KR102717723B1 - Cleaning method and cleaning apparatus for semiconductor wafers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 옥살산 함유 세정액 조성물에 반도체 웨이퍼를 침지시켜 세정함으로써, 30℃ 미만의 저온에서도 반도체 웨이퍼 표면의 불순물을 효율적으로 제거할 수 있는 반도체 웨이퍼의 세정 방법 및 세정 장치에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 방법은 (a) 롤러의 길이 방향과 반도체 웨이퍼의 평면이 수직이 되도록 서로 이격된 한 쌍의 롤러부 상에 반도체 웨이퍼를 안착시키고, 상기 롤러부의 하부에 배치된 세정조에 세정액 조성물을 공급하는 단계; 및 (b) 상기 롤러부와 반도체 웨이퍼가 상기 세정액 조성물에 침지된 상태에서 롤러부가 같은 방향으로 회전하면서 반도체 웨이퍼를 세정하는 단계를 포함하고, 상기 세정액 조성물은 옥살산, 과산화수소(H2O2) 및 암모니아수(NH4OH)를 포함하며, 상기 (b) 단계에서, 20 ~ 29℃인 세정액 조성물에서 반도체 웨이퍼를 세정할 수 있다.The present invention discloses a method for cleaning a semiconductor wafer and a cleaning device capable of efficiently removing impurities on the surface of a semiconductor wafer even at a low temperature of less than 30°C by immersing the semiconductor wafer in an oxalic acid-containing cleaning solution composition for cleaning.
A method for cleaning a semiconductor wafer according to the present invention comprises the steps of: (a) placing a semiconductor wafer on a pair of roller sections spaced apart from each other such that the longitudinal direction of the rollers and the plane of the semiconductor wafer are perpendicular to each other, and supplying a cleaning composition to a cleaning tank arranged below the roller sections; and (b) cleaning the semiconductor wafer while the roller sections and the semiconductor wafer are immersed in the cleaning composition and the roller sections rotate in the same direction, wherein the cleaning composition contains oxalic acid, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and ammonia water (NH 4 OH), and in step (b), the semiconductor wafer can be cleaned in the cleaning composition at 20 to 29°C.
Description
본 발명은 옥살산 함유 세정액 조성물에 반도체 웨이퍼를 침지시켜 세정함으로써, 30℃ 미만의 저온에서도 반도체 웨이퍼 표면의 불순물을 효율적으로 제거할 수 있는 반도체 웨이퍼의 세정 방법 및 세정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for cleaning a semiconductor wafer and a cleaning device capable of efficiently removing impurities on the surface of a semiconductor wafer even at a low temperature of less than 30°C by immersing the semiconductor wafer in an oxalic acid-containing cleaning solution composition for cleaning.
반도체 소자를 제조하는 과정에서 웨이퍼 표면에 많은 잔류물 또는 오염물이 발생하게 된다. During the process of manufacturing semiconductor devices, a lot of residue or contaminants are generated on the wafer surface.
잔류물 또는 오염물은 반도체 소자의 구조적 형상을 왜곡하고, 전기적 특성을 저하시킴으로써, 그 소자의 성능, 신뢰성 및 수율 등에 특히 큰 영향을 미치기 때문에 제거되어야 한다. Residues or contaminants must be removed because they have a particularly significant impact on the performance, reliability, and yield of semiconductor devices by distorting their structural shape and degrading their electrical characteristics.
반도체 웨이퍼의 세정 기술은 염기성 용액을 사용하는 단계와 산성 용액을 사용하는 단계로 구성되어 있다. 염기성 세정 용액은 낮은 산화환원전위(Redox potential)에 의해 표면의 금속 오염을 일으킬 수 있어 산성 세정 용액을 통하여 금속 오염물을 제거할 수 있다. The semiconductor wafer cleaning technology consists of a step using an alkaline solution and a step using an acidic solution. The alkaline cleaning solution can cause metal contamination on the surface due to its low redox potential, so the metal contamination can be removed through the acidic cleaning solution.
하지만, 산성 용액을 사용하는 단계에서 독성 강산으로 인하여 웨이퍼의 표면 거칠기가 증가되며, 오염물의 재흡착이 발생하여 웨이퍼 특성을 저해하게 된다. However, in the step of using an acid solution, the surface roughness of the wafer increases due to the toxic strong acid, and re-adsorption of contaminants occurs, which deteriorates the wafer characteristics.
또한 산성 용액을 사용하는 공정은 50 ~ 85℃로 비교적 높은 온도에서 이루어지고, 세정액의 재활용이 불가능한 단점이 있다.In addition, the process using an acid solution is carried out at a relatively high temperature of 50 to 85℃, and has the disadvantage of not being able to recycle the cleaning solution.
따라서, 저온에서 웨이퍼의 세정 공정이 이루어지며 불순물의 재흡착을 방지할 수 있으며, 세정액의 재활용이 가능하고, 에칭 없이 고순도의 재생 웨이퍼를 제조할 수 있는 세정 공정의 개발이 필요하다.Therefore, there is a need to develop a cleaning process that can perform the wafer cleaning process at a low temperature, prevent re-adsorption of impurities, enable recycling of the cleaning solution, and manufacture high-purity regenerated wafers without etching.
본 발명의 목적은 30℃ 미만의 저온에서 반도체 웨이퍼의 세정 효율이 우수한 세정 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a cleaning method having excellent cleaning efficiency for semiconductor wafers at a low temperature of less than 30°C.
또한 본 발명의 목적은 10분 이하의 단시간 동안 반도체 웨이퍼의 세정 효율이 우수한 세정 방법을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a cleaning method having excellent cleaning efficiency for a semiconductor wafer in a short period of time of 10 minutes or less.
또한 본 발명의 목적은 세정액 조성물의 재활용이 가능한 세정 방법을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide a cleaning method capable of recycling a cleaning liquid composition.
또한 본 발명의 목적은 고순도의 반도체 웨이퍼를 제조할 수 있는 세정 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a cleaning method capable of manufacturing a high-purity semiconductor wafer.
또한 본 발명의 목적은 30℃ 미만의 저온에서 10분 이하의 단시간 동안 세정 효율이 우수하고, 세정액 조성물의 재활용이 가능한 세정 장치를 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a cleaning device having excellent cleaning efficiency for a short period of time of 10 minutes or less at a low temperature of less than 30°C and capable of recycling a cleaning liquid composition.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The purposes of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. In addition, it will be easily understood that the purposes and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 방법은 (a) 롤러의 길이 방향과 반도체 웨이퍼의 평면이 수직이 되도록 서로 이격된 한 쌍의 롤러부 상에 반도체 웨이퍼를 안착시키고, 상기 롤러부의 하부에 배치된 세정조에 세정액 조성물을 공급하는 단계; 및 (b) 상기 롤러부와 반도체 웨이퍼가 상기 세정액 조성물에 침지된 상태에서 롤러부가 같은 방향으로 회전하면서 반도체 웨이퍼를 세정하는 단계를 포함하고, 상기 세정액 조성물은 옥살산, 과산화수소(H2O2) 및 암모니아수(NH4OH)를 포함하며, 상기 (b) 단계에서, 20 ~ 29℃인 세정액 조성물에서 반도체 웨이퍼를 세정할 수 있다.A method for cleaning a semiconductor wafer according to the present invention comprises the steps of: (a) placing a semiconductor wafer on a pair of roller sections spaced apart from each other such that the longitudinal direction of the rollers and the plane of the semiconductor wafer are perpendicular to each other, and supplying a cleaning composition to a cleaning tank arranged below the roller sections; and (b) cleaning the semiconductor wafer while the roller sections and the semiconductor wafer are immersed in the cleaning composition and the roller sections rotate in the same direction, wherein the cleaning composition contains oxalic acid, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and ammonia water (NH 4 OH), and in step (b), the semiconductor wafer can be cleaned in the cleaning composition at 20 to 29° C.
또한 상기 (b) 단계에서, 3 ~ 10분 동안 반도체 웨이퍼를 세정할 수 있다.Additionally, in the step (b) above, the semiconductor wafer can be cleaned for 3 to 10 minutes.
또한 상기 (b) 단계에서, 초음파 진동을 이용하여 반도체 웨이퍼를 세정할 수 있다. Additionally, in the step (b), the semiconductor wafer can be cleaned using ultrasonic vibration.
상기 (b) 단계 이후에, 세정조에 있는 세정액 조성물을 제2필터의 내부로 이동시켜 세정액 조성물에 포함된 오염물을 제거할 수 있다.After the above step (b), the cleaning solution composition in the cleaning tank can be moved into the interior of the second filter to remove contaminants contained in the cleaning solution composition.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 장치는 도어부; 및 상기 도어부의 하부에 배치되는 세정부를 포함하고, 상기 세정부는 수직으로 배치된 반도체 웨이퍼를 회전시키도록 서로 이격된 한 쌍의 롤러부; 상기 반도체 웨이퍼와 세정액 조성물이 수용되도록 상기 롤러부의 하부에 배치되는 세정조; 상기 세정조에 세정액 조성물을 공급하도록 상기 세정조의 후방에 배치되는 펌프를 포함할 수 있다.A semiconductor wafer cleaning device according to the present invention may include a door portion; and a cleaning portion arranged below the door portion, wherein the cleaning portion may include a pair of roller portions spaced apart from each other to rotate a semiconductor wafer arranged vertically; a cleaning tank arranged below the roller portion to accommodate the semiconductor wafer and a cleaning solution composition; and a pump arranged at the rear of the cleaning tank to supply the cleaning solution composition to the cleaning tank.
또한 상기 세정조의 하부면에 진동자가 배치될 수 있다.Additionally, a vibrator may be placed on the lower surface of the cleaning tank.
또한 상기 도어부의 상부면에 제1필터가 더 배치될 수 있다. Additionally, a first filter may be further arranged on the upper surface of the door portion.
또한 상기 펌프의 배관에 압력 밸브가 배치될 수 있다.Additionally, a pressure valve may be placed in the piping of the above pump.
또한 상기 펌프의 배관과 연결되도록 세정조의 후방에 온도 조절부가 더 배치될 수 있다.Additionally, a temperature control unit may be further placed at the rear of the cleaning tank to be connected to the piping of the above pump.
상기 세정조에 공급된 세정액 조성물에 포함된 오염물을 제거하도록 세정조의 후방에 제2필터가 더 배치될 수 있다.A second filter may be further placed at the rear of the cleaning tank to remove contaminants contained in the cleaning solution composition supplied to the cleaning tank.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 방법 및 세정 장치는 옥살산 함유 세정액 조성물에 반도체 웨이퍼를 침지 후 회전시켜 세정함으로써, 30℃ 미만의 저온에서 10분 이하의 단시간 동안 반도체 웨이퍼의 세정 효율이 우수한 효과가 있다.The semiconductor wafer cleaning method and cleaning device according to the present invention have an excellent effect of cleaning efficiency of a semiconductor wafer for a short period of time of 10 minutes or less at a low temperature of less than 30°C by immersing the semiconductor wafer in an oxalic acid-containing cleaning liquid composition and then rotating it to clean it.
또한 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 방법 및 세정 장치는 세정액 조성물의 재활용이 가능하고, 고순도의 반도체 웨이퍼를 제조할 수 있는 이점이 있다.In addition, the semiconductor wafer cleaning method and cleaning device according to the present invention have the advantage of being able to recycle the cleaning solution composition and manufacture high-purity semiconductor wafers.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, specific effects of the present invention are described below together with specific matters for carrying out the invention.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 장치의 우측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 장치의 후면도이다.
도 6은 금속 분말의 종류, 세정액 조성물의 조성 및 실험 조건을 보여주는 도면이다.
도 7은 시트르산에 의한 금속 착화물(착화합물) 형성 다이아그램이다.
도 8은 EDTA에 의한 금속 착화물 형성 다이아그램이다.
도 9는 옥살산에 의한 금속 착화물 형성 다이아그램이다.
도 10은 UV 분석을 통한 시트르산과 금속 분말 간의 반응도 분석 결과이다.
도 11은 UV 분석을 통한 EDTA와 금속 분말간 반응도 분석 결과이다.
도 12는 UV 분석을 통한 옥살산과 금속 분말간 반응도 분석 결과이다.
도 13은 변형된 SC-1 용액 조성 및 옥살산 첨가에 따른 다이아그램이다.
도 14는 UV 분석을 통한 옥살산과 금속 분말간 반응도 분석 결과이다.
도 15는 반응 전 및 반응 후 DLS 분석 결과이다.
도 16은 시간 별 이온 전도도 분석 결과이다.
도 17은 2종 금속의 반응 전 및 반응 후 UV, DLS 및 시간 별 이온 전도도 분석 결과이다.
도 18은 3종 금속의 반응 전 및 반응 후 UV, DLS 및 시간 별 이온 전도도 분석 결과이다.
도 19는 6종 금속의 반응 전 및 반응 후 UV, DLS 및 시간 별 이온 전도도 분석 결과이다.
도 20은 실리콘 파우더의 반응 전 및 반응 후 UV, DLS 및 시간 별 이온 전도도 분석 결과이다.
도 21a 내지 도 21d는 오염된 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다.
도 22는 시간 별(3, 5, 10 min) 세정된 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다.
도 23은 세정 후 웨이퍼 표면의 입자 원소 분석 결과이다.
도 24a 내지 도 24c는 오염된 웨이퍼(stock wafer) 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다.
도 25는 시간 별(3, 10 min) 세정된 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다.
도 26은 3분 동안 세정된 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다.
도 27은 10분 동안 세정한 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다.
도 28은 세정 용액 조성 및 실험 조건을 나타낸 것이다.
도 29는 오염된 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다.
도 30은 세정 후 웨이퍼 표면의 입자 원소 분석 결과이다.
도 31은 시간 별(3, 5, 10 min) 세정된 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다.
도 32는 시간 별(3, 5, 10 min) 세정된 웨이퍼 표면의 입자 원소 분석 결과이다.
도 33은 착화제 및 세정 용액 조성에 따른 실험 조건을 나타낸 것이다.
도 34는 금속 별 세정 용액(H2O2 : NH4OH = 8 : 1) 간의 반응 전 및 반응 후의 입도 변화 결과이다.
