KR20090047580A - 결정 결함 영역 평가를 위한 Ｃｕ 오염 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

결정 결함 영역 평가를 위한 Cu 오염 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 Cu 오염 장치는, BOE(Buffered Oxide Etchant)와 Cu 용액을 공급하는 약품 공급부, 약품 공급부로부터 BOE와 Cu 용액을 공급받아 제조한 Cu 오염 용액에 샘플을 디핑(dipping)하여 Cu 오염시키는 Cu 오염 배쓰(bath), Cu 오염 배쓰로부터 Cu 오염된 샘플을 받아 세척하고 건조하는 초순수 세척 및 1차 건조부, 초순수 세척 및 1차 건조부로부터 샘플을 받아 압축 공기를 블로잉하는 2차 건조부, 및 Cu 오염 배쓰, 초순수 세척 및 1차 건조부, 2차 건조부로 샘플을 운반시키는 로봇을 포함한다.

웨이퍼, 열처리, 결정 결함, 헤이즈

Description

결정 결함 영역 평가를 위한 Ｃｕ 오염 장치 및 방법 {Apparatus and method of contaminating Cu for identifying crystal defect region}

본 발명은 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 웨이퍼에 내재하는 여러 가지 결함들의 영역을 구분하여 평가하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Cu 오염과 열처리로 헤이즈(haze)를 발생시켜 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 웨이퍼에 내재하는 여러 가지 결함들의 영역을 구분하여 평가하는 방법을 실시함에 있어 샘플을 Cu 오염시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

초크랄스키 방법으로 제조한 단결정 실리콘 잉곳과 이를 가공하여 만든 실리콘 웨이퍼에는 COP(Crystal Originated Particles), FPD(Flow Pattern Defect), OiSF(Oxygen induced Stacking Fault), BMD(Bulk Micro Defect) 등의 결정 결함이 나타나고 있으며, 이와 같은 결정 결함은 소자 수율 및 품질에 영향을 미친다. 따라서, 결정 결함을 완전히 제거시킴과 동시에 이런 결함을 쉽고 빠르게 평가하는 기술은 아주 중요하다.

그리고, 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 웨이퍼는 그 결정의 성장 조건에 따라서 베이컨시형 점결함이 우세하여 과포화된 베이컨시가 응집된 결함을 갖는 v- rich 영역, 베이컨시형 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pv 영역, 베이컨시/인터스티셜 경계(V/I boundary), 인터스티셜 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pi 영역, 인터스티셜 점결함이 우세하여 과포화된 인터스티셜 실리콘이 응집된 결함을 갖는 i-rich 영역 등이 존재한다. 이러한 영역이 발생하는 위치와 단결정 실리콘 잉곳의 결정 길이별로 이러한 영역들이 어떻게 변화해 가는지 확인하는 것은 결정의 품질 수준을 평가함에 있어서 가장 기초적인 것이다.

이러한 단결정 실리콘의 결함 영역을 확인하기 위하여 기존에는 폴리싱 처리를 한 웨이퍼 세정 후의 COP의 분포를 입자계수기(particle counter)를 이용하여 평가하는 방법, 세코 에칭(Secco etching) 등 습식 부식액을 이용한 FPD 평가, 고온/장시간의 열처리를 통해 산소 석출물을 형성시킨 후 각각 다른 결함 영역의 석출 거동의 차이를 이용한 평가, 전이금속을 저농도로 오염시켜 확산 열처리를 한 다음 재결합 라이프 타임을 측정하는 방법 등이 있었다. 그러나, 이러한 방법들은 많은 문제점들을 가지고 있어 본 출원인은 2006년 9월 25일자로 출원한 제2006-0092722호를 통해 Cu 헤이즈를 이용한 단결정 실리콘의 결정 결함 영역 구분 방법을 제안한 바 있다.

상기 출원에는 단결정 실리콘 잉곳의 조각 또는 실리콘 웨이퍼로 된 샘플을 준비하여 시료대에 장착한 후, 샘플의 한쪽 면에 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액과 Cu의 혼합 용액인 Cu 오염 용액을 도포하고 일정 시간 방치하여 Cu를 오염시킨 후, 샘플 위의 Cu 오염 용액을 폐기하고 세척하여 건조시킨 다음, 짧은 확산 열처리를 통해 헤이즈를 발생시켜 추가적인 검사 장비없이 집광등 하에서 육안으로 결정 결함 영역을 구분하는 방법이 개시되어 있다.

