KR100396379B1 - 오존을 이용한 습식 세정장비 - Google Patents

Abstract

오존을 이용한 습식 세정장비에 관한 것으로, 그 목적은 케미컬 또는 순수에 보다 많은 양의 오존을 용해시킴으로써 세정 효과를 향상시키는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는, 약액 또는 순수의 순환라인 상에 오존 용해탱크를 설치하고 오존 용해탱크로 오존을 공급하여 오존 용해탱크 내에서 약액 또는 순수에 오존을 일차로 용해시키고, 이렇게 오존 용해탱크를 거치면서 오존이 용해된 약액 또는 순수를 배스 내로 투입하고 여기에 다시 오존을 공급함으로써 오존이 약액 또는 순수에 용해되는 기회를 두 번 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

오존을 이용한 습식 세정장비 {Wet cleaning bath using ozone}

본 발명은 반도체 소자의 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 습식 세정장비에 관한 것이다.

웨이퍼의 세정 공정은 반도체 제조 공정 중에서 웨이퍼 상에 박막을 증착하기 전의 전처리나, 또는 이온 주입 및 식각의 후처리로서 많이 이루어지고 있다. 세정 공정에서는 파티클, 금속 불순물, 유기계 등의 오염을 제거하며, 반도체 소자의 패턴이 미세해짐에 따라서 제거되지 못하고 웨이퍼 상면에 잔류하는 오염의 허용 범위가 좁아지기 때문에 세정 공정의 중요성은 더욱 높아지고 있다.

현재, 오염 제거 성능 면에서 실용적인 세정 방법은 웨이퍼를 배스(bath) 내에 담그어 세정하는 습식 세정 방법이다. 이 방법은 다수의 웨이퍼를 일렬로 배열한 카세트를 약액 배스, 수세 배스, 건조기에 넣고 순서대로 처리해 가는 것이다. 즉, 약액 배스에서 약품처리하여 웨이퍼로부터 오염을 제거하고, 수세 배스에서 웨이퍼에 잔류된 약품을 순수(純水)로 희석시킨 후, 건조기에서 건조하여 청정한 실리콘 표면을 얻는다.

특히, 최근 선호하고 있는 습식 세정 방법 중 하나는 오존(O3)를 사용하는 방법이다. 오존을 순수에 용해시킨 수용액인 오존수의 특징은 유기물을 산화하고, 분해, 제거할 수 있다는 것이기 때문에, 약액을 오존수로 대체하여 사용하는 것이다.

오존수의 세정 공정에의 도입으로 얻을 수 있는 장점 중 가장 큰 것은 오존수 자체가 상당히 싸다는 것, 분해 속도가 빠르다는 것이다. 오존수는 사용 후, 물과 산소로 분해되기 때문에 폐액 처리에 드는 비용을 싸게 할 수 있다. 또 수세가 필요 없기 때문에 초순수의 사용량도 상당히 줄일 수 있다.

오존을 세정 공정에서 사용할 때 중요시되는 사항은 오존 발생기에서의 오존 발생량과, 오존이 배스 내의 케미컬(chemical) 또는 순수에 용해되는 양이다.

일반적인 습식 세정공정에서 배스 내에 오존을 공급하는 방식을 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 오존 공급방식을 도시한 오존을 이용한 습식세정장비의 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 종래에는 오존 발생기(1)에서 발생된 오존을 배스(2) 내에 직접 투입하였다.

이 때, 배스(2) 내에 투입된 오존은 배스(2) 내의 케미컬 또는 순수(3)에 충분히 용해되기 전에 개방된 배스 외부로 날아가 버린다. 이로 인해 충분한 양의 오존이 용해되지 못한 배스 내로 웨이퍼를 투입하여 세정공정을 진행하면 그 세정 효과가 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 케미컬 또는 순수에 보다 많은 양의 오존을 용해시킴으로써 세정 효과를 향상시키는 데 있다.

도 1은 종래의 오존 공급방식을 도시한 오존을 이용한 습식세정장비의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 오존 공급방식을 도시한 오존을 이용한 습식 세정장비의 단면도이다.

