KR20150047933A - 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법 - Google Patents

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KR20150047933A
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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 또는 LCD(Liquid Crystal Display) 기판 등의 세정 시 정전기적 전하에 따른 재오염 및 손상을 방지하면서 반도체 디바이스의 특성 및 수율에 치명적인 영향을 미치는 오염물을 효과적으로 제거하기 위한 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법에 관한 것으로, (a) 초순수(DeIonize water)를 공급하기 위한 단계; (b) 상기 단계 (a)로부터 공급된 초순수를 마이크로 나노 버블로 만드는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)에서 생성된 마이크로 나노버블을 세정 대상체로 공급하여 상기 세정 대상체를 세정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법{Semiconductor Cleaning Method using Nano Bubble}
본 발명은 반도체 세정 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼 또는 LCD(Liquid Crystal Display) 기판 등의 세정 시 고효율의 세정효과, 높은 생산성 유지, 낮은 유지보수비용(CoO), 친환경 적인 요소를 충족시킴과 아울러, 정전기적 전하에 따른 재오염 및 손상을 방지하면서 반도체 디바이스의 특성 및 수율에 치명적인 영향을 미치는 오염물을 효과적으로 제거하기 위한, 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 과정에서 웨이퍼 세정 공정은 전체 반도체 제조 공정의 약 30%를 차지하는 공정으로 반도체 소자(Device)의 미세화 및 고집적화가 급격히 진행됨에 따라 세정 공정이 전체 반도체 제조 과정에서의 수율에 미치는 영향이 날로 증가하고 있다. 그 중요성이 크게 부각되고 있어 반도체 세정 기술 및 방법도 이에 대응하기 위하여 종래 보다 고 수준 및 고 기능의 세정 효율을 낼 수 있는 세정 기술 및 방법의 개발이 시급하게 요구되어 지고 있다.
반도체 제조 과정에서 행하여지는 모든 웨이퍼 공정은 오염물(또는 파티클(Particle)이라 칭함)이 발생하게 되고 이 오염물은 반도체 소자의 성능과 수율에 직접적인 영향을 미치게 된다. 각 공정 후 웨이퍼 표면의 오염물은 기하급수적으로 늘어나게 되고 이 오염물에 의해 반도체 소자의 수율은 급격히 감소하게 된다.
실제로 웨이퍼 세정 공정은 리소그래피(Lithography), 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정 등과 같은 각 공정의 전 및/또는 후에 실시하여 기하 급수적으로 증가하는 오염물을 제거하는 것이 그 주된 목적이다. 하지만 세정 공정 후 완벽하게 오염물을 제거하지 못하는 것이 현실이며 국내외 연구기관 및 장비업체에서는 보다 진보적인 습식 세정(Wet cleaning) 방법 및 케미컬(Chemical)을 개발하고 있으나, 기존의 세정 방법은 저효율의 세정효과, 낮은 생산성, 높은 CoO, 환경오염 등의 문제로 인하여 본격적인 적용이 이루어지고 있지 못한 실정이다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 반도체 웨이퍼 또는 LCD(Liquid Crystal Display) 기판 등의 세정 시 고효율의 세정효과, 높은 생산성 유지, 낮은 유지보수비용(CoO), 친환경 적인 요소를 충족시킴과 아울러, 특히 정전기적 전하에 따른 재오염 및 손상을 방지하면서 반도체 디바이스의 특성 및 수율에 치명적인 영향을 미치는 오염물을 효과적으로 제거하기 위한 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법은, (a) 초순수(DeIonize water)를 공급하기 위한 단계; (b) 상기 단계 (a)로부터 공급된 초순수를 마이크로 나노 버블로 만드는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)에서 생성된 마이크로 나노버블을 세정 대상체로 공급하여 상기 세정 대상체를 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법은, (a) 초순수(DeIonize water)를 공급하기 위한 단계; (b) 전해질을 공급하기 위한 단계; (c) 상기 단계 (a)로부터 공급된 초순수와 상기 단계 (b)로부터 공급된 전해질을 일정 비율로 혼합하기 위한 단계; (d) 3조식 전해조에서, 상기 단계 (c)로부터 혼합되어 공급된 전해질 용액 및 상기 단계 (a)로부터 공급된 초순수를 기초로 전기분해 동작하여 전해이온수를 생성하기 위한 단계; (e) 상기 단계 (d)에서 상기 3조식 전해조로부터 생성되어 출수된 전해이온수를 버퍼 탱크에 저장하는 단계; (f) 상기 버퍼 탱크에 저장된 전해이온수의 pH를 측정하기 위한 단계; (g) 상기 단계 (a)로부터 공급된 초순수 또는 상기 단계 (e)에서 버퍼 탱크에 저장된 전해이온수를 마이크로 나노 버블로 만드는 단계; 및 (h) 상기 단계 (g)에서 생성된 마이크로 나노버블을 세정 대상체로 공급하여 상기 세정 대상체를 세정하는 단계를 포함할 수 있고, (i) 상기 단계 (f)에서 측정된 pH 값을 기초로 상기 단계 (c)에서 혼합되는 초순수와 전해질간의 혼합 비율을 조정하기 위한 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 단계 (h)는 상기 세정 대상체를 SC-1, SC-2, SPM, DHF, 및 BOE 중 적어도 하나를 포함하는 케미컬 세정액으로 세정한 후 수행할 수 있다.
