KR20060050557A - 반도체 제조 장치 및 시약 교환 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 기판 세정용 반도체 제조 장치는 반도체 기판 (13)의 세정에 사용되는 시약 (chemical) (12)이 충전되고 시약 (12)을 순환시켜 재사용하는 고온 순환형 시약조 (11), 시약조 (11) 내의 시약 (12)을 배출하는 배출 장치 (21), 폐시약으로 간주되는 배출된 시약 (12)에 보조 유체를 첨가하여 폐시약을 가열하는 보조 유체 공급 장치 (32), 가열된 폐시약이 일시적으로 저장되고 새로운 시약이 유통되어, 열 교환에 의해 폐시약을 냉각시키고 새로운 시약을 승온시키는 열 교환기 (31), 및 열 교환기에서 승온된 새로운 시약을 시약조 (11) 내에 공급하는 배관을 포함한다.
반도체 기판, 반도체 제조 장치, 시약, 폐시약, 고온 순환형 시약조
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시양태에 따른 반도체 제조 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 제1 실시양태에서 사용된 열 교환기의 내부 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 2의 열 교환기 내의 열 교환을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시양태에 따른 반도체 제조 장치를 도시하는 개략도이다.
도 5는 물이 황산 폐시약에 첨가되는 경우에 희석된 폐시약의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
<특허 문헌 1> 일본 공개 특허 공보 제2000-266496호
본 발명은 고온 순환형 시약조를 사용하여 반도체 기판을 세정하는 반도체 제조 장치 및 고온 순환형 시약조에서 시약을 교환하기 위한 시약 교환 방법에 관한 것이다.
반도체 기판을 세정하기 위한 다양한 유형의 방법이 제안되어 왔다. 고농도의 시약이 사용되는 경우, 반도체 기판 세정용 시약을 반복적으로 순환시켜 사용하는 계가 채용되고 있다. 상기 순환계에 있어서, 사용을 위해 특히 가열된 시약은 일반적으로 황산과 과산화수소 용액의 혼합물, 인산 용액, 염산과 과산화수소 용액의 혼합물, 및 암모니아와 과산화수소 용액의 혼합물이다.
반도체 기판을 동일한 시약으로 반복해서 세정하는 순환계에서 시약이 충분히 사용되면, 불순물이 시약 중에 용해되거나 또는 시약 간 반응이 진행되어, 결과적으로 초기 농도에 비해 시약의 농도가 변한다. 상기 이유로, 시약은 정기적으로 또는 부정기적으로 교환되어야 한다. 고온 시약이 새로운 시약으로 교환되는 경우, 공정조의 최하부의 배관에 배치된 폐시약 밸브가 개방되어 시약이 배출된다. 냉각이 필요한 경우, 공정조 내의 시약의 전량이 냉각 탱크에 일시적으로 저장되고 이어서 배출된다. 냉각이 불필요한 경우, 시약은 그대로 배출된다.
시약의 전량의 배출이 종료되는 경우, 폐시약 밸브가 폐쇄되고 새로운 시약은 공정조 내에 공급된다. 공정조 내의 새로운 시약의 양이 순환량에 도달한 후, 펌프가 작동되고 가열기에 의해 시약의 온도가 상승된다. 소정의 공정 온도로 승온된 후, 일정한 온도로 제어된다. 이어서, 새로운 시약의 온도가 공정 온도가 되고 반도체 기판의 세정이 다시 수행된다. 이 경우, 새로운 시약의 온도가 반도체 기판이 세정될 수 있는 공정 온도까지 상승될 때까지 전기 에너지가 요구되고, 승 온 동안 공정을 대기해야 한다.
상기 문제들을 해결하기 위해서, 공정조로부터 배출되는 시약 (폐시약)을 사용하여 새로운 시약을 승온함으로써 에너지를 효과적으로 사용하는 방법이 제안되었다 (일본 공개 특허 공보 제2000-266496호). 상기 방법에서, 열 교환기에 의해 고온 폐시약과 새로운 시약 간에 열 교환을 수행함으로써, 공정조에 공급되는 새로운 시약의 온도는 상승될 수 있다. 따라서, 전기 에너지가 절감되고, 새로운 시약의 온도를 공정 온도로 상승시키는 시간이 단축될 수 있다.
그러나, 상기 종류의 방법은 문제가 있다. 일본 공개 특허 공보 제2000-266496호의 방법은 유체 흐름이 항상 존재하는 경우의 열 교환이다. 구체적으로, 상기 방법은 공정조에 공급되는 유입 유체 (새로운 시약) 및 공정조로부터 배출되는 유출 유체 (폐시약)이 동시에 흐르는 계에서의 열 교환에 관한 것이다. 따라서, 상기 방법은 공정조를 완전히 비운 후 새로운 시약을 공정조에 공급하는 계에 적용될 수 없다. 또한, 새로운 시약과 폐시약이 공정조 내에서 혼합될 수 있는 다른 문제가 있다.
