KR102510761B1 - 반도체 웨이퍼 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치는, 상부는 개구되어 있고, 내부에는 반도체 웨이퍼가 수용되는 수용 공간이 마련되어 있는 챔버 보울; 상기 수용 공간에 배치되어 있으며, 상기 반도체 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 척; 상기 챔버 보울에 결합 가능한 챔버 뚜껑; 및 상기 챔버 뚜껑에 구비되며, 상기 수용 공간에 수용되어 있는 반도체 웨이퍼에 대해 기상 분해 물질을 분무하는 분무부를 포함한다. 이러한 본 발명에 의하면, 분무부가 챔버 뚜껑에 구비되어 있기 때문에 분무부를 위한 별도의 사이드 공간이 마련될 필요가 없으며, 이에 따라 반도체 웨이퍼 검사 장치의 크기를 소형화할 수 있다.

Description

반도체 웨이퍼 검사 장치{SEMICONDUCTOR WAFER INSPECTION APPARATUS}
본 발명은 반도체 웨이퍼에 불순물이 존재하는지 여부를 검사하는 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼는 반도체 제작에 있어서 기초가 되는 얇은 판을 의미한다. 일반적으로 반도체 웨이퍼는 실리콘으로 만들어지며, 반도체 웨이퍼 상에는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막이 존재한다. 이러한 반도체 웨이퍼에는 금속과 같은 불순물이 존재하지 않아야 하는데, 이는 반도체 웨이퍼에 금속과 같은 불순물이 존재할 경우에는 반도체 웨이퍼를 기초로 해서 제작되는 반도체의 성능 및 정밀도가 크게 떨어지기 때문이다.
반도체 웨이퍼에 불순물이 존재하는지 여부를 검사하기 위해서는, 반도체 웨이퍼에 기상 분해(vapor phase decomposition; VPD) 물질을 분무하여, 반도체 웨이퍼 상에 존재하는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막을 기상 분해할 것이 요구되며, 경우에 따라서는 반도체 웨이퍼를 구성하는 실리콘 자체를 기상 분해할 것이 요구되기도 한다. 불순물이 존재하고 있던 반도체 웨이퍼에 기상 분해(vapor phase decomposition; VPD) 물질이 분무되면 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘 일부가 제거되어 불순물이 남게 되며, 이후 불순물은 포집되어 분석 시스템으로 보내지고, 불순물 포집이 완료된 반도체 웨이퍼는 세척되어 반도체 제작에 사용될 수 있도록 한다.
종래에는 반도체 웨이퍼에 기상 분해 물질을 분무하는 과정, 반도체 웨이퍼에 존재하는 불순물을 포집하는 과정, 및 반도체 웨이퍼를 세척하는 과정을 각각의 전용 챔버에서 수행하고 있었다. 하지만 반도체 웨이퍼의 검사 과정을 이와 같이 전용 챔버에서 수행하면, 반도체 웨이퍼를 어느 하나의 전용 챔버에서 다른 전용 챔버로 이송하는 과정에서 반도체 웨이퍼에 불순물이 가해질 염려가 있고, 반도체 웨이퍼를 검사 완료하기까지 소요되는 시간이 길어질 수밖에 없다.
이에 따라, 하기 특허문헌 1(공개특허공보 제10-2019-0065161호)에서는 반도체 웨이퍼의 검사 과정이 하나의 챔버에서 수행되도록 하고 있다. 하기 특허문헌 1에 의하면, 반도체 웨이퍼에 기상 분해 물질을 분무하는 분무기가 반도체 웨이퍼의 사이드에 위치해 있으며, 상기 기상 분해 물질을 반도체 웨이퍼에 대해 점 분사 방식으로 분무하고 있다. 또한, 하기 특허문헌 1에 의하면, 모터 시스템이 웨이퍼 지지부의 회전을 제어함과 동시에 수직 위치를 제어하고 있다.
공개특허공보 제10-2019-0065161호(2019.06.11.)
본 발명은 기본적으로 반도체 웨이퍼의 검사 과정이 하나의 챔버에서 수행될 수 있도록 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 하며, 이에 더 나아가 종래 기술에 비해 크기를 소형화하고, 반도체 웨이퍼의 검사에 소요되는 시간 및 전력 소모를 줄일 수 있는 반도체 웨이퍼 검사 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제만으로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치는, 상부는 개구되어 있고, 내부에는 반도체 웨이퍼가 수용되는 수용 공간이 마련되어 있는 챔버 보울; 상기 수용 공간에 배치되어 있으며, 상기 반도체 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 척; 상기 챔버 보울에 결합 가능한 챔버 뚜껑; 및 상기 챔버 뚜껑에 구비되며, 상기 수용 공간에 수용되어 있는 반도체 웨이퍼에 대해 기상 분해 물질을 분무하는 분무부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치는 상기 챔버 뚜껑에 구비되는 유입구를 더 포함할 수 있으며, 상기 유입구로 유입된 기상 분해 물질은 상기 분무부를 통해 분무될 수 있다.
상기 분무부는 상기 챔버 뚜껑의 하측에 구비될 수 있으며, 상기 챔버 뚜껑이 상기 챔버 보울에 결합된 상태에서 상기 웨이퍼 척에 의해 지지되고 있는 반도체 웨이퍼를 향해 상기 기상 분해 물질을 하방으로 분무할 수 있다.
상기 분무부는 샤워 헤드 타입의 분무기일 수 있으며, 상기 샤워 헤드 타입의 분무기는 상기 반도체 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐 상기 기상 분해 물질을 샤워 헤드 방식으로 분무할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치는 상기 챔버 보울의 높이 증감을 제어하는 챔버 보울 높이 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 웨이퍼 척의 높이는 고정되어 있을 수 있다.
