KR100830070B1 - 디척킹에 대한 음향 검출 및 그를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

진공 처리 챔버에서, 기판이 핀 리프터와 같은 전달 메카니즘에 의해 그에 대한 안전한 이동을 허용하도록 정전기적 클램프에 의해 충분히 디척킹된 때를 검출하기 위한 모니터링 설비가 개시된다. 상기 모니터링 설비는 기판의 공명 주파수에서 음향파를 출력하는 음향 발생기를 포함하며, 디척킹 조건은 음향파가 기판에 의해 흡수될 때 검출된다. 상기 설비는 플라즈마 식각 또는 화학 기상 증착과 같은 웨이퍼의 처리 동안에 사용될 수 있다.
디척킹, 음향 발생기, 음향파, 클램프

Description

디척킹에 대한 음향 검출 및 그를 위한 장치{ACOUSTIC DETECTION OF DECHUCKING AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 기판의 디척킹 (dechucking) 의 완료를 검출하는 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다. 이 방법은 진공 챔버내에서 플라즈마 공정과 같은 공정 동안에 반도체 웨이퍼의 디척킹을 검출하는 데 유용하다. 디척킹의 완료를 검출하기 위한 장치는 반도체 웨이퍼 또는 평판 표시 기판 (flat panel display substrate) 과 같은 기판을 리프팅하기 위한 리프트핀 설비에 결합되어질 수 있다.
플라즈마 식각, 이온주입, 스퍼터링, 급속열처리 (RTP), 포토리소그라피, 화학기상증착 (CVD) 등과 같은 반도체 공정 및 식각, 레지스트 스트립핑, 페시베이션, 증착 및 그와 유사한 것들이 수행되는 평판 표시장치 제조공정을 위해 여러가지 형태의 장비들이 존재한다. 이러한 시스템에서는 리프트핀 메카니즘에 의해 기판을 이송 및/또는 지지하는 것이 필요하다. 이러한 리프트핀 메카니즘은 기판의 이송 그리고 열적, 화학적, 광학적 및 기타 다른 처리 동안에 기판을 일시적으로 지지하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 반도체 제조 공정의 여러 분야에서 플라즈마 발생이 이용된다. 플라즈마 발생 장비는 공동소유화된 미국 특허 제 4,340,462 호에 개시된 형태와 같은 평행판 반응기, 공동소유화된 미국 특허 제 5,200,232 호에 개시된 형태와 같은 전자 사이클로트론 공명 (ECR) 시스템, 공동소유화된 미국 특허 제 4,948,458 호에 개시된 형태와 같은 유도결합 플라즈마 시스템을 포함한다. 이러한 플라즈마 처리 시스템들에서, 플라즈마 공정챔버의 부분 내에 있는 기판 홀더상에서 처리되어질 기판을 지지하는 것은 일반적인 것이다. 또한, 기계적 및/또는 정전기적 클램핑 메카니즘들에 의해 기판 홀더상에서 기판을 지지하는 것은 일반적인 것이다. 기계적 클램핑 시스템의 일 예가 미국 특허 제 4,615,755 호에 개시되어 있으며, 정전척 (ESC) 설비의 일 예가 미국 특허 제 4,554,611 호에 개시되어 있다.
웨이퍼와 같은 기판을 기판 처리 챔버내로 이송시키기 위하여, 미국 특허 제 4,431,473 호, 제 4,790,258 호, 제 4,842,683 호 및 제 5,215,619 호에 개시된 형태와 같은 로봇 아암 및 리프트핀 설비를 사용하는 것이 일반적이다. 웨이퍼를 기판 홀더상으로 낮추기 위하여, 미국 특허 제 4,431,473 호에 개시된 형태와 같은 리프트핀 설비를 사용하는 것이 일반적이며, 여기서는 4 개의 리프트핀이 웨이퍼 형태의 기판을 중심으로 원형 패턴으로 배열되어 있다.
