KR20020089594A - 웨이퍼 스테이지 척 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 스테이지 척에 관해 개시되어 있다. 개시된 웨이퍼 스테이지 척은 스테이지 축 및 상기 축에 의해 지지되고 웨이퍼 로딩 면에 진공 흡착층이 마련되어 있고 웨이퍼 로딩/언로딩을 위한 핀 돌출구가 구비된 평판형 스테이지를 구비하는 웨이퍼 스테이지 척에 있어서, 상기 평판형 스테이지는 상기 진공 흡착층이 마련되어 있고 웨이퍼와 접촉되는 접촉면과 상기 웨이퍼와 접촉되지 않는 비접촉면으로 구성되어 있되, 상기 웨이퍼가 로딩되었을 때 상기 비접촉면이 상기 웨이퍼에 의해 완전히 덮일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하고, 상기 비접촉면 상에는 상기 웨이퍼가 상기 접촉면 상에 로딩된 상태에서 상기 비접촉면과 상기 웨이퍼 사이로 유입되는 가스의 압력을 감지하기 위한 압력 센서가 구비되어 있는 것을 특징으로 하며, 상기 비 접촉면의 소정 영역에 상기 핀 돌출구가 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 스테이지 척{Wafer stage chuck}

본 발명은 웨이퍼 스테이지 척(wafer stage chuck)에 관한 것으로써, 자세하게는 노광 장치에 사용되는 웨이퍼 스테이지 척에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조 공정에서의 웨이퍼 가공은 웨이퍼 카세트에서 웨이퍼 가공을 위한 반응 챔버로 로딩되면서 시작된다. 반응 챔버로 로딩된 웨이퍼는 상기 반응 챔버내에 구비된 웨이퍼 스테이지 척 상에 놓여지게 된다. 웨이퍼 스테이지 척은 웨이퍼에 대한 가공이 완료될 때까지 초기의 정렬 상태로 웨이퍼를 고정시킨다.

이와 같이 웨이퍼에 대한 가공 공정, 예컨대 박막 증착이나 웨이퍼 상에 형성된 물질막의 식각 또는 노광 공정 등은 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 척 상에 고정시킨 상태에서 실시된다. 따라서, 웨이퍼 스테이지 척 표면의 평탄도(flatness) 및 웨이퍼의 고정 상태에 따라 상기 웨이퍼 가공 공정의 효율과 수율이 달라질 수 있고, 웨이퍼 손상이나 공정 실패를 유발할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 노광 장치에 사용되는 웨이퍼 스테이지 척의 사시도를, 도 2는 도 1을 2-2'방향으로 절개한 단면도를 각각 나타낸다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 종래의 웨이퍼 스테이지 척(20)은 스테이지 축(22)과 스테이지 축(22)에 의해 지지되는 평판 스테이지(24)를 구비한다. 평판 스테이지(24)는 웨이퍼가 로딩될 수 있는 충분한 넓이의 표면을 가지며 소정의 두께를 갖는다. 이러한 평판 스테이지(24)의 표면 전면은 진공 흡착층(26)으로 덮여있다. 진공 흡착층(26)은 평탄 스테이지(24)에 비해 얇은 두께이다. 평판 스테이지(24)의 중앙에 평판 스테이지(24)와 진공 흡착층(26)을 관통하는 세 개의 홀(28)이 형성되어 있다. 세 개의 홀들(28)은 로더 암(loader arm) 또는 다이포드 암(dipod arm) 등에 의해 상기 반응 챔버외부로부터 웨이퍼 스테이지 척(20) 상으로 로딩되는 웨이퍼를 받아서 진공 흡착층(26)에 안착시키는 역할과 웨이퍼 가공이 완료된 웨이퍼에 대해 그 반대의 역할을 수행하기 위한 핀(pin)의 업/다운을 위한 구멍들이다.

한편, 평판 스테이지(24)의 표면 전면을 덮고 있는 진공 흡착층(26)에는 도시되어 있지 않지만 복수의 미세한 홀들이 형성되어 있다. 진공 흡착층(26) 상에 웨이퍼가 로딩되면, 상기 미세한 홀들에 진공이 나타나고 그 결과 웨이퍼 저면은 진공 흡착층(26)에 흡착 고정되게 된다.

