KR980011770A - 처리 챔버용 리프트 핀 및 지지 핀 장치 - Google Patents

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KR980011770A
KR980011770A KR1019970034603A KR19970034603A KR980011770A KR 980011770 A KR980011770 A KR 980011770A KR 1019970034603 A KR1019970034603 A KR 1019970034603A KR 19970034603 A KR19970034603 A KR 19970034603A KR 980011770 A KR980011770 A KR 980011770A
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제임스 브이. 티에츠
벤자민 비어맨
Original Assignee
조셉 제이. 스위니
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판 지지용 장치는 자성적으로 투과 가능한 재료로 형성된 하우징; 상기 하우징내에 배치되고, 상기 챔버 하부를 통해 연장하는 통로를 연장하며 처리 동안 기판을 포함하는 상기 공동으로 연장하는 상단부를 가지는 핀; 상기 하우징의 내부와 상기 핀 위에 장착된 제 1 자석 어셀블리; 상기 하우징의 외부에 배치된 캐리지 구조체; 및 상기 캐리지 구조체상에 장착된 제 2 자석 어셈블리를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 자석 어셈블리는 서로에 관련하여 배치되어 상기 제 2 자석 어셈블리는 상기 핀과 상기 제 1 자석 어셈블리가 자성적으로 상기 하우징내에 부상되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

처리 챔버용 리프트 핀 및 지지 핀 장치
본 발명은 반도체 처리 챔버, 예를 들면 급속 열처리(RTP) 챔버에 사용되는 기판지지 메커니즘에 관한 것이다.
집적회로 제조공정에 있어서, 기판 처리 장치는 처리 챔버내에 기판을 유지시켜서 에칭, 증착 또는 어닐링과 같은 화학적 또는 물리적 처리를 행한다. 처리 챔버 내부에서, 기판은 서셉터, 지지 링, 플래튼, 또는 다른 기판 지지체 위에 놓인다. 처리량을 증가시키고 오염을 방지하고 사람들의 실수를 피하기 위하여, 자동화된 로봇 핸들러는 챔버 내부 및 외부로 기판을 이동시킨다. 로봇과 기판 지지체 사이의 부드러운 "핸드-오프"는 일반적으로 리프트 핀 장치에 의해 달성된다.
리피트 핀 장치는 기판을 상승 및 하강시키기 위하여 수직으로 이동될 수 있는 여러개의 리프트 핀을 포함한다. 로봇 핸들러로부터 지지체로 기판을 전달하기 위하여, 리프트 핀은 수직으로 상승하여 로봇 핸들러로부터 기판을 픽업한다. 로봇 핸들러가 후퇴한 후에, 리프트 핀은 기판을 지지체상으로 하강시킨다. 공정이 완료될 때, 리프트 핀은 웨이퍼를 지지체로부터 상승시키고 로봇 핸들러는 기판 아래에 위치된다. 이어서 리프트 핀은 기판을 로봇 핸들러상으로 하강시킨다.
본 발명은 반도체 처리 챔버에 사용되는 기판지지 메커니즘을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1도는 기판 처리 챔버의 개략 단면도.
제2a-2c도는 리프트 핀 장치의 개략 단면도.
제3a도 및 제3b도는 리프트 핀의 실시예의 부분 절단 사시도.
제4도는 자석 지지 구조의 개략 사시도.
제5도는 지지 링 위에 기판을 지지하는 리프트 핀의 개략 사시도.
제6도는 처리 챔버에 연결된 지지 핀 하우징의 개략 단면도.
제7a-7c도는 지지 핀 장치의 개략 단면도.
제8도는 다른 리프트 핀 메커니즘의 개략 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 기판 20 : 처리 챔버
22 : 원통형 측벽 26 : 하부 벽
30 : 기판 지지체 32 : 에지 링
34 : 립 36 : 지지관
40 : 냉각수 가열 엘리먼트 42 : 석영 윈도우
50 : 반사판 90 : 리프트 핀
100 : 하우징 112 : 자석 어셈블리
일반적으로, 본 발명의 일 특징은 내부 공동을 에워싸며 챔버 하부를 갖는 처리 챔버에 사용되는 기판지지 메커니즘이다. 상기 장치는 자성 영구 재료로 만들어진 하우징; 상기 하우징 내에 위치되고 챔버의 하부를 통하여 연장하는 통로내로 그리고 처리 동안에 기판을 포함하는 공동 내로 연장하는 상단부를 갖는 핀; 하우징의 내부에 있으며 핀 상에 설치된 제 1 자석 어셈블리; 상기 하우징의 외부에 위치된 캐리지 구조체; 및 상기 캐리지 구조체상에 설치된 제 2 자석 어셈블리를 포함한다. 제 1 및 제 2 자석 어셈블리는 제 2 자석 어셈블리가 핀과 제 1 자석 어셈블리를 하우징내에 자성적으로 부상시키도록 서로 위치된다.