상기 전해이온수는 상기 3조식 전해조의 음극실에서 생성되어 출수된 알카리성환원수 또는 양극실에서 생성되어 출수된 산성산화수일 수 있고, 상기 세정 대상체는 반도체 웨이퍼 및 LCD 기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 단계 (g)에서 전해이온수의 pH는 10~11을 그리고 산화환원전위(ORP: Oxidation Reduction Potential)는 -700 내지 -900mV를 유지하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 측면에 따르면, 반도체 웨이퍼 또는 LCD(Liquid Crystal Display) 기판 등의 세정 시 친환경적인 초순수 또는 전해이온수로 생성된 마이크로 나노버블을 사용함으로써, 고효율의 세정효과, 높은 생산성 유지, 낮은 유지보수비용(CoO), 친환경 적인 요소를 충족시킴과 아울러, 특히 정전기적 전하에 따른 재오염 및 손상을 방지하면서 반도체 디바이스의 특성 및 수율에 치명적인 영향을 미치는 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 세정 장치의 구성도,
도 2는 도 1의 전해조의 기본 적인 구조 및 전해이온수의 생성 원리를 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 1의 전해조에서의 전해질 및 전해이온수의 기본적인 유로를 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 1의 전해조의 구성도,
도 5는 도 1의 전해이온수 공급부의 구성도,
도 6은 나노 버블의 특성을 설명하기 위한 도면,
도 7은 나노 버블에 의해 파티클을 제거하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 세정 방법의 흐름도,
도 9는 제타 포텐셜(ZETA Potential)을 설명하기 위한 도면,
도 10은 파티클 종류별 제타 포텐셜과 pH 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면,
도 11은 반도체 웨이퍼 표면에서의 파티클 발생 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 대한 설명 시 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 나노버블을 이용한 반도체 세정 장치의 구성도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 초순수(DeIonize water) 공급부(100), 전해질 공급부(200), 전해질/초순수 혼합부(300), 전해조(400), 버퍼 탱크(Buffer Tank)(500), 전해이온수 공급부(600), PH(페하) 측정부(700), 제어부(800), 및 나노버블 발생부(900)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 나노버블을 이용한 반도체 세정 장치는 도 1의 전체 구성 중 초순수 공급부(100)와 나노버블 발생부(900) 만을 포함하도록 구성할 수 있다.
초순수 공급부(100)는 전해조(400)의 음극실 및 양극실, 전해질/초순수 혼합부(300), 전해이온수 공급부(600), 나노 버블 발생부(900)로 초순수를 공급하기 위한 것이다.
전해질 공급부(200)는 전해질/초순수 혼합부(300)로 전해질을 공급하기 위한 것으로, 전해질은 암모니아수(NH4OH) 또는 NaCl 등을 사용할 수 있다.
전해질/초순수 혼합부(300)는 초순수 공급부(100)로부터 공급된 초순수와 전해질 공급부(200)로부터 공급된 전해질을 일정 비율로 혼합하여 전해조(400)의 중간실로 공급하기 위한 것이다. 또한, 전해질/초순수 혼합부(300)는 전해조(400)가 다수개 설치된 경우 혼합된 전해질 용액을 일정 비율로 분기하여 각 전해조(400)의 중간실로 공급하도록 한다.
