KR100736300B1 - 웨이퍼 취급 시스템 및 리소그래피 패터닝에 사용되는 방법 - Google Patents

웨이퍼 취급 시스템 및 리소그래피 패터닝에 사용되는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리소그래피 패터닝 챔버와, 제1 게이트 밸브에 의해 리소그래피 패터닝 챔버로부터 분리된 웨이퍼 교환 챔버와, 제2 게이트 밸브에 의해 웨이퍼 교환 챔버로부터 분리된 적어도 1개의 정렬 로드락을 포함하는 리소그래피 시스템을 구비한다. 정렬 로드락은 펌프 다운 중에 웨이퍼를 정렬시키는 정렬 스테이지를 구비한다. 본 발명에 따른 정렬 로드락은 단방향 또는 양방향일 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 리소그래피 시스템은 1개 또는 다중 정렬 로드락을 구비할 수 있다. 또한, 리소그래피 시스템 내에서 웨이퍼를 패터닝하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 정렬 로드락 내의 지지부 상에 웨이퍼를 위치시키는 제1 단계를 구비한다. 다음 단계에서, 웨이퍼는 지지부 상의 정렬 로드락 내에 지지된 상태로 척에 대해 정렬된다. 또 다른 단계에서, 웨이퍼는 척에 고정된다. 그리고, 또 다른 단계에서, 펌프 다운이 정렬 로드락 내에서 진공을 형성하도록 수행된다.
리소그래피 패터닝 챔버, 웨이퍼 교환 챔버, 정렬 로드락, 리소그래피 시스템

Description

웨이퍼 취급 시스템 및 리소그래피 패터닝에 사용되는 방법{WAFER HANDLING SYSTEM AND METHOD FOR USE IN LITHOGRAPHY PATTERNING}
도1은 본 발명에 따른 리소그래피 시스템의 예시도.
도2a는 본 발명에 따른 정렬 로드락(load lock) 내의 상부 요소의 분해도.
도2b는 본 발명에 따른 정렬 로드락 내의 하부 요소의 분해도.
도3a는 본 발명에 따른 리소그래피 시스템 내의 플로어 장착 운동 피드쓰루(motion feedthrough, 300)의 예시도.
도3b는 본 발명에 따른 리소그래피 시스템 내의 벽 장착 운동 피드쓰루(350)의 예시도.
도4a는 본 발명에 따른 양방향 로드락을 사용하여 리소그래피 시스템 내에서 웨이퍼를 패터닝하는 방법의 예시도.
도4b는 본 발명에 따른 단방향 로드락을 사용하여 리소그래피 시스템 내에서 웨이퍼를 패터닝하는 방법의 예시도.
도5는 본 발명에 따른 정렬 로드락 내에서 웨이퍼를 정렬시키는 방법의 예시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: 트랙
102, 103, 107, 108, 110, 115, 116: 게이트 밸브
104, 105: 로드락
106: 웨이퍼 교환 챔버
109: 로봇
111: 리소그래피 패터닝 챔버
112, 113: 웨이퍼 스테이지
114: 보유 로드락
본 발명은 리소그래피 시스템 내에서 사용되는 웨이퍼 취급 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 웨이퍼가 척에 부착되어 정렬된 상태로 리소그래피 시스템 내에서 운반됨으로써 생산 처리량을 최대화시키는 웨이퍼 취급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
리소그래피는 기판의 표면 상에 패턴을 형성하는 데 사용되는 공정이다. 이러한 기판은 평판 디스플레이, 회로 기판, 다양한 집적 회로 등의 제조에 사용되는 것들을 포함할 수 있다. 이러한 분야에 자주 사용되는 기판이 반도체 웨이퍼이다. 이 설명은 예시를 위해 반도체 웨이퍼에 대해 기재되어 있지만, 당업자라면 이 설명이 또한 당업자에게 공지된 다른 형태의 기판에 적용된다는 것을 인식할 것이다. 리소그래피 중에, 웨이퍼 스테이지 상에 배치된 웨이퍼가 리소그래피 장치 내에 위 치된 노광 장치에 의해 웨이퍼의 표면 상으로 투사된 상에 노광된다. 노광 장치가 포토리소그래피의 경우에 사용되지만, 상이한 형태의 노광 장치가 특정 분야에 따라 사용될 수도 있다. 예컨대, x-선, 이온, 전자 또는 포톤 리소그래피는 각각 상이한 노광 장치를 요구할 수도 있는데, 이는 당업자에게 공지되어 있다. 예시만을 위해 포토리소그래피의 특정예를 논의하기로 한다.
투사된 상은 웨이퍼의 표면 상에 쌓인 층 예컨대 포토레지스트의 특성 변화를 발생시킨다. 이들 변화는 노광 중에 웨이퍼 상으로 투사된 패턴에 대응한다. 노광에 후속하여, 층은 패터닝된 층을 형성하도록 식각될 수 있다. 패턴은 노광 중에 웨이퍼 상으로 투사된 패턴에 대응한다. 이 패터닝된 층은 도체층, 반도체층 또는 절연층 등의 웨이퍼 내의 하부 구조층의 노광부를 제거하는 데 사용된다. 이 공정은 원하는 패턴이 웨이퍼의 표면 상에 형성될 때까지 다른 단계와 함께 반복된다.
스텝 및 스캔 기술(step and scan technology)은 좁은 상 형성 슬롯을 갖는 투사 광학 시스템과 관련하여 작동된다. 한번에 전체 웨이퍼를 노광하는 것이 아니라, 개별 필드가 한번에 하나씩 웨이퍼 상으로 스캐닝된다. 이는 상 형성 슬롯이 스캔 중에 필드를 가로질러 이동되도록 동시에 웨이퍼 및 레티클을 이동시킴으로써 수행된다. 웨이퍼 스테이지는 다음에 레티클 패턴의 다중 사본이 웨이퍼 표면에 걸쳐 노광되게 하도록 필드 노광부들 사이에서 스테핑되어야 한다. 이러한 방식으로, 웨이퍼 상으로 투사된 상의 선명도(sharpness)는 최대화된다. 정렬 정밀도 및 투사 정확도 모두의 증가를 통해, 오늘날의 리소그래피 도구는 끊임없이 감소되는 최소 패턴 크기를 갖는 소자를 제조할 수 있다. 그러나, 최소 패턴 크기는 리소그래피 도구의 유용성의 1개의 측정량일 뿐이다. 또 다른 중요 측정량은 처리량이다.
처리량은 리소그래피 시스템에 의해 패터닝될 수 있는 시간당 웨이퍼 개수를 말한다. 리소그래피 시스템 내에서 웨이퍼 상에 수행되어야 하는 모든 작업은 관련된 처리량의 감소와 함께 웨이퍼를 패터닝하는 데 요구되는 총 시간에 기여한다. 리소그래피 시스템 내에서 반복적으로 수행되어야 하는 한 가지 중요 작업은 웨이퍼 정렬이다. 웨이퍼는 높은 수준의 오버레이 정확도를 달성하기 위해 리소그래피 시스템 내에서 정밀하게 정렬되어야 한다. 불행하게도, 정렬 정밀도는 대개 웨이퍼가 로봇과 함께 종래의 리소그래피 시스템 내에서 이동될 때마다 상실된다.
이를 위해 필요한 것이 모두 종래의 로봇에 의해 유발되는 정렬의 상실을 회피하고 동시에 시스템 처리량을 개선시키는 리소그래피 시스템 내에서 웨이퍼를 취급하는 시스템 및 방법이다.