바람직한 실시예는 다음과 같은 특징을 갖는다. 상기 장치는 캐리지 구조체를 상승 및 하강시킴으로써 핀이 상승 및 하강되는 리프팅 메커니즘을 포함한다. 리프팅 메커니즘은 상승된 위치 및 하강된 위치를 갖는다. 리프팅 메커니즘이 상승된 위치에 있을 때, 핀은 처리동안에 기판이 유지되는 평면 위에 핀의 상부가 위치되도록 통로를 통하여 내부 공동으로 뻗어있다. 리프팅 메커니즘이 하강된 위치에 있을 때, 핀은 처리동안에 기판이 유지되는 평면 아래로 유지되는 레벨로 핀의 상부가 놓이도록 구멍내로 후퇴된다. 처리 챔버는 챔버의 하부 위에 간격져 있으며 그 주변에서 기판을 지지하기 위한 기판지지 링을 포함하며 핀의 상부는 기판이 지지 링내에 유지될 때 핀이 기판의 후방측과 접촉하도록 기판지지 링에 대하여 위치되어 있다. 일 실시예에서, 지지 링은 사용동안 회전축 주위로 회전하며 핀은 회전축을 따라 정렬되고 핀의 상부는 기판의 후방측의 중심과 접촉하여 바이어스되어 있다. 핀의 상부는 핀의 상부와 기판의 후방측 사이의 접촉 영역을 최소화하기 위하여 형성되어 있으며, 예를 들면 둥글다. 이외에도, 제 1 및 제 2자석 어셈블리는 서용동안 핀이 자유롭게 회전되도록 구성된다.
본 발명의 다른 특징은 기판을 처리하기 위한 장치이다. 상기 장치는 내부 공동을 에워싸며 챔버 하부를 갖는 진공 챔버; 처리동안에 기판을 지지하는 챔버 내부의 지지 메커니즘; 챔버 하부에 설치되고 자성적으로 투과 가능한 재료로 만들어진 하우징; 하우징 내부에 위치되며 챔버의 하부를 통하여 연장하는 통로와 처리동안에 기판을 포함하는 공동으로 연장하는 상단부를 갖는 핀; 핀 상에 설치되고 하우징의 내부에 있는 제 1 자석 어셈블리; 하우징의 외부에 설치된 캐리지 구조체; 및 캐리지 구조체상에 설치된 제 2 자석 어셈블리를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 자석 어셈블리는 제 2 자석 어셈블리가 핀과 제 1 자석 어셈블리를 하우징내에서 자성적으로 부상시키도록 서로 위치되어 있다.
제1도에 도시된 바와 같이, 급속 열처리 시스템에서, 회전 기판지지 구조체(30)는 처리 챔버(20) 내부의 원반형 실리콘 기판(10)(예를 들면, 직경이 150-300mm)을 유지한다. 상부(25), 원통형 측벽(22), 및 하부 벽(26)을 포함하는 챔버(20)는 시일된 공동을 한정한다. 챔버의 상부에 위치된 텅스텐-할로겐 램프의 어레이와 같은 냉각수 가열 엘리먼트(40)로부터의 방사 에너지는 챔버내의 공동으로 석영 윈도우(42)를 통과하며 처리가 이루어지는 상승된 온도로 기판을 빠르고 균일하게 가열한다. 이러한 챔버내에서 수행되는 챔버는 예를 들면 어닐링, 클리닝, 화학 진공 증착, 도핑, 에칭, 산화, 및 질화를 포함한다. 수행되는 처리의 형태에 따라서, 반응 및/또는 불활성 가스는 처리동안 챔버내로 흘러들어간다.
챔버의 하부 및 기판(10)의 아래에서, 스텐레스강 베이스(55)는 예를 들면 금과 같은 얇고 아주 반사적인 층으로 코팅된 알루미늄으로 만들어진 반사판(50)을 지지한다. 냉각액은 처리동안에 베이스를 냉각시키기 위하여 베이스(55)내의 통로(56)를 통해 순환한다.
기판 지지체(30)는 립(34)을 갖는 에지 링(32)을 포함한다. 립(34)은 기판지지 구조체(10)가 회전할 때 에지 링으로부터 가로로 기판(10)이 슬립되는 것을 방지하며 기판(10)과 동심원을 이룬다. 반사판(50) 위, 예를 들면 약 1cm내로 기판(10)을 지지하는 에지 링(32)은 지지관(36)을 회전시키는 베어링 어셈블리(38)상에 차례로 놓여있는 우너통향 지지에 놓여 그것에 지지된다. 베어링 어셈블리(38)는 지지관(36)을 에워싸는 실드(58)에 의해 증착 재료 및 열로부터 보호된다. 지지관(36)을 회전시키는 방위각 구동 메커니즘은 챔버(20)의 외벽(22)에 위치된 구동 링(24)을 회전시키는 모터(66)를 포함한다. 구동 링(24)상에 설치된 자석(62)은 지지관(36)상에 설치된 일 세트의 자석(60)에 측벽(22)을 통하여 자성적으로 결합된다. 모터가 구동 링(64)을 회전시킬 때, 자석(60) 및 (62) 사이의 자성 결합은 지지관(36)과 기판(10)이 회전되는 것을 초래하게 된다. 전형적으로, 구동 메커니즘은 약 90 rpm으로 지지관을 회전시키나, 적정할 경우 고속으로 사용될 수도 있다.
