KR20220128543A - 리프트 핀 및 이를 갖는 반도체 소자 제조 장치 - Google Patents

리프트 핀 및 이를 갖는 반도체 소자 제조 장치 Download PDF

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KR20220128543A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 중심축 방향으로 서로 나란하게 배치된 그루브들(grooves)이 중심축의 둘레 방향을 따라 배치된 몸체부; 및 상기 몸체부의 일단에 배치되며 상기 몸체부의 횡단면보다 큰 횡단면을 갖는 헤드부를 포함하며, 상기 몸체부는, 상기 그루브들을 각각 이루는 오목부들 및 상기 오목부들의 사이에 배치된 볼록부들로 이루어진 횡단면을 가지며, 상기 볼록부들은 상기 중심축을 중심으로 하는 원주에 각각 내접하며, 상기 볼록부는 상기 원주의 직경의 15% 내지 33%의 곡률반경을 갖는 리프트 핀을 제공한다.

Description

리프트 핀 및 이를 갖는 반도체 소자 제조 장치{LIFT PIN AND APPARATUS OF FABRICATING A SEMICONDUCTOR DEVICE HAING THE SAME}
본 발명은 리프트 핀 및 이를 갖는 반도체 소자 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 박막의 증착 공정, 건식 식각 공정 또는 세정 공정을 포함하는 다수의 단위 공정을 통해 제조되고 있으며, 이러한 단위 공정들 중 증착 공정은 반도체 기판 상에 목적하는 물질막을 형성하는 공정으로, 제공되는 공정 가스의 유량 및 압력, 공정 챔버 내부의 압력 및 반도체 기판의 온도 등이 주요한 공정 조건이다.
특히, 원자층 증착(atomic layer deposition) 공정은 점점 공정 가스의 분압이 상승하고 있으며, 이로 인해, 반도체 기판을 승하강하는 리프트 핀의 표면에 물질막이 증착되어, 리프트 핀의 구동에 문제가 발생하고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 표면에 물질막이 증착되는 것이 최소화된 리프트 핀을 제공하는 데 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 리프틴의 표면에 물질막이 증착되는 것이 최소화된 반도체 소자 제조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 중심축 방향으로 서로 나란하게 배치된 그루브들(grooves)이 중심축의 둘레 방향을 따라 배치된 몸체부; 및 상기 몸체부의 일단에 배치되며 상기 몸체부의 횡단면보다 큰 횡단면을 갖는 헤드부를 포함하며, 상기 몸체부는, 상기 그루브들을 각각 이루는 오목부들 및 상기 오목부들의 사이에 배치된 볼록부들로 이루어진 횡단면을 가지며, 상기 볼록부들은 상기 중심축을 중심으로 하는 원주에 각각 내접하며, 상기 볼록부는 상기 원주의 직경의 15% 내지 33%의 곡률반경을 갖는 리프트 핀을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 웨이퍼가 안착되며, 내부를 관통하는 관통홀을 갖는 기판 지지부; 및 상기 관통홀에 삽입되며 중심축의 길이 방향을 따라 배치된 그루브들(grooves)을 갖는 몸체부, 및 상기 몸체부의 일단에 배치되며 상기 몸체부의 횡단면보다 큰 횡단면을 갖는 헤드부를 구비하는 리프트 핀을 포함하며, 상기 몸체부는, 상기 그루브들을 각각 이루는 오목부들 및 상기 오목부들의 사이에 배치된 볼록부들로 이루어진 횡단면을 가지며, 상기 볼록부들은 상기 중심축을 중심으로 하는 원주에 각각 내접하며, 상기 볼록부는 상기 원주의 직경의 15% 내지 33%의 곡률반경을 가지며, 상기 그루브들은, 상기 리프트 핀이 상승하여 상기 웨이퍼를 상승시키는 동안 상기 기판 지지부 상부의 가스를 상기 기판 지지부 하부로 배출하기 위한 유로를 이루는 반도체 소자 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 리프트 핀 및 이를 갖는 반도체 소자 제조 장치는, 리프트 핀 주위에서 증착 가스의 흐름이 정체되는 것을 방지하여, 리프트 핀의 표면에 물질막이 증착되는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 반도체 소자 제조 장치에 채용된 리프트 핀의 측면도이다.
