KR19980073948A - 웨트 스테이션 세정조의 금속오염 인-라인 모니터링 시스템 및 이를 이용한 웨트 세정 시스템 - Google Patents

Abstract

반도체 장치의 제조공정에서 사용되는 웨트 스테이션 세정조 내의 금속 오염 여부를 인라인 모니터링할 수 있는 시스템 및 이를 이용한 웨트 세정 시스템을 제공한다. 본 발명의 금속오염 인라인 모니터링 시스템은 웨트 스테이션의 세정조 내의 케미컬을 자동으로 샘플링할 수 있는 샘플링 수단; 상기 샘플링 수단을 통해 얻어진 샘플의 온도를 변환시킬 수 있는 온도변환장치; 상기 샘플 내의 금속오염의 정도를 유도결합 플라즈마 질량분석법으로 측정하는 오염측정장치; 및 상기 샘플링 수단과 오염측정장치의 작동을 조절하는 자동제어장치를 포함한다.

Description

웨트 스테이션 세정조의 금속오염 인-라인 모니터링 시스템 및 이를 이용한 웨트 세정 시스템.

본 발명은 웨트 스테이션 세정조 내의 금속 오염 여부를 인라인 모니터링할 수 있는 시스템 및 이를 이용한 웨트 세정 시스템에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조공정에서 금속오염의 영향과 그에 대한 관리방안에 대하여 많은 연구가 진행되어 왔다. 이러한 금속오염에 대한 관리기준은 소자의 고집적화가 진행되면서 더욱더 강화되고 있다.

금속오염은 반도체 소자에서 역바이어스 정션 누설을 증가시키거나, 산화막 항복강도 또는 정전용량의 누설 등에 악영향을 끼친다. 또한 오염되어진 금속들이 실리콘/실리콘산화막과 반응하여 실리사이드 또는 실리케이트 등의 부산물을 형성시키면서 게이트 산화막의 열화를 가져 오기도 한다. 특히 중금속 이온 오염의 경우 플랫 밴드 전압 쉬프트, 소수 캐리어 수명 저하, 계면 트랩 밀도의 변화 등 반도체 소자의 전기적 특성에 큰 영향을 미치므로 항상 주의 깊게 모니터링하여야 한다.

금속오염들은 일반적으로 화학기계적 연마(CMP), 화학기상증착, 건식식각, 이온주입 공정 등에서 주로 기인하여 발생한다. 이렇게 오염되어진 웨이퍼가 장시간 연이어 세정조에 적용되어지면 세정액 내의 금속 오염량은 점차 농축되어진다.

다른 한편으로, 금속에 노출된 웨이퍼를 작업자들이 세정조로 잘못 인입시켜 세정액 내에 금속 불순물이 과량 오염될 경우 모니터링 부재 등으로 인하여 대형 사고를 일으키기도 한다.

또한, 반도체 장치의 세정공정시 웨이퍼 표면에 잔존하는 파티클을 제거하는 스탠더드 클리닝 1(SC-1) 혼합용액을 사용하는 경우, 상기 혼합용액 내에 금속 오염이 존재하면 세정 중인 웨이퍼에 금속 오염물들이 매우 쉽게 전이된다. 희석 불산 용액의 경우에는 금속 불순물과 반응하여 불안정한 금속 불화물 착체를 형성하고, 웨이퍼 표면에서 산화/환원반응을 일으키며, 웨이퍼 표면의 피팅 및 여러 결함을 유발시키는 원인으로 작용하기 때문에 반드시 엄격하게 관리를 해 주어야 한다.

금속오염을 엄격히 관리해야 하는 또 하나의 이유는 비용절감에 있다. 구체적으로 금속 오염에 대한 문제가 적어질수록 화학약품을 갈아주어야 하는 횟수가 궁극적으로 줄게 되어 설비에 대한 가동율을 높이고, 전체적인 산출량을 높일수 있을 뿐만 아니라 화학 약품의 사용량도 줄일 수 있는 것이다.

