KR20080060781A - 건식 식각 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 반도체 웨이퍼 제조를 위한 건식 식각 장치는 각각이 FOUP(풉)이 놓여지는 적어도 하나의 로드포트를 구비하는 인덱서; 상기 인덱서와 연결되고 웨이퍼를 일시적으로 보관하는 적어도 하나의 로드락 챔버; 상기 로드락 챔버와 연결되고 웨이퍼를 배분하는 이송 챔버; 상기 이송 챔버와 연결되고 식각 공정이 진행되는 공정챔버들을 포함하되; 상기 로드락 챔버에는 식각공정을 마친 웨이퍼에 잔류하는 잔류가스를 체크하는 검출부가 설치된다. 상술한 구성을 갖는 본 발명은 식각 공정을 마친 기판이 풉에 반입시 기판의 잔류가스에 의한 풉 오염 및 인접한 기판의 오염을 방지할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
로드락 챔버, 잔류가스, 검출

Description

건식 식각 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DRY ETCHING OF SUBSTRATES}
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 반도체 제조를 위한 건식 식각 장치의 구성도이다.
도 2는 웨이퍼의 잔류가스 검출 과정을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110: 인덱스
120 : 로드락 챔버
130 : 기판 처리부
132 : 공정 챔버
134 : 이송 챔버
150 : 열전도도 검출기
본 발명은 반도체 제조를 식각 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 기판은 사진, 확산, 식각, 화학기상증착 및 금속증착 등의 공정이 반복 수행됨에 따라 반도체 장치로 제작되고, 이들 반도체 제조공정 가운데 빈번히 이루어지는 공정 중 하나가 식각 공정이다. 이러한 식각 공정 중 건식 폴리 식각 공정은 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 식각 가스를 이용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 공정으로, 고진공 상태에서 진행하게 된다. 그러나 청정실의 상압 상태에서 고진공 상태로 공정 챔버의 분위기를 형성하는 데는 상당한 시간이 소요되기 때문에, 일반적으로 건식 식각 설비의 입/출력 포트 사이에 버퍼 역할을 하는 저진공 로드락 챔버(loadlock chamber)를 배치한다. 상기 로드락 챔버에 기판이 로딩되면, 이송 챔버의 이송 로봇을 통해 상기 로드락 챔버 내의 기판들을 공정 챔버로 이송한다.
한편, 반도체 장치의 생산성을 향상시키고 제조원가를 절감하기 위하여 웨이퍼의 대구경화가 필수적으로 요구된다. 따라서 최근에는 300mm 직경의 반도체 웨이퍼가 사용되고 있다. 300mm직경의 웨이퍼는 웨이퍼의 무게로 인하여 복수 개의 슬롯(slot)이 구비된 캐리어(carrier)와 상기 캐리어를 적재한 상태로 이송하는 캐리어 박스 등과 같은 이송 도구를 통합한 정면 개구 통합형 포드(Front Opening Unified Pod; 이하 'FOUP'이라 한다)와 같은 웨이퍼 용기 내에 수용한다. 상기 FOUP은 부피가 크기 때문에 EFEM(Equipment Front End Module)과 같은 별도의 기판 이송 모듈을 두고, 상기 FOUP을 기판 이송 모듈의 로드 포트(load port) 위에 적재하고, 웨이퍼를 한 매씩 상기 기판 이송 모듈을 통해 로드락 챔버로 이송 하는 방식을 채택하고 있다.
300mm 대구경 웨이퍼용 건식 식각 설비에서의 공정 시퀀스는 다음과 같다.
