KR101157587B1 - 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장를 이용한 웨이퍼 고정방법 - Google Patents

반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장를 이용한 웨이퍼 고정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치를 이용한 웨이퍼 고정방법은, 복수개의 웨이퍼들을 복수개의 제1 정렬키들을 갖는 트레이 상부면에 배치시키는 단계와, 복수개의 웨이퍼들이 배치된 트레이를 반도체조용 챔버 내의 플레이트 위에 로딩시키는 단계와, 그리고 복수개의 제2 정렬키들과 웨이퍼들을 노출시키기 위한 개구부들을 갖는 클램프를 트레이 위에 배치시키되, 제2 정렬키들과 제1 정렬키들이 암수 체결되도록 하는 단계를 포함한다.

Description

반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장를 이용한 웨이퍼 고정방법{Method of clamping wafer using apparatus of clamping wafer in semiconductor manufacturing chamber}
본 발명은 반도체 제조설비를 이용한 웨이퍼 처리방법에 관한 것으로서, 특히 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장를 이용한 웨이퍼 고정방법에 관한 것이다.
현재 반도체소자의 제조를 위한 많은 공정이 챔버(chamber) 내에서 이루어지고 있다. 반도체제조용 챔버에는 그 용도에 따라 다양한 종류가 있지만, 최근 그 사용빈도가 점점 증가하고 있는 종류는 플라즈마를 이용한 증착 또는 식각을 수행하는 플라즈마 챔버이다.
도 1을 참조하면, 반도체소자 제조를 위한 플라즈마 챔버(100)는, 챔버 외벽(110)에 의해 내부의 반응공간(112)이 한정된다. 챔버 하부에는 웨이퍼(200)를 지지하는 플레이트(plate)(120)가 배치된다. 플레이트(120)는 챔버 외부의 제1 RF 전원(131)과 연결된다. 제1 RF 전원(131)은 웨이퍼(200) 배면쪽으로 바이어스 파워를 인가한다. 챔버 상부에는, 챔버 내부의 반응공간(112) 내에 플라즈마(114)를 형성하기 위한 플라즈마 소스(140)가 배치된다. 플라즈마 소스(140)는 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스이거나, 또는 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스일 수도 있다. 경우에 따라서 플라즈마 소스(140)는 용량성 결합 플라즈마 소스와 유도성 결합 플라즈마 소스가 결합된 적응형 플라즈마 소스(APS; Adaptively Plasma Source)일 수도 있다. 플라즈마 소스(140)는 챔버 외부의 제2 RF 전원(132)과 연결된다. 제2 RF 전원(132)은 플라즈마 소스(140)로 RF 파워를 인가한다.
도 1에 나타낸 플라즈마 챔버는, 설명을 간단하게 하기 위하여 하나의 웨이퍼가 로딩되어 있는 것을 예로 들었지만, 실질적으로는 여러장의 웨이퍼들이 플라즈마 챔버 내에 로딩될 수 있으며, 이 경우 여러장의 웨이퍼들에 대해 공정이 동시에 이루어진다. 이와 같이 여러장의 웨이퍼들이 플라즈마 챔버 내로 로딩되는 경우, 공정이 이루어지는 동안 웨이퍼들이 플레이트 위에서 고정되도록 하여야 할 필요가 있으며, 이를 위해 클램프 링(clamp ring)이나 클램프 플레이트(clamp plate)와 같은 고정장치를 사용한다.
도 2는 종래의 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치를 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다. 그리고 도 3은 도 2의 "A" 부분을 보다 상세하게 나타내 보인 도면이며, 도 4는 도 3의 B-B'의 절단면을 나타내 보인 단면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 복수개의 웨이퍼들, 예컨대 18매의 웨이퍼(210)들을 플라즈마 챔버와 같은 반도체제조용 챔버 내로 로딩하기 위해서 트레이(220) 위에 배치시킨다. 다음에 웨이퍼(210)들이 챔버 내로 로딩되는 동안과 챔버 내에서 공정이 이루어지는 동안 흔들리지 않도록 클램프(230)를 트레이(220) 위에 장착한다. 클램프(230)는, 웨이퍼(210)의 상부면이 노출되도록 웨이퍼(210)의 가장자리를 둘러싸도록 배치되며, 상호 대각이 되도록 배치되는 3개의 나사(232)들을 통해 트레이(220)에 고정된다. 3개의 나사(232)들이 있는 부분에는 웨이퍼(210)의 이탈을 방지하는 돌출부(234)가 배치된다.
