KR20240103266A - 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치 및 방법 - Google Patents

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이성도
진창현
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Abstract

본 발명은 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 웨이퍼를 고정하는 척과, 상기 척을 승강시키는 승강장치와, 샤워헤드가 구비된 프로세스챔버; 상기 웨이퍼를 이송하는 로봇암이 구비된 트랜스퍼챔버; 상기 프로세스챔버와 트랜스퍼챔버 사이에 설치된 게이트; 상기 샤워헤드에 연결된 퍼지가스공급라인에 설치된 퍼지밸브; 상기 프로세스챔버의 펌핑라인에 설치된 진공펌프와 스로틀밸브; 상기 트랜스퍼챔버에 연결된 압력제어용 가스공급라인; 상기 압력제어용 가스공급라인에 설치되어 트랜스퍼챔버의 압력을 프로세스챔버의 압력보다 높은 압력으로 유지하는 압력제어기; 상기 척, 승강장치, 로봇암, 게이트, 퍼지밸브, 진공펌프, 스로틀밸브, 압력제어기의 작동을 제어하는 제어부;를 포함한다.
따라서 증착공정 종료 후 게이트 오픈시 압력차에 의해 트랜스퍼챔버의 파티클이 프로세스챔버쪽으로 이동하여 프로세스챔버의 펌핑라인을 통해 배출됨으로써 트랜스퍼챔버의 파티클 누적과 그로 인한 웨이퍼 오염을 방지할 수 있다.

Description

웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR REMOVING PARTICLE OF WAFER DEPOSITION EQUIPMENT}
본 발명은 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 트랜스퍼챔버의 파티클을 제거할 수 있도록 된 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
웨이퍼 증착 설비는 웨이퍼의 표면에 원하는 물질의 박막을 형성하기 위한 것으로 박막의 형성은 진공 및 플라즈마 형성이 가능한 프로세스챔버에서 이루어진다.
일반적으로 웨이퍼 증착 설비는, 도 1과 같이, 프로세스챔버(1)와 트랜스퍼챔버(2)를 포함한다. 프로세스챔버(1)와 트랜스퍼챔버(2)의 사이에는 게이트(3)가 설치되어 열리거나(Open) 닫힘(Close)으로써 양측 챔버 사이를 연결 및 차단할 수 있도록 되어 있다.
프로세스챔버(1)의 내부에는 증착공정 진행 중 웨이퍼(W)를 고정해주는 척(Chuck)(4)이 설치되고, 상기 척(4)은 승강장치(5)에 의해 상하 방향으로 이동될 수 있다. 트랜스퍼챔버(2)에는 웨이퍼(W) 이송을 위한 로봇암(6)이 설치된다.
또한, 도시하지 않았으나 프로세스챔버(1)에는 진공 및 플라즈마 형성을 위한 장치들이 설치되고, 반응가스 및 퍼지가스 공급라인 및 펌핑라인이 연결된다.
따라서 로봇암(6)에 의해 프로세스챔버(1)로 웨이퍼(W)를 공급하고, 정해진 공정 분위기를 형성한 후 증착공정을 실시할 수 있다.
그리고, 도 2와 같이, 증착공정(S1)이 완료된 후에는 게이트(3)를 오픈하고(S2), 로봇암(6)으로 웨이퍼(W)를 트랜스퍼챔버(2)로 인출(S3)한 뒤, 게이트(3)를 다시 닫고(S4), 프로세스챔버(1)의 클리닝공정(S5)를 실시하여, 다음 사이클의 증착공정을 준비하게 된다.
한편, 증착공정(S1)이 끝났을 때 프로세스챔버(1)의 압력은 트랜스퍼챔버(2)의 압력보다 다소(약 0.01 ~ 0.02 Torr 정도) 높다.
따라서 증착공정(S1) 종료 후 웨이퍼(W) 인출(S3)을 위해 게이트(3)를 오픈(S2)했을 때 챔버간 압력차에 의해 프로세스챔버(1)에서 트랜스퍼챔버(2)로 가스유동이 발생하며, 이에 따라 증착공정(S1) 진행 중 발생한 파티클이 트랜스퍼챔버(2)로 유입된다.
따라서 증착공정(S1)이 반복됨에 따라 트랜스퍼챔버(2) 내부의 파티클 양이 지속적으로 증가되어 트랜스퍼챔버(2)의 오염도가 증가되고, 이에 트랜스퍼챔버(2)를 통과하는 웨이퍼(W)에도 오염이 발생하는 문제점이 있었다.
종래의 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없을 것이다.
