KR20020009814A - cooling system for manufacturing of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A chiller for manufacturing a semiconductor device is provided to remarkably shorten the time necessary for regeneration by injecting nitrogen gas to the inside of a cold trap part so that the temperature of the cold trap part is increased within a short interval of time, and to control the increase of temperature by forming a pipe line for circulating coolant in the periphery of the cold trap part. CONSTITUTION: Nitrogen gas for increasing the temperature of the cold trap part(106) within a short interval of time is injected to a nitrogen gas injection unit(110). A coolant supply unit through which coolant circulates is installed near the cold trap part to prevent the temperature of the cold trap part from increasing.

Description

반도체 디바이스 제조를 위한 냉각 시스템{cooling system for manufacturing of semiconductor device}Cooling system for manufacturing semiconductor device

본 발명은 반도체 디바이스 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 디바이스 제조에 이용되는 냉각 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus, and more particularly, to a cooling system used for manufacturing a semiconductor device.

반도체 디바이스를 제조하기 위한 공정은 단결정 제조공정, 마스크 제조공정, 웨이퍼 프로세스 공정, 기판공정, 배선공정, 조립공정, 신뢰성 검사공정등으로 구분할 수 있다. 여기서, 상기 웨이퍼 프로세스 공정은 반도체 디바이스 제조에 있어서 전(前)공정이라 불리우는 공정으로서, 반도체 디바이스의 특성과 수율을 결정짓는 매우 기본적이고도 중요한 공정이다. 이러한 웨이퍼 프로세스 공정에는 통상 세정공정, 열처리공정, 불순물 주입공정, 박막 형성 공정, 리소그래피 공정, 평탄화 공정등이 포함되며, 이러한 각각의 공정을 수행하기 위해서는 각각의 공정에 적합한 장비가 사용된다.The process for manufacturing a semiconductor device can be classified into a single crystal manufacturing process, a mask manufacturing process, a wafer process process, a substrate process, a wiring process, an assembly process, a reliability inspection process, and the like. Here, the wafer process process is called a preprocess in semiconductor device manufacturing, and is a very basic and important process for determining the characteristics and yield of the semiconductor device. Such wafer process processes typically include a cleaning process, a heat treatment process, an impurity implantation process, a thin film formation process, a lithography process, a planarization process, and the like, and each of these processes employs equipment suitable for each process.

한편, 상기한 웨이퍼 프로세스 공정을 비롯한 각종 반도체 디바이스 제조공성시 챔버 및 웨이퍼의 배면을 냉각시키기 위하여 냉각장치(Chiller)가 이용된다. 특히, 이러한 냉각장치는 플라즈마를 이용하는 식각장비 및 증착장비에 장착되어 챔버 및 웨이퍼의 배면을 초고속으로 정밀하게 냉각 유지시키므로써 웨이퍼의 파손 및 품질저하를 방지한다.Meanwhile, a chiller is used to cool the chamber and the back surface of the wafer during the manufacturing process of various semiconductor devices including the wafer process process described above. In particular, such a cooling device is mounted on an etching apparatus and a deposition apparatus using plasma to precisely cool and maintain the chamber and the back surface of the wafer at high speed to prevent breakage and deterioration of the wafer.

도 1은 종래 방법에 따른 냉각 시스템(10)의 구조를 나타낸다.1 shows the structure of a cooling system 10 according to a conventional method.

도면을 참조하면, 상기 냉각 시스템(10)은 챔버(12), 고진공 밸브부(14), 콜드 트랩부(16), 히터자켓부(18), 헬륨 주입부(20), 터보 펌프부(22)등으로 이루어져 있다. 상기 콜드 트랩부(16)는 터보 펌프부(22)와 함께 상기 챔버(12) 내부를고진공 상태로 유지시켜 준다.Referring to the drawings, the cooling system 10 includes a chamber 12, a high vacuum valve unit 14, a cold trap unit 16, a heater jacket unit 18, a helium injection unit 20, and a turbo pump unit 22. ) The cold trap unit 16 maintains the inside of the chamber 12 together with the turbo pump unit 22 in a high vacuum state.

