초음속 CO2 입자빔을 이용한 나노 오염입자 제거 연구

Abstract

최근 전자 산업에서 고 성능과 저 전력의 제품을 위해 반도체 디바이스의 선폭이 점점 미세화 되고 있다. 이에 따라 기존 공정에서는 문제가 되지 않았던 20 nm 이하의 오염입자를 제거할 수 있는 기술의 개발이 필요한 상황이다. 보통 수십 나노 사이즈의 오염입자들은 경계층 내부에 존재하며 동시에 그들의 낮은 하전 효율로 인해 기존의 세정 방식으로는 이를 제거하는 것이 매우 어렵다. 따라서 본 연구에서는 초음속 노즐을 통한 아르곤 에어로졸 기술을 바탕으로 이산화탄소 입자빔을 이용해 20 nm 사이즈의 오염입자를 제거 할 수 있는 기술을 제시하였다. 먼저 이산화탄소 및 헬륨 고압 분사시스템과 진공챔버로 이루어진 실험장치를 구축하고, 초음속 유동의 단열 팽창과정을 통해 기체 상태의 이산화탄소를 고체로 상변화 시킬 수 있는 초음속 노즐을 개발하였다. 이 노즐을 통해 나오는 입자빔을 가시화하여 나노 사이즈의 고체 이산화탄소의 생성을 증명하였고, 압축성 유동의 특징인 충격파와 팽창파를 제어하여 이산화탄소 입자빔의 운동에너지를 극대화 하였다. 이 과정에서 이산화탄소 고체 입자의 운동 에너지를 증가시키는 주요 변수에 대한 영향을 평가하고, 이산화탄소 고체입자의 크기와 속도를 정량적으로 분석하는 연구를 진행하였다. 전산 유동해석과 photoresist 표면 위에 생성된 dent 로부터 이산화탄소 입자의 속도와 크기를 예측하였고, 오염입자의 세정이 가능한 범위에서 이산화탄소 고체 입자의 사이즈는 약 30–40 nm 속도는 530 m/s 임을 증명하였다. 이를 이용해 나노 오염입자 제거에 필요한 이산화탄소 고체 입자의 운동에너지를 정량화하고 공정변수를 최적화하여, 이산화탄소 입자로 인해 발생할 수 있는 기존 패턴의 손상을 최소화 할 수 있는 노즐을 개발하여 20 nm 사이즈의 오염입자(CeO2, SiO2, Al2O3)를 성공적으로 제거하였다.