도 3은 도 2에서 오존 용해탱크를 상세히 도시한 오존 용해탱크의 확대단면도이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 약액 또는 순수의 순환라인 상에 오존 용해탱크를 설치하고 오존 용해탱크로 오존을 공급하여 오존 용해탱크 내에서 약액 또는 순수에 오존을 일차로 용해시키고, 이렇게 오존 용해탱크를 거치면서 오존이 용해된 약액 또는 순수를 배스 내로 투입하고 여기에 다시 오존을 공급하여 이차로 용해시킴으로써 오존이 약액 또는 순수에 용해되는 기회를 두 번 제공하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 따른 오존을 이용한 습식 세정장비는, 일측면에 약액 또는 순수의 유입구가 설치되고, 타측면에 약액 또는 순수의 유출구가 설치된 오존 용해탱크; 약액 또는 순수의 유출구로부터 배스의 내부로 연결되도록 설치된 약액 또는 순수 공급관; 오존 발생기로부터 오존 용해탱크로 연결되도록 설치되어, 오존 발생기에서 발생된 오존을 오존 용해탱크 내에 유입된 약액 또는 순수에 투입하는 제 1오존공급관; 및 오존 용해탱크의 상면으로부터 배스 내부로 연결되도록 설치되어, 오존 용해탱크 내의 약액 또는 순수에 투입되어 용해되었다가 다시 기화되어 오존 용해탱크 내의 상부공간에 저장되어 있는 오존을 배스 내의 약액 또는 순수에 투입하는 제 2 오존공급관을 포함하여 이루어진다.

이 때, 본 발명에 따른 오존을 이용한 습식 세정장비는, 오존 용해탱크의 일측면에 유입구보다 높게 설치된 상부 수위센서 및 유입구 보다 낮게 설치된 하부 수위센서; 오존 용해탱크의 타측면에 수위센서와 동일한 높이지점으로부터 배스의 내부로 연결되도록 설치된 약액 또는 순수 배출관; 제 2 오존공급관에 설치된 압력조절기(pressure regulator); 및 상부 수위센서까지 약액 또는 순수의 수위가 도달하면 약액 또는 순수 배출관을 오픈하여 약액 또는 순수를 배스로 배출시키고, 하부 수위센서까지 약액 또는 순수의 수위가 도달하면 압력조절기를 조절하여 제 2 오존공급관을 오픈함으로써 오존 용해탱크 내의 상부공간에 저장되어 있는 오존을 배스 내의 약액 또는 순수에 투입하도록 하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하며, 압력조절기는 10 내지 15 psi 범위를 유지하도록 제 2 오존공급관의 개폐를 조절하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 오존을 이용한 습식 세정장비의 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 오존 공급방식을 도시한 오존을 이용한 습식 세정장비의 단면도이다.

오존은 약액배스 또는 수세배스 내로 투입할 수 있는데, 약액배스의 경우를예로 들어 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 약액의 순환라인에 오존 용해탱크 (10)를 설치하고 이곳으로 오존을 공급함으로써 오존이 약액에 보다 많이 용해될 수 있도록 한다.

약액(11)은 펌프(P)에 의해 펌핑된 후 필터(F) 및 히터(H)를 거쳐 약액배스 (12) 내로 투입되는데, 이러한 순환라인에서 히터(H) 이후에 오존 용해탱크(10)를 설치한다. 그러면 히터(H)를 거친 약액이 오존 용해탱크(10) 내에 유입되고, 이곳에서 오존이 약액에 용해된 다음, 약액은 오존 용해탱크(10)에서 유출되어 배스 (12) 내로 투입된다.

도 3은 도 2에서 오존 용해탱크(10)를 상세히 도시한 오존 용해탱크의 확대단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 약액의 유입과 출입을 위해 오존 용해탱크의 측면에는 약액 유입구(21) 및 약액 유출구(22)가 설치되어 있다.

유출구(22)에는 배스(12)의 내부로 연결되도록 약액 공급관(13)이 설치되어, 약액이 오존 용해탱크(10)를 거쳐 약액배스(12) 내로 공급되도록 한다.

한편, 오존 발생기(14)로부터 발생된 오존을 오존 용해탱크(10)로 공급하도록, 제 1 오존공급관(15)이 오존 발생기(14)로부터 오존 용해탱크(10)로 연결되도록 설치되어 있다. 이 때 오존을 더욱 많이 빠르게 용해시키기 위해 제 1 오존공급관(15)은 다수의 홀이 형성된 관이 오존 용해탱크(10)의 길이방향으로 길게 담그어지도록 설치하는 것이 바람직하다.

오존은 질소가스를 운반가스로 하여 제 1 오존공급관(15)을 통해 오존 용해탱크(10) 내의 약액으로 투입되어 공급되는 약액에 용해되며, 약액에 용해되지 않거나 약액에 용해된 후 다시 기화되는 일부의 오존과 질소가스는 오존 용해탱크 (10) 내의 약액 수면 상부 공간에 저장된다.

