반도체 청정실 환경관리
자료제공 : ㈜현대교정인증기술원
1. 청정실(클린룸)의 정의
클린룸이란 부유입자의 농도가 제어되고 내부에서 입자의 유입,발생 및 정체가 최소화되도록 설계되며 온도, 습도, 압력, 공기압, 정전기, 조도 등이 필요에 따라 환경적으로 제어되는 밀폐된 공간을 말한다.
클린룸의 역사는 19세기에 세균이 발견된 후 오염물질이 제거된 청정공간의 필요성이 인식되기 시작한 이래 20세기의 급속한 산업발달과 함께 청정공간에 대한 요구가 급증하면서 시작되었다.특히 2차 대전 중 항공기의 주요고장 원인이 기계,전자부품의 생산 시 부품에 부착되는 분진에 의한 것임이 밝혀져 미국 국방성의 주도로 청정공간에 대한 연구가 수행되고 이 결과가 각 산업분야로 전파되면서 클린룸 연구 및 활용이 활성화 되었다.더욱이 필터의 포집 성능 향상과 함께 세균까지 제거할 수 있게 되어 생물용 클린룸이 1965년부터는 병원에 설치되기 시작하였으며 의학적 실험을 위한 무균생물의 배양에도 큰 진전을 보게 되었다. 반도체 클린룸의 경우, 국내에는 1980년도부터 본견적으로 시공되기 시작했으며, 반도체 제품의 고집적화가 진행됨에 따라 초 청정 공간을 생성하고 유지하기 위한 클린룸 제작기술 및 환경관리가 급속히 발전하여 왔다.
2. 청정실(클린룸)의 청정도
청정도는 생산하는 제품의 품질향상과 신뢰성 확보를 위해서 제조공정중 제어해야 할 오염물질의 크기와 종류에 따라 설정하여야 한다.
대기 중 부유하는 오염입자의 크기가 0.01㎛ - 100㎛정도이므로 이러한크기의 입자들을 주어진 작업공간에서 어느 규정치 이하로 제어하기 위하여 여러 가지 기준이 있으나 미국연방규격 Federal Standard 209 Series와 ISO 규격 14644-1 이 통용되고 있다.
3. 반도체 청정실의 일반적인 구조
클린룸의 구조는 공조방식에 따라 달라질 수 있다.
클린룸의 방식은 크게 난류방식 클린룸(Turbulent Flow Clean Room)과 층류방식 클린룸(Laminar Flow Clean Room)으로 구분되며 층류방식을 다시 여러 가지 형태로 클린룸 방식으로 구분할 수 있다.
반도체용으로 적용중인 클린룸의 종류는 크게 보면 전형적인 수직층류 형태의 클린룸 구조를 형성하고 있으며,반도체 DEVICE의 요구 청정도에 따라 청정실을 결정하고 이에 따른 공조시스템의 사양을 결정하고 있다.
▶ PH(Pre Heating)
: Heating Coil + 가습기 + Media Filter → 외기의 온도 및 습도를
조절하는 외기 전처리용 공조기
▶ OAC(Outside Air Conditioner)
: 3단계 Filtering(Carbon, Chemical, Medium Filter)+Cooling Coil +
Heating Coil + 가습기 → 공기의 온 습도를 각각 조절하는 공조기
▶ FU(Filter Unit)
: Particle size 0.3 ㎛ 기준으로 99.97 % 효율을 가진 HEPA(High Efficiency Particulate Air)Filter → OAC에서 만들어진 공기를 Filtering 하는 장치
▶ CU(Coil Unit)
: Cooling Coil + 가습기 → FU에서 배출된 공기를 최종으로 공기의
온,습도를 Control하는 장치
▶ FFU(Fan Filter Unit)
: Fan과 Filter가 Module화 → Fan을 통해 일정한 풍량과 Air를 공급 하고 Particle size 0.1 ㎛ 기준으로 99.9995 % 효율을 가진 ULPA
(Ultra Low Pneumatic Air)Filter로 최종 Clean 환경 조성장치
4. 반도체 청정실(클린룸) 관리
청정실 관리에는 크게 3가지 단계로 구분할 수 있다.
1단계 관리는 공조 시스템 및 클린룸 시설물의 초기상태의 조건을 그대로 지키기 위한 활동을 말한다.
예를 들면, Filter 관리, HVAC, AIR SHOWER, PASS BOX,
PARTITION, ACCESS FLOOR,FLENUM 등이 있다.
2단계 관리는 청정실의 초기조건을 유지하는데 문제를 일으키는 요소를
제어하는 모든 행위 즉, 청정도 관리를 말한다.
예를 들면, 작업자의 WORKMANSHIP,청정실 반입물품관리 등이 있다.
