KR20070063133A - 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치 - Google Patents

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KR20070063133A
KR20070063133A KR1020050123082A KR20050123082A KR20070063133A KR 20070063133 A KR20070063133 A KR 20070063133A KR 1020050123082 A KR1020050123082 A KR 1020050123082A KR 20050123082 A KR20050123082 A KR 20050123082A KR 20070063133 A KR20070063133 A KR 20070063133A
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채승원
김은석
박흥우
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치에 대하여 개시한다. 그의 장치는, 웨이퍼 카세트 내에 탑재된 웨이퍼를 취출하여 운반하는 로봇암; 상기 로봇암에 의해 운반된 복수개의 웨이퍼를 일방향으로 회전시키는 정반; 상기 정반의 가장자리에서 상기 웨이퍼의 후면를 안착시키는 웨이퍼 안착대; 및 상기 웨이퍼 후면과 상기 웨이퍼 안착대의 표면에서 공극이 발생되지 않도록 평탄면을 갖고 상기 웨이퍼 안착대 상에 형성되는 패드를 포함함에 의해 상기 웨이퍼가 수평 방향으로 미끄러져 유발되는 파티클을 최소화할 수 있기 때문에 생산수율을 향상시킬 수 있다.
로봇암(robot arm), 정반(disk), 웨이퍼 안착대(site), 패드(pad)

Description

이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치{Apparatus for loading wafer at the implanter}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치를 개략적으로 나타낸 평면도.
도 2는 도 1의 웨이퍼 안착대를 나타내는 사시도.
도 3은 도 1의 웨이퍼 안착대를 자세하게 나타내는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 웨이퍼 20 : 로봇암
30 : 정반 40 : 웨이퍼 안착대
50 : 패드
본 발명은 이온주입설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배치 타입을 갖는 이온주입설비의 내부에서 유발되는 파티클을 방지토록 형성된 이온주입설비의 로딩 장치에 관한 것이다.
최근 정보 통신 분야의 급속한 발달과, 컴퓨터와 같은 정보 매체의 대중화에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 또한, 그 기능적인 면에 있어서 반도체 장치의 소자 고집적화 경향에 따라 기판에 형성되는 개별 소자의 크기를 줄이면서 한편으로 소자 성능을 극대화시키기 위해 여러 가지 방법이 연구 개발되고 있다.
이러한 방법 중에 CMOS 기술과 같이, 실리콘 기판에 도전성 불순물을 주입하는 이온주입기술이 대두되고 있다. 이온 주입기술은 열확산기술과 함께 반도체기판 중에 불순물 도입을 위한 기본 공정기술이다.
원리적으로는 옛날부터 가능하다고 되고 있던 기술로서, 1960년대에는 이미 트랜지스터등이 이 방법에 의해서 시작되었다. 최근, LSI의 고집적화, 고밀도화에 대응해서 더 정밀한 불순물제어가 요구되고 있다. 더욱이, 양산기술면에서는 재현성의 향상, 처리능력의 향상이 요구되고 있다.
그 중에서 이온주입기술은 더욱 그 중요성이 증가하여 열확산기술에 대체해서 실용화되게 되었다. 또 이 기술에서는 열확산기술로는 불가능 내지는 아주 어려운 저농도 불순물 도입이나 절연막을 통한 도핑 등도 가능하게 되었다.
이와 같은 이온주입기술에 사용되는 일반적인 이온주입장치가 미국특허번호 4,922,106 또는 미국특허번호 6,635,880에 기재되어 있다.
일반적인 이온주입장치는 웨이퍼의 표면에 이온주입될 도전성 불순물 이온을 추출하는 터미널 모듈과, 상기 터미널 모듈에서 추출된 상기 도전성 불순물 이온을 소정의 에너지로 가속시키는 가속기와, 상기 가속기에서 가속된 상기 도전성 불순물 이온을 상기 웨이퍼의 표면에 이온 주입시키는 엔드 스테이션 모듈을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 엔드 스테이션 모듈은 상기 가속기에서 가속된 상기 도전성 불순물 이온을 상기 웨이퍼의 표면에 스캐닝한다. 이때, 상기 웨이퍼가 대기중에 노출될 경우 상기 도전성 불순물 이온이 대기중의 공기 또는 파티클에 충돌되어 상기 웨이퍼의 표면으로부터 희망한 깊이까지 이온주입될 수 없다.
