[반도체 제조 공정] 세정

Cleaning (세정)

반도체를 만들 때 가공을 하는 역할이 중요하지만, 가공 작업 후 '세정'이라는 작업을 반드시 거쳐야 한다.
과거에는 세정작업이 Diffusion(확산), Thin Film(박막), Photo(노광), Etch(식각)에 종속된 보조공정(Sub Process)이라는 인식이 많았으나 요즘에는 없어서는 안될 필수 공정(Main Process)이 되었다. 회로가 점점 미세화 되어감에 따라 웨이퍼 가공 전후에 이물질을 제거해야만 제대로, 정확히 동작하는 고신뢰성의 반도체가 만들어지기 때문에 세정 작업이 중요하게 된 것이다.

반도체 가공 작업 중에는 여러 가지 오염원이 도처에 있다. 대표적인 것이 디펙트(Defect)와 파티클(Particle)이다. 이 오염원으로부터 자유로와 지도록 하는 역할이 세정 작업이다.

세정 작업이 이루어지는 장비는 윁 스테이션(Wet-Station)이라고 하여 장비 안에 여러 종류의 욕조(Bath)가 있다. 그래서 세정공정의 장비가 다른 공정의 장비보다 길고 크다. 어찌 되었든 간에 이 여러 종류의 욕조는 각각의 성능과 역할이 다르다.

반도체의 세탁소! 반도체의 목욕탕!

훌륭한 세탁소는 옷의 재질이 가죽이던 모시던 삼베던 상관없이 고객이 요구하는 사항대로 일을 척척해 냅니다.
세정공정도 어떤 디바이스(Device)인지, 어떤 공정인지(확산, 박막, 노광, 식각 등) 구분 짓지 않고 모든 공정에서 요구되는 세정을 하고 있다. 그래서 반도체 라인에서 각각의 공정별로 모여있지만 세정공정은 축구장의 2~3배나 큰 반도체라인 전체에 골고루 포진되어 있다.

반도체 세정에서 중요한 인자는 케미컬(Chemical), 온도(Temperature), 혼합 비율(Mixing Rate)등이 있다. 오염원의 종류에 따라 세정작업이 달라진다.

그래서 장비의 내부에는 여러 종류의 욕조(Bath)가 있다. 마치 우리가 목욕탕에 가면 냉탕, 온탕, 열탕, 거품탕, 쑥탕 등등
많은 종류가 있고 그 효과가 다르듯 반도체 세정도 오염원과 공정에 따라서 달리지게 된다.

오염원의 종류에 따라 케미컬의 사용이 달라지고, 또 그 안에 케미컬의 혼합비율이 달라진다. 그리고 얼마 동안, 어떤 방식으로 세정하는지 그 방법은 세정공정의 레시피(Recipe)가 되는 것이다.
세탁기의 세탁모드(표준, 울, 속옥, 이불 등등)가 각각의 세탁기 제조사 별로 조금씩 차이가 있듯이 반도체 세정공정에서도 케미컬의 혼합비율과 온도, 시간 그리고 세정순서도 반도체 제조사별로 차이가 있다.

또한 세탁을 할 때 어떤 표백제를 쓸 것인지, 삶을 것인지, 세제에 오랫동안 넣어 둘 것인지 다양한 방법이 있다.
이것처럼 세정에서도 Dipping(담구기), Shower(샤워), Flushing(넘치게 하기) 등등 여러가지가 있다.

특히 공기방울(Bubbling)을 이용하여 세정하는 방법이 있는데, 모회사의 세탁기가 반도체에서 사용하는 세정방법을 세탁기에 응용한 것이다.

공기방울이 물속에서 터질 때의 힘은 빨래 방망이로 두드리는 힘보다 더 세다.
이 원리와 힘을 이용하여 웨이퍼의 표면에 달라붙어 있는 파티클을 떼어내고 제거해주게 된다.
그리고 탈 수를 할 때 원심력을 이용해 빨래통이 돈다. 반도체에서도 스핀드라이어(Spin Dryer)또는 스크러버(Scrubber)에서 원심력을 이용해 세정을 한다.

세정의 종류도 여러 가지

세정의 공정도 세분화하면 케미컬을 이용한 세정과 초순수(DIW)를 이용한 린스(Rins), 건조(Dry)로 크게 분류할 수 있다.
세정은 이미 말씀 드린 것처럼 케미컬을 이용하여 원하는 물질과 파티클을 선택적으로 제거하게 하고, 린스는 초순수( DIW)와 초음파(Sonic)를 이용하여 케미컬과 세정작업시 부가적으로 발생하는 이물질을 제거해준다.
그리고 건조는 린스 작업 후 생기는 물의 흔적을 원심력(Spin), 공기(N2), 알코올(IPA)등을 이용해서 깨끗한 상태로 만들어 주는 역할을 한다.

특히 초음파는 파장에 따라서 Ultra-sonic, Mega-sonic, D-sonic 등이 있는데 이는 우리가 안경집에서 안경을 닦을 때 진동자가 "우울~"떨면서 안경의 표면에 눌러 붙어있는 먼지를 떼어 내주는 역할을 한다.
건조(Dry)에 대해서 조금 더 자세히 알아보면 과거에는 스핀드라이어(Spin Dryer)로 건조를 했으나 이 방법은 물의 흔적이 발생하여 요즘에는 거의 사용하지 않는다.

마치 세탁기가 예전에는 손빨래를 하다가 짤순이(Spin Dryer)가 생기고 그리고 세탁기가 만들어지고 요즘에는 드럼세탁기가 만들어져 물을 끓여 빨래를 삶거나 건조기능까지 더해져 있는 것처럼 반도체 세정공정도 웨이퍼를 깨끗하게 해주는 방법을 여러가지로 연구하고 ㅂ개발하고 있다.