KR100525636B1 - Apparatus for collecting and analyzing particles in semiconductor manufacturing process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조공정의 파티클 성분분석용 포집장치에 관한 것으로, 그 구성은 적정량의 용매를 수용할 수 있는 밀폐 가능한 포집용기와, 상기 포집용기의 둘레에 냉매가 접촉하여 용매와의 열교환이 이루어질 수 있도록 상기 포집용기의 외부에 설치된 용매 저온화장치와, 파티클이 포함된 공기를 포집용기의 내에 흡입할 수 있도록 상기 포집용기의 내부로 삽입 설치된 공기유입관과, 상기 용매와 반응한 정화된 기포가 배출될 수 있도록 상기 포집용기의 일측에 형성된 공기배출관과, 포집용기의 내부로 외부공기를 흡입하기 전에 상기 포집용기를 진공상태로 유지할 수 있도록 상기 공기배출관의 선단에 장착된 펌프를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.The present invention relates to a particle collecting device for analyzing the particle composition of the semiconductor manufacturing process, the configuration is a sealed container capable of accommodating an appropriate amount of the solvent, the refrigerant is in contact with the circumference of the collection container is made of heat exchange with the solvent Solvent lowering device installed on the outside of the collecting container to be able to, the air inlet pipe inserted into the collecting container so as to suck the air containing particles into the collecting container, and purified bubbles reacted with the solvent It includes an air discharge pipe formed on one side of the collection container so that the discharge, and a pump mounted to the tip of the air discharge pipe to maintain the collection container in a vacuum state before inhaling the outside air into the collection container It is characterized by.
따라서, 본 발명에 의하면, 파티클의 분포, 수량 및 크기 등의 차이에 관계없이 샘플링이 가능하고, 정성 및 정량적 분석이 가능하여 신뢰성이 향상되며, 미세 파티클의 포집효율이 향상되는 효과를 갖는 것이다.Therefore, according to the present invention, sampling can be performed irrespective of differences in particle distribution, quantity, and size, qualitative and quantitative analysis is possible, and reliability is improved, and fine particle collection efficiency is improved.
Description
본 발명은 반도체 제조공정의 파티클 성분분석용 포집장치에 관한 것으로, 특히, 파티클의 분포, 수량 및 크기 등의 차이에 관계없이 샘플링이 가능하고, 정성 및 정량적 분석이 가능하여 신뢰성이 향상되며, 미세 파티클의 포집효율을 향상시킬 수 있게 한 반도체 제조공정의 파티클 성분분석용 포집장치에 관한 것이다.The present invention relates to a particle collecting device for analyzing the particle composition of the semiconductor manufacturing process, in particular, can be sampled irrespective of differences in particle distribution, quantity, size, etc., qualitative and quantitative analysis is possible to improve the reliability, fine The present invention relates to a particle collecting device for analyzing particle composition in a semiconductor manufacturing process that enables to improve particle collecting efficiency.
일반적인 반도체소자의 제조공정에 있어서, 상기 반도체소자의 고집적화 추세에 따라 그 생산라인 내에 존재하는 미세 파티클은 생산수율에 직접적인 영향을 미치는 매우 중요한 요소로 작용하고 있다. 클린룸 등의 내부에서 파티클 들은 여러 형태로 존재하게 되므로 반도체 생산수율을 향상시키기 위해서는 그 성분구성 및 양이 어떻게 조성되어 있는지를 정확히 샘플링(Sampling)하고, 이를 분석할 필요가 있다.In the manufacturing process of a general semiconductor device, according to the trend of high integration of the semiconductor device, the fine particles present in the production line acts as a very important factor directly affecting the production yield. Since particles exist in various forms inside clean rooms, it is necessary to accurately sample and analyze how the composition and amount of the composition are formed in order to improve semiconductor production yield.
종래에 주로 사용되고 있는 파티클 포집장치로는 임팩터(Impactor)를 이용하는 방식과, 파티클 포집필터를 이용하는 방식 등이 있다. The particle collecting device mainly used in the related art includes a method using an impactor, a method using a particle collecting filter, and the like.