3단계 관리는 청정실의 오염분석 및 제어하는 모든 행위를 말한다.
4-1 공조시스템 관리
① FILTER 관리
대다수 반도체 공장 내 Clean room의 ULPA Filter에 소형 순환 팬을 조합한 FFU(Fan filter Unit)는 장기간 사용 시 또는 이설 시 부주의에 의한 필터누설 및 풍속저하 현상이 발생되어 청정도에 영향을 미치므로 이를 방지하고 요구 청정도를 유지하기 위하여 적정한 유지보수가 이루어져야 한다.
FFU의 풍속 및 Filter scanning은 정기적인 주기를 가지고 Check하고,불량발생 즉시 교체 또는 수리를 실시하여 청정도를 유지하도록 한다.
Filter의 누설 판정기준은 Laser Particle counter로 측정 시 0.1 micron 이상 입자가 5개 이상 검출 시 누설로 판정하여 정밀 측정을 실시한다.
② Air shower 관리
Air shower는 외부와 연결되는 통로로써 밀폐된 청정실을 유지관리 하는데 중요한 장치이다.
청정도가 낮은 지역에서 높은 지역으로 이동할 때 작업자의 몸에 붙어 있는 Particle을 제거하는데 약 50% 이상 감소 시킬 수 있는 장치이다.
Air shower의 구성품은 Pre filter와 ULPA Filter및 Housing으로 구성되어 있다.
PRE Filter는 사용환경에 따라 다르나 초기정압 1mmAq 보다 2배 정도 손실 시, 10% 정도의 중성세제로 세정 후 자연건조 후 사용하며, 1년 정도 사용 후 교환한다.
ULPA Filter는 초기정압 20 mmAq보다 2배 정도 시 교환하며 송풍량 설정치 70% 이하 시, 입자 포집 효과 최대 85%시는 교환한다.
Housing은 도장재가 겨진 곳은 재도장 실시한다.
③ Interior(시설 내장재) 관리
청정실내 부에 설치되는 내장재는 청정도를 유지하기 위하여 주기적인 세정이 이루어져야 하며 다음과 같은 특성을 가지고 있어야 한다.
- 분진의 흡착성이 낮고 비발진성일 것
- 열전도율 등 열적 성능이 뛰어날 것
- 정전장애가 일어나지 않을 것
- 표면이 내 마모성일 것
- 내 약품성이 뛰어날 것
- 투습성이 없을 것
- 흡음성이 좋을 것
④ Partition 관리
청정실내 부에 각 공정실 간을 구분하는 벽체 시설은 복합 SGP를 사용하며, 기본적으로 내열, 내진, 정전기 등의 표면처리가 완료된 재질이어야 하며 정전기 관리 레벨은 표면저항이 108Ω/cm2 이하의 제품을 선택하여 시공한다.
최근 반도체 공장의 Bay Partition으로 주로 사용되는 Acryl Plate의 기본사양은 다음과 같으며, 청정도 유지를 위하여 청정실내 부로 반입시까지 포장을 벗기지 말아야 하고 설치된 Partition이 손상 시에는 즉시 교체를 하여야 한다.
- 압축강도 : 18,000 PSI
- 표면저항 : 1 ~ 100 MΩ
- 대전방지코팅,정전기 누설기간 : 0.05 sec
- 굽힘강도 : 16,500 PSI
⑤ Access Floor 관리
청정실이 시공된 이후에 입자제어를 위한 조치항목은 일반적으로 Access Floor Panel 개공율과 기류 그리고 차압조건이다.
Panel 개공율은 Shutter Panel을 이용하여 Process Bay와 Service Bay와의 차압을 조정함과 동시에 Bay자체의 기률를 조정한다.또 Panel 개공율을 높게 하여 청정실 내부의 공기가 빠르게 바닥 SINK(Plenum)로 순환하도록 하는데, Panel에 의한 저항효과가 감소하여 청정실 내부의 정압이 감소함과 동시에 동압이 비례적으로 증가하여 청정실내부의 풍속을 증가시키고 이는 곧 입자의 제거효율을 상승시키게 된다. Access floor는 바닥의 편평성을 유지하도록 하며, 오염이나 훼손 발생시 교체하도록 한다.
⑥ HVAC 관리
청정실내 온습도를 제어하는 장치로써, 외기에 의한 영향이 크게 발생할 수 있기 때문에 상시 점검을 실시하여야 한다.
우리나라와 같이 4계절 기후를 가지고 있는 지역에서는 외기에 의한 온습도 제어도 중요한 요소중의 하나이다.
4-2 청정도 관리
① WORKMANSHIP
청정실을 오염시키는 오염원중의 작업자를 관리하는 것은 가장 중요한 요소중의 하나이다.
