KR20170104240A - 세정수 생산장치 및 그로부터 생산된 세정수를 이용한 기판의 세정방법 - Google Patents

세정수 생산장치 및 그로부터 생산된 세정수를 이용한 기판의 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 제1 전기분해 셀(10); 제2 전기분해 셀(20); 및 상기 제1 전기분해 셀(10) 및 제2 전기분해 셀(20)에 연결된 세정수 이송라인(18, 28)으로 연결된 승온탱크(16);를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정수 생산장치를 제공한다. 본 발명에 따르는 세정수 생산장치는 세정용 애노드 워터와 캐소드 워터를 동시에 생산할 수 있으면서도, 또한 생산과 동시에 기판의 세정공정에 적용이 가능한 만큼의 생산량으로 애노드 워터와 캐소드 워터를 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 세정수 생산장치에 의하여 생산된 애노드 워터와 캐소드 워터를 기판에 순차적으로 처리하는 경우, 1회의 공정으로 기판의 처리가 완료될 수 있다.

Description

세정수 생산장치 및 그로부터 생산된 세정수를 이용한 기판의 세정방법{APPARATUS FOR PRODUCING CLEANING WATER AND CLEANING METHOD OF SUBSTRATE USING CLEANING WATER PRODUCED THEREFROM}
본 발명은 세정수 생산장치 및 그로부터 생산된 세정수를 이용한 기판의 세정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세정용 애노드 워터와 캐소드 워터를 동시에 생산할 수 있으면서도, 또한 생산과 동시에 기판의 세정공정에 적용이 가능한 만큼의 세정수 생산량이 확보될 수 있는 세정수 생산장치 및 상기 장치에서 생산된 세정수를 이용하여 기판을 세정하는 방법에 관한 것이다.
근래에 디스플레이 산업 및 반도체 산업에서의 기술이 비약적으로 발전함에 따라 초정밀 세정 기술에 대한 수요도 따라서 증가하고 있으며, 관련하여, 종래에 주로 사용되어온 초순수를 이용한 세정(DI rinse)이나 케미컬 세정(RCA cleaning, SC1, SC2)등을 대체할 수 있는 세정방법으로 전해수의 이용이 적극 검토되고 있다.
예를 들어, KR2013-0124045A, KR2014-0018746A, KR2006-0119840A 등에는 전기분해에 있어 음극(cathode, 환원전극)에서 생성되는 음극수(cathode water, CW)를 이용하여 기판을 세정하는 방법들이 개시되어 있다. 음극수로 기판을 처리하는 경우 세정이 완료된 후 입자들이 재부착되는 것을 하거나 또는 세정이 끝난 기판의 산화방지에 에 효과적인 것으로 알려져 있다. 그러나, 음극수는 음극기판상에 존재하는 유기물이나 금속상태의 불순을 제거하는데 효과적이지 못하다.
전기분해시 양극(anode, 산화전극)에서 생산되는 애노드 워터는 기판상에 존재하는 유기물이나 금속상태의 불순을 제거하는데 효과적이고, 음극(cathode, 환원전극)에서 생산되는 캐소드 워터를 기판에 처리하는 경우에는 미세입자들의 재부착 방지 및 세정이 끝난 기판의 산화방지에 효과적인 것으로 알려져 있어, 이들을 조합하면 효과적인 기판의 세정이 기대될 수 있다. 이에, 양극수와 음극수를 동시에 생산하여 기판의 세정공정에 적용하려는 노력이 시도되고 있다.
예를 들어, KR2013-0030150A에는 초순수에 각각 전기분해로부터 발생한 수소와 오존을 각각 초순수에 용해시켜 기능성 수소수 및 오존수를 제조하는 장치가 개시되어 있다. 한편, 특허문헌 2에는 2조식 전기분해장치를 이용하여 전기분해를 시도하여 각각 양극과 음극에서 발생하는 산성수와 염기성 수를 분사하는 위생장치가 개시되어 있다. 그러나, 전자의 경우, 별도의 전지분해장치에서 생성된 양극수와 음극수를 초순수와 다시 혼합하는 형태로 기능수를 제조하는 방식이고, 후자의 경우는 단일 전기분해장치에서 양극수와 음극수를 동시에 생산하는 방식이어서, 반도체 기판의 세정공정에 적용할 만큼의 대량생산이 불가능하다.
