KR20090023950A - 웨이퍼 척 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 척 조립체에 관한 것으로서, 상면에 웨이퍼의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1환상홈이 마련되고, 상기 제1환상홈의 하부 및 외측에 각각 내설되는 하부전자석 및 제1사이드전자석을 갖는 하부스테이지와; 상기 하부스테이지의 상측에 소정 거리만큼 이격되도록 배치되되, 하면에 상기 제1환상홈과 동일하고 대응되도록 형성되는 제2환상홈이 마련되고, 상기 제2환상홈의 상부 및 외측에 각각 내설되는 상부전자석 및 제2사이드전자석을 갖는 상부스테이지와; N극과 S극이 원주방향을 따라 교대로 배치되는 링형상으로서 상기 제1환상홈 및 상기 제2환상홈 내에 각각 배치되는 하부영구자석 및 상부영구자석과; 웨이퍼 지지편을 각각 구비하여 상기 하부영구자석 및 상부영구자석을 연결하는 복수개의 연결부; 및 전원으로부터 상기 전자석들에 공급되는 전류의 세기 및 방향을 조절하는 제어부를 포함하는 웨이퍼 척 조립체를 제공한다.
웨이퍼 척, 전자석, 영구자석

Description

웨이퍼 척 조립체{CHUCK ASSEMBLY FOR SUPPORTING WAFER}
본 발명은 웨이퍼 척에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자기력을 이용하여 웨이퍼와 접촉되는 부분을 최소화함으로써 웨이퍼의 변형을 최소화하고, 웨이퍼의 손상에 따른 파티클 발생을 최소화하도록 한 웨이퍼 척 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 상에 세정, 확산, 포토레지스트코팅, 노광, 현상, 식각 및 이온주입과 같은 단위 공정들을 선택적, 반복적으로 수행함으로써 제조되는데, 각 단위 공정을 위한 장비들에는 웨이퍼를 잡거나 지지해주는 장치가 필요하다. 이러한 장치로 웨이퍼척 또는 웨이퍼스테이지라 불리는 접촉식 지지장치들이 널리 사용되고 있다.
도 1은 전술한 종래 접촉식 웨이퍼 지지장치의 일예를 나타낸 단면도인데, 도 1을 참조하여 종래의 접촉식 웨이퍼 지지장치를 간략히 설명하면 다음과 같다.
종래의 접촉식 웨이퍼 지지장치는 공정챔버(10)의 내측 하부에 설치되어 웨이퍼(W)가 안착되는 척(20)과, 상기 척(20)을 관통하도록 형성된 소정 직경의 관통 홀(40)에 삽입되어 웨이퍼(W)를 업/다운시키는 역할을 하는 리프트핀(30)과, 상기 리프트핀(30)의 승강구동을 위한 승강기구(60), 및 상기 척(20)에 안착된 웨이퍼(W)의 에지부와 접촉하여 상기 웨이퍼(W)를 고정지지하도록 상기 척(20)에 마련되는 가이드(50)로 구성된다. 미설명부호 15는 웨이퍼(W)가 출입되도록 공정챔버(10)의 일측에 형성된 게이트를 나타낸다.
그런데 이러한 종래 접촉식 웨이퍼 지지장치의 경우, 척(20)의 상면과 웨이퍼(W)의 하면이 직접접촉됨으로써 마찰에 의한 스크래치가 발생하고, 이러한 스크래치를 통해 발생되는 파티클에 의해 공정챔버(10) 내부가 오염됨으로써 공정불량률이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 리프트핀(30)을 장기간 사용하게 되면 공정진행시 발생하는 고온에 의해 소성변형이 일어나 리프트핀(30)의 승하강시 발생하는 마찰에 의해 리프트핀(30)에 손상이 일어나게 되고, 이와 같이 손상된 리프트핀(30)으로 인하여 웨이퍼(W)가 파손될 위험성이 증가하게 되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여 비접촉식으로 웨이퍼를 지지하는 종래기술이 알려져 있다. 종래기술에 따른 비접촉식 웨이퍼 지지장치를 도 2를 참조로 간략히 설명하면 다음과 같다.