대한민국 공개특허 제10-2003-0001095호(2003.01.06. 공개)
전술한 문제점을 해소함에 있어, 본 발명의 목적은 증착공정 후 웨이퍼 인출시 트랜스퍼챔버 내부의 파티클이 프로세스챔버로 이동하여 펌핑라인을 통해 프로세스챔버 외부로 배출될 수 있게 됨으로써 트랜스퍼챔버와 웨이퍼의 오염을 방지할 수 있도록 된 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결하고자 하는 과제는 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가지는 사람에 의하여 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치는, 웨이퍼를 고정하는 척과, 상기 척을 승강시키는 승강장치와, 샤워헤드가 구비된 프로세스챔버; 상기 웨이퍼를 이송하는 로봇암이 구비된 트랜스퍼챔버; 상기 프로세스챔버와 트랜스퍼챔버 사이에 설치된 게이트; 상기 샤워헤드에 연결된 퍼지가스공급라인에 설치된 퍼지밸브; 상기 프로세스챔버의 펌핑라인에 설치된 진공펌프와 스로틀밸브; 상기 트랜스퍼챔버에 연결된 압력제어용 가스공급라인; 상기 압력제어용 가스공급라인에 설치되어 트랜스퍼챔버의 압력을 프로세스챔버의 압력보다 높은 압력으로 유지하는 압력제어기; 및 상기 척, 승강장치, 로봇암, 게이트, 퍼지밸브, 진공펌프, 스로틀밸브, 압력제어기의 작동을 제어하는 제어부;를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법은, 트랜스퍼챔버에 연결된 압력제어기가 트랜스퍼챔버의 압력을 증착공정 종료 후의 프로세스챔버의 압력보다 큰 값으로 상승 및 유지시키는 트랜스퍼챔버 승압 단계; 및 상기 프로세스챔버와 트랜스퍼챔버 사이의 게이트를 오픈하여, 상기 프로세스챔버와 트랜스퍼챔버의 압력차에 의해 상기 트랜스퍼챔버의 파티클을 상기 프로세서챔버쪽으로 이동시켜서 상기 프로세스챔버의 펌핑라인을 통해 배출하는 게이트 오픈 단계;를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치 및 방법은, 증착공정 후 웨이퍼 인출시 트랜스퍼챔버 내부의 파티클이 프로세스챔버로 이동하여 펌핑라인을 통해 프로세스챔버 외부로 배출될 수 있게 됨으로써 트랜스퍼챔버와 웨이퍼의 오염을 방지할 수 있게 한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과는 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가지는 사람에 의하여 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 증착 설비의 개략 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 웨이퍼 증착 설비의 증착 공정 이후의 작동 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치의 구성도로서, 증착공정이 끝난 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 상태에서 웨이퍼가 상승하고 퍼지가 실시되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 상태에서 게이트가 오픈되어 트랜스퍼챔버의 파티클이 트랜스퍼챔버로 이동하는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 상태에서 웨이퍼가 하강하는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 상태에서 프로세스챔버에서 트랜스퍼챔버로 웨이퍼가 이송되는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 웨이퍼 이송이 종료되고 게이트가 닫힌 상태에서 프로세스챔버의 클리닝 공정이 진행되는 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법의 순서도이다.
본 발명에 있어 첨부된 도면은 종래 기술과의 차별성 및 명료성, 그리고 기술 파악의 편의를 위해 과장된 표현으로 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어로서, 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 기술적 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 한편, 실시예는 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하고, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니며, 권리범위는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 구성이 어떤 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
또한, 어떤 구성이 다른 구성에 "연결", "접속" 또는 "결합"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결', '직접적으로 접속' 또는 '직접적으로 결합'되어 있는 경우 만이 아니라, '그 중간에 다른 구성을 개재한 채로 연결', '그 중간에 다른 구성을 개재한 채로 접속' 또는 '그 중간에 다른 구성을 개재한 채로 결합'되는 경우도 있을 수 있음을 의미한다. 반면에, 어떤 구성이 다른 구성에 "직접 연결", "직접 접속" 또는 "직접 결합"되어 있다고 할 때는, 중간에 다른 구성이 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, "전", "후", "상", "하", "좌", "우", "일 단", "타 단", "양 단" 등과 같은 방향성 용어가 사용될 때 이는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 예시적으로 사용되는 것이므로 제한적으로 해석되어서는 안 되고, "제 1", "제 2"등의 용어가 사용될 때 이는 각 구성을 구별하기 위한 용어로서 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 실시예의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여, 이하의 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 사람에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 그리고, 도면에서 실시예의 설명과 관계없는 부분에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치의 구성도로서 증착공정이 끝난 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 상태에서 웨이퍼가 상승하고 퍼지가 실시되는 상태를 도시한 도면이며, 도 5는 도 4의 상태에서 게이트가 오픈되어 트랜스퍼챔버의 파티클이 트랜스퍼챔버로 이동하는 상태를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 상태에서 웨이퍼가 하강하는 상태를 도시한 도면이며, 도 7은 도 6의 상태에서 프로세스챔버에서 트랜스퍼챔버로 웨이퍼가 이송되는 상태를 도시한 도면이고, 도 8은 웨이퍼 이송이 종료되고 게이트가 닫힌 상태에서 프로세스챔버의 클리닝 공정이 진행되는 상태를 도시한 도면이다.
