KR102326637B1 - 그 가장자리 영역에서 지지되는 기판의 변형을 방지하는 방법 및 장치 - Google Patents

그 가장자리 영역에서 지지되는 기판의 변형을 방지하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

이 방법과 장치는 지지부나 척에서 그 가장자리 영역이나 주변이 지지되는, 예컨대 웨이퍼와 같은 기판의 변형을 방지하며, 또한 기판의 활성 영역의 손상 및/또는 오염을 회피한다. 상세하게는, 기판은 오직 그 주변 또는 가장자리 부분에서, 즉 기판의 비활성 영역에서 기계적으로 지지되며; 추가의 비-기계적 연장 지지부가 가스 쿠션에 의해 활성 영역에서 제공된다. 가스 쿠션은, 기판의 아래로의 편향을 차별적이고 제어되게 보상하기 위해 제어 가능한 퍼즐 또는 퍼지에 의해 생성된다.

Description

그 가장자리 영역에서 지지되는 기판의 변형을 방지하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PREVENTING THE DEFORMATION OF A SUBSTRATE SUPPORTED AT ITS EDGE AREA}
본 발명은, 지지부나 척(chunk)에서 그 가장자리 영역이나 주변이 지지되는, 예컨대 웨이퍼와 같은 기판의 변형을 방지하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 다음에서, 표현, 지지부 및 척은 동의어로 사용된다. 기판은, 예컨대 원형, 직사각형, 타원형, 정사각형 등과 같은 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다.
포토리소그라피의 경우에, 노출되는, 예컨대 반도체 웨이퍼와 같은 기판이나 웨이퍼는 일반적으로 예컨대 평면 척과 같은 평면 지지부 상에서 배치되어 진공을 사용하여 흡입에 의해 고정한다. 다수의 흡입 개구가 평면 척 표면 전반에 본질적으로 균일하게 분포하여, 기판 또는 웨이퍼의 전체 표면은 지지부나 척의 전체 마주보는 표면과 접촉한다.
예컨대, 후면 상에서 활성 표면 또는 영역의 범위에서 감지 가능한 구조가 이미 제공되거나, 미리-처리되지 않은 기판은, 전체 지지 표면 전반에서 흡입에 의해 고정될 때 이 활성 영역에서 불순물 입자에 의해 손상되거나 오염될 수 있으며; 유사하게 기판이나 웨이퍼의 후면 상에 코팅된 래커(lacquer) 또한 손상되거나 오염될 수 있다.
이러한 문제를 극복하여 기판의 활성 영역의 손상이나 오염을 회피하기 위해, 그 주변 가장자리에서만 기판을 지지하는 것을 제안하였으며; 기판의 비-활성 주변 영역과 마주보는 척의 주변 영역에서의 흡입 개구를 갖는 주변 또는 가장자리 흡입의 이러한 경우에, 기판의 내부(즉, 활성) 영역과 이 기판과 마주보는 지지부 표면의 내부 부분 사이에 간격이 있다. 이 경우, 그러나, 기판 또는 웨이퍼는 중력으로 인해 그리고 그 두께, 직경 및 강성에 따라 아래로 편향되거나 구부려질 수 있다. 그러한 편향 또는 아래로 구부려짐은, 기판이 마스크에 가까이 매우 작은 거리에 위치지정되어야 한다면, 기판과 마스크 사이의 공기 쿠션 증가로 인해 발생할 수 도 있다. 포토리소그라피의 경우에, 그러한 아래로 구부려짐은 결국 과도한 저 구조적 해상도와 불균일성을 초래하며, 이는 포토마스크와 기판 사이의 거리가 처리할 영역 전반에서 변하기 때문이다.
활성 영역에 배치된 지지 핀의 사용은 기판의 2차 구부러짐을 방지하지 못하며, 더 나아가 기판의 활성 영역의 불리한 기계적 접촉을 여전히 필요로 하지만, 접촉 면적은 상대적으로 작다.
본 발명의 목적은, 지지부나 척에서 그 가장자리 영역이나 주변이 지지되는 예컨대 웨이퍼와 같은 기판의 변형을 방지하는 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 또한 기판의 활성 영역의 손상 및/또는 오염을 회피하는 것이다. 본 목적은 청구범위의 특성으로 달성한다.
