[학위논문]반도체 확산공정에서 식각 및 파티클 최소화를 위한 쿼츠튜브 클리닝 기법에 관한 연구. A Study on the Quartz Tube Cleaning Technique for Etching and Particle Minimization in the Semiconductor Diffusion Process.원문보기
반도체 산업 중 메모리 분야는 대한민국이 세계 시장 점유율에 있어서 73.4%(삼성전자 44.1%, SK하이닉스 29.3%, 2020년 1분기 기준)를 점하는 절대 강자이다. 반도체 산업은 초 미세기술과 공정, 장비 수준을 필요로 하며, 대규모 투자가 요구되는 진입장벽이 매우 높은 산업이다. 회로 선폭 미세화 연구와 이에 부합하는 장비 및 공정기술의 혁신이 경쟁력의 원천이다. 최근 반도체 DRAM 공정은 회로 선폭이 18~19 나노미터에서 16 나노미터로 미세화와 생산성 향상이 한계에 이르고 있으며 이러한 상황을 극복할 대응책으로 제조 공정 중 발생되는 환경오염을 예방하고 ...
반도체 산업 중 메모리 분야는 대한민국이 세계 시장 점유율에 있어서 73.4%(삼성전자 44.1%, SK하이닉스 29.3%, 2020년 1분기 기준)를 점하는 절대 강자이다. 반도체 산업은 초 미세기술과 공정, 장비 수준을 필요로 하며, 대규모 투자가 요구되는 진입장벽이 매우 높은 산업이다. 회로 선폭 미세화 연구와 이에 부합하는 장비 및 공정기술의 혁신이 경쟁력의 원천이다. 최근 반도체 DRAM 공정은 회로 선폭이 18~19 나노미터에서 16 나노미터로 미세화와 생산성 향상이 한계에 이르고 있으며 이러한 상황을 극복할 대응책으로 제조 공정 중 발생되는 환경오염을 예방하고 파티클 발생 요인을 제거하는 것이 중요한 과제로 부각되고 있다. 반도체 FABDiffusion 공정 확산(Furnace)로의 핵심 부품인 쿼츠튜브는 일정 기간 공정 진행시 사용 Gas의 잔여물 등 불순물에 의한 막질로 튜브 표면이 오염되며, 파티클 발생 원인이 되어 오염된 부품은 신규 쿼츠튜브 또는 클리닝이 완료된 쿼츠튜브로 교체하여 사용하게 된다. 쿼츠튜브 클리닝 시 화학약품(습식클리닝)을 사용하여 오염된 물질 제거할 경우 화학약품 사용으로 인한 클린룸 내부 환경오염 등 파티클이 감소되지 않고, 쿼츠튜브 내부의 Gas 잔여물 등 불순물 오염에 의한 파티클 제거에 대한 문제가 지속적으로 발생하여 클리닝 기법의 개선연구 필요성이 절실하게 요구되었다. 본 연구 목적은 습식클리닝(화학약품 사용) 기법개선 연구로 반도체 Diffusion 공정 핵심 부품인 쿼츠튜브를 공정 진행 시 사용된 Gas의 잔여물 등 불순물에 의한 막질을 효과적으로 제거하는 화학약품의 농도 조건과, 클리닝 시간이 파티클 제거와 부품 식각에 미치는 연관 관계를 알아보고자 한다. 첫째, 쿼츠튜브 습식클리닝(화학약품 사용)은 공정 중 사용된 Gas 잔여물 등 오염물질 제거하는 1차 클리닝을 진행하여 잔여물 제거가 완료되면, 쿼츠튜브 내부에 잔존하는 파티클 제거를 위해 2차 클리닝 진행하고 품질이 확보된 부품은 장비에 장착하여 공정을 진행하게 된다. 습식클리닝 기법을 연구하기 위해 1, 2차 클리닝에 사용되는 화학약품의 농도와, 시간 조건을 설정하여 클리닝을 평가하며 무게 변화, 두께 변화, 튜브 내부 표면 거칠기, 플랜지 두께, 튜브 내부 파티클을 측정하여 최적의 조건을 클리닝 기법으로 설정하였다. 둘째, 쿼츠튜브 클리닝을 위해 장비 탈, 부착 및 이동, 클리닝 진행 과정에서 Flange 부분에 많은 스크래치가 발생되고 있다. 스크래치 부분은 화학약품 클리닝 시 식각이 발생하여 부품 수명이 단축 될 수 있다. 이와 관련, 플랜지 부분의 스크래치 한도를 설정하여 한도 초과 부품은 외부수리 후 클리닝하는 것과 클리닝 및 이동 중 스크래치 방지를 위한 보호대를 적용하였다. 셋째, 쿼츠튜브 내부 막질 제거를 위한 화학약품은 HF와 혼합화학약품을 사용하였고, 2차로 튜브 내부에 잔존하는 파티클 제거를 위해 HF와 초순수의 혼합 비율 조건이 적용 되었다. 혼합화학약품의 농도는 클리닝 횟수에 따라 어떤 농도변화가 있는지를 확인하기 위해 클리닝 15회를 주기로 농도 변화를 측정하였다. 마지막으로 쿼츠튜브 클리닝 기법연구 조건은 총 12회 로 각 회마다 1차 클리닝은 HF와 혼합화학약품을 사용하여 튜브 내부에 증착된 오염 막질을 제거하고 2차 클리닝은 HF와 초순수를 혼합한 농도 조건에서 튜브 내부에 잔존하는 파티클을 제거하는 클리닝을 진행하였다.
