KR102463961B1 - 반도체 기판들을 전기화학적으로 처리하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼의 전면을 처리하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는:
메인 챔버;
상기 웨이퍼를 메인 챔버에 도입시키기 위해 메인 챔버에 연결되어 있는 적어도 하나의 로딩부;
3개 이상의 실질적으로 수직 방향으로 적층된 웨이퍼 처리 모듈들을 포함하는 웨이퍼 처리 모듈들의 적어도 하나의 스택, 상기 스택 내의 인접한 웨이퍼 처리 모듈들은 50 cm 미만의 수직 방향 분리부를 갖고, 상기 각 처리 모듈은, 상향으로 향하는 웨이퍼의 전면과 실질적으로 수평 방향으로 그 내부에 배치될 때 웨이퍼를 처리하도록 구성되고, 적어도 하나의 웨이퍼 처리 모듈은 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈임; 및
상기 로딩부와 처리 모듈들 사이에 웨이퍼를 이송하기 위한 이송 메커니즘을 포함한다.

Description

반도체 기판들을 전기화학적으로 처리하기 위한 장치{An apparatus for electrochemically processing semiconductor substrates}
본 발명은 반도체 기판들을 전기화학적으로 처리하기 위한 장치 및 관련된 전기화학적 처리 방법들에 관한 것이다. 본 발명은 특정하지만, 배타적이지 않은, 도금 장치, 및 반도체 기판들 상으로 관련된 전기화학적 및 무전해 증착 방법들에 대한 관련성을 갖는다.
전기화학적 또는 무전해 증착 공정들은 반도체 디바이스 제조에서 전도성 층들을 형성하는데 종종 사용된다. 이들 전기 도금 기술은, 특히 높은 종횡비 피처들의 경우 실리콘 관통 비아(through silicon vias; TSV)와 같이, 비아의 보이드 없는 충진을 달성하는데 유용하다. 예를 들어, 구리 상호연결부들이 다마신(damascene) 처리 동안 전기화학적 증착에 의해 형성될 수 있다. 유사하게는, (다른 금속들 중에서) Cu, Ni, SnAg, 및 Au는 전기화학적 또는 무전해 증착 방법들을 사용하여 반도체 패키징 어플리케이션들에서 실리콘 또는 화합물 반도체 기판들에 증착되는 것으로 알려져 있다. 이들 도금 기술은 반도체들 및 구성 요소들이 팬 아웃 웨이퍼 레벨 패키징(Fan out Wafer level packaging; FO-WLP)과 같은 에폭시 몰드에 매립될 때 적용 가능하다. FO-WLP와 같은 매립된 다이 형식의 출현은 직사각형 패널 기판들을 사용하여 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
반도체 산업에서의 전기화학 증착(Electrochemical deposition; ECD) 공정들은일반적으로 개별적인 반도체 웨이퍼를 전해액에 침지하는 것을 포함한다. 전해액 내의 종들이 웨이퍼의 전면 상에 증착되도록, 전위는, (음극으로서 작용하는) 웨이퍼와 (양극으로서 작용하는) 제2 전극 사이에 인가된다. 일반적으로 웨이퍼의 후면은 전해액에 노출되지 않는다. 반대 공정, 즉 전기화학적 에칭의 경우, 웨이퍼가 양극으로서 작용하고 제2 전극이 음극으로서 작용할 때, 증착된 층이 제거될 수 있다.
자동화된 ECD 시스템들에서, 로봇 아암은 일반적으로 로딩/언로딩 포트로부터 반도체 웨이퍼를 수집한다. 이는 카세트 또는 FOUP(front opening unified pod)일 수 있다. 로봇 아암은 웨이퍼를, 웨이퍼와 전기적 접촉을 형성하는 웨이퍼 지지 고정부로 이동시킨다. 임의의 전해액이 웨이퍼의 전기 접촉부들 또는 후면을 오염시키는 것을 방지하기 위해, 웨이퍼 지지 고정부와 웨이퍼의 전면 사이에 유체 밀폐부가 형성된다.
웨이퍼를 전해액에 침지하기 위해 2개의 일반적인 접근들이 사용된다-"파운틴 셀(fountain cell)"과 "랙(rack)" 시스템들. "파운틴 셀" 시스템들에서, 웨이퍼는 처리 동안 실질적으로 수평인 평면에 유지된다. 웨이퍼는 증착 배스의 위에서부터 전해액로 들어가고, 웨이퍼의 전면(즉, 처리/증착 표면)은 하부쪽을 향한다. 전해액은 웨이퍼의 전면을 향하는 수직 방향으로 흐를 수 있다. 웨이퍼는 웨이퍼 표면에 걸쳐 균일한 확산층 두께를 형성하도록 회전될 수 있고, 이는 균일한 층을 증착시키는 것을 돕는다. 미국 특허 제8,500,968호 및 미국 특허 제6,800,187호는 "파운틴 셀" 시스템들이 개시한다.
"랙" 시스템들에서, 웨이퍼는 실질적으로 수직인 평면에서 유지되고 처리 동안 전해액에 정적으로 유지된다.
"파운틴 셀" 또는 "랙" 시스템들 중 어느 하나의 경우, 전해액은 상대적으로 높은 플로우 레이트, 예를 들어 분당 8-40 리터로 펌프에 의해 전해액 배스 내에서 순환될 수 있다.
다수의 처리 배스들은 단일 웨이퍼 처리 시스템에 포함되어, 다수의 처리 단계들이 순차적으로 수행되어 웨이퍼 처리량을 최대화할 수 있다. 처리 단계들은 Ni/SnAg 캡을 갖는 구리 필라(pillar)의 증착과 같은 다수의 전착 단계들; 화학적 에칭 단계들; 및 다수의 스핀-린스-건조(spin-rinse-drying; SRD), 습윤 및 세정 단계들을 포함한다.
