[ Cleaning 시리즈 ] 1. 세정, cleaning 공정에 대해서

이번 시간에는 Cleaning, 세정 공정을 살펴보겠습니다.

 

최근 이 세정공정의 중요성은 상당히 높습니다.

각 공정에서 여러 chemical이나, particle, gas 등에 의해 정말 다양한 오염이 생깁니다.

설비나, gas, 사람 등등 여러 요인에 의해 Particle이 생길 수 있고

금속관련된, 혹은 화학적 오염이 생길 수 있습니다.

 

이 contamination은 소자의 성능과 throughput에 영향을 줍니다.

얼마나 자주 세정 공정을 진행하는지, 그리고 어떻게 사용하는지가 중요할 것 같습니다.

 

 

RCA clean

초기에 Wafer를 세정하는, Initial cleaning에 많이 사용합니다.

SPM - DHF - SC-1 - SC-2 - DHF 로 크게 볼 수 있고, 중간중간마다 DI water로 Rinse 작업을 수행합니다.

전체적인 흐름은, 유기물을 제거하고, 화학 산화막을 제거한 뒤, 유기물, 일부금속, Particle을 제거합니다.

그리고 알칼리 이온, 금속을 제거한 뒤 마지막으로 다시 화학 산화막을 제거합니다.

 

특징적인 것은, 각 단계에 있어서, 화학 산화막 제거 과정 정도를 제외하면, 비교적 높은 온도에서 수행된다는 점입니다.

 

modified (Ultrasonic , Megasonic)

modified라고 따로 적긴했지만, 결국 RCA에서 particle을 제거할 때

Ultrasonic이나 Megasonic이 쓰입니다. 

 

Ultrasonic은 20kHz ~ 40kHz의 주파수를 사용하고,

Megasonic은 700kHz ~ 1.2MHz의 높은 주파수를 사용합니다.

 

여기서 Ultrasonic은 Cavitation, 액체압보다 증기압이 클 때, 액체내 증기로 기포가 발생하고 터지는 것을

이용해 cleaning을 수행하고, 제거가능한 입자 크기가 큰 경우에 가능합니다.

 

반면 Megasonic은 파동에 의해 입자가 가속되는 방식으로, 작은 0.1um 정도부터도 제거가능합니다.

 

그런데 결국 이와 같은 RCA clean에는 문제점이 있습니다.

세정 공정 단계가 많은 편이고, 이에 따라 Chemical과 DI water의 사용량이 많습니다.

그리고 큰 사이즈의 Wet bath가 필요하죠.

그리고 폐수 처리 비용도 높습니다.

 

또한 온도가 높은 공정들이 섞여 있어, 에너지 소비량도 큽니다.

이 외에도 여러 문제점이 있고, 개선을 위한 여러 공정들이 나옵니다.

 

 

다른 cleaning 방법들 (Wet cleaning)

Ohmi cleaning

우선 Ohmi cleaning의 특징으로는 Room Temperature에서의 저온 공정이라는 점이 있습니다.

그리고 RCA 대비 chemical 소모가 적습니다.

IMEC cleaning

IMEC cleaning은 결국 single wafer cleaning으로 가는 방식이고,

당연히 chemical이나 DI water의 사용량 등등 절약이 되는 부분이 많아질 것입니다.

 

 

유기세정

유기세정은 PR 제거에 쓰는 간단한 공정입니다.

 

Wet cleaning 세정 설비

Wet cleaning에서는 Multi bath와 Single bath가 있습니다.

Lot 단위로 공정을 진행을 하는데,

multi 방식에서는 각 용액, 단계에 대해 각각의 bath를 쓰기 때문에 관리가 쉽습니다.

하지만 서로간 오염 문제가 생길 수 있습니다.

그리고 넣고 빼는 과정 자체가 상 하단의 불균형이 생길 수 밖에 없죠.

 

single 방식에서는 오염 같은 문제는 덜 합니다.

 

Wafer drying

이렇게 세정 후에는, 다음 공정을 위해 wafer를 건조시켜야 합니다.

실험실 환경에서 낱장을 건조시키려면, N2같은 반응성이 낮은 기체를 gun으로 불어서 말립니다.

 

그러나, 양산 단계에서는 Spin drying 처럼 wafer를 빠르게 회전시켜서 원심력으로 제거합니다.

 

 

Dry cleaning

Dry cleaning에는, Sputtering, Thermal enhanced, Vapor phase, UV, Plasma등 여러 방식이 있습니다.

 

그 중에서 예시를 들면, PR Strip을 들 수 잇습니다.

Ashing이라고도 하고, Plasma를 사용해서 PR을 제거합니다.

 

Dry cleaning은 Wet 방식에 비해, 화학용액이나 DI water 사용량이 적고, 당연히 폐수처리가 쉽다는 장점이 있습니다.

그렇지만, 장비가격이 비싸고, 중금속이나 전이금속이 잘 제거되지 않는다는 단점이 있습니다.

또한 Single wafer process 인 경우가 많아 Throughput이 낮습니다.