KR100246963B1 - 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지 - Google Patents

반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼에의 파티클들의 퇴적을 방지하기 위하여 스테이지와 그 표면의 웨이퍼가 가열될 수 있도록 형성된 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지는, 웨이퍼홀더(4)와 함께 웨이퍼(6)를 낱장으로 올려놓고, 이송할 수 있도록 이루어진 웨이퍼(6) 홀더용 스테이지(5)에 있어서, 상기 스테이지(5)를 가열가능한 스테이지로 구성하여 이루어진다.
따라서, 본 발명은 웨이퍼(6)에의 파티클들의 흡착 또는 퇴적을 예방함으로써 제품의 결함을 방지하고, 나아가 반도체 장치의 수율을 증대시키는 효과가 있다.

Description

반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지{Stage for wafer holdring of semiconductor device manufacturing apparatus}
본 발명은 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그에 얹혀져 고정되는 웨이퍼에의 파티클들의 퇴적을 방지하기 위하여 스테이지와 그 표면의 웨이퍼가 가열될 수 있도록 형성된 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조공정은 웨이퍼를 투입하여 반도체 장치의 완성에 이르기까지 웨이퍼 표면 상에의 고품질의 박막의 형성과 열처리를 주된 목적으로 하는 확산공정, 웨이퍼 표면 상에 사전설정된 패턴을 형성시키기 위한 포토공정, 노광에 의하여 형성된 패턴에 따라 패턴을 구체적으로 형상화하는 에칭공정, 막질내로 불순물을 주입하여 원하는 전기적 특성을 갖도록 하는 이온주입공정 및 막질을 평탄화하는 박막공정으로 대별될 수 있으며, 이들 각각의 공정들의 진행 후에는 대부분 목적하는 공정이 정확히 진행되었는지를 확인하는 검사/측정공정이 수반된다.
특히, 검사/측정공정들을 수행하는 계측설비들은 그 특성상 거의 대부분이 웨이퍼를 낱장으로 취급하면서 검사하도록 구성되어 있으며, 이때 웨이퍼는 스테이지에 얹혀진 채, 이송되거나 검사 및 측정되게 된다.
이러한 검사/측정공정들에서 사용되는 스테이지의 하나의 구체예로서 계측설비의 일부를 이루는 로드록챔버(Loadlock chamber)를 도1에 나타내었으며, 이는 하나의 인너게이트(2)(inner gate)와 하나의 아우터게이트(3)(outer gate)를 갖는 로드챔버(1)내에 웨이퍼홀더(4)와 그 하방에 위치하는 스테이지(5)를 갖도록 구성되며, 진공을 요하는 검사챔버에 연결되어 웨이퍼(6)를 낱장으로 검사챔버내로 투입하고, 검사가 종료된 웨이퍼(6)를 검사챔버로 부터 인출할 때, 검사챔버가 외기에 노출되지 않도록 하기 위하여, 상기 인너게이트(2)가 폐쇄된 상태에서 상기 아우터게이트(3)를 개방시켜 웨이퍼(6)를 인입시켜 상기 스테이지(5) 상에 올려놓고, 상기 아우터게이트(3)를 폐쇄시켜 외부의 대기와 절연된 상태에서 상기 로드챔버(1)를 배기시켜 진공이 검사챔버에 요구되는 소정의 진공도가 실현된 다음, 인너게이트(2)를 개방하여 로드챔버(1)의 스테이지(5) 상에 놓여진 웨이퍼(6)를 검사챔버로 이송토록 하는 완충역할을 하도록 구성되어 있다.
그러나, 비록 청정실내라고는 하나, 상기한 검사챔버내로 인입되기 전까지는 웨이퍼(6)가 항상 낱장으로 대기 중에 노출된 상태이기 때문에, 청정실내의 프레시에어 중에 존재하고 있었거나, 또는 설비 및/또는 작업자로부터 방출되어 부유하고 있던 파티클들이 웨이퍼(6) 상에 흡착 또는 퇴적됨으로써 웨이퍼(6)를 오염시키고, 제품의 결함의 원인으로 작용하여 결과적으로 반도체 장치의 수율을 저하시키는 원인이 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 낱장으로 취급되는 웨이퍼의 오염을 방지하기 위하여 웨이퍼가 낱장으로 놓여지는 스테이지를 가열가능하게 한 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지를 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명의 하나의 구체적인 실시예에 따른 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지를 포함하는 로드록챔버를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지의 하나의 구체적인 실시예를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지의 다른 하나의 구체적인 실시예를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지에 의하여 무진층이 형성된 상태를 점선으로 도시한 평면도이다.
