KR0166369B1 - 반도체 웨이퍼 시료 용기와 시료 작성법 - Google Patents

반도체 웨이퍼 시료 용기와 시료 작성법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시료 웨이퍼를 미소 접촉 면적으로 지지하는 소수성 (疎水性) 플라스틱 (예컨대 불소 수지) 제 수납 플레이트형 부재의 웨이퍼 주변의 설상부 (tonguelike portion) 를 경사지게 상부로 연장시켜 투명 또는 반투명인 플라스틱제의 커버로 닫을 때 설상부가 중심 방향으로 넒어져서 구부러져 웨이퍼측 단면을 압박하고, 표면에 접촉하는 일이 없이 고정되어, 수납 접시와 윗 뚜껑 사이는 결합부에서 기밀성이 유지되고, 더욱이 기밀성을 확실하게 하기 위하여 0 링과 조임 기구를 부속한, 반도체 웨이퍼의 운반 용기와 반도체 웨이퍼의 표면을 화학 처리하는 용기의 양쪽의 성격을 겸비한 용기에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]
반도체 웨이퍼 시료 용기와 시료 작성법
[기술분야]
본 발명은 반도체 웨이퍼 표면의 오염을, 간편하고 정확하게 평가하기 위한 웨이퍼 용기와 그 속에 들어 있는 웨이퍼 시료 표면에 대한 분석 시료 작성법에 관한 것이다.
[배경기술]
반도체 제조 공정에서 웨이퍼 표면이 오염된다는 것을 가장 기피하여야 할 사항이므로 각 공정에서 이 오염 레벨을 평가하는 일이 필요하다.
그러기 위해서는 시료 웨이퍼 평가실 또는 분석실 가까이 오염이 없도록 운반하여야 한다. 따라서 이동중에는 수납된 웨이퍼가 움직이지 않을 뿐 아니라 밀폐할 수 있는 청정 용기가 필요하다.
종래 사용되어온 개개의 웨이퍼 용기는 뚜껑을 나사 돌림으로 조여서 닫고, 가운데 판(中板)에 설치된 다리 부분 (脚部)으로 웨이퍼 주변의 면을 눌러서 고정하는 것인데, 기밀성이 불완전하고, 가운데 판의 다리 부분에서 면을 압박, 마찰하므로 면을 상하게 하거나 마모로 인해 가루가 생성되기 쉽다. 따라서 오염 평가용 웨이퍼의 용기로서는 실리콘 웨이퍼 메이커가 납품할 때 사용하는 것과 같은 수십매를 수용하는 반송용 플라스틱 용기를 이용하는 방법이 행해진다.
표면 오염의 평가는 웨이퍼 표면의 미립자 밀도의 측정과 오염된 불순물 원소의 분석으로 이루어진다. 반도체 디바이스가 고도화되어 있으므로 후자의 경우, 중금속이나 알칼리와 같은 유해 원소는 1011원자/㎠ 정도의 초 미량 오염일지라도 수율 (yield)이나 신뢰성의 면에서는 문제가 된다. 그런데 통상적인 표면 분석 장치, 즉 AES라든가 XPS 또는 EPMA, 나아가서는 SIMS 일지라도 이들을 확실히 분석하기에는 감도가 부족하다. 따라서 표면의 오염을 농축하는 방법이 필요하다. 표면이 산화막이나 질화막 등의 막으로 덮여있을 때는 이와같은 막을 분해하여 그 속의 오염 원소만을 농축하여야 한다.
위와 같은 농축을 시행하는 우수한 방법으로서는 일본국 “특개소 60 - 69531 호” 공개 공보에서 볼 수 있는 바와 같이 밀폐용기 속에 불화수소산 용기와 웨이퍼 유지체와 불화수소산에서 기화한 불화수소산 가스로 웨이퍼 표면의 막이 분해해서 생기는 액을 받는 용기를 설치한 박막 분해 용기를 사용하는 방법이 있다.
이 경우에 밀폐된 용기 속의 분해액은 대단히 미량이고 또한 기화 불화수소산 가스를 사용하기 때문에 블화수소산 안의 불순물은 이 액으로 이동하지 않고, Cu 와 같은 이온화 경향이 적은 원소 이외의 목적 불순물만을 거의 완전하게 상기 액으로 이동시킬 수가 있다.
