KR20010060180A - 실리콘 웨이퍼의 표면처리방법 - Google Patents

실리콘 웨이퍼의 표면처리방법 Download PDF

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야나기사와미치히코
사도하라타케시
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토조 료스케
스피드파무 가부시기가이샤
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Abstract

불소화합물이 플라즈마 활성화된 불소활성종가스 예를들면 SF6를 그 표면에 분사함으로써 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭하여 평탄화한다. 표면 에칭 공정 중에 유황단체 또는 유황화합물이 활성종가스로부터 분리되어 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착된다. 분리 또는 흡수된 물질은 표면으로부터 제거되고, 실리콘 웨이퍼가 플라즈마 활성화된 산소 활성종 가스에 노출되거나 오존수 또는 불화수소산용액에 침지된다.

Description

실리콘 웨이퍼의 표면처리방법{A SURFACE TREATMENT METHOD FOR SILICON WAFER}
본 발명은 평탄화 처리된 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 오염물질을 제거하고, 이 표면에 규소산화물의 층을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 표면을 고도로 평탄화하기 위해 랩핑장치(lapping machine), CMP장치(Chemo-Mechanical-Polishing apparatus), 또는 국부에칭장치가 사용된다.
CMP장치는 실리콘 웨이퍼의 표면을 기계적으로 또한 화학적으로 연마하는 기계이며 또한 국부에칭장치는 불소화합물이 플라즈마 활성화된 활성종에 의해 실리콘 웨이퍼의 표면을 국부적으로 에칭하기 위한 장치이다. 최근에는 반도체의 고밀도화에 대한 요구에 응하기 위해 더욱 높은 평탄도를 얻는 국부에칭장치가 사용된다.
도 19는 일반적인 국부에칭장치를 나타내는 개요도이다.
국부에칭장치에서는 6불화 유황(SF6)가스, 4불화 탄소(CF4) 가스 또는 6불화 에탄(C2F6)가스가 플라즈마 발생기(100)에 있어 플라즈마 활성화시키고, 활성화가 된 가스(불소 활성종 가스)(G)가 노즐(101)을 거쳐 척(120)상의 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)으로 분사하게 된다.
노즐(101)은 실리콘 웨이퍼(W)의 두꺼운 부분을 가공할 때에는 얇은 부분을 가공할 때 보다도 느린 속도(실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)을 따른 상대속도)로써 이동된다. 이에 따라 두꺼운 부분에서는 불소 활성종 가스(G)가 더욱 장시간 분사되어 더욱 많은 재료제거가 행해지므로 이 상대속도를 제어함으로써 실리콘 웨이퍼를 평탄화할 수 있다.
상기 국부에칭장치에 있어서, 사용되는 불소 활성종 가스의 일부가 화학변화를 일으켜 유황, 탄소 또는 이들의 화합물이 생성된다. 이 생성물이 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한다. 부착한 생성물이 이 후의 세정공정에 있어 세정조, 또는 실리콘 웨이퍼를 수납하기 위한 카셋트에 오염을 일으킨다.
또한 평탄화된 실리콘 웨이퍼(W)의 처녀표면은 매우 강하게 활성화된다. 이때문에 이 웨이퍼의 표면의 실리콘이 공기중의 불순물과 쉽게 화학반응을 일으킨다. 일본국 특개평 10-135161호 공보는 기계적인 랩핑에 의해 평탄화된 실리콘 웨이퍼의 표면이 공기중의 불순물과 화학반응을 일으키는 것을 방지하기 위해 오존수, 과산화수소수, 유산수용액 또는 초산수용액을 사용하여 그 표면에 규소산화물의 층을 형성하는 방법을 개시하고 있다.
이 방법은 실리콘 웨이퍼가 평탄화된 후 여기에 규소산화물의 층이 형성될 때 까지는 일단 공기에 닿음으로써 실리콘 웨이퍼의 표면과 공기중의 불순물과의 화학반응이 일어나므로 충분하지 않다. 또 이 방법은 국부에칭에 의해 부착한 유황 또는 탄소의 단체 또는 화합물 분리물질을 제거하기 위한 것이 아니다.
본 발명의 목적은 실리콘 웨이퍼를 위한 신규의 표면처리방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 유황, 탄소 또는 이들의 화합물을 제거하기 위한 신규의 표면처리방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 유황, 탄소 또는 이들의 화합물을 제거함과 동시에 이 표면에 규소산화물의 층을 형성하기 위한 신규의 표면처리방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 유황, 탄소 또는 이들의 화합물을 제거함과 동시에 공기에 접촉시키지 않고 이 표면에 규소산화물의 층을 형성하기 위한 신규의 표면처리방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 실리콘 웨이퍼의 표면을 평탄화할 때 국부에칭에 의해 생성되고, 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 유황, 탄소 또는 이들의 화합물을 이 표면에서 제거함과 동시에 공기중의 불순물에 의해 이 표면이 새로이 오염되는 것을 방지하기 위해 이 표면에 규소산화물의 층을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼의 표면처리방법의 하나는 다음 스텝을 갖는다.