일 실시예에서, 본 발명은 리소그래피 패터닝 챔버와, 제1 게이트 밸브에 의해 리소그래피 패터닝 챔버로부터 분리된 웨이퍼 교환 챔버와, 제2 게이트 밸브에 의해 웨이퍼 교환 챔버로부터 분리된 적어도 1개의 정렬 로드락을 갖는 리소그래피 시스템을 구비한다. 정렬 로드락은 펌프 다운 중에 웨이퍼를 정렬시키는 정렬 스테이지를 구비한다. 본 발명에 따른 정렬 로드락은 단방향 또는 양방향일 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 리소그래피 시스템은 1개 또는 다중 정렬 로드락 을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 리소그래피 시스템은 웨이퍼 교환 챔버로부터 분리된 보유 로드락을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 리소그래피 시스템은 검사 파장을 갖는 광을 방출하는 조사 광원과, 검사 파장에 민감한 카메라를 추가로 구비할 수 있다. 정렬 로드락의 루프는 정렬 로드락 내에 담긴 웨이퍼의 관찰을 가능하게 하도록 검사 파장을 통과시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정렬 로드락 내에는 또한 웨이퍼를 보유하는 지지부가 구비된다. 이들 지지부는 후크, 핀 등일 수 있다. 정렬 스테이지는 정렬 로드락 내에 추가로 위치된다. 정렬 스테이지는 정렬 로드락의 플로어를 통해 연장되는 칼럼에 의해 정렬 로드락의 외측에 배치된 정렬 서브 스테이지로부터 분리된다. 또한, 정렬 로드락의 플로어는 정렬 로드락 내로의 가스 유동을 방지하면서 칼럼이 플로어에 대해 이동되게 하는 운동 피드쓰루 밀봉부가 구비될 수 있다. 이러한 운동 피드쓰루 밀봉부는 강자성 밀봉부 등의 벨로우즈 및 회전 밀봉부를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에는 다중 척이 추가로 구비된다. 척은 정전 척 또는 진공 척일 수 있다. 척은 정렬 로드락 내의 웨이퍼 지지부를 수용하는 절결부를 구비할 수 있다. 척은 정렬 스테이지에 또는 리소그래피 패터닝 챔버 내에 위치된 스테이지에 척을 운동 가능하게 장착하는 척 결합 기구를 추가로 구비할 수 있다. 중요 영역에서, 척 결합 기구는 예컨대 리소그래피 시스템 내의 다양한 스테이지 상에 위치된 V자형 블록과의 결합을 위한 반구를 포함하는 응력 및 변형량을 회피하기 위해 운동성 반구일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 리소그래피 패터닝 챔버는 다중 노광 단계를 구비할 수 있다.
리소그래피 시스템 내에서 웨이퍼를 패터닝하는 방법이 또한 개시되어 있다. 일 실시예에서, 이 방법은 정렬 로드락 내의 지지부 상에 웨이퍼를 위치시키는 제1 단계를 구비한다. 다음 단계에서, 웨이퍼는 지지부 상에서 정렬 로드락 내에 지지되어 있는 상태로 척에 대해 정렬된다. 또 다른 단계에서, 웨이퍼는 척에 고정된다. 또 다른 단계에서, 펌프 다운은 정렬 로드락 내에 진공을 형성하도록 수행된다.
본 발명에 따른 방법에서, 펌프 다운은 척에 대해 웨이퍼를 정렬시키는 단계와 동시에 수행될 수 있다. 마찬가지로, 펌프 다운은 정렬 단계에 후속하여 척에 웨이퍼를 고정시키는 단계와 동시에 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 또한 리소그래피 패터닝 챔버로 척 및 웨이퍼를 운반하는 단계를 구비할 수 있다. 추가로, 미세 정렬이 리소그래피 패터닝 챔버 내에 필요로 될 수 있다. 다음에, 웨이퍼 상에 리소그래피 패터닝을 수행하는 단계가 수행된다. 리소그래피 패터닝이 완료되면, 웨이퍼 및 척은 정렬 로드락 챔버로 복귀된다. 정렬 로드락 챔버로 복귀되면, 척은 웨이퍼로부터 제거될 수 있고 배기 단계가 수행될 수 있다. 배기는 웨이퍼가 척으로부터 제거된 상태로 일어날 수 있다.
여기에는 정렬 로드락 내에 웨이퍼를 정렬시키는 방법이 또한 개시되어 있다. 일 실시예에서, 이 방법은 정렬 로드락 내의 지지부 상에 웨이퍼를 위치시키는 제1 단계를 구비한다. 다음에, 정렬 로드락 내의 지지부 상에서 웨이퍼의 위치 및 배향을 관찰하는 단계가 수행된다. 척에 대해 웨이퍼를 정렬시키도록 척을 이동시키는 단계가 또한 수행된다. 정렬되면, 척은 다음에 웨이퍼와 접촉되고 그에 고정되어 위치된다. 웨이퍼의 위치 및 배향을 관찰하는 단계는 정렬 로드락의 외측에 위치된 카메라에 의해 수행될 수 있다.
여기에 편입되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명을 예시하며, 그 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하여 당업자가 본 발명을 실시하고 사용할 수 있게 하는 역할을 추가로 한다. 동일한 도면 부호는 상이한 도면에서 동일한 요소를 나타낸다.
여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "웨이퍼"는 리소그래픽 패터닝에 적절한 반도체 기판 또는 임의의 다른 기판을 의미한다.
정렬, 펌프 다운 및 정전 척의 대전은 리소그래피 패터닝 공정 내에서 귀중한 시간을 차지하는 모든 절차이다. 본 발명자는 3개의 이들 기능 모두가 단일 정렬 로드락 시스템 내로 조합될 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 단일 정렬 로드락 스테이션은 줄곧 로드락을 펌프 다운하면서 척에 대해 웨이퍼를 정렬시킨 다음에 척에 웨이퍼를 고정할 수 있다. 이러한 리소그래피 시스템 내에 1개 이상의 척을 포함함으로써, 웨이퍼는 리소그래피 패터닝 중에 각각의 척에 고정될 수 있 고, 이에 따라 처리량을 최대화시킨다.
도1은 본 발명에 따른 리소그래피 시스템(100)의 예시도이다. 리소그래피 시스템(100)은 트랙(101)으로부터 얻어지는 도1 내의 점선 원에 의해 나타낸 웨이퍼를 패터닝한다. 트랙(101)으로부터 얻어진 웨이퍼는 리소그래피 공정 전에 요구되는 바에 따라 다양한 공정을 경험한다. 예컨대, 레지스트 도포, 프리 베이크 및 당업자에게 공지된 다른 공정이 리소그래피 패터닝 전에 웨이퍼 상에 수행된다. 리소그래피 패터닝 후, 웨이퍼는 현상, 포스트 베이크 등의 추가 공정 단계를 위해 트랙으로 복귀된다. 트랙(101)은 2개의 게이트 밸브(102, 103)를 통해 리소그래피 시스템(100)에 연결된다. 게이트 밸브(102, 103)는 그 양측 상에 상이한 대기압을 유지할 수 있는 것으로서 당업자에게 공지된 형태이다. 게이트 밸브(102, 103)는 2개의 정렬 로드락(104, 105)으로부터 트랙(101)을 분리시킨다.
