KR19990022280A

KR19990022280A - 반도체 처리용 초고순도 플루오르화수소산을 동일계상에서 제조하는 방법

Info

Publication number: KR19990022280A
Application number: KR1019970708759A
Authority: KR
Inventors: 지. 호프만 조; 스콧 클라크 알.
Original assignee: 제프리 엘. 웬트; 스타텍 벤처스, 인코포레이티드
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 1999-03-25

Abstract

본 발명은 반도체 장치 제조 설비에서 플루오르화수소산을 동일계상에서 정제 및 발생시키는 시스템에 관한 것이다. 증발 단계(임의로 비소 산화를 사용함)에 이어서 분류 컬럼에서 처리하여 대부분의 다른 불순물을 제거하고, 이온 정제 컬럼에 의해서 분류 컬럼에 의해 정제되지 않은 오염물질들을 제거한 후에, 끝으로 HF 공급기(HFS)로 공급한다.

Description

반도체 처리용 초고순도 플루오르화수소산을 동일계상에서 제조하는 방법

IC 제조시의 오염

오염은 일반적으로 집적 회로 제조에 있어서, 압도적으로 중요한 고려사항이다. 근래의 집적 회로 제조에 있어서 대부분의 단계는 일종의 세척(cleanup) 단계이며; 이와 같은 세척 단계에서 오염물질, 금속성 오염물질, 포토레지스트(또는 이것의 무기 잔류물), 에칭(etching) 단계의 부산물, 천연의 산화물 등을 제거할 필요가 있다.

1995 년 이래로, 새로운 프런트 엔드(front-end)(집적 회로 웨이퍼 제조 장치)의 비용이 통상 10억 달러($1,000,000,000) 이상 소요되고, 이 비용의 대부분은 미립자 제어, 세척 및 오염 제어에 관련된 것이다.

중요한 오염원의 하나는 화학물질 처리시의 불순물이다. 세척 작업은 매우 빈번하고 중요하므로, 세척 화학 작용에 기인한 오염은 매우 바람직하지 못하다.

반도체 제조시에 요구되는 극한 순도는 산업상의 공정중에서도 희귀하고 특유한 것이다. 이와 같은 극한 순도에서, 화학물질을 취급하는 것은 자연히 바람직하지 못하다(물론 화학물질의 취급은 완전히 배제할 수는 없는 것이지만). 초고순도의 화학물질의 공기에 대한 노출은 (특히, 작업자가 함께 존재하는 환경에서) 극소화시켜야 한다. 이와 같은 노출은 미립자 도입의 위험을 유발하므로, 오염을 일으킬 수 있다. 초고순도 화학물질을 폐쇄 용기내에 선적하는 것도 여전히 이상적인 것이 못되는데, 본래부터 사용자가 사용하는 현장에서 또는 제조업체에서 오염물질의 고도한 위험이 존재하기 때문이다. 더욱이, 미검출된 오염물질은 많은 비용을 들인 웨이퍼를 손상시킬 수 있다.

많은 부식성 및/또는 독성 화학물질이 반도체 처리에 통상 사용되기 때문에, 시약 공급 장소는 일반적으로 프런트 엔드 작업자가 존재하는 위치로부터 분리된다. 초고순도 가스의 파이프 수송의 구성 및 유지는 반도체 산업 분야에 충분히 공지되어 있으며, 대부분의 가스와 액체는 동일한 건물내의 임의의 위치로부터(또는 심지어는 동일한 현장에서) 웨이퍼 제조 장소로 운반될 수 있다.

습식 대비 건식 처리

반도체 처리에 있어서 장기 사용된 기법상의 전환의 한 가지는 건식 처리와 습식 처리 사이의 교환(시도된 교환)이었다. 건식 처리에 있어서, 단지 기체상 또는 플라즈마상 반응물질만이 웨이퍼와 접촉하게 된다. 습식 처리에 있어서는, 다양한 액체 시약을, 예를 들면 이산화실리콘을 에칭하거나 쳔연의 산화물 층을 제거하고, 유기 물질 또는 미량의 유기 오염물질을 제거하거나, 금속 또는 미량의 유기 오염물질을 제거하고, 질화 실리콘을 에칭하고, 실리콘을 에칭하는 등의 목적으로 사용된다.

플라즈마 에칭법은 여러 가지 관심을 끄는 성능을 갖지만, 세척 작업에는 부적합하다. 간단히 말해서, 대부분의 바람직하지 못한 불순물중 일부, 예를 들면 금을 제거하는데 이용할 수 있는 화학적 작용이 존재하지 않는다. 따라서, 습식 세척 방법은 근래의 반도체 처리에 있어서 필수적이며, 지금까지는 예견되는 장래에도 존속될 것으로 보인다.

플라즈마 에칭은 적소에 포토레지스트를 사용하여 수행하며, 고온 단계가 바로 후속하지는 않는다. 대신에 레지스트를 박리시키면 세척이 필요하다.

세척에 의해 제거되어야 할 물질로는 포토레지스트 잔류물(유기 중합체); 나트륨; 알칼리토류(예: 칼슘 또는 마그네슘); 및 중금속(예: 금)을 들 수 있다. 이들중 대부분은 휘발성 할라이드를 형성하지 않으므로, 플라즈마 에칭은 이들을 제거할 수 없다. 습식 화학 작용을 이용한 세척이 필요하다.

