KR102639129B1 - 웨이퍼 디척킹 장치 및 방법 - Google Patents

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주식회사 기가레인
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Abstract

반도체 공정에서 사용될 수 있는 웨이퍼 디척킹 장치 및 방법을 개시한다. 여기서, 웨이퍼 디척킹 장치는, 웨이퍼가 안착되는 척(Chuck), 상기 웨이퍼의 상부에 위치하는 제1 웨이퍼 링, 상기 웨이퍼가 안착되는 제2 웨이퍼 링 및 구동부에 의해 구동되어 상기 제1 웨이퍼 링과 상기 제2 웨이퍼 링을 순차적으로 상부 방향으로 이동시키는 링 샤프트(shaft)를 포함할 수 있다. 또한, 웨이퍼 디척킹 방법은, 링 샤프트(shaft)가 제1 웨이퍼 링을 이동시키는 단계; 및 상기 링 샤프트가 웨이퍼가 안착되는 제2 웨이퍼 링을 이동시켜 척으로부터 상기 웨이퍼를 이격시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

웨이퍼 디척킹 장치 및 방법 {Wafer De-chucking method and apparatus}
본 발명은 웨이퍼를 디척킹하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정 설비의 챔버 내부에 고정된 웨이퍼를 손상 없이 설비로부터 반출하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
반도체 제조 공정 시스템 중 플라즈마를 이용한 증착 공정이나 식각 공정 등에서는 반도체 제조 설비의 챔버 내부에 로딩된 웨이퍼를 장비에 고정해야 한다. 산업에서는 물리적으로 웨이퍼를 누르는 Mechanical-Chuck(M-Chuck)을 사용하거나, 정전력에 의해 웨이퍼를 척(Chuck)에 고정시키는 정전척(Electrostatic Force Chuck, ESC) 등을 활용하고 있다.
이러한 증착 공정이나 식각 공정이 종료되면 후속 공정을 진행하기 위해 설비 내부에 위치한 웨이퍼를 반출하기 위한 선행 작업으로써 척으로부터 웨이퍼를 안전하게 분리시키는 디척킹(de-chucking) 작업을 수행하게 된다. 그러나 일반적인 반도체 장비에서 언로딩을 위해 웨이퍼를 들어 올리는 기능을 수행하는 리프트핀(Lift pin)의 경우 웨이퍼가 척으로부터 분리되지 않는 현상이 발생할 수 있고, 나아가 다음과 같은 이유로 웨이퍼의 파손되거나 품질이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
우선, M-Chuck을 사용한 공정에서 웨이퍼를 고정시키기 위해 클램프(clamp)를 고무재질로 된 오링을 사용하는 경우 재료의 성질로 인해 발생하는 웨이퍼와 M-Chuck간의 접착력으로 인해 웨이퍼가 척으로부터 정상적으로 분리되지 않는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 정전척(ESC)의 경우도, 웨이퍼에 전극을 띈 전하가 방출되지 않거나 웨이퍼가 너무 얇은 경우, 챔버 내 다양한 종류의 가스를 주입하게 되면서 가스의 화학반응이나 가스 고유한 특성에 의해 전자기력이 유지되는 경우 등의 경우에 웨이퍼와 정전척(ESC)간에 전자기력으로 인해 웨이퍼가 척으로부터 정상적으로 분리되지 않는 현상이 발생할 수 있다.
이에 따라, 웨이퍼와 척간에 발생하는 인력으로 인하여 웨이퍼가 척으로부터 수평으로 떨어지는 것이 아니라 센터 축으로부터 벗어난 상태에서 분리되는 등의 공정상의 이슈가 발생하거나, 나아가 웨이퍼가 파손될 수도 있다.
이에 대하여, 기존에는 챔버 하부에 위치한 구동 장치에서 포커스링을 상하로 이동시켜 웨이퍼를 척으로부터 물리적으로 이격시키고 포커스링의 이동 범위를 제한할 수 있는 파이프를 설치하는 등의 방식으로 디척킹 문제를 해결하였으나, 섀도우 링(shadow ring)과 같이 웨이퍼 외곽을 가려주어 음영을 내기위한 부품이 웨이퍼 상부에 설치된 설비의 경우에는 종래의 이동범위 제한 부자재를 활용한 디척킹 시스템을 그대로 적용할 수 없다.
