KR20060118744A - 웨이퍼 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 제조 공정이 수행된 고온의 웨이퍼를 냉각하기 위한 웨이퍼 냉각 장치는 웨이퍼를 지지하기 위한 플레이트를 구비한다. 상기 플레이트 내부에 구비되는 냉각 라인은 상기 웨이퍼를 냉각한다. 상기 플레이트의 상부면에 구비되는 다수의 돌출부는 상기 웨이퍼를 상기 플레이트와 이격된 상태로 유지시킨다. 플레이트의 상부면 가장자리를 따라 차단 부재가 구비되어 웨이퍼가 돌출부로부터 미끄러지는 것을 차단한다. 따라서 상기 고온의 웨이퍼가 저온의 플레이트와 접촉하여 발생하는 열손상을 방지할 수 있다.

Description

웨이퍼 냉각 장치{Apparatus for cooling a wafer}
도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 냉각 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 플레이트의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 챔버 120 : 가스 공급부
130 : 플레이트 140 : 순환부
150 : 리프팅부 160 : 돌출부
170 : 차단부 W : 웨이퍼
본 발명은 웨이퍼를 냉각시키기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉매를 순환시키기 위한 냉각 라인이 형성된 플레이트를 이용하여 웨이퍼를 냉각시키기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하는 과정에서 웨이퍼는 물질층을 증착하는 증착공정, 증착된 물질층을 에칭하는 에칭공정, 불순물을 주입하는 이온주입공정, 이물질을 제거하는 세정공정 및 건조하는 건조공정 등 여러 단계의 공정을 거치게 된다. 이러한 공정에서 상기 웨이퍼가 각 해당 공정을 실시하기에 가장 적합한 상태가 된 후 각 해당 공정이 이루어지게 된다. 예를 들면 에칭이나 물질층 증착 공정은 물리적이나 화학적인 방법으로 이루어지는데 이때 웨이퍼와 에칭 소스(source) 또는 웨이퍼와 증착용 물질 소스 사이의 반응을 활성화시키기 위하여 웨이퍼가 적정 온도로 가열되어진 후 공정이 이루어진다. 상기와 같이 적정 온도로 가열되어진 상태에서 공정이 이루어진 웨이퍼는 상기 공정이 완료된 후에는 상기 공정이 이루어지기 전 상태로 냉각되어진 후 취급된다.
도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 냉각 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
상기 웨이퍼 냉각 장치는 냉매 순환 유로(20)가 형성된 플레이트(10)를 이용하여 웨이퍼(W)를 냉각한다. 소정의 반도체 제조 공정을 거치면서 상기 웨이퍼(W)는 고온 상태로 상기 플레이트(10)에 놓여진다. 상기 고온의 웨이퍼(W)는 상기 냉매 순환 유로(20)를 흐르는 냉매에 의해 낮은 온도 상태인 플레이트(10)에 의해 온도가 급격하게 떨어지게 된다. 상기와 같이 웨이퍼(W)의 온도가 급격하게 떨어지면 서멀 데미지(Thermal Damage)가 발생할 수 있다. 웨이퍼(W)에 서멀 데미지가 발생하게 되면 웨이퍼(W)의 결정 결함이 발생되며, 이 결함으로 인해 반도체 소자를 제조하는 과정에서 상기 웨이퍼(W)가 파손되는 등의 치명적인 악영향을 미치는 문제 점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼의 냉각시 상기 웨이퍼의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있는 웨이퍼 냉각 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 웨이퍼 냉각 장치는 웨이퍼를 지지하기 위한 플레이트를 구비한다. 냉각 라인은 상기 플레이트 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼를 냉각한다. 다수의 돌출부는 상기 플레이트의 상부면에 구비되며, 상기 웨이퍼를 상기 플레이트와 이격된 상태로 유지시킨다.
