KR102374092B1 - 웨이퍼 코팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼 코팅장치는, 로봇암의 말단부에 설치되어 웨이퍼 상에 코팅 기체를 방출하는 코팅기체방출부, 서로 다른 지름으로 동심원의 계단형으로 형성되는 복수개의 웨이퍼안착홈을 포함하고, 웨이퍼의 지름에 따라 복수의 웨이퍼안착홈 중 어느 하나에 웨이퍼를 안착시키는 웨이퍼안착부, 웨이퍼안착부가 코팅 공정 중 일정한 위치를 유지하도록 지지하는 프레임, 프레임 중 웨이퍼안착부에 근접하는 지점에 설치되어 웨이퍼의 지름 및 웨이퍼안착홈의 바닥면으로부터 웨이퍼의 저면에 이르는 높이를 각각 측정할 수 있는 레이저센서 및 레이저센서로부터 측정된 지름 측정 결과값과 높이 측정 결과값을 전달받아 로봇암과 코팅기체방출부를 제어하는 제어부를 포함하고, 코팅기체방출부는, 공기와 플라즈마와 사전 선택된 증착물질 기체를 혼합함으로써 코팅 기체를 만든 후, 코팅 기체를 웨이퍼 상으로 방출하는 것을 특징으로 한다. 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 다양한 크기의 웨이퍼 표면을 안정적으로 증착 및 코팅 처리 가능한 웨이퍼 코팅장치를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

웨이퍼 코팅장치{A WAFER COATING DEVICE}

본 발명은 반도체 생산 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼의 표면을 코팅 처리하는 코팅장치에 관한 것이다.

반도체 기술은 소형화와 고효율을 향해 고도화되고 있다. 1980년 대 한국에 반도체 산업이 들어선 후, 약 40년이 지난 지금까지 반도체 시장에서는 집적화, 소량화 등 각종 기술의 고도화가 이뤄졌다. 이로 인해 어떤 공정을 담당하는 산업은 시장의 흐름에 따라 휘청이고, 또 다른 공정을 맡는 산업은 눈에 띄는 성장세는 없어도 꾸준한 수요와 함께 시장을 유지해가기도 한다.

모래 속에 많이 존재하는 실리콘을 정제한 뒤, 실리콘을 진공 상태의 도가니에 넣어 녹인 후 원통 모양의 잉곳을 만들어낸다. 다이아몬드 톱으로 잉곳을 얇은 원판 모양으로 잘라 웨이퍼를 만든 뒤, 회로의 정밀도를 높이기 위해 연마 장비로 웨이퍼의 표면을 매끈하게 다듬는다. 연마 후 표면에 남은 물질을 세척하고 나면 회로를 그릴 수 있는 판이 마련된다.

소형화 추세를 따라 칩은 점점 작아져왔지만, 웨이퍼의 크기는 점점 커지고 있다. 1970년대에는 약 1~3인치(25~76mm)의 크기였다면, 현재는 12인치(300mm)의 웨이퍼를 주로 사용하고 있다. 더욱 커지는 웨이퍼 크기와, 칩 크기의 소형화로 인해 웨이퍼 한 장에 더 많은 칩을 만들어낼 수 있게 되었다.

실리콘 자체는 부도체 물질로 전기가 통하지 않는다. 전기가 통해 반도체로서 역할을 수행할 수 있도록 웨이퍼에 산화막(SiO2)를 덮어준다. 이는 절연막 역할을 함으로써 회로 간 누설전류를 방지하는 동시에 유전 역할을 하며, 이후의 공정에서 웨이퍼의 보호막으로 작용한다. 산화막을 입히는 방식으로는 열산화 방식이 주로 사용되며, 이는 건식산화와 습식 산화로 나뉜다. 건식산화는 순수한 산소를 이용해 산화막 생성 속도가 느려서 얇은 막을 도포할 때 사용되며, 습식산화는 용해도가 높은 수증기를 함께 이용해 산화막 생성 속도가 빨라서 두꺼운 막을 형성할 때 주로 이용된다. 이 공정에서는 각각의 산화 효율을 높이는 방식으로 산화 공정 기술이 전개됐다.

이어지는 포토 공정에서는 먼저, 회로도가 그려진 마스크(Mask)를 웨이퍼 위에 위치시킨 후 빛을 통과시켜 회로를 새기는 노광 공정이 이뤄진다. 마스크란 컴퓨터 시스템(CAD, Computer-aided Design)으로 제작할 회로도를 설계한 뒤, 순도 높은 석영으로 만든 기판 위에 크롬으로 회로를 그려낸 도면을 말한다. 웨이퍼에 회로도를 그리기 전에, 먼저 산화막이 덮인 표면 위에 감광제를 도포한다. 이때 미세한 회로 패턴을 그리기 위해서는 감광제를 얇고 균일하게 분사해야 한다. 이후 웨이퍼에 마스크를 올린 뒤 빛을 쏘면, 마스크의 회로 패턴을 따라 빛이 통과해 웨이퍼에 그려지게 된다.

