KR20130043392A - 결함 제거 장치 및 결함 제거 방법 - Google Patents

결함 제거 장치 및 결함 제거 방법 Download PDF

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황민영
김무성
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Abstract

실시예에 따른 결함 제거 방법은 기판 표면의 결함을 찾는 단계; 상기 결함에 힘을 가하는 단계; 상기 결함을 산화하여 산화막을 형성하는 단계; 및 상기 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 결함 제거 장치는, 기판의 표면을 관찰할 수 있는 영상부; 상기 기판의 표면에 결함을 제거할 수 있는 결함제거부; 및 상기 기판은 챔버 내에 위치하고, 상기 챔버 내의 습도를 조절하는 습도조절부를 포함하고, 상기 결함제거부는 적어도 하나 이상의 탐침부를 포함한다.

Description

결함 제거 장치 및 결함 제거 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REMOVING DEFECT}
본 기재는 결함 제거 장치 및 결함 제거 방법에 관한 것이다.
탄화규소 웨이퍼 및 에피택시얼 웨이퍼(epitaxial wafer)의 표면에는 다양한 형태의 결함이 존재하고 있다. 이러한 결함들은 상기 탄화규소 웨이퍼의 표면조도를 크게 하여 다음 공정 진행 시 많은 악영향을 준다. 상기 탄화규소 웨이퍼 상의 표면 결함은 단결정막 성장 시에 또 다른 결함의 원인이 되며, 거친 표면을 야기시킨다. 에피택시얼 웨이퍼 상의 표면 결함은 여러 개를 적층할 경우 부분적 단속을 유발할 수 있다. 또한, 이러한 웨이퍼를 이용한 소자를 제작함에 있어서 금속 전극 증착 및 패턴의 불균일화에 의한 누설 전류를 크게 할 수 있다.
이로 인해, 소자의 수명을 단축시킬 수 있고, 소자의 신뢰성이 떨어질 수 있다. 따라서, 이러한 결함 제거 및 결함 제어는 고품질의 소자 제조에 있어서 매우 중요한 문제이다.
실시예는 고품질의 웨이퍼를 얻을 수 있는 결함 제거 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 결함 제거 방법은 기판 표면의 결함을 찾는 단계; 상기 결함에 힘을 가하는 단계; 상기 결함을 산화하여 산화막을 형성하는 단계; 및 상기 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 결함 제거 장치는, 기판의 표면을 관찰할 수 있는 영상부; 상기 기판의 표면에 결함을 제거할 수 있는 결함제거부; 및 상기 기판은 챔버 내에 위치하고, 상기 챔버 내의 습도를 조절하는 습도조절부를 포함하고, 상기 결함제거부는 적어도 하나 이상의 탐침부를 포함한다.
실시예에 따른 결함 제거 방법은 결함에 힘을 가하는 단계를 포함한다. 이를 통해, 높고 길게 형성된 돌출 결함의 높이를 낮출 수 있다. 실제 에피 박막의 결함 중 캐롯(carrot)결함의 경우, 길이가 약 200 um 이고 높이는 약 0.3 um 이다. 이러한 결함을 산화 방법으로 제거하기 위해서는 고전압을 인가하거나 높은 습도를 요구하게 되고, 반복적인 산화를 통해 제거되기 때문에 많은 시간이 소요된다는 문제가 있다. 그러나 본 실시예에서는 상기 힘을 가하는 단계를 통해, 일차적으로 상기 결함을 긁어냄으로써, 높이를 낮출 수 있고 결함 제거 시간을 단축할 수 있다. 따라서, 기판의 품질을 높일 수 있고, 기판의 표면 조도를 개선할 수 있다. 또한, 이러한 기판이 적용된 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 결함 제거 장치는 상술한 효과를 가지는 결함 제거 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 결함 제거 방법의 공정 흐름도이다.
도 2는 실시예에 따른 결함 제거 장치의 개략적인 도면이다.