도 3은 도 2의 I방향에서 바라본 측면도이다.
도 4a는 도 2에 도시된 리프트 핀의 변형예이다.
도 4b는 도 4a의 II방향에서 바라본 측면도이다.
도 5a는 도 2에 도시된 리프트 핀의 변형예이다.
도 5b는 도 5a의 III방향에서 바라본 측면도이다.
도 6은 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 7은 웨이퍼가 안착된 리프트 핀이 하강하는 것을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1, 도 2, 도 6 및 도 7을 참조하여, 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 반도체 소자 제조 장치에 채용된 리프트 핀의 측면도이다. 도 6은 도 1의 A부분의 확대도이고, 도 7은 웨이퍼가 안착된 리프트 핀이 하강하는 것을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 반도체 소자 제조 장치(10)는 공정 챔버(chamber, 100), 공정 챔버(100)의 내부에 배치되고 웨이퍼(W)를 지지하는 기판 지지부(200), 기판 지지부(200) 상에 배치되는 샤워 헤드(410)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(100)는 웨이퍼(W)를 처리하는 반응 공간으로서 외벽에 의해 정의되는 소정 크기의 내부 공간(101)을 가지며, 내마모성 및 내부식성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다. 공정 챔버(100)에는 진공 펌프(120)에 연결되는 배기 포트(110)가 배치되어 기판 처리 공정, 예를 들어, 증착 공정(deposition process)에서 내부 공간(101)을 밀폐상태 또는 진공상태로 유지시킬 수 있다. 일 실시예의 경우, 공정 챔버(100)에서 증착 공정 중 원자층 증착(atomic layer deposition) 공정이 수행될 수 있다.
기판 지지부(200)가 내부 공간(101)의 중앙에 배치될 수 있다. 기판 지지부(200)는 웨이퍼(W)에 물질막을 형성하는 동안 웨이퍼(W)를 고정하여 지지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(200)는 알루미늄, 세라믹, 또는 알루미늄과 세라믹의 조합에 의하여 제조될 수 있고, 진공부(미도시) 및 가열부(210)를 포함할 수 있다.
기판 지지부(200)는 가열부(210)를 두께 방향으로 관통하는 다수개의 관통홀(212)을 구비할 수 있다. 즉, 관통홀(212)은 기판 지지부(200)의 상부면 및 하부면을 통해 노출될 수 있다. 관통홀(212)은 기판 지지부(200) 내에 적어도 3개 위치할 수 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 관통홀(212) 내에는 리프트 핀(300)이 배치될 수 있다. 리프트 핀(300)이 관통홀(212) 내에 삽입되는 경우에, 헤드부(310)는 기판 지지부(200)의 상부면(210S)에 관통홀(212)을 통해 노출될 수 있다. 관통홀(212)은 그 상부 영역이 그 하부 영역에 비해 큰 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 관통홀(212)은 그 상부 영역에 트렌치(211)를 갖도록 형성될 수 있다. 트렌치(211)는 헤드부(310)를 수용하기에 충분한 크기로 형성되어, 리프트 핀(300)이 하강하면, 헤드부(310)는 트렌치(211) 내에 수용될 수 있다. 리프트 핀(300)에 대해서는 자세하게 후술한다.
다시 도 1을 참조하면, 리프트 핀(300)의 하부에 리프트 링(240)이 설치될 수 있다. 또한, 기판 지지부(200)를 지지하는 이송축(230)이 기판 지지부(200)의 하부에 배치될 수 있다. 리프트 링(240)은 이송축(230)을 감싸도록 배치될 수 있으며, 리프트 링(240)은 이송축(230)에 연결되어, 이송축(230)이 승하강 함에 따라, 리프트 링(240)도 승하강될 수 있다. 따라서, 리프트 링(240)이 상승하는 경우에, 상승된 리프트 링(240)은 리프트 핀(300)을 가압하여 상승시킬 수 있다. 도 7과 같이, 상승된 리프트 핀(300) 상에 웨이퍼(W)가 안착될 수 있다. 웨이퍼(W)가 상승된 리프트 핀(300) 상에 안착된 이후에, 상승된 리프트 링(240)은 하강할 수 있다. 리프트 링(240)의 하강에 따라 웨이퍼(W)가 안착된 리프트 핀(300)이 하강할 수 있다. 리프트 핀(300)이 하강됨으로써 웨이퍼(W)가 기판 지지부(200) 상에 안착될 수 있다. 이 경우에, 리프트 핀(300)의 헤드부(310)는 트렌치(211) 내에 수용될 수 있다.