불소화합물(fluoride)이 플라즈마 활성화된 불소 활성종 가스를 그 표면에 분사하는 것으로 실리콘 웨이퍼가 에칭된다. 이 스텝에 있어 플라즈마 활성화된 불소 활성종 가스로부터 분리되어 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 분리물질이 실리콘 웨이퍼를 플라즈마 활성화된 산소활성종 가스로 노출된다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 분리물질이 제거된다.
본 발명의 다른 실리콘 웨이퍼의 표면처리방법은 다음 스텝을 갖는다.
불소화합물이 플라즈마 활성화된 불소 활성종 가스를 그 표면에 분사하는 것으로 실리콘 웨이퍼가 에칭된다. 이 스텝에 있어 플라즈마 활성화된 불소 활성종 가스로부터 분리되어 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 유황단체 또는 유황화합물인 분리물질은 오존수 또는 불화수소산용액에 침적된다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 분리물질이 제거된다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 관한 평탄화 처리시스템의 개요를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 평탄화 처리시스템에 적용된 척을 나타내는 단면도.
도 3은 도 2의 척의 평면도.
도 4는 X-Y구동기구의 척지지체를 나타내는 단면도.
도 5는 도 4의 척지지체의 평면도.
도 6은 노즐부가 실리콘 웨이퍼를 스캐닝하는 궤적을 나타내는 실리콘 웨이퍼의 평면도.
도 7은 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)을 평탄화하기 위한 원리를 설명하기 위한 개요도.
도 8은 본 발명의 제 2실시예에 관한 평탄화 처리시스템을 나타내는 단면도.
도 9는 제 2실시예의 평탄화 처리시스템의 개략평면도.
도10은 제 2실시예의 척(2')의 구조를 나타내는 평면도.
도11은 제 2실시예의 척(2')의 구조를 나타내는 단면도.
도12는 제 2실시예의 웨이퍼 카셋트를 도시하는 사시도.
도13은 제 2실시예의 핸드를 실리콘 웨이퍼의 하측으로 진입시킨 상태를 나타내는 단면도.
도14는 제 2실시예의 핸드로 실리콘 웨이퍼를 꺼낸 상태를 나타내는 단면도.
도15는 제 3실시예의 실리콘 웨이퍼를 위한 평탄화 처리시스템을 나타내는 단면도.
도16은 제 3실시예의 변형예를 도시하는 개략 단면도.
도17은 멀티 챔버방식의 평탄화 처리시스템을 나타내는 개략평면도.
도18은 실리콘 웨이퍼(W)를 고정하기 위한 척(2)의 변형예를 나타내는 단면도.
도19는 일반적인 국부에칭장치의 개요를 나타내는 단면도.
(제 1실시예)
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 관한 평탄화 처리시스템을 나타내는 단면도이다.
본 실시예의 평탄화 처리시스템은 챔버(1), 척(2), 플라즈마 발생기(3), 국부에칭가스 공급기(4), 산소가스 공급기(5), 수평면내에서 척(2)을 이동시키기 위한 X-Y구동기구(6) 및 수직방향으로 척(2)을 이동시키기 위한 Z구동기구(7)를 구비하고 있다.
챔버(1)는 그 내부에서 실리콘 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 상자로서, 진공펌프(10)에 의해 그 내부를 대략 진공으로 할 수 있다.
척(2)은 챔버(1)내에 배치되고, 실리콘 웨이퍼(W)의 뒷면을 정전기적으로 흡착하여 이를 고정하기 위한 부재이다.
도 2는 척(2)의 종단면도이며, 도 3은 그 평면도이다.
이들 도면과 같이 척(2)은 실리콘 웨이퍼(W)의 바깥 테두리를 지지하는 링모양의 외벽부(20)와, 외벽부(20)의 하부내측에 형성되고, 실리콘 웨이퍼(W)를 아래쪽에서 지지하기 위한 하벽부(21)를 갖고 있다. 그리고 하벽부(21)의 윗면에는 소정 높이의 3개의 돌기(21a)가 돌설되고 있다.
실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)을 상향으로 하고, 외벽부(20)내에서 3개의 돌기(21a)위에 실리콘 웨이퍼(W)가 놓여지게 된다. 그 후 실리콘 웨이퍼(W)가 척(2)에 정전적으로 흡착된다. 따라서 실리콘 웨이퍼(W)의 모든 표면(Wa)과 대부분의 뒷면(Wb)이 노출되고 있다.
도 1과 같이 플라즈마 발생기(3)는 방전관(30)과 마이크로파 발진기(31)와 도파관(32)을 갖고 있다. 방전관(30)내에서 생성한 활성종은 노즐부(30a)로부터 분사된다.
방전관(30)은 석영 또는 알루미나로 만들어지고, 그 하단부에 노즐부(30a)가 형성되고 있다. 그 상단부에는 공급파이프(54)가 접속되고 있고, 이 공급파이프(54)에 접속된 국부에칭가스 공급기(4) 및 산소가스 공급기(5)로부터 방전관(30)에 이들 가스가 공급된다. 노즐부(30a)는 챔버(1)의 윗면 중앙부에 돌설된 구멍(10a)을 통해 챔버(1)내로 삽입된다. 이 구멍(10a)과 노즐부(30a) 사이는 O링(11)에 의해 밀봉된다. 노즐부(30a)의 주위에는 덕트(12)가 배치된다. 진공펌프(13)는 에칭에 의해 발생한 반응생성가스를 덕트(12)를 통해 챔버(1)의 외부로 배출한다.
