KR20010032446A - 전자 부품 제조를 위한 습식 공정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집적 회로(IC)에 이용되는 반도체 웨이퍼와 같은 전자 부품 전구체를 제조하는 습식 공정 방법에 관한 것이다.
Description
습식 공정은 집적 회로가 제조되는 과정에서 광범위하게 사용되며, 집적 회로는 일반적으로 반도체 웨이퍼, 플렛 패널(flat panels) 및 다른 전자 부품 전구체와 같은 전자 부품 전구체들을 포함한다. 일반적으로, 전자 부품 전구체는 배스(bath) 및 용기(vessel)에서 방치시킨 후 일련의 반응성 화학 처리액 및 세정액(rinsing fluids)과 접촉된다. 상기 처리액은 상기 전자 부품 전구체의 에칭, 포토레지스트 스트리핑(photoresist stripping), 프리디퓨전(pre-diffusion) 클리닝 및 다른 클리닝에 있어서 제한 없이 사용될 수 있다. 공동 양수인에게 양도된 미국특허 제4,577,650호, 제4,740,249호, 제4,738,272호, 제4,856,544호, 제4,633,893호, 제4,755,532호, 제4,917,123호 및 유럽특허공개 제0 233 184호, 및 Burkman 외의 「Wet Chemical Processes-Aqueous Cleaning Processes」(pp 111∼151, Handbook of Semiconductor Wafer Cleaning Technology (Werner Kern 편집, Noyes Publication Parkridge 출팜, 뉴저지주 1993)를 참조하여 상기 논문들을 본 발명에 전반적으로 인용하였다.
일반적으로 습식 공정 기술에 있어서, 전자 부품 전구체는 반응성 화학 처리액에 노출되어 상기 전자 부품 전구체 위에 오염물을 제거(예를 들어, 클리닝)하거나 또는 표면의 일부분을 에칭한다. 이러한 클리닝 또는 에칭이 이루어진 후 화학 물질은 상기 전자 부품 전구체의 표면에 붙을 것이다. 그리고 전구체 위에 남아있는 화학 물질이 다음의 반응성 화학 처리액을 오염시키지 않도록 하기 위해서 전자 부품 전구체를 차기 반응성 화학 처리액으로 처리하기 전에 전자 부품 전구체의 표면으로부터 상기 부착된 화학 물질을 제거하여야만 한다.
그러므로, 현재의 습식 공정 기술에 있어서 각각의 화학적 처리 단계 후에, 화학 처리 단계가 배스(bath), 또는 완전 유동 용기(full flow vessel)에서 이루어지든, 또는 그 외 벤치 기술(bench technique)에 의하여 이루어지는지에 상관없이, 전자 부품 전구체는 전자 부품 전구체의 표면으로부터 화학 물질을 제거하기 위하여 탈이온수(DI water)로 헹구어진다. 때때로, 미량의 화학 물질이 린스액(rinse water)에 첨가되며, 린스 유체(rinse fluid)에 특정한 이로운 물성이 부여될 수 있다. 린스 유체(즉, 물)가 미량의 화학 물질로 개질된다 하더라도, 그 기능은 변하지 않는다. 전자 부품 전구체 및 린스 유체의 세정 또는 에칭(etching) 작용을 하는 화학 물질들 간의 명백한 특성은 전자 부품 전구체의 표면으로부터 화학 물질들을 제거하는 것이다(심지어 상기 물이 순수한 물이 아니고, 특정한 화학 물질들을 포함하고 있을 지라도 그러함).
종래 기술에 있어서는, 화학적 처리가 배스(bath), 완전 유동 용기에서 또는 습식 벤치 기술로 이루어지는지에 관계없이, 탈이온수로 최종 화학적 처리 단계 후와 웨이퍼(wafer) 건조 전에 헹군다.
화학 물질의 작용(예를 들어, 세정 또는 에칭)이 일어난 후, 탈이온수 린스를 통하여 전자 부품 전구체의 표면으로부터 화학 물질을 제거한다 하더라도 이러한 린스 단계는 반도체 부품의 제조에 제한을 가하기도 한다. 예를 들어, 산업적으로는 용해된 화학 물질 수위가 약 10 p.p.d.(예를 들어, 4∼16 Mohm-㎝)가 될 때까지, 탈이온수로 화학 처리 단계 동안 전자 부품 전구체가 헹궈지는 것이 정상이다. 이러한 것은 과도한 린스 공정을 요구한다. 탈이온수가 매우 값이 비싼 관계로, 린스 공정은 실질적으로 제조 전자 부품 전구체 비용을 증가시킨다. 탈이온수 린스 공정은 장시간을 요구하며, 때때로 총 습식 공정 시간의 60 %를 차지하므로, 전자 부품 전구체의 작업 처리량이 감소된다.
