KR100292613B1 - 반도체 설비의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치 - Google Patents

Abstract

목적 : 본 발명은 웨이퍼에서 클램프 핑거가 떨어져 나갈 때에 웨이퍼가 같이 붙어 상승되는 일이 없도록 개선한 반도체설비의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치를 제공한다.

구성 : 본 발명은 최상단에 일정 길이를 가지는 돌출부를 보유한 클램프 샤프트의 상단에 메인 클램프 핑거를 고정시키고, 상기 클램프 샤프트의 돌출부에 연계되는 위치로 서브 클램프 핑거를 설치하여 상기 메인 클램프 핑거와 평행 배치 시킴과 아울러 서브 클램프 핑거의 일측단에는 상기 메인 클램프 핑거의 대응단부를 관통하여 연장되는 푸쉬로드를 부착하여 상기 클램프 샤프트의 승강 작동에 연동하여 서브 클램프 핑거가 메인 클램프 핑거에 대해 지연 작동되도록 구성하여, 상호 개별 작동되는 메인 클램프 핑거와 서브 클램프 핑거로 웨이퍼 가장자리의 대칭 위치를 눌러 고정시키는 단계와, 상기 메인 클램프 핑거가 웨이퍼로부터 분리 될 때에 상기 서브 클램프 핑거는 일정 시간 지연된 다음 상기 웨이퍼로부터 분리되는 단계로 작동된다.

효과 : 메인 클램프 핑거와 서브 클램프 핑거의 시차 연동에 의해 웨이퍼는 미동도 없이 서브스트레이트 홀더의 상면에 그대로 존치되어 공정 중에 웨이퍼의 손상을 현저하게 줄일 수 있다.

Description

반도체 설비의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치

본 발명은 반도체 제조 설비에 필수적으로 응용되고 있는 웨이퍼 클램핑/언클램핑 분야에 관한 것으로서, 특히 클램핑 해제 과정에서 웨이퍼 손상을 일으키지 않는 반도체 설비의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 장비의 대부분은 가공 시에 웨이퍼를 잡아 주기 위한 클램핑 장치를 갖추고 있으며, 그 대표적인 설비로는 금속 증착 설비를 들 수 있다.

일반적으로 웨이퍼 가공은 식각을 통해 행해지고, 이 식각은 건식 식각과 습식 식각으로 분류될 수 있으며, 습식 식각은 VLSI, ULSI 소자에서 등방성 식각이 보이는 집적도의 한계 때문에 최근에는 주로 건식 식각이 활용되고 있는 추세이다.

건식 식각 기술은 플라즈마를 사용하여 피가공 재료를 플라즈마 상태의 활성 미립자(래디칼)와 화학 반응시켜 제거하는 방법과, 이온을 가속시켜 물리적으로 제거하는 방법이 기초를 이루고 있고, 이들 방법을 각각 또는 혼용하여 적용하고 있다.

이러한 웨이퍼 가공 공정에서 1장의 웨이퍼가 공정에 투입되어 반도체 디바이스로 완성되려면 약 300가지의 제조 공정을 경유한다.

예로서 실리콘 기판에 실리콘 산화막을 입히고 이 산화막을 선택적으로 제거하기 위하여 산화막 위에 감광막을 입힌 후마스크를 통해 노광시키고 에칭하면 노광된 부분은 화학적 반응에 따라 제거되고 산화막이 드러나게 된다. 이렇게 노출된 산화막을 건식 식각 공정에서 원하는 패턴으로 형성하는 것이다.

상기와 같은 웨이퍼 가공을 통해 얻어진 반도체 디바이스에는 내부 배선 및 외부와의 연결 기능을 도모하기 위하여 메탈층이 증착 된다.