마이크로파 발진기(31), 구체적으로는 마그네트론은 소정 주파수의 마이크로파(M)를 발진할 수 있다.
마이크로파 발진기(31)에 의해 발진된 마이크로파(M)를 전파하는 도파관(32)에는 구멍(33)이 뚫려있고, 방전관(30)이 구멍(33)안에 삽입된다. 이 도파관(32)의 좌측단 내부에는 마이크로파(M)를 반사하여 정재파(定在波)를 형성하기 위한 반사판(쇼트 플랜저)(34)이 부착되어있다. 또 도파관(32) 중간에는 임피던스를 에칭시키기 위한 3개의 스터브 튜너(stub tuner)(35)와, 마이크로파 발진기(31)를 향하는 반사마이크로파(M)를 90°방향(도 1의 표면방향)으로 구부리기 위한 아이솔레이터(36)가 부착되고 있다.
국부에칭가스 공급기(4)는 봄베(40), 유량제어기(41), 밸브(43)를 구비하고 있고, 봄베(40)내의 국부에칭용 가스(6 불화 유황 SF6, 4불화 메탄 CF4, 또는 6불화 에탄 C2F6)가 밸브(42), 유량제어기(41)를 거쳐 공급파이프(54)로 흐르게 된다. 이 가스는 공급파이프(54)로부터 플라즈마 발생기(3)의 방전관(30)내로 공급되고, 방전관(30)내에 있어 플라즈마 활성화됨으로써 불소 활성종 가스가 생성된다.
한편 산소가스 공급기(5)는 산소가스를 넣은 봄베(50), 유량제어기(51) 및 밸브(52)를 구비하고 있고, 봄베(50)내의 산소가스가 밸브(52), 유량제어기(51)를 통해 공급파이프(54)로 흐르게 된다. 이 산소가스는 공급파이프(54)로부터 플라즈마 발생기(3)의 방전관(30)내로 공급되고, 방전관(30)내에 있어 플라즈마 활성화됨으로써 산소 활성종 가스가 생성된다.
최초의 스텝에서 밸브(41)가 열리고, 방전관(30)내에 있어 생성된 불소 활성종 가스에 의해 실리콘 웨이퍼(W)의 국부에칭이 행해진다. 계속되는 스텝으로 밸브(41)가 닫히고, 이어서 밸브(51)가 열리며, 생성된 산소 활성종 가스에 의해 실리콘 웨이퍼에 부착한 분리물질이 제거됨과 동시에 표면에 규소산화물의 얇은 층이 형성된다.
X-Y구동기구(6)는 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)을 따라 노즐부(30a)의 개구(30b)가 상대적으로 이동하도록 척(2)을 이동시킨다. 즉 이 X-Y구동기구(6)는 X구동모터(60) 및 Y구동모터(61)를 구비하고 있고, X구동모터(60)는 도 1의 좌우방향의 이동을 또 Y구동모터(61)는 도 1에 있어 지면 표리방향의 이동을 척(2)으로옮긴다. X-Y구동기구(6)는 척지지체(62)를 통해 척(2)에 연결되고있다.
도 4는 척지지체(62)의 종단면도를 나타내고, 도 5는 척지지체(62)의 평면도를 나타낸다.
척지지체(62)는 십자모양으로 결합된 4개의 암(62a)을 갖고 있고, 각 암(62a)의 선단부(62b)가 위쪽으로 구부러지고 있다. 절곡된 선단부(62b)는 척(2)의 밑면에 접합되고 있다. 4개의 암(62a)의 결합부(62c)가 X-Y구동기구(6)에 결합되고 있다. 챔버(1)내의 기체는 척지지체(62)의 암(62a) 사이를 자유롭게 지날 수 있기 때문에 실리콘 웨이퍼(W)의 뒷면(Wb)의 대략 전면이 챔버(1)내의 기체와 접촉한다.
한편 도 1에 있어 Z구동기구(7)는 Z구동모터(70)에 의해 X-Y구동기구(6) 전체, 따라서 척(2)을 상하로 이동시키고, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)을 노즐부(30a)의 개구(30b)에 대해 접근 또는 이반시킨다.
X-Y구동기구(6)의 X구동모터(60), Y구동모터(61) 및 Z구동기구(7)의 Z구동모터(70)는 제어컴퓨터(67)에 의해 각각 제어된다.
다음 본 실시예(엔보디멘트)의 평탄화 처리시스템을 이용하여 실리콘 웨이퍼(W)의 평탄화 처리 및 후처리를 행하는 방법에 대해 설명한다.
우선 평탄화 처리인 국부에칭 처리방법에 대해 설명한다. 실리콘 웨이퍼(W)를 척(2)이 흡착한 상태에서 진공펌프(10)가 구동되고, 챔버(1)내가 감압된다. Z구동기구(7)가 구동되어 X-Y구동기구(6) 전체가 상승됨으로써 실리콘 웨이퍼(W)가 방전관(30)의 개구(30b)에 접근한다.
