KR20230096819A - 고압 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20230096819A
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임근영
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Abstract

본 발명은 공정 처리를 냉각 효율을 높이기는 반도체 기판 처리용 챔버이다. 이러한 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버는 반도체 처리용 제1가스를 대기압보다는 높은 제1압력으로 유지하는 내부챔버, 중공형 형상으로 형성되며 내부 벽면에 삽입된 히터모듈을 포함하고, 내부의 수용공간에 내부챔버를 수용하며 제2가스로 채워지며 제2가스를 제1압력의 이상의 압력으로 유지하는 외부챔버, 적어도 하나의 배출홀이 형성되어 외부챔버의 상단에 개폐 가능하게 설치된 외부챔버도어, 외부챔버도어의 상측면에 설치되며, 피스톤로드의 일단에 배출홀을 덮는 커버모듈을 포함하여 작동에 따라 배출홀을 개폐하는 전기모터 실린더부, 외부챔버의 상단에 설치되는 하우징부 및 내부에 유체가 흐르며 외부챔버도어와 이격되어 하우징부의 내주면 고정되는 수냉커버부를 포함할 수 있다.

Description

냉각 효율을 향상시키는 고압챔버{High Pressure Chamber to Improve Cooling Efficiency}
본 발명은 높은 냉각 효율을 특성을 갖는 반도체 기판 처리용 챔버와 관련된 기술이다.
반도체 소자는 다양한 공정 과정을 통해 제조된다. 보다 구체적으로, 반도체 소자는 절연막 역할을 하는 산화막을 형성하는 산화공정, 질소를 소스로 실리콘을 질화 시키거나 실리콘 산화물의 표면을 질화 시켜 다른 물질의 확산을 방지시키는 질화공정, 불순물을 실리콘 내부로 확산시키는 확산공정, 불순물을 주입하는 이온주입공정, 웨이퍼에 가스를 흘려 화학적 기상반응으로 기판상에 박막을 형성시키는 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 공정을 거쳐 제조된다.
이와 같은 공정은 밀폐된 공간이 확보된 챔버 내에서 진행된다. 챔버는 웨이퍼를 가공하는데 사용되는 가스가 외부로 누출되지 않도록 일정 수준 이상의 밀폐도를 유지한다. 이때, 챔버의 밀폐력은 가스의 누출을 방지하는 효과와 챔버 내부의 열 배출을 차단하는데 중요한 역할을 한다.
그러나, 이와 같은 밀폐력에 의한 열 배출의 차단은 가공된 웨이퍼를 냉각시키는 공정을 진행하는데 있어, 공정을 지연시키는 요소가 되기도 한다. 즉, 밀폐력은 챔버 내부의 열이 외부의 열과 교환되며 챔버를 냉각시키는데 방해 요소가 된다.
이에, 챔버의 밀폐 상태를 유지하면서 필요 시에는 챔버의 내부에서 열교환이 원활하게 이루어지도록 하여 웨이퍼를 가공한 챔버 내의 온도를 떨어뜨리는 방안이 강구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0268416호 (공고일: 2000년 11월 01일)
본 발명은 밀폐 상태를 유지하면서도 필요에 따라 내부 챔버의 온도를 인위적으로 내리지 못하는 문제와 이러한 문제로 부터 수반되는 문제 즉, 웨이퍼 가공 공정이 신속하게 진행되지 못하는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버는, 반도체 처리용 제1가스를 대기압보다 높은 제1압력으로 유지하는 내부챔버, 중공형 형상으로 형성되며 내부 벽면에 삽입된 히터모듈을 포함하고, 내부의 수용공간에 내부챔버를 수용하며 제2가스가 채워지고, 제2가스를 제1압력 보다 높은 압력으로 유지하는 외부챔버, 적어도 하나의 배출홀이 형성되어 외부챔버의 상단에 개폐 가능하게 설치된 외부챔버도어, 외부챔버도어의 상측면에 설치되며 피스톤로드의 일단에 배출홀을 덮는 커버모듈을 포함하여 작동에 따라 배출홀을 개폐하는 전기모터 실린더부, 외부챔버의 상단에 설치되는 하우징부 및 내부에 유체가 흐르며 외부챔버도어와 이격되어 하우징부에 고정되는 수냉커버부를 포함하고, 전기모터 실린더부는 실린더베럴과, 실린더베럴의 내부에서 직선 운동하는 피스톤로드과, 피스톤로드의 일단에 연결되어 커버모듈에 형성된 수직바와 연결되는 링크모듈을 포함하여, 피스톤로드를 전방으로 돌출시켜 커버모듈이 배출홀을 덮는 제1작동 또는 피스톤로드가 후방으로 이동하며 커버모듈이 배출홀을 개방하는 제2작동으로 작동되고, 전기모터 실린더부가 제2작동할 때, 수냉커버부의 내부에는 유체가 채워질 수 있다.
