• Title/Summary/Keyword: 세정 공정

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친환경 평판 디스플레이 세정을 위한 $CO_2$ Snow Jet 세정공정 개발에 관한 연구

  • Jeong, Ji-Hyeon;Gang, Bong-Gyun;Kim, Min-Su;Lee, Jong-Myeong;Lee, Gyu-Pil;Park, Jin-Gu
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2011.05a
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    • pp.66.1-66.1
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    • 2011
  • 반도체를 비롯하여 LCD, OLED와 같은 디스플레이 (FPD: Flat Panel Display) 분야는 국가 선도 사업으로써 발전을 거듭해오고 있다. 하지만 기술의 성숙도가 높아짐에 따라 최근 중국과 대만 업체와의 경쟁이 심화되고 있으며, 더불어 환경문제가 큰 이슈로 떠오르고 있어 신기술 개발을 통한 생산 수율 향상 및 친환경 공정 개발의 중요성이 커지고 있다. 반도체, 디스플레이 공정에서 생산 수율 저하의 주요 원인으로써 공정 중 발생하는 미세 오염 입자를 들수 있다. 반도체 및 디스플레이 공정에서 세정 기술은 전체 기술의 30% 이상을 차지하며 생산 수율 및 제품의 품질에도 큰 영향을 주는 공정이다. 세정 공정은 일반적으로 습식 세정 공정이 낮은 공정비용을 바탕으로 널리 적용되어 왔으나, 기판의 대형화와 패턴의 미세화에 따라 정밀한 세정 스펙이 요구되며 더불어 막대한 양의 초순수와 화학액의 사용으로 인한 공정비용 증가와 환경 규제 강화에 따른 폐수 처리의 문제에 직면하고 있다. 이에 따라 폐수의 양을 줄이며 건조공정을 필요로 하지 않아 공정비용을 줄일 수 있는 건식 세정 공정에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. $CO_2$ snow jet 세정 기술은 건식 공정으로써 $CO_2$ 가스를 특수하게 제작된 분사 노즐에서 고압으로 가스를 분사하여 이 때 발생되는 순간적인 감압에 의한 단열 팽창으로 생성된 $CO_2$ snow 입자가 기판 표면의 오염물과 물리적 충돌을 하어 세정이 이루어지는 기술이다. 특히 $CO_2$ 세정은 환경과 인체에 무해하며 공정 후 바로 승화하기 때문에 추가적인 폐수처리 공정 등이 필요하지 않고, 건식 공정으로써 수세(Rinse) 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 공정비용을 크게 줄일 수 있으며 물반점 발생을 방지 할 수 있는 친환경 건식 공정으로써의 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 자체적으로 개발한 $CO_2$ snow jet을 바탕으로 하여 다양한 공정조건을 변화시켜 세정효율을 측정하는 한편, 최적화 하기 위한 연구를 진행하였으며 더불어 $CO_2$ snow의 세정력을 정량적으로 평가하기 위한 연구를 진행하였다. 실험을 통해 가장 효과적으로 $CO_2$ snow 입자를 배출 할 수 있는 공정 조건으로써 5 bar의 캐리어 가스 압력을 사용하여, 세정력에 가장 큰 영향을 줄 수 있는 분사 노즐과 기판 사이의 거리 및 분사 노즐의 각도 등을 변화시켜 각 조건에 따른 세정효율을 평가하였다. 세정 오염물은 Silica, PSL 표준 입자(Duke scientific, USA)를 정량적으로 웨이퍼에 오염 시킨 후, 파티클 스캐너(Surfscan 6500, KLA-Tencor, USA)를 이용하여 세정 전 후의 오염입자 개수 변화를 통해 정량적으로 세정효율을 평가하였다. 본 연구를 통하여 $CO_2$ snow jet를 이용한 친환경 고효율 건식 세정 공정 메커니즘을 분석하였으며, 노즐과 기판 사이의 간격 및 분사 노즐의 각도 등을 최적화 한 세정 공정을 얻을 수 있었다.

