KR19990065344A

KR19990065344A - 열전소자를 갖는 반도체 웨이퍼 냉각장치

Info

Publication number: KR19990065344A
Application number: KR1019980000589A
Authority: KR
Inventors: 박인협; 차훈; 홍수희
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 1999-08-05

Abstract

본 발명은 반도체장치의 제조를 위하여 가공되는 웨이퍼를 냉각시키기 위한 열전소자를 갖는 반도체 웨이퍼 냉각장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 열전소자를 갖는 반도체 웨이퍼 냉각장치는, 웨이퍼(7)가 놓여지는 리드(41), 상기 리드(41)를 냉각시키기 위한 냉각판(42) 및 상기 냉각판(42)을 재냉각시키기 위한 열전소자(8)로 구성됨을 특징으로 한다.

따라서, 냉각가스의 순환에 의하여 리드(41)를 냉각시키는 1차냉각장치와 보조냉각수단으로서의 냉각수순환장치(43)를 포함하는 3차냉각장치를 필요로 하는 종래의 인쿨러모듈(4)에서 냉각판(42)의 재냉각을 전류의 흐름 만으로 냉각을 수행할 수 있는 열전소자(8)로 냉각시킬 수 있도록 하여 인쿨러모듈(4)을 구성토록 하므로써 인쿨러모듈(4) 자체의 크기는 물론 이를 포함하는 반도체장치 제조장치의 부피를 크게 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

열전소자를 갖는 반도체 웨이퍼 냉각장치

반도체 장치를 제조함에 있어 복잡한 회로의 형성을 위하여는 증착이 필수적이라 할 수 있으며, 일반적으로 물리기상증착(PVD ; Physical Vapor Deposition) 또는 화학기상증착(CVD ; Chemical Vapor Deposition)이 널리 사용되고 있다. 특히 최근 널리 사용되고 있는 화학기상증착은 그 압력에 따라 상압화학기상증착(APCVD), 저압화학기상증착(LPCVD) 및 고압화학기상증착(HPCVD)으로 나뉘며, 적층될 물질 원자들을 포함하는 화학물질과 기타 반응가스들을 반응실로 도입하고, 에너지원에 따라 가열이나 플라즈마 또는 자외선, 특히 주로 플라즈마를 사용하여 적층될 물질 원자들을 포함하는 화학물질과 반응가스 간의 반응을 유도하여 적층될 물질원자들이 웨이퍼 상에 증착되어 적층되도록 하는 것이다.

그러나, 이들 기상증착장치들은 주로 에너지원으로서 플라즈마를 사용하기 때문에 플라즈마에 의하여 높은 온도가 발생하게 되고, 이러한 고온분위기는 웨이퍼에 치명적인 결함을 줄 수 있게 된다.

따라서, 이러한 고온에 의한 웨이퍼의 결함발생을 줄이고, 카셋트에 담을 수 있도록 웨이퍼를 냉각시키기 위하여 종래의 반도체장치 제조장치는, 도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 프로세스모듈(2)에서 처리된 웨이퍼(7)를 게이트밸브(3)에 의하여 구획된 트랜스포트모듈(1)내의 로봇아암(6)에 의하여 카셋트모듈(5)내의 카셋트에 로딩하기 전에 인쿨러모듈(4)에서 70℃ 이하로 냉각시킬 수 있도록 구성되어 있다.

프로세스챔버내에서 처리되는 동안 고온으로 가열된 웨이퍼(7)를 냉각시키기 위한 상기 인쿨러모듈(4)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(7)가 놓여지는 리드(41), 상기 리드(41)의 냉각을 위하여 상기 리드(41)의 하방에 형성되는 냉각공간(49)을 포함하는 1차냉각수단, 상기 1차냉각수단의 냉각공간(49) 하방에 위치하는 냉각판(42) 및 상기 냉각판(42)을 재냉각시키기 위한 3차냉각수단을 포함하며, 상기 1차냉각수단이 냉각가스공급원(44), 상기 냉각가스공급원(44)에 연결되어 냉각가스의 흐름을 조절하기 위한 수단으로서의 가스단속밸브(45), 유량조절장치(46), 압력계(47) 및 사용후의 냉각가스를 배출시키기 위한 진공펌프(48)를 포함하여 구성되며, 상기 냉각판(42)이 냉매의 순환에 의하여 자체냉각되도록 구성되며, 상기 3차냉각수단이 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수순환장치(43)를 포함하여 구성되었다.

따라서, 상기 인쿨러모듈(4)은 냉각가스공급원(44), 상기 냉각가스공급원(44)에 연결되어 냉각가스의 흐름을 조절하기 위한 수단으로서의 가스단속밸브(45), 유량조절장치(46), 압력계(47) 및 사용후의 냉각가스를 배출시키기 위한 진공펌프(48)를 포함하여 구성되는 1차냉각수단과, 냉매의 순환에 의하여 자체냉각되도록 구성되는 냉각판(42) 및 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수순환장치(43)를 포함하는 3차냉각수단 등을 포함하도록 구성되어 있기 때문에 그 부피가 매우 크고, 특히 프레온가스와 같은 냉매를 사용하기 때문에 환경보호의 측면에서도 바람직하지 못하다는 단점이 있었으며, 그에 따라 청정실내에서 차지하는 부피가 증대되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 부피가 작으면서도 냉각효율이 우수한 열전소자를 갖는 반도체 웨이퍼 냉각장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 반도체장치 제조장치의 하나의 구체예를 나타내는 구성도이다.