본 발명의 해법은, 상세하게는 기판의 비-활성 영역에서만 주변 또는 가장자리 부분에서 기판을 기계적으로 지지하며 가스 쿠션에 의해 활성 영역에서 추가적인 비-기계적 연장 지지부를 제공하는 일반적인 아이디어를 기초로 한다. 예컨대, 가스 쿠션은, 기판의 아래로 구부려짐을 차별적으로 제어하여 보상하기 위해 바람직하게는 기판의 중심 아래에 배치되는 제어 가능한 노즐 또는 퍼지에 의해 동적으로 생성된다. 구체적으로, 가스 쿠션의 가스는 방사상 외부 방향으로 흘러, 기판의 둘레에 가까운 구멍으로 배출된다. 가스 쿠션의 이러한 동적인 생성은 결국 기판 둘레에 가까이에서 지지력의 감소를 초래하여, 기판의 가장자리와 척의 가장자리 부분 사이에 충분한 접촉력을 유지한다. 노즐에는 프로세서 조건에 따라 상이한 가스 매체가 공급될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 편향은 제어되는 방식으로 무접촉으로 보상할 수 있으며, 더 나아가, 마스크와 노출될 기판 사이의 평형성은 조정할 수 있다. 기판의 후면의 입자 오염은 적절한 가스 매체, 바람직하게는 깨끗한 가스를 사용하여 회피할 수 있으며, 이는 기판의 후면과 척 사이의 활성 영역에서 기계적 접촉이 없기 때문이다. 더 나아가, 가스 쿠션은 최종 제품과 프로세스 품질에 관한 입자 오염의 영향을 감소시키며, 이는 임의의 회피 불가능한 입자가 기계적 지지부가 없음으로 인해 위로의 임의의 아칭(arching)을 발생시키지 않기 때문이다. 본 발명은 또한 기판의 위로 볼록한 구부러짐 또는 편향을 허용하며; 그러한 제어되는 볼록한 구부러짐은, 공기의 포함을 회피하고 공기의 배출을 지원하기 위해 마스크와 기판 사이의 매우 가까운 거리를 필요로 하는 포토리소그라피 프로세스에서 특히 적절하다.
기판 편향의 보상은, 가스 쿠션의 크기와 형상을 제어하기 위해 상이한 속성의 교환 가능한 노즐 및/또는 제어 가능한 노즐에 의해 기판의 속성에 기초하여 조정할 수 있다.
본 발명은 또한 다음과 같이 예시한다:
기판 또는 웨이퍼의 (원형) 직경 또는 (정사각형) 가장자리 길이는 예컨대 1000mm까지, 예컨대 50mm 내지 400mm일 수 있다.
기판 또는 웨이퍼의 두께는 예컨대 10mm 이상까지, 예컨대 50㎛ 내지 1000㎛일 수 있다.
기판 또는 웨이퍼의 타입은, 예컨대 실리콘, 유리, GaAs, 금속, 합금 또는 플라스틱과 같은 포토리소그라픽 프로세스에 적절한 임의의 소재로부터 선택할 수 있지만; 그러나 본 발명은 또한, 주변 부분에서 지지되는 기판의 편향이 회피되어야 하거나 특정한 편향을 만들어야 한다면 - 후속하여 기판에 적용되는 프로세스에 상관없이 - 다른 소재의 경우에도 사용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 임의의 적절한 가스 매체를 사용하여, 예컨대 질소, 가압 공기 또는 깨끗한 또는 순수 가스와 같은 가스 쿠션을 생성할 수 있다.
노즐의 팁과 기판의 목표 위치 사이의 거리는 기판의 예상 편향에 의존하며 예컨대 10㎛와 1000㎛ 사이일 수 있다.
노즐 개구의 직경은 예컨대, 0.1mm 내지 5mm일 수 있으며, 바람직하게도 500㎛ 내지 1500㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예는 수반하는 도면을 참조하여 또한 기재할 것이다.
도 1(a)는 본 발명에 따른 기판 또는 웨이퍼가 있는 지지부 또는 척의 개략적인 횡단면도이다.
