KR20180017592A - 열 탈착 시스템 및 이를 이용한 기판 분석 방법 - Google Patents

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Abstract

열 탈착 시스템은 기판을 가열하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되며 상기 챔버 공간 내의 구분된 가스 유동 공간을 제공하는 유동 격실, 상기 유동 격실 내에서 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 상기 유동 격실 내의 상기 기판을 가열하기 위한 가열 장치, 및 상기 챔버 외부로부터 상기 유동 격실 내로 캐리어 가스를 유입 및 유출시키기 위한 가스 배관 장치를 포함한다.

Description

열 탈착 시스템 및 이를 이용한 기판 분석 방법{THERMAL DESORPTION SYSTEM AND METHOD OF ANALYZING A SUBSTRATE USING THE SAME}
본 발명은 열 탈착 시스템 및 이를 이용한 기판 분석 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 웨이퍼 표면에 흡착된 물질을 분석하기 위한 열 탈착 시스템 및 이를 이용한 기판 분석 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 과정에 사용되는 반응 가스는 웨이퍼 상에 형성되는 막질의 표면에 흡착되어 불량을 유발시키는 요인이 될 수 있다. 열 탈착 시스템은 웨이퍼 표면에 흡착된 물질을 열 탈착시켜 탈착된 오염 물질을 분석하는 데 사용될 수 있다.
관련 기술들에 따르면, 진공 기반의 분석법을 사용하기 때문에 정량 분석이 불가능하고, 탈착된 가스의 전체량을 검사하기가 용이하지 않고, 상기 탈착된 가스가 챔버 내부에서 흡착 또는 응축되어 정밀한 분석이 곤란한 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 분석 효율을 향상시킬 수 있는 열 탈착 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상기 열 탈착 시스템을 이용하여 기판을 분석하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 열 탈착 시스템은 기판을 가열하기 위한 공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되며 상기 챔버 공간 내의 구분된 가스 유동 공간을 제공하는 유동 격실, 상기 유동 격실 내에서 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 상기 유동 격실 내의 상기 기판을 가열하기 위한 가열 장치, 및 상기 챔버 외부로부터 상기 유동 격실 내로 캐리어 가스를 유입 및 유출시키기 위한 가스 배관 장치를 포함한다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 열 탈착 시스템은 서로 맞물려 제1 공간을 제공하는 하부 챔버 및 상부 챔버를 갖는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되며 상기 제1 공간 내의 구분된 제2 공간을 제공하는 유동 격실, 상기 유동 격실 내에 배치되어 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 상기 유동 격실 내의 상기 기판을 가열하기 위한 가열 장치, 및 상기 챔버 외부로부터 상기 유동 격실 내로 캐리어 가스를 유입 및 유출시키기 위한 가스 배관 장치를 포함한다.
예시적인 실시예들에 따른 열 탈착 시스템은 챔버 내에서 구분된 유동 공간을 제공하는 유동 격실, 상기 유동 격실 내로 로딩된 기판을 가열하여 상기 기판 표면 상의 물질을 탈착시키기 위한 가열 장치, 및 상기 유동 격실 내로 캐리어 가스를 공급하고 상기 탈착된 물질을 상기 캐리어 가스와 함께 배출시키기 위한 가스 배관 장치, 및 상기 배출된 물질을 실시간으로 분석하기 위한 분석 장치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 열 탈착 시스템은 열 탈착 공정을 수행한 후에 상기 챔버 내부 및 상기 유동 격실 내부의 공기를 외부로 배출시켜 상기 유동 격실 내부를 세정할 수 있다.
상기 유동 격실은 상기 챔버의 상부 공간과 분리되며 최소한의 기체 유동 통로를 위한 공간을 제공함으로써, 상기 유동 격실 내부로 탈착된 물질 가스는 상기 유동 격실과 연통된 캐리어 가스 배출관을 통해 곧바로 배출되어 실시간으로 분석될 수 있다. 따라서, 상기 기판과 상기 챔버의 상부 공간 사이의 온도차에 의해 탈착된 물질이 응축되는 것을 방지하고 상기 기판으로부터 탈착된 물질이 상기 분석 장치로 전달되는 시간을 감소시켜 분석 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 기판으로부터 탈착된 가스의 전체량을 실시간으로 정량 분석하거나 정량 분석과 정성 분석을 동시에 또는 선택적으로 수행할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 열 탈착 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 열 탈착 시스템의 하부 챔버를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 하부 챔버를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 열 탈착 시스템의 분석 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 열 탈착 시스템의 유동 격실의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 6은 다른 실시예들에 따른 유동 격실의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 열 탈착 시스템을 나타내는 도면이다.