여기서, 외부챔버도어는 배출홀의 외측면에 형성되어 커버모듈과 힌지 결합되어, 커버모듈이 시계 또는 반시계 방향으로 회동 가능하게 하는 힌지모듈을 더 포함할 수 있다.
특히, 배출홀은 직경이 외부챔버도어의 직경 보다 1/7 이하로 형성될 수 있다.
본 발명은 내부 챔버가 웨이퍼를 열 처리한 후, 내부 챔버의 열기를 식혀 내부 챔버에서 열처리된 웨이퍼를 신속히 빼낼 수 있도록 하며 웨이퍼 가공이 신속하게 진행되도록 해 전체적인 웨이퍼 공정이 빠르게 진행되도록 한다.
이를 통해, 본 발명은 웨이퍼 공정 시간을 단축시켜 반도체 생산량을 높일 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버의 앞면을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버를 Ⅰ-Ⅰ’선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 2의 내부챔버의 사시도이다.
도 4는 도 2의 외부챔버의 상단부 및 외부챔버의 상단부에 설치된 전기모터 실린더부를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 외부챔버도어의 크기와 외부챔버도어에 형성된 배출홀을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 전기모터 실린더부의 구조 및 전기모터 실린더부의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버의 작동상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 장치는 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되지는 않는다. 본 발명은 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명의 청구범위는 청구항에 의해 정의될 수 있다. 아울러, 본 명세서 전체에 걸쳐 기재된 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 본 발명에 대한 설명이 간결하고 명확해질 수 있도록 도 1을 참조하여, 본 발명의 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버에 대해 개괄적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버의 앞면을 나타낸 도면이다.
냉각 효율을 향상시키는 고압챔버(1)는 내부챔버(10)와 외부챔버(20)를 포함하는 이중 챔버로 형성되어 내부챔버(10)에서 웨이퍼의 가공 공정 진행되면, 이후 내부 챔버의 온도를 빠르게 떨어뜨려 내부챔버(10)에서 열처리된 이후의 웨이퍼 공정이 신속하게 진행되도록 한다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버에 대한 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버를 Ⅰ-Ⅰ’선으로 절단한 단면도이고, 도 3은 도 2의 내부챔버의 사시도이고, 도 4는 도 2의 외부챔버의 상단부 및 외부챔버의 상단부에 설치된 전기모터 실린더부를 나타낸 도면이다. 그리고 도 5는 도 4의 외부챔버도어의 크기와 외부챔버도어에 형성된 배출홀을 나타낸 도면이다.
냉각 효율을 향상시키는 고압챔버(1)는 내부챔버(10), 외부챔버(20), 외부챔버도어(30), 전기모터 실린더부(40), 하우징부(50) 및 수냉커버부(60)를 구성요소로 포함하여 전술 한 특징을 나타낼 수 있다.
