KR101049444B1 - 반도체 제조용 진공척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 사용되는 진공척에 관한 것으로, 본 발명은 기판이 안착되는 상부면을 갖는 스핀 헤드; 상기 스핀헤드의 하부면에 고정 결합되는 스핀들; 상기 스핀들을 회전시키는 구동기를 포함하되; 상기 스핀 헤드는 원주 방향과 평행하지 않은 방향으로 배치되는 마찰 저항부들을 포함한다.

진공척,슬립

Description

반도체 제조용 진공척{Vacuum chuck for semiconductor manufacturing equipment}

본 발명은 반도체 제조 공정에서 기판을 진공으로 고정하는 반도체 제조용 진공척에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 집적회로는 손톱만큼이나 작고 얇은 실리콘 칩에 지나지 않지만 그 안에는 수 천 만개 이상의 전자부품들(트랜지스터, 다이오드, 저항)이 가득 들은 장치로서, 이 반도체 집적회로는 최종 완성에 이르기까지에는 사진공정, 식각 공정, 증착 공정, 열처리 공정을 비롯한 수많은 제조 공정이 수반된다.

실리콘 단결정인 규소봉(잉곳:Ingot)은 수백 ㎛의 두께로 절단되어 그 한쪽 면이 거울같이 연마되어 실리콘 웨이퍼(Wafer)로 형성되는 데, 반도체의 집적회로는 실리콘 웨이퍼에 형성된다.

반도체 제조 공정 중에 웨이퍼를 고정시키거나 이송시키기 위하여 사용되는 척에는 기계식 척과 정전기 척과 진공 척이 사용된다.

기계식 척은 그 지지표면에 대해 웨이퍼를 누르기 위해서 아암 또는 클램프를 갖고 있으며, 정전기 척은 웨이퍼와 금속 전극 또는 전극 쌍 간에 전압 차를 발 생시키고 웨이퍼와 전극이 유전 층에 의해 분리되도록 구성되며,

그리고 진공 척은 진공의 압력을 이용하여 웨이퍼를 안정적으로 흡착시키도록 구성된다. 반도체 칩 제조공정 중에 발생되는 먼지, 이물질 혹은 부산물(이하, 파티클(particle)이라 약칭 함)은 웨이퍼가 안착되는 척의 안착 면을 오염시킨다. 척의 안착 면이 오염된 상태로, 척의 안착 면에 웨이퍼가 안착될 경우, 디 포커스(Defocus)의 원인이 되어 반도체 생산에 막대한 손실을 초래한다.

한편, 포토 공정에서는 웨이퍼에 정밀한 포커스를 수행하기 위해서 진공 척을 사용하여 웨이퍼를 고정한다. 종래의 진공척은 진공홈들이 원주 형상으로 형성되어 있어 진공척이 순간 가감속 할경우 원주 진행 방향으로 기판의 슬립이 발생된다. 또 다른 진공척은 돌기 형태의 지지돌기를 이용하여 기판과의 접촉 면적을 최소화하고 있으나, 이 역시 진공척이 순간 가감속 할 경우 접촉 면적이 전자의 진공척보다 적기 때문에 기판의 슬립 발생 위험성이 매우 높다.

