KR20240048241A - 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체가 이송되는 배관 내에 유체 흐름 개폐를 조절하는 개폐밸브, 유체의 양을 측정하는 유량계 그리고 배관 내에 흐르는 유체의 양을 조절하는 정압밸브 등 간단한 구성으로 정밀한 유량 조절이 가능하고, 2단계로 유량을 조절하여 오버슈팅을 방지하면서도 정밀한 유량조절이 가능하고, 배관 및 목표 유량의 크기, 조절하고자 하는 유량의 정밀도 등 유량 이송 상황에 맞춰 정확한 유량조절이 가능한 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치에 관한 것이다.

Description

웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치 {Flow control apparatus for fluid transfer piping for wafer cleaning}

본 발명은 웨이퍼 세정장치에 사용되는 유체를 이송하는 배관 내의 유량을 조절하기 위한 장치에 대한 것이다. 보다 상세하게는 웨이퍼 세정에는 다양한 유체가 사용되고 정확한 타이밍에 정량의 유체가 이송되어야 하는데 본 발명은 웨이퍼 세정장치에 사용되는 유체가 이송되는 배관 내에 마련되어 이송되는 유량을 정확하게 제어하는 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관 내의 유량을 조절하는 조절장치에 대한 것이다.

전자부품에는 다양한 실리콘 웨이퍼 기반의 반도체가 포함된다. 반도체 제조공정은 노광, 식각, 증착 및 세정공정을 반복하여 제조된다. 식각, 증착 등 반도체 제조 공정들을 거치는 동안 기판 상에는 각종 파티클, 금속 불순물, 유기 불순물 등과 같은 오염 물질이 남아 있을 수 있다. 이물이라고 표현되는 다양한 오염 물질은 반도체 소자의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에, 반도체 제조 시에는 기판에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 수행된다.

세정공정에는 기판에 잔존하는 파티클, 금속 불순물, 유기 불순물 등을 세정하기 위해 해당 공정이 완료된 후 세정공정에 필요한 다양한 약액을 디스펜싱하고, 정밀하게 오염물질을 제거하기 위해서는 공정별로 세정액의 종류, 공급되는 세정액의 양을 조절하여야 한다.

세정공정은 여러 가지 방법으로 이루어지는데 특히 SOG(Spin On Glass)은 약액을 실리콘 웨이퍼 중심에 디스펜싱하고 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 웨이퍼 전반에 약액을 분산시킨다. 약액을 디스펜싱한 후 웨이퍼 전반에 분산된 약액의 두께를 미리 설정된 상태로 유지하여야 하므로 약액의 정밀한 토출이 매우 중요하다.

세정공정에서 약액의 정밀한 토출을 위해 배관에 개폐밸브, 유량계, 정압밸브 등을 포함하는 유량 조절 장치가 설치되는데 목표 유량으로 설정하고 유량 조절 장치를 제어하는 경우 목표 유량을 넘는 오버슈팅이 발생하게 되고 이 때문에 정밀한 세정공정을 수행하지 못하는 문제가 있다.