즉 불순물은 미량의 액으로 농축할 수가 있는 것이다. 이와 같은 액의 분석법으로는 플레임리스(flameless) 원자 흡광 분석이 최적이며, 이 방법에 의해 표면막 속의 초 미량 불순물이 분석되는 것이다.
그런 표면 분석을 하기 위하여, 용기는 이와 같은 시료 채취 장소에서 분석실로 운반한 뒤, 분해실로 운반하고, 그런 후, 시료는 분해 용기로 옮겨져야 한다.
이 운반에 있어서는 웨이퍼가 오염되지 않을 것이 기본적으로 필요하다. 그래서 운반 용기는 분해 용기에 못지 않게 청정하여야 하는 것이다. 초 미량 불순물 분석을 하기 위해서는 분해 용기의 세정은 대단히 정밀을 요하고, 이 세정에 필요한 시간과 노력은 적지가 않다.
마찬가지로 운반 용기도 청정하게 하여야 하나, 그러나 분해 용기와는 달리 이 용기의 정상도(正常度)가 충분한가 어떤가를 직접 판단하는 적당한 방법이 없다. 또한 용기에서 별도의 용기로 갈아 옮길 때는 핀셋 또는 환경, 분위기 등이 원인이 되는 오염의 위험성에 노출 된다. 이 발명은 이와 같은 문제가 일어나지 않도록 하는 웨이퍼 용기를 제공하는 것이다.
[발명의 개시]
본 발명에서는 반도체 웨이퍼의 운반 용기와 표면을 화학처리 하는 용기가 공통이 되도록 하여 문제점을 해결하고 있다. 즉 시료 웨이퍼를 미소 접촉 면적만으로 지지하는 소수성 플라스틱(hydrophobic plastic) (예컨대 불소 수지) 제 수납 접시의 웨이퍼 주변에 설상부 (tonguelike portion)를 흘립(屹立)시켜, 투명 또는 반투명 플라스틱제의 뚜껑으로 닫을 때 설상부가 중심 방향으로 넘어져서 구부러져 웨이퍼측 단면을 압박하고, 표면에 접촉하는 일이 없이 고정한다. 나아가서 수납 플레이트형 부재와 윗 뚜껑 간에는 결합부에서 기밀성이 유지 되어 있으나, 기밀성을 확실하게 하기 위하여 0 링과 조임 기구가 부속된 용기이다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼의 표면 오염 평가용 용기의 반면 절단 정면도이다.
제2도는 제1도의 용기의 중앙 종 단면도이다.
제3도는 제1도의 용기의 측면도이다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
우선 본 발명을 도면에 의해 설명한다.
용기는 원형의 PFA 웨이퍼 수납 플레이트형 부재 (platelike member) 와 같은 PFA 제의 그 커버(5)가 주요 구성 부품이다. 플레이트형 부재는 짧은 선, 또는 점에 의해 그 웨이퍼 (10)에 접한다. 쐐기 모양의 웨이퍼 지지부 (1)가 3 군데 있고 웨이퍼 (10) 는 그 위에 얹는다. 또한 웨이퍼 (10) 의 지지부 (1) 의 주변부 3 군데에 설상부 (2)가 있다. 커버 (5) 에는 내면 바깥둘레 가까이에 경사면 (4) 이 있어 커버 (5) 의 주변의 요홈 (8)을 수납 플레이트형 부재 (3) 의 주변에 형성한 환형 리지 (annular ridge) (9) 에 결합시켜서 용기 안을 기밀하게 함과 동시에 0 링 (6) 과 조임 기구 (7) 로 커버 (5) 를 플레이트형 부재 (3) 에 충분히 눌렀을때 플레이트형 부재 몸체로 부터 위로 뾰쪽하게 나온 혀가 커버의 경사면 (5)에서 중심 방향으로 구부러져 웨이퍼 (10)를 고정하고 0 링 (6) 과 조임 기구 (7) 로 내부의 기밀성이 가일층 유지된다.
사용할 때는 우선 초 미량 불순물 분석을 하기 위한 분해 용기를 세정하는데 필요한 정밀성으로 이 용기를 충분히 청정화 한다. 표면 오염을 평가하기 위한 시료 웨이퍼 (10) 는 시료 채취의 장소에서 이 청정화된 용기로 분석실까지 운반된다.
