KR20090077137A - 웨이퍼 세정액 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 세정액에 관한 것이다. 본 발명은, 염화암모늄 수용액에 오존수 또는 과산화수소가 혼합된 용액인 것을 특징으로 한다. 상기 염화암모늄 수용액은 초순수 중량 대비 0.01 내지 30 중량%의 염화암모늄이 용해되어 이루어진 물질이면 바람직하다. 상기 오존수 또는 과산화수소는, 상기 웨이퍼 세정액 내에서 1 내지 50 ppm의 농도로 포함되어 있으면 바람직하다. 본 발명에 따르면, 염화암모늄 수용액에 오존수 또는 과산화수소를 효율적으로 용해시킬 수 있으며, 암모니아기에 의한 식각 작용과 오존수 또는 과산화수소에 의한 안정한 산화막 형성으로 인해 각종 파티클과 금속 불순물을 동시에 효과적으로 제거할 수 있어 세정 효율을 증진할 수 있다. 또한, 하나의 용기(bath) 내에서 각종 파티클과 금속 불순물을 동시에 제거할 수 있으므로, 공정 시간 단축은 물론, 종래와 같은 다량의 화학 약품을 사용하지 않기 때문에 친환경적인 공정 진행이 가능하며, 더불어 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.

세정, 웨이퍼, 염화암모늄, 오존수, 파티클, 공정효율, 친환경

Description

웨이퍼 세정액{Cleaning agent of silicon wafer}

본 발명은 웨이퍼 세정액에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염화암모늄 수용액에 오존수 또는 과산화수소가 혼합된 용액을 이용하여 각종 파티클 및 금속 불순물을 동시에 효과적으로 제거할 수 있는 웨이퍼 세정액에 관한 것이다.

염화암모늄 또는 암모늄 이온을 이용하여 웨이퍼 가공 공정 중에 발생될 수 있는 각종 파티클 또는 금속 불순물의 제거를 위한 여러 노력이 진행되어 왔다. 일본 특개평 11-260786호에 따르면, 염화암모늄을 포함하는 수용액을 웨이퍼 세척에 사용하고 있으나, 여기에서는 염산, 암모니아수를 혼합한 염화암모늄을 이용하였으며, 과산화수소를 첨가하여 세정에 이용할 수 있음을 개시하고 있다. 한편, 일본 특개 2000-294525호에 따르면, CMP에 의한 웨이퍼 평탄화 공정 후, 그 표면상에 잔존하는 연마 입자를 효과적으로 제거하기 위해 염화암모늄 이외의 전해질을 이용하여 전기분해함으로써 생성되는 알칼리 이온수를 공급하면서 연마 입자를 세척하는 방법이 개시되고 있다. 이와 더불어 일본 특개 2000-28622호에 따르면, 암모늄이온을 웨이퍼 표면에 존재하는 금속 이온에 결합되도록 함으로써 금속 불순물을 제거하는 방법이 개시되어 있다.

이러한 종래의 방법은 0.2㎛ 이상의 입경이 큰 입자를 제거할 수 있으나, 미세 입자의 제거에는 그 효율성이 충분하지 못하고 있다. 또한, 암모니아수에 오존수를 주입하면 암모니아수가 오존수에 의해 분해되어 세정액으로 기능하지 못하고 있음이 알려져 있다. 한편, 과산화수소는 일반적으로 산화제로 사용되는 물질이며, 강한 산화력을 확보하기 위해서는 고온 조건에서 사용되어야 한다. 고온 조건에서 과산화수소는 물과 산소 기체로 분해되며, 이렇게 발생된 산소 기체는 실리콘 웨이퍼 표면에 미세 거칠기에 영향을 줄 수 있으며, 세정액으로 사용된 화학 물질 자체의 금속 불순물에 의해 금속 오염이 야기될 수 있다. 이렇게 미리 예정된 문제점을 해결하기 위해서는 현재 사용되고 있는 세정 장치를 개량 개선시켜야 하는 문제점이 제기되고 있다.

