KR20020065192A - 액적 사이즈 제어방법 및 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

반구형상의 케미컬 액적이 토출된 상태의 노즐 팁을 주기적으로 촬영하고, 촬영되어 입력되는 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호로부터 액적 형상 이미지만을 추출하고, 해당 공정의 기준 토출량에 대응하는 기준 액적 형상 이미지와 비교하며, 비교결과, 추출된 액적 형상 이미지와 기준 액적 형상 이미지가 일치하지 않는 경우, 케미컬이 저장된 탱크에 설치된 밸브들을 온/오프제어함으로서 탱크 내의 케미컬에 인가되는 압력을 조절하여 노즐 팁을 통하여 토출되는 액적의 양을 제어한다. 따라서, 토출되는 액적의 사이즈를 기준 액적 사이즈와 항상 비교하고 이를 피드백하여 액적의 사이즈를 재조정함으로서, 계속적으로 균일한 양의 액적을 토출할 수 있다. 또한, 실제 토출되는 액적의 양을 기준 토출량과 일치시키는데 소요되는 시간을 감소시킴으로서 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

액적 사이즈 제어방법 및 제어 시스템{Method for controlling droplet size and system for controlling the same}
본 발명은 액적 사이즈 제어방법 및 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐 팁으로부터 도출된 케미컬 액적 형상을 촬영하여 이를 기 저장된 액적 형상과 비교하여 일치하지 않는 경우, 밸브의 개도를 제어하여 케미컬 탱크에 인가되는 압력을 조정하여 액적의 사이즈를 제어하는 액적 사이즈 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼를 에칭하는데에는 불산(HF)이 사용되는데, 에칭액은 노즐을 통하여 웨이퍼에 공급된다.
최근 들어, 반도체 소자의 고집적화에 따라 웨이퍼 상에 형성되는 패턴들도 미세화되고 있으며, 이에 따라 웨이퍼의 에칭영역도 미세화되고 있다. 따라서, 이에 대응하여 에칭액을 균일한 양으로 공급하는 것이 중요한 변수로 작용하고 있다.
기존의 에칭액 공급시스템을 살펴보면, 에칭액이 저장된 실린더와 노즐이 연결되어 피스톤을 이용하여 필요한 양의 에칭액을 토출하도록 되어 있다.
그러나, 이러한 실린더 방식은 균일한 양의 에칭액을 토출하는 것이 실질적으로 불가능하다. 이는 실링을 위해 피스톤의 측벽과 실린더 내벽 사이에 끼워진 탄성 링에 의해 피스톤이 변위된 위치에서 고정되지 않고 탄성력에 의해 뒤로 밀리게 되며, 이에 따라 토출된 에칭액의 일부가 다시 흡입되는 현상이 발생하기 때문이다. 흡입되는 양이 많다고 할 수는 없지만, 토출되는 에칭액의 양 자체가 작기 때문에 흡입되는 양이 차지하는 비율은 상당히 크다.
이와 같이 흡입이 발생되면, 토출되는 에칭액의 양이 균일하지 못하여 에칭이 균일하게 이루어지지 않아 웨이퍼 상의 에칭의 품질을 저하시키는 문제가 있다.
또한, 균일한 양을 토출하기 위해 피스톤의 변위를 제어하는데 많은 시간이 소요되어 생산성이 저하된다는 문제가 있다.
