KR100227845B1 - 반도체 습식 식각장치의 냉각수 절수 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 습식 식각장치의 냉각 계통에 온도 감지장치를 부착하여 습식 식각장치의 케미컬 배스가 일정 온도에 도달했을 때에만 냉각수를 공급하여 냉각수의 과도한 유출을 방지하여 폐수량 및 폐수 처리량을 감소시키는 반도체 습식 식각장치의 냉각수 절수 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 습식 식각장치의 온도를 측정하는 온도 감지장치를 습식 식각장치의 소정위치에 설치하여 온도 감지장치의 측정값에 대응하여 시수의 양을 조절하여 냉각수의 용량을 줄인 반도체 습식 식각장치의 냉각수 절수 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 효과는 케미컬 배스의 온도에 따라 시수의 공급을 차단 및 개방하여 폐수량을 감소시키고, 폐수처리비의 감소 및 폐수량에 의한 환경 오염을 극소화하는 효과가 있다.

Description

반도체 습식 식각장치의 냉각수 절수 시스템{System for saving cooling water of a semiconductor wet etching apparatus}
본 발명은 습식 식각장치의 냉각수 절수 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 습식 식각장치의 케미컬 배스에 온도 감지장치를 설치하여 케미컬이 일정 온도에 도달했을 때에만 냉각수를 공급함으로써 냉각수의 과도한 유출을 방지하여 폐수량 및 폐수 처리량을 감소시키는 반도체 습식 식각장치의 냉각수 절수 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치의 제조 공정중 하나인 에칭 공정은 패터닝과 관련하여 반도체 영역을 형성하기 위해 이온 주입 또는 확산이 실시된 보호막에 개구부들을 형성하는데 사용된다.
그리고, 에칭과 패터닝 공정들은 하나 이상의 금속 배선들을 형성하는데 사용된다.
상기 에칭 공정은 습식 케미컬을 이용하는 습식 방식과 가스를 이용하는 건식 방식으로 크게 구분되고, 건식 방식에는 플라즈마 에칭과 이온 빔 에칭 및 반응성 이온 에칭 등이 있으며, 습식 방식에는 이멀션 에칭(immersion)과 분사 에칭이 있다.
이들중 상기 이멀션 에칭에서는 소정의 층이 증착된 웨이퍼들이 케미컬 배스의 습식 케미컬에 일정한 시간 동안 담겨져 있는 동안 상기 소정의 층들에는 일정한 두께로 에칭이 일어나게 된다.
이와 같이 웨이퍼에 에칭 공정이 진행할 때에는 케미컬 배스에는 고온(약 150℃)의 고열이 발생하게 되는데 이와 같은 고온의 열로부터 석영 재질의 케미컬 배스 및 케미컬 배스가 놓여져 있는 케미컬 배스 씽크조를 보호하기 위해 습식 식각 장치에는 냉각 시스템이 설치되어 있다.
이와 같은 종래의 습식 식각장치의 냉각 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면 도 1은 종래의 습식 식각장치를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 습식 식각장치(10)는 크게 케미컬 배스(chemical bath;12) 및 케미컬 저장탱크(buffer tank;14)가 설치되어 있는 HTPCV(High Temperatuer PVC) 씽크조(16)와, 에칭 공정이 수회 반복진행 후 케미컬 배스(12)의 습식 케미컬을 케미컬 저장탱크(14)로 배출하며, 케미컬 배스(12)에서 생성된 반응열을 냉각시키도록 시수(H2O)를 공급하는 시수 공급원(18)과, 상기 시수 공급원(18)에서 공급되는 시수의 양을 제어하는 중앙처리부(30)와 습식 케미컬 공급부(미도시)를 포함하고 있다.
상기 케미컬 배스(12)는 석영 재질의 인너 배스(12b)와 아웃터 배스(12a)로 구성되어 있으며, 인너 배스(12b)의 외부를 다시 아웃터 배스(12a)가 둘러싸고 있어서 인너 배스(12b)에서 높은 ph를 갖고 있는 습식 케미컬이 넘쳐도 아웃터 배스(12a)로 흘러들어가도록 형성되어 있다.
