KR20090046858A

KR20090046858A - 베르누이 완드

Info

Publication number: KR20090046858A
Application number: KR1020097003790A
Authority: KR
Inventors: 유하 폴 릴예루스
Original assignee: 에이에스엠 아메리카, 인코포레이티드
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2009-05-11
Also published as: CN101496159A; JP2009545891A; WO2008016748A1; US20080025835A1; TW200816347A

Abstract

걸이 및 고온 공정 챔버 사이에 얇은 (예를 들어, 200 mm) 반도체 웨이퍼들(60)을 이송하는 베르누이 완드(50)를 개시한다. 완드(50)는 웨이퍼(60) 전체를 덮도록 구성된 헤드 부분(54)을 가진다. 웨이퍼(60)의 상부 표면(62)과 웨이퍼의 하부 표면(68) 사이에 압력 차이를 생성하기 위하여, 헤드(54)는 웨이퍼(60)의 상부 표면(62)을 따라서 가스의 유동을 발생하도록 구성된 복수의 가스 배출부들(74)을 가진다. 상기 압력 차이는, 베르누이 원리를 이용하여, 실질적으로 비접촉 방법으로 완드(50)의 헤드 부분(54) 하에 웨이퍼(60)를 지지하는 상승력을 발생한다.

베르누이, 완드, 반도체 웨이퍼, 고온 공정 챔버

Description

베르누이 완드{Bernoulli wand}

본 발명은 반도체 기판 핸들링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 베르누이 효과를 이용하여 기판을 상승시키기 위하여 가스 유동을 사용하는 반도체 기판 픽업 장치들에 관한 것이다.

집적 회로들은 통상적으로 웨이퍼로 알려진 반도체 물질의 얇은 박판 상에 형성된 트랜지스터들 및 다이오드들과 같은 많은 반도체 소자들로 구성된다. 웨이퍼 내에 반도체 소자들의 제조에 사용되는 공정들의 일부는 웨이퍼를 고온 챔버들 내에 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 웨이퍼는 고온 가스들에 노출되고, 이에 따라 상기 웨이퍼 상에 층들이 형성된다. 이러한 집적 회로들을 형성하는 경우에 있어서, 웨이퍼가 그 내부에서 1200℃의 온도로 상승될 수 있는 고온 챔버 내로 상기 웨이퍼를 로딩하고, 또한 상기 고온 챔버로부터 상기 웨이퍼를 언로딩할 필요가 있다. 이러한 고온 공정의 예로서 에피택셜 화학 기상 증착이 있으며, 본 기술 분야의 당업자는, 예를 들어 400℃에 비하여 높은 온도의 공정의 다른 예들을 이해할 수 있다. 그러나, 상기 웨이퍼는 매우 부서지기 쉽고, 또한 미립자에 의하여 오염되기 쉬우므로, 상기 웨이퍼가 이송되는 동안에 상기 웨이퍼를 물리적으로 손상시키지 않도록 매우 세심한 주의가 필요하며, 특히 웨이퍼가 가열된 상태 내에서 주 의하여야 한다.

이송 공정 동안에 웨이퍼가 손상되지 않도록, 다양한 웨이퍼 픽업(pick-up) 장치들이 개발되어 왔다. 특정한 어플리케이션 또는 상기 웨이퍼가 그로부터 상승되는 환경은 종종 가장 효과적인 유형의 픽업 장치를 결정한다. 베르누이 완드들로서 알려진, 픽업 장치들의 하나의 유형은, 매우 고온의 웨이퍼를 이송하는 것에 특히 적절할 수 있다. 석영으로 형성된 베르누이 완드들은 특히 고온 챔버들 사이에서 웨이퍼들을 이송하기에 적합할 수 있으며, 이는 금속 재질의 설계들은 이러한 고온들을 견디지 못할 수 있고, 및/또는 이와 같이 상승한 온도들에서 웨이퍼들을 오염시킬 수 있기 때문이다. 상기 베르누이 완드에 의하여 제공되는 잇점은, 고온 웨이퍼가, 상기 완드의 하측부 상에 상기 웨이퍼 에지의 바깥쪽에 위치한 하나 또는 그 이상의 작은 위치 설정 요소들을 제외하고, 픽업 완드와 일반적으로 접촉하지 않는 것이다. 이에 따라 상기 완드에 의하여 야기되는 상기 웨이퍼로의 접촉 결함을 최소화한다. 고온의 웨이퍼를 핸들링하기 위한 베르누이 완드들은 굿윈 등(Goodwin et al.)에 의한 미국특허번호 제5,080,549호 및 페로 등(Ferro et al.)에 의한 미국특허번호 제6,242,718호에 개시되어 있고, 이들의 개시 전체는 본 명세서에서 결합된다. 상기 베르누이 완드는 통상적으로 로봇팔 또는 웨이퍼 핸들링 팔(arm)의 전단부에서 로딩된다.

특히, 베르누이 완드가 웨이퍼 상에 위치하는 경우에 있어서, 상기 베르누이 완드는, 상기 웨이퍼 바로 위의 압력을 웨이퍼 바로 아래의 압력에 비하여 낮게 하는 가스의 제트(jet)를 이용하여 상기 웨이퍼 상에 가스 유동 패턴을 생성한다. 결과적으로, 압력 불균형은 상기 웨이퍼가 상측 방향으로 상승되도록 한다. 상기 웨이퍼가 상기 완드를 향하여 상측으로 당겨짐에 따라, 상승력을 생성하는 동일한 제트는 상기 웨이퍼가 상기 베르누이 완드와의 접촉을 차단하는 반발력을 더 크게 생성하게 된다. 결과적으로, 실질적으로 비접촉 방법으로 상기 완드 하에 상기 웨이퍼를 유지할 수 있다.