이후 진행되는 현상 공정은 노광된 회로 패턴을 따라 불필요한 영역을 제거하는 과정이다. 작업 후 도포된 감광제 위에 현상액을 뿌려주면, 노광된 부분과 노광되지 않은 부분이 빛에 의해 다르게 용해됨으로써 미세한 전자회로 패턴이 남게 된다. 이때 양성 감광제를 사용하면 빛이 닿은 부분이 제거되고, 음성 감광제를 사용하면 빛이 닿은 부분만 남게 된다.

여기서 현재 압도적인 우위를 차지하고 있는 기업이 ASML이다. 2017년 기준 노광장비 부문에서 85%이라는 독보적인 점유율을 보이고 있다. 최근 7nm 이하의 초미세 반도체 제작 경쟁에 있어 영향이 큰 부분이 바로 이 포토 공정이다. 특히 ASML은 이런 나노 단의 제품 제작에 필수로 사용되는 EUV 노광 장비 기술을 보유하고 있어 7nm 칩을 제작하는 삼성전자 등 반도체 업계 거물들은 ASML의 장비 외에 다른 선택지가 없는 상황이다.

수율을 좌우하는 식각 공정은 회로패턴 이외의 부분을 제거하는 공정으로, 부식액을 이용해 감광액이 없는 부분의 산화막을 벗겨내 회로를 만들어낸다. 이는 부식액의 종류에 따라 건식과 습식으로 분류할 수 있다. 건식 식각은 반응성 기체나 이온을 이용하는 방식이며, 습식 식각은 용액의 화학적 반응을 통해 제거하는 방식이다. 이중 건식은 미세한 회로를 그리는 데 유리해 주로 사용된다.

이는 EUV 포토 공정에 있어서, 식각 특성이 우수한 물질을 사용해 패턴의 결함과 수정작업을 줄인다. 즉, 이는 마스크의 제작 수율에 중요한 영향을 주는 영역이다.

반도체는 앞선 산화 공정, 포토 공정, 식각 공정을 반복해 복잡한 회로를 만들어 내는데, 겹겹이 쌓인 구조를 반복하기 위해서는 회로를 구분하고 동시에 보호할 수 있는 얇은 박막을 필요로 한다. 1마이크로미터 이하의 얇은 두께를 가지는 박막을 웨이퍼 위에 입히는 과정을 증착 공정이라고 하며, 전기화학적 기상증착방법(CVD, Chemical Vapor Deposition)과 물리적 기상증착방법(PVD, Physical Vapor Deposition) 두 가지의 공정 방식이 있다.

CVD 방식은 사용하는 외부 에너지 종류에 따라 열 CVD, 플라즈마 CVD, 광 CVD로 분류되고, 도체, 부도체 등에 모두 사용할 수 있으며, 접합성과 박막의 품질이 좋다. 다만, 고온 상에서 공정이 진행돼, 소재 선택이 까다롭고 불순물의 오염정도가 높은 문제를 가진다. 그러나 플라즈마 CVD는 저온에서도 공정할 수 있으며, 두께 조절, 대량 처리 등의 장점으로 증착 공정에 주로 사용되고 있다. PVD 방식은 저압, 저온에서 진행되며, 박막의 품질이 높고 불순물로 인한 오염 정도가 낮으나, 속도가 느리고 장비의 비용이 높은 편이라 금속화 공정에서만 주로 사용된다.

박막 증착 공정에서는 반도체가 전기적인 성질을 띄도록 회로 패턴 연결 부분에 불순물을 주입하는 이온주입 공정을 거친다. 미세한 이온 가스를 웨이퍼에 균일하게 주입하며, 15족 원소를 넣으면 n형 반도체가, 13족 원소를 넣으면 p형 반도체가 만들어 진다.

증착 공정은 기술 흐름에 큰 영향을 받지 않지만, 박막의 응력이나 막질의 순도를 높이는 등 공정 효율을 높이기 위한 연구가 계속되고 있다.

앞선 과정들로 웨이퍼 상에 그려진 회로가 동작할 수 있도록 회로 패턴을 따라 금속선을 연결하는 과정이다. 이때 배선 소재로는 전기가 잘 통하는 알루미늄, 티타늄, 구리, 텅스텐 등이 있으며 주로 알루미늄이 사용되다, 최근엔 다시 구리배선이 사용되는 추세다. 알루미늄의 경우 웨이퍼와의 부착성, 낮은 전기저항, 열적·화학적 안정성, 패턴 형성의 용이성, 신뢰성 등의 요건을 충족하지만 실리콘과 섞이려는 성질로 인해 접합면이 손상되는 것을 방지하기 위해, 웨이퍼와의 접합면 사이에 베리어 메탈을 증착시킨다. 그러나 전자의 이동이 발생해 수명이 짧으며 부식이 일어나게 된다. 구리의 경우 알루미늄보다 비저항이 낮아 전류가 더 잘 통하며, 보다 미세한 패턴을 제작할 수 있다. 대신 식각 공정이 어려우며, 산화막(SiO2) 확산 방지막을 필요로 한다.

