KR100708963B1 - 반도체 장치 제조 장비의 세정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명 방법은, 반도체 장치 제조 장비의 세정방법에 있어서, 각 세정 및 클리닝 단계 가운데 적어도 한 단계에서 수소환원수를 사용하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 수소환원수는 자연상태의 물에 비해 수소가스가 더 많이 용해되어 있는 물을 의미하며, 수소이온 농도 기준으로 볼 때 약간의 알카리성을 띄고, 수소 표준전위를 기준으로 음의 값을 띄어 환원력을 가지는 물이다.

본 발명에 따르면, 장비 부품에서 오염물의 제거가 용이하고 재부착을 방지하는 효과가 있다. 따라서, 장비나 장비 부품 세정을 위해 사용하는 화학물질이나 계면 활성제의 사용량을 줄이거나, 세정에 사용되는 공해가 심한 물질을 친환경적인 물질로 대체할 수 있고, 세정효과를 향상시켜 세정 시간을 단축할 수 있게 된다.

Description

반도체 장치 제조 장비의 세정 방법{Method of cleaning apparatus for semiconductor device fabrication}

도 1은 본 발명의 수소환원수를 사용한, 세라믹 재질 반도체설비부품의 습식세정 실시예를 나타내는 공정순서도이며,

도 2는 본 발명의 수소환원수를 사용한, 스텐레스(SUS) 재질 반도체 설비부품의 습식세정 실시예를 나타내는 공정순서도이다.

본 발명은 반도체 장치 제조 장비의 유지 관리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 장치 제조 장비의 세정 방법에 관한 것이다.

반도체 제조공정은 실리콘 웨이퍼 기판 위에 금속 등 도전막과 실리콘 산화막 등의 절연막을 박막 증착(Thin Film Deposition) 등의 공정으로 형성하고, 이들 박막을 패터닝하여 소자와 배선을 형성함으로써 반도체 장치를 형성하는 공정이다.

그런데, 박막의 형성과 이들 박막의 패터닝을 위한 식각 등을 공정에서 여러 종류의 프로세스 가스를 사용하며, 프로세스 가스의 반응성 및 공정 조건을 최적화하기 위해 고주파 발생기 등 각종 장치를 이용한다. 그리고 이러한 반도체 장치 제 조 장비에는 스테인레스, 알루미늄, 세라믹 등 각종 재질의 부품이 장착된다.

반도체 장치 제조 장비를 이용하여 박막을 형성하거나 형성된 박막을 식각하면, 프로세스 가스의 분해 및 다른 물질과의 반응에 의한 각종 부산물들이 발생하며, 이러한 부산물들은 장비 내부 벽체와 부품 표면에 적층, 부착되어 부품을 오염시킨다. 오염된 부품들이 장착된 반도체 장치 제조 장비를 이용하여 반도체 장치 제조 공정을 수행하면, 장비 부품들에 부착된 오염 물질이 실리콘 웨이퍼 기판 상에 떨어져 반도체 장치의 불량을 유발시키고, 공정 수율 저하를 초래하는 문제점이 있다.

이러한 장비 오염에 의한 공정 불량의 문제를 최소화하기 위해, 반도체 장치 제조 장비에 대해 예방정비 주기를 정하여 부품에서 오염물질을 제거하는 장비 유지 보수 작업을 실시하게 된다. 이때 오염물질의 제거방법으로는 일반적으로 고효율의 세정액을 사용하는 습식 세정법을 사용하고 있다.

이러한 습식 세정법의 하나의 예를 들면, 먼저 부품 표면에 잔류하는 유기물 또는 폴리머를 제거하기 위한 알카리 세정 또는 금속성 잔류물을 제거하기 위한 산 세정, 초순수를 이용한 1차 클리닝, 부품 표면의 조도 향상을 위한 표면 처리, 초순수를 이용한 2차 클리닝, 건조 등의 공정을 순차적으로 수행하는 방법이 있을 수 있다.

알칼리 세정액으로는 수산화칼륨(KOH), 가성소다(NaOH) 등 강알카리 수용액을 사용하며, 산 세정액으로는 불산, 질산 등의 강산 용액을 사용할 수 있다. 또한, 화학물질을 이용한 세정 단계의 효율을 높이기 위하여 여러 가지 복합 세정조 성물을 사용하는 방법이 개시되어 있다. 그 예로서 일본공개특허 평8-306651호에서는 불화물 이온을 0.15mol 이상을 함유한 세정액 조성물이 개시되어 있으며, 미국특허 제5,709,756호에서는 기판 상에 잔류하는 유기물 또는 폴리머를 제거하기 위해 하이드로옥시아민과 불화암모늄을 함유한 세정액 조성물이 개시되어 있다. 또한, 한국공개특허 10-0000230호에는 불화물, 유기산, 유기용매를 함유한 세정액 조성물이 개시되어 있다.

