WO2020184846A1 - 반도체 웨이퍼 세정액 조성물 및 그를 이용한 세정방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼 세정액 조성물 및 그를 이용한 세정방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a cleaning liquid composition applied in a cleaning step of a semiconductor wafer and a cleaning method of a semiconductor wafer using the same.
  • Wafers made of polycrystalline silicon as a raw material are widely used as materials for semiconductor device manufacturing, and are generally manufactured through single crystal growth, cutting, wrapping, etching, polishing, and cleaning processes called ingots.
  • the polishing method using a chemical mechanical polishing device is usually applied to the carrier using organic wax (oil-soluble wax, water-soluble wax), which is a kind of adhesive, and pressurized against the top of the polishing pad with a certain pressure. And make it close.
  • organic wax oil-soluble wax, water-soluble wax
  • the carrier and the turntable rotate with each other around their respective drive shafts.
  • the polishing surface of the wafer attached to the carrier is polished to a mirror surface by rubbing against the polishing pad.
  • Patent Document 1 Korean Registered Patent Publication No. 10-0725891
  • Patent Document 2 Korean Registered Patent Publication No. 10-1799282
  • Patent Document 3 Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2017-0095537
  • Patent Document 4 Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2017-0105549
  • the present invention is to solve the above problems, and the object to be solved by the present invention is to provide a composition for cleaning a semiconductor wafer that can effectively remove organic substances, especially organic wax used in a polishing process. .
  • the present invention is a nonionic surfactant consisting of the following formulas 1 and 2; Inorganic or organic acids; It provides a composition for cleaning a semiconductor wafer containing deionized water.
  • R1 and R2 are each independently a hydrogen atom (-H), a hydroxyl group (-OH), a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • Alkenyl group, A is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and n is an integer in the range of 1 to 20.
  • R3 and R4 are each independently a hydrogen atom (-H), a hydroxyl group (-OH), a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • Alkenyl group, A is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and m is an integer in the range of 5 to 25.
  • the nonionic surfactant is a composition for cleaning semiconductor wafers contained in an amount of 0.1 to 40% by weight of the total weight of the cleaning composition, and the weight ratio of the nonionic surfactants Formula 1 and Formula 2 is 3: It is a composition for wafer cleaning within the range of 1 to 1:3.
  • the organic acid may include sulfonic acid, carboxylic acid, and the like, methanesulfonic acid and paratoluenesulfonic acid may be exemplified as sulfonic acid, and carboxylic acid may be valeric acid, glycolic acid, and glue. It may be at least one selected from the group consisting of taric acid, butyric acid, maleic acid, malonic acid, malic acid, benzoic acid, salicylic acid, succinic acid, citric acid, aniseic acid, acetic acid, oxalic acid, lactic acid, formic acid, fumaric acid, propanoic acid, phthalic acid, etc. .
  • the inorganic acid may be at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid and sulfuric acid.
  • the organic acid and the inorganic acid may be contained in an amount of 0.01 to 5% by weight of the total weight of the cleaning composition.
  • the semiconductor wafer cleaning method using the wafer cleaning composition may be a semiconductor wafer cleaning method in which the semiconductor wafer is immersed in the cleaning composition for 100 to 500 seconds.
  • the semiconductor wafer cleaning method using the wafer cleaning composition is a semiconductor wafer cleaning in which the wafer is immersed in a cleaning solution while applying ultrasonic waves in the process of immersing the semiconductor wafer in the cleaning composition. It could be the way.
  • the semiconductor wafer cleaning method using the wafer cleaning composition may be a semiconductor wafer cleaning method in which the semiconductor wafer is cleaned by immersing it in the cleaning composition and washed 1 to 5 times with deionized water. have.
  • the semiconductor wafer cleaning method using the wafer cleaning composition is a semiconductor wafer cleaning method in which the cleaning temperature of the process of cleaning by immersing the semiconductor wafer in the cleaning composition is 40°C to 80°C. I can.
  • the cleaning composition according to the present invention provides a remarkably increased removal efficiency and effective cleaning power for contaminants, particularly organic wax, on the surface of a wafer for semiconductor device fabrication. As a result, the wafer surface is highly cleaned and thus a highly reliable semiconductor device can be manufactured.
  • the cleaning liquid composition according to the present invention is a solution used to clean a semiconductor wafer, and is characterized by comprising a nonionic surfactant represented by the following Formulas 1 and 2, an organic acid or an inorganic acid, and deionized water.
  • composition for cleaning a semiconductor wafer of the present invention includes a nonionic surfactant represented by the following Chemical Formulas 1 and 2.
