KR20140091201A - 웨이퍼 핸들링 완드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 픽업 시에 웨이퍼와 풋 사이의 충격력을 저감시킬 수 있는 웨이퍼 핸드링 완드에 관한 것이다.
본 발명은 베르누이 원리에 의해 비접착식으로 웨이퍼를 하면에 픽업(pick-up)하는 몸체(body); 상기 몸체를 전후 방향으로 이송시키는 몸체 이송용 암(body-arm); 상기 몸체의 하측 둘레에 구비되고, 상기 몸체의 하면에 픽업된 웨이퍼의 수평방향 위치를 조절하는 한 쌍의 풋(foot); 상기 풋을 전후 방향으로 이송시키는 풋 이송용 암(foot-arm) 및 상기 몸체 이송용 암과 풋 이송용 암에 구동력을 제공하는 구동장치를 포함하는 웨이퍼 핸들링 완드를 제공한다.

Description

웨이퍼 핸들링 완드 {WAFER HANDLING WAND}
본 발명은 웨이퍼 픽업 시에 웨이퍼와 풋 사이의 충격력을 저감시킬 수 있는 웨이퍼 핸드링 완드에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 제조를 위하여 웨이퍼를 준비하는 공정은 다음과 같다. 먼저 실리콘 잉곳(ingot)을 제조하고, 제조된 실리콘 잉곳을 개별 실리콘 웨이퍼들로 쏘잉(sawing)한다. 그리고 쏘잉된 실리콘 웨이퍼들은 래핑(lapping), 그라인딩(griding), 에칭(etching) 및 폴리싱(polishing)을 포함하는 몇 가지 처리 공정을 거친 후 전면(front face) 또는 전면 및 후면(back face)이 거울 광택을 갖는 웨이퍼가 된다. 그리고 나서 에피텍셜 증착 공정에 의하여 웨이퍼 표면에 실리콘 박막을 성장시킨 에피텍셜 웨이퍼를 제조할 수 있다.
보통, 에피텍셜 증착 공정은 두 단계로 나누어진다.
제1 단계인 프리 베이크 공정에서는 실리콘 웨이퍼를 에피텍셜 반응기(epitaxial reactor) 내의 서셉터 위에 로딩(loading)한다. 그리고 실리콘 웨이퍼 표면에 수소 또는 수소와 염화 수소산 혼합 가스와 같은 클리닝 가스(cleaning gas)를 가한 상태에서 일정한 온도(예컨대, 1130℃)에서 프리 베이크(pre-bake)하여 실리콘 웨이퍼 표면을 클리닝한다.
제2 단계인 에피텍셜 성장 공정에서는 실리콘 웨이퍼 표면에 실레인(silane)이나 트리크롤로실레인(trichlorosilane)과 같은 실리콘 기상 소스(vapor source)를 가한 상태에서 일정한 온도(예컨대, 800℃)에서 웨이퍼 표면에 실리콘층을 성장시킨다.
실리콘 웨이퍼를 에피텍셜 반응기(epitaxial reactor) 내의 서셉터 위에 로딩(loading)하기 위하여 웨이퍼가 손상되지 않도록 다양한 웨이퍼 픽업 장치들이 개발되어 왔다. 이러한 픽업 장치들의 유형 중 하나인 베르누이 완드(Bernoulli wand)는, 베르누이(Bernoulli)의 원리를 이용하여 웨이퍼를 이송하는 웨이퍼 이송판이 웨이퍼와 직접 접촉하지 않고도 웨이퍼를 반응기 내의 서셉터 위로 이송하거나, 서셉터로부터 웨이퍼를 반응기 밖으로 이송할 수 있다.
이와 같은 베르누이 완드는 한국특허공개 제2012-0029099호에 나타난 바와 같이, 웨이퍼 로딩시 베르누이 원리로 당기게 되고, 초기 당기는 힘이 작용할 때에 완드 상에서 웨이퍼가 정해진 위치로부터 벗어나는 것을 방지하기 위하여 한 쌍의 풋이 구비된다.
도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 핸들링 완드 일부가 도시된 도면이다.
종래의 웨이퍼 핸들링 완드는 도 1에 도시된 바와 같이 원판형 몸체(10)와, 한 쌍의 이송용 암(20)과, 한 쌍의 풋(30)을 포함하도록 구성된다.
그런데, 상기 풋들(30)은 상기 몸체(10)의 외측에 고정된 형태로 위치하는데, 상기 몸체(10)와 풋들(30)은 상기 이송용 암(20)에 의해 전후 방향으로 동시에 이동하도록 구성된다.
따라서, 종래의 웨이퍼 핸들링 완드는 초기에 강하게 끌어당길 힘에 의해 웨이퍼가 고정된 형태의 풋들에 부딪힐 때에 충격력이 커지게 되고, 웨이퍼 상에 파티클(particle)이 에지(edge) 부분에 모이게 되는 일종의 결함인 마운드(mound)가 발생되는 문제점이 있다.
