KR200264826Y1

KR200264826Y1 - Ｒｔｐ 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리

Info

Publication number: KR200264826Y1
Application number: KR2020010036840U
Authority: KR
Inventors: 김태훈
Original assignee: 아남반도체 주식회사
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2002-02-21

Abstract

본 고안은 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리에 관한 것으로서, RTP 챔버의 챔버 바디 하측에 결합되는 챔버 바텀과, 챔버 바텀의 하측에 설치되고 모터에 의해 회전하며 자기력을 발생시키는 로테이션 마그넷 어셈블리와, 챔버 바텀의 상측에 설치되며 로테이션 마그넷 어셈블리의 회전으로 인한 자기력의 회전에 의해 웨이퍼가 안착된 프로세스 키트를 회전시키는 로테이션 베어링 어셈블리를 포함한 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 있어서, 로테이션 베어링 어셈블리(100)는 챔버 바텀(21)의 상측에 결합되는 하부레이스(110)와, 하부레이스(110)의 상측 외주평면을 따라 일정한 간격으로 적어도 세 개이상 설치되는 베어링 모듈(120)과, 베어링 모듈(120)의 상측에 위치하며 프로세스 키트(30)가 결합되는 상부레이스(130)로 이루어지며, 베어링 모듈(120)은 하부레이스(110)에 고정되며 상측이 개방되는 베어링 하우징(121)과, 베어링 하우징(121)의 내측에 장착되며 병목부(122a)가 형성되는 복수의 로울러(122)와, 로울러(122)의 병목부(122a)가 서로 인접하는 부분마다 얹혀지는 베어링(123)을 포함하는 것으로서, 상부레이스가 회전시 마찰을 일으키는 베어링의 갯수를 줄임으로써 파티클의 발생을 감소시키고, 하부레이스에 이물질이 떨어지더라도 공정중에 웨이퍼가 에지링으로부터 이탈됨을 방지하는 효과를 가지고 있다.

Description

ＲＴＰ 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리{ROTATION BEARING ASSEMBLY INCORPERATED IN A WAFER ROTATION APPARATUS OF A RAPID THERMAL PROCESSING CHAMBER}

본 고안은 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리에 관한 것으로서, 상부레이스가 회전시 마찰을 일으키는 베어링의 갯수를 줄이고, 하부레이스에 이물질이 떨어지더라도 상부레이스가 안정되게 회전하며, 저렴한 비용으로 베어링을 교체할 수 있는 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위한 공정중, 예컨대 실리콘 기판을 산화시켜 실리콘산화막(SiO₂)으로 만들어 절연층, 에칭 마스크 또는 트랜지스터용 게이트 산화막으로 사용할 경우, 여러가지 방법으로 형성된 박막의 어닐링(annealing)공정 및 BPSG(borophosphosilicate glass)막과 같은 유동성 막의 평탄화를 위한 리플로우(reflow)공정 등에서는 열처리 공정이 사용되고 있다.

이러한 열처리 공정을 수행하는 장비로는 급속 열처리(Rapid Thermal Processing ; 이하 "RTP"라 함) 장비를 들 수 있으며, RTP 장비는 기존의 확산로에서 수행하던 다양한 공정을 대부분 수행할 수 있으며, 웨이퍼의 가열 및 냉각이 고속으로 이루어지므로 초고집적 회로(VLSI) 공정에 적합한 불순물 재확산과 확산로 벽면으로부터 방출되는 오염 등을 방지할 수 있다는 점에서 널리 사용되고 있다.

반도체 소자를 제조하기 위한 RTP 장비에서 RTP 공정이 실시되는 RTP 챔버를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 RTP 챔버를 도시한 단면도이고, 도 2는 종래의 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치를 도시한 분해사시도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 RTP 챔버는 챔버 바디(Chamber body; 10)의 하측에 웨이퍼 회전장치(20)가 설치되고, 웨이퍼 회전장치(20)의 상측에는 공정시 웨이퍼(W)가 안착되는 프로세스 키트(Process kit; 30)가 결합되며, 프로세스 키트(30)의 상측에는 웨이퍼(W)를 가열시키는 가열부재(40)가 설치된다.