상기 챔버 보울은, 상기 웨이퍼 척을 감싸는 형태로 배치됨과 동시에, 상기 챔버 보울의 외측 테두리를 형성하는 제1 챔버 보울부; 상기 외측 테두리의 내측에 위치하여 상기 챔버 보울의 내측 테두리를 형성하는 제2 챔버 보울부; 및 상기 제1 챔버 보울부와 상기 제2 챔버 보울부에 결합하며, 상기 챔버 보울 높이 제어부의 제어에 의해 상기 제1 챔버 보울부를 기준으로 상기 제2 챔버 보울부의 승강을 조절하는 승강 조절부를 포함할 수 있다.
상기 챔버 보울 높이 제어부가 상기 챔버 보울의 높이를 증가시킨 경우, 상기 반도체 웨이퍼의 가장자리는 상기 제2 챔버 보울부의 평탄면 상에 안착될 수 있다.
상기 챔버 보울 높이 제어부는, 상기 반도체 웨이퍼가 외부에서 상기 수용 공간으로 이송될 경우, 상기 반도체 웨이퍼의 이송 경로에 상기 챔버 보울이 존재하지 않도록 하기 위해 상기 챔버 보울의 높이를 감소시키고, 상기 분무부가 상기 반도체 웨이퍼에 대해 기상 분해 물질을 분무하기 전에는, 상기 챔버 뚜껑이 상기 챔버 보울에 결합되도록 하기 위해 상기 챔버 보울의 높이를 증가시킬 수 있다.
상기 분무부는, 상기 반도체 웨이퍼에 대해 기상 분해 물질을 분무한 이후에, 상기 기상 분해 물질의 제거를 위한 퍼지 가스를 더 분무할 수 있다.
상기 챔버 보울 높이 제어부는, 상기 기상 분해 물질의 제거를 위한 퍼지 가스가 분무된 이후에, 상기 반도체 웨이퍼에 존재하는 불순물 포집을 위해 상기 챔버 보울의 높이를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치는, 상기 챔버 보울의 주위에 구비되며, 상기 반도체 웨이퍼에 콜렉팅 용액을 제공하여 상기 반도체 웨이퍼에 존재하는 불순물을 포집하는 콜렉팅 노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 챔버 보울 높이 제어부는, 상기 콜렉팅 노즐을 통해 불순물 포집이 이루어진 이후에, 상기 반도체 웨이퍼의 세척을 위해 상기 챔버 보울의 높이를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치는, 상기 챔버 보울의 주위에 구비되며, 상기 반도체 웨이퍼에 세척 물질을 분사하여 상기 반도체 웨이퍼를 세척하는 세척 노즐을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치는, 상기 웨이퍼 척의 회전을 제어하는 웨이퍼 척 회전 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 웨이퍼 척 회전 제어부는 상기 세척 노즐에 의해 상기 반도체 웨이퍼의 세척이 이루어질 경우, 상기 웨이퍼 척을 회전시킬 수 있다.
상기 챔버 보울 높이 제어부는, 상기 세척 노즐을 통해 상기 반도체 웨이퍼의 세척이 이루어진 이후에, 상기 반도체 웨이퍼의 수거를 위해 상기 챔버 보울의 높이를 감소시킬 수 있다.
본 발명은 분무부가 챔버 뚜껑에 구비되어 있기 때문에 분무부를 위한 별도의 사이드 공간이 마련될 필요가 없으며, 이에 따라 반도체 웨이퍼 검사 장치의 크기를 소형화할 수 있다. 또한, 본 발명은 기상 분해 물질이 유입되는 유입구 또한 챔버 뚜껑에 구비되어 있기 때문에 유입구를 위한 별도의 사이드 공간이 마련될 필요가 없으며, 이에 따라 반도체 웨이퍼 검사 장치의 크기를 더욱 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명은 챔버 뚜껑의 하측에 구비되어 있는 분무부가 반도체 웨이퍼를 향해 기상 분해 물질을 하방으로 분무하기 때문에, 기상 분해 물질이 반도체 웨이퍼의 표면 전체에 골고루 분무될 수 있으며, 이에 따라 반도체 웨이퍼를 비교적 빠른 속도로 검사할 수 있다.
게다가, 본 발명에 의하면, 기상 분해 물질이 반도체 웨이퍼의 표면 전체에 골고루 분무될 수 있기 때문에, 분무부가 기상 분해 물질을 분무할 때 웨이퍼 척을 굳이 회전시킬 필요가 없으며, 이에 따라 반도체 웨이퍼의 검사에 소요되는 전력 소모를 크게 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치의 정면도이자, 챔버 뚜껑이 챔버 보울에 결합된 상태 및 챔버 보울의 높이가 증가된 상태를 도시한 도면이다(챔버 보울 up 상태).
도 2는 도 1에서 챔버 보울의 높이가 감소된 상태를 도시한 도면이다(챔버 보울 down 상태).
도 3은 도 2에 도시된 반도체 웨이퍼 검사 장치의 사시도이다(챔버 보울 down 상태).
도 4는 도 3에서 챔버 뚜껑이 완전히 열린 상태를 도시한 도면이다(챔버 보울 down 상태).
도 5는 도 4의 A-A'에 따른 절단면을 도시한 도면이다(챔버 보울 down 상태).
도 6은 도 5에서 챔버 보울의 높이가 증가된 상태를 도시한 도면이다(챔버 보울 up 상태).
