KR20020017959A - 반도체 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 방법에 관한 것이다. 특히, 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 방법은 탄화규소를 산화시켜 산화규소를 형성하고, 다음으로 산화규소가 기판으로부터 제거된다.
Description
본 발명은 일반적으로 반도체 웨이퍼 가공장치, 특히 반도체 기판으로부터 탄화규소(silicon carbide)를 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 기판 가공장치 및 가공공정에 대한 연구 및 개발에서, 너무나 많은 공정 테스트가 수행되어야 한다. 이러한 공정 테스트에 사용되는 기판은 전형적으로 가장 먼저 처리되고, 다음으로 테스트 공정동안 증착된 재료를 제거하는 것을 포함하여 세척되며, 다음으로 다시 처리된다. 이러한 일련의 공정은 동일한 기판을 사용하여 여러번 반복되고, 이에 따라 고가의 기판을 다량으로 소비함없이 반복적으로 테스트될 수 있도록 한다. 하지만, 테스트는 기판 두께 및 표면 조성과 같이 기판이 테스트될 때마다 비교적 일정하게 유지되는 소정 기판 특성을 필요로 한다. 종종, 이러한 이유로, 테스트된 기판이 추가의 테스트 공정에 사용되기 전에, 기판 두께와 표면 조성이 테스트 이전의 기판 두께와 표면 조성과 실질적으로 유사하도록 기판을 유지하면서 기판상에 증착된 재료가 가장먼저 제거된다. 전형적으로, 테스트 공정 이후에 재사용될 기판은 테스트 공정 이전의 기판의 평균 두께의 대략 2%내의 평균 두께를 가진다.
하지만, 소정 형태의 재료는 기판으로부터 제거하기가 매우 어렵다. 특히, 탄화규소는 제거하기에 어렵고 고가의 비용이 든다. 불화수소산(hydrofluoric acid)을 가지고 에칭하는 것과 같이 기판으로부터 재료를 제거하는 전형적인 방법은 탄화규소를 제거하는데 사용하기에는 시간이 많이 걸리고 고가의 비용이 든다. 더욱이, 탄화규소를 에칭하기 위해 불화수소산을 사용하는 것은 기판상에 유기 중합체 형성을 야기한다. 이러한 중합체 형성은 기판의 표면 조성을 변화시키고 추가의 테스트 공정에서 이러한 기판이 사용될 수 없도록 한다. 기판 두께와 표면 조성의 일정성을 유지하면서 탄화규소를 제거하는 것이 미세소자 제조 산업에서 직면하는 문제이기도 하다.
그러므로, 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 효율적이고 비교적 저가의 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명은 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 기판상의 탄화규소가 산화되어 산화규소(silicon oxide)를 형성하고 이후 산화규소가 제거되는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 시스템의 블록도.
도 2는 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 방법의 일반적인 처리 순서도.
도 3은 도 2의 방법의 제 1 실시예의 처리 순서도.
도 4는 도 2의 방법의 제 2 실시예의 처리 순서도.
본 발명의 원리는 첨부된 도면과 관련된 이하의 상세한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있다.
또한, 이해를 돕기 위해 도면 전체에 대해 동일한 엘리먼트가 동일한 참조부호로 표시되도록 하였다.
이하의 설명을 감안할 때, 당업자라면 본 발명의 원리가 반도체 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 데 용이하게 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 일반적으로 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 방법 및 장치를 제공한다. 일 특징으로, 기판상의 탄화규소는 산화되어 산화규소를 형성하고, 이후에 산화규소가 기판으로부터 제거된다. 산화규소는 불화수소산 용매를 사용하는 에칭과 같은 통상적인 세척 기술을 사용하여 탄화규소보다 훨씬 더 쉽게 제거된다. 산화규소가 제거된 이후, 기판은 탄화규소가 증착되도록 하는 처리 이전의 기판의 기판 두께 및 표면 조성과 실질적으로 동일한 두께 및 표면 조성을 가진 채로 남겨진다. 기판이 테스트를 위해 사용된다고 가정하면, 기판은 이 상태에서 추가의 테스트를 위해 재사용될 수 있다.
탄화규소는 이러한 방식으로 테스트 기판으로부터 여러번 제거되면서도, 테스트에 요구되었던 기판 두께 및 표면 조성과 관련된 요구되는 일관성을 제공한다. 예를 들면, 탄화규소가 제거된 이후 기판의 평균 두께는 탄화규소가 증착되기 이전의 기판의 평균 두께의 2% 내이다. 따라서, 단일 테스트 기판이 테스트를 위해 반복적으로 사용될 수 있기 때문에 테스트를 위해 고가의 기판을 다량으로 사용할 필요가 없다.