유체 공급라인에 설치되어 챔버로 공급되는 유체를 조절하기 위해 등록특허 10-0537911호에는 유체의 최종 공급압력을 검출하는 제1압력감지센서, 초기 공급 압력을 검출하는 제2압력감지센서를 공급라인에 설치하고 제1압력감지센서와 제2압력감지센서에서 측정된 압력의 차이를 계산하고 이를 통해 유체를 차단하거나 인터록 제어신호를 출력하여 유체의 흐름을 조절하는 유체흐름감지센서의 측정량 표시 및 제어장치가 개시되어 있다. 하지만 최종 공급압력과 초기 공급압력의 차이만으로 유체의 흐름을 제어하기 때문에 유량 조절이 사후적으로 이루어져 앞서 목표 유량보다 높은 유량이 순간적으로 흐르는 오버슈팅을 막을 수 없고 유량 조절의 피드백이 늦기 때문에 정밀한 유량조절에 한계가 있는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유체가 이송되는 배관 내에 유체 흐름 개폐를 조절하는 개폐밸브, 유체의 양을 측정하는 유량계 그리고 배관 내에 흐르는 유체의 양을 조절하는 정압밸브 등 간단한 구성으로 정밀한 유량 조절이 가능하고, 2단계로 유량을 조절하여 오버슈팅을 방지하면서도 정밀한 유량조절이 가능하고, 배관 및 목표 유량의 크기, 조절하고자 하는 유량의 정밀도 등 유량 이송 상황에 맞춰 정확한 유량조절이 가능한 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치는 웨이퍼 세정용 유체가 이송되는 배관 내의 유량을 조절하는 장치에 있어서, 상기 세정용 유체가 흐르는 배관의 미리 설정된 위치에 배치되어 세정용 유체의 흐름을 차단하거나 개방하는 개폐밸브와, 상기 세정용 유체가 이송되는 배관 내에서 단위시간당 흐르는 유체의 양을 측정하는 유량계와, 상기 세정용 유체가 이송되는 배관의 미리 설정된 위치에 배치되어 배관 내에 흐르는 세정용 유체의 유량을 조절하는 정압밸브와, 상기 정압밸브를 통해 세정용 유체의 유량을 제어하기 위한 제어신호를 발생시키는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 유량계는 상기 정압밸브와 개폐밸브 사이에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 개폐밸브는 상기 세정용 유체 이송용 배관에서 세정용 유체가 토출되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 배관 내를 흐르는 세정용 유체의 목표 유량을 이루기 위해 상기 정압밸브를 제어하여 상기 목표 유량보다 작은 유량이 흐르도록 제어한 후 일정 시간이 지난 후 목표 유량이 흐르도록 2단계로 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 목표 유량이 흐르도록 제어하기 전에 목표 유량의 2/3 크기의 유량이 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 목표유량과 목표유량보다 작은 유량 사이를 제어하는 일정시간은 목표유량의 크기가 클수록 길어지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 구성의 본 발명은 세정공정을 위해 약액을 이송하는 배관 내에 개폐밸브, 유량계, 정압밸브 등 유체량 조절을 위해 필수적인 최소의 구성으로 정밀한 유량 조절이 가능한 효과가 있다.

또한, 약액을 이송하는 배관 및 목표유량의 크기 등 다양한 상황에서도 정확한 유량 조절이 가능한 효과가 있다.

또한, 약액의 공급, 차단이 빈번히 일어나는 세정공정에서 목표유량보다 큰 유량이 순간적으로 공급되는 오버슈팅을 원천 차단할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치로 유량이 조절되는 과정을 나타내는 그래프이고,
도 3은 본 발명의 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조저장치에 사용되는 정압밸브의 일례를 도시한 도면이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치로 유량이 조절되는 과정을 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명의 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조저장치에 사용되는 정압밸브의 일례를 도시한 도면이다.

세정공정은 여러 가지 방법으로 이루어지는데 특히 SOG(Spin On Glass)은 약액을 실리콘 웨이퍼 중심에 디스펜싱하고 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 웨이퍼 전반에 약액을 분산시킨다. 약액을 디스펜싱한 후 웨이퍼 전반에 분산된 약액의 두께를 미리 설정된 상태로 유지하여야 하므로 약액의 정밀한 토출이 매우 중요하지만 종래 챔버로 전달되는 유체를 조절하는 장치는 초기, 최종 공급압력으로 유량을 조절함에 따라 유량의 정밀하고 즉각적인 조절이 어려워 정밀한 세정공정을 수행하지 못하는 문제가 있다. 특히 약액의 초기 공급 시 발생할 수 있는 오버슈팅을 방지하지 못해 정밀한 세정공정 수행이 불가능한 문제가 있다.

