KR20050000853A - 반도체 냉각 유로 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열된 웨이퍼나 기타 반도체 소자를 냉각시키는 써모 모듈(Thermo module)의 열을 흡열하기 위한 반도체 냉각 유로 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 웨이퍼 가열장치의 냉각시스템은, 웨이퍼 등의 반도체 소자를 냉각시키는 써모 모듈(Thermo module) 또는 근접한 부분의 열을 흡열하기 위하여 일측에 냉각수 입구와 냉각수 출구가 형성되고, 내부에 상기 써모 모듈과 열접촉되어 상기 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되는 냉각블록을 구비하여 이루어지는 반도체 냉각 유로 장치를 구성함에 있어서, 상기 냉각블록에 형성된 유로는, 상기 냉각수 출구와 냉각수 입구의 시작점이 서로 근접되게 형성되고, 상기 냉각블록의 외곽에서 상기 냉각수 출구와 냉각수 입구가 근소한 거리를 두고 동시에 출발하여 한 쌍을 이루어 둥글게 말려 들어가다가 중심에서 둥글게 합쳐지는 이중 소용돌이 형상인 것을 특징으로 하기 때문에 다수개의 써모 모듈 또는 근접된 웨이퍼 등을 동시에 신속하게 동일한 온도로 온도편차없이 정밀 냉각시킬 수 있게 하고, 신속한 냉각을 가능하게 하여 웨이퍼 대기 시간을 줄이고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 써모 모듈의 정밀한 온도제어를 가능하게 하여 장비의 성능과 냉각 효율을 크게 향상시키고, 각 써모 모듈간의 온도 편차를 줄여서 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Description

반도체 냉각 유로 장치{Cooling waterway apparatus of semiconductor}

본 발명은 반도체 냉각 유로 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가열된 웨이퍼나 기타 반도체 소자를 냉각시키는 써모 모듈(Thermo module)의 열을 흡열하기 위한 반도체 냉각 유로 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 공정에서 가열된 웨이퍼나 기타 반도체 소자를 냉각시키기 위하여 다양한 웨이퍼 냉각장치 즉, 써모 모듈(Thermo module)을 사용한다.

이러한 종래의 써모 모듈은, 흡열된 열에너지를 외부로 방출하기 위하여 수냉식 냉각유로가 설치된다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수개의 써모 모듈(1)의 온도를 제어하기 위하여 써모 모듈(1)을 냉각시킬 수 있도록 반도체 냉각 유로 장치가 설치되는 데, 종래의 반도체 냉각 유로 장치는, 상기 써모 모듈(1)의 열을 냉각수로 냉각시킬 수 있게 하기 위하여 상기 써모 모듈(1)의 하면에, 냉각수 입구(2)와 냉각수 출구(3)가 형성되고, 내부에 상기 써모 모듈(1)과 열접촉되어 상기 냉각수가 흐를 수 있는 유로(4)가 형성되는 냉각블록(5)을 구비하여 이루어지는 구성이였다.

특히, 도 1의 종래 냉각블록(5)의 유로(4)는, 각각의 상기 써모 모듈(1)에서 흡열이 이루어지도록 냉각수 입구(2)부터 시작해서 외줄로 둥글게 말아 들어가다가 다시 외줄로 냉각수 출구(3)까지 연결되는 단일 소용돌이 형상이고, 각각의 상기 써모 모듈(1)은 상기 냉각수 입구(2)에서부터 냉각수 출구(3)까지 상기 유로(4)를 따라 유로(4)에 하나씩 열접촉되는 구성이였다.

그러나, 이러한 단일 소용돌이 형상의 유로(4)와 1:1로 접촉되는 상시 써모 모듈(1)은, 냉각수 입구(2)에서 유입되는 냉각수는 차가우나 냉각수 출구(3)에서 배출되는 냉각수는 상기 써모 모듈(1)과 열교환이 이루어져서 상대적으로 뜨거워지기 때문에 상기 냉각수 입구(2)에 가깝게 배치된 써모 모듈(1a)은 열흡수가 많이 이루어지고, 상기 냉각수 출구(3)에 가깝게 배치된 써모 모듈(1b)은 열흡수가 적게 이루어져서 각 써모 모듈(1)간의 흡열량이 배치 위치에 따라 크게 달라지게 된다.

즉, 냉각수 입구(2)에 가깝게 배치된 써모 모듈(1a)은 냉각이 지나치게 이루어지고, 냉각수 출구(3)에 가깝게 배치된 써모 모듈(1b)은 냉각이 너무 안돼서 각써모 모듈(1)을 균일하게 제어하는 것이 불가능하게 된다.

따라서, 써모 모듈(1)의 정밀한 온도 제어의 실패로 인해 장비 성능과 냉각 효율이 크게 떨어지고, 불일치로 인한 반도체 소자의 수율이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다수개의 써모 모듈을 동시에 신속하게 동일한 온도로 정밀 냉각시킬 수 있게 하고, 신속한 냉각을 가능하게 하여 웨이퍼 대기 시간을 줄이고, 생산성을 향상시킬 수 있게 하는 반도체 냉각 유로 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 써모 모듈의 정밀한 온도제어를 가능하게 하여 장비의 성능과 냉각 효율을 크게 향상시키고, 각 써모 모듈간의 온도 편차를 줄여서 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있게 하는 반도체 냉각 유로 장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 반도체 냉각 유로 장치를 나타내는 평면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 냉각 유로 장치를 나타내는 평면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 반도체 냉각 유로 장치를 나타내는 평면도이다.