청정수칙(작업자가 청정실 내부에서 금지할 사항)
- 방진의류를 착용한상 태에서 바닥에 앉거나 기대거나 눕는 행위
- 방진 의류에 낙서하는 행위
- 좁은 공간에 여러 명이 모여있거나 잡담 하는 행위
- 머리카락이 보이게 방진의류를 착용하는 행위
- 공정과 연관 없이 불필요하게 많이 움직이는 행위
② 청정실 반입물품 관리
- 세정을 거치지 않는 물품
- 연필, 지우개, 만년필, 수성 팬, 잉크,Non-clean Paper
- 목재류, 사포, 정전기 발생이 높은 비닐류, 아크릴 판
- 입자발생 정도가 높은 Label류, Tape류
4-3 청정실의 오염 측정,분석,제어
청정실 관리에서 1단계 공조시스템 관리,2단계 청정도 관리가 주기적이고 반복적으로 이루어짐과 동시에 3단계로 청정실의 오염을 측정하고, 분석하여 제어하는 활동들이 이루어진다.
청정실의 오염을 측정하는 행위에는 선폭이 0.18 ㎛ 제조라인 까지는 대부분이 입자(Particle)를 측정하는 것 이었으나 미세회로로 가면서 현재는 음이온, 양이온 및 VOC가 크게 부각되어 관리되고 있다.
① 입자(Particle)측정 및 분석
청정실의 입자를 측정하는 장비에는 Laser particle counter를 사용하여 실시간으로 사이즈 및 계수를 측정하는 방법과 IMPACTOR를 통하여 입자를 포집하여 사이즈 및 형상,성분을 분석하는 방법으로 나누어 진다.
위 두 가지 방법은 병행하여 수행을 하면 입자를 분석하는데 효과적이다.
Laser particle counter를 사용하여 측정하는 방법에는 on-line monitoring 방식과 off-line monitoring 방식이 있다.
Off-line방식은 국부적으로 정밀 측정이 필요한 장소나 장비내부 등을 측정하여 개선이 필요한 사항을 제공하는데 사용된다.
On-line monitoring 방식은 청정실을 일정한 공간별로 분류해서 Particle probe를 설치하고 PP TUBE를 사용하여 원거리에서 여러 장소의 CLASS정도를 Monitoring하는데 사용된다.
순회측정 하는데 소요되는 시간과 비용을 절감하는데 효과적이나 시스템 관리상의 문제로 무용지물이 되는 경우도 많다.
입자 계수기를 사용하여 측정했을 경우에 SPEC OVER인 경우에 근본적으로 개선하기 위해서 입자를 포집해서 형상 및 성분을 분석해서 오염원을 제거한다.
입자를 포집하는 장치는 입자의 관성 특성을 이용하여 Plate에 포집하는 장치이다.
포집하는 원리는 다음과 같다.
포집된 입자는 형상을 촬영하기 위해서 SEM을 사용한다.
반도체 라인에서 포집된 입자를 SEM으로 촬영하고 EDX로 성분을 분석하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
상기 분석결과와 같이 어떤 공정 및 작업자 또는 기계적인 마모에서발생된 입자인지를 확인하고 조치하는데 큰 역할을 한다.
포집하는 방법은 입자를 포집하고자 하는 장소에 IMPACTOR및 VACUUM SYSTEM을 설치하여 유량을 11 L/min로 setting하고 시간은 청정도에 따라 다르게 설정하면 된다.
예를 들어 Class 1 환경의 경우 12시간 정도 포집한다.
Class 1000환경의 경우에는 1시간 정도설정해도 문제없다.
③ AMC(Air Molecular Contamination)관리
. 화학 오염원의 종류 및 발생 원인
반도체 Device가 미세선 폭으로 발전함에 따라 Particle control에서 AMC(size:0.0001 ~ 0.01 ㎛)로 바뀌어 가고 있다.
아래 표는 반도체 생산공정별로 오염물질 및 영향정도를 나타내고 있다.
이러한 화학오염물질은 외기 등에 기인할 수 있지만 청정실 내부의 장비 공정에서 배출되어 순환되는 Air의 오염비중이 큰 것으로 알려져 있다.
반도체 소자에 영향을 주는 요인과 Wafer표면의 오염형태를 다음 그림에서 표현하였다.
공기오염을 측정하기 위해서 현재, Off-line 방식과 On-line으로 Sampling및 분석을 하는 두 가지 방법이 활용되고 있다.Off-line 방식은 Air 포집 장치인 Impinger 장착 Air sampler를 이용하여 포집하고 IC(Ion chromatography)나 ICP-MS 장치를 이용하여 농도를 분석하는 방법이다.