이 상태에서 국부에칭가스 공급기(4)의 밸브(42)가 열리고, 봄베(40)내의 6불화 유황(SF6)가스가 유량제어기(41) 및 공급파이프(54)를 통해 방전관(30)내로 공급된다. 이 때 밸브(42)의 개방각도의 조정에 의해 6불화 유황(SF6)가스의 압력이 소정의 압력으로 유지되고, 유량제어기(41)에 의해 6불화 유황(SF6)가스의 유량이 조정된다.
상기 6불화 유황(SF6)가스의 공급과 병행하여 마이크로파 발진기(31)가 구동된다. 그러면 마이크로파(M)에 의해 방전부위에 존재하는 SF6가스가 플라즈마 활성화되고, 블소 활성종 가스(G)가 생성된다. 그리고 불소 활성종 가스(G)가 노즐부(30a)로 인도되어 노즐부(30a)의 개구(30b)로부터 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)을 향해 분사된다.
불소 활성종 가스(G)의 분사와 병행하여 제어컴퓨터(67)가 X-Y구동기구(6)를 구동시키고, 실리콘 웨이퍼(W)가 흡착된 척(2)을 X-Y방향으로 지그재그모양으로 상대이동시킨다. 도 6에는 이 때 지그재그모양의 상대이동, 즉 스캐닝의 궤적이 나타난다. 이 상대이동의 속도가 제어됨으로써 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)이 평탄화된다.
도 7은 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)을 평탄화하기 위한 원리를 설명하기 위한 개요도이다. 상대이동의 속도는 다음과 같이 제어된다. 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 분사되는 불소 활성종 가스(G)는 개구부(30b) 바로 아래에 있어 가장높은 물질 제거능력을 갖고, 중심으로부터 멀어짐에 따라 서서히 저하하는 물질제거능력을 갖는다. 그리고 표면(Wa)에 불소 활성종 가스(G)가 분사되는 시간이 긴 만큼 가스가 분사되는 곳의 물질 제거량은 증가한다. 따라서 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)과 노즐부(30a)와의 상대속도가 많을 때에는 이 곳의 물질 제거량이 늘어나고, 상대속도가 작을 때에는 이 곳의 물질 제거량이 줄어든다.
국부에칭장치에서는 도 7과 같이 노즐부(30a)가 실리콘 웨이퍼의 상대적으로 두꺼운 부분(W2)에서는 고속으로 이동하도록 제어되고, 반대로 상대적으로 얇은 부분(W1)에서는 저속으로 이동하도록 제어된다. 이동속도는 미리 측정된 실리콘 웨이퍼(W) 표면의 요철형상을 기초로 정해진다. 이에 따라 상대적으로 두꺼운 부분(W2)의 재료가 더욱 많이 제거되므로 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)이 평탄화된다.
이와같은 에칭과정에 있어 사용되는 불소 활성종 가스의 일부가 화학변화를 일으키고, 유황, 탄소 또는 이들 화합물이 생성된다. 이 생성물이 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한다. 부착한 생성물이 이 후의 세정공정에 있어 세정조를 또는 실리콘 웨이퍼를 수납하기 위한 카셋트를 오염시킨다.
또 에칭된 실리콘 웨이퍼(W)의 처녀표면은 매우 강하게 활성화된다. 이 때문에 이 웨이퍼 표면의 실리콘이 공기중의 불순물과 쉽게 화학반응을 일으킴으로써 쉽게 오염된다.
본 발명에서는 위에 설명한 것과 같이 에칭된 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 생성물을 제거함과 동시에 이 표면이 쉽게 오염되는 것을 방지하기 위해 다음에설명하는 표면처리가 행해진다.
도 1에 도시하는 플라즈마 발생기(3) 및 국부에칭가스 공급기(4)를 정지시킨 후 진공펌프(10)가 구동되고, 챔버(1)내에 잔존하는 가스가 외부로 배출된다. 또 Z구동기구(7)가 구동되고, 실리콘 웨이퍼(W)가 방전관(30)의 개구(30b)로부터 멀어지도록 하강한다.
그 후 산소가스 공급기(5)의 밸브(52)가 열리고, 봄베(50)내의 O2가스가 유량제어기(51) 및 공급파이프(54)를 통해 방전관(30)내로 공급된다. 이 때 밸브(52)에 의해 O2가스의 압력이 또한 유량제어기(51)에 의해 O2가스의 유량이 조정된다.
상기 O2가스의 공급과 병행하여 마이크로파 발진기(31)가 다시 구동된다. 그러면 마이크로파(M)에 의해 방전부위에 존재하는 O2가스가 플라즈마 활성화되고, 플라즈마 활성화된 가스 즉 산소 활성종 가스(G1)가 노즐부(30a)로 인도되어 노즐부(30a)의 개구(30b)로부터 방출되며 챔버(1) 전체로 퍼진다. 산소 활성종 가스(G1)는 화학적 활성이 극히 높기 때문에 전 처리에 있어 생성하여 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 유황, 탄소 또는 이들 화합물이 산소 활성종 가스(G1)에 의해 쉽게 산화된다. 이 반응에 따라 SO2또는 C02가 생성된다. SO2또는 CO2는 기체이므로 실리콘 웨이퍼(W)의 표면으로부터 급속히 멀어진다. 이 때문에 실리콘 웨이퍼(W)를 산소 활성종 가스(G1)안에 10초 ∼ 300초 정도 노출함으로써 부착물질은완전히 제거된다.
