반도체 제조에는 일부 유기 및 무기 물질이 필요합니다. 또한, 이 공정은 항상 사람의 참여 하에 클린룸에서 진행되기 때문에 반도체 제조에는 여러 가지 요소가 필요합니다.웨이퍼필연적으로 다양한 불순물에 오염됩니다.
오염물질의 발생원과 성질에 따라 크게 입자, 유기물, 금속 이온, 산화물의 네 가지 범주로 나눌 수 있다.
1. 입자:
입자는 주로 폴리머, 포토레지스트 및 에칭 불순물로 구성됩니다.
이러한 오염물질은 일반적으로 분자간 힘에 의해 웨이퍼 표면에 흡착되어 소자 포토리소그래피 공정의 기하학적 형상 형성 및 전기적 매개변수에 영향을 미칩니다.
이러한 오염물질은 주로 표면과의 접촉 면적을 점진적으로 줄임으로써 제거됩니다.웨이퍼물리적 또는 화학적 방법을 통해.
2. 유기물:
유기 불순물의 발생원은 인체 피부 기름, 박테리아, 기계 오일, 진공 그리스, 포토레지스트, 세척 용제 등 비교적 다양합니다.
이러한 오염물질은 일반적으로 웨이퍼 표면에 유기막을 형성하여 세척액이 웨이퍼 표면에 도달하는 것을 막아 웨이퍼 표면의 불완전한 세척을 초래합니다.
이러한 오염물질 제거는 주로 황산이나 과산화수소와 같은 화학적 방법을 사용하여 세척 과정의 첫 단계에서 이루어지는 경우가 많습니다.
3. 금속 이온:
일반적인 금속 불순물에는 철, 구리, 알루미늄, 크롬, 주철, 티타늄, 나트륨, 칼륨, 리튬 등이 있습니다. 주요 발생원은 각종 식기, 파이프, 화학 시약, 그리고 가공 과정에서 금속 간 접합이 발생할 때 생기는 금속 오염물질입니다.
이러한 종류의 불순물은 금속 이온 착물 형성을 통한 화학적 방법으로 제거되는 경우가 많습니다.
4. 산화물:
반도체가웨이퍼산소와 수분을 포함하는 환경에 노출되면 표면에 자연적으로 산화막이 형성됩니다. 이 산화막은 반도체 제조 공정에서 여러 문제를 야기하고 특정 금속 불순물을 함유할 수 있습니다. 또한 특정 조건에서는 전기적 결함을 발생시킬 수 있습니다.
이 산화막은 대개 묽은 불산에 담그는 방식으로 제거됩니다.
일반 청소 순서
반도체 표면에 흡착된 불순물웨이퍼분자형, 이온형, 원자형의 세 가지 유형으로 나눌 수 있다.
그중에서도 분자 불순물과 웨이퍼 표면 사이의 흡착력이 약하여 비교적 쉽게 제거되는 불순물이 있습니다. 이들은 대부분 소수성 특성을 지닌 유성 불순물로, 반도체 웨이퍼 표면을 오염시키는 이온 및 원자 불순물을 가리는 역할을 하여 이러한 두 종류의 불순물 제거를 어렵게 합니다. 따라서 반도체 웨이퍼를 화학적으로 세척할 때에는 분자 불순물을 먼저 제거해야 합니다.
따라서 반도체 제조의 일반적인 절차는 다음과 같습니다.웨이퍼청소 과정은 다음과 같습니다:
탈분자화-탈이온화-탈원자화-탈이온수 헹굼.
또한, 웨이퍼 표면의 자연 산화막을 제거하기 위해 희석된 아미노산 용액에 담그는 단계를 추가해야 합니다. 따라서 세척의 기본 원리는 먼저 표면의 유기 오염 물질을 제거하고, 산화막을 용해시킨 후, 마지막으로 입자와 금속 오염 물질을 제거하고 동시에 표면을 부동태화하는 것입니다.
