KR100304998B1 - 웨이퍼부착면및리프팅수단 - Google Patents
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Abstract
배지 이온 이식기와 같은 반도체 처리 시스템에서 워크피스를 해제가능하게 유지하기 위한 장치는 지지수단(1)의 펜스(1A)에 대하여 웨이퍼(2)를 클램핑하기 위하여 평면의 후방부상에 장착된 링크 매카니즘과, 상기 장치의 록킹과 언록킹 및 워크피스의 어떠한 잘못된 클램프도 감지하기 위하여 레버 매카니즘(5, 6, 7, 9, 10, 15)과 결합하는 웨이퍼 리프트 수단(13)상에 장착된 퓨셔 수단을 포함한다.
Description
발명의 분야
본 발명은 반도체 제조 장치용 웨이퍼 부착 매카니즘에 관한 것으로서, 특히 배치형 이온 이식기(implanter)에 사용되는 웨이퍼 홀더 장치에 관한 것이다.
발명의 배경
배치형 이온 이식기에서, 다수의 웨이퍼는 스핀형 이식 디스크의 냉각된 평면 형성부위에 장착되고 반도체 웨이퍼를 도핑하기 위하여 이온 비임에 노출된다. 상기 장치는 수용 가능한 범위내에서 웨이퍼 온도를 유지하면서 높은 전류 이온 비임을 사용하여 생산량을 증가시킨다.
오염 및 크로스-오염(cross-contamination)을 제거함으로써, 이온 이식 기술을 향상시키기 위하여 많은 노력을 해왔다.
오염의 한 근원은 이온 비임에 노출된 웨이퍼 홀더로부터 웨이퍼위로 축적된 이온 종류를 스퍼터링(sputtering)하는 것이다. 이러한 종류는 이전 이식의 크로스-오염으로서 작용한다.
오염의 다른 근원으로서 웨이퍼 처리시 웨이퍼위에 떨어지는 입자가 있다. 대부분의 입자는 웨이퍼의 부적절한 클램핑(clamping)에 의해 발생된다. 이식 공정전에 웨이퍼 표면위에 있는 입자는 이식을 스크린한다. 이식후에 웨이퍼위에 떨어지는 입자는 다음에 처리될 웨이퍼의 오염을 발생시킨다.
이온 이식중 웨이퍼를 부착하기 위한 초기의 장치는 주변식 클램핑 (peripheral clamping) 매카니즘 즉, 웨이퍼 전방 표면을 결합하는 클램프 링을 가진 장치 또는, 냉각된 평면위에서 웨이퍼를 유지하기 위한 원심식 클램핑 (centrifugal clamping) 장치 어느것에도 사용된다.
2 가지 형태의 클램핑에서 입자 형성과 크로스 오염을 방지하기 위하여 요구되는 것과 함께, 상기 웨이퍼는 처리시 물리적인 보호되어야만 한다. 상기 웨이퍼의 파손을 방지하기 위하여, 웨이퍼는 디스크위에 이들을 클램핑 하기 전에 상기 디스크에 정확히 위치되어야만 한다.
클램프 링과 같은 주변식 클램핑 장치는 웨이퍼의 전방 표면부를 막고 입자발생 효과에 민감하다. 상기 클램프 링위의 스퍼터된 재료의 성장 때문에, 상기 링은 입자 오염의 근원이 될 수 있다. 상기 이식 공정중, 클램핑 링은 이온 비임에 노출되고, 클램핑 링으로부터 웨이퍼 표면까지의 스퍼터된 오입의 근원이 될 수 있다. 또한, 웨이퍼의 새도우된 부분(shadowed portion)은 상기 이식 공정에 노출되지 않는다.
원심식 클램핑 기술은 웨이퍼 표면에 접촉하는 클램핑 부재가 필요없고, 상기 웨이퍼면 위에서 이온 비임에 노출되는 웨이퍼 홀더의 양을 감소시킨다. 원심식 클램핑 장치가 이온 처리용 웨이퍼 전체 표면을 제공하지만, 클램핑의 충분한 원심력을 제공하기 위하여 특정의 기계적으로 복잡한 디스크 구조가 요구된다.