탈이온수로 린스하는 공정은 바람직하지 않은 산화물, 실리카 및/또는 금속 침전물을 형성시킴으로써 또는 잔류 물질을 침전시킴으로써 습식 공정 기술을 완성시킬 수 있다. 린스 유체가 순수한 탈이온수인 경우 때때로 실리콘과 같은 반도체 물질과 반응되며, 반도체 물질의 표면상의 여러 개의 실리콘 원자들을 산화시킬 수 있다.
반응성 화학 공정 유체로 처리하여, 전자 부품 전구체를 린스하는 것 외에도, 정상적으로 전자 부품 전구체는 건조되어야 한다. 이러한 것은 건조 공정 동안에는 오염이 일어나지 않기 때문에 부분적으로 요구되는 공정일 수 있다. 기화는 스포팅(spotting) 또는 스트레이킹(streaking)을 야기시키기 때문에 바람직하지 않다. 매우 순수한 물은 물 표면에 대해 매우 활성적(aggressive)이기 때문에 상기 물의 기화는 문제점들을 야기시킬 수 있으며, 물과 접촉되는 매우 짧은 기간 동안 미량의 실리콘 및 실리콘 다이옥사이드를 용해시킬 것이다. 차후의 기화로 인하여 웨이퍼 표면에 있는 용질 물질의 잔여물이 남을 것이다. 반도체 오염 및 고장의 그 외 원인들은 예를 들어, J. Schadel에 의한 "집적 회로(IC)에 있어서 장치 고장 메카니즘"에 대하여 Solid State Devices 1983 Conf. Ser. No. 69 (Institute of Physics, London 1984) 105∼120에서 검토된 바 있다.
종래에는, 반도체가 스핀-린서-드라이어(spin-rinser-drier)의 원심력으로 건조되었다. 이러한 장비는 물을 웨이퍼 표면으로부터 밖으로 끌어내는 원심력을 가하기 때문에, 여러 가지 문제점을 야기한다. 첫째, 웨이퍼 상에 기계적 스트레스가 가해져서 특히 크기가 큰 웨이퍼는 파손될 수 있다. 둘째, 스핀-린서-드라이어 내부 부품을 뒤흔들어 놓아서, 오염에 대한 조절이 어려워지게 된다. 셋째, 웨이퍼가 전형적으로 고속도로 건조 상태의 질소를 통과하기 때문에, 웨이퍼 표면상에 정전기가 발생한다. 반대로 충진되는 공기로 운반된 입자(charged airborne particles)들이 스핀-린서-드라이어가 개방되었을 때 웨이퍼 표면에 빠르게 흘러 들어가기 때문에, 입자 오염을 야기시킨다. 넷째, 상기에 언급한 문제점들로 인하여 함께 스핀(spin) 공정이 이루어지는 동안 웨이퍼의 표면으로부터 물이 기화되는 것을 방지하기 어려워진다.
미국특허 제4,778,532호에 개시된 방법을 포함하여, 최근의 방법 및 장치는 웨이퍼의 증기를 발생시키거나 화학적으로 건조시키는 것에 대하여 개선점을 제시하고 있다. 화학적 건조는 일반적으로 두 단계로 이루어진다. 제1 단계에서는 린스 유체, 바람직하게는 물을 웨이퍼에서 제거하고, 비수용성 건조 유체(drying fluid)와 교환시킨다. 제2 단계에서는 비수용성 건조 유체를 낮은 유동 속도로 예비-건조 가스(predried gas), 바람직하게는 질소와 같은 불활성 가스를 이용하여 증발시킨다.
일본에서 현재 이용되고 있는 다른 화학적 건조 공정은 탈이온수 탱크 내에서 웨이퍼 운반 용기(wafer carrying vessel)를 담가둔 후, 끓는 이소프로판올의 탱크 위로 웨이퍼를 부유시키는 단계로 구성된다. 상기 웨이퍼 운반 용기는 이소프로판올 증기로부터 천천히 회수되고, 그 결과 웨이퍼 표면으로부터 작은 물방울들이 제거된다.
효과적인 웨이퍼 건조 기술에 있어서 가장 중요한 것 중 하나는 웨이퍼가 완전 무균으로 제조되어야 한다는 것이다(즉, 최소 입자 오염 및 최소 화학 물질 잔여물을 갖는다).
이와 같이, 전자 부품 전구체의 안전하고 화학적인 처리를 가능하게 하며, 이와 동시에 상기와 같은 화학적 처리 단계 후의 탈이온수 린스에 관련된 문제점들 및 비용 문제를 해결하고, 그리고 전형적인 기술을 이용하는 경우 건조된 전자 부품 전구체와 관련된 문제들을 해결하는 간단하고 효율적인 방법이 본 발명의 기술 분야에서 요구된다. 본 발명은 그 외 다른 필요성들에 의하여 기인한 것이다.
