KR20030010822A - 반도체 제조 공정에서의 티오씨 측정 장치 및 그 측정 방법 - Google Patents

반도체 제조 공정에서의 티오씨 측정 장치 및 그 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 습식식각 공정에서 사용되는 약품 및 초순수에 대한 티오씨 농도 자동 측정 장치 및 그 측정 방법에 관한 것으로, 티오씨 농도 자동 측정 장치는 공정수행을 위한 하나 이상의 종류의 유체 중 어느 하나를 공정조로부터 표본으로 추출하여 서로 다른 라인으로 선별적으로 분기되도록 공급하는 추출수단과, 추출수단에 연결되어서 상기 유체에 포함될 수 있는 기포를 걸러내는 버핑수단 그리고 일측은 상기 추출수단에 연결되며 타측은 상기 버핑수단에 연결되어서 상기 유체에 포함되어 있는 티오씨의 농도를 분석하는 분석기로 이루어진다.

Description

반도체 제조 공정에서의 티오씨 측정 장치 및 그 측정 방법{TOC MEASURE APPARATUS FOR A SEMICONDUCTOR DEVICE FABRICATION INSTALLATION AND TOC MEASURE METHOD FOR USING THE APPARATUS}
본 발명은 반도체 제조 공정에서 사용되는 약품 및 초순수에 대한 반도체 제조설비의 티오씨 농도 자동 측정 장치 및 그 측정 방법에 관한 것이다.
반도체 공정에 있어서 초순수(ultrapure water)는 각 공정의 전처리과정에서 세정용액으로 사용되고 있으며, 초순수의 수질과 웨이퍼 수율과는 밀접한 연관성이 있으므로 초순수의 각종 수질항목이 엄격히 관리되고 있다. 초순수 수질 항목 중에서 수질을 불량하게 만드는 직접적인 요인 중에 하나로 TOC(total organic carbon)를 들 수 있으므로 상기 TOC는 대표적으로 관리되고 있다.
그래서 초순수중의 TOC 영향을 낮추기 위해 원수(city water) 중에 포함된 유기성분의 제거, 미생물의 살균 등의 복잡한 초순수 제조과정이 진행된다. 아울러 초순수 배관에서 미생물 증식으로 인한 TOC 상승은 초순수의 수질을 저하시키고 혹은 공정상의 오염물질로 작용할 수 있으므로, 이를 예방하고자 반도체 제조 공정상의 초순수 배관들에서는 수시로 초순수를 샘플링하고, 정기적으로 과산화수소를 이용한 배관세정이 진행되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기존 반도체 제조 설비에서는 초순수에 국한하여 초순수 배관(10a)상에서 온라인으로 TOC를 모니터링하고 ,특정 레벨 이하로 관리하고 있으나, 첫째 초순수 및 약품의 품질에 있어 실질적으로 단순 공정 설비에서 변화하는 레벨에 대한 모니터링과 관리가 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 둘째, 작업자의 실수로 오투입된 제품으로 인한 생산 사고를 미연에 방지할 수 없었고, 셋째, 일백가지가 넘는 제품 처리 공정에 따른 제품의 상태나 오염정도가 확인되지 못하여 오염 레벨의 변화로 인해 발생하는 수율이나 신뢰성에 대한 영향을 확인할 수 없었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 공정 베스에서 약품 및 초순수에 대한 티오씨 농도를 자동으로 측정할 수 있는 그리고 버블 유입에 의한 신뢰도 저하를 최소화 할 수 있는 새로운 형태의 반도체 제조설비의 티오씨 농도 자동 측정 장치 및 그 측정 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 티오씨 농도 자동측정 장치가 설치된 습식 식각 설비의 구성도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 티오씨 농도 자동측정 장치가 설치된 습식 식각 설비의 구성도;
도 3은 버퍼 탱크의 구조를 설명하기 위한 도면;
도 4는 티오씨 농도 측정 플로우 챠트이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 공정조
120 : 약액 공급원
122 : 공급 라인
130 : 티오씨 농도 측정 수단
132 : 샘플링 라인
132a : 다이렉트 라인
134 : 펌프
136 : 버퍼 탱크
140 : 분석기
144 : 수용조
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 반도체 제조설비의 티오씨 농도 자동 측정 장치는 웨이퍼에 형성된 막질과 반응하여 소정의 공정이 진행되는 공정조가 구비되어 있는 공정설비와; 상기 공정수행을 위한 하나 이상의 종류의 유체 중 어느 하나를 상기 공정조로부터 표본으로 추출하여 공급하는 추출수단과; 그리고 상기 추출수단으로부터 공급되는 상기 표본에 포함되어 있는 티오씨(TOC)의 농도를 분석하는 분석기가 구비된다.
