KR100526924B1 - 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치에 관한 것으로서, 이를 위하여 본 발명은 실린더 구동에 의해서 스테이지 히터에 형성한 핀 홀을 따라 승강하도록 복수의 리프트 핀을 구비하는 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치에 있어서, 상기 스테이지 히터(100)의 저면에 형성한 핀 바디 부재(10)와; 상기 핀 바디 부재(10)에 억지끼워지고, 내부에는 압축 스프링이 내장되며, 내부가 하향 개방되는 핀 가이드 부재(20)와: 상기 핀 가이드 부재(20)의 저부로부터 삽입되며, 하단부에는 상측의 핀부(31)의 외경보다 크게 슬리이브(32)를 형성하고, 상기 핀부(31)는 세라믹 재질로 이루어지면서 중간 높이에서 상하 양분되어 상호 볼트 결합되는 리프트 핀 부재(30)와; 상기 핀 가이드 부재(20)의 하단부로부터 나사 체결되면서 상기 리프트 핀 부재(30)의 하강을 제어하는 스토퍼 부재(40) 및 실린더 구동에 의해서 상기 리프트 핀 부재(30)를 소정의 높이로 상승시키는 푸쉬 로드 부재(50)가 결합되어 이루어지도록 하는 구성이다.

Description

반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치{Wafer lift apparatus of chamber for manufacturing semiconductor}

본 발명은 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리프트 핀을 개별적 교체가 가능토록 하면서 열변형에 강한 재질로 하고, 리프트 핀의 레벨 조정과 점검 및 교정작업의 수행 횟수를 획기적으로 줄이면서 안정된 공정 수행에 따른 생산성 증대를 제공하는 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조는 박막 증착 공정, 식각 공정, 확산 공정, 연마 공정, 세정 공정 등의 여러 단위 공정들을 반복 실시하여 원하는 회로 동작 특성을 갖는 반도체 소자를 제조하는 것이다.

각 단위 공정들의 수행을 위하여 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, 일명 CVD로 약칭)장비, 식각 장비, 확산(diffusion) 장비, 스퍼터(sputter) 장비, 화학 기계적 연마(Chemical mechanical polishing, 일명 CMP로 약칭) 장비 등의 각종 반도체 장비를 이용하고 있다.

반도체 제조 장비들에서 웨이퍼의 단위 공정은 각 공정 챔버에서 이루어지게 되며, 이송 로봇에 의해 각 공정 챔버로 로딩/언로딩되면 각 공정 챔버 내에서는 웨이퍼 리프트 장치에 의해서 웨이퍼 스테이지로의 웨이퍼 리프트를 수행하게 된다.

즉 공정 수행을 위해 웨이퍼를 공정 챔버의 내부로 로딩하는 단계에서 공정 챔버의 내부에서는 리프트 핀들이 상승하여 웨이퍼가 상단에 얹혀지게 한 다음 이들 리프트 핀들을 하강시켜 상단에 얹혀진 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지에 안착시키게 되고, 웨이퍼 스테이지에서 공정 수행이 완료되면 다시 리프트 핀들이 상승하면서 웨이퍼를 로딩 위치에까지 올려 놓으면 이송 로봇이 웨이퍼를 인계받아 언로딩시키게 되는 것이다.

이때 복수의 리프트 핀들을 승강시키기 위해 구비되는 것이 웨이퍼 리프트 장치이다.

도 1은 통상 유전막 생성 공정을 수행하는 확산 설비에서의 챔버에 구비되는 리프트 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

리프트 장치는 링 형상의 핀 홀더(3)에 보통 등간격으로 3곳에 리프트 핀(4)의 하단부가 체결 결합되고, 핀 홀더(3)의 일단은 실린더(미도시)에 연결되는 구성으로 구비된다.

이때 핀 홀더(3)의 상측에는 웨이퍼 스테이지(1)가 결합된 스테이지 히터(2)가 구비되며, 이들 스테이지 히터(2)와 웨이퍼 스테이지(1)에는 핀 홀더(3)에 구비한 복수의 리프트 핀(4)들과 동일 수직선상에 리프트 핀(4)의 직경보다는 다소 큰 직경으로 수직 관통되게 핀 홀(5)이 형성되도록 하고 있고, 핀 홀더()의 중심부에는 스테이지 히터(2)의 중심축(2a)이 통과되도록 구성된다.

도 2는 도 1의 리프트 장치에서 핀 홀더(3)에 복수의 리프트 핀(4)들이 결합된 구성을 도시하고 있다.