각각의 처리 배스가, 처리 배스들의 유지보수 및 세정을 허용하기 위해 사용자에 의해 쉽게 접근가능한 것이 바람직하다. 유지보수는 전기 도금 셀에서 양극를 교체하는 단계를 포함할 수 있다. "파운틴 셀" 및 "랙" 시스템들을 위한 다수의 처리 배스들은 일반적으로 하나 또는 그 이상의 열로 배치되어, 각각의 처리 배스는 선형 트랙 상의 로봇 아암에 의해, 및 유지보수를 위해 사용자에 의해 위에서 접근될 수 있다. "파운틴 셀" 및 "랙" 타입 시스템들에 사용되는 웨이퍼 운반 시스템들은 복잡하고, 종종 웨이퍼 지지 고정부들, EFEM(equipment front end module)(장비 프론트 엔드 모듈) 로봇, 및 처리 배스들과 세정 스테이션들 사이에서 웨이퍼를 이송하기 위한 오버헤드 로봇을 실행할 수 있다. 처리 배스들 사이의 웨이퍼 이송이 단순화되는 것이 바람직할 것이다.
첨단 웨이퍼 처리 시스템들은 종종, 잠재적으로 20개 이상의 다수의 처리 배스들을 필요로 한다. 처리 배스들의 선형 장치는, 웨이퍼 처리 시스템이 길이가 잠재적으로 6 m 이상인 큰 공구 풋프린트를 갖게 야기할 수 있다.
다수의 처리 단계들이 높은 처리량 및 최소의 공구 풋프린트로 수행될 수 있도록 웨이퍼 제조 또는 반도체 패키징 설비에서 웨이퍼 처리 시스템들의 공구 풋프린트를 감소시키는 것이 바람직하다.
유지보수 및 세정 목적들을 위해 각 처리 배스에 대한 용이한 액세스를 유지하면서 다수의 처리 배스들을 포함하는 웨이퍼 처리 시스템들의 공구 풋프린트를 감소시키는 것이 또한 바람직하다.
전술한 특정 문제들에 추가로, 웨이퍼 처리 시스템들의 공구 풋프린트를 감소시키는 것이 일반적인 요구이고, 이를 감소시킬 필요가 있다는 것이 이해될 것이다. 본 발명은, 그 실시예들 중 적어도 일부에서, 이들 문제들, 요구들, 및 필요들 중 적어도 일부를 해결한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 반도체 웨이퍼의 전면을 처리하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는:
메인 챔버;
상기 메인 챔버에 웨이퍼를 도입하기 위해 메인 챔버에 연결된 적어도 하나의 로딩 포트;
3개 또는 그 이상의 실질적으로 수직으로 적층된 웨이퍼 처리 모듈들을 포함하는 적어도 하나의 웨이퍼 처리 모듈들의 스택, 상기 스택 내의 인접한 웨이퍼 처리 모듈들은 50cm 미만의 수직의 간격을 갖고, 각 처리 모듈은, 그 내부에 실질적으로 수평으로 배치될 때, 웨이퍼의 전면이 상부쪽을 향하게 웨이퍼를 처리하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 웨이퍼 처리 모듈은 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈임; 및
상기 로딩 포트와 처리 모듈들 사이에서 웨이퍼를 이송하기 위한 이송 메커니즘를 포함한다.
처리는 화학적 및/또는 전기화학적 처리를 포함할 수 있다. 처리는 에칭, 전기화학적 증착, 전기화학적 연마, 무전해 증착, 린싱 단계들, 세정 단계들, 및 건조 단계들 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 장치에 사용되는 처리 모듈들 중 하나는 에칭, 전기화학적 증착, 전기화학적 연마, 무전해 증착, 린싱, 세정 또는 건조 모듈일 수 있다. 장치에 사용되는 처리 모듈들 중 하나는 스핀 린스 건조 모듈일 수 있다.
반도체 웨이퍼는 300 mm의 실리콘 웨이퍼, 임의의 다른 적합한 반도체 기판 또는 직사각형 패널일 수 있다. 장치는 복수의 반도체 웨이퍼들을 병렬로 처리하기에 적합할 수 있다. 로딩 포트는 카세트 또는 FOUP(front opening unified pod)일 수 있다.
전기화학적 웨이퍼 처리 모듈은 전기화학적 처리가 일어나는 밀폐된 캐비티를 정의하기 위해, 사용 시, 표면에 대해 밀폐하는 밀폐부를 포함할 수 있다. 밀폐부는 엘라스토머 밀폐부일 수 있다.
일부 실시예들에서, 밀폐부는, 전기화학적 처리가 일어나는 밀폐된 캐비티를 정의하기 위해, 사용 시, 웨이퍼의 표면에 대해 밀폐한다. 바람직하게는, 밀폐부가 밀폐하는 웨이퍼의 표면은 웨이퍼의 상부면이다.
장치는 웨이퍼가 로딩될 수 있는 적어도 하나의 웨이퍼 캐리어 장치를 추가로 포함할 수 있다. 웨이퍼 캐리어 장치는 사용 시 웨이퍼의 표면을 밀폐하는 밀폐부를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이 밀폐부는 웨이퍼의 상부면에 대해 밀폐한다. 이송 메커니즘은 로딩 포트와 처리 모듈들 사이에서, 로딩된 웨이퍼 캐리어 장치를 이송하도록 구성될 수 있다. 이들 실시예들에서, 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈의 밀폐부는, 전기화학적 처리가 일어나는 밀폐된 캐비티를 정의하기 위해, 사용 시, 웨이퍼 캐리어 장치의 표면에 대해 밀폐할 수 있다.
일반적으로, 웨이퍼 캐리어 장치는 또한 로딩된 웨이퍼와의 전기적 접촉을 형성하기 위한 전기적 접촉부를 포함한다.
