KR100603239B1 - 반도체 기판의 온도조절 장치 - Google Patents

Abstract

가열ㆍ냉각 중에 반도체 기판에 휘어짐이 발생하지 않고, 반도체 기판을 신속하게 냉각할 수 있는 온도조절 장치의 열전도판을 제공한다.

실리콘 웨이퍼(2)를 가열 또는 냉각하기 위한 온도조절 장치의 열전도판(1)에 있어서의 프록시미티 갭(3)의 주변에, 진공원에 접속되어 상기 실리콘 웨이퍼(2)를 흡착하는 흡착구멍(5)을 구비한다. 진공원에 의해 상기 흡착구멍(5)을 통하여 흡인함으로써, 실리콘 웨이퍼(2)가 열전도판(1)에 근소한 간극을 통하여 흡착되기 때문에, 급속한 가열ㆍ냉각에 따른 휘어짐이 억제되고, 단기간에 균일하게 냉각된다.

Description

반도체 기판의 온도조절 장치{TEMPERATURE REGULATING APPARATUS FOR SEMI-CONDUCTOR SUBSTRATE}

도1은 본 발명의 제1 실시예의 구성도이다.

도2는 도1의 A-A단면도이다.

도3은 도1의 B-B단면도이다.

도4는 흡착구멍의 변형예를 나타내는 평면도이다.

도5는 본 발명의 제2 실시예의 열전도판에 있어서의 흡착구멍의 배열상태를 나타내는 부분 평면도이다.

도6은 상기 제2 실시예의 열전도판에 있어서의 프록시미티 갭의 확대단면도이다.

도7은 도6의 프록시미티 갭의 평면도이다.

도8은 제1 실시예의 흡착구멍을 갖는 열전도판을 이용하여 실리콘 웨이퍼의 냉각을 행한 경우의 다점의 온도변화 데이터를 나타내는 그래프이다.

도9는 상기 흡착구멍을 구비하지 않은 경우의 온도변화 데이터를 나타내는 그래프이다.

[도면 주요부호의 간단한 설명]

1…열전도판 2…실리콘 웨이퍼(반도체 기판) 3,4…플록시미티 갭

5,6…흡착구멍 8…흡인용 홈 11…유로

본 발명은 반도체 기판의 온도조절 장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 반도체 기판을 가열ㆍ냉각하기 위해 열전도판을 구비한 온도조절 장치에 관한 것이다.

종래부터 반도체 기판을 소정 온도로 가열ㆍ냉각하기 위한 온도조절 장치는 널리 이용되고 있다.

이런 종류의 온도조절 장치는 반도체 기판을 탑재하는 열전도성이 뛰어난 알루미늄 내지는 동(銅)계의 재료로 이루어진 열전도판과 그 이면에 펠티에소자를 구비한 열원부로 이루어져 있다.(예를 들면, 일본 특허공개 2000-306984호 참조)

그런데, 최근 반도체를 염가에 제조하기 위해, 반도체칩을 잘라낸 반도체 기판을 가급적 대지름으로 하여, 1장의 반도체 기판에서 조금이라도 많은 칩을 잘라내려고 하고 있다. 또, 최근에는 그 제조과정에 있어서, 반도체 기판을 보다 고온으로 가열하고, 또, 고온도로 가열된 반도체 기판을 고속이며 고정밀도로 냉각하는 요구가 높아지고 있다. 그 대책으로서는 고온의 반도체 기판을 소정 온도로 조절된 온도조절 장치의 열전도판 상에 탑재할 때의 프록시미티 갭(갭을 이루는 부재)을 낮게하는 것도 생각할 수 있는데, 이 경우에는 냉각속도의 고속화에 의해 기판의 두께 방향의 온도 변화 속도의 차이에 근거하여, 반도체 기판의 하면과 상면 사이 에 큰 온도차가 발생하고, 그것에 기인하여 그 기판에 휘어짐이 발생하고, 이 휘어짐 때문에 온도 분포의 균일성이 저하됨과 아울러, 반도체 기판의 냉각이 늦어진다는 문제가 있다. 특히 이 휘어짐은 대지름의 반도체 기판에서 현저하며, 반도체 기판이 대지름화되는 최근의 제조공정에 있어서는 큰 문제가 된다.

