KR200341827Y1 - 반도체 제조 설비의 온도 제어 대응속도 개선 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 제조설비의 온도 제어기술에 관한 것이다.

이같은 본 고안은, 온도조절시스템인 칠러의 내부에 냉각유니트를 두는 한편, 가열유니트는 제어대상이 되는 반도체 제조설비와 가장 가까운 곳에 설치 구성함으로써, 칠러의 위치에 관계없이 제어대상의 온도제어 대응속도를 신속하게 진행하면서 반도체 제조공정(특히 에칭공정)에서 발생하는 열을 일정한 온도 조건하에서 적절한 순간에 효과적으로 제거하여 반도체 소자의 제조 불량을 개선할 수 있도록 하는 반도체 제조 설비의 온도 제어 대응속도 개선 구조를 제공한다.

Description

반도체 제조 설비의 온도 제어 대응속도 개선 구조{Structure for improvement correspondence of thermostatic control a semiconductor plants and equipment}

본 고안은 반도체 제조설비의 온도 제어기술에 관한 것으로서, 특히 온도조절시스템인 칠러(chiller)의 내부에 냉각유니트(cooling unit)를 두고 가열유니트(heating unit)는 제어대상이 되는 반도체 제조설비와 가장 가까운 곳에 위치시켜 칠러의 위치에 관계없이 제어대상의 온도제어를 신속하게 진행할 수 있도록 하는 반도체 제조설비의 온도제어 대응속도 개선 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자 제조 공정에서는 웨이퍼를 대상으로 하여 사진공정, 식각 공정, 확산 공정, 증착 공정 및 금속 공정 등 다양하게 이루어지는 단위 공정을 수행한다.

이러한 공정이 진행되는 챔버는 공정의 재현성 등을 위하여 그 온도를 일정하게 유지해야 할 필요가 있다.

특히 전원이 인가되면서 웨이퍼와 챔버의 온도가 상승하고, 또한 이것이 반응율을 결정짓는 변수가 되는데, 그 반응율을 일정하게 유지하도록 온도를 일정하게 유지하는 온도조절시스템이 구성되며, 상기 온도조절시스템의 대표적인 예가 칠러이다.

상기 칠러는 일정한 온도의 설비냉각제(coolant)(예; de-ionized water, ethylene glycol, 불소계열 액체 등)를 공급 및 순환시켜 반도체 제조설비의 척이나 챔버월을 일정한 온도로 유지할 수 있도록 하는 장치이다.

도 1은 종래 반도체 제조설비의 공정중 에칭(etching)공정에서의 온도조절시스템을 설명하기 위한 도면으로, 상기 에칭공정에서 발생되는 열은 일정한 온도 조건하에서 적절한 순간에 그 열을 빨리 제거해 주는 것이 중요하다.

이를 위해 종래에는 도 1에서와 같이, 칠러(1)내에 냉각유니트(2)와 가열유니트(3)가 함께 형성되어 있고, 반도체 제조설비의 메인 장비인 제어대상(예; Etcher)(4)과 칠러(1)간의 거리가 약 편도 10m정도이며, 열을 운반하는 열매체 브레인 라인(5)(6)의 관경은 1"(내경 22mm)로 설계되어 있다.

그리고, 상기 칠러(1)에 의한 제어대상(4)의 온도제어는 제어대상(4)의 일정 포인트를 기준으로 하는 경우와, 칠러(1)의 리턴단과 공급단의 브레인 라인(5)(6)의 온도를 기준으로 하고 있다.

즉, 상기 칠러(1)에서 온도제어를 할 때, 상기 칠러(1)내의 냉각유니트(2)는 기본적인 가동이 이루어지고, 일정온도의 유지는 가열유니트(3)를 통해 이루어지는데, 상기 가열유니트(3)의 히터는 칠러(1)내의 탱크나 칠러(1)내의 관로상에 삽입된 후 전기공급량이 조절되면서 온도제어를 진행시키는 것이다.

이때, 에칭공정(플라즈마 인가)에서의 온도제어 대응시간은 브레인 라인(5)(6)의 유속을 산정해 보면 알 수 있는데, 상기 브레인 라인(5)(6)의 유속(V_A,V_B,V_C) 산정은 다음과 같다.

유량은 10∼25ℓ/min 정도이고, 반도체 제조설비의 메인 장비인 제어대상(예; Etcher)(4)과 칠러(1)간의 거리는 편도 약 10m정도이며, 열을 운반하는 열매체인 브레인 라인(5)(6)의 관경은 1"(내경 22mm)라고 가정할 때, 상기 브레인 라인(5)(6)의 유속(V_A,V_B,V_C)은,

Q_A(유량)=25ℓ/min=0.000416㎡/s=A(브레인 라인의 내경)*V_A=??*0.022²/4*V_A로서, 상기 V_A=1.094 m/s 이다.

Q_B(유량)=15ℓ/min=0.00025㎡/s=A(브레인 라인의 내경)*V_B=??*0.022²/4*V_B로서, 상기 V_B=0.657 m/s 이다.