- 임핀져 샘플링 원리
임핀져에 18.3 ㏁/cm DI Water를 50 ml 또는 100 ml를 채우고 유량과 시간을 설정하여 Pump를 동작시키면, Air가 Impinger에 DI Water를 거쳐 밖으로 배출시킴으로써 공기 중에 포함된 화합물이 DI WATER와 반응을 하여 포집하는 것이다.
포집된 Air(DI Water)는 IC나 ICP-MS장치를 이용하여 농도를 분석한다.
임핀져를 이용한 Sampling의 특징
. 가스상 오염물질과 입자상 오염물질 동시 포집 가능하다.
. 1회 포집으로 여러 가지 이온분석 사용 가능하다.
. 99 % 이상의 포집효율을 가진다.(최적조건의 경우)
. 습식 Sampling방법 중 대표적 포집방법
. 저 농도에 대한 Sampling시 장시간 소요된다.
. 포집가능 물질은 수용성 염기성 가스 NH3, Amines류와 산성가스 HF, HCL, HNO2, HNO3, SO2 등이 있다.
포집된 Air(DI Water)를 IC로 분석하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
- 정성분석 : 표준물질과의 검출시간(RT)비교를 통한 성분 분석
- 정량분석 : 농도를 알고있는 표준물질과의 검출피크 면적이나 높이 비교를 통한 정량 분석
* 농도 단위
1) ㎍/㎥,ppbv
:가장 일반적인 기상농도 표시 단위이며, 샘플링 조건(흡수액 유량, 샘플링 량, 온도 등)이 보정된 값으로써 농도 값만으로 다른 데이터들과 비교가능.
2) ppb(㎍/ℓ,액상농도)
: 샘플링 조건에 따라서 값이 다르기 때문에 다른 값과 비교시 반드시 샘플링 조건이 필요함.
* 농도 환산식
상기와 같이 Impinger를 이용한 Off-line방식도 많이 활용되고 있지만 Sampling에서 분석까지 시간이 많이 소요되고,분석을 하여 결과가 도출될 때까지 문제가 된 공정은 계속 진행되어 실질적으로 오염도가 확인이 되어도 조치가 늦다는 단점 때문에 청정실내 부에서 Sampling및 분석까지 동시에 수행하는 장비가 활용되고 있는 추세다.아래 그림은 국내에서 생산되고 있는 On-line AMC Monitoring system에 대한 사진이다.
▶ 샘플링 장소별 오염농도를 일정시간별로 분석하며, 여러 장소의 Air를 포집하여 분석한다는 것이 장점이다.
⑤ AMC 제어
- 외기에 의한 AMC CONTROL을 하기 위해 Chemical filter를 장착하거나 Air Washing system을 설치한다.
- 청정실내에서 AMC CONTROL
. 중요공정장비(예, lithography 공정)에 Chemical filter장착
. AMC를 고려한 장비 및 부품, 비품 선정
. Wafer 보관장소에 Chemical filter장착
5. 청정실 동향
선폭의 미세화와 300mm 대구경화에 따른 Fab 대형화 및 AMC영향을 최소화하기 위해 고청정 청정실에서 국소 청정 장치형 청정실로 변화하고있다.
Wafer가 청정실내 부에서도 노출이 없는 system으로 구축되고 있는 추세다.
㈜현대교정인증기술원 소개
2000년 6월 1일 설립된 회사로서, 규격인증에서 계측기 교정, 각종온도 센서 제작 등 측정과 관련한 전 분야에 대해 종합적이고 체계적인 서비스를 제공하고 있는 측정전문회사 이다.
반도체 관련 사업분야로는 THERMOCOUPLE,RTD 제작 및 MFC, VACUUM GAUGE,PARTICLE COUNTER 교정, 수리를 하고 있다.
그리고, 청정실 환경관리 용역서비스, 각종 표준물질 제작 등을 수행하고 있다.
문의: 현대교정인증기술원 강권수 과장
Tel: 031-639-8519
E-mail: sensor@hct.co.kr
글 출처 : http://cafe140.daum.net/_c21_/bbs_read?grpid=epHH&emoticon=&mgrpid=&fldid=5bYp&dataid=&page=1&prev_page=0&firstbbsdepth=&lastbbsdepth=zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz&content=N&contentval=0000zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz&espam62=&viewcount62=?dt62=&mode=&num=&pardataname=&parbbsdepth=&e_paruserid=&pardatatype=&parregdt=&move=&userlist=&issueregyn=&changerolecode=&comment_view=%B5%EE%B7%CF%B5%C8+%B4%F1%B1%DB%C0%CC+%BE%F8%BD%C0%B4%CF%B4%D9.+%B4%F1%B1%DB%C0%BB+%B5%EE%B7%CF%C7%D8+%C1%D6%BC%BC%BF%E4.+&emoticon=&nickname=&grpcode=&act=&seq=&return_url=&parseq=&comment=
자료제공 : ㈜현대교정인증기술원
1. 청정실(클린룸)의 정의
클린룸이란 부유입자의 농도가 제어되고 내부에서 입자의 유입,발생 및 정체가 최소화되도록 설계되며 온도, 습도, 압력, 공기압, 정전기, 조도 등이 필요에 따라 환경적으로 제어되는 밀폐된 공간을 말한다.