본 발명의 목적은 기판과의 접촉 면적을 최소화하면서도 기판의 평탄도를 높이고 안정적으로 기판을 안착면에 흡착시킬 수 있는 반도체 제조 설비의 진공 척을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 순간 가감속이 발생될때 기판의 슬립을 최소화할 수 있는 반도체 제조 설비의 진공 척을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조 설비의 진공 척은 기판이 안착되는 상부면을 갖는 스핀 헤드; 상기 스핀헤드의 하부면에 고정 결합되는 스핀들; 상기 스핀들을 회전시키는 구동기를 포함하되; 상기 스핀 헤드는 원주 방향과 평행하지 않은 방향으로 배치되는 마찰 저항부들을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마찰 저항부들은 기판의 저면을 진공흡착하는 직선의 진공홈들을 포함하되; 상기 진공홈들은 회전 중심을 기준으로 방사상으로 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마찰 저항부들은 기판의 저면을 진공 흡착하는 직선의 진공홈들을 포함하되; 상기 진공홈들은 회전 방향과 평행하지 않는 방향으로 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 진공홈들은 기판의 원주를 따라 일정 간격 이격되어 배치되고, 상기 진공홈들은 일단이 기판의 가장자리에 가깝고, 타단이 기판의 가장자리로부터 멀게 위치되며, 기판의 가장자리에 가까운 상기 진공홈들의 이웃하는 일단은 서로 연결된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 진공홈들은 상기 스핀헤드의 중앙 영역에 형성되는 제1진공홈들과, 상기 스핀 헤드의 가장자리 영역에 형성되는 제2진공홈들 그리고 상기 스핀 헤드의 중앙 영역과 가장자리 영역 사이의 적어도 하나 이상의 중간 영역에 형성되는 제3진공홈들을 포함하되; 상기 제2진공홈들과 상기 제3진공 홈들은 상기 스핀 헤드의 회전 중심을 기준으로 등각으로 배치되며, 꼭지점을 갖는 브이형 진공홈들이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 진공홈들은 기판의 회전 중심을 중심점으로 하는 8각형을 이루는 8개의 직선홈들로 이루어지되; 상기 8개의 직선홈들 중 기판의 가장자리와 가까운 일단들은 서로 연결되고, 기판의 가장자리와 먼 타단은 이격된다.

본 발명에 의하면, 기판을 진공 흡착하는 진공 홈들을 기판의 회전 방향과 직교하는 방향으로 배치하여 순간 가감속에도 기판의 슬립 현상을 최소화할 수 있다.

본 발명에 의하면, 기판과의 접촉 면적을 최소화하면서도 기판의 평탄도를 높이고 안정적으로 기판을 안착면에 흡착시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진공척이 적용된 기판 처리 장치를 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

( 실시 예 )

본 실시예에서는 기판 처리 장치가 처리하는 기판으로 반도체 기판을 일례로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 유리 기판과 같은 다양한 종류의 기판에도 적용될 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 진공척이 적용된 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 평면 구성도 및 측면 구성도이다. 기판 처리 장치는 웨이퍼 상에 포토리소그래피 공정을 수행하는 현상 유닛을 예를 들어 설명하지만, 진공 척이 사용될 수 있는 도포 유닛 또는 다양한 처리유체들을 사용하여 기판 표면에 잔류하는 이물질 및 막질을 제거하는 세정 및 식각 공정을 수행하는 스핀 유닛에도 적용될 수 있다. 도 2에는 도면 편의상 세정 노즐은 생략하였다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(80)는 챔버(82), 처리 용기(100), 진공척(200), 노즐 부재(300)를 포함한다.

챔버(82)는 밀폐된 내부 공간을 제공하며, 상부에는 팬필터유닛(89)이 설치된다. 팬필터유닛(89)은 챔버(82) 내부에 수직기류를 발생시킨다. 챔버(82)는 제 2 이동로(160b)와 인접하는 일면(83)에 기판 출입구(84)가 형성되며, 기판 출입구(84)가 형성된 일면과 마주하는 면은 정비 작업을 위해 개방되는 개방면(85)으로 이루어지며, 이 개방면(85)은 커버(86)에 의해 밀폐된다.

팬필터유닛(89)은 필터와 공기공급팬이 하나의 유니트로 모듈화된 것으로, 청정공기를 필터링하여 챔버(82) 내부로 공급해주는 장치이다. 청정공기는 팬 필터 유닛(89)을 통과하여 챔버(82) 내부로 공급되어 수직기류를 형성하게 된다. 이러한 공기의 수직기류는 기판 상부에 균일한 기류를 제공하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(82)는 베이스(900)에 의해 공정 영역(PA)과 유틸리티 영역(UA)으로 구획된다. 베이스(900)에는 처리 용기(100)와 노즐부재(300)가 설치된다. 도면에는 일부만 도시하였지만, 유틸리티 영역(UA)에는 처리 용기(100)와 연결되는 배출라인(141), 배기라인(148) 이외에도 승강유닛의 구동부 및 노즐 부재(300)와 연결되는 각종 배관들이 위치되는 공간으로, 공정 영역은 고청정도를 유지하기 위해 유틸리티 영역(UA)으로부터 격리되는 것이 바람직하다.