웨이퍼 표면의 보다 양호한 사용을 제공하고 입자 생성 및 스퍼터 오염 효과를 감소시키는 시도는, 본 발명의 양수인에 양도된 제목이 "부착 웨이퍼용 장치 (Apparatus for Retaining Wafers)"인 미국 특허 제 4,817,556 호에 기재되어 있다. 상기 매카니즘은 평면의 후방부위에 주로 위치되고 모서리 핸들링을 사용한다. 웨이퍼 주변에 다수의 핑거를 가진 가요성 콜렛(flexible collet)은 평면의 표면위로 돌출하는 웨이퍼의 모서리를 접촉시킴으로써 웨이최를 부착한다. 상기 평면은 이것의 주변 주위에 다수의 홈을 가지고, 각각의 홈은 핑거를 수용한다. 상기 콜렛의 외부는 일체로 성형되어 콜렛을 가요성으로 만들기 위하여 엘라스토머링에 의하여 지지되고, 웨이퍼가 평면위에 안착될 수 있도록 핑거를 외향으로 이동시킨다. 상기 평면의 다수 홈은 가요성 콜렛을 노출하고, 이것의 엘라스토머는 이온 비임에 대하여 링을 지지한다.
상기 콜렛이 작동될 때, 상기 매카니즘에 발생된 마모 입자는 물론 이온 비임에 의하여 침착된 재료는 방출되고 웨이퍼의 전방 표면위에 침착시킨다.
이식 디스크의 평면위에 웨이퍼를 안착하기 위하여 미국 특허 제 4,817,556호에. 사용되는 다중축의 로봇식 시스템은, 특히, 완벽한 정렬이 성취되기 어려운 큰 진공 챔버 내부에서 작동할 때, 위치 에러의 양을 발생시킨다. 상기 콜렛의 가요성에 의하여 제공되는 핑거의 보다 한정된 운동은 상기 위치 에러에 민감하도록 상기 디자인을 만든다. 이식 공정시 잘못 클램프된 웨이퍼는 이식기를 청소하기에 값비싼 재료의 손실과 비싼 정지를 발생시킨다. 그러므로, 웨이퍼 부착 매카니즘의 신뢰성 있는 작동은 시스템위에서 웨이퍼의 잘못 클램프된 것을 감지함으로써 성취될 수 있고, 그래서 잘못 클램프된 웨이퍼는 다시 클램프될 수 있다.
상기 위치선정 문제점을 해결하기 위한 시도는, 웨이퍼 표면에서 반사된 집속 광비임을 감지 함으로써 웨이퍼의 잘못된 클램핑을 방지하도록 웨이퍼 위치를 감지하는 제목이 "웨이퍼 이송기 조립체용의 오정렬 감지 센서(Misalignment Sensor for a Wafer Feeder Assembly)"인 미국 특허 제 4,74,713 호에 기재되어 있다.
광선과 광센서를 상기 디자인에 이식하는 것은 웨이퍼 로딩 위치로부터 이식 위치로 상기 디스크를 이동하도록 웨이퍼 표면으로부터 충분히 이격되게 이온 이식기의 진공 챔버 내부의 지지 구조물위에 위치되어야만 한다. 잘못 클램프된 웨이피를 확실히 감지하기 위하여, 상기 이식 디스크와 감지 시스템 구성품의 정확한 정렬이 유지되어야만 한다. 상기 장치가 웨이퍼 장착에서의 잘못된 정렬에 대해 안정성을 효과적으로 제공하고 웨이퍼의 물리적 손상을 피하게 할지라도, 웨이퍼의 클램핑을 원주식 클램핑 기구로서 유지된다. 상기 웨이퍼 클램핑 시스템은 하중시 웨이퍼를 결합하는 2 개 아암을 가진 회수가능한 스프링이 걸리는 클램프를 가지고, 여기에서 작동시 웨이퍼 부분은 상기 아암에 의하여 오버 새도우(over shadow) 된다. 상기 아암은 다음의 이식 공정에서 크로스 오염이 되는 종류를 축적하는 이온 비임에 노출된다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 특히 배치 이온 이식기와 스피닝 (spinning) 디스크위에사용되는 평면에 대하여 반도체 웨이퍼를 기계적으로 클램핑 하기 위한 웨이퍼 부착 매카니즘을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이온 비임에 대한 웨이퍼 부착 매카니즘의 구성품의 노출을 감소시킴으로써 웨이퍼와 오염 및 크로스 오염 영향을 감소시키고, 웨이퍼에 대한 기계적인 손상을 피하여 웨이퍼 클램핑을 감지하는 웨이퍼 부착 매카니즘을 제공한다.