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반도체 세정 공정용 가스 클러스터 장비의 클러스터 발생 특성 분석

  • Choe, Hu-Mi;Kim, Ho-Jung;Yun, Deok-Ju;Lee, Jong-U;Gang, Bong-Gyun;Kim, Min-Su;Park, Jin-Gu;Kim, Tae-Seong
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2011.02a
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    • pp.39-39
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    • 2011
  • 반도체 생산의 주요 공정 중 하나인 세정 공정은 공정 중 발생하는 여러 가지 부산물에 의한오염을 효과적으로 제거하여 수율 향상에 큰 영향을 미친다. 현재 주로 쓰이는 세정 공정은 습식 세정 공정으로 화학 약품을 이용하지만 패턴 손상 및 웨이퍼 대구경화에 따른 문제 등이 대두되어 이를 대체할 세정 공정의 도입이 요구되고 있다. 이에 따라 건식 세정에 대한 관심이 증가하고 있으며 에어로졸 세정이 대표적 공정으로 개발 되었으나 마이크로 단위의 발생 에어로졸 입경으로 인해 패턴 손상 문제를 해결하지 못하였다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 응축에 의해 형성되는 입자 크기를 줄이는 것에 관한 연구가 진행되어 왔고, 대응 방안으로 개발된 것이 가스 클러스터 세정이다. 가스 클러스터란 작동 기체의 분자가 수십, 수백 개 뭉쳐있는 형태 (cluster)를 뜻하며 이 때 형성된 클러스터는 수 nm 크기를 가진다. 그리고 짧은 시간의 응축에 의해 수십 nm 크기까지 성장하게 된다. 즉, 입자로 성장할 수 있는 시간과 환경을 형성하지 않음으로써 작은 크기의 클러스터에 의해 패턴 사이의 오염물질을 물리적으로 제거하고 다시 기체상 물질로 환원되어 부산물을 남기지 않는 공정이다. 이러한 작동 환경을 조성하기 위해서는 진공도와 노즐 출구 속도에 대한 설계 단계부터의 이론적 연구를 통한 입자 크기 예측과 세정 조건에 따라서 발생하는 클러스터의 크기 분포 특성을 측정하는 것이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 실시간 저압 환경에서의 측정이 가능하며, 다양한 크기의 입자를 실시간으로 측정할 수 있는 particle beam mass spectrometer (PBMS)를 이용하여 세정 공정 중 발생하는 클러스터의 크기 분포를 측정하는 연구를 수행하였다. 클러스터의 측정은 노즐에 유입되는 유량과 냉매 온도를 변수로 하여 수행하였다. 각각의 조건에 따라서 최빈값은 오차범위 내에서 일정한 것을 확인하였으며, 50 nm 이하의 값으로 가스 클러스터 공정이 패턴 손상 없이 오염입자를 제거할 수 있음을 실험적으로 확인할 수 있었다. 또한 유량의 증가에 따라 세정에 사용되는 클러스터의 입경이 증가하며, 냉매 온도가 낮아질수록 클러스터 입경이 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 클러스터 크기는 오염 입자와의 충돌에 의해 작용하는 힘으로 오염입자를 제거하는 메커니즘을 사용하는 가스 클러스터 세정 장치에 있어 중요성이 크다 할 수 있으며 추후 지속적 연구에 의한 세정 기술의 최적화가 기대된다.

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Effects of the Repeated Oxidation-HF Etching-Alkaline Chemical Cleaning Processes on the Silicon Surface in Semiconductor Processing (반도체 공정중 연속적 산화-HF 식각-염기성 세정과정이 실리콘 기판 표면에 미치는 영향)