또한, 상기 케미컬 배스(12)의 인너 배스(12b)와 아웃터 배스(12a)의 기저면으로부터 케미컬 저장탱크(14)까지 연장되어 반복 사용한 폐케미컬을 배출하기 위해 인너 배스(12b)와 연통된 제 1 배출 배관(20)과 아웃터 배스(12a)와 연통된 제 2 배출 배관(22)이 형성되어 있으며, 제 1 배출 배관(20)과 제 2 배출 배관(22)의 소정 위치에는 제 1 아스프레이트(20a)와 제 2 아스프레이트(22a)와 연결되어 있다.
다시 제 1 아스프레이트(20a)와 제 2 아스프레이트(22a)에는 상기 제 1 배출 배관(20)과 제 2 배출 배관(22)에 직각으로 시수배관(24)들이 연통되어 있고, 시수 배관(24)들은 다시 시수 공급원(18)과 연통되어 있다.
한편, 시수 배관(24)들의 소정 위치에는 제 1 에어밸브(25a)와 제 2 에어밸브(25b)들이 연통되어 있고, 상기 제 1, 제 2 에어밸브(25a)(25b)를 구동시키는 솔레노이드 밸브(25c)(25d)들이 중앙처리부(30)와 연통되어 있다.
상기 시수 공급원(18)에는 다시 케미컬 배스(12)를 냉각시키는 시수 배관(40)이 상기 HTPVC 씽크조(16)에 연통되어 있고, 상기 시수 배관(40)에는 수동 핸드 밸브(manual valve; 40a)가 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 습식 식각장치의 냉각 계통을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 웨이퍼에 습식 식각 공정을 진행하기 위해 케미컬 공급부(미도시)에 에어 밸브(미도시)를 개방하여 일정량을 인너 배스(12b)에 공급한 후, 웨이퍼를 습식 케미컬에 담그어 웨이퍼에 에칭을 진행한다. 이후, 케미컬 배스(12)를 냉각하기 위해 시수 공급원(18)과 연통되어 있는 수동 핸드 밸브(40a)를 개방하여 일정량의 시수(H2O)를 일정 유량으로 상기 HTPVC 씽크조(16)로 유입한다.
이후, HTPVC 씽크조(16)로 흘러들어간 시수는 케미컬 배스(12)를 냉각시키고 다시 HTPVC 씽크조(16)의 기저면에 형성되어 있는 냉각수 유로(16a)를 따라서 케미컬 저장 탱크(14)로 유입된 후, 케미컬 저장 탱크(14)의 소정 위치에 형성되어 있는 폐수 배출구(14a)로 유입된다.
한편, 케미컬 배스(12)에 담겨 있는 습식 케미컬은 소정 횟수로 반복 사용한 후, 케미컬 용액을 교환해야 하는데 이때, 중앙처리부(30)는 솔레노이드 밸브(25c)(25d)들을 구동하여 제 1 에어밸브(25a)와 제 2 에어밸브(25b)를 개방하는데 이와 동시에 시수공급원(18)과 연결되어 있는 시수배관(24)이 개방되면서 시수는 빠른 유속으로 케미컬 저장 탱크(14)로 유입된다.
이때, 시수는 제 1, 제 2 아스프레이트(20a)(20b)를 지나게 되는데, 이때 시수배관(24)과 연결되어 있는 제 1 배출 배관(20)과 제 2 배출 배관(22)에는 시수유속에 의한 진공압이 형성되어, 인너 배스(12b)와 아웃터 배스(12a)의 폐케미컬은 상대적으로 낮은 압력이 형성되어 있는 제 1, 제 2 아스프레이트(20a)(20b)로 빨려 올라온 후 시수와 섞여서 케미컬 저장 탱크(14)로 유입되고 케미컬 저장 탱크(14)의 폐케미컬은 일정 시간이 지난 후 폐수 배출구(14a)로 배출된다.