그러나, 상기의 기술들에 의해서는 클린룸 내의 파티클을 포집하는데 한계성이 있다. 즉, 미세 파티클의 성분 및 양을 평가하기 위한 장치로서 불충분할 뿐만 아니라 데이터 해석에 있어서의 어려움이 발생하게 되는 것으로, 임팩터 방식에서는 여러개의 샘플스테이지(Sample Stage)를 하나로 연결하여야 하므로 설치구조가 복잡하고, 데이터 해석에 있어서 작업자들 간의 변수요인이 발생하므로 그 해석이 정확히 이루어질 수 없으며, 포집되는 파티클을 시료의 표면에 부착되도록 하여야 하므로 미세 파티클의 포집이 어려울 뿐만 아니라, 스테이지의 샘플시료로서 Si 웨이퍼가 사용되므로 클린룸 내에 존재하는 Si 파티클을 측정할 수 없다는 문제점이 있으며, 또한 포집필터 방식에서는 포집된 파티클 들이 여과흐름(Filter Pours)을 방해하여 장시간 샘플링이 불가능하고, 상기 포집필터의 포화규모를 고려해 볼 때 이것 역시 미세 파티클을 포집하는데 어려움이 있었다.However, the above techniques have limitations in collecting particles in a clean room. That is, not only is insufficient as a device for evaluating the composition and quantity of fine particles, but also difficulties in data interpretation occur. In the impact method, the installation structure is complicated because several sample stages must be connected as one. In addition, since variable factors occur between operators in data analysis, the analysis cannot be performed accurately. Since the collected particles must be attached to the surface of the sample, the collection of fine particles is difficult, and the Si wafer is used as a sample sample of the stage. Since Si particles are used in the clean room cannot be measured, and in the collection filter method, the collected particles interfere with the filter flow, so that sampling is impossible for a long time. Considering the saturation scale of the filter, this also had difficulty collecting fine particles.
한편, 도1은 상기의 포집 방식과는 다른 형태의 종래 포집장치의 구조를 나타낸 것이다. 상기 포집장치는 적정량의 용매(13)를 수용할 수 있는 밀폐 가능한 포집용기(10)와, 파티클이 포함된 공기를 포집용기(10)의 내에 흡입할 수 있도록 상기 포집용기(10)의 내부로 삽입 설치된 공기유입관(11)과, 상기 용매(13)와 반응한 정화된 기포(14)가 배출될 수 있도록 상기 포집용기(10)의 일측에 형성된 공기배출관(12)과, 포집용기(10)의 내부로 외부공기를 흡입하기 전에 상기 포집용기(10)를 진공상태로 유지할 수 있도록 상기 공기배출관(12)의 선단에 장착된 펌프(P)와, 흡입 공기량을 측정할 수 있도록 상기 펌프(P)와 공기배출관(12)의 사이에 설치된 유량계(1)로 이루어져 있다.On the other hand, Figure 1 shows the structure of a conventional collecting device of a different form from the above collecting method. The collection device includes a sealable collection container 10 capable of accommodating an appropriate amount of solvent 13 and the inside of the collection container 10 to suck air containing particles into the collection container 10. Inserted air inlet pipe 11, the air discharge pipe 12 formed on one side of the collection container 10 so that the purified bubble 14 reacted with the solvent 13 and the collection container 10 The pump (P) mounted at the tip of the air discharge pipe (12) to maintain the collection container 10 in a vacuum state before inhaling the outside air into the inside, and the pump (to measure the amount of intake air) It consists of the flowmeter 1 provided between P) and the air discharge pipe 12.
