KR20210110424A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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이성광
임상현
김홍주
박성용
허영호
황영호
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 기판을 흡착하는 복수의 진공홀들이 배치된 일면을 갖는 척킹 플레이트; 상기 일면에 배치되어 상기 척킹 플레이트를 복수의 동심원 영역들로 구획하는 격벽들; 상기 일면의 하부에 배치되어 상기 기판을 가열하는 히터부; 및 상기 기판이 상기 척킹 플레이트 상에 로딩되면, 상기 복수의 진공홀들을 통해 흡기되는 흡기 유량에 의해 형성되는 각각의 압력값을 측정하여 압력분포를 산출하고, 상기 산출된 압력 분포에 따라 상기 기판의 휨(warpage) 분포를 판별하고, 상기 휨 분포가 기 설정된 표준값을 벗어나면 상기 복수의 진공홀들의 흡기 유량을 조절하여 상기 복수의 동심원 영역들의 진공압(vacuum pressure)을 균일하게 조절하는 보정을 수행하는 압력 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조공정에서, 반도체 기판인 웨이퍼(Wafer) 상에는 다양한 물질층이 형성되며, 이러한 물질층은 하부 막질의 표면 형태와 무관하게 어느 영역에서나 균일한 두께로 형성될 필요성이 있다. 이를 위해서는 균일한 소스 가스(source gas) 공급과 함께, 물질막이 형성되는 웨이퍼의 온도를 물질막 형성에 필요한 공정 동안 균일하게 유지하는 것이 중요하다.
그러나, 웨이퍼의 직경이 대구경화됨에 따라, 하나의 웨이퍼 내에서도 영역에 따라 온도차가 발생하고 있다. 따라서, 웨이퍼의 온도 균일성을 확보하는 것이 점점 어려워지고 있다. 이에 따라, 웨이퍼의 온도 균일성을 확보하기 위한 방안이 모색되고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 웨이퍼의 온도 분포차를 해소하여 온도 균일성이 확보되는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 기판을 흡착하는 복수의 진공홀들이 배치된 일면을 갖는 척킹 플레이트; 상기 일면에 배치되어 상기 척킹 플레이트를 복수의 동심원 영역들로 구획하는 격벽들; 상기 일면의 하부에 배치되어 상기 기판을 가열하는 히터부; 및 상기 기판이 상기 척킹 플레이트 상에 로딩되면, 상기 복수의 진공홀들을 통해 흡기되는 흡기 유량에 의해 형성되는 각각의 압력값을 측정하여 압력분포를 산출하고, 상기 산출된 압력 분포에 따라 상기 기판의 휨(warpage) 분포를 판별하고, 상기 휨 분포가 기 설정된 표준값을 벗어나면 상기 복수의 진공홀들의 흡기 유량을 조절하여 상기 복수의 동심원 영역들의 진공압(vacuum pressure)을 균일하게 조절하는 보정을 수행하는 압력 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 기판 처리 장치는, 기판의 열분포차를 완화하여 온도 균일성을 확보할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에서 기판을 제거하고, A방향에서 바라본 평면도이다.
도 3은 도 2의 I-I'를 따라 절개하고 본 측단면도이다.
도 4는 도 3의 B부분의 확대도이다.
도 5는 도 4의 C부분의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 공정의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에서 기판을 제거하고, A방향에서 바라본 평면도이며, 도 3은 도 2의 I-I'를 따라 절개하고 본 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치(200)는 공정 챔버(100) 내에 배치되어, 반도체 기판과 같은 웨이퍼(W)를 흡착하여 가열처리 하는 공정에 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판 처리 장치(200)는 웨이퍼(W)에 반도체 박막층을 형성하는 기판 제조 설비(10)의 일 공정에 사용될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 웨이퍼(W)를 흡착하는 다양한 설비에 적용될 수 있다. 또한, 일 실시예는, 웨이퍼(W)가 이전공정에서의 가공공정을 거치면서, 가운데 부분이 가장자리 부분보다 오목하게 형성된 오목형(concave)의 휨(warpage)이 발생한 경우를 예로 들어 설명한다. 기판 처리 장치(200)에는 압력 제어부(300) 및 가열 제어부(400)가 포함될 수 있다.