따라서, 관련업계에서는 염화암모늄 또는 암모늄 이온의 세정 능력을 극대화시켜 웨이퍼 세정에 이용하되, 1회적인 세정 공정만으로서 각종 파티클 및 금속 불순물을 동시에 제거할 수 있는 새로운 형태의 세정액을 개발하기 위한 노력을 꾸준히 진행하여 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출되었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같이, 염화암모늄 또는 암모늄 이온이 갖는 유효화 세정 능력을 효과적으로 유지시키면서, 각종 파티클과 금속 불순물을 동시에 세정하고자 함에 있으며, 이러한 세정 능력을 갖는 웨이퍼 세정액을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

전술한 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해 제공되는 웨이퍼 세정액은, 염화암모늄 수용액에 오존수 또는 과산화수소가 혼합된 용액인 것을 특징으로 한다. 상기 염화암모늄 수용액은 초순수 중량 대비 0.01 내지 30 중량%의 염화암모늄이 용해되어 이루어진 물질이면 바람직하다. 상기 염화암모늄 수용액의 농도에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한에 미달하면 세정 효과가 미약하여 바람직하지 못하며, 상한을 초과하면 잔존하는 염화암모늄에 의해 파티클이 재오염되거나 린스 공정 시간이 오래 걸릴 수 있으므로 바람직하지 못하다. 상기 오존수 또는 과산화수소는, 상기 웨이퍼 세정액 내에서 1 내지 50 ppm의 농도로 포함되어 있으면 바람직하다. 상기 오존수의 농도에 대한 수치범위와 관련하여, 수치범위의 하한에 미달하면, 유기오염물에 유효하게 제거할 수 없을 뿐만 아니라 산화막 형성 능력이 부족하기 때문에 웨이퍼 표면을 충분히 친수성화 할 수 없어 웨이퍼 표면에 파티클이 부착할 수 있어 표면 품질이 떨어진다. 또한 상기 수치범위의 상한을 초과해도 오존 농도 증가 대비 세정 효과의 증가가 크지 않아 바람직하지 못하다.

본 발명에 따르면, 염화암모늄 수용액에 오존수 또는 과산화수소를 효율적으로 용해시킬 수 있으며, 암모니아기에 의한 식각 작용과 오존수 또는 과산화수소에 의한 안정한 산화막 형성으로 인해 각종 파티클과 금속 불순물을 동시에 효과적으로 제거할 수 있어 세정 효율을 증진할 수 있다. 또한, 하나의 용기(bath) 내에서 각종 파티클과 금속 불순물을 동시에 제거할 수 있으므로, 공정 시간 단축은 물론, 종래와 같은 다량의 화학 약품을 사용하지 않기 때문에 친환경적인 공정 진행이 가능하며, 더불어 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

염화암모늄, 오존수, 초순수를 포함하는 세정액의 세정효과의 지속적인 유지는 오존이 초순수에 충분히 용해되며, 그 농도가 지속적으로 유지되어야 한다. 즉, 알려진 바와 같이, 암모니아수용액에 오존수를 직접 첨가하는 경우에는 오존수가 암모니아수에 분해되어 세정액으로서의 기능이 상실된다. 이를 방지하기 위해 오존수는 물론 암모니아수를 지속적으로 공급하여야 하며, 이를 위해서는 장치의 개량 개선이 이루어져야 하며, 그 관리가 상당히 복잡해져 세정 공정의 효율성이 저하된다. 그러나, 염화암모늄 수용액의 경우에는 pH가 6 정도이므로, 오존수의 분해가 초순수에서의 분해속도와 큰 차이가 없으므로, 오존수만 효율적으로 공급해주면 균일한 세정력을 갖는 세정액을 준비할 수 있음을 알 수 있다.

이러한 기본적인 물성에 기초하여, 본 발명에서는 염화암모늄수용액에 오존수 또는 과산화수소가 주입된 웨이퍼 세정액을 제공하는 것이며, 이러한 세정액의 조성은 종래에는 개시된 바 없는 새롭고 진보된 기술이라 할 것이다.

<파티클에 대한 세정력 평가>

본 발명에서 제공하는 웨이퍼 세정액의 파티클에 대한 세정 능력을 확인하기 위해 50㎚ 이상의 파티클 수가 3000개 수준의 웨이퍼를 사용하여, 종래에 상용되던 세정액과 본 발명에서 제공하는 세정액을 이용한 세정 공정을 진행한 후, 세정력 평가를 행하였다.