장치는 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어 장치 상으로 로딩하기 위한 웨이퍼 캐리어 장치 로딩 스테이션을 추가로 포함할 수 있다. 일반적으로, 웨이퍼 캐리어 장치 로딩 스테이션은 또한 처리가 완료되면 웨이퍼를 언로딩한다. 로딩 포트는 웨이퍼 캐리어 장치 로딩 스테이션을 포함할 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼 캐리어 장치 로딩 스테이션은 로딩 포트와 처리 모듈 사이에 위치될 수 있다. 계속 대안적으로, 웨이퍼 캐리어 장치 로딩 스테이션은, 로딩 포트 이전에 위치될 수 있어, 웨이퍼가 메인 챔버로 도입될 때, 웨이퍼는 로딩 포트를 통과하기 전에 웨이퍼 캐리어 장치 상으로 로딩될 수 있다.
스택 내의 인접한 처리 모듈들은 바람직하게는 25 cm 미만의 수직 간격을 갖는다. 장치는 스택의 일부가 아닌 적어도 하나의 처리 모듈을 포함할 수 있다.
이송 메커니즘은 로딩 포트와 처리 모듈들 사이에서 웨이퍼의 자동 이송을 위한 적어도 하나의 엔드 이펙터를 갖는 이송 로봇을 포함할 수 있다. 이송 메커니즘은 로딩 포트와 임의의 처리 모듈들 사이에서 웨이퍼를 이송할 수 있다.
웨이퍼 처리 모듈들 중 적어도 하나는 전기화학적 증착 웨이퍼 처리 모듈을 포함할 수 있다. 웨이퍼의 전면은 전극을 포함할 수 있다. 전기화학적 처리 모듈은 제2 전극을 추가로 포함할 수 있다. 전기적 바이어스는 웨이퍼에 인가될 수 있다. 웨이퍼의 전면은 음극을 포함할 수 있다.
처리 모듈들은 유체를 수집하기 위해 밀폐부 아래에 위치된 트레이를 추가로 포함할 수 있다.
처리 모듈들은 스택으로부터 제거 가능할 수 있다. 처리 모듈들은 스택으로부터 독립적으로 제거될 수 있다. 처리 모듈들의 제거가능한 특성은 처리 모듈들이 유지보수, 서비스, 및 수리 작업의 목적으로 쉽게 액세스되는 것을 허용할 수 있다.
처리 모듈들은 실질적으로 수평 방향으로 스택으로부터 제거 가능할 수 있다. 처리 모듈들은 회전, 슬라이딩, 또는 임의의 다른 적합한 수단에 의해 스택으로부터 제거 가능할 수 있다.
장치는 메인 챔버에서 공기 층류를 유지하기 위한 블로어를 추가로 포함할 수 있다.
장치는 웨이퍼 정렬 도구를 추가로 포함할 수 있다.
장치는 적어도 3개의 스택들을 포함할 수 있다. 적어도 3개의 스택들은 줄지어 또는 임의의 다른 적합한 배치로 배치될 수 있다.
장치는 2개 또는 그 이상의 반도체 웨이퍼들의 전면을 병렬로 처리하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 제1항에 따른 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼를 처리하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은:
상기 웨이퍼를 로딩 포트를 통해 메인 챔버로 도입하는 단계;
상기 웨이퍼가, 제1 웨이퍼 처리 모듈에서 실질적으로 수평으로 배치되고, 전면이 상부쪽을 향하도록, 웨이퍼를 스택 내의 제1 웨이퍼 처리 모듈을 이송시키기 위해 이송 메커니즘을 사용하는 단계; 및
상기 제1 웨이퍼 처리 모듈에서 웨이퍼의 전면에 처리 단계를 수행하는 단계를 포함한다.
방법은, 웨이퍼가 제2 웨이퍼 처리 모듈에서 실질적으로 수평으로 배치되도록 제1 웨이퍼 처리 모듈로부터 스택 내의 제2 웨이퍼 처리 모듈로 웨이퍼를 이송하기 위해 이송 메커니즘을 사용하는 단계; 및 제2 웨이퍼 처리 모듈에서 웨이퍼의 전면에 처리 단계를 수행하는 추가의 단계를 포함한다.
이 방법은, 웨이퍼 처리 모듈로부터 장치로부터의 후속 이송을 위해 로딩 포트로 웨이퍼를 이송하기 위해 이송 메커니즘을 사용하는 추가의 단계를 포함할 수 있다.
웨이퍼의 전면에서 수행되는 적어도 하나의 처리 단계는 화학적, 전기화학적, 린싱, 세정, 스피닝, 또는 건조 단계를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 전기화학적 처리 단계는 선택적으로 전기화학적 증착 또는 전기화학적 에칭을 포함할 수 있다. 전기화학적 처리 단계는 전기화학적 웨이퍼 모듈에서 수행된다. 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈은 전기화학적 처리가 일어나는 밀폐된 캐비티를 정의하기 위해, 표면에 대해 밀폐하는 밀폐부를 포함할 수 있다. 밀폐부는, 전기화학적 처리가 일어나는 밀폐된 캐비티를 정의하기 위해, 웨이퍼의 표면, 바람직하게는 웨이퍼의 상부면에 대해 밀폐할 수 있다. 대안적으로, 장치는 웨이퍼가 로딩될 수 있는 웨이퍼 캐리어 장치를 추가로 포함할 수 있으며, 웨이퍼 캐리어 장치는 웨이퍼의 표면, 바람직하게는 웨이퍼의 상부면을 밀폐하는 밀폐부를 포함하며, 이송 메커니즘은 로딩 포트와 처리 모듈들 사이에서, 로딩된 웨이퍼 캐리어 장치를 이송한다. 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈의 밀폐부는, 전기화학적 처리가 일어나는 밀폐된 캐비티를 정의하기 위해, 웨이퍼 캐리어 장치의 표면에 대해 밀폐할 수 있다.
