KR101483823B1 - 반도체용 자외선 경화 시스템 - Google Patents

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슈 펜 우
치 청 리
유 화 츄
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Abstract

본 발명은 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 처리하는 자외선(UV) 경화 시스템에 관한 것이다. 자외선 경화 시스템은, 처리 챔버와, 처리 챔버 내에 웨이퍼를 보유하기 위한 웨이퍼 지지체와, 처리 챔버 위에 배치된 UV 방사원과, UV 방사원과 웨이퍼 지지체 사이에 배치된 UV 투과성 윈도우를 대체로 포함한다. 일 실시예에서, 웨이퍼 지지체는 UV 경화 동안 처리 챔버를 통해 웨이퍼를 이송하도록 작동될 수 있는 벨트 컨베이어에 의해 제공된다. 다른 실시예에서, UV 방사원은 웨이퍼를 조사하기 위해 처리 챔버의 상부를 가로질러 이동하는 이동식 램프 유닛이다. 또 다른 실시예에서, UV 투과성 윈도우는 UV 방사선 수정기를 포함하며, UV 방사선 수정기는 UV 방사선 수정기 아래에 위치설정된 웨이퍼의 일부분에 대한 UV 방사선의 세기를 감소시킨다. 다양한 실시예는 웨이퍼에 대한 UV 세기 레벨을 정상화함으로써 웨이퍼 경화 균일성을 향상시킨다.

Description

반도체용 자외선 경화 시스템{UV CURING SYSTEM FOR SEMICONDUCTORS}
본 발명은 전체적으로 반도체 제조 프로세스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 웨이퍼 상의 반도체 층 또는 필름을 경화시키는데 적절한 자외선(UV) 경화 시스템 및 관련 방법에 관한 것이다.
저유전 유전체 절연 재료는, 장치 성능 속도를 저해하고 전력 소비를 증가시키는, 저항 용량(RC) 지연 시간을 감소시키는 수단으로서 반도체 장치의 제조시에 이용된다. 저유전 유전체는 예컨대, 전도성 트레이스들 사이의 금속간 유전체(IMD) 및 층간 유전체(ILD)로서 이용되는데, 그런 장치 및 장치 내부의 회로가 제조 기술의 발전으로 인해 크기가 축소됨에 따라 반도체 장치 성능을 향상시킨다. 저유전 재료는 대체로 유전 상수가 3 미만인 재료이다.
저유전 유전체 필름은 다양한 CVD(화학적 기상 증착) 또는 스핀온(spin-on) 프로세스에 의해 웨이퍼 상에 증착될 수도 있다. 이런 유전체 재료는, 더 높은 패키징 수율을 위해 기계적 강도를 향상시키고 그리고/또는 에칭, 화학적 세정, CMP(화학 기계적 연마), 와이어 본딩 등과 같은 후속 필름 증착 프로세스를 더 잘 견디도록 탄성 계수 또는 경도를 증가시키는 것과 같이, 필름 재료의 물리적 성질을 향상시키고 그리고/또는 복원시키는 것을 포함하는 다양한 이유로 인해 자외선 조사에 의해 증착 후에 경화된다. 또한, UV 경화는 플루오린 및 질소와 같은 화학 물질에 의해 유발된 필름 손상을 회복시키는데 그리고/또는 임의의 후속 필름 증착 프로세스 동안 유발될 수도 있는 필름의 저유전 성질을 복원시키는데 이용된다.
저유전 유전체 필름의 UV 경화 동안, 장치의 성능을 변동시킬 수도 있는 더 높은 레벨의 조사에 불균형적으로 노출될 수 있는 웨이퍼의 일부분에서의 필름 수축과 같은 문제점을 방지하기 위해 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 균일한 UV 경화 세기를 유지하는 것이 바람직하다. 종래의 UV 경화 장치 배열은 어떤 경우 웨이퍼 상에 더 높은 국부적 UV 조사 세기 구역을 야기하였는데, 이런 더 높은 국부적 UV 조사 세기 구역은 웨이퍼의 중심부 및/또는 하나 이상의 다른 격리된 구역에 형성될 수도 있다. 차등적인 웨이퍼 조사 프로파일의 원인은 이용된 UV 램프 장치 및/또는 경화 프로세스 때문일 수도 있다. 웨이퍼 크기가 300 ㎜에서 450 ㎜로 변경될 때, 불균일성 문제가 더 심각해질 수 있다.
따라서, 개선된 UV 경화 시스템 및 방법이 요구된다.
본 발명에 따르면, UV 세기가 웨이퍼(W)의 전체 표면에 걸쳐 더 균일하게 분포되어, 웨이퍼 수축 문제를 제거하거나 최소화하고 장치 수율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 UV 경화 시스템의 제1 실시예의 사시도.
도 2는 도 1의 UV 경화 시스템의 UV 램프의 제1 실시예의 단면도.
도 3은 도 1의 UV 경화 시스템을 이용하여 웨이퍼를 경화시키는 방법의 제1 실시예의 단계들을 나타내는 흐름도.
도 4는 웨이퍼의 중심부에 높은 세기 UV "핫 스팟"을 갖는 웨이퍼 상의 UV 방사 조도 또는 세기 레벨을 도시하는 도면.
도 5는 본 명세서에 개시된 본 발명에 따른 실시예를 이용하여 경화되어 사실상 균일한 UV 세기 레벨을 갖는 웨이퍼 상의 UV 방사 조도 또는 세기 레벨을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 UV 경화 시스템의 제2 실시예의 단면도.
도 7은 UV 램프 유닛을 도시하는 도 6의 경화 시스템의 상면도.
도 7a는 UV 램프 유닛의 단면도.
도 7b는 UV 램프 유닛의 사시도.
도 8은 UV 램프 유닛 이동식 카트리지의 상세도.
도 9는 본 발명에 따른 UV 경화 시스템의 제3 실시예의 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 UV 경화 시스템의 변형예의 단면도.
도 11은 도 9 및 도 10의 램프 유닛의 사시도.
도 12는 도 10의 UV 투과성 윈도우 및 윈도우 위아래의 상대적인 UV 방사 조도 레벨 또는 세기를 도시하는 도면.
도 13은 오목 또는 발산 광학 렌즈 형태인 도 10 및 도 12의 UV 방사선 수정기의 확대 상세도.
도 14는 도 1의 웨이퍼 조작 로봇의 가능한 일 실시예의 상면도.
실시예의 구성요소는 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이며, 도면에서 유사한 구성요소는 유사하게 표시된다.
모든 도면은 개략적인 것으로서 일정한 비율로 도시되진 않는다.
예시적인 실시예의 개시 내용은 전체 명세서 내용의 일부분인 첨부 도면과 관련하여 이해되어야 한다. 본 명세서에서, "하부" "상부" "수평" "수직" "위" "아래" "상" "하" "최상부" 또는 "바닥부"와 같은 용어 및 이들의 파생어(예컨대, "수평으로" "하향으로" "상향으로")는 아래에 기술되고 도면에 도시된 바와 은 배향을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 이런 상대적인 용어들은 설명을 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명의 장치는 특정한 배향으로 구성되거나 작동될 필요는 없다. "연결된" "상호연결된" "결합된" "부착된" 등과 같은 부착, 결합 등과 관련된 용어들은, 구조체가 중간 구조체뿐만 아니라, 달리 명기되지 않는 한, 이동식 또는 고정식 부착 또는 관계를 통해 직접 또는 간접적으로 서로 고정되거나 부착되는 관계를 나타낸다.
제1 실시예
도 1은 본 발명에 따른 UV 경화 시스템의 예시적인 제1 실시예의 개략도이다. UV 경화 시스템은 UV 조사 처리 챔버(101)가 내부에 형성된 인클로저(102)를 갖는 UV 경화 도구 또는 오븐(100)을 포함한다. 웨이퍼 로드락 챔버(104A, 104B)가 처리 챔버(101)로부터 웨이퍼(W)를 로딩 및 언로딩하도록 오븐(100)의 양쪽 단부에 배치된다. 로드락 챔버(104A)는 입구 로드락 챔버이며 로드락 챔버(104B)는 출구 로드락 챔버이다.
