KR101532415B1

KR101532415B1 - 웨이퍼 트레이

Info

Publication number: KR101532415B1
Application number: KR1020130141245A
Authority: KR
Inventors: 이강석
Original assignee: 주식회사 엘지에스
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-06-29
Also published as: KR20150057638A

Abstract

본 발명은 복수의 웨이퍼를 효과적으로 수납하여 웨이퍼 처리 공정을 가능하게 하는 웨이퍼 트레이에 관한 것이다. 웨이퍼 트레이는 제1 평면과, 상기 제1 평면보다 낮은 평면으로 형성된 복수의 웨이퍼 안착부를 갖는 하부 트레이; 상기 웨이퍼 안착부에 삽입되고, 원반형의 몸체와 상기 몸체의 외주에 인접하여 상향으로 돌출되는 링형 돌출부를 갖는 오링 형성부; 상기 웨이퍼 안착부와 대응되는 위치에 상기 링형 돌출부의 내경과 같거나 더 작은 직경을 갖는 개구가 형성된 상부 트레이; 를 포함하고, 상기 오링 형성부가 상기 웨이퍼 안착부에 삽입된 상태에서, 상기 링형 돌출부는 상기 제1 평면보다 높게 돌출되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 링형 돌출부가 형성된 오링 형성부를 하부 트레이의 웨이퍼 안착부에 끼우기만 하면 되므로, 웨이퍼 처리 공정에서 웨이퍼 트레이의 오링 장착홈에서 오링을 제거, 세척 및 재장착하는 번거로움 없이 웨이퍼 처리 공정을 진행할 수 있도록 함으로써 생산성을 향상시키고 웨이퍼 제작 비용을 줄일 수 있는 웨이퍼 트레이를 제공할 수 있다.

Description

웨이퍼 트레이 {Wafer tray}

본 발명은 복수의 웨이퍼를 효과적으로 수납하여 웨이퍼 처리 공정을 가능하게 하는 웨이퍼 트레이에 관한 것이다.

반도체 제조에 있어서 기판 상에 박막을 형성하거나 원하는 패턴으로 가공하기 위하여 플라즈마(Plasma)를 이용한다. 플라즈마를 이용한 기판 처리의 대표적인 예로서, 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition : PECVD) 공정과 플라즈마 식각(Plasma Etching) 공정을 들 수 있다.

플라즈마는 기상의 화학 물질을 반응성이 강한 라디칼(radical)로 만들어 반응성을 증가시킨다. 이러한 원리를 이용한 PECVD 공정은 플라즈마 분위기에서 가스 상태의 공정 가스를 반응시켜 기판 상에 박막을 형성시키는 공정이다. 플라즈마 내의 이온들이 기판 표면에 충돌하면서 식각하고자 하는 물질을 물리적으로 제거하거나 물질 내의 화학 결합을 절단하여 라디칼에 의한 식각이 빠르게 일어나도록 한다.

그 외에 유기금속 화학증착(Metal-Organic Chemical Vapor Depositon), 물리기상증착(Physical Vapor Deposition)과 같은 여러 종류의 웨이퍼 처리 공정이 활용되고 있다.

한편, 1회 공정에서 2 이상 복수의 웨이퍼를 동시에 처리하기 위하여 복수의 웨이퍼를 수납하여 공정 챔버로 이송되도록 웨이퍼 트레이(Wafer Tray)가 사용되고 있다. 웨이퍼 트레이는 복수의 웨이퍼를 고정함과 동시에 웨이퍼를 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 웨이퍼 트레이를 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1에서 A-A' 단면을 따라 취한 개략적인 단면도이다.

종래의 웨이퍼 트레이는 웨이퍼 안착홈(12)이 형성된 하부 트레이(10)에 웨이퍼(W)를 안착시키고, 그 위에 웨이퍼(W)의 직경보다 작은 직경을 갖는 개구(22)가 형성된 상부 트레이(20)를 결합하여 구성된다.

