비 전공자도 이해할 수 있는 반도체 세정 공정(Cleaning Process)

세정의 정의 및 습식 세정 공정(Wet Cleaning), 건식 세정 공정(Dry Cleaning)

네이버 지식 백과에 따르면 세정이란 표면을 유지하기 위한 불순물을 제거하는 것, 오염을 제거하기 위해 씻어내는 것, 물로 깨끗이 잡티 등을 씻어내는 것을 말합니다.

 

세정 공정은 고성능, 고품질의 반도체 소자를 만들기 위해서 필수적인 요소로 작용합니다. 소자에 파티클이 있으면 전자의 이동을 방해하여 소자의 동작을 저해하기 때문에, 세정 공정은 필수적입니다.

 

세정 공정의 메커니즘은 식각 공정과 비슷하다고 할 수 있다. Plasma를 이용하여 원하는 물질만 제거하는 건식 식각, 화학 약품을 이용하여 원하는 물질을 제거하는 습식 식각과 같이 세정 공정도 마찬가지로 습식 세정 공정, 건식 세정 공정이 있고, 동일한 메커니즘으로 진행된다.

 

다만, 식각 공정은 정해진 패턴을 구현하기 위해 높은 선택비에 집중하여 공정을 진행해야 하지만, 상대적으로 세정 공정은 소자의 품질과 성능을 위해 오염을 제거하는 것이기 때문에 비교적 식각 공정보다는 공정이 간단합니다. 이번 피드에서는 습식 세정 공정과 건식 세정 공에 대해 알아보겠습니다.

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습식 세정 공정의 장점

습식 세정 공정은 공정 중인 웨이퍼를 화학 용액에 담그거나, 웨이퍼에 화학 용액을 뿌려 오염을 제거하는 방식입니다. 습식 세정 공정에는 다음과 같은 장점들이 있습니다.

 

1) 습식 세정 공정에 사용할 수 있는 다양한 화학 물질이 있습니다. 다양한 오염 물질이 발생하더라도 다양한 화학 물질 사용을 통해 깨끗하게 제거할 수 있습니다.

 

2) 공정 진행 후 DI water를 사용한 세정이 가능합니다. 이미 화학 용액을 사용하여 공정이 진행되었기 떄문에, 깨끗한 물로 표면을 세척할 수 있습니다.

 

3) 웨이퍼를 화학 용액에 담가 공정을 진행하는 경우, 대량 생산이 가능하고, 상대적으로 비용이 적게 듭니다. 사용자 입장에서 비용이 적게 들어가면, 기업의 수익을 올릴 수 있다는 큰 장점이 있습니다.

 

4) 상대적으로 친환경적입니다. 물을 사용하거나 친환경적인 액체를 사용하여 공정을 진행하는 경우도 많습니다. 이는 환경 규제가 민감한 산업에서 주로 사용할 수 있습니다.

 

5) 공정 시 웨이퍼의 표면을 상대적으로 부드럽게 진행합니다. 이는 기판의 표면 손상을 낮춰 품질을 높이는 데 기여합니다.

 

습식 세정 공정의 단점

습식 세정 공정은 위와 같은 장점을 가지고 있지만, 단점도 고려되어야 할 사항입니다.

 

1) 습식 세정 공정에 사용하는 다양한 화학 물질은 유독성인 물질을 포함합니다. 유독성인 물질을 적절히 다루지 않으면, 안정상의 문제를 야기할 수 있습니다.

 

2) 대량 생산에는 용이하지만, 습식 세정 공정은 상대적으로 오랜 시간 동안 공정을 진행하기 때문에, 공정 조건을 최적화하지 않으면, 생산량에 영향을 줄 수 있습니다.

 

3) 습식 세정 공정은 고온, 고압의 환경에서 진행해야 합니다. 따라서, 에너지 소비량이 증가하며, 사용자의 입장에서 에너지 소비에 따른 비용이 증가할 수 있습니다

 

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건식 세정 공정의 장점

건식 세정 공정은 플라즈마를 이용해 웨이퍼 표면에 있는 파티클이나 오염 물질을 제거하는 방식입니다. 건식 세정 공정에는 다음과 같은 장점들이 있습니다.

 

1) 건식 세정 공정은 상대적으로 공정 시간이 짧습니다. 습식 세정 공정과 다르게 물을 사용하지 않아 웨이퍼 건조 시간이 따로 필요로 하지 않습니다. 그래서 시간을 효율적으로 사용할 수 있으며, 에너지 소비량이 상대적으로 낮을 수 있다는 장점이 있습니다.

 

2) 화학 용액을 사용하지 않기 때문에 습식 세정 공정에 비해 폐기물이 적습니다. 

 

3) 건식 세정 공정은 공정을 낱장으로 진행하기 때문에, 웨이퍼 간의 동일한 공정 결과를 제공하고, 반복적으로 공정을 진행해도 일정한 결과를 얻을 수 있는 장점이 있습니다.

 

4) HAR(High Aspect Ratio) 구조에 사용하기에 유리합니다. Plasma를 이용하는 건식 세정 공정은 이방성이기 때문에, 미세한 패턴을 가진 소자를 세정하는데 용이합니다.  

건식 세정 공정의 단점

건식 세정의 단점도 한번 살펴보겠습니다.

 

1) 건식 세정 공정은 공정을 낱장으로 진행하기 때문에, 웨이퍼 생산량이 저조할 수 있습니다. 이는 사용자의 기대 수익에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

 

2) 건식 세정 공정은 HAR 구조에 사용되기 때문에, 정밀한 제어를 해야 합니다. 따라서, 최신 기술이 포함된 고가의 장비 사용해야 합니다. 사용자 입장에서는 유지보수에 들어가는 금액이 많습니다.

 

3) 중금속, 전이 금속 등이 제거가 어려운 단점이 있습니다. 제거를 위해 세부적이고 복잡한 공정 과정이 진행될 수 있습니다.

 

4) 세정 공정의 장점은 극대화하고, 단점 발생을 방지하기 위해 반도체 산업에서는 노력이 필요합니다. 센서, 로봇 기술의 고도화로 웨이퍼가 일정한 위치에 놓이도록 하여 웨이퍼 간의 일관성을 높이고, 공정 개발을 통해 웨이퍼에 손상 없이 세정 작업을 진행하도록 해야 합니다. 이러한 노력을 통해 반도체 소자의 품질을 향상할 수 있습니다.

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