KR19980025836A

KR19980025836A - 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치 및 이를 이용한 모니터 방법

Info

Publication number: KR19980025836A
Application number: KR1019960044127A
Authority: KR
Inventors: 송재인; 박흥수; 고영범; 이문용
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-10-05
Filing date: 1996-10-05
Publication date: 1998-07-15

Abstract

반도체소자 제조용 약액 모니터 장치 및 이를 이용한 모니터 방법을 개시하고 있다. 이는, 반도체소자 세정공정에 사용되는 물을 포함한 약액(chemical)이 일정량 담겨있는 약액조; 상기 약액조 내의 약액을 소량 샘플링하기 위한 약액 샘플링 장치; 상기 약액 내에 함유된 금속이온의 농도를 측정하기 위해 상기 약액 샘플링장치와 연결된 금속이온 농도 측정장치; 상기 약액조와 금속이온 농도 측정장치 사이에 설치되고, 고온의 약액을 상온으로 강하하기 위한 약액 온도 강하 장치; 상기 약액 온도 강하 장치와 금속이온 농도 측정장치 사이에 설치되고, 상온으로 강하된 상기 약액 샘플을 저장하기 위한 샘플 저장고(researvior); 및 상기 약액 샘플링 장치 및 금속이온 농도 측정장치와 연결되어, 약액의 샘플링을 콘트롤하고, 측정된 금속이온 농도를 표시, 저장, 및 처리하기 위한 컴퓨터를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 반도체소자 제조공정에 사용되는 약액조의 금속이온으로 인한 오염 여부를 인-라인으로 모니터할 수 있으며, 제조되는 반도체소자의 금속이온 오염에 의한 전기적 특성 열화를 방지할 수 있다.

Description

반도체소자 제조용 약액 모니터 장치 및 이를 이용한 모니터 방법

본 발명은 반도체소자 제조시 사용되는 약액 모니터 장치 및 이를 이용한 모니터 방법에 관한 것으로, 특히 약액조 내의 금속 오염 이온 농도를 인-라인으로 모니터 할 수 있는 장치 및 이 장치를 이용한 모니터 방법에 관한 것이다.

반도체소자 제조공정에서 금속 파티클 또는 금속 이온로 인한 오염과 같은 미세오염이 반도체소자에 미치는 영향과 그에 대한 관리방안에 대한 많은 연구가 진행되어져 왔으며, 반도체소자가 고집적화되면서 이러한 미세오염에 대한 관리기준은 더욱 엄격해지게 되었다.

금속 파티클은 주로, 이온주입공정, 건식식각공정, 화학-기계적 폴리싱공정, 및 플라즈마처리된 화학기상증착(PECVD) 공정이나 세정공정과 같은 반도체소자 제조공정에서 발생된다. 세정공정에서 발생되는 경우 예를 들어, 작업자의 실수로 인해 금속층이 노출된 웨이퍼가 일반 세정조에서 세정되는 경우, 세정조(cleaning bath), 특히 약액조(chemical bath) 내의 약액이 금속 파티클 또는 금속 이온에 의해 오염될 수 있으며 (통상, 금속층이 노출된 상태의 웨이퍼와 산화막과 같은 유기물질층이 노출된 웨이퍼는 서로 다른 약액조를 이용하여 세정한다), 이와 같이 약액조 내의 약액이 오염되는 경우에는 대량의 웨이퍼가 손실될 우려가 있다.

상기와 같은 금속 파티클 또는 금속 이온에 의해 반도체소자가 오염되는 경우, 역전압 접합 누설전류(reverse bias junction leakage current)의 증가, 산화막의 신뢰성저하, 커패시터의 누설전류 증가 등과 같은 반도체소자의 전기적 특성에 악영향을 미치며, 금속 파티클 또는 금속 이온들이 실리콘/실리콘산화막과 반응하여 실리사이드 또는 실리케이트 등의 부산물을 형성하여 게이트산화막의 열화를 가져오기도 한다. 특히, 금속 파티클 또는 금속 이온들의 농도가 큰 경우에는, 반도체소자의 플랫-밴드 전압(flat band voltage)을 변화시키고, 소수 캐리어(minority carrier)의 수명을 저하시키는 등의 문제를 유발할 수 있다.

