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웨이퍼 표면의 Si3N4 파티클 제거를 위한 초임계 이산화탄소 세정
The Removal of Si3N4 Particles from the Wafer Surface Using Supercritical Carbon Dioxide Cleaning 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.24 no.3, 2018년, pp.157 - 165  

김용훈 (부경대학교 융합디스플레이공학과) ,  최해원 (세메스 연구소) ,  강기문 (세메스 연구소) ,  안톤커랴킨 (세메스 연구소) ,  임권택 (부경대학교 융합디스플레이공학과)

초록
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본 연구에서는 초임계 이산화탄소와 공용매 첨가물을 이용하여 실리콘 웨이퍼 표면의 $Si_3N_4$ 파티클을 제거하는 기술을 조사하였다. 우선, 몇 가지 계면활성제와 첨가제에 관한 초임계 이산화탄소 용해도 및 파티클 분산성 평가를 통하여 초임계 공정에 대한 적합성을 확인하였다. 다양한 변수를 조정하여 파티클 세정 실험을 진행하여 최적의 제거 조건을 확립하였다. 실험에 사용된 계면활성제는 파티클 제거 효과가 떨어졌으며, 실험 후 이차 오염물이 형성됨을 확인하였다. 반면 trimethyl phosphate는 IPA공용매와 미량의 HF와 혼합된 세정 첨가제로서 초임계 이산화탄소에 5 wt%로 포함한 유체로 온도 $50^{\circ}C$, 압력 2000 psi에서 $15mL\;min^{-1}$의 유속으로 4분 간 세정한 결과, 85%의 파티클 제거 효율을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the removal of $Si_3N_4$ particles from the surface of a silicon wafer was investigated by using supercritical carbon dioxide, the IPA co-solvent and cleaning additive chemicals. First, the solubility of several surfactants and binders in supercritical carbon dioxide solubi...

주제어

표/그림 (13)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그리고 건조 과정에서 유기용제를 이용하더라도 선폭 30 nm 이하의 미세한 회로패턴을 가지는 반도체 소자에 대해서는 여전히 도괴현상(pattern collapse)이 유발된다[17]. 따라서 본 논문에서는 초임계 이산화탄소와 공용매인 IPA 및 기타 첨가제를 이용하여 반도체 제조 과정 중 발생하는 파티클을 효과적으로 제거하는 연구를 진행하였다. 초임계 이산화탄소에 IPA 및 기타 첨가제의 조성, 유속, In/Outlet 위치 등의 변수를 조절하여 파티클 제거 조건을 확립하였으며, 실험을 위해 임의로 오염시료를 제작하여 사용하였다.
  • 본 연구에서는 초임계 이산화탄소를 이용하여 반도체 제작 시 발생하는 Si3N4 파티클을 제거할 수 있는 세정시스템을 조사하였다. Si3N4 파티클 제거를 위한 공정조건 및 IPA공용매와 세정액에 첨가되는 계면활성제, 바인더에 따른 웨이퍼 표면의 Si3N4 파티클을 제거하는 실험을 진행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
초임계 상태에서 이산화탄소가 가지는 특성은 무엇인가? 이산화탄소가 초임계 상태가 되면 높은 확산계수와 낮은 표면장력을 가지며, 열 이동이 빠르기 때문에 시료 침투력이 좋고 평형에 빨리 접근할 수 있는 특징을 가진다. 또한 액체이산화탄소와 비슷한 밀도를 가지므로 기체상보다 우수한 용해력(solvent power)을 가진다. 이러한 장점 때문에 반도체 세정[1], 추출[2], 화학 및 중합반응[3-5] 등의 공정에서 기존 용매가 가지는 기술적 어려움을 해결 할 수 있는 새로운 기술로 주목받고 있다.
초임계 이산화탄소가 감압에 의해 용질을 쉽게 분리할 수 있는 이유는 무엇인가? 8 bar)에서 초임계 상태에 도달할 수 있다[6]. 그리고 낮은 유전상수와 점도를 가지며, 높은 압축성으로 인하여 압력 변화에 따라 용해도 계수를 변화시키기 용이하므로 감압에 의해 용질을 쉽게 분리할 수 있다. 최근 초임계 이산화탄소는 추출 분야뿐만 아니라, 비 용매 코팅 생체분자 반응 및 분리 등에도 활발히 연구되고 있다.
반도체 공정의 세정공정은 어떠한 과정으로 수행되어지는가? 따라서 반도체소자의 제조 공정에는 이러한 이물질을 제거하기 위한 세정공정이 필수적으로 수반된다[11-13]. 세정공정은 케미컬로 기판 상의 이물질을 제거하는 케미컬공정, 케미컬을 순수로 세척하는 세척공정, 기판을 건조시키는 건조공정을 거쳐 수행된다. 일반적인 건조공정은 기판 상의 순수를 비교적 표면장력이 작은 이소프로필알코올(isopropyl alcohol, IPA) 등의 유기용제로 치환한 뒤 이를 증발시키는 방식으로 이루어져 왔다[14-16].
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참고문헌 (20)

  1. DeSimone, J. M., Romack, T. J., Betts, D. E., and Mcclain, J. B., "Cleaning Process Using Carbon Dioxide as a Solvent and Employing Molecularly Engineered Surfactants," U. S. Patent No. 5,866,005 (1999). 