일반적인 청소 방법
반도체 웨이퍼를 세척하는 데에는 화학적 방법이 흔히 사용됩니다.
화학 세척이란 다양한 화학 시약과 유기 용매를 사용하여 웨이퍼 표면의 불순물 및 기름때를 반응시키거나 용해시켜 불순물을 제거하고, 그 후 다량의 고순도 온수 및 냉수 탈이온수로 헹궈 깨끗한 표면을 얻는 공정을 말합니다.
화학 세척은 습식 화학 세척과 건식 화학 세척으로 나눌 수 있으며, 그중 습식 화학 세척이 여전히 지배적입니다.
습식 화학 세척
1. 습식 화학 세척:
습식 화학 세척은 주로 용액 침지, 기계적 스크러빙, 초음파 세척, 메가소닉 세척, 회전 분무 등을 포함합니다.
2. 용액 침지:
용액 침지법은 웨이퍼를 화학 용액에 담가 표면 오염 물질을 제거하는 방법입니다. 이는 습식 화학 세척에서 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. 웨이퍼 표면의 다양한 오염 물질을 제거하기 위해 서로 다른 종류의 용액을 사용할 수 있습니다.
일반적으로 이 방법으로는 웨이퍼 표면의 불순물을 완전히 제거할 수 없으므로, 침지 과정에서 가열, 초음파, 교반 등의 물리적 조치를 종종 사용합니다.
3. 기계적 세척:
기계적 세척은 웨이퍼 표면의 입자나 유기 잔류물을 제거하는 데 자주 사용됩니다. 이는 일반적으로 두 가지 방법으로 나눌 수 있습니다.손으로 문지르기 및 와이퍼로 문지르기.
수동 세척가장 간단한 세척 방법은 무수 에탄올이나 기타 유기 용제에 적신 볼을 스테인리스 스틸 브러시에 끼워 웨이퍼 표면을 같은 방향으로 부드럽게 문질러 왁스 막, 먼지, 잔류 접착제 또는 기타 고체 입자를 제거하는 것입니다. 하지만 이 방법은 흠집이 생기거나 심각한 오염을 유발할 수 있습니다.
와이퍼는 기계적 회전을 이용하여 부드러운 양모 브러시 또는 혼합 브러시로 웨이퍼 표면을 문지릅니다. 이 방법은 웨이퍼에 생기는 흠집을 크게 줄여줍니다. 고압 와이퍼는 기계적 마찰이 없어 웨이퍼에 흠집을 내지 않으면서 홈에 있는 오염 물질을 제거할 수 있습니다.
4. 초음파 세척:
초음파 세척은 반도체 산업에서 널리 사용되는 세척 방법입니다. 세척 효과가 우수하고 조작이 간단하며 복잡한 장치와 용기도 세척할 수 있다는 장점이 있습니다.
이 세척 방법은 강력한 초음파(일반적으로 사용되는 초음파 주파수는 20~40kHz)의 작용 하에 액체 매질 내부에 희소 부분과 밀집 부분이 생성됩니다. 희소 부분은 거의 진공 상태의 공동 기포를 형성합니다. 이 공동 기포가 사라지면 그 주변에 강한 국부 압력이 발생하여 분자 내 화학 결합을 끊고 웨이퍼 표면의 불순물을 용해시킵니다. 초음파 세척은 불용성 또는 불용성 플럭스 잔류물을 제거하는 데 가장 효과적입니다.
5. 메가소닉 청소:
메가소닉 세척은 초음파 세척의 장점을 가질 뿐만 아니라 단점까지 극복합니다.