Q_C(유량)=10ℓ/min=0.00016㎡/s=A(브레인 라인의 내경)*V_C=??*0.022²/4*V_C로서, 상기 V_C=0.421 m/s 이다.

이때, 제어대상(4)의 일정 포인트를 기준으로 제어가 이루어질 경우,

에칭 공정에서 플라즈마 인가시 제어대상(4)으로 부터 칠러(1)가 온도상승을 감지해 이를 대응하기 위해 제어된 공급단인 브레인라인(5)을 통해 제어대상(4)까지 설비 냉각제가 도달하는 시간은 공급단인 브레인 라인(5)의 유량이 25 ℓ/min일 경우 약 9.1초, 15ℓ/min일 경우에는 15.2초, 그리고 10ℓ/min일 경우에는 23.7초 소요되는 것으로 계산 결과 산출되었다.

한편, 칠러(1)의 리턴단인 브레인라인(6)이나 공급단인 브레인라인(5)의 온도를 기준으로 제어가 이루어질 경우, 상기 브레인라인(5)(6)의 전체 길이는 20m가 되며, 플라즈마 인가시 브레인라인(5)(6)과 제어대상(4)을 경유해 칠러(1)까지 설비냉각제가 회수될 때,

상기 칠러(1)는 입력포트에 가장 근접된 리턴단의 브레인라인(6)으로 부터 분기되어 있는 보조라인(7)을 통해 설비냉각제의 온도를 얻음과 동시에, 제어라인(8)으로 부터 감지된 제어대상(4)의 온도를 통해 상기 제어대상(4)의 온도상승을 감지하게 된다.

이때, 상기 감지된 온도상승의 정보로 부터 공급단인 브레인 라인(5)을 통해 제어대상(4)까지 설비 냉각제가 도달하는 시간은, 공급단인 브레인 라인(5)의 유량이 25 ℓ/min일 경우 약 18.2초, 15ℓ/min일 경우에는 30.4초, 그리고 10ℓ/min일 경우에는 47.4초 소요되는 것으로 계산 결과 산출되었다.

이와같이 종래에는 칠러(1)내에 냉각유니트(2)와 가열유니트(3)가 함께 형성되어 있는 관계로, 제어대상(4)에 열원이 들어오는 시점과 이를 제거하기 위해 대응하는 시점에 시간 지연이 발생하면서 온도제어의 대응속도가 느려질 수 밖에 없었으며, 이는 곧 에칭 공정의 환경에 큰 영향을 주면서 반도체 소자의 제조 불량을 초래하게 되었다.

다시말해, 종래에는 반도체의 고집적화로 인해 반도체를 제조하는 공장 환경이 고청정화되고, 반도체 제조설비에 많은 비용이 들게 되면서 제조원가를 줄이기 위해 좁은 공간에 많은 생산설비를 설치할 수밖에 없었는 바, 이로인하여 부대설비인 칠러(1)가 반도체 제조의 메인 장비인 제어대상(Etcher)(4)과 떨어져 설치될 수 밖에 없었고, 이러한 설치 환경으로 인해 에칭 공정에서 발생되는 열을 일정한 온도 조건하에서 적절한 순간에 제거하지 못하는 문제점이 초래되었던 것이다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 고안은, 온도조절시스템인 칠러의 내부에 냉각유니트를 두는 한편, 가열유니트는 제어대상이 되는 반도체 제조설비와 가장 가까운 곳에 설치 구성함으로써,칠러의 위치에 관계없이 제어대상의 온도제어 대응속도를 신속하게 진행하면서 반도체 제조공정(특히 에칭공정)에서 발생하는 열을 일정한 온도 조건하에서 적절한 순간에 효과적으로 제거하여 반도체 소자의 제조 불량을 개선할 수 있도록 하는 반도체 제조 설비의 온도 제어 대응속도 개선 구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 반도체 제조설비의 온도제어 대응속도 구조를 보인 개략도.

도 2는 본 고안의 일실시예로 반도체 제조설비의 온도 제어 대응속도 개선 구조를 보인 개략도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11; 공급단 브레인라인 12; 리턴단 브레인라인

13; 제어대상 14; 제어라인

15; 칠러 21; 냉각유니트

22; 온도감지라인 23; 가열유니트

24; 부하라인

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 고안의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안의 일실시예로 반도체 제조설비의 온도 제어 대응속도 개선구조를 보인 개략도 이다.

