KR20190110047A - 기판 보유지지 장치 및 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 보유지지 장치 및 기판 처리 장치 Download PDF

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Abstract

기판을 보유지지하는 기판 보유지지 장치가 제공된다. 장치는 연직축 주위로 회전하고, 회전축의 상단으로부터 통하는 흡인로를 포함하는 회전축, 및 회전 중심에 형성된 흡기 구멍을 포함하고, 흡기 구멍이 흡인로와 연통하도록 회전축의 상단에 고정되며, 기판을 흡인함으로써 기판을 보유지지하는 보유지지 유닛을 포함하며, 보유지지 유닛에 배치된 기판의 이면에 면하는 각도로, 보유지지 유닛의 회전 중심에 대해 회전 대칭인 위치에 보유지지 유닛과 기판 사이의 공간 내로 외부 기체를 도입하기 위한 복수의 통기 구멍이 형성된다.

Description

기판 보유지지 장치 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE HOLDING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 보유지지 장치 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판을 지지해서 회전시키고, 기판의 회전의 편심 성분을 구함으로써 기판을 위치결정하는 기판 보유지지 장치가 리소그래피 공정의 전 공정 등에서 사용된다. 반도체 제조 공정에서는, 집적 회로의 고집적화에 의한 패턴의 미세화에 수반하여, 먼지의 더 엄밀한 제어가 요구된다.
일본 특허 공개 평08-172047호는, 기판 회전 처리 장치의 통기 유닛에 먼지를 포획하는 필터가 제공되는 구성을 개시하고 있다. 일본 특허 제4933948호는, 기판 흡인 유닛의 통기 구멍으로서 흡인에 사용되는 배기구와 기판을 해방하기 위해 사용되는 급기구가 제공되는 구성을 개시하고 있다.
종래, 반도체 제조 공정에서의 기판 보유지지 기구는 일반적으로 진공 흡인에 의해 기판을 보유지지한다. 진공 흡인을 이용한 기판 보유지지 기구는, 예를 들어 적어도 1개의 통기 라인을 포함하고, 진공원과의 접속과 예를 들어 정압 대기나 급기원과의 접속 사이를 전환함으로써 기판의 보유지지 및 해방을 실현한다. 이 방법에서는, 기판의 이면에 부착된 먼지 및 기판이 보유지지되는 순간에 발생하는 먼지가 통기 라인 안으로 흡인되어 축적될 수 있다. 한편, 기판을 해방할 때, 통기 라인의 중간 부분은 셀렉터 밸브에 의해 대기 또는 급기원에 접속되기 때문에, 통기 라인을 통해서 기체가 기판을 향해서 역류한다. 이에 의해, 축적된 먼지가 분출될 수 있다.
일본 특허 공개 평08-172047호에서는, 진공 라인의 중간에 집진 필터가 제공되어 있지만, 기체가 역류할 때에 필터에 축적되어 있던 먼지의 역류를 방지할 수는 없다. 일본 특허 제4933948호에서는, 웨이퍼 흡인 기구에는, 기판을 진공 흡인하기 위한 진공 통기 라인과 진공을 파괴하기 위한 급기 라인이 제공된다. 그러나, 급기 라인 측에서 급기가 단속되기 때문에, 급기 라인 측에서 먼지가 발생할 수 있다.
본 발명은, 예를 들어 먼지의 침입의 억제에 유리한 기판 보유지지 장치를 제공한다.
본 발명은 그 일 양태에서 기판을 보유지지하는 기판 보유지지 장치로서, 연직축 주위로 회전하고, 회전축의 상단으로부터 통하는 흡인로를 포함하는 회전축, 및 회전 중심에 형성된 흡기 구멍을 포함하고, 상기 흡기 구멍이 상기 흡인로와 연통하도록 상기 회전축의 상기 상단에 고정되며, 상기 기판을 흡인함으로써 상기 기판을 보유지지하는 보유지지 유닛을 포함하며, 상기 보유지지 유닛에 배치된 상기 기판의 이면에 면하는 각도로, 상기 보유지지 유닛의 상기 회전 중심에 대해 회전 대칭인 위치에 상기 보유지지 유닛과 상기 기판 사이의 공간 내로 외부 기체를 도입하기 위한 복수의 통기 구멍이 형성되는 기판 보유지지 장치를 제공한다.
