KR100308209B1 - 리플로우공정을 위한 히터 어셈블리의 클램프 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 히터 어셈블리의 클램프는 패드와 캡, 그리고 마운팅 플레이트를 포함한다. 패드와 캡, 그리고 마운팅 플레이트는 세라믹 재질로 형성된다. 패드와 캡, 그리고 마운팅 플레이트는 일체로 형성될 수 있으며, 각각 별개로 형성되어 결합될 수 있다. 패드는 웨이퍼의 에지 부분에 밀착되는 접촉면을 갖고, 웨이퍼를 홀딩한다. 캡은 히터 블록에 밀착된 웨이퍼의 앞면을 외부로부터 밀폐시킨다. 마운팅 플레이트는 웨이퍼의 측면을 외부로부터 밀폐시킨다. 이와 같은 클램프는 세라믹 재질의 특성을 이용하여 클램프에 의한 웨이퍼의 손상을 방지한다. 또한, 웨이퍼를 가열하기 위한 열의 손실을 최대한 줄일 수 있도록 패드 상에 슬롯을 형성시킬 수 있다.

Description

히터 어셈블리의 클램프(A CLAMP OF HEATER ASSEMBLY)
본 발명은 히터 어셈블리의 클램프에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 반도체 디바이스 제조 공정에서 알루미늄 리플로우 공정에 사용되는 히터 어셈블리의 클램프에 관한 것이다.
반도체 디바이스(semiconductor device)의 고집적화에 따라 금속증착(metalization) 공정에 있어서도 높은 어스펙트 비의 컨택트 필(high aspect ratio contact fill)을 위해 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 Al 리플로우(reflow) 공정을 사용하는 것이 일반화되고 있다. 이때 웨이퍼 상의 온도 균일성(uniformity) 및 열 전도율을 향상하기 위해 웨이퍼의 뒷면에 Ar 가스를 분사하게 되어 있다. 이때, 고진공 챔버와 웨이퍼 뒷면간의 압력차에 의해 웨이퍼가 히터 테이블(heater table)에서 이탈되는 문제를 방지하기 위해서는 클램프의 사용이 불가피하다.
도 6은 종래 클램프를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 종래 클램프(100)는 캡(cap)(102)과 패드(pad)(104), 그리고 마운팅 플레이트(mounting plate)(106)로 구성되어 있다. 상기 캡(102)과 패드(104), 그리고 마운팅 플레이트(106)는 스테인레스 재질로 형성되고, 각각 별개로 형성된다. 상기 캡(102)과 패드(104)는 상기 마운팅 플레이트(106)의 상면에 스크류에 의해서 결합된다.
그러나, 이와 같은 종래 클램프(100)를 사용하는 경우, 상기 패드(104)와 웨이퍼간의 닿는 부분인 웨이퍼 에지(edge) 부분에 변형이 발생되거나 크랙(crack)이 발생되는 문제점이 있다. 이는 연한 재질의 패드(104)가 고온에 의해서 열팽창으로 변형되어 발생된다. 종래 클램프(100)는 상기 패드(104)의 웨이퍼와 닿는 부분에 변형을 방지하기 위하여 슬롯(slot)(108)을 형성시켜 놓았으나, 실제 공정시 상기 웨이퍼와 닿는 부분에서 변형이 발생된다. 또한, 상기 패드(104)에 변형이 발생되고, 공정이 누적됨으로써 상기 패드(104) 표면의 표면 거칠기는 매우 저하된다. 이는 웨이퍼의 표면을 손상시키는 원인이 된다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 히터 어셈블리에서 클램프에 의해서 발생되는 웨이퍼의 손상을 방지하여, 안정적인 공정을 수행할 수 있도록 하는 새로운 형태의 히터 어셈블리의 클램프를 제공하는 데 있다. 특히, 본 발명은 리플로우 공정에서 웨이퍼를 홀딩하므로써 웨이퍼 에지 부분에 발생되는 변형 및 크랙을 방지할 수 있는 새로운 형태의 히터 어셈블리의 클램프를 제공하는데 있다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 클램프가 사용되는 히터 어셈블리의 구성도;