클린룸의 역사는 19세기에 세균이 발견된 후 오염물질이 제거된 청정공간의 필요성이 인식되기 시작한 이래 20세기의 급속한 산업발달과 함께 청정공간에 대한 요구가 급증하면서 시작되었다.특히 2차 대전 중 항공기의 주요고장 원인이 기계,전자부품의 생산 시 부품에 부착되는 분진에 의한 것임이 밝혀져 미국 국방성의 주도로 청정공간에 대한 연구가 수행되고 이 결과가 각 산업분야로 전파되면서 클린룸 연구 및 활용이 활성화 되었다.더욱이 필터의 포집 성능 향상과 함께 세균까지 제거할 수 있게 되어 생물용 클린룸이 1965년부터는 병원에 설치되기 시작하였으며 의학적 실험을 위한 무균생물의 배양에도 큰 진전을 보게 되었다. 반도체 클린룸의 경우, 국내에는 1980년도부터 본견적으로 시공되기 시작했으며, 반도체 제품의 고집적화가 진행됨에 따라 초 청정 공간을 생성하고 유지하기 위한 클린룸 제작기술 및 환경관리가 급속히 발전하여 왔다.
2. 청정실(클린룸)의 청정도
청정도는 생산하는 제품의 품질향상과 신뢰성 확보를 위해서 제조공정중 제어해야 할 오염물질의 크기와 종류에 따라 설정하여야 한다.
대기 중 부유하는 오염입자의 크기가 0.01㎛ - 100㎛정도이므로 이러한크기의 입자들을 주어진 작업공간에서 어느 규정치 이하로 제어하기 위하여 여러 가지 기준이 있으나 미국연방규격 Federal Standard 209 Series와 ISO 규격 14644-1 이 통용되고 있다.
3. 반도체 청정실의 일반적인 구조
클린룸의 구조는 공조방식에 따라 달라질 수 있다.
클린룸의 방식은 크게 난류방식 클린룸(Turbulent Flow Clean Room)과 층류방식 클린룸(Laminar Flow Clean Room)으로 구분되며 층류방식을 다시 여러 가지 형태로 클린룸 방식으로 구분할 수 있다.
반도체용으로 적용중인 클린룸의 종류는 크게 보면 전형적인 수직층류 형태의 클린룸 구조를 형성하고 있으며,반도체 DEVICE의 요구 청정도에 따라 청정실을 결정하고 이에 따른 공조시스템의 사양을 결정하고 있다.
▶ PH(Pre Heating)
: Heating Coil + 가습기 + Media Filter → 외기의 온도 및 습도를
조절하는 외기 전처리용 공조기
▶ OAC(Outside Air Conditioner)
: 3단계 Filtering(Carbon, Chemical, Medium Filter)+Cooling Coil +
Heating Coil + 가습기 → 공기의 온 습도를 각각 조절하는 공조기
▶ FU(Filter Unit)
: Particle size 0.3 ㎛ 기준으로 99.97 % 효율을 가진 HEPA(High Efficiency Particulate Air)Filter → OAC에서 만들어진 공기를 Filtering 하는 장치
▶ CU(Coil Unit)
: Cooling Coil + 가습기 → FU에서 배출된 공기를 최종으로 공기의
온,습도를 Control하는 장치
▶ FFU(Fan Filter Unit)
: Fan과 Filter가 Module화 → Fan을 통해 일정한 풍량과 Air를 공급 하고 Particle size 0.1 ㎛ 기준으로 99.9995 % 효율을 가진 ULPA
(Ultra Low Pneumatic Air)Filter로 최종 Clean 환경 조성장치
4. 반도체 청정실(클린룸) 관리
청정실 관리에는 크게 3가지 단계로 구분할 수 있다.
1단계 관리는 공조 시스템 및 클린룸 시설물의 초기상태의 조건을 그대로 지키기 위한 활동을 말한다.
예를 들면, Filter 관리, HVAC, AIR SHOWER, PASS BOX,
PARTITION, ACCESS FLOOR,FLENUM 등이 있다.
2단계 관리는 청정실의 초기조건을 유지하는데 문제를 일으키는 요소를
제어하는 모든 행위 즉, 청정도 관리를 말한다.
예를 들면, 작업자의 WORKMANSHIP,청정실 반입물품관리 등이 있다.
3단계 관리는 청정실의 오염분석 및 제어하는 모든 행위를 말한다.
