KR100346311B1 - Cool plate for cooling a 300mm diameter wafer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼를 지지하는 세라믹 볼의 배치 및 웨이퍼를 냉각하는 열전소자의 이중배치 방안과 그에 따른 쿨링 패스의 이중구조를 이루는 장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 장치는 웨이퍼를 지지하는 세라믹 볼(Ceramic ball)이 설치된 실린더형 알루미늄 플레이트, 이 알루미늄 플레이트를 고온에서 저온으로 냉각시키는 다수의 열전소자들, 그리고 열전소자에서 방출된 열을 냉각시키기 위하여 내부에 냉각수가 흐르는 쿨링 패스가 있는 히트싱크(Heat sink)로 구성되어 있다. 이러한 구성에 있어서, 세라믹 볼을 쿨링모듈 중심과 외곽에 배치함으로서 세라믹 볼에 의한 온도 비균일성을 피할 수 있으며, 쿨 플레이트내의 열전소자 및 쿨링 패스의 이중반경의 배치에 따라 300㎜ 대구경 웨이퍼의 온도의 균일도를 구현할 수 있다.The present invention relates to an arrangement of a ceramic ball for supporting a wafer and a dual arrangement method of a thermoelectric element for cooling a wafer, and a device for forming a dual structure of a cooling pass. To this end, the apparatus of the present invention provides a cylindrical aluminum plate with a ceramic ball supporting a wafer, a plurality of thermoelements for cooling the aluminum plate from high temperature to low temperature, and cooling heat emitted from the thermoelectric element. It consists of a heat sink with a cooling path through which cooling water flows. In this configuration, by placing the ceramic balls at the center and the outside of the cooling module, temperature non-uniformity caused by the ceramic balls can be avoided, and the temperature of the 300 mm large-diameter wafer according to the arrangement of the double radius of the thermoelectric element and the cooling path in the cooling plate. The uniformity of can be achieved.
Description
본 발명은 웨이퍼 냉각을 위한 쿨 플레이트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 제조공정 중 300㎜ 웨이퍼의 포토(Photo)공정과정에서 열전자(삭제)소자로부터 방출되는 열을 균일하게 냉각시키는 방법을 제공하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cool plate apparatus for cooling a wafer, and more particularly, to a method of uniformly cooling heat emitted from a hot electron (erasing) device during a photo process of a 300 mm wafer during a semiconductor manufacturing process. It relates to a device to.
종래의 냉각장치에 관해서는 도 1, 도 2, 그리고 도 3을 참조하여 상세히 기술한다.A conventional cooling apparatus will be described in detail with reference to FIGS. 1, 2, and 3.
반도체 집적회로가 점차 고집적화됨에 따라 포토공정의 임계선폭(Critical dimension)이 작아지고 있다. 이에 따라, 포토공정을 수행할 때 웨이퍼의 온도가 균일성(Uniformity)을 가질 것을 요구한다. 왜냐하면, 포토공정중 포토레지스트(Photoresist; 감광막)를 웨이퍼에 도포한 후, 이를 에칭이나 디벨로프(Develop)할 때 감광막의 접착력을 증가시키기 위해 웨이퍼에 고온의 열을 가하게 되는 데, 이때 접착력을 증가시키기 위해 웨이퍼에 고온의 열을 가하게 되는데, 이때 만일 온도가 균일하지 않으면 웨이퍼상에 접착된 감광막에 예기치 않은 특성의 변화를 줄 수 있기 때문이다.As semiconductor integrated circuits are increasingly integrated, the critical dimension of a photo process is decreasing. Accordingly, the temperature of the wafer is required to have uniformity when performing the photo process. This is because, after the photoresist is applied to the wafer during the photo process, high temperature heat is applied to the wafer to increase the adhesion of the photoresist when etching or developing the photoresist. High temperature heat is applied to the wafer in order to cause unexpected changes in the photoresist film adhered on the wafer if the temperature is not uniform.