그 결과는 플라즈마 에칭에 있어서 처리 화학물질의 순도가 임계 순도로 존재하지 않는다는 것인데, 이러한 단계에는 항상 고온 단계가 발생하기에 앞서 세척 단계가 후속하기 때문이며, 세척 단계는 이러한 오염물질들에 대해서 고온 단계를 실행하기 전에 표면으로부터 유해 오염물질을 제거할 수 있다. 그러나, 액상 화학물질의 순도는 훨씬 더 중요한 것인데, 반도체 표면에서 침해 비율이 플라즈마 에칭의 경우보다 백만배 정도 더 높기 때문이며, 또한 액체 세척 단계에 고온 단계가 바로 후속하기 때문이다.

그러나, 습식 처리 방법은 주요한 단점, 즉, 이온성 오염이라는 단점을 갖는다. 집적 회로 구조물은 단 몇 개의 도우판트(dopant) 화학종(붕소, 비소, 인 및 경우에 따라서는 안티몬)을 사용하여 목적하는 p-형 및 n-형 도우핑 영역을 형성한다. 그러나, 기타 많은 화학종은 전기적으로 활성인 도우판트이며, 매우 바람직하지 못한 오염물질이다. 이러한 많은 오염물질들은 10¹³cm^-3보다 훨씬 낮은 농도에서 유해한 효과, 예를 들면 접합부 누출의 증가 효과를 갖는다. 더욱이 비교적 바람직하지 못한 오염물질들중 일부가 실리콘내로 응리되고, 즉, 실리콘이 수용액과 접촉할 경우에, 오염물질의 평형 농도는 용액중에서보다 실리콘내에서 더 높을 것이다. 또한, 바람직하지 못한 오염물질들중 일부는 매우 높은 확산 계수를 가지므로써, 이와 같은 도우판트가 실리콘 웨이퍼의 임의의 부분내로 도입될 경우, 이 오염물질들은 접합 위치를 비롯해서 전체적으로 확산하여, 그 위치에서 이 오염물질들은 누출을 일으킬 것이다.

따라서, 반도체 웨이퍼에 대해 사용될 모든 액상 용액은 그 모든 금속 이온의 농도가 극히 낮은 것이 바람직하다. 모든 금속 이온들의 합계 농도는 300ppt(10¹²당 부) 이하이어야 하고, 임의의 한 종류의 금속에 대해서 10ppt 이하, 또는 그 이하인 것이 바람직하다. 또한, 음이온과 양이온 양자에 의한 오염은 제어되어야 한다. (일부의 음이온은 유해한 효과를 가지며, 예를 들면 금속 착이온은 실리콘 격자내의 이동성 금속 원자 또는 이온을 감소시킬 수 있다.)

프런트 엔드 설비는 통상 고순도의 물(DI수, 즉, 탈이온수로서 언급됨)을 제조하기 위한 동일계상의(on-site) 정제 시스템을 포함한다. 그러나, 필요한 순도로 처리 화학물질을 얻는 것은 더욱 곤란하다.

암모니아 정제

본원 발명자들은 반도체 웨이퍼 제조 현장에 위치한 동일계상의 시스템에서, 액상 암모니아 저장기로부터 암모니아 증기를 인출하고, 암모니아 증기를 미세여과 필터에 통과시키고, 여과된 증기를 고-pH 정제수(바람직하게는 암모니아 스트림과 평형을 이루는 탈이온수)로 세척하므로써, 초고순도 암모니아를 제조하는 방법을 개발한 바 있다. 이러한 발견에 의해서, 상업적인 등급의 암모니아를 통상의 컬럼 증류를 사용할 필요없이 고정밀 제조용으로 충분히 높은 순도를 갖는 암모니아로 전환시킬 수 있었다. 공급 저장기로부터 암모니아 증기를 인출하는 것은 그 자체로서, 단일 단계의 증류와 같이 작용하여, 비휘발성 및 고비등점의 불순물, 예를 들면 알칼리 금속 산화물 및 알칼리토금속 산화물, 탄산염, 수소화물, 전이 금속 할라이드 및 수소화물, 그리고 고비등점의 탄화수소와 할로탄소를 제거한다. 상업적인 등급의 암모니아에서 발견될 수 있는 반응성이 있는 휘발성 불순물, 예컨대 특정의 전이 금속 할라이드, III 족 금속 수소화물 및 할라이드, 특정의 IV 족 수소화물과 할라이드 및 할로겐은, 예전에는 제거를 위해 증류할 필요가 있는 것으로 생각되었지만, 고정밀 작업에 적합한 정도까지 세척하므로써 제거될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이는 매우 예외적인 발견인데, 세척 기법은 통상 미세단위의 불순물이 아닌 거대단위의 불순물을 제거하는데 사용되는 것이기 때문이다.

동일계상에서 HF를 정제하여 반도체를 제조하기 위한 혁신적인 시스템 및 방법

본 출원은 반도체 제조설비에서 초고순도 화학물질을 동일계상에서 제조하므로써, 그 화학물질을 직접 사용 위치로 수송할 수 있는 시스템 및 방법을 개시한다. 본 출원에 개시된 시스템은 매우 압축된 형태의 유닛으로서, 프런트 엔드와 동일한 건물(또는 인접한 건물)에 장착될 수 있으므로, 별도의 운용은 불필요하다.

플루오르화수소산(HF)는 반도체 제조에 있어서 중요한 처리용 화학물질이다. 이는 일반적으로 광택제거(즉, 박층의 천연 산화물의 제거) 및 산화물 제거를 위해 압도적으로 중요하다. 또한 실리콘의 등방성 에칭에 필요한 표준 습식 에칭제의 성분이다(예를 들면, HF 3 부, HNO₃5 부 및 아세트산 3 부로 이루어지는 CP4A) .