  • Park, Jin-Gu
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.5 no.4
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    • pp.397-404
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    • 1995
  • 반도체 세정공정에서 염기성 세정액(SCI, Standard cleaning 1, $NH_{4}$OH + $H_{2}$O_{2}$ + $H_{2}$O)은 공정상 발생되는 여러 오염물 중 파티클의 제거를 위해 널리 사용되고 있는데, SCI 조성중 $NH_{4}$OH양에 따라 세정 중 실리콘의 식각속도를 증가시킨다. 이 연구에서는 SCI 세정이 CZ(Czochralski)와 에피 실리콘 기판 표면에 미치는 영향을 단순세정과 연속적인 산화-HF 식각-SCI 세정공정을 통해 관찰되었다. CZ와 에피 기판을 8$0^{\circ}C$의 1 : 2 : 10과 1 : 1 : 5 SCI 용액에서 60분까지 단순 세정을 했을 때 laser particle scanner와 KLA사의 웨이퍼 검색장치로 측정된 결함의 수는 세정시간에 따라 변화를 보이지 않았다. 그러나 CZ와 에피 기판을 10분간 SCI 세정후 90$0^{\circ}C$에서 산화 HF식각공정을 4번까지 반복하였을 때 에피 기판 표면의 결함수는 감소하는 반면에 CZ기판에서는 직선적으로 증가하였다. 반복적인 산화-HF 식각-XCI 세정공정을 통해 생성된 CZ기판 표면의 결함은 크기가 0.7$\mu$m 이하의 pit과 같은 형상을 보여주었다. 이들 결함은 열처리 중 CZ 기판내와 표면에 산화 석출물들이 형성, 반복적인 HF 식각-SCI 세정공정을 통해 다른 부위에 비해 식각이 빨리 일어나 표면에 생성되는 것으로 여기어 진다.

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유기물 제거를 위한 Post Cu CMP 세정 용액 개발

  • Gwon, Tae-Yeong;Prasad, Y. Nagendra;Venkatesh, R. Prasanna;Park, Jin-Gu
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2011.05a
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    • pp.32.2-32.2
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    • 2011
  • 반도체 생산공정에서 CMP (Chemical-mechanical planarization) 공정은 우수한 전기전도성 재료인 Cu의 사용과 다층구조의 소자를 형성하기 위해서 도입되었으며, 최근 소자의 집적도가 증가함에 따라 CMP 공정 비중은 점점 높아지고 있다. Cu CMP 공정에서 연마제인 슬러리는 금속 표면과의 물리적 화학적 반응을 동시에 사용하여 표면을 연마하게 되며, 연마특성을 향상시키기 위해 산화제, 부식방지제, 분산제 및 다양한 계면활성제가 첨가된다. 하지만 슬러리는 Cu 표면을 평탄화하는 동시에 오염입자, 유기오염물, 스크레치, 표면부식 등을 발생시키며 결과적으로 소자의 결함을 야기시킨다. 특히 부식방지제로 사용되는 BTA (Benzotriazole)은 Cu CMP 공정 중 Cu-BTA 형태로 표면에 흡착되어 오염원으로 작용하며 입자오염을 증가시시고 건조공정에서 물반점 등의 표면 결함을 발생시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 Cu 표면에서 식각과 부식반응을 최소화하며, 오염입자 제거 및 유기오염물을 효과적으로 제거하기 위한 Post-CMP 세정 공정과 세정액 개발이 요구된다. 본 연구에서는 오염입자 및 유기물 제거와 동시에 표면 거칠기와 부식현상을 제어할 수 있는 post Cu CMP 세정액을 개발 평가하였다. 오염입자 및 유기오염물을 제거하기 위해서 염기성 용액인 TMAH 사용하였으며, Cu 이온을 용해할 수 있는 Chelating agent와 표면 부식을 억제하는 부식 방지제를 사용하여 세정액을 합성하였다. 접촉각 측정과 FESEM(field Emission Scanning Electron Microscope) 분석을 통하여 CMP 공정에서 발생하는 유기오염물과 오염입자의 흡착과 제거를 확인하였으며 Cu 웨이퍼 세정 전후의 표면 거칠기의 변화와 식각량을 AFM(Atomic Force Microscope)과 4-point probe를 사용하여 각각 평가하였다. 또한 세정액 내에서의 연마입자의 zeta-potential을 측정 및 조절하여 세정력을 향상시켰다. 개발된 세정액과 Cu 표면에서의 화학반응 및 부식방지력은 potentiostat를 이용한 전기화학 분석법을 통해서 chelating agent와 부식방지제의 농도를 최적화 시켰다. 개발된 세정액을 적용함으로써 Cu-BTA 형태의 유기오염물과 오염입자들이 효과적으로 제거됨을 확인하였다.