도 2에 도시된 바와같이, 일정한 온도의 설비냉각제를 공급단 및 리턴단의 브레인라인(11)(12)을 통해 공급 및 순환시키면서 반도체의 메인 제조설비인 제어대상(13)을 일정온도로 유지시키도록 상기 제어대상(13)과 제어라인(14)으로 연결되는 통상적인 칠러(15)에 있어서,

상기 칠러(15)내에는 온도제어가 이루어질 때 기본적으로 가동되는 냉각유니트(21)를 형성하되,

상기 제어대상(13)의 출력포트에 가장 근접된 리턴단의 브레인라인(12)과 제어라인(14)에는 온도제어의 기준을 설정하도록 순환되는 설비냉각제의 온도를 칠러(15)로 알려주는 온도감지라인(22)을 연결하고,

상기 제어대상(13)과 가장 근접(약 1∼3m 정도)된 공급단의 브레인라인(11)에는 칠러(15)의 위치에 관계없이 온도제어의 대응속도를 신속하게 진행시키면서제어대상(13)의 온도를 일정하게 유지시키도록 가열동작하는 가열유니트(23)를 형성하며,

상기 가열유니트(23)와 칠러(15)는 가열유니트(23)의 가열동작에 따른 온도제어가 칠러(15)의 부하량 조절로 부터 이루어지도록 부하라인(24)을 통해 연결 구성함을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 고안의 일실시예에 대한 작용을 첨부된 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 온도 제어대상(13)과 칠러(15)에 공급단 및 리턴단의 브레인라인(11)(12)을 설비하는 한편, 상기 제어대상(13)과 칠러(15)를 제어라인(14)을 통해 연결하여 둔다.

상기 칠러(15)내에는 제어대상(13)의 온도제어가 이루어질 때 기본적으로 가동되는 냉각유니트(21)를 형성하여 둔다.

상기 제어대상(13)의 출력포트에 가장 근접된 리턴단의 브레인라인(12)과 제어라인(14)에는 온도제어의 기준을 설정하도록 순환되는 설비냉각제의 온도를 칠러(15)로 알려주는 온도감지라인(22)을 연결한다.

그리고, 상기 제어대상(13)과 가장 근접된 공급단의 브레인라인(11)에는 가열유니트(23)를 형성한 후, 상기 가열유니트(23)와 칠러(15)는 부하라인(24)을 통해 연결하여 둔다.

이후, 상기 제어대상(13)의 온도제어가 이루어지면서 칠러(15)내의 냉각유니트(21)가 기본적으로 동작하여 설비냉각제를 공급단의 브레인라인(11)을 통해 제어대상(13)으로 공급하여 상기 제어대상(13)의 냉각이 이루어지도록 하므로서, 반도체 제조공정(특히 에칭공정)에서 발생하는 열을 일정한 온도 조건하에서 적절한 순간에 효과적으로 제거하게 된다.

이때, 상기 제어대상(13)으로 공급된 설비냉각제가 리턴단의 브레인라인(12)을 통해 칠러(15)로 리턴될 때, 상기 제어대상(13)의 출력포트에 가장 근접된 위치에는 제어라인(14)와 연결되는 온도감지라인(22)이 연결되어 있는 바,

상기 칠러(15)는 온도감지라인(22)으로 부터 감지된 설비냉각제의 순환 온도를 통해 온도제어의 기준을 설정하게 된다.

그리고, 상기 설정된 온도제어의 기준으로 부터 상기 칠러(15)는 제어대상(13)과 가장 근접된 공급단의 브레인라인(11)에 형성된 가열유니트(23)의 부하량을 제어하게 되는 바,

상기 가열유니트(23)는 칠러(15)의 위치에 관계없이 온도제어의 대응속도를 빠르게 진행시키면서 설비냉각제에 의해 냉각이 이루어진 제어대상(13)의 온도를 일정하게 유지시키는 가열동작을 수행하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 고안 반도체 제조 설비의 온도 제어 대응속도 개선 구조는 온도조절시스템인 칠러의 내부에 냉각유니트를 두는 한편, 가열유니트는 제어대상이 되는 반도체 제조설비와 가장 가까운 곳에 설치 구성함으로써, 칠러의 위치에 관계없이 제어대상의 온도제어 대응속도를 신속하게 진행하면서 반도체 제조공정(특히 에칭공정)에서 발생하는 열을 일정한 온도 조건하에서 적절한 순간에 효과적으로 제거하여 반도체 소자의 제조 불량을 개선하는 효과를 제공한다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

Claims (1)

1. 일정한 온도의 설비냉각제를 공급단 및 리턴단의 브레인라인을 통해 공급 및 순환시키면서 반도체의 메인 제조설비인 제어대상을 일정온도로 유지시키도록 상기 제어대상과 제어라인으로 연결되는 통상적인 칠러에 있어서,

   상기 칠러내에는 온도제어가 이루어질 때 기본적으로 가동되는 냉각유니트를 형성하되, 상기 제어대상의 출력포트에 가장 근접된 리턴단의 브레인라인과 제어라인에는 온도제어의 기준을 설정하도록 순환되는 설비냉각제의 온도를 칠러로 알려주는 온도감지라인을 연결하고,

   상기 제어대상과 가장 근접된 공급단의 브레인라인에는 칠러의 위치에 관계없이 온도제어의 대응속도를 신속하게 진행시키면서 제어대상의 온도를 일정하게 유지시키도록 가열동작하는 가열유니트를 형성하며,

   상기 가열유니트와 칠러는 가열유니트의 가열동작에 따른 온도제어가 칠러의 부하량 조절로 부터 이루어지도록 부하라인을 통해 연결 구성함을 특징으로 하는 반도체 제조 설비의 온도 제어 대응속도 개선 구조.