KR20070079769A

KR20070079769A - 웨이퍼 냉각 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조 설비

Info

Publication number: KR20070079769A
Application number: KR1020060010711A
Authority: KR
Inventors: 박상욱
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-08

Abstract

웨이퍼 냉각 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조 설비가 제공된다. 이 웨이퍼 냉각 장치는 냉각 챔버, 냉각 챔버의 내부에 장착되어 고온의 웨이퍼를 안착시키는 냉각 플레이트, 냉각 챔버의 내부로 냉각 에어를 강제 유입시키는 에어 유입부, 고온의 웨이퍼의 상부로 냉각 에어를 균일하게 공급하는 에어 공급부 및 고온의 웨이퍼를 냉각시킨 후 온도가 상승된 냉각 에어를 냉각 챔버의 외부로 강제 배출시키는 에어 배출부를 포함한다.

웨이퍼 냉각 장치

Description

웨이퍼 냉각 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조 설비{Cooling apparatus for wafer and apparatus for fabricating semiconductor device having the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치의 단면을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치의 에어 공급부의 평면을 도시한 것이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

110: 냉각 챔버 115: 단열판

120: 냉각 플레이트 130: 에어 유입부

135: 필터부 140: 에어 공급부

140H: 에어홀 150: 에어 배출부

161: 제1 센서 163: 제2 센서

170: 제어부

본 발명은 웨이퍼 냉각 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조 설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온의 웨이퍼를 신속하게 냉각시킬 수 있는 웨이퍼 냉각 장치 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조 설비에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 상에 사진(photo), 확산(diffusion), 증착(deposition) 및 이온 주입(implant) 등과 같은 공정들을 반복하여 제조된다.

이와 같은 반도체 소자 제조 공정들 중 사진 공정은 웨이퍼 표면에 포토레지스트를 코팅하고, 노광 및 현상 공정을 수행함으로써 웨이퍼 표면에 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이와 같이 포토레지스트 패턴을 형성하는 과정에는 소정 온도에서 웨이퍼를 베이킹하는 공정이 포함된다.

이러한 베이크 공정은 포토레지스트를 코팅하기 전에 웨이퍼에 흡착된 수분을 제거하기 위한 코팅 전 베이크(pre-bake) 공정과 소정의 유기용제 및 포토레지스트의 코팅시에 생긴 전단 응력을 완화시키기 위해 가열된 핫플레이트 상에서 웨이퍼를 가열하는 코팅 후 베이크(soft bake) 공정 및 노광시 자외선의 산란으로 인한 노광부위의 화학적 구조의 불안정을 회복시키기 위한 노광 후 베이크(post exposure bake) 공정 등이 있다.

이러한 베이크 공정을 거치면서, 웨이퍼는 매우 높은 온도로 가온될 수 있다. 따라서, 이러한 고온의 웨이퍼는 그 다음 공정으로 도입되기 전에 온도를 상온 부근으로 낮추어 주는 냉각 공정이 수반될 수 있다. 그런데, 종래에는 이러한 냉각 공정이 웨이퍼를 상온의 대기에 노출시킴으로써 이루어질 뿐이어서, 그 냉각 시간이 오래 걸리고 있는 실정이다. 이로 인하여, 반도체 소자 제조 공정의 생산성이 저하될 우려가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고온의 웨이퍼를 신속하게 냉각시킬 수 있는 웨이퍼 냉각 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 웨이퍼 냉각 장치를 포함하는 반도체 소자 제조 설비를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치는 냉각 챔버, 상기 냉각 챔버의 내부에 장착되어 고온의 웨이퍼를 안착시키는 냉각 플레이트, 상기 냉각 챔버의 내부로 냉각 에어를 강제 유입시키는 에어 유입부, 상기 고온의 웨이퍼의 상부로 상기 냉각 에어를 균일하게 공급하는 에어 공급부 및 상기 고온의 웨이퍼를 냉각시킨 후 온도가 상승된 상기 냉각 에어를 상기 냉각 챔버의 외부로 강제 배출시키는 에어 배출부를 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 설비는 상기 웨이퍼 냉각 장치를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치의 개략적인 단면도이고, 도 2는 웨이퍼 냉각 장치에 구비되는 에어 공급부의 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치(100)는 냉각 챔버(110), 냉각 플레이트(120), 에어 유입부(130), 에어 공급부(140) 및 에어 배출부(150)를 포함한다.

냉각 챔버(110)는 소정의 반도체 소자 제조 공정을 거친 고온의 웨이퍼가 이송되어 위치하며, 소정의 온도로 냉각되어질 공간이다. 이러한 냉각 챔버(110)의 외벽은 다른 장치와의 접촉으로 인한 열전도를 최소화하기 위하여 단열판(115)으로 둘러싸일 수 있다.