이 방법은 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어 장치 상에 로딩하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 웨이퍼 캐리어 장치 상으로 웨이퍼를 로딩하는 단계는 웨이퍼를 스택 내의 제1 웨이퍼 처리 모듈로 이송하기 위해 이송 메커니즘을 사용하는 단계의 이전에 또는 그 일부로서 수행될 수 있다.
전기적 바이어스는 웨이퍼의 전면 상에 수행되는 적어도 하나의 처리 단계 동안 웨이퍼에 인가될 수 있다.
2개 또는 그 이상의 반도체 웨이퍼들이 병렬로 처리될 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 웨이퍼 처리 모듈에 대한 액세스를 제공하기 위해 실질적으로 수평 방향으로 스택으로부터 웨이퍼 처리 모듈을 제거하는 단계를 포함하는 본 발명의 제1 양태에 따른 장치를 서비스하는 방법이 제공된다.
서비스는 장치에서 유지보수 및/또는 수리 작업을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
웨이퍼 처리 모듈을 실질적으로 수평 방향으로 스택으로부터 제거하는 단계는 처리 모듈을 회전시키거나 슬라이딩하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 위에서 설명되었지만, 위에 제시된 특징들 또는 이하의 설명, 도면 또는 청구 범위의 임의의 발명적인 조합으로 확장된다. 예를 들어, 본 발명의 제1 양태와 관련하여 설명된 임의의 특징은 본 발명의 임의의 다른 양태와 관련하여 또한 개시되는 것으로 고려된다.
본 발명에 따른 방법들 및 장치들의 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 적층된 처리 모듈들을 포함하는 웨이퍼 처리 시스템의 개략도이다.
도 2는 유지보수 목적으로 액세스를 허용하기 위해 처리 모듈이 제거된 웨이퍼 처리 시스템의 개략도이다.
도 3은 처리 모듈의 개략도이다.
도 4는 처리 모듈의 개략적인 분해도이다.
도 5는 처리 모듈의 사시도이다.
도 6은 적층된 처리 모듈들의 열들을 포함하는 웨이퍼 처리 시스템의 평면도이다.
도 7은 웨이퍼 캐리어 장치의 측면도이다.
동일한 도면 부호들이 다른 예시적인 실시예들에서 사용된 경우, 도면 부호들은 동일한 특징부들에 대응한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 처리 시스템(10)을 도시한다. 웨이퍼 처리 시스템(10)은 프레임(12), 로딩/언로딩 포트(14), 로봇(16), 및 복수의 적층된 처리 모듈들(18a-18d)을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예는 요구되는 처리 단계들의 수 및 이송 로봇(16)의 수직 이송 도달에 따라, 4개보다 적거나, 또는 그 이상의 처리 모듈들을 포함할 수 있다. 처리 모듈들은 각각 개별적으로 습식 화학 처리 단계들, 예를 들어, 전기화학적 증착, 전착 연마, 화학적 에칭 등; 및 세정, 린싱, 및 건조 처리 단계들에 적합할 수 있다. 스택의 모든 위치들은 임의의 모듈 구성을 수용할 수 있으며, 임의의 처리 단계들 수행하기에 적합할 수 있다. 공정 요구들이 변화될 때 하드웨어는 쉽게 변화될 수 있다.
웨이퍼 처리 시스템(10)은 또한 처리 모듈들(18a-d) 아래에 위치된 국부 유체 공급부들(20)을 포함할 수 있다. 국부 유체 공급부들(20)은 각 처리 모듈(18a-d)에 전해액과 같은, 처리 유체를 공급할 수 있다. 모듈들(미도시)에 대한 전자 제어, 모니터링 회로, 및 파워 공급부들은 처리 모듈들(18a-d) 위에 위치될 수 있다. 웨이퍼 처리 시스템(10), 벌크 전해액 저장 및 모니터링 장비에 대한 파워 분포와 같은 보조 피처들(미도시)는 웨이퍼 처리 시스템(10)으로부터 멀리 떨어져 위치될 수 있다.
프레임(12)은 웨이퍼 처리 시스템의 구성 요소들을 밀폐하여, 웨이퍼 처리가 일어날 수 있는 오염 물질이 없는 환경을 제공할 수 있다. 공기 층류는 팬 또는 블로어(22)에 의해 생성되어 메인 챔버(24) 내에서 미립자가 없는 환경을 유지할 수 있다.
로딩/언로딩 포트(14)는 300 mm 직경의 실리콘 웨이퍼들과 같은 반도체 웨이퍼들(28)이 웨이퍼 처리 시스템(10)으로 로딩되고, 그로부터 언로딩되는 것을 가능하게 한다. 로딩/언로딩 포트(14)는 카세트 또는 FOUP(front opening unified pod)일 수 있다. 포트(14)는 또한 처리 단계들 사이에서 웨이퍼 저장 위치로서의 역할을 할 수 있다.
로봇(16)은, 웨이퍼(28)의 후면(즉, 처리되지 않은 웨이퍼의 면)과 접촉하고 이를 처리 모듈들(18a-d) 중 하나로 이송하는, 엔드 이펙터(26)를 포함한다. 일 실시예에서, 웨이퍼(28)는 모든 핸들링 및 처리 단계들 동안 웨이퍼의 전면(즉, 처리될 면)이 상부쪽을 향하게 핸들링된다. 본 발명의 일 실시예에서, 웨이퍼가 처리 모듈들(18a-d) 중 하나로 이송되기 전에 웨이퍼 정렬 단계(미도시)를 또한 포함할 수 있다. 웨이퍼 이송 로봇(16)의 사용은 포트(14)와 처리 모듈들(18a-d) 사이의 자동화된 웨이퍼 이송을 허용한다.
