KR20090066128A - 프로세스 챔버의 웨이퍼 척 - Google Patents

프로세스 챔버의 웨이퍼 척 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프로세스 챔버의 웨이퍼 척에 관한 것으로서, 반도체 소자의 제조용 프로세스 챔버에 설치되는 웨이퍼 척에 있어서, 프로세스 챔버 내측에 설치되며, 웨이퍼가 안착되기 위한 안착면을 가지는 척과, 척의 상측에서 승강하도록 설치되는 클램프 링과, 클램프 링을 승강시키는 승강수단과, 클램프 링의 하측에 마련되며, 클램프 링의 하강시 웨이퍼의 상단 모서리에 선접촉되어 웨이퍼를 고정시키는 선접촉 고정수단을 포함한다. 따라서, 본 발명은 척에 웨이퍼를 고정시 웨이퍼의 상단 모서리를 선접촉에 의해 고정시킴으로써 웨이퍼의 에지 부분에 대한 손실을 줄이고, 웨이퍼의 고정을 위해 웨이퍼에 가해지는 충격이나 힘을 최소화함으로써 웨이퍼에 형성된 패턴에 영향을 미치지 않도록 함으로써 수율을 증대시키는 효과를 가지고 있다.
척, 클램프 링, 승강수단, 선접촉 부재, 탄성부재

Description

프로세스 챔버의 웨이퍼 척{Semiconductor wafer chuck of a process chamber}
본 발명은 척에 웨이퍼를 고정시 웨이퍼의 상단 모서리를 선접촉에 의해 고정시킴으로써 웨이퍼의 에지 부분에 대한 손실을 줄이고, 웨이퍼가 고정되는 과정에서 손상되는 것을 방지하는 프로세스 챔버의 웨이퍼 척에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 노광공정, 확산공정, 식각공정, 화학기상증착공정 등 다양한 단위 공정에 의해 제조되는데, 이러한 단위 공정을 진행시 밀폐된 용기인 프로세스 챔버(process) 내에서 이루어지고, 프로세스 챔버 내에 웨이퍼를 고정시키기 위한 수단으로 웨이퍼 척이 사용된다.
이러한 웨이퍼 척은 웨이퍼를 고정시키는 방식에 따라 기계식 척(mechanical chuck), 진공 척(vacuum chuck), 그리고 정전기 척(electrostatic chuck) 등 다양한 방식이 있으며, 기계식 척은 클램프(clamp)를 사용하여 웨이퍼의 에지를 기계적으로 가압함으로써 웨이퍼를 고정시키는 척을 말하고, 진공 척은 진공으로 웨이퍼를 고정시키는 척을 말하며, 정전기 척이란 정전력을 이용하여 웨이퍼를 고정시키 는 척을 말한다.
종래의 웨이퍼 척 중에서 기계식 척을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척을 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척(10)은 프로세스 챔버(1) 내측에 설치됨과 아울러 상면에 웨이퍼(W)가 안착되는 척(11)과, 척(11)의 상측에 승강하도록 설치됨과 아울러 하강시 웨이퍼(W)의 에지 부분에 면접촉되는 클램프 링(12)과, 클램프 링(12)을 승강시키는 승강수단(13)을 포함한다.
이와 같은 종래의 프로세스 챔버의 웨이퍼 척(10)은 승강수단(13)의 구동에 의해 클램프 링(12)이 상승하여 척(11)의 상면으로부터 이격되면, 웨이퍼(W)가 프로세스 챔버(1) 내측으로 로딩되어 척(11)의 상면에 안착되고, 승강수단(13)의 구동에 의해 클램프 링(12)이 하강하여 척(11)에 안착된 웨이퍼(W)의 에지에 면접촉되어 웨이퍼(W)를 고정시킨다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척은 클램프 링이 웨이퍼를 가압시 웨이퍼의 에지 부분과 면접촉됨으로써 웨이퍼에서 테두리로부터 내측으로 2.5mm 정도에 걸친 영역을 사용할 수 없게 되며, 웨이퍼에 면접촉되어 가해지는 압력에 의해 웨이퍼에 형성된 패턴에 악영향을 미치게 됨으로써 수율을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 척에 웨이퍼를 고정시 웨이퍼의 상단 모서리를 선접촉에 의해 고정시킴으로써 웨이퍼의 에지 부분에 대한 손실을 줄이고, 웨이퍼가 고정되는 과정에서 손상되는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척은 반도체 소자의 제조용 프로세스 챔버에 설치되는 웨이퍼 척에 있어서, 프로세스 챔버 내측에 설치되며, 웨이퍼가 안착되기 위한 안착면을 가지는 척과, 척의 상측에서 승강하도록 설치되는 클램프 링과, 클램프 링을 승강시키는 승강수단과, 클램프 링의 하측에 마련되며, 클램프 링의 하강시 웨이퍼의 상단 모서리에 선접촉되어 웨이퍼를 고정시키는 선접촉 고정수단을 포함한다.
