KR101598321B1 - 웨이퍼의 불순물 제거 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
제안되는 불순물 제거 방법은, 웨이퍼를 세정 배쓰 내에 위치시키는 제 1 오염 제거 공정; 상기 웨이퍼를 상기 세정 배쓰 밖의 공기중에 위치시키는 제 2 오염 제거 공정; 및 상기 웨이퍼를 상기 세정 배쓰 내에 다시 위치시키는 제 3 오염 제거 공정;을 포함한다.
Description
본 발명은 실리콘 웨이퍼에 존재하는 불순물을 제거하는 방법과, 그 방법을 달성할 수 있는 장치에 대한 것이다.
실리콘 웨이퍼를 제조하는 공정 중에, 다양한 불순물들이 웨이퍼 내에 존재하게 된다. 불순물에 따라서는 실리콘 웨이퍼를 오염시켜, 실리콘 웨이퍼의 품질이 손상되도록 하기 때문에, 이러한 불순물이 되는 물질을 제거하기 위한 노력이 연구되고 있다.
실리콘 웨이퍼를 오염시키는 금속 불순물의 종류는 다양하며, 예를 들면, Cu, Ni, Cr, Fe 또는 이러한 이온을 들 수 있다. 이들 불순물 금속들은 실리콘 웨이퍼 상에 부착할 뿐만 아니라, 웨이퍼 내부, 즉, 벌크(bulk) 내에서 확산하여 실리콘 웨이퍼를 오염시키는 경우도 있다. 특히, Cu와 Ni(및 그 이온)은 실리콘 내에서 대전하고 있고, 또한 그 확산 속도가 빠르기 때문에, 실리콘 웨이퍼 내부에서 확산하기 쉬운 문제가 있다.
따라서, 실리콘 웨이퍼에 대한 폴리싱 후에 효과적으로 웨이퍼 내외부의 불순물을 제거할 수 있는 방안을 모색하는 것이 필요하다.
본 발명은 실리콘 웨이퍼에 존재하는 불순물을 용이하게 제거할 수 있는 방법과, 그 장치를 제안하고자 한다.
특히, 본 발명은 웨이퍼 표면을 세정한 다음, 웨이퍼 양표면에 자연 산화막이 생성되도록 유도하고, 후속되는 공정을 대기하는 동안에 추가로 세정 공정을 더 진행함으로써, 웨이퍼의 불순물을 제거하기 위한 많은 수의 공정을 별도로 추가할 필요가 없는 방법을 제안하고자 한다.
제안되는 불순물 제거 방법은, 웨이퍼를 세정 배쓰 내에 위치시키는 제 1 오염 제거 공정; 상기 웨이퍼를 상기 세정 배쓰 밖의 공기중에 위치시키는 제 2 오염 제거 공정; 및 상기 웨이퍼를 상기 세정 배쓰 내에 다시 위치시키는 제 3 오염 제거 공정;을 포함한다.
또한, 실시예의 불순물 제거 장치는, 세정 배쓰에 위치한 카세트에 수용된 웨이퍼를 그립하고, 상기 웨이퍼를 상하로 이동시키기 위한 웨이퍼 승강 수단; 및 상기 세정 배쓰 일측에 마련되고, 상기 웨이퍼 승강 수단에 의하여 리프트 업된 상기 웨이퍼로 건조 가스를 분사하기 위한 건조 수단; 을 포함한다.
제안되는 바와 같은 불순물 제거 방법에 의해서, 세정 배쓰 내에 불순물이 존재하더라도, 웨이퍼가 자연 산화막에 의하여 오염되지 않도록 할 수 있으며, 웨이퍼의 불순물을 제거하기 위하여 많은 수의 공정을 추가할 필요가 없는 장점이 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 불순물 제거 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 실시예의 오염 제거 장치를 구성하는 세정 배쓰의 평면도를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 실시예의 오염 제거 장치를 구성하는 웨이퍼 승강 수단을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예의 오염 제거 장치를 구성하는 웨이퍼 건조 수단을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 오염 제거 공정을 수행하는 때의 산화막 형성 속도를 보여주기 위한 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따라 오염 제거 방법을 수행한 경우의 오염 정도를 비교한 그래프이다.