세정공정에서의 오염은 특히, 순수를 기본으로하는 오버-플로우 조(over-flow bath)나 최종 린스 조(final rinse bath)와는 달리 일부 약액조의 경우, 안정된 공정을 진행시키고, 쓰루풋(throughput)을 극대화하기 위해 일정시간 동안 약액을 교환하지 않고 사용하고 있기 때문에, 금속 파티클 또는 금속 이온이 누적되어 상기와 같은 문제를 유발할 가능성이 더욱 크다.

이와 같은 금속 파티클 또는 금속 이온 오염에 대한 모니터(monitor) 방법으로는 제조공정 중 실시하는 인-라인 모니터 방법과 개별적 모니터 방법이 있으며, 오버-플로우 조 및 최종 린스 조와 같이 순수를 사용하는 세정조는 인-라인 모니터 방법을 이용하여 조 내 순수의 비저항을 측정함으로써 금속 파티클 또는 금속 이온 오염 정도를 측정하고 있다. 이와 달리, 약액을 사용하는 약액조는 별도의 용기에 오염되어진 약액을 채취한 다음 분석하는 개별적 방법을 주로 이용하고 있는데, 이와 같이 약액조에 대한 인-라인 모니터가 이루어지지 못하는 이유는, 첫째, 대부분의 세정용 약액은 강한 산화제인 과산화수소수를 혼합하여 사용하고 있기 때문에 액체 상태에서 그 도전율이나 비저항의 측정이 불가능하고, 둘째, 통상의 세정용 약액을 실온이 아닌 고온으로하여 세정공정을 진행하기 때문이며, 셋째, 불화물 계열의 약액의 경우 대다수의 측정 프로우브(probe)를 공격(attack)하므로 측정 프로우브 자체가 또다른 금속 오염원이 되기 때문이다.

이러한 개별적 모니터 방법은, 양산 라인내에 설치된 다수의 약액조들을 주기적, 개별적으로 관리하여야 하므로 비효율적이라 할 수 있으며, 약액조 내의 금속 파티클 또는 금속 이온 오염에 대한 인-라인 모니터 방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 약액조 내의 금속 오염 이온 농도를 인-라인으로 모니터 할 수 있는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 장치를 이용한 모니터 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치를 도시한 도면이다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체소자 세정공정에 사용되는 물을 포함한 약액(chemical)이 일정량 담겨있는 약액조; 상기 약액조 내의 약액을 소량 샘플링하기 위한 약액 샘플링 장치; 상기 약액 내에 함유된 금속이온의 농도를 측정하기 위해 상기 약액 샘플링장치와 연결된 금속이온 농도 측정장치; 상기 약액조와 금속이온 농도 측정장치 사이에 설치되고, 고온의 약액을 상온으로 강하하기 위한 약액 온도 강하 장치; 상기 약액 온도 강하 장치와 금속이온 농도 측정장치 사이에 설치되고, 상온으로 강하된 상기 약액 샘플을 저장하기 위한 샘플 저장고(researvior); 및 상기 약액 샘플링 장치 및 금속이온 농도 측정장치와 연결되어, 약액의 샘플링을 콘트롤하고, 측정된 금속이온 농도를 표시, 저장, 및 처리하기 위한 컴퓨터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치를 제공한다.