발명의 요약
본 발명은 특히, 반도체에 이용되는 반도체 웨이퍼 및 플렛 패널(flat panels)과 같은 전자 부품 전구체의 제조에 이용되는 습식 공정 방법에 관한 것이다. 상기 신규한 방법들은 반도체 웨이퍼와 같은 전자 부품 전구체를 세정(cleaning), 스트립핑(stripping) 및/또는 에칭(etching)하는데 이용된다.
전형적인 습식 공정 기술에 있어서, 반응성 화학 공정 유체(fluid)는 탈이온수(DI water)와 같은 린스 유체(rinsing fluid)를 이용하여 전자 부품 전구체의 표면으로부터 제거된다. 상기 반응성 화학 공정 유체는 린스 유체 대신에 이소프로필 알코올과 같은 건조 유체(drying fluid)를 이용함으로써 반도체 웨이퍼의 표면에서 제거될 수 있고, 그럼으로써 전자 부품 전구체에 있어서 최종 탈이온수 린스 단계를 생략할 수 있다. 또한 화학적 처리 단계 중에 건조 유체를 이용하여, 화학적 처리 단계 사이에 탈이온수 린스 단계에 대한 필요성를 제거하거나 최소화시킬 수 있다. 화학적 처리 단계 중에 탈이온수를 이용하는 것을 최소화시키고, 최종 탈이온수 린스 단계를 제거시킴으로써, 실리카, 금속의 침전, 및/또는 다른 침전물이 발생하는 등의 상기 단계로 수반되는 여러 가지 문제점들을 최소화할 수 있다.
또한 건조 유체는 전자 부품 전구체를 건조시키는 추가적인 기능을 하여, 종래의 습식 공정 기술에서 필수적인 추가적인 건조 단계를 생략할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
특히, 본 발명은 하기 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체를 제조하는 방법에 관한 것이다: 반응 챔버에 전자 부품 전구체를 배치하고; 선택된 시간 동안 상기 전자 부품 전구체 표면을 적어도 하나의 반응성 화학 공정 유체와 접촉시키고; 그리고 상기 전자 부품 전구체를 최종 화학 공정 유체에 노출시킨 다음, 선택된 시간 동안 상기 전자 부품 전구체를 건조 유체에 노출시킴.
본 발명의 한 가지 측면에 있어서, 전자 부품 전구체는 화학적 처리 공정이 완전하게 이루어지는 동안, 단일 반응 챔버에 보유된다. 본 발명의 이러한 측면에 있어서, 상기 전자 부품 전구체는 반응 챔버에 배치되고, 상기 전자 부품 전구체의 표면은 반응 챔버로부터 전자 부품 전구체가 제거되지 않는 선택된 시간 동안 하나 이상의 반응성 화학 공정 유체와 접촉된다. 하나 이상의 반응성 화학 공정 유체가 전자 부품 전구체를 처리하는데 이용되는 경우, 하나의 공정 유체들이 이전 공정 유체를 전자 부품 전구체의 표면 및 표면들로부터 직접적으로 제거하도록 상기 공정 유체들이 반응 챔버에 연속적으로 주입되며, 그럼으로써 탈이온수 린스 단계가 생략되거나, 하나의 반응성 화학 공정 유체에 전자 부품 전구체를 노출시키기 전에 또 다른 하나의 반응성 화학 공정 유체를 챔버에서 배출시킨다. 탈이온수 린스는 화학적 처리 단계 중에 이용될 수 있다. 탈이온수 린스는 반응성 화학 물질을 전자 부품 전구체의 표면 또는 표면들로부터 직접적으로 제거할 수 있거나, 또는 탈이온수 린스액을 챔버에 주입하기 전에 챔버는 비워질 수 있다. 또한 탈이온수 린스 대신에 건조 유체가 화학적 처리 단계 중에 이용될 수도 있다. 그러한 경우에, 건조 유체는 반응성 화학 공정 유체를 전자 부품 전구체의 표면 또는 표면들로부터 직접적으로 제거할 수 있도록 반응 챔버 내로 주입된다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 전자 부품 전구체들은 하나의 반응 챔버에서 또 다른 반응 챔버로 이송되며, 상기에서 각각의 반응 챔버는 상이한 반응성 화학 공정 유체를 포함한다. 본 발명의 이러한 측면을 기초로 하여 살펴보면, 전자 부품 전구체를 하나의 반응성 화학 공정 유체로 처리한 후, 전자 부품 전구체는 린스 유체로 린스되지 않으면서 다른 반응 챔버에 있는 차후의 반응성 화학 공정 유체에 즉시 침지되어, 그 결과 상기 전자 부품 전구체의 표면에서 이전의 반응성 화학 공정 유체가 제거된다. 그러나, 전자 부품 전구체는 화학 처리 단계 중에 린스 유체를 보유하는 챔버에 침지될 수 있다. 또한 전자 부품 전구체들은 화학 처리 단계 중에 건조 유체를 보유하는 챔버에 침지될 수도 있다.
