KR101629069B1 - 표준 웨이퍼 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 표준 웨이퍼 제조 방법은, 실시예에 따른 표준 웨이퍼 제조 방법은, 금속 불순물이 포함된 소정 농도의 오염 용액을 제조하는 단계, 웨이퍼 에지부의 산화막을 제거하는 단계, 상기 웨이퍼 에지부의 국부 영역에 상기 오염 용액을 복수개의 오염 방울 형태로 부착시키는 단계 및 상기 오염 방울을 자연 건조시키는 단계를 포함한다. 따라서, 정량적으로 실리콘 웨이퍼의 에지부에만 목표로 하는 농도의 금속 오염이 일어나기 때문에, 웨이퍼 에지부의 금속 불순물 농도를 측정 및 분석하는 기술의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 표준 웨이퍼 제조 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 오염 용액을 사용하여 웨이퍼 에지부를 국부적으로 오염시켜 표준 웨이퍼를 제조하는 방법에 대한 것이다.
실리콘 웨이퍼(silicon wafer)의 불순물 중에서 금속 오염은 반도체 수율(yield)에 상당히 치명적인 오염원이라고 할 수 있다. 따라서 금속 오염을 제거하고 평가하는 기술 및 실리콘 웨이퍼의 게터링 능력(gettering ability)을 평가하는 것은 상당히 중요하다.
이런 금속 오염을 제거하고 평가하는 기술 개발을 위해서는 실리콘 웨이퍼에 강제적으로 금속 오염을 시키는 시뮬레이션 샘플(simulation sample)을 제작하는 것이 필요하다.
종래기술에 의하면, 실리콘 웨이퍼의 에지(Edge) 부위에 존재하는 금속오염을 측정하는 방법으로 챔버 내에 웨이퍼를 거치하여 불화수소산 용액방울을 웨이퍼 에지 부위에 인접하게 하고, 웨이퍼가 거치된 스테이지(stage)를 회전하여 불화수소산 증기로 웨이퍼 외주부의 산화막을 제거한 후 불화수소, 과산화수소가 혼합된 용액 방울을 웨이퍼 외주부에 접촉시킨 상태에서 웨이퍼가 거치된 스테이지(stage)를 회전하는 것에 의해 웨이퍼 외주부에 존재하는 금속 오염을 추출하여 유도 결합플라즈마 질량 분석기를 이용하여 금속 오염을 정성, 정량 분석하는 방법이 있다.
그러나, 종래기술에 의하면 실리콘 웨이퍼의 에지(Edge) 부위에만 금속 오염이 회수되는 것이 아니라 에지 부위를 포함하여 전면과 후면 표면의 일정영역까지 침범하여 금속 오염이 회수가 이루어진다. 따라서 오염시킨 양에 대해 전부 회수하고 정량적인 금속 오염을 실시하기 위해서는 에지 부위 금속 오염시 회수가 되지 않는 영역인 전면, 후면부는 제외되어야 하며, 웨이퍼의 에지부에만 목표로 하는 농도로 오염된 표준 웨이퍼를 제작하고, 웨이퍼 에지부에 대해 신뢰성있는 오염 분석을 수행할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웨이퍼의 에지부의 국부 영역에만 정량적인 오염을 실시할 수 있는 웨이퍼 오염 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예에 따른 표준 웨이퍼 제조 방법은, 금속 불순물이 포함된 소정 농도의 오염 용액을 제조하는 단계; 웨이퍼 에지부의 산화막을 제거하는 단계; 상기 웨이퍼 에지부의 국부 영역에 상기 오염 용액을 복수개의 오염 방울 형태로 부착시키는 단계; 및 상기 오염 방울을 자연 건조시키는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 오염 방울을 자연 건조시키는 단계 이후에, 회수용액으로 웨이퍼 에지부의 금속 오염을 채취하는 단계와, 상기 채취된 금속 오염을 분석하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 채취된 금속 오염을 분석하는 단계는, 채취된 회수용액의 오염 농도와 웨이퍼 에지부에 오염시킨 농도를 비교함으로써, 웨이퍼 에지부에 대한 금속 오염의 회수율을 도출하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 웨이퍼 에지부의 오염 방법에 따라 실시된 웨이퍼 에지부의 금속 오염은 80~100%의 회수율을 갖는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 웨이퍼 에지부의 오염 방법에 의하면, 정량적으로 실리콘 웨이퍼의 에지부에만 목표로 하는 농도의 