KR101123811B1 - 웨이퍼 세정장치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 과산화수소를 사용하지 않으며, 용존산소량을 줄여 웨이퍼의 변형등을 줄이고 실리콘 소모량을 줄일 수 있는 웨이퍼 세정장치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수를 공급받아 상기 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수에 용해되어 있는 가스를 분리하여 배출하는 제 1 얇은막 접촉기; 상기 제 1 얇은막접촉기에서 배출된 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수를 공급받아 가스를 제거하는 제 2 얇은막 접촉기; 상기 제 1 및 제 2 얇은막접촉기에서 분리된 가스를 외부로 배출하는 진공펌프; 및 상기 제 2 얇은막접촉기에서 배출된 상기 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수를 저장하는 공정용기를 구비하는 웨이퍼 세정장치 및 웨이퍼 세정방법을 제공하는 것이다.
Description
본 발명은 웨이퍼 세정장치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정방법에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면, 웨이퍼를 세정하는 과정에서 웨이퍼의 손상 및 변형을 줄일 수 있도록 하는 웨이퍼 세정장치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정방법에 관한 것이다.
현재 반도체 제조기술은 100nm 이하로 고집적화 되었고 계속 발전하는 추세에 있다. 반도체 생산에 사용되는 실리콘 웨이퍼의 생산은 고집적화로 인해 선폭이 좁아졌으며, 패턴의 변경, 온도, 실리콘 소모량 등이 매우 중요한 요인이 되고 있다.
일반적으로, 웨이퍼는 과산화수소(H2O2)를 이용한 세정방식 또는 오존(O3)기반 세정방법이 사용되었다. 과산화수소세정방식은 과산화수소와 암모니아, 순수물을 섞어 파티클을 제거하는 방식이고, 오존기반세정방식은 오존과 황산을 섞어서 유기물을 제거하도록 한다.
하지만, 과산화수소를 사용한 세정방법과 오존기반의 세정방법을 사용하게 되면 세정액 내의 산소가 웨이퍼 실리콘과 반응하여 화학 산화물이 발생되게 됩니다. 따라서, 화학 산화물을 제거하기 위해 플루오르화 수소를 세정의 마지막 단에 사용해 웨이퍼의 표면을 식각하는 방식이 채용되었다.
하지만, 플루오르화 수소를 마지막에 사용하는 이용한 세정방법을 사용하더라도 웨이퍼 표면에서 산화물이 검출되었다. 특히, 플루오르화 수소를 마지막에 사용하는 이용한 방식은 90nm이하의 정밀한 공정에서는 문제가 발생되었다.
특히, 최근의 경우 세정 후 1Å이하의 실리콘 소모량이 요구되며 이는 과산화수소를 사용한 세정방법 또는 오존기반의 세정방법이 웨이퍼를 세정하는데 적합하지 않다는 것을 의미한다.
본 발명의 목적은 과산화수소를 사용하지 않으며, 용존산소량을 줄여 웨이퍼의 변형등을 줄이고 실리콘 소모량을 줄일 수 있는 웨이퍼 세정장치 및 그를 이용한 웨이퍼 세정방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수를 공급받아 상기 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수에 용해되어 있는 가스를 분리하여 배출하는 제 1 얇은막 접촉기; 상기 제 1 얇은막접촉기에서 배출된 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수를 공급받아 가스를 제거하는 제 2 얇은막 접촉기; 상기 제 1 및 제 2 얇은막접촉기에서 분리된 가스를 외부로 배출하는 진공펌프; 및 상기 제 2 얇은막접촉기에서 배출된 상기 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수를 저장하는 공정용기를 구비하는 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 산화막 제거용 약품용액은 플루오르화수소 또는 BOE를 포함하는 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 상기 플루오르화수소는 0.01~49wt%의 농도를 갖는 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것이다.
부가적으로, 상기 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수 내에서 용존산소 농도는 500ppt 이하인 웨이퍼 세정장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 실리콘 웨이퍼 표면의 산화막을 제거하고 웨이퍼 표면에 자연산화막이 성장되지 않도록 수소종단이 되도록 하는 웨이퍼 세정방법에 있어서, 얇은막접촉기에 산화막제거용 약품 용액을 공급한 후 진공펌프를 구동시킨 후 상기 얇은막접촉기에 질소를 투입하는 단계; 상기 진공 펌프에 의해 가스를 배기시켜 상기 산화막제거용 약품 용액의 용존가스를 제거하는 단계; 및 상기 산화막제거용 약품용액을 이용하여 상기 웨이퍼표면을 세정하여 상기 수소종단이 되도록 하는 단계를 포함하는 웨이퍼 세정방법을 제공하는 것이다.
