KR100732775B1 - 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조 및 이를 이용한 세정방법 - Google Patents

더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조 및 이를 이용한 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조는, 더미 웨이퍼에 대해 H2SO4, H2O2 및 H2O가 혼합된 SPM 세정액을 이용한 SPM 세정을 수행하는 SPM 세정조와, SPM 세정이 이루어진 더미 웨이퍼에 대해 HF, H2O2 및 H2O가 혼합된 FPM 세정액을 이용한 FPM 세정을 수행하는 FPM 세정조와, 그리고 SPM 세정 및 FPM 세정이 이루어진 더미 웨이퍼에 대해 FRD 건조를 수행하는 FRD 건조기를 구비한다.
더미 웨이퍼, 금속 오염원 제거, FPM 세정, FRD 건조

Description

더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조 및 이를 이용한 세정방법{Cleaning bath for regenerating a dummy wafer and method of cleaning the dummy wafer using the same}
도 1은 본 발명에 따른 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조 및 이를 이용한 세정방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조 및 이를 이용한 세정방법을 적용한 경우의 금속 오염도를 종래의 경우와 비교해본 결과를 나타내 보인 그래프이다.
본 발명은 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체장비의 모니터링, 공정상의 각종 타겟(target) 설정, 또는 퍼니스에서의 사이드 웨이퍼(side wafer) 등의 목적으로 더미 웨이퍼(dummy wafer)가 사용되고 있다. 이와 같은 더미 웨이퍼는, 실제 칩을 제조하는데 사용되는 프라임 웨이퍼(prime wafer)와 다르게, 습식 세정(wet cleaning)을 이용하여 수회 정도 재생된 후에 다시 사용된다.
더미 웨이퍼를 습식 세정으로 재생하는데 있어서, 금속이 증착되거나 금속 공정을 진행한 반도체장비에 사용된 더미웨이퍼(이하 금속과 관련된 더미 웨이퍼)의 경우는, 금속과 무관한 다른 더미 웨이퍼나 베어 웨이퍼(bare wafer)와 구분하여 습식 세정을 수행하여야 한다. 습식 세정을 구분하여 수행하지 않는 경우에는, 금속과 관련된 더미 웨이퍼를 세정하는 과정에서 발생하는 금속 오염물(metal impurity)에 의해 다른 더미 웨이퍼나 베어 웨이퍼가 오염되는 상호 오염(cross contamination)이 발생하기 때문이다.
일반적으로 더미 웨이퍼를 재생하는데 사용되는 습식 세정조(wet bath)는, SPM(Sulfuric acid Peroxide Mixture) 세정조와 DHF(Diluted HF) 세정조와, 그리고 SC-1(Standard Clean-1) 세정조가 순서대로 배치되는 구조로 이루어진다. 경우에 따라서 SC-1 세정조과 DHF 세정조의 배치 순서가 바뀔수도 있다. 이와 같은 습식 세정조를 이용하여 금속과 관련된 더미 웨이퍼를 재생하기 위해서, 먼저 SPM 세정조에서, H2SO4와 H2O2가 대략 3:1 내지 50:1의 부피비를 갖도록 혼합된 SPM 용액으로 대략 1 내지 20분 동안 세정을 수행한다. SPM 용액의 온도는 대략 80 내지 130℃가 되도록 한다. 이와 같은 SPM 세정에 의해, 더미 웨이퍼상의 유기물 및 금속이 제거된다. 다음에 DHF 세정조에서, HF와 H2O가 1:0 내지 1:100의 부피비로 희석된 HF 용액으로 세정을 수행한다. 이 DHF 세정에 의해 산화막, 질화막과 같은 막이 제거되고, 또한 잔존하는 금속 불순물도 제거된다. 다음에 SC-1 세정조에서, NH4OH, H2O2 및 H2O가 1:1:5 내지 1:10:50의 부피비를 갖도록 혼합된 SC-1 세정액으로 대략 1 내지 20분 동안 세정을 수행한다. SC-1 세정액의 온도는 대략 25 내지 80℃가 되도록 한다. 끝으로 건조기(dryer)에서 더미 웨이퍼에 대한 건조를 수행한다.
