KR20040093677A - 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템 및 방법이 개시된다. 저장장치에는 반도체 기판이 로딩되는 슬롯에 대해 설정된 처리공정에 대한 제어데이터가 저장된다. 공정제어장치는 반도체 기판이 로딩되어 있는 슬롯의 식별정보를 검출하고, 저장장치로부터 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 독출하여 반도체 기판의 처리공정을 제어한다. 기판처리장치는 독출된 제어데이터에 의해 소정의 에너지를 갖는 레이저 빔으로 반도체 기판을 처리한다. 본 발명에 따르면, 다양한 특성을 가진 반도체 기판에 대해 가해지는 다양한 처리공정을 하나의 장치내에서 별도의 조작없이 수행할 수 있다.

Description

레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템 및 방법{System for processing semiconductor substrate by using laser and method of the same}
본 발명은 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 레이저를 이용하여 반도체 기판에 대한 상이한 처리공정을 수행하거나 상이한 특성을 가진 반도체 기판을 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 기판은 산화(Oxidation), 감광액도포(Photo Resist), 노광(Exposure), 현상(Developement), 식각(Etching), 이온주입(Ion-Implantation), 평탄화(Planarization), 증착(Deposition), 금속배선(Metallization) 등의 공정을 거쳐 제조된다. 또한, 각각의 공정에서 스트리핑(Stripping), 폴리싱(Polishing), 클리닝(Cleaning), 어닐링(Annealing) 등의 처리가 수행된다. 이러한 반도체 기판의 처리에 있어, 반도체 기판으로부터 형성되는 소자의 종류 및 반도체 기판을 구성하는 물질에 따라 상이한 공정이 수행된다. 한편, 각각의 공정, 소자의 종류, 기판의 특성에 따라 레이저의 특성, 스캐닝 속도, 챔버 내로 주입되는 가스의 종류가 달라지게 된다.
이와 같은 반도체 기판의 제조공정이 갖는 복잡성으로 인해 종래의 반도체 제조장치는 사전에 정해진 공정만을 수행하여 반도체 기판을 처리하고 있다. 따라서, 종래의 반도체 제조장치에 의해 새로운 공정을 수행하거나 기존에 처리하던 반도체 기판과 상이한 특성을 가진 반도체 기판을 처리하기 위해서는 반도체 제조장치를 재설정해야 하며, 이는 곧바로, 작업의 복잡성, 재설정에 소요되는 시간에 따른 처리지연 등의 문제를 낳게된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다양한 특성을 가진 반도체 기판에 대해 가해지는 다양한 처리공정을 하나의 장치내에서 별도의 조작없이 수행할 수 있는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템에 대한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 저장장치에 저장되는 제어데이터의 DB구조를 도시한 도면,
도 3은 공정제어장치(120)에 대한 일 실시예의 구성을 도시한 도면,
도 4는 기판처리장치(130)에 대한 일 실시예의 상세한 구성을 도시한 도면,
도 5는 기판처리장치(130)에 대한 다른 실시예의 상세한 구성을 도시한 블록도,
도 6은 공정제어장치(540)의 상세한 구성을 도시한 블록도,
도 7은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법에 대한 일 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도, 그리고,
도 8은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법에 대한 다른 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템의 바람직한 일 실시예는, 반도체 기판이 로딩되는 슬롯에 대해 설정된 처리공정에 대한 제어데이터가 저장되는 저장수단; 상기 반도체 기판이 로딩되어 있는 슬롯의 식별정보를 검출하고, 상기 저장부로부터 상기 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 독출하여 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 공정제어수단; 및 상기 독출된 제어데이터에 의해 소정의 에너지를 갖는 레이저 빔으로 상기 반도체 기판을 처리하는 기판처리수단;을 구비한다.
바람직하게는, 상기 공정제어수단은, 상기 슬롯에 부여된 식별정보를 검출하는 검출부; 및 상기 저장부로부터 상기 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 독출하여 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 제어부;를 갖는다. 상기 공정제어수단은 조작자로부터 상기 반도체 기판이 로딩되는 슬롯에 대해 처리공정을 설정받는 사용자인터페이스부를 구비하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 검출부는 상기 각각의 슬롯에 실장되는 상기 반도체 기판들을 정렬하는 얼라이너에 구비된다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템의 바람직한 다른 실시예는, 반도체 기판에 대해 설정된 처리공정에 대한 제어데이터가 저장되는 제1저장수단; 상기 반도체 기판에 대한 처리공정별 영상데이터가 저장되는 제2저장수단; 상기 반도체 기판을 촬영하여 촬영영상을 출력하는 촬영수단; 상기 촬영수단으로 전송받은 촬영영상을 상기 제2저장부에 저장되어 있는 영상데이터와 비교하여 상기 반도체 기판에 대한 처리공정을 결정하고, 상기 저장수단로부터 상기 반도체 기판에 대해 결정된 처리공정에 대응하는 제어데이터를 독출하여 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 공정제어수단; 및 상기 독출된 제어데이터에 의해 소정의 에너지를 갖는 레이저 빔으로 상기 반도체 기판을 처리하는 기판처리수단;을 구비한다.
바람직하게는, 상기 공정제어수단은, 상기 촬영영상을 기초로 상기 반도체 기판에 형성되어 있는 패턴과 상기 제2저장부에 저장되어 있는 영상데이터의 패턴을 비교하여 상기 반도체 기판에 대한 처리공정을 결정하는 결정부; 및 상기 반도체 기판에 대해 결정된 처리공정에 대응하는 제어데이터를 제1저장장치로부터 독출하고, 독출된 제어데이터에 의해 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 제어부;를 구비한다.
바람직하게는, 상기 촬영수단은 카세트에 형성된 복수의 슬롯에 실장된 상기 반도체 기판을 정렬하는 얼라이너에 구비되며, 상기 촬영수단은 상기 반도체 기판으로부터 방출되는 빛을 소정의 전기적 신호로 변환하는 광전변환소자를 구비한다.
바람직하게는, 상기 제어데이터는 상기 슬롯 각각에 장착되는 반도체 기판의 처리공정에 대응하는 상기 레이저 빔의 제어파라미터, 스캐닝 속도, 반복율, 감쇄각도, 반응성 가스의 종류, 및 반응성 가스의 주입속도 중에서 적어도 하나 이상을포함한다. 선택적으로, 상기 제어데이터는 상기 슬롯 각각에 장착되는 상기 반도체 기판에 형성되는 소자의 종류 또는 상기 반도체 기판을 형성하는 물질의 종류에 대응하는 상기 레이저 빔의 제어파라미터, 스캐닝 속도, 반복율, 감쇄각도, 반응성 가스의 종류, 및 반응성 가스의 주입속도 중에서 적어도 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 상기 반도체 기판의 처리공정은 에칭, 이온주입, 평탄화 및 증착 중 적어도 하나를 포함하는 제1공정 및 상기 제1공정에 대응하는 스트리핑, 폴리싱, 클리닝, 및 어닐링 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제2공정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 소자의 종류는 메모리소자, 비메모리소자, RF소자, 디스플레이소자 중에서 적어도 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 상기 기판처리수단은, 상기 레이저 빔을 발진하는 레이저 발생부; 상기 레이저 빔을 상기 반도체 기판으로 전달하는 광학부; 상기 반도체 기판이 로딩되는 척; 및 상기 반도체 기판이 실장된 카세트로부터 처리대상 반도체 기판을 상기 척으로 이송하는 이송부;를 구비한다. 나아가, 상기 기판처리수단은, 내부로 로딩된 상기 반도체 기판들을 처리하기 위한 진공 분위기 또는 가스 분위기를 조성하는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내로 유입되어 상기 가스 분위기를 조성하는 반응성 가스 또는 퍼지 가스가 보관되는 가스 박스; 및 상기 진공 챔버의 내부 대기를 배출시키는 펌핑 라인을 구비하는 펌핑 시스템;을 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 기판처리수단은 모터의 구동력을 전달받아 구동되어 레이저 빔이 상기 반도체 기판의 전면에 조사되도록 하는 스테이지를 구비하며, 선택적으로, 상기 척을 지지하는 스테이지를 더 구비하며, 상기 스테이지에 의해 지지되는 척은 선형운동가이드를 통해 모터의 구동력을 전달받아 상기 레이저 빔이 상기 반도체 기판의 전면에 조사되도록 한다.
