8.4 표면 분자 오염(SMC)에서 결함까지

단단한 표면과 기체 사이의 상호작용 판에서 일어나는 다른 현상들이 그림 8.7에 나와 있습니다. 기체 분자는 고체에 부 딪쳐 표면을 따라 확산하고, 표면에 흡착하거나 흡수됩니다. 단단한 표면은 벌크 재료와 외부 세계 사이의 경계입니다. 이 표면은 마지막 원자 또는 분자 층의 미결정 불포화 결합 때문 에 벌크 재료보다 에너지가 더 큽니다. 각 미결정 불포화 결 합은 잠재적 흡착 장소입니다. 표면의 자유 에너지는 재료의 경합(예: 금속, 이온 또는 공유)에 따라 달라집니다. 흡착 장 소의 수는 주문된 결정 표면에서부터 다결정 표면과 비정형 폴리머 재료까지 증가합니다. 불순물이 흡착 장소의 수를 증 가시킵니다.

수증기는 표면 공정에서 특수한 역할을 수행합니다. 25 °C 및 50 %의 상대 습도에서 공기는 16 hPa(1.58%)의 수증기를 함 유하고 있습니다. 모든 표면에는 약 5 · 10²¹ cm^-2 s^-1 의 물 분 자 유입이 일어납니다. 약 200ns에서 물의 일분자층은 1 Si(100)의 표면을 덮을 수 있습니다. 물 분자의 극성 때문에 첫 번째 층은 표면과 단단히 결합하고, 물 대 물 결합의 추가 층들은 한 더미의 물 층을 형성합니다. 대기 조건에 노출된 표면에 다다른 산 분자는 물 분자와 만나 더 큰 반응을 보조 합니다.

플라스틱이나 중합체 같은 벌크 속으로 물을 흡수할 수 있는 모든 재료는 장기간 노출될 경우 포화 상태가 됩니다.

FOUP는 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK), 아크릴로나이트릴 뷰타다이엔 스타이렌(ABS)과 같 은 폴리머 재료로 만들어집니다. 이 재료들은 물을 0.12 %, 0.5 %, 0.7 % 흡수할 수 있으며, 각각의 흡수는 주위 조건에 서 6 l, 25 l, 35 l의 수증기를 만듭니다. 포토 레지스트 마스크 역시 폴리머 재료이며, 물을 흡수합니다.

플라스마 조건에서 표면에는 물 분자, 활성 이온, 반응성 종 의 유입이 일어납니다. 이온은 식각 부산물의 흡착을 돕고 표 면의 결함 생성을 통한 식각비를 향상시킵니다. 식각 이후에 표면은 반응성 종과 함께 완전 포화됩니다. 1.5~2.5nm의 할 로겐화 층이 Cl 2 + HBr 화학 성분과 폴리 식각 관계에 있다고 보고된 바 있습니다[38]. 식각 후 웨이퍼 표면은 화학 반응을 용이하게 하기 위하여 수증기를 제공하기도 하는 FOUP의 폐쇄된 환경에 부산물 및 반응 분자들을 방출합니다.

흡착 및 탈착 공정 이론을 토대로 흡착 기체의 양 $\Theta$이 다음 과 같은 형식으로 얻어질 수 있습니다.

여기서 p는 압력이고, $C = C(T)$는 온도와 관계가 있습니다. 이것은 Langmuir 흡착 등온선/등압선으로 알려져 있습니다. 평형 범위 $\Theta_{eq}$ 는 주어진 압력 및 온도 설정에서 결정됩니다. $\Theta$ 형태 $p$와 $T$ 에 대한 의존성이 그림 8.9에 나와 있습니다. 그림은 단단한 표면에서 기체의 낮은 범위는 낮은 압력과 높 은 온도에 의하여 도달될 수 있음을 보여줍니다.

그림 8.9: 식각 후 표면

흡착과 탈착은 동적 공정입니다. 무극성 분자는 결합 에너지 가 낮기 때문에 탈착 속도가 더 빠릅니다. 표면에 남아 있는 각 무극성 분자들은 새로운 흡착 장소를 제공합니다. 이 새 장소는 더 강한 결합 에너지와 더 낮은 흡착률을 가진 극성 분자에 의해 점령될 수 있습니다. 시간이 지나면서 극성 분자 농도가 표면에서 증가하고, AMC의 투여량 D의 결과인 결함 형성 가능성이 증가합니다.

여기서$c_{AMC}$ 는 공기 중 분자 오염물질의 농도이고, $\delta t$는 웨 이퍼 표면이 FOUP 대기에 노출된 시간입니다.

그림 8.10: 웨이퍼 패턴 가장자리의 결정체 성장

SMC는 대기 시간 동안 결정체 성장의 근원입니다. 웨이퍼는 다음 공정 단계를 기다리는 오랜 시간 동안 상대적으로 극성 분자의 더 높은 투여량을 받아 결정체 성장 가능성을 계속하 여 결함을 발생시키고 손실을 일으키는 크기로 증가시킵니 다.