KR200206346Y1 - 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 급속열처리장치에서 반도체 웨이퍼의 냉각장치에 관한 것으로, 일측에 질소를 공급받기 위해 질소 공급관을 구비한 냉각챔버와, 냉각챔버의 저면에 설치되고 내측에 냉각가스 공급관을 통해 공급되는 냉각가스를 냉각가스 배출관을 통해 배출하여 순환시키기 위해 냉각가스 순환관이 형성된 냉각 플레이트와, 냉각가스 공급관으로 냉각가스를 공급하고 냉각가스 배출관을 통해 순환되어 배출되는 냉각가스를 저장하는 가스저장부와, 가스저장부에 저장된 냉각가스를 냉각가스 공급관으로 공급시 소정 온도로 냉각시켜 공급하는 가스 냉각기로 구성하여, 반도체 웨이퍼의 냉각작업시 급격한 온도 변화에 의한 서말 데미지를 제거하여 반도체 소자의 제조공정의 신뢰성을 개선시키는 효과를 제공한다.

Description

급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼 냉각장치{Apparatus for cooling semiconductor wafer in a rapid thermal processing system}

본 고안은 급속열처리장치에서 반도체 웨이퍼의 냉각장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼의 표면에 불순물 주입 공정이 완료되면 재결정 작업을 위해 급속열처리 하기 위한 시스템에서 열처리가 완료된 반도체 웨이퍼를 상온으로 냉각시키기 위한 냉각장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 표면에 불순물 확산 공정이 실시되는 경우 재결정 작업을 위해 열처리 공정을 실시하게 된다. 반도체 웨이퍼의 열처리 공정을 급속히 처리하기 위해 급속열처리시스템이 사용된다. 급속열처리시스템은 다수의 챔버(chamber), 카세트 장착부 및 이송장치로 구성된다. 다수의 챔버는 공정챔버와 냉각챔버로 구성되며 냉각챔버는 반도체 웨이퍼를 급속 열처리하기 위해 사용되며, 냉각챔버는 공정챔버에서 열처리가 완료된 반도체 웨이퍼를 상온으로 냉각시키기 위해 사용된다.

반도체 웨이퍼를 급속으로 열처리하는 공정챔버로 반도체 웨이퍼를 이송시키기 위해 이송장치가 사용되며, 이송장치는 카세트 장착부에 반도체 웨이퍼가 장착된 카세트가 로딩되면 카세트 장착부에 로딩된 카세트에서 반도체 웨이퍼를 집어 공정챔버로 순차적으로 이송시킨다. 공정챔버로 반도체 웨이퍼가 이송되어 열처리가 완료되면 이송장치는 다시 열처리가 완료된 반도체 웨이퍼를 냉각챔버로 이송하게 된다. 냉각챔버로 이송된 반도체 웨이퍼는 상온으로 냉각된 후 다시 이송장치에 의해 카세트에 장착되어 카세트 장착부로 언로딩하게 된다.

열처리가 완료된 반도체 웨이퍼를 냉각시키는 냉각챔버를 첨부된 도면을 이용하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 급속열처리시스템에 적용된 반도체 웨이퍼 냉각장치의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 급속열처리시스템에 적용된 반도체 웨이퍼 냉각장치는 크게 냉각챔버(1), 냉각수 순환관(2a)이 형성된 냉각 플레이트(2) 및 쿼츠 플레이트(quartz plate)(3)로 구성된다. 냉각 플레이트(2)는 냉각챔버(1)의 저면에 설치되며, 냉각 플레이트(2)의 평면에 쿼츠 플레이트(3)가 설치된다.

냉각 플레이트(2)의 내부에 형성된 냉각수 순환관(2a)으로 냉각수를 공급하여 순환시키기 위해 냉각수 순환관(2a)의 일단과 타단에 각각 냉각수 공급관(5)과 냉각수 배출관(6)이 조립된다. 반도체 웨이퍼(W)를 냉각시 냉각챔버(1)의 내부에 있는 산소(O₂)가 반도체 웨이퍼(W)의 표면과 반응하여 자연산화막이 형성되는 것을 방지하기 위해 냉각챔버(1)의 일측에 질소(N₂) 공급관(7)이 조립된다.

반도체 웨이퍼(W)를 냉각시키기 위해 냉각수 공급관(5)으로 냉각수를 냉각 플레이트(2)로 공급하고 질소 공급관(7)으로 질소를 냉각챔버(1) 내부로 공급한다. 냉각수 공급관(5)으로 공급된 냉각수가 냉각 플레이트(2)에 형성된 냉각수 순환관(2a)을 흘러 냉각수 배출관(6)으로 배출되고 냉각챔버(1)의 내부가 질소(N₂)로 채워지면 반도체 웨이퍼(W)를 냉각시키는 작업을 진행하여 반도체 웨이퍼(W)를 상온으로 냉각시키게 된다.