냉각 챔버(110)의 하부 영역에 위치하는 냉각 플레이트(120)는 베이크 공정처럼 높은 온도에서 수행되는 반도체 소자 제조 공정을 거침으로써 온도가 상승된 웨이퍼(W)를 안착시킨다. 이러한 냉각 플레이트(120)는 그 내부에 냉각수 순환 장치(미도시)가 구비되어 웨이퍼(W)의 하면과 접촉하는 냉각 플레이트(120) 상면의 온도를 웨이퍼(W)의 온도보다 낮도록 일정하게 유지할 수 있다.

냉각 챔버(110)의 일측에 위치하는 에어 유입부(130)는 냉각 플레이트(120)에 안착된 고온의 웨이퍼(W)를 더욱 효율적으로 냉각시키기 위해, 냉각 챔버(110)의 내부로 냉각 에어를 강제 유입시킨다. 이러한 에어 유입부(130)는 예를 들어 팬(fan)의 형태일 수 있다. 또한, 에어 유입부(130)와 인접하여 그 전단 혹은 후단에 냉각 에어의 불순물을 제거하기 위한 필터부(135)를 더 구비할 수 있다.

유입된 냉각 에어는 냉각 챔버(110)의 하부 측면, 즉 에어 유입부(130)의 하부에 위치하여 냉각 에어를 강제적으로 배출시키는 에어 배출부(150)에 의해 그 흐름 방향이 일정하게 형성될 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 에어 공급부(140)는 냉각 플레이트(120)의 상부 영역에 냉각 플레이트(120)와 평행한 방향으로 위치할 수 있다. 에어 공급부(140)의 상부로는 유입된 냉각 에어가 흐르고, 에어홀(140H)을 통해 냉각 에어가 웨이퍼(W)의 상면으로 공급될 수 있다. 즉, 에어 유입부(130)를 통해 냉각 챔버(110) 내로 유입된 냉각 에어는 에어 유입부(130)에 의해 소정의 직진성을 갖고 흐를 수 있으며, 에어 공급부(140)를 통해 냉각 챔버(110)의 하부 영역으로 흐를 수 있다. 이렇듯, 에어 공급부(140)는 냉각 플레이트(120) 상에 위치하는 고온의 웨이퍼(W)로 냉각 에어를 균일하게 공급해 줄 수 있으며, 이로써 웨이퍼(W)의 상면이 냉각될 수 있다.

이러한 에어 공급부(140)는 편평한 플레이트 형태일 수 있으며, 다수의 에어홀(140H)이 형성되어 있다. 이러한 에어홀(140H)은 에어 유입부(130)와 인접한 모서리(I)로부터 그 대향하는 방향의 모서리(II)로 갈수록 직경이 크게 형성될 수 있다. 이것은 웨이퍼(W)의 상면으로 이동하는 냉각 에어의 유량과 유속을 균일하게 할수 있도록 조절하기 위함이다. 즉 에어 유입부(130)로부터 가까울수록, 즉 I 측에 가까울수록 냉각 에어의 유량이 많고 유속이 빠르므로 에어홀 직경을 작게 형성하는 반면, 에어 유입부(130)로부터 멀수록, 즉 II 측에 가까울수록 냉각 에어의 유량이 적고 유속이 느려지므로 에어홀 직경을 크게 형성한다. 이로써 웨이퍼(W) 상면으로의 유량과 유속이 일정하게 유지될 수 있다. 에어 공급부(140)의 에어홀(140H)의 개수, 간격, 배열, 크기 등은 본 발명의 목적 범위 내에서 적절하게 변경할 수 있다.

에어 배출부(150)는 고온의 웨이퍼와의 열교환으로 인하여 어느 정도 온도가 상승된 냉각 에어를 냉각 챔버(110)의 외부로 강제배출시킨다. 이러한 에어 배출부(150)는 에어 공급부(140)가 형성된 냉각 챔버 측벽의 하부에 위치할 수 있다. 이러한 에어 배출부(150)는 전술한 에어 유입부(130)와 마찬가지로 팬의 형태일 수 있다. 이로써, 온도가 상승된 냉각 에어는 냉각 챔버(110)의 외부로 배출시키고, 이와 동시에 유입된 냉각 에어가 일정한 방향으로 흐를 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 냉각 챔버(110) 내에서의 냉각 에어의 온도 및 유속을 감지하는 센서(161,163)가 냉각 챔버(110) 내에 위치할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 제1 센서(161)는 에어 유입부(130)나 필터부(135)와 인접하여 냉각 챔버(110) 내에 위치 함으로써 유입되는 냉각 에어의 온도 및 유속을 센싱할 수 있다. 또한, 에어 배출부(150)의 전단에 제2 센서(163)를 구비할 수 있는데, 이러한 제2 센서(163)는 웨이퍼(W)를 냉각시킨 후에 배출되기 직전의 냉각 에어의 온도 및 유속을 센싱한다. 이러한 센서의 개수나 위치는 본 발명의 목적 범위 내에서 적절하게 조절할 수 있음은 물론이다.