일반적인 열 교환 시스템에서, 새로운 시약의 온도는 폐시약의 온도 (공정 온도와 실질적으로 동일함)보다 낮다. 상기 이유로, 열 교환만을 수행함으로써 새로운 시약의 온도가 공정 온도까지 상승될 수는 없다. 열 교환에 의해 상승된 새로운 시약의 온도를 더 상승시키기 위해, 전기 에너지가 요구된다.
상기 설명된 바와 같이, 고온 순환형 시약조를 사용하여 반도체 기판을 세정하는 통상의 반도체 제조 장치에서, 새로운 시약의 온도를 공정 온도까지 상승시키 기 위해서 전기 에너지가 요구되고, 새로운 시약의 승온 동안 공정을 대기해야 한다. 또한, 폐시약과 새로운 시약과의 열 교환을 사용하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이 방법에서, 새로운 시약과 폐시약은 공정조 내에서 혼합될 수 있다. 또한, 새로운 시약의 온도는 열 교환에 의해 공정 온도까지 상승될 수 없으므로, 별도의 수단에 의해 승온되어야 한다.
본 발명은 공정조 내에서 새로운 시약과 폐시약이 혼합되지 않고 폐시약과 새로운 시약과의 열 교환에 의해 새로운 시약을 승온시킬수 있으며, 전기 에너지의 절감 및 시약 교환 시간의 단축을 도모할 수 있다.
<발명의 요약>
본 발명의 한 면은 시약의 온도가 소정의 온도까지 상승된 상태에서 반도체 기판의 세정에 사용되는 시약을 충전하고 시약을 순환시켜 재사용하는 고온 순환형 시약조, 시약조 내의 시약을 배출하는 배출 장치, 폐시약으로 간주되는 배출된 시약에 폐시약과의 혼합에 의해 열을 발생시키는 보조 유체를 첨가하여 폐시약을 가열하는 보조 유체 공급 장치, 가열된 폐시약이 일시적으로 저장되고 새로운 시약이 유통되어 폐시약과 새로운 시약 간의 열 교환에 의해 폐시약을 냉각시키고 새로운 시약을 승온시키는 열 교환기, 및 열 교환기에서 승온된 새로운 시약을 시약조에 공급하는 공급 장치를 포함하는 반도체 제조 장치이다.
본 발명의 다른 면은 시약의 온도가 제1의 온도까지 상승된 상태에서 반도체 기판의 세정에 사용되는 시약을 충전하고 시약을 순환시켜 재사용하는 고온 순환형 시약조, 시약조 내의 시약을 배출하는 배출 장치, 배출된 시약의 제1 온도보다 낮은 제2 온도의 폐시약에 폐시약과의 혼합에 의해 열을 발생시키는 보조 유체를 첨가하여 제1 온도보다 높은 제3 온도로 폐시약을 가열하는 보조 유체 공급 장치, 가열된 폐시약이 일시적으로 저장되고 새로운 시약이 유통되어, 폐시약과 새로운 시약 간의 열 교환에 의해 폐시약을 냉각시키고 새로운 시약의 온도를 제1 온도까지 상승시키는 열 교환기, 및 열 교환기에서 승온된 새로운 시약을 시약조에 공급하는 공급 장치를 포함하는 반도체 제조 장치이다.
본 발명의 또다른 면은 반도체 기판의 세정에 사용되는 시약을 충전하고, 세정 후 시약을 순환시켜 재사용하는 고온 순환형 시약조를 포함하는 반도체 제조 장치에서, 시약조 내의 시약을 배출하고, 폐시약으로서 간주되는 배출된 시약에 폐시약과의 혼합에 의해 열을 발생시키는 보조 유체를 첨가하여 폐시약을 가열하고, 가열된 폐시약을 열교환기에서 일시적으로 저장하고, 새로운 시약을 열 교환기에서 유통시키고, 열 교환기 내 폐시약과 새로운 시약 간의 열 교환에 의해 폐시약을 냉각시키고 새로운 시약을 승온시키고, 승온된 새로운 시약을 시약조에 공급하는 것을 포함하는 고온 순환형 시약조에서 시약을 교환하는 방법이다.
<발명의 상세한 설명>
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 설명된다.
(제1 실시양태)
도 1은 본 발명의 제1 실시양태에 따른 반도체 제조 장치를 도시하는 개략도 이다.
참고 번호 11은 Si 웨이퍼 등과 같은 반도체 기판의 세정에 사용되는 공정조 (고온 순환형 시약조)를 나타낸다. 공정조 (11)은 예를 들어 황산계의 고온 시약 (12)으로 충전된다. 반도체 기판 (13)은 공정조 (11)내의 시약 (12) 중에 침지되고 이어서 세정된다.
