KR100551401B1 - 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼의 벌크 금속오염 검사방법에 대한 것이다. 본 발명은 벌크(bulk)의 금속오염도를 분석하고자 하는 실리콘 웨이퍼를 준비하는 시료준비단계와; 상기 실리콘 시료를 산성용액에서 분해시켜 (Si)용액으로 만드는 산분해단계와; 상기 (Si)용액을 클린 웨이퍼에 투적하여 건조시키는 금속오염물을 증착시키는 증착단계와; 상기 금속오염물이 증착된 클린 웨이퍼를 표면 금속오염 검사장치에 의해 검사하는 표면검사단계와; 상기 표면검사단계에서 검사된 금속오염에 대한 수치를 실리콘시료의 벌크에 대한 값으로 환산하는 벌크환산단계를 포함하여 구성된다.
실리콘, 벌크, 금속, 오염, 표면

Description

실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법{A Metal-Impurity Inspecting Method Of Bulk For Silicon Test Material}
도 1은 종래의 금속오염의 검사과정을 예시한 공정흐름도.
도 2는 본 실시예의 실리콘 시료의 벌크 금속오염의 정도를 측정하는 과정을 도시한 공정흐름도.
도 3은 본 실시예의 웨이퍼 표면 준비 시스템을 예시한 사시도.
도 4a는 상기 웨이퍼 표면 준비 시스템(WSPS)의 부분으로 증발장치를 예시한 사시도.
도 4b는 상기 웨이퍼 표면 준비 시스템의 부분으로 건조장치를 예시한 사시도.
도 4c는 상기 웨이퍼 표면 준비 시스템의 부분으로 스캔 및 증착장치를 예시한 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
31.........실리콘 시료 33.........산성용액
34.........(Si)용액 35.........클린 웨이퍼
37.........SiO2막 38........금속오염물
40.........WSPS 장치 41.........증발장치
45.........증착장치 49..........건조장치
50.........TXRF 장치
본 발명은 실리콘 시료의 벌크(Bulk)의 금속오염 검사방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘웨이퍼 표면에 대한 금속오염을 검사하는 방법을 이용하여 벌크에 대한 금속오염을 검사할 수 있도록 하는 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법에 대한 것이다.
VLSI공정에서 금속오염은 반도체 디바이스의 전기적 특성을 열화시키는 것으로 알려져 있으며, 아주 적은 양의 금속 오염으로도 디바이스에 오류를 일으킬 수 있다. 따라서, 금속 오염물을 반도체소자의 벌크(bulk) 내에서 게터링(gettering)하여 제어하는 기술은 반도체 소자의 품질향상을 위해 매우 중요하다.
이런 반도체 디바이스의 제조시 게터링능력의 평가는 BMD(Bulk Micro Defect)를 측정하는 간접적인 방법에 의하고 있었으나, 이와 같은 간접적인 분석은 실질적인 금속오염의 정도를 측정하는 것에 의해 검증이 되어야만 그 간접측정치의 신뢰성이 부여될 수 있다.
웨이퍼의 금속오염을 직접적으로 분석하는 종래의 방법으로는 실리콘 웨이퍼를 산분해 한 뒤에 그 용액을 증발접시나 마이크로웨이브를 이용하여 휘발성이 있는 성분을 제거한 후 잔존하는 금속오염물을 회수용액으로 회수한 후에 ICP- MS(Inductive Coupled Plasma-Mass Spectroscopy)나 AAS(Atomic Absorption spectroscopy)로 측정하는 방법에 의하고 있다.
도 1은 종래의 금속오염의 검사과정을 예시한 공정흐름도이다.
도시된 종래의 측정방법에서는 벌크 금속오염물의 정도를 검사하기 위하여 실리콘 시료를 준비하는 과정이 선행된다. 실리콘 시료로는 단결정 실리콘이나 실리콘웨이퍼, 다결정실리콘 등 다양한 상태의 실리콘 시료가 선택될 수 있다(제 10 단계).
다음으로 상기 과정에서 준비된 실리콘 시료를 불산과 질산이 부비피로 1:1제조한 용액에 용해시키고 있는데, 이 경우 다음과 같은 연쇄적인 화학반응이 일어나게 된다(제 11 단계).
