Physical Cleaning of Nano-Particles by a Fluid Jet Spray

Abstract

RCA 습식 세정 방법이 1970년대 W. Kern에 의해서 발표된 이후로 현재까지 그것의 높은 세정 효율을 바탕으로 사용되어 오고 있다. 하지만, 최근에 들어 환경문제와 더불어, 고온 공정에 의한 wafer 열 충격, 짧은 화학액 수명과 bath 방식, 그리고 장비의 규모 등의 문제에서 오는 다량의 화학액 소비 등의 문제점이 강하게 제기 되어오고 있으며 이에 따른 개선의 목소리가 높아지고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 스프레이 젯을 이용하여 초순수에 물리적 힘을 추가한 세정 방법 및 최소량(100 ppm 이하)의 화학액을 사용하여 세정 능력을 극대화 하였다. 이를 위해 스프레이 젯을 사용한 매엽식 세정 장비를 이용하여 300mm 실리콘 웨이퍼 세정 시간을 30초로 낮추었으며, 초 저농도 화학액의 농도 조정이 가능 하며, 연속 공급이 가능한 공급 장치를 개발 하였다. 본 연구의 결과에서 스프레이 젯의 물방울은 공급 되는 기체 유량에 의해 물방울의 속도 및 크기가 제어됨을 확인 할 수 있었으며 기체 (N2)의 유량이 증가할수록 스프레이 젯에 의한 물방울의 평균 속도는 증가하고, 평균 크기는 감소됨을 확인 했다. 또한 이러한 스프레이 젯에서 분사된 물방울의 속도 및 크기를 제어하여 초순수를 사용한 스프레이 젯을 이용하여 300 mm 실리콘 웨이퍼에서 90nm 이상의 오염 입자를 나노 사이즈의 구조물 파괴 없이 90%이상 제거 할 수 있으며, 초 저농도 불산을 이용하여 기판의 손상을 최소화 (0.3A/step)하면서 97% 이상의 높은 오염 입자 제거 능력을 달성 하였다.; Cleaning of nano-particles is becoming a major challenge in semiconductor manufacturing as efficient particle removal must be achieved without substrate loss and without damage to fragile structure. In this study approached cleaning performance, material loss and structural damage by spray jet technique and evaluated and directly compared to the performance of liquid / gas flow and DIW and ultra dilution HF (UDHF). The spray jet single wafer cleaning system developed short process sequence under 30 second / wafer, and controlled ultra dilution chemical concentration for continuously supply. The atomized spray jet liquid droplet characterized increase in N2 flow rate corresponds to increase in the average velocity of droplets but the average diameter decrease slightly. Also submicron (measured over 90 nm) particle removal efficiency (PRE) resulted in higher than 90% without nano-structure damage by DI water spray jet cleaning method and under 0.3 Å/step material losses with over 97% particle removal efficiency used ultra dilution HF for 300 mm wafer.