상기한 바와 같이, 본 발명자들은 초고순도 암모니아를 제조하는 방법 및 시스템을 발견한 바 있다. 본 발명에 의해서, 초고순도 플루오르화수소산을 제조하는데 사용될 수 있는 상기 방법 및 시스템의 변형예가 발견되었다.

무수 HF 는 통상 황산을 형석, 즉, CaF₂에 첨가하므로써 제조된다. 불행히도, 많은 형석은 비소를 함유하여, 형성되는 HF 를 오염시키는 결과를 유발한다. 따라서 비소 오염은 HF 정제에 있어서 중요한 문제점이다. 한 공급원(중국으로부터 입수함)은 극소한 As 를 함유하며, 초고순도 HF 에 대한 최적의 원료이다. 이러한 재료로부터 제조된 HF 가 미국에서 얼라이드 케미칼로부터 시판되고 있다. 통상의 시스템에서, 기타 불순물은 HF 발생 및 운용 시스템에 의해 제공되는 것이다. 이러한 불순물들은 상기 시스템의 기능퇴화에 기인하여 발생되며, 상기 시스템은 반도체 산업보다 훨신 수요가 적은 용도를 위해 고안된 것이다. 우수한 반도체 성능을 얻기 위해서, 이러한 오염물질들은 제거되어야 한다.

HF 정제 및 기화

HF 처리 흐름은 회분식 공정인 비소 제거 및 증발 단계, 다른 대부분의 불순물을 제거하기 위한 분류 컬럼, 분류 컬럼에 의해 제거되지 않은 오염물질들을 억제하기 위한 이온 정제기 컬럼 및 마지막으로 HF 공급기(HFS)를 포함한다.

비소는 증류 단계동안에 산화제(KMnO₄또는 (NH₄)₂S₂O₈)의 첨가 및 염 K₂AsF₇을 형성하기 위한 KHF₂와 같은 양이온원의 첨가에 의해 +5 상태로 전환되어 증발기에 유지될 것이다. 상기 반응은 느리고 증류를 수행하기 전에 완결되기까지 충분한 시간이 소요되므로, 이러한 과정은 회분식 공정이 된다. 이러한 방법은 액면 온도에서 약 1 시간의 접촉 시간을 소요한다. 연속적인 공정으로 완결된 반응을 달성하기 위해서는 높은 온도와 압력(안전성면에서 바람직하지 못함) 또는 매우 큰 용기와 배관이 필요하다. 이러한 방법에서는, HF 를 회분식 처리 증발기 용기내로 도입시키고, 적당한 반응 시간동안 교반하에 산화제로 처리한다.

이어서, HF 를 환류 분류 컬럼에서 증류시켜 괴상의 금속 불순물을 제거한다. 이 단계에서 현저하게 감소되는 것으로 나타난 원소들로는 다음을 들 수 있다:

1족(I) Na,

2족(II) Ca, Sr, Ba,

3-12족(IIIA-IIA) Cr, W, Mo, Mn, Fe, Cu, Zn,

13족(III) Ga,

14족(IV) Sn, Pb, 및

15족(VII) Sb.

상기 분류 컬럼은 일련의 많은 단순 증류용으로 작용하며; 이는 컬럼을 표면적이 높은 물질로 충전하고 액상 흐름과 역류로 사용하여, 하강하는 액체와 상승하는 증기간의 완전한 평형을 확보하므로써 달성된다. 단지 부분 응축기만이 상기 컬럼에 구비되어 환류를 제공하며, 이어서 정제된 기체상 HF 는 HF 이온 정제기(HF IP)로 공급될 것이다. 이 단계에서 HF 는 비소 처리 화학물질 또는 이러한 화학물질을 제거하는데 필요한 급냉제의 임의의 전이를 제외하고는, 통상의 기준에 비추어 순수하다.

HF IP 는 HF 가스를 공급기 시스템내로 도입하기에 앞서 추가의 순도를 확보하기 위한 것으로서 이용된다. 몇가지 원소들이 처리 용액에 존재하거나 HF 스트림에 전이된 황산염을 흡수하기 위해서 IP 에 도입될 수 있다. IP 테스트 결과 HF 가스 스트림 오염물질중에서 다음과 같은 원소들이 상당히 감소되는 것으로 입증되었다:

2족(II) Sr, 및 Ba,

6-12족(VIA-IIA) Cr, W, 및 Cu,

13족(III) B,

14족(IV) Pb, Sn, 및

15족(V) Sb.

이러한 원소의 대다수는 As 오염 억제에 있어 유용하다. As 처리시의 과잉량으로부터 유발되는 증류 컬럼에서의 전이를 이 단계에서 정류할 수 있다.

본 발명은 반도체 제조, 구체적으로 반도체 제조용 초고순도 HF 및 플루오르화수소산을 공급하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

이하에서는, 본 발명의 중요한 실시양태의 일례를 도시한 것으로서 본 명세서에 인용한 첨부 도면에 의거하여 본 발명을 설명하고자 한다.

도 1 은 본 발명의 실시양태에 따른 동일계상 HF 정제기를 도시한 것이다.

도 1A 는 본 발명에 개시된 다른 실시양태에 따른 동일계상 HF 정제기를 도시한 것으로서, 고순도 비소-감소된 플루오르화수소산을 괴상(bulk) 출발 물질로서 사용하는 경우의 HF 정제기를 도시한 것이다.

