조(11)를 순환하는 순환배관의 일측에 설치되어 오존 가스와 초순수에 의해 오존수가 형성되도록 하는 오존접촉기(14)와, 이 오존접촉기(14)에서 초순수에 용존하지 않은 오존가스와 순환하는 순환배관 내의 잔존가스를 제거하여 세정조(11)로 오존수만을 공급해주는 버블제거기(16)를 포함하여 구성된다.
그리고 본 발명에 따른 산화막 제조 장치에는, 상기 순환배관에는 온도를 일정하게 유지시키기 위한 냉각기(13)와, 순환배관의 일측에 설치되어 발생된 오존수 세정액이 순환하도록 작동하는 순환펌프(12)와, 상기 세정조(11)에 공급되는 세정액의 맥동을 잡고 일정 유량을 공급하도록 하는 댐퍼(15)와, 상기 순환배관을 순환하는 세정액을 여과(filtering)하여 세정조(11)로 공급하기 위한 필터(17)가 구비된다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 산화막 제조 장치를 적용하여 본 발명에 따른 산화막 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 산화막 제조 방법은, 실리콘 웨이퍼(10)의 표면을 안정적인 표면 상태로 친수성화하는 조성의 오존수로 그 실리콘 웨이퍼(10)를 세척하는 공정, 즉 케미컬(Chemical) 산화막을 성장시키는 단계와 동시에, 순수한 물을 이용한 린스를 행하여 건조 장치의 내부 오염을 방지하는 것이 가능한 웨이퍼 세척한다.
즉, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 산화막 제조 방법은, 실리콘 웨이퍼(10)를 오존수조인 세정조(11)에 침지 처리하여 실리콘 웨이퍼(10) 표면에 균일한 산화막을 제조하여 실리콘 웨이퍼(1)) 표면을 친수성으로 형성한다.(단계 110)
그리고 건조 장치의 내부 오염을 방지하기 위한 순수한 물을 이용하여 린스(Rinse)한다.(단계 120)
이어서, 상기 웨이퍼 표면의 수분을 건조시킨다.(단계 130)
그리고 상기 단계 110에서, 산화막 제조 공정으로의 산화막은 오존수에 의해서 생성되고, 상기 순수한 물 중의 오존 농도는 1ppm 이상 포화 농도까지가 바람직하다. 즉, 상기 산화막은 1ppm~20ppm의 범위 내의의 오존 농도에서 형성된다.
상기한 오존 농도가 1ppm 미만에서는 산화막 형성 능력이 부족하기 때문에 실리콘 웨이퍼 표면을 충분히 친수성화로 표면이 안정화되지 못하여 실리콘 웨이퍼 표면에 파티클이 부착하거나, 건조 시에 워터 마크(water mark)가 발생하고, 따라서 표면 품질이 떨어진다.
그리고 상기한 산화막 제조 공정에 있어서, 상기 소정 두께의 산화막은 대략 30Å 보다 얇은 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 오존 농도 및 세정 시간에 따라 산화막 두께를 100Å 이하의 수십 Å으로 제조가 가능하다. 바람직하게는 상기 산화막 두께를 30Å 이하로 한다.
그리고 상기 단계 120의 세정 공정으로의 세정 온도는, 특별히 한정하는 것이 아니지만, 바람직하게는 10∼30℃로 한다.
그 이유는, 세정 온도를 저하시킨다면, 세척 효율이 저하되는 가능성이 있기 때문이다. 그리고 세척 온도를 올리고 공정을 진행한다면, 세척 효율은 향상하지만, 오존(ozone)의 용해 농도를 확보할 수 없게 되는 우려가 있다.
또한 상기한 세정 공정의 처리 시간은, 10초∼10분이 바람직하다. 그 이유 는, 10초 미만에서는, 웨이퍼 표면에 충분한 산화 피막을 형성하는 능력이 떨어지고, 10분 보다 길게 계속 진행해도 웨이퍼표면의 친수성화 효과가 높아지는 것은 없기 때문이다.
그리고 오존수 린스의 뒤에 순수한 물 린스를 행하고, 상기 단계 130의 건조 공정에 있어서는, 건조 장치 내에 오존수를 가지고 들어갈 수 있는 것이 방지되고, 오존(ozone)에 의한 건조 장치 내의 오염을 방지하는 것이 가능해진다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 산화막 제조 장치 및 산화막 제조 방법을 좀 더 부연하여 설명하면 다음과 같다.
도 2에는 본 발명의 세정액에 담그는 시간에 따른 오존수 세정 방법(실시예) 및 일반적으로 사용되는 SC-1 세정 방법(비교예)에 의해서 웨이퍼 표면에 성장하는 자연 산화막의 두께를 보여주는 그래프가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 수평축은 담그는 시간인 반면에, 수직축은 SC-1과 오존수에서 형성된 산화막의 두께를 보여주며, 오존수에서 화학 산화막(native oxide)이 두껍게 성장함을 알 수 있다.
