KR20010052580A - 웨이퍼 클리닝 용액 내의 금속 불순물의 농도를 감시하기위한 공정 - Google Patents
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Abstract
배쓰 (8) 을 통하여 연속적인 유동 상태로 유지되는 실리콘 웨이퍼 클리닝 용액 내의 미량의 알카리 또는 알카리토 금속 불순물의 농도를 결정하기 위한 공정. 상기 공정은, 클리닝 용액의 유동으로부터 그 용액의 일부를 샘플 셀 (1) 로 그리고 샘플 셀을 통해 연속적으로 보내는 단계를 구비한다. 그리고 나서, 상기 클리닝 배쓰 용액 내의 미량의 알카리, 알카리토 또는 전이 금속 불순물의 농도를 결정하기 위해서 상기 용액의 샘플이 추출되고 (41) 분석된다 (4). 이에 더하여, 실리콘 웨이퍼 표면 상의 불순물의 농도가 약 1 ×1010원자/cm2을 초과하는 지를 결정하기 위해서, 상기 클리닝 용액 내의 불순물의 농도와 실험적으로 결정된 상호 관계 사이에 비교를 수행한다.
Description
집적회로의 제조에 적당한 반도체 웨이퍼는 단결정 실리콘 잉곳으로부터 얇은 웨이퍼를 슬라이싱 (slicing) 함으로써 제조된다. 슬라이싱 후에, 이 웨이퍼는 어느정도의 균일한 두께를 주기위해 래핑 (lapping) 공정을 겪게된다. 그후에 이 웨이퍼는 에칭되어 손상을 제거하고, 매끄러운 표면을 형성한다. 종래 웨이퍼 형성 공정에서의 다음 공정은, 이 웨이퍼의 적어도 한쪽 면 상에 매우 반사를 잘하고 손상이 없는 표면을 형성하기 위한 연마 (polishing) 공정이다. 이 연마된 표면 상에, 전기 장치의 제조가 일어나는 것이다.
상기 연마 공정 다음에 오는 것과 같은, 실리콘 웨이퍼 제조 공정에서의 다양한 단계에서, 웨이퍼는, 웨이퍼의 표면 상에 존재하는 유기물질 및 다른 미립자 오염물질과 같은 다양한 오염물질을 제거하기 위해 클리닝 공정을 겪게된다. 이러한 오염물질의 제거는 전형적으로 그 미립자를 용해하는 작용을 하는 일련의 화학 배쓰 (bath) 속에 몇 분 동안 웨이퍼를 침수시킴으로써 달성될 수 있다. 그러나, 이러한 일반적 클리닝 방법이 표면 미립자를 제거하는 데 일반적으로 성공적이라 할지라도, 그것은 또한, 클리닝 배쓰 내에 존재하는 금속 불순물로 웨이퍼 표면을 오염시키는 작용을 한다.
연마 공정 후에, 실리콘 웨이퍼는 전형적으로 금속 불순물의 매우 낮은 표면 농도를 갖는다. 예를 들어, 웨이퍼는 약 0.1 ×1010원자/cm2만큼 낮은 표면 농도를 갖는다. 반면에, 이러한 웨이퍼가 미립자 오염물질을 제거하기 위해 필요한 일반적인 클리닝 공정을 겪고 난 후에는, 많은 금속 불순물의 표면 농도는 약 2 내지 2.5 ×1010원자/cm2만큼 높은 농도로 증가한다. 웨이퍼 표면의 이러한 재오염 (re-contamination) 은, 웨이퍼가 클리닝 배쓰 용액 속에 침수되기 전에, 그러한 용액 내의 금속 불순물 농도가 그 웨이퍼 표면 상의 이러한 불순물의 농도보다 훨씬 더 높다는 사실의 결과이다.
웨이퍼 표면 상의 금속 불순물의 존재는 이 웨이퍼로부터 제조된 집적회로의 품질과 성능을 매우 감소시키는 작용을 할 수 있다. 그 결과, 집적회로 제조업자는 이러한 불순물의 표면 농도에 대해 점점 더 절박한 제한을 계속해서 두고 있다. 예를 들어, 향후 5 년 내에 집적회로 제조업자는 금속 불순물의 표면 농도가 0.25 ×1010원자/cm2만큼 낮게 되도록 요구할 것이다. 따라서, 웨이퍼 표면의 이러한 재오염을 방지한다는 것은 중요한 것이다.
웨이퍼 표면의 재오염을 방지한다는 것은, 웨이퍼 클리닝 용액이 현재 존재하는 것보다 훨씬 더 낮은 농도의 그러한 금속을 갖도록 준비되어야 한다는 것을 의미한다. 그러한 클리닝 용액을 준비하기 위해서는, 이러한 불순물의 소스 (sources) 가 확인되어서 제거되어야 한다. 이것은, 미립자 클리닝 용액의 준비에 사용되는 각각의 시약을 분석해서 이러한 금속의 농도를 결정해야 한다는 것을 의미한다. 그러나, 금속 불순물의 소스를 성공적으로 확인한다는 것은 얻은 분석 데이터의 정확성과 신뢰성에 달려있다. 또한, 매우 낮은 레벨의 금속조차도 웨이퍼 표면 오염을 초래하기 때문에, 분석적인 방법의 민감도 또한 중요하다.
종래에는, 클리닝 배쓰 용액 내의 금속 불순물의 형태 (type) 와 농도는, 샘플링의 "오프-라인 (off-line)" 방법으로 보통 불리우는 수동 샘플링 기법의 사용을 통하여 감시되었는데, 이러한 방법에서는 사람인 운전자가 클리닝 배쓰 용액의 샘플을 추출한다. 그리고 나서, 이 샘플은 분석을 위해 실험실로 이송된다. 그러나, 크리닝 배쓰 용액의 샘플링 및 분석의 이러한 "오프-라인" 방법에는 몇가지 단점이 있다.
이러한 오프-라인 방법의 한가지 단점은, 그것이 외부 소스로부터 부가적인 오염물질을 도입하는 경향을 갖는다는 것이다. 예를 들어, 사람이 샘플과 접촉하는 것은 알루미늄, 철, 칼슘, 및 나트륨 등의 금속 오염물질의 도입을 자주 초래한다. 또한, 샘플을 추출하기 위해 사용되는 피펫 또는 다른 샘플링 장치뿐만 아니라 추출된 샘플을 홀딩하는 유리병 또는 용기는, 전형적으로 외부 오염물질의 샘플로의 도입이 방지될 정도로 충분히 깨끗하게 될 수 없다. 결과적으로, 경험으로부터, 약 100 ppt(1조분의 1; parts per trillion) 보다 작은 레벨에 있는 금속 농도를 정확하고 재현가능하게 검출하기가 일반적으로 가능하지 않다는 것을 알게 되었다.