이와 같이, 종래의 웨이퍼 스테이지 척의 기본용도 및 구조는 단순히 레벨링(leveling)을 좋게 하기 위해 평탄도가 우수한 면상에 웨이퍼를 올려놓은 후, 진공을 이용하여 웨이퍼를 고정시켜 웨이퍼가 가공 공정 중에 웨이퍼 스테이지 척으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이러한 종래의 웨이퍼 스테이지 척은 다음과 같은 문제점을 갖고 있는데,

첫째는 웨이퍼 가공 공정에서 웨이퍼 스테이지 척이 오염되어 국소적 디포커스(Local defocus)가 발생된다는 것이다.

국소적 디포커스가 발생되면, 웨이퍼 스테이지 척을 다시 세정해야하고 다음 런(run)을 진행하기에 앞서 예비 진행과 그 결과를 분석해야하므로, 대기 시간이길어진다. 이러한 결과는 생산 시간의 손실을 가져오고, 결국 생산성 저하로 이어진다.

둘째, 웨이퍼 스테이지 척의 평탄도에 대한 공정 마진이 감소됨에 따라, 특정 공정에서는 그 진행이 불가하므로 설비의 효율성이 떨어진다.

셋째, 웨이퍼 스테이지 척의 가장자리 평탄도가 다른 부분에 비해 저하된다.

가장자리 평탄도가 저하되는 경우, 가장자리 부분과 관련하여 다중 이미지 및 다중 포커스, 다중 노출 등이 필요하므로, 공정 진행에 따른 인력 손실과 공정 파일의 관리가 어려워진다.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 오염에 따른 로컬 디포커스를 방지하고 스테이지의 전 영역에 걸쳐 우수한 평탄도를 얻을 수 있기 때문에 가장자리의 평탄도 저하에 따른 문제점을 개선할 수 있는 웨이퍼 스테이지 척을 제공함에 있다.

도 1 및 도 2는 각각 종래 기술에 의한 노광 장치에 사용되는 웨이퍼 스테이지 척의 사시도 및 도 1을 2-2'방향으로 절개한 단면도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 노광 장치에 사용되는 웨이퍼 스테이지 척의 사시도 및 도 3을 4-4'방향으로 절개한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 노광 장치에 사용되는 웨이퍼 스테이지 척에서 웨이퍼 스테이지 척과 그 위에 로딩된 웨이퍼 사이의 공기 흐름을 상징적으로 나타낸 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

50:웨이퍼 스테이지 척 52:평판형 스테이지

54:스테이지 축 56:진공 흡착층

58:홀 60:압력 센서

62:스테이지의 테두리와 그 안쪽 영역을 경계 짓는 측면(단차 면)

70:공기 또는 가스의 흐름 W:웨이퍼

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 스테이지 축 및 상기 축에 의해 지지되고 웨이퍼 로딩 면에 진공 흡착층이 마련되어 있고 웨이퍼 로딩/언로딩을 위한 핀 돌출구가 구비된 평판형 스테이지를 구비하는 웨이퍼 스테이지 척에 있어서,

상기 평판형 스테이지는 상기 진공 흡착층이 마련되어 있고 웨이퍼와 접촉되는 접촉면과 상기 웨이퍼와 접촉되지 않는 비접촉면으로 구성되어 있되, 상기 웨이퍼가 로딩되었을 때 상기 비접촉면이 상기 웨이퍼에 의해 완전히 덮일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하고, 상기 비접촉면 상에는 상기 웨이퍼가 상기 접촉면 상에 로딩된 상태에서 상기 비접촉면과 상기 웨이퍼 사이로 유입되는 가스의 압력을 감지하기 위한 압력 센서가 구비되어 있는 것을 특징으로 하며, 상기 비 접촉면의 소정 영역에 상기 핀 돌출구가 구비된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스테이지 척을 제공한다.

이때, 상기 웨이퍼 접촉면은 상기 평판형 스테이지의 테두리이고, 상기 웨이퍼 비 접촉면은 상기 테두리 안쪽 영역이다.

