KR200206347Y1 - 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치 - Google Patents

급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 급속열처리장치에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치는 일측에 질소를 공급받기 위해 질소 공급관을 구비한 냉각챔버와, 냉각챔버의 저면에 조립되며 반도체 웨이퍼가 접촉되어 장착되면 접촉된 일면을 냉각시키는 제1냉각부와, 제1냉각부와 마주 대하도록 냉각챔버의 내측 상단에 조립되어 반도체 웨이퍼의 냉각시 반도체 웨이퍼와 소정 거리로 이격된 상태에서 냉각챔버의 일측에 구비된 질소 공급관을 통해 공급되는 질소를 냉각시킴과 아울러 냉각된 질소를 반도체 웨이퍼의 표면을 따라 흐르도록 가이드하여 반도체 웨이퍼의 타면을 비접촉으로 냉각시키는 제2냉각부로 구성하여, 반도체 웨이퍼를 급속 열처리한 후 상온으로 냉각시키는 작업시 반도체 웨이퍼의 양면을 동시에 냉각시킴으로써 어느 한 면만을 냉각시킴으로 인해 발생되는 열 충격을 제거하여 반도체 웨이퍼를 이용한 제조공정의 신뢰성을 개선시킴에 있다.

Description

급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치{Apparatus for cooling both side of semiconductor wafer in a rapid thermal processing system}
본 고안은 급속열처리장치에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼의 표면에 불순물 주입 공정이 완료되면 재결정 작업을 위해 급속열처리하기 위한 시스템에서 열처리가 완료된 반도체 웨이퍼를 상온으로 냉각시키기 위한 양면냉각장치에 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 공정챔버는 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 진행하게 된다. 반도체 웨이퍼(W)의 냉각시 반도체 웨이퍼(W)의 뒷면 즉, 반도체 제조 공정이 진행되지 않은 면을 쿼츠 플레이트(3)에 올려놓은 후 냉각하여 급속 열처리가 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 상온으로 냉각시키게 된다.
급속 열처리가 완료된 반도체 웨이퍼를 냉각시 종래와 같이 어느 한 쪽면만을 냉각하는 경우에 냉각되는 면과 냉각되지 않는 면 사이에 급격한 온도 차이가 발생한다. 반도체 웨이퍼를 냉각시 냉각되는 면과 냉각되지 않는 면 사이에 온도 차이가 발생하게 되면 이 온도 차이로 인해 반도체 웨이퍼에 열 충격(thermal shock)이 발생한다. 반도체 웨이퍼에 열 충격이 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 웨이퍼의 양면을 동시에 냉각하여 냉각 과정 중에 발생되는 열 충격을 제거할 수 있는 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치를 제공함에 있다.
본 고안의 다른 목적은 반도체 웨이퍼의 양면을 동시에 냉각시 한면은 접촉식으로 냉각하고 다른 한 면은 비접촉식으로 냉각할 수 있는 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치를 제공함에 있다.
본 고안의 또 다른 목적은 열처리가 완료된 반도체 웨이퍼를 냉각시 양면을 동시에 냉각시킴으로서 반도체 웨이퍼의 양면 온도차로 인한 열 충격을 제거하여 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 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치를 이용하여 반도체 웨이퍼를 냉각시키는 상태를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10: 냉각챔버 20: 제1냉각부
21: 제1냉각 플레이트 22: 열전도 플레이트
23: 스톱퍼 24: 제1냉각수 공급관
25: 제1냉각수 배출관 30: 제2냉각부
31: 제2열전도 플레이트 32: 제2냉각수 공급관
33: 제2냉각수 배출관 34: 승강기
본 고안의 급속열처리장치에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치는 일측에 질소를 공급받기 위해 질소 공급관을 구비한 냉각챔버; 냉각챔버의 저면에 조립되며 반도체 웨이퍼가 접촉되어 장착되면 접촉된 일면을 냉각시키는 제1냉각부; 제1냉각부와 마주 대하도록 냉각챔버의 내측 상단에 조립되어 반도체 웨이퍼의 냉각시 반도체 웨이퍼와 소정 거리로 이격된 상태에서 냉각챔버의 일측에 구비된 질소 공급관을 통해 공급되는 질소를 냉각시킴과 아울러 냉각된 질소를 반도체 웨이퍼의 표면을 따라 흐르도록 가이드하여 반도체 웨이퍼의 타면을 비접촉으로 냉각시키는 제2냉각부로 구성됨을 특징으로 한다.
