KR100385391B1 - 웨이퍼의 박막 증착방법 - Google Patents

웨이퍼의 박막 증착방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 박막 증착방법에 관한 것으로, 웨이퍼 카세트(1,2,3)의 웨이퍼를 로딩 챔버(20)의 테이블에 안착시키는 로딩 단계, 상기 로딩 단계를 거친 웨이퍼를 히팅 블럭 유닛(25)에 안치시키고, 프로세스 온도로 가열시키는 가열 단계, 표면이 가열된 웨이퍼의 표면으로 박막을 증착시키는 박막 증착 단계, 상기 박막 증착 단계를 거친 웨이퍼를 언로딩 챔버(70)의 테이블에 안착시키는 언로딩 단계; 상기 언로딩 단계를 거친 웨이퍼를 냉각수가 순환하는 트레이(75)에 안치시켜 웨이퍼를 냉각시키는 냉각 단계, 상기한 과정에 따라 냉각이 완료된 웨이퍼를 웨이퍼 카세트(1,2,3) 내부로 이송시키는 최종 언로딩 단계로 이루어진다.
이와 같은 본 발명은 웨이퍼 카세트에 수납시키기에 앞서 별도의 냉각 챔버(80)를 ATM에 장착시켜 공정을 마친 웨이퍼를 냉각시킴으로써 웨이퍼 카세트(1,2,3)의 열변형에 따른 웨이퍼의 손상을 방지하고, 웨이퍼에 대한 냉각시간을 단축하여 웨이퍼의 박막 증착 공정의 효율 및 히팅 블럭을 사용하는 반도체 전 공정장비에서의 생산효율을 극대화시킬 수 있다.

Description

웨이퍼의 박막 증착방법{A thin-film evaporation methode for wafer}
본 발명은 반도체의 제조공정의 전처리 공정에 관한 것으로, 상세하게는 박막 증착공정이 완료된 고온의 웨이퍼를 웨이퍼 카세트에 수납시키기에 앞서 별도의 냉각 챔버를 통해 냉각시킴으로써 웨이퍼 카세트의 열변형에 따른 웨이퍼의 손상을 방지하고, 웨이퍼에 대한 냉각시간을 단축하여 박막 증착 공정의 효율과 생산성을 높일 수 있는 웨이퍼의 박막 증착방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체의 제작공정에서는 웨이퍼의 표면으로 옥사이드(Oxide),나이트라이드(Nitride), 옥시나이트라이드(Oxynitride) 등을 진공상태에서 증착시키는 박막 증착공정이 필수적으로 수행된다.
이와 같이 웨이퍼에 행하는 박막 증착공정으로는 화학반응을 이용하여 물질을 석출시키는 화학기상 증착방법(Chemical Vapor Deposition ; CVD)을 비롯하여물리적인 에너지를 이용하는 물리기상 증착방법(Physical Vapor Deposition ; PVD) 등이 알려져 있다.
도 1은 상기한 바와 같이 웨이퍼의 박막 증착공정이 이루어지는 동시에 웨이퍼에 대한 박막의 증착에 앞서 웨이퍼에 대한 박막이 균일하게 증착되도록 표면을 가열을 시키는 웨이퍼 박막 증착장치(200)의 일례를 도시한 개략도이다.
이와 같은 웨이퍼 박막 증착장치(200)는, 웨이퍼가 장착되는 다수의 웨이퍼 카세트(101,102,103)를 전방에 구비하고, 내측으로는 웨이퍼의 운반장치(105)가 설치된 ATM 유닛(110)과; 상기한 ATM 유닛(110)으로부터 이동한 웨이퍼를 진공상태로 안치시키는 로딩 챔버(120)와; 상기한 로딩 챔버(120)로부터 공급된 웨이퍼를 일정한 온도로 가열시키는 한편, 상기한 웨이퍼의 외부에 박막을 증착시키는 제 1프로세스 챔버(130), 제 2프로세스 챔버(140) 및 제 3프로세스 챔버(150)와; 상기한 제 1프로세스 챔버(130), 제 2프로세스 챔버(140), 또는 제 3프로세스 챔버(150)중 어느 하나를 거쳐 박막의 증착이 완료된 웨이퍼를 내부에 수납시키는 언로딩 챔버(170)와; 로딩 챔버(120), 제 1프로세스 챔버(130), 제 2프로세스 챔버(140), 제 3프로세스 챔버(150) 및 언로딩 챔버(170) 사이에 위치하여 상기한 로딩 챔버(120) 및 언로딩 챔버(170), 제 1프로세스 챔버(130), 제 2프로세스 챔버(140) 및 제 3프로세스 챔버(150) 내부를 진공으로 유지시키고, 웨이퍼를 각 챔버로 이송시키는 이송장치(155)의 설치공간을 제공하는 진공 챔버(160)를 주요구성으로 하여 이루어진다.