본 발명의 추가적인 특징은 (첨부된 도면을 참고한) 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 기판 보유지지 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 변형예에 따른 기판 보유지지 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 기판 처리 시의 기판 보유지지 공정을 설명하는 도면이다.
도 5는 기판 처리 시의 기판 보유지지 공정을 설명하는 도면이다.
본 발명의 다양한 예시적인 실시형태, 특징 및 양태를 도면을 참고하여 이하에서 상세하게 설명한다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태는 본 발명의 실시형태의 구체예일뿐이며, 본 발명을 한정하지 않는다는 것에 유의한다. 또한, 이하의 실시형태에서 설명되는 특징적인 특징의 조합 모두가 본 발명의 문제의 해결에 필수적인 것은 아니다.
도 1은, 본 실시형태에 따른 기판 보유지지 장치(2)를 포함하는 기판 처리 장치(110)의 구성을 도시하는 도면이다. 기판 보유지지 장치(2)는 기판을 보유지지해서 회전시킨다. 기판 처리 장치(110)는, 예를 들어 기판 보유지지 장치(2)에 의한 기판의 회전의 편심 성분을 구하는 처리를 행할 수 있다. 이러한 기판 처리 장치는, 예를 들어 리소그래피 공정의 전 공정 등에서 사용될 수 있다.
기판 처리 장치(110)는, 기판 보유지지 장치(2)를 수용하며, 외기를 차단하는 챔버(100)를 포함한다. 챔버(100)의 내부에는 추가적인 후속 공정에서 사용되는 리소그래피 장치 등이 함께 수용되어 있어도 되지만, 여기에서는 그들의 도시는 생략한다. 기판 처리 장치(110)는, 챔버(100)의 내부 공간의 기체의 적어도 일부를 순환하기 위한 순환 팬(60)과, 순환한 기체를 여과해서 공급하는 팬 필터 유닛(51)을 포함한다. 그 구성에 의해, 챔버(100) 내에 청정한 기체가 제공된다.
챔버(100)에 수용되어 있는 기판 보유지지 장치(2)는, 배관(3)을 통해서 진공원(20)과 접속되어 있고, 진공원(20)을 사용한 진공 흡인에 의해 기판(1)을 지지한다. 배관(3)에 제공된 개방/폐쇄 밸브(4)는 제어부(10)에 의해 제어된다. 기판 보유지지 장치(2)는, 보유지지된 기판(1)을 기판 보유지지면에 수직인 방향을 따른 방향인 Z 축 주위로 회전시키는 기구를 포함한다. 기판 보유지지 장치(2)는 기판(1)의 단부면부의 위치를 위치 검출 장치(5)에 의해 검출하며, 연산부(15)는 위치 검출 장치(5)에 의해 획득된 검출 결과에 기초하여 기판(1)의 편심 및 각도를 산출한다.
도 2a 및 도 2b는 기판 보유지지 장치(2)의 구성을 도시한다. 도 2b는 기판 보유지지 장치(2)의 측단면도이며, 도 2a는 도 2b의 A-A' 선을 따라 취한 단면도이다. 기판 보유지지 장치(2)는 연직축(Z 축) 주위로 회전하는 회전축(21)을 포함한다. 기판 보유지지 장치(2)는, 회전축(21)에 의해 기판을 회전시킴으로써 기판의 회전의 편심 성분을 구하는 처리를 행할 수 있다. 회전축(21)에는, 회전축(21)의 상단으로부터 통하는 흡인로(22)가 형성된다.
기판(1)을 보유지지하는 보유지지 유닛(23)이 도 2a에 도시된 바와 같이 원을 형성하며, 그 회전 중심에 흡기 구멍(30)이 형성된다. 보유지지 유닛(23)은, 흡기 구멍(30)이 회전축(21)의 흡인로(22)와 연통하도록 회전축(21)의 상단에 고정된다. 보유지지 유닛(23)은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 흡기 구멍(30)이 형성되고 회전축(21)의 상단에 접속되는 저벽부(23a)와, 저벽부(23a)의 에지로부터 기립하여 기판을 지지하는 외주 벽부(23b)를 포함한다. 따라서, 보유지지 유닛(23)은 저벽부(23a)와 외주 벽부(23b)로부터 형성되는 컵 형상을 형성하며, 기판(1)이 보유지지 유닛(23)에 배치될 때, 공간(200)이 형성된다.
