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KR100392938B1 - 열전소자를 이용한 웨이퍼 냉각장치 - Google Patents

열전소자를 이용한 웨이퍼 냉각장치 Download PDF

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KR100392938B1
KR100392938B1 KR10-2000-0073728A KR20000073728A KR100392938B1 KR 100392938 B1 KR100392938 B1 KR 100392938B1 KR 20000073728 A KR20000073728 A KR 20000073728A KR 100392938 B1 KR100392938 B1 KR 100392938B1
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wafer
cooling
thermoelectric
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장혁규
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주식회사 메카로닉스
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Abstract

다수의 전원에 연결되는 다수의 열전소자를 이용하여 웨이퍼의 냉각온도를 국부적으로 조절할 수 있는 웨이퍼 냉각장치는 웨이퍼를 수용하는 체임버, 상기 웨이퍼를 고정하고 상기 웨이퍼를 냉각시키기 위해 열을 전달하는 웨이퍼 척, 상기 웨이퍼 척을 냉각시키기 위한 열전소자 어레이, 및 상기 열전소자 어레이의 상기 웨이퍼 척을 향한 표면에 설치되어 상기 열전소자 어레이로부터의 냉각열을 고르게 분포시켜 제공하기 위한 금속판을 포함한다. 상기 열전소자 어레이는 서로 다른 전류값을 공급받아 상기 웨이퍼 척에 서로 다른 온도의 냉각열을 제공할 수 있는 다수의 열전소자로 이루어진다.
상기와 같은 열전소자를 이용한 웨이퍼 냉각장치는 열전소자에 개별적인 전원을 연결하여 부분적인 온도제어가 가능하므로 웨이퍼 냉각 효율이 높이며, 동시에 해당 공정에 적합하도록 웨이퍼 척에 위치별로 차등적인 온도를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

Description

열전소자를 이용한 웨이퍼 냉각장치{WAFER COOLING DEVICE USING THERMOELEMENT}
본 발명은 웨이퍼 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 전원에 연결되는 다수의 열전소자를 이용하여 웨이퍼의 냉각온도를 국부적으로 조절할 수 있는 열전소자를 이용한 웨이퍼 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체소자를 제조하는 과정에서는 공정 수행중인 웨이퍼의 온도제어가 매우 중요한 요소이다. 공정중 웨이퍼의 온도는 반도체소자의 균일도(Uniformity), 선폭(Critical Dimension), 프로파일(Profile) 및 재현성(Repeatability)에 중요한 영향을 미친다. 웨이퍼의 온도를 조절하기 위해서는 웨이퍼 뒷면의 온도를 조절하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.
또한, 웨이퍼를 냉각시키기 위해서는 상기 웨이퍼에 고정되는 척(Chuck)이 중요한 부분이다. 척이란 웨이퍼를 올려놓기 위한 받침대를 말하는 것으로서, 반도체소자 제조공정 중에 웨이퍼를 고정하며 또한 웨이퍼의 뒷면을 냉각시키는 한 요소로서 기능한다.
종래의 웨이퍼 냉각장치가 도 1에 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 반도체소자를 제조할 때 웨이퍼(1)는 체임버(2) 내에서 여러 공정을 거치게 되는데, 웨이퍼(1)는 웨이퍼 척(3)의 상부에 고정된다. 웨이퍼 척(3)은 클램프 등을 이용하여 웨이퍼(1)를 기계적으로 고정하기도 하였으나 최근에는 정전척을 사용하여 웨이퍼를 고정시키는 방식을 이용한다. 또한, 웨이퍼 척(3)의 하부에는 냉각수가 흐르는 워터재킷(4)이 설치되어, 웨이퍼 척(3)을 고정하는 동시에 쿨런트(coolant)를 공급해서 웨이퍼 척(3) 및 웨이퍼(1)를 냉각시키는 역할을 한다. 때로는, 웨이퍼 척(3)과 워터재킷(4)이 일체형으로 형성되어 구조를 단순화한 타입이 사용되기도 한다.
워터재킷(4)은 별도의 냉각장치와 연결되어 쿨런트를 냉각시키게 되는데, 냉각장치로는 일반적으로 칠러(5)가 사용된다. 칠러(5)는 쿨런트를 냉각하여 냉각수로 만든 다음 냉각수 공급라인(6)을 통해서 냉각수를 웨이퍼 척(3)에 공급하게 된다. 이때, 냉각수 공급라인(6)은 워터재킷(4) 내로 냉각수를 공급하는 입수라인(7)과 워터재킷(4)으로부터 냉각수가 빠져나가는 출수라인(8)으로 이루어지며, 칠러(5), 각 라인(7, 8) 및 워터재킷(4)을 통한 경로를 따라서 냉각수는 지속적으로 순환하게 된다.
일반적으로, 웨이퍼(1)와 웨이퍼 척(3)은 체임버(2)의 상부에 수용되며, 워터재킷(4)은 체임버(2)의 하부에 삽입되는데, 웨이퍼 가공공정동안 웨이퍼(1)가 수용되는 체임버(2)의 상부가 밀폐되어 진공상태를 유지하게 하기 위해서, 워터재킷(4)은 체임버(2)의 하부의 내벽과 완전히 밀봉되도록 설치되어야 하며, 이를 위해서 워터재킷(4)과 체임버(2) 사이에 다수의 고무링(9)이 설치된다.
또한, 웨이퍼 척(3)에는 DC 공급라인(10), 헬륨가스 공급라인(11) 및 하부 RF 공급라인(12)이 연결되는데, DC 공급라인(10)은 정전척(3)에 DC 전력을 공급하기 위한 것이며, 헬륨가스 공급라인(11)은 헬륨가스를 공급하여 열교환율을 향상시키기 위한 것이고, 하부 RF 공급라인(12)은 RF전원을 공급하기 위한 것이다.
또한, 체임버(2)에는 펌핑라인(13)이 연결되어 체임버(2) 내를 진공상태로 유지하는 역할을 하며, 이와 같이 진공상태가 된 체임버(2) 내의 진공공간(14)에 상술한 바와 같이 웨이퍼(1)가 놓여진다. 상기 진공공간(14)에는 또한 상부 RF 전극(15)이 연결되어 웨이퍼(1) 상부로 RF를 방사되게 한다.
