KR101000404B1 - 웨이퍼 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 세정 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법은, SC1 용액을 이용하여 웨이퍼를 세정하는 단계; 및 초순수에 가스가 용해된 가스 용존수를 이용하여 상기 웨이퍼를 세정하는 단계;로 구성되며, 본 발명에 따르면 간소화된 공정으로 웨이퍼의 미립자와 금속 오염물을 동시에 효과적으로 제거할 수 있다.
웨이퍼, 세정, 가스 용존수, SC1 용액

Description

웨이퍼 세정 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING WAFER}
본 발명은 웨이퍼를 세정하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 용존수를 이용하여 웨이퍼의 세정 능력을 향상시킨 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼는 슬라이싱(slicing) 공정, 그라인딩(grinding) 공정, 랩핑 공정, 에칭 공정, 폴리싱(polishing) 공정 등의 일련의 공정을 거쳐 반도체 소자 제조용 웨이퍼로 생산된다. 이때, 웨이퍼는 공정이 진행되는 과정에서 각종 오염물에 의해 표면이 오염된다. 대표적인 오염물로는 미세 파티클, 금속 오염물, 유기 오염물 등을 들 수 있으며, 이러한 오염물은 반도체 소자의 생산 수율을 저하시키는 원인이 된다.
일반적으로, 이러한 오염물을 제거하기 위한 웨이퍼 세정 공정에서는 SC1(Standard Cleaning 1) 용액과 SC2(Standard Cleaning 2) 용액이 사용 목적에 따라 단독 혹은 여러 종류의 세정액과 함께 사용된다. 여기에서, SC1 용액은 암모니아수, 과산화수소, 초순수(DeIonized water)를 혼합한 용액으로서 주로 미세 파티클을 제거하기 위해 사용되며, SC2 용액은 염산, 과산화수소, 초순수를 혼합한 용액으로서 주로 금속 오염물을 제거하기 위해 사용된다.
도 1은, 종래 기술에 의하여 웨이퍼를 세정하는 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의하면, 먼저 SC1 용액을 이용하여 웨이퍼를 세정하고(S10), 초순수로 린스한다(S20). 다음으로, SC2 용액을 이용하여 웨이퍼를 세정하고(S30), 초순수로 린스한 후(S40), 웨이퍼를 건조한다(S50). 이와 같이 종래의 방법에서는 SC1 또는 SC2 등의 화학 용액을 이용하여 세정을 행하기 때문에 반드시 초순수로 린스하는 과정을 거쳐야 하므로 공정수가 늘어난다.
한편, 웨이퍼의 유기 오염물을 제거하기 위해 황산을 이용하거나, 또는 오존을 물과 혼합하여 세정액으로 이용하기도 한다. 이와 관련하여, 특허공개 제1998-0015254호 및 특허공개 제1999-0079059호에 따르면, 오존과 물이 혼합된 용액에 웨이퍼를 담구어 웨이퍼에 부착된 유기물을 제거하는 세정 방법을 개시하고 있다.
그러나, 이와 같이 오존을 이용하는 세정 방법은 유기물 제거 용도로만 사용되었고, 유기물 이외의 미세 파티클 및 금속 오염물을 제거하기 위해서는 여전히 다양한 화학 물질을 다량으로 사용하기 때문에 비용이 많이 소모된다. 또한, 세정 공정에서 염산이나 황산과 같은 강산을 비롯해 여러 위험 물질이 많이 사용되므로 안전성을 확보하기 어렵다는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 공정상 발생된 화학물질이 포함된 폐수를 외부로 배출하는 경우 환경 오염을 유발할 수 있으며, 따라서 이러한 폐수를 처리하기 위해 막대한 비용이 소모될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 비용이 적게 들고 공정상 안전성이 확보되며, 간소화된 공정으로 환경을 덜 오염시키는 웨이퍼 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 웨이퍼 세정 방법은, SC1 용액을 이용하여 웨이퍼를 세정하는 단계; 및 초순수에 가스가 용해된 가스 용존수를 이용하여 상기 웨이퍼를 세정하는 단계;로 구성된다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 다른 웨이퍼 세정 방법은, 초순수에 잔존하는 기체를 탈기시키는 단계; 상기 탈기된 초순수에 가스를 용해시켜 가스 용존수를 생성하는 단계; 및 상기 가스 용존수를 이용하여 웨이퍼를 세정하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼를 세정하는 과정에서 종래에 사용되던 SC2 용액이나 황산을 사용하지 않고도 미립자 제거와 금속 오염물을 동시에, 그것도 종래의 세정 능력 이상의 탁월한 세정 효율로 제거할 수 있다. 또한, 화학물질 이외에 가스 용존수를 사용함으로써, 공정이나 폐수 처리에 대한 비용을 감소시키고, 환경을 덜 오염시킬 수 있다. 그리고, 염산이나 황산과 같은 위험 물질의 사용을 감소시켜 공정상 안전성을 확보할 수 있고, 초순수 린스 공정 및 SC2 용액 세정 공정을 가스 용존수 세정 공정으로 대체함으로써 공정을 간소화시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따라 웨이퍼를 세정하기 위한 장치(10)의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 사용되는 웨이퍼 세정 장치(10)는 웨이퍼 세정부(17), 및 가스 용해부(13)를 포함한다.
