KR20010032957A - 실리콘 웨이퍼용 래핑후 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼가 래핑된 후, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 오염물을 세정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 상기 웨이퍼를 산화제와 접촉시켜 상기 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 유기 오염물을 산화시키는 단계를 구비한다. 상기 웨이퍼는 이후, 음파 에너지가 주입되는 구연산을 함유하는 수성 배스에 담겨져 상기 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 금속 오염물을 제거한다. 구연산 배스에 담긴 후, 웨이퍼는 불화수소산과 접촉하여 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 실리콘 다이옥사이드층을 제거한다. 이후, 웨이퍼는 알칼리 성분 및 계면 활성제를 함유하며, 음파 에너지가 주입되는 수성 배스에 담긴다.

Description

실리콘 웨이퍼용 래핑후 세정 방법{POST-LAPPING CLEANING PROCESS FOR SILICON WAFERS}
본 발명의 프로세스는 일반적으로 반도체 웨이퍼 세정에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 래핑된 단일 결정 실리콘 웨이퍼의 면 상에 존재할 수 있는 유기 잔여물, 금속 불순물 및 다른 미립자 오염물의 세정을 위한 처리 단계 시퀀스에 관한 것이다.
집적 회로의 제조시에 사용되는 반도체 웨이퍼는 단일 결정 실리콘 잉곳(ingot)으로부터 얇은 웨이퍼를 슬라이싱(slicing)함으로써 생성된다. 슬라이싱 이후, 웨이퍼는 래핑 프로세스를 거쳐 다소 균일한 두께를 가지게 된다. 이후, 웨이퍼는 에칭되어 손상을 제거하며 평활(smooth) 표면을 생성한다. 통상적인 반도체 웨이퍼 형성 프로세스의 최종 단계는 웨이퍼의 적어도 한 표면 상에 양호하게 반사하며 손상없는 표면을 생성하기 위한 연마(polishing) 단계이다. 이 연마된 표면 상에서 집적 회로 제조가 실행된다.
웨이퍼는 래핑 단계 및 에칭 단계 사이에서 세정되어야 하며, 이로써 금속 오염물 및 다른 형태의 미립자 불순물은 물론, 래핑 그릿(grit)(예컨대, 알루미늄) 및 유기 잔여물 같은 물질을 제거한다. 세정 프로세스가 효과적이지 않으면, 웨이퍼의 표면은 오염될 것이나 또는 이들 불순물로 "착색될(stained)" 것이다. 부가적으로, 이들 오염물 중 일부는 웨이퍼의 연마되지 않은 면에서 연마된 면으로와 같이, 웨이퍼의 한 면에서 다른 한 면으로 전달될 수 있다. 집적 회로가 이들 불순물로 착색된 웨이퍼 표면 상에 제조된다면, 이들 회로의 품질 및 성능은 상당히 감소될 수 있다. 그러므로, 웨이퍼는 통상적으로 밝은 조명 또는 형광 조명에서 웨이퍼를 시각적으로 검사함으로써 이들 오염물의 존재를 나타내는 착색을 검출한다.
래핑된 실리콘 웨이퍼의 세정은 일반적으로 계면 활성제를 포함하는 또는 포함하지 않은 부식액을 사용하여 초음파 탱크에서 실행되어, 오물을 웨팅(wetting)하여 분산시키는 것을 원조한다. 그러나, 이러한 방법에는 몇몇 단점들이 존재한다. 우선, 충분히 청결한 웨이퍼를 생성하기 위한 전체 처리 시간은 30분 이상일 수 있다. 이러한 연장된 초음파 노출은 웨이퍼의 결정 격자에 손상을 야기할 수 있다. 둘째, 세정 탱크로의 초음파 에너지 적용은 정재파(定在波)의 형성을 야기한다. 결과적으로, 실리콘 웨이퍼는 불균일 에너지에 노출되어 충분히 세정되지 않는다. 셋째, 래핑된 후에 산소를 포함하는 대기에 노출됨에 따라, "천연의(native)" 산소층이 막 래핑된 웨이퍼 표면상에 생성한다. 이 산소층은 금속 파티클, 래핑 그릿 및 다른 불순물을 구속하도록 작용한다. 이 산소층이 세정 전에 제거되지 않는다면, 구속된 불순물은 또한 효과적으로 제거되지 않을 것이다.
지금까지, 실리콘 웨이퍼의 표면에 부착하는 미세한 미립자를 감소시키거나 제거하기 위한 다수의 프로세스가 제시되어 왔다. (예컨대, 미국 특허 Nos. 5,489,557 (졸리(Jolley)); 5,635,463 (무라오카(Muraoka)); 5,409,200 (브루너(Brunner) 외); 5,308,400 (첸(Chen)); 5,129,955 (타나까(Tanaka)); 4,261,791 (슈와츠만(Shwartzman));5,498,293 (이라디(Ilardi) 외); 일본 특허 No. H09-007991 (키타무라(Kitamura) 외) 참조). 그러나, 일반적으로 이들 프로세스는, 발생되는 집적 회로 성능 및 품질 저하를 방지하는 데 충분한 양의 오염물을 제거하지 못하므로 바람직하지 않다.