정렬 로드락(104, 105)은 게이트 밸브(107, 108)에 의해 웨이퍼 교환 챔버(106)로부터 분리된다. 게이트 밸브(107, 108)는 트랙(101)에 정렬 로드락(104, 105)을 연결시키는 게이트 밸브(102, 103)와 유사하다. 각각의 정렬 로드락(104, 105)은 이와 같이 각각의 게이트 밸브에 의해 트랙(101) 및 웨이퍼 교환 챔버(106)로부터 분리된 챔버이다. 정렬 로드락(104, 105)은 대기압으로부터 진공으로(펌프 다운, pump down) 그리고 대기압으로(배기) 재이행되게 하는 진공 및 배기 요소(도시되지 않음)에 추가로 연결된다. 이러한 방식으로, 웨이퍼 교환 챔버(106)는 진공으로 유지될 수 있고 트랙(101)은 대기압으로 유지될 수 있다. 정렬 로드락(104, 105)은 이와 같이 대기압으로부터 고진공으로 이행하면서 웨이퍼 교환 챔버 내외로 웨이퍼를 이동시키는 역할을 한다. 본 발명자는 정렬 로드락(104, 105) 내에 정렬 및 처킹(chucking) 특징부를 포함시킴으로써 전체 시스템 처리량이 대폭 향상될 수 있는 것을 발견하였다. 도2a 및 도2b와 관련하여 정렬 로드락(104, 105)을 상세하게 논의하기로 한다.
웨이퍼 교환 챔버(106)는 이중 말단부(end-effector)를 갖는 로봇(109)을 구비한다. 로봇(109)은 진공 분위기에서 사용되고 그 이중 말단부 덕분에 2개의 척을 취급할 수 있다. 대신에, 다른 구조가 정렬 로드락으로부터 리소그래피 패터닝 챔버로 웨이퍼가 정렬된 척을 운반하는 데 사용될 수 있는데, 이는 당업자에게 명백하다. 예컨대, 단일 말단부를 갖는 로봇, 또는 이중 비로봇 운반 기구(dual, non-robotic, transport mechanism)가 또한 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
웨이퍼 교환 챔버(106)는 게이트 밸브(110)에 의해 리소그래피 패터닝 챔버(111)에 연결된다. 게이트 밸브(110)는 여기에 설명된 다른 게이트 밸브와 유사하다. 리소그래피 패터닝 챔버(111)는 웨이퍼 스테이지(112, 113)를 구비한다. 웨이퍼 스테이지(112, 113)는 미세 정렬 및 노광 공정을 위해 지정된 방향으로의 이동이 가능하다. 리소그래피 패터닝 챔버(111)는 이와 같이 리소그래피 패터닝을 수행하는 데 필요한 투사 광학 장치 또는 다른 요소를 추가로 구비한다. 리소그래피 패터닝 챔버(111)는 2개의 웨이퍼 스테이지(112, 113)를 갖지만, 리소그래피 패터닝 챔버는 또한 1개의 웨이퍼 스테이지를 구비할 수 있다. 도시된 바와 같은 이중 웨이퍼 스테이지 구조는 1999년 11월 30일자로 출원된 발명의 명칭이 "이중 스 테이지 리소그래피 장치 및 방법(Dual-Stage Lithography Apparatus and Method)"인 동시 계속이고 공동 소유인 미국 특허 출원 제09/449,630호에 상세하게 기재되어 있으며, 이는 전체적으로 참조로 여기에 편입되어 있다.
리소그래피 시스템(100)은 보유 로드락(114)을 추가로 구비한다. 보유 로드락(114)은 예비 척을 보유하거나 리소그래피 패터닝을 유지하면서 리소그래피 시스템 내에서 척을 교환하는 데 사용된다. 이는 예컨대 세척을 위해 보유 로드락 내에 보유된 척으로의 접근을 가능하게 한다. 보유 로드락(114)은 또한 게이트 밸브(115, 116)를 구비한다. 보유 로드락의 존재가 바람직하지만, 리소그래피 패터닝을 중단시키지 않고 척 교환을 가능하게 하기 때문에, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 생략될 수 있다.
정렬 로드락(104, 105) 및 보유 로드락(114)은 모두 바람직하게는 양방향 로드락이지만, 단방향 로드락이 또한 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 단방향 로드락은 웨이퍼 입력 또는 웨이퍼 출력만 가능하다. 그러나, 양방향 로드락은 웨이퍼 입력 및 웨이퍼 출력 모두가 가능하다.
예컨대, 웨이퍼가 트랙(101)으로부터 단방향 정렬 로드락으로 그리고 그 다음에 패터닝 챔버(111)로 전달되면, 그 다음에 패터닝된 후 동일한 단방향 정렬 로드락으로 전달될 수 없다. 오히려, 패터닝 공정이 리소그래피 패터닝 챔버 내에서 완료된 후, 웨이퍼는 또 다른 정렬 로드락으로 그리고 그 다음에 트랙(101)으로 복귀되어야 한다.
대조적으로, 웨이퍼가 트랙(101)으로부터 양방향 정렬 로드락으로 그리고 그 다음에 리소그래피 패터닝 챔버(111)로 전달되면, 패터닝 후, 웨이퍼는 동일한 양방향 정렬 로드락을 통해 트랙(101)으로 재전달될 수 있다.
2개의 양방향 정렬 로드락의 사용이 큰 시스템 처리량을 가능하게 하므로 유리하지만, 2개의 단일 단방향 로드락이 또한 사용될 수 있다. 마찬가지로, 단일 양방향 정렬 로드락이 또한 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 이제는 도2a 및 도2b와 관련하여 정렬 로드락(104, 105)의 각각의 정밀한 구조 및 기능을 설명하기로 한다.
도2a 및 도2b는 함께 본 발명에 따른 정렬 로드락 내의 요소들의 분해도를 구성한다. 도2a는 본 발명에 따른 정렬 로드락의 상부에 대응하고, 반면에 도2b는 본 발명에 따른 정렬 로드락의 하부에 대응한다. 정렬 로드락의 벽은 도2a 및 도2b에 모두 도시되어 있지 않다.
정렬 로드락 루프(201)는 기밀의 투명 또는 반투명 창이다. 카메라(202) 및 조사 광원(203)은 정렬 로드락 루프(201) 위에 배치된다. "반투명"이란, 카메라(202)가 민감한 조사 광원(203)으로부터 방출된 검사 파장의 광에 정렬 로드락 루프(201)가 적어도 통과된다는 것을 의미한다. 정렬 로드락(201) 내에는 웨이퍼 지지부(204, 205, 206)가 있다. 이들 웨이퍼 지지부(204 내지 206)는 웨이퍼(207)를 보유하는 데 사용된다. 웨이퍼 지지부(204 내지 206)는 후크로서 도면에 도시되어 있지만, 핀 또는 다른 지지 기구를 또한 포함할 수 있는데, 이는 당업자에게 명백하다. 웨이퍼(207)는 관례상 트랙 시스템(도시되지 않음)의 일부인 추가 로봇에 의해 트랙(101)으로부터 웨이퍼 지지부(204 내지 206) 상에 위치된 다. 더욱이, 웨이퍼(207)는 노치(208) 또는 다른 원하는 패턴이 조사 광원(203)의 조사 필드(210) 내에 있는 카메라(202)의 시야 내에 위치되도록 선행의 거친 정렬을 경험할 수 있다. 이러한 선행의 거친 정렬은 당업자에게 공지된 방식으로 달성될 수 있다. 예컨대, 광전 센서를 사용하여 웨이퍼를 회전시키고 노치를 위치시키는 트랙 내의 모듈에 의해 수행될 수 있다. 도시된 정렬 로드락 내에는 척 절결부(212, 213, 214)를 갖는 척(211)이 있다. 척 절결부(212 내지 214)는 웨이퍼 지지부(204 내지 206)가 이들 척 절결부(212 내지 214) 내에 수용될 수 있도록 척의 운동 범위를 수용할 정도로 충분히 크다. 이와 같이, 척 절결부(212 내지 214)는 웨이퍼 지지부(204 내지 206)와 대략 일렬이 된다.
