KR102003846B1 - 웨이퍼 가열장치 - Google Patents

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KR102003846B1
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Abstract

본 개시는 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열장치에 있어서, 기판; 기판에 구비되어, 웨이퍼 아래에 구비되는 반도체 발광소자; 반도체 발광소자와 웨이퍼 사이에 구비되는 투광판; 그리고, 투광판과 기판 사이에 구비되며, 반도체 발광소자에서 나오는 빛 중 일부를 웨이퍼 엣지방향으로 굴절시키는 굴절부;를 포함하는 웨이퍼 가열장치에 관한 것이다.

Description

웨이퍼 가열장치{WAFER HEATING DEVICE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 웨이퍼 가열장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼를 균일하게 가열하는 웨이퍼 가열장치에 관한 것이다.
도 1은 한국 공개등록특허공보 특1999-0039394호에 제시된 웨이퍼 가열장치의 일 예를 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해 용어를 변경하였다.
종래의 웨이퍼 가열장치는, 일반적으로 내부에 진공압을 형성하고, 웨이퍼(10)를 파지하는 척(11)을 설치하여 파지한 웨이퍼(10)를 가열하는 본체(12)와, 상기 본체(12)의 일측에 형성된 통로를 통하여 웨이퍼(10)에 빛과 열을 공급하는 램프(15)와, 상기 통로에 설치되어 상기 램프(15)에서 발생한 빛을 통과시켜서 상기 램프(15)의 빛을 웨이퍼(10)에 전달시키는 창(13)과, 상기 램프(15)를 보호하는 하우징(16)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 본체(12)와 상기 램프(15)사이에 상기 본체(12)의 진공압을 유지하기 위하여 패킹부재(14)를 설치하게 된다. 상기 창(13)은 일반적으로 평판형 투명창을 사용하고 있다. 그러나, 상기와 같은 평판형 창(13)을 상기 웨이퍼(10)와, 상기 램프(15)사이에 설치하여 상기 램프(15)에서 발생한 빛을 통과시키는 종래의 웨이퍼 가열장치는 상기 창(13)을 통과한 빛이 웨이퍼(10)외에 챔버 내의 다른 곳에도 조사되기 때문에 가열효과가 떨어지고 에너지 소모율이 높은 문제점이 있었다.
도 1의 웨이퍼 가열장치는 전체적으로 웨이퍼 가열장치이며, 웨이퍼(10)를 균일하게 가열할 때, 웨이퍼(10)를 회전하면서 가열하게 된다. 그러나, 회전 때문에 웨이퍼의 가장자리가 빨리 식어버려 웨이퍼가 균일하게 가열되지 않는 문제점이 발생한다.
또한, 웨이퍼 가열장치의 소형화로 인해, 웨이퍼(10)의 크기보다 웨이퍼 가열장치의 크기가 작아져, 웨이퍼(10)의 가장자리에 빛이 닿지 않아 균일하게 가열되지 않는 문제점이 있다.
도 2는 한국 공개등록특허공보 제10-2016-0024759호에 제시된 웨이퍼 가열장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2(a)는 웨이퍼 가열장치가 구비된 챔버를 전체적으로 나타내는 도면이며, 도 2(b)는 웨이퍼 가열장치의 III부분을 확대한 도면이다.
내부 커버(2)는, 웨이퍼(W)의 프로세싱에 대응하는 폐쇄된 위치로 이동되었다. 즉, 웨이퍼(W)가 회전 척(30)상으로 로딩된 후, 사이드 도어(50)는 폐쇄 또는 제1 위치로 이동되고, 커버(2)는 중공 샤프트(22)상에서 작용하는 적합한 모터(미도시)에 의해 챔버(1)에 대해 상향으로 이동된다. 내부 커버(2)가 폐쇄된 위치에 도달할 때, 따라서 폐쇄된 프로세스 챔버(1)내에 제2 챔버(48)가 생성된다. 내측 챔버(48)는 또한 챔버(1)의 나머지로부터 기밀 방식으로 시일된다. 또한, 챔버(48)는 바람직하게 챔버(1)의 나머지와 별개로 발산된다. 웨이퍼의 프로세싱 동안, 프로세싱 유체들은, 프로세싱을 겪는 웨이퍼의 에칭, 세정, 린싱, 및 임의의 다른 목표된 표면 처리와 같은 다양한 프로세스들을 수행하기 위해, 매질 유입부들(43 내지 46 및/또는 28)을 통해 회전하는 웨이퍼(W)로 지향될 수도 있다.