금속 오염이 일어나기 때문에, 웨이퍼 에지부의 금속 불순물 농도를 측정 및 분석하는 기술의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 웨이퍼 에지부에 소정의 농도로 오염된 금속 불순물을 갖는 표준 웨이퍼를 제공할 수 있으며, 웨이퍼 에지부의 금속 오염을 선택적으로 추출하여 정량, 정성적인 분석이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표준 웨이퍼를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 웨이퍼 에지부에 금속 오염시키는 방법을 나타낸 도면
도 3은 도 2의 점선 부분을 확대한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 웨이퍼 에지부에 오염 방울이 부착된 모습을 나타낸 도면
도 5는 웨이퍼 에지부에 실시한 금속 오염 농도와 실제 측정된 오염 농도를 비교한 그래프
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 웨이퍼 에지부에 금속 오염시키는 방법을 나타낸 도면
도 3은 도 2의 점선 부분을 확대한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 웨이퍼 에지부에 오염 방울이 부착된 모습을 나타낸 도면
도 5는 웨이퍼 에지부에 실시한 금속 오염 농도와 실제 측정된 오염 농도를 비교한 그래프
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표준 웨이퍼를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 웨이퍼 에지부에 오염 방울이 부착된 모습을 나타낸 도면이다. 도 1과 도 2를 참조하여, 실시예에 따른 표준 웨이퍼 제조 방법에 대해 살펴본다.
실시예에 의하면, 웨이퍼의 에지부에 금속 불순물이 정량적으로 오염된 표준 웨이퍼는 다음과 같은 단계에 의해 제조될 수 있다.
먼저, 금속 불순물이 포함된 오염 용액을 제조한다. 금속 불순물은 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 아연(Zn) 중 적어도 하나일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
그리고, 웨이퍼 에지부에 오염을 실시하기 위해 불산(HF)을 이용하여 웨이퍼 에지부 표면의 자연 산화막을 제거하는 단계(S10)를 수행한다. 자연 산화막은 SiO2의 이산화규소 산화물로서 H2O과 상호간 반응성이 높게 일어난다. 자연 산화막이 있는 상태에서는 이후 웨이퍼 에지부에 부착되는 오염 방울이 고정이 안되고 퍼져버리는 현상이 발생하기 때문에 웨이퍼 에지부에 대해 자연 산화막을 제거해주는 과정이 필요하다.
이 때, 웨이퍼의 에지부의 자연 산화막을 제거하는 과정에서 불산 용액을 사용하여 에칭을 수행하면, 불산 용액에 포함된 파티클 등에 의한 추가 오염이 발생될 수 있기 때문에 불산 증기를 사용하여 웨이퍼 에지부에 대한 자연 산화막을 제거하는 것이 바람직하다.
이어서, 웨이퍼 에지부의 국부 영역에 오염 용액을 방울 형태로 부착하는 단계(S20)를 실시한다. 상기 S20 단계는 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 직경이 300㎜인 웨이퍼(11) 에지부 국부 영역에 마이크로 피펫(15)을 사용하여 100ppb 농도의 오염 용액을 오염 방울(13)의 형태로 복수개 부착시킨다.
실시예에 의하면, 1~50㎕의 용량이 주입될 수 있는 마이크로 피펫(15)을 사용하였으며, 상기 마이크로 피펫(15)에 5㎕ 오염 용액을 주입한 후 웨이퍼 에지부에 동일한 양의 오염 용액을 오염 방울(13)로 부착할 수 있다.
실시예에 따른 표준 웨이퍼의 제작은, 웨이퍼 에지부의 국부 영역에 균일한 양을 갖는 5개의 오염 방울(13)을 부착함으로써 실시될 수 있다. 5㎕의 오염 용액이 주입된 마이크로 피펫(5)으로 5회의 부착을 실시하면, 웨이퍼 에지부에는 0.9㎕~1.1㎕의 양을 갖는 5개의 오염 방울이 웨이퍼 에지부에 부착된다. 또한, 실시예는 웨이퍼의 에지부만이 오염된 표준 웨이퍼를 제작하는 것으로서, 상기 오염 방울의 부착은 웨이퍼 에지부에 균일하게 부착되거나, 1/4분면 부위의 국부적인 영역에 부착될 수도 있다.