전해조(400)는 전해질/초순수 혼합부(300)로부터 혼합되어 공급된 전해질 용액 및 초순수 공급부(100)로부터 공급된 초순수를 기초로 전기분해하여 전해이온수(electrolytically ionized water)를 생성하기 위한 것으로, 3조식 전해조로 구성할 수 있고, 본 실시예에 따른 3조식 전해조에 대해 도 2 내지 도 4를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 2-3은 3조식 전해조의 기본적인 구조 및 원리를 설명하기 위한 도면으로, 도 2는 3조식 전해조의 기본적인 구조 및 전기분해수의 생성 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 3조식 전해조에서의 전해질 및 전기분해수의 기본적인 순환계를 설명하기 위한 도면이다.
3조식 전해조는 도 3에 도시된 바와 같이 초순수로서의 원수를 전해조에 공급하여 직수식으로 통과시키는 형태의 전기분해 장치이다. 점선으로 표시된 부분은 전기분해를 원활하게 진행시키기 위한 전해질의 순환시스템을 나타내지만 이에 한정되지 않고 전해질을 사용 후 폐기하는 비순환시스템을 사용할 수 있다. 전해질 순환시스템 또는 비순환시스템에 의해 중간실에 투입된 전해질이 양쪽실로 전기분해되어 이동하게 되며, 이에 따라 양쪽실에서 산성산화수와 알카리성환원수를 생성하게 된다. 이 때 양극(Anode)쪽에서는 산성산화수가 음극(cathode)쪽에서는 알카리성환원수가 생성되게 되는데, NaCl을 전해질로 사용할 경우 산성산화수는 강력한 살균력을 가지고 있으며, 알카리성환원수는 강력한 세정력과 함께 pH농도가 강할 경우 강한 살균력도 갖게 된다. 또한 중간실에 첨가되는 전해질의 종류에 따라 생성되는 전기분해수(또는 전해이온수라 칭함)의 성질도 다르게 되며, 첨가되는 전해질의 종류에 따라 전해시스템의 사양도 변하게 된다.
기존 전기분해기술과의 가장 큰 차이점은 중 하나는 원수에 식염 또는 암모니아수 등의 전해질은 직접 첨가하지 않는 다는 것이다. 단지 중간실에만 전해질이 공급되며, 전해를 개시하면, 전해전류에 비례해서 중간실의 전해질 이온이 도 2에 도시된 전기분해 모식도과 같이 양극실 또는 음극실로 이동한다. 즉, 필요 최저량의 이온이 이동하게 되고 전해수 내의 이온 농도를 극미량으로 저감하는 것이 가능하다. 이러한 특성에 의해 극미량의 전해질소모로도 강력한 기능성을 띤 고순도의 전기분해수의 생성이 가능하다. 또 하나의 큰 차이점은 염상태의 다양한 전해질을 사용하여 다양한 종류의 전해이온수를 생성할 수 있다는 것이다.
도 4는 도 1의 3조식 전해조(400)의 구성도로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 중간에 형성된 제1실(410), 제1실(410)의 양측에 각각 형성된 제2실(420)과 제3실(430)을 포함할 수 있다.
제1실(410)은 전해질을 보관 및 순환시키기 위하여 외부로부터 밀폐된 제1 공간(410a)을 갖는 것으로, 적어도 양측벽이 제1 이온교환막(411) 및 제2 이온교환막(412)으로 형성되어 있고, 전해질을 입수 및 출수할 수 있는 입수구(413)와 출수구(414)가 형성되어 있으며, 그 입수구(413)와 출수구(414)를 순환관(미도시)에 의해 서로 연결하여 전해질이 도 3과 같이 순환되도록 할 수 있다.
제2실(420)은 초순수를 보관하거나 직수식으로 통과시키기 위하여 외부로부터 밀폐된 제2 공간(420a)을 갖는 것으로, 제1실(410)의 일측에 제1 이온교환막(411)을 공통 칸막이벽(또는 격막이라 칭함)으로 사용하여 형성되어 있고, 초순수를 입수 및 출수할 수 있는 입수구(421)와 출수구(422)가 형성되어 있으며, 제2 공간(420a)내에 제1 전극(423)이 구비되어 있다.