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Characteristics of a-Si:H/c-Si interface and heterojunction solar cells depending on silicon wafer wet chemical cleaning (실리콘 기판 습식 세정에 따른 a-Si:H/c-Si 계면 및 이종접합 태양전지 특성 분석)

  • Song, Jun-Yong;Jeong, Dae-Young;Kim, Chan-Seok;Park, Sang-Hyun;Cho, Jun-Sik;Yun, Kyoung-Hun;Song, Jin-Soo;Lee, Jun-Sin;Kim, Dong-Hwan;Lee, Jeong-Chul
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 2009.06a
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    • pp.168-168
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    • 2009
  • 고효율 실리콘 이종접합 태양전지 제작을 위한 요소기술 중 a-Si:H/c-Si 간의 계면 안정화는 태양전지 효율에 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 n-type 결정질 실리콘 기판을 사용하여, 소수전하들의 재결합을 방지하고, 계면 안정화를 실행하는 방안으로 실리콘 기판 습식 세정을 수행하였다. 반도체 공정에서 일반적으로 알려진 RCA 세정기법에 HF 세정을 마지막공정으로 추가하여 자연 산화막과 기타 불순물을 더욱 효과적으로 제거할 수 있도록 실험을 진행하였다. 마지막 공정으로 추가된 HF 세정에 의한 a-Si:H/c-Si 계면 안정화 효과를 관찰하기 위하여 HF농도와 HF 세정시간에 따른 소수반송자 수명을 측정하였다. 또한 HF 세정 이후 공정의 영향을 확인하기 위하여 PE-CVD법으로 a-Si:H 박막 증착 이전 실리콘 기판의 온도와 상온에서 머무는 시간에 따른 a-Si:H/c-Si 계면안정화 특성을 분석하였다. 본 실험을 통해 HF세정공정이 계면특성에 미치는 영향을 확인하였으며 실리콘 기판 습식 세정이 이종접합태양전지 특성에 미치는 영향을 분석하였다.

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The study about accelerating Photoresist strip under plasma (플라즈마 약액 활성화 방법을 이용한 Photoresist strip 가속화 연구)

  • Kim, Soo-In;Lee, Chang-Woo
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.17 no.2
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    • pp.113-116
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    • 2008
  • As the integration in semiconductor display develops, semiconductor process becomes multilayer. In order to form several layer patterns, etching process which uses photoresistor (PR) must be performed in multilayer process. Repeated etching processes which take long time and PR residue cause mortal problems in semiconductor. To overcome such problems, we studied about the solution which eliminates PR effectively by using normal dry and wet etching method using plasma activated PR strip solvent in liquid condition. At first, we simulate the device which activates the plasma and make sure whether gas flow in device is uniform or not. Under activated plasma, etching effect is elevated. This improvement reduces etching time as well as display production time of semiconductor process. Generally, increasing etching process increases environmental hazards. Reducing etching process can save the etchant and protect environment as well.

Reevaluation of hydrogen gas dissolved cleaning solutions in single wafer megasonic cleaning