그리고 도 3에는 본 발명의 오존수 세정 및 일반적으로 사용되는 SC-1 세정방법에 따른 웨이퍼 표면의 산화막 균일도를 비교한 그래프가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, SC-1과 오존수에 의한 실리콘 웨이퍼(10) 산화막의 균일한 정도를 비교한 결과 SC-1 세정과 오존 세정 후 각각 산화막 균일도가 4.18%, 3.36%로 오존에 의한 산화막이 더 균일한 것을 알 수 있다.
이 산화막 균일도(uniformity)는 다음과 같은 식 1로 나타낼 수 있다.
[식 1]
균일도(%) = [(max-min)/(Average x 2)]x 100
또한 도 4에는 본 발명의 오존수 세정 및 일반적으로 사용되는 SC-1세정 방법에 따른 실리콘 웨이퍼(10) 표면의 접촉각을 비교한 그래프가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 오존수 린스(rinse)를 행한 실리콘 웨이퍼(10)의 표면은 오존에 의한 산화 작용에 따라서 얇은 산화막이 형성되는 상태에 된다. 그리고 이 산화막은 표면에 수산기(OH)가 되는 친수성 상태가 된다. SC-1 공정과 오존수 내에서의 실리콘 웨이퍼(10)의 접촉각을 비교해 본 결과 SC-1 산화막의 접촉각(1.70도)보다 오존 산화막 웨이퍼의 접촉각(0도)이 낮으며, 따라서 SC-1보다 친수성이 뛰어나다.
그리고 도 5에는 본 발명의 오존수 세정 및 일반적으로 사용되는 SC-1세정 방법에 따른 실리콘 웨이퍼(10) 표면의 거칠기를 비교한 그래프가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 오존 산화막 방법이 SC-1 산화막 방법보다 더 평탄하고 거칠기가 작은 표면을 얻을 수 있었다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 산화막 제조 장치 및 그 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
본 발명의 산화막 제조 장치 및 방법을 채용함으로써, 장비를 단순화시키고, 비용을 절감할 수 있으며, 효율적으로 오존을 공급할 수 있다.
그리고 비교적 저온에서 균일한 두께를 갖는 산화막을 제조 및 개선할 수 있 고, 안정한 실리콘 표면을 제조할 수 있다.
또한 실리콘 웨이퍼를 오존수에 침지시킨 후 균일한 산화막을 생성시켜 웨이퍼의 전 표면을 친수성으로 만들고, 웨이퍼 표면 거칠기를 향상시킴으로서 안정적인 표면 상태로 산화막을 제조하여 친수화된 표면을 유지함으로서, 웨이퍼의 파티클 재흡착을 방지할 수 있다.
그리고 오존수를 이용한 세정조에 뒤이어 순수한 물을 이용한 린스를 행하여, 산화막이 형성되고 청정화 되는 웨이퍼 표면에 수산기로 유지시키는 것과 동시에 웨이퍼 표면으로부터 오존수를 제거한 상태로 세척을 종료할 수 있다. 따라서 안정적인 표면 상태로 세척을 종료하는 것이 가능해지는 것과 동시에, 건조 장치의 내부 오염을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 실리콘 웨이퍼가 수납되어 산화막이 형성되는 세정조와;
    상기 세정조를 순환하는 순환배관의 일측에 설치되어 오존가스와 초순수에 의해 오존수가 형성되도록 하는 오존접촉기와;
    상기 오존접촉기에서 초순수에 용존하지 않은 오존가스와 순환하는 순환배관 내의 잔존가스를 제거하여 상기 세정조로 오존수만을 공급해주는 버블제거기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순환배관에는 온도를 일정하게 유지시키기 위한 냉각기;를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 산화막 제조 장치.
  3. (a) 오존접촉기에서 오존가스와 초순수를 접촉시켜 오존수를 형성하고, 상기 오존접촉기에서 초순수에 용존하지 않은 오존가스와 순환하는 순환배관내의 잔존가스를 버블제거기를 이용하여 제거하고, 냉각기에 의해 일정한 온도로 유지된 오존수만이 공급된 오존수조인 세정조에 실리콘 웨이퍼를 침지 처리하여 상기 실리콘 웨이퍼 표면에 균일한 산화막을 제조하고, 상기 실리콘 웨이퍼 표면을 친수성으로 형성하는 단계와;
    (b) 상기 실리콘 웨이퍼를 순수한 물을 이용하여 린스하는 단계와;
    (c) 상기 실리콘 웨이퍼 표면의 수분을 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산화막은 오존수에 의해서 생성되는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 산화막은 1ppm~20ppm의 범위 내의 오존 농도에서 형성되는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 산화막의 두께의 100Å 이하인 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산화막의 두께는 30Å 이하인 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 산화막은 10∼30℃ 내에서 생성되는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 산화막은 10초∼10분 내로 웨이퍼를 오존수에 담가 생성되는 것을 특징으로 하는 산화막 제조 방법.
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KR20020046140A (ko) * 2000-12-12 2002-06-20 시바가키 키조오 기판처리장치

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