상기 다른 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 약액조로부터 물을 포함한 약액이 일정량 담겨있는 약액조 내의 약액을 약액 샘플링 장치를 통해 일정량 샘플링하는 제1 단계; 샘플링된 고온의 상기 약액을 온도강하장치를 이용하여 실온으로 전환하는 제2 단계; 상기 실온으로 전환된 약액을 샘플 저장고에 저장하는 제3 단계; 샘플 저장고에 저장된 상기 약액의 용존산소를 충분히 제거한 다음, 금속이온 농도 측정장치로 전송하고, 전송된 상기 약액 샘플 내에 포함된 금속 원소들에 대한 정량분석을 실시하는 제4 단계; 및 상기 정량분석된 결과를 컴퓨터에 입력하고, 이를 컴퓨터 모니터를 통해 출력하는 제5 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 반도체소자 제조공정에 사용되는 약액조의 금속이온으로 인한 오염 여부를 인-라인으로 모니터할 수 있으며, 제조되는 반도체소자의 금속이온 오염에 의한 전기적 특성 열화를 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터 장치를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 모니터 장치는, 반도체소자 세정공정에 사용되는 물을 포함한 약액(chemical)이 일정량 담겨있는 약액조(10), 상기 약액조 내의 약액을 소량 샘플링하기 위한 약액 샘플링 장치(20), 상기 약액 내에 함유된 금속이온의 농도를 측정하기 위해 상기 약액 샘플링장치와 연결된 금속이온 농도 측정장치(30), 상기 약액조(10)와 금속이온 농도 측정장치(30) 사이에 설치되고, 고온의 약액을 상온으로 강하하기 위한 약액 온도 강하 장치(40), 상기 약액 온도 강하 장치(40)와 금속이온 농도 측정장치(30) 사이에 설치되고, 상온으로 강하된 상기 약액 샘플을 저장하기 위한 저장고(researvior, 50), 상기 약액 샘플링 장치(20) 및 금속이온 농도 측정장치(30)와 연결되어, 약액의 샘플링을 콘트롤하고, 측정된 금속이온 농도를 표시, 저장, 및 처리하기 위한 컴퓨터(60), 상기 샘플링된 약액내에 함유된 금속이온 농도가 한계값을 넘을 경우 경보신호를 발생하는 알람(alarm, 70)을 구비한다. 한편, 도1에서의 참조부호 A는 배기 라인을, B는 순수 라인을, C는 질소가스 라인을, D는 냉각수 라인을, E는 드레인 라인을 각각 나타내며, 이들은 반도체소자 제조 라인 내에 통상 설치되는 공급 라인들인 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 약액의 순환을 위해 약액조(10)와 펌프(22) 및 필터(24)가 연결되어 있으며, 상기 약액 샘플링 장치(20) 예컨대, T 자형의 조인트(joint)는 약액이 순환되는 경로 상에 설치한다. 한편, 상기 약액조(10)는 제1 드레인 컨트롤 밸브(DV1)를 통해 드레인 라인(E)과 연결된다.

상기 온도강하장치(40)는, 샘플링된 약액의 온도를 상온으로 강하시키기 위한 것으로서 냉각수 라인(D)과 연결되어 있으며, 통상 사용되는 고온의 약액은 냉각수 라인(D)을 통과함으로써 실온으로 전환된다. 여기에서, 반도체장치 세정공정에 사용되는 약액으로는, 고온의 강한 산화제 또는 불화물 계열의 약액이 많이 사용되는데, 고온의 강한 산화제로는, 과산화수소소가 혼합된 황산, 과산화수소수가 혼합된 수산화암모늄, 과산화수소수가 함유된 염산 등을 들 수 있다.

한편, 상기 샘플 저장고(50)는 그 내부에 저장된 약액의 용존산소를 제거할 목적으로 상기 질소가스 라인(C)과 제1 컨트롤 밸브(V1)를 통해 연결되어 있으며, 질소가스 및 기타 가스의 배출을 위해 제2 컨트롤 밸브(V2)를 통해 배기라인(A)과 연결되어 있다.

또한, 상기 샘플 저장고(50)는, 그 내부에 저장된 약액을 금속이온 농도 측정장치(30)로 전송하기 위해 제3 컨트롤 밸브(V3) 및 제1 아스피레이터(aspirator, 55)를 통해 질소가스 라인(C)과 연결되어 있으며, 상기 샘플 저장고(50)의 세정을 위해 제4 컨트롤 밸브(V4)를 통해 순수 라인과 연결되어 있다. 상기 샘플저장고(50)는 그 내부에 잔존하는 약액의 배출을 위해 드레인 라인(E)과 제2 드레인 컨트롤 밸브(DV2)를 통해 연결되어 있다.

본 발명에 따른 상기 금속이온 농도 측정장치(30)로는, 약액의 원소 분석이 가능한 분자 흡수 분광장치(atomic absorption spectroscopic equipment)를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 측정될 수 있는 금속 불순물로는, 칼슘(Ca), 칼륨(K), 나트륨(Na) 등을 포함하는 알카리 및 알카리 토금속족 금속들과, 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 텅스텐(W), 망간(Mn), 마스네슘(Mg) 등을 포함한 전위금속들, 및 알루미늄(Al), 아연(Zn) 등을 포함한 비 전위금속 등이 있다. 한편, 금속이온 농도 측정장치(30)는, 세정을 위해 제5 컨트롤 밸브(V5)를 통해 순수라인(B)과 연결되어 있으며, 측정이 완료된 약액 샘플을 배출할 수 있도록 제3 드레인 콘트롤 밸브(DV3)를 통해 드레인 라인(E)과 연결되어 있다. 여기서, 약액 샘플의 배출을 활성화하기 위해 제6 컨트롤 밸브(V6) 및 제2 아스피레이터(35)가 상기 제3 드레인 컨트롤 밸브와 연결되어 있다.