  • Kim, Hyeok-Min;Gang, Bong-Gyun;Lee, Seung-Ho;Kim, Jeong-In;Lee, Hui-Myeong;Park, Jin-Gu
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2009.11a
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    • pp.34.1-34.1
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    • 2009
  • 1970년대 WernerKern에 의해서 개발된 RCA 습식 세정 공정은 이후 메가소닉 기술 개발과 더불어 현재까지반도체 세정 공정에서 필수 공정으로 알려져 있다. 하지만, 반도체패턴의 고집적화 미세화에 따라 메가소닉을 기반으로 하는 세정기술은 패턴 붕괴 및 나노 입자 제거의 한계를 드러내면서 난관에 봉착하고 있으며, 특히, 기존의 Batch식에서 매엽식으로 세정 방식이 전환은 새로운 개념의 메가소닉 기술 개발을 요구하게 되었다. 메가소닉을 사용한습식 세정공정은 메가소닉에 의한 캐비테이션 효과 (Cavitation Effect)에 따른 충격파 및음압 (Acoustic Streaming)에 의한 입자제거를 주요 메커니즘으로 한다. 메가소닉 주파수와 Boundary Layer 두께는, $\delta=\surd(2v/\omega)$($\delta$=두께, v=유체속도), $\omega=2{\pi}f$ (f=주파수), 으로 표현할 수 있다. 위의 식에 따르면, 메가소닉을 이용한 세정공정에서 주파수가 높아질수록 Boundary Layer의 두께가 감소하며, 이는제거 가능한 입자의 크기가 작아짐을 의미하며, 다시말해, 1 MHz 보다 2 MHz 메가소닉 세정장비에서 미세 입자 세정에 유리함을 예상할 수 있다. 본연구에서는 매엽식 세정장비를 사용하여, 1MHz 및 2MHz 콘-타입 (Cone-Type) 메가소닉 장치를 100nm이하 세정 입자에 대한 입자 제거효율을 평가하였다. 입자 제거 효율을 평가하기 위하여, 표준 형광입자(63nm/104nm 형광입자, Duke Scientifics, USA)를각각 IPA에 분산시킨 후, 실리콘 쿠폰 웨이퍼 ($20mm{\times}20mm$)를 일정시간 동안 Dipping 한 후, 고순도 질소로 건조시켜 오염하였다. 매엽식 세정장비(Aaron, Korea)에 1MHz와 2MHz의 콘-타입메가소닉 발진기 (Durasonic, Korea)를 각각 장착하였다.입자 오염 및 세정 후 입자 개수 측정 및 오염입자의 Mapping은 형광현미경 (LV100D, Nikon, Japan)과 소프트웨어(Image-proPlus, MediaCybernetics, USA)를 사용하여 평가하였으며, Hydrophone을 사용하여 메가소닉에서 발생되는 음압의 균일도를 각 조건에서 측정하였다. 각각의 세정공정은 1MHz와 2MHz 메가소닉 발진기 각각에서 1W, 3W, 5W 파워로 1분간 처리하였으며, 매질을 초순수를 사용하였다. 104nm 형광 입자는 1MHz 와 2 MHz 메가소닉 세정기와 모든 세정 공정조건에서 약 99%의 세정효율인 반면, 63nm 형광입자의 경우는 전체적인세정 결과가 80% 대로 감소하였다. 본 연구를 통하여, 입자크기의 미세화에 따른 입자제거효율이 크게 감소 하는 것을 확인할 수 있으며, 기존 Batch식 메가소닉 대비 단시간 및 낮은 전압에서 동일 혹은높은 세정 효율을 얻었다. 다만, 1MHz와 2MHz 메가소닉에서의 세정력은 큰 차이를 관찰 할 수 없었는데, 주파수변화에 따른 세정효율 측정을 위하여 미세 입자를 사용한 추가 실험이 필요 할 것이다.

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UV 나노임프린트 리소그래피의 Quartz 기판상의 Resin mold 제거를 위한 Hybrid 세정공정에 관한 연구

