KR-20260061219-A - 반도체 웨이퍼로부터 유기 오염물을 회수하기 위한 시스템 및 방법

Abstract

반도체 웨이퍼의 표면으로부터 다수의 스캔 샘플을 수집하고 조합하기 위한 시스템 및 방법이 설명된다. 시스템 실시예는 반도체 웨이퍼의 표면에 제1 스캔 용액을 도입하여 표면으로부터 불순물을 제거하고 제1 스캔 샘플을 제공하며 제1 스캔 샘플을 회수하도록 구성된 스캔 노즐로서, 스캔 노즐은 반도체 웨이퍼의 표면에 제2 스캔 용액을 도입하여 표면으로부터 잔류 불순물을 제거하고 제2 스캔 샘플을 제공하며 제2 스캔 샘플을 회수하도록 추가로 구성된, 스캔 노즐; 및 스캔 노즐과 유체 연통하는 수집 용기를 포함하지만 이에 제한되지 않고, 수집 용기는 노즐로부터 제1 스캔 샘플과 제2 스캔 샘플 각각을 수용하고 제1 스캔 샘플과 제2 스캔 샘플을 혼합하여 조합된 스캔 샘플을 제공하도록 구성된다.

Inventors

• 운너스탈 제이콥
• 듀펙 브리아나
• 위더린 다니엘 알.
• 케트카 수하스
• 슐츠 오스틴
• 울마이어 카일 더블유.
• 마쓰 보 에이.

Assignees

• 엘리멘탈 사이언티픽, 인코포레이티드

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20240827

Priority Date

20230901

Claims (20)