그런데 이와 같은 일반적인 방법으로는 금속과 관련된 더미 웨이퍼로 인해 발생하는 금속 오염원을 의미있는 농도까지 제거시키는데는 한계를 나타낸다. 일 예로 금, 은, 백금속과 같은 귀금속(noble metal)이 더미 웨이퍼에 존재하는 경우 그 제거효율이 매우 낮은 것으로 알려져 있으며, 특히 전이금속(transition metal)의 경우 금속 오염에 따른 문제가 억제되는 농도, 예컨대 대략 1×1011atoms/㎠ 이하의 농도까지 제거하는데 한계를 나타내고 있다. 이와 같이 금속 오염원의 농도를 제거하는데 한계를 나타내므로, 동일한 구조의 습식 세정조를 2개로 구분하여 하나의 습식 세정조는 금속과 관련된 더미 웨이퍼에 대한 습식 세정을 수행하는데 사용하고, 다른 하나의 습식 세정조는 금속과 무관한 다른 웨이퍼에 대한 습식 세정을 수행하는데 사용하는 2 시스템으로 운영하여야 하므로, 장비의 이용 효율이 저하되며 비용도 증대된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 금속 오염원에 대한 제거가 충분히 이루어지도록 하여 금속과 관련된 더미 웨이퍼와 금속과 무관한 웨이퍼에 대한 습식 세정을 동일한 습식 세정조에서 수행할 수 있도록 1 시스템으로 운용되도록 하는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기와 같은 세정조를 이용한 세정방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조는, 더미 웨이퍼에 대해 H2SO4, H2O2 및 H2O가 혼합된 SPM 세정액을 이용한 SPM 세정을 수행하는 SPM 세정조; 상기 SPM 세정이 이루어진 더미 웨이퍼에 대해 HF, H2O2 및 H2O가 혼합된 FPM 세정액을 이용한 FPM 세정을 수행하는 FPM 세정조; 및 상기 SPM 세정 및 FPM 세정이 이루어진 더미 웨이퍼에 대해 FRD 건조를 수행하는 FRD 건조기를 구비한다.
본 발명에 있어서, 상기 FRM 세정조와 상기 FRD 건조기 사이에 배치되어 SC-1 세정액을 이용한 SC-1 세정을 수행하는 SC-1 세정조를 더 구비할 수 있다.
또한 상기 SPM 세정조와 상기 FRM 세정조 사이에 배치되어 핫 퀵 드레인 린스를 수행하는 핫 QDR 세정조와, 상기 FRM 세정조와 상기 SC-1 세정조 사이에 배치되어 오버플로 린스를 수행하는 O/F 세정조와, 그리고 상기 SC-1 세정조와 상기 FRD 건조기 사이에서 순차적으로 배치되는 QDR 세정조와 최종 린스 세정조를 더 구비할 수도 있다.
상기 FRM 세정액은 HF와 H2O2가 10:1 내지 15:1의 부피비로 혼합되어 구성될 수 있다.
상기 FRD 건조는, HF와 H2O가 1:100 내지 1:1000의 부피비로 혼합된 용액으 로 린스를 수행한 후에 인-시츄로 건조를 수행할 수 있다.
상기 건조는, 이소프로필알콜 스프레이, 마랑고니 타입 또는 이소프로필알콜 증기를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정 방법은, 더미 웨이퍼에 대해 H2SO4, H2O2 및 H2O가 혼합된 SPM 세정액을 이용한 SPM 세정을 수행하는 단계; 상기 SPM 세정이 이루어진 더미 웨이퍼에 대해 HF, H2O2 및 H2O가 혼합된 FPM 세정액을 이용한 FPM 세정을 수행하는 단계; 및 상기 SPM 세정 및 FPM 세정이 이루어진 더미 웨이퍼에 대해 FRD 건조를 수행하는 단계를 포함한다.
상기 FRM 세정을 수행한 후 상기 FRD 건조를 수행하기 전에 SC-1 세정액을 이용한 SC-1 세정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 FRM 세정은 HF와 H2O2가 10:1 내지 15:1의 부피비로 혼합되어 구성되는 FRM 세정액을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 FRD 건조는, HF와 H2O가 1:100 내지 1:1000의 부피비로 혼합된 용액으로 린스를 수행한 후에 인-시츄로 건조를 수행할 수 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 1은 본 발명에 따른 더미웨이퍼 재생을 위한 세정조 및 이를 이용한 세정방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 더미웨이퍼 재생을 위한 세정조(100)는, SPM(sulfuric acid peroxide mixture) 세정조(110), 핫(hot) QDR(quick drain rinse) 세정조(120), FRM(hydrofluoric peroxide mixture) 세정조(130), O/F(over flow) 세정조(140), SC-1(standard clean-1) 세정조(150), QDR 세정조(160), 최종 린스(final rinse) 세정조(170) 및 FRD(fluorine rinse dry) 건조기(180)가 순서대로 배치되는 구조로 이루어진다.