도 2는 본 실시예의 오염 제거 장치를 구성하는 세정 배쓰의 평면도를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 실시예의 오염 제거 장치를 구성하는 웨이퍼 승강 수단을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예의 오염 제거 장치를 구성하는 웨이퍼 건조 수단을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 오염 제거 공정을 수행하는 때의 산화막 형성 속도를 보여주기 위한 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따라 오염 제거 방법을 수행한 경우의 오염 정도를 비교한 그래프이다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 불순물 제거 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼의 표면의 일면 또는 양면을 연마하는 폴리싱 공정(S100)이 수행된 다음에는, 본 실시예에 따라 제 1 오염 제거 공정(S110), 제 2 오염 제거 공정(S120) 및 제 3 오염 제거 공정(S130)이 순차적으로 수행된다.
상세히, 제 1 오염 제거 공정(S110)은, 폴리싱이 수행된 후의 웨이퍼들을 카세트 내에 수용시키고, 상기 카세트를 세정 배쓰 내에 위치시킨다.
제 1 오염 제거 공정과 관련하여서는, 도 2를 함께 참조하여 본다. 도 2는 본 실시예의 오염 제거 장치를 구성하는 세정 배쓰의 평면도를 보여주는 도면이다.
실시예의 오염 제거 장치는, 도시된 바와 같은 세정 배쓰(20)를 포함하고, 상기 세정 배쓰(20) 내에서는 웨이퍼를 지지하는 카세트(110)가 레일을 따라 이동이 가능하다.
즉, 상기 세정 배쓰(20) 내에서 카세트(110)는 레일을 따라 제 1 위치에서 제 2 위치로 이동이 가능하며, 제 1 위치는 폴리싱이 수행된 웨이퍼가 카세트에 안착되는 위치히고, 제 2 위치는 후속되는 제 2 오염 제거 공정을 수행하기 위한 위치가 될 수 있다. 제 2 위치의 일측에는 실리콘 웨이퍼들에 대한 건조 공정을 수행할 수 있도록, 건조 가스를 웨이퍼측으로 분사시키는 건조 장치(200)가 마련된다.
5장의 실리콘 웨이퍼가 하나의 세트가 되어 폴리싱 공정이 수행된 경우에는, 상기 카세트(110) 내에 5장의 실리콘 웨이퍼가 수용되어 1차 오염 제거 공정이 세정 배쓰(20) 내에서 수행된다. 그리고, 후술하겠지만, 1차 오염 제거된 5장의 실리콘 웨이퍼에 대해서 2차 오염 제거 공정인 건조 공정이 수행된다. 그 다음, 폴리싱 완료된 5장의 실리콘 웨이퍼에 대해서, 1차 및 2차 오염 제거 공정이 다시 수행된다.
1차 오염 제거 공정에서는, 실리콘 웨이퍼가 카세트(110)에 수용된 상태에서 DIW로 채워진 세정 배쓰(20) 내에 침전된 상태를 유지하며, 이때, 상기 세정 배쓰(20) 내로는 오존(O3)이 공급될 수 있다.
이와 같은 1차 오염 제거 공정은, 폴리싱 가공 후에 웨이퍼 표면에 가공 슬러리 및 계면 활성제 등이 잔존하기 때문에, 이러한 불순물을 세정 배쓰(20) 내의 DIW 및 공급되는 오존을 통하여 제거하는 공정이다.
이러한 1차 오염 제거 공정이 세정 배쓰 내에서 이루어지는 동안에, 카세트(110)는 세정 배쓰(20) 내의 제 2 위치로 이동된다.
그 다음, 실시예에 따른 2차 오염 제거 공정(S120)이 수행되며, 2차 오염 제거 공정은, 제 1 건조 공정(S121)과, 제 2 건조 공정(S122)을 포함한다.
즉, 2차 오염 제거 공정은 1차 오염 제거 공정을 통하여 표면 세정이 이루어진 웨이퍼에 대하여 자연 산화막이 형성되도록 하기 위한 공정으로서, 상기 웨이퍼로 가스를 분사시키는 제 1 건조 공정(S121)과, 공기 중에서의 대기 시간을 부여하는 제 2 건조 공정(S122)을 포함한다.