이처럼 리프트 장치에서 복수의 리프트 핀(4)들은 웨이퍼 스테이지(1)와 스테이지 히터(2)의 핀홀(5)에 각각 삽입이 되어 실린더 구동에 의해서 핀 홀더(3)가 승강하게 될 때 핀 홀(5)을 관통하여 상단부가 웨이퍼 스테이지(1)의 상부면으로부터 소정의 높이까지 상승하였다 웨이퍼 스테이지(1)의 상부면 직하부까지 하강하는 승강 작동을 하면서 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지(1)에 안착시키거나 분리시키도록 하는 것이다.

하지만 리프트 핀(4)들은 고온(약 600℃)의 스테이지 히터(2)의 핀 홀(5) 내부에 삽입되어 승강 가능하게 유지되므로 무엇보다 고온의 열에 의한 영향으로 휘는 경우가 많고, 이러한 고온의 열에 의해 핀 홀더(3) 또한 열변형되기도 하며, 특히 핀 홀(5)에 세팅하는 과정에서도 교정이 틀어지는 사례가 종종 발생된다.

이와 같은 상태에서 리프트 핀(4)들을 핀 홀(5)의 내부에서 그대로 승강시키게 되면 웨이퍼 스테이지(1) 및 스테이지 히터(2)에 형성한 핀 홀(5)과 잦은 마찰을 유발하게 되므로 다수의 파티클을 발생시키게 되는 문제가 있다.

또한 하나의 리프트 핀(4)에 문제가 발생되더라도 일단 문제된 리프트 핀(4)을 교체하면서 리프트 핀(4)들의 교정 작업을 반드시 하여야 하므로 시간 손실이 많다.

특히 휘어진 리프트 핀(4)을 교체하기 위해서는 설비의 모든 구동을 중지시킨 상태에서 각 리프트 핀(4)들을 지지하는 핀 홀더(3)를 분리시킨 상태에서 교체가 이루어지게 되므로 설비 구동을 재가동하는데 소요되는 시간까지 대단히 많은 시간을 지체하게 되므로 결국 공정 지연에 따른 생산성 저하를 초래하게 되는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 리프트 핀들이 열에 강한 재질과 함께 열변형에 강하게 유지되면서 개별적으로 교체가 가능하도록 하여 리프트 핀들의 사용 수명을 연장되게 하고, 리프트 핀의 교체 및 교정을 위한 설비 가동이 중단되는 일없이 필요시 간단하게 이루어질 수 있도록 하여 생산성이 향상되도록 하는 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실린더 구동에 의해서 스테이지 히터에 형성한 핀 홀을 따라 승강하도록 복수의 리프트 핀을 구비하는 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치에 있어서, 상기 스테이지 히터의 저면에서 각 핀 홀과 동일 수직선상에 결합되며, 중앙에는 수직으로 관통되게 끼움홀을 형성한 핀 바디 부재와; 상기 핀 바디 부재의 끼움홀에 억지끼워지고, 상단부에는 소정의 직경으로 관통홀을 형성하고, 내부에는 압축 스프링이 내장되며, 내부가 하향 개방되는 핀 가이드 부재와:상기 핀 가이드 부재의 하향 관통된 저부로부터 상향 삽입되며, 하단부에는 상기 압축 스프링의 하단부가 안치되도록 상측의 핀부의 외경보다 크게 슬리이브를 형성하고, 상기 핀부는 세라믹 재질로 이루어지면서 중간 높이에서 상하 양분되어 상호 볼트 결합되는 리프트 핀 부재와; 상기 핀 가이드 부재의 하단부로부터 나사 체결되면서 상기 리프트 핀 부재의 상기 슬리이브의 하단부 외주연이 안치되도록 하면서 상기 리프트 핀 부재의 하강을 제어하는 스토퍼 부재 및 실린더 구동에 의해서 상기 리프트 핀 부재의 상기 슬리이브의 하단을 소정의 높이로 상승시키는 푸쉬 로드 부재가 결합되는 구성이다.

바람직하게는 상기 핀 바디 부재에는 냉각수가 유동하는 냉각 자켓이 형성되도록 하여 공정을 순환하는 냉각수 순환 라인에 연결되도록 하며, 특히 상기 핀 바디 부재는 열변형에 강한 재질로서 구비되도록 하는 것이다.

더욱 바람직하게는 상기 핀 가이드 부재의 관통홀의 내주면에는 상기 리프트 핀 부재의 상기 핀부의 측방 유동이 방지되도록 링부재가 구비되도록 한다.

또한 상기 리프트 핀 부재의 상기 슬리이브의 외주면에는 상기 핀 가이드 부재의 내경면과 긴밀하게 밀착되게 하여 측방 유동이 방지되도록 링부재가 구비되게 할 수도 있다.

