KR100446653B1 - 웨이퍼 정렬기와 이를 이용한 웨이퍼 정렬 방법 - Google Patents

Abstract

노광 공정에서 레티클에 대해 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 정렬기 및 이를 이용한 웨이퍼 정렬 방법을 제공한다. 웨이퍼 정렬 방법은 리퍼런스 마스크의 십자 마크 내부에 제1 십자키를 위치시키고, 센서부의 제1, 2 센서를 통해 제1 십자키와 십자 마크 사이의 간격(a, c, b, d)을 측정하는 단계와; 제어부가 a=b, c=d 조건을 만족하도록 웨이퍼 스테이지를 구동하는 단계와; 리퍼런스 마스크를 x축 방향으로 직진 이동시켜 제2 십자키 위에 리퍼런스 마스크를 위치시키고, 제1, 2 센서를 통해 제2 십자키와 십자 마크 사이의 간격(a', b', c', d')을 측정하는 단계와; 제어부에서 치수 비교를 통해 웨이퍼의 회전 정도를 검지하여 웨이퍼를 정렬하는 단계를 포함한다.

Description

웨이퍼 정렬기와 이를 이용한 웨이퍼 정렬 방법 {An alignment appratus for wafer and alingment method of wafer using the same}

본 발명은 반도체 제조에 사용되는 웨이퍼 정렬기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노광 공정에서 레티클에 대해 웨이퍼를 정렬하는 웨이퍼 정렬기 및 이를 이용한 웨이퍼 정렬 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하는 과정은 적층식으로 각 층마다 필요한 패턴을 형성하여 회로를 완성하는 과정으로, 각 층의 패터닝 작업에는 포토 레지스트를 이용한공지의 사진식각(photolithography) 기술이 널리 사용되며, 포토 레지스트층의 노광 작업에 있어, 실제 필요한 패턴이 형성되어 광원과 웨이퍼 사이에 설치되는 마스크를 레티클(reticle)이라 한다.

이로서 웨이퍼 위에 포토 레지스트막을 형성한 다음, 웨이퍼 위에 레티클이 정확하게 겹치도록 이들을 정렬한 후에 노광 작업을 진행하는데, 최근에는 반도체 소자의 고집적화를 위해 패턴의 선폭이 점점 가늘어지므로, 웨이퍼 정렬시 발생하는 오차가 제품의 수율에 직접적인 영향을 미치게 된다. 따라서 노광 전, 레티클에 대해 웨이퍼를 정확한 위치에 정렬시키는 것이 매우 중요하다.

종래에는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 상의 샷(shot)(1) 가장자리에 정사각 모양의 제1 정렬키(2)를 형성하고, 제1 정렬키(2)에 대응하는 레티클의 가장자리에 제1 정렬키(2)보다 큰 정사각 모양의 제2 정렬키(3)를 형성한다. 이로서 웨이퍼 상의 4포인트에 대한 제1 정렬키(2)와 제2 정렬키(3) 사이의 간격(a, b, c, d)을 측정하여 실제 각 샷(1)이 노광될 때, 레티클의 회전 정도를 확인하게 된다.

그러나 상기와 같이 제1, 2 정렬키(2, 3)를 이용하여 레티클의 회전 정도를 확인하는 종래의 방법은 프로그램 세팅이 복잡하고, 레티클의 회전 정도를 확인하는데 과다한 시간이 소요되어 반도체 제조 공정을 지연시키며, 생상성을 저하시키는 단점을 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 노광 공정에서 레티클에 대해 웨이퍼를 빠르고 정확하게 정렬하여 반도체 제조 공정을 신속하게 진행시킬 수 있도록 구성한 웨이퍼 정렬기 및 이를 이용한 웨이퍼 정렬 방법을 제공하는데 있다.