메탈층은 진공 증착기법에 따라 적층되는 것이나 이것이 반도체 디바이스와 최소의 저항으로 전기적 접촉을 이루게 하고자 메탈층의 증착 전에 웨이퍼의 표면으로 자연 생성된 산화막을 제거하는 공장이 필요하다. 웨이퍼의 산화막 제거는 통상 스퍼터 공정에서 고주파 에칭을 통해 행해진다. 이 때 웨이퍼는 수평 모듈 상에서 스퍼터링 되는 도중에 옆으로 미끄러져 떨어지거나 흔들리는 일이 없도록 클램프 핑거로 고정시켜 놓게 되어 있다. 클램프 핑거는 일반적으로 서보스트레이트 홀더의 주변에서 상하 이동할 수 있게 배치된 클램프 샤프트와 연결되어 연동된다. 클램프 샤프트는 별도의 링크장치에 의해 작동되는 것이며, 이것은 상기 클램프 핑거를 항상 탄압하여 주는 스프링을 외주에 갖추고 있다. 도 1에 종래의 웨이퍼 클램핑 장치를 도시하였다. 이를 도 1에 따라 구체적으로 설명하면, 상면에 웨이퍼(2)가 올려 놓여지는 서브스트레이트 홀더(4)의 주변 대칭 위치로 클램프 장치(6)가 세워져 있고, 이 클램프 장치(6)의 상단에는 클램프핑거(8)가 상기 서브스트레이트 홀더(4)의 내측을 지향하도록 배치되어서 웨이퍼(2)의 주변부를 눌러 고정시키는 것이다. 또한 상기 클램프 핑거(8)는 클램프 장치(6)의 내부를 관통하여 연장된 클램프 샤프트(10)와 연결되어 있고, 이것은 상기클램프 장치(6)의 내부에서 탄성부재(12)에 의해 상방으로 탄압되게 배치되어 상기 클램프 샤프트(10)가 탄성부재(12)의 탄압력에 저항하여 하측방으로 위치 이동되었을 때에 그 상단의 클램프 핑거(8)가 서브스트레이트 홀더(4)에 놓여진 웨이퍼(2)의 상면을 눌러 고정시켜주게 되는 것이다.

이와 같이 서브스트레이트 홀더(4)의 상면에 웨이퍼(2)를 클램프 핑거(8)로 고정시켜 놓고 행하는 증착 공정에서, 메탈막의 증착은 웨이퍼(2)의 상면 전체에 걸쳐 행해지기 때문에 클램프 핑거(8)의 상측 표면까지 포함하여 같은 층 두께로 증착 된다.

이때 증착 되는 금속막은 웨이퍼(2)와 클램프 핑거(8) 사이에서 일종의 바인더로 작용함에 따라 클램프 샤프트(10)에 의한 클램프 핑거(8)의 상승시에 웨이퍼 (2)가 분리되지 않고 같이 붙어 올라오는 스티킹(sticking) 현상을 나타내거나 또는 같이 상승되는 도중에 탈락되는 일이 발생하여 종종 웨이퍼의 손상을 초래하는 문제점이 있다.

웨이퍼를 고정시키기 위한 클램핑수단의 다른 예가 미국 특허 제5,733,426호에 공지되어 있다. 개시된 예는 클램프 핑거가 웨이퍼로부터 떨어질 때에 서브스트레이트 홀더의 외주 방향으로 일정 각도 선회되는 메커니즘을 포함한다. 따라서 웨이퍼 분리시에 클램프 핑거로 웨이퍼가 달라붙는 일은 생기지 않는다. 그러나 클램프 핑거가 웨이퍼의 상방에서 선회하게 되면 비록 작은 면적을 이루는 것일지라도 웨이퍼 표면에 스크레치가 생기게 되고, 또 웨이퍼로 가해지는 외주 방향의 힘은 파티클을 발생하기에 충분할 정도로 센 힘이다.

본 발명은 종래의 웨이퍼 클램프 장치에서 볼 수 있는 클램프 핑거와 웨이퍼 사이의 유착 문제를 해결하기 위하여 웨이퍼가 클램프 핑거로부터 해제될 때에 같이 붙어 상승되는 일이 없도록 개선한 반도체 설비의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.

