KR20010041359A - 통제된 기체 수준을 가진 공정 액체를 사용하는 전자부품습식 처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 통제된 기체 수준(즉, 양)을 갖는 공정 액체를 사용하는 전자부품습식 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 습식 처리 과정 동안 사용된 최소한 두 개의 공정 액체들이 다른 기체 수준을 포함하는 습식 처리 방법들을 제공한다. 음파 에너지는 결과들을 강화하기 위해서 습식 처리 과정의 하나 혹은 그 이상의 습식 공정 단계들에서 선택적으로 사용될 수 있다. 본 발명에 의한 습식 처리 방법은 습식 처리 과정 동안 발생하는 입자오염을 감소시키고, 세정을 개선시킨다.
Description
습식 공정 방법은 반도체 웨이퍼, 평판, 및 다른 전자부품 전구물질 같은 전자부품을 전형적으로 포함하는 집적회로 제조 동안 광범위하게 사용된다. 예를 들어 습식 공정 방법은 산화, 확산, 이온주입, 에피텍셜 성장(epitaxial growth), 화학 증착, 및 반구모양 실리콘 결정 성장, 혹은 그러한 것의 조합들 같은 공정 단계들을 위한 전자부품 전구물질을 준비하기 위해 사용될 수 있다.
일반적으로 상기 전자부품은 탕 혹은 용기에 놓여지고 일련의 반응 화학 공정 유체와 헹굼 유체에 접촉된다. 상기 공정 유체들은 제한 없이 상기 전자부품의 식각, 감광물질(photoresist) 제거, 및 확산전 세정과 다른 세정 단계들에 사용될 수 있다. 예를 들면, 미국특허 번호 제4,577,650호, 제4,740,249호, 제4,738,272호, 제4,856,544호, 제4,633,893호, 제4,778532호, 제4,917,123호 및 동일 양수인에게 양도된 EPO 0233 184, 및 반도체 웨이퍼 세정 기술 핸드북의 제 111-151 페이지( 1993 뉴저지, Noyes Publication Parkridge에서 출판되고 Werner Kern에 의해서 편집된)의 Burkman 및 기타의 습식 화학 공정-수성 세정 공정(Wet Chemical Processes-Aqueous Cleaning Processes), 전체 참고문헌에 의해 여기서 구체화되는 공개내용을 참조하라.
전형적인 습식 공정 과정에서, 상기 전자부품은 단일 용기(예를 들어 환경에 개방된 혹은 밀폐될 수 있는) 혹은 습식 작업대(bench)(다수의 개방된 탕을 가진 시스템(system))같은 장비 안에서 처리된다. 상기 전자부품은 예를 들어 상기 전자부품 위의 오염을 제거(예를 들어 세정)하기 위해서 혹은 상기 표면의 일부를 식각하기 위해서 반응 화학 공정 유체들에 노출된다. 상기 화학처리 단계가 수행된 후, 상기 화학 물질은 상기 전자부품의 상기 표면 혹은 표면들에 부착될 수 있다. 상기 화학 잔류물은 바로 다음 화학 처리 단계를 오염시키지 않도록 바로 다음 반응 화학처리 유체로 상기 전자부품을 처리하기 전에, 상기 부착된 화학물질은 그때 상기 전자부품의 표면에서 선택적으로 제거된다, 전통적으로, 부착된 화학물질이 순수 탈이온수(DI water) 같은 헹굼 액체를 사용하여 제거된다.
상기 화학 처리 단계들이 완결된 후, 상기 전자부품들은 일반적으로 건조된다. 상기 전자부품의 건조는 상기 건조 공정 중에 생기거나 혹은 후에 오염이 남지 않도록 확실히 하기 위해서 다양한 방법을 사용하여 행해질 수 있다. 건조방법은 예를 들어 미국특허 제4,778,532호 혹은 제4,911,761호에 발표된 방법 및 기구를 포함하는 웨이퍼의 스핀-린스-드라이어(spin-rinse-dryer), 직접-치환(direct-displace) 건조, 증기 혹은 화학 건조에서 증발, 원심력을 포함한다.
효과적인 습식 공정 방법에서 중요 고려사항은 상기 공정에 의해 생산된 상기 전자부품은 초청정해야만 한다는 것이다(즉, 최소 입자 오염과 최소 화학 잔류물). 그렇기 때문에, 상기 전자부품 위에 감소된 입자 오염과 화학적 잔류물을 남기는 습식 공정 방법을 개선하는데 많은 노력이 집중되었다.
다양한 진동수의 음파 에너지의 이용은 전자부품으로부터 입자제거를 향상하기 위해서 사용되었다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼 세정 기술들은 초음파 에너지 혹은 메가소닉(megasonic) 에너지로 보완되었다. 초음파 에너지는 인간이 들을 수 있는 것 이상의 진동수에서 대체로 소니피케이션(sonification)으로 정의된다. 이러한 진동수들은 대략 18 kHz 와 그 이상이다. 초음파 에너지를 사용한 전자부품의 세정은 전형적으로는 약 20 kHz 에서 약 200 kH 범위의 진동수에서 행해지고 보다 바람직하게는 약 40 kHz 에서 104 kHz 사이에서 행해진다. 전자부품을 세정하는데 사용되는 또 다른 바람직한 음파 에너지 범위는 약 600 kHz 에서 약 2 MHz 사이의 범위에 있다. 이러한 높은 진동수의 초음파 범위는 보통 메가소닉으로 언급된다. 비록 전형적으로 초음파 에너지라는 용어가 인간이 들을 수 있는 이상의 어떤 진동수에서의 소니피케이션을 의미한다 하더라도, 여기에서 사용되는 것처럼 초음파 에너지는 약 600 KHz 에서 2 MHz 의 메가소닉 에너지 범위 아래에 있는 음파 에너지를 의미할 것이다.
메가소닉을 포함하여 전형적인 초음파 에너지는 역학적으로 압력을 받았을 때 전기적으로 편극화되고 전기적으로 편극화 되었을 때 역학적으로 뒤틀리는 압전물질로 제조된 에너지 변환기를 통해서 전해진다. 교대하는 양극 및 음극의 분극화는 같은 진동수로 상기 물질의 두께를 교대하여 변화시키고 초음파 파동이 상기 실에서 발생된다. 정밀한 세정 Vol. II, No.4 ,1994년 4월, Gale 및 기타의 초음파와 메가소닉 입자 제거에 대한 실험적 연구("Gale Article")를 참조하라.
음파 에너지의 세정 능력은 공동현상과 음향적 흐름의 다양한 조합에 의한 것으로 믿어진다. 음향적 흐름은 소리 파동의 작용으로 유도된 액체의 흐름이다. 이 유도된 액체의 흐름은 전자부품의 상기 표면으로부터 입자 제거를 촉진할 수 있다. 공동현상은 압력 변화에 의하여 액체내의 기체 혹은 증기 거품의 형성과 붕괴현상이다. 공동현상 동안, 높은 강도의 소리 파동은 액체 내에서 압력 변동을 발생시키고 거품 형성을 유발한다. 상기 압력 변동은 또한 상기 형성된 거품이 붕괴되도록 할 수 있다. 상기 거품이 붕괴될 때, 그것들은 입자들을 제거하거나 분산시키는 에너지를 방출할 수 있다.
공동현상의 이점에도 불구하고, 공동현상은 어떤 조건에서 상기 전자부품의 표면 훼손을 또한 유발할 수 있다. 예를 들어 붕괴하는 거품으로부터 에너지 방출은 상기 전자부품 위에 표면 피트들(pits)이 형성되도록 할 수 있거나, 혹은 상기 전자부품 위에 형성된 패턴이 리프트(lift)될 수 있다. 상기 전자부품의 상기 표면에 대한 어떤 훼손도 일반적으로 바람직하지 않은 것이다.
메가소닉의 사용은 음파 에너지 의해서 유발될 수 있는 표면 훼손을 경감하기 위해서 점차 보다 인기 있게 되었다. 이것은 메가소닉으로 인해 표면 훼손을 종종 유발하는 거대한 공동현상 거품이 대개 형성될 시간을 갖지 못한다. (참조, Gale Article). 미국특허 번호 제5,672,212호, 제5,383,484호 제5,286,657호 제5,143,103호 및 제5,090,432호는 반도체 웨이퍼의 습식 공정 동안 메가소닉의 사용을 나타낸다.