또, 상술한 바와 같이 반도체 기판이 크게 됨과 동시에 그것을 탑재하는 열전도체와의 사이의 간극을 작게 하면, 그 열전도판 상에 반도체 기판을 탑재할 시에, 그 기판과 열전도판 사이의 공기의 빠짐이 원활하게 되지 않고, 그 결과 열전도판 상에 탑재된 반도체 기판이 회전하거나 옆방향으로 미끄러지듯이 어긋나게 움직인다는 문제가 발생하고, 이 문제에 대해서도 대책이 필요하게 된다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 기본적인 기술적 과제는 반도체 기판의 가열ㆍ냉각시에 있어서의 두께 방향의 온도 변화속도의 차이에 기인하여 휘어짐을 가급적 제어할 수 있도록 하고, 결과적으로 프록시미티 갭을 낮게 하여 반도체 기판의 가열ㆍ냉각을 신속화ㆍ고정밀화할 수 있도록 한 온도조절 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 반도체 기판을 탑재할 시에, 그 기판과 열전도판 사이의 공기의 빠짐을 원활하게 한다고 하는 문제를 해결하고, 열전도판상에 탑재된 반도체 기판이 회전하거나 옆방향으로 미끄러져 어긋나는 일이 없는 반도체 기판의 온도조절 장치를 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 기판의 온도조절 장치는 반도체 기판을 탑재하여 가열 또는 냉각하기 위한 온도조절 장치의 열전도판에 있어서의 프록시미티 갭 또는 그 부근에 진공원에 접속되어 상기 반도체 기판을 흡착하는 흡착구멍을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 본 발명의 온도조절 장치는 상기 흡착구멍을 프록시미티 갭 자체에 그 중심을 관통시켜서 형성하고, 열전도체 내의 유로를 통하여 진공원에 접속한 것으로서 구성하고, 혹은 상기 흡착구멍을 프록시미티 갭의 주위의 열전도판에 설치하고, 그 열전도판 내의 유로를 통하여 진공원에 접속한 것으로서 구성하는 것이 가능하다. 후자의 경우, 상기 흡착구멍을 상기 프록시미티 갭을 중심으로 하여 대칭으로 형성하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는 상기 흡착구멍의 다수가 열전도판의 중심 주위에 동심원형상으로 형성되어 있다.

또한, 본 발명의 반도체 기판의 온도조절 장치에 있어서는 상기 흡착구멍에 추가해서, 열전도판에 있어서의 프록시미티 갭의 정렬방향을 따라 흡착용 홈을 형성하고, 그것을 진공원에 접속하는 것이 가능하며, 그 경우에 상기 흡착용 홈을 열전도판의 중심 주변에 동심원형상으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 구성을 갖는 온도조절 장치에 있어서는, 열전도판에 이산적으로 형성된 플록시미티 갭자체에 혹은 그 주변에 흡착 구멍을 형성하고, 그것을 열전도판 내의 유로를 통하여 진공원에 접속시키고 있기 때문에, 상기 흡착구멍을 통한 진공흡인에 의해 반도체 기판이 다수의 프록시미티 갭상에 유지되고, 그 반도체 기판의 가열ㆍ냉각시에 있어서의 두께 방향의 온도변화 속도의 차이에 근거하여 휘어짐이 제어된다.

또, 상기 흡착 구멍을 통하여 반도체 기판과 열전도판 사이의 공기를 흡인하기 때문에, 열전도판 상에 반도체 기판을 탑재할 시에, 이들 사이의 공기의 빠짐을 원활하게 하여, 열전도판 상에 탑재된 반도체 기판이 회전하거나 옆방향으로 미끄러져 어긋나는 것을 억제할 수 있다.

상기 흡착 구멍에 추가하여, 열전도판에 있어서의 프록시미티 갭의 정렬방향을 따라 흡착용 홈을 형성하면, 상기 휘어짐의 억제 및 반도체 기판의 회전이나 횡측 어긋남의 억제가 좀더 효과적으로 행하여진다.

이하에 도면을 참조하여 본 발명의 온도조절 장치의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도1 내지 도3은 본 발명을 실리콘 웨이퍼의 온도 조절에 이용하는 온도조절 장치에 적용한 제1 실시예를 모식적으로 나타낸 것이다. 이 온도조절 장치에 있어서의 열전도판(1)은 도2 및 도3에 나타낸 바와 같이, 그 위에 실리콘 웨이퍼(2)를 탑재하고, 소정 온도로 가열ㆍ냉각하기 위한 것으로, 열의 양도체인 알루미늄 내지는 동계의 재료로 이루어진 표면판의 이면측에 펠티에소자 등을 조립한 온도조절부를 구비하는 것에 의해 구성되어 있다.

