KR20010070621A - 전리수를 이용한 반도체 실리콘웨이퍼 습식세정 방법 - Google Patents

전리수를 이용한 반도체 실리콘웨이퍼 습식세정 방법

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KR20010070621A
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강병두
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Abstract

본 발명은 반도체 실리콘웨이퍼 세정용 세정수로서 기존의 고농도의 화학약품을 사용하는 습식세정의 대체 방법이며, 화학약품 저사용으로 환경친화적일뿐만 아니라 작업환경의 안전성 및 화학약품의 후처리비용을 절감할수 있는 세정방법이다.
본 발명에 세정수를 제조하는 방법은 전리수제조장치에 전해질로써 극미량의 화학약품을 첨가하여 물을 전기분해하는 방법을 제시한다. 전해질로 사용되는 화학약품은 염산(HCl), 암모니아수(NH4OH) 및 염화암모늄(NH4Cl) 등을 첨가하며, 넓은 범위의 폐하(pH) 및 산화환원전위(oxidation reduction potential, ORP)를 조절할 수 있어 실리콘웨이퍼 세정시, 웨이퍼 표면에 잔존하는 금속불순물 및 유기물을 이온화시켜 제거하는 원리를 가지고 있다. 또한 본 발명은 기존의 세정공정이 고온에서 작업되나, 본 발명의 세정공정은 상온에서 이루어진다는 장점을 가지고 있다.
이와 같이 반도체세정공정에 전리수를 사용하면 화학약품 저사용으로 인한 단가절감 및 화학약품의 후처리작업의 불필요로 인한 단가절감 그리고, 환경친화적인 세정공정을 수행함으로써 본 발명의 목적을 제시한다.