오존 용해탱크(10) 내의 상부 공간에 저장되어 있는 오존을 약액배스(12)로 배출시키기 위해, 제 2 오존공급관(16)이 오존 용해탱크(10)의 상면으로부터 배스 (12) 내부로 연결되도록 설치되어 있다.

이 때 오존 용해탱크(10) 내의 상부 공간을 어느 정도 확보하기 위해, 오존 용해탱크(10)의 일측면에 상부 수위센서(23)가 약액 유입구(21)보다 높게 설치되고, 하부 수위센서(24)가 약액 유입구(21)보다 낮게 설치되어 있다. 이것은, 약액의 수위가 상하부 수위센서(23, 24) 사이에 있도록 함으로써 오존 용해탱크(10) 내의 상부 공간을 확보하는 것이다.

약액 유출구(22)가 설치된 오존 용해탱크(10)의 타측면에는 상기 상부 수위센서(23)와 동일한 높이지점으로부터 약액배스(12)의 내부로 연결되도록 약액 배출관(25)이 설치되어 있다.

또한, 제 2 오존공급관(16)에는 압력조절기(pressure regulator)(R)가 설치되어 있다.

제어부(C)는 상부 수위센서(23)와 약액 배출관(25), 그리고 하부 수위센서 (24)와 제 2 오존공급관의 압력조절기(R)이 각각 상호연결되도록 설치되며, 상부 수위센서(23)까지 약액의 수위가 도달하면 약액 배출관(25)을 오픈하여 약액을 약액배스(12)로 배출시킴으로써 약액의 수위를 낮추는 한편, 하부 수위센서(24)까지 약액의 수위가 도달하면 압력조절기(R)를 조절하여 제 2 오존공급관(16)을 최대로 오픈하도록 함으로써 오존 용해탱크(10) 내의 상부공간에 저장되어 있는 오존을 약액배스(12) 내로 대량 빠르게 투입하여 약액의 수위를 높인다. 이로써, 약액의 수위는 상부 수위센서(23)와 하부 수위센서(24) 사이에 있도록 조절되는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 오존을 이용한 습식 세정장비의 작용에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 펌프(P)를 작동하여 약액을 펌핑하고 필터(F) 및 히터(H)를 차례로 거치도록 한 다음, 약액 유입구(21)를 통해 약액을 오존 용해탱크(10) 내로 유입시킨다.

다음, 오존 발생기(14)로부터 발생된 오존을 질소가스를 운반가스로 하여 제 1 오존공급관(15)을 통해 오존 용해탱크(10) 내의 약액 내로 투입한다. 그러면, 오존 및 질소가스는 약액 내에 용해되며, 약액에 용해되지 않거나 약액에 용해되었다 다시 기화되는 오존 및 질소가스는 오존 용해탱크(10)의 약액 수면 상부 공간에 저장된다.

이 때, 기체의 용해도는 용액의 온도와 주위 압력에 의해 좌우되므로, 오존 및 질소의 용해도 역시 약액의 온도와 오존 용해탱크의 내부압력에 의해 결정된다. 적정한 오존의 용해도를 구하기 위해 실험을 수행한 결과, 약액의 온도는 약액의 종류에 따라 달라지며, 오존 용해탱크의 내부압력은 10 내지 15 psi인 것이 밝혀졌다.

따라서, 제 2 오존공급관(16)의 압력조절기(R)에서는 15 psi를 초과하면 제 2 오존공급관(16)을 최대로 열어서 오존을 배스(10) 내로 공급하고, 압력이 떨어지면 제 2 오존공급관(16)을 조금씩 닫아서 오존 용해탱크(10)에서의 오존유출을 줄임으로써 오존이 약액 내에 더 용해되도록 하면서 오존 용해탱크(10)의 내부압력을 10 내지 15 psi를 유지하도록 한다.

이 과정을 통해 일정한 내부압력이 유지되는 오존 용해탱크(10)는 대기 중에 오픈되어 있는 배스 내로 직접 오존을 공급하는 종래 방식에 비해 일부 기화된 오존을 공급되는 약액에 재 용해되도록 함으로써 보다 많은 양의 오존이 약액에 용해될 수 있는 조건을 만들어주는 것이다.

또한, 제 2 오존공급관(16)을 통해 배스(10)로 공급된 오존은 배스(10) 내의 약액에 다시 용해되므로, 용해기회가 배가 되는 셈이다.