종래의 웨트 세정조 내에서의 금속 오염에 대한 인-라인 모니터링은 단지 탈이온수의 오버플로우 및 최종 린스조에서의 비저항 모니터링으로 이루어져 왔다. 불화물 계열의 화학 용액에서는 화학 약품의 상당수가 금속 재질에 대한 부식 특성을 가져 모니터링이 거의 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

따라서 본 발명에서는 웨트 세정조 내에서의 금속 오염 여부를 인-라인 모니터링 할 수 있는 시스템 및 이를 이용한 웨트 세정 시스템을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

도 1은 본 발명의 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100: 세정조200: 온도변환장치

300: 샘플 저장기400: 오염측정장치

500: 개인용 컴퓨터600: 경보장치

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 웨트 스테이션의 세정조 내의 케미컬(chemicals)을 자동으로 샘플링할 수 있는 샘플링 수단; 상기 샘플링 수단을 통해 얻어진 샘플의 온도를 변환시킬 수 있는 온도변환장치; 상기 샘플 내의 금속오염의 정도를 유도결합 플라즈마 질량분석법으로 측정하는 오염측정장치; 및 상기 샘플링 수단, 온도변환장치, 및 오염측정장치의 작동을 조절하는 자동제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨트 세정조 내의 금속오염 인라인 모니터링 시스템을 제공한다.

상기 웨트 세정조 내의 금속오염 인라인 모니터링 시스템을 이용한 본 발명의 웨트 세정 시스템은, 세정액의 순환라인 및 메인 드레인 라인을 구비한 웨트 스테이션의 세정조; 상기 세정조 내의 세정액을 샘플링할 수 있도록 상기 순환라인에 연결되는 T-조인트; 상기 T-조인트에 연결되어 이로부터 얻어지는 샘플의 온도를 변환시키는 온도변환장치; 상기 온도변환장치에 연결되고, 샘플 내의 용존 산소를 제거하는 질소 가스 퍼지 장치와 탈이온수를 이용하는 세정장치를 구비하는 샘플 저장기; 상기 샘플 저장기에 연결되되, 유도결합 플라즈마 질량분석법을 이용하는 오염 측정장치; 상기 샘플 저장기에 연결되어 오염의 정도가 측정된 시료를 배출하되, 상기 메인 드레인 라인과 연결되는 드레인 라인; 상기 T-조인트, 샘플 저장기, 질소 가스 퍼지장치, 오염측정장치, 및 드레인 라인에 연결되어 이들을 자동제어하되, 상기 샘플 내의 금속 불순물의 양에 대한 정보를 스크린에 나타내는 시현장치를 구비하는 개인용 컴퓨터; 및 상기 개인용 컴퓨터에 연결되고, 상기 샘플 내의 금속 불순물의 농도가 미리 입력한 범위에서 벗어날 경우 경보를 발하는 경보장치를 포함하여 구성된다.

본 발명은 유도결합 플라즈마 질량분석법(Inductive Coupled Plasma-Mass Spectroscopy)을 사용함으로써 한 번의 샘플링으로 여러 종류의 불순물들을 동시에 검출해 낼 수 있다. 이에 따라 1 개의 설비로 여러 세정조를 동시에 모니터링할 수 있다. 나아가 ppb수준까지 지속적으로 안정된 모니터링을 할 수 있다.

케미컬을 사용하는 반도체 장치의 세정공정은 일반적으로 (1) 강한 산화제인 과산화수소수의 혼합용액을 적용하는 단계; (2) 고온에서 세정하는 단계; 및 (3) 불화물 계열의 케미컬을 적용하는 단계 등으로 구성되어져 있다. 특히 상기 (1) 및 (2)의 단계는 동시에 적용하고 있는 경우가 많다. 따라서 이들 케미컬이 함유되는 용액을 직접 샘플링하기 위하여는 우선 실온으로 냉각시켜야 한다.

이를 위해 본 발명에서는 (1) 고온의 케미컬을 냉각시키는 장치, (2) 금속오염 농도를 모니터링할 수 있는 장치, (2) 상기 두 장치를 연결해 주는 자동 샘플링 장치 및 이와 관련된 부분세정장치, (4) 모니터링한 결과를 스크린으로 나타내며 이상이 있을 때 경보를 발할 수 있는 장치, 및 (5) 모니터링된 샘플들을 시스템 외부로 배출할 수 있는 배출수단을 포함하는 인라인 모니터링 시스템을 제공한다. 상기 금속오염 농도의 모니터링 장치는 유도결합 플라즈마 질량분석법을 이용한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 시스템을 더욱 상세히 설명한다. 아래에 기재되는 일련번호는 본 발명의 시스템을 보다 알기 쉽게 설명하기 위해 편의상 붙인 것으로서 본 시스템 작동의 순서를 나타내는 것은 아니다.

(1) 세정조(100)로부터 순환라인(1)을 따라 이동하는 케미컬(chemicals)을 T-조인트(3)를 이용하여 샘플링한다. 상기 순환라인(1)에는 케미컬의 순환을 위한 펌프(5)와 필터(7)가 장착되어진다. 세정조의 하부에는 사용한 세정액의 배출을 위한 메인 드레인 라인(main drain line)(9)이 연결된다.