급속 열처리가 완료된 반도체 웨이퍼를 냉각시 종래와 같이 냉각수를 이용하여 반도체 웨이퍼를 냉각시키면 냉각수의 온도에 의해 반도체 웨이퍼의 온도가 급격하게 떨어지게 된다. 냉각수에 의해 반도체 웨이퍼의 온도가 급격하게 떨어지면 서말 데미지(thermal damage)가 발생할 수 있다. 반도체 웨이퍼에 서말 데미지가 발생하게 되면 반도체 웨이퍼의 결정 결함이 발생되며 이 결함으로 인해 반도체 소자를 제조하는 과정에서 치명적인 악영향을 미치는 문제점이 있다.

본 고안의 목적은 급속열처리장치에서 열처리가 완료된 반도체 웨이퍼를 냉각시 반도체 웨이퍼를 냉각가스를 이용하여 냉각시켜 급격한 온도 변화에 의한 반도체 웨이퍼의 서말 데미지를 제거할 수 있는 반도체 웨이퍼의 냉각장치를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 반도체 웨이퍼의 냉각시 냉각가스를 사용하여 냉각시켜 급격한 온도 변화에 의한 반도체 웨이퍼 서말 데미지를 제거함으로써 반도체 웨이퍼를 이용한 제조공정의 신뢰성을 개선시킴에 있다.

도 1은 종래의 급속열처리시스템에 적용된 반도체 웨이퍼 냉각장치의 단 면도,

도 2는 본 고안에 의한 급속열처리시스템에 적용된 반도체 웨이퍼의 양면 냉각장치의 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 냉각 플레이트의 평면 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10: 냉각챔버 11: 질소 공급관

20: 냉각부 21: 냉각 플레이트

22: 쿼츠 플레이트 31: 냉각가스 저장부

32: 가스 냉각기 33: 냉각가스 공급관

34: 냉각가스 배출관

본 고안의 급속열처리장치에서 반도체 웨이퍼의 냉각장치는 일측에 질소를 공급받기 위해 질소 공급관을 구비한 냉각챔버; 냉각챔버의 저면에 설치되고 내측에 냉각가스 공급관을 통해 공급되는 냉각가스를 냉각가스 배출관을 통해 배출하여 순환시키기 위해 냉각가스 순환관이 형성된 냉각 플레이트;

냉각가스 공급관으로 냉각가스를 공급하고 냉각가스 배출관을 통해 순환되어 배출되는 냉각가스를 저장하는 가스저장부; 및 가스저장부에 저장된 냉각가스를 냉각가스 공급관으로 공급시 소정 온도로 냉각시켜 공급하는 가스 냉각기로 구성됨을 특징으로 한다.

냉각 플레이트에 형성된 냉각가스 순환관은 'U'자 형상이 연속적으로 이어지도록 형성됨을 특징으로 하고, 냉각가스는 비활성가스가 사용되며 비활성가스로는 질소가 사용되며, 냉각가스 저장부는 봄베가 사용됨을 특징으로 한다.

이하, 본 고안을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 의한 급속열처리시스템에 적용된 반도체 웨이퍼의 양면 냉각장치의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 일측에 질소를 공급받기 위해 질소 공급관(11)을 구비한 냉각챔버(10)와, 냉각챔버(10)의 저면에 설치되고 내측에 냉각가스 공급관(33)을 통해 공급되는 냉각가스를 냉각가스 배출관(34)을 통해 배출하여 순환시키기 위해 냉각가스 순환관(21a)이 형성된 냉각 플레이트(21)와,냉각가스 공급관(33)으로 냉각가스를 공급하고 냉각가스 배출관(34)을 통해 순환되어 배출되는 냉각가스를 저장하는 가스저장부(31)와, 가스저장부(31)에 저장된 냉각가스를 냉각가스 공급관(33)으로 공급시 소정 온도로 냉각시켜 공급하는 가스 냉각기(32)로 구성된다.

본 고안의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에서와 같이 급속 열처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 냉각챔버(10)의 냉각부(20)에 장착한다. 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 작업시 반도체 웨이퍼(W)가 장착되는 냉각부(20)는 냉각 플레이트(21)와 열전도 플레이트(22)로 구성된다. 냉각 플레이트(21)의 내측에는 냉각가스 순환관(21a)이 형성되며, 냉각가스 순환관(21a)의 양단(33a,34a)에는 각각 냉각가스 공급관(33)과 냉각가스 배출관(34)이 조립 연결된다. 양단(33a,34a)에 각각 냉각가스 공급관(33)과 냉각가스 배출관(34)이 조립 연결되는 냉각가스 순환관(21a)은 도 3에서와 같이 'U'자 형상이 연속적으로 이어지도록 형성된다.