바람직하게는, 상기 광학부는, 상기 레이저 발생부로부터 출력되는 레이저 빔의 에너지 양을 조절하는 어테뉴에이터; 상기 레이저 빔의 에너지 분포를 균일화하는 호모지나이저; 상기 반도체 기판에 조사되는 레이저 빔이 균일한 빔 프로파일을 갖도록 초점을 맺혀주는 필드렌즈와 더블릿 렌즈를 포함하는 렌즈어레이; 및 상기 레이저 빔이 상기 반도체 기판에 조사되도록 경로를 변환하는 미러;를 갖는다.
바람직하게는, 상기 이송부는, 상기 반도체 기판이 실장되는 복수의 슬롯을 구비한 카세트; 상기 카세트에 구비된 슬롯에 실장되는 상기 반도체 기판을 정렬하는 얼라이너; 가열된 반도체 기판을 냉각시켜주는 쿨링 스테이지; 및 상기 카세트에 구비된 슬롯에 실장되어 있는 상기 반도체 기판을 상기 진공 챔버내의 히팅척으로 이송하는 이송로봇;을 갖는다.
바람직하게는, 상기 레이저 발생부는 상기 반도체 기판에 존재하는 이물질의 제거에 필요한 에너지보다 큰 에너지를 갖는 레이저 빔을 발진한다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법의 바람직한 일 실시예는, 반도체 기판이 로딩되는 슬롯에 대해 처리공정에 대한 제어데이터를 설정하는 단계; 상기 반도체 기판이 로딩되어 있는 슬롯의 식별정보를 검출하고, 상기 저장부로부터 상기 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 기초로 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 단계; 및 상기 제어데이터에 의해 소정의 에너지를 갖는 레이저 빔으로 상기 반도체 기판을 처리하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 공정제어단계는, 상기 슬롯에 부여된 식별정보를 검출하는 단계; 및 상기 저장부로부터 상기 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 독출하여 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 검출단계는 상기 각각의 슬롯에 실장되는 상기 반도체 기판들을 정렬하는 얼라이너에 구비된 검출장치에 의해 수행된다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법의 바람직한 다른 실시예는, 반도체 기판에 대해 설정된 처리공정에 대한 제어데이터를 설정하는 단계; 상기 반도체 기판에 대한 처리공정별 영상데이터를 저장하는 단계; 상기 반도체 기판을 촬영하여 촬영영상을 출력하는 단계; 상기 촬영수단으로 전송받은 촬영영상을 상기 저장되어 있는 영상데이터와 비교하여 상기 반도체 기판에 대한 처리공정을 결정하는 단계; 상기 반도체 기판에 대해 결정된 처리공정에 대응하는 제어데이터를 기초로 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 단계; 및 상기 제어데이터에 의해 소정의 에너지를 갖는 레이저 빔으로 상기 반도체 기판을 처리하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 공정결정단계는 상기 촬영영상을 기초로 상기 반도체 기판에 형성되어 있는 패턴과 상기 저장되어 있는 영상데이터의 패턴을 비교하여 상기 반도체 기판에 대한 처리공정을 결정한다.
바람직하게는, 상기 촬영단계는 카세트에 형성된 복수의 슬롯에 실장된 상기 반도체 기판을 정렬하는 얼라이너 또는 이송부에 구비된 촬영장치에 의해 수행된다.
바람직하게는, 상기 촬영단계는 상기 반도체 기판으로부터 방출되는 빛을 소정의 전기적 신호로 변환하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어데이터는 상기 슬롯 각각에 장착되는 반도체 기판의 처리공정에 대응하는 상기 레이저 빔의 제어파라미터, 스캐닝 속도, 반복율, 감쇄각도, 반응성 가스의 종류, 및 반응성 가스의 주입속도 중에서 적어도 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 상기 반도체 기판의 처리공정은 에칭, 이온주입, 평탄화 및 증착 중 적어도 하나를 포함하는 제1공정 및 상기 제1공정에 대응하는 스트리핑, 폴리싱, 클리닝, 및 어닐링 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제2공정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어데이터는 상기 슬롯 각각에 장착되는 상기 반도체 기판에 형성되는 소자의 종류 또는 상기 반도체 기판을 구성하는 물질의 종류에 대응하는 상기 레이저 빔의 제어파라미터, 스캐닝 속도, 반복율, 감쇄각도, 반응성 가스의 종류, 및 반응성 가스의 주입속도 중에서 적어도 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 상기 소자의 종류는 메모리소자, 비메모리소자, RF소자, 디스플레이소자 중에서 적어도 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 상기 기판처리단계는, 상기 반도체 기판이 실장된 카세트로부터 처리대상 반도체 기판을 히팅척으로 이송하는 단계; 및 레이저 발진기에 의해발진된 레이저 빔을 상기 반도체 기판으로 전달하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 기판처리단계는 진공 챔버의 내부로 로딩된 상기 반도체 기판들을 처리하기 위한 진공 분위기 또는 가스 분위기를 조성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 기판처리단계는 모터의 구동력에 의해 상기 반도체 기판이 유입되는 진공 챔버를 구동하여 상기 레이저 빔이 상기 반도체 기판의 전면에 조사되도록 하는 단계를 더 포함하거나, 선택적으로, 모터의 구동력에 의해 상기 반도체 기판이 로딩되는 척을 구동하여 상기 레이저 빔이 상기 반도체 기판의 전면에 조사되도록 하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 레이저 발진기에 의해 발진된 레이저 빔은 상기 반도체 기판에 존재하는 이물질의 제거에 필요한 에너지보다 큰 에너지를 갖는다.
이에 의해, 다양한 특성을 가진 반도체 기판에 대해 가해지는 다양한 처리공정을 하나의 장치내에서 별도의 조작없이 수행할 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템 및 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템에 대한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템은, 저장장치(110), 공정제어장치(120), 및 기판처리장치(130)를 구비한다.
저장장치(110)에는 반도체 기판이 로딩되는 슬롯에 대해 설정된 반도체 기판의 처리공정에 대한 제어데이터가 저장된다. 저장장치(110)는 공정제어장치(120) 내에 구비될 수 있다. 반도체 기판의 처리공정은 에칭(Etching), 이온주입(Implantation), 평탄화(Planarization), 증착(Deposition) 등의 상위공정으로 구분되며, 각각의 상위공정은 스트리핑(Striping), 폴리싱(Polishing), 클리닝(Cleaning), 어닐링(Annealing) 등의 하위공정을 갖는다. 저장장치(110)에 저장되는 제어데이터는 각각의 상위공정 및 하위공정에 적용되는 레이저 빔의 제어파라미터, 스캐닝 속도, 반복율, 감쇄각도, 반응성 가스의 종류, 반응성 가스의 주입속도 등을 결정하기 위한 데이터이다.
한편, 저장장치(110)에는 각각의 상위공정 및 하위공정에 의해 반도체 기판에 형성되는 소자의 종류, 반도체 기판을 구성하는 물질의 종류에 따라 상이하게 적용되는 레이저 빔의 제어파라미터, 스캐닝 속도, 반복율, 감쇄각도, 반응성 가스의 종류, 반응성 가스의 주입속도 등을 결정하기 위한 제어데이터가 저장될 수 있다. 이 때, 반도체 기판에 형성되는 소자의 종류는 메모리소자, 비메모리소자, RF소자, 디스플레이소자 등이 될 수 있으며, 반도체 기판을 구성하는 물질의 종류는 Al, SiO2, Si 등이 될 수 있다. 도 2에는 저장장치(110)에 저장되는 제어데이터의 DB구조가 도시되어 있다.
