KR102196853B1 - 핀셋타입의 웨이퍼 핸들링용 진공척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고른 형상을 갖는 것이 아니라 뒤틀림(warpage)이 심한 웨이퍼를 신속하면서도 확고하게 흡착 고정하여 이송이 가능하도록 하기 위하여 각각 흡입력 제공원과 제1 및 제2 유로를 통하여 연결된 일반 제1흡착부 및 제2흡착부를 구비한 핸들러를 구성하고, 또 흡착 안정성을 향상시키기 위하여 상기 핸들러가 바디에서 분지되어 형성된 1쌍으로 구성되어 핀셋타입을 갖도록 한 핀셋타입의 웨이퍼 핸들링용 진공척에 관한 것이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링용 진공척은 흡입력 제공원이 연결된 바디; 및 각각 흡입력 제공원과 제1 및 제2 유로를 통하여 연결된 일반 제1흡착부 및 제2흡착부를 구비한 핸들러를 포함하여 이루어진다.

Description

핀셋타입의 웨이퍼 핸들링용 진공척{HANDLING CHUCK FOR WAFER}

본 발명은 웨이퍼 핸들링용 진공척에 관한 것으로,

보다 상세하게는 고른 형상을 갖는 것이 아니라 뒤틀림(warpage)이 심한 웨이퍼를 신속하면서도 확고하게 흡착 고정하여 이송이 가능하도록 하기 위하여 각각 흡입력 제공원과 제1 및 제2 유로를 통하여 연결된 일반 제1흡착부 및 제2흡착부를 구비한 핸들러를 구성하고, 또 흡착 안정성을 향상시키기 위하여 상기 핸들러가 바디에서 분지되어 형성된 1쌍으로 구성되어 핀셋타입을 갖도록 한 핀셋타입의 웨이퍼 핸들링용 진공척에 관한 것이다.

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종래 다양한 웨이퍼 핸들링용 진공척이 제안된 바 있다.

예를 들어 특허공고 제10-1992-0006898호(공고일자 1992년08월21일) [수중처리 가능한 진공 처크]가 있는데,

이 공고특허는 반도체 제조 공정에서 반도체 기판들 또는 웨이퍼들을 운반구와 호울더로부터 올려놓고, 내리고 다시 올려 놓는 경우, 핀세트나 족집개를 사용하는 경우 발생되기 쉬운 파손을 방지하기 위하여 진공처크 또 베르누이 후로처크(Bernoulli flow chuchs)의 사용이 증가되고 있는 경향에 발맞추어, 특히 반도체 제조에 있어서 습식처리에 적용시킬 수 있는 진공처크를 제공하는 것으로,

구체적으로 보지대상물을 처크로 쥐거나 놓기 위하여 진공 처크를 배기하거나 가압하는 공기시스템에 의해서 동작되는 진공처크에 있어서, 양 대향단을 갖고 있으며, 일단에는 공동이 형성되어 있고, 대상물을 보지하기 위한 헤드, 상기 헤드를 향해서 상기 대상물을 흡착시키기 위하여 상기 헤드상에 형성되고 상기 공동에 연결된 입구, 상기 헤드를 지지하기 위한 호울더, 상기 진공처크를 상기 공기시스템에 연결하기 위하여 상기 호울더상에 형성된 연결수단, 상기 호울더내에 형성되고 상기 공동을 상기 연결수단에 연결하기 위한 마니폴드, 액체와 가스의 혼합물로 된 액체로부터 가스를 분리해주며, 액체가 상기 마니폴드로 들어가지 않도록 방지하기 위해 상기 공동 내에 배치된 액체-가스분리막)으로 구성된다.