도 35는 금속별 세정 용액(H2O2 : NH4OH = 4 : 1) 간의 반응 전 및 반응 후의 입도 변화 결과이다.
도 36a 및 도 36b는 기관별 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다.
도 37은 세정 후 웨이퍼 표면의 입자 원소 분석 결과이다.
도 38은 입자 측정 결과이다.
도 39 내지 도 41은 chemtrace에서 세정된 웨이퍼의 금속 불순물(Metal Impurity)을 측정한 결과이다.
도 42 내지 도 44는 인증기관인 KTL에서 세정된 웨이퍼의 결함 입자, 연마율 및 회수율을 측정한 결과이다.
도 45 및 도 46은 인증기관인 KTL에서 세정된 웨이퍼의 평면도를 측정한 결과이다.
Figure 1 is a perspective view of a semiconductor wafer cleaning device according to the present invention.
Figure 2 is a plan view of a semiconductor wafer cleaning device according to the present invention.
Figure 3 is a front view of a semiconductor wafer cleaning device according to the present invention.
Figure 4 is a right side view of a semiconductor wafer cleaning device according to the present invention.
Figure 5 is a rear view of a semiconductor wafer cleaning device according to the present invention.
Figure 6 is a drawing showing the types of metal powder, the composition of the cleaning solution, and the experimental conditions.
Figure 7 is a diagram of the formation of a metal complex (complex) by citric acid.
Figure 8 is a diagram of metal complex formation by EDTA.
Figure 9 is a diagram of metal complex formation by oxalic acid.
Figure 10 shows the results of the analysis of the reaction between citric acid and metal powder through UV analysis.
Figure 11 shows the results of the analysis of the reactivity between EDTA and metal powder through UV analysis.
Figure 12 shows the results of the analysis of the reaction between oxalic acid and metal powder through UV analysis.
Figure 13 is a diagram according to the modified SC-1 solution composition and oxalic acid addition.
Figure 14 shows the results of the analysis of the reaction between oxalic acid and metal powder through UV analysis.
Figure 15 shows the results of DLS analysis before and after the reaction.
Figure 16 shows the results of time-dependent ion conductivity analysis.
Figure 17 shows the results of UV, DLS, and time-dependent ionic conductivity analyses before and after the reaction of two metals.
Figure 18 shows the results of UV, DLS, and time-dependent ionic conductivity analyses of three metals before and after the reaction.
Figure 19 shows the results of UV, DLS, and time-dependent ionic conductivity analyses of six metals before and after the reaction.
Figure 20 shows the results of UV, DLS, and time-dependent ionic conductivity analyses of silicon powder before and after reaction.
Figures 21a to 21d show the shape and element analysis results of the contaminated wafer surface.
Figure 22 shows the results of morphology and element analysis of the cleaned wafer surface over time (3, 5, 10 min).
Figure 23 shows the results of particle element analysis of the wafer surface after cleaning.
Figures 24a to 24c show the results of shape and element analysis of the surface of a contaminated wafer (stock wafer).
Figure 25 shows the results of morphology and element analysis of the wafer surface cleaned over time (3, 10 min).
Figure 26 shows the results of morphology and element analysis of the wafer surface cleaned for 3 minutes.
Figure 27 shows the results of shape and element analysis of the wafer surface cleaned for 10 minutes.
Figure 28 shows the composition of the cleaning solution and experimental conditions.
Figure 29 shows the results of shape and element analysis of the contaminated wafer surface.
Figure 30 shows the results of particle element analysis of the wafer surface after cleaning.
Figure 31 shows the results of morphology and elemental analysis of the cleaned wafer surface over time (3, 5, 10 min).
Figure 32 shows the results of particle element analysis of the surface of the wafer cleaned over time (3, 5, 10 min).
Figure 33 shows the experimental conditions according to the composition of the igniter and cleaning solution.
Figure 34 shows the results of particle size changes before and after the reaction between metal star cleaning solutions (H 2 O 2 : NH 4 OH = 8 : 1).
Figure 35 shows the results of particle size changes before and after the reaction between metal-specific cleaning solutions (H 2 O 2 : NH 4 OH = 4 : 1).
Figures 36a and 36b show the results of shape and element analysis of the wafer surface by institution.
Figure 37 shows the results of particle element analysis of the wafer surface after cleaning.
Figure 38 shows the particle measurement results.
Figures 39 to 41 show the results of measuring metal impurities in wafers cleaned by chemtrace.
Figures 42 to 44 show the results of measuring defective particles, polishing rate, and recovery rate of cleaned wafers by KTL, a certification agency.
Figures 45 and 46 show the results of measuring the flatness of a cleaned wafer at KTL, a certification agency.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-mentioned objects, features and advantages will be described in detail below with reference to the attached drawings, so that those with ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is judged that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다. Hereinafter, the phrase “any configuration is disposed on (or below)” a component or “on (or below)” a component may mean not only that any configuration is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of said component, but also that another configuration may be interposed between said component and any configuration disposed on (or below) said component.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. Additionally, when a component is described as being "connected," "coupled," or "connected" to another component, it should be understood that the components may be directly connected or connected to one another, but that other components may also be "interposed" between the components, or that each component may be "connected," "coupled," or "connected" through other components.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 방법 및 세정 장치를 설명하도록 한다.Hereinafter, a semiconductor wafer cleaning method and a cleaning device according to some embodiments of the present invention will be described.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 방법은 옥살산 함유 세정액 조성물을 이용하여 비교적 저온에서 단시간 동안 우수한 세정 효율을 나타낼 수 있다. The method for cleaning a semiconductor wafer according to the present invention can exhibit excellent cleaning efficiency at a relatively low temperature for a short period of time using an oxalic acid-containing cleaning liquid composition.
상기 세정 방법에 의해, 고순도, 고품질의 웨이퍼를 제조할 수 있는 이점이 있다.The above cleaning method has the advantage of being able to manufacture high-purity, high-quality wafers.
본 발명의 반도체 웨이퍼의 세정 방법은 롤러의 길이 방향과 반도체 웨이퍼의 평면이 수직이 되도록 서로 이격된 한 쌍의 롤러부 상에 반도체 웨이퍼를 안착시키고, 상기 롤러부의 하부에 배치된 세정조에 세정액 조성물을 공급하는 단계, 및 롤러부와 반도체 웨이퍼가 상기 세정액 조성물에 침지된 상태에서 롤러부가 같은 방향으로 회전하면서 반도체 웨이퍼를 세정하는 단계를 포함할 수 있다. The method for cleaning a semiconductor wafer of the present invention may include the steps of placing a semiconductor wafer on a pair of roller sections spaced apart from each other such that the longitudinal direction of the rollers and the plane of the semiconductor wafer are perpendicular to each other, supplying a cleaning composition to a cleaning tank arranged below the roller sections, and cleaning the semiconductor wafer while the roller sections and the semiconductor wafer are immersed in the cleaning composition and the roller sections rotate in the same direction.
세정조에 세정액 조성물을 공급하는 단계에서, 펌프(bellows pump)를 이용하여 세정조에 세정액 조성물을 공급할 수 있다. 펌프의 배관에는 압력 밸브가 배치되어 있으며, 압력 밸브를 통해 펌프에서 펌핑 시 발생되는 배관 내부의 압력을 조절할 수 있다.In the step of supplying the cleaning solution composition to the cleaning tank, the cleaning solution composition can be supplied to the cleaning tank using a pump (bellows pump). A pressure valve is arranged in the pipe of the pump, and the pressure inside the pipe generated when the pump is pumped can be controlled through the pressure valve.
세정액 조성물을 이용한 습식 세정 방법은 세정 중에 반도체 웨이퍼가 대기에 노출되지 않아 산화되는 문제점을 최소화할 수 있다. 세정액 조성물이 저장된 세정조 내부에 반도체 웨이퍼를 완전히 담그고, 롤러의 회전에 의해 세정하는 경우, 반도체 웨이퍼의 표면 전체에 세정액 조성물이 접촉하면서 세정 효율을 더욱 높일 수 있다. The wet cleaning method using a cleaning solution composition can minimize the problem of oxidation due to the semiconductor wafer not being exposed to the air during cleaning. When the semiconductor wafer is completely immersed in a cleaning tank where the cleaning solution composition is stored and cleaned by the rotation of a roller, the cleaning efficiency can be further increased as the cleaning solution composition comes into contact with the entire surface of the semiconductor wafer.
서로 이격된 롤러들 상에 반도체 웨이퍼가 안정적으로 안착되기 때문에, 웨이퍼 표면 전체가 균일하게 세정될 수 있고, 웨이퍼의 균형이 이루어져 흔들림 없이 보다 안정적인 환경에서 세정될 수 있다. Since the semiconductor wafer is stably placed on rollers spaced apart from each other, the entire surface of the wafer can be cleaned evenly, and the wafer is balanced so that it can be cleaned in a more stable environment without shaking.
세정이 끝나고 나서 반도체 웨이퍼를 서서히 들어올리는 과정에서 반도체 웨이퍼 표면에 남아있는 불순물, 파티클을 제거하기 위해, 웨이퍼 상부 방향에서 웨이퍼 평면 방향으로 세정액 조성물이 분사될 수 있다.In order to remove impurities and particles remaining on the surface of the semiconductor wafer during the process of slowly lifting the semiconductor wafer after cleaning, a cleaning composition may be sprayed from the upper direction of the wafer toward the plane of the wafer.
본 발명에 이용되는 세정액 조성물은 옥살산, 과산화수소(H2O2) 및 암모니아수(NH4OH)를 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the cleaning composition used in the present invention contains oxalic acid, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and ammonia water (NH 4 OH).
과산화수소 : 암모니아수의 몰비는 7 : 1 ~ 8 : 1일 수 있다. The molar ratio of hydrogen peroxide: ammonia water can be 7:1 to 8:1.
그리고 상기 옥살산 0.33mol에 대하여, 과산화수소 4 ~ 6mol 및 암모니아수 0.5 ~ 1mol을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 옥살산 0.33mol에 대하여, 과산화수소 4.9 ~ 5.5mol 및 암모니아수 0.6 ~ 0.9mol을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 과산화수소 5.0 ~ 5.2mol 및 암모니아수 0.6 ~ 0.8mol을 포함할 수 있다.And for 0.33 mol of oxalic acid, it may contain 4 to 6 mol of hydrogen peroxide and 0.5 to 1 mol of ammonia water. Preferably, for 0.33 mol of oxalic acid, it may contain 4.9 to 5.5 mol of hydrogen peroxide and 0.6 to 0.9 mol of ammonia water, and more preferably, it may contain 5.0 to 5.2 mol of hydrogen peroxide and 0.6 to 0.8 mol of ammonia water.
이 비율은 옥살산 1mol에 대하여, 과산화수소 14 ~ 16mol 및 암모니아수 1 ~ 3mol을 포함하는 것을 의미한다. 또한, 옥살산 : 과산화수소 : 암모니아수의 몰비가 1 : 14 ~ 16 : 1 ~ 3인 것을 의미하고, 바람직하게는 1 : 15 ~ 16 : 2 ~ 3인 것을 의미한다. 세정액 조성물이 이러한 비율을 만족함으로써, 옥살산과 반도체 웨이퍼 표면의 금속 불순물 간의 결합 안정성이 높아, 세정 효율이 보다 우수한 효과가 있다.This ratio means that for 1 mol of oxalic acid, it contains 14 to 16 mol of hydrogen peroxide and 1 to 3 mol of ammonia water. In addition, it means that the molar ratio of oxalic acid: hydrogen peroxide: ammonia water is 1:14 to 16:1 to 3, and preferably 1:15 to 16:2 to 3. Since the cleaning solution composition satisfies this ratio, the bonding stability between oxalic acid and metal impurities on the surface of the semiconductor wafer is improved, resulting in a more excellent cleaning efficiency.
또한 세정액 조성물의 pH는 6 ~ 7일 수 있다. 세정액 조성물이 옥살산을 포함하여 비교적 강산을 나타냄으로써, 옥살산과 모든 금속 불순물과의 반응성이 높아 착화합물을 형성하는데 유리한 이점이 있다. 또한 옥살산과 불순물과의 반응이 원활하게 이루어짐에 따라 모든 금속 분순물의 입도가 감소하게 되고, 이온 전도도가 증가할 수 있다.In addition, the pH of the detergent composition may be 6 to 7. Since the detergent composition exhibits a relatively strong acid including oxalic acid, it has the advantage of being highly reactive with oxalic acid and all metal impurities, thereby forming a complex compound. In addition, as the reaction between oxalic acid and impurities occurs smoothly, the particle size of all metal impurities decreases, and ionic conductivity may increase.
옥살산 함유 세정액 조성물의 온도는 상온을 유지하도록 20 ~ 29℃인 것이 바람직하고, 22 ~ 27℃인 것이 보다 바람직하며, 23 ~ 26℃인 것이 보다 더 바람직하다.The temperature of the oxalic acid-containing cleaning solution composition is preferably 20 to 29°C to maintain room temperature, more preferably 22 to 27°C, and even more preferably 23 to 26°C.
그리고 옥살산 함유 세정액 조성물을 이용하여 3 ~ 10분 동안 반도체 웨이퍼를 세정하는 것이 바람직하고, 5 ~ 10분 동안 세정하는 것이 보다 바람직하다.And it is preferable to clean the semiconductor wafer for 3 to 10 minutes using an oxalic acid-containing cleaning solution composition, and more preferably to clean it for 5 to 10 minutes.
본 발명에서는 착화제로서 옥살산을 단독으로 포함하는 세정액 조성물을 이용함으로써, 비교적 저온에서 짧은 시간 동안 세정함에도 불구하고, 보다 개선된 세정 효율을 나타낼 수 있다. In the present invention, by using a cleaning composition containing only oxalic acid as a complexing agent, improved cleaning efficiency can be exhibited even when cleaning is performed at a relatively low temperature for a short time.
세정액 조성물은 옥살산, 과산화수소 및 암모니아수를 25±5℃에서 혼합 및 교반하여 제조될 수 있다. 그리고 세정 공정에서는 세정액 조성물에 반도체 웨이퍼가 충분히 침지될 수 있도록 세정액 조성물의 양을 조절할 수 있다. The cleaning composition can be prepared by mixing and stirring oxalic acid, hydrogen peroxide, and ammonia water at 25±5°C. In addition, in the cleaning process, the amount of the cleaning composition can be adjusted so that the semiconductor wafer can be sufficiently immersed in the cleaning composition.