'U'자 형상이 연속적으로 이어지도록 형성된 냉각가스 순환관(21a)으로 공급되는 냉각가스는 비활성가스가 사용되며 비활성가스 중에 질소(N₂)가 사용된다. 질소(N₂)는 또한 냉각챔버(10)의 내부에서 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 작업시 분위기 가스로도 사용된다. 반도체 웨이퍼(W)의 냉각 작업시 분위기 가스로 사용되는 질소(N₂)는 냉각챔버(10)의 일측에 조립 연결되는 질소 공급관(11)을 통해 공급된다.

질소(N₂)를 냉각가스로 사용함으로써 냉각챔버(10)의 내부로 공급되는 질소(N₂)와 동일한 소스를 이용할 수 있게 된다. 냉각챔버(10)의 내부로 공급되는 질소(N₂)와 같은 질소(N₂)를 냉각가스로 사용하게 되면 별도의 냉각가스를 공급하기 위해 냉각가스를 저장하는 냉각가스 저장부(31)가 별도로 필요하지 않게 된다. 본 고안에서는 구성을 명확하게 하기 위해 냉각가스 저장부(31)가 구비된 상태를 예를 들어 설명하고 있다.

본 고안에서의 냉각가스 저장부(31)는 봄베(bombe)가 사용되며, 봄베가 사용되는 냉각가스 저장부(31)에 저장된 냉각가스는 가스 냉각기(32)를 통해 냉각가스 공급관(33)으로 공급된다. 냉각가스 공급관(33)으로 공급된 냉각가스는 냉각 플레이트(21)에 형성된 냉각가스 순환관(21a)을 따라 흐르게 된다. 냉각가스 순환관(21a)을 따라 흐르면서 냉각가스는 냉각 플레이트(21)을 냉각시키게 되고, 냉각 플레이트(21)를 냉각시킴으로써 반도체 웨이퍼(W)를 냉각시키게 된다.

반도체 웨이퍼(W)는 열을 쿼츠 플레이트(22)로 전달하고, 쿼츠 플레이트(22)는 전달된 열을 냉각 플레이트(21)로 전달시키게 된다. 이 과정에서 반도체 웨이퍼(W)가 냉각되면, 반도체 웨이퍼(W)를 냉각시키는 과정에서 온도가 상승한 냉각가스는 냉각가스 배출관(34)를 통해 냉각가스 저장부(31)로 순환되어 배출된다. 온도가 상승된 냉각가스를 냉각가스 저장부(31)에서 직접적으로 냉각 플레이트(21)의 냉각가스 순환관(21a)으로 공급하게 되면 반도체 웨이퍼(W)의 냉각효율이 떨어지게 된다.

온도가 상승된 냉각가스는 가스 냉각기(32)를 통해 소정 온도로 냉각된 후 냉각가스 공급관(33)으로 공급된다. 냉각가스 공급관(33)으로 공급된 냉각가스는 냉각가스 순환관(21a)을 통해 흐르면서 다시 온도가 상승하게 되고, 온도가 상승된 냉각가스는 냉각가스 배출관(34)을 통해 배출되어 냉각가스 저장부(31)에 저장된다. 이와 같이 도 2에 도시된 화살표 A방향으로 냉각가스를 연속적으로 순환시켜 쿼츠 플레이트(22)에 장착된 반도체 웨이퍼(W)를 냉각시킴으로서 급격한 온도 변화에 따른 반도체 웨이퍼(W)의 서말 데미지를 제거할 수 있게된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 반도체 웨이퍼를 급속 열처리한 후 상온으로 냉각시키는 작업시 반도체 웨이퍼를 냉각시키는 냉각 플레이트에 냉각가스를 사용하여 냉각작업을 진행함으로써 급격한 온도 변화에 의한 반도체 웨이퍼의 서말 데미지를 제거하여 반도체 소자의 제조공정의 신뢰성을 개선시키는 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼를 냉각하는 장치에 있어서,

   일측에 질소를 공급받기 위해 질소 공급관을 구비한 냉각챔버;

   상기 냉각챔버의 저면에 설치되고 내측에 냉각가스 공급관을 통해 공급되는 냉각가스를 냉각가스 배출관을 통해 배출하여 순환시키기 위해 냉각가스 순환관이 형성된 냉각 플레이트;

   상기 냉각가스 공급관으로 냉각가스를 공급하고 상기 냉각가스 배출관을 통해 순환되어 배출되는 냉각가스를 저장하는 가스저장부; 및

   상기 가스저장부에 저장된 냉각가스를 상기 냉각가스 공급관으로 공급시 소정 온도로 냉각시켜 공급하는 가스 냉각기로 구성됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 플레이트에 형성된 냉각가스 순환관은 'U'자 형상이 연속적으로 이어지도록 형성됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼 냉각장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각가스는 비활성가스가 사용됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼 냉각장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 비활성가스는 질소가 사용됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼 냉각장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각가스 저장부는 봄베가 사용됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼 냉각장치.