시스템은 처리동안에 기판의 온도를 측정하기 위하여 센서 시스템을 포함한다. 센서 시스템은 기판(10)의 하부와 반사판(50)의 상부 사이에 형성된 공동내의 방사를 샘플링하기 위하여 광 파이프(72)에 연결된 광섬유(74)를 사용하는 다중 고온계를 포함한다. 광 파이프(72)는 베이스(55)를 통해 반사판(50)의 상부로 연장하는 도관(70)내에 유지된다. 고온계(76)는 샘플링된 방사를 온도 리딩으로 전환한다.
하부 챔버(20)에는 처리후에 기판이 챔버(20)로부터 제거될 수 있도록 챔버(20)내에 기판(10)을 수용하고 처리전에 기판을 에지 링(32)상으로 하강시킨후 이후에 에지 링(32)으로부터 기판을 상승시키는데 사용되는 리프트 메커니즘(89)이 있다. 리프트 메커니즘(89)은 챔버(20)의 하부 벽, 기저판(55), 및 반사판(50)을 통하여 연장하는 리프트 핀 구멍(80)을 통과하는 일 세트의 리프트 핀(90)을 포함한다. 각 리피트 핀(90)은 챔버의 하부에 설치된 대응 밀봉된 리프트 핀 하우징(100)내에 포함된다.
제2A-2C도에서, 리프트 핀(90)은 챔버내로 핀을 통과시키는 구멍이나 하우징과 물리적으로 접촉하지 않도록 리피트 핀 하우징(100)내에 자성적으로 지지된다. 밀봉된 하우징(100)내에 각 리프트 핀(90)을 부상시키는데 사용되는 자성 선형 베어링(95)은 하우징(100)내에 리프트 핀(90)상에 설치된 상부 자석 어셈블리(92a)와 하부 자석 어셈블리(92)를 포함하며 리프트 핀 하우징(100) 외부에 위치되어 그것을 에워싸는 이동가능한 캐리지(110) 상에 설치된 대응하는 상부 자석 어셈블리(112a) 및 하부 자석 어셈블리(112)를 포함한다. 이하, 자석 어셈블리(92a, 92b)는 일반적으로 자석 어셈블리(92)로 인용될 것이다. 유사하게, 자석 어셈블리(112a) 및 (112b)는 자석 어셈블리(112)로 인용될 것이다.
각 리프트 핀 하우징(100)은 자성적으로 투과가능한 재료, 예를 들면 스텐레스강으로 만들어진다. 그러므로, 자석 어셈블리(92) 및 (112)로부터의 자계는 서로 상호작용한다. 자석 어셈블리는 서로에 대하여 추진력이 인가되도록 서로에 대하여 방향설정된다. 또한, 자석 어셈블리는 추진력이 중력에 대항하여 리프트 핀(90)을 지지하고 핀을 챔버내로 통과시키는 구멍이나 하우징의 내면과 접촉하지 않고 안정한 위치로 가로로 리프트 핀(90)을 유지하도록 위치설정된다. 이것을 달성하기 위하여, 자석은 당업자에게 공지된 다양한 방법으로 서로에 대하여 배열되어 있다. 도시한 실시예에서, 하부 자석 어셈블리(92b)는 하우징(100) 외부의 하부 자석 어셈블리(112b)의 평면의 약간 위에 있는 평면에 위치되어 있으며, 상부 자석 어셈블리(92a)는 하우징(100) 외부의 하부 자석 어셈블리(112a)의 평면의 약간 아래에 있는 평면에 위치된다. 그러므로, 하부 세트의 자석(예를 들면, 자석 어셈블리(92b) 및 (112b))은 중력에 대항하여 핀상에 하방력을 인가하여 하부 자석 어셈블리에 의해 발생된 힘에 대하여 핀이 클램핑된다. 이 배열은 핀을 안정하게 유지시키고 특히 핀이 하강될 때 핀의 이동의 보다 양적인 제어를 하려는 경향이 있다.
자석 어셈블리(92) 및 (112)는 간단하게 설계될 수 있으며, 미합중국 특허 제 5,319,272호에 개시된 바와 같은 보다 복잡한 구성일 수도 있다. 이 출원에서는 회전을 위하여 리프트 핀이 필요한 것은 아니다.