KR 10-2020-0170315 B1
본 발명은 반도체 공정 중에서 섀도우 링(shadow ring)과 같은 특수한 부품이 척 상부에 설치되어 있는 설비에 척킹(Chucking) 작업이 선행된 경우, 단일 공정이 종료되고 웨이퍼를 설비로부터 언로딩하기 전에 척과 웨이퍼 사이에 발생하는 인력으로 인해 척으로부터 웨이퍼를 쉽게 분리시키기 어려운 때에 상기 부품의 구동시스템 등을 활용하여 안전하게 디척킹(de-chucking)할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치는, 웨이퍼가 안착되는 척(Chuck); 상기 웨이퍼의 상부에 위치하는 제1 웨이퍼 링; 상기 웨이퍼가 안착되는 제2 웨이퍼 링; 및 구동부에 의해 구동되어 상기 제1 웨이퍼 링과 상기 제2 웨이퍼 링을 순차적으로 상부 방향으로 이동시키는 링 샤프트(shaft);를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서 상기 척은 Mechanical chuck(M-chuck) 또는 정전척(electrostatic chuck, ESC)을 포함하고, 상기 제1 웨이퍼 링은 클램프 링(clamp ring) 또는 섀도우 링(shadow ring)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 제1 웨이퍼 링은 설비 내에서 복수로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 제2 웨이퍼 링은 포커스 링(focus ring)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 링 샤프트는 서로 직경이 다른 상부샤프트부, 중앙부샤프트부, 하부샤프트부로 구성되어 다단 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 상부샤프트부 직경은 중앙부샤프트부 직경보다 작고, 중앙부샤프트부 직경은 하부샤프트부 직경보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 제1 웨이퍼 링에는 상기 상부샤프트부가 통과하는 제1 관통홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 제1 관통홀 직경은 상기 상부샤프트부 직경보다는 크고 상기 중앙부샤프트부 직경보다는 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 제2 웨이퍼 링에는 상기 중앙부샤프트부가 통과하는 제2 관통홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 제2 관통홀 직경은 상기 중앙부샤프트부 직경보다는 크고 상기 하부샤프트부 직경보다는 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 제1 웨이퍼 링은 상기 링 샤프트의 상기 상부샤프트부와 상기 중앙부샤프트부 경계에 위치하는 제1 안착부에 안착하고, 상기 제2 웨이퍼 링은 상기 링 샤프트의 상기 중앙부샤프트부와 상기 하부샤프트부 경계에 위치하는 제2 안착부에 안착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 제2 웨이퍼 링의 밑면에 상기 제2 안착부와 맞물리는 안착홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 중앙부샤프트부의 길이는 상기 제1 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리에서 상기 제2 웨이퍼 링의 두께를 더한 것보다 크거나 같고, 상기 하부샤프트부는 상기 제2 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리보다 크거나 같게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 장치에서, 상기 링 샤프트의 축 방향으로 상기 제1 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리는 상기 제2 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 방법은, 링 샤프트(shaft)가 제1 웨이퍼 링을 이동시키는 단계; 및 상기 링 샤프트가 웨이퍼가 안착되는 제2 웨이퍼 링을 이동시켜 척으로부터 상기 웨이퍼를 이격시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 방법에서, 상기 링 샤프트는 서로 직경이 다른 상부샤프트부, 중앙부샤프트부, 하부샤프트부의 다단 구조로 형성되어 상기 제1 웨이퍼 링과 상기 제2 웨이퍼 링을 순차적으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 방법에서, 상기 중앙부샤프트부의 길이는 상기 제1 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리에서 상기 제2 웨이퍼 링의 두께를 더한 것보다 크거나 같고, 상기 하부샤프트부는 상기 제2 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리보다 크거나 같을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 디척킹 방법에서, 리프트핀이 상기 웨이퍼를 제1 웨이퍼 링과 제2 웨이퍼 링 사이에서 상기 링 샤프트의 축 방향으로 들어 올리는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 웨이퍼가 척으로부터 분리될 때 웨이퍼 상부에 위치한 섀도우 링과 같은 특수한 부품을 먼저 리프팅하게 되는데, 상기 리프팅 작업에서 구동되는 장치들을 활용하거나 이와 연동하는 방식으로 디척킹(de-chucking) 작업을 진행할 수 있다. 이로써 클램프 링 또는 섀도우 링을 포함하는 제1 웨이퍼 링을 이동시키기 위한 별도의 장치를 추가할 필요 없이 하나의 링 샤프트로 다단의 리프팅이 가능하고, 나아가 웨이퍼의 파손이나 생산품질의 저하를 방지할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 웨이퍼 링의 이동을 위한 구동 장치를 이용하여 제2 웨이퍼 링을 이동시킬 수 있고, 나아가 웨이퍼 디척킹에 이은 웨이퍼 리프팅 작업을 안정적으로 수행하면서 웨이퍼 손상을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 디척킹 장치의 제1 웨이퍼 링, 제2 웨이퍼 링, 링 샤프트를 나타낸 도면
도 2a는 M-Chuck 위에 웨이퍼가 고정된 모습을 나타낸 도면
도 2b는 정전척 위에 웨이퍼가 고정된 모습을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 디척킹 장치를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 디척킹 장치의 링 샤프트를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 디척킹 장치의 관통홀을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 디척킹 장치의 안착홈을 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 디척킹 장치의 구동부를 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 디척킹 방법을 나타내는 순서도
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 디척킹 장치(100)를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 디척킹 장치(100)는 웨이퍼가 안착되는 척(Chuck)(102); 상기 웨이퍼의 상부에 위치하는 제1 웨이퍼 링(110); 상기 웨이퍼가 안착되는 제2 웨이퍼 링(120); 및 구동부에 의해 구동되어 상기 제1 웨이퍼 링(110)과 상기 제2 웨이퍼 링(120)을 순차적으로 상부 방향으로 이동시키는 링 샤프트(shaft)(130);를 포함하여 구성될 수 있다.
