KR20010043824A - 반도체 처리장치 부품용 세정액 및 세정방법 - Google Patents

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시모다다카히로
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히로타 도시오
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히가시 데쓰로
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Abstract

반도체 처리장치의 부품 상에 침착되고 C와 F를 함유하는 처리 가스의 분해물질로부터 유도되는 부산물을 제거하기 위하여 세정액이 사용된다. 이러한 세정액은 N-메틸-2-피롤리돈 75중량%, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 15중량%, 계면 활성제 0.5중량% 및 물 9.5중량%로 구성된다. 이러한 세정액에 있어서의 알칼리 금속의 함유량은 1Oppb 미만으로 되도록 설정된다.

Description

반도체 처리장치 부품용 세정액 및 세정방법{CLEANING FLUID AND CLEANING METHOD FOR COMPONENT OF SEMICONDUCTOR-TREATING APPARATUS}
주요 반도체 처리공정 중의 하나로서 에칭처리가 있다. 이러한 에칭 공정은 상부 전극이 하부 전극(서셉터, susceptor)에 대향하도록 배치된 처리실을 가진 장치를 이용하여 수행된다. 이러한 에칭장치 내에서 반도체 웨이퍼의 표면 상의 산화 규소(SiO2) 막을 에칭시키기 위해서는, 피처리 기판으로서 제공되는 웨이퍼를 하부 전극 상에 위치시킨다. 이러한 상태에서, CF4와 같은 플루오로카본계 처리 가스, 즉, CF계(하이드로플루오로카본계를 포함한다) 처리 가스를 처리실 내로 도입시키면서 하부 전극에 고주파(RF) 전력을 인가한다. 이러한 작업의 결과로, 처리 가스가 플라즈마로 전환되고, 이러한 플라즈마에 의해 산화 규소 막이 이방성 에칭된다.
이러한 에칭 처리에 있어서, 처리 가스의 분해 물질로 인하여 생성되는 CF계 침착물을 이용하여 에칭 이방성 및 에칭 속도와 같은 특성을 제어한다. 보다 구체적으로는, 에칭되는 부분, 예를 들면 접촉 홀의 내면 상에 침착되는 CF계 침착물에 의해 플라즈마로부터의 활성 종(active species) 및 이온에 의해 산화 규소 막에 인가되는 화학적 작용 및 물리적 작용이 제어된다. 즉, 이러한 에칭 처리에 있어서 필수적으로 CF계 생성물이 생성되며 이로 인하여 처리실 내의 각종 부품 상에도 또한 CF계 부산물이 침착된다.
예를 들면, 이러한 유형의 몇몇 에칭장치는 하부 전극 상에 피처리 기판, 예를 들면, 반도체 웨이퍼를 고정시키기 위한 클램프 링(clamp ring), 및 처리실 내에서 생성된 플라즈마를 웨이퍼 상으로 목적하는 상태로 입사시키기 위한 포커스 링(focus ring)을 포함한다. 하부 전극의 주위에는 처리실 내의 콘덕턴스를 조정하기 위한 배플판(baffle plate)이 배치된다. 한쪽 상부 전극의 주위에는 상부 전극을 지지하기 위한 주변링이 배치된다. 또한, 처리실의 내면을 보호하기 위하여 측벽을 따라 벽면 보호재(wall protect member)가 배치된다. 이러한 모든 부품 상에 상기 언급된 CF계 부산물이 누적적으로 침착된다.
CF계 부산물로 이루어진 침착물이 일정한 막 두께에 도달하면 박리되어 입자를 생성하여 반도체 장치의 수율을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 이유 때문에, 침착물이 박리되기 전에 이러한 부품들을 세정하여 침착물을 제거해야만 한다. 일반적으로는, 장치의 휴지시간(downtime)을 단축시키기 위하여 CF계 부산물이 침착되기 쉬운 부품들을 교환이 용이한 부품으로 구성한다. 소정시간동안 사용한 후에 CF계 부산물이 부착된 부품들을 처리실로부터 제거하고, 새로운 세정된 등가의 부품을 상응하는 위치에 부착한다.
종래에는, 처리실에서 떼어낸 CF계 부산물로 이루어진 침착물이 부착된 부품을 우선적으로 침착물을 팽윤시키기 위하여 불소계 용제(예를 들면, 퍼플루오로카본; PFC(perfluorocarbon)) 또는 아세톤에 침지시켰다. 이어서, 침착물을 박리시켜 제거하기 위하여 상기 부품을 순수한 물 중에서 초음파 진동시켜 사용이 완료된 부품을 세정하였다.
