KR100764692B1 - 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기에 관한 것으로, 2차 냉매로 사용되는 기체를 공급받아, 공급되는 2차 냉매의 양을 조절하는 기체냉매 레귤레이터(42)와, 공급된 기체 냉매를 일방향으로 진행하도록 개방하는 제1 일방향성 체크밸브(44)와; 공급된 2차 냉매의 압력을 체크하는 압력계(45)와; 공급된 2차 냉매를 열교환기(52)로 공급하기 위한 2차냉매 공급 튜브(48)와; 공급된 기체냉매를 순환하도록 하는 순환용의 펌프 모터(46)와; 상기 2차냉매 공급 튜브(48)를 통해 제공되는 2차 냉매를 열 교환기(52)로 공급하는 냉매 공급용 플렉시블 호스(51)와; 상기 냉매 공급용 플렉시블 호스(51)의 단부에 연결되고, 코일 형태로 구성되는 열 교환기(52)와; 상기 웨이퍼 척(34)에서 사용된 냉매를 배출시키기 위해 설치되는 리턴 튜브(56) ; 및 상기 리턴 튜브(56) 중에 설치되고, 사용된 기체 냉매를 일방향으로 진행하도록 개방하는 제2 일방향성 체크밸브(54);를 포함하여 구성된다.

열교환기, 플렉시블 실드호스, 웨이퍼 척, 리턴호스, 버퍼밸브, 순환 모터

Description

기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기{SEMICONDUCTOR PROBE-STATION AIR CHILLER}

도 1은 일반적인 냉동기를 나타낸 블록다이어그램.

도 2는 종래 일반적인 액체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기의 구성을 도시한 블록다이어그램.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기의 구성을 도시한 블록다이어그램.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 2원 냉동기 20: 액체 냉매 냉각부

30: 웨이퍼 프로브 스테이션 36: 웨이퍼 척

42: 기체냉매 레귤레이터 44,54: 제1, 제2 일방향성 체크밸브

45: 압력계 46: 펌프 모터

48: 2차냉매 공급 튜브 51: 냉매 공급용 플렉시블 호스

51a: 서스 호스 52: 열 교환기

56: 리턴 튜브 58: 에어 조절 밸브

60: 기체 냉각부

본 발명은 반도체 웨이퍼 검사 장비인 프로브 스테이션에 냉매를 냉각시켜 제공하기 위한 냉동기에 관한 것으로, 특히 액체 냉매를 투입하여 냉각시킨 종래의 냉동기에 기체를 투입하여 냉각시키도록 하는 기체 2차 냉매 냉동기에 관한 것이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면서 종래의 냉매 냉각장치의 구성에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 일반적인 냉동기의 구성 및 원리를 나타낸 블록다이어그램이고, 도 2는 종래 일반적인 액체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기의 구성을 도시한 블록다이어그램이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 일반적인 냉동기는 2대의 컴퍼레서를 구비하는 2원 냉동기(10)의 구조를 갖고 있다. 2원 냉동기(10)의 구조를 살펴보면, 냉매 냉각용의 제1, 제2 컴프레서(1, 2)를 구비하고, 각각의 컴프레서(1, 2)는 내부의 실린더에 오일을 공급 및 보충하는 오일 분리기(3)를 구비하며, 제2 컴프레서(2)에 연결된 오일분리기(3)는 제2 컴프레서(2)로부터 냉각용 가스를 공급받아 냉각시키는 콘덴서/응축기(4)를 연결하고, 제1 컴프레서(1)는 열량을 갖는 냉매(hot refrigerant)를 방출하여 열교환기(5)에 제공하고, 또 열교환기(5)에서는 열을 냉각시키는 콘덴서(7)로부터 송풍용 팬(7a)의 송풍작용에 따라 공급되는 냉 가스를 전자밸브(9)를 통해 전달받아 이를 함께 냉각하고, 추가의 전자밸브(9a)를 거쳐 응축기(11)에 냉각된 가스를 제공하는 방식으로 냉동기를 구성한다. 부호 6은 냉각용 가스를 저장하고 있는 확장용 탱크를 도시하고, 8은 사용된 가스를 배출 및 교환하기 위한 바이패스 밸브를 도시한다.

