KR100846989B1 - 식각장비의 웨이퍼 냉각장치 및 냉각 방법 - Google Patents

식각장비의 웨이퍼 냉각장치 및 냉각 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 냉각챔버를 별도로 구비하지 않고서도 웨이퍼를 냉각시킬 수 있도록 된 식각장비의 웨이퍼 냉각장치를 제공함에 있다.
이에 본 발명은 내부에 웨이퍼 이송용 로봇이 설치되고 펌프에 의해 일정한 진공도로 유지되는 트랜스퍼챔버와, 상기 트랜스퍼챔버 외주면을 따라 설치되는 대기중이거나 공정수행이 완료된 웨이퍼들이 대기중인 로드락챔버와, 공정수행을 위한 웨이퍼를 정렬하기 위한 얼라인챔버, 식각공정이 수행되는 식각챔버, 식각공정이 수행된 후 잔류하는 포토레지스트패턴이 제거되는 스트립챔버, 상기 이송용 로봇의 블레이드에 설치되어 스트립챔버를 거친 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉각수단을 포함하는 식각장비의 웨이퍼 냉각장치를 제공한다.
블레이드, 냉각, 웨이퍼, 열전소자

Description

식각장비의 웨이퍼 냉각장치 및 냉각 방법{Device and Method for cooling wafer in etching system}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 냉각장치가 구비된 멀티챔버형 식각장비를 도시한 개략적인 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 냉각장치를 도시한 평면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 냉각장치를 도시한 단면도,
도 4는 종래기술에 따른 멀티챔버형 식각장비를 도시한 개략적인 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 트랜스퍼챔버 11a,11b : 로드락챔버
12 : 로봇 13 : 얼라인챔버
14a,14b : 식각챔버 15a,15b : 스트립챔버
20 : 블레이드 30 : 열전소자
31 : 전원선
본 발명은 반도체 제조용 장비의 식각장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로버트 블레이드를 통한 웨이퍼 냉각기능을 갖는 식각장비의 웨이퍼 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자의 제조공정에서 금속배선공정은 반도체기판 상에 형성된 다수의 소자들을 전기적으로 연결하기 위한 것으로써, 반도체 기판상의 특정 층상에 금속배선물질층을 증착시키고, 이 금속배선물질층 상에 포토레지스트를 코팅한 후, 이 포토레지스트를 원하는 금속배선을 고려하여 설계된 특정의 패턴에 따라 노광 및 현상하여 포토레지스트패턴을 형성하고, 이 포토레지스트패턴을 식각마스크로 하여 상기 금속배선물질층을 식각하고 이 포토레지스트 패턴을 제거하여 금속배선을 형성함으로써 이루어진다.
이 과정에서 웨이퍼가 놓여지는 척의 온도는 약 250℃로 매우 뜨겁기 때문에 포토레지스트 패턴을 제거하는 스트립공정을 진행한 후에는 냉각공정을 통해 뜨거워진 웨이퍼를 식혀주는 추가 공정을 진행하게 된다.
도 4는 금속배선을 형성하기 위한 금속배선 물질층을 식각하고 포토레지스트패턴을 제거하는 일련의 공정이 수행되는 종래의 멀티챔버형 식각장비를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 중앙부에는 웨이퍼 이송용 로봇(152)이 설치되고 펌프에 의해 일정한 진공도로 유지되는 트랜스퍼챔버(150)가 배치되어 있고, 이 트랜스퍼챔버(150)를 둘러싸고 복수개의 챔버들이 일정간격을 두고 연통 연결되어 있다. 즉, 공정수행을 위해 대기중이거나 공정수행이 완료된 웨이퍼들이 대기중인 로드락챔버(100a,100b)와, 공정수행을 위한 웨이퍼를 정렬하기 위한 얼라인챔버(110)와, 금속배선을 위한 식각공정이 수행되는 식각챔버(120a,120b)와, 식각공정이 수행된 후 잔류하는 포토레지스트패턴이 제거되는 스트립챔버(130a,130b)와, 상술한 식각공정이 완료된 후 웨이퍼를 일정한 온도까지 냉각시키기 위한 냉각챔버(140)가 상술한 트랜스퍼챔버(150)를 둘러싸고 배치되어 있다.
따라서 로드락챔버(100a, 100b)에서 이동된 웨이퍼는 노치(notch) 또는 플랫존(flat zone) 얼라인을 진행한 후 식각챔버(120a, 120b)와 스트립챔버(130a, 130b)를 거친 후 냉각챔버(140)를 거치면서 냉각되어 다시 원래의 카셋트로 돌아오게 된다.
여기서 상기 냉각챔버(140)에서는 웨이퍼를 약 40초 동안 냉각시키게 되는 데, 그 냉각방식으로는 냉각수를 이용하게 되며 냉각시 온도는 약 22 - 25℃이다.
그러나 상기한 종래 기술의 식각장비의 경우 웨이퍼를 냉각시키기 위하여 별도의 냉각챔버(140)를 구비하고 일정 조건으로 냉각공정을 진행해야 하므로 장비의 비용이 높아지며 공정이 복잡해지고 늦어지는 원인이 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 냉각챔버를 별도로 구비하지 않고서도 웨이퍼를 냉각시킬 수 있도록 된 식각장비의 웨이퍼 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.
이에 따라 본 발명은 불필요한 챔버의 생략과 이를 통한 원가 절감 및 공정 단순화와 생산성 향상을 유도할 수 있도록 된 식각장비의 웨이퍼 냉각장치를 제공함에 또다른 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 냉각장치는, 상대적으로 낮은 온도를 유지하는 로봇 블레이드를 통해 웨이퍼의 온도를 저감시킬 수 있도록 함을 그 요지로 한다.
이를 위해 본 발명은, 내부에 웨이퍼 이송용 로봇이 설치되고 펌프에 의해 일정한 진공도로 유지되는 트랜스퍼챔버와, 상기 트랜스퍼챔버 외주면을 따라 설치되는 대기중이거나 공정수행이 완료된 웨이퍼들이 대기중인 로드락챔버와, 공정수행을 위한 웨이퍼를 정렬하기 위한 얼라인챔버, 식각공정이 수행되는 식각챔버, 식각공정이 수행된 후 잔류하는 포토레지스트패턴이 제거되는 스트립챔버, 상기 이송용 로봇의 블레이드에 설치되어 스트립챔버를 거친 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉각수단을 포함한다.
여기서 상기 냉각수단은 로봇 블레이드 일측에 부착된 열전소자임이 바람직하다.
여기서 상기 열전소자는 펠티에 효과를 이용한 것으로, 펠티에 효과란 두 종류의 금속을 접속하여 전류가 흐를 때 두 금속의 접합부에서 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 현상을 일컫는다.
상기 펠티에 효과는 1834년 J.C.A.펠티에가 발견한 열전현상(熱電現象)으로 예를 들면 비스무트와 안티몬을 두 개의 연결체로 접속하고 비스무트로부터 안티몬 방향으로 전류가 흐르게 하면, 안티몬으로부터 비스무트로 이동되는 전하가 열에너지를 이동시킨다. 따라서, 안티몬의 온도가 내려가고, 비스무트의 온도가 올라간다.
또한, 전류를 반대로 흐르게 하면 안티몬의 온도가 올라가고 비스무트의 온도가 내려간다. 이것은 이종(異種)인 금속에서는 금속 내의 전자의 퍼텐셜에너지에 차가 있으며, 퍼텐셜에너지가 낮은 상태에 있는 금속으로부터 높은 상태에 있는 금속으로 전자를 운반하기 위해서 외부로부터 에너지를 얻어야 할 필요가 있기 때문이다.
일반적으로 이 효과에 의하여 단위시간에 두 종류의 금속의 접점에서 발생 또는 흡수되는 열량은 전류의 세기(운반되는 전자의 수)에 비례하고, 두 금속의 종류에 따라 결정된다. 이 값을 두가지 금속의 조합에 대한 펠티에계수라 하고, 그 크기는 두 금속의 전자 퍼텐셜에너지의 차에 해당하는 열전력(熱電力)과 절대온도에 비례한다.
한편, 상기 장치를 통해 웨이퍼를 냉각시키는 방법을 살펴보면, 웨이퍼를 로드락챔버로 투입하는 단계와, 트랜스퍼챔버 내의 로봇을 통해 웨이퍼를 얼라인챔버로 로딩하고 정렬하는 단계, 식각챔버로 웨이퍼를 이송하여 웨이퍼를 식각하는 단계, 식각완료된 웨이퍼를 스트립챔버로 이송하여 스트립 공정을 수행하는 단계, 열전소자를 통해 냉각된 로봇의 블레이드로 스트립 공정완료된 웨이퍼를 언로딩하는 단계, 블레이드상에서 웨이퍼를 설정시간동안 냉각시키는 단계, 냉각된 웨이퍼를 카셋트로 언로딩시키는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 냉각장치가 구비된 멀티챔버형 식각장비를 도시한 개략적인 도면이다.
먼저 상기 도면에 따라 멀티챔버형 식각장비에 대해 설명하면, 중앙부에는 웨이퍼 이송용 로봇(12)이 설치되고 펌프에 의해 일정한 진공도로 유지되는 트랜스퍼챔버(10)가 배치되어 있고, 이 트랜스퍼챔버(10)를 둘러싸고 복수개의 챔버들이 일정간격을 두고 연통 연결되어 있다. 즉, 공정수행을 위해 대기중이거나 공정수행이 완료된 웨이퍼들이 대기중인 로드락챔버(11a,11b)와, 공정수행을 위한 웨이퍼를 정렬하기 위한 얼라인챔버(13)와, 금속배선을 위한 식각공정이 수행되는 식각챔버(14a,14b)와, 식각공정이 수행된 후 잔류하는 포토레지스트패턴이 제거되는 스트립챔버(15a,15b)가 상술한 트랜스퍼챔버(10)를 둘러싸고 배치되어 있다.
따라서 로드락챔버(11a, 11b)에서 이동된 웨이퍼는 노치(notch) 또는 플랫존(flat zone) 얼라인을 진행한 후 식각챔버(14a, 14b)와 스트립챔버(15a, 15b)를 거치게 되며 스트립 챔버(15a, 15b)를 거치면서 온도가 상승된 웨이퍼는 본 냉각장치를 통해 냉각된 후 다시 원래의 카셋트로 돌아오게 된다.
여기서 본 실시예에 따른 냉각장치를 도 2와 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 냉각장치를 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 냉각장치를 도시한 단면도이다.
상기한 도면에 의하면 본 장치는 상기 트랜스퍼챔버(10) 내에 설치되어 웨이퍼를 이송하는 로봇(12)의 블레이드(20)와, 이 블레이드(20)에 설치되고 상기 블레이드(20) 내부를 통해 전원을 인가받아 작동되는 열전소자(30)를 포함한다.
미설명된 도면 부호 (31)은 열전소자(30)에 전원을 인가하기 위한 전원선으로 블레이드(20) 내부를 통해 열전소자(30)와 연결됨을 알 수 있다.
상기 열전소자(30)는 전위차가 다른 두 개의 금속을 직렬로 연결한 구조로 직류 전류를 통과시키게 되면 일측면은 냉각부를 이루고 다른쪽면은 발열부를 이루게 된다.
본 실시예에서 상기 열전소자(30)의 냉각부는 상기 로봇 블레이드(20) 면과 접촉된 구조로 블레이드(20) 일측에 설치된다.
상기 열전소자의 설치 위치에 대해서는 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는 웨이퍼와 근접되도록 설치한다.
이하 본 발명의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
웨이퍼가 투입되면 로드락챔버(11a)는 진공펌프(미도시)를 통해 퍼지하고 그리하여 요구되는 진공압상태가 된다. 로드락챔버(11a)에서의 공정이 완료된 웨이퍼는 소정의 진공도가 유지되는 트랜스퍼챔버(10) 내의 로봇(12)의 블레이드(20)에 의해 얼라인챔버(13)로 로딩되어 정렬시킨다.
그리고 얼라인챔버(13)에서 정렬된 웨이퍼가 소정의 진공도가 유지되는 트랜스퍼챔버(10)내의 로봇(12)의 블레이드(20)에 의해 두 개의 식각챔버(14a, 14b)중 어느 하나로 이송되어 금속배선을 위한 식각공정이 실시된다.