  • R1 and R2 are each independently a hydrogen atom (-H), a hydroxyl group (-OH), a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a straight chain or branched alke having 1 to 20 carbon atoms.
  • R3 and R4 are each independently a hydrogen atom (-H), a hydroxyl group (-OH), a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • Alkenyl group, A is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and m is an integer in the range of 5 to 25.
  • the surfactant according to the present invention is added to improve the solubility of the wax to be removed, and an appropriate surfactant may be selected according to the wax to be removed, for example, a nonionic surfactant may be used alone or in combination of two or more. have.
  • the content of the nonionic surfactant according to the present invention is not particularly limited, but may be included in, for example, 0.01 to 40% by weight of the total weight of the cleaning composition.
  • the effect of removing contaminants may be small, and when the content of the nonionic surfactant is more than 40% by weight, the effect of removing contaminants may be small because it may not be dissolved in water.
  • it may preferably be included in an amount of 0.1% to 40% by weight.
  • composition for cleaning a semiconductor wafer of the present invention contains an acidic compound.
  • the acidic compound decomposes and dissolves impurities remaining on the surface of the wafer to be cleaned, and generates electrical repulsion between the wax particles dissolved in the cleaning solution, thereby improving dispersibility, thereby improving cleaning power.
  • the acidic compound is not particularly limited as long as it is acidic, and may include, for example, an inorganic acid, an organic acid, or a mixture thereof. It also acts as a pH adjuster to maintain an appropriate pH.
  • the inorganic acid may be a single or a mixture of two or more selected from the group consisting of phosphoric acid, nitric acid and sulfuric acid.
  • the organic acid include carboxylic acid and sulfonic acid
  • the carboxylic acid is formic acid, acetic acid, and propanoic acid.
  • sulfonic acid is methane Sulfonic acid and paratoluenesulfonic acid may be mentioned. Each of these may be single or a mixture of two or more.
  • the content of the inorganic acid and the organic acid is not particularly limited, and, for example, is preferably contained in an amount of 0.01 to 5% by weight based on the total weight of the cleaning composition. In the above range, the cleaning power may be most excellent.
  • the cleaning effect When the content of the inorganic acid or organic acid is less than 0.01% by weight, the cleaning effect may be insignificant. In addition, when it exceeds 5% by weight, the cleaning effect may be insignificant by exceeding the appropriate pH range.
  • Water according to the present invention dissolves each component and adjusts the total composition, and the remaining amount of the total composition is occupied by water.
  • the components are adjusted to have the above-described content range.
  • water is not particularly limited, it is preferable to use deionized water having a resistivity of 18 M ⁇ cm or more as water for semiconductor processing.
  • composition for cleaning a semiconductor wafer of the present invention may be used as such, and may be used by diluting the cleaning composition of the present invention 10 to 100 times using deionized water.
  • the semiconductor wafer cleaning method using the semiconductor wafer cleaning composition of the present invention may be immersing the semiconductor wafer in the cleaning composition for 100 to 500 seconds.
  • the semiconductor wafer cleaning method using the composition for cleaning a semiconductor wafer of the present invention can exhibit an excellent cleaning effect by applying ultrasonic waves during cleaning.
  • the semiconductor wafer cleaning method using the composition for cleaning a semiconductor wafer of the present invention provides excellent cleaning effects when using the composition for cleaning a semiconductor wafer of the present invention at room temperature as well as under heating so that the temperature of the cleaning composition is 40 to 80°C. Can be indicated.
  • a semiconductor wafer cleaning method using the composition for cleaning a semiconductor wafer of the present invention can exhibit excellent cleaning effects by washing with the composition for cleaning a semiconductor wafer of the present invention and then washing with deionized water 1 to 5 times.
  • compositions for cleaning semiconductor wafers of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 7 were prepared.
  • the wax removal rate (cleaning power) of the cleaning composition was calculated according to the following calculation formula.
  • Wax removal rate (%) 100 ⁇ [(Wafer weight after wax coating-Wafer weight after cleaning) / (Wafer weight after wax coating-Wafer weight before wax coating)]
  • a cleaning composition chemical solution of Examples and Comparative Examples described in Table 1 was prepared, and a large amount of wafers was immersed while maintaining the wax-coated 4-inch wafer in a cleaning tank containing the cleaning composition for 300 seconds at 65°C. After the wax component was dissolved in the cleaning composition chemical solution, the wafer was taken out and washed three times for 10 seconds in a cleaning bath containing deionized water, and the wafer surface was dried with high purity nitrogen gas.