본 발명의 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치는 세정공정에 사용되는 유체를 공급하는 배관(10)의 미리 설정된 위치에 배치되어 세정용 유체의 흐름을 차단하거나 토출하는 개폐밸브(100)와, 세정용 유체 이송용 배관(10)의 미리 설정된 위치에 설치되어 배관(10) 내에서 단위시간당 흐르는 유체의 양을 측정하는 유량계(200)와, 세정용 유체 이송용 배관(10)의 특정 위치에 설치되어 배관(10) 내를 흐르는 유체의 유량을 조절하는 정압밸브(300)와, 정압밸브(300)를 통해 세정용 유체의 유량을 조절하기 위해 제어신호를 발생시키는 제어부(400)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 개폐밸브(100)는 웨이퍼 세정용 유체가 이송되는 배관의 끝단에 설치되어 미리 설정된 시간에 제어부(400)의 제어를 통해 유체를 차단하거나 토출하기 위한 구성이다. 개폐밸브(100)는 볼밸브, 게이트밸브, 글로브밸브, 버터플라이밸브 등 다양한 종류가 있지만 배관의 크기, 유체의 종류, 정밀한 유체 차단, 기밀성 등 다양한 요인을 고려하여 선정하는 것이 바람직하지만 무엇보다 제어부(400)의 제어신호로 개폐가 가능한 밸브로 하는 것이 바람직하다. 제어부(400)의 제어신호로 개폐가 가능한 밸브로는 대표적으로 솔레노이드 밸브를 예로 들 수 있으며 솔레노이드 밸브는 전류가 흐르면 자기력이 발생하고 이를 통해 밸브 내의 운동봉을 움직여 배관을 개폐하는 밸브로서 전기적인 제어신호로 조절이 가능한 밸브이다. 개폐밸브(100)는 웨이퍼 세정용 유체가 이송된 후 토출되는 쪽에 배치되는 것이 바람직한데 이는 유체의 흐름을 직접적으로 차단하여 기밀을 유지하는 것이 필요하기 때문이다.

본 발명의 유량계(200)는 웨이퍼 세정용 유체가 이송되는 배관 내에 설치되어 배관 내를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 구성이다. 유량계(200)는 차압식, 면적식, 터빈식, 와류식, 전자식, 초음파 방식 등 다양한 방식이 있는데 본 발명의 유량계는 세정용 유체의 종류와 정밀도를 감안하여 전자식 또는 와류식과 같은 방식을 선택하는 것이 바람직하다. 다만, 유량이 크고 유량계(200) 전후로 직관거리가 클 경우 터빈식과 같은 방식을 채용할 수 있음은 물론이다. 유량계(200)에서 측정된 단위 시간당 유량은 제어부(400)로 전달되어 유량을 조절하는데 기초 자료가 된다. 유량계(200)가 단위시간당 흐르는 유체의 양을 측정하는 원리는 대동소이한데 대표적으로 터빈식은 배관 내에 터빈을 설치하고 유체의 흐름에 따라 터빈의 회전수가 달라지는 원리를 이용하는 방식으로 큰 관경에서 사용이 가능하고 측정할 수 있는 유체의 온도범위가 넓은 장점이 있지만 정확도를 위해 유량계(200) 전후 직관거리가 어느 정도 유지되어야 하는 단점이 있다. 이에 비해 전자식의 경우 페러데이의 전자유도법칙을 이용한 것으로 정확도가 높고 액체의 온도, 점도, 압력 등에 영향을 받지 않은 장점이 있지만 상온의 전도성 액체만 측정이 가능하다는 단점이 있다. 따라서 유량계(200)는 관경의 크기, 유체의 종류, 온도 등을 감안하여 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명의 정압밸브(300)는 제어부(400)의 제어신호에 따라 이송할 유체의 유량을 조절하는 구성이다. 본 발명은 웨이퍼 세정장치에 사용되는 다양한 유체를 이송하는 배관에 설치되는 유량 조절장치에 대한 것으로 웨이퍼 세정공정은 SPM 공정, SC 공정, DHF 공정 등 다양한 공정으로 이루어지고 각 공정에는 황산, 과산화수소, 암모늄, 염산, 불산 등 다양한 종류의 유체가 사용된다. 각 공정별로 사용되는 유체의 종류가 다르고, 유체가 투입되는 시간과 유량이 정밀하게 조절되어야 한다. 하지만 앞서 설명한 것과 같이 미리 설정된 시기에 개폐밸브(100)를 개방하여 정확한 유량을 토출하여야 하지만 처음부터 정압밸브(300)를 제어하여 목표 유량을 공급하게 되면 개폐밸브(100)까지 연결된 배관 내에 채워져 있는 유체에 의해 목표 유량보다 많은 유량이 일시적으로 공급되는 오버슈팅 문제가 발생하고 이 때문에 정밀한 세정공정을 수행할 수 없는 문제가 있다. 이러한 오버슈팅 문제를 방지하기 위해 본 발명의 제어부(400)는 정압밸브(300)를 제어하여 처음부터 목표 유량을 공급하는 것이 아니라 개폐밸브(100)가 개방된 후 미리 설정된 시간 동안은 목표 유량보다 작은 유량으로 유체를 공급하고 이 후 목표 유량으로 공급하도록 제어하여 오버슈팅을 근본적으로 방지한다. 예를 들어 목표 유량이 초당 10ul인 경우 최초 3초간 목표 유량의 2/3인 7ul를 공급하고 3초가 지난 후 목표 유량인 10ul를 공급하게 되면 개폐밸브(100) 뒷단에 채워져 있는 유체와 함께 목표 유량에 근접하는 유체가 공급된 후 목표 유량에 도달하게 된다. 다만, 배관의 직경, 초당 공급되는 유량의 크기, 유체의 종류에 따라 1단계 공급 유량의 크기와 공급되는 시간이 달라질 수 있는데 배관의 크기가 클수록 배관 내의 잔여 유체의 양이 크므로 오버슈팅이 일어날 가능성이 크므로 1단계 유량을 공급하는 시간을 길게하는 것이 바람직하다. 또한, 1단계로 공급되는 유량의 크기도 배관의 직경, 목표 유량의 크기 등 공급되는 유체의 상황에 따라 달리 적용하는 것이 바람직하다. 도 3에는 정압밸브(300)의 일례가 도시되어 있는데 배관 내에 오리피스(310)를 삽입하고 오리피스(310) 뒷단에 탄성부재(320)를 설치하여 탄성부재(320)에 가하는 힘을 조절하여 공급되는 유량을 조절하게 된다. 물론 탄성부재(320)는 통상 공압으로 조절되는데 솔레노이드 코일을 감고 코일에 흐르는 전류의 세기를 조절하여 공급되는 유량을 조절할 수도 있다. 즉, 정압밸브(300)는 전기적 제어가 가능한 레귤레이터에 전기 신호를 이용해 공기 압력을 조절하여 유량을 연속적이고 고정밀도로 제어할 수 있다.