공정조 (11) 내의 시약 (12)은 펌프 (P) (14)에 의해 순환된다. 즉, 시약은 펌프 (14)에 의해 공정조 (11)의 하부로부터 공급되고, 공정조 (11)의 상부로부터 넘친 시약은 시약 회로를 통해 공정조 (11)의 하부로부터 다시 공급된다. 시약의 온도를 제어하는 가열기 (H) (15) 및 불순물로서 입자를 제거하는 필터 (F) (16)가 시약 회로에 삽입된다. 공정조 (11) 내의 소량의 시약 (12)은 펌프 (14)에 의해 순환되고 온도 제어 및 입자의 제거는 반도체 기판 (13)의 세정 또는 대기 중 가열기 (15) 및 필터 (16)에 의해 수행된다. 시약 (12)의 농도를 측정하기 위한 농도 모니터 (17)가 공정조 (11)의 외부에 배치된다.
공정조 (11)의 최하부의 배관, 예를 들어 시약 회로의 펌프 (14)와 가열기 (15) 사이에 폐시약 밸브 (21)가 배치된다. 공정조 (11) 내의 시약 (12)는 밸브 (21)에 의해 배출된다. 또한, 공정조 (11)의 상측으로부터 공정조 (11)로 새로운 시약이 공급된다.
구체적으로, 시약의 교환 시기가 오면, 펌프 (14) 및 가열기 (15)의 작동은 정지되고, 폐시약 밸브 (21)가 개방되어 공정조 (11)의 최하부의 배관으로부터 시약이 배출된다. 시약의 전량이 배출될 때, 폐시약 밸브 (21)가 폐쇄되고, 새로운 시약이 공정조 (11) 내에 공급된다. 공정조 (11) 내의 시약 (12)의 양이 순환량에 도달된 후, 펌프 (14)가 작동되고, 시약 (12)의 온도가 가열기 (15)에 의해 상승된다. 온도가 소정의 온도까지 상승된 후, 온도는 일정한 온도로 제어된다. 온도가 소정의 공정 온도 (처리 온도)가 될 때, 반도체 기판 (13)의 세정은 다시 수행된다.
상기 설명된 기본 구조는 선행 기술과 동일하다. 이외에도, 공정조 (11)로부터 배출되는 폐시약과 공정조 (11)에 공급되는 새로운 시약 간의 열 교환을 수행하는 열 교환기 (31) 및 폐시약을 승온시키기 위해 폐시약에 보조 유체로서 물을 첨가하는 물 첨가 장치 (32)가 본 발명의 실시양태에 배치된다.
즉, 열 교환기 (31)가 고온 순환형 시약조의 폐시약계에 배치되어 밸브 (21)를 통해 공정조 (11)로부터 배출된 시약 (폐시약)이 열 교환기 (31)에 공급된다. 열 교환기 (31)에 공급된 폐시약은 열교환기 (31)에 일시적으로 저장되고 최종적으로 밸브 (23)로부터 외부로 방출된다. 한편, 새로운 시약은 밸브 (24)를 통해 열 교환기 (31)에 공급되고 열 교환기 (31)에 의해 가열된다. 열 교환기 (31)에 의해 승온된 새로운 시약은 공정조 (11)에 공급된다. 물 첨가 장치 (32)는 밸브 (22)를 개방함으로써 열 교환기 (31)에 공급되는 폐시약에 물을 첨가하여, 희석열에 의해 폐시약의 온도를 상승시킨다. 따라서, 폐시약은 물과 반응하여 폐시약의 온도는 상승된다. 따라서, 승온된 폐시약이 열 교환기 (31)에 공급된다.
열 교환기 (31)은 열교환기 (31)의 내부 구조를 보여주는 도 2에 도시된 바와 같이 폐시약이 일시적으로 저장되는 배관 (35) 및 배관 (35) 내에 배치된 새로 운 시약 배관 (36)을 포함한다. 열 교환기 (31)의 폐시약측 배관의 용량은 공정조 (11)의 시약의 용량 이상이다. 배관 (35)의 외벽은 내열 처리 받는다. 즉, 공정조 (11) 내의 시약은 전체적으로 열 교환기 (31)에 배출될 수 있다. 공정조 (11)가 비워지고, 새로운 시약이 공급될 때, 폐시약과 새로운 시약은 공정조 (11) 내에서 혼합되지 않는다. 새로운 시약 공급측의 배관은 공정조 (11)와 동일한 용량일 필요는 없다. 열 교환기 (31) 내부의 새로운 시약 온도를 모니터링하면서, 필요에 따라 온-오프 제어하여 공급측 밸브 (24)를 개방하거나 또는 폐쇄함으로써 필요한 양의 새로운 시약이 공정조 (11)에 공급될 수 있다. 열 교환 효율을 개선하기 위해, 교반 장치 (도시되지 않음)가 폐시약측의 배관에 배치될 수 있다.
