세미툰 인터랙티브 교과서 · 세정

보이지 않는 먼지를
지우고 지키다

웨이퍼는 칩이 되기까지 수백 번 공정을 지나고, 그 사이사이 셀 수 없이 씻긴다. 사람 눈에는 보이지 않는 입자 하나, 금속 원자 몇 개가 칩을 죽이기 때문이다. 하지만 세게 씻으면 지켜야 할 막과 무늬도 함께 상한다. 이 교과서는 오염이 표면에 붙는 힘에서 출발해, RCA 세정과 약액의 화학, 입자를 떼어 내는 물리, 린스와 건조, 배치·매엽 장비, 기체로 씻는 Dry Clean과 PR Strip, 공정별로 무엇을 지우고 무엇을 지킬지, 오염을 재는 계측과 양산 관리, 현업에서 부딪히는 문제까지 시뮬레이터로 직접 움직여 보며 익히게 한다.

1장부터 시작하기 → 전체 목차
12개 챕터 공대 학부 수준 장비와 현업 노트 면접 포인트 시뮬레이터 75개 참고문헌 300여 개 · 모든 근거에 출처
민트색 물방울 모양의 세미툰 캐릭터 클린이 샤워기로 물줄기를 뿜는 그림클린 · 지울 것과 지킬 것을 가리는 친구

첫 실험: 물살을 세게 하면 작은 입자도 떨어질까

웨이퍼 위의 입자는 표면과 맞닿은 곳에서 분자 사이의 힘(van der Waals)으로 붙어 있다. 물을 흘려 입자를 굴려 떼려면 물이 입자를 미는 회전력이 붙잡는 회전력을 이겨야 한다. 그런데 입자가 작아질수록 미는 힘은 붙는 힘보다 훨씬 빨리 약해진다. 물살의 세기를 바꿔 가며 어느 크기까지 떨어지는지 보자. 4장에서 이 줄다리기를 식으로 풀고, Megasonic과 식각으로 들어 올리는 방법을 다룬다.

ANIMATION

크기가 다른 입자 60개와 물살

떨어진 입자남은 입자
떨어진 입자—
굴러 떨어지는 가장 작은 크기—
100 nm 입자를 굴리려면—
해볼 것: ① 기본값(전단율 10⁵ s⁻¹)에서 약 0.9 µm보다 큰 입자는 굴러 떨어지지만 그보다 작은 입자는 그대로 남는다. ② 물살을 끝까지 세게(10⁷ s⁻¹) 해 보자. 그래도 30 nm보다 작은 입자는 남는다. 100 nm 입자를 굴리려면 1 µm 입자보다 20배 넘게 센 물살이 필요하다. 미는 회전력과 붙잡는 회전력의 비가 입자 지름의 4/3제곱에 비례해, 작아질수록 빠르게 불리해지기 때문이다. ③ 그래서 세정은 물살만으로 하지 않는다. SC-1으로 입자 아래를 살짝 녹여 들어 올리고(3장), Megasonic으로 아주 얇은 경계층 안까지 흔든다(4장). (학습용 모델: 물속 실리콘 입자–실리콘 표면, JKR 접촉 모델과 Hamaker 상수로 붙잡는 회전력을, 벽 근처 전단 흐름의 끌림 힘으로 미는 회전력을 계산했다. 벽 보정 계수 1.7과 팔 길이 계수 1.4는 학습용 매개변수다. 입자 크기는 20 nm~5 µm 사이에서 무작위로 골랐다.)

숫자로 보는 세정

이 교과서를 끝내면 아래 숫자가 어디서 나오는지, 공정에서 무엇을 뜻하는지 설명할 수 있게 된다.

1965년

RCA 세정이 생산 라인에 들어간 해. 1970년에 논문으로 공개되었고, 20년 뒤에도 웨이퍼 세정의 기본 방법이었다. 지금의 약액 순서도 여기서 갈라져 나왔다(3장).

10¹⁰ atoms/cm²

세정 뒤 표면에 남아도 되는 금속의 목표 수준. 표면 실리콘 원자 수만 개에 금속 원자 하나꼴이다(계산). 그래서 마지막 헹굼물의 금속은 ppt 수준이어야 한다(1·10장).

6.7 Å 대 1.7 Å

HF로 깨끗이 벗긴 실리콘을 클린룸 공기에 7일 두었을 때와 물기 거의 없는 기체에 두었을 때 다시 자란 자연 산화막. 세정 뒤 대기 시간(Q-time)을 관리하는 이유다(2장).

0.25 nm/min

입자 아래를 녹여 들어 올리는 데 충분했던 SC-1의 아주 느린 식각 속도. 막을 거의 깎지 않고도 입자를 뗄 수 있다(3·4장).

3.2 MPa

45 nm 틈에 물이 남았을 때 생기는 모세관 압력(특허 실시예). 32기압으로 양옆 무늬를 끌어당겨 쓰러뜨린다. IPA로 바꾸면 약 1 MPa로 줄어든다(5장).

18.2 MΩ·cm

25 °C 초순수의 비저항. 이온이 거의 없는 물이 얼마나 전기를 안 통하는지 보여 준다. 헹굼이 끝났는지 이 값으로 확인한다(5·10장).

이 책을 읽는 방법

눈으로 읽고 끝나는 책이 아니다. 숫자를 바꿔 보고, 결과를 먼저 예측해 보고, 왜 그런지 설명해 보는 책이다.

읽기개념과 원리를 먼저 쉬운 말로. 영어 용어는 현장에서 쓰는 그대로 두고 뜻을 풀어 쓴다.
바꿔 보기실험 카드의 값을 끝까지 밀어 보자. 무너지는 지점에서 가장 많이 배운다.
예측하기예측 카드는 결과를 보기 전에 답을 먼저 고른다. 도전은 목표를 맞히는 문제다.
현업 노트현업 노트는 공개 논문과 장비사 자료에 근거해 현장에서 조심하는 지점을 짚는다.
면접 포인트면접 포인트는 그 장의 개념을 원인 → 결과 → 확인 방법으로 이어 말하는 연습이다.

전체 챕터

1~5장은 세정의 원리(오염과 표면, 약액의 화학, 입자 제거, 린스와 건조), 6~7장은 습식·건식 장비, 8~10장은 공정별 세정과 계측·양산 관리, 11장은 현업의 이상 분석이다.

세미툰 공정 교과서 시리즈

반도체 공정을 한 권씩 나누어 같은 방식으로 만든다. 캐릭터마다 맡은 공정이 있다.

이 페이지의 근거

홈 화면의 숫자 카드에 쓴 근거만 모았다. 각 장 끝에는 그 장에서 인용한 참고문헌이 있고, 책 전체의 참고문헌은 12장 · 전체 참고문헌에서 한꺼번에 볼 수 있다. 근거: RCA 세정의 역사, 표면 금속 목표와 헹굼물의 금속, 자연 산화막의 재성장, SC-1 들어 올리기, 모세관 압력, 초순수의 비저항. 첫 실험의 모형 근거: 접착과 구르기 제거 모형.