4-1 공조시스템 관리
① FILTER 관리
대다수 반도체 공장 내 Clean room의 ULPA Filter에 소형 순환 팬을 조합한 FFU(Fan filter Unit)는 장기간 사용 시 또는 이설 시 부주의에 의한 필터누설 및 풍속저하 현상이 발생되어 청정도에 영향을 미치므로 이를 방지하고 요구 청정도를 유지하기 위하여 적정한 유지보수가 이루어져야 한다.
FFU의 풍속 및 Filter scanning은 정기적인 주기를 가지고 Check하고,불량발생 즉시 교체 또는 수리를 실시하여 청정도를 유지하도록 한다.
Filter의 누설 판정기준은 Laser Particle counter로 측정 시 0.1 micron 이상 입자가 5개 이상 검출 시 누설로 판정하여 정밀 측정을 실시한다.
② Air shower 관리
Air shower는 외부와 연결되는 통로로써 밀폐된 청정실을 유지관리 하는데 중요한 장치이다.
청정도가 낮은 지역에서 높은 지역으로 이동할 때 작업자의 몸에 붙어 있는 Particle을 제거하는데 약 50% 이상 감소 시킬 수 있는 장치이다.
Air shower의 구성품은 Pre filter와 ULPA Filter및 Housing으로 구성되어 있다.
PRE Filter는 사용환경에 따라 다르나 초기정압 1mmAq 보다 2배 정도 손실 시, 10% 정도의 중성세제로 세정 후 자연건조 후 사용하며, 1년 정도 사용 후 교환한다.
ULPA Filter는 초기정압 20 mmAq보다 2배 정도 시 교환하며 송풍량 설정치 70% 이하 시, 입자 포집 효과 최대 85%시는 교환한다.
Housing은 도장재가 겨진 곳은 재도장 실시한다.
③ Interior(시설 내장재) 관리
청정실내 부에 설치되는 내장재는 청정도를 유지하기 위하여 주기적인 세정이 이루어져야 하며 다음과 같은 특성을 가지고 있어야 한다.
- 분진의 흡착성이 낮고 비발진성일 것
- 열전도율 등 열적 성능이 뛰어날 것
- 정전장애가 일어나지 않을 것
- 표면이 내 마모성일 것
- 내 약품성이 뛰어날 것
- 투습성이 없을 것
- 흡음성이 좋을 것
④ Partition 관리
청정실내 부에 각 공정실 간을 구분하는 벽체 시설은 복합 SGP를 사용하며, 기본적으로 내열, 내진, 정전기 등의 표면처리가 완료된 재질이어야 하며 정전기 관리 레벨은 표면저항이 108Ω/cm2 이하의 제품을 선택하여 시공한다.
최근 반도체 공장의 Bay Partition으로 주로 사용되는 Acryl Plate의 기본사양은 다음과 같으며, 청정도 유지를 위하여 청정실내 부로 반입시까지 포장을 벗기지 말아야 하고 설치된 Partition이 손상 시에는 즉시 교체를 하여야 한다.
- 압축강도 : 18,000 PSI
- 표면저항 : 1 ~ 100 MΩ
- 대전방지코팅,정전기 누설기간 : 0.05 sec
- 굽힘강도 : 16,500 PSI
⑤ Access Floor 관리
청정실이 시공된 이후에 입자제어를 위한 조치항목은 일반적으로 Access Floor Panel 개공율과 기류 그리고 차압조건이다.
Panel 개공율은 Shutter Panel을 이용하여 Process Bay와 Service Bay와의 차압을 조정함과 동시에 Bay자체의 기률를 조정한다.또 Panel 개공율을 높게 하여 청정실 내부의 공기가 빠르게 바닥 SINK(Plenum)로 순환하도록 하는데, Panel에 의한 저항효과가 감소하여 청정실 내부의 정압이 감소함과 동시에 동압이 비례적으로 증가하여 청정실내부의 풍속을 증가시키고 이는 곧 입자의 제거효율을 상승시키게 된다. Access floor는 바닥의 편평성을 유지하도록 하며, 오염이나 훼손 발생시 교체하도록 한다.
⑥ HVAC 관리
청정실내 온습도를 제어하는 장치로써, 외기에 의한 영향이 크게 발생할 수 있기 때문에 상시 점검을 실시하여야 한다.
우리나라와 같이 4계절 기후를 가지고 있는 지역에서는 외기에 의한 온습도 제어도 중요한 요소중의 하나이다.
4-2 청정도 관리
① WORKMANSHIP
청정실을 오염시키는 오염원중의 작업자를 관리하는 것은 가장 중요한 요소중의 하나이다.