이와 같은 본 발명에서 상기 표본은 순수 또는 케미컬 중 어느 하나일 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 추출수단에는, 상기 표본에 포함될 수 있는 기포를 걸러서 상기 분석기로 공급하기 위한 버퍼가 더 구비될 수 있다. 이 추출수단의 전단에는 상기 기포의 유무에 따라 상기 추출수단이 상기 표본의 추출방향을 다르게 하기 위한 센서가 설치될 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 분석기에는, 상기 표본의 농도 또는 산도(pH)에 따라 희석 또는 중화시키기 위한 약액을 공급하는 수용조가 더 연결될 수 있다. 이 수용조에는 상기 분석기로 공급되는 상기 약액의 양을 조절하는 유량제어기가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 반도체 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치는 공정수행을 위한 하나 이상의 종류의 유체 중 어느 하나를 상기 공정조로부터 표본으로 추출하여 서로 다른 라인으로 선별적으로 분기되도록 공급하는 추출수단과; 상기 추출수단에 연결되어서 상기 유체에 포함될 수 있는 이물질을 걸러내는 버핑수단과; 그리고 일측은 상기 추출수단에 연결되며 타측은 상기 버핑수단에 연결되어서 상기 유체에 포함되어 있는 티오씨의 농도를 분석하는 분석기가 구비된다.
이와 같은 본 발명에서 상기 추출수단의 전단에는 상기 이물질 중 기포를 감지하는 센서가 더 구비될 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 분석기에는 상기 유체의 농도가 일정 수준으로 유지되도록 순수가 공급되어 희석하는 순수공급조와, 유체의 산도가 높을 경우 중화시키기 위한 중화조가 더 구비될 수 있다. 여기서, 중화를 위해 사용되는 물질은 H3PO4일 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 버핑수단은 상기 이물질 중 상기 유체에 포함되어 있는 기포를 제거할 수 있다. 이 버핑수단은, 소정 공간 이격되어 있는 하측으로부터 소정 높이 개방되어서 상기 공간을 수직으로 나누는 격벽을 구비하고 있는 용기와; 상기 용기의 상측에 형성되어서 상기 기포를 포함하는 상기 유체가 공급되는 유입구와; 그리고 상기 격벽에 근접되게 상기 용기의 하측에 형성되어서 유입된 상기 기포가 부력에 의해 자동으로 걸러진 후 배출되도록 하는 유출구를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 반도체 장치 제조 설비의 티오씨 농도 자동측정 방법은 공정조에서 약액표본을 추출하는 단계; 추출된 약액표본에 기포가 포함되어 있는지를 감지하는 단계; 기포가 포함된 약액표본을 버퍼탱크로 공급하여 버퍼탱크에서 기포를 제거하는 단계; 기포가 제거된 약액표본을 분석기로 공급하는 단계; 분석기에서 약액표본의 TOC를 분석하는 단계; 분석완료된 약액표본을 공정조로 회수하는 단계로 이루어진다.
