KR101106582B1 - 실리콘 웨이퍼 세정 방법 및 그 장치 - Google Patents

실리콘 웨이퍼 세정 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

챔버 내에서 웨이퍼 표면에 수막을 형성 후, 수막에, 산화 가스의 산화 성분, 유기산 미스트의 유기산 성분과 HF 가스의 HF 성분, 유기산 미스트, 산화 가스의 산화 성분을 순서대로 공급한다.
결과, HF 성분과 유기산 성분에서의 웨이퍼면의 세정 효과가 얻어져, 웨이퍼 면내에서의 수막 중의 세정 성분의 농도를 균일하게 할 수 있다.

Description

실리콘 웨이퍼 세정 방법 및 그 장치{METHOD FOR CLEANING SILICON WAFER AND APPARATUS FOR CLEANING THE SILICON WAFER}
본 발명은 실리콘 웨이퍼 세정 방법 및 그 장치, 상세하게는 챔버 내에서 실리콘 웨이퍼의 면에 수막을 형성하고, 그 후, 수막 중에 소정의 세정 가스의 세정 성분을 용해시켜 실리콘 웨이퍼의 면을 세정하는 실리콘 웨이퍼 세정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 표면에는, 각종 웨이퍼 가공 중에, 금속 불순물 및 입경이 1㎛ 이하의 미립자(파티클)가 부착되고, 그리고 가공 대미지(damage)가 형성된다. 반도체 디바이스의 고(高)집적화, 고기능화에 수반하여, 반도체 기판의 표면이 금속 불순물이나 미립자에 의한 오염이 없으며, 가공 대미지도 없는 것이 요구된다. 그 때문에, 실리콘 웨이퍼의 세정 기술은 매우 중요해지고 있다.
종래의 반도체 기판의 세정 방법으로서, 예를 들면 특허문헌 1의 「반도체를 제조하는 방법」이 알려져 있다. 이 방법에서는, 매엽식의 챔버에 있어서, 우선 회전 중의 실리콘 웨이퍼의 표면에 탈(脫)이온수를 연속하여 공급하면서, 탈이온수를 무수 불화 수소 가스, 염화 수소 가스, 오존 또는 그 혼합물과 접촉시킨다. 이에 따라, 유수(流水) 상태의 탈이온수 중에 무수 불화 수소 등의 세정 성분을 녹여, 에칭 후의 실리콘 웨이퍼를 세정한다.
일본공개특허공보 평9-293701호
그러나, 특허문헌 1에 의한 실리콘 웨이퍼의 세정 방법에서는, 이와 같이 실리콘 웨이퍼의 표면상에 있어서, 유수로서의 탈이온수에 무수 불화 수소 가스 등의 웨이퍼 세정용 가스를 접촉시키고 있었다. 그리고, 가스 중의 세정 성분(무수 불화 수소 등)을 녹여, 에칭 후의 실리콘 웨이퍼를 세정하고 있었다. 그 때문에, 탈이온수에 녹은 세정 가스 중의 세정 성분은, 곧바로 웨이퍼 표면상으로부터 배출되고 있었다. 그 결과, 세정 성분에 의한 충분한 세정 효과가 얻어지지 않았다. 게다가, 이러한 유동적인 탈이온수의 수막을 이용하는 방법에서는, 웨이퍼 면내에서의 수막의 두께, 탈이온수의 유속 등이 안정되지 않는다. 그 때문에, 웨이퍼 면내에서의 세정 성분의 농도를 균일하게 하는 것은 곤란하여, 세정 얼룩이 발생하고 있었다. 이 경향은, 실리콘 웨이퍼가 대구경화(大口徑化)할수록 높아지고 있었다. 또한, 세정 성분은 가스화된 상태에서만의 공급으로 한정되어 있었다.
본 발명은, 가스 중 및 미스트 중의 세정 성분에 의한 충분한 세정 효과가 얻어짐과 함께, 웨이퍼 면내에서의 수막 중의 세정 성분의 농도를 균일하게 하는 것이 가능하여, 이에 따라 세정 얼룩이 발생하기 어려운 실리콘 웨이퍼 세정 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명은, 간단하게 그리고 저비용으로 유기산 미스트를 얻을 수 있는 실리콘 웨이퍼 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
제1항에 기재된 발명은, 밀폐된 챔버에 설치된 턴 테이블에 실리콘 웨이퍼를 진공 흡착시키고, 당해 실리콘 웨이퍼의 표면에 물을 공급하여 수막을 형성하는 수막 형성 공정과, 당해 수막 형성 공정 후, 상기 물의 공급을 정지하고, 상기 챔버에 산화 가스를 공급하여, 상기 수막에 당해 산화 가스를 용해시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 산화막을 형성하는 산화막 형성 공정과, 당해 산화막 형성 공정 후, 상기 산화 가스의 공급을 정지하고, 상기 챔버에 유기산 미스트 및 HF 가스를, 동시에 또는 개별적으로 공급하여, 상기 실리콘 산화막 중에 존재하는 금속 불순물 또는 미립자를 마이너스로 대전시켜, 당해 실리콘 산화막을 상기 수막에 용해시키는 가스 도입 공정과, 당해 가스 도입 공정 후, 상기 HF 가스의 공급을 정지하고, 상기 유기산 미스트를 상기 챔버에 공급하여, 상기 턴 테이블을 회전시킴으로써, 상기 실리콘 산화막이 용해된 수막을 상기 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면으로부터 배출하는 배출 공정과, 당해 배출 공정 후, 상기 유기산 미스트의 공급을 정지하고, 상기 챔버에 물을 공급하여 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 재차 수막을 형성시키고, 그 후, 당해 물의 공급을 정지하고, 당해 챔버에 산화 가스를 공급하여 당해 수막에 당해 산화 가스의 성분을 용해시켜, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 산화막을 형성하는 보호막 형성 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 세정 방법이다.
