KR102267447B1 - 반도체 표면처리용 스테이지 챔버 및 이를 구비한 반도체 표면처리 장치 - Google Patents

반도체 표면처리용 스테이지 챔버 및 이를 구비한 반도체 표면처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 표면처리용 스테이지 챔버 및 이를 구비한 반도체 표면처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리용 스테이지 챔버는 웨이퍼에 대한 레이저 표면처리 시에 사용되는 스테이지 챔버로서, 상측에 웨이퍼의 안착이 가능한 안착부를 구비한 히팅부; 안착부에 대응하는 위치에 마련되어 레이저를 통과시키는 창과, 히팅부의 안착부 주변을 둘러쌀 수 있는 격벽을 각각 구비하며, 히팅부 상에 위치한 차단부; 및 히팅부와 차단부 사이의 공간 높이를 조절하는 높이 조절부;를 포함한다.

Description

반도체 표면처리용 스테이지 챔버 및 이를 구비한 반도체 표면처리 장치{Stage chamber for treating the surface of semiconductor device, and apparatus having the same}
본 발명은 반도 표면처리용 스테이지 챔버 및 이를 구비한 반도체 표면처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 반도체 소자를 가진 웨이퍼(wafer)에 대한 레이저를 이용한 표면처리 공정 시에 이용되되 소형 제작 및 간편 제작이 가능하고 부품 교체가 손쉬우면서도 동시에 표면처리 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 표면처리용 스테이지 챔버와, 이를 구비하여 표면처리 공정시간을 줄일 수 있는 반도체 표면처리 장치에 관한 것이다.
레이저를 이용한 표면처리는 각종 반도체 소자 제조 공정 중에 사용될 수 있다. 이러한 표면처리는 웨이퍼의 다수 반도체 소자를 레이저의 빔을 이용함으로써, 낮은 열처리량(thermal budget), 높은 도펀트(dopant) 활성화, 초계단 접합(super-abrupt junction)을 제공할 수 있다.
이러한 레이저를 이용한 표면처리는 스테이지 챔버에서 이루어진다. 즉, 스테이지 챔버는 웨이퍼를 안착(로딩)하여 이동 가능한 구성으로서, 로딩된 웨이퍼에 대한 표면처리가 이루어지는 공간을 제공한다. 이때, 웨이퍼 표면처리 공정 시에 소요되는 시간에는 웨이퍼 로딩 시간, 웨이퍼 표면처리 시간, 웨이퍼 언로딩 시간 등이 포함된다.
하지만, 종래의 레이저를 이용한 표면처리 장치(이하, “종래 표면처리 장치”라 지칭함)는 하나의 스테이지 챔버를 포함한다. 이에 따라, 종래 표면처리 장치는 웨이퍼 마다, 웨이퍼 로딩 시간, 웨이퍼 표면처리 시간, 웨이퍼 언로딩 시간 등의 시간이 반복적으로 소요됨에 따라 그 공정시간이 늘어나는 문제점이 있었다.
또한, 웨이퍼 표면처리 시에 발생할 수 있는 열 손실 등을 줄이기 위해, 종래 표면처리 장치의 스테이지 챔버는 하나의 대형 금속의 내부를 가공한 형태를 가지고 있었다. 이에 따라, 종래 표면처리 장치의 스테이지 챔버는 크기 및 부피가 크고, 무거우며, 제작 시간 및 비용이 많이 소요될 뿐 아니라, 챔버 내 특정 부위의 고장 또는 파손이 발생하는 경우에도 챔버 전체를 교환해야 하는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 반도체 소자를 가진 웨이퍼에 대한 레이저를 이용한 표면처리 공정 시에 이용되되 소형 제작 및 간편 제작이 가능하고, 부품 교체가 손쉬우면서도, 동시에 표면처리 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 표면처리용 스테이지 챔버와, 이를 구비한 반도체 표면처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 표면처리 공정 시에 공정시간을 줄일 수 있는 반도체 표면처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리용 스테이지 챔버는 웨이퍼에 대한 레이저 표면처리 시에 사용되는 스테이지 챔버로서, (1) 상측에 웨이퍼의 안착이 가능한 안착부를 구비한 히팅부, (2) 안착부에 대응하는 위치에 마련되어 레이저를 통과시키는 창과, 히팅부의 안착부 주변을 둘러쌀 수 있는 격벽을 각각 구비하며, 히팅부 상에 위치한 차단부, (3) 히팅부와 차단부 사이의 공간 높이를 조절하는 높이 조절부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리용 스테이지 챔버는 상기 히팅부와 상기 격벽 사이의 공간에 대해 에어 막을 형성하는 에어 커튼부를 더 포함할 수 있다.
