KR20100043898A - 매엽식 기판 세정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매엽식 기판 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는, 매엽식 기판 세정 방법은, (S11) 기판을 오존수로 세정하여, 기판 표면에 1차산화막을 형성하는 단계; (S12) 상기 기판 상부에 형성된 1차산화막을 희석 불산과 질소 가스를 이용하여 제거하는 단계; (S13) 상기 1차산화막이 제거된 기판을 오존수로 세정하여 2차산화막을 형성하는 단계; (S14) 상기 기판을 린싱하는 단계; 및 (S15) 상기 린싱된 기판을 건조하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 종래의 매엽식 기판 세정 방법에 발생되는, 과량의 세정액 및 초순수의 사용의 문제점과 다양한 세정액을 사용하기 위해서는 복잡한 세정 노즐이 추가되며, 세정 시간이 증대되는 문제점을 해결하고, 세정액의 재활용이 가능하며, 세정 공정 중의 오염 문제를 최소화할 수 있으며, 세정 효율을 향상시킬 수 있고, 세정 효과 우수한 고품질의 기판을 준비할 수 있는 장점이 있다.

매엽식, 기판, 세정, 초순수, 표준세정용액, 오존수

Description

매엽식 기판 세정 방법{Cleaning method for single peace type substrate}

본 발명은 매엽식 기판 세정 방법에 관한 것으로서, 기판을 오존수로 1차세정하여 기판 표면에 산화막을 형성한 후, 이를 희석 불산과 질소 가스를 이용하여 제거하고, 다시 기판을 오존수로 2차세정한 후, 린싱 및 건조를 진행함으로써, 세정액 등의 과량 사용을 억제하고, 보다 개선된 세정 효과를 발현시키 수 있는 매엽식 기판 세정 방법에 관한 것이다.

반도체장치를 제조하기 위한 여러 공정 중, 기판 표면에 부착되는 이물질 또는 불필요한 막을 제거하는 세정 공정이 있다.

이러한 세정 공정은, 다수의 반도체 기판을 동시에 세정하는 배치식 세정 방법과 기판을 낱장 단위로 세정하는 매엽식 세정 방법으로 구분되며, 각각의 세정 방법에 따라 사용되는 세정 장치도 구별되고 있다.

배치식 세정 장치는 반도체 기판을 세정하기 위한 세정액이 수용된 세정조에 다수의 기판을 침지시켜 한번에 다수의 반도체 기판을 세정한다. 이때, 세정조에 수용된 세정액의 세정 효율을 향상시키기 위해 세정액에 대해 초음파 진동을 인가할 수도 있다. 매엽식 세정 장치는 반도체 기판을 지지하기 위한 척과 반도체 기판 의 전면 또는 그 이면에 세정액을 공급하기 위한 여러 종류의 노즐을 구비하고 있으며, 이들 노즐을 통해 기판에 공급되는 세정액은 초음파 진동이 인가된 상태로 공급될 수도 있으며, 기판 상에 세정액이 공급된 상태에서 기판에 대해 초음파 진동이 인가될 수도 있다.

매엽식 세정 방법은, 배치식 세정 방법에 비해 사용되는 세정액 등의 화학 약품이 적으며, 단일 기판에 대한 균일한 세정이 가능하며, 세정 효율이 높은 장점이 있다. 또한, 에칭, 증착 등과 같은 다른 반도체 공정 장비와 더불어 클러스터링을 가능케 하며, 장비 크기 또한 배치 방식과 비교해 소형화할 수 있으므로, 그 용적율이 작고 세정 사이클 시간을 단축시킬 수 있는 장점도 있다.

특히, 300mm 이상의 대구경 웨이퍼의 사용이 보편화되고, 기판에 형성되는 미세 패턴에 따라 미세 파티클 제거의 중요성이 증대되고 있는 바, 점점 반도체 기판의 세정 공정에서 매엽식 세정 방법이 주요하게 채택되고 있다.