여기까지를 전공정으로 분류하며, 이는 반도체의 품질을 결정하는 중요한 단계라 치밀한 기술이 요구되는 구간이다.

본 발명의 코팅장치가 적용되는 분야인 반도체공정장치란 진공상태에서 플라즈마 현상 등 물리적 또는 화학적 반응을 이용하여 기판을 식각하거나, 증착하는 등 반도체공정을 수행하는 장치를 말한다. 반도체공정장치는 일반적으로 반도체공정을 수행하기 위하여 챔버 내에 설치된 샤워헤드를 통하여 반응가스가 주입되며, 주입된 반응가스는 전원 인가에 의하여 챔버 내에 플라즈마를 형성하게 되고, 챔버 내에 형성된 라디칼 등의 플라즈마 상태 물질에 의하여 기판의 표면은 반도체공정의 목적에 따라서 식각되거나, 증착되는 등 반도체공정이 수행된다.

그리고 반도체공정을 수행하기 위하여 챔버 내에 주입되는 가스는 반응가스와 증착처리 등을 수행하기 위한 원료가스로 구성된다. 그런데 종래의 반도체공정장치는 반도체공정을 수행하기 위하여 플라즈마가 형성될 때 챔버 내의 아크(Arc) 발생, 이온의 충돌, 이온주입 등에 의하여 기판 및 기판에 형성된 회로소자에 손상을 초래하여 공정불량을 야기할 수 있는 문제점이 있다.

또한 일반적으로 반도체 웨이퍼의 제조 공정은 실리콘 기판에 산화막을 성장시키고 불순물을 침적시키며 침적된 불순물을 실리콘 웨이퍼 내로 원하는 깊이까지 침투시키는 확산 공정과, 식각이나 이온주입이 될 부위의 보호 부위를 선택적으로 한정하기 위해 마스크나 레티클(reticle)의 패턴을 웨이퍼 위에 만드는 사진 공정, 감광액 현상이 끝난 후 감광액 밑에 성장되거나 침적 또는 증착된 박막들을 가스나 화학약품을 이용하여 선택적으로 제거하는 식각 공정, 및 화학기상증착(CVD;Chemical Vapor Deposition)이나 이온 주입 또는 금속 증착 방법을 이용하여 특정한 막을 형성시키는 박막 공정 등의 단위 공정을 포함한다.

대한민국 등록특허 제10-1268910호 ( 명칭: 발명의 명칭 코팅모재에 대한 ＣＶＤ ＳｉＣ 코팅방법, 등록일: 2013년 5월 21일 )