제3실(330)은 초순수를 보관하거나 직수식으로 통과시키기 위하여 외부로부터 밀폐된 제3 공간(430a)을 갖는 것으로, 제1실(410)의 타측에 제2 이온교환막(412)을 공통 칸막이벽(또는 격막이라 칭함)으로 사용하여 형성되어 있고, 물을 입수 및 출수할 수 있는 입수구(431)와 출수구(432)가 형성되어 있으며, 제3 공간(430a)내에 제2 전극(433)이 구비되어 있다.
따라서, 본 실시예에서 제1실(410)의 제1 공간(410a)과 제2실(420)의 제2 공간(420a)은 격막으로서의 제1 이온교환막(411)을 경계로 서로 이웃하고 있으며, 제1실(410)의 제1 공간(410a)과 제3실(430)의 제3 공간(430a)은 격막으로서의 제2 이온교환막(412)을 경계로 서로 이웃하고 있다.
본 실시예에서 제1 전극(423)은 양(+)과 음(-) 중 하나의 극성을 가지며, 제2 전극(433)은 제1 전극(423)과 반대의 극성을 갖는데, 제1 전극(423)은 음(-)의 극성을 갖는 음전극이고 제2 전극(433)은 양(+)의 극성을 갖는 양전극인 것을 일예로 설명한다.
다시 도 1에서, 버퍼 탱크(Buffer Tank)(500)는 전해조(400)로부터 생성되어 출수된 전해이온수를 저장하기 위한 것으로, 특히 본 실시예에서는 알카리수 및 산성수를 포함하는 전해이온수 중 알카리수(알카리성환원수)를 저장하도록 한다.
전해이온수 공급부(600)는 버퍼 탱크(500)에 저장된 전해이온수를 나노버블 발생부(900)로 공급하기 위한 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 버퍼 탱크(500)로부터 공급되는 알카리성환원수를 세정 대상체(W)로 공급하기 위한 제1 공급부(610), 및 3조식 전해조(400)의 양극실에서 생성되어 출수된 산성산화수를 세정/살균 대상체로 공급하기 위한 제2 공급부(620)를 포함할 수 있다.
PH 측정부(700)는 버퍼 탱크(500)에 저장된 전해이온수의 pH를 측정하기 위한 것으로, 버퍼 탱크(500)로부터 일정량의 전해이온수를 입수하여 해당 전해이온수의 pH를 내장된 pH 측정센서(미도시)를 이용하여 측정할 수 있다.
제어부(800)는 사용자의 설정 또는 프로그램에 따라 도 1의 장치에 대한 총괄 제어 기능을 수행하기 위한 것으로, 예를 들어, 각 유로 상에 설치된 밸브(V1~V10)의 개폐 동작을 제어하고, 전해조(400)의 작동을 제어하며, PH 측정부(700)에서 측정된 pH 값을 기초로 전해질/초순수 혼합부(300)에서 혼합되는 초순수와 전해질간의 혼합 비율을 제어하고, 또한 나노버블 발생부(900)의 나노버블 발생기(Nano Bubble Generator)의 동작을 제어할 수 있다.
나노버블 발생부(900)는 초순수 공급부(100)로부터 공급된 초순수 또는 전해 이온수 공급부(600)로부터 공급된 전해 이온수를 나노버블 발생기를 통해 마이크로 나노 버블로 만들기 위한 것이다.
마이크로 버블은 직경이 50㎛ 이하 크기의 미세 거품을 말하고, 나노버블은 직경이 0.2㎛ 이하 크기의 미세 거품을 말하며, 마이크로 나노 버블은 마이크로 버블과 나노 버블을 통틀어 지칭하는 것이다.
나노버블은 부력이 작아 용액 내에 잔류 시간이 길고 용액 내에서 터지는 특성을 가지며, 또한 표면적이 넓어 파트클과의 반응성이 좋다.
도 6에 도시된 바와 같이, 나노 버블의 표면은 음이온으로 대전되어 음(-) 전하(Charge) 성질을 띠며, 인터페이스(Interface)와 슬립핑 플랜(Slipping plane) 사이의 전위차에 의하여 제타 포텐샬(Zeta potential)이 존재한다.
또한 도 7에 도시된 바와 같이, 전위 차로 파티클(Particle)을 부착시킨 나노 버블은 용액 내에서 축소 및 소멸의 과정을 거치며 파티클을 제거한다.