물론, 웨이퍼의 위치를 지지해주는 풋들이 소정의 탄성을 가진 스프링에 의해 지지됨에 따라 완충시킬 수 있지만, 초기에 강한 충격력이 발생됨에 따라 풋들이 소정의 탄성력에 의해 전후 방향으로 이동되면서 떨리게 되고, 풋들의 전후 방향 이동에 의해 웨이퍼를 반복적으로 부딪혀 마운드가 더욱 심화될 뿐 아니라 웨이퍼도 손상되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼 픽업 시에 웨이퍼와 풋 사이의 접촉시간을 늘림으로써, 충격력을 감소시킬 수 있는 웨이퍼 핸들링 완드를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 베르누이 원리에 의해 비접착식으로 웨이퍼를 하면에 픽업(pick-up)하는 몸체(body); 상기 몸체를 전후 방향으로 이송시키는 몸체 이송용 암(body-arm); 상기 몸체의 하측 둘레에 구비되고, 상기 몸체의 하면에 픽업된 웨이퍼의 수평방향 위치를 조절하는 한 쌍의 풋(foot); 상기 풋을 전후 방향으로 이송시키는 풋 이송용 암(foot-arm) 및 상기 몸체 이송용 암과 풋 이송용 암에 구동력을 제공하는 구동장치를 포함하는 웨이퍼 핸들링 완드를 제공한다.
본 발명은 베르누이 원리에 의해 웨이퍼를 픽업할 때, 풋 이송용 암을 통하여 풋을 움직이게 되는데, 웨이퍼와 풋이 접촉한 상태에서 설정시간 동안 풋의 위치를 웨이퍼의 이동 방향으로 이동시킬 수 있다.
따라서, 베르누이 원리에 의해 웨이퍼 픽업 시에 웨이퍼를 정해진 위치에 안정적으로 위치시킬 수 있고, 웨이퍼와 풋 사이의 접촉 시간을 늘릴수록 웨이퍼와 풋 사이의 충격력을 줄일 수 있으며, 이로 인하여 웨이퍼에 가해지는 충격력을 줄일 수 있어 웨이퍼의 마운드 결함 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 핸들링 완드 일부가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 완드가 도시된 도면.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 완드의 주요부가 도시된 도면.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 완드의 작동 상태가 도시된 도면.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 완드가 도시된 도면이다.
본 발명의 웨이퍼 핸들링 완드는 도 2에 도시된 바와 같이 몸체(110)와, 몸체 이송용 암(120)과, 한 쌍의 풋(130)과, 풋 이송용 암(140)과, 구동장치(150)를 포함하도록 구성된다.
상기 몸체 이송용 암(120)은 상기 몸체(110)를 수평 방향으로 전/후진시킬 수 있고, 상기 풋 이송용 암(140)은 상기 풋(130)을 수평 방향으로 전/후진시킬 수 있다.
상기 구동장치(150)는 상기 몸체 이송용 암(120)과 풋 이송용 암(140)으로 별도로 동력을 제공할 수 있다.
실시예에서, 상기 구동장치(150)는 구동력을 제공하는 모터(151)와, 상기 모터(151)로부터 동력을 별도로 상기 몸체 이송용 암(120)과 풋 이송용 암(140)으로 전달하는 동력전달부가 구비되는데, 상기 동력전달부는 캠, 기어, 벨트 풀리 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
물론, 상기 몸체 이송용 암(120)과 풋 이송용 암(140)은 별도로 작동되기 때문에 상기 모터(151)로부터 동력을 전달되기 위하여 몸체 이송용 벨트 풀리(152)와 풋 이송용 벨트 풀리(153)가 별도로 구비될 수 있다.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 완드의 주요부가 도시된 도면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하여 핸들링 완드의 주요부를 살펴보면, 다음과 같다.
상기 몸체(110)는 웨이퍼 픽업 시 웨이퍼와 대향하여 웨이퍼를 흡착시킬 수 있도록 구성되지만, 웨이퍼와 직접 접촉하지 않도록 구성된다.
이때, 상기 몸체(110)는 플레이트 형상으로써, 가스 공급 라인이 내장되고, 저면에 가스 분사홀(110h)이 구비되며, 베르누이 원리에 의해 웨이퍼를 흡착시킬 수 있도록 구성된다.
상기 몸체 이송용 암은 제1,2몸체 이송용 암(121,122)으로 이루어지며, 각각 적어도 두 개 이상의 링크(121a,121b,122a,122b)로 연결되는데, 다양한 형태로 구성될 수 있다.
따라서, 상기 제1,2몸체 이송용 암(121,122)의 움직임에 따라 상기 몸체(110)가 수평 방향으로 전진 또는 후진할 수 있다.
상기 풋은 상기 몸체(110) 하측에서 웨이퍼의 흡착 위치를 고려하여 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되는데, 웨이퍼의 외주단을 지지할 수 있도록 제1,2풋(131,132)이 구비된다.