특히 상기 리프트 핀 부재는 웨이퍼와 접촉하게 되는 상기 핀부의 상단부가 하나 이상의 첨단의 형상으로 이루어지게 하는 것이 가장 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 리프트 장치의 요부 확대 단면도이고, 도 4는 도 3의 조립 단면도로서, 본 발명은 크게 핀 바디 부재(10)와 핀 가이드 부재(20)와 리프트 핀 부재(30)와 스토퍼 부재(40) 및 푸쉬 로드 부재(50)의 결합에 의해서 구비되도록 하는 것이다.

핀 바디 부재(10)는 상단부는 외경을 크게 한 플랜지면을 이루고, 중앙에는 수직으로 관통되게 하여 끼움홀(11)을 형성하는 형상으로서, 상부의 플랜지면이 스테이지 히터(100)의 저면에서 각 핀 홀(110)과 동일 수직선상에 위치되게 하여 견고하게 결합되도록 하는 구성이다.

핀 바디 부재(10)는 플랜지면을 통해 볼트 체결에 의해서 스테이지 히터(100)에 결합되도록 하는 것이 가장 바람직하며, 공정 수행 중 스테이지 히터(100)는 대단히 높은 온도로 가열되므로 이러한 스테이지 히터(100)에 긴밀히 밀착되는 핀 바디 부재(10)는 반드시 열변형에 강한 재질로서 이루어지도록 하고, 내부에는 냉각수가 유동하도록 하는 냉각 자켓(12)이 형성되도록 하면서 공정을 순환하게 되는 냉각수 순환 라인(200)과 연결되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

핀 가이드 부재(20)는 전술한 핀 바디 부재(10)의 끼움홀(11)에 억지끼워지도록 하는 구성으로, 핀 바디 부재(10)의 끼움홀(11) 상측에는 핀 가이드 부재(20)의 상부 끼움 높이를 제한하도록 하는 걸림턱(13)이 형성되도록 하고 있어 이 걸림턱(13)에 걸려질 때까지 강제적으로 끼워지도록 한다.

핀 가이드 부재(20)는 상단부측 상면부에 소정의 직경으로 관통홀(21)을 형성하면서 비어 있는 내부에는 압축 스프링(22)이 탄설되고, 이런 내부는 하향 개방되도록 한 구성이다.

이러한 핀 가이드 부재(20)에서 관통홀(21)의 내주면에는 상기 리프트 핀 부재(30)의 상기 핀부(31)의 측방 유동이 방지되도록 링부재(23)가 구비되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

리프트 핀 부재(30)는 스테이지 히터(100)의 핀 홀(110)을 관통하여 웨이퍼를 실질적으로 승강시키도록 하는 구성으로, 핀 가이드 부재(20)의 하향 관통된 저부로부터 상향 삽입되도록 하면서 일정한 두께를 갖는 핀부(31)는 핀 가이드 부재(20)의 상부면측 관통홀(21)을 관통하여 스테이지 히터(100)의 핀 홀(110)에 삽입되며, 이런 핀부(31)의 하단부에는 핀 가이드 부재(20)의 내부에 탄설되어 있는 압축 스프링(22)의 하단부가 안치되도록 상측의 핀부(31)의 외경보다는 큰 외경을 갖도록 슬리이브(32)의 결합에 의해서 이루어지는 구성이다.

이때 리프트 핀 부재(30)는 적어도 핀부(31)만이라도 세라믹 재질로서 이루어지도록 하는 것이 보다 바람직하며, 특히 핀부(31)를 중간 높이에서 상하 양분되도록 하여 이들간 상호 볼트 결합에 의해 조립되는 구성으로 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

특히 각 리프트 핀 부재(30)는 웨이퍼와 접촉하게 되는 핀부(31)의 상단부가 하나 이상의 첨단의 형성으로 이루어지도록 하는 것이 가장 바람직하다.

한편 리프트 핀 부재(30)의 슬리이브(32)의 외주면에는 핀 가이드 부재(20)의 내경면과의 긴밀한 밀착이 되도록 하여 측방 유동이 방지되게 링부재(33)가 구비되게 하는 것이 보다 바람직하다.

스토퍼 부재(40)는 리프트 핀 부재(30)의 승강 높이를 조절하도록 하는 구성으로, 핀 가이드 부재(20)의 하단부로부터 나사 체결되게 함으로써 리프트 핀 부재(30)의 슬리이브(32) 하단부 외주연부가 상부면에 걸쳐지도록 한다.