또한 산소 활성종 가스(G1)와, 규소가 쉽게 화학반응을 일으키고, 실리콘 웨이퍼의 표면에 규소산화물의 얇은 층이 형성된다. 이 규소산화물의 층은 실리콘 웨이퍼가 오염되지 않도록 한다.
이 실시예의 표면처리장치에 의해 하나의 장치로 실리콘 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 것과, 실리콘 웨이퍼(W)로의 부착물을 10초 ∼ 300초의 짧은 처리시간으로 완전히 제거하는 것과, 또한 실리콘 웨이퍼를 오염되지 않도록 하는 규소 산화물의 얇은 층을 형성할 수 있다.
발명자는 상기 효과를 실증하기 위해 11장의 실리콘 웨이퍼(W)(직경 8센치)에 관해 다음의 비교실험을 행했다.
우선 모든 실리콘 웨이퍼(W)에 대해 챔버(1)내의 압력이 2.0Torr, 6 불화 유항(SF6)가스의 공급량이 300SCCM(1분당 300ml) 및 마이크로파 발진기(31)의 출력이 350W의 조건하에서 국부에칭처리를 행했다.
다음 상기 국부에칭처리된 실리콘 웨이퍼(W)내 9장을, 챔버(1)내 압력이 1.0Torr, O2가스의 공급량이 200SCCM 및 마이크로파 발진기(31)의 출력이 120W의 조건하에서 산소 활성종(G1)의 분위기에 노출했다. 이 때 각각의 실리콘 웨이퍼(W)가 산소 활성종(G1)의 분위기에 노출되는 시간이 다르게 나타났다. 즉 1장 째, 2장 째, 3장 째, 4장 째, 5장 째, 6장 째, 7장 째, 8장 째, 9장 째의 각 실리콘 웨이퍼(W)는 각각 1초간, 2초간, 3초간, 5초간, 15초간, 30초간, 1분간, 2분간, 5분간 만 산소 활성종(G1)의 분위기에 노출했다.
나머지 2장의 실리콘 웨이퍼(W)는 산소 활성종 가스(G1)의 분위기에 노출되지 않고 젖은 세정이 행해졌다. 즉 10장 째의 실리콘 웨이퍼(W)는 순수한 물로 3분간 세정되고, 11장 째의 실리콘 웨이퍼(W)는 유산(硫酸)과 과산화수소수를 3대 1의 비율로 혼합한 액으로 5분간 세정되었다.
이들 처리에 의해 1장 째 ∼ 3장 째의 실리콘 웨이퍼(W)에는 오염물이 잔존하고 있었다. 4장 째 ∼ 9장 째의 실리콘 웨이퍼(W) 즉 산소 활성종 가스(G1)에 5초 ∼ 5분간 노출한 실리콘 웨이퍼(W)에는 오염물이 발견되지 않아 거의 완전한 오염제거가 행해졌다.
이에 대해 10장 째와 11장 째의 실리콘 웨이퍼(W)에는 오염물의 잔존이 확인되어 오염제거에는 성공적이지 않았다.
이상의 비교실험으로부터 국부에칭된 실리콘 웨이퍼(W)를 산소 활성종 가스(G1)안에 약 10초간 ∼ 300초 동안 노출해 둠으로써 거의 완전한 오염제거를 행할 수 있는 것을 알았다.
(제 2실시예)
도 8은 본 발명의 제 2실시예에 관한 평탄화 처리시스템을 나타내는 단면도이고, 도 9는 평탄화 처리시스템의 개략 평면도이다.
이들 도면과 같이 평탄화 처리시스템은 국부에칭장치(8-1)와, 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)와, 반송장치(9)를 구비하고 있다.
국부에칭장치(8-1)는 챔버(1), 척(2'), 플라즈마 발생기(3), 국부에칭가스공급기(4), X-Y구동기구(6) 및 Z구동기구(7)를 구비하고 있다. 국부에칭장치(8-1)는 제 1실시예의 평탄화 처리시스템과 대략 같은 구조를 갖고 있다. 그러나 국부에칭장치(8-1)는 실리콘 웨이퍼(W)의 국부에칭처리만을 하기 위한 것이기 때문에 산소가스 공급기(5)를 구비하지 않고 또 척지지체(62)에 의해 척(2)과 X-Y구동기구(6)를 연결하는 구조도 갖추고 있지 않다.
도10은 제 2실시예의 척(2')의 구조를 나타내는 평면도이며, 도11은 그 단면도이다.
