KR20070047059A - 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치 및 이를이용한 유량 조절 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치 및 이를 이용한 유량 조절 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 확산 설비 내부로 유입되는 공정 소오스의 유량을 디지털 방식의 디스플레이 장치를 통해 나타냄을 특징으로 한다. 이처럼 디지털 방식의 디스플레이 장치를 적용할 경우, 엔지니어로 하여금 공정 소오스의 유량을 보다 정확하고 용이하게 확인하여 할 수 있도록 하여 정확한 유량 제어가 가능하도록 한다. 그 결과, 공정 소오스가 적용되는 공정이 보다 원활히 진행되어 반도체 디바이스의 신뢰성은 물론 생산성 또한 향상된다.

반도체, 확산, 냉각, PCW, 게이지

Description

반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치 및 이를 이용한 유량 조절 방법{flow amount control apparatus for semiconductor device manufacturing and flow amount control method thereof}

도 1은 종래 기술에 따른 PCW 조절 밸브를 나타낸다.

도 2는 상기 도 1에 도시되어 PCW 조절 밸브에 의해 조절되는 유량을 디스플레이하는 유량 디스플레이 장치를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유량 조절 장치를 설명하기 위한 확산 설비 및 냉각 시스템간의 블록구성도를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 PCW 조절 밸브를 나타낸다.

도 5는 상기 도 4에 도시되어 있는 PCW 조절 밸브에 의해 조절되는 유량을 디스플레이하는 유량 디스플레이 장치를 나타낸다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 확산 설비 102: 냉각 시스템

104: PCW 조절 밸브 106: 유량 감지부

108: 유량 디스플레이부 110: 유량 제어부

본 발명은 반도체 디바이스 제조설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치 및 이를 이용한 유량 조절 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스를 제조하기 위한 여러 단위 공정중 확산 공정은 반도체 기판 상부에 산화막을 성장시키거나, 순수 실리콘이 전기적인 특성을 갖도록 하기 위하여 붕소나 인등의 불순물을 주입하는 공정이다. 이러한 확산 공정은 통상적으로 고온 분위기하에서 실시되므로, 확산 설비에는 웨이퍼에 고온의 환경을 제공하는 확산로가 구비되어 있다. 그리고, 상기 확산로에는 기밀(airtight) 유지를 위한 패킹 부재로서 오링이 설치되는데, 이러한 오링이 확산로의 열에 의해 과열되어 손상되는 것을 방지하기 위하여 냉각시스템이 구비된다.

한편, 이러한 확산설비의 냉각시스템에는 프로세스 쿨링 워터를 제어하는 유량 조절 밸브로서, 예컨대 PCW(Process Cooling Water) 조절 밸브가 있다. 상기 PCW 조절 밸브는 설비에 최초로 유입되는 유량을 제어하는 곳으로서, 하기 도 1에는 이러한 PCW 조절 밸브(10)가 도시되어 있다. 그리고, 도 2에는 상기 PCW 조절 밸브(10)에 의해 조절되는 유량이 디스플레이되는 유량 디스플레이 장치(20)가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, PCW 조절 밸브(10)를 시계방향으로 회전시키면 밸 브가 잠겨 냉각시스템 내부로의 PCW 공급이 중단되고, PCW 조절 밸브(10)를 반시계 방향으로 회전시켜면 밸브가 열려 냉각시스템 내부로 PCW가 공급된다. 그리고, PCW 조절 밸브(10)가 열려 PCW가 냉각시스템 내부로 공급되면, 이러한 PCW의 유량이 도 2에 도시된 유량 디스플레이 장치(20)를 통해 디스플레이된다.

그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 유량 디스플레이 장치(20)는 게이지(gauge) 바늘로 유량을 나타내는 아날로그 방식을 취하고 있다. 따라서, 정확한 유량을 디스플레이할 수 없었으며, 유량 상태를 나타내는 게이지 바늘에 트러블이 발생했을 경우에는 PCW가 정확하게 흐르는지의 여부조차 파악할 수 없는 문제점이 있었다.