도 2 는 도 1 의 정제 유닛에 직접 연결될 수 있는 반도체 제조 라인의 블록 다이아그램이다.

본 발명의 여러 가지 혁신적인 기술 요지를 바람직한 실시양태와 관련하여 구체적으로 설명하고자 한다(후술하는 바람직한 실시양태는 예시적인 것에 불과하다).

동일계상 HF 정제

도 1 은 본 발명의 한 실시양태에 따른 동일계상 HF 정제기를 도시한 것이다.

HF 정제는 먼저 비소를 +5 산화 상태로 산화시키고, 분류에 의해 As⁺⁵및 금속 불순물을 제거하므로써 수행된다. 이에 대해서는 본 명세서에 참고인용한 미국 특허 제 4,929,435 호를 참조할 수 있다. 상기 특허 공보에 개시된 바와 같이 다양한 산화제가 이러한 목적으로 사용된다.

플루오르(F₂)를 사용하는 것으로 개시되어 있으며(기타 문헌 참조), 이것이 바람직한 실시예인 것으로 생각된다. F₂는 비용이 많이 드는 가스관 및 안전장치의 부설을 필요로 하지만, 효과가 좋은 것으로 밝혀졌다.

부차적으로 바람직한 다른 실시예에서는 과황산 암모늄((NH₄)₂S₂O₈)을 사용하며, 이것은 초고순도로서 용이하게 입수할 수 있는 것이다.

일반적으로, 금속 이온을 도입하지 않는 산화제가 바람직하다. 따라서, 그밖의 사용가능한 것으로서 H₂O₂및 O₃를 들 수 있다.

비교적 덜 바람직한 것으로는 캐로스(Caro's) 산(용액중에서 H₂O₂를 생성하는 과황산 H₂SO₅). ClO₂를 사용할 수도 있지만, 이는 폭발성이 있다는 점에서 중대한 단점을 갖는다. 그밖에 HNO₃와 Cl₂를 사용할 수도 있지만, 이들은 둘다 석출시켜야 하는 음이온을 도입한다. (비금속 음이온의 환원은 금속 이온의 환원만큼 중요한 것은 아니지만, 1ppb 이하의 음이온 농도를 달성하기 위해서는 여전히 바람직한 것이다. 따라서 음이온의 초기 도입은 이온 정제 단계에 하중을 부가한다.)

본원 발명자들과 협력 관계에 있는 얼라이드 시그널은 가이스마 라에 소재하는 그들의 플랜트에서, 초기 As 산화 단계를 사용하여 초고순도 HF 를 성공적으로 제조할 수 있음을 입증한 바 있다. 이 방법의 단계들 전부가 본원 발명자들에게 알려진 것은 아니지만, 이 점에 대해서 얼라이드가 거둔 성공은 본 발명의 효과를 더욱 확고히 해준다.

KMnO₄는 가장 통상적인 산화제로서, 본 발명에 개시된 이온 정제 및 HF 세척 단계를 후속하여 수행할 경우, 고도한 정제에 사용할 수 있는 것으로 예상된다. 그러나, 이 시약은 정제기에 상당한 양이온 성분을 부과하므로, 무(無)-금속 산화제가 바람직하다.

또 다른 실시양태에서, 본질적으로 비소가 없는 고순도 49% HF 를 사용할 수 있다. 이와 같은 저-비소 물질은 1995 년 3 사분기 이래로 얼라이드에서 시판하고 있으며, 비소 산화 시약을 포함하지 않는 동일계상 이온 정제 방법과 함께 사용하여 초고순도 HF 를 동일계상에서 제조할 수 있다.

HF 처리 흐름은 회분식 공정으로서 비소 제거 및 증발 단계, 기타 대부분의 불순물을 제거하기 위한 분류 컬럼, 분류 컬럼에 의해 제거되지 않은 오염물질을 억제하기 위한 이온 정제기 및 마지막으로 HF 공급기(HFS)를 포함한다.

1족(I) Na,

2족(II) Ca, Sr, Ba,

3-12족(IIIA-IIA) Cr, W, Mo, Mn, Fe, Cu, Zn,

13족(III) Ga,

14족(IV) Sn, Pb, 및

15족(VII) Sb.

2족(II) Sr, 및 Ba,

6-12족(VIA-IIA) Cr, W, 및 Cu,

13족(III) B,

14족(IV) Pb, Sn, 및

15족(V) Sb.

도 1A 는 본 발명의 다른 실시양태에 의한 동일계상 HF 정제기를 도시한 것으로서, 도시된 실시양태에서는 고순도의 비소-감소된 플루오르화수소산을 괴상 출발 물질로서 사용한다.