제1 센서(161)와 제2 센서(163)에서 각각 감지된 온도 및 유속은 제어부(170)로 전달되며, 제어부(170)는 에어 유입부(130) 및 에어 배출부(150)의 동작을 적절하게 조절함으로써 냉각 챔버(110) 내부의 온도와 유속을 최적으로 유지할 수 있게 해줄 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치는, 고온의 웨이퍼(W)의 하면은 저온의 냉각 플레이트(120)에 의해 냉각되고, 그 상면은 유입된 냉각 에어에 의해 냉각되므로, 보다 짧은 시간에 효율적으로 웨이퍼의 냉각이 이루어질 수 있다.

이러한 웨이퍼 냉각 장치(100)는 사진 공정과 같은 일련의 반도체 소자 제조 설비 중 냉각 장치로서 구비될 수 있다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 냉각 챔버의 도어(미도시)가 오픈되어, 포토레지스트 베이크 공정과 같은 고온 공정을 거친 웨이퍼가 냉각 챔버(110) 내의 냉각 플레이트(120) 상면에 안착된다. 그런 다음, 도어가 클로즈 된다. 냉각 플레이트(120)는 그 내부에 냉각 수 라인이 장착되어 있어, 약 20 내지 25℃ 정도의 온도로 유지된다.

웨이퍼가 안착되면, 에어 유입부(130)를 통해 냉각 에어가 냉각 챔버(110) 내로 유입된다. 이 때, 냉각 에어는 필터부(135)에 의해 불순물이 제거된 것이다.

냉각 에어는 에어 유입부(130)에 의해 강제 유입되므로, 어느 정도 직진성의 흐름을 유지할 수 있다. 또한, 에어 배출부(150)의 작용으로 에어 공급부(140)에 형성된 다수의 에어홀(140H)을 통해 웨이퍼(W)의 상면으로 흐르며, 결국에는 에어 배출부(150)를 통해 냉각 챔버(110) 외부로 배출된다.

이 때, 제1 센서(161) 및 제2 센서(163)에서 감지된 온도가 셋팅치보다 높거나 유속이 셋팅치보다 낮은 경우, 제어부(170)는 에어 유입부(130)와 에어 공급부(140)의 작동 속도를 가속시키도록 조절할 수 있다. 반면, 감지된 온도가 셋팅치보다 낮거나 유속이 높을 경우에는 그 작동속도를 감소시킬 수 있다. 이렇듯, 냉각 챔버(110) 내의 온도와 유속의 변화에 따라서 냉각 에어의 흐름을 적절히 유지할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치는 고온의 웨이퍼를 상면과 하면에서 동시에 냉각시킬 수 있으므로, 냉각 시간을 감소시킬 수 있다. 따라서, 반도체 제조 공정의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이 며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 냉각 장치는 고온의 웨이퍼를 상면과 하면에서 동시에 냉각시킬 수 있으므로, 고온의 웨이퍼에 대한 냉각 시간을 감소시킬 수 있다. 따라서, 반도체 제조 공정의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims

냉각 챔버;

상기 냉각 챔버의 내부에 장착되어 고온의 웨이퍼를 안착시키는 냉각 플레이트;

상기 냉각 챔버의 내부로 냉각 에어를 강제 유입시키는 에어 유입부;

상기 고온의 웨이퍼의 상부로 상기 냉각 에어를 균일하게 공급하는 에어 공급부; 및

상기 고온의 웨이퍼를 냉각시킨 후 온도가 상승된 상기 냉각 에어를 상기 냉각 챔버의 외부로 강제 배출시키는 에어 배출부를 포함하는 웨이퍼 냉각 장치.
제1항에 있어서,

상기 에어 공급부는 상기 냉각 플레이트의 상부에 상기 냉각 플레이트와 평행하게 위치하며, 상기 유입된 냉각 에어를 상기 웨이퍼의 상부로 공급하는 다수의 에어홀이 형성된 웨이퍼 냉각 장치.
제2항에 있어서,

상기 에어홀은 상기 에어 유입부로부터 냉각 에어의 흐름 방향으로 에어홀의 크기가 증가하는 웨이퍼 냉각 장치.
제1항에 있어서,

상기 에어 유입부의 전단 또는 후단에 설치되어 상기 유입된 에어의 불순물을 제거하는 필터부를 더 포함하는 웨이퍼 냉각 장치.
제1항에 있어서,

상기 냉각 플레이트는 상기 고온의 웨이퍼보다 낮은 온도를 유지하는 웨이퍼 냉각 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 웨이퍼 냉각 장치를 포함하는 반도체 소자 제조 설비.