기판 지지부(200)의 상부에는 샤워 헤드(410)가 배치될 수 있다. 샤워 헤드(410)에는 가스 공급원(430)으로부터 가스를 공급받는 혼합 블록(420)이 연결될 수 있다. 혼합 블록(420)이 공정 챔버(100)의 상부에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 공급원(430)으로부터 공급되는 개별적인 가스들이 혼합 블록(420) 내에서 조합될 수 있다. 개별적인 가스들이 혼합 블록(420) 내에서 단일의 균질한 가스 유동으로 혼합되고, 단일의 균질한 가스 유동은 샤워 헤드(410)를 통해서 공정 챔버(100)의 내부 공간(101)으로 공급될 수 있다.
도 2 내지 도 5b를 참조하여, 반도체 소자 제조 장치(10)에 채용된 리프트 핀(300)에 대하여 자세하게 설명한다. 도 2는 리프트 핀의 측면도이고, 도 3은 도 2의 I방향에서 바라본 측면도이다. 도 4a는 도 2에 도시된 리프트 핀의 변형예이고, 도 4b는 도 4a의 II방향에서 바라본 측면도이다. 도 5a는 도 2에 도시된 리프트 핀의 변형예이고, 도 5b는 도 5a의 III방향에서 바라본 측면도이다.
도 2를 참조하면, 리프트 핀(300)은 몸체부(320)와 몸체부(320)의 일단에 배치되는 헤드부(310)를 포함할 수 있다. 몸체부(320)는 중심축(C) 방향으로 긴 막대의 형상을 가질 수 있으며, 몸체부(320)의 외측면에는 중심축(C) 방향으로 서로 나란하게 배치된 직선 형상의 그루브들(grooves, G)이 배치될 수 있다. 그루브들(G)은 몸체부(320)의 중심축(C) 방향을 따라 배치될 수 있다. 따라서, 도 7과 같이, 리프트 핀(300)이 기판 지지부(200)의 상부로 상승한 경우에, 그루브들(G)은 기판 지지부(200)의 상부의 증착 가스(GAS)를 기판 지지부(200)의 하부로 유동하게 하기 위한 유로로 사용될 수 있다. 이 경우, 그루브들(G)은 몸체부(320)의 중심축(C) 방향을 따라 배치되므로, 증착 가스(GAS)가 유동하는 거리를 최소화할 수 있다. 그루브들(G)은 몸체부(320)의 일단에서 타단까지 연장될 수 있으나, 실시예에 따라서는 몸체부(320)의 일부에만 제한적으로 배치될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 몸체부(320)는 외측면에 오목부들(322)과 볼록부들(321)이 교차로 배치된 단면을 가질 수 있다.
