KR20220001959A - 기판 제조 장치의 관리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 제조 장치의 관리 방법을 개시한다. 그의 방법은, 기판의 제조 공정을 수행하는 단계와, 상기 기판을 수납하는 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계와, 상기 스핀 척의 평탄도가 문턱 값 이상인지를 판별하는 단계와, 상기 스핀 척의 평탄도가 문턱 값 이상일 경우, 상기 스핀 척을 예방 정비하는 단계를 포함한다.

Description

기판 제조 장치의 관리 방법{method for managing substrate manufacturing device}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 기판 제조 제조 장치의 관리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 방법은 박막 증착 공정, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 포함할 수 있다. 그 중에 포토리소그래피 공정은 반도체 소자의 임계치수(Critical Dimension)를 결정하는 중요한 공정이다. 포토리소그래피 공정은 포토레지스트 도포 공정, 노광 공정 및 현상 공정을 포함할 수 있다. 포토레지스트 도포 공정 및 현상 공정은 포토레지스트 또는 현상액을 상기 기판의 전면에 제공하는 공정이다. 포토레지스트 도포 공정 및 현상 공정 중에 기판은 스핀 척 상에서 회전될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 스핀 척을 효율적으로 관리할 수 있는 기판 제조 장치의 관리 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 기판 제조 장치의 관리 방법을 개시한다. 그의 관리 방법은, 기판의 제조 공정을 수행하는 단계; 상기 기판을 수납하는 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계; 상기 스핀 척의 평탄도가 문턱 값 이상인지를 판별하는 단계; 및 상기 스핀 척의 평탄도가 문턱 값 이상일 경우, 상기 스핀 척을 예방 정비하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시에 따른 기판 제조 장치의 관리 방법은 경사 센서를 이용하여 기판의 경사를 측정하여 스핀 척의 평탄도를 획득하고, 상기 스핀 척의 평탄도에 따라 상기 스핀 척을 예방 정비하여 상기 스핀 척을 효율적으로 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 기판 제조 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 기판 제조 장치의 관리 방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 3은 도 1의 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계의 일 예를 보여주는 플로우 챠트이다.
도 4는 도 1의 스핀 척의 한 바퀴 회전에 따른 2개의 경사 센서들의 경사 측정 위치들을 보여주는 평면도이다.
도 5는 도 4의 경사 센서들에 의해 측정된 경사 값들을 보여준다.
도 6a는 도 1의 스핀 척 상에 제공되는 8개의 경사 센서들을 보여주는 평면도이다.
도 6b는 도 1의 스핀 척의 135˚ 회전에 따른 8개의 경사 센서들의 경사 측정 위치들을 보여주는 평면도이다.
도 7a는 도 1의 스핀 척 상에 제공되는 9개의 경사 센서들을 보여주는 평면도이다.
도 7b는 도 1의 스핀 척의 135˚ 회전에 따른 9개의 경사 센서들의 경사 측정 위치를 보여주는 평면도이다.
도 8은 도 1의 제어부에서 획득되는 기판의 평탄도 맵을 보여주는 평면도이다.
도 9는 도 8의 I-I' 선상에 따른 기판의 최대 레벨 값 및 최저 레벨 값을 보여주는 그래프이다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 기판 제조 장치(100)의 일 예를 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기판 제조 장치(100)는 스핀 코터를 포함할 수 있다. 또한, 기판 제조 장치(100)는 현상 장치, 또는 린스 장치를 포함할 수 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 기판 제조 장치(100)는 스핀 척(10), 회전 구동부(20), 에어 펌프(30), 리프트 핀(40), 승하강 구동부(50), 노즐(60), 경사 센서(70), 및 제어부(80)를 포함할 수 있다.
스핀 척(10)은 기판(W)을 수납할 수 있다. 스핀 척(10)은 기판(W)의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다. 기판(W)의 직경이 약 300mm이면, 스핀 척(10)의 직경은 약 130mm 내지 약 150mm일 수 있다. 기판(W)의 직경이 약 200mm이면, 스핀 척(10)의 직경은 약 100mm 내지 약 110mm일 수 있다. 일 예로, 기판(W)은 경사 테스트용 기판일 수 있다. 기판(W)은 베어 웨이퍼(bare wafer)일 수 있다. 이와 달리, 기판(W)은 패턴 기판일 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
회전 구동부(20)는 스핀 척(10) 아래에 배치될 수 있다. 기판(W)이 스핀 척(10) 상에 제공되어 척킹되면, 회전 구동부(20)는 스핀 척(10)을 회전시켜 기판(W)을 방위각 방향(ф)으로 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 회전 구동부(20)는 스핀들 모터를 포함할 수 있다. 회전 구동부(20)는 스핀 척(10)을 약 3000RPM 이하의 속도로 회전시킬 수 있다.