본 발명은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 한 가지 목적은, 공기와 플라즈마 및 증착물질을 미리 혼합하여 코팅기체를 생성한 후 코팅기체를 웨이퍼 표면에 분사하여 코팅 처리 가능한 웨이퍼 코팅장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 웨이퍼의 지름에 따라 서로 다른 높이의 웨이퍼안착홈 중 어느 하나에 안착시켜 웨이퍼 표면을 코팅 처리 가능한 웨이퍼 코팅장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 웨이퍼의 안착 높이에 따라 코팅기체방출부를 웨이퍼 상부의 적절한 높이에 위치시키고 웨이퍼 표면을 코팅 처리 가능한 웨이퍼 코팅장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여 안출된, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼 코팅장치는, 로봇암의 말단부에 설치되어 웨이퍼 상에 코팅 기체를 방출하는 코팅기체방출부, 서로 다른 지름으로 동심원의 계단형으로 형성되는 복수개의 웨이퍼안착홈을 포함하고, 웨이퍼의 지름에 따라 복수의 웨이퍼안착홈 중 어느 하나에 웨이퍼를 안착시키는 웨이퍼안착부, 웨이퍼안착부가 코팅 공정 중 일정한 위치를 유지하도록 지지하는 프레임, 프레임 중 웨이퍼안착부에 근접하는 지점에 설치되어 웨이퍼의 지름 및 웨이퍼안착홈의 바닥면으로부터 웨이퍼의 저면에 이르는 높이를 각각 측정할 수 있는 레이저센서 및 레이저센서로부터 측정된 지름 측정 결과값과 높이 측정 결과값을 전달받아 로봇암과 코팅기체방출부를 제어하는 제어부를 포함하고, 코팅기체방출부는, 공기와 플라즈마와 사전 선택된 증착물질 기체를 혼합함으로써 코팅 기체를 만든 후, 코팅 기체를 웨이퍼 상으로 방출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼 코팅장치의 코팅기체방출부는, 미리 설정된 온도의 플라즈마를 생성하여 공급하는 플라즈마공급부, 플라즈마공급부 내부에 설치되어 전류 공급에 의하여 플라즈마를 가열하는 가열기, 플라즈마공급부에 일단이 결합되어 플라즈마를 타단으로 방출하는 플라즈마공급관, 플라즈마공급관에 결합되어 플라즈마공급관의 내부로 공기를 공급하는 공기공급관, 플라즈마공급관에 결합되어 플라즈마공급관의 내부로 증착물질을 공급하는 증착물질공급관, 플라즈마공급부 내부에 설치되어 온도를 측정하고 온도 측정 결과값을 제어부로 전달하는 온도센서 및 플라즈마공급부 또는 플라즈마공급관에 설치되어 내부의 압력을 측정하고, 측정된 플라즈마의 공급압력 측정결과값을 제어부로 전달하는 플라즈마공급압력센서;를 포함하며, 제어부는, 온도센서의 온도 측정 결과값이 기설정된 온도 범위보다 작아지면 가열기로 공급되는 전류량을 늘려 가열기의 온도를 높여 플라즈마의 온도를 상승시키고, 온도센서의 측정 결과값이 기설정된 온도 범위보다 커지면 가열기로 공급되는 전류량을 줄여 가열기의 온도를 낮추어 플라즈마의 온도를 하강시키며, 플라즈마의 공급압력 측정결과값이 기설정된 플라즈마 공급압력 범위보다 낮아지면 이에 비례하여 증착물질의 공급압력이 낮아지도록 제어하고, 플라즈마의 공급압력 측정결과값이 기설정된 플라즈마 공급압력 범위보다 높아지면 이에 비례하여 증착물질의 공급압력이 높아지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼 코팅장치의 제어부는, 레이저센서로부터 측정된 지름 측정 결과값을 전달받아 로봇암을 제어하여 웨이퍼를 복수개의 웨이퍼안착홈 중 웨이퍼의 지름에 대응하는 어느 하나에 안착시키고, 레이저센서로부터 측정된 높이 측정 결과값을 전달받아 로봇암을 제어하여 코팅기체방출부를 웨이퍼의 상면으로부터 코팅기체방출부의 설정된 높이에 위치시킨 후 코팅기체방출부를 통하여 코팅기체를 웨이퍼에 방출하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼 코팅장치의 공기공급관은, 내부의 압력을 측정하는 공기공급압력센서가 설치되고, 공기공급압력센서는 측정된 공기의 공급압력 측정결과값을 제어부에 전달하며, 제어부는, 공기의 공급압력 측정결과값이 기설정된 공기 공급압력 범위보다 낮아지면 이에 비례하여 증착물질의 공급압력이 낮아지도록 제어하고, 공기의 공급압력 측정결과값이 기설정된 공기 공급압력 범위보다 높아지면 이에 비례하여 증착물질의 공급압력이 높아지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼 코팅장치의 증착물질공급관은, 내부의 압력을 측정하는 증착물질공급압력센서가 설치되고, 증착물질공급압력센서는 측정된 증착물질의 공급압력 측정결과값을 제어부에 전달하며, 제어부는, 증착물질의 공급압력 측정결과값이 기설정된 증착물질 공급압력 범위보다 낮아지면 이에 비례하여 공기의 공급압력이 낮아지도록 제어하고, 증착물질의 공급압력 측정결과값이 기설정된 증착물질 공급압력 범위보다 높아지면 이에 비례하여 공기의 공급압력이 높아지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기와 플라즈마 및 증착물질을 미리 혼합하여 코팅기체를 생성한 후 코팅기체를 웨이퍼 표면에 분사하여 코팅 처리 가능한 웨이퍼 코팅장치를 제공할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼의 지름에 따라 서로 다른 높이의 웨이퍼안착홈에 안착시켜 웨이퍼 표면을 코팅 처리 가능한 웨이퍼 코팅장치를 제공할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼의 안착 높이에 따라 코팅기체방출부를 웨이퍼 상부의 적절한 높이에 위치시키고 웨이퍼 표면을 코팅 처리 가능한 웨이퍼 코팅장치를 제공할 수 있게 된다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 웨이퍼 코팅장치에 포함되는 코팅기체방출부의 설계도면의 일부이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 웨이퍼 코팅장치에 포함되는 코팅기체방출부의 설계도면 중 다른 일부이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 웨이퍼 코팅장치를 나타낸 개념도의 일부이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 웨이퍼 코팅장치를 나타낸 개념도 중 다른 일부이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 웨이퍼 코팅장치에 포함되는 웨이퍼안착부의 단면을 나타낸 개념도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 웨이퍼 코팅장치에 포함되는 코팅기체방출부의 설계도면이다.