상기 에어 커튼부는, (1) 안착부를 둘러싸는 링 형상으로 형성되어 공기를 배출하는 배기부, (2) 안착부를 둘러싸는 링 형상으로 형성되고 배기부의 링 형상 내측 또는 외측에 마련되어 배기부에서 배출된 공기를 흡입하는 흡기부를 포함할 수 있다.
상기 흡기부는 배기부의 링 형상 내측과 외측에 각각 마련될 수 있다.
상기 높이 조절부는 상하로 그 길이 조절이 가능한 복수의 리프트 핀을 포함할 수 있으며, 상기 각 리프트 핀은 히팅부를 관통하여 차단부의 격벽의 하부에 연결됨으로써 그 상하 길이 조절에 따라 차단부를 상하로 이동시킬 수 있다.
상기 에어 커튼부는 상기 리프트 핀 보다 안착부에 더 근접한 위치에 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리용 스테이지 챔버는 상기 격벽의 사이 공간으로 가스를 공급하거나 그 사이 공간 내의 가스를 배기하여, 그 사이 공간의 압력을 조절하는 압력 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 높이 조절부의 제1 동작에 따라 히팅부 및 차단부 사이의 공간 높이가 제1 높이인 경우, 에어 커튼부가 동작될 수 있다.
상기 높이 조절부의 제2 동작에 따라 히팅부 및 차단부 사이의 공간 높이가 제1 높이 보다 높은 제2 높이인 경우, 안착부에 웨이퍼가 안착 또는 탈착될 수 있다.
상기 높이 조절부의 제3 동작에 따라 히팅부 및 차단부 사이가 밀착된 경우, 압력 조절부가 동작될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치는, 표면처리를 위한 레이저를 조사하는 레이저부와, 웨이퍼를 안착 또는 탈착하며 안착된 웨이퍼에 대한 레이저 표면처리를 위한 공간을 제공하는 복수의 스테이지 챔버와, 각 스테이지 챔버가 이동 가능하도록 마련된 다수의 레일을 각각 구비한 반도체 표면처리 장치로서, 상기 각 스테이지 챔버는, (1) 상측에 웨이퍼의 안착이 가능한 안착부를 구비한 히팅부, (2) 안착부에 대응하는 위치에 마련되어 레이저를 통과시키는 창과, 히팅부의 안착부 주변을 둘러쌀 수 있는 격벽을 각각 구비하며, 히팅부 상에 위치한 차단부, (3) 히팅부 및 차단부 사이의 공간 높이를 조절하는 높이 조절부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치는 제1 스테이지 챔버에 안착된 웨이퍼가 표면처리되는 동안, 제2 스테이지 챔버에서는 해당 챔버에서 표면처리된 웨이퍼가 탈착되고 미 표면처리된 다른 웨이퍼가 안착될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 복수개의 스테이지 챔버가 구비됨에 따라, 어느 스테이지 챔버에 안착된 웨이퍼가 표면처리되는 동안, 다른 스테이지 챔버에서는 표면처리된 웨이퍼의 탈착과 미 표면처리된 다른 웨이퍼가 안착이 수행되고, 이와 같은 공정이 각 스테이지 챔버에서 교대로 수행될 수 있으며, 그 결과 연속적인 레이저 표면처리에 따른 생산시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 각 스테이지 챔버가 하부 부분과 상부 부분으로 나눠지되 하부 및 상부 부분이 결합될 수 있는 구조를 가짐에 따라, 하나의 대형 금속의 내부를 가공한 형태의 스테이지 챔버를 가지는 종래 기술에 비해, 크기, 부피 및 무게를 줄일 수 있고, 각 부분을 별도로 제작할 수 있어 그 제작 시간 및 비용을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 챔버 내 특정 부위의 고장 또는 파손이 발생하는 경우에도 챔버 전체를 교환하는 대신 해당 부분(하부 부분 또는 상부 부분)만을 교환할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 레이저 표면처리 중에 필요한 이격 공간에서의 공기, 열 등에 대한 차단 구조를 저비용 및 고효율의 에어 막을 이용해 구현할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치의 개략 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치의 스테이지 챔버(100)의 측면 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치의 스테이지 챔버(100)에서 히팅부(110)와 차단부(120) 사이의 공간 높이가 제1 높이인 경우의 측면 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치의 스테이지 챔버(100)에서 히팅부(110)와 차단부(120) 사이의 공간 높이가 제2 높이인 경우의 측면 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치의 스테이지 챔버(100)의 개략적인 평면 구조를 나타낸다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, “예를 들어” 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치의 개략 구성도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치는 다수의 반도체 소자를 가진 웨이퍼(W)에 대해 레이저 스캔(scan)을 통한 표면처리(이하, “레이저 표면처리”라 지칭함)를 수행하는 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 스테이지 챔버(100), 레일(200), 레이저부(300), 웨이퍼 이송부(400), 카메라부(500) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
이때, 표면 처리는 레이저 스캔을 통해, 반도체 소자의 도핑 농도를 증가시킬 수 있는 광학적 어닐링(annealing), 반도체 소자(S) 표면의 극성을 변환(예를 들어, 질소 극성을 Ⅲ족 원소 극성으로 변환 등) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 소자의 상태, 성질 등을 변화시키는 모든 처리를 포함할 수 있다.