제1냉각부는 냉각챔버의 저면에 설치되고 내측에 제1냉각수 공급관을 통해 공급되는 냉각수를 제1냉각수 배출관을 통해 배출시켜 순환시키기 위해 제1냉각수 순환관이 형성된 제1냉각 플레이트와, 제1냉각 플레이트의 평면에 설치되어 반도체 웨이퍼의 냉각시 반도체 웨이퍼에서 발생되는 열을 제1냉각 플레이트로 전도시키는 열전도 플레이트로 구성됨을 특징으로 한다.
열전도 플레이트는 쿼츠 플레이트가 사용되며, 열전도 플레이트의 평면 일측에는 반도체 웨이퍼의 냉각시 열전도 플레이트에 장착된 반도체 웨이퍼와 제2냉각부를 소정 거리로 이격시키기 위한 스톱퍼가 조립됨을 특징으로 한다.
제2냉각부는 냉각챔버의 상단에 설치되고 내측에 제2냉각수 공급관을 통해 공급되는 냉각수를 제2냉각수 배출관을 통해 배출시켜 순환시키기 위해 제2냉각수 순환관이 형성된 제2냉각 플레이트와, 제2냉각 플레이트를 반도체 웨이퍼의 냉각 작업시 스톱퍼까지 수직방향으로 이동시켜 질소 공급관을 통해 공급되는 질소를 가이드시키기 위한 승강기로 구성됨을 특징으로 한다.
승강기는 제2냉각 플레이트의 중심에 고정 조립되며 일면에 래크가 조립되는 수직이동부재와, 수직이동부재의 일면에 조립된 래크에 치차 결합되어 회전력을 전달받아 회전하여 수직이동부재를 수직으로 이동시키는 피니언과, 피니언으로 전달되는 회전력을 발생시켜 반도체 웨이퍼의 냉각시 제2냉각 플레이트를 스톱퍼와 접촉되도록 수직방향으로 이동시키고 반도체 웨이퍼의 냉각작업이 완료되면 냉각작업이 완료된 반도체 웨이퍼를 탈착시키도록 제2냉각 플레이트를 스톱퍼 보다 적어도 높은 위치로 수직으로 이동시키기 위한 회전력을 발생하는 회전 전동기로 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 본 고안을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 고안에 의한 급속열처리시스템에 적용된 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 일측에 질소(N2)를 공급받기 위해 질소 공급관(41)을 구비한 냉각챔버(10)와, 냉각챔버(10)의 저면에 조립되며 반도체 웨이퍼(W)가 접촉되어 장착되면 접촉된 일면을 냉각시키는 제1냉각부(20)와,제1냉각부(20)와 마주 대하도록 냉각챔버(10)의 상단에 조립되어 반도체 웨이퍼(W)의 냉각시 반도체 웨이퍼(W)와 소정 거리로 이격된 상태에서 냉각챔버(10)의 일측에 구비된 질소 공급관(41)을 통해 공급되는 질소(N2)를 냉각시킴과 아울러 냉각된 질소(N2)를 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 따라 흐르도록 가이드(guide)하여 반도체 웨이퍼(W)의 타면을 비접촉으로 냉각시키는 제2냉각부(30)로 구성된다.
본 고안의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 고안의 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치의 구성은 크게 냉각챔버(10), 제1냉각부(20) 및 제2냉각부(30)로 구성된다. 냉각챔버(10)는 일측에 질소(N2)를 공급받기 위해 질소 공급관(41)을 구비하고, 저면에 반도체 웨이퍼(W)가 접촉되어 장착되면 접촉된 일면을 냉각시키는 제1냉각부(20)가 조립 설치된다. 제1냉각부(20)의 상단에는 제1냉각부(20)와 마주 대하도록 냉각챔버(10)의 상단에 제2냉각부(30)가 조립 설치된다.
제2냉각부(30)는 제1냉각부(20)에 반도체 웨이퍼(W)가 장착되어 냉각작업을 진행하게 되면 반도체 웨이퍼(W)와 소정 거리로 이격되는 위치로 이동하게 된다. 반도체 웨이퍼(W)와 소정 거리로 이격된 위치로 이동되면 제2냉각부(30)는 냉각챔버(10)의 일측에 구비된 질소 공급관(41)을 통해 공급되는 질소(N2)를 냉각시키게 된다. 제2냉각부(30)는 냉각된 질소(N2)를 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 따라 흐르도록 가이드하게 된다. 제2냉각부(30)에 의해 냉각된 질소(N2)가 도 3에서와 같이 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 따라 흐르면서 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 냉각시키게 된다.