이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 반도체 냉각장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
웨이퍼 가공 공정이 시작되면, 진공으로 유지되는 체임버(2) 내부에 반응가스가 인입되고, 이 반응가스는 상부 및 하부 RF 전극(15, 12)을 통해 제공된 RF 에너지에 의해 플라즈마 방전을 일으키며 양이온과 음이온 및 래디칼 등으로 변형되어 웨이퍼(1)의 표면을 가공하게 된다.
이때, 플라즈마에 의해 체임버(2) 내부에는 고열이 발생되며, 이는 웨이퍼(1)의 표면 패턴에 치명적 손상을 가하게 된다. 따라서, 칠러(5)에서 냉각된 냉각수를 워터재킷(4)을 통해 순환시킴으로써 웨이퍼 척(3)을 냉각시키게 되며, 헬륨가스 공급라인(11)을 통해서 웨이퍼(1)와 웨이퍼 척(3)과의 접촉면 사이로 헬륨가스를 통과시켜 냉각효과를 높이게 된다.
웨이퍼 척(3)을 냉각시키는 기술로는 냉매 가스를 이용한 칠러와 열전소자를 이용한 칠러 등이 사용되고 있으며, 이러한 칠러는 영하의 온도에서도 얼지 않는 갈덴 혼합물을 사용하고 있다.
그러나, 이와 같이 구성된 종래 기술의 웨이퍼 냉각장치는 다량의 쿨런트를 냉각시켜야 하므로 전력소모가 크고, 웨이퍼 척의 온도 상승에 대해서 냉각 반응 시간이 길며, 또한 웨이퍼 척과 칠러 사이에서 냉각수의 이동거리가 길어 열손실이 크다는 단점이 있다.
또한, 웨이퍼 척 전면의 온도분포가 일정하여 공정 진행시 요구되는 척 표면의 온도 차별화 관리가 불가능하여 화학적 식각과정에서 웨이퍼의 식각 깊이 불균형을 막을 수 없으며, 또한 프레온계 냉매를 사용할 경우 환경문제를 유발할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 냉각수 냉각을 위해서 칠러와 같은 냉각설비를 별도로 필요하기 때문에 공간효율 면에서도 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점 및 문제점을 해결하기 위해 창안된것으로서, 다수의 전원에 연결되는 다수의 열전소자를 이용하여 웨이퍼의 냉각을 국부적으로 통제함으로써 신속하고 효과적으로 적절한 냉각효과를 제공할 수 있는 웨이퍼 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 웨이퍼 냉각장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 웨이퍼 냉각장치를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 웨이퍼 냉각장치의 주요 부분을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 열전소자의 배치를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 금속관 및 열전소자와의 결합방식을 도시하는 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 열전소자의 외형 및 열전소자가 설치되는 안착홈을 도시하는 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 열전소자를 차폐하는 차폐부의 배치를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 열전소자 점검장치를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 웨이퍼 냉각장치에 설치된 강자성체 금속커버를 도시하는도면.
도 10은 본 발명의 웨이퍼 냉각장치에 설치된 냉각수 냉각설비를 도시하는 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
21..웨이퍼 22..체임버 23..웨이퍼 척
24..워터재킷 25..열전소자 26..전원공급라인
33..금속판 34..안착홈 38..전극핀
39, 40..단자 41..금속관 42..절연물질
45..제1 차폐물 46..제2 차폐물 50..열전소자 점검장치
52..제어부 54..전류검출 센서 60..강자성체 금속커버
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치는 웨이퍼를 수용하는 체임버, 상기 웨이퍼를 고정하고 상기 웨이퍼를 냉각시키기 위해 열을 전달하는 웨이퍼 척, 상기 웨이퍼 척을 냉각시키기 위한 열전소자 어레이, 및 상기 열전소자 어레이의 상기 웨이퍼 척을 향한 표면에 설치되어 상기 열전소자 어레이로부터의 냉각열을 고르게 분포시켜 제공하기 위한 금속판을 포함한다.
바람직하게, 상기 열전소자 어레이는 서로 다른 전류값을 공급받아 상기 웨이퍼 척에 서로 다른 온도의 냉각열을 제공할 수 있는 다수의 열전소자로 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치는 상기 열전소자의 기준온도를 변경하기 위해서 냉각수가 흐르는 워터재킷을 더 포함할 수 있다.
상기 금속판은 높은 열전도도를 가진 물질로 코팅되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속판과 상기 열전소자 사이에는 열전그리스가 도포되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치의 상기 금속판, 상기 열전소자 및 상기 워터재킷은 전자기파의 유출을 막는 강자성체 금속커버에 의해 차폐되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 열전소자부는 상기 금속판과 상기 워터재킷 사이에 배치된 제1 차폐물에 의해 외부로부터 완전 차폐되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각각의 열전소자 사이에는 제2 차폐물이 형성되어 상기 금속판과 상기 워터재킷 사이에서 상기 각각의 열전소자를 서로 단열 및 절연시키는 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치의 상기 워터재킷 내에는 외부로부터 상기 체임버 내로 연결통로를 제공하며 전자기파의 유출을 차단하는 다수의 금속관이 관통 형성될 수 있다.
상기 금속관은 내부에 절연체로 이루어진 절연관을 구비하는 것이 또한 바람직하다.
또한, 상기 열전소자에 전원을 공급하는 전원공급라인이 상기 금속관을 통해서 상기 열전소자로 연결되며, 상기 금속관의 양단부에는 상기 열전소자 및 외부 전원과의 연결을 위한 단자가 형성된 것이 바람직하다.
상기 열전소자는 상기 금속관의 일단부에 형성된 단자에 삽입 연결되도록 돌출 형성된 전극핀을 구비할 수 있다.