본 발명의 목적은 세정용 애노드 워터와 캐소드 워터를 동시에 생산할 수 있으면서도, 또한 생산과 동시에 기판의 세정공정에 적용이 가능한 만큼의 세정수 생산량이 확보될 수 있는 세정수 생산장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 세정수 생산장치에서 생산된 세정수를 순차적으로 기판에 처리하는 기판의 세정방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 제1 전기분해 셀(10); 제2 전기분해 셀(20); 및 상기 제1 전기분해 셀(10) 및 제2 전기분해 셀(20)에 연결된 세정수 이송라인(18, 28)으로 연결된 승온탱크(16);를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정수 생산장치를 제공한다.
상기 제1 전기분해 셀(10)에서는 세정용 애노드 워터가 생산되고; 제2 전기분해 셀(20)에서는 세정용 캐소드 워터가 생산;되는 것일 수 있다.
상기 제1 전기분해 셀(10) 및 제2 전기분해 셀(20)은 각각 애노드 셀(11, 21)과 캐소드 셀(12, 22)이 분리막(19, 29)에 의하여 분리된 2조식 전기분해 셀인 것이 바람직하다.
상기 제1 전기분해 셀(10)의 애노드 셀(11)에서 세정용 애노드 워터가 생산되고; 상기 제2 전기분해 셀(20)의 캐소드 셀(22)에서 세정용 캐소드 워터가 생산;되는 것이 바람직하다.
상기 제1 전기분해 셀(10)의 애노드 셀(11)에는 초순수 공급라인(13)을 통하여 초순수가 공급되고, 제1 전기분해 셀(10)의 캐소드 셀(12)에는 전해액 공급라인(14)을 통하여 전해액이 공급되며; 제2 전기분해 셀(20)의 캐소드 셀(22)에는 초순수 공급라인(23)을 통하여 초순수가 공급되고, 제2 전기분해 셀(20)의 애노드 셀(21)에는 전해액 공급라인(24)을 통하여 전해액이 공급;되는 것이 바람직하다.
상기 제1 전기분해 셀(10)의 캐소드 셀(12)에 공급되는 전해액은 초순수에 황산 또는 염산이 용해된 전해액이고; 제2 전기분해 셀(20)의 애노드 셀(21)에 공급되는 전해액은 초순수에 NH4OH가 용해된 전해액;인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 기판의 표면에, 제1항 내지 제8항의 세정수 생산장치에서 생산된 세정용 애노드 워터와 세정용 캐소드 워터를 순차적으로 처리하여, 기판상의 오염물을 제거하고, 제거된 오염물의 재부착을 방지하는 기판 세정방법을 제공한다.
본 발명에 따르는 세정수 생산장치는 세정용 애노드 워터와 캐소드 워터를 동시에 생산할 수 있으면서도, 또한 생산과 동시에 기판의 세정공정에 적용이 가능한 만큼의 생산량으로 애노드 워터와 캐소드 워터를 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 세정수 생산장치에 의하여 생산된 애노드 워터와 캐소드 워터를 기판에 순차적으로 처리하는 경우, 1회의 공정으로 기판의 처리가 완료될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 세정수 생산장치에 대한 모식도이다.
본 발명에서는 세정수 생산장치를 제공한다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따르는 세정수 생산장치를 상세하게 설명한다.
도 1을 참조할 때, 본 발명에 따르는 세정수 생산장치는, 제1 전기분해 셀(10); 제2 전기분해 셀(20); 및 각각 상기 제1 전기분해 셀(10) 및 제2 전기분해 셀(20)에 연결된 세정수 이송라인(18, 28)으로 연결된 승온탱크(16);를 포함한다.
도시된 바는 제1 전기분해 셀(10)과 제2 전기분해 셀(20)이 각각 하나씩 구비된 것이나, 각각은 필요에 따라, 예컨대 생산량 증대를 위하여 복수 개가 구비되어 각각의 세정수 이송라인을 통하여 병렬적으로 승온탱크(16)에 연결될 수 있다. 또한 각각의 세정수 이송라인(18, 28)들의 중간에는 필요에 따라 세정수 저장용 탱크들이 구비되어, 각각 세정용 애노드 워터 및 세정용 캐소드 워터가 일시적으로 저장될 수 있다.
