KR102465540B1 - 약액 공급 장치 및 이를 구비하는 반도체 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

약액 공급 장치는, 반도체 기판 처리용 약액을 수용하는 저장 용기, 공급 배관, 공급 노즐 및 접지용 도체를 포함한다. 상기 공급 배관의 내면 상에 비금속 도전성 재료를 포함하는 도전층을 형성한다. 상기 공급 노즐은 비금속 도전성 재료를 포함한다. 상기 도전층 또는 공급 노즐은 배관 외부에서 접지된 접지용 도체에 전기적으로 접속된다.

Description

약액 공급 장치 및 이를 구비하는 반도체 처리 장치{CHEMICAL LIQUID SUPPLY APPARATUS AND SEMICONDUCTOR PROCESSING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 개시는 약액 공급 장치 내에 유동하는 약액 내의 전하 발생을 억제하거나 기 발생한 전하를 제거할 수 있는 약액 공급 장치 및 이를 구비하는 반도체 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에 있어서, 기판 표면에 잔류하는 파티클(particle), 유기 오염물, 금속 오염물 등의 오염 물질은 반도체 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미친다. 이 때문에 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 반도체 제조 공정에서 매우 중요하며, 반도체를 제조하는 각 단위 공정의 전후 단계에서 기판을 세정 처리하는 공정이 실시되고 있다.
기판을 세정 처리하는 공정에 있어서, 저장 용기에 수용된 약액은 저장 용기와 연결된 배관에 의해 순환하는데, 순환 시 상기 약액과, 순환 배관 및 부품과의 마찰에 의하여, 약액 및 부품 내부의 접액부에 정전기 유도가 발생하게 되고, 상기 정전기 유도에 의하여 약액 내에 전하가 발생하게 된다. 이렇게 정전기 유도가 발생한 약액이 기판 상에 분사되는 경우, 그 전하에 의해 발생하는 정전기적 인력으로 인하여 기판 상에 파티클의 흡착이 발생하여, 공정 후 기판 상에 잔존하는 작은 크기의 파티클 발생량이 급증하는 문제가 발생하고 있으며, 반도체 소자의 집적도 향상에 따라 이러한 파티클의 제어가 더욱 필요한 상황이다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 과제는, 기판 상에 파티클의 흡착을 억제할 수 있는 반도체 기판 처리용 약액 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 과제는, 약액 공급 배관 내의 전하의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 정전기 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 과제는, 배관 내부에 형성되는 약액의 전하를 감소 및 제거할 수 있는 반도체 기판 처리용 약액 공급 배관을 제공하는 것이다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 약액 공급 장치는, 기판 처리용 약액을 수용하는 저장 용기; 상기 저장 용기에 연결되고, 제 1 비금속 도전성 재료를 포함하는 도전층을 갖는 공급 배관; 상기 공급 배관에 연결되고, 상기 기판 처리용 약액을 기판에 공급하는, 제 2 비금속 도전성 재료를 포함하는 공급 노즐; 및 상기 도전층 또는 상기 공급 노즐에 전기적으로 접속된 접지용 도체를 포함한다. 상기 도전층은 상기 공급 배관의 내면 상에 형성된다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 정전기 모니터링 시스템은, 기판 처리용 약액 공급 배관; 상기 약액 공급 배관의 외벽을 관통하여 형성되고, 제 1 비도전성 재료를 갖는 제 1 층 및 제 1 비금속 도전성 재료를 갖는 제 2 층이 형성된 제 1 정전기 측정 센서; 및 상기 제 2 층에 전기적으로 접속된 접지용 도체를 포함한다. 상기 제 1 층은 상기 제 1 정전기 측정 센서의 표면 상에 형성되고, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층 상에 형성된다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 기판 처리용 약액 공급 배관은, 기판 처리용 약액의 유입부를 갖는 배관; 제 1 비금속 도전성 재료를 포함하고, 상기 배관의 내면 상에 형성된 도전층; 제 2 비금속 도전성 재료를 포함하고, 상기 배관 내부를 복수의 유로로 구분되도록 형성된 격벽 구조부; 상기 격벽 구조부에 의해 구분된 복수의 유로로 이루어지고, 상기 반도체 기판 처리용 약액이 유동되는 복수의 약액 유동부; 및 상기 격벽 구조부에 전기적으로 접속된 접지용 도체부를 포함한다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따르면, 반도체 기판 처리용 약액의 공급에 있어서, 상기 약액 내의 전하의 발생을 억제하거나 기 발생한 전하를 제거할 수 있다. 반도체 기판 처리용 약액 내의 전하의 발생을 억제 및 제거함으로써, 상기 약액의 전하에 기인한 기판 상에 파티클의 흡착을 방지할 수 있어, 수율 하락에 의한 경제적 손실을 저감시킬 수 있다. 반도체 기판 처리용 약액의 공급 장치 내에 정전기 측정 센서부 및 모니터링부를 포함함으로써, 상기 약액 내에 존재하는 전하를 실시간으로 측정 및 관리하여, 접지의 불량 등으로 인해 발생할 수 있는 반도체 기판 처리용 약액 내의 전하의 누적 여부를 모니터링할 수 있고, 상기 약액 내에 누적된 전하에 의한 기판 상에 파티클의 흡착을 방지할 수 있다. 약액 공급 배관의 내부에 격벽 구조부를 설치함으로써, 배관 내를 유동하는 약액의 전하를 효율적으로 제거할 수 있고, 배관 내의 위치에 따른 약액의 전하를 균일하게 할 수 있어, 상기 약액 내의 전체적인 전하를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 약액 공급 장치를 구비하는 기판 처리 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 배관 내를 유동하는 약액 내의 전하 발생 및 제거 작용을 나타내는 설명도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 도전층이 형성되어 있는 공급 배관의 형상을 나타내는 측단면도이다.
도 4는 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 기판 처리용 약액 공급 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 기판 표면 상의 19nm 이하의 파티클 발생량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 반도체 기판 처리용 약액 공급 펌프를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 정전기 모니터링 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 8a 및 도 8b은 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 약액 공급 배관에 정전기 측정 센서가 적용된 정전기 모니터링 시스템을 나타낸 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 약액 공급 노즐에 정전기 측정 센서가 적용된 정전기 모니터링 시스템을 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 격벽 구조부가 적용된 약액 공급 배관의 종단면도이다.
도 11는 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 격벽 구조부를 갖는 약액 공급 배관 및 공급 노즐이 적용된 약액 공급 배관 말단의 종단면도이다.
도 12a 내지 도 12c은 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 격벽 구조부가 적용된 약액 공급 배관의 측단면도이다.
도 13a 내지 도 13b는 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서 형상의 격벽 구조부가 적용된 약액 공급 배관의 단면도 및 사시도이다.
먼저, 본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 기판 처리 공정을 개략적으로 설명한다. 반도체 소자를 제조하기 위해서, 기판에 포토리소그래피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막 증착, 및 세정 등의 다양한 공정들이 수행된다. 이 중 식각 공정은 기판 상에 형성된 박막 중 불필요한 영역을 제거하는 공정이고, 기판의 식각 공정으로는 케미컬 처리 단계 및 린스 처리 단계를 순차적으로 수행된다. 상기 케미컬 처리 단계에서는 기판 상에 형성된 박막을 식각 처리하기 위한 케미컬이 기판에 공급되고, 린스 처리 단계에서는 기판 상에 탈이온수와 같은 린스액이 공급된다. 또한, 세정 단계는 기판 상의 불순물을 제거하는 공정으로, 세정액으로서 탈이온수 또는 유기 용제가 공급된다.
