KR20030047493A - 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법에 관한 것으로 실리콘 웨이퍼에 연삭 공정을 실시 한 후 실시하는 실리콘 웨이퍼의 세정방법에 있어서, 연삭 공정 시 생성된 척마크를 수산화칼륨이 포함된 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 제거하는 척마크 제거공정을 포함하여 이루어진다.

따라서 세정공정으로 간단히 척마크를 제거하여 실리콘 웨이퍼의 공정을 단순화시키면서도 고품질의 웨이퍼를 제조할 수 있다.

Description

반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법{Method for cleaning of silicon wafer after grinding process}

본 발명은 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법에 관한 것으로, 특히 세정공정으로 간단히 척마크를 제거하여 실리콘 웨이퍼의 공정을 단순화시키면서도 고품질의 웨이퍼를 제조할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 세정방법에 관한 것이다.

주지와 같이 반도체 소자 제조공정시 사용되는 포토 리소그래피 공정은 마스크상의 기하학적 모양의 패턴을 반도체 실리콘 웨이퍼 표면을 덮고 있는 감광물질의 얇은 층에 옮기는 공정이다. 모든 포토 리소그래피 공정에서는 패턴 근원지로부터 목적지인 실리콘 웨이퍼 표면까지 거리를 조정하는 것이 중요하며, 분명히 실리콘 웨이퍼의 기하학적인 모양이 이 거리에 영향을 미치므로 정확히 제어되어야 한다. 중요한 기하학적인 변수는 평탄도, 두께, 휨 정도가 있으며, 모든 반도체 공정에 영향을 미친다. 반도체 설계시 회로 선폭이 미세하면 미세해질수록 실리콘 웨이퍼상의 평탄도에 의해 선의 왜곡현상이 일어나 디바이스의 수율 저하를 발생시킨다.

따라서 아주 평평한 실리콘 웨이퍼를 제조하여 실리콘 웨이퍼 상부 표면과 마스크 패턴면은 정확히 일치시키는 것이 중요하다.

종래의 실리콘 웨이퍼 제조방법은 초크랄스키 또는 플로트존(Float Zone) 방법으로서, 성장시킨 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이싱한 후 랩핑, 에칭, 폴리싱 공정등을 거쳐 디바이스 공정을 진행할 수 있는 상태의 평탄한 실리콘 웨이퍼를 제조하였다. 여기서 실리콘 웨이퍼의 최종 평탄도에 중요시 되는 것은 폴리싱 공정이었다.

이런 폴리싱 공정은 64M급 이하의 반도체 소자 제조에서는 폴리싱의 개선만으로 평탄도를 향상시키는 것이 가능하였으나 256M 또는 1G급의 반도체 소자를 제조하기 위해서는 폴리싱 공정의 개선만으로는 한계가 있다. 그래서 현재는 폴리싱 공정전 폴리싱에 적합한 실리콘 웨이퍼 형상 및 평탄도를 얻기 위하여 연삭(Grinding) 공정을 추가하여 진행하고 있다.

그러나 연삭 공정시 연삭기에 실리콘 웨이퍼를 고정시킬 때 실리콘 웨이퍼는 다공질 척에 의해서 고정이 되는데, 이러한 다공질 척은 강한 진공의 힘으로 실리콘 웨이퍼를 흡착 고정시키므로 연삭 공정 진행중에 발생되는 불순물들이 실리콘 웨이퍼와 척 사이로 스며든다. 따라서 다공질 척과 실리콘 웨이퍼의 표면과 접촉되는 부분에 척마크가 발생되는 문제점이 있었다.

도1은 일반적인 연삭공정을 실시한 후 실리콘 웨이퍼의 표면에 척마크가 형성된 실리콘 웨이퍼의 사진으로 실리콘 웨이퍼의 표면에 형성된 척마크를 확인 할 수 있다.

이렇게 형성된 척마크는 이후 공정인 세정 또는 폴리싱등에 의해서 제거될 수도 있으나 완벽히 제거되지 않고 여전히 남아있는 문제점이 있었다.