도 1과 도 2는 종래 기술에 의한 레티클 회전 검사 방법을 설명하기 위한 개략도이고,

도 3은 본 발명에 의한 웨이퍼 정렬기의 개략도이며,

도 4는 도 3에 도시한 웨이퍼의 부분 확대 평면도이고,

도 5는 도 3에 도시한 리퍼런스 마스크의 부분 확대 평면도이며,

도 6과 도 7은 본 발명에 의한 웨이퍼 정렬 방법을 설명하기 위한 리퍼런스 마스크와 제1, 2 십자키의 개략도이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

웨이퍼 상의 동일선상에 소정의 간격을 두고 위치하는 제1, 2 십자키와, 웨이퍼 상부에 설치되며 십자 마크를 구비하는 리퍼런스 마스크와, 리퍼런스 마스크 상부에 설치되며 제1, 2 십자키와 십자 마크 사이의 간격을 측정하기 위한 제1, 2 센서를 구비하는 센서부와, 센서부와 연결되어 제1, 2 센서의 측정 결과를 계산하고, 웨이퍼 스테이지를 제어하여 웨이퍼를 정렬시키는 제어부를 포함하는 웨이퍼 정렬기를 제공한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

리퍼런스 마스크의 십자 마크 내부에 제1 십자키를 위치시키고, 제1, 2 센서를 통해 제1 십자키와 십자 마크 사이의 간격(a, c, b, d)을 측정하는 단계와, 제어부가 a=b, c=d 조건을 만족하도록 웨이퍼 스테이지를 구동하는 단계와, 리퍼런스 마스크를 x축 방향으로 직진 이동시켜 제2 십자키 위에 리퍼런스 마스크를 위치시키고, 제1, 2 센서를 통해 제2 십자키와 십자 마크 사이의 간격(a', b', c', d')을 측정하는 단계와, 제어부가 치수 비교를 통해 웨이퍼의 회전 정도를 검지하여 웨이퍼를 정렬하는 단계를 포함하는 웨이퍼 정렬 방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 정렬기의 개략도이고, 도 4와 도 5는 각각 도 3에 도시한 웨이퍼와 리퍼런스 마스크의 부분 확대 평면도이다.

본 실시예에 의한 웨이퍼 정렬기는 웨이퍼(10) 상의 동일선상에 소정의 간격을 두고 위치하는 제1, 2 십자키(11, 12)와, 웨이퍼(10)가 위치하는 웨이퍼 스테이지(13)와, 웨이퍼(10) 상부에 설치되며 십자 마크(14)를 구비하는 리퍼런스 마스크(15)와, 웨이퍼(10)와 리퍼런스 마스크(15) 사이에 설치되어 웨이퍼(10)와 리퍼런스 마스크(15)에 빛을 제공하는 광원(16) 및 렌즈 어셈블리(17)와, 리퍼런스 마스크(15) 상부에 설치되어 십자 마크(14)와 십자키 배열을 통해 웨이퍼(10)의 회전 여부를 측정하는 센서부(18) 및 제어부(19)를 포함한다.

상기 웨이퍼(10)는 일례로 x축 상의 동일선상에 소정의 간격을 두고 제1, 2 십자키(11, 12)를 구비하며, 웨이퍼(10)가 놓이는 웨이퍼 스테이지(13)는 스테이지 구동부(20)와 연결되어 스테이지 구동부(20)에 의해 x, y 방향으로 이동하거나 소정 각도로 회전하여 웨이퍼(10)의 위치를 보정하게 된다.

그리고 웨이퍼(10) 상부에 설치되는 렌즈 어셈블리(17)는 프리즘(21)과 투영 렌즈부(22)를 포함하는데, 프리즘(21)은 광원(16)에서 방출된 빛을 웨이퍼(10)와 리퍼런스 마스크(15)에 각각 제공하고, 투영 렌즈부(22)는 프리즘(21)을 통과한 빛을 웨이퍼(10) 상의 각 샷(shot)(23)에 집속시키는 역할을 한다.

또한, 음극선관으로 이루어진 표시부(24)가 렌즈 어셈블리(17)에 연결되어 음극선관을 통해 작업자가 웨이퍼(10)를 관찰할 수 있도록 한다.

