KR200273741Y1

KR200273741Y1 - 반도체 제조설비의 진공 척

Info

Publication number: KR200273741Y1
Application number: KR2020020003980U
Authority: KR
Inventors: 이두로; 한순석; 이준호
Original assignee: 코리아세미텍 주식회사
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2002-04-27

Abstract

본 고안은 반도체 제조공정에서 진공 척 상면에 형성된 진공 홀로부터 가해지는 진공의 압력을 이용하여 진공 척의 안착 면(웨이퍼와 접촉하는 진공 척의 상면)에 웨이퍼를 안정적으로 흡착시키는 진공 척에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 배면과 접촉되는 안착 면의 접촉 면적을 최소화하여 파티클 발생을 줄이면서도 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있는 반도체 제조설비의 진공 척에 관한 것이다.

본 고안은 안착 면에 웨이퍼의 배면을 지지하는 팁이 다수 형성되고, 상기 팁 사이에 진공의 흡입력을 이용하여 상기 웨이퍼를 상기 안착 면에 흡착시키는 진공 홀이 다수 형성된 반도체 제조설비의 진공 척에 있어서, 상기 웨이퍼와의 접촉면적을 최소화하도록 상기 팁의 상부 끝단이 2단으로 형성되며, 상기 진공 홀은 정삼각형으로 연속 위치된다.

Description

반도체 제조설비의 진공 척{Vacuum Chuck of Semiconductor Manufacturing Equipment}

일반적으로 반도체 집적회로는 손톱만큼이나 작고 얇은 실리콘 칩에 지나지 않지만 그 안에는 수 천 만개 이상의 전자부품들(트랜지스터, 다이오드, 저항)이 가득 들은 장치로서, 이 반도체 집적회로는 최종 완성에 이르기까지에는 사진 공정, 식각 공정, 증착 공정, 열처리 공정을 비롯한 수많은 제조 공정이 수반된다.

실리콘 단결정인 규소봉(잉곳:Ingot)은 수백 ㎛의 두께로 절단되어 그 한쪽 면이 거울같이 연마되어 실리콘 웨이퍼(Wafer)로 형성되는 데, 반도체의 집적회로는 실리콘 웨이퍼에 형성된다.

반도체 제조 공정 중에 웨이퍼를 고정시키거나 이송시키기 위하여 사용되는 척에는 기계식 척과 정전기 척과 진공 척이 사용된다.

기계식 척은 그 지지표면에 대해 웨이퍼를 누르기 위해서 아암 또는 클램프를 갖고 있으며, 정전기 척은 웨이퍼와 금속 전극 또는 전극 쌍 간에 전압 차를 발생시키고 웨이퍼와 전극이 유전 층에 의해 분리되도록 구성되며, 그리고 진공 척은진공의 압력을 이용하여 웨이퍼를 안정적으로 흡착시키도록 구성된다.

반도체 칩 제조공정 중에 발생되는 먼지, 이물질 혹은 부산물(이하, 파티클(particle)이라 약칭 함)은 웨이퍼가 안착되는 척의 안착 면을 오염시킨다. 척의 안착 면이 오염된 상태로, 척의 안착 면에 웨이퍼가 안착될 경우, 디 포커스(De-focus)의 원인이 되어 반도체 생산에 막대한 손실을 초래한다.

한편, 포토 공정에서는 웨이퍼에 정밀한 포커스를 수행하기 위해서 진공 척을 사용하여 웨이퍼를 고정하는 데, 근래에는 진공 척의 안착 면에 소정높이를 갖는 팁(핀 혹은 돌기)을 일체로 형성하고, 이 팁에 웨이퍼를 접촉시키도록 구성하고 있다.

팁과 웨이퍼의 접촉면적은 어느 정도 줄일 수는 있지만, 팁과 웨이퍼와의 접촉면적을 무한정 줄이면 팁의 지지력이 저하되어 진공 척의 안착 면에 웨이퍼가 안정적으로 흡착되지 못하고 이탈되고 만다.

진공 척의 안착 면에 웨이퍼가 안정적으로 흡착되지 못하고 이탈될 경우, 반도체 제품의 불량을 초래하고 아울러 반도체 제품의 신뢰도를 하락시키며 반도체 제조 작업시간을 지연시킨다.