미국 특허 제 5,948,986 호는 정전척 (ESC) 상에 기판을 정전기적으로 클램핑 (clamping) 하기에 앞서 기판의 존재를 모니터링하기 위해 음향파 (acoustic wave) 를 사용하는 기술을 개시하고 있다. 미국 특허 제 6,182,510 B1 호는 그 공정 동안에 웨이퍼 온도를 측정하기 위해 음향파를 사용하는 장치를 개시하고 있으며, 예를 들어 핀 변환기로서 리프트핀을 사용하여 웨이퍼에 음향파가 전달되어진다. 미국 특허 제 5,872,694 호는 웨이퍼에서의 뒤틀림 (warpage) 을 측정하여 정전척 (ESC) 에 적절한 클램핑 전압을 제공하기 위한 장치를 개시하고 있다. 일단 웨이퍼에 대한 공정이 완료되면, 웨이퍼를 디척킹하기 위한 여러가지 기술 및/또는 웨이퍼의 안전한 이동을 허용하기 위해 클램핑력 (clamping force) 이 언제 충분히 제거되었는지를 결정하기 위한 여러가지 기술들이 제안되어 왔다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,117,121 호; 제 5,491,603 호; 제 5,790,365 호; 제 5,818,682 호; 제 5,900,062 호; 제 5,956,837 호 및 제 6,057,244 호를 참조하라.
웨이퍼 디척킹이 언제 완료되었는지를 모니터링/예측하기 위한 기술들이 제안되어 왔지만, 이러한 기술들은 리프트핀 또는 다른 이송 메카니즘에 의해 척 표면으로부터의 기판의 이동을 허용하기 위해 기판에 대한 클램핑력이 언제 충분히 감소되었는지를 적절하게 결정하지 못할 수도 있다. 그리하여, 클램핑 표면으로부터의 이송을 허용하기 위해 기판이 언제 충분히 디척킹되었는 지를 결정하는 보다 정교한 기술들이 기술분야에서 필요하다.
본 발명은 정전척의 디척킹을 검출하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 장치는, 지지대 표면상에 반도체 기판을 정전기적으로 클램핑하도록 개조된 정전척을 포함하는 기판 지지대, 반도체 기판에 음향 신호를 전달하도록 개조된 음향 신호 발생기, 반도체 기판의 제 1 및 제 2 조건을 검출하도록 개조된 검출 소자를 포함하며, 제 1 조건은 반도체 기판이 정전기적으로 클램핑될 때 검출되며, 제 2 조건은 반도체 기판 전체가 정전기적으로 클램핑되지 않을 때 검출 소자에 의해 검출된다. 바람직한 실시예에 있어서, 기판 지지대는 기판 지지대와 접촉하는 리프트핀을 포함하며, 음향 신호 발생기는 반도체 기판과 접촉하는 적어도 하나의 리프트핀을 통하여 음향 신호를 전달한다. 기판 지지대는 기판상에 물질층을 증착하기 위한 CVD 챔버 또는 플라즈마 식각 챔버와 같은 진공 챔버내에 위치될 수 있다.
본 발명의 전술한 그리고 다른 목적들, 특징들 및 장점들이 도면들과 결합하여 후술되는 상세한 설명을 살펴봄으로써 보다 용이하게 이해되어질 것이다.
도 1 은 본 발명에 따라서 음향 모니터링 설비를 결합시킨 리프트핀 설비를 보여준다.
반도체 공정에서, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판은 기판 지지대에 정전기적으로 클램핑되며, 클램핑력이 충분히 감소될 때까지 지지대로부터의 기판의 이동을 지연시키는 것이 바람직하다. 클램핑력이 충분히 감소되기 전에 기판을 이동시키는 것은 기판에 손상을 줄 수 있으며, 및/또는 기판을 상향 및 하향시키기 위해 사용된 리프트핀들이 기판이 처리되는 챔버내에서 기판을 정전척으로부터 바람직하지 않은 위치로 튀어나오게 할 수도 있다. 본 발명은 기판의 안전한 이동을 허용하기 위해 기판이 언제 충분히 디척킹되었는지를 결정할 수 있는 기술을 제공한다.
정전척으로 기판을 클램핑하는 동안에, 기판의 뒷면에 근접한, 얇은 반도전층에 내장된 하나 이상의 고전압 전극이 정전기적 클램핑력을 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 고전압 전극상에서 전하들과 상호반응하는, 기판의 하부 표면상에 전하를 발생시키는 전기장을 교대로 생성시키는 전극들에 대하여 충분한 전압 ( ∼1000 V DC) 이 인가될 수 있다. 그 결과는 기판과 정전척 사이에서의 순 흡인력이다. 플라즈마 식각, 증착 또는 이와 유사한 공정이 완료되면, 후속 기판이 유사한 방식으로 처리될 수 있도록 기판은 챔버의 외부로 이송될 필요가 있다. 그리하여 리프트핀 설비와 같은 장치에 의해 기판이 리프트되기 전에 기판과 정전척 사이의 클램핑력을 문턱값 이하로 감소시킬 필요가 있다.
