KR20060044190A - 반도체 기판 가공 설비 - Google Patents

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Abstract

안정적으로 반도체 기판을 가공할 수 있는 반도체 기판 가공 설비는, 반도체 기판에 대한 소정의 가공 공정을 수행하기 위한 프로세스 모듈, 냉각 용액을 수용하기 위한 저장조가 구비되며 프로세스 모듈의 온도 및 습도를 조절하기 위하여 냉각 용액을 프로세스 모듈에 공급하는 냉각 모듈, 저장조 내의 냉각 용액 수위를 감지하기 위하여 저장조 내에 수직방향으로 배치된 수위 감지 센서들, 그리고 수위 감지 센서들로부터 냉각 용액의 수위 정보를 제공받아, 반도체 기판 가공 공정과 냉각 용액의 리필 여부를 제어하는 제어 모듈을 포함한다. 이 경우, 수위 감지 센서들은, 초음파 센서, 광 센서 및 수압 센서로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 센서를 포함한다. 본 발명에 따르면, 저장조 내의 냉각 용액의 수위를 원격으로 확인하고 제어할 수 있어, 냉각 용액 고갈로 발생하는 공정 사고를 방지할 수 있다.

Description

반도체 기판 가공 설비{EQUIPMENT FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반도체 기판 가공 설비를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 센서 유닛을 설명하기 위한 부분 확대도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 반도체 기판 가공 설비 101 : 클린룸
103 : 유틸리티 존 105 : 지하실
107 : 셀 110 : 단위 제어 유닛
120 : 프로세스 챔버 130 : 냉각 유닛
131 : 순환 라인 132 : 저장조
133 : 게이지 135 : 공급 라인
140 : 중앙 제어 유닛 150 : 커넥팅 유닛
160 : 중앙 제어 유닛 261, 262, 263, 264 : 레벨 센서
본 발명은 반도체 기판 가공 설비에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 기판에 대한 소정의 공정이 수행되는 프로세스 챔버에 냉각 용액을 공급하여 최적의 공정 환경을 조성하는 반도체 기판 가공 설비에 관한 것이다.
현재 반도체 장치에 대한 연구는 보다 많은 데이터를 단시간 내에 처리하기 위하여 고집적 및 고성능을 추구하는 방향으로 진행되고 있다. 반도체 장치를 제조하기 위해서는 막 형성, 패턴 형성, 금속 배선 형성 등과 같은 일련의 단위 공정을 수행한다.
패턴 형성 공정에는 사진 식각 공정이 포함되며, 사진 식각 공정은 세정 공정, 표면 처리 공정, 감광막 형성 공정, 정렬/노광 공정, 및 현상 공정으로 크게 구분된다. 패턴 형성 공정은 소정의 습도와 온도의 환경조건 하에서 수행되어야 한다. 일반적으로 상기 환경조건을 맞추기 위하여 프로세스 챔버 내외부로 냉각 용액을 공급한다.
일반적인 종래의 냉각 용액 장치는, 냉각 용액을 저장하기 위한 저장조와, 저장조로부터 프로세스 챔버로 냉각 용액을 공급하는 공급 유닛을 포함한다.
공급 유닛은 순환 펌프를 이용하여, 저장조로부터 냉각 용액을 인출한다. 일출된 냉각 용액은 순환 라인을 통하여 프로세스 챔버에 공급된다.
현재 저장조는 일정 주기로 모니터링된다. 이는 저장조에 냉각 용액이 고갈되기 전에 리필하기 위함이다. 저장조에 냉각 용액이 고갈될 경우, 프로세스 챔버에서 수행되는 가공 공정이 중지된다. 일단 프로세스 챔버가 중지될 경우, 다시 프로세스 챔버에서 공정을 재가동하기까지 상당한 시간이 소요된다. 따라서 일정 주 기마다 작업자가 저장조에 접근하여 육안으로 냉각 용액의 수위를 모니터링 해야 한다.
일반적으로 저장조는 유틸리티 존 하부의 지하실에 설치된다. 유틸리티 존은 배기 덕트, 소스 가스 저장 탱크, 진공펌프 등 반도체 기판 가공 공정에 이용되는 제반 설비 등이 마련되는 곳으로서, 프로세스 챔버가 설치되는 클린룸 하부에 마련된다.
저장조가 유틸리티 존 하부의 지하실에 설치됨으로써 많은 문제점들이 발생된다. 예를 들어, 상기 지하실의 공간이 비교적 협소하여, 작업자가 저장조에 접근하기 매우 불편하다. 또한, 지하실이 어두워 반드시 랜턴(lantern)을 휴대해야 한다. 이러한 이유로, 작업자가 저장조에 접근하는 것을 기피하고 있다. 또한, 지하실이 어두운 관계로, 냉각 용액의 수위를 정확하게 확인하지 못하거나 오판하게 된다.