또한, 웨이퍼 증착 설비에 포함되는 가스 공급, 압력 제어, 진공 형성과 관련된 부대 장치들은 편의상 도 3에만 도시하고 도 4 내지 도 8에서는 도시 생략하였다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치는, 프로세스챔버(10), 트랜스퍼챔버(20), 게이트(30), 척(40), 승강장치(50), 로봇암(60)을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치는 퍼지밸브(210), 진공펌프(110), 스로틀밸브(120), 압력제어기(500), 제어부(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세스챔버(10)는 웨이퍼(W) 표면에 원하는 물질을 증착하는 증착공정이 실시되는 챔버로서 트랜스퍼챔버(20)의 일측에 연결된다.
상기 트랜스퍼챔버(20)는 프로세스챔버(10)와 도시하지 않은 로드락챔버 사이에 설치되어 웨이퍼(W)를 전달하는 중간 경유지 역할을 한다. 또한 트랜스퍼챔버(20)에 다수의 프로세스챔버(10)가 연결된 경우, 공정 진행 순서에 따라 한 프로세스챔버에서 다른 프로세스챔버로 웨이퍼(W)가 이동할 때도 동일한 역할을 한다.
상기 게이트(30)는 프로세스챔버(10)와 트랜스퍼챔버(20) 사이에 설치되어 양자의 사이를 개방(Open)하거나 차단(Close)한다. 게이트(30)가 오픈되면 웨이퍼(W)가 프로세스챔버(10)와 트랜스퍼챔버(20) 사이를 이동할 수 있고, 게이트(30)가 클로즈되면 각 챔버는 독립된 압력 공간으로 분리된다.
상기 척(40)은 프로세스챔버(10)의 내부 하측에 설치되어 웨이퍼(W)를 안정적으로 고정해주는 장치이다. 도시되지 않았으나 척(40)에는 웨이퍼(W) 가열 및 냉각 시스템이 부가 설치되며, 일반적으로 이들을 '히터'로 통칭하기도 한다.
또한, 척(40)의 하부에는 승강장치(50)가 설치되어 웨이퍼(W)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있도록 되어 있다. 따라서 웨이퍼(W)를 증착공정이 실시되는 위치로 상승시키거나 로봇암(60)에 의해 척(40)에 로딩 및 언로딩이 가능한 위치로 하강시킬 수 있다. 상기 승강장치(50)는 공압실린더나 전동모터를 이용하여 구성될 수 있다.
또한, 척(40)에는 웨이퍼(W) 로딩 및 언로딩시 웨이퍼(W)를 척(40)에서 분리해주는 리프트핀(41)이 설치된다.
상기 로봇암(60)은 트랜스퍼챔버(20)의 내부에 설치된다. 로봇암(60)은 웨이퍼(W)를 트랜스퍼챔버(20)에서 프로세스챔버(10)로 이송하여 척(40)에 로딩하거나, 척(40)으로부터 언로딩하여 프로세스챔버(10)에서 트랜스퍼챔버(20)로 이송한다.
상기 프로세스챔버(10)의 하부에는 펌핑라인(100)이 연결된다. 펌핑라인(100)에는 진공펌프(110)와 스로틀밸브(120)가 설치된다. 스로틀밸브(120)는 펌핑라인(100)에서 진공펌프(110)의 입구쪽 또는 출구쪽에 설치될 수 있다. 도 3에는 스로틀밸브(120)가 진공펌프(110)의 출구쪽에 설치된 실시예가 도시되었다.
상기 진공펌프(110)는 프로세스챔버(10) 내부의 공기를 흡입하여 펌핑라인(100)을 통해 외부로 배출함으로써 프로세스챔버(10) 내부의 압력을 감소시켜 진공 분위기를 형성한다. 이를 펌핑(Pumping)이라 하는데 이때 상기 스로틀밸브(120)의 개도를 조절함으로써 펌핑의 강도를 조절할 수 있다. 결과적으로 스로틀밸브(120)의 개도를 조절하여 프로세스챔버(10)의 진공압 크기를 조절할 수 있다.
또한, 상기 프로세스챔버(10)의 상부에는 퍼지가스공급라인(200)이 연결된다. 퍼지가스공급라인(200)은 비활성가스공급원(300)에 연결되어 비활성가스(Ar, He, N2 등)를 퍼지가스로서 프로세스챔버(10)로 공급할 수 있다. 퍼지가스공급라인(200)에는 퍼지밸브(210)가 설치되어 퍼지가스 공급을 개시 또는 정지시킬 수 있다.