도 1은 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 시스템(20)의 블록도이고, 여기서 탄화규소는 챔버(42)에 의해 증착되었다. 일반적으로, 탄화규소 제거 시스템(20)은 산화 챔버(30) 및 산화규소 에칭 시스템(32)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 산화규소 에칭 시스템(32)은 에칭 스테이션(34), 세척 스테이션(36) 및 원심 분리기(38)를 포함한다. 물리 기상증착 챔버 또는 화학 기상증착 챔버와 같은 탄화규소 증착 챔버(42)내 세척 기판(221)상의 탄화규소의 증착 이후, (탄화규소를 포함하는) 기판(222)이 산화 챔버로 이동되고, 여기서 탄화규소는 산화되어 산화규소를 형성한다. 다음으로, (산화규소를 포함하는) 기판(223)이 에칭 스테이션(34)으로 이동된다. 에칭 스테이션내 산화규소의 에칭 이후, 기판은 세척 스테이션으로 이동되고, 여기서 기판은 세척되고 에칭 처리가 중지된다. 마지막으로, 기판은 원심 분리기에서 스핀 건조된다. 이러한 상태에서, 만일 기판을 추가의 테스트를 위해 재사용하고자 한다면, 세척 기판(221)이 탄화규소 증착 챔버(42)로 다시 이동된다.
기판으로부터 탄화규소를 제거하는 공정은 바람직하게는 하나 이상의 중앙처리장치(CPU) 및 관련 제어 소프트웨어를 저장하기 위한 메모리를 포함하는 지지 회로(컴퓨터 판독 매체)를 가진 프로그램 가능한 컴퓨터와 같은 처리 제어기에 의해제어된다. 단일 처리 제어기(40)는 증착, 산화 및 에칭을 제어하는데 사용되고, 다수의 처리 제어기가 사용될 수도 있다.
도 2는 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 방법(50)의 일반적인 공정 순서도이다. 단계 100에서, 탄화규소를 포함하는 기판이 제공된다. 테스트 기판에 대해, 탄화규소는 일반적으로 층 형태이다. 하지만, 탄화규소는 라인, 비아, 플러그, 패드 등과 같이 기판상의 특징부일 수 있다. 단계 102에서, 탄화규소는 산화되어 산화규소를 형성한다. 단계 102는 도 3을 참조하여 이하에서 설명되는 바와 같이 여러 기술로 수행될 수 있다. 마지막으로, 단계 104에서, 산화규소가 제거된다. 단계 104는 도 3을 참조하여 이하에서 설명될 바와 같이 여러 처리 기술에 의해 수행된다.
도 3은 도 2의 방법의 제 1 실시예에 대한 순서도를 도시한다. 단계 100에서, 탄화규소를 포함하는 기판이 제공된다. 단계 200에서, 기판은 노(furnace)와 같은 기판 가열 시스템으로 이동된다. 기판은 당업자에게 공지된 바와 같이 자동 이동 로봇에 의해 이동될 수 있다. 단계 202에서, 기판 가열 시스템이 기판을 산소 분위기에서 가열하여 탄화규소를 산화시킴으로써 산화규소를 형성하도록 한다. 전형적으로, 탄화규소는 대략 5kÅ의 두께를 가진 층을 포함하고, 산화규소는 대략 4kÅ의 두께를 가진 층을 포함한다. 단계 204에서, 기판은 용매 에칭 시스템으로 이동된다. 단계 206에서, 용매 에칭 시스템은 용매에 기판을 담금(immersion)으로써 산화규소를 제거하도록 기판에 대한 용매 에칭 처리를 수행한다. 완충 불화수소산 용액과 같은 통상적인 용매 또는 다른 불소-기본 용매가 사용될 수 있다. 마지막으로, 단계 208에서, 기판은 용매 에칭 시스템으로부터 제거된다.