대한민국 특허출원공개 제10-2007-0044966호에 개시되고 있는 매엽식 세정 방법은 첨부된 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 매엽식 세정 방법의 하나를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1에 따르면, 오존수로 기판을 세정하는 단계, 희석불산 용액으로 기판을 세정하는 단계, 수소수로 기판을 린스하는 단계 및 기판을 건조하는 단계로 순차적으로 진행됨을 알 수 있다. 상기 오존수에 의한 세정은, 노즐을 통해 기판 표면에 오존수를 분사하여 기판 표면에 존재하는 유기 오염물질 및 자연산화막을 제거하는 과정이며, 상기 희석불산 용액에 의한 세정은, 기판 표면에 존재하는 잔류하는 파 티클 및 자연산화막을 제거하는 과정이다. 상기 2단계의 세정이 완료되면 수소수를 이용하여 기판 표면에 잔류하는 세정액들 및 파티클을 제거하는 린스 공정을 수행한 후 건조 공정을 진행한다.

대한민국 특허출원공개 제10-2007-0044967호에 개시되고 있는 매엽식 세정 방법은 첨부된 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 종래의 매엽식 세정 방법의 다른 하나를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 2에 따르면, 먼저, 희석된 불산용액으로 기판을 1차 세정한 후 기판을 린스하고, 표준세정액1로 기판을 2차 세정한 후, 다시 기판을 린스하고, 제1차 세정시 사용하였던 희석된 불산용액으로 기판을 3차 세정한 후 기판을 린스한 후, 마지막으로 기판을 건조하는 과정으로 세정 공정을 진행한다.

전술한 두 가지의 종래의 매엽식 기판 세정 방법은 세정액 및 초순수의 사용량이 과다하며, 세정액 노즐만을 이용한 에칭 방식으로 케미칼 사용량이 증가되는 문제점이 있으며, 다양한 세정액을 사용하기 위해서는 복잡한 세정 노즐이 추가되며, 세정 시간이 증대되는 문제점이 있다.

본 발명은, 종래의 매엽식 기판 세정 방법이 갖는 전술한 여러 문제점을 해결하기 위한 노력에서 안출되었다.

전술한 종래의 문제점에 기초하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 세정효율의 증대, 세정 시간의 단축, 상온에서의 에칭 공정 및 산화막 형성 공정을 동시에 진행함으로써 생산성을 향상시키며, 소정의 세정액을 사용함으로써 불순물 등이 웨이퍼에 재흡착되는 것도 방지하고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 매엽식 기판 세정 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위해 제공되는 매엽식 기판 세정 방법은, (S11) 기판을 오존수로 세정하여, 기판 표면에 1차산화막을 형성하는 단계; (S12) 상기 기판 상부에 형성된 1차산화막을 희석 불산과 질소 가스를 이용하여 제거하는 단계; (S13) 상기 1차산화막이 제거된 기판을 오존수로 세정하여 2차산화막을 형성하는 단계; (S14) 상기 기판을 린싱하는 단계; 및 (S15) 상기 린싱된 기판을 건조하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 (S11)단계에서 사용되는 오존수의 농도는 1 ppm 내지 20ppm이면 바람직하며, 상기 (S12)단계에서 사용되는 희석불산의 농도는 0.1% 내지 1%이면 바람직하다.

한편, 상기 (S13)단계에서의 세정 공정의 온도는 10 내지 30℃이고, 그 세정시간은 10초 내지 1분이면 바람직하며, 상기 (S14)단계의 린싱은, 오존수 또는 순수를 이용하여 진행하거나 질소가스가 혼입된 초순수를 이용하여 진행하면 바람직하다.

그리고, 상기 (S15)단계의 건조는, 스핀건조에 의해 진행하면 바람직하며, 상기 스핀건조는, 질소 가스를 이용하여 진행하면 더욱 바람직하다.

본 발명에 따르면, 종래의 매엽식 기판 세정 방법에 발생되는, 과량의 세정액 및 초순수의 사용의 문제점과 다양한 세정액을 사용하기 위해서는 복잡한 세정 노즐이 추가되며, 세정 시간이 증대되는 문제점을 해결하고, 세정액의 재활용이 가능하며, 세정 공정 중의 오염 문제를 최소화할 수 있으며, 세정 효율을 향상시킬 수 있고, 세정 효과 우수한 고품질의 기판을 준비할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 매엽식 기판 세정 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.