따라서, 종래 기술에 따른 엔드 스테이션 모듈은 상기 도전성 불순물 이온이 상기 웨이퍼의 표면으로 이온주입될 수 있도록 하기 위해 외부로부터 독립된 공간을 제공한다.
종래의 상기 엔드 스테이션 모듈은 상기 가속기에서 가속된 상기 도전성 불순물 이온을 상기 웨이퍼에 이온주입하기 위해 고진공 상태의 밀폐된 공간을 제공하는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버에 상기 웨이퍼를 이동시키기 위한 트랜스퍼 챔버와, 상기 트랜스퍼 챔버를 통해 상기 공정 챔버 내부에 이동되는 다수개의 상기 웨이퍼가 탑재된 카세트가 로딩되는 로드락 챔버를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 엔드 스테이션은 상기 질량분석기에서 분리 추출된 이온을 가속시켜 소정선폭의 이온빔을 형성하는 가속기와, 상기 가속기에서 형성된 상기 이온빔을 웨이퍼의 표면에 소정각도로 스캐닝시키는 스캐너와, 상기 스캐너에서 스캐닝되는 이온빔을 다수개의 웨이퍼에 입사시키기 위해 상기 다수개의 웨이퍼를 소정의 고속으로 회전시키는 정반(disk)을 구비한 웨이퍼 로딩장치를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 웨이퍼 로딩장치는 상기 스캐너에서 스캐닝되는 이온빔이외에 파티클과 같은 오염물질의 유입을 방지토록 하기 위해 상기 정반이 설치되어 소정의 진공도를 갖도록 밀폐된 공정 챔버와, 상기 공정챔버와 연통되어 상기 다수개의 웨이퍼가 로딩 또는 언로딩되는 로드락 챔버가 채용된다. 또한, 상기 웨이퍼 로딩장치에서는 상기 로드락 챔버를 통해 상기 공정 챔버 내부로 유입되거나, 상기 공정 챔버 내에서 유발되는 파티클과 같은 오염물질을 제거하는 다양한 방법이 요구되어지고 있다.
예컨대, 상기 정반 상에서 상기 웨이퍼의 후면을 지지하는 웨이퍼 안착대(site)는 상기 웨이퍼의 후면이 상기 오염물질에 의해 오염되는 것을 최소화하기 위해 상기 웨이퍼의 후면과 접촉되는 표면적을 최소화할 수 있는 앰보싱 처리된 코팅부재를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 코팅부재는 금속 재질의 상기 웨이퍼 안착대의 표면에 소정의 두께를 갖도록 코팅되어 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치는 상기 코팅부재의 표면과 웨이퍼의 후면사이에 접촉되는 면적이 줄어들어 상기 웨이퍼의 고속 회전 시 상기 코팅부재의 표면에 평행한 방향으로 상기 웨이퍼가 밀리면서 상기 웨이퍼의 후면이 상기 패드의 표면에 마찰되어 다량의 파티클을 유발시킬 수 있기 때문에 생산수율이 줄어드는 단점이 있었다.
또한, 상기 웨이퍼의 후면과 상기 코팅부재 사이에서 유발된 파티클이 앰보싱처리된 상기 웨이퍼 안착대의 상기 코탱부재의 표면에 쉽게 고착되어 상기 웨이퍼 안착대의 클리닝 공정을 어렵게 할 수 있기 때문에 생산성이 줄어드는 문제점이 있었다.