Description

전리수를 이용한 반도체 실리콘웨이퍼 습식세정 방법{Semiconductor Si-wafer cleaning using electrolyzed water}
본 발명은 반도체 생산 공정중 적용되고 있는 실리콘 웨이퍼에 오염된 금속 불순물 및 유기물들을 제거하는 습식세정방법을 전리수의 양극수 및 음극수로 대체하는 방법을 제시한 것이다.
지금까지 사용되어진 반도체 습식세정방법은 1970년대 미국의 알씨에이연구소(RCA Labotory)에서 워너 컨(Werner Kern) 제안된 반도체 습식세정공정을 사용해 왔다. 알씨에이세정(RCA cleaning)방법은 제1도와 같은 방법으로 세정공정이 이루어진다. 제1도에서 나타내듯이 표준세정 1(standard cleaning 1, SC-1)은 80도에서 암모니아수가 파티클 제거를 목적으로 사용되며, 표준세정 2(standard cleaning 2, SC-2)는 120도에서 염산을 사용하여 금속불순물 제거를 위한 목적으로탁월한 효과가 있다. 그러나, 알씨에이세정(RCA cleaning)은 염산(HCl), 암모니아수(NH4OH), 황산(H2SO4) 및 과산화수소(H2O2) 등의 고농도의 화학약품을 사용하며, 세정에 한번 사용된 화학약품은 다시 사용할 수 없다는 단점, 및 사용한 화학약품의 후처리 공정시 나타나는 환경공해 유발, 고가의 장비 설치 등으로 인한 단가상승 등의 문제점들을 내포하고 있다. 게다가, 초고집접회로 (ultra large scale intergration, ULSI) 기술에서는 고집접회로(very large scale intergration, VLSI) 기술에서보다 실리콘 웨이퍼 표면에 잔류하는 금속불순물, 유기물, 입자, 및 표면 평탄화 제어 등이 엄격히 요구되어 지고있다. 표준세정 1(standard cleaning 1, SC-1) 공정은 세정하는 동안 세정액 내의 과산화수소의 농도가 감소하게 되어 암모니아에 의한 식각이 증가되어 표면의 조도가 나빠진다.
따라서, 본 발명은 알씨에이세정(RCA cleaning)에서 나타나는 문제점들을 해결하고자 극미량의 화학약품사용으로 환경친화적이고, 작업공정이 단순하며, 반도체 생산 비용을 절감할 수 있는 습식세정 방법인 전리수를 이용한 반도체 실리콘웨이퍼 습식세정방법을 제시한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안해낸 발명되었으며, 고농도의 화학약품 사용을 배제하고 초순수에 화학약품을 극미량만 사용하여 전기분해시킨 세정수를 생성해냄으로써 환경친화적인 세정을 도출해내는데 그 목적이 있다.
도 1은 기존의 반도체 실리콘웨이퍼 세정공정인 알씨에이세정(RCA cleaning) 공정도.
도 2는 3조식 전리수 생성장치의 구조도.
도 3a는 염산(HCl)을 전해질로 첨가하여 제조한 전리수의 폐하 및 산화환전원위의 물성변화그래프.
도 3b는 암모니아수(NH4OH)을 전해질로 첨가하여 제조한 전리수의 폐하 및 산화환전원위의 물성변화그래프.
도 3c는 염화암모늄(NH4Cl)을 전해질로 첨가하여 제조한 전리수의 폐하 및 산화환전원위의 물성변화그래프.
도 4는 양극수를 이용한 금속불순물제거 공정방법과 음극수를 이용한 파티클제거 공정방법.
도 5는 기존의 반도체 실리콘웨이퍼 세정공정을 전리수로 대체하여 세정하는 방법을 나타낸 공정도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
21... 화학약품 공급챔버 22... 음극챔버
23... 중간챔버 24... 양극챔버
25... 음극전지 26... 양극전지
27... 이온교환 막 28... 고체전해질
29... 양극수 210... 음극수
211...초순수 공급
본 발명의 습식 세정방법에서 사용되는 전리수(electrolyzed water, EW)의 제조는 제2도와 같은 3조식 전리수 생성장치를 이용하여 제조한다. 제2도와 같이 화학약품 공급챔버(11)에 전기분해시키기위한 전해질로 염산(HCl), 암모니아수(NH4OH), 및 염화암모늄(NH4Cl) 등의 화학약품을 공급해주고 초순수를 공급(211)해주면 각각의 라인을 따라서 음극챔버(22), 중간챔버(23), 양극챔버(24)로 유동한다. 이때 중간챔버(23)에 전기를 공급하여 전기분해를 해줌으로써 화학약품이 이온화되고, 음극전지(25)에는 양이온이 양극전지(26)에는 음이온이 이온교환막(27)을 통과함으로써 각각 양극수(anode water, AW)(29)와 음극수(cathode water, CW)(210)를 제조하는 원리를 가지고 있다.
이렇게 제조된 전리수는 제3도와 같은 폐하(pH) 및 산화환원전위(ORP)의 물성을 갖는다. 제3a도는 염산을 전해질로 첨가하고 전기분해하여 제조한 폐하 및 산화환전위의 물성을 나타낸 그래프이며, 제3b도는 암모니아수, 제3c도는 염화암모늄을 전해질로 첨가하고 전기분해하여 제조한 전리수의 폐하 및 산화환원전위의 물성을 나타낸 그래프이다. 염산을 전해질로 첨가하여 전기분해한 전리수의 폐하/산화환원전위는 각각 양극수 4.7 / +1100mV 이고, 음극수 6.3 / -550mV의 물성을 나타낸다. 암모니아수를 전해질로 첨가하여 전기분해한 전리수의 폐하/산화환원전위는 양극수 6.3/+450mV, 음극수 9.8/-750mV 를 나타내며, 염화암모늄을 전해질로 첨가하여 전기분해한 전리수는 양극수 4.7 / +1100mV, 음극수 9.8 / -750mV를나타낸다. 이들의 물성은 염산을 전해질로 첨가한 전리수는 양극수가 높은 산화성을 나타내고, 암모니아수를 전해질로 첨가한 전리수는 음극수가 높은 환원성을 나타내어, 기존의 세정방법인 알씨에이세정(RCA cleaning)에서 표준세정 1(standard cleaning 1, SC-1)은 염산을 전해질로 첨가하여 제조한 전리수 중 양극수로, 표준세정 2(standard cleaning 2, SC-2)는 암모니아수를 전해질로 첨가하여 제조한 전리수 중 음극수로 대체할 수 있다. 게다가, 염화암모늄을 전해질로 첨가하여 제조한 전리수는 양극수 및 음극수가 각각 높은 산화성과 환원성을 나타나므로 한가지 전해질 사용만으로 알씨에이세정의 표준세정 1과 표준세정 2를 대체할 수 있게 된다.
본 발명에서 제안한 세정방법은 제4도의 양극수를 이용한 금속불순물제거 공정방법과 음극수를 이용한 파티클제거 공정방법을 제시한다. 제4도에서 보는바와 같이 세정공정은 모두 상온(room temperature, RT)에서 이루어진다. 금속불순물제거 공정에는 염산 및 염화암모늄을 전해질로 첨가하여 제조한 전리수의 양극수를 사용해서 알씨에이세정의 표준세정 2을 대체하여 세정하며, 파티클제거 공정방법은 암모니아수 및 염화암모늄을 전해질로 첨가하여 제조한 전리수의 음극수를 사용해서 알씨에이세정의 표준세정 1을 대체하여 세정한다. 세정공정은 각각 2번씩 수행되며, 세정이 끝날때 마다 초순수(deionized water)를 사용하여 세척함으로써 세정과정을 맡치게 된다. 세정에 사용된 양극수 및 음극수는 서로 혼합함으로써 중성의 성질을 나타내는 순수(pure water)로 변화하기 때문에 별다른 후처리 공정이 필요없다는 특징이 있다. 제5도는 기존의 반도체 실리콘웨이퍼 습식세정방법을전리수를 사용해서 세정하는 방법으로 대체한 공정도이다.
본 발명은 앞서 언급한 것 같이 기존의 반도체 실리콘 웨이퍼 세정에 사용하는 알씨에이세정(RCA cleaning)을 대체함으로써 다음과 같은 장점을 얻을수 있다. 극미량의 화학약품 사용하여 전리수를 제조함으로써 화학약품의 비용절감, 화학약품의 후처리비용 절감 및 이로인한 반도체 생산비용 절감 효과를 얻을수 있으며, 화학약품 저사용 및 상온에서의 공정방법으로 인한 작업자의 안전성 그리고, 무엇보다 환경친화적인 반도체 실리콘웨이퍼 습식세정방법이라는 장점을 가지고 있다.