도 1은 코팅기체방출부(100)를 사시도의 형태로 도시한 것, 도 2(a), 2(b), 2(c)는 각각 코팅기체방출부(100)에 관한 평면도, 정면도, 측면도에 해당하는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 코팅기체방출부(100)의 중앙에 플라즈마공급관(20)이 구비되고, 플라즈마공급관(20)의 하단에 육면체 형상의 플라즈마공급부(60)가 구비된다. 또한, 플라즈마공급관(20)의 상단 부근 좌우로 각각 공기공급관(10), 증착물질공급관(30)이 플라즈마공급관(20)과 연통되도록 설치된다.

여기에서, 공기공급관(10)을 통해서는 공기가 공급되고, 증착물질공급관(30)을 통해서는 증착물질인 SiO₂가 공급된다.

이때, 플라즈마공급관(20)의 상단 부근에서 공기공급관(10) 및 증착물질공급관(30)이 플라즈마공급관(20)과 연통되고, 각 관로를 통하여 흘러온 유체들과 플라즈마가 합류 및 혼합되는 부분을 기체혼합부(50)로 명명하고, 도 1 및 도 2에 각각 해당 부호를 표시하였다. 다만, 도 2(a)에서는 다른 선들과의 간섭 때문에 혼동할 우려가 있어 기체혼합부(50)의 부호를 포함하지 않도록 도시하였다. 기체혼합부(50)는 도 2(b)에서 플라즈마공급관(20)의 상단 근처에 타원형 점선으로 표시된 부분과 같이, 공기공급관(10) 및 증착물질공급관(30)이 플라즈마공급관(20)과 연통되는 부분에서 상단의 개구까지를 가리킨다.

또한, 공기공급관(10), 플라즈마공급관(20) 및 증착물질공급관(30)에는 각각 압력센서가 설치되어 각 기체의 압력을 측정하고 그 결과에 따라 각 기체의 공급 압력이 변화하도록 구동하는 제어부에 의해 제어될 수 있게 한다. 특히 공기압력의 변화에 따라서는 증착물질인 SiO₂ 공급 압력을 자동적으로 변화시켜 적정량이 공급되고, 공기와 플라즈마 및 SiO₂가 적절한 비율로 혼합 공급되어 코팅기체가 적절하게 코팅될 수 있도록 제어한다.

구체적으로, 공기와 SiO₂가 일정한 혼합 비율로 유지되어야 하므로, 공기압력이 올라가거나 내려가는 것에 맞추어 SiO₂ 공급압력도 함께 올라가거나 내려가게 하여 일정한 혼합 비율이 유지되도록 제어한다.

즉, 공기압력이 낮아져 공급되는 공기의 양이 줄어들면 SiO₂ 공급압력도 낮추어 공급량이 적어진 공기의 양에 맞추어 SiO₂의 공급량도 줄어들게 하고, 공기압력이 높아져 공급되는 공기의 양이 늘어나면 SiO₂ 공급압력도 높여서 공급량이 늘어난 공기의 양에 맞추어 SiO₂의 공급량도 늘어나게 함으로써, 공기:SiO₂ 비율이 일정하게 유지되도록 하는 것이다.

또한, 플라즈마공급부(60)에는 온도센서가 설치되어 플라즈마 온도가 적정 수준으로 유지될 수 있도록 제어부에 의해 플라즈마공급부(60)로 공급되는 전류가 자동적으로 제어될 수 있게 한다.

구체적으로, 진행중인 공정에 적합한 온도 범위를 유지하기 위하여, 플라즈마의 온도가 적정 온도 범위보다 낮아지는 경우에는 가열기로 더 큰 전류를 공급하여 플라즈마의 온도를 높이고, 플라즈마의 온도가 적정 온도 범위보다 높아지는 경우에는 가열기로 공급되는 전류량을 줄임으로써 플라즈마의 온도를 낮추어 적정 온도 범위로 유지한다.

이하 도 3 내지 도 5를 참조하여, 코팅기체방출부(100)를 포함하는 실제 증착 코팅 공정에 적용되는 웨이퍼 코팅장치에 대하여 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 웨이퍼 코팅장치를 나타낸 개념도이다.