습식 세척

반도체 제조를 위한 통상적인 라인에서 일부의 세척 스테이션을 도 2 에 도시하였다. 세척 라인의 제 1 유닛은 레지스트 스트리핑 스테이션(41)로서, 여기에서는 수성 과산화수소(42) 및 황산(43)을 합해서 반도체 표면에 도포하여 레지스트를 벗겨낸다. 이어서 세정 스테이션(44)에서 탈이온수를 가하여 스트리핑 용액을 세정해 낸다. 세정 스테이션(44)의 바로 하류에는 세척 스테이션(45)가 존재하며, 여기에서는 암모니아 및 과산화수소 수용액을 가한다. 상기 용액은 다음과 같은 2 가지 방식중 하나를 사용하여 공급한다. 제 1 방법에서는, 수성 암모니아(31)을 수성 과산화수소(46)과 합쳐서 수득한 혼합물(47)을 직접 세척 스테이션(45)로 공급한다. 제 2 방법에서는, 순수한 기체상 암모니아(32)를 과산화수소 수용액(48)내로 발포시켜서 유사한 혼합물(49)를 형성시키고, 이를 마찬가지로 세척 스테이션(45)에 공급한다. 일단 암모니아/과산화수소 배합물로 세정한 후에는, 반도체를 제 2 의 세정 스테이션(50)에 통과시켜서 탈이온수를 가하여 세척 용액을 제거한다. 다음 스테이션은 추가의 세척 스테이션(54)로서, 여기에서는 염산 수용액(55) 및 과산화수소(56)을 합쳐서 반도체 표면에 가하여 추가로 세척한다. 이어서, 최종 세정 스테이션(57)을 통과하며, 여기에서는 탈이온수를 가하여 HCl 과 H₂O₂를 제거한다. 광택제거 스테이션(59)에서는 묽은 완충된 HF 를 웨이퍼에 가한다(천연의 또는 다른 산화물 층을 제거함). 묽은 완충된 플루오르화수소산은 직접 밀폐된 배관을 통해 발생기(70)으로부터 공급된다. 전술한 바와 같이, 저장기(72)는 무수 HF 를 보관하며, 이로부터 기체상 HF 스트림이 이온 정제기(71)을 통해 발생기(70)내로 공급된다. 기체상 암모니아를 함께 발생기(70)내로 발포시켜서 완충된 용액을 제공하고, 초고순도의 탈이온수를 첨가하여 목적하는 희석율을 달성하는 것이 바람직하다. 이어서 초고순도 탈이온수로 세정하고(스테이션 60 에서), 스테이션(58)에서 건조시킨다. 웨이퍼 또는 웨이퍼 배치(61)은 웨이퍼 지지대(52)상에 유지되며, 로봇(63) 또는 기타 연속적인 처리를 달성하는 통상의 수단에 의해 한 작업위치로부터 다음 위치로 운반된다. 운반 수단은 전체적으로 자동화되거나, 부분적으로 자동화되거나, 또는 전혀 자동화되지 않을 수 있다.

도 2 에 도시된 시스템은 반도체 제조를 위한 세척 라인의 한 실시예에 불과하다. 일반적으로, 고정밀 제조용 세척 라인은 도 2 에 도시된 것과는 상당히 다르고, 도시된 것중 하나 이상의 유닛이 삭제되거나, 도시되지 않은 유닛이 추가 또는 대체될 수 있다. 그러나, 본 발명에 의한 고순도 수성 암모니아의 동일계상의 제조 개념은 이와 같은 모든 시스템에 대해서 적용될 수 있다.

암모니아와 과산화수소를 도 2 에 도시한 세척 스테이션(45)와 같은 작업위치에서 세척 매체로서 사용하는 방법은 당해 산업분야에 공지되어 있다. 분율은 다양할 수 있지만, 액면상 시스템은 6:1:1 의 부피비로 배합된 탈이온수, 29% 수산화암모늄(중량 기준) 및 30% 과산화수소(중량 기준)으로 이루어진다. 이러한 세척제를 사용하여 유기 잔류물을 제거하고, 약 1MHz 의 진동수하에 초음파 교반을 병행하여 미크론이하 크기 범위 이내의 입자들을 제거한다.

한 실시양태에서, 정제(또는 정제 및 발생) 시스템은 정제 유닛과 생산 라인 사이에 단지 짧은 이동 거리만을 남긴 상태로, 생산 라인내의 초고순도 화학물질의 사용 지점에 매우 근접하여 배치된다. 대안으로서, 다수의 사용 지점을 갖는 플랜트의 경우에는, 정제(또는 정제 및 발생) 유닛으로부터 유래한 초고순도 화학물질을 중간 보류 탱크에 통과시킨 후에 사용 지점에 공급할 수 있다. 이때 각각의 사용 지점에는 보류 탱크로부터 각각의 배출 라인을 통해 화학물질이 공급될 것이다. 어떠한 경우에도, 초고순도 화학물질은 포장 또는 운송할 필요없이, 그리고 소형의 인-라인 저장기 이외에는 저장할 필요없이, 따라서 제조 설비에 대해 외부에 위치하는 장소에서 사용하기 위해 화학물질을 제조 및 조제하는 경우에 통상 당면하는 잠재적인 오염원과 접촉하는 일 없이 반도체 기판에 직접 적용될 수 있다. 이러한 유형의 실시양태에서는, 초고순도 화학물질이 정제 시스템으로부터 배출되는 위치와 생산 라인상의 그것의 사용 지점간의 거리가 일반적으로 수 미터 이하가 될 것이다. 정제 시스템이 2 이상의 사용 스테이션에 배송하기 위한 중앙 플랜트-와이드 시스템인 경우에 그 거리는 더욱 커질 것이며, 이 경우에 그 거리는 2000 피트 이상이 될 수 있다. 오염을 도입하지 않는 재료의 매우 청결한 전달 라인을 통해 재료를 전달할 수 있다. 대부분의 용도에서, 스테인레스 스틸 또는 중합체, 예를 들면 고밀도 폴리에틸렌 또는 플루오르 함유 중합체를 충분히 사용할 수 있다.