본 발명의 상기 목적과 다른 목적은 웨이퍼를 지지하기 위하여 펜스(fence)로 된 평면을 가진 웨이퍼 부족 매카니즘과; 상기 평면의 펜스에 대하여 웨이퍼를 유지하는 클램프 수단과; 상기 평면의 중심으로부터와 그곳으로 상기 클램프 수단을 왕복시키는 스프링 수단 및 레버 수단과; 레버 수단을 작동시키고 레버 수단의 왕복 운동을 제공하는 전기적으로 절연된 퓨셔 수단 및; 상기 클램프 수단이 웨이퍼를 해제한 후에 평면으로부터 웨이퍼를 리프트시키기 위하여 퓨셔에 연결된 리프트 수단에 의하여 성취된다. 퓨셔가 레버와 분해될 때 퓨셔의 위치를 모니터링 하는 것은 구성품의 어떠한 정렬도 필요없이 적절한 웨이퍼 유지의 지시를 제공한다. 클램프 수단을 제외하고는 상기 매카니즘의 모든 요소는 이온 비임에 대한 이들의 노출을 방지하는 판의 후방부 위에 장착된다.
본 발명의 다른 특징은 본 발명의 원리에 의하여 도시된 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도면의 간단한 설명
제 1 도는 본 발명에 따라 구성된 배치 이온 이식기의 스피닝 디스크위에 웨이퍼를 해제가능하게 홀딩하기 위한 장치의 상세 단면도이고,
제 2 도는 본 발명에 따라 웨이퍼를 부착하기 위한 장치의 부분적인 절단 사시도이며,
제 3 도는 본 발명의 웨이퍼 부착 매카니즘을 사용하기 위한 웨이퍼 감지 보조 시스템의 개략적인 블록 다이아그램이다.
제 1 도는 웨이퍼 수용 평면(1)을 포함하는 웨이퍼-홀더 장치를 도시한다. 평면(1)은 이식 시스템을 처리하고 다수의 관통 구멍(도시않음)을 가진 배치의 스피닝 디스크(8)내에 장착된다. 평면(1)은 이온 이식 비임에 노출된 평탄한 전방면과 스피닝 디스크(8)위에 장착된 후방면을 가진다. 펜스(1A; 제 2 도에 도시됨)는 웨이퍼의 측면을 결합하기 위하여 웨이퍼 (2)의 원주와 결합하는 평면(1)의 전방면 주변위에서 리프트 된 원형부로서 형성된다.
상기 장치는 안내 부싱(14)내에 장착된 풀 로드(pull rod; 6)를 부가로 포함한다. 상기 풀 로드(6)의 제 1 단부는 평면 (1)의 전방면을 향하여 외부로 굽혀진다. 웨이퍼(2)의 모서리를 결합하기 위하여 롤러(7)와 풀 로드(6)의 제 1 단부가 평면(1)의 전방면 위로 연장될 수 있도록 롤러(7)는 풀 로드(6)의 제 1 단부위에 장착된다. 상기 풀 로드(6)의 제 2 단부는 하우징(3)에 의하여 지지되는 선회 레버(5)에 부착된다. 레버(5)는 선회점 (15) 주위를 회전한다. 스프링(4)은 하우징 (3)내에 위치된다. 스프링(4)은 평면(1)의 펜스(1A)를 향하여 웨이퍼(2)를 이동하고, 디스크(8)가 수직 위치에 있을때 웨이퍼(2)를 부착하는데 필요한 힘을 제공한다. 핑거(9)는 레버(5)의 측부로부터 풀 로드(6)가 부착된 측부에 대향된 스피닝 디스크 (8) 아래로 연장된다. 카운트 웨이트(10)는 선회 레버(5) 하부에 부착된다. 상기 장치는 구동축(16)위에 장착된 웨이퍼 리프트판(13)과 결합되는 스프링 하중이 걸린 퓨셔 매카니즘 (11)을 부가로 포함한다. 리프트핀(12)은 웨이퍼 리프트핀(13)위에 장착된다.
작동시, 웨이퍼는 상기 디스크가 수평 위치에 있을 때 이식 챔버내에서 로드되고 언로드된다. 상기 웨이퍼 판이 디스크로 운반되는 웨이퍼를 수용하는 위치에 있도록 디스크(8)는 회전한다. 웨이퍼를 평면위에 로딩하기에 적합한 매카니즘을 가진 이식 시스템의 한예와 통상적인 작동의 설명은, 본 발명의 양수인에게 양도되고 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제 4,817,556 호에 기재되어 있다.
