세정(洗淨, washing, Cleaning)은 세정물 표면에 부착해 있는 이물질이나 오염을 화학적 또는 기계적으로 제거하는 것을 말한다.
세정은 어떤 물체의 표면에 붙어있는 더러운 것을 깨끗이 씻어냄. 세정을 할 때에는 주로 계면활성제가 첨가된 세정제를 이용하는 경우가 많다.
반도체 세정[편집]
웨이퍼 한 장이 반도체로 탄생하기 위해서는 짧게는 한 달, 길게는 두 달의 시간 동안 확산공정, 포토공정, 식각공정, 증착공정, 이온주입공정 등을 수백 여 단계의 공정을 거치게 된다.
이때 확산공정, 식각공정, 연마공정 등 각 공정과 공정 사이에 반복적으로 진행되는 중요한 공정이 있다. 바로 세정공정(Cleaning)이다. 사람이 나쁜 균에 오염되지 않게 자주 몸을 씻듯이 미세공정을 다루는 반도체도 완벽한 반도체를 만들기 위해 세정하는 과정을 반복적으로 거치는데 반도체 수율을 높이기 위한 중요한 세정공정이다.
세정공정이란 화학물질처리, 가스, 물리적 방법을 통해 웨이퍼 표면에 있는 불순물을 제거하는 공정이다. 매우 미세한 공정을 다루는 반도체 공정의 경우 웨이퍼 표면에 입자(Particle), 금속(Metal), 유기물, 자연 산화막 등 미량의 불순물도 패턴 결함, 전기적 특성 저하 등 반도체 제품의 수율과 신뢰성에 부정적 영향을 줄 수 있다. 그렇기 때문에 웨이퍼를 깨끗하게 청소하는 세정공정은 반도체 공정에서 매우 중요한 단계이다.
세정공정은 보통 막을 형성하는 확산공정 전, 회로 패턴 형성을 위해 불필요한 부분을 깎아내는 식각공정 후 등 각 웨이퍼 공정 전후에 가교 역할을 하며 반복적으로 진행되기에 진행 횟수가 다른 공정 대비 2배 정도 많다.
세정은 크게 3가지 방식으로 나눌 수 있다. 화학용액을 이용하는 습식세정, 용액 이외의 매체를 이용하는 건식세정, 습식세정과 건식세정의 중간 형태인 증기를 이용하는 증기세정이다. 세정공정에서는 특히 잔류물이 어떤 성질을 갖고 있는지에 대해 우선적으로 확인해야 하는데 웨이퍼 표면의 잔류물은 포토공정 후 남은 PR(감광액) 찌꺼기, 식각공정 시 제거되지 않은 산화막, 공중의 부유물이 내려앉은 파티클, 앞 공정에서 사용된 유기물과 금속성 잔류물 혹은 세정공정 시 2차적으로 반응하여 붙어 있는 화학물질 등 매우 다양하다. 그러므로 웨이퍼를 세정할 때는 한 가지 방식만을 적용할 수 없다. 사전에 습식과 건식을 복합적인 매트릭스로 맞추어 설정해놓고, 이를 검토하여 해당 잔류물이 웨이퍼 표면에서 완벽하게 제거된다고 판단될 경우에 진행한다.
습식세정[편집]
습식세정은 반도체 세정공정에서 가장 빈번하게 사용되는 기본적인 방식이다. 하지만 습식세정 후에는 린스(Rins)와 건조(Dry)를 시켜야 하는 부담이 있고, 습식세정으로 제거가 되지 않는 부분이 많아지면서 점점 건식세정이 늘어나고 있다. 그러나 비용이 적게 들고 공정 방식이 간단하다는 장점이 있어 아직까지는 습식세정이 주류를 이루고 있다. 건식세정을 하더라도 주로 습식으로 마무리 세정을 하기 때문이기도 하다. 습식세정은 주로 과산화수소(H2O2) 계열의 세정으로 발전해왔으나, 그 이후에는 과산화수소 대신 오존(O3) 등 다른 요소를 적용하는 비과산화수소 계열의 습식세정도 등장했다. 오존세정은 습식세정의 단점을 보완하는 측면으로써, 과산화수소 계열의 액체 세정량을 과감히 줄이는 방향이다.
건식세정[편집]
습식은 여러 가지 장점을 가졌음에도 불구하고, 구조의 미세화가 심화되고 세정액이 과다하게 사용되는 등의 문제점이 있었다. 따라서 액체보다는 기체를 사용하는 건식세정이 점점 부각되어 왔다. 건식은 습식에 비해 투자비용이 많이 들고 장비 다루기가 복잡하며 세정 방식 또한 까다롭지만, 표면에 남아있는 PR, 산화막 등을 제거하는 데 탁월하다. 세정 방식은 과산화수소 계열의 습식에서 다변화하여 비과산화수소의 습식세정으로 발전하였고, 이를 더욱 다양화하여 초음파(습식+비습식 : 세정액 상태에서 초음파 공급)를 사용하거나 레이저, 드라이아이스, 자외선 혹은 최근에는 플라스마를 사용하는 강력한 건식세정 방식으로 진화를 거듭하고 있다.
세정의 주요 요소[편집]
앞으로 반도체 세정은 효율성을 높이는 것은 물론, 세정 후 폐기물질을 최소화하는 방향으로 발전되어야 할 것이다. 또한 세정공정으로 인해 다른 2차 피해(추가 오염물질, 인접 막 파손 등)가 발생되지 않아야 하고, 공정 자체가 되도록 단순화되어야 한다. 물론 환경적 측면도 고려해야 하기 때문에, 그에 따라 세정 매체도 액체에서 기체로 변화하고 있다. 그 중 화학적 인자, 세정 매체의 혼합비율, 세정 시의 온도 및 세정 순서는 세정 시 가장 주요한 4가지 요소로 볼 수 있다. 이런 인자들을 바탕으로 세정 포트폴리오를 다양화하여 잔류물(오염) 종류-세정매체-세정장치-세정방식의 매트릭스를 알맞게 매칭시켜 세정 효율을 극대화해야 한다.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
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