부가적으로, 상기 산화막 제거용 약품용액은 플루오르화수소 또는 BOE를 포함하는 웨이퍼 세정방법을 제공하는 것이다.
부가적으로, 플루오르화수소는 0.01~49wt%의 농도를 갖는 웨이퍼 세정방법을 제공하는 것이다.
부가적으로, 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수 내에서 용존산소 농도는 500ppt 이하인 웨이퍼 세정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치 및 그를 이용한 세정방법에 의하면, 산화막제거용 약품용액 내의 용존 산소량을 줄일 수 있어 실리콘 웨이퍼 세정시에 웨이퍼 표면에서 발생되는 산화물을 생성을 줄일 수 있도록 한다. 따라서, 미세 공정 작업을 수행하기 용이하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 얇은막접촉기 내에 있는 다공성 고분자 분리막의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 웨이퍼 세정장치(100)는 제 1 얇은막접촉기(110), 제 2 얇은막접촉기(120), 공정용기(130) 및 진공펌프(140)를 포함한다.
제 1 얇은막접촉기(110)와 제 2 얇은막접촉기(120)는 내부에 다공성고분자 분리막(membrane contactor)(110a)을 구비하여 가스를 제거한다. 다공성고분자분리막(110a)표면에 무수히 많은 작은 구멍이 형성되어 있고 속이 빈 형태의 필터가 구비되어 있다. 또한, 제 1 얇은막접촉기(110)와 제 2 얇은막접촉기(120)는 각각 제 1 및 제 2 가스 인입구(115,125)와 제 1 및 제 2 가스 배출구(116,126)를 구비한다.
제 1 얇은막접촉기(110)는 제 1 배관(111)으로부터 산화막제거용 약품용액 또는 초순수를 공급받는다. 그리고, 제 1 얇은막접촉기(110)와 제 2 얇은막접촉기(120)는 제 2 배관(112)에 의해 연결된다. 또한, 제 1 얇은막접촉기(110)와 제 2 얇은막접촉기(120)는 제 1 및 제 2 가스 인입구(115,125)와 연결되어 있는 제 3 배관(113)을 통해 질소를 공급받는다. 그리고, 제 1 얇은막접촉기(110)와 제 2 얇은막접촉기(120)는 제 1 및 제 2 가스배출구(116,126)와 연결되어 있는 제 4 배관(114)에 진공펌프(140)가 연결되어 제 4 배관(114)을 통해 산화막제거용 약품용액 또는 초순수 내에 용해되어 있는 가스가 배출될 수 있도록 한다. 산화막제거용 약품용액은 플루오르화 수소(HF) 및/또는 BOE(Buffered oxide etchant)를 포함하고, 산화막제거용 약품용액 내에 용해되어 있는 가스는 산소(O2), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 총유기탄소(TOC) 등을 포함한다.
제 1 배관(111)을 통해 제 1 얇은막접촉기(110)에 공급되는 산화막제거용 약품용액 또는 초순수에는 가스가 용해되어 있다.
또한, 질소를 제 1 얇은막접촉기(110)와 제 2 얇은막접촉기(120)에 산화막제거용 약품용액을 공급하고 나서 진공펌프(140)를 구동한 후에 질소를 공급하게 되면, 질소가 제 1 및 제 2 가스인입구(115,125)를 통해 공급되는 순간에 진공펌프(140)에 의해 제 1 및 제 2 가스배출구(116,126)로 배출되게 된다. 이때, 산화막제거용 약품용액에 용해되어 있는 가스들이 질소에 반응하여 진공펌프(140) 내로 쉽게 유입되게 되어 산화막제거용 약품용액 또는 초순수 내에 용해되어 있는 가스 제거 효율이 높아지게 된다. 진공펌프(140)는 최대 27inch Hg의 압력으로 가스를 배기시킨다.
그리고, 제 1 및 제 2 얇은막접촉기(120)에 의해 가스가 제거된 산화막제거용 약품용액은 공정용기(130)에 공급된다.
