KR101368899B1 - 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 급속열처리(Rapid Thermal Processing : RTP)장비의 웨이퍼 안착장치에 관한 것이다.
본 발명은, 공정챔버 내부에 구비되어 로딩되는 웨이퍼를 안착하는 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치에 있어서, 상기 웨이퍼의 하면을 지지하도록 수직되게 복수개 구비되며 일부 또는 전부가 상기 웨이퍼의 열팽창에 따라 자유 유동되는 지지핀과, 안착된 상기 웨이퍼 외측에 환형상으로 구비되며 공정진행시 회전되는 에지링을 포함한다.
Figure R1020070068765
웨이퍼, 안착, 지지, 급속열처리, RTP, 반도체

Description

급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치{APPARATUS FOR SITTING A WAFER IN A RAPID THERMAL PROCESSING EQUIPMENT}
본 발명은 급속열처리(Rapid Thermal Processing : RTP)장비의 웨이퍼 안착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼를 지지하는 지지핀(support pin)의 구성을 변경하고 웨이퍼 외측에서 온도를 보상하는 에지링(edge ring)이 회전되도록 하여, 지지핀에 의한 스크래치(scratch) 및 핀마크(pin mark) 현상을 방지함과 아울러 온도 불균일에 의한 에지슬립(edge slip) 현상을 방지함으로써, 웨이퍼의 품질 및 수율을 향상시키는 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 산업은 200㎜ 웨이퍼(wafer)에서 300㎜ 웨이퍼 시장으로 급속히 이동하였으며, 향후 400㎜ 또는 450㎜ 등으로 발전할 것으로 판단된다.
그리고, 디바이스 메이커(device maker)의 고품질 웨이퍼에 대한 수요는 날로 증대되고 있으며, 웨이퍼 메이커(wafer maker)로 하여금 고품질, 대면적 웨이퍼의 제조를 요구하고 있다.
디바이스 메이커는 제조 완료된 웨이퍼 표면으로부터 수㎛ 두께 정도를 이용하여 디바이스를 제조하므로, 웨이퍼 메이커에게 이 수㎛ 두께내에 결함이 없는 고 품질 웨이퍼의 납품을 요구하고 있다.
이러한 요구에 따라 웨이퍼 메이커에서는 웨이퍼를 제조하는 과정에서 최종 단계로서 표면내에 존재하는 결정구조 결함(crystal defect)을 제거하고자 1,200℃ 정도의 고온으로 웨이퍼를 열처리(heat treatment)하는 고온 열처리 공정을 실시하며, 즉 웨이퍼를 급속으로 고온 열처리하여 표면측 수㎛ 깊이까지 결함 및 오염이 제거되도록 한다.
이때, 고온 열처리는 급속열처리(Rapid Thermal Processing : RTP)를 이용하며, RTP는 매우 짧은 시간(보통, 수십초에서 수분 정도)내에 공정이 완료될 수 있다.
주지된 바와 같이, RTP장비는, 일측에 웨이퍼가 출입되는 도어(door)를 갖는 공정챔버(process chamber)를 구비하며, 해당 공정챔버내의 상부측에는 급속 가열을 위한 복수개의 가열램프(lamp)가 배열 구비되며, 내부 하부측에는 로딩(loading)되는 웨이퍼를 안착하는 웨이퍼 안착장치가 구비된다.
따라서, 도어를 통과하도록 이송로봇(robot)에 의해 웨이퍼가 이송되어 안착장치상에 안착된 다음, 가열램프가 작동되어 웨이퍼에 대해 열처리를 실시한다.
전술한 웨이퍼 안착장치는 도 1을 참조하면, 로딩되는 웨이퍼(w)의 하면을 지지하도록 지지플레이트(support plate)(14)상에 수직되도록 복수개 배열 구비되는 지지핀(support pin)(12)과, 지지플레이트(14)와 결합을 이루는 회전플레이트(rotation plate)(16)를 회전시키는 회전 구동축(18)과, 웨이퍼(w)의 인접되는 외측에 환형상으로 구비되어 공정진행시 웨이퍼(w) 에지부의 온도 저하를 방지하는 에지링(edge ring)(20) 등을 포함한다.
따라서, 이송로봇에 의해 이송되는 웨이퍼(w)는 복수개의 지지핀(12)상에 놓여져 안착되며, 이후 회전 구동축(18)의 회전에 의해 회전된다.
이와 같이, 웨이퍼(w)를 회전시키는 이유는 웨이퍼(w)상의 온도 균일성을 확보하기 위함이다.
그리고, 전술한 에지링(20)은 공급되는 열이 웨이퍼(w) 에지부의 주위에 머물도록 하여 중심부에 비해 상대적으로 에지부가 온도 저하되는 것을 방지한다.