도 3은 웨이퍼 코팅장치를 사시도의 형태로 나타낸 것이고, 도 4(a), 4(b), 4(c)는 각각 웨이퍼 코팅장치에 관한 평면도, 정면도, 측면도를 나타낸다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 웨이퍼 코팅장치는, 로봇암(200)의 말단부에 설치되어 웨이퍼 상에 코팅 기체를 방출하는 코팅기체방출부(100)와, 서로 다른 지름으로 동심원의 계단형으로 형성되는 복수개의 웨이퍼안착홈을 포함하고, 웨이퍼의 지름에 따라 복수의 웨이퍼안착홈 중 어느 하나에 웨이퍼(W)를 안착시키는 웨이퍼안착부(330)와, 웨이퍼안착부가 코팅 공정 중 일정한 위치를 유지하도록 지지하는 프레임(300)과, 프레임(300) 중 웨이퍼안착부(330)에 근접하는 지점에 설치되어 웨이퍼의 지름 및 웨이퍼안착홈의 바닥면으로부터 웨이퍼의 저면에 이르는 높이를 각각 측정할 수 있는 레이저센서(310) 및 레이저센서(310)로부터 측정된 지름 측정 결과값과 높이 측정 결과값을 전달받아 로봇암(200)과 코팅기체방출부(100)를 제어하는 제어부를 포함하고, 코팅기체방출부(100)는 공기와 플라즈마와 사전 선택된 증착물질 기체를 혼합함으로써 코팅 기체를 만든 후, 코팅 기체를 웨이퍼(W) 상으로 방출하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 사전 선택된 기체는 이산화규소(SiO₂)가 일반적이나 실시예에 따라서는 다른 기체가 선택될 수도 있다.

여기에서, 코팅기체방출부(100)는 공기와 플라즈마 및 증착 물질을 혼합하여 웨이퍼(W) 상으로 방출하는 부분으로서, 실제 공정 상에서 운용되기 위하여 로봇암(200)의 말단에 장착될 때에는 도 1 및 도 2와 같이 육면체 형태의 플라즈마공급부(60)가 하방을 향하는 것이 아닌 상방을 향하게 하여 로봇암(200)의 말단에 부착 및 운용된다. 이는 도 3 및 도 4에도 표현되어 있다.

로봇암(200)은, 복수의 관절을 포함하고 말단부와 그에 결합/거치된 물체를 3차원 공간 상의 임의의 위치로 이동시킬 수 있으며, 해당 임의의 위치로 이동한 후에 해당 임의의 위치를 일정 시간 동안 유지할 수도 있다. 이와 같은 임의점으로의 이동 및 일정 위치 유지 기능이 보장되는 로봇암을 선택하여 적용하여야만 의도된 바와 같이 코팅 공정을 수행함에 있어 지장이 없다.

프레임(300)은, 웨이퍼안착부(330)를 일정한 높이 및 위치로 유지하기 위한 구조물로서, 도 3 및 도 4에 나타난 실시예에서는 일정 높이에 웨이퍼안착부지지면(320)을 설치하고, 웨이퍼안착부지지면(320) 상에 웨이퍼안착부(330)를 위치시키는 형태이다.

또한 프레임(300)은 웨이퍼안착부(330) 주위에 레이저센서(310)을 설치하기 위한 용도로도 이용될 수 있다.

레이저센서(310)는, 웨이퍼(W)의 지름 측정 결과값을 제어부에 전달하여 제어부 및 로봇암(200)을 통하여 웨이퍼(W)가 적당한 웨이퍼안착홈에 안착되도록 제어되게 하고, 웨이퍼(W)가 안착된 후 제1 웨이퍼안착홈의 바닥면으로부터 웨이퍼(W)의 저면에 이르는 높이 측정 결과값을 제어부에 전달하는 기능을 가지고 있다.

제어부는, 레이저센서(310)로부터 측정된 웨이퍼(W)의 지름 측정 결과값을 전달받아 로봇암(200)을 제어하여 웨이퍼(W)를 복수개의 웨이퍼안착홈 중 웨이퍼(W)의 지름에 대응하는 어느 하나에 안착시키고, 제1 웨이퍼안착홈의 바닥면으로부터 웨이퍼(W) 저면에 이르는 높이 측정 결과값을 전달받으면 로봇암(200)을 제어하여 로봇암(200)의 말단 및 코팅기체방출부(100)를 웨이퍼(W) 상부의 설정된 높이에 위치시킨 후에 코팅기체가 웨이퍼(W) 상으로 방출되도록 제어한다.

또한, 제어부는 코팅기체방출부(100)에 설치되는 각각의 압력센서와 온도센서의 측정 결과값을 이용하여 각 기체의 유동 압력과 온도 제어를 병행하여 수행할 수 있다.

구체적으로, 제어부는, 온도센서의 온도 측정 결과값이 기설정된 온도 범위보다 작아지면 가열기로 공급되는 전류량을 늘려 가열기의 온도를 높여 플라즈마의 온도를 상승시키고, 온도센서의 측정 결과값이 기설정된 온도 범위보다 커지면 가열기로 공급되는 전류량을 줄여 가열기의 온도를 낮추어 플라즈마의 온도를 하강시킨다.