본 발명의 장치는 외력에 의해 승강 작동되고 최상단에 일정 길이를 가지는 돌출부를 보유한 클램프 샤프트와; 이 클램프 샤프트의 상단에 연결되고 스프링에 의해 탄압되는 메인 클램프 핑거와; 상기 돌출부에 연계되는 위치로 상기 메인 클램프 핑거와 나란하게 배치되고 일측단에는 상기 메일 클램프 핑거의 대응단부를 관통하여 연장되는 푸쉬로드를 갖춘 서브 클램프 핑거와; 상기 메인 클램프 핑거 및 서브 클램프 핑거의 주변을 쉴드하는 하우징과; 이 하우징의 내부 상측에 배치되어 상기 서브 클램프 핑거를 지지하는 현수핀과; 이 현수핀에 설치되고 상기 서브 클램프 핑거를 하측방으로 탄압하는 탄발 스프링으로 구성된다.

이와 같은 구성에서 메인 클램프 핑거에 대한 서브 클램프 핑거의 지연 작동은 푸쉬로드의 길이를 상기 돌출부에 비해 길게 설정하는 것으로 구현될 수 있다.

또, 서브 클램프 핑거의 푸쉬로드를 관통시키기 위한 수단은 메인 클램프 핑거의 선단에 부여되는 구멍 또는 절결홀으로 실현될 수 있다.

상술한 구성의 본 발명은 메인 클램프 핑거와 서브 클램프 핑거 모두가 웨이퍼의 상방에서 수직 방향으로 작동되고, 외주방향으로 회전되는 일은 없다.

또, 이들 클램프 핑거의 승강 작동은 웨이퍼가 서브 클램프 핑거에 의해 고정된 상태에서 메인 클램프 핑거가 외표면에 증착된 금속 박막을 파단하면서 상승하기 때문에 다음번에 서브 클램프 핑거가 상승할 때는 웨이퍼가 달라붙지 않게 된다.

도 1은 종래의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치의 구성을 도시하는 측면도.

도 2는 본 발명에 관련된 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치의 구성을 도시하는 주요부 측단면도.

도 3은 도 2에 묘사한 장치에 의해 웨이퍼가 클램핑된 상태의 측단면도.

도 4는 도 2에 묘사한 장치에 의해 웨이퍼가 언클램핑되는 과정을 도시하는 측단면도.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊

20 : 서브스트레이트 홀더 22 : 클램프 하우징

24 : 클램프 샤프트 26 : 스프링

28 : 돌출부 30 : 메인 클램프 핑거

30a : 메인 클램프 핑거의 선단부 30b : 구멍 또는 절결홀

32 : 서브 클램프 핑거 32a : 서브 클램프 핑거의 선단부

32b : 푸쉬로드 34 : 하우징

36 : 현수핀 38 : 탄발 스프링

상술한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면 도 2 및 도 3에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 서브스트레이트 홀더(20)의 주변에서 대칭으로 되는 위치에 클램프 하우징(22)이 수직으로 세워진다. 이 클램프 하우징(22)의 내부 중심에는 클램프 샤프트(24)가 축방향으로 승강 가능하게 배치되어 있다. 이 클램프 샤프트(24)의 외주에는 스프링(26)이 설치되어 있고, 또 상단에는 일정 길이의 돌출부(28)를 갖추고 있음과 아울러 메인 클램프 핑거(30)가 일체로 고정 설치되어 있다.

이 메인 클램프 핑거(30)의 일측단부(30a)는 상기 서브스트레이트 홀더(20)의 주변까지 연장 위치하고 있다. 상기 돌출부(28)는 메인 클램프 핑거(30)의 상면 소정 개소로 부여되거나 혹은 클램프 샤프트(24)의 최상단과 함께 2개소에 형성되어도 좋다.

상기 메인 클램프 핑거(30)와 함께 서브 클램프 핑거(32)가 그 상방에 평행하게 배치되어 있다. 상기 메인 클램프 핑거(30)와 서브 클램프 핑거(32)의 주위는 하우징(34)에 의해 둘러싸여 있고, 이 하우징(34)의 내부에서 천장에 설치된 1쌍의 현수핀(36)은 상기 서브 클램프 핑거(32)를 균형 있게 현수하여 준다.