전자 부품 전구체를 처리하는데 이용되는 반응 챔버와는 상관없이, 바람직한 구체예에서는 전자 부품 전구체를 최종 반응성 화학 공정 유체에 노출시킨 다음, 건조 유체를 반응 챔버로 공급하여, 반응성 화학 공정 유체가 건조 유체로 교체된 후에, 전자 부품 전구체의 표면 또는 표면들에 어떠한 액체 입자들도 실질적으로 존재하지 않는 정도로 상기 표면들부터 최종 반응성 화학 공정 유체를 제거하도록 한다. 또한 상기 전자 부품 전구체를 화학 처리 단계 중에 건조 유체에 노출시켜, 각각의 화학적 처리 단계 중의 탈이온수 린스 단계에 대한 필요성을 제거한다.
표면 또는 표면으로부터 반응성 화학 공정 유체를 제거하기 위한 탈이온수 린스 방법 대신에 건조 유체를 이용하는 방법은 전자 부품 전구체를 다량으로 산출하는데 효과적이다. 습식 공정 기술의 최종 단계에서 필요하던 탈이온수 린스 및 개별적인 건조 단계를 생략함으로써, 본 발명의 방법은 가격이 비싼 탈이온수를 요구하지 않기 때문에 상당히 제조 비용이 감소된다. 이러한 것은 반도체 제조 산업에 유리하다. 본 발명의 방법은 HF와 같은 반응성 화학 물질들이 최종 전자 부품 전구체로부터 제거되기 때문에, 향상된 안정성을 제공하고, 그리고 그러한 위험한 화학 물질에 노출되는 것으로부터 작업자를 보호한다. 또한 상기 방법들은 전자 부품 전구체의 성능을 향상시키는 공정(즉, 웨이퍼 또는 페널 세정)을 제공한다.
발명의 상세한 설명
여기에서 이용되는 "반응성 공정 유체", "반응성 화학 공정 유체", "공정 유체", "화학 유체", "활성 화학 물질" 또는 "반응성 화학 공정 유체"는 세정액과 같은 린스 유체와는 구별되는 것으로써, 전자 부품 전구체가 제조되는 동안에 노출되고, 그리고 상기 전자 부품 전구체의 표면에 어떠한 작용을 하는 것을 의미한다. 이러한 용어들은 서로 호환성이 있다. 상기 용어와 관련하여, "공정 유체", "반응성" 또는 "활성"의 의미는 전자 부품 전구체의 표면으로부터 입자, 금속 불순물 또는 유기물질과 같은 오염물질을 제거하는데 활성을 갖는 공정 유체, 또는 전자 부품 전구체 표면을 에칭하거나 상기 전자 부품 전구체 표면의 산화물 층을 성장시키는데 활성을 갖는 공정 유체를 의미하며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 반응성 화학 공정 유체의 예로는 하이드로플루오르산(HF) 수용액이 있으며, 그 농도는 1000 : 1(H2O : HF) 이상일 수 있다.
여기에서 인용되는 "화학 처리 단계"라는 용어는 반응성 화학 공정 유체를 전자 부품 전구체에 노출시키는 것을 의미한다.
여기에서 인용되는 "린스하는 유체(rinsing fluid)" 또는 "린스 유체(rinse fluid)"는 반응성 화학 공정 유체에 노출시킨 후에 전자 부품 전구체를 린스하는데 이용되는 탈이온수 또는 여러 가지 다른 유체들을 말하며, 이것은 화학 물질로 전자 부품 전구체를 처리하는 것과 비교되는 것이다. 린스 유체는 예를 들어, 전자 부품 전구체의 표면상에 금속 침전물이 생기는 것을 방지하는, 탈이온수 또는 매우 희석된 화학 물질 수용액(예를 들어, 하이드로클로오르산(hydrochloric acid))일 수 있다. 오존(ozone)은 린스가 이루어지는 동안에 이용되는 또 다른 첨가제이다. 그러한 린스 유체에 있어서 화학적 농도는 매우 낮고, 일반적으로 그 농도는 약 100 ppm 이하이다. 린스 유체의 일차적인 목적은 전자 부품 전구체의 표면으로부터 화학 물질 또는 반응 생성물을 제거하기 위한 것이고, 그리고 어떠한 "반응" 공정을 수행하기 위한 것은 아니다.
여기에서 인용되는 "건조 유체(drying fluid)"란 건조 증기(drying vapors)를 포함한다. 건조 유체 또는 증기는 상기 표면으로부터 액체를 제거하는데 이용된다.
여기에서 인용되는 "반응 챔버"는 조절되는 대기를 가지며 외부에 노출되지는 않는 밀폐 용기들에 개방된 용기, 완전 유동 용기(full flow vessel), 배스, 습식 벤치(wet benches), 및 그 외 습식 공정 방법에 적합한 저장 용기 중 어느 하나를 의미한다.
여기에서 인용되는 "완전 유동 용기"란 "완전 유동 방법"에 이용되고, 외부에 대해 폐쇄되어 있는 용기를 의미한다.