도 7은 분무부에 의해 기상 분해 물질이 샤워 헤드 방식으로 분무되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치에 의해 수행되는 반도체 웨이퍼 검사 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치에 대해 상세히 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치의 정면도이자, 챔버 뚜껑이 챔버 보울에 결합된 상태 및 챔버 보울의 높이가 증가된 상태를 도시한 도면이고(챔버 보울 up 상태), 도 2는 도 1에서 챔버 보울의 높이가 감소된 상태를 도시한 도면이다(챔버 보울 down 상태). 도 3은 도 2에 도시된 반도체 웨이퍼 검사 장치의 사시도이고(챔버 보울 down 상태), 도 4는 도 3에서 챔버 뚜껑이 완전히 열린 상태를 도시한 도면이다(챔버 보울 down 상태). 도 5는 도 4의 A-A'에 따른 절단면을 도시한 도면이고(챔버 보울 down 상태), 도 6은 도 5에서 챔버 보울의 높이가 증가된 상태를 도시한 도면이다(챔버 보울 up 상태).
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치(1000)는 챔버 보울(100), 웨이퍼 척(200), 챔버 뚜껑(300) 및 분무부(400)를 포함할 수 있다.
챔버 보울(100)의 상부는 개구되어 있고, 챔버 보울(100)의 내부에는 반도체 웨이퍼(10)가 수용되는 수용 공간(106)이 마련되어 있다. 후술하는 바와 같이, 챔버 보울(100)은 제1 챔버 보울부(110), 제2 챔버 보울부(120) 및 승강 조절부(130)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 챔버 보울부(110) 및 제2 챔버 보울부(120)의 상부는 모두 개구되어 있다. 또한, 제1 챔버 보울부(110) 및 제2 챔버 보울부(120)의 내부는 모두 비어 있어서, 제1 챔버 보울부(110) 및 제2 챔버 보울부(120)에 의해 반도체 웨이퍼(10)가 수용되는 수용 공간(106)이 마련된다.
웨이퍼 척(200)은 챔버 보울(100)의 수용 공간(106)에 배치되되, 바람직하게는 수용 공간(106)의 중앙에 배치될 수 있다. 반도체 웨이퍼(10)는 반도체 웨이퍼 이송 암(미도시)에 의해 파지된 상태로 외부에서 수용 공간(106)으로 이송되며, 반도체 웨이퍼(10)의 이송 방향은 도 5에 도시된 바와 같다.
웨이퍼 척(200)은 수용 공간(106)으로 이송된 반도체 웨이퍼(10)를 지지한다. 예를 들어, 웨이퍼 척(200)은 정전력을 이용하여 반도체 웨이퍼(10)의 하측을 흡착 고정하거나, 웨이퍼 척(200)에 마련된 진공 홀(미도시)에 의해 반도체 웨이퍼(10)의 하측을 흡착 고정할 수 있다.
챔버 뚜껑(300)은 챔버 보울(100)에 결합 가능하다. 즉, 챔버 뚜껑(300)은 반도체 웨이퍼(10)의 검사 과정 중에 필요에 따라 챔버 보울(100)에 결합하기도 하고 결합하지 않기도 한다.
챔버 뚜껑 암(320)의 일측은 챔버 뚜껑(300)의 상측에 고정 결합되고, 챔버 뚜껑 암(320)의 타측은 챔버 뚜껑 암 지지대(330)에 힌지 결합될 수 있다.
챔버 뚜껑 암 지지대(330) 내에는 공압 실린더가 구비될 수 있으며, 공압 실린더를 통한 압축 공기의 흐름에 따라 챔버 뚜껑 암(320)의 일측이 상하로 이동하게 된다. 즉, 공압 실린더로 압축 공기가 흘러 들어올 경우 챔버 뚜껑 암(320)의 일측이 위로 이동하여 챔버 뚜껑(300)이 열리게 되고(도 6 참고), 공압 실린더로부터 압축 공기가 빠져나갈 경우에는 챔버 뚜껑 암(320)의 일측이 아래로 이동하여 챔버 뚜껑이 닫히게 된다(도 1 참고).
도 1 및 도 6에서 알 수 있듯이, 챔버 뚜껑(300)은 챔버 보울(100)의 높이가 증가된 상태에서만 챔버 보울(100)에 결합할 수 있으며, 이때 챔버 보울(100)의 수용 공간(106)은 외부로부터 차폐되게 된다. 이와 달리, 도 2 및 도 5에서 알 수 있듯이, 챔버 보울(100)의 높이가 감소된 상태에서는 챔버 뚜껑(300)이 챔버 보울(100)에 결합할 수 없으며, 이에 따라 챔버 보울(100)의 수용 공간(106)은 외부로부터 차폐되지 않는다. 챔버 보울(100)의 높이 증감에 대한 보다 자세한 사항은 후술하기로 한다.
분무부(400)는 챔버 뚜껑(300)에 하측에 구비될 수 있으며, 챔버 보울(100)의 수용 공간(106)에 수용되어 있는 반도체 웨이퍼(10)에 대해 기상 분해 물질을 분무하는 역할을 한다. 여기서, 기상 분해 물질로는 HF(hydrogen fluoride) 용액, HF + H2O2 용액, 또는 HF + O3 용액 등이 활용될 수 있다. 불순물이 존재하고 있는 반도체 웨이퍼(10)에 대해 분무부(400)가 기상 분해 물질을 분무할 경우, 반도체 웨이퍼(10) 상에 존재하는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막이 기상 분해되거나, 반도체 웨이퍼(10)를 구성하는 실리콘이 기상 분해되며, 그 결과 반도체 웨이퍼(10)에는 금속과 같은 불순물이 남게 된다.