더욱이, 과잉으로 토출되는 경우에는 웨이퍼에 손상을 가하게 되어 웨이퍼 자체를 버려야 되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 계속적으로 균일한 양의 액적을 토출할 수 있는 액적 제어 시스템 및 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 실제 토출되는 액적의 양을 기준 토출량과 일치시키는데 소요되는 시간을 감소시킴으로서 생산성을 향상시킬 수 있는 액적 제어 시스템 및 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적들과 특징들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 더 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 제어 시스템에서 밸브의 설치 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제어방법을 설명하는 프로우챠트이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 노즐 팁10 : 노즐
50 : 촬영장치100 : 컴퓨터
110 : 프레임 그래버120 : 이미지 처리유닛
130 : 인터페이스 유닛170 : 저장유닛
180 : 제어유닛200 : 밸브 구동 어레이
300 : 밸브
본 발명의 제어시스템에 따르면, 반구형상의 케미컬 액적이 토출된 상태에서 노즐 팁을 촬영하는 촬영유닛과, 촬영유닛을 통하여 입력받은 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환유닛과, 변환된 디지털 신호로부터 액적 형상 이미지만을 추출하고, 저장유닛에 기 저장된 기준 액적 형상 이미지와 비교하는 이미지 처리유닛과, 케미컬이 저장된 탱크에 형성되는 복수개의 오리피스들 각각에 결합되는 밸브를 구동하는 밸브 구동 어레이 및 촬영유닛을 주기적으로 작동시키고, 이미지 처리유닛의 비교결과에 따라 밸브 구동 어레이를 제어하여 밸브의 온/오프를 제어함으로서 탱크 내의 케미컬에 인가되는 압력을 조절하여 노즐 팁을 통하여 토출되는 액적의 양을 제어하는 제어유닛을 포함한다.
일실시예로 오리피스들은 병렬로 형성되거나, 매트릭스 형태로 형성된다. 또한, 오리피스들 각각에는 복수개의 밸브들이 직렬로 설치된다.
저장유닛에는 액적의 직경과 직경에 대응하는 액적의 용량이 매칭되어 데이터베이스 형태로 저장된다.
바람직하게, 밸브의 단부에는 압력탱크가 결합된다.
또한, 본 발명의 제어방법에 따르면, 반구형상의 케미컬 액적이 토출된 상태의 노즐 팁을 주기적으로 촬영하고, 촬영되어 입력되는 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호로부터 액적 형상 이미지만을 추출하고, 해당 공정의 기준 토출량에 대응하는 기준 액적 형상 이미지와 비교하며, 비교결과, 추출된 액적 형상 이미지와 기준 액적 형상 이미지가 일치하지 않는 경우, 케미컬이 저장된 탱크에 설치된 밸브들을 온/오프제어함으로서 탱크 내의 케미컬에 인가되는 압력을 조절하여 노즐 팁을 통하여 토출되는 액적의 양을 제어한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 본 발명의 기술적 특징을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서는 노즐(10)의 팁으로부터 토출되는 액적(1)의 형상 이미지를 추출하기 위해 비전 시스템을 적용하고 있다.
먼저, 노즐(10)의 팁으로부터 일정 간격 이격되어 카메라나 CCTV와 같은 촬영장치(50)가 설치된다. 노즐(10)의 팁으로부터 토출되는 에칭액의 액적(1)은 반구형상이며, 촬영장치(50)는 반구형상의 에칭액 액적(1)이 토출된 상태에서 노즐(10)의 팁을 촬영한다.
촬영장치(50)는 컴퓨터(100)의 프레임 그래버(110; frame grabber)와 연결되고, 프레임 그래버(110)는 입력받은 전기적 신호를 디지털 신호로 변환한다.
이미지 처리유닛(120)은 프레임 그래버(110)에서 변환된 디지털 신호로부터 순수한 액적 형상 이미지만을 추출한다. 즉, 촬영장치(50)로부터 촬영된 이미지는 노즐(10)의 팁과 액적(1)을 포함하고 있기 때문에, 후술하는 바와 같이, 액적(1)의 사이즈를 체크하기 위해서는 순순한 액적 형상 이미지만을 추출할 필요가 있다. 또한, 이미지 처리유닛(120)은 추출된 액적 형상 이미지를 기준 액적 형상 이미지와 비교하며, 이에 대해서는 후술한다.
저장유닛(170)에는 기준 액적 형상 이미지와 이에 대응하는 액적의 용량이 데이터베이스의 형태로 저장된다. 예를 들어, 반경 30㎛의 반구는 5.6 X 10-8㏄의 용량을 갖도록 매칭시킨다.