도 3에 도시된 바에 따르면 다음의 단계에 의해 기판 세정이 이루어진다.

먼저, 기판을 오존수로 세정하여, 기판 표면에 1차산화막을 형성하는 단계(S11)를 진행한다. 이때, 상기 (S11)단계에서 사용되는 오존수의 농도는 1 ppm 내지 20ppm이면 바람직하다. 상기 오존수 농도에 대한 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 산화막 형성 능력이 부족하여 실리콘 기판 표면을 충분히 친수성화하여 표면 안정화를 이루지 못하여 실리콘 기판의 표면에 파티클이 부착되거나 건 조시 워터마크가 발생하여 표면 품질을 저해하여 바람직하지 못하며, 그 상한을 초과하면 사용량에 비해 그 효과 개선 정도의 효율성이 크지 않아 바람직하지 못하다.

이어서, 상기 기판 상부에 형성된 1차산화막을 희석 불산(DHF)과 질소 가스(N₂)를 이용하여 제거하는 단계(S12)를 진행한다. 이때, 상기 (S12)단계에서 사용되는 희석불산의 농도는 0.1% 내지 1%이면 바람직하다. 상기 희석불산의 농도에 대한 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 산화막 식각 효과가 떨어져 바람직하지 못하며, 그 상한을 초과하면 산화막이 완전히 식각되어 바람직하지 못하다.

계속하여, 상기 1차산화막이 제거된 기판을 오존수로 세정하여 2차산화막을 형성하는 단계(S13)를 진행한다. 이때, 상기 (S13)단계에서의 세정 공정의 온도는 10 내지 30℃이고, 그 세정시간은 10초 내지 1분이면 바람직하다. 상기 세정 공정 온도에 관한 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 산화막 식각 효과가 저하되어 바람직하지 못하며, 그 상한을 초과하면 산화막이 완전히 식각되어 바람직하지 못하다. 상기 세정 시간에 관한 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 실리콘 기판 표면에 충분한 2차산화막 형성 능력이 저하되어 바람직하지 못하며, 그 상한을 초과하더라도 실리콘 기판 표면의 2차산화막 형성 효과에 큰 영향을 미치지 않아 바람직하지 못하다.

계속하여, 상기 2차산화막이 형성된 기판을 린싱하는 단계(S14)를 진행한다. 이때, 상기 (S14)단계의 린싱은, 오존수 또는 순수를 이용하여 진행하거나 5 내지 10 ℓ/min의 질소가스가 혼입된 초순수를 이용하여 진행하면 바람직하나 반드시 이 에 한정되는 것은 아니다.

마지막으로, 상기 린싱된 기판을 건조하는 단계(S15)를 진행하므로써 기판 세정 공정을 마무리한다. 이때, 상기 (S15)단계의 건조는, 스핀건조에 의해 진행하면 바람직하고, 상기 스핀건조는, 질소 가스를 이용하여 진행하면 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

전술한 공정 과정에서, 오존수의 경우에는 반감기가 짧고 분해되는 특성이 있으므로, 지속적으로 외부 주입이 이루어져야 하지만, 불산의 경우에는 재생이 가능하므로, 공급 사용 후, 이를 회수하여 재생하여 사용할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 매엽식 기판 세정 방법에서의 산화막 식각(에칭)과 형성 과정을 설명하기 위한 그래프이다.

도시된 바에 따르면, 그래프의 세로축은 산화막의 두께(Oxide Thickness)를 나타내며, 그래프의 가로축은 세정시간을 나타낸다.

오존 세정 시 10초 이내에 전체 형성되는 산화막 두께의 대부분이 형성되며, 세정 시간이 증가되더라도 산화막 두께는 증가되지 않음을 알 수 있다. 즉, 오존수(DIO₃)와 희석 불산(DHF)의 산화 및 식각(에칭)의 실질적인 공정 메카니즘은 공정 시작 후, 10초 이내의 짧은 시간 동안에 대부분이 이루어진다는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 매엽식 기판 세정 방법의 파티클 제거 효율을 비교하기 위한 그래프이다.