공정제어장치(120)는 반도체 기판이 로딩되어 있는 슬롯의 식별정보를 검출하고, 저장장치(110)로부터 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 독출하여 반도체 기판의 처리공정을 제어한다. 도 3에는 공정제어장치(120)에 대한 일 실시예의 구성이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 공정제어장치(120)는 검출부(122), 제어부(124), 및 사용자인터페이스부(126)로 구성된다. 검출부(122)는 반도체 기판이 실장되는 슬롯에 부여된 식별정보를 검출한다. 반도체 기판은 카세트에 형성된 슬롯에 실장되어 이송된다. 각각의 슬롯에는 고유의 식별정보가 부여된다. 검출부(122)는 슬롯에 실장된 반도체 기판을 정렬하는 얼라이너 또는 반도체 기판을 이송하는 이송장치에 구비된다. 검출부(122)는 반도체 기판을 슬롯으로부터 탈착시켜 처리하기 전에 검출한 슬롯의 식별정보를 제어부(124)로 전송한다.
제어부(124)는 검출부(122)에 의해 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 저장장치(110)로부터 독출하여 반도체 기판의 처리공정을 제어한다. 제어부(124)로부터 출력되는 제어신호는 기판처리장치(130)로 입력된다.
사용자인터페이스부(126)는 조작자로부터 저장장치(110)에 저장되는 제어데이터를 입력받거나 각각의 슬롯에 대응하는 처리공정을 입력받는 수단이다. 제어부(124)는 사용자인터페이스부(126)를 통해 입력받은 제어데이터 또는 각각의 슬롯에 대응하는 처리공정을 저장장치(110)에 저장한다.
이러한 공정제어장치(120)의 동작에 대해 보다 상세하게 설명하면, 공정제어장치(120)는 특정 슬롯에 대한 공정 진행 명령을 기판처리장치(130)로 전송하여 공정을 제어한다. 일예로, 카세트의 1번 슬롯에 실장된 반도체 기판에 대해 반도체 기판으로부터 형성되는 소자의 종류가 DRAM이고, 처리공정이 에칭의 스트리핑이며, 반도체 기판을 구성하는 물질은 Al로 설정되어 있다면, 검출부(122)가 1번 슬롯의 식별정보를 검출하면 제어부(124)는 저장장치(110)로부터 1번 슬롯에 대해 설정되어 있는 제어데이터에 의해 기판처리장치(130)를 제어하여 1번 슬롯에 실장되어 있는 반도체 기판에 대한 처리공정을 진행하도록 한다. 다음으로, 검출부(122)가 2번 슬롯의 식별정보를 검출하면 동일한 방식에 의해 2번 슬롯에 실장되어 있는 반도체 기판에 대한 처리공정이 진행된다. 일예로, 2번 슬롯에 대해서는 반도체 기판으로부터 형성되는 소자의 종류가 DRAM이고, 처리공정이 에칭의 스트리핑이며, 해당 반도체 기판을 구성하는 물질은 Si로 설정될 수 있다.
기판처리장치(130)는 독출된 제어데이터에 의해 각각의 처리공정에 대응하는 에너지를 갖는 레이저 빔으로 반도체 기판을 처리한다. 기판처리장치(130)의 상세한 구성이 도 4에 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 기판처리장치(130)는 레이저 발생기(410), 광학부(420), 진공 챔버(430), 가스 박스(440), 척(450), 스테이지(460), 펌핑시스템(470), 및 이송부(480)를 구비한다.
레이저 발생기(410)는 공정제어장치(120)로부터 입력되는 레이저 빔의 제어파라미터에 대응하는 에너지를 갖는 레이저 빔을 발진한다. 레이저 발생기(410)에서 방출되는 레이저 빔의 에너지와 펄스 반복율은 공정제어장치(120)로부터 출력되는 제어신호에 의해 조정된다. 이에 의해, 공정제어장치(120)로부터 출력되는 제어신호에 의해 조정되는 스테이지의 이동속도와 더불어 반도체 기판(140)의 특정 영역에 조사되는 레이저 빔의 펄스수를 정확하게 제어된다. 레이저 발생기(410)에서 발생되는 레이저 빔은 가우시안 프로파일을 갖는 데, 가우시안 프로파일을 갖는 빔은 반도체 기판(140)의 처리시 반도체 기판(140)의 영역별로 불균일한 효과를 나타낸다. 광학부(420)에 구비되는 호모지나이저는 반도체 기판(140)으로 조사되는 레이저 빔이 반도체 기판(140)의 특정 영역에 대해 시간적으로 그리고 공간적으로 균일한 에너지 분포를 가지도록 한다. 이상에서 레이저 발생기(410)는 펄스형태의 레이저 빔을 발진하는 장치가 예시되었으나, 레이저 발생기(410)는 연속파 형태의 레이저 빔을 방출하는 장치가 채용될 수 있으며, 레이저 빔은 포톤(Photon) 에너지를 가지는 모든 레이저가 채용될 수 있다.
광학부(420)는 레이저 발생기(410)로부터 발진된 레이저 빔을 진공 챔버(430) 내의 척(450)에 안착된 반도체 기판(140)에 조사되도록 레이저 빔의 경로를 변환하거나, 레이저 빔을 분할하거나, 레이저 빔의 강도를 조절한다.
광학부(420)는 어테뉴에니터(422), 호모지나이저(homogenizer, 미도시), 빔 스플리터(미도시), 필드 렌즈와 더블릿 렌즈(미도시), 미러(424), 에너지 검출기(미도시), 그리고 빔 프로파일러(미도시) 등으로 구성되며, 선택적으로 각종 렌즈(미도시)가 구비된다. 어테뉴에이터(422)는 레이저 발생부(410)로부터 방출된 레이저 빔의 에너지 양을 조절한다. 호모지나이저는 레이저 빔의 에너지 분포를 균일하게 한다. 호모지나이저는 빔 스플리터의 전단에 설치되나 선택적으로 빔 스플리터의 후단에 설치될 수 있다. 빔 스플리터는 선택적으로 구비되어 척(450) 위로 레이저 빔이 조사될 수 있도록 레이저 빔을 분할한다. 필드 렌즈와 더블릿 렌즈는 처리 대상 반도체 기판 위로 조사되는 레이저 빔이 균일한 빔 프로파일을 갖도록 조절한다. 미러(424)는 레이저 빔의 경로를 변경한다. 에너지 검출기는 처리 대상 반도체 기판 위로 조사되는 에너지를 측정하여 레이저 에너지 밀도를 계산한다. 빔 프로파일러는 레이저 빔의 균일성을 측정한다. 광학부(420)에 의한 레이저 빔의 경로변환, 분할, 강도조절은 공정제어장치(120)로부터 입력되는 제어파라미터에 의해 제어된다.
진공 챔버(430)는 반도체 기판(140)의 처리가 수행되는 장소이다. 반도체 기판(140)은 이송부(480)에 의해 진공 챔버(430) 내부로 로딩된다. 진공 챔버(430)는 슬릿 도어(432), 석영 윈도우(미도시), 척(450), 지지대(436), 스테이지(460), 석영 포커스 링(미도시), 핀 업다운 시스템(미도시), 바라트론 게이지(미도시), 및 노즐(미도시)를 구비한다. 슬릿 도어(432)는 처리 대상 반도체 기판이 진입 또는 진출하는 통로의 개폐를 담당한다. 석영 윈도우는 높은 투과도를 갖는 재질인 석영으로 제작되며, 처리 대상 반도체 기판 상에 레이저가 조사되도록 한다. 진공 챔버(430)는 내부의 인위적인 세척이나 관리의 편의를 위해, 석영 윈도우가 놓여 있는 진공 챔버(430)의 상부층이 분리되는 구조를 갖는다.
진공 챔버(430)는 스캐닝 방식에 따라 스테이지(460)의 위치가 달라지게 된다. 챔버 스캐닝 방식의 경우에 척(450)의 외부로 조사될 수 있는 레이저가 척(450)의 아래 부분으로 조사될 때 방어벽 역할을 수행하는 석영판과 진공 챔버(430) 내부에 대해 균일한 펌핑을 하기 위한 오리피스가 구비된다. 이와 달리, 척 스캐닝 방식의 경우에는 레이저 조사에 의해 발생하는 파티클을 더욱 효과적으로 뽑아 내기 위한 배기 튜브가 구비된다.