그러나, 상기 세정 처리방법의 경우에는, 침착물을 팽윤시켜 박리시킴으로써 CF계 부산물을 제거하기 때문에, 그들 부품을 세정처리한 후에 조차도 현미경으로 검사하였을 경우 매우 많은 수의 미세한 CF계 부산물 입자가 이들 부품 상에 부착되어 잔류한다. 미세한 CF계 부산물 입자는 RF 방전에 의해 박리되어 웨이퍼 상에 입자의 형태로 부착된다.
따라서, 이러한 유형의 에칭 처리에 있어서, 일반적으로는 세정된 부품을 처리실 내에 설치한 후에 많은 수의 더미 웨이퍼(dummy wafer)(20 내지 25개의 더미 웨이퍼)를 처리하는, 소위 시즈닝(seasoning) 조작을 행한다. 이러한 시즈닝 조작은 부품 상에 잔류하는 미세 잔류물을 새로운 CF계 부산물로 코팅하여 입자의 생성을 규격값 이하로 억제하기 위한 코팅 작업이다. 이러한 더미 웨이퍼를 처리하는 시간(1 내지 2 시간)이 실질적으로 장치의 휴지 시간이 된다.
또한, PFC 또는 아세톤을 사용하는 경우, CF계 침착물로 이루어진 침착물이 부착된 부품을 세정하는 데에는 수일이 요구되며, 따라서 작업 효율이 상당히 낮다. 또한, PFC는 화학적으로 안정하고 취급이 용이하기는 하지만, CO2에 비하여 지구 온난화계수가 지극히 높다는 문제가 있다. 한편, 아세톤은 인체에 유해하고 인화점이 낮은 물질이기 때문에 사용환경의 설정이나 보존 및 관리에 상당한 비용을 필요로 하는 문제가 있다.
발명의 요지
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점들을 고려하여 개발되었으며, 따라서 본 발명의 목적은 CF계 부산물을 효율적이고 또한 확실하게 제거할 수 있는 반도체 처리장치의 부품용 세정액 및 세정방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 안전성이 높고 지구환경 파괴의 원인이 되기 어려운 반도체 처리장치의 부품용 세정액 및 세정방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, C와 F를 함유하는 처리 가스의 분해물질로부터 유도되고 처리 가스를 사용하여 피처리 기판을 반도체 처리하기 위한 반도체 처리장치의 처리실 내의 부품 상에 침착되는 부산물을 제거하기 위한, N-메틸-2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 및 계면활성제를 함유하는 세정액이 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 상기 제 1 양태의 세정액에서, 알칼리금속 함유량이 10 ppb 미만이다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 제 1 또는 제 2 양태의 세정액에서, 또한 물을 추가로 함유한다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 제 3 양태의 세정액에서, 물을 5 내지 20중량%의 양으로 함유한다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 제 1 내지 제 4 양태 중 어느 하나에 따른 세정액에서, 계면활성제를 0.1 내지 1.0중량%의 양으로 함유한다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 제 5 양태에 따른 세정액에서, 계면활성제가 불소를 함유한다.
본 발명의 제 7 양태에 따르면, 제 1 내지 제 6 양태 중 어느 하나에 따른 세정액에서, N-메틸-2-피롤리돈 및 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르의 총 함량이 80 내지 90중량%이고, N-메틸-2-피롤리돈 및 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르의 총 함량에 대한 N-메틸-2-피롤리돈의 함량의 비가 0.75 내지 0.95이다.
본 발명의 제 8 양태에 따르면, 부산물이 침착되어 있는 부품을 처리실로부터 수거하는 단계; 및 상기 부품을 상기 제 1 내지 제 7 양태 중 어느 하나에 따른 세정액의 욕 속에 침지시키는 단계를 포함하고, C와 F를 함유하는 처리 가스의 분해물질로부터 유도되고 처리 가스를 사용하여 피처리 기판을 반도체 처리하기 위한 반도체 처리장치의 처리실 내의 부품 상에 침착되는 부산물을 제거하기 위한 세정방법이 제공된다.
본 발명의 제 9 양태에 따르면, 제 8 양태에 따른 세정방법에 있어서, 상기 부품을 500 내지 100 메쉬 크기로 구성된 케이지 내에 수납한 상태로 세정액의 욕 속에 침지시킨다.