도 8 내지 도 10은 예시적인 실시예들에 따른 기판 분석 방법을 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 열 탈착 시스템을 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 열 탈착 시스템의 하부 챔버를 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 2의 하부 챔버를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 1의 열 탈착 시스템의 분석 장치를 나타내는 도면이다. 도 5는 도 1의 열 탈착 시스템의 유동 격실의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 6은 다른 실시예들에 따른 유동 격실의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 열 탈착 시스템(100)는 서로 맞물려 웨이퍼(W)와 같은 기판을 가열하기 위한 제1 공간(S1)을 형성하기 위한 하부 챔버(110) 및 상부 챔버(120)를 갖는 챔버, 하부 챔버(110) 내에 배치되며 제1 공간(S) 내의 구분된 제2 공간(S2)을 제공하는 유동 격실(200), 유동 격실(200) 내에서 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지부, 유동 격실(200) 내의 상기 기판을 가열하기 위한 가열 장치, 및 상기 챔버 외부로부터 유동 격실(200) 내로 캐리어 가스를 유입 및 유출시키기 위한 가스 배관 장치를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 열 탈착 시스템(100)는 웨이퍼(W)와 같은 기판을 가열하여 상기 기판 표면에 흡착된 물질을 탈착시키고 상기 탈착된 물질을 분석하기 위한 기판 표면 상의 흡착 가스 분석 장치일 수 있다. 예를 들면, 열 탈착 시스템(100)은 박막 증착 공정, 식각 공정 등과 같은 반도체 공정을 수행한 웨이퍼(W) 표면 또는 막질 내에 잔존하고 있는 물질을 열 탈착시켜 실시간으로 정량 및 정량 분석을 수행할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하부 챔버(110)는 제1 내부 공간을 정의하는 하부벽(112) 및 제1 측벽(114)을 포함할 수 있다. 평면도에서 보았을 때, 제1 측벽(114)는 실린더 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제1 측벽(114)은 다각형 형상을 가질 수 있다. 상부 챔버(120)는 제2 내부 공간을 정의하는 상부벽(122) 및 제2 측벽(124)를 포함할 수 있다. 평면도에서 보았을 때, 제2 측벽(124)은 제1 측벽(114)에 대응하는 실린더 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제2 측벽(124)은 다각형 형상을 가질 수 있다. 하부 챔버(110) 및 상부 챔버(120)의 표면들 상에는 도금층이 형성될 수 있다. 상기 챔버는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있고, 상기 도금층은 금(Au)과 같은 금속을 포함할 수 있다.
제1 측벽(114)은 상부 가장자리(116)를 가지고, 제2 측벽(124)은 상부 가장자리(116)에 대응하는 하부 가장자리를 가질 수 있다. 하부 챔버(110)와 상부 챔버(120)는 서로 맞물려 밀폐 공간(S1)을 형성할 수 있다. 상부 가장자리(116)의 접합면 또는 상부 가장자리(116)에 접하는 상기 하부 가장자리에는 O-링과 같은 밀폐 부재(118)이 구비될 수 있다.
하부 챔버(110) 및 상부 챔버(120)는 상대 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 예를 들면, 상부 챔버(120)는 리니어 모터에 의해 수직 방향으로 연장하는 수직 레일을 따라 승하강 가능하도록 지지될 수 있다. 상부 챔버(120)는 상기 리니어 모터에 의해 위로 이동하여 상기 챔버를 개방하고 상부 챔버(120)가 아래로 이동하여 하부 챔버(110)와 맞물려 상기 챔버를 폐쇄시킬 수 있다. 이와 다르게, 상부 챔버(120)는 하부 챔버(110)에 연결된 연결 링크를 통해 상기 챔버를 개방하거나 폐쇄시키도록 이동할 수 있다.
