KR100269311B1 - 웨이퍼스트립방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼위에 형성되어 있는 막을 화학기상증착 장치를 이용하여 제거하는 웨이퍼 스트립 방법을 개시한다. 이 방법은 막이 형성되어 있는 웨이퍼를 장착한 보트를 화학기상증착 장치의 튜브내로 인입하는 단계와, 상기 튜브내로 스트립 가스를 주입하여 상기 웨이퍼 위에 형성되어 있는 막을 제거하는 단계를 구비한다.

Description

웨이퍼 스트립 방법{Method for stripping the wafers}
본 발명은 웨이퍼에 형성된 막을 제거하는 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 웨이퍼에 형성된 막을 화학기상증착장치를 이용하여 제거하는 웨이퍼 스트립 방법에 관한 것이다.
웨이퍼를 이용하여 반도체 소자를 제조하기 위해서는 웨이퍼 위에 예를 들면, 산화막, 질화막, 폴리실리콘막 등의 여러 종류의 막을 다층으로 형성하여야 하는데, 폴리실리콘막이나 산화막 또는 질화막등은 일반적으로 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, 이하 CVD라 함)에 의해 형성된다.
CVD 장치에 의해 웨이퍼 위에 막을 형성하는 경우, 형성된 막의 품질을 확인하기 위하여 일반적으로 테스트 웨이퍼를 함께 장착하여 막을 형성시킨 후, 테스트 웨이퍼 위에 형성된 막질을 테스트하게 된다. 테스트가 끝난 테스트 웨이퍼는 재사용하기 위하여, 형성된 막을 제거하는 공정을 거치게 된다.
테스트 웨이퍼 위에 형성된 막을 제거하는(이하 웨이퍼 스트립(wafer strip)이라 함) 종래의 방법으로는 습식식각법이 이용되어 왔다. 습식식각법을 이용한 웨이퍼 스트립 방법은 화학약품(chemical)이 담겨 있는 습식조(wet bath)에서 행해지기 때문에 별도의 습식조를 지정하여야 한다. 또한, 습식식각법을 이용한 웨이퍼 스트립 방법은 완전한 스트립을 위하여 웨이퍼 위에 형성된 막을 과식각(over-etch)해야 한다. 따라서, 웨이퍼 자체를 손상시키게 되어 웨이퍼의 두께가 얇아지게 되기 때문에 스트립후 웨이퍼를 재사용시 깨질 우려가 있다. 따라서, 일정횟수 만큼 스트립이 행해진 웨이퍼는 폐기처분하여야 한다. 결과적으로 종래의 습식식각에 의한 웨이퍼 스트립 방법은 웨이퍼의 소모가 심하다는 문제점이 있다.
한편, 종래의 습식식각에 의해 폴리실리콘 성장용 테스트 웨이퍼위에 성장된 폴리실리콘막을 스트립하는 경우에는 폴리실리콘 하부의 산화막이 손상되거나 함께 스트립된다. 이와 같이 하부의 산화막이 손상된 웨이퍼를 폴리실리콘 성장용 테스트 웨이퍼나 더미(dummy) 웨이퍼로 재사용하기 위해서는 웨이퍼 위에 산화막을 재성장시킨 후 폴리실리콘을 형성하여야 한다. 따라서, 폴리실리콘 성장용 테스트 웨이퍼를 종래의 습식식각에 의해 재사용하는 방법은 재사용시 마다 폴리실리콘막 스트립 과정과 산화막 성장 과정을 반복실시해야 하므로 공정이 복잡하고 재사용에 걸리는 시간이 길다는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 플라스마를 이용한 건식식각법에 의한 웨이퍼 스트립 방법이 개발되어 사용중에 있다. 그러나 이 방법은 웨이퍼를 한 장씩 스트립하는 방식을 취하기 때문에 웨이퍼의 스트립 속도가 느리다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼의 손실을 최소화하고 다량의 웨이퍼를 동시에 스트립하는 것이 가능하며 스트립 후의 웨이퍼를 재사용하기 위하여 별도의 산화막을 형성할 필요가 없는 웨이퍼 스트립 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 스트립 방법에 사용되는 수직형 CVD 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 웨이퍼 스트립 방법을 검증하기 위하여 하부막과 상부막이 순차적으로 형성된 테스트 웨이퍼를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따라 도 2에 도시한 웨이퍼의 상부막을 스트립한 결과를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 웨이퍼 스트립 방법에 따라 스트립이 완료된 도 3의 하부막에 존재하는 원소들의 존재 및 함량과 도 2의 하부막만을 형성시킨 비교용 웨이퍼의 하부막에 존재하는 원소들의 존재 및 함량을 비교하기 위한 TXRF 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 웨이퍼 스트립 방법에 따라 스트립이 완료된 도 3의 하부막에 존재하는 원소들의 존재 및 함량과 도 2의 하부막만을 형성시킨 비교용 웨이퍼의 하부막에 존재하는 원소들의 존재 및 함량을 비교하기 위한 HPIC 분석결과를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
200:웨이퍼 210, 210′:하부막
220:상부막
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 스트립 방법에 따르면, 먼저 막이 형성되어 있는 웨이퍼를 화학기상증착 장치내로 인입한다. 다음에 상기 화학기상증착 장치내로 스트립 가스를 주입하여 상기 웨이퍼 위에 형성되어 있는 막을 제거한다.