상기 열전도판(1)의 표면에는 상기 실리콘 웨이퍼(2)에 파티클이 부착되는 것을 방지하기 위해, 꼭대기부가 반구형상을 이루는 작은블록형상의 세라믹으로 이루어진 다수의 프록시미티 갭(3)을 이산적으로 형성하고 있다. 이 프록시미티 갭 (3)은 열전도판(1)의 표면에 형성된 소구멍(7)에 끼워장착함으로써, 그 꼭대기면이 열전도판(1)의 표면으로부터 약간 돌출하고, 그 위에 실리콘 웨이퍼(2)가 열전도판(1)의 표면으로부터 소정의 간극(t)을 통하여 탑재되도록 하여 부착한 것으로 도1의 실시예에서는 이 프록시미티 갭(3)을 열전도판(1)의 중심부와 그 주위에 동심원형상으로 다수 배치하고, 그 일부는 중심에서 방사방향으로 향하는 직선상에 배치되어 있다.

그리고 이 열전도판(1)에 있어서의 일부의 프록시미티 갭(3)의 주변에 있어서의 열전도판(1)에, 진공원에 접속되어 그 위에 탑재된 실리콘 웨이퍼(2)를 흡착하는 흡착구멍(5)을 구비하고 있다. 모든 프록시미티 갭(3)의 주변에 흡착구멍(5)을 형성하는 것도 가능하다.

도2는 도1의 A-A단면도를, 도3은 도1의 B-B단면도를 나타내고, 이 경우에는 상기 흡착구멍(5)을 프록시미티 갭(3)의 주위의 근접위치에 있어서의 열전도판(1)에, 구체적으로는 프록시미티 갭(3)에 있어서의 방사방향의 양측에 형성하고, 그 열전도판(1) 내에 방사방향 쪽으로 형성된 진공압의 유로(11), 및 열전도판(1)의 주변에 있어서의 상기 유로(11)에 접속된 진공용 가요튜브(15)를 통하여, 진공원에 접속하고 있다.

상기 흡착구멍(5)은 상기 프록시미티 갭(3)을 중심으로 하여, 그 주위에 대칭위치에 형성하는 것이 바람직한데, 상기 도1 및 도2에 나타낸 바와 같이 대칭의 2위치에 한정된 것은 아니고, 예를 들면 도4에 나타낸 바와 같이 프록시미티 갭(3)의 주위 대칭의 4위치에 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에도 각각의 흡착 구멍 (5)을 열전도판(1) 내에 있어서 진공원에 연결되는 유로에 연통시킬 필요가 있는 것은 물론이다.

또, 상기 열전도판(1)에는, 상기 흡착 구멍(5)에 추가하여, 열전도판에 있어서의 프록시미티 갭(3)의 정렬방향인 동심원형상을 따르는 흡착용 홈(8)을 형성하고 있다. 이 흡착용 홈(8)도 상기 유로(11) 및 열전도판(1)의 주변에 있어서 상기 유로(11)에 접속된 진공용 가요튜브(15)를 통하여, 진공원에 접속하고 있다. 상기 흡착용 홈(8)에 의한 흡인력은 그 홈폭의 조정에 의해 적절하게 설정하는 것이 가능하다.

이 흡착용 홈(8)은, 열전도판(1)의 중심 주변에 동심원형상으로 형성하는 것이 바람직한데, 반드시 그럴 필요는 없고, 부분적으로 원호형상으로 형성하거나, 또는 임의의 방향으로 임의길이로 형성하는 것도 가능하다.

상기 열전도판(1) 내의 유로(11)는 도1에 나타낸 바와 같이, 상기 튜브(15)에 의해, 외부에 형성된 진공이젝터(20)에 압력계(또는 유량계)(21)를 통하여 접속되어 있고, 그 진공이젝터(20)에서 발생한 진공압에 의해 흡착구멍(5) 및 흡착용 홈(8)을 통하여 열전도판 상의 공기가 흡인된다.

또, 상기 진공이젝터(20)에는, 감압밸브(23)를 통하여 진공발생용의 압력유체가 공급되고, 그 압력에 의해 진공압을 조정할 수 있도록 하고 있다. 도면 중, 도면부호 24는 압력계이다.

또한, 진공원은 상기 구성에 한정되는 것은 아니다.

도5 내지 도7은 본 발명에 관한 열전도판(1)의 제2 실시예를 나타낸 것으로, 이 제2 실시예에서는 흡착구멍(6)을 프록시미티 갭(4) 자체에, 그 중심을 관통시켜서 꼭대기부에 개구하도록 형성하고 있다. 이 흡착구멍(6)은 열전도판(1)에 형성한 프록시미티 갭(4)을 수용하는 소구멍(7)의 내부에 개구하는 관통구멍(12)을 통하여, 상기 열전도판(1) 내의 유로(11)에 연통시키고, 제1 실시예의 경우와 마찬가지로 진공원에 접속된다. 유로(11)의 형성 방향에 대해서는 명확하게 도시하고 있지 않지만, 열전도판(1)에 방사방향으로 형성하던지, 그 외의 적당한 방향쪽으로 형성할 수 있다.