상기의 관점에서, 웨이퍼의 결정 격자에 손상을 야기하지 않고 음파 에너지의 적용에 의하여 금속, 래핑 그릿, 유기 잔여물 및 다른 미립자 불순물을 효과적으로 제거함으로써 실질적으로 오염물이 없는 실리콘 웨이퍼를 생성하는 프로세스에 대한 요구가 지속된다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼의 표면을 세정하기 위한 향상된 프로세스를 제공하는 것이며, 집적 회로 제작을 위하여 적합한 웨이퍼 표면을 제공하는 프로세스를 제공하는 것이며, 웨이퍼 표면으로부터 래핑 그릿, 유기 잔여물 및 다른 미립자 불순물을 효과적으로 제거하는 프로세스를 제공하는 것이며, 웨이퍼의 결정 격자에 손상을 주지 않고 세정 프로세스에서 초음파의 효율을 최대화하는 프로세스를 제공하는 것이다.
일반적으로, 본 발명은 웨이퍼가 래핑된 후, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 오염물을 세정하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 본 프로세스는 웨이퍼가 산화제와 접촉하여 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 유기 오염물을 산화시키는 단계를 구비한다. 산화제 처리 이후, 웨이퍼는 구연산을 구비하며, 음파 에너지가 주입되는 수성 배스(aqueous bath)에 담겨서 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 금속 오염물을 제거한다. 결과적으로, 웨이퍼는 불화수소산과 접촉하여 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 실리콘 다이옥사이드층을 제거하며, 이후 음파 에너지가 주입되며 알칼리 성분 및 계면 활성제를 구비하는 수성 배스에 담긴다.
본 발명은 또한, 다수의 웨이퍼가 웨이퍼 캐리어를 사용하여 한번에 세정되어 처리량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 세정 방법에 관한 것이다. 웨이퍼 캐리어가 사용될 때, 캐리어는 불화수소산 처리 이후에 및 알칼리 수성 배스에 담기기 전에 물로 헹궈진다.
다른 목적 및 특징들은 일부 명백해 질 것이며, 이하에 일부가 지적될 것이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
실리콘 웨이퍼가 래핑 프로세스로 처리된 후, 래핑 현탁액이 웨이퍼 표면 상에 남는다. 다른 것들 중에서, 이 래핑 현탁액은 천연 유기성이며, 웨이퍼의 표면에 알루미늄 같은 미립자 불순물을 구속시키는 부유의 또는 결합된 복합물 및 래핑 그릿을 포함한다. 본 발명의 방법에 따라, 존재할 수 있는 이들 및 다른 미립자 불순물은 래핑된 실리콘 웨이퍼를 기체 또는 액체 산화제와 제 1 접촉시킴으로써 또는 처리함으로써 제거된다. 적합한 산화제의 예로서는 오존, SC-1(수산화 암모늄, 과산화수소 및 물의 비율이 1:1:5의 비율인 용액), 피라냐(piranha) 배스, 오존을 함유한 유황산 및 왕수(aqua regia)이다.
산화제는 웨이퍼 표면 상에 존재하는 다수의 다른 유기 불순물은 물론, 부유의 또는 결합된 복합물과 반응하거나 또는 산화시킨다. 이들 복합물의 산화는 이들 내의 탄소 결합을 해제시켜, 이산화탄소 및 물로 분해시킨다. 그러므로, 산화는 알루미늄 같은 불순물이 쉽게 제거되도록 하며, 이것은 상기 불순물은 더 이상 실리콘 웨이퍼 표면에 이들 복합물에 의하여 구속되지 않기 때문이다.
바람직한 실시예에서, 반도체 웨이퍼는 오존화수를 구비하는 산화 배스에 담긴다. 용액의 오존 농도는 통상적으로 5ppm 내지 50ppm의 범위이다. 바람직하게는, 농도는 약 10ppm 내지 약 20ppm의 범위이며, 더욱 바람직하게는 약 14ppm 내지 약 16ppm의 범위이다. 통상적으로, 배스의 온도는 대기 온도 이하이다. 그러나, 바람직하게는 온도 범위는 약 0℃ 내지 약 25℃이며, 더욱 바람직하게는 약 10℃ 내지 약 15℃이다. 산화 배스 내의 웨이퍼 체류 시간은 통상적으로 약 10초 내지 약 120초인 범위이며, 바람직하게는 약 20초 내지 약 45초이다. 더욱 바람직하게는, 산화 배스 내의 웨이퍼 체류 시간은 약 25초 내지 약 35초의 범위이다.
