KR20210076564A - 기판 처리 방법 - Google Patents

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KR20210076564A
KR20210076564A KR1020190167907A KR20190167907A KR20210076564A KR 20210076564 A KR20210076564 A KR 20210076564A KR 1020190167907 A KR1020190167907 A KR 1020190167907A KR 20190167907 A KR20190167907 A KR 20190167907A KR 20210076564 A KR20210076564 A KR 20210076564A
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박태헌
김동규
김선일
조재필
이상현
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 방법은, 기판 처리 장치 내 공정 챔버 내로 기판을 로딩하여, 진공 분위기 하에서 상기 기판 상에 제 1 절연층을 형성하는 단계와, 상기 기판을 상기 공정 챔버 밖으로 언로딩하는 단계와, 상기 제 1 절연층에 의해 발생된 휨(warpage)을 완화시키도록 상기 기판을 대기압 분위기에서 냉각시키는 단계와, 상기 기판을 상기 공정 챔버 내로 다시 로딩하여, 진공 분위기 하에서 상기 제 1 절연층 상에 인시츄로 제 2 절연층 및 제 3 절연층을 순차로 형성하는 단계와, 상기 기판을 상기 공정 챔버 밖으로 언로딩하는 단계를 포함한다.

Description

기판 처리 방법{Method of processing substrate}
본 발명은 반도체 소자의 제조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조에 있어서 플라즈마를 이용한 공정이 적용되고 있다. 예를 들어, 플라즈마를 이용하여 공정 기체를 활성화함으로써 낮은 공정 온도에서도 빠른 속도로 증착, 에칭 등의 공정을 수행할 수 있다.
이러한 플라즈마를 이용한 박막 증착 공정에서, 기판 상에 형성되는 박막의 두께가 두꺼워지거나 또는 복합 박막이 적층됨에 따라서, 기판에 가해지는 스트레스가 커지고 있다. 스트레스가 일정 이상 커지면 기판이 휘는 문제가 발생될 수 있다.
복합 박막, 예컨대 복합 절연막이 공정 챔버 내에서 인시츄로 형성되는 경우, 전체적인 공정 시간은 줄일 수 있으나, 중간에 스트레스 릴리즈가 안되므로 인해서 이러한 휨(warpage) 발생이 더욱 커질 수 있다. 나아가, 이러한 휨 발생은 기판 조건에 따라서 더욱 문제될 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 휨 발생을 완화하면서도 생산성을 확보할 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 방법은, 기판의 로딩 및 언로딩 시 내부 분위기를 대기압 분위기와 진공 분위기로 전환 가능한 로드락 모듈, 상기 기판을 처리하기 위한 적어도 하나의 공정 모듈, 상기 로드락 모듈 및 상기 공정 모듈 사이에 구비되어 상기 기판을 상기 로드락 모듈 및 상기 공정 모듈 사이에서 이송하기 위한 트랜스퍼 모듈을 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서, 상기 기판을 상기 로드락 모듈 및 상기 트랜스퍼 모듈을 통해서 상기 공정 모듈 내로 로딩하여, 진공 분위기 하에서 상기 기판 상에 제 1 절연층을 형성하는 단계와, 상기 기판을 상기 공정 모듈 밖으로 언로딩하는 단계와, 상기 제 1 절연층에 의해 발생된 휨(warpage)을 완화시키기 위하여 상기 기판을 상기 로드락 모듈로 이동시켜 상기 기판을 대기압 분위기에서 냉각시키는 단계와, 상기 기판을 상기 트랜스퍼 모듈을 통해서 상기 공정 모듈 내로 다시 로딩하여, 진공 분위기 하에서 상기 제 1 절연층 상에 제 2 절연층 및 제 3 절연층을 순차로 형성하는 단계대기압 분위기를 포함한다.
상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 기판 처리 장치는 상기 로드락 모듈과 연결되어 상기 로드락 모듈과 상기 기판을 상호 이송하기 위한 대기압 분위기의 설비 전단 모듈(EFEM)을 포함하고, 상기 기판을 대기압 분위기에서 냉각시키는 단계는, 상기 기판을 대기압 분위기에서 상기 로드락 모듈로부터 상기 설비 전단 모듈로 이송하여 상기 기판을 추가적으로 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 모듈은 제 1 공정 모듈 및 제 2 공정 모듈을 포함하고, 상기 제 1 절연층을 형성하는 단계는 상기 제 1 공정 모듈을 통해서 수행되며, 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층을 순차로 형성하는 단계는 상기 제 2 공정 모듈을 통해서 수행될 수 있다.