챔버 바디(10)는 일측에 웨이퍼(W)가 출입하는 통로를 제공하는 웨이퍼출입구(11)를 형성하며, 이 웨이퍼출입구(11)는 슬릿밸브(Slit valve;12)에 의해 개폐된다.

또한, 챔버 바디(10)는 웨이퍼출입구(11)측에 질소(N₂)와 같은 퍼지가스가 공급되는 가스공급구(13)가 형성되며, 가스공급구(13)의 반대측에는 챔버 바디(10)내의 가스를 외측으로 배기시키는 가스배기구(14)가 구비된다.

웨이퍼 회전장치(20)는 도 2에서와 같이, 챔버 바디(10)의 하측에 결합되는 챔버 바텀(21)과, 챔버 바텀(21)의 하측에 설치되고 모터(도시 안됨)에 의해 회전하며 자기력을 발생시키는 로테이션 마그넷 어셈블리(Rotation magnet assembly; 22)와, 챔버 바텀(21)의 상측에 설치되는 로테이션 베어링 어셈블리(Rotation bearing assembly; 23)를 포함한다.

챔버 바텀(21)은 챔버 바디(10)의 바닥면을 이루고, 상측에는 리플렉터(Reflector; 21a)가 구비되며, 상측 가장자리에는 로테이션 베어링 어셈블리(23)가 장착되는 장착홈(21b)이 형성되며, 하측에는 로테이션 마그넷어셈블리(22)가 설치된다.

로테이션 마그넷 어셈블리(22)는 링형상으로 형성되는 것으로서, 하측에 로테이션 기어(Rotation gear; 22a) 및 로테이션 플래그(Rotation flag; 22b)를 순차적으로 결합함과 아울러 자기력을 발생시키는 마그넷 하우징(Magnet housing; 22c)이 내측에 하부베어링(22d)을 장착한 상태에서 하부베어링 클램프(22e)에 의해 챔버 바텀(21)의 하측에 회전가능하게 결합된다.

마그넷 하우징(22c)은 모터(도시 안됨)의 축과 기어결합되는 로테이션 기어(22a)에 의해 회전하며, 이 때, 감지센서(도시 안됨)가 마그넷 하우징(22c)과 함께 회전하는 로테이션 플래그(22b)를 감지함으로써 마그넷 하우징(22c)의 회전속도를 감지한다.

로테이션 베어링 어셈블리(23)는 챔버 바텀(21)의 장착홈(21b)의 내측에 결합되는 하부레이스(Lower race; 23a)와, 하부레이스(23a)의 상측에 장착되는 베어링 및 스페이서(23b)와, 베어링 및 스페이서(23b)의 상측에 위치하며 로테이션 마그넷 어셈블리(22)의 마그넷 하우징(22c)이 회전시 자기력의 회전에 의해 회전하는 상부레이스(Upper race; 23c)로 이루어진다.

하부레이스(23a)는 링형상으로 형성되며, 상측 외주평면을 따라 베어링 및 스페이서(23b)가 장착되는 홈을 형성한다.

베어링 및 스페이서(23b)는 35개의 베어링과 이들사이에 위치하는 35개의 스페이서로 이루어져 하부레이스(23)의 홈에 장착되며, 상측에 상부레이스(23c)가 위치한다.

상부레이스(23c)는 금속 재질로 형성되고, 하측 외주평면을 따라 베어링 및 스페이서(23b)가 위치하는 홈(도시 안됨)을 형성하며, 내측면에는 후술할 프로세스 키트(30)의 쿼츠 실린더(31)가 상측으로부터 끼워진다.

한편, 웨이퍼 회전장치(20)는 내부에 수직방향으로 이동하는 복수의 리프트 핀(24)이 슬라이딩 결합되며, 리프트 핀(24)은 핸들러(handler;미도시)에 의해 웨이퍼출입구(11)를 통해 로딩된 웨이퍼(W)의 하면을 지지하면서 하강하여 후술하는 프로세스 키트(30)의 에지링(32)에 안착시키거나, 에지링(32)에 안착되어 공정을 마친 웨이퍼(W)를 핸들러에 의해 언로딩되도록 상측으로 상승시킨다.