현재 반도체 장치는 고집적, 고성능화되는 추세에 따라 그 가격이 급증하고 있으며, 상기 반도체 장치를 제조하기 위한 웨이퍼의 직경도 과거 6인치에서 12인치로 증가하는 등 대부분의 장치 및 부품들이 고가화되는 추세이다. 이러한 추세에 비추어볼 때 냉각 용액의 고갈로 인하여 발생된 공정 사고가 미치는 피해 규모는 상당할 것임은 너무나 자명하다. 따라서 이에 대한 대처 방안이 긴급히 요구되는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발 명의 목적은 저장조 내에 냉각 용액이 고갈되는 것을 방지할 수 있는 반도체 기판 가공 설비를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 설비는, 반도체 기판에 대한 소정의 가공 공정을 수행하기 위한 프로세스 모듈, 냉각 용액을 수용하기 위한 저장조가 구비되며 프로세스 모듈의 온도 및 습도를 조절하기 위하여 상기 냉각 용액을 상기 프로세스 모듈에 공급하는 냉각 모듈, 저장조 내의 냉각 용액 수위를 감지하기 위하여 저장조 내에 수직방향으로 배치된 수위 감지 센서들, 그리고 수위 감지 센서들로부터 냉각 용액의 수위 정보를 제공받아, 상기 가공 공정과 냉각 용액의 리필(refill) 여부를 제어하는 제어 모듈을 포함한다. 이 경우, 수위 감지 센서들은, 초음파 센서, 광 센서 및 수압 센서로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 센서를 포함한다.
본 발명에 따르면, 저장조 내의 냉각 용액의 수위를 원격으로 확인 및 제어 할 수 있어, 냉각 용액 고갈로 발생하는 공정 사고를 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 설비를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 반도체 기판 가공 설비를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 센서 유닛을 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반도체 기판 가공 설비(100)는 단위 제어 유닛(110), 프로세스 챔버(120), 냉각 유닛(130), 중앙 제어 유닛(140), 및 센서 유닛(160)을 포함한다.
프로세스 챔버(120)에서는 반도체 기판(W)에 대하여 노광 및 현상 공정이 수행된다. 하지만, 증착, 식각, 확산 또는 이온주입과 같은 다양한 가공 공정을 수행하기 위한 프로세스 챔버(120)가 선택될 수도 있다.
프로세스 챔버(120)는 고 청정 환경이 유지되는 클린룸(101) 내에 설치된다. 클린룸(101)은 공기 속의 부유 물질이 규정된 수준으로 관리되고 필요에 따라서 온도, 습도, 압력 등의 환경 조건도 일정하게 유지되는 폐쇄 공간을 의미한다.
클린룸(101)은 다수의 베이들로 구분되며, 각 베이는 독립된 공간을 갖는다. 상기 베이들 중 일 베이에 프로세스 챔버(120)가 설치된다. 프로세스 챔버(120)에 인접하게는 단위 제어 유닛(110)이 설치된다.
단위 제어 유닛(110)은 프로세스 챔버(120)에서 수행되는 가공 공정을 제어한다. 단위 제어 유닛(110)에는 프로세스 챔버(120)에서 수행되는 가공 공정 상태 및 프로세스 챔버(120)에 공급되는 냉각 용액의 상태가 디스플레이된다. 단위 제어 유닛(110)은 중앙 제어 유닛(140)에 연결되어 전체 통제된다.
중앙 제어 유닛(140)은 클린룸(101)으로부터 이격된 공간인 셀(107) 내부에 설치된다. 셀(107)은 클린룸(101)과 달리 내부의 압력이 상압이며 특별한 청정 환경이 유지되지 않아도 되는 공간이다. 셀(107)은 클린룸(101)에 비하여 작업자의 유동이 훨씬 자유로운 공간이다.
중앙 제어 유닛(140)에는 각 프로세스 챔버(120)당 하나씩 설치된 단위 제어 유닛들(110)이 연결된다. 이 경우, 커넥팅 유닛(150)이 이용된다. 중앙 제어 유닛(140)은 단위 제어 유닛(110)으로부터 프로세스 챔버(120) 내부에서 수행되는 공정의 정보를 제공받는다. 중앙 제어 유닛(140)은 전체 반도체 생산 공정에 따라 각 단위 제어 유닛(110)을 원격 제어한다.