  2. Campbell, M. L., Apodaca, D. L., Yates, M. Z., McCleskey, T. M., and Birnbaum, E. R., "Metal Extractionfrom Heterogeneous Surfaces Using Carbon Dioxide Microemulsions," Langmuir, 17, 5458-5463 (2001). 

  3. Cooper, A. I., Wood, C. D., and Holmess, A. B., "Synthesis of Well-defined Macroporous Polymer Monoliths by Sol-gel Polymerization in Supercritical $CO_2$ ," Ind. Eng. Chem. Res., 39, 4741-4744 (2000). 

  4. Hwang, H. S., Yuvaraj, H., Kim, W. K., Lee, W. K., Gal, Y. S., and Lim, K. T., "Dispersion Polymerization of MMA in Supercritical $CO_2$ Stabilized by Random Copolymers of 1H, 1H-Perfluorooctyl Methacrylate and 2-(Dimethylaminoethyl Methacrylate)," J. Polym. Sci. : Part A: Polym. Chem., 46, 1365-1375 (2007). 

  5. Ganapathy, H. S., Park, S. Y., Lee, W. K., Park, J. M., and Lim, K. T., "Polymeric Nanoparticles from Macroscopic Crystalline Monomers by Facile Solid-state Polymerization in Supercritical $CO_2$ ," 51, 264-269 (2009). 

  6. O'Shea, K. E., Kirmse, K. M., Fox, M. A., and Johnston, K. P., "Polar and Hydrogen-bonding Interactions in Supercritical Fluids. Effects on the Tautomeric Equilibrium of 4-(phenylazo)-1-naphthol," J. Phys. Chem., 95, 7863-7867 (1991). 

  7. Jones, C. A., Zweber, A., Deyoung, J. P., McClain, J. B., Carbonell, R., and DeSimone, J. M., "Applications of "Dry" Processing in the Microelectronics Industry Using Carbon Dioxide," Crit. Rev. Solid. State, 29, 97-109 (2004). 

  8. Weibel, G. L., and Ober, C. K., "An Overview of Supercritical $CO_2$ Applications in Microelectronics Processing," Microelectron. Eng., 65, 145-152 (2003). 

  9. Kim, D. H., Lim, E. S., and Lim, K. T., "Efficient Stripping of High-Dose Ion-Implanted Photoresist in Supercritical Carbon Dioxide," Clean Technol., 17, 300-305 (2011). 

  10. Kim, D. H., Lim, E. S., and Lim, K. T., "Efficient Stripping of High-dose Ion-implanted Photoresist in Supercritical Carbon Dioxide," Clean Technol., 17(4), 300-305 (2011). 

  11. Kim, D. W., Heo, H., and Lim, K. T., "Study of Supercritical Carbon Dioxide/n-Butyl Acetate Co-solvent System with High Selectivity in Photoresist Removal Process," Clean Technol., 23, 357-363 (2017). 

  12. Kim, D. W., Kim, Y. H., and Lim, K. T., "Supercritical Carbon Dioxide Drying for MEMS Structures," J. Korean Soc. Imaging Sci. & Technol., 20(4), 16-21 (2014). 

  13. Jung, J. M., Kwon, H. S., Lee, W.-K., Choi, B.-C., Kim, H. G., and Lim, K. T., "Repair of Plasma-Damaged p-SiOCH Dielectric Films in Supercritical $CO_2$ ," Microelectron. Eng., 87, 1680-1684 (2010). 

  14. Hwang, H. S., Bae, J. H., Jung, J. M., and Lim, K. T., "He Sacrificial Oxide Etching of Poly-Si Cantilevers Having High Aspect Atios Using Supercritical $CO_2$ ," Microelectron. Eng., 87, 1696-1700 (2010). 

  15. Jung, J. M., Yoon, E. J., Lim, E. S., Choi, B. C., Kim, S.-Y., and Lim, K. T., "The Dry Etching of TEOS Oxide for Poly-Si Cantilevers in Supercritical $CO_2$ ," Microelectron. Eng., 88, 3448-3451 (2011). 

  16. Lee, M. Y., Do, K. M., Ganapathy, H. S., Lo, Y. S., Kim, J. J., Choi, S. J., and Lim, K. T., "Surfactant-Aided Supercritical Carbon Dioxide Drying for Photoresists to Prevent Pattern Collapse," J. Supercrit. Fluids, 42, 150-156 (2007). 

  17. Tanaka, T., et al., "Mechanism of Resist Pattern Collapse during Development Process," 32 Issue 12 (1993). 

  18. Bae, J. H, Md., Alam, Jung, J. M., Gal, Y.-S., Lee, H. S., Kim, H. G., and Lim, K. T., "Improved Etching Method for Microelectronic Devices with Supercritical Carbon Dioxide," Microelectron. Eng., 86, 128-131 (2009). 

  19. Yuvaraj, H., Johnston, K. P., and Lim, K. T., "Removal of HF/ $CO_2$ Post-Etch Residues from Pattern Wafers Using Water-in-Carbon Dioxide Microemulsions, Jae Mok Jung, Hullathy Subban Ganapathy," Microelectron. Eng., 86, 165-170 (2009). 

  20. Kim, S. H., Yuvaraj, H., Jeong, Y. T., Park, C., Kim, S. W., and Lim, K. T., "The Effect of Ultrasonic Agitation on the Stripping of Photoresist Using Supercritical $CO_2$ and Co-Solvent Formulation," Microelectron. Eng., 86, 171-175 (2009). 

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