또한, 상기 워터재킷에는 상기 열전소자를 안착하여 고정시키며 상기 워터재킷과 상기 열전소자 사이의 접촉면적을 넓히기 위한 안착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
상기 워터재킷에는 상기 열전소자를 안착하여 고정시키기 위한 안착홈이 형성되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명의 웨이퍼 냉각장치는 상기 열전소자의 전기적 특성을 검사하여 고장여부를 점검하는 열전소자 점검수단을 더 포함한다.
또한 바람직하게, 상기 열전소자 점검수단은 각각의 열전소자의 전류 흐름을 검출하는 전류검출 센서, 상기 각각의 열전소자에 대응하는 상기 웨이퍼 척 영역의 온도를 검출하는 온도검출 센서, 및 상기 전류검출 센서 및 상기 온도검출 센서를 통해 검출된 해당 열전소자의 전류값 및 상기 웨이퍼 척의 해당영역의 온도값을 소정의 기준값과 비교하여 상기 열전소자의 고장여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 기준값은 해당 열전소자에서 최초에 검출된 전류값 및 상기 웨이퍼 척의 해당영역에서 최초에 검출된 온도값인 것이 또한 바람직하다.
바람직하게, 상기 워터재킷에는 상기 열전소자를 안착하여 고정시키며 상기 워터재킷과 상기 열전소자 사이의 접촉면적을 넓히기 위한 안착홈이 형성될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 금속판에는 상기 열전소자를 고정시키며 상기 금속판과 상기 열전소자 사이의 접촉면적을 넓히기 위한 고정홈이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치는 상기 열전소자의 전기적 특성을 검사하여 고장여부를 점검하는 열전소자 점검수단을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 열전소자 점검수단은 각각의 열전소자의 전류 흐름을 검출하는 전류검출 센서, 상기 각각의 열전소자에 대응하는 상기 웨이퍼 척 영역의 온도를 검출하는 온도검출 센서, 및 상기 전류검출 센서 및 상기 온도검출 센서를 통해 검출된 해당 열전소자의 전류값 및 상기 웨이퍼 척의 해당영역의 온도값을 소정의 기준값과 비교하여 상기 열전소자의 고장여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 기준값은 해당 열전소자에서 최초에 검출된 전류값 및 상기 웨이퍼 척의 해당영역에서 최초에 검출된 온도값인 것이 바람직하다.
또한, 상기 다수의 열전소자는 동심원 상에서 중심부분, 중간부분 및 가장자리 부분으로 배열되는 것이 바람직하다.
상기 중심부분의 열전소자는 원형이며, 나머지 열전소자는 부채꼴 형태인 것이 또한 바람직하다.
바람직하게, 상기 워터자켓의 냉각수 유동경로에는 냉각수를 냉각시키기 위한 별도의 열전소자가 배치된다.
상기 냉각수 냉각용 열전소자의 발열부 측에는 상기 냉각수 냉각용 열전소자의 기준온도를 낮추기 위한 별도의 워터자켓이 설치되는 것이 또한 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 웨이퍼를 수용하는 체임버, 상기 웨이퍼를 고정하고 상기 웨이퍼를 냉각시키기 위해 열을 전달하는 웨이퍼 척, 상기 열전소자의 기준온도를 변경하기 위해서 냉각수가 흐르는 워터재킷, 및 상기 워터자켓의 냉각수 유동경로에 배치되어 냉각수를 냉각시키기 위한 열전소자를 포함하는 웨이퍼 냉각장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 웨이퍼를 수용하는 체임버, 상기 웨이퍼를 고정하고 상기 웨이퍼를 냉각시키기 위해 열을 전달하는 웨이퍼 척, 및 상기 웨이퍼 척을 냉각시키기 위한 열전소자 어레이를 포함하고, 상기 열전소자 어레이는서로 다른 전류값을 공급받아 상기 웨이퍼 척에 서로 다른 온도의 냉각열을 제공할 수 있는 다수의 열전소자로 이루어진다.
상기와 같은 본 발명의 웨이퍼 냉각장치에 따르면, 금속판에 의해 열전소자로부터의 냉각열이 고르게 분포되고, 열전소자에 개별적인 전원을 연결하여 부분적인 온도제어가 가능하며, 워터재킷 내를 유동하는 냉각수를 열전소자를 이용해서 2차 냉각 함으로써 단순한 구조에 의해서 높은 냉각 효율을 얻을 수 있게 된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치(20)의 구성을 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 웨이퍼 냉각장치는 대략적으로 웨이퍼(21)를 수용하는 체임버(22)와, 체임버(22) 내에 설치되어 웨이퍼(21)를 고정하는 동시에 웨이퍼(21)를 냉각시키기 위한 냉각열을 전달하는 웨이퍼 척(23)과, 웨이퍼 척(23)의 하부에 설치되어 웨이퍼 척(23)에 냉각열을 공급하는 열전소자부로 이루어진다.
반도체소자 제조공정에서 체임버(22)의 내부는 진공상태를 유지하며, 이를 위해 공지의 펌핑라인이 체임버(22)에 연결될 수 있다.
체임버(22) 내에서 웨이퍼(21)는 웨이퍼 척(23) 위에 놓여지며, 클램프나 정전기와 같은 웨이퍼 척(23)의 고정방식에 의해서 고정된다.
열전소자부는 웨이퍼 척(23)의 하부에 배치되며 외부로부터 가해진 전원에 의해서 웨이퍼 척(23)을 냉각시키는데, 열전소자부는 다수의 전원공급라인과 연결되어 서로 다른 온도의 냉각열을 제공하는 다수의 열전소자(25)로 이루어진다.
열전소자(25)는 일반적으로 n형 반도체와 p형 반도체로 구성되어, 전원을 공급할 때 n형 반도체에서는 흡열이 일어나고 p형 반도체에서는 발열이 일어나는 펠티에 효과(Peltier Effect)를 이용하는 것으로써, 전원의 극성 변화에 따라 대상물체를 가열 및 냉각할 수 있다. 또한, 열전소자(25)는 가해지는 전압의 크기에 따라서 발열량과 흡열량이 변화하게 되는데, 전원이 공급되기 이전의 온도를 기준온도라 했을 때, 더 많은 전원을 공급하게 되면 열전소자(25)의 n형 반도체 및 p형 반도체에서 발생되는 발열 및 흡열은 전류에 비례해서 점점 커지게 된다. 그러나, 열전소자(25)에는 고유 성질에 따른 최대 온도차가 존재하며, 아무리 많은 전류가 가해지더라도 열전소자(25)의 흡열부 및 발열부 사이의 온도차는 최대 온도차를 넘지 못하게 된다.
