2025년, 반도체의 미세화가 가속화되고 있습니다.
동시에 세정 공정의 중요성도 더욱 커지고 있습니다.
따라서 오늘 글에서는 반도체 제조 공정에서 핵심적인 세정 기술 5가지를 알아보도록 하겠습니다.
반도체 세정 공정의 중요성
반도체 공정에서 세정 단계는 왜 필요할까요?
세정(Cleaning)은 반도체 제조 공정에서 입자나 유기물, 금속 오염 등을 제거하는 필수 단계입니다.
반도체가 작아지는 미세 공정으로 갈수록 작은 불순물 하나로도 불량이 발생할 수 있습니다.
즉 세정 기술은 제품의 수율과도 직결되는 매우 민감한 요소입니다.
실제로 전체 공정의 약 30% 이상이 세정과 관련된 단계라는 점에서도 그 비중을 실감할 수 있습니다.
1. RCA 세정 (RCA Cleaning)
RCA 세정은 고전적이지만 여전히 강력한 기초 세정 기술입니다.
RCA 세정이란 1965년 미국 RCA 사가 개발한 방법입니다.
RCA 세정법은 가장 기본적인 세정 공정으로, 오늘날까지도 널리 활용되고 있습니다.
이 세정 방법은 알칼리성 용액을 사용하는 SC-1과 산성 용액을 사용하는 SC-2 방식을 포함하고 있습니다.
SC-1 세정이란 NH₄OH + H₂O₂ + H₂O의 혼합물을 사용합니다.
유기물과 미세 입자를 제거하는데 유용합니다.
SC-2 세정은 HCl + H₂O₂ + H₂O의 혼합물을 사용하며 금속 오염을 제거합니다.
이렇게 RCA 세정은 공정 안정성과 오염 제거 성능이 뛰어납니다.
RCA 세정은 습식 세정 장비에서 간편하게 구현할 수 있다는 장점이 있습니다.
2. SPM 세정 (Sulfuric Peroxide Mixture)
SPM 세정은 유기물 제거에 탁월한 산화 세정 기술입니다.
SPM 세정에서는 황산(H₂SO₄)과 과산화수소(H₂O₂)의 혼합 용액을 이용합니다.
덕분에 유기물과 포토레지스트 잔여물을 강력하게 산화시켜 제거할 수 있습니다.
100~130℃인 고온에서 반응성이 매우 높아 강력한 산화력을 자랑합니다.
또한 식각 후 남은 유기물을 제거하는 데 특화되어 있습니다.
덕분에 포토레지스트 제거에 최적화되어 있습니다.
그러나 반응성이 너무 높은 나머지 부식 방지를 위한 후속 공정이 요구됩니다.
주로 식각(Etching) 및 이온 주입 후의 세정 공정에 적용됩니다.
3. HF 마지막 세정 (HF Last Clean)
HF 마지막 세정이란 금속 막 공정에 필수적인 표면 패시베이션 기술입니다.
불산(HF)은 특히 SiO₂과 같은 산화막을 제거하는 데 탁월한 성능을 보입니다.
이러한 ‘HF Last’ 공정은 반도체 금속 배선 공정의 전 단계에서 핵심적으로 사용되고 있습니다.
HF 마지막 세정은 SiO₂를 화학적으로 제거하여 기판 표면을 매끈하게 만들어 줍니다.
또한 표면에 수소를 남겨 재산화를 방지합니다.
이를 수소 패시베이션이라고 합니다.
이후 공정까지 표면을 청정 상태로 유지하여 재산화를 최소화합니다.
특히 HF Last는 화학적 기계 연마인 CMP 이후 공정이나 금속 증착의 전 단계에서 중요하게 사용되고 있습니다.
4. 오존수 세정 (Ozonated DI Water Clean)
오존수 세정 방식은 처음 들어보셨죠?
오존수 세정이란 순수한 DI(초순수) 물에 오존(O₃)을 용해시켜 산화력을 가지게 만든 친환경 세정법입니다.
최근 반도체 업계에서 주목받고 있는 친환경, 고효율 차세대 세정 기술입니다.
화학 약품이 전혀 없는 공정이라 부식이나 잔류물 걱정이 없다는 것도 큰 특징입니다.
또한 오존의 산화력 덕분에 유기물이나 금속의 제거가 손쉽게 가능합니다.
폐수 처리 부담도 최소화할 수 있습니다.
ESG가 주목받고 있는 시대에 환경적인 부담을 감소시킬 수도 있습니다.
특히 3D NAND와 같은 고집적 반도체 소자에서 효과적인 세정 방법으로 채택되고 있습니다.
5. 드라이 세정 (Dry Cleaning, Plasma Clean)
드라이 세정이란 플라즈마를 활용한 건식 세정 공정입니다.
플라즈마나 이온 빔, 레이저를 활용하여 입자나 유기물을 물리적·화학적으로 제거하는 기술입니다.
건식 공정은 습식 공정으로 제거가 어려운 미세 입자나 좁은 구조에서도 효과적입니다.
산소나 플루오린 계열의 플라즈마를 활용하여 표면을 반응시킵니다.
덕분에 무손상 공정 구현이 가능합니다.
즉 기계적 접촉 없이도 오염 제거가 가능합니다.
미세 구조에서도 균일한 세정이 가능하여 나노 공정에도 적합합니다.
현재 드라이 세정은 EUV 노광 장비나 극미세 패턴 공정 등 첨단 영역에서도 점점 그 활용도가 증가하고 있습니다.
결론
반도체 제조의 세정 공정은 이제 단순히 오염을 제거하는 수준이 아닙니다.
이젠 수율과 신뢰성 확보에도 결정적인 역할을 하고 있습니다.
오늘 소개한 RCA, SPM, HF Last, 오존수 세정, 드라이 세정 등 각각의 기술은 적용 목적과 공정 조건에 따라 적절하게 선택되어야 합니다.
특히 미세화, 고집적화가 진행될수록 오염에 대한 허용 범위는 줄어들 수밖에 없습니다.
이에 따라 세정 기술의 정밀성과 친환경성이 더욱 중요해지고 있습니다.
앞으로도 차세대 반도체 제조에서는 보다 정교하고 효율적인 세정 기술의 진화가 필수적일 것입니다.
이러한 반도체 세정 기술이 발전하여 반도체 업계로부터 더욱 높은 효율을 기대할 수 있길 바랍니다.
오늘 글은 여기까지입니다.
감사합니다.