제1부재(10)는 윗면이 밑면보다 큰 직경을 가진 원뿔대 형상이며, 중앙부에 윗면과 밑면을 관통하도록 통기공(11)이 형성되어 있다. 제2부재(20)는 속이 빈 원뿔대 형상이며, 내부에 제1부재(10)를 수용하되, 제1부재(10)의 외면과 제2부재(20)의 내면 사이에 소정의 간극을 두고 수용하여 이 간극에 의해 공기채널(21)이 형성되도록 한다. 제1부재(10)의 윗면 상방에 웨이퍼(50)를 배치하고, 통기 공(11)으로 외부의 공기펌프가 공급한 공기를 분사하고, 공기채널(21)을 통하여는 외부의 공기펌프가 공기를 흡입하도록 한다. 그러면, 웨이퍼(50)는 분사공기의 압력에 의해 도면을 기준하여 상방으로 힘을 받지만, 흡입공기에 의해 형성되는 부압에 의해 도면을 기준하여 하방으로도 힘을 받는다. 이와 같이 분사되는 공기와 흡입되는 공기의 압력을 적절히 조절하면, 웨이퍼(50)는 제1부재(10)의 상방에서 제1부재(10)와 접촉하지 않는 동시에 제1부재(10)로부터 이탈하지도 않는 상태를 유지할 수 있다. 도 6의 화살표는 공기의 유동방향을 가리킨다.
그런데, 반도체의 집적도가 향상되면서, 소형화가 함께 요구되는 추세에 따라 웨이퍼 또한 그 두께가 점차 얇아지고 있다. 예컨대 최근 상용화되고 있는 웨이퍼 중에는 그 두께가 70㎛에 지나지 않는 것도 있다. 따라서 공기압을 이용한 비접촉식 웨이퍼 척에 있어서 공기압 차이에 의해 웨이퍼가 변형되는 문제가 생기는데, 전술한 종래 기술에 따른 비접촉식 웨이퍼 지지장치의 경우, 웨이퍼의 중앙부에서는 상방으로 작용하는 압력이 지배적이고, 웨이퍼의 주변부에서는 하방으로 작용하는 압력이 지배적이므로, 얇은 웨이퍼일수록 변형가능성이 커진다. 이와 같이 웨이퍼가 변형되면 최종 완제품으로써의 반도체 소자의 불량률이 현저히 높아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전자기력을 이용하여 웨이퍼와 접촉되는 부분을 최소화하도록 웨이퍼를 지지함으로써 웨이퍼의 변형을 최소화하고, 웨이퍼의 손상에 따른 파티클 발생을 최소화함으로써 반도체 소자의 공정불량률을 최소화할 수 있는 비접촉식 웨이퍼 척 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체는 상면에 웨이퍼의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1환상홈이 마련되고, 상기 제1환상홈의 하부 및 외측에 각각 내설되는 하부전자석 및 제1사이드전자석을 갖는 하부스테이지와; 상기 하부스테이지의 상측에 소정 거리만큼 이격되도록 배치되되, 하면에 상기 제1환상홈과 동일하고 대응되도록 형성되는 제2환상홈이 마련되고, 상기 제2환상홈의 상부 및 외측에 각각 내설되는 상부전자석 및 제2사이드전자석을 갖는 상부스테이지와; N극과 S극이 원주방향을 따라 교대로 배치되는 링형상으로서 상기 제1환상홈 및 상기 제2환상홈 내에 각각 배치되는 하부영구자석 및 상부영구자석과; 웨이퍼 지지편을 각각 구비하여 상기 하부영구자석 및 상부영구자석을 연결하는 복수개의 연결부; 및 전원으로부터 상기 전자석들에 공급되는 전류의 세기 및 방향을 조절하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 바람직하게 상기 복수개의 연결부는 상기 하부영구자석의 원주방향을 따라 120°간격으로 배치되는 3개로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서 바람직하게 상기 제어부는 상기 전자석들에 공급되는 전류의 세기 및 방향을 조절함으로써 상기 복수개의 연결부를 통해 연결된 상기 하부영구자석 및 상부영구자석이 상기 제1환상홈 및 상기 제2환상홈의 내측면으로부터 이격되도록 부양시키거나 부양된 상태로 중심축을 기준으로 회전하도록 제어한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체에 의하면, 전자기력을 이용하여 웨이퍼와 접촉되는 부분을 최소화하도록 웨이퍼를 지지함으로써 웨이퍼의 변형을 최소화하고, 웨이퍼의 손상에 따른 파티클 발생을 최소화함으로써 반도체 소자의 공정불량률을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체의 단면도이고, 도 4는 도 3의 상부스테이지를 제외한 본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체의 사시도이며, 도 5는 도 4의 평면도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체(100)는 상면에 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1환상홈(112)이 마련되고, 상기 제1환상홈(112)의 하부 및 외측에 각각 내설되는 하부전자석(120) 및 제1사이드전자석(130)을 갖는 하부스테이지(110)를 구비한다. 상기 하부전자석(120) 및 제1사이드전자석(130)은 후술할 전원(210)으로부터 공급되는 전류의 세기 및 방향을 조절하는 제어부(220)에 의해 제어된다.