에어 펌프(30)는 회전 구동부(20)를 관통하여 스핀 척(10)의 중심에 연결될 수 있다. 에어 펌프(30)는 스핀 척(10)에 에어 펌핑 압력을 제공하여 기판(W)을 상기 스핀 척(10)에 흡착시킬 수 있다. 즉, 기판(W)은 에어 펌프(30)의 에어 펌핑 압력에 의해 스핀 척(10) 상에 척킹될 수 있다.
리프트 핀들(40)은 스핀 척(10)의 외곽에 배치될 수 있다. 리프트 핀들(40)은 기판(W)의 가장자리를 지지할 수 있다. 리프트 핀들(40)은 기판(W)을 스핀 척(10) 상에 안착시키거나 상기 스핀 척(10)으로부터 분리시킬 수 있다.
승하강 구동부(50)는 리프트 핀들(40)의 아래에 연결될 수 있다. 승하강 구동부(50)는 리프트 핀들(40)을 하강 및 승강시켜 기판(W)을 스핀 척(10) 상에 안착 및/또는 분리시킬 수 있다.
노즐(60)은 스핀 척(10) 및 기판(W) 상에 제공될 수 있다. 노즐(60)은 포토레지스트(62)의 저장부(미도시)에 연결될 수 있다. 기판(W)이 패턴 기판일 경우, 노즐(60)은 상기 기판(W) 상에 포토레지스트(62)를 제공할 수 있다. 회전 구동부(20)는 스핀 척(10)을 회전시켜 포토레지스트(62)를 기판(W)의 상부면에 도포(coat)시킬 수 있다. 이와 달리, 노즐(60)은 기판(W) 상에 현상액을 제공하여 상기 기판(W) 상의 포토레지스트(62)를 현상시킬 수 있다.
경사 센서(70)는 기판(W) 상에 제공되어 상기 기판(W)의 경사(slope)를 측정할 수 있다. 경사 센서(70)는 기판(W)의 상부면에 접착 및/또는 고정될 수 있다. 경사 센서(70)는 제어부(80)와 무선통신으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 경사 센서(70)는 ADXL355 경사 검출기를 포함할 수 있다. 도 1에서 기판(W) 상에 포토레지스트(62)와 경사 센서(70)가 함께 표시되었으나, 포토레지스트(62)와 경사 센서(70)는 동시에 기판(W) 상에 제공될 수 없다. 포토레지스트(62)가 기판(W) 상에 제공되면, 경사 센서(70)는 기판(W) 상에 제공될 수 없다. 경사 센서(70)가 기판(W) 상에 제공되면, 포토레지스트(62)는 기판(W) 상에 제공될 수 없다.
제어부(80)는 회전 구동부(20), 에어 펌프(30), 및 승하강 구동부(50) 에 연결될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제어부(80)는 노즐(60)의 밸브에 연결될 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제어부(80)는 회전 구동부(20), 에어 펌프(30), 승하강 구동부(50), 및 노즐(60)의 밸브을 제어할 수 있다. 제어부(80)는 기판(W)의 경사 값들(도 5의 82)을 경사 센서(70)로부터 수신할 수 있다. 제어부(80)는 기판(W)의 경사 값들(82)을 이용하여 스핀 척(10)의 평탄도(flatness)를 계산 및/또는 획득할 수 있다. 제어부(80)는 스핀 척(10)의 평탄도를 문턱 값과 비교하고, 상기 문턱 값과의 비교 결과에 근거하여 스핀 척(10)의 예방정비를 수행시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 기판 제조 장치(100)의 관리 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 기판 제조 장치(100)의 관리 방법을 보여준다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 제조 장치(100)는 기판(W)의 제조 공정을 수행한다(S10). 기판(W)이 패턴 기판일 경우, 기판 제조 장치(100)는 포토레지스트(62)를 기판(W) 상에 도포할 수 있다. 이와 달리, 기판 제조 장치(100)는 기판(W) 상에 현상액을 제공하여 포토레지스트(62)를 현상할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
다음, 기판 제조 장치(100)는 스핀 척(10)의 평탄도를 측정한다(S20). 스핀 척(10)의 평탄도는 유휴 시간 또는 일정 시간을 주기로 측정될 수 있다. 예를 들어, 스핀 척(10)의 평탄도 측정은 약 2일 내지 약 7일마다 수행될 수 있다.