가스 용해부(13)는, 웨이퍼 세정부(17)로 공급되는 초순수에 가스를 용해시켜 가스용존수를 생성한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 용해시키고자 하는 가스를 가스 공급관(14)을 통해 가스 접촉기로 공급하여 초순수에 용해시킬 수 있다. 이때, 가스 접촉기는 멤브레인 형태나 폭포수 방식의 가스 접촉기를 사용할 수 있 는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 가스 용해부(13)는 가스 접촉기 부분의 압력을 높일 수 있으며, 이로써 초순수에 용해되는 가스의 양을 증대시켜 세정 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 가스 용해부(13)는 가스탈기관(15)을 포함할 수 있으며, 초순수에 용해되지 않은 잔여 가스는 가스탈기관(15)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
한편, 가스 용해부(13)에 의해 초순수로 용해되는 가스는 수소, 질소, 산소, 및 오존으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것이 바람직하다.
웨이퍼 세정부(17)는, 세정액과 세정 대상인 웨이퍼를 수용한다. 웨이퍼가 웨이퍼 세정부(17) 내에 장착되면, 웨이퍼 세정부(17)는 세정액을 이용하여 웨이퍼를 세정한다. 본 발명에 따르면, 웨이퍼 세정부(17)는 가스 용해부(13)에 의해 가스가 용해된 가스용존수를 세정액으로 하여 웨이퍼를 세정한다. 한편, 웨이퍼 세정부(17)는, 도 2에 도시된 바와 같이 간단한 형태인 오버플로우 배스로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 사용되는 다른 웨이퍼 세정 장치(20)의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3을 참조하면, 웨이퍼 세정부(27)는 순환 배스로 구성되며, 웨이퍼 세정부(27)는 세정액과 웨이퍼가 수용되는 내조와 내조로부터 오버플로우된 세정액이 순환되도록 하기 위한 외조를 포함할 수 있다. 외조는 내조의 상반부 외측에 설치되며, 내조의 양측 벽을 넘어 오버플로우되는 세정액을 받을 수 있도록 구성된다. 오버플로우된 세정액은 순환 펌프(28)에 의해 가스 용해부(23)로 공급되어 가스가 추가로 용해될 수 있다. 충분한 농도의 가스 용존수가 확보된 경우에는 도 2와 같은 오버플로우 배스로 구성된 웨이퍼 세정부(27)가 사용될 수 있으나, 그렇지 않은 경우에는 도 3과 같은 순환 배스로 구성된 웨이퍼 세정부(27)가 유용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 사용되는 웨이퍼 세정 장치(10, 20)는, 탈기부(12, 22)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 가스 용해부(13, 23)로 공급되는 초순수에는 원하지 않는 잔존 가스가 포함되어 있을 수 있으며, 이 경우 초순수의 기체 용해도는 제한되어 있으므로 가스 용해부(13, 23)에 의해 용해되는 가스의 양을 감소시켜 세정 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 탈기부(12, 22)는 가스 용해부(13, 23)가 가스를 초순수로 용해시키기 전에 초순수로부터 잔존 가스를 제거함으로써, 가스가 초순수에 충분히 용해될 수 있도록 한다. 한편, 탈기부(12, 22)는, 액체는 통과하고 기체는 제거되는 멤브레인 구조를 가질 수 있으며, 진공 펌프(11, 21)를 구비하여 상기 진공 펌프(11, 21)에 의해 기체를 제거할 수 있다.
