세정장치란?
세정장치(영어: cleaning system)는 화학적, 물리적 성질을 이용하여 재료 표면에 부착된 불순물을 제거하는 장치 입니다.
정밀기기, 반도체, 디스플레이 등의 제조 공정에 사용됩니다. 세정장치를 제대로 사용하지 않으면 불량품이나 수율 저하가 발생할 수 있습니다.
세정 방법은 초음파 세정, 스프레이 세정, 브러시 세정, 건식 세정, 솔벤트 세정 등 다양합니다. 반도체 제조의 경우 제조 공정이 500개 이상인데, 그 중 세정 공정이 30%~40%를 차지하는 것으로 알려져 있습니다.
세정장치의 사용 용도
구체적인 세정 장비의 사용 사례는 다음과 같습니다.
- 반도체 공정에서 실리콘 웨이퍼의 세정
- 금속 필터의 메쉬에 부착된 먼지의 세정
- 절삭 후 금속 표면에 부착된 금속 분말 제거
세정 장비는 오염물의 종류, 세정 대상의 크기, 세정 시간, 세정 정밀도 등을 고려하여 선택합니다. 또한 세정 방법, 세정제, 건조 방법 등도 중요합니다.
세정장치의 원리
반도체 공정에서 세정의 역할은 웨이퍼의 먼지를 제거하는 것입니다. 먼지는 눈에 보이지 않는 작은 쓰레기인 파티클, 사람의 비듬이나 비듬에 포함된 유기물, 땀 등의 유분, 공장 내에서 사용하는 금속에 의한 오염 등이 있습니다.
세정 장치는 이 오염을 용제나 순수한 물로 씻어내는 역할을 합니다. 세척 후에는 건조가 필수입니다. 드라이 인 드라이 아웃(Dry In Dry Out)이라고 하는데, 반드시 건조시킨 후 웨이퍼를 장비에서 꺼내야 합니다.
세정 장비의 대표적인 방식은 초음파 세정, 스프레이 세정, 브러시 세정, 건식 세정, 솔벤트 세정 등이 있습니다.
1. 초음파 세척 장치
초음파 세정장치는 약액 속에 세정 대상물을 넣고 내부를 초음파로 진동시켜 세정하는 장치입니다. 세정 대상에 따라 진동의 크기와 주파수를 선정합니다.
2. 스프레이 세정 장치
스프레이 세정 장치는 노즐에서 기체나 액체를 분사하여 대상물을 세정하는 방식입니다. 핸디형 세정장치도 있으며, 세정대상이 크더라도 대응이 가능합니다.
3. 브러시 세척 장치
브러시 세정 장치는 브러시를 이용해 먼지를 제거한 후 용액이나 스프레이 세정을 이용해 먼지를 씻어내는 장치입니다. 브러시라는 물리적인 방법으로 세척하기 때문에 잘 지워지지 않는 오염물질을 세척할 수 있습니다.
4. 건식 세척 장치
건식 세정 장치는 UV(자외선)를 세정 대상물에 조사하여 오존과 활성산소를 생성하고, 활성산소와 먼지를 반응시켜 먼지를 제거하는 방식입니다. 반도체 및 디스플레이 제조 현장에서 주로 사용됩니다.
5. 용제 세정 장치
솔벤트 세정 장치는 용매의 용해력을 이용해 먼지를 녹여 제거하는 장치이다. 매우 위험한 용매를 사용하는 경우가 있으므로 주의가 필요합니다.
세정장치의 구조
세정장치의 기본 구성은 반송계, 처리조, 순수조, 건조 스테이지로 이루어져 있습니다. 반송계는 대상물을 반입, 반출하는 장치로 처리조 안에서 대상물을 세척합니다. 순수조는 대상물에 부착된 약액을 씻어내는 탱크, 건조 스테이지는 대상물을 건조시키는 장치입니다.
한 종류의 처리액으로 세정할 수 있는 오염물질은 1개가 원칙이며, 여러 개의 오염물질을 세정할 경우 여러 개의 처리조와 순수조가 필요합니다. 반도체 제조 공정에서는 여러 장의 웨이퍼를 한꺼번에 처리하는 배치식과 웨이퍼를 한 장씩 처리하는 웨이퍼 한 장 한 장씩 처리하는 엽식 장비가 사용됩니다.
배치식은 캐리어라는 케이스에 웨이퍼를 한꺼번에 넣고, 캐리어마다 처리층에 넣어 세척하는 방식입니다. 또한, 웨이퍼를 한 장씩 회전시키면서 스프레이 방식으로 세정하는 방식입니다.
세정장치의 기타 정보
세정장치에 사용되는 세정제
반도체 세정은 여러 가지 처리액을 사용합니다. 각 처리액에 따라 제거할 수 있는 오염물질이 다릅니다. 각 처리 후 순수로 헹궈내는 과정을 거칩니다.
- SPM
황산과 과산화수소의 혼합물로 유기물 제거용입니다. - APM
암모니아와 과산화수소의 혼합물로 입자와 유기물을 제거합니다. 또한, 초음파를 추가하여 입자 제거율을 높입니다. - DHF
불산과 순수한 물의 혼합물로 금속과 산화막을 제거합니다. 불산은 강산으로 실리콘도 녹이기 때문에 순수한 물로 희석하여 웨이퍼의 표면만 처리합니다. - HPM
염산과 과산화수소의 혼합물로 남아있는 금속과 산화물을 제거하고, 표면에 불활성화 층을 만들어 오염물의 재부착을 방지합니다.
마지막으로 웨이퍼를 순수한 물로 씻어내고 건조 공정을 진행합니다.