고농도 오존 세정액과 매엽식 메가소닉 세정 공정에 대한 연구

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 오존수 (ozonated water / DIO3)와 메가소닉을 이용한 RCA 습식 세정에 관해 연구하였다. 기존의 DIO3 세정 장치 (System #1)는 Photoresist 제거 실험결과 38 ppm / pH 4.1의 DIO3에서 10분간 처리 하였을 경우, 100num / min의 제거 효율을 보였다. 하지만 0.5 um 실리카 파티클을 오염하여 제거를 한 결과 약 75 %의 세정 효율을 보였다. DIO3에 NH4OH를 첨가하여 SC1과 같은 조성을 갖는 세정액을 만들어서 파티클 제거 효율을 평가하였다. System #1 에서는 3.2 ppm/pH 9.4 의 조건이 얻어졌으며, 0.5 ㎛ 실리카 파티클을 10분간 처리하였을 경우, 79 %의 세정효율을 보였다. 결과에 따르면 System #1은 파티클 제거에 적합하지 않다는 것을 알 수 있었다. 따라서 유기 오염물 세정 효율을 물론 파티클 세정에도 탁월한 성능을 갖는 세정 장치를 위해서는 새로운 장치의 고안이 필요했으며, 이에 따라 새로운 시스템 (System #2)을 제작하게 되었다. System #1과의 다른 점은 독립된 DIO3 저장탱크와 세정 bath를 둘 수 있다. DIO3 탱크에서는 산성을 갖는 고농도의 DIO3를 독립된 세정 bath에 지속적으로 공급함으로써, 강염기인 NH4OH가 첨가되더라도 DIO3의 농도가 유지되었으며, NH4OH 또한 지속적으로 공급되기 때문에 서로의 반응에 의한 상쇄 효과를 효과적으로 줄여, 원하는 pH와 DIO3 농도를 얻을 수 있었다. System #2에서 38 ppm / pH 12.5의 DIO3 세정액에 0.5 ㎛ 실리카 파티클을 10분간 처리하였을 경우 약 92 %의 세정효율이 관찰되었으며, 실리콘 웨이퍼 연마 후, 다량으로 오염된 슬러리 파티클에서 또한 93.05 %의 세정 효율을 얻을 수 있었다. AFM으로 표면을 관찰한 결과, 고농도의 DIO3가 적절하게 분산된 경우에 있어서는 깨끗한 표면과 더불어, 처음과 같은 RMS 값을 얻을 수 있었지만, DIO3의 분산이 잘 이루어 지지 않은 경우에는 암모니아수에 의한 전형적인 에칭의 패턴이 관찰되었다. L-type Transducer를 갖는 매엽식 메가소닉 장비를 평가하였다. 0.5 ㎛ 실리카 파티클을 60 W 에서 3분간 처리하였을 경우 약 95 %의 세정효율을 보였으며, 0.3 ㎛ PSL 파티클의 경우 60 W 에서 5분간 처리하였을 경우 약 99.8 %의 세정 효율을 보였다. 하지만, Photoresist의 경우 거의 반응을 보이지 않았다. 따라서, 유기오염물 세정에 탁월한 효율을 보이는 DIO3를 초순수를 대신하여 사용하였을 경우, Photoresist는 약 180 nm/min 의 제거 효율을 보임으로써, DIO3 만을 사용하여 photoresist의 평가에서 보였던 100 nm/min 보다 높은 세정 효율을 관찰 할 수 있었다.; Although RCA wet cleaning processes show high cleaning performance, they still have issues such as high chemical consumption, short chemical life time, large equipment footprint and huge generation of chemical wastes. Conventional ozonated water (DIO3) wet cleaning system shows high organic contaminants cleaning efficiency, 0.1 ㎛/min photoresist removal rate. However particle removal efficiency (PRE) was very low and reached 75 % PRE. This result is caused by low DIO3 concentration with low pH in conventional DIO3 wet cleaning system. Therefore modified DIO3 wet cleaning system is designed including isolating cleaning bath and high dissolved DIO3 tank instead of a conventional cleaning bath to obtain high ozone concentration even at high pH. This system resulted in higher than 93 % of PRE for both 0.5 ㎛ size particle and polished slurry particles. Atomic force microscope (AFM) was also employed to characterize the DIO3 cleaning process by measuring the surface roughness of wafers. Ozonated alkaline solutions with enough ozone concentration did not produce the surface roughness. Modified DIO3 cleaning system provides an alternative in cleaning chemical usage and simplified cleaning process. It is the purpose of this research to characterize the high concentration ozone cleaning solution system in DI water and alkaline cleaning solutions with and without megasonic cleaning system. L-type single megasonic cleaning tool was also used to study the effect of megasonic application in DIO3 cleaning process. This DIO3 hybrid single megasonic cleaning tool increased PRE up to 99.8 % with effective photoresist removal rate, 180 nm/min.