챔버 스캐닝 방식은 스테이지(460)가 진공 챔버(430)의 외부에 설치되어 진공 챔버(430) 전체를 움직여 레이저 빔이 반도체 기판(140) 전체에 조사되도록 하는 방식이며, 척 스캐닝 방식은 스테이지(460)가 진공 챔버(430)의 내부에 장착되어 스테이지(460)의 상부에 위치한 척(450)을 구동하는 방식이다. 챔버 스캐닝 방식의 특징은 레이저 빔이 입사되는 석영 윈도우의 크기가 기판을 고정하는 척(450)에 해당하는 크기를 가지며, 스캐닝을 할 수 있는 스테이지(460)가 진공 챔버(430)의 하부에 장착되어 있다는 점이다.
한편, 척 스캐닝 방식은 레이저 빔이 입사되는 석영 윈도우의 크기가 레이저 빔의 크기보다 크게 형성된다. 척 스캐닝 방식은 스테이지(460)가 진공 침버(430)의 내부에 장착되므로 진공 챔버(430)의 크기가 챔버 스캐닝 방식에 비해 크다. 그리고 내부에 장착되어 있는 스테이지(460)에 의한 파티클 소스를 방지하기 위해, 모터는 진공 챔버(430)의 외부에 구비되며, 진공 챔버(430)의 내부에 노출되어 있는 선형 운동 가이드(Linear Motion Guide)는 밸로우즈에 의해 차폐된다.
가스박스(440)는 반도체 기판(140)의 처리 효율을 높일 수 있도록 도와주는 반응성 가스와 퍼지 가스를 공급한다. 가스박스(440)는 진공 챔버(430)로 유입되는 가스의 유량을 조절하는 MFC(Mass Flow Controller), 진공 챔버(430)내로의 가스유입을 개시 또는 차단하는 에어 밸브, 에어 밸브를 구동하는 솔레노이드 밸브, 유해 가스의 퍼지를 위한 쓰리웨이 밸브, 역류를 방지하는 체크 밸브, 파티클 유입을 방지하는 필터, 수동으로 가스 개폐를 조절할 수 있는 메뉴얼 밸브, 가스의 압력을 조절하는 레귤레이터, 및 기타의 가스 배관으로 구성된다.
척(450)은 스테이지(460)에 의해 지지되며, 척(450) 위에 반도체 기판(140)이 위치한다. 척은 지지부재(436)에 의해 스테이지(460)에 연결된다. 척(450)에는부가적으로 반도체 기판(140)을 가열할 수 있는 가열수단이 구비될 수 있다. 스테이지(460)는 반도체 기판(140)을 회전시켜 멀티 스캐닝이 가능하도록 한다. 스테이지(460)는 진공 챔버(430) 내부에 장착되며, 처리 대상 반도체 기판(140)에 대해 전면에 걸쳐 레이저 빔을 조사하기 위한 모듈이다. 반도체 기판(140)에 조사되는 레이저 빔의 크기는 폭 방향으로, 또는 폭과 길이 양쪽 방향으로 기판의 직경보다 작다. 따라서, 진공 챔버(430) 내에 위치한 스테이지(460)가 유동되어 스테이지(460)의 상측에 위치한 반도체 기판(10)의 전체에 레이저 빔이 조사되도록 한다. 스테이지(460)는 X 또는 Y 축으로 구성되거나, 경우에 따라서는 Z축이 추가될 수 있으며, 나아가, X-Y 두축을 고려하여 구성될 수도 있다. 스테이지(460)는 모터(미도시)에 의해 구동된다.
석영 포커스 링은 반도체 기판(140)이 정확하게 홀딩되게 하고 기판이 아닌 히팅 척 부분에 레이저가 조사되지 않도록 방지한다. 핀 업다운 시스템은 로봇이 히팅 척 위에 놓여진 반도체 기판(140)을 잡기 용이하도록 웨이퍼를 들어준다. 바라트론 게이지는 진공 챔버(430)내의 진공도를 측정한다. 노즐은 반응성 가스 및 퍼지용 가스유입을 개시 또는 차단한다. 배출구는 진공 챔버(430)에 진공상태를 형성하거나 발생된 이물질을 배출하기 위해 펌핑시스템(470)과 연결된다. 진공 챔버(430)로 가스를 유입시키는 노즐은 퍼지용 가스나 반응성 가스를 레이저가 조사되는 영역에 대해 균일한 분포를 유지하기 위해 처리 대상 반도체 기판(140) 가까운 곳에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 퍼지용 가스인 불활성 가스를 반도체 기판(140)의 처리 중에 유입시키면, 발생되는 이물질의 석영 윈도우 부착을 방지할수 있으며 이물질 제거에 물리적인 효과를 얻을 수 있다.
펌핑시스템(470)은 진공 챔버(430) 내부의 대기를 배출시키기 위한 통로를 제공하는 펌핑 라인(pumping line)(472)을 구비한다. 펌핑시스템(470)은 진공 챔버(430)의 배출구와 가압 방지를 위한 체크 밸브, 펌핑되는 양을 조절하기 위한 버터플라이 밸브(쓰로틀 밸브), 및 게이트 밸브로 구성된다. 게이트 밸브는 펌핑을 천천히 하기 위한 소프트 밸브와 펌핑을 빠르게 하기 위한 러핑 밸브로 구성된다. 펌핑 라인(472)은 진공 펌프(vacuum pump) 등에 연결되어 진공 챔버(430)에 진공계의 형성을 유도한다.
이송부(480)는 반도체 기판(140)을 척(450)위로 이송한다. 즉, 이송부(480)는 내장된 카세트에 실장되어 있는 반도체 기판(140)을 진공 챔버(430)내로 공급하고, 처리된 반도체 기판(140)을 진공 챔버(430)외부로 인출한다. 이송부(480)는 카세트가 올려지는 카세트 스테이지, 반도체 기판(140)을 정렬시키는 얼라이너, 공정 중 가열된 반도체 기판(140)을 냉각시켜주는 쿨링 스테이지, 반도체 기판(140)을 이송하는 로봇, 및 대기 중의 먼지 등과 같은 파티클 부착을 억제하는 FFU(Fan Filter Unit)를 구비한다. 이송부(480)에는 카세트에 실장되어 있는 반도체 기판(140)을 촬영하여 촬영된 영상을 제어부(122)로 제공하는 검출부(124)가 구비된다. 이러한 검출부(124)는 얼라이너에 장착되는 것이 바람직하나, 이송부(480)내에서 반도체 기판(140)의 촬영이 가능한 위치에 장착될 수 있다.
상술한 기판처리장치(130)의 각 구성요소는 공정제어장치(120)로부터 입력되는 제어신호에 의해 제어된다. 공정제어장치(120)는 저장장치(110)로부터 슬롯의식별정보에 대응하는 제어데이터를 독출하고, 독출된 제어데이터에 대응하는 제어신호를 기판처리장치(130)의 각 구성요소에 제공한다.
한편, 도 4를 참조하여 설명한 것과 달리, 기판처리장치(130)는 챔버를 구비하지 않는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 진공 챔버(430), 가스 박스(440), 펌핑시스템(470) 등의 진공 분위기 또는 가스 분위기를 조성하기 위한 구성요소들은 제거된다. 그러나, 반도체 기판(140)을 처리하기 위해 레이저 발생기(410), 광학부(420), 척(450), 스테이지(460), 이송부(480) 및 레이저 처리후 발생된 이물질을 배출하기 위해 진공 챔버(430)에 불활성가스를 주입하는 노즐과 이물질 및 불활성가스를 배출하는 후드는 필수적으로 구비되어야 한다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템에 대한 다른 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템은 제1저장장치(510), 제2저장장치(520), 촬영장치(530), 공정제어장치(540), 및 기판처리장치(550)로 구성된다. 제1저장장치(510) 및 기판처리장치(550)의 구성 및 기능은 도 1을 참조하여 설명한 저장장치(110) 및 기판처리장치(130)의 구성 및 기능과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제2저장장치(520)에는 반도체 기판(140)에 대한 처리공정별 영상데이터가 저장된다. 영상데이터는 반도체 기판(140)으로부터 형성되는 소자, 반도체 기판(140)의 구성물질, 및 반도체 기판(140)에 대해 수행되는 공정에 대응하여 사전에 촬영된 기준영상들이다.