  • the surface of the dried wafer was observed through an optical microscope.
  • the silicon wafer was washed with an aqueous ammonia-hydrogen peroxide mixed solution and a solution containing 1% hydrofluoric acid, and iron, copper, nickel, aluminum and Lead was contaminated to a surface concentration of 1.0 ⁇ 10 13 atoms/cm 2.
  • the dried wafer was measured for metal concentration on the surface of the wafer with a Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS), and the ability to remove metal impurities was evaluated.
  • SIMS Secondary Ion Mass Spectrometry
  • Example 1 0.4 0.5 0.1 0.2 0.4
  • Example 2 1.4 1.8 0.4 1.3 2.5
  • Example 3 0.5 0.6 Below the measurement limit 0.3 0.8
  • Example 4 0.9 1.2 0.1 0.2 0.4
  • Example 5 2.1 2.5 0.1 1.6 2.3
  • Example 6 1.7 1.9
  • Example 7 0.5 0.6 0.2 0.4 0.9
  • Example 8 1.2 1.5 0.1 1.3 3.3
  • Example 9 1.1 1.3 0.4 0.2 0.6
  • Example 10 0.3 Below the measurement limit 0.1 0.2 0.2
  • Example 11 0.4 0.5 0.2 0.5 1.2
  • Example 12 0.6 0.6 0.2 0.7 1.7
  • Example 13 0.6 0.7 0.1 0.2 0.8
  • Example 14 2.3 2.9 0.6 1.9 4.9
  • Example 15 0.5 0.6 0.2 0.5 1.4 Comparative Example 1 47.0 17.9 12.1 152 3.5

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Abstract

본원발명은 반도체 디바이스 제조에 사용되는 반도체 웨이퍼 세정용 조성물 및 그를 이용하는 반도체 웨이퍼 세정 방법에 관한 것으로서, 본원발명의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물은 화학식 1 및 화학식 2로 이루어지는 계면활성제와, 무기산 또는 유기산과, 잔량의 물로 이루어지는 것이며, 본원발명의 반도체 웨이퍼 세정 방법은 반도체 웨이퍼를 세정용 조성물에 100 내지 500초 침지시키는 방법이다. 본원발명에 따른 세정용 조성물 및 세정 방법은 반도체 디바이스 제조용 웨이퍼 표면의 연마 공정에서 오염물질 특히, 유기왁스에 대해 현저히 증대된 제거효율 및 효과적인 세정력을 제공함으로써 웨이퍼 표면을 고도로 청정화 하여, 신뢰도 높은 반도체 소자를 제조할 수 있도록 하는 효과를 나타내는 것이다.

Description

반도체 웨이퍼 세정액 조성물 및 그를 이용한 세정방법
본원발명은 반도체 웨이퍼의 세정 단계에서 적용되는 세정액 조성물 및 그를 이용한 반도체 웨이퍼의 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 진보 및 발전에 따라 디바이스의 가장 기초가 되는 웨이퍼에 대한 결함과 유기물 및 금속과 같은 오염원의 제거가 중요시 되고 있다.
다결정 실리콘을 원재료로 하여 만들어진 웨이퍼(wafer)는 반도체 디바이스 제조용 재료로 광범위하게 사용되며, 일반적으로 잉곳이라 불리는 단결정 성장, 절단, 래핑, 식각, 연마, 그리고 세정 공정 등을 거쳐 제조된다.
웨이퍼 일면을 연마하는 폴리싱 공정에서 화학적 기계적 연마 장치를 이용한 연마 방법은 대개 캐리어에 접착제의 일종인 유기 왁스(지용성 왁스, 수용성 왁스)를 이용하여 웨이퍼를 부착시키고 일정 압력으로 연마 패드의 상부에 대해 가압하여 밀착시킨다. 이 상태에서 캐리어와 턴 테이블은 각자의 구동축을 중심으로 서로 회전한다. 캐리어에 부착된 웨이퍼의 연마면은 연마 패드와 마찰됨으로써 경면으로 연마된다.
이러한 연마 공정을 거친 웨이퍼 표면에는 접착제로 사용된 왁스 및 공정 중에 발생된 오염물질들이 다량 부착되어 있으므로 세정 공정을 통해 완전하게 제거되어야 하는 것으로서, 완전하게 제거되지 않을 경우에는 반도체 디바이스 제조 시 수율 저하의 원인이 된다.