도2b는 정렬 로드락의 저부에 대응한다. 특히, 운동 피드쓰루 밀봉부(217)를 갖는 정렬 로드락 플로어(alignment load-lock floor, 216)는 정렬 로드락의 저부에 위치된다. 운동 피드쓰루 밀봉부(217)는 가스가 로드락 내로 유동되는 것을 방지하면서 로드락 플로어에 대해 정렬 스테이지(218)가 배치된 컬럼(230)의 이동을 가능하게 한다. 도시된 특정 실시예에서, 운동 피드쓰루 밀봉부(217)는 이하에서 도3에 대해 상세하게 설명될 벨로우즈를 포함한다. 대신에, 이동 가능한 밀봉부 또는 강자성유체(ferrofluid)의 밀봉부 등의 다른 형태의 운동 피드쓰루 밀봉부가 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
정렬 스테이지(218)는 스테이지 결합 기구(219, 220, 221)를 구비한다. 스테이지 결합 기구는 척(211)의 하부 표면 상에 배치된 척 결합 기구(222 내지 224)를 척에 운동 가능하게 장착시키는 데 사용된다. 중요 영역에서, 척 결합 기구는 예컨대 리소그래피 시스템 내의 다양한 스테이지 상에 위치된 V자형 블록(219 내지 221)과의 결합을 포함하는 응력 및 변형량을 회피하는 운동성 반구일 수 있다. 도시된 실시예에서, 스테이지 결합 기구(219 내지 221)는 운동학적 장착부의 저부 절반을 구성하는 V자형 블록(219 내지 222)을 포함한다. 마찬가지로, 도시된 실시예에서, 척 결합 기구(222 내지 224)는 운동학적 장착부의 상부 절반을 구성하는 반구를 포함한다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 다른 형태의 운동학적 장착부는 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
도시된 실시예에서, 척(211)은 연장된 기간 동안 웨이퍼를 보유할 정도로 충분한 전하량을 유지할 수 있는 정전 척이다. 그러나, 일 실시예에서, 척(211)은 진공 척이다. 정렬 스테이지(218)는 포고(pogo) 접촉부(226, 227)를 갖는 접촉 블록(225)을 추가로 구비한다. 포고 접촉부(226, 227)는 척(211)의 저부 상에 배치된 접촉 패드(226, 227)와 전기 접촉을 이루는 데 사용된다. 일 실시예에서, 포고 접촉부(228, 229)는 금속관으로 제조된 스프링 장착 접촉부이다. 금속관은 금속 바아를 구비한 스프링을 포함한다. 금속 바아는 접촉 패드(228, 229)와 접촉된다. 척(211)은 포고 접촉부(226, 227)와 접촉되어 있을 때 접촉 패드(228, 229)를 통해 대전되고 방전된다. 본 발명은 정전 척에 대해 설명되었지만, 다른 척이 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 예컨대, 진공 척, 기계 클램핑, 척에 웨이퍼를 고정하는 다른 수단이 사용될 수 있는데, 이는 당업자에게 명백하다. 원자외선 가공이 일어나는 고진공 분위기로 인해, 정전 척이 바람직하다.
정렬 스테이지(218)는 컬럼(230)의 상부에 위치된다. 컬럼(230)은 정렬 서 브 스테이지 장착부(232)에 의해 보유되는 정렬 서브 스테이지(231) 상부에 배치된다. 추가 모터 및 제어 요소(도시되지 않음)가 4개의 자유도(회전, 2개의 수평 병진 운동 및 수직 병진 운동)로 그리고 도면 내의 화살표에 의해 지시된 바와 같이 정렬 스테이지를 이동시키는 데 사용되는데, 이는 당업자에게 명백하다. 운동 피드쓰루 밀봉부(217)는 정렬 서브 스테이지(231), 정렬 서브 스테이지 장착부(232) 및 리소그래피 시스템의 나머지 부분으로부터 정렬 로드락 내의 고진공 분위기를 분리시키는 역할을 한다.
이제는 정렬 로드락 내의 요소들의 작동을 설명하기로 한다. 척(211) 및 웨이퍼(207)는 정렬 로드락의 일체형 부품이 아니다는 것을 주목하여야 한다. 오히려, 척(211)은 리소그래피 시스템(100) 내에 사용되는 다수개의 유사한 척 중 1개이다. 마찬가지로, 웨이퍼(207)는 도1의 리소그래피 시스템의 리소그래피 패터닝 챔버(111) 내에서의 리소그래피 패터닝을 위한 트랙(101)으로부터 얻어졌다. 전술된 바와 같이, 웨이퍼(207)는 웨이퍼 지지부(204 내지 206) 상에 위치되기 전에 거친 정렬을 경험할 수도 있다. 이러한 거친 정렬은 카메라(202)의 시야(200) 내에 노치(208)를 위치시키기 위해 수행될 수 있다. 카메라(202)는 노치(208)를 관찰할 수 있으므로, 카메라(202)는 웨이퍼의 시야(209) 내에서 관찰 가능한 곡률 반경으로부터 웨이퍼의 중심 그리고 노치(208)의 위치로부터 웨이퍼의 배향을 모두 결정할 수 있다. 이러한 관점에서, 1개의 카메라(202)가 도2a에 도시되어 있지만 복수개의 이러한 카메라 및 광원(203)이 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 카메라(202)는 노치 위치(209) 및 웨이퍼(206)의 곡 률 반경을 결정하는 데 사용되므로, 1개 이상의 카메라의 사용은 관찰의 정밀도를 증가시키는데, 이는 당업자에게 명백하다. 가장 우수한 결과가 2개의 정반대 카메라(또는 웨이퍼에 대해 동일하게 이격된 카메라)로써 얻어진다.
카메라(202)는 웨이퍼 위치(207)를 결정하도록 시야(209)를 관찰한다. 이러한 웨이퍼 위치는 다음에 패턴 인식 유닛(233)(도시되지 않음)으로 카메라(202)에 의해 출력된다. 패턴 인식 유닛은 정렬 서브 스테이지(232)에 위치 정보를 보낸다. 패턴 인식 유닛은 웨이퍼의 정밀한 배향 및 위치를 인식하므로, 정렬 서브 스테이지(231) 및 정렬 서브 스테이지 장착부(232)를 통해 정렬 스테이지(218)의 위치를 제어할 수 있다. 1개의 척(211)이 웨이퍼(207)와 정렬되면, 척(211)은 웨이퍼(207)까지 위로 이동되어 그에 접촉된다. 웨이퍼(207)와 접촉되면, 척(211)은 정렬 스테이지(218)의 접촉 블록(225)에서 포고 접촉부(226, 227)와 접촉되는 접촉 패드(228, 229)를 통해 대전된다. 척(211)이 대전되기 전 웨이퍼(207)와 정렬되면, 웨이퍼(207)는 그 대전 덕분에 척(211)의 접촉이 견고하게 유지된다. 리소그래피 패터닝 챔버(111) 내의 각각의 웨이퍼 스테이지(112, 113)는 운동학적 장착부를 구비하므로, 리소그래피 패터닝 챔버 내에서의 웨이퍼 스테이지(112, 113) 상의 척 위치의 반복성은 운동학적 장착부의 정확성에 제한된다. V자형 블록 및 반구를 사용하는 도시된 운동학적 장착부는 약 2 ㎛의 반복성을 갖는다. 척(211)은 리소그래피 시스템(100) 내의 그 정전하를 유지할 수 있으므로, 웨이퍼 예컨대 웨이퍼(207)의 정렬은 사용된 운동학적 장착부의 반복성 내에 항상 있게 된다.