상기 출원에 개시된 방법은 헤이즈 발생을 위한 고농도 Cu 오염에 매우 효과적이지만 수작업에 의한 단면 오염임에 따라 대량 양산 체제에서 웨이퍼의 품질을 다량 검사하는 데에 적용하려면 개선이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 웨이퍼 품질의 다량 검사를 위해 Cu 오염을 자동화할 수 있는 Cu 오염 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 Cu 오염 장치는, BOE와 Cu 용액을 공급하는 약품 공급부; 상기 약품 공급부로부터 BOE와 Cu 용액을 공급받아 제조한 Cu 오염 용액에 샘플을 디핑(dipping)하여 Cu 오염시키는 Cu 오염 배쓰(bath); 상기 Cu 오염 배쓰로부터 Cu 오염된 샘플을 받아 세척하고 건조하는 초순수 세척 및 1차 건조부; 상기 초순수 세척 및 1차 건조부로부터 샘플을 받아 압축 공기를 블로잉하는 2차 건조부; 및 상기 Cu 오염 배쓰, 초순수 세척 및 1차 건조부, 2차 건조부로 상기 샘플을 운반시키는 로봇을 포함한다.

상기 초순수 세척 및 1차 건조부는 오버플로우(overflow) 방식의 초순수 세척 배쓰; 및 상기 초순수 세척 배쓰로 초순수 및 핫 DI(hot deionized water)를 투입할 수 있는 공급부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 Cu 오염 방법은 BOE와 Cu 용액을 공급하여 제조한 Cu 오염 용액에 샘플을 디핑하여 Cu 오염시키는 단계; 상기 Cu 오염된 샘플을 초순수로 세척하고 1차 건조하는 단계; 및 상기 1차 건조된 샘플에 압축 공기를 블로잉하여 2차 건조하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 Cu 오염 방법은 본 발명에 따른 Cu 오염 장치를 이용해 수행할 수도 있으며, 이 때, Cu 오염 배쓰에 BOE와 Cu 용액을 공급하여 Cu 오염 용액을 제조하고 샘플을 디핑하여 Cu 오염시키는 단계; 초순수 세척 및 1차 건조부의 초순수 세척 배쓰에서 상기 Cu 오염된 샘플을 초순수로 세척하는 단계; 상기 초순수 세척 배쓰에서 초순수를 배출하고 상기 공급부를 통해 상기 Cu 오염된 샘플에 핫 DI를 투입하는 단계; 상기 핫 DI 투입 후 상기 Cu 오염된 샘플을 상기 초순수 세척 배쓰에서 상승시키며 1차 건조하는 단계; 및 상기 1차 건조된 샘플을 2차 건조부에서 압축 공기를 블로잉하여 2차 건조하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 한꺼번에 여러 장의 샘플을 오염시키는 것이 가능하다. 따라서, 이 기술을 적용하게 되면 대량 양산 체제에서의 단결정 품질 수준을 대량으로 모니터링하는 데에 큰 도움이 된다.

종래 수작업으로 이루어지는 Cu 오염에서는 작업자 숙련도에 의존하므로 재현성에 문제가 발생하며 샘플의 얼룩이 간헐적으로 발생하여 후속 헤이즈 평가에 영향을 줄 염려가 있다. 그러나, 본 발명에 따르면 Cu 오염이 자동화되며 최적의 조건을 적용할 수 있으므로 단시간 내에 재현성 있는 Cu 오염이 가능하다. 디핑 방식에 의해 샘플의 양쪽면에 Cu를 오염시킬 수 있어 얼룩 발생 문제를 최소화할 수 있어 Cu 헤이즈 평가의 정확도를 높일 수 있다.

그리고, 자동화된 장치로서 로봇을 이용하므로 약품 접촉이나 흡입 등의 안전상의 문제에 노출될 가능성이 적어 안전한 Cu 오염을 실시할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 본 발명에 따른 Cu 오염 장치의 블록도이고 도 2는 본 발명에 따른 Cu 오염 방법의 순서도이다. 도 2의 방법은 도 1의 장치를 이용하여 수행될 수도 있고 이 방법의 실시에 적합한 다른 장치를 구성하여 수행할 수도 있다.