도 2는 도 1의 반도체장치 제조장치의 인쿨러모듈의 구성을 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체장치 제조장치의 인쿨러모듈의 구성을 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체장치 제조장치의 인쿨러모듈에 사용되는 열전소자의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 트랜스포트모듈 2 : 프로세스모듈

3 : 게이트밸브 4 : 인쿨러모듈

5 : 카셋트모듈 6 : 로봇아암

7 : 웨이퍼 8 : 열전소자

41 : 리드 42 : 냉각판

43 : 냉각수순환장치 44 : 냉각가스공급원

45 : 가스단속밸브 46 : 유량조절장치

47 : 압력계 48 : 진공펌프

49 : 냉각공간 81 : 흡열판

82 : n형반도체 83 : p형반도체

84 : 전도판 85 : 전원

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전소자를 갖는 반도체 웨이퍼 냉각장치는, 웨이퍼가 놓여지는 리드, 상기 리드를 냉각시키기 위한 냉각판 및 상기 냉각판을 재냉각시키기 위한 열전소자로 구성된다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열전소자를 갖는 반도체 웨이퍼 냉각장치는, 웨이퍼(7)가 놓여지는 리드(41), 상기 리드(41)를 냉각시키기 위한 냉각판(42) 및 상기 냉각판(42)을 재냉각시키기 위한 열전소자(8)로 구성됨을 특징으로 한다.

상기에서 냉각시킬 웨이퍼(7)가 놓여지는 리드(41)를 냉각시키기 위한 냉각판(42)은 종래의 반도체장치 제조장치의 인쿨러모듈(4)에서 채용된 것과 동일 또는 유사하게 냉매의 순환에 의하여 자체냉각되도록 구성되는 것으로서, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 상용적으로 구입하여 사용이 가능한 일반적인 냉동기(refrigerator)와 유사한 것으로 이해될 수 있다.

본 발명에서는 상기 냉각판(42)을 재냉각시키기 위하여 단지 전류의 흐름만으로 흡열이 가능한 상기 열전소자(8)를 사용하여 이를 냉각시킬 웨이퍼(7)가 놓여지는 리드(41)의 하방에 위치하는 냉각판(42)에 취부시키고, 이 열전소자(8)에 전류의 흐름을 제어가능하게 전기적으로 연결하여 전류의 흐름을 제어하므로써 상기 열전소자(8)가 부착된 리드(41)의 온도를 조절할 수 있도록 구성한 점에 특징이 있는 것이다.

상기 열전소자(8)(thermoelectric element)는 2종류의 도체 혹은 반도체의 접합부에 전류를 흘리면 접촉면에서 줄 열 이외에 열발생 혹은 열흡수가 일어나는 페르티에효과를 이용한 소자로서, 도 4에 도시한 바와 같이, 흡열판(81)과 전도판(84) 사이에 n형반도체(82)와 p형반도체(83)를 연결시키고, 전류의 흐름방향이 n형반도체(82)를 통하여 p형반도체(83)로 흐르도록 전원(85)에 연결되도록 구성된 것이 사용될 수 있다.

현재 반도체 Bi₂Te₃의 p형과 n형을 접합한 반도체형이 널리 사용되고 있으며, 이를 케스케이드식으로 다단접속하므로써 섭씨 수십도 이상의 온도하강을 얻을 수 있는 것으로서, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 이를 상용적으로 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면 냉각가스의 순환에 의하여 리드(41)를 냉각시키는 1차냉각장치와 보조냉각수단으로서의 냉각수순환장치(43)를 포함하는 3차냉각장치를 필요로 하는 종래의 인쿨러모듈(4)에서 냉각판(42)의 재냉각을 전류의 흐름 만으로 냉각을 수행할 수 있는 열전소자(8)로 냉각시킬 수 있도록 하여 인쿨러모듈(4)을 구성토록 하므로써 인쿨러모듈(4) 자체의 크기는 물론 이를 포함하는 반도체장치 제조장치의 부피를 크게 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

웨이퍼가 놓여지는 리드, 상기 리드를 냉각시키기 위한 냉각판 및 상기 냉각판을 재냉각시키기 위한 열전소자로 구성됨을 특징으로 하는 열전소자를 갖는 반도체 웨이퍼 냉각장치.
제 1 항에 있어서,

상기 열전소자가 반도체 Bi₂Te₃의 p형과 n형을 접합한 반도체형 열전소자임을 특징으로 하는 상기 열전소자를 갖는 반도체 웨이퍼 냉각장치.
제 2 항에 있어서,

상기 열전소자가 케스케이드식으로 다단접속된 것임을 특징으로 하는 상기 열전소자를 갖는 반도체 웨이퍼 냉각장치.