스테이지 챔버(100)는 웨이퍼(W)를 안착 또는 탈착하되, 안착된 웨이퍼(W)에 대한 레이저 표면처리를 위한 공간을 제공하는 구성이다. 이때, 스테이지 챔버(100)는 복수개가 구비되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 어느 스테이지 챔버(100a 및 100b 중 하나)에 안착된 웨이퍼가 표면처리되는 동안, 다른 스테이지 챔버(100a 및 100b 중 다른 하나)에서는 해당 챔버에서 표면처리된 웨이퍼가 탈착되고 미 표면처리된 다른 웨이퍼가 안착 및 정렬되며, 이와 같은 공정이 서로 교대로 발생한다. 이에 따라, 본 발명은 레이저 표면처리를 연속적으로 할 수 있어, 그 만큼 생산시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치의 스테이지 챔버(100)의 측면 단면도를 나타내며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치의 스테이지 챔버(100)에서 히팅부(110)와 차단부(120) 사이의 공간 높이가 제1 높이(도 3의 경우) 또는 제2 높인(도 4의 경우)일 때의 측면 단면도를 각각 나타낸다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 표면처리 장치의 스테이지 챔버(100)의 개략적인 평면 구조를 나타낸다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 각 스테이지 챔버(100)는 하부 부분을 이루는 히팅부(110)과 상부 부분을 이루는 차단부(120)로 나눠져, 히팅부(110)와 차단부(120)의 이격 공간의 높이(H)가 조절된다. 즉, 하부 및 상부 부분이 나뉘어 결합될 수 있는 구조를 가짐에 따라, 본 발명은 하나의 대형 금속의 내부를 가공한 형태의 스테이지 챔버를 가지는 종래 기술에 비해, 크기, 부피 및 무게를 줄일 수 있고, 각 부분을 별도로 제작할 수 있어 그 제작 시간 및 비용을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 챔버 내 특정 부위의 고장 또는 파손이 발생하는 경우에도 챔버 전체를 교환하는 대신 해당 부분(하부 부분 또는 상부 부분)만을 교환할 수 있는 이점이 있다.
특히, 도 3 및 도 4를 참조하면, 각 스테이지 챔버(100)에서, 히팅부(110)와 차단부(120)의 이격 공간의 높이(이하, “공간 높이”라 지칭함)(H)는 제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)를 가질 수 있다. 제1 높이(H1)는 제2 높이(H2)에 비해 낮은 높이로서, 1㎜ 이하일 수 있으며, 레이저 표면처리가 수행될 때의 높이일 수 있다. 반면, 제2 높이(H2)는 제1 높이(H1)에 비해 높은 높이로서, 웨이퍼 이송부(400)로부터 전달된 웨이퍼(W)를 안착부(112)에 안착하거나, 레이저 표면처리가 완료된 웨이퍼(W)를 안착부(112)로부터 탈착하려는 경우의 높이일 수 있다. 특히, 제1 높이(H1)는 히팅부(110)와 차단부(120) 사이의 이격 공간(S2)에서 에어 커튼 현상(이에 대해서는 후술할 예정)이 발생되어, 에어 커튼 내의 중공 공간(S1)에 위치한 웨이퍼(W) 주변으로 외부의 공기, 열 등이 유입되거나, 중공 공간(S1)의 공기, 열 등이 외부로 유출되는 것을 차단하는 높이일 수 있다.
구체적으로, 히팅부(110)는 웨이퍼(W)의 레이저 표면처리를 위해 웨이퍼(W)를 안착하여 지지하는 구성이다. 이를 위해, 히팅부(110)는 베이스(111), 안착부(112), 쿨링 재킷(cooling jacket)(113) 및 리프트 핀(lift pin)(114)을 포함할 수 있다.