폐시약 온도 모니터 (37)는 열 교환기 (31)의 폐시약의 출구측에 배치된다. 새로운 시약 온도 모니터 (38)는 열 교환기 (31)의 새로운 시약 출구측에 배치된다.
열 교환 전에 폐시약에 첨가되는 물의 양은 농도 모니터 (17)의 검출값에 따라서 결정될 수 있다.
구체적으로, 시약 (12) 중 황산의 농도는 공정조 (11) 내의 시약을 배출하기 전 농도 모니터 (17)에 의해 검출되고 희석될 수 있는 물의 첨가량은 검출 결과를 기초로 미리 고려되어 상기 범위 내로 설정될 수 있다.
상기 기재된 구조에서, 공정조 (11) 내의 시약이 새로운 시약으로 교환되는 경우, 펌프 (14) 및 가열기 (15)의 작동은 우선 정지되고, 밸브 (21)가 개방되고, 공정조 (11) 내의 시약 (12) 전량이 배출되고, 열 교환기 (31) 내에 일시적으로 저 장된다. 이 때, 폐시약을 가열하기 위해, 밸브 (22)가 개방되고 소정의 양의 물이 폐시약에 첨가된다. 따라서, 열 교환기 (31)에 공급되는 폐시약의 온도는 공정 온도보다 높은 온도로 상승된다. 폐시약에 첨가되는 물의 양은 폐시약 및 새로운 시약의 온도가 체크되는 동안 도 2에 도시된 모니터 (37) 및 (38)에 의해 조정될 수 있다. 시약 (12)의 전량이 배출되는 경우, 폐시약 밸브 (21)는 폐쇄된다.
다음에, 밸브 (24)는 개방되고 새로운 시약은 열 교환기 (31)을 통해 공정조 (11) 로 공급된다. 열 교환기 (31)에 공급된 새로운 시약의 온도는 폐시약과의 열 교환에 의해 상승되고, 승온된 새로운 시약이 공정조(11) 내에 공급된다. 따라서, 새로운 시약의 온도를 공정 온도까지 상승시키기 위한 전기 에너지의 소모가 절감되거나 또는 필요없게 될 수 있다.
도 3은 열 교환기 (31)에서 폐시약과 새로운 시약 간의 열 교환을 예시한다. 열 교환기 (31)에 공급되는 폐시약의 온도는 T1, 열 교환기 (31)로부터 방출되는 폐시약의 온도는 T2, 열 교환기 (31)에 공급되는 새로운 시약의 온도는 T2', 열 교환기 (31)로부터 방출되는 새로운 시약의 온도는 T1'로 나타낸다. 열 교환의 원리에 따르면, 온도 T1'는 온도 T1보다 높을 수 없다. 상기 이유로, 공정 온도보다 낮은 온도의 폐시약이 그대로 열 교환기 (31)에 공급되는 경우, 온도 T1'는 공정 온도보다 낮아지므로 에너지를 상승시키는 온도가 새로운 시약을 위해 요구된다. 본 실시양태에서, 물 첨가로 폐시약을 희석열로 미리 승온시킴으로써, 온도 T1은 공정 온도보다 높아진다. 상기 이유로, 온도 T1'는 공정 온도까지 보다 높아질 수 있다.
물이 황산 폐시약에 첨가되는 경우의 희석된 폐시약 온도의 변화는 도 5에 도시된다. 횡축은 물 첨가 후 희석된 황산 폐시약 농도를 나타내고 종축은 폐시약의 온도를 나타낸다. 도 5는 물이 100 ℃의 93％ 및 78％ 황산 폐시약에 임의로 첨가된 경우의 희석된 폐시약 온도 변화의 예를 보여준다. 일반적으로, 반도체 세정에 사용된 황산 폐시약의 농도는 대략 80％이다. 물이 첨가되어 폐시약의 농도가 75％가 되는 경우, 폐시약의 온도는 대략 10℃ 상승되고 유체 열 교환기에서의 열 교환 손실은 보충될 수 있다.
새로운 시약의 공급에 의해 공정조 (11) 내의 시약의 양이 순환량에 도달된 후, 펌프 (14)가 작동되고 시약 (12)의 온도가 가열기 (15)에 의해 상승된다. 시약 (12)의 온도가 소정의 온도로 상승된 후, 이는 일정한 온도로 제어된다. 따라서, 시약 (12)의 온도는 소정의 온도가 되고 반도체 기판 (13)의 세정은 다시 수행된다.