메가소닉으로 반도체 부품을 세정하는 동안 입자 제거에 대한 입자의 크기, 음파 에너지, 및 소니피케이션 시간의 영향을 결정하기 위해 많은 연구가 수행되었다. 예를 들어, Gale Article에서, 입자 제거는 음파 에너지의 증가, 소니피케이션 시간의 증가, 및 입자 크기의 증가에 따라 증가하는 것이 발견되었다. 상기 Gale Article에서의 실험적 과정은 입자 제거에 있어서 공정 액체 내의 기체의 수준의 영향은 고려하지 않았다.
비록 습식 공정동안 사용되는 공정 액체내의 기체의 존재가 어떤 상황에서는 바람직하더라도, 공정 액체 내의 기체의 존재는 몇몇의 상황에서는 반대의 영향을 가질 수 있다. 예를 들어 공정 액체 내의 기체의 존재가 소니피케이션 동안 공동현상의 효과를 증가시킬 수 있다는 것이 발견되었다. 이러한 이점에도 불구하고, 다른 상황에서 액체내의 기체는 습식 공정 동안 입자 부착을 촉진시킬 수 있다. 이것은 입자들이 거품을 싸고 있는 면들과 같이 기체-액체의 접촉면에 끌리는 경향이 있기 때문이다. 그리고 상기 거품들이 전자부품의 표면에 접촉하였을 때, 입자 오염이 발생할 수 있다. 거품들이 소수성 표면에 끌리는 경향이 있기 때문에 이러한 오염은 소수성 표면에 대해 특별히 문제가 될 수 있다.
과거 습식 공정 방법은 습식 공정 과정에 이러한 상당한 필요성에 주의를 기울이지 않았다. 일반적으로, 디가스피케이션(degassification) 장비는 (하나의 디가스피케이션 수준에서) 켜지거나 전체 습식 공정 과정 동안 꺼져있다. 이러한 접근은 각각의 화학 처리 단계 혹은 헹굼 단계에서 공정 액체내의 기체 존재의 영향을 인식하지 않는다. 혹은 상기 습식 공정 단계에 의존하는 공정 액체에 기체를 더하는 것이 바람직할 수도 있다.
하나의 습식 공정에서 하나 혹은 그 이상의 화학 처리 단계 혹은 헹굼 단계들의 공정 액체내의 기체의 수준을 조절하는 것이 입자 오염을 줄이거나 혹은 세정을 개선할 수 있는 것과 같은 습식 공정 결과를 강화할 수 있다. 본 발명은 습식 공정 순서에서 얻어지는 결과들을 강화하기 위해서 공정 액체내의 기체 수준을 조절하는 방법을 제공한다. 또한 본 발명은 하나 혹은 그 이상의 화학처리 혹은 헹굼 단계들이 음파 에너지의 사용을 포함할 때 기체의 수준을 조절하는 방법을 제공한다.
본 발명은 집적회로에서 사용되는 반도체 웨이퍼(wafer) 같은 전자부품의 전구물질을 포함하는 전자부품 제조에서 습식 공정 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 공정 액체의 기체의 수준(즉 양)이 통제된 하나 혹은 그 이상의 액체를 사용하는 전자부품 습식 공정 방법에 관한 것이다.
도1은 음파 에너지를 사용하는 SC1 용액을 가진 습식 공정동안 기체 조절 단위의 두 번째 기체-액체 컨택터(contactor) 상의 계기 압력, Hg 인치로 표현되는 뽑아진 진공 수준에 대해서 제거된 입자의 백분율로 표현되는 입자 제거 효력의 그래프(graph)이다.
발명의 상세한 설명
여기서 사용되는 용어 전자부품은 제한 없이 전자부품 제조(즉 집적회로)에 사용되는 반도체 웨이퍼, 평판들, 및 다른 부품들을 포함한다. 용어 전자부품은 또한 예를 들어 시디롬 디스크(CD ROM disks), 하드 드라이브 기억 디스크(hard drive memory disks), 혹은 다칩 모듈(multichip module)을 포함한다.
여기서 사용되는 용어 "반응 공정액체", "반응 화학 공정액체," "화학 액체," "활성 화학물질", 혹은 "활성 공정액체,"는 상기 전자부품의 표면에 어떤 작용을 수행하는 액체를 언급하는 것이다. 예를 들어, 상기 액체는 상기 전자부품의 표면에서 입자성, 금속성, 혹은 유기성 물질 같은 오염을 제거하는데 활약을 하거나 혹은 상기 액체는 상기 전자부품의 표면을 식각하는데 혹은 상기 전자부품의 표면 위에 산화막을 성장시키는데 어떤 활약을 할 수 있다. 상기의 용어들은 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
여기서 사용되는 용어 "헹굼 액체"는 활성 화학물질 혹은 반응 화학 공정액체로 상기 전자부품을 처리하는 것에 비교해서 상기 전자부품들을 헹구기 위해서 사용되는 순수 탈이온수 혹은 어떤 다른 액체를 언급하는 것이다. 헹굼 액체는 예를 들어 순수 탈이온수 혹은 상기 전자부품의 표면 위에 예를 들어 금속성 부착을 방지하기 위한 활성 혹은 반응 화학물질(예를 들어, 염산)의 매우 희석된 수용 용액일 수 있다. 오존(ozone)은 헹구는 동안 사용되는 또 다른 첨가 물질이다. 그와 같은 헹굼 액체 내의 화학적 농도는 미소하다. 일반적으로, 상기 농도는 상기 헹굼 액체의 전체 무게에 대해서 무게당 약 1000 ppm 보다 크지 않다. 상기 헹굼 액체의 기본적인 목표는 상기 전자부품 표면들 및 반응실에서 화학성, 입자성, 혹은 반응 생성물을 제거하고, 그리고 입자들의 재부착을 억제하는 것이다.
용어 "공정 액체" 혹은 "처리 액체"는 습식 공정 단계에서 상기 전자부품과 접촉하는 헹굼 액체 혹은 반응 화학 공정 액체 같은 어떠한 액체를 언급하는 것이다.
용어 "기체" 혹은 "기체들"은 공정 액체 "내에서"라는 문맥으로 사용될 때는 상기 공정 액체 내에서 이온화 될 수 없는 분해된, 운반된, 혹은 포획된 기체들을 의미한다. 비이온성 기체들의 예들은 산소, 질소, 이산화탄소, 수소, 헬륨 혹은 아르곤 같은 불활성 기체, 혹은 그것들의 조합들을 포함한다.
여기서 사용되는 용어 "유체"는 액체들, 기체들, 그것들의 증기 상태의 액체들, 혹은 그것들의 조합을 포함한다.
여기서 사용된 용어 "화학 처리 단계"는 반응 화학 공정 액체에 상기 전자부품들을 노출시키는 것을 언급하는 것이다.
여기서 사용된 용어 "습식 공정 단계"는 예를 들어 헹굼 액체 혹은 반응 화학 공정 액체 같은 공정 액체에 상기 전자부품들을 노출시키는 것을 언급하는 것이다.
여기서 사용된 용어 "습식 처리 과정" 혹은 "습식 처리"는 예를 들어 상기 전자부품들을 세정 및 식각하는 것과 같은 특별한 목적을 성취하기 위해서 일련의 공정 액체에 상기 전자부품들을 노출시키는 것을 언급하는 것이다. 습식 처리 과정은 예를 들어 증기 혹은 기체 같은 다른 공정 유체에 상기 전자부품들을 접촉시키는 및 혹은 상기 전자부품들을 건조시키는 단계를 포함한다.
여기서 사용된 용어 "반응실"은 단일 용기들(대기에 개방된 혹은 밀폐될 수 있는), 탕들, 습식 작업대(benches) 및 전자부품을 습식 처리하는데 적당한 어떤 다른 리저버(reservoir)를 언급하는 것이다.
여기서 사용된 상기 용어 "단일 용기"는 전체적인 습식 처리 과정이 하나의 용기 내에서 수행되는 습식 처리 시스템(system)을 언급하는 것이다. 상기 용기는 대기에 개방된 혹은 밀폐될 수 있는 것일 수 있다. "밀폐될 수 있는 직접-치환 용기"는 상기 전자부품이 대기에 대해서 밀폐될 수 있는 용기 내에서 처리되고 하나의 유체가 또 다른 유체를 치환하기 위해서 공정 유체들이 계속해서 상기 용기를 통해서 이동될 수 있는 어떤 습식 처리 시스템을 언급하는 것이다.