또한 로딩 챔버(120) 및 언로딩 챔버(170)를 포함하여 제 1프로세스 챔버(130), 제 2프로세스 챔버(140) 및 제 3프로세스 챔버(150)와 진공 챔버(160) 사이에는 각 챔버의 부압을 유지시키기 위한 게이트가 개폐가능하게 구비됨으로써 웨이퍼의 근접시에는 해당 게이트가 개방되고, 이동이 완료된 상태에서는 개방된 게이트가 폐쇄된다.
이와 같은 웨이퍼 박막 증착장치(200)는, 웨이퍼의 박막 증착공정시 ATM 유닛(110)의 웨이퍼 카세트(101,102,103)중 첫 번째의 웨이퍼 카세트(1)에 내장된 웨이퍼가 운반장치(105)에 의해 로딩 챔버(120)로 이송되어 도시안된 로딩 챔버(120)의 히팅 블럭 유닛을 구성하는 테이블에 안착되는 한편, 상기한 테이블에 내장된 승강핀의 동작에 따라 웨이퍼를 일정한 높이로 유지시킴으로써 이송장치(155)에 의한 웨이퍼의 픽업이 용이하게 이루어지도록 한다.
이와 같은 과정이 완료되면, 로딩 챔버(120)의 공기가 진공 챔버(160)를 통해 외부로 배출되어 로딩 챔버(120)의 내부가 진공상태로 전환되도록 한다.
계속해서 상기한 과정이 완료되면 로딩 챔버(120)에 위치한 웨이퍼는 이송장치(155)에 의해 제 1프로세스 챔버(130), 제 2프로세스 챔버(140) 또는 제 3프로세스 챔버(150)에 구비된 히팅 블록 유닛중 어느 하나의 상부로 이동을 하게 된다.
상기한 히팅 블럭 유닛은 도 2에 도시한 바와 같이 제 1프로세스 챔버(130), 제 2프로세스 챔버(140) 및 제 3프로세스 챔버(150)의 하부에 결합된 것으로, 내측으로는 승강장치(121)의 동작에 따라 웨이퍼를 승강시키는 승강핀(123)이 방사상으로 구비되며, 웨이퍼와의 접촉면으로는 히터가 구비됨으로써 웨이퍼를 필요공정에 따라 400℃, 또는 600℃의 온도로 수초 내지 그 이상의 시간동안 가열하게 된다.
또한, 상기한 과정에 따라 웨이퍼의 표면온도가 일정온도로 가열되면 웨이퍼의 표면으로 박막을 증착시키는 공정이 진행되고, 상기한 과정이 완료되면 히팅 블럭 유닛(125)에 안치된 웨이퍼가 이송장치(155)의 동작에 따라 언로딩 챔버(150)로 이동하며, 다시 언로딩 챔버(150)의 테이블에 안치된 웨이퍼는 ATM 유닛(110)에 장착된 제 1웨이퍼 카세트(101)에 순차적으로 수납되며, 두 번째 웨이퍼 카세트(102) 및 세 번째 웨이퍼 카세트(103)에 수납된 웨이퍼 또한 전술한 과정을 거쳐 두 번째 웨이퍼 카세트(102) 및 세 번째 웨이퍼 카세트(103)에 연속 수납된다.