(Si)n + HF + HNO3 =======> Si + HNO3------>SiO2
SiO2 + HF-------> H2SiF6 +H2O
======> SiF4(휘발성) + 금속오염물
증발접시나 마이크로웨이브를 이용하여 휘발성분과 물을 증발시키면, 금속오염물만이 잔류하게 되는데, 이를 회수용액으로 회수하는 과정에 후속하여 행하여진다(제 13 단계, 제 15 단계).
금속오염물이 회수용액에 회수되면, 그 용액을 ICP-MS(Inductive Coupled Plasma-Mass Spectroscopy)나 AAS(Atomic Absorption spectroscopy)로 측정한다(제 17 단계).
표준용액에 대한 측정치와 상대적인 비교를 수행하는 것에 의해 금속오염물의 정도를 평가하는 것이 가능하게 된다(제 19 단계).
그러나, 상기와 같은 구성을 가지는 종래의 검사방법에 의하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 있어 왔다.
잔존하는 금속오염물은 금속성분만 있는 것이 아니라, 실리콘이 금속오염물과 결함하여 실리콘염을 형성하게 되는데, 이러한 실리콘염은 금속오염물의 측정에 영향을 미치게 되어 금속오염물에 대한 정확한 평가를 저해하는 요소로 작용하게 된다.
금속오염물을 회수하는 회수용액을 표준용액의 것과 비교하는 상대적인 측정방법에 의하기 때문에 엄밀한 의미에서 금속오염물에 대한 직접적인 분석방법이라고 볼 수 없는 한계가 있다.
실리콘염은 검사장비를 오염시키는 요소로 작용하여 장비의 감도를 떨어뜨리고, 후속 샘플(sample)을 측정하는데 많은 에러(error)를 일으킨다.
본 발명의 목적은, 벌크에서의 금속오염을 표면에 대한 검사방법을 이용하여 간편하게 수행하는 것이 가능한 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법을 구현하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 벌크에서의 금속오염의 정도를 정확하게 측정하는 것이 가능한 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법을 구현하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 벌크의 금속오염의 검사에 있어서 검사장비의 오 염을 방지할 수 있는 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법을 구현하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법은, 벌크(bulk)의 금속오염도를 분석하고자 하는 실리콘 웨이퍼를 준비하는 시료준비단계와; 상기 실리콘시료를 산성용액에서 분해시켜 (Si)용액으로 만드는 산분해단계와; 상기 (Si)용액을 클린웨이퍼에 투적하여 건조시키는 증착단계와; 상기 (Si)용액이 증착된 클린웨이퍼를 표면금속오염검사장치에 의해 검사하는 표면검사단계와; 상기 표면검사단계에서 검사된 금속오염에 대한 수치를 실리콘 시료의 벌크에 대한 값으로 환산하는 벌크환산단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 표면금속오염검사장치는 TXRF(Total Reflection X-ray Fluorescence Spectroscopy) 장치인 것을 특징으로 한다.
상기 산분해단계는 HF와 HNO3를 포함하는 산성용액에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 HF와 HNO3는 부피비로 1:1로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 클린웨이퍼에는 다수개의 시료에서 얻어진 (Si)용액이 증착되어, 다수개의 시료에 대해 일시에 오염도의 검사가 가능하게 되는 것을 특징으로 한다. 또한, 바람직하게는 클린웨이퍼는 실리콘웨이퍼이다.
상기 클린웨이퍼는 (Si)용액의 증착전에 표면에 형성된 SiO2막의 제거단계를 거치는 것을 특징으로 한다.
상기 SiO2막의 제거는 증기상태 분해(vapour phase decomposition)장치의 내부에서 HF증기를 웨이퍼의 표면에 쐬어주는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 증착단계에서 (Si)용액의 건조증착은 (Si)용액을 상기 클린 웨이퍼에 투적한 상태에서 WSPS(Wafer Surface Preparation System)의 건조장치(pad dry)의 내부에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 클린 웨이퍼에는 오염도를 알고 있는 실리콘을 산분해시켜서 제조한 표준용액을 함께 투적 건조하여 검사대상 시료에 대한 금속오염의 수치와 상대적인 비교를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 실리콘 시료의 벌크에서의 금속오염의 정도를 표면오염도 검사방법을 이용하여 수행하는 것이 가능하기 때문에, 단시간내에 실리콘 웨이퍼의 벌크내 금속오염의 양을 정확하게 측정할 수 있으며, 측정장치의 오염을 방지할 수 있게 된다.