상기 반도체 기판 처리 공정에 있어서, 반도체 장비, 환경, 각종 가스류, 화학 용액 및 탈이온수 등으로부터 발생한 파티클이 실리콘 기판 표면을 오염시킬 수 있다. 이와 같이 발생한 파티클의 흡착으로 인한 오염은, 리소그래피 공정에서는 패턴 결함을, 박막 형성 공정에서는 파티클의 분산에 의한 핀홀(pinhole)과 마이크로보이드(microvoid)와 같은 결함을, 이온 주입 공정에서는 매스킹에 의한 결함을, 그리고, 소자 배선 상에서 소자의 작동을 방해하는 등 소자 특성 불량의 결함을 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 파티클의 수가 증가할수록 게이트 산화막의 절연막 파괴 전압이 감소되어 그 신뢰성과 수율이 저하되는 원인이 될 수 있다. 이러한 파티클은 반도체 소자의 수율에 가장 큰 영향을 주는 요인 중의 하나로 여겨지고 있다.
상기 반도체 기판 처리 공정에 있어서, 반도체 소자의 품질 및 수율에 큰 영향을 미치는 파티클의 제거가 중요하다. 또한, 상기 파티클의 기판으로의 흡착은 약액 및 기판이 보유하고 있는 전하에 의해 그 흡착의 정도가 증가할 수 있고, 26nm 보다 작은 크기의 파티클의 경우에는, 화학 필터를 이용한 제거 방법만으로는 완전한 제거가 불가능하기 때문에 기판에 공급되는 약액의 전하를 감소 및 제거하는 것이 무엇보다 필요하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 따른 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 약액 공급 장치를 구비하는 반도체 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판 처리용 약액 공급 장치는 반도체 처리용 약액을 수용하는 저장 용기(11), 상기 저장 용기에 연결되는 약액 공급 배관(12), 제 1 비금속 도전성 재료를 포함하고, 상기 약액 공급 배관 내면 상에 형성된 도전층(13), 상기 배관에 연결되고, 상기 약액을 기판에 공급하는 제 2 비금속 도전성 재료를 포함하는 공급 노즐(14), 및 상기 도전층(13) 또는 상기 공급 노즐(14)에 전기적으로 접속되고, 배관 외부에 접지된 접지용 도체(15)를 포함할 수 있다.
상기 공급 노즐의 제 2 비금속 도전성 재료는 상기 공급 배관의 상기 도전층(13)에 전기적으로 접속될 수 있고, 상기 제 2 비금속 도전성 재료는 상기 공급 배관의 상기 도전층(13)에 직접적으로 접속될 수 있다. 상기 공급 노즐은 다공성 물질층, 난류 유도 블럭, 다수의 작은 배관들을 갖는 다발, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체 기판 처리용 약액 공급 장치는, 상기 저장 용기(11)와 상기 공급 배관(12) 사이에 상기 반도체 처리용 약액을 공급하는 펌프(16)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체 기판 처리용 약액 공급 장치는, 상기 약액 공급 배관(12) 또는 상기 공급 노즐(14)의 외벽을 관통하여 형성되는, 상기 약액 공급 배관 또는 상기 공급 노즐 내에 유동하는 약액의 전하를 측정하는 정전기 측정 센서(17)를 더 포함할 수 있다. 상기 정전기 측정 센서(17)의 일단은 상기 공급 배관의 중심방향으로 돌출되거나, 돌출되지 않을 수 있다.
상기 공급 배관(12)의 외벽을 관통하여 형성되는 정전기 측정 센서는, 그 표면에 비도전성 재료를 갖는 제 1 층 및 제 3 비금속 도전성 재료를 갖는 제 2 층으로 피복될 수 있고, 상기 제 2 층이 상기 공급 배관의 내면 상에 형성되어 있는 도전층과 전기적으로 접속되지 않도록 상기 도전층(13)과 상기 제 2 층 사이에 절연층을 포함할 수 있다. 상기 절연층은 비금속 비전도성 재료일 수 있으며, 상기 공급 배관(12)과 동일한 재료일 수 있다. 상기 제 1 층은 상기 정전기 측정 센서의 표면에 형성될 수 있으며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층 상에 형성될 수 있다.
상기 제 2 층은 배관 외부에 접지된 접지용 도체에 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 상기 제 2 층과 배관 외부에 접지된 접지용 도체 사이에는 접지 및 접지해제가 가능하도록 스위치를 더 포함할 수 있다. 상기 스위치는, 상기 정전기 측정 센서와 연결된 모니터링 시스템에 의하여 on/off를 컨트롤함으로써 상기 제 2 층의 접지 및 접지 해제를 조절할 수 있다.
또한, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 약액 공급 장치는, 상기 공급 노즐의 외벽을 관통하여 형성되는 상기 공급 노즐 내의 정전기를 측정하는 정전기 측정 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 정전기 측정 센서의 일단은 상기 공급 노즐의 중심방향으로 돌출되거나, 돌출되지 않을 수 있다.
상기 정전기 측정 센서는, 예를 들면, 전압 측정기, 표면 전위계, 전하 측정기, 또는 정전기 방전 검출기 등일 수 있다.
일반적인 정전기 측정 센서는, 비접촉식 정전기 측정 센서로서, 피측정물에 일정 간격의 거리를 유지한 상태에서 피측정물의 전류, 전압 또는 전하량을 측정할 수 있다. 여기서, 상기 정전기 측정 센서와 피측정물이 접촉하게 되면, 피측정물이 정전기 측정 센서로 전하가 이동하거나, 상기 정전기 측정 센서에 의해 접지되어, 피측정물의 전류, 전압 또는 전하를 정확하게 측정하는 것이 곤란하다.
본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 약액 공급 장치는, 상기 공급 배관 내에 유동하는 약액의 전하를 측정하기 위한 것으로서, 상기 정전기 측정 센서의 표면에 상기 약액과 직접적으로 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 비도전성 재료를 포함하는 제 1 층을 피복할 수 있다. 상기 비도전성 재료를 포함하는 제 1 층으로 피복함으로써, 상기 정전기 측정 센서와 상기 약액이 직접 접촉하는 것을 방지하고, 상기 약액과 일정한 거리를 유지한 상태에서 공급 배관(12) 내부를 유동하는 약액의 전하를 측정함으로써, 공급 배관 내부를 유동하는 약액의 정전기를 측정할 수 있다.
상기 제 1 층으로 피복된 정전기 측정 센서는, 상기 제 1 층의 비도전성 재료와 상기 유동하는 약액의 마찰로 인하여, 정전기 유도가 발생하는 점에서 정확한 전하를 측정하는 것이 곤란할 수 있다. 상기 유동하는 약액의 정확한 전하를 측정하기 위하여, 상기 제 1 층 상에 상기 도전층(13)과 절연되어 있고, 제 3 비금속 도전성 재료로 이루어진 제 2 층을 더 피복하고, 상기 제 2 층의 접지 또는 접지 해제 여부를 조절함으로써, 상기 약액과 제 1 층의 마찰로 인한 정전기 유도에 의해 발생하는 전하를 감소 및 제거할 수 있다.
