KR101878123B1 - 웨이퍼 척 테이블용 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 척 테이블의 화학적 세정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼 척 테이블(wafer chuck table)용 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 척 테이블의 화학적 세정방법에 관한 것으로, 반도체 제조공정에서 웨이퍼 척 표면에 증착된 오염물을 비-파괴적이면서도 효과적으로 제거 가능한 웨이퍼 척 테이블용 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 척 테이블의 화학적 세정방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 웨이퍼 척 테이블(wafer chuck table)용 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 척 테이블의 화학적 세정방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 반도체 제조공정에서 웨이퍼 척 표면에 증착된 오염물을 비-파괴적이면서도 효과적으로 제거 가능한 웨이퍼 척 테이블용 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 척 테이블의 화학적 세정방법에 관한 것이다.
웨이퍼 척은 실리콘 웨이퍼를 가공(Grinding, Dicing)하기 위한 설비에 활용되는 웨이퍼 고정 테이블을 의미한다.
일반적으로, 반도체 제조공정 중에서 웨이퍼에 디자인한 회로 패턴을 만들기 위해 에칭 공정(etching process)을 실시하는데, 이러한 에칭 공정에서는 웨이퍼를 웨이퍼 척에 고정시킨 다음, 공정조에 웨이퍼와 함께 투입되어 HBr, Cl2 및 CF4 등이 포함된 공정가스에 노출시킴으로써 회로형성을 완료하게 된다.
상기와 같은 방법으로 다량의 웨이퍼에 대해 에칭 공정을 실시하면 웨이퍼 척에 파티클(particle)이 형성되는데, 이러한 파티클은 척 테이블에 이물질로 증착되어 웨이퍼를 적재하는 슬롯들의 좁은 공간에 잔존하며 쉽게 제거되지 않는 문제점이 있다. 또한, 상기 척 테이블 상에 잔존하는 이물질은 웨이퍼의 분리를 저해시킬 뿐 아니라, 상기 이물질이 완전히 제거되지 않은 척에 신규한 웨이퍼를 척킹하게 되면 웨이퍼를 오염시키는 문제점이 있다. 따라서, 웨이퍼 척을 주기적으로 세척해야 하며, 이 때, 웨이퍼 척에 대한 스크래치의 발생을 극소화해야 하는 해결책이 요구되고 있다.
한편, 종래의 기술을 살펴 보면, 웨이퍼 척에 물리적 힘을 가하여 세정하는 방식이 있다. 가장 널리 사용되는 방식이 초음파(ultrasonic) 혹은 메가소닉(megasonic) 진동자 등의 방법이 있다. 이 경우, 작업방법은 간단하지만, 웨이퍼 척에 스크래치가 발생하여 장비의 사용기간을 단축시키게 되는 문제점을 지닌다. 또한, 세정 공정을 위한 장비가 별도로 설치되어야 함으로, 공정의 비용이 증가하면서 작업성이 현저히 저하되는 문제점을 지닌다.
또한, 웨이퍼 척에 증착된 오염물을 제거하기 위한 습식 세정의 방식이 있다. 이 방식은 일반적으로 불순물이 없는 초순수(DI water)와 화학 약품을 노즐을 통해 웨이퍼 표면상에 분사하는 방법이다. 이 때 사용되는 화학 약품은 불산(HF), 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3) 암모니아(NH4OH), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH) 등의 강산 또는 강알칼리성의 물질이 있으며, 이들 화학 약품은 물과 혼합되어 사용되고, 제거 대상이 되는 오염물의 종류에 따라 특정 약품과 비율을 선택 조정하여 사용한다.
그러나, 상기 웨이퍼 척 테이블은 내산성 및 내 알칼리성이 없는 재질로 이루어지기 때문에 상기 불순물들이 제거됨과 동시에 부품의 표면 손상을 피할 수 없게 된다. 이러한 부품의 표면 손상으로 부품의 표면에는 요철을 갖는데 이러한 요철은 공정 진행 중에 파티클 발생의 요인으로 작용하게 되고, 부품의 사용수명 단축을 초래하며, 반도체 소자의 품질 저하 및 수율의 저하를 초래한다.
종래 일반적으로 사용되는 산성용액의 경우 사용 액 자체가 대기압 하에서 발연성을 갖는 매우 유독한 약품으로 분류되어 있어 그 약품의 사용 및 배출규제를 강화하여, 이의 적용이 엄격히 제한되고 있는 실정이다.