상기 퍼지가스공급라인(200)은 프로세스챔버(10)의 상부벽에 설치된 샤워헤드(70)에 연결됨으로써 퍼지가스가 넓은 면적으로 균일하게 배출될 수 있도록 되어 있다.
한편, 상기 트랜스퍼챔버(20)에는 압력제어용 가스공급라인(400)이 연결된다. 상기 압력제어용 가스공급라인(400)은 비활성가스공급원(300')에 연결되어 비활성가스를 트랜스퍼챔버(20) 내측으로 주입할 수 있다. 상기 비활성가스공급원(300')은 프로세스챔버(10)의 퍼지가스공급라인(200)에 연결된 비활성가스공급원(300)과 동일한 것이거나 또는 별개로 마련된 것일 수 있다.
또한, 상기 압력제어용 가스공급라인(400)에는 압력제어기(UPC: Ultimate Pneumatic Controller)(500)가 설치된다. 상기 압력제어기(500)는 트랜스퍼챔버(20) 내부로 가스를 소정의 압력으로 공급하여 트랜스퍼챔버(20) 내부의 압력을 제어하는 장치로서 이를 이용하여 트랜스퍼챔버(20) 내부의 압력을 승압 또는 감압하거나 일정하게 유지할 수 있다.
이상과 같이 설명한 본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치의 구성 중 작동 제어가 가능한 구성들은 모두 상기 제어부(600)에 의해 작동이 제어될 수 있다.
상기 제어부(600)는 통상적인 증착공정 제어로직에 따라 상기 구성들을 제어하여 웨이퍼(W)를 트랜스퍼챔버(20)에서 프로세스챔버(10)로 이송하고, 웨이퍼(W)에 증착을 실시한 뒤 다시 웨이퍼(W)를 프로세스챔버(10)에서 트랜스퍼챔버(20)로 이송하는 일련의 과정을 반복 실시한다.
또한, 상기 제어부(600)는 증착공정이 종료된 후, 웨이퍼(W)를 상기 샤워헤드(70)에 근접한 위치로 상승시키고 퍼지를 실시하며, 트랜스퍼챔버(20)의 압력을 프로세스챔버(10)의 압력보다 높게 형성한 상태에서 게이트(30)를 오픈하여 트랜스퍼챔버(20)에서 프로세스챔버(10)로 가스유동을 발생시킴으로써 트랜스퍼챔버(20) 내부에 존재하는 파티클을 프로세스챔버(10)로 이동시켜 펌핑라인(100)을 통해 배출하여 제거하는 제어로직을 수행한다.
또한, 프로세스챔버(10)에서 플라즈마를 이용한 증착이 종료되면 제어부(600)는 진공펌프(110)를 작동시키고 스로틀밸브(120)를 최대로 개방하여(Fully Pumping) 프로세스챔버(10)의 진공압을 베이스압력(약 0.014 ~ 0.019 Torr)까지 감소 및 유지시킨다.
또한, 제어부(600)는 상기 압력제어기(500)를 상시 작동시켜 트랜스퍼챔버(20)의 압력을 상기 프로세스챔버(10)의 베이스압력 보다 상당히 큰 압력(약 0.300 Torr) 수준에서 유지시킨다.
상기와 같은 상태에서 제어부(600)는 승강장치(50)를 구동하여 도 4와 같이 척(40)을 상승시킴으로써 웨이퍼(W)를 샤워헤드(70)에 근접시킨다. 이때 척(40) 및 웨이퍼(W)는 상기 게이트(30)보다 높은 위치에 있는 것이 바람직하다.
그리고 제어부(600)는 상기 퍼지밸브(210)를 개방하여 비활성가스(Ar, He, N2 등)를 프로세스챔버(10) 내부로 공급한다. 진공펌프(110)에 의한 펌핑은 지속되고 있는 상태이다.
이때 퍼지가스는 샤워헤드(70)에 형성된 다수의 배출홀을 통해 배출되면서 증착공정 진행중 발생하여 샤워헤드(70)에 붙어 있는 파티클을 제거한다. 또한 퍼지가스에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 존재하는 파티클도 웨이퍼(W) 외측으로 낙하된다.
퍼지가스에 의해 샤워헤드(70)와 웨이퍼(W)로부터 분리된 파티클과 프로세스챔버(10)의 공간 중에 부유하는 파티클은 퍼지가스와 함께 펌핑라인(100)을 통해 프로세스챔버(10)의 외부로 배출된다.
