KR100273207B1 - 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치는 상면이 평면으로 이루어지며 웨이퍼의 직경보다 작게 형성되며 히터로부터 발생되는 열을 웨이퍼로 균일하게 전달하는 서셉터와, 상기 서셉터의 직경보다 큰 간격을 두고 배치되는 한쌍의 집게를 가지며 상기 집게의 내측 연부 상면에도 웨이퍼의 에지부분을 들 수 있도록 한 단턱부가 형성된 세셉터 로딩용 핑거와, 상기 서셉터 로딩용 핑거 및 카세트용 핑거를 전환가능하게 설치하여 웨이퍼를 로딩하도록 한 플랫존 얼라인너와, 상기 서셉터상에 로딩된 웨이퍼의 미끄러짐을 방지하기 위해 설치한 내열성핀을 포함하여 구성됨으로써, 웨이퍼를 핀을 이용한 상승/하강이나 진공에 의한 흡/탈착에 의해 로딩하지 않기 때문에 구조적으로나 기구적측면에서 매우 단순화한 프로세스 챔버를 제작할 수 있고, 핀이나 진공을 사용하지 않고 웨이퍼를 로딩하는 단순한 구조로 인해 히터나 진공관련부품 등의 각종 부위배치를 이상적으로 할 수 있으며, 서셉터 하부의 복잡한 구조에 의해 발생될 수 있는 챔버내의 난류 형성을 방지할 수 있어 안정화된 가스흐름을 유지할 수 있고, 서셉터 상에 홀이 없기 때문에 웨이퍼의 온도 균일도 등의 온도에 대한 신뢰성이 증가하며, 서셉터가 특별한 가공을 필요로 하지 않은 편평한 면을 지니는 원기둥형태이므로 가공원가를 절감할 수 있도록 하였다.

Description

웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치
본 발명은 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치에 관한 것으로, 특히 반도체 공정의 주요 파라미터(parameter)중의 하나인 온도의 균일도를 향상시키기 위해, 웨이퍼에 균일한 열을 전달할 수 있고 열전도성이 우수한 재질로 이루어져 있으며 표면에 홀과 같은 흠집등이 없는 매끄러운 형상을 지닌 서셉터(susceptor)와, 이 서셉터에 웨이퍼를 로딩할 수 있는 로딩장치를 구성하므로, 온도가 보다 균일하게 분포된 웨이퍼로 공정을 진행하여 600℃이상의 고온에서도 박막증착, 식각 등의 우수한 공정을 이루도록한 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치에 관한 것이다.
종래의 기술은 제1도 내지 제6도에 도시한 바와 같이, 여러장의 웨이퍼(1)를 한꺼번에 로딩하여 공정을 진행하는 배치(batch)타입(10)과, 한 장의 웨이퍼만을 로딩하는 싱글(single)타입(20)이 있다.
서셉터의 형상과 웨이퍼로딩방식 및 히팅은 우선 배치타입(10)인 경우 진공핸들러 또는 일반포크를 이용하여 보트에 로딩한 후 보트외부를 가열하게 되고, 싱글타입(20)인 경우 서셉터(21a) 하부에서 가열하게 된다.
핀로딩 방식은 제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이 진공핸들러(26) 또는 일반 포크를 이용하여 다운로딩을 한다. 서셉터(21a)의 형상은 웨이퍼 로딩부가 함몰된 형태이며 핀홀(23)이 형성된다. 종래 기술의 다른 예로는 제4도와 같이, 진공척에 진공핸들러를 이용하여 웨이퍼를 진공척에 가져가면 척에서 진공을 이용하여 웨이퍼를 흡착 로딩한다. 서셉터(21b)의 형상은 평면에 진공홀(24)을 형성한 형태이다. 종래 기술의 또 다른 예로는 제5도 및 제6도와 같이, 진공 핸들러(26) 또는 일반포크를 이용하여 일렉트로 스태틱 척(Electro Static Chuck)(21c)에 로딩하는 방식이며, 주로 핀로딩방식을 취한다.
종래 기술의 동작을 설명하면, 배치타입(10)인 경우 진공핸들러 또는 일반 포크를 이용하여 보트에 웨이퍼(1)를 로딩한 후 보트외부에서 열원(2)을 이용하여 보트 및 웨이퍼를 가열하고, 싱글타입(20)인 경우 서셉터(21a) 하부에서 열원을 이용하여 가열한다.