상기 웨이퍼 냉각 장치는 상기 플레이트의 상부면 가장자리를 따라 구비되며, 상기 웨이퍼가 상기 돌출부로부터 미끄러지는 것을 차단하는 차단 부재를 더 구비할 수 있다. 또한 상기 웨이퍼 냉각 장치는 상기 플레이트가 구비되는 공간을 제공하는 챔버 및 상기 웨이퍼 표면에 자연 산화막이 형성되는 것을 방지하기 위하여 상기 챔버로 불활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급관을 더 구비할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각 장치는 상기 돌출부가 상기 웨이퍼와 플레이트의 직접적인 접촉을 방지하므로 급격한 온도 변화에 의한 상기 웨이퍼가 서멀 데미지를 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 플레이트의 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 웨이퍼 냉각 장치(100)는 냉각 챔버(110), 가스 공급부(120), 플레이트(130), 순환부(140), 리프팅부(150), 돌출부(160) 및 차단부재(170)로 구성된다.
상기 냉각 챔버(110)는 내부와 외부를 구분하여 외부와 격리된 상태를 만든다. 상기 냉각 챔버(110)는 박스(box) 형태이며, 도시되지는 않았지만 일측에 소정의 반도체 장치 제조 공정이 수행된 고온의 웨이퍼(W)가 투입되기 위한 도어가 구비된다.
도시되지는 않았지만, 상기 챔버(110)의 일측에는 웨이퍼(W)의 가공 공정을 수행하는 공정 챔버와, 반도체 기판의 로딩 및 언로딩을 수행하는 로드락 챔버, 반도체 기판의 반송을 위한 트랜스퍼 챔버 등이 배치된다.
상기 가스 공급부(120)는 상기 냉각 챔버(110)와 연결되며, 상기 냉각 챔버(110)의 내부로 불활성 가스를 공급한다. 상기 불활성 가스는 상기 웨이퍼(W)의 표면에 자연산화막이 형성되는 것을 방지한다. 상기 불활성 가스로는 질소, 아르곤, 헬륨 등이 있다. 바람직하게는 상기 냉각 챔버(110)로 질소가 공급된다.
상기 플레이트(130)는 상기 냉각 챔버(110)의 저면에 설치되며, 상부면에 웨이퍼(W)를 지지한다. 상기 플레이트(130)는 원판 형태를 가지며, 상기 웨이퍼(W)를 용이하게 지지하기 위해 상기 웨이퍼(W)보다 더 큰 지름을 갖는다.
상기 순환부(140)는 냉매를 순환시켜 상기 플레이트(130)를 냉각하기 위한 것으로, 저장기(142), 순환 라인(144) 및 냉각기(146)로 구성된다.
상기 저장기(142)는 상기 순환 라인(144)으로 냉매를 공급하고, 상기 순환 라인(144)을 따라 순환된 냉매를 저장한다.
상기 순환 라인(144)은 상기 저장기(142)와 연결되며, 상기 플레이트(130)의 내부에도 구비된다. 상기 플레이트(130)의 내부에 구비되는 순환 라인(144)은 상기 플레이트(130)를 균일하게 냉각하기 위해 다양한 형상을 갖는다. 상기 순환 라인(144)은 나선 형태 또는 'U'자 형상이 연속적으로 이어진 형태로 구비되는 것이 바람직하다.
상기 냉각기(146)는 냉매가 공급되는 상기 순환 라인(144) 상에 구비되며, 상기 저장기(142)에 저장된 냉매를 상기 순환 라인(144)으로 공급시 일정한 온도로 냉각시켜 공급한다. 상기 냉각기(146)에 의해 냉각되어 상기 순환 라인(144)으로 공급되는 냉매의 온도는 목표로 하는 웨이퍼(W)의 냉각 온도 보다 약간 더 낮은 온도가 바람직하다.