정확하고 재현가능한 결과를 얻는 데 있어서의 어려움에 더하여, 외부 오염의 가능성으로 인해서, 이러한 오프-라인 방법은 또한, 약 100 ppt 보다 작은 금속 농도를 정확히 검출하기 위해서 필요한 민감도가 부족하다. 이러한 종래 방법은 그렇게 낮은 농도에서의 금속의 존재를 검출할 능력이 부족하기 때문에, 비록, 그러한 종래 분석으로부터 얻은 결과에 기초하여 용액이 허용될 수 있는 것 같다하더라도, 웨이퍼는 금속 불순물에 의해 오염될 수 있는 것이다. 그렇게 낮은 민감도는 또한 그러한 불순물의 소스를 결정하기 어렵게 만든다.
이러한 오프-라인 방법의 또다른 단점은, 실험실에서 샘플의 분석을 완료하여, 웨이퍼 클리닝을 책임지고 있는 웨이퍼 제조 지역내의 사람들에서 그 결과를 제공하는 데에 몇 시간이 걸릴 수 있다는 점이다. 그 중간 시기에서, 웨이퍼 클리닝이 계속된다면, 오염된 것으로 결국 발견되는 배쓰는 수백개의 허용될 수 없는 웨이퍼를 생산할 수 있는데, 이런 일이 발생할 때에는, 더이상의 공정이 발생하기 전에 웨이퍼는 회수되어서 다시 클리닝되어야 한다. 그러한 문제점을 피하기 위해, 운전자가 결과를 기다리는 동안에 배쓰의 사용을 중지할 수 있다. 어느 경우이든지, 그러한 불필요한 지연의 도입으로 인해서, 최종적인 효과는 생산 비용에서의 증가와 클리닝 공정의 전체 효율성에서의 감소이다.
오프-라인 실험실 샘플링 및 분석의 시간을 소모하고 잠재적으로 비용이 드는 공정을 방지하기 위해, 예를 들어, 약 2 시간 내지 6 시간과 같은, 예정된 시간 주기 후에, 클리닝 용액을 단순히 버리는 것이 일반적인 관행이 되어왔다. 그러나, 화학 시약의 품질, 공정수 (process water) 의 품질 및 사람인 운전자에 의한 오염을 방지하기 위해 취해진 예방책을 포함한, 클리닝 배쓰 용액의 유효 수명을 규정하는 많은 변수들이 그러한 접근 방법에 의해서 고려되질 않는다. 따라서, 금속 불순물에 대한 분석의 도움도 없이, 배쓰의 유효 수명의 일부분을 낭비하게 될 것이다. 필요하게 되기 전에 용액을 버리는 것은 또한, 내버려진 용액과 처리해서 제거되야 할 폐기물 용액의 양의 증가로 인하여 생산 비용을 증가시킨다.
전술한 사항에 비추어 보건데, 웨이퍼 클리닝을 지연시키는 작용을 하지 않고, 샘플을 오염시키지 않으며, 신뢰성이 있고 재현가능하며 정확한 100 ppt 아래의 레벨에 있는 그러한 불순물의 검출을 허용하는, 웨이퍼 용액 내의 불순물의 농도를 결정하기 위한 공정에 대한 필요성이 계속 존재한다.
본 발명의 공정은 일반적으로 웨이퍼의 클리닝 (cleaning) 에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 실리콘 웨이퍼 클리닝 배쓰 (bath) 용액을 계속적으로 샘플링하고 분석하여 그 안에 포함된 미량의 (trace) 알카리, 알카리토, 및 전이 금속의 농도를 결정하기 위한 공정에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 공정에 따른, 온-라인 샘플 콜렉터 및 분석 장치를 포함한, 온-라인 웨이퍼 클리닝 시스템의 개략도.
도 2 는 샘플 콜렉터 또는 셀의 바람직한 실시예의 사시도.
도 3 은 도 2 의 라인 3-3 을 따라 자른 면에서 취한 단면도.
도 4 는 도 2 의 라인 4-4 를 따라 자른 면에서 취한 단면도.
도 5 는, SC-2 클리닝 배쓰 용액 내의 나트륨 농도의 로그와, 다수의 실리콘 웨이퍼의 표면 상의 나트륨 농도의 로그 마이너스 10 과의 상호 관계를 나타내는 도면.
도 6 은, SC-2 클리닝 배쓰 용액 내의 니켈 농도의 로그와, 다수의 실리콘 웨이퍼의 표면 상의 니켈 농도의 로그 마이너스 10 과의 관계를 나타내는 도면.
따라서, 본 발명의 목적은, 클리닝 배쓰 용액의 계속적인 샘플링을 허용하는 공정을 제공하는 것이고, 거의 실시간으로 그 클리닝 용액 내의 금속 오염물질의 농도를 효율적으로 결정하는 그러한 공정을 제공하는 것이고, 웨이퍼가 이미 처리된 클리닝 용액을 분석함으로써 금속 불순물의 허용될 수 없는 표면 농도를 갖는 웨이퍼의 효율적인 검출을 가능하게 하는 그러한 공정을 제공하는 것이고, 클리닝 배쓰 용액 안에 포함된 금속 오염물질의 농도를 효율적으로 결정함으로써 클리닝 배쓰 용액의 유효 수명을 최대화하는 그러한 공정을 제공하는 것이다.
따라서, 간단히 말해서, 본 발명은 실리콘 웨이퍼 클리닝 용액 내의 금속 불순물의 농도를 결정하기 위한 공정에 관한 것인데, 상기 용액은 배쓰를 통해 계속적인 유동 (flow) 내에서 유지된다. 본 공정은 클리닝 배쓰 용액의 일부를 상기 유동으로부터 샘플 셀 (sample cell) 로 그리고 그 샘플 셀을 통해 연속적으로 보내는 단계를 구비한다. 그리고 나서, 그 클리닝 배쓰 용액 내의 미량의 (trace) 알카리, 알카리토, 또는 전이 금속 불순물의 농도를 결정하기 위해 용액의 샘플은 샘플 셀로부터 인출되어 분석된다.
본 발명은 또한 실리콘 웨이퍼 표면 상의 금속 불순물의 농도가 허용될 수 있는 한계를 초과하는지를 결정하기 위한 공정에 관한 것이다. 본 공정은 실리콘 웨이퍼를, 배쓰를 통하여 계속적인 유동 내에서 유지되는 클리닝 용액 속에 실리콘 웨이퍼를 침수시키는 단계를 구비한다. 이 유동하는 용액의 일부는 연속적으로 샘플 셀로 그리고 샘플 셀을 통하여 보내어 진다. 그리고 나서, 그 클리닝 배쓰 용액 내의 미량의 알카리, 알카리토, 또는 전이 금속 불순물의 농도를 결정하기 위해 그 용액의 샘플은 그 샘플 셀로부터 인출되어 분석된다. 그리고 나서, 실리콘 웨이퍼 표면 상의 불순물의 농도가 약 1 ×1010원자/cm2를 초과하는지 결정하기 위해서, 클리닝 용액 내의 불순물의 농도와 실험적으로 결정된 상호 관계를 비교한다.