도 3은 도 2의 점선 부분을 확대한 도면이다. 도 3을 참조하면, 실시예에 따라 오염 방울이 부착되는 웨이퍼 에지부를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 웨이퍼 에지부는 웨이퍼의 표면과 θ1, θ2의 각도를 이루는 상하부의 경사면(R1, R2)으로 이루어진다. 그리고, 상기 경사면(R1, R2)은 소정의 각도로 웨이퍼 두께(t)의 중심부에서 정점을 이루면서 웨이퍼 에지부를 형성하게 된다.
실시예에 따라 마이크로 피펫으로 소정 양의 오염 용액을 웨이퍼 에지부에 접촉하면, 상기 경사면(R1, R2)에 의해 형성되는 상하부의 베벨부(A1, A2)와 Apex부(B)에 해당하는 영역에만 오염 방울이 부착되며, 이는 웨이퍼의 에지부만을 오염시킬 수 있는 것을 의미한다.
상기 오염 방울은 표면 장력에 의하여 웨이퍼의 에지부에 고정된다. 그러나, 마이크로 피펫으로 0.5㎕이하의 방울을 만들기는 어려우며, 오염 방울의 표면장력에 의해 웨이퍼 에지부에 붙어있는 힘보다 오염 방울의 무게가 더 크면 방울이 고정되지 않고 흘러내리기 때문에 300㎜ 웨이퍼의 경우 하나의 오염 방울의 양은 0.5㎕~1.3㎕인 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 웨이퍼 에지부에 오염 방울이 부착된 모습을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 자연산화막이 제거된 웨이퍼의 에지부에 마이크로 피펫으로 상기와 같이 0.5㎕~1.3㎕의 오염 방울을 부착시키면 표면 장력에 의해 웨이퍼의 에지부에만 오염 방울이 부착된 것을 확인할 수 있다.
그리고, 실시예에 의하면 오염 용액의 농도는 100ppb로 제조되는 것이 바람직하다. 오염 용액의 농도가 10ppb 이하로 제조될 경우에는 웨이퍼 에지부의 오염 후에 금속 오염을 분석시 유도 결합 플라즈마 질량 분석(ICP-MS: Introductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) 장비에 의한 측정한계로 오염 분석이 용이하지 않으며, 오염 농도가 1ppm 이상으로 제조될 경우에는 석출되는 금속 알갱이의 크기가 커지기 때문에 웨이퍼 에지부를 자연건조시키는 과정에서 에지부에 오염 물질의 흡착이 제대로 이루어지지 않는다.
따라서, 실험적으로 최적의 오염 농도 및 오염 방울의 양을 측정한 결과 실시예는 100ppb의 농도를 가지는 오염 용액으로 웨이퍼 에지부에 0.5㎕~1.3㎕의 양을 갖는 오염 방울을 복수개 부착하여 웨이퍼 에지부에 대해 정량적으로 오염된 표준 웨이퍼를 제작할 수 있다.
이어서, 상기 오염 방울을 자연 건조시키는 단계(S30)를 실시한다. S30 단계는 30분 동안 클린룸(cleanroom) 환경에서 실시될 수 있다. 상기와 같이 웨이퍼 에지부에 방울 형태로 고정시킨 오염 용액을 자연 건조시키면, 목표로 하는 100ppb 농도의 오염이 웨이퍼 에지부의 해당 영역에 금속 물질이 손실없이 흡착될 수 있다.
그리고, 상기 웨이퍼 에지부의 금속 오염을 채취하는 단계(S40)를 수행한 후에, 웨이퍼 에지부에 정량적인 오염이 되었는지 검증하는 단계를 수행할 수 있으며, 이와 같이 생산된 표준 웨이퍼의 오염 수준을 확인한 후, 표준 웨이퍼로서 사용할 수 있다.
이어서, 회수용액으로 웨이퍼 에지부의 금속 오염을 채취하여 웨이퍼 에지부의 오염 수준을 검증하는 단계에 대해 설명한다.