상기 리프팅부(150)는 고온의 웨이퍼(W)를 냉각하기 위해 상기 플레이트(130) 상으로 로딩하거나, 냉각된 저온의 웨이퍼(W)를 상기 플레이트(130)로부터 언로딩한다. 상기 리프팅부(150)는 리프트 핀(152) 및 구동부(154)로 구성된다. 상기 리프트 핀(152)은 상기 플레이트(130)의 상하를 관통하여 형성된 핀홀(132)을 따라 상승 및 하강하면서 상기 웨이퍼(W)를 로딩 및 언로딩한다. 상기 핀홀(132) 및 리프트 핀(152)은 각각 세 개가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 구동부(154)는 상기 리프트 핀(152)을 상승 및 하강시키기 위한 구동력을 제공한다.
상기 돌출부(160)는 상기 플레이트(130)의 상부면으로부터 돌출되도록 다수개가 형성된다. 상기 돌출부(160)는 고온의 웨이퍼(W)가 상기 순환 라인(144)에 의해 냉각된 저온의 플레이트(130)가 직접 접촉하는 것을 방지하기 위해 상기 웨이퍼(W)를 지지한다. 따라서 상기 돌출부(160)는 상기 웨이퍼(W)와 상기 플레이트(130)가 이격된 상태를 유지하도록 한다. 그러므로 상기 돌출부(160)는 상기 고온의 웨이퍼(W)가 저온의 플레이트(130)와 직접 접촉하여 급격하게 냉각될 때 발생하는 서멀 데미지를 방지할 수 있다.
상기 돌출부들(160)은 상기 도 3에 도시된 바와 같이 상기 플레이트(130)의 상부면 중심으로부터 방사상으로 배치된다. 따라서 상기 돌출부들(160)은 상기 웨이퍼(W)를 안정적으로 지지하며, 상기 웨이퍼(W)와 플레이트(130)의 이격거리를 균일하게 유지한다.
상기 돌출부(160)는 단열 재질로 형성된다. 상기 단열 재질로는 세라믹이 사용된다. 따라서 상기 돌출부(160)를 통해 상기 웨이퍼(W)와 플레이트(130) 사이의 열교환이 이루어지지 않는다. 상기 웨이퍼(W)와 플레이트(130)가 이격된 상태에서 복사에 의한 열교환이 이루어진다. 그러므로 상기 웨이퍼(W)에서 상기 돌출부(160)와 접촉하는 부위가 먼저 냉각되어 상기 웨이퍼(W)의 온도가 불균일하게 냉각되는 현상이 방지된다. 또한 상기 웨이퍼(W)가 상기 플레이트와 열교환을 통해 고르게 냉각된다.
상기 차단 부재(170)는 다수의 핀으로 구성되며, 상기 플레이트(130)의 상부면 가장자리를 따라 원을 이루도록 배치된다. 상기 차단 부재(170)가 이루는 원의 지름은 상기 웨이퍼(W)의 지름과 동일한 것이 바람직하다. 따라서 상기 차단 부재(170)는 상기 웨이퍼(W)의 측면을 지지함으로써 상기 웨이퍼(W)가 상기 플레이트(130)로 로딩될 때 또는 상기 웨이퍼(W)가 상기 플레이트(130)에 로딩된 상태에서 상기 돌출부들(160)로부터 미끄러지는 것을 방지한다.
또한 상기 차단 부재(170)를 구성하는 다수의 핀은 콘 형태를 가지도록 형성된다. 따라서 상기 웨이퍼(W)의 로딩시 상기 웨이퍼(W)가 상기 플레이트(130)에 정확하게 안착되도록 가이드한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치(100)에서 각 구성 요소의 작용 관계에 대하여 상세히 설명한다.
도 2에서와 같이 이전의 가공 공정으로 인하여 가열되어진 웨이퍼(W)가 도어를 통해 냉각 챔버(110)로 투입된다. 이때, 냉각 챔버(110)의 내부에 존재하는 산소(O2)가 웨이퍼(W)의 표면과 반응하여 자연산화막이 형성되는 것을 방지하기 위해 냉각 챔버(110)로 가스 공급관(120)을 통해 질소가 공급된다.