암모니아수, 과산화수소, 및 초순수로 이루어진 SC-1 세정액을 이용하여 상기 준비된 웨이퍼에 대해 세정을 진행하였으며(비교예 1), 염산, 과산화수소 및 초순수로 이루어진 SC-2 세정액을 이용하여 상기 준비된 웨이퍼에 대해 세정을 진행하였고(비교예 2), 마지막으로 본 발명에 따라 제공되는 웨이퍼 세정액인 0.5% 염화암모늄 수용액에 20ppm의 오존수를 포함하는 세정액으로 5분간 세정하였다(실시예 1). 이후 각각의 웨이퍼에 대해 5분간 순수로 린스한 후 건조하였다.

상기 오염 파티클에 대한 세정 공정을 진행한 각각의 웨이퍼에 대해 잔존하는 파티클 수를 측정하여, 세정효율을 평가하였다. 그 결과, 비교예 1과 실시예 1의 경우에는 그 세정 효율이 95% 정도로 평가되어 높은 세정효율을 나타내었다. 이와 달리 비교예 2의 경우에는 세정효율이 40% 정도에 불과하여, 파티클 세정에 있어서는 비교예 1 및 실시예 1의 경우에 유효성이 높음을 알 수 있다. 본 발명에 따르는 웨이퍼 세정액은 염화암모늄에 의한 식각 기능과 오존수가 갖는 산화 기능이 동시에 발현되면서 웨이퍼 표면의 산화 식각 작용에 의해 파티클의 제거가 유효하게 진행되었다.

<금속 분순물에 대한 세정력 평가>

본 발명에서 제공하는 웨이퍼 세정액의 금속 불순물에 대한 세정 능력을 확인하기 위해 Fe, Ni, Cu의 금속 불순물들이 각각 1×e¹¹atoms/㎠의 정도로 오염된 200㎜ 웨이퍼를 준비하였다.

상기 준비된 웨이퍼에 대해, SC-1 세정액을 이용한 경우(비교예 3), SC-2 세정액을 이용한 경우(비교예 4), 본 발명에 따라 준비된 0.5%의 염화암모늄수용액에 20ppm의 오존수가 포함된 웨이퍼 세정액을 이용하여 5분간 세정하였다. 이후, 각각의 웨이퍼에 대해 5분간 순수로 린스한 후 건조하였다.

상기 금속 불순물에 대한 세정 공정을 진행한 각각의 웨이퍼에 대해 잔존하는 금속 불순물 농도를 측정하여, 세정효율을 평가하였다. 그 결과 비교예 3에서는 Fe에 대한 세정이 전혀 이루어지지 않았으며, Ni과 Cu에 대해서는 95% 내외의 제거 효율이 측정되었다. 비교예 4에서는, Cu에 대해서 69% 이내의 낮은 제거효율이 측정되었으며, Fe, Ni의 경우에도 92% 내외의 제거효율이 측정되었다. 반면, 본 발명에 따르는 실시예 2의 경우에는 Fe 및 Ni에 대한 제거효율이 99%에 달하며, Cu의 경우에도 95% 내외의 제거효율이 측정되었다. 정리하면, 실시예 2의 경우에는 비교예 3, 4의 경우에 비하여 모든 금속 불순물에 대한 제거효율이 우수한 것으로 측정되었다. 이는, 산화력이 강한 오존수에 의해 금속의 이온화가 쉽게 이루어짐으로써 세정효율이 현저하게 개선되는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따르는 웨이퍼 세정액은 상기 파티클에 대한 세정력 평가 및 금속 불순물에 대한 세정력 평가 두가지 평가 영역에서, 종래의 세정액에 비해 모두 우 수한 세정력을 발휘하고 있음을 알 수 있으므로, 각종 파티클의 제거는 물론 금속 불순물을 동시에 제거할 수 있는 세정력에 의해 세정 공정의 단순화를 꾀할 수 있어 공정 효율성이 향상될 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

Claims (3)

1. 염화암모늄 수용액에 오존수 또는 과산화수소가 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정액.
2. 제1항에 있어서,

   상기 염화암모늄 수용액은 초순수 중량 대비 0.01 내지 30 중량%의 염화암모늄이 용해되어 이루어진 물질인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정액.
3. 제1항에 있어서,

   상기 오존수 또는 과산화수소는, 상기 웨이퍼 세정액 내에서 1 내지 50 ppm의 농도로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정액.