KR20020003412A - 레이저와 에이알 이씨알 플라스마를 이용한 웨이퍼 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 처리 공정 중 웨이퍼를 세정하는 공정에 있어서, 웨이퍼를 세정 공간으로 자동 이송시키는 단계와, 상기 이송된 웨이퍼에 아르곤 ECR 플라스마를 이용하여 자연산화막을 제거하여 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 분리시키는 단계와, 레이저를 방사하여 웨이퍼에 흡착된 오염물질을 분리시키는 단계, 및 상기 분리된 오염물질에 불활성가스를 분사하여 외부로 토출 시키는 단계를 수행하여 세정함으로써, 본 발명에서는 기존과는 다르게 반도체 제조공정 중 세정공정에서 레이저만으로 세정이 불가능한 산화막과 중금속류의 세정에 순수와 화학약품을 소량 사용하여, 화학약품의 구매 비용과 폐수처리 비용을 줄여 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 유해물질 배출로 인한 환경오염을 감소시킬 수 있고, 아울러 화학공정을 위한 저장조 및 배관설비의 소형화로 작업 공간을 축소시킬 수 있는 건식 세정 방법인 레이저와 Ar ECR 플라스마를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.

Description

레이저와 에이알 이씨알 플라스마를 이용한 웨이퍼 세정 방법{Method cleaning Wafer using Laser and Ar ECR Plasma}

본 발명은 웨이퍼의 세정 방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 제조 공정 중 웨이퍼 처리 공정에서 각 공정을 수행한 후 웨이퍼의 불량률을 줄이기 위하여 웨이퍼에 흡착된 오염물질을 제거하게 되는 데, 이 공정을 아르곤 ECR 플라스마를 이용하여 자연산화막을 제거하여 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 분리시키는 세정 및 레이저와 질소가스를 이용하여 세정함으로써, 세정 장비의 단순화와 세정 비용의 감소 및 세정 소요시간의 단축 등을 이룰 수 있는 레이저와 Ar ECR 플라스마를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정 중 웨이퍼를 처리하는 각 공정에서 입자, 유기물, 중금속 및 이온성 불순물, 산화막, 금속 등의 오염물질이 웨이퍼 표면에 흡착되고, 이 오염물질로 인하여 웨이퍼 칩의 불량이 발생되므로 각 공정 후 오염물질을 제거해야 한다.

웨이퍼 표면상에 흡착된 오염물질을 세정하는 방법으로는 크게 습식과 건식으로 분류할 수 있는데, 현재 건식 세정은 오염물질을 충분히 제거할 수 없기 때문에 액체 및 기체 세정제의 화학작용으로 오염물질을 제거하는 습식 세정이 주류를 이루고 있다.

상기 습식 세정은 웨이퍼가 여러 장 들어있는 캐리어를 반송 로봇이 순차적으로 이동해서 웨이퍼를 일괄적으로 약액(산 또는 암모니아)조나 수세조에 담구어 세척한 후 웨이퍼를 회전시켜 건조한다.

개략적으로 상기와 같이 세정하는 장비는 까다로운 조건하에서 작동되며, 로봇의 저발진성, 반송신뢰성, 고속성, 내약품성 등이 필요하며, 반송의 신뢰성이나 고속 반송을 위하여 고기능의 모터를 사용하고 있고, 내약품성에 대해서도 특수한 재질을 선택하여 불소수지에 의한 이중의 봉인(Seal) 등을 하고 있다.

웨이퍼를 세정하는 장비로는 통상, 습식장치(Wet Station)이라고 불리는 장비를 사용하는 데, 웨이퍼를 회전시키며 그 표면에 순수한 세정액을 분출하여 입자를 브러시로 세척하는 방식을 사용하기도 하며, 고압에서 순수를 분사하여 입자를 제거하는 방식을 사용하기도 하며, 고주파의 초음파를 발진시켜 그 진동력으로 입자를 떨어뜨리는 방식을 사용하기도 한다.