제어유닛(180)은 컴퓨터(100) 내의 각종 유닛들과 제어패널(140), 키보드
(150) 및 프린터(160) 등을 포함하는 입출력장치를 제어하며, 인터페이스 유닛
(130)을 통하여 밸브 구동 어레이(200)를 제어한다. 밸브 구동 어레이(200)를 제어하기 위해서는 도시되지 않은 네트워크장치를 이용하여 이루어지는 것은 물론이다.
밸브 구동 어레이(200)는 제어유닛(180)의 제어를 받아 밸브(300)에 구동신호를 인가하여 밸브(300)의 온/오프를 제어한다.
도 2를 참조하면, 에칭액 탱크(30)의 표면에는 다수개의 오리피스(35)가 설치되는데, 병렬로 형성되거나 매트릭스 형태로 형성될 수 있다. 오리피스(35)에는 밸브(300)가 결합되며, 압력의 누설을 방지하기 위해 다단 직렬로 설치될 수 있다. 또한, 최종단에는 별도의 압력탱크(310)가 결합될 수 있다.
또한, 에칭액 탱크(30)의 하단에 형성된 배출구(38)는 연결튜브(20)를 개재하여 노즐(10)과 연결된다.
따라서, 에칭액 탱크(30) 내에 수용된 에칭액은 밸브(300)에 의해 조절된 대기압이나 압력탱크(310)로부터의 압력을 인가받아 에칭액을 배출시켜 노즐(10)을 통하여 토출시키게 된다.
밸브 구동 어레이(200)의 출력단은 각각의 밸브(300)에 연결되는데, 예를 들어, 에어밸브가 이용되는 경우에는 출력단이 에어밸브의 솔레노이드 단자에 연결된다. 밸브 구동 어레이(200)는 제어유닛(180)의 명령을 수신하여 밸브(300)에 구동신호를 인가하여 밸브(300)의 온/오프를 제어한다.
이와 같은 제어시스템을 이용하여 액적의 사이즈를 제어하는 방법에 대해 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 노즐(10)의 팁으로부터 반구형상의 에칭액 액적(1)이 토출된 상태에서노즐 팁을 주기적으로 촬영한다(단계 S10). 이와 같이 주기적으로 촬영하는 것은 일단 균일한 양이 토출되도록 설정하였더라도 여러 가지의 변수, 예를 들어, 대기압의 변동이나 연결관(20) 내벽과 에칭액과의 마찰 등에 의해 토출량이 변화하기 때문에 이를 주기적으로 촬영하여 피드백을 시킬 필요가 있기 때문이다.
컴퓨터(100)의 프레임 그래버(110)는 촬영장치(50)로부터 전기적 신호를 수신받아 디지털 신호로 변환한다(단계 S20).
이어 이미지 처리유닛(120)은 변환된 디지털 신호로부터 액적 형상 이미지만을 추출하고(단계 S30), 제어유닛(180)을 통하여 저장유닛(170)으로부터 해당 공정에 적용되는 토출량에 대응하는 기준 액적 형상 이미지를 읽어 추출된 액적 형상 이미지와 비교한다(단계 S40).
비교결과, 추출된 액적 형상 이미지와 기준 액적 형상 이미지가 일치하는 경우에는 노즐 팁을 촬영하는 단계로 복귀한다. 반면에, 추출된 액적 형상 이미지와 기준 액적 형상 이미지가 일치하지 않는 경우, 기준 액적 형상 이미지와 일치시키기 위하여 제어유닛(180)은 밸브 구동 어레이(200)를 제어하여 구동신호를 밸브 (300)에 인가하도록 한다(단계 S50).