그러나, 이와 같은 종래의 습식 식각장치를 냉각시키는 냉각수인 시수는 습식 식각장치가 냉각수에 의한 냉각이 필요없을 때에도 계속해서 일정 유량으로 HTPVC 씽크조로 유입됨으로 인해 폐수 용량의 증대가 발생하고 이에 따른 폐수 처리비용의 증가와 고온의 시수가 하천으로 유입될 경우 심각한 환경오염이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 습식 식각장치의 온도를 측정하는 온도 감지장치를 습식 식각장치의 소정위치에 설치하여 온도 감지장치의 측정값에 대응하여 시수의 양을 조절하여 냉각수의 용량을 줄인 반도체 습식 식각장치의 냉각수 절수 시스템을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 습식 식각 장치를 간략하게 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명에 의한 습식 식각 장치를 간략하게 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명에 의한 냉각수 절수 방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
12: 케미컬 배스 18: 시수 공급원
25a,25b,25f: 에어 밸브 20a,22a: 아스프레이트
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 반도체 습식 식각장치의 냉각수 절수 시스템은 습식 케미컬에 의해 웨이퍼에 에칭 공정이 진행되도록 하는 케미컬 배스와, 상기 케미컬 배스에서 발생한 상기 반응열을 측정하기 위한 온도 측정 수단과, 상기 케미컬 배스에서 발생한 반응열을 냉각시키기 위한 냉각수 공급수단과, 상기 온도 측정 수단에 의해 측정된 상기 케미컬 배스의 온도에 대응하여 상기 냉각수 공급 수단을 제어하는 제어수단을 포함한다.
이하, 본 발명 반도체 습식 식각장치의 냉각수 절수 시스템을 도시된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호와 동일한 호칭을 사용하기로 한다.
본 발명에 의한 습식 식각장치는 크게 케미컬 배스(chemical bath;12)와, 케미컬 저장 탱크(buffer tank;14)가 설치되어 있는 PVC 재질의 HTPCV 씽크조(16)와, 공정이 수회 반복진행 후 케미컬 배스(12)의 습식 케미컬을 케미컬 저장 탱크(14)로 배출시키고 케미컬 배스(12)에서 생성된 반응열을 냉각시키도록 시수(H2O)를 공급하는 시수 공급원(18)과, 상기 시수 공급원(18)에서 공급되는 시수의 양을 제어하는 중앙처리부(30)와 중앙처리부(30)에 의해 개폐되는 에어밸브들(25a)(25b)과, 습식 케미컬 공급부(미도시)를 포함하고 있다.
상기 케미컬 배스(12)는 석영 재질의 인너 배스(12b)와 아웃터 배스(12a)로 구성되어 있으며, 인너 배스(12b)의 외부를 다시 아웃터 배스(12a)가 둘러싸고 있어서 인너 배스(12b)에서 높은 PH를 갖고 있는 습식 케미컬이 넘쳐도 아웃터 배스(12a)로 흘러들어가도록 형성되어 있다.
또한, 상기 케미컬 배스(12)의 인너 배스(12b)와 아웃터 배스(12a)의 기저면으로부터 상기 인너 배스(12b)와 아웃터 배스(12a)의 상부까지 연장되어 반복 사용한 폐케미컬을 배출하기 위한 제 1 배출 배관(20)과 제 2 배출 배관(22)이 제 1 아스프레이트(20a)와 제 2 아스프레이트(22a)와 연결되어 있다.
다시 제 1 아스프레이트(20a)와 제 2 아스프레이트(22a)에는 상기 제 1 배출 배관(20)과 제 2 배출 배관(22)에 각각 직각으로 시수배관(24)들이 연통되어 있고, 시수 배관(24)들은 다시 시수 공급원(18)과 연통되어 있다.
한편, 시수 배관(24)들의 소정 위치에는 제 1 에어밸브(25a)와 제 2 에어밸브(25b)들이 연통되어 있으며, 상기 제 1, 제 2 에어밸브(25a)(25b)를 구동시키는 솔레노이드 밸브(25c)(25d)들이 중앙처리장치(30)와 연통되어 있다.