산화제로 처리된 후, 반도체 웨이퍼는 구연산을 함유하는 수성 배스에 담긴다. 배스의 구연산의 농도는 바람직하게는 약 1 중량% 내지 약 5 중량% 인 범위이며, 더욱 바람직하게는 약 2 중량% 내지 약 3 중량%의 범위이다. 구연산 배스의 pH는 통상적으로 약 1 내지 약 3인 범위이다. 그러나, 바람직하게는 pH는 2.2 내지 2.5인 범위이다. 구연산 배스의 온도는 통상적으로 약 50℃ 내지 70℃이며, 바람직하게는 약 55℃ 내지 65℃이다. 배스내의 웨이퍼의 체류 시간은 통상적으로 적어도 약 4분이다. 그러나, 바람직하게는 웨이퍼는 약 4.5분 내지 약 6분 동안 배스에 담겨질 것이다.
구연산은 착화제(complexing agent)로서 작용하며, 반도체의 표면 상에 및 배스 자체에 존재하는 금속 이온, 특히 알루미늄, 철 및 티타늄을 구속하도록 작용한다. 이들 복합물이 형성되면, 구연산은 또한 파티클을 보다 큰 구조로 응집시키도록 작용한다. 이러한 방식으로, 미세한 미립자는 보다 쉽게 필터링되며 제거되는 보다 큰 파티클로 변환될 수 있다. 그 결과로써, 구연산 배스는, 래핑 그릿 및 다른 미립자 불순물이 제거된 후, 웨이퍼 표면상에 재적층될 것인 경향을 제한하도록 작용한다.
구연산 배스 처리후, 실리콘 다이옥사이드층은 통상적으로 웨이퍼 표면 상에 존재한다. 이 층 또는 막은 일부 자연적이며, 일부 산화 배스에서의 웨이퍼 처리의 결과이다. 구연산 배스에 의하여 제거되지 않은 래핑 그릿 및 금속 불순물 흔적과 같은 다양한 파티클은 종종 이 막 내에서 결합되어, 웨이퍼 표면을 오염시킨다. 그러므로, 바람직하게는 산화막은 웨이퍼를 불화수소산에 접촉시킴으로써 웨이퍼 표면으로부터 제거된다.
불화수소산 단계가 웨이퍼를 불화수소산 증기에 노출시킴으로써 실행될 수 있는 반면(예컨대, 프리지(Prigge) 외, 미국 특허 No. 4,973,563 참조), 불화수소산을 함유하는 수성 배스에 웨이퍼를 담그는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 배스의 불화수소산 농도는 약 1 체적% 내지 약 50 체적%인 범위이며, 더욱 바람직하게는 약 1 체적% 내지 약 5 체적% 내인 범위이다. 또한, 불화수소산 배스의 온도는 바람직하게는 약 20℃ 내지 약 80℃인 범위이며, 더욱 바람직하게는 약 20℃ 내지 약 60℃인 범위이다. 불화수소산 배스 내의 웨이퍼의 체류 시간은 적어도 약 30초이다. 그러나, 바람직하게는 웨이퍼는 약 1분 내지 약 15분 동안, 더욱 바람직하게는 약 4분 내지 약 5분 동안 배스 내에 체류할 것이다.
불화수소산 처리이후, 반도체 웨이퍼는 알칼리 성분 및 계면 활성제를 함유하는 수성 배스에 담겨진다. 알칼리 배스의 온도는 바람직하게는 약 50℃ 내지 약 70℃, 더욱 바람직하게는 약 55℃ 내지 약 65℃이다. 알칼리 배스 내의 웨이퍼의 체류 시간은 약 4분 내지 약 30분, 더욱 바람직하게는 약 6분 내지 약 20분, 가장 바람직하게는 약 8분 내지 약 10분이다.
적합한 알칼리 성분은, 알칼리 세정 매체는 물론, 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 수산화 리튬, 포타슘 카보네이트, 소듐 카보네이트 또는 대응되는 중탄산염 중 어느 것이라도 포함하며, 어떠한 알칼리 인산염도 또한 포함하는 SC-1 용액을 포함한다. 이들 모든 알칼리 용액은 통상적으로 알칼리 조건에서 웨이퍼 세정제로서 사용을 위하여 적합하도록 종래 기술에서 공지된 계면 활성제와 조합하여 사용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 알칼리 배스는, 통상적으로 배스의 약 1 체적% 내지 약 5 체적%, 바람직하게는 약 2 체적% 내지 약 4 체적%의 범위인 수산화 칼륨 농도를 구비한다. 알칼리 배스는 또한 바람직하게는 벡터 HTC(베텔(Bethel), CT의 인터페이스 다이나믹스(Interface Dynamics)로부터 사용 가능한) 같은 상업적으로 사용 가능한 세정제인 계면 활성제를 구비한다. 바람직하게는, 배스의 계면 활성제 농도는 약 1 체적% 내지 5 체적%, 더욱 바람직하게는 약 2 체적% 내지 약 4 체적%인 범위이다.