오목부들(322)은 그루브들(G)의 단면으로 정의될 수 있으므로, 앞서 설명한 바와 같이, 오목부들(322)은 리프트 핀(300)이 기판 지지부(200)의 관통홀(212) 내에 배치되면, 기판 지지부(200)의 상부의 증착 가스를 기판 지지부(200)의 하부로 유동하게 하기 위한 유로로 사용될 수 있다. 오목부들(322)의 저부는 라운드지게 형성될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
볼록부들(321)은 중심축(C)을 중심으로 하는 가상의 원주(VC)에 내접하도록 배치될 수 있다. 볼록부들(321)은 중심축(C)을 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다. 볼록부들(321)은 외곽이 라운드지게 형성될 수 있다. 구체적으로, 볼록부들(321)은 내접한 원주(VC)의 직경(R1)의 15% ~ 33%에 해당하는 곡률 반경(R2)을 갖도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 볼록부들(321)은 라운드지게 형성된 외곽을 갖도록 형성되어, 리프트 핀(300)이 기판 지지부(200)의 관통홀(212) 내에 삽입되었을 때에, 볼록부들(321)과 관통홀(212)의 내벽이 서로 맞닿는 면적을 최소화할 수 있다. 또한, 몸체부(320)가 원형의 단면을 갖는 경우에 비해, 몸체부(320)의 강성이 향상되어, 몸체부(320)가 관통홀(212) 내에서 흔들림이 발생하거나, 기울어지는 것을 방지할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 헤드부(310)는 원반 형상의 상면(311)을 갖도록 형성될 수 있으며, 상면(311)의 직경(R3)은 몸체부(320)의 볼록부들(321)이 내접하는 가상의 원주(VC)의 직경(R1) 보다 클 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 리프트 핀(300)이 하강하여 웨이퍼(W)가 기판 지지부(200)의 상면(201S)에 안착되었을 때에, 관통홀(212)의 상부에 배치된 트렌치(211)를 폐쇄하여, 기판 지지부(200) 상부의 증착 가스(GAS)가 기판 지지부(200)의 하부로 새어 들어 오는 것을 최소화할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상술한 바와 같은 구성의 리프트 핀(300)은 몸체부(320)에 형성된 그루브들(G)이 증착 가스(GAS)가 유동하는 유로로 사용될 수 있다. 따라서, 기판 지지부(200) 상부의 증착 가스(GAS)가 관통홀(212)을 통해 기판 지지부(200)의 하부로 이동하는 자연스러운 흐름(AF)이 발생할 수 있다. 따라서, 증착 가스(GAS)가 머물러 리프트 핀(300)의 표면에 물질막이 증착되는 것이 방지될 수 있다.
도 4a 내지 도 5b를 참조하여, 도 1의 반도체 소자 제조 장치에 채용 가능한 리프트 핀의 일 실시예에 대해 설명한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 일 실시예는 앞서 설명한 실시예와 비교할 때, 그루브들(G)이 몸체부(1320)의 일부 영역에만 형성된 차이점이 있다. 설명이 중복되는 것을 방지하기 위해, 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 차이점에 대해서만 설명한다.
일 실시예의 리프트 핀(1300)의 몸체부(1320)는 그루브들(G)이 형성되지 않은 제1 영역(1320A)과, 그루브들(G)이 형성된 제2 영역(1320B)을 가질 수 있다. 제1 영역(1320A)은 헤드부(1310)와 인접하여 배치될 수 있으며, 제2 영역(1320B)은 헤드부(1310)와 이격하여 배치될 수 있다. 제1 영역(1320A)은 리프트 핀(1300)이 기판 지지부의 상부로 상승하였을 때에 기판 지지부(200)의 상부로 노출되는 영역으로 정의될 수 있으며, 제2 영역(1320B)은 기판 지지부(200)의 내부에 잔존하는 영역으로 정의될 수 있다.
따라서, 관통홀(212) 내에 잔존하는 제2 영역(1320B)에는 그루브들(G)이 형성되므로, 기판 지지부(200) 상부의 증착 가스가 제2 영역(1320B)을 통해 기판 지지부(200)의 하부로 유동할 수 있다. 이를 통해, 그루브들(G)이 형성되지 않은 제1 영역(1320A)의 주위에 증착 가스가 정체되어, 제1 영역(1320A)에 물질막이 형성되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 실시예에 따라서는, 제2 영역(1320B)에 형성된 그루브들(G)은 제1 영역(1320A)과 접하는 영역에서부터 기울어진 경사면을 가지도록 형성될 수 있다. 따라서, 제1 영역(1320A)을 거쳐 제2 영역(1320B)으로 유입되는 증착 가스가 자연스럽게 제2 영역(1320B)의 그루브들(G)로 유입되도록 할 수 있다. 경사면은 5°~ 6°의 범위의 경사각(θ1)을 가질 수 있으며, 바람직하게, 약 5.5°의 경사각(θ1)을 가질 수 있다.
도 5a 및 도 5b는, 앞서 설명한 실시예와 비교할 때, 제1 영역(2310A)의 직경(R4)이 제2 영역(2310B)의 직경(R5) 보다 큰 차이점이 있다. 설명이 중복되는 것을 방지하기 위해, 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 차이점에 대해서만 설명한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 일 실시예의 몸체부(2310)는 그루브들(G)이 몸체부(2320)의 제2 영역(2310B)에만 형성될 수 있다. 또한, 제1 영역(2310A)의 직경(R4)이 제2 영역(2310B)의 직경(R5) 보다 크게 형성되어, 제2 영역(2310B)이 제1 영역(2310)의 외곽으로 돌출될 수 있다.