처리 모듈들(18a-d)은 수직 스택(19)에 배치된다. 처리 모듈들(18a-d)을 수직으로 적층하는 것은 동등한 수의 처리 모듈들을 사용하는 공지된 시스템들과 비교하여, 웨이퍼 처리 시스템(10)의 공구 풋프린트를 상당히 감소시킨다. 낮은 프로파일 처리 모듈, 즉, 대략 30 cm 미만의 높이를 갖는 처리 모듈을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 낮은 프로파일 모듈은 22 cm 미만의 높이를 가질 것이다. 낮은 프로파일 처리 모듈의 사용은 수직 스태킹을 보다 효율적으로 만든다. 알려진 파운틴 셀 및 랙 타입 시스템들은 기판이 위에서부터 처리 모듈로 들어가기 위해 큰 오버헤드 부피를 필요로 한다. 결과적으로, 공지된 파운틴 셀 및 랙 타입 시스템들은 효과적인 수직 스태킹에 적합하지 않다.
액세스는 도 2에 도시된 바와 같이 수직 스택(19)으로부터 처리 모듈을 슬라이딩하거나 회전시킴으로써 각 처리 모듈(18a-d)에 대해 얻어질 수 있다. 각각의 처리 모듈은 스택으로부터 독립적으로 제거 가능할 수 있다. 이는 시스템 간섭이 필요할 때, 예를 들어, 양극을 변경할 때 또는 모듈 내에서 수동 세정을 수행할 때 필요할 수 있다. 분리된 처리 모듈(118)은 분리된 처리 모듈의 교체를 돕기 위해 연장 가능한 고정부(50)를 통해 웨이퍼 처리 시스템(10)에 연결되어 유지할 수 있다. 연장 가능한 고정부는 또한 프레임(12)에 부착될 수 있다. 이러한 방식으로 개별적인 처리 모듈의 제거는 분리된 모듈에 대한 완전하고 용이한 액세스를 가능하게 한다.
웨이퍼 처리 시스템(10)에 결합하기에 적합한 습식 화학 처리 모듈(30)이 도 3, 도 4, 및 도 5에 도시되어 있다. 웨이퍼 처리 시스템(10)에 결합하기에 적합한 웨이퍼 처리 모듈들은 또한 EP2781630 및 EP2652178에 기재되어 있다. 웨이퍼는 로봇 아암의 엔드 이펙터(26)로부터 입구 슬롯(34)을 통해 이동식 플래튼 어셈블리(32)로 이송된다. 이동식 플래튼 어셈블리(32)는 회전식 플래튼 어셈블리일 수 있다.
플래튼 어셈블리(32)는 웨이퍼의 전면이 양극 챔버(35)와 정합하도록 상승된다. 유체 밀폐부는 웨이퍼의 전면과 엘라스토머 밀폐부(36) 사이에 형성된다. 엘라스토머 밀폐부는 절두 원뿔 형상이어서, 신뢰할 수 있는 유체 기밀 밀폐부를 제공할 수 있다. 또한, 이 형상의 밀폐부는 습윤된 웨이퍼의 표면과의 중력 또는 표면 장력으로 인해 챔버로부터 떨어지지 않을 것이다. 엘라스토머 밀폐부는 양극 챔버(35)에 부착될 수 있다.
유체 기밀 밀폐부는 처리 단계 동안 처리 모듈에서 유체 누출을 방지하기 위해 필요하다. 격납 트레이(38)는 발생할 수 있는 임의의 유체 누출을 포함하기 위해 플래튼(32) 아래에 위치될 수 있다.
필요하다면, 웨이퍼(28)에 대한 전기적 접촉부들은 또한 웨이퍼가 전극으로서 역할을 할 수 있도록 형성될 수 있다. 전기적 접촉부들은 양극 챔버(35)에 부착될 수 있다. 전기 접촉부들은 티타늄 전극들, Pt 코팅된 티타늄 전극들, 또는 임의의 다른 적합한 전기 전도성 재료로 제조된 전극들을 사용하여 제조될 수 있다. 전극들은 에지 제외 영역에서 웨이퍼 표면과 접촉할 수 있다. 에지 제외 영역은 일반적으로 웨이퍼 에지에서 <2-3 mm이다. 유체 기밀 밀폐부는 전기적 접촉부들이 처리 유체에 노출되거나, 처리 유체에 의해 오염되는 것을 방지하다.
웨이퍼는 공정 단계에 따라 음극 또는 양극일 수 있다. 단지 예시의 목적으로, DC 바이어스는 전기화학적 증착 공정에서 음극으로서 작용할 때 웨이퍼에 인가될 수 있다. 이 공정에서 양극은 Cu, Ni, 또는 Sn과 같은 소모성 금속, 또는 Pt 코팅된 Ti 또는 혼합 금속 산화물(mixed metal oxide; MMO)과 같은 비활성 접촉부일 수 있다.
웨이퍼(28) 및 양극 챔버(35)는 습식 화학 처리가 일어날 수 있는 밀폐된 캐비티(40)을 정의한다. 습식 화학 처리는 특히 전기화학적 또는 무전해 증착, 전기화학적 에칭, 및 화학적 에칭 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 웨이퍼(28)와 음극 챔버(35) 사이의 유체 밀폐는, 임의의 유체가 캐비티(40)로 들어가기 전에 이루어질 수 있다. 유체는 유체 커넥터들(42,44)을 통해 캐비티(40)에 들어가며 이를 떠날 수 있다. 유체는 수행될 처리 단계에 따라 전해액 또는 다른 적합한 유체일 수 있다. 일 실시예에서, 커넥터(42)는 유체 입구인 한편, 커넥터(44)는 유체 출구이다. 다른 실시예에서, 커넥터(42)는 유체 출구인 한편, 커넥터(44)는 유체 입구이다. 처리 모듈을 통한 높은 플로우 레이트들이 요구되는 경우, 하나 이상의 유체 커넥터를 포함하는 것이 바람직하다. 다수의 유체 입구들은 플로우 레이트를 정확하게 제어하도록 돕고, 가스/에어 포켓들이 캐비티(40) 내에 형성하지 않는 것을 보장하는 것을 돕고, 이는 처리 단계의 품질에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 전착 단계에서의 에어 포켓은 최종 증착물의 균일성에 영향을 줄 수 있다.