또한, 제어부는 플라즈마의 공급압력 측정결과값이 기설정된 플라즈마 공급압력 범위보다 낮아지면 이에 비례하여 증착물질의 공급압력이 낮아지도록 제어하고, 플라즈마의 공급압력 측정결과값이 기설정된 플라즈마 공급압력 범위보다 높아지면 이에 비례하여 증착물질의 공급압력이 높아지도록 제어한다.

또한, 제어부는, 공기의 공급압력 측정결과값이 기설정된 공기 공급압력 범위보다 낮아지면 이에 비례하여 증착물질의 공급압력이 낮아지도록 제어하고, 공기의 공급압력 측정결과값이 기설정된 공기 공급압력 범위보다 높아지면 이에 비례하여 증착물질의 공급압력이 높아지도록 제어한다.

또한, 제어부는, 증착물질의 공급압력 측정결과값이 기설정된 증착물질 공급압력 범위보다 낮아지면 이에 비례하여 공기의 공급압력이 낮아지도록 제어하고, 증착물질의 공급압력 측정결과값이 기설정된 증착물질 공급압력 범위보다 높아지면 이에 비례하여 공기의 공급압력이 높아지도록 제어한다.

또한, 웨이퍼안착부(330)에는 지름이 지름이 서로 다른 복수의 웨이퍼안착홈이 동심원의 계단형으로 형성되는데, 이에 대해서는 도 5를 참조하여 따로 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 웨이퍼 코팅장치에 포함되는 웨이퍼안착부의 단면을 나타낸 개념도이다.

구체적으로, 웨이퍼안착부(330)는 원형으로 형성되고, 서로 다른 지름을 갖는 동심원의 계단형으로 형성되는 웨이퍼안착홈을 복수 개 포함하고 있다. 즉, 가장 지름이 작고 가장 깊은 위치에 형성되는 제1 웨이퍼안착홈(322)의 양단부에 각각 상부로 단차를 주는 형태로 제2 웨이퍼안착홈(324)이 형성되고, 다시 제2 웨이퍼안착홈(324)의 양단부에 각각 상부로 단차를 주는 형태로 제3 웨이퍼안착홈(326)이 형성되며, 제4 웨이퍼안착홈(328) 역시 제3 웨이퍼안착홈(326)의 양단부에 각각 상부로 단차를 주는 형태로 형성된다. 또한, 안착홈테두리(329)는 제4 웨이퍼안착홈(328)의 양단부에 각각 상부로 단차를 준 형태이다.

도 5에 도시된 웨이퍼안착부(330)에 관한 한 가지 실시예는 제1 웨이퍼안착홈(322) 내지 제4 웨이퍼안착홈(328)을 포함하여 총 4개의 웨이퍼안착홈(322, 324, 326, 328)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 도 5에 도시된 실시예는 이해를 돕기 위해 다양한 실시예 중 한 가지를 가정하여 나타낸 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 따르는 실시예에 포함되는 웨이퍼안착홈의 개수를 4개로 한정하기 위하여 이와 같이 도시된 것은 아님을 이해하여야 한다.

다양한 실시 환경 및 조건에 따라 웨이퍼안착홈의 개수는 해당 실시예에 적합한 수로 변경되어 실시될 수 있으며, 웨이퍼안착홈의 개수는 본 발명의 기술적 사상에 특정한 수로 한정되어 포함되는 부분이 아님을 유의하여야 한다.

또한, 안착홈테두리(329)는 웨이퍼안착부(330)의 가장자리로부터 웨이퍼안착홈 중 가장 큰 직경을 가지는 웨이퍼안착홈의 가장자리에 이르는 평면으로서, 어떤 실시예에서는 안착홈테두리(329)에 고정구를 설치할 수도 있으며, 다른 어떤 실시예에서는 안착홈테두리(329)의 상면에 돌기를 형성하거나 눈금 등을 표시하여 웨이퍼안착부(330)의 위치/각도/방위각 식별을 용이하게 할 수도 있다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 공기공급관
20 : 플라즈마공급관
30 : 증착물질공급관
50 : 기체혼합부
60 : 플라즈마공급부
100 : 코팅기체방출부
200 : 로봇암
300 : 프레임
310 : 레이저센서
320 : 웨이퍼안착부지지면
322 : 제1 웨이퍼안착홈
324 : 제2 웨이퍼안착홈
326 : 제3 웨이퍼안착홈
328 : 제4 웨이퍼안착홈
329 : 안착홈테두리
330 : 웨이퍼안착부
W : 웨이퍼

Claims (5)