따라서, 웨이퍼와 팁의 접촉면적을 최소화하면서도, 웨이퍼의 평탄도를 높이고 안정적으로 웨이퍼를 진공 척의 안착 면에 흡착시키는 것은 반도체 제조공정의 진행과 반도체 제품의 신뢰도 및 웨이퍼의 양품을 결정하는 데에 매우 중요하다.

통상적으로 웨이퍼는 4,5,8,12인치(웨이퍼의 직경)가 사용되는 바, 이하 참조 도면에서는 8인치 웨이퍼에 사용되는 진공 척(Vacuum Chuck)의 구성 및 작용에대해 설명하기로 한다.

도 1은 종래 진공 척을 보인 사시도이고, 도 2는 종래 진공 척을 보인 평면도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.

도 1내지 도 3에 보인 바와 같이, 8인치(대략, 200mm) 웨이퍼(W)에 사용되는 진공 척(10)은 그 직경을 통상적으로 198mm로 하며, 이 진공 척(10)의 안착 면(11)에는 다수의 진공 홀(12) 및 진공 해제홀(12')이 일정간격을 두고 연속 위치되어 있다.

진공 홀(12)및 진공 해제홀(12')은 진공 척(10) 내부를 관통하는 복수개의 진공라인(13)과 단일 영역으로 연결되며, 이 진공라인(13)은 진공압력을 발생시키는 진공펌프(도시하지 않음)와 연결되어 있다.

그리고 진공 척(10)의 안착 면(11) 중심부분에는 다수의 리프팅 홀(14)이 형성되고, 진공 척(10)의 안착 면(11) 테두리 부분에는 웨이퍼(W)의 배면이 접촉되는 외벽(15)이 형성되는 데, 외벽(15)의 안쪽에는 진공영역(V: Vacuum Zone)이 형성된다.

또한, 진공영역(V) 안쪽에 위치한 진공 척(10)의 안착 면(11)에는 소정높이를 갖고 웨이퍼(W) 배면을 지지하는 팁(16)이 원형 기둥형태로 일정간격을 두고 다수 형성되어 있다.

참고적으로, 종래 진공 척(10)은 대략 그 직경이 양면(안착 면과 배면) 모두 190mm이고, 안착 면(11)에 돌출된 팁(16)은 1단으로 이루어지며 그 직경(d_t)이0.5mm, 높이(h_t)가 0.35mm, 팁 간격(l_t)이 3mm이다.

이와 같이 구성된 종래 진공 척의 작용을 설명하면 다음과 같다.

웨이퍼(W)가 진공 척(10)의 안착 면(11)에 올려지면, 웨이퍼(W)가 팁(16)에 의해 지지되며 이때, 진공펌프가 작동하여 진공라인(13) 및 진공 홀(12)을 통해 공기를 흡입함으로써 진공영역(V) 내부가 진공된다. 진공영역(V)의 진공으로 인하여 웨이퍼(W)가 팁(16)에 지지된 상태로 진공 척(10)의 안착 면(11)에 흡착 고정된다.

웨이퍼(W)를 흡착함에 있어서, 웨이퍼(W)의 전체 평탄도를 높이기 위해서는 웨이퍼(W)의 직경과 동일한 직경을 갖는 진공 척(10)을 사용하는 것이 이상적이지만, 이는 반도체 공정 중에 발생되는 웨이퍼(W)의 슬립 때문에 현실적으로 불가능하다.

통상적으로, 진공 척(10)은 웨이퍼(W)의 직경보다 10mm 정도 작은 직경의 것이 사용되는 바, 8인치 웨이퍼(대략 200mm)일 때에는 진공 척(10)의 직경(d_c)은 대략 190mm로 하여 10mm 정도의 여유를 두고 있다. 웨이퍼(W)의 변형은 그 양단에서 가장 크게 발생하기 때문에, 웨이퍼(W)의 직경에 가장 가까운 진공 척을 사용해야만 웨이퍼(W)의 변형을 방지할 수 있는 것이다.