또한, 앞서 설명한 실시예와 유사하게, 제2 영역(2310B)에 형성된 그루브들(G)은 제1 영역(2310A)에 대하여 경사면을 가지도록 형성되며, 제1 영역(2310A)을 거쳐 제2 영역(2310B)으로 유입되는 증착 가스가 자연스럽게 제2 영역(2310B)의 그루브들(G)로 유입되도록 할 수 있다. 경사면은 5°~ 6°의 범위의 경사각(θ1)을 가질 수 있으며, 바람직하게, 약 5.5°의 경사각(θ1)을 가질 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 반도체 소자 제조 장치
100: 공정 챔버
101: 내부 공간
110: 배기 포트
120: 진공 펌프
200: 기판 지지부
210: 가열부
211: 트렌치
212: 관통홀
300: 리프트 핀
321: 볼록부들
322: 오목부들
G: 그루브

Claims (10)

  1. 중심축 방향으로 서로 나란하게 배치된 그루브들(grooves)이 중심축의 둘레 방향을 따라 배치된 몸체부; 및
    상기 몸체부의 일단에 배치되며 상기 몸체부의 횡단면보다 큰 횡단면을 갖는 헤드부를 포함하며,
    상기 몸체부는, 상기 그루브들을 각각 이루는 오목부들 및 상기 오목부들의 사이에 배치된 볼록부들로 이루어진 횡단면을 가지며, 상기 볼록부들은 상기 중심축을 중심으로 하는 원주에 각각 내접하며, 상기 볼록부는 상기 원주의 직경의 15% 내지 33%의 곡률반경을 갖는 리프트 핀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그루브들은 상기 몸체부의 상기 일단 및 상기 일단의 반대에 위치하는 타단으로 연장된 리프트 핀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 일단과 인접하는 제1 영역; 및
    상기 일단의 반대에 위치하는 타단에 인접하는 제2 영역을 포함하는 리프트 핀.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 그루브들은 상기 제2 영역에만 배치된 리프트 핀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 그루브들은 상기 몸체부의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 접하는 영역에서 상기 제2 영역을 향하여 하향 경사진 경사면을 갖는 리프트 핀.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 영역은 제1 직경의 원주에 내접하며,
    상기 제2 영역은 제2 직경의 원주에 내접하고,
    상기 제2 직경은 상기 제1 직경 보다 큰 리프트 핀.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 중심축 방향을 따라 동일한 길이를 갖는 리프트 핀.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 볼록부들은 4개 이상의 볼록부들을 포함하며,
    상기 볼록부들은 상기 중심축을 기준으로 방사상으로 배치된 리프트 핀.
  9. 웨이퍼가 안착되며, 내부를 관통하는 관통홀을 갖는 기판 지지부; 및
    상기 관통홀에 삽입되며 중심축의 길이 방향을 따라 배치된 그루브들(grooves)을 갖는 몸체부, 및 상기 몸체부의 일단에 배치되며 상기 몸체부의 횡단면보다 큰 횡단면을 갖는 헤드부를 구비하는 리프트 핀을 포함하며,
    상기 몸체부는, 상기 그루브들을 각각 이루는 오목부들 및 상기 오목부들의 사이에 배치된 볼록부들로 이루어진 횡단면을 가지며, 상기 볼록부들은 상기 중심축을 중심으로 하는 원주에 각각 내접하며, 상기 볼록부는 상기 원주의 직경의 15% 내지 33%의 곡률반경을 가지며,
    상기 그루브들은, 상기 리프트 핀이 상승하여 상기 웨이퍼를 상승시키는 동안 상기 기판 지지부 상부의 가스를 상기 기판 지지부 하부로 배출하기 위한 유로를 이루는 반도체 소자 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 몸체부는 상기 일단과 인접하는 제1 영역; 및
    상기 일단의 반대에 위치하는 타단에 인접하는 제2 영역을 포함하며,
    상기 제1 영역은 상기 리프트 핀이 상승하였을 때에 상기 기판 지지부의 상부로 노출되는 반도체 소자 제조 장치.

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