(특허문헌 1) 대한민국등록특허공보 제10-0725891호
(특허문헌 2) 대한민국등록특허공보 제10-1799282호
(특허문헌 3) 대한민국공개특허공보 제10-2017-0095537호
(특허문헌 4) 대한민국공개특허공보 제10-2017-0105549호
본원발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본원발명이 해결하고자 하는 과제는 유기물, 특히 연마 공정에서 사용되는 유기 왁스를 효과적으로 제거할 수 있는 반도체 웨이퍼 세정용 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본원발명은 아래의 화학식 1 및 화학식 2로 이루어지는 비이온성 계면활성제; 무기산 또는 유기산; 탈이온수를 포함하는 반도체 웨이퍼 세정용 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
R1-(AO)n-R2
(상기 식에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소원자(-H), 수산기(-OH), 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 또는 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기이고, A는 탄소 원자수 2 내지 4의 알킬렌기이며, n은 1 내지 20범위의 정수이다.)
[화학식 2]
R3-(AO)m-R4
(상기 식에서 R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자(-H), 수산기(-OH), 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 또는 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기이고, A는 탄소 원자수 2 내지 4의 알킬렌기이며, m은 5 내지 25범위의 정수이다.)
본원발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 비이온성 계면활성제는 세정용 조성물 총 중량 중 0.1 내지 40 중량%로 포함되는 반도체 웨이퍼 세정용 조성물이며, 비이온성 계면활성제 화학식 1과 화학식 2의 중량비는 3:1 내지 1:3의 범위 내인 웨이퍼 세정용 조성물이다.
본원발명의 바람직한 일 구현 예에서, 상기 유기산은 술폰산, 카르복실산 등을 들 수 있으며, 술폰산으로는 메탄술폰산 및 파라톨루엔술폰산을 예로 들 수 있고, 카르복실산으로는 길초산, 글리콜산, 글루타르산, 낙산, 말레산, 말론산, 말산, 벤조산, 살리실산, 숙신산, 시트르산, 아니스산, 아세트산, 옥살산, 젖산, 포름산, 푸마르산, 프로판산, 프탈산 등으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것일 수 있다.
본원발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 무기산은 염산, 인산, 질산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것일 수 있다.
본원발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 유기산 및 무기산은 세정용 조성물 총 중량 중 0.01 내지 5중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본원발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 웨이퍼 세정용 조성물을 사용하는 반도체 웨이퍼 세정 방법은, 반도체 웨이퍼를 세정용 조성물에 100 내지 500초 침지시키는 반도체 웨이퍼 세정 방법일 수 있다.
본원발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 웨이퍼 세정용 조성물을 사용하는 반도체 웨이퍼 세정 방법은, 반도체 웨이퍼를 세정용 조성물에 침지시키는 공정에서 초음파를 적용하면서 웨이퍼를 세정용 용액에 침지시키는 시키는 반도체 웨이퍼 세정 방법일 수 있다.
본원발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 웨이퍼 세정용 조성물을 사용하는 반도체 웨이퍼 세정 방법은, 반도체 웨이퍼를 세정용 조성물에 침지시켜 세정한 후 탈이온수로 1 내지 5회 세척하는 반도체 웨이퍼 세정 방법일 수 있다.
본원발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 웨이퍼 세정용 조성물을 사용하는 반도체 웨이퍼 세정 방법은, 반도체 웨이퍼를 세정용 조성물에 침지시켜 세정하는 공정의 세정 온도가 40℃내지 80℃인 반도체 웨이퍼 세정 방법일 수 있다.
본원발명에 따른 세정용 조성물은 반도체 디바이스 제작용 웨이퍼 표면의 오염물질 특히, 유기왁스에 대해 현저히 증대된 제거효율 및 효과적인 세정력을 제공한다. 이에 따라 웨이퍼 표면을 고도로 청정화 하여, 신뢰도 높은 반도체 소자를 제조할 수 있도록 하는 효과를 나타내는 것이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본원발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원발명에 따른 세정액 조성물은 반도체 웨이퍼를 세정하는 데 사용하는 용액으로, 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 비이온성 계면활성제, 유기산 또는 무기산과 탈이온수를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 세정액 조성물을 웨이퍼 표면의 오염물질 특히, 유기왁스를 제거하기 위한 세정 공정에 이용할 경우 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 비이온성 계면활성제에 의해 웨이퍼 표면의 표면 장력이 낮아짐에 따라 젖음성이 향상되어 유기왁스를 제거하기 용이하고, 또한 제거된 왁스 입자가 웨이퍼 표면에 재부착되는 것을 방지할 있기 때문에 세정 효과가 현저히 증대되고 그로 인해 신뢰도 높은 반도체 소자를 제조할 수 있다.