실시예에 의하면 회수 용액의 양은 100㎕이상 1000㎕이하일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 회수 용액의 양이 100㎕ 미만일 시 측정할 수 있는 금속원소의 갯수가 적어져 정확한 측정이 어려우며, 1000㎕ 초과시에는 샘플의 볼륨이 커져서 검출결과의 신뢰도가 떨어질 수 있다.
실시예는 500㎕의 회수용액을 사용하였으며, 웨이퍼 에지부의 금속 오염을 채취하기 위해 회수용액과 웨이퍼 에지부를 접촉시킨다. 이어서, 추출된 회수 용액을 유도 결합 플라즈마 질량 분석(ICP-MS: Introductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) 장비 등을 이용하여 금속 오염을 정성, 정량 분석할 수 있다.
회수율의 개선을 위해 회수용액은 X%HFY%H2O2의 조성(단, 0.1≤X≤5, 1≤Y≤28)을 가질 수 있다. 상기 HF 및 H2O2의 조성이 상기 조성 범위 미만인 경우에는 회수가 잘 되지 않고, 상기 조성범위를 초과시에는 ICP-MS 측정 장비의 간섭을 유발하여 측정의 정확도가 떨어질 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 웨이퍼 에지부의 오염 방법을 적용하였을 시 웨이퍼 에지부의 오염을 측정 후 웨이퍼 에지부에 실시한 금속 오염 농도와 실제 측정된 오염 농도를 비교한 그래프이다. 도 5에서 종축은 금속 불순물의 농도를 나타내고, 횡축은 금속 추출물의 종류를 나타낸다. 여기서, 오염량은 ICP-MS 장비에 의해 분석되었지만, 이에 한정되지는 않는다.
표준 웨이퍼 에지부에 오염된 오염 물질의 농도(y)는 다음의 수학식 1과 같이 환산될 수 있다.
상기 수학식 1을 통해서 웨이퍼 에지부를 오염시킨 농도와, ICP-MS 장비로 측정한 실제 오염 농도를 도출할 수 있다.
웨이퍼 에지부를 오염시킨 농도는 오염 용액의 농도와 양, 오염시킨 에지 부위의 면적을 이용하여 atoms/㎠ 단위로 환산될 수 있으며, 실제 오염 농도는 회수용액의 양과 ICP-MS 장비의 의한 측정값, 오염시킨 에지 부위 면적을 이용하여 atoms/㎠ 의 단위로 환산될 수 있다.
|
|
단위: atoms/㎠ | ||||
| Ni | Cu | Na | Mg | ||
| 10ppb | 1.76E+10 | 1.62E+10 | 4.49E+10 | 4.24E+10 | |
| 1ppm | 1.76E+13 | 1.62E+13 | 4.49E+13 | 4.24E+13 | |
| Al | Ca | Ti | Cr | Zn | |
| 10ppb | 3.82E+10 | 2.57E+10 | 2.15E+10 | 1.98E+10 | 1.58E+10 |
| 1ppm | 3.82E+13 | 2.57E+13 | 2.15E+13 | 1.98E+13 | 1.58E+13 |
상기 표 1은 오염 농도가 10ppb와 1ppm일 때, 300mm 웨이퍼 에지부의 오염 농도를 회수율 100%를 기준으로 나타낸 것이다. 표 1과 같이 금속 불순물의 종류와 농도에 따라 웨이퍼 에지부의 오염 농도가 다르게 나타나며, 수학식 1을 참조하면 금속 물질의 원자량에 따라 오염 농도가 달라짐을 알 수 있다.
이와 같이 수학식 1에 의한 오염 농도를 도출하여, [(1-(측정값/오염양))×100]의 식을 이용하여 회수율을 계산하였다. 이에, 도 5와 같은 회수율의 결과가 도출되었으며, 금속 오염의 회수율은 실시한 모든 금속 물질에 대해 84% 이상임을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 웨이퍼 에지부는 정량적인 오염이 되었으며, 오염에 대한 측정 신뢰성은 우수한 것으로 평가할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 표준 웨이퍼 제조 방법에 의해 웨이퍼 에지부가 상기 금속 불순물의 종류와 농도에 따라 1.5E+10~5E+13 atoms/㎠의 농도로 오염된 표준 웨이퍼를 얻을 수 있다.
