KR100459788B1 - 2단 웨이퍼 리프트 핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상면에 웨이퍼가 안착되는 서셉터를 관통하여 상기 웨이퍼를 승강시키는 다수의 리프트 핀으로서, 상기 서셉터를 상하로 관통하는 홀을 내부에 각각 가지고, 상기 서셉터 내에 실장되는 다수의 리프트 핀 가이드부와; 상기 서셉터의 하단에서 상기 다수의 홀로 각각 인입된 일단을 가지는 다수의 하부 리프트핀과; 상기 다수의 하부 리프트핀을 각각 승강시키는 구동수단과; 상기 하부리프트 핀 일 끝단에 각각 지지되도록 상기 각각의 홀 내부로 인입되는 상부 리프트핀을 포함하는 리프트 핀을 제공한다.

Description

2단 웨이퍼 리프트 핀{2 stage wafer lift pin}

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반도체 제조용 챔버(chamber)의 내부에 설치된 서셉터의 상면에 안착되는 웨이퍼(wafer)의 상하 수직방향의 이동을 위한 리프트 핀(wafer lift 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(10)은 그 내부에 웨이퍼(1)가 안착되어 이의 상면에 박막을 증착하거나 패터닝하는 등의 직접적 처리 공정이 진행되는 밀폐된 반응용기인 챔버(20)와, 상기 챔버(20) 내에서 목적하는 공정의 진행을 위한 소스(source) 및 반응물질 등의 기체물질을 저장하고, 이를 챔버(20) 내로 공급하는 소스 및 반응물질 공급부(50)를 포함하고 있다.

이때 챔버(20)는 전술한 소스 및 반응물질이 유입될 수 있도록 상기 소스 및 반응물질 공급부(50)에 일단이 연결된 공급관(56)과, 그 내부의 기체를 배출함으로써 챔버 내부의 압력을 제어하는 배출관(24) 및 그 말단에 부설된 펌프(P)를 포함하고, 그 내부에는 통상 그래파이트(Graphite) 또는 에이엘엔(ALN : Aluminium Nitride) 등의 재질로 이루어지는 원판 형태의 서셉터(susceptor)(30)가 설치되어 이의 상면에 웨이퍼(1)가 안착되는 바, 먼저 서셉터(30)의 상면에 웨이퍼(1)가 안착되어 챔버(20)가 밀폐되면, 상기 배출관(24)의 말단에 부설된 펌프(P) 등을 통해 챔버(20)의 내부 환경을 조절한 후, 소스 및 반응물질 공급부(50)에 연결된 공급관(56)을 통해 챔버(20) 내로 유입된 소스 및 반응물질의 화학반응으로 웨이퍼(1)를 가공, 처리하는 것이다.

이에 챔버(20)의 내부에는 공급관(56)의 타단에 결합되는 인젝터(22)를 구비하여 소스 및 반응물질을 챔버(20)의 내부 전(全) 면적으로 고르게 확산시키고, 도시되지 않았지만 서셉터(30)의 내부에 히터(heater)를 실장하여 웨이퍼(1)를 가열함으로써 소스 및 반응물질의 화학반응을 가속화하는데, 이러한 서셉터(30)에는 그 상부에 안착되는 웨이퍼(1)를 승강시키는 다수의 리프트 핀(42)이 관통 설치된다.

도 2는 일반적인 서셉터 및 여기에 관통 설치되는 다수의 리프트 핀을 도시한 사시도이며 도3은 도 2의 절단선 I-I 을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 종래의 서셉터 및 그 상부의 리프트 핀의 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 핀홀(49)을 따라 상하 수직방향으로 이동하는 다수개의 리프트 핀(42)이 형성되어 있으며, 상기 서셉터(30)의 중앙에는 웨이퍼(1)가 안착되고, 상기 웨이퍼의 미끄러짐 및 유동을 방지하기 위한 고정된 가이드 핀(미도시) 이 웨이퍼(1)의 외주면 바깥쪽에 다수 개 형성되어 있다. 통상적으로 상기 리프트 핀(42)과 가이드 핀(미도시)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(42)이 외부 구동수단(미도시)에 의하여 승강된 상태에서 로봇 암(robot arm,미도시)이 웨이퍼(1)를 챔버 내부로 이동시켜 리프트 핀(42) 상부에 올려놓으면 리프트 핀(42)이 외부 구동수단에 의하여 하강하게 되고 이에 따라 상기 웨이퍼(1)는 히터가 내장된 서셉터(30) 상단에 놓여지게 되는데 만일 웨이퍼(1)가 서셉터(30) 상단의 중앙부가 아닌 한 쪽으로 치우쳐서 놓여지게 되면 웨이퍼의 올바른 공정과정이 수행되지 못하기 때문에 웨이퍼(1)가 서셉터 상단에 정확하게 위치를 잡게 하기 위한 역할을 가이드 핀(미도시)이 담당하고 있다.