본원발명의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물은 하기 화학식 1 및 화학식 2로 표시되는 비이온성 계면활성제를 포함한다.
[화학식 1]
R1-(AO)n-R2
상기 식에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소원자(-H), 수산기(-OH), 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 또는 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기이고, A는 탄소 원자수 2 내지 4의 알킬렌기이며, n은 1 내지 25범위의 정수이다.
[화학식 2]
R3-(AO)m-R4
(상기 식에서 R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자(-H), 수산기(-OH), 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 또는 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기이고, A는 탄소 원자수 2 내지 4의 알킬렌기이며, m은 5 내지 25범위의 정수이다.)
본원발명에 따른 계면활성제는 제거 대상인 왁스의 용해도를 개선하기 위해 첨가되고, 적절한 계면활성제가 제거 대상인 왁스에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들면 비이온성 계면활성제 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.
본원발명에 따른 비이온성 계면활성제는 함량을 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 세정용 조성물 총 중량 중 0.01 내지 40중량%로 포함될 수 있다.
비이온성 계면활성제의 함량이 0.01중량% 미만인 경우에는 오염물질 제거 효과가 작을 수 있으며, 40중량% 초과인 경우에는 물에 용해되지 않을 수 있어 오염물질 제거 효과가 작을 수 있다.
그러한 측면에서 바람직하게는 0.1중량% 내지 40중량%로 포함될 수 있다.
본원발명의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물은 산성화합물을 포함한다.
산성화합물은 세정 대상인 웨이퍼 표면에 잔류하는 불순물들을 분해 및 용해시키며, 세정액에 용해된 왁스 입자들 간의 전기적 반발력을 일으켜 분산성을 향상시킴으로써 세정력 개선 효과가 있다.
산성화합물은 산성이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 무기산, 유기산 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한 적절한 pH를 유지시키는 pH 조절제로도 작용한다.
무기산의 보다 구체적인 예로는 인산, 질산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 2종이상의 혼합물일 수 있다.
유기산의 보다 구체적인 예로는 카르복실산, 술폰산 등을 들 수 있으며, 카르복실산은 포름산, 아세트산, 프로판산. 낙산, 길초산, 벤초산, 아니스산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 말레산, 푸마르산, 프탈산, 살리실산, 글리코산, 젖산, 말산, 시트르산 등을 예로 들 수 있고, 술폰산으로는 메탄술폰산 및 파라톨루엔술폰산 등을 예로 들 수 있다. 이들은 각각 단독 또는 2종이상의 혼합물일 수 있다.
무기산, 유기산의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 세정용 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 5중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 세정력이 가장 우수하게 나타날 수 있다.
무기산 또는 유기산의 함량이 0.01중량% 미만인 경우에는 세정효과가 미미할 수 있다. 또한 5중량% 초과인 경우에는 적정 pH 범위를 초과함으로써 세정효과가 미미할 수 있다.
본원발명에 따른 물은 각 성분을 용해하고 전체 조성을 조절하며, 전체 조성물의 잔량은 물이 차지한다. 바람직하게는 상기 성분들이 전술한 함량 범위를 갖도록 조절한다.
물은 특별히 한정되는 것은 아니나, 반도체 공정용의 물로서 비저항값이 18㏁㎝ 이상인 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하다.
본원발명의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물은 그 자체로 이용될 수 있고, 또한 탈이온수를 이용하여 본원발명의 세정용 조성물을 10배 내지 100배로 희석하여 이용될 수 있다.
본원발명의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물을 사용하는 반도체 웨이퍼 세정 방법은, 반도체 웨이퍼를 세정용 조성물에 100 내지 500초 침지시키는 것일 수 있다.
본원발명의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물을 사용하는 반도체 웨이퍼 세정 방법은, 세정 시 초음파를 적용함으로써 우수한 세정 효과를 나타낼 수 있다.
본원발명의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물을 사용하는 반도체 웨이퍼 세정 방법은, 본원발명의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물을 상온에서뿐만 아니라 세정용 조성물의 온도가 40℃ 내지 80℃가 되도록 가열 하에서 사용 시 우수한 세정 효과를 나타낼 수 있다.
본원발명의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물을 사용하는 반도체 웨이퍼 세정 방법은, 본원발명의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물로 세정한 후 탈이온수로 1 내지 5회 세척함으로써 우수한 세정 효과를 나타낼 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본원발명의 반도체 웨이퍼 세정액 조성물을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본원발명을 예시하기 위한 것으로, 본원발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[실시예 및 비교예]
하기 표 1에 기재된 조성성분 및 조성비율에 따라 실시예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 7의 반도체 웨이퍼 세정용 조성물을 제조하였다.
