KR100570308B1 - 웨이퍼 세정 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세정액의 수명을 늘리면서 웨이퍼의 세정 효과를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 세정 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명은 세정 공정 동안 세정액에 부유하고 있는 오염물을 제타포텐셜 분석기에 의해 실시간으로 측정하고, 측정된 오염물의 제타포텐셜을 근거로 직류 전력 발생기에서 적절한 전기장의 세기가 되도록 세정조에 설치된 전극판에 직류를 공급하여 전극판에 오염물이 부착되게 하므로, 웨이퍼 표면에 오염물이 재부착되는 현상을 방지할 수 있으며, 세정 공정이 완료되면 전극판으로부터 오염물을 분리시켜 필터에 의해 제거되게 하고, 전극판에 의해 가열된 세정액을 냉각기에 의해 세정에 적합한 적절한 온도를 유지하게 하므로, 다음 세정 공정에 세정액을 재사용할 수 있다.
세정장치, 제타포텐셜, 전극판
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제타포텐셜 분석기 20: 직류 전력 발생기
30: 냉각기 41, 42: 전극판
50: 펌프 60 : 필터
70 : 세정액 80 : 웨이퍼
90 : 세정조 100 : 오염물
본 발명은 웨이퍼 세정 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것으로, 특히 제타포텐셜(Zeta Potential)을 이용한 웨이퍼 세정 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정뿐만 아니라 액정 표시기(LCD) 제조 공정시 소자의 성능과 수율에 직접적인 영향을 미치는 것이 제조 공정 중에 발생되는 오염물이다. 각 공정 후 웨이퍼 표면의 오염물은 기하급수적으로 늘어나게 되고, 이 오염물에 의해 소자의 수율은 급격히 감소하게 된다. 웨이퍼 세정 공정은 웨이퍼 표면의 모든 오염물을 완벽히 제거하는 것이 가장 이상적인 목표이기는 하지만 그것은 거의 불가능하다고 할 수 있다. 실제로 웨이퍼 세정 공정은 각 공정 전과 후에 실시하여 기하 급수적으로 증가하는 오염물을 최소한의 비율로 감소시키는 것이 그 주된 목적이다. 따라서 웨이퍼 세정 공정은 모든 공정 전후에 반드시 행해져야 한다. 반도체 소자 제조 공정에서 웨이퍼 표면에 부착되는 오염물의 종류는 크게 파티클, 유기물, 무기물 및 자연 산화물 등으로 나눌 수 있다.
웨이퍼 세정 공정에 보편적으로 사용되고 있는 방법은 과산화수소를 근간으로 하는 RCA 세정 방법이다. 과산화수소는 오염물과 웨이퍼 표면을 산화시키는 산화제로써의 역할을 하고 있다. 그런데 과산화수소는 세정 공정 동안 분해되어 물을 생성하기 때문에 세정액의 농도를 희석시켜 세정액의 수명을 단축시킨다. 결과적으로 세정액의 사용량이 증가함에 따라 화학 폐수량이 증가하고, 폐수 처리 공정 중 탈과산화수소 공정이 반드시 필요하며, 이로 인하여 폐수 처리비용이 증가하고 환경적인 문제점을 야기시킨다.
최근, 세정액의 수명을 늘리고 세정 효과를 높이기 위해, 세정액에 첨가제를 추가하는 등의 새로운 세정 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기능성 화학약품의 첨가와 새로운 약품의 추가는 환경 문제 및 비용 추가 등의 문제를 유발하고 있으며, 세정액의 수명을 늘리는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 세정 공정 중에 또는 후에 세정액에 함유되어 있는 오염물을 효과적으로 제거하므로써, 세정액의 수명을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 세정 효과를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 세정 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치는 