Use Cases

Applications (적용 사례)

Bulk Chemical 실시간 Inline 농도 측정 : HF, IPA, DHF, H2O2, HNO3, HCI, KOH, NaOH, NH4OH 등.

반도체 산업에서는 집적 회로나 실리콘 웨이퍼 제조를 위해 식각액(Etchant), 세정제, CMP 슬러리 등 매우 광범위한 습식 공정용 화학물질을 대량으로 사용합니다.

이러한 대량 화학물질 공급 시스템에 Vaisala K-PATENTS® 반도체 공정용 굴절계를 도입하여 액체의 농도를 측정하면 공정 전반에 걸쳐 엄청난 이점과 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다.

이 시스템은 수산화칼륨(KOH), 황산(H2SO4), 불산(HF), 암모니아수(NH4OH), 염산(HCl), 이소프로필알코올(IPA), EKC 및 CMP 슬러리를 포함한 다양한 화학물질의 농도를 정밀하게 측정하고 관리할 수 있도록 지원합니다.

📌 주요 핵심 키워드

🛡️ 고가의 장비 손상 방지 (Prevent Equipment Damage): 잘못된 대량 화학물질이나 규격에 맞지 않는 농도의 용액이 공정에 투입되는 것을 사전에 차단하여, 막대한 비용이 드는 장비 손상을 효과적으로 방지합니다.

🚀 식각 공정 최적화 및 배스 수명 연장 (Optimize Etch Process): 가열된 KOH와 같은 식각 용액의 농도를 정확히 파악하여 공정을 최적화하고 식각 배스(Bath)의 사용 수명을 크게 늘려줍니다.

📉 화학물질 소비 감소 (Reduce Chemical Consumption): EKC 등의 세정 화학물질 소비를 줄이면서도 웨이퍼 처리량(Throughput)을 극대화하여 생산성을 향상시킵니다.

🎯 엄격한 CMP 슬러리 제어 (Tight Control of CMP Slurries): 슬러리 농도를 촘촘하게 제어하여 웨이퍼 평탄화 공정의 균일성(Uniformity)을 한층 더 높여줍니다.

🧪 광범위한 화학물질 모니터링 (Wide Range of Chemicals): 하나의 인라인 측정 기술로 황산, 불산, 염산 등 반도체 제조에 필수적인 거의 모든 화학 용액의 농도를 일관성 있게 측정합니다

Wet Chemical

실리콘 웨이퍼 생산 공정 상의 실시간 농도 모니터

반도체 습식 화학물질(Semiconductor wet chemicals) 애플리케이션은 실리콘 웨이퍼 제조 과정 중 웻 벤치(Wet bench)나 다양한 습식 공정 설비에서 사용되는 액상 화학물질의 농도를 실시간으로 모니터링하고 제어하는 핵심 공정 분야를 의미합니다.

반도체 화학 공정 제어에서 가장 중대한 두 가지 핵심 작업은 다음과 같습니다:

공정 모니터링 (Process monitoring): 시간이 지나도 공정 화학물질이 원하는 농도 조성을 항상 일정하게 유지하도록 통제하는 것
결함 감지 (Fault detection): 장비나 공정으로 유입되는 화학물질의 종류와 농도가 올바른 규격에 맞는지 실시간으로 검증하는 것

화학물질의 미세한 편차는 즉각적인 웨이퍼 불량(Scrap)이나 고가의 장비 오염으로 연결되어 수율에 직접적인 손실을 주게 됩니다. Vaisala Polaris™ PR53S와 같은 반도체 공정용 굴절계는 세정, 식각, CMP 등 주요 습식 공정에 직접 통합되어 복잡하고 비싼 기존의 샘플링 자동 분석기 시스템을 대체하며 정밀한 실시간 데이터를 지속적으로 제공합니다

📌 Semiconductor Wet Chemicals 핵심 키워드

⏱️ 실시간 인라인 모니터링 (Real-time Inline Monitoring)

화학물질의 혼합(Blending), 세정(Cleaning), 식각(Etching) 및 CMP 단계에서 용액의 농도를 실시간으로 연속 정밀 측정하여 신속하고 일관성 있게 공정을 관리합니다.

🛡️ 결함 감지 및 장비 오염 방지 (Fault Detection & Tool Protection)

비정상적인 농도의 화학물질이 주입되거나 잘못된 화학 용액이 유입되는 것을 즉각적으로 검증하여, 고가의 반도체 장비 오염과 대규모 웨이퍼 폐기(Scrap)를 사전에 방지합니다.