또 특허등록 제10-0245649호(등록일자 1999년11월30일) [반도체 웨이퍼 이송척]이 있는데,

이 등록특허는 웨이퍼의 고정시 웨이퍼의 흔들림을 감소시켜 이로인한 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있는 반도체 웨이퍼 이송척에 관한 것으로,

구체적으로 하부가 개방된 원통형상의 하우징으로 이루어지고, 하우징의 상부에 에어분출구가 구비되며, 하우징의 하부 가장자리부에 에어의 흐름을 전환시키는 가이드부가 형성된 반도체 웨이퍼 이송척에 있어서, 상기 하우징의 내측 상면과 측면에 에어유도홈을 형성하고, 상기 하우징의 측면에는 에어유도홈과 연결되는 에어배출구를 형성하여 구성된 것으로,

에어의 흐름이 원활하여 웨이퍼의 흔들림 및 떨림이 제거됨으로써 웨이퍼가 이송척과 접촉되어 손상되는 것이 방지되는 것이고, SiH₄ 파우더가 에어와 혼합되어 외부로 배출됨으로써 웨이퍼에 역오염시키는 것이 방지되는 효과를 제공한다.

나아가 특허등록 제10-0815138호(등록일자 2008년03월13일) [프로브 스테이션용 척 및 이를 이용한 웨이퍼 검사방법]이 있는데,

이 등록특허는 척의 외주면의 서로 상이한 위치에서 중심 방향으로 연통되고 상기 척의 내부에 구비되어 있는 하나 이상의 공기통로, 상기 척의 상면에 일정 깊이의 홈의 형태로 구비되어 있는 복수의 공기홈, 상기 하나 이상의 공기통로와 상기 복수의 공기홈이 연통되도록 구비되어 있는 복수의 공기출입홀, 상기 척의 외부의 서로 상이한 위치에서 중심 방향으로 연통되고 상기 척의 외주부의 내부에 구비되어 있는 복수의 보조공기통로, 상기 척의 상면 외주부에 일정 깊이의 홈의 형태로 구비되어 있는 복수의 보조공기홈, 및 상기 복수의 보조공기통로와 상기 복수의 보조공기홈이 연통되도록 구비되어 있는 복수의 보조공기출입홀을 포함하되, 상기 공기통로와 상기 보조공기통로에 공압제어기가 연결되어 상기 공기통로와 상기 보조공기통로 내의 공압을 제어하는 구성을 제시하고 있다.

이 등록특허는 척의 상면에 안착되는 상기 웨이퍼 위치의 정밀도가 향상될 수 있고, 웨이퍼 검사 사이클 시간이 단축될 수 있는 효과를 제공한다.

아울러 특허공개 제10-2010-0020826호(공개일자 2010년02월23일) [반도체 제조 공정에 사용되는 웨이퍼척]이 있는데,

이 공개특허는 웨이퍼를 지지하는 몸체; 상기 몸체 내부로부터 표면으로 형성된 진공홀; 상기 진공홀에 흡인력을 제공하는 진공펌프; 웨이퍼를 상기 몸체에 대해 부양시키도록 상기 몸체 내부로부터 표면으로 형성된 기체 분출구; 상기 기체 분출구를 통해 기체를 공급하기 위한 기체 분출 장치; 상기 진공펌프의 흡인력 또는 기체 분출 장치를 통한 기체 분출량을 제어하기 위한 제어기를 포함하고, 웨이퍼의 고정을 위해서는 상기 진공펌프에 의한 흡인력을 사용하거나 또는 기체 분출구를 통한 기체 분출에 따른 부양력과 진공펌프에 의한 흡인력을 동시에 사용하는 웨이퍼척을 개시하고 있다.

이 공개특허는 웨이퍼를 고정하는 수단으로 N2 가스와 진공에 의한 흡인력을 이용함으로써, 웨이퍼를 고정하는 기계적 수단이 필요 없게 되고, 따라서 이러한 기계적 수단의 파손에 수반한 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

그러나 이상의 종래기술을 비롯한 기존의 웨이퍼 핸들링용 진공척은 하나의 진공원, 즉 단일한 압력의 흡입력 제공원을 사용하는 것이어서 흡입공에서는 동일한 흡착력이 제공되는 것이어서 특히 뒤틀림(warpage)이 심한 웨이퍼의 안정적인 흡착이 유지되지 않는 상황이 발생되는 문제에 대한 해결책을 제시하고 있지 못하다.