1. 로봇암의 말단부에 설치되어 웨이퍼 상에 코팅 기체를 방출하는 코팅기체방출부;
   서로 다른 지름으로 동심원의 계단형으로 형성되는 복수개의 웨이퍼안착홈을 포함하고, 상기 웨이퍼의 지름에 따라 복수의 웨이퍼안착홈 중 어느 하나에 상기 웨이퍼를 안착시키는 웨이퍼안착부;
   상기 웨이퍼안착부가 코팅 공정 중 일정한 위치를 유지하도록 지지하는 프레임;
   상기 프레임 중 상기 웨이퍼안착부에 근접하는 지점에 설치되어 상기 웨이퍼의 지름 및 상기 웨이퍼안착홈의 바닥면으로부터 상기 웨이퍼의 저면에 이르는 높이를 각각 측정할 수 있는 레이저센서; 및
   상기 레이저센서로부터 측정된 지름 측정 결과값과 높이 측정 결과값을 전달받아 상기 로봇암과 상기 코팅기체방출부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 코팅기체방출부는,
   미리 설정된 온도의 플라즈마를 생성하여 공급하는 플라즈마공급부;
   상기 플라즈마공급부 내부에 설치되어 전류 공급에 의하여 플라즈마를 가열하는 가열기;
   상기 플라즈마공급부에 일단이 결합되어 상기 플라즈마를 타단으로 방출하는 플라즈마공급관;
   상기 플라즈마공급관에 결합되어 상기 플라즈마공급관의 내부로 공기를 공급하는 공기공급관;
   상기 플라즈마공급관에 결합되어 상기 플라즈마공급관의 내부로 증착물질을 공급하는 증착물질공급관;
   상기 플라즈마공급부 내부에 설치되어 온도를 측정하고 온도 측정 결과값을 상기 제어부로 전달하는 온도센서; 및
   상기 플라즈마공급부 또는 상기 플라즈마공급관에 설치되어 내부의 압력을 측정하고, 측정된 플라즈마의 공급압력 측정결과값을 상기 제어부로 전달하는 플라즈마공급압력센서;를 포함하며,
   공기와 플라즈마와 사전 선택된 증착물질 기체를 혼합함으로써 상기 코팅 기체를 만든 후, 상기 코팅 기체를 상기 웨이퍼 상으로 방출하고,
   상기 제어부는,
   상기 온도센서의 온도 측정 결과값이 기설정된 온도 범위보다 작아지면 상기 가열기로 공급되는 전류량을 늘려 상기 가열기의 온도를 높여 플라즈마의 온도를 상승시키고,
   상기 온도센서의 측정 결과값이 기설정된 온도 범위보다 커지면 상기 가열기로 공급되는 전류량을 줄여 상기 가열기의 온도를 낮추어 플라즈마의 온도를 하강시키며,
   상기 플라즈마의 공급압력 측정결과값이 기설정된 플라즈마 공급압력 범위보다 낮아지면 이에 비례하여 상기 증착물질의 공급압력이 낮아지도록 제어하고,
   상기 플라즈마의 공급압력 측정결과값이 기설정된 플라즈마 공급압력 범위보다 높아지면 이에 비례하여 상기 증착물질의 공급압력이 높아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 코팅장치.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 레이저센서로부터 측정된 상기 지름 측정 결과값을 전달받아 상기 로봇암을 제어하여 상기 웨이퍼를 상기 복수개의 웨이퍼안착홈 중 상기 웨이퍼의 지름에 대응하는 어느 하나에 안착시키고,
   상기 레이저센서로부터 측정된 상기 높이 측정 결과값을 전달받아 상기 로봇암을 제어하여 상기 코팅기체방출부를 상기 웨이퍼의 상면으로부터 상기 코팅기체방출부의 설정된 높이에 위치시킨 후 상기 코팅기체방출부를 통하여 상기 코팅기체를 상기 웨이퍼에 방출하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 코팅장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 공기공급관은,
   내부의 압력을 측정하는 공기공급압력센서가 설치되고,
   상기 공기공급압력센서는 측정된 공기의 공급압력 측정결과값을 상기 제어부에 전달하며,
   상기 제어부는,
   상기 공기의 공급압력 측정결과값이 기설정된 공기 공급압력 범위보다 낮아지면 이에 비례하여 상기 증착물질의 공급압력이 낮아지도록 제어하고,
   상기 공기의 공급압력 측정결과값이 기설정된 공기 공급압력 범위보다 높아지면 이에 비례하여 상기 증착물질의 공급압력이 높아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 코팅장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 증착물질공급관은,
   내부의 압력을 측정하는 증착물질공급압력센서가 설치되고,
   상기 증착물질공급압력센서는 측정된 증착물질의 공급압력 측정결과값을 상기 제어부에 전달하며,
   상기 제어부는,
   상기 증착물질의 공급압력 측정결과값이 기설정된 증착물질 공급압력 범위보다 낮아지면 이에 비례하여 상기 공기의 공급압력이 낮아지도록 제어하고,
   상기 증착물질의 공급압력 측정결과값이 기설정된 증착물질 공급압력 범위보다 높아지면 이에 비례하여 상기 공기의 공급압력이 높아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 코팅장치.

Images