본 발명은 척에 웨이퍼를 고정시 웨이퍼의 상단 모서리를 선접촉에 의해 고정시킴으로써 웨이퍼의 에지 부분에 대한 손실을 줄이고, 웨이퍼의 고정을 위해 웨 이퍼에 가해지는 충격이나 힘을 최소화함으로써 웨이퍼에 형성된 패턴에 영향을 미치지 않도록 함으로써 수율을 증대시키는 효과를 가지고 있다.
본 발명은, 프로세스 챔버 내측에 설치되는 척에 안착된 웨이퍼를 승강수단에 의해 하강하는 클램프 링에 마련되는 선접촉 고정수단으로 웨이퍼의 상단 모서리를 선접촉에 의해 고정시킴으로써 웨이퍼의 에지 부분에 대한 활용성을 높임과 아울러 웨이퍼에 고정을 위해 가해지는 충격이 힘을 최소화한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척을 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척(100)은 RTP(Rapid thermal process)나 에칭(etching) 등 반도체 소자를 제조하기 위한 공정을 진행하는 프로세스 챔버(1) 내측에 설치되는 척(110)과, 척(110)의 상측에 설치되는 클램프 링(120)과, 클램프 링(120)을 승강시키는 승강수단(130)과, 클램프 링(120)에 마련되는 선접촉 고정수단(140)을 포함한다.
척(110)은 프로세스 챔버(1)의 내측에 설치되며, 웨이퍼(W)가 공정을 수행하기 위하여 프로세스 챔버(1) 내측으로 로딩시 안착되기 위한 안착면(111)을 가진 다.
클램프 링(120)은 다양한 형상의 링으로 이루어지고, 바람직하게는 웨이퍼(W)의 에지에 대응되는 원형 링 형상을 가지며, 척(110)의 상측에서 승강수단(130)에 의해 승강하도록 설치된다.
승강수단(130)은 모터 등의 구동력을 직선 운동으로 전환하거나 실린더에서 피스톤 로드의 왕복 직선 운동을 이용하도록 구성될 수 있으며, 클램프 링(120)의 양측에 하방을 향하도록 고정되는 승강부재(131)를 승강시킴으로써 클램프 링(120)도 함께 승강되도록 한다.
승강부재(131)는 한 쌍으로 이루어져서 클램프 링(120)의 양측에 고정됨으로써 이들 사이로 웨이퍼(W)가 웨이퍼 트랜스퍼에 의해 출입할 수 있도록 함으로써 웨이퍼(W)가 척(110)의 안착면(111)으로 로딩되거나 안착면(111)으로부터 언로딩될 수 있는 이동 경로에서 장애가 되지 않도록 한다.
선접촉 고정수단(140)은 클램프 링(120)의 하측에 마련되며, 클램프 링(120)의 하강시 웨이퍼(W)의 상단 모서리에 선접촉됨으로써 웨이퍼(W)가 척(110) 상에 고정되도록 한다.
선접촉 고정수단(140)은 본 실시예에서 클램프 링(120)의 하면에 외측으로 갈수록 하향 경사지도록 형성되는 선접촉부임이 바람직하다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 클램프 링(120)이 하강시 선접촉부의 경사진 부분이 웨이퍼(W)의 상단 모서리를 눌려서 웨이퍼(W)를 고정시킨다.
