KR20160110780A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 처리 공간이 내부에 형성되는 프로세스 챔버, 진공 및 대기압으로 전환 가능한 공간이 내부에 형성되고, 상기 기판이 안착 가능한 서셉터를 내부에 구비하는 로드락 챔버, 상기 프로세스 챔버와 상기 로드락 챔버 사이를 연결하도록 설치되는 트랜스퍼 챔버, 일측에 상기 로드락 챔버가 연결되고, 타측에 기판 저장부가 연결되는 프론트엔드 모듈, 상기 프론트엔드 모듈의 일측에 연결되며, 상기 기판이 안착 가능한 스테이지를 내부에 구비하는 정렬 모듈, 상기 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나에 지지되는 기판의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사 가능하도록 상기 로드락 챔버 및 정렬 모듈 중 적어도 하나에 설치되는 레이저 모듈을 포함하고, 대기압의 기판을 진공의 프로세스 챔버로 로딩하거나, 처리된 기판을 대기압으로 언로딩하는 과정 중 적어도 하나의 과정에서 기판 상의 오염물을 제거하는 과정을 실시하여 전체 공정의 수율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법이 제시된다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 국부적으로 형성된 기판 상의 오염물을 제거 가능한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 및 평판 표시 장치 등은 기판 상에 박막 적층, 식각 및 이온 주입을 반복 실시하여 기판 상에 원하는 회로의 동작 특성을 가지는 소자를 형성하는 방식으로 제조된다.
한편, 기판 상에 박막을 증착하는 과정에서 기판의 후면에 박막이 증착되는 경우가 있다. 또한, 기판 상에 적층된 박막을 선택적으로 식각하는 과정에서 기판의 후면에 파티클 등의 이물질이 발생되는 경우가 있다. 후면에 박막이 증착되거나 파티클 등의 이물질이 발생된 기판이 후속 공정으로 이송되는 경우, 후속 공정 중에 기판이 휘어지거나 정렬이 틀어지게 되는 등 많은 문제점이 있다. 이에, 박막의 증착 및 식각 이후에 예컨대 건식 식각 방식으로 기판의 후면을 식각 처리하여 기판 후면의 박막 및 파티클 등을 제거한다.
하지만, 기판 후면의 박막 및 파티클을 제거하는 동안, 기판의 후면 중 지지핀 또는 지지링에 접촉되는 부분의 박막 및 파티클은 제거가 힘들기 때문에 기판에 잔류하게 된다. 따라서, 종래에는 기판의 후면 중 지지핀 또는 지지링에 접촉되는 부분의 잔류 박막 및 파티클 등의 오염물을 제거하기 위하여 기판 후면을 식각하는 공정을 반복하여 실시하였다.
이처럼 종래에는 기판의 후면을 식각하는 공정을 여러번 반복하여 기판 후면의 잔류 박막 및 파티클을 완전히 제거하였으며, 이에 따라 전체 공정 시간 및 생산 비용이 증가되는 문제점이 있었다.
본 발명은 기판 상의 국부적인 오염물을 쉽게 제거 가능한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 별도의 공정 없이 기판 상의 오염물을 제거 가능한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 기판 처리 공간이 내부에 형성되는 프로세스 챔버; 진공 및 대기압으로 전환 가능한 공간이 내부에 형성되고, 상기 기판이 안착 가능한 서셉터를 내부에 구비하는 로드락 챔버; 상기 프로세스 챔버와 상기 로드락 챔버 사이를 연결하도록 설치되며, 제1 이송 로봇을 내부에 구비하는 트랜스퍼 챔버; 일측에 상기 로드락 챔버가 연결되고 타측에 기판 저장부가 연결되며, 제2 이송 로봇을 내부에 구비하는 프론트엔드 모듈; 상기 프론트엔드 모듈의 일측에 연결되거나 상기 프론트엔드 모듈의 내부에 설치되며, 상기 기판이 안착 가능한 스테이지를 내부에 구비하는 정렬 모듈; 및 상기 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나에 지지되는 상기 기판의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사 가능하도록 상기 로드락 챔버 및 정렬 모듈 중 적어도 하나에 설치되는 레이저 모듈;을 포함한다.
상기 서셉터 및 스테이지 각각에 지지되는 기판의 가장자리가 상기 서셉터 및 스테이지 각각의 외측으로 돌출되도록 상기 기판이 지지되는 상기 서셉터 및 스테이지 각각의 상부면 너비는 상기 기판의 너비보다 작을 수 있다.
상기 서셉터 및 스테이지 각각은 상기 서셉터 및 스테이지 각각의 상부면의 중심위치를 중심으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다.
상기 레이저 모듈은 상기 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나의 상부면의 상측 및 하측 중 적어도 일측으로 이격되는 위치에서 상기 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
상기 레이저 모듈은 상기 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나의 상부면의 상측 및 하측 중 적어도 일측으로 이격되는 위치에서 상기 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 적어도 하나 이상 배치되되, 상기 상부면에 지지되는 기판의 가장자리를 향하는 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 레이저 모듈은, 상기 로드락 챔버 및 정렬 모듈 중 적어도 하나의 외측에 설치되는 레이저 발진기; 및 상기 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나의 상부면을 향하도록 상기 로드락 챔버 및 정렬 모듈 중 적어도 하나의 내부에 배치되며, 상기 레이저 발진기로부터 레이저 빔을 입사받아 원하는 각도로 편향시키며 상기 기판의 가장자리를 향하도록 조사하는 레이저 조사부;를 포함할 수 있다.
상기 기판에 형성된 오염물의 위치를 감지 가능하도록 상기 레이저 모듈의 설치 위치에 대응하여 상기 로드락 챔버 및 정렬 모듈 중 적어도 하나에 설치되는 센서 모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 오염물 제거 장치는, 내부 공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되어 기판의 가장자리가 노출되도록 기판이 안착되는 기판 지지대; 및 상기 기판 지지대에 안착되는 기판의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사 가능하도록 상기 하우징에 설치되는 레이저 모듈;을 포함한다.
상기 기판 지지대의 상부면 너비는 상기 기판 지지대의 상부면에 안착되는 기판의 가장자리가 노출 가능하도록 상기 기판의 너비보다 작게 형성되고, 상기 레이저 모듈은, 상기 하우징의 외측에 설치되는 레이저 발진기; 및 상기 기판 지지대의 상부면을 향하도록 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 레이저 발진기로부터 레이저 빔을 입사받아 원하는 각도로 편향시키며 상기 기판의 가장자리를 향하도록 조사하는 레이저 조사부;를 포함할 수 있다.
상기 기판 지지대는 상기 상부면의 중심위치를 중심으로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 레이저 모듈은 상기 상부면의 상측 및 하측 중 적어도 일측으로 이격되는 위치에서 상기 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 방법은, 대기압 중의 기판을 프론트엔드 모듈 및 로드락 챔버를 통하여, 진공의 프로세스 챔버로 로딩하는 과정; 진공의 프로세스 챔버에서 기판을 처리하는 과정; 및 처리된 기판을 로드락 챔버 및 프론트엔드 모듈을 통하여 대기압으로 언로딩하는 과정;을 포함하고, 상기 로딩 과정 및 언로딩 과정 중 적어도 하나의 과정은, 기판의 앞면 및 후면 중 적어도 일면의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하는 과정을 포함한다.
상기 오염물 제거 과정은 상기 로드락 챔버에서 수행되며, 상기 오염물은 상기 기판의 후면 식각 후 잔류하는 잔류 박막 및 상기 기판에 발생된 이물질을 포함할 수 있다.
상기 오염물 제거 과정은 상기 프론트엔드 모듈의 내부에 구비되거나 상기 프론트엔드 모듈의 일측에 연결되어 기판을 정렬하는 정렬 모듈에서 수행되며, 상기 오염물은 상기 기판의 후면 식각 후 잔류하는 잔류 박막 및 상기 기판에 발생된 이물질을 포함할 수 있다.