상기에 설명된 바와 같이, 고농도의 황산 용액이 고온 황산을 사용하는 반도체 세정 단계에서 배출되기 때문에, 물에 의한 희석열에 의해, 열 교환기 (31)에 공급되는 폐시약의 온도는 순환에서 사용되는 공정 온도보다 높아질 수 있다. 상기 이유로, 열 교환 효율이 나쁠지라도, 새로운 시약의 온도는 예를 들어 순환 온도 (공정 온도)까지 충분히 상승될 수 있다. 따라서, 새로운 시약에 대한 새로운 승온 에너지가 감소되거나 또는 전기 에너지가 소모될 필요가 없다. 이 경우, 순환 온도 (공정 온도)를 유지하기 위해 시약 회로에서 가열기 (15)가 사용될 수 있다.
열 교환기 (31) 내의 폐시약은 밸브 (23)를 개방함으로써 외부로 방출된다. 상기 폐시약은 새로운 시약과의 열 교환에 의해 냉각되기 때문에, 폐시약 냉각을 위한 냉각 장치는 불필요하다. 따라서, 크린 룸 (clean room)의 폐시약 배관의 내열성이 없는 경우에도, 폐시약은 냉각 탱크 등이 없이 방출될 수 있다.
세정된 반도체 기판 (13)이 공정조 (11)로부터 취해진 후, 반도체 기판 상에 침착된 시약은 초순수를 사용하여 세정조 (13) (도시되지 않음)에서 충분히 제거된다. 이어서, 반도체 기판 (13)은 건조되고 다음 반도체 제조 단계로 전달된다. 반도체 기판 (13) 상에 침착된 불순물이 1종의 시약으로 제거하기에 곤란한 경우, 반도체 기판 (13)은 시약을 사용하는 세정 단계 사이에서 초순수 린싱을 수행함으로써 연속적으로 세정된다. 최종적으로, 초순수 린싱을 수행하여 반도체 기판에 침착된 시약을 충분히 제거한 후, 반도체 기판은 건조된다.
또한, 폐시약이 새로운 시약으로 교환되는 경우, 기판 (13)은 공정조 (11) 밖으로 취해지고, 교환이 종료된 후, 공정조 (11)에 기판 (13)을 수용한다.
본 발명의 실시양태를 따라, 상기 기재된 바와 같이, 고온 순환형 시약조로서 사용되는 공정조 (11) 내의 시약이 교환되는 경우, 공정조 (11) 내의 시약 (12)의 전량은 배출되고 열 교환기 (31) 내에 저장되고, 고온 폐시약의 열은 열 교환기 (31)에 의해 새로운 시약으로 공급된다. 따라서, 새로운 시약을 승온시키는 전기 에너지가 절감되고 승온을 위한 순환 가열 시간은 단축될 수 있다.
또한, 열 교환기 (31)에 물을 첨가하고 폐시약을 희석열로 가열함으로써 열 교환을 위해 사용되는 폐시약의 온도가 보다 높아질 수 있다. 특히, 황산을 사용 한 고온 순환형 시약조에서 황산의 농도는 높기 때문에, 물의 첨가로 야기된 희석열은 매우 크고, 이는 승온에 매우 효과적이다. 폐시약의 온도를 충분히 높은 온도로 상승시킴으로써, 새로운 시약이 공급될 때, 새로운 전기 에너지가 요구되지 않는다. 또한, 시약 교환에서, 공정조 (11) 내의 시약의 전량이 공정조 (11)로부터 배출되고 이어서 새로운 시약이 공급된다. 따라서, 공정조 (11) 내의 새로운 시약과 폐시약의 혼합이 미리 방지될 수 있다.
즉, 공정조 (11) 내에서 새로운 시약과 폐시약의 혼합 없이, 새로운 시약과 폐시약 사이의 열 교환에 의해서 새로운 시약의 온도가 상승될 수 있으므로, 전기 에너지 및 시약 교환 시간이 감소될 수 있다.
(제2 실시양태)
도 4는 본 발명의 제2 실시양태에 따른 반도체 제조 장치를 도시하는 개략도이다. 제1 실시양태에 개시된 것과 같거나 또한 유사한 부분은 유사한 참고 번호로 표시되고 본원에 상세히 기재되지 않는다.
농도 모니터 (17)의 측정 결과를 기초로 물 첨가 장치 (32)에 의해 물 첨가량을 설정하다는 점에서 본 실시양태는 제1 실시양태와 상이하다. 또한, 열 교환기 (31)를 통한 새로운 시약의 부분적 통과를 허용하지 않지만, 폐시약을 직접 방출시키는 밸브 (25)가 폐시약 밸브 (21)와 열 교환기 (31) 간에 배치된다. 또한, 열 교환기 (31)를 통한 새로운 시약의 부분적 통과를 허용하지 않지만, 새로운 시약을 공정조 (11)에 직접 공급하도록 하는 밸브 (26)가 열 교환기 (31)의 새로운 시약측 배관에 배치된다.
