KR20020057691A - 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 공정 설비에 있어서, 더 구체적으로는 냉각수를 사용하는 반도체 공정 설비의 냉각수 흐름을 감지하는 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치에 관한 것이다.

챔버내 냉각수의 흐름을 감지하여 공정 상태의 에러 유무를 감지하기 위해, 다수의 챔버의 배출관에 냉각수의 흐름을 감지하는 유동감지센서와, 상기 유동감지센서에서 감지한 결과가 정상이 아닌경우 에러로서 외부로 통보하는 경고수단을 포함하는 발명이다. 이에 따라, 챔버내 냉각수 흐름의 문제에 의해 발생할 수 있는 웨이퍼의 피알 버닝에 의한 손상을 미리 예방하는 효과가 있다.

Description

반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치{The apparatus for detecting circulation of cooling water on semiconductor manufacturing process equipment}

본 발명은 반도체 공정 설비에 관한 것으로, 더 구체적으로는 냉각수를 사용하는 반도체 공정 설비의 냉각수 흐름을 감지하는 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 공정은 각 단위 공정별 챔버에서 정해진 순서에 따라서 공정이 수행되며, 챔버에서 정상적인 공정이 수행될 수 있도록 여러 종류의 부대 장치들이 구성되어 있다.

반도체 공정은 산화공정과 같이 공정환경으로 고온이 요구되는 것도 포함되어 있고, 이와 다르게 반도체 공정을 수행하기 위하여 설치되는 각 구성 부품, 구체적으로 예를 들면 건식식각공정을 위하여 챔버에 설치되는 캐소드나 기타 주변 설비가 자체 발열되는 경우도 있다.

정상적인 반도체 공정의 진행을 위해서는 상기한 각 구성 부품 모두 일정 온도 이하로 냉각되어야 하며, 이를 위하여 냉각수 순환 시스템이 반도체 공정 설비에 구성되어 있다.

예를 든다면, 건식식각설비에는 고주파전력이 인가되는 캐소드(Cathode)가 챔버 내부에 설치된다. 캐소드는 웨이퍼의 식각 반응시 발생되는 열이 전달되어 가열되는 것을 방지하도록 냉각수를 공급 및 배출하기 위한 순환 배관이 설치되어 있다.

건식식각설비는 플라즈마 반응을 이용한 건식식각 공정을 수행하기 위한 것으로서, 대체적으로 이는 챔버 내부로 공급되는 가스를 플라즈마 상태로 변환시킨 후 플라즈마 상태의 가스와 웨이퍼의 화학적 반응을 유도하여 정해진 바 패턴이 웨이퍼 표면에 식각으로 형성되도록 하는 구성을 갖는다.

이때 건식식각이 진행되는 챔버 내부에는 전술한 바와 같이 캐소드가 구성되어 있으며, 캐소드는 배관을 통하여 공급되는 냉각수에 의하여 식각 반응시 발생되는 열에 의한 가열 상태를 냉각시킨다.

그러나, 종래의 냉각수 순환 시스템은 공급 배관의 압력 상태 체크로써 냉각수의 정상적인 순환 상태를 체크하였으며, 이는 냉각수의 온도 변화와 배관 내부 냉각수의 유량의 변화와 같은 요소의 체크가 고려되지 않았었다.

이러한 것을 개선 시키기 위해 발명(공개번호: 특1999-0031609)이 공개 되어 있다.

도 1은 종래의 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치의 블록도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 상기 종래 발명은 종래의 구성에서 캐소드의 냉각수 배출관에(16)에 온도감지부(20)와 유량감지부(22)를 구성하고, 감지된 결과값을 제어부(24)를 거쳐서 디스플레이부(26)에 디스플레이 되도록 한다.

이러한 구성을 가진 종래의 발명은 하나의 챔버만을 체크하고 있다. 즉, 공정의 효율화를 위해서는 다수의 챔버를 한꺼번에 관리하는 시스템이 필요했다.

이에 따라 건식식각 공정이 진행되는 각 챔버에 각각 냉각수를 공급하게 하고 냉각수 공급의 이상 유무는 냉각수의 냉각 기능을 수행하는 열교환기에 설치된 유동감지센서에 의해 유동의 흐름을 감지하여 냉각수 공급의 원활함을 체크하였다.