또한 웨이퍼 세정 장치(10, 20)는, SC1 용액 공급부(도시되지 않음)를 포함한다. SC1 용액 공급부는 웨이퍼 세정부로 SC1 용액을 공급하는데, 웨이퍼 세정부(17, 27)는 가스 용해부(13, 23)에 의해 생성된 가스 용존수를 이용하여 웨이퍼를 세정하기 이전에, 공급된 SC1 용액을 이용하여 웨이퍼를 세정한다. SC1 용액은, 상술한 바와 같이 암모니아수(NH4OH), 과산화수소(H2O2), 및 초순수(H2O)가 조합되어 만들어지며, 이와 같은 SC1 용액을 이용한 세정을 통해 미세 파티클 제거 효 율을 향상시킬 수 있다.
웨이퍼 세정 장치(10, 20)는, 알칼리 용액 공급부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 알칼리 용액 공급부는 초순수 또는 가스가 용해된 가스 용존수에 알칼리 용액을 첨가한다. 알칼리 용액은 입자와 웨이퍼 간의 반발력을 높여 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 장치의 미세 파티클 제거 성능을 향상시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는, 알칼리 용액 공급부에 의해 첨가되는 알칼리 용액은, NH4OH, KOH, NaOH, TMAH로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함한다.
또한, 웨이퍼 세정 장치(10, 20)는, 메가소닉 발진기(16, 26)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 메가소닉 발진기(16, 26)는 세정 효율을 높이기 위해 세정 공정이 진행되는 동안 웨이퍼의 표면에 메가소닉 에너지를 인가한다. 이와 같이 메가소닉 에너지를 인가함으로써, 낮은 주파수 영역에서는 캐비테이션(cavitation) 효과를 얻을 수 있고, 높은 주파수 영역에서는 입자가속(Acoustic Streaming)에 의한 효과를 얻을 수 있다.
다음은 상기와 같은 구성을 가지는 웨이퍼 세정 장치를 이용한 본 발명에 따른 세정 방법을 설명한다. 도 4는, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저, SC1 용액을 이용하여 웨이퍼를 세정하고(S110), 초순수에 가스를 용해시켜 가스 용존수를 생성한 다음(S120), 상기 생성된 가스 용존수를 이용하여 웨이퍼를 세정한다(S130). 이와 같이 SC1 용액과 가스 용존수만으 로 웨이퍼를 세정함으로써, SC2 용액을 사용하지 않고도 웨이퍼 표면의 미립자 및 금속 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 본 실시예의 가스 용존수는 SC2나 황산 등과 같은 화학 용액이 아니므로 별도의 초순수 린스 공정이 필요없어, 종래의 방법(도 1 참조)에서 단계 S20 내지 S40의 세 단계가 단계 S130 하나로 단축될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 가스는, 수소, 질소, 산소, 및 오존으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가스 용존수를 이용하여 웨이퍼를 세정하는 단계는, 먼저 알칼리 용액이 첨가된 가스 용존수를 이용하여 웨이퍼를 세정한 후, 다음으로 알칼리 용액이 첨가되지 않은 가스 용존수를 이용하여 웨이퍼를 세정할 수 있다. 여기서 상기 알칼리 용액은, NH4OH, KOH, NaOH, TMAH로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법은, 상기 웨이퍼의 세정 중에 웨이퍼에 메가소닉을 인가하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 메가소닉을 인가함으로써 캐비테이션 효과와 입자 가속 효과에 의해 웨이퍼의 세정을 보다 효율적으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법은, 초순수에 가스를 용해시키기 전에 초순수에 잔존하는 가스를 제거하는 것이 바람직하다. 이는, 상술한 바와 같이 초순수에 용해되는 가스의 농도를 증가시켜 세정 효율을 향상시키기 위함이다.