상기한 구조의 냉각 시스템(10)을 이용하여 재생성을 하고자 하는 경우, 상기 히터 자켓부(18)가 가열되고, 이로 인해 히터 자켓부(18)와 연결되어 있는 콜드 트랩부(16)의 표면 온도가 상승하게 된다. 또한, 상기 콜드 트랩부(16)의 온도 상승으로 인해 상기 헬륨 주입부(20)의 동작이 정지되어 냉각작업이 중단된다. 그러나, 챔버의 온도가 285도가 되면 히터 자켓부(18)가 오프되어 더 이상 온도가 상승되지 않게 되며, 이때 다시 헬륨 주입부(20)가 동작하여 챔버(12)의 온도를 110도까지 낮추게 되어 재생성이 이루어지게 된다.When regeneration is to be performed using the cooling system 10 having the above-described structure, the heater jacket portion 18 is heated, and thus the surface temperature of the cold trap portion 16 connected to the heater jacket portion 18. Will rise. In addition, due to the temperature rise of the cold trap 16, the operation of the helium injection unit 20 is stopped and the cooling operation is stopped. However, when the temperature of the chamber is 285 degrees, the heater jacket 18 is turned off so that the temperature is no longer increased. At this time, the helium injector 20 operates to lower the temperature of the chamber 12 to 110 degrees. Regeneration is achieved.

이처럼 종래에는 온도가 증가된 헬륨 주입부(20)가 다시 냉각되어 챔버(12)의 온도가 낮아질때가 기다려야 하므로 전체 재생성 시간이 대략 240∼300분이 소요되어, 전체 반도체 디바이스 제조 시간이 길어지게 된다.As described above, since the helium injecting unit 20 having an increased temperature is cooled again to wait for the temperature of the chamber 12 to be lowered, the total regeneration time is approximately 240 to 300 minutes, and the overall semiconductor device manufacturing time becomes long.

또한, 상기 챔버(12)의 베이크 아웃시 콜드 트랩부(16)에 열이 전달되어 콜드 트랩부(16)의 온도가 상승하게 되며, 이에 따라 상기 챔버(12)가 오염되는 문제점이 있다.In addition, heat is transferred to the cold trap unit 16 when the bake-out of the chamber 12 causes the temperature of the cold trap unit 16 to rise, thereby contaminating the chamber 12.

따라서 본 발명의 목적은, 재결합 시간을 보다 단축시킬 수 있는 냉각 시스템을 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a cooling system which can further shorten the recombination time.

본 발명의 다른 목적은, 챔버의 오염을 최소화할 수 있는 냉각 시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a cooling system that can minimize contamination of the chamber.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 웨이퍼가 로딩되는 챔버, 상기 챔버 내부를 고진공 상태로 유지시키는 고진공 밸브부, 콜드 트랩부, 헬륨 주입부, 터보 펌프부를 구비하는 냉각 시스템에 있어서: 상기 콜드 트랩부의 온도를 단시간에 상승시키기 위한 질소 가스 주입부와; 상기 콜드 트랩부의 온도 증가를 방지하기 위하여, 상기 콜드 트랩부 주변에 냉각수가 순환되는 냉각수 공급부를 구비함을 특징으로 하는 냉각 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, in the cooling system comprising a chamber in which a wafer is loaded, a high vacuum valve portion, a cold trap portion, a helium injection portion, a turbo pump portion for maintaining the chamber in a high vacuum state: the cold A nitrogen gas injection unit for raising the temperature of the trap unit in a short time; In order to prevent an increase in the temperature of the cold trap unit, the cooling system is provided with a coolant supply unit in which coolant is circulated around the cold trap unit.

도 1은 종래 방법에 따른 냉각 시스템의 구조를 나타낸다.1 shows the structure of a cooling system according to a conventional method.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 구조를 나타낸다.2 shows the structure of a cooling system according to an embodiment of the invention.

도 3a 및 도 3b는 상기 도 2에 도시되어 있는 콜드 트랩부의 단면도 및 평면도를 나타낸다.3A and 3B show a cross-sectional view and a plan view of the cold trap portion shown in FIG. 2.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

102:챔버부 104:고진공 밸브부102: chamber portion 104: high vacuum valve portion

106:콜드 트랩부 108:릴리프 밸브부106: Cold trap part 108: Relief valve part

110:질소 가스 주입부 112:헬륨 주입부110: nitrogen gas injection unit 112: helium injection unit

114:터보 펌프부 116:터보 펌프 포어 라인부114: turbopump section 116: turbopump pore line section

118:분리밸브부 120:T.C 진공 게이지부118: Separation valve section 120: T.C vacuum gauge section

