반도체 습식 세정공정 중 오존 수를 이용한 유기/무기오염원 제거

Abstract

본 연구의 실험은 크게 네 개의 큰 주제를 가지고 진행되었다. 첫 번째 실 험에서는 오존수를 이용한 실리콘 웨이퍼 연마 후 지용성 유기 왁스 및 무기 오 염입자 제거의 영향이고, 두 번째 실험에서는 기존의 SC-1의 과수를 대체한 오 존수에 암모니아수를 첨가를 통한 파티클 제거 영향이다. 세 번째로는 습식 세 정 후 이루어지는 건조 평가로 IPA 마란고니 건조에 따른 파티클 제거 및 효율 평가이며, 마지막으로는 오존수의 메가소닉 영향 평가이다. 이 네가지 실험은 모 두 현장의 적용을 목표로 한 실험으로써 최종적 평가는 실제 공정에 쓰이는 웨 이퍼를 도입하여 진행되었다. 일반적으로 Czochralski 방식으로 성장시킨 단결정 실리콘 웨이퍼는 최종 반도체 디바이스 재료로 이용되기까지 제조 과정에서 수번의 연마 및 세정 공정 을 거치게 된다. 수율 향상을 위해 웨이퍼 사이즈가 커지게 되고 그에 따라 높 은 평탄도를 위한 공정이 요구된다. 일반적으로 웨이퍼는 폴리셔의 헤드에 진공 이나 membrane type 재료를 통해 부착시켜 연마된다. 그러나 고도의 평탄도를 요구하는 양질의 웨이퍼의 제조를 위해서 부분적으로 마지막 연마공정에서 지용 성 왁스가 웨이퍼 백사이드에 부착되어 연마되어 지고 있다. 이러한 공정이 끝 난 후 지용성 왁스 및 연마 후 웨이퍼에 잔여한 오염임자를 제거를 위해 dewaxer 공정 및 수번의 SC-1 및 린스 공정이 이용되어지며, 이는 많은 공정 시간 및 다량의 화학물질의 사용, 높은 공정 온도를 요구한다. 이러한 문제점을 해결 해 보고자, 본 실험을 통하여 웨이퍼 제조 공정에 이 용되는 습식세정에서 오존수를 사용하여 지용성 왁스 및 파티클 제거 평가를 실 시하였고 효과적으로 제거 할 수 있었다. 지용성 왁스제거에 일반적으로 사용하 고 있는 Dewaxer 만으로는 지용성 왁스의 제거 효율이 좋지 않음을 다양한 solvent 처리를 통해 확인할 수 있었고, 초순수 린스를 대체한 오존수 린스를 Dewaxer공정과 겸비하였을 경우 왁스를 효과적으로 제거할 수 있었으며 그로 인해 기존의 dewaxing공정 이후 여전히 남아있는 왁스를 제거하기 위해 도입 되었던 SC-1 및 rinsing 한 공정을 줄일 수 있었다. 이로 인해 결국 공정시간 을 최소 8분 이상 감축시킬 수 있는 가능성을 볼 수 있었을 뿐만 아니라, 화학 액 사용을 줄임으로써 공정비용 또한 절약할 수 있어 전체적으로 적은 CoO (Cost of Ownership : 소유 총비용)를 달성할 수 있음을 예상할 수 있었다. 또한 기존의 SC-1공정에서 사용되는 과산화수소수를 오존수로 대체한 파 티클 제거 평가를 실시해 보았다. Single 타입의 오존수 세정 bath에 오존수 공 급 노즐을 개선시킴으로써 1차년도에 비해 약 2%센트의 세정효율을 향상시킬 수 있었고, 그로 인해 SC-1 세정효율에 거의 필적한 효율에 다다를 수 있었다. 마지막으로 IPA 마란고니 건조 실험 평가와 메가소닉 세정 평가를 통해 최적화 된 세정의 조건을 찾을 수 있었고 이로 인해 높은 세정 효율을 기대할 수 있게 되었다.; To manufacture the wafer used for device chip, several polishing and cleaning process are required. 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. In this study, new cleaning process which has low cost of ownership (CoO) was developed with ozonated DI water (DIO₃). Ozone concentration of 40 ppm is used to remove the organic wax film and particles. Thicker than 200 A of wax residues were still remained after commercial dewaxer treatment only. DIO₃ instead of dewaxer showed low removal rates on wax about 8000 A. A dewaxer was combined with DIO₃ to reduce dewaxing time and SC-1 steps. DIO₃ rinse resulted in less than 50 A of wax thickness while DI water rinse left the film thicker than 200 A. Replacing DI rinse with DIO₃ rinse resulted in a lower contact angle and completely hydrophilic surface. Optical images of surfaces treated with DIO₃ showed thinner wax layer which indicates no further cleaning steps required. Particle removal efficiency also improved further by combining SC-1 cleaning step with DIO₃ rinsing process. Through this results we could remove the wax residues perfectly and also gained lower particles. Most of all, we could decrease the process time through the reducing one SC-1 and rinsing steps.