이후 제어부(600)는, 도 5와 같이, 상기 퍼지밸브(210)를 닫아 퍼지를 중단하고 상기 게이트(30)를 개방한다. 이때 위에서 언급한 바와 같이 프로세스챔버(10)의 압력보다 트랜스퍼챔버(20)의 압력이 훨씬 크다.
따라서 게이트(30)가 개방되면 양쪽 챔버 사이의 압력차에 의하여 트랜스퍼챔버(20)로부터 프로세스챔버(10)로 가스유동이 발생하며, 이 가스유동에 혼입되어 트랜스퍼챔버(20) 내부에 존재하는 파티클이 프로세스챔버(10)로 이동한다. 이때도 진공펌프(110)에 의한 펌핑은 계속 진행 중이므로 트랜스퍼챔버(20)에서 프로세스챔버(10)로 이동한 파티클은 펌핑라인(100)을 통해 프로세스챔버(10)의 외부로 배출된다.
한편, 상기와 같이 게이트(30) 개방에 의해 트랜스퍼챔버(20)의 파티클이 프로세스챔버(10)의 내부로 이동할 때 웨이퍼(W)는 전술한 바와 같이 게이트(30) 보다 높은 위치에 있으며, 따라서 게이트(30)를 통해 프로세스챔버(10) 내부로 유입되는 파티클에 의해 웨이퍼(W)가 오염되는 것이 방지된다.
상기와 같이 프로세스챔버(10)와 트랜스퍼챔버(20)의 파티클 배출이 완료되면 제어부(600)는 승강장치(50)를 제어하여 척(40)을 웨이퍼 반송 포지션(Wafer pick & place position)으로 하강시킨다. 척(40)이 웨이퍼 반송 포지션으로 하강하면 척(40)에서 리프트핀(41)이 상승하면서 웨이퍼(W)가 척(40)에서 상방으로 분리된다(도 6 → 도 7).
이후 제어부(600)는, 도 7과 같이, 상기 로봇암(60)을 작동시켜 프로세스챔버(10)에서 웨이퍼(W)를 인출하여 트랜스퍼챔버(20)로 반입한다.
이후 제어부(600)는, 도 8과 같이, 상기 게이트(30)를 다시 닫아 프로세스챔버(10)와 트랜스퍼챔버(20)를 각각의 독립 공간으로 분리하고 프로세스챔버(10)에 플라즈마를 형성하여 클리닝을 실시한다. 프로세스챔버(10)에서 증착 및 클리닝을 위해서 플라즈마를 형성하는 것은 관용 기술이므로 이에 대한 상세 설명은 생략한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치에 의하면 프로세스챔버의 압력보다 트랜스퍼챔버의 압력을 크게 하여 프로세스챔버의 증착공정 종료 후 웨이퍼 인출을 위해 게이트를 개방했을 때 두 챔버 사이의 압력차에 의해 트랜스퍼챔버의 파티클이 프로세스챔버로 이동하여 펌핑라인을 통해 배출될 수 있게 된다.
따라서 종래와 같이 증착공정이 반복될 때마다 프로세스챔버에서 발생한 파티클이 트랜스퍼챔버로 이동하여 누적되는 현상이 방지됨으로써 트랜스퍼챔버의 오염도 증가가 방지되고, 이에 트랜스퍼챔버를 경유하는 웨이퍼가 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 프로세스챔버의 증착공정 종료 후 웨이퍼 개방 전에 웨이퍼가 게이트보다 높은 위치로 상승되어 있기 때문에 트랜스퍼챔버에서 프로세스챔버로 배출되는 파티클에 의한 웨이퍼 오염도 방지할 수 있다.
이제, 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법을 설명한다. 본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법은 위에서 설명한 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치를 이용하여 실시되는 것이므로 상기 도 3 내지 도 8을 함께 참조하기로 한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법은, 트랜스퍼챔버 승압 단계(S15), 웨이퍼 상승 단계(S20), 퍼지 단계(S30), 게이트 오픈 단계(S40), 웨이퍼 하강 단계(S50), 웨이퍼 인출 단계(S60), 게이트 클로즈 단계(S70)를 포함한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법은 프로세스챔버(10)에서 웨이퍼(W)에 증착이 실시되는 증착공정 단계(S10)가 종료된 후에 실시된다.
상기 증착공정 단계(S10)의 마지막에는 프로세스챔버(10)의 내부 압력을 베이스압력(0.014 ~ 0.019 Torr)까지 떨어뜨리는 펌핑이 실시된다. 펌핑은 상기 제어부(600)가 진공펌프(110)를 작동시키고 스로틀밸브(120)를 개방함으로써 이루어진다. 스로틀밸브(120)의 개도 조절을 통해 펌핑의 강도를 조절하고 형성된 진공압을 유지할 수 있음은 위에서 설명한 바와 같다.