서셉터의 웨이퍼 로딩부가 안쪽으로 함몰된 형태의 핀 로딩방식은 진공핸들러 또는 일반 포크를 이용하여 웨이퍼(1)를 서셉터(21a)의 중앙부에 위치시키면 서셉터의 중앙부에 위치한 홀로부터 세 개 내지 네 개의 핀(22)이 상승하면서 핸들러로부터 웨이퍼(1)를 분리한다. 핸들러가 원위치되고 웨이퍼를 지지하고 있는 핀은 서셉터(21a)의 함몰부위로 하강하며 로딩된다.
서셉터의 진공 홀에 의해 웨이퍼가 로딩되는 방식은 진공핸들러(26)를 이용하여 웨이퍼를 서셉터(21b)의 중앙부에 위치시키면 서셉터내의 진공홀(24)로부터 진공에 의해 웨이퍼를 흡착시키게 된다.
일렉트로 스태틱 척에 핀 로딩하는 방식은 핸들러(26)를 이용하여 웨이퍼를 서셉터(21c)의 중앙부에 위치시키면 서셉터내의 홀로부터 세 개 내지 네 개의 핀(22)이 상승되어 핸들러로부터 웨이퍼를 분리한다. 핸들러가 원위치되고 웨이퍼를 지지하고 있는 핀은 서셉터 표면으로 하강되며 웨이퍼는 척에서 발생되는 정전기를 이용하여 척 즉 서셉터 (21c)에 부착된다.
종래의 기술에 의한 반도체의 공정은 온도, 압력, 유량 등의 측면에서 민감한 공정조건을 필요로 하기 때문에 배치 타입이 아닌 싱글 타입의 챔버(chamber)로 설계, 제작된다. 싱글 타입(20)에서 핀 로딩방식은 서셉터상에 세 개 내지 네 개의 핀 홀을 지니게 되는데, 이는 웨이퍼의 온도 균일도 및 백 파티클(back particle) 등의 영향을 미칠수 있고, 진공상태에서 공정이 이루어질 경우 진공핸들러는 웨이퍼 이송에 이용될 수 없는 상태가 되어 고온, 저압을 필요로 하는 반도체 공정의 핀 로딩방식과 이에 따른 서셉터의 형상, 진공 핸들러의 진공상에서의 사용 등에 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출한 것으로, 우선 웨이퍼를 핀을 이용한 상승/하강이나 진공에 의한 흡/탈착에 의해 로딩하지 않기 때문에 구조적으로나 기구적측면에서 매우 단순화한 프로세스 챔버를 제작할 수 있고, 핀이나 진공을 사용하지 않고 웨이퍼를 로딩하는 단순한 구조로 인해 히터나 진공관련부품 등의 각종 부위배치를 이상적으로 할 수 있으며, 서셉터 하부의 복잡한 구조에 의해 발생될 수 있는 챔버내의 난류 형성을 방지할 수 있어 안정화된 가스흐름을 유지할 수 있고, 서셉터상에 홀이 없기 때문에 웨이퍼의 온도 균일도 등의 온도에 대한 신뢰성이 증가하며, 서셉터가 특별한 가공을 필요로 하지 않은 편평한 면을 지니는 원기둥형태이므로 가공 원가를 절감할 수 있도록 한 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치를 제공함에 있다.
제1도는 일반적인 웨이퍼의 배치타입을 나타내는 개략 단면도.
제2도는 종래의 기술에 의한 로봇 핸들러 및 서셉터를 나타내는 개략측면도.
제3도는 종래의 기술에 의한 핀홀이 형성된 서셉터를 나타내는 평면도.
제4도는 종래의 기술에 의한 서셉터의 다른 예를 나타내는 개략 측면도.
제5도는 종래의 기술에 의한 서셉터의 또 다른 예를 나타내는 개략 측면도.
제6도는 종래의 기술에 의한 일렉트로 스테틱 척을 나타내는 평면도.
제7도는 본 발명에 의한 핀홀이 없는 서셉터를 나타내는 측면도.
제8도는 본 발명에 의한 서셉터위에 올려진 웨이퍼를 나타내는 단면도.
제9도는 본 발명에 의한 내열성핀을 나타내는 평면도 및 단면도.
제10도는 본 발명에 의한 서셉터 로딩용 핑거위에 올려진 웨이퍼를 나타내는 평면도.
제11도는 본 발명에 의한 서셉터 로딩용 핑거를 나타내는 측면도.
제12도는 제10도의 ‘A’부를 확대해서 나타낸 확대 평면도.
제13도는 제12도의 B-B선 단면도.