각각의 로드락 챔버(104A, 104B)는, 2개의 대향하는 접근 도어(108), 즉 외부 소스로부터 웨이퍼(W)를 수납하기 위한 대기에 대한 하나의 외부 접근 도어(108)와, 로드락 챔버로부터 처리 챔버 내로 웨이퍼를 로딩하기 위한 처리 챔버에 대한 다른 하나의 내부 접근 도어를 갖는, 외부 하우징(103)를 포함한다. 임의의 가능한 실시예에서, 자동 재료 조작 시스템(AMHS)이 복수의 미처리 웨이퍼를 보유하는 FOUP(전방 개구 통합 포트)와 같은 웨이퍼 카세트 또는 캐리어를 입구 로드락 챔버(104A)로 전달하는데 이용될 수도 있다. 다른 빈 웨이퍼 캐리어가 UV 처리된 웨이퍼를 수납하기 위해 출구 로드락 챔버(104B)에 위치설정될 수도 있다. 일 실시예에서, 경화 오븐(100)에 대한 내부 접근 도어(108)는 개폐가능하며, 처리 챔버를 밀봉시켜 제어식 처리 환경이 경화 오븐(100) 내부에 형성될 수 있게 하도록 작동되는 적절한 시일을 포함한다. 또한, 외부 접근용으로 구비된 로드락 챔버(104) 내에 제공된 외부 접근 도어(108)도 개폐가능하며, 각각의 로드락 챔버가 외부 주위 시설 환경으로부터 격리될 수 있게 하는 적절한 시일을 포함한다. 임의의 실시예에서, 외부에 위치설정된 접근 도어(108)는 복수의 웨이퍼를 보유하는 FOUP과 같은 웨이퍼 캐리어를 도킹하도록 구성될 수도 있다. 각각의 로드락 챔버(104A, 104B)는 웨이퍼(W)를 회수/수납하고 그리고 웨이퍼(W)를 처리 챔버(101) 내로 로딩하도록 작동될 수 있으며, 다른 단부에서 UV 경화된 웨이퍼를 처리 챔버로부터 제거하도록 작동될 수 있다. 웨이퍼 조작 로봇은 상용으로 입수할 수 있다. 도 14는 로봇(106)의 다양한 가능 실시예들 중 하나의 실시예의 상면도이며, 로봇(106)은 자기 부유식 모터(107a)와, 회전 조인트(107c)를 포함하는 확장가능 기계식 관절형 로봇 공급 아암(107b)과, 웨이퍼(W)를 파지하고 해제하도록 구성된 공급 아암의 일 단부에 배치된 웨이퍼 파지 블레이드(107d)를 포함한다. 임의의 적절한 웨이퍼 조작 로봇이 이용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 임의의 실시예에서 경화 오븐(100)은 (좌측에 도시된)입구 로드락 챔버(104A)에서 (우측에 도시된)출구 로드락 챔버(104B)로의 웨이퍼 프로세스 흐름 방향으로 폭보다 큰 길이를 갖는 긴 형상의 구조체 형태인 터널 형상이다. 이런 장치 배열은 UV 광에 대한 웨이퍼(W)의 노출 시간을 증가시켜 웨이퍼를 균일하게 조사하고 가열함으로써 경화 성능을 향상시키는 이점이 있다.
유리하게는, 경화 오븐(100)은 한번에 2개 이상의 웨이퍼를 처리하여 단일 웨이퍼만을 처리할 수 있는 경화 오븐에 비해 대량 생산 및 생산성 향상을 가능케 하도록 구성된다(예컨대 도 1 참조).
도 1을 계속 참조하면, UV 경화 시스템은 UV 파장 방사선을 방출하는 어레이의 또는 복수의 UV 램프(122)를 포함하는 UV 램프 유닛(120)과 같은 UV 광원을 추가로 포함한다. 웨이퍼(W)는 필름 경화를 위한 UV 방사선을 수용하기 위해 처리 챔버(101) 내의 램프 유닛(120)의 광학 뷰에 위치설정된다. 도 2는 램프 유닛(120)의 일부분의 정면 단면도이다. 램프(122)는 오븐 인클로저(102)의 일부분에 의해 지지되는 적절한 램프 홀더에 의해 장착될 수도 있다. 따라서, 일 실시예에서 램프 유닛(120)은 제 위치에 고정되는 고정식이다. 램프 유닛(120)은 도시된 실시예에서 처리 챔버(101) 위에 위치설정된다. 임의의 실시예에서, 램프(122) 위에 위치설정되고 그리고 처리 챔버(101)를 향해 하향으로 UV 광을 반사시키도록 각각의 램프(122) 사이에 적어도 부분적으로 수직 연장되는 부분을 포함함으로써 CVD(화학적 기상 증착) 또는 스핀온(spin-on)을 포함하는 임의의 적절한 수단에 의해 웨이퍼(W) 상에 사전 배치된 저유전 필름과 같은 유전체 필름의 조사 및 경화를 향상시키는 반사 장치(124)가 제공될 수도 있다. 저유전 필름은, 예컨대 어플라이드 머티리얼즈사(Applied Materials)의 Black Diamond® 또는 다우 케미컬사(Dow Chemical)의 SiLK®를 비제한적으로 포함하는 임의 유형의 재료일 수도 있다.
반사 장치(124)는 UV 방사선의 반사를 최대화하기 위해 램프(122) 근방에 위치설정된다. 반사 장치(124)는 임의의 적절한 구성일 수도 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 임의의 예시적인 실시예에선 각진 파형 또는 지그재그형 패턴을 갖는다. 각각의 램프(122)는 각진 반사 장치 유닛에 의해 형성된 각각의 리세스 내에 위치설정된다. 다른 실시예에서, 반사 장치는 오목한 형상일 수도 있으며, 각각의 램프(122)는 도 2에 도시된 각진 반사 장치 배열과 유사한 복수의 오목한 형상의 반사 장치의 각각의 반사 장치 아래에 위치설정된다. 반사 장치는 UV 방사선을 반사시키도록 작동될 수 있는 반사면 마감부 또는 코팅을 갖는 임의의 적절한 코팅 또는 비코팅 금속으로 제조될 수도 있다. 일 실시예에서, 반사 장치는 제한 없이 알루미늄으로 형성될 수도 있다.
수은 및 엑시머 램프, 수은 마이크로파 아크 램프, 펄스형 크세논 섬광 램프, UV 발광 다이오드 등을 비제한적으로 포함하는 임의의 적절한 유형의 UV 램프(122) 또는 소스가 이용될 수도 있다. 일 실시예에서, UV 램프(122)는 경화 오븐(100)의 길이 방향 및 종 방향을 따라 서로 평행하게 이격되어 배열되는 긴 형상의 관형 UV 램프이다(도 1 및 도 2 참조). UV 램프(122)는 램프에 전력을 공급하는데 이용될 수 있는 임의의 적절한 전원 장치에 의해 급전될 수도 있다. UV 램프(122)는 필요 프로세스 요건을 위해 임의의 적절한 파장을 갖는 UV 방사선을 생성하도록 선택될 수도 있다. 예로서, 이용되는 UV 방사선 파장은 비제한적으로 약 193 ㎚ 내지 500 ㎚의 범위일 수도 있다.
일 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 반사 장치(124)와 UV 램프(122)의 조합체는 이동식 벨트 컨베이어(131)의 대부분을, 보다 구체적으로는, 웨이퍼의 모든 부분이 비교적 균일한 UV 세기로 사실상 균일하게 조사되도록 웨이퍼가 상부에 설치되는 벨트(130)의 적어도 일부분을 덮는 UV 방사선 패턴(하향 자외선 화살표 참조)을 생성한다. 임의의 실시예에서, UV 방사선 패턴은, 임의의 실시예에선 벨트와 적어도 동일한 크기인 대체로 직선인(예컨대, 직사각형의 또는 정사각형의) 벨트(130)에 대한 방사 조도(irradiance) 조명 프로파일을 형성한다. 벨트(130)의 길이의 대부분에 걸쳐 종 방향으로 연장되는 램프의 어레이를 형성하기 위해 적어도 3개 이상의 램프(122)가 다양한 실시예에서 제공된다. 튜브형 램프의 길이가 도 1에 도시된 바와 같이 UV 경화 오븐(100)의 폭을 가로질러 연장되도록 측방향으로 배열 및 배향된 상태인 램프가 배열된다. 이런 장치 배열은 어레이에 요구되는 램프(122)의 길이를 최소화한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 석영 윈도우와 같은 UV 투과성 윈도우가 활성 웨이퍼 처리 챔버(101) 및 UV 램프 유닛(120)을 분리 및 격리시킨다. 따라서, 석영 윈도우(130)는 처리 챔버(101)를 주위 환경 및 UV 램프 유닛으로부터 밀봉시키게 작동되도록 경화 오븐(100) 내에서 웨이퍼(W) 위에 위치설정되어 안착된다. 석영 윈도우(130)는 웨이퍼로부터의 배출가스가 UV 램프(122)에 도달하여 UV 램프(122)를 오염시키는 것을 방지한다. 석영 윈도우(130)는 램프 유닛(120)으로부터의 UV 파장 방사선이 전송되어 석영 윈도우를 통과하여, 석영 윈도우 아래에 위치설정된 웨이퍼(W)를 조사할 수 있도록 작동된다. 일 실시예에서, 프로세스 윈도우는 인공 석영으로 제조될 수도 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 UV 경화 장치의 석영(SiO2) 윈도우(130)는 램프 어레이의 모든 구역에 대해 적절한 크기를 갖는다.