상기 제 2 층이 약액의 전하를 측정하는 동안에 계속하여 접지되는 경우, 상기 접지로 인하여 상기 정전기 측정 센서가 공급 배관 또는 공급 노즐 내의 약액의 전하를 제대로 측정할 수 없기 때문에, 상기 제 2 층을 상기 절연층에 의해 상기 공급 배관의 내면 상에 형성된 도전층(13)과 전기적으로 절연시키고, 상기 정전기 측정 센서가 공급 배관 또는 공급 노즐 내의 약액의 전하를 측정하는 동안에는, 상기 정전기 측정 센서에 연결된 모니터링 시스템에 의하여, 상기 스위치를 off가 되도록 하여, 상기 제 2 층의 접지를 해제함으로써, 상기 제 2 층와 상기 약액의 마찰로 인하여 발생한 전하를 제거하여, 상기 공급 배관 내부를 유동하는 약액의 정확한 전하 상태를 측정할 수 있다.
상기 제 1 층의 비도전성 재료는 PVDF(polyvinylidenefluoride), PEEK(polyetheretherketone), PFA(perfluoroalkoxy) 및 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군으로부터 선택된 비도전성 수지일 수 있다.
상기 제 2 층의 제 3 비금속 도전성 재료는, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), PEDOT(poly(ethylenedioxy)thiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene) 및 폴리페닐렌 비닐렌(polyphenylenevinylene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 도전성 고분자일 수 있고, 또는, 탄소를 함유하는 PVDF(polyvinylidenefluoride), 탄소를 함유하는 PEEK(polyetheretherketone), 탄소를 함유하는 PFA(perfluoroalkoxy) 및 탄소를 함유하는 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군으로부터 선택된 도전성 수지일 수 있다. 이는, 상술한 제 1 비금속 도전성 재료 또는 제 2 비금속 도전성 재료와 같거나 다를 수 있다.
상기 저장 용기(11)에 수용된 상기 반도체 기판 처리용 약액은, 상기 공급 배관(12) 및 공급 노즐(14)을 통과하여, 기판 지지부(19) 상에 위치한 기판(18)에 분사될 수 있다. 상기 기판(18)에 분사된 약액은, 기판 지지부의 회전에 의해, 기판의 중심에서 외각 방향으로 흐르면서, 기판을 공급되는 약액에 따라 에칭, 린스, 또는 세정함으로써 기판을 처리할 수 있다.
상기 접지용 도체(15)는, 상기 공급 배관(12) 및 공급 노즐(14) 내에 유동하는 약액 내에 존재하는 전하를 제거하기 위하여 충분한 강도의 부식에 강한 전선 또는 금속 도체를 사용할 수 있고, 상기 접지용 도체(15)는 공급 배관 외부 또는 공급 노즐 외부에 접지될 수 있다.
상기 반도체 기판 처리용 약액이 상기 공급 배관(12) 및 공급 노즐(14)을 통과하는 동안 상기 약액 내에는 전하가 발생한다. 상기 약액이 비전해질(예를 들면, 탈이온수 또는 IPA(Isopropyl alcohol) 등)인 경우, 이러한 현상은 더 현저해질 수 있다. 이하, 상기 약액 내의 전하 발생 및 제거에 대하여 설명한다.
도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 상기 반도체 처리용 약액의 공급에 있어서, 상기 약액이 공급 배관을 통과하면서(도 2a), 상기 공급 배관(12)과의 마찰로 인해 상기 약액 및 상기 공급 배관의 접액부에 정전기 유도가 발생하여(도 2b), 상기 약액은 (+) 전하로, 상기 접액부는 (-) 전하로 대전된다. 이러한 현상은, 메탈 오염을 억제하기 위하여 금속을 포함하지 않는 메탈 프리(metal-free) 약액 공급 장치에서 더욱 현저해질 수 있다.
그러나, 본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 공급 배관(12)은, 내면 상의 일부 또는 전부에 도전층(13)이 형성되어 있고, 상기 도전층(13)은 제 1 비금속 도전성 재료를 포함할 수 있으며, 상기 도전층(13)이 배관 외부에서 접지된 접지용 도체(15)에 전기적으로 접속됨으로써(도 2c), 상기 도 2b에서 발생한 상기 약액 및 공급 배관의 접액부에 발생한 전하를 감소 또는 제거할 수 있다.
도 3a 내지 도 3f을 참조하면, 공급 배관(12)은 그 내면 상의 일부 또는 전부에 제 1 비금속 도전성 재료를 포함하는 도전층(13)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 공급 배관(12)의 외면 상의 일부 또는 전부에도 도전층(13')이 형성될 수 있다.
상기 도전층(13, 13')은, 상기 공급 배관의 내면 또는 외면을 덮도록 코팅되거나, 상기 공급 배관의 내면 상에 라인 모양, 바아 모양, 격자 모양, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 상기 도전층(13)의 형상은 상기 공급 배관(12) 내의 약액과 접촉하고, 배관 외부에 접지된 접지용 도체와 전기적으로 접속된 형상이면 특별히 제한되지 않는다.
본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따르면, 상기 공급 배관(12)의 내면 상 및 외면 상의 일부 또는 전부에 제 1 비금속 도전성 재료를 포함하는 도전층(13, 13')이 형성되고, 상기 도전층(13, 13')이 공급 배관 외부에서 접지된 접지용 도체(15)에 전기적으로 접속됨으로써, 상기 공급 배관(12)의 내부 및 외부에 발생한 전하, 및 상기 공급 배관(12)을 통과하는 약액에 발생한 전하를 감소 또는 제거할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 공급 노즐(14)은, 제 2 비금속 도전성 재료를 포함할 수 있으며, 상기 제 2 비금속 도전성 재료는 상기 공급 배관(12)의 내면 상에 형성된 상기 도전층(13)에 포함된 제 1 비금속 도전성 재료와 같거나 다를 수 있다. 또한, 상기 공급 노즐(14)은, 상기 공급 배관(12)의 내면 상에 형성된 도전층(13)과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 공급 노즐의 상기 제 2 비금속 도전성 재료는, 상기 공급 배관의 상기 도전층과 직접적으로 접촉될 수 있다.
상기 제 2 비금속 도전성 재료를 포함하는 공급 노즐(14)이 공급 배관(12)의 내면 상에 형성된 상기 도전층(13)과 전기적으로 접속됨으로써, 상기 공급 노즐(14)에 전기적으로 접속되고, 상기 공급 배관 외부에서 접지된 접지용 도체(15')를 통하여, 상기 공급 노즐(14) 및 상기 공급 노즐과 접촉하고 있는 약액의 전하를 감소 또는 제거할 수 있다.
상기 공급 노즐(14)은, 약액이 저장 용기(11)로부터 공급 배관(12)을 통하여 기판에 도달하기 전, 최종적으로 접촉하는 부분으로서, 상기 공급 노즐(14)을 통과할 때의 상기 약액 내의 전하의 상태가 기판 상에 파티클의 흡착에 큰 영향을 미칠 수 있다.
상기 약액이 상기 공급 노즐(14)을 통과하기 전에 공급 배관(12)에서 전하가 제거되었다고 하더라도, 상기 공급 노즐(14)을 통과하면서 상기 약액과 공급 노즐(14)의 마찰로 인하여 약액 내에 전하가 발생 또는 증가할 가능성이 있고, 이렇게 상기 약액 내에서 발생한 전하가 기판에 도달하는 경우, 기판 상에 파티클 흡착의 원인이 될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에서는, 상기 공급 배관(12)뿐 아니라, 상기 공급 노즐(14)을 통과하는 약액 내의 전하를 감소 및 제거함으로써, 기판에 도달하는 약액 내의 전하를 감소 및 제거하여, 기판에 파티클이 흡착되는 것을 억제 및 방지할 수 있다.