제1항에 기재된 발명에 의하면, 챔버에 실리콘 웨이퍼를 장전하고, 그 웨이퍼 표리면 중, 적어도 표면에 물을 공급하여 수막을 형성한다. 그 후, 챔버에 산화 가스를 도입하여, 산화 가스의 성분을 수막에 용해시켜, 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면에 실리콘 산화막을 형성한다. 다음으로, 산화 가스를 대신하여, 챔버 내에 유기산 미스트와 HF 가스를 도입한다. 유기산 미스트와 HF 가스는, 챔버 내에 동시에 도입해도 따로따로 도입해도 좋다. 그 경우, 유기산 미스트와 HF 가스와의 도입 순서는 임의이다. 이에 따라, 미스트 형상의 유기산과 가스 형상의 HF가 수막과 접촉하여, 각 성분이 수막 중에 용해된다. 미스트 형상의 유기산에 의해, 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면과, 이 면에 부착된 금속 불순물 및 미립자가 각각 마이너스로 하전되어, 제타 전위(zeta potential)에 의해 금속 불순물 및 미립자가 웨이퍼 면으로부터 분리된다. 수막 중으로 이행한 금속 불순물은 유기산의 분자와 착체를 형성한다. 이 금속 착염의 착이온도 실리콘 웨이퍼의 표면 전위와 동일한 마이너스가 된다. 그 때문에, 액 중으로 이행한 금속 착체는, 표면 전위가 마이너스인 실리콘 웨이퍼에는 재부착되지 않는다. 또한, 가스화된 HF의 에칭 작용에 의해 실리콘 산화막이 용해되어, 웨이퍼면으로부터 제거된다.
그 후, 예를 들면, 챔버내로의 HF 가스의 도입을 정지하고, 유기산 미스트만의 도입으로 전환한다. 다음으로, 이 상태를 유지하면서, 금속 불순물, 미립자 및 실리콘 산화막의 용해에 의해 오염된 수막을, 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면으로부터 배출한다. 이때, 유기산의 수막으로의 도입은 계속되고 있기 때문에, 전술한 이유에 의해 금속 불순물 및 미립자가 재차 웨이퍼면에 부착될 우려는 없다. 다음으로, 유기산 미스트를 대신하여 챔버 내에 산화 가스를 도입하여, 산화 가스의 성분을 유기산 수막에 용해시켜, 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면에 실리콘 산화 보호막을 형성한다.
챔버는, 매엽식의 것, 배치식의 것 등을 채용할 수 있다. 또한, 챔버는 밀폐 구조를 가진 쪽이 바람직하지만, 밀폐 구조일 필요는 없다.
물로서는, 순수, 초순수 등을 채용할 수 있다.
물의 공급면은, 실리콘 웨이퍼의 표면이라도, 실리콘 웨이퍼의 표리 양면이라도 좋다.
수막의 형성 방법으로서는, 예를 들면 웨이퍼면으로의 배관 노즐로부터의 물의 뿌려 흘림, 물의 스프레이 도포 등을 채용할 수 있다.
수막의 두께는, 금속 불순물 및 미립자의 크기(직경)보다 두꺼우면 임의이다. 미립자의 사이즈가 1㎛ 이하이기 때문에, 수막의 두께는 예를 들면 0.5∼100㎛이다. 0.5㎛ 미만에서는, 웨이퍼 면내에서의 수막 균일성을 확보할 수 없다. 100㎛를 초과하면 웨이퍼 표면에 균일한 수막을 유지할 수 없다. 수막의 바람직한 두께는 10∼50㎛이다. 이 범위이면, 웨이퍼 면내에서의 수막 균일성을 확보할 수 있어, 웨이퍼 면내 균일한 세정 처리가 가능해진다.
산화 가스(종류)로서는, 예를 들면 오존 가스, 산소 가스 등을 채용할 수 있다.
실리콘 산화막의 두께는, 1∼10㎚이다. 1㎚ 미만에서는 웨이퍼 표면의 수막 유지력이 저하되어, 수막의 균일성을 확보할 수 없다. 10㎚ 이상의 산화막을 형성하는데는 산화 가스 발생 장치의 능력 확보를 위해, 대과잉인 설비가 필요해진다. 실리콘 산화막의 바람직한 두께는 3∼6㎚이다. 이 범위이면 수막의 균일성 유지와 세정 능력의 확보가 가능해진다는 한층 더 적합한 효과가 얻어진다.
금속 불순물로서는, 예를 들면 Na, K, Al, Ca, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn 등을 채용할 수 있다. 또한, 미립자(파티클)로서는, 소재에 구애됨 없이, 입경이 수십 ㎚∼1㎛ 이하의 물질을 채용할 수 있다.