이와 같은 본 발명에서 상기 분석기에서 TOC를 분석하기 전 약액표본의 점도와 산도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 약액표본의 전도와 산도 조절은 초순수와 중화액을 공급하여 조절할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 티오씨 농도 자동측정 장치가 설치된 습식 식각 설비의 구성도이다. 도 3은 버퍼 탱크의 구조를 설명하기 위한 도면이다; 도 4는 티오씨 농도 측정 플로우 챠트이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 습식 식각 설비(100)는 공정조(110)와, 약액 공급원(120)들, 공급 라인들(122) 그리고 티오씨 농도 측정 수단(130)으로 이루어진다.
상기 공정조(110)는 웨이퍼에 형성된 막질과 반응하여 소정의 공정이 진행되는 식각조(112)들 및 식각을 마친 웨이퍼를 세정하는 세정조(114)들로 이루어진다.
상기 약액 공급원(120)들 각각에는 상기 공정조(110)에 사용될 여러 종류의 약액(케미컬, 초순수)이 담겨져 있으며, 이들 약액들은 상기 약액 공급원(120)들로부터 상기 식각조 및 세정조 등의 공정조(110)로 상기 공급 라인(122)들을 통해 공급되어 진다.
그리고, 상기 티오씨 농도 측정 수단(130)은 약액 표본을 추출하여 분석기(140)로 보내는 추출 수단과, 상기 추출 수단으로부터 공급받은 약액 표본에 포함되어 있는 티오씨의 농도를 분석하는 분석기(140)와, 상기 분석기(140)로 공급되기 전에 약액 표본에 포함되어 있는 기포를 제거하기 위한 버퍼탱크(136) 그리고 상기 분석기가 케미컬을 분석할 수 있도록 케미컬 표본의 산도(pH)와 점도를 조절하기 위한 순수 또는 H3PO4를 공급하는 수용조로 이루어진다.
상기 추출 수단은 약액 공급 라인(122)상에서 표본을 추출하지 않고 실제 작업이 진행중인 공정조(110)에서 표본을 바로 추출할 수 있도록 공정조(110)에 연결된 샘플링 라인(132)과, 이 샘플링 라인(132)상에 설치되는 펌프(134)로 이루어진다.
상기 버퍼탱크(136)는 상기 분석기(140)의 전단의 샘플링 라인(132)상에 설치되어, 상기 분석기(140)로 유입될 약액 표본에 포함된 기포를 제거하게 된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 이 버퍼 탱크(136)는 도 3에 도시된 바와 같이, 내부 공간을 갖는 용기(136a)와, 상기 용기(136a)의 일측에 설치되는 유입구(136b)와, 상기 용기(136a)의 바닥에 설치되는 유출구(136c)와, 상기 용기의 내부 공간을 수직으로 나누는 격벽(136d) 그리고 용기(136a)의 상부를 덮는 커버(136e)를 구비한다.
이와 같은 구성의 버퍼 탱크(136)에서의 기포 제거는 다음과 같이 이루어진다.
도 3을 참조하면, 기포는 약액과 함께 상기 샘플링 라인(132)을 흐르다가 상기 버퍼 탱크(136)의 유입구(136b)로 유입된다. 이때, 기포는 상기 용기(136a)의 상부로 뜨게 되고 상기 유출구(136c)로는 기포가 제거된 약액이 유출된다. 상기 유출구(136c)로 유출된 약액은 상기 샘플링 라인(132)을 통해 분석기(140)로 유입된다.
한편, 상기 티오씨 농도 측정 수단(130)은 상기 버퍼 탱크(136)를 거치지 않고 곧바로 분석기(140)와 연결되는 다이렉트 라인(132a)을 갖는다. 예컨대, 기포 발생 우려가 없는 약액은 샘플링 라인(132)과 다이렉트 라인(132a)을 거쳐 곧바로 분석기(140)로 공급되며, 기포가 발생된 약액은 버퍼 탱크(136)에서 기포를 제거한후 분석기(140)로 공급된다. 상기 샘플링 라인(132)상에는 약액의 기포 유무를 감지하기 위한 센서(138)가 설치되어 있다. 약액은 상기 센서(138)에서 발생되는 시그널에 따라 3방 밸브(샘플링 라인에서 다이렉트 라인이 분기되는 포인트에 설치됨)에서 버퍼 탱크(136) 또는 분석기(140)(다이렉트 라인)로의 흐름이 결정된다.