제14도는 제10도의 ‘A’를 확대해서 나타낸 확대 측면도.
제15도는 본 발명에 의한 다른 실시예인 서셉터 로딩용 핑거위에 올려진 웨이퍼를 나타내는 평면도.
제16도는 제15도의 ‘C’부분을 확대해서 나타낸 확대 평면도.
제17도는 제16도의 D-D선 단면도.
제18도는 제15도의 ‘C’부분을 확대해서 나타낸 확대 측면도.
제19도는 본 발명에 의한 웨이퍼의 온도분포를 나타내는 도표.
제20도는 본 발명에 의한 웨이퍼의 파티클 검사결과를 나타내는 실험도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 웨이퍼 31 : 서셉터
33 : 내열성핀 40 : 서셉터 로딩용 핑거
41 : 집게 41a : 단턱부
이러한, 본 발명의 목적은 상면이 평면으로 이루어지며 웨이퍼의 직경보다 작게 형성되며 히터로부터 발생되는 열을 웨이퍼로 균일하게 전달하는 서셉터와, 상기 서셉터의 직경보다 큰 간격을 두고 배치도는 한쌍의 집게를 가지며 상기 집게의 내측 연부 상면에는 웨이퍼의 에지부분을 들 수 있도록 한 단턱부가 형성된 세셉터 로딩용 핑거와, 상기 서셉터 로딩용 핑거 및 카세트용 핑거를 전환가능하게 설치하여 웨이퍼를 로딩하도록 한 플랫존 얼라인너와, 상기 서셉터상에 로딩된 웨이퍼의 미끄러짐을 방지하기 위해 설치한 내열성핀을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치에 의해 달성된다.
이하, 본 발명에 의한 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라서 설명한다.
제7도는 본 발명에 의한 핀홀이 없는 서셉터를 나타내는 측면도이고, 제8도은 본 발명에 의한 서셉터위에 올려진 웨이퍼를 나타내는 단면도이며, 제9도는 본 발명에 의한 내열성핀을 나타내는 평면도 및 단면도이고, 제10도는 본 발명에 의한 서셉터 로딩용 핑거위에 올려진 웨이퍼를 나타내는 평면도이며, 제11도는 본 발명에 의한 서셉터 로딩용 핑거를 나타내는 측면도이고, 제12도는 제10도의 ‘A’부를 확대해서 나타낸 확대 평면도이며, 제13도는 제12도는 B-B선 단면도이고, 제14도는 제10도는 ‘A’를 확대해서 나타낸 확대 측면도이며, 제15도는 본 발명에 의한 다른 실시예인 서셉터 로딩용 핑거위에 올려진 웨이퍼를 나타내는 평면도이고, 제16도는 제15도는 ‘C’부분을 확대해서 나타낸 확대 평면도이며, 제17도는 제16도는 D-D선 단면도이고, 제18도는 제15도의 ‘C’부분을 확대해서 나타낸 확대 측면도이며, 제19도는 본 발명에 의한 웨이퍼의 온도분포를 나타내는 도표이고, 제20도는 본 발명에 의한 웨이퍼의 파티클 검사결과를 나타내는 실험도를 각각 보인 것이 다.
이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치는 핀홀 없이 웨이퍼(1)보다 작게 형성되며 히터로부터 발생되는 열을 웨이퍼로 균일하게 전달하는 서셉터(31)와, 상기 서셉터 위에 웨이퍼를 로딩하기 위해 집게(41)의 간격이 서셉터(31) 반경보다 크게 형성된 서셉터 로딩용 핑거(40)와, 상기 서셉터 로딩용 핑거 및 카세트용 핑거(50)를 전환가능하게 설치하여 웨이퍼(1)를 로딩하도록 한 플랫존 얼라인너와, 상기 서셉터상에 로딩된 웨이퍼의 미끄러짐을 방지하기 위해 설치한 내마모성을 겸비한 내열성핀(33)을 포함하여 구성된다.
상기 서셉터(31)의 재질은 SiC 이며, 상기 내열성핀(33)의 재질은 세라믹이나 석영 등의 특수재질을 사용한다.
상기 서셉터(31)의 직경은 웨이퍼(1)의 직경보다 작게 형성하고, 상기 서셉터로딩용 핑거(40)의 양쪽 집게(41)의 내측 연부 사이의 폭은 서셉터(31)의 직경보다 크게 형성함과 아울러 서셉터 로디용 핑거(40)의 양쪽 집게(41)에 웨이퍼(1)의 에지 부분을 들 수 있도록 한 단턱부(41a)를 형성한다.