도 3은 도 1의 스핀 척(10)의 평탄도를 측정하는 단계(S20)의 일 예를 보여준다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 트랜스퍼 암(미도시)은 기판(W)을 리프트 핀들(40) 상에 제공한다(S21). 기판(W)은 베어 웨이퍼를 포함할 수 있다.
다음, 승하강 구동부(50)은 리프트 핀들(40)을 하강시켜 기판(W) 및 경사 센서(70)를 스핀 척(10) 상에 안착시킨다(S22).
그 다음, 에어 펌프(30)는 스핀 척(10)에 에어 펌핑 압력을 제공하여 기판(W)을 척킹한다(S23). 에어 펌프(30)는 기판(W)을 상압(ex, 760Torr)보다 낮은 저압(ex, 1Torr 내지 1X10-3Torr)으로 스핀 척(10)에 흡착시킬 수 있다. 노즐(60)은 포토레지스트(62)를 기판(W) 상에 제공하지 않을 수 있다.
그리고, 경사 센서(70)는 기판(W)의 경사를 측정한다(S24). 경사 센서(70)는 기판(W)의 해당 위치의 경사 값(도 5의 82)을 무선 통신으로 제어부(80)에 송신할 수 있다. 예를 들어, 경사 값(82)은 측정 위치에서의 기판(W)의 기울기(ex, 각도)로 표시될 수 있다. 제어부(80)는 기판(W)의 경사 값(82)을 수신하여 데이터 베이스에 저장할 수 있다. 제어부(80)는 에어 펌프(30), 승하강 구동부(50), 회전 구동부(20), 스핀 척(10), 및 경사 센서(70)를 제어하여 기판(W)의 경사 값(82)을 추가적으로 획득할 수 있다.
이후, 에어 펌프(30)는 에어 펌핑 압력을 제거하여 기판(W)을 스핀 척(10)으로부터 디척킹한다(S25).
다음, 승하강 구동부(50)는 리프트 핀들(40)을 상승시켜 기판(W)을 스핀 척(10)으로부터 분리시킨다(S26). 상기 분리된 리프트 핀들(40)에 지지될 수 있다.
그 다음, 제어부(80)는 스핀 척(10)의 경사 측정을 종료할 것인지를 판별한다(S27).
스핀 척(10)의 경사 측정이 종료되지 않을 경우, 회전 구동부(20)는 스핀 척(10)을 방위각 방향(ф)으로 회전시킨다(S28). 예를 들어, 스핀 척(10)은 약 45˚의 방위각 방향(ф)으로 회전될 수 있다. 이와 달리, 스핀 척(10)은 약 10˚, 약 20˚, 또는 약 30˚의 방위각으로 회전될 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 방위각 방향(ф)의 회전 각도가 감소하면 경사 측정 정밀도는 증가할 수 있다. 방위각 방향(ф)의 회전 각도가 증가하면 경사 측정 시간은 단축될 수 있다.
승하강 구동부(50)는 리프트 핀들(40)을 하강시켜 기판(W)을 스핀 척(10) 상에 안착시키고(S22), 에어 펌프(30)는 스핀 척(10)에 에어 펌핑 압력을 제공하여 기판(W)을 척킹하고(S23), 경사 센서(70)는 45˚(π/4)회전된 위치의 기판(W)의 경사를 재 측정한다(S24). 기판(W)의 경사 측정이 방위각 방향(ф)으로 약 45˚(π/4)마다 수행될 경우, 단계(S22) 내지 단계(S28)는 약 7회에 걸쳐 반복적으로 수행될 수 있다. 이 경우, 기판(W)의 경사는 약 8개의 위치들(points)에서 측정될 수 있다. 또한, 기판(W)의 경사 측정 위치 및 횟수는 경사 센서(70)의 개수에 비례할 수 있다.
도 4는 도 1의 스핀 척(10)의 한 바퀴 회전에 따른 2개의 경사 센서들(70)의 경사 측정 위치들을 보여준다.