경화 오븐(100)은 불활성 가스를 처리 챔버(101)로 공급하는 가스 냉각 시스템을 추가로 포함한다. 냉각 가스는 처리 챔버(101) 내의 온도를 목표 레벨로 유지하는데, 이런 목표 레벨은 임의의 대표적인 비제한적 실시예에서 450 ℃이하일 수도 있다. 또한, 냉각 가스는 UV 경화 동안 웨이퍼(W)로부터 배출된 다양한 유기 복합물 또는 다른 종을 제거하는데 도움을 줄 수도 있다. 일 실시예에서, 질소(N2)가 냉각 가스로 이용되지만, 다른 적절한 불활성 가스 또는 비활성 가스가 이용될 수도 있다. 냉각 가스는 임의의 적절한 개수 및 배열의 입구 도관(들)(111)을 통해 가스원으로부터 처리 챔버(101) 내로 도입된다. 냉각 가스는 출구 도관(114)에 연결된 복수의 구멍을 포함하는 출구 배관 헤더(116)에 의해 처리 챔버(101) 내로 유입되거나 처리 챔버(101)로부터 제거된다. UV 경화 동안 웨이퍼(W)로부터의 배출가스는 출구 도관(114)을 통해 불활성 냉각 가스와 함께 처리 챔버(101)로부터 제거된다.
임의의 실시예에서, 출구 도관(114)은 처리 챔버(101)가 대기보다 낮은 압력하에서 작동되는 진공 펌프와 같은 진공원에 연결된다. 다양한 실시예에서, 처리 챔버(101)는 진공압, 대기압(<10 토르) 또는 정압에서 보유될 수도 있다.
UV 경화 장치는 처리 챔버(101) 내의 산소(O2)에 민감하다. 따라서, 임의의 실시예에선 도 1에 도시된 바와 같이 하나 이상의 O2 센서(112)가 경화 프로세스 동안 O2 레벨을 감시하고 그리고 레벨이 잠정적인 처리 문제를 유발시킬 만큼 높게 되는지를 감지하기 위해 제공될 수도 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, UV 경화 오븐(100)은 오븐을 통해 웨이퍼(W)를 이동시키도록 구성된 벨트 컨베이어(131)를 추가로 포함한다. 벨트 컨베이어(131)는 적어도 2개의 풀리(132) 사이에 장착되어 수동으로 이동되는 벨트(130)를 포함한다. 적어도 하나의 풀리(132)는 풀리를 회전시키고 벨트를 구동시키는 적절한 전기 모터 구동장치(134)에 의해 회전되는 피동 풀리이다. 벨트 컨베이어(131)는 입구 로드락 챔버(104A)에서 출구 로드락 챔버(104B)까지 종방향으로 벨트 컨베이어의 길이를 따라 경화 오븐(100)을 통해 웨이퍼(W)를 선형 이동시키도록 작동된다.
벨트 컨베이어(130)는 임의의 적절한 구조를 가지며, UV 방사선, UV 경화 오븐(100) 내의 열, 및 배출가스 및 오븐 세정 가스 화학 반응에 의한 부식에 견디고 저항성을 가질 수 있는 재료로 제조될 수도 있다. 비제한적인 임의의 실시예에서, 직포로 형성된, 니트로 형성된, 천공된, 팽창된 시트 또는 와이어로 제조되는 가요성 금속 와이어 메쉬 컨베이어 벨트 재료가 이용되거나, 또는 풀리(132) 주위로 이동될 수 있는 가요성 벨트를 달리 형성할 수도 있다. 금속 메쉬 벨트는 개방 공간을 포함하는데, 처리 동안 냉각 가스가 개방 공간을 통해 웨이퍼(W) 사이를 유동할 수도 있으며, 처리 동안 오븐 내부에 형성되는 유기 퇴적물을 제거하기 위해 경화 오븐(100)이 주기적으로 세정될 때 세정 가스가 개방 공간을 통해 웨이퍼(W) 사이를 유동할 수도 있다.
임의의 실시예에서, 금속 와이어 메쉬 벨트(130)용 재료는 알루미늄, 티타늄, (스테인레스 강을 포함하는)강, 니켈, 구리, 백금, 이들의 금속 합금, 또는 다른 적절한 금속 및 합금일 수도 있다. 일 실시예에서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 메쉬 벨트가 이용된다. 와이어 메쉬 컨베이어 벨트 장치는 상용으로 입수할 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, 임의의 실시예에서 UV 경화 오븐(100)은 가스 세정 시스템을 포함한다. 작동 중에, 유기 재료 퇴적물이 UV 웨이퍼 처리 동안 처리 챔버(101) 내의 벽, 석영 윈도우 및 컨베이어에 형성된다. 웨이퍼 및 웨이퍼 상의 저유전 유전체 필름으로부터의 유기 화합물을 포함하는 배출 가스가 경화로 인해 생성된다. UV 경화 사이클 중간에 주기적으로, 복수의 유동 노즐(110)을 통해 챔버 내로 O2와 같은 세정 가스를 도입함으로써 원격 플라즈마 세정(RPC)이 수행된다. 램프 유닛(120)에 의한 UV 방사선 생성물과 가스의 반응은 챔버 내부로부터 유기 퇴적물을 제거하는 오존을 생성한다. "더러운(dirty)" 세정 가스 스트림은 출구 도관(114)을 통해 처리 챔버(101)로부터 제거될 수도 있다.
경화 오븐(100) 내에서 수행되는 UV 경화 프로세스는 임의의 적절한 압력 및 온도에서 수행될 수도 있다. 일 실시예에서, 약 300℃ 내지 약 410℃의 범위의 작동 온도가 이용된다. 일반적으로, 약 410℃를 초과하는 온도는 웨이퍼 열처리량(thermal budget) 및 장치 문제로 인해 추천하지 않는다. 임의의 실시예에서 작동 압력은 더 양호한 경화 균일성 제어를 위해 1 토르 내지 10 토르이다.
임의의 실시예에서, UV 경화 시스템 및 오븐(100)의 작동은 오븐과 관련되어 작동되는 프로세서 기반 제어 장치에 의해 제어된다. 이런 제어 장치는 종래 기술에 주지되어 있으며, UV 램프 어레이, 벨트 컨베이어, 가스 유동, 웨이퍼 로딩/언로딩 작동, 세정 사이클 등을 가동시키는 기능을 한다. UV 램프 어레이 세기가 제어 한계치 내에 있음을 보장하기 위해, 임의의 실시예에선 실시간 UV 세기 감시 시스템이 시스템에 피드백을 제공하도록 이용된다. UV 램프 세기가 95%까지 떨어지면, 제조를 중단하도록 시스템 또는 오퍼레이터를 작동시키는 경보 시스템이 제공될 수도 있다. 95% 내지 100% UV 세기에선, 전력을 제어하여 경화 성능이 각각의 웨이퍼 간에 균일하게 하기 위해 UV 램프 전력의 자동 조절이 임의의 실시예의 전력 제어 장치 또는 유닛에 의해 제어된다.
본 명세서에 개시된 UV 경화 시스템에서 웨이퍼를 경화시키는 예시적인 방법이 도 1 및 도 3을 참조하여 이제 기술될 것이다. 도 3은 기본적인 UV 경화 방법을 도시하는 고수준 흐름도이다. 이 실시예에서, 처리 챔버(101)는 진공하에서 작동된다.