하부 트레이(10)에서, 웨이퍼(W)가 안착되는 부분에는 하부 트레이(10)의 하방으로 관통 형성된 냉각기체 공급홀(11)이 구비된다. 냉각기체 공급홀(11)을 통해 헬륨(He)과 같은 냉각 기체가 웨이퍼 안착홈(12)으로 공급되어 웨이퍼(W)를 냉각시킨다. 이때, 냉각 기체가 웨이퍼(W)와 웨이퍼 안착홈(12) 사이의 간극을 통해 누설되는 것을 방지하기 위해 웨이퍼 안착홈(12)에는 오링 장착홈(13)을 형성하여 오링(O-ring; 15)을 장착한다.

하부 트레이(10)에 웨이퍼(W)를 안착시킨 상태에서 그 위에 개구(22)가 형성된 상부 트레이(20)를 결합한다. 상부 트레이(20)의 개구(22)는 웨이퍼(W)의 직경보다 작은 직경을 가지므로 개구형성단부(21)는 오링(15)이 있는 부분까지 연장된다. 이 상태에서, 하부 트레이(10)와 상부 트레이(20)는 결합 또는 클램핑되어, 오링(15)은 상부 트레이(20)의 개구형성단부(21)에 의해 가압된다. 그에 따라, 오링(15)을 통해 가스가 누설되는 것이 방지된다.

식각 또는 박막 증착과 같은 웨이퍼 처리 공정이 끝나면, 오링 장착홈(13)과 오링(15)은 여러 이물질들로 오염된다. 그 때문에, 1회 공정시마다 오링 장착홈(13)에서 오링(15)을 제거하고, 오링 장착홈(13)과 오링(15)를 세척한 후 다시 오링(15)을 오링 장착홈(13)에 끼우는 과정이 반복하여 이루어진다.

도 1의 하부 트레이(10)에는 웨이퍼(W)를 안착하기 위한 웨이퍼 안착홈(12)이 18개가 형성되어 있고, 각각의 웨이퍼 안착홈(12)에는 오링(15)이 2개씩 끼워지므로, 1회 공정시마다 총 36개의 오링(15)을 제거한 후 세척하여 다시 오링 장착홈(13)에 끼우는 작업이 이루어진다.

오링 장착홈(13)의 폭이나 오링(15)의 두께는 매우 작으므로, 오링 장착홈(13)에서 오링(15)을 제거하거나 다시 끼우는 이러한 과정은 숙련된 작업자라 할지라도 번거로우면서 시간이 많이 걸리는 작업이 된다.

또한, 오링 장착홈(13)에 오링(15)이 같은 높이로 정확히 끼워졌는지를 확인하기 어렵고, 만일 오링(15)이 같은 높이로 정확히 끼워지지 않으면 웨이퍼 처리 공정을 할 때, 가스가 누설되거나 균일도(uniformity)에 편차가 발생하여 웨이퍼(W)의 품질 저하로 이어진다.

또한, 이러한 오링(15)은 소모품으로서 수회 공정이 이루어지면 새것으로 교체해야 하는데, 이러한 오링(15)의 교체 비용이 전체 웨이퍼 생산 비용을 증가시키는 원인이 된다.