리프트 핀 구멍(80)은 비반사성인 반사판상에 영역을 형성한다는 것에 주지한다. 물을 균일하게 가열하기 위하여, 높은 반사성과 가능한 한 균일한 반사성을 모두 갖는 반사판을 가질 필요는 없다. 그러므로, 리프트 핀 구멍(80) 및 리프트 핀(90)은 구멍 바로 위의 위치에서 웨이퍼의 온도를 교란시키는 양을 최소화하기 위하여 실제와 같이 작은 직경을 갖는 것이 바람직하다. 물론, 핀은 노무 작아서 불합리하게 깨져서는 안된다. 이외에도, 리프트 핀이 벽과 접촉하여 챔버내에서 처리되는 장치를 파괴시킬 수 있는 미립자 오염물이 생성되지 않도록 리프트 핀과 리프트 핀 구멍의 벽 사이의 갭이 충분히 커야 한다. 도시한 실시예에서, 리프트 핀 구멍(80)은 직경이 약 4.75mm이고 리피트 핀(90)은 직경이 2mm이며 허용오차는 약 2.75mm이다.
제3a도 및 제3b도에서, 리프트 핀(90)은 도시한 실시예에서 석영으로 만들어진 로드(120)를 포함한다. 로드(120)는 기판(10)과 접촉하기 위한 편평한 상부면(121)을 갖는다. 자석 어셈블리(92)는 리프트 핀 하우징(100)내에 남아 있는 로드(120)의 하부 위치상에 설치된다. 일 실시예에서, 두 개의 몰딩된 자석(92a) 및 (92b)은 로드(120)상의 상승된 위치(122)위로 에워싸서 스냅고정된다. 각 자석은 닉켈이나 플라스틱이나 또는 처리동안에 챔버(20)내에 사용되는 플루오린 및 클로라인과 같은 반응 가스에 대해 저항성을 갖는 어떤 재료로 만들어진 보호층(124)으로 코팅된 철-실리콘 원환체(torus)이다.
다른 실시예에서, 리프트 핀(90)의 하부 위치는 리톤(ryton)과 같은 사출성형되고 고온의 부식 저항 플라스틱으로 만들어진다. 하부 위치(126)는 두 개의 자석(92a) 및 (92b)으로 밀봉되며, 상기 두 개의 자석은 철-실리콘 디스크(127)로 만들어진다. 하부 위치(126)는 석영 로드(120)의 하부가 타이트하게 고정되는 원통형 구멍(128)을 갖는다.
제2a-2c도에 도시된 바와 같이, 스텐레스강 리프트 핀 하우징(100)은 일단이 폐쇄되어 있고 타단에는 외측으로 돌출한 플랜지(104)가 제공되어 있는 원통형 관(102)을 포함한다. 다른 부식 저항성의, 자성적으로 투과가능한 비도전성 재료가 스텐레스강 대신에 사용될 수도 있다. 나사(106)는 리프트 핀 하우징(100)을 하부 벽(26)에 고정시키며 플랜지(104)와 하부 벽(26) 사이의 O 링은 가스 장벽을 형성하기 위하여 그들 사이에 시일을 형성한다. 커넥터(130)를 통하여 리프트 핀 하우징(100)의 하부에 연결된 공급 라인(132)은 처리동안에 퍼지 가스를 공급한다. 퍼지 가스는 챔버로부터의 처리 가스가 처리동안에 리프트 핀 하우징에 들어가지 않도록 챔버에 대하여 리프트 핀 하우징(100)내의 약간 포지티브한 압력을 생성하고 하우징에 들어갈 수 있는 어떤 반응가스를 채우는데 사용되는 비반응 가스 또는 불활성 가스(예를 들면, 아르곤이나 질소)이다.
상승 및 하강하는 리프트 핀(90)은 리프트 핀이 하우징되는 공동의 내부 체적에서 어떤 변화를 일으키지 않고 달성된다. 이것은 리프트 핀을 상승 및 하강시키기 위하여 벨로우즈 어셈블리를 사용하는 다른 종래의 리프트 핀 메커니즘을 통하여 특정한 이점을 제공한다. 먼저, 어떠한 반응가스도 핀이 하강될 때 핀 하우징내로 흡수되지 않는다. 둘째로, 리프트 핀 하우징의 하부 바닥이 이동되지 않기 때문에, 벨로우즈 메커니즘의 경우에서와 같이, 퍼지 가스 공급장치를 하우징에 기계적으로 결합시키는 것이 보다 용이하다. 연결은 실패를 초래할 수 있는 반복된 가요성에 노출되지 않을 것이다.
