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반도체 웨이퍼의 오존 수(水) 세정을 위한 고농도 오존발생장치 특성 연구
A Study on the Characteristics of the High Concentration Ozone Generator for the Semiconductor Wafer Cleaning with the Ozone Dissolved De-ionized Water 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. C/ C, 전기물성·응용부문, v.52 no.12, 2003년, pp.579 - 585  

손영수 (한국기계연구원 첨단산업기술연구부) ,  함상용 (한국기계연구원 첨단산업기술연구부) ,  문세호 (세왕 CET㈜)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently the utilization of the ozone dissolved de-ionized water(DI-O3 water) in semiconductor wet cleaning process to replace the conventional RCA methods has been studied. In this paper, we propose the water-electrode type ozone generator which has the ozone gas characteristics of the high concent...

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문제 정의

  • 본 실험의 목적은 반도체 세정공정용으로 제안한 6[g/hr] 급수 전극 오존발생장치 두 종류에 대하여 본 연구의 목적인 오존용존농도 60[ppm]급의 오존 수를 제조하는데 필요한 유량 1[ℓ/min]에서 오존 가스 농도 7 [wt%1의 특성을 갖는 오존 가스가 생성되는지의 여부를 확인하여 반도체 공정용 오존 발생 장치로의 효용성을 확인하는데 있다. 따라서, 제안한 각 오존 발생 장치에 대하여 산소공급 유량(0.3, 0.5, 1, 1.5, 2["min])과 방전관 내 압력(0.5, 0.7, 0.9, 1,1, L3[kg 중 /cm2], 인가전압(10~15[kV]) 및 주파수(1 ~1.85[kHz])를 변화시키면서 오존발생장치 에서 생성되는 오존가스의 농도를 측정하고 이를 이용하여, 오존 발생량과 수율은 식 (1) 과 식 (2) 에 의거 계산하였다. 오존 농도의 측정 정확도를 위하여 각 조건 변화에 따라 2회씩 반복 측정하여 그 평균치를 택하였다.
  • 이는 유량이 증가할 경우 오존 생성에 영향을 미치는 여기 산소분자의 수는 증가하지만, 유속이 빨라져서 방전공간 내에 발생한 오존가스의 손실이 증가하여 오존농도가 저하되는 것으로 판단된다. 동일 유량에서 인가전압 증가에 따른 오존농도 증가는 인가전압 상승에 따라 방전관 내의 전력 밀도도 증가하므로 전자의 생성이 많아짐에 따른 산소 분자와의 충돌확률이 높아져서 여기 산소분자의 생성반웅이 활발하게 되는 데 기인한다. 수율의 경우는 방전 전압이 증가함에 따라 감소하며, 동일 방전 전압에서는 유량이 증가할수록 수율이 높게 나타났는데 이는 유량이 증가할수록 오존 발생량이 많기 때문에 수율도 증가한 것으로 사료된다.
  • 따라서, 본 논문에서는 방전 공간 내에 금속 전극의 노출을 배제하는 이 중 유전체 구조를 채택하여 방전 공간 내부에 금속 전극과 전자의 충돌로 인한 금속이온 및 금속 파티 클 생성요인을 근본적 제거함으로써 반도체 공정에의 활용에 적합한 특성을 갖는 오존발생장치 구조를 제안하였다. 또한 제안한 오존 발생 장치는 유전체 내 • 외부를 순환하는 냉각수를 냉각장치로 활용함과 동시에 방전 전극으로 활용함으로써 유전체와 전극의 밀착력을 향상시켜 열 전달율을 높이고 이로 인한 냉각성능 향상으로 방전 시 발열에 의한 오존 분해 작용 억제로 고농도 달성에 적합하도록 구성하였다.
  • 따라서, 본 연구에서는 고농도의 오존 수를 이용한 반도체 웨이퍼 세정공정기술 개발의 일환으로서, 반도체 웨이퍼 세정공정 전용으로 사용하기 위한 고순도, 고농도의 수 전 극 오존발생장치를 제안하여 각각에 대해 유량, 압력, 인가전압 및 주파수 변화에 따른 발생농도 및 발생량 등 제 특성을 실험, 측정하였다. 오존 수를 이용한 반도체 세정 공정 한 개 라인에서 오존 용존 농도 60[mg/ℓ]급의 고농도 오존 수를 분당 10[2] 이상 만들기 위해서는 전용 오존발생장치의 성능이 분당의 산소 공급 유량에서 오존농도 7 [wt%] 이상(유량 [0.
  • 냉각수를 전극으로 이용할 경우 수 전극의 전기적 저항이 금속 전극에 비해 크므로 금속전극을 이용하는 방전 장치보다 더 큰 전기적 손실이 예상되나, 유전체와 전극 사이의 밀착력 증대로 인한 냉각효율 향상으로 전기적 손실에 따른 오존 발생 특성 저하를 만회 할 수 있다. 본 연구에서는 수 전극 사용에 따른 전기적 저 항 증가를 최소화하기 위하여 냉각수에 미량의 전해질을 첨가함과 동시어), 가는 도선을 삽입하여 전기전도율을 증가 시 켰다.
  • 따라서, 본 연구에서는 고농도의 오존 수를 이용한 반도체 웨이퍼 세정공정기술 개발의 일환으로서, 반도체 웨이퍼 세정공정 전용으로 사용하기 위한 고순도, 고농도의 수 전 극 오존발생장치를 제안하여 각각에 대해 유량, 압력, 인가전압 및 주파수 변화에 따른 발생농도 및 발생량 등 제 특성을 실험, 측정하였다. 오존 수를 이용한 반도체 세정 공정 한 개 라인에서 오존 용존 농도 60[mg/ℓ]급의 고농도 오존 수를 분당 10[2] 이상 만들기 위해서는 전용 오존발생장치의 성능이 분당의 산소 공급 유량에서 오존농도 7 [wt%] 이상(유량 [0.5 Z/min]에서 최대 10[wt%]), 오존 발생량 40[g/W급의 오존 발생 특성을 만족해야 하는바, 본 연구에서는 6[g/hr]급으로 설계한 제안 구조를 갖는 단일 오존발 생장치가 상기의 특성을 만족하는지의 여부를 검토함으로써, 반도체 세정공정용 고농도 오존 발생 장치로의 타당성을 확인하였다.
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참고문헌 (12)