열전소자(25)를 이용해서 웨이퍼 척(23)을 냉각시킬 경우, 열전소자(25)의 n형 반도체가 웨이퍼 척(23)을 향하게 하여 웨이퍼 척(23)을 냉각시키게 한다. 또한, 냉각효과를 극대화하기 위해서 열전소자(25)의 p형 반도체 측, 즉 발열부 측에워터재킷(24)을 설치하여 워터재킷(24) 내를 흐르는 냉각수에 의해 열전소자(25)를 냉각시키는 것이 바람직하다. 그러면, 워터재킷(24)의 냉각수와 열전소자(25)의 발열부와의 열교환에 의해서 열전소자(25) 자체의 기준온도가 내려가게 되고, 기준온도가 내려감에 따라서 열전소자(25)의 발열 및 흡열반응에 의한 온도 범위가 내려가게 된다. 즉, 워터재킷(24)에 의해 열전소자(25)의 기준온도를 낮춘다는 것은 열전소자(25)의 흡열부에서 보다 낮은 온도의 냉각열을 웨이퍼 척(23)에 제공할 수 있다는 것을 의미하며, 결국 웨이퍼(21)에 대한 냉각효과를 극대화시킬 수 있는 것이다.
워터재킷(24)은 냉각수 공급라인(27) 및 냉각수 출수라인(28)을 통해서 칠러와 같은 공지의 냉각수단에 연결된다. 또한, 워터재킷(24)은 체임버(22)의 하부에 삽입 형성되는데, 이때 워터재킷(24)과 체임버(22) 사이에는 고무링(29)을 삽입하여 서로 밀폐시킴으로써, 체임버(22) 내부의 진공상태를 유지시킨다.
또한, 위에서 설명한 것처럼 열전소자부는 다수의 열전소자(25)로 이루어지며 각각의 열전소자(25)는 서로 다른 전원공급라인에 의해 외부전원에 연결된다. 이는 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치의 일부를 도시하는 도 3에 잘 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 일례로서 도면에 다섯 개의 열전소자(25)가 도시되어 있으며, 각각의 열전소자(25)는 별도의 전원공급라인(26)으로 연결되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 각각의 열전소자(25)에는 서로 다른 전류가 인가될 수 있으며, 결국 열전소자(25)마다 서로 다른 온도의 냉각열을 제공할 수 있게 된다.
일반적으로, 웨이퍼 식각공정에서 화학적으로 웨이퍼를 에칭하는 경우, 웨이퍼 전체 표면에서 에칭 깊이가 일정하지 않고, 가장자리로 갈수록 에칭 깊이가 작아지는 경향이 있다. 이는 반도체소자의 불량 원인이 되었는데, 이를 해결하기 위한 방법으로서 웨이퍼(21)의 부위별로 냉각온도를 조절하여 에칭효과를 적절히 조절할 수 있다. 다시 말해서, 에칭 깊이가 깊은 웨이퍼(21)의 중심부에는 상대적으로 낮은 온도의 냉각열을 공급하여 에칭 깊이를 줄이고, 에칭 깊이가 작은 웨이퍼(21)의 가장자리에는 상대적으로 높은 온도의 냉각열을 공급하여 에칭 깊이를 늘이는 것이다.
이러한 원리를 이용해서, 도면에서 중심부에 있는 열전소자에는 상대적으로 높은 전원을 인가해서 열전소자의 온도차를 크게함으로써 웨이퍼 척(23) 중심부에 상대적으로 낮은 온도의 냉각열을 제공하게 하고, 또한 도면에서 가장자리에 있는 열전소자에는 상대적으로 낮은 전원을 인가해서 열전소자의 온도차를 줄임으로써 웨이퍼 척(23) 가장자리에 상대적으로 높은 온도의 냉각열을 제공하게 되면, 웨이퍼(21) 전체에 걸쳐 에칭 깊이를 일정하게 조절할 수 있게 되는 것이다.
이때, 열전소자(25)는 동심원 상에서 중심부분, 중간부분 및 가장자리 부분으로 배열되는 것이 바람직하다. 일반적으로 웨이퍼 척(23)은 원판형으로 형성되는데, 열전소자(25)의 배치를 웨이퍼 척(23)의 중심부분, 중간부분 및 가장자리로 구분하여 배열하게 되면 웨이퍼(21)의 국부적 온도조절이 보다 용이해진다. 이와 같은 열전소자(25)의 배열은 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 따르면, 한 예로서, 원판형 웨이퍼 척(23)의 중심부에는 원형으로 된 하나의 열전소자(25-1)를 배치하고, 원형 열전소자(25-1) 둘레에 부채꼴 모양의 열전소자(25-2) 네 개를 서로 이격되게 배치하며, 그 외곽에 일곱 개의 부채꼴 열전소자(25-3)를 또한 서로 이격되게 배치하였다.
이때, 각 열(array)의 열전소자(25-1, 25-2, 25-3)는 각각 동일한 외부전원에 연결되어 동일한 전류가 인가될 수 있으며, 이때 각 열에 해당하는 열전소자는 서로 병렬로 연결되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제 2열을 구성하는 네 개의 열전소자(25-2)는 서로 동일한 외부전원에 연결되어 동일한 전류를 인가받을 수 있다. 따라서, 각 열에 공급되는 외부전원의 전류값을 변경시킴으로써 웨이퍼(21)의 냉각온도를 중심부분, 중간부분 및 가장자리별로 조절할 수 있게 된다.
각각의 열전소자(25)는 흡열, 발열작용에 의한 열팽창으로 소자 자체가 파괴되는 것을 막고 또한 사용되는 소자의 개수를 최소화하기 위해서 소자간 최적의 거리를 유지하도록 설계되는 것이 바람직하다.