본 발명의 제 10 양태에 따르면, 제 8 또는 제 9 양태에 따른 세정방법에서, 세정액의 온도를 50 내지 80℃로 설정한 상태에서 상기 부품을 세정액의 욕 속에 침지시킨다.
본 발명의 제 11 양태에 따르면, 제 8 내지 제 10 양태 중 어느 하나에 따른 세정방법에서, 반도체 처리공정이 처리 가스를 사용하여 피처리 기판 상의 필수적으로 산화 규소로 이루어진 층을 에칭시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 반도체 처리장치 부품용 세정액 및 세정방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 처리장치의 부품 상에 침착되고 C와 F를 함유하는 처리 가스(process gas)의 분해물질로부터 유도되는 부산물을 제거하기 위한 세정액 및 세정방법에 관한 것이다. 본 발명에서 반도체 처리(semiconductor processing)란 용어는 반도체 웨이퍼 또는 LCD 기판과 같은 피처리 기판(target substrate) 상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성시킴으로써 상기 반도체 웨이퍼 또는 LCD 기판과 같은 피처리 기판 상에 반도체 장치 및 상기 반도체 장치에 접속되는 배선 및 전극을 포함하는 구조물을 제조하기 위해 실시되는 각종 처리 공정을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시에 따른 반도체 처리장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 세정액의 표면장력에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 CF계 부산물로 이루어진 침착물이 부착되어 있는 부품이 세정액 내에 침지되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 발명자들은 본 발명을 개발하는 과정에서 반도체 처리장치의 부품 상에 침착된 CF계(즉, 플루오로카본계) 침착물을 제거하는데 알맞은 최적의 세정제에 대해 많은 실험을 통하여 거듭 연구하였다. 그 결과, 본 발명자들은 아래와 같은 결과를 얻었다.
산화 규소 막을 CF계의 가스로 에칭하는 장치에 있어서 생성되는 CF계 부산물은 기본적으로 불소 수지와 거의 동일한 분자 구조를 갖는 것으로 고려된다. 불소 수지는 고온 및 저온에 있어서의 안정성이 대단히 높을 뿐만 아니라 또한 화학적으로 불활성이기 때문에 알콜, 케톤, 에스테르와 같은 용제에 의해 변화하지 않는 것으로 알려져 있다.
그러나, 임의의 실험에 있어서, 이러한 종류의 에칭 장치의 처리실 내에서 사용된 CF계의 부산물이 침착된 부품을 N-메틸-2-피롤리돈(이하에서는 NMP라 지칭함)과 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(다르게는, 2-부톡시에탄올 또는 부틸 셀로솔브라 함)와의 혼합액(NMP을 주성분으로 함)으로 세정한 결과, 동일 부품 상의 CF계 부산물이 용해되는 현상이 관찰되었다. N-메틸-2-피롤리돈 및 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르는 모두 여러가지의 합성 수지 재료를 양호하게 용해시키는 용제로서 잘 알려져 있으며, 여러 분야에서 이용되고 있다. 그러나, 이들 용제는 또한 불소 수지를 용해시키지 않는다는 것으로도 잘 알려져 있다.
전술한 바와 같이, 이러한 종류의 에칭 장치에 의해 생성되는 CF계 부산물은 불소 수지와 유사하기 때문에, 상기 현상은 이러한 종래에 알려진 지식과는 일견 모순되는 것이었다. 이러한 이유 때문에, 이러한 용해 현상이 보편적인지 아닌지의 여부를 확인하기 위하여, 이러한 종류의 에칭 장치에 있어서 여러가지의 조건에 의해 생성된 CF계 부산물에 대하여 동일한 실험을 되풀이하였다. 그 결과, 이들 CF계 부산물 모두가 임의의 비율로 혼합된 NMP와 2-부톡시에탄올과의 혼합액에 의해 양호하게 용해되는 것으로 확인되었다. 또한, CF계 부산물이 침착된 불소 수지제의 부품을 NMP과 2-부톡시에탄올과의 혼합액의 욕 속에 침지시킨 결과, CF계 부산물만이 양호하게 용해되어 제거되었으며, 불소 수지제의 부품은 실질적으로 손상을 받지 않는 것으로 확인되었다.