한편, 상기한 바와 같이 언로딩 챔버(150) 및 ATM 유닛(110)을 경유하여 웨이퍼 카세트(101,102,103)에 수납된 웨이퍼는 제 1프로세스 챔버(130), 제 2프로세스 챔버(140), 또는 제 3프로세스 챔버(150)로부터 웨이퍼 카세트(101,102,103)로이동하는 과정에서 별도의 냉각 공정을 거치지 않아 고온을 유지한 상태로 수납이 이루어지는데, 이와 같은 고온의 웨이퍼는 수지재로 이루어진 ATM 유닛(110)의 웨이퍼 카세트(102,103103)의 내부로부터 순차적으로 적층되는 과정에서 웨이퍼 카세트(101,102,103)를 변형시키게 된다.
따라서 열변형이 발생한 웨이퍼 카세트(101,102,103)에 수납된 웨이퍼는 수납이 완료된 상태에서 정확한 안착위치를 유지하지 못하게 되므로 내부에 수납된 각 웨이퍼의 수납위치가 불균일한 상태를 갖는 한편, 이에 따라 이동수단에 의한 후처리 공정으로의 이동과정에서 불필요한 접촉에 따라 웨이퍼의 표면이 손상되거나 공정이 지연되는 등의 문제점이 발생한다.
이와 함께 웨이퍼 카세트(101,102,103)의 열변형 방지를 위해 언로딩 단계에서 웨이퍼를 자연냉각시키는 공정을 추가할 경우에는 언로딩 단계를 거친 웨이퍼를 웨이퍼 카세트(101,102,103)에 장착시키는 과정이 필요 이상으로 길어지게 되므로 박막 증착 공정의 효율이 저하되는 등의 문제점을 갖는다.
한편, 상기한 바와 같은 웨이퍼 카세트(101,102,103)의 변형을 방지하기 위해 제 3프로세스 챔버(150)와 언로딩 챔버(170) 사이에 별도의 냉각 챔버(도면중 'A'부분)를 설치할 경우에는 상기한 냉각 챔버의 내부가 진공을 유지함으로써 웨이퍼의 냉각이 불량하게 진행되므로 박막 증착 공정보다 긴 냉각을 필요로 하게 되어 박막 증착 공정의 전 과정이 지연되므로 생산효율이 급격히 저하되는 등의 많은 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 박막 증착공정이 완료된 고온의 웨이퍼를 웨이퍼 저장 카세트에 수납시키기에 앞서 별도의 냉각 챔버를 통해 냉각시킴으로써 웨이퍼 카세트의 열변형에 따른 웨이퍼의 손상을 방지하고, 웨이퍼에 대한 냉각시간을 단축하여 웨이퍼의 박막 증착 공정의 효율을 높일 수 있는 웨이퍼의 박막 증착방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적은, 웨이퍼의 박막 증착공정에 있어서,
ATM 유닛의 웨이퍼 카세트에 장착된 웨이퍼를 로딩 챔버의 테이블에 안착시키는 로딩 단계;
상기 로딩 단계를 거친 웨이퍼를 제 1프로세스 챔버, 또는 제 2프로세스 챔버의 히팅 블럭 유닛 상부에 안치시키고, 상기 웨이퍼를 프로세스 온도로 가열시키는 가열 단계;
상기 가열 단계에 의해 표면이 가열된 웨이퍼의 표면으로 박막을 증착시키는 박막 증착 단계;
상기 박막 증착 단계를 거친 웨이퍼를 언로딩 챔버의 테이블에 안착시키는 언로딩 단계;
상기 언로딩 단계를 거친 웨이퍼를 냉각 챔버로 이송시켜 냉각수가 순환하는 트레이에 안치시키고, 상기한 트레이와의 열교환에 의해 웨이퍼를 냉각시키는 냉각 단계;
상기한 과정에 따라 냉각이 완료된 웨이퍼를 웨이퍼 카세트 내부로 이송시켜웨이퍼를 연속 적층시키는 최종 언로딩 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 박막 증착방법을 제공함으로써 달성된다.
이하, 본 발명에 의한 웨이퍼의 박막 증착방법을 첨부한 도면과 함께 구체적으로 설명한다.