반도체 웨이퍼(W)의 일면을 냉각시키는 제1냉각부(20)는 제1냉각 플레이트(21)와 열전도 플레이트(22)로 구성된다. 제1냉각 플레이트(21)는 냉각챔버(10)의 저면에 설치되고 내측에 제1냉각수 공급관(24)을 통해 공급되는 냉각수를 제1냉각수 배출관(25)을 통해 배출시켜 순환시키기 위해 제1냉각수 순환관(21a)이 형성된다.
제1냉각수 순환관(21a)을 통해 냉각수가 순환됨으로써 제1냉각 플레이트(21)를 냉각시킴과 아울러 반도체 웨이퍼(W)에서 발생된 열이 열전도 플레이트(22)를 통해 전도되는 열을 빠르게 외부로 방출시키게 된다. 제1냉각 플레이트(21)로 반도체 웨이퍼(W)에서 발생된 열을 전도시키는 열전도 플레이트(22)는 제1냉각 플레이트(21)의 평면에 설치되어 반도체 웨이퍼(W)의 냉각시 반도체 웨이퍼(W)에서 발생되는 열을 제1냉각 플레이트(21)로 전도시켜 반도체 웨이퍼(W)에서 발생된 열을 냉각시키게 된다.
열전도 플레이트(22)는 쿼츠 플레이트가 사용되며, 열전도 플레이트(22)의 평면 일측에는 반도체 웨이퍼(W)의 냉각시 열전도 플레이트(22)에 장착된 반도체 웨이퍼(W)와 제2냉각부(30)를 소정 거리로 이격시키기 위한 스톱퍼(stopper)(23)가 조립된다. 스톱퍼(23)는 반도체 웨이퍼(W)를 냉각시키기 위해 도 2 및 도 3에서와 같이 제2냉각부(30)가 화살표 A 방향으로 이동하여 하강시 반도체 웨이퍼(W)와 접촉되지 않도록 하기 위해 조립 설치된다.
제1냉각부(20)를 통해 반도체 웨이퍼(W)의 일면이 냉각됨과 아울러 타면을 비접촉식으로 냉각시키는 제2냉각부(30)는 제2냉각 플레이트(31)와 승강기(34)로 구성된다. 제2냉각 플레이트(31)는 냉각챔버(10)의 상단에 설치되고 내측에 제2냉각수 공급관(32)을 통해 공급되는 냉각수를 제2냉각수 배출관(33)을 통해 배출시켜 순환시키기 위해 제2냉각수 순환관(31a)이 형성된다. 제2냉각수 순환관(31a)을 통해 흐르는 냉각수는 제2냉각 플레이트(31)에 가이드되어 반도체 웨이퍼(W) 표면을 따라 흐르는 질소(N2)를 냉각시키고 냉각된 질소(N2)를 이용하여 반도체 웨어퍼(W)의 타면을 비접촉식으로 냉각시키게 된다.
제2냉각 플레이트(31)가 질소(N2)를 냉각시키고 냉각된 질소(N2)를 반도체 웨이퍼(W) 표면을 따라 흐르도록 가이드하기 위해 제2냉각 플레이트(31)를 스톱퍼(23)까지 아래로 하강시키기 위해 승강기(34)가 사용된다. 승강기(34)는 수직이동부재(34a), 피니언(pinion)(34c) 및 회전 전동기(34d)로 구성된다. 수직이동부재(34a)는 제2냉각 플레이트(31)의 중심에 고정 조립되며 일면에 래크(rack)(34b)가 조립되며, 피니언(34c)은 수직이동부재(34a)의 일면에 조립된 래크(34b)에 치차 결합되어 회전력을 전달받아 회전하여 수직이동부재(34a)를 수직으로 이동시키게 된다.
