KR20120036977A - 반도체 웨이퍼의 건조 방법 - Google Patents
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Abstract
수성 린싱 액체를 이용하여 린싱하고, 후속하여, 유기 용매를 이용하여 린싱하는 단계를 포함하는, 판형 제품을 건조하기 위한 방법이 개시되는데, 여기서 유기 용매는 20 질량% 미만의 함수율을 갖고, 유기 용매는 적어도 30℃ 이고 60℃ 보다 높지 않은 용매 온도로 공급된다.
Description
본 발명은, 디스크-형상 제품의 표면을 건조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 수성 린싱 액체를 이용하여 린싱하고, 후속하여, 유기 용매를 이용하여 린싱함으로써 건조하기 위한 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 디스크-형상 제품의 표면을 건조시키는 건조 방법은, 제조 프로세스 (예를 들어, 프리포토 세정 (prephoto clean), 포스트 CMP-세정, 및 포스트 플라즈마 세정) 동안 실리콘 웨이퍼를 세정하기 위해 반도체 산업에 이용된다. 그러나, 이러한 건조 방법은, 컴팩트 디스크, 포토 마스크, 레티클, 자기 디스크 또는 평판 디스플레이와 같은 다른 판형 (plate-like) 제품에 대해 적용될 수도 있다. 반도체 산업에 이용될 때, 이 방법은, (예를 들어, 실리콘-온-인슐레이터 프로세스에서의) 유리 기판, III-V 기판 (예를 들어, GaAs) 또는 집적 회로를 제조하는데 이용된 임의의 다른 기판에 대해 적용될 수도 있다.
반도체 산업에는 몇몇 건조 방법들이 알려져 있다. 수많은 건조 방법들이 정의된 액체/기체 바운더리 레이어를 이용한다. 이러한 건조 방법들은 마란고니 (Marangoni) 건조 방법으로서 더 잘 알려져 있다.
US5,882,433 은 결합된 마란고니 스핀 건조 방법을 개시한다. 이에 따라, 탈이온수가 물에 디스펜싱되고, 동시에 질소와 2-프로판올의 혼합물이 디스펜싱된다. 질소 내의 2-프로판올은, 표면 기울기 (surface gradient) 가 발생하는 액체/기체 바운더리 레이어에 영향을 줄 것이며, 이는 물이 웨이퍼 상에 임의의 액적을 남기지 않고 웨이퍼에 이동하게 하는 효과 (마란고니 효과) 로 유도한다. 액체 디스펜서가 웨이퍼의 중심으로부터 에지로 이동되고 웨이퍼가 스핀되는 동안 기체 디스펜서가 액체 디스펜서를 바로 뒤따르고, 이에 따라 웨이퍼로부터 액체를 기체가 바로 대체한다. 대안적으로, US5,882,433 은, 수용액이 유기 용액에 의해 제거되는 방법을 개시한다.
수용액이 유기 용액에 의해 제거되는 방법은, 웨이퍼를 건조할 때 결함의 증가가 발생되는 문제를 갖는다. 그러나, 워터마크의 증가가 항상 발생하지는 않았지만, 200㎜ 기술에서 300㎜ 으로 전환할 때 부정적인 영향이 증가되었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 건조할 때 그리고 제어하기 더 용이한 건조 프로세스를 형성할 때 워터마크의 출현을 회피하는데 있다.
본 발명은 판형 제품을 건조하기 위한 방법을 제공함으로써 문제들을 해결한다. 이 방법은, 수용성 린싱-액체를 이용하여 린싱하고, 후속하여 (액체 형태의) 유기 용매를 이용하여 린싱하는 단계를 포함한다.
- 유기 용매는 20질량% 보다 높지 않은 함수율 (water content) 을 갖고,
- 유기 용매는, 적어도 30℃ 이고 60℃ 보다 높지 않은 용매 온도에서 공급된다.
수용액은, DI-물 (탈이온수; de-ionised water) 인 것이 바람직하지만, 오존, 불산, 염산, 탄산, 또는 암모니아의 희석액일 수 있다.