웨이퍼의 로딩이 완료된 후, 디스크(8)는 이온 비임에 거의 수직된 이식을 위하여 수직면내로 선회되고, 디스크(8)가 회전한다. 롤러(7)는 스프링(4)의 힘에 의하여 펜스 (1A)에 대하여 웨이퍼(2)를 가압한다. 디스크는 속도가 상승해야만 한다. 상기 스피닝 속도가 거의 400rpm 값을 가지고 웨이퍼(2)가 원심력에 의하여 상기 평면에 고정되게 유지될 때, 원심력에 노출된 카운터 웨이트는 스프링(4)의 편향을 극복할 것이고, 선회 레버(5)에 의하여 롤러(7)를 가진 풀 로드(6)를 웨이퍼(2)로부터 이격되게 이동시킨다. 상기 이식 공정이 완료되고, 디스크 스피닝 속도가 감소될때, 롤러(7)는 웨이퍼 (2)를 위치에 부착시키는 이것의 원래 위치로 복귀할 것이고, 디스크(8)는 웨이퍼(2)의 배치 리로딩(reloading)을 위하여 수평 위치로 이송될 것이다.
웨이퍼 부착 매카니즘을 개방하기 위하여, 리프트핀(12)을 가진 웨이퍼 리프트판(13)은 구동축(16; 제 1 도)에 연결된 선형 작동 매카니즘에 의하여 리프트 된다. 먼저 퓨셔(11)는 핑거(9)와 스프링(4)을 연장시키는 선회레버(5)와 접촉하여, 롤러(7)를 가진 풀 로더(6)를 웨이퍼(2) 모서리로부터 이격시킨다. 상기 웨이퍼 리프트판(13)의 연속적인 상향 운동은 리프트핀(12)이 접촉하도록 하여, 웨이퍼(2)가 로봇식 로딩 장치에 의하여 접근될 수 있도록 웨이퍼(2)를 평면 표면위로 상승시킨다.
새로운 웨이퍼가 로봇식 로딩 장치에 의하여 핀(12)으로 운반된 후에, 핀(12)은 평면(1)의 표면위로 웨이퍼(2)를 하강시킨다. 웨이퍼(2)가 평면(1)위에 배치되고, 핀(12)이 하방으로 운동을 계속하게 될때, 퓨셔(11)는 이것의 운동에 따라 핑거(9)와 함께 하향으로 이동을 시작하고, 롤러(7)가 평면(1)의 펜스에 대하여 웨이퍼(2)를 결합하고 록크할 때까지 퓨셔(11)와 접촉을 유지한다. 그 후에, 핑거(9)는 이동을 정지하고, 퓨셔(11)와 핑거(9) 사이의 전기적인 접촉은 차단된다. 전기적인 접촉의 차단은 웨이퍼 취급 제어기(20)에 의하여 감지되고, 이것은 웨이퍼 존재 센서(21), 서보 모터 제어기(22) 및 제 3 도에 도시된 모터(23)를 부가로 포함하는 종래 감지 시스템의 한부분이다. 웨이퍼가 펜스상이나 롤러위에 위치되는 것과 같은 너무 큰 에러로서 판(1)으로 운반된다면, 웨이퍼는 클램프되지 않고 롤러(7)는 퓨셔(11)와 전기적인 접촉을 유지하는 핑거(9)의 행정 범위 끝까지 이것의 운동을 계속할 것이다. 상기 퓨셔 수단의 위치는 웨이퍼 취급 조정기(20)에 의하여 연속적으로 감지되기 때문에, 퓨셔(11)의 행정 끝전에 전기적인 접촉이 차단되는지를 감지하여 웨이퍼(2)의 잘못된 클램프를 인식하는 것이 가능하다.
롤러(7)와 웨이퍼(2)의 모서리 사이의 상대 운동을 감소시키는 풀 로드(6)의 선형 운동에 근접하도록 제공하기 위하여 웨이퍼 부착 매카니즘 링크 장치의 기하학은 형성된다. 웨이퍼 클램핑 장치의 대부분의 요소는 입자 생성을 매우 감소시키기 위하여 평면의 후방부 위에 장착된다.
상기 웨이퍼 부착 매카니즘의 특정 실시예가 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 특정 형태나 설명되고 도시된 부품의 정렬에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위와 정신으로부터 벗어남이 없이 다양한 수정과 변화가 이루어질 수 있다. 그러므로 첨부된 특허청구 범위내에서, 본 발명은 특별히 설명되고 도시된 것과 다른것으로 실행될 수 있다.
