KR101146000B1 - 반도체 웨이퍼의 세정 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 세정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 표면에 부착한 왁스를 균일하게 제거하고 세정 중에 입자의 재부착과 세정조의 필터 막힘 문제를 줄일 수 있는 왁스 제거 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 세정액을 이용하여 웨이퍼 표면에 부착한 왁스를 제거하는 반도체 웨이퍼의 세정 방법에 관한 것으로서, 세정 방법은 세정액이 미세기포를 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 웨이퍼의 세정 방법{CLEANING METHOD OF SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은 예컨대 실리콘 반도체 웨이퍼의 처리 단계에서 실시되는 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스에서 이용되는 반도체 웨이퍼(기판)은 초크랄스키법 또는 부유대역법에 의해서 성장된 잉곳 블럭을 경면형 박형 플레이트로 가공함으로써 제조된다. 그 가공 단계에서, 주로, (1) 잉곳 블럭을 웨이퍼로 슬라이싱하는 슬라이싱 단계, (2) 슬라이싱된 웨이퍼의 외주 부분을 면취하는 면취(beveling) 단계, (3) 예컨대 래핑 또는 표면 연삭을 이용함으로써 면취가공된 웨이퍼를 평탄화시키는 평탄화 단계, (4) 평탄화된 웨이퍼의 가공 왜곡을 제거하는 에칭 단계, (5) 에칭된 웨이퍼들 각각의 양면 또는 일면을 폴리싱하는 폴리싱 단계, (6) 열처리 단계, 검사 단계, 다양한 세정 단계 등이 실시된다.
종래에는, 웨이퍼의 일면을 폴리싱하는 폴리싱 단계에서, 폴리싱될 웨이퍼의 한쪽 면에 왁스를 도포하여 턴테이블에 고정시키고, 다른 쪽 표면을 폴리싱한다. 이러한 폴리싱 단계 후에, 웨이퍼에 부착된 왁스 및 가공 중에 웨이퍼에 부착된 입자를 제거하기 위해서, 염기 등을 이용한 세정이 실시된다(특허 문헌 1 참조). 이 방법에서, 웨이퍼 표면에 부착된 왁스는 때때로 세정액으로 완전히 용해되지 않고 벗겨지는 방식으로 제거되어, 세정 후에 왁스가 남을 수 있었다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 공보 제8-213356호
본 발명자는, 종래 기술의 세정 방법에서, 용해되지 않고 고형 물질로서 벗겨진 왁스가 입자로서 웨이퍼에 재부착되어, 웨이퍼를 오염시키는 한편, 세정조의 필터 막힘을 야기하는 문제점을 발견하였다.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하고 웨이퍼의 왁스 제거를 효과적으로 실시할 수 있는 세정 방법을 제공하는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명자는 예의 검토한 결과, 미세기포를 함유하고 본 발명을 이루는 세정액을 이용하여 웨이퍼를 세정함으로써 웨이퍼의 표면에 부착된 왁스를 고형 물질로서 벗겨내지 않고 세정액 내로 완전히 용해시키면서 균일하게 제거할 수 있다는 점을 발견하였다.
더 상세하게는, 본 발명은 세정액을 이용하여 반도체 웨이퍼 표면에 부착한 왁스를 제거하는 세정 방법에 관한 것으로서, 세정 방법은 미세기포를 함유한 세정액을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 세정액이 알칼리 성분 및 계면활성제를 함유하는 세정 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 알칼리 성분이 암모니아 또는 유기 암모늄 수산화물인 세정 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 반도체 웨이퍼가 실리콘 웨이퍼인 세정 방법에 관한 것이 다.
본 발명에 따른 세정 방법에서, 미세기포를 함유한 세정액을 이용함으로써, 웨이퍼의 표면에 부착한 왁스가 고형 물질로서 벗겨내지 않고 세정액 내에 용해되면서 균일하게 제거될 수 있어, 왁스 제거 공정에서 고형 입자로서 벗겨지는 왁스에 의해 생성된 입자에 의한 웨이퍼의 재오염 위험이 줄어들 수 있다.
이하에서, 본 발명을 실시예와 함께 상세하게 설명할 것이다.
본 발명은 세정액을 이용함으로써 반도체 웨이퍼 표면에 부착한 왁스를 제거하는 세정 방법에 관한 것으로서, 세정액은 미세기포를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세정 방법에 의해 세정될 수 있는 웨이퍼의 재료, 형상 등은 특별히 한정되지 않는다. 웨이퍼 재료는 종래의 반도체 제조에서 이용되는 다양한 재료를 포함한다. 구체적으로, 재료는 Si, Ge, As, 또는 이들의 복합 재료를 포함한다. 본 발명에서, 웨이퍼의 형상은 종래의 공지된 다양한 형상인 다양한 단계 중에 형성된 형상을 포함한다. 바람직하게는, 보통의 실리콘 웨이퍼 제조 단계에서의 실리콘 웨이퍼가 포함된다.