122:콜드 트랩 러핑 밸브부 124:파이프 라인122: cold trap roughing valve part 124: pipe line

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템(100)의 구조를 나타낸다.2 illustrates a structure of a cooling system 100 according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 상기 냉각 시스템(100)은 챔버부(102), 고진공 밸브부(104), 콜드 트랩부(106), 릴리프 밸브부(108), 질소 가스 주입부(110), 헬륨 주입부(112), 터보 펌프부(114), 터보 펌프 포어 라인부(116), 분리밸브부(118), T.C 진공 게이지부(120), 콜드 트랩 러핑 밸브부(122)등으로 구성된다.Referring to the drawings, the cooling system 100 is chamber portion 102, high vacuum valve portion 104, cold trap portion 106, relief valve portion 108, nitrogen gas injection unit 110, helium injection unit And 112, turbo pump portion 114, turbo pump foreline portion 116, separation valve portion 118, TC vacuum gauge portion 120, cold trap roughing valve portion 122, and the like.

본 발명에서는 재생성이 시작되면 상기 챔버(102)의 고진공 밸브부(104)와 터보 펌프부(114) 상단의 분리밸브부(118)가 닫히게 된다. 그리고, 상기 헬륨 주입부(112)가 오프되고 질소 가스 주입부(110)를 통해 질소 가스가 주입되어 콜드 트랩부(106)의 스테이지 온도를 단시간에 300도까지 상승시킨다. 그리고 나서, 상기 질소 가스 주입부(110)를 닫아 질소 가스의 주입을 중단하고 상기 터보 펌프 포어라인(116)을 차단한다. 그리고 상기 콜드 트랩 러핑 밸브부(122)를 오픈하고, 상기 T.C 진공 게이지부(120)의 리딩 압력이 약 3×10-2[torr]가 되면 상기 콜드 트랩 러핑 밸브부(122)를 차단하고, 분리밸브부(118)를 오픈한다. 그리고 상기 헬륨 주입부(112)가 작동하여 콜드 트랩부(106)의 온도를 낮추게 된다.In the present invention, when the regeneration is started, the high vacuum valve unit 104 of the chamber 102 and the separation valve unit 118 of the upper end of the turbo pump unit 114 are closed. Then, the helium injection unit 112 is turned off and nitrogen gas is injected through the nitrogen gas injection unit 110 to raise the stage temperature of the cold trap unit 106 to 300 degrees in a short time. Then, the nitrogen gas injection unit 110 is closed to stop the injection of nitrogen gas and block the turbo pump foreline 116. When the cold trap roughing valve unit 122 is opened and the reading pressure of the TC vacuum gauge unit 120 becomes about 3 × 10 −2 [torr], the cold trap roughing valve unit 122 is shut off. The separation valve section 118 is opened. In addition, the helium injector 112 operates to lower the temperature of the cold trap unit 106.

이처럼 본 발명에서는 콜드 트랩부(106)에 질소 가스를 주입하여 콜드 트랩부(106)의 스테이지 온도를 단시간에 300도까지 상승시킴으로써, 재생성 시간을 약 150분 이하로 단축시킨다. 즉, 종래 재생성 시간을 약 50∼60% 까지 단축시킬 수 있다.Thus, in this invention, nitrogen gas is injected into the cold trap part 106, and the stage temperature of the cold trap part 106 is raised to 300 degree | times in a short time, and the regeneration time is shortened to about 150 minutes or less. That is, the conventional regeneration time can be shortened by about 50 to 60%.

또한, 본 발명에서는 상기 챔버(102)의 베이크 아웃시 콜드 트랩부(106)에 열이 전달되어 콜드 트랩부(106)의 온도가 상승하는 문제점을 해소하고자, 상기 콜드 트랩부(106) 주변으로 냉각수가 흐르도록 한다. 이때, 상기 냉각수는 콜드 트랩부(106)을 감싸는 원형의 파이프 라인을 통해 순환시키는데, 이러한 파이프 라인이 형성된 콜드 트랩부(106)의 구조가 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다.In addition, in the present invention, in order to solve the problem that the heat is transferred to the cold trap unit 106 during baking out of the chamber 102, the temperature of the cold trap unit 106 rises, around the cold trap unit 106 Allow the coolant to flow. At this time, the coolant is circulated through a circular pipeline surrounding the cold trap unit 106. The structure of the cold trap unit 106 in which such a pipeline is formed is illustrated in FIGS. 3A and 3B.