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 클램프의 정면도;
제3도는 제2도에서 단면 3-3을 절취하여 보인 단면도;
제4도는 제3도에서 " 4 " 부분을 확대하여 보인 확대도;
제5도는 본 발명의 실시예에 따른 클램프의 사용 상태를 설명하기 위한 도면;
제6도는 종래 클램프의 분해 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 히터 어셈블리 12 : 히터 블록
14 : 리프터 16 : 샤프트
20 : 클램프 22 : 마운팅 플레이트
24 : 패드 26 : 캡
28 : 접촉면 30 : 슬롯
40 : 웨이퍼
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 뒷면이 히터 블록에 밀착되는 웨이퍼를 상기 웨이퍼의 앞면으로부터 홀딩하기 위한 히터 어셈블리의 클램프는 세라믹 재질로 형성되고, 상기 웨이퍼의 에지 부분에 밀착되는 접촉면을 가지며, 상기 웨이퍼를 홀딩하기 위한 패드와; 세라믹 재질로 형성되고, 상기 히터 블록에 밀착된 상기 웨이퍼의 앞면을 외부로부터 밀폐시키기 위한 캡 및; 세라믹 재질로 형성되고, 상기 히터 블록에 밀착된 상기 웨이퍼의 측면을 외부로부터 밀폐시키기 위한 마운팅 플레이트를 포함한다.
이와 같은 본 발명에서 상기 클램프는 상기 캡과 패드, 그리고 마운팅 플레이트가 일체로 형성될 수 있다. 또, 상기 클래프는 상기 웨이퍼의 앞면에 위치되는 상기 캡과 패드의 면을 표면 연마하여 열의 반사율을 높일 수 있다. 또, 상기 클램프는 상기 패드의 접촉면은 상기 웨이퍼와 밀착되지 않는 면에 대하여 적어도 0.5도 이상의 각도를 갖도록 할 수 있다. 또, 상기 클램프는 상기 패드의 접촉면 외곽에 슬롯을 형성할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 클램프가 세라믹(ceramic)의 재질을 가지므로 열변형이 발생되지 않고, 웨이퍼의 에지와 접촉되는 클램프 패드 상에 흠집이 발생되지 않는다. 따라서, 리플로우 공정에서 웨이퍼를 홀딩하므로써 발생될 수 있는 웨이퍼 표면상의 크랙 또는 흠집을 방지할 수 있다. 또한, 클램프가 거의 마모되지 않으므로, 웨이퍼를 홀딩하는 부분의 표면 거칠기를 장기간 유지할 수 있으며, 클램프의 교체 주기를 연장시킬 수 있다. 한편, 클램프의 열전도율이 낮음으로 리플로우 공정을 진행할 때 웨이퍼의 열이 클램프로 방열되어 열이 손실되는 것을 최대한 방지할 수 있고, 캡 내부면의 연마를 통하여 반사열을 충분히 사용할 수 있으므로, 웨이퍼의 부위별 온도차이를 감소시킬 수 있는 추가적인 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 클램프가 사용되는 히터 어셈블리의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 히터 어셈블리(10)는 금속증착 공정이 완료된 웨이퍼를 소정 온도로 가열하여 높은 어스펙트 비의 컨택트 필을 얻기 위하여 사용된다. 상기 히터 어셈블리(10)는 히터 블록(12), 클램프(20), 리프터(14) 등을 포함하고 있다. 상기 히터 블록(12)의 윗면에는 리플로우 공정이 수행되는 웨이퍼가 로딩된다. 상기 리프터(14)는 로봇(도시 않음)에 의해서 이송되는 웨이퍼를 상기 히터 블록(12)의 윗면에 로딩시키고, 리플로우 공정이 완료된 웨이퍼를 상기 로봇으로 이송시키는 역할을 한다. 상기 히터 블록(12)에는 상기 웨이퍼를 소정 온도로 가열시키기 위한 히터 엘리먼트들(도시않음)이 배치된다. 그리고, 상기 웨이퍼의 뒷면과 상기 히터 블록(12) 사이에 아르곤(Ar) 가스를 공급하기 위한 수단이 구비된다. 