KR19990044860A - 표면을 청소하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 기재의 표면을 다가전해질을 함유하는 청소 조성물과 접촉시킴으로써 표면을 청소하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 표면을 청소하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 특히 반도체 기재를 폴리싱(polishing)한 후 청소하는데 사용할 수 있다. 본 발명은 목적하는 표면의 청소 효과를 개선시킨다. 본 발명은 또한 신규한 청소 조성물을 제공한다.
미소전자 산업에서는, 관련 구조를 평탄화하고/평탄화하거나 원치않는 물질을 제거할 목적으로 전형적으로 스크래치(scratch)가 없는 표면을 폴리싱한다. 예를 들면, 알루미늄, 구리, 텅스텐과 같은 금속이 평탄화된다. 이들 금속 표면은 폴리싱 연마제가 스크래치를 만들지 않도록 산화된다. 게다가, 알루미늄, 구리 또는 텅스텐 아래에는 전형적으로 내화 금속 라이너가 있어서, 그 아래의 절연체에 잘 접착되게 하고 더 낮은 위치의 금속화물에 대해 양호한 접촉저항성을 갖도록 한다. 라이너는 니오브, 탄탈룸, 티탄 단독이거나 이들의 질화물과의 혼합물이거나, 임의의 다른 내화 금속일 수 있다.
실제로, 원하는 폴리싱 결과를 얻기 위해서는 종종 2단계 과정을 사용하여야 한다. 제 1 폴리싱제를 사용하여 제 1 물질을 다량 제거한 다음, 다른 그 아래의 물질이나 라이너 물질을 제거하는데 제 2 폴리싱제를 사용한다. 예를 들면, 슬러리는 전형적으로 알루미나, 실리카, 세리아, 지르코니아 또는 이산화티탄과 같은 연마 입자를, 질산 제 2 철, 요오드산 칼륨, 질산 암모늄 세륨, 페리시안화 칼륨, 질산 은, 차아염소산 나트륨, 과염소산 칼륨, 과망간산 칼륨 또는 과산화 수소와 같은 산화제와 함께 함유한다. 제 1 슬러리와 제 2 슬러리는 사용된 연마제 종류와 그 화학작용의 면에서 상이하다. 금속 폴리싱제의 예를 들면, 전형적으로 제 1 슬러리는 알루미나 연마제를 사용하고 산성 pH를 가지는 반면, 제 2 슬러리는 실리카 연마제를 사용하고 더 중성인 pH를 갖는다.
폴리싱 후에는, 최소의 화학적 또는 기계적 표면 손상을 주면서 폴리싱 슬러리 및 폴리싱 파편을 제거하기 위해 폴리싱된 표면을 청소할 필요가 있다.
광범위하게 사용되는 웨이퍼 청소 방법은 탈이온수로 습윤되어 있는 한쌍 또는 두쌍의 청소 브러쉬(brush-cleaner)를 폴리싱 후의 웨이퍼가 통과하여 이루어지는 기계적 제거 단계를 포함한다. 그러나, 이 기술은 웨이퍼와 브러쉬에 입자 계수로 불리는 비교적 많은 양의 폴리싱 파편 입자를 남긴다. 그 결과, 웨이퍼 수율이 감소되고/감소되거나, 비교적 비싼 품목인 브러쉬의 수명이 제한된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결하는 표면 청소 방법을 제공하고자 한다. 구체적으로, 본 발명은 특히 화학적-기계적 폴리싱 후의 웨이퍼 청소를 위한 향상된 청소 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 처리된 표면에 바람직하지 않은 에칭 또는 부식과 같은 손상을 주지 않고 청소를 향상시킨다.
특히, 본 발명의 방법은 청소할 표면을 다가전해질을 함유하는 조성물과 접촉시킴을 포함한다. 다가전해질은 표면으로부터 오염물을 제거하는데 유효한 양으로 존재한다.
또한, 본 발명은 표면으로부터 오염물을 제거하는데 유효한 양의 다가전해질 및 무기 전해질을 포함하는, 표면을 청소하기 위한 조성물에 관한 것이다. 무기 전해질은 조성물의 전 중량을 기준으로 약 0.02중량% 내지 약 2중량%의 양으로 존재할 수 있다.
당업자라면, 본 발명을 성취하는 것으로 기대되는 최상의 방식을 예시함으로써 본 발명의 바람직한 실시양태만을 도시하고 기술하는 하기의 설명으로부터 본 발명의 또 다른 목적 및 이점을 쉽게 알 수 있을 것이다. 본 발명은 그밖의 다른 실시양태도 가능하고, 세부사항에 있어서도 본 발명을 벗어남이 없이 여러 면에서 변형이 가능함을 알 것이다. 따라서, 하기의 설명은 제한적인 것이 아니라 사실상 예시적인 것으로 생각되어야 한다.