또한, 열전소자(25)는 원형, 부채꼴, 사각형태 등 배치에 맞는 형태를 다양하게 선택할 수 있으며, 배열 형태 역시 도면에 도시된 것만으로 한정되지는 않는다. 바람직하게는, 중심부분에 배열된 열전소자(25-1)는 원형으로, 또한 중심부분의 열전소자(25-1)를 둘러싸는 나머지 열전소자(25-2, 25-3)는 부채꼴 형상으로 구성할 수 있다. 부채꼴 모양의 열전소자(25-2, 25-3)는 도시된 바와 같이 원판형의 웨이퍼 척(23)에 대해서 다수의 열전소자가 서로간의 간격을 일정하게 유지하는 데 매우 유리하며, 한 열에 해당하는 열전소자들이 동심원 상에서 일정한 반경에 배치되어 일정한 냉각열을 제공할 수 있기 때문에, 웨이퍼(21)의 온도를 반경에 따라서국부적으로 제어할 수 있게 한다.
웨이퍼 척(23)을 향한 열전소자(25)의 표면에는 열전소자(25)로부터의 냉각열을 고르게 분포시켜 제공하기 위한 금속판(33)이 설치되는 것이 바람직하다. 다수의 열전소자(25)는 위에서 설명한 것처럼 서로 간격을 두고 배치되기 때문에 열전소자(25) 사이의 영역에서는 충분한 냉각열이 제공되지 못하여 부분적인 온도편차가 생길 수 있기 때문에 냉각열을 고르게 분포시키는 금속판(33)을 사용하는 것은 웨이퍼의 고른 냉각에 매우 중요하다.
금속판의 두께 결정은 하부의 열전소자에 동일한 전원이 공급되면 금속판 상부에도 위치에 따른 온도편차가 발생하지 않고, 차등적 전원이 공급되었을때는 금속판 상부에 충분한 온도편차가 발생할 수 있는 금속판의 두께를 설정하는 것이 바람직하다.
금속판(33)은 도 1 및 도2에 잘 도시되어 있으며, 금속판(33)은 열전소자(25)의 n형 반도체 측, 즉 흡열부 측에 설치되어 있다. 또한, 금속판(33)은 알루미늄이나 구리 같은 열전도도가 높은 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게, 금속판(33)은 금 또는 은과 같은 열전도도가 매우 뛰어난 금속재로 코팅할 수 있다. 금과 은 같은 열전도도가 매우 뛰어난 금속재로 금속판(33)의 표면을 코팅하게 되면, 금속판(33)을 통해서 전달된 열이 금 또는 은으로 코팅된 표면에서 보다 활발하게 분산되어서 열분포를 보다 고르게 할 수 있다는 효과가 있다. 높은 열전도도를 가진 금속재는 금속판(33)의 모든 표면에 고르게 코팅되는 것이 바람직하다.
워터재킷(24)과 금속판(33)에는 각각 열전소자(25)를 고정시키고 워터재킷(24) 및 금속판(33)과 열전소자(25) 사이의 접촉면적을 늘리기 위한 홈이 형성되어 있다. 도 2를 참조하면, 워터재킷(24)의 상부에는 열전소자(25)에 대응하는 위치에 열전소자(25)와 동일한 형상의 열전소자 안착홈(34)이 형성되며, 금속판(33)의 하부에도 상기 안착홈(34)에 대응하는 고정홈(35)이 형성되고, 열전소자(25)는 안착홈(34)과 고정홈(35) 사이에 고정된다. 이와 같은 구성은 열전소자(25)의 모든 표면이 워터재킷(24) 및 금속판(33)에 접촉되게 하여 열전달 효율을 높이는 동시에 열전소자(25)로부터의 냉각열이 유실되는 것을 방지하게 된다. 또한, 워터재킷(24)에 형성된 안착홈(34)은 열전소자(25)의 위치가 임의로 변경되는 것을 방지하여 웨이퍼 척(23)의 온도분포를 원하는 대로 유지시키게 된다.
금속판(33)과 열전소자(25) 사이에는 열전도성이 강한 열전그리스를 도포하여 열전소자(25)의 냉각열이 보다 효율적으로 금속판(33)으로 전달되게 할 수 있다. 이때, 열전그리스는 열전소자(25)가 끼워 맞춰지는 금속판(33)의 고정홈(35)에 도포되는 것이 바람직하며, 열전소자(25)와 금속판(33)의 고정홈(35)이 접촉된 상태를 유지하여야 한다.
다시 도 1을 참조하면, 열전소자(25)는 외부로부터 인가된 전원에 의해 흡열 및 발열반응을 하게 되는데, 이때 열전소자(25)에 전원을 공급하는 전원공급라인(26)은 워터재킷(24)을 통해서 외부로부터 열전소자(25)로 연결된다. 또한, 전원공급라인(26) 이외에도, 웨이퍼 척(23)으로 정전척을 이용할 경우에 필요한 DC 공급라인(30), 열교환율 향상을 위한 헬륨 공급라인(31), RF전원을 공급하기 위한 RF 공급라인(32) 등이 체임버(22) 내를 통해 연결될 필요가 있으며, 이들은 모두 웨이퍼 척(23)의 하부에 있는 워터재킷(24)을 통해서 체임버(22) 내로 연결된다.
또한 도 5를 참조하면, 이러한 전원공급라인(26), DC 공급라인(30), 헬륨 공급라인(31) 및 RF 공급라인(32)을 위해서 워터재킷(24) 내에는 다수의 금속관(41)이 관통 형성된다. 상기 금속관(41)은 용접 등에 의해 워터재킷(24) 내에 설치되며, 또한 금속관(41)은 외부로부터 체임버(22) 내로 연결통로를 제공하는 동시에 워터재킷(24)으로부터 물이 유입되는 것을 차단하여 내부에 배치된 각 라인을 보호하는 역할을 한다. 또한 바람직하게는 금속관(41)은 강자성체로 제작되어 내부의 라인으로부터 방출되는 전자기파가 외부로 방출되는 것을 차단하는 역할을 한다. 보다 바람직하게는, 금속관(41)의 내부에는 절연물질(42)을 배치하여 각 라인에 흐르는 전류가 금속관(41)을 통해 유출되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 금속관(41)은 모든 라인에 대해서 동일한 구조를 가질 수도 있으며, 각 라인의 특성에 따라서 변형하는 것도 물론 가능하다. 예를 들어, 전자기파의 방출 우려가 있는 라인에는 강자성체의 금속관을 사용하고, 전자기파의 방출 우려가 없는 라인에는 통상적인 배관을 이용할 수 있다.