상기 클램프(20)는 실린더에 의해서 작동되는 샤프트(16)에 의해서, 상기 웨이퍼의 윗면으로부터 상기 웨이퍼를 홀딩시킨다. 상기 클램프(20)는 상기 웨이퍼가 상기 히터블록(12)으로 로딩될 때, 상기 샤프트(16)에 의해서 위(도 1 기준)로 올려진다. 그리고, 상기 웨이퍼가 상기 히터 블록(12)에 로딩되면, 상기 클램프(20)는 상기 샤프트(16)에 의해 밑방향으로 내려와서 상기 웨이퍼를 홀딩하게 된다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 클램프를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 클램프(20)는 마운팅 플레이트(22)와 패드(24), 그리고 캡(26)으로 구성된다. 상기 마운팅 플레이트(22)와 패드(24), 그리고 캡(26)은 모두 세라믹 재질로 형성된다. 즉, 상기 클램프(20)는 세라믹 재질로 형성된다. 세라믹 재질은 고온에서도 그 강도를 유지하고 변형되지 않는 특성을 갖는다. 따라서, 상기 클램프(20)는 반복되는 리플로우 공정에서 변형을 거의 일으키지 않으며, 일정한 표면 거칠기를 유지할 수 있다. 또한, 상기 세라믹 재질은 열전달율이 낮다. 이는 상기 히터 블록(12)으로 웨이퍼(40)를 가열할 때, 상기 클램프(20)를 통해 내부의 열이 외부로 방열되지 않도록 할 수 있다. 본 실시예에서 상기 클램프(20)는 일체형으로 형성한다. 즉, 마운팅 플레이트(22)와 패드(24), 그리고 캡(26)이 일체형으로 형성되는 것이다. 물론, 상기 마운팅 플레이트(22)와 패드(24), 그리고 캡(26)들은 분리형으로 형성되어 서로 결합시켜서 클램프를 구성할 수도 있을 것이다.
상기 패드(24)는 상기 웨이퍼(40)의 에지 부분에 접촉면(28)이 밀착되어 상기 웨이퍼(40)를 홀딩한다. 상기 접촉면(28)은, 도 4에서 보인 바와 같이, 상기 패드(24)에서 상기 웨이퍼와 밀착되지 않는 면(저면)에 대하여 적어도 0.5도 이상의 각도를 갖도록 한다. 본 실시예에서 상기 접촉면(28)의 바람직한 각도는 2도로 형성하였다. 이는 상기 접촉면(28)의 표면 이상으로 인한 상기 웨이퍼(40)를 홀딩할 때 웨이퍼 상의 불량 발생을 억제하고, 상기 웨이퍼(40)상의 필름이 상기 접촉면(28)에 붙어서 발생되는 불량을 방지할 수 있다. 또, 상기 웨이퍼(40) 전면을 누르게 하여 상기 웨이퍼(40)에 국부적인 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
상기 패드(24)의 접촉면(28) 외곽에는 슬롯들(30)이 형성된다. 상기 슬롯들(30)의 형태는 다양하게 형성할 수 있으며, 그 개수도 필요에 따라 설정할 수 있을 것이다. 상기 슬롯들(30)은 상기 웨이퍼(40)의 열이 외부로 방열되는 것을 감소시키는 역할을 한다. 즉, 상기 슬롯들(30)은 상기 패드(24) 상에서 외부로 전달되는 열의 경로를 감소시켜 열전도가 최대한 억제되도록 하므로써, 상기 슬롯들(30)의 내부 영역으로부터 외부 영역으로 열이 전도되는 것을 최대한 방지하는 것이다. 이때, 상기 슬롯들(30)은 상기 접촉면(28)과 상기 캡(26) 상에는 형성되지 않는다. 즉, 상기 슬롯들(30)은 상기 패드(24) 상에 형성되되, 상기 접촉면(28) 외측에 위치되도록 형성된다. 열이 외부로 방열되는 것을 방지하는 방법으로 상기 패드(24)의 두께를 조절하는 방법을 적용할 수 있다. 즉, 열이 외부로 전도되는 양을 줄이기 위하여 상기 패드(24)의 두께를 줄이는 것이다. 상기 패드(24)의 두께는 세라믹 재질의 강도를 고려하여 설정되어야 한다. 일반적으로 상기 패드(24)의 두께는 5mm 이하로 형성할 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 패드(24)의 두께를 1.6mm로 유지하였다.