선접촉 고정수단(140)인 선접촉부는 클램프 링(120)의 하면을 따라 연속적으 로 형성됨으로써 링 형상으로 이루어질 수 있으며, 이와 달리, 클램프 링(120)의 하면에 불연속적으로 형성됨으로써 클램프 링(120)의 하면을 따라 다수로 배열되도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척을 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척(200)은 제 1 실시예와 마찬가지로, 프로세스 챔버(1) 내측에 설치되는 척(210)과, 척(210)의 상측에 설치되는 클램프 링(220)과, 클램프 링(220)을 승강시키는 승강수단(230)과, 클램프 링(220)에 마련되는 선접촉 고정수단(240)을 포함하며, 척(210), 클램프 링(220) 및 승강수단(230)은 제 1 실시예의 척(110), 클램프 링(120) 및 승강수단(130)과 동일하므로 그 설명을 생략하기로 하겠다.
선접촉 고정수단(240)은 도 5에 도시된 바와 같이, 클램프 링(220)의 하면을 따라 다수로 배열되도록 마련되고, 각각은 클램프 링(220)의 하면에 상하로 이동하도록 설치됨과 아울러 웨이퍼(W)의 상단 모서리에 접하는 측이 외측으로 갈수록 하향 경사지도록 형성되는 선접촉 부재(241)와, 선접촉 부재(241)가 척(210)을 향하여 돌출되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재(242)를 포함한다.
선접촉 부재(241)는 웨이퍼(W)의 상단 모서리에 접하는 측이 웨이퍼(W)의 외측으로 갈수록 하향 경사지도록 형성되는 형상으로 다양하게 구성될 수 있으며, 이를 만족하기 위하여 본 실시예에서처럼 하방을 향하는 콘(Corn) 형상을 가지는 것이 바람직하며, 상단에 형성되는 승강축(241a)이 클램프 링(220)에 상하로 관통하 도록 형성되는 홀(미도시)에 삽입되어 상하로 슬라이딩 가능하도록 설치되고, 승강축(241a)에 탄성부재(242)가 설치된다.
승강축(241a)은 클램프 링(220)에 상하로 슬라이딩 가능하도록 설치되기 위하여 클램프 링(220)의 홀을 통해서 상측으로 돌출되는 끝단에 나사 체결 또는 억지 끼워지는 고정부재(241b)가 결합됨으로써 선접촉 부재(241)가 하방으로 이탈되지 않는 상태에서 선접촉 부재(241)의 상하 이동을 가이드한다.
탄성부재(242)는 일예로 코일 스프링으로 이루어지고, 승강축(241)에 삽입됨으로써 클램프 링(220)의 하면으로부터 선접촉 부재(241)로 탄성력을 제공하며, 이로 인해 선접촉 부재(241)가 웨이퍼(W)의 상단 모서리를 탄성 지지하도록 한다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 선접촉 부재(241)가 비교적 얇은 두께를 가지는 웨이퍼(W)를 클램핑하여야 하기 때문에 탄성부재(242)의 탄성력에 의해 하방으로 이동시 척(210)의 안착면(211)과 간섭을 일으킬 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 척(210)은 선접촉 부재(241)와 대응되는 위치에 선접촉 부재(241)가 삽입되기 위한 삽입홈(212)이 형성된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척(100,200)에 대한 작동 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 승강수단(130,230)의 구동에 의해 승강부재(131)가 상승하여 클램프 링(120,220)이 척(110,210)의 안착면(111,211)으로부터 이격된 상태에서 웨이퍼 트랜스퍼에 의해 웨이퍼(W)가 프로세스 챔버(1) 내측으로 로딩되어 승강부재(131) 사이를 통해서 척(110,210)의 안착면(111,211)에 안착되 면, 승강수단(130,230)에 의해 승강부재(131)가 클램프 링(120,220)과 함께 하강한다.
클램프 링(120,220)이 하강하면, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 선접촉 고정수단(140,240)의 경사진 부분이 웨이퍼(W)의 상단 모서리를 하방으로 가압하여 웨이퍼(W)를 척(110,210)의 안착면(111,211)에 고정시킨다.