200 mm 또는 그 미만의 직경을 가지는 웨이퍼들을 고온 공정들에서 이송하기 위한 통상적인 석영 재질의 베르누이 완드의 설계가 도 1a에 도시되어 있다. 상기 베르누이 완드는 바람직하게는 석영을 이용하여 형성되며, 이에 따라 매우 고온의 웨이퍼들을 이송할 수 있는 잇점이 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 베르누이 완드(10)는 절두된(truncated) 측들(12)을 가지며, 이에 따라 베르누이 완드(10)는 복수의 웨이퍼 공정 장치 내에서 수 개의 웨이퍼들을 지지하는 카세트 걸이(cassette rack)로부터 웨이퍼들을 로딩하거나 언로딩할 수 있다.

도 1b는 카세트 걸이의 선반들(16) 사이의 베르누이 완드(10)의 평평한 헤드 부분(14)의 평면도이다. 개별적인 슬롯들(slot, 17)을 가지는 통상적인 카세트 걸이(8)가 도 1c에 도시되어 있다. 각각의 슬롯(17)은 웨이퍼(20)를 수용할 수 있다. 통상적으로, 이러한 카세트 걸이들(16)은 수직 칼럼에서 26개의 200 mm 직경의 웨이퍼들을 수용한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 절두된 측들(12)은 베르누이 완드(10)가 카세트 걸이의 선반들(16) 사이에 삽입되는 것을 허용한다. 웨이퍼(20)가 카세트 걸이(8)의 슬롯(17, 도 1c에 도시됨)에 로딩된 경우에, 베르누이 완드(10)가 선반들(16) 내로 삽입되는 동안, 웨이퍼(20)의 반대의 주변 에지들(측 들(12)에 의하여 덮이지 않는 에지들임)은 도 1b에 점선 20으로 도시된 바와 같이 카세트 걸이(8)의 선반들(16)에 의하여 수평으로 지지된다. 절두된 측들(12)을 가지는 베르누이 완드(10)는 선반들(16) 사이에 딱 맞도록 구성되고, 이에 따라 상당히 밀집되어 적층된 카세트 걸이(8)를 허용한다.

웨이퍼가 고온 공정 챔버 내로 로딩되고, 또한 특히 서셉터의 고온 표면 상에 로딩되는 동안, 본 기술분야의 당업자에게 자명한 바와 같이, 상기 웨이퍼의 하측 부분이 상측 부분에 비하여 보다 빠르게 가열되기 때문에, 웨이퍼가 통상적으로 뒤틀어진다. 이러한 불균일 가열은 상기 웨이퍼를 일시적으로 뒤틀어지게 하며, 이는 "컬(curl)" 또는 "컬링(curling)"으로 지칭된다. 상기 컬링은 400℃ 이상의 온도를 가지는 공정 챔버 내에서 특히 문제가 된다. 이러한 컬링 효과는 서셉터와 같은 고온의 기판 지지대 상에 상온의 웨이퍼가 위치하는 경우에 매우 빠르게 발생될 수 있다. 매우 빠른 경우에 있어서, 상기 효과는 웨이퍼를 상승시켜 접촉시킬 수 있고, 또한 상기 웨이퍼를 상기 서셉터의 원하는 위치로부터 이동시킬 수 있다.

상기 컬링의 경향은 웨이퍼를 픽업하거나 및 내려놓는 동안에 상기 웨이퍼 내에 발생하는 온도 구배에 의하여 야기될 수 있고, 처리되는 웨이퍼의 유형에 의존할 수 있다. 웨이퍼 컬링은 특히 얇은 웨이퍼에 문제가 될 수 있다. 통상적으로, 웨이퍼가 얇아질수록, 온도 구배와 연관된 열팽창 계수의 차이에 의하여 컬링의 경향은 더 심해진다. 이와 유사하게, 두 개의 웨이퍼가 서로 접착된 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator, SOI) 웨이퍼들은 컬링되는 경향이 있다. 높은 응력 수준을 가지는 경향이 있는 고 농도로 도핑된 기판들은, 상기 기판이 서셉터와 같이 고온 표면과 접촉할 때에, 컬링되는 경향이 더 심해진다. 또한, 상술한 바와 같이, 웨이퍼와 그 상에 상기 웨이퍼를 내려놓는 지지 구조 사이의 매우 큰 온도 차이는 컬링을 야기할 수 있다.