상기 트랜스퍼챔버 승압 단계(S15)는 웨이퍼 증착 설비에서 증착공정(S10)이 반복 수행되는 동안 지속적으로 이루어지는 것으로, 상기 제어부(600)에 의해 상기 압력제어기(500)가 작동되고, 압력제어기(500)가 설정된 일정 압력으로 압력제어용 가스를 트랜스퍼챔버(20) 내부로 공급한다. 압력제어용 가스로는 비활성가스공급원(300')에 저장된 비활성가스(Ar, He, N2 등)를 이용한다. 상기 압력제어기(500)의 작용에 의해 트랜스퍼챔버(20)의 내부 압력은 약 0.300 Torr 정도의 수준으로 지속적으로 유지된다.
따라서 상기 증착공정(S10)이 끝났을 때는 '프로세스챔버(10)의 압력 < 트랜스퍼챔버(20)의 압력'인 상태가 된다.
상기와 같은 압력 상태에서 상기 웨이퍼 상승 단계(S20)가 실시된다. 웨이퍼 상승 단계(S20)는 상기 제어부(600)가 승강장치(50)를 작동시켜, 도 4와 같이, 척(40) 및 그에 고정된 웨이퍼(W)를 상방으로 상승시켜 웨이퍼(W)를 샤워헤드(70)의 하측에 근접시키는 것이다. 특히 이때 상기 웨이퍼(W)는 물론 상기 척(40)이 상기 게이트(30)보다 높은 위치로 이동된다. 즉, 도 4와 같이, 척(40)의 하면이 게이트(30)의 상면과 동일한 높이의 A-A선 보다 높은 위치로 이동된다.
상기와 같이 웨이퍼(W)가 상승한 상태에서 퍼지(Purge) 단계(S30)가 실시된다. 퍼지 단계(S30)는 상기 제어부(600)가 퍼지밸브(210)를 열어 비활성가스공급원(300)의 비활성가스를 퍼지가스공급라인(200)을 통해 프로세스챔버(10)의 내부로 공급하는 것이다. 이때 프로세스챔버(10)의 진공압을 일정하게 유지하기 위해 진공펌프(110)가 계속 작동되고 있고, 스로틀밸브(120)의 개도 제어가 이루어지고 있다.
퍼지가스는 프로세스챔버(10) 상면에 설치된 샤워헤드(70)를 통해 배출되면서 샤워헤드(70)의 배출공 내부에 붙어 있는 파티클들을 불어낸다. 또한 샤워헤드(70)에 근접 위치된 웨이퍼(W)의 상면에 부착되어 있던 파티클들도 웨이퍼(W)의 외측으로 불어낸다. 부착 위치에서 분리된 파티클과 프로세스챔버(10)의 공간 내에 부유하던 파티클들은 퍼지가스의 유동에 혼합되어 펌핑라인(100)을 통해 프로세스챔버(10)의 외부로 배출됨으로써 프로세스챔버(10)에서 제거된다.
상기 퍼지 단계(S30)를 설정된 시간 동안 실시한 이후 제어부(600)는 퍼지밸브(210)를 닫아 퍼지가스 공급을 중단함으로써 퍼지 단계(S30)를 종료한다.
상기 퍼지 단계(S30) 종료 후 상기 게이트 오픈 단계(S40)가 실시된다. 게이트 오픈 단계(S40)는 상기 제어부(600)가 게이트(30)를 오픈시켜서 프로세스챔버(10)와 트랜스퍼챔버(20)를 연결하는 단계이다. 게이트(30)가 오픈될 때 위에 설명한 바와 같이 프로세스챔버(10)의 압력 보다 트랜스퍼챔버(20)의 압력이 크기 때문에 트랜스퍼챔버(20)에서 프로세스챔버(10)로 가스유동이 발생한다.
따라서 트랜스퍼챔버(20) 내부에 존재하는 파티클이 상기 가스유동에 혼입되어 열려 있는 게이트(30)를 통해 프로세스챔버(10)로 이동하고, 프로세스챔버(10)는 펌핑이 지속되고 있으므로 트랜스퍼챔버(20)에서 프로세스챔버(10)로 이동한 파티클은 펌핑라인(100)을 통해 프로세스챔버(10)의 외부로 배출된다. 즉, 게이트(30)가 오픈되면 양쪽 챔버의 압력차에 의해 트랜스퍼챔버(20)의 파티클이 프로세스챔버(10)로 이동하여 프로세스챔버(10)의 펌핑라인(100)을 통해 배출됨으로써 트랜스퍼챔버(20)에서 제거되는 것이다.
이때 상기 척(40)과 웨이퍼(W)는 게이트(30)보다 높은 곳에 위치해 있기 때문에 트랜스퍼챔버(20)에서 프로세스챔버(10)로 이동하는 가스유동에 포함된 파티클에 의한 오염이 방지된다.