여기에서 인용되는 "전자 부품 전구체"의 의미는 반도체 웨이퍼, 플랫 패널 및 그 외 전자 부품을 제조하는데 이용되는 부품들(즉, 집적 회로(IC))을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 또한 상기 용어는 "프리-에피 웨이퍼(pre-epi wafer)"를 포함하며, 이것은 차후의 습식 공정 기술 동안에 상기 웨이퍼 위로 성장하는 에피텍셜 실리콘(epitaxial silicon)을 갖는 웨이퍼를 의미한다.
본 발명의 방법은 완전 유동 방법, 습식 벤치(배스) 및 스프레이 세정 시스템을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 모든 습식 공정에 일반적으로 적용될 수 있다[반도체 웨이퍼 세정 기술, 제1장: 반도체 웨이퍼 오염물질 및 세정 기술에 대한 검토 및 발전(Werner Kern 著) 및 제3장: 수성 세정 방법(Don C. Burkman, Donald Deal, Donald C. Grant 및 Charlie A. Peterson 著), Werner Kern 편집, Noyes Publication Parkridge 출판, 1993; 및 완전 무균 기술 핸드북(Ultraclean Technology Handbook) 제1권 중 습식 에치 클리닝(Wet etch Cleaning)(Hiroyuki Horiki 및 Takao Nakazawa 著)].
반도체 조립은 일반적으로 예를 들어, 반도체 및 집적 회로 조립 기술, P. Gise 외 공저, Reston Publishing Co. Reston, Va. 1979에서 개시하고 있으며, 상기 문헌은 여기에서 참고로 인용되었다.
본 발명을 수행함에 있어서 적절한 반응성 화학 공정 유체는 하이드로클로오르산 및 이를 함유하는 완충액(buffer), 수산화암모늄 및 이를 함유하는 완충액, 과산화수소, 황산 및 이를 함유하는 완충액, 황산 및 오존의 혼합물, 하이드로플루오르산 및 이를 함유하는 완충액, 크롬산 및 이를 함유하는 완충액, 인산 및 이를 함유하는 완충액, 아세트산 및 이를 함유하는 완충액, 질산 및 이를 함유하는 완충액, 암모늄 플루오라이드 완충된 하이드로플루오르산, 및 이들의 혼합물의 수용액을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 이용되는 특정 공정 유체, 이용되는 장비, 노출 시간 및 실험 조건(즉, 온도, 농도 및 공정 유체의 유동)이 특정한 습식 공정 방법의 특수한 목적에 따라 다르게 변할 것이다.
본 발명에 이용되는 건조 유체로는 순수한 또는 희석된 이소프로판올이 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게, 건조 유체는 실질적으로 순수하고, 포화 및/또는 바람직하게는 과열(superheated)되어야만 하고, 그리고 표면은 접촉되기 전 건조 유체의 온도 부근에서, 내지는 바람직하게는 상기 온도 이하로 가열되어야 한다. 즉 상기 표면에 있는 건조 유체가 액화(condensation)될 수도 있으며, 너무 과도하게 액화되는 것은 방지되어야 하기 때문에, 상기 건조 유체의 온도 이상으로 예열되는 것은 나쁜 결과를 야기시킨다. 바람직한 건조 유체는 이소프로판올이며, 더욱 바람직한 것으로는 순수한 이소프로판올이다. 본 발명의 기술 분야의 당업자에게 알려진 그 외 다른 건조 유체는 본 발명의 범주에 속하는 것이다. 예를 들어, 미국특허 제4,778,532호 및 제4,911,761호에서 그 예시적인 것들을 찾아볼 수 있으며, 여기에서도 참고로 인용되었다. 건조 유체의 온도 및 압력은 적절하게 조절되어야 한다. 건조 유체는 당업자에게 잘 알려진 담체 가스(carrier gas)로, 즉 바람직하게는 질소로 희석될 수 있다. 건조 증기를 이용하여 전자 부품 전구체를 건조시키는 단계의 특정한 구체예에 있어서, 건조 유체의 액층(liquid layer)은 린스 유체 또는 반응성 화학 공정 유체를 제거할 수 있다.
본 발명의 방법들은 실리콘 표면으로부터 모든 바람직하지 않은 산화물 층(oxide layer)을 제거하기 위하여 반도체 웨이퍼 표면을 에칭(etching)하는데 이용될 수 있다. 또한 본 발명은 조절된 산화물 에칭에 이용될 수 있다. 전형적인 실리콘 이산화물에 이용되는 에칭제(etchant)로는 하이드로플루오르산 또는 암모늄 플루오라이드 완충된 하이드로플루오르산이 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 처리된 전자 부품 전구체는 다양한 반응 챔버, 즉 배스, 용기 또는 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 그 외 습식 벤치 기술에 의하여 처리될 수도 있다.