이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 실리콘웨이퍼의 벌크 금속오염 검사방법의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 실시예의 실리콘 웨이퍼의 벌크 금속오염의 정도를 측정하는 과정을 도시한 공정흐름도이다. 도 3은 본 실시예의 검사장비를 예시한 사시도이고, 도 4a, 도 4b, 도 4c는 상기 검사장비의 부분으로 각각 증발장치, 건조장치, 스캔 및 증착장치를 예시한다.
본 실시예에서는 웨이퍼 벌크의 표면 금속오염의 정도를 검사하기 위하여 실리콘 웨이퍼의 산분해하여 증발시킨 후 AAS나 ICP-MS의 습식방법에 의하지 않고 산분해 용액을 클린 웨이퍼에 증착시켜 표면오염 검사장치를 이용하여 오염물의 정도를 측정하고 이를 벌크에 대한 값으로 환산시키는 방법에 의하고 있다.
이를 위해 본 실시예에서는 벌크(bulk)의 금속오염도를 분석하고자 하는 실리콘 웨이퍼 시료(31)를 준비하는 시료준비단계를 수행하게 된다. 본 실시예의 검사대상으로는 실리콘웨이퍼를 사용하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니고 단결정 또는 다결정의 폴리실리콘을 검사 대상으로 할 수 있다. 또한 다른 반도체 물질을 본 실시예의 방법을 사용하여 금속오염물의 검사를 수행하는 것도 가능하다(제 20 단계).
검사대상인 시료가 준비되면, 준비된 시료를 산성용액(33)에 분해시키는 단계가 수행되게 된다. 본 실시예에서는 실리콘웨이퍼 시료(31)를 분해시키기 위한 산성용액(33)으로 HF와 HNO3가 부피비로 1:1로 혼합된 용액을 사용하고 있다.
이 실리콘 시료의 산분해는 실리콘웨이퍼의 실리콘 성분을 휘발성이 있는 물질로 전환시킨 후에 증발시켜 금속오염물만을 잔류시키기 위한 것이다. 따라서 실리콘 시료(31)를 산분해시켜 휘발성물질로 만들 수 있는 것이면 상기의 산성용액(33)에 포함되는 물질의 종류와 그 혼합비율에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
또한 산분해를 위한 산성용액(33)은 반도체 물질에 따라 다른 성분의 산성용 액의 사용이 가능하며, 그 성분비를 변화시켜 반도체 물질의 효과적인 증발을 도모하는 것이 가능하다.
본 실시예의 HF와 HNO3의 혼합용액에 폴리실리콘이나 실리콘웨이퍼를 가하는 경우, 실리콘이 HNO3에 의해 분해되어 SiO3가 발생하게 되고, 이 SiO2는 다시 HF와 결합하여 H2SiF6와 H2O를 포함하는 (Si)용액(34)이 생성되게 된다(제 21 단계). 그리고, 이 (Si)용액(34)은 증발과정을 거치지 않고 클린 웨이퍼(35)에 투적되어 건조증착과정을 거치게 된다.
본 실시예에서는 클린 웨이퍼로 단결정 실리콘웨이퍼를 사용하고 있는데, 실리콘웨이퍼는 공기중의 산소와 반응하여 표면에 10 내지 30 Å 두께의 미세한 SiO2막(37)이 형성된다. 이 실리콘웨이퍼의 표면에 형성되는 SiO2막(37)은 친수성을 가지며 금속오염물의 정도측정의 정확도에 영향을 미치는 요소로 작용할 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 건조증착과정에 사용되는 클린 웨이퍼(35)의 표면에 형성된 SiO2막(37)을 제거하는 다음과 같은 과정을 수행한다.
이 SiO2 막 제거과정은 도 4a의 증발장치(WSPS 장치의 Pad Fume)(41)에서 수행되는데, 실리콘 웨이퍼의 표면으로 HF증기를 씌워주면서 가열하면 H2O와 SiF4가 각각 증발하게 되어 실리콘웨이퍼 표면의 SiO2막은 제거된다.
따라서 실리콘웨이퍼의 표면에는 단결정의 실리콘만이 남게 되는데, 이 실리 콘웨이퍼의 중앙에 HF와 H202등의 스캔용액을 실리콘웨이퍼의 중앙부분에 떨어뜨리고 스캔하여 불순물을 포집 제거하고 (Si)용액(34)의 증착을 위한 클린 웨이퍼(35)로 사용하게 된다(제 22 단계).