습식 처리 기술을 포함하는 반도체 제조는 예를 들어 P. Gise 기타, 반도체 및 집적회로 제조 기술(Reston Publishing Co. Reston, Va.1979), 전체 참고문헌에 의해 여기서 구체화되는 공개내용처럼 일반적으로 묘사된다.
본 발명의 방법은 밀폐될 수 있는 직접-치환 용기 시스템, 습식 작업대, 및 스프레이(spray) 세정 시스템 같은 단일 용기 시스템을 포함하는 하나 혹은 그 이상의 전자부품을 가둘 수 있는 반응실을 가진 어떠한 습식 처리 장비에 일반적으로 적용될 수 있다. 예를 들어, Werner Kern의 Overview and Evolution of Semiconductor Wafer Contamination and Cleaning 기술의 1장 및 반도체 웨이퍼 세정 기술 핸드북의 Don c. Burkman, Donald Deal, Donald C Grant, 및 Charlie A. Peterson의 3장, 수용성 세정 공정들(1993 New Jersey, Noyes Publication Parkridge출판 , Werner Kern 편집), 및 Ultraclean 기술 핸드북 Vol. 1 의 Hiroyuki Horiki와 Takao Nakazawa의 습식 식각 세정(Marcel Dekker 출판, Tadahiro Ohmi 편집), 전체 참고문헌에 의해 여기서 구체화되는 공개내용을 참조하라.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 전자부품들은 단일 용기 시스템에 포함된다. 바람직하게는 미국특허 번호 제4,778,532호, 제4,917,123호, 제4,911,761호, 제4,795,497호, 제4,899,767호, 제4,984,597호, 제4,633,893호, 제4,917,123호, 제4,738,272호, 제4,577,650호, 제5,571,337호 및 제5,569,330호, 전체 참고문헌에 의해 여기서 구체화되는 공개내용 같은 단일 용기들이 사용된다. 단일 용기의 가장 바람직한 형태는 미국특허 번호 제4,778,532호, 제4,917,123호, 제4,911,761호, 제4,795,497호, 제4,899,767호, 제4,984,597호, 제4,633,893호, 제4,917,123호, 제4,738,272호, 및 제4,577,650호에서 공개된 것과 같은 밀폐될 수 있는 직접-치환 용기이다. 상업적으로 이용 가능한 바람직한 단일 용기 시스템은 CFM Technologies에 의하여 제조된 것과 같은 Full-Flow(상표) 용기들, Steag에 의해 제조된 Poiseidon, 및 Dainippon Screen에 의해 제조된 820 시리즈 모델(model)들이다.
상기와 같은 단일 용기는 상기 전자부품을 보다 균일하게 처리하기 때문에 보다 바람직하다. 덧붙여서, 종종 전자부품의 상기 화학적 처리에 사용되는 상기 화학 물질들은 강산, 강알카리, 및 휘발성 용매일 수 있으므로 매우 위험하다. 단일 용기들은 특별히 밀폐될 수 있을 때, 대기 오염을 피함으로써 그와 같은 공정 유체와 결합된 위험한 것들과 상기 화학물질의 조작을 보다 안전하게 함으로써 상기 화학물질에 인체 노출을 최소화한다. 비록 상기 언급된 미국특허에 공개된 것들 같은 용기들이 선호되더라도, 그 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 어떠한 그와 같은 용기들이 본 발명의 의도를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
본 발명을 실시하는데 적당한 상기 반응 화학 공정 액체들은 제한 없이 염산, 수산화 암모늄 및 이것을 포함하는 완충액, 과산화수소, 황산, 황산과 오존의 혼합물, 불산 및 이것을 포함하는 완충액, 크롬산, 인산, 아세트산 및 이것을 포함하는 완충액, 질산, 불산으로 완충된 불화 암모늄, 및 이것들의 조합들의 수용액을 포함한다. 사용된 상기 특별한 공정 액체, 사용된 상기 장비, 노출 시간(즉 접촉 시간), 및 실험 조건들(즉 온도, 농도, 및 상기 공정 액체의 흐름)은 상기 특별한 습식 처리 과정의 특별한 목적에 따라 변경될 것이다.
본 발명의 유용한 헹굼 액체는 상기 전자부품에서 반응 화학 공정 액체를 제거하는데 효과가 있는 어떠한 액체이다. 헹굼 액체를 선택하는데 있어서 헹궈지는 상기 전자부품의 표면 성질, 상기 반응 화학 공정 액체 내에서 분해될 오염물질의 성질, 및 헹궈지는 상기 반응 화학 공정 액체의 성질 같은 요소들이 고려되어야만 한다. 또한 상기 의도된 헹굼 액체는 상기 헹굼 액체와 접촉하는 상기 구조물의 물질과 상용성(즉 비반응성)이 있어야만 한다. 사용될 수 있는 헹굼 액체는 예를 들어 순수 탈이온수, 유기성 용매, 유기성 용매의 혼합물, 오존수(ozonated water), 혹은 이것들의 조합들을 포함한다. 선호되는 유기성 용매들은 C1내지 C10알콜들 및 바람직하게는 C1내지 C6알콜들 같은 건조 유체로 유용한 유기성 화합물을 포함한다. 바람직하게는 상기 헹굼 액체는 순수 탈이온수이다.
헹굼 액체는 헹굼을 강화하기 위해서 낮은 수준의 화학적 반응 물질들을 포함할 수 있다. 그와 같은 화학 물질의 예들은 제한 없이 염산, 불산, 과산화수소, 오존, 및 계면 활성제들을 포함한다. 헹굼 용액에서 그와 같은 화학물질의 농도는 일반적으로 상기 헹굼 액체의 전체 무게에 대해서 무게당 약 1000 ppm 이거나 이보다 작다.
본 발명의 방법은 상기 실리콘 표면에서 어떤 원하지 않는 산화막을 제거하기 위해 반도체 웨이퍼의 상기 표면들을 식각하거나, 유기성, 금속성, 혹은 특별한 물질을 제거하기 위해 반도체 웨이퍼의 표면을 세정하거나 혹은 상기 반도체 웨이퍼의 표면들에서 감광액을 제거하는 것과 같은 어떤 습식 처리 과정을 위해 사용될 수 있다. 본 발명은 반도체 웨이퍼 위에서 조절된 산화막 식각에서 혹은 산화막을 성장시키기 위해서 또한 사용될 수 있다. 실리콘 산화막을 위한 전형적인 식각 물질은 제한 없이 불산, 불산으로 완충된 불화 암모늄을 포함한다.
전자부품들을 처리하기 위한 전형적인 처리 영역은 수산화 암모늄(NH4OH) 혹은 불산(HF) 같은 화학적 시약을 위한 저장 탱크(tank)를 가질 것이다. 이러한 시약들은 전형적으로 과산화수소(H2O2)(31%), NH4OH(28%), 염산(HCl)(37%), HF(49%), 및 황산(H2SO4)(98%)(백분율은 수용액의 무게 백분율을 나타낸다.)의 농축된 형태로 저장된다. 상기 처리 지역은 또한 어떤 증기 및/혹은 본 발명의 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있는 수송 기체들(즉 아이소프로파놀(isopropanol) 혹은 질소)을 위한 저장 탱크를 포함한다. 상기 전자부품들이 처리되는 상기 반응실은 상기 저장 탱크와 유체를 통하도록 연결되어 있다. 조절 밸브(valve) 및 펌프(pump)는 상기 저장 탱크와 상기 반응실 사이의 처리 장치로서 사용될 수 있다.
상기 처리 영역은 또한 가급적이면 상기 처리 액체내의 기체 수준을 조절하기 위한 상기 반응실과 연결된 하나 혹은 그 이상의 설비들("기체 조절 설비")을 포함한다. 바람직한 구체예에서, 상기 처리 영역은 순수 탈이온수가 통로(상기 반응실과 유체 통로)에 들어가기 전에 및 상기 화학 처리 단계에서 사용될 화학 시약과 섞이기 전에 상기 순수 탈이온수의 기체 수준을 조절하기 위한 기체 조절 설비를 포함한다. 또한 화학 시약을 포함하는 공정 액체가 기체 조절 설비를 통과하도록 고려되어야 한다. 개인용 컴퓨터 같은 처리 조절 시스템이 공정 조건(즉 흐름율, 혼합률, 노출 시간, 및 온도)과 상기 공정 액체내의 적당한 기체 수준을 감시하기 위한 수단으로 사용될 수 있다.