도 3a 및 도 3b는 각각 상기 도 2에 도시되어 있는 콜드 트랩부(106)의 단면도 및 평면도를 나타낸다.3A and 3B show a cross-sectional view and a plan view of the cold trap portion 106 shown in FIG. 2, respectively.

도면을 참조하면, 상기 콜드 트랩부(106)의 내부에 소정 굵기의 파이프 라인(124)을 형성하고, 재생성이 이루어지는 동안 상기 파이프 라인(124)을 통해 냉각수를 공급한다. 이처럼 순환되는 냉각수로 인해 상기 콜드 트랩부(106)의 온도 증가가 억제되고, 이로 인해 챔버의 베이크 아웃시 콜드 트랩부의 온도가 상승하여챔버가 오염되는 종래의 문제점을 해소할 수 있게 된다.Referring to the drawings, a pipe 124 having a predetermined thickness is formed inside the cold trap 106, and cooling water is supplied through the pipeline 124 during regeneration. The cooling water circulated in this way suppresses the temperature increase of the cold trap unit 106, and thus, the temperature of the cold trap unit increases during bake-out of the chamber, thereby solving the conventional problem of contaminating the chamber.

그리고, 본 발명에서는 상기 콜드 트랩부(106)에 연결되어 있는 T.C 진공 게이지부(120)를 이용하여 냉각 시스템의 온도를 항시 측정하고, 소프트 웨어로 재생성시 챔버의 온도를 증가/감소시킬 수 있도록 셋팅한다. 또한, 상기 T.C 진공 게이지(120)를 이용하여 상기 콜드 트랩부(106)의 진공 상태를 측정하는등 소프트 웨어를 이용하여 본 발명에 따른 냉각 시스템의 전반적인 동작을 셋팅하고 측정하고 제어한다.In the present invention, the temperature of the cooling system is always measured by using the TC vacuum gauge unit 120 connected to the cold trap unit 106, so that the temperature of the chamber can be increased / decreased upon regeneration by software. Set it. In addition, by using the T.C vacuum gauge 120 to measure the vacuum state of the cold trap unit 106, using software to set the overall operation of the cooling system according to the present invention, to measure and control.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.

상술한 바와 같이 본 발명에서는, 콜드 트랩부 내부에 질소 가스를 주입시켜 콜드 트랩부의 온도를 단시간에 상승시킴으로써, 재생성 시간을 크게 단축시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 콜드 트랩부 주변에 냉각수가 순화되는 파이프 라인을 형성하여 온도 상승을 억제함으로써 챔버의 오염을 최소화한다.As described above, in the present invention, by injecting nitrogen gas into the cold trap portion and raising the temperature of the cold trap portion in a short time, the regeneration time can be greatly shortened. In addition, by forming a pipeline in which the coolant is purified around the cold trap portion to suppress the temperature rise to minimize the contamination of the chamber.

Claims (3)

웨이퍼가 로딩되는 챔버, 상기 챔버 내부를 고진공 상태로 유지시키는 고진공 밸브부, 콜드 트랩부, 헬륨 주입부, 터보 펌프부를 구비하는 냉각 시스템에 있어서:A cooling system comprising a chamber in which a wafer is loaded, a high vacuum valve portion, a cold trap portion, a helium injection portion, and a turbo pump portion for maintaining a high vacuum state inside the chamber: 상기 콜드 트랩부의 온도를 단시간에 상승시키기 위한 질소 가스가 주입되는 질소 가스 주입부와;A nitrogen gas injecting unit into which nitrogen gas for raising the temperature of the cold trap unit in a short time is injected; 상기 콜드 트랩부의 온도 증가를 방지하기 위하여, 상기 콜드 트랩부 주변에 냉각수가 순환되는 냉각수 공급부를 구비함을 특징으로 하는 냉각 시스템.In order to prevent the temperature increase of the cold trap portion, the cooling system, characterized in that the cooling water supply unit circulating around the cold trap portion. 제 1항에 있어서, 상기 질소 가스에 의해 콜드 트랩부의 온도는 단시간에 약 300도까지 상승함을 특징으로 하는 냉각 시스템.2. The cooling system according to claim 1, wherein the temperature of the cold trap portion rises to about 300 degrees in a short time by the nitrogen gas. 제 1항에 있어서, 상기 냉각수 공급부는 상기 콜드 트랩부를 감싸는 원형의 파이프 라인임을 특징으로 하는 냉각 시스템.The cooling system of claim 1, wherein the cooling water supply unit is a circular pipeline surrounding the cold trap unit.
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