한편, 상기 제1, 제3, 제4, 제5 및 제6 컨트롤 밸브들은 상기 컴퓨터(60)와 연결되어 그 동작이 컨트롤되며, 상기 컴퓨터(60)는 측정된 금속이온 농도 등을 출력하기 위한 프린터(65)를 구비할 수 있다.

상기 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 금속이온 농도 모니터장치를 이용한 모니터 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 약액조로부터 물을 포함한 약액이 일정량 담겨있는 약액조(10) 내의 약액은 약액 샘플링 장치(20)를 통해 일정량 샘플링되고, 샘플링된 고온의 약액은 냉각수라인(D)과 연결된 온도강하장치(40)를 통과하여 실온으로 강하된 상태로 샘플 저장고(50)에 저장된다.

샘플 저장고(50)로 이동된 상기 약액은, 제1 컨트롤 밸브(V1)를 통해 공급되는 질소가스에 의해 용존산소가 충분히 제거된 후, 펌프 혹은 제1 아스피레이터(aspirator, 55)에 의해 금속이온 농도 측정장치(30)로 전송된다.

이후, 금속이온 농도 측정장치(30)로 전송된 약액 샘플 내에 포함된 금속 원소들에 대한 정량분석이 이루어지고, 그 결과는 컴퓨터(60) 모니터에 표시되고 저장된다. 이때, 약액 내에 잔존하는 금속이온의 양이 한계치를 넘어서는 경우, 알람(70)에 의해 경보신호가 울리게 된다.

정량분석이 완료된 약액 샘플은, 제3 드레인 컨트롤 밸브(DV3)을 통해 드레인라인(E)으로 배출되며, 그와 동시에 약액성분 분석이 수행된 측정설비 내부는, 질소가스 라인(C)으로부터 공급되는 질소가스에 의해 퍼지(purge)되어지고, 순수라인(B)으로부터 공급되는 순수에 의해 세정된다. 이때, 배출되는 약액 및 세정에 사용된 순수는 드레인 라인(E)을 통해 배출되며, 이때 제2 아스피레이터(35)를 이용하여 배출공정을 활성화시킨다.

여기에서, 상기 약액 샘플링 장치, 샘플저장고, 금속이온 농도 측정장치 및 각 컨트롤 밸브들의 작동은 이들과 연결된 컴퓨터(60)에 의해 제어되며, 각 단계에서의 진행사항은 컴퓨터 모니터 상에 출력된다. 또한, 일정 단계에서 에러가 발생할 경우 공정의 진행을 정지하고, 이 경우 상기 알람(70)을 통해 경보신호를 울리도록 상기 컴퓨터(60)를 프로그램하는 것이 바람직하다. 한편, 각 샘플 약액내 금속 오염 정도는 정량적으로 분석되어진 다음 그 결과가 컴퓨터 모니터 상에 출력되고, 필요에 따라서는 프린터(65)를 통해 출력할 수 있다.

한편, 각 장치 내에 필요한 컨트롤 변수, 예를 들면 샘플링 시간, 질소가스 퍼지 시간, 압력, 순수에 의한 측정설비내 관련 부품 세정, 펌핑 압력 등은 컴퓨터에 내장되어져 있는 컨트롤 프로그램에 의해 작동된다.

본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치는, 약액조 내의 약액을 소정량 샘플링하기 위한 약액 샘플링 장치, 상기 고온의 샘플링 약액을 실온으로 저하시키는 온도강하장치, 실온의 상기 약액 샘플을 저장하기 위한 저장고, 상기 저장고와 연결된 금속이온 농도 측정장치, 및 상기 각각의 장치들의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터를 구비한다. 따라서, 반도체소자 제조공정에 사용되는 약액조의 금속이온으로 인한 오염 여부를 인-라인으로 모니터할 수 있으며, 제조되는 반도체소자의 금속이온 오염에 의한 전기적 특성 열화를 방지할 수 있다.