그리고, 상기 코팅부재의 표면이 손상될 경우, 상기 웨이퍼 안착대 및 정반 전체가 교체되어야함으로 이온주입설비의 유지관리비가 증가되어 생산성이 줄어드는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 웨이퍼 안착대에 고정되는 웨이퍼의 후면에서 다량의 파티클 유발을 방지하여 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 웨이퍼 안착대의 클리닝 공정을 쉽게 하여 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치를 제공하는 데 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 이온주입설비의 유지관리비를 줄여 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 양태(aspect)에 따른 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치는, 웨이퍼 카세트 내에 탑재된 웨이퍼를 취출하여 운반하는 로봇암; 상기 로봇암에 의해 운반된 복수개의 웨이퍼를 일방향으로 회전시키는 정반; 상기 정반의 가장자리에서 상기 웨이퍼의 후면를 안착시키는 웨이퍼 안착대; 및 상기 웨이퍼 후면과 상기 웨이퍼 안착대의 표면에서 공극이 발생 되지 않도록 평탄면을 갖고 상기 웨이퍼 안착대 상에 형성되는 패드를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 웨이퍼 안착대(40)를 자세하게 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이온주입설비의 웨이퍼(10) 로딩장치는 웨이퍼 카세트(12) 내에 탑재된 웨이퍼(10)를 취출하여 운반하는 로봇암(20)과, 상기 로봇암(20)에 의해 운반된 복수개의 웨이퍼(10)를 회전시키기 위해 일방향으로 회전되록 형성된 정반(disk, 30)과, 상기 정반(30)의 가장자리에서 상기 웨이퍼(10)의 후면를 안착시키고 고정시키는 웨이퍼 안착대(site, 40)와, 상기 웨이퍼(10) 후면과 상기 웨이퍼 안착대(40)의 표면에서 공극이 발생되지 않도록 평탄면을 갖고 상기 웨이퍼 안착대(40) 상에 형성되는 패드(pad, 50)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 정반(30)은 이온주입설비의 스캐너에서 스캐닝되는 도전성 불 순물로 이루어진 이온빔에 수직하는 방향으로 상기 복수개의 웨이퍼(10)를 회전시키면서 상기 이온빔이 웨이퍼(10)의 전면이 스캐닝될 때까지 고속으로 회전된다. 예컨대, 상기 정반(30)은 가장자리에 약 9개에서 13개 정도의 상기 웨이퍼 안착대(40)가 형성된 바울 모양을 갖도록 형성되어 있다. 또한, 상기 정반(30)은 1200rpm 정도의 속도로 회전된다. 이때, 상기 정반(30)은 회전되면서 상기 스캐너에 대하여 상기 웨이퍼(10)를 X축 방향으로 이동시키고, 상기 스캐너는 상기 웨이퍼(10)에 대하여 상기 이온빔을 Y축 방향으로 이동시키면서 상기 웨이퍼(10)의 전면에 이온빔이 노출되도록 할 수 있다. 또한, 상기 정반(30)의 가장자리에 위치된 상기 웨이퍼 안착대(40)에서 고정된 상기 웨이퍼(10)는 상기 정반(30)의 바깥 방향으로 소정 크기의 원심력을 받는다. 예컨대, 상기 정반(30)의 회전에 의해 상기 웨이퍼(10)가 받는 원심력(F)은 상기 정반(30)의 중심에서 상기 웨이퍼(10) 중심까지의 거리(r)와, 웨이퍼(10)의 질량(m)에 비례하고, 상기 정반(30)이 회전되는 각속도(w)의 제곱에 비례한다(F = - mrw2). 또한, 각속도(v)를 상기 웨이퍼(10)의 선속도(v)와, 상기 정반(30)의 중심에서 상기 웨이퍼(10) 중심까지의 거리(r)로 나타내면(w=v/r), 상기 웨이퍼(10)가 받는 원심력은 상기 웨이퍼(10)의 선속도(v)의 제곱과, 웨이퍼(10)의 질량(m)에 비례하고, 상기 정반(30)의 중심에서 상기 웨이퍼(10) 중심까지의 거리(r)에 반비례한다(F = - mv2/r). 이때, 상기 정반(30)이 상기 웨이퍼(10)를 구속하기 위한 구심력은 상기 웨이퍼(10)가 받는 원심력과 동일 또는 유사한 크기에 상기 원심력에 반대되는 부호를 갖는다(F = mrw2 = mv2/r). 따라서, 상기 정반 (30)은 상기 정반(30)의 가장자리에 형성된 웨이퍼 안착대(40)에 상기 웨이퍼(10)가 소정의 원심력을 갖도록 고속으로 회전된다.