도 3 내지 도 9는 실시예에 따른 결함 제거 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 9를 참조하여, 실시예에 따른 결함 제거 방법을 상세하게 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 결함 제거 방법의 공정 흐름도이다. 도 2는 실시예에 따른 결함 제거 장치의 개략적인 도면이다. 도 3 내지 도 9는 실시예에 따른 결함 제거 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 2를 참조하여. 실시예에 따른 결함 제거 장치에 대해서 설명한다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 결함 제거 장치는, 영상부(100), 결함제거부(200), 스테이지(500), 습도조절부(300), 제어부(400) 및 챔버(600)를 포함할 수 있다.
상기 영상부(100)는 챔버(600) 내에 위치하는 기판(10)의 표면을 관찰할 수 있다. 상기 영상부(100)는 상기 기판(10)의 표면을 관찰할 수 있도록 렌즈(110)를 더 포함할 수 있다.
상기 영상부(100)는 상기 기판(10)의 표면을 이미지화할 수 있다. 상기 영상부(100)는 전하 결합 소자(charge-coupled device, CCD)를 포함하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.
상기 영상부(100)를 통해 상기 기판(10)의 표면에 존재하는 결함(도 3의 참조부호 12, 13, 이하 동일) 분포를 확인할 수 있다.
상기 영상부(100)는 상기 기판(10)의 표면을 이미지화하고, 영상의 모든 범위를 좌표화할 수 있다. 따라서, 상기 결함(12, 13)의 위치를 정확하게 파악할 수 있다. 또한, 상기 영상부(100)를 통해 상기 결함(12, 13)을 국부적으로 제거할 수 있다.
상기 결함제거부(200)는 상기 기판(10)의 결함(12, 13)을 제거할 수 있다. 상기 결함제거부(200)는 상기 결함(12, 13)에 힘을 가하는 제1 탐침부(210) 및 상기 결함(12, 13)에 산화막을 형성하는 제2 탐침부(230)를 포함할 수 있다.
상기 제1 탐침부(210)는 상기 결함(12, 13)에 힘을 가할 수 있다. 이에 대해서는 추후 상세하게 설명하도록 한다.
상기 제2 탐침부(230)는 상기 기판(10)의 표면에 막(膜)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 탐침부(230)는 상기 표면의 일부에 막을 형성할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 기판(10)의 표면에 돌출부가 위치할 수 있고, 상기 제2 탐침부(230)는 상기 돌출부에 국부적으로 막을 형성할 수 있다. 이때, 상기 돌출부는 결함(12, 13)일 수 있다. 즉, 상기 돌출부는 기판(10)의 표면에 존재하는 결함(12, 13)을 포함할 수 있다.
상기 제2 탐침부(230)는 상기 영상부(100)를 통해 파악한 결함(12, 13)의 두께 및 높이 등을 고려하여 상기 돌출부에 막을 형성할 수 있다.
상기 제2 탐침부(230)는 상기 기판(10)에 전압을 인가할 수 있는 전압인가부(220)를 포함할 수 있다. 상기 전압인가부(220)는 상기 기판(10)의 표면 및 상기 돌출부 사이에 전압을 형성할 수 있다.
상기 제2 탐침부(230)는 상기 기판(10) 상에 위치할 수 있다.
상기 제2 탐침부(230)는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)을 포함할 수 있다.
일반적으로 AFM은 원자수준의 3차원 표면 영상을 얻을 수 있는 장비로서 기판(10)의 손상 없이 기판(10)의 표면을 형상화하는데 이용된다. 상기 AFM은 기판(10) 표면과 탐침 사이에 상호 작용하는 힘(전기 및 자기적 자극 등 다양한 에너지원에 의해 발생한 일체의 자극을 포괄함)을 이용하여 기판(10)의 표면 구조를 나노스케일로 파악할 수 있다.