도 4는 도 2의 사용 상태도이다.

도 5는 도 3의 사용 상태도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 냉각 유로 장치는, 웨이퍼 등의 반도체 소자를 냉각시키는 써모 모듈(Thermo module) 또는 근접한 부분의 열을 흡열하기 위하여 일측에 냉각수 입구와 냉각수 출구가 형성되고, 내부에 상기 써모 모듈과 열접촉되어 상기 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되는 냉각블록을 구비하여 이루어지는 반도체 냉각 유로 장치를 구성함에 있어서, 상기 냉각블록에 형성된 유로는, 상기 냉각수 출구와 냉각수 입구의 시작점이 서로 근접되게 형성되고,상기 냉각블록의 외곽에서 상기 냉각수 출구와 냉각수 입구가 근소한 거리를 두고 동시에 출발하여 한 쌍을 이루어 둥글게 말려 들어가다가 중심에서 둥글게 합쳐지는 이중 소용돌이 형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 각각의 상기 써모 모듈에서 동일한 양의 흡열이 이루어지도록, 각각의 상기 써모 모듈은, 상기 냉각수 입구측에 가까운 유로와 접촉되는 동시에 상기 냉각수 출구측에 가까운 유로와도 함께 접촉되고, 각각의 상기 써모 모듈은, 한 쌍을 이루는 출구측 유로와 입구측 유로의 상방에 1:2로 열접촉되어 이중 유로들을 따라 둥글게 배치되고, 상기 냉각블록의 가운데 중심부(출구측 유로와 입구측 유로가 합쳐지는 부분)에 배치되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 여러 실시예들에 따른 반도체 냉각 유로 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 냉각 유로 장치는, 웨이퍼 등의 반도체 소자를 가열하기 위해 발생시킨 다수개의 써모 모듈(1)의 열을 냉각수로 냉각시킬 수 있도록 일측에 냉각수 입구(12)와 냉각수 출구(13)가 형성되고, 내부에 상기 써모 모듈(1)과 열접촉되어 상기 냉각수가 흐를 수 있는 유로(14)가 형성되는 냉각블록(15)을 구비하여 이루어지고, 각각의 상기 써모 모듈(1)에서 동일한 양의 흡열이 이루어지도록, 각각의 상기 써모 모듈(1)은 상기 냉각수 입구(12)측에 가까운 유로(14a)와 접촉되는 동시에 상기 냉각수 출구(13)측에 가까운 유로(14b)와도 함께 접촉되는 것이다.

즉, 각각의 상기 써모 모듈(1)은, 한 쌍을 이루는 입구측 유로(14a)와 출구측 유로(14b)의 상방에 1:2로 열접촉되어 이중 유로(14)들을 따라 둥글게 배치되도록 상기 유로의 형상은, 상기 냉각수 출구(13)와 냉각수 입구(12)의 시작점이 서로 근접되게 형성되고, 상기 냉각블록(15)의 외곽에서 상기 냉각수 출구(13)와 냉각수 입구(12)가 근소한 거리를 두고 출발하여 한 쌍을 이루어 둥글게 말려 들어가다가 중심에서 둥글게 합쳐지는 이중 소용돌이 형상인 것이다.

또한, 상기 써모 모듈(1) 중 하나는 상기 냉각블록(15)의 가운데 중심부(출구측 유로와 입구측 유로가 합쳐지는 부분)에 배치된다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 이와 같은 유로(14)에 배치되는 각각의 상기 써모 모듈(1)은, 항상 상기 냉각수 출구(13)와 가까운 지점의 유로(14b)와 접촉되는 동시에 그만큼 상기 냉각수 입구(12)와 가까운 지점의 유로(14a)와도 접촉되기 때문에 상기 냉각수 출구(13)와 가까운 지점의 유로(14b)와 접촉되어 잘 이루어지지 않는 열전달의 양만큼 상기 냉각수 입구(12)와 가까운 지점의 유로(14a)와 접촉되어 열전달이 활발히 이루어져서 2개의 유로(14a)(14b)와 접촉되어 흡열되는 흡열량의 총량은 항상 일정한 것이다.

그러므로, 본 발명의 반도체 냉각 유로 장치는 유로 상의 위치와는 상관없이 모든 써모 모듈(1)의 흡열량이 일정하기 때문에 냉각수의 온도나 냉각수의 유량을 제어하여 모든 써모 모듈(1)의 냉각되는 정도를 온도의 편차가 없이 동시 제어할 수 있고, 아울러 종래의 국부 과냉각으로 소모되는 에너지를 절감할 수 있기 때문에 이러한 동시 제어는 정밀한 제어를 가능하게 하여 장비의 성능과 냉각 효율을 극대화할 수 있는 것이다.