이에 본 발명은 고른 형상을 갖는 것이 아니라 뒤틀림(warpage)이 심한 웨이퍼를 신속하면서도 확고하게 흡착 고정하여 이송이 가능하도록 하기 위하여 각각 흡입력 제공원과 제1 및 제2 유로를 통하여 연결된 일반 제1흡착부 및 제2흡착부를 구비한 핸들러를 웨이퍼 핸들링용 진공척을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 핸들러는 상기 바디에서 분지되어 형성된 1쌍으로 구성되어 핀셋타입을 가져 흡착 안정성을 향상시킬 수 있는 핀셋타입의 웨이퍼 핸들링용 진공척을 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 핸들러의 제2흡착부가 흡입력 상승 디스크를 갖고, 이 흡입력 상승 디스크는 핸들러의 리세스에 구비되고 양측에 2~5개의 절개부를 가지며, 리세스와 디스크의 각 절개부 사이에는 광통로가 형성되고, 이 절개부에 제2유로와 연결된 협통로가 형성되어 확고한 대(對)웨이퍼 흡착력을 제공하는 웨이퍼 핸들링용 진공척을 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은 상기 협통로는 초입의 절곡통로를 구비하여 와류 흡입력을 제공하여 보다 강한 흡착력을 보장하는 웨이퍼 핸들링용 진공척을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링용 진공척은

흡입력 제공원이 연결된 바디; 및

각각 흡입력 제공원과 제1 및 제2 유로를 통하여 연결된 일반 제1흡착부 및 제2흡착부를 구비한 핸들러를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링용 진공척에서

상기 핸들러는 상기 바디에서 분지되어 형성된 1쌍으로 구성되어 핀셋타입을 이루고,

상기 제2흡착부는 핸들러의 리세스에 구비되고 양측에 2~5개의 절개부를 갖는 흡입력 상승 디스크를 갖고,

리세스와 디스크의 각 절개부 사이에는 광통로가 형성되고, 이 절개부에 제2유로와 연결된 협통로가 형성되고,

상기 협통로는 초입의 절곡통로를 구비하여 와류를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링용 진공척은 각각 흡입력 제공원과 제1 및 제2 유로를 통하여 연결된 일반 제1흡착부 및 제2흡착부를 구비한 핸들러를 제공하여 고른 형상을 갖는 것이 아니라 뒤틀림(warpage)이 심한 웨이퍼를 신속하면서도 확고하게 흡착 고정하여 이송이 가능하도록 하고, 또 핸들러는 상기 바디에서 분지되어 형성된 1쌍으로 구성되어 핀셋타입을 가져 흡착 안정성을 향상시킬 수 있고, 나아가 핸들러의 제2흡착부가 흡입력 상승 디스크를 갖고, 이 흡입력 상승 디스크는 핸들러의 리세스에 구비되고 양측에 2~5개의 절개부를 가지며, 리세스와 디스크의 각 절개부 사이에는 광통로가 형성되고, 이 절개부에 제2유로와 연결된 협통로가 형성되어 확고한 대(對)웨이퍼 흡착력을 제공하고, 아울러 상기 협통로는 초입의 절곡통로를 구비하여 와류 흡입력을 제공하여 보다 강한 흡착력을 보장하게 되어,

결국 일반 제1흡착부 및 제2흡착부를 통하여 하나의 단일한 압력을 제공하는 흡입력 제공원을 사용하여도 서로 다른 흡입력을 갖는 일반 제1흡착부 및 제2흡착부를 통하여 왜곡된(warpage) 웨이퍼도 실패 없이 확실하게 핸들링하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 핀셋타입의 웨이퍼 핸들링용 진공척의 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 핀셋타입의 웨이퍼 핸들링용 진공척의 단면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 공지기능 및 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략할 수 있다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소 등을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 우열이나 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

먼저 도 1의 웨이퍼 핸들링용 진공척(A)의 평면도, 도 2 [A]의 제2흡착부(23)의 중심을 따라 길이 방향으로 절단한 단면도, 도 2 [B]의 제1흡착부(21)의 중심을 따라 길이방향으로 절단한 단면에 도시된 바와 같이,

본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링용 진공척(A)은 흡입력 제공원(S)이 연결된 바디(10)와, 각각 흡입력 제공원과 제1 및 제2 유로(11,13)를 통하여 연결된 일반 제1흡착부(21) 및 제2흡착부(23)를 구비한 핸들러(20)를 포함하여 구성된다

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한편, 상기 핸들러(20)는 상기 바디(100에서 분지되어 형성된 1쌍으로 구성되어 핀셋타입을 이룬다. 이처럼 도 1 및 도 2에는 대칭형 분지부(A1)를 갖는 핀셋타입의 웨이퍼 핸들링용 진공척(A)이 도시되어 있다.