유체는, 처리 단계가 완료된 후, 및 웨이퍼(28)와 양극 챔버(35) 사이의 유체 밀폐부가 파쇄되기 전에, 처리 모듈(30)로부터 제거된다. 유체는 유체 커넥터들(42,44)을 통해 제거될 수 있다. 처리 모듈(30)은 틸팅 브래킷(46)을 사용하여 유체 제거를 돕기 위해 틸팅될 수 있다. 틸팅 브래킷(46)은 지지 플레이트(48) 상에 장착된다. 지지 플레이트(48)는 일련의 고정 볼트들(미도시)를 통해 양극 챔버(35)에 고정된다. 유체는 후속 처리 단계들에 사용하기 위해 리사이클링될 수 있다. 필요하다면, 린스 단계는 처리 모듈(30)로부터 웨이퍼(28)의 제거 전에 수행될 수 있다.
처리 모듈은 세정, 린싱, 습윤, 또는 건조 공정들에 사용될 수 있다. 린스, 세정, 또는 건조를 위해, 웨이퍼(28)는 회전식 플래튼 어셈블리를 사용하여 회전될 수 있다. 세정 유체는 세정 및/또는 습윤 목적을 위해 웨이퍼 표면의 전면을 향해 분사될 수 있다. 캐비티(40)로부터 세정 유체를 제거한 후, 후속 고속 건조 단계가 개시될 수 있다. 건조 공정은 플래튼 어셈블리를 회전시켜, 예를 들어, 분당 3000 회전수(revolutions per minute; rpm)까지 가속될 수 있다. 회전식 플래튼 및 하나 또는 그 이상의 스프레이들을 갖는 스핀 린스 건조(SRD) 모듈이 제공될 수 있다.
처리 모듈(30)로부터 웨이퍼(28)를 제거하기 위해, 플래튼 어셈블리(32)는 하강되고, 유체 밀폐부를 파쇄시킨다. 로봇 아암의 엔드 이펙터(26)는 웨이퍼(28)를 수집할 수 있다. 웨이퍼(28)는 웨이퍼 처리 시스템(10)으로부터의 일시적인 저장 또는 제거를 위해 추가 처리 모듈들 또는 로딩 포트(14)로 이송될 수 있다.
지지 플레이트(48)는 연장 가능한 고정부(50)에 부착될 수 있다. 연장 가능한 고정부(50)는, 처리 모듈이 프레임(12)으로부터 제거될 때 처리 모듈(30)에 연결되어 유지될 수 있다. 연장 가능한 고정부는, 전기화학적 처리 단계들을 수행하기 위해 필요한, 전기적 파워를 갖는, 처리 모듈(30)을 공급하는 수단을 포함할 수 있다.
처리 모듈(30)이 프레임(12)으로부터 분리된 후에, 유지보수가 처리 모듈 상에서 수행될 수 있다. 고정 볼트들 및 끼움부들(미도시)은, 양극 챔버(35)가 모듈(30)로부터 분리되는 것을 가능하게 하도록 제거될 수 있다. 이후, 양극 챔버(35)는 신규 챔버에 의해 교체되고, 재연마되거나, 또는 적절하게 교체될 수 있다.
양극 챔버(35)가 제거된 후에 플래튼 어셈블리(32)에 대한 액세스가 제공된다. 플래튼 어셈블리(32)에 대한 액세스는 또한 격납 트레이(38)의 제거에 의해 달성될 수 있다.
웨이퍼 처리 시스템(10)의 처리 모듈들(18a-d)은 수직 스택(19)에 배치된다. 이는 "파운틴 셀" 및 "랙" 타입 시스템들과 같은, 공지된 웨이퍼 처리 시스템들에 대한 실질적인 장치는 아니다. 이들 공지된 시스템들의 경우, 전해액 배스는 웨이퍼가 완전히 침지될 수 있도록 큰 깊이의 개방된 탑을 가지는 것이 필요하다. 개방된 탑의 처리 배스들의 수직으로 적층된 장치는 위의 배스 내의 처리 유체로부터의 오염에 취약할 것이다. 또한, 큰 수직 간격(또는 피치)은 이러한 공지된 처리 배스들을 적층하기 위해 필요하다. 큰 수직의 간격 없이, 상부 배스들은 위에서부터 전해액 배스로의 웨이퍼의 진입을 적어도 부분적으로 차단할 것이다. 또한, 유지보수 및 세정 목적을 위해 처리 배스들에 대한 사용자의 액세스가 또한 최소한 부분적으로 제한될 것이다. 유지보수는 전착 셀에서 양극을 교체하는 것을 포함할 수 있다.
처리 모듈(30)의 디자인은 각각의 처리 모듈 내로의 웨이퍼의 진입을 제한하지 않으면서, 처리 모듈들이 상당히 보다 효율적이고 콤팩트한 장치(15)로 수직으로 적층되게 한다. 각 처리 모듈은 또한 수직 스택(19)으로부터 처리 모듈을 제거함으로써 쉽게 액세스될 수 있다. 이는 또한 처리 요구가 변경될 때 하드웨어가 쉽게 변경되는 것을 가능하게 한다.
모든 유체 습식된 표면들은 일반적으로 PVC(폴리염화비닐)(polyvinyl chloride), HDPE(고밀도 폴리에틸렌)(high density polyethylene), PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드)(polyvinylidene fluoride), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)((polytetrafluoroethylene), 또는 PFA(퍼플루오로 알콕시)(perfluoroalkoxy)와 같은, 플라스틱 재료들을 사용하여 제조된다. 바람직한 재료는 화학적 적합성, 기계적 특성 및 비용에 의해 결정된다.
