KR100223965B1 - 반도체설비의 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

반도체 제조설비의열 발생부를 냉각시켜 주는 초순수순환라인의 오염을 방지하기 위한 것으로서,초순수 저장탱크에 연결된 초순수 순환라인이 열 발생부 내를 경유하도록 설치되고, 열 교환기에 의해 온도 조절된 초순수가 초순수 순환라인으로 순환되면서 반도체 제조설비 내의 열 발생부에서의 열 발생을 억제하도록 된 반도체 제조설비의 냉각시스템에 있어서, 상기 초순수 순환라인에 연결되어서 상기 초순수 순환라인에 케미컬을 공급하게 되는 케미컬 순환라인과, 상기 케미컬 순환라인에 설치되어서 상기 초순수 순환라인을 통해 공급되는 케미컬의 흐름을 조절하는 밸브와, 초순수 순환라인의 부식을 방지하기 위한 케미컬이 저장되어 있으며, 상기 케미컬 순환라인으로 케미컬을 분출하는 한편 상기 케미컬 순환라인을 통해 유입되는 케미컬을 수집하는 케미컬 저장탱크를 추가로 구성한 것이다.

따라서, 주기적으로 케미컬을 순환시켜 순환라인 내의 오염, 부식 및 막힘현상이 방지되어 가동율 및 냉각효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

반도체 제조설비의 냉각시스템{Cooling system of semiconductor fabrication apparatus}

본 발명은반도체 제조설비의냉각시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는반도체 제조설비내의 열 발생부에 초순수를 순환시켜 냉각시킴과 함께 초순수 순환라인 내의 부식을 방지하기 위하여 단속적으로 케미컬을 순환시킬 수 있는반도체 제조설비의냉각시스템에 관한 것이다.

반도체소자의 제조과정은 웨이퍼 상에 다양한 박막을 형성하면서 소정의 회로패턴을 구현하여 원하는 회로동작이 가능하도록 하는 것으로서, 포토리소그라피공정, 식각공정, 산화공정, 확산공정, 이온주입공정, 증착공정 등이 반복적으로 수행되어 이루어진다. 이러한 다양한 공정들은 포토레지스트 도포설비, 노광설비, 현상설비, 식각설비, 확산로, 이온주입장치, 화학기상증착장 치, 프퍼터링장치 등의 해당 설비 내에서 수행되며, 이들 공정을 수행하기 위해서 때로는 열처리공정을 요하기도 하며, 때로는 제조설비 자체에 열을 발생시키기도 하며, 때로는 설비에 가해지는 고전압으로 인하여 설비 자체가 열을 발생할 수 있다.

특히, 반도체 제조설비자체에서발생하는 열은 기계수명을 단축시킬뿐만 아니라 공정조건을 변화시키기 때문에 냉각시스템을 이용하여 냉각시키고 있으며, 반도체 제조공정이 수행되는 공정챔버를 일정한 온도조건으로 유지하기 위해서도 냉각시스템이 사용되고 있다.

도1은 종래의반도체 제조설비의냉각시스템의 일례를 개략적으로 도시한 것으로서,반도체 제조설비 중이온주입장치의 질량분석기(20:열 발생부)에 대한 냉각시스템을 나타낸다.

일반적으로반도체 제조설비 중이온주입장치는 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 기판의 전도형을 바꾸거나 도전율을 변화시키기 위하여 도펀트 이온들을 보통 5∼200KeV정도 또는 고에너지 이온주입기에서는 수 MeV 정도의 가속에너지로 주입하는 장치를 말한다.

고에너지 이온주입장치는 기본적으로 소오스물질 공급부, 공급되는 물질을 플라즈마상태로 만들어 이온을 발생시키는 이온소오스, 질량차이를 이용하여 원하는 이온만을 추출하는 이온 추출기, 자기장 속에서 전하를 띤 이온이 진행방향을 바꾸며 질량에 따라 곡률반경이 다름을 이용하여 원하는 이온만을 걸러내는 질량 분석기, 걸러진 이온을 원하는 에너지로가속시키기 위한가속튜브, 이온빔을 균일하게 웨이퍼에 도달시키기 위한 스캐닝 시스템, 이온주입이 이루어질 웨이퍼를 위치시키는 디스크를 포함한 앤드 스테이션을 구비하고 있다.

상기와 같은 이온주입장치에서는 이온을 발생시키거나, 원하는 이온만을 추출 내지 분리시킬 때 해당 설비에 고전압이 인가되기 때문에 히터 코일에 전류가 흐르면서열이 발생되어냉각할 필요가 있으며, 일반적으로 일정한 온도로 조절되는 초순수(D. I water)를 사용하여 냉각시키고 있다.