도5는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지에 의하여 무진층이 형성된 상태를 점선으로 도시한 측면도이다.
도6은 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지에서의 웨이퍼와 종래의 비가열 스테이지에서의 웨이퍼 간의 침적된 파티클수를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도7은 본 발명의 다른 하나의 구체적인 실시예에 따른 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지를 포함하는 로드록챔버를 개략적으로 도시한 사시도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 로드챔버 2 : 인너게이트
3 : 아우터게이트 4 : 웨이퍼홀더
5 : 스테이지 6 : 웨이퍼
7 : 무진층(無塵層) 8 : 열선
9 : 가열튜브 10 : 저온파티클수집기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지는, 웨이퍼홀더와 함께 웨이퍼를 낱장으로 올려놓고, 이송할 수 있도록 이루어진 웨이퍼 홀더용 스테이지에 있어서, 상기 스테이지를 가열가능한 스테이지로 구성하여 이루어진다.
상기 스테이지는 가열에 의하여 주변온도(ambient temperature) 보다 높은 온도를 유지할 수 있어야 하며, 바람직하게는 주변온도에 비하여 5 내지 70℃ 높은 범위에 속하는 온도로 유지될 수 있으며, 보다 바람직하게는 10 내지 60℃ 높은 범위에 속하는 온도로 가열될 수 있다.
상기 가열가능한 스테이지는 최저가열온도 내지 100℃의 온도범위 이내로 가열될 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 80℃의 온도범위 이내로 가열될 수 있다.
상기 스테이지의 가열은 스테이지에의 열선의 매립에 의한 가열방법, 고온유체의 스테이지 내부의 통과에 의한 가열방법, 유도가열에 의한 가열방법, 자외선 등의 고에너지의 전자기파의 조사에 의한 가열방법, 기타 직접연소 등에 의하지 않는 간접가열이 가능한 열원에 의한 가열방법 들 중 어느 한 가열방법이나 이들 가열방법들의 조합에 의한 가열방법이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 열선의 매립에 의한 가열이나 유도가열이 사용될 수 있다.
더욱이, 상기 가열가능한 스테이지의 주변에는 주변온도에 비하여 낮은 온도로 유지되는 저온파티클수집기가 더 취부될 수 있으며, 이 저온파티클수집기는 주변온도에 비하여 낮은 온도로 유지되는 표면을 갖는 금속 또는 비금속의 부정형 물체가 될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 가열된 물체의 주변에서 발생하는 열영동(thermophoresis)에 의하여 공기 중에 부유하는 파티클들이 가열된 물체에 접근하지 못한다는 원리에 기초한 것으로서, 여기에서 열영동이란 가열된 물체의 주변에서의 온도구배(thermal gradient), 가열된 공기의 대류 및 밀도차에 의한 기체의 흐름 등에 의한 기체의 고온영역에서 저온영역으로의 흐름 또는 기타 가열된 물체의 주변의 유체(주로 공기)나 파티클의 입자특성 등에 의하여 파티클들이 고온영역에서 저온영역으로 이동되고, 가열된 물체의 극히 인접한 주변에 파티클이 전혀 존재하지 않는 무진층이 형성됨으로써 파티클들이 가열된 물체에 흡착 또는 퇴적되지 않는 것을 응용하여, 도1에 나타낸 바와 같이, 스테이지(5)를 가열함으로써 스테이지(5)와 그에 얹혀지는 웨이퍼(6)에 파티클들이 흡착 또는 퇴적되지 않도록 한 것에 특징이 있는 것이다.
즉, 웨이퍼(6)가 낱장으로 얹혀지는 스테이지(5)를 주변온도에 비하여 더 높은 온도를 유지하도록 가열함으로써 웨이퍼(6)를 포함한 스테이지(5)에 파티클들이 흡착 또는 퇴적되지 않도록 한다.
본 발명에 따른 상기 스테이지(5)는 가열에 의하여 주변온도 보다 높은 온도로 유지됨으로써 상기한 열영동효과를 기대할 수 있으며, 여기에서 주변온도라 함은 실제 반도체 장치가 생산되는 청정실의 조절된 온도를 의미하는 것으로서, 열영동이 온도차 및 그에 따른 온도구배에 기인하는 것에 비추어 상기 스테이지(5) 및 그에 얹혀지는 웨이퍼(6)가 실제 측정되는 주변온도 보다 높은 온도로 가열되는 것으로 이해될 수 있다.