상기 공급 배관(12)의 내면 상에 형성된 상기 도전층(13) 및 상기 공급 노즐(14)은, 각각 제 1 비금속 도전성 재료 및 제 2 비금속 도전성 재료를 포함할 수 있다. 상기 제 1 비금속 도전성 재료 및 제 2 비금속 도전성 재료는, 각각 독립적으로 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), PEDOT(poly(ethylenedioxy)thiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene) 및 폴리페닐렌 비닐렌(polyphenylenevinylene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 도전성 고분자일 수 있고, 또는, 탄소를 함유하는 PVDF(polyvinylidenefluoride), 탄소를 함유하는 PEEK(polyetheretherketone), 탄소를 함유하는 PFA(perfluoroalkoxy) 및 탄소를 함유하는 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군으로부터 선택된 도전성 수지일 수 있다. 또한, 상기 제 3 비금속 도전성 재료는, 상기 제 1 비금속 도전성 재료 또는 제 2 비금속 도전성 재료와 같거나 다를 수 있다.
상기 도전성 재료는 비금속일 수 있고, 상기 도전성 재료가 금속일 경우, 약액과 접촉하고 있는 도전성 재료의 금속부가 용출되어 기판에 악영향을 미칠 수 있다. 상기 용출된 금속 불순물은 반도체 소자의 물리적 및 전기적 특성에 치명적인 영향을 끼쳐 제조 신뢰성 및 수율 등을 크게 감소시킬 수 있다. 즉, 금속 불순물들은 승온시 기판 내로 확산하여 실리콘 금지대 내의 딥 레벨(deep level)에 위치함으로써 소수 운반자들의 생성 및 재결합을 일으키는 트랩 센터(trap center)로서 작용하여 소수 운반자의 수명을 감소시키고, p-n 접합 누설 전류를 증가시키며, 산화물 절연 파괴 전압을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 금속 불순물은 산화나 에피택시 공정 후에 적층 결함 등을 일으킬 수 있으며, 게이트 산화막/실리콘 계면에도 구조적인 결함을 발생시킬 수 있고, 계면 주위 밀도를 증가시키는 등 소자의 특성을 열화시킬 수 있다. 이와 같이, 소자의 미세화와 함께 금속 불순물에 따른 영향도 현저해져 딥 서브마이크론(deep submicron) 소자에서 실리콘 기판 표면 상의 금속 불순물을 제한할 필요가 있다. 이러한 금속 불순물에 의한 기판 오염을 방지하기 위하여, 상기 도전성 재료는 비금속일 수 있다.
상기 공급 배관(12)의 내면 상에 형성된 상기 도전층(13) 및 상기 공급 노즐(14)은 상기 금속을 포함하지 않는 도전성 재료로 이루어짐으로써, 약액으로의 금속 불순물의 용출로 인한 메탈의 혼입을 억제함으로써, 기판의 메탈 오염을 방지할 수 있다.
상기 도전성 수지에 함유되는 탄소는, 균질하고 치밀한 구조를 가지는 경질의 탄소 재료일 수 있으며, 이는 도전성이나 내약품성, 내열성 등이 우수하다. 상기 탄소는 예를 들면, 탄소 분말, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 그래파이트일 수 있다.
상기 도전성 수지에 함유되는 탄소의 함유량은 도전성 수지 전체 질량에 대하여 25질량% 이상 35질량% 이하일 수 있다. 또는, 상기 탄소의 함유량은 28질량% 이상 32질량% 이하일 수 있다. 또는, 상기 탄소의 함유량은 30질량% 이상 일 수 있다.
상기 도전성 수지에 함유되는 탄소의 함유량을 상기 범위 내로 함으로써, 상기 약액 내에 발생한 전하를 보다 효율적으로 감소 또는 제거할 수 있을 뿐 아니라, 상기 탄소를 함유하는 도전성 수지는 약액에 대한 내약품성, 내열성 등이 우수한 효과를 나타낸다.
상기 약액 공급 장치를 유동하는 약액은, 반도체 기판 처리 공정 중 린스 공정에 사용되는 린스액 또는 세정공정에 사용되는 세정액일 수 있다. 상기 약액은 예를 들면, 탈이온수, 또는 유기 용제를 포함하는 린스액 또는 세정액일 수 있으며, 상기 유기 용제는 메탄올, 에탄올, 2-프로판올, n-부탄올, 아이소프로필알코올, 에틸 글리콜, 프로필 글리콜, 부틸 글리콜, 에틸 디글리콜, 부틸 디글리콜, n-펜탄, 아세톤, 에틸 아세테이트, 메틸 에틸 케톤, n-헵탄, 톨루엔, 메틸 이소부틸 케톤, 이소부틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, sec-부틸 알콜, 2-에톡시에탄올, 메틸 n-아밀 케톤, 2-에톡시 에틸 아세테이트, n-디케인, 2-부톡시 에탄올, 이소포렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.
상기 제 1 비금속 도전성 재료를 포함하는 상기 도전층(13)는, 상기 공급 배관 내에 유동하는 약액과 직접적으로 접촉하고, 배관 외부에서 접지된 접지용 도체(15)와 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 약액 공급 배관(12)의 내면 상에 형성된 상기 도전층(13) 및 공급 노즐(14)이 배관 외부에서 접지된 접지용 도체(15)에 전기적으로 접속됨으로써, 약액과 공급 배관의 표면의 마찰로 인하여 발생한 약액과 공급 배관의 접액면에 발생한 전하를 감소 또는 제거할 수 있다.
이하에, 실시예를 예시하여 본 개시의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 개시의 기술적 사상의 범위는 이하에 나타내는 구체예에 한정되는 것은 아니다.
[기판의 전하 측정]
이하의 실시예 1-1 내지 1-2 및 비교예 1-1에서는, 공급 노즐의 비금속 도전성 재료의 포함여부를 달리하여, 공급 노즐, 토출시 약액, 약액 토출 후 기판 표면, 및 건조 후 기판 표면의 전하를 측정하였다.
<실시예 1-1>
아이소프로필 알코올(IPA)을 저장 용기(11)로부터 탄소를 함유하지 않은 PFA(perfluoroalkoxy)로 이루어지고, 내면 상에 도전층을 형성하지 않은 공급 배관(12) 및 carbon-PEEK(polyetheretherketone)로 이루어진 공급 노즐(14)을 통과시킨 후, 공급 노즐, 토출시 노즐 입구 및 기판 도달 직전의 IPA, IPA 토출 직후 기판 표면, 및 건조 후의 기판 표면의 전하를 측정하였다. 그 결과는 하기 [표 1]에 나타낸다.
<실시예 1-2>
아이소프로필 알코올(IPA)을 저장 용기(11)로부터 탄소를 함유하지 않은 PFA(perfluoroalkoxy)로 이루어지고, 내면 상에 도전층을 형성하지 않은 공급 배관(12) 및 CR6110로 이루어진 공급 노즐(14)을 통과시킨 후, 공급 노즐, 토출시 노즐 입구 및 기판 도달 직전의 IPA, IPA 토출 직후 기판 표면, 및 건조 후의 기판 표면의 전하를 측정하였다. 그 결과는 하기 [표 1]에 나타낸다.