<척(Chuck)>
척(102)은 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에서 웨이퍼를 고정시키는 척킹(chucking)과 웨이퍼를 분리시키는 디척킹(de-chucking) 등의 기능을 수행하는 장치로써 물리적인 힘으로 웨이퍼를 고정하는 Mechanical-Chuck(M-Chuck)과 정전력에 의해 웨이퍼를 고정시키는 정전척(Electrostatic Force Chuck, ESC) 등 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이를 통해 상기 웨이퍼에 대하여 안정적으로 증착 및 식각 공정 처리를 수행할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, M-Chuck은 클램프 링 등을 이용하여 웨이퍼 바깥부분을 기계적으로 지지할 수 있다.
이때, 상기 M-Chuck은 웨이퍼를 고정시키기 위한 클램프(clamp)가 고무 재질로 된 경우 재료의 성질로 인해 웨이퍼와 M-Chuck간 접착력(Sticking)이 발생할 수 있다.
또한, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 정전척(ESC)은 하부 전극에 전압을 인가하여 척(102)과 웨이퍼 사이에 정전력을 발생시켜 척(102)의 상면에 웨이퍼를 고정시킬 수 있다.
이때, 상기 정전척은 척(102)으로부터 웨이퍼가 분리되도록 하는 반도체 설비용 척(102)의 디척킹 작업을 수행함에 있어서, 공정이 완료되어 웨이퍼 척킹이 해제되더라도 척(102)과 웨이퍼 사이에 미세 전하가 잔류하여 Un De-Chuck(Discharge) 현상이 나타날 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 척(102)에는 제3 관통홀(154)이 형성되어, 후술하는 링 샤프트(130)의 구동을 경로를 제공할 수 있다.
<제1 웨이퍼 링>
도 3을 참조하면, 웨이퍼 디척킹 장치(100)는 웨이퍼의 외주면을 둘러싸는 등의 형상으로 웨이퍼의 상부에 위치하는 제1 웨이퍼 링(110)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 웨이퍼 링(110)은 클램프 링(clamp ring) 또는 섀도우 링(shadow ring) 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 도 3에서는 상기 제1 웨이퍼 링(110)이 단수로 구비되는 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 웨이퍼 링(110)이 설비 내에서 복수로 구비될 수도 있다.
또한, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 웨이퍼 링(110)은 환형 구조로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 클램프 링 또는 섀도우 링은 척(102)과 제2 웨이퍼링(120) 상부에 위치하면서 플라즈마를 활용한 단일 공정에서 안정적으로 웨이퍼를 지지하거나 고정하고, 웨이퍼의 외주면을 보호하는 등의 기능을 수행할 수 있다.
제1 관통홀
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 웨이퍼 링(110)에는 후술하는 상부샤프트부(132)가 통과하는 제1 관통홀(150)이 형성될 수 있다.
상기 제1 관통홀(150)에는 상기 설비 내에 구비되는 링 샤프트(130) 개수와 같은 개수의 홀이 형성될 수 있다.
상기 제1 관통홀(150)의 직경은 상부샤프트부(132)의 직경보다는 크고, 중앙부샤프트부(134)의 직경보다 작을 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 관통홀(150)은 상기 상부샤프트부(132)가 관통하면서 상기 상부샤프트부(132)에 의하여 고정되고, 상기 중앙부샤프트부(134)의 상부에 안착할 수 있다.