본 발명의 방법에 따라, 청소할 표면을 다가전해질을 함유하는 조성물과 접촉시킨다. 다가전해질은 전형적으로 화학흡착, 즉 전자이동에 의해 제거될 물질의 입자 표면 및 웨이퍼 표면과 같은 기재 표면에 흡착한다. 이로써 폴리싱 파편 입자와 같은 제거될 입자와 기재 표면 사이에서 정전기적 반발이 증가된다. 본 발명에 따라 사용되는 바람직한 다가전해질은 분자량이 전형적으로 약 100,000 미만으로서 비교적 분자량이 작고, 용제내로 연장되는 중합체 쇄의 분절과 함께 전하발생 작용기를 포함한다－이 전하발생 작용기는 정전기적 반발에 "입체적 반발 효과"를 더하여 반발을 증가시키며, 또한 다른 입자와의 충돌을 방지한다－. 다가전해질의 분자량은 바람직하게는 약 500 내지 약 10,000이고, 전형적으로는 약 2,000이다.
"다가전해질"이란 용어는 다수의 이온화가능한 기를 갖는 거대분자인 다가이온을 함유하는 물질을 말한다. 다가전해질 물질의 전자중성도를 유지하기 위하여, 다가이온 전하는 전형적으로 H+, Na+, K+또는 NH+와 같은 저분자량의 이온인 반대이온에 의해 상쇄되어야 한다. 대부분의 하전되지 않은 중합체와는 달리, 다가전해질은 일반적으로 물과 같은 극성 용제에 가용성이다. 수용액중의 양성화 평형에 있어서, 다가이온은 다가산, 다가염기로 분류되거나, 산성 기와 염기성 기가 둘다 존재한다면 다가양성체로서 분류될 수 있다. 다가전해질은, 예를 들어 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(메틸 메타크릴산), 폴리(말레산), 또는 포화 또는 불포화 폴리(카복실산)에서의 카복실 기와 같은 산성 기를 함유할 수 있다. 또한, 인산 기 및/또는 설폰산 기가 중합체에 도입될 수 있고, 이들 기가 산성 작용기로서 작용할 수도 있다.
또한, 다가전해질은 아미노, 아미드, 이미드, 비닐 피리딘, 피페리딘 및 피페라진 유도체를 갖는 중합체와 같은 질소함유 기를 비롯한 염기성 기를 함유할 수 있다.
하기 표 1은 본 발명에 적합한 이온화가능한 쇄 분자를 예시한다.
특히, 다가전해질 첨가제에서 단량체 단위의 반복수 n은 바람직하게 5 내지 200이어서, 다가전해질의 바람직한 분자량은 약 500 내지 10,000이 된다.
다가전해질은 청소할 기재로부터 오염물을 제거하는데 유효한 양으로 사용되며, 그 양은 전형적으로 청소 조성물의 중량을 기준으로 약 0.02중량% 내지 약 2중량%, 더 전형적으로는 약 0.05중량% 내지 약 1중량%이다. 연마 입자 표면에 대해 높은 결합 에너지를 갖는 다가이온에 있어서, 다가이온은 높은 전하밀도를 갖는 것이 바람직하다. 산, 염 및 염기와 같은 무기 전해질을 첨가하면 약한 다가전해질의 강도가 증가되어 연마 입자에의 흡착이 증가된다. 무기 첨가제의 농도는 약 0.02중량% 내지 약 2.0중량%일 수 있다.
사용된 조성물은 바람직하게 수성 조성물이다. 다른 유형의 적합한 조성물로는 프로필렌 카보네이트와 일가 알콜 및 다가 알콜(예: 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤)과 같은 묽은 유기 용제로서 사용되는 것이 있다. 물론, 경우에 따라 이들 희석제의 혼합물, 물과의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에 따라 바람직하게 청소되는 표면은 규소 웨이퍼와 같은 반도체 장치의 제조에 사용되는 표면이다.
또한, 본 발명은 알루미나, 실리카, 지르코니아, 세리아를 비롯한 연마 입자를 함유하는 폴리싱 조성물, 바람직하게는 알루미나계 및 실리카계 폴리싱 슬러리가 사용되는 공정을 비롯한 다양한 화학적 기계적 폴리싱 공정에 의해 발생되는 폴리싱 파편을 제거하는데 사용할 수 있다. 게다가, 본 발명의 청소 과정은 알루미늄, 크롬, 텅스텐, 구리, 티탄, 니오브, 탄탈룸, 이들의 합금 및 질화물; 이산화 규소, 질화 규소, 다이아몬드상 탄소, 단결정 규소, 다결정 규소와 같은 금속을 비롯한 다양한 물질을 폴리싱한 후의 청소 공정으로서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 양상에 따라, 청소 조성물로 처리한 후 처리된 표면을 탈이온수로 세척하여 잔여 청소 조성물을 제거한다.