본 발명의 유량계(200)는 배관 내에 미리 설정된 위치에 배치되는데 개폐밸브(100)로 유체가 빠져나가기 전에 정압밸브(300)로부터 조절된 유체의 양을 측정하기 위해 정압밸브(300)와 개폐밸브(100) 사이에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제어부(400)는 정압밸브(300)를 통해 유체의 유량을 제어하기 위한 제어신호를 발생시키는 구성이고, 유량계(200)로부터 유량을 전달받아 정압밸브(300)를 제어하고, 유체가 토출되도록 개폐밸브(100)를 제어하는 등 본 발명의 유량 조절장치를 제어하는 구성이다.

개폐밸브 : 100 유량계 : 200
정압밸브 : 300 제어부 : 400

Claims (6)

1. 웨이퍼 세정용 유체가 이송되는 배관 내의 유량을 조절하는 장치에 있어서,
   상기 세정용 유체가 흐르는 배관의 미리 설정된 위치에 배치되어 세정용 유체의 흐름을 차단하거나 개방하는 개폐밸브와,
   상기 세정용 유체가 이송되는 배관 내에서 단위시간당 흐르는 유체의 양을 측정하는 유량계와,
   상기 세정용 유체가 이송되는 배관의 미리 설정된 위치에 배치되어 배관 내에 흐르는 세정용 유체의 유량을 조절하는 정압밸브와,
   상기 정압밸브를 통해 세정용 유체의 유량을 제어하기 위한 제어신호를 발생시키는 제어부를 포함하는 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유량계는 상기 정압밸브와 개폐밸브 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 개폐밸브는 상기 세정용 유체 이송용 배관에서 세정용 유체가 토출되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는 상기 배관 내를 흐르는 세정용 유체의 목표 유량을 이루기 위해 상기 정압밸브를 제어하여 상기 목표 유량보다 작은 유량이 흐르도록 제어한 후 일정 시간이 지난 후 목표 유량이 흐르도록 2단계로 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제어부는 목표 유량이 흐르도록 제어하기 전에 목표 유량의 2/3 크기의 유량이 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 제어부는 목표유량과 목표유량보다 작은 유량 사이를 제어하는 일정시간은 목표유량의 크기가 클수록 길어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정용 유체 이송용 배관의 유량 조절장치.