촬영장치(530)는 카세트에 형성된 복수의 슬롯에 실장되는 반도체 기판(140)을 정렬하는 얼라이너에 구비된다. 이러한 촬영수단(530)은 반도체 기판(140)으로부터 방출되는 빛을 전기적 신호로 변환하는 광전변환소자에 의해 구현되며, 촬영장치(530)에 의해 촬영된 영상은 공정제어장치(540)로 입력된다.
도 6은 공정제어장치(540)의 상세한 구성을 도시한 블록도이다. 도 6을 참조하면, 공정제어장치(540)는 결정부(542), 제어부(544), 및 사용자인터페이스부(546)로 구성된다. 결정부(542)는 촬영장치(530)로부터 입력받은 촬영영상에 의해 파악된 반도체 기판(140)에 형성되어 있는 패턴과 제2저장장치(520)에 저장되어 있는 영상데이터의 패턴을 비교하여 반도체 기판(140)에 대한 처리공정을 결정한다.
제어부(544)는 반도체 기판(140)에 대해 결정된 처리공정에 대응하는 제어데이터를 제1저장장치(510)로부터 독출하고, 독출된 제어데이터에 의해 반도체 기판(140)의 처리공정을 제어한다. 제어부(544)로부터 출력되는 제어신호는 기판처리장치(550)로 입력된다.
사용자인터페이스부(546)는 조작자로부터 제1저장장치(510)에 저장되는 제어데이터를 입력받거나 제2저장장치(520)에 저장되는 영상데이터를 입력받는 수단이다. 제어부(544)는 사용자인터페이스부(546)를 통해 입력받은 제어데이터 또는 영상데이터를 제1저장장치(510) 또는 제2저장장치(520)에 저장한다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법에 대한 일 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 조작자는 사용자인터페이스부(126)를 통해 저장장치(110)에 반도체 기판(140)이 로딩되는 슬롯에 대해 설정된 반도체 기판(140)의 처리공정에 대한 제어데이터를 입력한다(S700). 입력된 제어데이터는 저장장치(110)에 저장된다(S705). 다음으로, 반도체 기판(140)이 카세트의 슬롯에 실장된다(S710). 각각의 슬롯에는 고유한 식별정보가 전기적 또는 전자적으로 인식될 수 있는 형태(예를 들면, 바코드, 아이디 카드 등)로 부착 또는 인쇄된다. 나아가, 각각의 슬롯에는 슬롯정보에 대응하여 시각적으로 인식가능한 공정정보, 반도체 기판으로부터 형성되는 소자의 종류, 반도체 기판을 구성하는 물질의 종류 등에 대한 정보가 기록될 수 있다.
이송부(480)는 반도체 기판(140)이 실장된 카세트를 스테이지(460)로 이송한다(S715). 카세트가 스테이지(460)로부터 일정지점 이격된 식별정보 검출위치에 도달하면 얼라이너에 구비된 검출부(122)는 슬롯의 식별정보를 검출한다(S720). 검출부(122)에 의해 검출된 슬롯의 식별정보는 제어부(124)로 입력된다. 제어부(124)는 검출부(122)에 의해 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 저장장치(110)로부터 독출한다(S725). 다음으로, 제어부(124)는 독출된 제어데이터에 대응되는 제어신호를 기판처리장치(130)로 출력한다(S730).
이송부(480)는 카세트가 스테이지(460)로부터 일정지점 이격된 기판탈착위치에 도달하면, 슬롯으로부터 반도체 기판(140)을 탈착하여 척(450)위로 이송한다(S735). 레이저 발생기(410)는 척(450)위로 이송된 반도체 기판(140)의 처리공정에 대응하는 에너지, 펄스수, 반복율, 펄스폭 등을 갖는 레이저 빔을 발생한다(S740). 광학부(420)는 척(450)위로 이송된 반도체 기판(140)의 처리공정에 대응하는 광분할, 광경로변경, 감쇄각도설정 등을 수행하여 레이저 발생기(410)로부터 발생된 레이저 빔을 반도체 기판(140)에 조사되도록 한다(S745). 척(450) 또는 스테이지(460)는 척(450)위로 이송된 반도체 기판(140)의 처리공정에 대응하는 스캐닝 속도로 구동된다(S750). 이상의 과정은 각각의 슬롯에 실장되어 있는 반도체 기판(140)에 대해 반복적으로 수행된다.
도 8은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법에 대한 다른 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 조작자는 사용자인터페이스부(126)를 통해 반도체 기판(140)의 처리공정에 대한 제어데이터 및 반도체 기판(140)으로부터 형성되는 소자, 반도체 기판(140)의 구성물질, 및 반도체 기판(140)에 대해 수행되는 공정에 대응하여 사전에 촬영된 기준영상을 입력한다(S800). 입력된 제어데이터 및 기준영상은 각각 제1저장장치(510) 및 제2저장장치(520)에 저장된다(S805). 다음으로, 반도체 기판(140)이 카세트의 슬롯에 실장된다(S810). 카세트에 실장된 반도체 기판(140)을 정렬하는 얼라이너에 구비된 촬영장치(530)는 반도체 기판(140)의 실장이 완료되면, 각각의 슬롯에 실장된 반도체 기판(140)을 촬영하여 촬영영상을 공정제어장치(540)로 제공한다(S815).
공정제어장치(540)에 구비된 결정부(542)는 촬영장치(530)로부터 입력받은 촬영영상에 의해 반도체 기판(140)의 패턴을 인식한다(S820). 다음으로, 결정부(542)는 인식된 패턴을 제2저장장치(520)에 저장되어 있는 영상데이터의 패턴과 비교하여 반도체 기판(140)에 대한 처리공정을 결정한다(S825). 공정제어장치(540)에 구비된 제어부(544)는 반도체 기판(140)에 대해 결정된 처리공정에 대응하는 제어데이터를 제1저장장치(510)로부터 독출한다(S830). 제어부(544)로부터 출력되는 제어신호는 기판처리장치(550)로 입력된다.
이송부(480)는 카세트가 스테이지(460)로부터 일정지점 이격된 기판탈착위치에 도달하면, 슬롯으로부터 반도체 기판(140)을 탈착하여 척(450)위로 이송한다(S835). 레이저 발생기(410)는 척(450)위로 이송된 반도체 기판(140)의 처리공정에 대응하는 에너지, 펄스수, 반복율, 펄스폭 등을 갖는 레이저 빔을 발생한다(S840). 광학부(420)는 척(450)위로 이송된 반도체 기판(140)의 처리공정에 대응하는 광분할, 광경로변경, 감쇄각도설정 등을 수행하여 레이저 발생기(410)로부터 발생된 레이저 빔을 반도체 기판(140)에 조사되도록 한다(S845). 척(450) 또는 스테이지(460)는 척(450)위로 이송된 반도체 기판(140)의 처리공정에 대응하는 스캐닝 속도로 구동된다(S850). 이상의 과정은 각각의 슬롯에 실장되어 있는 반도체 기판(140)에 대해 반복적으로 수행된다.
한편, 기판처리장치(130)에 진공 챔버(430), 가스 박스(440), 및 펌핑시스템(470)이 구비된 경우에, 이들 구성요소들은 제어부(124)로부터 입력된 제어신호에 의해 진공 챔버(430)내에 진공분위기 또는 가스분위기를 형성하도록 제어된다.
이하에서, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템 및 방법을 적용하여 클리닝, 스트리핑, 폴리싱, 및 어닐링공정에 대한 실험 결과를 제시한다. 실험에서 사용된 레이저는 KrF 엑시머 레이저이고 23ns의 레이저 펄스 길이를 가지며, 펄스 수, 펄스 반복율, 분위기 등을 고려하여 실험을 진행하였다.