상기 오염물 제거 과정은, 상기 프로세스 챔버 내에서 상기 기판이 지지되었던 위치로 레이저 빔을 조사하여 상기 프로세스 챔버 내에서 발생된 잔류 박막을 제거할 수 있다.
상기 오염물 제거 과정은, 상기 프론트엔드 모듈의 내부에 구비되거나 상기 프론트엔드 모듈의 일측에 연결되어 기판을 정렬하는 정렬 모듈 및 상기 로드락 챔버 중 적어도 하나의 내부에 마련되는 센서 모듈을 이용하여 상기 기판에 형성된 오염물의 위치를 감지하고, 감지된 위치로 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거할 수 있다.
상기 오염물 제거 과정은, 상기 레이저 빔을 조사하는 동안 상기 기판을 회전시키며 오염물을 제거할 수 있다.
상기 오염물 제거 과정은, 상기 레이저 빔을 조사하는 동안 상기 레이저 빔을 상기 기판의 가장자리를 따라 이동시키며 오염물을 제거할 수 있다.
상기 오염물 제거 과정은, 상기 기판에 0.2㎛ 내지 10㎛ 범위 대역의 파장으로 상기 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거할 수 있다.
상기 오염물 제거 과정은, 상기 기판에 1ns 미만의 펄스폭으로 상기 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거할 수 있다.
상기 오염물 제거 과정은, 상기 기판에 0.42 내지 0.7 범위의 개구수로 상기 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 기판 상의 국부적인 오염물을 신속하고 용이하게 제거 가능하고, 이때 별도의 복잡한 공정 없이 기판 상의 오염물을 간단하게 제거 가능하다. 예컨대 기판 상에 국부적으로 오염물이 형성되는 경우, 기판의 다양한 처리 공정과는 독립적으로, 단지 기판 상의 국부적인 위치에 레이저 빔을 조사함으로써 오염물을 쉽게 제거할 수 있다. 이처럼 단순한 공정만으로 기판 상의 국부적인 오염물 제거가 가능하여, 종래의 반도체 장치 및 평판 표시 장치의 제조 공정 상에 복잡한 공정을 추가하지 않고도 전체 공정의 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 장치의 내부로 반입된 기판을 처리하기 전에 기판에 잔류하는 박막 및 파티클을 제거할 수 있다. 즉, 각종 처리 공정을 위하여 장치로 반입된 기판 상에 오염물이 있는 경우, 대기압 중의 기판을 진공의 프로세스 챔버로 로딩하는 과정 중에 기판 상의 오염물을 완전하게 제거 가능하여, 해당 처리 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 장치의 내부로 반입된 기판을 처리하고 나서 기판을 외부로 반출하기 전에 기판에 잔류하는 박막 및 파티클을 제거할 수 있다. 즉, 장치로 반입되어 각종 처리 공정을 거친 기판이 장치의 외부로 반출되기 전에 기판에 잔류하는 박막 및 파티클을 완전하게 제거 가능하여, 후속 처리 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
예컨대 기판의 후면을 식각하는 기판의 처리 공정에 적용되는 경우, 장치로 반입된 기판이 기판의 식각이 실시되는 프로세스 챔버 내로 이송되어 식각 처리된 후에 기판의 후면 또는 베벨 영역에 잔류하는 박막 및 파티클 등을 로드락 챔버 또는 정렬 모듈에 구비되는 레이저 모듈을 이용하여 완전하게 제거하고 나서 장치의 외부로 반출할 수 있다.
이로부터 종래와 같이 공정 챔버 내에서 기판의 후면을 식각한 이후, 기판에 잔류하는 박막을 제거하기 위해, 기판을 프로세스 챔버 내로 재 이송하여 기판의 후면 식각을 반복 실시하지 않아도 됨에 따라, 전체적인 공정 시간이 줄어들게 되며, 이에 대응되는 공정 비용 또한 줄일 수 있다.
이 외에도, 기판에 박막을 증착하는 기판 처리 공정에 적용되는 경우, 장치로 반입된 기판이 기판의 박막 증착이 실시되는 프로세스 챔버 내로 이송되기 전에 기판의 전면 또는 후면 또는 베벨 영역에 잔류하는 박막 및 파티클 등을 로드락 챔버 또는 정렬 모듈에 구비되는 레이저 모듈을 이용하여 완전하게 제거하고 나서 이를 프로세스 챔버 내로 이송할 수 있다.
이로부터, 기판에 박막을 증착하는 기판 처리 공정을 위하여, 별도의 장치로 기판을 반입하여 기판에 잔류하는 박막 및 파티클을 제거하는 공정을 추가적으로 실시함 없이, 기판에 박막을 증착하는 하나의 장치에서 기판에 잔류하는 박막 및 파티클을 완전하게 제거한 후 박막 증착 공정을 안정적으로 실시할 수 있어, 전체 공정 시간 및 공정 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 모듈의 설치 위치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 프로세스 챔버에서 후면 식각 처리된 기판의 후면에 잔류하는 잔류 박막을 보여주기 위한 사진.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 모듈을 이용하여 기판 상의 박막을 제거하는 실험을 실시한 후 그 결과를 설명하기 위한 사진.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 모듈의 설치 위치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 프로세스 챔버에서 후면 식각 처리된 기판의 후면에 잔류하는 잔류 박막을 보여주기 위한 사진.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 모듈을 이용하여 기판 상의 박막을 제거하는 실험을 실시한 후 그 결과를 설명하기 위한 사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여, 도면은 과장되거나 확대될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 모듈의 설치 위치를 설명하기 위하여 로드락 챔버 및 정렬 모듈 내에 설치된 레이저 모듈을 도시한 개념도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 모듈의 설치 위치를 기판을 기준으로 하여 도시한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판 처리 공간이 내부에 형성되는 프로세스 챔버(100), 진공 및 대기압으로 전환 가능한 공간이 내부에 형성되고 기판이 안착 가능한 서셉터(210)를 내부에 구비하는 로드락 챔버(200), 프로세스 챔버(100)와 로드락 챔버(200)의 사이를 연결하도록 설치되며 제1 이송 로봇(310)을 내부에 구비하는 트랜스퍼 챔버(300), 일측에 로드락 챔버(200)가 연결되고 타측에 기판 저장부(410)가 연결되며 제2 이송 로봇(420)을 내부에 구비하는 프론트엔드 모듈(400), 프론트엔드 모듈(400)의 일측에 연결되거나 프론트엔드 모듈(400)의 내부에 설치되며 기판이 안착 가능한 스테이지(510)를 내부에 구비하는 정렬 모듈(500), 서셉터(210) 및 스테이지(510) 중 적어도 하나에 지지되는 기판(W)의 가장자리를 향하여 레이저 빔(L)을 조사 가능하도록 로드락 챔버(200) 및 정렬 모듈(500) 중 적어도 하나에 설치되는 레이저 모듈(600)을 포함한다.
프로세스 챔버(100)는 기판을 처리하도록 제공되는 구성부이며, 예컨대 중공의 블록 형상일 수 있다. 도면 상에 도시하지는 않았으나, 프로세스 챔버(100)는 일체형 챔버이거나, 복수의 블록이 서로 결합되는 구조의 챔버일 수 있으며, 기판의 처리 시에 그 내부에 진공 분위기를 형성 가능하도록 그 내부는 밀폐되고, 어느 한 측면에는 기판이 통과되는 게이트가 구비될 수 있다.
프로세스 챔버(100)는 기판의 후면을 식각(etching) 처리 가능하도록 내부가 형성될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 프로세스 챔버(100)의 내부에는 상부 전극 및 하부 전극이 마련될 수 있고, 전위차에 의한 플라즈마를 내부에 생성 가능하도록 상부 전극 및 하부 전극 중 하나의 전극에는 고주파 전원이 연결되며, 나머지 전극에는 접지 단자가 연결될 수 있다. 또한, 프로세스 챔버(100)에는 내부의 배기 및 진공 형성을 위하여 진공 펌프가 연결될 수 있고, 그 내부로 반응 가스 및 비반응 가스를 공급 가능하도록 복수의 가스 공급원이 연결될 수 있다.