<비교예 1-1>
아이소프로필 알코올(IPA)을 저장 용기(11)로부터 탄소를 함유하지 않은 PFA(perfluoroalkoxy)로 이루어지고, 내면 상에 도전층을 형성하지 않은 공급 배관(12) 및 탄소를 함유하지 않은 PFA(perfluormoalkoxy)로 이루어진 공급 노즐(14)을 통과시킨 후, 공급 노즐, 토출시 노즐 입구 및 기판 도달 직전의 IPA, IPA 토출 직후 기판 표면, 및 건조 후의 기판 표면의 전하를 측정하였다. 그 결과는 하기 [표 1]에 나타낸다.
공급 노즐 토출시 IPA IPA 토출 후 기판 표면 건조 후 기판 표면
실시예 1-1 -125V -140V -50V -2V -3V
실시예 1-2 -670V -170V -50V -1V -3V
비교예 1-1 - -720V -130V -4V -5V
상기 표 1에 나타낸 결과로부터, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 탄소를 함유하는 도전성 수지(carbon-PEEK(polyetheretherketone), CR6110 등)를 포함하는 공급 노즐(14)을 사용한 약액 공급 장치는, 탄소를 함유하지 않은 비도전성 수지(PFA(perfluormoalkoxy))를 포함하는 공급 노즐(14)을 사용한 약액 공급 장치에 비하여, 건조 후 기판 표면의 전하를 현저히 감소시킬 수 있음을 알았다.
이하의 실시예 2-1 및 비교예 2-1 내지 2-3에서는, 공급 배관의 내면 상에 비금속 도전성 재료를 포함하는 도전층의 형성 유무 및 공급 노즐의 비금속 도전성 재료의 포함여부를 달리하여, 공급 노즐, 토출시 약액, 약액 토출 후 기판 표면, 및 건조 후 기판 표면의 전하를 측정하였다.
<실시예 2-1>
아이소프로필 알코올(IPA)을 저장 용기(11)로부터 공급 배관의 내면 상에 carbon-PEEK(polyetheretherketone)를 포함하는 도전층(13)이 형성된 공급 배관(12) 및 carbon-PEEK(polyetheretherketone)로 이루어진 공급 노즐(14)을 통과시킨 후, 공급 노즐, 토출시 노즐 입구 및 기판 도달 직전의 IPA, IPA 토출 직후 기판 표면, 및 건조 후의 기판 표면 상의 전하를 측정하였다. 그 결과는 하기 [표 2]에 나타낸다.
<비교예 2-1>
아이소프로필 알코올(IPA)을 저장 용기(11)로부터 공급 배관의 내면 상에 carbon-PEEK(polyetheretherketone)를 포함하는 도전층(13)이 형성된 공급 배관(12) 및 탄소를 함유하지 않은 PFA(perfluoroalkoxy)로 이루어진 공급 노즐(14)을 통과시킨 후, 공급 노즐, 토출시 노즐 입구 및 기판 도달 직전의 IPA, IPA 토출 직후 기판 표면, 및 건조 후의 기판 표면의 전하를 측정하였다. 그 결과는 하기 [표 2]에 나타낸다.
<비교예 2-2>
아이소프로필 알코올(IPA)을 저장 용기(11)로부터 탄소를 함유하지 않은 PFA(perfluoroalkoxy)로 이루어지고, 공급 배관의 내면 상에 도전층을 형성하지 않은 공급 배관(12) 및 carbon-PEEK(polyetheretherketone)로 이루어진 공급 노즐(14)를 통과시킨 후, 공급 노즐, 토출시 노즐 입구 및 기판 도달 직전의 IPA, IPA 토출 직후 기판 표면, 및 건조 후의 기판 표면의 전하를 측정하였다. 그 결과는 하기 [표 2]에 나타낸다.
공급 노즐 토출시 IPA IPA 토출 후 기판 표면 건조 후 기판 표면
실시예 2-1 - -150V -25V -1V 0V
비교예 2-1 -140V -140V -25V -3V -3V
비교예 2-2 -125V -140V -50V -2V -3V
상기 표 2에 나타낸 결과로부터, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 공급 배관의 내면 상에 탄소를 함유하는 도전성 수지(carbon-PEEK(polyetheretherketone)등)를 포함하는 도전층(13)이 형성된 공급 배관(12) 및 탄소를 함유하는 도전성 수지(carbon-PEEK(polyetheretherketone) 등)를 포함하는 공급 노즐(14)을, 모두 사용한 약액 공급 장치는, 공급 배관의 내면 상에 탄소를 함유하는 도전성 수지(carbon-PEEK(polyetheretherketone)등)를 포함하는 도전층(13)이 형성된 공급 배관(12) 또는 탄소를 함유하는 도전성 수지(carbon-PEEK(polyetheretherketone) 등)를 포함하는 공급 노즐(14) 중 어느 하나만을 사용한 약액 공급 장치에 비하여, 건조 후 기판 표면의 전하를 현저히 감소시킬 수 있음을 알았다.
[기판 표면 상에 파티클 발생량]
이하의 실시예 3-1 및 비교예 3-1에서는, 공급 배관의 내면 상에 제 1 비금속 도전성 재료를 포함하는 도전층(13)이 형성된 공급 배관(12)에, 제 2 비금속 도전성 재료의 포함 유무를 달리하는 공급 노즐(14)을 사용하여, 아이소프로필 알코올(IPA)을 공급한 후의 기판 표면 상에 파티클 발생량을 측정하였다.
<실시예 3-1>
아이소프로필 알코올(IPA)을 저장 용기(11)로부터 공급 배관의 내면 상에 carbon-PEEK(polyetheretherketone)를 포함하는 도전층(13)이 형성된 공급 배관(12) 및 carbon-PEEK(polyetheretherketone)로 이루어진 공급 노즐(14)을 통과시킨 후, 기판 표면 상에 19nm 이하 크기의 파티클 발생량을 측정하였다. 그 결과는 도 5의 그래프에 나타낸다.
<비교예 3-2>
아이소프로필 알코올(IPA)을 저장 용기(11)로부터 공급 배관의 내면 상에 carbon-PEEK(polyetheretherketone)를 포함하는 도전층(13)이 형성된 공급 배관(12) 및 탄소를 함유하지 않은 PFA(perfluoroalkoxy)로 이루어진 공급 노즐(14)을 통과시킨 후, 기판 표면상에 19nm 이하 크기의 파티클 발생량을 측정하였다. 그 결과는 도 5의 그래프에 나타낸다.
상기 도 5의 그래프에 나타낸 결과로부터, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른, 공급 배관의 내면 상에 탄소를 함유하는 도전성 수지(carbon-PEEK(polyetheretherketone)등)를 포함하는 도전층(13)이 형성된 공급 배관(12) 및 탄소를 함유하는 도전성 수지(carbon-PEEK(polyetheretherketone) 등)를 포함하는 공급 노즐(14)을 모두 사용한 약액 공급 장치는, 공급 배관의 내면 상에 탄소를 함유하는 도전성 수지(carbon-PEEK(polyetheretherketone)등)를 포함하는 도전층(13)이 형성된 공급 배관(12) 및 탄소를 함유하지 않는 비도전성 수지(PFA(perfluormoalkoxy))를 포함하는 공급 노즐(14)을 사용한 약액 공급 장치에 비하여, 기판 표면 상에 19nm 이하 크기의 파티클 발생량을 30% 이상 감소시킬 수 있음을 알았다.
상기 실시예에 따르면, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 공급 배관(12)의 내면 상에 제 1 비금속 도전성 재료를 포함하는 도전층(13)이 형성된 공급 배관(12) 및 제 2 비금속 도전성 재료를 포함하는 공급 노즐(14)을 모두 구비하는 약액 공급 장치는, 반도체 기판 처리 공정 후 기판 표면의 전하를 현저하게 감소시키고, 이로 인하여 건조 후 반도체 기판 표면 상에 파티클의 발생을 현저하게 감소시키는 효과를 나타낸다.