챔버 뚜껑(300)의 상측에는 외부로부터 기상 분해 물질이 유입되는 유입구(310)가 구비될 수 있으며, 유입구(310)로 유입된 기상 분해 물질은 챔버 뚜껑(300)의 하측에 구비된 분무부(400)를 통해 분무된다. 분무부(400)는 챔버 뚜껑(300)이 챔버 보울(100)에 결합된 상태에서 웨이퍼 척(200)에 의해 지지되고 있는 반도체 웨이퍼(10)를 향해 기상 분해 물질을 하방으로 분무한다.
위에서 언급한 특허문헌 1에서는 반도체 웨이퍼에 기상 분해 물질(즉, 분해 유체)을 분무하는 분무기가 반도체 웨이퍼의 사이드에 위치해 있기 때문에, 분무기 및 전챔버(즉, 분무기에 기상 분해 물질을 공급하는 챔버)를 위한 사이드 공간이 별도로 필요하다(특허문헌 1의 도 2b 참고). 이에 반해, 본 발명에서는 분무부(400) 및 유입구(310)가 모두 챔버 뚜껑(300)에 구비되어 있기 때문에, 분무부(400) 및 유입구(310)를 위한 별도의 사이드 공간이 필요하지 않으며, 이에 따라 반도체 웨이퍼 검사 장치의 크기를 소형화할 수 있다.
게다가, 특허문헌 1에 의하면 분무기가 반도체 웨이퍼의 사이드에 위치하고 있기 때문에, 기상 분해 물질은 반도체 웨이퍼 표면의 일측에만 집중적으로 분무된다. 이에 따라, 특허문헌 1에서는 기상 분해 물질이 반도체 웨이퍼 표면의 전체 영역에 골고루 분무될 수 있도록 하기 위해, 분무기가 기상 분해 물질을 분무할 때 모터 시스템이 웨이퍼 지지부를 회전 제어해야만 한다. 이에 반해, 본 발명에서는 챔버 뚜껑(300)의 하측에 구비되어 있는 분무부(400)가 반도체 웨이퍼(10)를 향해 기상 분해 물질을 하방으로 분무하기 때문에, 기상 분해 물질이 반도체 웨이퍼(10)의 표면 전체에 골고루 분무될 수 있으며, 이에 따라 반도체 웨이퍼(10)를 비교적 빠른 속도로 검사할 수 있다. 그뿐 아니라, 본 발명에 의하면 기상 분해 물질이 반도체 웨이퍼(10)의 표면 전체에 골고루 분무될 수 있기 때문에, 분무부(400)가 기상 분해 물질을 분무할 때 웨이퍼 척(200)을 굳이 회전시킬 필요가 없으며, 이에 따라 반도체 웨이퍼(10)의 검사에 소요되는 전력 소모 또한 줄일 수 있다.
나아가, 특허문헌 1에서는 분무기가 기상 분해 물질을 점 분사 방식으로 분무한다. 이와 대비하여, 본 발명에서의 분무부(400)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 샤워 헤드 타입의 분무기일 수 있으며, 상기 샤워 헤드 타입의 분무기는 반도체 웨이퍼(10)의 표면 전체에 걸쳐 기상 분해 물질을 샤워 헤드 방식으로 분무한다.
도 7은 분무부에 의해 기상 분해 물질이 샤워 헤드 방식으로 분무되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 분무부(400)가 샤워 헤드 타입의 분무기일 경우에는 반도체 웨이퍼(10)의 표면 전체에 걸쳐 기상 분해 물질이 더욱 골고루 분무될 수 있고, 비교적 적은 횟수의 분무만으로도 반도체 웨이퍼(10)의 표면에 기상 분해 물질이 도입될 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(10)를 한층 더 빠른 속도로 검사할 수 있게 된다.
한편, 반도체 웨이퍼(10)의 검사 과정 중에, 반도체 웨이퍼(10)를 수용 공간(106)에 이송하는 과정, 반도체 웨이퍼(10)에 존재하는 불순물을 포집하는 과정, 및 수용 공간(106)에 수용되어 있는 반도체 웨이퍼(10)를 수거하는 과정을 수행하기 위해서는, 챔버 보울(100)의 높이가 웨이퍼 척(200)의 높이보다 더 낮아야 한다(도 2 내지 도 5 참고).
이와 달리, 반도체 웨이퍼(10)의 검사 과정 중에, 반도체 웨이퍼(10)에 기상 분해 물질을 분무하는 과정, 기상 분해 물질의 제거를 위한 퍼지 가스를 수용 공간(106) 중에 분무하는 과정, 및 반도체 웨이퍼(10)를 세척하는 과정을 수행하기 위해서는, 챔버 보울(100)의 높이가 웨이퍼 척(200)의 높이보다 더 높아야 한다(도 1 및 도 6 참고).
이에 따라, 반도체 웨이퍼(10)의 검사 과정 중에 챔버 보울(100)의 높이는 증가되거나 감소될 필요가 있으며, 챔버 보울(100)의 높이 증감은 챔버 보울 높이 제어부(180)에 의해 제어된다. 즉, 챔버 보울 높이 제어부(180)는 챔버 보울(100)의 높이를 감소시켜, 챔버 보울(100)의 높이가 웨이퍼 척(200)의 높이보다 더 낮게 할 수도 있고(도 2 내지 도 5 참고), 챔버 보울(100)의 높이를 증가시켜, 챔버 보울(100)의 높이가 웨이퍼 척(200)의 높이보다 더 높게 할 수도 있다(도 1 및 도 6 참고).
이와 같이 챔버 보울(100)의 높이는 챔버 보울 높이 제어부(180)에 의해 증감되는 데 반하여, 웨이퍼 척(200)의 높이는 고정되어 있을 수 있다.