유기산 미스트란, 유기산을 물에 녹여 제작된 것이다. 미스트의 제작 방법은 임의이다. 예를 들면, 분무 등의 수법에 의해 유기산 용액을 미스트화하여, N2 등의 캐리어 가스와 혼합하여 작성하는 수법 등을 채용할 수 있다.
유기산 미스트 중의 유기산의 농도는, 10∼10000g/m3이다. 10g/m3 미만에서는 수막 중에 존재하는 입자 등의 제타 전위를 적절히 제어할 수 없다. 또한, 10000g/m3를 초과하면, 미스트화된 유기산 성분 자체가 고화되어, 그것 자체가 파티클 발생 원인이 된다. 유기산 미스트 중의 유기산의 바람직한 농도는, 50∼5000g/m3이다. 이 범위이면, 제타 전위의 제어를 적절히 실시한 상태에서 웨이퍼 표면 처리가 가능해진다는 한층 더 적합한 효과가 얻어진다.
미스트를 형성하는 물방울(水滴)의 크기(입경)는 1∼1000㎛이다. 1㎛ 미만에서는, 미스트의 크기 자체를 제어하는 것이 곤란하다. 또한, 1000㎛를 초과하면, 캐리어 가스에 의해 미스트를 적절히 공급할 수 없다. 물방울의 바람직한 입경은 10∼100㎛이다. 이 범위이면, 캐리어 가스로 적절히 유기산 미스트를 공급 가능해진다는 한층 더 적합한 효과가 얻어진다.
유기산 미스트와 HF 가스의 챔버로의 도입 순서는, 동시라도 좋다. 또한, 어느 한쪽을 먼저 도입해도 좋다.
오염된 수막을, 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면으로부터 배출하는 방법으로서는, 예를 들면 수막의 표면 장력을 초과할 정도의 유기산 미스트의 과잉 공급(계속적 공급) 방법이 주(主)가 된다. 그 외에, 이 방법에, 실리콘 웨이퍼를 회전판에 올려놓고 서의 스핀 제거 방법, N2 등의 불활성 가스를 웨이퍼 표면에 분사하는 방법 등을 병용해도 좋다.
수막에 공급되는 산화 가스와, 유기산 미스트를 대신하여 챔버에 도입되는 산화 가스는, 동일한 소재의 가스라도, 상이한 소재의 가스라도 좋다.
실리콘 산화 보호막의 두께는, 1∼10㎚이다. 1㎚ 미만에서는 웨이퍼 표면의 수막 유지력이 저하되어, 수막의 균일성을 확보할 수 없다. 10㎚ 이상의 산화막을 형성하는 데는 산화 가스 발생 장치의 능력 확보를 위해, 과잉인 설비가 필요해진다. 실리콘 산화막의 바람직한 두께는 3∼6㎚이다. 이 범위이면 수막의 균일성 유지와 세정 능력의 확보가 가능해진다는 한층 더 적합한 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수 종류의 약액을 실리콘 웨이퍼의 면상에 형성된 수막에 용해하여, 임의의 처리를 행할 수도 있다. 이와 같이, 웨이퍼 면상에서 약액 조합을 행함으로써, 종래 문제가 되고 있던 공급 배관 내에서의 가스 성분의 감쇠(減衰)를 방지할 수 있다.
제2항에 기재된 발명은, 상기 산화막 형성 공정은, 상기 턴 테이블의 회전을 정지시킨 상태에서, 상기 챔버에 상기 산화 가스를 공급하고, 상기 가스 도입 공정은, 상기 턴 테이블의 회전을 정지시킨 상태에서, 상기 챔버에 상기 유기산 미스트 및 상기 HF 가스를 공급하는 제1항에 기재된 실리콘 웨이퍼 세정 방법이다.
또한, 본원발명의 일 실시 형태에 의하면, 산화 가스로서 오존 가스를 채용하기 때문에, 간단하게 그리고 저비용으로 산화 가스를 얻을 수 있고, 게다가 환원제에 의한 사용이 끝난 액의 중화 처리를 행할 필요가 없다.
수막 중의 오존 농도는 0.5ppm 이상이 바람직하다. 0.5ppm 미만이면 실리콘 웨이퍼의 면에 친수성의 산화막을 형성하는 것이 곤란해짐과 함께, 실리콘 웨이퍼의 면에 부착되어 있던 유기산의 분해 제거 작용이 저하된다. 순수에 대한 오존의 용해 한계는 약 25ppm이기 때문에, 초순수막(용존 오존 수막)의 오존 농도는 2∼25ppm이 보다 바람직하다.
제3항에 기재된 발명은, 상기 유기산 미스트에 포함되는 유기산은, 옥살산, 구연산, 숙신산, 에틸렌디아민4아세트산, 주석산, 살리실산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프론산, 카프릴산, 라우린산, 미리스틴산, 팔미트산, 스테아린산, 아라킨산, 벤조산, 아크릴산, 아디핀산, 말론산, 말산, 글리콜산, 프탈산, 테레프탈산, 피멜산 및 푸말산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 제1항 또는 제2항에 기재된 실리콘 웨이퍼 세정 방법이다. 또한, 이들 유기산의 염(유기산염)을 채용해도 좋다.