다시 도 1에서, 밸브(V1)는 초순수 공급부(100)와 혼합부(300) 간의 유로에 설치되고, 밸브(V2)는 전해질 공급부(200)와 혼합부(300) 간의 유로에 설치되고, 밸브(V3)는 초순수 공급부(100)와 전해조(400) 간의 유로에 설치되고, 밸브(V4)는 혼합부(300)와 전해조(400) 간의 유로에 설치되고, 밸브(V5)는 전해조(400)와 전해이온수 공급부(600) 간의 유로에 설치되고, 밸브(V6)는 버퍼 탱크(500)와 전해이온수 공급부(600) 간의 유로에 설치되고, 밸브(V7)는 전해이온수 공급부(600)와 분사 노즐(601) 간의 유로에 설치되고, 밸브(V8)는 버퍼 탱크(500)와 PH 측정부(700) 간의 유로에 설치되고, 밸브(V9)는 초순수 공급부(100)와 전해이온수 공급부(600) 간의 유로에 설치되고, 밸브(V10)는 초순수 공급부(100)와 나노버블 발생부(900) 간의 유로에 설치된 것으로, 각 밸브(V1~V9)는 제어부(800)의 제어에 따라 개폐되거나 사용자에 의해 수동적으로 개폐될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 세정 방법의 흐름도로, 도 1의 반도체 세정 장치에 적용되므로 그 장치의 동작과 병행하여 설명하기로 한다.
먼저 초순수 공급부(100)는 혼합부(300)와 전해조(400)의 양극실 및 음극실에 초순수를 공급하거나 또는 나노버블 발생부(900)에 초순수를 공급하고(S801), 전해질 공급부(200)는 혼합부(300)에 전해질의 일 예로서 암모니아수를 공급한다(S802).
혼합부(300)는 초순수 공급부(100)로부터 공급된 초순수와 전해질 공급부(200)로부터 공급된 암모니아수를 일정 비율로 혼합하여 전해조(400)의 중간실로 공급하되, 전해조(400)가 다수개 설치된 경우 혼합된 전해질 용액을 일정 비율로 분기하여 각 전해조(400)의 중간실로 공급하도록 한다(S803).
전해조(400)는 전해분해 동작으로 양극실에서 산성산화수를 생성하고 음극실에서 알카리성환원수를 생성하여 출수하고(S804), 버퍼 탱크(500)는 전해조(400)의 음극실에서 출수된 알카리성환원수를 저장하며(S805), PH 측정부(700)는 버퍼 탱크(500)에 저장된 알카리성환원수를 입수하여 해당 pH를 측정하고 그 측정된 pH 데이터를 제어부(800)로 제공하며(S806), 제어부(800)는 PH 측정부(700)로부터 또는 사용자로부터 입력된 pH 데이터를 기초로 예를 들어 밸브 V1과 V2의 개폐 정도를 제어하여 혼합부(300)에서 혼합되는 초순수와 암모니아수 간의 혼합 비율이 조절되도록 할 수 있다(S807).
전해이온수 공급부(600)의 제1 공급부(610)는 버퍼 탱크(500)로부터 공급되는 알카리성환원수를 나노버블 발생부(900)로 공급하고(S808), 나노버블 발생부(900)는 단계 S801로부터 공급된 초순수 또는 단계 S808(f)로부터 공급된 알카리성환원수를 마이크로 나노 버블로 만들고(S809), 단계 S809에서 만들어진 마이크로 나노버블을 세정 대상체로 공급하여 세정 또는 린스한다(S811).
한편, 단계 S811의 세정/린스 과정은, 일 예로 분사 노즐을 통하여 스핀척상에 있는 웨이퍼(W)에 분사하는 싱글 타입(Single Type) 세정 방식에 따라 진행되거나, 다른 예로 웨이퍼(또는 기판) 여러 장을 린스조(Rinse bath) 또는 건조기에 넣어 동시에 진행되는 배치 타입(batch type) 세정 방식으로 진행할 수 있다.
또한, 단계 S811의 세정/린스 과정은 전해이온수를 이용한 세정 효과를 강화하기 위하여 메가 소닉(Mega-sonic)을 사용하고, 전해이온수의 pH는 10~11을 그리고 산화환원전위(ORP: Oxidation Reduction Potential)는 -700 내지 -900mV를 유지하도록 할 수 있다.