본 실시예에서 내부 커버(2)는 웨이퍼 가열장치(60)를 구비한다. 본 실시예의 웨이퍼 가열장치(60)는 내부 커버(2)에 의해 반송된 다수의 청색 LED 램프들(62)을 포함한다. 단면도는 한 줄의 이러한 램프들을 도시하지만, 웨이퍼(W)와 같은 공간에 걸치는(coextensive) 내부 커버(2) 상의 원형 구역을 가능한 한 완전히 채우도록 배열되는 것이 바람직하다. 램프들(62)에 의해 점유된 면적은 원한다면, 회전 척(30)이 홀딩하도록 설계된 웨이퍼(W)의 면적보다 다소 클 수도 있다. 이러한 배열은 웨이퍼(W)가 웨이퍼 가열장치(60)에 의해 중심으로부터 웨이퍼의 최외곽 둘레까지 충분히 가열될 수 있다는 장점을 갖는다. 본 실시예에서 청색 LED 램프들(62)의 어레이는 플레이트(64)에 의해 커버된다. 플레이트(64)는 바람직하게 석영 또는 사파이어로 형성되고, 양자는 청색 LED 램프들(62)에 의해 방출된 파장들을 실질적으로 투과하는 재료들이다. 따라서 유사한 투과 특성들을 갖는 다른 재료들이 플레이트(64)에 대해 사용될 수 있다. 플레이트(64)는 프로세스 챔버 내에서 사용된 화학물질들로부터 LED 램프들(62)을 보호하도록 기능한다. 중앙 개구부가 유체 매질 유입부(28)을 수용하도록, 내부 커버(2)및 플레이트(64) 내에 형성된다.
제2 플레이트(54)가 웨이퍼(W) 위에 위치된다. 플레이트(64)는 내부 커버(2)에 대해 고정되지만, 플레이트(54)는 회전 척 상에 장착되어 회전 척과 함께 회전한다. 원한다면, 플레이트(54)는 또한 회전 척(30)에 대해 고정된 방식으로 장착될 수 있지만, 플레이트(54)가 회전 척(30)과 함께 회전하게 하는 것이 바람직하다.
플레이트(54)가 바람직하게, 유체 유입부들(43, 44, 45)의 방출 단부들을 통과하는, 중앙 개구부(55)를 갖는 것을 제외하고, 플레이트(54)는 바람직하게 웨이퍼(W)의 전체 상부 표면 위에 놓인다.
플레이트(64)는, LED 램프들(62)의 과열(overheating)을 방지하기 위해 내부 커버(2)와 함께, 냉각 유체(66)(예를 들어, 가스 또는 액체)가 순환하는 시일링된 챔버를 형성한다.