본 발명은 충분한 디척킹이 발생한 때를 평가하기 위하여 실험적 결정에 의존하는 디척킹 기술에 대한 개선을 제공한다. 그러나, 시간에 따른 정전척 성능에 있어서 기판 형태 및/또는 축사이의 차이는 충분한 디척킹이 발생한 때를 결정하는 데 있어서 부정확하게 될 수 있다. 본 발명은 기판으로부터의 피드백이 정전척으로부터 기판을 이동시키기에 안전한 때를 보다 정확히 결정하기 위해 사용될 수 있는 방법을 제공함으로써 이러한 문제점을 극복한다. 본 발명에 따른 바람직한 방법은 기판의 조건을 모니터링하고, 기판을 이동시키기에 안전한 때를 결정하기 위해 음향 신호를 사용한다.
바람직한 제 1 실시예에 따르면, 음향 신호가 기판으로 전달되고, 음향 검출기와 같은 검출기가 기판으로부터 반사된 음향 신호를 모니터링하기 위해 사용된다. 반사된 음향 신호는 기판과 척 몸체 사이의 클램핑력이 일정한 문턱값 미만으로 떨어질 때에 비하여, 기판이 척 몸체에 클램프될 때 다르게 행동하기 때문에, 클램핑력이 기판을 안전하게 이동시키기에 충분한 범위까지 감소된 때를 검출하는 것이 가능하다.
기판으로 음향 신호를 전달하기 위한 일 기술은, 음향 신호를 기판내로 결합시키기 위해 리프트핀 배열의 하나 이상의 리프트핀을 사용하는 것이다. 기판이 정전척으로부터 완전히 디척킹되지 않는 한 기판과 정전척은 결합된 시스템을 형성하기 때문에, 음향파의 주파수는 기판의 기계적 공명 주파수와 매치되도록 선택될 수 있다. 결합된 시스템의 훨씬 커진 질량으로 인하여, 그 공명 주파수는 기판 자체의 공명 주파수 보다도 상당히 낮아질 것이다. 결합 효과로 인하여, 리프트핀 또는 핀에 의해 전달된 음향파는 기판에 의해 흡수되지 않고 대신에 반사될 것이다. 한편, 기판이 정전척으로부터 충분히 분리되면, 전달된 음향파는 기판의 기계적인 "고유 주파수 (eigen-frequency)" 와 공명하게 될 것이며, 기판에 의해 흡수될 것이다.
리프트핀의 기초에서의 음향 검출 소자가 음향파의 진폭을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 흡수가 발생되면, 진폭은 공명 증폭에 기인하여 상당히 높아질 것이다. 따라서, 진폭의 증가가 감지되면 "리프트" 신호가 콘트롤러로부터 핀 리프트 메카니즘으로 전달되어 리프트핀으로 하여금 기판을 정전척으로부터 들어올릴 수 있도록 한다. 그 때, 이송 메카니즘의 로봇 아암이 챔버로부터 기판을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따라서 음향 모니터링 장치를 결합시킨 설비를 나타낸다. 설비는 리프트핀 페데스탈 (14) 의 축 (12) 에 결합된 음향 송신기/수신기 (10) 를 포함한다. 리프트핀 페데스탈 (14) 은 척 몸체 (18) 내의 개구부내로 연장된 리프트핀 (16) 을 포함한다. 척 몸체는 척 몸체 (18) 의 상부 표면상에 기판 (20) 을 정전기적으로 클램핑하기 위하여 그 상부 부분에 정전척을 포함한다. 축 (12) 을 수직적으로 이동시킴으로써 기판 (20) 을 상승 및 하강시키는 데 공기 구동 실린더 (22) 가 효과적이다. 밸브 (26) 가 개방되면 압축 가스가 라인 (24) 을 통하여 실린더 (22) 로 공급된다. 예를 들어, 송신기/수신기로부터의 피드백 신호를 모니터링하고, 기판이 핀 리프트 메카니즘에 의한 안전한 이동을 허용하기에 충분히 디척킹되어진 때에 대응하는 문턱값을 초과하여 공명 증폭이 증가하였음을 송신기/수신기가 지시할 때 리프트핀 (16) 을 상승시키도록 밸브 (26) 를 구동시키기 위해 콘트롤러 (30) 가 사용될 수 있다.