그러나, 이 같은 종래의 습식세정 방법들에서는 모두 오염물질을 제거하기 위해 강알카리, 강산을 사용하거나, 오염물질 제거효율을 높이기 위해 특수 첨가물이 배합된 고가의 세정액 조성물을 사용하여 장시간 세정을 수행해야 한다. 즉, 종래의 세정 방법들은 소요 시간이 길고 비용이 많이 드는 문제점이 있다. 또한, 오염물질 제거 효율이 낮아서 장시간 장비 부품을 화학물질에 접촉시켜야 하므로 부품 자체의 손상을 가져오는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 반도체 장치 제조 장비나 그 부품의 습식 세정 공정에 사용되는 강알칼리, 강산와 같은 화학물질의 사용량을 줄일 수 있는 반도체 장치 제조 장비의 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 종래보다 높은 효율로 장비나 그 부품에 증착, 부착된 오염 물질을 제거할 수 있고, 부품 모재의 손상을 억제할 수 있는 반도체 장치 제조 장비의 세정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 방법은, 반도체 장치 제조 장비의 세정방법에 있어서, 각 세정 및 클리닝 단계 가운데 적어도 한 단계에서 수소환원수를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 수소환원수는 자연상태의 물에 비해 수소가스가 더 많이 용해되어 있는 물을 의미하며, 수소이온 농도 기준으로 볼 때 약간의 알카리성을 띄고, 수소 표준전위를 기준으로 음의 값을 띄어 환원력을 가지는 물이다.

좀 더 상세하게, 수소의 용해도는 0도씨 1기압에서 대략 0.0002 정도이며, 온도에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명에서 수소환원수는 일반적인 대기중에 수소 분압이 작은 환경에서 용존수소 농도가 0.05∼ 5mg/L 정도 좀 더 가능하게는 0.1 내지 2mg/L 정도 포함된 물을 의미하게 된다. 물에 수소가 용해하면 일반적으로 환원력이 증가하고 피 세정물의 표면 전하를 탈착된 오염물질과 동일하게 음의 상태를 띄게 함으로써 오염물질 제거효과를 높이고 재부착을 방지하게 된다. 또한, 수소환원수는 산화환원전위(ORP)가 음의 값을 가지므로 모재가 부식되지 않고 안정적인 상태로 존재하는 특성을 가지고 있어서 모재의 손상을 억제할 수 있는 효과가 있다. 이 밖에도, 산성 수용액에 수소환원수를 첨가하면 물에 용해된 용존 산소에의한 모재 표면의 산화막 형성을 방지할 수 있고 표면이 부식에 의해 거칠어지는 것을 방지할 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 수소환원수를 사용한, 세라믹 재질 반도체설비부품의 습식세정 실시예를 나타내는 공정순서도이며, 도 2는 본 발명의 수소환원수를 사용한, 스텐레스(SUS) 재질 반도체 설비부품의 습식세정 실시예를 나타내는 공정순서도이다.

도1에 따르면, 먼저, 본격적인 세정 단계에 앞서, 통상적인 장비 유지 보수를 실시하면서 반도체 장치 제조 장비에서 박막 증착이나 건식 식각의 공정을 수행하면서 발생하는 오염물질이 적층되어 있는 세라믹재질의 장비 부품을 장비로부터 분리한다.

그리고, 분리된 장비의 부품에 부착되어 있는 유기물질, 폴리머 등 오염물질을 제거하기 위해 알칼리 세정액에 침지, 세정한다. 이 단계에서 알카리 세정액을 조성하면서 수소환원수를 첨가한다.(110)

이어서, 일차로 오염물질이 제거된 장비 부품은 잔류 금속 성분을 제거하기 위해 산세정액에 침지, 세정하게 된다. 이 단계에서도 세정액 조성에 수소환원수가 첨가된다.(120) 이 단계에서 수소환원수를 첨가하면 부품 모재 표면이 산화되어 거칠어지는 현상을 방지할 수 있다.

알칼리 세정 및 산 세정 단계에서 반도체 장치 제조 장비 부품의 침지 시간은 장비 부품에 부착되어 있는 오염물질의 량, 세정액의 온도, 세정액의 종류 및 농도, 세정액의 용존 수소 농도에 따라 달라질 수 있다. 가령, 상온에서 1mg/L의 용존 수소 농도를 가지는 세정액은 수소가 녹아있지 않은 세정액에 비해 침지 시간 을 약 1/3 절감시키고 알칼리 및 산 원액 사용량을 약 70% 이상 줄일 수 있다.

이어서, 장비의 부품을 산 세정액으로부터 건져내고 수소환원수로 세정액을 린스한다.(130) 이 때, 반도체 장치 제조 장비의 부품을 세정액으로부터 건져내면 대부분의 오염물질들은 부풀어져 부품으로부터 탈락되어 있다. 따라서, 수소환원수를 사용한 린스 공정(130)을 수행하면 대부분의 오염물질은 씻겨나가게 된다.