먼저 도 1을 참조하면, Cu 오염 장치(100)는 약품 공급부(10), Cu 오염 배쓰(20), 초순수 세척 및 1차 건조부(30), 그리고 2차 건조부(40)를 포함하도록 구성되어 있다. 여기에 샘플이 다량 적재된 카세트를 Cu 오염 배쓰(20), 초순수 세척 및 1차 건조부(30), 2차 건조부(40) 등으로 운반하기 위한 로봇(50)이 부가된다. 모든 구성 요소는 컴퓨터 조작으로 제어가 가능하며, 각 부분의 특징은 다음과 같다.

약품 공급부(10)는 Cu 오염을 위해 사용되는 BOE(Buffered Oxide Etchant, HF와 NH₄F의 혼합용액)와 Cu 용액, 예컨대 CuNO₃ 용액을 각각 담은 용기와 배관이 장착되어 Cu 오염 배쓰(20)로 그 양을 정량 공급한다. 약품 공급부(10)에는 별도의 배기 라인을 구성하여 약품의 누출이 인체에 영향을 주지 않도록 설계한다.

Cu 오염 배쓰(20)에는 공급된 BOE와 CuNO₃가 잘 교반이 될 수 있도록 질소 버블링 방식을 채택할 수 있다. 그러나, 웨이퍼나 잉곳의 종축 샘플이 투입된 후에는 버블링이 불균일한 샘플 오염을 유발할 수 있기 때문에 Cu 오염 배쓰(20)에 샘플이 투입되고 공정이 진행되는 과정에는 버블링이 중지되도록 구성함이 바람직하다. 또한 작업이 완료되면 작업의 완료를 알려주는 알림 기능을 부가할 수 있다. Cu 오염 배쓰(20)에는 샘플을 다량 적재한 카세트가 로봇(50)에 의해 운반되어 디핑되므로 한번에 많은 양의 샘플 처리가 가능하다.

초순수 세척 및 1차 건조부(30)는 Cu 오염 배쓰(20)에서 Cu 오염된 샘플을 받아 초순수로 세척한 후 1차적으로 건조하기 위한 부분으로, 오버플로우 방식의 초순수 세척 배쓰, 초순수 및 핫 DI를 투입할 수 있는 공급부 등을 포함한다. Cu 오염 배쓰(20)에서 꺼내진 카세트는 로봇(50)에 의해 초순수 세척 배쓰에 넣어져 세척된 후 핫 DI 투입으로 세척이 마무리되며 로봇(50)이 카세트를 리프트시켜 1차 건조되도록 구성한다.

1차 건조를 하게 되면 약간의 물기가 남아 있으므로 수십 초간 고압의 공기를 불어서 상/하로 움직이면서 웨이퍼를 건조시킬 수 있도록 압축 공기(질소, 아르곤과 같은 유사한 불활성 가스 모두 가능)를 블로잉하는 장치를 포함하는 2차 건조 부(40)를 구성한다. 초순수 세척 및 1차 건조부(30)에서 1차 건조된 샘플은 로봇(50)에 의해 2차 건조부(40)로 운반되어 2차 건조되어 Cu 오염 공정이 종료된다.

이하에서는 이러한 Cu 오염 장치(100)를 이용한 Cu 오염 방법의 가장 최적의 공정 조건 및 순서를 도 2를 더 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저 약품 공급부(10)에 약품을 교체한 후 액 교환을 실시하면 Cu 오염 배쓰(20)에 BOE와 Cu 용액이 자동으로 보충된 후 질소 버블링에 의해 교반이 시작되고 Cu 오염 배쓰(20)에서 Cu 오염 용액이 제조된다(단계 s1).

공정 시작과 함께 샘플을 BOE 용액 안의 Cu 농도 1 ppm ~ 10 ppm, 예를 들면 3.8 ppm의 농도로 맞추어진 Cu 오염 배쓰(20)에 투입하면 질소 버블링이 중지된다(단계 s2). Cu 농도는 결함 평가 가능성, 처리 시간 및 효율성을 고려하여 적합하게 결정할 수 있다. 지나치게 낮은 농도를 사용할 경우에는 반응 시간이 길어져서 처리 능률이 낮을 수 있으며, 농도가 지나치게 높을 경우에는 반응이 급격하여 결정 결함을 구분하기 어렵다.