투입된 상기 웨이퍼(W)는 구동부(154)의 구동에 의해 상승된 리프트 핀(152)에 놓여진다. 상기 구동부(154)의 구동에 의해 상기 리프트 핀(152)이 하강하면서 상기 웨이퍼(W)가 상기 플레이트(130)에 로딩된다. 상기 웨이퍼(W)는 상기 차단 부재(170)에 의해 가이드 되면서 로딩된다. 상기 플레이트(130)에 로딩된 웨이퍼(W) 는 다수의 돌출부(160)에 의해 상기 플레이트(130)와 이격된 상태로 유지된다.
저장기(142)에 저장된 냉매는 냉각기(146)를 통해 소정의 온도로 냉각되어 순환 라인(144)으로 공급된다. 상기 냉매는 상기 순환 라인(144)을 따라 흐르면서 플레이트(130)를 냉각시키게 된다. 냉각된 플레이트(130)는 이격된 웨이퍼(W)를 냉각시킨다.
상기의 웨이퍼(W)은 열을 냉각 챔버(110) 내의 기체에 전달하고, 상기 냉각 챔버(110) 내의 기체는 전달된 열을 상기 냉각 플레이트(130)로 전달한다. 이 과정에서 웨이퍼(W)가 냉각되고, 웨이퍼(W)를 냉각시키는 과정에서 온도가 상승된 냉매는 상기 순환 라인(144)을 통해 상기 저장기(142)로 배출된다. 온도가 상승된 상기 냉매를 상기 저장기(142)에서 바로 상기 순환 라인(144)로 공급하게 되면 웨이퍼(W)의 냉각 효율이 떨어지게 된다.
온도가 상승된 상기 냉매는 냉각기(146)를 통해 소정 온도로 냉각된 후 순환 라인(144)으로 다시 공급된다. 상기 냉매는 상기 순환 라인(144)를 통해 흐르면서 다시 온도가 상승하게 되고, 온도가 상승된 상기 냉매는 배출되어 저장기(142)에 저장된다.
웨이퍼(W) 냉각시, 웨이퍼(W)와 상기 플레이트(130) 사이의 열전달이 직접적인 접촉이 아닌 간접적으로 이루어지므로 웨이퍼(W)가 급속히 냉각되지 않고 서서히 냉각된다. 따라서 급격한 온도 변화에 따른 웨이퍼(W)의 서멀 데미지를 제거할 수 있다.
냉각된 웨이퍼(W)는 로딩 순서의 역순에 따라 언로딩된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치는 돌출부를 이용하여 웨이퍼와 플레이트의 직접적인 접촉을 방지한다. 따라서 고온의 웨이퍼가 급격하게 냉각되면서 발생하는 서멀 데미지를 방지할 수 있다. 상기 서멀 데미지로 인한 웨이퍼 손상을 방지하므로 반도체 장치 제조시 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 웨이퍼를 지지하기 위한 플레이트;
    상기 플레이트 내부에 구비되며, 상기 웨이퍼를 냉각하기 위한 냉각 라인; 및
    상기 플레이트의 상부면에 구비되며, 상기 웨이퍼를 상기 플레이트와 이격된 상태로 유지시키기 위한 다수의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 돌출부들은 상기 플레이트의 상부면 중심으로부터 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 돌출부들은 단열 재질인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플레이트의 상부면 가장자리를 따라 구비되며, 상기 웨이퍼가 상기 돌출부들로부터 미끄러지는 것을 차단하기 위한 차단 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 차단 부재는 다수의 핀인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 플레이트가 구비되는 공간을 제공하는 냉각 챔버; 및
    상기 웨이퍼 표면에 자연산화막이 형성되는 것을 방지하기 위하여 상기 냉각 챔버로 불활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100883367B1 (ko) * 2007-05-03 2009-02-11 주식회사 씨엔디플러스 반도체 웨이퍼 처리장치

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