KR100446792B1 - 웨이퍼의 슬라이딩 방지를 위한 상하 수직운동 가능한가이드 핀 - Google Patents

웨이퍼의 슬라이딩 방지를 위한 상하 수직운동 가능한가이드 핀 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상면에 웨이퍼가 안착되는 서셉터에 설치되어, 상기 웨이퍼를 가이드 하는 가이드 핀으로서, 상기 서셉터의 하단에서 관통 삽입되어 상기 웨이퍼의 가장자리를 따라 돌출 배열되는 다수의 가이드 핀과; 상기 가이드 핀을 승강시키는 구동수단을 포함하는 가이드 핀을 제공한다.

Description

웨이퍼의 슬라이딩 방지를 위한 상하 수직운동 가능한 가이드 핀{movable wafer guide pin for preventing a wafer from sliding}
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반도체 제조용 챔버(chamber)의 내부에 설치된 서셉터의 상면에 안착되는 웨이퍼(wafer)의 유동을 방지하기 위한 가이드 핀(wafer guide pin)에 관한 것이다.
근래에 들어 과학이 발달함에 따라 새로운 물질의 개발 및 처리를 가능하게 하는 신소재 분야가 급속도로 발전하였고, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체 산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다.
반도체 소자란 기판인 웨이퍼(wafer)의 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝(patterning) 등의 처리를 통해 구현되는 고밀도 집적회로(LSI: Large Scale Integration)로서, 이러한 박막의 증착 및 패터닝 등의 공정은 통상 챔버(chamber)형 프로세스 모듈(process module) 내에서 이루어진다.
이를 도시한 도 1을 참조하면, 일반적인 챔버형 프로세스 모듈(1)은 그 내부에 웨이퍼(10)가 안착되어 이의 상면에 박막을 증착하거나 패터닝하는 등의 직접적 처리 공정이 진행되는 밀폐된 반응용기인 챔버(60)와, 상기 챔버(60) 내에서 목적하는 공정의 진행을 위한 소스(source) 및 반응물질 등의 기체물질을 저장하고, 이를 챔버(60) 내로 공급하는 소스 및 반응물질 공급부(50)를 포함하고 있다.
이때 챔버(60)는 전술한 소스 및 반응물질이 유입될 수 있도록 상기 소스 및 반응물질 공급부(50)에 일단이 연결된 공급관(52)과, 그 내부의 기체를 배출함으로써 챔버 내부의 압력을 제어하는 배출관(64) 및 그 말단에 부설된 펌프(P)를 포함하고, 그 내부에는 통상 그래파이트(Graphite) 또는 탄화규소(SiC) 등의 재질로 이루어지는 원판 형태의 서셉터(susceptor)(30)가 설치되어 이의 상면에 웨이퍼(10)가 안착되는 바, 먼저 서셉터(30)의 상면에 웨이퍼(10)가 안착되어 챔버(60)가 밀폐되면, 상기 배출관(64)의 말단에 부설된 펌프(P) 등을 통해 챔버(60)의 내부 환경을 조절한 후, 소스 및 반응물질 공급부(50)에 연결된 공급관(52)을 통해 챔버(60) 내로 유입된 소스 및 반응물질의 화학반응으로 웨이퍼(10)를 가공, 처리하는 것이다.
이에 챔버(60)의 내부에는 공급관(52)의 타단에 결합되는 인젝터(62)를 구비하여 소스 및 반응물질을 챔버(60)의 내부 전(全) 면적으로 고르게 확산시키고, 도시되지 않았지만 서셉터(30)의 내부에 히터(heater)를 실장하여 웨이퍼(10)를 가열함으로써 소스 및 반응물질의 화학반응을 가속화하는데, 이러한 서셉터(30)에는 그 상부에 안착되는 웨이퍼(10)를 승강시키는 다수의 리프트 핀(20)이 관통 설치된다.