이 때, 상기 막은 폴리실리콘 막이고, 상기 화학기상증착 장치 내로 주입되는 스트립 가스는 ClF3가스이며, 스트립 가스의 유량은 500-1000sccm이며, 상기 화학기상증착 장치 내의 온도는 350-450℃인 것이 바람직하다.
또한, 상기 화학기상증착 장치 내의 압력은 1.0-2.0Torr이며, 상기 화학기상증착 장치 내의 압력을 일정하게 유지하기 위하여 상기 웨이퍼 위에 형성되어 있는 막을 제거하는 동안 분위기 가스를 상기 튜브내로 주입하는 것이 바람직하다.
분위기 가스로는 N2 또는 Ar이 바람직하며, 분위기 가스의 유량은 2500-3000sccm인 것이 바람직하다.
한편, 상기 웨이퍼 위에 형성되어 있는 막을 효과적으로 제거하기 위하여 웨이퍼가 장착된 보트를 회전시키면서 상기 웨이퍼 위에 형성되어 있는 막을 제거하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 스트립 방법은, 상부막을 제거하면서도 하부막에 영향을 미치지 않기 때문에 종래의 습식식각에 의한 웨이퍼 스트립 방식과는 달리 하부막을 다시 형성할 필요가 없고 과식각에 따른 웨이퍼의 파손 염려도 없다. 따라서 일정횟수 만큼 스트립한 후 폐기 처분해야 하는 종래의 습식식각에 의한 웨이퍼 스트립 방법보다 웨이퍼 스트립후의 재사용 시간이 단축되면서도 반도체 소자의 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 방법에 따른 웨이퍼 스트립 방법은 CVD 장치 내에서 동시에 복수개의 웨이퍼를 스트립하는 것이 가능하다. 그러므로 플라스마를 이용하여 한 장씩 웨이퍼 스트립이 진행되는 종래의 건식식각에 의한 방법보다 스트립 시간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에서 동일한 참조부호는 동일부재를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 스트립 방법에 사용되는 수직형 CVD 장치는 웨이퍼(105)가 장착되는 보트(104)가 그 내부로 인입되어 원하는 막을 성장시킬 수 있도록 튜브(101)를 구비하는데, 튜브(101)는 내측 튜브(102)와 외측 튜브(103)로 구성된다. 가열을 위하여 튜브(101)는 히터(106)로 둘러싸여 있으며, 보트(104)와 튜브(101)는 수정으로 만들어진다. 수직형 CVD장치는 성장시킬 막의 종류에 따라 다른 종류의 가스가 주입되는 복수의 가스주입관(108a, 108b)과 튜브(101)내에 주입된 가스를 배기시키기 위한 가스배기관(131)을 구비한다. 단열 슬리브(129)에 설치되는 보트(104)는 보트구동수단(130)에 의해 튜브(101)내로 인입되거나 인출된다.