샘플링된 케미컬은 고온이므로 온도변환장치(200)를 통과시켜 실온으로 변화시킨 후 샘플 저장기(300)에 저장한다. 상기 온도변환장치(200)은 냉각수 라인(80)에 연결된다. 변환된 샘플의 온도는 약 4℃ - 180℃인 것이 바람직하다.

(2) 질소 가스 퍼지 장치를 이용하여 상기 샘플 저장기(300)에 담긴 케미컬로부터 용존 산소를 제거한 후 펌프 또는 애스퍼레이터(aspirator)(11)를 사용하여 오염측정장치(400)로 이송한다. 상기 샘플 저장기(300) 내부의 질소 및 여타의 가스들은 가스 아웃렛 라인(19)를 통하여 배기라인(50)으로 배출되어진다.

오염측정장치(400)로 케미컬 내의 각 금속원소들에 대한 정량분석을 수행한다. 이때 오염측정방법으로 유도결합 플라즈마 질량분석법을 이용한다.

(3) 정량분석이 이루어진 샘플들을 펌핑장치에 의하여 드레인 라인(10)으로 배출시킨다. 상기 드레인 라인(10)은 상기 세정조(100) 하부에 연결되는 메인 드레인 라인(9)과 연결되어진다. 한편, 상기 샘플들을 배출하는 것과 동시에 상기 오염측정장치(400)설비 내부를 질소가스 라인(70)으로부터 공급되는 질소가스로 퍼지시키며, 또한 탈이온수 라인(60)으로부터 공급되는 과량의 탈이온수로 세정시킨다. 상기 질소 가스의 공급은 질소 가스에 의한 애스퍼레이터 라인(13)을 통하여 이루어지며, 질소 가스에 의한 퍼지는 질소 가스 퍼지라인(17)을 통하여 이루어진다. 상기 탈이온수 세정은 상기 탈이온수 라인(60)과 상기 오염측정장치(400)에 연결되는 탈이온수 샤워라인(15)을 통해 이루어진다.

(4) 샘플과 세정에 사용되어졌던 케미컬, 및 탈이온수는 드레인 라인(10)을 통해 배출시킨다. 이때 애스퍼레이터(11)를 이용하여 배출물을 활성화시킨다.

(5) 상기 (1) - (4)의 모든 작동을 개인용 컴퓨터(PC)(500)로 제어한다. 구체적으로, 상기 PC(500)와 상기 T-조인트(3) 간에는 오토 샘플링을 위한 PC 커뮤니케이션 및 제어라인(21)이 구비됨으로써 자동 샘플링이 가능해진다. 또한 상기 PC(500)와 상기 샘플 저장기(300) 간에도 케미컬의 유무감지를 위한 PC 커뮤니케이션 및 제어라인(23)이 구비된다. 나아가, 상기 애스퍼레이터 라인(13), 탈이온수 샤워라인(15), 질소가스 퍼지라인(17), 및 가스 아웃렛 라인(19)에 각각 구비되는 제어밸브들(미도시)은 모두 상기 PC(500)에 의해 그 작동이 자동으로 조절된다. 상기 개인용 컴퓨터(500)에는 경보장치(600)가 구비된다. 이에 따라 상기 샘플 내에 잔존하는 금속 오염량이 정상치를 벗어날 경우 자동 경보가 발해진다.

(6) 상기 (1) - (5)의 계열적 순서를 가진 각 샘플링 및 모니터링 단계들을 개인용 컴퓨터의 스크린 상에 그 진행 상황을 시현시킨다. 또한 각 단계에서 에러가 발생할 경우 프로그래밍되어진 계열적 공정의 수행을 자동적으로 정지시키고 경보가 발해지도록 한다.

본 발명의 시스템에서 측정가능한 금속 불순물들은: Ca, K, Na 등을 포함하는 알칼리 및 알칼리토금속; Fe, Cu, Ni, Cr, Ti, W, Mn, Mg, 및 Co 등을 포함하는 전이금속; 및 Al, Zn 등을 포함하는 비전이금속이다.

본 발명의 시스템에 내장되는 프로그램에는 모니터링을 원하는 금속과 케미컬 내에 함유되어 있는 금속 오염 농도의 일정 스펙(spec)을 사용자가 임으로 입력할 수 있게 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 방법에 의하면, 반도체 장치의 제조공정에서 사용되는 웨트 스테이션의 세정조 내 금속이온의 오염 여부를 한 번의 샘플링을 통하여 여러 종류의 불순물들을 지속적, 및 안정적으로 인라인 모니터링할 수 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예 및 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 비록 기술되지는 않았지만 당업계서 평균적 지식을 가진 자에 자명한 사항이라면 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어져야 한다.