이어서 세라믹 부품 내에 얼룩 등의 형태로 미량 남아있는 오염물질을 태워서 제거하기 위해 반도체 장치 제조 장비 부품을 가열로에서 열처리한다.(140) 이때, 열처리는 650℃ 이상 온도의 퍼니스 내에 부품을 넣어 장시간 가열하는 방법으로 실시한다.

가열 처리하고 상온으로 냉각된 장비 부품에 미량 잔류하는 오염물질을 제거하기 위해 다시 수소환원수로 린스를 실시한다.(150)

마지막으로 부품에 남아있는 수분을 오븐에서 가열 건조하여 제거한다.(160)

도2이 실시예에서도 도1과 비슷한 공정 단계가 이어질 수 있다.

우선, 전단계로서, 반도체 장치 제조 장비에서 박막 증착, 건식 식각 등의 공정을 수행하면서 발생하는 오염물질이 부착되어 있는 스테인레스 재질의 설비 부품을 설비로부터 분리한다.

본 발명 방법의 본 단계로서 분리된 부품에 흡착되어 있는 유기물질, 폴리머 등을 제거하기 위해 알칼리 세정액에 침지, 세정하는 단계에서 수소환원수를 첨가한다.(200) 알칼리 세정 단계에서 부품의 침지 시간은 설비부품에 흡착되어 있는 오염물질의 량, 세정액의 온도, 세정액의 종류 및 농도, 세정액의 용존 수소 농도 에따라 달라질 수 있다.

설비 부품을 알칼리 세정액으로부터 건져내고 수소환원수로 세정액을 린스한다.(210) 이 때, 부품을 세정액으로부터 건져내면 대부분의 오염물질들은 세정액에 불려져 부품으로부터 탈락되어 있다. 따라서, 수소환원수를 사용한 린스 공정(210)을 수행하면 대부분의 오염물질은 씻겨나가게 된다.

이어서 스테인레스 부품 표면의 상태를 오염 전의 상태, 즉 높은 조도를 가지는 매끈한 상태로 되돌리기 위해 알루미나와 같은 세라믹의 미세입자를 표면에 충돌시키는 샌드 블러스팅 방식의 폴리싱 처리 공정을 수행한다.(220)

폴리싱 처리한 부품은 폴리싱 처리 과정에서의 잔류 오염물과 기타 미세 오염물질을 제거하기 위해 다시 수소환원수로 린스한다.(230)

마지막으로 부품에 남아있는 수분을 오븐에서 가열 건조하여 제거한다.(240)

본 실시예와 같이 반도체 장치 제조 장비의 부품 세정 및 린스 공정에 수소환원수를 사용하면 오염물질 제거 효율을 높이고 재부착을 방지하게 된다. 또한, 수소환원수는 산화환원전위(ORP)가 음의 값을 가지므로 모재가 산화 부식되지 않고 안정적인 상태로 존재하도록 하는 특성을 가지고 있어서 모재의 손상을 억제할 수 있다. 이 밖에도, 산성 세정액에 수소환원수를 첨가하면 물에 용해된 용존 산소에 의한 모재 표면의 산화막 형성을 방지할 수 있고 표면이 거칠어지는 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 수소환원수를 사용하면 장비 부품에서 오염물의 제거가 용이하고 재부착을 방지하는 효과가 있다. 따라서, 장비나 장비 부품 세정을 위해 사용하는 화학물질이나 계면 활성제의 사용량을 줄이거나, 세정에 사용되는 공해가 심한 물질을 친환경적인 물질로 대체할 수 있고, 세정효과를 향상시켜 세정 시간을 단축할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 반도체 장치 제조 장비의 세정방법에 있어서,

   산 세정액 혹은 알카리 세정액으로 상기 장비를 세정하는 단계,

   상기 장비를 린스하는 단계를 가지며,

   상기 단계들 가운데 적어도 한 단계에서 물 속의 용존수소 농도가 0.05∼ 5mg/L 범위로 포함된 수소환원수를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 장비의 세정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 장비의 부품은 세라믹재질로 이루어지며,

   상기 각 세정 및 클리닝 단계는

   상기 장비의 부품을 알칼리 세정액에 침지하는 단계,

   상기 장비의 부품을 산세정액에 침지하는 단계,

   상기 장비의 부품을 린스하는 단계,

   상기 장비의 부품을 가열로에서 열처리하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 장비의 세정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 장비의 부품은 스테인레스 재질로 이루어지며,

   상기 각 세정 및 클리닝 단계는

   상기 장비의 부품을 알칼리 세정액에 침지하는 단계,

   상기 장비의 부품을 린스하는 단계,

   상기 장비의 부품을 샌드 블러스팅 방식으로 폴리싱 처리하는 단계,

   상기 장비의 부품을 오븐에서 가열 건조 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 장비의 세정 방법.
4. 삭제

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