본 발명을 실시하는데 적당한 반응실은 가급적이면 초음파 에너지 및 혹은 메가소닉 에너지 같은 음파 에너지를 발생하도록 준비된다. 본 발명을 실시하기 위한 적당한 음파 에너지 수준은 제한 없이 약 20 kHz 와 2.0 MHz 사이, 보다 바람직하게는 약 40 kHz 에서 약 1.2 MHz, 가장 바람직하게는 약 400 kHz 에서 약 1.2 MHz 의 진동수를 가진 에너지를 포함한다. 사용되는 가장 바람직한 음파 에너지의 범위는 메가소닉 에너지 범위이고, 가장 바람직한 범위는 약 600 kHz 에서 약 800 kHz이다.
본 발명의 바람직한 구체예를 실시하는데 있어서 상기 전자부품들은 초음파 에너지 혹은 메가소닉 에너지와 함께 사용하기 위해서 준비된 단일 용기에 위치되고 공정 액체를 포함해서, 상기 공정 유체는 밸브 혹은 인젝션 포트(injection port)를 통해서 상기 용기 안으로 보내질 것이다. 수산화 암모늄(NH4OH), 과산화수소(H2O2), 염산(HCl), 및 황산(H2SO4)(98%)같은 상기 순수 탈이온수 및 화학 시약은 가급적이면 상기 반응실 외부에 있는 탱크에 저장된다. 상기 전자부품이 처리되는 상기 반응실은 유체관을 통해 상기 화학 저장 탱크와 유체통로로 되어있다. 조절 밸브 및 펌프는 일반적으로 상기 유체관을 통해서 상기 저장 지역에서 상기 반응실까지 상기 화학 시약 및 순수 탈이온수를 수송하기 위해 사용된다. 개인용 컴퓨터 같은 처리 조절 시스템은 가급적이면 공정 조건들(예를 들어, 흐름률, 혼합률, 노출시간, 및 온도)을 감시하는 수단으로 사용된다. 예를 들어, 상기 처리 조절 시스템은 적당한 화학 물질의 농도가 상기 반응 화학 공정 액체(혹은 헹굼 액체)에 존재하도록 상기 흐름율 및 인젝션 수준을 프로그램 하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 처리 조절 시스템은 원하는 기체 수준이 수행되고 있는 상기 특별한 화학 처리 단계 같은 인자에 의존하게 될 상기 순수 탈이온수 혹은 공정 액체 내의 상기 적당한 기체 수준을 프로그램하기 위해서 또한 사용될 것이다. 상기 공정 액체들 내의 상기 기체 수준들(즉 양)의 선택은 아래에서 보다 자세히 논의된다.
전형적으로, 하나 이상의 화학 시약이 단일 화학 처리 단계동안 반응 화학 공정 액체 내에 존재한다. 예를 들어, 세정공정내의 첫 번째 단계는 표준 세정 1(SC1) 용액을 사용할 수 있다. SC1에 대한 전형적인 농도는 물 : H2O2: NH4OH의 비율 약 5 : 1 : 1에서 약 200 : 1 : 1의 체적당 비율의 범위이다. 상기 SC1의 각각의 구성성분들은 분리된 저장고에 유지되고, 처리 조절 시스템을 통해서, 각각의 양이 상기 각 성분의 적당한 비율이 달성되도록 상기 반응실과 유체가 통하는 통로로 주입될 것이다. 상기 순수 탈이온수가 상기 특별한 화학 처리 단계의 적당한 희석 용액을 달성하기 위해서 상기 H2O2및 NH4OH와 혼합되기 전에, 상기 순수 탈이온수내의 기체 양은 기체 조정 설비를 통해 상기 순수 탈이온수를 통과시킴으로써 바람직하게 조정된다. SC1 용액 혹은 상기 화학 처리 단계에 사용되는 어떠한 액체든 각 개별의 화학 물질의 각각이 상기 순수 탈이온수와 혼합된 후 기체 조정 설비를 통해 통과될 수 있도록 한다.
상기 기체 조정 설비는 액체내의 상기 기체 수준을 조절(예를 들어, 제거하기, 더하기, 치환하기, 혹은 유지하기)할 수 있는 어떤 형태의 장비일 수 있다. 예를 들어, 상기 기체 조정 설비는 통제된 양으로 액체로부터 산소를 바람직하게 제거할 수 있다. 상기 기체 조정 설비는 또한 기체들을 바람직하게 추가할 수 있거나, 혹은 제거된 기체를 질소 혹은 아르곤 같은 다른 기체들로 통제된 양으로 치환할 수 있다. 덧붙여서, 상기 전체적인 습식 처리 시스템은 다른 공정 액체를 위한 하나 혹은 그 이상의 기체 조정 설비를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 기체 조정 설비는 공정 액체내의 분해된, 운반된, 혹은 포획된 산소를 약 200 ppb 혹은 그 이하 및 보다 바람직하게 약 5 ppb 혹은 그 이하로 줄일 수 있다.
본 발명의 방법을 실시하기 위해 바람직한 기체 조정 설비들의 종류는 상기 액체에서 액체내의 기체들을 분리하기 위한 하나 혹은 그이상의 기체-액체 컨택터요소를 갖는 것들이다. 바람직하게, 상기 기체-액체 컨택터 요소들은 기체 분자들 혹은 증기 분자들이 멤브레인(membrane)을 통과하고, 순수 탈이온수와 같은 상기 벌크(bulk) 공정 액체는 통과하지 않도록 하는 폴리프로필렌(polypropylene) 같은 중합체 물질로 만들어진 멤브레인들이다. 예를 들어, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 바람직한 기체 조정 설비는 Seperation Products Group of Hoechst Celanese Corporation(Charlotte, NC, 미국)에 의해 제조된 Liqui-Cel(등록상표) 기체-액체 컨택터이다. 바람직하게, 상기 기체 조정 설비는 통제된 형태로 진공을 유인하거나 유지하기 위한 능력을 가지고 다양한 흐름속도를 가진 공정 액체들을 다룰 수 있다.
본 발명에서 유용한 기체 조정 설비를 조작하는 바람직한 방식은 기체-액체 컨택터 요소의 액체쪽으로 공정 액체, 가급적이면 순수 탈이온수를 보내는 것을 포함한다. 진공이 바람직하게 유인되어 질소가 상기 기체-액체 컨택터 요소의 기체쪽으로 인가된다. 산소 및 질소 같은 상기 공정 액체내의 기체들은 상기 멤브레인의 기체쪽에 더해지는 질소의 양과 상기 진공 수준을 조정함으로써 조절될 것이다. 약간 용해될 수 있는 기체들에 대해서, 상기 기체 조정 설비는 헨리의 법칙(Henry's law)(주어진 온도에서 액체에 분해되는 약간 용해될 수 있는 기체의 양은 상기 기체의 부분압에 비례한다.)에 따라 조작한다. 따라서, 상기 기체-액체 컨택터 요소의 기체쪽의 질소, 산소 혹은 약간 용해될 수 있는 다른 기체들의 양 및 상기 액체와 접촉하고 있는 상기 기체의 전체 압력을 조절함으로써, 상기 공정 액체내의 상기 기체들의 양은 조절될 수 있다. 예를 들어, 메가소닉 에너지와 함께 사용되는 세정 용액 처럼 질소 같은 기체들을 더함으로써 전체적인 기체 수준을 증가시키는 것이 바람직하다. 또한 예를 들어, 산소의 수준을 감소시키고, 감소되는 산소의 양만큼, 이하, 동일, 혹은 초과하는 질소를 부가하는 것이 바람직하다.
보다 바람직한 구체예에서, 상기 기체 조정 설비는 기체-액체 컨택터 요소의 두 단계를 포함한다. 상기 두 단계는 예를 들어 첫 번째 단계에서 상기 공정 액체 내의 산소를 제거하고 두 번째 단계에서 질소로 치환함으로써 조작하는 것이다. 두 번째 단계에서, 질소의 전체 양은 원하는 수준으로 조정될 수 있다.
상기 Liqui-Cel 컨택터 설비를 사용하는 공정의 구체예에서, 낮은 기체 수준이 원해질 때, 다음과 같은 조건들이 사용될 수 있다: 공정 액체(가급적이면 순수 탈이온수)의 흐름속도는 약 13 pgm 이며, 진공은 약 -28 인치 Hg 계기 압력이고, 그리고 질소 스윕율(sweep rate)은 약 0.5 scfm 이다. 상기 처리를 사용한 후에 상기 순수 탈이온수의 산소 수준은 약 1 ppb 이고 질소의 수준은 약 770 ppb 이다.