<링 샤프트(shaft)>
도 3을 참조하면, 웨이퍼 디척킹 장치(100)는 박막 증착 또는 식각 등의 공정이 완료되면 구동부(200)에서 발생한 동력을 상기 제1 웨이퍼 링(110)과 제2 웨이퍼 링(120)에 전달하는 링 샤프트(shaft)(130)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 링 샤프트(130)는 상기 설비 내에 복수로 구비될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 링 샤프트(130)는 상부샤프트부(132), 중앙부샤프트부(134), 하부샤프트부(136)의 다단 구조를 형성할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 링 샤프트(130)는 상부샤프트부(132)와 중앙부샤프트부(134)의 경계에 제1 안착부(140), 중앙부샤프트부(134)와 하부샤프트부(136)의 경계에 제2 안착부(142)를 형성할 수 있다.
상기 상부샤프트부(132)는 일부 또는 전부의 영역이 상부쪽으로 직경이 작아지는 구조로 형성될 수 있다.
상기 상부샤프트부(132)의 직경은 제1 관통홀(150)의 직경보다 작을 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 상부샤프트부(132)는 상기 제1 웨이퍼 링(110)의 제1 관통홀(150)을 관통하여 맞물리면서 상기 제1 웨이퍼 링(110)과 연결된 상태를 형성할 수 있다.
상기 상부샤프트부(132)는 상기 제1 웨이퍼 링(110)의 제1 관통홀(150)을 관통하여 구동하면서 상기 제1 웨이퍼 링(110)을 고정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 링 샤프트(130)가 상승하면서 제1 웨이퍼 링(110)의 제1 관통홀(150)을 상부샤프트부(132)가 통과하고, 링 샤프트(130)의 제1 안착부(140)에 제1 웨이퍼링(110)이 안착할 수 있다.
상기 링 샤프트(130)의 상승 작용으로 인해 제1 웨이퍼 링(110)의 제1 관통홀(150)이 링 샤프트(130)의 제1 안착부(140)에 맞물린 상태로 제1 웨이퍼 링(110)이 웨이퍼로부터 분리될 수 있다.
나아가, 상기 링 샤프트(130)의 중앙부샤프트부(134)의 길이는 상기 제1 웨이퍼 링(110)이 이동할 수 있는 거리에서 제2 웨이퍼 링(120)의 두께를 더한 것보다 크거나 같고, 하부샤프트부(136)는 상기 제2 웨이퍼 링(120)이 이동할 수 있는 거리보다 크거나 같게 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 웨이퍼 링(110) 내지 제2 웨이퍼 링(120) 및 상기 척(102)에는 상기 링 샤프트(130)가 관통하기 위한 다수의 홀이 상기 링 샤프트(130)의 개수만큼 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 웨이퍼 링(110)에는 상기 링 샤프트(130)가 관통하기 위한 제1 관통홀(150)이 형성될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 웨이퍼 링(120)에는 상기 링 샤프트(130)가 관통하기 위한 제2 관통홀(152)이 형성될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 척(102)에는 상기 링 샤프트(130)가 관통하기 위한 제3 관통홀(154)이 형성될 수 있다.
이때, 도 3 및 도 7을 참조하면, 상기 링 샤프트(130)는 구동부(200)와 연동되어 전달받는 구동력을 이용하여 구동될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 링 샤프트(130)의 구동을 제어하기 위한 제어 모듈이 구비될 수 있으며, 나아가 상기 링 샤프트(130)의 구동을 제어하기 위한 데이터를 제공할 수 있는 하나 이상의 센서가 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어 모듈에서는 위치 센서에서 제공되는 상기 링 샤프트(130)의 구동 위치를 기초로 상기 링 샤프트(130)의 구동을 제어할 수 있다.
나아가, 상기 제어 모듈에서는 상기 링 샤프트(130)가 구동되는 구간을 복수의 서브 구간으로 나누어 각 서브 구간에 대한 구동 속도 등을 서로 다르게 제어하는 것도 가능하다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 제어 모듈에서는 상기 링 샤프트(130)가 제2 웨이퍼 링(120)에 안착되는 시점을 포함하는 제1 구간에 대하여 구동 속도를 낮추어 구동하면서 상기 제2 웨이퍼 링(120)가 상기 링 샤프트(130)에 안전하게 안착되도록 제어할 수 있다.
반면, 상기 제어 모듈에서는 상기 제1 구간을 전후하는 구간에 대하여 구동 속도를 상기 제1 구간의 구동 속도보다 빠르게 하여 상기 링 샤프트(130)의 구동에 소요되는 전체 시간을 단축할 수 있다.
나아가, 상기 제어 모듈에서는 상기 링 샤프트(130)가 제2 웨이퍼 링(120)에 안착되는 시점 또는 안착된 후 미리 기준 거리만큼 구동한 시점에, 상기 링 샤프트(130)의 구동을 미리 정해진 기준 시간만큼 멈추거나 구동 속도를 더욱 낮추어 상기 웨이퍼와 상기 척 사이에 인력이 감소될 수 있도록 제어하는 것도 가능하다.