한편, 프로세스 챔버(100)는 내부로 로딩된 기판을 지지 및 고정 가능하도록 예컨대 링 타입 또는 핀 타입의 기판 홀더(미도시)가 내부에 마련될 수 있다. 기판의 후면이 프로세스 챔버(100) 내에서 식각 처리되는 과정에서 기판은 기판 홀더에 안착되어 지지되며, 이에, 기판 홀더와 접촉하는 부분에서는 기판 후면의 식각이 이루어지지 않는다. 이를 도 4에 도시하였다.
도 4는 프로세스 챔버에서 후면 식각 처리된 기판의 후면에 잔류하는 잔류 박막을 보여주기 위한 사진이다. 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 링 타입의 기판 홀더 및 핀 타입의 기판 홀더에 기판이 지지되는 동안 기판의 후면이 식각 처리되는 경우, 기판 홀더와 접촉하는 기판의 가장자리에는 박막이 식각되지 않아 잔류하게 됨을 알 수 있다. 더욱 상세하게는, 도 4(a)의 경우, 링 타입의 기판 홀더로 기판을 지지하면 기판의 후면을 식각하는 경우 1㎜ 내지 0.5㎚의 두께로 잔류 박막이 남아 있는 것을 확인할 수 있으며, 도 4(b)의 경우, 핀 타입의 기판 홀더로 기판을 지지하면서 기판의 후면을 식각하는 경우 핀의 개수에 대응하는 만큼의 점 접촉 형상이 기판의 후면에 생기는 것을 확인할 수 있다.
즉, 한번의 기판 후면 식각 처리 만으로는 기판 후면의 박막을 완전하게 식각 처리하기 힘들며, 따라서, 종래에는 기판의 후면에 잔류되는 잔류 박막을 제거하기 위하여, 기판을 프로세스 챔버(100) 내에서 반복하여 식각 처리하였다.
그러나, 기판 후면에 잔류하는 잔류 박막의 크기는 기판 후면의 전체 너비에 비하여 상당히 작으며, 접촉면의 잔류 박막 예컨대 국부적인 오염물을 제거하기 위하여 별도의 후속 공정을 실시하거나, 기판 후면의 식각 공정을 반복하여 실시하는 것은 공정상의 낭비이다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 한번의 기판 후면 식각 처리 후에, 기판을 대기중으로 언로딩하면서, 언로딩 과정 중에 기판 후면의 잔류 박막을 처리 가능하도록 후술하는 로드락 챔버(200) 및 정렬 모듈(500) 중 적어도 하나에 레이저 모듈(600)이 설치된다.
한편, 상기에서는 프로세스 챔버(100)로서 기판의 후면을 식각하는 프로세스 챔버를 예시하였으나, 이 외에도 프로세스 챔버(100)는 기판 상에 박막을 증착하는 챔버이거나, 기판을 열처리하는 챔버일 수 있다. 즉, 프로세스 챔버(100)는 반도체 장치 및 평판 표시 장치의 제조 공정 상의 다양한 기판 처리 공정을 실시 가능한 각종 프로세스 챔버일 수 있으며, 본 발명에서는 이의 구성 및 방식을 특별히 한정하지 않는다.
예컨대 프로세스 챔버(100)는 기판을 급속하게 열처리하도록 형성되는 프로세스 챔버일 수 있으며, 이의 경우, 프로세스 챔버(100)의 내부에는 상기에서 설명한 복수의 전극 및 기판 홀더 대신, 텅스텐 할로겐 램프 및 카본 램프를 포함하는 열원 유닛, 기판이 지지되는 기판 지지부가 구비되어, 서로 대향 배치될 수 있다.
또한, 예컨대 프로세스 챔버(100)는 기판 상에 박막을 증착하도록 형성되는 프로세스 챔버일 수 있으며, 이의 경우, 프로세스 챔버(100)의 내부에는 상기에서 설명한 복수의 전극 및 기판 홀더 대신, 기판을 지지 및 가열하도록 형성되는 기판 지지부, 기판에 반응 가스를 분사하도록 형성되는 가스 분사기가 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 프로세스 챔버(100)가 박막 증착을 위한 챔버이거나, 급속 열처리를 위한 챔버일 경우에도, 본 발명의 실시 예에서는 로드락 챔버(200) 및 정렬 모듈(500) 중 적어도 하나에 설치된 레이저 모듈(600)을 이용하여, 대기 중의 기판을 프로세스 챔버(100)로 로딩 또는 언로딩 하는 과정 중에, 기판의 앞면 및 후면의 오염물을 제거 가능함에 따라, 기판이 처리되는 공정의 수율을 증가시킬 수 있다.
한편, 상기의 프로세스 챔버(100)는 적어도 하나 이상 구비되며, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서는 복수개 구비될 수 있다. 이때, 각각의 프로세스 챔버(100)는 서로 동일한 공정을 진행하도록 형성되는 챔버이거나, 서로 다른 공정을 진행하도록 형성되는 챔버일 수 있다.
로드락 챔버(200)는 대기 중의 기판을 진공의 프로세스 챔버(100)로 로딩하거나, 진공의 프로세스 챔버(100)에서 처리된 기판을 대기 중으로 언로딩하는 동안, 내부에 기판을 일시적으로 수용하고, 프로세스 챔버(100)의 내부 진공을 안정적으로 유지함과 함께 기판의 로딩 및 언로딩을 원활하게 실시하도록 제공되는 구성부이다. 로드락 챔버(200)에 의하여 프로세스 챔버(100)는 프로세스 챔버(100)의 내부 분위기와 프로세스 챔버(100)의 외부 분위기 예컨대 대기 분위기 간의 차이에 따른 충격이 억제 또는 방지될 수 있다. 상기의 로드락 챔버(200)는 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
로드락 챔버(200)는 예컨대 중공의 블록 형상일 수 있으며, 도면 상에 도시하지는 않았으나, 일체형 챔버이거나, 복수의 블록이 서로 결합되는 구조의 챔버일 수 있고, 진공 및 대기압으로 전환 가능한 공간을 내부에 형성 가능하도록 그 내부는 밀폐되며, 어느 한 측면 및 이와 대향하는 측면에는 기판이 통과되는 게이트가 구비될 수 있다. 로드락 챔버(200)의 내부를 진공 및 대기압으로 전환하는 구성 및 방식은 특별히 한정하지 않으며, 공지의 기술이 적용될 수 있으므로, 그 상세한 설명은 생략한다. 예컨대 도면으로 도시하지는 않았으나, 로드락 챔버(200)에는 내부의 배기를 위하여 블로잉(blowing) 수단 및 석션(suction) 수단이 마련될 수 있고, 고진공의 분위기를 형성 가능한 진공 펌프가 마련될 수 있다.
로드락 챔버(200)의 내부에는 로드락 챔버(200)의 내부가 진공 및 대기압으로 각각 전환되는 동안 로드락 챔버(200)의 내부로 로딩된 기판이 지지 가능하도록 기판이 안착 가능한 서셉터(210)가 구비될 수 있다.
한편, 서셉터(210)에 지지되는 기판(W; Wafer)의 가장자리가 서셉터(210)의 외측으로 돌출되도록 기판(W)이 지지되는 서셉터(210)의 상부면 너비는 기판(W)의 너비보다 작도록 형성될 수 있다. 이는 기판(W)의 후면 가장자리에 잔류하는 잔류 박막을 용이하게 제거하기 위함이며, 서셉터(210)는 상기한 바를 만족하는 다양한 구성 및 방식으로 형성될 수 있고, 이를 특별하게 한정하지는 않는다. 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 서셉터(210)의 구조는 판 타입일 수 있으며, 도면으로 도시하지는 않았으나, 서셉터(210)는 핀 타입으로 형성되어도 무방하며, 서셉터(210)에는 별도의 리프트 핀(미도시)이 더 구비될 수 있다.