도 4를 참조하여 스핀 척(10)이 방위각 방향(ф)으로 약 45˚씩 7회에 걸쳐 한 바퀴 회전되면, 2개의 경사 센서들(70)은 16개 위치들에서 기판(W)의 경사를 측정 할 수 있다. 여기서, 1 내지 8은 스핀 척(10)의 45˚ 회전 위치를 나타낸다. 2개의 경사 센서들(70)은 기판(W)의 중심으로부터 약 5cm 및 약 10cm의 위치들에 각각 제공될 수 있다.
도 5는 도 4의 경사 센서들(70)에 의해 측정된 경사 값들(82)을 보여준다.
도 5를 참조하면, 제어부(80)는 16개의 회전 위치들에 대응되는 경사 값들(82)을 획득할 수 있다. 16개의 경사 값들(82)은 약 -0.05˚ 보다 크고, 약 0.05˚ 보다 작을 수 있다.
도 6a는 도 1의 스핀 척(10) 상에 제공되는 8개의 경사 센서들(70)을 보여주고, 도 6b는 도 1의 스핀 척(10)의 135˚ 회전에 따른 8개의 경사 센서들(70)의 경사 측정 위치들을 보여준다.
도 6a 및 도 6b를 참조하여 스핀 척(10)이 약 45˚씩 약 3회에 걸쳐 약 135˚ 회전하면, 8개의 경사 센서들(70)은 약 32개 위치들에서 기판(W)의 경사를 측정할 수 있다. 여기서, 1 내지 4는 스핀 척(10)의 45˚ 회전 위치를 나타낸다.
도 7a는 도 1의 스핀 척(10) 상에 제공되는 9개의 경사 센서들(70)을 보여주고, 도 7b는 도 1의 스핀 척(10)의 135˚ 회전에 따른 9개의 경사 센서들(70)의 경사 측정 위치를 보여준다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여 스핀 척(10)이 약 45˚씩 약 3회 회전하면, 9개의 경사 센서들(70)은 약 33개 위치들에서 기판(W)의 경사를 측정할 수 있다. 9개의 경사 센서들(70) 중의 어느 하나는 스핀 척(10) 및 기판(W)의 중심 상에 제공될 수 있다. 여기서, 1 내지 4는 스핀 척(10)의 45˚ 회전 위치를 나타낸다. 스핀 척(10) 및 기판(W)의 중심 상의 경사 센서(70)는 스핀 척(10)의 회전과 상관없이 기판(W) 중심의 경사를 측정할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 스핀 척(10)의 경사 측정이 종료될 경우, 제어부(80)는 경사 값들(82)을 이용하여 기판(W)의 평탄도를 획득한다(S29). 기판(W)의 평탄도는 경사 값들(82)의 분포에 근거하여 획득될 수 있다. 예를 들어, 제어부(80)는 경사 값들(82)의 분포에 따라 딥 러닝(deep learning) 방법 또는 딥 러닝 CNN(deep learning Convolution Neural Network) 방법으로 기판(W)의 평탄도를 획득할 수 있다.
도 8은 도 1의 제어부(80)에서 획득되는 기판(W)의 평탄도 맵(92)을 보여준다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 제어부(80)는 기판(W)의 평탄도를 이용하여 평탄도 맵(92)을 획득한다(S31). 기판(W)의 평탄도 맵(92)은 기판(W)의 평탄한 정도에 대한 정보를 제공할 수 있다. 즉, 평탄도 맵(92)는 기판(W)의 높낮이를 표시할 수 있다. 일 예로, 평탄도 맵(92)는 하이 레벨 영역(94), 로우 레벨 영역(96), 및 평탄 영역(98)을 포함할 수 있다. 평탄 영역(98)은 기판(W)이 평탄한 영역일 수 있다. 하이 레벨 영역(94)은 평탄 영역(98)보다 높게 휘어진 영역이고, 로우 레벨 영역(96)은 평탄 영역(98) 보다 낮게 휘어진 영역일 수 있다.
도 9는 도 8의 I-I' 선상에 따른 기판(W)의 최대 레벨 값(93) 및 최저 레벨 값(95)을 보여준다.
