[논문]반도체 메탈공정 및 1차 스크러버에서 생성되는 파우더 부산물의 물리화학적 특성분석

최광민; 정명구; 안희철

doi:10.15269/jksoeh.2015.25.3.294

Abstract ▼ AI-Helper

Objectives: The aim of this study is to identify physicochemical properties such as chemical composition, size, shape and crystal structure of powder byproducts generated from a metallization process and its 1st scrubber in the semiconductor industry. Methods: Powder samples were collected from inne...

Objectives: The aim of this study is to identify physicochemical properties such as chemical composition, size, shape and crystal structure of powder byproducts generated from a metallization process and its 1st scrubber in the semiconductor industry. Methods: Powder samples were collected from inner chambers during maintenance of the W-plug process equipment (using tungsten hexafluoride as a precursor material) and its 1st scrubber. The chemical composition, size and shape of the powder particles were determined by field emission scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) equipped with an energy dispersive spectroscope (EDS). The crystal structure of the powders was analyzed by X-ray diffraction (XRD). Results: From the SEM-EDS and TEM-EDS analyses, O and W were mainly detected, which indicates the powder byproducts are tungsten trioxide ($WO_3$), whereas Al, F and Ti were detected as low peaks. The powder particles were spherical and nearly spherical, and the particle size collected from the process equipment and its 1st scrubber showed 10-20 nm (agglomerates: 55-90 nm) and 16-20 nm (agglomerates: 80-120 nm) as primary particles, respectively. The XRD patterns of the yellow powder byproducts exhibit five peaks at $23.8^{\circ}$ $33.9^{\circ}$ $41.74^{\circ}$ $48.86^{\circ}$ and $54.78^{\circ}$ which correspond to the (200), (220), (222), (400), and (420) planes of cubic $WO_3$. Conclusions: We elucidated the physicochemical characteristics of the powder byproducts collected from W-plug process equipment and its 1st scrubber. This study should provide useful information for the development of alternative strategies to improve the working environment and workers' health.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구의 대상이 되는 메탈 공정 중 W plug 공정은 WF₆, SiH₄, H₂를 이용하여 W을 증착하고 contact 외부의 W을 CMP 공정으로 제거하는 기술인데 디바이스가 고집적화됨에 따라 금속배선의 접촉 감소 등으로 기존의 Al으로는 성능 구현이 불가능해져 디바이스의 신뢰성 향상 및 공정 단순화를 위해 도입한 화학기상증착방법으로 진행되는 초고집적 디바이스 배선기술 중 하나이다. 본 연구에서는 W 포함 물질을 사용하여 WO₃ 입자가 부산물로 생성 가능한 반도체 메탈 공정 설비 및 1차 스크러버에서 확인되는 파우더 부산물을 수집하여 화학적 조성, 크기, 형상 및 결정구조를 분석함으로써 사전 예방적 원칙에 기초한 작업환경 내 미지의 유해인자에 대한 불확실성을 감소시켜 작업환경 개선은 물론 작업자 건강유지 및 증진에 필요한 정보를 제공하고자 하였다. ;

제안 방법

본 연구에서는 반도체 메탈공정 중 W 전구체를 사용하는 공정에서 기인된 파우더 부산물의 화학적 조성, 크기, 형상, 결정구조 등의 물리화학적 특성분석을 수행함으로써 다음과 같은 결과를 확인할 수 있었다.

대상 데이터

본 연구는 경기도 용인시 기흥에 위치한 시스템 LSI(Large Scale Integrated) 200 mm 웨이퍼를 제조하는 3개 라인 내 텅스텐(W) 배선을 위해 공급가스로 WF₆를 사용하며 파우더 부산물의 생성이 확인되는 메탈 공정 중 W Plug 공정 진행 설비 5대 및 1차 스크러버(Burn-wet type) 3대를 대상으로 하였다.

데이터처리

샘플 파우더 입자의 구성성분, 입자크기, 형상 및 결정구조 분석을 위해 에너지분산분광기(Energy Dispersive Spectroscopy; EDS: INCA 200, Oxford Instruments, Abingdon, Oxfordshire, UK) 장착 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM: JSM 7001F, JEOL, Tokyo, Japan) 또는 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy; TEM: TITAN 30-800, FEI, Hillsboro, USA)을 사용하여 분석(가속전압: 20kV, 분석배율: x 2,000-300,000, 관찰 Field 수: 5)하였다. 또한 파우더 샘플의 결정구조 확인을 위해 X선 회절분석기(X-ray Spectroscopy; XRD: M18XHF22, Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Germany)를 사용하여 분석(2Theta: 10-60℃, Step Size: 0.