제4도에 도시된 바와 같이, 캐리지(110)는 리프트 핀 하우징(100) 주위에 고정되며 자석 어셈블리(112a) 및 (112b)는 리프트 핀 하우징(100)의 길이방향 축에 수직한 평면에서 캐리지(110)에 기계적으로 부착된다. 퍼지 가스 라인(130)은 캐리지의 하부의 구멍(114)을 통해 제공되어 있다. 캐리지(110)는 화학적 구동에 의해 상승 및 하강되는 암(135)에 느슨하게 연결된다.
제5도에 도시된 일 실시예에서, 등변 삼각형의 수직선에 위치설정된 세 개의 리프트 핀(90a, 90b, 및 90c)은 기판의 하측(도시되지 않음)과 접촉하기 위하여 각각 세 개의 리피트 핀 구멍(80a, 80b, 및 80c)을 통해 돌출한다. 챔버(20)상에 물리적으로 설치된 스파이더 어셈블리(170)와 수직 구동 메커니즘(도시하지 않음)은 리프트 핀(90a-90c)의 상승 및 하강을 제어한다. 스파이더 어셈블리는 세 개의 캐리지(110a-110c)에 각각 느슨하게 연결된 세 개의 암(135a-135c)을 갖는다. 예를 들면 압축공기 구동일 수 있는 수직 구동 메커니즘(175) 및 스파이더는 동시에 세 개의 핀을 상승 및 하강 이동시킨다.
제1도에서, 일반적인 동작시에, 컴퓨터-제어된 로봇 암(16)상의 블레이드(14)는 포트(120)를 통하여 챔버(20)내로 기판(10)을 운반한다. 리프트 핀(90a-90c)은 블레이드(14)로부터 기판(10)을 리프트하고 약 일 인치정도 상승한다. 블레이드(14)가 후퇴한 후에, 리프트 핀(90a-90c)은 리프트 핀 구멍(80a-80c)으로 다시 후퇴하고, 그로인해 기판(10)이 에지 링(32)상으로 하강된다. 이어서 기판(10)은 처리단계로 들어간다. 처리단계가 완료되면, 기판(10)은 챔버(20)내에서 행해진 것과 동일한 방법으로 제거된다: 리프트 핀(90a-90c)은 상승하여 에지 링(32)으로부터 기판(10)을 리프트하고; 블레이드(14)는 기판(10)아래로 이동하고; 리프트 핀(90a-90c)은 기판(10)을 블레이드상으로 후퇴 및 하강시키고; 블레이드(14)는 포트(12)를 통하여 챔버(20) 외부로 기판(10)을 운반한다.
제6도에 도시된 바와 같이, 가공 챔버는 또한 가공 중에 기판 중심을 지지하는 기구(230)를 포함한다. 기판(10)은 모서리 링(32)에 의하여 그 주변에서 지지되기 때문에, 상기 중심 지지 기구(230)가 없다면, 예를 들어 직경이 300mm또는 그이상인 큰 기판의 중심은 중력에 의하여 특히 높은 처리 온도에서 하방향으로 편향되거나 기울어진다. 실제로, 기울어짐으로 인한 기판상의 스트레스는 "어긋남", 즉 기판의 전기적 유용성을 파괴시키는 기판 결정 구조의 전단 변형을 발생시키기에 충분할 수 있다. 기판 하부면 중심과 접촉하도록 지지 핀구멍(220)을 통하여 상부로 통과하는 지지핀(210)을 포함하는 지지 기구(230)는 상기와 같은 기울어짐을 방지한다.
리프트된 기구 및 서로 분리되어 있는 지지핀 기구만을 도시하였다. 이는 간략하기 위한 것이다. 그러나, 두 기구는 동일한 가공 챔버에 이용될 수 있다.
지지핀(210)을 포함하는 단일지지핀 하우징(200)은 챔버(20)의 바닥(210) 하부의 중심에 장착된다. 기구내의 지지부 설계는 이전에 설명한 리프트핀의 설계와 매우 유사하다. 그러나, 이 경우, 핀이 자유롭게 회전할 수 있고 기판의 중심을 지지하고 있는 것이 중요하다. 또한, 지지핀(210)은 리프트핀의 평평한 상부단부에 비하여 둥근 상부단부(214)를 가졌다. 이는 지지핀과 웨이퍼의 후면 사이의 접촉 영역을 최소화하고, 이는 다시 접촉점의 열부하와 상기 후면에 대한 마찰을 통한 입자의 발생 위험을 최소화한다.
지지핀(210)은 지지핀 구멍(220) 위를 통하여 기판이 모서리 링에서 휴지상태에 있을 때 기판의 후면을 접촉하는 챔버(20)쪽으로 지지핀 하우징(200)의 회부로 돌출한다. 지지핀 구멍(220)과 지지핀(210) 모두의 영역은 지지구조체(30)의 회전축과 정렬되고 상기 회전축과 공동 축을 가진다. 따라서, 지지핀(210)은 그의 중심에서 기판과 접촉하며, 상기 지지핀의 중심은 회전이 발생하는 포인트이다.