각 유기산 중, 제타 전위의 제어가 가장 용이하다는 이유에 의해, 옥살산이 가장 바람직하다.
또한, 본원발명의 다른 일 실시 형태는, 실리콘 웨이퍼가 장전되는 개폐 가능한 챔버와, 당해 챔버에 장전된 실리콘 웨이퍼의 표리면 중, 표리면의 한쪽 또는 양면에 물을 공급하여 수막을 형성하는 물 공급 수단과, 상기 챔버에 산화 가스를 도입하여, 당해 산화 가스의 성분을 상기 수막에 용해시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면에 산화 작용을 행하여 실리콘 산화막을 형성하는 산화 가스 도입 수단과, 유기산 미스트를 발생시키는 미스트 발생 수단과, 당해 미스트 발생 수단으로부터의 유기산 미스트를 상기 챔버에 도입하는 미스트 도입 수단과, 상기 챔버에, 상기 실리콘 산화막을 상기 수막 중에 용해시키는 HF 가스를 도입하는 HF 가스 도입 수단과, 상기 수막을, 상기 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면으로부터 배출하는 수막 배출 수단을 구비한 실리콘 웨이퍼 세정 장치이다.
본원발명의 다른 실시 형태에 의하면, 챔버에 실리콘 웨이퍼를 장전하고, 그 웨이퍼 표리면 중, 적어도 표면에, 물 공급 수단에 의해 물을 공급하여 수막을 형성한다. 그 후, 챔버에 산화 가스 도입 수단으로부터 산화 가스를 도입한다. 이에 따라, 산화 가스의 성분이 수막에 용해되어, 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면에 실리콘 산화막이 형성된다.
다음으로, 예를 들면 산화 가스의 도입을 정지하고, 챔버 내에, 미스트 발생 수단에 의해 발생한 유기산 미스트와, HF 가스를, 미스트 도입 수단 및 HF 가스 도입 수단에 의해, 동시 또는 따로따로 도입한다. 이에 따라, 미스트 형상의 유기산과 가스 형상의 HF가 수막에 접촉하여, 각 성분이 수막 중에 용해된다. 그 결과, 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면과, 이 면에 부착된 금속 불순물 및 미립자가 각각 마이너스로 하전되어, 제타 전위에 의해 금속 불순물 및 미립자가 웨이퍼면으로부터 분리된다. 게다가, HF의 에칭 작용에 의해 실리콘 산화막이 용해되어, 웨이퍼면으로부터 제거된다.
그 후, 예를 들면, HF 가스 도입 수단에 의한 챔버 내로의 HF 가스의 도입을 정지하고, 미스트 도입 수단에 의한 유기산 미스트만의 도입으로 전환한다. 그리고 이 상태를 유지하면서, 금속 불순물 및 미립자 및 실리콘 산화막의 용해에 의해 오염된 수막을, 수막 배출 수단에 의해 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면으로부터 배출한다. 이때, 유기산의 수막으로의 도입은 계속되고 있다. 그 때문에, 제타 전위에 의해 금속 불순물 및 미립자가 재차 웨이퍼면에 부착될 우려는 없으며, 그 배출 후는, 다량의 유기산 미스트가 웨이퍼면에 부착되어, 이 웨이퍼면에 유기산을 포함하는 수막이 새롭게 형성된다. 다음으로, 유기산 미스트를 대신하여 챔버 내에 산화 가스 도입 수단으로부터 산화 가스를 도입하여, 산화 가스의 성분을 유기산 수막에 용해시켜, 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면에, 실리콘 산화막(실리콘 산화 보호막)을 형성한다.
이에 따라, 가스 중 및 미스트 중의 세정 성분에 의한 충분한 세정 효과가 얻어짐과 함께, 웨이퍼 면내에서의 수막 중의 세정 성분의 농도를 균일하게 할 수 있다. 게다가, 세정 얼룩이 발생하기 어렵고, 또한 세정 성분으로서는, 세정 가스 중의 것뿐만 아니라, 세정 미스트 중의 것도 채용할 수 있다.
물 공급 수단으로서는, 예를 들면 물 제조 장치에 의해 제조된 물을 펌프 압송하는 것 등을 채용할 수 있다.
산화 가스 도입 수단으로서는, 예를 들면 산화 가스 봄베로부터 배출된 산화 가스를, 가스관을 통하여 압송하는 것을 채용해도 좋다.
미스트 발생 수단으로서는, 이젝터 방식에 의해 유기산 용액을 미스트화하는 방식 등을 들 수 있다. 그 외에, 밀폐조(槽) 내에서 유기산 용액을 히터에 의해 가열함으로써, 유기산 미스트를 발생시키는 것이라도 좋다. 이 경우, 유기산 용액이 증발하여 유기산 미스트가 되기 때문에, 간단하게 그리고 저비용으로 유기산 미스트를 얻을 수 있다. 히터에 의한 유기산의 가열 온도는, 유기산이 증발하는 온도이다.
미스트 도입 수단으로서는, 미스트 발생 수단에 의해 발생한 유기산 미스트를, N2 등의 캐리어 가스로 공급하여, 챔버 내에 배치된 노즐로부터 분출시키는 것이라도 좋다.
HF 가스 도입 수단으로서는, HF 가스를 N2 등의 캐리어 가스로 공급하여, 챔버 내에 배치된 노즐로부터 분출시키는 것이라도 좋다.