또한, 서셉터(210)는 상부면의 중심위치를 중심으로 회전 가능하도록 형성될 수 있으며, 이에, 후술하는 레이저 모듈(600)을 이용하여 기판 앞면 및 후면 중 적어도 일면의 오염물을 제거하는 과정에서, 기판을 원하는 각도만큼 회전시키거나 기판을 일 방향으로 회전시키며 레이저 빔을 조사 가능하여, 더욱 효과적으로 오염물을 제거 가능하다. 서셉터(210)를 회전시키는 구성 및 방식은 특별히 한정되지 않으며, 이에는 공지의 기술이 적용될 수 있다. 예컨대 서셉터(210)의 적어도 일부가 로드락 챔버(200)의 외부 하측으로 연장되고, 이에 구동 모터(미도시)의 회전축이 연결되어, 서셉터(210)를 회전시키는 방식이 적용될 수 있다.
트랜스퍼 챔버(300)는 프로세스 챔버(100)와 로드락 챔버(200) 사이를 연결하도록 설치될 수 있다. 이때, 프로세스 챔버(100)와 로드락 챔버(200)는 트랜스퍼 챔버(300)를 중심으로 방사상으로 연결될 수 있다.
트랜스퍼 챔버(300)는 중공의 블록 형상으로, 그 내부에는 기판을 이송 가능하도록 형성되는 제1 이송 로봇(310)이 구비될 수 있다. 기판을 이송하는 과정에서 그 내부에 진공을 형성 가능하도록 트랜스퍼 챔버(300)의 내부는 밀폐되며, 복수의 프로세스 챔버(100) 및 로드락 챔버(200)와 연결되는 각각의 측면들에는, 도면으로 도시하지는 않았으나, 기판이 통과되는 게이트가 구비될 수 있다.
제1 이송 로봇(310)은 로드락 챔버(200) 내의 기판을 프로세스 챔버(100)로 로딩 가능하고, 프로세스 챔버(100) 내의 기판을 로드락 챔버(200)로 언로딩 가능한 것을 만족하는 다양한 구조의 다관절 로봇일 수 있으며, 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위하여 그 상세한 설명은 생략한다.
프론트엔드 모듈(400)은 카세트(411) 내에 수납된 기판을 로드락 챔버(200)로 공급함과 함께, 로드락 챔버(200) 내의 기판을 카세트(411)로 수납하도록 제공되는 예컨대 EFEM 모듈(Equipment Front End Module)일 수 있으며, 그 내부 분위기는 대기압으로 조절될 수 있다.
프론트엔드 모듈(400)은 일측이 로드락 챔버(200)에 연결되는데, 상세하게는 로드락 챔버(200)를 중심으로 트랜스퍼 챔버(300)의 반대측에서 로드락 챔버(200)에 연결될 수 있다. 프론트엔드 모듈(400)의 타측에는 기판 저장부(410)가 연결될 수 있고, 기판 저장부(410)의 내부에는 적어도 하나 이상의 카세트(411)가 수납될 수 있다. 카세트(411)의 내부에는 기판이 저장되며, 이때, 카세트(411)에 저장되는 기판은 프로세스 챔버(100)에서 처리하고자 하는 기판이거나, 프로세스 챔버(100)에서 처리가 완료된 기판일 수 있다.
프론트엔드 모듈(400)의 내부에는 제2 이송 로봇(420)이 구비된다. 제2 이송 로봇(420)은 카세트(411), 정렬 모듈(500) 및 로드락 챔버(200) 각각에 기판을 반입시키고, 각각의 내부로부터 기판을 반출 가능하도록 복수의 관절을 가지는 로봇암일 수 있다.
정렬 모듈(500)은 카세트(411)에 수납된 기판이 로드락 챔버(200)를 거쳐 프로세스 챔버(100)로 로딩되기 전, 기판의 정렬을 제어하도록 제공되는 구성부이다. 정렬 모듈(500)은 프론트엔드 모듈(400)의 일측에 연결되거나, 프론트엔드 모듈(400)의 내부에 설치될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에서는, 프론트엔드 모듈(400)의 일측에 연결되는 정렬 모듈(500)을 예시한다.
정렬 모듈(500)은 중공의 블록 형상으로 형성되며, 내부는 대기압으로 조절된다. 정렬 모듈(500)의 어느 한 측면에는 게이트(미도시)가 구비되어 기판이 통과될 수 있다. 한편, 정렬 모듈(500)에는 내부 분위기를 제어 가능하도록 블로잉 수단 및 석션 수단 등이 마련될 수 있다. 이에, 후술하는 레이저 모듈(600)이 정렬 모듈(500)에 구비되는 경우, 기판 후면의 이물질을 제거하는 동안 블로잉 수단 및 석션 수단을 이용하여 정렬 모듈(500)의 내부를 배기시킬 수 있다.
정렬 모듈(500)의 내부에는 기판(W)이 안착 가능한 스테이지(510)가 구비될 수 있고, 스테이지(510)에는 기판의 로딩 및 언로딩 시에 기판을 승강시키도록 별도의 리프트 핀(미도시)이 구비될 수 있다.
한편, 스테이지(510)는 그 상부면의 너비가 기판(W)의 너비보다 작도록 크기가 형성될 수 있으며, 이로부터 스테이지(510)의 상부면에 안착된 기판(W)은 가장자리가 스테이지(510)의 외측으로 돌출되어 정렬 모듈(500) 내로 노출될 수 있다. 이에, 기판의 후면 가장자리에 잔류하는 잔류 박막의 제거가 용이할 수 있다.
또한, 기판의 정렬이 용이하도록, 스테이지(510)는 상부면의 중심위치를 중심으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 물론, 기판이 회전 가능함에 따라, 기판 후면의 잔류 박막 또는 파티클을 제거하는 과정에서 기판을 회전시키면서 잔류 박막 또는 파티클을 더욱 용이하게 제거 가능하다. 스테이지(510)를 회전시키며 기판을 정렬하는 것에 대한 구성 및 방식은 다양할 수 있으며, 반도체 장치 및 평판 표시 장치 등을 제조하는 설비에서 기판의 위치를 정렬시키도록 제공되는 각종 스테이지의 구성 및 방식이 적용될 수 있다.
레이저 모듈(600)은 기판에 잔류하는 잔류 박막 및 기판에 발생된 파티클을 포함하는 기판 상의 오염물을 기판을 로딩 또는 언로딩하는 과정 중에 제거 가능하도록 제공되는 구성부이다. 즉, 기판의 결합 에너지와 잔류 박막의 결합 에너지가 상이한 것을 이용하여 본 발명의 실시 예에서는 레이저 모듈(600)을 이용하여 기판의 후면에 짧은 펄스의 레이저 빔을 조사함으로써, 기판에 데미지를 주지 않고, 잔류 박막만을 선택적으로 제거 가능하다. 이는 잔류 박막 외에도 이에 상응하는 파티클의 제거에 동일하게 적용될 수 있다.
더욱이, 기판의 오염물을 제거하기 위한 별도의 챔버를 장치에 추가하지 않고, 로드락 챔버(200) 및 정렬 모듈(500)에 레이저 모듈(600)을 추가하는 방식으로 기판 처리 장치가 구성됨에 따라, 기판 처리 장치의 전체 프로세스 예컨대 기판의 이송 과정 및 처리 과정에 영향을 주지 않으면서 효과적으로 기판 상의 오염물을 제거 가능하다.
상기의 레이저 모듈(600)은 서셉터(210) 및 스테이지(510) 중 적어도 하나에 지지되는 기판(W)의 가장자리를 향하는 방향으로 레이저 빔(L)을 조사 가능하도록, 로드락 챔버(200) 및 정렬 모듈(500) 중 적어도 하나에 설치된다. 예컨대 레이저 모듈(600)은 로드락 챔버(200) 및 정렬 모듈(500) 중 어느 하나에만 설치되거나, 로드락 챔버(200) 및 정렬 모듈(500)에 각각 설치될 수 있다.