한 로트(lot), 즉 25매의 웨이퍼가 수용된 FOUP을 기판 이송 모듈의 로드 포트 위에 놓은 후, 기판 이송 챔버와 마주보고 있는 상기 FOUP의 정면 도어를 오픈시킨다. 상기 FOUP이 오픈되면 기판 이송 챔버 내의 매핑 센서를 통해 상기 FOUP 내부의 웨이퍼들의 위치와 상태를 매핑한다. 매핑하여 상기 오픈된 한 로트의 웨이퍼 중에서 첫 번째 웨이퍼, 즉 맨 아래쪽의 웨이퍼(1번 슬롯에 위치한 웨이퍼)를 상기 기판 이송 모듈의 기판 이송 로봇을 통해 약 10-3 torr의 저진공 상태로 유지되는 로드락 챔버에 로딩한다. 그런 다음, 이송 챔버의 이송 로봇을 통해 건식 식각을 수행하는 10-6 torr의 고진공 상태의 공정 챔버로 이송된다. 상기 공정 챔버에서 폴리 식각 공정이 완료된 웨이퍼는 이송 챔버의 이송 로봇을 통해 로드락 챔버로 이송된다. 그리고 그 후 상기 FOUP 내부의 맨 아래쪽의 슬롯(1번 슬롯)에 반입되며, 위의 공정을 25매 모두 완료할 때까지 반복한다.
위 공정에서, 웨이퍼가 대구경화 되면서 공정챔버에서 식각 공정을 마치고 나오는 웨이퍼에는 식각 가스가 완벽하게 제거되지 못하고 웨이퍼 상에 잔류하여 나오게 된다. 웨이퍼로부터 발생하는 퓸(Fume)은 HBr, Cl2 가스를 사용하는 곳 어디에서나 발생하는 것으로 조해성을 가진다. 상기 퓸들은 공기 중의 습기와 반응하여 응축(condensation)되는 현상이 발생하고, 응축된 식각 가스가 미립자로 형상화되어 인접 패턴들 간의 브릿지(bridge)를 유발하게 된다. 일반적으로 공정 챔버에서 식각을 마친 웨이퍼는 트랜스퍼 챔버를 거쳐 로드락 챔버내에 위치하게 되는데, 웨이퍼를 적재하는 방식에 따라 2 스테이지 타입과 웨이퍼가 다량 놓이게 되는 배 치 타입으로 구분된다. 배치 타입의 로드락 챔버의 경우 식각 공정을 마친 웨이퍼가 다량으로 놓이게 됨으로써 웨이퍼에 잔류하는 식각 가스에 의한 소자의 오염 및 불량이 문제가 되고 있다.
본 발명은 공정을 마친 웨이퍼의 잔류가스를 검출할 수 있는 식각 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 웨이퍼의 잔류가스에 의한 공정 불량을 방지할 수 있는 식각 장치 및 방법에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 반도체 웨이퍼 제조를 위한 건식 식각 장치는 각각이 FOUP(풉)이 놓여지는 적어도 하나의 로드포트를 구비하는 인덱서; 상기 인덱서와 연결되고 웨이퍼를 일시적으로 보관하는 적어도 하나의 로드락 챔버; 상기 로드락 챔버와 연결되고 웨이퍼를 배분하는 이송 챔버; 상기 이송 챔버와 연결되고 식각 공정이 진행되는 공정챔버들을 포함하되; 상기 로드락 챔버에는 식각공정을 마친 웨이퍼에 잔류하는 잔류가스를 체크하는 검출부가 설치된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 검출부는 열전도도 검출기 (thermal conductivity detector)로 이루어진다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 반도체 웨이퍼 제조를 위한 건식 식각 방법은 공정챔버에서 기판에 대한 건식 식각을 진행하는 단계; 공정챔버에서 건식 식각을 마친 기판을 로드락 챔버에 로딩하는 단계; 로드락 챔버에 로딩된 기판에 대한 잔류가스를 검출하는 단계; 검출된 잔류가스가 허용치 이상이면 질소가스를 이용한 퍼지를 실시하고, 검출된 잔류가스가 허용치 이하이면 로드락 챔버로부터 언로딩을 하여 인덱스의 카세트에 수납하는 단계를 포함한다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공된 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 및 도 2를 참조하면서 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 반도체 제조를 위한 건식 식각 장치의 구성도이다. 도 2는 웨이퍼의 잔류가스 검출 과정을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
본 발명의 건식 식각 장치(100)는 복수 매의 기판을 처리할 수 있는 클러스터 시스템이다. 일반적으로, 클러스터(cluster) 시스템은 반송 로봇(또는 핸들러; handler)과 그 주위에 마련된 복수의 기판 처리 모듈을 포함하는 멀티 챔버형 기판 처리 시스템을 지칭한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 300mm 건식 식각 장치(100)는 인덱스(110), 로드락 챔버(120) 및 기판 처리부(130)로 구성된다.