베이스(111)는 판 형태의 구성으로서, 나머지 구성을 지지하며, 안착부(112)는 베이스(111)의 상측에 위치하여 웨이퍼(W)의 안착이 가능하다.
쿨링 재킷(113)은 안착부(112)에 대응하는 베이스(111)의 하측에 위치하는 구성으로서, 레이저 표면처리에 따라 가열된 웨이퍼(W) 및 안착부(112)에 대해 그 열을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 레이저 표면처리에 따라 발생한 열이 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
리프트 핀(114)은 쿨링 재킷(113), 베이스(111) 및 안착부(112)를 관통하여 상하로 그 길이가 조절되는 복수개의 핀으로서, 제어부의 제어 신호에 따라 그 길이가 조절됨에 따라 안착부(112)에 안착되는 웨이퍼(W)의 위치를 상하로 조절할 수 있다. 이러한 리프트 핀(114)의 동작에 따라 웨이퍼(W)는 보다 정확하게 안착부(112)에 안착되거나 안착부(112)로부터 탈착될 수 있다. 즉, 각 리프트 핀(114)이 상승하도록 동작하여 해당 리프트 핀(114)들 상에 웨이퍼 이송부(400)로부터 전달된 웨이퍼(W)가 위치하게 되며, 이후 각 리프트 핀(114)이 하강함으로써 최종적으로 웨이퍼(W)가 안착부(112) 상에 안착될 수 있다. 이후, 레이저 표면처리가 수행되면, 상술한 동작과 반대 순서로 웨이퍼(W)가 안착부(112)로부터 탈착될 수 있다.
차단부(120)는 레이저 표면처리를 위해 조사된 레이저를 통과시키되 히팅부(110)의 상측을 덮어 레이저 표면처리 중의 웨이퍼(W)를 보호하는 구성이다. 이를 위해, 차단부(120)는 창(121), 격벽(122) 및 쿨링 재킷(123)을 포함할 수 있다.
창(121)은 안착부(112)에 대응하여 안착부(112) 상에 위치하는 투명 구성으로서, 레이저부(300)로부터 조사된 레이저를 통과시킨다. 예를 들어, 창(121)은 투명하여 0.2㎛ ~ 1.1㎛의 레이저의 파장을 투과하면서 일정 이상의 강도를 가지는 쿼츠(quartz) 재질로 이루어질 수 있다.
격벽(122)은 안착부(112)의 주변을 둘러쌀 수 있는 일정 높이를 가지는 벽이다. 즉, 격벽(122)은 중공 공간(S1)을 사이에 두고 이를 둘러싸는 형상의 벽으로서, 중공 공간(S1) 내에 안착부(112)가 위치할 수 있으며, 중공 공간(S1) 상에 창(121)이 위치할 수 있다.
쿨링 재킷(123)은 격벽 상에 위치하는 구성으로서, 레이저 표면처리에 따라 가열된 격벽(122)에 대해 그 열을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 레이저 표면처리에 따라 발생한 열이 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 각 스테이지 챔버(100)는 상술한 히팅부(110) 및 차단부(120) 외에, 높이 조절부(130), 에어 커튼부(140) 및 압력 조절부(150)를 더 포함할 수 있다.
높이 조절부(130)는 히팅부(110)와 차단부(120) 사이의 공간 높이(H)를 조절하는 구성이다. 즉, 높이 조절부(130)는 공간 높이(H)가 0이 되도록(이하, 이를 “제3 높이”라 지칭함), 즉 베이스(111)의 상측과 격벽(122)의 하측이 서로 밀착하도록 조절할 수 있다. 또한, 높이 조절부(130)는 공간 높이(H)가 제1 높이(H1) 또는 제2 높이(H2)가 되도록 조절할 수 있다.
예를 들어, 높이 조절부(130)는 상하로 그 길이 조절이 가능한 복수의 리프트 핀을 포함할 수 있다. 이 경우, 각 리프트 핀은 히팅부(110), 특히 베이스(111)를 관통하여 차단부(120)의 격벽(122)의 하부에 연결됨으로써, 그 상하 길이 조절에 따라 차단부(120)를 상하로 이동시켜 히팅부(110)와 차단부(120)의 공간 높이(H)를 조절할 수 있다.