본 발명의 세정 방법에서, 제거 대상으로서 왁스는 보통의 반도체 웨이퍼의 폴리싱 단계 등에서 이용되는 왁스이고, 그 유형이 특별히 한정되지 않으며, 왁스는 일반적으로 왁스형 물질의 유사 성분, 수지 성분, 및 첨가제를 포함한다. 주로 폴리싱 정밀도와 관련한 점성, 연성, 및 가요성을 제어하기 위한 왁스 성분의 예는 밀랍, 유지, 카나우바, 옻칠(sumac wax) 및 파라핀과 같은 천연 물질과, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜과 같은 합성 물질을 포함한다. 주로 유지력에 관한 접착력, 내충격성, 경도 등을 제어하기 위한 수지 성분의 예는 셀락, 로진, 및 피치와 같은 천연 물질과, 비닐 아세테이트, 나일론, 아크릴, 및 다양한 폴리머와 같은 합성 물질을 포함한다. 세정 효율, 항산화, 내열성, 습윤성 등을 제어하기 위한 첨가제의 예는 다양한 계면활성제를 포함한다. 이들의 도포 형태는 특별히 한정되지 않으며, 이들의 예는 스프레이 왁스, 솔리드 왁스, 및 코팅제를 포함한다.
세정액으로는, 왁스를 제거하기 위해 이용되는 세정액이라면 특별히 한정되지 않고 이용될 수 있고, 구체적으로는, 유지, 수지, 입자 등의 제거 효율 면에서 유리하고 알칼리 성분과 계면활성제를 함유하는 수성 액체가 바람직하다.
알칼리 성분의 예는 수산화리튬, 수산화나트륨, 및 수산화칼륨과 같은 알칼리 금속 수산화물; 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 및 수산화바륨과 같은 알칼리토 금속 수산화물; 암모니아와 하이드록실아민과 같은 무기 수산화암모늄; 모노메틸암모늄 수산화물, 디메틸암모늄 수산화물, 트리메틸암모늄 수산화물, 테트라메틸암모늄 수산화물, 테트라에틸암모늄 수산화물, (n- 또는 i-) 테트라프로필암모늄 수산화물, (n-, i-, 또는 t-) 테트라부틸암모늄 수산화물, 테트라펜틸암모늄 수산화물, 테트라헥실암모늄 수산화물, 및 콜린과 같은 유기 암모늄 수산화물; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 무기 및 유기 암모늄 수산화물 중에서, 반도체 세정을 위해 비교적 적은 비용으로 높은 세정 수준의 약액을 얻을 수 있는 암모니아, 테트라메 틸암모늄 수산화물, 또는 콜린이 바람직하게 이용된다.
제거 대상인 왁스의 용해도를 개선하기 위해 계면활성제가 첨가되고, 적절한 계면활성제가 제거 대상인 왁스에 따라 선택될 수 있다. 계면활성제의 예는 비이온성 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 양성 계면활성제, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
비이온성 계면활성제의 예는 알킬렌 산화물 첨가형 비이온성 계면활성제 및 다가 알코올형 비이온성 계면활성제를 포함한다. 알킬렌 산화물 첨가형 비이온성 계면활성제의 구체적인 예는 고급 알코올, 알킬페놀, 고급 지방산, 고급 알킬아민 등에 알킬렌 산화물[예컨대, 에틸렌 산화물(이하 약어로 EO), 프로필렌 산화물, 부틸렌 산화물, 이하 동일]이 직접 첨가된 건을 포함한다. 다가 알코올형 비이온성 계면활성제의 예는 다가 알코올 지방산 에스테르, 다가 알코올 알킬 에테르, 지방산 알카놀아마이드 등을 포함한다.
음이온 계면활성제의 예는 카르복실산(예컨대, 8 내지 22의 탄소수를 갖는 포화 또는 불포화 지방산) 또는 이들의 염, 황화 에스테르 염[예컨대, 고급 알코올 황화 에스테르 염(예컨대, 8 내지 18의 탄소수를 갖는 지방성 알코올의 황화 에스테르 염)], 고급 알킬 에테르 황화 에스테르 염[예컨대, 8 내지 18의 탄소수를 갖는 지방성 알코올의 EO(1 내지 10 몰) 부가물의 황화 에스테르 염], 황산화유(예컨대, 천연 불포화 유지 또는 불포화 왁스를 개질 처리하지 않고 황산화하고 중성화시킴으로써 얻어지는 염), 황산화 지방산 에스테르(예컨대, 불포화 지방산의 저급 알코올 에스테르를 황산화하고 중화시킴으로써 얻어지는 염), 황산화 올레핀(예컨 대, 12 내지 18의 탄소수를 갖는 올레핀을 황산화하고 중화시킴으로써 얻어지는 염), 술폰산염[예컨대, 알킬벤젠 술폰산염, 알킬 나프탈렌 술폰산염, 술폰숙신산 디에스테르형, α 올레핀(12 내지 18의 탄소수) 술폰산염], 인산 에스테르 염[예컨대, 고급 알코올(8 내지 60의 탄소수) 인산 에스테르염]을 포함한다. 염의 예는 알칼리 금속(나트륨, 칼륨 등) 염, 알칼리토 금속(칼슘, 마그네슘 등) 염, 암모늄 염, 알킬아민 염, 및 알칸올아민 염을 포함한다.