후술하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(10)의 세척 효율을 향상시키기 위해서는, 반도체 웨이퍼(10)를 세척할 때 웨이퍼 척(200)을 회전시키는 것이 바람직하다. 이때 웨이퍼 척(200)이 회전뿐 아니라 수직 방향으로의 높이 증감까지 가능하도록 하기 위해서는, 웨이퍼 척(200)이 2축 모션 제어(즉, 회전축 모션 제어 및 수직축 모션 제어)가 가능하도록 구현되어야만 한다.
하지만, 웨이퍼 척(200)이 2축 모션 제어가 가능하도록 구현할 경우에는, 1축 모션 제어(즉, 회전축 모션 제어)만 가능하도록 구현하는 경우에 비해, 장치(1000)의 복잡도 및 제작 비용이 높고, 웨이퍼 척(200)의 최대 회전 가능 속도는 낮을 수밖에 없다. 따라서, 챔버 보울(100)의 높이는 증감 가능하도록 구현하되, 웨이퍼 척(200)의 높이는 고정시키는 것이, 장치(1000)의 복잡도 및 제작 비용을 낮추고 웨이퍼 척(200)의 최대 회전 가능 속도를 높이는 측면에서 바람직하다.
챔버 보울(100)은 제1 챔버 보울부(110), 제2 챔버 보울부(120) 및 승강 조절부(130)를 포함할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 특히 참고하면, 제1 챔버 보울부(110)는 웨이퍼 척(200)을 감싸는 형태로 배치됨과 동시에, 챔버 보울(100)의 외측 테두리(102)를 형성하고, 제2 챔버 보울부(120)는 상기 외측 테두리(102)의 내측에 위치하여 챔버 보울(100)의 내측 테두리(104)를 형성한다. 승강 조절부(130)는 제1 챔버 보울부(110)와 제2 챔버 보울부(120)에 결합하며, 챔버 보울 높이 제어부(180)의 제어에 의해 제1 챔버 보울부(110)를 기준으로 제2 챔버 보울부(120)의 승강을 조절한다. 여기서, 제1 챔버 보울부(110)를 기준으로 제2 챔버 보울부(120)의 승강을 조절한다는 것은, 제1 챔버 보울부(110)는 정지해 있는 상태에서 제2 챔버 보울부(120)만이 위로 올라가거나 아래로 내려가도록 조절한다는 것을 의미한다.
승강 조절부(130)는 예를 들어 공압 실린더로 이루어질 수 있다. 챔버 보울 높이 제어부(180)의 제어에 의해 승강 조절부(130)로 압축 공기가 흘러 들어올 경우 승강 조절부(130)의 길이가 늘어나게 되고, 이때 제1 챔버 보울부(110)는 정지해 있는 상태에서 제2 챔버 보울부(120)만이 위로 올라가게 된다(도 6 참고). 이와 같은 방식으로 챔버 보울 높이 제어부(180)는 승강 조절부(130)를 제어하여 챔버 보울(100)의 높이를 증가시킬 수 있다.
제2 챔버 보울부(120)에는 평탄면(122)이 마련되어 있을 수 있으며, 챔버 보울(100)의 높이가 증가될 경우 반도체 웨이퍼(10)의 가장자리는 도 6에 도시된 바와 같이 평탄면(122) 상에 안착될 수 있다. 반도체 웨이퍼(10)의 가장자리가 평탄면(122) 상에 안착되면, 반도체 웨이퍼(10)는 웨이퍼 척(200) 이외에 제2 챔버 보울부(120)에 의해서도 지지되기 때문에, 반도체 웨이퍼(10)에 기상 분해 물질을 분무하는 과정, 기상 분해 물질의 제거를 위한 퍼지 가스를 수용 공간(106) 중에 분무하는 과정, 및 반도체 웨이퍼(10)를 세척하는 과정이 더욱 안정적으로 수행될 수 있게 된다.
이와 달리, 챔버 보울 높이 제어부(180)의 제어에 의해 승강 조절부(130)로부터 압축 공기가 빠져나갈 경우 승강 조절부(130)의 길이는 줄어들게 되고, 이때 제1 챔버 보울부(110)는 정지해 있는 상태에서 제2 챔버 보울부(120)만이 아래로 내려가게 된다(도 5 참고). 이와 같은 방식으로 챔버 보울 높이 제어부(180)는 승강 조절부(130)를 제어하여 챔버 보울(100)의 높이를 감소시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 검사 장치에 의해 수행되는 반도체 웨이퍼 검사 방법의 흐름도이다. 이하에서는 도 8을 더 참고하여, 반도체 웨이퍼 검사 장치(1000)에 의해 수행되는 반도체 웨이퍼 검사 방법에 대해 설명하기로 한다.
반도체 웨이퍼 검사 장치(1000)의 내부 또는 외부에는 컴퓨팅 장치(미도시)가 구비될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 반도체 웨이퍼 검사 장치(1000)를 조작하여, 이하에서 설명하는 반도체 웨이퍼 검사 방법이 수행되도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 반도체 웨이퍼 검사 장치(1000)에 유선 또는 무선으로 통신 연결될 수 있는 통신부와, 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 명령을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 통신부를 통해 반도체 웨이퍼 검사 장치(1000)에 통신 연결된 뒤, 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 명령에 따라 챔버 뚜껑(300)의 개폐, 챔버 보울(100)의 높이 증감, 기상 분해 물질 및 퍼지 가스의 분무·불순물 포집·세척 등 반도체 웨이퍼(10)를 검사하기 위한 각각의 단계를 수행할 수 있다.
반도체 웨이퍼 검사 장치(1000)를 통해 반도체 웨이퍼(10)를 검사하기 위해서는 맨 먼저 챔버 뚜껑(300)을 열어야 하며(S100), 이를 위해 챔버 뚜껑 암 지지대(330) 내의 공압 실린더에는 압축 공기가 유입될 수 있다.