상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 제 1 절연층의 두께는 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층의 두께와 서로 다를 수 있다.
상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 제 1 절연층의 두께는 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층의 합산 두께보다 두꺼울 수 있다.
대기압 분위기대기압 분위기대기압 분위기대기압 분위기상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 기판은 실리콘-온-글라스 웨이퍼를 포함하고, 상기 제 1 절연층은 제 1 실리콘 산화층을 포함하고, 상기 제 2 절연층은 실리콘 질화층을 포함하고, 상기 제 3 절연층은 제 2 실리콘 산화층을 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 방법에 있어서, 상기 실리콘-온-글라스 웨이퍼는 실리콘층이 글라스 웨이퍼에 접착되어 형성되고, 상기 실리콘층 내에는 관통 실리콘 비어(TSV) 전극이 형성되어 있을 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 휨을 줄이면서도 생산성을 확보할 수 있는 기판 처리 방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연막의 형성 공정에 이용되는 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서 공정 모듈을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 복합 절연막을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실험예들에 따라 복합 절연막이 형성된 기판의 휘어진 정도를 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 절연막의 형성 공정에 이용되는 기판 처리 장치(1000)의 일 예를 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(1000)는 설비 전단 모듈(equipment front end module; EFEM, 210), 로드락 모듈(load lock module, 220), 트랜스퍼 모듈(transfer module, 230) 및 하나 또는 복수의 공정 모듈들(process module, 100)을 포함할 수 있다.
설비 전단 모듈(210)은 외부와 기판 처리 장치(1000) 사이에서 기판(S)을 반송하기 위한 장치일 수 있다. 예를 들어, 설비 전단 모듈(210)은 기판들(S)이 운송되는 캐리어가 안착되는 포트와 이러한 포트와 로드락 모듈(220) 사이에서 기판들(S)을 이송하기 위한 로봇을 포함할 수 있다. 나아가, 설비 전단 모듈(210)은 기판들(S)을 정렬하기 위한 정렬기(aligner)를 더 포함할 수 있다. 설비 전단 모듈(210)은 외부와 연통되는 공간이므로 대기압 분위기분위기로 유지될 수 있다.
로드락 모듈(220)은 설비 전단 모듈(210)과 개폐 가능하게 연결되고, 기판(S)의 로딩 및 언로딩 시 진공 분위기분위기와 대기압 분위기분위기 사이에서 전환 가능할 수 있다. 예를 들어, 로드락 모듈(220)은 대기압 분위기에서 설비 전단 모듈(210)로부터 기판들(S)을 이송받은 후 진공 분위기로 변환하고, 이후 진공 분위기에서 트랜스퍼 모듈(230)과 연결되는 게이트를 개방하여 트랜스퍼 모듈(230)과 연통될 수 있다. 한편, 공정이 완료되면, 트랜스퍼 모듈(230)로부터 로드락 모듈(220)로 기판들(S)이 진공 분위기에서 이송되고, 이후 로드락 모듈(220)이 대기압 분위기로 변환된 후 로드락 모듈(220)이 설비 전단 모듈(210)과 연통되게 될 수 있다.
트랜스퍼 모듈(230)은 진공 분위기로드락 모듈(220) 및 공정 모듈(100) 사이에 구비되어 기판(S)을 로드락 모듈(220) 및 공정 모듈(100) 사이에서 이송하기 위해서 제공될 수 있다. 예를 들어, 트랜스퍼 모듈(230)은 통상적으로 진공 분위기를 유지하고 있고, 일측에서는 로드락 모듈(220)과 개폐 가능하게 연결되고, 타측들에서는 공정 모듈들(100)과 개폐 가능하게 연결될 수 있다. 트랜스퍼 모듈(230) 내에는 로봇(235)이 위치되어, 기판들(S)을 로드락 모듈(220)과 공정 모듈들(100) 사이에서 이송하거나 또는 공정 모듈들(100) 사이에서 기판들(S)을 이송할 수 있다.