양이온 계면활성제의 예는 테트라알킬암모늄 염과 같은 4급 암모늄 염, 알킬피리디니움 염, 아민 염(예컨대, 라우릴 아민과 같은 고급 아민의 무기 산 염)을 포함한다.
양성 계면활성제의 예는 아미노산형 양성 계면활성제[예컨대, 고급 알킬아민(12 내지 18의 탄소수)의 프로피온산 나트륨], 황화 에스테르 염형 양성 계면활성제[예컨대, 고급 알킬아민의 황화 에스테르 나트륨 염(8 내지 18의 탄소수)], 및 펜타데실 술포타우린과 같은 술포네이트형 양면 계면활성제를 포함한다.
계면활성제의 이용량은 세정제의 총 중량에 기초하여, 보통 30% 또는 그 이하, 바람직하게는 1 내지 20%이다.
상기 알칼리 성분 및 계면활성제가 용해되는 수성 액체는 바람직하게는 웨이퍼 오염 방지의 관점에서 초고순도수이다.
본 발명의 세정 방법에서, 미세기포 기체의 종류는 특히 한정되지 않는다; 그러나, 그 특정한 예는 공기, 수소, 헬륨, 질소, 산소, 및 아르곤을 포함한다. 본 발명의 미세기포는 하나의 기체 성분을 포함할 뿐만 아니라 두 개 또는 그 이상의 기체 성분을 포함하기도 한다. 상세하게는, 그 예는 공기, 수소, 헬륨, 질소, 산소, 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택된 기체 성분의 두 개 또는 그 이상의 종을 포함한다.
미세기포의 방법은 또한 특별히 한정되지 않지만, 미세기포는 공지의 미세기포 생성 방법 또는 생성 장치를 이용하여 기체를 도입함으로써 세정액에서 생성될 수 있다. 미세기포 생성 방법으로서, 공지의 문헌에서 설명한 다양한 방법이 적용될 수 있다[예컨대, Kogyo Chosakai Publishing, Inc.의 Satoshi Ueyama와 Makoto Miyamoto 공저 "The World of Microbubbles"(2006)]. 미세기포 생성 장치의 예는 고속 전단류 미세기포 생성 장치를 포함한다.
본 발명의 세정 방법에서 이용되는 미세기포의 생성 조건 및 생성된 미세기포의 양은 특별히 한정되지 않는다. 이용된 세정 장치의 부피와 형상, 실리콘 웨이퍼의 수, 설치 방법, 세정액의 온도, 세정 시간, 및 세정액의 기타 첨가제에 기초하여, 적절한 범위의 미세기포 생성량이 임의로 선택될 수 있다.
미세기포가 생성된 위치는 또한 특별히 한정되지 않으며, 미세기포의 노즐 부분은 세정 용기의 임의 위치에 마련될 수 있다. 이용된 세정 장치의 부피와 형상, 실리콘 웨이퍼의 수, 설치 방법, 세정액의 온도, 세정 시간, 및 세정액의 기타 첨가제에 기초하여, 적절한 위치가 임의로 선택될 수 있다. 상세하게는, 그 예는 세정 용기의 바닥 부분, 측면 부분, 및 상부 부분 및 용기의 복수 개의 부분을 포함한다.
미세기포를 세정 용기와 상이한 용기에서 생성한 후 반송 펌프를 이용하여 세정 용기에 도입하는 방법이 또한 채택될 수 있다. 세정 용기와 미세기포수 생성 용기를 순환 배관에 의해서 서로 결합하고, 반송 펌프에 의해서 순환을 유지하는 방법이 또한 채택될 수 있다. 미세기포 생성 장치를 운반 배관의 중간 부분에 설치하여, 미세기포수를 세정 용기에 도입하는 방법이 또한 채택될 수 있다.
상기 실시예에서, 웨이퍼가 세정액으로 채워진 세정 용기 내에 침지되는 방식을 가정하여 설명을 하지만, 샤워 세정, 스프레이 세정 등이 이용될 수 있다. 또한, 초음파를 함께 이용하면서 세정이 실시될 수 있다.