한편, AFM의 중요한 응용분야로서 나노 리소그래피(Nano Lithography)가 있는 바, 나노 리소그래피는 제2 탐침부(230)와 기판(10) 표면 사이에 적당한 신호를 인가함으로써 기판(10)의 표면이 변형되는 만큼의 힘(전기 및 자기적 자극 등)이 가해지도록 하여 기판(10) 표면의 원자나 분자 배열을 조작하는 기술로서 기판(10)에 초미세 패턴을 형성할 수 있다. 이와 같이 AFM을 이용한 리소그래피에서는 스테이지(500) 구동 전압을 인가함으로써 스테이지(500)에 놓인 기판(10) 또는 기판(10)을 제2 탐침부(230)에 대해 상대적으로 이동시키거나 제2 탐침부(230)를 기판(10)에 대해 상대적으로 이동시킨다. 한편, 제2 탐침부(230)가 기판(10) 상에서 상대적으로 이동하거나 제2 탐침부(230)가 기판(10)에 대해 상대적으로 이동하는 상태에서 리소그래피 전압을 인가하게 되면 제2 탐침부(230)와 기판(10) 표면 사이에 전기장 또는 자기장 등이 발생하여 접촉식 또는 비접촉식으로 기판(10) 표면에 힘(전기 및 자기적 자극 등)이 가해지게 되고 그 결과 기판(10) 표면이 물리/화학적 변화로 인해 변형됨으로써 패턴(20)이 형성된다.
상기 전압인가부(220)는 상기 제2 탐침부(230) 및 상기 기판(10)에 전압을 가할 수 있다. 구체적으로, 상기 전압인가부(220)는 상기 제2 탐침부(230) 및 상기 기판(10)을 지지하는 스테이지(500) 사이에 전압을 가할 수 있다.
상기 전압인가부(220)를 이용하여, 상기 돌출부에 산화막(14)을 형성할 수 있다.
상기 스테이지(500)는 상기 챔버(600) 내에 위치할 수 있다. 상기 스테이지(500)는 상기 기판(10)을 지지할 수 있다. 상기 스테이지(500)에 전압이 가해질 수 있다.
이어서, 상기 습도조절부(300)는 상기 기판(10)이 수용되는 챔버(600) 내의 습도를 조절할 수 있다. 상기 습도조절부(300)는 상기 챔버(600) 내의 습도를 40 % 내지 90 % 정도로 유지할 수 있다.
상기 챔버(600)는 상기 기판(10)을 수용할 수 있다.
상기 제어부(400)는 상기 영상부(100), 결함제거부(200) 및 습도조절부(300)를 제어할 수 있다. 이를 통해 상기 챔버(600) 내부를 산화막(14) 형성을 위한 최적화된 환경으로 만들 수 있다.
실시예에 따른 결함 제거 장치를 통해 상기 결함(12, 13)을 국부적으로 제거할 수 있다. 즉, 상기 AFM 을 이용하여 상기 결함(12, 13)을 산화시킬 수 있고, 산화된 결함(12, 13)을 쉽게 제거할 수 있다. 따라서, 기판(10)의 표면의 조도를 개선할 수 있고, 결함(12, 13)이 제거된 고품질의 기판(10)을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 기판(10)이 적용된 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예에 따른 결함 제거 방법을 설명한다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 결함 제거 방법은, 결함을 찾는 단계(ST100), 힘을 가하는 단계(ST200), 산화막을 형성하는 단계(ST300) 및 산화막을 제거하는 단계(ST400)를 포함한다.
상기 결함을 찾는 단계(ST100)는 기판(10) 표면에 위치하는 결함(12, 13)들을 찾을 수 있다. 상기 결함(12, 13)을 찾는 단계(ST100)는 전하 결합 소자(CCD)를 포함하는 이미지 센서를 이용할 수 있다.
이어서, 상기 힘을 가하는 단계(ST200)에서는 상기 결함(12, 13)에 힘을 가할 수 있다. 구체적으로, 도 3을 참조하면, 상기 결함(12, 13) 상에 제1 탐침부(210)가 위치할 수 있고, 상기 힘을 가하는 단계(ST200)에서는 상기 제1 탐침부(210)가 상기 결함(12, 13)을 긁어낼 수 있다. 여기서, 상기 제1 탐침부(210)는 다이아몬드 팁(tip)을 포함할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1 탐침부(210)는 상기 결함(12, 13)보다 강도가 큰 팁을 포함할 수 있다. 상기 결함(12, 13)은 SiC를 포함할 수 있는데, 이때 상기 제1 탐침부(210)는 상기 SiC보다 강도가 더 큰 팁을 포함할 수 있다.