[제1 전기분해 셀(10)]
제1 전기분해 셀(10)은 애노드 반응이 수행되는 애노드 셀(11)과 캐소드 반응이 수행되는 캐소드 셀(12)이 분리막(19)에 의하여 분리된 2조식 구조이다. 상기 애노드 셀(11)과 케소드 셀(12) 내부에는 애노드 및 캐소드(미도시)를 포함하는 전원공급 수단이 구비되어 있다.
상기 2조식 구조의 제1 전기분해 셀(10)에서, 제1 전기분해 셀(10)의 애노드 셀(11)에는 초순수 공급라인(13)을 통하여 초순수가 공급되고, 제1 전기분해 셀(10)의 캐소드 셀(12)에는 전해액 공급라인(14)을 통하여 전해액이 공급된다. 이때, 제1 전기분해 셀(10)의 캐소드 셀(12)에 공급되는 전해액은 초순수에 황산 또는 염산이 용해된 전해액이다.
물의 전기분해시에 애노드 셀과 캐소드 셀에서는 다음과 같은 전기화학적 반응(애노드 반응)을 통하여 전기분해수가 생산된다.
애노드 반응 : 2H2O --> O2 + 4H+ + 4e- ---- (1)
캐소드 반응 : 4H+ + 4e- --> 2H2 ---- (2)
전체 반응 : 2H2O --> 2H2 + O2 ---- (3)
상기 반응을 통하여 제1 전기분해 셀(10)의 애노드에서는 제1 애노드 워터가 생산되고, 제1 전기분해 셀의 캐소드에서는 제1 캐소드 워터가 생산된다.
본 발명 세정수 생산장치의 한가지 특징은 세정용 애노드 워터와 세정용 캐소드 워터가 각각 제1 전기분해 셀(10)과 제2 전기분해 셀(20)에서 분리되어 생산된다는 것이다. 즉, 제1 전기분해 셀(10)에 얻어진 전기분해수 중 제1 애노드 워터만이 세정용 애노드 워터로 사용된다.
구체적으로, 상기 2조식 구조의 제1 전기분해 셀(10)에서, 제1 전기분해 셀(10)의 애노드 셀(11)에는 초순수 공급라인(13)을 통하여 초순수가 공급되기 때문에, 순수한 세정용 애노드 수가 생산된다. 세정용 애노드 수에는 상기 식 1에서 표시되는 O2 이외에 다음의 연쇄반응으로 생성되는 오존을 소량 포함하고 있는 것으로 알려져 있다.
3H2O --> O3 + 6H+ + 6e- ---- (4)
O2 +H2O --> O3 + 2H+ + 2e- ---- (5)
상기와 같은 세정용 애노드 워터는, 기판상에 존재하는 오염물들, 예를 들어, 유기물 또는 금속 상태의 오염물이 제거에 유용하다. 오염물 제거는 상술한 전기화학적 과정을 통하여 애노드 워터에 포함된 오존의 산화력을 이용하는 것이다.
상기 제1 전기분해 셀(10)의 애노드(11)에서 생산된 세정용 애노드 워터는 세정용 애노드 워터 이송라인(18)을 경과하여 승온탱크(16)으로 이송되고, 승온된 다음 세정공정에 적용된다.
필요에 따라 탱크(15)에 저장되었다 이송되거나 또는 애노드 셀(11)로부터 바로 이송라인(18)을 경과하여 이송되어온 세정용 애노드 워터는 승온탱크(16)에서 50~80℃로 가열된 다음 세정공정에 투입된다. 발명자들의 반복실험에 따르면, 애도느 워터에 의한 금속 또는 유기 오염물의 제거는 50℃ 이상의 애노드 워터가 기판에 공급될 때에만 효과가 있고, 50℃ 미만의 온도로 기판에 공급되는 경우에는 세정효과가 현저하게 감소하여, 초순수로 제정하는 경우에 비하여 세정력의 차이가 크지 않은 것으로 확인되었다.
한편, 제1 전기분해 셀(10)의 캐소드셀에는(12)에는 전해액 공급라인(14)를 통하여 초순수(DiW)에 전해질(예를 들어, HCl이나 H2SO4)이 혼합, 용해된 전해액이 공급되된다. 전해질이 추가로 공급되는 것은 전기분해수의 전기전도도를 상승시켜 전기분해수의 생산량을 늘리기 위함이다.