여기서, 제 2 건조 공정은 상기 웨이퍼를 공기중에 위치시킨 상태에서 기설정된 10분 내지 60분 동안 대기하는 공정이 될 수 있다.
상세히, 제 1 건조 공정(S121)은, 웨이퍼가 수용된 카세트(110)가 세정 배쓰(20) 내에서 제 2 위치로 이동한 다음, 상기 카세트(110)에 수용된 웨이퍼를 세정 배쓰(20) 밖으로 위치시킴으로써 시작된다.
상기 제 1 건조 공정(S121)에서, 웨이퍼를 세정 배쓰(20) 밖으로 리프트 업시키는 구성에 대해서는, 도 3을 함께 참조하여 본다. 도 3은 본 실시예의 오염 제거 장치를 구성하는 웨이퍼 승강 수단을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 카세트(110)의 하측에는 상하로 승강이 가능한 웨이퍼 승강 수단(230)이 마련되고, 상기 웨이퍼 승강부(230)는 모터 등의 구동 수단에 의하여 상하로 이동되면서 웨이퍼(W)를 세정 배쓰(20) 내외측으로 이동시키는 것이 가능하다.
상기 카세트(110)는 상부면과 하부면이 개방된 구조를 갖고 있으며, 상기 웨이퍼 승강 수단(230)에서 웨이퍼(W)를 그립하기 위한 웨이퍼 지지부(231)가 카세트(110) 하측을 통과하여 상기 웨이퍼(W)를 지지한 상태로 상측으로 이동할 수 있다.
상기 웨이퍼 승강 수단(230)은 상기 웨이퍼 지지부(231)를 하측에서 지지하는 프레임(232)과, 상기 프레임(232)과 웨이퍼 지지부(231)를 승강시키기 위하여 모터측과 연결되는 바디 연결부(233)를 포함할 수 있다.
제 2 오염 제거 공정에서, 웨이퍼(W)를 수용한 카세트(110)가 세정 배쓰(20) 내의 제 2 위치로 이동된 경우, 상기 웨이퍼(W)를 세정 배쓰(20) 상측으로 이동시키기 위하여 상기 웨이퍼 승강 수단(230)이 리프트 업 된다.
그리고, 상기 웨이퍼 승강 수단(230)이 리프트 업 되는 것에 의하여, 웨이퍼 지지부(231)가 카세트(110) 내의 웨이퍼(W)를 그립하면서 상측으로 함께 이동된다. 따라서, 웨이퍼(W)는 세정 배쓰(20)와 카세트(110) 보다 상측으로 점차 이동하게 되면서, 공기중에 노출된다.
한편, 상기 웨이퍼 승강 수단(230)은 폴리싱 완료 후 추가로 웨이퍼에 수용되는 웨이퍼들에 대해서도 웨이퍼를 리프트 업시키기 위한 제 2 승강 수단(330)이 더 배치된다. 예를 들어, 카세트가 웨이퍼 20장을 수용할 수 있도록 제작되고, 폴리싱 완료 후 매회 5장의 웨이퍼가 카세트가 수용되는 경우라면, 각 위치별 웨이퍼들을 리프트 업 시키기 위하여, 상기 웨이퍼 승강 수단은 4개가 인접하게 마련될 수 있다. 이 경우, 각각의 웨이퍼 승강 수단들은 자신의 위치에서 상하로 이동되기 때문에, 각 위치의 웨이퍼들을 상하로 이동시킨다.
반면에, 단일의 웨이퍼 승강 수단이 구비되고, 상기 웨이퍼 승강 수단이 상기 카세트(110) 하측에서 좌우 또는 전후로 이동이 가능한 경우에, 1세트의 웨이퍼를 리프트 업 시키고, 그 다음 제 2 세트의 웨이퍼가 카세트에 수용되면, 2세트의 웨이퍼들의 하측으로 웨이퍼 승강 수단이 이동한 다음 상하로의 승강이 이루어질 수도 있다.