또한, 전술한 지지핀(12)은 대략 웨이퍼(w)의 반경방향 2/3r 지점에 위치되며, 서로간에 120°간격을 이루도록 3개가 구비되고, 웨이퍼(w)의 하면과 접촉되는 상부측 끝단부는 첨예(sharp)하게 되어 있다.
그러나, 이상과 같은 종래의 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 첨예한 지지핀(12)에 의해 지지된 상태에서 웨이퍼(w)를 회전시키면, 회전되는 웨이퍼(w)의 하중이 모든 지지핀(12)에 균일하게 분산되지 못하고 임의의 특정 지지핀(12)에 집중되면서 해당 특정 지지핀(12)에 의해 웨이퍼(w)가 눌려져 결정 결함인 핀마크(pin mark)를 발생하여 웨이퍼(w)의 품질 및 수율을 저하시키는 문제점이 있다.
둘째, 전술한 바와 같이 특정 지지핀(12)에 하중이 집중되면서 첨예했던 특정 지지핀(12)이 마모 및 손상됨으로써, 웨이퍼(w)가 이탈되어 손상되는 문제점도 있다.
셋째, 도 2에 나타낸 바와 같이, 공정진행에 따라 웨이퍼(w)는 가열되어 열팽창(thermal expansion)되는데, 그에 반해 지지핀들(12)은 고정되어 있어, 지지핀(12)에 의해 스크래치(scratch)가 발생되어 고품질 웨이퍼(w)를 생산할 수 없는 문제점도 있다.
넷째, 웨이퍼(w)가 대면적이고 가열온도가 1,200℃ 정도로 매우 높음에 따라, 웨이퍼(w)의 센터(center)부 및 에지부간의 온도 불균일 및 에지부간의 온도 불균일이 발생되어, 취약 부위인 에지부내에 결정구조 전위(dislocation)에 의한 에지슬립(edge slip) 불량이 발생되는 문제점도 있다.
다섯째, 전술한 회전 구동축(18)을 미도시한 회전모터(motor)로 회전시키고 회전 구동축(18)이 베어링(bearing)(미도시)으로 접촉 지지되므로, 기계적인 접촉 및 윤활유 사용 등에 따라 파티클(particle), 진동 및 소음이 발생되어, 웨이퍼(w)를 불량화시키는 문제점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 웨이퍼를 보다 안정적으로 지지하도록 지지핀의 구성을 변경함과 아울러, 웨이퍼 에지부의 온도 균일성을 확보하기 위해 에지링을 회전시키며, 또한 에지링의 회전 구동을 비접촉 방식인 자기부상식 모터를 이용하여 실시하는 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치는, 공정챔버 내부에 구비되어 로딩되는 웨이퍼를 안착하는 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치에 있어서, 상기 웨이퍼의 하면을 지지하도록 수직되게 복수개 구비되며 일부 또는 전부가 상기 웨이퍼의 열팽창에 따라 자유 유동되는 지지핀과, 안착된 상기 웨이퍼 외측에 환형상으로 구비되며 공정진행시 회전되는 에지링을 포함한다.
본 발명에 따르면, 지지핀이 웨이퍼 하중을 보다 고르게 분산하여 안정적으로 지지할 수 있으므로 핀마크 현상을 방지할 수 있고, 지지핀이 웨이퍼의 열팽창에 따라 자유 유동될 수 있으므로 스크래치 현상을 차단할 수 있으며, 에지링이 회전됨에 따라 웨이퍼 에지부의 온도 균일성이 확보되어 에지슬립 현상도 방지할 수 있고, 비접촉 방식의 자기부상식 모터를 이용함에 따라 불순물, 진동 및 소음에 의해 웨이퍼 불량이 발생되는 것도 차단할 수 있음으로써, 종국적으로 제조되는 웨이퍼의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 달성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치를 보여주는 단면도이고, 도 4와 도 5는 그 요부에 대한 상면도 및 하면도이다.
설명에 앞서, 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 그 상세한 설명을 일부 생략함을 밝힌다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼(w)의 하면을 지지하도록 하부측에 수직되게 복수개 구비되는 지지핀(102)은, 도 5의 하면도를 통해 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(w) 하중을 보다 고르게 분산하여 안정적으로 지지하도록 센터부에 3개, 미들(middle)부에 3개, 에지부에 6개가 배열되어 구비되며, 즉 센터부 및 미들부의 각 3개는 서로 120°이격되는 삼각 구조로 배열되고, 에지부의 6개는 서로 60°이격되도록 배열되며, 이때 미들부는 웨이퍼(w)의 반경방향 2/3r 부위 위치에 해당되고, 에지부 는 웨이퍼(w) 끝단부로부터 3㎜ 이내 위치에 해당된다.