이와 같은 과정에 의해 클린 웨이퍼(35)가 준비되면 도 4b에서 나타낸 대로 증착장치(45)의 WSPS의 증착부(Deposition)에 클린 웨이퍼를 장착시킨 후, 클린 웨이퍼(35)의 표면에 실리콘웨이퍼를 산분해하여 형성한 (Si)용액을 WSPS의 피펫으로 투적하여 증착시키는 과정을 수행하게 된다(제 23 단계).
다음으로 (Si)용액(34)이 투적된 클린 웨이퍼(35)를 건조장치(49)에 장착하고, 건조시키는 과정을 수행하게 된다. 이 건조과정은 도 4b의 WSPS 장치의 Pad Dry에서 수행되는데, 대략 40 ℃의 온도에서 약 5분 정도 노출시켜 (Si)용액(34)으로부터 휘발성분을 제거하고 금속오염물(38)만이 클린 웨이퍼(35)에 잔존하도록 한다(제 25 단계).
검사대상인 시료(31)가 여러가지일 때에는 상기 클린 웨이퍼(35)의 다른 위치에 투적하여 상술한 바와 동일한 방법에 의해 스캔과 건조과정을 거쳐서 실리콘을 포함하는 휘발성분을 제거하고 금속오염물(38)만이 잔류되도록 한다.
이와 같은 과정에 의해 증착과정이 종료되며, 클린 웨이퍼(35)의 표면에 증착된 금속오염물(38)을 측정하는 단계가 수행되게 된다. 본 실시예에서는 고체 시료의 표면을 검사하는 장치를 이용하여 클린 웨이퍼(35)의 표면에 증착된 금속오염물(38)의 정도를 측정하는 것이 가능하게 된다.
본 실시예에서는 금속오염물(38)의 정도를 평가하기 위한 장치로 TXRF장치(50)를 이용하고 있다. 이 TXRF장치(50)는 고체 시료의 표면을 검사하기 위한 장치로 고체의 표면에서 X 선이 반사되는 상태로부터 표면에 증착된 금속오염물(38)의 종류와 그 오염의 정도를 평가하는 것이 가능하게 된다(제 27 단계).
이와 같이 클린 웨이퍼(35)의 표면에 증착된 금속오염물(38)의 정도에 대한 측정치를 이용하여 이를 실리콘 시료(31)의 벌크에 대한 값으로 환산하는 단계가 이루어지며, 이 환산치에 의해 금속오염의 정도의 절대치를 얻는 것이 가능하게 된다(제 29 단계).
환산치는 시료로 사용하는 반도체 물질의 종류와 반도체 시료의 상태, 산성용액의 함유된 성분에 따라서 그 환산과정이 달리 행해지는 것이 가능하며, 본 실시예의 방법에 의한 절대적인 평가와 함께 오염도가 알려진 표준용액을 이용하여 상대적인 평가를 병행하여 수행하는 것도 가능하다.
또한 표면검사의 장비는 TXRF장치에 한정되는 것이 아니고, 반도체의 물질의 표면상태의 검사를 위해 적용되는 다른 장치들이 사용되는 것도 가능하다.
다음은 상기와 같은 작업공정에 의하는 본 실시예의 실리콘 시료의 벌크 금속오염 평가방법의 작용을 설명한다.
본 실시예에서는 산성용액(33)으로 실리콘 웨이퍼나 폴리실리콘을 분해시켜 생성된 (Si)용액(34)을 바로 증발시키는 것이 아니고, (Si)용액(34)을 클린 웨이퍼(35)에 증착시킨 이후에 증발시키는 과정을 행하고 있다.
따라서, 본 실시예에서는 (Si)용액(34) 전체를 증발시키는 것이 필요하지 않으며 클린 웨이퍼(35)에 투적된 (Si)용액(34)만을 증발시키면 되므로 증발에 소요 되는 시간이 종래에 비해 현저하게 감소하게 된다.
또한 산성용액(33)에 의해 분해되어 생성된 (Si)용액(34)에는 실리콘 성분은 휘발가능한 물질인, SiF4, H2O 등으로 형성되기 때문에 클린 웨이퍼(35)의 표면에 투적한 경우 이 성분들은 짧은 시간내에 증발하게 되고, 클린 웨이퍼(35)의 표면에는 비휘발성인 금속오염물(38)만이 남게 된다.
이 클린 웨이퍼의 표면에 증착된 금속오염물(38)을 표면 금속오염 검사장치를 이용하여 금속오염물의 정도를 측정하게 된다.