다음으로, 도 2를 참조하여 종래에 이용되는 액체 냉매를 이용한 냉동기의 구성 및 작동을 설명하기로 한다. 도 2에서 부호 1 내지 11까지로 구성된 냉동기의 구성요소는 동일 한 것으로, 동일한 부호를 부여하고 별도의 설명은 생략하기로 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 기본적인 2원 냉동기의 구성을 이용하여 반도체 웨이퍼 검사장비인 프로브 스테이션에 액체 냉매를 냉각시켜 제공하는 냉동기가 사용되고 있다. 이러한 프로버 스테이션의 액체 냉매 냉동기는, 도 1에서 도시한 기본적인 냉동기의 구성에 액체 냉매 냉각부(20)와 웨이퍼 프로브 스테이션(30)을 부가하여 구성되었다.

상기 액체 냉매 냉각부(20)는 통상의 응축기(22)와 액체 냉매를 저장하는 액체 냉매 저장기(Reservoir)(24) 및 냉각된 가스를 순환시키기 위한 펌핑 모터(26)를 포함하여 구성되었다. 또, 상기 액체 냉매 냉각부(20)와 웨이퍼 프로브 스테이션(30)은 냉매 공급/배출용 호스(Inlet/Outlet Hose)(28)를 통해 연결된다.

상기 웨이퍼 프로브 스테이션(30)에는 상기 냉매 공급/배출용 호스(28)에 맞물려 연결되는 유연한(flexible) 재질의 1쌍의 척 호스(Chuck Hose)(32)와, 이 척 호스(32)들이 연결되어 제공되는 냉매를 이용해 온도를 낮추는 웨이퍼 거치용의 웨 이퍼 척(34)이 포함된다.

이러한 구성으로 함으로써, 냉각 및 응축된 액체 냉매 가스를 상기 프로브 스테이션(30)에 실장된 웨이퍼 척(Wafer Chuck)(34)에 투입하여, 사용자는 검사대상인 웨이퍼를 적정 조건의 온도로 조절한 상태로 웨이퍼를 검사하는 공정을 실시하게 된다.

그런데, 이 건의 발명자들은 상술한 바와 같이 액체 냉매를 이용한 냉동기를 이용하는 경우에 이하와 같은 문제점이 지속적으로 발생되는 것을 발견하였다.

첫째로, 웨이퍼를 올려 놓는 웨이퍼 척(34)에 냉각된 냉매를 흘려서 척의 온도를 저온(실제의 온도는 각각의 반도체 칩이 요구하는 온도로 변경될 수 있으며, 일반적으로 (-50 ~ -60℃ 정도가 적용 됨) 상태를 유지하여야 한다. 그런데 종래에 사용하고 있는 액체 냉매의 특성은 저온에서는 밀도(密度)와 점도(粘度)가 높아지며, 높아진 점도로 인해 동작이 원활하지 못하게 되어 웨이퍼 척의 작동시에 정확성을 떨어뜨리는 되는 문제점이 있다.

둘째로, 냉각된 액체 냉매는 저온의 온도로 연결된 각 호스 부위의 틈을 만들게 되어 호스의 연결 부위에 누액이 대단히 많이 발생되는 문제점이 있었다.

셋째로, 호스 연결 부위에 생기는 틈새로 누출되는 액체 냉매가 증발하게 되면 인체에 유해한 공기 오염이 발생할 뿐만 아니라, 고가의 액체 냉매를 계속적으로 보충하여 사용하여야 하므로 웨이퍼 검사 공정을 진행하기 위한 원가 상승이 과다하게 발생하였다.

또한, 무엇보다도 액체 냉매의 누액으로 인해 반도체용 웨이퍼 프로버 스테 이션 자체에 고장이 발생하거나, 이로 인해 웨이퍼의 칩(Wafer Chip)을 검사할 수 없는 불 가동시간을 자주 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 제반 문제점을 극복하기 위한 것으로, 냉매 가스를 항상 일정한 온도와 점도를 유지하여 제공함으로써 반도체용 프로브 스테이션에 실장되는 웨이퍼 척의 작동상의 정확성을 고품질로 일정하게 유지토록 하는, 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기를 제공함을 그 목적으로 한다.