본 발명의 다른 목적들과 특징들은 일부는 분명할 것이고, 일부는 이하에서 지적될 것이다.
도면 전체를 통해서 도면 상의 대응하는 참조 부호는 대응하는 부분을 지시한다.
본 발명에 따르면, 클리닝 배쓰 용액 내의 금속 불순물의 농도는, 실질적으로 금속이 없는 환경에서 클리닝 용액을 샘플링하고 분석하는 것을 허용하는 온-라인 (on-line) 공정에 의해서 결정된다. 여기서 사용되는 바와 같이, "온-라인" 이란 용어는 용액 샘플링과 분석이 웨이퍼 클리닝과 결합하여 단일하고 통합된 공정으로 일어나는 공정을 지시한다는 것에 유의하여야 한다. 다시 말해서, "온-라인" 이란 용어는, 사람인 운전자 또는 다른 금속 불순물의 외부 소스와 직접적인 또는 밀접한 접촉에 노출되지 않고서 샘플이 웨이퍼 클리닝 용액으로부터 이동되어 분석될 수 있는 공정을 지시한다. 또한, 여기서 사용되는 바와 같이, 다른 어미 형태로 표현되는 말을 포함하여, "실질적으로 금속이 없는 환경" 이란 말은, 약 100 parts per trillion (ppt) 보다 낮은 그리고 약 1 ppt 만큼 낮은 농도의 알카리, 알카리토, 및 전이 금속에 대한 정확하고 재현가능한 검출 한도가 달성될 수 있도록 용액 샘플링 및 분석이 수행될 수 있는 공정을 지시한다는 것에 유의하여야 한다. 다시 말해서, 이 표현은, 샘플 추출 용기 또는 사람인 운전자와 같은, 금속 불순물의 외부 소스에 샘플이 노출되지 않도록 용액 샘플링 및 분석이 수행될 수 있어서 약 1 ppt 만큼 낮은 금속 불순물의 농도가 정확하고 재현가능하게 검출되도록 허용하는 공정을 지시한다. 또한, 다른 어미 형태의 표현을 포함하여, "자동화된" 이란 용어는 사람인 운전자의 도움이 없이 실질적으로 수행될 수 있는 공정을 지시한다는 것에 유의하여야 한다. 다시 말해서, 여기서 사용되는 바와 같은 "자동화된 " 이란 용어는, 일상적으로 장치의 눈금을 조정하기 위해서만이 사람인 운전자의 도움을 일반적으로 필요로 하는 클리닝 배쓰 용액을 샘플링하고 분석하기 위한 공정을 지시한다.
종래에는, 유기 또는 다른 미립자 오염물질은, 일련의 클리닝 배쓰 용액의 각각에 몇분동안 웨이퍼를 침수시킴으로써 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 제거되었다. 불행하게도, 이 방법이 그러한 오염물질을 제거하는데 성공적이지만, 그것은 또한 클리닝 용액 내에 포함된 금속 불순물의 웨이퍼 표면상으로의 침착 (deposition) 을 초래한다. 본 발명의 공정은 이러한 금속의 소스들이 제거될 수 있도록 그 소스 또는 소스들을 더욱 정확하고 일관적이게 확인하는 방법을 제공하여, 실질적으로 그러한 불순물이 없는 클리닝 용액을 준비하는 수단을 제공한다. 예를 들어, 본 공정은, 시약들이 클리닝 용액에 사용되기 전에, 그 시약들을 직접 검사하는 데에 사용될 수 있어서, 실질적으로 금속이 없는 용액 (즉, 약 100 ppt 보다 작은, 바람직하게는 약 50 ppt 보다 작은, 더 바람직하게는 약 25 ppt 보다 작은, 더욱 더 바람직하게는 약 10 ppt 보다 작은, 그리고 가장 바람직하게는 약 1 ppt 보다 작은 금속 농도를 갖는 용액) 을 준비하는 데에 있어서 도움을 준다. 이에 더하여, 일단 그러한 클리닝 용액이 준비되었으면, 본 발명의 공정은 사용중인 각각의 클리닝 용액을 계속적으로 감시하는 수단을 제공하여 더욱 일관적이고 효율적으로 알카리, 알카리토, 또는 전이 금속과 같은 금속 불순물의 농도를 결정도록 한다. 이와 같은 방법으로, 미립자 클리닝 용액의 사용은, 일단 그것이 허용될 수 없게 오염되었다면, 웨이퍼가 그 용액에 오염되어 더이상의 공정처리가 되기 전에, 중지될 수 있다.
본 발명의 공정은 샘플링 및 분석을 위한 온-라인 장치의 사용을 포함한다. 이러한 공정은 더욱 정확하고 신뢰성 있는 결과를 제공하는데, 이는 직접적인 사람과의 접촉을 통해서 또는 오염된 샘플링 장치나 용기의 사용을 통해서와 같이, 외부 소스로부터의 분석될 샘플의 오염에 대한 가능성을 상당하게 감소하기 때문이다. 이러한 공정은 또한, 샘플을 추출하고 자주 웨이퍼 생산 지역과 가깝지 않은 장소인 다른 지역으로 이송되어 분석이 수행되는 현존하는 "오프-라인" 방법에 비하여, 클리닝 용액을 샘플링하고 분석하는 데에 필요한 시간에 있어서 상당한 감소를 허용한다.
전형적인 웨이퍼 클리닝 공정에 있어서, 웨이퍼는 일련의 클리닝 배쓰 용액들 속에 침수된다. 이러한 클리닝 용액들은 SC-1 (수산화 암모늄, 과산화수소 및 물을 전형적으로 1:1:5 의 비율로 구비하는 용액), SC-2 (물, 과산화수소, 및 염산 또는 구연산을 5:1:1 의 비율로 구비하는 용액) 과 (플루로르화수소, 질산, 황산, 및 인산의 용액을 포함하여) 다른 산성 용액들, 및 오존처리수 (ozonated water), 그리고 린징 (rinsing) 을 위한 탈이온화된 물을 포함한다. 일련으로 연속된 각각의 클리닝 배쓰 용액은, 하나의 웨이퍼 또는 한 상자의 (a cassette of) 웨이퍼가 그 용액 속에 침수되어 있는 동안, 재순환 라인, 필터 및 펌프에 의해서 전형적으로 계속해서 재순환된다. 필터를 통한 재순환은 유기물질 또는 다른 미립자 오염물질을 용액으로부터 제거하는 것을 돕고, 그러한 오염물질이 웨이퍼 표면 상에 재침착되는 것을 방지하는 것을 돕는다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 온-라인 샘플링 및 분석은, 본 기술분야에 일반적인 수단에 의해 참조 번호 1 로 일반적으로 지시되는 샘플링 셀 또는 콜렉터 (sampling cell or collector), 분석 장치 (4) , 및 클리닝 배쓰 (cleaning bath; 8) 를 직렬로 연결함으로써 이루어지는데, 이 샘플링 셀, 분석 장치 (4) 및 클리닝 배쓰는 각각 다른 것들과 근접해 있다. 콜렉터 (1) 는 적당한 블리드 라인 (bleed line; 12) 에 의해 클리닝 배쓰 (8) 의 재순환 라인 (6) 에 연결되어 있다. 재순환 펌프 (10) 가 계속해서 클리닝 배쓰를 통하여 클리닝 용액을 순환시킬 때, 클리닝 배쓰에 있는 작은 부분의 클리닝 용액이 콜렉터 (1) 로의 이동을 위해 블리드 라인 (12) 으로 추출된다.