한편, 도 2 및 도 4에 도시된 본 발명의 상기 냉각블록(15)은, 앤드밀로 내부에 한 쌍의 유로를 이루는 출구측 유로홈(14c)과 입구측 유로홈(14d)을 가공하고, 한 쌍의 출구측 유로홈(14c)과 입구측 유로홈(14d)을 둘러싸도록 유로를 따라 오링(16)으로 실링하여 조립되는 상하판으로 제작된다.

이때의 유로(14)는 별도의 튜브나 파이프로 제작되는 것이 아니라 홈가공에 의한 방법으로 제작되기 때문에 오링(16)이 필요하고, 상기 써모 모듈(1)은 상기 유로 상방의 냉각블록(15)과 직접 접촉되어 열전달이 이루어지는 구성이다.

이외에도 상기 냉각블록(15)의 유로 제작방법은 매우 다양할 수 있으나, 바람직하기로는, 냉각수가 흐를 수 있는 튜브(17)를 밴딩하여 유로를 형성하고, 전체를 주물로 제작하며, 상기 튜브(17)를 용접하여 제작될 수도 있다.

이때, 유로(14)는 튜브(17) 내부에 형성되기 때문에 상기 써모 모듈(1)은 상기 냉각블록(15)과 직접 접촉될 수도 있으나 상기 튜브(17) 자체에 직접 접촉될 수도 있는 구성이다.

즉, 이러한 상기 냉각블록(15)의 제작방법과는 상관없이 본 발명의 상기 써모 모듈(1)은 상기 냉각수 출구(13)에서 가까운 지점의 유로(14b)와 냉각수 입구(12)에서 가까운 지점의 유로(14a) 상방에 동시 접촉되도록 설치되는 것이다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.

예컨대, 본 발명의 실시예에서는 냉각블록(15)이 원판형인 것으로 한정되고, 유로(14)가 둥글게 말아 들어가는 이중 소용돌이방식으로 한정되었으나 이외에도다양한 형상(사각판 등의 다각판 형상)의 냉각블록에 다양한 곡선 또는 직선의 폐쇄 유로를 형성하는 것이 모두 가능하다.

특히, 본 발명의 반도체 냉각 유로 장치는, 반드시 써모 모듈이 설치되는 것이 아니라 써모 모듈이 없다고 하더라도 직접 웨이퍼나 기타 반도체 소자 또는 중간 매개물에 접촉될 수 있는 것으로서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 반도체 냉각 유로 장치에 의하면, 다수개의 써모 모듈 또는 근접된 웨이퍼 등을 동시에 신속하게 동일한 온도로 온도편차없이 정밀 냉각시킬 수 있게 하고, 신속한 냉각을 가능하게 하여 웨이퍼 대기 시간을 줄이고, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 써모 모듈의 정밀한 온도제어를 가능하게 하여 장비의 성능과 냉각 효율을 크게 향상시키고, 각 써모 모듈간의 온도 편차를 줄여서 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (5)

1. 웨이퍼 등의 반도체 소자를 냉각시키는 써모 모듈(Thermo module) 또는 근접한 부분의 열을 흡열하기 위하여 일측에 냉각수 입구와 냉각수 출구가 형성되고, 내부에 상기 써모 모듈과 열접촉되어 상기 냉각수가 흐를 수 있는 유로가 형성되는 냉각블록을 구비하여 이루어지는 반도체 냉각 유로 장치를 구성함에 있어서,

   상기 냉각블록에 형성된 유로는, 상기 냉각수 출구와 냉각수 입구의 시작점이 서로 근접되게 형성되고, 상기 냉각블록의 외곽에서 상기 냉각수 출구와 냉각수 입구가 근소한 거리를 두고 동시에 출발하여 한 쌍을 이루어 둥글게 말려 들어가다가 중심에서 둥글게 합쳐지는 이중 소용돌이 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 냉각 유로 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   각각의 상기 써모 모듈에서 동일한 양의 흡열이 이루어지도록, 각각의 상기 써모 모듈은, 상기 냉각수 입구측에 가까운 유로와 접촉되는 동시에 상기 냉각수 출구측에 가까운 유로와도 함께 접촉되는 것을 특징으로 하는 반도체 냉각 유로 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   각각의 상기 써모 모듈은, 한 쌍을 이루는 출구측 유로와 입구측 유로의 상방에 1:2로 열접촉되어 이중 유로들을 따라 둥글게 배치되고, 상기 냉각블록의 가운데 중심부(출구측 유로와 입구측 유로가 합쳐지는 부분)에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 냉각 유로 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각블록은, 앤드밀로 내부에 한 쌍의 유로를 이루는 출구측 유로홈과입구측 유로홈을 가공하고, 한 쌍의 출구측 유로홈과 입구측 유로홈을 둘러싸도록 유로를 따라 오링으로 실링하여 조립되는 상하판으로 제작되는 것을 특징으로 하는 반도체 냉각 유로 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각블록은, 냉각수가 흐를 수 있는 튜브를 밴딩하여 유로를 형성하고, 주물로 제작되는 것을 특징으로 하는 반도체 냉각 유로 장치.