청정수칙(작업자가 청정실 내부에서 금지할 사항)
- 방진의류를 착용한상 태에서 바닥에 앉거나 기대거나 눕는 행위
- 방진 의류에 낙서하는 행위
- 좁은 공간에 여러 명이 모여있거나 잡담 하는 행위
- 머리카락이 보이게 방진의류를 착용하는 행위
- 공정과 연관 없이 불필요하게 많이 움직이는 행위
② 청정실 반입물품 관리
- 세정을 거치지 않는 물품
- 연필, 지우개, 만년필, 수성 팬, 잉크,Non-clean Paper
- 목재류, 사포, 정전기 발생이 높은 비닐류, 아크릴 판
- 입자발생 정도가 높은 Label류, Tape류
4-3 청정실의 오염 측정,분석,제어
청정실 관리에서 1단계 공조시스템 관리,2단계 청정도 관리가 주기적이고 반복적으로 이루어짐과 동시에 3단계로 청정실의 오염을 측정하고, 분석하여 제어하는 활동들이 이루어진다.
청정실의 오염을 측정하는 행위에는 선폭이 0.18 ㎛ 제조라인 까지는 대부분이 입자(Particle)를 측정하는 것 이었으나 미세회로로 가면서 현재는 음이온, 양이온 및 VOC가 크게 부각되어 관리되고 있다.
① 입자(Particle)측정 및 분석
청정실의 입자를 측정하는 장비에는 Laser particle counter를 사용하여 실시간으로 사이즈 및 계수를 측정하는 방법과 IMPACTOR를 통하여 입자를 포집하여 사이즈 및 형상,성분을 분석하는 방법으로 나누어 진다.
위 두 가지 방법은 병행하여 수행을 하면 입자를 분석하는데 효과적이다.
Laser particle counter를 사용하여 측정하는 방법에는 on-line monitoring 방식과 off-line monitoring 방식이 있다.
Off-line방식은 국부적으로 정밀 측정이 필요한 장소나 장비내부 등을 측정하여 개선이 필요한 사항을 제공하는데 사용된다.
On-line monitoring 방식은 청정실을 일정한 공간별로 분류해서 Particle probe를 설치하고 PP TUBE를 사용하여 원거리에서 여러 장소의 CLASS정도를 Monitoring하는데 사용된다.
순회측정 하는데 소요되는 시간과 비용을 절감하는데 효과적이나 시스템 관리상의 문제로 무용지물이 되는 경우도 많다.
입자 계수기를 사용하여 측정했을 경우에 SPEC OVER인 경우에 근본적으로 개선하기 위해서 입자를 포집해서 형상 및 성분을 분석해서 오염원을 제거한다.
입자를 포집하는 장치는 입자의 관성 특성을 이용하여 Plate에 포집하는 장치이다.
포집하는 원리는 다음과 같다.
포집된 입자는 형상을 촬영하기 위해서 SEM을 사용한다.
반도체 라인에서 포집된 입자를 SEM으로 촬영하고 EDX로 성분을 분석하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
상기 분석결과와 같이 어떤 공정 및 작업자 또는 기계적인 마모에서발생된 입자인지를 확인하고 조치하는데 큰 역할을 한다.
포집하는 방법은 입자를 포집하고자 하는 장소에 IMPACTOR및 VACUUM SYSTEM을 설치하여 유량을 11 L/min로 setting하고 시간은 청정도에 따라 다르게 설정하면 된다.
예를 들어 Class 1 환경의 경우 12시간 정도 포집한다.
Class 1000환경의 경우에는 1시간 정도설정해도 문제없다.
③ AMC(Air Molecular Contamination)관리
. 화학 오염원의 종류 및 발생 원인
반도체 Device가 미세선 폭으로 발전함에 따라 Particle control에서 AMC(size:0.0001 ~ 0.01 ㎛)로 바뀌어 가고 있다.
아래 표는 반도체 생산공정별로 오염물질 및 영향정도를 나타내고 있다.
이러한 화학오염물질은 외기 등에 기인할 수 있지만 청정실 내부의 장비 공정에서 배출되어 순환되는 Air의 오염비중이 큰 것으로 알려져 있다.
반도체 소자에 영향을 주는 요인과 Wafer표면의 오염형태를 다음 그림에서 표현하였다.
공기오염을 측정하기 위해서 현재, Off-line 방식과 On-line으로 Sampling및 분석을 하는 두 가지 방법이 활용되고 있다.Off-line 방식은 Air 포집 장치인 Impinger 장착 Air sampler를 이용하여 포집하고 IC(Ion chromatography)나 ICP-MS 장치를 이용하여 농도를 분석하는 방법이다.