알칼리 배스는 실리콘 웨이퍼의 표면 전위를 변화시킴으로써 세정 프로세스를 원조하여, 웨이퍼의 표면이 존재할 수 있는 이산화 규소 및 다른 미립자 불순물을 정전기적으로 제거한다. 현 프로세스에서 이전 단계, 특히 불화수소산 단계는 웨이퍼가 표면 전위를 가진다는 점에서 주목된다. 웨이퍼를 알칼리 배스로 처리함으로써, 표면 전위가 변한다. 그 결과, 이미 웨이퍼 표면에 부착된 파티클은 이제 정전기적으로 떨어져서, 웨이퍼 표면으로부터 보다 쉽게 제거될 수 있다.
본 발명의 프로세스와 협동하는 시스템의 처리량을 증가시키기 위하여, 알칼리 배스 단계는 2개의 분리된 단계로 구분될 수 있다. 본 실시예에서, 웨이퍼가 가장 바람직하게는 약 8분 내지 약 10분 동안 체류하는 단일 알칼리 배스를 사용하는 대신, 웨이퍼는 각각의 2개의 분리된 알칼리 배스에 연속적으로 위치된다. 웨이퍼는 각각의 배스에서 약 4분 내지 약 5분 동안 체류한다.
알칼리 배스(들) 처리 이후, 웨이퍼는 바람직하게는 수성 배스에 완전히 담김으로써 물로 헹궈진다. 물 배스의 온도는 통상적으로 약 20℃ 내지 약 65℃, 바람직하게는 약 45℃ 내지 약 55℃ 이다. 물 배스 내의 웨이퍼의 체류 시간은 통상적으로 약 2분 내지 약 5분, 바람직하게는 약 3분 내지 약 4분이다. 웨이퍼가 물 배스에 체류하는 동안, 물은 연속적으로 제거되며 신선한 물로 대체된다. 이러한 방식으로, 배스의 전체 체적은 바람직하게는 웨이퍼가 헹궈지는 동안 제거되어 약 1회 내지 약 2회 대체된다.
웨이퍼 헹굼이 완료되면, 웨이퍼는 바람직하게는 제 1 산화 처리가 실행되는 동일한 방식으로 산화제로 다시 처리된다. 이 단계는 물 헹굼으로 제거되지 않은 계면 활성제로부터 야기된 것과 같은 잔존하는 모든 유기 잔여물을 산화시킨다. 이 단계는 또한, 웨이퍼 표면을 패시베이션(passivation)함으로써 웨이퍼를 오염물로부터 보호하는 웨이퍼의 표면 상의 산소층의 형성을 촉진시킨다. 패시베이션은, 산소층이 없다면 웨이퍼의 표면 상에 활성 전하가 존재하므로 필수적이다. 이 활성 전하는 반대 전하 파티클을 끌어당길 수 있어서 표면이 재오염되도록 한다. 표면 전하를 패시베이션함으로써, 이 인력은 제거될 수 있다.
실리콘 웨이퍼가 본 발명의 프로세스에 따라 세정되는 경우, 부가적인 프로세싱을 위하여 필수적인 통상적인 수단에 의하여 건조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 처리량은 다수의 웨이퍼를 한번에 처리함으로써 상승될 수 있다는 것이 주목된다. 이것은, 웨이퍼가 배스에 담겨지고 배스에서 변환되는 동안, 웨이퍼를 고정시키는 웨이퍼 캐리어 또는 카세트로 상기 웨이퍼를 삽입함으로써 달성된다. 웨이퍼 캐리어는 통상적으로 콜로라도 스프링 컴파니(Colorado Spring, CO)의 엠팩(Empak)으로부터 상업적으로 사용가능한 모델 X4200-01 카세트와 같은 통상적인 카세트이다. 그러나, 웨이퍼 캐리어가 사용된다면, 캐리어는 바람직하게는 불화수소산 처리 단계가 완료되고, 캐리어가 수성 알칼리 배스에 담겨지기 전에 탈이온화(DI)수로 헹궈진다. 이 헹굼 단계는 웨이퍼 캐리어로부터 모든 잔존의 불화수소산을 제거한다. 불화수소산 단계 이후 웨이퍼 캐리어의 헹굼 실패는 후속의 배스 오염을 유발할 수 있다. 웨이퍼 자체는 본 프로세스의 이 시점에서 소수성이며, 따라서 물 헹굼에 의하여 영향을 받지 않을 것이므로 헹굴 필요가 없다는 것이 주목된다.