상기 기판 처리부(130)는 반도체 기판, 예컨대 300mm 직경의 웨이퍼 상에 건 식 식각 공정을 수행하기 위한 복수 개의 고진공 공정 챔버(132) 및 이송 챔버(134)를 포함한다. 이송 챔버(134)에는 회동이 자유롭게 마련된 반송 로봇(140)이 구비되며, 이송 챔버(134)의 각 변에는 기판의 건식 식각 공정을 수행하기 위한 고진공의 공정 챔버들(132)과, 2개의 로드락 챔버(120)가 연결된다. 예컨대, 공정 챔버(132)와 로드락 챔버(120)에서는 건식식각을 마친 웨이퍼의 잔류가스를 제거하기 위한 퍼지 과정이 이루어질 수 있다.
본 기판 처리 시스템에서 처리되는 피 처리 기판(W)은 대표적으로 반도체 회로를 제조하기 위한 웨이퍼 기판이거나 액정 디스플레이를 제조하기 위한 유리 기판이다. 본 기판 처리 시스템의 도시된 구성 외에도 집적 회로 또는 칩의 완전한 제조에 요구되는 모든 프로세스를 수행하기 위해 다수의 프로세싱 시스템들이 요구될 수 있다. 그러나 본 발명의 명확한 설명을 위하여 통상적인 구성이나 당업자 수준에서 이해될 수 있는 구성들은 생략하였다.
인덱스(110)는 설비 전방 단부 모듈(equipment front end module, EFEM)이라고도 하며, 인덱스(110)에는 대기압에서 동작되는 대기압 반송 로봇(112)이 구비된다. 대기압 반송 로봇(112)은 FOUP(풉)(10)와 로드락 챔버(120) 사이에서 기판 이송을 담당한다. 인덱스(110) 전방에는 풉(10)이 놓여지는 로드 포트(114)가 설치된다.
다시 도 1을 참조하면, 로드락 챔버(120)는, 이송 챔버(134)의 반송로봇(140)이 웨이퍼를 로딩 또는 언로딩하는 시기에 이송 챔버(134)와 동일한(근접한) 진공분위기를 형성하고, 인덱스(110)로부터 미가공 웨이퍼를 공급받거나 이미 가공된 웨이퍼를 인덱스(110)로 이송시키게 될 때에는 대기압 상태로서 유지된다. 즉, 로드락 챔버(120)는 이송 챔버(134)의 기압상태가 변화되는 것을 방지시키기 위해 그 자체적으로 진공 상태와 대기압 상태를 교차하면서 압력을 유지하게 되는 특징이 있다. 도시하지 않았지만, 로드락 챔버(120) 내부에는 반도체 기판이 임시 대기하는 버퍼 스테이지를 갖는다.
공정 챔버(132)에서 처리된 기판은 이송 챔버(134)의 반송로봇(140)에 의해 진공상태의 로드락챔버(120) 내로 이송되어진다. 물론, 기판은 공정 챔버(132)에서 식각 공정을 마친 이후에 잔류가스를 제거한 이후 로드락 챔버(120)로 이송될 수 있다. 잔류가스 제거 공정은 공정챔버(132)에서 진행될 수 있고 또는 별도의 챔버를 추가 설치하여 그 챔버에서 진행될 수 있으며, 로드락 챔버(120)에서 질소가스 퍼지를 이용하여 제거할 수 있다.