제7A도에 도시된 바와 같이, 지지핀(210)은 지지핀 하우징(200) 내부를 자성적으로 부양한다. 지지핀(210)이 상부 및 하부 자석 어셈블리(212a, 212b)(일반적으로 자석 어셈블리(212)라고 한다)를 포함하는 자성 베어링(230)은 상부 및 하부 자석 어셈블리(242a, 242b)(일반적으로 자석 어셈블리(242)라고 한다) 위에 장착되고 하우징(200)을 감싸고 그 외부에 배치된 프레임(240) 위에 장착된다.
지지핀 하우징(200)은 예를 들어 스테인레스 강철과 같은 강자성 재료로 구성된다. 자석 어셈블리(212, 240)는 서로 향하고 있어, 자력이 중력에 대하여 지지핀(210) 위에 작용하고 적당한 위치에서 지지핀을 측방향으로 유지하여, 챔버로 통하는 하우징 또는 구멍의 내부면과 접촉하지 않도록 한다. 이를 완성하기 위하여, 자석은 당업자에게 공지된 여러 가지 방법으로 서로에 대하여 배열될 수 있다. 전술한 실시예에서, 하부 자석 어셈블리(212b)는 하부 자석 어셈블리(242b)의 평면 보다 약간 높은 평면에 배치되며, 상부 자석 어셈블리(212a)는 상부 자석 어셈블리(242a)의 평면 보다 약간 낮은 평면에 배치된다. 전술한 바와 같이, 이러한 구조는 프레임(240)상의 상부 및 하부 자석 어셈블리(242a, 242b) 사이의 핀을 자성적으로 클램핑한다.
자석 어셈블리(212, 242)는 단순하게 설계될 수 있거나 또는 이들은 여기에 참고로 인용된 미국특허 제 5,319,272호에 기재된 바와 같이 보다 복잡한 설계로 될 수 있다. 그러나, 리프트 핀과 다르게, 지지핀은 기판이 회전할 때 기판과 함께 용이하게 회전하여 지지핀 상부와 기판 배면 사이의 마찰을 감소시킬 수 있어야 한다.
제7b-7c도에 따르면, 프레임(240)은 고정 위치에서 기판이 모서리 링(34)으로 하강할 때 기판의 배면이 휴지 상태가 되는 평면 위에 지지핀 상부가 놓이도록 챔버(20)에 배치된다. 기판(10)이 모서리지지 링(34)으로 하강할 때, 그의 배면은 지지핀(210)과 접촉하며, 상기 핀이 기판의 배면에 대하여 편향되고 기판의 배면을 지지하도록 자성 스프링을 약간 "압착"한다. 기판(10)과 지지핀(210)을 접촉하게 하여, 기판이 회전될 때, 핀과 기판 사이의 마찰이 지지핀을 회전시키도록 한다.
선택적으로, 지지핀(210)은 리프트핀에 대하여 설명한 방식으로 제위치로 상승될 수 있다. 즉, 지지핀은 웨이퍼가 모서리 링 위에 베치되기 전 또는 지지 링위에 배치된 후에 상승될 수 있다. 실제로, 지지핀은 웨이퍼 리프트 기구의 일부일 수 있다.
우리는 자성적으로 완전하게 부양되는 핀에 대하여 설명했다. 즉, 핀은 자력에 의하여 수직(즉, z좌표)과 수평(즉, x와 y좌표)으로 제위치에 유지된다. 선택적으로, 센터링 기능(즉, 핀을 특정 x와 y 위치에 유지시키는 것)은 제8도에 도시된 바와 같이 두 개의 베어링(300)에 의하여 수행될 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 베어링(300)은 폴리이미드 또는 폴리아미드 플라스틱 재료(예를 들어 상표명, 토론 또는 베셀)와 같은 자성 윤활, 비입자 발생 재료로 이루어진다. 따라서, 본 실시예에서, 자력은 일차적으로 특정 z방향으로 핀을 유지하고 이를 상방향 및 하방향으로 이동시키기 위하여 이용된다. 베어링은 핀에 대하여 요구되는 수직 이동을 허용하도록 핀 길이를 따라 용이한 위치에 배치될 수 있다. 베어링(300)은 다수의 상이한 방법중 하나에 따라 구현될 수 있다. 예를 들어, 베어링은 하우징 내에 고정될 수 있으며 핀을 자유롭게 상방향 및 하방향으로 이동시킬 수 있는 중분하게 큰 중심 구멍을 가지거나, 또는 핀에 부착되어 하우징의 내부에서 핀을 상방향 및 하방향으로 이동시킬 수 있다. 모서리 지지 링을 이용하는 RTP챔버를 근거로 리프트된 기구를 설명하였지만, 본 발명은 리프트핀이 이용되거나 예를 들어 지지 구조체로부터 기판을 상승시키고 지지 구조체로 기판을 하강시키기 위하여 이용될 수 있는 어떠한 기판 가공 챔버에 이용될 수 있다. 다른 실시예는 종속항에 기재되어 있다.