도 2는 챔버 내에 웨이퍼 가열장치가 구비된 것이며, 최근의 웨이퍼 가열장치는 소형화 되어, 웨이퍼 보다 웨이퍼 가열장치가 작아지고 있다. 이로 인해, 웨이퍼보다 웨이퍼 가열장치의 크기가 작아지면서 웨이퍼의 엣지까지 균일하게 가열하는 것이 힘든 문제점이 있다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열장치에 있어서, 기판; 기판에 구비되어, 웨이퍼 아래에 구비되는 반도체 발광소자; 반도체 발광소자와 웨이퍼 사이에 구비되는 투광판; 그리고, 투광판과 기판 사이에 구비되며, 반도체 발광소자에서 나오는 빛 중 일부를 웨이퍼 엣지방향으로 굴절시키는 굴절부;를 포함하는 웨이퍼 가열장치가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 한국 공개등록특허공보 특1999-0039394호에 제시된 웨이퍼 가열장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 한국 공개등록특허공보 제10-2016-0024759호에 제시된 웨이퍼 가열장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 다른 예를 나타내는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 단면들을 나타낸 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
웨이퍼(W)를 가열하는 웨이퍼 가열장치(200)에 있어서, 웨이퍼 가열장치(200)는 기판(210), 반도체 발광소자(220), 투광판(240) 및 굴절부(230)를 포함한다. 기판(210)은 인쇄회로기판 일 수 있고, 기판(210)은 웨이퍼(W)보다 작게 형성될 수 있다. 반도체 발광소자(220)는 웨이퍼(W) 아래에 구비되며, 기판(210)에 구비된다. 투광판(240)은 반도체 발광소자(220)와 웨이퍼(W) 사이에 구비된다. 투광판(240)은 일정한 두께를 가지는 빛이 통과할 수 있는 판으로 형성된다. 투광판(240)은 사파이어나 쿼츠로 형성될 수 있다. 굴절부(230)는 투광판(240)과 기판(210) 사이에 구비되고, 반도체 발광소자(220)에서 나오는 빛 중 일부를 웨이퍼(W) 엣지방향으로 굴절시킨다. 굴절부(230)는 일 예로 프리즘일 수 있다.
본 예와 같은 복사방식의 웨이퍼 가열장치(200)는 빛이 닿는 부분이 가열이 된다. 웨이퍼 가열장치(200)의 소형화로 인해 웨이퍼(W)가 웨이퍼 가열장치(200)보다 커짐으로써, 웨이퍼(W)의 엣지부분에는 빛이 닿지 않는 문제점이 생긴다. 이 문제점을 해결하기 위해 굴절부(230)를 이용해 웨이퍼(W) 엣지부분으로 빛을 굴절시켜 웨이퍼(W) 엣지부분이 가열되도록 한다.
웨이퍼(W) 엣지부분은 웨이퍼(W)의 회전으로 인해 빠른속도로 공기와 접촉하기 때문에 온도가 빠르게 식는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해, 굴절부(230) 아래에 구비된 반도체 발광소자(220)의 밀도는 굴절부(230)가 구비되지 않는 투광판(240) 아래에 구비된 반도체 발광소자(220)보다 밀도 있게 구비되는 것이 바람직하다. 반도체 발광소자(220)의 밀도에 관련된 자세한 내용은 도 8에서 설명한다.
도 4는 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
굴절부(230)는 프레넬 프리즘으로 형성될 수 있고, 프레넬 프리즘은 필름으로 형성될 수 있다. 굴절부(230)는 투광판(240)에 부착되어 형성된 예이다. 투광판(240)을 지지하는 측벽(250)이 구비될 수 있다. 측벽(250)은 투광판(250)의 테두리를 따라서 지지할 수 있다. 측벽(250), 기판(210) 및 투광판(240)으로 내부공간(260)이 형성될 수 있다. 내부공간(260)에는 습기, 약액, 이물질 등이 침투할 수 없도록 형성되어, 반도체 발광소자(220)나 굴절부(230)가 보호될 수 있다. 측벽(250)은 빛을 통과시키지 않을 수 있다. 이로 인해, 빛은 투광판(240)을 통해서만 나갈 수 있다. 측벽(250)의 높이는 5~10mm 일 수 있다. 이는 웨이퍼 가열장치와 웨이퍼를 가능한 밀착시키는 것이 공정진행에 유리하기 때문이다.
측벽(250)은 내측면(251)을 가질 수 있으며, 내측면(251)에 빛을 반사하는 반사층이 구비될 수 있다.
기판(210)의 지름보다 웨이퍼(W)의 지름이 더 크다. 웨이퍼 가열장치(200)는 웨이퍼(W)보다 작은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 웨이퍼(W)를 처리하는 장치들이 소형화 되는 추세이기 때문에, 웨이퍼 가열장치(200)도 웨이퍼(W) 지름보다 작게 형성되어, 아래에 소형으로 작게 형성되는 것이 바람직하기 때문이다.