이송챔버내에 웨이퍼의 유/무 확인을 위해 센서를 설치한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
히터로부터 발생된 열을 웨이퍼(1)로 균일하게 전달하는 매개체 역할을 하는 서셉터(31)가 균일한 온도분포를 이루도록 서셉터에 핀흘을 없애고 매끄러운 표면을 갖도록 하며, 특수 제작된 전용 핑거(40)를 사용하여 웨이퍼를 서셉터(31)위로 가져가고 웨이퍼의 중앙과 서셉터의 중앙을 맞춘 후 핑거(40)를 하강시키면 서셉터보다 큰 크기의 서셉터 로딩용 핑거는 서셉터(31)를 지나치게 되고 웨이퍼(1)는 서셉터(31)에 걸리게 되어 웨이퍼가 서셉터상에 안전하게 로딩된다. 즉 종래의 핀에 의해 로딩되는 것과 동일한 효과를 가져온다.
서셉터 및 웨이퍼를 고정시키기 위한 특수한 형상의 네 개의 핀(33)에 의해 웨이퍼(1)는 최대 1mm 이하의 오차범위내에서 서셉터상에 안전하게 고정된다.
웨이퍼를 카세트에서 꺼낼때의 핑거(50)형상과 서셉터상에 로딩할때의 핑거(40) 형상이 다른데, 서셉터상에 로딩할때의 핑거는 웨이퍼의 에지부분만이 접촉되는 넓은 U자 형태이고, 진공을 이용하지 않기 때문에 웨이퍼의 플랫존(flatzone)(1a) 이외의 에지 부분을 핑거의 3면에 닿도록 하여 웨이퍼(1)를 떠올리는 방식을 채택해야 한다. 이 때문에 카세트로부터 웨이퍼를 꺼내는 역할을 담당하는 진공을 사용하지 않는 일반적인 핑거(50)로부터 서셉터상으로의 웨이퍼 로딩을 담당하는 핑거(40)로 전환할 수 있어야 하고, 이를 위한 장치와 공간이 있어야 한다. 이 장치가 웨이퍼(1)를 카세트용 핑거(50)에서 서셉터 로딩용 핑거(40)로 전환하여 웨이퍼(1)를 공정 챔버 서셉터상에 로딩될 수 있도록 하는 플랫존 얼라이너(flatzone aligner)이다.
플랫존 어라이너는 회전력을 필요로 하고 웨이퍼가 회전하는 순간에 웨이퍼의 플랫존(1a)을 감지하여 플랫존을 얼라인하는데, 이때 회전력에 의해 핀상에 위치한 웨이퍼가 미끄러지는 현상이 발생하게 된다. 또한 고온에서의 고정이 종료된 후 웨이퍼를 카세트에 가져가야 하는데, 가열된 웨이퍼를 냉각시키지 않고 카세트에 로딩하게 되면 카세트가 녹아내리게 되므로 웨이퍼를 카세트에 로딩하기 전에 웨이퍼를 냉각할 수 있는 시간이 요구된다. 이처럼 플랫존 얼라이너는 웨이퍼의 얼라인 뿐만 아니라 공정이후의 웨이퍼를 냉각하기 위해 이용되며, 웨이퍼의 얼라인 및 냉각은 핀(33)상에서 이루어지기 때문에, 플랫존 얼라이너의 핀은 웨이퍼의 미끄러짐 방지를 목적으로 하며 내열성 및 내마모성을 지닌 특별한 형상의 핀(33)이 이용된다.
카세트챔버, 플랫존얼라이너, 공정챔버로 웨이퍼를 이동시키는 역할을 담당하는 로봇이 장착된 이송챔버에는 상기 각부와 일직선상 중앙에 웨이퍼 유/무 확인 센서가 있다. 이 센서를 기구적으로 보완하여 웨이퍼가 핑거상에서 이탈되었는지를 확인할 수 있게 하였다. 즉 챔버간을 이동할 시 웨이퍼유/무 확인 센서로 웨이퍼를 확인한 후, 상기 각부간의 일직선상에 카세트 챔버에서 가장 먼 방향의 웨이퍼 에지 부분을 감지하게끔 기구적으로 구성하여 웨이퍼의 이탈여부를 감지한다.
SiC재질로 한 서셉터(31)의 적용은 웨이퍼(1)의 온도 균일도를 증가시킬 뿐만 아니라 열손실을 최소화하는 열전달 매개체로써 충분한 역할을 한다. 이는 제19도와 같이, 피가열물이 600℃인 경우 히터의 표면 온도가 약 511∼558℃인 데이터에 의해서는 충분히 입증된다. 상기 데이터는 히터 반사판에 의한 효과와 어우러진다.