전자 부품 전구체를 처리하는 일반적인 공정 지역은 수산화암모늄(NH4OH) 또는 하이드로플루오르산(HF)과 같은 화학 시약의 저장 탱크를 보유하고 있을 것이다. 상기 시약들은 일반적으로 농축된 형태로 저장된다: 즉, 과산화수소(H2O2) 31 %, NH4OH 28 %, 하이드로클로오르산(HCl) 37 %, HF 49 %, 및 황산(H2SO4) 98 %(백분율은 수용액을 의미함). 상기 공정 지역은 본 발명의 방법을 수행하는데 이용될 수 있는 모든 건조 유체 또는 증기 및/또는 담체 가스들(즉, 이소프로판올 또는 질소)의 저장 탱크를 포함할 것이다. 전자 부품 전구체가 처리되는 반응 챔버는 화학 물질 저장 탱크와 연결되는 유체 내에 존재한다. 조절 밸브 및 펌프는 저장 탱크 및 반응 챔버 사이의 공정 장치로 이용될 것이다. 그러한 방법에 있어서, 퍼스널 컴퓨터와 같은 공정 조절 시스템은 반응 조건(즉, 유동률, 혼합 속도, 노출 시간 및 온도)을 점검하는 수단으로 이용될 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 방법에 의하여 처리되는 전자 부품 전구체는 밀폐 용기(즉, 완전 유동 용기)에 존재하며, 바람직하게는 여기에서 참고로 인용된 미국특허 제4,911,761호, 제4633,893호, 제4,917,123호, 제4,738,272호 및 4,577,650호에 기재된 바와 같다. 그러한 "완전 유동 방법"은 전자 부품 전구체의 더욱 균일한 처리 및 효율적인 면에서 바람직하다. 게다가, 전자 부품 전구체의 화학적 처리에 이용되는 화학 물질은 강산, 알칼리 또는 휘발성 용매이므로 매우 위험하다. 완전 유동 용기는 화학 물질로 인한 대기 오염 및 작동자에게 노출되는 것을 방지하고, 화학 물질에 대한 안전 장치를 다룸으로써 상기 공정 유체와 관련된 위험성을 최소화한다. 상기 언급한 미국 특허들에 개시되어 있는 용기들이 바람직한 것이기는 하나, 그러한 용기 모두는 당해 분야의 통상의 지식인에 의하여 본 발명의 범주 내에서 이용될 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 바람직한 구체예를 실시하기 위하여, 전자 부품 전구체는 완전 유동 용기에 배치될 것이며, 반응성 화학 공정 유체는 밸브 또는 주입구(injection port)를 통하여 용기내로 주입될 것이다. 전자 부품 전구체는 많은 반응성 화학 공정 유체로 처리될 수도 있다. 화학 물질 처리 단계 중에, 전자 부품 전구체는 탈이온수 린스 유체 또는 건조 유체에 노출될 수 있거나, 또는 하나의 반응성 화학 공정 유체는 이전의 반응성 화학 공정 유체와 교체될 수도 있다. 전자 부품 전구체가 최종적인 화학 공정 유체로 처리된 후에, 공정 유체는 린스 유체(rinsing fluid) 대신에 건조 유체를 이용하여 전자 부품 전구체의 표면으로부터 제거된다. 반응성 화학 공정 유체가 조절된 속도로 반응 챔버의 바닥 부분으로부터 제거되고 배출되는 것과 동시에 건조 유체가 용기의 상단부로부터 반응 챔버로 주입된다. 전자 부품 전구체가 건조 유체에 노출되고, 건조된 후에, 상기 전구체들을 반응 챔버로부터 꺼낼 수 있다.
본 발명이 습식 벤치를 이용하여 수행되었을 경우, 상기 전자 부품 전구체들을 건조 유체가 들어있는 서로 다른 반응 챔버로 이동시킬 수도 있으며, 또는 전자 부품 전구체들은 최종 반응 챔버로부터 들어 올려질 수 있으며, 반응성 화학 공정 유체가 제거되고 전자 부품 전구체가 건조될 때까지 건조 유체로 둘러싸일 수 있다.
본 발명의 방법을 이용하여 전자 부품 전구체들을 다양한 공정 유체로 처리할 수 있을 것이다.
예를 들어, 전자 부품 전구체들은 세 가지 공정 유체 즉, 제1 공정 유체인 물, 과산화수소 및 수산화암모늄(80 : 3 : 1) 용액, 제2 공정 유체인 물, 과산화수소 및 하이드로클로오르산(80 : 1 : 1), 및 제3 공정 유체인 하이드로플루오르산(약 10 : 1∼1000 : 1 = 물 : HF)으로 처리될 수 있다. 상기 순서는 바뀔 수도 있다. 특히 상기 방법은 세정 및 에칭(즉, 물 표면으로부터 산화물 제거)에 이용된다.