Claims (6)

  1. 제1도의 3조식 전리수 생성장치를 이용하여 염산(HCl), 암모니아수(NH4OH) 및 염화암모늄(NH4Cl)을 전해질로 첨가하여 전기분해하여 제조한 전리수.
  2. 제1항에서 제조한 전리수의 폐하/산화환원전위는 각각 염산을 전해질로 첨가하여 제조한 양극수 4.7 / +1100mV, 음극수 6.3 / -550mV. 암모니아수를 전해질로 첨가하여 제조한 양극수 6.3/+450mV, 음극수 9.8/-750mV. 염화암모늄을 전해질로 첨가하여 제조한 양극수 4.7 / +1100mV, 음극수 9.8 / -750mV를 나타내는 반도체 실리콘웨이퍼용 세정수.
  3. 반도체 실리콘웨이퍼세정을 목적으로 제1항에서 제조한 전리수중 염산(HCl) 및 염화암모늄(NH4Cl)을 전해질로 첨가하여 제조한 전리수의 양극수를 사용한 금속불순물 제거방법.
  4. 반도체 실리콘웨이퍼세정을 목적으로 제1항에서 제조한 전리수중 암모니아수(NH4OH) 및 염화암모늄(NH4Cl)을 전해질로 첨가하여 제조한 전리수의 음극수를 사용한 파티클 제거방법.
  5. 제3항 및 제4항에서 반도체 실리콘웨이퍼세정 공정에 전리수를 사용하여 세정하는 공정이 모두 상온에서 이루어지는 세정방법.
  6. 제3항 및 제4항에서 세정에 사용된 전리수의 후처리 공정은 양극수와 음극수를 혼합함으로써 중성 순수로 변화함에 따른 후처리공정이 불필요한 반도체 실리콘 웨이퍼 세정하는 환경친화적인 세정방법.
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