헹굼 시간은 바람직하게는 최소화되어 웨이퍼의 표면 상에 산화층의 재형성을 방지한다. 그러므로, 이 헹굼 단계는 약 10분 이하, 더욱 바람직하게는 약 10초 내지 약 30초, 가장 바람직하게는 약 15초 내지 약 20초 동안 지속된다. 통상적으로, 물 헹굼은 대기 온도에서 실행된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 또한, 구연산 배스 및 알칼리 배스의 세정 동작은 음파 에너지를 적용시킴으로써 향상될 수 있다는 것이 또한 주목된다. 네이 스윕소닉TM(Ney SweepsonicTM) (블룸필드(Bloomfield)의 네이 코포레이션(Ney Corporation), CT로부터 사용 가능한) 같은 초음파 제너레이터는 통상적으로 배스를 통하여 초음파 에너지를 주입하는 데 사용된다. 주파수는 채용된 초음파 제너레이터에 의하여 제어된다는 점에서 주목된다. 그 결과, 주파수는 초음파 제너레이터의 모델 및 공급원이 다양해짐에 따라 가변화될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 특정 배스를 통하여 생성되고 주입된 초음파 에너지의 주파수는 약 40 kHz 내지 약 120 kHz의 범위일 것이다. 부가하여, 초음파 제너레이터에 의하여 제공된 초음파 전력 밀도는 통상적으로 배스에서의 용액의 리터당 약 20 와트 내지 리터당 약 60 와트, 바람직하게는 리터당 약 25 와트 내지 리터당 약 30 와트의 범위일 것이다.
초음파 에너지는 웨이퍼 표면 상의 틈(crevice)에 구속된 미립자 오염물의 제거를 원조한다. 어떠한 특정 이론도 관여하지 않고, 이 기계적 동작의 중요성은 초음파 웨이브에 의하여 발생된 캐비테이션(cavitation) 버블이 웨이퍼의 표면에서 파괴되어 웨이퍼의 표면 상에 세정 작용을 유발한다는 사실로부터 유도된다고 고찰된다. 부가하여, 상기 전술한 바와 같이, 서로 다른 pH 값을 가지는 세정 용액의 도입은 웨이퍼의 표면 상의 파티클의 전하 변화를 유도한다. 이 전하 변화는 미립자 및 웨이퍼 표면 간의 인력을 약화시킴으로써 미립자를 "느슨하게(loosen)"하는 것을 원조한다. 파티클이 상당히 느슨해 진후, 초음파 진동의 기계적 작용은 웨이퍼 표면으로부터 세정 용액으로 파티클을 제거한다.
웨이퍼 표면으로부터 오염물의 향상된 제거는 바람직하게는, 웨이퍼가 용액에 담겨져 있을 때, 미국 특허 No. 5,593,505(어크(Erk) 외)에 의하여 개시된 바와 같이, 웨이퍼를 세정하기 위한 프로세스를 채용함으로써 달성된다. 이 프로세스에서, 기체-액체 인터페이스는 채용된 수용액의 표면에서 정의된다. 웨이퍼는 배스에 위치되어 일반적으로 상기 웨이퍼의 적어도 일부가 액체에서 및 기체-액체 인터페이스 아래에서 수직 위치로 방향된다. 이후, 음파 에너지는 액체를 통하여 주입된다. 웨이퍼는 배스에 관하여 상호 이동으로 동시에 회전하여, 웨이퍼의 전체 표면이 배스의 기체-액체 인터페이스를 통하여 반복하여 통과한다. 웨이퍼는 또한, 배스의 액체 레벨이 상승하고 하강함에 따라 회전될 수 있다. 이것은 또한, 웨이퍼의 표면이 기체-액체 인터페이스를 통하여 반복적으로 통과되도록 한다. 최종적으로, 다른 대안에서, 웨이퍼는 배스에 완전히 반복적으로 담겨질 수 있으며, 이후 배스로부터 완전히 제거될 수 있다. 웨이퍼는 연속적으로 담기는 동안 계속 회전된다. 다시, 이것은 웨이퍼의 표면이 기체-액체 인터페이스를 통하여 반복적으로 통과되도록 한다. 모든 경우에서, 웨이퍼의 적어도 일부는 기체-액체 인터페이스를 통하여 반복적으로 통과한다.