수막 배출 수단으로서는, 예를 들면 수막의 표면 장력을 초과할 정도의 유기산 미스트의 과잉 공급(계속적 공급) 장치, 실리콘 웨이퍼를 회전판에 올려놓고 서의 스핀 제거 장치 등을 채용할 수 있다.
또한, 본원발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 상기 산화 가스는 오존 가스인 실리콘 웨이퍼 세정 장치이다.
본원발명의 또 다른 실시 형태는, 상기 유기산 미스트에 포함되는 유기산은, 옥살산, 구연산, 숙신산, 에틸렌디아민4아세트산, 주석산, 살리실산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프론산, 카프릴산, 라우린산, 미리스틴산, 팔미트산, 스테아린산, 아라킨산, 벤조산, 아크릴산, 아디핀산, 말론산, 말산, 글리콜산, 프탈산, 테레프탈산, 피멜산 및 푸말산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 실리콘 웨이퍼 세정 장치이다.
여기에서, 구연산, 살리실산, 옥살산, 프탈산, 포름산, 말론산, 숙신산 및 아세트산에 대해서, 물(수온 10℃, 20℃, 30℃)에 대한 용해도를 표 1에 나타내고, 수온 10℃, 20℃, 60℃에 있어서의 각 유기산의 증기압을 표 2에 나타낸다.
Figure 112010033686911-pct00001
Figure 112010033686911-pct00002
제1항에 기재된 발명에 의하면, 우선 챔버에 있어서, 실리콘 웨이퍼의 적어도 표면에 수막을 형성한다. 그 후, 이 수막에 대하여, 산화 가스의 산화 성분, 유기산 미스트의 유기산 성분 및 HF 가스의 HF 성분, 유기산 미스트, 산화 가스의 산화 가스 성분을, 순차로, 챔버 내의 가스를 교체하면서 공급한다. 이에 따라, HF 성분 및 유기산 성분에 의한 충분한 웨이퍼면의 세정 효과가 얻어짐과 함께, 웨이퍼 면내에서의 수막 중의 세정 성분의 농도를 균일하게 할 수 있다. 그 때문에, 실리콘 웨이퍼의 세정면의 세정 얼룩이 발생하기 어려워진다. 이러한 효과는, 웨이퍼의 크기에 구애됨 없이 얻어진다(예를 들면, 300㎜ 이상의 대구경 웨이퍼). 게다가, 세정 성분으로서는, 세정 가스 중의 것뿐만 아니라, 세정 미스트 중의 것도 채용할 수 있다.
특히, 본원발명의 일 실시형태에 의하면, 산화 가스로서 오존 가스를 채용하도록 했기 때문에, 간단하게 그리고 저비용으로 산화 가스를 얻을 수 있고, 게다가 환원제에 의한 사용이 끝난 액의 중화 처리를 행할 필요가 없다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 실리콘 웨이퍼 세정 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 실리콘 웨이퍼 세정 방법의 플로우 시트이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 실리콘 웨이퍼 세정 장치에 장착된 미스트 발생 수단의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 실리콘 웨이퍼 세정 방법 및 종래법으로부터 얻어진 실리콘 웨이퍼의 헤이즈(Haze) 평가 시험 결과를 나타내는 정면도이다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
실시예 1
도 1에 있어서, 10은 실리콘 웨이퍼 세정 장치로, 이 실리콘 웨이퍼 세정 장치(10)는, 연마 후의 실리콘 웨이퍼(W)가 장전되는 밀폐 가능한 매엽식의 챔버(11)와, 챔버(11)에 장전된 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 물을 공급하여 수막(50)을 형성하는 물 공급 수단(12)과, 챔버(11)에 오존 가스(산화 가스)를 도입하여, 오존 성분을 수막(50)에 용해시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(수막 형성측의 면)에 실리콘 산화막을 형성하는 오존 가스 도입 수단(산화 가스 도입 수단)(13)과, 옥살산 미스트(유기산 미스트)를 발생시키는 미스트 발생 수단(14)과, 미스트 발생 수단(14)으로부터의 옥살산 미스트를 챔버(11)에 도입하는 미스트 도입 수단(15)과, 챔버(11)에, 실리콘 산화막을 수막(50) 중에 용해시키는 HF 가스를 도입하는 HF 가스 도입 수단(16)과, 수막(50)을, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면으로부터 배출하는 수막 배출 수단(17)을 구비하고 있다.
챔버(11)에는, 실리콘 웨이퍼(W)의 개폐가 자유로운 출입구가 형성되어 있다. 챔버(11) 내의 중앙부에는, 실리콘 웨이퍼(W)의 이면을 진공 흡착하는 턴테이블(18)이 배치되어 있다. 턴테이블(18)의 중앙부의 하면에는, 챔버(11)의 중앙부의 하방에 배치된 회전 모터(19)의 출력축(19a)의 선단부가 고정되어 있다. 회전 모터(19)에 의해 출력축(19a)을 회전시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(W)가 턴테이블(18)과 함께 소정의 회전 속도로 회전한다.