도 1(b)는 도 1(a)의 시스템에서 동적 가스 쿠션에 의해 생성되어 기판에 작용하는 위로 향하는 힘을 개략적으로 도시한다.
도 2는 상이한 웨이퍼 두께에 대한 가스 흐름에 따른 웨이퍼 편향의 테스트 결과를 도시한다.
도 3은 가스 흐름에 따른 웨이퍼 편향의 테스트 결과를 도시한다.
도 4는 상이한 웨이퍼에 대한 노즐을 통한 가스 흐름에 따른 마스크에 대한 기판의 편향을 도시한다.
도 5는 목표 거리에 따른 마스크와 웨이퍼 사이의 정확한 거리를 조정하기 위해 필요한 시간을 도시하며; 또한 최종(목표) 거리에 도달하는데 필요한 최소 가스 흐름이 도시된다.
도 1에 도시한 바와 같은 본 발명에 따른 예시적인 장치는 축(A)을 갖는 원형 지지부 또는 척(1)을 포함한다. 앞서 나타낸 바와 같이, 예컨대, 원형, 직사각형, 타원형, 정사각형 등과 같이 척 및 웨이퍼의 대안적인 형상이 가능하다. 종래 기술의 척과 대조적으로, 본 발명에 따른 척은 매우 제한된 지지 영역, 즉 척의 주변에서 가장자리 부분(2)을 포함한다. 이 가장자리 부분(2)에는 기판(6)과 마주보는 그 노출 표면에서 진공원(V)(미도시)에 연결되는 개구(4)가 제공되어 가장자리 부분(2)의 접촉 표면과 기판의 가장자리 영역(7) 사이의 경계에 저압을 제공하여 기판(6)을 지지부(1)에 고정한다. 그러한 주변 가장자리 영역(7)은 기판(6)의 내부 영역(8)을 에워싸서, 척과 마주보는 내부 영역(8)의 표면은 척(1)의 내부 부분(3)과 접촉하지 않으며 간격(5)을 제공한다. 그러한 간격(5)은 내부 부분(3)의 바닥으로부터 (가장자리 부분(2)의 높이에 대응하는) 척과 마주보는 기판(6)의 표면까지 측정한 깊이(d)를 가지며; 그러한 깊이(d)는, 기판의 직경에 따라 예컨대 대략 10㎛ 내지 수 mm, 예컨대 10㎛ 내지 5mm에 이를 수 있다.
도 1은 이상적으로 위치지정된 평면 기판(6)을 도시하며, 즉 이 기판은 척(1)과 포토 마스크(M)에 평행하다. 기판(6)의 중량, 크기 및 강성으로 인해, 기판은 사실 아래로 구부려지거나 편향될 수 있어서, 축(A)을 중심으로 한 기판(6)의 중심은 지지부(1)의 가장자리 부분과 접촉하는 가장자리 영역(7)보다 낮게 된다. 본 발명의 장치는, 그러나, 척(1)과 기판(6) 사이의 간격의 중심 부분에 만든 가스 쿠션(9)에 의해 그러한 원치 않는 편향을 회피한다. 그러한 가스 쿠션(9)은 예컨대 척(1)에 동축으로 배치되어 노즐(10)의 구멍을 통해 기판(6)의 바닥 표면 쪽으로 예컨대 질소(N2)와 같은 적절한 가스를 공급하는 노즐 또는 퍼지(10)에 의해 제공될 수 있다.
가스 쿠션(9)의 잉여 가스(12)가 그 가장자리 부분(2)에 가까운 지지부(1)에 배치된 구멍(11)을 통해 외부로 배출될 수 있으며; 이러한 잉여 가스의 배출은, 척(1)의 가장자리 부분(2)에 고정되는 기판의 과도한 감쇄를 회피하기 위해 필요해 보인다. 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 노즐로부터 방사상 외부의 영역, 즉 노즐(10)과 구멍(11) 사이의 영역은 또한 기판(6)의 지지부에 기여하여, 기판(6)의 아래로의 편향의 보상에 기여한다. 구체적으로, 기판에 작용하는 위로 향하는 힘(F)은 노즐(10)로부터의 방사상 거리가 증가함에 따라 감소한다.