도 1은 통상적인 구조를 갖는 웨이퍼 박막 증착장치의 일례를 개략적으로 도시한 평면도,
도 2는 도 1에 도시한 웨이퍼 박막 증착장치의 요부 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼의 박막 증착방법의 블럭도,
도 4는 본 발명을 구성하는 냉각 챔버를 도시한 도면으로, 도 4a는 정면도,도 4b는 요부 평면도,
도 5는 본 발명이 적용되는 웨이퍼 박막 증착장치의 개략도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1,2,3 : 웨이퍼 카세트 10 : ATM 유닛
20 : 로딩 챔버 25 : 히팅 블럭 유닛
30 : 제 1프로세스 챔버 40 : 제 2프로세스 유닛
50 : 제 3프로세스 챔버 70 : 언로딩 챔버
75 : 트레이 80 : 냉각 챔버
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼의 박막 증착방법의 블럭도, 도 4는 본 발명을 구성하는 냉각 챔버(80)를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명이 적용되는 웨이퍼 박막 증착장치의 개략도로서, 이와 같은 본 발명은 웨이퍼를 로딩 챔버(20)의 테이블에 안착시키는 로딩 단계, 로딩된 웨이퍼를 제 1프로세스 챔버(30), 제 2프로세스 챔버(40), 또는 제 3프로세스 챔버(50)중 어느 하나의 챔버로 이송시켜 프로세스 온도로 가열시키는 가열 단계, 웨이퍼의 표면에 박막을 증착시키는 박막 증착 단계, 상기 과정에 따라 박막 증착이 완료된 웨이퍼를
언로딩 챔버의 테이블에 안치시키는 언로딩 단계, 상기 단계를 거친 웨이퍼를 냉각 챔버(80) 내부에서 냉각시키는 냉각단계 및 상기 과정을 거친 웨이퍼를 웨이퍼 카세트(1,2,3)에 장착시키는 최종 언로딩 단계로 이루어진다.
여기서 ATM 유닛(10)의 웨이퍼 카세트(1,2,3)중 어느 하나의 카세트에 장착된 웨이퍼를 로딩 챔버(20)에 구비된 테이블에 안착시키는 로딩 단계에서는 통상적인 구조를 갖는 웨이퍼 박막 증착장치와 같이 ATM 유닛(10)의 웨이퍼 카세트(1,2,3)중 어느 하나에 수납된 웨이퍼가 운반장치(5)의 동작에 따라 로딩 챔버(20)로 이송되어 로딩 챔버(20)의 테이블 상부에 안착된다.
상기한 바와 같이 웨이퍼가 테이블 상부에 안착되면 승강핀의 동작에 따라 웨이퍼를 일정한 높이로 유지시킴으로써 이송장치(55)에 의한 웨이퍼의 픽업이 용이하게 이루어지도록 한다.
계속해서 상기한 바와 같은 과정에 따라 로딩 단계가 완료되면 진공 챔버(60)와 접한 게이트가 개방되고, 타측의 게이트가 폐쇄되는 한편, 로딩 챔버(20)의 공기가 진공 챔버(60)를 통해 외부로 배출되어 로딩 챔버(20)의 내부가 진공상태로 전환되도록 한다.
상기한 과정에 따라 웨이퍼의 로딩이 완료되면, 테이블에 안치된 웨이퍼는 이송장치(55)에 의해 제 1프로세스 챔버(30), 제 2프로세스 챔버(40), 또는 제 3프로세스 챔버(50)중 어느 하나의 챔버에 설치된 히팅 블럭 유닛(25) 상부로 이동을 하며, 다시 히팅 블럭 유닛(25)에 내장된 히터에 의해 웨이퍼의 필요공정에 따라 400℃, 또는 600℃의 온도로 가열이 이루어지며, 이러한 과정에 따라 웨이퍼의 표면온도가 일정온도로 가열되면 웨이퍼의 표면으로 박막을 증착시키는 공정이 진행된다.
상기한 과정에 따라 박막의 증착이 완료되면, 언로딩 단계에서는 히팅 블럭 유닛(25)에 안치된 웨이퍼가 진공챔버(60)를 경유하여 언로딩 챔버(70)로 이동하여 상기한 언로딩 챔버(70)의 테이블에 안착되며, 계속해서 ATM 유닛(10)에 구비된 운반장치(5)의 동작에 의해 다시 ATM 유닛(10)으로 이동을 한다.
이때, ATM 유닛(10)의 측면 일측에는 냉각 챔버(80)가 구비됨으로써 언로딩 챔버(170)로부터 이송되는 웨이퍼는 웨이퍼 카세트(1,2,3)에 수납되는 최종 언로딩단계에 앞서 냉각 챔버(80)를 경유하도록 한다.