그런데 웨이퍼(210)들을 반도체제조용 챔버 내로 로딩하는 과정과 챔버 내에서 공정이 이루어지는 과정에서 웨이퍼(210)들의 이탈이나 위치 변경을 방지하기 위해 클램프(230)를 장착하는 과정은 모두 수작업을 통해 이루어진다. 따라서 도 2에 나타낸 바와 같이, 모두 18매의 웨이퍼(210)들을 사용하고, 각 웨이퍼(210)당 클램프(230) 장착을 위해 3개의 볼트(232)를 사용하는 경우, 모두 81번의 볼트 조임 작업이 요구되며, 이와 같은 수작업으로 인해 전체 작업시간이 증가되고, 작업자의 실수에 의한 웨이퍼 불량 가능성도 높아진다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 복수개의 웨이퍼들을 반도체제조용 챔버 내로 로딩하는 과정 및 공정이 이루어지는 과정동안 웨이퍼들을 고정시키기 위한 고정장치를 수작업에 의해 수행하지 않고 자동으로 장착되도록 함으로써 전체 작업시간이 감소되고 웨이퍼 불량 가능성도 감소시킬 수 있도록 하는 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치를 이용한 웨이퍼 고정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 예에 따른 웨이퍼 고정방법은, 복수개의 웨이퍼들을 복수개의 제1 정렬키들을 갖는 트레이 상부면에 배치시키는 단계와, 복수개의 웨이퍼들이 배치된 트레이를 반도체조용 챔버 내의 플레이트 위에 로딩시키는 단계와, 그리고 복수개의 제2 정렬키들과 웨이퍼들을 노출시키기 위한 개구부들을 갖는 클램프를 트레이 위에 배치시키되, 제2 정렬키들과 제1 정렬키들이 암수 체결되도록 하는 단계를 포함한다.
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상기 제2 정렬키들과 제1 정렬키들이 암수 체결되도록 하는 단계는, 제1 정렬키의 위치를 감지하는 단계와, 그리고 감지된 제1 정렬키의 위치에 따라 트레이 및 클램프 중 적어도 어느 하나의 방향을 전환하여 제1 정렬키와 제2 정렬키가 수직방향으로 일직선상에 배치되도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 복수개의 웨이퍼들을 반도체제조용 챔버 내로 로딩하는 과정 및 공정이 이루어지는 과정동안 웨이퍼들을 고정시키기 위한 고정장치를 수작업에 의해 수행하지 않고 자동으로 장착되도록 함으로써 전체 작업시간이 감소되고 웨이퍼 불량 가능성도 감소시킬 수 있다는 이점이 제공된다.
도 1은 일반적으로 플라즈마 챔버의 일 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 2는 종래의 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치를 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
도 3은 도 2의 "A" 부분을 보다 상세하게 나타내 보인 도면이다.
도 4는 도 3의 B-B'의 절단면을 나타내 보인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치의 트레이를 나타내 보인 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 예에 따른 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치의 클램프 상부면 및 하부면을 각각 나타내 보인 도면이다.
도 8은 제1 정렬키와 제2 정렬키의 체결 관계를 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
도 9는 웨이퍼 지지장치를 구비하는 클램프의 구조를 나타내 보인 도면이다.
