반도체 클린룸에서 고감도 암모니아 모니터링 기술에 대한 연구

Abstract

반도체 제조 공정에서 암모니아 가스는 디바이스 변형과 생산 수율을 저감시키기 때문에 신뢰성 있는 농도 관리가 요구되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 코일 샘플링 기술과 형광 분광 기술을 이용하여 암모니아 모니터링을 위한 자동화 시스템을 개발하였으며 반도체 클린룸에 적용하여 개발 기술의 성능과 활용성을 확인하였다. 대기 중 암모니아 포집은 2 mm ID, 100 cm 테프론 코일 샘플러와 2 mM H3PO4 흡수액을 사용하여, Fg/Fl 20,000의 고농축 조건하에서 97% (0∼100 ppbv)의 높은 포집 효율을 나타내었다. 샘플러에 포집된 암모늄 이온 정량은 λex 366 nm, λem 426 nm에서 분석하였으며, 측정 하한 0.23 ppb (0.02 ppbv), 정량 하한 0.70 ppb(0.05 ppbv)의 고감도를 측정 성능을 확보하였으며, 2000 ppb (135 ppbv) 이상 고농도까지 5분 이내의 빠른 측정이 가능하였다. 자동화 시스템의 신뢰성은 표준 가스와의 비교 평가와 임핀져-이온크로마토그래피와의 비교 평가를 통하여 검증하였으며 각각의 결정계수, R2은 0.998과 0.999로 매우 잘 일치하였다. 또한 3.5% (n=75)이내의 재현성과 뛰어난 암모니아 선택성을 나타내었으며, 반도체 제조 공정에 적용하여 연속 모니터링 한 결과에서도 공정에 따른 다양한 농도 특성을 잘 반영하였다. 본 연구에서 개발된 코일 샘플링-형광 분광법을 이용한 자동화 시스템은 고감도와 넓은 측정 범위를 요구하는 클린룸 모니터링에 적합하였으며, 빠른 측정을 통해 클린룸 농도 변화 특성을 반영함에 따라 공정 농도 관리, 약액 리크, 필터 성능 평가, FOUP과 같은 설비들의 특성 평가 등 다양한 활용이 가능하며 이를 통하여 효과적인 클린룸 관리가 기대 된다.