표면과 청소 조성물을 접촉시키는데 사용되는 방법은 다양한 기술을 포함한다. 예를 들어, 처리할 표면을 전형적이거나 통상적인 제 1 쌍의 청소 브러쉬에 운반하고, 제 1 쌍의 청소 브러쉬와 접촉되는 동안 표면에 또는 브러쉬 자체에 본 발명의 청소 조성물을 도포할 수 있다. 그 다음, 제 2 쌍의 청소 브러쉬와 접촉하는 표면을 탈이온수로 세척할 수 있다. 제 2 쌍의 청소 브러쉬는 전형적으로 롤러 스폰지 브러쉬(roller sponge brush) 형태이다. 롤러 스폰지 브러쉬 대신에, 펜슬 스폰지(pencil sponge) 청소기와 같은 다른 공지의 브러쉬 기술을 사용할 수 있다.
다른 방법으로, 메가음속 탱크를 사용하는 것과 같은 브러쉬를 이용하지 않는 청소 공정을 사용할 수 있는데, 청소할 표면을 본 발명의 청소 조성물을 갖는 메가음속 탱크 장치에 위치시킨다. 그 결과, 표면에 손상을 주지 않고 표면을 적절히 청소한다. 반면에, 이러한 기술을 사용한 종래의 방법은 메가음속 탱크의 기계적 작용이 표면을 청소하기에 불충분하기 때문에 청소액에 에칭제를 첨가하여야 했다. 그러나, 에칭제의 존재는 제거할 입자 아래에 있는 웨이퍼를 에칭하게 되어 웨이퍼를 손상시킨다. 따라서, 이러한 기술은 종래 기술의 청소 조성물의 경우 불가능하였다.
본 발명의 청소 조성물은 침지 청소, 분무 청소, 다양한 형태의 제트(jet) 청소에 사용될 수 있다. 신규한 웨이퍼 청소 방법은 "캐비테이션 제트"(cavitation jet)(에바라 캄파니(Ebara company))를 사용한다. 캐비테이션 제트에서는, 저주파수의 제트의 중심에 고주파수의 제트가 생성되고, 이러한 이중 제트가 웨이퍼를 향하게 된다. 이 공정은 매우 작은 공정 창(process window)을 가지는데, 이것은 웨이퍼의 산화물 구역이 하전되어 궁극적으로는 침식 손상을 일으키기 때문이다. 본 발명에 따라 캐비테이션 제트가 탈이온수 대신에 다가전해질 용액으로 이루어진다면, 분산제의 청소 작용으로 인해 더 순한 주파수 조건이 사용될 수 있다. 게다가, 다가전해질은 산화물의 하전을 방지하는 작용을 한다. 이러한 두 요인에 의해 캐비테이션 손상이 감소되고, 신규한 청소 기술의 사용이 실행가능하게 된다.
또 다른 방법으로, 폴리싱 도구의 회전 테이블에서 수행되는 폴리싱 공정의 헹굼 주기에 탈이온수 대신에 다가전해질을 함유하는 청소 용액을 사용할 수 있다.
다가전해질이 웨이퍼를 침식 또는 부식시키지 않고 모든 청소 방법의 청소 작용을 향상시킨다는 것은 중요하다.
본 발명은 주로 웨이퍼의 청소가 제일 중요한 미소전자 산업을 대상으로 하지만, 다가전해질을 함유하는 청소액은 다음과 같은 용도에서 미립자, 폴리싱 및 완충제 잔여물, 자성 입자 검사, 또는 침지 청소, 분무 청소, 초음파 청소, 습윤포 청소 또는 습포 청소에서 생긴 다른 비오일상 불순물의 잔여물의 제거에 마찬가지로 적합하다: 분말 야금 부품, 주조성형 부품, 기계 부품, 박금속 부품, 기록 헤드, 평판 표시기; 렌즈, 특히 콘택트 렌즈와 같은 광학 산업; 피복, 도장, 전기도금을 위한 표면 준비.