적어도 하나의 공정 모듈(100)은 기판(S)을 처리하기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 기판들(S)은 공정 모듈들(100) 내로 로딩되어 진공 분위기 하에서 처리될 수 있다. 나아가, 공정 모듈들(100)은 플라즈마 분위기에서 기판들(S) 상에 박막을 증착하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 공정 모듈들(100)은 플라즈마 강화 화학기상증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)법을 이용하여 기판들(S) 상에 복합 절연막을 형성하기 위해서 이용될 수 있다.
예를 들어, 공정 모듈(100)은 트랜스퍼 모듈(230)과 각각 연결된 제 1 공정 모듈(100a), 제 2 공정 모듈(100b) 및 제 3 공정 모듈(100c)을 포함할 수 있다. 공정 모듈(100)의 수는 예시적이고, 이 실시예의 범위는 그 수에 제한되지 않는다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치(1000)에 있어서 공정 모듈(100)을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 공정 모듈(100)은 공정 챔버(110), 가스 분사부(120), 및 기판 지지대(130)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(110)는 내부에 처리 공간(112)을 한정할 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(110)는 기밀을 유지하도록 구성되며, 처리 공간(112) 내 공정 가스를 배출하고 처리 공간(112) 내 진공도를 조절하도록 배기 포트를 통해서 진공 챔버(미도시)에 연결될 수 있다. 나아가, 공정 챔버(110)는 트랜스퍼 모듈(220)과 연통되는 공간을 개폐하는 게이트(G)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(110)는 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
도 1의 설비 전단 모듈(210)은 이러한 공정 챔버(110)의 전단에 배치될 수 있다. 나아가, 로드락 모듈(220) 및 트랜스퍼 모듈(230)은 설비 전단 모듈(210)과 공정 챔버(110) 사이에 배치될 수 있다.
가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 외부로부터 공급된 공정 가스를 처리 공간(112)으로 공급하도록 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 가스 분사부(120)는 기판 지지대(130) 상에 안착된 기판(S)에 공정 가스를 분사하도록 공정 챔버(110)의 상부에 기판 지지대(130)에 대항되게 설치될 수 있다. 가스 분사부(120)는 외부로부터 공정 가스를 공급받기 위해 상측 또는 측부에 형성된 적어도 하나의 유입홀과, 기판(S) 상에 공정 가스를 분사하기 위해서 기판(S)을 바라보는 하방으로 형성된 복수의 분사홀들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 가스 분사부(120)는 샤워 헤드(shower head) 형태, 노즐(nozzle) 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 가스 분사부(120)가 샤워 헤드 형태인 경우, 가스 분사부(120)는 공정 챔버(110)의 상부를 부분적으로 덮는 형태로 공정 챔버(110)에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 가스 분사부(120)가 공정 챔버(110)의 덮개 형태로 덮개부 또는 측벽부에 결합될 수 있다.
기판 지지대(130)는 그 상부에 기판(S)이 안착되도록 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(130)는 가스 분사부(120)에 대향되게 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 나아가, 기판 지지대(130)는 그 내부에 기판(S)을 가열하기 위한 히터(175)를 포함할 수 있다. 히터 전원부(180)는 히터(175)에 전력을 인가하도록 히터(175)에 연결될 수 있다.
기판 지지대(130)의 형상은 대체로 기판(S)의 모양에 대응되나 이에 한정되지 않고 기판(S)을 안정적으로 안착시킬 수 있도록 기판(S)보다 크게 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 일 예에서, 기판 지지대(130)는 승하강이 가능하도록 외부 모터(미도시)에 연결될 수 있으며, 이 경우 기밀 유지를 위하여 벨로우즈관(미도시)이 연결될 수도 있다. 나아가, 기판 지지대(130)는 그 위에 기판(S)을 안치하도록 구성되기 때문에, 기판 안착부, 서셉터 등으로 불릴 수도 있다.
나아가, 플라즈마 전원부(140)는 공정 챔버(110) 내부로 플라즈마 분위기를 형성하기 위한 전력을 공급하도록 가스 공급부(120)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전원부(140)는 공정 챔버(110)에 적어도 하나의 RF(radio frequency) 전력을 인가하도록 적어도 하나의 RF 전원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전원부(140)는 가스 분사부(120)에 RF 전력을 인가하도록 연결될 수 있다. 이 경우, 가스 분사부(120)는 전원 공급 전극 또는 상부 전극으로 불릴 수도 있다.