즉, 열교환기에서 공급되는 냉각수가 하나의 관으로부터 분리되어 각각의 공급관으로 각 챔버에 공급되었고, 각 챔버의 캐소드를 냉각시킨 냉각수는 각 챔버에연결된 각 배출관을 통해 배출되어 하나의 관으로 합쳐져 열교환기로 유입된다.

유동감지센서는 열교환기 내부의 각 배출관과 연결된 하나의 관의 소정 부분에 설치됨으로써 각 챔버를 거친 냉각수의 유동을 체크한다.

그러나, 상기 장치에서는 유동감지센서가 다수개의 챔버 중 어느 하나로 공급되는 냉각수가 차단되는 문제가 발생해도 타 챔버로 흐르는 냉각수는 계속 유입되기 때문에 유동감지센서의 센서신호는 항상 정상으로 인식 한다.

그렇게 되면, 챔버내에서 진행중인 건식식각 공정에서 웨이퍼에 피알 버닝(PR BURNING)이 발생하여 웨이퍼가 손상되는 결과가 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제시된 것으로서, 본 발명의 목적은 고온의 챔버를 냉각하기 위해 냉각수를 사용하는 반도체 공정 설비에서 냉각수의 비정상적인 흐름으로 인해 공정 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있는 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치의 블록도

도 2는 본 발명인 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치의 블록도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30 : 제 1 챔버 30a: 제 1 캐소드

40 : 제 2 챔버 40a: 제 2 캐소드

50 : 열교환기 50a: 이온제거탱크

50b: 열방출기 50c: 펌프

50d: 필터 70 : 유동감지센서

100: 다중공급연결관 150: 공급관

200: 다중배출연결관 250: 배출관

300: 판단부 350: 경고부

이하에서는 상기의 목적을 달성하기 위하여 바람직한 실시예의 구성 및 작용에 관하여 설명하도록 하겠다.

먼저, 본 발명은 상기 문제점에서 지적된 바와 같이 다수의 챔버의 각 캐소드를 냉각시키기 위해 열교환기로부터 유입된 냉각수는 각 챔버의 공급관으로 각각 분리되어 공급된다. 그리고, 냉각수는 각각의 캐소드를 냉각시키고 각 배출관을 통해 유입되고 하나의 배출관으로 합쳐져 열교환기로 유입되기 때문에, 열교환기에 설치된 유동감지센서는 유입되는 각 챔버의 배출관 중 단지 한개라도 냉각수가 유동되고 있으면, 다시 말해서 한개만이 정상으로 작동하고 나머지가 전부 비정상적으로 작동한다할지라도 냉각수의 유동은 있으므로 정상적으로 인식하는 것이다.

즉, 유동감지센서가 냉각수 유동을 감지하여 신호로서 출력하기 때문에, 본 발명은 유동감지센서를 각 챔버의 배출관에 장착함으로써 모든 챔버에 냉각수 유동의 유무를 판별함을 특징으로 한다.

또한, 각 챔버의 배출관에 설치된 유동감지센서로부터 출력되는 감지신호로부터 에러를 판별하고 알리는 경고장치를 구비함을 특징으로 한다.

그럼 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 설명하기로 하고, 실시예는 다수의 챔버 중 두개의 챔버를 기준으로 설명하도록 하겠다.

도 2는 본 발명인 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치의 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 건식식각 공정이 진행되는 두개의 제 1 챔버(CHAMBER)(30), 제 2 챔버(40)와, 각 챔버(30, 40) 내부에 설치되어 고주파 전압이 인가됨으로써 공급가스에 자유전자를 공급하여 플라즈마 상태 가스를 생성시키는 제 1 캐소드(CATHOD)(30a), 제 2 캐소드(40a)와, 각 캐소드(30a, 40a)에 냉각수를 공급하는 열교환기(50)와, 열교환기(50)로부터 공급되는 냉각수를 두개의 관으로 분리하여 각 챔버(30, 40)에 공급관(150)을 통해 공급시키는 다중공급연결관 (100)과, 각 챔버(30, 40)의 캐소드(30a, 40a)로부터 배출관(250)을 통해 배출되는 냉각수를 두개의 관에서 하나의 관으로 합치는 다중배출연결관(200)으로 구성된다.