상기 전술한 모든 세정 배스에 대하여, 배스는 연속적으로 필터링되어 재순환되는 것이 바람직하다. 이 특징은 용액으로부터 불순물을 제거하는 것을 원조하여 불순물이 웨이퍼 표면 상에 재적층되는 것을 방지하는 것을 돕는다. 바람직하게는, 재순환 시스템은 매 2분 마다 하나의 배스 턴오버(turnover)의 용량을 가진다. 또한, 상기 전술된 배스는 동요되어, 또한 웨이퍼의 표면으로부터 불순물을 제거하는 것을 원조하는 것이 바람직하다. 이 동요는 특히, 웨이퍼 카세트와 접하고 있는 에지에서 또는 에지 주위의 웨이퍼 표면의 세정을 원조하기 위하여 상기 웨이퍼 카세트가 채용될 때, 바람직하다.
본 발명은 단지 예시를 위하여 다음의 예로써 설명되었으며, 본 발명의 범위 및 실행될 수 있는 방식을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
실시예
본 발명의 프로세스에 따라, 다중 래핑된 단일 결정 실리콘 웨이퍼는 웨이퍼 카세트에 위치되어 약 30초간 오존화수를 함유하는 배스의 카세트로의 제 1 담금에 의하여 한번에 세정된다. 배스의 오존 농도는 약 15ppm 이며, 배스의 온도는 약 20℃이다.
웨이퍼는 오존화수 배스로부터 제거되어, 음파 에너지가 약 40 kHz의 주파수로 주입되는 구연산을 함유하는 배스에 부분적으로 담긴다. 배스는 약 60℃의 온도로 가열되며, 약 pH 2이며, 약 3 중량%의 구연산 농도를 가진다. 웨이퍼는, 각 웨이퍼의 적어도 일부가 배스를 통하여 그리고 기체-액체 인터페이스 아래에서 반복적으로 통과되도록 웨이퍼가 회전하는 동안, 약 4분 30초 동안 구연산 배스에 체류되도록 허용된다.
이후, 웨이퍼는 구연산 배스로부터 제거되어 불화수소산을 함유하는 배스에 담긴다. 배스의 불화수소산의 농도는 약 2 체적%이다. 웨이퍼는 약 60℃의 온도로 가열된 불화수소산 배스에서 약 5분간 체류되도록 허용된다.
웨이퍼는 불화수소산 배스로부터 제거되어, 이후 웨이퍼 캐리어는 약 20초 동안 대기 온도에서 탈이온화수로 헹궈져서 존재하는 모든 잔존 불화수소산을 제거한다. 이 헹굼에 이어서, 웨이퍼는 음파 에너지가 약 40 kHz 주파수로 주입되는 제 1 수성 알칼리 배스에 부분적으로 담긴다. 수성 알칼리 배스는 약 2 체적%의 수산화 칼륨 농도를 가지는 반면, 벡터 HTC 계면 활성제의 농도는 약 2 체적% 이다. 웨이퍼는, 상기 각 웨이퍼의 적어도 일부가 배스를 통하여 그리고 기체-액체 인터페이스 아래에서 반복적으로 통과하도록 회전되는 동안, 약 60℃의 온도로 가열된 제 1 알칼리 배스에 약 5분 동안 체류되도록 허용된다.
다중 배스 기술에 이어, 이후 웨이퍼는 제 1 수성 알칼리 배스로부터 제거되어, 제 1 배스와 동일한 구성을 가지는 제 2 배스에 부분적으로 담긴다. 제 2 배스는 또한 약 60℃로 가열되며, 배스에서의 웨이퍼 체류 시간은 또한 약 5분이다. 다시 한번, 용액에 담겨져 있는 동안, 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 적어도 일부가 배스를 통하여 그리고 기체-액체 인터페이스 아래에서 반복적으로 통과되도록 회전된다.
이후, 웨이퍼는 제 2 수성 알칼리 배스로부터 제거되어 탈이온화수를 함유하는 배스에 담긴다. 웨이퍼는 약 55℃로 가열된 수성 배스에서 약 3분 동안 체류되도록 허용된다.
최종적으로, 웨이퍼는 물 배스로부터 제거되어, 산화층이 이온화수를 함유하는 배스에 상기 웨이퍼를 담금으로써 웨이퍼의 표면 상에 형성된다. 이 배스의 구성은 제 1 산화 배스와 동일하며, 약 15 ppm의 오존 농도를 가진다. 배스는 약 20℃이며, 웨이퍼는 이 배스에서 약 30초 동안만 체류하도록 허용된다.
산화 배스로부터 제거된 후, 웨이퍼는 종래 기술에 표준인 통상적인 수단에 의하여 건조된다.
전체적으로, 약 900개의 웨이퍼가 상기 프로세스에 의하여 세정된다. 웨이퍼는, 불순물의 존재를 나타내는, 웨이퍼의 표면 상의 모든 착색의 존재에 대하여 밝은 광선 조명 하에서 시각적으로 검출된다. 결과는, 본 프로세스에 따라 세정되는 약 1% 이하의 웨이퍼가 수용할 수 없는 표면의 착색 증거를 나타낸다는 것을 지시한다. 비교에 의하여, 지금까지의 실험 증거는 통상적인 프로세스에 의하여 세정된 웨이퍼의 통상적으로 약 5 % 내지 약 10 %가 수용할 수 없을 정도로 착색될 것이라는 것을 나타내는 것이 주목된다.