먼저, 레이저를 이용한 포토마스크(photomask)의 이물질(파티클) 제거과정에 대한 실험결과를 제시한다.
포토마스크는 노광 공정을 목적으로 석영 재질의 투명 기판상에 웨이퍼에 형성시키고자 하는 패턴의 모양을 동일한 형태로 Cr계나 MoSi계 등의 물질을 이용하여 만들어 놓은 것으로 석영 기판 위에 증착된 물질의 패턴 형성 공정 중 이물질이 발생되게 된다. 이물질은 소자의 신뢰성에 직접적인 영향을 미치게 되고, 필히 제거되어야 한다. 본 실험에 이용된 포토마스크는 가로 세로 6인치의 크기를 가지고 차광막은 Cr과 MoSiON이 패터닝 되어 있으며, 그 위에 패터닝 형성 공정 후 부착된 이물질(파티클)이 부착되어 있다. 샘플에 부착된 이물질을 레이저를 이용하여 제거하였고, KLA-Tencor 장비를 이용하여 실험결과를 측정하였다.
표 1에는 레이저의 다양한 변수들에 따른 실험결과가 기재되어 있다. 표 1에 기재되어 있는 바와 같이, Cr의 경우 100mJ/cm2과 90mJ/cm2의 레이저 에너지 밀도에서 각각 3펄스와 10펄스가 주어질 때 Cr의 손상 없이 이물질을 제거할 수 있었다. 그리고 MoSiON의 경우 100mJ/cm2, 120 mJ/cm2, 140 mJ/cm2의 레이저 에너지 밀도에서 각각 10펄스가 주어질 때 MoSiON의 손상없이 이물질을 제거할 수 있다.
구분 차광막 에너지 밀도(mJ/cm2) 레이저 펄스 수 실험 결과
1 Cr 100 5 차광막 손상
2 Cr 100 3 손상없음, 제거양호
3 Cr 90 10 손상없음, 제거양호
4 Cr 80 15 제거미흡
5 MoSiON 100 10 손상없음, 제거양호
6 MoSiON 120 10 손상없음, 제거양호
7 MoSiON 140 10 손상없음, 제거양호
8 MoSiON 150 10 차광막 손상
9 MoSiON 150 30 차광막 손상
10 MoSiON 160 10 차광막 손상
다음으로, 레이저를 이용한 DRAM 공정 중 storage node 에치 후 포토레지스트 및 폴리머 제거과정에 대한 실험결과를 제시한다.
DRAM 공정 중 storage node 전극으로 차세대에 이용될 전극 중 하나인 Ru(ruthenium)을 에치 후 hole 내부에는 포토레지스트 및 폴리머가 존재하게 된다. 여기서 발생된 폴리머는 금속성 폴리머로 제거하기 쉽지 않으며 소자 특성에 중대한 영향을 미치게 된다. 본 실험에 이용된 storage node 샘플은 CD(critical dimension)가 0.25㎛이고 depth가 0.5㎛이다. 그리고, 내부에 포토레지스트 및 폴리머가 존재한다. 상기의 샘플에 대해 레이저를 이용하여 포토레지스트와 폴리머를 동시에 제거하였고, SEM(Secondary Electron microscopy) 장비를 이용하여 측정하였다. 그 결과가 표 2에 기재되어 있다. 표 2를 참조하면, 130mJ/cm2의 레이저 에너지 밀도에서 3펄스가 주어질 때 Ru의 손상 없이 포토레지스트와 폴리머가 동시에 제거됨을 알 수 있다.
구분 에너지 밀도(mJ/cm2) 레이저 펄스 수 실험 결과
Ru 손상 PR 제거 폴리머 손상
1 90 3 없음 제거안됨 제거안됨
2 90 5 없음 제거됨 제거안됨
3 130 3 없음 제거됨 제거됨
4 130 5 있음 제거됨 제거됨
5 140 2 없음 제거안됨 제거안됨
6 140 3 있음 제거됨 제거됨
7 150 2 있음 제거됨 제거됨
8 150 3 있음 제거됨 제거됨
다음으로, 레이저를 이용한 LiTaO3기판의 폴리싱과정에 대한 실험결과를 제시한다.
LiTaO3기판은 RF 소자 등에 이용되는 기판으로서, 소자를 제조하기 위한 공정 중 에치 공정 후 LiTaO3기판의 overetch에 의해 라인 패턴 형상의 단차가 발생하게 되고 LiTaO3기판의 표면 거칠기도 나빠지게 된다. 이러한 원인들은 소자의 failure를 발생하는 원인이 된다. 본 실험에 이용된 LiTaO3기판은 4인치 웨이퍼가 이용되었으며 라인 패턴 형태의 단차가 형성되어 있고 표면 거칠기는 Rp-v가 약 500Å, RMS가 약 50Å 이었다. 상기 샘플에 대해 레이저를 이용하여 평탄화를 하였고, AFM(Atomic Force Microscopy) 장비를 이용하여 측정하였다. 그 결과가 표 3에 기재되어 있다. 표 3을 참조하면, 150mJ/cm2의 레이저 에너지 밀도에서 각각 10펄스, 15펄스, 20펄스가 주어질 때 미세 평탄화 정도는 개선됨을 알 수 있다.
구분 에너지 밀도(mJ/cm2) 레이저 펄스 수 실험 결과
Rp-v(Å) RMS(Å)
1 150 10 199 3.12
2 150 15 28.2 1.75
3 150 20 12 1.49
4 150 30 기판손상
5 155 10 102 2.47
6 160 10 기판손상
다음으로, 레이저를 이용한 GaN 어닐링과정에 대한 실험결과를 제시한다.
GaN은 LD(Laser Diode)나 blue LED(Light Emitting Diode)에 적용하기 위해 활발히 연구되고 있는 물질로 polycrystalline 형태로 석영(SiO2)위에 증착된다. 석영 위에 증착된 polycrystalline GaN는 PL(photoluminescence) 측정시 GaN의 밴드갭에 해당하는 band edge emission(BE, 대략 3.4 eV에 해당) 피크 외에 exciton이나 phonon에 따른 유사 준위 피크(replica), 불순물 준위 등에 의한 다양한 피크들이 관측되고, grain boundary에 의한 yellow emission(YL, 대략 2.2 eV에 해당) 피크가 광학적 효율을 저하시키는 주요 원인으로 작용한다. 따라서, polycrystalline GaN의 특성을 향상시키기 위해서는 annealing에 의해 불필요한 유사 준위 피크의 제거와 grain growth를 통한 yellow emission 피크를 제거해야 한다.
본 실험에서는 GaN의 레이저에 의한 어닐링을 통해 polycrystalline GaN의 특성을 향상 시켰고, PL장비를 이용하여 측정하였다. 실험결과는 표 4에 기재되어 있다. 표 4를 참조하면, 400mJ/cm2, 450mJ/cm2의 레이저 에너지 밀도에서 100과 200 레이저 펄스가 조사될 때 불필요한 피크의 제거 효과를 보였고, 500mJ/cm2의 레이저 에너지 밀도에서 100레이저 펄스가 조사 될 때도 역시 개선 효과를 보였다.