Claims (11)
- 제 1 및 제 2 의 대향된 모서리와 전방 및 후방에 평면을 갖는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치에 있어서,상기 웨이퍼를 지지하고, 웨이퍼의 제 1 모서리와 접촉하기 위한 펜스를 가진 평면과;상기 펜스에 대하여 왕복 운동하기 위하여 상기 평면위에 장착된 클램프 수단과;상기 클램프-수단에 선회 가능하게 부착된 레버 수단과;상기 평면의 펜스에 대하여 제 1 모서리를 가압하기 위하여 웨이퍼의 제 2 모서리에 접촉하는 클램프 수단을 미는 상기 레버 수단에 부착된 스프링 수단과;왕복 운동용으로 장착된 퓨셔 수단 및;상기 클램프 수단이 웨이퍼를 해제한 후에 평면으로부터 상기 웨이퍼를 리프트시키기 위하여 상기 퓨셔 수단에 연결된 리프트 수단을 포함하고,상기 퓨셔 수단은 웨이퍼를 해제하기 위하여 펜스로 부터 클램프 수단을 이격하도록 한 방향에서는 상기 레버 수단과의 결합부 내로 이동하고, 상기 클램프 수단이 평면의 펜스에 대하여 웨이퍼를 유지할 수 있도록 다른 방향에서는 상기 레버 수단과의 결합부 바깥쪽으로 이동되는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 평면은 웨이퍼의 평탄한 후방면에 접촉하기 위한 평탄한 전방면과, 그곳을 통하여 연장되는 다수의 구멍을 갖는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 클램프 수단은,제 1 및 제 2 단부를 가진 풀 로드(full rod)와;상기 풀 로드의 제 1 단부위에 장착되고, 작동시 웨이퍼의 제 2 모서리에 접촉하는 롤러와;상기 풀 로드에 대하여 위치된 안내 부싱을 부가로 포함하는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
- 제 3 항에 있어서,제 1 및 제 2 대향 측부를 가진 레버와,상기 레버의 제 2 측부의 저부에 고정되고, 작동시 레버를 선회시키기 위하여 퓨셔 수단에 의하여 이동되는 핑거를 부가로 포함하고,상기 레버 제 1 측부의 상부는 상기 풀 로드의 제 2 단부에 선회가능하게 연결되는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 리프트 수단은 작동시 웨이퍼를 리프트시키기 위하여 구멍을 통하여 돌출되는 다수의 리프트핀을 갖는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
- 디스크상에 배치되고, 상기 디스크의 외부를 향하여 배향된 리프트 원형부를 가지며, 관통하여 돌출되는 다수의 구멍을 가지는 웨이퍼 장착면을 형성하는 평면과;평면의 원형부에 대하여 상기 웨이퍼의 위치를 조정하기 위한 수단과;상기 조정 수단에 선회가능하게 되어 있으며, 작동시 상기 원형부를 향하여 웨이퍼를 이동시키는데 필요한 힘을 이송시키는 레버 수단과;상기 레버 수단에 의하여 조정 수단에 적용된 힘을 조정하기 위하여 레버 수단에 적용된 핑거와;판을 가지며, 상기 판위에 위치된 다수의 리프트핀으로서 작동시 상기 리프트핀이 장착면 위에 웨이퍼를 수용하고 로딩하기 위하여, 웨이퍼 장착면의 상기 구멍을 통하여 관통되도록 된 웨이퍼 리프트 수단과;상기 핑거에 외향으로 대향된 웨이퍼 리프트 수단의 판위에 장착되고, 작동시 웨이퍼가 장착면에 대하여 록크될 때까지 상기 핑거를 결합하는 퓨셔 수단을 포함하는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 웨이퍼를 조정하기 위한 수단은,안내 부싱과;상기 안내 부싱내로 장착되고, 안내 부싱을 통하여 돌출되는 제 1 및 제 2 단부를 갖는 풀 로드와;상기 롤러의 작은 부분이 웨이퍼 장착면위로 연장되도록 상기 풀 로드의 제 1 단부위에 위치된 롤러를 포함하고,상기 제 1 단부는 웨이퍼 장착면에 대하여 외향으로 굽혀지는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 레버 수단은,제 1 및 제 2 의 대향된 측부를 가진 레버와;상기 레버의 제 2 측부위에 장착된 하우징과;상기 하우징내에 배치된 스프링 및;하우징의 저부에 고정된 카운터 웨이트 부재를 포함하고,상기 레버의 제 1 측부는 풀 로드의 제 2 단부에 선회 가능하게 연결되며, 하우징의 상부는 상기 평면에 부착되고, 작동시 상기 카운터 웨이트 부재는 디스크가 회전될 때 웨이퍼를 조정하기 위하여 상기 수단에 의하여 유지되는 웨이퍼의 원심력 운동을 카운터 밸런스 하는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 핑거는 하우징에 대향된 레버의 제 2 측부에 부착되는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 퓨셔 수단은 핑거로부터 전기 절연되는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 평면의 리프트 된 원형부는 평면과 일체로 되는 웨이퍼를 디스크위에 부착하기 위한 장치.
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