이와 같이, PCW의 유량이나 그 흐름 상태에 오류가 발생할 경우, 프로세스 진행시 쿨링 역할을 정확히 못하기 때문에 웨이퍼에 번(burn) 현상등이 유발되어 결과적으로 웨이퍼 손실로 이어지는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공정 소오스의 유량을 보다 용이하게 확인할 수 있도록 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치 및 이를 이용한 유량 조절 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 공정 소오스의 유량을 정확하게 제어할 수 있도록 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치 및 이를 이용한 유량 조절 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 반도체 디바이스의 신뢰성 및 수율 저하를 방지할 수 있는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치 및 이를 이용한 유량 조절 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치는, 프로세스 챔버 내부로 유입되는 공정 소오스의 양을 조절하는 유량 조절 밸브부; 상기 유량 조절 밸브를 통해 조절되는 공정 소오스의 양을 감지하는 유량 감지부; 및 상기 유량 감지부를 통해 감지된 공정 소오스의 유량 수치가 디지털 방식으로 표현되는 유량 디스플레이부를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 방법은, 유량 조절 밸브를 이용하여 프로세스 챔버 내부로 주입되어질 공정 소오스를 조절하는 단계와; 상기 유량 조절 밸브를 통해 조절되는 공정 소오스의 유량 수치가 디지털 방식으로 표현되는 유량 디스플레이부를 통해 디스플레이하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위내에서 다른 형태로 다양하게 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 되는데, 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 공정은 크게 반도체 기판 상부에 산화막을 성장시키거나, 순수 실리콘이 전기적인 특성을 갖도록 하기 위하여 붕소나 인등의 불순물을 주입한 뒤, 이를 활성화 및 안정화시키기 위한 어닐링 처리등을 하는 확산 공정, 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 증착(deposition)공정, 상기 물질막을 소정의 패턴으로 형성하는 식각 공정, 그리고 웨이퍼 상부에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 연마하여 단차를 없애는 평탄화(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 공정을 비롯하여 불순물 제거를 위한 웨이퍼 세정공정등과 같은 여러 단위 공정들로 이루어져 있다. 따라서, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 상기와 같은 여러 단위 공정들을 반복 실시하게 되는데, 이러한 단위공정별로 해당 공정을 수행하기 위한 각각의 공정설비가 사용된다.

한편, 상기 확산 공정을 수행하는 확산 설비의 주 설비로서, 웨이퍼에 고온의 환경을 제공하는 확산로가 있다. 상기 확산로는 일반적으로 웨이퍼를 이송하여 확산로 내에 집어넣는 방식에 따라 수직식 및 수평식이 있는데, 이러한 확산로는 통상적으로 석영관과 상기 석영관을 가열시키는 히팅 챔버로 구성된다.

그리고, 상기 확산로의 보조설비로는 공정에 필요한 정제된 적당량의 가스류를 적정시간동안 확산로에 주입시키는 가스공급장치와, 보트내에 웨이퍼를 적재하고 승하강하며 상기 웨이퍼를 확산로에 로딩 및 언로딩시키는 엘리베이터 장치와, 상기 보트에 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 웨이퍼 이송장치와, 상기 웨이퍼 이송장 치에 웨이퍼를 카세트 단위로 이송하는 카세트 이송장치와, 상기 장치들을 상호 유기적으로 제어하는 설비 콘트롤부 및 챔버의 내부에 잔류하는 가스를 외부로 배출하는 배기장치등이 구비된다.

또한, 상기와 같은 확산 설비에는 상기 확산로의 입구 및 상기 입구를 개폐하는 도어 사이의 기밀(airtight)이 유지되도록 입구부에 패킹 부재인 오링이 설치된다. 그리고, 상기 오링이 상기 확산로의 열에 의해 과열되어 손상되는 것을 방지하기 위하여 상기 오링을 냉각시키는 냉각시스템이 구비된다. 이러한 확산설비의 냉각시스템에는 프로세스 쿨링 워터를 제어하는 유량 조절 밸브로서, 예컨대 PCW(Process Cooling Water) 조절 밸브가 형성되어 있는데, 상기 PCW 조절 밸브는 설비에 최초로 유입되는 유량을 제어한다.

도 3에는 확산 설비 및 상기 확산 설비를 냉각시키기 위한 냉각시스템간의 블록구성도가 도시되어 있다. 그리고, 도 4는 상기 도 3에 도시된 PCW 조절 밸브(104)를 나타내며, 도 5는 상기 도 3에 도시된 유량 디스플레이부(108)를 나타낸다.