즉 리프트 핀 부재(30)는 압축 스프링(22)에 의해서 슬리이브(32)가 항상 하향 탄력을 받고 있으므로 이러한 리프트 핀 부재(30)의 하강 높이를 결정하는 것이 스토퍼 부재(40)이다.

푸쉬 로드 부재(50)는 리프트 장치의 승강 구동원인 실린더(미도시)에 연결되어 상단부가 리프트 핀 부재(30)의 슬리이브(32) 하단을 소정의 높이로 상승시키도록 함으로써 스토퍼 부재(40)와 함께 리프트 핀 부재(30)의 승강 높이를 결정하게 되는 중요한 구성이다.

한편 푸쉬 로드 부재(50)는 각 리프트 핀 부재(30)에 개별적으로 구비되며, 다만 각 푸쉬 로드 부재(50)는 종전과 같은 핀 홀더나 이 핀 홀더에 연결되는 리프트 바디에 동시에 연결되어 실린더 구동에 의해서 동시에 승강이 이루어지되 리프트 핀 부재(30)의 교정은 각 핀 홀(110)의 스토퍼 부재(40)의 조절에 의해서 각각 이루어지도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 작용에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 4와 도 5에서 보는 바와 같이 본 발명은 우선 핀 바디 부재(10)의 끼움홀(11)에 핀 가이드 부재(20)가 억지끼워지도록 한다.

핀 가이드 부재(20)가 끼워진 상태에서 핀 가이드 부재(20)의 저부로부터는 핀 가이드 부재(20)의 내부에 압축 스프링(22)이 탄설되게 한 상태에서 리프트 핀 부재(30)를 끼운다.

이때 리프트 핀 부재(30)의 핀부(31)는 핀 가이드 부재(20)의 내부를 관통하여 상부면의 관통홀(23)을 통과하여 돌출되도록 하고, 리프트 핀 부재(30)의 하단부측 슬리이브(32)를 핀 가이드 부재(20)의 내부에 수용되게 한 상태에서 핀 가이드 부재(20)의 하단부로부터는 스토퍼 부재(40)를 핀 가이드 부재(20)와 나사 체결 방식에 의해 결합되게 한다.

핀 가이드 부재(20)와 리프트 핀 부재(30) 및 스토퍼 부재(40)가 차례대로 조립되게 한 핀 바디 부재(10)의 상측의 플랜지면을 스테이지 히터(100)의 저면에서 핀 홀(110)의 주연부에 긴밀하게 면밀착되게 하면서 핀 홀(110)과 정확히 동심원상에 견고하게 볼트 등에 의해서 체결되도록 한다.

이와 같이 핀 바디 부재(10)를 정확하게 스테이지 히터(100)에 체결한 상태에서 핀 바디 부재(10)의 측면에는 공정을 순환하게 되는 냉각수 순환 라인(200)이 연결되도록 하여 냉각 재킷(12)으로 냉각수가 순환되도록 한다.

핀 바디 부재(10)로 냉각수가 순환되면 스테이지 히터(100)로부터의 영향을 최소화할 수가 있어 각 구성들의 열변형을 방지할 수가 있게 된다.

그리고 리프트 핀 부재(30)의 슬리이브(31) 직하부에는 실린더 구동에 의해 소정의 높이로 승하강하게 되는 푸쉬 로드(50)가 위치되게 하여 이 푸쉬 로드(50)에 의한 리프트 핀 부재(30)의 상승 높이와 스토퍼 부재(40)에 의한 리프트 핀 부재(30)의 하강 높이를 적절히 조절하여 정확한 리프트 핀 부재(30)의 승강 높이를 정하게 된다.

이러한 구성에 의해서 리프트 핀 부재(30)를 작동시키게 되면 종전과 같이 승강 구동 수단에 직접적으로 리프트 핀이 연결되어 연동하면서 리프트 핀의 레벨 조정을 전체적으로 수행해야 하던 경우와는 달리 각 리프트 핀 부재(30) 개별적으로 레벨 조정을 할 수가 있으므로 레벨 조정 관리가 매우 용이해지는 장점이 있다.

특히 리프트 핀 부재(30)를 상하 분리되는 구성으로 구비하게 되면 특히 상측의 핀부(31)의 변형으로 인해 교체를 해야 할 때 간단히 변형된 상측의 핀부(31)만을 분리시켜 개별적으로 교체할 수가 있으므로 리프트 핀 교체가 대단히 쉬워지도록 하고 있다.