여기서 중요한 것은 오존 용해탱크(10) 내에 오존 및 질소가스가 저장될 수 있는 공간을 확보하는 것인데, 이것은 제 2 오존공급관(16)에 설치된 압력조절기(R)에 입력된 압력값과 순환되는 약액의 압력이 동일하게 유지되도록 함으로써 가능해진다.

만약, 순환되는 약액의 압력이 높아져 약액이 과다공급되면, 상부 수위센서(23)가 이를 감지하고 약액 배출관(25)을 열어서 과다 공급된 약액을 배스 내로 배출시킨다.

이와 반대로 순환되는 약액의 압력이 낮아져 약액의 수위가 낮아지면, 하부 수위센서(24)가 이를 감지하고 압력조절기(R)에 의해 제 2 공급관(16)을 최대로 열어 오존을 오존 용해탱크(10)로부터 유출시킴과 동시에 약액을 오존 용해탱크(10) 내로 유입하여 그 수위를 올린다.

이러한 과정을 통해 오존 용해탱크 내에 오존과 질소가스의 저장공간을 확보하는 것이다.

상기한 바와 같은 약액배스에 오존을 용해시키는 것과 동일한 방법이 수세배스의 경우에도 적용된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 습식 세정장비에서는 약액 또는 순수의 순화라인 상에 오존 용해탱크를 설치하여 이곳에서 오존을 용해시킨 다음, 약액 또는 순수를 배스 내로 투입하며, 이 때 오존 용해탱크의 내부는 일정압력이 유지되도록 하기 때문에, 종래 오픈된 배스 내로 오존을 직접 투입한 경우보다 많은 양의 오존이 용해되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 습식 세정장비에서는 오존 용해탱크를 거쳐나온 약액 또는 순수를 배스 내에 투입한 이후에 다시 오존을 배스 내로 투입하여 용해시키며, 이와 같은 두 번의 오존 용해 기회로 인해 오존의 용해도는 더욱 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 오존 발생기와, 오존 발생기로부터 배스 내부로 연결되도록 설치된 오존 공급관을 포함함으로써, 오존 발생기에서 발생된 오존을 오존 공급관을 통해 배스 내의 약액 또는 순수에 투입하는 오존을 이용한 습식 세정장비에 있어서,

   일측면에 약액 또는 순수의 유입구가 설치되고, 타측면에 약액 또는 순수의 유출구가 설치된 오존 용해탱크;

   상기 약액 또는 순수의 유출구로부터 상기 배스의 내부로 연결되도록 설치된 약액 또는 순수 공급관;

   오존 발생기로부터 상기 오존 용해탱크로 연결되도록 설치되어, 상기 오존 발생기에서 발생된 오존을 상기 오존 용해탱크 내에 유입된 약액 또는 순수에 투입하는 제 1 오존공급관; 및

   상기 오존 용해탱크의 상면으로부터 배스 내부로 연결되도록 설치되어, 상기 오존 용해탱크 내의 약액 또는 순수에 투입되어 용해되었다가 다시 기화되어 오존 용해탱크 내의 상부공간에 저장되어 있는 오존을 상기 배스 내의 약액 또는 순수에 투입하는 제 2 오존공급관

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 습식 세정장비.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 오존을 이용한 습식 세정장비는,

   상기 오존 용해탱크의 일측면에 상기 유입구보다 높게 설치된 상부 수위센서 및 상기 유입구 보다 낮게 설치된 하부 수위센서;

   상기 오존 용해탱크의 타측면에 상기 수위센서와 동일한 높이지점으로부터 상기 배스의 내부로 연결되도록 설치된 약액 또는 순수 배출관;

   상기 제 2 오존공급관에 설치된 압력조절기(pressure regulator); 및

   상기 상부 수위센서까지 약액 또는 순수의 수위가 도달하면 상기 약액 또는 순수 배출관을 오픈하여 약액 또는 순수를 상기 배스로 배출시키고, 상기 하부 수위센서까지 약액 또는 순수의 수위가 도달하면 상기 압력조절기를 조절하여 상기 제 2 오존공급관을 오픈하여 상기 오존 용해탱크 내의 상부공간에 저장되어 있는 오존을 배스 내의 약액 또는 순수에 투입하도록 하는 제어부

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 습식 세정장비.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 압력조절기는 10 내지 15 psi 범위를 유지하도록 상기 제 2 오존공급관의 개폐를 조절하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 습식 세정장비.