이들 1쌍의 현수핀(36)에도 탄발 스프링(38)이 설치되어서 상기 서브 클램프 핑거(32)를 하측방으로 탄압하게 되어 있다.

그리고 상기 서브 클램프 핑거(32)의 일측단부(32a)에는 하측방으로 푸쉬로드(32b)가 수직 배치되어서 상기 메인 클램프핑거(30)의 일측단부(30a)를 관통하고

있다. 또 메인 클램프 핑거(30)의 일측단부(30a)에는 상기 푸쉬로드(32b)의 관통연장을 허용하기 위한 구멍 또는 절결홀(30b)이 형성되어 있다.

푸쉬로드(32b)는 클램프 샤프트(24)의 상단에 형성된 돌출부(28)의 길이보다 더 길게 설정되어 상기 클램프 샤프트(24)가 상승 작동할 때에 상기 돌출부(28)가 서브 클램프 핑거(32)에 접촉하여 간섭하게 되는 시간이 약간 지연될 수 있게 하고 있다.

상기 현수핀(36)은 실제에 있어서 종단에 스톱퍼(36a)를 갖춘 형태로 된 것이며, 이 스톱퍼(36a)는 상기 서브 클램프 핑거(32)의 하강 위치를 일정 범위로 한정하기 위한 것이다.

상술한 바와 같이 구성된 클램핑/언클램핑 장치의 작동은 다음과 같다.

상호 개별 작동되는 메인 클램프 핑거(30)와 서브 클램프 핑거(32)는 각각 클램프 샤프트(24)와 탄발 스프링(38)에 의해 연동되어서 같은 방향으로 하강하여 서브스트레이트 홀더(20)에 놓여진 웨이퍼(39)의 가장자리를 눌러 고정시키게 된다.

상기 웨이퍼(39)는 도시하지 않은 웨이퍼 반송 로봇의 아암에 편승하여 반송되는 것이며, 이렇게 웨이퍼(39)가 고정된 후에 상기 서브 스트레이트 홀더(20)의 주변은 진공화되고 이어서 웨이퍼(39)에 대한 증착 가공이 이루어진다.

증착에 의한 메탈박막(39a)은 웨이퍼(39)의 표면은 물론 메인 클램프 핑거(30)의 선단부(30a)까지 피복시키게 되어 상기웨이퍼(39)와 메인 클램프 핑거(30) 사이는 스티킹 상태로 되어 분리될 때까지 서로 붙어 있게 된다.

상기 증착된 웨이퍼(39)의 분리는 클램프 샤프트(24)가 스프링(26)의 탄성력을 받아 상승 이동하는 것으로 행해진다. 상기 클램프 샤프트(24)가 상승할 때 도 4로 나타낸 바와 같이 그 상단에 고정된 메인 클램프 핑거(30)는 웨이퍼(39)로부터 떨어지게 되지만, 상기 클램프 샤프트(24)의 돌출부(28)가 서브 클램프 핑거(32)에 접촉하여 이를 연동시키게 될 때까지 상기 서브 클램프 핑거(32)의 푸쉬로드(32b)가 단독으로 웨이퍼(39)를 눌러 고정시켜 주고 있게 된다. 그 결과 로메인 클램프 핑거(30)는 웨이퍼(39)로부터 안전하게 떨어져 나간다. 다음에 클램프 샤프트(24)의 돌출부(28)가 서브 클램프 핑거(32)를 밀어 올리면, 현수핀(36)을 타고 탄발 스프링(38)에 저항하면서 상승 연동되어 상기 웨이퍼(39)로부터 서브 클램프 핑거 (32)의 푸쉬로드(32b)가 떨어져 나가게 된다.

이에 따라 상기 웨이퍼(39)는 서브스트레이트 홀더(20)의 상면에서 전혀 미동되지 않은 그대로 놓여지고, 다음에는 도시하지 않은 웨이퍼 반송용 로봇의 아암에 의해 취출될 때까지 대기하고 있게 된다.