웨이퍼(W)는 처음에 외부 접근 도어(108)를 통해 입구 로드락 챔버(104A) 내로 로딩된다(단계 200). 웨이퍼는 UV 경화가 필요한 저유전 절연체를 포함할 수도 있다. 후속적으로, 외부 도어(108)를 폐쇄할 때 입구 로드락 챔버(104A) 내에 진공이 형성된다(단계 205). 처리 챔버(101)에 대한 내부 도어(108)는 웨이퍼를 입구 로드락 챔버(104A) 내로 로딩하기 전에 사전 폐쇄될 수도 있다. 그 다음, 내부 도어(108)가 개방되고, 웨이퍼가 로봇(106)에 의해 처리 챔버(101) 내로 벨트 컨베이어(130) 상으로 로딩된다(단계 210). 또한, 로봇(106)은 웨이퍼를 입구 로드락 챔버(104A) 내로 로딩하기 위해 단계 200에서 처음 이용될 수도 있음을 알아야 한다. UV 램프 유닛(120) 및 냉각 가스 유동이 그 다음 개시된다(단계 215). 벨트 컨베이어(131)가 그 다음 작동되고(단계 220), 웨이퍼가 회전 풀리(132)에 의해 처리 챔버(101)를 통해 벨트(130)를 따라 이동할 때 웨이퍼가 UV 경화에 의해 처리된다(단계 225). 후속적으로, 출구 로드락 챔버(104B) 내에 진공이 형성된다(단계 230). 출구 로드락 챔버(104B) 내의 대기에 대한 외부 도어(108)는 사전에 폐쇄된다. 그 다음, 웨이퍼가 처리 챔버(101)로부터 제거되고 로봇(106)에 의해 출구 로드락 챔버(104B) 내로 이동된다(단계 235). 처리된 웨이퍼(W)가 출구 로드락 챔버(104B)로부터 제거될 수 있도록 처리 챔버(101)에 대한 내부 도어(108)가 폐쇄되고 외부 도어(108)가 개방된다(단계 240).
도 4는, 어떤 경우 웨이퍼의 특정 부분에 대한 방사선 세기를 효과적으로 증가시킬 수도 있는 도 9에 도시된 바와 같은 경화 장치 디자인의 실시예를 이용하여 경화되는 웨이퍼의 UV 조사 세기 맵이다. 이런 경화 장치 구성에서, 웨이퍼의 중심부는 웨이퍼의 다른 부분보다 UV 세기가 더 높은데, 이는 UV 방사선의 중첩 밴드가 복수의 램프에 의해 중심부 근방에 생성되어 추가의 세기 시나리오를 생성하는 램프 장치 배열에 기인한다. 이로 인해, 웨이퍼 표면에 걸쳐 UV 조사량이 불균등해지고 경화 균일성이 열화된다. 더 큰 UV 세기에 노출된 웨이퍼의 중심부는 웨이퍼의 외부 구역보다 더 높은 "웨이퍼 내부" 수축량과 추가로 관련되어, 이런 중심부의 높은 수축량 부위 내의 웨이퍼에 설치된 장치의 전기 성능에 악영향을 미친다. 반사장치 각도의 임의의 조절이 가능하지만, 이런 조절은 높은 UV 세기 조사량 및 수축량 문제를 대체로 웨이퍼의 다른 구역으로 분산할 뿐 이런 문제점을 제거하지는 못한다.
도 5는 본 명세서에 개시된 본 발명에 따라 형성된 UV 경화 시스템의 다양한 실시예에 의해 처리된 웨이퍼의 모의 UV 조사 세기 맵이다. 도 4에 비해, 더 균일한 경화 균일성이 달성되며, 웨이퍼 중심부의 높은 세기 영역이 최소화되거나 제거된다.
UV 램프 어레이를 갖춘 본 발명의 실시예에 따른 터널형 UV 경화 시스템은 모든 웨이퍼를 이동시킴으로써 균일한 UV 세기 및 부위를 제공할 수 있다. 이로 인해, UV 세기 및 경화에 있어서 중심 대 에지 차이를 유발하는 단일 웨이퍼 프로세스 도구와 비교할 때 더 양호한 경화 성능을 가져온다. 단일 웨이퍼 기반 챔버는 중심부 웨이퍼 위치에서 항상 높은 세기로 인해 웨이퍼에 걸쳐 균일한 UV 세기를 제공할 수가 없다. 또한, 웨이퍼가 단일 웨이퍼 히터를 갖춘 챔버 내의 단일 위치에 고정될 때, 웨이퍼는 웨이퍼의 중심부와 에지 사이에서 경화 성능이 열화된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 웨이퍼 경화 시스템은 처리 챔버와, 처리 챔버 내에 배치된 벨트 컨베이어를 포함한다. 벨트 컨베이어는 웨이퍼를 보유하도록 구성되며, 처리 챔버를 통해 웨이퍼를 이송하도록 작동될 수 있다. 반도체 웨이퍼 경화 시스템은 처리 챔버 위에 배치된 자외선(UV) 방사원을 추가로 포함한다. UV 방사원은 UV 경화를 위해 벨트 컨베이어 상에 배치된 웨이퍼를 조사하도록 작동될 수 있다.
제2 실시예
도 6은 UV 경화 장치(200)를 포함하는 본 발명에 따른 UV 경화 시스템의 예시적인 제2 실시예의 개략도이다. 이런 경화 장치의 목적은, 웨이퍼를 더 균일하게 조사하고 그리고 도 4에 도시되고 본 명세서의 다른 부분에 이미 개시된 높은 UV 세기 조사 중심 웨이퍼 구역을 최소화하거나 제거하는 것이다.
UV 경화 장치(300)는 도 6에 도시된 바와 같이, 처리 동안 웨이퍼(W)를 수용하기 위해 UV 조사 처리 챔버(301)를 내부에 형성하는 인클로저(302)를 포함한다. 임의의 실시예에서, 처리 챔버(301)는 위에서 바라볼 때 원통형 또는 원형 구조일 수도 있다.
경화 장치는 웨이퍼를 지지하도록 구성 및 구조화되는 대체로 원형인 플래터(354)를 갖는 피가열 받침대(350)와 같은 웨이퍼 지지체를 추가로 포함한다. 플래터(354)는 처리 챔버(301) 내에서 겪는 온도, 압력 및 환경에 견딜 수 있는 세라믹 또는 알루미늄과 같은 금속을 비제한적으로 포함하는 임의의 적절한 재료로 제조될 수도 있다. 피가열 받침대(350)는, 처리 챔버(301) 내에서 웨이퍼를 상승/하강시키도록 그리고 임의의 실시예에선 UV 처리 동안 플래터(354) 및 플래터(354) 상의 웨이퍼를 회전시키도록 구성되고 작동될 수 있는, 모터 구동 유닛(356)에 결합된 샤프트(352)를 추가로 포함한다.
도 6을 계속 참조하면, 경화 장치(300)는 본 명세서의 다른 부분에 추가로 개시된 바와 같이, 불활성 냉각/퍼지 가스를 챔버로 공급하고 불활성 냉각/퍼지 가스를 제거하기 위해 처리 챔버(301)와 유체 연통하는 가스 입구 도관(311) 및 가스 출구 도관(314)을 포함한다. 축적된 유기 또는 다른 생성물을 처리 챔버(301) 내부로부터 주기적으로 제거하기 위한 세정 가스는 가스 입구 도관(311) 및 가스 출구 도관(314) 각각을 통해 도입되고 제거되거나, 다르게는 본 명세서에 이미 개시된 것과 유사한 별개의 단일 또는 복수의 유동 노즐(110)을 통해 공급될 수도 있다(도 1 참조). 본 명세서의 다른 부분에 개시된 것과 유사한 O2 센서(112)도 또한 제공될 수도 있다(도 1 참조).
임의의 실시예에서, 가스 출구 도관(314)은 대기압 이하의 압력에서 경화 장치(300) 및 처리 챔버(301)를 작동시키기 위해 진공 펌프와 같은 진공원에 연결될 수도 있다. 다양한 실시예에서, 처리 챔버(301)는 진공압, 대기압 또는 정압에서 보유될 수도 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 처리 챔버(301) 위에 위치설정된 램프 하우징(324) 내에서 축방향으로 전후로 스캔하고 이동하는 이동식 트레이 또는 캐리지(326)에 의해 지지되는 복수의 또는 어레이의 UV 램프(322)를 포함하는 UV 램프 유닛(320)이 제공된다. 램프 유닛(320)은, 더 균일한 UV 세기를 생성하고 그리고 도 4에 도시되고 본 명세서에 기술된 바와 같은 국부적인 높은 세기 구역을 방지하거나 최소화하기 위해, UV 처리 동안 램프 유닛 아래에 있는 웨이퍼(W)를 가로질러 전후로 대응하여 이동된다. 램프 유닛(320)은 처리 챔버(301) 내의 웨이퍼를 향해 하향으로 UV 방사선을 안내하기 위한 하나 이상의 반사장치(325)를 추가로 포함한다. 일 실시예에서 반사장치(325) 및 램프(322)는 램프 유닛(320) 내에 고정되어 램프 유닛(320)과 함께 이동될 수 있다.