챔버(11)의 일측벽에는, 오존 가스 생성 장치(20)의 배기 가스부에 원부(元部)가 연통(communication)된 가스 배관(21)의 선부가 연통되어 있다. 가스 배관(21)의 도중에는, 상류로부터 순서대로 펌프(P1)와 개폐 밸브(V1)가 떨어져 설치되어 있다. 또한, 챔버(11) 내의 상부 공간의 일측부에는, 물의 공급 노즐(22)이 배치되어 있다. 공급 노즐(22)의 원부에는, 초순수 제조 장치(23)의 배수부에 원부가 연통된 급수관(24)의 선단부가 연통되어 있다. 급수관(24)의 도중에는, 상류로부터 순서대로 펌프(P2)와 개폐 밸브(V2)가 떨어져 설치되어 있다.
챔버(11) 내의 상벽의 중앙부에는, 챔버(11) 내의 가스를 배기하는 배기관 (25)이 연통되어 있다. 배기관(25)의 도중에는, 상류로부터 순서대로 개폐 밸브(V3), 퍼지용의 컴프레서(C1)가 설치되어 있다.
챔버(11) 내의 상부 공간의 타측부에는, 옥살산 미스트와 HF 가스를 혼합한 기상 혼합물의 분사 노즐(26)이 배치되어 있다. 분사 노즐(26)의 원부에는, 두 갈래의 원부를 갖는 기상관(27)의 선단부가 연통되어 있다. 기상관(27)의 원부의 한쪽은, 미스트 발생 수단(14)의 본체가 되는 밀폐조(28)의 상부 공간에 연통되어 있다. 또한, 기상관(27)의 원부(元部)의 다른 한쪽은, 밀폐식의 HF 가스 발생조(29)의 상부 공간에 연통되어 있다. 미스트 발생 수단(14)은, 이젝터 용기(51)에, 옥살산 용액이 공급되는 약액 공급관(52)과, 캐리어 가스인 질소 가스의 공급관(53)과, 소경인 미스트 배출관(54)이 각각 연통된 것이다(도 3). 기상관(27)의 원부의 한쪽에는, 상류로부터 순서대로 컴프레서(C2)와 개폐 밸브(V4)가 각각 떨어져 설치되어 있다. 또한, 기상관(27)의 원부의 다른 한쪽에는, 상류로부터 순서대로 컴프레서(C3)와 개폐 밸브(V5)가 각각 떨어져 설치되어 있다.
상기 물 공급 수단(12)은, 급수 노즐(22), 급수관(24), 펌프(P2), 개폐 밸브(V2)를 갖고 있다. 또한, 오존 가스 도입 수단(13)은, 가스 배관(21), 펌프(P1), 개폐 밸브(V1)를 갖고 있다. 또한, 미스트 도입 수단(15)은, 분사 노즐(26), 기상관(27), 컴프레서(C2), 개폐 밸브(V4)를 갖고 있다. HF 가스 도입 수단(16)은, 분사 노즐(26), 기상관(27), 컴프레서(C3), 개폐 밸브(V5)를 갖고 있다. 수막 배출 수단(17)은, 회전 모터(19)를 갖고 있다.
다음으로, 도 2의 플로우 시트를 참조하여, 실시예 1의 실리콘 웨이퍼 세정 장치(10)에 의한 실리콘 웨이퍼 세정 방법을 설명한다.
우선, 모든 개폐 밸브(V1∼V5)를 닫고 챔버(11)의 출입구를 열어, 실리콘 웨이퍼(W)를 턴테이블(18)에 진공 흡착시킨다. 그 후, 챔버(11)의 출입구를 닫아 이것을 밀폐하여, 회전 모터(19)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)와 턴테이블(18)을 100rpm으로 일체적으로 회전시킨다.
다음으로, 개폐 밸브(V2)를 열고 펌프(P2)를 작동하여, 초순수 제조 장치(23)에 의해 제조된 물을, 급수 노즐(22)로부터 회전 중인 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 유출시킨다. 이에 따라, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 두께 30㎛의 수막(50)이 형성된다. 그 후, 회전 모터(19)에 의한 턴테이블(18)의 회전을 정지함과 함께, 개폐 밸브(V2)를 닫고 펌프(P2)를 정지한다.
이어서, 개폐 밸브(V1)를 엶과 함께 펌프(P1)를 작동하여, 오존 가스 생성 장치(20)에 의해 생성된 오존 가스(125g/m3)를 30리터/min으로 1분간, 챔버(11)에 도입한다. 이에 따라, 오존 가스 중의 오존이 수막(50)에 용해되어, 그 결과, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘 산화막이 형성된다.
이어서, 펌프(P1)를 멈추고 개폐 밸브(V1)를 닫음과 함께, 컴프레서(C1)를 작동하여 개폐 밸브(V3)를 열어, 챔버(11) 내의 잉여 오존 가스를 퍼지한다. 그 후, 컴프레서(C1)를 멈추고 개폐 밸브(V3)를 닫음과 함께, 양 컴프레서(C2,C3)를 작동하여 양 개폐 밸브(V4,V5)를 연다. 이에 따라, 미스트 발생 수단(14)에 의해 발생한 옥살산 미스트와, HF 가스 발생조(29)로부터 얻어진 HF 가스(HF; 1％)와의 기상 혼합물을, 기상관(27)을 통하여 분사 노즐(26)로부터 15리터/min으로 챔버(11) 내로 분사(동시 도입)한다. 미스트 발생 수단(14)에서는, 이젝터 용기(51)에 캐리어 가스인 질소 가스를 고압으로 압입하고, 소경인 미스트 배출관(54)으로부터 질소 가스를 고속으로 배출시킨다. 이때, 이젝터 용기(51) 내는 부압 상태가 되어, 약액 공급관(52)으로부터 옥살산이 이젝터 용기(51) 내에 미스트 상태로 흡인된다. 이에 따라, 옥살산 용액이 증발하여 옥살산 미스트가 된다. 이러한 방식의 것을 채용했기 때문에, 간단하게 그리고 저비용으로 옥살산 미스트를 얻을 수 있다.