또, 상기 핀 돌출구 둘레의 상기 비 접촉면 또는 상기 접촉면과 상기 비 접촉면을 경계짓는 측면에 상기 가스 유입을 위한 홀이 구비되어 있다.

이러한 본 발명을 이용하는 경우, 압력 센서에 의해 웨이퍼와 비 접촉면 사이에 유입된 가스의 압력을 상기 웨이퍼의 평탄도가 현재 진행 중인 공정에 최적이 되도록 조절할 수 있기 때문에, 종래의 문제점인 웨이퍼 스테이지 척의 오염에 따른 로컬 디포커스 문제, 웨이퍼 스테이지 척의 공정 마진 감소에 따른 설비 이용 효율 감소 문제 및 웨이퍼 가장자리 부분의 평탄도 저하에 따른 문제 등을 모두 개선할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 스테이지 척을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서, 도면은 설명의 편의를 위해 다소 과장되게도시된 것이다.

본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 스테이지 척의 평판형 스테이지는 웨이퍼가 로딩될 때, 웨이퍼와 직접적으로 접촉되는 웨이퍼 접촉면과 웨이퍼와 전혀 접촉되지 않는 웨이퍼 비 접촉면으로 크게 구분할 수 있다.

구체적으로, 도 3과 도 3을 4-4'방향으로 절개한 도 4를 함께 참조하면, 웨이퍼 스테이지 척(50)은 스테이지 축(54)과 이것에 의해 지지되는 스테이지(52)로 구성되어 있다. 스테이지(52)는 가공을 위해 로딩되는 웨이퍼를 가공 공정 내내 지지한다. 스테이지(52)는 도 1에 도시된 종래의 스테이지처럼 완전한 평판은 아니지만, 전체적으로 볼 때, 평판 형태의 스테이지로 볼 수 있다. 따라서, 스테이지(52)를 이하 평판형 스테이지(52)라 한다.

평판형 스테이지(52)는 테두리와 그 안쪽 영역 사이에 단차가 존재한다. 이때, 상기 단차는 2-3mm정도인 것이 바람직하나, 이보다 작거나 클 수 있다. 상기 테두리 안쪽 영역의 표면은 테두리 표면보다 낮다. 곧, 평판형 스테이지(52)는 테두리 안쪽 영역이 소정의 두께로 제거된 상기 테두리가 양각된 형태가 된다. 상기 테두리 상에 웨이퍼(W)가 로딩될 때, 웨이퍼(W)를 진공 흡착하여 웨이퍼 가공 중에, 에컨대 웨이퍼(W)에 대한 노광 공정 중에 웨이퍼(W)가 웨이퍼 스테이지 척(50)으로부터 이탈되는 것을 방지하는 진공 흡착층(56)이 마련되어 있다. 따라서 평판형 스테이지(52)의 테두리는 웨이퍼 접촉면이 되고, 테두리 안쪽 영역은 웨이퍼 비 접촉면이 된다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 진공 흡착층(56)에는 복수의 미세 홀들이 형성되어 있다. 이러한 미세 홀들에 의해 로딩된 웨이퍼가 진공 흡착된다.도 4로부터 평판형 스테이지(52) 상에 웨이퍼(W)가 로딩되는 경우에 웨이퍼 비 접촉면, 곧 테두리 안쪽 영역은 웨이퍼(W)에 의해 완전히 덮인다는 것을 알 수 있다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 평판형 스테이지(52) 상에 웨이퍼(W)가 로딩되면, 웨이퍼(W)와 테두리 안쪽 영역 사이로 공기 또는 가스를 유입시켜 웨이퍼(W)의 저면에 압력을 작용시켜 웨이퍼(W) 전 영역에 걸쳐 평탄도가 균일하게 한다. 도 5는 이러한 상황을 상징적으로 나타낸 것이다. 도 5에서 참조번호 70은 유입된 공기 또는 가스의 흐름을 나타낸다. 이때, 웨이퍼(W) 저면에 작용하는 공기 또는 가스의 압력은 균일하면서도 진공 흡착층(W)에 흡착된 웨이퍼(W)가 이탈될 수 있을 정도로 크지 않는 것이 바람직하다.