상기 힘을 가하는 단계(ST200)에서는 상기 제1 탐침부(210)를 통해 상기 결함(12, 13)에 50 N/m 내지 1500 N/m 의 힘이 가해질 수 있다. 이를 통해, 특히 높고 길게 형성된 돌출 결함(13)의 높이를 낮출 수 있다. 실제 에피 박막의 결함(12, 13) 중 캐롯(carrot)결함의 경우, 길이가 약 200 um 이고 높이는 약 0.3 um 이다. 이러한 결함(12, 13)을 산화 방법으로 제거하기 위해서는 고전압을 인가하거나 높은 습도를 요구하게 되고, 반복적인 산화를 통해 제거되기 때문에 많은 시간이 소요된다는 문제가 있다. 그러나 본 실시예에서는 상기 힘을 가하는 단계(ST200)를 통해, 일차적으로 상기 결함(13)을 긁어냄으로써, 높이를 낮출 수 있고 결함(12, 13) 제거 시간을 단축할 수 있다.
상기 힘을 가하는 단계(ST200)를 통해, 도 4에 도시한 결함(12, 13)들의 높이가 도 5에 도시한 바와 같이 낮아질 수 있다.
이어서, 상기 산화막을 형성하는 단계(ST300)에서는 상기 결함(12, 13)을 산화할 수 있다. 구체적으로, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 결함(12, 13) 상에 위치하는 제2 탐침부(230) 및 상기 기판(10) 사이에 전압을 인가하여, 상기 결함(12, 13)을 산화할 수 있다.
상기 제2 탐침부(230) 및 상기 기판(10) 사이에 6 V 내지 14 V의 전압이 인가될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 기판(10)의 표면에서 결함(12, 13)이 있는 부분만 국소적으로 산화하기 때문에 큰 전압이 요구되지 않는다.
그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제2 탐침부(230) 및 상기 기판(10) 사이에 2 V 내지 25 V의 전압이 인가되어, 상기 기판(10)의 전면(全面)에 산화막이 형성될 수 있다.
상기 기판(10)에 존재하는 결함(12, 13)의 분포 및 결함(12, 13)의 형태에 따라 다양한 전압을 가하여 산화막(14)을 형성할 수 있다.
상기 산화막을 형성하는 단계(ST300)는 40 % 내지 90 % 의 습도를 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 산화막을 형성하는 단계(ST300)에서 높은 습도를 유지함으로써, 상기 기판(10)의 표면에 물이 얇게 덮여서 막을 이룰 수 있다. 즉, 상기 기판(10)의 표면에 얇은 물막(W)이 형성될 수 있다. 상기 물막(W)은 추후에 상기 결함(12, 13)에 산화막(14)을 형성하기 위한 반응소스가 될 수 있다.
또한, 상기 산화막을 형성하는 단계(ST300)에서 높은 습도를 유지함으로써, 형성된 산화막(14)의 모양을 유지할 수 있다.
상기 제2 탐침부(230)와 상기 기판(10) 사이에 전압이 증가되면 상기 기판(10)의 표면과 상기 제2 탐침부(230)의 끝단이 맞닿는 부분의 전계가 증가하게 된다. 이때, 전계가 증가하면 상기 제2 탐침부(230)와 상기 기판(10) 사이에서 음이온(OH-)의 터널링이 증가하게 되고, 다음과 같은 화학반응이 가속화된다.
전계가 걸린 상태에서 제2 탐침부(230)에서의 화학반응은 다음 화학식 1과 같다.
화학식 1
4H2O+ 4e-→ 2H2 ↑ +4OH-
전계가 걸린 상태에서 상기 기판(10) 표면에서의 화학반응은 다음 화학식 2 및 화학식 3과 같다.