먼저, 도 3을 참조하면, 웨이퍼에 대하여 확산 공정을 진행시키는 프로세스 챔버인 확산 설비(100)에 오링 냉각을 위한 냉각시스템(102)이 구비된다. 그리고, 이러한 확산 설비(100)와 냉각 시스템(102) 사이에는 프로세스 쿨링 워터(Process Cooling Water)의 유량을 제어하는 PCW 조절 밸브(104)가 구비되어 있는데, 상기 PCW 조절 밸브(104)는 확산 설비에 최초로 유입되는 PCW의 유량을 제어하는 곳이다. 이때, 상기 PCW 조절 밸브(104)는 엔지니어에 의한 조절 방식 또는 프로그램에 의한 자동 조절 방식을 취할 수 있다.

그리고, 상기 PCW 조절 밸브(104)에 의해 조절되는 PCW의 유량은 유량 감지부(106)를 통해 센싱되어지며, 상기 유량 감지부(106)를 통해 센싱된 유량은 유량 디스플레이부(108)를 통해 디스플레이된다. 그리고, 상기 유량 감지부(106)에 의한 센싱 결과, 확산 설비(100) 내부로 적정량의 PCW가 공급되고 있지 않을 경우에는 유량 제어부(110)에 설정되어 있는 적정 수치에 따라 상기 냉각 시스템(102)으로부터 확산 설비(100)측으로 PCW가 공급될 수 있도록 한다.

여기서, 상기 PCW 조절 밸브(104)를 시계방향으로 회전시키면 PCW 조절 밸브(104)가 잠기게 되어 확산 설비(100)로의 PCW 공급이 중단되고, PCW 조절 밸브(104)를 반시계 방향으로 회전시켜면 PCW 조절 밸브(104)가 열리게 되어 확산 설비(100) 내부로 PCW가 공급된다. 이와 반대로, 상기 PCW 조절 밸브(104)를 반시계방향으로 회전시키면 밸브가 잠기게 되어 확산 설비(100)측으로의 PCW 공급이 중단되고, PCW 조절 밸브(104)를 시계 방향으로 회전시키면 PCW 조절 밸브(104)가 열리게 되어 확산 설비(100) 내부로 PCW를 공급할 수 있도록 설계할 수도 있다.

한편, 상기 유량 디스플레이부(108)는 본 발명의 핵심 구성으로서, PCW 조절 밸브(104)에 의해 조절되는 PCW 유량을 디지털 방식, 예컨대 숫자로 디스플레이되도록 하는 것이 특징이다. 여기서, 상기 유량 디스플레이부(108)는 LCD 모니터등으로 형성할 수 있다.

따라서, 상기 PCW 조절 밸브(104)를 조절하여 확산 설비(100) 내부로 PCW가 유입되면, 이러한 PCW 유량이 도 5에 도시되어 있는 디지털 방식의 유량 디스플레 이부(108)를 통해 구체적인 수치로 표시됨으로써, 엔지니어로 하여금 PCW 유량을 보다 신속하고 용이하게 리딩할 수 있도록 한다. 그리고, 이처럼 유량 디스플레이부(108)를 통해 유량 확인이 종래에 비해 보다 신속하고 용이해짐에 따라, 엔지니어는 상기 유량 디스플레이부(108)를 통해 나타나는 유량 수치를 통해 적정량의 PCW가 확산 설비(100)로 유입되는지를 모니터링하거나, PCW 조절 밸브(104)를 제어하여 적정량의 PCW를 확산 설비(100) 내부로 유입시킬 수 있게 된다.