1. 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 다수의 스캔 샘플을 수집 및 조합하기 위한 시스템이며, 반도체 웨이퍼의 표면에 제1 스캔 용액을 도입하여 표면으로부터 불순물을 제거하고 제1 스캔 샘플을 제공하며 제1 스캔 샘플을 회수하도록 구성된 스캔 노즐로서, 스캔 노즐은 반도체 웨이퍼의 표면에 제2 스캔 용액을 도입하여 표면으로부터 잔류 불순물을 제거하고 제2 스캔 샘플을 제공하며 제2 스캔 샘플을 회수하도록 추가로 구성된, 스캔 노즐; 및 스캔 노즐과 유체 연통하는 수집 용기를 포함하고, 수집 용기는 노즐로부터 제1 스캔 샘플과 제2 스캔 샘플 각각을 수용하고 제1 스캔 샘플과 제2 스캔 샘플을 혼합하여 조합된 스캔 샘플을 제공하도록 구성되는, 시스템.
2. 제1항에 있어서, 수집 용기와 유체적으로 결합된 분석 시스템을 더 포함하며, 분석 시스템은 조합된 스캔 샘플의 하나 이상의 성분에 대한 분석적 결정을 위해 수집 용기로부터 조합된 스캔 샘플을 수신하도록 구성된, 시스템.
3. 제2항에 있어서, 분석 시스템은 비행 시간(TOF) 질량 분광계, 삼중 사중극자(Triple Quad 또는 QQQ) 질량 분광계, 가스 크로마토그래피-질량 분광법(GC-MS) 시스템, 또는 가스 크로마토그래피-화염 이온화 검출기(GC-FID) 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
4. 제2항에 있어서, 분석 시스템은 유도 결합 플라즈마 질량 분광계(ICP/ICP-MS) 또는 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광계(ICP-AES) 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
5. 제2항에 있어서, 분석 시스템은 비행 시간(TOF) 질량 분광계, 삼중 사중극자(Triple Quad 또는 QQQ) 질량 분광계, 가스 크로마토그래피-질량 분광법(GC-MS) 시스템, 가스 크로마토그래피-화염 이온화 검출기(GC-FID), 유도 결합 플라즈마 질량 분광계(ICP/ICP-MS), 또는 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광계(ICP-AES) 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
6. 제2항에 있어서, 수집 용기와 분석 시스템 사이에 유체적으로 결합된 밸브를 더 포함하며, 밸브는 조합된 스캔 샘플이 수집 용기로부터 분석 시스템으로 유동하는 것을 선택적으로 허용하거나 제한하도록 구성된, 시스템.
7. 제1항에 있어서, 제1 스캔 용액은 제2 스캔 용액과 상이한 조성을 갖는, 시스템.
8. 제1항에 있어서, 제1 스캔 용액은 제2 스캔 용액과 동일한 조성을 갖는, 시스템.
9. 제1항에 있어서, 수집 용기는 수집 용기 내부와 수집 용기가 위치된 주위 환경 사이의 가스 교환을 허용하도록 구성된 벤트 포트를 포함하는, 시스템.
10. 제1항에 있어서, 수집 용기는 조합된 스캔 샘플이 통과하도록 구성된 각형성된 하단 부분을 포함하는, 시스템.
11. 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 다수의 스캔 샘플을 수집 및 조합하기 위한 방법이며, 노즐을 통해 반도체 웨이퍼의 표면 상에 제1 스캔 유체를 지향시켜 반도체 웨이퍼의 표면 상에 존재하는 하나 이상의 오염물과 제1 스캔 유체 사이의 상호 작용을 허용하는 단계; 하나 이상의 오염물의 적어도 일부를 포함하는 제1 스캔 유체를 노즐을 통해 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거하여 제거된 제1 스캔 유체를 제공하는 단계; 제거된 제1 스캔 유체를 수집 용기에 도입하는 단계; 제1 스캔 유체 제거 후에 반도체 웨이퍼의 표면 상에 존재하는 하나 이상의 잔류 오염물과 제2 스캔 유체 사이의 상호 작용을 허용하기 위해 노즐을 통해 반도체 웨이퍼의 표면 상에 제2 스캔 유체를 지향시키는 단계; 하나 이상의 잔류 오염물의 적어도 일부를 포함하는 제2 스캔 유체를 노즐을 통해 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거하여 제거된 제2 스캔 유체를 제공하는 단계; 및 제거된 제2 스캔 유체를 수집 용기에 도입하여 수신된 제2 스캔 유체와 제거된 제1 스캔 유체의 혼합을 허용하여 조합된 스캔 샘플을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
12. 제11항에 있어서, 조합된 스캔 샘플의 하나 이상의 성분에 대한 분석적 결정을 위해 수집 용기와 유체적으로 결합된 분석 시스템으로 조합된 스캔 샘플을 전달하는 단계를 더 포함하는, 방법.
13. 제12항에 있어서, 분석 시스템은 비행 시간(TOF) 질량 분광계, 삼중 사중극자(Triple Quad 또는 QQQ) 질량 분광계, 가스 크로마토그래피-질량 분광법(GC-MS) 시스템, 또는 가스 크로마토그래피-화염 이온화 검출기(GC-FID) 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
14. 제12항에 있어서, 분석 시스템은 유도 결합 플라즈마 질량 분광계(ICP/ICP-MS) 또는 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광계(ICP-AES) 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
15. 제12항에 있어서, 분석 시스템은 비행 시간(TOF) 질량 분광계, 삼중 사중극자(Triple Quad 또는 QQQ) 질량 분광계, 가스 크로마토그래피-질량 분광법(GC-MS) 시스템, 가스 크로마토그래피-화염 이온화 검출기(GC-FID), 유도 결합 플라즈마 질량 분광계(ICP/ICP-MS), 또는 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광계(ICP-AES) 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
16. 제12항에 있어서, 조합된 스캔 샘플의 하나 이상의 성분에 대한 분석적 결정을 위해 수집 용기와 유체적으로 결합된 분석 시스템으로 조합된 스캔 샘플을 전달하는 단계는: 조합된 스캔 샘플의 하나 이상의 성분에 대한 분석적 결정을 위해 수집 용기와 분석 시스템 사이에 유체적으로 결합된 밸브를 통해 조합된 스캔 샘플을 분석 시스템으로 전달하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 제11항에 있어서, 제1 스캔 유체는 제2 스캔 유체와 상이한 조성을 갖는, 방법.
18. 제11항에 있어서, 제1 스캔 유체는 제2 스캔 유체와 동일한 조성을 갖는, 방법.
19. 제11항에 있어서, 수집 용기의 내부와 수집 용기가 위치된 주위 환경 사이에서 벤트 포트를 통해 하나 이상의 가스를 교환하는 단계를 더 포함하는, 방법.
20. 제11항에 있어서, 수집 용기는 조합된 스캔 샘플이 통과하도록 구성된 각형성된 하단 부분을 포함하는, 방법.