후속하는 린싱은, 유기 용매를 이용하는 린싱의 시작이 수용액을 이용하는 린싱의 시작 이후임을 의미한다. 이는, 2 개의 린싱 단계들이 하나 이후에 다른 하나가 즉시 실행될 수 있거나, 또는 2 개의 린싱 단계들 사이에 시간-브레이크가 존재할 수 있다는 것을 의미한다. 2 개의 린싱 단계는 심지어는 적시에 중복될 수 있다.
유기 용매는 물과 혼화가능한 것이 바람직하다. 어구 "물과 혼화가능한 (miscible with water)" 은, 물이 0 내지 적어도 10 질량% (보다 더욱 바람직하게는, 2질량% 미만) 의 함수율로 용매에 용해될 수 있다는 것을 이해해야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상대 습도가 측정되고, (몰리에르 선도 (Mollier-diagram) 를 이용함으로써) 그 상대 습도로부터 이슬점이 계산되고, 유기 용매가 판형 제품에 공급되는 온도는 계산된 이슬점보다 20K 내지 35K 더 높은 범위에서 선택된다.
이론에 한정하지 않고, 수성 린싱액을 제거하기 위해 유기 용매를 이용하는 것은 유기 용매의 빠른 증발로 인해서 판형 제품의 표면을 냉각시키는 결과를 초래하는 것으로 여겨진다. 따라서, 판형 제품은 주변 공기의 이슬점 아래에서 냉각되고, 이는 수분의 응결을 유도할 수도 있다고 가정된다. 따라서, 수분으로부터 유래하는 물-액적은 워터-마크를 발생시킬 수도 있다.
습도에 의존하여 공급될 때, 유기 용매에 대한 최소 온도를 선택함으로써, 건조 성능은 극적으로 개선될 수 있었다.
표 1 은, 측정된 상대 습도로부터 계산될 수 있는 이슬점의 함수로서 유기 용매 용액의 공급 온도의 선택된 바람직한 범위를 나타낸다. 제 1 컬럼에서, 25℃ 에서 주변 공기의 상대 습도가 열거되고, 이는 20℃ 의 상대 습도에 필적하며 괄호 ( ) 내에 열거된다.
유리하게, 유기 용매는 알코올 (예를 들어, 메탄올, 에탄올, 2-프로판올), 케톤 (예를 들어, 아세톤), 에스테르, 에테르의 그룹으로부터 선택된다. 이러한 용매들 (특히, 2-프로판올) 이 반도체 산업에 잘 알려져 있지만, 하이드로 플루오로 에테르와 같은 다른 용매가 이용될 수 있다.
용매 온도는 적어도 35℃ 인 것이 바람직하며, 이는 더 높은 습도가 허용될 수 있는 옵션을 부여한다.
바람직한 실시형태에서, 용매 온도는, 55℃ 보다 크지 않으며, 이는 유기 용매가 가연성인 경우에 안전의 이유로 바람직하다.
유기 용매가 10질량% 미만의 함수율을 갖는 것이 바람직하다. 이는, 용매 잔여물이 증발할 때 기본적으로 물-프리 표면을 남긴다.
이러한 효과는, 5질량% 미만 또는 심지어는 2질량% 미만의 함수율일 때 더욱 개선된다.
바람직하게, 판형 제품은 유기 용매를 이용하여 린싱하는 동안 회전되지만, 선형으로 이동될 수 있다.
유리하게, 유기 용매는 20㎖/min 내지 400㎖/min 의 범위의 체적 흐름으로 공급된다. 유기 용매의 흐름은 200㎖/min 보다 크지 않은 것이 바람직하다. 이러한 유기 용매의 낮은 흐름은 상승된 온도에서 유기 용매를 이용할 때에만 가능하게 되었다.
디스펜싱된 유기 용매의 온도가 이슬점보다 적어도 25K 더 높게 유지되는 경우에, 유기 용매의 흐름은 워터마크를 발생시키지 않는 100㎖/min 미만에서 선택될 수 있다. 이는, 환경적으로 바람직할 뿐만 아니라 건조 비용을 낮게 유지시키도록 도와준다.