처리 용기(100)는 베이스(900)에 설치된다. 처리 용기(100)는 상부가 개구된 원통 형상을 갖고, 기판(w)을 처리하기 위한 공정 공간을 제공한다. 처리 용기(100)의 개구된 상면은 기판(w)의 반출 및 반입 통로로 제공된다. 처리 용기(100)는 기판 진공척(200) 주위를 둘러싸도록 설치된다. 처리 용기는 기판(w)의 현상 및 세정 그리고 건조 공정이 진행되는 동안 회전되는 기판(w)상에서 비산되는 유체(현상액, 세정액, 건조가스 등)를 유입 및 모으기 위한 것이다. 이것에 의해 외부의 다른 장치나 주위가 오염되는 것이 방지될 뿐만 아니라, 현상액 회수 및 기판 상부의 균일한 기류 흐름을 제공한다.

처리 용기(100)는 외측 공간(a)과 내측 공간(b)을 갖는다. 외측 공간(a)은 기판(w)으로부터 비산되는 현상액과 기체가 유입되는 공간으로 외측벽(132)과 수직격벽(134)에 의해 제공되며, 그 바닥면(136)에는 현상액을 드레인하기 위한 배출라인(150)이 연결된다. 그리고 처리 용기(100)의 내측 공간 바닥면에는 기체 배기를 위한 배기 라인(152)이 연결된다.

한편, 처리 용기의 외측벽(132)에는 승강 가능한 환형의 커버(160)가 설치된다. 커버(160)는 기판(w)을 스핀 헤드(210) 상으로 반입하거나, 처리가 끝난 기판을 반출할 수 있도록 승강유닛(600)에 의해 승강된다. 커버(160)는 승강유닛(600)에 의해 기판보다 높은 업 위치와, 기판보다 낮은 다운 위치로 승강된다.

승강 유닛(600)은 처리 용기(100)를 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 처리 용기(100)가 상하로 이동됨에 따라 스핀 헤드(210)에 대한 처리 용기(100)의 상대 높이가 변경된다. 기판(W)이 스핀 헤드(210)에 로딩 또는 스핀 헤드(210)로부터 언로딩될 때 스핀 헤드(210)가 처리 용기(100)의 상부로 돌출되도록 커버(160)는 하강한다.

이 실시예에 있어서, 기판 처리장치(1)는 처리 용기(100)를 수직 이동시켜 처리 용기(100)와 기판 진공척(200) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시킨다. 그러나, 기판 처리장치(1)는 기판 진공척(200)를 수직 이동시켜 처리 용기(100)와 기판 진공척(200) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시킬 수도 있다.

노즐 부재(300)는 기판으로 현상액 및 린스액을 토출하기 위한 것으로, 노즐 부재(300)는 기판의 동일한 위치로 현상액 및 린스액을 토출하는 제1,2노즐(310a,310b)과, 제1,2노즐(310a,310b)이 설치되는 아암(330), 아암(330)을 이동시키는 노즐 구동부(340) 그리고 노즐 구동부(340)를 제어하는 노즐 제어부(350)를 포함한다. 본 실시예에서는 노즐 부재(300)가 현상액과 린스액을 토출하는 제1,2노즐을 갖는 것으로 설명하고 있으나, 제1,2노즐은 서로 동일한 현상액 또는 서로 다른 성분의 현상액을 토출할 수도 있으며, 제2노즐이 제1노즐과 동일한 슬릿 형태의 토출구를 갖는 타입으로 변경가능하다.

노즐 부재(300)는 제1,2노즐(310a,310b)이 홈 위치에서 대기할 때, 제1,2노즐(310a,310b)을 세정하는 노즐 배스 (bath)(390)를 갖는다. 노즐 배스(390)에서는 질소가스 및 세정액을 이용하여 노즐 끝단에 묻어 있는 약액 등을 제거하게 된다.