도 5는 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
측벽(250)에 굴절부(230)가 구비될 수 있다. 측벽(250)과 굴절부(230)는 직각으로 구비되며, 반도체 발광소자(220)의 빛을 웨이퍼(W)의 엣지방향으로 향하도록 굴절부(230)를 구비한다. 예를 들면, 굴절부(230)는 수직면(231)과 경사면(232)을 가지는데, 수직면(231)은 경사면(232)보다 웨이퍼(W) 엣지방향으로 구비되고, 경사면(232)은 수직면(231)보다 웨이퍼(W) 내측방향으로 구비될 수 있다. 경사면(232)은 직선으로 형성될 수 있고, 곡선으로 형성될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았지만 위에서 본 굴절부(230)는 링형으로 형성될 수 있으며, 링형으로 형성된 굴절부(230)의 수직면(231)중 적어도 하나가 측벽(250)에 접착될 수 있다.
도 6은 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6(a)에서는 투광판(240)과 투광판(240)에 구비된 복수의 굴절부(230)를 아래에서 본 도면이다. 도 6(b)는 도 6(a)의 투광판(240)이 설치된 웨이퍼 가열장치이다.
투광판(240)에 복수의 굴절부(230)가 구비된다. 복수의 굴절부(230)는 각각 빛을 다른 각도로 굴절시킨다. 굴절부(230)는 각각 다른 각도로 빛을 굴절시키도록 형성될 수 있다. 웨이퍼(W)는 회전하면서 데워진다. 복수의 굴절부(230) 사이에는 굴절부(230)를 두지 않아서 웨이퍼(W) 엣지방향 및 웨이퍼(W) 내측방향에도 빛이 골고루 분사되어, 웨이퍼(W)를 고르게 가열할 수 있다.
도 7은 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 단면들을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 AA'단면~EE'단면을 나타낸 도면이다.
도 7(a)는 투광판(240)에 구비된 굴절부(230) 사이의 AA'단면을 나타내며, 투광판(240) 아래에 구비된 반도체 발광소자(220)의 빛이 굴절되지 않고 웨이퍼(W)에 닿는다.
도 7(b)는 투광판(240)에 굴절부(230)가 있는 BB'단면을 나타내며, 도 7(a)의 빛의 방향보다 굴절부(230)로 인해 빛이 도 7(a)보다 10° 웨이퍼(W) 엣지방향으로 굴절된다.
도 7(c)는 투광판(240)에 굴절부(230)가 있는 CC'단면을 나타내며, 도 7(a)의 빛의 방향보다 굴절부(230)로 인해 빛이 도 7(a)보다 15° 웨이퍼(W) 엣지방향으로 굴절된다.
도 7(d)는 투광판(240)에 굴절부(230)가 있는 DD'단면을 나타내며, 도 7(a)의 빛의 방향보다 굴절부(230)로 인해 빛이 도 7(a)보다 20° 웨이퍼(W) 엣지방향으로 굴절된다.
도 7(e)는 투광판(240)에 굴절부(230)가 있는 EE'단면을 나타내며, 도 7(a)의 빛의 방향보다 굴절부(230)로 인해 빛이 도 7(a)보다 30° 웨이퍼(W) 엣지방향으로 굴절된다.