도 7a는 램프(322) 및 반사장치를 더 상세히 도시하는 도 7의 이동식 램프 유닛(320)의 단면도이다. 임의의 실시예에서 반사장치(325)는 도시된 바와 같이 아치형으로 만곡되거나 포물선 형상일 수도 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 처리 챔버(301)를 향해 하향으로 UV 광을 반사시키도록 구성될 수도 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 램프(322)는 결합된 반사장치(325)를 갖는다. 도 7b는 이동식 램프 유닛(320)의 사시도이다. 처리 챔버(301) 내의 웨이퍼(W)가 균일한 방식으로 양호하게 적절히 조사될 수 있는 한, 임의의 적절한 개수의 램프(322) 및 반사장치(325)가 제공될 수도 있다. 따라서, 적어도 하나의 램프(322)가 제공된다.
임의의 실시예에선 본 명세서에 개시된 윈도우(130)와 유사할 수도 있는 석영 윈도우(330)와 같은 UV 투과성 윈도우가 활성 웨이퍼 처리 챔버(301) 및 UV 램프 유닛(320)을 분리 및 격리시키지만, UV 파장 방사선을 웨이퍼(W)를 향해 통과시킨다. 따라서, 석영 윈도우(330)는 주위 환경 및 UV 램프 유닛으로부터 처리 챔버(301)를 밀봉시키게 작동되도록 웨이퍼(W) 위의 경화 장치(300) 내에 위치설정되어 안착된다.
도 7은 램프 유닛(320)의 상면도이다. 도 8은 램프 캐리지(326)와, 캐리지(326)를 이동시키기 위한 수단을 더 상세히 도시한다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 캐리지(326)는 램프(322) 및 결합된 반사장치(325)를 이동식으로 지지하도록 구성된 프레임(328)을 포함한다. 일 실시예에서, 캐리지(326)는 웨이퍼(W)의 상부면에 대체로 평행한 수평 방향 및 평면으로 이동된다.
도 8을 참조하면, 웨이퍼(W) 및 처리 챔버(301)를 가로질러 전후로 램프 캐리지(326)를 이동시키기 위해 구동 시스템이 제공된다. 일 실시예에서, 램프 캐리지(326)는, 전기 모터(402)를 포함하고 그리고 램프 하우징(324) 내에 장착된 전도성 전기 트레일(410)을 따라 전후방으로 이동될 수 있는, 이동식 모터 캐리어(400)의 바닥부에 지지되고 현수된다. 모터(402) 및 모터 캐리어(400)는 모터 캐리어(400)가 조절가능한 속도로 이동되도록 전기 트레일로부터 전력 및 제어 신호를 수신하며, UV 처리 동안 램프 하우징 내의 웨이퍼(W) 위에서 전후방으로 이동하는 빈도를 수신한다. 트레일(410)과 모터 캐리어(400) 사이에 전기 및 신호 경로를 형성하기 위해 적절한 전기 접점(412)이 제공된다.
UV 경화 동안 웨이퍼(W)를 가로질러 전후로 이동할 때 램프 캐리지(326)의 작동, 스캐닝 또는 이동 속도, 스캐닝 주파수 및 타이밍을 제어하기 위해 램프 유닛(320)과 결합되는 제어 장치(370)가 제공된다. 제어 장치(370)는 램프 캐리지(326) 및 램프 캐리지 상에 지지된 램프(322)의 작동을 제어하기 위해 적절한 제어 회로, 프로세서, 데이터 저장매체, 메모리, 입력부/출력부, 전원 및 다른 필요 구성요소로 구성된다. 다양한 실시예에서, 제어 장치(370)는 경화 장치(300)의 전체 작동 및 UV 경화 사이클과 램프 캐리지(326)의 작동 및 램프(322) 작동(예컨대, 온/오프)을 동기화한다. 캐리지(326)가 램프 하우징(324) 내의 웨이퍼(W) 위에서 전후로 이동하는 빈도 및 속도는 제어 장치(370)의 프로그래밍 및/또는 조절을 통해 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 도 8을 참조하면 램프 캐리지(326)를 포함하는 램프 유닛(320)은 기어 이동식 이송 시스템에 의해 전후방으로 이동될 수 있는 모터 캐리어(400)에 현수되고, 기어 이동식 전송 시스템은 모터(402)에 의해 작동되는 토크 및 회전을 전달하기 위한 금속 체인 또는 기어 세트(420)이거나, 다르게는 스텝 모터일 수 있다. 임의의 실시예에서, 기어 세트(420)는 처리 챔버(301) 위의 램프 하우징(324) 내에 배치된 수평 연장 기어 랙(rack)을 따라 전후로 이동되는 모터 캐리어(400)에 장착된 회전식 기어를 포함한다. 모터 캐리어(400)를 이동시키기 위한 임의의 적절한 구동 시스템이 제공될 수도 있다. 이동식 모터 캐리어(400)의 일부분 또는 이동식 모터 캐리어(400)에 장착된 브래킷이 램프 캐리지(326)의 프레임(328)에 부착되도록 램프 하우징(324) 내부에 배치된 수평 배향 구획판(430) 내에 형성된 긴 형상의 수평 슬롯(432)을 통해 하향 연장된다. 슬롯(432)은 효과적이고 균일하게 웨이퍼를 UV 조사하기 위해 램프 유닛(320)에 요구되는 선형 이동의 전체 범위를 제공하는데 적절한 길이를 갖는다. 임의의 실시예에서 체인 또는 기어 랙 구성요소는 슬롯(432)을 따라 구획판(430)에 장착되거나, 구획판(430)에 근접하게 장착될 수도 있다. 모터 캐리어(400)의 선형 운동 범위 및 대응하는 램프 캐리지(326)의 선형 운동 범위를 제한하기 위해 이동 정지부(434)가 도시된 바와 같이 슬롯(432)의 각각의 대향하는 단부에 근접하게 배치될 수도 있다. 또한, 임의의 실시예에서 제어 장치(370)는 UV 램프 모듈을 냉각시켜 UV 전구로의 급전에 의해 생성된 열을 소산시키기 위해 가스 냉각 또는 액체 냉각을 포함하는 종래 기술에 공지된 바와 같은 (도시 안 된)냉각 시스템을 제어할 수 있다.
작동시, 램프 캐리지(326)는 처리 챔버(301) 및 웨이퍼(W)의 최상부를 가로질러 그리고 처리 챔버(301) 및 웨이퍼(W)의 최상부 위에서 선형으로 스캔하거나 이동함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 램프 캐리지가 이동할 때 차례로 조금씩 웨이퍼를 UV 방사선으로 점진적으로 조사한다. 유리하게는, 이런 와이퍼 유형 경화 작용은 수축되기 쉬운 웨이퍼 상의 UV 높은 세기 "핫 스팟" 및 이로 인한 장치 문제를 최소화하거나 제거하기 위해 웨이퍼의 모든 부분을 균일하게 조사한다. 임의의 실시예에서, 웨이퍼에 걸친 단일 경로는 웨이퍼 상의 유전체 필름을 경화시키는데 충분할 수도 있다. 다른 실시예에서, 웨이퍼를 전후로 가로지르는 복수의 경로가 이용될 수도 있다.
일 실시예에서, 도 6 내지 도 8을 참조하면 램프 캐리지(326)에 의해 지지되는 램프(322)와 반사장치(325)의 조합체는 웨이퍼의 모든 부분이 비교적 균일한 UV 세기로 사실상 균일하게 조사되도록 플래터(354)의 대부분을, 보다 구체적으로는 웨이퍼가 상부에 설치되는 플래터의 적어도 일부분을 스캔하고 덮는 대응 이동 UV 방사 조도 패턴을 처리 챔버(301) 내의 하부에 생성한다(하향 자외선 화살표 참조). 임의의 실시예에서, UV 방사 조도 패턴은 플래터(354)에 걸쳐 대체로 이동하는 직선형(예컨대, 직사각형 또는 정사각형) 방사 조도 조명 프로파일을 형성하는데, 이런 프로파일은 웨이퍼의 모든 부분이 적절하게 경화될 수 있도록 수평면에서 플래터와 적어도 동일한 크기이거나 플래터보다 크다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 웨이퍼 경화 시스템은, 처리 챔버와, 처리 챔버 내에 웨이퍼를 지지하도록 구성되는 웨이퍼 지지체와, 처리 챔버 위에 배치되고 UV 방사선을 방출하는 이동식 자외선(UV) 램프 유닛을 포함한다. UV 램프 유닛은 웨이퍼 지지체 상에 배치된 웨이퍼를 조사하도록 작동될 수 있으며, 웨이퍼를 조사하기 위해 UV 경화 사이클 동안 웨이퍼 지지체를 횡단하도록 구성된다. UV 램프 유닛은 UV 램프 유닛이 웨이퍼를 횡단할 때 웨이퍼 위에 수직 방향으로 이격되어 있다. 일 실시예에서, 램프 유닛은 복수의 UV 램프를 지지하는 캐리지이다.