이하, 도 5와 6, 및 표 1과 2를 참조하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법의 세정 효율을 설명하도록 한다. 도 5는, 비교예에 의한 웨이퍼 세정 방법을 나타낸 흐름도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 세정 방법을 나타낸 흐름도이다. 또한, 표 1 및 표 2는 비교예 및 실시예에 의한 세정 결과를 나타낸 것으로 최종 웨이퍼 표면의 입자 및 금속 오염 농도를 평가한 결과이다.
도 5를 참조하면, 비교예(200)는, SC1 용액을 이용하여 웨이퍼를 세정한 다음(S210), 초순수를 이용해 린스하고(S220) 웨이퍼를 건조시키는(S230) 방법으로 웨이퍼 세정을 수행하였다. 반면 도 6을 참조하면, 각 실시예(300)는, SC1 용액을 이용하여 웨이퍼를 세정한 후(S310) 가스를 용해시킨 가스 용존수를 이용하여 웨이퍼를 세정하고(S320), 이를 건조시키는(S330) 방법으로 웨이퍼 세정을 수행하였다. 다만, 실시예1, 2, 및 3은 각각 질소, 산소, 및 오존으로 용존시킨 가스의 종류를 달리하였다는 점에 차이가 있다.
Figure 112008080465072-pat00001
표 1은, 비교예 및 실시예에 따른 웨이퍼 표면의 미세 파티클 제거 효과에 대한 상대 비율을 나타낸다. 즉, 가스 용존수를 사용하지 않은 비교예의 미세 파티클 제거 효과를 100이라고 할 때, 비교예에 대한 각 실시예의 상대 비율을 나타낸 것이다. 표 1을 참조하면, 각 실시예에 따른 세정에 의한 웨이퍼 표면의 미세 파티클 제거 효과는 비교예에 비하여 매우 좋은 효과를 갖고 있음을 알 수 있다. 특히, 실시예 3의 경우, 비교예 대비 최대 240까지 좋은 결과를 나타내었는바, 비교예에 비해 그 효과가 매우 우수하였다.
Figure 112008080465072-pat00002
표 2는, 비교예 및 실시예에 따른 웨이퍼 표면의 잔류 금속 오염 농도를 나타낸 표로서, 각 세정 방법에 따른 금속 오염물 제거 효과를 나타내며, 표 2에 나타난 수치에 대한 단위는 108 atoms/cm2이다. 표 2를 참조하면, 금속 오염물 제거 효과에 있어서 각 실시예를 비교예와 견주어 볼 때 훨씬 우수한 결과를 나타내는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예에 따르면, 종래 SC2 용액에 의한 제거 대상인 Na, K과 같은 알칼리 금속에 대해 탁월한 세정 능력을 갖고 있음을 알 수 있다.
결과적으로, 표 1과 표 2를 통해 살펴보면, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정은 미세 파티클의 제거 및 금속 오염물의 제거에 우수한 효과를 갖고 있다고 할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은, 종래 기술에 따른 웨이퍼 세정 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따라 웨이퍼를 세정하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 사용되는 다른 웨이퍼 세정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 비교예에 의한 웨이퍼 세정 방법을 나타낸 흐름도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 세정 방법을 나타낸 흐름도이다.

Claims (10)

  1. SC1 용액을 이용하여 웨이퍼를 세정하는 단계;
    알칼리 용액이 첨가된 가스 용존수를 이용하여 상기 웨이퍼를 세정하는 단계; 및
    알칼리 용액이 첨가되지 않은 가스 용존수를 이용하여 웨이퍼를 세정하는 단계
    로 구성되어 상기 웨이퍼의 미립자와 금속 오염물을 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스는, 수소, 질소, 산소, 및 오존으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리 용액은, NH4OH, KOH, NaOH, TMAH로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 세정은 상기 웨이퍼에 메가소닉을 인가하면서 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  6. 초순수에 잔존하는 기체를 탈기하는 단계;
    상기 탈기된 초순수에 가스를 용해시켜 가스 용존수를 생성하는 단계;
    알칼리 용액이 첨가된 가스 용존수를 이용하여 웨이퍼를 세정하는 단계; 및
    알칼리 용액이 첨가되지 않은 가스 용존수를 이용하여 상기 웨이퍼를 세정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스는, 수소, 질소, 산소, 및 오존으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 알칼리 용액은, NH4OH, KOH, NaOH, TMAH로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 세정은 상기 웨이퍼에 메가소닉을 인가하면서 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
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