척(2')은 원판상의 하벽부(21')와, 그 중앙부에 실리콘 웨이퍼(W)보다 약간 작은 원판상의 돌기(21a') 및 하벽부(21')상의 좌측부에 활모양의 외벽부(20')를 구비하고 있다. 그리고 도 11과 같이 하벽부(21') 밑면 중앙부가 X-Y구동기구(6)의 기구부(63)에 직결되고 있다.
이에 따라 돌기(21a')에 의해 실리콘 웨이퍼(W)의 뒷면(Wb)이 정전적으로 흡착되고, X-Y구동기구(6)와 Z구동기구(7)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)가 수평 및 상하로 이동된다.
도 8 및 도 9와 같이 국부에칭장치(8-1)와, 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)와는 개폐가능한 게이트밸브(80)를 거쳐 연결되고 있다. 실리콘 웨이퍼(W)를 게이트 밸브(80)를 거쳐 국부에칭장치(8-1)로부터 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)에 또 역으로 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)로부터 국부에칭장치(8-1)로 반송할 수 있게 된다. 또 게이트 밸브(80)를 폐쇄함으로써 국부에칭장치(8-1)내의 기체와, 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)내의 기체와는 서로 차단된다.
산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)의 챔버(1')에는 진공펌프(10')가 배치되어 챔버(1')내부를 진공으로 할 수 있다. 그리고 챔버(1') 상측에 국부에칭장치(8-1)의 플라즈마 발생기(3)와 실질적으로 같은 구조의 플라즈마 발생기(3')가 배치되고, 그 방전관(30)이 챔버(1')의 윗면에 부착되며, 그 노즐부(30a)의 개구(30b)가 챔버(1')내부와 연통하고 있다.
또한 이 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)는 챔버(1')내를 산소 활성종 가스(G1)의 분위기로 하는 장치이므로 플라즈마 발생기(3')에는 산소가스 공급기(5)만이 접속되고 있다. 즉 산소가스의 봄베(50)가 유량제어기(51) 및 펌프(52)를 통해 공급파이프(54)에 연결되고, 공급파이프(54)가 플라즈마 발생기(3')의 방전관(30)의 상단부에 접속되고 있다.
산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)의 챔버(1')내에는 웨이퍼 카셋트(81)가 배치되고 있다. 도12는 웨이퍼 카셋트(81)를 나타내는 사시도이다.
웨이퍼 카셋트(81)는 4개의 지지기둥(82)에 고정된 다단, 예를들면 25단의 수납부(83)를 갖고 있고, 각 단의 수납부(83)에 실리콘 웨이퍼(W)를 수납할 수 있도록 되어있다.
수납부(83)의 틀(84)은 십자모양의 플레이트(85)가 접합되고 있고, 플레이트(85)상에 실리콘 웨이퍼(W)의 뒷면(Wb)을 올려놓기 위한 돌기(86)가 마련되고 있다. 실리콘 웨이퍼(W)는 수납부(83)의 4개의 돌기(86)에 놓여지게 되고, 4개의 돌기(86)와 실리콘 웨이퍼(W)의 뒷면(Wb)이 점 모양으로 접촉함으로써 실리콘 웨이퍼(W)의 표면(Wa)과 뒷면(Wb)과의 대부분이 챔버(1')내의 기체(산소 활성종 가스)에 노출한다.
챔버(1')내에는 반송장치 즉 로봇(9)이 배치되고, 이 로봇(9)은 국부에칭된 실리콘 웨이퍼(W)를 상기 웨이퍼 카셋트(81)의 각 수납부(83)에 반송한다. 로봇(9)은 핸드(90)가 부착된 여러개의 암(91)과, 이 암 및 핸드(90)를 움직이기 위한 구동부(92)를 구비하고 있다. 핸드(90)는 개폐하는 한쌍의 갈고리(93)(94)를 구비하고 있다. 이들 갈고리(93)(94)에는 폐쇄시에 대략 반원상이 되고 또한 그 내경이 실리콘 웨이퍼(W)의 직경에 대략 같게 설정된 악지부(握持部)(95)(95)가 형성되고 있다. 그리고 악지부(95)(95)의 내측하부에는 악지한 실리콘 웨이퍼(W)를 하측에서 지지하기 위한 지지부(96)가 형성되고, 이 지지부(96)상에는 실리콘 웨이퍼(W)를 올려놓기 위한 돌기(97)가 돌설되고 있다.
로드/언로드실(98)(도9)내에는 미처리의 실리콘 웨이퍼를 수납한 카셋트(99)가 놓여지고, 로봇(9)은 이 카셋트(99)내의 실리콘 웨이퍼(W)를 한장 씩 국부에칭장치(8-1)내로 반입함과 동시에 기 처리된 25장의 실리콘 웨이퍼(W)를 수납한 웨이퍼 카셋트(81)를 로드/언로드실(98)내로 반출한다.
다음 이 실시예의 동작에 대해 설명한다. 우선 국부에칭장치(8-1)에 있어 제 1실시예와 같은 국부에칭처리가 행해진다. 즉 6불화 유황(SF6)가스를 마이크로파에 의해 활성화함으로써 생성된 불소 활성종 가스(G)에 의해 척(2')위의 실리콘 웨이퍼(W)가 국부에칭된다.