상기와 같이 퍼지 단계(S30)와 게이트 오픈 단계(S40)를 통해 프로세스챔버(10)와 트랜스퍼챔버(20)의 파티클을 제거한 후에는 웨이퍼 하강 단계(S50)가 실시된다. 웨이퍼 하강 단계(S50)에서는 상기 제어부(600)가 승강장치(50)를 작동시켜 척(40)을 하강시킴으로써 웨이퍼(W)를 하방으로 이동시킨다. 웨이퍼 하강 단계(S50)를 통해 척(40)은 로봇암(60)이 웨이퍼(W)를 언로딩할 수 있는 위치(도 7 에 도시된 위치)로 하강한다.
승강장치(50)에 의해 척(40)이 정해진 위치로 하강되면 상기 리프트핀(41)이 상승하여 척(40)에서 웨이퍼(W)를 분리시킨다.
웨이퍼 하강 단계(S50)가 종료되면 상기 웨이퍼 인출 단계(S60)가 실시된다. 상기 웨이퍼 인출 단계(S60)는, 도 7과 같이, 상기 제어부(600)에 의해 트랜스퍼챔버(20)의 로봇암(60)이 작동되어 수행된다. 로봇암(60)의 단부가 열려 있는 게이트(30)를 통해 프로세스챔버(10)의 내부로 진입하여 척(40)으로부터 웨이퍼(W)를 언로딩한 후 트랜스퍼챔버(20)로 복귀함으로써 웨이퍼(W)가 프로세스챔버(10)에서 트랜스퍼챔버(20)로 인출된다.
상기 웨이퍼 인출 단계(S60)가 종료되면 상기 게이트 클로즈 단계(S70)가 실시된다. 상기 게이트 클로즈 단계(S70)는 상기 제어부(600)가 게이트(30)를 닫아 프로세스챔버(10)와 트랜스퍼챔버(20)를 각각의 독립 공간으로 분리하는 것이다.
이 상태에서 프로세스챔버(10)에는, 도 8과 같이, 상기 제어부(600)에 의해 클리닝 공정(S80)이 실시된다. 클리닝 공정(S80)은 종래의 클리닝 공정과 동일한 것으로 프로세스챔버(10) 내부에 증착공정(S10) 수행시 형성되는 것보다 약한 강도의 플라즈마를 형성하여 플라즈마에 의해 프로세스챔버(10) 내부 표면에 잔존하는 오염물을 제거하는 것이다. 이로써 다음 사이클의 증착공정을 실시할 때 보다 청정한 상태에서 웨이퍼(W) 증착을 실시할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법에 의하면, 상기 트랜스퍼챔버 승압 단계(S15)에 의해 트랜스퍼챔버(20)의 압력을 프로세스챔버(10)의 압력보다 항상 높게 유지함으로써 증착공정(S10) 후 웨이퍼(W) 인출을 위해 게이트(30)를 오픈할 때 트랜스퍼챔버(20)의 파티클이 프로세스챔버(10)로 이동하여 프로세스챔버(10)의 펌핑라인(100)을 통해 배출될 수 있게 된다.
따라서 증착공정(S10)을 반복 수행할 때 마다 상기와 같은 과정을 거쳐 트랜스퍼챔버(20)의 파티클이 제거됨으로써 증착공정(S10)이 다수 회 반복되어도 트랜스퍼챔버(20)에 파티클이 누적되어 오염도가 증가되는 현상이 방지된다.
따라서 웨이퍼(W)가 트랜스퍼챔버(20)를 경유하면서 트랜스퍼챔버(20) 내부의 파티클에 의해 오염되는 현상이 방지된다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치 및 방법은, 증착공정 후 웨이퍼 인출시 트랜스퍼챔버 내부의 파티클이 프로세스챔버로 이동하여 펌핑라인을 통해 프로세스챔버 외부로 배출될 수 있게 됨으로써 트랜스퍼챔버와 웨이퍼의 오염을 방지할 수 있게 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 기초로 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해해야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하 기술할 청구범위에 의하며, 상술한 발명의 구체적 내용을 토대로 정해져야 할 것이다.
본 발명은 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 웨이퍼 및 기판의 증착 설비뿐만 아니라 프로세스챔버와 트랜스퍼챔버를 포함하는 다른 공정 설비에도 적용 가능하다.