도1로 복귀하면, 웨이퍼가 정렬 로드락(104 또는 105) 중 1개 내에 있는 동 안에 정렬 로드락이 펌프 다운을 경험하면서 정렬 및 처킹 작업이 수행될 수 있다는 것은 도2a 및 도2b와 관련된 논의로부터 명백하다. 정렬 로드락(104) 또는 정렬 로드락(105) 내의 웨이퍼가 척에 대해 정렬되어 그 척에 부착되고 펌프 다운이 완료되면, 게이트 밸브(107 또는 108)는 개방되는데, 이 때 로봇(109)이 2개의 정렬 로드락 내부로부터 척 및 웨이퍼를 함께 상승시켜 리소그래피 패터닝 챔버(111)로 이동시킬 수 있다. 로봇(109)은 파지기를 구비하므로, 한번에 2개의 척을 보유할 수 있다. 이와 같이, 로봇(109)은 2개의 정렬 로드락 스테이션 및 2개의 웨이퍼 스테이지 사이에서 척을 신속하게 교환할 수 있다.
도3a는 본 발명의 리소그래피 시스템 내의 플로어 장착 운동 피드쓰루(300)의 예시도이다. 벨로우즈(302)는 로드락 내측의 진공을 유지하면서 로드락 플로어(216)에 대한 샤프트(230)의 수직 및 수평 병진 운동을 가능하게 한다. 벨로우즈(302)는 복수개의 금속 바람직하게는 그 주연 및 내측 모서리에서 용접된 스테인리스강 디스크를 구비한다. 이들 벨로우즈는 칼럼(230)이 진공 밀봉을 유지하면서 6개의 자유도로 이동되게 한다. 베어링(306)은 샤프트 플랜지(308)를 포획하여, 대기압으로 인한 벨로우즈의 붕괴를 방지한다. 밀봉부(304)는 탄성 중합체 밀봉부, 미리 하중이 걸린 테플론 밀봉부 또는 페로플루이딕 밀봉부일 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다. 304 내지 308에 의해 달성된 회전 운동의 전달은 또한 자성 커플링을 통해 달성된다는 것이 또한 명백하다.
도3b는 본 발명의 리소그래피 시스템 내의 벽 장착 운동 피드쓰루(350)의 예시도이다. 챔버벽(354)에 부착된 벨로우즈(352)는 정렬 스테이지(218)의 수직 및 수평 병진 운동을 가능하게 한다. 벨로우즈(352)는 또한 그 중심선(356) 주위에 정렬 스테이지(218)의 제한된 양의 회전을 가능하게 한다. 이러한 배열은 회전 밀봉부를 요구하지 않고, 도3a의 장치보다 누설 경향이 적다. 그러나, 도3a의 회전 밀봉부(304)가 비제한적인 회전을 가능하게 하지만, 벨로우즈(352)만 약간의 각도의 회전 자유도를 가능하게 한다. 제한된 양의 회전은 거친 정렬 단계가 로드락 내에 웨이퍼를 도입하기 전 웨이퍼 상에 수행되면 충분하다. 제2 벽 장착 피드쓰루 기구가 본 발명으로부터 벗어나지 않고 장치의 기계적 안정성을 개선시키기 위해 대향 벽 내의 구멍을 통해 보이는 것에 정반대로 부가될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도4a는 본 발명에 따른 적어도 1개의 양방향 정렬 로드락을 사용하여 리소그래피 시스템 내에서 웨이퍼를 패터닝하는 방법 400의 예시도이다. 이러한 시스템이 효율 및 처리량을 증가시키도록 단지 하나의 양방향 정렬 로드락 또는 복수개의 양방향 정렬 로드락을 포함할 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 양방향 정렬 로드락 시스템을 사용하는 실시예에서, 단방향 정렬 로드락 시스템을 사용하는 실시예와 달리, 양방향 정렬 로드락은 리소그래피 시스템 내로 진입될 때(입력) 트랙(101)으로부터 웨이퍼를 수용할 수 있고 또한 패터닝 후 웨이퍼가 그 내로 진입되게 하며 그로부터 트랙(101)으로 재방출되게 한다. 바꿔 말하면, 웨이퍼는 트랙(101)으로부터 양방향 정렬 로드락으로, 양방향 정렬 로드락으로부터 패터닝 챔버로, 패터닝 후 패터닝 챔버로부터 동일한 양방향 정렬 로드락으로 그리고 양방향 정렬 로드락으로부터 트랙(101)으로 전달될 수 있다.
도4a의 방법 400의 제1 단계에서, 웨이퍼가 양방향 정렬 로드락 내의 웨이퍼 지지부 상에 위치된다. 도1과 관련하여 전술된 바와 같이, 웨이퍼는 양방향 정렬 로드락 내의 지지부 상으로 위치되기 전 트랙으로부터 수용될 수 있다. 양방향 정렬 로드 내의 지지부 상에 웨이퍼를 위치시키는 것은 예컨대 로봇으로써 달성될 수 있다. 도2a와 관련하여 전술된 바와 같이, 양방향 정렬 로드락 내의 웨이퍼 지지부는 후크, 핀 등을 포함할 수 있다. 또한, 도1과 관련하여 전술된 바와 같이, 양방향 정렬 로드락은 웨이퍼 운반 챔버로부터 트랙을 분리시키는 게이트 밸브를 구비한 종래의 로드락 챔버를 포함할 수 있다. 고진공에서 작동되는 리소그래피 시스템에서, 이러한 웨이퍼 운반 챔버는 고진공으로 유지되고 트랙은 대기압으로 유지된다. 양방향 정렬 로드락은 이와 같이 대기압에 전체 장치를 노출시키지 않고 리소그래피 장치 자체 내의 고진공 분위기에 대해 웨이퍼를 전달하는 데 사용된다.
다음 단계 420에서, 웨이퍼는 척에 대해 정렬된다. 전술된 바와 같이, 척은 정전 척, 진공 척 또는 다른 기계 클램핑 특징부를 구비한 척일 수 있다. 다음 단계 421에서, 정렬된 웨이퍼는 척에 고정된다. 척으로의 정렬된 웨이퍼의 고정은 웨이퍼까지 척을 위로 이동시켜 그와 접촉시키고 다음에 정전 척의 경우에 정전 척을 대전시켜 척에 웨이퍼를 고정시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 대전은 정전 척의 저부면 상의 패드와 접촉되는 정렬 스테이지 상의 포고 패드의 사용을 통해 달성된다. 이하에서는 도5와 관련하여 상세하게 단계 420 및 단계 421의 추가 세부 사항을 설명하기로 한다.
단계 425에서, 단계 420 및 단계 421 중 적어도 하나 또는 모두와 동시에, 펌프 다운이 양방향 정렬 로드락 내에서 수행된다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 펌프 다운은 로드락이 그로부터 가스가 배기되어 대기압으로부터 고진공으로 되는 절차이다. 여기에서 설명된 바와 같이, 본 발명자는 척에 대한 웨이퍼의 정렬과 척에 대한 웨이퍼의 고정과 동시에 펌프 다운 작업을 수행함으로써 큰 처리량이 본 발명에 따른 리소그래피 시스템에서 실현될 수 있다는 것을 발견하였다.
다음 단계 430에서, 정렬된 웨이퍼와 함께 척은 리소그래피 패터닝 챔버로 운반된다. 도1과 관련하여 전술된 바와 같이, 양방향 정렬 로드락으로부터 리소그래피 패터닝 챔버로의 척의 운반은 양방향 정렬 로드락과 리소그래피 패터닝 챔버 사이에 배치된 웨이퍼 교환 챔버 내에 위치된 로봇에 의해 달성될 수 있다. 이러한 로봇은 양방향 정렬 로드락과 리소그래피 패터닝 챔버 사이에서의 척의 운반의 큰 효율을 실현하도록 이중 단부 검출기를 가질 수 있다. 대신에, 다른 구조가 양방향 정렬 로드락으로부터 리소그래피 패터닝 챔버로 정렬된 웨이퍼와 함께 척을 운반하는 데 사용될 수 있는데, 이는 당업자에게 명백하다. 예컨대, 척 및 웨이퍼는 노광 스테이지의 운동학적 장착부 상에 위치될 수 있다.