앞서 언급한 바와 같이, '일반' 제1흡착부(21)는 바디에서 제1유로(11)를 통하여 흡입력 제공원(S)과 연결되며, 제1유로(11)와 단면적이 동일한 흡입공(21a)을 가져 기본적으로 제1유로(11)의 압력, 즉 진공 흡입력과 같은 흡입력을 갖는다.

이에 비하여 제2흡착부(23)는 바디에서 제2유로(13)를 통하여 흡입력 제공원(S)과 연결되며, 제2유로(13)와 단면적이 다른, 특히 더 작은 단면적을 갖는 흡입통로, 즉 협(狹)통로(23w)를 갖는다.

구체적으로 상기 제2흡착부(23)는 핸들러(20)의 리세스, 즉 제2리세스(23r)(도 2 [A]의 상부 좌측 및 중간의 일점 쇄선 타원 및 원 내 참조)에 구비되고

양측에 2~5개의 절개부(23a)(도면에서는 2개가 도시됨, 2~5개의 절개부 등간격으로 형성되는 것이 바람직하다)를 갖는 흡입력 상승 디스크(23A)를 갖는다((도 2 [A]의 상부 우측의 일점 쇄선 원 내 참조).

또 제2리세스(23r)와 디스크(23A)의 각 절개부(23a) 사이에는 광(廣)통로(23W)가 형성되고, 이 절개부(23a)에 제2유로(13)와 연결된 협(狹)통로(23w)가 형성되는 것이 바람직하다.

아울러 상기 협(狹)통로(23w)는 초입의 절곡통로(23P)를 구비하여 와류를 형성하여 흡입력 강화에 일조하는 것이 바랍직하다.

보다 확실하고 강한 와류 형성을 위하여 협(狹)통로(23w)의 절곡통로(23P)는 직선통로(23p)를 거쳐 상대적으로 단면적이 큰 제2유로(13)와 만난다.

도 1에 도시된 바와 같이, 핸들러(20)의 길이방향에 대하여 상기 디스크(23A)의 절개부(23a)는 소정 각도(θ) 만큼 어긋나 있어 협(狹)통로(23w)의 미세하고 짧은 구간길이를 갖는 절곡통로(23P) 시작점 및 종결점이 각각 광(廣)통로(23W) 및 직선통로(23p)에 대하여 더 큰 각도로 휘어지게 되어 있어 와류 강도 향상에 기여하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 제1흡착부(21)는 역시 핸들러(20)의 리세스, 즉 제1리세스(21r)(도 1 [B]의 하부 좌측의 일점 쇄선 타원 내 참조)에 구비되는 흡반(21A)을 갖는다.

이 흡반(21A)은 제1유로(11)와 단면적이 동일한 중앙 흡입공(21a) 둘레에 플렌지(21b)를 갖고,

이 흡반(21A)은 플렌지에서 중앙 흡입공(21a)을 향하여 낮아지는 경사부를 가지며,

흡반의 소재는 합성고무나 실리콘 등 탄성소재로 구성되어 완충효과 및 기밀효과 향상에 일조하는 것이 바람직하고,

흡반(21A)의 플렌지(21b)는 핸들러(20)의 제1리세스(21r) 둘레 면과 같은 높이이거나 미세하게 높게 형성되어 신속한 흡착력을 제공하는 제1흡착부 속성에 기여하면서도 흡착력 지속성에도 기여하도록 하는 것이 바람직하다

이에 비하여 제2흡착부(23)의 디스크(23A)는 핸들러(20)의 제2리세스(23r) 둘레 면 보다 미세하게 낮게 형성되고 상대적으로 탄성이 적어 치수 안정성을 통한 정밀성 향상에 일조하는 경질소재(바디 및 핸들러와 같거나 동급의 소재)인 경우에도 디스크(23A)와 웨이퍼의 직접 접촉을 방지하여 핸들링 안정성에 일조하면서도 강하고 지속적인 흡착력을 제공하는 제2흡착부 속성에 기여하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 제1흡착부(21)는 두께가 얇은 웨이퍼 흡착·보지에 있어 안정성과 신속성을 보장하고,

제2흡착부(23)는 특유의 강한 흡착력 제공과 함께 와류, 즉 싸이클론 기류를 형성하여 뒤틀림(warpage)이 심한 웨이퍼를 확고하게 흡착하여 핸들링하는데 기여한다.