이를 위해, 상기 비 접촉면 상에는 웨이퍼(W)와 테두리 안쪽 영역 사이에 유입되는 가스의 압력을 일정하게 하면서 압력이 소정의 압력 범위를 넘지 않게 조절할 수 있게 압력 센서(60)가 구비되어 있다. 상기 테두리 안쪽 영역의 중앙에 복수의 홀(58)의 형성되어 있는데, 이것들은 평판형 스테이지(52) 상에 웨이퍼(W)를 로딩할 때 및 평판형 스테이지(52) 상에 로딩된 웨이퍼를 언로딩할 때, 로더 암(loader arm) 또는 다이포드 암(dipod arm)으로부터 웨이퍼(W)를 인수하거나 상기 로더 암(loader arm) 또는 다이포드 암에 웨이퍼(W)를 인계하기 위한 핀들(미도시)이 업/다운되는데, 상기 복수의 홀(58)은 이러한 핀의 상하 운동을 위한 돌출구들이다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 웨이퍼(W)와 상기 테두리 안쪽 영역사이에 공기 또는 가스를 유입하기 위해 상기 테두리 안쪽 영역의 상기 핀 돌출구 둘레의 비 접촉면에 복수의 가스 분사홀이 구비될 수 있고, 상기 테두리와 그 안쪽 영역을 경계짓는 측면(62), 곧 단차 면의 소정 영역에 또는 단차 면을 따라 둘레에 상기 가스 분사홀이 구비되어 있을 수 있다. 이 중에서 상기 단차 면에 구비된 것이 바람직하다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 웨이퍼 접촉면 안쪽에 제2의 웨이퍼 접촉면을 더 구비할 수 있을 것이다. 또, 상기한 본 발명의 평판형 스테이지에서 웨이퍼 로딩/언로딩에 핀이 아닌 다른 기구를 사용할 수도 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명을 이용하는 경우, 압력 센서에 의해 웨이퍼와 비 접촉면 사이에 유입된 가스의 압력을 상기 웨이퍼의 평탄도가 현재 진행 중인 공정에 최적이 되도록 조절할 수 있기 때문에, 종래의 문제점인 웨이퍼 스테이지 척의 오염에 따른 로컬 디포커스 문제, 웨이퍼 스테이지 척의 공정 마진 감소에 따른 설비 이용 효율 감소 문제 및 웨이퍼 가장자리 부분의 평탄도 저하에 따른 문제 등을 모두 개선할 수 있다.

Claims (3)

1. 스테이지 축 및 상기 축에 의해 지지되고 웨이퍼 로딩 면에 진공 흡착층이 마련되어 있고 웨이퍼 로딩/언로딩을 위한 핀 돌출구가 구비된 평판형 스테이지를 구비하는 웨이퍼 스테이지 척에 있어서,

   상기 평판형 스테이지는 상기 진공 흡착층이 마련되어 있고 웨이퍼와 접촉되는 접촉면과 상기 웨이퍼와 접촉되지 않는 비접촉면으로 구성되어 있되,

   상기 웨이퍼가 로딩되었을 때 상기 비접촉면이 상기 웨이퍼에 의해 완전히 덮일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하고,

   상기 비접촉면 상에는 상기 웨이퍼가 상기 접촉면 상에 로딩된 상태에서 상기 비접촉면과 상기 웨이퍼 사이로 유입되는 가스의 압력을 감지하기 위한 압력 센서가 구비되어 있는 것을 특징으로 하며,

   상기 비 접촉면의 소정 영역에 상기 핀 돌출구가 구비된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스테이지 척.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 접촉면은 상기 평판형 스테이지의 테두리이고, 상기 웨이퍼 비 접촉면은 상기 테두리 안쪽 영역인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스테이지 척.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 핀 돌출구 둘레의 상기 비 접촉면 또는 상기 접촉면과 상기 비 접촉면을 경계짓는 측면에 상기 가스 유입을 위한 홀이 구비된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스테이지 척.