이러한 감광막 특성의 변화를 방지하기 위해 쿨 플레이트는 웨이퍼의 온도를 급속 냉각시키기기(삭제) 위한 쿨링패스(Cooling path)에 냉각수를 공급하여 웨이퍼가 일정한 온도를 유지할 수 있도록 한다. 도 1은 종래의 200㎜ 웨이퍼 제조용 쿨 플레이트 장치를 보여주고 있는 데, 웨이퍼가 쿨링 모듈(10) 상에 위치하고 상기 웨이퍼와 쿨링 모듈(10)사이에는 약 0.1㎜의 갭(Gap)의 세라믹 볼(30)이 삼각형 꼭지점마다 설치되어 있다.In order to prevent such a change in photoresist characteristics, the cool plate supplies coolant to a cooling path for rapidly cooling (clearing) the temperature of the wafer so that the wafer can maintain a constant temperature. 1 shows a conventional cool plate device for manufacturing a 200 mm wafer, in which a wafer is placed on the cooling module 10 and a ceramic ball having a gap of about 0.1 mm between the wafer and the cooling module 10. 30) are installed at each vertex of this triangle.
도 2는 종래의 장치에서의 세라믹 볼, 열전소자 그리고 쿨링패스의 배치를 보여주는 단면도이다. 도 2에서 볼 수 있는 것처럼, 쿨링 모듈(10)상에 설치된 3개의 세라믹 볼(30)은 웨이퍼(20)와 일정의 간격을 유지하여 웨이퍼가 쿨링 모듈(10)의 상부면 전체에 접촉되지 않도록 하기 위해 미소한 크기로 설치되어 있는 것이다.2 is a cross-sectional view showing the arrangement of ceramic balls, thermoelectric elements and cooling paths in a conventional device. As can be seen in FIG. 2, the three ceramic balls 30 installed on the cooling module 10 maintain a constant distance from the wafer 20 so that the wafer does not contact the entire upper surface of the cooling module 10. It is installed in small size to do so.
따라서, 쿨링 패스(51)의 냉각수가 열전소자(40)의 열을 충분히 냉각시키지 못하면 웨이퍼(20)에 남아 있는 열이 쿨링모듈로 전도될 때 세라믹 볼(30) 부위에서 온도의 비균일성이 유발될 수 있으며, 더구나 웨이퍼가 300㎜로 구성된 것일 경우에는 이러한 온도의 비균일성이 심각한 문제를 초래할 수 있다.Therefore, if the cooling water of the cooling path 51 does not sufficiently cool the heat of the thermoelectric element 40, the non-uniformity of temperature at the ceramic ball 30 region may occur when heat remaining in the wafer 20 is conducted to the cooling module. In addition, such non-uniformity of temperature can cause serious problems when the wafer is composed of 300 mm.
도 3은 종래의 200㎜ 웨이퍼 제조용 쿨 플레이트 장치의 열전소자(40) 배치와 그에 따른 쿨링 패스(51)의 배치구조를 보여주는 도면으로서, 열전소자(40)가 단순 반경내에서만 배치되어 있고 이를 기준으로 쿨링 패스(51)가 하나의 단순반경원을 따라 형성되어 있다. 이러한 열전소자(40)의 배치와 쿨링 패스(51)의 형태는 300㎜ 웨이퍼(20)인 경우에 웨이퍼의 면적이 크게 증가되므로 온도의 비균일성을 유발하게 된다.3 is a view showing the arrangement of the thermoelectric element 40 and the arrangement of the cooling path 51 according to the conventional 200 mm wafer manufacturing cool plate device, the thermoelectric element 40 is disposed only within a simple radius and reference to this The cooling path 51 is formed along one simple radius circle. The arrangement of the thermoelectric element 40 and the shape of the cooling path 51 cause a nonuniformity of temperature since the area of the wafer is greatly increased in the case of the 300 mm wafer 20.
본 발명은 상기 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 트랙(Track)장비에서 300㎜ 웨이퍼의 포토공정시, 웨이퍼의 냉각과정에서 온도의 균일성을 구현하기 위한 쿨 플레이트 장치를 제공하는 데 그 목적을 두고 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention is to provide a cool plate device for realizing the temperature uniformity during the cooling process of the wafer during the photo process of the 300 mm wafer in the track (Track) equipment Leave.