Description

반도체 웨이퍼로부터 유기 오염물을 회수하기 위한 시스템 및 방법 관련 출원에 대한 상호 참조 본 출원은 2023년 9월 1일자로 출원되고 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR RECOVERY AND IDENTIFICATION OF ORGANIC CONTAMINANTS AND RESIDUE ON SEMICONDUCTOR WAFER SURFACES"인 미국 가출원 제63/536,194호, 2023년 9월 27일자로 출원되고 발명의 명칭이 "COLLECTION AND COMBINATION OF MULTIPLE SCAN SAMPLES FOR SEMICONDUCTOR WAFER ANALYSIS"인 미국 가출원 제63/585,787호, 2023년 9월 27일자로 출원되고 발명의 명칭이 "INLINE GENERATION OF ORGANIC SOLVENT SCAN SOLUTION FOR SEMICONDUCTOR WAFER ANALYSIS"인 미국 가출원 제63/585,805호, 및 2023년 9월 27일자로 출원되고 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR RECOVERING ORGANIC CONTAMINANTS FROM SEMICONDUCTING WAFERS"인 미국 가출원 제63/585,810호의 35 U.S.C. §119(e)의 이익을 향유하며, 미국 가출원 제63/536,194호, 제63/585,787호, 제63/585,805호, 및 제63/585,810호는 그 전문이 본 명세서에 참조로 포함된다. 질량 분광법은 액체 또는 기체 샘플 내의 미량 불순물(예를 들어, 원소, 유기 또는 다른 불순물)의 결정을 위해 사용되는 분석 기술이다. 샘플 도입 시스템은 유체 샘플을 다양한 분석 기기 내로 도입하기 위해 채용될 수 있다. 샘플 도입 시스템은 액체 샘플의 분취량을 분무기로 운반할 수 있고, 분무기는 샘플을 질량 분광법 기기에서의 이온화를 위해 적합한 다분산 에어로졸로 변환한다. 원소 불순물의 경우, 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma)(ICP) 이온화 소스가 사용되는 반면, 유기 불순물의 경우, 전기분무(Electrospray), 대기압 화학 이온화(Atmospheric Pressure Chemical Ionization)(APCI), 또는 다른 이온화 소스가 사용된다. 이들 이온화 소스는 사중극자 질량 분광계, 비행 시간 질량 분광계, 이온트랩 질량 분광계 등과 같은 질량 분광계에 결합된다. 상세한 설명은 첨부 도면을 참조하여 설명된다. 설명 및 도면에서 상이한 경우에 동일한 참조 번호를 사용하는 것은 유사하거나 동일한 물품을 나타낼 수 있다. 도 1a는 본 개시내용의 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼로부터 유기 오염물을 회수하기 위한 시스템의 등각 투영도이다. 도 1b는 반도체 웨이퍼가 챔버 내에 위치 설정된 도 1a의 시스템의 등각 투영도이다. 도 2a는 반도체 웨이퍼가 스캐닝 위치에 위치 설정된 도 1a의 시스템의 단면도이다. 도 2b는 반도체 웨이퍼가 분해 위치에 위치 설정된 도 1a의 시스템의 단면도이다. 도 2c는 반도체 웨이퍼가 린스 위치에 위치 설정된 도 1a의 시스템의 단면도이다. 도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른, 도 1a의 시스템의 챔버 본체의 일부의 등각 투영도이다. 도 4는 스캔 아암이 스캐닝 위치에 위치 설정된 반도체 웨이퍼의 표면 위에 노즐을 위치 설정하는 도 1a의 시스템의 등각 투영도이다. 