본 발명의 다른 구체예로는, 전자 부품 전구체를 오존으로 포화된 황산 용액으로 처리시킨 후 HF 용액으로 처리한다. 상기 방법은 특히 소수성 표면을 남겨두고, 유기 및 여러 입자들을 제거하는데 유용하다. 황산의 농도는 오존이 1.74 g/min으로 발생할 수 있을 때에 약 98 중량%에 이른다. HF의 농도는 약 10 : 1∼1,000 : 1(물 : HF)이다.
본 발명의 다른 구체예로는, 전자 부품 전구체를 차후의 공정 유체 즉 오존과 함께 포화된 황산 용액으로 처리하고, 그 다음 과산화수소 및 수산화 암모늄 용액으로 처리하고, 그리고 과산화수소, 하이드로클로오르산 및 물 용액으로 처리한다. 특히 이러한 방법은 친수성 표면을 남겨둔 채 일반적인 세정(즉 최소의 금속 침전물 및 입자 제거)과 같이 유기 성분 제거에 이용된다. 상기에 언급한 농도가 이 방법에서도 적용될 수 있다.
다양한 공정 유체들이 전자 부품 전구체를 처리하는데 이용될 수 있음에도 불구하고, 최종 반응성 공정 유체는 일반적으로 HF이며, 차후의 처리 공정에 이용될 수 있는 노출된 실리콘 표면(bare silicon surface)을 제공한다. HF로 전자 부품 전구체를 최종적으로 처리하는 것은 두 단계로 수행되는 것이 바람직하다. 제1 단계에서, 전자 부품 전구체는 HF 용액(물 : HF = 200 : 1)으로 처리된다. 제2 단계에서, 웨이퍼는 HF 용액(물 : HF = 400 : 1)으로 처리된다. 이러한 두 단계 공정을 이용함으로써, 전자 부품 전구체의 표면상에 HF가 축적되는 것이 방지되고, 여과, 스포팅(spotting) 또는 침전 문제가 발생되지 않는 정도로 화학적 농도가 심하게 변하지 않는다.
본 발명의 방법은 프리-에피 웨이퍼(pre-epi wafer)와 같은 소수성 표면을 갖는 전자 부품 전구체를 처리하는데 특히 적합한 것이다.
본 발명은 집적 회로(IC)에 이용되는 반도체 전자 부품과 같은 전자 부품 및 전자 부품 전구체를 제조하는 습식 공정 방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명은 습식 화학 공정 기술과 건조 치환 기술(dry displacement technology)을 접합시킨 것으로 전자 부품 전구체를 세정(cleaning), 스트립핑(stripping) 및 에칭(etching)하는 방법에 관한 것이다.
Claims (42)
- (a) 반응 챔버에 전자 부품 전구체를 배치하고;(b) 선택된 시간 동안 상기 전자 부품 전구체의 표면을 적어도 하나의 반응성 화학 공정 유체와 접촉시키고; 그리고(c) 상기 전자 부품 전구체를 최종 반응성 화학 공정 유체에 노출시킨 후, 선택된 시간 동안 상기 (b) 단계의 전자 부품 전구체를 건조 유체(drying fluid)에 노출시키는;단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 건조 유체는 이소프로판올 및 희석된 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 건조 유체는 증기(vapor)인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 증기는 이소프로판올 및 희석된 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 건조 유체는 질소로 희석된 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 증기는 질소로 희석된 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반응성 화학 공정 유체가 하이드로클로오르산 및 이를 함유하는 완충액(buffer), 수산화암모늄 및 이를 함유하는 완충액, 과산화수소, 황산 및 이를 함유하는 완충액, 황산과 오존의 혼합물, 하이드로플루오르산 및 이를 함유하는 완충액, 크롬산 및 이를 함유하는 완충액, 인산 및 이를 함유하는 완충액, 아세트산 및 이를 함유하는 완충액, 질산 및 이를 함유하는 완충액, 암모늄 플루오라이드 완충된 하이드로플루오르산, 및 이들의 혼합물의 수용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버는 완전 유동 용기(full-flow vessel)인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버는 밀폐 용기인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 반응성 화학 공정 유체는 하이드로클로오르산 (hydrochloric acid)인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 반응성 화학 공정 유체는 과산화수소인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 반응성 화학 공정 유체는 하이드로플루오르산 (hydrofluoric acid)인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 반응성 화학 공정 유체는 하이드로플루오르산 완충액인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 반응성 화학 공정 유체는 하이드로플루오르산 및 질산 완충액인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- (a) 반응 챔버에 전자 부품 전구체를 배치하고;(b) 선택된 시간 동안 상기 전자 부품 전구체의 표면을 일련의 반응성 화학 공정 유체와 연속 단계로 접촉시키고;(c) 상기 전자 부품 전구체를 상기 반응성 화학 공정 유체와 접촉시키는 적어도 한 쌍의 상기 연속 단계 중에, 선택된 시간 동안 상기 (b) 단계의 전자 부품 전구체를 건조 유체에 노출시키고; 그리고(d) 상기 전자 부품 전구체를 일련의 최종 반응성 화학 공정 유체와 접촉시킨 후, 상기 전자 부품 전구체를 건조시키는;단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 건조 유체는 이소프로판올 및 희석된 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 건조 유체는 증기(vapor)인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 증기는 이소프로판올 및 희석된 