클린룸(101)의 하부에는 클린룸(101)과 연통된 유틸리티 존(103)이 마련된다. 유틸리티 존(103)은 배기 덕트, 소스 가스 저장 탱크, 진공펌프 등 반도체 기판 가공 공정에 이용되는 제반 설비 등이 마련되는 곳이다.
유틸리티 존(103)의 하부에는 지하실(105)이 마련된다. 지하실(105)에는 냉각 유닛(130)이 설치된다.
냉각 유닛(130)은 저장조(132), 순환 라인(131) 및 공급 라인(135)을 포함한다. 저장조(132)는 소정의 용적을 갖는 드럼(drum) 형상으로 제작된다. 저장조(132)에는 공정 조건에 따라 다양한 냉각수가 수용될 수 있다. 일반적으로 냉각수로서 탈이온수(deionized water)가 이용되지만, 경우에 따라서 케이컬(chemical) 용액이나 물이 수용될 수 있다.
저장조(132)의 외벽에는 냉각 용액의 잔류량을 확인할 수 있는 게이지(133)가 형성된다. 저장조(132)의 측단에는 저장조(132)로 냉각 용액을 공급하기 공급 라인(135)이 연결되고, 저장조(132)의 상단에는 프로세스 챔버(120)로 냉각 용액을 공급하기 위한 순환 라인(131)이 연결된다. 냉각 유닛(130)은 프로세스 챔버(120)로 냉각 용액을 공급하여 프로세스 챔버(120)의 온도 및 습도를 제어한다.
프로세스 챔버(120)에서 반도체 기판에 대한 소정의 가공 공정이 수행될 경우, 프로세스 챔버(120) 내부 또는 외부에 열이 발생한다. 일예로, 증착 공정을 수행 시, 프로세스 챔버(120)의 내부는 약 600℃ 이상으로 고온으로 가열된다. 이 결과, 프로세스 챔버(120)의 온도가 상승되고, 프로세스 챔버(120) 내부의 습도는 저하된다. 이 경우, 냉각 용액이 이용된다.
각 프로세스 챔버(120)에는 적어도 하나 이상의 저장조(132)가 연결된다. 냉각 유닛(130)은 저장조(132)로부터 냉각 용액을 인출한 후, 순환 모터(도시되지 않음)를 이용하여 프로세스 챔버(120)로 냉각 용액을 공급한다. 프로세스 챔버(120)에 공급된 냉각 용액은 열 교환 방식으로 프로세스 챔버(120)를 냉각한다. 순환 라인(131)을 통하여 공급되는 냉각 용액 중 일부는 프로세스 챔버(120) 내부에 분사된다. 이로써, 프로세스 챔버(120) 내부의 습도가 조절된다.
순환 라인(131)은 다양하게 배치될 수 있다. 순환 라인(131)은 프로세스 챔버(120)의 외벽을 따라 코일형으로 배치되거나, 프로세스 챔버(120) 내부의 척(도시되지않음)에 내장되도록 배치될 수도 있다. 순환 라인(131)은 프로세스 챔버(120) 중 냉각이 요구되는 위치에 배치될 수 있다.
저장조(132) 내의 냉각 용액이 일정 수위 이하로 냉각 용액이 소실되면 이는 센서 유닛(160)에 의하여 검출되고 자동으로 냉각 용액이 보충된다. 이하, 센서 유닛(160)에 대하여 자세하게 설명한다.
센서 유닛(160)은 적어도 두개의 레벨 센서들(261, 262, 263, 264)을 포함한다. 레벨 센서들(261, 262, 263, 264)은 저장조(132)의 내측벽에 수직방향으로 나 란하게 배치되는 것이 바람직하다. 레벨 센서들(261, 262, 263, 264)은 냉각 용액의 최저 허용 수위부터 최대 허용 수위에 맞게 배치되는 것이 바람직하다. 레벨 센서들(261, 262, 263, 264)이 반드시 저장조(132) 내벽에 나란하게 배치되지 않을 수도 있다. 레벨 센서들(261, 262, 263, 264)은 최소 냉각 용액의 최저 허용 수위부터 최대 허용 수위를 측정할 수 있는 위치에만 배치되면 된다.
레벨 센서들(261, 262, 263, 264)은 커넥팅 유닛(150)을 통하여 단위 제어 유닛(110) 및 중앙 제어 유닛(140)에 연결된다. 레벨 센서들(261, 262, 263, 264)은 저장조(132)에 냉각 용액의 잔류량을 검출하여, 단위 제어 유닛(110) 및 중앙 제어 유닛(140)에 제공한다.