도 3의 단계 202를 수행하기 위한 처리 방법의 예
이하의 처리는 단계 202를 수행하기 위해 사용되고, 여기서 기판 가열 시스템은 기판을 가열하여 탄화규소를 산화시킴으로써 산화규소를 형성한다. 단계 202는 가열 시스템으로서 진공 노와 같은 노를 사용하여 수행된다. 기판이 노에 인도된 이후, 노의 내부 온도는 대략 650℃로 상승되고, 압력은 대기압으로 유지된다. 다음으로, 질소(N2) 기체가 대략 7slpm(standard liters per minute)의 유량으로 노에 유입되고, 노의 내부 온도는 대략 분당 10℃ 내지 20℃의 비율로 대략 650℃에서 1000℃로 상승된다. 대략 1000℃의 온도로 상승된 이후, 질소 유입이 중단되고 산소 기체(O2)가 대략 1분당 2slpm의 유량으로 노에 유입된다. 다음으로, 수소 및 산소 기체 혼합물이 대략 3.5slpm의 유량으로 유입되고, 수소 기체가 대략 2slpm의 유량으로 유입된다.
노에 수소 및 산소가 유입되는 동안, 기판은 제거될 탄화규소의 양에 따라 대략 20분에서 120분으로 1000℃ 노내에서 유지되고, 탄화규소는 산화되어 산화규소를 형성한다. 예를 들면, 대략 1kÅ의 두께를 가진 탄화규소층을 구비하는 기판에 대해, 기판을 대략 30분 동안 가열된다. 대략 2kÅ의 두께를 가진 탄화규소를 구비하는 기판에 대해, 기판은 대략 45분 동안 가열된다. 대략 4kÅ의 두께를 가진 탄화규소를 구비하는 기판에 대해, 기판은 대략 90분 동안 가열된다. 이러한 처리 동안, 이산화탄소 및 물이 노로부터 형성 및 배출된다. 이후, 수소 기체의 노로의유입이 중단되고, 산소가 대략 1분 동안 2slpm의 유량으로 챔버내에 유입된다. 다음으로, 산소 유입이 중단되고 질소 기체가 대략 7slpm의 유량으로 챔버로 유입되며, 온도는 대략 분당 10℃ 내지 20℃의 비율로 대략 1000℃에서 650℃로 감소된다. 마지막으로, 기판이 노로부터 제거된다.
상술된 예에서의 양은 소정 요인에 따라 특정 범위내에서 변화가능하다. 예를 들면, 상기 예에서 1000℃인 산소 온도는 대략 650℃로부터 1050℃의 범위일 수 있다. 더욱이, 유입된 질소 기체 대 유입된 산소 기체의 비는 변한다. 하지만, 수소 기체의 리터수 대 산소 기체의 리터수의 비는 대략 2 대 1 및 1.75 대 1 사이인 것이 바람직하다. 특히, 산화 처리가 진공 노내에서 수행되었다면, 수소의 리터수 대 산소의 리터수의 비는 대략 2 대 1이 바람직하다.
도 3의 단계 206을 수행하기 위한 처리 방법의 예
이하의 처리는 단계 206을 수행하는데 사용되며, 여기서 용매 애칭 시스템은 산화규소를 제거하기 위해 기판상의 용매 에칭 처리를 수행한다. 용매 에칭 시스템은 불화수소산 배스, 탈이온수 배스 및 원심 분리기를 포함한다. 불화수소산 배스는 49% 완충 불화수소산 용액을 포함한다. 기판이 불화수소산 배스에 가잘 먼저 배치되고 기판으로부터 어떠한 산화규소도 에칭하기 위해 대략 20분 동안 불화수소산 배스내에 잠긴다. 다음으로, 기판은 에칭 처리를 중단시키고 기판을 세척하기 위해 대략 5분 동안 탈이온수 배스에 담궈진다. 이후, 기판은 원심 분리기내에서 대략 5분 동안 스핀 건조된다. 마지막으로, 기판이 용매 에칭 시스템으로부터 제거된다(단계 207).
도 4는 도 2의 방법의 제 2 실시예의 순서도를 도시한다. 이러한 실시예에서, 산화규소의 산화가 플라즈마 산화 처리 챔버를 구비하는 플라즈마 산화 처리 시스템내에서 플라즈마 산화 처리에 의해 달성된다. 단계 100에서, 탄화규소를 포함하는 기판이 플라즈마 산화 처리 시스템으로 이동된다. 단계 300에서, 기판은 플라즈마 산화 처리 시스템으로 이동된다. 기판은 자동 이동 로봇에 의해 이동되고, 이는 당업자에게 공지되어 있다.