상기 Liqui-Cel(등록상표) 컨택터 설비를 사용하는 공정의 구체예에서, 높은 기체 수준이 원해질 때, 다음과 같은 조건들이 사용될 수 있다: 흐름속도는 약 13 gpm 이며; 진공은 약 -6인치 Hg 계기 압력이며, 질소 스윕율(sweep rate)은 약 0.5 scfm 이다. 상기 처리를 사용한 후, 산소의 수준은 약 4 ppb 이며 질소의 수준은 약 13,000 ppb 이다. 기체들이 이후 설명되는 것처럼 메가소닉 입자 제거 효과를 개선할 수 있기 때문에 질소와 같은 상기 많은 양의 기체가 특별히 세정공정들에 적합하다.
공정액체 내에서 높은 및 낮은 기체 수준을 얻기 위해 위에서 설명된 상기 공정 조건들은 단지 실시예로서 제공되고 있고 상기 조건들이 변경될 수 있다는 것이 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 것이다. 예를 들어 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 상기 공정 액체의 흐름율, 진공 수준, 및 질소 스윕이 공정 액체내의 상기 바람직한 기체 수준을 얻기 위해서 변경될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 상기 질소 스윕 대신 다른 기체들을 사용하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
상기 공정 액체 내에서 상기 기체들의 수준이 상기 전자부품들, 상기 전자부품들의 상기 표면들의 상기 구성성분들 및/혹은 후속되는 습식 공정 단계들을 처리하기 위해 사용되는 상기 특별한 공정 액체에 따라 바람직하게 조정될 수 있다는 것이 발견되었다. 특히, 상기 공정 액체내의 상기 기체 수준들은 습식 공정 단계 혹은 수행되는 후속의 습식 공정 단계들 혹은 그 것들의 조합이 완료되는 시점의 상기 전자부품들의 상기 표면들의 구성성분에 근거하여 조절된다는 것이 밝혀졌다.
예를 들어, 습식 공정 단계의 완료 시점에서 상기 전자부품의 상기 표면들이 산화막 같은, 방호막을 갖고 있을 때, 상기 공정 액체내의 상기 기체 수준은 바람직하게 높게("고 기체함유 공정액체") 조정된다. 상기 보호막은 이미 상기 전자부품의 표면들 위에 존재할 수 있거나 혹은 상기 전자부품의 표면들과 상기 고 기체함유 공정액체의 상호작용으로부터 형성될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 음파 에너지는 전자부품들이 고 기체함유 공정액체에 노출될 때 사용된다.
습식 공정 단계의 완료 시점에서 상기 전자부품들이 실질적으로 산화막 같은 보호막이 없을 때 낮은 기체 수준을 갖는 공정 액체("저 기체 함유 공정 액체")가 바람직하게 사용된다. 상기 전자부품의 상기 표면들은 이미 실질적으로 보호막이 없거나, 혹은 보호막이 상기 저 기체 함유 공정 액체와 상기 전자부품의 표면들의 상호작용으로부터 실질적으로 제거될 수 있다. 저 기체 함유 공정 액체는 또한 예를 들어 보호막을 형성하기 위해 상기 전자부품의 상기 표면들의 구성성분을 바꾸는 후속 공정 단계들이 계획되지 않았을 때 바람직하게 사용된다. 예를 들어, 불산 식각 단계가 습식 처리 과정에서 수행될 때, 상기 불산 공정 액체는 바람직하게 낮은 기체 수준을 갖는다. 저 기체함유 공정액체를 사용할 때, 음파 에너지는 상기 습식 처리 과정에 따라 바람직할 수 있거나 아닐 수 있다. 그러므로, 음파 에너지는 저 기체 함유 공정 액체와 상기 전자부품을 접촉시킬 때는 사용되지 않는다.
이론적으로 제한하는 어떤 방법도 없다 할지라도, 고 기체 함유 공정 액체가 음파 에너지와 사용될 때, 상기 공정 액체내의 상기 증가된 기체 수준이 예를 들어, 상기 공정 액체 안으로 메가소닉의 에너지 전달을 개선함으로써 입자 제거를 개선시키는 것으로 믿어진다. 더구나, 산화막 같은 보호막이 상기 전자부품 위에 존재할 때, 혹은 보호막이 공정 액체 접촉하는 동안 상기 전자부품의 표면 위에 형성될 때, 상기 보호막은 음파 에너지가 사용될 때 일어날 수 있는 상기 전자부품에 대한 훼손을 최소화한다. 이와 대조적으로, 상기 전자부품이 실질적으로 보호막을 포함하지 않거나, 혹은 보호막이 실질적으로 제거될 때, 상기 공정 액체내의 상기 기체 수준은 만약 소니피케이션이 사용되면 상기 전자부품에 대한 훼손을 최소화하기 위해서, 그리고 상기 공정 액체 내의 기체들과 상기 전자 부품의 상기 표면들의 반응(예를 들어 산화)을 최소화하기 위해서 바람직하게 낮아야 한다.
저 기체 함유 공정 액체에 의해서 상기 공정 액체(화학 시약을 더하기 전 혹은 후에)내의 분해, 운반, 혹은 포획된 비이온성 기체들의 전체 수준은 상기 습식 공정 단계 동안 상기 반응실내의 조건들(예를 들어, 온도 및 압력) 아래에서 상기 공정 액체내의 상기 기체들의 포화 수준의 약 90 % 아래 수준으로 바람직하게 유지한다는 것을 의미된다. 이것은 상기 반응실내의 상기 공정 액체 내에서 상기 거품 형성을 바람직하게 피하기 위한 것이다. 부가적으로, 바람직하게, 산소의 수준은 포화상태(또한 상기 습식 공정 단계동안 상기 반응실내의 상기 조건들 아래에서 결정된다.)의 상기 공정 액체내의 산소 수준의 약 0.1 퍼센트 혹은 그 이하이며, 보다 바람직하게는 0.01 퍼센트 혹은 그 이하이다.
높은 기체를 포함하는 공정 액체에 의해서 상기 공정 액체(화학 시약을 더하기 전 혹은 후에)내의 분해, 운반, 혹은 포획된 비이온성 기체들의 전체 수준은 가급적이면 상기 습식 공정 단계 동안 상기 반응실내에서 현재의 조건들 아래 상기 공정 액체내의 포화 기체 수준의 약간 아래(예를 들어, 포화상태에서 공정 액체내의 기체 수준의 약 90 % 혹은 그 이상), 동일, 혹은 그 이상이다. 따라서, 고 기체 함유 공정 액체와 함께, 거품들이 상기 공정 액체내의 상기 기체 수준에 따라 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있다.
앞서 설명된 것처럼, 상기 공정 액체 내에서 상기 기체 수준은 습식 공정 단계의 완료 시점에서 상기 전자부품의 표면들 위의 보호막의 존재 혹은 후속 습식 공정 단계에서 보호막 형성에 근거하여 바람직하게 조절된다. "보호막"은 최소한 하나의 원자 단층의 표면 농도를 가진 막을 의미된다. 산화 보호막에 대해서, 산소 밀도는 바람직하게 약 cm2당 1015산소 원자이다. 상기 보호막은 상기 공정 액체에 노출되기 앞서 상기 전자부품의 상기 표면들 위에 이미 존재할 수 있거나, 혹은 상기 공정 액체에 노출되는 동안 형성될 수 있거나, 혹은 이것들의 조합일 수 있다.
예를 들어, 세정("세정용액")을 위해 사용되는 공정 액체들 혹은 감광물질을 ("감광물질 제거 용액") 제거하기 위해 사용되는 공정 액체들은 예를 들어 실리콘 산화막 같은 산화 보호막을 형성하기 위해서 상기 전자부품의 상기 표면들을 산화시키는 경향이 있다. 그와 같은 공정 액체들과 함께, 음파 에너지와 사용되었을 때 상기 공정 액체의 상기 기체 수준이 높은 것이 선호된다.
또한 상기 전자부품이 예를 들어, 대기에 노출되어, 혹은 세정 같은, 전 화학 처리 단계를 통해서 형성된 보호막을 이미 갖고 있을 때 상기 보호막을 상당하게 제거하지 않는 공정 액체는(즉 상기 공정 액체가 실질적으로 보호받지 못하는 표면을 생성하지 않는다.) 바람직하게 높은 기체 수준을 갖는다. 예를 들어, 이미 보호막을 갖고 있는 전자부품은 음파 에너지의 존재에서 높은 기체를 포함하는 헹굼 액체에 노출될 수 있다. 또한 약간의 보호막이 소니피케이션 동안 보호를 제공하기 위해서 남아있는 한(가볍게 식각할 때와 같이), 상기 전자부품이 음파 에너지와 조합된 높은 기체를 포함하는 식각 용액에 노출되는 것이 가능하다.