상기 풋 이송용 암은 상기 제1,2풋(131,132)과 연결된 제1,2풋 이송용 암(141,142)으로 이루어지며, 각각 적어도 두 개 이상의 링크(141a,141b,142a,142b)로 연결되는데, 마찬가지로 다양한 형태로 구성될 수 있다.
따라서, 상기 제1,2풋 이송용 암(121,122)에 의해 상기 제1,2풋(131,132)이 수평 방향으로 전진 또는 후진할 수 있는데, 웨이퍼의 초기 픽업 시에 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1,2풋(131,132)이 상기 몸체(110)의 내측 영역에 위치하지만, 상기 제1,2풋(131,132)이 설정시간(Δt)에 걸쳐 웨이퍼의 이동 방향으로 이동됨에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1,2풋(131,132)이 상기 몸체(110) 내측 영역으로부터 외측 영역까지 이동될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 완드의 작동 상태가 도시된 도면.
도 5a에 도시된 바와 같이 상기 몸체 이송용 암(120)에 의해 상기 몸체(110)가 웨이퍼(W)의 일부 상측에 위치하도록 이동되고, 상기 풋 이송용 암(140)에 의해 상기 풋(130)이 상기 몸체(110)의 하부 내측 영역에 위치하도록 이동된다.
이후, 도 5b에 도시된 바와 같이 몸체(110)의 하측으로 가스가 분사되면, 웨이퍼(W) 바로 위의 압력을 웨이퍼(W) 바로 아래의 압력에 비하여 낮게 하는 가스의 제트(jet)를 이용하여 상기 웨이퍼(W) 상에 가스 유동 패턴을 생성하고, 압력 불균형은 웨이퍼(W)를 상측 방향으로 상승시킨다.
따라서, 웨이퍼(W)가 상기 몸체(110)를 향하여 상측으로 당겨짐에 따라, 상승력을 생성하는 동일한 제트는 웨이퍼(W)가 상기 몸체(110)와의 접촉을 차단하는 반발력을 더 크게 생성하게 된다. 결과적으로, 실질적으로 비접촉 방법으로 상기 몸체(110) 하에 상기 웨이퍼(W)를 유지할 수 있다.
이후, 도 5c에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)의 에지 부분이 상기 풋(130)과 접촉하게 되고, 상기 몸체(110)는 고정된 위치를 유지하지만, 상기 풋(130)은 상기 풋 이송용 암(140)에 의해 웨이퍼(W)의 수평 이동 방향으로 이동시키게 된다. 이때, 웨이퍼(W)와 풋(130)이 접촉한 상태에서 설정시간(Δt)에 걸쳐 웨이퍼(W)의 수평 이동 방향으로 상기 풋(130)을 이동시키게 된다.
따라서, 상기 몸체(110)가 끌어당기는 힘은 일정하지만, 웨이퍼(W)와 풋(130)의 접촉 시간을 늘림으로써, 웨이퍼(W)와 풋(130) 사이의 충격력을 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 웨이퍼(W)와 풋(130)이 접촉한 상태로 설정시간(Δt)에 걸쳐 동일한 방향으로 이동되면, 도 5d에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)가 상기 몸체(110)의 하측에서 정위치에 놓이게 되고, 상기 풋(130)은 상기 몸체(130)의 하부 외측 영역에 위치하도록 이동시킨다.
110 : 몸체 120 : 몸체 이송용 암
130 : 풋 140 : 풋 이송용 암
150 : 구동장치

Claims (5)

  1. 베르누이 원리에 의해 비접착식으로 웨이퍼를 하면에 픽업(pick-up)하는 몸체(body);
    상기 몸체를 전후 방향으로 이송시키는 몸체 이송용 암(body-arm);
    상기 몸체의 하측 둘레에 구비되고, 상기 몸체의 하면에 픽업된 웨이퍼의 수평방향 위치를 조절하는 한 쌍의 풋(foot);
    상기 풋을 전후 방향으로 이송시키는 풋 이송용 암(foot-arm) 및
    상기 몸체 이송용 암과 풋 이송용 암에 구동력을 제공하는 구동장치를 포함하는 웨이퍼 핸들링 완드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풋 이송용 암은,
    상기 웨이퍼의 픽업 전 상기 풋들을 상기 몸체의 하측 내부에 위치하도록 조절하고,
    상기 웨이퍼의 픽업 시에 상기 풋들을 상기 몸체의 하측 외부에 이동시키는 웨이퍼 핸들링 완드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 풋 이송용 암은,
    상기 웨이퍼의 픽업 시에 상기 풋들을 상기 웨이퍼의 외주단과 설정 시간 이상 접촉하도록 제어하는 웨이퍼 핸들링 완드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 풋 이송용 암은,
    상기 웨이퍼의 수평방향으로 소정의 탄성력을 제공하는 웨이퍼 핸들링 완드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 풋 이송용 암은,
    적어도 하나 이상의 관절로 연결된 링크인 웨이퍼 핸들링 완드.
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