상기 캡(26)은 상기 패드(24)의 윗면에 배치되도록 형성되어 상기 웨이퍼(40)의 앞면을 밀폐시킨다. 이때, 도 5에서 보인 바와 같이, 상기 웨이퍼(40)의 앞면에 위치되는 상기 캡(26)의 내부면과 상기 패드(24)의 내부면은 상기 웨이퍼(40)로부터 복사되는 열을 효율적으로 반사할 수 있도록 폴리싱(polishing)과 같은 방법으로 표면 연마를 한다. 이는 상기 웨이퍼(40)를 가열할 때, 복사에 의해서 열이 외부로 방열되는 것을 최대한 방지하기 위함이다. 상기 마운팅 플레이트(22)는 상기 웨이퍼(40)의 측면을 밀폐시키기 위하여 사용된다. 또, 상기 마운팅 플레이트(22)는, 전술한 바와 같이, 히터 어셈블리의 샤프트와 연결된다.
이와 같이, 본 발명의 리플로우 공정을 위한 히터 어셈블리의 클램프는 세라믹으로 형성하여 고온 열처리시 내구성을 향상시킬 수 있다. 또, 클램프 내부의 열이 복사 또는 전도를 통하여 외부로 손실되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
이와 같은 본 발명을 적용하면, 클램프가 세라믹의 재질을 가지므로 열변형이 발생되지 않고, 웨이퍼의 에지와 접촉되는 클램프 패드 상에 흠집이 발생되지 않는다. 따라서, 리플로우 공정에서 웨이퍼를 홀딩하므로써 발생될 수 있는 웨이퍼 표면 상의 크랙 또는 흠집을 방지할 수 있다. 또한, 클램프가 거의 마모되지 않으므로, 웨이퍼를 홀딩하는 부분의 표면 거칠기를 장기간 유지할 수 있으며, 클램프의 교체 주기를 연장시킬 수 있다. 한편, 클램프의 열전도율이 낮음으로 리플로우 공정을 진행할 때 웨이퍼의 열이 클램프로 방열되어 열이 손실되는 것을 최대한 방지할 수 있고, 캡 내부면의 연마를 통하여 반사열을 충분히 사용할 수 있으므로, 웨이퍼의 부위별 온도차이를 감소시킬 수 있는 추가적인 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 뒷면이 히터 블록에 밀착되는 웨이퍼를 상기 웨이퍼의 앞면으로부터 홀딩하기 위한 히터 어셈블리의 클램프에 있어서, 세라믹 재질로 형성되고, 상기 웨이퍼의 에지 부분에 밀착되는 접촉면을 가지며, 상기 웨이퍼를 홀딩하기 위한 패드와; 세라믹 재질로 형성되고, 상기 히터 블록에 밀착된 상기 웨이퍼의 앞면을 외부로부터 밀폐시키기 위한 캡 및; 세라믹 재질로 형성되고, 상기 히터 블록에 밀착된 상기 웨이퍼의 측면을 외부로부터 밀폐시키기 위한 마운팅 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리의 클램프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 클램프는 상기 캡과 패드, 그리고 마운팅 플레이트가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리의 클램프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 클램프는 상기 웨이퍼의 앞면에 위치되는 상기 캡과 패드의 면을 표면연마하여 열의 반사율을 높이는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리의 클램프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 클램프는 상기 패드의 접촉면을 상기 패드에서 상기 웨이퍼와 밀착되지 않는 면에 대하여 적어도 0.5도 이상의 각도를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리의 클램프.
  5. 제1항 또는 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클램프는 상기 패드의 접촉면 외곽에 슬롯을 형성하여, 상기 웨이퍼의 열이 외부로 방열되는 것을 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리의 클램프.
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