또, 본 발명은 액체 냉매의 누액을 제거하고, 누액에 따른 공기오염을 방지할 뿐만 아니라, 고가의 액체 냉매를 사용하지 않음으로써 불필요한 제조비용의 낭비를 제거하는, 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기를 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 액체 냉매의 누액으로 인해 발생하는 호스의 경화 및 타 장비의 고장 요인을 철저히 제거함으로써, 반도체용 프로브 스테이션 장비의 불가동 시간을 최대한 감축하는, 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기를 제공함을 그 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 통상의 냉각기능을 갖는 냉동기를 구비하여 반 도체용 프로브 스테이션에 설치되는 웨이퍼 척을 냉각하기 위한 냉동기로서, 2차 냉매로 사용되는 기체를 공급받아, 공급되는 2차 냉매의 양을 조절하는 기체냉매 레귤레이터(42)와; 기체냉매 레귤레이터(42)의 후단에 설치되어, 공급된 기체 냉매를 일방향으로 진행하도록 개방하는 제1 일방향성 체크밸브(44)와; 상기 일방향성 체크밸브(44)의 후단에 설치되어, 공급된 2차 냉매의 압력을 체크하는 압력계(45)와; 상기 압력계(45)의 후단에 설치되어, 공급된 2차 냉매를 열교환기(52)로 공급하기 위한 2차냉매 공급 튜브(48)와; 상기 2차냉매 공급 튜브(48) 중에 설치되고, 공급된 기체냉매를 순환하도록 하는 순환용의 펌프 모터(46)와; 상기 2차냉매 공급 튜브(48)를 통해 제공되는 2차 냉매를 열 교환기(52)로 공급하는 냉매 공급용 플렉시블 호스(51)와; 상기 냉매 공급용 플렉시블 호스(51)의 단부에 연결되고, 코일 형태로 구성되어 냉매의 공급로를 증대시킴으로써 냉각 기능을 강화하며, 냉각된 냉매를 반도체 프로브 스테이션의 웨이퍼 척(34)에 제공하는 열 교환기(52)와; 상기 웨이퍼 척(34)에서 사용된 냉매를 배출시키기 위해 설치되는 리턴 튜브(56) ; 및 상기 리턴 튜브(56) 중에 설치되고, 사용된 기체 냉매를 일방향으로 진행하도록 개방하는 제2 일방향성 체크밸브(54);를 포함하여 구성함으로써 달성할 수 있다.

이때, 상기 2차냉매 공급 튜브 또는 상기 냉매 공급용 플렉시블 호스 또는 리턴 튜브는 각각 탄성을 갖는 실리콘 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

또, 상기 냉매 공급용 플렉시블 호스의 내부에는 냉매에 의한 손상을 방지하고 곡률이 좋은 자바라 스테인레스 호스를 삽입하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉매 공급용 플렉시블 호스는, 그 단부의 일정길이를 코일 형태로 감도록 구성하여 냉매로의 길이를 확장하는 구성인 것이 바람직하다.

또, 상기 제1 일방향성 체크밸브를 통과하는 기체 냉매와 상기 제2 일방향성 체크밸브를 통과하는 기체 냉매가 합류되어 상기 압력계 측으로 다시 제공되는 구성인 것이 바람직하다.

또한, 상기 리턴 튜브에는, 상기 웨이퍼 척에서 사용된 기체를 일부 외부로 방출하여 순환을 원활히 하기 위한 에어 조절 밸브(58)를 추가로 설치하는 것이 바람직하다.
(실시 예)

이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 구성을 첨부도면을 참고하여 실시예를 들어 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기의 구성을 도시한 블록다이어그램이다.

도 3에서도, 도 1 내지 도 2에서 공통적으로 이용되는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 구체적인 작용 설명은 생략한다.

본 발명에서는 기체 냉각부(60)를 설치하여 프로브 스테이션(30)에 실장된 웨이퍼 척(34)을 냉각시킨다. 이 기체 냉각부(60)는 앞서 설명한 2원 냉동기(10)로부터 1차로 냉각된 냉매를 제공 받는다. 이것은 도 1에 도시한 전자밸브(9a)로부터 도 3에 도시한 플렉시블 열교환기(52)로 1차 냉각된 냉매가 투입되는 것이다.