또한, 도 5에는 열전소자(25)와 전원공급라인(26)의 연결구조가 자세히 도시되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이 각각의 열전소자(25)는 서로 다른 전원공급라인(26)에 연결되는데, 이때 전원공급라인(26)의 양단부에는 열전소자(25) 및 외부전원과의 연결을 위한 단자(39,40)가 형성된다. 이중 상측단자(39)는 열전소자(25)와의 연결을 위한 것이며 하측 단자(40)는 외부전원과의 연결을 위한 것이다. 또한, 열전소자(25)의 일단부에는 상기 상측 단자(39)에 삽입 연결되도록 전극핀(38)이 돌출 형성된다. 전극핀(38)은 바람직하게는 열전소자(25)의 일측 측부에 한 쌍으로 형성되어 전원의 입출력을 담당하며, 아래쪽으로 구부러지게 형성되어 전원공급라인(26)의 상측 단자(39)에 삽입 연결된다. 이러한 전극핀(38)의 배치 및 형상은 도 6a에 잘 도시되어 있다. 또한, 열전소자(25)는 금속판(33)의 안착홈(34)에 안착되고 전극핀(38)이 상측 단자(39)에 삽입되면서 보다 견고하게 설치될 수 있는데, 이때 금속판(33)에 형성된 안착홈(34)과 상측 단자(39)는 도 6b에 잘 도시되어 있다. 전원공급라인(26)의 하측 단자(40) 또한 상측 단자(39)와 유사한 형태를 가지며, 금속 소켓 등에 의해 외부 단자와 연결되게 된다.
도 7a 및 도 7b는 열전소자(25)의 절연구조를 도시한다. 일반적으로 열전소자가 대기중에서 냉각 기능을 수행하게 되면, 주변의 수분이 열전소자 표면에 얼어붙게 되어 해동과 냉각을 반복하는 사이에 열전소자의 내구성이 떨어지거나, 흡열 및 발열 기능 자체에 장애가 생겨 수명이 짧아지게 된다. 이를 막기 위해서 모든 열전소자(25)는 도 7a와 같이 워터재킷(24)과 금속판(33) 사이에 제 1 차폐물(45)을 설치하여 외부로부터 완전히 차폐되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성할 경우, 열전소자부의 모든 열전소자(25)는 대기로부터 차단되어 수분이 침투하는 것을 막을 수 있으며, 또한 외부의 환경변화에 영향을 받지 않으므로 최적의 작동환경을 유지할 수 있게 된다. 제 1 차폐물(45)은 단열, 절연 및 밀폐기능이 강한 재질을사용하여 제조되며, 한 예로서 고무링을 사용할 수 있다.
또한, 도 7b를 참조하면, 각각의 열전소자(25) 사이에도 제 1 차폐물(45)과 유사한 재질의 제 2 차폐물(46)을 설치하여, 각각의 열전소자(25)가 분리된 환경에서 작동하도록 구성할 수 있다. 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치에서는 각각의 열전소자(25)가 서로 다른 기준온도에서 작동할 수 있으므로, 이와 같이 열전소자(25)를 서로 차폐하여 개별적인 환경에서 작동할 수 있도록 하는 것이 웨이퍼의 냉각을 부분적으로 통제하는데 유리하다.
도 8은 본 발명의 웨이퍼 냉각장치에서 사용되는 열전소자(25)의 전기적 특성을 검사하여 고장여부를 점검하는 열전소자 점검장치(50)를 도시한다. 본 발명의 실시예에서는 다수의 열전소자를 사용하고 있는데, 이중 하나의 열전소자가 제 기능을 상실하더라도 원하는 온도분포를 얻을 수 없으며, 이는 반도체소자의 불량률을 높이는 원인이 되어 비용 및 시간의 낭비를 초래하게 된다.
도 8을 참조하면, 열전소자 점검장치(50)는 각각의 열전소자(25)의 전류 흐름을 검출하는 전류검출 센서(54) 및 각각의 열전소자(25)에 대응하는 웨이퍼 척(23) 영역의 온도를 검출하는 온도검출센서(미도시)를 구비한다. 온도검출센서는 도면에 도시되지는 않았으나, 웨이퍼 척(23)의 하단에 위치해 있으며, 온도검출센서로 연결되는 라인(36)은 도 3에 도시되어 있다. 각각의 전류검출 센서(54) 및 온도검출 센서는 제어부(52)에 연결되어 있다. 제어부(52)는 전류검출 센서(54)와 온도검출 센서를 통해 검출된 각각의 열전소자의 전류값 및 웨이퍼 척(23)의 해당영역의 온도값을 소정의 기준값과 비교하여 해당 열전소자(25)의 고장여부를 판단한다.
이를 보다 상세히 설명하면, 본 발명의 웨이퍼 냉각장치에 사용되는 다수의 열전소자들은 도 4에 도시된 것처럼 여러 열로 구분되어 있으며, 각 열에 해당하는 열전소자에는 동일한 전류가 제공된다. 이때, 동일한 열에 해당하는 열전소자는 동일한 전원에 연결될 수도 있으며, 각각 다른 전원에 개별적으로 연결될 수도 있다. 여러 열전소자가 동일한 전원에 연결될 경우, 이 열전소자들은 전원분배기(56)를 통해서 병렬로 연결된다. 도 8에서는 설명의 편의를 위해서 한 열(A array 또는 B array)에 두 개의 열전소자(25)가 연결되어 있는 것으로 가정하였으며, 여기서 설명되는 원리는 더 많은 개수의 열전소자가 사용되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
다시 도면을 참조하면, 예를 들어 각각의 열전소자(25)가 12V, 10A의 전원을 소모한다고 가정하였을 때, 두 개의 열전소자가 병렬로 연결되어 있는 전원분배기(56)는 12V, 20A의 전원을 제공하여 두 개의 열전소자로 분배하게 된다. 열전소자(25)가 최종적으로 사용되는 환경은 대기압 상태에서와 진공상태에서 또한 부하상태일 때와 무부하 상태일 때 등 경우에 따라서 다르기 때문에, 사용자는 먼저 열전소자가 실제로 사용되어야 하는 기준이 되는 환경을 조성한 뒤 제어부(52)의 테스트 모드를 실행시킨다.