여기서, 레이저 모듈(600)은 서셉터(210) 및 스테이지(510) 중 적어도 하나의 상부면의 상측 및 하측 중 적어도 일측으로 이격되는 위치에서 상기의 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
즉, 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 레이저 모듈(600)은 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나의 상부면의 하측으로 이격되는 위치에서 상기의 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 배치되거나, 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나의 상부면의 상측으로 이격되는 위치에서 상기의 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 배치될 수 있다.
예컨대 레이저 모듈(600)이 서셉터(201) 및 스테이지(510) 중 적어도 하나의 상부면의 상측 및 하측 각각으로 이격되어 상기의 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 배치되는 경우 기판의 앞면 및 후면의 오염물을 함께 제거 가능하다.
한편, 레이저 모듈(600)은 서셉터(201) 및 스테이지(510) 중 적어도 하나의 상부면의 상측 및 하측 중 적어도 일측으로 이격되는 위치에서 상기의 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 적어도 하나 이상 배치되되, 상기의 상부면에 지지되는 기판의 가장자리를 향하는 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.
이때, 레이저 모듈(600)이 서셉터(201) 및 스테이지(510) 중 적어도 하나의 상부면의 상측 및 하측 각각으로 이격되어 상기의 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 배치되되, 상기의 상부면에 지지되는 기판의 가장자리를 향하는 방향으로 경사지게 배치되는 경우, 기판의 앞면 및 후면의 오염물을 함께 제거 가능할 뿐만 아니라, 기판의 베벨(bevel) 영역에 부착되는 각종 오염물을 식각하여 제거 가능하다. 이를 도 3(c)에 도시하였다.
이하에서는 로드락 챔버(200)에 설치되는 레이저 모듈(600)을 기준으로 본 발명의 실시 예를 설명하나, 이에 적용되는 기술적인 특징들은 정렬 모듈(500)에 레이저 모듈(600)이 설치되는 경우에도 동일하게 적용 가능하다.
레이저 모듈(600)은 로드락 챔버(200)의 외측에 설치되는 레이저 발진기(610) 및 서셉터(210)의 상부면을 향하도록 로드락 챔버(200)의 내부에 배치되는 레이저 조사부(620)를 포함할 수 있고, 레이저 조사부(620)는 레이저 발진기(610)로부터 레이저 빔을 입사받아 원하는 각도로 편향시키며 기판의 가장자리를 향하도록 조사하는 역할을 한다.
한편, 레이저 모듈(600)이 정렬 모듈(500)에 설치되는 경우를 간단하게 설명하면, 레이저 조사부(620)는 스테이지(510)의 상부면을 향하도록 정렬 모듈(500)의 내부에 배치되어 레이저 발진기(610)로부터 레이저 빔을 입사받아 원하는 각도로 편향시키며 기판의 가장자리를 향하도록 조사 가능하다.
레이저 발진기(610)는 예컨대 스팟 빔(spot beam)의 형태로 레이저 빔을 조사 가능한 레이저 발진기일 수 있으며, 오염물(1)의 종류에 대응하여 다양한 파장의 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기일 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 적외선(IR) 파장 대의 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기를 예시한다.
레이저 조사부(620)는 도면 상에 구체적으로 도시하지는 않았으나, 그 내부에 복수의 반사 미러, 이를 회전시키는 회전축 및 모터, 레이저 빔의 직경을 조절하는 익스팬더, 레이저 빔의 초점을 형성하는 스캔 랜즈를 구성부로 가질 수 있다. 스캔 랜즈는 높은 개구수(Numerical Aperture) 값을 가지는 레이저 가공용 랜즈일 수 있으며, 이에, 기판 상의 오염물 예컨대 잔류 박막에 목적하는 크기의 레이저 빔을 가할 수 있어, 높은 에너지의 레이저 빔이 기판에 영향을 주는 것을 억제 또는 방지 가능하다. 레이저 조사부(620)는 원하는 경로를 따라 레이저 빔(L)을 조사하도록 레이저 빔의 각도를 편향시킬 수 있으며, 이에 기판의 가장자리를 따라 그 둘레 방향으로 레이저 빔의 조사 경로를 형성할 수 있고, 또는 기판의 가장자리의 서로 이격되는 복수의 위치에 해당하는 좌표를 추종하도록 레이저 빔의 조사 경로를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 센서 모듈(700)을 더 포함할 수 있다. 센서 모듈(700)은 기판에 형성된 오염물의 위치 예컨대 기판에 잔류하는 잔류 박막 및 기판에 발생된 파티클의 위치를 감지 가능하도록 레이저 모듈(600)의 설치 위치에 대응하여 로드락 챔버(200) 및 정렬 모듈(500) 중 적어도 하나에 설치될 수 있으며, 예컨대 광학 카메라와 이로부터 획득되는 영상에서 잔류 박막 및 파티클의 위치 좌표를 판독하는 제어기를 세부 구성부로 가질 수 있다. 예컨대 기판을 프로세스 챔버(100)로 로딩하는 과정 중에 기판 상의 오염물을 제거하고자 하는 경우, 센서 모듈(700)을 이용하여 기판의 앞면 또는 후면의 오염물을 감지하고, 그 위치를 좌표로 출력하여, 해당 좌표에 레이저 빔을 조사 가능하도록 레이저 모듈(600)을 제어 가능하다. 이는 프로세스 챔버(100)에서 대기압 중으로 기판을 언로딩 하는 과정 중에 기판 상의 오염물을 제거하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 오염물 제거 장치를 설명한다. 즉, 상기의 기판 처리 장치에서의 경우와 같이, 클러스터화된 인라인 공정 설비에 적용 가능할 뿐만 아니라, 단독 장치로서 적용될 수 있다. 이에 본 발명의 실시 예에 따른 오염물 제거 장치는 반도체 장치 및 평판 표시 장치의 제조 설비와는 독립적인 예컨대 스탠드 얼론(stand-alone)으로 사용되어, 복잡한 과정 없이, 단순하게 기판 상에 형성된 국부적인 오염물을 제거 가능하다.
오염물 제거 장치는 내부 공간을 가지는 하우징, 하우징의 내부에 배치되어 기판의 가장자리가 노출되도록 기판이 안착되는 기판 지지대 및 기판 지지대에 안착되는 기판의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사 가능하도록 하우징에 설치되는 레이저 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 기판에 잔류하는 잔류 박막 및 기판에 발생된 파티클의 위치를 감지 가능한 센서가 하우징의 내부에 더 구비될 수 있다. 여기서, 하우징은 상술한 기판 처리 장치에서의 로드락 챔버 또는 정렬 모듈에 대응될 수 있고, 기판 지지대는 상술한 기판 처리 장치에서의 서셉터 또는 스테이지에 대응될 수 있다.
즉, 기판 지지대의 상부면 너비는 기판 지지대의 상부면에 안착되는 기판의 가장자리가 노출 가능하도록 기판의 너비보다 작게 형성될 수 있고, 또한, 기판 지지대는 상부면의 중심위치를 중심으로 회전 가능하도록 형성될 수 있으며, 레이저 모듈은 기판 지지대의 상부면의 상측 및 하측 중 적어도 일측으로 이격되는 위치에서 기판 지지대의 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 적어도 하나 이상 배치될 수 있다. 이때, 기판 지지대의 상부면에 안착된 기판에 대하여 수직하는 방향으로 레이저 빔을 조사하도록 레이저 모듈이 배치될 수 있고, 기판 지지대의 상부면에 안착된 기판에 대하여 경사지게 교차하는 방향으로 레이저 빔을 조사하도록 레이저 모듈이 배치될 수 있다.
레이저 모듈은 레이저 발진기 및 레이저 조사부를 구비하며, 레이저 발진기는 하우징의 외측에 설치되고, 레이저 조사부는 기판 지지대의 상부면을 향하도록 하우징의 내부에 배치된다. 레이저 조사부는 레이저 발진기로부터 레이저 빔을 입사받아 원하는 각도로 편향시키며 기판의 가장자리를 향하도록 조사 가능하다.