구분 에너지 밀도(mJ/cm2) 레이저 펄스 수 실험 결과
1 350 50 효과없음
2 350 100 효과없음
3 350 200 효과없음
4 350 300 효과없음
5 400 50 효과없음
6 400 100 개선
7 400 200 개선
8 400 300 GaN 손상
9 450 50 효과없음
10 450 100 개선
11 450 200 개선
12 450 300 GaN 손상
13 500 50 효과없음
14 500 100 개선
15 500 200 GaN 손상
16 600 50 GaN 손상
본 실험에 사용된 샘플들은 각기 다른 종류, 다른 공정 처리를 목적으로 하는 것으로 각각의 샘플들에 대한 recipe는 다르다. 본 실험결과는 본 발명의 일 실시예이며, 다양한 소자의 각 공정에 대해 레이저가 적용될 수 있는 공정에 대한 recipe가 데이터베이스에 저장되어 반도체 기판의 제조공정의 제어에 사용될 수 있다. 그리고, 본 실험에서 알 수 있는 바와 같이 반도체 기판의 형상이나 크기가 다른 형태를 가진다. 본 발명은 다른 종류, 다른 공정 처리를 요구하는 샘플들에 대해 recipe를 데이터베이스하여 하나의 장치에서 용이하게 반도체 기판을 처리할 수 있을 뿐만 아니라 다른 크기 또는 다른 형태를 가지는 샘플들에 대해서도 하드웨어 및 소프트웨어적으로 처리할 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 레이저 빔은 라인 형태를 가지는 것이 바람직하지만, 다른 형태(예, 사각빔)를 가질 수 있다. 이때 사각빔을 가질 경우 빔 크기는 처리 대상 반도체 기판보다 상당히 작기 때문에 여러번의 스캐닝에 의해 전체 웨이퍼 처리가 이루어지게 된다. 이러한 형태의 빔을 형성할 경우, 레이저 빔은 길이 방향으로 작기 때문에 광학시스템에 구비되는 렌즈가 크지 않아도 되고 석영 윈도우의 크기도 작아지게 되며 웨이퍼에 인접하여 설치되는 배출구의 크기도 작아지는 장점이 있다.
이 경우, 여러번의 스캐닝에 의해 처리 대상 반도체 웨이퍼 전체가 처리되므로, 길이 방향으로 레이저 빔이 중첩되어 조사되는 부분에 대한 정확한 제어가 이루어져야한다. 따라서, 레이저가 중첩되어 조사되는 부분에 대한 정확한 제어를 위해서는 스테이지를 더욱 정확한 정밀도에 의해 구동할 필요가 있다. 나아가, 이러한 형태의 빔을 채택할 경우, 스캐닝 방식이 아닌 스텝 방식으로 스테이지를 구동하여 레이저 빔이 반도체 기판에 조사되도록 하는 것이 해결방안이 될 수 있다.
스텝 방식을 사용하는 경우, 반도체 기판의 한 개 또는 그 이상의 칩이 생성 될 수 있는 특정 면적에 대해, 그 특정 면적에 맞게 레이저 빔의 크기를 조절하여 조사하게 된다. 이 때, 레이저 빔을 특정 면적에 조사를 하고 일정 간격을 이동한 후 다음 특정 면적에 조사를 하는 방식으로 처리 대상 반도체 기판을 처리한다. 이러한 스텝 방식은 불필요한 레이저 빔 에너지를 조사하지 않아 효율이 좋으며, 스캐닝 방식과 다르게 길이 방향이 아닌 너비 방향으로 중첩되는 부분이 적을 뿐만 아니라 중첩되는 부분에 대해서도 칩을 생성하는데 문제가 되지 않는 부분에 설정되므로 스캐닝 방식의 중첩에 의해 발생될 수 있는 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 스텝 방식을 위해서는 반도체 웨이퍼에 칩이 생성될 부분에 대한 정보와 맵핑이 선행되어야 하며, 정밀한 스테이지 구동이 요구된다.
본 발명은 기본적으로 레이저를 이용하여 반도체 기판을 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 반도체 기판외의 소자의 처리가 가능함을 이해할 것이다.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 처리과정의 수행시 반도체 기판에 손상을 가하지 않을 정도의 에너지를 갖는 레이저를 조사하여 제거대상인 이물질을 제거한다. 한편, 레이저 처리과정의 수행시 제거대상물질 외에 반도체 기판 자체의 물리화학적 특성을 변화시킬 수 있는 정도로 충분한 에너지를 갖는 레이저 빔을 이용하여 이물질의 제거와 반도체 기판의 특성향상을 동시에 달성할 수 있다. 일예로, 충분한 에너지를 갖는 레이저 빔을 이용하여 평탄화과정의 수행후 포토레지스트 스트리핑과 어닐링을 동시에 처리할 수 있다. 이 때, 레이저 빔은 반도체 기판에 손상을 주지 않고 이물질의 제거 및 반도체 기판의 특성향상을 달성할 수 있는 정도의 에너지를 가져야 한다.
이러한 방법에 의한 반도체 기판에 대한 융해(melting), 어닐링(annealing), 연마(ablation)를 통해 반도체 기판의 결정 구조, 밀도, 전도성 등이 개선된다. 또한, 파티클의 제거에 필요한 에너지보다 더 큰 에너지를 갖는 레이저 빔을 조사함으로써 처리 대상 물질을 제거하는 동시에 효율과 밀접한 관계가 있는 레이저 펄스의 수를 줄일 수 있다. 또한, 처리 대상 물질 하부의 반도체 웨이퍼의 불안정한 구조의 안정과 융해 등과 같은 방법에 의한 표면 거칠기 개선의 효과를 동시에 이룰 수 있어 한 공정으로 두 가지 이상의 개선 효과를 가질 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템 및 방법에 의하면, 반도체 기판이 실장되는 슬롯 또는 반도체기판의 영상으로부터 판단된 처리공정에 대한 제어데이터에 의해 반도체 기판을 처리하므로, 새로운 공정을 수행하거나 기존에 처리하던 반도체 기판과 상이한 특성을 가진 반도체 기판을 처리하기 위해 반도체 제조장치의 재설정과정을 수행할 필요가 없어 신속하게 기판처리작업을 진행할 수 있으며, 하나의 반도체 기판 처리 시스템에 의해 다양한 특성을 가진 반도체 기판 및 다양한 공정을 수행할 수 있다. 또한, 진공 챔버 내에 장착된 각각의 척에 하나의 펌핑 시스템과 연결된 배출 포트를 배치함으로써 석영 윈도우의 오염을 발생하는 이물질로부터 방지할 수 있다.

Claims (37)

  1. 반도체 기판이 로딩되는 슬롯에 대해 설정된 처리공정에 대한 제어데이터가 저장되는 저장수단;
    상기 반도체 기판이 로딩되어 있는 슬롯의 식별정보를 검출하고, 상기 저장수단로부터 상기 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 독출하여 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 공정제어수단; 및
    상기 독출된 제어데이터에 의해 소정의 에너지를 갖는 레이저 빔으로 상기 반도체 기판을 처리하는 기판처리수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공정제어수단은,
    상기 슬롯에 부여된 식별정보를 검출하는 검출부; 및
    상기 저장수단으로부터 상기 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 독출하여 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공정제어수단은 조작자로부터 상기 반도체 기판이 로딩되는 슬롯에 대해 처리공정을 설정받는 사용자인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 각각의 슬롯에 실장되는 상기 반도체 기판들을 정렬하는얼라이너에 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  5. 반도체 기판에 대해 설정된 처리공정에 대한 제어데이터가 저장되는 제1저장수단;
    상기 반도체 기판에 대한 처리공정별 영상데이터가 저장되는 제2저장수단;
    상기 반도체 기판을 촬영하여 촬영영상을 출력하는 촬영수단;
    상기 촬영수단으로 전송받은 촬영영상을 상기 제2저장부에 저장되어 있는 영상데이터와 비교하여 상기 반도체 기판에 대한 처리공정을 결정하고, 상기 저장수단로부터 상기 반도체 기판에 대해 결정된 처리공정에 대응하는 제어데이터를 독출하여 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 공정제어수단; 및
    상기 독출된 제어데이터에 의해 소정의 에너지를 갖는 레이저 빔으로 상기 반도체 기판을 처리하는 기판처리수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 공정제어수단은,
    상기 촬영영상을 기초로 상기 반도체 기판에 형성되어 있는 패턴과 상기 제2저장수단에 저장되어 있는 영상데이터의 패턴을 비교하여 상기 반도체 기판에 대한 처리공정을 결정하는 결정부; 및
    상기 반도체 기판에 대해 결정된 처리공정에 대응하는 제어데이터를 제1저장수단으로부터 독출하고, 독출된 제어데이터에 의해 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  7. 제 5에 있어서,