성능/효과

1. SEM-EDS 및 TEM-EDS 분석결과, 파우더 부산물의 주요 구성성분은 O와 W이며, 부 성분으로 Al, F, Mg, Ti 성분 등이 함유되어 있었다.
2. TEM 분석결과, 생산설비에서 확인된 파우더는 1차 입자 기준 10-20 nm의 구형 입자가 응집(입경: 55-90 nm)되어 있었으며, 부대설비에서 확인된 파우더의 경우 1차 입자 기준 16-20 nm의 구형 입자가 응집(입경: 80-120 nm)되어 있는 것으로 확인되었다.
3. XRD 분석결과, 파우더 부산물은 입방정계(Cubic)의 결정성을 갖는 WO₃ 입자인 것으로 규명되었다.

후속연구

한편, 산업보건 분야에서는 작업자의 공정 부산물 노출 확인 및 예방이 중요하기 때문에 아직까지 많은 연구가 이루어지지 않은 반도체 1차 스크러버가 가동되고 있는 작업환경에서 부산물의 공기 중 노출 특성 및 독성(유해성), 그리고 작업자 건강보호 관점에서의 연구를 수행해 나가고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	1차 스크러버 설비의 한계점은 무엇인가?	여기서 1차 스크러버는 공정에 사용된 후 배기되는 각종 화학물질을 인체 및 환경에 유해하지 않도록 처리하는 설비이다. 하지만, 이러한 오염제거 시스템에도 불구하고, 공정 잔류 화학물질 및 부산물을 설비 내부로부터 완전히 제거하는 것은 불가능하기 때문에, 반응 챔버를 열어서 진행하는 설비 유지보수 작업 시에 반응 잔여물 또는 부산물의 공기 중 노출 및 작업자 흡입 영향성을 고려해야 한다(Park et al., 2011a; 2012b; 2014c).
	1차 스크러버란 무엇인가?	이러한 화학물질(또는 제품)이 반도체 공정에 사용되는 과정에서 반응 챔버 내 잔류한 물질 및 화학물질간의 반응에 의해 생성된 다양한 부산물이 반도체 제품불량을 유발할 수 있기 때문에 사전 예방을 위해 설비 내 배기시스템 가동, 반응 챔버 내 밀폐상태에서의 세정, 정기적인 생산설비 및 1차 스크러버와 같은 부대설비의 유지보수를 진행하고 있다. 여기서 1차 스크러버는 공정에 사용된 후 배기되는 각종 화학물질을 인체 및 환경에 유해하지 않도록 처리하는 설비이다. 하지만, 이러한 오염제거 시스템에도 불구하고, 공정 잔류 화학물질 및 부산물을 설비 내부로부터 완전히 제거하는 것은 불가능하기 때문에, 반응 챔버를 열어서 진행하는 설비 유지보수 작업 시에 반응 잔여물 또는 부산물의 공기 중 노출 및 작업자 흡입 영향성을 고려해야 한다(Park et al.
	SiO2 파우더 부산물에 대해서 어떠한 분석기를 사용하여 물리화학적 특성 분석 연구가 수행되었는가?	그 외에도 공정에 따라 TiO2, Al2O3 및 WO3 등의 파우더 부산물도 생성됨을 추정할 수 있었다. 그러나 SiO2 파우더 부산물에 대해서는 에너지분산분광기 장착 주사형 및 투과형 전자현미경, X선 회절분석기 등의 다양한 분석기를 활용하여 조성, 크기, 형상, 결정구조 등에 대한 물리화학적 특성분석 연구가 수행된 반면, TiO2, Al2O3 및 WO3 등의 금속산화물 형태의 파우더 부산물에 대해서는 깊이 있는 특성분석이 수행되지 않았기 때문에 이들 부산물에 대한 연구의 필요성이 있다. 메탈 공정은 Al, W, Cu, Au 등의 금속을 사용하여 금속 배선(Metal Line)을 만드는 공정으로, 칩 외부에서 흘러들어오는 전기적 신호를 칩 내부의 각 소자로 전달시켜 주기도 하고 반대로 칩 내부의 전기적 신호를 외부로 전달해 주는 전달자 역할도 동시에 한다.