본 실시양태에서, 역시, 제1 실시양태와 유사하게, 열 교환기(31)에 의해 승온된 새로운 시약은 공정조 (11) 내에서 새로운 시약과 폐시약의 혼합 없이 공급될 수 있다.
이외에, 본 실시양태에서, 물의 첨가량은 농도 모니터 (17)의 측정 결과를 기초로 다음과 같이 설정될 수 있다.
(1) 고온 황산을 사용하는 계에서 황산의 농도가 모니터링되고, 열 교환기 (31)에서 상승되는 새로운 시약의 온도가 공정 온도가 되도록 필요한 폐시약의 온도가 경험적이거나 또는 실험적으로 수득되고, 새로운 시약의 온도가 폐시약의 온도까지 상승될 수 있도록 물의 첨가량은 결정된다. 이 경우, 새로운 시약의 온도를 상승시키기 위한 전기 에너지는 불필요하다. 즉, 새로운 시약의 온도는 열 교환만으로 공정 온도까지 상승될 수 있다.
(2) 고온 황산을 사용하는 계에서 황산의 농도가 모니터링되고, 필요한 물의 양은 공정조 (11)로부터 배출되는 폐시약의 농도와 폐시약의 소정의 농도 간의 관계를 기초로 결정된다. 최근, 공장으로부터의 가능한 많은 양의 폐시약 방출의 감소는 환경 부담 감소 관점에서 바람직하다. 예를 들어, 황산은 종종 방출 후 반도체 제조 장치로부터 회수되어서 희석 황산으로서 다른 산업 분야에서 사용된다. 이 경우, 황산은 특정한 농도로 회수되어야 한다.
즉, 일반적으로, 황산계의 폐시약은 산업 폐기물로서 폐기되지 않고, 다른 산업 용도를 위해 종종 사용된다. 황산의 농도는 일정한 것이 바람직하다. 따라서, 농도 모니터 (17)의 측정 결과를 기초로 폐시약의 황산 농도가 75 ％가 되도록 물의 첨가량이 결정된다. 열 교환 후 밸브 (23)을 개방함으로써 방출되는 폐시약은 75 ％ 농도의 황산을 함유하고, 그대로 다른 용도에 사용될 수 있다.
또한, 폐시약 농도가 상기 값으로 설정되는 경우, 새로운 시약의 온도는 열 교환기(31)에 의해 공정 온도로 상승되지 않을 수 있다. 물이 100 ℃의 93％ 또는 78％ 황산 폐시약에 첨가되는 경우 희석 폐시약의 온도는 도 5에 나타낸다. 종축은 폐시약의 온도, 횡축은 물 첨가 후에 희석된 황산 폐시약의 농도를 나타낸다. 일반적으로, 반도체 세정에서 사용되는 황산 폐시약 농도는 대략 80％ 정도이다. 물 첨가에 의해 폐시약의 온도는 대략 10 ℃ 상승되어 대략 100 ℃의 폐시약의 농도는 75 ％가 된다. 따라서 유체 열 교환기에서 열 교환 손실은 보충될 수 있다. 새로운 시약의 온도가 공정 온도에 도달하지 않는 경우, 새로운 시약은 가열기 (15) 또는 다른 수단에 의해 가열될 수 있다. 이 경우, 역시, 새로운 시약은 열 교환에 의해서 어느 정도 승온되기 때문에, 공정 온도까지 온도를 상승시키기 위해서 단지 소량의 전기 에너지가 필요하다.
열 교환기 (31)에 의해 상승된 새로운 시약의 온도가 공정 온도 이상인 경우, 밸브 (26)에 의해 소량의 새로운 시약을 우회시킴으로써 새로운 시약의 전량의 온도가 공정조 (11) 내에서 공정 온도가 될 수 있다. 또한, 소량의 폐시약은 밸브 (21)를 통해 미리 배출될 수 있고 이어서 새로운 시약의 온도는 잔류 폐시약과 물의 혼합에 의해 발생된 희석열에 의해 가열된 폐시약에 의해 공정 온도까지 상승될 수 있다.
(변형된 실시양태)
본 발명은 상기 기재된 실시양태에 의해 제한되지 않는다. 실시양태에서, 물은 세정 유체로서 사용되는 황산계 시약을 대한 보조 유체로서 사용되고 폐시약은 희석열에 의해 가열된다. 그러나, 시약과 보조 유체의 조합은 임의로 변경될 수 있다. 예를 들어, 염산계의 시약은 유기 알칼리의 첨가에 의해 발생된 중화열에 의해 가열될 수 있다. 암모니아계의 시약은 유기산의 첨가에 의해 발생된 반응열에 의해 가열될 수 있다. 그러나, 온도 저하시 열 교환기 내부에 침착되거나 또는 침전되지 않은 물질이 선택되어야 한다.