이하에서는 도 1에 도시된 CVD 장치를 사용하여 도 2에 도시된 바와 같이, 하부막(210)과 상부막(220)이 순차적으로 적층된 테스트 웨이퍼(200)로부터 상부막(220)을 제거하는 웨이퍼 스트립 방법을 설명한다.
먼저, 하부막(210)과 상부막(220)이 순차적으로 형성되어 있는 복수개의 테스트 웨이퍼(200)를 CVD 장치의 보트(104)에 장착한다. 그리고, 보트(104)를 튜브(101) 내로 인입한 후, 가스 주입관(108a)을 통하여 스트립 가스를 튜브(101) 내로 주입하여 테스트 웨이퍼(200)위에 형성된 상부막(220)을 제거한다.
스트립 가스는 제거되는 상부막(220)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 상부막(220)이 폴리실리콘막인 경우에는, 스트립 가스로는 ClF3가스를 사용하고 500-1000sccm으로 더욱 바람직하게는 700sccm으로 플로우시킨다. 예를 들어, 상부막(220)으로서 두께가 16000Å인 폴리실리콘막을 완전히 제거하고자 하는 경우에는 85-100분 동안 스트립 가스를 튜브(101) 내로 주입한다.
스트립 가스를 이용하여 테스트 웨이퍼(200) 위에 형성된 상부막(220)을 제거하는 동안, 튜브(101) 내의 온도는 350-450℃를 유지하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 400℃로 유지한다. 또한, 상부막(220)을 제거하는 동안, 튜브(101) 내의 압력을 1.0-2.0Torr로 일정하게 유지하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.5Torr로 유지한다. 튜브(101) 내의 압력을 일정하게 유지하기 위하여, 상부막(220)을 제거하는 동안 가스주입관(108b)을 통하여 분위기 가스를 주입할 수 있다. N2가스나 Ar 가스가 분위기 가스로 이용될 수 있고, 튜브 내로 주입되는 분위기 가스의 유량은 2500-3000sccm인 것이 바람직하며, 2800sccm이 더욱 바람직하다.
이 때, 웨이퍼(200) 위에 형성되어 있는 막(220)을 효과적으로 제거하기 위하여 웨이퍼(200)가 장착된 보트(104)를 회전시키면서 상기 웨이퍼(200) 위에 형성되어 있는 막(220)을 제거할 수도 있다.
스트립 가스를 이용하여 테스트 웨이퍼(200) 위에 형성된 상부막(220)을 제거하게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 테스트 웨이퍼(200) 위에 하부막(210′)(도 3 참조)만이 남게 된다.
본 발명은 하기의 실험예를 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실험예가 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
<TXRF 분석법을 이용한 하부막의 특성 측정＞
본 발명에 따라 상부막을 스트립할 경우 하부막에 어떤 영향을 미치는지를 알아보기 위하여 다음과 같이 실시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 테스트용 웨이퍼(200) 위에 하부막(210)으로는 5000Å 두께의 산화막을 형성하고 상부막(220)으로는 폴리실리콘막을 16000Å 두께로 형성하였다. 다음에 도 1에 도시된 바와 같은 CVD 장치에 테스트용 웨이퍼(200)를 장착한 후, ClF3가스를 700sccm으로 90분간 플로우하여 상부막(220)을 제거하였다. 이어서 상부막(220)이 제거된 하부막(210′)(도 3 참조)에 존재하는 원소들의 존재와 함량을 조사하기 위하여 TXRF 분석을 실시하였으며 그 결과를 표 1과 도 4에 나타내었다.
여기서, TXRF(Total Reflection X-Ray Fluorescence) 분석법은 X-선을 시료표면에 조사하여 반사되어 나오는 형광선(fluorescence)을 검출하여 시료표면에 함유되어 있는 무기물의 분석에 사용되는 방법으로서, 원자번호 10이상의 분석이 가능하다.
한편, 본 발명에 따라 상부막(220)을 제거할 경우 하부막(210)에 미치는 영향을 정확하게 평가하기 위하여, 상부막(220)은 형성하지 않고 테스트용 웨이퍼와 동일한 조건하에서 동일 두께의 산화막으로 이루어진 하부막(210)만을 형성한 비교용 웨이퍼를 준비하였다. 비교용 웨이퍼 상에 형성된 하부막(210)에 존재하는 원소들의 종류 및 함량도 TXRF 분석을 실시하여 그 결과를 표 1과 도 4에 함께 나타내었다.