상기의 하우징 및 기판 지지대 및 레이저 모듈 및 센서는 상술한 기판 처리 장치에서의 로드락 챔버(200) 또는 정렬 모듈(500) 및 서셉터(210) 또는 스테이지(510) 및 레이저 모듈(600) 및 센서 모듈(700)의 기술적 특징과 대응되는 기술적 특징을 가지므로 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 설명한다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치와 중복되는 설명은 생략하게나 간단히 설명한다.
기판 처리 방법은 대기압 중의 기판(W)을 프론트엔드 모듈(400) 및 로드락 챔버(200)를 통하여 진공의 프로세스 챔버(100)로 로딩하는 과정, 진공의 프로세스 챔버(100)에서 기판을 처리하는 과정, 처리된 기판을 로드락 챔버(200) 및 프론트엔드 모듈(400)을 통하여 대기압으로 언로딩하는 과정을 포함하고, 로딩 과정 및 언로딩 과정 중 적어도 하나의 과정은 기판의 앞면 및 후면 중 적어도 일면의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하는 과정을 포함한다. 여기서, 오염물(1)은 기판의 후면 식각 후 잔류하는 잔류 박막 및 기판에 발생된 이물질 예컨대 파티클을 포함할 수 있다.
한편, 오염물을 제거하는 과정은 로드락 챔버(200)에서 수행되거나, 또는, 정렬 모듈(500)에서 수행될 수 있다. 이때, 프로세스 챔버(100) 내에서 기판이 지지되는 위치에 대응하여 기 설정되는 기판 상의 위치로 레이저 빔을 조사하는 방식으로 기판 상의 박막 및 파티클을 제거 가능하다. 이는 프로세스 챔버(100)에서 식각 처리되는 기판의 후면에 잔류하는 잔류 박막은 프로세스 챔버(100)에 구비되는 기판 홀더가 기판에 접촉 지지하는 위치에 형성됨을 이용하여, 기판 후면의 잔류 박막을 신속히 제거하기 위함이다. 또한, 센서 모듈(700)을 이용하여 기판에 잔류하는 오염물의 위치를 감지하고, 감지된 위치로 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거 가능하다. 이에 프로세스 챔버(100)에서 기판을 처리하는 과정 중에 또는 기판 처리 장치로 기판을 반입하는 과정 중에 기판에 오염물이 발생되는 경우에도 이를 용이하게 제거할 수 있다.
이하에서는 기판의 로딩 과정 중에 기판의 오염물을 제거하는 과정을 실시하는 경우를 먼저 설명한다.
먼저, 대기압 중의 기판(W)을 프론트엔드 모듈(400) 및 로드락 챔버(200)를 통하여 진공의 프로세스 챔버(100)로 로딩한다. 즉, 제2 이송 로봇(410)을 이용하여 카세트(411)에 수납된 기판을 정렬 모듈(500)로 로딩하고, 정렬 모듈(500)에서 기판의 위치를 정렬시킨 후, 이어, 제2 이송 로봇(410)을 이용하여 정렬 모듈(500) 내의 기판을 로드락 챔버(200)로 로딩한다. 이때, 로드락 챔버(200)는 대기압 상태에서 기판이 로딩되며, 이어서, 로드락 챔버(200)의 내부는 진공 상태로 전환된다. 이어서, 제1 이송 로봇(410)을 이용하여 진공의 로드락 챔버(200) 내부의 기판을 프로세스 챔버(100)로 로딩한다.
상기의 과정 중에, 기판의 앞면 및 후면 중 적어도 일면의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하는 과정을 실시한다. 즉, 기판이 프로세스 챔버(100)로 로딩되기 전에 기판 상의 오염물을 제거할 수 있고, 오염물이 제거된 기판을 프로세스 챔버(100)로 로딩할 수 있다.
오염물을 제거하는 과정은 정렬 모듈(500) 에서 대기압으로 실시되거나, 또는, 로드락 챔버(200)에서 진공으로 실시되며, 본 발명의 실시 예에서는 이를 특별하게 한정하지 않는다. 상기의 두 경우 모두, 센서 모듈(700)을 이용하여 기판의 앞면 및 후면 중 오염물 제거를 실시할 일면을 센싱하고 기판 상의 오염물 좌표를 획득하여, 획득된 좌표로 레이저 빔을 조사한다. 이때, 기판을 회전시키면서 레이저 빔을 조사하여 기판 상의 오염물을 제거하거나, 레이저 빔을 기판의 가장자리를 따라 이동시키면서 오염물을 제거한다.
다음으로, 오염물이 제거된 기판을 프로세스 챔버(100)에서 처리하고, 이어서, 처리된 기판을 로드락 챔버(200) 및 프론트엔드 모듈(400)을 통하여 대기압으로 언로딩한다. 더욱 상세하게는, 처리된 기판을 제1 이송 로봇(310)을 이용하여 프로세스 챔버(100) 내에서 로드락 챔버(200)로 로딩하고, 이어, 로드락 챔버(200) 내부를 대기압으로 조절하고, 제2 이송 로봇(410)을 이용하여 로드락 챔버(200) 내의 기판을 대기압 중의 카세트(411)에 수납한다.
이하에서는 기판의 언로딩 과정 중에 기판의 오염물을 제거하는 과정을 실시하는 경우를 먼저 설명한다.
먼저, 대기압 중의 기판(W)을 프론트엔드 모듈(400) 및 로드락 챔버(200)를 통하여 진공의 프로세스 챔버(100)로 로딩한다. 즉, 제2 이송 로봇(410)을 이용하여 카세트(411)에 수납된 기판을 정렬 모듈(500)로 로딩하고, 정렬 모듈(500)에서 기판의 위치를 정렬시킨 후, 이어, 제2 이송 로봇(410)을 이용하여 정렬 모듈(500) 내의 기판을 로드락 챔버(200)로 로딩한다. 이때, 로드락 챔버(200)는 대기압 상태에서 기판이 로딩되며, 이어서, 로드락 챔버(200)의 내부는 진공 상태로 전환된다. 이어서, 제1 이송 로봇(410)을 이용하여 진공의 로드락 챔버(200) 내부의 기판을 프로세스 챔버(100)로 로딩한다.
이어서, 프로세스 챔버(100)에서 예컨대 기판 후면을 식각 처리한다. 다음으로 처리된 기판을 로드락 챔버(200) 및 프론트엔드 모듈(400)을 통하여 대기압으로 언로딩한다. 즉, 처리된 기판을 제1 이송 로봇(310)을 이용하여 프로세스 챔버(100) 내에서 로드락 챔버(200)로 로딩하고, 이어, 로드락 챔버(200) 내부를 대기압으로 조절하고, 제2 이송 로봇(410)을 이용하여 로드락 챔버(200) 내의 기판을 대기압 중의 카세트(411)에 수납한다.
상기의 과정 중에, 기판의 앞면 및 후면 중 적어도 일면의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하는 과정을 실시한다. 이에, 기판이 처리되는 과정에서 기판 상에 발생하는 이물질 예컨대 기판 후면의 잔류 박막을 제거할 수 있고, 오염물이 제거된 기판을 카세트(411)로 수납하여 기판 처리 장치의 외부로 반출할 수 있다.
오염물을 제거하는 과정은 정렬 모듈(500) 에서 대기압으로 실시되거나, 또는, 로드락 챔버(200)에서 진공으로 실시되며, 본 발명의 실시 예에서는 이를 특별하게 한정하지 않는다. 한편, 프로세스 챔버(100)에서 기판 후면의 식각 공정이 실시되는 경우, 센서 모듈(700)을 사용하여 기판 후면의 오염물 좌표를 획득하는 과정 없이, 프로세스 챔버(100) 내에서 기판이 지지되는 위치에 대응하여 기 설정되는 기판상의 위치로 레이저 빔을 조사하여 박막 및 파티클을 신속하게 제거한다. 이를 더욱 구체적으로 설명하면, 프로세스 챔버(100) 내에서 기판이 지지되었던 위치로 레이저 빔을 조사하여 프로세스 챔버(100) 내에서 발생된 국부적인 잔류 박막을 신속하게 제거한다. 물론 이의 경우에도 센서 모듈(700)을 이용하여 기판의 앞면 및 후면 중 오염물을 제거하고자 하는 일면을 센싱하여 기판 상의 오염물 좌표를 획득하고, 획득된 좌표로 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하여도 무방하다. 상기의 경우들 모두, 기판을 회전시키면서 레이저 빔을 조사하여 기판 상의 오염물을 제거하거나, 레이저 빔을 기판의 가장자리를 따라 이동시키면서 오염물을 제거한다.