웨이퍼를 수용하는 세정조; 상기 세정조 내의 세정액에 함유된 오염물의 제타포텐셜 전압을 실시간으로 측정하는 제타포텐셜 분석기; 상기 측정된 제타포텐셜 전압 값과, 상기 세정조의 양측에 각각 설치된 제1 및 제2 전극판들에 공급되는 직류 전압 값의 합에 의한 전기장의 세기가 0 내지 5 Kv/m의 범위로 되도록, 상기 측정된 제타포텐셜 전압 값에 기초하여, 상기 제1 및 제2 전극판들에 상기 직류 전압을 공급하는 직류 전력 발생기; 상기 세정조 내의 세정액을 인출하여 순환시키는 펌프; 상기 제1 및 제2 전극판들에 의해 가열되어, 상기 펌프에 의해 순환되는 상기 세정액을 세정에 적합한 온도로 냉각하는 냉각기; 및 상기 오염물이 제거된 상기 세정액이 상기 세정조 내에 다시 공급되도록 하기 위해, 상기 펌프에 의해 순환되고, 상기 냉각기에 의해 냉각된 상기 세정액에 포함된 상기 오염물을 제거하는 필터로 구성된다. 바람직하게, 상기 직류 전력 발생기가 상기 제1 및 제2 전극판들에 상기 직류 전압을 공급할 때, 상기 세정액에 함유된 오염물 중에서 양전하의 오염물은, 상기 제1 및 제2 전극판들 중 음극인 어느 하나로 이동하여 포집되고, 상기 세정액에 함유된 오염물 중에서 음전하의 오염물은, 상기 제1 및 제2 전극판들 중 양극인 어느 하나로 이동하여 포집된다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치를 이용한 웨이퍼 세정 방법은 세정액이 수용된 세정조 내에 웨이퍼를 공급하는 단계; 제타포텐셜 분석기에 의해, 실시간으로 세정액에 부유하고 있는 오염물의 제타포텐셜 전압을 측정하는 단계; 측정된 제타포텐셜 전압을 근거로 하여, 직류 전력 발생기에 의해 세정조의 양측에 각각 설치된 제1 및 제2 전극판들에 제1 직류 전압을 공급하여, 제1 및 제2 전극판들에 오염물을 포집하는 단계; 웨이퍼의 세정 공정이 완료될 때, 웨이퍼를 세정조에서 꺼내는 단계; 직류 전력 발생기에 의해, 제1 및 제2 전극판들에 제2 직류 전압을 공급하여, 제1 및 제2 전극판들로부터 오염물을 분리하는 단계; 펌프에 의해, 오염물이 함유된 세정액을 세정조로부터 인출하여 순환시키는 단계; 제1 및 제2 전극판들에 의해 가열되어, 펌프에 의해 순환되는 세정액을, 냉각기에 의해 세정에 적합한 온도로 냉각시키는 단계; 및 오염물이 제거된 세정액이 세정조 내에 다시 공급되도록 하기 위해, 펌프에 의해 순환되고, 냉각기에 의해 냉각된 세정액에 포함된 오염물을 필터에 의해 제거하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 제1 직류 전압과 측정된 제타포텐셜 전압의 합에 의한 전기장의 세기는 0 내지 5 Kv/m의 범위이다. 바람직하게, 제1 및 제2 전극판들에 오염물을 포집하는 단계에서, 직류 전력 발생기가 제1 및 제2 전극판들에 제1 직류 전압을 공급할 때, 세정액에 함유된 오염물 중에서 양전하의 오염물은, 제1 및 제2 전극판들 중 음극인 어느 하나로 이동하여 포집되고, 세정액에 함유된 오염물 중에서 음전하의 오염물은, 제1 및 제2 전극판들 중 양극인 어느 하나로 이동하여 포집된다. 또, 제1 및 제2 전극판들로부터 오염물을 분리하는 단계에서, 직류 전력 발생기가 제1 및 제2 전극판들에 제2 직류 전압을 공급할 때, 제1 및 제2 전극판들 각각의 극성은, 오염물의 포집 단계에서 제1 및 제2 전극판들 각각의 극성과 상반된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 장치의 구성도이다.
본 발명의 웨이퍼 세정 장치는 세정조(90) 내의 세정액(70)에 함유된 오염물(100)의 제타포텐셜을 실시간으로 측정하는 제타포텐셜 분석기(10)와, 측정된 오염물(100)의 제타포텐셜에 의존하여 세정조(90)에 설치된 제 1 전극판(41) 및 제 2 전극판(42)에 직류를 공급하는 직류 전력 발생기(20)와, 세정액(70)을 순환하기 위한 펌프(50), 냉각기(30) 및 필터(60)로 구성된다.