반도체 웨이퍼를 세정하는 단계에서, 음파, 초음파 진동을 이용하여 반도체 웨이퍼를 세정할 수 있다.In the step of cleaning a semiconductor wafer, the semiconductor wafer can be cleaned using sound waves or ultrasonic vibrations.
구체적으로, 세정조 하부에 결합된 진동자를 이용함으로써, 세정액 조성물에 초미세 진동을 발생시켜 웨이퍼 표면에 진동을 전달하여 세정 효과를 극대화시킬 수 있다. 진동자를 이용하면 음파의 힘에 의해 물리적으로 오염물을 제거할 수 있고, 진동에 의해 많은 기포가 발생하여 이 기포들이 웨이퍼 표면의 오염물을 떼어낼 수 있다. Specifically, by utilizing a vibrator coupled to the bottom of the cleaning tank, ultra-fine vibrations can be generated in the cleaning solution composition, which can then be transmitted to the wafer surface to maximize the cleaning effect. Using a vibrator, contaminants can be physically removed by the force of sound waves, and many bubbles can be generated by the vibrations, which can remove contaminants from the wafer surface.
예를 들어, 주파수가 700 ~ 15500khz인 고주파를 사용하는 메가소닉(megasonic) 세정 방법, 또는 고주파의 초음파를 이용하여 진동에 의해 웨이퍼에 손상 없이 세정하는 방법이 수행될 수 있다.For example, a megasonic cleaning method using high frequency having a frequency of 700 to 15,500 kHz, or a method of cleaning without damaging the wafer by vibration using high frequency ultrasonic waves can be performed.
본 발명의 반도체 웨이퍼의 세정 방법은 세정 장치의 내부에서 수행될 수 있으며, 세정 장치의 상부면에 배치되는 제1필터를 통해 오염원을 외부로 배출하여 세정 장치 내부의 청정도를 유지할 수 있다. 제1필터는 FFU/Ulpa 필터를 포함하며, 챔버 형태의 Fan Filter Unit에 울파 필터를 장착하여 제작될 수 있다. The method for cleaning a semiconductor wafer of the present invention can be performed inside a cleaning device, and can maintain the cleanliness inside the cleaning device by discharging a contaminant to the outside through a first filter disposed on an upper surface of the cleaning device. The first filter includes an FFU/Ulpa filter, and can be manufactured by mounting an ULPA filter on a chamber-shaped Fan Filter Unit.
울파 필터는 약 0.1㎛ 크기의 입자에 대해서 포집 효율이 99.99% 이상인 초고성능 필터이다. 울파 필터는 필터 여재를 앞뒤로 접어 주름 모양을 갖는 세퍼레이터 타입과 밀접하게 접은 미니프리트(mini-pleat) 타입 중 어느 하나로 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The ULPA filter is an ultra-high performance filter with a capture efficiency of 99.99% or higher for particles measuring approximately 0.1㎛. The ULPA filter may be selected from either a separator type in which the filter media is folded back and forth to have a pleated shape, or a mini-pleat type in which the media is folded closely, but is not limited thereto.
반도체 웨이퍼를 세정하는 단계 이후에, 관형의 제2필터를 이용하여 세정액 조성물에 있는 불순물, 오염물을 제거할 수 있다. After the semiconductor wafer cleaning step, impurities and contaminants in the cleaning solution composition can be removed using a tubular second filter.
세정이 종료된 이후에, 세정조에 수용된 세정액 조성물을 세정조 후방에 배치된 제2필터 내부로 이동시키고, 제2필터에서 배출된 깨끗한 세정액 조성물을 세정조에 다시 공급할 수 있다. 세정조와 제2필터는 배관으로 연결되어 있으며, 세정액 조성물은 배관을 통해 이동될 수 있다.After cleaning is completed, the cleaning liquid composition contained in the cleaning tank can be moved into the second filter arranged at the rear of the cleaning tank, and the clean cleaning liquid composition discharged from the second filter can be supplied back to the cleaning tank. The cleaning tank and the second filter are connected by a pipe, and the cleaning liquid composition can be moved through the pipe.
이처럼 한 번 세정에 사용된 세정액 조성물의 오염물을 제거하고, 오염물이 제거된 세정액 조성물은 재활용될 수 있다. In this way, contaminants in a cleaning composition used for cleaning once can be removed, and the cleaning composition from which contaminants have been removed can be recycled.
제2필터는 원기둥 형상의 테프론(PTFE) 재질로 형성될 수 있다.The second filter can be formed of a cylindrical Teflon (PTFE) material.
세정액 조성물을 공급하는 단계, 및 반도체 웨이퍼를 세정하는 단계에서는 필요에 따라, 세정액 조성물이 20 ~ 29℃가 유지되도록 온도를 제어하여 세정 효과를 더욱 극대화할 수 있다.In the step of supplying the cleaning composition and the step of cleaning the semiconductor wafer, the temperature of the cleaning composition may be controlled to maintain 20 to 29°C, if necessary, to further maximize the cleaning effect.
세정액 조성물의 온도를 제어하기 위해서는 펌프의 배관과 연결되고 세정조의 후방에 배치되는 원기둥 형상의 온도 조절부를 이용할 수 있다.In order to control the temperature of the cleaning solution composition, a cylindrical temperature control unit connected to the pump's piping and placed at the rear of the cleaning tank can be used.
온도 조절부에는 히터와 센서가 장착되어 있어, 가열 기능과 온도 감지 기능을 나타낼 수 있다.The temperature control unit is equipped with a heater and a sensor, so it can exhibit heating and temperature detection functions.
세정조에 수용된 세정액 조성물의 온도가 20 ~ 29℃를 벗어나는 경우, 온도 조절부가 세정액 조성물의 온도를 감지하게 되고, 세정조에 있는 세정액 조성물이 온도 조절부 내부로 이동될 수 있다. 온도 조절부 내부에서 히터에 의해 세정액 조성물의 온도가 조절되어 20 ~ 29℃로 유지되면, 온도 조절부에서 세정액 조성물이 배출되어 세정조로 다시 공급될 수 있다.When the temperature of the cleaning solution composition contained in the cleaning tank exceeds 20 to 29°C, the temperature control unit detects the temperature of the cleaning solution composition, and the cleaning solution composition in the cleaning tank can be moved into the temperature control unit. When the temperature of the cleaning solution composition is controlled by the heater inside the temperature control unit and maintained at 20 to 29°C, the cleaning solution composition can be discharged from the temperature control unit and supplied back to the cleaning tank.
또한 필요에 따라, 펌프에 저장된 세정액 조성물을 온도 조절부로 바로 이동시켜 세정액 조성물의 온도를 유지시킨 후, 온도가 유지된 세정액 조성물을 세정조로 공급할 수 있다.In addition, if necessary, the cleaning solution composition stored in the pump can be directly moved to a temperature control unit to maintain the temperature of the cleaning solution composition, and then the cleaning solution composition with the temperature maintained can be supplied to the cleaning tank.
온도 조절부는 오염물의 발생을 최소화하기 위해 테프론 재질로 형성될 수 있다. The temperature control unit may be formed of Teflon material to minimize the generation of contaminants.
상기 세정 방법을 통해 세정된 반도체 웨이퍼는 Contact coordinate measuring machines(KTL장비)에 따라 측정된 평탄도 35㎛ 이하를 나타낼 수 있고, Tencor-6220, SP-1 장비 및 환경(10class 이하 관리), 온도(23±1℃), 습도(52±2% RH)에서 측정된 결함 입자들 중 0.13 ~ 0.16㎛ 100개 이하, 0.16 ~ 0.2㎛ 60개 이하, 0.2㎛ 30개 이하를 나타낼 수 있다. A semiconductor wafer cleaned by the above cleaning method can exhibit a flatness of 35㎛ or less as measured by contact coordinate measuring machines (KTL equipment), and among the defective particles measured by Tencor-6220, SP-1 equipment and environment (management of 10 class or less), temperature (23±1℃), and humidity (52±2% RH), can exhibit 100 or less of 0.13 to 0.16㎛, 60 or less of 0.16 to 0.2㎛, and 30 or less of 0.2㎛.
또한 세정된 반도체 웨이퍼는 Perkin Elmer DRC ⅡICPMS 장비에 따라 측정된 금속 불순물(metal impurity)이 5Χ1010atoms/cm2 이하를 나타낼 수 있다. Additionally, the cleaned semiconductor wafer can exhibit metal impurities of 5X10 10 atoms/cm 2 or less as measured by Perkin Elmer DRC IIICPMS equipment.
또한 세정된 반도체 웨이퍼는 Speedfam 50spaw Polisher 장비 및 Digital gauge 분석에 따라 측정된 연마율이 1.2㎛/min 이상을 나타낼 수 있다.Additionally, the cleaned semiconductor wafer can exhibit a polishing rate of 1.2㎛/min or higher as measured by Speedfam 50spaw Polisher equipment and digital gauge analysis.
또한 세정된 반도체 웨이퍼는 Pilot Plant에 평가한 웨이퍼 표면의 Metal 오염(Pilot Plant규격(2000*1500*2000), 세정/린스/건조규격(각 400*600*450))의 회수율(1cassette/batch)이 65% 이상을 나타낼 수 있다.In addition, the cleaned semiconductor wafer can exhibit a recovery rate (1 cassette/batch) of 65% or more of metal contamination on the wafer surface evaluated in the Pilot Plant (Pilot Plant standard (2000*1500*2000), cleaning/rinsing/drying standard (400*600*450 each)).
이처럼 본 발명의 세정 방법을 이용하면, 고순도, 고품질의 재생 웨이퍼를 제조할 수 있다.In this way, by using the cleaning method of the present invention, a high-purity, high-quality regenerated wafer can be manufactured.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 세정 장치는 반도체 웨이퍼를 좌우 방향으로 이동시키는 롤러부와 상기 세정액 조성물을 수용하는 세정조를 활용함으로써, 보다 우수한 세정 효율을 나타낼 수 있다.A semiconductor wafer cleaning device according to the present invention can exhibit superior cleaning efficiency by utilizing a roller unit that moves a semiconductor wafer in the left-right direction and a cleaning tank that accommodates the cleaning liquid composition.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 세정 장치는 도어부(A)와 세정부(B)를 포함하고, 세정부(B)는 한 쌍의 롤러부(10), 세정조(30) 및 펌프(50)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 to 5, the semiconductor wafer cleaning device of the present invention includes a door portion (A) and a cleaning portion (B), and the cleaning portion (B) may include a pair of roller portions (10), a cleaning tank (30), and a pump (50).
세정 장치는 내부 공간을 가지며, 테두리에 프레임(골격)이 배치될 수 있다. The cleaning device has an internal space, and a frame (skeleton) can be arranged on the periphery.
세정 장치 중 상부는 도어부(A)이고, 하부는 세정부(B)일 수 있다.The upper part of the cleaning device may be a door part (A) and the lower part may be a cleaning part (B).
도어부(A)는 사용자의 투시가 가능하도록 측면이 투명한 재질로 형성될 수 있고, 측면들 중 적어도 하나의 측면에 양문 개방식의 도어가 배치될 수 있다. The door section (A) may be formed of a material with transparent sides to allow the user to see through, and a double-door opening type door may be placed on at least one of the sides.
바람직하게는 세정 장치의 전방에 도어가 배치될 수 있다. 도어부(A)를 통해 세정 장치의 세정부(B)에 반도체 웨이퍼를 장착시키거나 분리할 수 있다.Preferably, a door may be placed in front of the cleaning device. A semiconductor wafer can be mounted or removed from the cleaning section (B) of the cleaning device through the door section (A).
세정부(B)는 반도체 웨이퍼를 세척하기 위해, 롤러의 길이 방향과 반도체 웨이퍼의 평면이 수직이 되도록 서로 이격된 한 쌍의 롤러부(10)를 포함할 수 있다.The cleaning unit (B) may include a pair of roller units (10) spaced apart from each other so that the longitudinal direction of the rollers and the plane of the semiconductor wafer are perpendicular to each other in order to clean the semiconductor wafer.
한 쌍의 롤러부는 일정 간격을 사이에 두고 배치될 수 있으며, 필요에 따라 롤러부가 추가로 배치될 수 있다.A pair of roller sections can be arranged with a certain interval between them, and additional roller sections can be arranged as needed.
한 쌍의 롤러부 상에 반도체 웨이퍼를 안착시키면, 한 쌍의 롤러부가 같은 방향으로 회전하면서 수직으로 배치된 반도체 웨이퍼가 회전하면서 세정이 이루어질 수 있다.When a semiconductor wafer is placed on a pair of roller sections, cleaning can be performed by rotating the semiconductor wafer, which is placed vertically, while the pair of roller sections rotate in the same direction.
세정부(B)는 한 쌍의 롤러부와 반도체 웨이퍼, 세정액 조성물이 수용되도록 상기 롤러부의 하부에 배치되는 세정조(30)를 포함할 수 있다. 세정조는 석영(quartz) 재질로 제작되어 불순물과 온도에 영향을 받지 않는 것이 바람직하다. 세정조는 롤러부 부피보다 큰 부피를 가질 수 있으며, 세정조 안에서 웨이퍼의 세정이 원활하게 이루어질 수 있다.The cleaning unit (B) may include a pair of roller sections, a semiconductor wafer, and a cleaning tank (30) positioned below the roller section to accommodate a cleaning solution composition. The cleaning tank is preferably made of quartz material so as not to be affected by impurities and temperature. The cleaning tank may have a volume larger than the volume of the roller section, and the wafer can be smoothly cleaned within the cleaning tank.
세정부(B)는 세정조에 세정액 조성물을 공급하도록 상기 세정조의 후방에 배치되는 펌프(50)를 포함할 수 있다. 펌프(50)의 배관 중 임의의 위치에 압력 밸브(55)가 배치될 수 있고, 압력 밸브(55)에 의해 배관 내부의 압력을 조절할 수 있다.The cleaning unit (B) may include a pump (50) positioned at the rear of the cleaning tank to supply a cleaning liquid composition to the cleaning tank. A pressure valve (55) may be positioned at any location in the pipe of the pump (50), and the pressure inside the pipe may be controlled by the pressure valve (55).