또 한편, 단계 S811의 세정/린스 과정은, 일 예로 세정 대상체를 SC-1, SC-2, SPM, DHF, 및 BOE 중 적어도 하나를 포함하는 케미컬 세정액으로 세정하는 기존의 RCA 세정 공정(S813)을 수행한 직후 린스(Rinse)를 위하여 수행하거나, 다른 예로 선택에 따라 단계 S813과 같은 기존의 RCA 세정 공정을 수행하지 않고 세정 대상체를 직접 세정하는 과정으로 수행하거나, 또 다른 예로 단계 S815의 건조 과정 시 수행할 수 있다.
마지막으로, 단계 S811의 세정/린스 과정을 마친 세정 대상체를 건조한 후 종료토록 한다(S815).
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 나노버블을 이용한 반도체 세정 방법은 도 8의 전체 단계(S801~S815) 중 초순수 공급 단계(S801), 나노 버블 발생 단계(S809), 세정/린스 단계(S811), 케미컬 세정 단계(S813), 및 건조 단계(S815) 만을 포함하도록 구성할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시예에 따르면 웨이퍼(W)에 세정액으로서 초순수의 마이크로 나노 버블 또는 알카리성환원수의 마이크로 나노 버블을 공급함으로써 음(-)이온으로 대전된 마이크로 나노 버블이 정전기를 흡수하여 소멸시킴으로써 웨이퍼(W)에 정전기적 전하가 축적되는 것을 방지할 수 있으며, 나아가서 양(+) 전하를 띠는 파티클 등과 같은 이물질의 제거가 용이함과 아울러 이물질의 재부착을 방지할 수 있다.
제타 포텐셜(Zeta potential) 이란 파티클(Particle)이 가지고 있는 전기적 전위를 의미하는 것으로, 도 9에 도시된 바와 같이, Zeta potential의 이해를 위한 위한 구성 요소로는 Particle 표면, 고정 층, 이온확산 층, 미끌림 판으로 이루어 진다.
도 9는 제타 포텐셜(ZETA Potential)을 설명하기 위한 도면으로, 용액 중에 퍼져있는 파티클(Particle)은 Particle 표면에서의 이온의 흡착과 해리에 의하여 전기적으로 음극 또는 양극의 전기적인 Charge을 가진다. 용액 내에 존재하는 이온 중에서 Particle 표면이 가지고 있는 Charge에 반대 부호의 이온들이 표면 전하를 중화하기 위하여 흡착되어 있는 고정 층이 형성된다. 고정 층을 이루고 있는 이온과 동일 부호의 이온 및 반대 부호의 이온이 공존하며 Particle 표면으로부터의 거리에 따라 전기적 구배를 나타내는 이온 확산층이 형성된다. 또한 용액 내에 존재하는 전하를 띈 Particle은 외부에서 가해준 전기장에 반응하여 일정한 속도를 가지고 움직이게 되는데, Particle 이동할 때 압축된 고정 층은 Particle과 같이 움직이지만 이온확산 층은 액상과 같이 움직이고 있어 두 층 사이에 미끌림 경계면이 생긴다. 전술한 고정 층과 이온확산 층 사이의 미끌림 경계면에서의 전기적인 전위를 Zeta potential 이라고 한다.
도 10은 파티클 종류별 제타 포텐셜과 pH 간의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조로 살펴 보면, Zeta potential은 pH와 전해액의 농도와 상관관계가 있으며, pH와 전해액의 농도가 증가할수록 감소한다. pH가 높아질수록(OH- 기가 늘어날수록) 즉 염기성 용액에서는 Zeta potential 값이 (-)를 나타내고, 산성 용액에서는 Zeta potential 값이 (+)를 나타낸다. 산화막 표면에서의 반응 메커니즘(mechanism)은 pH가 낮은 용액 내에서는 산화막 표면에 H+ 이온이 흡착되어 Zeta potential 값이 (+)를 가지게 되며, pH가 높은 용액 내에서는 산화막 표면에 H+ 이온이 해리되어 Zeta potential 값이 (-)를 가지게 된다.