이점에 관해서는, 그러한 구성이 바람직하지만, 적당한 다른 대안이 가능하고 이것은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다는 것에 유의한다. 예를 들어, 샘플은 클리닝 배쓰로부터 직접 얻어질 수 있거나 (즉, 블리드 라인 (12) 은, 필요한 만큼 유동을 제어하기 위한 적당한 밸빙 (valving) 과 함께, 배쓰 (8) 로부터 분석 장치 (4) 로 직접 배관될 수 있다), 또는 재순환 라인 (6) 을 따라서 어느 지점으로부터 얻어질 수 있다 (즉, 블리드 라인 (12) 은 재순환 라인으로의 어느 지점에서 연결될 수 있다).
바람직하게는, 용액과 접촉하고 있는 펌프 (10) 의 모든 부품, 콜렉터 (1), 및 분석 장치 (4) 뿐만 아니라 클리닝 용액을 포함하는 배쓰, 재순환 라인 및 블리드 라인은, 완전히 클리닝한 후에 금속 불순물을 용액으로 침출시켜 부정확하고 일관적이지 않은 용액 분석 결과가 얻어지게 하지 않는 재료로 안을 대거나 (lined) 또는 코팅되도록 구성된다. 예를 들어, 배쓰는 전형적으로 석영 (quartz) 으로 구성되며, 블리드 라인 (12) 은 바람직하게는 테플론 (Teflon; 즉, polytetrafluoro-ethylene) 으로부터 구성된다. 그러나, 선택적으로, 블리드 라인은, 샘플링되고 분석될 클리닝 용액의 조성에 따라서, 폴리(불화비닐리덴 수지) (poly(vinylidene fluoride)) 또는 다른 필적하는 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 고순도 폴리프로필렌 (polypropylene) 은, 염산이 산성 성분인 산성 용액과 함께 사용하는데 적당한 것으로 발견되었다.
클리닝 용액은, 연속적으로 또는 간헐적으로 블리드 라인 (12) 를 통하여 전용될 수 있다. 용액이 간헐적으로 전용될 것이라면, 밸브 (도시되지 않음) 가 재순환 라인 (6) 과 블리드 라인 (12) 사이에 삽입될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 콜렉터 (1) 로 공급되는 용액이 항상 배쓰 (8) 내에 있는 용액을 대표하는 것을 확실히 하기 위해, 용액은 연속적으로 전용된다. 용액의 이러한 연속적인 유동은 관심의 대상인 클리닝 용액에 대한 거의 실시간 분석에 가까운 분석을 가능하게 하는데, 즉, 이와 같은 연속적인 유동은, 샘플 추출 및 분석시에 샘플이 클리닝 배쓰 자체 내에 있는 용액을 대표한다는 것을 확실하게 한다. 또한, 그러한 연속적인 유동은, 용액이 정체되도록 허용된다면 발생할 수 있는, 블리드 라인 (12) 또는 콜렉터 (1) 로부터의 금속 불순물의 침출의 결과로서의 용액 그 자체의 오염을 최소화하거나 방지하는 작용을 한다.
클리닝 용액으로 재도입되는 오염의 가능성을 방지하기 위해, 전형적으로, 블리드 라인 (12) 을 통해 전용되는 용액은 클리닝 배쓰로 되돌아 가지 않는다. 그 결과, 배쓰로부터 클리닝 용액의 과도한 소모를 방지하기 위해, 블리드 라인의 직경은 바람직하게는 시스템 구성 및 공정 조건이 허용하는 한 작다. 전형적으로, 블리드 라인의 직경은 약 1/4 인치 직경보다 작고, 바람직하게는 약 1/8 인치 직경보다 작으며, 더 바람직하게는 약 1/16 인치 직경보다 작다.
도 2 내지 4 를 참조하여, 콜렉터 (1) 의 바람직한 실시예가 더 설명될 것이다. 이 바람직한 실시예의 더욱 자세한 설명은, 참고로, 본 출원과 동일 날짜로 출원된 것으로서 케네스 에이 루드 (Kenneth A. Ruth) 및 필립 알 슈미트 (Philip R. Schmidt) 가 발명자로 되어 있는 "Collector for an Automated on-Line Bath Analysis System" 이라는 발명의 명칭을 가진 공동 양수된 미국 출원에서 발견될 수 있다는 것에 유의한다. 콜렉터 (1) 는, 전술한 바와 같이, 완전히 클리닝된 후에 금속 불순물을 용액 속으로 침출시키지 않는 재료로부터 구성된 일반적으로 직사각형의 블록 (25) 을 구비한다. 예를 들어, 예시된 실시예의 블록 (25) 은 바람직하게는 테플론 (Teflon) 으로부터 구성된다. 그러나, 유사한 특성을 갖는 재료가 또한 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 사용될 수 있다는 것에 유의한다. 또한, 콜렉터의 형태, 형상 또는 디자인도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 여기서 개시된 바람직한 실시예와 다를 수 있다는 것에 유의한다.
블록 (25) 은 블록의 상부 표면 내에서 세로 방향으로 연장된 중앙 폐기 홈통 (11) 과, 이 중앙 폐기 홈통과 교통하고 있는, 블록 상부 표면 내에서 측면으로 연장된 다수의 용기로 된 유출 배수구 또는 홈통 (7) 을 가진다. 이 폐기 홈통 (11) 과 배수구 (7) 는 그들의 참조 번호에 의해서 일반적으로 표시된다. 용기로된 배수구 (7) 각각은 마루 (27) , 블록의 상부 표면의 측면 엣지 단부에 근접하게 배치된 외측 단부 (29) 및, 중앙 폐기 홈통 (11) 으로 개구된 내측 단부 (31) 을 가진다. 용기 배수구 내의 용액을 중앙 폐기 홈통 (11) 으로 이동시키기 위해, 각각의 용기 배수구 (11) 의 마루 (27) 는 그 용기 배수구의 외측 단부 (29) 에서 내측 단부 (31) 로 아래로 기울어져 있다 (도 3 참조).