도 1a 내지 도 1c에 도시된 설계는 특정한 문제점이 있다. 카세트들의 사용을 용이하게 하기 위한 개구 측들때문에, 상기 웨이퍼 및 완드(10) 사이가 접촉될 정도로 웨이퍼 컬링이 심한 경우에는 베르누이 완드(10)의 절두된 측들(12)에 의하여 활성 소자들이 형성되는 컬링된 웨이퍼의 전면(front side)에 흠집을 발생될 수 있다. 상기 절두된 부분 하의 웨이퍼 영역은 직접적으로 방사되므로, 완드(10)의 절두된 측들(12)은 상기 웨이퍼에 걸쳐서 온도 차이를 증가시키므로 컬링의 정도를 촉진하게 된다. 베르누이 완드(10)의 절두되지 않는 부분 하의 웨이퍼의 부분들은 웨이퍼에의 방사(radiation)에 대하여 필터로서 작용할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따라서, 고온용의 실질적으로 투명한 헤드 부분과 고온용의 연장된 목부를 포함하는 웨이퍼 핸들링 장치가 제공된다. 상기 헤드 부분은 200 mm 또는 그 미만의 직경을 가지는 웨이퍼를 이송하도록 구성되고, 베르누이 효과를 이용하여 웨이퍼를 지지하는 방법으로 상기 웨이퍼에 대향하여 가스 유동을 인도하도록 배열된 적어도 하나의 가스 배출부를 가진다. 상기 헤드 부분은 상기 웨이퍼 전체 상에 위치하도록 구성된다. 상기 연장된 목부는 제1 단부와 제2 단부를 가지고, 상기 제1 단부에서 로봇팔과 연결되고 상기 제2 단부에서 상기 헤드 부분과 연결되도록 구성된다. 상기 헤드 부분과 상기 목부는 유체 수송을 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라서, 반도체 공정 장치가 제공된다. 상기 반도체 공정 장치는, 수직으로 적층된 복수의 웨이퍼 슬롯을 포함하는 걸이, 고온용의 실질적으로 투명한 웨이퍼 핸들링 장치, 및 공정 챔버를 포함한다. 상기 웨이퍼 핸들링 장치는, 웨이퍼를 그 상에서 실질적으로 비접촉 방법으로 지지하도록 구성되고, 실질적으로 상기 웨이퍼 전체 상에 위치하도록 구성된 헤드 부분을 가진다. 상기 웨이퍼 핸들링 장치는, 상기 걸이 내에서 상기 웨이퍼에 접근하도록 구성되고, 상기 웨이퍼를 상기 공정 챔버로 이송한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라서, 반도체 웨이퍼의 이송 방법이 제공된다. 베르누이 완드의 헤드 부분은 200 mm 또는 그 미만의 직경을 가지는 웨이퍼의 상부 표면의 전체 상에 위치한다. 상기 헤드 부분은 고온 공정을 위한 물질로 형성된다. 상기 웨이퍼의 상부 표면 상에 낮은 압력 영역을 생성하여, 상기 웨이퍼가 상기 헤드 부분으로 당겨진다. 상기 웨이퍼를 상기 낮은 압력 영역으로 지지하면서, 실질적으로 비접촉 방법으로 웨이퍼가 이송된다.

본 발명의 상술한 측면들 및 다른 측면들은 하기의 상세한 설명, 첨부된 청구항들, 및 도면들에 의하여 본 기술 분야의 당업자에게 명백해질 것이며, 이들은 본 발명을 설명하기 위하여 의도되었으며 본 발명을 한정하려는 것은 아니다.

도 1a는 베르누이 완드의 개략적인 평면도이다.

도 1b는 카세트의 선반들 사이에 도 1a의 베르누이 완드의 평평한 헤드 부분의 개략적인 상면 평면도이다.

도 1c는 카세트 걸이의 상면 및 앞면을 도시하는 개략적으로 사시도이다.

도 2a는 실시예에 따라, 반도체 웨이퍼와 결합되도록 구성된 베르누이 완드를 포함하는 웨이퍼 이송 시스템을 개략적으로 도시한다.

도 2b는 도 2a의 베르누이 완드의 개략적인 상면도이다

도 2c는 도 2a의 베르누이 완드의 헤드의 하부 플레이트 내의 경사진 가스 배출홀의 단면도이다.

도 2d는 다른 실시예에 따른 베르누이 완드의 헤드의 측면도이다.

도 2e는 베르누이 완드를 포함하는 반도체 공정 시스템을 개략적으로 도시하는 다이어그램이다.

하기의 바람직한 실시예들 및 방법들의 상세한 설명은 청구항들의 이해를 돕기 위하여 특정한 실시예들의 설명을 제공한다. 그러나, 청구항들에 의하여 정의되고 나타내지는 바와 같이 본 발명은 많은 다른 실시예들 및 방법들로 구현될 수 있다.

예시적인 목적으로서 도면들을 보다 구체적으로 참조하면, 본 발명은 일반적으로 도면들에 나타난 장치들로서 구현된다. 본 명세서에 개시된 기본적인 개념에서 벗어남이 없이, 이러한 장치들은 구성 및 부분들의 상세함에서 다양할 수 있고, 방법들은 특정한 단계들 및 순서에 의하여 다양할 수 있음을 이해할 수 있다.

하기에 개시된 개선된 웨이퍼 이송 시스템은, 상술한 바와 같이, 특히 매우 얇은 200 mm 또는 그보다 작은 직경의 웨이퍼들에 대하여, 완드들과 관련된 컬 링(curling) 문제를 최소화하고 고온 공정을 위한 투명한 물질로 형성된 개량된 베르누이 완드(Bernoulli wand)를 포함한다. 적절한 투명 고온 물질들은 석영, 유리, 및 세라믹을 포함하지만, 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 베르누이 완드들은 실온 내지 약 1150℃ 범위의 온도, 바람직하게는 약 400℃ 내지 900℃ 범위의 온도, 더 바람직하게는 약 300℃ 내지 500℃ 범위의 온도를 견딜 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 매우 얇은 웨이퍼들이 통상적으로 약 250