대조적으로, 상기 공정 액체가 산화막 같은 보호막 모두를 실질적으로 제거하기 위해 사용될 때 혹은 상기 전자부품이 실질적으로 보호막이 없을 때, 저 기체 함유 공정 액체가 바람직하다. "실질적으로 보호막이 없는" 혹은 "보호막 모두를 실질적으로 제거"는 상기 전자부품의 표면 위에 상기 막이 전형적으로 원자의 단층 보다 작은 것임을 의미한다.
예를 들어, 식각을 위해 사용되는 공정 액체("식각 용액")는 적당한 습식 처리 조건 아래에서 보호막의 모두를 실질적으로 제거할 수 있다. 이런 경우, 공정 액체의 기체 수준은 낮아야만 한다. 또한 전자부품의 보호되지 않는 표면을 유지하기 원해질 때(즉 산화를 피할 때), 상기 전자부품이 노출되는 어떤 공정 액체는 바람직하게 낮은 기체 수준을 갖는다.
본 발명의 방법을 실시하는데 있어서, 상기 전자부품은 최소한 두 공정 액체가 습식 처리 과정에 다른 기체 수준을 갖는 한 어떤 수의 공정 액체들로 처리될 수 있다. 예를 들어, 바람직한 구체예에서, 하나의 습식 처리 과정에서 상기 전자부품은 하나의 공정 액체는 높은 기체 수준을 갖고 다른 공정 액체는 낮은 기체 수준을 갖는 두 공정 액체에 노출될 수 있다. 상기 전자부품들은 상기 바람직한 습식 공정 단계 결과를 성취하는 어떤 접촉 시간동안 상기 공정 액체에 노출될 수 있다. 예를 들어, 상기 전자부품은 어떤 접촉 시간 동안 세정 용액들, 감광물질 제거 용액들, 식각 용액들, 헹굼 액체들, 혹은 그것들의 어떤 조합으로 처리될 수 있다. 또한 예를 들어, 상기 전자부품은 화학 처리 단계들 사이에 선행 처리 단계로부터의 잔류화학 물질을 제거하기 위해서 순수 탈이온수 헹굼 혹은 건조 증기에 노출될 수 있거나, 혹은 하나의 반응 화학 공정 액체가 중간 헹굼 없이 상기 전 반응 화학 공정 액체를 치환할 수 있다.
본 발명에서 유용한 세정 용액들의 예들은 전형적으로 산 혹은 염기 같은 하나 혹은 그 이상의 부식성 약제를 포함하는 것들이다. 세정을 위한 적당한 산들은 예를 들어 황산, 염산, 질산, 혹은 왕수를 포함한다. 적당한 염기는 예를 들어 수산화 암모늄을 포함한다. 상기 세정 용액에서 상기 부식성 약제의 바람직한 농도는 선택된 상기 특별한 부식성 약제 및 원하는 세정 양에 의존할 것이다. 상기의 부식성 약제들은 또한 오존 혹은 과산화수소 같은 산화성 약제와 함께 사용될 수 있다. 선호되는 세정 용액들은 물, 암모늄, 및 과산화수소(앞서 묘사된 것처럼)를 포함하는 "SC1" 및 물, 과산화수소, 및 염산을 포함하는 "SC2"이다. SC1에 대한 전형적인 농도는 H2O : H2O2: NH4OH의 비율 약 5 : 1 : 1 에서 약 200 : 1 : 1의 체적당 비율의 범위이다. SC2에 대한 전형적인 농도는 H2O : H2O2: HCl의 비율 약 5 : 1 : 1 에서 약 1000 : 0 : 1의 체적당 비율의 범위이다.
본 발명에서 유용한 적당한 식각 용액들은 산화막을 제거할 수 있는 약제를 포함한다. 본 발명에서 유용한 공통되는 식각 약제들은 예를 들어 불산, 완충된 불산, 불화 암모늄, 및 용액 내에서 불산을 발생할 수 있는 다른 물질들이다. 식각 용액을 포함하는 불산은 예를 들어 체적당 H2O : HF의 약 4 : 1에서 약 1000 : 1의 일부분들을 포함할 수 있다.
본 발명에서 유용한 감광물질 제거 용액들은 예를 들어 황산, 및 과산화수소, 오존 혹은 그것들의 조합 같은 산화성 물질을 포함한다.
이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 습식 처리 동안에 사용될 수 있는 다양한 공정 액체가 있음을 인식할 것이다. 덧붙여서, 다른 형태의 공정 유체들이 건조 증기들 같은 습식 처리 동안에 사용될 수 있다. 습식 처리 동안에 사용될 수 있는 공정 액체들과 유체들의 다른 예들은 전체로서 참조되는 Thin Film Processes, 401-496쪽의 Werner Kern의 "Chemical Etching"(1978 NY Academic Press 출판, John L. Vosser의 편집)에 공개되어 있다.
본 발명의 방법을 사용할 때, 상기 전자부품들은 어떤 순서로 어떤 수의 공정 유체로 처리될 수 있다. 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 습식 처리의 상기 형태 및 순서는 원하는 처리에 의존할 것이다. 또한 본 발명의 방법이 상기 전자부품들이 습식 처리 과정에서 다른 기체 수준을 갖는 최소한 두 개의 공정 액체들에 노출되는 한 음파 에너지가 사용되지 않고, 및/혹은 기체 수준이 상기 공정 액체 내에서 통제되지 않는 공정 액체로 처리되는 것을 포함할 수 있다는 것이 예상된다.
예를 들어, 상기 전자부품들은 첫 번째 공정 액체가 물, 과산화수소, 및 수산화 암모늄(80 : 3 : 1)의 SC1 용액이고; 두 번째 공정 용액이 물, 과산화수소, 및 염산(80 : 1 : 1)인 SC2이고; 세 번째 공정 액체가 불산((약 10 : 1에서 약 1000 : 1 (물 : HF))인 식각 용액인 세 공정 액체로 처리될 수 있다. 상기 순서는 또한 역으로 될 수 있다. 상기 방법은 세정 및 식각(즉 상기 웨이퍼 표면에서 산화막을 제거하는데)에 특별히 유용하다. 상기 SC1 및 SC2는 바람직하게 높은 기체 수준을 갖는다. 상기 식각 용액은 만약 상기 식각 용액이 상기 전자부품의 상기 표면들에서 상기 산화막을 실질적으로 모두 제거하기 위해서 사용되어지면 낮은 기체 수준을 가질 것이다.
본 발명의 다른 구체화에서, 상기 전자부품은 오존이 주입된 농축된 황산용액 및 불산 용액으로 처리될 수 있다. 상기 방법은 감광물질(애쉬(ashed)된 혹은 애쉬되지 않은) 및 입자성 물질 같은 유기물질 제거 및 소수성 표면을 유지하는데 특별히 유용하다. 상기 황산 용액은 바람직하게 무게당 대개 98 %의 농도를 갖고 상기 오존은 바람직하게 약 1.70 g/min의 속도로 주입된다. 상기 불산 농도 범위는 가급적이면 약 4 : 1 에서 약 1000 : 1 (물 : HF) 이다. 상기 보기에서, 황산 용액 후 및 상기 불산 용액 전에 사용되는 헹굼 용액(예를 들어 순수 탈이온수)은 바람직하게 낮은 기체 수준을 갖는다. 바람직하게, 상기 순서는 상기 황산/오존 및 상기 따르는 헹굼 용액에 상기 전자부품이 노출되는 동안에 음파 에너지를 사용한다.
본 발명의 다른 구체예에서, 상기 전자부품은 오존으로 포화된 황산 용액; 뒤이어 과산화수소 및 수산화 암모늄의 용액; 및 그후 과산화수소, 염산, 및 물의 용액 같은 그 이상의 일련의 공정 액체로 더 처리될 수 있다. 상기 방법은 친수성 표면을 유지하는 일반적인 세정(즉, 최소한의 금속부착으로 입자 제거) 뿐만 아니라 유기성 물질 제거에 특별히 유용하다. 상기 예에서, 상기 공정 액체들은 바람직하게 높은 기체 수준을 갖는다.