수직 방향으로 향한 용기 (3) 가, 각각의 배수구 (7) 의 측면 방향으로 있는 외측 단부 (29) 에서 블록 내에 형성되어 있다. 용기 (3) 는 그 상측 단부에서 배수구 (7) 로 개구되어 있어서, 그 용기로부터 넘친 액체가 중앙 폐기 홈통 (11) 으로 유출되도록 허용한다. 각 용기의 직경은, 자동화된 분석 장치 (4) 의 샘플 콜렉터 (41; 도 1 참조) 가 분석될 샘플을 추출하기 위해서 그 용기 (3) 에 침수되는 것을 허용하도록 크기가 정해진다. 각 용기 (3) 는 또한, 그 용기로 유체를 받아들이기 위해 일반적으로 그 용기의 바닥에 인접한 입구 (17) 을 가진다 (도 3 참조). 이 입구 (17) 는 블록의 측벽에 있는 각각의 입구 포트 (9) 와 통해 있다. 입구 (17) 의 직경은, 그 용기로의 액체의 유속을 제어하기 위해, 용기 근처의 내부에서 실질적으로 감소한다. 입구 포트 (9) 는, 콜렉터 (1) 로 액체를 받아들여 그 액체를 분석하기 위해서, 블리드 라인 (12) 에 의해 클리닝 배쓰 (8) 과 통해 있다 (도 1 참조).
도 4 를 특히 참조하면, 중앙 폐기 홈통 (11) 은 블록 (25) 의 뒤쪽 단부에서 블록의 앞쪽 단부로 아래로 기울어져 있어서 폐기 홈통 (11) 내에 있는 액체를 폐기 배수관 (13) 으로 향하도록 한다. 폐기 배수관 (13) 은, 폐기 배수관으로부터 액체를 방출하기 위해서, 폐기 배수관의 바닥에 일반적으로 인접한 배출구 (23) 를 가진다. 배출구 (23) 는, 콜렉터 (1) 로부터 본 기술분야의 통상적인 당업자에게 잘 알려져 있는 형태의 적당한 배수 시스템 (도시되지 않음) 또는 하수구 (도시되지 않음) 로 액체를 방출하기 위해서, 블록 (25) 의 앞쪽 단부에 있는 배출구 포트 (15) 로 연장되어 있다.
일단 샘플이 추출되었으면, 미량의 금속 불순물을 검출하기 위해, 본 기술분야에서 일반적인 장치를 사용하여 샘플의 분석이 수행된다. 그러한 장치는 원자 흡수 (atomic absorption), 유도 결합 플라즈마 질량 분석기 (inductively coupled plasma mass spectrometry; ICP/MS), 모세관 전기 이동 (capillary electrophoresis), 및 이온 크로마토그래피 (ion chromatography) 를 포함한다. 특별히 관심의 대상이 되는 일반적인 금속 불순물은 티탄, 칼륨, 코발트, 크롬, 몰리브덴 및 망간뿐만 아니라, 나트륨, 니켈, 철, 구리, 알루미늄, 아연, 및 칼슘과 같은 알카리, 알카리토, 및 전이 금속을 포함한다. 선택된 정밀한 장치는, 부분적으로는, 특정한 금속 불순물 또는 불순물들에 대한 장치의 민감도의 함수이며, 그 불순물에 대해서 클리닝 용액이 감시된다. 예를 들어, 탈이온화수만을 포함하는 린즈 배쓰 (rinse bath) 는 자주 클리닝 순서의 최후에 있게 될 것이다. 그러한 배쓰는, 다른 것들 중에서 황산염 또는 질산염뿐만 아니라 염화물, 불화물 또는 암모늄 이온의 농도를 감시하기 위해 모세관 전기 이동 또는 이온 크로마토그래피 장치에 연결될 수 있다.
바람직한 실시예에서는, 분석 장치 (4; 도 1 참조) 는 자동화되어 있고, 샘플 추출 장치 (40) 및 주사기 (syringe), 또는 다른 적당한 샘플링 장치 (41) 을 가지고 있어서 그러한 장치는 로보트 팔 또는 유사한 기계장치에 의해서 그 개구 (5) 를 통해 용기 (3) 으로 삽입될 수 있다.
다시 자동화에 의해서, 주사기는 그 용기로부터 클리닝 용액의 샘플을 추출한다. 그리고 나서, 그 주사기는 용기로부터 물러나서 주사기의 내용물이 분석된다. 추출 장치 (4) 로서 사용될 수 있도록 허용되는 일반적인 자동화 장치는 ICP/MS 장치에 대해 설계된 자동샘플러 (autosampler) (예를 들어, Omaha 의 Cetac 으로부터 상업적으로 이용가능한 Cetac 500; England 의 Gilson 으로부터 상업적으로 이용가능한 Gilson 222) 를 포함한다. 일반적인 분석 장치 (4) 는 HP4500 ICP/MS (캘리포니아, 써니베일 (Sunnyvale) 에 있는 휴렛 패커드로부터 상업적으로 이용가능함), 및 Varian 400 AA (캘리포니아, 써니베일에 있는 Varian 으로부터 상업적으로 이용가능함) 를 포함한다.
자동화된 분석 장치는 주어진 클리닝 배쓰 용액에 대해 더 빈번한 분석을 허용하기 때문에, 자동화된 분석 장치가 바람직하다. 예를 들어, 전형적인 제조 설비에서 종래의 샘플링 및 분석 방법을 사용하는 경우에는, 표준적인 8 시간 생산 쉬프트 동안에 걸쳐 단지 한번만 샘플링되어 분석되는 것은 특이한 일이 아니다. 반면에, 본 발명의 공정은 그러한 용액이 더욱 빈번하게 샘플링되고 분석되도록 허용하다. 예를 들어, 바람직한 실시예의 콜렉터 (1) 를 사용하는 것은 일반적으로, 클리닝 배쓰 용액에 대한 본질적으로 연속적인 샘플링을 허용한다. 마찬가지로, 자동화에 의해서, 용액의 분석은, 선택된 분석 장치 및 시스템의 디자인 또는 구성이 허용하는 한 빈번하게 수행될 수 있다. 그러나, 전형적으로 용액은, 약 60 분 내지 약 90 분의 간격으로 , 바람직하게는 약 30 분 내지 약 50 분의 간격으로, 더욱 바람직하게는 약 15 분 내지 약 25 분의 간격으로, 그리고 가장 바람직하게는 약 5 분 내지 약 10 분의 간격으로 본 공정을 사용하여 샘플링되고 분석될 것이다. 그러나, 용액이 검사되는 빈도는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 여기서 기재된 것과 다를 수 있다는 것에 유의한다.
바람직한 실시예에서, 콜렉터 (1) 는 하나 이상의 용기를 구비하여 복수의 클리닝 배쓰 및/또는 클리닝 라인들이 동시에 콜렉터에 연결될 수 있도록 한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 콜렉터 (1) 는 10 개의 용기 (3) 2 세트를 가지고 있는데. 각 하나의 세트는 중앙 폐기 홈통 (11) 의 각 측면 상에 있다. 예시된 실시예에서 한 라인의 동일한 간격을 둔 용기들을 이루는 각 세트의 용기들 (3) 은 연속하여 배치되어, 장치 (4) 가 예정된 순서로 잇따라서 용기로 점진적으로 담겨지도록 허용한다. 다른 클리닝 배쓰 (도시되지 않음) 로부터 용액을 받아들이기 위해서 각 용기 (3) 는 그 자신의 블리드 라인 (도시되지 않음) 에 연결될 수 있다. 그러나, 콜렉터 (1) 내에서의 배치와 용기 (3) 의 수는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 변할 수 있다는 것을 알아야 한다.