불소 수지와 거의 동일한 분자 구조를 갖는 것으로 생각되는 CF계 부산물이 어떠한 메카니즘에 의해 NMP와 2-부톡시에탄올과의 혼합액에 용해되는지는 명확하지 않다. 하나의 이유로서 생각되는 것은 부산물로서 침착된 CF계의 층은 그의 분자 구조가 이상 상태로부터 상당히 벗어난 것이라는 점이다. 그러나, 이유가 어떻든지간에, 본 발명자들의 연구로 인하여, 반도체 처리장치의 부품 상에 침착된 CF계 부산물을 제거하기 위한 세정액에 관한 종래의 지식에서는 알려지지 않았던 새로운 길이 열리게 되었다.
이러한 지식의 발견에 따라 제조되고, 반도체 처리장치의 부품 상에 침착된 C와 F를 함유하는 처리 가스의 분해물질로부터 유도되는 부산물을 제거하는데 사용되는 본 발명에 따른 세정액은 N-메틸-2-피롤리돈(즉, NMP), 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(즉, 2-부톡시에탄올 또는 부틸 셀로솔브) 및 계면 활성제를 함유한다.
세정액에 있어서의 알칼리 금속의 함유량은 바람직하게는 10ppb 미만으로 되도록 설정된다. 이렇게 함으로써 세정시에 반도체 처리장치의 부품에 알칼리 금속이 부착되어 동일 부품이 처리실 내에서 재사용될 경우에 반도체 웨이퍼와 같은 피처리 기판을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
세정액에 있어서의 NMP와 2-부톡시에탄올의 총함량은 바람직하게는 80 내지 90중량%로 설정된다. 또한, NMP와 2-부톡시에탄올의 합량에 대한 NMP의 중량비는 바람직하게는 0.75 내지 0.95, 보다 바람직하게는 0.8 내지 0.9, 더욱 바람직하게는 0.82 내지 0.86으로 설정된다. 이러한 범위는 NMP와 2-부톡시에탄올과의 혼합비를 주로 이용하여 세정액의 조성을 다양하게 변화시킴으로써 수행한 실험에 있어서 CF계 부산물을 양호하게 용해시킨 범위이다. 세정액이 NMP를 함유하지 않는 경우 및 2-부톡시에탄올를 함유하지 않는 경우에 대해서도 또한 실험을 하였지만, NMP와 2-부톡시에탄올을 혼합한 경우에 비하여 CF계 부산물의 용해율이 낮았다.
계면 활성제는 세정액의 표면장력을 저하시킴으로써 세정액이 오염물 내로 쉽게 침투되도록 해주는 역할을 한다. NMP 및 2-부톡시에탄올의 표면장력을 가능한 한 최소화시키는 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, NMP 중에 규소-함유 계면 활성제 SS를 첨가한 경우와 불소함유 계면 활성제 SF를 첨가한 경우에 대하여 표면장력을 측정하였다.
도 2는 이 표면장력에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 2에 있어서, 가로축은 계면 활성제의 첨가량 AW을, 세로축은 표면장력 ST을 나타내며, 또한 파선 L1은 규소 함유 계면 활성제를 첨가한 경우를, 실선 L2는 불소함유 계면 활성제를 첨가한 경우를 각각 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 실험에 의해, 세정액의 표면장력을 보다 저하시킨다는 관점에서, 세정액에 첨가되는 계면 활성제는 불소를 함유하는 것이 보다 바람직한 것으로 판명되었다.
또한, 세정액에 있어서의 계면 활성제의 함유량은 바람직하게는 0.1 내지 1.0중량%로 설정된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 계면 활성제의 함유량이 O.1중량% 이상이면 세정액의 표면장력을 저하시키는 효과를 얻을 수 있고, 또한 그 이상을 함유하여도 표면장력은 그다지 저하되지 않는다. 반대로 계면 활성제의 함유량이 1중량%를 초과하면, 세정후의 피처리 기판 상에 반점형상의 "얼룩"이 남게 된다. 또한, 계면 활성제가 고가이기 때문에, 세정액의 비용을 저하시키기 위해서도 계면 활성제의 함유량을 가능한 한 낮게 억제하는 것이 바람직하다.
세정액은 물을 추가로 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 세정액 내의 물의 함유량은 바람직하게는 5 내지 20중량%로 설정된다. NMP 및 2-부톡시에탄올은 모두 인화점을 갖지만, 물을 혼합함으로써 세정액의 인화점을 없앨 수 있다. 따라서, 세정액은 "비위험물"로 취급될 수 있어, 보존 관리가 용이해질 수 있다. 물의 함유량이 5중량% 미만인 경우에는 세정액에 인화점이 남게되고, 20중량%를 초과하면 CF계 부산물의 용해율이 저하된다.