보유지지 유닛(23)에는, 보유지지 유닛(23)에 배치된 기판(1)의 이면에 면하는 각도를 각각 형성하며 저벽부(23a)를 통해 수직으로 연장되는 복수의 통기 구멍(31)이 형성된다. 이들은 기판 보유지지 장치(2)의 외부(챔버(100)의 내부)의 청정한 공간과 연통한다. 본 실시형태에서는, 복수의 통기 구멍(31)은, 보유지지 유닛(23)의 회전 중심에 대하여 회전 대칭인 위치에 배치된다. 도 2a에 도시된 예에서는, 4개의 통기 구멍(31)이 4회 회전 대칭의 위치에 배치된다. 또한, 본 실시형태에서, 복수의 통기 구멍(31)은 저벽부(23a)의 에지의 부근에 형성된다. 복수의 통기 구멍(31)의 컨덕턴스는, 예를 들어 흡기 구멍(30)의 컨덕턴스의 대략 10% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 보유지지 유닛(23)은, 저벽부(23a)로부터 돌출하고 기판(1)을 지지하는 복수의 지지 핀(23c)을 포함한다. 기판(1)과 지지 핀(23c) 사이의 접촉 면적은 무시할 수 있을 만큼 작을 수 있다.
회전축(21)의 흡인로(22)는, 기체 유로인 배관(3)을 통해서 기체를 흡인하는 진공원(20)에 접속된다. 본 실시형태에서, 배관(3)에는, 흡인로(22)와 진공원(20) 사이의 배관을 개방/폐쇄하는 개방/폐쇄 밸브(4)가 제공된다. 개방/폐쇄 밸브(4)는 제어부(10)로부터의 지령에 의해 개방/폐쇄될 수 있다. 회전축(21)의 하단은 구동 기구(50)에 연결되어, 보유지지 유닛(23)(즉, 기판(1))이 Z 축 주위로 회전한다. 또한, 회전축(21)을 피봇가능하게 지지하는 슬리브(12)의 내벽과 회전축(21) 사이에는 상하 2개의 밀봉 링(11)이 제공되고, 이에 의해 진공원(20)에 의한 배관(3)을 통해 배출이 행해질 수 있다.
도 4는, 기판 처리 시의 기판 보유지지 공정의 플로우와 공간(200)의 압력 변화의 예를 나타낸다. 기판(1)은 기판 반송 기구(도시되지 않음)에 의해 챔버(100) 내로 반입되며 보유지지 유닛(23)에 배치된다(S1). 개방/폐쇄 밸브(4)가 제어부(10)로부터의 지령에 의해 개방 상태로 설정되어 배관(3) 및 진공원(20)이 통기되면, 기판(1)의 진공 흡인이 개시된다(S2). 이에 의해, 기판(1) 및 보유지지 유닛(23)에 의해 형성되는 공간(200)은 대략적 진공이 되어, 기판(1)이 보유지지된다. 이 동안, 보유지지 유닛(23)에 형성되어 있는 복수의 통기 구멍(31)으로부터 챔버(100) 내의 청정한 기체가 계속 도입된다.