작업중에, 재순환 펌프 (10) 는 클리닝 배쓰 (8) 로부터 클리닝 배쓰 용액을 끌어내 그 용액을 재순환 라인 (6) 을 통해 퍼낸다. 재순환 펌프 (10) 는 재순환 라인 (6) 에 충분한 압력을 만들어 내어, 클리닝 용액의 작은 부분이 계속적으로 재순환 라인으로부터 전환되어 블리드 라인 (12) 을 통해 콜렉터 (1) 로 이동되도록 한다.
그리고 나서, 용액은 블록의 입구 포트 (9) 를 통해 입구 (17) 로 흐른다. 입구 (17) 는 용기 (3) 로 가는 용액을 계량한다. 입구 (17) 을 통해 전환된 용액은 전형적으로 클리닝 배쓰 (8) 로 되돌아가지 않기 때문에, 배쓰로부터의 클리닝 용액의 과도한 소모를 방지하기 위해, 입구의 직경은 바람직하게는 최소화된다. 예를 들어, 예시된 실시예의 입구 (17) 는 바람직하게는 약 1/4 인치의 직경보다 작고, 더 바람직하게는 약 1/8 인치의 직경보다 작다.
용기 입구 (17) 는 액체를 용기 바닥에서 용기 (3) 로 이동시켜서 액체가 용기 바닥으로부터 위쪽으로 흐르도록 한다. 바닥으로부터 용기 (3) 를 채우는 것은 용기 (3) 내에서의 용액의 정체를 방지한다. 또한, 클리닝 용액의 정체를 제거함으로써, 용기 (3) 내에 있는 용액은 항상 클리닝 배쓰 (8) 내에 포함된 클리닝 용액을 대표하도록 유지된다. 더욱이, 샘플 콜렉터 장치 (40) 의 주사기 (41) 로부터 도입될 수 있는 어떠한 불순물도 클리닝 배쓰 (8) 로 들어가는 것이 방지된다.
용기 (3) 로의 용액의 연속적인 흐름은 용액이 용기를 넘쳐 배수구 (7) 로 흐르게 한다. 배수구 (7) 의 기울어진 바닥 (7) 은 그 넘친 용액을 용기 (3) 로부터 아래쪽으로 향하게 하여, 폐기 홈통 (11) 으로 가게 한다. 폐기 홈통 (11) 은 그 넘친 용액을 받아서, 그 폐기 용액을 폐기 배수관 (13) 으로 향하게 한다. 그 넘친 용액은 배출구 (23) 을 통해 폐기 배수관 (13) 을 빠져나와서, 배출구 포트 (15) 를 경유하여 블록 (25) 로부터 결국 방출되어 적당한 배수 시스템 또는 하수구로 간다.
주사기 (41) 또는 자동화된 분석 장치 (4) 의 다른 샘플링 수단은, 로보트 팔 (40) 등에 의해서 용기들 (3) 중 하나의 위쪽 단부에 선택적으로 삽입된다. 주사기는 용기로부터 클리닝 용액의 샘플을 자동적으로 뽑아내어 물러난다. 그리고 나서, 주사기 (41) 의 내용물은 분석을 위해 자동화된 분석 장치 (4) 로 주입된다.
온-라인 샘플링 및 분석을 이용함으로써, 본 발명의 공정은 외부 오염의 잠재적인 소스을 제거하는 작용을 한다. 현재까지의 경험으로부터, 본 공정은 더 일관적이고 재현가능한 결과를 얻도록 허용한다는 것을 알게 되었다. 예를 들어, 종래의 샘플링 및 분석 방법이 사용된다면, 경험으로부터, 주어진 금속 불순물의 농도가 100 ppt 보다 낮다는 것을 지시하는 결과는 의심스럽다는 것을 알게 되었다. 일반적으로 말해서, 종래 방법으로부터의 그러한 결과는 확인을 위해 또다른 샘플을 얻어서 다시 분석을 수행하도록 촉구하게 될 것이다.
반면에, 본 발명의 공정은 약 100 ppt 보다 낮은 농도에서, 바람직하게는 약 50 ppt 보다 낮은 농도에서 , 더 바람직하게는 약 25 ppt 보다 낮은 농도에서, 더욱 더 바람직하게는 약 10 ppt 보다 낮은 농도에서, 그리고 가장 바람직하게는 약 1 ppt 보다 낮은 농도에서 금속 불순물을 일관적이고 재현가능하게 검출할 수 있게 한다. 본 공정으로부터 얻은 결과의 재현가능성과 일관성은 다수의 특징에 기인한다. 첫째로, 장치는 고순도 재료로 구성되어 있다. 둘째로, 자동화는 오염의 일반적인 외부 소스의 제거를 허용한다. 세째로, 그러한 "폐쇄된 시스템" 의 바로 그 특징은 인-시튜 (in-situ) 클리닝을 허용하는데, 그 인-시튜 클리닝은 일반적으로, 웨이퍼 클리닝이 시작하기 전에 시스템에 대해 더 완전하고 일관적인 클리닝을 가능하게 한다. 예를 들어, 시스템이 나트륨으로 오염되었다면, 시스템은 배수되어 계속적으로 탈이온화수로 씻어내리는데, 그것은 그 물이 검사에 의해 원하는 상한 (upper limit) 의 아래에 있는 것으로 될 때까지 이루어진다. 마찬가지로, 시스템이 철로 오염되었다면, 질산 용액과 같은 강산 용액이 시스템을 클리닝하고 씻어내리는 데에 사용될 수 있다.
이 점에 관해서는, 시스템을 씻어내리는데 사용되는 용액은 부분적으로 제거될 금속 또는 금속들의 용해도의 함수이다. 게다가, 구성 재료는 또한, 클리닝 순서뿐만아니라 어떤 형태의 클리닝 용액이 필요한가를 결정하는 요소로 작용한다. 예를 들어, 시스템의 특정한 성분이 테플론으로부터 제조된다면, 존재하는 어떠한 금속도 이를 걸러내어 제거하기 위해서 극히 순수하고 농축된 산이 가열되어 시스템을 통해 재순환될 필요가 있을 것이다. 이것은 주로 그 재료의 다공성 (porous nature) 에 기인한다. 반면에, 석영 (quartz) 는 다공성이 아니므로, 훨씬 더 용이하게 클리닝될 수 있다.