한편, 상기 푸쉬로드(32b)는 그 둘레가 메인 클램프 핑거(30)의 구멍 또는 절결홀(30b)에 끼워져 보호되는 것이므로 그 부분에 메탈이 증착되지 않아 웨이퍼 (39)로부터 가볍게 떨어져 나갈수 있다.

증착된 웨이퍼(39)는 취출되고, 다시 새로운 웨이퍼(39)가 서브스트레이트 홀더(20)의 상면으로 반송되면 클램프 샤프트(24)는 다시 하강 이동으로 반전되어 웨이퍼를 클램핑/언클램핑 하는 작동을 반복하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조 설비에서 클램프 핑거로 웨이퍼를 서브스트레이트 홀더의 상면에 클램핑/언클램핑 함에 있어서, 클램프 핑거를 상호 개별 작동되는 메인 클램프 핑거와 서브 클램프 핑거로 구성하여, 이들 사이의 지연 작동으로 웨이퍼에서 클램프 핑거가 요동 없이 떨어져 나가게 한 것이므로 종래의 클램프 장치에서 볼 수 있는 문제점을 근본적으로 해결하여 웨이퍼의 손상을 일으키지 않고 가공되게 하는 효과를 가지고 있다.

게다가 본 발명의 장치는 그 구조도 복잡하지 않아 기존 설비에 별 어려움 없이 추가할 수 있는 이점도 있고, 장치의 구조가 상호 시차 연동적인 관계를 이루고 있어서 오작동이나 고장 등이 발생할 염려가 없다.

Claims (6)

1. 반도체 제조 공정에서 웨이퍼를 고정하는 클램핑/언클램핑 장치에 있어서:하우징; 상기 하우징의 내부 상측면에서 돌설되어 배치되며, 그 종단에는 직경이 다른 스톱퍼를 구비한 현수핀; 상기 현수핀에 배치되는 탄발 스프링; 그 일단은 상기 탄발 스프링과 함께 상기 현수핀에 배치되어 하향으로 탄압되며 상하 이동할 수 있으며, 다른 일단에는 연장되어 형성된 푸쉬로드를 갖는 서브 클램프 핑거; 외력에 의해 승강 작동되는 클램프 샤프트; 그 일단은 상기 클램프 샤프트의 상단에 결합되고, 스프링에 의해 상향으로 탄압되는 메인 클램프 핑거; 및 상기 클램프 샤프트와 상기 메인 클램프 핑거의 결합부의 상단에 일정 길이로 돌설된 돌출부를 포함하되, 클램핑때는 상기 클램프 샤프트가 하향으로 이동하면서 상기 웨이퍼가 상기 메인 클램프 핑거와 상기 푸쉬로드에 의해 고정되며, 언클램핑때는 상기 클램프 샤프트가 상향으로 이동하면서 상기 메인 클램프 핑거가 먼저 상기 웨이퍼로부터 분리되고, 상기 돌출부가 상기 서브 클램프 핑거에 접촉하면 상기 푸쉬로드가 웨이퍼로 부터 분리되는 것을 특징으로 하는 클램핑/언클램핑 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 현수핀은 하우징의 내부 천장에 수직으로 배치되고, 적어도 1쌍이 배열된 구성으로 된 것을 특징으로 하는 반도체 설비의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 클램프 핑거의 푸쉬로드가 상기 클램프 샤프트의 돌출부 길이보다 더 길게 설정된 것을 특징으로 하는 반도체 설비의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 클램프 핑ㄱ의 선단부에 상기 서브 클램프 핑거의 푸쉬로드가 관통 연장되는 구멍 또는 절결홀이 부여된 구성으로 된 것을 특징으로 하는 반도체 설비의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부는 메인 클램프 핑거의 상면에 부여된 구성으로 된 것을 특징으로 하는 반도체 설비의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치.
6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 돌출부는 클램프 샤프트 혹은 메인 클램프 핑거와 일체로 형성된 구성으로 된 것을 특징으로 하는 반도체 설비의 웨이퍼 클램핑/언클램핑 장치.