상기 하부스테이지(110)의 상측에는 상부스테이지(150)가 소정 거리만큼 이격되도록 배치된다. 상기 상부스테이지(150)는 상기 하부스테이지(110)와 대칭되는 구조를 갖는데, 구체적으로는 하면에 상기 제1환상홈(112)과 동일하고 대응되도록 형성되는 제2환상홈(152)이 마련되고, 상기 제2환상홈(152)의 상부 및 외측에 각각 내설되는 상부전자석(160) 및 제2사이드전자석(170)을 갖는다. 상기 상부전자석(160) 및 제2사이드전자석(170) 역시 후술할 전원(210)으로부터 공급되는 전류의 세기 및 방향을 조절하는 제어부(220)에 의해 제어된다.
상기 하부스테이지(110)의 제1환상홈(112) 내부에는 N극과 S극이 원주방향을 따라 교대로 배치되도록 구성된 링형상의 하부영구자석(140)이 배치되며, 상기 상부스테이지(140)의 제2환상홈(142) 내부에는 전술한 하부영구자석(140)과 동일한 구조를 갖는 상부영구자석(180)이 배치되는데, 상기 하부영구자석(140)과 상기 상부영구자석(180)은 복수개의 연결부(190)에 연결되어 일체로 움직이도록 구성된다.
상기 복수개의 연결부(190) 각각에는 웨이퍼(W)의 에지부를 지지하는 웨이 퍼 지지편(192)이 마련되어 있다. 즉, 상기 복수개의 연결부(190)는 각각에 마련되는 상기 웨이퍼 지지편(192)을 통해 웨이퍼(W)를 지지하는 역할을 수행함과 동시에 상기 하부영구자석(140)과 상기 상부영구자석(180)을 연결시키는 역할을 수행한다. 한편, 상기 웨이퍼 지지편(192)에는 웨이퍼(W)의 에지부와 접촉되는 부분에 완충부재(미도시)를 더 마련함으로써 웨이퍼(W)의 에지부에서 발생될 수 있는 스크래치나 파손을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 복수개의 연결부(190)는 상기 하부영구자석(140)의 원주방향을 따라 120°간격으로 배치되는 3개로 구성되나, 상기 연결부(190)의 개수는 반드시 전술한 실시에에 한정되지 않는다. 즉, 일측 방향으로는 120°간격을 유지하되, 그 이외의 방향에서는 60°간격으로 배치되도록 5개로 구성할 수도 있고, 나아가 그 개수를 더 증가시킬 수도 있다. 다만, 전술한 바와 같이, 일측 방향은 120°간격을 유지하도록 구성하여야 한다. 이는 상기 하부스테이지(110)와 상기 상부스테이지(150) 사이의 공간(200)으로 유입되어 상기 복수개의 연결부(190)에 마련된 웨이퍼 지지편(192)에 웨이퍼(W)가 안착될 수 있도록 웨이퍼(W)의 진입 및 퇴출공간을 확보하기 위함이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체(100)는 또한 전원(210)으로부터 상기 전자석들(120, 130, 160, 170)에 공급되는 전류의 세기 및 방향을 조절하는 제어부(220)를 구비한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체(100)의 작용에 대해 살펴보면 다음과 같다.