그러나, 상기 도면에 도시된 포집장치는 공기중에 포함되어 있는 파티클의 성분에 따라 용매(13)에 쉽게 용해될 수도 있고, 그렇지 못한 것도 있으므로 정확한 분석이 어렵다는 문제점이 있었다. 또한, 파티클이 쉽게 용해되는 성분으로 이루어진 것이라 하더라도, 기포(14) 내에 포함되어 있는 파티클은 거의 움직임이 없으므로 상기 기포(14)와 용매(13) 간의 접촉면에 존재하고 있는 파티클만 용해되어 포집효율이 저하될 수밖에 없었다.However, the collecting device shown in the drawing may be easily dissolved in the solvent 13 depending on the components of the particles contained in the air, and there is a problem that it is difficult to accurately analyze because it is not. In addition, even if the particles are easily dissolved, the particles contained in the bubbles 14 have almost no movement, so only the particles existing at the contact surface between the bubbles 14 and the solvent 13 are dissolved, thereby collecting efficiency. There was no choice but to fall.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 반도체소자 제조공정중 설비 내부에 존재하는 파티클을 원활히 포집할 수 있게 되어 포집효율이 향상될 뿐만 아니라, 정확한 정성 및 정량적 분석이 가능하여 신뢰성이 현저히 향상되며, 이로써 파티클에 의한 공정불량의 원인을 정확히 평가할 수 있게 됨과 아울러 파티클의 분포, 수량 및 크기 등의 차이에 관계없이 샘플링할 수 있도록 된 반도체 제조공정의 파티클 성분분석용 포집장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above conventional problems, it is possible to smoothly collect the particles present in the equipment during the manufacturing process of the semiconductor device not only improves the collection efficiency, but also accurate qualitative and quantitative analysis Reliability is remarkably improved, which enables to accurately evaluate the cause of process defects caused by particles and to collect particles regardless of particle distribution, quantity, and size. The purpose is to provide.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조공정의 파티클 성분분석용 포집장치는 적정량의 용매를 수용할 수 있는 밀폐 가능한 포집용기와, 상기 포집용기의 둘레에 냉매가 접촉하여 용매와의 열교환이 이루어질 수 있도록 상기 포집용기의 외부에 설치된 용매 저온화장치와, 파티클이 포함된 공기를 포집용기의 내에 흡입할 수 있도록 상기 포집용기의 내부로 삽입 설치된 공기유입관과, 상기 용매와 반응한 정화된 기포가 배출될 수 있도록 상기 포집용기의 일측에 형성된 공기배출관과, 포집용기의 내부로 외부공기를 흡입하기 전에 상기 포집용기를 진공상태로 유지할 수 있도록 상기 공기배출관의 선단에 장착된 펌프를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an apparatus for collecting particle components in a semiconductor manufacturing process according to the present invention includes a sealable collection container capable of accommodating an appropriate amount of solvent, and a heat exchanger with a solvent in contact with a refrigerant around the collection container. Solvent lowering device installed on the outside of the collection container to achieve this, an air inlet tube inserted into the collection container so as to suck the air containing particles into the collection container, and purifying the reaction with the solvent An air discharge pipe formed at one side of the collection container so that the bubble can be discharged, and a pump mounted at the tip of the air discharge pipe to maintain the collection container in a vacuum state before suctioning external air into the collection container; Characterized in that configured.
이하, 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조공정의 파티클 성분분석용 포집장치는 적정량의 용매(13)를 수용할 수 있는 밀폐 가능한 포집용기(10)와, 상기 포집용기(10)의 둘레에 냉매(21)가 접촉하여 용매(13)와의 열교환이 이루어질 수 있도록 상기 포집용기(10)의 외부에 설치된 용매 저온화장치(20)와, 파티클이 포함된 공기를 포집용기(10)의 내에 흡입할 수 있도록 상기 포집용기(10)의 내부로 삽입 설치된 공기유입관(11)과, 상기 용매(13)와 반응한 정화된 기포(14)가 배출될 수 있도록 상기 포집용기(10)의 일측에 형성된 공기배출관(12)과, 포집용기(10)의 내부로 외부공기를 흡입하기 전에 상기 포집용기(10)를 진공상태로 유지할 수 있도록 상기 공기배출관(12)의 선단에 장착된 펌프(P)를 포함하는 구성으로 이루어진다.As shown in FIG. 2, the collecting device for analyzing particle components in a semiconductor manufacturing process according to the present invention includes a sealable collection container 10 capable of accommodating an appropriate amount of solvent 13, and the collection container 10. In order to exchange heat with the solvent 13 by contacting the refrigerant 21 around the solvent lowering device 20 installed outside the collecting container 10 and air containing particles of the collecting container 10 The air inlet pipe 11 inserted into the collection container 10 so as to be sucked into the inside of the collection container 10, and the purified bubble 14 reacted with the solvent 13 may be discharged. An air discharge pipe 12 formed at one side and a pump mounted at the tip of the air discharge pipe 12 so as to maintain the collection container 10 in a vacuum state before suctioning external air into the collection container 10 ( Include p) It consists of a configuration.
상기 펌프(P)와 공기배출관(12)의 사이에는 유량계(1)를 설치하여 흡입 공기량을 측정할 수 있도록 되어있다.A flowmeter 1 is provided between the pump P and the air discharge pipe 12 to measure the amount of intake air.