그런데, 본 실시예에서는 (Si)용액(34)을 바로 클린 웨이퍼(35)에 증착하며 클린웨이퍼(35)의 표면에 잔류한 금속오염물(38)을 측정하는 것이고 이 증착된 금속오염물을 회수용액을 통하여 회수하는 과정을 거치지 않아도 된다. 따라서, 종래에는 회수용액으로 회수하는 단계에서 금속과 실리콘이 결합하여 형성된 실리콘염 등으로 발생할 수 있는 측정치에 대한 오류를 시정할 수 있게 된다.
또한, 실리콘 분해용액 전체를 증발시키는 단계와 그에 의해 잔류된 금속오염물을 회수하는 단계가 불필요하기 때문에 금속염 등에 의해 검사장비가 재오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명은 실리콘 시료의 벌크의 금속오염의 정도를 직접적인 방법에 의해 측정하는 것이므로 표준용액에 대한 측정치를 상대적으로 비교할 필요성이 없게 된다. 따라서 표준용액의 성분 변화나 오염에 의해 검사시료의 금속오염물의 정도가 달리 평가되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 실시예는 표면검사장치를 이용하여 벌크의 금속오염의 정도를 측정 하는 것을 기본적인 사상으로 하는 것이므로 검사시 사용되는 시약이나 검사준비를 위한 장치 및 검사장비에 본 발명이 한정되는 것이 아니며, 검사대상인 반도체 물질 시료의 종류와 상태 등에 따라 시료의 분해와 건조/증착과정, 검사장비 등에 다양한 변화가 주어질 수 있는 것이다.
본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 정해지며, 특허청구범위에 기재된 사항과 동일성 범위에서 당업자가 행한 다양한 변형과 개작을 포함함은 자명하다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 표면 금속오염을 평가하는 장비를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 벌크의 금속오염을 평가하는 것이 가능하기 때문에 검사장비와 검사과정의 간편화를 꾀하는 것이 가능하게 된다.
또한, 실리콘 시료의 산분해용액을 증발시키는 것이 아니고 클린 웨이퍼에 증착된 용액만을 증발시키는 것이므로 시료의 증발에 소요되는 시간을 절약하는 것이 가능하고 검사장비의 효율적 이용이 가능해진다.
금속오염물의 회수에 의한 오류를 방지할 수 있고, 표준용액의 성분변화나 오염에 의한 영향을 제거할 수 있어 금속오염도 평가치에 신뢰성을 부여할 수 있게 된다.
그리고, 표면오염검사에 사용되는 건식방법을 사용하는 것이 가능하므로, 금속오염물의 회수, 검사준비 등의 전체과정에서 발생하는 각종의 검사장비가 금속오염물에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 벌크(bulk)의 금속오염도를 분석하고자 하는 실리콘 시료를 준비하는 시료준비단계와;
    상기 실리콘시료를 산성용액에서 분해시켜 (Si)용액으로 만드는 산분해단계와;
    상기 (Si)용액을 클린 웨이퍼에 투적하여 건조시키는 증착단계와;
    상기 (Si)용액이 증착된 클린 웨이퍼를 표면금속오염검사장치에 의해 검사하는 표면검사단계와;
    상기 표면검사단계에서 검사된 금속오염에 대한 수치를 실리콘 시료의 벌크에 대한 값으로 환산하는 벌크환산단계를 포함하여 구성되는 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 표면금속오염검사장치는 TXRF(Total Reflection X-ray Fluorescence Spectroscopy) 장치인 것을 특징으로 하는 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 산분해단계는 HF와 HNO3를 함유하는 산성용액에서 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 HF와 HNO3는 부피비로 1:1로 혼합되는 것을 특징으로 하는 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 클린 웨이퍼는 실리콘웨이퍼임을 특징으로 하는 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 (Si)용액의 증착전에 상기 클린 웨이퍼의 표면에 형성된 SiO2막을 제거하는 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 SiO2막의 제거는 증기상태 분해(vapour phase decomposition)장치의 내부에서 HF증기를 웨이퍼의 표면에 쐬어주는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법.
  8. 청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 클린 웨이퍼에는 오염도를 알고 있는 실리콘을 산분해시켜서 제조한 표준용액을 함께 투적 건조하여 검사대상 시료에 대한 금속오염의 수치와 상대적인 비교를 수행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법.
KR1020030081163A 2003-11-17 2003-11-17 실리콘 시료의 벌크 금속오염 검사방법 KR100551401B1 (ko)

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