정렬된 웨이퍼와 함께 척이 리소그래피 패터닝 챔버 내로 위치되면, 리소그래피 패터닝은 다음 단계 440에서 수행된다. 이러한 리소그래피 패터닝은 당업자에게 공지된 바와 같은 리소그래피 패터닝 내에서 사용되는 최종 정렬 단계 및 추가 단계를 포함할 수 있다.
단계 450에서, 가공된 웨이퍼와 함께 척은 리소그래피 패터닝 챔버로부터 양방향 정렬 로드락으로의 노광 스테이지의 운동학적 장착부로부터 제거된다. 단계 430과 관련하여 전술된 바와 같이, 리소그래피 패터닝 챔버로부터 양방향 정렬 로드락으로의 가공된 웨이퍼와 함께 척의 운반은 웨이퍼 교환 챔버 내에 위치된 로봇으로써 수행될 수 있다. 더욱이, 웨이퍼와 함께 척은 시스템 내로 진입되는 동일한 양방향 정렬 로드락으로 재복귀될 수 있다.
단계 460에서, 가공된 웨이퍼는 양방향 정렬 로드락 내의 척으로부터 제거된다. 이 단계는 실질적으로 전술된 가공 단계 421의 역이다. 이와 같이, 웨이퍼와 함께 척이 양방향 정렬 로드락으로 복귀되면, 척은 방출될 수 있다. 방출되면, 척은 웨이퍼 지지부에 의해 보유된 웨이퍼를 둔 채로 웨이퍼로부터 이격되어 하강될 수 있다. 단계 460과 동시에, 배기 작업은 단계 465와 동시에 수행된다. 배기는 양방향 정렬 로드락 내의 압력이 고진공으로부터 대기압으로 재복귀되는 공정이다. 단계 420, 단계 421 및 단계 425와 함께, 배기 단계 465는 단계 460과 동시에 수행된다. 펌프 다운 공정과 함께, 척으로부터 웨이퍼를 제거하면서 배기를 수행하는 것은 본 발명에 따른 리소그래피 시스템의 처리량을 추가로 증가시킨다.
최종 단계 470에서, 신규로 패터닝된 웨이퍼는 양방향 정렬 로드락으로부터 제거되고 트랙 상으로 재위치된다. 대신에, 웨이퍼는 리소그래피 장치로부터 이격되어 웨이퍼를 이동시키는 데 사용되는 또 다른 구조 상으로 위치될 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 도4a의 방법 400의 최종 단계 470이 수행된 후, 리소그래피 시스템은 제1 단계 470 전에 존재하는 상태로 복귀된다. 따라서, 방법 400은 다중 웨이퍼의 리소그래피 패터닝을 위해 무한으로 반복될 수 있다.
도4b는 본 발명에 따른 단방향 정렬 로드락을 사용하여 리소그래피 시스템 내에서 웨이퍼를 패터닝하는 방법 472의 예시도이다. 도4b의 방법 472의 제1 단계 474에서, 웨이퍼가 입력 정렬 로드락 내의 웨이퍼 지지부 상에 위치된다. 입력 정렬 로드락은 웨이퍼가 시스템 내로 진입되는 동일한 정렬 로드락을 통해 시스템으로부터 나가지 않기 때문에 단방향이다. 오히려, 패터닝 챔버 내에서 패터닝을 경험한 후 또 다른 정렬 로드락(출력 정렬 로드락)으로 복귀되고 출력 정렬 로드락을 통해 시스템에서 나간다(즉, 트랙(101)으로 전달된다). 도1과 관련하여 전술된 바와 같이, 웨이퍼는 입력 정렬 로드락 내의 지지부 상으로 위치되기 전 트랙으로부터 수용될 수 있다. 입력 정렬 로드락 내의 지지부 상으로 웨이퍼를 위치시키는 것은 예컨대 로봇으로써 달성될 수 있다.
도2a와 관련하여 전술된 바와 같이, 입력 정렬 로드락 내의 웨이퍼 지지부는 후크, 핀 등을 포함할 수 있다. 또한, 도1과 관련하여 전술된 바와 같이, 입력 정렬 로드락은 웨이퍼 운반 챔버로부터 트랙을 분리시키는 게이트 밸브를 구비한 종래의 입력 로드락 챔버를 포함할 수 있다. 고진공에서 작동되는 리소그래피 시스템에서, 이러한 웨이퍼 운반 챔버는 고진공으로 유지되고 트랙은 대기압으로 유지된다. 입력 정렬 로드락은 이와 같이 대기압에 전체 장치를 노출시키지 않고 리소그래피 장치 자체 내의 고진공 분위기 내로 웨이퍼를 전달하는 데 사용된다.
다음 단계 476에서, 웨이퍼는 척에 대해 정렬된다. 여기에서 설명된 바와 같이, 척은 정전 척, 진공 척 또는 다른 기계 클램핑 특징부를 구비한 척일 수 있다. 다음 단계 478에서, 정렬된 웨이퍼는 척에 고정된다. 척으로의 정렬된 웨이퍼의 고정은 웨이퍼까지 척을 위로 이동시켜 그와 접촉시키고 다음에 정전 척의 경 우에 정전 척을 대전시켜 척에 웨이퍼를 고정시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 대전은 정전 척의 저부면 상의 패드와 접촉되는 정렬 스테이지 상의 포고 패드의 사용을 통해 달성된다. 이하에서는 도5와 관련하여 상세하게 단계 476 및 단계 478의 추가 세부 사항을 설명하기로 한다.
단계 480에서, 단계 476 및 단계 478 중 적어도 하나 또는 모두와 동시에, 펌프 다운이 입력 정렬 로드락 내에서 수행된다.
다음 단계 482에서, 정렬된 웨이퍼와 함께 척은 리소그래피 패터닝 챔버로 운반된다. 도1과 관련하여 전술된 바와 같이, 입력 정렬 로드락으로부터 리소그래피 패터닝 챔버로의 척의 운반은 입력 정렬 로드락과 리소그래피 패터닝 챔버 사이에 배치된 웨이퍼 교환 챔버 내에 위치된 로봇에 의해 달성될 수 있다. 대신에, 다른 구조가 입력 정렬 로드락으로부터 리소그래피 패터닝 챔버로 정렬된 웨이퍼와 함께 척을 운반하는 데 사용될 수 있는데, 이는 당업자에게 명백하다. 예컨대, 척 및 웨이퍼는 노광 스테이지의 운동학적 장착부 상에 위치될 수 있다.
정렬된 웨이퍼와 함께 척이 리소그래피 패터닝 챔버 내로 위치되면, 리소그래피 패터닝은 다음 단계 484에서 수행된다. 이러한 리소그래피 패터닝은 당업자에게 공지된 바와 같은 리소그래피 패터닝 내에서 사용되는 최종 정렬 단계 및 추가 단계를 포함할 수 있다.
단계 486에서, 가공된 웨이퍼와 함께 척은 리소그래피 패터닝 챔버로부터 출력 정렬 로드락으로의 노광 스테이지의 운동학적 장착부로부터 제거된다. 출력 정렬 로드락은 입력 정렬 로드락과 동일한 정렬 로드락이 아니다는 것을 주목하여야 한다. 웨이퍼는 리소그래피 패터닝 챔버로부터 퇴출된 후 출력 정렬 로드락을 통해 전달될 뿐이고 트랙(101)으로 재전달될 필요가 있다. 단계 482와 관련하여 전술된 바와 같이, 리소그래피 패터닝 챔버로부터 출력 정렬 로드락으로의 가공된 웨이퍼와 함께 척의 운반은 웨이퍼 교환 챔버 내에 위치된 로봇으로써 수행될 수 있다.