이때, 상기 용매(13)로는 순수(DI Water)를 사용할 수 있으나, 각종 파티클의 용해성(Solubility)을 증가시키기 위해서는 케미컬 용매(Chemical Solvent)를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 냉매(21)로는 상기 용매(13)를 0℃로 유지할 수 있도록 얼음물을 사용한다. 이는 얼음의 잠열(흡수열)에 의해 상기 용매(13)를 일정온도로 유지하기 위한 것이다.In this case, DI water may be used as the solvent 13, but in order to increase solubility of various particles, it is preferable to use a chemical solvent, and the solvent 21 is the solvent. Use ice water to keep (13) at 0 ° C. This is to maintain the solvent 13 at a constant temperature by the latent heat of absorption (heat of absorption).
또한, 상기 포집용기(10)는 붕규산 유리의 일종으로서 화학적 내구성 및 내열성이 뛰어난 파이렉스(Pyrex ; 미국 Coming Co.에서 제조된 이화학용 유리의 상품명임.)로 제작하는 것이 일반적이나, 특별한 용매를 사용하는 경우에는 석영 재질의 포집용기(10)를 이용하기도 한다.In addition, the collection container 10 is a kind of borosilicate glass, which is generally made of Pyrex (trade name of a chemical glass manufactured by Coming Co., USA), but using a special solvent. In the case of the quartz collecting vessel 10 may be used.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 파티클 성분분석용 포집장치의 포집 및 샘플링 원리를 설명하면 다음과 같다.Referring to the principle of collecting and sampling the particle composition analysis device according to the present invention having the configuration as described above are as follows.
본 발명에 따른 반도체 제조공정의 파티클 성분분석용 포집장치는, 먼저 펌프(P)가 가동되어 포집용기(10)의 내부를 진공상태로 유지하게 된다. 상기 포집용기(10)의 내부가 진공을 형성하지 못하면 클린룸 내의 공기를 흡입할 수 없게 된다.In the particle composition analysis device of the semiconductor manufacturing process according to the present invention, the pump (P) is first operated to maintain the interior of the collection container 10 in a vacuum state. If the inside of the collection container 10 does not form a vacuum, it is impossible to inhale air in the clean room.
이와 같은 내부 진공상태에서, 클린룸 내의 공기를 공기유입관(11)을 통해 포집용기(10) 내부로 강제 흡입하여 샘플링한 후, 공기 내에 함유된 이온을 용매(13) 내에서 용해시켜 그 성분을 분석하는 이온샘플링 방식을 이용한다. 상기 포집용기(10)의 내부가 진공상태를 유지하므로 외부공기의 흡입시 용매(13)의 내부에는 기포(14)가 발생하게 되며, 상기 기포(14) 내에 존재하는 파티클은 상기 용매(13)와 반응하여 용해된다.In such an internal vacuum state, the air in the clean room is forcibly sucked and sampled into the collection container 10 through the air inlet pipe 11, and then the ions contained in the air are dissolved in the solvent 13, and the components thereof. Ion sampling is used to analyze Since the inside of the collection container 10 maintains a vacuum state, bubbles 14 are generated in the solvent 13 when the outside air is inhaled, and particles present in the bubble 14 are the solvent 13. React with to dissolve.
또한, 상기 성분분석은 이온 크로마토그래피(Ion Chromatography ; IC), 원자 흡광분광기(Atomic Absorption Spectroscopy ; AAS) 또는 유도결합플라즈마-질량분석기(Inductively Coupled Plasma - Mass Spectroscopy ; ICP-MS) 등을 통해 정성 및 정량적으로 이루어지며, 상기의 다양한 분석기에 의해 파티클에 관한 분석 데이터를 얻을 수 있다.In addition, the component analysis is performed by ion chromatography (IC), atomic absorption spectroscopy (AAS) or inductively coupled plasma-mass spectroscopy (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy; ICP-MS) It is done quantitatively, and the various analyzers can obtain analysis data about the particles.
주지된 바와 같이, 크로마토그래피는 대기 오염물질의 분석 등에 이용되는 것으로서, 유리관에 알루미나 입자를 채운 후 그 유리관을 직립시켜 상부에서부터 용액을 부으면 액속에 포함된 물질이 각각 다른 층으로 흡착되고 이것을 적정한 용제로 전개시키면 다시 그 층을 분별할 수 있게 되는데, 이 방법으로 미량의 불안정한 물질의 화학적 분리 및 검출이 가능하게 되며, 이러한 방식을 액체 크로마토그래피라 한다. 또한 분석하고자 할 때 질소, 헬륨 등의 가스를 흘려서 분석물을 포함한 가스가 흡착제층을 통과할 수 있도록 하고 그 통과 전후 가스의 성질 차이를 물리적으로 측정함으로써 미량의 유기물을 검지할 수 있는데, 이러한 방식을 가스 크로마토그래피라 하며, 상기 이온 크로마토그래피가 여기에 포함된다.As is well known, chromatography is used for analysis of air pollutants. When alumina particles are filled in a glass tube, the glass tube is erected, and the solution is poured from the top. The layer can be fractionated again, allowing chemical separation and detection of traces of unstable substances, which is called liquid chromatography. In addition, when analyzing, the traces of organic matter can be detected by flowing a gas such as nitrogen or helium so that the gas including the analyte can pass through the adsorbent layer and physically measuring the difference in the properties of the gas before and after the passage. Is referred to as gas chromatography, and the ion chromatography is included therein.