도 5는 스캔 아암이 노즐을 위한 린스 스테이션에 위치 설정된 도 1a의 시스템의 부분 등각 투영도이다. 도 6은 본 개시내용의 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼의 스캐닝 프로세스 중에 반도체 웨이퍼 위의 제1 위치 및 반도체 웨이퍼의 후속 제2 위치에 위치 설정된 스캔 아암의 평면도이다. 도 7a는 본 개시내용의 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼 분해 및 스캐닝 시스템을 위한 노즐의 등각 투영도이다. 도 7b는 도 7a의 노즐의 평면도이다. 도 7c는 도 7a의 노즐의 저면도이다. 도 7d는 7D-7D를 따라 취한, 도 7b의 노즐의 단면도이다. 도 8a는 본 개시내용의 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼의 통합된 분해 및 스캐닝을 위한 시스템을 위한 노즐 장착 조립체의 부분 단면도이다. 도 8b는 표면과 접촉하는 도 8a의 노즐 장착 조립체의 부분 단면도이다. 도 8c는 표면으로부터 들어올려지고 평준화된 도 8a의 노즐 장착 조립체의 부분 단면도이다. 도 9a는 본 개시내용의 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼 분해 및 스캐닝 시스템용 유체 처리 시스템의 개략도이다. 도 9b는 본 개시내용의 실시예에 따른, 화학적 블랭크 로드 구성에서의 도 9a의 유체 처리 시스템의 개략도이다. 도 9c는 본 개시내용의 실시예에 따른, 화학적 주입 구성에서의 도 9a의 유체 처리 시스템의 개략도이다. 도 9d는 본 개시내용의 실시예에 따른, 노즐 루프 로드 구성에서의 도 9a의 유체 처리 시스템의 개략도이다. 도 9e는 본 개시내용의 실시예에 따른, 노즐 로드 구성에서의 도 9a의 유체 처리 시스템의 개략도이다. 도 9f는 본 개시내용의 실시예에 따른, 회수 구성에서의 도 9a의 유체 처리 시스템의 개략도이다. 도 10은 본 개시내용의 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼 분해 및 스캐닝 시스템을 위한 분무기 유체 처리 시스템의 개략도이다. 도 11a는 반도체 웨이퍼의 표면 상에 존재하는 유기 오염물을 갖는 반도체 웨이퍼의 개략적인 측면도이다. 도 11b는 본 개시내용의 실시예에 따른, 도 11a의 반도체 웨이퍼에 스캔 용액을 도입하는 것으로 도시된 스캔 노즐을 포함하는 시스템의 개략적인 측면도이다. 도 11c는 본 개시내용의 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 증발함에 따라 스캔 용액을 보충하기 위한 스캔 용액 보충 시스템과 함께 도시된 도 11b의 시스템의 개략적인 측면도이다. 도 11d는 본 개시내용의 실시예에 따른, 유기 오염물이 스캔 용액으로 도입되고 스캔 노즐이 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 스캔 용액을 흡인하는 것으로 도시된 도 11b의 시스템의 개략적인 측면도이다. 도 11e는 본 개시내용의 실시예에 따른, 스캔 노즐이 유기 오염물을 갖는 스캔 용액을 분석 시스템으로 전달하는 도 11d의 시스템의 개략도이다. 도 12는 본 개시내용의 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼 표면으로부터의 유기 오염물 회수의 예시적인 실험 결과를 보여주는 차트이다. 도 13은 본 개시내용의 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼 분석을 위해 다수의 스캔 샘플을 수집 및 조합하는 시스템의 개략도이다. 