상기 스테이지(5)는 바람직하게는 주변온도에 비하여 5 내지 70℃ 이상 높은 온도로 유지될 수 있으며, 스테이지(5)와 주변온도의 온도차가 5℃ 미만이 되는 경우에는 열영동효과가 크게 나타나지 않아 파티클의 웨이퍼(6) 상에의 흡착 또는 퇴적을 예방하기가 어려우며, 또한 스테이지(5)와 주변온도의 온도차가 70℃를 초과하는 경우, 불필요한 가열로 인한 에너지의 낭비 및 웨이퍼(6)에 너무 높은 열이 가해져 열에 의한 웨이퍼(6)의 손상이 일어날 가능성이 있는 문제점이 있을 수 있다.
상기한 스테이지(5)와 주변온도의 온도차는 바람직하게는 10 내지 60℃ 이상의 범위가 될 수 있다.
상기 스테이지(5)는 최저가열온도 내지 100℃의 온도범위 이내로 가열될 수 있으며, 여기에서 최저가열온도라 함은 주변온도에 비하여 최소 5℃ 더 높은 온도를 의미하며, 이는 열영동이 일어날 수 있는 최소의 온도차를 구현하기 위하여 설정될 수 있는 온도로 이해될 수 있는 것이다.
상기 최저가열온도는 주변온도가 통상 20 내지 25℃로 유지되는 것을 전제조건으로 대략 30℃ 정도로 설정되는 온도로서, 주변온도가 더 낮은 경우에는 상기 최저가열온도도 30℃ 이하의 더 낮은 온도부터 가열될 수 있음은 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 용이하게 이해될 수 있는 것이다.
바람직하게는 30 내지 80℃의 온도범위 이내로 가열될 수 있으며, 이는 실험적으로 적절히 선택된 온도로 이해될 수 있는 온도범위이다.
상기 스테이지(5)는 통상의 여러 가열방법에 의하여 가열될 수 있는 것으로서, 예를 들어 나열하자면, 스테이지(5)에의 열선(8)의 매립에 의한 가열방법, 고온유체의 스테이지(5) 내부의 통과에 의한 가열방법, 유도가열에 의한 가열방법, 자외선 등의 고에너지의 전자기파의 조사에 의한 가열방법, 기타 직접연소 등에 의하지 않는 간접가열이 가능한 열원에 의한 가열방법 등을 들 수 있으며, 이들 가열방법들은 모두 공지의 것들로서, 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 이해될 수 있는 방법들임은 자명한 것이다.
본 발명에 따른 스테이지(5)는 이들 가열방법들 중 어느 한 가열방법이나 이들 가열방법들의 조합에 의한 가열방법으로 가열될 수 있으며, 바람직하게는 제한된 공간내에서 효과적으로 그리고 신속하게 가열할 수 있는 열선(8)의 매립에 의한 가열이나 유도가열이 사용될 수 있다.
상기에서 열선(8)의 매립에 의한 가열방법은, 도2에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 상기 스테이지(5)내에 니크롬선과 같이 전기적 에너지의 인가에 의하여 주울열을 용이하게 발생시키는 열선(8)을 매립시켜서 달성될 수 있으며, 또한 유도가열은 인덕션코일(induction coil) 등에 의한 전자유도에 의하여 유도되는 가열전류의 전도에 의하여 달성될 수 있으며, 또한 고온유체의 스테이지(5) 내부의 통과에 의한 가열방법은 스테이지(5)내에 형성된 가열튜브(9)를 통하여 가열된 공기나 가열된 질소가스와 같은 가열된 유체를 통과시켜 가열튜브(9)로부터 스테이지(5)에로의 열전도에 의하여 달성될 수 있다.
또한, 상기 가열가능한 스테이지(5)의 주변에 주변온도에 비하여 낮은 온도로 유지되는 저온파티클수집기(10)가 더 취부될 수 있으며, 이 저온파티클수집기(10)는 단순히 그 온도가 주변온도에 비하여 낮게 유지되는 표면을 갖는 금속 또는 비금속의 부정형 물체가 될 수 있다.