그러나 위와 같은 종래의 리프트 핀은 도 3에 도시한 바와 같이, 전체가 일체형으로 구성되어 있어서 반도체 제조장치를 구성함에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 종래의 리프트 핀(42)은 그 지름이 약 6mm 정도로서 서셉터(susceptor)내에서 차지하는 공간과 폭이 커서 열에 민감한 공정에서는 사용할 수 없는 단점이 있었다.

둘째, 종래의 리프트 핀(42)은 그 직경이 상기와 같이 크므로 웨이퍼 저면의 리프트 핀과 접촉하는 부분에 리프트 핀의 자국이 크게 남게 된다. 따라서 공정이 완료된 후 웨이퍼를 관찰해 보면, 도 4에 나타난 바와 같이 웨이퍼의 저면 중 상기 리프트 핀(42)의 상부에 접촉하는 부분(A)과 그 외의 다른 부분(B)과의 공정진행 정도가 상당히 큰 차이를 나타내는 것이 자주 관찰되고 있다. 이는 완성된 반도체 소자의 균일도(Uniformity) 등에 중요한 영향을 미치게 되어 결국 소자의 품질을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.

셋째, 작업자의 실수 등으로 인하여 리프트 핀이 파괴되거나 하여 리프트 핀을 교체할 필요가 있는 경우 종래의 일체형 리프트 핀(42)의 경우에는 리프트 핀을 통째로 교체해야 하는 불편이 있었으며 경제적인 면에서도 그다지 바람직하지 못하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 상하 2단으로 구성되어 리프트 핀 가이드를 따라 상하 수직방향으로 이동할 수 있는 2단 리프트 핀 을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 반도체 제조를 위한 일반적인 챔버형 프로세스 모듈의 구조를 도시한 개략구조도

도 2는 일반적인 서셉터 및 여기에 관통 설치되는 다수의 리프트 핀을 도시한 사시도

도 3은 도 2의 I-I 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도

도 4는 일반적인 리프트 핀을 사용하여 챔버를 통해 처리된 웨이퍼를 도시한 저면도

도 5는 본 발명에 따른 서셉터 및 여기에 관통 설치되는 다수의 리프트 핀을 도시한 사시도

도 6은 본 발명에 따른 2단 구조의 리프트 핀을 분해한 분해도

도 7은 도 5의 II-II 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도

도 8는 본 발명에 따른 2단 리프트 핀을 채용한 챔버를 통해 처리된 웨이퍼를 도시한 저면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 웨이퍼 130 : 서셉터

142a : 상부 리프트 핀 142b : 하부 리프트 핀

145 : 하부 리프트 핀 가이드 147 : 상부 리프트 핀 가이드

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 상면에 웨이퍼가 안착되는 서셉터를 관통하여 상기 웨이퍼를 승강시키는 다수의 리프트 핀으로서, 상기 서셉터를 상하로 관통하는 홀을 내부에 각각 가지고, 상기 서셉터 내에 실장되는 다수의 리프트 핀 가이드부와; 상기 서셉터의 하단에서 상기 다수의 홀로 각각 인입된 일단을 가지는 다수의 하부 리프트핀과; 상기 다수의 하부 리프트핀을 각각 승강시키는 구동수단과; 상기 하부 리프트핀보다 작은 지름을 가지며, 상기 하부 리프트핀 일 끝단에 각각 지지되도록 상기 각각의 홀 내부로 인입되는 상부 리프트핀을포함하는 리프트핀을 제공한다.