상기 분석기(140)는 초순수를 포함하여 케미컬 분석이 가능하여야 하기 때문에 COMBUSTION 방식, WET OXIDATION 방식의 분석방식을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 분석 대상은 HF, H2SO4, NH4OH, H2O2을 성분으로 하는 케미컬로서 도 7에 도시된 표와 같다.
상기 수용조(144)는 상기 분석기(140)에서 케미컬을 분석할 수 있도록 샘플링 약액의 산도(pH) 또는 점도를 조절하기 위한 순수 공급조(144a)와 중화조(144b)를 구비한다. 상기 순수 공급조(144a)에서 상기 분석기(140)로 공급되는 순수는 약액 표본의 농도가 일정 수준으로 유지되도록 희석시킨다. 그리고 상기 중화조(144b)에서 상기 분석기(140)로 공급되는 중화액은 상기 샘플링 약액의 산도가 높을 경우 이를 중화시킨다. 여기서, 상기 중화를 위해 사용되는 물질은 H3PO4이다. 한편, 상기 수용조(144)로부터 상기 분석기(140)로 공급되는 약액 공급 라인(142)상에는 약액의 양을 조절하는 유량제어기(146)가 설치된다.
여기서 본 발명의 구조적인 특징은 실제 공정이 진행중인 공정조에서 약액 표본을 추출한다는데 있다. 그리고 약액 표본에 포함된 기포를 제거하기 위한 버퍼 탱크를 갖는데 있다. 또 다른 특징은 약액 표본의 농도나 산도를 조절하기 위한 수용조를 갖는데 있다.
이러한 구성으로 이루어진 티오씨 농도 측정 수단에 의한 TOC 측정 방법을 도 4를 참조하면서 설명하기로 한다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 우선 공정조(110)로부터 약액 표본을 추출한다.(S10) 추출된 약액은 샘플링 라인(132)으로 흐르고, 샘플링 라인(132)에 설치된 센서(138)는 약액 표본내 기포 유무를 감지한다.(S20) 상기 센서의 감지 유무에 따라 약액 표본의 흐름 방향이 제어된다.(S30) 기포가 감지되지 않은 약액 표본은 샘플링 라인(132)에서 다이렉트 라인(132a)을 통해 곧바로 분석기(140)로 유입된다.(S40) 그렇지 않은 약액 표본은 버퍼 탱크(136)에서 기포가 제거된 후(S40) 분석기(140)로 유입된다.(S50) 분석기로 유입된 약액 표본은 점도 및 산도 조절이 필요한지 체크한 후,(S60) 조절이 필요하다고 판단되면, 수용조로부터 순수와 H3PO4를 공급받아 약액 표본의 점도와 산도를 조절한다.(S70) 그런 다음 TOC를 분석한다.(S80) 분석이 끝난 약액 표본은 공정조로 회수된다.(S90)
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이상에서, 본 발명에 따른 기류 형성 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
이와 같은 본 발명을 적용하면, 공정조에서 약액표본을 추출하기 때문에 단위공정설비에서 변화하는 레벨에 대한 모니터링과 관리가 가능하다. 또한, 초순수에 국한되었던 것을 케미컬에도 확대 적용함으로써 종합적인 온-타임 오염예방 모니터링이 가능하다는 이점이 있다. 또한, 분석기로 약액표본과 함께 기포가 유입되었던 문제점을 사전에 제거함으로써 분석 신뢰성 향상 및 분석기의 데미지 현상을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Claims (18)

  1. 웨이퍼에 형성된 막질과 반응하여 소정의 공정이 진행되는 공정조가 구비되어 있는 공정설비와;
    상기 공정수행을 위한 하나 이상의 종류의 유체 중 어느 하나를 상기 공정조로부터 표본으로 추출하여 공급하는 추출수단과; 그리고
    상기 추출수단으로부터 공급되는 상기 표본에 포함되어 있는 티오씨(TOC)의 농도를 분석하는 분석기가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표본은 순수 또는 케미컬 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 추출수단에는,
    상기 표본에 포함될 수 있는 기포를 걸러서 상기 분석기로 공급하기 위한 버퍼가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 추출수단의 전단에는 상기 기포의 유무에 따라 상기 추출수단이 상기 표본의 추출방향을 다르게 하기 위한 센서가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석기에는,