10: 프로세스챔버 20: 트랜스퍼챔버
30: 게이트 40: 척
50: 승강장치 60: 로봇암
70: 샤워헤드 100: 펌핑라인
110: 진공펌프 120: 스로틀밸브
200: 퍼지가스공급라인 210: 퍼지밸브
300, 300': 비활성가스공급원 400: 압력제어용 가스공급라인
500: 압력제어기 600: 제어부

Claims (12)

  1. 웨이퍼를 고정하는 척과, 상기 척을 승강시키는 승강장치와, 샤워헤드가 구비된 프로세스챔버;
    상기 웨이퍼를 이송하는 로봇암이 구비된 트랜스퍼챔버;
    상기 프로세스챔버와 트랜스퍼챔버 사이에 설치된 게이트;
    상기 샤워헤드에 연결된 퍼지가스공급라인에 설치된 퍼지밸브;
    상기 프로세스챔버의 펌핑라인에 설치된 진공펌프와 스로틀밸브;
    상기 트랜스퍼챔버에 연결된 압력제어용 가스공급라인;
    상기 압력제어용 가스공급라인에 설치되어 트랜스퍼챔버의 압력을 프로세스챔버의 압력보다 높은 압력으로 유지하는 압력제어기; 및
    상기 척, 승강장치, 로봇암, 게이트, 퍼지밸브, 진공펌프, 스로틀밸브, 압력제어기의 작동을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 퍼지가스공급라인은,
    비활성가스공급원에 연결되어 퍼지가스로서 비활성가스를 공급받는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력제어용 가스공급라인은,
    비활성가스공급원에 연결되어 압력제어용 가스로서 비활성가스를 공급받는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 프로세스챔버의 증착공정 종료 후, 상기 진공펌프를 작동시키고 상기 스로틀밸브를 열어 프로세스챔버의 압력을 베이스압력으로 감소시키고 상기 스로틀밸브의 개도를 조절하면서 상기 베이스압력을 유지하며,
    상기 압력제어기를 상시 작동시켜 상기 트랜스퍼챔버의 압력을 상기 프로세스챔버의 압력보다 항상 큰 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 프로세스챔버의 증착공정 종료 후, 상기 승강장치를 작동시켜 상기 척 및 웨이퍼를 상기 샤워헤드에 근접한 위치로 상승시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 퍼지밸브를 개방하여 상기 샤워헤드를 통해 퍼지가스를 분출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 게이트를 오픈하여 상기 트랜스퍼챔버와 프로세스챔버의 압력차에 의해 상기 트랜스퍼챔버의 파티클을 프로세서챔버쪽으로 이동시켜서 상기 펌핑라인을 통해 배출시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 승강장치를 작동시켜 상기 척 및 웨이퍼를 상기 게이트보다 높은 위치로 상승시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치.
  9. 트랜스퍼챔버에 연결된 압력제어기가 트랜스퍼챔버의 압력을 증착공정 종료 후의 프로세스챔버의 압력보다 큰 값으로 상승 및 유지시키는 트랜스퍼챔버 승압 단계; 및
    상기 프로세스챔버와 트랜스퍼챔버 사이의 게이트를 오픈하여, 상기 프로세스챔버와 트랜스퍼챔버의 압력차에 의해 상기 트랜스퍼챔버의 파티클을 상기 프로세서챔버쪽으로 이동시켜서 상기 프로세스챔버의 펌핑라인을 통해 배출하는 게이트 오픈 단계;
    를 포함하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 트랜스퍼챔버 승압 단계와 상기 게이트 오픈 단계 사이에 개재되고, 상기 프로세스챔버의 승강장치가 척을 상승시켜 웨이퍼를 샤워헤드 근접 위치로 상승시키는 웨이퍼 상승 단계; 및
    상기 웨이퍼 상승 단계와 상기 게이트 오픈 단계 사이에 개재되고, 상기 프로세스챔버의 퍼지밸브를 개방하여 상기 샤워헤드를 통해 퍼지가스를 분출함으로써 상기 샤워헤드의 배출공 및 웨이퍼 상면에서 파티클을 제거한 후 상기 프로세스챔버의 펌핑라인을 통해 배출하는 퍼지 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 웨이퍼 상승 단계는,
    상기 척 및 웨이퍼를 상기 게이트보다 더 높은 위치로 상승시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 게이트 오픈 단계 이후에 수행되고, 상기 승강장치가 척을 하강시켜 웨이퍼를 로봇암에 의해 언로딩 가능한 위치로 하강시키는 웨이퍼 하강 단계;
    상기 웨이퍼 하강 단계 이후에 수행되고, 상기 로봇암이 웨이퍼를 프로세스챔버에서 트랜스퍼챔버로 이송하는 웨이퍼 인출 단계; 및
    상기 웨이퍼 인출 단계 이후에 수행되고, 상기 게이트를 닫아 상기 프로세스챔버와 트랜스퍼챔버의 연결 상태를 차단하는 게이트 클로즈 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 방법.
KR1020220185275A 2022-12-27 웨이퍼 증착 설비의 파티클 제거 장치 및 방법 KR20240103266A (ko)

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