에어 커튼부(140)는 히팅부(110)의 베이스(111) 상측와, 이에 대응하는 차단부(120)의 격벽(122) 하측에 대해, 그 사이의 이격 공간(S2)에 에어 커튼 현상을 발생시키는 구성이다. 이때, “에어 커튼 현상”이란, 출입구에 해당하는 부분에 에어(air)의 강력한 배기 및 흡기 현상을 일으켜, 이에 따라 생성된 에어 흐름(이하, “에어 막”이라 지칭함)을 통해, 출입구에 해당하는 부분의 내외의 공기, 열 등의 흐름을 차단하는 현상을 지칭한다. 이때, 베이스(111)와 격벽(122) 사이의 이격 공간(S2)이 바로 출입구에 해당하는 부분에 해당할 수 있다.
즉, 레이저 표면처리 중에는 히팅부(110)와 차단부(120)의 이격 공간(S2)에서 발생할 수 있는 그 내외부의 공기, 열 등의 흐름을 차단할 수 있는 구조가 필요하다. 하지만, 특정 재질 또는 형상 등을 이용해 이러한 차단 구조를 구현할 경우, 해당 차단 구조는 노화, 습기, 열 등에 의해 쉽게 바뀔 수 있어, 그 차단 효율이 떨어질 뿐 아니라, 이를 유지 보수하기 위한 비용이 많이 소모될 수 있는 문제점이 생긴다. 이를 해결하기 위해, 본 발명은 레이저 표면처리 중에 필요한 이격 공간(S2)에서의 공기, 열 등에 대한 차단 구조를 에어 커튼부(140)에 따른 링 형상의 에어 막을 이용해 간편하게 구현함으로써, 차단 효율을 높일 수 있으면서 동시에 그 유지 보수 비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 에어 커튼부(140)는 배기부(141)와 흡기부(142)를 포함할 수 있다. 평면 상에서 보면, 배기부(141) 및 흡기부(142, 143)는 웨이퍼(W) 및 안착부(112)가 위치하는 중공 공간(S1)의 주위를 둘러싸는 링 형상을 가질 수 있다. 이때, 제1 높이(H1) 상태에서 배기부(141)가 공기를 배출하면, 흡기부(142)는 배기부(141)에서 배출된 공기를 흡입함으로써 에어 막을 형성할 수 있다. 이에 따라, 평면 상에서 보면, 에어 막의 경우도 중공 공간(S1)을 둘러싸는 링 형상을 가질 수 있다.
특히, 제1 흡기부(142)는 배기부(141)의 링 형상 내측에 위치하고, 제2 흡기부(143)는 배기부(141)의 링 형상 외측에 위치할 수 있다. 이에 따라, 배기부(141)를 사이에 두고 제1 및 제2 흡기부(142, 143)를 그 양측에서 배기부(141)의 공기를 흡입할 수 있어, 그 에어 막을 보다 두껍게 형성할 수 있다. 그 결과, 에어 커튼부(140)는 외부의 공기, 열 등이 중공 공간(S1)으로 유입되거나, 중공 공간(S1)의 공기, 열 등이 외부로 유출되는 것을 더 철저하게 차단할 수 있다.
다만, 도 3 내지 도 5에서, 배기부(141) 및 흡기부(142, 143)는 격벽(122)의 하측에 위치하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 배기부(141) 및 흡기부(142, 143)는 베이스(111)의 상측에 위치할 수도 있다. 또한, 배기부(141)가 격벽(122)의 하측 또는 베이스(111)의 상측에 위치할 수 있고, 흡기부(142, 143)가 그와 반대의 상측 또는 하측에 위치할 수도 있다.
특히, 히팅부(110) 및 차단부(120)의 이격 거리 조정 시의 기구적 안정을 위해, 배기부(141) 및 흡기부(142, 143)는 높이 조절부(130), 즉 그 리프트 핀 보다 안착부(112) 또는 중공 공간(S1)에 더 근접한 위치에 마련되는 것이 바람직할 수 있다.
압력 조절부(150)는 격벽(122)의 사이에 마련된 중공 공간(S1)에 가스를 공급하거나, 그 중공 공간(S1) 내의 가스를 배기함으로써, 그 중공 공간(S1) 내에서 표면처리되는 웨이퍼(W)가 필요로 하는 압력 분위기를 유지시키는 구성이다. 즉, 레이저 표면처리 공정 시, 또는 그 전후의 다른 공정 시에, 웨이퍼(W)가 다양한 가스에 노출되어 일정 압력의 분위기에 있을 필요가 있을 수 있다. 이 경우, 히팅부(110) 및 차단부(120) 사이의 공기 높이(H)가 제3 높이로 조절된 상태에서, 압력 조절부(150)가 특정 가스(예를 들어, 질소 가스 등)를 중공 공간(S1)에 공급할 수 있다. 또한, 레이저 표면처리에 따라, 중공 공간(S1) 내의 웨이퍼(W)가 히팅되면서 중공 공간(S1) 내의 압력이 상승할 수 있으며, 이 경우, 히팅부(110) 및 차단부(120) 사이의 공기 높이(H)가 제3 높이로 조절된 상태에서, 압력 조절부(150)가 중공 공간(S1) 내의 가스를 외부로 자동 배기할 수 있다.