또한 세라믹이나 석영 등의 특수소재로 설계, 제작된 핑거(40)는 1000℃이상의 고온에서도 사용가능하며, 설계에 따라 핑거의 두께를 2mm 이하로 가져갈 수 있기 때문에 좁은 공간에서도 충분한 활용이 가능하며, 플랫존 얼라이너의 핀(33) 상단구조는 일반적으로 뾰족하거나 원형 또는 평면의 구조를 가지는데 반해, 본 발명에서는 그러한 구조가 아닌 끝이 둥근 원기둥의 핀 중앙부에 홈(33a)을 판 분화구 형태이다. 이 구조는 뿔이나 원형구조에서 발생하기 쉬운 미끄러짐을 방지하고, 평면구조에 의해 발생하는 웨이퍼면의 불균형 즉 수평단면과의 비평형을 해결하여 준다. 또한 내열, 내부식성 재질을 사용하여 핀을 가공하면 고정 후 가열된 웨이퍼를 핀(33)상에서 냉각시킬 수 있기 때문에 냉각용 챔버가 필요하지 않아 경제적인 이익을 얻을 수 있으며, 세라믹, 석영 등의 핀을 이용하여 서셉터를 고정시키고 그 위에 웨이퍼를 로딩하여 공정을 진행하는 방식은 웨이퍼 하부공간을 서셉터(31)의 두께만큼 확보할 수 있기 때문에 웨이퍼(1) 뒷면의 가스흐름을 원할하게 유지시킬 수 있어 프로세스 소스 가스들이 웨이퍼의 뒷면에 머물러 증착 또는 파우더를 형성하게 되는 조건을 줄여주어 제20도와 같이 파티클의 관리가 용이하게 된다.
본 발명의 다른 실시예로 서셉터 로딩용 핑거(40′)의 단턱부(41a′) 형상을 제15도 내지 제18도와 같이 변형하여도 같은 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치는 웨이퍼보다 작게 형성되며 히터로부터 발생되는 열을 웨이퍼로 균일하게 전달하는 서셉터와, 상기 서셉터 위에 웨이퍼를 로딩하기 위해 집게의 간격이 서셉터 반경보다 크게 형성된 서셉터 로딩용 핑거와, 상기 서셉터 로딩용 핑거 및 카세트용 핑거를 전환 가능하게 설치하여 웨이퍼를 로딩하도록 한 플랫존 얼라인너와, 상기 서셉터상에 로딩된 웨이퍼의 미끄러짐을 방지하기 위해 설치한 내열성핀을 포함하여 구성됨으로써, 웨이퍼를 핀을 이용한 상승/하강이나 진공에 의한 흡/탈착에 의해 로딩하지 않기 때문에 구조적으로나 기구적측면에서 매우 단순화한 프로세스 챔버를 제작할 수 있고, 핀이나 진공을 사용하지 않고 웨이퍼를 로딩하는 단순한 구조로 인해 히터나 진공관련부품 등의 각종 부위배치를 이상적으로 할 수 있으며, 서셉터 하부의 복잡한 구조에 의해 발생될 수 있는 챔버내의 난류 형성을 방지할 수 있어 안정화된 가스흐름을 유지할 수 있고, 서셉터상에 홀이 없기 때문에 웨이퍼의 온도 균일도 등의 온도에 대한 신뢰성이 증가하며, 서셉터가 특별한 가공을 필요로 하지 않은 편평한 면을 지니는 원기둥형태이므로 가공원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 상면이 평면으로 이루어지며 웨이퍼의 직경보다 작게 형성되며 히터로부터 발생되는 열을 웨이퍼로 균일하게 전달하는 서셉터와, 상기 서셉터의 직경보다 큰 간격을 두고 배치되는 한쌍의 집게를 가지며 상기 집게의 내측 연부 상면에는 웨이퍼의 에지부분을 들 수 있도록 한 단턱부가 형성된 세셉터 로딩용 핑거와, 상기 서셉터 로딩용 핑거 및 카세트용 핑거를 전환가능하게 설치하여 웨이퍼를 로딩하도록 한 플랫존 얼라인너와, 상기 서셉터상에 로딩된 웨이퍼의 미끄러짐을 방지하기 위해 설치한 내열성핀을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 로딩 및 균일열전달장치.
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