상기한 냉각 챔버(80)는 도 4b와 같이 웨이퍼가 안치되는 트레이(75)의 내측에 냉각수가 순환되는 냉각수 순환관(71)을 구비함으로써 고온의 웨이퍼가 신속히 냉각되도록 하며, 이에 따라 고온의 웨이퍼가 웨이퍼 카세트(1,2,33)에 직접 안치되는 과정에서 발생하는 웨이퍼 카세트(1,2,3)의 변형을 방지한다.
한편, 상기한 냉각 챔버(80)는 웨이퍼 카세트(1,2,3)에 수납되는 웨이퍼의 적층단수에 맞춰 트레이(75)를 설치하게 되는데, 본 실시예에서는 통상적인 웨이퍼 카세트가 25매의 웨이퍼가 동시에 적층되는 것을 감안하여 25단의 트레이(75)를 구비한 것을 예로하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 프로세스 챔버의 설치수량에 따른 용량을 감안하여 트레이(75)의 설치단수를 가감한다.
계속해서 상기한 바와 같이 냉각이 완료된 웨이퍼는 언로딩 단계에서 ATM 유닛(10)의 웨이퍼 카세트(1,2,3)에 순차적으로 수납되는데, 이때 상기한 웨이퍼는 냉각 챔버(80)를 통한 열교환에 의해 상온에 근접한 상태로 냉각된 관계로 웨이퍼 카세트(1,2,3)의 변형을 방지할 수 있다.
이에 따라 웨이퍼 카세트(1,2,3)에 장착된 웨이퍼가 인접한 웨이퍼와 정확한 등간격을 유지하므로 후처리공정으로 이동하는 과정에서 이동수단에 의한 후처리 공정으로의 이동과정에서 불필요한 접촉을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 박막 증착이 완료된 웨이퍼의 자연 냉각공정이 삭제되어 각 공정이 신속히 진행되며, 이와 함께 프로세스 챔버의 증설이 가능하므로 반도체 전 공정장비에서의 생산효율을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 박막 증착공정이 완료된 고온의 웨이퍼를 웨이퍼 카세트(1,2,3)에 수납시키기에 앞서 별도의 냉각 챔버(80)를 통해 냉각시킴으로써 웨이퍼 카세트(1,2,3)의 열변형에 따른 웨이퍼의 손상을 방지한다.
특히, 본 발명은 박막 증착 공정에 필요한 시간보다 짧은 시간내에 웨이퍼의 냉각이 이루어지는 한편, 이에 따라 프로세스 챔버의 증설이 가능하므로 웨이퍼의 박막 증착 공정의 효율을 극대화 시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims (1)

  1. 웨이퍼의 박막 증착공정에 있어서,
    ATM 유닛(10)의 웨이퍼 카세트(1,2,3)에 장착된 웨이퍼를 로딩 챔버(20)의 테이블에 안착시키는 로딩 단계;
    상기 로딩 단계를 거친 웨이퍼를 제 1프로세스 챔버(30), 제 2프로세스 챔버(40), 또는 제 3프로세스 챔버(50)에 설치된 히팅 블럭 유닛(25)중 어느 하나의 상부에 안치시키고, 상기 웨이퍼를 프로세스 온도로 가열시키는 가열 단계;
    상기 가열 단계에 의해 표면이 가열된 웨이퍼의 표면으로 박막을 증착시키는 박막 증착 단계;
    상기 박막 증착 단계를 거친 웨이퍼를 언로딩 챔버(70)의 테이블에 안착시키는 언로딩 단계;
    상기 언로딩 단계를 거친 웨이퍼를 냉각 챔버(80)로 이송시켜 냉각수가 순환하는 트레이(75)에 안치시키고, 상기한 트레이(75)와의 열교환에 의해 웨이퍼를 냉각시키는 냉각 단계;
    상기한 과정에 따라 냉각이 완료된 웨이퍼를 웨이퍼 카세트(1,2,3) 내부로 이송시켜 웨이퍼를 연속 적층시키는 최종 언로딩 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 박막 증착방법.
KR10-2001-0000337A 2001-01-04 2001-01-04 웨이퍼의 박막 증착방법 KR100385391B1 (ko)

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