이를 통하여 하나의 단일한 압력을 제공하는 흡입력 제공원(S)을 사용하여도 서로 다른 흡입력 특성을 갖는 일반 제1흡착부 및 제2흡착부를 통하여 왜곡된(warpage) 웨이퍼도 실패 없이 신속하고 확실하게 핸들링하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링용 진공척(A)은 날카로운 모서리를 제공하여 웨이퍼 핸들링에 필요한 외관 특성을 확보하고, 표면에 도전성 코팅(예: 테플론 코팅)을 도포하고, 접지저항은 10kΩ 이하인 것이 바람직하며, 핸들링용 진공척(A)은 다양한 세라믹 소재(예: 탄화규소 등)나 합성수지, 기타 복합소재나, 금속 소재 등으로 제조될 수 있고, 표면에는 흑색 아노다이징 처리를 통하여 웨이퍼 핸들링 장비에 필요한 광특성을 확보하는 것이 바람직하다.

이상의 설명에서 웨이퍼 핸들링용 진공척의 소재, 제조 및 가공방법, 사양 및 치수 등과 관련된 통상의 공지된 기술은 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 웨이퍼 핸들링용 진공척, 특히 핀셋타입의 웨이퍼 핸들링용 진공척을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

A: 진공척 A1: 분지부
S: 흡입력 제공원 10: 바디
11,13: 유로 20: 핸들러
21,23: 흡착부 21r,23r: 리세스
23A: 디스크 23a: 절개부

Claims (4)

1. 흡입력 제공원이 연결된 바디; 및
   각각 흡입력 제공원과 제1 및 제2 유로를 통하여 연결된 일반 제1흡착부 및 제2흡착부를 구비한 핸들러;를 포함하여 이루어지되,
   상기 핸들러는 상기 바디에서 분지되어 형성된 1쌍으로 구성되어 핀셋타입이고,
   
   상기 제1흡착부는 핸들러의 제1리세스에 구비되는 흡반을 갖고,
   이 흡반은 제1유로와 단면적이 동일한 중앙 흡입공 둘레에 플렌지를 갖고, 플렌지에서 중앙 흡입공을 향하여 낮아지는 경사부를 가지며, 탄성소재로 구성되고, 상기 플렌지는 핸들러의 제1리세스 둘레 면과 같은 높이이거나 미세하게 높게 형성되어 있고,
   
   상기 제2흡착부는 핸들러의 리세스에 구비되고 양측에 2~5개의 절개부를 갖는 흡입력 상승 디스크를 갖고,
   리세스와 디스크의 각 절개부 사이에는 광통로가 형성되고, 이 절개부에 제2유로와 연결된 협통로가 형성되고,
   상기 협통로는 초입의 절곡통로를 구비하여 와류를 형성하며,
   상기 협통로의 절곡통로는 직선통로를 거쳐 상대적으로 단면적이 큰 제2유로와 만나고,
   상기 핸들러의 길이방향에 대하여 상기 디스크의 절개부는 소정 각도 만큼 어긋나 있어 협통로의 미세하고 짧은 구간길이를 갖는 절곡통로 시작점 및 종결점이 각각 광통로 및 직선통로에 대하여 더 큰 각도로 휘어져 있고,
   제2흡착부의 디스크는 핸들러의 제2리세스 둘레 면 보다 미세하게 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 핸들링용 진공척.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2흡착부의 디스크는 제1흡착부의 흡반 보다 탄성이 적은 것을 특징으로 하는 웨이퍼 핸들링용 진공척.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 바디와 핸들러는 도전성 코팅을 구비하여 접지저항은 10kΩ 이하인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 핸들링용 진공척.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 바디와 핸들러는 표면에 흑색 아노다이징 처리가 되어 있는 것을 특으로 하는 웨이퍼 핸들링용 진공척.

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