단계 302에서, 플라즈마 산화 처리가 탄화규소를 산화시켜 산화규소를 형성하도록 플라즈마 산화 처리 시스템의 플라즈마 산화 처리 챔버내 기판상에서 수행된다. 플라즈마 산화 처리는 불소 및 산소를 포함하는 기체로부터 고온(즉, 300℃ 이상) 플라즈마를 발생시키도록 고전력 RF 소스(즉, 500W 이상)를 사용한다.
산화규소의 용매 에칭은 도 2와 관련하여 설명된 바와 같은 방법으로 수행된다. 특히, 단계 204에서, 기판은 용매 에칭 시스템으로 이동된다. 단계 206에서, 용매 에칭은 산화규소를 제거하기 위해 기판상에서 수행된다. 마지막으로, 단계 208에서, 기판은 용매 에칭 시스템으로부터 제거된다.
비록 본 발명의 정신과 결합될 수 있는 여러 실시예가 설명되었지만, 당업자라면 이러한 정신과 결합될 수 있는 여러 많은 예를 변형하는 것이 가능할 것이다.
본 발명에 따르면, 기판으로부터 탄화규소를 효율적으로 제거할 수 있는 방법 및 장치가 제공된다.
Claims (23)
- 탄화규소를 포함하는 기판을 제거하는 방법으로서,탄화규소를 포함하는 기판을 제공하는 단계;탄화규소를 산화시켜 산화규소를 형성하는 단계; 및산화규소를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 탄화규소는 층인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 탄화규소는 산소를 포함하는 분위기에서 기판을 가열함으로써 산화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 기판은 질소 및 산소를 포함하는 기체 혼합물하에서 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 질소 및 산소는 대략 3.5 대 1의 질소 대 산소의 중량비와 대략 2 대 1의 질소 대 산소의 중량비 사이로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 질소 및 산소는 2 대 1의 질소 대 산소의 중량비로제공되며, 상기 기판은 진공 노에서 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 기판은 대략 650℃ 내지 1050℃ 범위의 온도에서 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 기판은 대략 20분 내지 120분 동안 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 탄화규소는 노에서 기판을 가열함으로써 산화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 산화규소는 용매 에칭 처리에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 용매 에칭 처리는 불화물 용액을 사용하는 용매 에칭 처리인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 용매 에칭 처리는 49% 완충 불화수소산 용액을 사용하는 용매 에칭 처리인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 용매 에칭 처리는 탈이온수내에서 상기 기판을 린스하는 단계 및 원심 분리기내에서 상기 기판을 스핀 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 탄화규소는 상기 기판의 플라즈마 산화 처리를 수행함으로써 산화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 탄화규소는 플라즈마 산화 처리 챔버내에서 상기 기판의 플라즈마 산화 처리를 수행함으로써 산화되고, 상기 플라즈마 산화 처리 챔버는 플라즈마 산화 처리 시스템의 일부인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 탄화규소를 가지기 이전의 상기 기판의 평균 두께는 상기 산화규소의 적어도 일부를 제거한 이후의 상기 기판의 평균 두께의 대략 2%내 인 것을 특징으로 하는 방법.
- 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 방법으로서,탄화규소를 가진 상기 기판을 제공하는 단계;2 대 1의 질소 대 산소 중량비로 제공되는 산소 기체 및 질소 기체하에서 상기 기판을 가열함으로써 상기 탄화규소의 적어도 일부를 산화시켜 산화규소층을 형성하는 단계; 및상기 산화규소층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
- 기판으로부터 탄화규소를 제거하는 방법으로서,탄화규소를 가진 상기 기판을 제공하는 단계;플라즈마 처리 챔버내에서 상기 기판의 플라즈마 산화를 수행함으로써 상기 탄화규소의 적어도 일부를 산화시켜 산화규소층을 형성하는 단계; 및상기 산화규소층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
- 탄화규소를 제거하는 시스템으로서,상기 탄화규소를 산화시켜 산화규소를 형성하는 산화 시스템; 및상기 산화규소를 제거하는 에칭 시스템을 포함하는 시스템.
- 제 19항에 있어서, 상기 에칭 시스템은:에칭 스테이션;세척 스테이션; 및원심 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 19항에 있어서, 상기 산화 시스템은 플라즈마 산화 처리 챔버를 포함하는 플라즈마 산화 처리 시스템인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 20항에 있어서, 상기 산화 시스템은 가열 시스템인 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제 22항에 있어서, 상기 가열 시스템은 노를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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