이하, 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버(1)를 구성하는 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
냉각 효율을 향상시키는 고압챔버(1)는 내부챔버(10)와 외부챔버(20)로 구성된 이중 챔버로 형성될 수 있다. 여기서, 내부챔버(10)는 복수 개의 반도체 기판을 내부에 수용가능한 구조로 형성된다. 이와 같은 내부챔버(10)의 내부에는 가연성이며 인체에 유해한 활성 가스로 충전된다. 내부챔버(10)는 충전된 활성 가스 즉, 제1가스와 외부챔버(20)에서 전달되는 열을 통해 내부에 수용된 복수 개의 반도체 기판 공정을 진행한다. 이와 같은, 내부챔버(10)는 비금속재인 석영을 재료로 하여 도 3에 도시된 바와 같이 형상으로 형성되어 제1가스를 대기압보다 높은 압력으로 유지시킨다. 특히, 내부챔버(10)는 석영으로 제조되어 고온과 고압의 작업환경에서 쉽게 오염되지 않는 특성을 가진다.
외부챔버(20)는 중공형 형상으로 형성되며 내부에 수용공간이 형성되어 내부챔버(10)를 수용 가능하며, 수용된 내부챔버(10)에 열을 전달한다.
이와 같은 외부챔버(20)는 내부 벽면에 히터모듈(211)이 삽입된 제1외부모듈(210)과 제1외부모듈(210)을 감싸는 제2외부모듈(220)로 구성될 수 있다. 이때, 제1외부모듈(210)의 상단에는 외부챔버도어(30)가 설치될 수 있고 제2외부모듈(220)의 상단에는 하우징부(50)가 설치될 수 있다.
보다 구체적으로, 외부챔버(20)의 제1외부모듈(210)의 내부 벽면에는 일정 한 간격을 두고 히터모듈(211)이 설치된다. 여기서, 히터모듈(211)은 열선이 될 수 있고 열선은 외부챔버를 종단면 하였을 때, 도 2에 도시된 바와 같은 형태의 제1외부모듈(210)에 삽입되어 있을 수 있다. 제1외부모듈(210)의 내부 수용공간에는 내부챔버(10)가 수용되며 제2가스가 채워질 수 있다. 이와 같은, 외부챔버(20)는 금속재인 스테인레스강으로 형성되어 비활성 가스인 제2가스로 채워진다. 이때, 채워진 제2가스는 제1가스의 압력 보다 높은 압력으로 유지된다.
외부챔버(20)는 제2가스를 내부챔버(10)가 유지시키는 제1압력 이상의 압력으로 유지시키며 내부챔버(10)에서 제1가스가 누출된 가스의 확산을 방지하고 누출된 제1가스가 대기 중으로 직접 방출되지 않도록 한다.
내부챔버(10)와 외부챔버(20)에 있는 가스 압력은 동일 압력에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 내부챔버의 벽을 가로지르는 압력 차는 미리 결정된 사전설정 값의 범위 내에 남아 있도록 하기 위해 내부챔버(10)의 가스압력이 높아지거나 낮아질 때, 외부챔버(20)에 있는 가스양은 증가되거나 줄어들 수 있다.
외부챔버도어(30)는 제1외부모듈(210)의 상단에 설치될 수 있다. 이와 같은 외부챔버도어(30)는 도 4에 도시된 바와 같은 원형으로 형성될 수 있다. 그리고 외부챔버도어(30)의 외측에는 배출홀(310)의 외측면에 형성된 힌지모듈(301)이 형성될 수 있다. 이러한 외부챔버도어(30)는 제1외부모듈(210)의 상단에 놓일 수 있다. 이때, 외부챔버도어(30)는 도 5에 도시된 바와 같이, 직경 ‘D1’의 크기의 원판 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 외부챔버도어(30)의 특정부분에는 도 4에 도시된 바와 같은 배출홀(310)이 형성될 수 있다. 이때, 배출홀(310)은 직경이 외부챔버도어의 직경 보다 1/7 이하로 형성된 원형이 될 수 있다. 이러한 크기의 배출홀(310)은 외부챔버도어의 내부에 채워지는 열기가 서서히 수냉커버부(60)를 향해 빠져나가도록 하며 급속한 열기 배출에 의한 외부챔버(20)에 충격이 가해지지 않도록 한다. 아울러, 배출홀(310)은 제1외부모듈(210)의 내부에 채워진 제2가스 그리고 히터모듈(211)에서 방출되는 열기가 하우징부(50) 및 수냉커버부(60)로 이동되도록 한다. 이때, 제2가스는 배출홀(310)이 전기모터 실린더부(40)에 의해 단속될 수 있다.