단순화된 핸들링 시스템 및 처리 모듈 장치의 결과로서, 웨이퍼 처리 시스템(10)은 비용 효율적인 방식으로 형성될 수 있다.
도 6은 처리 모듈들(18a-d)의 수직 스택들(52a-c)이 줄지어 배치될 수 있는 웨이퍼 처리 시스템(210)의 제2 실시예의 평면도를 도시한다. 도 3 내지 도 5와 관련하여 전술한 타입의 처리 모듈들(30)은 웨이퍼 처리 시스템(210)에 사용하기에 적합할 수 있다. 각각의 처리 모듈은 더 큰 처리 절차의 일부로서 상이한 처리 단계를 위해 이용될 수 있다.
웨이퍼 처리 시스템(210)은 하나 또는 그 이상의 로딩/언로딩 포트들(214a-c)을 가질 수 있다. 포트들(214a-c)은 300 mm 직경의 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼들이 웨이퍼 처리 시스템에 로딩되거나 이로부터 언로딩되는 것을 가능하게 한다. 로딩/언로딩 포트들(214a-c)은 개별적으로 카세트들 또는 FOUP들일 수 있다. 포트들(214a-c)은 처리 단계들 사이에서 웨이퍼 저장 위치들로서 역할을 할 수 있다.
이송 로봇(216)은 하나 또는 그 이상의 엔드 이펙터들(226)을 포함하며,이는 웨이퍼의 후면(즉, 처리되지 않은 웨이퍼의 면)에 독립적으로 접촉하여 처리 모듈(18a-d) 중 하나로 웨이퍼를 이송할 수 있다. 이송 로봇(216)은 트랙(254)을 따라 이동하여, 각 수직 스택(52a-c)의 각각의 처리 모듈(18a-d)로의 액세스를 가능하게 할 수 있다.
로봇(216) 및 수직 스택들(52a-c)은 프레임(12) 내에 수용된다. 프레임(12)은 웨이퍼 처리가 일어날 수 있는 오염 물질이 없는 환경을 제공한다. 공기 층류는 메인 챔버(224) 내에 미립자가 없는 환경을 유지하기 위해 팬 또는 블로어에 의해 생성된다.
웨이퍼 정렬 공구(256)는 또한 웨이퍼 이송 동안 정확한 웨이퍼 정렬을 보장하기 위해 메인 챔버(224)에 결합될 수 있다.
도 6은 3개의 인접한 수직 스택들(52a-c)을 포함하는 웨이퍼 처리 시스템(210)을 도시하지만, 더 많거나 더 적은 수직 스택들이 사용될 수 있다는 것이 고려될 것이다. 또한, 단순한 선형 시스템이 아닌 다른 공간 장치들이 효율적인 공구 풋프린트를 달성하기 위해 고려될 수 있다.
도 1 내지 도 6과 관련하여 전술한 실시예들에서, 웨이퍼 자체는 처리 모듈들로 도입된다. 웨이퍼 캐리어 장치 상에 장착된 처리 모듈들에 웨이퍼를 대신 도입할 수 있다. 도 7은, 반도체 웨이퍼(70)가 웨이퍼 캐리어 고정부(72) 상에 배치되는, 이러한 실시예를 도시한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 웨이퍼 캐리어 고정부(72)는, 프레임(74), 밀폐부(76), 및 프레임(74)과 연통하는 기판 지지부(78)를 포함한다. 프레임(74)은 상부면(74a)을 포함하고, 밀폐부(76)를 지지한다. 웨이퍼(70)는 기판 지지부(78) 상에 위치된다. 웨이퍼 캐리어 고정부(72)는 전기적 접촉부(80), 및 전기적 접촉부(80)를 위한 피드스루(82)를 추가로 포함한다. 웨이퍼(70)가 적절하게 위치될 때, 전기적 접촉부(80)는, 웨이퍼(70)와의 전기적 접촉부를 형성하고, 밀폐부(76)는 웨이퍼(70)에 대해 밀폐하여, 유체 기밀 밀폐부를 형성할 수 있다. 웨이퍼 캐리어 고정부(72)의 고정 요소들은 임의의 적합한 재료들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 프레임(74)은 일반적으로 유전체 재료로 형성되고, 밀폐부(76)는 Viton(RTM)과 같은 엘라스토머 재료이다.
웨이퍼(70)를 갖는 웨이퍼 캐리어 고정부(72)가 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈과 같은 처리 모듈로 로딩될 때, 모듈과 프레임(74)의 상부면(74a) 사이에 유체 밀폐가 이루어진다. 이러한 밀폐를 위한 정렬 제한은, 웨이퍼 표면에 대한 유체 밀폐보다 덜 엄격하다. 숙력된 독자는 상부면(74a)에 대한 신뢰가능한 밀폐부를 형성하는 다수의 방법들이 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
웨이퍼 캐리어 고정부(72)/웨이퍼(70) 어셈블리는 시스템의 일반적인 배치의 큰 변화 없이, 도 1 내지 도 6과 관련하여 설명된 장치에 쉽게 결합될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼(70)는 로딩/언로딩 포트(14)를 떠난 후에 고정부(72) 내로 삽입될 수 있다. 웨이퍼(70)는 최종 처리 단계가 수행될 때까지 웨이퍼 캐리어 고정부(72) 내에 남아있을 것이다. 추가의 스테이션 또는 다른 메커니즘은, 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어 고정부 상으로 및 그로부터 로딩 및 언로딩하기 위한 로딩/언로딩 포트(14) 후에 제공될 수 있다. 웨이퍼를 운반하고 캐리어 상에 웨이퍼를 로딩하기 위한 많은 다른 장치들이 가능하다. 이 접근의 이점은, 밀폐 및 접촉들이 웨이퍼 표면에서 한번만 이루어진다는 것이다.