구 분 계면활성제 산 탈이온수
A(화학식 1) B(화학식 2) A : B C D
성분 중량% 성분 중량% 성분 중량% 중량%
실시예 1 a1 7.5 b1 22.5 1:3 c1 0.5 69.5
실시예 2 a1 10.0 b1 20.0 1:2 c1 0.5 69.5
실시예 3 a1 15.0 b1 15.0 1:1 c2 0.5 69.5
실시예 4 a1 20.0 b1 10.0 2:1 c3 0.5 69.5
실시예 5 a1 22.5 b1 7.5 3:1 c4 0.5 69.5
실시예 6 a2 7.5 b1 22.5 1:3 c1 0.5 69.5
실시예 7 a2 10.0 b1 20.0 1:2 c1 0.5 69.5
실시예 8 a2 15.0 b1 15.0 1:1 c4 0.5 69.5
실시예 9 a2 20.0 b1 10.0 2:1 c4 0.5 69.5
실시예 10 a2 22.5 b1 7.5 3:1 c5 0.5 69.5
실시예 11 a1 15.0 b2 15.0 1:1 c1 0.5 69.5
실시예 12 a1 20.0 b2 10.0 2:1 c1 0.5 69.5
실시예 13 a1 22.5 b2 7.5 3:1 c5 0.5 69.5
실시예 14 a2 15.0 b2 15.0 1:1 c5 0.1 69.5
실시예 15 a2 22.5 b2 7.5 3:1 c6 1.0 69.5
비교예 1 a3 22.5 b3 7.5 3:1 c1 0.5 69.5
비교예 2 a3 20.0 b3 10.0 2:1 c1 0.5 69.5
비교예 3 a3 22.5 b4 7.5 3:1 c1 0.5 69.5
비교예 4 a3 20.0 b4 10.0 2:1 c1 0.5 69.5
비교예 5 a4 22.5 b3 7.5 3:1 c1 0.5 69.5
비교예 6 a4 15.0 b3 15.0 1:1 c1 0.5 69.5
비교예 7 a4 22.5 b4 7.5 3:1 c1 0.5 69.5
a1 CnH2n+1-O-(EO)x-H(n=2, x=12, EO=옥시에틸렌기)a2 CnH2n+1-O-(EO)x-H(n=16,x =12)a3 CnH2n+1-(Phenyl)-O-(EO)x-H(n=2, x=10)a4 CnH2n+1-(Phenyl)-O-(EO)x-H(n=15, x=10)b1 CnH2n+1-(EO)x-H(n=10, x=8)b2 CnH2n+1-(EO)x-H(n=13, x=8)b3 CnH2n+1-O-(EO)x(PO)y-H(n=9, x=10,y=5)b4 EO/PO block copolymer (EO:PO=1:1, Mw=2,500, PO=옥시프로필렌기)c1 시트르산c2 글루타르산c3 옥살산c4 인산c5 황산c6 술폰산
[실험예 1] 왁스 제거력 평가
4인치 P-type 실리콘 웨이퍼를 준비하여 초기 무게 측정 후 스핀 코터(제조사: TEL, 모델명: Mark-VZ)에 실리콘 웨이퍼 경면을 위로 향하게 하여 왁스(제조사: Nikka Seiko Co. Ltd., 모델명: Skyliquid) 3cc 주입 후 2,500rpm으로 30초간 도포하고 100℃에서 60초 가열 한 후 23℃에서 30초간 식힌 다음 웨이퍼 무게를 측정하였다.
이후 표 1에 기재된 실시예 및 비교예의 세정용 조성물 약액을 제조하여 65℃로 가온 후 300초 동안 상기 웨이퍼를 침지시킨 후, 웨이퍼를 꺼내어 탈이온수가 담긴 세정조에서 10초씩 3회 세척하고, 고순도 질소가스로 웨이퍼 표면을 건조시켰다.
건조된 웨이퍼의 무게를 측정한 후, 아래 계산식에 따라 세정용 조성물의 wax 제거율(세정력)을 구하였다.
왁스 제거율(%) =100 × [(왁스 코팅 후 웨이퍼 무게 - 세정 후 웨이퍼 무게) / (왁스 코팅 후 웨이퍼 무게 - 왁스 코팅 전 웨이퍼 무게)]
결과는 아래 표 2에 나타내었다.