상기 가열 장치는 하부 챔버(110)의 하부벽(112)의 바닥면 상에 배치된 히터(130)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 히터(130)는 하부 챔버(110)의 상기 바닥면 상에 배치된 가열 플레이트를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 히터(130)는 가열 코일, 가열 램프 등을 포함할 수 있다.
상기 가열 장치는 상기 기판 하부에 배치되어 상기 기판을 가열할 수 있다. 예를 들면, 히터(130)는 상기 기판을 600℃ 내지 900℃ 이상으로 가열할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 열 탈착 시스템(100)은 상기 챔버 내의 냉각수 라인(142, 146)을 통해 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각수 순환 장치는 제1 및 제2 냉각수 공급 모듈들(140, 144) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제1 냉각수 공급 모듈(140)은 상부 챔버(120) 내의 제1 냉각수 라인(142)을 통해 냉각수를 순환시켜 상부 챔버(120)를 냉각시킬 수 있다. 제2 냉각수 공급 모듈(144)은 하부 챔버(110) 내의 제2 냉각수 라인(146)을 통해 냉각수를 순환시켜 하부 챔버(110)를 냉각시킬 수 있다.
상기 냉각수 순환 장치는 상기 챔버의 온도를 상온(예를 들면, 30℃ 이하)으로 유지하고, 이와 함께, O-링(118)이 고열에 의해 녹는 것을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 유동 격실(200)은 상기 챔버 내에 배치되며 상기 챔버 공간 내의 구분된 가스 유동 공간으로서의 제2 공간(S2)을 제공할 수 있다. 유동 격실(200)은 하부 챔버(110) 내에 배치될 수 있다. 유동 격실(200)는 하부 챔버(110)의 바닥면 상의 상기 가열 플레이트 상에 배치될 수 있다. 유동 격실(200)은 상기 챔버의 상부면(128)으로부터 기 설정된 거리만큼 이격될 수 있다.
구체적으로, 유동 격실(200)은 하부 챔버(110)의 바닥면 상에 배치되는 하부벽(202), 하부벽(202) 상에 수직하게 배치된 복수 개의 측벽들(204), 및 측벽들(204) 상에 배치되는 상부벽(206)을 포함할 수 있다. 유동 격실(200)은 평면도에서 보았을 때, 사각형과 같은 다각형 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 유동 격실(200)은 실린더 형상을 가질 수 있다. 상부벽(206)은 유동 격실(200)을 개폐 가능하도록 측벽들(204)을 커버할 수 있다. 따라서, 상부벽(206)에 의해 유동 격실(200)이 개방되고 웨이퍼(W)가 유동 격실(200) 내로 로딩되어 열 탈착 공정을 수행할 수 있다.
유동 격실(200)의 상부벽(206)은 상기 챔버의 상부면(128)으로부터 제1 거리만큼 이격되고, 유동 격실(200)의 측벽(204)은 하부 챔버(110)의 제1 측벽(114)의 내부면으로부터 제2 거리만큼 이격될 수 있다. 상기 제1 거리는 상기 제2 거리보다 더 클 수 있다. 이와 다르게, 유동 격실(200)의 측벽(204)은 하부 챔버(110)의 제1 측벽(114)의 내부면과 접촉하도록 배치될 수 있다.
유동 격실(200)은 비금속 무기질 물질을 포함할 수 있다. 상기 비금속 무기질 물질의 예로서는, 세라믹, 석영 등을 들 수 있다. 유동 격실(200)은 높은 열전도도를 갖는 물질을 포함할 수 있다.
유동 격실(200)의 제2 공간(S2)은 상기 챔버의 제1 공간(S1)과 구분되며, 제2 공간(S2) 내의 가스는 제1 공간(S1)으로 이동하는 것이 차단될 수 있다. 유동 격실(200)의 측벽(204) 하부에는 가스의 흐름을 차단할 수 있는 관통공들(도시되지 않음)이 형성되어 유동 격실(200)의 제2 공간(S1)은 챔버(110)의 제1 공간(S1)과 연통되어 상기 챔버와 상기 유동 격실은 서로 동일한 압력을 가질 수 있다.