이때 상기 상부 리프트핀의 지름은 1.5 내지 2.5mm 이고, 상기 하부 리프트 핀의 지름은 2.5 내지 3.5 mm 인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 구동수단은 공기실린더 또는 모터 중 선택된 하나이며 상기 상부 리프트 핀과 하부리프트 핀은 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 바, 이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 5는 본 발명에 따른 서셉터 및 여기에 관통 설치되는 다수의 리프트 핀을 도시한 사시도이다. 도면에서 나타낸 바와 같이, 웨이퍼의 로딩 초기에는 웨이퍼가 이미 상승한 리프트 핀의 상부에 일정시간 얹혀져 있게 된다. 이는 로딩공정 초기에 고온의 서셉터(130)와 외부에서 반입된 차가운 웨이퍼(101)간의 온도차로 인하 웨이퍼의 휨현상(warpage)을 막기 위하여 웨이퍼를 리프트 핀 위에서 일정시간 예열할 필요가 있기 때문이다. 웨이퍼(101)를 떠 받치고 있는 다수개의 리프트 핀(142)은 상하 수직방향으로 이동할 수 있는데 이때 리프트 핀의 상하 수직방향의 이동은 외부 구동수단(미도시)에 의하게 된다. 이러한 외부 구동수단(미도시)으로는 공기실린더(air cylinder) 또는 모터(motor)등을 사용할 수 있다. 그 밖에 도면에서는 도시되지 않았으나 웨이퍼의 외주면 바깥쪽에는 웨이퍼가 안정되게 서셉터위에 안착되도록 하기 위한 다수개의 가이드 핀이 형성된다.

도 6은 본 발명에 따른 2단 구조의 리프트 핀을 분해한 분해도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 2단 리프트 핀(142)은 크게 보아 상부 리프트 핀(142a), 하부 리프트 핀(142b) 및 리프트 핀 가이드부(145,147)로 구성되어 있는 데, 리트프 핀 가이드 부는 다시 상부 리프트 핀(142a)의 상하 수직방향의 운동을 유도하기 위한 상부 리프트 핀 가이드(147)와 하부 리프트 핀(142b)의 상하 수직방향의 운동을 유도하기 위한 하부 리프트 핀 가이드(145)로 구성된다.

도 7은 도 5의 II-II 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 도면에서나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 리프트 핀(142)은 상기한 바와 같이 상하부의 2단으로 구성되어 있는 데, 하부 리프트 핀(142b)은 외부의 구동수단(미도시)에 연결되어 상하 수직방향으로 구동력을 받아 운동하게 된다. 이때 하부 리프트 핀(142b)의 상단은 상부리프트 핀(142a)의 하단과 접촉하여 상부 리프트 핀(142a)을 밀어 수직방향으로 밀어 올리거나 내리게 된다. 상부 리프트 핀 가이드(147)는 상부 리프트 핀(142a)의 수직 방향의 운동을 용이하게 하기 위하여 하부 리프트 핀 가이드(145)상부에 결합되며 하부 리프트 핀 가이드(145)는 하부 리프트 핀(142b)의 수직방향 운동을 용이하게 하기 위하여 서셉터 내부에 고정되게 설치된다. 도면에서는 본 발명에 따른 리프트 핀(142) 어셉블리의 결합상태를 확인할 수 있다.

위와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 2단 구조의 리프트 핀(142)은 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

첫째, 종래의 리프트 핀(42)은 그 지름이 약 6mm 정도로서 서셉터(susceptor)내에서 차지하는 공간과 폭이 커서 열에 민감한 공정에서는 사용할 수 없는 단점이 있었다. 그러나 이러한 큰 직경의 리프트 핀의 단점을 극복하고자 리프트 핀을 너무 가늘게 하면 외부 구동수단의 압력을 견뎌내지 못할 위험성이 항시 존재하였기 때문에 리프트 핀의 지름을 줄이는 데에는 어느 정도 한계가 있었다. 그러나 본 발명에 따른 리프트 핀(142)의 구성중 상부 리프트 핀(142a)은 직접 외부 구동수단에 연결되어 힘을 받는 구조가 아니라 하부 리프트 핀(142b)이 외부 구동수단에 직접 연결되어 전달받은 구동력을 상부 리프트 핀(142a)에 전달하는 구조로 되어 있기 때문에 상부 리프트 핀(142a)의 지름을 약 2mm 정도로 매우 얇게 제작할 수 있는 장점이 있다. 따라서 리프트 핀이 차지하는 공간과 폭이 종래의 리프트 핀에 비하여 적어서 열에 민감한 공정에서도 사용이 가능하다. 따라서, 리프트 핀의 직경감소에 따라 리프트 핀의 열에 의한 손상(damage)도 최소화 할 수 있게 된다.