또한, 강알칼리성 세정액의 경우, 웨이퍼 척을 세정하는 동안 나타나는 발열현상으로 인하여 제품의 손상을 초래하고, 장기적으로 제품의 수명을 단축시키는 문제점이 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 웨이퍼 척에 온도를 조절하기 위한 집진 시설이 별도로 추가되기도 하나, 이러한 추가적 설비는 비용적 측면을 고려하면 바람직하지 못하다. 상기 강알칼리성 세정액은 세정 공정을 진행한 후에도 상기 장치들의 부품들 표면에는 잔류 오염물이 존재하기 때문에, 이후에 산성 세정액을 이용한 재처리 세정 공정을 반복 진행해야 하므로 반도체 소자의 양산 공정에 적용하기 어려운 문제점을 갖는다.
본 발명은 상기 전술한 종래 문제점을 해결하기 위하여, 웨이퍼 척 테이블 표면에 증착된 오염물을 모재의 손상 없이 단일 세정 공정만으로 제거할 수 있는 세정액을 제공하는데 있다.
본 발명은 또한, 상기 세정액을 이용하여 웨이퍼 척 테이블 표면에 증착된 오염물을 모재의 손상 없이 단일 세정 공정만으로 제거할 수 있는 웨이퍼 척 테이블의 화학적 세정방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
불화수소암모늄(ammonium hydrogen-fluoride, NH4HF2) 0.2 내지 0.8 중량부 및 초순수(DI Water) 9.2 내지 9.8 중량부를 포함하는 웨이퍼 척 테이블용 세정액을 제공한다.
본 발명은 또한,
a) 웨이퍼 척 표면에 초순수를 분사하는 단계;
b) 상온에서 10분 내지 1시간 동안 상기 세정액을 상기 웨이퍼 척 표면에 고압 분사하여 그리트(grit) 사이에 굳어있는 오염물을 박리시키는 단계;
c) 상기 오염물이 박리된 웨이퍼 척을 60 내지 70℃의 온도에서 12시간 동안 초순수 버블로 수세하는 단계;
d) 상기 수세된 웨이퍼 척을 질소 가스를 이용하여 건조하는 단계;
e) 상기 건조된 웨이퍼 척을 50 내지 60℃의 온도에서 12시간 동안 베이킹(baking)하는 단계;
f) 상기 베이킹한 웨이퍼 척을 상온에서 냉각시키는 단계; 및
g) 상기 냉각된 웨이퍼 척에 이온 분사하여 파티클을 제거하는 단계를 포함하는, 상기 세정액을 이용한 웨이퍼 척 테이블의 세정방법을 제공한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 척 테이블용 세정액은 종래 세정 공정으로 인해 웨이퍼 척에 발생하는 스크래치를 방지하고, 습식 세정 공정에서 발생하는 발열현상을 방지함으로써, 웨이퍼 척의 마모나 손상 없이 표면에 증착된 오염물을 비파괴적이면서도 효과적으로 제거 가능하다.
아울러, 상기 발열현상을 사전에 방지함으로써, 종래 세정액을 이용하는 경우 발생하는 발열을 제어하기 위한 별도의 집진시설이 필요하지 않게 되어 보다 경제적인 장점을 지닌다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세정액을 이용한 웨이퍼 척 테이블 세정 시, 세정 과정에 따른 웨이퍼 척 테이블 단면을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세정액을 이용하여 웨이퍼 척 테이블을 세정하기 전후의 모습으로, 도 2의 (a) 및 (c)는 오염물이 증착되어 있는 웨이퍼 척 테이블을 세정하기 전, (b) 및 (d)는 웨이퍼 척 테이블을 세정한 후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 3은 종래 강알칼리성의 세정액을 이용하여 세정된 웨이퍼 척 테이블의 모습을 촬영한 사진이다.
도 4의 (a) 는 종래 강알칼리성의 세정액을 이용하여 세정된 웨이퍼 척 테이블 및 (b)는 세정 처리하지 않은 신규 제품의 웨이퍼 척 테이블의 모습을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세정액을 이용하여 웨이퍼 척 테이블을 세정하기 전후의 모습으로, 도 2의 (a) 및 (c)는 오염물이 증착되어 있는 웨이퍼 척 테이블을 세정하기 전, (b) 및 (d)는 웨이퍼 척 테이블을 세정한 후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 3은 종래 강알칼리성의 세정액을 이용하여 세정된 웨이퍼 척 테이블의 모습을 촬영한 사진이다.
도 4의 (a) 는 종래 강알칼리성의 세정액을 이용하여 세정된 웨이퍼 척 테이블 및 (b)는 세정 처리하지 않은 신규 제품의 웨이퍼 척 테이블의 모습을 촬영한 사진이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 웨이퍼 척 테이블용 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 척 테이블의 화학적 세정방법에 관한 것으로서, 반도체 제조공정에서 웨이퍼 척에 증착된 오염물을 제거하기 위한 웨이퍼 척 테이블용 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 척 테이블의 화학적 세정방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 웨이퍼 척 테이블용 세정액은 우수한 세정효과는 물론, 웨이퍼 척에 스크래치 발생 및 발열현상을 방지하고, 별도의 집진시설이 필요치 않는 경제적인 장점을 갖는다.