이 상태에서, 기판(1)은 구동 기구(50)에 의해 Z 축 주위로 회전한다. 이 동안, 위치 검출 장치(5)는 기판(1)의 단부면부의 위치를 연속적으로 검출하고, 연산부(15)는 위치 검출 장치(5)에 의해 획득된 검출 결과에 기초하여 기판(1)의 편심 성분을 산출한다(S3). 후속하여, 기판(1)의 보유지지를 해방하기 위해, 제어부(10)로부터의 지령에 의해 개방/폐쇄 밸브(4)가 폐쇄 상태로 설정되고, 이에 의해 진공원(20)과 흡인로(22) 사이의 통기가 차단되며(S4), 복수의 통기 구멍(31)으로부터 유입하는 기체가 공간(200)의 대략적 진공 상태를 파괴한다(S5). 이 동안, 복수의 통기 구멍(31)으로부터 계속해서 유입하는 기체에 의해, 기판(1)과 보유지지 유닛(23) 사이의 접촉에 의해 발생한 먼지 및 기판(1)으로부터 낙하한 먼지는 진공원(20)을 향해서 휩쓸리기 때문에, 이들은 결코 보유지지 유닛(23)에 축적되지 않는다. 이렇게 해서, 보유지지 유닛(23)에 의한 기판(1)의 보유지지된 상태가 해제되고, 기판(1)은 기판(1)의 이면을 오염시키지 않는 상태로 기판 반송 기구(도시되지 않음)에 의해 다음 공정으로 반송된다(S6).
도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b에 도시된 구성의 변형예를 도시한다. 도 2b에서는, 제어부(10)로부터의 지령에 의해 개방/폐쇄되는 개방/폐쇄 밸브(4)가 배관(3)에 제공된다. 도 3b에서, 개방/폐쇄 밸브(4) 대신에 방향 제어 밸브(8)가 제공된다. 방향 제어 밸브(8)는, 진공원(20)에 의한 흡인이 행해지는 흡인 상태와 대기 개방 상태 사이를 전환할 수 있도록 구성되는 제어 밸브이다. 또한, 흡인로(22)에는, 공간(200) 안으로의 기체의 유입을 저지하는 체크 밸브(7)가 제공된다.
도 5는, 이 변형예에 따른, 기판 처리 시의 공정의 흐름도 및 공간(200)의 압력 변화의 예를 나타낸다. 기판(1)은 기판 반송 기구(도시되지 않음)에 의해 챔버(100) 내로 반입되며 보유지지 유닛(23)에 배치된다(S1). 방향 제어 밸브(8)가 제어부(10)로부터의 지령에 의해 흡인 상태에 설정되면, 기판(1)의 진공 흡인이 개시된다(S2). 이에 의해, 기판(1) 및 보유지지 유닛(23)에 의해 형성되는 공간(200)은 대략적 진공이 되어, 기판(1)이 보유지지된다. 이 동안, 보유지지 유닛(23)에 형성되어 있는 복수의 통기 구멍(31)으로부터 챔버(100) 내의 청정한 기체가 계속해서 유입한다.
이 상태에서, 기판(1)은 구동 기구(50)에 의해 Z 축 주위로 회전한다. 이 동안, 위치 검출 장치(5)는 기판(1)의 단부면부의 위치를 연속적으로 검출하고, 연산부(15)는 위치 검출 장치(5)에 의해 획득된 검출 결과에 기초하여 기판(1)의 편심 성분을 산출한다(S3). 이 동안, 계속해서 유입하는 기체에 의해, 기판(1)과 보유지지 유닛(23) 사이의 접촉에 의해 발생한 먼지 및 기판(1)으로부터 낙하한 먼지는 진공원(20)을 향해서 휩쓸리기 때문에, 이들은 결코 보유지지 유닛(23)에 축적되지 않는다. 계속해서, 기판(1)의 보유지지를 해제하기 위해, 제어부(10)로부터의 지령에 의해 방향 제어 밸브(8)는 대기 개방 상태로 전환된다(S4). 이때, 대기가 방향 제어 밸브(8)로부터 배관(3)을 통해서 체크 밸브(7)에 도달하면, 체크 밸브(7)가 작동한다. 즉, 방향 제어 밸브(8)로부터 유입하는 대기는 체크 밸브(7)에서 멈춘다. 이에 의해, 방향 제어 밸브(8) 및 밀봉 링(11)에서 발생한 먼지, 미스트 등은 방향 제어 밸브(8)로부터의 대기에 의해 안내되면서 결코 공간(200)으로 들어가지 않으므로, 기판(1)은 오염되지 않는다. 공간(200)의 대략적 진공 상태는 복수의 통기 구멍(31)으로부터 유입하는 기체에 의해 파괴되고, 진공원(20)으로부터 체크 밸브(7)까지의 공간의 대략적 진공 상태는 방향 제어 밸브(8)를 통해 유입하는 대기에 의해 파괴된다. 이 구성에 의해, 단시간에 대략적 진공 상태가 파괴될 수 있다(S5). 이렇게 해서, 보유지지 유닛(23)에 의한 기판(1)의 보유지지된 상태가 해제되고, 기판(1)은 기판(1)의 이면을 오염시키지 않는 상태로 기판 반송 기구(도시되지 않음)에 의해 다음 공정으로 반송된다(S6).