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 건조 유체는 질소로 희석된 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 증기는 질소로 희석된 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 반응성 화학 공정 유체가 하이드로클로오르산 및 이를 함유하는 완충액, 수산화암모늄 및 이를 함유하는 완충액, 과산화수소, 황산 및 이를 함유하는 완충액, 황산과 오존의 혼합물, 하이드로플루오르산 및 이를 함유하는 완충액, 크롬산 및 이를 함유하는 완충액, 인산 및 이를 함유하는 완충액, 아세트산 및 이를 함유하는 완충액, 질산 및 이를 함유하는 완충액, 암모늄 플루오라이드 완충된 하이드로플루오르산, 및 이들의 혼합물의 수용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 반응 챔버는 완전 유동 용기인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 반응 챔버는 밀폐 용기인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- (a) 반응 챔버에 전자 부품 전구체를 배치하고;(b) 선택된 시간 동안 상기 전자 부품 전구체의 표면을 수산화암모늄 및 과산화수소 수용액과 접촉시키고;(c) 선택된 시간 동안 상기 (b) 단계의 전자 부품 전구체를 건조 유체에 노출시키고;(d) 선택된 시간 동안 상기 (c) 단계의 전자 부품 전구체를 하이드로클로오르산 및 과산화수소 수용액과 접촉시키고;(e) 선택된 시간 동안 상기 (d) 단계의 전자 부품 전구체를 건조 유체에 노출시키고;(f) 선택된 시간 동안 상기 (e) 단계의 전자 부품 전구체를 하이드로플루오르산 수용액과 접촉시키고; 그리고(g) 상기 (f) 단계의 전자 부품 전구체를 건조시키는;단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 건조는 건조 유체로 상기 전자 부품 전구체를 처리하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제25항에 있어서, 상기 건조 유체는 이소프로판올 및 희석된 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 건조 유체는 이소프로판올 및 희석된 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 건조 유체는 증기인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 증기는 이소프로판올 및 희석된 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 건조 유체는 질소로 희석된 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 반응 챔버는 완전 유동 용기인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법
- 제24항에 있어서, 상기 반응 챔버는 밀폐 용기인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- (a) 반응 챔버에 전자 부품 전구체를 배치하고;(b) 선택된 시간 동안 상기 전자 부품 전구체를 적어도 하나의 반응 공정 유체와 접촉시키고; 그리고(c) 상기 전자 부품 전구체를 최종 화학 공정 유체에 노출시킨 후, 선택된 시간 동안 상기 (b) 단계의 전자 부품 전구체를 건조 유체에 노출시킴으로써 건조 유체가 전자 부품 전구체의 표면으로부터 반응성 화학 공정 유체를 제거하는;단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 건조 유체가 상기 전자 부품 전구체의 표면으로부터 상기 반응성 화학 공정 유체를 직접적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 건조 유체가 전자 부품 전구체의 표면상에 어떠한 반응성 화학 공정 유체도 실질적으로 잔류하지 않을 정도로 상기 전자 부품 전구체의 표면으로부터 상기 반응성 화학 공정 유체를 제거하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 건조 유체가 전자 부품 전구체의 표면상에 어떠한 액체 방울도 실질적으로 잔류하지 않을 정도로 상기 전자 부품 전구체의 표면으로부터 상기 반응성 화학 공정 유체를 제거하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제34에 있어서, 상기 건조 유체가 전자 부품 전구체의 표면상에 어떠한 반응성 화학 공정 유체도 실질적으로 잔류하지 않을 정도로 상기 전자 부품 전구체의 표면으로부터 상기 반응성 화학 공정 유체를 직접적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 건조 유체가 전자 부품 전구체의 표면상에 어떠한 액체 방울도 실질적으로 잔류하지 않을 정도로 상기 전자 부품 전구체의 표면으로부터 상기 반응성 화학 공정 유체를 직접적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 건조 유체는 증기인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제39항에 있어서, 상기 증기는 이소프로판올 및 희석된 이소프로판올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제40항에 있어서, 상기 증기는 질소로 희석된 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 반응성 화학 공정 유체가 하이드로클로오르산 및 이를 함유하는 완충액, 수산화암모늄 및 이를 함유하는 완충액, 과산화수소, 황산 및 이를 함유하는 완충액, 황산과 오존의 혼합물, 하이드로플루오르산 및 이를 함유하는 완충액, 크롬산 및 이를 함유하는 완충액, 인산 및 이를 함유하는 완충액, 아세트산 및 이를 함유하는 완충액, 질산 및 이를 함유하는 완충액, 암모늄 플루오라이드 완충된 하이드로플루오르산, 및 이들의 혼합물의 수용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 전구체의 제조 방법.
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