종래의 진공 척의 경우에는, 도 3에 보인 바와 같이, 진공 척의 직경과 웨이퍼의 직경이 10mm로 큰 차이를 보이고 있기 때문에 웨이퍼의 변형으로 인하여 웨이퍼의 전체 평탄도(편평한 정도)는 낮아질 수밖에 없다.

그리고, 웨이퍼의 국부 평탄도를 높이기 위해서는, 웨이퍼를 균일하게 진공흡입시켜야 하는 데, 종래 진공 척의 경우에는 도 2 및 3에 보인 바와 같이, 진공 홀(12)이 서로 정사각형으로 위치되어 있어서, 인접한 진공 홀(12) 간의 거리(L1)와 대각선 방향의 진공 홀(12) 간의 거리(L2)가 서로 상이하다.

다시 말하면, 종래 진공 척은 웨이퍼를 균일하게 흡착하지 못하기 때문에 웨이퍼(W)의 국부에 미세한 변형(도 3에 일점 쇄선으로 표시됨)이 발생된다.

또한, 종래 진공 척의 경우에는, 도 1에 보인 바와 같이, 웨이퍼 배면을 지지하고 있는 팁이 원기둥 형상으로 이루어져 있는 바, 팁과 웨이퍼와의 접촉면적 증가로 인하여, 파티클이 커져서 결과적으로 디 포커스의 원인이 되어 반도체 생산에 막대한 손실을 초래한다.

따라서, 웨이퍼와 팁의 접촉면적을 최소한으로 줄여 파티클 발생을 줄이면서도 진공 척의 상면에 웨이퍼를 보다 안전하게 흡착시키고 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있는 진공 척의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

본 고안은 웨이퍼의 배면을 지지하는 팁의 끝단을 이단구조로 하여 팁과 웨이퍼와의 접촉면적을 최소화함으로써 파티클의 발생을 줄이고, 진공 홀을 정삼각형 으로 연속 위치시켜 웨이퍼를 균일 압력으로 흡착함으로써 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있는 반도체 제조설비의 진공 척을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 진공 척을 보인 사시도,

도 2는 종래 진공 척을 보인 평면도,

도 3은 도 2의 A-A선 단면도,

도 4는 본 고안의 진공 척을 보인 사시도,

도 5는 본 고안의 진공 척을 보인 평면도,

도 6은 도 5의 B-B선 단면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

W : 웨이퍼 Z : 진공영역

H_{t ,}H_t1: 팁의 높이 D_{t ,}D_{t1 :}팁의 직경

L_{t :}팁의 간격 111 : 안착 면

114 : 위치홀 115 : 외벽

116 : 팁 112 : 진공 홀

112' : 진공 해제홀

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 안착 면에 웨이퍼의 배면을 지지하는 팁이 다수 형성되고, 상기 팁 사이에 진공의 흡입력을 이용하여 상기 웨이퍼를 상기 안착 면에 흡착시키는 진공 홀이 다수 형성된 반도체 제조설비의 진공 척에 있어서, 상기 웨이퍼와의 접촉면적을 최소화하도록 상기 팁의 상부 끝단이 2단으로 형성되며, 상기 진공 홀은 정삼각형으로 연속 위치된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 특징적인 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 고안의 진공 척을 보인 사시도이고, 도 5는 본 고안의 진공 척을 보인 평면도이며, 도 6은 도 5의 B-B선 단면도이다.

도 4내지 도 6에 보인 바와 같이, 진공 척(100)의 안착 면(111)에는 다수의 진공 홀(112) 및 진공 해제홀(112')이 서로 일정간격을 갖고 연속 위치되어 있다.

진공 홀(112) 및 진공 해제홀(112')은 진공 척(100) 내부를 관통하는 복수개의 진공라인(113)과 단일 영역으로 연결되며, 이 진공라인(113)은 진공압력을 발생시키는 진공펌프(도시하지 않음)와 연결되어 있다.

그리고, 진공 척(100)의 안착 면(111) 중심부분에는 다수의 리프팅 홀(114)이 형성되고, 진공 척(100)의 안착 면(111) 테두리 부분에는 웨이퍼(W)의 배면이 접촉되는 외벽(115)이 형성되는 데, 외벽(115)의 안쪽에는 진공영역(V: Vacuum Zone)이 형성된다.