제3 실시예
도 10은 UV 경화 장치(500)를 포함하는 본 발명에 따른 UV 경화 시스템의 예시적인 제3 실시예의 개략도이다. 이 실시예에서, 석영 윈도우(530)는 웨이퍼를 더 균일하게 조사하고, 도 4에 도시되고 본 명세서의 다른 부분에 이미 개시된 높은 UV 세기 조사 중심 웨이퍼 구역을 최소화하거나 제거하기 위해, 본 명세서에서 추가로 기술되는 바와 같이 변형된다.
도 9 및 도 10은 석영 윈도우(530)가 본 명세서에서 추가로 설명된 바와 같이 변형된 유사한 경화 장치(500)를 도시한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, UV 경화 장치(500)는 도 10에 도시된 바와 같이 처리 동안 웨이퍼(W)를 수용하기 위해 UV 조사 처리 챔버(501)가 내부에 형성된 인클로저(502)를 포함한다. 일 실시예에서, 챔버(501)는 위에서 바라볼 때 원형 형상을 갖는 원통형 구조이다. 경화 장치(500)는 웨이퍼를 지지하도록 구성 및 구조화되는 대체로 원형인 플래터(554)를 갖는 피가열 받침대(550)와 같은 웨이퍼 지지체를 추가로 포함한다. 플래터(554)는 처리 챔버(301) 내에서 겪는 온도, 압력 및 환경에 견딜 수 있는 세라믹 또는 알루미늄과 같은 금속을 비제한적으로 포함하는 임의의 적절한 재료로 제조될 수도 있다. 피가열 받침대(550)는, 처리 챔버(510) 내에서 웨이퍼를 상승/하강시키도록 그리고 임의의 실시예에선 UV 처리 동안 플래터(554) 및 플래터(554) 상의 웨이퍼를 회전시키도록 구성되고 작동될 수 있는, 모터 구동 유닛(556)에 결합된 샤프트(552)를 추가로 포함한다(방향성 운동 화살표 참조).
도 9 및 도 10을 계속 참조하면, 경화 장치(500)는 본 명세서의 다른 부분에서 추가로 개시된 바와 같이, 불활성 냉각/퍼지 가스를 챔버로 공급하고 불활성 냉각/퍼지 가스를 제거하기 위해 처리 챔버(501)와 유체 연통하는 가스 입구 도관(511) 및 가스 출구 도관(514)을 포함한다. 축적된 유기 또는 다른 생성물을 챔버(501) 내부로부터 주기적으로 제거하기 위한 세정 가스는 가스 입구 도관(511) 및 가스 출구 도관(514) 각각을 통해 도입되고 제거되거나, 다르게는 본 명세서에 이미 개시된 것과 유사한 별개의 단일 또는 복수의 유동 노즐(110)을 통해 공급될 수도 있다(도 1 참조). 본 명세서의 다른 부분에 개시된 것과 유사한 O2 센서(112)도 또한 제공될 수도 있다(도 1 참조).
임의의 실시예에서, 가스 출구 도관(514)은 대기압 이하의 압력에서 경화 장치(500) 및 처리 챔버(501)를 작동시키기 위해 진공 펌프와 같은 진공원에 연결될 수도 있다. 다양한 실시예에서, 처리 챔버(501)는 진공압, 대기압 또는 정압에서 보유될 수도 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 처리 챔버(501) 위에 위치된 램프 하우징(524) 내에 위치설정된 복수의 또는 어레이의 UV 전구 또는 램프(522) 및 반사장치(526)를 포함하는 UV 램프 유닛(520)이 제공된다. 램프(522) 및 반사장치(526)는 UV 방사선을 처리 챔버(501) 내의 웨이퍼(W)를 향해 하향으로 안내하도록 구성 및 배열된다. 일 실시예에서, 각각의 반사장치(526)는, UV 램프(522)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 램프의 적어도 일부분 위에서 연장되는, 대체로 오목한 내부면을 갖는 포물선 또는 U자 형상이다. 도 11에 가장 잘 도시된 바와 같이 임의의 실시예에서 반사장치(526) 및 램프(522)는 긴 형상이며, 나란한 관계로 처리 챔버(501)를 가로질러 배열된다.
램프(522)는 본 명세서에 이미 기술된 램프(122)와 유사할 수도 있으며, 임의의 실시예에선 긴 형상의 관형 램프이다. 도 9 내지 도 11에 도시된 실시예에서, 각각의 전용 반사장치(526)를 갖춘 램프(522)를 각각 갖고 그리고 처리 챔버(510)를 종방향으로 가로질러(즉, 도 9 및 도 10 종이 속을 향하는 방향으로) 연장되는 길이를 갖는 2개의 램프 조립체(521)가 제공된다. 가능한 다양한 다른 실시예에서, 임의의 적절한 배열체인 2개 이상의 램프(522) 또는 램프(522)의 어레이가 각각의 램프 조립체(521)를 위해 제공된다. 임의의 적절한 장치 배열의, 유형의 그리고/또는 개수의 램프 및 반사장치가 필요에 따라 소정의 적용예를 위해 제공될 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예는 본 명세서에 도시되고 개시된 실시예에 제한되지 않는다.
도 9를 참조하면, 활성 웨이퍼 처리 챔버(501) 및 UV 램프 유닛(520)을 분리 및 격리시키지만 UV 파장 방사선을 램프(522)에서 웨이퍼(W)로 통과시킬 수 있는, 석영 윈도우(530)와 같은 UV 투과성 윈도우가 제공된다. 따라서, 석영 윈도우(530)는 주위 환경 및 UV 램프 유닛(522)으로부터 처리 챔버(501)를 밀봉시키게 작동되도록 웨이퍼(W) 위의 경화 장치(500) 내에 위치설정되어 안착된다. 석영 윈도우(530)는 웨이퍼(W)를 지지하는 플래터(554) 위에 인클로저(502)의 상중심부 내에 설치될 수도 있다. 임의의 실시예에서 석영 윈도우(530)는 본 명세서에 이미 기술된 윈도우(330)와 유사할 수도 있으며, 임의의 실시예에선 인공 석영으로 제조될 수도 있다. 도 9에 도시된 실시예에서, 석영 윈도우(530)는 처리 챔버(501)의 원형 구조에 상보적인 원형 형상을 갖는다.
일 실시예에서, 도 9 및 도 10을 참조하면, 반사장치(526)와 램프(522)의 조합체는 웨이퍼의 모든 부분이 비교적 균일한 UV 세기로 사실상 균일하게 조사되도록 플래터(554)의 대부분을, 보다 구체적으로는 웨이퍼가 상부에 설치되는 플래터의 적어도 일부분을 덮는 대응 UV 방사 조도 패턴을 챔버(501) 내의 하부에 생성한다(하향 자외선 화살표 참조). 임의의 실시예에서, UV 방사 조도 패턴은 플래터(554)에 걸쳐 대체로 원형이거나 타원형인 방사 조도 조명 프로파일을 형성하는데, 이런 프로파일은 웨이퍼의 모든 부분이 적절하게 경화될 수 있도록 수평면에서 플래터와 적어도 동일한 크기이거나 플래터보다 크다. 다양한 실시예에서, 방사 조도 조명 프로파일은 직선 형상일 수도 있다.
도 9에서, 웨이퍼의 중심부 근방에서(즉, 웨이퍼의 기하학적 중심부에서 그리고 기하학적 중심부에 근접해서) 웨이퍼(W)에 충돌하는 UV 방사선은 이 실시예에 도시된 2개의 램프 조립체(521) 각각에 의해 생성된 시준된 수렴 및 교차 자외선(561)(점선 화살표 및 도 13 참조)에 의해 증폭되거나 증가된다. 본 명세서에 이미 기술된 바와 같이, 이는 웨이퍼의 중심부가 웨이퍼의 외주연부 구역보다 더 높은 UV 세기로 조사되는 추가 조사 효과를 야기한다(도 9에 도시된 대표적인 UV 세기 그래프 참조). 웨이퍼의 이런 중심부는 본 명세서에 이미 설명된 바와 같이 더 많이 수축되어, 그런 중심부 영역에 설치된 IC 장치의 전기 성능에 악영향을 미친다. ㅊ채
상술된 높은 UV 세기 상황을 해결하기 위해, 본 발명의 발명자는 높은 세기와 관련된 석영 윈도우의 소정 부분(들)의 광학적 성질을 수정함으로써 수렴성 추가 자외선 효과를 감소시키거나 제거하여, 웨이퍼의 전체 표면을 가로질러 더 정상화된 균일한 UV 세기 레벨을 달성할 수 있다는 것을 알게 되었다.