한편, 기판 상의 오염물을 제거함에 있어서, 본 발명의 실시 예에서는 0.2㎛ 내지 10㎛ 범위 대역의 파장 또는 0.2㎛ 내지 1.1㎛ 범위 대역의 파장으로 레이저 빔을 조사하여 기판 상의 오염물을 제거하고, 1ns 이하의 펄스폭으로 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하며, 0.42 내지 0.7 범위의 개구수(NA)로 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하는 오염물 제거 과정을 예시한다. 이때, 본 발명의 실시 예에 적용되는 레이저 빔을 더욱 구체적으로 예시하면, 1064nm 파장의 레이저 빔일 수 있고, 또는, 532nm 파장의 레이저 빔일 수 있으며, 355nm 파장의 레이저 빔일 수 있다. 물론 이에 한정하지 않고, 0.2㎛ 내지 1.1㎛ 범위 대역의 파장 또는 0.2㎛ 내지 1.1㎛ 범위 대역의 파장 중 사용자가 다루기 적합한 파장의 레이저 빔을 사용 가능하다. 이하에서는 상술한 수치들을 도출하게 된 이유를 설명한다.
잔류 박막은 그 재질이 SiO2를 포함하여, 용융점이 예컨대 1900℃ 부근이다. 이에 반하여 기판 예컨대 실리콘 웨이퍼는 용융점이 예컨대 1470℃ 부근이다. 이와 같이, 잔류 박막의 용융점이 더 높으며, 이에 실리콘 웨이퍼가 열적 손상을 일으킬 가능성이 크다. 이에 대응하여, 레이저 빔의 파장이 0.2㎛ 미만일 경우, 대부분의 에너지를 기판의 표면이 흡수함에 따라 기판에 열적 손상이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 잔류 박막의 가장 이상적인 흡광 대역은 예컨대 4㎛ 내지 10㎛ 범위의 파장을 포함한다. 따라서, 레이저 빔의 에너지가 기판에 흡수되는 것을 억제 또는 방지함을 만족함과 함께 잔류 박막에 레이저 빔의 에너지가 대부분 흡수되도록, 본 발명의 실시 예에서는 0.2㎛ 내지 10㎛ 범위 대역의 파장으로 레이저 빔을 조사한다.
그리고 일반적으로 펄스폭이 1㎱ 미만에서는 물질의 이온화 증발 메카니즘이 작용하며, 이에 펄스폭이 1㎱ 이상인 경우, 유전 파괴 및 열적 손상이 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 1ns 미만의 펄스폭으로 레이저 빔을 조사한다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 기판의 유전 파괴 및 열적 손상을 방지하도록 레이저 빔을 1㎱ 미만의 펄스폭으로 조사한다. 하지만, 1㎱ 미만의 펄스폭으로 레이저 빔을 조사하는 레이저 모듈의 경우, 현재까지는 1.1㎛ 이하의 파장으로 레이저 빔을 조사 가능하도록 구현되어 있으며, 이를 반영하여, 본 발명의 다른 실시 예에서는, 1㎱ 미만의 펄스폭으로 레이저 빔을 조사함에 있어, 기판의 열적 손상을 방지함과 함께 잔류 박막으로 레이저 빔이 흡수되는 것을 만족하도록 0.2㎛ 내지 1.1㎛ 범위 대역의 파장으로 레이저 빔을 조사하여 기판 상의 오염물을 제거 가능하다.
정리하면, 본 발명의 실시 예에서는 잔류 박막의 성분인 SiO2의 투과 특성과 기판 예컨대 실리콘 웨이퍼의 투과 특성 차이 그리고 잔류 박막과 실리콘 웨이퍼의 데미지 역치(threshold) 값의 차이를 이용하여, 0.2㎛ 내지 10㎛ 범위 대역의 파장 또는 0.2㎛ 내지 1.1㎛ 범위 대역의 파장으로 레이저 빔을 조사하고, 1ns 미만의 펄스폭으로 레이저 빔을 조사하여, 기판의 손상 없이 잔류 박막만을 효과적으로 제거 가능하다.
또한, 기판으로 조사되는 레이저 빔의 기하광학적인 측면을 고려하여, 오염물 예컨대 잔류 박막과 기판 예컨대 실리콘 웨이퍼 간의 데미지 역치 차이를 극대화하도록 레이저 빔의 개구수 값을 0.42 내지 0.7 의 범위로 조절한다. 이때, 상술한 개구수 값의 수치 범위는 기판으로 조사되는 레이저 빔의 파장에 대응하며, 본 발명의 실시 에에서는 0.2㎛ 내지 1.1㎛ 범위 대역의 파장으로 조사되는 레이저 빔에 대응하여 레이저 빔의 개구수 값을 0.42 내지 0.7 의 범위로 조절한다. 이를 다음에서 구체적인 수치를 예시하며 더욱 상세히 설명한다. 예컨대 200nm 내지 300nm 의 두께인 잔류 박막에 1064nm 파장의 레이저 빔을 조사하는 경우에 있어, 레이저 빔의 개구수 값이 0.42 내지 0.7 의 범위이면 단위 면적에 대하여 잔류 박막과 기판과의 데미지 간의 역치가 약 3.25배 차이가 나기 때문에 잔류 박막만을 선택적으로 기화시켜 제거 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 모듈을 이용하여 기판 상의 박막을 제거하는 실험을 실시한 후 그 결과를 설명하기 위하여, 기판을 촬영한 사진이다. 이하에서는 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 제거 실험을 실시한 결과를 설명한다.
먼저, 4W, 1064nm 파장의 레이저 빔을 10ns의 펄스폭으로, 실리콘 웨이퍼(Si wafer) 상의 타겟 물질 예컨대 실리콘 산화물(Si-Oxide)에 조사한다. 이때, 타겟 물질은 기판 상에 잔류하는 잔류 박막에 대응되는 물질로서 기판 상에 약 3000 옹스트롬(A)의 너비로 증착하여 준비한다. 그 결과, 타켓 물질은 제거되었으나, 실리콘 웨이퍼가 손상됨을 확인하였다(도 5의 5번 위치 참조).
다음으로, 5W, 1064nm 파장의 레이저 빔을 15ps의 펄스폭으로, 실리콘 웨이퍼(Si wafer) 상의 타겟 물질 예컨대 실리콘 산화물(Si-Oxide)에 조사한다. 그 결과, 타켓 물질이 제거됨은 물론이고, 실리콘 웨이퍼의 손상이 없음을 확인하였다(도 5의 4번 위치 참조). 실험의 재연성 테스트를 위하여 동일 조건으로 실험을 반복하여 그 결과를 도 5의 3번 위치 내지 1번 위치에 나타내었다. 이를 보아, 15ps의 펄스폭으로 레이저 빔을 조사하는 경우 실리콘 웨이퍼의 손상 없이 타켓 물질을 제거 가능함을 알 수 있다. 이에 본 발명의 실시 예에서는 1ns 이하의 펄스폭으로 레이저 빔을 조사하여 기판 상의 잔류 박막만을 선택적으로 제거 가능함을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 대기압 중의 기판을 프로세스 챔버로 로딩하거나 프로세스 챔버 내의 기판을 대기압으로 언로딩하는 과정 중에 기판 상의 오염물을 제거할 수 있는 기술적인 특징을 제시한다.