프로세스 키트(30)는 상부레이스(23c)의 내측면에 끼워지는 쿼츠 실린더(31)와, 쿼츠 실린더(31)의 상측에 위치함과 아울러 공정시 웨이퍼(W)가 안착되는 에지링(32)으로 이루어진다.

가열부재(40)는 프로세스 키트(30)의 상측에 방사상의 다수의 존(zone)으로 배열된 복수의 할로겐램프(41)로 이루어지고, 그 하부에 쿼츠 윈도우 어셈블리(quartz window assembly; 42)가 구비되며, 프로세스 키트(30)의 에지링(32)에 안착된 웨이퍼(W)를 급속히 가열시킨다.

이러한 구조로 이루어진 종래의 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

RTP 공정 진행시 모터의 구동에 의해 로테이션 기어(22a)와 함께 마그넷 하우징(22c)이 회전하면 마그넷 하우징(22c)으로부터 발생된 자기력이 회전함으로써 금속재질인 상부레이스(23c)가 회전하며, 상부레이스(23c)의 회전에 의해 쿼츠 실린더(31)와 그 위에 위치한 에지링(32)이 웨이퍼(W)와 함께 회전하게 된다.

이러한 종래의 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치는 35개의 베어링과 35개의 스페이서가 서로 접하여 함께 회전하기 때문에 서로간의 마찰로 인해 파티클(Paticle)을 발생시킴으로써 RTP 공정시 웨이퍼에 결함을 발생시키는 원인이 되는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 하부레이스 상측 외주평면에 이물질이 떨어질 경우 베어링과 스페이서가 원활하게 회전하지 못하여 에지링이 진동하게 됨으로써 에지링 위에 안착된 웨이퍼가 튕겨 나가서 웨이퍼 표면에 스크래치를 발생시키거나 심지어는 웨이퍼가 파손되는 문제점을 가지고 있었다.

그리고, 베어링중 어느 하나가 파손될 경우 나머지 베어링의 마모를 고려하여 파손된 하나만의 베어링을 교체할 수 없고, 나머지 모든 베어링과 스페이서를 함께 교체함으로써 베어링 및 스페이스의 교체 비용이 증가되는 문제점을 가지고 있었다.

본 고안은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 상부레이스가 회전시 마찰을 일으키는 베어링의 갯수를 줄임으로써 파티클의 발생을 감소시켜 장비의 고장발생 및 웨이퍼의 결함을 줄이고, 하부레이스에 이물질이 떨어지더라도 베어링의 회전에 영향을 미치지 않아 상부레이스가 안정되게 회전함으로써 공정중에 웨이퍼가 에지링으로부터 이탈됨을 방지하며, 베어링의 교체시 저렴한 비용으로 교체할 수 있는 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션베어링 어셈블리를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 고안은, RTP 챔버의 챔버 바디 하측에 결합되는 챔버 바텀과, 챔버 바텀의 하측에 설치되고 모터에 의해 회전하며 자기력을 발생시키는 로테이션 마그넷 어셈블리와, 챔버 바텀의 상측에 설치되며 로테이션 마그넷 어셈블리의 회전으로 인한 자기력의 회전에 의해 웨이퍼가 안착된 프로세스 키트를 회전시키는 로테이션 베어링 어셈블리를 포함한 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 있어서, 로테이션 베어링 어셈블리는 챔버 바텀의 상측에 결합되는 하부레이스와, 하부레이스의 상측 외주평면을 따라 일정한 간격으로 적어도 세 개이상 설치되는 베어링 모듈과, 베어링 모듈의 상측에 위치하며 프로세스 키트가 결합되는 상부레이스로 이루어지며, 베어링 모듈은 하부레이스에 고정되며 상측이 개방되는 베어링 하우징과, 베어링 하우징의 내측에 장착되며 병목부가 형성되는 복수의 로울러와, 로울러의 병목부가 서로 인접하는 부분마다 얹혀지는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 RTP 챔버를 도시한 단면도이고,