이에 따라 밸브 구동 어레이(200)는 밸브(300)에 구동신호를 인가하여 밸브 (300)의 온/오프를 제어한다(단계 S60). 상기한 바와 같이, 밸브(300)의 일단은 에칭액 탱크(30)의 표면에 형성된 오리피스(35)와 연결되고 타단은 대기압에 노출되거나 압력탱크(310)에 연결된다. 또한, 오리피스(35)는 병렬로 형성되거나 매트릭스 형태로 형성되며, 하나의 오리피스에 대해 밸브들(300)이 다단 직렬로 설치될수 있다. 따라서, 밸브 구동 어레이(200)는 각각의 오리피스(35)에 결합된 밸브들을 정해진 배열로 제어하거나, 필요한 경우 다단 직렬로 설치된 밸브들을 각각 제어할 수 있다.
이에 따라 탱크 내의 에칭액에 인가되는 압력이 조정됨으로서, 노즐을 통하여 토출되는 액적의 이미지를 기준 액적 형상 이미지와 일치시킬 수 있으며, 이는 토출되는 에칭액의 양을 기준량과 일치시키는 것을 의미한다.
따라서, 항상 균일한 기준량을 토출할 수 있게 된다.
이상에서는 바람직한 실시예로 에칭액을 예로 들어 설명하였으나, 기타 다른 종류의 케미컬에 적용하는 것은 당업자의 기술수준에서 자명하다.
이러한 변경이나 변형은 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위내에서 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하며, 본 발명의 범위는 이하에 서술되는 특허청구범위에 의해 정해진다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 여러 가지의 이점을 갖는다.
먼저, 토출되는 액적의 사이즈를 기준 액적 사이즈와 항상 비교하고 이를 피드백하여 액적의 사이즈를 재조정함으로서, 계속적으로 균일한 양의 액적을 토출할 수 있다.
또한, 실제 토출되는 액적의 양을 기준 토출량과 일치시키는데 소요되는 시간을 감소시킴으로서 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

  1. 반구형상의 케미컬 액적이 토출된 상태에서 노즐 팁을 촬영하는 촬영유닛과;
    상기 촬영유닛을 통하여 입력받은 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환유닛과;
    상기 변환된 디지털 신호로부터 액적 형상 이미지만을 추출하고, 저장유닛에 기 저장된 기준 액적 형상 이미지와 비교하는 이미지 처리유닛과;
    상기 케미컬이 저장된 탱크에 형성되는 복수개의 오리피스들 각각에 결합되는 밸브를 구동하는 밸브 구동 어레이; 및
    상기 촬영유닛을 주기적으로 작동시키고, 상기 이미지 처리유닛의 비교결과에 따라 상기 밸브 구동 어레이를 제어하여 상기 밸브의 온/오프를 제어함으로서 상기 탱크 내의 케미컬에 인가되는 압력을 조절하여 상기 노즐 팁을 통하여 토출되는 액적의 양을 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 사이즈 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오리피스들은 병렬로 형성되는 것을 특징으로 하는 액적 사이즈 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 오리피스들은 매트릭스 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 액적 사이즈 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 오리피스들 각각에는 복수개의 밸브들이 직렬로 설치되는 것을 특징으로 하는 액적 사이즈 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 저장유닛에는 상기 액적의 직경과 상기 직경에 대응하는 액적의 용량이 매칭되어 데이터베이스 형태로 저장되는 것을 특징으로 하는 액적 사이즈 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브의 단부에는 압력탱크가 결합되는 것을 특징으로 하는 액적 사이즈 제어 시스템.
  7. 반구형상의 케미컬 액적이 토출된 상태의 노즐 팁을 주기적으로 촬영하는 단계와;
    상기 촬영되어 입력되는 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계와;
    상기 변환된 디지털 신호로부터 액적 형상 이미지만을 추출하고, 해당 공정의 기준 토출량에 대응하는 기준 액적 형상 이미지와 비교하는 단계와;
    상기 비교결과, 상기 추출된 액적 형상 이미지와 상기 기준 액적 형상 이미지가 일치하지 않는 경우, 상기 케미컬이 저장된 탱크에 설치된 밸브들을 온/오프제어함으로서 상기 탱크 내의 케미컬에 인가되는 압력을 조절하여 노즐 팁을 통하여 토출되는 액적의 양을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 사이즈 제어방법.
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