공정용기(130)는 제 1 얇은막접촉기(110)와 제 2 얇은막접촉기(120)를 통해 가스가 분리된 산화막제거용 약품용액을 저장하여 세정공정에 사용될 수 있도록 한다. 또한, 제 1 얇은막접촉기(110)와 제 2 얇은막접촉기(120)를 통해 가스가 분리된 초순수을 이용하여 산화막제거용 약품용액을 희석시킬 수 있다. 공정용기(130) 에 저장되어 있는 산화막제거용 약품용액 내의 용존산소 농도는 500ppt 이하가 된다.
용존산소의 농도를 500ppt 이하가 되도록 하는 이유는, 식각과 순수물 세정에 사용되는 플루오르화수소 용액 내의 용존 산소의 농도와 잔류 산화물 간에는 밀접한 상호관계가 있기 때문이며, 그 이유를 아래에서 설명한다.
ⅰ) 물은 빠르게 플루오르화 수소에 식각된 Si-OH 그룹 위에 있는 저 농도 플루오린(Fluorine)에 영향을 준다.
ⅱ) 저 농도 플루오린에 영향을 받는 부분은 전자와 정공이 결합된 열적 엑시톤(Exciton)이 발생하게 된다.
ⅲ) 엑시톤에 의해 Si-Si 백 본드(back bond)의 균열이 발생되어 표면의 Si- 와 표면 아래의 Si+로 나뉘게 된다.
ⅳ) 표면 아래의 Si+는 물분자와 결합하고 표면의 Si-는 용존산소에 의해 SiOO-형태로 변하게 되어 결국 양성자는 Si-OH와 Si-OOH 안에서 물의 부가물에서 SiOO-로 전이된다.
상기의 설명에서 산소는 실라놀(Silanol) 액화를 통해 Si-O-Si의 연결을 완성하고 실리콘표면을 수하시키는데 필요한 성분이다.
상기의 결과를 보면, 산소는 물(H2O) 와 OH-, O2와의 상호결합효과를 통해 향상된 산화를 일으키는 것을 알 수 있다.
즉, 용액에 녹아있는 산소, 즉, 용존산소량에 따라 웨이퍼 표면에 발생하는 산화막의 양이 결정된다. 따라서, 산화막제거용 약품용액 또는 초순수 등의 용존 산소량이 매우 중요한 요소가 되며 산화막제거용 약품용액 또는 초순수 등에서 용존산소를 제거하는 것은 매우 중요한 것이다.
그리고, 본 발명은 용존산소량이 500ppt인 초순수물과 플루오르화 수소의 혼합비율은 100:1 이상이 된다.
또한, 본 발명에 따른 공정용기에 담긴 산화막 제거용 약품 용액 또는 초순수에 의해 희석된 산화막제거용 약품용액에 의해 실리콘 웨이퍼 표면을 세정하게 되면, 실리콘웨이퍼 표면이 수소로 종단되게 되며, 실리콘 웨이퍼 표면에 형성되는 산화막은 1Å의 두께 이하를 갖게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 단지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 얇은막 접촉기 내에 있는 다공성 고분자분리막의 구조를 나타내는 도면이다.
************도면의 주요부분에 대한 부호설명**************
100: 웨이퍼 세정장치 110: 제 1 얇은막접촉기
120: 제 2 얇은막접촉기 130: 공정용기
140: 진공펌프 110A: 다공성고분자분리막
111: 제 1 배관 112: 제 2 배관
113: 제 3 배관 114: 제 4 배관
제 1 가스 인입구(115) 제 2 가스 인입구(125)
제 1 가스 배출구(116) 제 2 가스 배출구(126)
Claims (8)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 실리콘 웨이퍼 표면의 산화막을 제거하고 웨이퍼 표면에 자연산화막이 성장되지 않도록 수소종단이 되도록 하는 웨이퍼 세정방법에 있어서,얇은막접촉기에 산화막제거용 약품 용액을 공급한 후 진공펌프를 구동시킨 후 상기 얇은막접촉기에 질소를 투입하는 단계;상기 진공 펌프에 의해 가스를 배기시켜 상기 산화막제거용 약품 용액의 용존가스를 제거하는 단계; 및상기 산화막제거용 약품용액을 이용하여 상기 웨이퍼표면을 세정하여 상기 수소종단이 되도록 하는 단계를 포함하는 웨이퍼 세정방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 산화막 제거용 약품용액은 플루오르화수소 또는 BOE를 포함하는 웨이퍼 세정방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 플루오르화수소는 0.01~49wt%의 농도를 갖는 웨이퍼 세정방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 산화막 제거용 약품용액 또는 초순수 내에서 용존산소 농도는 500ppt 이하인 웨이퍼 세정방법.
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