플라즈마 전원부(140) 내 RF 전원은 하나 또는 복수개일 수 있다. 예를 들어, RF 전원은 공정 조건에 따른 플라즈마 환경 제어를 위하여 제 1 주파수 대역의 제 1 RF 전원(142) 및 제 1 주파수 대역보다 큰 제 2 주파수 대역의 제 2 RF 전원(144)을 포함할 수 있다. 제 1 RF 전원(142) 및 제 2 RF 전원(144)으로 구성되는 듀얼 주파수 전원은 공정 조건에 따라서 또는 공정 스텝에 따라서 주파수 대역을 달리할 수 있어서 공정을 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 플라즈마 전원부(140)의 전원이 두 개의 RF 전원들(142, 144)인 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로서 본 발명의 범위가 이에 제한되지는 않는다.
이러한 플라즈마 전원부(140)의 일 예에서, 제 1 RF 전원(142)은 제 1 주파수 대역이 적어도 450 kHz를 포함하는 저주파(low frequency, LF) 전원이고, 제 2 RF 전원(144)은 제 2 주파수 대역이 적어도 13.56 MHz를 포함하는 고주파(high frequency, HF) 전원일 수 있다.
보다 구체적으로, 고주파(HF) 전원은 넓게는 5 MHz 내지 60 MHz 범위, 좁게는 13.56 MHz 내지 27.12 MHz의 주파수 범위의 RF 전원일 수 있다. 저주파(LF) 전원은 넓게는 100 kHz 내지 5 MHz, 좁게는 300 kHz 내지 600 kHz 의 주파수 범위의 RF 전원일 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 주파수 대역은 13.56 MHz 내지 27.12 MHz 의 주파수 범위를 가지며, 제 1 주파수 대역은 300 kHz 내지 600 kHz 의 주파수 범위를 가질 수 있다.
부가적으로, 임피던스 매칭부(146)는 RF 전원과 공정 챔버(110) 사이의 임피던스 매칭을 위하여 플라즈마 전원부(140) 및 가스 분사부(120) 사이에 배치될 수 있다. 플라즈마 전원부(140)에서 공급된 RF 전력은 플라즈마 전원부(140)와 공정 챔버(110) 사이에서 임피던스 매칭부(146)를 통해서 적절하게 임피던스 매칭이 되어야 공정 챔버(110)에서 반사되서 되돌아오지 않고 공정 챔버(110)로 효과적으로 전달될 수 있다.
통상적으로는 플라즈마 전원부(140)의 임피던스가 고정되어 있고, 공정 챔버(110)의 임피던스가 일정하지 않기 때문에 공정 챔버(110)의 임피던스와 플라즈마 전원부(140)의 임피던스를 맞추도록 임피던스 매칭부(146)의 임피던스가 정해질 수 있지만, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
임피던스 매칭부(146)는 저항, 인덕터 및 커패시터의 군에서 선택된 둘 또는 그 이상의 직렬 또는 병렬 조합으로 구성될 수 있다. 나아가, 임피던스 매칭부(146)는 RF 전력의 주파수와 공정 조건에 따라서 그 임피던스 값이 가변될 수 있도록 적어도 하나의 가변 커패시터 또는 커패시터 어레이 스위칭 구조를 채택할 수 있다.
일부 실시예에서 임피던스 매칭부(146)는 플라즈마 전원부(140)에 직렬 연결된 튠 커패시터(tune capacitor), 플라즈마 전원부(140)에 병렬 연결된 로드 커패시터(load capacitor) 및/또는 플라즈마 전원부(140)에 직렬 연결된 인덕터(inductor)를 포함할 수 있다. 튠 커패시터(tune capacitor) 및 로드 커패시터(load capacitor)는 임피던스 매칭을 위하여 그 임피던스 값이 가변될 수 있다.
이하에서는 기판 처리 장치(1000)를 이용한 기판 처리 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 복합 절연막(60)을 보여주는 단면도이다. 이하에서 기판(50)은 도 1 및 도 2의 기판(S)의 일 예로서 지칭된다.