따라서, 상기와 같은 종래의 웨이퍼 세정 장비는, 반도체 웨이퍼에 있는 오염물질을 제거하기 위하여 순수나 화학물질을 사용하고 있는 바, 그 공정에 있어서 비효율적인 순수의 사용(2,000 gallon/200㎟)이나 화학물질을 사용함으로써, 다량의 VOC류(IPA, Aceton), 산류(불산, 황산), 솔벤트 류가 발생 및 폐수 처리 등의 문제를 야기할 수 있고, 공정의 복잡함에 따른 부수적인 비용이 많이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 반도체 제조 공정 중 웨이퍼 처리공정에서 각 공정을 수행 한 후 웨이퍼의 불량율을 줄이기 위하여 웨이퍼에 흡착된 오염물질을 제거하게 되는데, 이 공정을 아르곤 ECR 플라스마를 이용하여 자연산화막을 제거하여 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 분리시키는 세정과 레이저와 질소 가스를 이용하여 세정함으로써, 세정장비의 단순화와 세정 비용의 감소 및 세정 소요시간의 단축 등을 이룰 수 있는 레이저와 Ar ECR 플라스마를 이용한 웨이퍼 세정 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 반도체 웨이퍼 처리 공정 중 웨이퍼를 세정하는 공정에 있어서, 상기 웨이퍼를 세정공간으로 자동 이송시키는 단계와; 상기 이송된 웨이퍼에 아르곤 ECR 플라스마를 이용하여 자연산화막을 제거하여 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 분리시키는 단계와; 레이저를 방사하여 웨이퍼에 흡착된 오염물질을 분리시키는 단계; 및 상기 분리된 오염물질에 불활성 가스를 분사하여 외부로 토출 시켜 세정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 습식 세정 공정을 완전히 대체할 수 있는 건식 공정으로서, 종래 기술에 언급한 화학물질의 발생 및 폐수처리 등의 사용량을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 기존의 오염물질 제거를 위한 다단계 처리공정을 한 단계 공정으로 줄일 수 있고, 화학물질을 제거하는 공정에서 발생하는 물질을 통한 오염을 최소화 할 수 있는 것이다.

반도체 웨이퍼에 포토레지스트를 도포하거나 현상, 식각 및 전극을 형성하는 각 공정을 실시한 후에 웨이퍼를 세정하는 공정을 실행하게 되는데, 상술한 바와 같이 종래에는 순수나 화학물질 및 브러시를 이용하여 웨이퍼에 흡착된 오염물질을 제거하는데 반해, 본 발명은 웨이퍼에 아르곤 ECR 플라스마를 이용하여 자연산화막을 제거하여 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 분리시켜 세정하는 1차 세정과 레이저를 방사하여 정전기로 인해 결합된 오염물질을 웨이퍼 상에서 분리시킨 후 강한 질소 가스등의 불활성 가스를 노즐을 통하여 분출하여 세정하는 2차 세정을 한 공정에서 하게 되므로써 웨이퍼의 처리 공정 상에서 발생되는 모든 오염물질을 제거하게 된다.

아울러, 레이저의 다양한 파장과 주파수를 이용하면 특정 오염물질에 대해 선택적으로 제거할 수 있어 한 가지 공정으로도 모든 오염물질을 제거할 수 있는 것이다.

웨이퍼에 흡착된 입자(Paticle), 유기물(Organic) 및 이온성 불순물(CMP slurry)등은 레이저를 이용하여 세정되며, 중금속류(Metals)와 산화막(Natrium/Chemical Oxide)은 아르곤 ECR 플라스마를 이용하여 자연산화막을 제거하여 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 분리시키는 제거하게 된다.

이러한 세정을 통하여 오염물질을 제거할 때 웨이퍼상의 전자회로에 손상이없어야 하고, 반도체 공정에 적합한 세정가스와 레이저 파장을 이용해야 한다.