노즐(10)을 통한 가스 흐름은 기판의 속성(예컨대, 크기, 두께, 중량, 강성 등), 기판의 원하는/필요한 형상, 노즐(10)의 치수(개구의 직경), 노즐(10)의 팁과 기판(6) 사이의 거리, 척(1)의 간격(5)의 크기 및 기타 관련 파라미터에 따라 제어한다. 화살표(N2)로 개략적으로 도시한 가스 흐름은 제어되는 가스압(예컨대, 2bar)과 유량계(미도시)와 결합된 조정 가능한 제어 밸브(미도시)에 의해 제어할 수 있다.
도 2는 가스 흐름(l/min 단위)에 따른 기판 중심에서의 편향의 테스트 결과를 도시한다. 이러한 기판은 150mm의 직경, 364 및 722㎛(도 2의 왼쪽 표)의 두께 및 364㎛ 및 725㎛의 두께(도 2의 오른쪽의 도면에서)를 가지며, 노즐의 팁과 기판 사이의 간격은 200 또는 300㎛이다.
척 축(A)에 동축으로 위치지정된 노즐의 팁과 척의 가장자리 부분(2)의 접촉면을 연결하는 이상적인 수평선 사이의 200㎛의 수직 거리에 의해, 20㎛의 기판(두께(360㎛))의 초기의 아래로의 편향은 도 2의 왼쪽 표에 도시한 바와 같이 400l/h=6.7l/min의 N2 흐름으로 쉽게 보상할 수 있다.
도 3은, 0l/min부터 16l/min까지 위로 그리고 0l/min까지 아래로 N2 가스 흐름의 증가와 감소 동안 제어되는 웨이퍼 편향의 대응하는 도표와 테스트 데이터를 도시한다. 즉, 16l/min의 N2 가스 흐름은 결국 기판(6)의 외부 가장자리 영역(7)에서 50㎛로 설정된 공칭 간격(d)에서 웨이퍼의 중심에서 대략 25㎛의 편향을 초래한다.
도 4는, 460㎛의 동일 두께의 다섯 개의 상이한 Si-웨이퍼에 대해, 상이한 가스 흐름인 경우의 각각의 웨이퍼와 마스크 사이의 두 개의 상이한 거리 설정에 대한 측정 거리를 도시한다. 50㎛ 목표 거리의 경우, 마스크와 웨이퍼 사이의 측정된 중심 거리("□" 참조)는, 2.5l/min의 가스 흐름(즉, 50 내지 53㎛)을 갖기보다는 가스 흐름을 갖지 않고 대략 5㎛보다 크다(즉, 55 내지 58㎛)("x" 참조). 20㎛ 목표 거리의 경우에, 마스크와 웨이퍼 사이의 측정된 중심 거리는 20㎛와 22㎛ 사이의 범위에 있다("o" 참조).
도 5는, 마스크와 웨이퍼 사이의 정확한 거리(목표 거리)(이 예시적인 경우에서의 두께: 460㎛)의 조정에 필요한 시간이 이 거리에 의존함, 즉 이 필요한 시간이 웨이퍼와 마스크 사이의 공기 유출이 더 느림으로 인해 더 짧은 거리의 경우 더 길어진다는 점을 도시한다. 또한, 도 5는, 주어진 웨이퍼에 대해, 마스크와 웨이퍼 사이의 더 낮은 목표 거리가 더 높은 가스 흐름을 필요로 함을 도시한다. 두 경우, 마스크와 웨이퍼 사이의 실제 거리는 웨이퍼의 중심에서 측정한다.
앞서 기재한 장치는 원형 횡단면을 갖는다. 본 발명에 따르면, 척 또는 지지부의 형상은 상이할 수 있으며 기판 또는 웨이퍼의 형상에 부합하기 위해 요건에 따라서 임의의 형상을 가질 수 있다. 즉, 지지부는 직사각형, 정사각형, 타원형 등일 수 있다.