도 5에서 세로축은 세정효율을 백분율로 나타낸 것이며, 가로에는 3가지의 실시예와 비교예를 구분하여 나타내었다. 파티클 제거 능력 평가를 50nm 이상의 파 티클 수가 700개 수준인 샘플 웨이퍼를 사용하여 종래의 세정 방법과 본 발명에 따르는 세정 방법에 의한 샘플 웨이퍼 10개씩에 대해 각 실시예 및 비교예에 따라 세정 공정을 진행한 후의 파티클의 제거 백분율을 세정효율(%)을 산술평균하여 나타낸 것이다.

<비교예>

암모니아수, 과산화수소 및 초순수로 구성된 표준세정액1(SC-1)과 염산, 과산화수소 및 초순수로 구성된 표준세정액2(SC-2)을 이용하여, 각각 50℃의 온도에서 90초 동안 세정을 진행하였다. 이후, 웨이퍼 상에 잔존하는 파티클의 수를 측정하여 세정액의 세정 효율을 평가하였다.

<실시예>

웨이퍼를 20ppm의 오존수 세정액으로 세척한 후, 1% 불산과 질소가스로 세척하고, 이후 다시 오존수로 세정한 후 건조했다. 세척 처리후의 웨이퍼는 파티클의 수를 측정하여 세정액의 세정 효율을 평가하였다. 각 단계별로 사용된 세정액마다 10초, 15초, 30초씩 진행하여, 총 30초, 45초, 90초의 세정이 진행된 것으로 실시예를 3가지로 구분하여 나타내었다.

상기 실시예에 따라 진행된 세정의 결과 파티클 제거 효율은 약 70%로 측정되었으나, 비교예에 따라 진행된 세정의 결과의 약 60%의 경우에 비해 파티클 제거 효율이 높음을 확인할 수 있었다. 한편, 3가지로 구분하여 진행된 실시예들에서는 세정효과의 차이는 거의 없음을 확인하였으며, 이는 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 오존수와 희석불산(HF)의 산화 및 식각(에칭) 메카니즘이 10초 이내에 이루 어지기 때문으로 파악되고 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 종래의 매엽식 세정 방법의 하나를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 2는 종래의 매엽식 세정 방법의 다른 하나를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3은 본 발명에 따른 매엽식 기판 세정 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.

도 4는 본 발명에 따른 매엽식 기판 세정 방법에서의 산화막 식각(에칭)과 형성 과정을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 매엽식 기판 세정 방법의 파티클 제거 효율을 비교하기 위한 그래프이다.

Claims (7)

1. (S11) 기판을 오존수로 세정하여, 기판 표면에 1차화막을 형성하는 단계;

   (S12) 상기 기판 상부에 형성된 1차산화막을 희석 불산과 질소 가스를 이용하여 제거하는 단계;

   (S13) 상기 1차산화막이 제거된 기판을 오존수로 세정하여 2차산화막을 형성하는 단계;

   (S14) 상기 기판을 린싱하는 단계; 및

   (S15) 상기 린싱된 기판을 건조하는 단계;를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 매엽식 기판 세정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 (S11)단계에서 사용되는 오존수의 농도는 1 ppm 내지 20ppm인 것을 특징으로 하는 매엽식 기판 세정 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 (S12)단계에서 사용되는 희석불산의 농도는 0.1% 내지 1%인 것을 특징으로 하는 매엽식 기판 세정 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 (S13)단계에서의 세정 공정의 온도는 10 내지 30℃이고, 그 세정시간은 10초 내지 1분인 것을 특징으로 하는 매엽식 기판 세정 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 (S14)단계의 린싱은, 오존수 또는 순수를 이용하여 진행하거나 질소가스가 혼입된 초순수를 이용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 매엽식 기판 세정 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 (S15)단계의 건조는, 스핀건조에 의해 진행하는 것을 특징으로 하는 매엽식 기판 세정 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 스핀건조는, 질소 가스를 이용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 매엽식 기판 세정 방법.

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