세정조(30)의 하부면에 반도체 웨이퍼의 세정 효율을 높이기 위한 진동자(70)가 배치될 수 있다. 진동자(70)는 세정 장치의 상부면에 배치되는 진동자 발전기(75)에 의해 작동될 수 있다.A vibrator (70) may be placed on the lower surface of the cleaning tank (30) to increase the cleaning efficiency of the semiconductor wafer. The vibrator (70) may be operated by a vibrator generator (75) placed on the upper surface of the cleaning device.
도어부(A)의 상부, 즉 세정 장치의 상부면에 제1필터(90)가 더 배치될 수 있다. 제1필터(90)는 도어부(A), 세정부(B)에서 발생된 오염물을 세정 장치 외부로 배출시킴으로써, 세정 장치 내부의 청정도를 유지하는 역할을 한다. A first filter (90) may be additionally placed on the upper part of the door part (A), i.e., the upper surface of the cleaning device. The first filter (90) discharges contaminants generated in the door part (A) and the cleaning part (B) to the outside of the cleaning device, thereby maintaining the cleanliness inside the cleaning device.
펌프(50)의 배관과 연결되도록 세정조(30)의 후방에 온도 조절부(110)가 더 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 온도 조절부(110)는 히터와 냉각기, 센서가 장착되어 있어, 가열 기능과 온도 감지 기능을 나타낼 수 있다.A temperature control unit (110) may be further placed at the rear of the cleaning tank (30) to be connected to the pipe of the pump (50). As described above, the temperature control unit (110) is equipped with a heater, a cooler, and a sensor, so that it can exhibit a heating function and a temperature detection function.
세정 이후에, 세정액 조성물에는 오염물이 포함되어 있으며, 오염물을 제거하기 위해 세정조(30)의 후방 및 온도 조절부(110) 측면에 배치되는 제2필터(130)를 이용할 수 있다.After cleaning, the cleaning solution composition contains contaminants, and a second filter (130) placed at the rear of the cleaning tank (30) and on the side of the temperature control unit (110) can be used to remove the contaminants.
본 발명의 세정 장치는 전방에 터치 스크린(150)이 배치될 수 있으며, 바람직하게는 도어부(A) 하부, 세정부(B) 근처에 배치될 수 있다. 터치 스크린(150)은 롤러부(10), 펌프(50), 온도 조절부(100) 등의 기능을 제어할 수 있고, 스크린을 통해 세정 장치 내부의 현재 작동 상태 등을 육안으로 확인할 수 있다.The cleaning device of the present invention may have a touch screen (150) placed at the front, preferably placed below the door part (A) and near the cleaning unit (B). The touch screen (150) can control the functions of the roller part (10), the pump (50), the temperature control part (100), etc., and the current operating status inside the cleaning device can be visually checked through the screen.
이러한 터치 스크린(150)의 전기 신호를 제어하기 위해 세정 장치의 후방 및 제1필터(90)와 진동자 발전기(75) 하부에 제어 판넬(170)이 배치될 수 있다. To control the electric signal of the touch screen (150), a control panel (170) may be placed at the rear of the cleaning device and below the first filter (90) and the vibrator generator (75).
세정 장치의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.The operating process of the cleaning device is as follows.
먼저, 사용자가 도어부(A)를 통해, 세정부(B)에 있는 한 쌍의 롤러부(10) 상에 반도체 웨이퍼 수직으로 안착시키고, 터치 스크린에 필요한 기능을 설정하여 반도체 웨이퍼의 세정 작업을 진행할 수 있다.First, the user can vertically place a semiconductor wafer on a pair of roller units (10) in the cleaning unit (B) through the door unit (A), and proceed with the cleaning operation of the semiconductor wafer by setting the necessary functions on the touch screen.
세정 작업을 위해, 펌프(50)를 작동시켜 세정조(30)에 옥살산 함유 세정액 조성물을 공급할 수 있다. 이 때 압력 밸브(55)의 개폐를 통해 세정액 조성물의 공급량을 조절할 수 있다. For cleaning work, the pump (50) can be operated to supply an oxalic acid-containing cleaning composition to the cleaning tank (30). At this time, the supply amount of the cleaning composition can be controlled by opening and closing the pressure valve (55).
세정액 조성물의 온도가 목표 온도보다 낮거나 높으면, 세정액 조성물을 온도 조절부(110)로 이동시켜 가열시킬 수 있고, 온도가 유지된 세정액 조성물은 세정조(30)로 공급될 수 있다.If the temperature of the cleaning solution composition is lower or higher than the target temperature, the cleaning solution composition can be moved to a temperature control unit (110) and heated, and the cleaning solution composition with the temperature maintained can be supplied to the cleaning tank (30).
세정조(30)에 세정액 조성물 공급이 완료되면, 한 쌍의 롤러부(10)가 회전하면서 반도체 웨이퍼가 롤러부의 회전 방향과 같은 방향으로 회전하게 되고, 세정이 보다 원활하게 이루어질 수 있다. 이때 제1필터(90)를 작동시켜 세정 장치 내부의 청정도를 유지할 수 있고, 진동자 발전기(75)에 전원을 공급하여 진동자(70)를 작동시킬 수 있다.When the supply of the cleaning solution composition to the cleaning tank (30) is completed, a pair of roller parts (10) rotates, causing the semiconductor wafer to rotate in the same direction as the rotation direction of the roller parts, and cleaning can be performed more smoothly. At this time, the first filter (90) can be operated to maintain the cleanliness inside the cleaning device, and power can be supplied to the vibrator generator (75) to operate the vibrator (70).
세정이 완료되면, 세정조(30)에 있는 세정액 조성물을 배출시키거나, 제2필터(130)로 이동시켜 오염물을 제거한 후, 세정조(30)로 다시 공급하거나, 외부로 배출시킬 수 있다. When cleaning is complete, the cleaning solution composition in the cleaning tank (30) can be discharged, moved to the second filter (130) to remove contaminants, and then supplied back to the cleaning tank (30) or discharged to the outside.
이와 같이 반도체 웨이퍼의 세정 방법 및 세정 장치에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, specific examples of a semiconductor wafer cleaning method and cleaning device will be examined.
반도체 웨이퍼의 세정 공정에는 RCA(Radio Corporation of America) 세정이 주로 사용되고 있다. RCA (Radio Corporation of America) cleaning is mainly used in the semiconductor wafer cleaning process.
RCA 세정은 SC-1(Standard Clean-1)과 SC-2(Standard Clean-2)와 같은 두 가지 공정을 거쳐 웨이퍼를 세정하며, 각각 염기성 용액과 산성 용액을 사용한다. pH가 높은 SC-1 용액에서는 웨이퍼 표면의 금속 불순물 재흡착이 이루어지지 않지만 금속 수산화물이 형성되기 때문에, 이를 제거하기 위해 강산을 이용하는 SC-2 세정을 거쳐 완전한 세정이 이루어진다. RCA cleaning cleans wafers through two processes, SC-1 (Standard Clean-1) and SC-2 (Standard Clean-2), which use alkaline solutions and acidic solutions, respectively. In the high pH SC-1 solution, no re-adsorption of metal impurities on the wafer surface occurs, but metal hydroxides are formed, so complete cleaning is achieved through SC-2 cleaning using a strong acid to remove them.
하지만 기존 RCA 세정 공정은 세정 과정 중 H2O2 분해가 이루어지고, 강산으로 인하여 웨이퍼 표면 거칠기가 향상하고, 금속 불순물에 의한 H2O2 분해로 인하여 세정조 수명을 단축시켜 공정 비용이 증가한다는 문제점이 있다. 또한 SC-2 세정을 거쳐 공정이 추가되고 화학 물질 소비와 폐기물 처리가 증가되며, 불순물이 웨이퍼 표면에 재흡착하는 문제점이 있다. However , the existing RCA cleaning process has problems in that H2O2 decomposition occurs during the cleaning process, the roughness of the wafer surface increases due to strong acid, and the life of the cleaning tank is shortened due to H2O2 decomposition by metal impurities, which increases the process cost. In addition, the SC-2 cleaning process adds a process, increases chemical consumption and waste disposal, and has the problem of impurities being re-adsorbed on the wafer surface.
따라서 SC-2 없이 SC-1으로 금속 불순물을 제거하고, 세정 용액의 안정성을 향상시킬 수 있는 방법이 필요하다. Therefore, a method is needed to remove metal impurities with SC-1 without SC-2 and improve the stability of the cleaning solution.
이와 같은 문제점은 기존 세정 용액에 착화물을 첨가함으로써 해결할 수 있다. 착화물을 SC-1 용액에 첨가함으로써 웨이퍼 세정율의 향상이 가능하며, 상온에서 세정이 가능하고, H2O2 분해 방지 및 에칭 없이 세정을 할 수 있다. This problem can be solved by adding a complex to the existing cleaning solution. By adding a complex to the SC-1 solution, the wafer cleaning rate can be improved, cleaning can be performed at room temperature, and cleaning can be performed without H2O2 decomposition and etching.
착화제에 따른 금속 이온 착화 메커니즘으로는 금속 이온과 킬레이트 링(chelate ring)을 형성하여 안정적인 화합물을 형성하거나 카르복실기(-COOH)에 의하여 리간드 교환을 통하여 제거되는 원리이다. The mechanism of metal ion complexation according to the complexing agent is the principle of forming a stable compound by forming a chelate ring with the metal ion or removing it through ligand exchange by the carboxyl group (-COOH).
본 발명의 목적은 불산 및 염산과 같은 강산을 사용하지 않고 세정하는 기술 개발에 있다. The purpose of the present invention is to develop a technology for cleaning without using strong acids such as hydrofluoric acid and hydrochloric acid.
(1) 세정액 농도, 세정 시간, 온도 등의 변수별 세정 특성 분석 및 평가(1) Analysis and evaluation of cleaning characteristics by variables such as cleaning solution concentration, cleaning time, and temperature.
도 6은 금속 분말의 종류, 세정액 조성물의 조성 및 실험 조건을 보여주는 도면이다. Figure 6 is a drawing showing the types of metal powder, the composition of the cleaning solution, and the experimental conditions.
도 6에 도시된 바와 같이, 착화제 별 반응하는 조건에 따라 pH를 조절하여 실험을 진행하였다. As shown in Figure 6, the experiment was conducted by controlling the pH according to the reaction conditions for each complexing agent.
실험 조건 별로 반응이 육안으로 식별될 때(최대 48 시간)까지 실험을 진행하였으며, UV-vis 분석, 입도 분석 및 이온 전도도를 측정하여 변수 별 세정 특성 분석 및 평가를 진행하였다. 온도에 따라 착화제와 금속 분말 간의 반응에 영향을 끼칠 수 있기 때문에, 초음파기 냉각수를 지속적으로 순환시켜 25 ℃를 유지하여 실험을 진행하였다.The experiment was conducted until the reaction was visually identifiable (up to 48 hours) under each experimental condition, and the cleaning characteristics were analyzed and evaluated for each variable by measuring UV-vis analysis, particle size analysis, and ionic conductivity. Since the reaction between the complexing agent and the metal powder can be affected by temperature, the ultrasonicator cooling water was continuously circulated to maintain 25℃ and the experiment was conducted.
실리콘 웨이퍼 표면의 불순물로는 Al, Cr, Cu, Fe, Ni, Zn 등이 있다. Impurities on the surface of silicon wafers include Al, Cr, Cu, Fe, Ni, and Zn.
오염된 웨이퍼 표면에는 다양한 금속 불순물이 침착되어 있기 때문에, 가장 많은 금속 불순물과 반응할 수 있는 시트르산(citric acid) 및 옥살산(oxalic acid)의 착화 메커니즘에 대하여 조사하였다. 시트르산 및 옥살산과 같은 카르복시산은 전자 수용체(Carbonyl, CO) 및 전자 공여체(Hydroxyl, OH)기를 갖는 극성 킬레이트제이며, 분자에서 두 작용기의 조합은 카르복시산 작용기를 초래한다. 카르복시산은 수용성이며 카르복실레이트(음이온성) 형태는 금속 양이온에 의하여 쉽게 흡수된다.Since various metal impurities are deposited on the contaminated wafer surface, the complexation mechanism of citric acid and oxalic acid, which can react with the most metal impurities, was investigated. Carboxylic acids such as citric acid and oxalic acid are polar chelating agents having electron acceptor (Carbonyl, CO) and electron donor (Hydroxyl, OH) groups, and the combination of the two functional groups in the molecule results in a carboxylic acid functional group. Carboxylic acids are water-soluble and the carboxylate (anionic) form is easily absorbed by metal cations.
pH 3 이하의 용액에서 시트르산의 가장 안정적인 형태는 HCit2- 또는 H2Cit-이며, 이는 구리 이온 및 구리산화물과 반응할 수 있다. 시트르산은 금속 이온과 안정적인 착화물을 형성하며, 또한 알루미늄 양이온(Al3+)과 반응하여 가용성 착화물을 형성한다.In solutions below pH 3, the most stable form of citric acid is HCit 2- or H 2 Cit - , which can react with copper ions and copper oxides. Citric acid forms stable complexes with metal ions, and also reacts with aluminum cations (Al 3+ ) to form soluble complexes.
옥살산 또한 금속이온과 안정적인 착화물을 형성하며 금속과 가용성 복합체를 형성한다. 옥살산은 또한 금속 양이온과 착화물을 형성하며, 이를 통하여 알루미늄의 제거가 가능하다. 또한 사전 연구에 의하면 이와 같은 착화제는 농도에 관계없이 웨이퍼 표면의 에칭에 영향을 끼치지 않음을 증명하였다. 따라서 본 연구는 이와 같은 착화제를 이용하여 실리콘 웨이퍼 표면 세정에 적용하였다.Oxalic acid also forms stable complexes with metal ions and forms soluble complexes with metals. Oxalic acid also forms complexes with metal cations, and through this, aluminum removal is possible. In addition, previous studies have demonstrated that such complexing agents do not affect the etching of the wafer surface regardless of concentration. Therefore, this study applied such complexing agents to silicon wafer surface cleaning.