No. Wax 제거율(%) No. Wax 제거율(%)
실시예 1 94.5 실시예 12 97.5
실시예 2 95.0 실시예 13 98.0
실시예 3 95.0 실시예 14 97.0
실시예 4 95.5 실시예 15 98.5
실시예 5 95.5 비교예 1 89.5
실시예 6 95.5 비교예 2 87.5
실시예 7 96.0 비교예 3 86.5
실시예 8 96.0 비교예 4 87.5
실시예 9 96.5 비교예 5 89.0
실시예 10 99.4 비교예 6 86.9
실시예 11 97.0 비교예 7 88.0
상기 표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 15의 세정액 조성물은 94.5% 내지 99.4%의 우수한 세정력을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이에 비하여, 비교예 1 내지 7의 세정용 조성물은 86.5% 내지 89.5%의 세정력을 나타내는 것이어서 세정력이 크게 떨어져 wax 성분이 다량 남아 있는 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 2] 오염원 재부착성 평가
4인치 P-type 실리콘 웨이퍼를 준비하여 스핀 코터(제조사: TEL, 모델명: Mark-VZ)에 실리콘 웨이퍼 경면을 위로 향하게 하여 왁스(제조사: Nikka Seiko Co. Ltd., 모델명: Skyliquid) 3cc를 주입하여 2,500rpm으로 30초간 도포하고 100℃에서 60초 가열 한 후 30초간 상온에서 방치한다.
이후 표 1에 기재된 실시예 및 비교예의 세정용 조성물 약액을 제조하고, 왁스가 도포된 4인치 웨이퍼를 세정용 조성물이 담긴 세정조에 각 300초 동안 65℃로 유지하면서 다량의 웨이퍼를 침지시켜 다량의 왁스 성분이 세정용 조성물 약액에 용해시킨 후, 웨이퍼를 꺼내어 탈이온수가 담긴 세정조에서 10초씩 3회 세척하고, 고순도 질소가스로 웨이퍼 표면을 건조시켰다.
건조된 웨이퍼는 광학 현미경을 통해 표면을 관찰하였다.
결과는 아래 표 3에 나타내었다.
No. 재부착 방지성 No. 재부착 방지성
실시예 1 ○ 실시예 12 ○
실시예 2 ○ 실시예 13 ◎
실시예 3 ○ 실시예 14 ◎
실시예 4 ○ 실시예 15 ○
실시예 5 ◎ 비교예 1 Ｘ
실시예 6 ○ 비교예 2 △
실시예 7 ○ 비교예 3 △
실시예 8 ○ 비교예 4 Ｘ
실시예 9 ◎ 비교예 5 △
실시예 10 ◎ 비교예 6 Ｘ
실시예 11 ○ 비교예 7 Ｘ
◎: 세정 후 웨이퍼 표면에 오염원의 재부착이 전혀 없고, 매우 양호○: 세정 후 웨이퍼 표면에 오염원의 재부착이 없고, 양호△: 세정 후 웨이퍼 표면에 오염원의 재부착이 있고, 나쁨Ｘ: 세정 후 웨이퍼 표면에 오염원의 재부착이 많이 있고, 매우 나쁨
상기 표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 15의 세정액 조성물은 세정 후 웨이퍼 표면에 오염물의 재부착이 전혀 없거나 없어서, 대부분 매우 양호 또는 양호한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이에 비하여 비교예 1 내지 7의 세정용 조성물은 세정 후 웨이퍼 표면에 오염물의 재부착이 있거나 많이 있어서, 대부분 나쁨 또는 매우 나쁨인 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 3] 금속 불순물 제거력 평가
실리콘 웨이퍼를 가로×세로, 30㎜×30㎜ 크기로 준비한 후, 실리콘 웨이퍼를 암모니아수-과산화수소 혼합용액과 1% 불산을 포함하는 용액으로 세정하고, spin coater를 이용하여 철, 구리, 니켈, 알루미늄 및 납을 1.0×1013atoms/㎠의 표면 농도가 되도록 오염시켰다.
이후 표 1에 기재된 실시예 및 비교예의 세정용 조성물 약액을 제조하고, 오염 처리가 된 웨이퍼를 각 세정액에 60℃에서 300초 동안 무교반 침지한 후, 웨이퍼를 꺼내어 탈이온수가 담긴 세정조에서 10초씩 3회 세척하고, 고순도 질소가스로 웨이퍼 표면을 건조시켰다.