<제2 웨이퍼 링>
도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 디척킹 장치(100)는 둘레를 따라 웨이퍼가 안착되는 제2 웨이퍼 링(120)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 웨이퍼 링(120)은 포커스 링(focus ring)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 포커스 링은 챔버 내부에서 웨이퍼를 고정하면서도 플라즈마의 밀도를 균일하게 유지할 수 있고, 웨이퍼의 둘레 가장자리 부근의 오염을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 제2 웨이퍼 링(120)의 고유의 기능 이외에 구동부(200)에서 발생한 구동력을 링 샤프트(130)가 제2 웨이퍼 링(120)에 전달하여 웨이퍼의 상하 이동을 구현함으로써 디척킹 기능을 추가로 수행할 수 있다.
보다 구체적으로는, 제2 웨이퍼 링(120)은 척(102)의 상면 일부 영역에 배치될 수 있고, 웨이퍼의 하면에 배치될 수 있으며, 웨이퍼의 가장자리를 지지할 수 있도록 웨이퍼와 대응하는 형상으로 제작될 수 있다.
상기 제2 웨이퍼 링(120)에는 상기 링 샤프트(130)가 통과될 수 있도록 상기 링 샤프트(130)의 개수와 같은 개수의 제2 관통홀(152)이 형성될 수 있다.
제1 안착부(140)에 제1 웨이퍼 링(110)이 안착되어 있는 상태로 링 샤프트(130)가 상승하면서 중앙부샤프트부(134)가 제2 관통홀(152)을 관통하여 구동될 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 링 샤프트(130)가 상승하면서 제2 웨이퍼 링(120)의 제2 관통홀(152)을 중앙부샤프트부(134)가 통과하고, 제2 안착부(142)에 제2 웨이퍼링(120)이 안착할 수 있다.
도 6을 참조하면, 이어지는 링 샤프트(130)의 상승 작용으로 인해 제2 웨이퍼 링(120)의 제2 관통홀(152) 밑면의 안착홈(144)이 링 샤프트(130)의 제2 안착부(142)에 맞물린 상태로 제2 웨이퍼링(120)은 척(102)으로부터 이격될 수 있다.
이때, 상기 안착홈(144)은 ㄱ자 형태, 모자 형태 등으로 구현될 수 있고, 나아가 소정의 각도로 기울어진 형상 등 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
상기 링 샤프트(130)의 축 방향으로 제1 웨이퍼 링(110)이 이동할 수 있는 거리는 제2 웨이퍼 링(120)이 이동할 수 있는 거리보다 크게 형성될 수 있다.
제2 관통홀
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 웨이퍼 링(120)에는 상기 링 샤프트(130)가 통과하는 제2 관통홀(152)이 형성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 관통홀(152) 하부에는 상기 중앙부샤프트부(134)가 관통하고, 제2 안착부(142)와 맞물리는 안착홈(144)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 제2 관통홀(152)의 직경은 상기 중앙부샤프트부(134)의 직경보다는 크고, 하부샤프트부(136)의 직경보다는 작을 수 있다.
<리프트 핀>
도 8을 참조하면, 웨이퍼 디척킹 장치(100)는 공정 설비로부터 웨이퍼를 언로딩하는 로봇암이 진입할 공간을 확보할 것을 목적으로 웨이퍼 내측부를 지지하여 웨이퍼를 상측으로 들어 올리는 다수의 리프트 핀(160)을 포함할 수 있다.
<구동부>
도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 구동부(200)는 제1 웨이퍼 링(110)의 상하 이동을 위한 구동력을 제공하는 장치로 액츄에이터(202), 구동바(204), 구동 플랫폼(206)으로 구성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 구동력으로 제1 웨이퍼 링(110)을 상측으로 이동시키고, 제2 웨이퍼 링(120)을 척(102)으로부터 상측으로 분리시킬 수 있다.
액츄에이터
상기 액츄에이터(202)는 베이스에 결합되어 제1 웨이퍼링(110)과 제2 웨이퍼 링(120)의 상하 이동을 위한 구동력을 제공할 수 있다.
상기 액츄에이터(202)는 공압 실린더로 구성될 수 있다.
상기 액츄에이터(202)는 구동플랫폼(206)과 직접 연결되어 구동력을 전달할 수 있다.
구동플랫폼
상기 구동플랫폼(206)은 상기 액츄에이터(202)와 구동바(204) 사이에 위치하여 제2 웨이퍼 링(120)의 상하 이동을 위한 구동력을 균일하게 제공할 수 있다.