내지 300

의 두께를 가지는 것을 이해할 수 있다. 통상적으로, 상기 웨이퍼와 주변 영역 사이에 직접적으로 열 에너지를 이송하는 "개구 영역"(상술한 바와 같이 절두된 측(12)임)이 베르누이 완드 내에 위치한다. 상기 웨이퍼의 직접적인 가열 또는 냉각은 베르누이 완드 내의 상기 "개구 영역"을 통하여 일어나며, 이에 따라 원하지 않은 컬링 효과를 발생한다. 통상적인 고온용 200 mm 베르누이 완드(10)의 절두된 측들(12)이 웨이퍼의 앞면과 접촉할 수 있고 흠집을 낼 수 있으므로, 상기 컬링 효과는 더 문제가 된다. 흠집에 의하여 상기 웨이퍼를 손상시킬 우려는, 고온 공정 챔버에 로딩하거나 언로딩하는 동안에 얇은 웨이퍼의 면적 전체를 덮도록 상기 완드를 개량하여 최소화할 수 있다. 상기 웨이퍼의 면적 전체를 덮으므로, 상기 개량된 완드는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 상기 베르누이 완드의 절두된 측들을 가지지 않는다.

본 명세서에 설명된 웨이퍼 이송 메커니즘은 에피택셜 증착 시스템 내에서 사용될 수 있고, 또한 다른 유형의 반도체 공정 시스템 내에서 사용될 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 개량된 완드가 절두된 측들을 갖지 않을 수 있음을 이해할 수 있고, 하기에 상세하게 설명되는 바와 같이, 0.375 인치와 동일하거나 또는 더 큰 선반 공간 또는 피치를 가지는 걸이에서 웨이퍼들에 접근하도록 사용되는 것이 바람직하다

도면들에 부재번호는 개시되어 있으며, 도면들 전체에 대하여 유사한 부재번호들은 유사한 부재들을 지칭한다. 도 2a는 실질적으로 평평한 반도체 웨이퍼(60)를 고온 챔버 내로 또는 고온 챔버로부터 이송하기 위하여 적용되는 반도체 웨이퍼 이송 시스템(29)의 일실시예를 개략적으로 도시한다. 특히, 시스템(29)은, 실질적으로 비접촉 방법으로 이송하기 위하여, 200 mm 또는 그 미만의 직경을 가지는 웨이퍼와 연결되도록 구성된 이동가능한 베르누이 완드(50)를 가지는 웨이퍼 이송 어셈블리(30)를 포함한다. 시스템(29)은 질소(N₂)와 같은 불활성 가스(33)의 유동을 완드(50)에 공급하도록 적용된 가스 공급부 어셈블리(31)를 더 포함한다. 다른 말단 작동 장치가 반도체 공정 영역에 위치하는 것과 같이, 베르누이 완드(50)는 통상적으로 로봇에 장착되어 있음을 이해할 수 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 가스 공급부 어셈블리(31)는 통상적으로 주 가스 저장부(32)와 그와 연결된 주 가스 배관(34)을 포함한다. 특히, 가스 저장부(32)는 상대적으로 고압 하에서 많은 양의 가스를 저장하도록 적용된 폐쇄형 캐비티(cavity) 및 연장된 시간 동안 배관(34)을 통하여 가스(33)의 유동을 제어가능하게 공급하는 압력 조정기를 포함한다. 또는, 가스 저장부를 대신하여 가압 형(pressurized) 가스 공급부가 사용될 수 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 이송 어셈블리(30)는 가스 인터페이스(36), 배관(40), 및 로봇팔(44)을 포함하고, 로봇팔(44)은 인접 단부 또는 후측 단부(41), 이동가능한 이격 단부 또는 전측 단부(43), 및 그들 사이에서 연장된 폐쇄형 가스 채널(42)을 포함한다. 특히, 가스(33)가 로봇팔(44) 내로 유동할 수 있도록, 가스 인터페이스(36)는 가스 공급부 어셈블리(31)의 주 가스 배관(34)과 커플링되도록 적용될 수 있다. 또한, 로봇팔(44)의 전측 단부(43)는 제어가능하게 위치하도록 적용될 수 있고, 이에 따라 그와 연결된 베르누이 완드(50)를 제어된 방법으로 위치시킬 수 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 베르누이 완드(50)는, 연장된 목부(neck) 또는 후측 부분(52), 전측 부분 또는 평평한 헤드(54), 및 복수의 정렬 발부(alignment feet, 56)를 포함한다. 목부(52)는 제1 단부(51) 및 제2 단부(53), 상부 표면(48), 및 제1 단부(51)로부터 제2 단부(53)로 연장된 폐쇄형 중심 가스 채널(70)을 포함한다. 또한, 로봇팔(44) 내의 채널(42)로부터 베르누이 완드(50)의 목부(52)의 중심 가스 채널(70)로 가스(33)가 유동할 수 있도록, 목부(52)의 제1 단부(51)가 로봇팔(44)의 전측 단부(43)와 부착된다. 또한, 헤드(54)를 물리적으로 지지하고, 중심 가스 채널(70)로부터 헤드(54)로 가스(33)가 유동할 수 있도록, 베르누이 완드(50)의 목부(52)의 제2 단부(53)는 완드(50)의 헤드(54)와 부착된다.