- 임핀져 샘플링 원리
임핀져에 18.3 ㏁/cm DI Water를 50 ml 또는 100 ml를 채우고 유량과 시간을 설정하여 Pump를 동작시키면, Air가 Impinger에 DI Water를 거쳐 밖으로 배출시킴으로써 공기 중에 포함된 화합물이 DI WATER와 반응을 하여 포집하는 것이다.
포집된 Air(DI Water)는 IC나 ICP-MS장치를 이용하여 농도를 분석한다.
임핀져를 이용한 Sampling의 특징
. 가스상 오염물질과 입자상 오염물질 동시 포집 가능하다.
. 1회 포집으로 여러 가지 이온분석 사용 가능하다.
. 99 % 이상의 포집효율을 가진다.(최적조건의 경우)
. 습식 Sampling방법 중 대표적 포집방법
. 저 농도에 대한 Sampling시 장시간 소요된다.
. 포집가능 물질은 수용성 염기성 가스 NH3, Amines류와 산성가스 HF, HCL, HNO2, HNO3, SO2 등이 있다.
포집된 Air(DI Water)를 IC로 분석하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
- 정성분석 : 표준물질과의 검출시간(RT)비교를 통한 성분 분석
- 정량분석 : 농도를 알고있는 표준물질과의 검출피크 면적이나 높이 비교를 통한 정량 분석
* 농도 단위
1) ㎍/㎥,ppbv
:가장 일반적인 기상농도 표시 단위이며, 샘플링 조건(흡수액 유량, 샘플링 량, 온도 등)이 보정된 값으로써 농도 값만으로 다른 데이터들과 비교가능.
2) ppb(㎍/ℓ,액상농도)
: 샘플링 조건에 따라서 값이 다르기 때문에 다른 값과 비교시 반드시 샘플링 조건이 필요함.
* 농도 환산식
상기와 같이 Impinger를 이용한 Off-line방식도 많이 활용되고 있지만 Sampling에서 분석까지 시간이 많이 소요되고,분석을 하여 결과가 도출될 때까지 문제가 된 공정은 계속 진행되어 실질적으로 오염도가 확인이 되어도 조치가 늦다는 단점 때문에 청정실내 부에서 Sampling및 분석까지 동시에 수행하는 장비가 활용되고 있는 추세다.아래 그림은 국내에서 생산되고 있는 On-line AMC Monitoring system에 대한 사진이다.
▶ 샘플링 장소별 오염농도를 일정시간별로 분석하며, 여러 장소의 Air를 포집하여 분석한다는 것이 장점이다.
⑤ AMC 제어
- 외기에 의한 AMC CONTROL을 하기 위해 Chemical filter를 장착하거나 Air Washing system을 설치한다.
- 청정실내에서 AMC CONTROL
. 중요공정장비(예, lithography 공정)에 Chemical filter장착
. AMC를 고려한 장비 및 부품, 비품 선정
. Wafer 보관장소에 Chemical filter장착
5. 청정실 동향
선폭의 미세화와 300mm 대구경화에 따른 Fab 대형화 및 AMC영향을 최소화하기 위해 고청정 청정실에서 국소 청정 장치형 청정실로 변화하고있다.
Wafer가 청정실내 부에서도 노출이 없는 system으로 구축되고 있는 추세다.
㈜현대교정인증기술원 소개
2000년 6월 1일 설립된 회사로서, 규격인증에서 계측기 교정, 각종온도 센서 제작 등 측정과 관련한 전 분야에 대해 종합적이고 체계적인 서비스를 제공하고 있는 측정전문회사 이다.
반도체 관련 사업분야로는 THERMOCOUPLE,RTD 제작 및 MFC, VACUUM GAUGE,PARTICLE COUNTER 교정, 수리를 하고 있다.
그리고, 청정실 환경관리 용역서비스, 각종 표준물질 제작 등을 수행하고 있다.
문의: 현대교정인증기술원 강권수 과장
Tel: 031-639-8519
E-mail: sensor@hct.co.kr
글 출처 : http://cafe140.daum.net/_c21_/bbs_read?grpid=epHH&emoticon=&mgrpid=&fldid=5bYp&dataid=&page=1&prev_page=0&firstbbsdepth=&lastbbsdepth=zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz&content=N&contentval=0000zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz&espam62=&viewcount62=?dt62=&mode=&num=&pardataname=&parbbsdepth=&e_paruserid=&pardatatype=&parregdt=&move=&userlist=&issueregyn=&changerolecode=&comment_view=%B5%EE%B7%CF%B5%C8+%B4%F1%B1%DB%C0%CC+%BE%F8%BD%C0%B4%CF%B4%D9.+%B4%F1%B1%DB%C0%BB+%B5%EE%B7%CF%C7%D8+%C1%D6%BC%BC%BF%E4.+&emoticon=&nickname=&grpcode=&act=&seq=&return_url=&parseq=&comment=
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