도 1은 종래의 장치로서 세라믹 볼이 쿨링 모듈상에 배열되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a state in which ceramic balls are arranged on a cooling module as a conventional apparatus.
도 2는 종래의 장치로서 세라믹 볼, 열전소자, 그리고 쿨링 패스의 배치를 보여주는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the arrangement of a ceramic ball, a thermoelectric element, and a cooling path as a conventional device.
도 3은 종래의 200㎜ 웨이퍼 제조용 쿨 플레이트 장치의 열전소자와 쿨링패스의 배치를 위에서 본 평면도이다.3 is a plan view of the thermoelectric element and the cooling path of the conventional 200 mm wafer manufacturing cool plate apparatus viewed from above.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 볼이 쿨링 모듈상에 배열되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.4 is a view illustrating a state in which ceramic balls are arranged on a cooling module according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 볼, 열전소자, 그리고 쿨링 패스의 배치를 보여주는 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating an arrangement of a ceramic ball, a thermoelectric element, and a cooling path according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 300㎜ 웨이퍼 제조용 쿨 플레이트 장치의 열전소자와 쿨링패스의 배치를 위에서 본 평면도이다.FIG. 6 is a plan view of the thermoelectric element and the cooling path of the 300 mm wafer manufacturing cool plate device according to the embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명** Explanation of Codes on Major Parts of Drawings *
10: 쿨링 모듈(Cooling module) 20: 웨이퍼(Wafer)10: cooling module 20: wafer
30: 세라믹 볼(Ceramic ball) 40: 열전자(삭제)소자(Thermoelectric cooler)30: Ceramic ball 40: Thermoelectric cooler
50: 히트 싱크(Heat sink) 51: 쿨링패스(Cooling path)50: heat sink 51: cooling path
상기 전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 웨이퍼를 지지하는 세라믹 볼의 배치 및 웨이퍼를 냉각하는 열전소자의 이중배치 방안과 그에 따른 쿨링 패스의이중 구조를 이루는 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an arrangement of a ceramic ball supporting a wafer and a dual arrangement of thermoelectric elements for cooling the wafer, and a device for forming a dual structure of the cooling pass.
이를 위해 본 발명의 장치는 웨이퍼를 지지하는 세라믹 볼(Ceramic ball)이 설치된 실린더형 알루미늄 플레이트, 이 알루미늄 플레이트를 고온에서 저온으로 냉각시키는 다수의 열전소자들, 그리고 열전소자에서 방출된 열을 냉각시키기 위하여 내부에 냉각수가 흐르는 쿨링 패스가 있는 히트싱크(Heat sink)로 구성되어 있다.To this end, the apparatus of the present invention provides a cylindrical aluminum plate with a ceramic ball supporting a wafer, a plurality of thermoelements for cooling the aluminum plate from high temperature to low temperature, and cooling heat emitted from the thermoelectric element. It consists of a heat sink with a cooling path through which cooling water flows.
이러한 구성에 있어서, 세라믹 볼을 쿨링모듈 중심과 외곽에 배치함으로서 세라믹 볼에 의한 온도 비균일성을 피할 수 있으며, 쿨 플레이트내의 열전소자 및쿨링 패스의 이중반경의 배치에 따라 300㎜ 대구경 웨이퍼의 온도의 균일도를 구현할 수 있다.In this configuration, by placing the ceramic balls at the center and the outside of the cooling module, temperature non-uniformity caused by the ceramic balls can be avoided. The uniformity of can be achieved.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 볼이 쿨링 모듈상에 배열되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.4 is a view illustrating a state in which ceramic balls are arranged on a cooling module according to an embodiment of the present invention.
구체적으로 설명하면, 가열된 웨이퍼(20)의 열은 세라믹 볼(30)을 통하여 전도방식으로 전달되기 때문에 세라믹 볼(30)의 주변온도가 다른 곳보다 낮아지므로 웨이퍼(20) 전체의 온도 균일성이 저하될 수 있다. 따라서, 이러한 온도의 비균일성을 고려하여 세라믹 볼(30)을 배치한다.Specifically, since the heat of the heated wafer 20 is transferred through the ceramic ball 30 in a conductive manner, the ambient temperature of the ceramic ball 30 is lower than that of other places, so the temperature uniformity of the entire wafer 20 is reduced. This can be degraded. Therefore, the ceramic balls 30 are disposed in consideration of the nonuniformity of such temperatures.