화학식 2
Si+ 2H2O + 4h+→ SiO2 + 4H+
화학식 3
2H2O + 4h+→ O2↑ + 4H+
상기 화학식 1 내지 화학식 3의 연쇄적인 반응으로 다음 화학식 4와 같이 H2O가 생성된다.
화학식 4
4H++4OH- → 2H2O
상기 화학식 1 내지 화학식 4를 통해, 결함(12, 13)에 산화막(14)이 형성될 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 결함(12, 13)의 표면에 산화막(14)이 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 결함(12, 13) 내부도 산화될 수 있다. 또한 터널링 된 음이온(OH-)들은 상기 화학반응을 더욱 활발하게 만들어 더 높은 산화 패턴을 만들게 된다.
이어서, 도 9를 참조하면, 산화막을 제거하는 단계(ST400)를 거칠 수 있다. 상기 산화막을 제거하는 단계(ST400)는 상기 기판(10)을 불산(HF) 용액에 디핑(dipping) 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 산화막(14)이 제거되어 결함(12, 13)을 제거할 수 있다. 따라서, 기판(10)의 품질을 높일 수 있고, 기판(10)의 표면 조도를 개선할 수 있다. 또한, 이러한 기판(10)이 적용된 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 기판 표면의 결함을 찾는 단계;
    상기 결함에 힘을 가하는 단계;
    상기 결함을 산화하여 산화막을 형성하는 단계; 및
    상기 산화막을 제거하는 단계를 포함하는 결함 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결함 상에 제1 탐침부가 위치할 수 있고,
    상기 힘을 가하는 단계에서는 상기 제1 탐침부가 상기 결함을 긁어내는 결함 제거 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 힘을 가하는 단계에서는 상기 제1 탐침부를 통해 상기 결함에 50 N/m 내지 1500 N/m 의 힘이 가해지는 결함 제거 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 탐침부는 다이아몬드 팁(tip)을 포함하는 결함 제거 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 탐침부는 상기 결함보다 강도가 큰 팁을 포함하는 결함 제거 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결함 상에 제2 탐침부가 위치할 수 있고,
    상기 산화막을 형성하는 단계는 상기 기판 및 상기 제2 탐침부 사이에 전압을 인가하는 결함 제거 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 탐침부는 원자간력 현미경(AFM)을 포함하는 결함 제거 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전압이 2 V 내지 25 V 인가되는 결함 제거 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전압이 6 V 내지 14 V 인가되는 결함 제거 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 산화막을 형성하는 단계는 40 % 내지 90 % 의 습도를 유지하는 단계를 포함하는 결함 제거 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 산화막을 제거하는 단계는 상기 기판을 불산(HF) 용액에 디핑(dipping) 처리하는 단계를 포함하는 결함 제거 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 결함을 찾는 단계는 전하 결합 소자(charge-coupled device, CCD)를 포함하는 이미지 센서를 이용하는 결함 제거 방법.
  13. 기판의 표면을 관찰할 수 있는 영상부;
    상기 기판의 표면에 결함을 제거할 수 있는 결함제거부; 및
    상기 기판은 챔버 내에 위치하고, 상기 챔버 내의 습도를 조절하는 습도조절부를 포함하고,
    상기 결함제거부는 적어도 하나 이상의 탐침부를 포함하는 결함 제거 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 결함제거부는 상기 결함에 힘을 가하는 제1 탐침부 및 상기 결함에 산화막을 형성하는 제2 탐침부를 포함하는 결함 제거 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 탐침부는 상기 결함보다 강도가 큰 팁을 포함하는 결함 제거 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 탐침부는 다이아몬드 팁(tip)을 포함하는 결함 제거 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제2 탐침부는 원자간력 현미경(AFM)을 포함하는 결함 제거 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 영상부는 전하 결합 소자(charge-coupled device, CCD)를 포함하는 이미지 센서를 포함하는 결함 제거 장치.
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CN112067402A (zh) * 2020-09-23 2020-12-11 广东省科学院半导体研究所 一种位错缺陷分析方法

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