한편, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 약액 공급 장치를 이용하여, 린스 또는 세정 공정을 수행하는 경우, 상술한 바와 같이, 기판 표면 상의 파티클 흡착에 의한 리소그래피 공정에서의 패턴 결함, 박막 형성 공정에서의 핀홀(pinhole) 및 마이크로보이드(microvoid) 등의 결함, 소자 배선 상에서 소자의 작동을 방해하는 등 소자 특성 불량의 결함이 현저히 감소된 반도체 소자를 얻을 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 약액 공급 장치는, 상기 저장 용기(11) 및 상기 공급 배관(12) 사이에 위치할 수 있으며, 펌프의 내면 상에 도전층(66)이 형성된, 상기 반도체 처리용 약액을 공급하는 펌프(60)를 더 포함할 수 있다. 상기 펌프(60)는, 펌프 케이싱(61), 로터 자석(62), 모터 스테이터(63), 모터 코일(64)을 포함할 수 있으며, 상기 펌프는 저장 용기(11)로부터 약액을 공급 배관(12)으로 수송시키기만 하면, 그 구성은 제한되지 않는다.
또한, 상기 펌프의 케이싱(61) 내면 상의 일부 또는 전부에 비금속 도전성 재료를 포함하는 도전층(66)이 형성될 수 있으며, 상기 도전층(66)은, 펌프 케이싱(61) 내부의 약액에 접촉하고, 펌프 외부에 접지된 접지용 도체(65)에 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 비금속 도전성 재료는, 상술한 제 1 비금속 도전성 재료 내지 제 3 비금속 도전성 재료와 같거나 다를 수 있다.
도 7은 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 정전기 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 상기 정전기 모니터링 시스템은, 약액을 공급하는 공급 배관(12)에 이를 관통하는 정전기 측정 센서를 포함하는 정전기 측정 센서부(71) 및 이에 연결된 모니터링부(72)를 포함함으로써, 유동하는 약액의 전하를 실시간으로 측정할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 정전기 모니터링 시스템에 관한 개략적인 도면이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 정전기 모니터링 시스템은, 반도체 기판 처리용 약액 공급 배관(12); 및 상기 약액 공급 배관의 외벽을 관통하여 형성되고, 상기 약액 공급 배관 내의 정전기를 측정하는 제 1 정전기 측정 센서(81)를 구비할 수 있다.
상기 약액 공급 배관의 외벽을 관통하여 형성되는 제 1 정전기 측정 센서(81)는, 그 표면에 제 1 비도전성 재료를 갖는 제 1 층(82) 및 제 1 비금속 도전성 재료를 갖는 제 2 층(83)으로 피복될 수 있고, 상기 제 2 층(83)은 상기 공급 배관의 내면 상에 형성되어 있는 도전층(13)과 전기적으로 절연되도록 상기 도전층(13)과 제 2 층(83) 사이에 절연층(84)을 포함할 수 있다. . 상기 절연층(84)은 비금속 비전도성 재료일 수 있으며, 상기 공급 배관(12)과 동일한 재료일 수 있다. 상기 제 1 층은 상기 제 1 정전기 측정 센서의 표면에 형성될 수 있으며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층 상에 형성될 수 있다.
상기 정전기 측정 센서는, 비접촉식 정전기 측정 센서일 수 있으며, 예를 들면, 전압 측정기, 표면 전위계, 전하 측정기, 또는 정전기 방전 검출기 등일 수 있다. 또한, 상기 정전기 측정 센서는, 정전 전압계(electrostatic Voltmeter) 또는 CPM(Charged Plate Monitor)일 수 있다.
일반적인 정전기 측정 센서는, 비접촉식 정전기 측정 센서로서, 피측정물에 일정 간격의 거리를 유지한 상태에서 피측정물의 전류, 전압 또는 전하량을 측정할 수 있다. 여기서, 상기 정전기 측정 센서와 피측정물이 접촉하게 되면, 피측정물이 정전기 측정 센서로 전하가 이동하거나, 상기 정전기 측정 센서에 의해 접지되어, 피측정물의 전류, 전압 또는 전하를 측정하는 것이 곤란할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 정전기 모니터링 시스템은, 상기 공급 배관 내에 유동하는 약액의 전하를 측정하기 위한 것으로서, 상기 제 1 정전기 측정 센서(81)의 외면 상에 상기 약액과 직접적으로 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 제 1 비도전성 재료를 갖는 제 1 층(82)을 피복할 수 있다. 상기 제 1 비도전성 재료를 갖는 제 1 층으로 피복함으로써, 상기 제 1 정전기 측정 센서와 상기 약액이 직접 접촉하는 것을 방지하여, 상기 약액과 일정한 거리를 유지한 상태에서 공급 배관(12) 내부를 유동하는 약액의 전하를 측정함으로써, 공급 배관 내부를 유동하는 약액의 정전기를 측정할 수 있다.
상기 제 1 층(82)으로 피복된 제 1 정전기 측정 센서(81)는, 상기 제 1 층(82)의 제 1 비도전성 재료와 상기 유동하는 약액의 마찰로 인하여, 정전기 유도가 발생하는 점에서 정확한 전하를 측정하는 것이 곤란할 수 있다. 상기 유동하는 약액의 정확한 전하를 측정하기 위하여, 상기 제 1 층(82) 상에 상기 도전층(13)과 절연되어 있고, 제 1 비금속 도전성 재료로 이루어진 제 2 층(83)을 더 피복할 수 있다.
상기 제 2 층은 배관 외부에 접지된 접지용 도체(85)에 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 상기 제 2 층과 배관 외부에 접지된 접지용 도체 사이에는 접지 및 접지해제가 가능하도록 스위치(86)를 더 포함할 수 있다. 상기 스위치(86)는, 상기 정전기 측정 센서와 연결된 정전기 모니터링 시스템(87)에 의하여 on/off가 컨트롤됨으로써 상기 제 2 층(83)의 접지 및 접지 해제를 조절할 수 있다.
상기 제 2 층(83)이 약액의 전하를 측정하는 동안에 계속하여 접지되는 경우, 상기 접지로 인하여 상기 정전기 측정 센서(81)가 약액의 전하를 제대로 측정할 수 없기 때문에, 상기 제 2 층(83)을 상기 절연층에 의해 상기 공급 배관의 내면 상에 형성된 도전층(13)과 전기적으로 절연시키고, 상기 정전기 측정 센서(81)가 공급 배관(12) 또는 공급 노즐(14) 내의 약액의 전하를 측정하는 동안에는, 상기 정전기 측정 센서에 연결된 모니터링 시스템(87)에 의하여, 상기 스위치를 off가 되도록 하여, 상기 제 2 층(83)의 접지를 해제함으로써, 상기 제 2 층(83)와 상기 약액의 마찰로 인하여 발생한 전하를 제거하여, 상기 공급 배관 내부를 유동하는 약액의 정확한 전하 상태를 측정할 수 있다.
또한, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 약액 공급 장치는, 상기 공급 노즐의 외벽을 관통하여 형성되는 상기 공급 노즐 내의 정전기를 측정하는 정전기 측정 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 정전기 측정 센서의 일단은 상기 공급 배관 또는 상기 공급 노즐의 중심방향으로 돌출되거나, 돌출되지 않을 수 있다.