다른 실시형태에서, 건조가 수행되기 전에 불소 함유 용액 (예를 들어, 플루오르화 수소, 플루오르화 암모늄을 함유) 이 디스크-형 제품으로 디스펜싱된다. 이러한 불소 함유 용액은, 1 g/ℓ 미만의 플루오르화 수소의 분석 농도를 갖는 수용액인 희석된 플루오르화 수소인 것이 바람직하다.
바람직한 방법이 후술하는 바와 같이 수행된다.
300㎜ 반도체 웨이퍼 (판형 제품) 가 스핀-척 상에 위치되고, 웨이퍼가 스핀-척의 고정 핀 (gripping pin) 에 의해 고정된 후에, 습식 프로세스가 수행되고, 후속하여 웨이퍼 상에 상이한 액체들이 디스펜싱된다. 액체를 디스펜싱할 때, 디스펜싱 노즐은, 중심으로부터 에지를 향하여 그리고 다시 중심을 향하여 선택된 속도로 웨이퍼를 가로질러 이동될 수 있다. 이 움직임은, 각각의 액체가 디스펜싱되는 한, 반복될 수 있다. 세정 액체를 디스펜싱하는 동안 스핀 속도는 바람직하게는 300rpm 과 2000rpm 사이의 범위에서 선택된다.
먼저, 0.01g/ℓ 의 HF 농도를 갖는 희석된 불산이 디스펜싱되고, 두 번째로 린싱 액체 (예를 들어, 탈이온수) 가 디스펜싱되며, 세 번째로 린싱 액체가 턴 오프되는 동시에 유기 용매 공급이 턴 온 되며, 네 번째로 유기 용매 및 질소가 동시에 디스펜싱되며, 다섯 번째로 스핀 오프 단계가 된다.
이러한 프로세스에 이용된 매체 암 (media arm) 은, 3 개의 노즐들을 포함하는 노즐 헤드를 포함한다. 여기에는 희석된 플루오르화 수소 또는 탈이온수를 디스펜싱하는 노즐, 유기 용매 (이 유기 용매는 2-프로판올임) 를 디스펜싱하는 노즐, 및 질소를 공급하기 위한 노즐이 존재한다. 이와 관련된 이러한 노즐 헤드 및 매체 암은, 예를 들어, WO2008/041211A2 에서 더 설명된다.
건조 방법에 대한 시퀀스가 이하의 순서로 수행된다.
단계 A : 마지막 화학적 디스펜싱 단계로서, 웨이퍼가 500 - 1200 rpm 의 범위 (예를 들어, 800 rpm) 의 스핀-속도로 회전하는 동안, 희석된 플루오르화 수소 (1g/ℓ내지 100g/ℓ 사이의 농도) 가 1.7-2 ℓ/min 의 흐름 레이트로 30 초 내지 200 초 사이의 시간 동안 웨이퍼 중심에 디스펜싱된다. 매체의 온도는 22℃ 이다.
단계 B : 웨이퍼가 500-1200rpm 의 범위 (예를 들어, 800rpm) 의 스핀-속도로 회전하는 동안, 린싱 단계 (탈이온수) 는 또한 1.7-2 ℓ/min 의 흐름 레이트로 20 초의 시간 동안 웨이퍼 중심에 디스펜싱된다. 매체의 온도는 22℃ 이다.