반도체 웨이퍼(10)는 도 5에 도시된 방향을 따라 수용 공간(106)으로 이송되는데, 반도체 웨이퍼(10)의 이송 경로에 챔버 보울(100)이 존재할 경우에는 반도체 웨이퍼(10)가 수용 공간(106)으로 이송될 수 없다. 따라서, 상기 S100 단계 이후 챔버 보울(100)의 높이는 감소되어야 하고(S200), 이후 반도체 웨이퍼(10)가 챔버 보울(100)의 수용 공간(106)으로 이송된다(S300). 챔버 보울 높이 제어부(180)는 반도체 웨이퍼(10)가 외부에서 수용 공간(106)으로 이송될 경우, 반도체 웨이퍼(10)의 이송 경로에 챔버 보울(100)이 존재하지 않도록 하기 위해 승강 조절부(130)를 제어하여 챔버 보울(100)의 높이를 감소시킬 수 있다. 수용 공간(106)으로 이송된 반도체 웨이퍼(10)는 웨이퍼 척(200)에 의해 지지되며, S300 단계가 종료된 이후의 모습은 도 5와 같다.
상기 S300 단계 이후, 챔버 보울 높이 제어부(180)는 승강 조절부(130)를 제어하여 챔버 보울(100)의 높이를 증가시킨다(S400). 즉, 챔버 보울 높이 제어부(180)는 분무부(400)가 반도체 웨이퍼(10)에 대해 기상 분해 물질을 분무하기 전, 챔버 뚜껑(300)이 챔버 보울(100)에 결합되도록 하기 위해 챔버 보울(100)의 높이를 증가시킬 수 있으며, S400 단계가 종료된 이후의 모습은 도 6과 같다.
상기 S400 단계 이후에는 챔버 뚜껑(300)을 닫아야 하며(S500), 이를 위해 챔버 뚜껑 암 지지대(330) 내의 공압 실린더로부터 압축 공기를 빼낼 수 있다. S500 단계가 종료된 이후의 모습은 도 1과 같다.
상기 S500 단계 이후에는 분무부(400)를 통해서 반도체 웨이퍼(10)에 대해 기상 분해 물질이 분무되도록 한다(S600). 챔버 뚜껑(300)의 상측에 구비된 유입구(310)로는 기상 분해 물질이 유입될 수 있고, 유입구(310)로 유입된 기상 분해 물질은 챔버 뚜껑(300)의 하측에 구비된 분무부(400)를 통해 분무될 수 있다. 이때 분무부(400)는 웨이퍼 척(200)에 의해 지지되고 있는 반도체 웨이퍼(10)를 향해 기상 분해 물질을 하방으로 분무한다.
분무부(400)를 통해 기상 분해 물질이 분무되면 반도체 웨이퍼(10)에는 금속과 같은 불순물이 남게 되고, 챔버 보울(100)과 챔버 뚜껑(300)에 의해 차폐된 수용 공간(106) 중에는 기상 분해 물질 중 일부가 존재하게 된다. 수용 공간(106) 중에 기상 분해 물질이 존재함에도 불구하고 챔버 뚜껑(300)을 열면 기상 분해 물질이 외부로 유출되어 장치(1000)의 사용자에게 해를 가할 우려가 있다.
이에 따라, 상기 S600 단계 이후, 분무부(400)는 기상 분해 물질의 제거를 위한 퍼지 가스를 수용 공간(106) 중에 분무할 수 있다(S700). 챔버 뚜껑(300)의 상측에 구비된 유입구(310)로는 기상 분해 물질의 제거를 위한 퍼지 가스가 유입될 수 있고, 유입구(310)로 유입된 퍼지 가스는 분무부(400)를 통해 분무될 수 있다. 기상 분해 물질의 제거를 위한 퍼지 가스로는 질소가 활용될 수 있다.
분무부(400)는 웨이퍼 척(200)에 의해 지지되고 있는 반도체 웨이퍼(10)를 향해 하방으로 퍼지 가스를 분무한다. 분무부(400)가 샤워 헤드 타입의 분무기일 경우에는 비교적 적은 횟수의 분무만으로도 수용 공간(106) 중에 퍼지 가스가 충분히 도입될 수 있기 때문에, 비교적 빠른 속도로 기상 분해 물질을 제거할 수 있다. 분무부(400)에 의해 퍼지 가스가 분무될 경우, 수용 공간(106) 중에 존재하는 기상 분해 물질은 퍼지 가스와 함께 배출구(810)를 통해 배출된다.
상기 S700 단계 이후에는 챔버 뚜껑 암 지지대(330) 내의 공압 실린더에 압축 공기를 유입시켜 챔버 뚜껑(300)을 다시 열고(S800), 반도체 웨이퍼(10)에 존재하는 불순물 포집을 위해 챔버 보울(100)의 높이를 다시 감소시킨다(S900). 즉, 챔버 보울 높이 제어부(180)는 기상 분해 물질의 제거를 위한 퍼지 가스가 분무된 이후, 반도체 웨이퍼(10)에 존재하는 불순물 포집을 위해 승강 조절부(130)를 제어하여 챔버 보울(100)의 높이를 다시 감소시킬 수 있다. S900 단계가 종료된 이후의 모습은 도 5와 같으며, S900 단계에서 챔버 보울(100)의 높이를 감소시키는 이유는 콜렉팅 노즐(500)이 반도체 웨이퍼(10)에 존재하는 불순물을 쉽게 포집할 수 있도록 하기 위함이다.