테스트 모드를 실행하면, 제어부(52)는 이미 저장되어 있는 일정 전압과 전류를 해당 열전소자(25)에 인가하여, 상기 열전소자(25)에 인가되는 전류값 및 결과적으로 나타나는 웨이퍼 척(23)의 온도변화에 대한 그래프를 제어부(52) 내의 메모리에 저장하게 된다. 이와 같이 작동환경을 조성한 후 해당 열전소자에서 최초에 검출된 전류값 및 웨이퍼 척의 해당 영역에서 최초에 검출된 온도값은 이후 해당 열전소자(25)를 점검하기 위한 기준값이 된다.
사용자가 원하는 온도값을 지정하여 제어부(52)에 입력하면 외부 전원에서 각 열전소자(25)로 인가되는 전류값은 해당 온도에 대해서 일정해야 한다. 따라서, 이후에 열전소자(25)를 점검하기 위해서는, 검사하기를 원하는 열전소자(25)에 전원을 인가한 후 해당 열전소자(25)의 전류값과 웨이퍼 척(23)의 해당위치의 온도값을 검출하여 이 검출값을 제어부(52)에 저장된 기준값과 비교하게 된다. 이때 만약 검출값이 기준값과 다르다면 제어부(52)는 해당 열전소자(25)에 이상이 있는 것으로 판단하고 이를 사용자에게 알려준다.
이때, 제어부(52)는 일정 비율의 허용치를 정하여 기준값과 검출값의 오차가 허용치 범위 내에 있을 때는 열전소자(25)가 정상인 것으로 판단하고, 허용치 범위를 벗어날 때에만 비정상인 것으로 판단하도록 구성하는 것도 가능하다.
이와 같은 점검방법은 특정 열에 해당하는 모든 열전소자에 동일한 전류, 전압을 가진 전원이 동일한 전원분배기를 통해서 제공되는 경우에 매우 유용하며, 제어부(52)는 각 열의 전류값을 측정하여 기준값과 비교함으로써 빠른 시간 내에 이상이 발생하는 열을 찾아낼 수 있다.
그러나, 각 열에 해당하는 열전소자를 한꺼번에 점검하는 방법 이외에도, 모든 열전소자를 개별적으로 점검하는 방법을 사용하는 것도 가능하며, 각 열에 해당하는 열전소자를 몇 개의 그룹으로 나누어 그룹별로 점검하는 것 또한 가능하다.
또한, 여기서 온도검출 센서는 웨이퍼 척(23)의 온도를 측정하는 것으로 설정하였으나, 온도검출 센서의 위치는 상술한 경우에 국한되는 것은 아니며, 열전소자(25)의 점검을 위해서 온도검출 센서를 금속판(33)에 설치하여 금속판(33)의 온도와 열전소자(25)의 전류값을 이용하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치는 강자성체 금속커버(60)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 반도체소자 가공장비는 RF 전력을 사용하는 경우가 많은데, 반도체소자 가공장비에 사용되는 RF 전력은 수kW에 이르기 때문에, RF 유출에 의해서 열전소자가 심각하게 손상될 수 있다. 따라서, RF에 의한 전자기파를 차단해야 할 필요성이 대두되는데, 본 발명에서는 뮤메탈과 같은 강자성체로 된 금속커버를 사용하는 방식을 도입하였다.
도 9는 이러한 강자성체 금속커버(60)를 잘 도시하고 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 강자성체 금속커버(60)는 금속판(33), 열전소자(25) 및 워터재킷(24)을 모두 수용하도록 설치되어 임피던스 매칭박스(61)로부터 RF 공급라인(32)을 통해서 또한 체임버 진공공간의 웨이퍼(21) 상부의 상부 RF전극(59)으로부터 제공되는 RF 전자기파가 열전소자 쪽으로 유출되는 것을 막는다. 강자성체 금속커버(60)의 일측은 접지(62)되어 금속커버(60)에 흡수된 전자기파를 제거하게 된다. 또한, RF 공급라인(32) 또한 위에서 설명한 것처럼 강자성체 금속관(41) 내에 구성되어 RF 공급라인(32)에서의 전자기파 누출도 차단되므로, 이와 같은 구성에 의해서 전자기파가 열전소자(25)로 누출되는 것을 원천봉쇄 할 수 있다.
도 10은 워터재킷(24)에 공급하는 냉각수를 보다 효율적으로 냉각시키도록개선된 냉각설비를 도시한다. 도면을 참조하면, 펌프(64)를 통해서 워터재킷(24)으로 냉각수를 제공하는 냉각수 유동경로에 설치된 냉각수 저장실(63)에 별도의 열전소자(65)를 배치하여 냉각수 저장실(63) 내에 있는 냉각수를 냉각시킬 수 있다. 또한, 상기 열전소자(65)의 발열부 측에는 별도의 워터재킷(66)을 설치하여 열전소자(65)의 기준온도를 낮춤으로서 냉각수의 냉각효과를 높이게 된다. 따라서, 종래와 같이 칠러와 같은 복잡한 냉각설비 없이도 간단한 구성만으로 냉각수의 온도를 쉽게 조절할 수 있으며, 이 때 사용되는 열전소자(65) 역시 웨이퍼 척(23)을 냉각시키기 위한 열전소자(25)와 같은 원리로 제어되므로 온도 조절이 용이하게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명의 열전소자를 이용한 웨이퍼 냉각장치에 따르면, 열전소자로부터 제공되는 냉각열을 금속판에 의해 고르게 분포시킴으로서 국부적인 온도편차를 제거할 수 있으며, 강자성체 금속을 이용하여 전자기파를 차단함으로써 열전소자의 파손을 막을 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치는 열전소자에 개별적인 전원을 연결하여 부분적인 온도제어가 가능하므로 웨이퍼 냉각 효율이 높아지며, 동시에 해당 공정에 적합하도록 웨이퍼 척에 위치별로 차등적인 온도를 제공할 수 있고, 또한각 열전소자의 전류를 검출하여 기준값과 비교함으로써 쉽고 빠른 열전소자 점검을 가능하게 하여 반도체소자 생산의 불량률을 대폭 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 워터재킷을 순환하는 냉각수를 별도의 열전소자에 의해 냉각시킴으로써 냉각장치의 구조를 단순화하는 동시에 냉각 효율을 높일 수 있다.