또한, 상기 열교환기(50)는 다중배출연결관(200)을 거쳐 유입되는 냉각수의 흐름상태를 감지하여 후술하는 경고장치로 "센서신호"를 출력하는 유동감지센서(70)와, 냉각수에 포함된 이온을 제거하여 정화시키는 이온제거탱크(50a)와, 이온제거탱크(50a)에서 정화된 냉각수가 흡수하고 있는 열을 외부로 방출하여 냉각시키는 열방출기(50b)와, 열방출기(50b)에서 적정한 온도로 냉각된 냉각수가 각 챔버(30, 40)로 공급될 수 있도록 압력을 가하는 펌프(50c)와, 마지막으로 열교환기(50)에서 챔버(30, 40)로 방출되기 전에 냉각수에 포함된 각종 이물질을 제거하는 필터(50d)로 구성된다.

그리고, 냉각수의 온도를 일정하게 유지하게끔 하는 용매는 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 사용하고 공급관(150) 및 배출관(250)은 3/5" 관을 사용한다.

또한, 상기 열교환기(50)에 설치된 유동감지센서(70)는 본 발명의 목적을 구현하기 위해 각각 제 1 캐소드(30a) 및 제 2 캐소드(40a)와 다중배출연결관(200) 사이에 더 설치됨을 특징으로 한다.

그리고, 모든 유동감지센서(70)는 경고장치로 연결되는데, 경고장치는 각 유동감지센서(70)에서 감지한 결과값에 따라 냉각수 흐름 상태의 정상 유무를 판단하여 에러유무를 결정하는 판단부(300)와, 판단부(300)에서 냉각수 흐름에 에러가 나올 경우 그것을 운영자에게 알리는 경고부(350)로 구성된다.

상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 작동에 관하여 설명하도록 하겠다.

먼저, 정상적인 냉각수의 흐름에 관하여 설명하도록 하겠다.

열교환기(50)는 냉각수는 필터(50d)를 통해 방출되어 다중공급연결관(100)으로 공급되고, 다중공급연결관(100)은 냉각수를 공급관(150)을 통하여 각 챔버(30, 40)로 분리하여 공급시킨다.

그리고, 각 챔버(30, 40)로 유입된 냉각수는 각 캐소드(30a, 40a)로 유입되고, 각 캐소드의 과열된 열을 흡수하고, 배출관(250)을 통해 유출된다.

배출관(250)을 통해 유출된 냉각수는 유동감지센서(70)를 거쳐 다중배출연결관(200)으로 유입된다. 여기에서 유동감지센서(70)는 각각의 배출관(250)의 냉각수의 유동상태를 감지한다.

다중배출연결관(200)으로 유입된 냉각수는 다시 하나의 관으로 합쳐져 열교환기(50)로 유입되고, 열교환기(50)로 유입된 냉각수는 먼저 유동감지센서(70)를 거쳐 이온제거탱크(50a)로 유입된다. 마찬가지로 유동감지센서(70)는 열교환기(50)로 유입된 냉각수의 유동상태를 감지한다.

이온제거탱크(50a)로 유입된 냉각수는 내부에 포함된 이온들이 제거 및 정화되 어 열방출기(50b)로 유입되고, 열방출기(50b)는 냉각수가 각 캐소드(30a, 40a)에서 흡수한 열을 방출시킴으로써 냉각수의 온도를 적정 냉각온도로 유지시킨다.

열방출기(50b)에서 냉각된 냉각수는 펌프(50c)로 유입되고 냉각수는 일정 압력에 의해 방출되어 필터(50d)로 유입된다.

위의 과정을 모두 거치게 되면 반도체 공정 설비는 정상적으로 작동하게 된다.

그러면, 위의 정상적인 경우가 아닌 냉각수의 흐름에 문제가 생겨 공정에 에러가 발생하는 경우에 관하여 설명하도록 하겠다.

에러가 나는 경우는 여러가지 이유가 있을 수 있으나 여기서는 제 1 챔버(30)의 제 1 캐소드(30a)를 거치는 냉각수가 배출관(250)이 막힘으로서 유동되지 않을 경우를 예를 들어 설명하도록 하겠다.

열교환기(50)에서 배출된 냉각수는 다중공급연결관(100)에서 분리되어 각각 제 1 챔버(30)와 제 2 챔버(40)로 공급관(150)을 통해 유입된다.