공정 챔버(100)는 반도체 웨이퍼(W)를 처리하는 반응 공간으로서 외벽에 의해 정의되는 소정 크기의 내부 공간(110)을 가지며, 내마모성 및 내부식성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다. 공정 챔버(100)는 기판 처리 공정, 예를 들어, 웨이퍼(W)의 열처리 공정에서 내부 공간(110)을 밀폐상태로 유지시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(200)는 웨이퍼(W)를 흡착하는 진공홀들(250)이 배치된 척킹 플레이트(chucking plate)(210), 척킹 플레이트(210)를 복수의 동심원 영역들로 구획하는 격벽들(240), 척킹 플레이트(210) 내부에 배치되어 웨이퍼(W)를 가열하는 히터부(220), 진공홀들(250)의 흡기 유량을 조절하는 압력 제어부(300)가 포함될 수 있다. 또한, 기판 처리 장치(200)에는 웨이퍼(W)가 흡착되는 면에 배치되어 웨이퍼(W)와 척킹 플레이트(210)의 표면 사이에 소정의 이격 공간을 제공하는 복수의 돌출부들(230)과, 히터부(220)의 가열 정도를 조절하는 가열 제어부(400)가 포함될 수 있다.
도 3을 참조하면, 척킹 플레이트(210)는 평판한 상면(211)을 가질 수 있으며, 상면(211)에 격벽들(240), 진공홀들(250), 돌출부들(230) 및 이송핀들(260)이 배치될 수 있다. 척킹 플레이트(210)는 AlN 및 SiC 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 격벽들(240)은 척킹 플레이트(210)의 상면(211)을 적어도 2개의 동심원 영역들로 구획하도록 동심원 형태로 배열될 수 있다. 일 실시예는 동심원 영역들이 2개의 영역들, 즉, 상면(211)의 중앙 영역에 배치된 제1 영역(AR1)과, 제1 영역(AR1)의 가장자리에 배치된 제2 영역(AR2)을 포함할 수 있다. 일 실시예의 경우, 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)은 중심축(CA)을 중심으로 동심원 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제2 영역(AR2)은 제1 영역(AR1)을 둘러싸는 링(ring) 형상일 수 있으며, 웨이퍼(W)의 가장자리 형상과 대응되는 형상일 수 있다.
이하에서는, 제1 영역(AR1)을 둘러싸도록 배치된 격벽을 제1 격벽(241)으로 정의하고, 제2 영역(AR2)을 둘러싸도록 배치된 격벽을 제2 격벽(242)으로 정의한다. 다만, 격벽들(240)의 개수 및 동심원 영역들의 개수는 이에 한정하는 것은 아니며, 실시예에 따라서는 상면(211)을 3개 이상의 영역으로 구획할 수 있다.
또한, 제1 영역(AR1)에는 웨이퍼(W)를 승하강하기 위한 이송핀들(260)이 배치될 수 있다. 이송핀들(260)의 둘레에는 이송핀들(260)과 척킹 플레이트(210)의 틈을 통해 기체가 제1 영역(AR1)으로 새어나오는 것을 차단하기 위한 제3 격벽(243)이 각각 배치될 수 있다.
이하에서는, 제1 영역(AR1)에 배치된 진공홀들(250) 및 돌출부들(230)을 제1 진공홀들(251) 및 제1 돌출부들(231)로 정의하고, 제2 영역(AR2)에 배치된 진공홀들(250) 및 돌출부들(230)을 제2 진공홀들(252) 및 제2 돌출부들(232)로 정의하고 설명한다.