구동바
상기 구동바(204)는 상기 액츄에이터(202)와 제2 웨이퍼 링(120) 사이에 위치하여 상기 액츄에이터(202)의 구동력을 제1 웨이퍼 링(110) 내지 제2 웨이퍼 링(120)에 전달할 수 있다.
상기 구동바(204)는 복수로 배치될 수 있고, 제2 웨이퍼 링(120)의 둘레를 따라 일정한 간격으로 배치되어 제2 웨이퍼 링(120)의 상하 이동의 수평 정렬을 안정적으로 유지하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 척(102)에는 하부샤프트부(136)가 이동하기 위한 제3 관통홀(154)이 형성될 수 있다.
상기 척(102) 내부의 제3 관통홀(154)에는 기밀 부재가 구비되어 챔버의 진공 상태 등의 조건을 유지할 수 있다.
다음으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 디척킹 방법에 대해 설명한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 디척킹 방법(S300)은, 링 샤프트(shaft)(130)가 제1 웨이퍼 링(110)을 이동시키는 단계(S302); 상기 링 샤프트(130)가 웨이퍼가 안착되는 제2 웨이퍼 링(120)을 이동시켜 척(102)으로부터 상기 웨이퍼를 이격시키는 단계(S304);를 포함할 수 있다.
이러한 웨이퍼의 반출 방법에서 이용되는 척(102), 제1 웨이퍼 링(110), 제2 웨이퍼 링(120), 링 샤프트(130), 리프트 핀(160), 구동부(200), 액츄에이터(202)의 구조와 기능에 대해서는 전술한 실시예를 통해 이미 설명한 바 있으므로, 이하에서는 이들 구성을 이용한 웨이퍼 디척킹 방법을 중심으로 설명한다.
<제1 웨이퍼 링 이동 단계>
먼저, 도 8을 참조하면, 구동부(200)로부터 전달받은 구동력으로 링 샤프트(130)가 제1 웨이퍼 링(110)을 이동시키는 단계(S302)를 수행할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 링 샤프트(130)가 상승하면서 제1 웨이퍼 링(110)의 제1 관통홀(150)을 상부샤프트부(132)가 통과하고, 제1 안착부(140)에 제1 웨이퍼링(110)이 안착할 수 있다.
그리고, 이어지는 링 샤프트(130)의 상승 작용으로 인해 제1 웨이퍼 링(110)의 제1 관통홀(150)이 링 샤프트(130)의 제1 안착부(140)에 맞물린 상태로, 제1 웨이퍼 링(110)이 웨이퍼로부터 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 상기 구동부의 구동바(204)가 상승함에 따라 링 샤프트(130)는 섀도우 링 또는 클램프 링 등 제1 웨이퍼 링(110)을 일정한 간격(d1)으로 이동시킬 수 있다.
이때, 중앙부샤프트부(134)의 길이는 제1 웨이퍼 링(110)이 이동할 수 있는 거리에서 제2 웨이퍼 링(120)의 두께를 더한 것보다 같거나 클 수 있다.
<제2 웨이퍼 링 이동 단계; 디척킹>
도 8을 참조하면, 링 샤프트(130)가 웨이퍼가 안착되는 제2 웨이퍼 링(120)을 이동시켜 척(102)으로부터 상기 웨이퍼를 이격시키는 단계(S304)를 수행할 수 있다.
상기 제2 웨이퍼 링(120) 이동 단계(S304)는 웨이퍼 둘레에 따른 외측부를 밀어 올림으로써 척(102)으로부터 분리할 수 있다.
제1 웨이퍼 링(110) 이동 단계(S302) 이후에 순차적으로 제2 웨이퍼 링(120) 이동 단계(S304)를 수행할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 링 샤프트(130)가 상승하면서 제2 웨이퍼 링(120)의 제2 관통홀(152)을 중앙부샤프트부(134)가 통과하고, 링 샤프트(130)의 제2 안착부(142)에 제2 웨이퍼링(120)이 안착할 수 있다.
제1 안착부(140)에 제1 웨이퍼 링(110)이 고정되어 있는 상태로 링 샤프트(130)가 상승하면서 중앙부샤프트부(134)는 제2 관통홀(152)을 지날 수 있다.
그리고 이어지는 링 샤프트(130)의 상승 작용으로 인해 제2 웨이퍼 링(120)의 제2 관통홀(152)이 제2 안착부(142)에 맞물린 상태로 제2 웨이퍼링(120)은 척(102)으로부터 분리될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 링 샤프트(130)는 서로 직경이 다른 상부샤프트부(132), 중앙부샤프트부(134), 하부샤프트부(136)의 다단 구조로 형성되어 상기 제1 웨이퍼 링(110)과 상기 제2 웨이퍼 링(120)을 순차적으로 이동시킬 수 있다.