대한민국 특허 출원 제10-2009-0134195호

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 웨이퍼 처리 공정에서 웨이퍼 트레이의 오링 장착홈에서 오링을 제거, 세척 및 재장착하는 번거로움없이 웨이퍼 처리 공정을 진행할 수 있도록 함으로써 생산성을 향상시키고 웨이퍼 제작 비용을 줄일 수 있는 웨이퍼 트레이를 제공하고자 함에 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 웨이퍼 트레이는 제1 평면과, 상기 제1 평면보다 낮은 평면으로 형성된 복수의 웨이퍼 안착부를 갖는 하부 트레이; 상기 웨이퍼 안착부에 삽입되고, 원반형의 몸체와 상기 몸체의 외주에 인접하여 상향으로 돌출되는 링형 돌출부를 갖는 오링 형성부; 상기 웨이퍼 안착부와 대응되는 위치에 상기 링형 돌출부의 내경과 같거나 더 작은 직경을 갖는 개구가 형성된 상부 트레이; 를 포함하고, 상기 오링 형성부가 상기 웨이퍼 안착부에 삽입된 상태에서, 상기 링형 돌출부는 상기 제1 평면보다 높게 돌출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 웨이퍼 안착부에는 웨이퍼 쪽으로 기체를 공급하기 위한 제1 기체 공급홀이 관통하여 형성되고, 상기 오링 형성부에는 상기 제1 기체 공급홀과 대응되는 부분에 제2 기체 공급홀이 관통하여 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 링형 돌출부는 탄성을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 기체 공급홀과 상기 제2 기체 공급홀의 위치설정을 위해, 상기 제1 기체 공급홀에 삽입되는 원통형의 제1 삽입부와, 상기 제2 기체 공급홀에 삽입되는 원통형의 제2 삽입부와, 상기 제1 삽입부와 상기 제2 삽입부의 사이에 일체로 형성되는 플랜지부를 포함하는 홀 위치설정부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 링형 돌출부가 형성된 오링 형성부를 하부 트레이의 웨이퍼 안착부에 끼우기만 하면 되므로, 웨이퍼 처리 공정에서 웨이퍼 트레이의 오링 장착홈에서 오링을 제거, 세척 및 재장착하는 번거로움 없이 웨이퍼 처리 공정을 진행할 수 있도록 함으로써 생산성을 향상시키고 웨이퍼 제작 비용을 줄일 수 있는 웨이퍼 트레이를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 트레이를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에서 A-A' 단면을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 트레이를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3에서 B-B' 단면을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오링 형성부와 홀 위치설정부를 도시하는 사시도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 트레이를 도시하는 도면이다. 도 4는 도 3에서 B-B' 단면을 따라 취한 개략적인 단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오링 형성부와 홀 위치설정부를 도시하는 사시도이다.

본 발명의 웨이퍼 트레이(100)는 하부 트레이(110), 오링 형성부(120), 상부 트레이(130), 홀 위치설정부(140)를 포함한다.

하부 트레이(110)는 제1 평면(111)과, 이러한 제1 평면(111)보다 낮은 평면으로 형성된 웨이퍼 안착부(112)를 갖는다. 웨이퍼 안착부(112)는 복수 개가 형성될 수 있다.

웨이퍼 안착부(112)에는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 오링 형성부(120)가 삽입된다. 웨이퍼 안착부(112)는 원반형의 오링 형성부(120)가 삽입되어 정합될 수 있도록 소정의 높이와 평면을 갖는 원형 홈으로 형성될 수 있다. 하부 트레이(110)는 금속, 예를 들어 알루미늄으로 제작될 수 있다.

오링 형성부(120)는 하부 트레이(110)의 각각의 웨이퍼 안착부(112)에 삽입된다. 오링 형성부(120)는 원반형의 몸체(121)와, 이러한 몸체(121)의 외주에 인접하여 상향으로 돌출되는 링형 돌출부(122)를 갖는다. 링형 돌출부(122)는 몸체(121)의 상부면에서 링 형상으로 상향으로 돌출될 수 있다. 오링 형성부(120)가 웨이퍼 안착부(112)에 삽입된 상태에서, 링형 돌출부(122)는 제1 평면(111)보다 높게 돌출되어 웨이퍼(W)를 지지하게 된다. 링형 돌출부(122)는 복수 개로 구성될 수 있다. 이 경우, 링형 돌출부(122)는 몸체(121)의 외주에서 내측으로 이격되는 형태로 배치된다.

오링 형성부(120)는 탄성을 가지면서 열에 강한 재질로 구성될 수 있다. 오링 형성부(120)의 몸체(121)와 링형 돌출부(122)는 동일한 재질로 구성될 수도 있지만, 서로 다른 재질로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 몸체(121)는 비교적 탄성이 적은 재질로 구성되고, 링형 돌출부(122)는 탄성이 큰 재질로 구성되어, 링형 돌출부(122)가 몸체(121)에 접합될 수도 있다. 링형 돌출부(122)는 웨이퍼(W)에 의해 가압되어 가스의 누설을 방지하는 부분으로 적절한 탄성 변형을 갖는 것이 중요하다.

웨이퍼(W)는 오링 형성부(120)의 링형 돌출부(122) 상에 안착된다. 웨이퍼(W)가 링형 돌출부(122) 상에 안착된 상태에서 웨이퍼(W)의 단부가 원주방향으로 약간 더 돌출되도록 웨이퍼(W)의 지름은 링형 돌출부(122)의 외경보다 조금 더 큰 것이 바람직하다. 웨이퍼(W)는 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 플라즈마 식각(Plasma Etching), 유기금속 화학증착(MOCVD), 물리기상증착(PVD) 등의 방법으로 처리될 수 있다.