단계 C : 건조 단계: 노즐-헤드가 10㎜/s 의 평균 속도로 중심으로부터 에지로 웨이퍼를 한 번 스캔하고, 중심에서 스캐닝 속도는 20㎜/s 이고, 에지를 향해서 이동할 때 스캐닝 속도는 5㎜/s 로 감소한다. 스캐닝 동안, 웨이퍼의 중심으로부터 에지까지 2-프로판올이 디스펜싱된다. 2-프로판올이 공급됨에 따라서, 동시에 질소가 분출한다. 2-프로판올은 웨이퍼의 에지에서 스위치 오프된다. 2-프로판올은 45℃ 의 온도를 갖는다. 2-프로판올은 열 교환기를 이용하여 가열된다. 노즐 헤드 앞의 5㎝ 의 거리에서 온도가 측정된다. 2-프로판올 흐름은 50㎖/min 내지 160㎖/min 사이에 설정되는 것이 바람직하다. 노즐 오리피스의 단면적은 (1/8 인치 튜브에서 추론된) 8㎟ 이다. 따라서, 흐름 속력은 0.1m/s 와 0.33m/s 사이의 범위에 있다. 따뜻한 2-프로판올이 웨이퍼 온도를 증가시켜서 워터마크의 수를 극적으로 감소시키는데 - 이는, 웨이퍼 표면의 온도가 주변 공기의 이슬점 이상으로 유지될 수 있기 때문에, 응결의 감소 때문인 것으로 이해된다. 질소 흐름은 중심으로부터 에지로의 노즐-헤드의 움직임 동안 증가된다 (최대 질소 흐름의 50% 내지 100%). (에지 주변에서) 최대로, 질소 흐름은 약 30ℓ/min 이다. 척 속도는 1100rpm 에서 450rpm 까지 선형으로 감소되고, 유기-용매-디스펜스-노즐은 디스크-형 제품의 중심으로부터 에지를 향하여 이동한다. 디스펜싱된 2-프로판올의 온도가 45℃ (또는 그 이상) 에서 유지되는 경우, 2-프로판올의 흐름은 워터마크를 발생시키지 않는 100㎖/min 이하에서 선택될 수 있고, 이는 2-프로판올의 소비를 현저하게 감소시킬 수 있다.
단계 D : 마지막 단계는, 1500 rpm 의 회전 스핀 속도로 10 초 동안 임의의 화학적 디스펜스 없이 회전시키는 것이다. 이 단계는 필수적이지는 않지만, 웨이퍼를 회전시키는 척의 상부 및/또는 웨이퍼 백사이드 상부에서 부착할 수도 있는 액체 액적의 임의의 후방 스플래싱 (back splashing) 을 회피할 수도 있다.
Claims (12)
- 수성 린싱 액체를 이용하여 린싱하고, 후속하여, 유기 용매를 이용하여 린싱하는 단계를 포함하는 판형 (plate-like) 제품을 건조하는 방법으로서,
- 상기 유기 용매는 20 질량% 미만의 함수율을 갖고,
- 상기 유기 용매는, 적어도 30℃ 이고 60℃ 보다 높지 않은 용매 온도에서 공급되는, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상대 습도가 측정되고,
상기 상대 습도로부터 이슬점이 계산되고,
상기 유기 용매가 상기 판형 제품에 공급되는 온도는, 상기 계산된 이슬점보다 20K 내지 35K 더 높은 범위에서 선택되는, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 유기 용매는 물과 혼화가능한, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 유기 용매는 알코올 (예를 들어, 메탄올, 에탄올, 2-프로판올), 케톤 (예를 들어, 아세톤), 에스테르, 에테르의 그룹으로부터 선택되는, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 용매 온도는 적어도 35℃ 인, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 용매 온도는 55℃ 보다 높지 않은, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 유기 용매는 10 질량% 미만의 함수율을 갖는, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 판형 제품은 상기 유기 용매를 이용하여 린싱하는 동안 회전되는, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 유기 용매는 20㎖/min 내지 400㎖/min 의 범위의 체적 흐름으로 공급되는, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 10 항에 있어서,
디스펜싱된 상기 유기 용매의 온도는 이슬점보다 적어도 25K 더 높게 유지되고,
상기 유기 용매의 흐름은 워터마크들을 발생시키지 않는 100㎖/min 미만에서 선택되는, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 건조가 수행되기 전에, 디스크형 제품상으로 불소 함유 용액이 디스펜싱되는, 판형 제품을 건조하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 불소 함유 용액은 1g/ℓ 미만의 농도로 플루오르화 수소를 함유하는 수용액인, 판형 제품을 건조하는 방법.
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