한편, 본 실시예에 따르면, 제 2 오염 제거 공정은, 제 1 건조 공정(S121)과 제 2 건조 공정(S122)을 포함하며, 상기 웨이퍼 승강 수단(230)에 의하여 웨이퍼(W)가 공기중에 노출된 다음, 상기 웨이퍼(W) 측으로 건조 가스를 분사시키는 과정이 제 1 건조 공정이 된다.
즉, 상기 웨이퍼 승강 수단(230)에 의하여 웨이퍼(W)가 세정 배쓰(20) 상측으로 이동하게 되면, 상기 세정 배쓰(20)에 인접하게 마련된 건조 수단으로부터 건조 가스가 웨이퍼(W)측으로 분사된다.
도 4는 본 실시예의 오염 제거 장치를 구성하는 웨이퍼 건조 수단을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 웨이퍼 건조 수단(250)은 웨이퍼 승강 수단(230)에 의하여 세정 배쓰(20)의 상측으로 리프트 업된 웨이퍼들에 대한 에어 클리닝을 수행한다.
상기 건조 수단(250)은 내부에 가스 이동 경로를 갖고, 이동된 건조 가스는 상측 노즐(251)(제 1 측 노즐)과, 하측 노츨(252)(제 2 측 노즐)을 통하여 웨이퍼(W)로 분사된다. 상측 노즐(251)과 하측 노즐(252)에는 가스가 분사되는 분사구가 마련될 수 있으며, 여기서 웨이퍼 건조를 위하여 사용되는 건조 가스는 질소(N2) 가스가 사용될 수 있다.
제 1 건조 공정에서는, 공기중에 노출된 웨이퍼로 질소 가스를 블로잉(blowing) 하며, 상기 웨이퍼 표면에 자연 산화막이 빠르게 형성되도록 하기 위함이다. 따라서, 1차 오염 제거 공정이 세정 배쓰 내에서 수행되기 때문에, 세정 배쓰 내에 예상하지 못한 오염물이 존재하는 경우에도, 공기 중에서 웨이퍼 표면에 자연 산화막이 형성되도록 함으로써, 웨이퍼의 오염물을 제거하고, 오염물이 웨이퍼로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 질소 가스를 이용한 에어 블로잉(air blowing)은 1분 정도 수행될 수 있으며, 건조 가스로 사용되는 질소 가스가 웨이퍼 표면에 닿음으로써, 웨이퍼 표면의 이물질 제거 및, 자연 산화막의 형성을 촉진시킨다.
그 다음, 상기 질소 가스를 웨이퍼로 분사한 다음에는, 실시예에 따라 2차 건조 공정(S122)이 진행된다.
여기서, 2차 건조 공정에서는, 상기 건조 수단(250)의 동작이 중단되고, 세정 배쓰(20) 밖에 위치한 웨이퍼들에 대해서 기설정된 시간만큼 공기중에서 대기된다. 즉, 2차 오염물 제거 공정 중, 2차 건조 공정은 에어 블로잉 후에 자연 산화막 생성을 위한 공기중에서의 대기이다.
웨이퍼는 DIW 내에 있는 상태보다 대기중 상태에서 자연 산화막의 생성 속도가 빠르며, 오염된 수조에 들어가기 전에 산화막이 생성되도록 함으로써, 웨이퍼가 재차 오염되지 않도록 한다.
이러한 2차 건조 공정은, 대기 중에서 10분 내지 60분 이내의 시간동안 수행되며, 웨이퍼는 대기 중에서 10분 이상 놓여져 있는 경우에 산화막 생성 속도가 증가하기 때문이다.
그리고, 제 1 세트의 웨이퍼들이 이러한 오염물 제거 공정을 수행하는 동안, 제 2 세트의 웨이퍼들이 폴리싱 후 본 발명의 오염물 제거 공정에 투입되기 전까지는 대략 10분 내지 60분이 소요될 수 있으므로, 2차 건조 공정이 수행되는 시간은 제 2 세트의 웨이퍼들이 세정 배쓰 내로 투입되기 이전까지 수행될 수 있다.
한편, 이러한 2차 건조 공정이 기설정된 시간 동안 수행된 다음에는, 자연 산화막이 형성된 상태에서, 웨이퍼들을 다시 세정 배쓰(20) 내의 카세트(110)에 위치시킨다. 즉, 웨이퍼 승강 수단이 하강하여, 그립되었던 웨이퍼들을 카세트(110) 내에 위치되도록 한다.