콜렉팅 노즐(500)은 챔버 보울(100)의 주위에 구비되며, 콜렉팅 노즐 암(520)을 통해 노즐 제어부(580)에 연결될 수 있다. 상기 S900 단계 이후 콜렉팅 노즐(500)은 반도체 웨이퍼(10)에 콜렉팅 용액을 제공하여 반도체 웨이퍼(10)에 존재할 수 있는 불순물을 포집한다(S1000).
구체적으로, 노즐 제어부(580)는 콜렉팅 노즐(500)을 제어하여 콜렉팅 노즐(500)의 단부에 콜렉팅 용액이 홀딩되도록 한다. 또한, 노즐 제어부(580)는 콜렉팅 노즐 암(520)을 제어하여 콜렉팅 용액이 홀딩된 콜렉팅 노즐(500)을 반도체 웨이퍼(10)의 표면을 따라 이동시킨다. 콜렉팅 노즐(500)은 콜렉팅 용액을 통해 반도체 웨이퍼(10)에 존재할 수 있는 불순물을 포집하며, 반도체 웨이퍼(10)의 표면을 따라 이동을 마친 뒤에는 콜렉팅 용액을 분석 시스템(미도시)에 전달하여, 분석 시스템으로 하여금 불순물의 존재 여부, 불순물의 성분, 불순물의 양 등을 분석하도록 한다.
콜렉팅 노즐(500)을 통해 불순물 포집이 이루어진 뒤에는 반도체 웨이퍼(10)를 세척하여 반도체 제작에 사용될 수 있도록 한다. 이를 위한 전 단계로서, 챔버 보울 높이 제어부(180)는 콜렉팅 노즐(500)을 통해 불순물 포집이 이루어진 이후에 승강 조절부(130)를 제어하여 챔버 보울(100)의 높이를 다시 증가시킬 수 있다(S1100).
반도체 웨이퍼(10)의 세척에는 세척 노즐(600)이 활용될 수 있다. 세척 노즐(600)은 챔버 보울(100)의 주위에 구비되며, 세척 노즐 암(620)을 통해 노즐 제어부(580)에 연결될 수 있다. 여기에서는 노즐 제어부(580)가 콜렉팅 노즐(500)과 세척 노즐(600)을 모두 제어하는 것으로 설명하지만, 세척 노즐(600)만을 제어하기 위한 노즐 제어부가 별도로 구비될 수도 있다.
노즐 제어부(580)는 세척 노즐 암(620)을 제어하여 세척 노즐(600)을 반도체 웨이퍼(10)의 상부로 이동시킬 수 있다. 노즐 제어부(580)가 세척 노즐(600)을 반도체 웨이퍼(10)의 상부로 이동시킨 뒤에는 챔버 뚜껑(300)을 닫을 수 있다(S1200). 이때 챔버 뚜껑(300)은 세척 노즐(600)의 존재로 인해 챔버 보울(100)에 결합할 수는 없다. 다만, 세척 노즐(600)의 존재에도 불구하고 챔버 뚜껑(300)을 조금이나마 닫는 것이, 세척 물질이 장치(1000)의 외부로 튀는 현상을 최소화하는 측면에서 바람직하다.
상기 S1200 단계 이후, 세척 노즐(600)은 노즐 제어부(580)의 제어에 의해 반도체 웨이퍼(10)에 세척 물질을 분사하여 반도체 웨이퍼(10)를 세척할 수 있다(S1300). 이때 세척 노즐(600)이 분사하는 세척 물질로는 탈이온화수(DI), 질소, 또는 이의 조합 등이 활용될 수 있다.
반도체 웨이퍼(10)의 세척 효율을 향상시키기 위해서는, 세척 노즐(600)이 세척 물질을 분사할 때 웨이퍼 척(200)을 고속으로(예를 들어, 1,200rpm 이상) 회전시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 웨이퍼 척 회전 제어부(700)는 세척 노즐(600)에 의해 반도체 웨이퍼(10)의 세척이 이루어질 경우 웨이퍼 척(200)의 회전을 제어하여 웨이퍼 척(200)을 회전시킬 수 있다. 세척 노즐(600)에 의해 반도체 웨이퍼(10)에 세척 물질이 분사되면, 반도체 웨이퍼(10)에 잔존하는 불순물은 세척 물질과 함께 배출구(810)를 통해 배출된다.
세척 노즐(600)을 통해 반도체 웨이퍼(10)의 세척이 이루어진 이후에는 챔버 뚜껑 암 지지대(330) 내의 공압 실린더에 압축 공기를 유입시켜 챔버 뚜껑(300)을 다시 열 수 있다(S1400). 반도체 웨이퍼(10)의 세척으로 인해 분무부(400)에는 액화 상태의 세척 물질이 매달려 있을 수 있으며, 챔버 뚜껑(300)을 열면 챔버 뚜껑(300)에 매달려 있던 세척 물질은 드레인(820)에 떨어질 수 있다. 드레인(820)에 떨어진 세척 물질은 배출구(810)를 통해 배출될 수 있다.
세척 노즐(600)을 통해 반도체 웨이퍼(10)의 세척이 이루어지고 챔버 뚜껑(300)이 다시 열리고 난 이후에, 챔버 보울 높이 제어부(180)는 반도체 웨이퍼(10)의 수거를 위해 챔버 보울(100)의 높이를 감소시킬 수 있다(S1500). 챔버 보울(100)의 높이가 감소되면, 반도체 웨이퍼 이송 암(미도시)은 웨이퍼 척(200) 상에 위치하고 있는 반도체 웨이퍼(10)를 파지한 뒤, 도 5에 도시된 이송 방향의 반대 방향을 따라 반도체 웨이퍼(10)를 수거해갈 수 있다(S1600).