또한, 상기 웨이퍼 안착대(40)는 웨이퍼(10)가 상기 정반(30)의 회전으로부터 이탈되지 않도록 상기 원심력의 반대되는 방향으로 상기 원심력과 동일 또는 유사한 크기의 구심력으로 상기 웨이퍼(10)를 고정시키도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 웨이퍼 안착대(40)는 상기 정반(30)의 가장자리 방향으로 상기 웨이퍼(10)의 외주면을 둘러싸면서 소정의 높이를 갖도록 형성된 펜스(fence, 42)와, 상기 펜스(42)와 대향되는 상기 정반(30)의 중심 방향으로 위치되는 상기 웨이퍼(10)의 외주면을 상기 펜스(42)의 방향으로 밀착시키는 클램프(clamp, 44)와, 상기 클램프(44) 및 클램프(44) 사이에 위치되는 상기 웨이퍼(10)의 후면을 지지하여 상기 웨이퍼 안착대(40)의 상부로 리프팅시키는 복수개의 리프트 핀(lift pin)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 펜스(42)는 상기 정반(30)의 바깥으로 상기 웨이퍼 안착대(40)에서 원심력을 받으면서 고속 회전되는 상기 웨이퍼(10)의 외주면을 지지하는 역할을 한다. 예컨대, 상기 펜스(42)는 약 15°정도의 원호에 해당되는 상기 웨이퍼(10)의 외주면을 지지할 수 있도록 하나가 형성되거나 복수개로 나뉘어져 형성되어 있다. 또한, 상기 클램프(44)는 상기 웨이퍼(10)가 수평방향으로 고정되도록 상기 웨이퍼(10)의 외주면을 밀착시키면서 상기 펜스(42)의 방향으로 전진 또는 후진한다. 또한, 상기 클램프(44)는 상기 펜스(42)에 지지되어 회전되는 상기 웨이퍼(10)가 수직방향으로 세워지지 않도록 상기 웨이퍼(10) 가장자리를 고정시키도록 형성 된 걸림턱을 더 포함하여 이루어진다. 따라서, 상기 클램프(44)는 상기 정반(30)이 회전될 경우 상기 웨이퍼(10)를 상기 펜스(42)에 밀착시키도록 전진하고, 상기 정반(30)이 회전되지 않을 경우 상기 웨이퍼(10)가 상기 복수개의 리프트 핀(46)에 의해 상승되도록 상기 펜스(42)에서 이격되는 방향으로 후진한다.
상기 복수개의 리프트 핀(46)은 상기 웨이퍼 안착대(40)의 하부에 형성된 리프트 플레이트(48)에 의해 수직 상승 하강 이동될 수 있다. 예컨대, 상기 복수개의 리프트 핀(46)은 상기 웨이퍼(10)의 중심에 무게 중심을 갖는 정삼각형의 꼭지점에 대응되는 위치에서 상기 웨이퍼 안착대(40)에 형성된 복수개의 핀홀(pin hole, 46a)을 관통하여 상기 웨이퍼(10)의 후면에 접촉되도록 형성되어 있다. 도시되지는 않았지만, 바울 모양으로 형성된 정반(30)의 가장자리에서 상기 웨이퍼(10)를 상기 이온빔에 수직하는 방향으로 위치시키기 위해 상기 클램프(44)에 고정되는 상기 웨이퍼(10)의 일측을 편중시켜 수직방향으로 리프팅시키는 적어도 하나이상의 슬라이딩 핀(sliding pin)이 더 형성될 수도 있다.
한편, 상기 웨이퍼 안착대(40)의 표면은 상기 웨이퍼(10)의 후면을 지지토록 상기 정반(30)의 가장자리에서 소정 높이로 돌출되도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 웨이퍼 안착대(40)는 알루미늄과 같은 금속재질로 형성되어 있다.