<산화막 표면에서의 반응 메커니즘>
In low pH value: M-OH + H+ + OH- → M-OH2 + + OH-
In high pH value: M-OH + H+ + OH- → M-O- + H2O + OH-
도 11은 반도체 웨이퍼 표면에서의 파티클 발생 메커니즘을 설명하기 위한 도면으로, 도 11의 (a)와 같이 웨이퍼 표면과 파티클이 서로 다른 전하를 띄면 인력이 작용하여 파티클이 웨이퍼 표면에 쉽게 부착되고, 도 11의 (b)와 같이 서로 다른 전하를 띄면 척력이 작용하여 파티클이 웨이퍼 표면에 부착이 어렵다.
실리콘(Silicon) 웨이퍼를 기존의 RCA 세정 공정에 따라 강산인 HF 세정할 경우 웨이퍼 표면에 파티클이 다량 발생하는 문제점이 있는데, 그 원인은 웨이퍼 표면인 Si는 도 11의 (a)와 같이 (-) Zeta potential 값을 갖고 있으나 대부분의 파티클이 (+) Zeta potential 값을 가지고 있어 전하 차이에 따른 인력이 발생하여 파티클이 웨이퍼 표면에 (재)부착되기 때문이다.
대조적으로, 본 발명의 실시예에 따라 초순수의 마이크로 나노 버블 또는 알카리성환원수의 마이크로 나노 버블로 세정/린스를 할 경우 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 음(-) 전하 성질을 갖는 마이크로 나노 버블에 의해 웨이퍼 표면인 Si와 파티클이 동일한 부호의 (-) Zeta potential 값을 갖게 되어 서로 척력이 발생하므로, 파티클 제거에 효과적인 효율을 나타내고 재부착을 방지한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 초순수 공급부
200: 전해질 공급부
300: 전해질/초순수 혼합부(또는 '혼합부'로 약칭함)
400: 전해조
500: 버퍼 탱크
600: 전해이온수 공급부
700: PH 측정부
800: 제어부
900: 나노버블 발생부

Claims (7)

  1. (a) 초순수(DeIonize water)를 공급하기 위한 단계;
    (b) 상기 단계 (a)로부터 공급된 초순수를 마이크로 나노 버블로 만드는 단계; 및
    (c) 상기 단계 (b)에서 생성된 마이크로 나노버블을 세정 대상체로 공급하여 상기 세정 대상체를 세정하는 단계를 포함하는 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법.
  2. (a) 초순수(DeIonize water)를 공급하기 위한 단계;
    (b) 전해질을 공급하기 위한 단계;
    (c) 상기 단계 (a)로부터 공급된 초순수와 상기 단계 (b)로부터 공급된 전해질을 일정 비율로 혼합하기 위한 단계;
    (d) 3조식 전해조에서, 상기 단계 (c)로부터 혼합되어 공급된 전해질 용액 및 상기 단계 (a)로부터 공급된 초순수를 기초로 전기분해 동작하여 전해이온수를 생성하기 위한 단계;
    (e) 상기 단계 (d)에서 상기 3조식 전해조로부터 생성되어 출수된 전해이온수를 버퍼 탱크에 저장하는 단계;
    (f) 상기 버퍼 탱크에 저장된 전해이온수의 pH를 측정하기 위한 단계;
    (g) 상기 단계 (a)로부터 공급된 초순수 또는 상기 단계 (e)에서 버퍼 탱크에 저장된 전해이온수를 마이크로 나노 버블로 만드는 단계; 및
    (h) 상기 단계 (g)에서 생성된 마이크로 나노버블을 세정 대상체로 공급하여 상기 세정 대상체를 세정하는 단계를 포함하는 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단계 (h)는 상기 세정 대상체를 SC-1, SC-2, SPM, DHF, 및 BOE 중 적어도 하나를 포함하는 케미컬 세정액으로 세정한 후 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전해이온수는 상기 3조식 전해조의 음극실에서 생성되어 출수된 알카리성환원수 또는 양극실에서 생성되어 출수된 산성산화수인 것을 특징으로 하는 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    (i) 상기 단계 (f)에서 측정된 pH 값을 기초로 상기 단계 (c)에서 혼합되는 초순수와 전해질간의 혼합 비율을 조정하기 위한 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 세정 대상체는 반도체 웨이퍼 및 LCD 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 단계 (g)에서 전해이온수의 pH는 10~11을 그리고 산화환원전위(ORP: Oxidation Reduction Potential)는 -700 내지 -900mV를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 나노 버블을 이용한 반도체 세정 방법.
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