상기 링 샤프트(130)는 상기 제2 웨이퍼 링(120)을 미리 정해진 일정한 높이(d2)로 밀어올려 디척킹을 실행할 수 있다.
보다 구체적으로, 하부샤프트부(136)의 길이는 제2 웨이퍼 링(120)이 이동할 수 있는 거리보다 크거나 같을 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제2 웨이퍼 링(120) 이동 단계(S304)에서는 단일 공정에서 M-Chuck을 사용한 경우, 고무 재질의 오링으로 인해 척에 늘어붙은 웨이퍼를 분리시킬 수 있고, 단일 공정에서 정전척(ESC)을 사용한 경우, 정전기력으로 인해 척에 붙은 웨이퍼를 분리시킬 수 있다.
정전척(ESC)을 사용한 경우, 상기 제2 웨이퍼 링(120) 이동 단계(S304)는 리프트핀(160)에 의해 웨이퍼를 상승시키기 전에 웨이퍼를 정전척의 정전기력의 영향으로부터 이탈시키고, 방전되지 않는 잔류 정전기의 영향으로부터 벗어날 정도의 최소한의 거리만큼을 이격시킬 수 있다.
<리프트핀 이동 단계>
도 8을 참조하면, 단일 공정 설비로부터 기판을 언로딩하기 위하여 정전척으로부터 분리된 웨이퍼를 정전척의 상측으로 이동시키는 리프트핀(160) 이동 단계(S306)를 포함할 수 있다.
상기 리프트핀(160) 이동 단계(S306)는 제1 웨이퍼 링(110) 이동 단계(S302) 및 제2 웨이퍼 링(120) 이동 단계(S304)가 종료된 후의 제1 웨이퍼 링(110)과 웨이퍼 사이의 간격을 초과하지 않는 범위 내에서 웨이퍼를 상승시킬 수 있다.
상기 리프트핀(160) 이동 단계(S306)는 상측으로 이동된 웨이퍼를 챔버의 외부로 언로딩하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시 예의 경우, 순차적으로 제1 웨이퍼 링(110) 및 제2 웨이퍼 링(120)을 분리한 후에 웨이퍼를 척(102)으로부터 분리시키기 위한 것으로, 제2 웨이퍼 링 이동 단계(S304)를 통해 웨이퍼를 척(102)으로부터 1차 분리를 한 이후에 리프트핀(160) 이동단계(S306)를 통해 2차 분리를 진행함으로써 기존에 단일 공정에서 발생할 수 있었던 웨이퍼의 위치 이탈없이 안정적으로 반출할 수 있다.
즉, 웨이퍼를 상측으로 들어 올릴 때, 웨이퍼와 척(102)간의 인력으로 인해 웨이퍼의 위치가 중앙으로부터 이탈하여 품질이 저하되거나 기판이 물리적으로 파손될 우려를 미리 방지하는 효과를 가질 수 있다.
액츄에이터(202)에 의해 구동 플랫폼(206)이 상승하면 구동바(204) 및 링 샤프트(130)를 상승시키게 되고, 이러한 구동력으로 링 샤프트(130)가 섀도우 링 또는 클램프 링 등 제1 웨이퍼 링(110)을 미리 정해진 일정 높이(d1)까지 먼저 들어 올리고, 그 후에 포커스 링 등 제2 웨이퍼 링(120)을 미리 정해진 일정 높이(d2)까지 들어 올리면서, 상기 포커스링 등 제2 웨이퍼 링(120)을 활용하여 웨이퍼를 디척킹할 수 있다.