Claims (23)

  1. 반도체 웨이퍼의 전면을 처리하기 위한 장치로서,
    메인 챔버;
    상기 메인 챔버에 웨이퍼를 도입하기 위해 메인 챔버에 연결된 적어도 하나의 로딩 포트;
    3개 또는 그 이상의 실질적으로 수직으로 적층된 웨이퍼 처리 모듈들을 포함하는 적어도 하나의 웨이퍼 처리 모듈들의 스택 - 상기 스택 내의 인접한 웨이퍼 처리 모듈들은 50 cm 미만의 수직 피치(pitch)를 갖고, 각 처리 모듈은, 웨이퍼가 처리 모듈 내부에 실질적으로 수평으로 배치될 때, 웨이퍼의 전면이 상부쪽을 향하게 웨이퍼를 처리하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 웨이퍼 처리 모듈은 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈이며, 상기 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈은 웨이퍼를 수용하는 플래튼 어셈블리, 전극 챔버 및 밀폐부를 포함하며, 상기 플래튼 어셈블리는 전기화학적 처리가 일어나는 밀폐된 캐비티를 정의하기 위해 밀폐부가 표면에 대해 밀폐하도록 전극 챔버에 대해 이동 가능함 -; 및
    로딩 포트와 처리 모듈들 사이에서 웨이퍼를 이송하기 위한 이송 메커니즘 - 각 처리 모듈은 연장 가능한 고정부를 통해 스택 내에서 제거 가능하게 교체되는 것을 특징으로 함 -
    을 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    전기화학적 처리가 일어나는 밀폐된 캐비티를 정의하기 위해, 밀폐부는 사용 시 웨이퍼의 표면에 대해 밀폐하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼가 로딩될 수 있는 적어도 하나의 웨이퍼 캐리어 장치를 추가로 포함하되, 상기 웨이퍼 캐리어 장치는 사용 시 웨이퍼의 표면을 밀폐하는 밀폐부를 포함하고, 상기 이송 메커니즘은 로딩 포트와 처리 모듈들 사이에서 로딩된 웨이퍼 캐리어 장치를 이송하도록 구성된, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈의 밀폐부는, 전기화학적 처리가 일어나는 밀폐된 캐비티를 정의하기 위해, 사용 시, 웨이퍼 캐리어 장치의 표면에 대해 밀폐하는, 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 표면은 상부면인, 장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어 장치 상에 로딩하기 위한 웨이퍼 캐리어 장치 로딩 스테이션을 추가로 포함하는, 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스택 내의 인접한 처리 모듈들은 25 cm 미만의 수직 피치를 갖는, 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송 메커니즘은 로딩 포트와 처리 모듈들 사이에서 웨이퍼의 자동 이송을 위한 적어도 하나의 엔드 이펙터를 갖는 이송 로봇을 포함하는, 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 처리 모듈들 중 적어도 하나는 전기화학적 증착 웨이퍼 처리 모듈을 포함하는, 장치.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 전면은 전극을 포함하는, 장치.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 모듈들은 스택으로부터 제거 가능한, 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 처리 모듈들은 실질적으로 수평 방향으로 스택으로부터 제거 가능한, 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 처리 모듈들은 회전, 슬라이딩, 또는 임의의 다른 적합한 수단에 의해 스택으로부터 제거 가능한, 장치.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개 또는 그 이상의 반도체 웨이퍼들의 전면을 병렬로 처리하도록 구성되는, 장치.
  15. 제1항에 따른 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼를 처리하는 방법으로서,
    상기 웨이퍼를 로딩 포트를 통해 메인 챔버로 도입하는 단계;
    상기 웨이퍼가, 제1 웨이퍼 처리 모듈에서 실질적으로 수평으로 배치되고, 전면이 상부쪽을 향하도록, 웨이퍼를 스택 내의 제1 웨이퍼 처리 모듈을 이송시키기 위해 이송 메커니즘을 사용하는 단계; 및
    상기 제1 웨이퍼 처리 모듈에서 웨이퍼의 전면에 처리 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 웨이퍼가 제2 웨이퍼 처리 모듈에 실질적으로 수평으로 배치되도록, 제1 웨이퍼 처리 모듈로부터 스택 내의 제2 웨이퍼 처리 모듈로 웨이퍼를 이송하기 위해 이송 메커니즘을 사용하는 단계; 및
    상기 제2 웨이퍼 처리 모듈에서 웨이퍼의 전면에 처리 단계를 수행하는 추가의 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 장치로부터의 후속 이송을 위해, 웨이퍼 처리 모듈로부터 로딩 포트로 웨이퍼를 이송하기 위해 이송 메커니즘을 사용하는 추가의 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 전면 상에 수행된 적어도 하나의 처리 단계는, 화학적, 전기화학적, 린싱, 세정, 스피닝, 또는 건조 단계를 포함하는 군으로부터 선택되는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 전면에서 수행되는 처리 단계는 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈에서 수행되는 전기화학적 처리 단계이고, 상기 전기화학적 웨이퍼 처리 모듈은, 전기화학적 처리가 일어나는 밀폐된 캐비티를 정의하기 위해 표면에 대해 밀폐시키는 밀폐부를 포함하는, 방법.
  20. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    전기적 바이어스는, 웨이퍼의 전면에서 수행되는 적어도 하나의 처리 단계 동안 웨이퍼에 인가되는, 방법.
  21. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼 중 2개 또는 그 이상은 병렬로 처리되는, 방법.
  22. 제1항에 따른 장치를 서비스하는 방법에 있어서,
    상기 웨이퍼 처리 모듈에 대한 액세스를 제공하기 위해 웨이퍼 처리 모듈을 실질적으로 수평 방향으로 스택으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 장치를 서비스하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 웨이퍼 처리 모듈을 실질적으로 수평 방향으로 스택으로부터 제거하는 단계는 처리 모듈을 회전시키거나 슬라이딩하는 것을 포함하는, 장치를 서비스하는 방법.
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