📈 품질 제어 및 수율 극대화 (Tighter Process Control & Higher Yield)

공정의 미세한 변동성을 촘촘하게 억제함으로써 고객사 및 제품의 품질 사양(CTQ) 요구조건을 상시 만족시키며, 웨이퍼 생산 처리량과 공정 안정성을 안정적으로 끌어올립니다.

🧪 광범위한 화학물질 및 슬러리 제어 (Demanding Chemistries & Slurries)

불산(HF), 이소프로필알코올(IPA), 수산화칼륨(KOH), 염산(HCl) 등 다양한 화학물질뿐만 아니라, 기포나 입자 혹은 색상의 영향이 없어 까다로운 CMP 슬러리 농도까지 하나의 원리로 정밀하게 측정합니다.

🧼 무오염 초순수 클린룸 장비 통합 (Ultrapure Tool Integration)

금속 성분이 배제된 초순수 변형 PTFE 플로우 셀 바디와 콤팩트한 본체를 갖추고 있어, 클린룸 환경의 웻 벤치나 화학 분배 장비 내부에 어떠한 화학적 오염 위험 없이 최적으로 연동 및 밀착 통합됩니다.

⚙️ 유지보수 최소화 및 높은 가동성 (Low Maintenance & High Uptime)

장비 내부에 움직이는 가동 부품(Moving parts)이 없으며, 자동 온도 보상 기술이 탑재되어 시간이 지나도 캘리브레이션 틀어짐(Drift)이 발생하지 않아 수년간 교정 및 조정이 불필요합니다

KOH etch of silicon

실리콘의 KOH 식각(KOH etch of silicon) Application

실리콘의 KOH 식각(KOH etch of silicon) 애플리케이션은 반도체 제조 과정 중 수산화칼륨(KOH) 용액을 사용하여 실리콘을 깎아내는 습식 식각(Wet etch) 공정을 의미합니다. 이 공정에서는 식각 용액의 온도와 농도가 식각 속도에 매우 큰 영향을 미치기 때문에, 식각액의 농도를 정확히 파악하여 공정을 최적화하는 것이 필수적입니다.

식각이 진행됨에 따라 KOH(구체적으로 OH- 이온) 성분이 소모되므로 새로운 식각액으로 교체하거나 보충해 주어야 합니다. 이 공정에 Vaisala K-PATENTS® 반도체 공정용 굴절계를 도입하면, 가열된 KOH/H2O 용액의 구성을 지속적으로 측정하고 관리할 수 있습니다.

📌 주요 핵심 키워드

📊 실시간 농도 모니터링 (Real-time Concentration Monitoring): KOH 식각 배스(Bath)의 농도를 실시간으로 추적하여 가열된 화학 용액의 상태 변화를 연속적으로 파악합니다.

🎯 정확한 식각 종료점 파악 (Determine Etch End-point): 실시간 농도 데이터를 기반으로 식각 공정을 언제 마쳐야 할지 정확한 종료점(End-point)을 결정하여 공정의 완성도를 높입니다.

⏳ 배스 수명 극대화 (Extend Bath Life): 화학물질을 효율적으로 관리하여 KOH 식각 배스의 수명을 크게 연장시키며, 일부 환경에서는 수명을 두 배까지도 늘릴 수 있습니다.

♻️ 화학 폐기물 최소화 (Minimize Chemical Waste): 식각액(Etchant)의 사용 기간을 최대한 늘림으로써 고가의 화학물질 낭비를 줄이고 폐기물 발생을 최소화합니다.

🧮 규산염 오차 보정 (Offset Compensation): 공정 중 용해된 규산염(Silicate) 성분이 농도 측정값을 인위적으로 높일 수 있으나, 추가적인 측정 기기 도입 없이 간단한 균형 계산(Balance calculation)만으로 이러한 오차를 쉽게 보정할 수 있습니다

CMP Slurry 과수 농도 측정

Peroxide blending dispense at CMP Slurry

화학적 기계적 연마 또는 평탄화(CMP, Chemical Mechanical Planarization)는 화학적 반응과 기계적 마모를 결합하여 실리콘 웨이퍼 표면을 아주 미세하게 가공하는 난이도가 높고 비용이 많이 드는 핵심 나노 연마 공정입니다.