샘플은 단결정 실리콘 잉곳의 조각 또는 실리콘 웨이퍼로서, 단결정 실리콘 잉곳을 슬라이싱하고 슬라이싱에 의해 형성된 표면결함을 제거하기 위해 그라인딩을 수행한 웨이퍼를 보통 이용하게 되나, 슬라이싱 공정만이 수행된 웨이퍼, 그라인딩 공정이나 랩핑 공정이 수행된 웨이퍼에도 적용가능하며, 폴리싱을 수행한 웨이퍼에 대해서도 적용하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라, 실리콘 잉곳의 중심을 지나고 종축 방향으로 사각형 모양으로 절단한 단결정 실리콘 잉곳의 조각에 대해서도 적용하는 것이 가능하다.

샘플은 카세트에 여러 장, 예컨대 13장씩 로딩되어 카세트채로 Cu 오염 배쓰(20)에 디핑될 수 있다. Cu 오염 배쓰(20)를 더 크게 구성하고 카세트의 슬롯 수를 더 많게 구성하면 이보다 많은 매수의 샘플을 한번에 오염시킬 수 있다. 샘플은 Cu 오염 배쓰(20)에 1 ~ 10분 정도 담가둔다. 예를 들어 3분간 Cu 오염 환경에 둔다. 디핑 방식에 의하므로 종래와 달리 샘플의 양쪽 면이 오염된다.

Cu 오염 배쓰(20)에서의 공정이 완료되면 샘플이 로딩된 카세트를 초순수 세척 및 1차 건조부(30)로 이동시킨다. 그러면 공정 시작과 함께 10 ~ 600초, 예를 들면 30초 동안 초순수가 오버플로우되면서 샘플에 묻은 약품을 제거한다. 30초 후 초순수는 배출되고 30 ~ 60℃, 바람직하게는 40℃의 핫 DI를 공급한 후 1 ~ 600초, 예를 들면 10초 정도 기다렸다가 카세트를 1 ~ 2 mm/sec의 속도로 상승시켜 샘플을 1차적으로 건조한다(단계 s3).

1차 건조가 완료되면 카세트를 2차 건조부(40)로 이동하여 공정 시작한다. 압축 공기를 10 ~ 600초, 예컨대 60초 정도 상하로 움직이면서 블로잉하여 2차 건조시킨다(단계 s4). 이러한 2 단계의 건조는 얼룩 발생 문제를 최소화시켜 Cu 헤이즈 평가의 정확도를 높여준다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 장치 및 방법은 로봇을 이용한 자동화 방식이므로 작업자 숙련도에 의존하지 않고 재현성이 있다. 약품 접촉이나 흡입 등의 안전상의 문제에 노출될 가능성이 적어 안전한 Cu 오염을 실시할 수 있다. 최적의 Cu 오염 공정 조건을 적용하여 Cu 헤이즈를 이용한 결정 결함 영역 평가에 적용할 수 있다.

(실험예)

상기의 순서로 작업된 Cu 오염에 따른 헤이즈 평가 결과는 다음과 같다. 한 장의 웨이퍼를 반으로 절단하여 하나는 상기 출원에 기재된 단면 오염을 실시하였고 나머지는 본 발명에 따른 Cu 오염 장치(100) 및 방법을 이용하여 오염을 실시한 후 1000℃에서 20분 열처리를 실시하여 Cu 헤이즈를 평가하였다.

그 결과 도 3과 같이 본 발명 및 종래가 서로 차이 없이 동일한 헤이즈 형태를 얻을 수 있음을 확인하였다. 즉, 본 발명을 적용할 경우 기존 단면 오염과 같이 Cu 헤이즈를 일으켜 결정 결함 영역을 구분하는 데에 무리없이 적용할 수 있으며, 종래보다 한번에 많은 양의 샘플을 오염시킬 수 있어 대량 검사에 유리한 것을 확인하였다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 Cu 오염 방식을 이용하여 웨이퍼 뿐만 아니라 잉곳의 수직 절단된 버티칼 샘플의 오염 및 평가도 가능한지에 대해 확인한 결과, 도 4와 같이 Cu 헤이즈 평가를 할 수 있음을 확인하였다.