이 흡착구멍(6)도 필요수 혹은 전부의 프록시미티 갭(4)에 실리콘 웨이퍼(2)를 흡착하도록 형성한 것이다. 또, 도5에서는 단순히 하나의 원상에 배치된 다수의 프록시미티 갭(4)에 흡착구멍(6)을 형성한 형태를 나타내고 있는데, 제1 실시예와 마찬가지로 동심원형상으로 프록시미티 갭(4)을 배치하는 것도 가능하다.

또, 이 제2 실시예의 경우에도 상기 제1 실시예와 같이 흡착용 홈(8)을 형성하는 것이 가능하다.(도5 참조). 이 흡착용 홈(8)도 유로(11)를 통하여 진공원에 접속되는 것은 물론이다.

상기 구성을 갖는 제1 및 제2 실시예의 온도조절 장치에 있어서는 열전도판(1)에 이산적으로 형성된 프록시미티 갭의 주변 혹은 그 갭 자체에 흡착구멍(5,6)을 형성하고, 그것을 열전도판(1) 내의 유로(11)를 통하여 진공원에 접속하고 있기 때문에, 상기 흡착구멍(5,6)을 통한 진공흡인에 의해 실리콘 웨이퍼(2)가 다수의 프록시미티 갭(3,4) 상에 유지되고, 그 실리콘 웨이퍼(2)의 가열ㆍ냉각시에 있어서의 두께 방향의 온도변화 속도의 차이에 기인하여 휘어짐이 억제된다. 그 때문에, 실리콘 웨이퍼(2)는 전면적으로 열전도판(1)과의 사이의 간극이 균일하게 되고, 이에 따라 균일하게 냉각된다. 또한 실리콘 웨이퍼(2)와 열전도판(1)의 사이의 공기가 끊임없이 흡착구멍(5,6)이나 흡착용 홈(8)을 통한 흡인에 의해 외부로 배출되기 때문에, 실리콘 웨이퍼(2)는 보다 효율좋게 냉각된다.

또, 상기 흡착구멍(5,6)이나 흡착용 홈(8)을 통하여 실리콘 웨이퍼(2)와 열전도판(1) 사이의 공기를 흡인하기 때문에, 열전도판(1)상에 실리콘 웨이퍼(2)를 탑재할 때에, 이들 사이의 공기의 빠짐을 원활하게 하여, 열전도판(1) 상에 탑재된 실리콘 웨이퍼(2)가 회전하거나 옆방향으로 미끄러져 어긋나는 것이 효과적으로 억제된다.

또한, 상기 흡착제(5,6)에 추가하여, 열전도판(1)에 있어서의 프록시미티 갭(2)의 정렬방향을 따라 흡착용 홈(8)을 형성하면, 상기 휘어짐의 억제 및 실리콘 웨이퍼의 회전이나 횡측 어긋남의 억제가 보다 효율적으로 행하여진다.

또, 실리콘 웨이퍼(2)를 냉각하는 경우에는 그것이 표리면측의 온도차에 기인하여 상방으로 볼록하게 되도록 휘기 때문에, 휘어짐 양이 큰 중심부 근방에 있어서의 흡착구멍(5,6)과 흡착용 홈(8)에서 주변부보다 강한 흡인력이 작용하도록 하는 것이 보다 적절하다.

또, 이상의 설명 및 이하에 나타내는 실험예에서는 열전도판에 의해 실리콘 웨이퍼를 냉각하는 경우를 주체로 하여 설명하고 있는데, 상기 열전도판에 의한 실리콘 웨이퍼를 가열하는 경우에 있어서도, 가열과 냉각에 기인하는 일부 작용이 역으로 되지만, 상기 냉각의 경우와 거의 마찬가지로, 본 발명의 과제를 달성하여, 효과를 기대하는 것이 가능하다.

다음으로, 상기 제1 실시예의 열전도판을 이용한 시험결과에 대하여 설명한다.

도8은 제1 실시예의 흡착구멍(5)을 갖는 열전도판(1)을 이용하여, 실리콘 웨이퍼의 냉각을 행한 경우의 다점의 온도변화 데이터를 나타내며, 도9는 상기 흡착구멍(5)을 구비하지 않는 경우의 실리콘 웨이퍼의 냉각 시의 온도 변화 데이터를 나타내고 있다.