마지막으로, 더 일관적이고 재현가능한 결과는, 샘플 콜렉터 또는 셀로의 또는 그것을 통한, 분석될 용액의 연속적인 흐름의 결과로서 얻어질 수 있다. 지적한 바와 같이, 그러한 공정은 정체를 방지하여, 다른 방식으로는 발생할 수 있을 금속 불순물의 침출로부터의 오염 가능성을 방지하는 작용을 한다. 또한, 이러한 연속적인 흐름은, 시스템 그 자체와 분석될 용액 사이에서 어떤 종류의 평형이 도달될 수 있도록 한다. 이것은, 분석될 웨이퍼 클리닝 배쓰 용액의 조성과 다른 조성을 갖는 용액으로 시스템이 자주 초기에 클리닝될 것이기 때문에, 중요한 특징이 된다. 그 결과, 초기 시스템 클리닝이 완료된 후, 특정한 금속 불순물이 남아 있을 수 있다는 것이 가능하다. 그러한 불순물은 그후에 웨이퍼 클리닝 용액 속에서 용해되거나 떠있게 되어 부정확한 결과가 얻어지게 한다.
더 빈번하고 효율적으로 클리닝 배쓰 용액을 감시하고 종래의 샘플 추출 및 분석 방법으로는 얻을 수 없었던 농도에서 금속 불순물을 일관적으로 검출하는 수단을 제공하는 것에 더하여, 본 발명은 또한, 실리콘 웨이퍼의 표면 상의 특정 금속 불순물의 농도가 어떤 예정된 한도를 넘는 지를 결정하는 수단을 제공한다. 그 결과, 웨이퍼의 허용성이 평가될 수 있다. 따라서, 본 발명은 일반적 기상 분해 (vapor phase decomposition; VPD) 또는 에시드 드롭 (acid drop) 분석 방법에 대한 다른 대안을 제공한다 (예를 들어, 미국 특허 제 5,633,172 및 4,990,459 를 참조).
일반적으로, VPD 및 에시드 드롭 분석 방법은, 존재하는 금속 불순물을 용해시키기 위해 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 산을 가하는 것을 포함한다. 웨이퍼의 표면은 린징되고 (rinsed) 그 린즈 물이 추출되어서, 거기에 포함된 금속 불순물의 농도를 확인하고 결정하기 위해서 종래 방법에 의해 분석된다. 결과적으로 존재하는 금속 불순물은 웨이퍼 표면에 기인한다.
이러한 종래 방법들에 대한 다른 대안으로서, 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 웨이퍼가 처리된 적당한 웨이퍼 클리닝 용액을 분석함으로써 웨이퍼 표면 상의 금속 불순물의 농도를 근사시킬 수 있다. 다시 말해서, 주어진 클리닝 용액을 분석함으로써, 클리닝 용액 내에 있는 금속 불순물 농도와 웨이퍼 표면 상의 불순물 농도 사이에 상호관계가 이루어질 수 있다. 일반적으로, 이러한 상호 관계는, 먼저 주어진 요액에서 다수의 실리콘 에이퍼를 처리함으로써 실험적으로 결정될 수 있다. 그리고 나서, 각각의 웨이퍼가 표준적인 에시드 드롭 방법을 사용하여 분석되는 동안에, 그 용액은 본 발명의 온-라인 공정을 사용하여 검사될 수 있다. 그래서, 클리닝 용액 내의 금속 불순물의 농도와 웨이퍼 표면 상의 동일한 불순물의 농도 사이의 상호 관계가 만들어질 수 있다. 용액 내에서, 금속 불순물의 농도가 증가함에 따라, 결국, 관심의 대상이 되는 특정 금속 불순물의 허용될 수 없을 정도로 높은 표면 농도로 오염된 웨이퍼의 생산을 초래하는 수준에 도달할 것이다. 용액 농도와 웨이퍼의 표면 농도의 상호 관계에 의해서, 클리닝 용액의 농도가 이 특정한 한도를 초과할 때, 그 후에 클리닝된 모든 웨이퍼가 허용될 수 없을 정도로 오염된다는 관측이 이루어질 수 있다. 다시 말해서, 용액 내의 관심의 대상이 되는 특정한 금속 불순물의 농도가 목표로 정해진 한도 아래에 있는 한, 그 용액 내에서 클리닝되는 각 웨이퍼가 허용 가능한 농도의 그 금속 불순물을 포함하는 관측이 이루어질 수 있다.
이 점에 관해서, 도 5 및 6 을 참조하면, 그러한 실험적으로 결정된 상호 관계가, 표준적인 클리닝 연속의 주요 부분인 SC-2 배쓰에서, 나트륨 및 니켈에 대해 각각 보여질 수 있다. 이 공정에서, 배쓰는 연속적인 재순환 또는 유동이 이루어지도록 형성되었다. 본 공정을 사용하여 다수의 용액 샘플들이 추출되어 분석되었다. 마찬가지로, 다수의 샘플들이 이 배쓰를 통해 처리된 웨이퍼로부터 추출되어 종래의 에시드 드롭 방법을 사용하여 분석되었다. 그리고 나서, 이러한 분석으로부터 모아진 데이터는 린즈 배쓰 내의 나트륨 및 니켈의 (ppt 단위로 된) 농도의 로그 대 (versus) 웨이퍼 표면 상의 이들 금속들의 (원자/cm2단위로 된) 농도의 로그 빼기 10 을 도시하는 데에 사용되었다 (도 5 및 6 참조).
이렇게 도시된 도면을 조사해 보면, "최적의" 라인이 그려져서 린즈 배쓰 내의 나트륨 또는 니켈의 농도와 웨이퍼 표면 상의 나트륨 또는 니켈의 농도 사이의 상호 관계를 설정하는 데에 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 그 결과, 특정 용액 농도가 주어지면, 이들 금속의 표면 농도에 대해 관측할 수 있다. 예를 들어, 도 5 의 최적 라인을 따라서, 용액 내에 나트륨의 농도가 약 100 ppt 일때, 웨이퍼의 표면 상의 나트륨 농도는 약 1.2 ×1010원자/cm2이며, 약 25 ppt 의 용액 농도는 약 0.3 ×1010원자/cm2의 표면 농도와 상관된다는 것을 관찰할 수 있다. 마찬가지로, 도 6 의 최적 라인을 따라서, 용액 내의 니켈 농도가 약 25 ppt 일 때, 웨이퍼 표면의 니켈 농도는 약 1 ×1010원자/cm2이며, 약 10 ppt 의 용액 농도는 약 0.3 ×1010원자/cm2의 표면 농도와 상관된다는 것을 관찰할 수 있다.