상기 SPM 세정조(110)에서는 H2SO4, H2O2 및 H2O가 혼합된 SPM 세정액을 이용하여 더미 웨이퍼에 대한 SPM 세정이 이루어진다. 이 SPM 세정에 의해 더미 웨이퍼상의 유기물 및 금속이 제거된다.
상기 FRM 세정조(130)에서는 HF, H2O2 및 H2O가 혼합된 FPM 세정액을 이용하여 더미 웨이퍼에 대한 FPM 세정이 이루어진다. 여기서 FPM 세정액은 HF와 H2O2가 10:1 내지 15:1의 부피비로 혼합되어 구성되며, FPM 세정액의 온도는 대략 상온(room temperature)이 유지되도록 한다. 이와 같은 FPM 세정은, 제거하여야 할 금속 오염원의 레벨을 충분히 낮추는데 필요한 시간동안 가변적으로 수행될 수 있다. 상기 FRM 세정에 의해 산화막, 질화막과 같은 막이 제거되고, 또한 잔존하는 금속 불순물도 제거된다. 특히 첨가된 H2O2는 더미 웨이퍼 표면에서의 산화력을 증대시키며, 이에 따라 전이금속 뿐만 아니라 귀금속에 대한 제거율이 증대된다.
상기 SC-1 세정조(150)에서는 SC-1 세정액을 이용한 SC-1 세정이 수행된다.
그리고 상기 FRD 건조기(180)에서는 HF와 H2O가 1:100 내지 1:1000의 부피비로 혼합된 용액으로 린스가 수행되며, 이어서 인-시츄(in-situ)로 건조가 수행된다. 이 건조는 이소프로필알콜 스프레이(IPA spray), 마랑고니 타입(Marangoni type) 또는 이소프로필알콜 증기(IPA vapor)를 이용하여 수행할 수 있다. 이와 같이 건조 단계에서 HF와 H2O로 이루어진 용액을 이용하여 린스를 수행함으로써, 더미 웨이퍼상의 금속 오염원의 레벨을 보다 더 저하시킬 수 있다.
그 밖에 핫 QDR 세정조(120), O/F 세정조(140), QDR 세정조(160) 및 최종 린스 세정조(170)에서는 더미 웨이퍼에 대한 린스가 이루어지며, 특히 O/F 세정조(140)에서는 린스에 사용되는 용액, 예컨대 탈이온수(DI Water)를 더미 웨이퍼가 완전히 잠기도록 오버플로(overflow)시켜 린스를 수행한다.
이와 같은 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조를 이용한 세정 방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저 더미 웨이퍼에 대해 H2SO4, H2O2 및 H2O가 혼합된 SPM 세정액을 이용한 SPM 세정을 수행한다. 다음에 핫 탈이온수를 이용한 린스를 수행하고, 이어서 더미 웨이퍼에 대해 HF, H2O2 및 H2O가 혼합된 FPM 세정액을 이용한 FPM 세정을 수행한다. 이 FRM 세정에 의해 더미 웨이퍼 상의 금속 오염원이 제거된다. 다음에 더미웨이퍼를 린스액으로 오버플로시켜 린스를 수행한 후에 SC-1 세정을 수행한다. 이어서 최종 린스를 포함하는 린스를 수행한 후에 FRD 건조를 수행한다.