전기모터 실린더부(40)는 외부챔버도어(30)의 상측면에 설치되며 피스톤로드의 일단에 배출홀(310)을 덮는 커버모듈(401)이 설치되어 커버모듈(401)의 작동에 따라 배출홀(310)을 개폐할 수 있다. 이때, 전기모터 실린더부(40)는 실린더베럴(410)과 실린더베럴의 내부에서 직선 운동하는 피스톤로드(420)과 피스톤로드(420)의 일단에 연결되어 커버모듈(401)의 형성된 수직바(402)와 연결되는 링크모듈(430)을 포함할 수 있다. 이와 같은 전기모터 실린더부(40)의 작동은 도 6을 참조하여 추후 구체적으로 설명한다.
하우징부(50)는 외부챔버(20)의 상단에 설치될 수 있다. 이러한 하우징부(50)는 원통형으로 형성되어 상단에 수냉커버부(60)가 설치될 수 있도록 한다. 이와 같은 하우징부(50)는 배출홀(310)에서 배출되는 열기와 수냉커버부(60)에서 나오는 냉기간 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 공간을 제공하는 장치가 된다.
수냉커버부(60)는 내부에 유체가 흐르며 외부챔버도어(30)와 이격되어 하우징부(50)의 내주면 고정된다. 이때, 수냉커버부(60)는 일측에 입구가 형성되고, 타측에 출구가 형성되어 입구에 유체가 공급되면 공급된 유체를 순환시키며 출구로 배출시킨다.
이러한 수냉커버부(60)는 순환되는 유체에서 외부로 냉기를 배출시키는 장치가 된다.
이하, 도 6을 참조하여, 전기모터 실린더부의 구조 및 작동에 대해 구체적으로 설명한다. 그리고 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버의 작동에 대해 설명한다.
도 6은 도 4의 전기모터 실린더부의 구조 및 전기모터 실린더부의 작동 상태를 나타낸 도면이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버의 작동상태를 나타낸 도면이다.
전기모터 실린더부(40)는 실린더베럴(410)과 실린더베럴의 내부에서 직선 운동하는 피스톤로드(420) 그리고 피스톤로드(420)의 일단에 연결되어 커버모듈(401)의 형성된 수직바(402)와 연결되는 링크모듈(430)을 포함한다.
이러한 전기모터 실린더부(40)의 피스톤로드(420)가 직선 이동하며 링크모듈(430)이 앞 뒤로 움직이며 링크모듈(430)과 연결된 힌지 결합된 수직바(402)를 통해 커버모듈(401)이 시계 또는 반시계 방향으로 회동 한다.
이와 같은 작동은 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 전기모터 실린더부(40)가 제1작동하며 피스톤로드(420)가 전방으로 돌출되어 커버모듈(401)이 배출홀(310)을 덮도록 한다. 그리고 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 전기모터 실린더부(40)가 제2작동하며 피스톤로드(420)가 후방으로 이동하며 커버모듈(401)이 배출홀(310)을 개방하도록 한다.
냉각효율을 향상시키는 고압챔버(1)는 도 7에 도시된 바와 같이 커버모듈(401)이 배출홀(310)을 덮었을 때, 전기모터 실린더부(40)가 제1작동하여 커버모듈(401)이 배출홀(310)을 덮으면 외부챔버(20)의 내부공간과 하우징부(50)의 공간이 분리되고, 수냉커버부(60)의 내부에는 유체가 채워지지 않은 상태가 된다. 냉각효율을 향상시키는 고압챔버(1)가 이와 같은 상태가 되면, 히터모듈(211)에서 방출되는 열(B)이 외부챔버(20)의 내부에서만 순환되어 내부챔버(10)에 수용된 웨이퍼가 냉각되도록 한다. 이와 같이, 열이 외부챔버(20)의 내부에서만 순환하는 과정은 내부챔버(10)의 내부에 수용된 웨이퍼가 냉각 과정에서 진행될 수 있다.