기체를 이용한 2차 냉각을 위한 기체냉매 공급부(60)를 이하의 구성으로 설 치하였다. 먼저, 2차 냉매로 사용되는 기체를 발생시키고 공급하는 기체 공급기(41)를 설치하고, 후단에는 상기 기체 공급기(41)로부터 제공되는 2차 냉매의 양을 조절하는 기체냉매 레귤레이터(42)를 설치하며, 상기 기체냉매 레귤레이터(42)의 후단에는 일방향성 체크밸브(44)를 설치하여 투입된 기체 냉매를 진행시킨다.

상기 일방향성 체크밸브(44)의 후단에는 2차 냉매의 압력을 체크하는 압력계(45)를 설치하여 투입되는 기체의 압력상태를 점검하고, 그 후단에는 2차 냉매를 열교환기(52)로 공급하기 위한 튜브(48)를 설치하며, 튜브(48) 중에는 순환용의 펌프 모터(46)를 설치하여 기체 냉매를 순환하도록 한다. 이때 상기 튜브(48)의 재질은 실드 처리된 실리콘 호스를 사용하는 것이 바람직하며, 실리콘 재질의 호스는 탄성 및 곡률 특성이 양호하기 때문에 외부의 힘에 의한 파손으로부터 방지 할 수 있다. 여기에서, 플렉시블한 재질의 호스는 내부에 스테인레스 재질이 삽입되는 경우에, 외부에서 감싸는 형상으로 구성되기 때문에 전체적으로는 호스가 플렉시블하게 작동할 수 있게 된다.

다음으로, 상기 튜브(48)를 통해 제공되는 2차 냉매는 전술한 도 1의 전자밸브(9a)로부터 제공되는 1차 냉각된 냉각 부위를 통해, 열 교환기(52)로 제공된다.

이 열 교환기(52)는 유연한 재질의 실리콘 호스(51)가 상기 전자밸브(9a)로부터 연결되고, 이 실리콘 호스(51)의 내부에는 서스 재질의 자바라 형태의 호스(51a)가 내삽되어 있다. 즉, 상술한 튜브(48)의 단부는 동일한 재질의 실리콘 호스(51)와 연통되어 냉매를 이중으로 투입하고, 내부에는 방청 특성을 갖는 서스 재질의 자바라 형태의 호스(51a)가 삽입되어 있는 구성으로 된다. 특히, 상기 서스 호스(51a)의 단부 중 일부(대략 20㎝ 전후)를 코일 형태로 감도록 제작하여 그 중앙부에는 합류되어 제공되는 냉매가 진행하도록 구성함으로써, 2차 냉매인 기체가스가 통과할 때 최대한의 열 교환이 이루어지도록 한다. 본 발명에서는 이렇게 제작된 서스 호스(51a)를 포함하여 플렉시블 열 교환기(52)라고도 부른다. 이 플렉시블 열 교환기(52)를 통하여 냉각 효과를 더욱 높일 수 있고, 유동성 있는 재질을 채용하여 작동성을 향상시킬 수 있다. 이 때, 서스 호스(51a)는 그 단부의 일정길이를 코일 형태로 감싸는 형태로 제작할 수 있다.

다음으로, 상기 열 교환기(52)를 통과하면서 저온으로 열 교환이 이루어지고, 이 냉각된 냉매를 반도체용 프로브 스테이션(30)에 실장된 웨이퍼 척(34)에 저온을 전달하여 반도체 칩의 저온 검사를 실행할 수 있도록 한다.

또한, 상기 웨이퍼 척(34)에서 제공된 기체가 사용되어 일정 온도까지 상승하게 되면, 후단에 연결된 리턴 튜브(56)를 통해 온도가 상승된 기체(공기)가 진행되고, 이 리턴 튜브(56)에 일방향성 체크밸브(54)를 연결하여 기체 공급기(41)측으로 되돌린다.

다음으로, 상술한 일방향성 체크밸브(44) 및 후술한 일방향성 체크밸브(54)로부터 각각 제공되는 유입된 공기와 리턴 처리된 공기는 서로 합류되어, 상술한 순환용 펌프 모터(46)로 진행되어 새로운 공정을 처리하게 된다.