Claims (26)

  1. 웨이퍼를 수용하는 체임버,
    상기 웨이퍼를 고정하고 상기 웨이퍼를 냉각시키기 위해 열을 전달하는 웨이퍼 척,
    상기 웨이퍼 척을 냉각시키기 위한 열전소자 어레이,
    상기 열전소자 어레이와 인접하게 설치되고, 상기 열전소자 어레이를 냉각시켜 열전소자의 기준온도를 변경하기 위해서 냉각수가 흐르는 워터재킷, 및
    상기 웨이퍼 척과 열전소자 어레이 사이에 배치되어 상기 열전소자 어레이로부터 공급되는 냉각열을 상기 웨이퍼 척에 고르게 분포시켜 제공하기 위한 금속판을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전소자 어레이는 서로 다른 전류값을 공급받아 상기 웨이퍼 척에 서로 다른 온도의 냉각열을 제공할 수 있는 다수의 열전소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속판은 금속판 재질 보다 더 높은 열전도도를 갖는 물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속판과 상기 열전소자 사이에는 열전그리스가 도포되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속판, 상기 열전소자 어레이 및 상기 워터재킷은 전자기파의 유출을 막는 강자성체 금속커버에 의해 차폐되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 열전소자 어레이는 상기 금속판과 상기 워터재킷 사이에 배치된 제 1 차폐물에 의해 외부로부터 차폐되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 각각의 열전소자 사이에는 제 2 차폐물이 형성되어 상기 금속판과 상기 워터재킷 사이에서 상기 각각의 열전소자를 서로 단열 및 절연시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 워터재킷 내에는 외부로부터 상기 체임버 내로 연결통로를 제공하며 전자기파의 유출을 차단하는 다수의 금속관이 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속관은 내부에 절연체로 이루어진 절연관을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 열전소자에 전원을 공급하는 전원공급라인이 상기 금속관을 통해서 상기 열전소자로 연결되며, 상기 금속관의 양단부에는 상기 열전소자 및 외부 전원과의 연결을 위한 단자가 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 열전소자는 상기 금속관의 일단부에 형성된 단자에 삽입 연결되도록 돌출 형성된 전극핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  13. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 워터재킷에는 상기 열전소자를 안착하여 고정시키며 상기 워터재킷과 상기 열전소자 사이의 접촉면적을 넓히기 위한 안착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  14. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 금속판에는 상기 열전소자를 고정시키며 상기 금속판과 상기 열전소자 사이의 접촉면적을 넓히기 위한 고정홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열전소자의 전기적 특성을 검사하여 고장여부를 점검하는 열전소자 점검수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 열전소자 점검수단은,
    각각의 열전소자의 전류 흐름을 검출하는 전류검출 센서,
    상기 각각의 열전소자에 대응하는 상기 웨이퍼 척 영역의 온도를 검출하는 온도검출 센서, 및
    상기 전류검출 센서 및 상기 온도검출 센서를 통해 검출된 해당 열전소자의 전류값 및 상기 웨이퍼 척의 해당영역의 온도값을 소정의 기준값과 비교하여 상기 열전소자의 고장여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 기준값은 해당 열전소자에서 최초에 검출된 전류값 및 상기 웨이퍼 척의 해당영역에서 최초에 검출된 온도값인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  18. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 열전소자는 동심원 상에서 중심부분, 중간부분 및 가장자리 부분으로 배열되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 중심부분의 열전소자는 원형이며, 나머지 열전소자는 부채꼴 형태인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 워터재킷의 냉각수 유동경로에는 냉각수를 냉각시키기 위한 별도의 열전소자가 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 냉각수 냉각용 열전소자의 발열부 측에는 상기 냉각수 냉각용 열전소자의 기준온도를 낮추기 위한 별도의 워터재킷이 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  22. 웨이퍼를 수용하는 체임버,
    상기 웨이퍼를 고정하고 상기 웨이퍼를 냉각시키기 위해 열을 전달하는 웨이퍼 척,
    상기 웨이퍼 척을 냉각시키기 위한 제 1 열전소자 어레이;
    상기 제 1 열전소자 어레이의 기준온도를 변경하기 위해서 냉각수를 순환시키기 위한 워터재킷, 및
    상기 워터재킷내의 냉각수를 더 냉각시키기 위한 제 2 열전소자 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 열전소자 어레이의 발열부 측에는 열전소자의 기준온도를 낮추기 위한 별도의 워터재킷이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  24. 웨이퍼를 수용하는 체임버,
    상기 웨이퍼를 고정하고 상기 웨이퍼를 냉각시키기 위해 열을 전달하는 웨이퍼 척, 및
    상기 웨이퍼 척을 냉각시키기 위한 열전소자 어레이를 포함하고,
    상기 열전소자 어레이는 서로 다른 전류값을 공급받아 상기 웨이퍼 척에 서로 다른 온도의 냉각열을 제공할 수 있는 다수의 열전소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 다수의 열전소자는 동심원 상에서 중심부분, 중간부분 및 가장자리 부분으로 배열되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 중심부분의 열전소자는 원형이며, 나머지 열전소자는 부채꼴 형태인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 냉각장치.
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