Cu 오염된 샘플 표면에 존재하는 Cu 이온은 열처리를 통해 샘플 내부에 형성되어 있는 각종 결함 영역, 즉 Pv 영역, Pi 영역 등으로 확산되고 각종 결함 영역에서 그 양상을 달리하면서 확산되며, 특히 열처리된 샘플 표면에서 헤이즈가 발생된 영역은 Pi 영역으로, 표면에서 헤이즈가 발생되지 않은 영역은 Pv 영역으로 해석한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상 의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

도 1은 본 발명에 따른 Cu 오염 장치의 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 Cu 오염 방법의 순서도,

도 3은 종래와 본 발명에 따른 Cu 오염 방법을 이용하여 헤이즈 평가를 실시한 결과, 그리고

도 4는 잉곳의 수직 절단된 버티칼 샘플을 본 발명에 따른 Cu 오염방법을 이용하여 헤이즈 평가한 결과이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...약품 공급부 20...Cu 오염 배쓰

30...초순수 세척 및 1차 건조부 40...2차 건조부

50...로봇 100...Cu 오염 장치

Claims (7)

1. BOE(Buffered Oxide Etchant)와 Cu 용액을 공급하는 약품 공급부;

   상기 약품 공급부로부터 BOE와 Cu 용액을 공급받아 제조한 Cu 오염 용액에 샘플을 디핑(dipping)하여 Cu 오염시키는 Cu 오염 배쓰;

   상기 Cu 오염 배쓰로부터 Cu 오염된 샘플을 받아 세척하고 건조하는 초순수 세척 및 1차 건조부;

   상기 초순수 세척 및 1차 건조부로부터 샘플을 받아 압축 공기를 블로잉하는 2차 건조부; 및

   상기 Cu 오염 배쓰, 초순수 세척 및 1차 건조부, 2차 건조부로 상기 샘플을 운반시키는 로봇을 포함하는 Cu 오염 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 약품 공급부에 배기 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Cu 오염 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 Cu 오염 배쓰는 상기 약품 공급부로부터 공급받은 BOE와 Cu 용액을 질소 버블링 방식으로 교반하여 상기 Cu 오염 용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 Cu 오염 장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 초순수 세척 및 1차 건조부는

   오버플로우(overflow) 방식의 초순수 세척 배쓰; 및

   상기 초순수 세척 배쓰로 초순수 및 핫 DI(hot deionized water)를 투입할 수 있는 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 Cu 오염 장치.
5. BOE와 Cu 용액을 공급하여 제조한 Cu 오염 용액에 샘플을 디핑하여 Cu 오염시키는 단계;

   상기 Cu 오염된 샘플을 초순수로 세척하고 1차 건조하는 단계; 및

   상기 1차 건조된 샘플에 압축 공기를 블로잉하여 2차 건조하는 단계를 포함하는 Cu 오염 방법.
6. 제4항 기재의 Cu 오염 장치를 이용하며,

   Cu 오염 배쓰에 BOE와 Cu 용액을 공급하여 Cu 오염 용액을 제조하고 샘플을 디핑하여 Cu 오염시키는 단계;

   초순수 세척 및 1차 건조부의 초순수 세척 배쓰에서 상기 Cu 오염된 샘플을 초순수로 세척하는 단계;

   상기 초순수 세척 배쓰에서 초순수를 배출하고 상기 공급부를 통해 상기 Cu 오염된 샘플에 핫 DI를 투입하는 단계;

   상기 핫 DI 투입 후 상기 Cu 오염된 샘플을 상기 초순수 세척 배쓰에서 상승시키며 1차 건조하는 단계; 및

   상기 1차 건조된 샘플을 2차 건조부에서 압축 공기를 블로잉하여 2차 건조하 는 단계를 포함하는 Cu 오염 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 Cu 오염 배쓰에 BOE와 Cu 용액을 공급하여 질소 버블링 방식으로 교반하여 상기 Cu 오염 용액을 제조하고, 상기 Cu 오염 배쓰에 상기 샘플이 디핑되면 질소 버블링을 중지하는 것을 특징으로 하는 Cu 오염 방법.

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