이를 위해, 본 발명은 일 실시예에서, 불화수소암모늄(NH4HF2) 0.2 내지 0.8 중량부 및 초순수(DI Water) 9.2 내지 9.8 중량부를 포함하는 웨이퍼 척 테이블용 세정액을 제공한다.
본 발명의 세정액에 있어서, 상기 불화수소암모늄(NH4HF2)은 수용액에서 [HF2]- 와(NH4)+ 로 이온화되며, 불순물(SiO2, SiN)들과 각각 반응하여 하기와 같은 반응식 1을 갖는다. 따라서 상기와 같은 불순물들은 수용액의 HF2 - 이온과 결합하여 수용성 착염(Complex)을 형성 또는 용액 내 이온 형태로 존재한다.
(반응식 1)
3F-/3HF-/3NF4 ++ SiO2 - = SiF6 + 2NH4OH + NH4
F-/NF4 ++ SiN = NH4 ++ Si + N+ +F-
구체적으로, 상기 세정액 성분으로 불화수소암모늄 함량이 0.2 중량부 미만으로 포함되는 경우, 상기 실리콘 또는 탄소를 포함하는 불순물의 제거가 용이하지 않고, 상기 불화암모늄 화합물의 함량이 0.8 중량부를 초과하여 포함되는 경우, 세정대상이 되는 웨이퍼 척 테이블의 표면이 손상되는 문제점을 초래한다. 따라서, 본 발명에 따른 세정액은 불화수소암모늄을 0.2 내지 0.8 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 0.4 내지 0.6 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명은 또한, 일 실시예에서, a) 웨이퍼 척 표면에 초순수를 분사하는 단계; b) 상온에서 10분 내지 1시간 동안 상기 세정액을 상기 웨이퍼 척 표면에 고압 분사하여 그리트(grit) 사이에 굳어있는 오염물을 박리시키는 단계; c) 상기 오염물이 박리된 웨이퍼 척을 60 내지 70℃의 온도에서 12시간 동안 초순수 버블로 수세하는 단계; d) 상기 수세된 웨이퍼 척을 질소 가스를 이용하여 건조하는 단계; e) 상기 건조된 웨이퍼 척을 50 내지 60℃의 온도에서 12시간 동안 베이킹(baking)하는 단계; f) 상기 베이킹한 웨이퍼 척을 상온에서 냉각시키는 단계; 및 g) 상기 냉각된 웨이퍼 척에 이온 분사하여 파티클을 제거하는 단계를 포함하는, 상기 세정액을 이용한 웨이퍼 척 테이블의 세정방법을 제공한다.
본 발명의 웨이퍼 척 테이블의 세정방법은, 상기 a 및 b 단계를 복수회 진행하여 웨이퍼 척 테이블 표면에 증착된 오염물을 반복 박리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 웨이퍼 척 테이블의 오염 정도에 따라 3회 내지 6회 더 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 척 테이블의 세정방법에 있어서, 상기 오염물은 실리콘 산화물(SiO2) 실리콘 산질화물(SiON), 수소화 실리콘산탄화물(SiOCH), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘산탄화물(SiOC), 실리콘탄화물(SiC) 및 수소화 실리콘산화물(SiOH)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상이 포함될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
<실시예 1> 세정액의 제조 및 이를 이용한 웨이퍼 척 테이블의 세정
불화수소암모늄(NH4HF2) 0.5 중량부와 초순수(DI Water) 9.5 중량부를 혼합하여 본 발명에 따른 웨이퍼 척 테이블용 세정액을 제조하였다.
상기 제조된 세정액을 이용하여, 웨이퍼 척 테이블 표면에 증착된 오염물을 제거하기 위한 세정 공정을 실시하였다.
구체적으로는, 웨이퍼 척 테이블 표면에 초순수를 분사하고, 상기 제조된 세정액을 상기 웨이퍼 척 테이블 표면에 고압 분사하여 그리트(grit) 사이에 굳어있는 오염물을 박리시켰다. 필요에 따라 상기 과정을 약3~6회 반복하여 웨이퍼 척 테이블 표면에 증착된 오염물을 반복 박리하였다.
이어서, 상기 박리된 오염물을 작은 파티클로 분쇄시켜 제거하기 위하여,웨이퍼 척 테이블을 65℃의 온도에서 12시간 동안 초순수 버블로 수세한 뒤, 질소 가스로 건조하였다. 그 후 50℃의 온도에서 12시간 동안 베이킹(baking)하여, 이를 상온에서 1시간 가량 냉각시켰다. 이 후 상기 웨이퍼 척 테이블 표면에 박리된 파티클을 이온 분사하여 제거시켰다.