정제 유닛이 생산 라인에 근접함에 기인하여, 유닛에 사용된 물은 반도체 제조 표준에 따라서 정제할 수가 있다. 이러한 표준은 반도체 산업에 통용되며, 당해 산업분야의 실제 및 표준에 익숙한 당업자에게 충분히 공지되어 있다. 상기 표준에 따라서 물을 정제하는 방법으로는 이온 교환 및 역삼투압법을 들 수 있다. 이온 교환 방법은 통상 다음과 같은 유닛을 대부분 또는 전부 포함한다: 미생물을 살멸하기 위한 염화와 같은 화학물질 처리; 입자 제거를 위한 샌드 여과; 염소 및 미량의 유기물을 제거하기 위한 활성탄 여과; 규조토 여과; 강하게 이온화된 산을 제거하기 위한 음이온 교환; 추가의 이온을 제거하기 위한 것으로서, 양이온과 음이온 교환 수지를 둘다 함유하는 혼합층 연마; 염화 또는 자외선을 사용하는 멸균; 및 0.45 미크론 이하의 필터를 통한 여과. 역삼투압법은 이온 교환 방법에 있어서의 하나 이상의 유닛 대신에, 용해된 또는 현탁된 물질의 대다수를 통과시키지 않는 선택적으로 투과성인 막을 통해 압력하에 물을 통과시키는 것을 포함할 것이다. 이러한 방법들로부터 얻어지는 물의 순도에 대한 전형적인 기준은 25℃에서 약 15megohm-cm 이상(통상, 25℃ 에서 18megohm-cm)의 비저항, 전해질 약 25ppb 이하, 미립자 함량 약 150/cm³이하 및 입자 크기 0.2 미크론 이하, 미생물 함량 약 10/cm³이하, 및 총 유기 탄소 100ppb 이하이다.

본 발명의 방법 및 시스템에서는, 공지의 장치 및 기기를 사용한 정확한 모니터링과 계량에 의해서 생성물 농도, 따라서 유속에 대한 고도한 제어가 달성된다. 이와 같은 작용을 달성하는 용이한 수단은 음향학적 속도 감지법이다. 당업자라면 다른 방법들을 용이하게 알 수 있을 것이다. 농도 제어 루우프의 다양한 변형(음향학적 속도 대신에 전도도등을 사용함)도 필요에 따라 이용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 반도체 장치 제조 설비에서, HF 를 포함한 초고순도 시약을 반도체 제조 작업에 제공하기 위한 동일계상의 서브시스템(subsystem)이 제공되며, 이와 같은 본 발명의 시스템은, HF 공급원을 수용하고 그로부터 HF 증기의 흐름을 제공하기 위해 연결된 증발원을 포함하며, 상기 HF 증기의 흐름은 상기 HF 증기의 흐름과 접촉하여 고농도의 HF 를 함유하는 재순환 용량의 고순도의 물을 제공하는 이온 정제기 유닛을 통과하도록 연결되고, 상기 정제기는 소량의 HF 가스를 소비하며; 또한 상기 정제기로부터 HF 증기의 흐름을 수용하고 상기 HF 증기와 수성 액체를 합하여 플루오르화수소산을 포함하는 초고순도 수용액을 생성하기 위해 연결된 발생기 유닛; 및 상기 수용액을 반도체 장치 제조 설비의 사용 지점에 공급하는 배관 연결부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시양태에 의하면, 반도체 장치 제조 설비에서 HF 를 포함한 초고순도 시약을 반도체 제조 작업에 제공하기 위한 동일계상의 서브시스템이 제공되며, 이와 같은 시스템은 HF 를 수용하고 그로부터 HF 증기의 흐름을 제공하기 위해 연결된 증발원을 포함하며, 상기 HF 증기의 흐름은 상기 HF 증기의 흐름과 접촉하여 고농도의 HF 를 함유하는 재순환 용량의 고순도의 물을 제공하는 이온 정제기 유닛을 통과하도록 연결되고, 상기 정제기는 소량의 HF 가스를 소비하며; 또한 상기 정제기로부터 HF 증기의 흐름을 수용하고 상기 HF 증기와 수성 액체를 합하여 플루오르화수소산을 포함하는 초고순도 수용액을 생성하기 위해 연결된 발생기 유닛을 포함하므로써; 상기 초고순도 수용액은 괴상 전이 (bulk transfer) 또는 제어되지 않은 주위 대기에 대한 액체 표면의 노출없이 반도체 장치 제조 설비내부에 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면 반도체 장치 제조 설비에서 그 설비에서의 반도체 제조 작업에 유용한 초고순도 HF 를 제공하기 위한 동일계상의 서브시스템이 제공되며, 이와 같은 시스템은 액상 HF 공급원을 수용하고 그로부터 HF 증기의 흐름을 제공하기 위해 연결된 증발원을 포함하며, 상기 HF 증기의 흐름은 상기 HF 증기의 흐름과 접촉하여 고농도의 HF 를 함유하는 재순환 용량의 고순도의 물을 제공하는 이온 정제기 유닛을 통과하도록 연결되고, 상기 정제기는 소량의 HF 가스를 소비하며; 또한 상기 정제기로부터 HF 증기의 흐름을 수용하고 상기 HF 증기를 건조시키기 위해 연결된 건조기 유닛; 및 상기 증기를 반도체 장치 제조 설비의 사용 지점에 공급하는 배관 연결부를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 실시양태에 의하면, 고순도 HF 시약을 고정밀 전자 부품을 제조하기 위한 생산 라인내의 작업위치에 공급하는 방법이 제공되며, 그 방법은 (a) HF-함유 저장기내의 플루오르화수소산 상부의 증기 공간으로부터 HF 가스를 인출하는 단계; (b) 상기 HF 가스를 여과 막에 통과시켜서 그 가스로부터 0.005 미크론 이상의 입자들을 제거하는 단계; (c) 위와 같이 여과된 상기 HF 가스를 세척기에 통과시켜서 상기 HF 가스를 탈이온수중의 HF 수용액과 접촉시키며, 상기 세척기는 소량의 HF 가스를 소비하는 단계; 및 (d) 상기 세척기로부터 배출되는 HF 가스를 회수하여, HF 가스를 상기 작업위치로 공급하는 단계를 포함한다.