상기에서, 직류전력발생기(20)는 측정된 오염물(100)의 제타포텐셜에 의존하여 직류를 발생시키게 된다. 이때, 상기 측정된 오염물의 제타포텐셜(즉, 제타포텐셜 전압)과, 전극판에 공급되는 직류 값(즉, 직류 전압 값)의 합에 의한 전기장의 세기는 소정 전기장의 세기로 되도록 해야 한다. 따라서 상기 직류 전력 발생기(20)는 상기 제타포텐셜 분석기(10)에 의해 실시간으로 측정되는 제타 포텐셜 전압과의 합에 의한 전기장의 세기가 상기 소정 전기장의 세기로 되는 직류 값을 상기 제1 전극판(41)에 공급한다(즉, 직류 전압을 상기 제1 및 제2 전극판(41 및 42)에 공급한다). 상기 소정 전기장의 세기는 0 내지 5Kv/m의 범위이다. 여기서, 전기장의 세기가 0 Kv/m라는 의미는 제타포텐셜 분석기(10)에서 세정액(70)에 오염물(100)이 함유되어 있지 않다고 분석되었을 때이고, 세정액(70)에 오염물(100)이 많아질수록 전기장의 세기는 높아진다. 제 1 및 제 2 전극판(41 및 42)은 세정조(90) 내부 또는 외부에 설치할 수 있다. 냉각기(30)는 제 1 및 제 2 전극판(41 및 42)에 의해 가열된 세정액(70)을 냉각하는 역할을 한다. 필터(60)는 오염물(100)을 제거하는 역할을 한다.
상기한 본 발명의 웨이퍼 세정 장치를 이용한 웨이퍼 세정 방법을 설명하면 다음과 같다. 이하에서 설명되는 웨이퍼 세정 방법을 통해 웨이퍼 세정 장치의 각 구성 요소간의 유기적인 관계와 기능이 더욱 구체화된다.
먼저, 세정이 필요한 웨이퍼(80)가 세정액(70)이 수용된 세정조(90) 내에 제공된다. 웨이퍼 세정 공정이 진행되는 동안 제타포텐셜 분석기(10)에서 실시간으로 세정액(70)에 부유하고 있는 오염물(100)의 제타포텐셜 전압을 측정한다. 측정된 오염물(100)의 제타포텐셜 전압을 근거로 하여 직류 전력 발생기(20)에서는 제타포텐셜 전압과 세정조(90)에 설치된 제1 및 제2 전극판(41 및 42)에 공급되는 직류 전압의 합에 의한 전기장의 세기가 적절한 전기장의 세기가 되도록 제 1 및 제 2 전극판(41 및 42)에 직류 전압을 공급한다. 양전하 또는 음전하를 띄는 오염물(100)은 제 1 및 제 2 전극판(41 및 42)에 의해 발생된 전기장의 세기에 의한 인력이 발생하는데, 제 1 전극판(41)이 양극일 경우 음전하 오염물(100)은 제 1 전극판(41)으로 이동하여 포집되고, 제 2 전극판(42)이 음극일 경우 양전하 오염물(100)은 제 2 전극판(42)으로 이동하여 포집된다. 세정이 끝난 웨이퍼(80)가 세정조(90)에서 나오면 제 1 및 제 2 전극판(41 및 42)의 극성을 반대로 즉, 제 1 전극판(41)을 음극으로 제 2 전극판(42)을 양극으로 전환시키므로 제 1 및 제 2 전극판(41 및 42)에 포집되어 있던 오염물(100)은 척력에 의하여 분리되며, 척력에 의하여 분리된 오염물(100)은 세정액(70)과 함께 펌프(50), 냉각기(30) 및 필터(60)를 거쳐 순환된다. 순환되는 세정액(70)은 제 1 및 제 2 전극판(41 및 42)에 의해 가열된 상태인데, 가열된 세정액(70)은 냉각기(30)에 의해 적절한 온도로 냉각되고, 세정액(70)에 함유된 오염물(100)은 필터(60)에 의하여 제거된다.