먼저, 제 1 챔버(30)로 유입된 냉각수는 배출관(250)이 막힘으로서 유동이 정상적으로 되지 않게 되나, 제 2 챔버(40)로 유입된 냉각수는 흐름에 문제가 없기 때문에 제 2 캐소드(40a)에서 열을 흡수하고 배출관(250)을 통해 다중배출연결관(200)으로 유입되고, 다중배출연결관(200)으로 유입된 냉각수는 다시 열교환기(50)로 유입된다.

그리고, 열교환기(50) 내부에 설치된 유동감지센서(70)는 유입된 냉각수의 유동을 감지하여 그 결과값을 "센서신호"로서 판단부(300)로 인가하고, 판단부(300)는 "센서신호"로부터 유동이 있음을 알고 정상으로 인식한다.

그러나, 제 1 챔버(30)와 연결된 유동감지센서(70)는 배출관(250)이 막혀 흐르지 않는 냉각수의 유동을 감지하여 그 결과값을 판단부(300)에 "센서신호"로서 인가하고, 판단부(300)는 "센서신호"가 정상이 아님을 판별하여 에러임을 인식하게 된다. 또한 제 2 챔버(40)와 연결된 유동감지센서(70)는 냉각수의 흐름을 감지하여 그 결과값을 "센서신호"로서 판단부(300)에 인가하고, 판단부(300)는 "센서신호"로부터 유동이 있음을 알고 정상으로 인식한다.

결국 제 1 챔버(30), 제 2 챔버(40)와 연결되고, 열교환기(50) 내부에 설치된 세개의 유동감지센서(70)로부터 "센서신호"를 수신한 판단부(300)는 제 1 챔버(30)와 연결된 유동감지센서(70)에 의해 인가된 "센서신호"에 의해 냉각수 흐름에 에러가 발생했음을 인식하고 경고부(350)를 통하여 운영자에게 에러가 발생하였음을 소정 방법을 통해 알린다.

이와 같은 과정을 거침으로써 본 발명의 목적은 적합하게 구현된다.

본 발명은 반도체 공정 중 전술한 실시예의 건식식각공정 뿐만 아니라 화학기상증착공정에도 적용될 수 있고, 더 나아가 모든 반도체 공정에도 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정된 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변환 및 변경이 가능한 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

이와 같이 본 발명은 반도체 공정 설비에서 있어서, 열교환기로부터 다수의 챔버로 각각 공급되는 냉각수의 흐름의 정상 유무를 판별하도록 기존의 열교환기의 내부에만 설치되었던 유동감지센서를 각 챔버와 연결된 배출관에 각각 따로 구비시킨다. 그리고 각 유동감시센서는 각 챔버로 유동되는 냉각수의 흐름을 감지하게 되고 판단부는 감지한 결과에 이상이 있는 경우 경고부를 통해 운영자에게 에러가 있음을 경고함으로써 챔버내 웨이퍼의 피알 버닝에 의한 손상을 미리 예방하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 냉각수의 흐름을 통해 반도체 공정 설비의 챔버내의 캐소드를 냉각시키는 장치에 있어서,

   다수의 챔버에 냉각수를 공급하고 흡수한 열량을 방출시키는 열교환기와,

   상기 열교환기로부터 다수의 챔버로 냉각수를 공급하는 다중공급연결관과,

   상기 다수의 챔버로부터 열교환기로 냉각수를 유입시키기 위한 다중배출연결관과,

   상기 다중배출연결관과 연결된 각 챔버들의 배출관 사이에 설치되어 냉각수의 흐름을 감지하는 다수의 유동감지센서와,

   상기 유동감지센서의 결과값이 정상치가 아닌경우 에러임을 외부로 통보하는 경고수단을 포함하는 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환기는, 상기 다중배출연결관을 거쳐 유입되는 냉각수의 유동을 감지하는 유동감지센서와,

   냉각수에 포함된 이온을 제거하여 정화시키는 이온제거탱크와,

   이온제거탱크에서 정화된 냉각수를 냉각시키는 열방출기와,

   열방출기에서 유입된 냉각수를 다수의 챔버로 공급되도록 압력을 가하는 펌프와,

   펌프에서 유입된 냉각수에서 각종 이물질을 제거하는 필터를 포함하는 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉각수에 사용되는 용매는, 에틸렌 글리콜인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한항에 있어서,

   상기 반도체 공정은, 건식식각공정 또는 화학기상증착공정인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 설비의 냉각수 순환 감지 장치.