도 2는 리프트 핀 홀 및 가이드 핀 홀을 포함하는 일반적인 서셉터를 보여주는 평면도이며 도 3은 도 2의 절단선 I-I 을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 종래의 서셉터 및 그 상부의 소자들의 일반적인 구조는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 소스 및 반응물질 간의 화학반응을 가속하기 위하여 내부에 히터(미도시) 가 내장된 서셉터(30)가 챔버 내에 위치하고, 상기 서셉터(30) 내부를 관통하는 다수개의 리프트 핀 홀(25)을 따라 상하 수직방향으로 이동하는 다수개의 리프트 핀(20)이 형성되어 있으며, 상기 서셉터(30)의 중앙에는 웨이퍼(10)가 안착되고, 상기 웨이퍼의 미끄러짐 및 유동을 방지하기 위한 고정된 가이드 핀(40) 이 웨이퍼(10)의 외주면 바깥쪽에 다수 개 형성되어 있다. 통상적으로 상기 리프트 핀(20)과 가이드 핀(40)은 3개 또는 4개로 형성되나 장치의 구조면에서 또는 기타 필요한 경우에는 그 수를 달리할 수 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 서셉터(30)에서는 리프트 핀(20)이 외부 구동수단(미도시)에 의하여 승강 된 상태에서 로봇 암(robot arm,미도시)이 웨이퍼(10)를 챔버 내부로 이동시켜 리프트 핀(20) 상부에 올려놓으면 리프트 핀(20)이 외부 구동수단에 의하여 하강하게 되고 이에 따라 상기 웨이퍼(10)는 히터가 내장된 서셉터(30) 상단에 놓여지게 되는데 만일 웨이퍼(10)가 서셉터(30) 상단의 중앙부가 아닌 한 쪽으로 치우쳐서 놓여지게 되면 웨이퍼의 올바른 공정과정이 수행되지 못하기 때문에 웨이퍼(10)가 서셉터 상단에 정확하게 위치를 잡게 하기 위한 역할을 가이드 핀(40)이 담당하고 있다.
그러나 위와 같이 고정된 가이드 핀(40)을 가진 종래의 서셉터에 있어서는 몇 가지 문제점이 지적되고 있는데, 즉, 웨이퍼(10)가 초기의 로딩 공정 중 리프트 핀(20) 위에 있을 때 그 하부의 고온의 히터(미도시)를 내장한 서셉터에 의하여 휘는 현상(warpage)이 발생하게 되어 튀게 되며 그 결과 리프트 핀(20)위에서 슬라이딩 현상이 생길 수 있다. 이러한 슬라이딩 현상이 발생하게 되면 웨이퍼가 서셉터(30)의 가이드 핀(40) 위에 기대어 걸리거나 하여 서셉터의 중심에 제대로 안착되지 못하게 되고 이는 결국 반도체 소자의 제조불량이나 작업중지로 인한 작업손실로 이어지게 된다.
또한 위와 같은 현상을 방지하기 위하여 웨이퍼(10)를 빠른 속도로 서셉터(30) 위에 안착시키는 방법도 고려해 볼 수 있으나 이 경우에는 위에서 언급한 것과 마찬가지로 고온의 서셉터(30)와 차가운 웨이퍼(10) 사이의 급격한 온도차에 의하여 웨이퍼(10)가 휘는 현상(warpage)이 더욱 심하게 발생하게 된다. 더구나 지름이 300mm 이상인 고가의 웨이퍼(10)의 경우에는 위의 온도차에 의한 수축과 팽창현상이 더욱 심하여 웨이퍼(10)의 파손이 생길 수 있다. 따라서 이러한 열응력(thermal stress)에 의한 부작용 때문에 웨이퍼(10)를 리프트 핀(20)상에서 충분히 예열할 필요가 있다.
