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극저온 $CO_2$ 세정과정 시 미세오염물의 탈착 메커니즘 연구
A dynamic analysis on minute particles' detachment mechanism in a cryogenic $CO_2$ cleaning process 원문보기

반도체및디스플레이장비학회지 = Journal of the semiconductor & display equipment technology, v.7 no.4, 2008년, pp.29 - 33  

석종원 (중앙대학교 기계공학부) ,  이성훈 (중앙대학교 기계공학부 대학원) ,  김필기 (중앙대학교 기계공학부 대학원) ,  이주홍 (중앙대학교 기계공학부 대학원)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Rapid increase of integrity for recent semiconductor industry highly demands the development of removal technology of contaminated particles in the scale of a few microns or even smaller. It is known that the surface cleaning technology using $CO_2$ snow has its own merits of high efficie...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 미세입자의 탈착 메커니즘에는 크게 네 가지(rebounding, sliding, rolling and lifting)가 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 CO2 입자와 기저부 표면 위에 점착된 미세입자 사이의 수직 충돌에 의한 운동량 전달로써 미세입자가 리바운딩되는 메커니즘을 모델링 하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 기저부 표면에 점착되어 있는 미세입자와 CO2 입자 사이의 충돌에 의한 미세입자의 탈착 메커니즘에 대한 모델링 및 시뮬레이션을 수행하였다. 이러한 모델링 및 시뮬레이션을 통하여 미세입자의 크기 및 CO2 입자와 미세입자 사이의 충돌속도에 따른 미세입자의 동적 거동을 모사함으로써 각 인자에 따른 미세입자의 탈착 거동을 분석하고, CO2 입자와 미세입자 사이의 충돌에 의한 미세입자의 제거 메커니즘을 규명하고자 하였다.
  • 입자 사이의 충돌에 의한 미세입자의 탈착 메커니즘에 대한 모델링 및 시뮬레이션을 수행하였다. 이러한 모델링 및 시뮬레이션을 통하여 미세입자의 크기 및 CO2 입자와 미세입자 사이의 충돌속도에 따른 미세입자의 동적 거동을 모사함으로써 각 인자에 따른 미세입자의 탈착 거동을 분석하고, CO2 입자와 미세입자 사이의 충돌에 의한 미세입자의 제거 메커니즘을 규명하고자 하였다.
  • 입자 사이의 충돌에 의한 미세입자의 탈착 메커니즘에 대한 모델링 및 시뮬레이션을 수행하였다. 이러한 모델링 및 시뮬레이션을 통하여 미세입자의 크기 및 CO2 입자와 미세입자 사이의 충돌속도에 따른 미세입자의 동적 거동을 모사함으로써 각 인자에 따른 미세입자의 탈착 거동을 분석하고, CO2 입자와 미세입자 사이의 충돌에 의한 미세입자의 제거 메커니즘을 규명하고자 하였다.

가설 설정

  • 5 µm로 고정시키고 초기 충돌 속도를 변수로 하여 리바운딩 탈착 메커니즘을 시뮬레이션한 결과이다. CO2 입자와 미세입자 사이의 초기 충돌 속도는 0.5 m/s, 1m/s, 1.2 m/s 및 1.5 m/s로 가정하였다. 시뮬레이션 결과 CO2의 낮은 속도에서는 미세입자가 기저부에 잔존하였다.
  • 시뮬레이션에서 미세입자의 반경은 각각 0.7 µm, 0.8 µm, 1.2 µm, 1.3 µm로 가정하였다.
  • 입자와 미세입자 사이의 접촉 및 변형에 관한 메커니즘은 Hertz의 접촉 이론[9], 미세입자와 표면 사이의 응착 및 변형에 관한 메커니즘은 점착 에너지를 고려한 JKR 이론[10]을 기초로 모델링 하였다. 한편, 해석을 위하여 기저부 표면과 입자들의 표면은 부드럽고 물질 사이의 점착과 충돌에 따른 변형은 소성변형이 없는 완전탄성체로 가정하였다. 또한 각 입자는 구형의 형태로 모델링 하였으며 나노 스케일의 환경에서는 매우 작은 물질의 질량과 물질간의 매우 가까운 거리로 인하여 중력장 내에서 작용하는 힘이 약해지기 때문에 중력에 의한 효과는 무시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수율 향상 및 신뢰성 확보를 위해 미세 오염물 제거를 위한 세정 공정이 대두되고 있는 이유는? 반도체 공정에서 공정변수 등에 의해 부착되는 미세 오염물들은 반도체 회로가 고집적, 고성능화에 따라서 반도체 부품이나 디스플레이 장비 등의 수율과 디바이스 성능 및 신뢰성에 치명적인 영향을 미친다[1,2]. 따라서 미세 오염물 제거를 위한 세정은 제품의 수율 향상 및 신뢰성 확보를 위하여 필수적인 공정으로 대두되고 있다.
미크론 이하 규모의 미세입자의 제거가 어려운 이유는? 한편, 반도체 공정에서 발생하는 오염물들은 크게 세 가지(유기 오염물, 금속 불순물, 미세입자)로 나눌 수 있다. 특히, 이러한 오염물 중 기계-전기적인 힘 또는 화학적인 힘[3,4] 등에 의해 부착되는 미크론 이하(Submicron) 규모의 미세입자는 작동유체의 유동경계층(Boundary layer) 내에 위치하기 때문에 이의 제거는 매우 어렵다[5].
반도체 공정에서 발생하는 오염물의 대표적인 세 가지는 무엇인가? 한편, 반도체 공정에서 발생하는 오염물들은 크게 세 가지(유기 오염물, 금속 불순물, 미세입자)로 나눌 수 있다. 특히, 이러한 오염물 중 기계-전기적인 힘 또는 화학적인 힘[3,4] 등에 의해 부착되는 미크론 이하(Submicron) 규모의 미세입자는 작동유체의 유동경계층(Boundary layer) 내에 위치하기 때문에 이의 제거는 매우 어렵다[5].
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