양 도면에 있어서, 세로축은 실리콘 웨이퍼의 온도, 가로축은 경과시간이며, 각각 실리콘 웨이퍼의 대응하는 다점에서 온도센서에 의해 계측된 온도변화 데이터를 병기하고 있다.

이들 도에 나타내는 계측은 전 공정에 있어서 350℃로 가열된 실리콘 웨이퍼를, 23℃로 온도조절된 열전도판 상에 탑재되어 냉각했을 때의 온도변화를 측정한 것이며, 상기 350℃로 가열된 실리콘 웨이퍼를 약 8초로 열전도판 상에 탑재했을 때, 실리콘 웨이퍼의 온도는 약 310~320℃로 저하되어 있다. 도면은 이 시점을 계측 개시시점(0초)으로 하고 있다.

양 도면의 온도측정 결과를 비교하면, 도9의 흡착구멍을 갖지 않는 열전도판에 탑재된 실리콘 웨이퍼는 탑재 후, 곧 위로 볼록한 휘어짐이 발생하여, 약 250℃부터 실리콘 웨이퍼의 다점간에 휘어짐에 기인한 온도변화가 현저하게 나타나고, 중앙 근방에 있어서 열전도판과 실리콘 웨이퍼의 이간거리가 크게 되어 냉각속도가 저하되고, 그 외의 개소에서도 휘어짐의 정도에 따라 냉각속도에 차가 발생하여, 전체가 23℃로 냉각되는데 약 80초가 걸렸다.

이것에 반하여, 상기 제1 실시예의 열전도판에 탑재된 실리콘 웨이퍼는 열전도판과의 사이의 간격이 균일하게 유지되기 때문에, 각 개소에서 급속하게 대략 균일하게 냉각되고, 약 30~40초 후에는 전체가 23℃로 냉각되어 있다.

이것은 상기 제1 실시예의 열전도판에서는 실리콘 웨이퍼와 열전도판 사이에 부여된 진공압에 의해, 위로 볼록하게 휘어지려고 하는 실리콘 웨이퍼의 휘어짐이 방지되고, 평면성이 확보되고 있는 결과이며, 또, 실리콘 웨이퍼와 열전도판 사이의 흡인에 의해 그 사이의 열이 배출되기 때문이다.

이러한 본 발명의 온도조절 장치에 의하면, 반도체 기판의 가열ㆍ냉각시에 있어서의 두께 방향의 온도변화 속도의 차이에 근거하여 휘어짐을 가급적 억제할 수 있음과 아울러, 반도체 기판의 회전이나 횡측 어긋남을 억제할 수 있고, 결과적으로 프록시미티 갭을 낮게 하여 반도체 기판의 가열ㆍ냉각을 신속화ㆍ고정밀화하는 것이 가능하다.

Claims (7)

1. 반도체 기판을 탑재하여 가열 또는 냉각하는 온도조절 장치에 있어서,

   열전도판의 상면에, 상기 반도체 기판을 지지하는 복수의 프록시미티 갭을 복수의 동심원을 따라 배치함과 함께, 적어도 일부의 프록시미티 갭에 근접하는 상기 열전도판 상의 위치에, 진공원에 접속되어 상기 반도체 기판을 흡착하는 흡착구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 온도조절 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 흡착구멍을 프록시미티 갭의 주위에 복수 형성한 것을 특징으로 하는 온도조절 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열전도판의 상면에, 상기 프록시미티 갭의 배열을 따라 동심원형상으로 개구되는 복수의 흡착용 홈을 설치하고, 이들 흡착용 홈을 상기 열전도판의 내부를 방사방향으로 연장하는 유로를 통하여 진공원에 접속하도록 구성한 것을 특징으로 하는 온도조절 장치.
4. 반도체 기판을 탑재하여 가열 또는 냉각하는 온도조절 장치에 있어서,

   열전도판의 상면에, 상기 반도체 기판을 지지하는 복수의 프록시미티 갭을 복수의 동심원을 따라 배치함과 함께, 적어도 일부의 프록시미티 갭에 상기 반도체 기판을 흡착하는 흡착구멍을 형성하고, 상기 열전도판의 상면에는, 상기 프록시미티 갭의 배열을 따라 동심원형상으로 개구되는 복수의 흡착용 홈을 설치하며, 이들 흡착용 홈과 상기 흡착구멍을 상기 열전도판의 내부를 방사방향으로 연장하는 유로를 개재하여 진공원에 접속하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 온도조절 장치.
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