도 4를 참조하면, 기판(50) 상에 제 1 절연층(62), 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)을 포함하는 복합 절연막(60)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 기판(50)은 글라스 웨이퍼(52) 상에 실리콘층(54)이 접착된 실리콘-온-글라스(Si on glass) 웨이퍼일 수 있다. 글라스 웨이퍼(52)는 실리콘층(54)을 다른 소자 상으로 전사시키기 위한 캐리어 웨이퍼로 이용될 수 있다. 나아가, 실리콘층(54) 내에는 하나 또는 그 이상의 관통 실리콘 비어(TSV) 전극(56)이 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 이러한 실리콘-온-글라스 웨이퍼(52)는 통상적인 실리콘 웨이퍼에 비해서 복합 절연막(60) 형성 시 휨 발생이 문제가 되고 있다. 이 실시예의 변형된 예에서, 기판(50)은 실리콘-온 글라스 웨이퍼 외에 다양한 복합 구조의 웨이퍼일 수도 있다.
일부 실시예에서, 제 1 절연층(62)은 제 1 실리콘 산화층(first silicon oxide layer)을 포함하고, 제 2 절연층(64)은 실리콘 질화층(silicon nitride layer)을 포함하고, 제 3 절연층(66)은 제 2 실리콘 산화층(silicon oxide layer)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제 1 절연층(62)/제 2 절연층(64)/제 3 절연층(66)의 복합 절연막 구조는 ONO 구조로 지칭될 수도 있다. 이러한 ONO 구조는 반도체 소자의 전하 트랩층(charge trap layer)이나 TSV 구조의 패시베이션층(passivation layer) 등 다양하게 이용될 수 있다.
이러한 ONO 구조에서 제 1 절연층(62)의 두께는 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)의 두께와 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 이러한 ONO 구조에서 제 1 절연층(62)의 두께는 제 2 절연층(64) 또는 제 3 절연층(66)보다 두꺼울 수 있다. 나아가, 제 1 절연층(62)의 두께는 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)의 합산 두께보다 더 두꺼울 수도 있다. 따라서, 제 1 절연층(62) 형성 후 기판(50) 스트레스를 완화할 필요성이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법에 따르면, 먼저 기판 처리 장치(1000) 내 공정 모듈(100), 예컨대 공정 챔버(110) 내로 기판(50)을 로딩하여, 진공 분위기 하에서 기판(50) 상에 제 1 절연층(62)을 형성할 수 있다. 이어서, 기판(50)을 공정 모듈(100) 밖으로 언로딩하고, 제 1 절연층(62)에 의해서 발생된 휨을 완화시키도록 기판(50)을 대기압 분위기에서 냉각시킬 수 있다. 이어서, 기판(50)을 공정 모듈(100), 예컨대 공정 챔버(110) 내로 다시 로딩하여, 진공 분위기 하에서 제 1 절연층(62) 상에 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)을 순차로 형성할 수 있다. 이어서, 기판(50)을 공정 챔버(110) 밖으로 언로딩할 수 있다.
예를 들어, 기판(50)을 대기압 분위기에서 냉각시키기 위하여, 기판(50)을 로드락 모듈(220)로 이동시키고, 로드락 모듈(220)을 대기압 분위기로 전환 후 기판(50)을 대기압 분위기에서 냉각시킬 수 있다. 나아가, 기판(50)을 대기압 분위기에서 로드락 모듈(220)로부터 설비 전단 모듈(210)로 이송하여 기판(50)을 설비 전단 모듈(210)에서 추가적으로 냉각시킬 수 있다.
제 1 절연층(62)을 형성한 후 기판(50)을 대기압 분위기에서 냉각시키면, 제 2 절연층(64)이 형성되기 전에 기판(50)의 스트레스가 일부 완화될 수 있다. 따라서, 제 1 절연층(62) 형성 후 기판(50)을 로드락 모듈(220) 및/또는 설비 전단 모듈(210)로 이동시키는 것은 공정 시간 면에서는 불리하지만, 스트레스 완화 측면에서는 필요하다고 할 수 있다. 이와 같이, 제 1 절연층(62) 형성 후 기판(50)을 로드락 모듈(220) 및/또는 설비 전단 모듈(210)까지 이동시키고 이어서 다시 공정 모듈(100), 예컨대 공정 챔버(110)로 이동시키는 방식은 엑시츄(ex-situ) 방식으로 불릴 수 있다.