도2는 종래의 세정방법으로 실리콘 웨이퍼를 세정한 후 실리콘 웨이퍼의 사진으로 세정공정이후에도 여전히 척마크가 제거되지 않는 것을 확인 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 반도체의 연삭공정후 실리콘 웨이퍼에 형성되는 척마크를 제거하기 위한 세정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 세정방법은 실리콘 웨이퍼에 연삭 공정을 수행한 후 실시하는 실리콘 웨이퍼의 세정방법에 있어서, 연삭 공정 시 생성된 척마크를 수산화칼륨이 포함된 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 척마크를 제거하는 척마크 제거공정을 포함한다.

도1은 일반적으로 연삭공정을 실시한 후 척마크가 형성된 실리콘 웨이퍼의 사진.

도2는 종래의 세정방법으로 세정후 실리콘 웨이퍼의 사진.

도3내지 도6는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 흐름도.

도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 척마크가 제거된 실리콘 웨이퍼의 사진.

본 발명에 따른 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법은 실리콘 웨이퍼에 연삭 공정을 수행 한 후 실시하는 실리콘 웨이퍼의 세정방법에 있어서, 연삭 공정 시 형성된 척마크를 수산화칼륨이 포함된 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 제거하는 척마크 제거공정을 포함하여 이루어진다.

즉, 연삭공정을 실시한 후, 염기성 세정액으로 세정하고 초순수물로 린스하여 불순물을 제거하는 불순물 제거공정과, 상기 수산화칼륨이 포함된 세정액으로 척마크를 제거하는 척마크 제거공정으로 이루어진다.

상기 척마크 제거공정을 실시한 후, 산성 세정액으로 세정하고 초순수물로 린스하여 웨이퍼 표면의 금속오염을 제거하는 금속오염 제거공정과, 상기 염기성 세정액으로 세정하고 초순수물로 린스하여 실리콘 웨이퍼 표면을 친수화하는 친수화공정이 추가된다.

또한 연삭 공정 후, 수산화칼륨이 포함된 세정액으로 세정하고 초순수물로 린스하여 척마크를 제거하는 척마크 제거공정과, 상기 척마크 제거공정 후, 염기성 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 불순물을 제거하는 불순물 제거공정으로 이루어진다.

상기 척마크 제거공정 후, 산성 세정액으로 세정하고 초순수물로 린스하여 금속오염을 제거하는 금속오염 제거공정과, 상기 염기성 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 실리콘 웨이퍼 표면을 친수화하는 친수화공정이 추가된다.

보다 구체적으로 설명하면, 불순물 제거공정은 염기성 세정액으로 실리콘 웨이퍼를 세정하여 연삭공정시 발생되는 실리콘 불순물을 제거한다.

불순물 제거공정은 염기성 세정액의 온도를 40~75℃로 유지하여 1~20분 동안 세정을 실시한다. 바람직하게는 5분동안 세정한다.

염기성 세정액은 암모니아, 과산화수소, 초순수물이 혼합된 세정액으로 29% 농도인 암모니아 : 30% 농도의 과산화수소 : 초순수물을 1 : 1 : 5~10의 중량 비율로 혼합한 세정액이다.

불순물 제거공정시 사용된 염기성 세정액은 친수화 공정시에도 사용된다. 친수화 공정은 불산이 포함된 산성 세정액을 사용한 다음에도 사용할 수 있는데, 불산은 실리콘 웨이퍼 표면에 형성된 산화막(SiO₂)을 제거하기 때문에 산화막이 제거된 실리콘 웨이퍼 표면이 소수성을 띄게 된다. 따라서 불산이 포함된 산성 세정액을 사용한 후에 사용하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 친수성으로 만들어주어 이후 공정을 용이하도록 한다.

그리고 척마크 제거공정은 수산화칼륨 세정액을 사용하여 연삭 공정시 실리콘 웨이퍼에 형성되는 척마크를 제거한다. 척마크 제거공정은 수산화칼륨 세정액의 온도를 24℃~200℃로 유지하여, 10~1000초 동안 실리콘 웨이퍼를 세정한다.