단계 488에서, 가공된 웨이퍼는 출력 정렬 로드락 내의 척으로부터 제거된다. 이 단계는 실질적으로 전술된 가공 단계 478의 역이다. 이와 같이, 웨이퍼와 함께 척이 출력 정렬 로드락으로 전달되면, 척은 방출될 수 있다. 방출되면, 척은 웨이퍼 지지부에 의해 보유된 웨이퍼를 둔 채로 웨이퍼로부터 이격되어 하강될 수 있다. 단계 488과 동시에, 배기 작업은 단계 490과 동시에 수행된다. 단계 476, 단계 478 및 단계 480과 함께, 배기 단계 480은 단계 476과 동시에 수행된다.
최종 단계 492에서, 신규로 패터닝된 웨이퍼는 출력 정렬 로드락으로부터 제거되고 트랙 상으로 재위치된다. 대신에, 웨이퍼는 리소그래피 장치로부터 이격되어 웨이퍼를 이동시키는 데 사용되는 또 다른 구조 상으로 위치될 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 도4b의 방법 472의 최종 단계 492가 수행된 후, 리소그래피 시스템은 제1 단계 474 전에 존재하는 상태로 복귀된다. 따라서, 방법 472는 다중 웨이퍼의 리소그래피 패터닝을 위해 무한으로 반복될 수 있다.
도5는 본 발명에 따른 정렬 로드락 내에서 웨이퍼를 정렬시키는 방법의 예시도이다. 제1인 단계 510에서, 웨이퍼가 웨이퍼 지지부 상에 위치된다. 여기에서 전술된 바와 같이, 이러한 웨이퍼 지지부는 후크, 핀 등을 포함할 수 있다. 또한, 여기에서 전술된 바와 같이, 웨이퍼는 로봇 또는 다른 웨이퍼 운반 기구의 사용을 통해 웨이퍼 지지부 상에 위치될 수 있는데, 이는 당업자에게 명백하다.
다음 단계 520에서, 웨이퍼의 배향 및 위치가 관찰된다. 도2a와 관련하여 전술된 바와 같이, 이러한 관찰은 정렬 로드락의 외측에 위치된 예컨대 카메라 및 조사 광원으로써 수행될 수 있다. 웨이퍼의 위치는 카메라의 시야 내에서 관찰된 웨이퍼의 곡률 반경을 분석함으로써 카메라에 의해 관찰된다. 웨이퍼와 관련하여 여기에서 사용된 용어 "위치"는 XY 평면 내에서 웨이퍼의 위치를 의미한다. 이와 같이, 웨이퍼의 곡률 반경을 관찰함으로써, 웨이퍼의 중심의 위치는 패턴 인식 유닛으로써 결정될 수 있다. 이러한 패턴 인식 유닛과 여기에서 전술된 형태와 같은 카메라 및 조사 광원과 관련된 작동은 당업자에게 공지되어 있다.
웨이퍼의 특정 배향(즉, 그 중심에 대한 그 각도 배향)은 또한 카메라의 시야 내에 위치된 웨이퍼 내의 노치의 위치를 주목함으로써 결정된다. 노치가 초기 관찰 시 카메라의 시야 내에 위치되는 것을 보증하기 위해, 거친 정렬이 도5에 도시된 방법 전 일어날 수 있다. 이러한 거친 정렬은 예컨대 트랙의 내측에 위치될 수 있는 모서리 센서를 구비한 웨이퍼 스피닝 모듈의 사용을 포함할 수 있다. 이러한 거친 예비 정렬 기술은 당업자에게 공지되어 있고 여기에서 완전히 설명하지 않기로 한다. 웨이퍼 위치 및 배향의 관찰은 단일 카메라의 관점에서 설명되었지만, 좁은 시야를 갖는 다중 카메라가 정렬의 정확성을 향상시키는데 사용될 수 있다. 웨이퍼의 원주를 따라 상이한 시점(viewpoint)에 배향된 다중 카메라를 사용함으로써, 중심의 위치 및 노치의 배향은 단일 카메라를 사용함으로써 정밀하게 결 정될 수 있다.
단계 520과 동시에 수행될 수 있는 단계 525에서, 척이 그에 대해 웨이퍼를 정렬시키도록 이동된다. 여기에서 전술된 바와 같이, 이러한 척은 정전 척, 진공 척 등일 수 있다. 척은 도2b와 관련하여 설명된 정렬 스테이지 등의 사용을 통해 웨이퍼에 대해 이동된다. 정렬 스테이지의 이동은 웨이퍼를 관찰하는 데 사용되는 카메라로부터 데이터를 수용하는 동일한 패턴 인식 유닛에 의해 제어된다. 패턴 인식 유닛은 웨이퍼의 정밀한 위치를 인식한다. 패턴 인식 유닛은 또한 정렬 스테이지로부터의 위치 피드백 덕분에 정렬 스테이지의 정밀한 위치를 인식한다. 카메라에 의한 척의 직접 관찰에 의해, 패턴 인식 유닛은 웨이퍼가 척에 대해 정렬될 때까지(척의 직경은 웨이퍼의 직경보다 큼) 정렬 스테이지가 척을 이동시킬 수 있게 한다.
척 및 웨이퍼가 서로에 대해 정렬되면, 웨이퍼와 접촉되도록 척을 위치시키는 후속 단계 530이 수행된다. 이는 예컨대 웨이퍼의 저부면과 물리적으로 접촉될 때까지 상향으로 척을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 도2a와 관련하여 전술된 바와 같이, 척은 예컨대 웨이퍼를 보유하는 웨이퍼 지지부를 수용하도록 절결부를 가질 수 있다. 이와 같이, 척이 웨이퍼의 저부면과 접촉되도록 상향으로 이동될 때, 웨이퍼 지지부는 척 절결부 내에 위치되기 때문에 척과 방해되지 않는다. 척이 웨이퍼와 접촉되도록 위치되면, 척은 다음 단계 540에서 웨이퍼에 고정된다. 웨이퍼에 척을 고정하는 것은 정전 척의 경우에 척을 대전시킴으로써 달성될 수 있다. 대신에, 웨이퍼에 척을 고정하는 것은 진공 척 내의 진공을 활성화시킴으로써 수행될 수 있다. 웨이퍼에 척을 고정하는 다른 방법은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 수행될 수 있다.
웨이퍼가 단계 540에서 척에 고정되면, 척은 웨이퍼와의 정렬을 유지하면서 본 발명에 따른 리소그래피 시스템 내에서 이동될 수 있다. 척에는 운동학적 장착 특징부가 갖춰져 있으므로, 노광 스테이지에 대한 웨이퍼의 정렬은 리소그래피 시스템 내에 사용된 운동학적 장착부의 반복성 내에 항상 있다. 전형적으로, 이러한 장착의 반복성은 대략 2 ㎛ 이내이다. 반면에, 로봇 및 파지기의 반복성은 전형적으로 수백 ㎛이다. 그러므로, 로봇 이동에 후속하여 미세 정렬을 수행하는 종래의 단계는 척에 부착되어 있는 상태로 웨이퍼를 이동시킴으로써 회피될 수 있다. 미세 정렬은 여전히 필요하다. 그러나, 로봇 이동에 후속하여 미세 정렬을 수행하는 것은 미세 정렬 공정을 용이하게 한다. 이와 같이, 도1과 관련하여 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 리소그래피 시스템은 시스템 내에서 다중 척을 사용함으로써 높은 수준 예컨대 120매 웨이퍼/시간의 처리량을 달성할 수 있다.