상기에서, 세정액(70)은 황산(H2SO4), 암모니아수(NH4OH), 질산(HNO3
), 불산(HF), 디에치에프(DHF), 인산(H3PO4), 비오이(BOE), 염산(HCl), 과산화수소(H2O2) 및 초순수(Deionized Water)는 물론 웨이퍼 표면에 존재하는 파티클, 유기물, 무기물 및 자연 산화물 등을 제거할 수 있는 모든 화학제를 포함한다. 제 1 및 제 2 전극판(41 및 42)에 공급되는 직류는 실시간으로 측정되는 오염물(100)의 제타포텐셜에 근거하여 전기장의 세기가 0 내지 5 Kv/m의 범위가 되도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 세정 공정 동안 세정액에 부유하고 있는 오염물을 제타포텐셜 분석기에 의해 실시간으로 측정하여 전극판에 오염물이 부착되게 하므로, 웨이퍼 표면에 오염물이 재부착되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 세정 공정이 완료되면 전극판으로부터 분리된 오염물을 필터에 의해 제거되게 하고, 전극판에 의해 가열된 세정액을 냉각기에 의해 세정에 적합한 적절한 온도를 유지하게 하므로, 다음 세정 공정에서 세정액을 재사용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 세정액의 수명을 늘릴 수 있어 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 세정 효과를 향상시킬 수 있어 반도체의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (8)
- 웨이퍼를 수용하는 세정조;상기 세정조 내의 세정액에 함유된 오염물의 제타포텐셜 전압을 실시간으로 측정하는 제타포텐셜 분석기;상기 측정된 제타포텐셜 전압 값과, 상기 세정조의 양측에 각각 설치된 제1 및 제2 전극판들에 공급되는 직류 전압 값의 합에 의한 전기장의 세기가 0 내지 5 Kv/m의 범위로 되도록, 상기 측정된 제타포텐셜 전압 값에 기초하여, 상기 제1 및 제2 전극판들에 상기 직류 전압을 공급하는 직류 전력 발생기;상기 세정조 내의 세정액을 인출하여 순환시키는 펌프;상기 제1 및 제2 전극판들에 의해 가열되어, 상기 펌프에 의해 순환되는 상기 세정액을 세정에 적합한 온도로 냉각하는 냉각기; 및상기 오염물이 제거된 상기 세정액이 상기 세정조 내에 다시 공급되도록 하기 위해, 상기 펌프에 의해 순환되고, 상기 냉각기에 의해 냉각된 상기 세정액에 포함된 상기 오염물을 제거하는 필터로 구성되고,상기 직류 전력 발생기가 상기 제1 및 제2 전극판들에 상기 직류 전압을 공급할 때, 상기 세정액에 함유된 오염물 중에서 양전하의 오염물은, 상기 제1 및 제2 전극판들 중 음극인 어느 하나로 이동하여 포집되고, 상기 세정액에 함유된 오염물 중에서 음전하의 오염물은, 상기 제1 및 제2 전극판들 중 양극인 어느 하나로 이동하여 포집되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 및 제2 전극판은 상기 세정조의 내부 또는 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 장치.
- 삭제
- 세정액이 수용된 세정조 내에 웨이퍼를 공급하는 단계;제타포텐셜 분석기에 의해, 실시간으로 상기 세정액에 부유하고 있는 오염물의 제타포텐셜 전압을 측정하는 단계;상기 측정된 제타포텐셜 전압을 근거로 하여, 직류 전력 발생기에 의해 상기 세정조의 양측에 각각 설치된 제1 및 제2 전극판들에 제1 직류 전압을 공급하여, 상기 제1 및 제2 전극판들에 상기 오염물을 포집하는 단계;상기 웨이퍼의 세정 공정이 완료될 때, 상기 웨이퍼를 상기 세정조에서 꺼내는 단계;상기 직류 전력 발생기에 의해, 상기 제1 및 제2 전극판들에 제2 직류 전압을 공급하여, 상기 제1 및 제2 전극판들로부터 상기 오염물을 분리하는 단계;펌프에 의해, 상기 오염물이 함유된 세정액을 상기 세정조로부터 인출하여 순환시키는 단계;상기 제1 및 제2 전극판들에 의해 가열되어, 상기 펌프에 의해 순환되는 상기 세정액을, 냉각기에 의해 세정에 적합한 온도로 냉각시키는 단계; 및상기 오염물이 제거된 상기 세정액이 상기 세정조 내에 다시 공급되도록 하기 위해, 상기 펌프에 의해 순환되고, 상기 냉각기에 의해 냉각된 상기 세정액에 포함된 상기 오염물을 필터에 의해 제거하는 단계를 포함하고,상기 제1 직류 전압과 상기 측정된 제타포텐셜 전압의 합에 의한 전기장의 세기는 0 내지 5 Kv/m의 범위이고,상기 제1 및 제2 전극판들에 상기 오염물을 포집하는 단계에서, 상기 직류 전력 발생기가 상기 제1 및 제2 전극판들에 상기 제1 직류 전압을 공급할 때, 상기 세정액에 함유된 오염물 중에서 양전하의 오염물은, 상기 제1 및 제2 전극판들 중 음극인 어느 하나로 이동하여 포집되고, 상기 세정액에 함유된 오염물 중에서 음전하의 오염물은, 상기 제1 및 제2 전극판들 중 양극인 어느 하나로 이동하여 포집되며,상기 제1 및 제2 전극판들로부터 상기 오염물을 분리하는 단계에서, 상기 직류 전력 발생기가 상기 제1 및 제2 전극판들에 상기 제2 직류 전압을 공급할 때, 상기 제1 및 제2 전극판들 각각의 극성은, 상기 오염물의 포집 단계에서 상기 제1 및 제2 전극판들 각각의 극성과 상반되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
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