참고문헌 (16)

Balazsi Cs, Farkas-Jahnke M, Kotsis I, Petras L, Pfeifer J. The observation of cubic tungsten trioxide at high-temperature dehydration of tungsten acid hydrate. Solid State Ionics 2001;141-142:411-416

상세보기
Choi KM, Kim TH, Kim KS, Kim SG. Hazard identification of powder generated from a chemical vapor deposition process in the semiconductor manufacturing industry. J Occup Environ Hyg 2013;10(1):D1-D5

상세보기
Choi KM, An HC, Kim KS. Identifying the hazard characteristics of powder by-products generated semiconductor fabrication processes. J Occup Environ Hyg 2015a;12(2):114-122

상세보기
Choi KM, Kim JH, Park JH, Kim KS, Bae GN. Exposure characteristics of nanoparticles as process by-products for the semiconductor manufacturing industry. J Occup Environ Hyg 2015b;12(8): D153-160

상세보기
Choi KM, Yeo JH, Jung MK, Kim KS, Cho SH. Size, shape, and crystal structure of silica particles generated as by-products in the semiconductor workplace. J Korean Soc Occup Environ Hyg 2015c;25(1):36-44

원문보기 상세보기
Kuzmin A, Purans J. X-ray diffraction, extended x-ray absorption fine structure and Raman spectroscopy studies of $WO_3$ powders and $(1-x)WO_{3-y}{\cdot}xReO_2$ mixtures. J Appl Phys 1998;84(10):5515-5524

상세보기
Lassner E, Schuber WD. Tungsten: properties, chemistry, technology of the elements, alloys, and chemical compounds. Springer, Berlin, 1999, pp. 86, 114-118
Levinshtein ME, Rumyantsev SL, Shur MS. (ed.) Properties of Advanced Semiconductor Materials: GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe. John Wiley & Sons, 2001
Ozkan E, Lee SH, Tracy CE, Pitts JR, Deb SK. Comparison of electrochromic amorphous and crystalline tungsten oxide films. Solar Energy Materials and Solar Cells 2003;79(4):439-448

상세보기
Park SH, Shin JA, Park HH, Yi GY, Chung KJ et. al. Exposure to volatile organic compounds and possibility of exposure to by-product volatile organic compounds in photolithography processes in semiconductor manufacturing factories. Saf Health Work 2011a;2:210-217

원문보기 상세보기
Park SH, Shin JA, Park HD. Exposure possibility to By-products during the processes of semiconductor manufacture. J Korean Soc Occup Environ Hyg 2012b;22:52-59
Park SH, Park HD, Shin IJ. Exposure characteristics for chemical substances and work environment management in the semiconductor assembly process. J Korean Soc Occup Environ Hyg 2014c;24:272-280

원문보기 상세보기
Ramana CV, Utsunomiya S, Ewing RC, Julien CM, Becker U. Structural stability and phase transition in $WO_3$ thinfilms. J Phys Chem B 2006;110(21): 10430 -10435

상세보기
Xie YP, Liu G, Yin L, Cheng HM. Crystal facet-dependent photo catalytic oxidation and reduction reactivity of monoclinic $WO_3$ for solar energy conversion. J Mater Chem 2012;22: 6746-6751

상세보기
Yamaguchi O, Tomhisa D, Kawabata H, Shimizu K. Formation and transformation of $WO_3$ preparation from alkoxide. J Am Ceramic Soc 1987;70(5):C94-C96
Yang H, Shang F, Gao L, Han H. Structure, electrochromic and optical properties of $WO_3$ film prepared by dipcoating-pyrolysis. Appl Suf Sci 2007;253:5553-5557

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

반도체 메탈공정 및 1차 스크러버에서 생성되는 파우더 부산물의 물리화학적 특성분석
Physicochemical Characterization of Powder Byproducts Generated from a Metallization Process and Its 1st Scrubber in the Semiconductor Industry 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (16)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

반도체 메탈공정 및 1차 스크러버에서 생성되는 파우더 부산물의 물리화학적 특성분석 Physicochemical Characterization of Powder Byproducts Generated from a Metallization Process and Its 1st Scrubber in the Semiconductor Industry 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (16)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

정명구 (3)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

반도체 메탈공정 및 1차 스크러버에서 생성되는 파우더 부산물의 물리화학적 특성분석
Physicochemical Characterization of Powder Byproducts Generated from a Metallization Process and Its 1st Scrubber in the Semiconductor Industry 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper