KR100984912B1 - 기판 배면 압력 측정을 이용한 기판 정위치 결정 방법 및장치 - Google Patents

기판 배면 압력 측정을 이용한 기판 정위치 결정 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

웨이퍼가 기판을 지지하는 진공 척/히터상에 적절하게 정위치되었는지의 여부를 결정하기 위한 진공 척/히터 이용 방법이 개시된다. 그러한 방법은 기판 아래쪽의 한정된 공간내의 압력 증가 속도의 측정치를 이용한다. 기판이 진공 척/히터 장치의 상부 표면에 기밀방식으로(hermetically) 밀봉되지 않기 때문에, 기판 표면 위쪽의 프로세싱 챔버로부터의 압력은 기판의 엣지 주위로 그리고 압력이 낮은 기판의 아래쪽 공간으로 누설되는 경향이 있다. 압력 변환기(transducer)와 같은 압력 측정 장치가 기판의 하부에 존재하는 한정된 부피와 소통한다. 한정된 공간내의 압력 증가 속도를 측정한다. 기판이 진공 척/히터 장치상에 잘 배치되었다면, 기판 아래쪽의 한정된 공간내의 압력 증가 속도는 느릴 것이다. 만약 기판이 진공 척/히터 장치상에 잘 배치되지 못하였다면, 압력 증가 속도는 보다 급격할 것이다.

Description

기판 배면 압력 측정을 이용한 기판 정위치 결정 방법 및 장치{SUBSTRATE PLACEMENT DETERMINATION USING SUBSTRATE BACKSIDE PRESSURE MEASUREMENT}
본 발명은 기판이 진공 척 지지 구조물과 같은 기판 지지 구조물상에 적절하게 위치되었는지를 결정하는 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판상에 박막 필름을 증착하는 동안에, 웨이퍼가 그러한 웨이퍼를 정위치에서 유지하기 위해 사용되는 지지 구조물상에 적절하게 부착되지 않는다면, 박막 필름의 증착 중에 생성되는 응력(stresses)으로 인해 웨이퍼가 휘어질 수 있다. 박막 필름 증착 프로세스에서, 반도체 기판은 진공 척/히터(vacuum chuck/heater) 조립체의 표면상에서 정위치에 유지되는 동안에 프로세싱되는 것이 일반적이다. 예를 들어, 진공 척/히터 조립체상에서의 반도체 웨이퍼 오정렬로 인해 웨이퍼의 엣지(edge) 주변에서 유동 가스의 불균일한 누설이 초래될 수 있다. 불균일한 누설은 불균일한 필름 증착을 유발할 수 있고, 이는 웨이퍼의 휘어짐을 초래할 수 있다. 웨이퍼의 휘어짐은 웨이퍼의 엣지가 히터와 접촉되지 않게 할 수 있으며, 그러한 웨이퍼의 엣지는 웨이퍼의 중심부보다 더 냉각될 수 있을 것이다. 이는, 필름 증착 불균일성을 증대시킨다. 몇몇 경우에, 휘어짐이 심각하여 필름 증착 프로세스를 중단하여야 할 수도 있다. 반도체 장비 제조업자는 휘어짐의 발생을 방지하기 위한 가열 진공 척을 고안하였다. 그러나, 히터/진공 척을 이용하기 위해서는, 히터/진공 척의 중심에 웨이퍼를 적절하게 정위치시킬 필요가 있을 것이며, 그렇지 못한 경우에 가열된 진공 척은 휘어짐을 방지하지 못하게 될 것이다. 적절한 정위치가 항상 이루어질 수는 없는데, 이는 웨이퍼들을 히터/진공 척상에 정위치시키기 위해 사용되는 자동화된 로봇에 의해서 그러한 웨이퍼들이 통상적으로 취급되기 때문이다. 로봇에 의한 웨이퍼의 오정렬은 탐지가 곤란하다.
1999년 8월 6일자로 출원되고 2001년 2월 23일자로 공개된 "위치-감지 장치"라는 명칭의 일본 특허 출원 제 P2001-50732 호에는 제품 생산, 검사 등을 위한 정위치가 요구되는 장비의 여러 부품들에 대한 정위치를 감지하는 장치가 개시되어 있다. 그 발명자들은, 제품의 수동 조정이 불필요하도록, 이동(displacement)을 효과적으로 방지하면서, 제품의 형상에 제한받지 않고 위치 상태를 신뢰가능하게 감지할 수 있는 위치-감지 장치를 제공함으로써, 오정렬된 물품과 관련한 기술적 문제를 해결하였다고 주장하고 있다. 그러한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단은, 정위치 섹션(placement section)에 상응하며 배치 부재가 표면 접촉 상태로 위치되는 미리 규정된 위치에 부재가 정위치되었는지를 감지하는 위치-감지 장치에서, 흡입 장치에 의해 흡입력이 인가되는 흡입 경로내에 흡입 개구부가 제공되고 흡입 경로내의 압력 강하를 감지하는 압력 센서가 제공되는 것으로 구성된다고 할 수 있다.
예시적인 실시예는 전자 부품들이 장착되는 기판을 포함하며, 전술한 정위치 섹션은 다수의 위치에서 상기 기판의 바닥 표면을 지지하는 다수의 보스 부분(boss parts)을 포함하고, 전술한 흡입 경로내의 흡입 개구부는 각 보스 부분의 중심에 형성된다. 이러한 예는 배치되는 부재로서 장방형 플레이트-형상의 기판을 포함하며, 그러한 기판은 임의 타입의 전자 부품, 예를 들어, 릴레이 또는 커패시터가 상부 표면에 적절히 장착되도록 구성된다. 이는 기판 양쪽의 긴 측부에서 엣지 부분에 끼워지는 소위 카드 엣지(card edge) 타입 커넥터이다. 도 1을 참조하면, 기판이 삽입되고 제거될 수 있는 기판-형상 리세스(장방형)이 전후방 및 좌우측으로의 이동을 제한하기 위해 사용되는 기판-정위치 블록의 상부 표면에 형성될 수 있다. 상기 바닥 표면 위쪽으로 돌출하는 평평한 상부 표면을 구비하고 정위치 섹션으로서 기능하는 보스(boss) 부분이 기판-형상 리세스의 4 모서리 각각에 위치된다. 기판이 바닥 표면으로부터 미리 규정된 높이에서 위치 및 유지되도록, 보스 부분이 구성된다. 표면 접촉 상태로 부재가 위치된 정위치 섹션에 대응하여, 흡입 경로내의 압력 강하를 감지하는 압력 센서가 도 2에서 압력 센서(21)로 도시되어 있다. 흡입 경로 개구부를 포함하는 4개의 보스 부분 모두가 압력 센서(21)에 의해 모니터링되는 단일 흡입 경로 라인내로 공급된다.
이러한 예에서, 본 출원인은 기판의 오정렬에 관심 가지며, 이때 기판은 기판의 프로세싱 중에 기판을 고정하기 위해 진공 척이 이용되는 프로세스 챔버내의 기판이 될 것이다. 이러한 예에서 요구되는 공차(tolerance)는 전술한 일본 공개 특허에 기재된 용도의 경우보다 훨씬 더 엄격할 것이다. 특히, 히터/진공 척이 존재하는 프로세싱 챔버는, 기상 증착된 박막 필름 또는 코팅이 도포되는 챔버이며, 관심 사항은 박막 필름을 형성하는 증기가 웨이퍼 엣지 주위로 불균일한 방식으로 누설될 수 있는지의 여부 및 그에 따라 도포된 필름이 균일하지 않은지의 여부, 또는 웨이퍼의 후면의 부분들이 코팅되는지의 여부이다. 전술한 바와 같이, 프로세싱을 위해 기판을 유지하기 위해 사용되는 진공 척 상에서의 기판의 오정렬이 불균일한 필름 증착을 초래할 수 있고 웨이퍼 후면의 일부상의 코팅을 초래할 수 있으며, 결과적으로 웨이퍼의 휘어짐을 초래할 수 있다. 웨이퍼 핸들링 로봇으로부터의 "핸드 오프(hand off; 놓는 동작)"가 정밀하지 않고 박막 필름 증착 프로스세 중에 웨이퍼를 지지하는 히터/진공 척에 웨이퍼가 적절하게 놓이지 않은 경우에, 오정렬이 발생될 수 있다. 전술한 일본 공개 특허는 보스 부분상의 정위치에서 카드 형상 부재를 충분히 유지할 수 있도록 정위치 정확도가 큰 최종-용도와 관련한 것이며, 본원에서의 정위치는 진공이 웨이퍼의 후방 표면상에 인가될 때 웨이퍼의 엣지 주위에서 증기가 불균일하게 누설되지 않도록 정빌할 필요가 있다. 전체 둘레를 따라 웨이퍼 표면의 균일한 밀봉(sealing)을 제공하는데 있어서의 어려움이 분명히 커지고 있다. 또한, 본원에서, 진공 척상에서 기판의 심각한 오정렬이 존재하고 누설 영역내에서 필름-형성 전구체(precursor)의 대량 유동이 발생한다면, 웨이퍼 프로세싱 챔버 및 보조 장치가 허용범위를 넘어서 손상될 수 있을 것이다. 결과적으로, 히터/진공 척상에서 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 오정렬을 탐지할 수 있는 능력은 웨이퍼가 오정렬되었을 때 발생될 수 있는 종류의 큰 누설 속도를 탐지할 수 있는 감도를 필요로 한다. 또한, 누설 속도를 매우 신속하게 탐지할 수 있는 능력도 중요하다.
도 1은 박막 필름 증착 프로세스를 위한 300 mm 반도체 웨이퍼가 놓이는 진공 척/히터(100) 표면(102)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 반도체 웨이퍼가 진공 척/히터 표면의 상부에 적절하게 위치되었는지의 여부를 측정하는데 사용될 수 있는 종류의 유체 유동 시스템(200)의 실시예를 측면에서 도시한 도면으로서, 도시된 시스템(200)은 두 개의 반도체 웨이퍼를 동시에 프로세싱하는 프로세싱 챔버 중 하나인, 측면도이다.
도 3은 적절하게 위치된 반도체 웨이퍼 기판의 후면과 소통하는 작은 부피 공간에서의 압력 변화 속도를 적절하게 위치되지 않은 반도체 웨이퍼와 비교하여 도시한 각각의 그래프(300 및 320)를 도시한 도면으로서, 상기 그래프(300)는 도 2에서 도면부호 '254'로 도시된 제 1 진공 척상의 웨이퍼의 정위치에 대한 데이터를 도시한 것이고, 그래프(320)는 도 2에서 도면부호 '204'로 도시된 제 2 진공 척상의 웨이퍼의 정위치에 대한 데이터를 도시한, 그래프이다.
도 4A 내지 도 4D는 그래프(300 및 320)와 관련된 비교 도면으로서, 도 4A는 도 2에서 도면부호 '254'로 도시된 진공 척상에 웨이퍼가 적절하게 정위치되었을 대 후면 웨이퍼 코팅이 없는 상태를 도시한 도면이고, 도 4B는 웨이퍼 정위치가 충분하지 못한 경우에 웨이퍼의 후면에 코팅이 축적되는 것을 도시한 도면이며, 도 4C는 도 2에서 도면부호 '204'로 도시된 진공 척상에 웨이퍼가 적절하게 정위치된 경우에 웨이퍼 후면의 코팅이 없는 상태를 도시한 도면이며, 도 4D는 진공 척상에 웨이퍼가 부적절하게 배치된 것으로 인해 엣지의 밀봉부에 누설이 발생하는 경우에 웨이퍼 엣지에서의 웨이퍼 후면 코팅을 도시한 도면이다.
상세한 설명에 대한 전제로서, 상세한 설명 및 특허청구범위에서, 명확히 규정한 바가 없으면 단수로 표현된 경우라도 복수를 포함하는 것임을 주지하여야 한다.
용어 중 "약"은 기재된 값에서 ±10%내에서 변화될 수 있다는 것을 의미한다.
기판이 진공 척/히터상에 적절하게 배치되었는지의 여부를 결정하기 위한 기판 웨이퍼가 놓이는 진공 척/히터의 이용 방법을 설명한다. 주로, 기판은 진공 척/히터상에 센터링되는(centered) 반도체 웨이퍼이다. 상기 방법은 진공 척/히터와 직접적으로 접촉하는 기판 표면과 소통하는 부피 공간내의 압력 변화 속도를 측정한다. 통상적으로, 기판의 이러한 접촉 표면은 기판의 하부 표면(후면)이고, 기판의 상부 표면은 특성 변화를 위해 프로세싱되는 표면이다.
진공 척/히터가 300 mm 웨이퍼를 위한 Applied Materials Producer 박막 필름 증착 챔버내에 존재하는 것과 같은 진공 척/히터인 경우에, (예를 들어) 약 400 Torr 내지 600 Torr의 압력에서 작동되고, 증착 챔버내로 (예를 들어) 통상적으로 He/O2 가스가 20 slm 의 일정 가스 유량으로 공급되며, 그러한 진공 척/히터에서 분당 60 Torr를 초과하는 부피 공간내의 공칭(nominal) 압력 증가 속도는 기판상에 박막 필름을 증착하기에 앞서서 기판 웨이퍼를 다시 정위치 시킬 필요가 있을 정도로 기판 웨이퍼가 잘못 배치되었다는 것을 나타낸다. 프로세싱 장치 및 상기 프로세싱 장치내에서의 기판 배향(orientation)이 전술한 바와 같은 경우에, 기판의 상부 표면과 접촉하는 프로세스 챔버 부피내의 공칭 압력은 약 0.3 Torr 내지 약 600 Torr일 수 있다. 예를 들어, 화학 기상 증착에 의해 박막 필름을 증착하기 직전에, 이러한 압력은 통상적으로 약 200 Torr 내지 약 600 Torr, 보다 통상적으로 약 400 Torr 내지 약 600 Torr 이다. 진공 척/히터 장치와 접촉하는 기판의 후면에서의 압력은 그 보다 낮은데, 이는 진공 척킹을 위해 진공이 인가되기 때문이다. 통상적으로, 기판 아래쪽 공간의 압력, 그리고 이러한 공간과 소통하는 도관(conduit) 내의 압력은 약 0.3 Torr 내지 약 15 Torr 이다. 보다 통상적으로, 기판 아래쪽 공간내의 압력은 약 5 Torr 내지 약 8 Torr이다. 기판의 상부 표면과 접촉하는 프로세스 챔버내에 존재하는 압력과, 기판의 하부 표면과 소통하는 도관과 같은 부피 공간내에 존재하는 압력의 편차 크기는 프로세싱 장치 및 실시되는 프로세스에 따라 달라질 것이다. 그러나, 소위 당업자는 이들 두 압력간에 편차가 있는 한 본 발명을 적용할 수 있을 것이다. 바람직하게, 프로세싱되는 기판 표면상에서 일정한 제 1 압력을 유지할 수 있는 능력, 그리고 기판의 하부 표면과 소통하는 부피 공간내의 보다 낮은 제 2 압력에서의 변화 속도를 측정할 수 있는 능력이 있다. 프로세싱 중에 기판을 지지하는 진공 척/히터 장치상에 기판이 적절하게 위치되었는지를 측정하고자 하는 경우에, 진공 공급원(source)을 기판 아래쪽의 공간에 인가하는 것이 중단된다. 기판이 진공 척/히터 장치의 상부 표면에 기밀방식 으로(hermetically) 밀봉되지 않기 때문에, 기판 표면 위쪽의 프로세싱 챔버로부터의 압력은 기판의 엣지 주위로 그리고 기판의 아래쪽 공간 및 그 공간과 소통하는 도관으로 누설되는 경향이 있다. 압력 변환기(transducer)와 같은 압력 측정 장치가 기판의 하부 표면과 소통하는 부피 공간내에 배치된다. 기판의 하부 표면과 소통하는 부피 공간내의 압력 증가 속도가 측정된다. 기판이 진공 척/히터 장치상에 잘 배치되었다면, 기판의 하부 표면과 소통하는 부피 공간에서의 압력 증가 속도는 느릴 것이다. 만약 기판이 진공 척/히터 장치상에 잘 배치되지 못하였다면, 압력 증가 속도는 보다 급격할 것이다. 해당 기판 위치에 대한 압력 증가 속도를 양호하게 정위치된 기판에 대한 허용가능한 압력 증가 속도와 비교하면, 진공 척/히터 장치상에서 기판을 다시 정위치시켜야 하는지의 여부를 알 수 있을 것이다. 허용가능한 공칭 증가 속도는 프로세스 챔버내에서 실시되는 특정 프로세스에 따라 달라질 것이다.
약 400 Torr의 압력 범위에서 작동되고, 증착 챔버내로 통상적으로 He/O2 인 가스가 20 slm 의 일정 가스 유량으로 공급되는 300 mm 기판을 위한 Applied Materials Producer 박막 필름 증착 챔버와 관련하여, 기판의 하부 표면과 소통하는 부피 공간내에서의 허용가능한 공칭 압력 증가 속도는 분당 약 60 Torr 미만이다. 일반적으로, 압력 증가 속도는 분당 약 5 Torr 내지 약 60 Torr 이다. 이러한 압력 증가 속도는, 진공 척상의 기판의 오정렬을 나타내는 필름 증착에 있어서의 문제가 발생되었는지를 확인하기 위해 박막 필름 증착 중에 기판을 관찰함으로 써, 실험적으로 결정되었다.
두 가지 지표(indicator)를 이용하여, 기판과 소통하는 부피 공간에서의 압력 증가 속도를 진공 척상의 오정렬된 기판과 상호관련시켰다. 그러한 지표들 중 하나는 기판상에 증착된 박막 필름의 기판에 걸친 두께 균일성이었다. 두 번째 지표는 기판의 후면의 일부에 걸친 코팅 물질의 불균일한 축적이었다. 이러한 변수들 각각 또는 변수들의 조합을 박막 필름 증착 프로세스에 대한 지표로 이용할 수 있을 것이다. 기판이 진공 척상에 오정렬되었을 때, 증착된 필름의 두께는 기판 표면에 걸쳐 균일하지 않을 것이다. 기판이 오정렬되었을 때, 통상적으로, 기판의 후면의 일부에 필름/코팅이 형성된다. 규격을 만족시키지 못하는 프로세싱된 기판과 압력 증가 속도 사이의 상호관계가 대상 프로세스에 대해서 규정될 수 있을 것이며, 본 발명이 적용되는 프로세스는 박막 필름 증착 프로세스에만 적용되는 것이 아니다.
가스 유동 또는 작동 프로세스 챔버 압력이 다양한 장치, 또는 기판의 둘레 엣지 노출 거리(peripheral edge exposure distance)가 다양한 전술한 장치에서의 다양한 크기의 진공 척킹 장치의 경우에, 웨이퍼의 비(non)-프로세싱 표면과 소통하는 부피 공간내의 압력 변화 속도는 통상적으로 다양할 것이다. 그러나, 소위 당업자는, 최소한의 실험을 통해서, 본 발명의 명세서의 관점에서, 최대 공차 압력 증가 속도가 얼마인지 결정할 수 있을 것이다.
통상적으로, 진공 척 조립체는 둥근 반도체 웨이퍼에 맞춰진다. 그러나, 본 발명은 둥근 형상 대신에 다른 형태의 기판에도 적용될 수 있다. 상기 방법은 기 판이 진공 척상에 적절하게 위치되었는지를 신속하게, 통상적으로 1분 미만에 결정하는 수단을 제공한다.
대기압 이하(sub-atmospheric)의 화학기상증착(SACVD)에 의해 박막 필름을 기판상에 증착하기 위해 이용된 프로세싱 챔버와 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 비 제한적인 예로서 CVD, PECVD, 금속(Metal) CVD, 및 ALD와 같은 다른 박막 필름/코팅 증착 방법도 포함될 것이다. 또한, 상기 방법은, 프로세스 중에 기판이 진공 척킹되는 경우에, 박막 필름 코팅 증착 이외의 다른 프로세싱 용도에서 기판의 정위치를 결정하는데 이용될 수 있을 것이다. 상기 방법은 박막 필름 증착을 위한 프로세싱 챔버로 한정되지 않는다. 그러나, 이러한 용도는 본 발명의 방법에 있어서 가장 중요한 용도 중 하나인데, 이는 필름 증착 중에 기판의 후면에 대한 코팅 필름의 유입 및 불균일한 필름 증착이 기판의 왜곡 및 코팅 기판의 성능과 관련하여 문제를 유발할 뿐만 아니라, 프로세싱 중에 기판을 지지하는 진공 척의 기능적 유체 유동 채널 및 표면에 심각한 손상을 미칠 수 있기 때문이다.
본 발명의 실시를 위한 장치
상기 방법의 실시를 위해 사용된 예시적인 장치는 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.가 제공하는 Producer SACVD 프로세싱 챔버이다. 도 1을 참조하면, 프로세싱 중에(본 경우에, 실리콘 이산화물의 박막 필름 증착 중에) 기판(도시 하지 않음)을 지지하는 진공 척/히터 장치(100)는 통상적으로 기판(도시 하지 않음)이 놓이는 중앙 섹션(103)을 포함한다. 기판의 둘레는, 적절하게 정위치되었을 때, 진공 척/히터(100)의 중앙 섹션(103)의 둘레(102)와 정렬된다. 중앙 섹션(103)의 둘레에는 립(lip; 110)이 위치된다. 기판(도시 하지 않음)은 중앙 섹션(103)과 조합된 립(110)에 의해 형성된 리세스(recess)내에 안착된다. 또한, 일부 프로세싱 용도에서, 립을 포함하지 않는 진공 척을 이용할 수도 있을 것이다.
또한, 진공 척/히터(100)의 중앙 섹션(103)은 두 개의 척킹 포트(104)를 포함하며, 상기 척킹 포트들은 박막 필름 증착 프로세스 중에 진공 척/히터(100)의 표면상으로 샘플(도시 하지 않음)을 하향 유지하는 것을 보조하도록 감소된 압력(진공)이 인가되기 위해 통과하는 오리피스(orifice)이다. 척킹 홈(106)들은 진공 척/히터(100)의 중앙 섹션(103)에 걸쳐 존재하는 기판의 증대된 표면적으로 감소된 압력을 추가적으로 인가한다. 통상적으로, 진공 척의 적어도 상부 부분이 세라믹 물질로 구성되고, 프로세싱 중에 기판의 온도를 높이기 위해 이용될 수 있는 히터(도시 하지 않음)는 상기 세라믹 물질에 매립된 저항식 히터이다. 도 2를 참조하면, (예를 들어, 밸브(222, 264 및 214)의 개방에 의해서) 기판의 상부 표면 및 바닥 표면상에서 압력 균형을 생성함으로써 그리고 이어서 승강 핀 홀(108)을 통해서 상승될 수 있는 기판 승강 핀(도시 하지 않음)을 이용함으로써, 기판이 디척킹(de-chucked; 척킹 해제)될 수 있다.
통상적으로 로봇 핸들링 장치(도시 하지 않음)로부터 진공 척/히터(100)의 표면상으로의 기판 웨이퍼 핸드 오프(놓임 동작)가 부정확할 때, 그리고 웨이퍼의 둘레가 진공 척/히터의 중앙 섹션(103)의 원주(102)를 따라 위치되지 않았을 때, 척킹력이 기판 웨이퍼(도시 하지 않음)의 표면에 걸쳐 균일하게 인가되지 않으며 웨이퍼의 하나의 엣지(edge)가 진공 척/히터(100)의 상부 표면(105)으로부터 약간 들어 올려질 수 있다. 기판 웨이퍼의 엣지가 약간이라도 들어 올려지면, 기판 웨이퍼의 후면상으로 그리고 진공 척킹 홈(106) 및 척킹 포트(104)내로, 심지어는 척킹 포트(104)로 진공을 인가하기 위해 사용되는 시스템(도시 하지 않음)내로 박막 필름 형성 물질이 누설될 수 있다. 이러한 진공 척/히터(100) 및 보조 진공 인가 시스템의 내부 부재들상에 박막 필름이 형성되면, 장치에 영구적인 손상을 입힐 수도 있고 또는 세정을 위해 상당한 시간동안 장치를 중단시켜야 할 수도 있다. 결과적으로, 기판 웨이퍼이 진공 척/히터(100)상에 적절하게 정위치되지 않았다는 것이 확인되면, 기판 웨이퍼가 적절하게 정위치될 수 있을 때까지 박막 필름 증착이 지연된다.
진공 척/히터(100)상의 기판 웨이퍼의 위치를 모니터링하기 위한 광학적 기술이 이용될 수 있다; 그러나, 박막 필름 증착 챔버내에서, 광학부품들이 박막 필름 프로세스에 의해 코팅되며, 웨이퍼 기판에 대한 선명한 시야를 유지하는 것이 문제가 된다. 진공 척/히터(100)의 상부 표면(105) 아래쪽 위치에서 진공 감소를 모니터링하는 것을 시도하였으나, 진공이 계속적으로 인가될 때, 프로세스 챔버로부터 진공 시스템으로 누출되는 가스의 양은 기판 웨이퍼의 오정렬 발생을 나타내기에는 충분치 못하였다.
진공 척/히터로 진공을 인가하는 것이 중단되고, 진공 라인 도관내의 압력 증가 속도가 측정되는, 기판 웨이퍼 오정렬을 나타내는 방법을 개발하였다. 압력 센서를 이용하여 프로세스 챔버로부터 진공 라인 도관(또는 프로세싱되지 않는 기판 웨이퍼의 표면 즉, 웨이퍼 후면과 소통하는 다른 작은 부피 공간)으로의 가스 유동을 용이하게 감지할 수 있을 정도로, 진공 라인 도관의 부피가 충분히 작다. 프로세스 챔버내의 압력은 프로세스 챔버로의 가스 공급에 의해 일정하게 유지된다. 이는, 압력 증가가 관찰되는 웨이퍼 후면과 소통하는 작은 부피 공간으로 가스가 계속적으로 유동 누출되게 한다. 프로세싱 장치가 Producer 전술한 장치인 경우에, 작은 부피 공간내의 압력 증가를 감지하기 위해 사용되는 압력 센서는 통상적으로 적어도 20 Torr까지의, 보다 통상적으로는 약 50 Torr 까지의 압력을 측정하는 압력 변환기이다. 진공 라인 도관(또는 웨이퍼 후면과 소통하는 작은 부피 공간)내의 압력은 시간을 함수로하여 측정되고 기록될 수 있다. 그 대신에, 변환기에 의해 측정되는 최대 압력에 도달하는데 필요한 시간을 측정할 수도 있을 것이다. 압력 증가 속도, 그리고 압력 증가 속도와 관련된 기판 웨이퍼 아래쪽의 누설을 확인하기 위해 관찰되는 필름-형성 물질의 양을 기초로 하여, 소위 당업자는 허용될 수 없는 압력 증가 속도를 결정할 수 있을 것이고, 압력 증가 속도가 허용가능한 속도를 초과하는 경우에 기판 웨이퍼의 재배치를 제공할 수 있을 것이다.
도 2는 반도체 웨이퍼(206 또는 256)가 진공 척/히터(204 또는 254)의 각각의 상부 표면(205 또는 255)에 적절하게 위치되었는지의 여부를 결정하는데 이용될 수 있는 종류의 유체 유동 시스템(200)의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 시스템(200)은 두 개의 반도체 웨이퍼(206 및 256)를 프로세싱하는 프로세싱 챔버를 위한 것이다. 프로세스 챔버내에서 한번에 처리될 수 있는 웨이퍼의 수 는 시스템의 디자인에 따라 달라질 것이다. 측정 정확도와 관련하여 각 웨이퍼의 정위치를 독립적으로 테스트하는 것이 바람직하다고 결정하였다. 이러한 사고를 기초로 하여, 해당 시간에 진공 척/히터(204) 또는 진공 척/히터(254)를 웨이퍼 정위치 테스팅 시스템으로부터 격리시킬 수 있도록 유체 유동 시스템(200)을 디자인하였다.
예를 들어, 진공 척/히터(204)상의 웨이퍼(206)의 정위치에 대한 테스트를 실시할 수 있도록, 차단 밸브(264)가 폐쇄되고 차단 밸브(214)가 개방될 수 있을 것이다. 웨이퍼(206)는 진공 척/히터(204)의 상부 표면(205)상에 놓이며, 이때 중앙 도관(210)으로 연결되는 웨이퍼(206) 아래쪽의 공간(208)이 형성된다. 라인(234)은 진공 펌프(도시 하지 않음)로 연결된다. 라인(234)에 인가된 감소된 압력(진공)은 라인(236) 및 라인(232)내의 압력을 감소시키는데 이용될 것이다. 라인(236)은 진공 밸브(238)로 연결되고, 웨이퍼(206)의 상부 표면(207)에 박막 필름을 증착하는 동안에, 그러한 진공 밸브(238)는 웨이퍼(206)의 진공 척킹 중에 정상 상태에서 개방될 것이다. 이는, 차단 밸브(214)로 연결된 라인(216)내에 감소된 압력을 도입할 수 있게 허용하며, 상기 차단 밸브(214) 역시 박막 필름 증착 프로세스 중에 개방된다. 감소된 압력(진공)이 작은 부피 도관(212)을 통해 중앙 도관(210)내로, 그리고 다시 도 1에 도시된 종류의 척킹 포트(104) 및 척킹 홈(106)으로 인가된다. 라인(240)내의 감소된 압력은 또한 라인(218)을 통해 압력 센서(220)로 전달되고, 그 곳으로부터 라인(219)을 통해 우회 밸브(222)까지 전달된다. 만약 우회 밸브(222)가 개방되어 있다면, 감소된 압력은 라인(224)으로도 인가될 것이며, 그 라인(224)은 프로세싱 챔버(209)까지 연결된다. 만약, 우회 밸브(222)가 폐쇄되어 있고 진공 밸브(238)가 폐쇄되어 있고, 차단 밸브(214)가 개방되어 있다면, 가스 부가 장치(도시 하지 않음)에 의해 프로세스 챔버(209)내에서 일정 압력으로 유지되는 가스들이 도관(210), 작은 부피 도관(212), 라인(216), 및 압력 센서(220)로 연결된 라인(218)내의 압력을 상승시킨다. 압력 증가 속도는 시간을 함수로 하는 압력 증감 측정치에 의해서 또는 주어진(given) 압력에 도달하는데 필요한 시간의 측정치에 의해서 결정된다. 이러한 압력 증가 속도는 허용가능한 값과 비교되며, 그러한 허용가능한 값은 프로세스 챔버내에서 실시되는 프로세스에 의해서 결정될 것이다. 소위 당업자는, 최소한의 실험을 통해서, 박막 필름 증착 단계와 같은 해당 프로세스 단계에 대한 허용가능한 최대 압력 증가 속도를 결정할 수 있을 것이다. 통상적으로, 진공 척/히터(204)로의 차단 밸브(214)가 개방되고 진공 척/히터(204)로의 차단 밸브(264)가 폐쇄됨으로써 척/히터(254)가 격리되었을 때, 문제가 되는 압력 증가 속도는 진공 척/히터(204)의 상부 표면(205)상의 웨이퍼(206)의 오정렬에 기인한다는 것이 분명하다.
웨이퍼(256)가 진공 척/히터(254)의 상부 표면(255)에 놓이며, 이때 중앙 도관(260)으로 연결되는 웨이퍼(256) 아래쪽의 공간(258)이 형성된다. 라인(234)에 인가된 감소된 압력(진공)은 라인(236) 및 라인(232)내의 압력을 감소시키는데 이용될 것이다. 라인(236)은 진공 밸브(238)로 연결되고, 웨이퍼(256)의 상부 표면(257)에 박막 필름을 증착하는 동안에, 그러한 진공 밸브(238)는 웨이퍼(256)의 진공 척킹 중에 정상 상태에서 개방될 것이다. 이는, 차단 밸브(264)로 연결된 라인(266)내에 감소된 압력을 도입할 수 있게 허용하며, 상기 차단 밸브(214) 역시 박막 필름 증착 프로세스 중에 개방된다. 감소된 압력(진공)이 작은 부피 도관(262)을 통해 중앙 도관(260)내로, 그리고 다시 도 1에 도시된 종류의 척킹 포트(104) 및 척킹 홈(106)으로 인가된다. 라인(240)내의 감소된 압력은 또한 라인(218)을 통해 압력 센서(220)로 전달되고, 그 곳으로부터 라인(219)을 통해 우회 밸브(222)까지 전달된다. 만약 우회 밸브(222)가 개방되어 있다면, 감소된 압력은 라인(224)으로도 인가될 것이며, 그 라인(224)은 프로세싱 챔버(209)까지 연결된다. 만약, 우회 밸브(222)가 폐쇄되어 있고 진공 밸브(238)가 폐쇄되어 있고, 차단 밸브(264)가 개방되어 있다면, 가스 부가 장치(도시 하지 않음)에 의해 프로세스 챔버(209)내에서 일정 압력으로 유지되는 가스들이 도관(260), 작은 부피 도관(262), 라인(266), 및 압력 센서(220)로 연결된 라인(218)내의 압력을 상승시킨다. 압력 증가 속도는 시간을 함수로 하는 압력 증감 측정치에 의해서 또는 주어진 압력에 도달하는데 필요한 시간의 측정치에 의해서 결정된다. 이러한 압력 증가 속도는 허용가능한 값과 비교되며, 그러한 허용가능한 값은 프로세스 챔버내에서 실시되는 프로세스에 의해서 결정될 것이다. 소위 당업자는, 최소한의 실험을 통해서, 박막 필름 증착 단계와 같은 해당 프로세스 단계에 대한 허용가능한 최대 압력 증가 속도를 결정할 수 있을 것이다. 통상적으로, 진공 척/히터(204)로의 차단 밸브(264)가 개방되고 진공 척/히터(204)로의 차단 밸브(214)가 폐쇄됨으로써 척/히터(204)가 격리되었을 때, 문제가 되는 압력 증가 속도는 진공 척/히터(254)의 상부 표면(255)상의 웨이퍼(256)의 오정렬에 기인한다는 것이 분명하다.
통상적으로, 라인(232)은 라인(234)내의 압력 감소를 위해 채용되는 진공 펌프(도시 하지 않음)로 인해 감소된 압력하에 있게 된다. 격리 밸브(228)가 개방될 때 프로세싱 챔버(209)로 연결되는 라인(224)으로 인가될 수 있는 진공의 양을 제어하는 것을 돕기 위해, 스로틀 밸브(230)를 이용한다. 각각의 진공 척/히터(204 및 254)를 참조하여 전술한 밸브들과 조합하여 이들 밸브들을 제어함으로써, 시스템내에서 요구되는 여러 기능들을 유지할 수 있을 것이다. 원하는 기능을 제공하기 위한 밸브들의 제어는 당업계에 공지된 타입의 프로그램화된 제어부(도시하지 않음)에 의해 실시될 수 있으며, 그러한 제어부는 작업자가 시스템을 원하는 대로 조작할 수 있게 허용한다.
예시적인 실시예에 대한 데이터
도 3은 적절하게 위치된 반도체 웨이퍼에서 기판의 후면과 소통하는 작은 부피 공간에서의 압력 변화 속도를 적절하게 위치되지 않은 반도체 웨이퍼와 비교하여 도시한 각각의 그래프(300 및 320)이다. 양 그래프에서, 작은 부피 공간(기판 후면과 소통하는 도관)내의 압력 센서에 의해 측정된 Torr 단위의 압력이 축(301)에 도시된 초 단위의 시간을 함수로 하여 축(303)에 도시되어 있으며, 그러한 시간 동안에는 프로세스 챔버로부터 압력이 작은 부피 공간 도관으로 누설될 수 있게 허용된다. 그래프(300)에서, 곡선(302)은 작은 부피 공간 도관내의 압력의 급격한 증가를 나타내고, 이는 로봇형 웨이퍼 핸들링 기구로부터 웨이퍼가 핸드 오프될 때 제 1 진공 척(도 2에 도면부호 '254'로 표시됨)의 상부 표면상에서 웨이퍼가 오정렬되었기 때문이다. 압력 증가는 20초 동안 약 45 Torr 였다. 곡선(304) 및 곡선(306)은 웨이퍼가 진공 척에 적절하게 위치되었을 때 관찰되는 작은 부피 공간 도관내의 느린 압력 증가를 나타낸다. 압력 증가는 20초 동안에 단지 약 7 Torr이다. 그래프(320)에서, 곡선(322)은 작은 부피 공간 도관내의 압력의 급격한 증가를 나타내며, 이러한 급격한 증가는 제 2 진공 척(도 2에서 도면부호 '204'로 도시됨)에 웨이퍼가 오정렬된 것에서 비롯된 것이다. 압력 증가는 20초 동안 약 29 Torr 였다. 곡선(324 및 326)은 작은 부피 공간 도관내의 느린 압력 증가를 나타내며, 이는 웨이퍼가 진공 척에 적절하게 위치되었을 때 발생된다. 압력 증가는 20 초 동안에 약 5 Torr에 불과하다.
도 4A 내지 도 4D는 그래프(300 및 320)와 관련된 비교예들을 도시한다. 도 4A는 도 2의 도면부호 '254'로 도시된 바와 같은 진공 척에 웨이퍼가 정위치되었을 때 웨이퍼(402)의 후면에는 코팅이 존재하지 않는다는 것을 보여준다. 도 4B는 웨이퍼 정위치가 적절하지 못하였을 때 웨이퍼(402)의 후면상에 코팅(404)이 축적되는 것을 도시하고 있다. 도 4C는 도 2에 도면부호 '204'로 도시된 바와 같은 진공 척에 웨이퍼가 적절하게 정위치되었을 때 웨이퍼(412)에서 웨이퍼 후면 코팅이 존재하지 않는다는 것을 보여 준다. 도 4D는, 도 2에서 도면부호 '204'로 도시된 바와 같은 진공 척에 웨이퍼가 적절하게 정위치되지 않아서 엣지의 밀봉부에서 누설이 일어나는 경우에, 웨이퍼(412)의 하나의 엣지에서의 웨이퍼 후면 코팅(414)이 축적되는 것을 도시한다.
이상에서 몇 가지 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 소위 당업자는 본 발명의 사상 및 범위내에 포함되는 다양한 개량 실시예를 분명하게 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 의해서 결정될 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 기판이 진공 척의 표면상에 적절하게 정위치되었는지의 여부를 결정하는 방법으로서:
    프로세스 챔버내에서 본질적으로(essentially) 일정한 압력을 유지하는 단계로서, 상기 진공 척의 상부 표면이 상기 프로세스 챔버내의 압력에 노출되는, 일정 압력 유지 단계;
    상기 기판의 바닥 표면과 소통하는 한정된 작은 부피의 공간내에서 감소된 압력을 생성하는 단계;
    상기 감소된 압력을 생성하기 위해 사용되는 공급원으로부터 상기 한정된 작은 부피의 공간을 격리시키는 단계;
    상기 한정된 작은 부피의 공간내에서 주어진(given) 압력에 도달하는데 필요한 시간 범위 또는 압력 증가 속도를 측정하는 단계; 그리고
    상기 시간 범위 또는 압력 증가 속도를 상기 진공 척상에 기판이 불만족스럽게 또는 만족스럽게 정위치되었는지를 나타내는 지표(indicator)와 상호관련시키는 단계를 포함하는
    기판의 정위치 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한정된 작은 부피의 공간의 일부와 소통하는 압력 변환기를 이용하여, 상기 압력 증가 속도 또는 셋 포인트(set point) 압력이 측정되는
    기판의 정위치 결정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    박막 필름 코팅이 상기 프로세스 챔버내에서 기판에 도포되고, 상기 진공 척상에 기판이 불만족스럽게 또는 만족스럽게 정위치되었는지를 나타내는 지표는 상기 한정된 작은 부피의 공간 내에서 주어진 압력에 도달하는데 필요한 시간 또는 압력 증가 속도와 상기 기판의 후면에 축적된 코팅의 양 사이의 사전에 설정된 상호관계(previously-developed correlation)인
    기판의 정위치 결정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판이 반도체 웨이퍼, 평판 디스플레이 기판, 및 태양 전지 기판으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는
    기판의 정위치 결정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판이 반도체 웨이퍼인
    기판의 정위치 결정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버내의 압력이 200 Torr 내지 600 Torr인
    기판의 정위치 결정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판의 바닥 표면 아래쪽의 상기 한정된 작은 부피의 공간내의 상기 감소된 압력은 초기에 0.3 Torr 내지 15 Torr인
    기판의 정위치 결정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버내의 압력으로 인한 상기 한정된 작은 부피의 공간내의 압력 증가 속도는 분당 60 Torr 미만인
    기판의 정위치 결정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 압력 증가 속도는 분당 5 Torr 내지 분당 60 Torr 미만인
    기판의 정위치 결정 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 척상에 기판이 불만족스럽게 또는 만족스럽게 정위치되었는지를 나타내는 지표는 상기 한정된 작은 부피의 공간 내에서 주어진 압력에 도달하는데 필요한 시간 또는 압력 증가 속도와 증착된 박막 필름 두께 균일도, 웨이퍼 후면 코팅의 양, 또는 그 조합 사이의 사전에 설정된 상호관계(previously-developed correlation)인
    기판의 정위치 결정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 지표가 박막 필름 균일도이고,
    허용될 수 없는 상기 한정된 작은 부피의 공간 내에서 주어진 압력에 도달하는데 필요한 시간 또는 압력 증가 속도는 2% 초과로 변화되는 필름 두께 균일도와 상호관련되는
    기판의 정위치 결정 방법.
  12. 박막 필름 증착 프로세스 챔버 내의 하나 이상의 진공 척(204, 254)의 표면상에 기판이 적절하게 정위치되었는지의 여부를 결정하기 위해 이용되는 기판의 정위치 결정 장치로서:
    a) 프로세싱되는 기판의 표면과 접하는 제 1 압력을 제어할 수 있도록 주변 조건으로부터 밀봉된 프로세스 챔버(209);
    b) 상기 진공 척(204, 254) 내의 중앙 도관(210, 260)과 소통하는 하나 이상의 오리피스를 포함하는 상기 하나 이상의 진공 척(204, 254)의 표면;
    c) 상기 중앙 도관(210, 260)과 직접 소통하는 작은 부피의 도관(212, 262)으로서, 상기 프로세스 챔버(209)로부터 상기 작은 부피의 도관(212, 262)으로의 가스 유동이 제 2 압력을 생성하도록 상기 작은 부피 도관(212, 262)의 부피 크기가 작게 결정되며, 상기 제 2 압력은 상기 기판의 오정렬이 발생하였는지의 여부를 나타내는 지표로서의 역할을 하는, 작은 부피의 도관(212, 262);
    d) 상기 제 2 압력을 생성하는데 이용되고 그리고 상기 프로세스 챔버 또는 상기 작은 부피의 도관, 또는 상기 프로세스 챔버 및 상기 작은 부피의 도관 모두와 소통할 수 있는 하나 이상의 진공 시스템;
    e) 상기 진공 척(204, 254)의 오리피스와 소통하는 상기 작은 부피의 도관(212, 262)의 상기 진공 시스템으로부터의 격리 그리고 상기 제 2 압력을 생성하는데 이용되는 상기 진공 시스템으로부터의 상기 프로세스 챔버(209)의 격리를 허용하는 격리 장치;
    f) 상기 작은 부피의 도관(212, 262)과 소통하고 그리고 상기 작은 부피의 도관(212, 262)내의 압력을 측정하는 압력 감지 장치; 그리고
    g) 상기 기판의 정위치 결정 장치를 구성하는 구성 장치들과 소통하는 프로그램화된 제어부로서, 상기 프로그램화된 제어부는 상기 작은 부피의 도관(212, 262)내의 압력과 상호관련된 지표를 참조하고, 상기 기판이 진공 척(204, 254)의 표면에 적절하게 정위치되었는지의 여부를 결정하며, 그리고 상기 박막 필름 증착 프로세스 챔버(209) 내의 프로세싱을 개선(improve)하기 위한 결정을 이용하는, 프로그램화된 제어부를 포함하는
    기판의 정위치 결정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 압력이 대기압 보다 낮은
    기판의 정위치 결정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 작은 부피의 도관(212, 262)내에서 대기압 보다 낮은 상기 제 2 압력을 생성하기 위해 사용되는 하나 이상의 진공 시스템이 상기 프로세스 챔버(209)내에서 대기압 보다 낮은 압력을 생성하기 위해서도 사용되는
    기판의 정위치 결정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 도관내의 제 2 압력이 상기 프로세스 챔버(209)내의 제 1 압력 보다 낮아질 수 있게 하는 밸브 시스템이 존재하는
    기판의 정위치 결정 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 지표가 상기 작은 부피의 도관(212, 262)내의 압력 증가 속도와 상호관련되는
    기판의 정위치 결정 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 지표가 상기 작은 부피의 도관(212, 262) 내에서 공칭의 특정 압력에 도달하는데 필요한 시간과 상호관련되는
    기판의 정위치 결정 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 지표의 허용가능한 범위가 일련의 기판들 상에 증착된 필름들로부터 경험적으로(empirically) 결정된 필름 두께 균일도와 상호관련되는
    기판의 정위치 결정 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 지표의 허용가능한 범위가 일련의 기판들 상에 증착된 필름들로부터 경험적으로 결정된 필름 두께 균일도와 상호관련되는
    기판의 정위치 결정 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 지표는 일련의 기판들의 측정으로부터 경험적으로 결정되는 바와 같은 후면 코팅 증착의 발생과 상호관련되는
    기판의 정위치 결정 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 지표는 일련의 기판들의 측정으로부터 경험적으로 결정되는 바와 같은 후면 코팅 증착의 발생과 상호관련되는
    기판의 정위치 결정 장치.
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버(209)가 다수의 진공 척(204, 254)을 수용하고, 상기 각각의 진공 척이 압력 감지 장치와 소통하는 개별적인 작은 부피의 도관(212, 262)과 소통하는
    기판의 정위치 결정 장치.
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