도 2a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제1 단부(57), 하부 표면(55), 및 상부 표면(59)을 가지는 복합 구조를 형성하기 위하여, 헤드(54)는 평행하게 결합되 는 실질적으로 평평한 상부 플레이트(66)와 실질적으로 평평한 하부 플레이트(64)로 구성된다. 헤드(54)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼의 면적 전체를 덮기 위한 크기와 형상을 가진다. 바람직한 실시예에 있어서, 헤드(54)는 실질적으로 절두된 측들을 가지지 않는 원형이고, 바람직하게는 200 mm 또는 그 미만의 직경을 가지는 웨이퍼를 이송하도록 구성된다. 헤드(54)의 직경은 바람직하게는 상기 웨이퍼의 직경과 대략 동일할 수 있다. 예를 들어, 200 mm 직경의 웨이퍼를 이송하도록 구성된 완드(50)의 헤드(54)는 바람직하게는 약 200 mm의 직경을 가진다. 일부 실시예들에 있어서, 헤드(54)는 상기 웨이퍼의 직경보다 크거나 작은 직경을 가질 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는, 헤드(54)가 너무 크면 헤드(54)와 걸이 또는 카세트 사이의 계면을 간섭할 수 있고, 반면 헤드(54)가 너무 작으면 적절한 베르누이 효과를 제공하지 못할 수 있음을 이해할 수 있다. 따라서, 헤드(54)의 직경은 바람직하게는 웨이퍼의 직경에 대하여 ± 5 mm 이거나, 더 바람직하게는 웨이퍼의 직경에 대하여 ± 2 mm 이다. 일부 실시예들에 있어서, 헤드(54)는 완전히 원형이 아니고, 하나의 축을 따른 직경이 다른 축을 따른 직경에 비하여 클 수 있다. 헤드(54)는 두께 "t" (도 2a 및 도 2d)를 가지고, 바람직하게는 약 1/8 인치 내지 3/8 인치의 두께, 더 바람직하게는 약 0.120 인치의 두께를 가진다. 바람직한 실시예에 있어서, 각각의 플레이트(64, 66)는 약 0.060 인치 두께를 가진다.

상기 웨이퍼의 면적 전체가 헤드(54)에 의하여 덮이므로, 상술한 바와 같은 웨이퍼의 컬링 문제는 최소화되고, 이는 상기 웨이퍼와 그 상의 주변 영역 사이(예 를 들어, 완드 상에 위치한 열 램프들와 웨이퍼)에 직접적으로 열 에너지를 이송하는 베르누이 완드의 "개구 영역(open area)"을 형성하는 절두된 측들이 없기 때문이다. 상기 베르누이 완드가 투명하다고 하여도, 일정한 주파수의 광에 대하여 필터로서 기능한다. 따라서, 절두된 측들이 없으므로, "개구 영역"을 통하여 상기 웨이퍼가 직접적으로 가열 또는 냉각되지 않으며, 이에 따라, 고온 공정 챔버로 이송하거나 고온 공정 챔버로부터 이송되는 경우에 있어서, 상기 웨이퍼를 픽업하거나 내리는 도중에 원하지 않는 컬링 효과가 최소화된다. 절두된 측들을 포함하는 완드는 "개구 영역" 내에 필터를 전혀 제공하지 않으며, "개구 영역"을 통한 직접적인 가열은 컬링을 증대시킨다. 상기 헤드의 원형 설계는 상기 웨이퍼의 상부 표면 전체에, 바람직하게는 질소 가스인, 균일한 가스 유동을 제공하고, 이에 따라 컬링을 최소화하고, 더 높은 온도에서 더 얇은 웨이퍼를 처리할 수 있다.

또한, 완드(50)의 목부(52), 헤드(54), 및 발부(56)가 바람직하게는 예를 들어, 석영과 같은 고온용 투명한 물질로 구성되므로, 베르누이 완드(50)는 바람직하게는 웨이퍼(60)를 처리하기 위하여, 1150℃, 더 바람직하게는 약 400℃ 내지 900℃의 범위, 및 보다 더 바람직하게는 약 300℃ 내지 500℃의 범위의 온도를 가지는 고온 챔버로 확장될 수 있고, 반면 웨이퍼(60)의 손상은 최소화된다. 이러한 고온용 물질들의 사용하면, 완드(50)가 기판을 오염시키지 않고 상대적으로 고온 기판들을 픽업하도록 할 수 있다.

또한, 헤드(54)는 목부(52)에 의하여 지지되며, 목부(52)와 유체 수송(fluid commucation)한다. 헤드(54)는, 하기에 설명하는 바와 같이, 헤드(54)의 하부 표 면(55, 도 2a에 도시됨) 상에 위치하는 복수의 가스 배출홀들(74, 도 2b에 도시됨)로 가스(33)를 유동하도록 더 적용될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 헤드(54)는 폐쇄형 중심 가스 채널(71) 및 채널(71)로부터 측방향으로 연장되는 복수의 폐쇄형 측 채널들(72)을 더 포함하고, 중심 채널(71) 및 측 채널들(72) 각각은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 헤드(54)의 하부 플레이트(64)의 상부 표면 내에 그루브(groove)들로 형성된다. 또는, 중심 채널(71) 및 복수의 채널들은 상부 플레이트(66)의 하부 표면 내에 형성될 수 있다. 또한, 중심 채널(71)로부터 측 채널들(72) 각각으로 가스(33)를 유동하기 위하여, 측 채널들(72) 각각은 중심 채널(71)로부터 연장될 수 있다. 또한, 헤드(54)는, 측 채널들(72)로부터 헤드(54)의 하부 표면(55, 도 2a에 도시됨)까지 하부 플레이트(64)를 통하여 연장되는 경사지게 배분된 복수의 가스 배출홀들(74)를 더 포함할 수 있고, 도 2a 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 상에 외측방향으로 전체적으로 방사형의 패턴을 가지는 가스 유동(76)을 형성한다. 본 기술 분야의 당업자는 상기 경사진 가스 유동의 패턴이 베르누이 효과를 발생함을 이해할 수 있다.