또한, 세정액 중의 물은 피처리 기판에 대하여 불순물로 되는 알칼리 금속과 같은 무기염류를 흡수하는 작용을 한다. 또, 물로서는 무기염류가 제거된 정제된 물을 사용하는 것이 바람직하다. 하기의 표 1에 나타나 있는 바와 같이 정제된 물은 순수한 물에 비해 무기염류의 함유량이 낮다.
성분 Al Cr Ni Fe Cu K Na
정제된 물 ND ND ND ND 1.49 0.66 0.56
순수한 물 2.15 ND ND ND 1.82 2.48 8.16
단위: ppb, ND: 검출 하한 이하
이하에서는, 이와 같은 세정액을 이용한 반도체 처리장치의 부품의 세정방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 세정액에 의해 세정되는 부품을 구비한 에칭 장치(100)를 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시된 에칭 장치(100)의 처리실(102)은 접지된 도전성 금속, 예를 들면 Al(알루미늄)으로 이루어지고, 처리실(102) 내에 처리 공간(104)이 형성된다. 처리실(102) 내에는 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하는 서셉터(하부 전극)(106)이 배치된다. 서셉터(106)는 절연체(108)를 거쳐서 처리실(102)에 고정된다. 서셉터(106) 주위에는 다수개의 관통 구멍(11Oa)을 구비하고 또한 접지된 배플판(110)이 부착되어 있다. 서셉터(106) 및 배플판(110)에 의하여 처리 공간(104) 내에 플라즈마가 포획된다. 서셉터(106) 상에 탑재된 웨이퍼(W)는 웨이퍼(W) 주위를 클램프 링(112)에 의해 유지된다. 웨이퍼(W) 주위에는 전계를 웨이퍼(W)에 집중시키기 위한 포커스 링(114)이 배치된다. 서셉터(106)에는 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원(116)이 접속된다.
처리실(102) 내에서 서셉터(106)의 탑재면과 대향하는 위치에는 서셉터(106)의 대향 전극을 이루는 상부 전극(118)이 배치된다. 상부 전극(118)은 상부 전극(118) 주위에 배치된 주변 링(120)에 의해서 처리실(102)에 고정되고 또한 처리실(102)을 거쳐서 접지된다. 상부 전극(118)에는 가스 공급원(도시하지 않음)에 접속된 다수개의 가스 배출 구멍(118a)이 형성되어 있으며, 이러한 가스 배출 구멍(118a)을 통하여 처리 공간(104) 내에 처리 가스, 예를 들면 CF4와 Ar과의 혼합 가스가 도입된다. 처리 공간(104) 내의 분위기는 배플판(110)의 관통 구멍(l10a)이나, 배플판(110)과 처리 공간(104) 내벽면과의 간극을 거쳐서 배기된다. 처리실(102)의 측벽에 플라즈마가 직접 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 처리 공간(104)에 대응하여 처리실(102)의 내측면은 벽 보호재(122)로 피복시킨다.
배플판(110), 클램프 링(112), 포커스 링(114), 주변 링(120), 벽 보호재(122)는 그들의 용도에 따라서 세라믹, 표면이 Al2O3로 피복된 Al, Al2O3, 불소 수지, 폴리이미드, Si 등으로 구성된다. 또한, 이들 부재는 처리실(102)로부터 단독으로 해체 가능하고, 새로운 대응 부품으로 교환할 수 있다.
이러한 에칭 장치(100)는 전형적으로는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 상의 산화 규소(SiO2) 막을 에칭 처리하는데 사용된다.
에칭 처리시에는, 우선 서셉터(106) 상에 웨이퍼(W)를 탑재한 후, 웨이퍼(W)를 클램프 링(112)으로 고정한다. 또한, 처리 공간(104) 내에 가스 배출 구멍(118a)을 거쳐서 CF4와 Ar과의 혼합 가스를 도입하는 동시에, 처리 공간(104) 내를 진공으로 만들어 소정의 감압 분위기로 유지한다. 이어서, 서셉터(106)에 대하여 소정의 고주파 전력을 인가함으로써, 처리 공간(104) 내에 도입된 처리 가스가 해리되어 플라즈마를 생성한다. 이어서, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼(W) 상의 SiO2막을 에칭 처리한다. 소정 시간에 걸쳐 에칭 처리를 실행한 후, 웨이퍼(W)를 처리실(102)로부터 수거하여 다음 처리장치로 반송시킨다.