도 2는 종래의 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치를 도시한 분해사시도이고,

도 3은 본 고안에 따른 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리를 도시한 분해사시도이고,

도 4는 본 고안에 따른 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리의 베어링 모듈을 도시한 정단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 ; 로테이션 베어링 어셈블리 110 ; 하부레이스

111 ; 고정홈 120 ; 베어링 모듈

121 ; 베어링 하우징 122 ; 로울러

122a ; 병목부 123 ; 베어링

130 ; 상부레이스

이하, 본 고안의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 고안에 따른 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리를 도시한 분해사시도이고, 도 4는 본 고안에 따른 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리의 베어링 모듈을 도시한 정단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 로테이션 베어링 어셈블리(Rotation bearing assembly; 100)는 챔버 바텀(21)의 장착홈(21b)에 설치되고, 챔버 바텀(21)의 하측에 설치되는 로테이션 마그넷 어셈블리(22; 도 2에 도시됨)의 마그넷 하우징(22c; 도 2에 도시됨)의 회전에 의한 자기력의 회전에 의해 웨이퍼(W; 도 1에 도시됨)가 안착된 프로세스 키트(30)를 회전시키며, 챔버 바텀(21)의 상측에 결합되는 하부레이스(110)와, 하부레이스(110)의 상측 외주평면을 따라 일정한 간격으로 적어도 세 개이상 설치되는 베어링 모듈(120)과, 베어링 모듈(120)의 상측에 위치하며 프로세스 키트(30)가 결합되는 상부레이스(130)로 이루어진다.

하부레이스(110)는 링형상으로 형성되고, 챔버 바텀(21)의 장착홈(21b)에 결합되며, 상측 외주평면에는 세 개 이상의 베어링 모듈(120)이 결합된다.

베어링 모듈(120)은 하부레이스(110)에 고정되며 상측이 개방되는 베어링 하우징(121)과, 베어링 하우징(121)의 내측에 장착되며 병목부(122a)가 형성되는 복수의 로울러(122)와, 로울러(122)의 병목부(122a)가 서로 인접하는 부분마다 얹혀지는 베어링(123)을 포함한다.

베어링 하우징(121)은 하부레이스(110)의 상측면에 형성되는 고정홈(111)에 삽입되어 고정된다. 이 때, 베어링 모듈(120)이 하부레이스(110)로부터 돌출되는 높이를 종래의 베어링 및 스페이서(23b; 도 2에 도시됨)가 돌출되는 높이와 같도록 고정홈(111)의 깊이를 조절함이 바람직하다. 따라서, 웨이퍼 회전장치(20; 도 1에 도시됨)의 구조적 변경을 가하지 않아도 된다.

로울러(122)는 베어링 하우징(121) 내측에 상부레이스(130) 외주면의 회전방향과 동일한 방향으로 회전하도록 복수개가 장착되는데, 본 실시예에서는 베어링 하우징(121) 내측에 두 개의 로울러(122)가 장착됨을 나타내었다.

또한, 로울러(122)는 중간에 병목부(122a)를 형성하며, 병목부(122a)가 서로 인접하는 부분마다 베어링(123)이 얹혀짐으로써 베어링(123)이 인접하는 두 개의 병목부(122a)에 안착됨으로써 로울러(122)로부터 이탈됨을 억제한다.

한편, 로울러(122)가 본 실시예에서와 같이 두 개로 이루어진 경우에는 도 4에서 나타낸 바와 같이, 베어링(123)이 로울러(122)의 병목부(122a)에 얹혀질 때, 서로 인접하는 로울러(122)와 로울러(122) 사이에는 어느 정도 간격을 유지토록 함이 바람직하다. 즉, 베어링(123)이 회전시 그 하측에 위치한 로울러(122)들은 서로 같은 방향으로 회전하므로 로울러(122)들이 서로 접한 부위에서는 회전방향이 서로 다르기 때문에 로울러(122)들이 서로 마찰을 일으켜서 파티클을 발생시키는 것을 방지하기 위해서 로울러(122)와 로울러(122)간에는 일정한 간격을 둠이 바람직하다.