위에서 언급한 이러한 웨이퍼(10)의 슬라이딩 현상에 의한 서셉터(30)의 결점은 가이드 핀(40)의 높이를 리프트 핀(20)보다 높게 하여 극복할 수 있으나 웨이퍼(10)가 캐치플래이트(catch plate)(미도시)에 의하여 반입되는 높이가 정해져 있기 때문에 가이드 핀(40)을 높일 수 있는 데에는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 웨이퍼가 리프트 핀 상에서 슬라이딩하는 것을 방지하여 서셉터에 안정적으로 안착하도록 하는 상하 수직방향 운동이 가능하도록 설계된 가이드 핀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 반도체 제조를 위한 일반적인 챔버형 프로세스 모듈의 구조를 도시한 개략적인 구조도
도 2는 리프트 핀 홀 및 가이드 핀 홀을 포함하는 일반적인 서셉터의 평면도
도 3은 도 2의 절단선 I-I 을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도
도 4a 내지 도 4d 는 본 발명에 따른 웨이퍼의 로딩(loading) 과정을 순서에 따라 도시한 사시도
도 5는 도 4d의 절단선 II-II 을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 웨이퍼 120 : 리프트 핀
125 : 리프트 핀 홀 130 : 리셉터
140 : 가이드 핀 145 : 가이드 핀 홀
200 : 구동축 205 : 구동수단
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 상면에 웨이퍼가 안착되는 서셉터에 설치되어, 상기 웨이퍼를 가이드 하는 가이드 핀으로서, 상기 서셉터의 하단에서 관통 삽입되어 상기 웨이퍼의 가장자리를 따라 돌출 배열되는 다수의 가이드 핀과; 상기 가이드 핀을 승강시키는 구동수단을 포함하는 가이드 핀을 제공한다. 이때 상기 가이드 핀은 세라믹 또는 스테인리스-스틸(stainless-steel) 중 선택된 하나의 재질인 것을 특징으로 하며, 상기 구동수단은 공기실린더 또는 모터 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 바, 이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4d 는 본 발명에 따른 웨이퍼의 로딩(loading) 과정을 순서에 따라 도시한 사시도이다.
먼저 도 4a에 나타낸 것과 같이, 웨이퍼(110)는 로보트의 팔인 캐치 플래이트 (도 4a의 180)위에 얹혀져서 슬롯밸브(도 4a의 190)를 통하여 챔버 내로 인입되어, 웨이퍼(110)의 가장자리를 상하 수직방향으로 상승한 세 개의 리프트 핀(120)이 떠받치게 된다. 이러한 웨이퍼(110)를 가지는 캐치플레이트(180)의 챔버 내로의 인입이 종료되면 로봇을 지지하는 지지봉(미도시)이 하강하여 웨이퍼(110)를 가진 캐치 플레이트(180)는 수직방향으로 다운되어 네 개의 상승된 리프트 핀(120)에 웨이퍼(110)의 가장자리가 맞추어짐과 동시에 웨이퍼(110)를 리프트핀(120)에 올려 놓는다.
그 밖에 도 4a 에는 웨이퍼(110)가 추후 안착되게 될 서셉터(130)가 도시되어 있으며 웨이퍼의 외주면 바깥쪽에 다수개의 가이드 핀 홀(145)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
이어서 도 4b에 나타낸 것과 같이, 캐치플래이트(180)가 하강하게 되면 웨이퍼(110)의 외주면 바깥쪽에 설치된 다수개의 가이드 핀 홀(145)을 따라 가이드 핀(140)이 상하 수직방향으로 상승하게 된다. 이 가이드 핀(140)의 상승은 구동수단에 의하여 이루어지게 되는데 구동수단은 모터 또는 공기실린더 등을 사용할 수 있다.
이때, 앞에서 이미 기술한대로 웨이퍼(110)가 리프트 핀(120) 위에 있을 때 그 하부의 고온의 히터(미도시)를 내장한 서셉터에 의하여 휘는 현상(warpage)이 발생하게 되어 튀게 되며 그 결과 리프트 핀(120)위에서 슬라이딩 현상이 생길 수 있다. 그런데 종래기술에서는 가이드 핀의 높이가 그다지 높지 않고 고정되어 있어서 이러한 슬라이딩 현상이 발생하게 되면 웨이퍼(110)가 서셉터(130)의 가이드 핀(140) 위에 기대어 걸리거나 하여 서셉터의 중심에 제대로 안착되지 못하게 되어 전체공정에 손실을 초래하였다.
따라서 본 발명에서는 웨이퍼(110)가 캐치플래이트(catch plate)(180)에 의하여 반입되는 높이로 인한 가이드 높이의 제한을 극복하기 위하여 캐치플래이트(180)가 챔버내로 반입되어 웨이퍼(110)를 리프트 핀(120)위에 로딩한 후에 가이드 핀(140)이 비로서 상승할 수 있도록 하였다.
또한 도면에서 볼 수 있듯이, 가이드 핀(140)은 리프트 핀(120)보다 더 높게 상승하므로 리프트 핀(120)위에서 웨이퍼(110)의 슬라이딩 현상이 발생하더라도 높아진 가이드 핀(140)에 의하여 웨이퍼(110)가 벗어나는 것을 방지할 수 있는 바, 이러한 가이드 핀(140)은 바람직하게는 세라믹 또는 스테인리스-스틸 중 선택된 재질로 이루어지는 것이 유리하다.