이러한 에칭 처리시에, 처리 공간(104) 내에서 반응 부산물이 생성되며, 생성된 부산물이 처리 공간(104) 내에 배치된 각종 부품(부재)에 부착된다. 즉, 본 실시예와 같이, CF4와 Ar과의 혼합 가스를 이용하여 웨이퍼(W)의 SiO2막을 에칭하는 경우에는, CF계 부산물이 배플판(110), 클램프 링(112), 포커스 링(114), 주변 링(120), 벽 보호재(122) 등의 부품에 부착되어 침착된다. 이들 부품 상의 CF계 부산물의 침착량은 처리 시간에 비례하여 증가한다.
CF계 부산물로 이루어지는 침착물은 일정한 막두께에 도달하면 박리되어 이물질을 발생시켜 반도체 장치의 절연 파괴 등의 문제를 야기시키며, 제품의 수율을 저하시키는 원인이 된다. 이 때문에, 침착물이 박리되기 전에 이들 부품을 세정하여 침착물을 제거해야 한다. 즉, 소정 시간 사용하여 CF계 부산물이 부착된 부품은 처리실에서 해체시켜 세정이 완료된 새로운 부품과 교환한다.
즉, 배플판(110), 클램프 링(112), 포커스 링(114), 주변 링(120), 벽 보호재(122) 등의 부품은 소정 시간 사용한 후에 새로운 부품과 교환한다. 이 경우, 일련의 웨이퍼(W)의 에칭 처리가 종료되어 마지막 웨이퍼(W)를 처리실(102)로부터 수거한 후에 처리실(102) 내를 불활성 가스로 치환하고, 교환이 필요한 부품을 처리실(102)로부터 해체한다. 이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 해체된 부품을 전술한 바와 같은 조성을 갖는 본 발명에 따른 세정액의 욕(12) 내에 소정 시간, 예를 들면 7시간 침지시킴으로써 화학 세정 공정을 실행한다. 또한, 도 3에는 CF계 부산물로 이루어지는 침착물이 부착된 부품으로서 포커스 링(114)이 도시되어 있다.
이 때, 세정액의 온도를 20℃ 내지 80℃, 바람직하게는 50℃ 내지 80℃로 유지한다. 그 결과, 세정액이 부품(114)에 부착된 CF계 부산물에 침투하여 이를 팽윤시키면서 저속도로 용해시킴으로써, CF계 부산물을 부품(114)으로부터 박리시킨다. 또한, 화학 세정 공정에 있어서 부품 상에 부착되어 잔류되기 쉬운 미세한 CF계 부산물이 세정액에 의해 용해된다.
또한, 화학 세정 공정에 있어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 부품(114)은 500 내지 100 메쉬 크기의 케이지(14) 내에 수납된 상태로 세정액의 욕(12) 내에 침지시킨다. 그리고, 부품(114)으로부터 박리시킨 CF계 부산물은 부품(114)을 욕(12) 에서 취출할 때에 함께 취출한다. 이러한 조작은 종래의 세정액으로서 사용되던 퍼플루오로카본 또는 아세톤은 CF계 부산물을 용해시키지 않는데 반하여, 본 발명에 따른 세정액은 CF계 부산물을 용해시키기 때문에 필요하다. 즉, 세정액의 욕(12) 내에 부품(114)으로부터 박리된 CF계 부산물이 잔류하게 되면 이것이 욕(12) 내에 점차적으로 용해되어 세정액의 조성이 변화하게 된다. 이 경우, 세정액의 욕(12)을 새로운 것으로 자주 교환해야 한다.
다음으로, 화학 세정 공정을 실시한 부품(114)을 정제된 물 중에 침지시켜 물 세정 공정을 실행한다. 이렇게 함으로써 화학 세정 공정에 있어서 부품(114)에 부착된 오염물을 확실하게 제거할 수 있다. 그리고, 부품(114)을 건조시킨 후, 처리실(102) 내의 기존의 대응 부품을 교환해야 할 시점에 부품(114)을 처리실(102) 내에 다시 부착하여 사용한다.
전술한 세정 방법에 따른 실시예와 종래 방법에 따른 비교예를 이용하여, CF계 부산물이 침착된 부품의 세정을 실행하는 비교 실험을 하였다. 세정의 대상으로 한 부품은 표면이 Al2O3에 의해 피복된 Al로 이루어지고, 일반적으로 교환해야 하는 소정 시간에 걸쳐 도 1에 도시된 바와 같은 에칭 장치(100)의 처리실(102) 내에서 사용한 것으로 하였다.
