반도체 세정액 내 용존 가스가 웨이퍼 세정에 미치는 영향

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 수소수 (hydrogenated water / H₂-DIW)와 메가소닉을 이용한 RCA 습식 세정에 관해 연구하였다. 수소수와 SC-1 등의 세정액을 이용하여 300 mm 크기의 웨이퍼까지 세정을 할 수 있는 wet station을 개발하였고, 가스 접촉기와 비접촉식 순환 펌프를 이용하여 수소수 이외에 다양한 기능수를 제조할 수 있는 기능수 발생장치 또한 본 연구를 위하여 개발하였다. 고순도의 수소 가스(99.999%)를 수소수 발생장치에 공급하여 초순수를 순환시키면서2.0 ppm 이상의 고농도 수소수를 제조하였으며, 최적화된 수소수 제조 공정을 확립하기 위하여 수소 가스와 초순수의 유량, 공정 압력 변화에 따른 수소수 최대 농도를 측정하였다. 그 결과, 3.0 LMP의 가스 유량과 0.1 MPa의 조건에서 가장 높은 농도의 수소를 제조할 수 있었다. 또한 수소수는 batch 형태의 세정기에 적용하기 위하여 수소 가스의 공급을 중단한 후, 압력이 제거된 상태와 유지된 상태에서의 반감기를 각각 측정하였다. 측정 결과, 압력이 제거된 상태에서도 20분 이상의 반감기를 가짐을 관찰할 수 있었으며, 압력이 유지된 상태에서는 수소수의 농도가 유지 됨을 확인할 수 있었다. 반도체 세정액으로서의 수소수 특성을 평가하기 위하여 pH 및 표면장력을 측정하였고, pH의 경우 수소수의 농도가 점차 증가함에 따라 감소하여 2.0 ppm의 농도에서 pH 5.3 정도의 값을 나타내었다. 표면 장력은 초순수와 비교시 큰 변화가 없음을 확인할 수 있었다. Batch 형태의 bath에서 메가소닉을 인가한 상태에서 초순수와 SC-1의 Si₃N₄입자의제거력을 평가한 결과, 600 W의 메가소닉에서 초순수는 88%, SC-1은 99.5%의 입자 제거 효율을 나타내었다. 수소수의 경우에서는 메가소닉을 가하지 않은 경우에서는 초순수의 입자 제거 효율 보다 낮은 세정력을 보였지만 메가소닉과 함께 세정력을 평가했을 시에는 초순수와 비슷한 세정력을 가짐을 알 수 있었다.; In semiconductor surface preparation and cleaning process, traditional RCA cleaning methods still have problem in perfectly removing various contaminants by using strong chemical effects. But they have large equipment footprint and huge generation of chemical wastes and consume very large amount of harmful chemicals and DIW (De-ionized water), also as semiconductor devices are scaling down, the excessive material loss by chemical etching of thin film layers revealed hot issues in wet cleaning process. Recently, the functional water which contains specific gases dissolved in DI water cleaning method widely used and investigated to solve these fundamental problems. Especially Hydrogenated DI water (H2 -DIW) cleaning has outstanding abilities to remove particles on the Si wafer surfaces. In this study, H₂-DIW generation system was developed by using gas contactor circulation pump and new cleaning process which has low cost of ownership (CoO) was developed with H₂-DIW. Hydrogen concentration of 1.0 ppm is used to remove the Si₃N₄ particles contaminated on bare Si wafer surfaces in wet station of the lab scale.