도1을 참조하면, 초순수 저장탱크(12)에 저장되는 초순수는 이온주입장치의 열 발생부(20)의 하나인 질량 분석기와의 사이에서 순환된다. 이 때 초순수는 초순수 저장탱크(12)와 연결되는 열 교환기(10)에 의하여 원하는 만큼의 일정한 온도로 유지되면서 저장된다. 상기 열교환기(10)는 자체에 가열기(도시안됨) 및 냉각기(도시안됨)를 부착하거나, 순환라인상에 설치할 수 있다.

상기 초순수 저장탱크(12)로부터 초순수 공급라인(15)을 따라 불순물제거용 필터(14), 이온제거용 필터(16) 및 제1차단밸브(18)가 순차적으로 설치되며, 초순수 회수라인(21)에 제2차단밸브(22)가 설치되어 있다. 또한 상기 초순수공급라인(15)에는초순수의 순환을 위한 펌프(도시안됨)가 설치된다.

한편, 상기 열 발생부(20)로서 개략적으로 표시한 이온주입장치의 질량 분석기는 진공분위기하에서 이온소오스로부터 선택적으로 추출된 불순물이온을 자기장속으로 투입시켜 이온의 진행방향이 바뀌는 것을 이용하는 것으로서, 자기장은 전력공급원과 연결된 코일형태로 형성되며 코일내부를 이온이 통과하면서 이온의 질량에 따라 곡률반경이 달라짐을 이용하여 원하는 이온만을 분리해낼 수 있다.

한편, 전력공급원에 의해 코일에 전류가 흐르면 열이 발생하기 때문에 열을 식혀주기 위하여 상기 코일 주변을 따라 초순수 공급라인이 설치된다. 또한, 이온주입장치는 고전압에 의한 누설전류를 최소화하기 위하여 냉각용으로 공급되는 초순수에 불순물이나 이온물질을 제거하기 위하여 초순수 공급라인상에 불순물제거용 필터(14)와 이온제거용 필터(16)를 구비하게 된다.

그러나 종래의 냉각시스템에 있어서는 설비를 장기간 사용하거나 필터의 수명을 초과하여 사용하는 등 필터의 효율이 저장되는 경우 불순물이나 이온물질이 초순수 공급라인을 통하여 그대로 공급되면서 고전압이 걸리는 질량 분석기 내에서 중금속 원소 등이 전리되어 배관라인을 부식시켜 초순수 공급라인을 오염시키는 원인이 된다는 문제점이 있었다.

또한, 초순수 공급라인을 따라 유입된 금속성분이 산화되어 배관라인이 부식되거나 막히게 되어 초순수의 흐름을 방해하여 냉각효율을 떨어뜨리게 하는 문제점이 있었다.

더 나아가서는 초순수 공급라인이 미물질에 의한 오염으로 절연내력이 떨어지게 되어 고전압에 의한 아킹(arcing) 발생으로 설비를 다운시키기도 한다. 이는 반도체 제조설비의 가동율을 저하시키는 요인이 되며, 제품의 품질저하를 초래하게 된다.

본 발명의 목적은반도체 제조설비의열 발생부를 냉각시켜 주는 초순수 공급라인의 부식을 방지하여 설비의 가동율을 향상시키는반도체 제조설비의냉각시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은반도체 제조설비의열 발생부를 냉각시켜 주는 초순수 공급라인의 막힘현상을 방지하여 초순수의 흐름을 원활히 유지시켜 냉각효율을 향상시키는반도체 제조설비의냉각시스템을 제공하는 데 있다.

도1은 종래의반도체 제조설비의냉각시스템을 나타낸 개략도이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른반도체 제조설비의냉각시스템을 나타내는 개략도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

10 : 열 교환기 12 : 초순수 저장탱크

14 : 불순물제거용 필터 16 : 이온제거용 필터

18, 22, 24, 26 : 밸브 15 : 공급라인

20 : 열 발생부 21 : 회수라인

28 : 케미컬 저장탱크

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른반도체 제조설비의냉각시스템은초순수 저장탱크에 연결된 초순수 순환라인이 열 발생부 내를 경유하도록 설치되고, 열 교환기에 의해 온도 조절된 초순수가 초순수 순환라인으로 순환되면서 반도체 제조설비 내의 열 발생부에서의 열 발생을 억제하도록 된 반도체 제조설비의 냉각시스템에 있어서, 상기 초순수 순환라인에 연결되어서 상기 초순수 순환라인에 케미컬을 공급하게 되는 케미컬 순환라인과, 상기 케미컬 순환라인에 설치되어서 상기 초순수 순환라인을 통해 공급되는 케미컬의 흐름을 조절하는 밸브와, 초순수 순환라인의 부식을 방지하기 위한 케미컬이 저장되어 있으며, 상기 케미컬 순환라인으로 케미컬을 분출하는 한편 상기 케미컬 순환라인을 통해 유입되는 케미컬을 수집하는 케미컬 저장탱크를 구비하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 초순수 저장탱크와 열 발생부 사이를 연결하는 초순수 공급라인에는 불순물제거용 필터와 이온제거용 필터 및 차단밸브가 차례로 형성되어 있으며, 상기 케미컬은 상기 차단밸브와 열 발생부 사이로 공급되며, 상기 초순수 저장탱크와 열 발생부 사이를 연결하는 초순수 회수라인에는 차단밸브가 형성되어 있으며, 상기 케미컬은 상기 차단밸브와 열 발생부 사이에서 회수되도록 케미컬 순환라인을 설치하는 것이 오염부위를 집중적으로 플러싱할 수 있다는 점에서 효율적이다.