진공 척(200)는 처리 용기(100)의 내측에 설치된다. 진공척(200)는 공정 진행 중 기판(W)을 지지하며, 공정이 진행되는 동안 필요에 따라 후술할 구동기(240)에 의해 회전될 수 있다. 진공척은 기판(w)이 놓여지는 평평한 상부면을 가지는 스핀 헤드(210)를 가진다. 스핀 헤드(210)는 기판이 원심력에 의해 스핀 헤드(210)로부터 이탈되지 않도록 내부에 형성된 진공라인(미도시됨)을 통해 기판을 직접 진공 흡착할 수 있다.

스핀헤드(210)의 하부면에는 스핀들(220)이 고정 결합되며, 스핀들(220)은 구동기(240)에 의해 회전 가능하게 제공된다. 도시하지 않았지만, 구동기(240)는 회전력을 제공하기 위한 모터, 벨트 및 풀리 등을 구비한다.

도 3 및 도 4는 서로 다른 마찰저항부들이 형성된 스핀 헤드의 평면도이다.

도 5는 도 3에 도시된 스핀 헤드에서 기판 저면에 발생되는 마찰 면적을 보여주는 도면이다. 도 6은 도 4에 도시된 스핀 헤드에서 기판 저면에 발생되는 마찰 면적을 보여주는 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 스핀 헤드는 원주 방향과 평행하지 않은 방향으로 배치되는 마찰 저항부들을 갖는다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 마찰 저항부(212)들은 기판의 저면을 진공흡착하는 서로 다른 길이를 갖는 직선의 진공홈(214a,214b)들을 포함한다. 진공홈들 각각에는 외부의 진공발생원과 연결되는 진공홀(218)이 형성된다. 진공홈(214a,214b)들은 회전 중심(C)을 기준으로 방사상으로 형성된다. 이러한 마찰 저항부(212) 구조를 갖는 스핀 헤드(210)는 순간적인 가감속시 기판 저면에 회전 방향과 직교하는 방향으로 마찰 면적(M)이 발생되기 때문에 기판 슬립 형상을 최소화할 수 있다.

도 4 및 도 6에는 도 3에 도시된 마찰 저항부들과는 다른 형상의 마찰 저항부(212a)들을 갖는 스핀 헤드(210)가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 마찰 저항부(212a)들은 스핀헤드(210)의 중앙 영역(a1)에 형성되는 제1진공홈(215a)들과, 스핀 헤드(210)의 가장자리 영역(a2)에 형성되는 제2진공홈(215b)들 그리고 스핀 헤드(210)의 중앙 영역(a1)과 가장자리 영역(a2) 사이의 중간 영역(a3)들에 형성되는 제3진공홈(215c)들로 구분될 수 있다. 각각의 진공홈에는 외부의 진공발생원과 연결되는 진공홀(218)이 형성된다. 여기서, 제2진공홈(215b)들과 제3진공홈(215c)들은 꼭지점을 갖는 브이형상으로 스핀 헤드(210)의 회전 중심(C)을 기준으로 등각으로 배치된다. 즉, 제2진공홈(215b)들과 제3진공홈(215c)들은 전체적으로 보면 8각형을 이루게 된다. 즉, 8개의 직선홈들 중 기판의 가장자리와 가까운 일단들은 서로 연결되고, 기판의 가장자리와 먼 타단은 이격된 배치구조와 대응된다. 그리고 제1진공홈(215a)들도 브이형 진공홈 4개가 사각형을 이루도록 배치된 구조를 갖는다.

상술한 바와 같이, 도 4에 도시된 스핀 헤드(210)는 회전 방향과 평행하지 않는 방향으로 형성된 직선형의 진공홈들을 포함하는 것이다. 도 4에 도시된 바와 같은 마찰 저항부 구조를 갖는 스핀 헤드(210)는 순간적인 가감속시 기판 저면에 회전 방향과 평행하지 않은 방향으로 마찰 면적(M)이 균일하게 발생되기 때문에 기판 슬립 형상을 최소화할 수 있다(도 6 참조).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 진공척이 적용된 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 평면 구성도 및 측면 구성도이다.

도 3 및 도 4는 서로 다른 마찰저항부들이 형성된 스핀 헤드의 평면도이다.