우선 시료 웨이퍼 (10)의 표면을 미량의 산으로 수 10Å 용해하여 분석하는 경우를 설명한다. 분석실까지 운반된 용기의 커버 (5)를 청정 분위기 속에서 열고 질산 1 용량부· 불화수소산 0.02 용량부· 초 순수 (ultrapure water) 1 용량부로 이루어진 혼합산, 300㎕을 6 인치 웨이퍼의 경우인, 웨이퍼 중앙으로 도입한다. 참고로 질산을 다마 화학 공업 (주) 제의 TAMAPURE - AA - SUPER (68 % : 주요 금속 원소 불순물 0.02 ppb 이하) 를, 불화수소산은 같은 회사제인 TAMAPURE - AA - 100 (38 % : 금속 원소 불순물 0.1 ppb 이하)을, 또한 초 순수는 목적 분석 원소가 0.02 ppb 이하인 것을 플레임리스 원자 흡광 분석으로 확인한 것을 사용하였다.
웨이퍼와 동일한 형상으로 되어 있으며, 세정되어 충분히 청정화된 불소 수지의 얇은 원판을 상기 혼합산 액방울 상에 씌우고, 다시 뚜껑을 덮은 후, 조임 기구로 밀봉한다. 3 군데의 설상부에 의해 불소 수지의 판은 웨이퍼 (10) 에 눌리고, 혼합산은 얇은 액층 (液層) 이 되어 웨이퍼 (10) 전면에서 불소 수지의 판 사이에서 샌드위치가 되어, 웨이퍼 (10) 표면에 대하여 약한 에칭 (etching) 작용을 일으킨다. 실온에서 10 내지 수 10 분간 방치하면 웨이퍼 표면은 수 10 Å 용해되고, 표면 부착 불순물과 용해된 영역에 있었던 불순물의 혼합산에 포착된다. 소정 시간이 경과한 뒤에 뚜껑을 열어 PFA 원판을 천천히 제거하면 혼합산은 소 수성화 한 웨이퍼 (10) 위에서 액방울이 되어 PFA 원판에는 액방울이 부착하지 않는다. 마이크로피펫으로 액방울을 회수하여 분석 시료로 한다.
이 시료액에 대하여 효과적인 고도 분석법의 하나는 전 반사 형과 X선 분석이므로, 그 때문에 별도록 준비한 평탄도가 좋고 또한 청정한 실리콘 거울면 웨이퍼의 중앙에서 마이크로피펫으로 회수한 액방울을 건조시켜, 이 부분에 대하여 이 분석법을 적용하였다. 통상적으로 이 분석법의 검출한 계는 Fe, Cr, Ni, Cu 등에서 1012원자 정도이다.
한편 표면의 분석에 사용한 혼합산 300㎕에서 유래하는 불순물 원소의 양은 상술한 0.02 ppb 이하의 순도에서 6 × 1010원자 이하이므로 완전히 무시할 수가 있다. 분석치료 액은 6 인치 웨이퍼 (10) 전면에서 얻어진 것이므로 웨이퍼 (10) 표면에서의 이들 원소의 검출한계는 약 5 × 109원자 / ㎝2이 되어, 재료나 프로세스의 오염 평가에 충분한 분석 시료 작성법이다.
다음에 산화막이나 질화막이 형성된 웨이퍼 (10)에 대하여 “배경 기술”의 항에서 인용한 이와 같은 막을 불화수소산 증기로 용해하여 분석하는 예를든다. 용기의 형상은 실시예 (1)와 같은 것을 사용한다. 다만 막의 용해가 완료된 것을 볼 수 있도록 용기의 뚜껑은 투명한 폴리카보네이트 등이거나 또는 반투명 PFA 인 경우에는 일부를 특히 얇게 한다. 웨이퍼 (10) 수납용 플레이트형 부재 (3)는 바닥에 있는 액이 액상이 되도록 PFA 와 같은 소수성의 플라스틱으로 한다. 참고로 이 실시예에서는 조임 기구로서 투명한 플라스틱의 바깥 상자를 사용하고 상자의 뚜껑과 바닥에서 본 용기를 조여붙였다.