(2) 착화제 종류(아미노포스폰산류, 축합인산류, 페놀류 등)에 따른 금속 착화합물 영향 특성 평가(2) Evaluation of the influence characteristics of metal complex compounds according to the type of complexing agent (aminophosphonic acids, condensed phosphoric acids, phenols, etc.)
실험에 사용된 착화제로는 시트르산, EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid), 옥살산이 있으며, 표준 SC-1 용액(H2O2 : NH4OH : H2O = 1 : 1 : 5)에 첨가하여 실험을 진행하였다. The complexing agents used in the experiment were citric acid, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), and oxalic acid, and the experiment was conducted by adding them to a standard SC-1 solution (H 2 O 2 : NH 4 OH : H 2 O = 1 : 1 : 5).
이에 따른 착화합물 영향 특성 평가는 Pourbaix diagram을 통하여 확인하였다.The evaluation of the complex compound influence characteristics was confirmed through the Pourbaix diagram.
도 7은 시트르산에 의한 금속 착화물(착화합물) 형성 다이아그램이고, 도 8은 EDTA에 의한 금속 착화물(착화합물) 형성 다이아그램, 도 9는 옥살산에 의한 금속 착화물(착화합물) 형성 다이아그램이다.Figure 7 is a diagram of metal complex (complex) formation by citric acid, Figure 8 is a diagram of metal complex (complex) formation by EDTA, and Figure 9 is a diagram of metal complex (complex) formation by oxalic acid.
도 7 내지 9에서 볼 수 있듯이, 시트르산 금속 분말(Fe, Cu, Cr, Al, Zn, Ni)은 pH 3에서 반응하기 때문에 pH 3으로 조절하여 실험을 진행하였다. Zn와 Cu의 경우 용해가 빠르게 이루어졌다. 하지만 그 외의 금속 분말인 Fe 및 Al은 용해까지 48시간 이상이 필요로 하였으며, Cr 및 Ni의 용해는 육안으로 식별되지 않았다. As can be seen in Figures 7 to 9, since citric acid metal powders (Fe, Cu, Cr, Al, Zn, Ni) react at pH 3, the experiment was conducted by adjusting the pH to 3. In the case of Zn and Cu, dissolution occurred quickly. However, other metal powders, Fe and Al, required more than 48 hours to dissolve, and the dissolution of Cr and Ni could not be identified with the naked eye.
이에 따른 UV 분석 결과는 도 10과 같다.The UV analysis results are as shown in Fig. 10.
도 10에서 볼 수 있듯이, 금속 분말 별로 반응 전 및 반응 후의 색상 변화가 육안으로 확인되었으며, 흡광도가 크게 달라짐을 통하여 시트르산과 속 분말 간의 반응이 원활히 진행되었음이 예상된다. 실험에 사용된 금속 분말은 도 6의 반응식에 의하여 반응이 진행되어, 시트르산과 금속 간의 배위화합물을 형성한 것으로 예상된다.As can be seen in Fig. 10, the color change before and after the reaction for each metal powder was visually confirmed, and it is expected that the reaction between citric acid and the powder proceeded smoothly as the absorbance changed greatly. It is expected that the metal powder used in the experiment reacted according to the reaction formula of Fig. 6 and formed a coordination compound between citric acid and the metal.
금속 분말과 시트르산 간의 형성 상수는 반응물의 질량과 생성물의 질량이 동일하다는 가정 하에 시트르산의 영향을 확인하였다. The formation constant between metal powder and citric acid was determined by examining the effect of citric acid under the assumption that the mass of the reactants and the mass of the products are equal.
도 8에서 볼 수 있듯이, EDTA와 금속 분말(Fe, Cu, Cr, Al, Zn, Ni)은 pH 8에서 반응하기 때문에 pH 8로 조절하여 실험을 진행하였다. Zn와 Cu의 경우 용해가 빠르게 이루어졌으며, 그 외의 금속 분말인 Fe, Cr, Al, Ni은 용해까지 24 시간 이상이 필요로 하였으며, 이에 따른 UV 분석 결과는 도 11과 같다.As can be seen in Fig. 8, since EDTA and metal powders (Fe, Cu, Cr, Al, Zn, Ni) react at pH 8, the experiment was conducted by adjusting the pH to 8. In the case of Zn and Cu, dissolution occurred quickly, while other metal powders, Fe, Cr, Al, Ni, required more than 24 hours to dissolve, and the UV analysis results accordingly are as shown in Fig. 11.
도 11에서 볼 수 있듯이, 금속 분말 별로 반응 전 및 반응 후의 색상 변화가 확인되었다. 흡광도가 크게 달라짐을 확인하여 EDTA와 금속 분말 간의 반응이 원활히 진행되었음이 예상된다. 실험에 사용된 금속 분말은 반응이 진행되어, EDTA와 금속 간의 배위화합물을 형성한 것으로 예상된다.As can be seen in Fig. 11, color changes before and after the reaction were confirmed for each metal powder. Since the absorbance was confirmed to be significantly different, it is expected that the reaction between EDTA and the metal powder proceeded smoothly. It is expected that the metal powder used in the experiment proceeded with the reaction and formed a coordination compound between EDTA and the metal.
EDTA 또한 시트르산과 마찬가지로 금속 분말과 EDTA 간의 형성 상수는 반응물의 질량과 생성물의 질량이 동일하다는 가정 하에 EDTA의 영향을 확인하였다. 시트르산에 비하여 EDTA에서 금속 분말과 높은 반응도를 나타내었으며, 이는 형성 상수 및 pH 영향으로 예상된다.EDTA, like citric acid, was also investigated for the formation constant between metal powder and EDTA under the assumption that the mass of the reactant and the mass of the product are the same. Compared to citric acid, EDTA showed a higher reactivity with metal powder, which is expected to be due to the formation constant and pH effects.
표 1은 금속 분말과 착화제(EDTA, Citric acid)간 형성 상수 비교를 나타낸 표이다.Table 1 shows a comparison of formation constants between metal powders and complexing agents (EDTA, Citric acid).
[표 1][Table 1]
본 실험에서 계산된 형성 상수와 참고문헌을 통한 형성 상수는 상이한 값을 나타내지만, EDTA가 시트르산에 비하여 형성 상수가 높은 경향은 동일하였다. Although the formation constant calculated in this experiment and the formation constant from the references show different values, the tendency for EDTA to have a higher formation constant than citric acid was the same.
본 실험에서 계산된 형성 상수는 모든 생성물이 반응하고, 반응물과 생성물의 질량이 동일하다는 가정 하에 계산된 근사치이지만, 이를 통하여 EDTA 및 시트르산 간의 금속 분말에 대한 영향을 확인할 수 있었다. 또한 pH의 영향이 있으며, 낮은 pH의 시트르산에서 반응성이 낮았고 상대적으로 높은 pH의 EDTA에서 반응성이 더 높았다. 이는 pH가 증가함에 따라 하이드로늄(hydronium) 이온이 감소하여, 금속 이온과 착화제 사이의 반응성이 증가하고 금속 이온의 결합이 더 원활히 이루어지기 때문으로 예상된다. The formation constant calculated in this experiment is an approximate value calculated under the assumption that all products react and the masses of reactants and products are the same, but it was possible to confirm the effect of EDTA and citric acid on the metal powder. In addition, there was an effect of pH, and the reactivity was low at low pH citric acid and higher at relatively high pH EDTA. This is expected because as pH increases, hydronium ions decrease, which increases the reactivity between metal ions and complexing agents and makes the binding of metal ions more smooth.
도 9에서 볼 수 있듯이, 옥살산의 경우 금속 분말(Fe, Cu, Cr, Al, Zn, Ni)은 옥살산과 pH 6에서 반응하기 때문에 pH 6으로 조절하여 실험을 진행하였다. Zn와 Cu의 경우 용해가 빠르게 이루어졌다. 그 외의 금속 분말인 Fe 및 Ni은 용해까지 12 시간 이상이 필요로 하였으며, Cr 및 Al의 경우 용해는 육안으로 식별되지 않았다. 이에 따른 UV 분석 결과는 도 12와 같다.As can be seen in Fig. 9, in the case of oxalic acid, metal powders (Fe, Cu, Cr, Al, Zn, Ni) react with oxalic acid at pH 6, so the experiment was conducted by adjusting the pH to 6. In the case of Zn and Cu, dissolution occurred quickly. Other metal powders, Fe and Ni, required more than 12 hours to dissolve, and in the case of Cr and Al, dissolution could not be detected with the naked eye. The UV analysis results according to this are as shown in Fig. 12.
표준 SC-1 용액에 옥살산을 첨가한 경우 Cr 및 Al은 반응을 하지 않았으며, 나머지 금속 분말(Fe, Cu, Zn, Ni)은 시트르산 및 EDTA에 비하여 빠른 속도로 용해가 이루어지는 것이 육안으로 식별되었다. 또한 반응 전 금속 분말에 비하여 반응 후 샘플에서 더 높은 흡광도를 나타내어 착화제와 금속 분말 간의 반응이 원활하게 이루어진 것으로 예상된다. When oxalic acid was added to the standard SC-1 solution, Cr and Al did not react, and the remaining metal powders (Fe, Cu, Zn, Ni) were visually confirmed to dissolve at a faster rate than citric acid and EDTA. In addition, the sample after the reaction showed a higher absorbance than the metal powder before the reaction, so it is expected that the reaction between the complexing agent and the metal powder occurred smoothly.
하지만 Cr 및 Al은 용해가 이루어지지 않아, 표준 SC-1 용액 조성 비율을 제어하여 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 세정 용액의 조성 비율은 옥살산(0.33 mol), H2O2(5.115 mol), NH4OH(0.723 mol)이다. However, since Cr and Al do not dissolve, the experiment was conducted by controlling the composition ratio of the standard SC-1 solution. The composition ratio of the cleaning solution used in the experiment is oxalic acid (0.33 mol), H 2 O 2 (5.115 mol), and NH 4 OH (0.723 mol).
이에 따른 착화합물 영향 특성 평가는 도 13을 통하여 확인하였다.The evaluation of the characteristics of the complex compound according to this was confirmed through Figure 13.
도 13에서와 같이 금속 분말은 pH 7에 옥살산 및 세정 용액과 반응하여 화합물을 형성하기 때문에, 모든 금속 용해 실험은 pH 7 하에서 진행되었다. Zn와 Cu의 경우 용해가 빠르게 이루어졌으며, 이 외에 금속 분말은 12 시간 이내로 용해가 이루어지는 것이 육안으로 식별되었다. As shown in Fig. 13, since the metal powder reacts with oxalic acid and the washing solution at pH 7 to form a compound, all metal dissolution experiments were conducted under pH 7. In the case of Zn and Cu, dissolution occurred quickly, and it was visually confirmed that the other metal powders dissolved within 12 hours.
이에 따른 UV 분석 결과는 도 14와 같다.The UV analysis results are as shown in Fig. 14.
도 14에서 볼 수 있듯이, 금속 분말 별로 반응 전 및 반응 후의 색상 변화를 확인하였으며, 특정 파장대에 상이한 흡광도를 나타내어 옥살산과 금속 분말 간의 반응이 원활히 진행되었음이 예상된다. 추가적으로 반응 전 및 반응 후 입도 분석 및 이온 전도도(ionic conductivity) 측정을 통하여 금속 분말에 대한 착화제 영향에 대하여 분석하였으며, 이는 도 15와 같다.As can be seen in Fig. 14, the color change before and after the reaction was confirmed for each metal powder, and it is expected that the reaction between oxalic acid and the metal powder proceeded smoothly since different absorbances were shown in specific wavelength ranges. In addition, the effect of the complexing agent on the metal powder was analyzed through particle size analysis and ionic conductivity measurement before and after the reaction, as shown in Fig. 15.
도 15와 같이, 금속 분말 별로 반응 전 및 반응 후의 금속의 입도 변화를 확인하였다. 반응 전 금속은 10 μm 이상의 입도 분포를 보였으나, 반응 후 서브 마이크로급 입도 및 나노급 입도 분포를 나타내었다. 이를 통하여 금속 분말과 옥살산 간의 반응이 이루어져 금속 분말의 입도 감소가 나타난 것으로 예상된다.As shown in Fig. 15, the change in the particle size of the metal before and after the reaction was confirmed for each metal powder. Before the reaction, the metal showed a particle size distribution of 10 μm or more, but after the reaction, it showed a particle size distribution of sub-micron and nano-level. Through this, it is expected that the reaction between the metal powder and oxalic acid occurred, resulting in a decrease in the particle size of the metal powder.
도 16에서와 같이, 이온 전도도 또한 시간이 지남에 따라 지속적으로 증가함을 확인하였다. 이온 전도도는 Fe 및 Cu를 제외하고 나머지 금속에서 미미하게 감소하였다. 반응 전과 3 시간 반응 후 이온 전도도는 근소한 차이를 나타내었으며, Fe 및 Cu에서는 이온 전도도의 감소율이 나타나지 않았기 때문에, H2O2 분해가 착화제에 의하여 방지된 것으로 예상된다. 실험에 사용된 금속 분말은 반응이 진행되어, 옥살산과 금속 간의 배위화합물을 형성한 것으로 예상된다.As shown in Fig. 16, it was confirmed that the ionic conductivity also increased continuously over time. The ionic conductivity decreased slightly in the remaining metals except for Fe and Cu. The ionic conductivity before and after 3 hours of reaction showed a slight difference, and since the ionic conductivity did not decrease in Fe and Cu, it is expected that H 2 O 2 decomposition was prevented by the complexing agent. It is expected that the metal powder used in the experiment formed a coordination compound between oxalic acid and the metal as the reaction progressed.
옥살산 또한 마찬가지로 금속 분말과 옥살산 간의 형성 상수는 반응물의 질량과 생성물의 질량이 동일하다는 가정하에 옥살산의 영향을 확인하였다. Likewise, the formation constant between metal powder and oxalic acid was confirmed to be influenced by oxalic acid under the assumption that the mass of the reactants and the mass of the products are equal.