건조된 웨이퍼를 이차이온질량분석장치(Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS)로 웨이퍼 표면의 금속 농도를 측정하고, 금속 불순물 제거 능력을 평가하였다.
결과를 표 4에 나타내었다.
구분 표면 금속 이온 농도 (× 1010atoms/㎠)
Fe Cu Ni Al Pb
세정전 3,300 5,100 3,800 2,500 2,100
실시예 1 0.4 0.5 0.1 0.2 0.4
실시예 2 1.4 1.8 0.4 1.3 2.5
실시예 3 0.5 0.6 측정한계 이하 0.3 0.8
실시예 4 0.9 1.2 0.1 0.2 0.4
실시예 5 2.1 2.5 0.1 1.6 2.3
실시예 6 1.7 1.9 0.5 0.5 1.2
실시예 7 0.5 0.6 0.2 0.4 0.9
실시예 8 1.2 1.5 0.1 1.3 3.3
실시예 9 1.1 1.3 0.4 0.2 0.6
실시예 10 0.3 측정한계 이하 0.1 0.2 0.2
실시예 11 0.4 0.5 0.2 0.5 1.2
실시예 12 0.6 0.6 0.2 0.7 1.7
실시예 13 0.6 0.7 0.1 0.2 0.8
실시예 14 2.3 2.9 0.6 1.9 4.9
실시예 15 0.5 0.6 0.2 0.5 1.4
비교예 1 47.0 17.9 12.1 152 3.5
비교예 2 21.8 68.2 45.1 55.8 13.1
비교예 3 6.7 34.2 54.7 12.0 1.3
비교예 4 18.1 33.4 23.6 30.6 7.9
비교예 5 17.9 26.7 17.1 20.5 3.7
비교예 6 14.7 12.8 7.7 10.7 3.5
비교예 7 24.4 24.8 15.8 18.8 5.3
상기 표 4에 의하면, 실시예 1 내지 15의 세정액 조성물은 세정 후 웨이퍼 표면의 금속 이온이 1.0×1010atoms/㎠ 이하로 잔류하고 있어서, 우수한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이에 비하여 비교예 1 내지 7의 세정용 조성물은 세정 후 웨이퍼 표면의 금속 이온이 1.0×1010atoms/㎠ 수준을 초과하여 잔류하고 있어서, 불량한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본원발명은 한정된 실시예로 설명되었으나, 본원발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본원발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본원발명의 범위는 설명된 실시예에 제한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 하는 것이다.

Claims (8)

  1. a) 하기 화학식 1 및 화학식 2로 이루어지는 비이온성 계면활성제;
    b) 무기산 또는 유기산; 및
    c) 물;로
    이루어지는 반도체 웨이퍼 세정용 조성물.
    [화학식 1]
    R1-(AO)n-R2
    (상기 식에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소원자(-H), 수산기(-OH), 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 또는 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기이고, A는 탄소 원자수 2 내지 4의 알킬렌기이며, n은 1 내지 20범위의 정수이다.)
    [화학식 2]
    R3-(A2O)m-R4
    (상기 식에서 R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소원자(-H), 수산기(-OH), 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 또는 탄소수가 1 내지 20의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기이고, A는 탄소 원자수 2 내지 4의 알킬렌기이며, m은 5 내지 25범위의 정수이다.)
  2. 제1항에 있어서, 반도체 웨이퍼 세정용 조성물은, 비이온성 계면활성제 3 내지 50 중량%; 무기산 또는 유기산 0.01 내지 2중량%; 및 잔량의 물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비이온성 계면활성제인 화학식 1과 화학식 2의 중량비는 3:1 내지 1:3인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 무기산은 인산, 질산 또는 황산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정용 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유기산은 포름산, 아세트산, 프로판산. 낙산, 길초산, 벤초산, 아니스산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 말레산, 푸마르산, 프탈산, 살리실산, 글리코산, 젖산, 말산, 시트르산, 메탄술폰산 또는 파라톨루엔술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정용 조성물.
  6. a) 반도체 웨이퍼를 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 반도체 웨이퍼 세정용 조성물에 100초 내지 500초 침지시켜 세정하는 단계; 및
    b) 탈이온수로 1 내지 5회 세척하는 단계;로
    이루어지는 반도체 웨이퍼 세정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 a) 단계에서 반도체 웨이퍼를 세정용 조성물에 침지시켜 세정하면서 초음파를 적용하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 방법.
  8. 제6항에 있어서, a) 단계에서 반도체 웨이퍼를 세정용 조성물에 침지시켜 세정하는 온도는 40℃내지 80℃인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 세정 방법.
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