따라서, 이러한 상호 관계 데이터에 의해서, 웨이퍼의 허용성 또는 비허용성이 주어진 클리닝 용액을 샘플링하고 분석함으로써 결정될 수 있다. 이 점에 관해서, 웨이퍼의 "허용성" 또는 "허용성" 은 주어진 금속 불순물에 대해 집적 회로 제품에 의해 가해지는 한도뿐만 아니라, 특정 목적의 적용에 의존한다는 사실에 유의하여야 한다. 예를 들어, 전형적인 집적회로 제조업자들은, 알루미늄 및 칼슘과 같은 금속들의 표면 농도가 약 1 ×1011원자/cm2를 초과하지 않도록 현재 요구하는 한도를 부과해왔다. 대부분의 다른 금속에 대한 한도는, 현재 약 1 ×1010원자/cm2이다. 그러나, 바람직하게는, 금속 불순물의 농도는 약 0.75 ×1010원자/cm2, 더 바람직하게는 약 0.5 ×1010원자/cm2, 더욱 더 바람직하게는 약 0.25 ×1010원자/cm2를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 그러한 불순물의 농도는 약 0.1 ×1010원자/cm2를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
그러나, 웨이퍼 표면상의 이런 동일한 불순물이 원하는 한도를 넘지 않도록 보장하기 위해 허용될 수 있는 주어진 배쓰 내의 금속 불순물의 최대 농도를 결정하기 위해서 이런 동일한 실험적 공정이 채용될 수 있다는 것에 또한 유의하여야 한다. 결과적으로,
웨이퍼 표면 상의 금속 불순물의 농도에 대한 정보를 제공하는 것에 더하여, 본 공정은 주어진 클리닝 용액의 유효 수명을 연장하는 수단을 또한 제공할 수 있다. 클리닝 용액의 유효 수명은, 일단 그러한 상호 관계가 결정되면, 연장될 수 있는데, 이는 전술한 바와 같이, 허용될 수 없을 정도로 오염될 때까지, 그 용액이 연속된 클리닝 배쓰 내에 남아 있을 수 있기 때문이다. 예를 들어, 약 2 내지 6 시간 후에, 용액을 단순히 버리는 것이라기 보다, 용액의 사용은 약 8 시간, 10 시간, 12 시간, 14 시간 또는 그 이상 동안 계속 될 수 있다.
클리닝 용액의 유효 수명을 연장한 결과로서, 생성된 폐기 용액의 양뿐만아니라 제조 비용이 감소될 수 있는데, 이는 임의의로 결정된 시간 후에 용액이 더 이상 단순히 버려지지는 않을 것이기 때문이다. 따라서, 웨이퍼 표면 상에서 허용될 수 있는 불순물의 농도에 따라서, 클리닝 용액은 본 발명의 공정을 사용하여 감시될 수 있고 용액 내의 금속 불순물의 레벨 또는 농도는 약 100 ppt, 바람직하게는 약 75 ppt, 더 바람직하게는 약 50 ppt, 더욱 더 바람직하게는 약 25 ppt 를 초과하는 것으로 발견될 때까지 사용 중에 있도록 허용된다. 매우 낮은 표면 농도의 금속 불순물을 갖는 웨이퍼의 준비를 확실히 하도록 하기 위해, 가장 바람직하게는, 그 용액은 용액 내의 금속 불순물의 농도가 약 10 ppt 를 초과할 때까지만 감시되고 사용 중에 있도록 허용된다.
전술한 바에 비추어, 본 발명의 몇가지 목적들이 달성된다는 것을 알 수 있을 것이다.
전술한 공정에 있어서, 다양한 변형례들이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 점에서, 전술한 설명에 포함된 모든 사항들은 예시적인 것이지 한정적인 의미로 해석해서는 않될 것이다.
Claims (10)
- 배쓰를 통하여 연속적인 유동 상태로 유지되는 실리콘 웨이퍼 용액 내의 금속 불순물의 농도를 결정하기 위한 공정으로서,상기 유동으로부터 상기 클리닝 배쓰 용액의 일부를 샘플 셀로 그리고 샘플 셀을 통해 연속적으로 보내는 단계;상기 샘플 셀로부터 클리닝 용액의 샘플을 추출하는 단계; 및상기 클리닝 배쓰 용액 내의 미량의 알카리, 알카리토 또는 전이 금속 불순물의 농도를 결정하기 위해 상기 추출된 샘플을 분석하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 클리닝 용액 내의 금속 불순물의 농도를 결정하기 위한 공정.
- 제 1 항에 있어서, 상기 추출된 샘플이 분석되는 상기 미량의 알카리, 알카리토 및 전이 금속 불순물은 본질적으로 나트륨, 니켈, 철, 구리, 알루미늄, 아연, 칼슘, 티탄, 칼륨, 코발트, 크롬, 몰리브덴 및 망간으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 클리닝 용액 내의 금속 불순물의 농도를 결정하기 위한 공정.
- 제 1 항에 있어서, 상기 추출된 샘플의 분석이 자동화되어 있는 것을 특징으로 하는 클리닝 용액 내의 금속 불순물의 농도를 결정하기 위한 공정.
- 제 1 항에 있어서, 상기 샘플 셀은 분석 장치에 근접해 있어서 상기 샘플을 상기 분석 장치로 수송하지 않고서 상기 샘플이 추출되고 분석될 수 있는 것을 특징으로 하는 클리닝 용액 내의 금속 불순물의 농도를 결정하기 위한 공정.
- 제 1 항에 있어서, 약 5 내지 약 10 분의 간격으로 상기 샘플 셀로부터 샘플이 추출되고 분석되는 것을 특징으로 하는 클리닝 용액 내의 금속 불순물의 농도를 결정하기 위한 공정.
- 실리콘 웨이퍼의 표면 상의 금속 불순물의 농도가 허용될 수 있는 한도를 초과하는 지를 결정하기 위한 공정으로서,배쓰를 통하여 연속적인 유동 상태를 유지하는 클리닝 용액 내에 실리콘 웨이퍼를 침수시키는 단계;상기 유동으로부터 클리닝 배쓰 용액의 일부를 샘플 셀로 그리고 샘플 셀을 통해 연속적으로 보내는 단계;상기 샘플 셀로부터 클리닝 용액의 샘플을 추출하는 단계;상기 추출된 샘플을 분석하여 상기 클리닝 배쓰 용액 내의 미량의 알카리, 알카리토 또는 전이 금속 불순물을 결정하는 단계; 및상기 실리콘 웨이퍼 표면 상의 불순물의 농도가 약 1 ×1010원자/cm2를 초과하는 지 결정하기 위해서, 상기 클리닝 용액 내의 불순물의 농도를 실험적으로 결정된 상호 관계와 비교하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 공정.
- 제 6 항에 있어서, 상기 웨이퍼가 상기 용액 내에 잠겨 있는 동안에 샘플 추출 및 분석이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공정.
- 제 6 항에 있어서, 상기 클리닝 용액 내의 상기 불순물과 상기 실험적으로 결정된 상호 관계 사이의 비교는 상기 실리콘 웨이퍼 표면 상의 불순물 농도가 약 0.5 ×1010원자/cm2를 초과하는 지를 결정하기 위해서 수행되는 것을 특징으로 하는 공정.
- 제 6 항에 있어서, 상기 추출된 샘플이 분석되는 상기 미량의 알카리, 알카리토 또는 전이 금속 불순물은 본질적으로 나트륨, 니켈, 철, 구리, 알루미늄, 아연, 칼슘, 티탄, 칼륨, 코발트, 크롬, 몰리브덴 및 망간으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 공정.
- 제 6 항에 있어서, 상기 추출된 샘플의 분석은 자동화되어 있는 것을 특징으로 하는 공정.
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