⚙️ Pre-Clean 챔버

⚙️ 1️⃣ Pre-Clean 챔버가 존재하는 이유

PVD 공정(특히 Sputter)은 웨이퍼 표면에 금속막을 증착하는 과정입니다.
그런데 이때, 웨이퍼 표면에 산화막, 수분, 유기오염, native oxide 등이 남아 있으면
→ 금속이 그 위에 잘 붙지 않아
→ 막 접착력(Peeling, Adhesion failure) 이 떨어지고
→ 전기적 접촉저항(Contact resistance)이 증가합니다.

그래서 본 공정(Sputtering)에 들어가기 직전,
웨이퍼 표면을 아주 살짝 “정제(clean)”해주는 전용 챔버가 필요합니다.
그게 바로 Pre-Clean Chamber 입니다.

🔹 주요 목적

목적설명

표면 오염 제거	공기 중 노출로 생긴 산화막, 수분, 유기물 제거
금속 접착력 향상	이후 증착막의 Adhesion 확보
전기적 신뢰성 향상	Contact resistance 저감
공정 재현성 확보	웨이퍼 표면 조건을 균일하게 맞춤

🔹 제거 방식

• RF Ar Plasma (물리적 스퍼터링)
  → Ar⁺ 이온으로 표면 원자층을 미세하게 깎아냄 (Dry cleaning)
• H₂/NH₃ Plasma (화학적 환원)
  → 산화막을 화학적으로 제거하는 경우도 있음

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⚙️ 2️⃣ Chucking 기능을 옵션으로 두는 이유

Pre-Clean 챔버에도 Wafer Chuck이 있지만, 장비마다 “옵션”으로 되어 있는 이유는
공정 정밀도 및 장비 구조의 목적에 따라 다르기 때문입니다.

항목Chucking 없음Chucking 있음

구조	웨이퍼를 susceptor나 stage 위에 그냥 올려놓음 (gravity hold)	전기적·정전기적 힘으로 웨이퍼를 고정
목적	간단한 plasma clean용 (short time)	균일한 전원 coupling, stable plasma, 온도 제어 가능
플라즈마 균일성	웨이퍼의 위치 변화나 미세한 흔들림 가능 → 비균일	안정된 홀딩으로 plasma 균일성 ↑
비용/구조	단순, 저가	복잡, 고가
사용 케이스	간단한 native oxide 제거	고정밀 pre-clean (e.g. Al, Cu interconnect, barrier pre-clean)

즉, chucking 기능이 있으면

• RF bias를 안정적으로 걸 수 있고,
• 웨이퍼 온도 제어가 용이하며,
• cleaning 균일도가 좋아집니다.

하지만 단순 산화막 제거만 하는 라인에서는 비용 절감을 위해 chucking이 없는 버전도 사용됩니다.

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🌡️ 3️⃣ Heating 기능이 들어가는 이유

Pre-Clean 과정에서도 웨이퍼 온도 제어가 굉장히 중요합니다.
그 이유는 다음과 같습니다 👇

이유설명

수분/유기오염 제거	웨이퍼 표면의 수분, 유기물은 가열 시 증발되어 제거됨
Plasma damage 완화	온도를 올려 전하 누적을 줄이고, 공정 안정성 확보
균일한 플라즈마 반응	온도 차이에 따라 표면 반응률이 달라짐 → 균일도 향상
후속 공정 대응	일부 금속(예: Ti, Ta) deposition 전에 pre-heating으로 adhesion 개선

일반적으로 150~250℃ 정도로 제어하며,
chuck이 있을 경우 electrostatic chuck + heater plate 구조로 제어합니다.

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🧩 4️⃣ 요약 정리

구분설명

Pre-Clean 챔버 필요 이유	증착 전 산화막·오염 제거, 접착력 및 전기적 특성 개선
Clean 방식	RF Ar Plasma로 표면 스퍼터링
Chucking 옵션 이유	RF 안정화 및 온도 제어 목적, 균일도 향상 (비용 절감 시 생략)
Heating 이유	수분·오염 제거, 균일한 반응 확보, 후속 증착 접착력 향상