보조 유체의 첨가 위치는 폐시약이 열 교환기에 들어가는 배관이거나 또는 열 교환기 내일 수 있다. 또한, 안전 장치로서 공정조의 폐시약측에 안전 밸브 (도시 안됨)가 배치될 수 있다. 도 2는 1종의 시약만 보여준다. 그러나, 순수한 물을 비롯한 2종 이상의 시약을 함유한 혼합물이 사용되는 경우, 새로운 시약 공급 배관은 열 교환기 (31)에 평행하게 배열될 수 있고, 2종 이상의 시약의 온도는 열 교환에 의해 동시에 상승될 수 있다. 고온에서 분해되는 과산화수소수와 같은 유체는 열 교환 없이 공정조에 필요량으로 직접 공급될 수 있다.
반도체 기판의 세정으로서, 시약을 함유한 공정조에 일부 반도체 기판을 침지하고 동시에 그들을 세정하는 배치식 세정 및 반도체 기판 한장씩을 회전시키면서 반도체 기판상에 시약을 송풍 (blowing)하는 단일 웨이퍼 세정이 있다. 본 발명은 계가 배치 세정, 단일 웨이퍼 세정일지라도 고농도의 시약을 사용하는 임의의 시약 순환계에 적용될 수 있다.
추가의 이점 및 변형이 당업자에게 용이하게 일어날 수 있다. 따라서, 보다 넓은 면에서 본 발명은 본원에 도시되거나 기재된 상세한 설명 및 대표적인 실시양태에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구항 및 이들의 등가물에 의해 한정된 일반적인 발명 개념의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 열 교환기에 의해 고온 폐시약의 열을 새로운 시약에 제공함으로써 새로운 시약에 대한 승온을 위한 전기 에너지를 절감시키고 동시에 승온에 따른 순환 가열 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 폐시약에 보조 유체를 첨가하여 희석열, 반응열 또는 중화열 등을 발생시킴으로써, 열 교환 전의 폐시약의 온도를 보다 높일 수 있다. 이에 의해, 열 교환기만으로 새로운 시약을 공정 온도까지 상승시키는 것이 가능해져, 새로운 시약에 대한 승온을 위한 전기 에너지가 불필요할 수 있다.
또한, 열 교환기에 폐시약의 액류가 존재하는 경우의 열 교환이 아니고, 폐시약을 열 교환기에 저장한 후의 열 교환이기 때문에, 공정조 내의 고온 시약을 비운 후, 공정조 내에 새로운 시약을 공급할 수 있다. 따라서, 새로운 시약과 폐시약이 혼합되지 않고 시약 교환이 가능하다.
Claims (20)
- 시약 (chemical)의 온도가 소정의 온도까지 상승된 상태에서 반도체 기판의 세정에 사용되는 시약을 충전하고 시약을 순환시켜 재사용하는 고온 순환형 시약조;시약조 내의 시약을 배출하는 배출 장치;폐시약으로 간주되는 배출된 시약에 폐시약과의 혼합에 의해 열을 발생시키는 보조 유체를 첨가하여 폐시약을 가열하는 보조 유체 공급 장치;가열된 폐시약이 일시적으로 저장되고 새로운 시약이 유통되어 폐시약과 새로운 시약 간의 열 교환에 의해 폐시약을 냉각시키고 새로운 시약을 승온시키는 열 교환기, 및열 교환기에서 승온된 새로운 시약을 시약조에 공급하는 공급 장치를 포함하는반도체 제조 장치.
- 제1항에 있어서, 폐시약에 대한 열 교환기의 배관의 용량이 시약조에 공급되는 시약의 용량 이상인 장치.
- 제1항에 있어서, 보조 유체가 폐시약과의 혼합에 의한 희석열, 반응열 또는 중화열을 발생시키는 장치.
- 제1항에 있어서, 시약이 황산을 함유하고, 보조 유체는 물이고 보조 유체와의 혼합으로 발생된 희석열로 시약을 가열하는 장치.
- 제1항에 있어서, 시약이 염산을 함유하고, 보조 유체는 유기 알칼리이고 보조 유체와의 혼합에 의해 발생된 중화열로 시약을 가열하는 장치.
- 제1항에 있어서, 시약은 적어도 암모니아를 함유하고, 보조 유체는 유기산이고 보조 유체와의 혼합에 의해 발생된 반응열로 시약을 가열하는 장치.
- 제1항에 있어서, 보조 유체의 첨가량을 열 교환기에서 새로운 시약의 온도를 소정의 온도로 상승시키는데 필요한 폐시약의 온도에 따라 설정하는 장치.