상기 복수개의 연결부(190)를 통해 상기 상부영구자석(180)과 일체로 연결된 상기 하부영구자석(140)은 도면으로 도시하지는 않았으나 최초 상기 하부스테이지(110)의 제1환상홈(112) 저면에 안착되어 있는 상태를 형성한다.
이후 상기 제어부(220)가 상기 전자석들(120, 130, 160, 170) 각각이 상기 상부영구자석(180)과 상기 하부영구자석(140)의 극성에 반대되는 극성으로 자화되도록 상기 전자석들(120, 130, 160, 170)에 전류를 공급함으로써 상기 전자석들(120, 130, 160, 170)과 상기 상부영구자석(180) 및 하부영구자석(140) 상호간의 반발력을 통해, 도 3에 도시된 바와 같이, 일체로 연결된 상기 상부영구자석(180) 및 하부영구자석(140)을 부양시킨다.
따라서 본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체(100)에 의하면, 웨이퍼 지지편(192)에 안착된 웨이퍼(W)가, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 지지편(192)과 접촉된 에지부를 제외하고는 비접촉 상태를 유지하도록 하면서 반도체 소자의 제조를 위한 소정 단위 공정, 예를 들어 세정, 확산, CVD(Chemical Vapor Deposition: 화학기상증착), 이온주입 공정 등이 수행될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제어부(220)는 반도체 소자의 제조를 위한 단위 공정 중 웨이퍼(W)의 회전이 필요한 경우, 상기 전자석들(120, 130, 160, 170)에 공급되는 전류의 방향 및 세기를 조절함으로써 웨이퍼(W)를 지지하는 복수개의 연결부(190)를 통해 일체로 연결된 상기 상부영구자석(180) 및 하부영구자석(140)이 그 중심축을 기준으로 회전하도록 제어한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래 접촉식 웨이퍼 지지장치의 일예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래 비접촉식 웨이퍼 지지장치의 일예를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체의 단면도이다.
도 4는 도 3의 상부스테이지를 제외한 본 발명에 따른 웨이퍼 척 조립체의 사시도이다.
도 5는 도 4의 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 하부스테이지 112 : 제1환상홈
120 : 하부전자석 130 : 제1사이드전자석
140 : 상부스테이지 142 : 제2환상홈
150 : 상하부전자석 160 : 제2사이드전자석
170 : 연결부 172 : 웨이퍼 지지편
180 : 전원 190 : 제어부

Claims (3)

  1. 상면에 웨이퍼의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1환상홈이 마련되고, 상기 제1환상홈의 하부 및 외측에 각각 내설되는 하부전자석 및 제1사이드전자석을 갖는 하부스테이지;
    상기 하부스테이지의 상측에 소정 거리만큼 이격되도록 배치되되, 하면에 상기 제1환상홈과 동일하고 대응되도록 형성되는 제2환상홈이 마련되고, 상기 제2환상홈의 상부 및 외측에 각각 내설되는 상부전자석 및 제2사이드전자석을 갖는 상부스테이지;
    N극과 S극이 원주방향을 따라 교대로 배치되는 링형상으로서 상기 제1환상홈 및 상기 제2환상홈 내에 각각 배치되는 하부영구자석 및 상부영구자석;
    웨이퍼 지지편을 각각 구비하여 상기 하부영구자석 및 상부영구자석을 연결하는 복수개의 연결부; 및
    전원으로부터 상기 전자석들에 공급되는 전류의 세기 및 방향을 조절하는 제어부를 포함하는 웨이퍼 척 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 연결부는 상기 하부영구자석의 원주방향을 따라 120°간격으로 배치되는 3개로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 척 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전자석들에 공급되는 전류의 세기 및 방향을 조절함으로써 상기 복수개의 연결부를 통해 연결된 상기 하부영구자석 및 상부영구자석이 상기 제1환상홈 및 상기 제2환상홈의 내측면으로부터 이격되도록 부양시키거나 부양된 상태로 중심축을 기준으로 회전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 척 조립체.
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