이에 따라, 보다 많은 수의 지지핀(102)에 의해 웨이퍼(w)의 하중이 더욱 고르게 분산될 수 있어 지지핀(102)에 의한 핀마크(pin mark) 발생을 방지할 수 있고, 또한 특정 지지핀(102)의 마모 및 손상을 방지하며, 특정 지지핀(102)이 손상되더라도 나머지 지지핀들(102)을 이용하여 이상 없이 지지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 각 지지핀(102)은 자유 유동 가능하게 구비되며, 이를 위해 그 하단부가 핀지지부재(104)상의 상대적으로 폭이 넓은 삽입홈(104a)에 삽입되어 위치된다.
이때, 해당 핀지지부재(104)는 지지핀(102)측으로 외기 온도가 전달되는 것을 차단하기 위해 단열(thermal insulation) 재질로 이루어지고, 바람직하게 세라믹(ceramic) 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 해당 핀지지부재(104)는 하부플레이트(106)상에 고정되도록 결합되며, 해당 하부플레이트(106)는 상부측 가열램프(미도시)로부터 방사되는 열을 웨이퍼(w)측으로 재반사하도록 표면에 금(Au)이 코팅(coating)된 골드플레이트(gold plate)일 수 있다.
이와 같이, 하부플레이트(106)가 골드플레이트인 경우, 해당 하부플레이트(106)의 하부측에는 냉각플레이트(108)가 별도로 구비되어, 그 내부의 냉각유로(108a)를 통해 냉각매체가 순환됨으로써 골드플레이트상의 코팅된 금(Au)이 벗겨지는 것을 방지한다.
이로써, 이상과 같이 지지핀(102)이 자유 유동 가능함에 따라 웨이퍼(w)가 열팽창되더라도 열팽창되는 웨이퍼(w)와 함께 지지핀(102)의 상단부가 움직일 수 있어, 스크래치(scratch)의 발생을 방지할 수 있다.
덧붙여, 모든 지지핀들(102)이 자유 유동 가능하게 구비될 수 있으나, 필요에 따라서는 많은 양 열팽창되는 에지부에 대해 구비되는 지지핀들(102)만 유동 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 지지핀들(102)은 웨이퍼(w)의 하면과 닿은 그 상부측 끝단부가 R0.3㎜ 정도로 라운드(round)지게 형성되어, 스크래치의 발생을 더욱 방지한다.
한편, 본 발명에 따르면, 안착된 웨이퍼(w)의 인접되는 외측에 환형상으로 구비되는 에지링(110)은 웨이퍼(w) 에지부의 온도를 보다 보상하여 에지슬립(edge slip)을 방지하고자 회전되도록 구비되며, 그 회전 구동을 위한 수단으로 비접촉 회전방식인 자기부상(magnetic levitation)식 모터(motor)(120)가 하부측에 구비된다.
주지된 바와 같이, 자기부상식 모터(120)는 영구자석으로 구성되는 로터(rotor)(120a)에 대해 대향되는 스테이터(stator)(120b)상에 회전용 권선코일부(120b-1)와 부상용 권선코일부(120b-2)가 형성되어, 먼저 부상용 권선코일부(120b-2)에 의해 로터(120a)가 x축 및 y축 방향으로 비접촉되도록 부상 지지되고, 이후 회전용 권선코일부(120b-1)와 로터(120a)측 영구자석간의 상호 유도작용에 의해 로터(120a)가 회전된다.
이러한 자기부상식 모터(120)는 자력을 이용하여 로터(120a)가 비접촉되게 지지되므로 통상 자기베어링(magnetic bearing)이 장착된 모터라고도 한다.
따라서, 도 3을 참조하면, 에지링(110)의 하부측에 수직되게 구비되는 포스트링(post ring)(114)이 로터(120a)측과 결합을 이루고, 로터(120a)에 대향되는 외측에 스테이터(120b)가 구비되며, 해당 스테이터(120b)상에는 회전용 권선코일부(120b-1)와 부상용 권선코일부(120b-2)가 형성되고, 미도시하였으나 부상되는 로터(120a) 주위에 형성되는 간극을 검출하여 자기부상을 피드백(feedback) 제어하고자 갭센서(gap sensor)가 구비될 수 있다.
물론, 이러한 자기부상식 모터(120)를 적용함에 있어 그 구성은 알려진 여러 방식중에서 적절히 채택할 수 있다.
덧붙여, 본 발명에 따르면, 에지링(110)은 하나의 링형태 피스(piece)로 이루어지지 않고 일정 원호형태의 복수개 피스로 이루어지며, 각 피스간은 서로 미세 간격 이격되도록 구비된다.