상기 케미컬로 사용되는 것은 과산화수소수 또는 그와 동종의 것으로 초순수 배관라인 내의 오염물을 제거할 수 있는 것도 사용할 수 있다.

한편, 본 발명이 적용되는반도체 제조설비의열 발생부는 고전압이 걸리는 이온주입설비의 이온소오스부위일 수도 있으며, 이온주입설비의 질량 분석기부위일 수도 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 케미컬 순환라인에는 펌핑수단이 별도로 설치되어질 수도 있으나, 배관의 변형 및 추가설치와 함께 적절한 차단밸브를 설치하여 기존의 초순수 순환라인 내에 설치되는 펌핑수단을 사용할 수 있다.

본 발명의 구성에 의하면, 초순수를 순환시키는 통상의 동작시에는 상기 케미컬의 공급라인과 회수라인에 각기 설치된 차단밸브를 클로즈시키며, 반대로 케미컬을 순환시킬 때에는 상기 초순수 공급라인 내에 잔존하는 초순수를 충분히 제거한 다음 초순수 공급라인 내의 차단밸브를 폐쇄시키고 케미컬 순환라인의 차단밸브들을 개방시켜 케미컬을 순환시킬 수 있다.

따라서, 케미컬을 일정한 주기를 가지고 순환시켜 주면 배관라인 내의 부식을 방지할 수 있을뿐만 아니라 오염물을 제거할 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른반도체 제조설비의냉각시스템을 나타내는 개략도로서, 이온주입장치의 질량 분석기에 대한 냉각시스템이다.도1에서표기한 참조번호와 동일한 것은 동일한 구성요소를 나타낸다.

도2를 참조하면, 초순수 저장탱크(12)에 저장되는 초순수가 이온주입장치의 열 발생부(20)의 하나인 질량 분석기와의 사이에서 순환되며, 초순수는 자체에 부착되거나 순환라인 상에 설치된 가열기(도시안됨) 및 냉각기(도시안됨)에의해원하는 만큼의 적절한 온도로 유지되면서 저장 및 공급된다.

종래기술을 설명한 도1에서와 같이 상기 초순수 저장탱크(12)로부터 초순수 공급라인(15)을 따라 불순물제거용 필터(14), 이온제거용 필터(16) 및 제1차단밸브(18)가 순차적으로 설치되며, 초순수회수라인(21)에는제2차단밸브(22)가 설치되어 있다.

한편, 상기 열 발생부(20)로서 개략적으로 표시한 이온주입장치의 질량 분석기는 전술한 바와 같이 진공분위기 하에서 이온소오스로부터 선택적으로 추출된 불순물이온을 전력공급원과 연결된 코일에 의해 형성되는 자기장 속으로 투입시켜 곡률반경의 차이에 의해 원하는 이온만을 분리해 낼 수 있으며, 상기 코일 주변을 따라 초순수 공급라인이 설치되는 것은 종전과 같다.

그러나, 본 실시예에서는 초순수 공급라인(15)의 제1차단밸브(18)와 열 발생부(20) 사이에 케미컬 공급라인을 추가로 설치하며, 상기 초순수 회수라인(21) 상의 제2차단밸브(22)와 상기 열 발생부(20) 사이에 케미컬 회수라인을 설치하며, 각기 케미컬 저장탱크(28)와 연결되도록 하였다. 상기 케미컬 공급라인 상에는 제3차단밸브(24)가 설치되며, 회수라인 상에는 제4차단밸브(26)가 각각 설치되어켈미컬이 순환되는순환라인의 개폐여부를 결정하도록 되어 있다.

한편, 도2에서는 초순수 및 케미컬을 순환시키는 펌핑수단에 대하여 별도로 도시하지 않았지만, 초순수는 종래의 펌핑수단에 의해 순환시키고, 케미컬은 별도의 펌핑수단에 의해 순환시켜 준다. 유체의 순환라인에 설치되는 펌핑수단은 당업자에게는 상식적인 일이지만, 일반적으로 초순수 순환라인에 설치되는 펌핑수단은 도2의 초순수 저장탱크(12)의 하부 드레인부위에 설치될 수 있지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 한편 케미컬 순환라인용의 펌핑수단은 케미컬 저장탱크(28) 하부의 드레인 부위에 설치되어 케미컬 공급라인에 연결되는 것이 효율적이다.