오염물 또는 입자가 제거되어야 할 표면은 평면이거나, 비평면이거나 또는 특징부(일부는 1μ 미만임)로 패턴화된 것일 수 있고, 알루미늄, 크롬, 텅스텐, 구리, 티탄, 니오브, 탄탈룸, 은, 이들의 합금, 이들의 질화물, 이산화 규소, 질화 규소, 다이아몬드상 탄소, 단결정 규소, 다결정 규소, 중합체, 자성 합금, 철, 강철을 포함할 수 있다.
본 발명을 더 예시하기 위해 하기의 비제한적인 실시예를 제공한다.
실시예 1
알루미늄과 SiO2, 이들 사이의 라이너로 패턴화된 24개의 시험 규소 웨이퍼를 2단계 화학적-기계적 폴리싱 공정에 적용한다. 제 1 단계에서, 슬러리는 1중량%의 콜로이드상 실리카와 산화제로 구성되고(pH=2.0), 제 2 단계에서 슬러리는 10중량%의 콜로이드상 실리카로 구성된다(약알카리 pH). 알루미늄과 SiO2, 이들 사이의 라이너로 패턴화된 규소 웨이퍼를, 탈이온수로 습윤되어 있는 두쌍의 브러쉬를 갖는 청소 브러쉬로 운송한다. 알루미늄 웨이퍼가 청소된 후, 규소 모니터 웨이퍼는 청소 브러쉬를 지나 운송된다. 텐커 서프스캔(tencor surfscan)에서 얻은 FM 입자 계수는 500의 매우 높은 분진 계수를 나타내었다.
실시예 2
제 1 쌍의 브러쉬의 청소 조성물이 분자량 2,000의 폴리(아크릴산) 0.065중량%의 수용액인 것을 제외하고는 실시예 1을 반복한다. 알루미늄과 SiO2, 이들 사이의 라이너로 패턴화된 규소 웨이퍼를 청소한 후, 규소 모니터 웨이퍼를 청소 브러쉬로 통과시켰다. 텐커 서프스캔에서 얻은 FM 입자 계수는 겨우 20의 입자 계수를 나타내었다.
전술한 본 발명의 설명은 본 발명을 예시하고 기술한다. 추가로, 개시내용은 본 발명의 바람직한 실시양태만을 나타내고 기술하지만, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변형 및 환경에 사용될 수 있고, 상기 교시내용 및/또는 관련분야의 기술 또는 지식에 상응하는, 본원에 표현된 본 발명 개념의 범주에 포함되는 변화 또는 변형이 가능함은 물론이다. 전술된 실시양태는 또한 본 발명을 실시하는 최상의 방식을 설명하려는 것이며, 이에 의해 당업자는 본 발명의 특정 분야 또는 용도에서 필요한 각종 변형을 갖는 상기 실시양태 또는 다른 실시양태의 본 발명을 이용할 수 있다. 따라서, 본 설명은 본 발명을 본원에 개시된 형태에 한정하려는 것이 아니다. 또한, 첨부된 특허청구범위는 선택적인 실시양태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 종래 기술의 문제를 해결하는 표면 청소 방법으로서, 특히 화학적-기계적 폴리싱 후의 웨이퍼 청소를 위한 향상된 청소 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 처리된 표면에 바람직하지 않은 에칭 또는 부식과 같은 손상을 주지 않고 청소를 향상시킨다.
Claims (44)
- 기재의 표면으로부터 오염물을 제거하는데 유효한 양의 다가전해질을 함유하는 청소 조성물과 기재를 접촉시킴을 포함하는 표면을 청소하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,다가전해질의 분자량이 100,000 미만인 방법.
- 제 1 항에 있어서,다가전해질의 분자량이 약 500 내지 약 10,000인 방법.
- 제 1 항에 있어서,다가전해질의 양이 청소 조성물의 중량을 기준으로 약 0.02중량% 내지 약 2중량%인 방법.
- 제 1 항에 있어서,다가전해질의 분자량이 약 1,000 내지 약 5,000인 방법.
- 제 1 항에 있어서,다가전해질이 산성 기를 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,다가전해질이 염기성 기를 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,다가전해질이 다가양성체인 방법.
- 제 1 항에 있어서,다가전해질이 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(말레산), 폴리(비닐 설폰산), 폴리(아크릴-코-말레산), 폴리(비닐아민), 폴리(에틸렌 이민), 폴리(4-비닐 피리딘)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 방법.
- 제 1 항에 있어서,다가전해질이 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(말레산), 이들의 염 또는 에스테르로 이루어진 그룹에서 선택되는 방법.
- 제 1 항에 있어서,다가전해질이 폴리(아크릴산)인 방법.
- 제 1 항에 있어서,청소 조성물이 약 0.02중량% 내지 약 2중량%의 무기 전해질을 추가로 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,무기 전해질이 산, 염 또는 염기인 방법.