상기 저온파티클수집기(10)가 주변온도에 비하여 낮은 온도를 유지함으로써 열영동에 의하여 이동되는 공기 중의 파티클이 상기 저온파티클수집기(10)의 표면에 공기 중에 부유하는 파티클이 침적되도록 함으로써 상대적으로 웨이퍼(6)에 오염되는 파티클이나 공기 중에 부유하는 파티클들의 개수를 줄일 수 있도록 한다. 이러한 저온파티클수집기(10)의 표면에의 파티클의 침적은 상기한 열영동과 같이 이론적으로 설명하기는 어려우나, 실험적으로 입증되는 효과로서, 파티클이 부유하는 기체가 임의의 물체들의 표면에 접촉할 때, 고온으로 유지되는 물체에 비하여 저온으로 유지되는 물체의 표면에 더 많은 파티클이 부착되는 현상을 육안으로 또는 현미경적으로 관찰될 수 있는 것이다.
상기 저온파티클수집기(10)의 온도는 바람직하게는 -10℃ 내지 15℃의 온도범위 이내가 될 수 있으며, 특히 바람직하게는 0 내지 10℃의 온도범위 이내가 될 수 있다.
-10℃ 이하의 온도는 불필요한 저온으로 에너지의 낭비를 초래하는 것으로 이해될 수 있으며, 15℃ 이상의 온도는 저온에 의한 파티클의 수집효과가 낮아지는 문제가 있을 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지는 스테이지(5)와 그에 얹혀지는 웨이퍼(6)의 가열에 의하여 스테이지(5)를 포함한 웨이퍼(6)의 주변에 무진층(7)을 형성시켜 파티클이 웨이퍼(6)에 흡착 또는 퇴적되는 것을 예방한다.
본 발명에 따른 가열가능한 스테이지(5)에 의한 파티클의 침적 또는 퇴적의 예방효과를 확인하기 위하여 클래스(Class) 1,000 이하의 통상의 청정실내에서 비가열 스테이지(5)와 30℃ 부터 90℃ 까지 10℃ 씩의 온도차를 갖도록 가열한 스테이지(5)들에 패턴이 형성되지 않은 공웨이퍼(6)를 각각 한 장씩 1시간 동안 올려놓고, 방치한 후, 이들 웨이퍼(6)들을 모두 수집하여 각 웨이퍼(6)의 표면에 흡착 또는 퇴적된 0.1??m 이상의 파티클의 수를 계수하여 도6의 그래프에 나타내었다.
상기 도6의 그래프에 나타난 바와 같이, 30℃ 내지 90℃의 시험범위 전 범위에 걸쳐 가열된 스테이지(5)에 얹혀진 웨이퍼(6)의 표면에 침적 또는 퇴적된 파티클의 수가 가열되지 않은 스테이지(5)의 그것에 비하여 현저하게 낮은 파티클수를 나타내고 있음에 비추어 보아 명백하게 알 수 있으며, 특히 50℃와 80℃에서 최대의 효과를 나타내고 있으며, 전체적으로 보아 30 내지 80℃의 온도범위에서 뚜렷한 파티클수의 차이를 보여주고 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 웨이퍼(6)에의 파티클들의 흡착 또는 퇴적을 예방함으로써 제품의 결함을 방지하고, 나아가 반도체 장치의 수율을 증대시키는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (16)

  1. (정정) 웨이퍼홀더와 함께 웨이퍼를 낱장으로 올려놓고, 이송할 수 있도록 이루어진 웨이퍼 홀더용 스테이지에 있어서,
    상기 스테이지를30 내지 80℃의 온도로 유지되도록가열가능한 스테이지로구성하고, 상기 스테이지의 주변에 - 10 내지 15℃의 온도로 유지되는 저온파티클수집기를 취부시켜이루어짐을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지.
  2. (삭제)
  3. (삭제)
  4. (정정)제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지가 가열에 의하여 주변온도 보다 10 내지 60℃ 높은 온도로 유지함을 특징으로 하는 상기 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지.
  5. (삭제)
  6. (정정)제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지의 최저가열온도가 주변온도에 비하여 5℃ 더 높게 가열됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지.
  7. (삭제)
  8. (삭제)
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지의 가열이 고온유체의 스테이지 내부의 통과에 의하여 가열됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지의 가열이 유도가열에 의하여 가열됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지의 가열이 자외선 등의 고에너지의 전자기파의 조사에 의하여 가열됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지의 가열이 직접연소 등에 의하지 않는 간접가열이 가능한 열원에 의하여 가열됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지.
  13. (삭제)
  14. (삭제)
  15. (삭제)
  16. (정정)제 1 항에 있어서,
    상기 저온파티클수집기의 온도가 0 내지 10℃의 온도범위 이내로 유지됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조장치의 웨이퍼 홀더용 스테이지.
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