시트르산, EDTA 및 옥살산을 이용하여 실험을 진행한 결과 시트르산에서는 모든 금속을 용해하는데 48시간 이상이 필요로 했으며, EDTA 및 옥살산에서는 각각 24, 12 시간 후 금속 용해가 육안으로 식별되었다. 또한 EDTA에서는 UV 측정 결과 기존 금속 분말에 비하여 높은 흡광도를 나타내었지만, 입도 분석 결과 반응 전 및 반응 후의 Cr 및 Fe 입도 차이가 없었기 때문에 용해가 원활히 이루어지지 않은 것으로 예상된다. When experiments were conducted using citric acid, EDTA, and oxalic acid, it took more than 48 hours for citric acid to dissolve all the metals, while in EDTA and oxalic acid, metal dissolution was visually confirmed after 24 and 12 hours, respectively. In addition, although EDTA showed higher absorbance than the existing metal powder in the UV measurement result, it is expected that the dissolution did not occur smoothly because the particle size analysis result showed that there was no difference in the particle sizes of Cr and Fe before and after the reaction.
반면에 옥살산에서는 모든 금속들의 반응이 이루어졌으며, UV 측정 결과 기존 금속 분말에 비하여 높은 흡광도를 나타내었고, DLS 분석 결과 반응 전 및 반응 후의 모든 금속 입도가 감소하였음을 확인하였다. 이와 같은 원인으로는 결합 상수 및 이온화 상수 영향이 있다. 옥살산의 금속 간 결합 상수는 시트르산에 비하여 높고 EDTA보다는 낮지만, 이온화 상수(pKa)는 옥살산이 EDTA 및 시트르산에 비하여 낮은 경향을 보이며, 이는 옥살산이 EDTA 및 시트르산에 비하여 비교적 강한 산임을 의미한다. 또한 낮은 pH인 시트르산에서는 반응속도가 느렸으며, pH가 비교적 높은 옥살산, EDTA를 첨가한 세정 용액에서 반응속도가 비교적 높았다. 이는 착화제의 pH가 증가함에 따라 하이드로늄 이온이 감소하여 금속 이온과 착화제 사이의 반응이 증가하기 때문에, 금속 이온의 결합이 더 원활히 이루어진 것으로 예상된다.On the other hand, in oxalic acid, reactions of all metals occurred, and the UV measurement results showed higher absorbance than the existing metal powder, and the DLS analysis results confirmed that the particle sizes of all metals decreased before and after the reaction. The reasons for this include the influence of the binding constant and ionization constant. The binding constant between metals of oxalic acid is higher than that of citric acid and lower than that of EDTA, but the ionization constant (pK a ) of oxalic acid tends to be lower than those of EDTA and citric acid, which means that oxalic acid is a relatively strong acid compared to EDTA and citric acid. In addition, the reaction rate was slow in citric acid with low pH, and the reaction rate was relatively high in the washing solution containing oxalic acid and EDTA with relatively high pH. This is because as the pH of the complexing agent increases, hydronium ions decrease, increasing the reaction between the metal ions and the complexing agent, which is expected to allow smoother binding of the metal ions.
(3) 착화제와 불순물 및 잔류물간 결합 안정성 분석 (3) Analysis of the stability of the bond between the complexing agent and impurities and residues
착화물과 불순물 및 잔류물 간의 결합 안정성을 확인하기 위하여 위와 같은 세정 용액(옥살산 + H2O2 + NH4OH)과 2, 3, 6 가지 금속 분말을 장입하여 실험을 진행하였다. UV 분석, 이온 전도도 및 DLS를 통하여 착화물과 금속 분말 간의 결합 안정도를 분석하였다.In order to confirm the bonding stability between the complex and impurities and residues, experiments were conducted by loading the cleaning solution (oxalic acid + H 2 O 2 + NH 4 OH) and 2, 3, and 6 metal powders as above. The bonding stability between the complex and the metal powders was analyzed through UV analysis, ionic conductivity, and DLS.
도 17은 두 가지 금속 분말을 장입하여 용해 실험을 진행한 결과이다. UV 분석 결과를 보면 세정 용액과 반응하기 전 금속의 흡광도 및 반응한 후 금속의 흡광도가 상이하였고, 이를 통해 옥살산과 2종 금속 간의 반응이 원활히 이루어졌음이 예상된다. 또한 반응 전에 비하여 반응 후 금속의 입도가 현저히 감소함을 확인하였다. CuZn, FeAl, CrNi은 반응 전 10㎛ 이상의 입도 분포를 나타내었으나, 반응 후 각각 50.52nm, 19.6 nm, 5.136㎛ 입도 분포를 나타내었다. Figure 17 shows the results of a dissolution experiment conducted by loading two types of metal powders. The UV analysis results show that the absorbance of the metal before and after reaction with the cleaning solution were different, and it is expected that the reaction between oxalic acid and the two metals occurred smoothly. In addition, it was confirmed that the particle size of the metals was significantly reduced after the reaction compared to before the reaction. CuZn, FeAl, and CrNi showed particle size distributions of 10㎛ or more before the reaction, but showed particle size distributions of 50.52nm, 19.6nm, and 5.136㎛ after the reaction, respectively.
이온 전도도의 경우 3 가지 샘플 모두 시간이 지남에 따라 증가하는 경향이 감소하여 완만한 상향 곡선을 나타내었으며, 이는 포화에 의한 영향으로 예상된다.For ionic conductivity, all three samples showed a gentle upward curve with a decreasing trend over time, which is expected to be due to the effect of saturation.
도 18은 3가지 금속 분말을 장입하여 용해 실험을 진행한 결과이다. Figure 18 shows the results of a melting experiment conducted by loading three types of metal powder.
UV 분석 결과에서 세정 용액과 반응하기 전 금속의 흡광도 및 반응한 후 금속의 흡광도가 상이하였고, 옥살산과 3종 금속 간의 반응이 원활히 이루어졌음이 예상된다. 또한 반응 전에 비하여 반응 후 금속의 입도가 현저히 감소함을 확인하였다. FeZnAl 및 CuCrNi은 반응 전 10㎛ 이상의 입도 분포에서 반응 후 각각 270.5nm, 475.4 nm의 입도 분포를 나타내었다. The UV analysis results showed that the absorbance of the metal before and after reaction with the cleaning solution were different, and it was expected that the reaction between oxalic acid and the three metals occurred smoothly. In addition, it was confirmed that the particle size of the metal was significantly reduced after the reaction compared to before the reaction. FeZnAl and CuCrNi showed particle size distributions of 270.5 nm and 475.4 nm, respectively, after the reaction, from particle size distributions of 10 ㎛ or more before the reaction.
이온 전도도의 경우 FeZnAl은 반응 6시간까지 지속적으로 증가하는 경향을 나타내었으나, 9시간부터 완만한 상향 곡선을 나타내었다. 이는 포화에 의한 영향으로 예상된다. CuCrNi의 경우 3시간에서 6시간까지 이온 전도도가 증가하는 경향을 보였다. 하지만 이온 전도도가 9시간에 감소하다 12시간에 증가하는 경향을 나타내는데, 이는 반응 속도가 느린 Cr 및 Ni의 추가적인 용해에 의한 영향으로 예상된다.In the case of ionic conductivity, FeZnAl showed a tendency to increase continuously up to 6 hours of reaction, but showed a gentle upward curve from 9 hours. This is expected to be due to the effect of saturation. In the case of CuCrNi, the ionic conductivity showed a tendency to increase from 3 hours to 6 hours. However, the ionic conductivity decreased at 9 hours and showed a tendency to increase at 12 hours. This is expected to be due to the additional dissolution of Cr and Ni, which have slow reaction rates.
도 19는 모든 금속 분말을 장입하여 용해 실험을 진행한 결과이다. Figure 19 shows the results of a melting experiment conducted by loading all metal powders.
UV 분석 결과에서 세정 용액과 반응하기 전 금속의 흡광도 및 반응한 후 금속의 흡광도가 상이하였고, 옥살산과 6종 금속 간의 반응이 원활히 이루어졌음이 예상된다. 또한 반응 전에 비하여 반응 후 금속의 입도가 현저히 감소함을 확인하였다. 반응 전 10㎛ 이상의 입도 분포에서 반응 후 4.8㎛의 입도 분포를 나타내었다. The UV analysis results showed that the absorbance of the metal before and after reaction with the cleaning solution were different, and it was expected that the reaction between oxalic acid and the six metals occurred smoothly. In addition, it was confirmed that the particle size of the metal was significantly reduced after the reaction compared to before the reaction. The particle size distribution was 4.8㎛ after the reaction, compared to 10㎛ or more before the reaction.
이온 전도도의 경우 6시간 이후로 감소하였으며, 이는 포화에 의한 영향으로 예상된다. 12시간 이후로 다시 이온 전도도는 상승하였으며, 이는 용해가 느린 Cr 및 Ni의 영향으로 예상된다. 또한 웨이퍼에 대한 세정 용액의 영향을 확인하기 위하여 실리콘 분말을 사용하여 실험을 진행하였으며, 이는 도 20과 같다. In the case of ionic conductivity, it decreased after 6 hours, which is expected to be due to saturation. After 12 hours, the ionic conductivity increased again, which is expected to be due to the effects of Cr and Ni, which are slow to dissolve. In addition, an experiment was conducted using silicon powder to confirm the effect of the cleaning solution on the wafer, which is as shown in Fig. 20.
도 20과 같이, 실리콘 분말은 세정 용액과 반응하기 전 및 반응한 후 UV 분석 결과 흡광도의 차이가 없었다. 이온 전도도 또한 기존 세정 용액에 비해 낮은 경향을 나타내었다. 하지만 DLS 입도 분석 결과 입도 감소율이 나타났는데, 다른 금속 분말들의 입도 감소율에 비하여 낮은 경향을 나타내었으며, 이는 DLS 분석 도중 응집 및 분산에 의한 영향으로 예상된다. As shown in Fig. 20, the silicon powder showed no difference in absorbance before and after reacting with the cleaning solution in the UV analysis results. The ionic conductivity also showed a lower tendency compared to the existing cleaning solution. However, the DLS particle size analysis results showed a particle size reduction rate, which showed a lower tendency compared to the particle size reduction rates of other metal powders, which is expected to be due to the effects of aggregation and dispersion during the DLS analysis.
이를 통해 실리콘 웨이퍼에 대한 세정 용액의 영향이 적을 것으로 예상된다. Through this, it is expected that the effect of the cleaning solution on the silicon wafer will be small.
이러한 결과를 바탕으로 세정 용액(옥살산 0.33 mol + H2O2 5.115 mol + NH4OH 0.723 mol)의 비율로 제조한 세정 용액을 이용하여 웨이퍼 세정을 진행하였다. Based on these results, wafer cleaning was performed using a cleaning solution prepared at a ratio of (0.33 mol of oxalic acid + 5.115 mol of H 2 O 2 + 0.723 mol of NH 4 OH).
세정 전 및 세정 후 웨이퍼의 표면 형상 및 원소 분석을 통하여 실리콘 웨이퍼에 대한 세정 용액의 영향을 확인함으로써, 착화제와 불순물 결합의 안정성 분석 및 적용 가능성에 대하여 분석하였다.By analyzing the surface morphology and elements of the wafer before and after cleaning, the effect of the cleaning solution on the silicon wafer was confirmed, and the stability of the complexing agent and impurity combination and applicability were analyzed.
도 21a 내지 도 21d는 오염 웨이퍼의 표면 형상 및 원소 분석 결과이다. Figures 21a to 21d show the surface shape and elemental analysis results of the contaminated wafer.
오염 웨이퍼의 표면 형상 분석 결과, 표면에 잔류하는 입자들이 다량 존재함을 확인하였다. 원소 분석 결과, 잔류하는 입자들은 Fe, Al, Ca, Ti, Cu, Zn 및 유기물 등으로 검출되었다. Si 또한 검출되었으나, 이는 웨이퍼 샘플링 과정 중 발생한 것으로 예상된다.Analysis of the surface topography of the contaminated wafer confirmed that there were a large number of particles remaining on the surface. Elemental analysis revealed that the particles remaining were Fe, Al, Ca, Ti, Cu, Zn, and organic substances. Si was also detected, but this is believed to have occurred during the wafer sampling process.
본 실험은 3, 5, 10 분 동안 세정을 하여 세정 시간 별 웨이퍼 표면을 확인하였다. In this experiment, the wafer surface was checked at different cleaning times by cleaning for 3, 5, and 10 minutes.
회수한 오염 웨이퍼 샘플은 세정 용액(옥살산 + H2O2 + NH4OH)을 사용하여 세정하였다. 표면 원소 분석 결과, 도 22와 같이 Si 외 이차상이 검출되지 않아 원활한 세정이 이루어졌다고 사료된다.The recovered contaminated wafer sample was cleaned using a cleaning solution (oxalic acid + H 2 O 2 + NH 4 OH). As a result of surface element analysis, as shown in Fig. 22, no secondary phase other than Si was detected, indicating that cleaning was performed smoothly.
도 23과 같이 시간 별 세정한 웨이퍼 표면을 확대한 결과, 웨이퍼 표면에 소량의 입자가 검출되었기 때문에 입자 별 원소 분석을 실시하였다. As shown in Fig. 23, the surface of the wafer cleaned over time was enlarged, and a small amount of particles were detected on the surface of the wafer, so elemental analysis was performed for each particle.
3분간 세정한 웨이퍼 표면에는 Si 외 이차상이 검출되지 않았으나, 5분 세정한 웨이퍼 표면에 Al 및 Ca 불순물이 검출되었다. 하지만 기존 세정 전 웨이퍼 표면에 함유된 Al 및 Ca에 비하여 함유량이 감소하였으며, Al 및 Ca 외 다른 불순물이 검출되지 않았다. 10분간 세정한 웨이퍼 표면을 확대하여 분석한 결과 표면에 소량의 입자가 검출되었으며, 성분 분석 결과 Si로 식별되었다. 이는 웨이퍼 샘플링 과정 중 발생한 Si 입자로 이 외에 이차상이 검출되지 않았음을 확인하였다. No secondary phases other than Si were detected on the wafer surface cleaned for 3 minutes, but Al and Ca impurities were detected on the wafer surface cleaned for 5 minutes. However, the content was reduced compared to the Al and Ca contained on the wafer surface before the conventional cleaning, and no impurities other than Al and Ca were detected. When the wafer surface cleaned for 10 minutes was magnified and analyzed, a small amount of particles were detected on the surface, and the component analysis results identified them as Si. It was confirmed that these were Si particles generated during the wafer sampling process, and no secondary phases were detected other than these.