메가소닉 클리닝은 고에너지(850kHz) 주파수 진동 효과와 화학 세척제의 화학 반응을 결합하여 웨이퍼를 세척하는 방법입니다. 세척 과정에서 용액 분자는 메가소닉파(최대 순간 속도 30cmV/s)에 의해 가속되고, 고속 유체파가 웨이퍼 표면에 지속적으로 충돌하여 웨이퍼 표면에 부착된 오염물질과 미세 입자를 강제로 제거하여 세척액으로 보내게 됩니다. 세척액에 산성 계면활성제를 첨가하면, 한편으로는 계면활성제의 흡착을 통해 연마면의 입자와 유기물을 제거할 수 있고, 다른 한편으로는 계면활성제와 산성 환경의 결합을 통해 연마판 표면의 금속 오염물을 제거할 수 있습니다. 이 방법은 기계적 닦기와 화학적 세척을 동시에 수행할 수 있습니다.
현재 메가소닉 세척법은 연마판 세척에 효과적인 방법으로 자리 잡았습니다.
6. 회전식 분무 방식:
회전 분무법은 기계적 방법을 이용하여 웨이퍼를 고속으로 회전시키면서, 회전 과정 중에 웨이퍼 표면에 액체(고순도 탈이온수 또는 기타 세척액)를 연속적으로 분사하여 웨이퍼 표면의 불순물을 제거하는 방법입니다.
이 방법은 웨이퍼 표면의 오염 물질을 분사된 액체에 용해시키거나(또는 화학 반응을 통해 용해시키거나) 고속 회전의 원심력을 이용하여 불순물을 포함하는 액체가 웨이퍼 표면에서 제때 분리되도록 합니다.
회전 분무 방식은 화학 세척, 유체 역학적 세척, 고압 세척의 장점을 모두 갖추고 있습니다. 또한, 건조 공정과 결합하여 사용할 수 있습니다. 일정 시간 동안 탈이온수 분무 세척 후, 물 분무를 중단하고 가스 분무를 시작합니다. 동시에 회전 속도를 높여 원심력을 증가시켜 웨이퍼 표면의 탈수를 빠르게 진행할 수 있습니다.
7.건식 화학 세척
드라이클리닝은 세척액을 사용하지 않는 세척 기술을 말합니다.
현재 사용되는 드라이클리닝 기술에는 플라즈마 세척 기술, 기체상 세척 기술, 빔 세척 기술 등이 있습니다.
드라이클리닝의 장점은 공정이 간단하고 환경 오염이 없다는 것이지만, 비용이 높고 현재로서는 활용 범위가 넓지 않다는 단점이 있습니다.
1. 플라즈마 세척 기술:
플라즈마 세척은 포토레지스트 제거 공정에 흔히 사용됩니다. 소량의 산소를 플라즈마 반응 시스템에 주입하면, 강한 전기장의 작용으로 산소가 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마가 포토레지스트를 빠르게 산화시켜 휘발성 기체 상태로 만들어 제거합니다.
이 세척 기술은 조작이 간편하고 효율이 높으며 표면이 깨끗하고 흠집이 생기지 않아 탈검 공정에서 제품 품질을 보장하는 데 유리합니다. 또한 산, 알칼리 및 유기 용매를 사용하지 않아 폐기물 처리 및 환경 오염 문제가 발생하지 않으므로 점점 더 많은 사람들이 선호하고 있습니다. 그러나 탄소 및 기타 비휘발성 금속 또는 금속 산화물 불순물은 제거할 수 없습니다.
2. 기체상 세척 기술:
기체상 세척은 액체 공정에서 해당 물질의 기체상 등가물을 사용하여 웨이퍼 표면의 오염 물질과 반응시켜 불순물을 제거하는 세척 방법을 말합니다.
예를 들어, CMOS 공정에서 웨이퍼 세척은 기체 상태의 HF와 수증기의 반응을 이용하여 산화물을 제거합니다. 일반적으로 물을 포함하는 HF 공정은 입자 제거 공정을 수반해야 하지만, 기체 상태 HF 세척 기술을 사용하면 후속 입자 제거 공정이 필요하지 않습니다.
수용액 HF 공정과 비교했을 때 가장 중요한 장점은 HF 화학물질 소모량이 훨씬 적고 세척 효율이 더 높다는 점입니다.
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게시 시간: 2024년 8월 13일