본 발명은 진공 내에서 작동되는 리소그래피 시스템에 대하여 설명되었지만, 본 발명은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 비진공 시스템으로서 실시될 수 있다. 이러한 시스템에서, 정렬 로드락으로서 전술된 것은 로드락의 펌프 다운 및 배기 특성이 없는 정렬 및 처킹 스테이션일 수 있다. 더욱이, 전술된 펌프 다운 및 배기 단계가 없는 본 발명에 따른 방법이 수행될 수 있다.
결론
본 발명의 다양한 실시예가 위에 설명되었지만, 이들은 단지 예로서 제공되었을 뿐이고 제한이 아니라는 것이 이해되어야 한다. 다양한 형태의 변화 및 세부 사항이 첨부된 특허청구범위에서 한정된 바와 같은 본 발명의 사실 및 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 이와 같이, 본 발명의 폭 및 범주는 전술된 예시 실시예 중 임의의 것에 의해 제한되지 말아야 하고, 다음의 특허청구범위 및 그 등가물에 따라서만 한정되어야 한다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼가 척에 부착되어 정렬된 상태로 리소그래피 시스템 내에서 운반됨으로써 생산 처리량을 최대화시키는 웨이퍼 취급 시스템 및 방법이 제공된다.

Claims (37)

  1. 리소그래피 패터닝 챔버와,
    리소그래피 패터닝 챔버에 결합된 웨이퍼 교환 챔버와,
    제1 게이트 밸브에 의해 웨이퍼 교환 챔버로부터 분리되고 웨이퍼를 정렬시키는 정렬 스테이지를 구비한 1개 이상의 정렬 로드락
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  2. 리소그래피 패터닝 챔버와,
    리소그래피 패터닝 챔버에 결합된 웨이퍼 교환 챔버와,
    제1 게이트 밸브에 의해 웨이퍼 교환 챔버로부터 분리되고 웨이퍼를 정렬시키는 정렬 스테이지를 구비한 1개 이상의 정렬 로드락을 포함하고, 상기 리소그래피 시스템은 웨이퍼가 고정되는 1개 이상의 척을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 웨이퍼 교환 챔버는 제2 게이트 밸브에 의해 리소그래피 패터닝 챔버로부터 분리된 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 정렬 스테이지는 펌프 다운 스테이지 중에 웨이퍼를 정렬시키는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1개 이상의 정렬 로드락은 제3 게이트 밸브에 의해 트랙으로부터 분리된 양방향 정렬 로드락인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1개 이상의 정렬 로드락은 제3 게이트 밸브에 의해 트랙으로부터 분리된 단방향 정렬 로드락인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 1개 이상의 정렬 로드락은 복수개의 정렬 로드락을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1개 이상의 정렬 로드락은 제1 벽과 그로부터 정반대인 제2 벽을 포함하고, 제1 벽은 컬럼이 이동하게 하고 회전 밀봉부의 필요를 방지하는 운동 피드쓰루 밀봉부를 포함하는 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 제2 벽은 컬럼이 이동하게 하고 리소그래피 시스템의 증가된 안정성을 가능하게 하는 운동 피드쓰루 밀봉부를 포함하는 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 복수개의 정렬 로드락은 단방향 정렬 로드락을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제3 게이트 밸브에 의해 웨이퍼 교환 챔버로부터 분리된 예비 척 보유 로드락을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 검사 파장을 갖는 광을 방출하는 조사 광원과, 검사 파장에 민감한 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 1개 이상의 정렬 로드락은 검사 파장을 통과시키는 로드락 루프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1개 이상의 정렬 로드락은 그 안에 웨이퍼를 보유하는 웨이퍼 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1개 이상의 정렬 로드락은 그 플로어를 통해 연장되는 컬럼에 의해 1개 이상의 정렬 로드락의 외측에 배치된 정렬 서브 스테이지로부터 분리된 정렬 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 정렬 스테이지는 척을 운동학적으로 장착시키는 복수개의 스테이지 결합 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 스테이지 결합 기구는 V자형 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 1개 이상의 정렬 로드락의 플로어는 그 내로의 가스 유동을 방지하면서 컬럼이 그 플로어에 대해 이동하게 하는 운동 피드쓰루 밀봉부를 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 운동 피드쓰루 밀봉부는 벨로우즈, 탄성 중합체 밀봉부, 테플론 밀봉부, 강자성 유체의 밀봉부 및 자성 커플링으로 구성된 그룹으로부터 선택된 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  20. 제2항에 있어서, 1개 이상의 척은 정전 척인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  21. 제2항에 있어서, 1개 이상의 척은 진공 척인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  22. 제2항에 있어서, 1개 이상의 척은 복수개의 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  23. 제2항에 있어서, 1개 이상의 척은 복수개의 웨이퍼 지지부에 접촉되지 않고 복수개의 웨이퍼 지지부에 의해 보유된 웨이퍼와 접촉될 수 있도록 복수개의 절결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  24. 제2항에 있어서, 1개 이상의 척은 이를 운동학적으로 장착시키는 하부면 상의 복수개의 척 결합 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 척 결합 기구는 반구형인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  26. 제1항 또는 제2항에 있어서, 리소그래피 패터닝 챔버는 리소그래피 패터닝 중에 웨이퍼와 함께 척을 보유하는 1개 이상의 노광 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 1개 이상의 노광 스테이지는 복수개의 노광 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  28. 리소그래피 시스템 내에서 웨이퍼를 가공하는 방법에 있어서,
    (a) 정렬 로드락 내의 지지부 상에 웨이퍼를 위치시키는 단계와,
    (b) 웨이퍼가 지지부 상에서 정렬 로드락 내에 지지되면서 척에 대해 웨이퍼를 정렬시키는 단계와,
    (c) 척에 웨이퍼를 고정시키는 단계와,
    (d) 정렬 로드락 내에 진공을 형성하도록 펌프 다운을 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 단계 (d)는 단계 (b) 및 단계 (c) 중 1개 이상의 단계와 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 단계 (d)는 단계 (b) 및 단계 (c)와 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제29항에 있어서, (e) 리소그래피 패터닝 챔버로 척 및 웨이퍼를 운반하는 단계와, (f) 웨이퍼 상에 리소그래피 패터닝을 수행하는 단계와, (g) 정렬 로드락으로 웨이퍼 및 척을 복귀시키는 단계와, (h) 웨이퍼로부터 척을 제거하는 단계와, (i) 정렬 로드락을 배기시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제31항에 있어서, 단계 (h) 및 단계 (i)는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 정렬 로드락 내에서 웨이퍼를 정렬시키는 방법에 있어서,
    (a) 정렬 로드락 내의 지지부 상에 웨이퍼를 위치시키는 단계와,
    (b) 정렬 로드락 내의 지지부 상의 웨이퍼의 위치 및 배향을 관찰하는 단계와,
    (c) 척에 대해 웨이퍼를 정렬시키도록 척을 이동시키는 단계와,
    (d) 웨이퍼와 접촉되도록 척을 위치시키는 단계와,
    (e) 척에 웨이퍼를 고정시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 단계 (b)는 정렬 로드락의 외측에 위치된 카메라로 정렬 로드락 내의 지지부 상의 웨이퍼의 위치 및 배향을 관찰하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제33항에 있어서, 단계 (d)는 척이 지지부로부터 이격되도록 웨이퍼를 상승시킬 때까지 상향으로 척을 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제33항에 있어서, 척은 정전 척이고, 단계 (e)는 정전 척을 대전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 리소그래피 패터닝 챔버와,
    리소그래피 패터닝 챔버에 인접한 웨이퍼 교환 챔버와,
    웨이퍼 교환 챔버에 인접한 1개 이상의 정렬 처킹 스테이션과,
    복수개의 척을 포함하고,
    웨이퍼가 복수개의 척의 각각의 척에 부착되면서 리소그래피 패터닝 챔버로 그리고 그로부터 이동되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
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