즉, 쿨링 모듈(10)의 중심(400)으로부터 반경 120 ∼ 140㎜의 거리에 60도 등분하여 6개의 세라믹 볼(30)을 정육각형구조로 배열하고 쿨링 모듈(10)의 중심(400)에도 하나의 세라믹 볼을 배치하여 결국 정삼각형의 정점마다 세라믹 볼을 배치함으로써, 세라믹 볼(30)주변의 온도 비균일성에 대한 영향을 최소한으로 억제시킬 수 있다.That is, six ceramic balls 30 are arranged in a regular hexagonal structure by dividing 60 degrees at a distance of 120 to 140 mm from the center 400 of the cooling module 10 in a regular hexagonal structure, and one of the centers 400 of the cooling module 10. By arranging the ceramic balls and finally placing the ceramic balls for each vertex of the equilateral triangle, the influence on the temperature nonuniformity around the ceramic ball 30 can be minimized.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 볼, 열전소자, 그리고 쿨링 패스의 배치를 보여주는 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating an arrangement of a ceramic ball, a thermoelectric element, and a cooling path according to an exemplary embodiment of the present invention.
설계된 반도체 회로를 웨이퍼에 전사시킬 때 빛의 조사여부에 따라 달리 감응함으로써 미세회로 패턴을 형성할 수 있도록 노광 공정용 감광막(포토레지스트(Photoresist)를 웨이퍼상에 도포(보통 두께는 약 1 ∼ 3㎛정도이다)하게 된다.When transferring the designed semiconductor circuit to the wafer, a photosensitive film (photoresist) for the exposure process is applied onto the wafer so that a fine circuit pattern can be formed by differently depending on whether or not light is irradiated (usually, the thickness is about 1 to 3 탆). Degree).
이때, 웨이퍼(20)상에 도포된 감광막을 베이킹(Baking)하기 위해서 웨이퍼를 가열하게되고, 이러한 열을 일정 온도까지 냉각시키면서도 온도를 균일하게 유지하기 위해서 포토공정 중 냉각의 단계가 요구되게 된다.At this time, the wafer is heated to bake the photoresist film applied on the wafer 20, and the cooling step in the photo process is required to maintain the temperature uniformly while cooling the heat to a predetermined temperature.
이러한 냉각과정을 위해, 쿨링 모듈(10)을 고온에서 저온으로 냉각시키는 이중 구조배열로 이루어진 열전소자(40)와 그리고 이들 열전소자에서 방출된 열을 냉각수를 통하여 냉각시키기 위해 히트싱크(50)에 이중 쿨링 패스(51)가 구성되게 된다.For this cooling process, a thermoelectric element 40 having a dual structure arrangement for cooling the cooling module 10 from a high temperature to a low temperature, and a heat sink 50 for cooling the heat emitted from these thermoelectric elements through cooling water. The double cooling path 51 is configured.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 300㎜ 웨이퍼 제조용 쿨 플레이트 장치의 열전소자와 쿨링패스의 배치를 위에서 본 평면도이다.FIG. 6 is a plan view of the thermoelectric element and the cooling path of the 300 mm wafer manufacturing cool plate device according to the embodiment of the present invention.