웨이퍼에 착색이 존재하는 것을 시각적으로 검사하는 것에 부가하여, 본 프로세스에 의하여 세정된 웨이퍼는 또한 분석되어 금속 오염물의 표면 농도를 결정한다. 이후, 이들 결과는 2가지 통상적인 방법에 의하여 세정된 래핑된 웨이퍼와 비교된다. 제 1 방법(뉴타운(Newtown), 펜실베니아에 위치한 소닉 시스템(Sonic System)으로부터 상업적으로 사용 가능한)은 차례로 (i) 구연산 용액, (ii) 수산화 칼륨 및 계면 활성제 용액, (iii) 탈이온화수의 헹굼액에 웨이퍼를 완전히 담그는 단계를 포함한다.
제 2 방법(산호세(San Jose), 캘리포니아에 위치한 웨이퍼 프로세스(wafer Process)로부터 상업적으로 사용 가능한)은 미국 특허 No. 5,593,505의 어크(Erk) 외,에 의하여 개시된 프로세스를 사용함으로써 약간 수정된다. 이 수정된 방법은 차례로 (i) 구연산 용액에 웨이퍼를 완전히 담그는 단계와, (ii) 수산화 칼륨 및 계면 활성제의 용액에 상기 웨이퍼를 반만 담궈서 어크(Erk) 외,에 의하여 개시된 프로세스당 웨이퍼를 회전시키는 단계와, (iii) 탈이온화수로 상기 웨이퍼를 헹구는 단계를 포함한다. 이들 두 방법에 대하여, 음파 에너지는 구연산 및 수산화 칼륨 배스를 통하여 모두 약 40 kHz의 주파수로 주입되며, 상기 웨이퍼는 통상적으로 건조된다.
약 900개의 웨이퍼는 상기 참조된 각각의 방법으로 준비된다. 이후, 본 실시예에 채용된 본 발명의 프로세스에 따라 준비된 동일한 수의 웨이퍼는 물론, 상기 웨이퍼들은 종래 기술에서 통상적인 ICP/MS의 수단에 의하여 분석되어 금속 오염물의 표면 농도를 결정한다. 다음 표는 이들 웨이퍼 상에 발견되는 표면 금속 오염물의 평균 농도를 나타낸 것이다.
세정 프로세스 오염물 (1 E10 atm/cm2)
알루미늄 철 티타늄
음파 시스템 4429 71 165
웨이퍼 프로세스 1735 31 54
1 미크론 이하 4.32 1.8 0.7
상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 프로세스는 알루미늄(Al), 철(Fe) 및 티타늄(Ti)의 표면 농도의 상당한 감소를 획득하는 수단을 제공한다. 이들 금속들은, 표준 웨이퍼 래핑 프로세스로부터 야기되는 가장 일반적인 금속 오염물이므로 주목된다. 알루미늄 및 티타늄 오염물은 래핑 그릿으로부터 발생되는 반면, 철 오염물은 래핑 플레이트로부터 발생된다.
상기의 관점에서, 본 발명의 몇몇 목적은 달성되고, 다른 유리한 결과는 획득된다는 것을 알 수 있을 것이다. 상기 설명에 포함된 모든 사항은 예시로써 사상을 제한하지 않고 해석되도록 의도된다.