다음으로 기판의 언로딩을 위해 디척킹된 웨이퍼를 리프팅 유닛을 이용하여 척(102)의 상측으로 이동시킬 수 있다. 리프팅 유닛의 리프트핀(160)에 의해 웨이퍼의 내측부를 들어 올릴 수 있는데, 섀도우 링 또는 클램프 링 등 제1 웨이퍼 링(110)과 포커스 링 등 제2 웨이퍼 링(120) 사이의 이격 거리를 초과하지 않는 범위 내에서 로봇 암의 두께(t)를 초과한 길이만큼 상승되어 위치시킬 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 웨이퍼 디척킹 장치 102 : 척
110 : 제1 웨이퍼 링 120 : 제2 웨이퍼 링
130 : 링 샤프트 132 : 상부샤프트부
134 : 중앙부샤프트부 136 : 하부샤프트부
140 : 제1 안착부 142 : 제2 안착부
144 : 안착홈 150 : 제1 관통홀
152 : 제2 관통홀 154 : 제3 관통홀
160 : 리프트핀 200 : 구동부
202 : 액츄에이터 204 : 구동바
206 : 구동플랫폼

Claims (16)

  1. 웨이퍼가 안착되는 척(Chuck);
    상기 웨이퍼의 상부에 위치하는 제1 웨이퍼 링;
    상기 웨이퍼가 안착되는 제2 웨이퍼 링; 및
    구동부에 의해 구동되어 상기 제1 웨이퍼 링과 상기 제2 웨이퍼 링을 순차적으로 상부 방향으로 이동시키는 링 샤프트(shaft);를 포함하는, 웨이퍼 디척킹 장치로서,
    상기 링 샤프트는 서로 직경이 다른 상부샤프트부, 중앙부샤프트부 및 하부샤프트부로 구성되어 다단 구조를 형성하고,
    상기 제1 웨이퍼 링은 상기 링 샤프트의 상기 상부샤프트부와 상기 중앙부샤프트부 경계에 위치하는 제1 안착부에 안착하고,
    상기 제2 웨이퍼 링은 상기 링 샤프트의 상기 중앙부샤프트부와 상기 하부샤프트부 경계에 위치하는 제2 안착부에 안착하는, 웨이퍼 디척킹 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 척은 Mechanical chuck(M-chuck) 또는 정전척(electrostatic chuck, ESC)을 포함하고, 상기 제1 웨이퍼 링은 클램프 링(clamp ring) 또는 섀도우 링(shadow ring)을 포함하는, 웨이퍼 디척킹 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼 링은 복수로 구비되는, 웨이퍼 디척킹 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 웨이퍼 링은 포커스 링(focus ring)을 포함하는, 웨이퍼 디척킹 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부샤프트부 직경은 상기 중앙부샤프트부 직경보다 작고, 상기 중앙부샤프트부 직경은 상기 하부샤프트부 직경보다 작은 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 디척킹 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼 링에는 상기 상부샤프트부가 통과하는 제1 관통홀이 형성되고,
    상기 제1 관통홀 직경은 상기 상부샤프트부 직경보다는 크고 상기 중앙부샤프트부 직경보다는 작은 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 디척킹 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 웨이퍼 링에는 상기 중앙부샤프트부가 통과하는 제2 관통홀이 형성되고,
    상기 제2 관통홀 직경은 상기 중앙부샤프트부 직경보다는 크고 상기 하부샤프트부 직경보다는 작은 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 디척킹 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 웨이퍼 링의 밑면에 상기 제2 안착부와 맞물리는 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 디척킹 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 중앙부샤프트부의 길이는 상기 제1 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리에서 상기 제2 웨이퍼 링의 두께를 더한 것보다 크거나 같고, 상기 하부샤프트부는 상기 제2 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 디척킹 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 링 샤프트의 축 방향으로 상기 제1 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리는 상기 제2 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리보다 큰 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 디척킹 장치.
  13. 링 샤프트(shaft)가 제1 웨이퍼 링을 이동시키는 단계; 및
    상기 링 샤프트가 웨이퍼가 안착되는 제2 웨이퍼 링을 이동시켜 척으로부터 상기 웨이퍼를 이격시키는 단계;를 포함하는 웨이퍼 디척킹 방법으로서,
    상기 링 샤프트는 서로 직경이 다른 상부샤프트부, 중앙부샤프트부 및 하부샤프트부의 다단 구조로 형성되어 상기 제1 웨이퍼 링과 상기 제2 웨이퍼 링을 순차적으로 이동시킬 수 있고,
    상기 제1 웨이퍼 링은 상기 링 샤프트의 상기 상부샤프트부와 상기 중앙부샤프트부 경계에 위치하는 제1 안착부에 안착하고,
    상기 제2 웨이퍼 링은 상기 링 샤프트의 상기 중앙부샤프트부와 상기 하부샤프트부 경계에 위치하는 제2 안착부에 안착하는, 웨이퍼 디척킹 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 중앙부샤프트부의 길이는 상기 제1 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리에서 상기 제2 웨이퍼 링의 두께를 더한 것보다 크거나 같고, 상기 하부 샤프트부는 상기 제2 웨이퍼 링이 이동할 수 있는 거리보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 디척킹 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼 링과 상기 제2 웨이퍼 링 사이에서 리프트핀이 상기 웨이퍼를 상기 링 샤프트의 축 방향으로 들어 올리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 디척킹 방법.
KR1020230093820A 2023-07-19 2023-07-19 웨이퍼 디척킹 장치 및 방법 KR102639129B1 (ko)

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