이 국부에칭처리가 종료하면 진공펌프(10)에 의해 챔버(1)내가 거의 진공으로 된 후 구동부(92)에 의해 제어된 로봇(9)의 암(91)이 국부에칭장치(8-1)의 챔버(1)내로 진입하고, 핸드(90)에 의해 척(2')의 실리콘 웨이퍼(W)를 꺼낸다.
구체적으로는 도 10에 도시하는 핸드(90)의 갈고리(93)(94)를 약간 벌린 상태에서 도 13과 같이 갈고리(93)(94)의 지지부(96)를 척(2')의 하벽부(21')위에 올려놓고, 실리콘 웨이퍼(W)의 하측으로 진입시킨다. 그리고 갈고리(93)(94)의 선단이 외벽부(20')에 닿는 순간에 핸드(90)전체를 상승시킴으로써 도14와 같이 실리콘 웨이퍼(W)가 돌기(97)에 놓여진 상태에서 척(2')으로부터 꺼내지게 된다.
그런 후 로봇(9)은 꺼낸 실리콘 웨이퍼(W)를 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)의 챔버(1')내로 인입하고, 도 12에 도시한 웨이퍼 카셋트(81)의 제 1단째의 수납부(83)에 수납한다.
구체적으로는 핸드(90)를 수납부(83)의 바로 위 근방까지 가지고 가고, 갈고리(93)(94)를 벌려 실리콘 웨이퍼(W)를 수납부(83)의 돌기(86)상에 살짝 떨어뜨림으로써 실리콘 웨이퍼(W)를 수납부(83)에 수납한다.
이와같이 하여 국부에칭처리가 완료된 실리콘 웨이퍼(W)를 수납부(83)에 수납한 후 로봇(9)은 로드/언로드실(98)의 게이트 밸브(98a)를 통해 카셋트(99)로부터 미처리된 실리콘 웨이퍼(W)를 꺼내고, 국부에칭장치(8-1)로 반입한 후 암(91)을 산소 활성종 분위기 형성장치(8-1)내로 되돌려 대기한다.
이 상태에서 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)의 게이트 밸브(80)와 로드/언로드 실(98)의 게이트 밸브(98a)가 닫히고, 국부에칭장치(8-1)에 있어 2장째의 실리콘 웨이퍼(W)의 국부에칭처리가 행해진다.
국부에칭처리와 병행하여 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)내에는 산소 활성종 분위기가 형성된다. 즉 산소가스가 산소가스 공급기(5)의 봄베(50)로부터 유량제어기(51), 밸브(52), 공급파이프(54)를 통해 플라즈마 발생기(3')의 방전관(30)내로 공급되고, 마이크로파 발진기(31)에 의한 방전으로 생성된 산소활성종 가스(G1)가 노즐부(30a)의 개구(30b)로부터 챔버(1')내로 분사되며, 챔버(1')내에 충만된다. 이에 따라 웨이퍼 카셋트(81)의 제 1단의 수납부(83)에 수납되고 있는 실리콘 웨이퍼(W)의 거의 전 면이 산소 활성종 가스(G1)에 노출된다.
그리고 국부에칭장치(8-1)에 있어 2장째의 실리콘 웨이퍼(W)에 대한 국부에칭처리가 종료하면 국부에칭장치(8-1)의 챔버(1)내 및 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)안이 거의 진공으로 된 후 게이트밸브(80)가 열리게 되고, 로봇(9)에 의해 이 2장째의 실리콘 웨이퍼(W)가 웨이퍼 카셋트(81)의 제 2단째의 수납부(83)에 수납된다.
이후 3장째부터 25장째 까지의 실리콘 웨이퍼(W)에 대해 위에 설명된 것과 같이 실리콘 웨이퍼의 국부에칭처리와 국부에칭된 실리콘 웨이퍼를 산소 활성종 분위기에 노출하는 처리가 실질적으로 평행하게 행해진다.
마지막의(25장째) 실리콘 웨이퍼가 제 25장째의 수납부(83)에 수납된 후, 산소 활성종 분위기가 10초간 ∼ 300초간 정도 유지된다. 이에 따라 25장째의 실리콘 웨이퍼(W)를 포함한 모든 실리콘 웨이퍼(W)가 오염 제거되는 데 충분한 시간 산소 활성종 분위기에 노출된다.
이와같이 이 실시예에 의하면 국부에칭처리와 오염제거가 다른 장치로 행해지므로 제 1실시예에 비해 쓰루풋(throughput)이 매우 높다.
(제 3실시예)
도 15는 본 발명의 제 3실시예의 실리콘 웨이퍼의 표면처리방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 15와 같이 이 평탄화 처리시스템은 상기 제 2실시예의 국부에칭장치(8-1)와 불화수소산용액(85)을 모아둔 통(86)을 구비하고 있다.
이 실시예에서는 국부에칭장치(8-1)에서 처리된 실리콘 웨이퍼(W)가 불화수소산용액(85)에 소정시간 이상 예를들면 1분간 이상 침적된다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼(W)에 부착한 부착물 특히 유황화합물을 용이하게 제거할 수 있다.