도 24a 내지 도 24c를 참조하면, 두 번째 오염된 1차 폴리싱 웨이퍼(stock wafer) 샘플로 표면 형상 및 원소를 분석한 결과, 표면상 잔류 입자들이 식별되었으며 이는 Al, Ca, Mo 및 Ti 등의 불순물로 검출되었다. Referring to FIGS. 24a to 24c, the surface topography and elements were analyzed using a second contaminated primary polishing wafer (stock wafer) sample, and residual particles on the surface were identified, which were detected as impurities such as Al, Ca, Mo, and Ti.
도 22에서와 같은 세정 용액을 사용하여 세정을 진행하였다.Cleaning was performed using the same cleaning solution as in Fig. 22.
도 25는 3, 10분 동안 세정된 웨이퍼의 표면 형상 및 원소 분석 결과이다. Figure 25 shows the surface morphology and elemental analysis results of wafers cleaned for 3 and 10 minutes.
표면의 원소를 분석한 결과, 도 25와 같이 Si 외 이차상이 검출되지 않아 세정이 원활히 이루어졌다고 사료된다.As a result of analyzing the surface elements, as shown in Fig. 25, no secondary phase other than Si was detected, indicating that cleaning was performed smoothly.
도 26은 3분 동안 세정한 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다. 3분 세정한 웨이퍼의 경우 Si 외에 다른 이차상이 검출되지 않았으며, 이를 통하여 세정이 원활히 진행되었다고 예상된다. 또한 SEM 이미지 상 웨이퍼 표면에 잔류하는 입자들이 다량 존재하였으나, EDS mapping 분석 결과 Si로 검출되었으며 이는 웨이퍼 샘플링 과정 중 발생한 Si 입자로 예상된다.Figure 26 shows the results of the morphology and element analysis of the wafer surface cleaned for 3 minutes. In the case of the wafer cleaned for 3 minutes, no secondary phases other than Si were detected, and thus it is expected that the cleaning was performed smoothly. In addition, although there were many particles remaining on the wafer surface in the SEM image, they were detected as Si in the EDS mapping analysis, and it is expected that these are Si particles generated during the wafer sampling process.
도 27은 10분간 세정한 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과로, 이 또한 Si 외에 이차상이 검출되지 않았다. SEM 이미지 상 웨이퍼 표면에 잔류하는 입자들이 식별되었으나, EDS mapping 분석 결과 Si으로 검출되었다. 이는 웨이퍼 샘플링 과정 중 발생한 Si 입자로 예상된다. 세정 후 웨이퍼 표면의 물반점(watermark)은 세정 후 건조 과정 중 생긴 형상이다. 원소 분석 결과, Si 외 이차상이 존재하지 않았기 때문에, 물반점은 웨이퍼 표면의 불순물과는 상관없는 형상이며, 이를 통하여 세정이 원활히 이루어진 것으로 예상된다.Fig. 27 shows the results of the morphology and elemental analysis of the wafer surface cleaned for 10 minutes, and this also did not detect any secondary phases other than Si. In the SEM image, particles remaining on the wafer surface were identified, but the EDS mapping analysis results detected them as Si. These are expected to be Si particles generated during the wafer sampling process. The watermarks on the wafer surface after cleaning are shapes that occurred during the drying process after cleaning. Since the elemental analysis results showed that no secondary phases other than Si existed, the watermarks are shapes unrelated to impurities on the wafer surface, and it is expected that cleaning was performed smoothly through this.
(4) 변수 별 세정 공정 조건에 따른 웨이퍼 표면 특성 분석(4) Analysis of wafer surface characteristics according to cleaning process conditions by variable
도 28과 같이, 옥살산과 여러 착화제(citric acid, EDTA)를 혼합하여 세정 용액을 제조하여 오염된 웨이퍼의 세정을 진행하였다. 세정 전 및 세정 후 웨이퍼 표면 형상 및 원소 분석을 통하여, 변수별 세정 공정 조건에 따른 웨이퍼 특성을 확인하였다.As shown in Fig. 28, a cleaning solution was prepared by mixing oxalic acid and various complexing agents (citric acid, EDTA) and cleaning of the contaminated wafer was performed. The wafer surface shape and element analysis before and after cleaning were performed to confirm the wafer characteristics according to the cleaning process conditions for each variable.
도 29는 오염된 웨이퍼 표면의 형상 및 원소 분석 결과이다. 오염된 웨이퍼 표면의 형상을 분석한 결과, 표면에 잔류 입자들이 다량 존재함을 확인하였다. 원소 분석 결과, 잔류 입자들은 F, S, Cl, Ca, Ti, Mg, Al 및 유기물 등으로 검출되었다. Si 또한 검출되었으나, 이는 웨이퍼 샘플링 과정 중 발생한 것으로 예상된다.Fig. 29 is The results of the morphology and element analysis of the contaminated wafer surface. The results of the analysis of the morphology of the contaminated wafer surface confirmed that there were a large number of residual particles on the surface. The results of the element analysis showed that the residual particles were F, S, Cl, Ca, Ti, Mg, Al, and organic substances. Si was also detected, but this is expected to have occurred during the wafer sampling process.
도 30과 같이 착화제 종류 별로 세정한 웨이퍼 표면을 확대한 결과, 웨이퍼 표면에 소량의 입자가 검출되었기 때문에 입자 별 원소 분석을 시행하였다. 분석한 웨이퍼 표면의 잔류 입자들의 원소 분석 결과, Ca, Na, Mg, Al, S 및 유기물 등이 검출되었다. 이와 같은 원인으로 pH 및 이온화 상수(pKa)의 영향으로 예상된다.As shown in Fig. 30, the wafer surface cleaned by type of ignition agent was enlarged, and a small amount of particles were detected on the wafer surface, so elemental analysis was performed for each particle. As a result of elemental analysis of the residual particles on the analyzed wafer surface, Ca, Na, Mg, Al, S, and organic substances were detected. The cause of this is expected to be the influence of pH and ionization constant (pK a ).
옥살산의 이온화 상수(pKa)는 EDTA 및 시트르산에 비하여 낮은 경향을 보이며, 이는 옥살산이 EDTA 및 시트르산에 비하여 비교적 강한 산임을 의미한다. 옥살산과 시트르산을 혼합하였을 때 옥살산 단독으로 사용한 세정 용액보다 pH가 비교적 낮아 반응 속도가 느려지고, 세정이 원활히 이루어지지 않았다고 예상된다. The ionization constant (pK a ) of oxalic acid tends to be lower than that of EDTA and citric acid, which means that oxalic acid is a relatively strong acid compared to EDTA and citric acid. When oxalic acid and citric acid were mixed, the pH was relatively lower than that of the cleaning solution using oxalic acid alone, so the reaction speed was expected to be slow and cleaning would not be smooth.
또한 옥살산과 EDTA를 혼합한 경우 EDTA가 상대적으로 낮은 pH에서 카르복실산 부분의 양성자가 제거되지 않고, 세정 용액과의 전기 상호작용이 줄어들어 용해도가 낮아졌기 때문에, 용해가 원활히 이루어지지 않았다고 예상된다. In addition, when oxalic acid and EDTA were mixed, it was expected that dissolution did not occur smoothly because the protons of the carboxylic acid portion of EDTA were not removed at a relatively low pH, and the electrical interaction with the cleaning solution was reduced, which lowered the solubility.
따라서 혼합 세척제보다 세척 효율이 더 높게 나타난 옥살산을 단독으로 사용하는 것이 적당하다고 판단된다.Therefore, it is considered appropriate to use oxalic acid alone, which has a higher cleaning efficiency than mixed detergents.
(5) 공정 조건에 따른 불순물 세정의 거동 분석 (5) Analysis of the behavior of impurity cleaning according to process conditions
공정 조건에 따른 불순물 세정의 거동을 확인하기 위해, 옥살산+과산화수소+암모니아수 함유 세정 용액에 웨이퍼를 각각 3, 5, 10분 동안 세정하여 세정 시간별 웨이퍼 표면을 확인하였다.To verify the behavior of impurity cleaning according to process conditions, the wafer was cleaned in a cleaning solution containing oxalic acid, hydrogen peroxide, and ammonia water for 3, 5, and 10 minutes, respectively, and the wafer surface was verified according to the cleaning time.
도 31은 3, 5, 10분 동안 세정된 웨이퍼 표면의 형상 및 원소를 분석한 결과이다. 표면 원소 분석 결과 Si 외 이차상이 검출되지 않아 세정이 원활히 이루어졌다고 사료된다.Fig. 31 is This is the result of analyzing the shape and elements of the wafer surface cleaned for 3, 5, and 10 minutes. As a result of the surface element analysis, no secondary phases other than Si were detected, indicating that cleaning was performed smoothly.
도 32와 같이 시간 별로 세정한 웨이퍼 표면을 확대한 결과, 웨이퍼 표면에 소량의 입자가 검출되었다. 따라서 입자 별 원소 분석을 실시하였다. As shown in Fig. 32, the surface of the wafer cleaned over time was enlarged, and a small amount of particles were detected on the surface of the wafer. Therefore, elemental analysis was performed for each particle.
3분 및 5분간 세정한 웨이퍼 표면에는 S, Ca, Ti, F, Mg, Al, Fe 불순물이 검출되었다. 10분간 세정한 웨이퍼 표면을 확대하여 분석한 결과 표면에 소량의 입자가 검출되었으며, 성분 분석 결과 Si로 식별되었다. 이는 웨이퍼 샘플링 과정 중 발생한 Si 입자로 이 외에 이차상이 검출되지 않았음을 확인하였다. 이를 통하여 세정이 원활히 이루어진 것으로 예상된다.S, Ca, Ti, F, Mg, Al, and Fe impurities were detected on the wafer surface cleaned for 3 and 5 minutes. A small amount of particles were detected on the surface when the wafer surface was cleaned for 10 minutes and analyzed by magnification, and the component analysis results identified them as Si. It was confirmed that these were Si particles generated during the wafer sampling process, and no secondary phases were detected. It is expected that the cleaning was performed smoothly.
(6) 불순물 원소와 착화제의 결합 안정성 분석 및 평가(6) Analysis and evaluation of the binding stability of impurity elements and complexing agents
불순물 원소와 착화제의 결합 안정성을 확인하기 위해, 도 33에서와 같이 조성 비율을 제어한 세정 용액과 금속 분말을 장입하여 실험을 진행하였다. 사용한 세정 용액의 조성은 H2O2와 NH4OH의 비율을 변화하여 실험을 진행하였다. In order to verify the stability of the combination of impurity elements and complexing agents, experiments were conducted by loading a cleaning solution and metal powder with a controlled composition ratio as shown in Fig. 33. The composition of the cleaning solution used was changed by conducting the experiment by changing the ratio of H 2 O 2 and NH 4 OH.
이에 따른 착화제의 결합 안정성 평가는 DLS를 통하여 분석하였다.The binding stability of the igniter was evaluated using DLS.
도 34와 같이, 금속 분말 별로 옥살산과 EDTA를 혼합하여 제조한 세정 용액(H2O2 : NH4OH = 8 : 1)과의 반응 전 및 반응 후의 입도 변화를 확인하였다. As shown in Fig. 34, the particle size change before and after reaction with a cleaning solution (H 2 O 2 : NH 4 OH = 8 : 1) prepared by mixing oxalic acid and EDTA for each metal powder was confirmed.
Fe의 경우, 도 15와 같이 옥살산 단독으로 첨가한 경우에 비하여 입도 감소가 더 원활히 일어났다. 하지만 나머지 금속 분말들의 경우 옥살산 단독으로 첨가한 경우에 비하여 입도가 미미하게 감소하였다. 특히 Zn 경우 다른 금속들에 비하여 입도 차이가 없었기 때문에, 용해가 원활히 이루어지지 않음이 예상된다. In the case of Fe, the particle size reduction occurred more smoothly than when oxalic acid alone was added, as shown in Fig. 15. However, in the case of the remaining metal powders, the particle size decreased slightly compared to when oxalic acid alone was added. In particular, in the case of Zn, since there was no difference in particle size compared to other metals, it is expected that dissolution does not occur smoothly.
이는 EDTA가 세정 용액 내에서의 용해도가 낮아 카르복실산 부분의 양성자가 제거되지 않고 세정 용액과의 전기 상호작용이 줄어들어, 옥살산 단독으로 첨가한 세정 용액에 비하여 용해가 원활히 이루어지지 않았다고 예상된다.This is expected to be because EDTA has low solubility in the cleaning solution, so the protons of the carboxylic acid moiety are not removed and the electrical interaction with the cleaning solution is reduced, so dissolution did not occur smoothly compared to the cleaning solution to which oxalic acid alone was added.
EDTA의 용해도를 보다 높이기 위해 세정 용액의 NH4OH 비율을 높여 용해 실험을 진행하였다. 도 35는 옥살산과 EDTA를 혼합한 세정 용액에서 NH4OH의 비율을 높여 제조한 세정 용액(H2O2 : NH4OH = 4 : 1)과 금속 분말 간의 반응 전 및 반응 후의 입도 변화 그래프이다. DLS 분석 결과 NH4OH 비율이 높은 세정 용액에서의 입도 변화가 비교적 감소하였다. 하지만 도 15와 같이 옥살산 단독으로 첨가한 경우에 비하여 입도 감소가 미미하게 감소하였으므로 용해가 원활히 이루어지지 않았다고 예상된다.In order to further increase the solubility of EDTA, a dissolution experiment was conducted by increasing the NH4OH ratio of the cleaning solution. Fig. 35 is a graph of particle size changes before and after the reaction between a cleaning solution ( H2O2 : NH4OH = 4 :1) prepared by increasing the NH4OH ratio in a cleaning solution mixed with oxalic acid and EDTA and a metal powder. The DLS analysis results showed that the particle size change in the cleaning solution with a high NH4OH ratio was relatively reduced. However, as shown in Fig. 15, the particle size decrease was slightly reduced compared to when oxalic acid was added alone, so it is expected that dissolution did not occur smoothly.