표 1에서 비교1은 비교용 웨이퍼의 하부막에 대한 TXRF 분석결과를 나타내며, 시료1 내지 시료4는 본 발명의 웨이퍼 스트립 방법에 따라 상부막이 제거된 테스트 웨이퍼의 하부막에 대한 TXRF 분석결과를 나타낸다. 표 1에서 비교용 웨이퍼와 테스트 웨이퍼 각각의 원소함량의 단위는 1010atoms/cm2이고, 각각의 원소함량은 각각의 웨이퍼의 상, 하, 좌, 우의 4지점을 측정하여 평균값을 구한 결과이다.
시료 원소함량 비교1 시료1 시료2 시료3 시료4
S 187 255 171 699 860
Cl 154 208 110 119 140
K 0.65 1.27 1.03 0.32 1.31
Sn 2.13 1.66 3.3 1.94 1.46
Ca 1.96 2 3.15 2.46 2.39
I 0.77 0.66 0.81 0.67 0.46
Ti 0.79 0.74 0.44 0.5 0.57
Cr 0.53 0.45 0.4 0.38 0.27
Mn 0.81 0.85 0.93 0.56 0.53
Fe 1.07 1.11 1.76 0.71 0.64
Ni 1.05 1.03 1.09 0.69 0.75
Cu 0.39 0.79 0.48 0.47 0.43
Zn 0.09 0.1 0.13 0.08 0.09
(단위:1010atoms/cm2)
도 4는 표 1의 원소함량을 세미로그 그래프로 도시한 것이다. 도 4에서 x축은 원소의 종류를 나타내며, y축은 하부막에 함유된 원소함량을 나타내는데, 원소함량의 단위는 1010atoms/cm2이다. 표 1과 도 4를 참조하면, 비교용 웨이퍼에 형성되어 있는 하부막인 산화막의 품질과 본 발명에 따라 상부막이 제거된 테스트 웨이퍼의 하부막인 산화막의 품질이 유의차 없이 거의 동일하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 따라 상부막인 폴리실리콘막을 제거하더라도 하부막인 산화막에는 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다. 다만 도 4에 있어서, 비교용 웨이퍼와 테스트 웨이퍼의 하부막에 포함된 원소 S의 경우, 차이가 있는 것으로 보이나 단위가 1010atoms/cm2인 것을 고려한다면 무시할 정도의 차이라는 것을 알 수 있다.
<HPIC 분석법을 이용한 하부막의 특성조사＞
이와 같은 TXRF 분석이외에 본 발명의 웨이퍼 스트립 방법에 따른 상부막(220)의 제거가 하부막(210)에 미치는 영향을 신뢰성을 가지면서도 정밀하게 조사, 비교하기 위하여 HPIC(High Performance Ion Chromatography) 분석을 시행하였다. 한편, HPIC 분석에 사용된 시료들(테스트용 웨이퍼와 비교용 웨이퍼)은 TXRF 분석에 사용된 시료들과 동일한 조건으로 형성된 것을 사용하였다.
여기서, HPIC 분석법은 혼합물인 시료가 분리관(column)의 고정상(stationary phase)과 이동상(mobile phase)을 통과하여 흐르면서 시료의 각 성분이 고정상과 이동상 간의 흡착, 분배, 이온교환 또는 분자크기 배제 작용 등의 차이를 이용하여 분리되어 시료를 분석하는데 이용되는 방법이다.
표 2는 본 발명의 웨이퍼 스트립 방법에 따라 스트립이 완료된 도 3의 하부막(210′)에 존재하는 원소들의 존재와 함량 및 비교용 웨이퍼의 하부막(도 2의 210)에 존재하는 원소들의 존재와 함량을 비교하기 위한 HPIC 분석결과를 나타내는 표이다. 표 2에서 비교1은 비교용 웨이퍼의 하부막(210)에 대한 HPIC 분석결과를 나타내며, 시료1 내지 시료4는 본 발명의 웨이퍼 스트립 방법에 따라 상부막(220)이 제거된 테스트 웨이퍼의 하부막(도 3의 210′)에 대한 HPIC 분석결과를 나타낸다. 표 2에서 비교용 웨이퍼와 테스트 웨이퍼 각각의 원소함량의 단위는 10-13atoms/cm2이다.