이후 도 4c에 나타낸 것과 같이, 캐치 플레이트(180)는 슬로밸브(190)를 통하여 챔버를 빠져나가게 되고 웨이퍼(110)가 리프트 핀(120)위에서 고온의 히터(미도시)를 내장한 서셉터(130)에 의하여 충분히 예열 된 후에 리프트 핀(120)과 가이드 핀(140)이 동시에 아래로 하강하게 된다. 따라서 리프트 핀(120)위에 얹혀져 있던 웨이퍼(110)가 서셉터의 중앙부에 안정하게 안착하게 된다.
끝으로 도 4d에 나타낸 것과 같이, 웨이퍼(110)는 서셉터(130)위에 안착되어 다음의 후속공정을 거치게 된다. 이때 리프트 핀(120)은 서셉터(130)를 관통하여 형성된 리프트 핀 홀(125)을 따라 완전히 하강하여 서셉터 내부의 리프트 핀 홀(125)에 내장되게 되며, 가이드 핀은 완전히 하강하지 않고 외부에 일정한 높이를 가진 상태로 남게 되어 추후 공정에서의 웨이퍼(110)의 슬라이딩 현상을 방지하게 된다.
도 5는 도 4d의 절단선 II-II 을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 웨이퍼는 서셉터(130)의 중앙에 안착되어 있으며 서셉터(130)내부를 관통하여 형성된 리프트 핀 홀(125)에 리프트 핀(120)이 완전히 내장되어 있다. 또한 서셉터(130)내부의 리프트 핀 홀(125)의 바깥쪽에는 가이드 핀의 상하 수직방향의 이동을 유도하기 위한 가이드 핀 홀(145)이 서셉터(130)의 내부를 관통하여 형성되어 있고 가이드 핀(140)은 그 일부를 상부에 남겨둔 채 구동축(200) 및 구동수단(205)에 연결되어 있다. 가이드 핀(140)은 도면에서 나타낸 것처럼 그 이상 아래로는 하강하지 않도록 제어된다. 이때 서셉터 상부에 남겨진 가이드 핀의 높이 H 는 장치의 구성이나 기타 공정상 필요에 의하여 변경될 수 있다.
상기의 실시례에서는 리프트 핀(120) 과 가이드 핀(140)의 개수가 각각 3개로 설정되어 있으나 그 수는 장치의 구성이나 제반 상황에 따라 변경될 수 있다.
이하, 본 발명은 그 기술적 범위나 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형 또는 변경이 가능하다 할 것이다.
본 발명은 웨이퍼 로딩공정 초기에 고온의 서셉터와 차가운 웨이퍼간의 온도차로 인한 웨이퍼의 휨 현상(warpage)에 의한 슬라이딩을 상하 수직방향으로 이동 가능한 가이드 핀을 사용하여 방지하므로써 웨이퍼를 안정하게 서셉터의 중앙부에 안착시킬 수 있게 한다. 그 결과 웨이퍼의 불안정한 안착으로 인한 작업중지 또는 공정수행상의 손실을 미연에 방지할 수 있으며 장치 가동율을 향상시키는 효과가 있다. 또한 본 발명은 기존보다 더 적극적으로 웨이퍼의 슬라이딩을 방지하는 것으로서 웨이퍼의 휨현상(warpage)이 가장 많이 발생하는 초기 웨이퍼의 진입시에 그 효과가 매우 탁월하다.
그 뿐만 아니라 본 발명은 고가의 300mm 이상의 웨이퍼를 사용하는 매엽식 장비에서 고온공정(600 ℃ 이상)을 수행하는 경우에 그 효용도가 더욱 크다고 할수 있다.

Claims (3)

  1. 상면에 웨이퍼가 안착되는 서셉터에 설치되어, 상기 웨이퍼를 가이드 하는 가이드 핀으로서,
    상기 서셉터의 하단에서 관통 삽입되어 상기 웨이퍼의 가장자리를 따라 돌출 배열되는 다수의 가이드 핀과;
    상기 가이드 핀을 승강시키는 구동수단
    을 포함하는 가이드 핀
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가이드 핀은 세라믹 또는 스테인리스-스틸 중 선택된 하나의 재질인 가이드 핀
  3. 청구항 제1에 있어서,
    상기 구동수단은 공기실린더 또는 모터 중 선택된 하나인 가이드핀
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