압력 조절부(150)는 중공 공간(S1)을 관통하는 가스 이동관과, 가스 이동관의 개폐부와, 가스 이동관을 통해 가스 공급 또는 배기의 동력을 공급하는 펌프 등을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 개폐부, 펌프 등의 동작은 제어부에 의해 제어될 수 있다.
레일(200)은 각 스테이지 챔버(100)의 이동을 가이드하는 구성이다. 이를 위해, 레일(200)은 제1 레일(210) 내지 제5 레일(250)을 포함할 수 있다.
제1 레일(210) 및 제2 레일(220)은 제1 방향(예를 들어, 수직 방향)의 길이를 가지고, 서로 제2 방향(예를 들어, 수평 방향)으로 이격하되 평행하도록 마련되며, 스테이지 챔버(100)에 각각 연결됨으로써 스테이지 챔버(100)의 제1 방향(예를 들어, 수직 방향) 이동을 가이드할 수 있다.
제3 레일(230) 및 제4 레일(240)은 제2 방향의 길이를 가지고, 서로 제1 방향으로 이격하되 평행하도록 마련되며, 제1 레일(210) 및 제2 레일(220)과 연결됨으로써 제1 레일(210) 및 제2 레일(220)의 제2 방향 이동을 가이드하여, 스테이지 챔버의 제2 방향 이동을 가이드할 수 있다.
제5 레일(250)은 제2 방향의 길이를 가지고, 제3 레일(230) 및 제4 레일(240)과 제1 방향으로 이격하되 평행하도록 마련되며, 웨이퍼 이송부(400)에 연결됨으로써 웨이퍼 이송부(400)의 제2 방향 이동을 가이드할 수 있다.
레이저부(300)는 표면처리를 위한 레이저를 조사하는 구성이다. 예를 들어, 레이저부(300)는 레이저를 생성 출력하는 광원부와, 레이저 표면처리를 위한 위치에 정렬된 스테이지 챔버(100)로 레이저를 처리하여 가이드하는 광학계 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 광원부는 DPSS(Diode pumped solid state) 레이저, 플래쉬 LPSS(lamp pumped solid state) 레이저 등을 생성할 수 있고, 이때 생성된 레이저는 다양한 반복율과 다양한 펄스당 에너지를 가질 수 있다. 또한, 광학계는 호모게나이저(homogenizer), 필드렌즈, 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens), 마스크(mask) 등을 포함할 수 있다.
웨이퍼 이송부(400)는 미 표면처리된 웨이퍼(W)를 카세트(cassette)에서 스테이지 챔버(100)로 이송하거나, 표면처리 완료된 웨이퍼(W)를 스테이지 챔버(100)에서 카세트(cassette)로 이송하는 구성이다. 예를 들어, 웨이퍼 이송부(400)는 웨이퍼(W)을 집고 이동시킬 수 있는 다양한 로봇을 포함할 수 있다.
카메라부(500)는 레이저 표면처리의 상황을 이미지 센싱하는 구성이다. 이를 위해, 카메라부(500)는 제1 카메라(510) 내지 제3 카메라(520)를 포함할 수 있다.
제1 카메라(510)는 레이저부(300)의 레이저 최종 조사 방향에 대한 이미지를 획득하는 카메라이다. 예를 들어, 제1 카메라(510)는 레이저부(300)의 최종 조사 위치에 레이저 표면처리가 수행되어야 할 스테이지 챔버(100)가 제대로 정렬됐는지, 해당 스테이지 챔버(100)에서 수행되고 있는 레이저 표면처리 상황 등에 대한 이미지를 획득할 수 있다.
제2 카메라(520) 및 제3 카메라(530)는 각 스테이지 챔버(100)에 대한 전용의 카메라이다. 즉, 제2 카메라(520) 및 제3 카메라(530)는 각 스테이지 챔버(100)가 제1 방향에서 이동하는 경우, 자신의 전용 레일을 따라 해당 제1 방향을 따라 이동하면서, 해당 스테이지 챔버(100)의 상황에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제2 카메라(520) 및 제3 카메라(530)는 각 스테이지 챔버(100)의 위치, 각 스테이지 챔버(100)에 웨이퍼(W)가 안착 또는 탈착 여부 등에 대한 이미지를 획득할 수 있다.