상승 및 하강하는 리프트 핀은 리프트 핀이 하우징되는 공동의 내부 체적에서 어떤 변화를 일으키지 않고 달성된다. 이것은 리프트 핀을 상승 및 하강시키기 위하여 벨로우즈 어셈블리를 사용하는 다른 종래의 리프트 핀 메커니즘을 통하여 특정한 이점을 제공한다. 먼저, 어떠한 반응가스도 핀이 하강될 때 핀 하우징내로 흡수되지 않는다. 둘째로, 리프트 핀 하우징의 하부 바닥이 이동되지 않기 때문에, 벨로우즈 메커니즘의 경우에서와 같이, 퍼지 가스 공급장치를 하우징에 기계적으로 결합시키는 것이 보다 용이하다.

Claims (30)

  1. 내부 공동을 밀봉하고 챔버 하부를 가지는 처리 챔버와 사용하기 위한 기판 지지용 장치에 있어서, 자성적으로 투과할 수 있는 재료로 형성된 하우징; 상기 하우징내에 배치되고, 상기 챔버 하부를 통해 연장하는 통로로 연장하며 처리 동안 기판을 포함하는 상기 공동으로 연장하는 상단부를 가지는 핀; 상기 하우징의 내부에 있고 상기 핀 위에 장착된 제 1 자석 어셈블리; 상기 하우징의 외부에 배치된 캐리지 구조체; 및 상기 캐리지 구조체상에 장착된 제 2 자석 어셈블리를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 자석 어셈블리는 서로에 관련하여 배치되어 상기 제 2 자석 어셈블리는 상기 핀과 상기 제 1 자석 어셈블리가 자성적으로 상기 하우징내에 부상되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캐리지 구조체를 상승시키고 하강시키는 리프팅 메커니즘을 더 포함하여 상기 핀을 상승 및 하강시키는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 리프팅 장치는 상승된 위치와 하강된 위치를 가지며, 상기 리프팅 메커니즘이 상승된 위치에 있을 때 상기 핀은 상기 통로를 통해 상기 내부 공동으로 연장하여 상기 핀의 상부는 상기 기판이 처리 동안 홀딩되는 평면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 리프팅 메커니즘이 하강된 위치에 있을 때, 상기 핀은 상기 홀로 후퇴하여 상기 핀의 상부는 상기 기판이 처리동안 홀딩되는 상기 평면 아래에 배치되는 레벨에 놓이는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 처리 챔버는 상기 기판 주변에서 상기 기판을 지지하고 상기 챔버의 하부상에 배치되는 기판 지지용 링을 포함하며, 상기 핀의 상부는 상기 기판이 상기 지지용 링내에 홀딩될 때 상기 핀이 상기 기판의 후면에 접촉하도록 상기 기판 지지용 링과 관련하여 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 지지용 링은 사용중 회전축 둘레를 회전하며, 상기 핀은 상기 회전축을 따라 정렬되는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  7. 제6항에 있어서, 사용중 상기 핀의 상부는 상기 기판에 대한 상기 후면의 중앙에 접촉하는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 핀의 상부는 상기 핀의 상부와 상기 기판의 후면 사이의 접촉 면적을 최소화 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 핀의 상부는 둥글게 되는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 핀은 상기 기판이 처리동안 상기 지지용 링내에 홀딩될 때 상기 기판의 후면에 접촉하여 바이어싱되는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 자석 어셈블리는 상기 핀이 사용중 자유롭게 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  12. 내부 공동을 한정하고 챔버 하부를 가지는 처리 챔버와 사용하기 위한 기판 지지용 장치에 있어서, 다수의 리프트 핀 메커니즘을 포함하고, 상기 다수의 리프트 핀 메커니즘의 각각은 자성적으로 투과할 수 있는 재료로 형성된 리프트 핀 하우징; 상기 리프트 핀 하우징내에 배치되고, 상기 챔버 하부를 통해 연장하는 통로로 연장하며 상기 챔버내의 상기 공동으로 연장하는 상단부를 가지는 리프트 핀; 상기 리프트 핀 하우징의 내부에 있고 상기 리프트 핀 위에 장착된 제 1 자석 어셈블리; 상기 리프트 핀 하우징의 외부에 배치된 캐리지 구조체; 및 상기 캐리지 구조체상에 장착된 제 2 자석 어셈블리를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 자석 어셈블리는 서로에 관련하여 배치되어 상기 제 2 자석 어셈블리는 상기 리프트 핀과 상기 제 1 자석 어셈블리가 자성적으로 상기 하우징내에서 부양되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 다수의 캐리지 구조체를 상승시키고 하강시키는 리프팅 메커니즘을 더 포함하여 상기 다수의 리프트 핀을 상승 및 하강시키는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 리프팅 메커니즘은 상승된 위치와 하강된 위치를 가지며, 상기 리프팅 메커니즘이 상승된 위치에 있을 때 상기 다수의 리프트 