전술한 예시적인 실시예들은 본 발명을 한정하기 보다 모든 점에서 예시적인 의도로 된 것이다. 따라서 본 발명은 당업자에 의해 여기서 포함된 설명으로부터 얻어질 수 있는 여러 가지 변형들이 보다 구체적인 완성에 있어서 가능하다. 모든 이러한 변형 및 수정들은 이하의 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 사상 내의 것으로 생각할 수 있다.

Claims (20)

  1. 정전척의 디척킹 (dechucking) 을 검출하는 장치로서,
    지지대 표면상에 반도체 기판을 정전기적으로 클램프하도록 개조된 상기 정전척을 포함하는 기판 지지대;
    상기 반도체 기판에 음향 신호를 전달하도록 개조된 음향 신호 발생기; 및
    상기 반도체 기판의 제 1 및 제 2 조건을 검출하도록 개조된 검출 소자를 포함하고, 상기 제 1 조건은 상기 반도체 기판이 정전기적으로 클램프될 때 검출되며, 상기 제 2 조건은 상기 반도체 기판 전체가 정전기적으로 클램프되지 않을 때 상기 검출 소자에 의해 검출되는, 정전척의 디척킹 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 상기 기판 지지대와 접촉하는 리프트핀을 포함하며, 상기 음향 신호 발생기는 상기 반도체 기판과 접촉하는 적어도 하나의 상기 리프트핀을 통하여 상기 음향 신호를 전달하는, 정전척의 디척킹 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향 신호 발생기는 상기 반도체 기판의 기계적 공명 주파수에서 음향파를 출력하고, 상기 검출 소자가 상기 기판에 의한 상기 음향파의 흡수의 증가를 검출할 때 상기 제 2 조건이 검출되는, 정전척의 디척킹 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    리프트 핀 메카니즘 및 콘트롤러를 더 포함하며,
    상기 콘트롤러는 상기 제 2 조건을 지시하는 상기 검출 소자로부터의 출력 신호를 수신하고, 상기 제 2 조건이 검출될 때 상기 리프트 핀 메카니즘을 구동시켜 상기 기판을 상승시키는, 정전척의 디척킹 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 리프트 핀 메카니즘은 공기로 작동되며, 상기 콘트롤러는, 리프트 핀 페데스탈에 결합된 축을 상승시키는 공기 실린더로 압축 가스를 공급하는 밸브를 개방시킴으로써 상기 리프트 핀 메카니즘을 구동시키는, 정전척의 디척킹 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 플라즈마 식각 챔버내에 위치되는, 정전척의 디척킹 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 CVD 챔버내에 위치되는, 정전척의 디척킹 검출 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 열전달 가스가 개구부를 통하여 상기 기판과 상기 지지대 표면 사이에 공급되도록 하는 상기 개구부를 포함하는, 정전척의 디척킹 검출 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 실리콘 웨이퍼이며, 상기 제 2 조건은 상기 음향 신호 발생기에 의해 발생된 음향파가 상기 웨이퍼에 의해 흡수된 때 검출되는, 정전척의 디척킹 검출 장치.