도 10 내지 도 12은 본 발명의 일 예에 따른 웨이퍼 고정방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
본 발명의 일 예에 따른 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치는, 복수개의 웨이퍼들이 배치되어 반도체제조용 챔버 내로 복수개의 웨이퍼들이 로딩되도록 이동 가능하게 설치되며 복수개의 제1 정렬키들을 갖는 트레이와, 그리고 복수개의 정렬키들에 상호 암수 모양으로 체결될 수 있는 복수개의 제2 정렬키들을 가지며, 개구부들을 통해 웨이퍼들을 노출시키되 웨이퍼들의 위치 변화가 방지되도록 하는 클램프를 포함하여 구성된다. 도 5는 본 발명의 일 예에 따른 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치의 트레이를 나타내 보인 도면이며, 그리고 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 예에 따른 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치의 클램프 상부면 및 하부면을 각각 나타내 보인 도면이다. 또한 도 8은 제1 정렬키와 제2 정렬키의 체결 관계를 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
먼저 도 5를 참조하여 본 발명의 일 예에 따른 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치의 트레이를 보다 상세하게 설명하면, 트레이(500)는 복수개의 제1 정렬키(510)들을 포함한다. 본 예에서는 3개의 제1 정렬키(510)들이 배치되었지만, 이는 일 예일 뿐이며, 경우에 따라서는 3개보다 많은 제1 정렬키들이 배치될 수도 있다는 것은 당연하다. 3개의 제1 정렬키(510)들은 상호 대칭이 되는 위치에 배치되는데, 일 예로 3개의 제1 정렬키(510)들을 선으로 연결할 경우 정삼각형이 되도록 배치시킬 수 있다. 다른 예로서, 6개의 제1 정렬키(510)들을 사용할 경우, 6개의 제1 정렬키(510)들을 선으로 연결하여 정육각형이 형성되도록 배치시킬 수 있다. 트레이(500) 상부면 위에는 복수개의 웨이퍼(210)들이 배치된다. 본 예에서는 7개의 웨이퍼(210)들이 배치되었지만, 이는 일 예일 뿐이며, 경우에 따라서는 7개보다 적거나 많은 웨이퍼들이 배치될 수도 있다는 것은 당연하다. 이와 같은 트레이(500)는 반도체제조용 챔버의 외부와 반도체제조용 챔버의 내부 사이를 이동할 수 있으며, 이를 위해 로봇암과 연결될 수 있다.
다음에 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 일 예에 따른 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장치의 클램프를 보다 상세하게 설명하면, 클램프(600)는 복수개의 제2 정렬키(610)들과 복수개의 개구부(620)들을 포함한다. 제2 정렬키(610)들의 개수 및 위치는 제1 정렬키(도 5의 510)들의 개수 및 위치와 동일하게 설정한다. 따라서 본 예에서는 3개의 제1 정렬키(510)들을 사용함에 따라 3개의 제2 정렬키(610)들을 사용하였지만, 제1 정렬키(510)들의 개수가 보다 많은 경우 제2 정렬키(610)들의 개수 또한 동일하게 늘어난다. 제2 정렬키(610)들은 클램프(600)의 하부면에 배치되며, 이에 따라 클램프(600)를 트레이(500) 위에 장착할 경우 제1 정렬키(510)와 제2 정렬키(610)가 상호 대향되도록 한다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 제1 정렬키(510)와 제2 정렬키(610)는 상호간에 암수 체결이 이루어지는 구조로 이루어진다. 즉, 제1 정렬키(510)는 돌출된 형태로 이루어지고, 제2 정렬키(610)는 함몰된 형태로 이루어진다. 제1 정렬키(510)들의 위치와 제2 정렬키(610)의 위치가 동일하므로, 클램프(600)를 트레이(500) 위에 장착할 경우, 제1 정렬키(510)와 제2 정렬키(610)는 상호 암수 관계로 체결된다. 다른 예에서, 제1 정렬키(510)는 함몰된 형태로 이루어지고, 제2 정렬키(610)는 돌출된 형태로 이루어질 수도 있다.
복수개의 개구부(620)들은 트레이(도 5의 500)상의 복수개의 웨이퍼(210)들과 대응하는 위치에 배치된다. 즉 클램프(600)를 트레이(500) 위에 장착할 경우, 트레이(500)상의 복수개의 웨이퍼(210)들이 복수개의 개구부(620)들을 통해 외부로 노출된다. 따라서 복수개의 개구부(620)들의 개수는 트레이(500)상의 복수개의 웨이퍼(210)들의 개수와 동일하다. 개구부(620)의 크기는 웨이퍼(210)의 크기보다 작게 하여 웨이퍼(210)가 클램프(600)에 의해 고정되도록 한다.
클램프(600)의 가장자리 일부 영역에는 반도체제조용 챔버 내의 플레이트에 정렬되도록 하기 위한 돌출부(630)가 배치된다. 여기서 플레이는 반도체제조용 챔버 내에서 트레이(500)를 지지하는 장치로서, 일 예로 플레이트는 정전척(ESC; Electro Static Chuck)일 수 있다. 돌출부(630) 내에는 홈 형태 또는 돌출 형태의 체결부(632)가 배치되며, 이 체결부(632)는 플레이트에 고정되어 있는 체결장치와 체결되며, 이에 따라 반도체제조용 챔버 내에서 클램프(600)의 위치를 고정시킬 수 있다. 또한 체결부(632)가 플레이트에 고정되어 있는 체결장치와 체결된 상태에서 상하로 이동 가능하도록 배치되어, 트레이(500)가 로딩되는 과정에서는 클램프(600)가 상부 방향으로 이동되며, 트레이(500)가 로딩된 후에는 클램프(600)가 하부 방향으로 이동하여 트레이(500) 위에 장착되도록 한다.