이 때, 제 2 실시예에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척(200)의 경우 콘 형상의 선접촉 부재(241)가 탄성부재(242)의 탄성력으로 웨이퍼(W)를 고정시킴으로써 웨이퍼(W)에 가해지는 충격이나 힘을 최소화하도록 하며, 선접촉 부재(241)가 하강시 척(210)의 안착면(211)에 형성된 삽입홈(212) 내측으로 삽입됨으로써 선접촉 부재(241)와 척(210)간의 간섭을 방지한다.
한편, 프로세스 챔버(1) 내에서 웨이퍼(W)에 대한 공정을 마치면, 승강수단(130,230)의 구동에 의해 클램프 링(120,220)이 상승함으로써 선접촉 고정수단(140,240)이 웨이퍼(W)로부터 상측으로 이격되어 웨이퍼(W)가 언로딩될 수 있도록 한다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따르면, 척에 웨이퍼를 고정시 웨이퍼의 상단 모서리를 선접촉에 의해 고정시키고, 이로 인해 종래에서 웨이퍼를 면접촉에 의해 고정함으로써 면접촉된 웨이퍼의 에지 부분, 예컨대, 테두리에서 내측으로 2.5mm 이내의 영역에 대해 발생되는 손실을 줄여서 에지 부분을 활용할 수 있도록 하며, 웨이퍼의 고정을 위해 웨이퍼에 가해지는 충격이나 힘을 최소화함으로써 웨이퍼에 형성된 패턴에 영향을 미치지 않도록 함과 아울러 웨이퍼의 손상을 방지함으로써 수율 및 장비 가동률을 증대시킨다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척을 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척을 도시한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척이 웨이퍼를 클램핑한 상태를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척을 도시한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척을 도시한 평면도이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로세스 챔버의 웨이퍼 척이 웨이퍼를 클램핑한 상태를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,210 : 척 111,211 : 안착면
120,220 : 클램프 링 130,230 : 승강수단
131 : 승강부재 140,240 : 선접촉 고정수단
212 : 삽입홈 241 : 선접촉 부재
241a : 승강축 241b : 고정부재
242 : 탄성부재 W : 웨이퍼

Claims (5)

  1. 반도체 소자의 제조용 프로세스 챔버에 설치되는 웨이퍼 척에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 내측에 설치되며, 웨이퍼가 안착되기 위한 안착면을 가지는 척과,
    상기 척의 상측에서 승강하도록 설치되는 클램프 링과,
    상기 클램프 링을 승강시키는 승강수단과,
    상기 클램프 링의 하측에 마련되며, 상기 클램프 링의 하강시 웨이퍼의 상단 모서리에 선접촉되어 웨이퍼를 고정시키는 선접촉 고정수단
    을 포함하는 프로세스 챔버의 웨이퍼 척.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선접촉 고정수단은,
    상기 클램프 링의 하면에 외측으로 갈수록 하향 경사지도록 형성되는 선접촉부인 것
    을 특징으로 하는 프로세스 챔버의 웨이퍼 척.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 선접촉 고정수단은,
    상기 클램프 링의 하면을 따라 다수로 마련되고,
    각각은,
    상기 클램프 링의 하면에 상하로 이동하도록 설치되며, 상기 웨이퍼의 상단 모서리에 접하는 측이 외측으로 갈수록 하향 경사지도록 형성되는 선접촉 부재와,
    상기 선접촉 부재가 상기 척을 향하여 돌출되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재
    를 포함하는 프로세스 챔버의 웨이퍼 척.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 선접촉 부재는,
    하방을 향하는 콘 형상으로 이루어지고, 상단에 형성되는 승강축이 상기 클램프 링에 상하로 슬라이딩 가능하도록 설치되며, 상기 승강축에 상기 탄성부재가 설치되는 것
    을 특징으로 하는 프로세스 챔버의 웨이퍼 척.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 척은,
    상면에 상기 선접촉 부재가 삽입되기 위한 삽입홈이 형성되는 것
    을 특징으로 하는 프로세스 챔버의 웨이퍼 척.
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