핀은 상기 리프트 핀의 상부가 상기 기판이 처리 동안 홀딩되는 평면상에 배치되도록 이들의 개별 통로를 통해 상기 공동으로 연장하는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 리프팅 메커니즘이 그것의 하강된 위치에 있을 때, 상기 리프트 핀은 이들의 개별 통로로 후퇴하여 상기 리프트 핀의 상부는 상기 기판이 처리동안 홀딩될 때 상기 기판에 의해 한정된 상기 평면 아래에 배치되는 레벨에 놓이는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 리프팅 메커니즘이 그것의 하강된 위치에 있을 때, 상기 리프트 핀은 상기 리프트 핀의 상부가 상기 챔버내의 공동으로 연장하지 못하도록 이들의 개별 통로로 후퇴하는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 리프팅 메커니즘은 선형 이동을 형성하는 구동 메커니즘과 상기 모든 캐리지 구조체에 대해 상기 구동 메커니즘의 선형 이동을 결합하는 스파이더 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 리프트 핀 하우징은 상기 챔버 하부의 바로 밑에 있는 상기 챔버에 부착되는 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  19. 제13항에 있어서, 상기 구동 메커니즘은 공기 구동 메커니즘인 것을 특징으로 하는 기판 지지용 장치.
  20. 기판 처리용 장치에 있어서, 내부 공동을 밀봉하고 챔버 하부를 가지는 챔버; 처리동안 상기 기판을 지지하는 상기 챔버 내부의 지지용 메커니즘; 자성적으로 투과할 수 있는 재료로 형성되고, 상기 챔버의 바로 밑에 장착되는 하우징; 상기 하우징내에 배치되고, 상기 챔버 하부를 통해 연장하는 통로로 연장하며 처리 동안 기판을 포함하는 상기 공동으로 연장하는 상단부를 가지는 핀; 상기 하우징의 내부에 있고 상기 핀 위에 장착된 제 1 자석 어셈블리; 상기 하우징의 외부에 배치된 캐리지 구조체; 및 상기 캐리지 구조체상에 장착된 제 2 자석 어셈블리를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 자석 어셈블리는 서로에 관련하여 배치되어 상기 제 2 자석 어셈블리는 상기 핀과 상기 제 1 자석 어셈블리가 자성적으로 상기 하우징내에 부양되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 캐리지 구조체를 상승시키고 하강시키는 리프팅 메커니즘을 더 포함하여 상기 핀을 상승 및 하강시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 기판 주변에서 상기 기판을 지지하고 상기 챔버의 하부상에 배치되는 기판 지지용 링을 더 포함하며, 상기 핀의 상부는 상기 기판이 상기 지지용 링내에 홀딩될 때 상기 핀이 상기 기판의 후면에 접촉하도록 상기 기판 지지용 링과 관련하여 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 지지용 링은 사용중 회전축 둘레를 회전하며, 상기 핀은 상기 회전축을 따라 정렬되는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
  24. 제23항에 있어서, 사용중 상기 핀의 상부는 상기 기판에 대한 상기 후면의 중앙에 접촉하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 핀의 상부는 상기 핀의 상부와 상기 기판의 후면 사이의 접촉 면적을 최소화 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
  26. 제22항에 있어서, 상기 핀의 상부는 둥글게 되는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
  27. 제22항에 있어서, 상기 핀은 상기 기판이 처리동안 상기 지지용 링내에 홀딩될 때 상기 기판의 후면에 접촉하여 바이어싱되는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
  28. 제21항에 있어서, 상기 기판 주변에서 상기 기판을 지지하고 상기 챔버의 하부상에 배치되는 기판 지지용 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 리프팅 메커니즘은 상승된 위치와 하강된 위치를 가지며, 상기 리프팅 메커니즘이 그것의 상승된 위치에 있을 때 상기 리프트 핀은 상기 리프트 핀의 상부가 상기 기판이 처리 동안 홀딩되는 평면상에 배치되도록 상기 통로를 통해 상기 공동으로 연장하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 리프팅 메커니즘이 그것의 하강된 위치에 있을 때, 상기 리프트 핀은 상기 통로로 후퇴하여 상기 리프트 핀의 상부는 상기 기판이 처리동안 홀딩될 때 상기 기판에 의해 한정된 상기 평면 아래에 배치되는 레벨에 놓이는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 장치.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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