이 공정에서는 평탄화의 정밀도를 조율하기 위해 **산화제(일반적으로 과산화수소, H₂O₂)가 혼합된 슬러리(Slurry)가 사용됩니다. 공정에 슬러리가 투입되기 전에 정확한 농도로 희석 및 혼합(Blending)하는 과정이 필수적인데, 이 공급 비율이 화학 반응 속도와 웨이퍼 연마 속도(Polishing rate)에 직접적인 영향을 주기 때문입니다.

기존의 자동 적정기(Auto-titration) 방식은 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하지만, 설비 비용 및 지속적인 유지보수 비용 부담이 크고 특정 주기마다 직접 시료를 채취해 분석하는 불연속 측정이라는 한계가 있었습니다.

반면, Vaisala Polaris™ PR53S(K-PATENTS®) 반도체 공정용 굴절계는 혼합 스테이션(Blending station)에 쉽고 콤팩트하게 통합되어 화학 용액을 전혀 소모하지 않으면서 원시 슬러리(Raw slurry)와 최종 혼합된 슬러리의 과산화수소(H₂O₂) 농도를 실시간 인라인으로 연속 정밀 측정합니다.

📌 Peroxide Blending Dispense at CMP 핵심 키워드

⚙️ CMP (화학적 기계적 평탄화)

화학적 마모와 기계적 연마를 유기적으로 조합하여 나노 공정 단계의 웨이퍼 표면을 편평하게 가공하는 초정밀 반도체 연마 공정입니다.

🧪 과산화수소(H₂O₂) 공급 농도 정밀 제어

연마율 및 반응 속도와 직결되는 핵심 산화제(H₂O₂) 성분이 슬러리에 규격대로 균일하게 혼합되었는지 빈틈없이 추적 및 검증하는 작업입니다.

🛡️ 웨이퍼 표면 스크래치 및 수율 손실 차단

화학 용액의 미세한 농도 이탈로 인해 발생할 수 있는 웨이퍼 스크래치(Surface scratching) 불량을 선제 방지하여 막대한 폐기 비용을 예방합니다.

⏱️ 연속 실시간 인라인 계측 (In-line Metrology)

슬러리를 낭비하지 않는 비파괴 광학식 측정을 바탕으로 혼합 탱크에서 실시간 농도 데이터를 제공하여 공정의 즉각적인 통제 및 피드백이 가능합니다.

📈 텅스텐 및 구리(Tungsten & Copper) CMP 최적화

특정 슬러리의 온도 및 굴절률(RI) 특성을 보정하여, 텅스텐과 구리 CMP 공정 모두에서 중량 대비 최대 ±0.02% 범위 내의 초정밀 농도 측정 수준을 확보합니다.

🧼 가동 부품 배제로 제로 유지보수 실현

구동 기어 등 가동 부품(Moving parts)이 존재하지 않아, 슬러리 탱크 세척 시 가볍게 플러싱하는 것 외에는 수년간 어떠한 조정이나 재교정 작업도 필요치 않아 장비 가동 가용성을 극대화합니다

Indigo80

Hand-held Polaris™ process refractometers

휴대용 진단 및 스팟 점검 (Portable Diagnostics & Spot-checking): 공정 현장에서 간편하게 들고 다니며 장비 상태를 확인하고 즉각적인 측정을 수행할 수 있는 산업용 핸드헬드 도구
듀얼 프로브 연결 (Dual-probe): 최대 2개의 Vaisala 호환 기기(프로브 또는 굴절계)를 동시에 연결하여 여러 파라미터를 한 번에 모니터링
대용량 데이터 로깅 (Data Logging): 최대 550만 개의 측정값을 저장할 수 있으며, 장기간 데이터를 기록하여 빠르고 정확한 진단 지원
USB-C 기반 충전 및 통신: 산업 표준인 USB-C 인터페이스를 사용하여 배터리 충전(약 10시간 사용) 및 PC(Insight 소프트웨어)와의 데이터 전송 지원
가동 중단 없는 교정 (Calibration without Downtime): 공정 라인을 멈추지 않고도, 현장에서 측정 기기를 설정, 문제 해결, 교정 및 조정 가능

Vaisala Indigo80은 현장에서의 스팟 점검(Spot-checking), 데이터 분석, 장비 진단 및 교정을 위해 설계된 산업용 다기능 휴대용 지시계(Handheld Indicator)입니다. 이 기기는 최대 2개의 Vaisala Indigo 호환 프로브를 동시에 연결할 수 있으며, 습도, 온도, 이슬점, 이산화탄소, 과산화수소, 오일 내 수분은 물론 PR53 시리즈를 통한 액체 농도 등 다양한 측정 파라미터를 지원합니다.