본 발명의 다른 구체예에서 헹굴 때, 상기 헹굼 액체내의 기체 수준은 상기 헹굼 바로 직전에 수행된 상기 특별한 화학 처리 단계에 의존할 것이다. 예를 들어, 만약 상기 전 화학 처리 단계가 SC1 용액을 사용했다면, 상기 헹굼 액체의 기체수준은 바람직하게 높다. 만약 상기 헹굼이 보호 산화막이 실질적으로 제거된 식각 단계 다음이면, 상기 헹굼 액체는 바람직하게 낮은 기체 수준을 갖는다.
만약 소니피케이션이 습식 공정 단계에서 필요하다면, 소니피케이션 지체시간(즉 소니피케이션 시간)은 상기 원하는 효과를 수행하는데 필요한 시간이다. 바람직하게는, 상기 소니피케이션은 상기 전자부품들이 상기 공정 액체에 노출되는 상기 접촉시간의 최소한 일부분 동안 수행된다. 보다 바람직하게는, 상기 소니피케이션은 상기 전자 부품이 처음으로 보호되지 않은 표면을 갖고 보호막이 상기 단계 동안 형성될 때까지를 제외한 상기 전체 접촉 시간동안 수행된다. 상기 상황에서, 보호막이 형성되기 시작하도록 충분한 시간이 지날 때까지 음파 에너지의 시작을 늦추는 것이 바람직할 수 있다.
상기 전자부품들이 상기 마지막 반응 화학 공정 유체로 처리된 후, 상기 공정 유체는 건조 유체 혹은 헹굼 액체를 사용하여 상기 전자부품의 상기 표면들에서 치환될 수 있다. 선택적으로, 상기 유체는 상기 실로부터 배수될 수 있으며 상기 전자부품은 하나 혹은 그 이상의 헹굼 액체로 헹구어질 수 있다.
상기 전자부품들은 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 어떤 기술로 적절하게 건조된다. 바람직한 건조 방법은 상기 전자부품들이 건조하기 전에 접촉했던 상기 마지막 처리 용액을 직접적으로 치환하기 위해서 건조 유체 흐름을 사용한다(이후로 "직접치환 건조"로서 언급된다). 직접치환 건조를 위한 적당한 방법들과 시스템들은 예를 들어 미국 특허 번호 제4,778,532호, 제4,795,497호, 제4,911,761호, 제4,984,597호, 및 제5,569,330호에 공개되어 있다. 사용될 수 있는 다른 직접 치환 건조기는 Steag, Dainippon, 및 YieldUp 같은 제조사에 의해서 제공되는 Marangoni 형태의 건조기들을 포함한다. 가장 선호되는 것으로, 미국특허 번호 제4,7911,761호의 상기 시스템 및 방법이 상기 반도체 기판을 건조하기 위해서 사용된다. 상기 전자부품들이 건조된 후, 그것들은 상기 반응실에서 제거될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 전자부품들은 상기 전체 습식 처리 과정(예를 들어 세정, 헹굼, 및 건조) 동안 단일 반응실내에 유지되고 상기 환경에 밀폐된다. 본 발명의 상기 관점에서, 상기 전자부품들은 반응실에 놓여지며 상기 전자부품들의 상기 표면들은 상기 반응실에서 상기 전자부품들을 제거하지 않고 접촉하는 동안 통제된 기체 수준을 갖는 하나 혹은 그 이상의 공정 액체와 접촉한다. 상기 공정 유체들(상기 공정 액체들을 포함하는)은 하나의 공정 유체가 직접적으로 상기 표면 혹은 상기 전자부품들의 표면들에서 상기 전 공정 유체를 직접 제거하도록 상기 반응실에 순차적으로 주입되거나 혹은 상기 전자부품들을 또 다른 공정 유체에 노출하기 전에 상기 반응실에서 하나의 공정 유체를 배수함으로써, 상기 마지막 습식 공정 단계는 건조 유체를 바람직하게 사용하는 건조 단계이다.
발명의 요약
본 발명은 특히 집적회로에 사용되는 반도체 웨이퍼 같은 전자부품 전구물질을 포함하는 전자부품의 제조에 대해서 습식 처리 방법을 제공한다. 보다 구체적으로, 이 발명은 예를 들어 다른 수준의 기체를 포함하는 공정 액체와 함께 습식 공정을 사용하는 전자부품을 세정하는 방법에 관한 것이다.
습식 처리 동안 사용되는 공정 액체내의 기체 수준을 선택적으로 조절함으로써, 입자 제거, 표면 요철화, 혹은 전체적인 공정 지속 같은 습식 처리 과정의 결과를 개선될 수 있다는 것이 발견되었다. 본 발명은 습식 처리 결과를 강화하기 위해서 수행되는 상기 습식 공정 단계에 적당한 공정 액체내의 적당한 기체 수준을 선택하는 방법을 제공한다.
본 발명의 구체예에서는 반응실내에 표면들을 갖는 상기 전자부품을 놓고; 다른 기체 수준을 갖는 최소한 두 개의 공정 액체내의 기체 수준을 조절하고; 그리고 접촉 시간 동안 각각의 공정 액체에 상기 전자부품을 접촉시키는 단계를 포함한다. 상기 전자부품은 또한 상기 최소한 일부의 접촉 시간동안 음파 에너지에 선택적으로 노출될 수 있거나 건조 액체로 건조될 수 있다. 본 발명에서 유용한 공정 액체는 반응 화학 액체와 헹굼 액체를 포함한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 공정 액체 내의 기체 수준은 습식 공정 단계 혹은 수행될 후속되는 습식 공정 단계들 혹은 그것들의 조합의 완료시점에서 전자부품의 표면 성분에 근거해서 조절된다. 보다 바람직한 구체예로 본 발명의 방법들은 하나의 습식 공정 단계에서 높은 수준의 기체를 포함하는 공정 액체의 사용 및 상기 동일 습식 공정 과정의 다른 습식 공정 단계에서 낮은 수준의 기체를 포함하는 다른 공정 액체의 사용을 포함한다.
본 발명의 방법을 사용함으로써 과거 습식 공정 방법론들의 많은 문제점들이 최소화될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 방법은 거품의 형성 혹은 방출을 방지하기 위해 낮은 기체 포함한 공정 액체에 표면들이 거품들에 의한 입자 부착에 민감한 상기 전자부품을 접촉시키는 방법을 제공한다(예를 들어 산소가 없는 실리콘 같은 소수성 표면들). 본 발명은 또한 산소와 반응하기 쉬운 표면을 가진 전자부품을 처리할 때 순수 탈이온수 같은 공정 액체내에 낮은 산소 수준(바람직하게는 공정 액체의 전체 무게에 대해서 무게당 20 ppb 보다 작으며, 보다 바람직하게는 무게당 5 ppb 보다 작은 수준)을 확실히 하기 위해서 낮은 수준의 기체를 포함하는 공정 액체에 전자부품을 접촉시키는 방법을 제공한다. 본 발명은 순수 탈이온수 혹은 세정 용액 같은 공정 액체내의 기체들이 유용할 때(예를 들어 초음파 혹은 메가소닉 세정 및 헹굼 공정들) 높은 수준의 기체를 포함하는 공정 액체에 상기 전자부품을 접촉시키는 방법을 제공한다. 따라서, 순수 탈이온수 같은 헹굼 액체는 예를 들어 전 혹은 후속 화학 처리 단계들에 의존하는 하나의 습식 공정 과정에서 다른 수준의 기체를 가질 수 있다.
다음의 예들은 입자들을 제거하고, 공정액체내의 통제된 기체 수준을 사용하는 것과 같은 전자부품들의 습식 처리를 강화하는 본 발명의 효율성을 증명한다. 다음 예들에서 입자들은 KLA Tencor로부터 이용될 수 있는 Tencor SP1 입자 검색 장비를 사용하여 상기 전자부품 위에서 검출된다.
실시예1
SC1 용액내의 기체 수준은 음파 에너지를 사용하여 반도체 웨이퍼를 세정할 때 입자 제거 효율에 관한 기체들의 영향을 연구하기 위해서 변경되었다.
CFM 기술에서 제공된 CFM Full-Flow(상표) 시스템 모델 6100은 다음 예에서 사용되었다. 상기 CFM 습식 처리 장비는 100 - 6" 반도체 웨이퍼를 담는 용기, 순수 탈이온수 공급 시스템, 수성의 과산화수소 및 수성의 수산화 암모늄을 저장하기 위한 저장 탱크, 상기 순수 탈이온수 공급 시스템과 유체가 통하는 Liqui-Cel(등록상표), 및 음파 에너지를 발생하는 소니피케이션 설비를 포함한다. 상기 Liqui-Cel 설비는 연속적으로 연결된 2개의 기체-액체 컨택터 요소들을 포함한다.