제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)에는 각각 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)과 제1 및 제2 돌출부들(231, 232)이 배치될 수 있다. 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)은 주변의 기체를 흡입함으로써 웨이퍼(W)를 흡착하기 위한 진공압(vacuum pressure)을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 돌출부들(231, 232)은 웨이퍼(W)가 척킹 플레이트(210)의 상면(211)에 직접 맞닿지 않도록, 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 구조물로서, 웨이퍼(W)와의 접촉 면적을 최소화하기 위해 반구형의 형상을 가질 수 있다.
격벽들(240)은 상면(211)을 구획하도록 배치되어, 척킹 플레이트(210)의 상면(211)에 웨이퍼(W)가 부착되면, 제1 및 제2 영역(AR1, AR2)에 서로 다른 진공압이 제공되도록 할 수 있다.
격벽들(240)은 척킹 플레이트(210)와 일체로 형성될 수 있으며, 척킹 플레이트(210)와 별개로 제조되어 척킹 플레이트(210) 상에 부착될 수도 있다. 격벽들(240)이 척킹 플레이트(210)와 일체로 형성되는 경우에는, 척킹 플레이트(210)와 동일하게 AlN 및 SiC 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 격벽들(240)이 척킹 플레이트(210)와 일체로 형성되는 경우에는, 격벽들(240)은 폴리벤즈이미다젠(polybenzimidazole; PBI) 수지와 같은 열차단 효과가 우수한 물질로 이루어질 수도 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 격벽들(240)은 그 높이(H1)가 돌출부들(230)의 높이(H2) 보다 낮게 형성되어, 웨이퍼(W)가 흡착되더라도 웨이퍼(W)와 맞닿지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 격벽들(240)은 2~5mm의 폭(WD)을 가질 수 있으며, 70~90㎛의 높이(H1)를 가질 수 있다.
제1 및 제2 진공홀들(251, 252)은 각각 제1 및 제2 격벽(241, 242)과 인접하도록 배치될 수 있으며, 이에 따라, 제1 및 제2 격벽(241, 242)과 인접한 영역에는 상대적으로 강한 진공압이 제공될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 격벽(241, 242)과 인접한 웨이퍼(W)의 가장자리 영역(WE)은 그 외의 영역에 비해 상대적으로 강한 진공압이 제공될 수 있다.
도 4를 참조하여 이에 대해 구체적으로 설명한다. 척킹 플레이트(210)의 상면(211)에 오목한 형태의 휨이 발생한 웨이퍼(W)가 로딩된 경우, 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)을 통해 기체를 흡기하여, 웨이퍼(W)의 가장자리 영역(WE)에 상면(211) 방향으로 향하는 압력(F)을 인가할 수 있다. 이를 통해 웨이퍼(W)의 가장자리 영역(WE)을 선택적으로 척킹 플레이트(210)의 상면(211) 방향으로 휘어지게 할 수 있다. 웨이퍼(W)와 척킹 플레이트(210)의 상면(211)의 사이로 흡기되는 유체(FL1, FL2)는 베르누이의 정리에 따라 좁은 공간을 통과할수록 빨라지며 압력은 낮아지게 된다. 이때, 웨이퍼(W)와 척킹 플레이트(210)의 상면(211)의 사이로 흡기되는 유체(FL1, FL2)의 단면적들은 웨이퍼(W)와 제1 내지 제3 격벽들(241, 242, 243) 사이의 간격(G1, G2, G3)에 의해 정의될 수 있다.
따라서, 각각의 진공홀들(250)에 흡기되는 유체의 압력을 측정하면, 각각의 진공홀들(250)과 웨이퍼(W) 사이의 간격(G1, G2, G3)을 예상할 수 있으며, 이를 통해, 웨이퍼(W)의 휨 분포를 판별할 수 있다. 또한, 각각의 진공홀들(250)에 흡기되는 유체의 흡기 유량을 휨 분포에 따라 적절히 증감하면 웨이퍼(W)를 휨을 보정하는 것도 가능하다. 즉, 각각의 진공홀들(250)에 흡기되는 유체의 흡기 유량을 조절하여 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)의 진공압을 균일하게 조절함으로써 웨이퍼(W)의 휨을 보정할 수 있다.