상부 트레이(130)는 하부 트레이(110) 위에 덮여진다. 상부 트레이(130)는 금속, 예를 들어 알루미늄으로 제작될 수 있다.

상부 트레이(130)는 하부 트레이(110)의 웨이퍼 안착부(112)와 대응되는 위치에 형성된 개구(132)를 갖는다. 이러한 개구(132)는 웨이퍼 안착부(112)에 삽입되는 오링 형성부(120)의 링형 돌출부(122)의 내경과 같거나 더 작은 직경을 갖는다. 예를 들어, 링형 돌출부(122)가 복수 개 형성될 경우 개구(132)는 가장 내측에 위치하는 링형 돌출부(122)의 내경과 같거나 더 작은 직경을 갖는다.

개구(132)의 직경이 링형 돌출부(122)의 내경과 같거나 더 작도록 함으로써, 상부 트레이(130)와 하부 트레이(110)가 결합될 때 상부 트레이(130)의 개구형성단부(131)가 링형 돌출부(122) 상에 안착되는 웨이퍼(W)의 단부를 가압할 수 있게 된다. 상부 트레이(130)와 하부 트레이(110)는 예를 들어, 상부 트레이(130)에서 하부 트레이(110) 쪽으로 또는 하부 트레이(110)에서 상부 트레이(130) 쪽으로 볼트를 체결하여 결합될 수 있다.

하부 트레이(110)의 웨이퍼 안착부(112)에는 웨이퍼(W) 쪽으로 기체, 예를 들어 헬륨과 같은 냉각기체를 공급하기 위한 제1 기체공급홀(113)이 형성될 수 있다. 제1 기체공급홀(113)은 웨이퍼 안착부(112)를 관통하여 복수 개가 형성될 수 있다.

오링 형성부(120)에는 하부 트레이(110)의 제1 기체공급홀(113)과 대응되는 부분에 제2 기체공급홀(121a)이 관통하여 형성된다.

웨이퍼 처리 공정 중 제1 기체공급홀(113)과 제2 기체공급홀(121a)을 통해 헬륨과 같은 냉각기체가 공급되어, 웨이퍼(W)를 냉각시킬 수 있다. 웨이퍼(W) 쪽으로 공급된 냉각기체는 오링 형성부(120)의 링형 돌출부(122)에 의해 누설되는 것이 방지된다.

본 실시예에서 하부 트레이(110)에 형성된 제1 기체공급홀(113)과 오링 형성부(120)에 형성된 제2 기체공급홀(121a)의 위치설정을 위해 홀 위치설정부(140)가 추가로 구비될 수 있다.

홀 위치설정부(140)는 제1 삽입부(141), 제2 삽입부(142), 플랜지부(143)를 포함한다. 홀 위치설정부(140)는 예를 들어, 얇은 두께의 금속으로 형성될 수 있다.

제1 삽입부(141)는 양쪽이 개방된 원통형을 가지면서 제1 기체공급홀(113)에 삽입되고, 제2 삽입부(142)는 양쪽이 개방된 원통형을 가지면서 제2 기체공급홀(121a)에 삽입된다. 플랜지부(143)는 제1 삽입부(141) 및 제2 삽입부(142)의 사이에 위치하면서 플랜지 형태로 외측으로 연장된다. 플랜지부(143)는 제1 삽입부(141) 및 제2 삽입부(142)와 일체로 형성될 수 있다.

제1 삽입부(141)와 제2 삽입부(142)는 각각 제1 기체공급홀(113)과 제2 기체공급홀(121a)에 삽입되어 기체가 유동할 수 있는 하나의 연결된 통로를 형성하고, 플랜지부(143)는 하부 트레이(110)와 오링 형성부(120) 사이에 위치되어 홀 위치설정부(140)가 제 위치에서 이동되지 않도록 한다. 그에 따라, 홀 위치설정부(140)는 제1 기체공급홀(113)과 제2 기체공급홀(121a)의 유로가 서로 정확히 연결되게 한다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 오링 형성부(120)는 종래의 오링(O-ring)과 같이 기체의 누설을 방지하는 역할을 하면서 종래와 같이 오링을 오링 장착홈에서 제거하고 세척하여 재장착하는 것과 같은 번거로움이 없도록 하여 생산성을 향상시킨다. 본 발명의 오링 형성부(120)는 오링을 오링 장착홈에 끼울 필요가 없이 하나의 몸체로 제작되고, 종래와 같이 오링과 오링 장착홈 사이에 이물질이 끼는 등의 오염 원인이 줄어들므로 매 공정마다 세척할 필요가 없어서 세척 회수를 줄일 수 있다.