이와 같이, 여러 피스로 구성하면서 서로간에 접촉되지 않도록 하는 이유는 고온에서 열팽창되는 것을 수용하여 열적 스트레스(thermal stress)로 파손되는 것을 방지하고자 하기 위함이다.
물론, 해당 에지링(110)은 웨이퍼(w)로부터도 이격되는 외측에 구비되어야 하며, 만약 웨이퍼(w)와 접촉된다면 재질 차이에 따른 온도 차이로 웨이퍼(w) 에지부의 온도 균일성을 해칠 수 있다.
참고로, 에지링(110)은 Si, SiC 재질로 이루어질 수 있다.
덧붙여, 전술한 에지링(110)은 포스트링(114)의 상단부측에 직접 결합을 이 룰 수 있으나, 도시된 바와 같이 포스트링(114)의 상단부에 우선 수평링(112)이 결합을 이룬 후에 해당 수평링(112)에 에지링(110)이 결합을 이룰 수 있으며, 이때 도 5를 통해 나타낸 바와 같이, 수평링(112)로부터 연장되는 두개 이상의 지지부(112a)를 통해 에지링(110)이 결합을 이룰 수 있다.
또한, 전술한 자기부상식 모터(120)의 로터(120a)측 상단부는 수직방향의 고정핀(118)을 통해 상부측의 매개링(116)에 결합을 이룬 후에 해당 매개링(116)이 포스트링(114)의 하단부측과 결합을 이룰 수 있으며, 바람직하게 매개링(116)은 에지링(110)측으로 외기 온도가 전달되는 것을 막기 위해 단열 재질로 이루어질 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따르면, 에지링(110)이 회전될 수 있음에 따라 웨이퍼(w) 에지부의 온도를 보상할 수 있음과 더불어 웨이퍼(w)상의 전체적인 온도 균일성도 어느 정도 확보할 수 있으므로, 웨이퍼(w)는 별도로 회전되지 않을 수 있으나, 필요에 따라서는 종래와 같이 회전될 수도 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
도 1은 종래의 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치를 보여주는 단면도,
도 2는 종래의 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치에서 웨이퍼의 열팽창에 따라 지지핀에 의해 스크래치가 발생되는 상황을 설명하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치를 보여주는 단면도,
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치의 요부에 대한 상면도 및 하면도,
도 6은 본 발명에 따른 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치에서 지지핀이 자유 유동 가능하게 구비되는 것을 보여주는 요부 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102 : 지지핀 104 : 핀지지부재
104a : 삽입홈 106 : 하부플레이트
108 : 냉각플레이트 108a : 냉각유로
110 : 에지링 112 : 수평링
112a : 지지부 114 : 포스트링
116 : 매개링 118 : 고정핀
120 : 자기부상식 모터 120a : 로터
120b : 스테이터 120b-1 : 회전용 권선코일부
120b-2 : 부상용 권선코일부 w : 웨이퍼

Claims (11)

  1. 공정챔버 내부에 구비되어 로딩되는 웨이퍼를 안착하는 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치에 있어서,
    상기 웨이퍼 하면의 센터부, 미들부 및 에지부를 지지하되, 상기 센터부 및 상기 미들부에 서로 120°이격되는 삼각 구조로 3개가 각각 수직되게 구비되고, 상기 에지부에 서로 60°이격되도록 6개가 각각 수직되게 구비되며, 상기 미들부는 상기 웨이퍼의 반경방향 2/3r 부위 위치이고, 상기 에지부는 상기 웨이퍼 끝단부로부터 3㎜ 이내 위치이며, 일부 또는 전부가 상기 웨이퍼의 열팽창에 따라 자유 유동되는 지지핀과,
    안착된 상기 웨이퍼 외측에 원호형태의 복수개 피스(piece)로 이루어지되, 각 피스간은 이격되어 환형상으로 구비되며 공정진행시 회전되는 에지링과,
    상기 에지링을 비접촉 회전 구동하도록 영구자석으로 구성되고 상기 에지링측과 결합되는 링형상의 로터와, 회전형 권선코일부와 부상용 권선코일부로 이루어지는 권선코일부를 가지며, 상기 로터에 대향되도록 외측에 링형상으로 구비되는 스테이터를 포함하여 하부측에 구비되는 자기부상식 모터를 포함하는 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지핀의 하단부가 삽입되는 폭이 넓은 삽입홈을 갖는 핀지지부재와,
    상기 핀지지부재를 하부측에서 고정 결합하는 하부플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 핀지지부재는,
    단열 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지핀은,
    상부측 끝단부가 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치.
KR1020070068765A 2007-07-09 2007-07-09 급속열처리장비의 웨이퍼 안착장치 KR101368899B1 (ko)

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