상기 용기는 상기 KLA 입자 검색 장비에 의해 결정된 것으로서 입자 오염 수준이 알려진 6 인치 지름의 웨이퍼로 완전히 적재되었다. 상기 웨이퍼들은 상기 용기를 나오는 상기 순수 탈이온수가 15 Mohm 의 저항을 갖을 때까지 교대하며 60초 동안 3 gpm 및 8 gpm 의 흐름율 순환으로 공급되는 50℃의 순수 탈이온수와 먼저 접촉되었다. 상기 목표가 도달된 후, 헹굼은 부가적인 4분 동안 상기 교대되는 흐름 순환으로 계속되었다.
상기 웨이퍼들을 접촉하기에 앞서 상기 헹굼 순수 탈이온수는 다음 조건들로 설정된 상기 Liqui-Cel 설비를 통과하였다. 표1은 상기 컨택터의 설정 조건들을 보여준다.
| 컨택터 | 진공(In Hg) | 질소 스윕(scfh) |
| 1 | -18 | 9 |
| 1 | -18 | 12.5 |
상기 웨이퍼를 적신 후에, SC1 용액은 온도 50℃ 및 체적 비율 40 : 3 : 1 물 : 과산화수소 : 수산화 암모늄 농도를 가진 SC1 용액을 형성하기 위해서 상기 저장 탱크에 담긴 수용성 과산화수소(31 wt% 농도의 과산화수소) 및 수용성 수산화 암모늄(28 wt% 농도 수산화암모늄)의 적당한 부피를 3 gpm의 비율로 흐르는 순수 탈이온수의 흐름에 분사하여 형성된다. 순수 탈이온수내의 기체는 표1에서와 같이 같은 변수로 조작되는 상기 Liqui-Cel을 사용하여 조정되었다.
통제된 기체 수준을 갖는 상기 SC1 용액은 60초의 채우는 시간동안 상기 용기를 채우기 위해서 3 gpm의 흐름률로 상기 용기내부로 보내진다. 상기 용기를 채운 후, 상기 웨이퍼들은 5분의 담금 시간동안 상기 SC1 용액에 담궈졌다. 담궈진 1분후, 상기 SC1 용액은 상기 메가소닉 에너지 범위에서 4분의 소니피케이션 시간동안 음파 에너지에 노출되었다.
담금에 이어서, 상기 SC1 용액은 상기 용기를 나오는 상기 순수 탈이온수가 2 Mohm 의 저항을 가질 때까지 5 gpm 및 10 gpm의 교대 흐름률 순환, 및 50℃ 및 40℃의 교대 온도에서 상기 용기 내부로 공급되는 상기 순수 탈이온수로 치환된다. 상기 목표가 도달된 후 헹굼은 부가적인 3분 동안(각 흐름율 순환은 약 60초이다.) 상기 교대 흐름 순환으로 계속되었다. 헹구는 동안 상기 순수 탈이온수는 표1에 보인 조건으로 상기 Liqui-Cel을 통과했으며, 소니피케이션은 상기 메가소닉 에너지 범위 내에서 상기 전체 헹굼 순환동안 사용되었다.
헹굼에 이어서, 상기 웨이퍼들은 8분 동안 1.5 psig 의 압력으로 상기 용기내부로 보내진 아이소프라놀의 건조 증기로 건조되었다. 상기 웨이퍼들은 건조 후 상기 용기에서 제거되었다.
상기 두 번째 컨택터 위의 진공 수준이 적시기, 헹구기 위해서 사용된 상기 순수 탈이온수내의 기체 수준을 변경시키고 상기 SC1 용액을 형성하기 위해서 전체 5 런(runs)이 더 진행하는 동안 0, -7, -12, -4, 및 -15로 조정된 것을 제외하고, 그 이상의 몇 개의 웨이퍼들의 묶음(batches)이 위에 설명된 방식으로 처리되었다.
각 웨이퍼 묶음에서 2 웨이퍼는 그때 상기 KLA 입자 검색 장비를 이용하여 0.16 um 에서 1.0 um 까지 크기의 범위에 있는 입자들로 인한 입자 오염에 대해서 분석되었다. 입자 제거 효율성(%)은 한 웨이퍼 위의 초기 입자수로 제거된 입자수를 나누고 100을 곱하여 계산되었다.
결과들을 도1에 나타내었다. 도1은 상기 입자 제거 효율(퍼센트로)대 Hg 계기 압력 인치로 상기 두 번째 컨택터에 뽑아진 진공 수준의 그래프이다. 상기 결과는 SC1 용액에 대해서 상기 입자 제거 효율성이 상기 진공 압력이 약 -18 인치 Hg 계기 압력에서 0 인치 Hg 계기 압력으로 증가되었을 때 놀라울 정도로 개선되는 것을 보여준다. 상기 SC1 세정 프로토콜(protocol)은 다른 습식 공정 단계(식각 화학 처리 단계에서와 같이)에서 저 기체 함유 공정 액체를 사용하는 습식 처리 과정에서 사용될 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (20)
- a) 반응실내에 표면을 가진 전자부품을 위치시키고;b) 최소한 두 개의 공정 액체가 다른 기체 수준을 갖는 상기 최소한 두 개의 공정 액체 내에서 상기 기체 수준을 조절하고; 그리고c) 접촉 시간 동안 상기 각각의 공정 액체와 상기 전자부품을 접촉시키는;단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전자부품들이 한 습식 공정 단계에서 고 기체함유 공정액체와 접촉하고 그리고 다른 습식 공정 단계에서 저 기체함유 공정액체와 접촉하는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 공정 액체들의 기체 수준들이 상기 습식 공정 단계, 혹은 수행되는 후속 습식 공정 단계, 혹은 그것들의 조합의 완료시점에서 상기 전자부품들의 상기 표면 구성성분에 근거하여 조절되는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전자부품들이 습식 공정 단계에서 고 기체함유 공정액체와 접촉하고 그리고 상기 전자부품들의 상기 표면들이 상기 습식 공정 단계 완료시전에서 보호막을 갖는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 반응실내에서 상기 고 기체함유 공정액체가 전체 양에서 포화상태보다 약간 낮은, 포화상태와 같은, 혹은 포화상태보다 높은 기체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 고 기체함유 공정액체가 세정 용액인 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 세정 용액이 SC1 용액 혹은 SC2 용액인 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 고 기체함유 공정액체가 헹굼 액체인 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 헹굼 액체가 순수 탈이온수인 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 고 기체함유 공정액체가 감광물질 제거 용액인 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 감광물질 제거 용액이 황산을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 전자부품들이 고 기체함유 공정액체와 접촉하는 상기 접촉 시간의 최소한의 일부분 동안 상기 전자부품들을 음파 에너지에 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전자부품들이 한 습식 공정 단계에서 저 기체함유 공정액체와 접촉되고 그리고 상기 전자부품들의 상기 표면들이 상기 습식 공정 단계의 완료시점에서 실질적으로 보호막을 갖지 않은 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 반응실내의 상기 저 기체함유 공정액체가 상기 공정 액체 내에서 상기 기체들의 상기 포화상태 수준 보다 낮은 수준의 기체들을 포함하며 상기 공정 액체 내에서 포화상태의 산소의 수준의 0.1 퍼센트 미만의 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 저 기체 함유 공정 액체가 식각 용액인 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 식각 용액이 불산 혹은 완충된 불산을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 저 기체함유 공정액체가 식각 화학 처리 단계를 바로 따르는 헹굼 액체인 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 헹굼 액체가 순수 탈이온수인 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전자부품들이 한 습식 공정 단계에서 고 기체 함유 공정 액체와 접촉되고 상기 고 기체함유 공정액체가 염산, 수산화 암모늄 및 이것을 포함하는 완충액, 과산화수소, 황산, 황산과 오존의 혼합물, 크롬산, 인산, 아세트산 및 이것을 포함하는 완충액, 질산 또는 이들의 조합인 수용성 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전자부품들이 최소한 하나의 상기 공정 액체와 접촉하는 상기 접촉 시간의 최소한의 일부분 동안 상기 전자부품들을 음파 에너지에 노출 시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 습식 처리 방법.
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