실리콘 웨이퍼(W)가 불화수소산용액(85)에 침적되는 점을 뺀 다른 구성, 작용 효과는 상기 제 2실시예와 같기 때문에 이 이상의 설명은 생략된다.
또한 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고 발명의 요지의 범위내에 있어 여러가지 변형이나 변경이 가능하다.
상기 3개의 실시예에 있어서 마이크로파를 이용한 플라즈마 발생기(3)가 이용되고 있지만 불소 활성종 가스 또는 산소 활성종 가스를 생성할 수 있는 장치이면 어떤 플라즈마 발생에서도 사용할 수 있다.
또 상기 실시예에서는 국부에칭처리를 위한 가스로서 6불화 유황(SF6)가스가 이용되고 있지만 이 가스에 한정되는 것은 아니고 모든 불소 화합물 가스 예를들면 4불화 탄소(CF4)가스 또는 6불화 에탄(C2F6)가스를 사용할 수 있다.
또 상기 제 1및 제 2실시예에서는 표면처리용 가스로서 순수한 산소가스가 이용되고 있는 예를 도시하고 있지만 산소가스에 다른 가스를 혼합한 혼합가스를 사용할 수 있다.
또 상기 제 2실시예에서는 로봇(9)의 핸드(90)에 돌기(97)가 형성되고 있지만 돌기(97)가 특별히 형성될 필요는 없고 실리콘 웨이퍼(W)를 지지부(96)에 직접 올려놓는 구조로서 할 수도 있다.
또 상기 제 2실시예에서는 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)의 플라즈마 발생기(3')의 방전관(30)은 챔버(1')의 윗면에 부착되고 있지만 챔버(1')내를 산소 활성종 가스(G1)의 분위기로 할 수 있으면 충분하므로 노즐부(30a)의 개구(30b)가 챔버(1')와 연통하고 있는 한 방전관(30)의 부착위치는 임의이다.
또 상기 제 2실시예에서는 로봇(9)이 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)의 챔버(1')내에 배치되고 있지만 도 16과 같이 국부에칭장치(8-1)와 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2)사이에 별도의 챔버(1-1)가 배치되고, 로봇(9)이 챔버(1-1)내에 배치되는 것도 가능하다.
또 도 17과 같이 다각형의 챔버(1-1) 주위에 여러개의 국부에칭장치(8-1), 하나의(또는 여러개의) 산소 활성종 분위기 형성장치(8-2) 및 하나(또는 여러개)의 로드/언로드 실(98)을 배치하고, 챔버(1-1)내의 로봇(9)에 의해 각각의 장치에 또는 이것으로부터 실리콘 웨이퍼(W)를 반송하도록 할 수 있다. 이에 따라 쓰루풋이 더욱 향상된다.
또한 제 3실시예에서는 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 오염물질을 제거하거나 또는 그 표면에 규소산화물의 얇은 층을 형성하기 위해 불화수소산용액(85)을 이용했지만 불화수소산용액을 대신에 오존수를 이용할 수도 있다.
또 상기 제 1 실시예에 있어 실리콘 웨이퍼(W)를 고정하기 위해 구멍(22)을 갖는 척(2)이 사용되고 있지만 도 18과 같이 이를 대신해 구멍을 갖지 않는 원반상의 척(2")을 사용할 수도 있다.
이상 개시된 실시예에 의해 명백한 것과 같이 본 발명에 의하면 실리콘 웨이퍼의 표면을 평탄화할 때 국부에칭에 의해 생성되고, 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착한 유황, 탄소 또는 이들 화합물이 실리콘 웨이퍼의 표면에서 제거된다. 또한 이 표면에는 실리콘 산화물의 얇은 층이 형성되고, 형성된 실리콘 산화물의 얇은 층이 공기중의 불순물에 의해 실리콘 웨이퍼가 새롭게 오염되는 것을 방지한다.

Claims (6)

  1. 실리콘 웨이퍼 표면처리방법으로서,
    불소화합물이 플라즈마 활성화된 불소활성종가스를 그 표면에 분사함으로써 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 단계와,
    상기 플라즈마 활성화된 불소활성종가스로부터 분리되어 상기 실리콘 웨이퍼 표면에 부착된 물질을 플라즈마 활성화된 산소활성종가스에 상기 실리콘 웨이퍼를 노출시켜 제거하는 것을
    특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 표면처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 활성화된 불소활성종가스는 유황 또는 탄소를 함유하고, 상기 부착된 물질은 유황 또는 탄소의 단체 또는 화합물인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 표면처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 활성화된 불소활성종가스는 노즐을 통해 분사되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 표면처리방법.
  4. 실리콘 웨이퍼 표면처리방법으로서,
    불소화합물이 플라즈마 활성화된 불소활성종가스를 그 표면에 분사함으로써 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 단계와,
    상기 플라즈마 활성화된 불소활성종가스로부터 분리되어 상기 실리콘 웨이퍼 표면에 부착된 유황단체 또는 유황 화합물 물질을 오존수 또는 불소수소산용액에 침지함으로써 제거하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 표면처리방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 불소화합물 가스는 6불화유황(SF6)인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 표면처리방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 플라즈마 활성화된 불소활성종가스는 노즐을 통해 분사되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 표면처리방법.
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