DI wafer (초순수) 와 불화수소 정리
반도체 공정에서 물은 상당히 많이 쓰이고 있는데요.
이런 물이 일상에서 쓰는 물과는 다르다는 것을 많이들 알고 계실 것입니다.
반도체 공정에서 물의 사용처
- 반도체 제조 공정
- 공정 가스 정화(Scrubber)
- 클린룸의 온/습도 조절 등
반도체 제조 공정에 사용되는 물, ‘초순수’에 대해 알아보자구요!
DI wafer 란?! 초순수 란?
'DI water, ‘초순수’란 무엇일까요?
초순수 = UPW (Ultra Pure Water)
초순수(UPW, Ultra Pure Water)란 일반적인 물 속의 무기질, 미립자, 박테리아, 미생물, 용존 가스 등을
순수 이온외 다른 것들을 모두 제거한 "정제된 물"입니다.
이온 성분을 제거했다는 의미로 DIW(De-ionized Water) 라고도 합니다.
초순수는 실제 공정에서 '공정 전후'에 진행되는 '세정'작업에서 주로 사용이됩니다.
Wafer Scrubber 공정이 있죠. 일반적으로 wafer가 입고되면 bake를 진행하고 cleaning을 하게 되는데요.
Cleaning을 DI water로 진행하게 됩니다.
(Wet) Cu-etch나 ti-Etch를 진행한 다음에도 DI water에 담궈 씻어내는 과정을 진행하죠.
또한 Cu-etch의 Etchant 또한 D.I water로 비율을 조절합니다.
Ex) 과수(7%이하) + 초산나트륨(3%이하) + 구연산 (8%이하) + 기타(5%이하) + D.I water (77%이하)
그리고 노광 --> Develop 이후 에도 DI water로 Rinse하는 과정을 거칩니다.
또한 Wafer backglinding, Wafer Sawing 에도 DI water가 쓰입니다.
상당히 많은 공정에서 DI water가 쓰이는데요.
반도체 공정에서는 DI water를 빼놓고는 얘기할 수 없는 것이죠.
DI Water, 초순수를 사용하는 이유
DI Water, 초순수를 사용하는 이유는 무엇 일까요?
나노미터 단위의 초미세공정을 다루는 반도체 공정에서는 각 공정 전후에 남아있는 작은 입자 하나에도 오류가 생길 수 있죠.
그렇기에 각 공정 사이사이 웨이퍼를 정제된 물을 사용해 씻어내는 과정을 거침으로써 청정도를 확보하고 반도체 생산성(수율)을 높입니다.
하지만 DI water로 씻어내는데 너무 강하게 씻어낼 경우 문제가 생길 수 있습니다.
예를 들자면 노광 이후 PR을 develop 하고 난 후 DI water로 Rinse를 하게 되는데 그때 PR도 함께 날아가서 문제가 될 수 있으므로 항시 조건을 잘 잡고 장비에 대한 주기적 관리가 이루어져야 합니다. (장비 PM준수 필수)
불화수소 란?!
한때 일본의 불화수소 미공급 이슈로 대한민국이 뜨거웠습니다.
반도체 공정에 꼭 필요한 ‘불화수소’에 대해 알아보겠습니다.
불화수소는 무엇이고, 반도체 제조 공정에서 어떤 역할을 할까요?
불화수소는 수소(H)와 플루오린(F)의 화합물로, ‘플루오린화 수소’입니다.
수소와 결합된 플루오린은 ‘불소’로 잘 알려져 있죠.
- 불화수소 장점 : 반응성이 강하고 플라스틱이나 유리를 녹임
- 불화수소 끓는점 : 19.5°C, 상온(25°C)에서는 기체 상태로 존재
- 불화수소 사용 : 낮은 온도, 또는 높은 압력을 가해 액화하여 사용
- 불화수소 특징 : 불화수소는 물에도 잘 습니다. 물에 녹을 경우 불산, 플루오린화 수소산이라 부름
불화수소의 역할은?
불화수소는 반도체 제조 공정 중 ‘식각 공정’과 ‘세정 공정’에서 사용됩니다.
- 불순물을 제거하기 위한 세정제로 사용
- 회로 패턴 외 불필요한 부분을 제거하는 용도
PR아래에 있는 산화막을 제외하고 나머지 산화막을 제거하는 것처럼
Detail 한 공정작업에 필수 불가결한 물질입니다.
세정 공정에서도 사용되는데요. 반도체에는 아주 작은 크기의 불순물만 있어도 회로가 손상되고 성능이 저하되는 등 치명적인 문제가 발생합니다.
그러므로 잔류물들을 씻어내기 위한 공정이 필요한데요.
세정액 역할을 하는 것이 불화수소입니다.
집적도가 갈수록 증가하는 반도체 공정의 특성상 불량률을 최소화하기 위해 초고순도 불화수소가 요구됩니다.
3Nine, 4Nine HF 가 아닌 5Nine HF (99.999%) 이상의 불화수소 필요합니다.
불화수소(Hydrogen Fluoride)
고순도 불화수소(5Nine HF), 에칭가스(12Nine HF)
첨단 반도체를 제조하기 위해서는 3Nine, 4Nine HF(99.9%, 99.99%)의 저급이 아닌
5Nine HF(99.999%)이상의 고급 불화수소가 필요합니다.
또한 3nm 반도체와 같이 초정밀 반도체를 생산해 내려면 정밀 미세가공을 위한 Etching Gas인
고순도 기체 불화수소(12nine HF)가 무조건 필요한 상황입니다.
그런 기체 불화수소는 현재 일본에서 밖에 생산되지 않고 있는데요.
솔브레인(한국)에서 삼성의 Test를 통과하였다고 보도되었던 불화수소는 아쉽게도 액체형 불화수소입니다.
현재 고순도 기체형 불화수소는 양산하고 있는 한국 기업은 없는 상황으로 알고 있습니다.
SK머티리얼즈 개발하고 있지만 일본 기업의 특허를 피해서 개발해야 하는 상황이어서
많은 시간이 필요할 것으로 생각됩니다.
이상 DI wafer (초순수) 와 불화수소 정리에 대한 내용이었습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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