도 9를 참조하면, 하이 레벨 영역(94)은 최대 레벨 값(93)을 갖고, 로우 레벨 영역(96)은 최저 레벨 값(95)을 가질 수 있다. 최대 레벨 값(93)은 휘어진 기판(W)의 최대 높이 값이고, 최저 레벨 값(95)은 상기 휘어진 기판(W)의 최저 높이 값일 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어부(80)는 기판(W)의 최대 레벨 값(93)과 최저 레벨 값(95)을 이용하여 스핀 척(10)의 평탄도를 획득한다(S32). 일 예로, 스핀 척(10)의 평탄도는 기판(W)의 최대 레벨 값(93)과 최저 레벨 값(95)의 차이에 대응될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제어부(80)는 스핀 척(10)의 평탄도가 문턱 값(threshold value) 이상인지를 판별한다(S30). 문턱 값은 실험 값 또는 경험 값으로서, 약 300㎛일 수 있다. 문턱 값은 기판(W)의 제조 공정(포토리소그래피 사앙(recipe))에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 문턱 값은 200㎛, 또는 400㎛일 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
스핀 척(10)의 평탄도가 문턱 값보다 작을 경우, 기판의 제조 공정을 수행하는 단계(S10) 내지 스핀 척의 평탄도가 문턱 값 이상인지를 판별하는 단계(S30)는 반복될 수 있다.
스핀 척(10)의 평탄도가 문턱 값보다 클 경우, 제어부(80)는 알람을 발생시켜 기판 제조 장치(100)의 예방 정비(Preventive Maintenance)를 수행시킬 수 있다(S40). 예방 정비를 통하여 스핀 척(10), 회전 구동부(20), 및 에어 펌프(30)는 예방정비를 포토레지스트(62)의 도포공정 사고 전에 미리 세정 및 수리되거나 교체될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기판 제조 장치(100)는 예방 정비를 통해 스핀 척(10)을 효율적으로 관리할 수 있다.
마지막으로, 제어부(80)는 기판(W)의 제조 공정(ex, 포토레지스트(62)의 도포 공정)을 종료할 것인지를 판단한다(S50). 기판(W)이 제조 공정이 계속되면, 단계(S10) 내지 단계(S50)는 다시 수행될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 기판의 제조 공정을 수행하는 단계;
    상기 기판을 수납하는 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계;
    상기 스핀 척의 평탄도가 문턱 값 이상인지를 판별하는 단계; 및
    상기 스핀 척의 평탄도가 문턱 값 이상일 경우, 상기 스핀 척의 예방 정비를 수행하는 단계를 포함하는 기판 제조 장치의 관리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 문턱 값은 300㎛인 기판 제조 장치의 관리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계는:
    상기 기판 상에 경사 센서를 제공하는 단계; 및
    상기 기판의 경사 값들을 측정하는 단계를 포함하는 기판 제조 장치의 관리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계는:
    상기 스핀 척을 방위각 방향으로 회전시키는 단계;
    상기 경사 센서를 상기 기판 상에 다시 제공하는 단계; 및
    상기 기판의 경사를 재 측정하는 단계를 더 포함하는 기판 제조 장치의 관리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스핀 척은 상기 방위각 방향으로 45도 회전하는 기판 제조 장치의 관리 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계는:
    상기 경사 값들을 이용하여 상기 기판의 평탄도를 획득하는 단계; 및
    상기 기판의 평탄도를 이용하여 하이 레벨 영역과 로우 레벨 영역을 포함하는 평탄도 맵을 획득하는 단계를 더 포함하되,
    상기 하이 레벨 영역과 상기 로우 레벨 영역은 최대 레벨 값과 최저 레벨 값을 각각 갖는 기판 제조 장치의 관리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계는:
    상기 최대 레벨 값과 상기 최저 레벨 값을 이용하여 상기 스핀 척의 평탄도를 획득하는 단계를 더 포함하되,
    상기 스핀 척의 평탄도는 상기 최대 레벨 값과 상기 최저 레벨 값의 차이에 대응되는 기판 제조 장치의 관리 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계는:
    상기 기판을 리프트 핀들 상에 제공하는 단계; 및
    상기 리프트 핀들을 하강시켜 상기 기판을 상기 스핀 척 상에 안착시키는 단계를 더 포함하는 기판 제조 장치의 관리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계는:
    상기 스핀 척에 에어 펌핑 압력을 제공하여 상기 기판을 척킹하는 단계를 더 포함하는 기판 제조 장치의 관리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스핀 척의 평탄도를 측정하는 단계는:
    상기 기판의 경사 측정이 완료되면, 상기 에어 펌핑 압력을 제거하여 상기 기판을 디척킹 하는 단계; 및
    상기 리프트 핀을 승강시켜 상기 기판을 스핀 척으로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 기판 제조 장치의 관리 방법.
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