- 제1항에 있어서, 보조 유체의 첨가량이 농도 게이지의 측정 결과에 따라서 결정되는, 시약조에서 1종 이상의 시약의 농도를 측정하는 농도 게이지를 더 포함하는 장치.
- 제8항에 있어서, 폐시약의 온도가 새로운 시약의 온도를 소정의 온도로 상승시키는데 필요한 온도가 되도록 보조 유체의 첨가량을 농도 게이지에 의해 측정된 농도에 따라 결정하는 장치.
- 제1항에 있어서, 시약조의 상부로부터 넘친 시약을 시약조의 하부로부터 공급하는 시약 회로; 및시약 회로의 중앙부에 배치되어 시약의 온도를 소정의 온도로 상승시키는 가열기를 더 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서, 새로운 시약을 열 교환기로 우회시키는 배관을 더 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서, 시약조로부터 배출된 소량의 폐시약을 열 교환에 공급하지 않고 외부로 직접 배출되도록 하는 다른 배출 장치를 더 포함하는 장치.
- 시약의 온도가 제1 온도까지 상승된 상태에서 반도체 기판의 세정에 사용되는 시약을 충전하고, 시약을 순환시켜 재사용하는 고온 순환형 시약조;시약조 내의 시약을 배출하는 배출 장치;제1 온도보다 낮은 제2 온도의 폐시약으로 간주된 배출된 시약에 폐시약과의 혼합에 의해 열을 발생시키는 보조 유체를 첨가하여 제1 온도보다 높은 제3 온도로 폐시약을 가열하는 보조 유체 공급 장치;가열된 폐시약이 일시적으로 저장되고 새로운 시약이 유통되어, 폐시약과 새로운 시약 간의 열 교환에 의해 폐시약을 냉각시키고 새로운 시약을 제1 온도까지 상승시키는 열 교환기; 및열 교환기에서 승온된 새로운 시약을 시약조에 공급하는 공급 장치를 포함하는,반도체 제조 장치.
- 반도체 기판의 세정에 사용되는 시약을 충전하고, 세정 후 시약을 순환시켜 재사용하는 고온 순환형 시약조를 포함하는 반도체 제조 장치를 제조하고;시약조 내의 시약을 배출하고;폐시약으로서 간주되는 배출된 시약에 폐시약과 혼합에 의해 열을 발생시키는 보조 유체를 첨가하여 폐시약을 가열하고;가열된 폐시약을 열교환기에서 일시적으로 저장하고;새로운 시약을 열 교환기에서 유통시키고, 열 교환기에서 폐시약과 새로운 시약 간의 열 교환에 의해 폐시약을 냉각시키고 새로운 시약을 승온시키고;승온된 새로운 시약을 시약조에 공급하는 것을 포함하는,고온 순환형 시약조에서 시약을 교환하는 방법.
- 제14항에 있어서, 폐시약과의 혼합에 의해 희석열, 반응열 또는 중화열을 발생시키는 유체를 폐시약과 혼합되는 보조 유체로서 사용하는 방법.
- 제14항에 있어서, 보조 유체의 첨가량을 열 교환기에서 새로운 시약의 온도 를 소정의 온도로 상승시키는데 필요한 폐시약의 온도에 따라 설정하는 방법.
- 제14항에 있어서, 시약조의 1종 이상의 시약의 농도를 측정하고 측정 결과에 따라 보조 유체의 첨가량을 설정하는 방법.
- 제17항에 있어서, 폐시약의 온도가 새로운 시약의 온도를 소정의 온도로 상승시키는데 필요한 온도이도록 보조 유체의 첨가량을 시약의 측정된 농도에 따라 설정하는 방법.
- 제14항에 있어서, 시약조로부터 배출된 소량의 폐시약을 외부로 직접 배출시키는 방법.
- 시약조 내의 시약을 배출하고;폐시약으로서 간주되는 배출된 시약에 폐시약과의 혼합에 의해 열을 발생시키는 보조 유체를 첨가하여 폐시약을 가열하고;가열된 폐시약을 열교환기에서 일시적으로 저장하고;새로운 시약을 열 교환기에서 유통시키고, 열 교환기에서 폐시약과 새로운 시약 간의 열 교환에 의해 폐시약을 냉각시키고 새로운 시약을 승온시키고;승온된 새로운 시약을 시약조에 공급하는 것을 포함하고;폐시약을 배출하고 새로운 시약을 공급함으로써 시약을 교환한 시약조에 기 판을 수용하고 기판을 세정하는 것을 포함하는,반도체 기판의 세정에 사용되는 시약을 충전하고 세정 후 시약을 순환시켜 재사용하는 고온 순환형 시약조에 반도체 기판을 수용하여 반도체 기판을 세정하도록 구성된 반도체 장치를 제조하는 방법.
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