또한, 아르곤 ECR 플라스마를 이용하여 세정하는 것은 웨이퍼의 특정부분에만 접촉되는 것이 아니고 웨이퍼 전체 면에 접촉되어 웨이퍼 표면의 자연 산화막을 제거함으로써 웨이퍼 표면의 금속불순물을 분리시키고, 레이저는 웨이퍼의 전체 면으로 방사하여 정전기에 의해 결합된 이물질을 웨이퍼로부터 분리시킨 후 강한 질소가스를 웨이퍼 전면에 분출하여 이물질을 외부로 토출시킨다.

이물질에 레이저를 방사하면 레이저 어블레이션(Laser Ablation)효과에 의해 웨이퍼와 이물질간의 정전기 현상이 제거되어, 이물질이 웨이퍼에서 분리되는 것이다.

상기와 같이 아르곤 ECR 플라스마를 이용하면 제거할 수 있는 최소 입자의 크기가 0.09㎛까지 가능하고, 세정시간은 200㎟당 25초(25sec/200㎟)이내에 가능하여 분당 웨이퍼의 세척량을 늘릴 수 있고, 레이저의 파장은 248nm를 사용하는 것이 가장 바람직하며, 세정 대상 오염물질에 따라 세정액으로는 HCl, HF/H₂O 또는 HF/alcohol을, 레이저로는 불화 크립톤 엑사이머(KrF Excimer)레이저를 이용하거나 불화 아르곤 엑사이머(ArF Excimer)레이저를 이용할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 웨이퍼를 세정하면, 화학공정을 위한 저장조 및 배관설비의 규모를 획기적으로 줄일 수가 있어 세정공간의 50% 정도나 감소하는 것이 가능하고, 기본 작업 공간의 50% 정도나 줄일 수 있어 작업공간을 혁신적으로 축소시킬 수 있다.

또한, 기존 세정에 필요한 순수와 화학물질의 최소량 사용으로 인해 생산원가뿐만 아니라 폐수처리 등의 환경 정화 비용을 절감하여 가격에 있어 경쟁력 있는 반도체를 생산할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 기존과 다르게 반도체 제조 공정 중 세정공정에서 순수와 화학약품을 최소량을 사용하여, 화학약품의 구매비용과 폐수처리비용의 절감에 따른 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 유해물질의 최소배출로 환경오염에 드는 비용을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 화학공정을 위한 저장조 및 배관설비가 축소되어 작업 공간을 혁신적으로 축소 시킬 수 있어 일정 공간내 작업 생산량을 늘릴 수 있는 효과가 있다.

또한 반도체 제조 공정내의 세정부문의 건식화에 성공함으로서 반도체 제조공정의 건식공정화를 100% 이룰 수 있다.

Claims (4)

1. 반도체 제조 공정 중 웨이퍼를 세정하는 공정에 있어서,

   상기 웨이퍼를 세정 공간으로 자동 이송시키는 단계;

   상기 이송된 웨이퍼에 아르곤 ECR 플라스마를 이용하여 자연산화막을 제거하여 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 분리시키는 단계;

   및 레이저를 방사하여 웨이퍼에 흡착된 입자(Paticle), 유기물(Organic) 및 이온성 불순물(CMP slurry)등의 마이크로 콘테미네이션(Micro-contamination)과 같은 오염물질을 분리시키는 단계;

   및 상기 분리된 오염물질에 불활성 가스를 분사하여 외부로 토출 시켜 세정하는 단계를 구비한 레이저와 Ar ECR 플라스마를 이용한 웨이퍼 세정 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저가 동작하는 진공 챔버와 아르곤 ECR 플라스마가 가능한 진공 챔버를 공용으로 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저와 Ar ECR 플라스마를 이용한 웨이퍼 세정 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저는 불화 크립톤 엑사이머(KrF Excimer)레이저를 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저와 Ar ECR 플라스마를 이용한 웨이퍼 세정 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저는 불화 아르곤 엑사이머(ArF Excimer)레이저를 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저와 Ar ECR 플라스마를 이용한 웨이퍼 세정 방법.