본 발명에 따른 실시예에 있어서, 세정액은 NMP 75중량%, 2-부톡시에탄올 15중량%, 계면 활성제 0.5중량%, 물 9.5중량%의 조성을 가졌으며, 세정액의 욕(12)의 온도는 50℃, 부품의 침지 시간은 7시간으로 하였다. 한편, 종래 방법에 따른 비교예에 있어서는, 세정액을 아세톤으로 하고, 세정액의 욕의 온도는 15℃, 부품의 침착 시간은 5시간으로 하였다.
표 2는 본 발명에 따른 실시예에 의해 처리한 부품을 처리실(102) 내에 설치하여 에칭 처리에 제공한 경우의 웨이퍼 상에 부착된 이물질 수의 변화를 나타낸다. 사용한 웨이퍼는 200mm 두께의 Si 웨이퍼이고, 검출된 이물질은 0.2㎛ 이상으로 하였다. 일반적으로, 200mm 웨이퍼에 대하여 검출되는 이물질의 치수를 0.2㎛ 이상으로 설정한 경우, 이물질 수가 30개 이하이면 규격에 적절한 것으로 하였다. 즉, 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 실시예에 따르면, 단지 1개의 더미 웨이퍼를 처리하면, 실제 웨이퍼의 처리를 개시할 수 있다.
웨이퍼 1 2 3 4 5 6 7 8
이물질 수 215 10 6 2 0 3 6 6
이에 대하여 종래의 방법에 따른 비교예의 경우, 0.2㎛ 이상의 이물질의 수가 30개 이하로 된 것은 20개째 이후의 웨이퍼를 처리한 시점이었다. 즉, 종래 방법에 따른 비교예에 따르면, 20개 이상의 더미 웨이퍼를 처리하지 않으면, 실제 웨이퍼의 처리를 개시할 수 없게 된다. 이러한 갯수의 더미 웨이퍼를 처리하는데 걸리는 시간은 1 내지 2 시간에 상당하고, 이것이 실질적으로 장치의 휴지 시간이 된다.
또한, 전술한 본 발명에 걸리는 실시예에 관하여, 1개째의 웨이퍼에 대하여 검출된 이물질을 입자 직경이 큰 것에서부터 20개 정도를 EDX(Energy Dispersible X-ray spectroscopy)를 이용하여 분석하였다. 그 결과, CF계의 이물질은 전혀 검출되지 않았고, 가장 많았던 것은 Al, O 및 S의 조합으로 이루어지는 이물질이었다.
그 이유는 다음과 같이 생각된다. 즉, 실험에 사용된 부품 표면이 Al2O3에 의해 피복된(알루마이트 처리된) Al이기 때문에, Al 및 O가 부품의 표면에 존재하고 있다. 또한, 알루마이트 처리시에 사용한 황산에 기인하여 S도 부품의 표면에 존재하고 있다. 따라서, Al, O 및 S 모두 처리실(102) 내에 부품을 부착할 때의 부품의 마찰에 의해 발생할 수 있다. 이러한 이물질은 부품의 표면에 약하게 부착되어 있기 때문에, 에칭 처리시의 최초의 RF 방전에 의해 대부분이 부품 표면으로부터 이탈되어 처리실(102) 밖으로 배기된다. 이 때문에, 2개째 이후의 웨이퍼에서는 검출되는 이물질 수가 급격히 감소하게 된다.
이에 대하여, 종래 방법에 따른 비교예의 경우, 미세한 CF계 부산물이 부품 상에 부착되어 잔류하고 있다고 생각된다. CF계 부산물은 부품의 표면에 단단하게 부착되어 있기 때문에, 에칭 처리시의 RF 방전에 의해서도 즉시 박리되지 않는다. 이 때문에, 다수개의 더미 웨이퍼의 처리, 즉 전술한 시즈닝 조작이 반드시 필요하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 세정액의 온도와 CF계 부산물의 용해율과의 관계를 조사하기 위한 실험을 하였다. 이 실험에 있어서, 세정액은 NMP 75중량%, 2-부톡시에탄올 15중량%, 계면 활성제 0.5중량%, 물 9.5중량%의 조성을 가졌다. 또한, CF계 부산물이 침착된 부품의 세정액 중의 침지 시간은 3시간으로 하였다.