이와 같은 과정에서, FRM 세정은 HF와 H2O2가 10:1 내지 15:1의 부피비로 혼합되어 구성되는 FRM 세정액을 이용하여 수행하며, FRD 건조는, HF와 H2O가 1:100 내지 1:1000의 부피비로 혼합된 용액으로 린스를 수행한 후에 인-시츄로 건조를 수행한다. 상기 FRM 세정에서 첨가된 H2O2로 인하여 더미 웨이퍼 표면에서의 산화력이 증대되고, 이에 따라 전이금속 뿐만 아니라 귀금속에 대한 제거율이 증대된다. 그리고 상기 FRD 건조에서 HF를 포함하는 용액으로 린스를 먼저 수행함으로써 금속 오염원의 레벨을 현저하게 저하시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 더미웨이퍼 재생을 위한 세정조 및 이를 이용한 세정방법을 적용한 경우의 금속 오염도를 종래의 경우와 비교해본 결과를 나타내 보인 그래프이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, QDR 린스를 수행하고 이어서 RD(rinse dry) 건조를 수행한 경우(도면에서 "210"으로 나타낸 바 참조)에 비하여, 본 발명에서와 같이 QDR 린스를 수행하고 이어서 FRD 건조를 수행한 경우(도면에서 "230"으로 나타낸 바 참조), 테스트한 대부분의 금속 성분의 레벨이 현저하게 낮으며, Fe와 같은 금속의 경우에는 어떤 처리도 이루어지지 않은 베어 웨이퍼(bare wafer)인 경우(도면에서 "220"으로 나타낸 바 참조)보다도 더 금속 레벨리 낮게 측정된다는 것을 알 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이, FRD 건조에서 이루어지는 HF 린스에 의해 금속 오염원의 레벨이 현저하게 저하되기 때문이다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조 및 이를 이용한 세정방법에 따르면, FPM 세정을 수행하고, 이어서 건조 단계에서는 FRD 건조를 수행함으로써, 더미 웨이퍼를 재생하는 과정에서 금속 오염원의 레벨을 현저하게 저하시킬 수 있으며, 이에 따라 금속과 관련된 더미 웨이퍼와 금속과 무관한 더미 웨이퍼에 대한 세정을 동일한 세정장비를 사용하여 수행하는 1 시스템으로 더미 웨이퍼 재생을 수행할 수 있다는 이점이 제공된다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (10)

  1. 더미 웨이퍼에 대해 H2SO4, H2O2 및 H2O가 혼합된 SPM 세정액을 이용한 SPM 세정을 수행하는 SPM 세정조;
    상기 SPM 세정이 이루어진 더미 웨이퍼에 대해 HF, H2O2 및 H2O가 혼합된 FPM 세정액을 이용한 FPM 세정을 수행하는 FPM 세정조; 및
    상기 SPM 세정 및 FPM 세정이 이루어진 더미 웨이퍼에 대해 FRD 건조를 수행하는 FRD 건조기를 구비하는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 FRM 세정조와 상기 FRD 건조기 사이에 배치되어 SC-1 세정액을 이용한 SC-1 세정을 수행하는 SC-1 세정조를 더 구비하는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 SPM 세정조와 상기 FRM 세정조 사이에 배치되어 핫 퀵 드레인 린스를 수행하는 핫 QDR 세정조;
    상기 FRM 세정조와 상기 SC-1 세정조 사이에 배치되어 오버플로 린스를 수행하는 O/F 세정조; 및
    상기 SC-1 세정조와 상기 FRD 건조기 사이에서 순차적으로 배치되는 QDR 세정조와 최종 린스 세정조를 더 구비하는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 FRM 세정액은 HF와 H2O2가 10:1 내지 15:1의 부피비로 혼합되어 구성되는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 FRD 건조는, HF와 H2O가 1:100 내지 1:1000의 부피비로 혼합된 용액으로 린스를 수행한 후에 인-시츄로 건조를 수행하는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 건조는, 이소프로필알콜 스프레이, 마랑고니 타입 또는 이소프로필알콜 증기를 이용하여 수행하는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정조.
  7. 더미 웨이퍼에 대해 H2SO4, H2O2 및 H2O가 혼합된 SPM 세정액을 이용한 SPM 세정을 수행하는 단계;
    상기 SPM 세정이 이루어진 더미 웨이퍼에 대해 HF, H2O2 및 H2O가 혼합된 FPM 세정액을 이용한 FPM 세정을 수행하는 단계; 및
    상기 SPM 세정 및 FPM 세정이 이루어진 더미 웨이퍼에 대해 FRD 건조를 수행하는 단계를 포함하는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 FRM 세정을 수행한 후 상기 FRD 건조를 수행하기 전에 SC-1 세정액을 이용한 SC-1 세정을 수행하는 단계를 더 포함하는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 FRM 세정은 HF와 H2O2가 10:1 내지 15:1의 부피비로 혼합되어 구성되는 FRM 세정액을 이용하여 수행하는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 FRD 건조는, HF와 H2O가 1:100 내지 1:1000의 부피비로 혼합된 용액으로 린스를 수행한 후에 인-시츄로 건조를 수행하는 더미 웨이퍼 재생을 위한 세정 방법.
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