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 위에서는 콜렉팅 노즐(500) 및 세척 노즐(600)이 챔버 보울(100)의 주위에 각각 구비되는 것으로 설명하였으나, 어느 하나의 노즐에서 반도체 웨이퍼(10)에 존재하는 불순물 포집과 반도체 웨이퍼(10)의 세척을 모두 수행하게끔 설계 변경될 수도 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주 안에 속한다고 할 것이다.
10: 반도체 웨이퍼 100: 챔버 보울
102: (챔버 보울의) 외측 테두리 104: (챔버 보울의) 내측 테두리
106: (챔버 보울의) 수용 공간 110: 제1 챔버 보울부
120: 제2 챔버 보울부 130: 승강 조절부
180: 챔버 보울 높이 제어부 200: 웨이퍼 척
300: 챔버 뚜껑 310: 유입구
320: 챔버 뚜껑 암 330: 챔버 뚜껑 암 지지대
400: 분무부 500: 콜렉팅 노즐
520: 콜렉팅 노즐 암 580: 노즐 제어부
600: 세척 노즐 620: 세척 노즐 암
700: 웨이퍼 척 회전 제어부 810: 배출구
820: 드레인 900: 플레이트
1000: 반도체 웨이퍼 검사 장치

Claims (15)

  1. 상부는 개구되어 있고, 내부에는 반도체 웨이퍼가 수용되는 수용 공간이 마련되어 있는 챔버 보울;
    상기 수용 공간에 배치되어 있으며, 상기 반도체 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 척;
    상기 챔버 보울에 결합 가능한 챔버 뚜껑;
    상기 챔버 뚜껑에 구비되며, 상기 수용 공간에 수용되어 있는 반도체 웨이퍼에 대해 기상 분해 물질을 분무하는 분무부; 및
    상기 챔버 보울의 높이 증감을 제어하는 챔버 보울 높이 제어부;를 포함하며,
    상기 웨이퍼 척의 높이는 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 뚜껑에 구비되는 유입구를 더 포함하며,
    상기 유입구로 유입된 기상 분해 물질은 상기 분무부를 통해 분무되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분무부는 상기 챔버 뚜껑의 하측에 구비되며, 상기 챔버 뚜껑이 상기 챔버 보울에 결합된 상태에서 상기 웨이퍼 척에 의해 지지되고 있는 반도체 웨이퍼를 향해 상기 기상 분해 물질을 하방으로 분무하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분무부는 샤워 헤드 타입의 분무기이며,
    상기 샤워 헤드 타입의 분무기는 상기 반도체 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐 상기 기상 분해 물질을 샤워 헤드 방식으로 분무하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 보울은,
    상기 웨이퍼 척을 감싸는 형태로 배치됨과 동시에, 상기 챔버 보울의 외측 테두리를 형성하는 제1 챔버 보울부;
    상기 외측 테두리의 내측에 위치하여 상기 챔버 보울의 내측 테두리를 형성하는 제2 챔버 보울부; 및
    상기 제1 챔버 보울부와 상기 제2 챔버 보울부에 결합하며, 상기 챔버 보울 높이 제어부의 제어에 의해 상기 제1 챔버 보울부를 기준으로 상기 제2 챔버 보울부의 승강을 조절하는 승강 조절부;를 포함하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 챔버 보울 높이 제어부가 상기 챔버 보울의 높이를 증가시킨 경우, 상기 반도체 웨이퍼의 가장자리는 상기 제2 챔버 보울부의 평탄면 상에 안착되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 보울 높이 제어부는,
    상기 반도체 웨이퍼가 외부에서 상기 수용 공간으로 이송될 경우, 상기 반도체 웨이퍼의 이송 경로에 상기 챔버 보울이 존재하지 않도록 하기 위해 상기 챔버 보울의 높이를 감소시키고,
    상기 분무부가 상기 반도체 웨이퍼에 대해 기상 분해 물질을 분무하기 전에는, 상기 챔버 뚜껑이 상기 챔버 보울에 결합되도록 하기 위해 상기 챔버 보울의 높이를 증가시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분무부는,
    상기 반도체 웨이퍼에 대해 기상 분해 물질을 분무한 이후에, 상기 기상 분해 물질의 제거를 위한 퍼지 가스를 더 분무하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 챔버 보울 높이 제어부는,
    상기 기상 분해 물질의 제거를 위한 퍼지 가스가 분무된 이후에, 상기 반도체 웨이퍼에 존재하는 불순물 포집을 위해 상기 챔버 보울의 높이를 감소시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 챔버 보울의 주위에 구비되며, 상기 반도체 웨이퍼에 콜렉팅 용액을 제공하여 상기 반도체 웨이퍼에 존재하는 불순물을 포집하는 콜렉팅 노즐을 더 포함하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 챔버 보울 높이 제어부는,
    상기 콜렉팅 노즐을 통해 불순물 포집이 이루어진 이후에, 상기 반도체 웨이퍼의 세척을 위해 상기 챔버 보울의 높이를 증가시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 챔버 보울의 주위에 구비되며, 상기 반도체 웨이퍼에 세척 물질을 분사하여 상기 반도체 웨이퍼를 세척하는 세척 노즐을 더 포함하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 웨이퍼 척의 회전을 제어하는 웨이퍼 척 회전 제어부를 더 포함하며,
    상기 웨이퍼 척 회전 제어부는 상기 세척 노즐에 의해 상기 반도체 웨이퍼의 세척이 이루어질 경우, 상기 웨이퍼 척을 회전시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 챔버 보울 높이 제어부는,
    상기 세척 노즐을 통해 상기 반도체 웨이퍼의 세척이 이루어진 이후에, 상기 반도체 웨이퍼의 수거를 위해 상기 챔버 보울의 높이를 감소시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사 장치.
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