종래에는 확산 설비의 냉각 시스템에 적용되는 유량 조절 장치의 유량 디스플레이 방법이 게이지 바늘을 이용한 아날로그 방식이었다. 따라서, PCW 유량을 엔지니어 마다 서로 다르게 리딩하여 확산 설비 내부로 정확한 PCW를 주입할 수 없었을뿐더러 어느 정도의 PCW가 확산 설비 내부로 유입되는지를 정확하게 모니터링할 수 없었다. 또한, PCW의 유량 상태를 나타내는 게이지 바늘에 트러블이 발생했을 경우, PCW가 정확하게 흐르는지의 여부를 알 수 없어 가열된 웨이퍼에 대한 원활한 냉각 공정이 이루어지지 못하였다. 그로 인해, 웨이퍼에 번 현상등이 유발되어 웨이퍼가 손실되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자, 게이지 바늘을 이용하여 유량을 디스플레이 하는 종래의 아날로그 방식을 벗어나, 소수점 이하의 소정수치까지 숫자로 나타내는 디지털 방식의 유량 디스플레이 장치(108)를 구현한 것이다.

본 발명에서와 같이 PCW의 유량을 디지털 방식으로 디스플레이 할 경우, 엔지니어로 하여금 PCW의 유량을 육안으로 보다 정확하고 용이하게 확인할 수 있도록 하여 확산 설비 내부로 유입되는 유량의 보다 정확한 제어가 가능하도록 한다. 그리고, 이처럼 PCW의 유량에 대한 정확한 제어가 가능해짐에 따라 확산 공정등으로 인해 가열된 웨이퍼에 대한 원활한 냉각 공정을 진행시킬 수 있게 된다. 그 결과, 웨이퍼의 번 현상등을 최소화하여 웨이퍼의 손실을 최소화함으로써, 반도체 디바이스의 전체 생산성 및 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

상기에서는 확산 설비를 제시하여 본 발명에 따른 유량 조절 장치를 설명하였지만, 이는 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 공정 소오스가 사용되는 증착 공정, 식각 공정, 세정 공정등에도 적용될 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는 확산 설비 내부로 주입되는 공정 소오스로서, PCW에 대해서만 언급하였으나, 이러한 PCW 이외에 순수를 비롯한 각종 액체 및 기체 상태의 공정 소오스에 대해서도 적용될 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는, 공정 설비 내부로 유입되는 공정 소오스의 유량을 디지털 방식의 디스플레이 장치를 통해 나타냄으로써, 엔지니어로 하여금 공정 설비 내부로 유입되는 공정 소오스의 유량을 육안으로 보다 신속하고 용이하게 확인할 수 있도록 하여 정확한 유량 제어가 가능하도록 한다.

그 결과, 원활한 냉각 공정을 진행시킬 수 있게 되어 웨이퍼의 번 현상등을 미연에 방지하여 반도체 디바이스의 전체적인 생산성 및 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (12)

1. 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치에 있어서:

   프로세스 챔버 내부로 유입되는 공정 소오스의 양을 조절하는 유량 조절 밸브부;

   상기 유량 조절 밸브를 통해 조절되는 공정 소오스의 양을 감지하는 유량 감지부; 및

   상기 유량 감지부를 통해 감지된 공정 소오스의 유량 수치가 디지털 방식으로 표현되는 유량 디스플레이부를 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 유량 디스플레이부는 LCD 모니터임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 디지털 방식은 문자로 표현되는 방식임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 디지털 방식은 숫자로 표현되는 방식임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 프로세스 챔버는 확산 챔버임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 공정 소오스는 가열된 웨이퍼를 냉각시키기 위하여 냉각 시스템으로부터 공급되는 프로세스 쿨링 워터임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 장치.
7. 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 방법에 있어서:

   유량 조절 밸브를 이용하여 프로세스 챔버 내부로 주입되어질 공정 소오스를 조절하는 단계와;

   상기 유량 조절 밸브를 통해 조절되는 공정 소오스의 유량 수치가 디지털 방식으로 표현되는 유량 디스플레이부를 통해 디스플레이하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 공정 소오스의 유량 수치는 LCD 모니터를 통해 디스플레이됨을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 방법.
9. 제 7항에 있어서, 상기 디지털 방식은 문자로 표현되는 방식임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 디지털 방식은 숫자로 표현되는 방식임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 방법.
11. 제 7항에 있어서, 상기 프로세스 챔버는 확산 챔버임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 방법.
12. 제 7항에 있어서, 상기 공정 소오스는 가열된 웨이퍼를 냉각시키기 위하여 냉각 시스템으로부터 공급되는 프로세스 쿨링 워터임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조설비의 유량 조절 방법.

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