Claims (10)

1. 웨트 스테이션의 세정조 내의 케미컬을 자동으로 샘플링할 수 있는 샘플링 수단;

   상기 샘플링 수단을 통해 얻어진 샘플의 온도를 변환시킬 수 있는 온도변환장치;

   상기 온도변환장치를 거친 샘플을 저장할 수 있는 샘플 저장수단;

   상기 샘플 저장수단에 연결되어 상기 샘플 내의 금속오염의 정도를 유도결합 플라즈마 질량분석법으로 측정하는 오염측정장치;

   측정된 샘플을 시스템 외부로 배출할 수 있는 샘플 배출장치; 및

   상기 샘플링 수단, 오염 측정장치, 샘플 저장수단 및 샘플 배출장치의 작동을 조절하는 자동제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨트 세정조 내의 금속오염 인라인 모니터링 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 자동제어장치는, 상기 샘플링 수단, 오염측정장치, 샘플 저장수단, 및 샘플 배출장치에 연결되고, 상기 샘플 내의 금속 불순물의 양에 대한 정보를 스크린에 나타내는 시현장치를 구비하는 개인용 컴퓨터; 및

   상기 개인용 컴퓨터에 연결되고, 상기 샘플 내의 금속 불순물의 농도가 미리 입력한 범위에서 벗어날 경우 경보를 발하는 경보장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨트 세정조 내의 금속오염 인라인 모니터링 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 샘플의 온도가 4℃ - 180℃인 것을 특징으로 하는 웨트 세정조 내의 금속오염 인라인 모니터링 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 세정조가 복수개인 것을 특징으로 하는 웨트 세정조 내의 금속오염 인라인 모니터링 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 금속은 Ca, K, Na 등을 포함하는 알칼리 및 알칼리토금속; Fe, Cu, Ni, Cr, Ti, W, Mn, Mg, 및 Co 등을 포함하는 전이금속; 및 Al, Zn 등을 포함하는 비전이금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨트 세정조 내의 금속오염 인라인 모니터링 시스템.
6. 세정액의 순환라인 및 메인 드레인 라인을 구비한 웨트 스테이션의 세정조;

   상기 세정조 내의 세정액을 샘플링할 수 있도록 상기 순환라인에 연결되는 T-조인트;

   상기 T-조인트에 연결되어 이로부터 얻어지는 샘플의 온도를 변환시키는 온도변환장치;

   상기 온도변환장치에 연결되고, 샘플 내의 용존 산소를 제거하는 질소 가스 퍼지 장치와 탈이온수를 이용하는 세정장치를 구비하는 샘플 저장기;

   상기 샘플 저장기에 연결되되, 유도결합 플라즈마 질량분석법을 이용하는 오염 측정장치;

   상기 샘플 저장기에 연결되어 오염의 정도가 측정된 시료를 배출하되, 상기 메인 드레인 라인과 연결되는 드레인 라인;

   상기 T-조인트, 샘플 저장기, 질소 가스 퍼지장치, 오염측정장치, 및 드레인 라인에 연결되어 이들을 자동제어하되, 상기 샘플 내의 금속 불순물의 양에 대한 정보를 스크린에 나타내는 시현장치를 구비하는 개인용 컴퓨터; 및

   상기 개인용 컴퓨터에 연결되고, 상기 샘플 내의 금속 불순물의 농도가 미리 입력한 범위에서 벗어날 경우 경보를 발하는 경보장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨트 세정 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 샘플의 온도가 4℃ - 180℃인 것을 특징으로 하는 웨트 세정 시스템.
8. 제6항에 있어서, 상기 세정조가 복수개인 것을 특징으로 하는 웨트 세정 시스템.
9. 제6항에 있어서, 상기 금속은 Ca, K, Na 등을 포함하는 알칼리 및 알칼리토금속; Fe, Cu, Ni, Cr, Ti, W, Mn, Mg, 및 Co 등을 포함하는 전이금속; 및 Al, Zn 등을 포함하는 비전이금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨트 세정 시스템.
10. 제6항에 있어서, 상기 웨트 세정 시스템이 추가로, 상기 온도변환장치에 연결되는 냉각수 라인;

    상기 질소 가스 퍼지 장치에 연결되는 질소 가스라인;

    상기 샘플 저장기와 오염측정장치에 연결되는 탈이온수 라인; 및

    상기 샘플 저장기와 오염측정장치에 연결되는 배기라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨트 세정 시스템.