일반적으로 수위 감지용 레벨 센서의 종류는 다양하며, 본 실시예에서도 다양한 종류의 레벨 센서들이 이용될 수 있다. 일예로, 광, 초음파, 마이크로파, 진동, 압력, 또는 열전도 방식을 이용한 레벨 센서가 이용될 수 있다. 이중 광을 이용한 레벨 센서가 선택되는 것이 바람직하지만, 이것이 본 발명을 제한하거나 한정하는 것은 아니다.
레벨 센서들(261, 262, 263, 264)은 냉각 용액의 과도, 부족, 및 중간 보충 시점을 검출한다. 보다 자세하게 설명하면, 최 상단의 레벨 센서(261)는 냉각 용액이 저장조(132)에 과도 공급되어 범람하는 것을 방지하기 위하여 이용되며, 최 하단의 레벨 센서(264)는 냉각 용액이 저장조(120)로부터 과 방출되어 고갈되는 것을 방지하기 위하여 이용된다. 중간에 배치된 레벨 센서들(262, 263)은 냉각수 소모율을 계산하거나, 중간 보충 시점을 검출하기 위하여 이용된다.
레벨 센서들(261, 262, 263, 264)은 냉각 용액 수위에 대한 정보를 단위 제어 유닛(110) 및 중앙 제어 유닛(140)에 제공한다. 이 경우, 커넥팅 유닛(150)이 이용된다.
단위 제어 유닛(110)은 제공받은 냉각 용액 수위 정보에 따라 프로세스 챔버(120) 내부에서의 반도체 기판 가공 공정을 제어한다. 예를 들어, 단위 제어 유닛(110)은 냉각 용액이 고갈되면, 프로세스 챔버(120)의 작동을 중지할 수 있다. 하지만 본 실시예에 따른 반도체 기판 가공 설비(100)는 자동으로 냉각 용액을 보충할 수 있도록 제조되어, 비상 시를 제외하고는 반도체 기판 가공 공정이 중지되는 경우는 거의 없다.
단위 제어 유닛(110)은 프로세스 챔버(120) 내부에서의 반도체 기판 가공 공정을 제어할 뿐만 아니라, 프로세스 챔버(120)에 공급되는 냉각 용액을 제어하여, 프로세스 챔버(120)의 온도 및 습도를 조절한다.
중앙 제어 유닛(140)은 모든 저장조들(132)로의 냉각 용액 공급을 제어한다. 중앙 제어 유닛(140)은 각각의 저장조(132)에 설치된 레벨 센서들(261, 262, 263, 264)로부터 냉각 용액의 잔류량에 대한 정보를 제공 받아 냉각 용액 공급을 제어한다. 따라서 직접적으로 저장조(132)에 접근하지 않더라도 냉각 용액의 잔류량을 확인할 수 있으며, 냉각 용액이 고갈되기 전에 보충할 수 있다.
이미 전술한 바와 같이, 중앙 제어 유닛(140)을 셀(107)에 설치하여, 작업자가 구지 클린룸(101)이나 지하실(105)로 들어가지 않더라도 냉각 용액의 잔류량을 확인하고, 원격으로 제어할 수 있다. 따라서 작업자의 로드를 줄일 수 있다. 결과 적으로는 안정적으로 반도체 기판을 가공할 수 있어, 반도체 기판의 가공 효율을 증대시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 기판 가공 설비에 따르면, 냉각 용액의 잔류량을 원격을 확인하고 보충할 수 있어, 냉각 용액이 고갈됨으로 인하여 발생되는 공정 사고를 방지할 수 있다. 또한, 냉각 용액의 공급을 원격으로 제어할 수 있어, 작업자의 로드를 상당부분 줄임으로써, 반도체 기판 가공 공정의 효율을 극대화 시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 반도체 기판에 대한 소정의 가공 공정을 수행하기 위한 프로세스 모듈;
    냉각 용액을 수용하기 위한 저장조가 구비되며, 상기 프로세스 모듈의 온도 및 습도를 조절하기 위하여 상기 냉각 용액을 상기 프로세스 모듈에 공급하는 냉각 모듈;
    상기 저장조 내의 냉각 용액 수위를 감지하기 위하여 상기 저장조 내에 수직방향으로 배치된 수위 감지 센서들; 및
    상기 수위 감지 센서들로부터 냉각 용액의 수위 정보를 제공받아, 냉각 용액의 리필(refill) 여부를 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 설비.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수위 감지 센서들은, 초음파 센서, 광 센서 및 수압 센서로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 설비
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 용액은 탈이온수(deionized water)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 설비.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세스 모듈은 반도체 기판에 대하여 사진식각공 정을 수행하기 위한 모듈인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 가공 설비.
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