도 5는 도 3에 도시된 스핀 헤드에서 기판 저면에 발생되는 마찰 면적을 보여주는 도면이다.

도 6은 도 4에 도시된 스핀 헤드에서 기판 저면에 발생되는 마찰 면적을 보여주는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

82 : 챔버 100 : 처리 용기

200 : 진공척 300 : 노즐 부재

Claims (6)

1. 삭제
2. 반도체 제조 설비의 진공 척에 있어서:

   기판이 안착되는 상부면과, 상기 상부면에 원주 방향과 평행하지 않은 방향으로 배치되는 마찰 저항부들을 갖는 스핀 헤드;

   상기 스핀헤드의 하부면에 고정 결합되는 스핀들;

   상기 스핀들을 회전시키는 구동기를 포함하되;

   상기 마찰 저항부들은

   기판의 저면을 진공흡착하는 직선의 진공홈들을 포함하며;

   상기 진공홈들은 기판 저면에 회전방향과 직교하는 방향으로 마찰 면적이 발생되도록 회전 중심을 기준으로 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비의 진공 척.
3. 삭제
4. 반도체 제조 설비의 진공 척에 있어서:

   기판이 안착되는 상부면과, 상기 상부면에 원주 방향과 평행하지 않은 방향으로 배치되는 마찰 저항부들을 갖는 스핀 헤드;

   상기 스핀헤드의 하부면에 고정 결합되는 스핀들;

   상기 스핀들을 회전시키는 구동기를 포함하되;

   상기 마찰 저항부들은

   회전 방향과 평행하지 않는 방향으로 형성되고, 기판의 저면을 진공 흡착하는 직선의 진공홈들을 포함하며;

   상기 진공홈들은 기판의 원주를 따라 일정 간격 이격되어 배치되고,

   상기 진공홈들은 일단이 기판의 가장자리에 가깝고, 타단이 기판의 가장자리로부터 멀게 위치되며, 기판의 가장자리에 가까운 상기 진공홈들의 이웃하는 일단은 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비의 진공 척.
5. 반도체 제조 설비의 진공 척에 있어서:

   기판이 안착되는 상부면과, 상기 상부면에 원주 방향과 평행하지 않은 방향으로 배치되는 마찰 저항부들을 갖는 스핀 헤드;

   상기 스핀헤드의 하부면에 고정 결합되는 스핀들;

   상기 스핀들을 회전시키는 구동기를 포함하되;

   상기 마찰 저항부들은

   회전 방향과 평행하지 않는 방향으로 형성되고, 기판의 저면을 진공 흡착하는 직선의 진공홈들을 포함하며;

   상기 진공홈들은

   상기 스핀헤드의 중앙 영역에 형성되는 제1진공홈들과, 상기 스핀 헤드의 가장자리 영역에 형성되는 제2진공홈들 그리고 상기 스핀 헤드의 중앙 영역과 가장자리 영역 사이의 적어도 하나 이상의 중간 영역에 형성되는 제3진공홈들을 포함하고; 상기 제2진공홈들과 상기 제3진공홈들은 상기 스핀 헤드의 회전 중심을 기준으로 등각으로 배치되며, 꼭지점을 갖는 브이형 진공홈들인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비의 진공 척.
6. 반도체 제조 설비의 진공 척에 있어서:

   기판이 안착되는 상부면과, 상기 상부면에 원주 방향과 평행하지 않은 방향으로 배치되는 마찰 저항부들을 갖는 스핀 헤드;

   상기 스핀헤드의 하부면에 고정 결합되는 스핀들;

   상기 스핀들을 회전시키는 구동기를 포함하되;

   상기 마찰 저항부들은

   회전 방향과 평행하지 않는 방향으로 형성되고, 기판의 저면을 진공 흡착하는 직선의 진공홈들을 포함하며;

   상기 진공홈들은 기판의 회전 중심을 중심점으로 하는 8각형을 이루는 8개의 직선홈들로 이루어지되; 상기 8개의 직선홈들 중 기판의 가장자리와 가까운 일단들은 서로 연결되고, 기판의 가장자리와 먼 타단은 이격되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비의 진공 척.

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