상기 기판 지지부는 유동 격실(200) 내에서 상기 기판을 지지하기 위한 복수 개의 지지 핀들(300)을 포함할 수 있다. 지지 핀들(300)은 유동 격식(200)의 하부벽(202)으로부터 상부로 연장하여 웨이퍼(W)와 접촉 지지할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)는 상기 기판 지지부에 의해 유동 격실(200) 내에서 지지되고, 상기 가열 장치는 웨이퍼(W)를 원하는 온도로 가열하도록 동작할 수 있다.
상기 가스 배관 장치는 상기 챔버 외부로부터 유동 격실(200) 내로 캐리어 가스를 유입 및 유출시키기 위한 복수 개의 캐리어 가스관들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 가스 배관 장치는 유동 격실(200)의 마주보는 양측벽(204)에 설치된 캐리어 가스 공급관(152) 및 캐리어 가스 배출관(162)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 열 탈착 시스템(100)은 캐리어 가스 공급관(152)을 통해 고온의 질소(N2) 가스와 같은 캐리어 가스를 공급하는 가스 공급부(150) 및 캐리어 가스 배출관(162)으로부터 배출되는 가스를 분석하여 상기 기판의 표면 상에 흡착된 물질을 분석하기 위한 분석 장치(160)를 더 포함할 수 있다.
가스 공급부(150)는 제1 밸브(153)를 통해 캐리어 가스 공급관(152)과 연통될 수 있다. 가스 공급부(150)는 캐리어 가스 공급관(152)을 통해 상기 챔버 내부의 유동 격실(200) 내로 상기 캐리어 가스를 공급할 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 캐리어 가스 공급관(152)에는 질량 유량계(MFC, mass flow controller)가 설치되어 캐리어 가스의 흐름을 제어할 수 있다. 또한, 가스 공급부(150)는 캐리어 가스 공급관(152)과 연결되지 않은 별도의 가스 공급관을 통해 상기 챔버의 제1 공간(S1) 및 유동 격실(200)의 제2 공간(S2) 내에 상기 캐리어 가스를 공급할 수 있다.
유동 격실(200)은 상기 챔버 공간(S1) 내에 구분된 가스 유동 공간으로서의 제2 공간(S2)을 제공할 수 있다. 캐리어 가스 공급관(152)을 통해 유동 격실(200) 내로 공급된 캐리어 가스는 유동 격실(200) 내부의 기판 상부 공간(S2)을 따라 흐른 후, 유동 격실(200) 내의 상기 기판의 표면으로부터 열 탈착된 가스와 함께 캐리어 가스 배출관(162)을 통해 분석 장치(160)로 배출될 수 있다.
분석 장치(160)는 정량 분석을 수행하기 위한 제1 분석기(161A) 및 정성 분석을 수행하기 위한 제2 분석기(161B) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 분석 장치(160)는 제1 분석기(161A) 및 제2 분석기(161B)를 포함할 수 있다. 캐리어 가스 배출관(162)은 제1 제어 밸브(163)를 통해 제1 배출 라인(164) 및 제2 배출 라인(166)에 연결될 수 있다. 제1 분석기(161A)는 제1 배출 라인(164)과 연통되고, 제2 분석기(161B)는 제2 배출 라인(166)과 연통될 수 있다. 제1 배출 라인(164)에는 제2 제어 밸브(165)가 설치되고, 제2 배출 라인(166)에는 제3 제어 밸브(167)가 설치될 수 있다. 제1 내지 제3 제어 밸브들(163, 165, 167)을 통해 제1 및 제2 분석기들(161A, 161B)로 공급되는 유량을 제어할 수 있다.
