Cleaning

• 세정 공정

- wafer 표면에 부착된 미세입자나 유기오염물, 금속 불순물을 제거하여 이로인한 불량이 생기지 않도록 방지하는 기술

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• 습식 세정 기술

- 반도체 공정 중 다양한 공정 전후에 DI수를 사용하여 입자와 오염 물질을 제거하고 웨이퍼의 산화막(특히 '네이티브 산화물'의 경우)을 벗겨내는 일련의 공정

- 더 높은 집적 밀도 및 프로세스 단계 증가에 따라 중요성 증가

 

< 오염 물질 >

1) Particles

2) Metal

3) Organic

4) Native Oxide

 

< claning type >

1) Batch(Immersion) Type

wet chemical을 통에 두고, wafer을 담궈서 목적을 이룸

=> 공정 시간이 김 (여러 장의 wafer을 한번에 처리하기 때문) / throughput이 좋음

 

2) Single Wafer(Spray) Type

wet chemical을 nozzle로 wafer 표면에 분사시킴

=> 공정 시간이 짧음

 

< cleaning 종류 >

1) SPM(Sulfuric acid and hydrogen Peroxide Mixture) cleaning (Piranha)

- Piranha 세정 용액 (SPM, H2SO4 : H2O2 = 3~4 : 1, 90~130 ˚ C)에서 10~15분 정도 담가 세정 진행

- 다른 세척에 앞서 유기 입자(예)PR) 제거 : 예비 세척

-> 세정 후 기판 위에 화학적 산화막 & 친수성 표면 형성

- PR 제거 메커니즘

=> H2SO4에 의해서 PR이 탈수

-> 남은 잔여물이 산화제인 H2O2에 의해 반응

-> 제거

 

2) APM(Ammonia and hydrogen Peroxide Mixture) cleaning (SC1(Standard Cleaning1))

- gate oxidation 및 metal 증착 전에 진행

- 잔류 유기 오염 물질 및 특정 금속 제거

- H2O2가 H2O+O로 분리가 됨

-> 강한 산화 작용으로 표면 오염 물질들을 산화

-> NH4OH는 산화된 오염 물질을 용해 및 식각

-> paticle 제거

 

3)HPM(Hydrochloric acid and Peroxide Mixture) cleaning (SC2(Standard Cleaning2))

- 금속 오염 제거

(반도체 표면이 금속 오염 되면, 후속 열처리 중 반도체 내부로 들어가서 문제를 일으킴)

- 무기 이온, 알칼리 이온, 중금속 제거

- 염산, 과산화수소, 물을 1:1:5의 비율로 혼합하여 80~90 ˚ C정도의 온도에서 제거

- 세정 후 기판 표면에 화학적 산화막 형성

-> 화학적 산화막을 제거하기 위해 'Diluted HF' 처리

(cf) Si나 증착된 박막은 식각하지 못하기 때문에, Si 표면 속의 오염은 제거할 수 없음)

- 금속 불순물을 제거하는 효과는 뛰어나지만, particle 제거 효과는 약함

 

4) Metal Cleaning

- 금속막 증착 후 유기 오염물 세척

- 금속막에도 영향을 주는 산성 cleaning은 metal cleaning에 사용 불가

 

5) Megasonic Cleaning

- 일반적으로 기존의 습식 세정 방법과 함께 사용

 

< Contamination Detection >

1) Particle detection

- wafer 표면의 particle 확인

 

2) Gate oxide detection

- gate insulator의 defect 확인

=> 항복 전압 전의 최대 전기장, 임계 전압 shift, C(Capacitance)-V(Voltage) 특성 확인

 

3) DI water detection

- DI water의 저항 확인

(DI 물의 일반적인 불순물은 이온이기 때문)

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• 건식 세정 기술

- 고순도의 gas 및 vapor 사용

- 습식 세정으로는 제거하기 어려운 Hole과 Trench 등의 작은 pattern까지도 각종 잔류 오염물을 제거

- 박막 증착 장비, 식각 장비 등과 결합한 Cluster Tool 장비에서 수행됨으로써, 기판 위의 불순물의 재오염 및 particle의 기판 위 오염을 감소시킬 수 있음

- 금속 오염을 제거하는 것은 어려움

(중금속은 gas와 반응하여 휘발성 반응물을 형성하기 어렵기 떄문)

 

- 공정 재현성이 낮음

- batch type을 사용하기 힘들어서, throughput이 낮음

 

< cleaning 종류 >

1) UV/O3 cleaning

- 유기막 제거(ex) PR, 반응성 이온 식각 후의 polymer)

- 수백 nm 수준의 고분자막을 UV를 사용하여 유기물의 중합체(polymer)를 단위체(Monomer)로 분해

-> H2O, CO2, N2의 분자로 휘발시켜 막을 제거

 

2) plasma cleaning

- 산소 radical과 반응하여 H2O와 CO2의 생성물을 형성하게 되면서, wafer 표면의 유기물이 제거

 

3) HF vaper claning

- 증기 상태의 물질을 통해 clenaing

- 수분이 제거된 불산 기체를 수증기와 혼합

-> 기상의 물질을 진공 상태의 chamber에 주입

-> 수증기는 기판 표면과 반응하여 산화물을 만듬

-> 산화물이 불산에 제거가 됨

- 수증기는 HF의 농도를 낮추는 역할을 함

-> cleaning 수준을 넘어 막을 제거하는 부작용 방지

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