제1 전기분해 셀(10)의 캐소드에서 캐소드 반응으로 얻어지는 캐소드 워터는 Cl- 또는 SO4 2 -등의 음이온을 포함하는 용액이다. 따라서, 제1 전기분해 셀(10)의 캐소드 셀(12)에서 캐소드 반응이 진행되어 생산되는 캐소드 워터는 다른 용도로 사용되거나 또는 드레인 워터로 버려질 수 있다.
[제2 전기분해 셀(20)]
제2 전기분해 셀(20)은 애노드 반응이 수행되는 애노드 셀(21)과 캐소드 반응이 수행되는 캐소드 셀(22)이 분리막(29)에 의하여 분리된 2조식 구조이다. 상기 애노드 셀(21)과 케소드 셀(22) 내부에는 애노드 및 캐소드(미도시)를 포함하는 전원공급 수단이 구비되어 있다.
상기 2조식 구조의 제2 전기분해 셀(20)에서, 제2 전기분해 셀(20)의 애노드 셀(21)에는 전해액 공급라인(24)을 통하여 전해액이 공급된다. 이때, 제2 전기분해 셀(20)의 애노드 셀(21)에 공급되는 전해액은 예를 들어, NH4OH가 용해된 전해액이다. 한편, 제2 전기분해 셀(20)의 캐소드 셀(22)에는 초순수 공급라인(23)을 통하여 초순수가 공급된다.
제2 전기분해 셀(20)의 애노드(21)과 캐소드(22)에서 일어나는 애노드 반응과 캐소드 반응은 앞서 설명한 제1 전기분해 셀(10)에서와 유사하다. 즉, 상기 반응을 통하여 제2 전기분해 셀(20)의 애노드에서는 제2 애노드 워터가 생산되고, 캐소드에서는 제2 캐소드 워터가 생산된다.
본 발명 세정수 생산장치의 다른 특징은 제2 전기분해 셀(20)에 얻어진 전기분해수 중 제2 캐소드 워터만이 세정용 워터로 사용된는 것이다.
구체적으로, 2조식 구조인 제2 전기분해 셀(20)에서, 캐소드 셀(22)에는 초순수 공급라인(23)을 통하여 초순수가 공급되기 때문에, 전기분해가 개시되면 상기 캐소드 셀(22)에서는 상술한 식 (2)에 따르는 캐소드 반응이 진행되어 세정용의 순수한 캐소드 워터가 생산된다.
상기 얻어진 세정용 캐소드 워터는 캐소드 워터는 거의 중성이거나 또는 애노드 워터와 반대의 pH 액상을 가져, 애노드 워터에 의한 오염물 제거가 완료된 다음, 순수한 캐소드 워터를 기판에 공급하여 세정(rinse)하면 기판이 중성화되고, 그에 따라, 하전을 가진 입자의 재부착을 방지할 수 있다. 특히 순수한 캐소드 워터는 입자 크기가 평균입경 25nm 이하인 미세한 입자의 재부착 방지에 효과적이다.
상기 제2 전기분해 셀(20)의 캐소드(22)에서 생산된 세정용 캐소드 워터는 세정용 케소드 워터 이송라인(28)을 경과하여 승온탱크(16)으로 이송되고, 승온된 다음 세정공정에 적용된다.
필요에 따라 탱크(25)에 저장되었다 이송되거나 또는 캐소드 셀(22)로부터 바로 이송라인(28)을 경과하여 이송되어온 세정용 캐소드 워터는, 승온탱크(16)에서 50~80℃로 가열된 다음 세정공정에 투입된다. 발명자들의 반복실험에 따르면, 세정용 캐소드 워터에 의한 재부착 방지의 효과 역시 50~80℃ 이상의 캐소드 워터가 기판에 공급될 때에만 효과가 있고, 50℃ 미만의 온도로 기판에 공급되는 경우에는 재부착 방지의 효과 역시 현저하게 감소하는 것으로 확인되었다.
한편, 제2 전기분해 셀(20)의 애노드 셀에는(21)에는 전해액 공급라인(24)를 통하여 초순수(DiW)에 전해질(예를 들어, NH4OH)이 용해된 전해액이 공급되된다. 전해질이 추가로 공급되는 것은 전기분해수의 전기전도도를 상승시켜 전기분해수의 생산량을 늘리기 위함이다.