한편,펌핑수단을초순수 순환라인과 케미컬 순환라인에 별도로 설치하는 것이 점유면적의 확장이라는 측면에서 바람직하지 않을 경우 상기 초순수 순환라인에 설치된 펌핑수단을 그대로 이용할 수 있으며, 이를 위해서는 추가로 배관라인을 변경하고 적당한 위치에 차단밸브를 설치하며 각 라인에 설치되는 차단밸브의 개폐를 조정하면 가능하다.

도2를 참조하고, 초순수 순환라인과 케미컬 순환라인에 별도의 펌핑수단이 설치된 경우를 살펴보면, 통상적으로 이온주입장치의 열 발생부(20)에는 초순수가 순환된다. 이 때에는 상기 제1차단밸브(18) 및 제2차단밸브(22)는 모두 개방되는 반면에 케미컬 순환라인상의 제2차단밸브(24) 및 제4차단밸브(26)는 모두 인쇄된다. 일정한 시간 이온주입장치가 가동된 후 상기 초순수 배관라인을 케미컬로 플러싱(flushing)시키고자 하는 경우 배관라인 내에 잔류하는 초순수를 모두 배출시킨 후 제1차단밸브(18)와 제2차단밸브(22)를 폐쇄시키고, 제3, 4차단밸브(24)(26)를 모두 개방한 후 케미컬을 순환시키게 된다.

본 실시예에서는 상기초순수 공급라인 내를오염시키는 중금속에 의한 부식을 방지하기 위해 과산화수소수를 사용하지만, 이물질의 형성을 방지하거나 산화를 방지하기 위해서 적절한 케미컬을 선택할 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명은 초순수 순환라인이나 케미컬 순환라인에 설치되는 차단밸브의 수나 위치를 한정하는 것은 아니며, 각 차단밸브 간의 동작도 본 발명의 범위 내에서 다양하게 조절될 수 있음은 물론이다.

따라서, 본 발명에 의하면반도체 제조설비의냉각을 위한 초순수 공급라인에 별도로 케미컬 순환라인을 추가 설치하여 주기적으로 가동시켜줌으로써 순환라인 내에서 발생할 수 있는 오염이나 부식 및 막힘현상을 용이하게 방지할 수 있어 설비의 가동율 향상 및 냉각 시스템의 냉각효율을 향상시키는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

1. (정정)초순수 저장탱크에 연결된 초순수 순환라인이 열 발생부 내를 경유하도록 설치되고, 열 교환기에 의해 온도 조절된 초순수가 초순수 순환라인으로 순환되면서 반도체 제조설비 내의 열 발생부에서의 열 발생을 억제하도록 된 반도체 제조설비의 냉각시스템에 있어서,

   상기 초순수 순환라인에 연결되어서 상기 초순수 순환라인에 케미컬을 공급하게 되는 케미컬 순환라인;

   상기 케미컬 순환라인에 설치되어서 상기 초순수 순환라인을 통해 공급되는 케미컬의 흐름을 조절하는 밸브;

   초순수 순환라인의 부식을 방지하기 위한 케미컬이 저장되어 있으며, 상기 케미컬 순환라인으로 케미컬을 분출하는 한편 상기 케미컬 순환라인을 통해 유입되는 케미컬을 수집하는 케미컬 저장탱크;

   를 구비하는것을 특징으로 하는반도체 제조설비의냉각시스템.
2. (정정)제1항에 있어서,

   상기 초순수 순환라인에 설치된 밸브와 상기 케미컬 순환라인에 설치된 밸브가 서로 역구동되도록 구성되는것을 특징으로 하는 상기반도체 제조설비의냉각시스템.
3. (삭제)
4. (정정)제1항에 있어서,

   상기 케미컬은 과산화수소수임을 특징으로 하는 상기반도체 제조설비의냉각시스템.
5. (정정)제1항에 있어서,

   상기 열 발생부는 고전압이 걸리는 이온주입설비의 이온소오스부위인 것을 특징으로 하는 상기반도체 제조설비의냉각시스템.
6. (정정)제1항에 있어서,

   상기 열 발생부는 고전압이 걸리는 이온주입설비의 질량 분석기부위인 것을 특징으로 하는 상기반도체 제조설비의냉각시스템.
7. (정정)제1항에 있어서,

   상기 케미컬 순환라인에 별도의 펌핑수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 상기반도체 제조설비의냉각시스템.
8. (삭제)
9. (정정)제7항에 있어서,

   상기 케미컬을 순환시키는펌핑수단으로는초순수를 순환시키는 펌핑수단을 이용하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 상기반도체 제조설비의냉각시스템.