표 3은 세정액의 온도를 20℃, 50℃, 70℃로 한 경우에 대한 CF계 부산물의 용해율을 측정한 결과를 나타낸다. 표 3에 나타난 바와 같이 세정액의 온도가 높을수록 용해율이 향상된다. 따라서, 제거할 대상이 되는 CF계 부산물의 막두께가 두꺼울수록 세정액의 온도를 높게 하여 용해율을 향상시키는 것이 바람직하다. 단지, 세정액의 온도를 너무 높게하면 물이 증발하여 인화점이 발현된다고 하는 문제가 발생한다. 이러한 관점에서, 세정액의 온도는 50 내지 80℃로 설정하는 것이 바람직하다.
온도 초기 중량(g) 세정후 중량(g) 용해율(%)
20℃ 2.00 1.99 0.5
50℃ 2.00 1.77 11.5
70℃ 2.00 1.67 16.5
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 세정액을 사용하는 경우에 종래의 세정액을 사용한 경우보다 CF계 부산물을 효율적이고 또한 확실하게 제거할 수 있다. 또한, NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 및 2-부톡시에탄올(에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르)은 저독성이기 때문에 인체에 영향을 미치지 않는다. 또한, NMP 및 2-부톡시에탄올은 대기 중에서 분해되기 쉬운 물질이기 때문에, 지구 온난화의 한 원인이 되지도 않는다. 또한, NMP은 가격이 저렴하기 때문에, 해당 물질을 사용하더라도 반도체 처리장치의 부품의 세정 비용이 상승하지 않는다. 세정의 대상이 되는 부품의 재질로서는 세라믹, 표면이 Al2O3에 의해 피복된 Al, Al2O3, 불소 수지, 폴리이미드, Si를 예로 들 수 있다. 단지, 폴리이미드는 본 발명에 관한 세정액에 용해되기 때문에, 폴리이미드제의 부품에 관해서는 세정 시간을 짧게 해야 한다. 또한, CF계의 부산물을 발생시키는 반도체 처리는 에칭 처리에 한정되지 않고, CVD 처리시에도 또한 발생한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하면서 설명하였지만, 본 발명이 이것으로 한정되는 것은 아니다. 본 기술분야의 전문가들은 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서 각종의 변경 및 변화를 행할 수 있음을 잘 알 것이며, 이러한 변경 및 변화는 본 발명의 기술적 범주 내에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (11)

  1. C와 F를 함유하는 처리 가스를 사용하여 피처리 기판에 반도체 처리를 실시하기 위한 반도체 처리장치의 처리실 내의 부품 상에 침착되고 상기 처리 가스의 분해물질로부터 유도되는 부산물을 제거하기 위한, N-메틸-2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 및 계면 활성제를 포함하는 세정액.
  2. 제 1 항에 있어서,
    알칼리 금속의 함유량이 10ppb 미만인 세정액.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    물을 추가로 포함하는 세정액.
  4. 제 3 항에 있어서,
    물을 5 내지 20중량% 함유하는 세정액.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면 활성제를 0.1 내지 1.0중량% 함유하는 세정액.
  6. 제 5 항에 있어서,
    계면 활성제가 불소를 함유하는 세정액.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    N-메틸-2-피롤리돈과 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르의 합량이 80 내지 90중량%이고, N-메틸-2-피롤리돈과 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르의 합량에 대한 N-메틸-2-피롤리돈의 중량비가 0.75 내지 0.95인 세정액.
  8. C와 F를 함유하는 처리 가스를 사용하여 피처리 기판에 반도체 처리를 실시하기 위한 반도체 처리장치의 처리실 내의 부품 상에 침착되고 상기 처리 가스의 분해물질로부터 유도되는 부산물을 제거하기 위한 세정 방법에 있어서,
    상기 부품을 상기 처리실로부터 수거하는 단계, 및
    상기 부품을 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 세정액의 욕 속에 침지시키는 단계를 포함하는 세정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    부품을 500 내지 100 메쉬 크기로 구성된 케이지 내에 수납한 상태로 세정액의 욕 속에 침지시키는 세정 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    부품을 세정액의 욕 속에 침지시킬 때, 상기 세정액의 온도를 50 내지 80℃로 설정하는 세정 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반도체 처리 공정이 피처리 기판 상의 산화 규소로 필수적으로 이루어지는 층을 처리 가스를 이용하여 에칭처리하는 것을 포함하는 세정 방법.
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