  • Jo, Yun-Sik;Kim, Min-Su;Gang, Bong-Gyun;Kim, Jae-Gwan;Lee, Byeong-Gyu;Park, Jin-Gu
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2012.05a
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    • pp.81.1-81.1
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    • 2012
  • 나노임프린트 리소그라피(Nano-Imprint Lithography, NIL) 기술은 기판위의 resin을 나노구조물이 각인된 스탬프로 눌러서 나노구조물을 형성하는 기술로, 경제적이고 효과적으로 나노구조물을 제작할 수 있는 기술이다. 그중에서도 UV 기반의 나노임프린트(UV-NIL) 기술은 resin을 투명한 스탬프로 누른뒤 UV로 경화시켜 나노구조물을 형성하는 기술로써 고온, 고압($140{\sim}180^{\circ}C$, 10~30bar)이 필요한 가열식 나노임프린트 기술에 비해 상온, 상압($20^{\circ}C$, 1bar)에서도 구조물 형성이 가능하여 다층구조 형성에 적합하다. 연속적인 임프린팅 공정에 의해 resin이 quarz 스탬프에 잔류하여 패터닝에 결함을 유발하게 되므로 오염물을 제거하기 위한 세정공정이 필요하다. 하지만 UV에 의해 경화된 resin은 cross-linking을 형성하여 화학적인 내성이 증가하게 되므로 제거하기가 어렵다. 현재는 resin 제거를 위한 세정공정으로 SPM($H_2SO_4/H_2O_2$) 세정이 사용되고 있는데 세정시간이 길고 세정 후에 입자 또는 황 잔유물이 남으며 많은 유해용액 사용의 문제점이 있어 효과적으로 resin을 제거할 세정공정이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 친환경적인 UV 세정 및 오존수 세정공정을 적용하여 경화된 resin을 제거하는 연구를 진행하였다. 실험샘플은 약 100nm 두께의 resin을 증착한 $1.5cm{\times}1.5cm$ $SiO_2$ 쿠폰 wafer를 사용하였으며, UV 및 오존수의 처리시간을 달리하여 resin 제거효율을 평가하였다. ATR-FTIR 장비를 사용하여 시간에 따른 resin의 두께를 측정한 결과, UV 세정으로 100nm 높이의 resin중에 80nm의 bulk resin이 단시간에 제거가 되었고 나머지 20nm의 resin thin film은 오존수 세정으로 쉽게 제거되는 것을 확인 하였다. 또한 표면에 남은 resin residue와 particle을 제거하기 위해서 SC-1 세정을 진행하였고 contact angle과 optical microscope 장비를 사용하여 resin이 모두 제거된 것을 확인하였다.

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Application of Surfactant added DHF to Post Oxide CMP Cleaning Process (계면활성제가 첨가된 DHF의 Post-Oxide CMP 세정 공정에의 적용 연구)

  • Ryu, Chung;Kim, You-Hyuk
    • Journal of the Korean Chemical Society
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    • v.47 no.6
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    • pp.608-613
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    • 2003
  • In order to remove particles on surface of post-oxide CMP wafer, new cleaning solution was prepared by mixing with DHF (Diluted HF), nonionic surfactant PAAE (Polyoxyethylene Alkyl Aryl Ether), DMSO (Dimethylsulfoxide) and D.I.W.. Silicone wafers were intentionally contaminated by silica, alumina and PSL (polystylene latex) which had different zeta potentials in cleaning solution. This cleaning solution under megasonic irradiation could remove particles and metals simultaneously at room temperature in contrast to traditional AMP (mixture of $NH_4OH,\;H_2O_2$ and D.I.W) without any side effects such as increasing of microroughness, metal line corrosion and deposition of organic contaminants. This suggests that this cleaning solution would be useful future application with copper CMP in brush cleaning process as well as traditional post CMP cleaning process.

Application of the Clean Technology in the Metal Cleaning Process (금속세정공정의 청정기술 적용사례)

  • Chung, Chan-Kyo;Koo, Hee-Jun
    • Clean Technology
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    • v.3 no.2
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    • pp.57-73
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    • 1997
  • Metal cleaning process is a technology which removes oil, dust and soil etc. on the surface of metal utilizing cleaning agents. These contaminants disturb the following processes such as plating and painting etc. if they are not removed. Thus, metal cleaning is typically an environmentally hazardous activity. Until recently, vapor degreasers as utilizing chlorinated solvents have been relatively cheap, extraordinarily versatile and waste disposal costs have been perceived as insignificant. Today, however, it is readily apparent that Industry's reliance upon chlorinated solvents as metal cleaners have resulted in a myriad of environmental, health and safety concerns. Therefore, this paper studies on a parameter and a sort of the alternative cleaning agents for the optimum cleaners. Also, a great deal of effort has been devoted to developing alternative metal cleaning technologies in advanced countries and some processes are being commercialized among them. We are going to consider alternative aqueous cleaning agents replacing organic chlorinated solvents and to pursue a domain application through a successful improvement case.

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