이하에서, 본 발명은 예를 기초로 더 상세하게 설명될 것이다.
1. 실험 방법
이하의 (1)에 따라, 일면에 왁스가 도포된 웨이퍼를 마련하였고, 웨이퍼를 (2)의 방법에 의해서 세정하였다.
(1) 일면에 왁스가 도포된 웨이퍼의 마련
왁스로서 Skyliquid[Nikka Seiko Co. Ltd.에 의해 제조된 왁스(수소화 로진 + 이소프로필 알코올 + 톨루엔)]를 8 인치 P형 실리콘 웨이퍼 위에 도포하였다. 스핀 코터(spin coater)에 실리콘 웨이퍼의 경면 표면을 위쪽으로 향하게 설치하고, 동시에 3000 rpm으로 회전시키면서, 3mL의 Skyliquid 원액을 피펫으로 계량하여 기판의 중앙으로부터 주입하였다. 20초 후에, 회전을 중단하였고, 웨이퍼를 자연 건조시켰다.
(2) 세정 방법
세정 약액으로서, 초고순도수에 의해서 20배 희석한 ANC-1[Tara Chemiclas Co., Ltd. 제조, 10% 또는 그 미만의 TMAH(테트라메틸암모늄 수산화물) + 계면활성제]을 이용하여 20℃의 액체 온도에서 세정을 실시하였다. 실시예 및 비교예의 조건을 이하에 설명한다.
(실시예)
미세기포 생성 장치의 하나의 노즐 부분(M2-MS/PTFE형, Nanoplanet Research Institute Corporation 제조)을 세정 약액으로 채워진 4L 세정조의 바닥의 소정 위치에 마련하여, 1 L/min의 미세기포를 계속해서 생성하고 도입하였다. 기포를 위한 기체로서 공기를 이용하였다. 미세기포를 5분 동안 도입한 후에, 왁스가 도포된 표면을 갖는 실리콘 웨이퍼를 침지시켰다. 침지 중에, 미세기포의 생성을 유지하였다. 웨이퍼를 미리 정해진 시간 동안(1, 3, 5, 또는 10분 동안) 침지시킨 후에, 웨이퍼를 1분 동안 초고순도수 린스조에 침지시켜, 약액을 씻어냈다. 그 후, 웨이퍼를 끌어올렸고 웨이퍼 표면 위로 건조 공기를 불어서 건조시켰다.
(비교예)
미세기포를 생성하지 않는 것을 제외하고, 실시예와 유사한 작업을 실시하였다.
2. 평가 방법
각 웨이퍼의 왁스 제거 상태 및 세정액의 상태를 시각적으로 평가하였다.
3. 실험 결과
웨이퍼의 왁스 제거 상태의 관찰 결과가 도 1(사진) 및 도 2(개략도)에 도시되어 있다.
왁스 제거 공정을 일시적으로 관찰한 결과, 비교예에서, 왁스가 주변에서부터 입자로서 벗겨졌다. 따라서, 왁스가 제거되는 방식이 불균일하고 고르지 않음이 확인되었다. 따라서, 왁스가 부분적으로 남아 있을 가능성이 높다고 할 수 있다. 왁스가 고형 물질 상태로 벗겨져, 입자 증가 및 필터 막힘의 위험이 높다고 할 수 있다.
반대로, 미세기포가 첨가될 때, 전체 표면이 균일하게 녹았고, 왁스의 두께가 전체적으로 감소하였다. 따라서, 왁스의 제거 방식이 균일하고 불균등함이 존재하지 않음을 알아냈다. 따라서, 부분적으로 왁스가 남아 있을 가능성이 적다고 할 수 있다. 모든 왁스가 고형 물질로서 벗겨지지 않고 용해되어 제거되어서, 입자 증가 및 필터 막힘의 위험이 적다고 할 수 있다.
본 발명의 세정 방법으로 반도체 기판의 제조 공정에서 웨이퍼에 부착된 왁스를 효과적으로 제거할 수 있어, 본 발명의 세정 방법은 당해 기술 분야에 상당히 기여한다.
도 1은 웨이퍼 사진의 예 및 비교예이다.
도 2는 웨이퍼 상태의 관찰 결과를 도시하는 예 및 비교예의 개략도이다.

Claims (4)

  1. 세정액을 이용하여 반도체 웨이퍼 표면에 부착한 왁스를 제거하는 세정 방법으로서,
    상기 세정액은 미세기포를 함유하고,
    상기 미세기포는 미세기포 생성 장치를 이용하여 기체를 도입함에 의해 생성되며, 세정 중에 미세기포의 생성이 유지되는 것인 세정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세정액은 알칼리 성분 및 계면활성제를 함유하는 수성 액체인 것인 세정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 알칼리 성분은 4급 암모늄 수산화물인 것인 세정 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼인 것인 세정 방법.
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