  1. W. Kern, Handbook of Semiconductor Wafer Clean ing Technology, Noyes Publications, Westwood, NJ, 1993, pp.383-391 

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  5. S, Nelson, 'Ozonated Water for Wafer Cleaning and Photoresist Removal', Solid State Technology, July, 1999, pp.107-112 

  6. J. Cheng, D. Nemeth, 'The Study of Temperature Effect in Photoresist Stripping with DIO3 Process', Technical Report, Akrion, Allentown, PA, April 12, 1999 

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  8. Bruno Langlais David A,'Ozone in water treatment; application and engineering', American Water Works Association Research Foundation, 1991 

  9. Moo bean Chang, 'Experimental Study on Ozone Synthesis via Dielectric Barrier Discharge', Ozone Science and Engineering, Vol. 19, pp.241-254, 1997 

  10. 송현직, 이광식, '다중방전형 오존발생기의 시작 및 특성(I)', 대한전기학회논문지, Vol.48C, No.7, pp.533-541, 1997 

  11. 조국희, 이형호, '동축형 전극길이 변화시의 연면 무성방전에 의한 오존발생특성', 대한전기학회논문지 Vol. 48C, No.12, pp.791-797, 1999 

  12. 이형호, 조국희, '유전체 장벽 방전내에서 오존발생특성', 대한전기학회논문지 Vol.49C, No.12, pp.673-678, 2000 

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