한편, 로드락 챔버(120)에는 잔류가스 검출기(150)가 설치된다. 잔류가스 검출기(150)는 열전도도 검출기 (thermal conductivity detector)로 이루어진다. 열전도도 검출기(150)는 식각 잔류 가스의 여부를 검출하게 된다. 열전도도 검출기(150)는 백금 또는 턴스텐 같은 전기저항 온도계수가 크고, 화학적으로 안정한 금속의 가는 선에 전류를 흘려 가열할 수 있도록 되어 있다. 이 검출기에 기체를 흘리면 기체의 열전도고 작용으로 가열 금속선의 열을 잃게 하여 금속선의 온도가 내려가고 전기저항이 감소하나, 이 전기저항의 변화정도는 기체의 열전도도에 따라 좌우된다. 따라서, 그 운반기체와 열전도도가 다른 성분이 들어오면 전기저항이 변한다. 이 변화를 전위차로서 검출하는 것이 열전도도 검출기의 원리이다. 열전도도 검출기의 최대 이점은 비파괴적이라는 것이다. 즉 검축되고 있는 사이에도 기판이 파괴되지 않는다는 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 공정 챔버(132)에서 식각 공정을 마친 기판은 풉(10)에 수납되기 전에 로드락 챔버(120)내에 일시적으로 머물게 된다(s110). 로드락 챔버(120)에 일시적으로 머물고 있는 기판은 열전도도 검출기(150)에서 잔류가스를 체크한다(a120). 열전도도 검출기(150)에서 검출된 농도와 기설정된 허용 농도를 비교하고(s130), 허용 농도 이상의 잔류가스가 검출되면, 이를 작업자에게 알림과 동시에, 소프트웨어 상으로 스텝을 추가하여 질소가스 퍼지 작업을 1회 이상 실시한 후 잔류가스를 완전히 제거할 수 있도록 하고(s140), 열전도도 검출기에서 잔류가스가 허용 농도 이하로 검출되면 인덱스(110)의 FOUP(10)에 수납하도록 로드락 챔버(120)로부터 기판을 인출하게 된다(s150). 즉, 로드락 챔버(120)에서 대기중인 기판에 잔류가스가 허용치 이상 검출되면, 로드락 챔버(120)에 질소가스를 공급하여 퍼지하는 과정을 1회 이상 추가로 실시하여 기판에 잔류하는 가스를 제거한 후 인덱스(110)로 인출되도록 할 수 있다.
이와 같이, 로드락 챔버(120)에서 잔류가스 검출과 질소 퍼지가 수행되면 기판의 잔류가스에 의한 로드락 챔버(120)의 오염 및 기판 오염을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 건식 식각 장치는 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포 함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 식각 공정을 마친 기판이 풉에 반입시 기판의 잔류가스에 의한 풉 오염 및 인접한 기판의 오염을 방지할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명은 식각 공정을 마친 기판의 잔류가스의 검출값에 따라 선택적으로 질소 퍼지 과정을 추가로 실시할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

Claims (3)

  1. 반도체 웨이퍼 제조를 위한 건식 식각 장치에 있어서:
    FOUP(풉)이 놓여지는 적어도 하나의 로드포트를 구비하는 인덱서;
    상기 인덱서와 연결되고 웨이퍼를 일시적으로 보관하는 적어도 하나의 로드락 챔버;
    상기 로드락 챔버와 연결되고 웨이퍼를 배분하는 이송 챔버;
    상기 이송 챔버와 연결되고 식각 공정이 진행되는 공정챔버들을 포함하되;
    상기 로드락 챔버에는 식각공정을 마친 웨이퍼에 잔류하는 잔류가스를 체크하는 검출부가 설치되는 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 열전도도 검출기 (thermal conductivity detector)인 것을 특징으로 하는 건식 식각 장치.
  3. 반도체 웨이퍼 제조를 위한 건식 식각 방법에 있어서:
    공정챔버에서 기판에 대한 건식 식각을 진행하는 단계;
    공정챔버에서 건식 식각을 마친 기판을 로드락 챔버에 로딩하는 단계;
    로드락 챔버에 로딩된 기판에 대한 잔류가스를 검출하는 단계;
    검출된 잔류가스가 허용치 이상이면 질소가스를 이용한 퍼지를 실시하고, 검 출된 잔류가스가 허용치 이하이면 로드락 챔버로부터 언로딩을 하여 인덱스의 카세트에 수납하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112086384A (zh) * 2020-09-28 2020-12-15 广州粤芯半导体技术有限公司 干法刻蚀机台及半导体器件的制造方法

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