제1 분석기(161A)는 대기압 이온화법(API, atmospheric pressure ionization), 광학공동 적분 투과 분광법(ICOS, integrated cavity output spectroscopy), 예를 들면, OA-ICOS를 이용한 분석기일 수 있다. 제2 분석기(161B)는 잔류 가스 분석기(RGA, residual gas analyzer)일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 열 탈착 시스템(100)은 상기 챔버 내부의 압력을 감소시키기 위한 배기 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 배기 장치는 배기 라인(172) 및 배기 라인(172)과 연통된 진공 펌프(170)를 포함할 수 있다. 배기 라인(172)은 제1 밸브(153)를 통해 캐리어 가스 공급관(152)과 연통될 수 있다. 진공 펌프(170)는 배기 라인(172) 및 캐리어 가스 공급관(152)을 통하여 상기 챔버의 제1 공간(S1) 및 유동 격실(200)의 제2 공간(S2) 내에 진공을 선택적으로 형성할 수 있다.
또한, 진공 펌프(170)는 캐리어 가스 공급관(152)과 연결되지 않은 별도의 배기 라인을 통해 상기 챔버의 제1 공간(S1) 및 유동 격실(200)의 제2 공간(S2) 내에 진공을 선택적으로 형성할 수 있다.
상기 배기 장치는 배기 라인(172) 설치된 전자 밸브를 포함할 수 있다. 상기 전자 밸브의 개폐 조작 및 상기 진공 펌프의 작동은 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 상기 배기 장치는 상기 챔버 및 유동 격실(200) 내부의 가스를 외부로 배출시킬 수 있다.
또한, 열 탈착 시스템(100)은 상기 기판의 온도 또는 상기 챔버의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 온도 센서는 유동 격실(200) 내에 배치되며 상기 기판의 온도를 측정하기 위한 서모커플(thermocouple)(400)을 포함할 수 있다. 서모커플(400)은 유동 격실(200)의 하부벽(202)으로부터 상부로 연장하여 상기 기판과 접촉하여 상기 기판의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도 센서는 상기 챔버에 배치되며 상기 챔버의 온도를 측정하기 위한 적어도 하나의 제2 서모커플을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 서모커플은 상부 챔버(120)의 상부면(128)으로부터 돌출하도록 설치되어 상기 챔버 상부의 온도를 측정할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 유동 격실(200)은 하부 챔버(110)의 바닥면 상에 배치될 수 있다. 유동 격실(200)의 상부벽(206)은 하부 챔버(110)의 상부 가장자리(116)보다 더 낮은 위치에 배치될 수 있다. 하부 챔버(110)의 상부 가장자리(116)의 상부면은 유동 격실(200)의 상부벽(206)의 상부면보다 기 설정된 높이(H)만큼 더 높게 위치할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 다른 실시예들에 있어서, 유동 격실(200)의 상부벽(206)은 하부 챔버(110)의 상부 가장자리(116)보다 더 높은 위치에 배치될 수 있다. 유동 격실(200)의 상부벽(206)의 상부면은 하부 챔버(110)의 상부 가장자리(116)의 상부면보다 기 설정된 높이만큼 더 높게 위치할 수 있다. 또한, 유동 격실(200)의 상부벽(206)의 상부면은 상부 챔버(120)의 상부면(128)으로부터 기 설정된 거리(L)만큼 이격될 수 있다.
상술한 바와 같이, 열 탈착 시스템(100)은 챔버 내에서 구분된 유동 공간을 제공하는 유동 격실(200), 유동 격실(200) 내로 로딩된 웨이퍼(W)를 가열하여 웨이퍼(W) 표면 상의 물질을 탈착시키기 위한 가열 장치, 및 유동 격실(200) 내로 캐리어 가스를 공급하고 상기 탈착된 물질을 상기 캐리어 가스와 함께 배출시키기 위한 가스 배관 장치를 포함할 수 있다. 또한, 열 탈착 시스템(100)은 상기 배출된 물질을 실시간으로 분석하기 위한 분석 장치(170)를 포함할 수 있다. 또한, 열 탈착 시스템(100)은 열 탈착 공정을 수행한 후에 상기 챔버 내부 및 유동 격실(200) 내부의 공기를 외부로 배출시켜 유동 격실(200) 내부를 세정할 수 있다.