다음으로 식각챔버(14a 또는 14b)에서의 공정이 완료된 웨이퍼가 소정의 진공도가 유지되는 트랜스퍼챔버(10)내의 로봇(12) 블레이드(20)에 의해 두 개의 스트립챔버(15a, 15b)중 어느 하나로 이송되어 스트립공정을 수행한다.
그리하여 스트립챔버(15a 또는 15b)에서의 공정이 완료된 웨이퍼는 소정의 진공도가 유지되는 트랜스퍼챔버(10)내의 로봇(12)의 블레이드(20) 위에 놓여진 상태로 본장치의 가동에 따라 냉각된다.
즉, 블레이드(20)는 스트립챔버(15a, 15b)로부터 웨이퍼를 언로딩시키기 전에 열전소자(30)의 작동으로 약 10 - 20℃정도의 온도를 유지하게 되며, 이 상태로 스트립챔버(15a, 15b)에서 공정이 진행된 웨이퍼는 언로딩되어 상기 블레이드(20) 위에 올려지게 된다.
그리고 이 상태로 약 10 - 20초 정도 웨이퍼를 냉각시키게 된다.
웨이퍼 냉각은 열전소자(30)의 작동에 의하며, 열전소자(30)는 웨이퍼가 놓여지는 블레이드(20)면을 지속적으로 냉각시켜 웨이퍼를 냉각시키게 된다.
정해진 시간동안 웨이퍼를 냉각시킨 후에는 로봇(12)은 블레이드(20)를 이동시켜 카셋트로 웨이퍼를 언로딩시키게 된다.
본 발명은 이상과 같이 상당히 획기적인 기능을 갖는 웨이퍼 냉각장치를 제공하는 것을 알 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 식각장비의 웨이퍼 냉각장치에 의하면, 웨이퍼 냉각을 위해 별도의 냉각챔버를 구비하지 않아도 되므로 장비 구매 비용이 줄일 수 있게 된다.
또한, 식각장비의 구조를 단순화하여 장비의 점검과 수리에 따른 유지비용을 절약될 수 있다.
또한, 웨이퍼를 블레이드 상에서 바로 냉각시킴에 따라 냉각에 소요되는 시 간을 줄여 웨이퍼 생산 속도를 높일 수 있고 이는 생산량 증가에 이은 원가절감의 효과를 가져오게 된다.

Claims (5)

  1. 내부에 웨이퍼 이송용 로봇이 설치되고 펌프에 의해 일정한 진공도로 유지되는 트랜스퍼챔버와,
    상기 트랜스퍼챔버 외주면을 따라 설치되는 대기중이거나 공정수행이 완료된 웨이퍼들이 대기중인 로드락챔버와, 공정수행을 위한 웨이퍼를 정렬하기 위한 얼라인챔버, 식각공정이 수행되는 식각챔버, 식각공정이 수행된 후 잔류하는 포토레지스트패턴이 제거되는 스트립챔버,
    전원이 인가되면 냉각부와 발열부를 이루는 열전소자를 포함하고, 상기 냉각부가 상기 이송용 로봇의 블레이드에 접촉되어 스트립챔버를 거친 웨이퍼를 냉각시키는 냉각수단을 포함하는 식각장비의 웨이퍼 냉각장치.
  2. 삭제
  3. 웨이퍼를 로드락챔버로 투입하는 단계와,
    트랜스퍼챔버 내의 로봇을 통해 웨이퍼를 얼라인챔버로 로딩하고 정렬하는 단계,
    식각챔버로 웨이퍼를 이송하여 웨이퍼를 식각하는 단계,
    식각완료된 웨이퍼를 스트립챔버로 이송하여 스트립 공정을 수행하는 단계,
    열전소자를 통해 냉각된 로봇의 블레이드로 스트립 공정완료된 웨이퍼를 언로딩하는 단계,
    블레이드상에서 웨이퍼를 설정시간동안 냉각시키는 단계,
    냉각된 웨이퍼를 카셋트로 언로딩시키는 단계
    를 포함하는 식각장비의 웨이퍼 냉각방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 블레이드의 온도는 10 - 20℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 식각장비의 웨이퍼 냉각방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 블레이드상에서의 냉각은 10 - 20초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 식각장비의 웨이퍼 냉각방법.
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