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형예와 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 기판을 보유지지하는 기판 보유지지 장치이며,
    연직축 주위로 회전하는 회전축으로서, 상기 회전축의 상단으로부터 통하는 흡인로를 포함하는, 회전축; 및
    회전 중심에 형성된 흡기 구멍을 포함하고, 상기 흡기 구멍이 상기 흡인로와 연통하도록 상기 회전축의 상기 상단에 고정되며, 상기 기판을 흡인함으로써 상기 기판을 보유지지하는, 보유지지 유닛을 포함하며,
    상기 보유지지 유닛에 배치된 상기 기판의 이면에 면하는 각도로, 상기 보유지지 유닛의 상기 회전 중심에 대해 회전 대칭인 위치에, 상기 보유지지 유닛과 상기 기판 사이의 공간 내로 외부 기체를 도입하기 위한 복수의 통기 구멍이 형성되는, 기판 보유지지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보유지지 유닛은,
    상기 흡기 구멍이 형성되며 상기 회전축의 상기 상단에 접속되는 저벽부;
    상기 저벽부의 에지로부터 기립하며 상기 기판을 지지하는 외주 벽부; 및
    상기 저벽부로부터 돌출하고 상기 기판을 지지하는 복수의 지지 핀을 포함하는, 기판 보유지지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 통기 구멍은 상기 저벽부의 상기 에지의 부근에 형성되는, 기판 보유지지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡인로와 기체를 흡인하는 진공원 사이의 기체 유로를 개방 및 폐쇄하는 개방/폐쇄 밸브를 더 포함하고,
    상기 기판 보유지지 장치는, 상기 개방/폐쇄 밸브를 개방 상태로 설정하여 상기 진공원에 의해 상기 공간의 기체를 흡인하고 상기 복수의 통기 구멍으로부터 상기 공간 내로 상기 외부 기체를 도입함으로써 상기 기판을 보유지지하며, 상기 개방/폐쇄 밸브를 폐쇄 상태로 설정하고 상기 복수의 통기 구멍으로부터 상기 공간 내로 상기 외부 기체를 도입함으로써 상기 기판의 보유지지된 상태를 해제하는, 기판 보유지지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡인로와 기체를 흡인하기 위한 진공원 사이의 기체 유로에 제공되고, 상기 진공원에 의한 흡인을 행하는 흡인 상태와 대기 개방 상태 사이를 전환할 수 있는 제어 밸브; 및
    상기 흡인로에 제공되고 상기 공간 내로의 기체의 유입을 저지하는 체크 밸브를 더 포함하며,
    상기 기판 보유지지 장치는, 상기 제어 밸브를 상기 흡인 상태로 설정하여 상기 진공원에 의해 상기 공간의 기체를 흡인하고 상기 복수의 통기 구멍으로부터 상기 공간 내로 상기 외부 기체를 도입함으로써 상기 기판을 보유지지하며, 상기 제어 밸브를 상기 대기 개방 상태로 설정하여 상기 진공원으로부터 상기 체크 밸브까지의 부분을 대기로 개방하고 상기 복수의 통기 구멍으로부터 상기 공간 내로 상기 외부 기체를 도입함으로써 상기 기판의 보유지지된 상태를 해제하는, 기판 보유지지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 통기 구멍의 컨덕턴스는 상기 흡기 구멍의 컨덕턴스의 10% 이하인, 기판 보유지지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판 보유지지 장치는 상기 회전축에 의해 상기 기판을 회전시킴으로써 상기 기판의 회전의 편심 성분을 구하는 장치를 포함하는, 기판 보유지지 장치.
  8. 기판을 처리하는 기판 처리 장치이며,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 기판 보유지지 장치를 포함하는, 기판 처리 장치.
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