본 연구를 위한 조건으로 클리닝을 진행하여 쿼츠튜브의 무게, 몸통 두께, 튜브 내부 표면 거칠기, 플랜지 두께, 튜브 내부 파티클 측정값을 비교한다. 이를 위하여 각각의 클리닝 조건에 따른 항목별 측정값의 변화를 확인하였다. 또한 각각 조건별 식각 및 파티클 측정값에 차이가 나는 원인을 파악하고 클리닝 기법으로 식각 최소화와 파티클 제거에 미치는 영향을 분석하였다. 그리고 파티클 최소화하는 클리닝 기법을 연구하고 반도체 쿼츠튜브 클리닝에 적합한 최적의 클리닝 기법을 제시하였다.
반도체 산업 중 메모리 분야는 대한민국이 세계 시장 점유율에 있어서 73.4%(삼성전자 44.1%, SK하이닉스 29.3%, 2020년 1분기 기준)를 점하는 절대 강자이다. 반도체 산업은 초 미세기술과 공정, 장비 수준을 필요로 하며, 대규모 투자가 요구되는 진입장벽이 매우 높은 산업이다. 회로 선폭 미세화 연구와 이에 부합하는 장비 및 공정기술의 혁신이 경쟁력의 원천이다. 최근 반도체 DRAM 공정은 회로 선폭이 18~19 나노미터에서 16 나노미터로 미세화와 생산성 향상이 한계에 이르고 있으며 이러한 상황을 극복할 대응책으로 제조 공정 중 발생되는 환경오염을 예방하고 파티클 발생 요인을 제거하는 것이 중요한 과제로 부각되고 있다. 반도체 FAB Diffusion 공정 확산(Furnace)로의 핵심 부품인 쿼츠튜브는 일정 기간 공정 진행시 사용 Gas의 잔여물 등 불순물에 의한 막질로 튜브 표면이 오염되며, 파티클 발생 원인이 되어 오염된 부품은 신규 쿼츠튜브 또는 클리닝이 완료된 쿼츠튜브로 교체하여 사용하게 된다. 쿼츠튜브 클리닝 시 화학약품(습식클리닝)을 사용하여 오염된 물질 제거할 경우 화학약품 사용으로 인한 클린룸 내부 환경오염 등 파티클이 감소되지 않고, 쿼츠튜브 내부의 Gas 잔여물 등 불순물 오염에 의한 파티클 제거에 대한 문제가 지속적으로 발생하여 클리닝 기법의 개선연구 필요성이 절실하게 요구되었다. 본 연구 목적은 습식클리닝(화학약품 사용) 기법개선 연구로 반도체 Diffusion 공정 핵심 부품인 쿼츠튜브를 공정 진행 시 사용된 Gas의 잔여물 등 불순물에 의한 막질을 효과적으로 제거하는 화학약품의 농도 조건과, 클리닝 시간이 파티클 제거와 부품 식각에 미치는 연관 관계를 알아보고자 한다. 첫째, 쿼츠튜브 습식클리닝(화학약품 사용)은 공정 중 사용된 Gas 잔여물 등 오염물질 제거하는 1차 클리닝을 진행하여 잔여물 제거가 완료되면, 쿼츠튜브 내부에 잔존하는 파티클 제거를 위해 2차 클리닝 진행하고 품질이 확보된 부품은 장비에 장착하여 공정을 진행하게 된다. 습식클리닝 기법을 연구하기 위해 1, 2차 클리닝에 사용되는 화학약품의 농도와, 시간 조건을 설정하여 클리닝을 평가하며 무게 변화, 두께 변화, 튜브 내부 표면 거칠기, 플랜지 두께, 튜브 내부 파티클을 측정하여 최적의 조건을 클리닝 기법으로 설정하였다. 둘째, 쿼츠튜브 클리닝을 위해 장비 탈, 부착 및 이동, 클리닝 진행 과정에서 Flange 부분에 많은 스크래치가 발생되고 있다. 스크래치 부분은 화학약품 클리닝 시 식각이 발생하여 부품 수명이 단축 될 수 있다. 이와 관련, 플랜지 부분의 스크래치 한도를 설정하여 한도 초과 부품은 외부수리 후 클리닝하는 것과 클리닝 및 이동 중 스크래치 방지를 위한 보호대를 적용하였다. 셋째, 쿼츠튜브 내부 막질 제거를 위한 화학약품은 HF와 혼합화학약품을 사용하였고, 2차로 튜브 내부에 잔존하는 파티클 제거를 위해 HF와 초순수의 혼합 비율 조건이 적용 되었다. 혼합화학약품의 농도는 클리닝 횟수에 따라 어떤 농도변화가 있는지를 확인하기 위해 클리닝 15회를 주기로 농도 변화를 측정하였다. 마지막으로 쿼츠튜브 클리닝 기법연구 조건은 총 12회 로 각 회마다 1차 클리닝은 HF와 혼합화학약품을 사용하여 튜브 내부에 증착된 오염 막질을 제거하고 2차 클리닝은 HF와 초순수를 혼합한 농도 조건에서 튜브 내부에 잔존하는 파티클을 제거하는 클리닝을 진행하였다.
본 연구를 위한 조건으로 클리닝을 진행하여 쿼츠튜브의 무게, 몸통 두께, 튜브 내부 표면 거칠기, 플랜지 두께, 튜브 내부 파티클 측정값을 비교한다. 이를 위하여 각각의 클리닝 조건에 따른 항목별 측정값의 변화를 확인하였다. 또한 각각 조건별 식각 및 파티클 측정값에 차이가 나는 원인을 파악하고 클리닝 기법으로 식각 최소화와 파티클 제거에 미치는 영향을 분석하였다. 그리고 파티클 최소화하는 클리닝 기법을 연구하고 반도체 쿼츠튜브 클리닝에 적합한 최적의 클리닝 기법을 제시하였다.
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