Claims (21)

  1. 반도체 웨이퍼가 래핑된 후, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 오염물을 세정하기 위한 방법으로서,
    (a) 래핑된 웨이퍼를 산화제와 접촉시켜 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 유기 오염물을 산화하는 단계와,
    (b) 단계 (a) 이후, 음파 에너지가 주입되는 구연산을 함유하는 수성 배스에 상기 웨이퍼를 담궈서 상기 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 금속 오염물을 제거하는 단계와,
    (c) 단계 (b) 이후에, 상기 웨이퍼를 불화수소산과 접촉시켜 상기 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 실리콘 다이옥사이드층을 제거하는 단계와,
    (d) 단계 (c) 이후에, 음파 에너지가 주입되며, 알칼리 성분 및 계면 활성제를 함유하는 수성 배스에 상기 웨이퍼를 담그는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 래핑된 웨이퍼는 단계 (a)에서 산화제를 함유하는 수성 배스에 상기 웨이퍼를 담금으로써 산화제와 접촉하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 산화제는 오존화수인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 수성 배스의 오존 농도는 약 10ppm 내지 약 20ppm의 범위인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 약 25초 내지 약 35초 동안 수성 배스에 담기는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 단계 (b)의 수성 배스의 구연산 농도는 배스의 약 2 중량% 내지 약 3 중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 단계 (b)의 수성 배스의 pH는 약 2.2 내지 약 2.5의 범위인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 단계 (b)의 수성 배스에서 약 4.5분 내지 약 6분 동안 담기는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 단계 (c)에서 불화수소산을 함유하는 수성 배스에 담기는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 단계 (c)의 배스의 불화수소산 농도는 배스의 약 1 체적% 내지 약 5 체적%의 범위인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 단계 (d)의 수성 배스는 수산화 칼륨 및 계면 활성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 단계 (d)의 수성 배스의 수산화 칼륨 농도는 배스의 약 2 체적% 내지 약 4 체적%의 범위인 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 단계 (d) 이후에,
    (e) 상기 웨이퍼를 탈이온화수를 포함하는 배스에 담그는 단계와,
    (f) 단계 (e) 이후, 상기 반도체 웨이퍼를 산화제를 함유하는 수성 배스에 담궈서 상기 웨이퍼 표면 상의 실리콘 다이옥사이드층을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 단계 (e)에서, 상기 웨이퍼는 탈이온화수를 함유하는 배스에서 약 2분 내지 약 4분 동안 담기는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 단계 (e)에서, 상기 배스는 약 20℃ 내지 약 65℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 단계 (f)에서, 산화제는 오존이며, 상기 배스의 오존 농도는 약 10ppm 내지 약 20ppm의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 단계 (f)에서, 상기 웨이퍼는 적어도 약 30초 동안 담기는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 단계 (f)에서, 상기 배스는 약 15℃ 내지 약 25℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  19. 반도체 웨이퍼가 래핑된 후, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 오염물을 세정하기 위한 방법으로서,
    (a) 오존을 함유하는 수성 배스에 상기 웨이퍼를 담그는 단계로서, 상기 배스의 오존 농도는 약 10 ppm 내지 약 20 ppm 이며, 상기 웨이퍼는 상기 배스에 약 20초 내지 약 45초 동안 체류하며, 상기 배스의 온도는 약 10℃ 내지 약 15℃인 단계와,
    (b) 단계 (a) 이후, 상기 웨이퍼를 음파 에너지가 주입되는 구연산을 함유하는 수성 배스에 담궈서 상기 웨이퍼의 표면 상에 존재할 수 있는 금속 오염물을 제거하는 단계로서, 상기 웨이퍼는 상기 배스에 약 4.5분 내지 약 6분 동안 체류하며, 상기 배스의 온도는 약 55℃ 내지 약 65℃이며, 상기 배스의 구연산 농도는 약 2 중량% 내지 약 3 중량%인 단계와,
    (c) 단계 (b) 이후, 상기 웨이퍼를 불화수소산을 함유하는 수성 배스에 담그는 단계로서, 상기 웨이퍼는 상기 배스에 약 1분 내지 약 15분 동안 체류하며, 상기 배스의 온도는 약 20℃ 내지 약 60℃이며, 상기 불화수소산의 농도는 약 1 체적% 내지 약 5 체적%인 단계와,
    (d) 단계 (c) 이후, 상기 웨이퍼를 음파 에너지가 주입되는 수성 배스에 담그는 단계로서, 상기 배스는 수산화 칼륨 및 계면 활성제를 함유하며, 상기 웨이퍼는 상기 배스에 약 6분 내지 약 20분 동안 체류하며, 상기 배스의 온도는 약 55℃ 내지 약 65℃이며, 상기 수산화 칼륨 농도는 약 2 체적% 내지 약 4 체적%이며, 상기 계면 활성제의 농도는 약 2 체적% 내지 약 4 체적%인 단계와,
    (e) 단계 (d) 이후, 탈이온화수를 함유하며, 온도가 약 45℃ 내지 약 55℃인 배스에 약 3분 내지 약 4분 동안 상기 웨이퍼를 담그는 단계와,
    (f) 단계 (e) 이후, 오존을 함유하는 수성 배스에 상기 웨이퍼를 담그는 단계로서, 상기 배스의 오존 농도는 약 10 ppm 내지 약 20 ppm이며, 상기 웨이퍼는 상기 배스에 약 20초 내지 약 45초 동안 체류하며, 상기 배스의 온도는 약 10℃ 내지 약 15℃인 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  20. 제 1 항 또는 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b) 및 단계 (d) 각각에서, 상기 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 적어도 일부가 배스의 기체-액체 인터페이스를 통하여 반복하여 통과하도록 회전되는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
  21. 제 1 항, 제 13 항 또는 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼 캐리어는 다중 웨이퍼를 한번에 세정하는 데 사용되며, 단계 (c) 및 단계 (d) 사이에 상기 웨이퍼 캐리어가 탈이온화수로 헹궈져서 존재할 수 있는 불화수소산을 제거하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
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