그리고, 실시예에 따른 웨이퍼 에지부의 오염 방법에 따라, 웨이퍼 에지부의 금속 오염을 선택적으로 추출하여 정량적인 분석을 수행할 수 있다.
또한, 실시예에 따르면 웨이퍼 에지부의 자연 산화막만을 제거하여 웨이퍼 에지부에만 오염 용액을 방울 형태로 부착시키기 때문에 웨이퍼의 전면 또는 후면의 자연산화막에 손상을 주지 않으며 오염을 최소화할 수 있어, 다른 측정의 샘플로도 활용이 가능하다. 실시예에서는 300㎜의 직경을 갖는 웨이퍼에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 웨이퍼 에지부 오염 방법을 통한 표준 웨이퍼 제조 방법은 200㎜의 직경을 갖는 웨이퍼에 대해서도 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (15)
- 금속 불순물이 포함된 소정 농도의 오염 용액을 제조하는 단계;
웨이퍼 에지부의 산화막을 제거하는 단계;
상기 웨이퍼 에지부의 국부 영역에 상기 오염 용액을 복수개의 오염 방울 형태로 부착시키는 단계; 및
상기 오염 방울을 자연 건조시키는 단계;를 포함하고,
상기 오염 방울은 표면장력에 의해 상기 웨이퍼 에지부의 아펙스(Apex) 영역 및 상기 아펙스 영역과 상하부로 연결되는 베벨(bevel) 영역의 일부에 부착되는 것을 특징으로 하는 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 오염 방울을 자연 건조시키는 단계 이후에,
회수용액으로 웨이퍼 에지부의 금속 오염을 채취하는 단계와,
상기 채취된 금속 오염을 분석하는 단계
를 수행하는 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 채취된 금속 오염을 분석하는 단계는,
채취된 회수용액의 오염 농도와 웨이퍼 에지부에 오염시킨 농도를 비교함으로써, 웨이퍼 에지부에 대한 금속 오염의 회수율을 도출하는 단계를 포함하는 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 3항에 있어서,
상기 웨이퍼 에지부의 오염 방법에 따라 실시된 웨이퍼 에지부의 금속 오염은 80~100%의 회수율을 갖는 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 웨이퍼 에지부의 국부 영역에 상기 오염 용액을 방울 형태로 부착시키는 단계는,
오염 용액이 주입된 마이크로 피펫을 사용하여 소정량의 오염 방울을 상기 웨이퍼 에지부에 부착시키며, 상기 웨이퍼의 에지부에 부착되는 오염 방울의 표면장력이 상기 오염 방울의 무게보다 더 크도록 상기 오염 방울의 양을 설정하는 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 5항에 있어서,
상기 웨이퍼 에지부에 0.9㎕~1.1㎕ 양을 갖는 복수개의 오염 방울을 부착시키는 것을 특징으로 하는 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 오염 용액의 농도는 10ppb 이상 1ppm 이하인 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 7항에 있어서,
상기 오염 용액의 농도는 100ppb인 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
웨이퍼 에지부의 산화막을 제거하는 단계는,
불산 증기를 사용하여 웨이퍼 에지부 표면의 자연 산화막을 제거하는 것을 특징으로 하는 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 2항에 있어서,
회수용액으로 웨이퍼 에지부의 금속 오염을 채취하는 단계는,
상기 오염 방울이 자연건조된 영역에 100~1000㎕의 회수용액을 접촉하여 수행되는 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 10항에 있어서,
상기 회수용액은 X%HFY%H2O2의 조성(단, 0.1≤X≤5, 1≤Y≤28)인 것을 특징으로 하는 표준 웨이퍼 제조 방법. - 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 표준 웨이퍼 제조 방법에 의해 제조되며, 상기 웨이퍼 에지부에 균일한 농도의 금속 불순물이 오염된 표준 웨이퍼.
- 제 12항에 있어서,
상기 웨이퍼 에지부는 금속 불순물의 종류와 농도에 따라 1.5E+10~5E+13 atoms/㎠의 농도로 오염된 표준 웨이퍼. - 제 13항에 있어서,
상기 금속 불순물은 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 아연(Zn) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표준 웨이퍼. - 제 13항에 있어서,
상기 금속 불순물의 농도는 10ppb~1ppm인 것을 특징으로 하는 표준 웨이퍼.
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