한편, 본 발명의 파티클 성분분석용 포집장치에는 상기 포집용기(10)의 외부에 상기 용매(13)를 적정한 온도(0℃)로 냉각시켜주기 위한 냉매(21)를 수용할 수 있는 용매 저온화장치(20)가 설치됨으로써 공기중에 존재하는 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다. 즉, 파티클의 유동 활성화를 위하여 열 영동현상을 이용하는 것으로, 유체 내에서 온도차가 발생할 경우, 상기 파티클이 고온으로부터 저온 쪽으로 이동하려 하는 경향을 가지게 되고, 그 온도차가 크면 클수록 파티클의 이동력이 증가하게 된다. On the other hand, in the particle composition collecting device of the present invention, a solvent lowering temperature capable of accommodating a refrigerant 21 for cooling the solvent 13 to an appropriate temperature (0 ° C.) outside the collecting container 10. By installing the device 20, particles present in the air can be efficiently collected. That is, by using the thermophoretic phenomenon to activate the flow of the particles, when a temperature difference occurs in the fluid, the particles tend to move from the high temperature to the low temperature, the larger the temperature difference is to increase the movement force of the particle do.
따라서, 상기 열 영동현상에 의해, 기포(14) 내부에 존재하는 파티클이 상기 기포(14)와 용매(13) 간의 접촉면 쪽으로 유동되면서 상기 용매(13)와의 반응이 활성화되어 포집효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.Therefore, due to the thermophoretic phenomenon, particles existing inside the bubble 14 flow toward the contact surface between the bubble 14 and the solvent 13, thereby activating a reaction with the solvent 13 to improve the collection efficiency. Will be.
이상에서 기술한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 제조공정의 파티클 성분분석용 포집장치에 의하면, 반도체소자 제조공정중 설비 내부에 존재하는 파티클을 열 영동현상을 이용한 유동 활성화에 의해 원활히 포집할 수 있게 됨으로써 포집효율이 향상될 뿐만 아니라, 정확한 정성 및 정량적 분석이 가능하여 신뢰성이 현저히 향상되며, 따라서, 파티클에 의한 공정불량의 원인을 정확히 평가할 수 있게 됨과 아울러 파티클의 분포, 수량 및 크기 등의 차이에 관계없이 샘플링할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.According to the particle composition analysis device of the semiconductor manufacturing process according to the present invention as described above, the particles present in the equipment during the semiconductor device manufacturing process can be smoothly collected by the flow activation using the thermophoretic phenomenon In addition to improving the collection efficiency, accurate qualitative and quantitative analysis enables the reliability to be remarkably improved. Therefore, it is possible to accurately evaluate the causes of process defects caused by particles and to relate to differences in particle distribution, quantity, and size. There is a useful effect of being able to sample without.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 하나의 바람직한 구체예에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체예를 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.As described above, the present invention has been described for only one preferred embodiment, but it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the technical spirit of the present invention based on the above embodiments. It is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.
도1은 일반적인 포집장치의 구성을 도시한 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a general collecting device.
도2는 본 발명에 따른 파티클 성분분석용 포집장치의 구성을 도시한 개략 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a particle collecting device for analyzing particle composition according to the present invention.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing
P ; 펌프 1 ; 유량계(Flow Meter)P; Pump 1; Flow Meter
10 ; 포집용기(Impinger Bottle) 11 ; 공기유입관10; Collecting Bottle 11; Air inlet pipe
12 ; 공기배출관 13 ; 용매(Solvent)12; Air exhaust pipe 13; Solvent
14 ; 기포(Bubble) 20 ; 용매 저온화장치14; Bubble 20; Solvent lowering device
21 ; 냉매21; Refrigerant
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