제어부(미도시)는 스테이지 챔버(100), 레일(200), 레이저부(300), 웨이퍼 이송부(400) 및 카메라부(500) 등 각 구성의 동작을 제어하는 구성이다. 특히, 제어부는 카메라부(500)로부터 수신한 각종 이미지를 분석하여, 레이저 표면처리에 필요한 각종 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부는 스테이지 챔버(100)에서 리프트 핀(114), 높이 조절부(130), 에어 커튼부(140) 및 압력 조절부(150) 등의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부는 높이 조절부(130)가 제1 동작하도록 제어하여, 히팅부(110) 및 차단부(120) 사이의 공간 높이(H)를 제1 높이(H1)로 조절할 수 있다. 이후, 제어부는 에어 커튼부(140)가 동작하도록 제어하여, 에어 막 형성이 가능하도록 할 수 있고, 압력 조절부(150)가 동작 중지하도록 제어하여, 가스 공급이 중지되게 할 수 있다.
또한, 제어부는 높이 조절부(130)가 제2 동작하도록 제어하여, 히팅부(110) 및 차단부(120) 사이의 공간 높이(H)를 제2 높이(H2)로 조절할 수 있다. 이후, 제어부는 안착부(112)에 웨이퍼(W)가 안착 또는 탈착되도록 제어하고, 공급 에어 커튼부(140) 또는 압력 조절부(150)가 동작 중지하도록 제어하여, 에어 막 형성 또는 가스 공급이 중지되게 할 수 있다.
또한, 제어부는 높이 조절부(130)가 제3 동작하도록 제어하여, 히팅부(110) 및 차단부(120) 사이의 공간 높이(H)를 제3 높이로 조절할 수 있다. 이후, 제어부는 압력 조절부(150)가 동작하도록 제어하여, 가스 공급 및 열 배기가 가능하도록 할 수 있고, 공급 에어 커튼부(140)가 동작 중지하도록 제어하여, 에어 막 형성이 중지되게 할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 스테이지 챕버 110: 히팅부
111: 베이스 112: 안착부
113, 123: 쿨링 재킷 114: 리프트 핀
120: 차단부 121: 창
122: 격벽 130: 높이 조절부
200: 레일 210: 제1 레일
220: 제2 레일 230: 제3 레일
240: 제4 레일 250: 제5 레일
300: 레이저부 400: 웨이퍼 이송부
500: 카메라부 510: 제1 카메라
520: 제2 카메라 530: 제3 카메라
W: 웨이퍼 S1: 중공 공간
S2: 이격 공간 H: 공간 높이
H1: 제1 높이 H2: 제2 높이

Claims (10)

  1. 레이저 스캔을 통해 웨이퍼의 반도체 소자에 대한 상태 또는 성질을 변화시키는 처리인 레이저 표면처리 시에 사용되는 스테이지 챔버로서,
    상측에 웨이퍼의 안착이 가능한 안착부와, 안착부를 지지하는 베이스를 각각 구비하며, 하부 부분을 이루는 히팅부;
    안착부에 대응하는 위치에 마련되어 레이저를 통과시키는 창과, 히팅부의 안착부 주변을 둘러쌀 수 있는 격벽을 각각 구비하며, 히팅부 상에 위치하여 상부 부분을 이루는 차단부;
    상하로 그 길이 조절이 가능한 복수의 리프트 핀을 구비하여, 히팅부와 차단부 사이의 공간 높이를 조절하는 높이 조절부; 및
    히팅부와 격벽 사이의 공간에 대해 에어 막을 형성하는 에어 커튼부;를 포함하며,
    상기 히팅부와 상기 차단부가 분리 및 결합되는 구조를 가져 상기 히팅부 및 상기 차단부 중 어느 하나만의 교체가 가능하고,
    상기 에어 커튼부는, 안착부를 둘러싸는 링 형상으로 형성되어 공기를 배출하는 배기부와, 안착부를 둘러싸는 링 형상으로 형성되고 배기부의 링 형상 내측에 마련되어 배기부에서 배출된 공기를 흡입하는 제1 흡기부와, 안착부를 둘러싸는 링 형상으로 형성되고 배기부의 링 형상 외측에 마련되어 배기부에서 배출된 공기를 흡입하는 제2 흡기부를 각각 포함하며,
    상기 배기부, 상기 제1 및 제2 흡기부는 모두 상기 격벽 하측에 마련되거나 모두 베이스의 상측에 마련되되, 상기 리프트 핀 보다 상기 안착부에 더 근접한 위치에 마련되며,
    상기 높이 조절부의 제1 동작에 따라 히팅부 및 차단부 사이의 공간 높이가 제1 높이인 경우에 에어 커튼부가 동작하고,