엣지 방향으로 가는 빛의 양을 늘이고 싶을 때는 굴절부(230)의 너비를 늘릴수 있다. 또한, 굴절부(230) 아래에 구비되는 반도체 발광소자(220)의 개수를 늘릴 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 웨이퍼 가열장치의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
투광판(240) 아래에 구비된 반도체 발광소자(220)들을 나타낸 도면이다. 굴절부(230) 아래에 구비된 반도체 발광소자(220)들은 굴절부(230)가 구비되지 않은 투광판(240) 아래에 구비되는 반도체 발광소자(220)들보다 밀도가 높게 구비된다. 왜냐하면, 굴절부(230)에 의해서 빛이 웨이퍼(W) 엣지방향으로 퍼지기 때문에, 굴절부(230) 아래에 반도체 발광소자(220)가 더 많이 구비되어야 웨이퍼(W) 중심부분부터 웨이퍼(W) 엣지방향까지 균일하게 가열될 수 있기 때문이다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열장치에 있어서, 기판; 기판에 구비되어, 웨이퍼 아래에 구비되는 반도체 발광소자; 반도체 발광소자와 웨이퍼 사이에 구비되는 투광판; 그리고, 투광판과 기판 사이에 구비되며, 반도체 발광소자에서 나오는 빛 중 일부를 웨이퍼 엣지방향으로 굴절시키는 굴절부;를 포함하는 웨이퍼 가열장치.
(2) 투광판을 지지하는 측벽;이 구비되는 웨이퍼 가열장치.
(3) 투광판에 굴절부가 구비되는 웨이퍼 가열장치.
(4) 투광판은 쿼츠 또는 사파이어로 형성되는 웨이퍼 가열장치.
(5) 투광판과 기판이 둘러싸는 내부공간을 가지는 웨이퍼 가열장치.
(6) 굴절부는 프레넬 프리즘으로 형성되는 웨이퍼 가열장치.
(7) 투광판에는 복수의 굴절부가 구비되는 웨이퍼 가열장치.
(8) 복수의 굴절부는 각각 빛을 굴절하는 각도가 다른 웨이퍼 가열장치.
(9) 굴절부는 경사면과 수직면을 가지며, 수직면이 투광판의 웨이퍼 엣지방향으로 구비되고, 경사면은 투광판의 웨이퍼 내측방향으로 구비되는 웨이퍼 가열장치.
(10) 굴절부의 경사면은 곡선이거나 직선인 웨이퍼 가열장치.
본 개시에 의하면, 웨이퍼의 엣지도 균일하게 가열하는 웨이퍼 가열장치를 제공한다.
또한 본 개시에 의하면, 웨이퍼보다 작아도 웨이퍼를 골고루 가열가능한 웨이퍼 가열장치를 제공한다.
W:웨이퍼 200:웨이퍼 가열장치 210:기판 220: 반도체 발광소자 230:굴절부 231:수직면 232:경사면 240:투광판 250:측벽
251:내측면 260:내부공간

Claims (10)

  1. 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열장치에 있어서,
    웨이퍼의 크기보다 작은 기판;
    기판에 구비되어, 웨이퍼 아래에 구비되는 적어도 하나 이상의 반도체 발광소자;
    적어도 하나 이상의 반도체 발광소자와 웨이퍼 사이에 구비되는 투광판; 그리고,
    투광판과 기판 사이에 구비되며, 반도체 발광소자에서 나오는 빛 중 일부를 웨이퍼 엣지방향으로 굴절시키는 굴절부;를 포함하며,
    투광판 아래의 반도체 발광소자의 밀도보다 굴절부 아래에 구비되는 복수의 반도체 발광소자의 밀도가 높게 구비되는 웨이퍼 가열장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    투광판을 지지하는 측벽;이 구비되는 웨이퍼 가열장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    투광판에 굴절부가 구비되는 웨이퍼 가열장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    투광판은 쿼츠 또는 사파이어로 형성되는 웨이퍼 가열장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    측벽에 의해 투광판과 기판이 둘러싸는 내부공간을 가지는 웨이퍼 가열장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    굴절부는 프레넬 프리즘으로 형성되는 웨이퍼 가열장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    투광판에는 복수의 굴절부가 구비되는 웨이퍼 가열장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    복수의 굴절부는 각각 빛을 굴절하는 각도가 다른 웨이퍼 가열장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    굴절부는 경사면과 수직면을 가지며,
    수직면이 투광판의 웨이퍼 엣지방향으로 구비되고,
    경사면은 투광판의 웨이퍼 내측방향으로 구비되는 웨이퍼 가열장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    굴절부의 경사면은 곡선이거나 직선인 웨이퍼 가열장치.
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