상부레이스(130)는 금속 재질로 형성되고, 베어링(123)의 상측에 위치하며, 베어링(123)으로부터 이탈되지 않도록 하측면에는 외주평면을 따라 베어링(123)이 롤링되면서 이동하는 홈(도시 안됨)이 형성된다.

또한, 상부레이스(130)의 내측면에는 프로세스 키트(30)의 쿼츠 실린더(31)가 상측으로부터 끼워지며, 이 쿼츠 실린더(31)의 상단에는 웨이퍼(W)가 안착되는 에지링(32)이 위치한다.

이러한 구조로 이루어진 본 고안에 따른 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

RTP 공정 진행시 모터의 구동에 의해 로테이션 기어(22a; 도 2에 도시됨)와 함께 마그넷 하우징(22c ; 도 2에 도시됨)이 회전하고, 이로 인해 마그넷 하우징(22c)으로부터 발생하는 자기력이 회전함으로써 금속재질인 상부레이스(130)는 베어링(123)에 지지된 상태에서 베어링(123)과 로울러(122)의 회전에 의해 고정된 하부레이스(110)로부터 회전하게 되며, 상부레이스(130)의 회전에 의해 쿼츠 실린더(31)와 그 위에 위치한 에지링(32)이 웨이퍼(W)와 함께 회전하게 된다.

한편, 상부레이스(130)의 하측을 지지함과 아룰러 상부레이스(130) 회전시 롤링되는 베어링(123)의 갯수가 종래에 비해 대폭 감소됨으로써 베어링(123)과 상부레이스(130)의 마찰에 의한 파티클의 발생이 현저하게 감소된다.

또한, 하부레이스(110)의 상측 외주평면에 일정한 간격을 두고 베어링 모듈(120)이 설치되므로 하부레이스(110)의 상측 외주평면상에 이물질이 떨어지더라도 베어링 모듈(120)에 영향을 미치지 아니하므로 상부레이스(130)가 안정되게 회전하여 웨이퍼(W)가 공정진행중에 에지링(32)으로부터 떨어지는 것을 방지한다.

그리고, 베어링(123) 교체시 교체되는 부품의 갯수가 적기 때문에 베어링(123)의 교체비용이 현저히 감소된다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리는 상부레이스가 회전시 마찰을 일으키는 베어링의 갯수를 줄임으로써 파티클의 발생을 감소시켜 장비의 고장발생 및 웨이퍼의 결함을 줄이고, 하부레이스에 이물질이 떨어지더라도 베어링의 회전에 영향을 미치지 않아 상부레이스가 안정되게 회전함으로써 공정중에 웨이퍼가 에지링으로부터 이탈됨을 방지하며, 베어링의 교체시 저렴한 비용으로 교체할 수 있는 효과를 가진다.

이상에서 설명한 것은 본 고안에 따른 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 실용신안등록청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 고안의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims

RTP 챔버의 챔버 바디 하측에 결합되는 챔버 바텀과, 상기 챔버 바텀의 하측에 설치되고 모터에 의해 회전하며 자기력을 발생시키는 로테이션 마그넷 어셈블리와, 상기 챔버 바텀의 상측에 설치되며 상기 로테이션 마그넷 어셈블리의 회전으로 인한 자기력의 회전에 의해 웨이퍼가 안착된 프로세스 키트를 회전시키는 로테이션 베어링 어셈블리를 포함한 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 있어서,

상기 로테이션 베어링 어셈블리는 상기 챔버 바텀의 상측에 결합되는 하부레이스와, 상기 하부레이스의 상측 외주평면을 따라 일정한 간격으로 적어도 세 개이상 설치되는 베어링 모듈과, 상기 베어링 모듈의 상측에 위치하며 상기 프로세스 키트가 결합되는 상부레이스로 이루어지며,

상기 베어링 모듈은 상기 하부레이스에 고정되며 상측이 개방되는 베어링 하우징과, 상기 베어링 하우징의 내측에 장착되며 병목부가 형성되는 복수의 로울러와, 상기 로울러의 병목부가 서로 인접하는 부분마다 얹혀지는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 RTP 챔버의 웨이퍼 회전장치에 구비된 로테이션 베어링 어셈블리.