시료원소함량 비교1 시료1 시료2 시료3 시료4
Li 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19
Na 0.09 0.22 0.06 0.07 0.24
NH4 4.16 5.10 3.53 5.67 5.86
K 0.05 0.13 0.09 0.32 0.36
F 3.19 5.16 16.73 1.50 2.87
Cl 0.08 0.09 0.07 0.12 0.09
NO2 0.08 0.06 0.09 0.13 0.11
Br 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
No3 0.03 0.09 0.11 0.08 0.06
HPO4 0.01 0.01 0.01 0.22 0.18
SO4 0.08 0.09 0.01 0.84 0.98
(단위:10-13atoms/cm2)
도 5는 표 2의 원소함량을 도시한 것이다. 도 5에서 x축은 원소의 종류를 나타내며, y축은 하부막에 함유된 원소함량을 나타내는데, 원소함량의 단위는 10-13atoms/cm2이다. 표 2 또는 도 5를 참조하면, 비교용 웨이퍼에 형성되어 있는 하부막인 산화막의 품질과 본 발명에 따라 상부막인 폴리실리콘막이 제거된 테스트 웨이퍼의 하부막인 산화막의 품질이 유의차 없이 거의 동일하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 따라 상부막인 폴리실리콘막을 제거하더라도 하부막의 품질에는 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다. 다만 도 5에 있어서, 비교용 웨이퍼와 테스트 웨이퍼의 하부막에 포함된 원소 F의 경우, 차이가 있는 것으로 보이나 단위가 10-13atoms/cm2인 것을 고려한다면 무시할 정도의 차이라는 것을 알 수 있다.
이상 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 및 범위내에서 각종 변형 및 개량이 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 웨이퍼 스트립 방법은, 하부막에 영향을 미치지 않으면서 종래의 습식식각에 의한 웨이퍼 스트립 방식과는 달리 하부막을 다시 형성할 필요가 없고 과식각에 따른 웨이퍼의 파손 염려도 없다. 그러므로 일정횟수 만큼 스트립한 후 폐기 처분해야 하는 종래의 습식식각에 의한 웨이퍼 스트립 방법보다 웨이퍼 스트립후의 재사용 시간이 단축되면서도 반도체 소자의 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 방법에 따른 웨이퍼 스트립 방법은 CVD 장치 내에서 동시에 복수의 웨이퍼를 스트립하는 것이 가능하기 때문에 플라스마를 이용하여 한 장씩 웨이퍼 스트립이 진행되는 종래의 건식식각에 의한 방법보다 스트립 시간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 화학기상증착막이 형성되어 있는 웨이퍼를 화학기상증착장치 내로 인입하는 단계; 및
    상기 화학기상증착장치 내로 스트립 가스를 주입하여 상기 웨이퍼 위에 형성되어 있는 상기 화학기상증착막을 제거하는 단계를 구비하는 웨이퍼 스트립 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학기상증착막은 폴리실리콘막인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스트립 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 튜브 내로 주입되는 스트립 가스는 ClF3가스인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스트립 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 튜브 내로 주입되는 스트립 가스의 유량은 500-1000sccm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스트립 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 튜브 내의 온도는 350-450℃인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스트립 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 튜브 내의 압력은 1.0-2.0Torr인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스트립 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 튜브 내의 압력을 일정하게 유지하기 위하여 상기 웨이퍼 위에 형성되어 있는 막을 제거하는 동안 분위기 가스를 상기 튜브내로 주입하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스트립 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 분위기 가스는 N2또는 Ar인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스트립 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 튜브 내로 주입되는 상기 분위기 가스의 유량은 2500-3000sccm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스트립 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 위에 형성되어 있는 상기 화학기상증착막을 효과적으로 제거하기 위하여 웨이퍼가 장착된 보트를 회전시키면서 상기 웨이퍼 위에 형성되어 있는 막을 제거하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스트립 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼는 복수개인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스트립 방법.
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