상기 시수 공급원(18)에는 다시 케미컬 배스(12)를 냉각시키는 냉각수 공급배관(40)이 상기 HTPVC 씽크조(16)에 연결되어 있고, 상기 냉각수 공급배관(40)에는 제 3 에어 밸브(25f)가 형성되어 있으며, 제 3 에어밸브(25f)는 다시 솔레노이드 밸브(25e)와 연결되어 있으며, 솔레노이드 밸브(25e)는 중앙처리부(30)와 연결되어 있다.
상기 HTPVC 씽크조(16)의 케미컬 배스(12)에는 케미컬 배스(12)의 온도를 측정하는 온도 감지장치(50)가 설치되어 있으며, 상기 온도 감지장치(50)는 측정된 아날로그 온도값에 대응하여 온도를 디지탈 값으로 변환하는 아날로그-디지탈 컨버터(52)와 연결되어 있으며, 다시 아날로그-디지탈 컨버터(52)는 다시 중앙처리장치(30)와 연결되어 있다.
이와 같이 구성되어 있는 본 발명 반도체 습식 식각장치의 냉각수 절수 시스템에 의한 냉각수 절수 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 냉각수 절수 시스템에 의한 냉각수 절수 방법을 나타낸 순서도로서 먼저, 온도 측정 장치(50)는 케미컬 배스(12)의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 아날로그-디지탈 컨버터(52)가 아날로그 온도를 디지탈 신호로 변환한 후(단계 1), 중앙처리장치(30)는 상기 변환된 디지탈 신호를 입력받아 솔레노이드밸브(25e)의 개폐를 판단한다(단계 2).
이후, 중앙처리장치(30)에 의해 측정된 케미컬 배스(12)의 온도가 기 설정값보다 크면 중앙처리장치(30)는 측정된 케미컬 배스(12)의 온도에 대응하여 솔레노이드 밸브(25e)에 전기 신호를 입력시켜 솔레노이드 밸브(25e)를 구동하고 이후, 솔레노이드 밸브(25e)의 구동에 대응하여 제 3 에어 밸브(25f)를 개방시켜 시수가 HTPVC 씽크조(16)로 유입되도록 한다(단계 3).
이후, 소정 시간이 지난후 중앙처리장치(30)는 다시 케미컬 배스(12)의 온도를 측정하기 위해 단계 1로 피드백 한다.
또한, 단계 2에서 중앙처리장치(30)에 입력된 케미컬 배스(12)의 온도가 기 설정 온도보다 낮게 측정되었다면 솔레노이드 밸브(25e)를 차단하여 냉각수인 시수가 HTPVC 씽크조(16)로 흘러들어가지 못하게 한 후(단계 4), 단계 1로 다시 피드백하여 다시 온도 측정을 하게 된다.
이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 케미컬 배스의 온도에 따라 시수의 공급을 차단 및 개방하여 폐수량을 감소시키고, 폐수처리비의 감소 및 폐수량에 의한 환경 오염을 극소화하는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 웨이퍼가 케미컬에 의하여 에칭되도록 소정 공간을 제공하는 케미컬 배스와;
    상기 케미컬 배스로부터 폐 케미컬을 공급받아 저장하는 케미컬 저장 탱크와;
    상기 케미컬 배스 및 상기 케미컬 저장 탱크를 냉각시키기 위하여 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부와;
    상기 냉각수 공급부에 설치되어 냉각수의 공급, 냉각수의 차단을 수행하는 개폐 밸브와;
    상기 케미컬 배스 내부의 아날로그 온도를 측정하는 온도 측정 센서와;
    상기 온도센서의 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지탈 컨버터와;
    상기 디지털 신호에 의해 측정된 상기 케미컬 배스 내부의 온도가 기 설정된 온도에 도달하였을 때, 상기 개폐 밸브를 제어하여 상기 냉각수 공급부로부터 상기 케미컬 배스 내부로 적정량의 냉각수가 유입되도록 하는 제어 유닛을 포함하여 냉각수를 절수하는 반도체 습식 식각 장치의 냉각수 절수 시스템.
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