둘째, 종래의 리프트 핀(42)은 그 직경이 상기와 같이 크므로 웨이퍼 저면의 리프트 핀과 접촉하는 부분에 리프트 핀의 자국이 크게 남게 된다. 따라서 이미 상술한 바와 같이 공정이 완료된 후 웨이퍼를 관찰해 보면 웨이퍼의 저면 중 상기 리프트 핀의 상부에 접촉하는 부분과 그 외의 다른 부분과의 공정진행 정도가 상당히 큰 차이를 나타내는 것이 자주 관찰되며 이는 완성된 반도체 소자의균일도(Uniformity) 등에 중요한 영향을 미치게 되어 결국 소자의 품질을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다. 그러나 본 발명에 따른 리프트 핀(142)은 상대적으로 작은 직경으로 제작될 수 있으므로 도 8에 나타난 바와 같이, 리프트 핀의 자국을 최소화 할 수 있으며 따라서 상기한 바와 같은 웨이퍼의 소자상의 결점을 줄일 수 있게 된다.

셋째, 작업자의 실수 등으로 인하여 리프트 핀이 파괴되거나 하여 리프트 핀을 교체할 필요가 있는 경우 종래의 일체형 리프트 핀의 경우에는 리프트 핀을 통채로 교체해야 하는 불편이 있으며 경제적인 면에서도 그다지 바람직하지 못하였다. 그러나 본 발명에 따른 2단 리프트 핀을 사용하는 경우에는 필요시 상부 리프트 핀(142a)만을 교체할 수 있어 매우 편리한 이점을 가지고 있다. 또한 장치의 구조나 설계상의 조건등 여러가지 변수로 인하여 리프트의 모양이나 직경,길이 등을 변경해야 할 경우가 있을 수 있는 데 이 때에도 본 발명에 따른 2단 리프트 핀을 사용하면 필요한 경우 상부 리프트 핀(142a)만을 간단하게 교체할 수 있어 전체를 통채로 교환해야 하는 종래의 일체형 리프트 핀에 비하여 작업이 편리하고 경제적이다.

상기의 실시례에서는 리프트 핀(120)의 개수가 4개로 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 발명에 따른 2단 리프트 핀을 반도체 제조장비에 적용하게 되면 상부 리프트 핀의 지름을 작게 내지는 크게 변경이 용이하고, 리프트 핀의 직경에 따른 서셉터(susceptor)의 열에 의한 손상(damage)의 최소화가 가능하다. 또한 리프트 핀의 지름이 커서 생길 수 있는 웨이퍼(wafer)의 핀자국을 최소화 할 수 있으며, 혹 작업자의 실수등으로 인하여 리프트 핀이 파손되거나 하여 이의 교체가 필요할 때 파손된 부분만 부분적으로 교체가 가능하여 리프트 핀을 통채로 바꿔야 했던 종래의 일체형 리프트 핀 보다는 경제적인 면에서도 우수하며,리프트 핀의 잦은 변화에도 능동적으로 대처 할 수 있는 이점과 효과가 있다.

Claims (5)

1. 상면에 웨이퍼가 안착되는 서셉터를 관통하여 상기 웨이퍼를 승강시키는 다수의 리프트 핀으로서,

   상기 서셉터를 상하로 관통하는 홀을 내부에 각각 가지고, 상기 서셉터 내에 실장되는 다수의 리프트 핀 가이드부와;

   상기 서셉터의 하단에서 상기 다수의 홀로 각각 인입된 일단을 가지는 다수의 하부 리프트핀과;

   상기 다수의 하부 리프트핀을 각각 승강시키는 구동수단과;

   상기 하부 리프트핀보다 작은 지름을 가지며, 상기 하부 리프트핀 일 끝단에 각각 지지되도록 상기 각각의 홀 내부로 인입되는 상부 리프트핀

   을 포함하는 리프트 핀
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 상부 리프트핀의 지름은 1.5 내지 2.5mm 인 리프트핀
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 하부 리프트 핀의 지름은 2.5 내지 3.5 mm 인 리프트핀
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 구동수단은 공기실린더 또는 모터 중 선택된 하나인 리프트핀
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 상부 리프트 핀과 하부리프트 핀은 세라믹 재질인 리프트 핀