    상기 표본의 농도 또는 산도(pH)에 따라 희석 또는 중화시키기 위한 약액을 공급하는 수용조가 더 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수용조에는 상기 분석기로 공급되는 상기 약액의 양을 조절하는 유량제어기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  7. 웨이퍼에 형성된 막질과 반응하여 소정의 공정이 진행되는 공정조가 구비되어 있는 공정설비와;
    상기 공정수행을 위한 하나 이상의 종류의 유체 중 어느 하나를 상기 공정조로부터 표본으로 추출하여 서로 다른 라인으로 선별적으로 분기되도록 공급하는 추출수단과;
    상기 추출수단에 연결되어서 상기 유체에 포함될 수 있는 이물질을 걸러내는 버핑수단과; 그리고
    일측은 상기 추출수단에 연결되며 타측은 상기 버핑수단에 연결되어서 상기 유체에 포함되어 있는 티오씨의 농도를 분석하는 분석기가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 추출수단의 전단에는 상기 이물질 중 기포를 감지하는 센서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 분석기에는 상기 유체의 농도가 일정 수준으로 유지되도록 순수가 공급되어 희석하는 순수공급조가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 분석기에는 상기 유체의 산도가 높을 경우 중화시키기 위한 중화조가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 중화를 위해 사용되는 물질은 H3PO4인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 분석기의 전단에는 공급되는 유량을 제어하기 위한 유량제어기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 버핑수단은 상기 이물질 중 상기 유체에 포함되어 있는 기포를 제거하기 위한 것임을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 버핑수단은,
    소정 공간 이격되어 있는 하측으로부터 소정 높이 개방되어서 상기 공간을 수직으로 나누는 격벽을 구비하고 있는 용기와;
    상기 용기의 상측에 형성되어서 상기 기포를 포함하는 상기 유체가 공급되는 유입구와; 그리고
    상기 격벽에 근접되게 상기 용기의 하측에 형성되어서 유입된 상기 기포가 부력에 의해 자동으로 걸러진 후 배출되도록 하는 유출구를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 장치.
  15. 반도체 장치 제조 설비의 티오씨 농도 자동측정 방법은
    공정조에서 약액표본을 추출하는 단계;
    추출된 약액표본에 기포가 포함되어 있는지를 감지하는 단계;
    기포가 포함된 약액표본을 버퍼탱크로 공급하여 버퍼탱크에서 기포를 제거하는 단계;
    기포가 제거된 약액표본을 분석기로 공급하는 단계;
    분석기에서 약액표본의 TOC를 분석하는 단계;
    분석완료된 약액표본을 공정조로 회수하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 설비의 티오씨 농도 자동측정 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 분석기에서 TOC를 분석하기 전 약액표본의 점도와 산도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 설비의 티오씨 농도 자동측정 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    약액표본의 전도와 산도 조절은 초순수와 중화액을 공급하여 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 설비의 티오씨 농도 자동측정 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 중화액은 H3PO4인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조설비의 티오씨 농도 자동측정 방법.
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