평평한 상부 표면(62) 및 평평한 하부 표면(68)을 가지는 웨이퍼(60) 상에 완드(50)가 위치하는 경우에 있어서, 웨이퍼(60)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 실질적으로 비접촉 방법으로 완드(50)와 관련된다. 특히, 도 2a에 도시된 바와 같이, 가스 유동(76)은 웨이퍼(60)의 상부 표면(62)을 가로질러 수평 및 방사형으로 흐르고, 이에 따라 웨이퍼(60) 상에 낮은 압력 영역을 생성하며, 상기 웨이퍼 상의 압력은 상기 웨이퍼 하의 압력에 비하여 낮다. 이에 따라, 베르누이 효과에 의하 여, 웨이퍼(60)는 상측으로 "상승력(lift force)"을 받으며, 헤드 부분(54)을 향하여 당겨진다.

상기 상승력은 웨이퍼(60)를 평형 위치로 실질적으로 이동시키고, 웨이퍼(60)는 헤드(54)와 실질적으로 접촉하지 않고 헤드(54) 하측에서 공중부양한다. 특히, 상기 평형 위치에서, 웨이퍼(60)의 상부 표면(62)에 영향을 미치는 가스 유동(76)에 의하여 야기되는 웨이퍼(60)에 대한 하측 방향의 반발력과 웨이퍼(60)에 대한 중력이 결합하여 상기 상승력을 상쇄시킨다. 결과적으로, 웨이퍼(60)는 헤드(54)에 대하여 실질적으로 고정된 위치에서 헤드(54) 하측에서 공중부양한다. 또한, 상술한 방법에 의하여 웨이퍼(60)가 헤드(54)와 관련되는 동안에, 웨이퍼(60)의 면은 헤드(54)과 실질적으로 평행하게 배향된다. 또한, 웨이퍼(60)의 상부 표면(62)과 헤드(54)의 하부 표면(55) 사이의 거리는 웨이퍼(60)의 직경과 비교하여 통상적으로 작다. 상기 거리는 바람직하게는 약 0.008 인치 내지 0.013 인치의 범위이다.

웨이퍼(60)가 수평적으로 이동하는 것을 방지하기 위하여, 웨이퍼(60)가 완드(50)의 발부(56)을 향하여 점진적으로 이동하도록 가스 유동(76)에 대하여 측 방향 바이어스를 야기하기 위하여, 홀들(74)은 분배되고 경사진다. 일실시예에 따라서, 상기 발부는 완드(50)의 하부 표면(55)으로부터 약 0.08 인치의 높이 "h" (도 2d에 도시됨)를 가진다. 결과적으로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(60)의 민감하지 않은 에지 표면(69)은 발부(56)와 실질적으로 관련되어, 이에 따라 완드(50)에 대하여 웨이퍼(60)의 측방향 이동을 방지한다.

본 기술 분야의 당업자는 완드(50)에 대하여 웨이퍼(60)의 측방향 이동을 방지하기 위하여, 상기 발부가 헤드(54)의 어느 단부에도 위치할 수 있음을 이해할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 도 2a, 도 2b, 및 2d에 도시된 바와 같이, 발부(56)는 헤드(54)의 근접 단부에 위치한다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 발부는 상기 헤드의 이격 단부에 위치한다. 도 2a, 도 2b, 및 2d에 도시된 바와 같이, 완드(50)가 카세트와 같은 걸이와 함께 사용되는 경우에 있어서, 발부(56)는 바람직하게는 헤드(54)의 근접 단부에 위치함을 이해할 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는, 완드(50)가 카세트와 같은 걸이와 함께 사용되지 않는 경우에 있어서, 상기 발부는 헤드(54)의 이격 단부에 위치함을 이해할 수 있다. 또한, 발부(56) 바람직하게는 석영 과 같은 고온 물질로 형성된다.

반도체 공정 시스템(85)의 일실시예가 도 2e에 도시되어 있다. 도 2e는 반도체 공정 시스템(85)을 개략적으로 도시하는 다이어그램이다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 로드 포트(load port) 또는 로드록(loadlock) 챔버(84)는 바람직하게는 웨이퍼 핸들링 챔버(86)(wafer handling chamber, WHC)와 연결되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 베르누이 완드(50)는 WHC(86) 내에 위치하는 WHC 로봇(89)과 연결된다. 베르누이 완드(50)는, 상기 로드 포트 또는 로드록 챔버(84)로부터 공정 챔버(87)로 이송하기 위하여, 200 mm 직경의 웨이퍼들을 지지하도록 구성된 걸이(rack) 또는 카세트(88) 내에서 웨이퍼들에 접근하도록 구성되며, 본 실시예에 따라 웨이퍼는 서셉터(susceptor) 상에서 처리된다. 바람직하게는, 로드록 챔버(84) 내의 걸이(88)는 표준 200 mm 웨이퍼 카세트(8)에 비하여 슬롯들 사이에서 더 큰 수직 공간을 가진다(도 1c를 참조). 따라서, 베르누이 완드(50)는 웨이퍼들의 로딩과 언로딩을 위하여 상기 슬롯들 내로 도달할 수 있다.