그 다음, 제 3 오염 제거 공정(S130)을 수행한다. 여기서, 제 3 오염 제거 공정은, 자연 산화막이 형성된 웨이퍼들을 세정 배쓰(20) 내에 위치시키는 것으로서, 폴리싱 및 오염 제거 공정 이후의 공정을 대기하는 단계이다.
도 5는 본 실시예에 따른 오염 제거 공정을 수행하는 때의 산화막 형성 속도를 보여주기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 세정 배쓰 내의 DI 에 웨이퍼들을 침전시킨 경우(A)와, 본 실시예에 따라 제 1 내지 제 3 오염 제거 공정을 수행한 경우(B)의 산화막 두께를 측정 및 비교한 정보를 알 수 있다.
즉, 본 실시예에 따라, 제 1 오염 제거 공정(S110) 수행 후, 제 2 오염 제거 공정(S120)을 수행하게 되면, 산화막의 생성 두께가 급격히 증가하게 되고, 그 다음 제 3 오염 제거 공정(S130)을 통하여 더욱 그 두께가 증가함을 알 수 있다.
이러한 과정들 중, 제 2 오염 제거 공정(S120)은 오염물이 존재할 수 있는 세정 배쓰 내에서 수행되는 것이 아니라, 공기중에서 수행되고, 소정 두께의 산화막이 형성된 상태에서 다시 세정 배쓰 내로 제공되기 때문에, 웨이퍼가 쉽게 오염되지 않도록 하는 장점이 있다.
도 6은 본 실시예에 따라 오염 제거 방법을 수행한 경우의 오염 정도를 비교한 그래프이다.
도 6에는 종래의 일반적인 세정 배쓰 내에서의 웨이퍼 세정 후의 구리와 니켈의 오염도를 측정한 비교예와, 본 실시예에 따라 1차 내지 3차 오염 제거 공정을 수행한 뒤의 구리와 니켈 오염도를 측정한 실시예의 데이터가 기재되어 있다.
실시예에 의한 오염 제거 공정을 통하면, 구리 뿐만 아니라 니켈에 대한 오염을 줄일 수 있으며, 특히, 니켈에 의해 웨이퍼가 오염되는 정도를 매우 효과적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
Claims (11)
- 웨이퍼를 세정 배쓰 내에 위치시키는 제 1 오염 제거 공정;
상기 웨이퍼를 상기 세정 배쓰 밖의 공기중에 위치시키는 제 2 오염 제거 공정; 및
상기 웨이퍼를 상기 세정 배쓰 내에 다시 위치시키는 제 3 오염 제거 공정;을 포함하고;
상기 제 2 오염 제거 공정은,
상기 웨이퍼로 가스를 분사시키는 제 1 건조 공정과,
상기 제 1 건조 공정을 거친 웨이퍼를 공기 중에 위치시킨 상태에서 기설정된 시간 동안 대기하는 제 2 건조 공정을 포함하는 웨이퍼의 불순물 제거 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 오염 제거 공정은, 상기 세정 배쓰 내의 DIW 에 상기 웨이퍼를 침전시키고, 상기 세정 배쓰 내로 오존을 공급하면서 수행되는 웨이퍼의 불순물 제거 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 건조 공정은 상기 웨이퍼를 공기중에 위치시킨 상태에서 상기 웨이퍼측으로 질소 가스를 분사하는 웨이퍼의 불순물 제거 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 건조 공정은 상기 웨이퍼를 공기중에 위치시킨 상태에서 기설정된 10분 내지 60분 동안 대기하는 웨이퍼의 불순물 제거 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020150008101A KR101598321B1 (ko) | 2015-01-16 | 2015-01-16 | 웨이퍼의 불순물 제거 방법 및 장치 |
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Cited By (2)
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| KR101995688B1 (ko) | 2019-02-14 | 2019-07-02 | 이선수 | 반도체 장비 부품의 이물질 제거 장치 |
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- 2015-01-16 KR KR1020150008101A patent/KR101598321B1/ko active IP Right Grant
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