한편, 본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 하며, 본 발명은 후술하는 특허청구범위 및 이와 균등한 기술적인 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 또한, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적인 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 프로세스 챔버
200: 로드락 챔버
500: 정렬 모듈 600: 레이저 모듈
500: 정렬 모듈 600: 레이저 모듈
Claims (20)
- 기판 처리 공간이 내부에 형성되는 프로세스 챔버;
진공 및 대기압으로 전환 가능한 공간이 내부에 형성되고, 상기 기판이 안착 가능한 서셉터를 내부에 구비하는 로드락 챔버;
상기 프로세스 챔버와 상기 로드락 챔버 사이를 연결하도록 설치되며, 제1 이송 로봇을 내부에 구비하는 트랜스퍼 챔버;
일측에 상기 로드락 챔버가 연결되고, 타측에 기판 저장부가 연결되며, 제2 이송 로봇을 내부에 구비하는 프론트엔드 모듈;
상기 프론트엔드 모듈의 일측에 연결되거나, 상기 프론트엔드 모듈의 내부에 설치되며, 상기 기판이 안착 가능한 스테이지를 내부에 구비하는 정렬 모듈; 및
상기 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나에 지지되는 기판의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사 가능하도록 상기 로드락 챔버 및 정렬 모듈 중 적어도 하나에 설치되는 레이저 모듈;을 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 서셉터 및 스테이지 각각에 지지되는 기판의 가장자리가 상기 서셉터 및 스테이지 각각의 외측으로 돌출되도록 상기 기판이 지지되는 상기 서셉터 및 스테이지 각각의 상부면 너비는 상기 기판의 너비보다 작은 기판 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 서셉터 및 스테이지 각각은 상기 서셉터 및 스테이지 각각의 상부면의 중심위치를 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 기판 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 레이저 모듈은 상기 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나의 상부면의 상측 및 하측 중 적어도 일측으로 이격되는 위치에서 상기 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 적어도 하나 이상 배치되는 기판 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 레이저 모듈은 상기 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나의 상부면의 상측 및 하측 중 적어도 일측으로 이격되는 위치에서 상기 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 적어도 하나 이상 배치되되, 상기 상부면에 지지되는 기판의 가장자리를 향하는 방향으로 경사지게 배치되는 기판 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 레이저 모듈은,
상기 로드락 챔버 및 정렬 모듈 중 적어도 하나의 외측에 설치되는 레이저 발진기; 및
상기 서셉터 및 스테이지 중 적어도 하나의 상부면을 향하도록 상기 로드락 챔버 및 정렬 모듈 중 적어도 하나의 내부에 배치되며, 상기 레이저 발진기로부터 레이저 빔을 입사받아 원하는 각도로 편향시키며 상기 기판의 가장자리를 향하도록 조사하는 레이저 조사부;를 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판에 형성된 오염물의 위치를 감지 가능하도록 상기 레이저 모듈의 설치 위치에 대응하여 상기 로드락 챔버 및 정렬 모듈 중 적어도 하나에 설치되는 센서 모듈;을 포함하는 기판 처리 장치. - 내부 공간을 가지는 하우징;
상기 하우징의 내부에 배치되어 기판의 가장자리가 노출되도록 기판이 안착되는 기판 지지대; 및
상기 기판 지지대에 안착되는 기판의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사 가능하도록 상기 하우징에 설치되는 레이저 모듈;을 포함하는 오염물 제거 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 기판 지지대의 상부면 너비는 상기 기판 지지대의 상부면에 안착되는 기판의 가장자리가 노출 가능하도록 상기 기판의 너비보다 작게 형성되고,
상기 레이저 모듈은,
상기 하우징의 외측에 설치되는 레이저 발진기; 및
상기 기판 지지대의 상부면을 향하도록 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 레이저 발진기로부터 레이저 빔을 입사받아 원하는 각도로 편향시키며 상기 기판의 가장자리를 향하도록 조사하는 레이저 조사부;를 포함하는 오염물 제거 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 기판 지지대는 상기 상부면의 중심위치를 중심으로 회전 가능하도록 형성되고,
상기 레이저 모듈은 상기 상부면의 상측 및 하측 중 적어도 일측으로 이격되는 위치에서 상기 상부면에 대하여 교차하는 방향으로 적어도 하나 이상 배치되는 오염물 제거 장치. - 대기압 중의 기판을 프론트엔드 모듈 및 로드락 챔버를 통하여, 진공의 프로세스 챔버로 로딩하는 과정;
진공의 프로세스 챔버에서 기판을 처리하는 과정; 및
처리된 기판을 로드락 챔버 및 프론트엔드 모듈을 통하여 대기압으로 언로딩하는 과정;을 포함하고,
상기 로딩 과정 및 언로딩 과정 중 적어도 하나의 과정은, 기판의 앞면 및 후면 중 적어도 일면의 가장자리를 향하여 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하는 과정을 포함하는 기판 처리 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오염물 제거 과정은 상기 로드락 챔버에서 수행되며,
상기 오염물은 상기 기판의 후면 식각 후 잔류하는 잔류 박막 및 상기 기판에 발생된 이물질을 포함하는 기판 처리 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오염물 제거 과정은 상기 프론트엔드 모듈의 내부에 구비되거나 상기 프론트엔드 모듈의 일측에 연결되어 기판을 정렬하는 정렬 모듈에서 수행되며,
상기 오염물은 상기 기판의 후면 식각 후 잔류하는 잔류 박막 및 상기 기판에 발생된 이물질을 포함하는 기판 처리 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오염물 제거 과정은, 상기 프로세스 챔버 내에서 상기 기판이 지지되었던 위치로 레이저 빔을 조사하여 상기 프로세스 챔버 내에서 발생된 잔류 박막을 제거하는 기판 처리 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오염물 제거 과정은, 상기 프론트엔드 모듈의 내부에 구비되거나 상기 프론트엔드 모듈의 일측에 연결되어 기판을 정렬하는 정렬 모듈 및 상기 로드락 챔버 중 적어도 하나의 내부에 마련되는 센서 모듈을 이용하여 상기 기판에 형성된 오염물의 위치를 감지하고, 감지된 위치로 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하는 기판 처리 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오염물 제거 과정은, 상기 레이저 빔을 조사하는 동안 상기 기판을 회전시키며 오염물을 제거하는 기판 처리 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오염물 제거 과정은, 상기 레이저 빔을 조사하는 동안 상기 레이저 빔을 상기 기판의 가장자리를 따라 이동시키며 오염물을 제거하는 기판 처리 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오염물 제거 과정은, 상기 기판에 0.2㎛ 내지 10㎛ 범위 대역의 파장으로 상기 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하는 기판 처리 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오염물 제거 과정은, 상기 기판에 1ns 미만의 펄스폭으로 상기 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하는 기판 처리 방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 오염물 제거 과정은, 상기 기판에 0.42 내지 0.7 범위의 개구수로 상기 레이저 빔을 조사하여 오염물을 제거하는 기판 처리 방법.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020150034407A KR20160110780A (ko) | 2015-03-12 | 2015-03-12 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20160110780A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200127082A (ko) * | 2019-04-30 | 2020-11-10 | 세메스 주식회사 | 막질 제거 방법, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 |
| KR20210114780A (ko) * | 2020-03-11 | 2021-09-24 | (주)지티아이코리아 | 반도체 하이브리드 식각 장치 및 방법 |
| US11664243B2 (en) | 2018-12-18 | 2023-05-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Substrate processing apparatus |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080082252A (ko) | 2007-03-08 | 2008-09-11 | (주)소슬 | 플라즈마 식각 장치, 이를 포함하는 플라즈마 식각 시스템및 이를 이용하는 기판의 식각 방법 |
| KR20090106729A (ko) | 2008-04-07 | 2009-10-12 | (주)소슬 | 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 |
-
2015
- 2015-03-12 KR KR1020150034407A patent/KR20160110780A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20080082252A (ko) | 2007-03-08 | 2008-09-11 | (주)소슬 | 플라즈마 식각 장치, 이를 포함하는 플라즈마 식각 시스템및 이를 이용하는 기판의 식각 방법 |
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