피니언(34c)으로 전달되는 회전력은 회전 전동기(34d)에서 발생한다. 회전 전동기(34d)는 피니언(34c)으로 전달되는 회전력을 발생시켜 반도체 웨이퍼(W)의 냉각시 제2냉각 플레이트(31)를 스톱퍼(23)와 접촉되도록 수직방향으로 이동시키게 된다. 반도체 웨이퍼(W)의 냉각작업이 완료되면 냉각작업이 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 탈착시키도록 제2냉각 플레이트(31)를 스톱퍼(23)보다 적어도 높은 위치로 수직으로 이동시키게 된다.
이상과 같이 반도체 웨이퍼를 급속 열처리한 후 상온으로 냉각시키는 작업시 반도체 웨이퍼의 양면을 동시에 냉각시킴으로써 어느 한 면만을 냉각시킴으로 인해 발생되는 열 충격을 제거할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 반도체 웨이퍼를 급속 열처리한 후 상온으로 냉각시키는 작업시 반도체 웨이퍼의 양면을 동시에 냉각시킴으로써 어느 한 면만을 냉각시킴으로 인해 발생되는 열 충격을 제거하여 반도체 웨이퍼를 이용한 제조공정의 신뢰성을 개선시키는 효과를 제공한다.

Claims (6)

  1. 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼를 냉각하는 장치에 있어서,
    일측에 질소를 공급받기 위해 질소 공급관을 구비한 냉각챔버;
    상기 냉각챔버의 저면에 조립되며 반도체 웨이퍼가 접촉되어 장착되면 접촉된 일면을 냉각시키는 제1냉각부;
    상기 제1냉각부와 마주 대하도록 상기 냉각챔버의 내측 상단에 조립되어 반도체 웨이퍼의 냉각시 반도체 웨이퍼와 소정 거리로 이격된 상태에서 냉각챔버의 일측에 구비된 질소 공급관을 통해 공급되는 질소를 냉각시킴과 아울러 냉각된 질소를 반도체 웨이퍼의 표면을 따라 흐르도록 가이드하여 반도체 웨이퍼의 타면을 비접촉으로 냉각시키는 제2냉각부로 구성됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1냉각부는 상기 냉각챔버의 저면에 설치되고 내측에 제1냉각수 공급관을 통해 공급되는 냉각수를 제1냉각수 배출관을 통해 배출시켜 순환시키기 위해 제1냉각수 순환관이 형성된 제1냉각 플레이트; 및
    상기 제1냉각 플레이트의 평면에 설치되어 반도체 웨이퍼의 냉각시 반도체 웨이퍼에서 발생되는 열을 상기 제1냉각 플레이트로 전도시키는 열전도 플레이트로 구성됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 열전도 플레이트는 쿼츠 플레이트가 사용됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열전도 플레이트의 평면 일측에는 반도체 웨이퍼의 냉각시 열전도 플레이트에 장착된 반도체 웨이퍼와 상기 제2냉각부를 소정 거리로 이격시키기 위한 스톱퍼가 조립됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제2냉각부는 상기 냉각챔버의 상단에 설치되고 내측에 제2냉각수 공급관을 통해 공급되는 냉각수를 제2냉각수 배출관을 통해 배출시켜 순환시키기 위해 제2냉각수 순환관이 형성된 제2냉각 플레이트; 및
    상기 제2냉각 플레이트를 반도체 웨이퍼의 냉각 작업시 상기 스톱퍼까지 수직방향으로 이동시켜 상기 질소 공급관을 통해 공급되는 질소를 가이드시키기 위한 승강기로 구성됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 승강기는 상기 제2냉각 플레이트의 중심에 고정 조립되며 일면에 래크가 조립되는 수직이동부재;
    상기 수직이동부재의 일면에 조립된 상기 래크에 치차 결합되어 회전력을 전달받아 회전하여 상기 수직이동부재를 수직으로 이동시키는 피니언; 및
    상기 피니언으로 전달되는 회전력을 발생시켜 반도체 웨이퍼의 냉각시 상기 제2냉각 플레이트를 상기 스톱퍼와 접촉되도록 수직방향으로 이동시키고 반도체 웨이퍼의 냉각작업이 완료되면 냉각작업이 완료된 반도체 웨이퍼를 탈착시키도록 상기 제2냉각 플레이트를 상기 스톱퍼 보다 적어도 높은 위치로 수직으로 이동시키기 위한 회전력을 발생하는 회전 전동기로 구성됨을 특징으로 하는 급속열처리시스템에서 반도체 웨이퍼의 양면냉각장치.
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