도 14는 본 개시내용의 실시예에 따른, 출구 밸브와 연통하는 원추형 하단을 갖는 샘플 수집 용기와 함께 도시된, 반도체 웨이퍼의 분석을 위해 다수의 스캔 샘플을 수집 및 조합하기 위한 시스템의 개략도이다. 도 15는 본 개시내용의 실시예에 따른, 유기 용매 스캔 용액 및 교정 표준물의 인라인 생성을 위한 시스템의 개략도이다. 도 16은 본 개시내용의 실시예에 따른, 유기 용매 또는 교정 표준물 용액을 혼합 밸브로 분배하기 위한 복수의 펌프와 함께 도시된, 유기 용매 스캔 용액 및 교정 표준의 인라인 생성을 위한 시스템의 개략도이다. 개요 샘플 내 미량 원소 농도 또는 양의 결정은 샘플의 순도 또는 시약, 반응 성분 등으로 사용하기 위한 샘플의 수용 가능성에 대한 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 특정 생산 또는 제조 프로세스(예를 들어, 채굴, 야금, 반도체 제조, 의약품 처리 등)에서는, 불순물에 대한 허용 오차가, 예를 들어 10억 분의 1의 분율 정도로 매우 엄격할 수 있다. 반도체 웨이퍼 가공을 위해, 웨이퍼는 웨이퍼의 능력을 저하시키거나 웨이퍼를 작동 불능하게 만들 수 있는 금속 불순물, 유기 불순물 또는 잔류물 등과 같은 불순물에 대해 테스트된다. 예를 들어, 웨이퍼 상의 금속 불순물은 캐리어 수명을 감소시키고, 웨이퍼 구성요소의 유전체 파괴 등을 유발할 수 있는 반면에, 유기 불순물은 이산화규소 성장을 저속화하고, 의도하지 않은 도핑을 유발하며, 광 생성 산을 중화하고, 게이트 산화물 구조를 열화하며, 소수성 또는 친수성을 변경시키는 등의 문제를 일으킬 수 있다. 웨이퍼의 기상 분해(vapor phase decomposition)(VPD) 및 후속 스캐닝은 금속 불순물이 존재하는 지의 여부를 결정하기 위해 웨이퍼의 조성을 분석하는 기술이다. 전통적인 VPD 및 스캐닝 기술은 불순물 분석을 위한 실리콘 웨이퍼의 처리 및 스캐닝을 용이하게 하기 위해 처리량이 제한되었다. 예를 들어, 시스템은 VPD 절차와 스캐닝 절차를 위해 별개의 챔버를 이용하는 경우가 많다. VPD 챔버에서, 표면에 존재하는 이산화규소 및 기타 금속 불순물은 증기(예를 들어, 불화수소산(hydrofluoric acid)(HF), 과산화수소(H2O2), 그 조합)과 접촉되고 증기(예를 들어, 사불화규소(SiF4))로서 표면으로부터 제거된다. 처리된 웨이퍼는 스캐닝을 위해 별개의 챔버로 운반되며, 여기서 액체 액적이 처리된 웨이퍼 표면에 도입되어 분해 증기와 웨이퍼의 반응 후 잔류물을 수집한다. VPD 기술이 금속 불순물의 검출 및 식별에 적절할 수 있지만, 반도체 프로세스에 악영향을 미칠 수 있는 반도체 웨이퍼 내에 또는 그 위에 존재하는 유기 오염물 또는 잔류물의 회수 및 식별을 위해 전통적인 VPD 기술을 사용하는 데에는 상당한 제약이 있다. 예를 들어, 전통적인 VPD 기술에 사용되는 분해 유체는 유기 분자를 분해하거나 달리 유기 분자와 반응하여 원래의 오염물 식별을 방해하고 반도체 웨이퍼 상에 존재하는 원래 오염물의 농도 결정을 방해할 수 있다. 마찬가지로, VPD 시스템에 사용되는 특정 분석 시스템은 유기 오염물 또는 잔류물의 회수 및 식별을 용이하게 하지 않는다. 예를 들어, 금속 불순물의 식별에 사용되는 유도 결합 플라즈마 시스템은 유기 샘플에 존재하는 원소의 배열 식별을 방해할 수 있으며, 이러한 배열은 원래 유기 분자의 적절한 정체성을 결정하는 데 사용된다. 또한, 유기 오염물의 회수를 위해 단일 스캔 용액을 사용하려고 시도하는 것은 반도체 웨이퍼 상에 존재하는 모든 유기 불순물을 흡인하는 데 실패할 수 있다. 예를 들어, 1회의