본 발명의 오링 형성부(120)에서는 링형 돌출부(122)가 종래의 오링의 역할을 하면서 오링 형성부(120)는 하부 트레이(110)의 웨이퍼 안착부(112)에 끼우기만 하면 되므로, 오링 형성부(120)의 장착과 재장착이 매우 간편하게 이루어질 수 있다.

또한, 오링 형성부(120)를 처음 제작할 때 링형 돌출부(122)의 높이는 일정한 높이를 갖도록 제작되므로 웨이퍼 처리 공정시에 균일도가 보장될 수 있다. 종래에는 오링을 오링 장착홈에 끼울 때 주의 깊게 장착한다고 하더라도 오링의 높이 편차로 인해 웨이퍼 처리 공정시에 균일도가 훼손되는 경우가 자주 발생되었다.

본 발명의 오링 형성부(120)는 비교적 큰 하나의 몸체로 제작되므로, 종래의 오링에 비해 마모가 덜 되어 수명이 길어질 수 있다.

또한, 종래의 하부 트레이는 복수의 오링 장착홈을 가공하기 위한 과정이 복잡하고 시간이 많이 걸리는 작업이면서 가공 정밀도도 보장하기 어려웠지만, 본 발명의 하부 트레이(110)는 종래의 오링 장착홈이 없고 비교적 넓은 평면의 웨이퍼 안착부(112)를 가진다. 이러한 웨이퍼 안착부(112)는 가공이 용이하고 정밀도가 비교적 적게 요구되므로 하부 트레이(110)를 제작하는 비용을 줄일 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 웨이퍼 트레이
110 : 하부 트레이
111 : 제1 평면
112 : 웨이퍼 안착부
113 : 제1 기체공급홀
120 : 오링 형성부
121 : 몸체
121a : 제 기체공급홀
122 : 링형 돌출부
130 : 상부 트레이
131 : 개구형성단부
132 : 개구
140 : 홀 위치설정부
141 : 제1 삽입부
142 : 제2 삽입부
143 : 플랜지부

Claims

웨이퍼 트레이에 있어서,
제1 평면과, 상기 제1 평면보다 낮은 평면으로 형성된 복수의 웨이퍼 안착부를 갖는 하부 트레이;
상기 웨이퍼 안착부에 삽입되고, 원반형의 몸체와 상기 몸체의 외주에 인접하여 상향으로 돌출되어 웨이퍼의 하면을 지지하기 위한 링형 돌출부를 갖는 오링 형성부;
상기 웨이퍼 안착부와 대응되는 위치에 상기 링형 돌출부의 내경과 같거나 더 작은 직경을 갖는 개구가 형성된 상부 트레이;
를 포함하고,
상기 오링 형성부가 상기 웨이퍼 안착부에 삽입된 상태에서, 상기 링형 돌출부는 상기 제1 평면보다 높게 돌출되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 트레이.
제1항에 있어서,
상기 웨이퍼 안착부에는 웨이퍼 쪽으로 기체를 공급하기 위한 제1 기체 공급홀이 관통하여 형성되고,
상기 오링 형성부에는 상기 제1 기체 공급홀과 대응되는 부분에 제2 기체 공급홀이 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 트레이.
제1항에 있어서,
상기 링형 돌출부는 탄성을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 트레이.
제2항에 있어서,
상기 제1 기체 공급홀과 상기 제2 기체 공급홀의 위치설정을 위해, 상기 제1 기체 공급홀에 삽입되는 원통형의 제1 삽입부와, 상기 제2 기체 공급홀에 삽입되는 원통형의 제2 삽입부와, 상기 제1 삽입부와 상기 제2 삽입부의 사이에 일체로 형성되는 플랜지부를 포함하는 홀 위치설정부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 트레이.