수산화칼륨 세정액은 수산화칼륨, 초순수물이 혼합된 세정액으로 초순수물에 수산화칼륨을 1~45Wt%(중량 퍼센트) 혼합하여 형성한다. 이때 계면활성제를 1~50Wt%로 첨가할 수 있는데 계면 활성제는 실리콘 웨이퍼 표면에서 수산화칼륨 세정액과의 반응이 더욱 활발히 일어나도록 하여 세정시간을 단축할 수 있다.

다음으로 금속오염 제거공정은 산성 세정액으로 실리콘 웨이퍼상에 존재하는 금속오염을 제거한다. 금속오염 제거공정은 산성 세정액을 24~50℃로 유지하여, 1~20분 동안 실리콘 웨이퍼를 세정한다. 바람직하게는 5분 동안 세정한다.

산성 세정액은 1~10%농도의 염산과 1~10%농도의 불산이 혼합된 세정액이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 제시한다. 그러나 하기의 실시 예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것으로 본 발명이 하기의 실시 예에 한정되는 것만은 아니다.

먼저 29%농도의 암모니아 : 30%농도의 과산화수소수 : 초순수물을 1 : 2 : 10의 중량 비율로 혼합하여 제조한 염기성 세정액과, 초순수물에 수산화칼륨을 45Wt% 혼합하여 제조한 수산화칼륨 세정액과, 50% 농도의 염산 : 50% 농도의 불산 : 초순수한물을 1 :1 :56 중량 비율로 혼합하여 제조한 산성 세정액과, 초순수물을 준비한다.

그리고 염기성 세정액은 80℃, 수산화칼륨 세정액은 65℃, 산성 세정액은 24℃의 온도가 되도록 한다.

상기에 준비된 염기성 세정액, 수산화칼륨 세정액, 산성 세정액, 초순수물은 하기에 기술된 실시예에 공통으로 사용된다.

도3 내지 도6는 본 발명의 여러 실시예에 따른 순서도이다.

[실시예1]

도3에서와 같이 연삭공정이 완료된 실리콘 웨이퍼에 불순물 제거공정을 진행한다(S1).

불순물 제거공정은 염기성 세정액으로 실리콘 웨이퍼를 5분간 세정하는 것으로 연삭공정시 발생되는 실리콘 입자와 같은 불순물들이 제거된다.

이후 초순수물로 실리콘 웨이퍼를 제1차 린스하여 실리콘 웨이퍼 표면에 남아있는 염기성 세정액을 제거한다(S2).

그리고 염기성 세정액의 제거가 완료되면, 실리콘 웨이퍼의 척마크 제거 공정을 진행한다(S3).

척마크 제거 공정은 수산화칼륨 세정액으로 3분간 실리콘 웨이퍼를 세정하여 척마크를 제거한다.

마지막으로 초순수물로 실리콘 웨이퍼를 제2차 린스하여 실리콘 웨이퍼 표면에 남아있는 수산화칼륨 세정액을 제거한다(S4).

[실시예2]

도4에서와 같이 실시예1의 과정이 완료된 실리콘 웨이퍼에 금속오염 제거공정을 진행한다(S5).

금속오염 제거공정은 산성 세정액으로 실리콘 웨이퍼를 5분간 세정하여 웨이퍼 표면에 남아있는 금속 불순물을 제거한다.

그리고, 금속오염 제거공정이 완료된 후 초순수물로 실리콘 웨이퍼를 제3차 린스하여 실리콘 웨이퍼 표면에 남아있는 산성 세정액을 제거한다(S6)

이후, 산성 세정액의 제거가 완료된 실리콘 웨이퍼에 친수성화 공정을 진행한다(S7).

친수성화 공정은 염기성 세정액으로 실리콘 웨이퍼를 5분간 세정하여 실리콘 웨이퍼 표면이 친수성을 띄도록한다.

그리고 초순수물로 실리콘 웨이퍼를 제4차 린스하여 실리콘 웨이퍼에 남아있는 산성 세정액을 제거한다(S8).

[실시예3]

도5에서와 같이, 연삭공정이 완료된 실리콘 웨이퍼에 척마크 제거공정을 진행한다(S1).

척마크 제거공정은 수산화칼륨 세정액으로 실리콘 웨이퍼를 5분간 세정하여 연삭공정으로 형성된 척마크를 제거한다.