    상기 높이 조절부의 제2 동작에 따라 히팅부 및 차단부 사이의 공간 높이가 제1 높이 보다 높은 제2 높이인 경우에 안착부에 웨이퍼가 안착 또는 탈착되는 것을 특징으로 하는 반도체 표면처리용 스테이지 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안착부에 대응하는 상기 베이스의 하측에 마련되며, 레이저 표면처리에 따라 가열된 웨이퍼 및 안착부에 대해 열을 저감하는 쿨링 재킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 표면처리용 스테이지 챔버.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각 리프트 핀은 히팅부를 관통하여 차단부의 격벽의 하부에 연결됨으로써 그 상하 길이 조절에 따라 차단부를 상하로 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 표면처리용 스테이지 챔버.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 격벽의 사이 공간으로 가스를 공급하거나 그 사이 공간 내의 가스를 배기하여, 그 사이 공간의 압력을 조절하는 압력 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 표면처리용 스테이지 챔버.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 높이 조절부의 제3 동작에 따라 히팅부 및 차단부 사이가 밀착된 경우에 압력 조절부가 동작하는 것을 특징으로 하는 반도체 표면처리용 스테이지 챔버.
  9. 레이저 스캔을 통해 웨이퍼의 반도체 소자에 대한 상태 또는 성질을 변화시키는 처리인 레이저 표면처리 시에 사용되는 반도체 표면처리 장치로서,
    레이저 표면처리를 위한 레이저를 조사하는 레이저부와, 웨이퍼를 안착 또는 탈착하며 안착된 웨이퍼에 대한 레이저 표면처리를 위한 공간을 제공하는 복수의 스테이지 챔버와, 각 스테이지 챔버가 이동 가능하도록 마련된 다수의 레일을 각각 포함하며,
    상기 각 스테이지 챔버는,
    상측에 웨이퍼의 안착이 가능한 안착부와, 안착부를 지지하는 베이스를 각각 구비하며, 하부 부분을 이루는 히팅부;
    안착부에 대응하는 위치에 마련되어 레이저를 통과시키는 창과, 히팅부의 안착부 주변을 둘러쌀 수 있는 격벽을 각각 구비하며, 히팅부 상에 위치하여 상부 부분을 이루는 차단부;
    상하로 그 길이 조절이 가능한 복수의 리프트 핀을 구비하여, 히팅부와 차단부 사이의 공간 높이를 조절하는 높이 조절부; 및
    히팅부와 격벽 사이의 공간에 대해 에어 막을 형성하는 에어 커튼부;를 포함하며,
    상기 히팅부와 상기 차단부가 분리 및 결합되는 구조를 가져 상기 히팅부 및 상기 차단부 중 어느 하나만의 교체가 가능하고,
    상기 에어 커튼부는, 안착부를 둘러싸는 링 형상으로 형성되어 공기를 배출하는 배기부와, 안착부를 둘러싸는 링 형상으로 형성되고 배기부의 링 형상 내측에 마련되어 배기부에서 배출된 공기를 흡입하는 제1 흡기부와, 안착부를 둘러싸는 링 형상으로 형성되고 배기부의 링 형상 외측에 마련되어 배기부에서 배출된 공기를 흡입하는 제2 흡기부를 각각 포함하며,
    상기 배기부, 상기 제1 및 제2 흡기부는 모두 상기 격벽 하측에 마련되거나 모두 베이스의 상측에 마련되되, 상기 리프트 핀 보다 상기 안착부에 더 근접한 위치에 마련되며,
    상기 높이 조절부의 제1 동작에 따라 히팅부 및 차단부 사이의 공간 높이가 제1 높이인 경우에 에어 커튼부가 동작하고,
    상기 높이 조절부의 제2 동작에 따라 히팅부 및 차단부 사이의 공간 높이가 제1 높이 보다 높은 제2 높이인 경우에 안착부에 웨이퍼가 안착 또는 탈착되는 것을 특징으로 하는 반도체 표면처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    제1 스테이지 챔버에 안착된 웨이퍼가 표면처리되는 동안, 제2 스테이지 챔버에서는 해당 챔버에서 표면처리된 웨이퍼가 탈착되고 미 표면처리된 다른 웨이퍼가 안착되는 것을 특징으로 하는 반도체 표면처리 장치.
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