    상기 공정제어수단은 조작자로부터 상기 제1저장수단에 저장되는 제어데이터를 입력받거나 상기 제2수단장치에 저장되는 영상데이터를 입력받는 사용자인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 촬영수단은 카세트에 형성된 복수의 슬롯에 실장된 상기 반도체 기판을 정렬하는 얼라이너에 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 촬영수단은 상기 반도체 기판으로부터 방출되는 빛을 소정의 전기적 신호로 변환하는 광전변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  10. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제어데이터는 상기 슬롯 각각에 장착되는 반도체 기판의 처리공정에 대응하는 상기 레이저 빔의 제어파라미터, 스캐닝 속도, 반복율, 감쇄각도, 반응성 가스의 종류, 및 반응성 가스의 주입속도 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 처리공정은 에칭, 이온주입, 평탄화 및 증착 중 적어도 하나를 포함하는 제1공정 및 상기 제1공정에 대응하는 스트리핑, 폴리싱, 클리닝, 및 어닐링 중 적어도 하나를 포함하는 제2공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  12. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제어데이터는 상기 슬롯 각각에 장착되는 상기 반도체 기판에 형성되는 소자의 종류 또는 상기 반도체 기판을 형성하는 물질의 종류에 대응하는 상기 레이저 빔의 제어파라미터, 스캐닝 속도, 반복율, 감쇄각도, 반응성 가스의 종류, 및 반응성 가스의 주입속도 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 소자의 종류는 메모리소자, 비메모리소자, RF소자, 디스플레이소자 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  14. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 기판처리수단은,
    상기 레이저 빔을 발진하는 레이저 발생부;
    상기 레이저 빔을 상기 반도체 기판으로 전달하는 광학부;
    상기 반도체 기판이 로딩되는 척; 및
    상기 반도체 기판이 실장된 카세트로부터 처리대상 반도체 기판을 상기 척으로 이송하는 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 기판처리수단은,
    내부로 로딩된 상기 반도체 기판들을 처리하기 위한 진공 분위기 또는 가스 분위기를 조성하는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내로 유입되어 상기 가스 분위기를 조성하는 반응성 가스 또는 퍼지 가스가 보관되는 가스 박스; 및
    상기 진공 챔버의 내부 대기를 배출시키는 펌핑 라인을 구비하는 펌핑 시스템;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 기판처리수단은 모터의 구동력을 전달받아 구동되어 레이저 빔이 상기 반도체 기판의 전면에 조사되도록 하는 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 기판처리수단은 상기 척을 지지하는 스테이지를 더 포함하며,
    상기 스테이지에 의해 지지되는 척이 구동되어 상기 레이저 빔이 상기 반도체 기판의 전면에 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 광학부는,
    상기 레이저 발생부로부터 출력되는 레이저 빔의 에너지 양을 조절하는 어테뉴에이터;
    상기 레이저 빔의 에너지 분포를 균일화하는 호모지나이저;
    상기 반도체 기판에 조사되는 레이저 빔이 균일한 빔 프로파일을 갖도록 조절하는 필드렌즈와 더블릿 렌즈를 포함하는 렌즈어레이; 및
    상기 레이저 빔이 상기 반도체 기판에 조사되도록 경로를 변환하는 미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 반도체 기판이 실장되는 복수의 슬롯을 구비한 카세트;
    상기 카세트에 구비된 슬롯에 실장되는 상기 반도체 기판을 정렬하는 얼라이너;
    가열된 반도체 기판을 냉각시켜주는 쿨링 스테이지; 및
    상기 카세트에 구비된 슬롯에 실장되어 있는 상기 반도체 기판을 상기 진공 챔버내의 척으로 이송하는 이송로봇;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 촬영수단은 상기 이송부에 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  21. 제 14항에 있어서,
    상기 레이저 발생부는 상기 반도체 기판에 존재하는 이물질의 제거에 필요한에너지보다 큰 에너지를 갖는 레이저 빔을 발진하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 시스템.
  22. 반도체 기판이 로딩되는 슬롯에 대해 처리공정에 대한 제어데이터를 설정하는 단계;
    상기 반도체 기판이 로딩되어 있는 슬롯의 식별정보를 검출하고, 상기 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 기초로 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 단계; 및
    상기 제어데이터에 의해 소정의 에너지를 갖는 레이저 빔으로 상기 반도체 기판을 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 공정제어단계는,
    상기 슬롯에 부여된 식별정보를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 슬롯의 식별정보에 대해 설정되어 있는 제어데이터를 기초로 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 검출단계는 상기 각각의 슬롯에 실장되는 상기 반도체 기판들을 정렬하는 얼라이너에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  25. 반도체 기판에 대해 설정된 처리공정에 대한 제어데이터를 설정하는 단계;
    상기 반도체 기판에 대한 처리공정별 영상데이터를 저장하는 단계;
    상기 반도체 기판을 촬영하여 촬영영상을 출력하는 단계;
    상기 촬영수단으로 전송받은 촬영영상을 상기 저장되어 있는 영상데이터와 비교하여 상기 반도체 기판에 대한 처리공정을 결정하는 단계;
    상기 반도체 기판에 대해 결정된 처리공정에 대응하는 제어데이터를 기초로 상기 반도체 기판의 처리공정을 제어하는 단계; 및
    상기 제어데이터에 의해 소정의 에너지를 갖는 레이저 빔으로 상기 반도체 기판을 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 공정결정단계는 상기 촬영영상을 기초로 상기 반도체 기판에 형성되어 있는 패턴과 상기 저장되어 있는 영상데이터의 패턴을 비교하여 상기 반도체 기판에 대한 처리공정을 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  27. 제 25항에 있어서,
    상기 촬영단계는 카세트에 형성된 복수의 슬롯에 실장된 상기 반도체 기판을 정렬하는 얼라이너 또는 상기 반도체 기판을 이송하는 이송장치에 구비된 찰영장치에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  28. 제 25항에 있어서,
    상기 촬영단계는 상기 반도체 기판으로부터 방출되는 빛을 소정의 전기적 신호로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  29. 제 22항 또는 제 25항에 있어서,
    상기 제어데이터는 상기 슬롯 각각에 장착되는 반도체 기판의 처리공정에 대응하는 상기 레이저 빔의 제어파라미터, 스캐닝 속도, 반복율, 감쇄각도, 반응성 가스의 종류, 및 반응성 가스의 주입속도 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 처리공정은 에칭, 이온주입, 평탄화 및 증착 중 적어도 하나를 포함하는 제1공정 및 상기 제1공정에 대응하는 스트리핑, 폴리싱, 클리닝,및 어닐링 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제2공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  31. 제 22항 또는 제 25항에 있어서,
    상기 제어데이터는 상기 슬롯 각각에 장착되는 상기 반도체 기판에 형성되는 소자의 종류 또는 상기 반도체 기판을 형성하는 물질의 종류에 대응하는 상기 레이저 빔의 제어파라미터, 스캐닝 속도, 반복율, 감쇄각도, 반응성 가스의 종류, 및 반응성 가스의 주입속도 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 소자의 종류는 메모리소자, 비메모리소자, RF소자, 디스플레이소자 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  33. 제 22항 또는 제 25항에 있어서,
    상기 기판처리단계는,
    상기 반도체 기판이 실장된 카세트로부터 처리대상 반도체 기판을 히팅척으로 이송하는 단계; 및
    레이저 발진기에 의해 발진된 레이저 빔을 상기 반도체 기판으로 전달하는단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 기판처리단계는 진공 챔버의 내부로 로딩된 상기 반도체 기판들을 처리하기 위한 진공 분위기 또는 가스 분위기를 조성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  35. 제 33항에 있어서,
    상기 기판처리단계는 상기 반도체 기판이 유입되는 진공 챔버를 구동하여 상기 레이저 빔이 상기 반도체 기판의 전면에 조사되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  36. 제 33항에 있어서,
    상기 기판처리단계는 상기 반도체 기판이 로딩되는 척을 구동하여 상기 레이저 빔이 상기 반도체 기판의 전면에 조사되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
  37. 제 22항 또는 제 25항에 있어서,
    상기 레이저 발진기에 의해 발진된 레이저 빔은 상기 반도체 기판에 존재하는 이물질의 제거에 필요한 에너지보다 큰 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 반도체 기판 처리 방법.
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