이와 함게 리프트 핀 부재(30)의 핀부(31) 상단부를 첨단의 형상으로 구비하게 되면 핀부(31)의 상단부로 웨이퍼가 안치되었을 때 웨이퍼의 미끄러짐이 방지되므로 더욱 안정된 웨이퍼 승강을 제공하게 된다.

또한 본 발명에서와 같이 리프트 핀 부재(30)를 세라믹 재질로 형성하고, 핀 바디 부재(10)에는 냉각수가 순환되게 하는 동시에 승강 구동 수단들과는 리프트 핀 부재(30)들이 서로 분리된 구성으로 이루어지게 되므로 공정 수행 중 스테이터 히터(100)의 가열에 따른 고온의 열로 인한 영향 즉 열변형을 최소화하게 되므로서 잦은 점검이나 교정작업을 방지하게 되어 공정 수행 효율성을 증대시키는 동시에 불필요한 시간 소모를 최대한 줄일 수가 있게 된다.

한편 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다는 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 스테이지 히터(100)에 승강 가능하게 구비되는 복수의 각 리프트 핀을 승강 구동 수단과는 각각 분리시켜 구비되도록 하면서 열변형에 강한 구성 및 재질로 이루어지게 하여 잦은 설비 점검이나 레벨 교정을 최소화하여 불필요하게 소요되는 시간을 저감시키는 동시에 안정적인 작동성과 유지 관리가 이루어지도록 한다.

따라서 본 발명은 안정된 공정 수행에 따른 반도체 제품의 생산성을 대폭적으로 증대시키게 되는 것은 물론 리프트 핀의 사용 수명을 대폭적으로 연장되게 함으로써 보다 경제적인 유지 관리를 제공하게 되는 매우 유용한 효과가 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 리프트 장치가 장착되는 구성을 도시한 단면도,

도 2는 종래의 확산 공정에 적용되는 리프트 장치의 요부 구성을 도시한 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 리프트 장치를 스테이지 히터로부터 분리시킨 구조를 도시한 단면도,

도 4는 도 3의 결합 구조를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명의 작동 상태도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 핀 바디 부재 12 : 냉각 자켓

20 : 핀 가이드 부재 22 : 압축 스프링

30 : 리프트 핀 부재 31 : 핀부

32 : 슬리이브 40 : 스토퍼 부재

50 : 푸쉬 로드 부재

Claims (5)

1. 실린더 구동에 의해서 스테이지 히터에 형성한 핀 홀을 따라 승강하도록 복수의 리프트 핀을 구비하는 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치에 있어서,

   상기 스테이지 히터의 저면에서 각 핀 홀과 동일 수직선상에 결합되며, 중앙에는 수직으로 관통되게 끼움홀을 형성한 핀 바디 부재와;

   상기 핀 바디 부재의 끼움홀에 억지끼워지고, 상단부에는 소정의 직경으로 관통홀을 형성하고, 내부에는 압축 스프링이 내장되며, 내부가 하향 개방되는 핀 가이드 부재와:

   상기 핀 가이드 부재의 하향 관통된 저부로부터 상향 삽입되며, 하단부에는 상기 압축 스프링의 하단부가 안치되도록 상측의 핀부의 외경보다 크게 슬리이브를 형성하고, 상기 핀부는 세라믹 재질로 이루어지면서 중간 높이에서 상하 양분되어 상호 볼트 결합되는 리프트 핀 부재와;

   상기 핀 가이드 부재의 하단부로부터 나사 체결되면서 상기 리프트 핀 부재의 상기 슬리이브의 하단부 외주연이 안치되도록 하면서 상기 리프트 핀 부재의 하강을 제어하는 스토퍼 부재; 및

   실린더 구동에 의해서 상기 리프트 핀 부재의 상기 슬리이브의 하단을 소정의 높이로 상승시키는 푸쉬 로드 부재;

   의 결합에 의해 이루어지는 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 핀 바디 부재에는 냉각수가 유동하는 냉각 자켓이 형성되도록 하여 공정을 순환하는 냉각수 순환 라인에 연결되도록 하는 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 핀 가이드 부재의 관통홀의 내주면에는 상기 리프트 핀 부재의 상기 핀부의 측방 유동이 방지되도록 하는 링부재가 구비되는 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 리프트 핀 부재의 상기 슬리이브의 외주면에는 상기 핀 가이드 부재의 내경면과 긴밀하게 밀착되게 하여 측방 유동이 방지되도록 링부재가 구비되는 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 리프트 핀 부재는 웨이퍼와 접촉하게 되는 상기 핀부의 상단부가 하나 이상의 첨단의 형상으로 이루어지는 반도체 제조용 챔버의 웨이퍼 리프트 장치.