불화수소산은 다마 화학 공업 (주) 제의 TAMAPURE - AA -SUPER (38 % : 주요 금속 원소 불순물 0.02 ppb 이하) 를 사용하였다. 분석실에 운반된 용기의 뚜껑을 열어, 시료 웨이퍼 (10)의 오리엔테이션 플래트 (orientation flat) 의 틈새에서 수납용 플레이트형 부재 (3)의 바닥으로 불화수소산 300㎕ 을 도입한다. 뚜껑을 닫어 방치해 두면 불화수소산 증기로 박이 용해한다. 웨이퍼 (10) 윗면에 있는 막의 분해 상황이 보이며, 아래면 쪽이 분해가 빠르므로 윗면의 분해를 확인하였으면 윗면과 아래면을 별도로 해서 분해 액방울을 회수하고 각각을 분석 시료로 한다. 회수는 마이크로피펫으로 하는데, 분해도다 큰 액방울로 되어 있지 않을 경우에는 소량의 초 순수를 보태어 전체를 모은 뒤에 한다. 막이 두꺼울 때는 불화수소산 도입량을 약간 증가한다. 분해 액방울이 커서 아래면의 것이 낙하할 우려가 있는 경우에는 수납용 플레이트형 부재 (3) 의 바닥에 있는 불화수소산 방울과 같이 분석 시료로 한다. 분석은 실시예 (1)와 마찬가지로 처리하여 전반사 형광 X 선 분석법에 따르면 된다.
[산업상의 이용 가능성]
본 용기를 사용하면 운반을 할때 웨이퍼 (10)는 커버 (5)에 눌리어진 설상부 (2) 의 작용으로 확실하게 내부에서 움직이는 일이 없이 사용하는 표면을 누르는 일이 없으므로 실리콘 부스러기 (dust) 라든가 플라스틱의 마모된 부스러기와 같은 미립자를 발생하지 않는다. 또한 수납용 플레이트형 부재 (3) 와 커버 (5) 의 요홈 (8)에 의해 결합 밀봉되고, 다시 그 바깥측의 0 링 (6)에 의해 기밀화되어, 외부로부터의 오염을 차단할 수 있다.
운반 용기와 평가 용기를 겸하고 있으므로 특히 운반용 용기의 청정화가 문제시되는 일은 없다. 따라서 운반 용기 속에서 시료 웨이퍼 (10) 표면의 미립자 농도의 광학적 측정도할 수 있으며 또한 화학 오염에 대한 분석 시료 작성도 할 수 있다.
분석 시료 작성시에는 시료 웨이퍼 (10) 의 분석 대상 부분을 휘발성의 산에 의해 직접으로도 또는 증기로도 분해할 수 있다.
이 경우 용기의 내용적이 적어 기밀성이 좋으므로 산의 액량은 극히 소량이어도 된다. 따라서 시판의 고순도 약품으로 충분히 고감도의 분석을 가능케 한다. 그리고 이 용기는 분해의 완료가 보이므로 분석 시료의 작성 시간을 최대한으로 단축할 수가 있다.

Claims (2)

  1. 반도체 웨이퍼 시료 용기에 있어서, 합성 수지로 형성되고 시료 웨이퍼 (10) 를 수납하는 수납 플레이트형 부재 (3) 와; 상기 합성 수지로 형성되고 상기 플레이트형 부재 (3) 위에 장착되며, 그의 내면에 경사면 (4) 을 갖는 커버 (5) 와; 상기 웨이퍼 (10) 의 주위가 경사지게 상부로 연장하고, 주변과 서로 간격이 져 있는 3 이상의 설상부 ( tonguelike portions) (2) 로 구성되어 있으며; 상기 커버 (5)를 큰힘으로 플레이트형 부재 (3)에 대향해서 눌렀을 때, 상기 커버 (5) 의 경사면 (4)에 의해서 설상부 (2)가 웨이퍼 (10) 의 지지 방향으로 구부러져, 상기 커버 (5) 가 플레이트형 부재 (3) 와 기밀성 결합을 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 시료 용기.
  2. 반도체 웨이퍼 시료 작성법에 있어서, 반도체 웨이퍼 수납 용기를 형성하기 위하여 합성 수지로 형성된 수납 플레이트형 부재 (3)와 상기 플레이트형 부재 위에 장착된 커버 (5)를 조립하고; 상기 플레이트형 부재 (3)의 내부에 시료 웨이퍼 (10)를 수납하고; 상기 플레이트형 부재 (3) 와 상기 커버 (5) 를 기밀하게 결합시키고; 상기 시료 웨이퍼(10) 의 표면의 막이나 거기에 부착된 불순물을 용해 시키기 위하여 상기 용기 내에 미량의 휘발성 산을 도입하는 단계로 이루어진 반도체 웨이퍼 시료 작성법.
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