다른 실시예들에 있어서, 본 기술 분야의 당업자는, WHC(86)와 인접하여 복수의 공정 챔버들(87) 및/또는 로드록 챔버들(84)이 위치할 수 있고, WHC 로봇(89) 및 베르누이 완드(50)가 상기 걸이와 상호 작용할 필요 없이 개개의 공정 챔버들 및 냉각 스테이션들의 내부에 효과적으로 접근하도록 위치할 수 있는 것을 이해할 수 있다. 이러한 시스템에 있어서, 개개의 말단 작용 요소(예를 들어, 패들)가 걸이와 상호 작용하도록 제공될 수 있다. 공정 챔버들(87)은 웨이퍼들에 대하여 동일한 공정을 수행하도록 사용될 수 있다. 반면, 본 기술 분야의 당업자는 공정 챔버들(87)은 웨이퍼들에 대하여 다른 공정을 수행하도록 사용될 수 있음을 이해할 수 있다. 상기 공정들은 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD), 식각, 애싱(ashing) 산화, 이온 주입, 리소그래피, 확산 등을 포함하지만, 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 각각의 공정 챔버(87)는 통상적으로 공정 챔버(87) 내에서 웨이퍼를 지지하기 위하여 서셉터, 또는 다른 기판 지지 요소를 포함한다. 공정 챔버(87)는 진공 펌프, 공정 가스 주입 메커니즘, 배기 메커니즘 및 가열 메커니즘과 연결되도록 구성될 수 있다.

걸이(88)는 로드록 챔버(84) 내에서 약 10 내지 20 장의 웨이퍼 수용 용량, 및 더 바람직하게는 약 12 내지 14 장의 웨이퍼 수용 용량을 가지는 포터블 카세트 또는 고정 걸이일 수 있다. 실시예들에 있어서, 베르누이 완드(50)가 로드록 챔버(84)와 상호작용하고, 상기 카세트 또는 걸이(88)가 덜 밀집된 슬롯들(표준 카세 트들에 비하여 증가된 피치를 가짐)을 가지도록 구성되어야 하고, 이에 따라 걸이(88) 내에 적층된 웨이퍼 사이의 거리는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 절두된 측들(12)을 가지도록 구성된 베르누이 완드(10)를 사용하도록 구성된 걸이 내의 웨이퍼들 사이의 거리에 비하여 큰 것을 본 기술 분야의 당업자는 이해할 수 있다. 상기 적층된 걸이가 도 1c에 도시된 바와 같은 표준 200 mm의 웨이퍼 카세트(8)에 비하여 덜 밀집되는 이유는, 실질적으로 원형 헤드(54)를 가지는 본 실시예의 베르누이 완드(50)가 표준 슬롯(17)의 선반들(16) 사이에 삽입될 수 없기 때문이다. 이는 도 1a 및 도 1b에 도시된 베르누이 완드(10)의 절두된 측들(12)이 없으면 헤드(54)가 너무 넓기 때문이다. 바람직하게는, 바람직한 걸이(88) 내의 상기 슬롯들 사이의 피치 또는 공간은 바람직하게는 적어도 약 0.1875 인치, 더 바람직하게는 적어도 약 0.25 인치, 보다 더 바람직하게는 약 0.375 인치이다. 따라서, 본 실시예에 따라서, 헤드(54)는 바람직하게는 상기 웨이퍼가 선반들에 의하여 지지되도록 상기 웨이퍼가 삽입되는 상기 슬롯의 선반들 상의 걸이(88) 내로 삽입된다.

본 발명이 바람직한 실시예들 및 예시들의 설명으로서 개시되었으나, 본 기술 분야의 당업자는 본 발명이 특정하게 개시된 실시예들의 범위를 넘어서, 다른 실시예들 및. 또는 본 발명의 사용 및 그의 명백한 변형예로 확장될 수 있음을 이해할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위는 상술한 바와 같이 특정하게 개시된 실시예들에 한정되는 것이 아니라 하기의 청구항들에 의하여 결정되어야 할 것이다.

상술한 방법으로 웨이퍼(60)와 연결된 베르누이 완드(50)를 이용하여, 로봇팔(44)의 이격 단부(43)의 이동에 의하여 베르누이 완드(50)를 이동하는 것은 실질적으로 접촉 없이 웨이퍼(60)를 픽업, 이동, 및 내려 놓을 수 있는 잇점이 있다. 웨이퍼(60)의 접촉 없는 이송으로부터 야기되는 컬링은, 발생한다고 하여도, 베르누이 완드(50)와 접촉하는 에지들(그 상에 형성된 활성 소자들을 가지는 웨이퍼의 상면 또는 앞면에 대향함)에서만 발생한다.