한편, 이어지는 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)은 중간에 기판(50)을 대기압 분위기로 이동시키는 것 없이 공정 챔버(110) 내에서 인시츄(in-situ)로 형성될 수 있다. 여기에서, 인시츄로 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)을 순차로 형성한다는 것은 공정 챔버(110) 상에서 기판(S)이 안착된 상태로 기판(S)의 이동 없이 제 2 절연층(64)과 제 3 절연층(66)이 순차로 형성되는 것을 의미할 수 있다.
따라서, 인시츄로 공정을 진행하는 경우에는, 기판(50)의 이동이 없고, 공정 챔버(110)도 진공 분위기로 계속 유지되기 때문에, 공정 시간이 단축되어 생산성이 높아질 수 있다.
이 실시예에 따르면, 제 1 절연층(62)은 엑시츄 방식으로 형성하여 스트레스를 완화시키고, 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)은 인시츄 방식으로 형성하여 생산성을 확보할 수 있다. 따라서, 이 실시예에 따르면, 스트레스 완화에 따른 휨 억제와 생산성을 절충하여 확보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
도 1 내지 도 4를 같이 참조하면, 설비 전단 모듈(EFEM, 210) 내로 기판(50)을 인입할 수 있다(S10). 예를 들어, 기판(50)들이 들어 있는 캐리어를 설비 전단 모듈(210) 내에 안착시킬 수 있다.
이어서, 로드락 모듈(220)로 기판(50)을 이동시킬 수 있다(S12). 예를 들어, 설비 전단 모듈(210) 내 로봇을 이용하여 설비 전단 모듈(210) 내 기판(50)을 로드락 모듈(220) 내로 대기압 분위기 하에서 이송할 수 있다.
이어서, 트랜스퍼 모듈(230)로 기판(50)을 이동시킬 수 있다(S14). 예를 들어, 로드락 모듈(220)을 진공 분위기로 전환시킨 후, 트랜스퍼 모듈(230) 내 로봇(235)을 이용하여 로드락 모듈(220) 내 기판(50)을 트랜스퍼 모듈(230) 내로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 이 단계(S14)에서, 기판(50)은 트랜스퍼 모듈(230) 내에서 별도로 안착되지 않고 로봇(235) 상에서 이동 중일 수 있다.
이어서, 공정 모듈(100)을 세정할 수 있다(S16). 예를 들어, 세정 가스를 공정 챔버(110) 내로 흘려서 공정 챔버(110)를 세정할 수 있다. 이러한 세정 단계(S16)는 매 기판(50) 마다 진행하거나 또는 소정 개수의 기판들(50)마다 한번씩 진행될 수도 있다.
이어서, 공정 모듈(100), 예컨대 공정 챔버(110)로 기판(50)이 로딩될 수 있다(S18). 예를 들어, 트랜스퍼 모듈(230) 내 로봇(235) 상의 기판(50)이 게이트(G)를 통해서 공정 챔버(110)로 이송될 수 있다.
이 실시예의 변형된 예에서, 공정 모듈(100)을 세정하는 단계(S16)가 트랜스퍼 모듈(230)로 기판(50)을 이송하는 단계(S14) 전에 수행될 수 있다. 이 경우, 공정 모듈(100)을 세정하는 단계(S16) 후, 기판(50)을 로드락 모듈(220)에서 트랜스퍼 모듈(230)을 거쳐서 공정 모듈(100)로 이송하는 단계들(S14, S18)이 연속적으로 이어질 수 있다.
공정 모듈(100), 예컨대 공정 챔버(110) 내로 기판(50)이 로딩된 후, 진공 분위기 하에서 기판(50) 상에 제 1 절연층(62)을 형성하는 단계(S20)가 이어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 절연층(62)은 실리콘 산화층을 포함할 수 있고, 제 1 절연층(62)은 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD)법 또는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)법으로 기판(50) 상에 형성될 수 있다.