유동 격실(200)은 상기 챔버의 상부 공간과 분리되며 최소한의 기체 유동 통로를 위한 공간을 제공하고, 유동 격실(200) 내부로 탈착된 물질 가스는 상기 챔버의 상부 공간으로 이동하지 않고, 유동 격실(200)과 연통된 상기 가스 배관 장치의 캐리어 가스 배출관(162)을 통해 곧바로 배출되어 실시간으로 분석될 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)와 상기 챔버의 상부 공간 사이의 온도차에 의해 탈착된 물질이 응축되는 것을 방지하고 웨이퍼(W)로부터 탈착된 물질이 분석 장치(170)로 전달되는 시간을 감소시켜 분석 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 챔버 내부에는 캐리어 가스가 공급되어 상압 분석이 가능하고, 웨이퍼(W)로부터 탈착된 가스의 전체량을 실시간으로 정량 분석할 수 있다. 또한, 열 탈착 시스템(100)은 정량 분석과 정성 분석을 동시에 또는 선택적으로 수행할 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 열 탈착 시스템을 나타내는 도면이다. 상기 열 탈착 시스템은 가스 배관 장치를 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 열 탈착 시스템과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 열 탈착 시스템(101)의 가스 배관 장치는 유동 격실(200)의 제2 공간(S2)으로 캐리어 가스를 유입시키기 위한 제1 캐리어 가스 공급관(152) 및 챔버의 제1 공간(S1)으로 캐리어 가스를 유입시키기 위한 제2 캐리어 가스 공급관(154)을 포함할 수 있다.
가스 공급부(150)는 제1 캐리어 가스 공급관(152)을 통해 유동 격실(200) 내로 캐리어 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(150)는 제2 캐리어 가스 공급관(154)을 통해 챔버 내부로 캐리어 가스를 공급할 수 있다. 제1 캐리어 가스 공급관(152)에는 제1 밸브(153)가 설치되고 제2 캐리어 가스 공급관(154)에는 제2 밸브(155)가 설치될 수 있다.
또한, 진공 펌프(170)는 제1 배기 라인(172) 및 제1 캐리어 가스 공급관(152)과 연결될 수 있고, 진공 펌프(170)는 제1 배기 라인(172) 및 제2 배기 라인(174)에 연결될 수 있다. 제2 배기 라인(174)은 제3 밸브(175)를 통해 제1 배기 라인(172)과 연통될 수 있다. 제2 배기 라인(174)은 상기 챔버 내부의 제1 공간(S1)과 연통되고, 제1 캐리어 가스 공급관(152)은 유동 격실(200) 내부의 제2 공간(S2)과 연통될 수 있다.
진공 펌프(170)는 제1 배기 라인(172) 및 제1 캐리어 가스 공급관(152)을 통하여 유동 격실(200) 내부의 공기를 배출시킬 수 있다. 또한, 진공 펌프(170)는 제1 배기 라인(172) 및 제2 배기 라인(174)을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 배출시킬 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 유동 격실(200)의 제2 공간(S2)은 상기 챔버의 제1 공간(S1)으로부터 밀폐될 수 있다. 상기 챔버의 제1 공간(S1) 및 유동 격실(200)의 제2 공간(S2)의 압력은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
이와 다르게, 유동 격실(200)의 제2 공간(S2)이 상기 챔버의 제1 공간(S1)과 연통될 수 있다. 이 경우에 있어서, 가스 공급부(150)는 유동 격실(200) 및 상기 챔버 내로 캐리어 가스를 각각 공급할 수 있고, 진공 펌프(170)는 유동 격실(200) 및 상기 챔버 내부의 공기를 각각 배출시킬 수 있다.
이하에서는, 도 1의 열 탈착 시스템을 이용하여 기판 상의 오염 물질을 분석하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 8 내지 도 10은 예시적인 실시예들에 따른 기판 분석 방법을 나타내는 도면들이다.
도 8을 참조하면, 먼저, 웨이퍼(W) 상에 박막 증착 공정, 식각 공정 등과 같은 반도체 공정을 수행한 후에, 웨이퍼(W) 상의 오염 물질을 분석하기 위하여 열 탈착 시스템의 챔버 내부로 로딩할 수 있다.