Claims

200 mm 또는 그 미만의 직경을 가지는 웨이퍼를 이송하도록 구성된 고온용의 실질적으로 투명한 헤드 부분; 및

제1 단부와 제2 단부를 가지고, 고온 물질의 투명한 연장된 목부;

를 포함하고,

상기 헤드 부분은 베르누이 효과를 이용하여 상기 웨이퍼를 지지하도록, 상기 웨이퍼에 대향하여 가스 유동을 인도하도록 배열된 적어도 하나의 가스 배출부를 가지고,

상기 헤드 부분은 상기 웨이퍼 전체 상에 위치하도록 구성되고,

상기 목부는 상기 제1 단부에서 로봇팔과 연결되고 상기 제2 단부에서 상기 헤드 부분과 연결되도록 구성되고,

상기 헤드 부분과 상기 목부는 유체 수송(fluid commucation)을 하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 헤드 부분은 약 200 mm ± 5 mm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 가스 배출부는,

상기 웨이퍼 하의 압력에 비하여 낮은 압력을 상기 웨이퍼 상에 생성하기 위하여, 상기 웨이퍼의 상부 표면을 가로질러 가스를 인도하고, 상기 웨이퍼의 주변을 향하여 바깥쪽으로 유동하도록 경사진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 목부는 가스 공급부와 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 헤드 부분은 석영으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 헤드 부분은 실질적으로 원형인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 헤드 부분 및 상기 목부는 석영을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 핸들링 장치.
공정 챔버;

수직으로 적층된 복수의 웨이퍼 슬롯들을 포함하는 걸이(rack); 및

200 mm 또는 그보다 작은 직경을 가지는 웨이퍼를 그 상에서 실질적으로 비접촉 방법으로 지지하도록 구성된 헤드 부분을 가지는 고온용의 실질적으로 투명한 웨이퍼 핸들링 장치;

를 포함하고,

상기 헤드 부분은 실질적으로 상기 웨이퍼 전체 상에 위치하도록 구성되고,

상기 웨이퍼 핸들링 장치는 상기 걸이 내에서 상기 웨이퍼에 접근하고, 상기 웨이퍼를 상기 공정 챔버로 이송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 슬롯의 피치는 적어도 약 0.1875 인치인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 걸이는 적어도 두 개의 슬롯들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 웨이퍼 핸들링 장치는 가스 공급부와 연결되고,

상기 웨이퍼의 상부 표면과 상기 웨이퍼의 하부 표면 사이에 압력 차이를 생성하기 위하여, 상기 웨이퍼의 상부 표면을 따라서 가스 유동을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 압력 차이는, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 상기 헤드 부분 하에서 상기 웨이퍼를 지지하는 상승력(lift force)을 발생시키는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 웨이퍼 핸들링 장치는 석영으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 헤드 부분은 복수의 가스 배출부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
제 8 항에 있어서,

로드록(loadlock) 챔버 및 웨이퍼 핸들링 챔버를 더 포함하고,

상기 웨이퍼 핸들링 챔버는 상기 로드록 챔버 및 상기 공정 챔버와 연결되고,

상기 웨이퍼 핸들링 장치는 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치하고,

상기 걸이는 상기 로드록 챔버 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 웨이퍼 핸들링 장치는 베르누이 원리를 이용하여 상기 웨이퍼를 이송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 헤드 부분은 실질적으로 평평하고,

약 200 mm ± 5 mm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
200 mm 또는 그 미만의 직경을 가지는 기판의 상부 표면 전체 상에 위치하도록 구성되고, 베르누이 원리를 이용하여 상기 기판을 지지하도록 구성된 석영 헤드 부분; 및

상기 헤드 부분과 유체 수송하는 연장된 석영 목부;

를 포함하는 반도체 핸들링 장치.
제 18 항에 있어서,

상기 웨이퍼의 상부 표면 상에 낮은 압력 영역을 생성하기 위하여, 상기 헤드 부분은 가스를 공급하도록 구성되고, 이에 따라 상기 웨이퍼를 상기 헤드 부분으로 당기는 것을 특징으로 하는 반도체 핸들링 장치.
제 18 항에 있어서,

상기 헤드 부분은 실질적으로 원형인 것을 특징으로 하는 반도체 핸들링 장치.
제 18 항에 있어서,

상기 헤드 부분은, 상기 웨이퍼의 상부 표면에 대향하여 가스 유동을 인도하도록 구성된 적어도 하나의 가스 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 핸들링 장치.
제 21 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 가스 배출부는 상기 헤드 부분 내에 적어도 하나의 가스 채널과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 핸들링 장치.
200 mm 또는 그 미만의 직경을 가지는 웨이퍼의 상부 표면 전체 상에 베르누이 완드의 헤드 부분을 위치시키는 단계;

상기 웨이퍼의 상부 표면 상에 낮은 압력 영역을 생성하여, 상기 웨이퍼를 상기 헤드 부분을 향하여 당기는 단계; 및

상기 웨이퍼를 상기 낮은 압력 영역으로 지지하면서, 실질적으로 비접촉 방법으로 웨이퍼를 이송하는 단계;

를 포함하고,

상기 헤드 부분은 고온 공정을 위한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이송 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 웨이퍼 상의 상기 낮은 압력 영역 내의 압력은 상기 웨이퍼 하의 압력에 비하여 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이송 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 낮은 압력 영역을 생성하는 단계는,

상기 웨이퍼의 상부 표면을 가로질러 전체적으로 방사형으로 가스를 유동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이송 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 가스는 상기 헤드 부분의 하부 표면 내의 가스 배출홀들로부터 유동하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이송 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 가스 배출홀들은 가스 공급부와 유체 수송되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이송 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 헤드 부분은 실질적으로 원형인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이송 방법.
제 28 항에 있어서,

상기 헤드 부분은 연장된 목부와 유체 수송되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이송 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 웨이퍼를 당기는 단계는,

상기 웨이퍼를 이송하는 동안에, 상기 웨이퍼의 에지 만이 상기 베르누이 완드와 접촉하도록, 상기 베르누이 완드의 하측부에 위치한 발부(feet)를 향하여 상기 웨이퍼를 바이어스(bias)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이 퍼 이송 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 고온 공정을 위한 물질은 석영인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이송 방법.