Claims

반도체소자 세정공정에 사용되는 물을 포함한 약액(chemical)이 일정량 담겨있는 약액조;

상기 약액조 내의 약액을 소량 샘플링하기 위한 약액 샘플링 장치;

상기 약액 내에 함유된 금속이온의 농도를 측정하기 위해 상기 약액 샘플링장치와 연결된 금속이온 농도 측정장치;

상기 약액조와 금속이온 농도 측정장치 사이에 설치되고, 고온의 약액을 상온으로 강하하기 위한 약액 온도 강하 장치;

상기 약액 온도 강하 장치와 금속이온 농도 측정장치 사이에 설치되고, 상온으로 강하된 상기 약액 샘플을 저장하기 위한 샘플 저장고(researvior); 및

상기 약액 샘플링 장치 및 금속이온 농도 측정장치와 연결되어, 약액의 샘플링을 콘트롤하고, 측정된 금속이온 농도를 표시, 저장, 및 처리하기 위한 컴퓨터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플링된 약액내에 함유된 금속이온 농도가 한계값을 넘을 경우 경보신호를 발생하도록 상기 컴퓨터와 연결된 알람(alarm)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속이온 농도 측정장치는 약액의 원소 분석이 가능한 분자 흡수 분광장치(atomic absorption spectroscopic equipment)를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
제1항에 있어서, 상기 약액 샘플링 장치는 T 자형의 조인트(joint)를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 강하 장치는 냉각수 라인과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플 저장고는 그 내부에 저장된 약액의 용존산소를 제거하기 위해 상기 컴퓨터에 의해 제어되는 제1 컨트롤 밸브를 통해 질소가스 공급라인과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플저장고는 제2 컨트롤 밸브를 통해 배기라인과 연결되고, 저장된 약액 샘플을 금속이온 농도 측정장치로 전송하기 위해 제3 콘트롤 밸브 및 제1 아스피레이터를 통해 질소가스 공급라인과 연결되며, 그 내부 세정을 위해 제4 컨트롤 밸브를 통해 순수(De-Ionized Water) 라인과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플 저장고 및 금속이온 농도 측정장치는 각각 드레인 밸브를 통해 반도체소자 제조라인 내에 설치된 드레인 라인과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속이온 농도 측정장치는 제5 컨트롤 밸브를 통해 순수 라인과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
제1항에 있어서, 상기 약액 샘플링장치, 샘플 저장고 및 금속이온 농도 측정장치는 각각 상기 컴퓨터와 연결되고 이에 의해 그 동작이 제어되는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속이온 농도 측정장치는, 칼슘(Ca), 칼륨(K), 나트륨(Na) 등의 알카리 및 알카리 토금속족 금속과 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 텅스텐(W), 망간(Mn), 마스네슘(Mg) 등의 전위금속 및 알루미늄(Al), 아연(Zn) 등의 비 전위금속에 포함되는 금속이온 중 적어도 하나를 측정하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 장치.
약액조로부터 물을 포함한 약액이 일정량 담겨있는 약액조 내의 약액을 약액 샘플링 장치를 통해 일정량 샘플링하는 제1 단계;

샘플링된 고온의 상기 약액을 온도강하장치를 이용하여 실온으로 전환하는 제2 단계;

상기 실온으로 전환된 약액을 샘플 저장고에 저장하는 제3 단계;

샘플 저장고에 저장된 상기 약액의 용존산소를 충분히 제거한 다음, 금속이온 농도 측정장치로 전송하고, 전송된 상기 약액 샘플 내에 포함된 금속 원소들에 대한 정량분석을 실시하는 제4 단계; 및

상기 정량분석된 결과를 컴퓨터에 입력하고, 이를 컴퓨터 모니터를 통해 출력하는 제5 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 방법.
제12항에 있어서, 상기 제5 단계 후, 정량분석되어진 금속 원소들의 농도를 미리 설정된 한계값과 비교하고, 이 한계값을 넘어서는 경우 알람을 이용하여 경보신호를 울리는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 방법.
제12항에 있어서, 상기 금속이온 농도 측정장치는 약액의 원소 분석이 가능한 분자 흡수 분광장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 방법.
제12항에 있어서, 상기 각 단계 중 어느 한 단계에서 에러가 발생할 경우 공정의 진행을 정지하고, 알람을 통해 경보신호를 울리도록 컴퓨터를 프로그램하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 약액 모니터 방법.