반면, 커버모듈(401)이 배출홀(310)을 열었을 때, 도 8에 도시된 바와 같이, 외부챔버(20)의 히터모듈(211)에서 방출되는 열(B)이 외부챔버(20)의 외부 즉, 배출홀(310)을 통해 하우징으로 배출된다. 그리고 이때의 열(B)은 수냉커버부(60)에 수용된 유체를 통해 하우징으로 배출되는 냉기(A)와 열교환하며 외부챔버(20)의 내부를 냉각시킨다. 이러한 열교환은 외부챔버(20)를 감싸고 있는 열(B)의 온도를 내린다.
본 발명인 냉각효율을 향상시키는 고압챔버(1)는 외부 챔버의 내부를 고압으로 유지시킨 상태에서, 내부 챔버의 내부 온도를 떨어뜨려 본 발명의 고압챔버 내에서 진행되는 다음 단계의 웨이퍼 공정이 신속하게 진행되도록 하며 반도체 가공 시간을 단축시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 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 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
1: 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버
10: 내부챔버
20: 외부챔버
210: 제1외부모듈 220: 제2외부모듈
211: 히터모듈
30: 외부챔버도어
301: 힌지모듈 302: 힌지핀
40: 전기모터 실린더부
401: 커버모듈 402: 수직바
410: 실린더베럴 420: 피스톤로드
430: 링크모듈
50: 하우징부 60: 수냉커버부

Claims (3)

  1. 반도체 처리용 제1가스를 대기압보다 높은 제1압력으로 유지하는 내부챔버(10);
    중공형 형상으로 형성되며 내부 벽면에 삽입된 히터모듈(211)을 포함하고, 내부의 수용공간에 내부챔버(10)를 수용하며 제2가스가 채워지고, 제2가스를 제1압력 보다 높은 압력으로 유지하는 외부챔버(20);
    적어도 하나의 배출홀(310)이 형성되어 외부챔버의 상단에 개폐 가능하게 설치된 외부챔버도어(30);
    외부챔버도어(30)의 상측면에 설치되며 피스톤로드의 일단에 배출홀(310)을 덮는 커버모듈(401)을 포함하여 작동에 따라 배출홀(310)을 개폐하는 전기모터 실린더부(40);
    외부챔버(20)의 상단에 설치되는 하우징부(50) 및
    내부에 유체가 흐르며 외부챔버도어(30)와 이격되어 하우징부(50)에 고정되는 수냉커버부(60)를 포함하고,
    전기모터 실린더부(40)는,
    실린더베럴(410)과, 실린더베럴의 내부에서 직선 운동하는 피스톤로드(420)과, 피스톤로드(420)의 일단에 연결되어 커버모듈(401)에 형성된 수직바(402)와 연결되는 링크모듈(430)을 포함하여,
    피스톤로드(420)를 전방으로 돌출시켜 커버모듈(401)이 배출홀(310)을 덮는 제1작동 또는 피스톤로드(420)가 후방으로 이동하며 커버모듈(401)이 배출홀(310)을 개방하는 제2작동으로 작동되고,
    전기모터 실린더부(40)가 제2작동할 때, 수냉커버부(60)의 내부에는 유체가 채워지는, 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버.
  2. 제1항에 있어서, 외부챔버도어(30)는,
    배출홀(310)의 외측면에 형성되어 커버모듈(401)과 힌지 결합되어, 커버모듈(401)이 시계 또는 반시계 방향으로 회동 가능하게 하는 힌지모듈(301)을 더 포함하는, 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버.
  3. 제1항에 있어서, 배출홀(310)은,
    직경이 외부챔버도어의 직경 보다 1/7 이하로 형성되는, 냉각 효율을 향상시키는 고압챔버.
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