- 제 1 항에 있어서,청소 조성물이 수성 조성물인 방법.
- 제 1 항에 있어서,청소 조성물이 유기 용제를 함유하는 방법.
- 제 15 항에 있어서,청소 조성물이 물을 추가로 함유하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,기재가 화학적-기계적 폴리싱(polishing)에 의해 폴리싱된 반도체 기재인 방법.
- 제 17 항에 있어서,기재로부터 제거된 오염물이 알루미나, 실리카, 지르코니아, 세리아로 이루어진 그룹에서 선택된 연마 입자를 함유하는, 폴리싱에 의해 생성된 폴리싱 파편 입자인 방법.
- 제 17 항에 있어서,기재로부터 청소 조성물을 제거하기 위해 기재를 탈이온수와 접촉시킴을 추가로 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,기재를 청소 조성물을 갖는 청소 브러쉬(brush-cleaner)와 접촉시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,청소 브러쉬가 스폰지 브러쉬(sponge brush)인 방법.
- 제 1 항에 있어서,기재를 청소 조성물을 갖는 펜슬 스폰지(pencil sponge)와 접촉시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,청소 조성물과 접촉시키는 공정이, 기재를 청소 조성물을 함유하는 메가음속 탱크에 위치시킴을 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,기재를 청소 조성물과 접촉시키는 공정이 제트(jet) 청소 기술을 포함하는 방법.
- 제 24 항에 있어서,제트 청소 기술이 캐비테이션 제트(cavitation jet)를 사용하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,폴리싱 공정의 헹굼 주기에서 탈이온수 대신에 청소 조성물을 사용하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,제거된 오염물이, 알루미늄, 텅스텐, 구리, 티탄, 니오브, 탄탈룸, 은, 이들의 합금; 알루미늄, 텅스텐, 구리, 티탄, 니오브, 탄탈룸의 질화물; 은, 이산화 규소, 질화 규소, 다이아몬드상 탄소, 단결정 규소, 다결정 규소, 중합체, 자성 합금, 철, 강철로 이루어진 그룹에서 선택되는 물질을 폴리싱한 결과 생성된 폴리싱 파편인 방법.
- 표면으로부터 오염물을 제거하는데 유효한 양의 다가전해질과 무기 전해질을 포함하는 조성물.
- 제 28 항에 있어서,다가전해질의 분자량이 10,000 미만인 조성물.
- 제 28 항에 있어서,다가전해질의 분자량이 약 500 내지 약 10,000인 조성물.
- 제 28 항에 있어서,다가전해질의 양이 청소 조성물의 중량을 기준으로 약 0.02중량% 내지 약 2중량%인 조성물.
- 제 28 항에 있어서,다가전해질의 분자량이 약 1,000 내지 약 5,000인 조성물.
- 제 28 항에 있어서,다가전해질이 산성 기를 포함하는 조성물.
- 제 28 항에 있어서,다가전해질이 염기성 기를 포함하는 조성물.
- 제 28 항에 있어서,다가전해질이 다가양성체인 조성물.
- 제 28 항에 있어서,다가전해질이 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(말레산), 폴리(비닐 설폰산), 폴리(아크릴산-코-말레산), 폴리(비닐아민), 폴리(에틸렌 이민), 폴리(4-비닐 피리딘)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 조성물.
- 제 28 항에 있어서,다가전해질이 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(말레산), 이들의 염 또는 에스테르로 이루어진 그룹에서 선택되는 조성물.
- 제 28 항에 있어서,다가전해질이 폴리(아크릴산)인 조성물.
- 제 28 항에 있어서,조성물의 중량을 기준으로 약 0.02중량% 내지 약 2중량%의 무기 전해질을 추가로 포함하는 조성물.
- 제 28 항에 있어서,무기 전해질이 산, 염 또는 염기인 조성물.
- 제 28 항에 있어서,수성 조성물인 조성물.
- 제 28 항에 있어서,유기 용제를 함유하는 조성물.
- 제 42 항에 있어서,물을 추가로 함유하는 조성물.
- 제 1 항에 있어서,기재가 알루미늄, 크롬, 텅스텐, 구리, 티탄, 니오브, 탄탈룸, 은, 이들의 합금; 알루미늄, 크롬, 텅스텐, 구리, 티탄, 니오브, 탄탈룸의 질화물; 은, 이산화 규소, 질화 규소, 다이아몬드상 탄소, 단결정 규소, 다결정 규소, 중합체, 자성 합금, 철, 강철로 이루어진 그룹에서 선택되는 물질을 포함하는 표면을 갖는 방법.
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