이와 같이, 웨이퍼(W)의 휨 분포를 판별하고, 휨 분포에 따라 진공홀들(250)의 흡기 유량을 조절하여, 웨이퍼(W)를 휨을 보정하면서도 과도하게 흡기 유량을 증가시키는 것이 방지될 수 있다. 또한, 히터부(220)로 웨이퍼(W)를 가열할 때에, 웨이퍼(W)의 휨을 반영하여 가열함으로써, 웨이퍼(W)를 전체적으로 균일하게 가열할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다.
압력 제어부(300)는 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)에서 흡기되는 기체의 유량을 측정함으로써, 제1 및 제2 진공홀들(251, 252) 각각의 기압을 측정할 수 있으며, 이를 통해 웨이퍼(W)의 휨 분포를 판별하고, 웨이퍼(W)의 휨 분포가 표준값을 벗어나면, 이를 보정하도록 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)에서 흡기되는 기체의 유량을 제어할 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 공정에 대해 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 공정의 흐름도이다. 도면부호는 앞서 설명한 도 1 내지 도 4에 도시된 도면부호를 참조하여 설명한다.
먼저, 공정 챔버(100) 내에 웨이퍼(W)가 투입되어, 척킹 플레이트(210)의 상면(211)에 웨이퍼(W)가 로딩될 수 있다(S10). 가열 제어부(400)는 척킹 플레이트(210)의 상면(211)에 로딩되기 전부터 히터부(220를 가동하여 척킹 플레이트(210)를 가열할 수 있다.
다음으로, 압력 제어부(300)는 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)을 통해 기체를 제1 유량으로 흡기하여, 웨이퍼(W)를 흡착시킬 수 있다(S20). 이때, 제1 유량은 약 4LPM일 수 있다.
다음으로, 압력 제어부(300)는 각각의 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)에서 형성되는 압력을 검출하여 압력 분포를 산출하고, 산출된 압력 분포를 기초로 흡착된 웨이퍼(W)의 휨 분포를 판별할 수 있다(S30).
웨이퍼(W)의 휨 분포가 기 설정된 표준값 이내인 경우에는, 압력 제어부(300)는 웨이퍼(W)를 정상상태(normal)로 판별하고, 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)에서 흡입되는 유량을 제1 유량으로 유지한 채, 웨이퍼(W)를 열처리하는 후속 열처리 공정으로 진행할 수 있다(S40). 웨이퍼(W)의 휨 분포가 표준값 이내인 경우에는, 웨이퍼(W)의 휨을 보정할 필요가 없으므로 곧바로 열처리하는 후속 공정이 진행될 수 있는 것이다.