개조예 및 변형예

당업자에게 인식되어 있는 바와 같이, 본 출원에 개시된 발명 개념은 광범위한 용도의 범위에 걸쳐 개조 및 변형될 수 있으므로, 본 발명의 특허 보호 범위는 본 명세서에 제시된 구체적인 실시예에 국한되는 것은 아니다.

예를 들면, 정제용 기체상 HF 공급원은 무수 HF 이거나, 대안으로서 49% 수성 HF 로부터 HF 를 방출하는 가열된 증발기일 수 있다.

예를 들면, 본 출원에 개시된 방법은 집적 회로의 제조에만 국한되는 것이 아니라, 별도의 반도체 부품, 예를 들면 광전자공학 및 전원 장치에도 적용될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 본 발명에 개시된 방법은 집적 회로 제조 방법을 채택하는 다른 기법의 제조 분야, 예를 들면 박층 자기 헤드 및 활성 매트릭스 액정 디스플레이에도 적용될 수 있지만, 주요한 용도는 집적 회로 제조이며, 다른 분야에 대한 본 발명의 방법의 적용은 부차적인 것이다.

또 다른 실시예에서는, 액체-증기 접촉을 수행하기 위해 세척기를 반드시 사용할 필요가 있는 것은 아미고; 그 대신에 발포기를 사용할 수도 있지만, 이 경우에는 보다 덜 효율적인 기체/액체 접촉에 기인하여 덜 바람직하다.

경우에 따라서, 다른 여과 또는 여과 단계를 본 발명에 개시된 정제 장치와 병용할 수 있다.

또한, 필요에 따라서 정제수내로 첨가제를 도입할 수도 있지만, 바람직한 실시예에서는 도입하지 않는다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예는 동일계상 정제 시스템이다. 대안으로서, 비교적 덜 바람직한 실시예에서, 본 발명의 정제 시스템은 선적용 초고순도 화학물질을 생산하는 제조 유닛의 일부로서 작동할 수도 있지만, 이러한 대안적인 실시예는 앞서 설명한 바와 같은 동일계상 정제의 장점을 제공하지 않는다. 이러한 용도에서는 상기한 바와 같이 초고순도 화학물질의 운용상의 고유한 위험에 당면하게 되지만, 포장된 화학물질을 필요로 하는 소비자 측면에서 보면, 본 발명은 적어도 다른 기법에 의해 얻을 수 있는 것보다 더 높은 초기 순도를 얻을 수 있는 방법을 제공한다. 또한, 이러한 용도에서는 건조기 단계를 이온 정제기 이후에 사용할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예는 반도체 제조에 있어서 가장 중요한 초고순도 화학물질을 제공하는 것에 관한 것이다. 그러나, 개시된 시스템 및 방법의 실시예를 사용하여 정제된 가스 스트림을 공급할 수도 있다. (많은 경우에, 정제기로부터 하류에 건조기를 사용하는 것이 이러한 목적에 유용할 것이다).

또한, 초고순도 화학물질을 반도체 프런트 엔드에 공급하는 배관은 인-라인 또는 압력 용기를 포함할 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 첨부된 청구범위에서 직접 배관이란 용어는 이와 같은 저장기의 사용을 제외한다는 것이 아니라, 제어되지 않은 대기에의 노출을 배제한다는 의미이다.

Claims

반도체 장치 제조 설비에서, HF 를 포함한 초고순도 시약을 반도체 제조 작업에 제공하기 위한 동일계상의 서브시스템(subsystem)으로서,

- HF 공급원을 수용하고 그로부터 HF 증기의 흐름을 제공하기 위해 연결된 증발원을 포함하고, 상기 HF 증기의 흐름은 상기 HF 증기의 흐름과 접촉하여 고농도의 HF 를 함유하는 재순환 용량의 고순도의 물을 제공하는 이온 정제기 유닛을 통과하도록 연결되고, 상기 정제기는 소량의 HF 가스를 소비하며; 또한

- 상기 정제기로부터 HF 증기의 흐름을 수용하고 상기 HF 증기와 수성 액체를 합하여 플루오르화수소산을 포함하는 초고순도 수용액을 생성하기 위해 연결된 발생기 유닛; 및

- 상기 수용액을 반도체 장치 제조 설비의 사용 지점에 공급하는 배관 연결부를 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 증발원과 상기 정제기 사이에 개재하는 미립자 여과기를 추가로 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 HF 공급원이 무수 HF 로 이루어지는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 재순환 용량의 고순도의 물이 어떠한 첨가제도 전혀 함유하지 않는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 HF 공급원에 비소가 실질적으로 존재하지 않는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 HF 공급원이 단지 상업적인 등급의 순도를 갖는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 증발기가 괴상 저장 탱크인 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 증발기가 제어된 온도하에 작동하며, 괴상 저장 탱크로부터 플루오르화수소산을 수용하도록 연결되는 시스템.
반도체 장치 제조 설비에서 HF 를 포함한 초고순도 시약을 반도체 제조 작업에 제공하기 위한 동일계상의 서브시스템으로서,

