웨이퍼 세척을 위한 원리, 프로세스, 방법 및 장비

그림: 배치형 세척과 단일 웨이퍼 세척의 비교

일반적인 웨이퍼 세척 공정에는 다음과 같은 주요 단계가 포함됩니다.

1. 사전 세척(Pre-Clean)

사전 세정의 목적은 웨이퍼 표면에서 느슨한 오염 물질과 큰 입자를 제거하는 것이며, 이는 일반적으로 탈이온수(DI Water) 헹굼과 초음파 세척을 통해 이루어집니다. 탈이온수는 웨이퍼 표면에서 입자와 용해된 불순물을 초기에 제거할 수 있으며, 초음파 세척은 캐비테이션 효과를 이용하여 입자와 웨이퍼 표면 사이의 결합을 끊어 제거를 용이하게 합니다.

2. 화학 세척

화학적 세척은 웨이퍼 세척 공정의 핵심 단계 중 하나로, 화학 용액을 사용하여 웨이퍼 표면에서 유기 물질, 금속 이온, 산화물을 제거합니다.

유기물 제거: 일반적으로 아세톤이나 암모니아/과산화물 혼합물(SC-1)을 사용하여 유기 오염물을 용해하고 산화시킵니다. 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)을 사용하여 웨이퍼 표면의 금속 이온을 제거합니다. SC-2 용액의 일반적인 비율은 HCl입니다.

₂O₂

₂O = 1:1:6, 온도는 약 80°C로 유지됩니다.

산화물 제거: 일부 공정에서는 웨이퍼 표면의 자연 산화막을 제거해야 하며, 이때 불산(HF) 용액을 사용합니다. HF 용액의 일반적인 비율은 HF입니다.

₂O = 1:50이며, 실온에서 사용이 가능합니다.

3. 최종 세척

화학 세정 후, 웨이퍼는 일반적으로 표면에 화학 잔류물이 남지 않도록 최종 세정 단계를 거칩니다. 최종 세정에는 주로 탈이온수를 사용하여 헹굼을 철저히 합니다. 또한, 오존수 세정(O₃/H₂O)을 사용하여 웨이퍼 표면에 남아 있는 오염 물질을 추가로 제거합니다.

4. 건조

세척된 웨이퍼는 워터마크나 오염 물질의 재부착을 방지하기 위해 신속하게 건조해야 합니다. 일반적인 건조 방법으로는 스핀 건조와 질소 퍼징이 있습니다. 스핀 건조는 고속으로 회전시켜 웨이퍼 표면의 수분을 제거하고, 질소 퍼징은 웨이퍼 표면에 건조한 질소 가스를 분사하여 완벽한 건조를 보장합니다.

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/DI수	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
금속(구리 제외)	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
	디에프에프	희석된 불산/DI수(구리는 제거되지 않음)	HF/H2O1:50
유기농	피라냐(SPM)	황산/과산화수소/DI수	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	SC-1(APM)	수산화암모늄/과산화수소/DI수	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
	디오3	탈이온수의 오존	O3/H2O 최적화 혼합물
천연 산화물	디에프에프	희석된 불산/DI수	HF/H2O 1:100
	비에프에프	완충 불산	NH4F/HF/H2O

3. 일반적인 웨이퍼 세척 방법

1. RCA 세척 방법

RCA 세정 방법은 40여 년 전 RCA Corporation에서 개발한 반도체 산업에서 가장 고전적인 웨이퍼 세정 기술 중 하나입니다. 이 방법은 주로 유기 오염물과 금속 이온 불순물을 제거하는 데 사용되며, SC-1(Standard Clean 1)과 SC-2(Standard Clean 2)의 두 단계로 진행됩니다.

SC-1 세정: 이 단계는 주로 유기 오염물과 입자를 제거하는 데 사용됩니다. 용액은 암모니아, 과산화수소, 물을 혼합한 것으로, 웨이퍼 표면에 얇은 산화규소층을 형성합니다.

SC-2 세정: 이 단계는 주로 염산, 과산화수소, 물의 혼합물을 사용하여 금속 이온 오염물을 제거하는 데 사용됩니다. 웨이퍼 표면에 얇은 패시베이션층을 형성하여 재오염을 방지합니다.