본 발명은 도면 및 앞선 상세한 설명에서 상세하게 예시하고 기재하였지만, 그러한 예시와 기재는 예시적이며 비-제한적인 것으로 간주될 것이다. 본 발명은 그에 따라 개시한 실시예로 제한되지 않는다. 개시한 실시예에 대한 변형은, 도면, 개시 및 첨부한 청구범위를 연구하면 당업자가 이해하여 실현할 수 있으며 청구된 발명을 실행할 수 있다. 청구범위에서, 용어, '포함하는'은 다른 요소나 단계를 배제하지 않으며, 단수 형태의 기재(부정관사 'a' 또는 'an')는 다수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서나 다른 유닛이 청구범위에서 언급한 여러 항목의 기능을 실행할 수 있다. 특정 조치가 상호 상이한 종속항에 언급되어 있다는 단순한 사실이 이들 조치의 조합이 사용하는 것이 유리할 수 없다는 점을 나타내지는 않는다.

Claims (12)

  1. 지지부(1) 상에 기판(6)을 지지하는 방법으로서,
    상기 기판(6)은 내부 영역(8)과, 상기 내부 영역(8)을 에워싸는 가장자리 영역(7)을 가지고, 상기 지지부(1)는 상기 기판(6)의 가장자리 영역(7)과 접촉하는 가장자리 부분(2)과, 기계적 접촉 없이 상기 기판(6)의 노출된 내부 영역(8)과 마주보는 내부 부분(3)을 가지며, 상기 방법은 상기 지지부(1)의 내부 부분(3)과 상기 기판(6) 사이에 가스 쿠션(9)을 제공하며,
    상기 가스 쿠션(9)은 가스가 공급되는 제어가능한 노즐(10)에 의해 생성되며, 상기 기판(6)의 하측으로의 구부러짐이 제어되는 방식으로 무접촉으로 보상되도록 그리고 상기 가스 쿠션(9)이 상기 기판(6)의 위로 볼록한 구부러짐을 가능하게 하도록 상기 가스 쿠션(9)이 만들어지는, 기판 지지 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기판(6)의 가장자리 영역(7)과 상기 지지부(1)의 가장자리 부분(2) 사이의 접촉은 진공 흡입에 의해 제공되는, 기판 지지 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가스 쿠션(9)은, 가스가 공급되는 노즐(10) 또는 퍼지(purge)에 의해 생성되는, 기판 지지 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가스 쿠션(9)은 상기 지지부(1) 및/또는 상기 기판(6)에 동축으로 배치되는, 기판 지지 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가스 쿠션(9)으로부터의 잉여 가스(12)가 구멍(11)을 통해 상기 지지부(1)로부터 배출되는, 기판 지지 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 가스에 의해 생성되며 상기 기판의 아래로 마주하는 표면에 작용하는 위로 향하는 힘은 노즐의 위치로부터 상기 지지부의 가장자리 부분(2)을 향해 감소하여 상기 기판(6)의 아래로의 편향의 보상에 기여하는, 기판 지지 방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 방법을 실행하는 장치로서,
    (a) 수평 지지부(1)로서,
    (a1) 상기 기판(6)을 그 가장자리 영역(7)에서 지지하는 가장자리 부분(2)과,
    (a2) 상기 가장자리 부분(2)의 상부 표면보다 낮은(거리(d)) 내부 부분(3)을 갖는 상기 수평 지지부(1)와,
    (b) 상기 지지부(1)의 내부 부분(3)과 상기 기판(6)의 내부 영역(8) 사이에 가스 쿠션(9)을 제공하는 수단을 포함하는, 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 가스 쿠션 제공 수단은 상기 지지부(1) 및/또는 상기 기판(6)에 동축으로 배치되는, 장치.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 가스 쿠션 제공 수단은 노즐 또는 퍼지(10)를 포함하는, 장치.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 지지부(1)의 가장자리 부분(2)은, 상기 기판의 가장자리 영역(7)의 상기 지지부(1)의 가장자리 부분(2)으로의 진공 흡입을 위해 진공 수단(V)에 연결되는 개구(4)를 포함하는, 장치.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 지지부(1)에 배치되어, 상기 가스 쿠션(9)으로부터의 잉여 가스를 배출하는 구멍(11)을 포함하는, 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 가스 배출 구멍(11)은 상기 지지부(1)의 가장자리 부분(2) 가까이에 배치되는, 장치.
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