이에 따라, 미스트 형상의 옥살산과 가스 형상의 HF가 수막(50)에 접촉하여, 양 성분이 수막(50) 중에 용해된다. 그 결과, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면과, 이 면에 부착된 금속 불순물 및 미립자가 각각 마이너스로 하전되어, 제타 전위에 의해 금속 불순물 및 미립자가 웨이퍼면으로부터 분리된다. 수막(50) 중으로 이행한 금속 불순물은 옥살산의 분자와 착체를 형성한다. 이 금속 착염의 착이온도 실리콘 웨이퍼(W)의 표면 전위와 동일한 마이너스가 된다. 그 때문에, 액중으로 이행한 금속 착체는, 표면 전위가 마이너스인 실리콘 웨이퍼(W)에는 재부착되지 않는다. 게다가, HF의 에칭 작용에 의해 실리콘 산화막이 용해되어, 웨이퍼면으로부터 제거된다.
그 후, 컴프레서(C3)를 정지하고 개폐 밸브(V5)를 닫아, 챔버(11) 내로의 HF 가스의 도입을 정지하고, 유기산 미스트만의 도입(도입량은 동일)으로 전환한다. 이 상태를 유지하면서, 금속 불순물, 미립자 및 실리콘 산화막의 용해에 의해 오염된 수막(50)을, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면으로부터 배출한다. 이 배출시에는, 우선 개폐 밸브(V2)를 열고 펌프(P2)를 작동하여, 초순수 제조 장치(23)에 의해 제조된 물을, 급수 노즐(22)로부터 회전 중인 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 유출시킨다. 그리고, 회전 모터(19)에 의해 턴테이블(18)을 100rpm으로 1분간 회전시킨다. 그 후, 회전 모터(19)에 의한 턴테이블(18)의 회전을 정지함과 함께, 개폐 밸브(V2)를 닫고 펌프(P2)를 정지한다. 이때, 옥살산의 수막(50)으로의 도입은 계속되고 있다. 그 때문에, 전술한 이유에 의해 금속 불순물 및 미립자가 재차 웨이퍼면에 부착될 우려는 없다.
이어서, 개폐 밸브(V4)를 닫음과 함께 컴프레서(C2)를 멈추어, 옥살산 미스트의 공급을 정지함과 함께, 재차 컴프레서(C1)를 작동하고 개폐 밸브(V3)를 열어, 챔버(11) 내의 잉여 옥살산 미스트를 퍼지한다. 그 후, 개폐 밸브(V2)를 열고 펌프(P2)를 작동시킨다. 이에 따라, 초순수 제조 장치(23)에 의해 제조된 물을, 급수 노즐(22)로부터 회전 중인 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 유출시킨다. 그리고, 회전 모터(19)에 의해 턴테이블(18)을 100rpm으로 1분간 회전시킨다. 그 후, 회전 모터(19)에 의한 턴테이블(18)의 회전을 정지함과 함께, 개폐 밸브(V2)를 닫고 펌프(P2)를 정지한다.
그리고 나서, 재차 펌프(P1)를 작동하고 개폐 밸브(V1)를 열어, 오존 가스 생성 장치(20)에 의해 발생한 오존 가스(125g/m3)를, 30리터/min으로 1분간, 챔버 (11)에 공급한다. 이에 따라, 오존이 수막(50)(유기산 수막)에 용해되어, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘 산화 보호막이 형성된다. 그 후, 펌프(P1)를 정지하고 개폐 밸브(V1)를 닫음과 함께, 재차 컴프레서(C1)를 작동하고 개폐 밸브(V3)를 열어, 챔버(11) 내의 잉여 오존 가스를 퍼지한다.
다음으로, 회전 모터(19)에 의해 턴테이블(18)을 1500rpm으로 1분간 회전시켜, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면을 스핀 건조한다. 그 후, 챔버(11)의 출입구를 열어, 실리콘 웨이퍼(W)를 취출한다.
이와 같이 실리콘 웨이퍼(W)의 세정을 행함으로써, 가스 중 및 미스트 중의 세정 성분에 의한 충분한 세정 효과가 얻어짐과 함께, 웨이퍼 면내에서의 수막(50) 중의 세정 성분의 농도를 균일하게 할 수 있다. 이에 따라, 세정 얼룩을 방지할 수 있다. 또한, 세정 성분으로서는, HF 가스 중의 HF뿐만 아니라, 옥살산 미스트 중의 옥살산도 채용할 수 있다.
또한, 산화 가스로서 오존 가스를 채용했기 때문에, 산화 가스를 간단하게 그리고 저비용으로 얻을 수 있고, 게다가 사용이 끝난 물에 대한 환원제에 의한 중화 처리를 행할 필요가 없다.