상기 리퍼런스 마스크(15)는 x, y축을 기준으로 정배열하며, 소정의 내부 공간을 갖는 십자 마크(14)를 구비하고, 리퍼런스 마스크(15) 상부에 설치되는 센서부(18)는 십자 마크(14)의 좌, 우측 가운데 어느 한 곳에 수직으로 위치하는 제1 센서(25)와, 십자 마크(14)의 상, 하측 가운데 어느 한 곳에 수평으로 위치하는 제2 센서(26)를 구비한다.

그리고 상기 제어부(19)는 센서부(18)와 연결되어 제1, 2 센서(25, 26)의 측정 결과를 계산하고, 이로부터 웨이퍼(10)의 회전 정도를 파악하게 되며, 제어부(19)는 특히 스테이지 구동부(20)와 연결되어 계산 결과에 따라 스테이지 구동부(20)를 제어함으로써 웨이퍼(10)가 정확한 위치에 정렬하도록 한다.

이하, 본 고안의 실시예에 따른 웨이퍼 정렬기를 이용한 웨이퍼 정렬 방법에 대해 설명한다.

먼저 도 6에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(10)에 제공된 한쌍의 십자키 가운데 제1 십자키(11)를 리퍼런스 마스크(15) 하단에 위치시켜 리퍼런스 마스크(15)의 십자 마크(14) 내부에 제1 십자키(11)가 위치하도록 한다.

그리고 센서부(18)의 제1 센서(25)를 십자 마크(14)의 좌측에 수직으로 위치시켜 제1 십자키(11)의 수평부와 십자 마크(14) 사이의 간격, 즉 도면의 a, b 치수를 측정하고, 제2 센서(26)를 십자 마크(14)의 하측에 수평으로 위치시켜 제1 십자키(11)의 수직부와 십자 마크(14) 사이의 간격, 즉 도면의 c, d 치수를 측정하여 이를 제어부(19)에 전달한다.

상기 제어부(19)는 a, b, c, d 치수를 비교하여 a=b, c=d가 되도록 스테이지구동부(20)를 제어하여 제1 십자키(11)가 십자 마크(14)를 정확하게 분리하도록 한다.

그런 다음, 리퍼런스 마스크(15)를 x축 방향으로 직진 이동시켜 제2 십자키(12) 위에 리퍼런스 마스크(15)가 위치하도록 한다. 이로서 도 7에 도시한 바와 같이 십자 마크(14) 내부에 제2 십자키(12)가 위치하게 된다.

이 때, 리퍼런스 마스크(15)의 이동은 실제 레티클 상의 이동 거리와 동일하며, 리퍼런스 마스크(15)가 실제 레티클을 대신하여 레티클에 대한 웨이퍼(10)의 회전 정도를 확인하는 역할을 한다.

다음으로, 십자 마크(14)의 좌측에 위치하는 제1 센서(25)를 통해 제2 십자키(12)의 수평부와 십자 마크(14) 사이의 간격, 즉 도면의 a', b' 치수를 측정하고, 십자 마크(14)의 하측에 위치하는 제2 센서(26)를 통해 제2 십자키(12)의 수직부와 십자 마크(14) 사이의 간격, 즉 도면의 c', d' 치수를 측정하여 이를 제어부(19)에 전달한다.

이 때, 웨이퍼(10)가 회전되어 있으면 제2 십자키(12)가 십자 마크(14) 내부에 정배열하지 않고 소정 각도만큼 회전하게 되므로, 제어부(19)가 a', b', c', d' 치수 비교를 통해 제2 십자키(12)의 회전 정도를 검지하여 레티클에 대한 웨이퍼(10)의 회전 여부를 용이하게 확인할 수 있다.