- HF 를 수용하고 그로부터 HF 증기의 흐름을 제공하기 위해 연결된 증발원을 포함하며, 상기 HF 증기의 흐름은 상기 HF 증기의 흐름과 접촉하여 고농도의 HF 를 함유하는 재순환 용량의 고순도의 물을 제공하는 이온 정제기 유닛을 통과하도록 연결되고, 상기 정제기는 소량의 HF 가스를 소비하며; 또한

- 상기 정제기로부터 HF 증기의 흐름을 수용하고 상기 HF 증기와 수성 액체를 합하여 플루오르화수소산을 포함하는 초고순도 수용액을 생성하기 위해 연결된 발생기 유닛을 포함하므로써;

상기 초고순도 수용액은 괴상 전이 (bulk transfer) 또는 제어되지 않은 주위 대기에 대한 액체 표면의 노출없이 반도체 장치 제조 설비내부에 사용될 수 있는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 증발원과 상기 정제기 사이에 개재하는 미립자 여과기를 추가로 포함하는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 HF 공급원이 무수 HF 로 이루어지는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 재순환 용량의 고순도의 물이 어떠한 첨가제도 전혀 함유하지 않는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 HF 공급원이 단지 상업적인 등급의 순도를 갖는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 증발기가 괴상 저장 탱크인 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 증발기가 제어된 온도하에 작동하며, 괴상 저장 탱크로부터 플루오르화수소산을 수용하도록 연결되는 시스템.
반도체 장치 제조 설비에서 그 설비에서의 반도체 제조 작업에 사용하기 위한 초고순도 HF 를 제공하기 위한 동일계상의 서브시스템으로서,

- 액상 HF 공급원을 수용하고 그로부터 HF 증기의 흐름을 제공하기 위해 연결된 증발원을 포함하며, 상기 HF 증기의 흐름은 상기 HF 증기의 흐름과 접촉하여 고농도의 HF 를 함유하는 재순환 용량의 고순도의 물을 제공하는 이온 정제기 유닛을 통과하도록 연결되고; 또한

- 상기 정제기로부터 HF 증기의 흐름을 수용하고 상기 HF 증기를 건조시키기 위해 연결된 건조기 유닛; 및

- 상기 증기를 반도체 장치 제조 설비의 사용 지점에 공급하는 배관 연결부를 포함하는 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 증발원과 상기 정제기 사이에 개재하는 미립자 여과기를 추가로 포함하는 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 HF 공급원이 무수 HF 로 이루어지는 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 재순환 용량의 고순도의 물이 어떠한 첨가제도 전혀 함유하지 않는 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 HF 공급원이 단지 상업적인 등급의 순도를 갖는 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 증발기가 괴상 저장 탱크인 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 증발기가 제어된 온도하에 작동하며, 괴상 저장 탱크로부터 플루오르화수소산을 수용하도록 연결되는 시스템.
고순도 HF 시약을 고정밀 전자 부품을 제조하기 위한 생산 라인내의 작업위치에 공급하는 방법으로서,

(a) HF-함유 저장기내의 플루오르화수소산 상부의 증기 공간으로부터 HF 가스를 인출하는 단계;

(b) 상기 HF 가스를 여과 막에 통과시켜서 그 가스로부터 0.005 미크론 이상의 입자들을 제거하는 단계;

(c) 여과된 상기 HF 가스를 세척기에 통과시켜서 상기 HF 가스를 탈이온수중의 HF 수용액과 접촉시키는 단계; 및

(d) 상기 세척기로부터 배출되는 HF 가스를 회수하여, 그 HF 가스를 상기 작업위치로 공급하는 단계를 포함하는 방법.
제 23 항에 있어서, 상기 세척기로부터 유래한 상기 HF 가스를 정제수중에 용해시킨 후에, 상기 HF 가스를 상기 작업위치로 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 23 항에 있어서, 상기 HF 가스를 증류 컬럼에 통과시켜서 추가로 정제한 후에 상기 HF 가스를 상기 작업위치로 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 23 항에 있어서, 추가의 단계 (b') 상기 세척기로부터 유래한 HF 가스를 증류 컬럼에 통과시켜서 추가로 정제하고, 상기 증류 컬럼으로부터 유래한 HF 가스를 정제수에 용해시킨 후에 상기 HF 가스를 상기 작업위치로 공급하는 단계를 포함하는 방법.
제 23 항에 있어서, 상기 단계 (b)를 약 10℃ 내지 약 50℃ 범위의 온도에서 수행하는 방법.
제 23 항에 있어서, 상기 단계 (b)를 약 15℃ 내지 약 35℃ 범위의 온도에서 수행하는 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 단계 (b) 및 (b')를 약 15℃ 내지 약 35℃ 범위의 온도에서 수행하는 방법.
제 23 항에 있어서, 상기 단계(b)를 약 15℃ 내지 약 35℃ 범위의 온도 및 대략 대기압 내지 대기압보다 약 30psi 더 높은 압력하에서 수행하는 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 단계(b) 및 (b')를 약 15℃ 내지 약 35℃ 범위의 온도 및 대략 대기압 내지 대기압보다 약 30psi 더 높은 압력하에서 수행하는 방법.