CO₂ Gas를 활용한 반도체 웨이퍼의 정전기 제어를 통한 세정력 향상에 관한 연구 = A study on the improvement of cleaning power through electrostatic control of semiconductor wafer using CO₂ Gas

국문 초록 (Abstract)

오늘날 반도체 산업은 컴팩트한 전자 장치의 수요에 따라 웨이퍼 패턴 회로가 3nm 이하 초미세화가 빠르게 발전하고 있다. 반도체 패턴이 초미세화되면서 웨이퍼 세정공정의 중요성은 더욱 주목받고 있다. 반도체 세정 장비에서 사용하는 초순수(DIW)는 높은 비저항 값을 가지며, 초미세 패턴의 웨이퍼를 세정할 때 발생하는 정전기를 개선하기 위해서 사용하는 CO2 버블러 기술의 중요도가 점점 증가하고 있다.
CO2 버블러 기술은 초순수(DIW)에 CO2 가스(Gas)를 주입 용해하여 초순수(DIW)의 비저항 값을 낮추어 웨이퍼에 정전기 발생 및 세정력 저하를 개선하는 기술이다. 외산 의존도가 높고 관련 연구 또한 미흡하므로 CO2 버블러 유닛의 국산화 설계 및 제작, 실험을 통해 초순수(DIW) 비저항 값과 연계된 인젝션의 통과 유량, CO2 농도, pH 값의 변화 분석의 상관관계를 현재 반도체 세정 장비에서 사용하는 비저항 값의 기준으로 분석이 요구된다.
본 연구를 통해 현재 국내 반도체 장비회사가 주로 사용하고 있는 외산제품을 대체하는 국산화 실현 가능성도 검토하였고 반도체 세정 장비의 공정 사양인 초순수(DIW) 비저항 값 0.1㏁·㎝ 기준에서의 CO2 농도, pH 값, 인젝션 통과 유량 등의 조건을 확보하였다. 이러한 조건들을 확보함으로써 초미세화되어 가는 웨이퍼 세정의 제품 불량 개선과 CO2 버블러 유닛의 국산화를 통한 국내 반도체 세정 장비의 기술 경쟁력에 기여하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Today's semiconductor industry is rapidly advancing the miniaturization of wafer pattern circuits down to 3nm or less, driven by the demand for compact electronic devices. The importance of wafer cleaning process is becoming more and more important as the semiconductor pattern becomes ultra-fine. The ultra pure water used in semiconductor cleaning equipment has a high resistivity value, resulting the CO2 bubbler technology to become significantly more important in improving the static electricity generated when cleaning wafers with ultra-fine patterns.
CO2 bubbler technology is a technology that reduces the resistivity value of ultra pure water by injecting CO2 gas into ultra pure water to improve the generation of static electricity on wafers and the degradation of cleaning power. Due to the high dependence on foreign products and the lack of related research, it is necessary to design and manufacture a localized CO2 bubbler unit and analyze the correlation between the resistivity value of ultra pure water and the changes in the flow rate, CO2 concentration, and pH value of the injection through experiments, using the resistivity value used in current semiconductor cleaning equipment as a standard.
Through this study, we examined the feasibility of localization to replace foreign products currently used by domestic semiconductor equipment companies, and secured conditions such as CO2 concentration, pH value, and injection flow rate based on the process specification of ultra-pure resistivity value of 0.1㏁·㎝, which is the process specification of semiconductor cleaning equipment. By securing these conditions, we hope to contribute to the improvement of product defects in the cleaning of ultra-fine wafers and the technological competitiveness of domestic semiconductor cleaning equipment through localization.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 목적 4
• Ⅱ. 이론적 배경 5
• 1. 반도체 제조공정 5
• 가. 반도체 제조공정 개요 5
• 나. 반도체 세정 장비 현황 20
• 2. 반도체 세정공정의 정전기 25
• 가. 정전기 개요 25
• 나. 반도체 세정공정의 정전기 발생 유형 31
• 다. 반도체 세정공정의 정전기에 따른 불량 유형 38
• 라. 반도체 세정 장비의 정전기 제어 방안 42
• 마. 반도체 세정 용도의 CO2 Gas 특성 45
• Ⅲ. 연구 방법 46
• 1. 세정공정의 핵심 요소 46
• 가. CO2 버블러 개요 및 필요성 46
• 나. 초순수(DIW, De-Ionized Water) 53
• 다. 중공사형 분리막 정의 및 특징 58
• 2. 연구 실험 모형 및 주요 기술적 항목 62
• 가. 연구 실험 모형 62
• 나. 주요 기술적 항목 65
• Ⅳ. 연구 내용 66
• 1. CO2 버블러의 구성에 관한 연구 66
• 가. CO2 발생 인젝션에 관한 설계 66
• 나. CO2 버블러 시스템에 관한 설계 74
• 2. CO2 버블러의 성능 평가 75
• 가. 중공사막 통과 유량에 따른 비저항 값 분석 75
• 나. 비저항 값 설정에 따른 CO2 농도 및 pH 분석 78
• Ⅴ. 연구 결과 81
• 1. 주요 성능 지표의 상관관계 분석 81
• 2. 국산화 적용 가능성의 실증적 확인 82
• Ⅵ. 결론 83
• 1. 본 연구에 대한 결론 83
• 2. 후속 기술의 보완 계획 84
• 참고문헌 85
• Abstract 89