상부 챔버(120)는 위로 이동하여 상기 챔버를 개방하고, 유동 격실(200) 역시 개방된 후, 웨이퍼(W)를 유동 격실(200) 내의 기판 지지부의 지지 핀들(300) 상에 올려 놓을 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)는 상기 기판 지지부에 의해 가열 플레이트(130) 상에서 지지될 수 있다.
웨이퍼(W)가 지지 핀들(300) 상에 올려진 후, 유동 격실(200)의 상부벽(206)을 측벽들(204) 상에 위치시킴으로써, 웨이퍼(W)를 둘러싸며 최소한의 기체 유동 통로를 위한 공간을 형성할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상부 챔버(120)가 하강하여 하부 챔버(110)에 도킹하고, 상기 가열 장치에 의해 웨이퍼(W)를 원하는 온도로 가열하여 열 탈착 공정을 수행하면서, 유동 격실(200) 내로 캐리어 가스를 유입 및 유출시키고 유동 격실(200)로부터 배출된 가스를 실시간으로 분석할 수 있다.
먼저, 상기 챔버 내부에 캐리어 가스를 공급하여 상기 챔버 내부를 상압으로 유지할 수 있다. 가스 공급부(150)는 제1 캐리어 가스 공급관(152)을 통해 유동 격실(200) 내로 상기 캐리어 가스를 공급할 수 있다. 상기 캐리어 가스를 질소(N2) 가스를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버 내부는 상압으로 유지될 수 있다. 상기 챔버 내부로 상기 캐리어 가스를 공급하기 전에, 상기 챔버 내부의 가스를 외부로 배출하여 진공을 형성할 수 있다.
이어서, 웨이퍼(W)를 가열하여 웨이퍼(W)로부터 물질을 탈착시킬 수 있다. 히터(130)는 웨이퍼(W)를 600℃ 내지 900℃ 이상으로 가열할 수 있다. 이 때, 냉각수 순환 장치는 상기 챔버 내의 냉각수 라인들(142, 146)을 통해 냉각수를 순환시켜 상기 챔버를 상온으로 유지할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼(W)는 약 900℃로 가열될 수 있고, 상기 챔버 내의 상부 공간의 온도는 약 200℃로 가열될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W)와 상기 챔버의 상부 공간 사이에는 비교적 큰 온도 차이가 발생할 수 있다.
웨이퍼(W)를 가열할 때, 유동 격실(200) 내로 캐리어 가스를 유입시키고 웨이퍼(W)로부터 탈착된 가스를 상기 캐리어 가스와 함께 유동 격실(200)로부터 배출시킬 수 있다.
가스 공급부(150)는 캐리어 가스 공급관(152)을 통해 유동 격실(200) 내로 상기 캐리어 가스를 공급할 수 있다. 상기 캐리어 가스를 고온의 질소(N2) 가스를 포함할 수 있다. 상기 캐리어 가스는 유동 격실(200) 내부의 가스 유동 공간을 지나 흐른 후, 웨이퍼(W) 표면으로부터 열 탈착된 가스와 함께 캐리어 가스 배출관(162)을 통해 배출될 수 있다. 따라서, 유동 격실(200) 내부에서 탈착된 가스는 상대적으로 낮은 온도를 갖는 상기 챔버의 상부 공간으로 이동하지 않고, 유동 격실(200)과 연통된 캐리어 가스 배출관(162)을 통해 분석 장치(160)로 곧바로 배출될 수 있다.
이 후, 상기 배출된 가스를 실시간으로 분석할 수 있다. 분석 장치(160)는 캐리어 가스 배출관(162)과 연통되어 캐리어 가스 배출관(162)를 통해 배출된 가스를 실시간으로 분석할 수 있다. 예를 들면, 분석 장치(160)는 정량 분석을 수행하기 위한 제1 분석기(161A) 및 정성 분석을 수행하기 위한 제2 분석기(161B) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 따라서, 상압 하에서 웨이퍼(W)로부터 탈착된 가스의 전체량을 실시간으로 정량 분석할 수 있다. 또한, 정량 분석과 정성 분석을 동시에 또는 선택적으로 수행할 수 있다.
도 10을 참조하면, 웨이퍼(W)를 언로딩한 후, 상기 챔버 및 유동 격실(200) 내부의 가스를 배출할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 웨이퍼(W)의 분석 완료 후에, 웨이퍼(W)를 언로딩하고, 상기 챔버의 세정 공정을 진행할 수 있다.