또한, 상기 패드(50)는 상기 웨이퍼 안착대(40)의 표면과 상기 웨이퍼(10) 후면 사이에서 소정의 두께를 갖고 상기 웨이퍼 안착대(40)의 표면에 소정의 접착성을 갖는 접착재로 접착되어 있다. 예컨대, 상기 패드(50)는 약 0.1mm 내지 0.5mm 정도의 두께를 갖는 실리콘 고무 재질로 형성되어 있다. 이때, 상기 웨이퍼의 후면 을 지지하는 패드(50)의 표면이 손상될 경우, 상기 패드(50)만 선택적으로 교체될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이온주입설비의 웨이퍼(10) 로딩장치는 웨이퍼 안착대(40)의 표면에서 소정의 두께를 갖고 접착 또는 분리되는 패드(50)를 구비하여 상기 패드(50)의 표면이 손상되더라도 교체가 용이하기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
또한, 상기 패드(50)는 상기 웨이퍼(10)의 후면이 접촉되는 표면적을 극대화하기 위해 평탄면을 갖도록 형성되어 있다. 이때, 상기 패드(50) 상에서 접촉되는 상기 웨이퍼(10)가 상기 정반(30)의 회전 또는 상기 클램프(44)의 전진에 의해 수평방향으로 밀착되면서 상기 웨이퍼(10)의 후면과 상기 패드(50)의 표면이 마찰되어 파티클이 유발되는 것을 최소화할 수 있다. 예컨대, 상기 패드(50)와 접촉되는 상기 웨이퍼(10)의 후면의 표면적이 넓어져 마찰계수가 증가되어 상기 웨이퍼(10)의 수평이동을 줄일 수 있고, 상기 웨이퍼(10)의 후면이 상기 패드(50) 상에서 수평 방향으로 이동되면서 실리콘 고무 재질로 형성된 상기 패드(50)의 탄성 내에서 구속되도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이온주입설비의 로딩장치는 웨이퍼 안착대(40)와 웨이퍼(10) 후면 사이에서 상기 웨이퍼(10)의 후면에 접촉되는 표면적을 극대 하는 평탄면을 갖도록 형성된 패드(50)를 구비하여 상기 웨이퍼 안착대(40)에 고정되는 상기 웨이퍼(10)의 후면에서 다량의 파티클 유발을 방지하여 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
또한, 평탄면을 갖는 상기 패드(50)의 상부에 다량의 파티클이 유발되더라도 전기적으로 중성화된 이온 건을 통해 분사되는 이온화 공기를 이용한 상기 패드(50)의 표면 클리닝 공정을 용이하게 할 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 이온주입설비의 로딩장치는 웨이퍼(10)의 후면이 접촉되는 표면이 평탄하게 형성된 패드(50) 상에 다량의 파티클이 유발되어 고착되더라도 상기 웨이퍼 안착대(40)의 클리닝 공정을 용이하게 수행토록 할 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있다.
또한, 상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 웨이퍼 안착대와 웨이퍼 후면 사이에서 상기 웨이퍼의 후면에 접촉되는 표면적을 극대 하는 평탄면을 갖도록 형성된 패드를 구비하여 상기 웨이퍼 안착대에 고정되는 상기 웨이퍼의 후면에서 다량의 파티클 유발을 방지하여 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 웨이퍼의 후면이 접촉되는 표면이 평탄하게 형성된 패드 상에 다량의 파티클이 유발되어 고착되더라도 상기 웨이퍼 안착대의 클리닝 공정을 용이하게 수 행토록 할 수 있기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 웨이퍼 안착대의 표면에서 소정의 두께를 갖고 접착 또는 분리되는 패드를 구비하여 상기 패드의 표면이 손상되더라도 교체가 용이하기 때문에 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 웨이퍼 카세트 내에 탑재된 웨이퍼를 취출하여 운반하는 로봇암;
    상기 로봇암에 의해 운반된 복수개의 웨이퍼를 일방향으로 회전시키는 정반;
    상기 정반의 가장자리에서 상기 웨이퍼의 후면를 안착시키는 웨이퍼 안착대; 및
    상기 웨이퍼 후면과 상기 웨이퍼 안착대의 표면에서 공극이 발생되지 않도록 평탄면을 갖고 상기 웨이퍼 안착대 상에 형성되는 패드를 포함함을 특징으로 하는 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 패드는 실리콘 고무 재질을 포함함을 특징으로 하는 이온주입설비의 웨이퍼 로딩장치.
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