이후 초순수물로 실리콘 웨이퍼를 제1차 린스하여 실리콘 웨이퍼의 표면에 남아있는 염기성 세정액을 제거한다(S2).

그런 다음, 염기성 세정액의 제거가 완료된 실리콘 웨이퍼에 불순물 제거공정을 진행한다(S3).

불순물 제거공정은 염기성 세정액을 사용하여 5분간 실리콘 웨이퍼를 세정하여 불순물을 제거한다.

마지막으로 초순수물로 실리콘 웨이퍼를 제2차 린스하여 실리콘 웨이퍼에 남아있는 염기성 세정액을 제거한다(S4).

[실시예4]

도6에서와 같이 실시예3의 공정이 완료된 실리콘 웨이퍼에 금속오염 제거공정을 진행한다(S5).

금속오염 제거공정은 산성 세정액으로 5분간 세정하여 실리콘 웨이퍼 표면에 남겨진 금속 불순물을 제거한다.

그리고 초순수물로 실리콘 웨이퍼를 제3차 린스하여 실리콘 웨이퍼에 남아있는 산성 세정액을 제거한다(S6).

산성 세정액의 제거가 완료된 실리콘 웨이퍼에 친수화 공정을 진행한다(S7).

친수화 공정은 염기성 세정액을 사용하여 5분간 실리콘 웨이퍼를 세정하여 실리콘 웨이퍼 표면이 친수성을 띄도록 한다.

마지막으로 초순수물로 웨이퍼를 제4차 린스하여 실리콘 웨이퍼 표면에 남아있는염기성 세정액을 제거한다(S8).

도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 척마크가 제거된 실리콘 웨이퍼의 사진이다. 도2의 종래의 세정방법으로 세정한 실리콘 웨이퍼 사진에서 확인 할 수 있던 척마크가 도7의 본 발명에 따른 세정방법에 의해 제거된 것을 확인 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 기존 연삭 공정을 거친 실리콘 웨이퍼는 척마크를 제거하기 위해서 배면 폴리싱이라는 공정을 추가하여 공정이 복잡하고, 제조 단가 및 제조기간이 상승하였으나, 세정공정시 수산화칼륨을 이용하여 간단히 제거 할 수 있어 공정 시간 단축 및 생산성을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 실리콘 웨이퍼에 연삭 공정을 수행한 후 실시하는 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법에 있어서,

   연삭 공정 시 생성된 척마크를 수산화칼륨이 포함된 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 제거하는 척마크 제거공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 척마크 제거공정은 수산화칼륨이 포함된 세정액을 24~100℃로 유지하며 10~1000초동안 실리콘 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 수산화칼륨이 포함된 세정액은 초순수물에 수산화칼륨이 1~45Wt% 포함된 것을 특징으로 하는 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 수산화칼륨 세정액에 계면활성제가 1~50Wt% 추가된 것을 특징으로 하는 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법.
5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 연삭공정을 실시한 후, 염기성 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 불순물을 제거하는 불순물 제거공정과,

   상기 수산화칼륨이 포함된 세정액으로 척마크를 제거하는 척마크 제거공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 척마크 제거공정을 실시한 후, 산성 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 실리콘 웨이퍼 표면의 금속오염을 제거하는 금속오염 제거공정과,

   상기 염기성 세정액으로 세정하고 초순수물로 린스하여 실리콘 웨이퍼 표면을 친수화하는 친수화공정이 추가되는 것을 특징으로 하는 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법.
7. 제 1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 연삭 공정 후, 수산화칼륨이 포함된 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 실리콘 웨이퍼 표면의 척마크를 제거하는 척마크 제거공정과,

   상기 척마크 제거공정 후, 염기성 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 실리콘 웨이퍼의 불순물을 제거하는 불순물 제거공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 척마크 제거공정 후, 산성 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 금속오염을 제거하는 금속오염 제거공정과,

   상기 염기성 세정액으로 세정한 후 초순수물로 린스하여 실리콘 웨이퍼 표면을 친수화하는 친수화공정이 추가되는 것을 특징으로 하는 반도체 실리콘 웨이퍼의 세정방법.