도 10을 참조하면, 웨이퍼 중심부 구역 내의 높은 UV 세기 "핫 스팟"을 제거하거나 최소화하기 위해 UV 방사선이 아래에 있는 웨이퍼(W)에 도달하기 전에 입사 수렴 자외선을 UV 방사선 수정기(modifier)로 전향시켜 발산 자외선 패턴을 생성하도록 작동하는 UV 방사선 수정기(560)를 갖는 석영 윈도우(530)가 제공된다. 본 명세서에 사용된 "UV 방사선 수정기"라는 용어는 UV 파장 방사선의 세기 및/또는 방향을 변경시키도록 작동될 수 있는 임의의 장치 또는 물질을 포함한다.
도 12 및 도 13을 추가로 참조하면, 일 실시예에서 UV 방사선 수정기(560)는 석영 윈도우(530)와 일체로 형성되거나 석영 윈도우(530)에 장착되는 오목(negative) 또는 발산 렌즈(562)의 형태이다. 도시된 실시예에서 발산 렌즈(562)는 석영 윈도우(530)의 기하학적 중심부에 위치되지만, 웨이퍼(W) 상에 높은 UV 세기 구역을 생성하는 것과 관련된 수렴 자외선을 램프 유닛(520)으로부터 전향시킬 필요가 있는 경우 하나 이상의 렌즈(562)가 제공될 수도 있다. 도시된 실시예에서 발산 렌즈(562)는 원형 구조이며, 높은 UV 세기 상황을 최소화하거나 제거하도록 선택된 적절한 직경을 갖는다. 가능한 다른 실시예에서, 렌즈(562)는 석영 윈도우(530)의 형상 및/또는 조우할 높은 UV 세기 영역의 위치에 따라 다른 적절한 구조를 가질 수도 있다.
다양한 실시예에서, 발산 렌즈(562)는 도 13에 가장 잘 도시된 바와 같이 양면 오목 렌즈이거나, 다르게는 평면 오목 렌즈일 수도 있다. 이런 렌즈 및 렌즈의 광학적 기능성은 당업자에게 주지되어 있다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 발산 렌즈(562)는 상부 오목면(564A) 및 하부 오목면(564B)을 갖는 양면 오목 렌즈로서 구성된다. 다르게는, 상부 오목면(564A)은 평면 오목 렌즈가 대신 제공되는 경우 편평할 것이다. 도시된 렌즈(562) 배열체는 석영 윈도우(530)의 인접한 부분의 두께 T1보다 작은 최소 두께 T2를 갖는 렌즈의 얇은 중심부를 형성한다. 임의의 실시예에서, 석영 윈도우(530)는 렌즈(562)에 근접한 중심부에서 석영 윈도우의 주연부 에지까지 사실상 균일한 두께 T1을 가질 수도 있다. 비제한적인 예시를 위한 임의의 대표적인 실시예에서, 렌즈(562)의 두께 T2는 약 0.5㎝ 내지 약 1㎝이고, 석영 윈도우(530)의 두께 T1은 약 3㎝일 수도 있다.
발산 렌즈(562)는 소정의 적용예를 위해 임의의 적절한 굴절률을 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 발산 렌즈(562)는 모놀리식(monolithic) 석영 윈도우(530) 자체의 일체형 구조부로서 형성될 수도 있다. 이런 경우, 발산 렌즈(562)는 석영 윈도우(530)의 제조 동안 형성될 수도 있고 그리고/또는 주지된 렌즈 연삭 장비 및 기술을 이용하여 후속적으로 석영 윈도우에 연삭될 수도 있다. 임의의 실시예에서 발산 렌즈(562)의 렌즈면은 종래의 광학 렌즈와 유사하게 연마될 수도 있다. 다른 실시예에서, 발산 렌즈(562)는 별개의 구성요소로서 석영 윈도우(530)와 별개로 형성된 다음, 접착제, 수축 끼워맞춤, 열 용접 등을 비제한적으로 포함하는 임의의 적절한 방법에 의해 윈도우에 장착되거나 부착될 수도 있다. 임의의 실시예에서, 도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 발산 렌즈(562)는 석영 윈도우에 적어도 부분적으로 매립되도록 석영 윈도우(530) 내에 형성되거나 석영 윈도우(530)에 통합될 수도 있다.
도 13을 참조하면, 발산 렌즈(562)는 광학 축 Ao, 초점 FP, 및 초점 FP에서 상부면(564A)과 하부면(564B) 사이의 렌즈의 중심까지 측정된 초점 거리 F를 형성한다. 상부면(564A)은 곡률 반경 R1을 가지며, 하부면(564B)은 곡률 반경 R2를 갖는다. 곡률 반경 R1 및 R2는 높은 UV 세기를 IC 장치 성능에 악영향을 미치지 않는 허용 레벨까지 감소시키거나 높은 UV 세기를 제거하는데 충분한 발산 렌즈(562)에 대한 자외선의 입사각에 기초하여 입사 자외선(561)을 위한 발산 패턴을 형성하기 위해 필요에 따라 적절한 초점 FP 및 초점 길이 F를 제공하도록 사전결정되고 선택된다. 당업자는 조우할 UV 램프 유닛(520)의 장치 배열에 기초하여 이런 렌즈 파라미터를 결정할 수 있을 것이다.
작동시, 발산 렌즈(562)에 입사되어 발산 렌즈(562)를 통해 굴절되는 자외선(561)은 도 13에 도시된 바와 같이 램프 유닛(520)으로부터의 UV 방사선의 증폭 또는 증가 효과를 방지하기 위해 확산성 외부 발산 패턴을 가질 것이다. 따라서, 이로 인해 도 12에 도시된 바와 같이 UV 세기가 웨이퍼(W)의 전체 표면에 걸쳐 더 균일하게 분포되어(또한 도 10에 도시된 대표적인 UV 세기 그래프 참조), 웨이퍼 수축 문제를 제거하거나 최소화하고 장치 수율을 증가시킬 수 있다.
웨이퍼(W)의 중심부에서의 높은 UV 세기 영역이 제거되거나 최소화되는 한, 임의의 적절한 유형 또는 구조의 발산 렌즈(562)가 석영 윈도우(530)에 제공되거나 통합될 수 있다.
도 12 및 도 13에 도시되고 상술된 실시예에서 석영 윈도우의 중심부로부터 멀어지는 방향으로 수렴 자외선을 전향시키는 대신, 광 유닛(520)을 향하는(다르게는 도 12에 도시된 바와 같이) 석영 윈도우(530)의 상부면 상에 UV 광 흡수 광학 코팅(566)을 직접 도포하는 본 발명에 따른 UV 방사선 수정기(560)의 다른 실시예가 제공된다. 필요에 따라 UV 광 흡수 광학 코팅은 아래에 있는 웨이퍼(W)에 생성된 높은 UV 세기 부위에 대응하는 윈도우(530)의 하나 이상의 부분에 도포될 수도 있다. 일 실시예에서, UV 광 흡수 광학 코팅(566)은, 발산 렌즈(562)에 의해 점유된 부분과 유사하게 윈도우(530)의 중심(C)에 근접하게 도포되고(예컨대, 도 12 참조) 그리고/또는 UV 광 흡수 광학 코팅이 아래에 있는 웨이퍼에 대한 UV 세기를 감소시킬 필요가 있는지에 따라 윈도우의 단일의 또는 복수의 다른 중심을 벗어난 부위에 도포될 수도 있다. UV 광 흡수 광학 코팅(566)에 의해 점유된 표면적의 범위 및 석영 윈도우(530) 상의 코팅 구역은 조우할 웨이퍼 상의 높은 UV 세기 영역의 대응하는 범위에 따라 선택될 수도 있다. 일반적으로, 본 명세서에 개시된 임의의 UV 방사선 수정기(560)(즉, 발산 렌즈(562) 또는 코팅(566))에 의해 점유된 표면적은 석영 윈도우(530)의 총 표면적보다 작을 것이다(도 12 참조).