<비교예1>
본 발명의 일 실시예에 따른 세정액과 세정효과를 비교 분석하기 위하여, 종래 시판되는 강알칼리성의 세정액을 준비하였다.
상기 강알칼리성의 세정액을 이용한 세정 공정은 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 웨이퍼 척 테이블 표면에 증착된 오염물을 제거하였다.
<실험예 1> 세정 효과 확인
본 발명에 따른 세정액의 세정 효과를 확인하기 위하여, 일 실시예에서 제조된 세정액 및 비교예의 세정액을 각각 이용하여 웨이퍼 척 테이블을 세정하였다. 세정 전후의 모습을 디지털 카메라로 촬영하고, 그 결과를 도 2내지 도 3에 도시하였다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 세정액을 이용한 웨이퍼 척 테이블의 세정은 세정 전(a 참조)에 비하여, 세정 후(b 참조) 모재의 표면 손상 없이 증착된 오염물만을 제거하여, 우수한 세정효과가 있음을 확인할 수 있다.
반면, 도 3에서 보는 바와 같이, 비교예의 세정액을 이용한 웨이퍼 척 테이블의 세정은 세정효과가 있음을 육안으로 확인할 수 있으나, 강알칼리성 세정액의 발열현상으로 인하여 세라믹 및 SUS 재질의 다공성 웨이퍼 척에 열팽창이 일어나 크랙이 발생하는 문제를 확인할 수 있다.
<실험예 2> 세정액의 잔류 여부 확인
본 발명의 일 실시예에서 제조된 세정액 및 비교예의 세정액을 각각 이용하여 웨이퍼 척 테이블을 세정한 후, 웨이퍼 척 테이블 표면에 세정액 성분의 잔류 여부를 확인하였다.
일 실시예에서 제조된 세정액을 이용하여 웨이퍼 척 테이블을 세정한 후, 각 성분에 따라 Hach, DR-2400 및 이온크로마토그래피를 이용하여 잔류 이온을 분석하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 제조된 세정액을 이용한 경우, 웨이퍼 척 테이블에 남아있는 잔류 성분은 불소이온이 약 0.3 ppm이며, 나머지 이온은 0.15 ppm 이하인 것을 확인할 수 있다.
비교예의 세정액을 이용하여 웨이퍼 척 테이블을 세정한 후, 세정액의 잔류 여부를 알 수 있는 웨이퍼 척 테이블의 모습을 촬영하여 육안으로 확인하고, 그 결과를 도 4에 도시하였다.
도 4에서 보는 바와 같이, 강알칼리성의 세정액을 사용한 경우(a 참조), DI Water 세정을 12 시간 이상을 진행한 후, 50℃?에서 12시간 동안 베이킹을 실시하였으나, 강알칼리성의 세정액을 사용하지 않은 신규 정상 제품(b 참조)과 비교하여보면, 다공성의 웨이퍼 척 표면에 세정액 성분이 잔류하여 얼룩이 남아있는 것을 확인할 수 있다.
Claims (4)
- 삭제
- a) 웨이퍼 척 표면에 초순수를 분사하는 단계;
b) 상온에서 10분 내지 1시간 동안 불화수소암모늄(NH4HF2) 0.2 내지 0.8 중량부 및 초순수(DI Water) 9.2 내지 9.8 중량부를 포함하는 세정액을 상기 웨이퍼 척 표면에 고압 분사하여 그리트(grit) 사이에 굳어있는 오염물을 박리시키는 단계;
c) 상기 오염물이 박리된 웨이퍼 척을 60 내지 70℃의 온도에서 12시간 동안 초순수 버블로 수세하는 단계;
d) 상기 수세된 웨이퍼 척을 질소 가스를 이용하여 건조하는 단계;
e) 상기 건조된 웨이퍼 척을 50 내지 60℃의 온도에서 12시간 동안 베이킹(baking)하는 단계;
f) 상기 베이킹한 웨이퍼 척을 상온에서 냉각시키는 단계; 및
g) 상기 냉각된 웨이퍼 척에 이온 분사하여 파티클을 제거하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 척 테이블의 세정방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 a 및 b 단계를 복수회 진행하여 웨이퍼 척 테이블 표면에 증착된 오염물을 반복 박리하는 단계를 더 포함하는 웨이퍼 척 테이블의 세정방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 오염물은 실리콘 산화물(SiO2) 실리콘 산질화물(SiON), 수소화 실리콘산탄화물(SiOCH), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘산탄화물(SiOC), 실리콘탄화물(SiC) 및 수소화 실리콘산화물(SiOH)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 1종 이상인 웨이퍼 척 테이블의 세정방법.
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