다음으로, 이 실시예 1에 따른 실리콘 웨이퍼 세정 방법(본 발명)과, 종래의 배치 세정 방식(비교예 1)과, 종래의 가스계 매엽 세정 방식(비교예 2)에 의해 세정된 실리콘 웨이퍼에 대하여, LPD(Light Point Defect) 평가 시험과, 헤이즈(Haze) 평가 시험을 행한 결과를 보고한다. 여기에서는, 실리콘 웨이퍼로서, 입경 65㎚의 미립자가 웨이퍼 표면에 1000pcs 부착된 클린룸 폭로 오염 웨이퍼를 채용했다.
비교예 1에서는, 연마 후의 실리콘 웨이퍼를, 10ppm의 오존수에 4분간 침지하고, 그 후, 0.05％의 HF와 0.01％의 옥살산과의 혼합 용액에 4분간 침지하고, 다음으로 0.01％의 옥살산 용액에 4분간 침지한 후, 10ppm의 오존수에 4분간 침지하고 나서 스핀 건조를 행했다.
또한, 비교예 2에서는, 실시예 1의 실리콘 웨이퍼 세정 방법에 있어서, 옥살산 미스트와 HF 가스와의 챔버 내로의 공급과, 그 직후의 옥살산 미스트만의 챔버 내로의 공급을 대신하여, HF 1％인 HF 가스의 15리터/min으로의 챔버 내 도입을 채용한 것 외는 동일한 방법으로 실리콘 웨이퍼(W)를 세정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3 중, 65㎚,120㎚는 미립자의 입경이다.
Figure 112010033686911-pct00003
표 3으로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1과 비교예 1(배치 세정)은, LPD 제거 성능은 동등했다. 그러나, 비교예 2(가스계 매엽 세정)는, 이들에 비하여 LPD의 제거 성능이 떨어지고 있었다.
또한, 헤이즈 평가에 대해서는, 도 4에 나타내는 바와 같이 비교예 1에서는 국소적으로 악화 영역(백화상 부분)이 발생했다. 실시예 1과 비교예 2에서는, 웨이퍼 중심부로부터 균일한 분포가 되어, 양호한 결과가 얻어졌다.
본 발명은, 경면 연마 웨이퍼, 에피택셜 웨이퍼, SOI 웨이퍼 등의 실리콘 웨이퍼를 세정할 때에 유용하다.
10 : 실리콘 웨이퍼 세정 장치
11 : 챔버
12 : 물 공급 수단
13 : 산화 가스 도입 수단
14 : 미스트 발생 수단
15 : 미스트 도입 수단
16 : HF 가스 도입 수단
50 : 수막
W : 실리콘 웨이퍼

Claims (6)

  1. 밀폐된 챔버에 설치된 턴 테이블에 실리콘 웨이퍼를 진공 흡착시키고, 당해 실리콘 웨이퍼의 표면에 물을 공급하여 수막을 형성하는 수막 형성 공정과,
    당해 수막 형성 공정 후, 상기 물의 공급을 정지하고, 상기 챔버에 산화 가스를 공급하여, 상기 수막에 당해 산화 가스를 용해시킴으로써, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 산화막을 형성하는 산화막 형성 공정과,
    당해 산화막 형성 공정 후, 상기 산화 가스의 공급을 정지하고, 상기 챔버에 유기산 미스트 및 HF 가스를, 동시에 또는 개별적으로 공급하여, 상기 실리콘 산화막 중에 존재하는 금속 불순물 또는 미립자를 마이너스로 대전시켜, 당해 실리콘 산화막을 상기 수막에 용해시키는 가스 도입 공정과,
    당해 가스 도입 공정 후, 상기 HF 가스의 공급을 정지하고, 상기 유기산 미스트를 상기 챔버에 공급하여, 상기 턴 테이블을 회전시킴으로써, 상기 실리콘 산화막이 용해된 수막을 상기 실리콘 웨이퍼의 수막 형성측의 면으로부터 배출하는 배출 공정과,
    당해 배출 공정 후, 상기 유기산 미스트의 공급을 정지하고, 상기 챔버에 물을 공급하여 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 재차 수막을 형성시키고, 그 후, 당해 물의 공급을 정지하고, 당해 챔버에 산화 가스를 공급하여 당해 수막에 당해 산화 가스의 성분을 용해시켜, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 산화막을 형성하는 보호막 형성 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화막 형성 공정은, 상기 턴 테이블의 회전을 정지시킨 상태에서, 상기 챔버에 상기 산화 가스를 공급하고,
    상기 가스 도입 공정은, 상기 턴 테이블의 회전을 정지시킨 상태에서, 상기 챔버에 상기 유기산 미스트 및 HF 가스를 공급하는 실리콘 웨이퍼 세정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유기산 미스트에 포함되는 유기산은, 옥살산, 구연산, 숙신산, 에틸렌 디아민4아세트산, 주석산, 살리실산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프론산, 카프릴산, 라우린산, 미리스틴산, 팔미트산, 스테아린산, 아라킨산, 벤조산, 아크릴산, 아디핀산, 말론산, 말산, 글리콜산, 프탈산, 테레프탈산, 피멜산 및 푸말산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 실리콘 웨이퍼 세정 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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