웨이퍼 세정의 원리, 프로세스, 방법 및 장비

그림: 배치식 세정과 단일 웨이퍼 세정의 비교

일반적인 웨이퍼 세척 프로세스에는 다음과 같은 주요 단계가 포함됩니다.

1. 사전 청소(Pre-Clean)

사전 세척의 목적은 웨이퍼 표면에서 느슨한 오염 물질과 큰 입자를 제거하는 것입니다. 이는 일반적으로 탈이온수(DI Water) 헹굼 및 초음파 세척을 통해 달성됩니다. 탈이온수는 처음에 웨이퍼 표면에서 입자와 용해된 불순물을 제거할 수 있는 반면, 초음파 세척은 캐비테이션 효과를 활용하여 입자와 웨이퍼 표면 사이의 결합을 끊어서 쉽게 제거할 수 있도록 합니다.

2. 화학적 세척

화학적 세정은 웨이퍼 세정 공정의 핵심 단계 중 하나로, 화학 용액을 사용하여 웨이퍼 표면의 유기물, 금속 이온, 산화물을 제거합니다.

유기 물질 제거: 일반적으로 아세톤 또는 암모니아/과산화물 혼합물(SC-1)은 유기 오염 물질을 용해하고 산화시키는 데 사용됩니다. SC-1 용액의 ​​일반적인 비율은 NH₄OH입니다.

2O2

2O = 1:1:5, 작동 온도는 약 20°C입니다.

금속 이온 제거: 질산 또는 염산/과산화물 혼합물(SC-2)은 웨이퍼 표면에서 금속 이온을 제거하는 데 사용됩니다. SC-2 용액의 일반적인 비율은 HCl입니다.

2O2

2O = 1:1:6, 온도는 약 80°C로 유지됩니다.

산화물 제거: 일부 공정에서는 웨이퍼 표면의 자연 산화물 층을 제거해야 하며, 이를 위해 불산(HF) 용액이 사용됩니다. HF 용액의 일반적인 비율은 HF입니다.

2O = 1:50이며 상온에서 사용 가능합니다.

3. 최종 청소

화학적 세척 후 웨이퍼는 일반적으로 표면에 화학적 잔류물이 남지 않도록 최종 세척 단계를 거칩니다. 최종 세척에서는 철저한 헹굼을 위해 주로 탈이온수를 사용합니다. 또한, 웨이퍼 표면에 남아있는 오염물질을 더욱 제거하기 위해 오존수 세정(O₃/H2O)을 사용합니다.

4. 건조

세정된 웨이퍼는 워터마크나 오염물질의 재부착을 방지하기 위해 신속하게 건조되어야 합니다. 일반적인 건조 방법에는 회전 건조와 질소 퍼지가 포함됩니다. 전자는 고속으로 회전시켜 웨이퍼 표면의 수분을 제거하는 반면, 후자는 웨이퍼 표면에 건조 질소가스를 불어넣어 완전 건조를 보장한다.

오염물질

청소 절차 이름

화학 혼합물 설명

약

입자	피라냐(SPM)	황산/과산화수소/DI수	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	SC-1 (APM)	수산화암모늄/과산화수소/DI water	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
금속(구리 아님)	SC-2 (HPM)	염산/과산화수소/DI수	HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C
	피라냐(SPM)	황산/과산화수소/DI수	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C
	DHF	묽은 불산/DI수(구리는 제거되지 않음)	HF/H2O1:50
유기물	피라냐(SPM)	황산/과산화수소/DI수	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	SC-1 (APM)	수산화암모늄/과산화수소/DI water	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
	DIO3	탈이온수의 오존	O3/H2O 최적화 혼합물
천연 산화물	DHF	묽은불산/DI수	HF/H2O 1:100
	BHF	완충 불산	NH4F/HF/H2O

3. 일반적인 웨이퍼 세정 방법

1. RCA 청소 방법

RCA 세정 방식은 RCA Corporation이 40여년 전에 개발한 반도체 업계의 가장 고전적인 웨이퍼 세정 기술 중 하나입니다. 주로 유기오염물질과 금속이온 불순물을 제거하는 방법으로 SC-1(Standard Clean 1)과 SC-2(Standard Clean 2) 2단계로 완료할 수 있습니다.

SC-1 세척: 이 단계는 주로 유기 오염물질과 입자를 제거하는 데 사용됩니다. 용액은 암모니아, 과산화수소, 물의 혼합물로 웨이퍼 표면에 얇은 산화규소층을 형성합니다.

SC-2 세정: 주로 염산, 과산화수소, 물을 혼합하여 금속이온 오염물질을 제거하는 단계입니다. 재오염을 방지하기 위해 웨이퍼 표면에 얇은 패시베이션 층을 남깁니다.