(7) 재생 실리콘 웨이퍼 적용을 위한 착화합물을 통한 세정 공정 효율 개선(7) Improvement of cleaning process efficiency through complex compounds for application of regenerated silicon wafers
도 36a 및 도 36b는 기관별 실리콘 웨이퍼의 표면 형상 및 원소 분석한 결과이다. 오염된 실리콘 웨이퍼의 표면 형상 분석 결과, 표면에 잔류하는 입자들이 다량 존재함을 확인하였다. 원소 분석 결과, 잔류하는 입자들은 Mg, Al, K, Fe, Ba, Ca, Na, S, Zn, N, Cl 및 유기물 등으로 검출되었다. Si 또한 검출되었으나 이는 웨이퍼 샘플링 과정 중 발생한 것으로 예상된다. Figures 36a and 36b show the surface topography and elemental analysis results of silicon wafers by institution. The surface topography analysis results of the contaminated silicon wafers confirmed that there were a large number of particles remaining on the surface. The elemental analysis results showed that the remaining particles were detected as Mg, Al, K, Fe, Ba, Ca, Na, S, Zn, N, Cl, and organic substances. Si was also detected, but this is expected to have occurred during the wafer sampling process.
재생 실리콘 웨이퍼 적용을 위한 세정 공정 효율 및 최적 공정을 확립하기 위해, 기관별 실리콘 웨이퍼 중 잔류 불순물이 많은 웨이퍼를 선별하여 세정을 진행하였다.To establish the efficiency of the cleaning process and the optimal process for applying regenerated silicon wafers, wafers with a large amount of residual impurities among silicon wafers by institution were selected and cleaned.
웨이퍼 세정 이후에 시안화칼륨을 사용하여 웨이퍼 세정이 이루어지게 되면 금속-시안화물 이온을 형성할 수 있다. 금속-시안화물 이온은 시안화물 이온의 강한 반응성으로 인하여 실온에서 안정적으로 형성된다. 시안화물 이온은 가용성 착화물을 형성한다.If the wafer is cleaned using potassium cyanide after wafer cleaning, metal-cyanide ions can be formed. Metal-cyanide ions are stably formed at room temperature due to the strong reactivity of cyanide ions. Cyanide ions form soluble complexes.
도 37은 설계한 세정 용액(옥살산 + H2O2 + NH4OH)으로 10분간 웨이퍼 표면을 세정한 후 시안화칼륨이 첨가된 세정 용액을 이용하여 10분 동안 추가로 세정을 진행한 웨이퍼 표면 형상 및 원소 분석 결과이다. 분석 결과 Si 외에 다른 이차 상이 검출되지 않았으며, 이를 통하여 세정이 원활히 진행되었다고 예상된다.Fig. 37 is This is the result of analysis of the wafer surface morphology and elements after cleaning the wafer surface for 10 minutes with the designed cleaning solution (oxalic acid + H 2 O 2 + NH 4 OH) and then additionally cleaning for 10 minutes using a cleaning solution containing potassium cyanide. The analysis results showed that no secondary phases other than Si were detected, indicating that the cleaning was performed smoothly.
(8) 세정기 설비를 이용한 물성 측정 결과(8) Results of property measurement using the cleaning equipment
세정기 설비를 제작하여 현장에 설치하고, 반도체 웨이퍼 국산화를 위한 고품질 재생웨이퍼 제조기술 개발을 실현하기 위해 웨이퍼 세정 조건 평가를 진행하였다. 세정액은 H2O2(5.115mol) + NH4OH(0.723mol) + 옥살산(0.33mol) 로 제조하여 사용하였다. 제조된 세정액에 시간, 온도를 변경해가며 세정 조건평가를 진행하였고, 세정 전,후 데이터를 비교하며 최적의 세정조건을 확립하였다. In order to develop a high-quality regenerated wafer manufacturing technology for the domestic production of semiconductor wafers by manufacturing and installing a cleaning equipment on site, a wafer cleaning condition evaluation was conducted. The cleaning solution was prepared and used with H2O2 (5.115 mol) + NH4OH (0.723 mol) + oxalic acid (0.33 mol). The cleaning condition evaluation was conducted by changing the time and temperature of the prepared cleaning solution, and the optimal cleaning conditions were established by comparing the data before and after cleaning.
세정 후 웨이퍼에 대한 입자 갯수를 측정할 수 있는 SP1 DLS장비를 이용하였다. 도 38은 온도별(상온, 30/40/50/60℃), 시간별(200/250/300/350/400s)에 따른 파티클 측정 결과이다. The SP1 DLS equipment capable of measuring the number of particles on the wafer after cleaning was used. Fig. 38 shows the particle measurement results according to temperature (room temperature, 30/40/50/60℃) and time (200/250/300/350/400 s).
상온에서도 웨이퍼 세정력이 우수하여, 온도를 증가하지 않아도 되는 경향을 보였다. 이는 옥살산 함유 세정액 조성물의 우수한 조성비에 의해, 세정이 원활히 진행되었다고 예상된다. 세정 시간은 300s에서 가장 많은 파티클 제거 결과를 보여주어, 세정 효율이 높은 세정 시간은 300s로 결정하였다.Even at room temperature, the wafer cleaning power was excellent, so there was a tendency that there was no need to increase the temperature. It is expected that the cleaning was carried out smoothly due to the excellent composition ratio of the oxalic acid-containing cleaning solution composition. The cleaning time showed the most particle removal results at 300 s, so the cleaning time with the highest cleaning efficiency was determined to be 300 s.
웨이퍼 표면의 Metal 오염에 대한 평가 샘플링 방법은 3batch run 진행 후 각 카세트별 No1, No25 웨이퍼를 샘플링 하여 총 6장을 외부기관인 chemtrace에서 측정하고, 그 결과를 취합하여 인증기관인 KTL에서 회수율까지 인증하기로 하였다. The evaluation sampling method for metal contamination on the wafer surface was to sample No. 1 and No. 25 wafers from each cassette after a 3-batch run, measure a total of 6 wafers at Chemtrace, an external organization, and then compile the results and certify them up to the recovery rate at KTL, a certification organization.
도 39 내지 도 41은 chemtrace에서 세정된 웨이퍼의 금속 불순물을 측정한 결과이다. 그 결과, 정량적 목표인 5x1010 atoms/cm2 이하로 웨이퍼 6장 모두 정상적인 결과를 확인하였다.Figures 39 to 41 show the results of measuring metal impurities in wafers cleaned by ChemTrace. As a result, all six wafers were confirmed to be normal results, below the quantitative target of 5x10 10 atoms/cm 2 .
도 42 내지 도 44는 인증기관인 KTL에서 세정된 웨이퍼의 결함 입자, 연마율 및 회수율을 측정한 결과이다.Figures 42 to 44 show the results of measuring defective particles, polishing rate, and recovery rate of cleaned wafers by KTL, a certification agency.
결함 입자의 개수를 보면, 2개 이하를 나타내는 점에서 결함 입자가 거의 없다는 것을 확인할 수 있다. 연마율은 1.2㎛/min 이상을 나타내고, 구체적으로는 1.3 ~ 2.7㎛/min을 나타내었다. Looking at the number of defective particles, it can be confirmed that there are almost no defective particles as there are 2 or less. The polishing rate is 1.2 ㎛/min or more, and specifically, 1.3 to 2.7 ㎛/min.
도 45 및 도 46은 인증기관인 KTL에서 세정된 웨이퍼의 평면도를 측정한 결과이다.Figures 45 and 46 show the results of measuring the flatness of a cleaned wafer at KTL, a certification agency.
평면도를 보면, 측정 시료 5개에서 측정값이 12.1 ~ 33.0㎛를 나타내었다.Looking at the flat surface, the measured values for five measurement samples ranged from 12.1 to 33.0 ㎛.
이처럼 본 발명에서는 고온 세척, 불순물 재흡착, H2O2 분해로 인한 세정 용액의 수명 단축 등의 문제점을 해결하기 위해 착화제를 통한 세정을 진행하였다. In this way, in the present invention, cleaning using a complexing agent was performed to solve problems such as high-temperature cleaning, re-adsorption of impurities, and shortening of the lifespan of the cleaning solution due to H2O2 decomposition .
착화제와 금속 간의 결합 안정성 평가를 확인하기 위하여 옥살산 함유 조성물에 2종, 3종 및 6 종의 금속 분말을 혼합하여 실험을 진행하였다. To confirm the evaluation of the bonding stability between the igniter and the metal, experiments were conducted by mixing two, three, and six types of metal powders into oxalic acid-containing compositions.
모든 금속 분말은 반응 전, 세정 용액 및 반응 후 상이한 흡광도를 나타내었으며, 입도 감소가 나타나 착화제와 금속 간의 원활한 반응이 이루어진 것으로 예상된다. 또한 이온 전도도는 반응 전 및 반응 3시간 후 증가하거나 미소한 감소를 나타내었기 때문에, 이를 통하여 H2O2의 분해가 방지된 것으로 예상된다. All metal powders showed different absorbances before the reaction, in the washing solution, and after the reaction, and a decrease in particle size was observed, indicating that a smooth reaction between the complexing agent and the metal occurred. In addition, since the ionic conductivity increased or slightly decreased before the reaction and 3 hours after the reaction, it is expected that the decomposition of H 2 O 2 was prevented through this.
또한 옥살산에 시트르산과 EDTA를 혼합한 세척액 보다, 입도 감소율 및 세척 효율이 더 높게 나타난 옥살산을 단독으로 사용하는 것이 적당하다고 판단되었다. In addition, it was determined that it was appropriate to use oxalic acid alone, as it showed a higher particle size reduction rate and washing efficiency than a washing solution containing citric acid and EDTA mixed with oxalic acid.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.Although the present invention has been described with reference to the drawings as examples, it is obvious that the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed in this specification, and that various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, even if the effects according to the configuration of the present invention were not explicitly described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects that can be predicted by the corresponding configuration should also be recognized.
A : 도어부
B : 세정부
10 : 한 쌍의 롤러부
30 : 세정조
50 : 펌프
55 : 압력 밸브
70 : 진동자
75 : 진동자 발전기
90 : 제1필터
110 : 온도 조절부
130 : 제2필터
150 : 터치 스크린
170 : 제어판넬A: Door part
B: Tax office
10: A pair of rollers
30: Washing tank
50 : Pump
55 : Pressure valve
70 : Vibrator
75 : Oscillator Generator
90: 1st filter
110 : Temperature control unit
130: Second filter
150 : Touch screen
170 : Control Panel
Claims (10)
(b) 상기 롤러부와 반도체 웨이퍼가 상기 세정액 조성물에 침지된 상태에서 롤러부가 같은 방향으로 회전하면서 반도체 웨이퍼를 세정하는 단계를 포함하고,
상기 세정액 조성물은 옥살산, 과산화수소(H2O2) 및 암모니아수(NH4OH)를 포함하며,
상기 (b) 단계에서, 20 ~ 29℃인 세정액 조성물에서 반도체 웨이퍼를 세정하는 세정 방법.
(a) a step of placing a semiconductor wafer on a pair of roller sections spaced apart from each other so that the longitudinal direction of the roller and the plane of the semiconductor wafer are perpendicular to each other, and supplying a cleaning solution composition to a cleaning tank arranged under the roller sections; and
(b) a step of cleaning the semiconductor wafer while the roller unit and the semiconductor wafer are immersed in the cleaning solution composition while the roller unit rotates in the same direction;
The above cleaning composition contains oxalic acid, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and ammonia water (NH 4 OH).
A cleaning method for cleaning a semiconductor wafer in a cleaning solution composition having a temperature of 20 to 29°C in the step (b) above.
상기 (b) 단계에서, 3 ~ 10분 동안 반도체 웨이퍼를 세정하는 세정 방법.
In the first paragraph,
A cleaning method for cleaning a semiconductor wafer for 3 to 10 minutes in the step (b) above.
상기 (b) 단계에서, 초음파 진동을 이용하여 반도체 웨이퍼를 세정하는 세정 방법.
In the first paragraph,
A cleaning method for cleaning a semiconductor wafer using ultrasonic vibration in the step (b) above.
상기 (b) 단계 이후에, 세정조에 있는 세정액 조성물을 제2필터의 내부로 이동시켜 세정액 조성물에 포함된 오염물을 제거하는 세정 방법.
In the first paragraph,
A cleaning method for removing contaminants contained in the cleaning composition by moving the cleaning composition in the cleaning tank into the interior of the second filter after the step (b) above.
상기 세정부는
수직으로 배치된 반도체 웨이퍼를 회전시키도록 서로 이격된 한 쌍의 롤러부;
상기 반도체 웨이퍼와 세정액 조성물이 수용되도록 상기 롤러부의 하부에 배치되는 세정조;
상기 세정조에 세정액 조성물을 공급하도록 상기 세정조의 후방에 배치되는 펌프를 포함하고,
상기 세정조의 하부면에 진동자가 배치되는 세정 장치.
A door part; and a cleaning part disposed at the lower part of the door part,
The above cleaning section
A pair of roller units spaced apart from each other to rotate a semiconductor wafer arranged vertically;
A cleaning tank disposed below the roller section to accommodate the semiconductor wafer and the cleaning solution composition;
Including a pump disposed at the rear of the cleaning tank to supply a cleaning solution composition to the cleaning tank;
A cleaning device in which a vibrator is placed on the lower surface of the above cleaning tank.
상기 도어부의 상부면에 제1필터가 더 배치되는 세정 장치.
In paragraph 5,
A cleaning device in which a first filter is further arranged on the upper surface of the door part.
상기 펌프의 배관에 압력 밸브가 배치되는 세정 장치.
In paragraph 5,
A cleaning device having a pressure valve arranged in the piping of the above pump.
상기 펌프의 배관과 연결되도록 세정조의 후방에 온도 조절부가 더 배치되는 세정 장치.
In paragraph 5,
A cleaning device in which a temperature control unit is further placed at the rear of the cleaning tank so as to be connected to the piping of the above pump.
상기 세정액 조성물에 포함된 오염물을 제거하도록 세정조의 후방에 제2필터가 더 배치되는 세정 장치.
In paragraph 5,
A cleaning device in which a second filter is further arranged at the rear of the cleaning tank to remove contaminants contained in the above cleaning liquid composition.
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