이어서, 기판(50)을 공정 모듈(100) 밖 트랜스퍼 모듈(230)로 진공 분위기 하에서 언로딩 또는 이동시킬 수 있다(S24). 이어서, 기판(50)을 트랜스퍼 모듈(230)로부터 로드락 모듈(220)로 진공 분위기 하에서 이동시킬 수 있다(S26). 예를 들어, 기판(50)은 로봇(235)을 이용하여 공정 챔버(110)로부터 트랜스퍼 모듈(230)을 거쳐서 로드락 모듈(220)로 이동될 수 있다.
이어서, 로드락 모듈(220)을 대기압 분위기로 전환한 후, 대기압 분위기 하에서 로드락 모듈(220)로부터 기판(50)을 이동시키고 대기압 분위기에서 냉각시킬 수 있다(S26).
이어서, 대기압 분위기에서 로드락 모듈(220)로부터 설비 전단 모듈(210)로 기판(50)을 이동시키고 대기압 분위기에서 기판(50)을 냉각시킬 수 있다(S28). 예를 들어, 기판(50)을 대기압 분위기에서 냉각시키는 단계(S28)는 기판(50)을 설비 전단 모듈(210) 내 유지시키는 단계를 포함할 수 있다.
이어서, 공정 완료 여부를 판단하는 단계(S30)가 이어질 수 있다. 예를 들어, 제 3 절연층(66)까지 형성되면 공정이 완료된 것으로 판단하고(Yes), 제 1 절연층(62)만 형성된 경우는 공정이 완료되지 않은 것으로 판단할 수 있다(No).
이 실시예의 변형된 예에서, 공정 완료 여부를 판단하는 단계(S30)는 로드락 모듈(220)로 기판을 이동하여 냉각하는 단계 후 설비 전단 모듈(210)로 기판을 이송하기 전에 수행될 수도 있다.
공정이 완료되었다고 판단된 경우(Yes), 기판(50)을 설비 전단 모듈(210) 밖으로 인출하는 단계(S32)가 이어질 수 있다.
공정이 완료되지 않았다고 판단된 경우(No), 기판(50)을 공정 모듈(100), 예컨대 공정 챔버(110) 내로 다시 로딩하여, 진공 분위기 하에서 제 1 절연층(62) 상에 인시츄(in-situ)로 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)을 순차로 형성하는 단계(S22)가 이어질 수 있다. 기판(50)을 공정 모듈(100)로 다시 로딩하는 단계는, 기판(50)을 설비 전단 모듈(210)로부터 로드락 모듈(220)로 이동시시키고, 로드락 모듈(220)을 진공 분위기로 전환하고, 로드락 모듈(220)로부터 트랜스퍼 모듈(230)을 통해서 공정 모듈(100)로 기판을 이송하는 것을 포함할 수 있다.
이어서, 전술한 단계들(S24, S26, S28, S30, S32)이 순차로 이어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실험예들에 따라 복합 절연막이 형성된 기판의 휘어진 정도를 보여주는 그래프이다.
도 5에서, 샘플 1은 제 1 절연층(62)만 형성된 경우를 나타내고, 샘플 2는 인시츄로 제 1 절연층(62) 및 제 2 절연층(64)이 형성된 경우를 나타내고, 샘플 3은 인시유로 제 1 절연층(62), 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)이 형성된 경우를 나타내고, 샘플 4는 엑시츄 방식으로 제 1 절연층(62) 및 제 2 절연층(64)이 형성된 경우를 나타내고, 샘플 5는 엑시츄 방식으로 제 1 절연층(62), 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)이 형성된 경우를 나타내고, 샘플 6은 제 1 절연층(62)은 엑시츄 방식으로 형성하고 제 2 절연층(64)은 인시츄 방식으로 형성한 경우를 나타내고, 샘플 7은 제 1 절연층(62)은 엑시츄 방식으로 형성하고 제 2 절연층(64) 및 제 3 절연층(66)은 인시츄 방식으로 형성한 경우를 나타낸다. 아울러, 각 샘플에서 기판(50)이 실리콘 웨이퍼(Si Wafer)인 경우와 글라스-온-실리콘 웨이퍼(Glass-Si Wafer)인 경우를 비교하였다.