상기 제 1 층(82)의 제 1 비도전성 재료는 PVDF(polyvinylidenefluoride), PEEK(polyetheretherketone), PFA(perfluoroalkoxy) 및 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군으로부터 선택된 비도전성 수지일 수 있다.
상기 제 2 층(83)의 제 1 비금속 도전성 재료는 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), PEDOT(poly(ethylenedioxy)thiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene) 및 폴리페닐렌 비닐렌(polyphenylenevinylene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 도전성 고분자일 수 있고, 또는, 탄소를 함유하는 PVDF(polyvinylidenefluoride), 탄소를 함유하는 PEEK(polyetheretherketone), 탄소를 함유하는 PFA(perfluoroalkoxy) 및 탄소를 함유하는 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군으로부터 선택된 도전성 테플론 수지일 수 있다. 상기 제 1 비금속 도전성 재료는, 상술한 도전층(13)의 제 1 비금속 도전성 재료 또는 공급 노즐(14)의 제 2 비금속 도전성 재료와 같거나 다를 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에서는, 상기 공급 배관(12)을 관통하여 형성된 제 1 정전기 측정 센서(81)를 구비하는 정전기 모니터링 시스템으로 인하여, 공급되는 약액 내에 존재하는 전하를 실시간으로 측정 및 관리함으로써, 접지 불량 등의 문제를 실시간으로 파악하여 추가적인 접지 등의 정전기 제거 방법을 통하여 신속하게 대응함으로써, 공급되는 약액 내에 누적된 전하에 의해 파티클이 발생한 반도체 웨이퍼의 생산을 감소시켜 경제적 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에서는, 상기 정전기 모니터링 시스템(87)의 정전기 측정 센서(81)을 이용한 정전기 센싱 방법에 있어서, 약액의 전하를 측정하기 직전에 상기 스위치를 off가 되도록 함으로써, 상기 약액의 전하를 측정하는 동안에, 상기 제 2 층(83)의 접지를 해제하는 단계, 및 상기 제 2 층(83)의 접지가 해제된 상태에서 상기 정전기 측정 센서(81)를 이용하여 배관 내 유동하는 약액의 전하를 측정하는 단계를 포함함으로써, 상기 약액과의 마찰로 인하여 발생한 전하를 제거하여, 상기 공급 배관 내부를 유동하는 약액의 정확한 전하 상태를 실시간으로 측정, 관리할 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 정전기 모니터링 시스템은, 상기 공급 배관(12)에 연결되고, 상기 반도체 기판 처리용 약액을 기판에 공급하는, 제 3 비금속 도전성 재료를 포함하는 공급 노즐(14); 상기 공급 노즐의 외벽을 관통하여 형성되고, 정전기 측정 센서의 표면에 제 2 비도전성 재료를 갖는 제 3 층(92) 및 제 4 비금속 도전성 재료를 갖는 제 4 층(93)이 형성된 제 2 정전기 측정 센서(91); 및 상기 제 4 층(93)에 전기적으로 접속되고, 배관 외부에서 접지된 접지용 도체(95)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 층(92)은 상기 제 2 정전기 측정 센서(91)의 표면에 형성될 수 있으며, 상기 제 4 층(93)은 상기 제 3 층(92) 상에 형성될 수 있다.
상기 약액 공급 배관의 외벽을 관통하여 형성되는 제 2 정전기 측정 센서(91)는, 그 표면에 제 2 비도전성 재료를 갖는 제 3 층(92) 및 제 4 비금속 도전성 재료를 갖는 제 4 층(93)으로 피복될 수 있고, 상기 공급 배관의 내면 상에 형성되어 있는 도전층(13)과 전기적으로 절연되도록 상기 도전층(13)과 제 4 층(93) 사이에 절연층(94)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 3 층(92)은 제 2 정전기 측정 센서(91)의 표면에 형성될 수 있으며, 상기 제 4 층(93)은 상기 제 3 층(92) 상에 형성될 수 있다. 상기 제 2 정전기 측정 센서(91)는, 상기 제 1 정전기 측정 센서(81)와 같거나 다를 수 있다. 또한, 도 9a 및 도9b의 정전기 모니터링 시스템은, 상기 도 8a 및 도 8b의 정전기 모니터링 시스템에 있어서, 공급 노즐 내 약액의 전하를 측정하는 것을 제외한, 나머지 정전기 측정 센서의 구성 및 정전기 측정 방법에 대하여는 동일할 수 있다.
도 10 및 도 11는 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 약액 공급 배관의 종단면도를 나타낸 도면이다.
도 10를 참조하면, 상기 약액 공급 배관은, 반도체 기판 처리용 약액의 유입부(101)를 갖는 배관(12); 제 1 비금속 도전성 재료를 포함하고, 상기 배관 내면 상에 형성된 도전층(13); 제 2 비금속 도전성 재료를 포함하고, 배관 내부를 복수의 유로로 구분되도록 형성된 격벽 구조부(102); 상기 격벽 구조부에 의해 구분된 복수의 유로로 이루어지고, 상기 반도체 기판 처리용 약액이 유입되는 복수의 약액 유동부(103); 및 상기 격벽 구조부(102)에 전기적으로 접속되고, 배관 외부에서 접지된 접지용 도체부(104)를 포함할 수 있다.
상기 약액 공급 배관(12)에 있어서, 약액의 공급이 대량으로 이루어질 경우, 상기 약액 공급 배관의 직경은 증가하고, 상기 약액 공급 배관의 직경이 증가할 수록 상기 약액 공급 배관의 중앙부와, 상기 약액 공급 배관의 내면 상에 형성된 도전층과 상기 약액이 접촉하고 있는 계면과의 거리가 증가한다.
상기 약액 공급 배관의 중앙부와, 상기 도전층과 약액이 접촉하고 있는 계면과의 거리가 증가할수록, 상기 약액 공급 배관의 중앙부를 통과하는 약액의 상기 약액 공급 배관의 내면 상에 형성된 도전층에 의한 전하의 제거 효율이 감소할 수 있다.
상기 공급 배관의 중앙부의 전하의 제거 효율을 개선하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일 실시예에서는, 상기 약액 공급 배관(12)의 내부에 제 2 비금속 도전성 재료를 포함하고, 상기 공급 배관의 내부를 복수의 유로로 구분되도록 형성된 격벽 구조부(102)를 형성함으로써, 상기 약액과 제 2 비금속 도전성 재료의 접촉 면적을 증가시키고, 상기 공급 배관의 중앙부와 제 2 비금속 도전성 재료를 포함하는 격벽 구조부와의 거리를 감소시킴으로써, 상기 약액 공급 배관(12)의 중앙부의 전하까지 모두 감소 및 제거할 수 있는 효과를 나타낸다.
상기 격벽 구조부(102)는 상기 약액의 유동을 방해하지 않는 구조일 수 있고, 상기 격벽 구조부는 상기 공급 배관의 내면 상에 형성된 도전층(13)와 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 약액의 유동을 방해하지 않기 위하여, 제 2 비금속 도전성 재료를 포함하는 격벽 구조부(102)로 복수의 유로를 형성함으로써, 상기 약액의 유동을 방해하지 않음과 동시에, 상기 약액 내에 발생한 전하를 보다 효율적으로 감소 및 제거할 수 있다.
도 11를 참조하면, 상기 공급 배관은, 제 3 비금속 도전성 재료를 포함하는 공급 노즐을 더 포함할 수 있다. 상기 제 3 비금속 도전성 재료는 상기 제 1 비금속 도전성 재료 및 상기 제 2 비금속 도전성 재료와 같거나 다를 수 있다.