  10. 정전척의 디척킹을 검출하는 방법으로서,
    지지대 표면상에 반도체 기판을 정전기적으로 클램프하도록 개조된 상기 정전척을 포함하는 기판 지지대상에 상기 반도체 기판을 지지하는 단계;
    상기 반도체 기판에 음향 신호를 전달하도록 개조된 음향 신호 발생기로 상기 음향 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 반도체 기판의 제 1 및 제 2 조건을 검출하는 단계로서, 상기 제 1 조건은 상기 반도체 기판이 정전기적으로 클램프될 때 검출되며, 상기 제 2 조건은 상기 반도체 기판이 상기 지지대 표면과 접촉하고 문턱 클램핑력을 초과하여 정전기적으로 클램프되지 않을 때 검출되는, 상기 반도체 기판의 제 1 및 제 2 조건을 검출하는 단계를 포함하는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 상기 기판 지지대와 접촉하는 리프트핀을 포함하며, 상기 음향 신호 발생기는 상기 반도체 기판과 접촉하는 적어도 하나의 상기 리프트핀을 통하여 상기 음향 신호를 전달하는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
  12. 정전척의 디척킹을 검출하는 방법으로서,
    지지대 표면상에 반도체 기판을 정전기적으로 클램프하도록 개조된 상기 정전척을 포함하는 기판 지지대상에 상기 반도체 기판을 지지하는 단계;
    상기 반도체 기판에 음향 신호를 전달하도록 개조된 음향 신호 발생기로 상기 음향 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 반도체 기판의 제 1 및 제 2 조건을 검출하는 단계로서, 상기 제 1 조건은 상기 반도체 기판이 정전기적으로 클램프될 때 검출되며, 상기 제 2 조건은 상기 반도체 기판이 문턱 클램핑력을 초과하여 정전기적으로 클램프되지 않을 때 검출되는, 상기 반도체 기판의 제 1 및 제 2 조건을 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 음향 신호 발생기는 상기 반도체 기판의 기계적 공명 주파수에서 음향파를 출력하고, 상기 제 2 조건은 검출 소자가 상기 기판에 의한 상기 음향파의 흡수의 증가를 검출할 때 검출되는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
  13. 정전척의 디척킹을 검출하는 방법으로서,
    지지대 표면상에 반도체 기판을 정전기적으로 클램프하도록 개조된 상기 정전척을 포함하는 기판 지지대상에 상기 반도체 기판을 지지하는 단계;
    상기 반도체 기판에 음향 신호를 전달하도록 개조된 음향 신호 발생기로 상기 음향 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 반도체 기판의 제 1 및 제 2 조건을 검출하는 단계로서, 상기 제 1 조건은 상기 반도체 기판이 정전기적으로 클램프될 때 검출되며, 상기 제 2 조건은 상기 반도체 기판이 문턱 클램핑력을 초과하여 정전기적으로 클램프되지 않을 때 검출되는, 상기 반도체 기판의 제 1 및 제 2 조건을 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 기판 지지대는, 리프트 핀 메카니즘과 콘트롤러를 포함하며, 상기 제 2 조건을 지시하는 검출 소자로부터의 출력 신호를 수신하고, 상기 제 2 조건이 검출될 때 상기 리프트 핀 메카니즘을 구동시켜 상기 기판을 상승시키는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 리프트 핀 메카니즘은 공기로 작동되며, 상기 콘트롤러는 리프트 핀 페데스탈에 결합된 축을 상승시키는 공기 실린더로 압축 가스를 공급하는 밸브를 개방시킴으로써 상기 리프트 핀 메카니즘을 구동시키는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 플라즈마 식각 챔버내에 위치하며, 상기 제 2 조건은 상기 반도체 기판상의 층을 식각한 후 검출되는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 CVD 챔버내에 위치하며, 상기 제 2 조건은 상기 반도체 기판상의 층을 증착한 후 검출되는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 상기 기판 지지대내에 개구부를 포함하고, 열전달 가스가 상기 개구부를 통하여 상기 기판과 상기 지지대 표면 사이의 공간으로 공급되도록 하는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 실리콘 웨이퍼이며, 상기 제 2 조건은 상기 음향 신호 발생기에 의해 발생된 음향파가 상기 웨이퍼에 의해 흡수될 때 검출되는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 조건은 상기 음향 신호 발생기에 의해 발생된 음향파가 상기 반도체 기판에 의해 흡수될 때 검출되는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
  20. 정전척의 디척킹을 검출하는 방법으로서,
    지지대 표면상에 실리콘 웨이퍼를 정전기적으로 클램프하도록 개조된 상기 정전척을 포함하는 기판 지지대상에 상기 웨이퍼를 지지하는 단계;
    상기 웨이퍼에 음향 신호를 전달하도록 개조된 음향 신호 발생기로 음향 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 웨이퍼의 제 1 및 제 2 조건을 검출하는 단계로서, 상기 제 1 조건은 상기 웨이퍼가 정전기적으로 클램프될 때 검출되며, 상기 제 2 조건은, 상기 음향 신호 발생기에 의해 발생된 음향파가 상기 웨이퍼에 의해 흡수될 때 검출되며, 상기 웨이퍼가 문턱 클램핑력을 초과하여 정전기적으로 클램프되지 않음을 지시하는, 상기 웨이퍼의 제 1 및 제 2 조건을 검출하는 단계를 포함하는, 정전척의 디척킹 검출 방법.
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