제2 전기분해 셀(20)의 애노드에서 애노드 반응으로 얻어지는 애소드 워터는 NH4OH를 포함하는 용액이다. 따라서, 제2 전기분해 셀(20)의 애노드 셀(21)에서 애노드 반응이 진행되어 생산되는 애노드 워터는 다른 용도로 사용되거나 또는 드레인 워터로 버려질 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상술한 세정장치에 의하여 생산된 세정용 애노드 워터와 세정용 캐소드 워터를 이용하여 기판을 세정하는 방법을 제공한다.상기 기판 세정방법은 전기분해에서 얻어지는 애노드 워터와 캐소드 워터를 순차적으로 공급하는 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로는, 기판상의 오염물을 제거하기 위하여 전기분해수 중 애노드 워터(anode water)를 기판에 공급하는 제1 단계; 및 상기 제거된 오염물이 기판상에 재부착하는 것을 방지하기 위하여 전기분해수 중 캐소드 워터(cathode water)를 오염물이 제거된 기판상에 공급하는 제2 단계;를 포함한다.
상기 두 단계의 공정에 의하여 기판상의 유기물 또는 금속 상태의 오염물을 제거함과 동시에, 제거된 오염물의 재부착을 동시에 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기판 세정방법은 CMP 공정 이후에 수행된다. 한편, 상기 두 단계는 연속적으로 수행되거나 또는 중간에 다른 공정, 캐소드 워터(cathode water)를 오염물이 제거된 기판상에 공급하는 단계는 다른 공정이 수행된 후에 추가로 수행될 수 있다.
10.. 제1 전기분해 셀 11, 21.. 애노드 셀
12, 22.. 캐소드 셀 13, 23.. 초순수 공급라인
14, 24.. 전해액 공급라인 15.. 애노드 워터 탱크
25.. 캐소드 워터 탱크 16.. 승온 탱크
20.. 제2 전기분해 셀 19, 29.. 분리막
18, 28.. 세정수 이송라인 100.. 세정수 생산장치

Claims (7)

  1. 제1 전기분해 셀;
    제2 전기분해 셀; 및
    상기 제1 전기분해 셀 및 제2 전기분해 셀에 연결된 세정수 이송라인으로 연결된 승온탱크;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정수 생산장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 전기분해 셀에서는 세정용 애노드 워터가 생산되고; 제2 전기분해 셀에서는 세정용 캐소드 워터가 생산;되는 것을 특징으로 하는 세정수 생산장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기분해 셀 및 제2 전기분해 셀은 각각 애노드 셀과 캐소드 셀이 분리막에 의하여 분리된 2조식 전기분해 셀인 것을 특징으로 하는 세정수 생산장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전기분해 셀의 애노드 셀에서 세정용 애노드 워터가 생산되고; 상기 제2 전기분해 셀의 캐소드 셀에서 세정용 캐소드 워터가 생산;되는 것을 특징으로 하는 세정수 생산장치.
  5. 제3항에 있어서,
    제1 전기분해 셀의 애노드 셀에는 초순수 공급라인을 통하여 초순수가 공급되고, 제1 전기분해 셀의 캐소드 셀에는 전해액 공급라인을 통하여 전해액이 공급되며;
    제2 전기분해 셀의 캐소드 셀에는 초순수 공급라인을 통하여 초순수가 공급되고, 제2 전기분해 셀의 애노드 셀에는 전해액 공급라인을 통하여 전해액이 공급;되는 것을 특징으로 하는 세정수 생산장치.
  6. 제5항에 있어서,
    제1 전기분해 셀의 캐소드 셀에 공급되는 전해액은 초순수에 황산 또는 염산이 용해된 전해액이고;
    제2 전기분해 셀의 애노드 셀에 공급되는 전해액은 초순수에 NH4OH가 용해된 전해액;인 것을 특징으로 하는 세정수 생산장치.
  7. 기판의 표면에, 제1항 내지 제6항의 세정수 생산장치에서 생산된 세정용 애노드 워터와 세정용 캐소드 워터를 순차적으로 처리하여, 기판상의 오염물을 제거하고, 제거된 오염물의 재부착을 방지하는 기판 세정방법.
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