도 12a 내지 도 12b를 참조하면, 상기 격벽 구조부(102)의 구조는, 공급 배관 내부를 복수의 유로로 구분되도록 형성되고, 상기 격벽 구조체와 공급 배관의 단면 형상이 허니컴 형상일 수 있다.
상기 단면 형상이 허니컴 형상인 경우, 그 각각의 유로의 형상은, 각각이 서로 전기적으로 접속되어 형성된 격자 형상, 육각형 형상, 또는 소관 형상일 수 있고, 상기 허니컴 형상은, 상기에 한정되지 않고, 상기 약액의 유통을 방해하지 않는 한 가능한 모든 형상을 포함할 수 있다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 상기 격벽 구조체(102)는, 스태틱 믹서 형상일 수 있다. 상기 스태틱 믹서 형상은 상기 공급 배관과의 접촉부에 유동하는 약액과 중앙부에 유동하는 약액을 혼합하여 난류를 형성함으로써, 약액의 일정한 층류의 공급 배관과의 마찰로 인하여 발생하는 전하를 저감시킬 수 있고, 상기 강하게 대전된 공급 배관의 내면과의 접촉부의 약액과 약하게 대전된 공급 배관의 중앙부의 약액을 혼합함으로써, 공급 배관 내부에서 유동되는 약액의 전체적인 전하를 감소시킬 수 있다.
상기 스태틱 믹서 형상의 격벽 구조부(102)는, 상기 공급 배관(12)의 내면 상에 형성된 도전층(13)과 전기적으로 접속함으로써, 상기 격벽 구조부(112)와 상기 약액의 마찰에 의해 발생하는 전하를 제거할 수 있어, 공급 배관을 유동하는 약액 내의 효율적인 전하의 제거가 가능하고, 약액의 위치에 따른 전하의 발생을 균일하게 할 수 있어, 전체적인 전하를 감소시킬 수 있다.
상기 스태틱 믹서 형상은 통상의 스태틱 믹서 형상일 수 있고, 공급 배관 내부의 약액을 균일하게 혼합할 수 있는 형상이기만 하면 제한되지 않는다.
상기 격벽 구조부(102)는, 제 2 비금속 도전성 재료로 이루어질 수 있으며, 상기 제 1 비금속 도전성 재료 및 제 2 비금속 도전성 재료는, 각각 독립적으로 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), PEDOT(poly(ethylenedioxy)thiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene) 및 폴리페닐렌 비닐렌(polyphenylenevinylene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 도전성 고분자일 수 있고, 또는, 탄소를 함유하는 PVDF(polyvinylidenefluoride), 탄소를 함유하는 PEEK(polyetheretherketone), 탄소를 함유하는 PFA(perfluoroalkoxy) 및 탄소를 함유하는 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군으로부터 선택된 도전성 수지일 수 있다.
상기 도전성 수지에 함유되는 탄소는, 균질하고 치밀한 구조를 가지는 경질의 탄소 재료일 수 있으며, 이는 도전성이나 내약품성, 내열성 등이 우수하다. 상기 탄소는 예를 들면, 탄소 분말, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 그래파이트일 수 있다.
상기 도전성 수지에 함유되는 탄소의 함유량은 도전성 수지 전체 질량에 대하여 25질량% 이상 35질량% 이하일 수 있다. 또는, 상기 탄소의 함유량은 28질량% 이상 32질량% 이하일 수 있다. 또는, 상기 탄소의 함유량은 30질량% 이상 일 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 약액 공급 배관(12)은, 배관 외부에서 접지된 접지용 도체(104)에 전기적으로 접속되고, 제 2 비금속 도전성 재료를 포함하는 상기 격벽 구조부(102)를 구비함으로써, 상기 제 1 비금속 도전성 재료 및 제 2 비금속 도전성 재료와, 액약의 접촉 면적을 증가시켜 유동하는 약액 내의 전하를 감소시킬 수 있으며, 상기 공급 배관과의 접촉부에 유동하는 약액과 중앙부에 유동하는 약액을 혼합하여 난류를 형성함으로써, 약액의 일정한 층류와 공급 배관의 마찰로 인하여 발생하는 전하를 저감시킬 수 있고, 공급 배관 내의 약액의 위치에 따른 전하의 발생을 균일하게 할 수 있어, 전체적인 전하를 감소시킬 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 따른 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
11: 약액 저장 용기 12: 약액 공급 배관
13, 13', 66: 도전층 14: 약액 공급 노즐
15, 15', 65, 85, 95, 104: 접지용 도체
16, 60: 펌프 17, 81, 91: 정전기 측정 센서
18: 반도체 기판 19: 기판 지지부
61: 펌프 케이싱 62: 로터 자석
63: 모터 스테이터 64: 모터 코일
71: 정전기 측정 센서부 72: 모니터링부
82, 92: 제 1 층 83, 93: 제 2 층
84, 94: 절연층 86, 96: 스위치
87, 97: 모니터링 시스템 101: 약액 유입부
102: 격벽 구조부 103: 약액 유동부

Claims (13)

  1. 기판 처리용 약액을 수용하는 저장 용기;
    상기 저장 용기에 연결되고, 제 1 비금속 도전성 재료를 포함하는 도전층을 갖는 공급 배관, 상기 도전층은 상기 공급 배관의 내면 상에 형성되고;
    상기 공급 배관에 연결되고, 상기 기판 처리용 약액을 기판에 공급하는, 제 2 비금속 도전성 재료를 함유하는 공급 노즐;
    상기 공급 배관의 외벽을 관통하여 형성되는, 상기 공급 배관 내의 정전기를 측정하는 정전기 측정 센서;
    상기 정전기 측정 센서에 연결되는 모니터링 시스템;
    상기 모니터링 시스템에 연결되고, 상기 모니터링 시스템에 의해 컨트롤되는 스위치; 및
    상기 도전층 또는 상기 공급 노즐에 전기적으로 접속된 접지용 도체를 포함하되,
    상기 정전기 측정 센서의 일단은 상기 공급 배관의 중심을 향하여 돌출된 약액 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 비금속 도전성 재료 및 상기 제 2 비금속 도전성 재료는, 각각 독립적으로, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이오펜(polythiophene), PEDOT(poly(ethylenedioxy)thiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌(polyphenylene) 및 폴리페닐렌 비닐렌(polyphenylenevinylene)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 도전성 고분자, 또는 탄소를 함유하는 PVDF(polyvinylidenefluoride), 탄소를 함유하는 PEEK(polyetheretherketone), 탄소를 함유하는 PFA(perfluoroalkoxy) 및 탄소를 함유하는 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군으로부터 선택된 도전성 수지를 포함하는 약액 공급 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 탄소를 함유하는 도전성 수지 중 탄소의 함유량은 상기 도전성 수지 전체 질량에 대하여 25질량% 이상 35질량% 이하인 약액 공급 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전기 측정 센서의 일단을 감싸는, 비도전성 재료를 갖는 제1 층 및 상기 제1 층 상에 형성되며, 제3 비금속 도전성 재료를 갖는 제2 층을 더 포함하는 약액 공급 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 층과 상기 제1 비금속 도전성 재료를 포함하는 도전층 사이에 절연층을 더 포함하는 약액 공급 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 노즐의 외벽을 관통하여 형성되는 상기 공급 노즐 내의 정전기를 측정하는 제2 정전기 측정 센서를 더 포함하는 약액 공급 장치.
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