반도체 세정에도 ‘친환경 녹색 바람’

기체·액체장점 접목한 초임계유체 뛰어나…(주)세메스 등 관련기업들 특허출원 꾸준해

반도체 세정에도 ‘친환경 녹색 바람’이 불고 있다.

혼합물에서 특정성분을 뽑아내 분리하는 능력이 뛰어나 식품분야에서 응용되는 초임계유체(Supercritical Fluid)가 반도체 웨이퍼의 불순물을 없애는 차세대 세정물질로 뜨고 있다.

실리콘 웨이퍼 상에 집적회로를 이루기 위해선 수백 개의 공정단계가 필요하고 이들 단계 중 30~40%가 세정공정, 즉 웨이퍼의 불순물을 없애는 것이다.

액체상태의 세정물질은 밀도가 높아 불순물과 잘 반응, 쉽게 없앨 수 있다. 그러나 액체의 표면장력에 따른 문제점이 있다. 또 기체는 확산속도가 빠르고 표면장력 문제는 없으나 밀도가 낮아 불순물의 용해력이 크게 떨어진다.

기체의 장점인 빠른 확산속도와 낮은 표면장력 및 액체의 장점인 용해능력을 접목한 초임계유체(超臨界流體)가 반도체 웨이퍼제작의 세정공정에 쓰이고 있다.

초임계유체란 고온과 고압의 한계(임계온도와 임계압력)를 넘어선 상태에 이르러 액체와 기체를 구분할 수 없는 시점의 유체를 가리킨다.

이런 유체는 기체처럼 모양은 없지만 액체와 같은 비중과 밀도를 지니며 점도는 기체처럼 낮은 물성을 갖고 있다.

액체, 기체의 장점을 갖고 있어 액체처럼 불순물을 쉽게 녹일 수 있고 기체처럼 미세한 패턴 내부공간까지 완벽하게 도달, 잔류물과 오염물을 없앨 수 있다.

따라서 에칭공정이 끝난 반도체 웨이퍼에 초임계유체를 공급하면 오염물질들이 빠르게 기판으로부터 사라진다.

통상 초임계유체는 혼합물질 안에 들어 있는 하나의 성분만을 정확히 뽑아내 매우 효과적이며 커피에서 카페인을 없애고 담배에서 니코틴을 걸러내는 공정이 그 사례다.

초임계유체로는 이산화탄소(CO2)가 대부분 활용되고 있다. 또 압력을 대기압으로 하면 이산화탄소만이 기체로 나눠져 회수돼 다시 쓸 수 있어 기존공정보다 생산단가는 물론 친환경적으로 쓸 수 있다.

이산화탄소 초임계유체 세정기술을 이용하면 30nm이하의 미세패턴의 웨이퍼를 세정 때 잔류산화물 및 유기물을 동시에 없애고 전체공정에서 폐수를 배출하지 않는 획기적 기술이다.

이런 흐름에서 초임계유체를 활용한 반도체 세정기술관련 특허출원도 이어지고 있다.

특허청에 따르면 2005년 9건, 2006년 10건, 2007년 10건, 2008년 6건으로 해마다 꾸준히 출원되고 있다.

국내기업으론 반도체 장비회사인 (주)세메스가 9건으로 활발한 편이고 미국의 어드밴테스트 테크놀로지사가 8건으로 꾸준히 연구개발하고 있다.

초임계유체의 세정이 여러 장점이 있음에도 연구개발이 초기단계인 건 초임계상태를 만들기 위해선 고압(이산화탄소의 경우 72.9 기압)이 유지돼야 하는 단점이 있다.

그러나 반도체메모리는 계속해 미세화돼 가고 결국 기존공정의 한계에 빠질 수 있어 초임계유체 세정은 대안이 될 수 있음이 제시되고 있다.

특히 초임계유체 세정은 기존 세정보다 에너지사용 및 환경오염을 크게 줄일 수 있는 기술로 친환경녹색성장기술의 하나가 될 수 있어 정부지원이 절실한 실정이다.

왕성상 기자 wss4044@asiae.co.kr