따라서 제어부(19)가 제2 십자키(12)의 회전 정도에 따라 스테이지 구동부(20)를 제어하여 웨이퍼 스테이지(13)를 제2 십자키(12)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시켜 웨이퍼(10)를 정배열시킨 후, 다음의 공정으로 웨이퍼(10)를 투입하게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 의한 웨이퍼 정렬기는 실제 레티클 상에 정렬키를 구비하지 않고도 리퍼런스 마스크를 이용하여 웨이퍼의 회전 정도를 신속하고 정확하게 확인할 수 있다. 따라서 반도체 제조 공정을 신속하게 진행하여 생산성을 향상시킨다. 또한 본 발명에 의한 웨이퍼 정렬기는 노광 작업 전, 레티클에 대해 웨이퍼를 정확하게 정렬시켜 패터닝 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 웨이퍼 상의 동일선상에 소정의 간격을 두고 위치하는 제1, 2 십자키와;

   상기 웨이퍼가 위치하는 웨이퍼 스테이지와;

   상기 웨이퍼 상부에 설치되며 십자 마크를 구비하는 리퍼런스 마스크와;

   상기 웨이퍼와 리퍼런스 마스크 사이에 설치되어 웨이퍼와 리퍼런스 마스크에 빛을 제공하는 광원 및 렌즈 어셈블리와;

   상기 리퍼런스 마스크 상부에 설치되며 제1 또는 제2 십자키와 십자 마크 사이의 수평 및 수직 간격을 측정하기 위한 제1, 2 센서를 구비하는 센서부; 및

   상기 센서부와 연결되어 제1, 2 센서의 측정 결과를 계산하고, 웨이퍼 스테이지를 제어하여 웨이퍼를 정렬시키는 제어부를 포함하는 웨이퍼 정렬기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 렌즈 어셈블리가 광원에서 방출된 빛을 웨이퍼와 리퍼런스 마스크에 각각 제공하는 프리즘과, 프리즘 하단에 설치되어 프리즘을 통과한 빛을 웨이퍼의 각 샷(shot)에 집속하는 투영 렌즈부를 포함하는 웨이퍼 정렬기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 센서부의 제1 센서가 십자 마크의 좌, 우측 가운데 어느 한 곳에 수직으로 위치하여 제1 또는 제2 십자키와 십자 마크의 수직 간격을 측정하고, 상기 제2 센서가 십자 마크의 상, 하측 가운데 어느 한 곳에 수평으로 위치하여 제1 또는 제2 십자키와 십자 마크 사이의 수평 간격을 측정하는 웨이퍼 정렬기.
4. 웨이퍼에 제공된 제1 십자키를 리퍼런스 마스크 하단에 위치시켜 십자 마크 내부에 제1 십자키를 위치시키는 단계와;

   센서부의 제1, 2 센서를 통해 제1 십자키와 십자 마크 사이의 간격(a,b,c,d)을 측정하는 단계와;

   제어부가 a=b, c=d 조건을 만족하도록 웨이퍼 스테이지를 구동하여 제1 십자키 위치에서 웨이퍼를 수평 및 수직축 방향으로 정렬시키는 단계와;

   상기 리퍼런스 마스크를 수평축 방향으로 직진 이동시켜 제2 십자키 위에 리퍼런스 마스크를 위치시키는 단계와;

   상기 센서부의 제1, 2 센서를 통해 제2 십자키와 십자 마크 사이의 간격(a',b',c',d')을 측정하는 단계; 및

   상기 제어부가 a'와 b'의 수치 비교 및 c'와 d'의 수치 비교를 통해 웨이퍼의 회전 정도를 검지하고, 웨이퍼 스테이지를 구동시켜 웨이퍼를 정렬하는 단계를 포함하는 웨이퍼 정렬 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제1 십자키와 십자 마크 사이의 간격을 측정하는 단계가,

   십자 마크의 좌측에 설치된 제1 센서를 통해 제1 십자키의 수평부와 십자 마크 사이의 간격(a, b)을 측정하고, 십자 마크의 하측에 설치된 제2 센서를 통해 제1 십자키의 수직부와 십자 마크 사이의 간격(c, d)을 측정하는 것으로 이루어지는 웨이퍼 정렬 방법.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 제2 십자키와 십자 마크 사이의 간격을 측정하는 단계가,

   십자 마크의 좌측에 설치된 제1 센서를 통해 제2 십자키의 수평부와 십자 마크 사이의 간격(a', b')을 측정하고, 십자 마크의 하측에 설치된 제2 센서를 통해 제2 십자키의 수직부와 십자 마크 사이의 간격(c', d')을 측정하는 것으로 이루어지는 웨이퍼 정렬 방법.