또한, 진공영역(V) 안쪽에 위치한 진공 척(100)의 안착 면(111)에는 소정높이를 갖고 웨이퍼(W) 배면을 지지하는 팁(116)이 일정간격을 두고 다수 형성되어 있다.

본 고안의 특징은 웨이퍼(W)와 진공 척(100)의 접촉면적을 최소화하도록 진공 척(100)의 안착 면(111)에 형성된 팁(116)의 끝단이 2단으로 형성된 것에 있다.

바람직하게는, 팁(116)의 직경은 그 하단(D_t)이 0.5mm이고 상단(D_t1)이 0.25mm정도로 형성되어 있다. 또한 팁(116)의 높이가 그 하단(H_t)이 0.2mm이고 상단(H_t1)이 0.1mm이고, 상기 팁의 간격(L_t)은 2.5mm로 형성하는 것이 좋다.

또한, 진공 척(100)의 안착 면(111)에 형성된 진공 홀(112)은 정삼각형으로 연속 위치되어 인접하는 거리(L1,L2)가 모두 동일하게 형성됨으로써, 진공의 흡입력이 동일하게 발생되어 웨이퍼(W)의 국부 변형을 방지할 수 있도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 4내지 도 6을 참조하면, 진공 홀(112)은 정삼각형으로 위치되어 있기 때문에 진공 흡입력이 균일하게 이루어지며, 이로 인하여 웨이퍼(W)의 국부 변형을 방지할 수 있다.

또한, 팁(116)의 끝단이 2단으로 형성되어 있기 때문에 팁(116)과 웨이퍼(W)의 접촉면적을 최소화시켜 파티클 발생을 줄여 포토 공정에서의 웨이퍼 포커싱의 정밀성을 높일 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 고안에서는 진공 홀(112)의 위치를 정삼각형으로 함과 동시에 팁(116)의 끝단 형상을 2단으로 형성시키는 바, 종래와 같이 웨이퍼의 슬립을 해결하기 위하여 진공 척의 직경에 제한을 두던 종래 기술의 한계성을 극복할 수 있는 것이다.

종래에는 8인치 웨이퍼의 경우, 진공 척의 직경을 190mm으로 10mm정도의 여유를 두고 있으나, 본 고안에서는 진공 척의 직경을 최대 195.7mm 내지 198mm로 확대하여 4.3mm 내지 2mm정도로 웨이퍼의 직경을 확대하여 웨이퍼의 전체 평탄도를 높일 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에서는 웨이퍼와의 접촉면적을 최소화하도록 팁의 끝단이 2단으로 형성되어 파티클 발생을 줄이며, 진공의 흡입력이 균일하여 웨이퍼의 국부 변형을 방지하도록 진공 홀이 정삼각형으로 연속 위치된다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 의하면 웨이퍼의 배면을 지지하는 팁의 끝단을 이단구조로 형성하여 팁과 웨이퍼와의 접촉면적을 최소화함으로써 파티클의 발생을 줄이고, 진공 홀을 정삼각형으로 연속 위치시켜 웨이퍼를 균일 압력으로 흡착함으로써 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있는 것이다.

Claims

안착 면(111)에 웨이퍼(W)의 배면을 지지하는 팁(116)이 다수 형성되고, 상기 팁(116) 사이에 진공의 흡입력을 이용하여 상기 웨이퍼(W)를 상기 안착 면(111)에 흡착시키는 진공 홀(112)이 다수 형성된 반도체 제조설비의 진공 척에 있어서,

상기 웨이퍼(W)와의 접촉면적을 최소화하도록 상기 팁(116)의 상부 끝단이 2단으로 형성되며, 상기 진공 홀(112)은 정삼각형으로 연속 위치된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 진공 척.
제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼(W)의 직경이 200mm일 때, 상기 안착 면(111)의 직경은 195.7mm 내지 198mm임을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 진공 척.
제 1항에 있어서, 상기 팁의 높이는 그 하단이 0.2mm 상단이 0.1mm이고, 상기 팁의 직경은 그 하단이 0.5mm 상단이 0.25mm이며, 상기 팁의 간격은 2.5mm임을 특징으로 하는 반도체 제조설비의 진공 척.