이때, 상기 웨이퍼 척(34)에서 사용된 공기(기체)의 대부분은 리턴 튜브(56)를 통해 유입부 측으로 진행하지만, 일부의 공기(대략 5~20%)는 에어 조절 밸브(58)를 통해 외부로 배출시킨다. 이것은, 전체적으로 사용되는 공기의 흐름을 용이하게 돕기 위한 것으로, 적은 양의 공기만을 배출시키고 대부분의 공기는 재 사용하게 함으로써 저렴한 비용으로 냉각의 기능을 다하도록 설치한 것이다.

상기와 같은 구성으로 함으로써, 본 발명의 구성에 따른 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션에 제공되는 냉동기를 구현할 수 있게 된다.

이로써, 액체 냉매를 사용하지 않고 기체 가스만을 사용하여 냉각시키는 구성으로 하였기 때문에 본 발명의 과제에서 제시한 다양한 효과를 얻을 수 있었다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 개요를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기의 구성에 의하면 이하와 같은 효과를 얻을 수 있었다.

첫째로, 냉매 가스를 항상 일정한 온도와 점도를 유지하도록 제공함으로써 반도체용 프로브 스테이션에 실장되는 웨이퍼 척의 작동상의 정확성을 고품질로 일정하게 유지할 수 있는 효과를 얻게 된다.

또, 본 발명의 구성에 따라 액체 냉매의 누액을 제거할 수 있고, 이에 따른 공기오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 액체 냉매를 사용하지 않음으로써 불필요한 제조비용의 낭비를 제거하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 액체 냉매의 누액으로 인해 발생하는 호스의 경화 및 타 장비의 고장 요인을 철저히 제거함으로써, 반도체용 프로브 스테이션 장비의 불가동 시간을 최대한 감축하여 생산성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 통상의 냉각기능을 갖는 냉동기를 구비하여 반도체용 프로브 스테이션에 설치되는 웨이퍼 척을 냉각하기 위한 냉동기에 있어서,

   2차 냉매로 사용되는 기체를 공급받아, 공급되는 2차 냉매의 양을 조절하는 기체냉매 레귤레이터(42)와;

   기체냉매 레귤레이터(42)의 후단에 설치되어, 공급된 기체 냉매를 일방향으로 진행하도록 개방하는 제1 일방향성 체크밸브(44)와;

   상기 일방향성 체크밸브(44)의 후단에 설치되어, 공급된 2차 냉매의 압력을 체크하는 압력계(45)와;

   상기 압력계(45)의 후단에 설치되어, 공급된 2차 냉매를 열교환기(52)로 공급하기 위한 2차냉매 공급 튜브(48)와;

   상기 2차냉매 공급 튜브(48) 중에 설치되고, 공급된 기체냉매를 순환하도록 하는 순환용의 펌프 모터(46)와;

   상기 2차냉매 공급 튜브(48)를 통해 제공되는 2차 냉매를 열 교환기(52)로 공급하는 냉매 공급용 플렉시블 호스(51)와;

   상기 냉매 공급용 플렉시블 호스(51)의 단부에 연결되고, 코일 형태로 구성되어 냉매의 공급로를 증대시킴으로써 냉각 기능을 강화하며, 냉각된 냉매를 반도체 프로브 스테이션의 웨이퍼 척(34)에 제공하는 열 교환기(52)와;

   상기 웨이퍼 척(34)에서 사용된 냉매를 배출시키기 위해 설치되는 리턴 튜브 (56) ; 및

   상기 리턴 튜브(56) 중에 설치되고, 사용된 기체 냉매를 일방향으로 진행하도록 개방하는 제2 일방향성 체크밸브(54);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 2차냉매 공급 튜브 또는 상기 냉매 공급용 플렉시블 호스 또는 리턴 튜브는 각각 탄성을 갖는 실리콘 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기.
3. (삭제)
4. (삭제)
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 일방향성 체크밸브를 통과하는 기체 냉매와 상기 제2 일방향성 체크밸브를 통과하는 기체 냉매가 합류되어 상기 압력계 측으로 다시 제공되는 구성인 것을 특징으로 하는 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 리턴 튜브에는, 상기 웨이퍼 척에서 사용된 가스를 일부 외부로 방출하기 위한 에어 조절 밸브(58)를 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 기체 냉매를 이용한 반도체용 프로브 스테이션의 냉동기.

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