도 5를 참조하면, 기판(50)이 실리콘 웨이퍼인 경우에는 각 조건에서 공정 전후의 휨 차이(Differential Bow)값은 크지 않았다. 하지만, 기판(50)이 글라스-온-실리콘 웨이퍼인 경우에는, 기판(50) 상에 ONO 구조를 형성하는 샘플 3, 5, 7을 비교해 보면, 인시츄 방식으로 ONO 구조를 형성하는 샘플 3이 가장 큰 휨 차이값을 보이고, 엑시츄 방식으로 ONO 구조를 형성하는 샘플 5가 가장 낮은 휨 차이값을 보이고, 엑시츄와 인시츄가 혼합된 방식으로 ONO 구조를 형성하는 샘플 7의 경우 샘플 3과 샘플 5의 중간 정도의 휨 차이값을 보이는 것을 알 수 있다.
따라서, 전술한 실시예들과 같이, 엑시츄와 인시츄 방식을 혼합한 경우, 샘플 7과 같이 전적으로 인시츄 방식을 이용하는 샘플 3에 비해서는 기판(50)의 휨을 줄이거나 완화하면서, 전적으로 엑시츄 방식을 이용하는 샘플 5에 비해서는 생산성을 높일 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1000: 기판 처리 장치
100: 공정 모듈
210: 설비 전단 모듈
220: 로드락 모듈
230: 트랜스퍼 모듈

Claims (7)

  1. 기판의 로딩 및 언로딩 시 내부 분위기를 대기압 분위기와 진공 분위기로 전환 가능한 로드락 모듈, 상기 기판을 처리하기 위한 적어도 하나의 공정 모듈, 상기 로드락 모듈 및 상기 공정 모듈 사이에 구비되어 상기 기판을 상기 로드락 모듈 및 상기 공정 모듈 사이에서 이송하기 위한 트랜스퍼 모듈을 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서,
    상기 기판을 상기 로드락 모듈 및 상기 트랜스퍼 모듈을 통해서 상기 공정 모듈 내로 로딩하여, 진공 분위기 하에서 상기 기판 상에 제 1 절연층을 형성하는 단계;
    상기 기판을 상기 공정 모듈 밖으로 언로딩하는 단계;
    상기 제 1 절연층에 의해 발생된 휨(warpage)을 완화시키기 위하여 상기 기판을 상기 로드락 모듈로 이동시켜 상기 기판을 대기압 분위기에서 냉각시키는 단계; 및
    상기 기판을 상기 트랜스퍼 모듈을 통해서 상기 공정 모듈 내로 다시 로딩하여, 진공 분위기 하에서 상기 제 1 절연층 상에 제 2 절연층 및 제 3 절연층을 순차로 형성하는 단계를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 상기 로드락 모듈과 연결되어 상기 로드락 모듈과 상기 기판을 상호 이송하기 위한 대기압 분위기의 설비 전단 모듈(EFEM)을 포함하고,
    상기 기판을 대기압 분위기에서 냉각시키는 단계는, 상기 기판을 대기압 분위기에서 상기 로드락 모듈로부터 상기 설비 전단 모듈로 이송하여 상기 기판을 추가적으로 냉각시키는 단계를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공정 모듈은 제 1 공정 모듈 및 제 2 공정 모듈을 포함하고,
    상기 제 1 절연층을 형성하는 단계는 상기 제 1 공정 모듈을 통해서 수행되며,
    상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층을 순차로 형성하는 단계는 상기 제 2 공정 모듈을 통해서 수행되는,
    기판 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연층의 두께는 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층의 두께와 서로 다른,
    기판 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 절연층의 두께는 상기 제 2 절연층 및 상기 제 3 절연층의 합산 두께보다 두꺼운,
    기판 처리 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘-온-글라스 웨이퍼를 포함하고,
    상기 제 1 절연층은 제 1 실리콘 산화층을 포함하고, 상기 제 2 절연층은 실리콘 질화층을 포함하고, 상기 제 3 절연층은 제 2 실리콘 산화층을 포함하는,
    기판 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 실리콘-온-글라스 웨이퍼는 실리콘층이 글라스 웨이퍼에 접착되어 형성되고,
    상기 실리콘층 내에는 관통 실리콘 비어(TSV) 전극이 형성되어 있는,
    기판 처리 방법.
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