히터(130)는 유동 격실(200) 및 챔버 내부의 온도를 상승시키도록 작동하여 유동 격실(200) 및 상기 챔버의 내벽 상에 흡착된 물질을 탈착시키고, 진공 펌프(170)는 제1 캐리어 가스 공급관(152)을 통하여 유동 격실(200) 및 상기 챔버 내부의 공기를 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 유동 격실(200) 내부의 잔류 물질을 제거함으로써, 추후의 분석 효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 열 탈착 시스템 및 기판 분석 방법은 신뢰성있는 로직 소자나 메모리 소자와 같은 반도체 소자를 제조하는 데 사용될 수 있다. 상기 반도체 장치는, 예를 들어 중앙처리장치(CPU, MPU), 애플리케이션 프로세서(AP) 등과 같은 로직 소자, 예를 들어 에스램(SRAM) 장치, 디램(DRAM) 장치 등과 같은 휘발성 메모리 장치, 및 예를 들어 플래시 메모리 장치, 피램(PRAM) 장치, 엠램(MRAM) 장치, 알램(RRAM) 장치 등과 같은 불휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 101: 열 탈착 시스템 110: 하부 챔버
112: 하부벽 114: 제1 측벽
116: 상부 가장자리 118: 밀폐 부재
120: 상부 챔버 122: 상부벽
124: 제2 측벽 128: 상부면
130: 히터 140: 제1 냉각수 공급 모듈
142: 제1 냉각수 라인 144: 제2 냉각수 공급 모듈
146: 제2 냉각수 라인 150: 가스 공급부
152: 캐리어 가스 공급관 153: 제1 밸브
154: 제2 캐리어 가스 공급관 155: 제2 밸브
160: 분석 장치 161A: 제1 분석기
161B: 제2 분석기 162: 캐리어 가스 배출관
163: 제1 제어 밸브 164: 제1 배출 라인
165: 제2 제어 밸브 166: 제2 배출 라인
167: 제3 제어 밸브 170: 진공 펌프
172: 배기 라인 174: 제2 배기 라인
175: 제3 밸브 200: 유동 격실
202: 하부벽 204: 측벽
206: 상부벽 300: 지지 핀
400: 서모커플

Claims (10)

  1. 기판을 가열하기 위한 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되며 상기 챔버 공간 내의 구분된 가스 유동 공간을 제공하는 유동 격실;
    상기 유동 격실 내에서 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지부;
    상기 유동 격실 내의 상기 기판을 가열하기 위한 가열 장치; 및
    상기 챔버 외부로부터 상기 유동 격실 내로 캐리어 가스를 유입 및 유출시키기 위한 가스 배관 장치를 포함하는 열 탈착 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유동 격실은 상기 챔버의 상부면으로부터 기 설정된 거리만큼 이격되는 열 탈착 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 배관 장치는 상기 유동 격실의 마주보는 양측벽에 설치된 캐리어 가스 공급관 및 캐리어 가스 배출관을 포함하는 열 탈착 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 캐리어 가스 배출관으로부터 배출되는 가스를 분석하여 상기 기판의 표면 상에 흡착된 물질을 분석하기 위한 분석 장치를 더 포함하는 열 탈착 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유동 격실은
    상기 챔버의 바닥면 상에 배치되는 하부벽;
    상기 하부벽 상에 수직하게 배치된 복수 개의 측벽들; 및
    상기 측벽들 상에 배치되는 상부벽을 포함하는 열 탈착 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 상부벽은 상기 유동 격실을 개폐 가능하도록 상기 측벽들을 커버하는 열 탈착 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 유동 격실은 비금속 무기질 물질을 포함하는 열 탈착 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 지지부는 상기 유동 격실의 바닥면 상에 배치된 복수 개의 지지 핀들을 포함하는 열 탈착 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 내부의 압력을 감소시키기 위한 배기 장치를 더 포함하는 열 탈착 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 내의 냉각수 라인을 통해 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환 장치를 더 포함하는 열 탈착 시스템.
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