도 9는 웨이퍼 지지장치를 구비하는 클램프의 구조를 나타내 보인 도면으로서, 도시된 바와 같이, 개구부(620)의 가장자리에는 돌출 형태의 웨이퍼 지지장치(900)가 배치되며, 이 웨이퍼 지지장치(900)는 웨이퍼(210)의 가장자리에 접촉되어 웨이퍼(210)가 흔들리지 않도록 한다.
도 10 내지 도 12은 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한 고정장치를 이용하여 웨이퍼를 고정시키는 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 반도체제조용 챔버 내로 웨이퍼(210)들을 로딩하기 위해, 먼저 반도체제조용 챔버 밖이나, 또는 로드락(load lock) 챔버 내에서 트레이(500) 상부면에 복수개, 예컨대 7매의 웨이퍼(210)들을 배치시킨다. 이 과정은 로봇암을 통해 수행할 수 있다. 로봇암은 제어장치로부터의 제어신호에 따라서 7매의 웨이퍼(210)들을 트레이(500) 상부면의 정해진 위치에 배치시킨다.
다음에 도 11에 나타낸 바와 같이, 복수개의 웨이퍼(210)들이 배치된 트레이(500)를 반도체조용 챔버 내의 플레이트(700) 위에 로딩시킨다. 반도체제조용 챔버 내로의 트레이(500) 로딩은 로봇암을 통해 수행할 수 있다. 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 플레이트(700) 상부에는 클램프(600)가 플레이트(700)에 정렬된 상태에서 고정된 위치에 배치되어 있다. 트레이(500)를 플레이트(700) 위에 로딩시키는 과정에서, 트레이(500)의 위치는 정밀하게 제어될 필요가 있다. 이를 위해 먼저 센서(미도시)를 통해 트레이(500)상의 제1 정렬키(510)들의 위치를 감지한다. 그리고 제1 정렬키(510)들이 클램프(600)상의 제2 정렬키(610)들과 수직방향으로 일직선상에 위치하도록 트레이(500)의 위치를 조절한다. 이를 위해 플레이트(700) 위에는 트레이(500)의 위치를 조절하기 위한 장치(미도시)가 배치된다.
트레이(500)의 위치가 플레이트(700) 위에서 조절된 후에는, 도면에서 화살표(710)로 나타낸 바와 같이, 하부 방향으로 클램프(600)를 이동시킨다. 클램프(600)를 하부 방향으로 이동하면, 도 12에 나타낸 바와 같이, 클램프(600)가 트레이(500) 상부에 장착된다. 그러면, 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 트레이(500)의 제1 정렬키(510)와 클램프(600)의 제2 정렬키(610)가 암수 체결되며, 그 결과 클램프(600)의 개구부(620)를 통해 웨이퍼(210)가 상부로 노출된다. 이와 같이 웨이퍼(210)들이 고정되게 되면, 반도체제조용 챔버 내에서 통상의 반도체 제조 공정을 수행한다.
210...웨이퍼 500...트레이
510...제1 정렬키 600...클램프
610...제2 정렬키 620...개구부
630...돌출부 632...체결부

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  9. 복수개의 웨이퍼들을 복수개의 제1 정렬키들을 갖는 트레이 상부면에 배치시키는 단계;
    상기 복수개의 웨이퍼들이 배치된 트레이를 반도체조용 챔버 내의 플레이트 위에 로딩시키는 단계; 및
    복수개의 제2 정렬키들과 상기 웨이퍼들을 노출시키기 위한 개구부들을 갖는 클램프를 상기 트레이 위에 배치시키되, 상기 제2 정렬키들과 제1 정렬키들이 암수 체결되도록 하는 단계를 포함하는 웨이퍼 고정방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 정렬키들과 제1 정렬키들이 암수 체결되도록 하는 단계는,
    상기 제1 정렬키의 위치를 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 제1 정렬키의 위치에 따라 상기 트레이 및 클램프 중 적어도 어느 하나의 방향을 전환하여 상기 제1 정렬키와 제2 정렬키가 수직방향으로 일직선상에 배치되도록 하는 단계를 포함하는 웨이퍼 고정방법.
KR1020110013009A 2011-02-14 2011-02-14 반도체제조용 챔버의 웨이퍼 고정장를 이용한 웨이퍼 고정방법 KR101157587B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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