UV 광 흡수 광학 코팅에 적절한 재료는 TiO2(티타늄 디옥사이드), Al2O3(알루미늄), 유전체 SiON, TiNi, TiON, 및 다른 물질을 비제한적으로 포함한다. 이런 재료는 UV 광 또는 UV 방사선의 일부를 효과적으로 흡수하지만, UV 방사선 또는 자외선의 일부가 석영 윈도우(530)를 통해 아래에 있는 웨이퍼(W)로 진행할 수 있게 한다. 흡수된 UV 방사선의 양은 UV 광 흡수 광학 코팅(566)의 두께에 따르기 때문에, UV 광 흡수 광학 코팅에 적절한 두께는 "핫 스팟"을 제거하거나 최소화하여 웨이퍼를 사실상 균일하게 조사하기 위해 UV 광 흡수 광학 코팅에 의해 차단/포획될 필요가 있는 UV 방사선의 양 및 석영 윈도우(530)에 대한 입사 UV 세기 레벨에 기초하여 선택될 수도 있다.
비제한적인 임의의 대표적인 실시예에서, UV 광 흡수 광학 코팅(566)의 두께는 필요 경화 필름 두께에 기초하여 약 10A(옹스트롬) 내지 약 1000A의 범위일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 웨이퍼 경화 시스템은, 처리 챔버와, 처리 챔버 내에 웨이퍼를 지지하도록 구성되는 웨이퍼 지지체와, 처리 챔버 위에 배치되고 임의의 세기를 갖는 UV 방사선을 방출하며 웨이퍼 지지체 상에 배치된 웨이퍼를 조사하도록 작동될 수 있는 자외선(UV) 램프 유닛과, 처리 챔버와 UV 램프 유닛 사이에 위치설정되는 UV 투과성 윈도우를 포함한다. UV 투과성 윈도우는 램프로부터의 UV 방사선을 웨이퍼 지지체 상의 웨이퍼로 전달하도록 작동될 수 있다. UV 투과성 윈도우는 UV 방사선 수정기를 통해 받침대 상의 웨이퍼로 진행하는 UV 방사선의 세기를 감소시키는 UV 방사선 수정기를 포함한다. 일 실시예에서, UV 방사선 수정기는 발산 렌즈이다. 다른 실시예에서, UV 방사선 수정기는 UV 투과성 윈도우에 도포된 UV 방사선 흡수 코팅이다.
상술된 상세한 설명 및 도면은 본 발명의 예시적인 실시예를 개시하지만, 다양한 추가예, 변형예 및 대체예가 첨부된 특허청구범위의 등가물의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수도 있다. 구체적으로는, 당업자는 본 발명에 다른 다양한 실시예가 본 발명의 기술 사상 또는 기본적인 특징을 벗어나지 않고 다른 형태, 구조, 배열, 비율, 크기로 구성되거나, 다른 요소, 재료 및 구성요소를 가질 수도 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 예시적인 방법 및 프로세스의 다양한 변형예가 본 발명을 벗어나지 않고 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 모든 점에서 예시적일 뿐 제한적인 것이 아니며, 청구된 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물에 의해 한정될 뿐 상술된 상세한 설명 또는 실시예에 제한되지 않는다.
100 : UV 경화 도구 또는 오븐 101 : 처리 챔버
102 : 인클로저 103 : 외부 하우징
104A : 입구 로드락 챔버 104B : 출구 로드락 챔버
106 : 로봇 108 : 접근 도어
110 : 유동 노즐 111 : 입구 도관
112 : O2 센서 114 : 출구 도관
116 : 출구 배관 헤더 120 : UV 램프 유닛
122 : UV 램프 130 : 벨트
131 : 이동식 벨트 컨베이어 132 : 풀리
134 : 전기 모터 구동장치

Claims (10)

  1. 반도체 웨이퍼 경화 시스템에 있어서,
    처리 챔버와,
    상기 처리 챔버 내에 배치되고, 웨이퍼를 유지하도록 구성되며, 상기 처리 챔버를 통해 상기 웨이퍼를 이송하도록 작동될 수 있는, 벨트 컨베이어와,
    상기 처리 챔버 위에 배치되고, UV 경화를 위해 상기 벨트 컨베이어 상에 배치된 웨이퍼를 조사하도록 작동될 수 있는, 자외선(UV) 방사원을 포함하고,
    상기 처리 챔버에는 상기 벨트 컨베이어 및 상기 UV 방사원 사이에 위치하는 UV 투과성 윈도우가 제공되고, 상기 UV 투과성 윈도우는 UV 방사선 수정부를 포함하고, 이 UV 방사선 수정부는 상기 UV 투과성 윈도우의 전체 표면 면적보다 작은 표면 면적을 갖고 상기 UV 투과성 윈도우의 고강도 영역에 국부화되어 있으며 상기 UV 방사선 수정부를 통해 상기 벨트 컨베이어 상의 웨이퍼로 진행하는 상기 UV 방사선의 강도를 감소시키는 것인, 반도체 웨이퍼 경화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 처리 챔버는 장형의 직선형 구조인, 반도체 웨이퍼 경화 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 처리 챔버의 제1 단부에 근접 배치되는 입구 로드락 챔버와, 상기 처리 챔버의 제2 단부에 근접 배치되는 출구 로드락 챔버를 더 포함하며,
    상기 반도체 웨이퍼는 상기 입구 로드락 챔버에서 상기 출구 로드락 챔버까지 상기 벨트 컨베이어 상에서 이동될 수 있는, 반도체 웨이퍼 경화 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 벨트 컨베이어는, UV 저항성 벨트와, 상기 처리 챔버의 대향 단부들 사이에서 상기 UV 저항성 벨트를 이동시키도록 작동될 수 있는 풀리(pulley)를 포함하는, 반도체 웨이퍼 경화 시스템.
  7. 삭제
  8. 반도체 웨이퍼 경화 시스템에 있어서,
    처리 챔버와,
    상기 처리 챔버 내에 웨이퍼를 지지하도록 구성되는 웨이퍼 지지체와,
    상기 처리 챔버 위에 배치되는 램프 하우징과,
    상기 램프 하우징 내부에 장착된 전도성 전기 트레일과,
    전기 모터를 구비하고 상기 램프 하우징 내부의 선형 경로를 따라 이동하도록 동작 가능한 이동 가능한 모터 캐리어로서, 이 모터 캐리어는 상기 전기 트레일로부터 전력 및 제어 신호를 수신하는 것인, 상기 이동 가능한 모터 캐리어와,
    상기 램프 하우징 내부에 배치되고 상기 처리 챔버 위에 현수되어 있으며(suspended) 상기 모터 캐리어의 바닥부에 제공되어 UV 방사선을 방출하는 이동 가능한 자외선(UV) 램프 캐리지를 포함하고,
    상기 UV 램프 캐리지는, 상기 전도성 전기 트레일을 따라 전후방으로 이동하고, 상기 전도성 전기 트레일을 따라 전후방으로 이동하는 동안 상기 웨이퍼 지지체 상에 배치된 웨이퍼를 조사하도록 동작 가능하여, 상기 UV 램프 캐리지가 UV 경화 싸이클 동안 상기 선형 경로를 따라 상기 웨이퍼 지지체를 횡단하여 상기 웨이퍼를 조사하도록 하는 것인, 반도체 웨이퍼 경화 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 UV 램프 캐리지는 복수의 UV 램프를 포함하는 것인, 반도체 웨이퍼 경화 시스템.
  10. 반도체 웨이퍼 경화 시스템에 있어서,
    처리 챔버와,
    상기 처리 챔버 내에 웨이퍼를 지지하도록 구성되는 웨이퍼 지지체와,
    상기 처리 챔버 위에 배치되고, 임의의 세기를 갖는 UV 방사선을 방출하며, 상기 웨이퍼 지지체 상에 배치된 웨이퍼를 조사하도록 작동될 수 있는, 자외선(UV) 램프 유닛을 포함하고,
    상기 처리 챔버에는, 상기 UV 램프 유닛과 상기 웨이퍼 지지체 상의 웨이퍼 사이에 위치하는 UV 투과성 윈도우가 제공되고, 상기 UV 투과성 윈도우는 상기 UV 램프 유닛으로부터 상기 웨이퍼 지지체 상의 웨이퍼로 상기 UV 방사선을 송신하도록 동작 가능하며,
    상기 UV 투과성 윈도우는 UV 방사선 수정부를 포함하고 이 UV 방사선 수정부는 상기 UV 투과성 윈도우의 전체 표면 면적보다 작은 표면 면적을 갖고 상기 UV 투과성 윈도우의 고강도 영역에 국부화되어 있으며 상기 UV 방사선 수정부를 통해 상기 웨이퍼로 진행하는 상기 UV 방사선의 강도를 감소시키는 것인, 반도체 웨이퍼 경화 시스템.
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