상기 도 5에서 설명한 열전소자(40)와 쿨링 패스(51)의 구조를 보여주는 도 6의 그림은 쿨 플레이트내의 열전소자(40)들이 2개의 원에 따라 구성된다. 즉, 큰 반경원에 위치하는 제 1 열전소자들과 작은 반경원에 위치하는 제 2 열전소자들로 구성된다. 즉, 히트싱크(50)의 정중심점으로부터 큰 반경원은 100 ∼ 150㎜의 반지름을 가지며 작은 반경원은 50 ∼ 80㎜의 반지름을 가지는 구성이다. 그리고, 작은 반경원에는 예를 들면 5개의 열전소자들이 큰 반경원에는 예를 들면 10개의 열전소자들이 배열된다.6 shows the structure of the thermoelectric element 40 and the cooling path 51 described with reference to FIG. 5. The thermoelectric elements 40 in the cool plate are formed in two circles. That is, the first thermoelectric element is disposed in a large radius source and the second thermoelectric elements are located in a small radius source. That is, a large radius circle has a radius of 100 to 150 mm and a small radius circle has a radius of 50 to 80 mm from the mid point of the heat sink 50. And, for example, five thermoelectric elements are arranged in a small radius source, for example ten thermoelectric elements are arranged in a large radius source.
이러한 열전소자들의 배열에 따른 열전소자(40)의 열을 냉각시키기 위한 쿨링 패스(51)도 이중 반경구조의 형태를 이룬다. 즉, 대 반경원에 배열된 제 1 열전소자들 과 소 반경원에 배열된 제 2 열전소자들의 열을 방열시키기 위해 쿨링 패스도 두 개의 반경을 가지게 된다. 따라서, 이와같은 이중반경형 열전소자(40)배치와 그에 따른 쿨링 패스(51)는 대구경인 300㎜ 웨이퍼(20)의 포토공정 냉각단계 시에 웨이퍼(20)의 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있도록 해준다.The cooling path 51 for cooling the heat of the thermoelectric element 40 according to the arrangement of the thermoelectric elements also forms a double radius structure. That is, the cooling pass also has two radii to dissipate the heat of the first thermoelectric elements arranged in the large radius circle and the second thermoelectric elements arranged in the small radius circle. Therefore, such a double-radius thermoelectric element 40 arrangement and the cooling path 51 thus maintain a uniform temperature distribution of the wafer 20 during the photoprocess cooling step of the large diameter 300 mm wafer 20. Do it.
이상, 본 발명을 도면과 실시예를 가지고 상세히 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시 예에 한정되지는 않으며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해할 것이다.As mentioned above, the present invention has been described in detail with reference to the drawings and embodiments, but the present invention is not limited to the specific embodiments, and those skilled in the art can make many modifications without departing from the scope of the present invention. It will be appreciated that variations are possible.
또한, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허 청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.In addition, the protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
상술한 본 발명에 따르면, 쿨 플레이트내의 소반경원 위치에 5개, 대반경원 위치에 10개의 열전소자를 배치함에 따라 300㎜ 웨이퍼의 포토공정 냉각단계 시에 웨이퍼의 빠르게 냉각시키는 효과가 있다.According to the present invention described above, by arranging five thermoelectric elements in the small radius radius and ten large radius positions in the cool plate, there is an effect of rapidly cooling the wafer during the photoprocess cooling step of the 300 mm wafer.
또한, 세라믹 볼의 중심 및 외곽배치에 따라 세라믹 볼에 의한 온도 비균일성을 피할 수 있으며, 쿨 플레이트내의 열전소자 및 쿨링 패스의 이중반경의 배치에 따라 300㎜ 대구경 웨이퍼에 있어서 온도의 균일성을 유지하는 효과가 있다.In addition, the temperature nonuniformity caused by the ceramic ball can be avoided according to the center and the outer arrangement of the ceramic ball, and the temperature uniformity in the 300 mm large diameter wafer can be avoided according to the arrangement of the double radius of the thermoelectric element and the cooling path in the cool plate. It is effective to maintain.
또한, 본 발명은 반도체 트랙 장비에 탑재되어 300㎜ 웨이퍼의 포토 공정시에 웨이퍼를 상온상태로 급속 냉각시키면서 온도를 균일하게 유지함으로써 300㎜ 웨이퍼의 임계선폭을 개선할 수 있으며 이에 따라 웨이퍼의 생산수율을 증가시키는 효과가 있다.In addition, the present invention can improve the critical line width of the 300mm wafer by maintaining the temperature uniformly while rapidly cooling the wafer to room temperature during the photo process of the 300mm wafer mounted on the semiconductor track equipment, accordingly the yield of the wafer Has the effect of increasing.
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