반면에, 웨이퍼(W)의 휨 분포가 기 설정된 표준값을 벗어나는 경우, 즉, 웨이퍼(W)가 볼록형(convex), 오목형(concave) 또는 안장형(saddle)으로 판별된 경우에는, 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)에서 흡기되는 유량을 제1 유량보다 큰 제2 유량으로 순간적으로 증가시켜 웨이퍼(W)의 휨을 보정할 수 있다(S50). 흡기되는 유량이 증가하면 웨이퍼(W)의 가장자리 영역(WE)에 인가되는 압력(F)도 증가하므로 웨이퍼(W)의 가장자리 영역(WE)이 척킹 플레이트(210)의 상면에 더욱 세게 밀착되게 되며, 이를 통해 웨이퍼(W)의 휨이 보정될 수 있다. 이때, 제2 유량은 제1 유량보다 높은 10~15LPM일 수 있다. 이와 같은 유량의 증가는 모든 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)에서 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 웨이퍼(W)의 휨 분포에 따라, 웨이퍼(W)의 휨 분포가 보정되도록 일부의 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)에서만 이루어질 수 있다. 또한,
웨이퍼(W)에 압력(F)을 가하여 휨이 보정되면, 제1 및 제2 진공홀들(251, 252)에서 흡기되는 유량을 제3 유량으로 감소시켜 웨이퍼(W)가 불필요하게 과도한 압력이 인가되어 변형되는 것을 방지할 수 있다(S60). 이때, 제3 유량은 제2 유량보다 낮은 3~5LPM일 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 기판 제조 설비 100: 공정 챔버
110: 내부 공간 200: 기판 처리 장치
210: 척킹 플레이트 220: 히터부
230: 돌출부들 240: 격벽들
250: 진공홀들 260: 이송핀들
300: 압력 제어부 400: 가열 제어부
W: 웨이퍼

Claims (10)

  1. 기판을 흡착하는 복수의 진공홀들이 배치된 일면을 갖는 척킹 플레이트;
    상기 일면에 배치되어 상기 척킹 플레이트를 복수의 동심원 영역들로 구획하는 격벽들;
    상기 일면의 하부에 배치되어 상기 기판을 가열하는 히터부; 및
    상기 기판이 상기 척킹 플레이트 상에 로딩되면, 상기 복수의 진공홀들을 통해 흡기되는 흡기 유량에 의해 형성되는 각각의 압력값을 측정하여 압력분포를 산출하고, 상기 산출된 압력 분포에 따라 상기 기판의 휨(warpage) 분포를 판별하고, 상기 휨 분포가 기 설정된 표준값을 벗어나면 상기 복수의 진공홀들의 흡기 유량을 조절하여 상기 복수의 동심원 영역들의 진공압(vacuum pressure)을 균일하게 조절하는 보정을 수행하는 압력 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 제어부는,
    상기 기판이 상기 척킹 플레이트 상에 로딩되면 상기 복수의 진공홀들에서 각각 제1 유량으로 흡기하여 압력 분포를 측정하고,
    측정된 압력 분포를 기초로 상기 기판의 휨 분포를 판별하고,
    상기 기판의 휨 분포가 기 설정된 표준값을 벗어나면 상기 복수의 진공홀들에서 상기 제1 유량 보다 큰 제2 유량으로 흡기하여 상기 기판의 휨을 보정하며,
    상기 기판의 휨이 보정되면 상기 제2 유량 보다 작은 제3 유량으로 흡기하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유량은 4LPM(Liter/Min)이고,
    상기 제2 유량은 10 내지 15 LPM이며,
    상기 제3 유량은 3 내지 5LPM인 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 척킹 플레이트는
    상기 일면에 돌출되도록 배치되어 상기 기판을 상기 일면에서 이격시키는 복수의 돌출부들을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 격벽들은 상기 일면에 대하여 상기 복수의 돌출부들보다 낮은 높이를 갖는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 동심원 영역들은
    상기 일면의 중앙영역에 배치된 제1 영역; 및
    상기 제1 영역의 가장자리에 배치된 제2 영역;을 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 기판의 가장자리의 형상과 대응되는 링 형태를 갖는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 격벽들은 AlN 및 SiC 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어진 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 격벽들은 상기 척킹 플레이드와 상이한 물질로 이루어지며, 폴리벤즈이미다젠(polybenzimidazole; PBI) 수지를 포함하는 물질로 이루어진 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 격벽들은 2 내지 5mm의 폭을 가지며, 70 내지 90㎛의 높이를 갖는 기판 처리 장치.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023094167A1 (de) * 2021-11-29 2023-06-01 Festo Se & Co. Kg Ventilmodul und verfahren zum betreiben eines derartigen ventilmoduls
CN116487314A (zh) * 2023-06-21 2023-07-25 上海新创达半导体设备技术有限公司 一种带翘曲校正功能的晶圆承载器
WO2024078946A1 (en) * 2022-10-10 2024-04-18 Metryx Ltd. Device and wafer mass metrology apparatus

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