KR100745371B1

KR100745371B1 - 자기부상형 웨이퍼 스테이지

Info

Publication number: KR100745371B1
Application number: KR1020060102676A
Authority: KR
Inventors: 이석균
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2007-08-02
Also published as: US7633186B2; US20080094603A1; US7868488B2; US20100045960A1

Abstract

본 발명은 노광하기 위한 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 상에 부양시킨 후 노광패턴을 형성하도록 하는 자기부상형 웨이퍼 스테이지에 관한 것이다.

반도체 제조용 스테퍼설비에서 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼를 자기부상하여 패턴을 형성하도록 하고, 노광패턴 공정 시 파티클로 인한 로컬포커싱이나 디포커싱의 유발을 방지하는 하기 위한 본 발명의 자기부상형 웨이퍼 스테이지는, 하부면이 +극성의 자성체를 갖는 웨이퍼와, 반송 로봇으로부터 상기 웨이퍼를 인계 받아 자기부상하도록 하는 웨이퍼 테이블과, X, Y 방향좌표에 대응하여 상기 웨이퍼의 위치를 변위시키기 위한 제어명령을 발생하는 주제어부와, 상기 주제어부의 제어명령을 받아 전자석의 +, -극성결정신호를 출력하는 위치제어부와, 상기 위치제어부로부터 +, -극성결정신호를 받아 상기 다수의 전자석으로 전류를 공급하는 전자석 구동회로를 구비하고,

상기 다수의 전자석은 상기 전자석 구동회로로부터 공급되는 전류에 의해 +극성이나 -극성을 유지하여 상기 웨이퍼를 자기부양시키는 동시에 상기 웨이퍼의 위치이동을 시키도록 하여 노광패턴 공정을 진행한다.

스테퍼설비, 노광장치, 웨이퍼 스테이지, 자기부상 웨이퍼 스테이지

Description

자기부상형 웨이퍼 스테이지{DEVICE FOR CLEANING WAFER CHUCK OF SEMICONDUCTOR STEPPER}

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노광설비 내부에 설치되는 웨이퍼 스테이지의 사시도

도 2는 도 1의 테이블(140) 상에 웨이퍼(150)가 부양된 상태의 정면도

도 3a는 제1코팅막(142)이 형성된 테이블(140)의 평면도

도 3b는 제2코팅막(152)이 형성된 웨이퍼(150)의 평면도

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 웨이퍼 스테이지의 구성도

삭제

도 5는 도 4의 웨이퍼 테이블(10)을 구동하는 장치의 구성도

도 6은 웨이퍼 테이블(10)상에 자기부상된 웨이퍼(12)를 위치이동하기 위한 동작설명의 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 웨이퍼 테이블 12: 웨이퍼

20: 주제어부 22: 위치제어부

24: 전자석 구동회로

본 발명은 반도체 노광설비의 웨이퍼 스테이지에 관한 것으로, 특히 노광하기 위한 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 상에 부양시킨 후 노광패턴을 형성하도록 하는 자기부상형 웨이퍼 스테이지에 관한 것이다.

통상적으로 반도체장치를 제조하기 위한 웨이퍼는 세정, 확산, 포토레지스트 코팅, 노광, 현상, 식각 및 이온주입 등과 같은 공정을 반복하여 거치게 되며, 이들 과정별로 해당 공정을 수행하기 위한 설비가 사용된다.

이러한 설비 중 스테퍼는 광원으로부터 주사되는 광으로 웨이퍼 상에 코팅된 포토레지스트를 노광시켜서 후속되는 현상 및 식각공정을 거쳐 웨이퍼에 원하는 패턴을 형성토록 하는 것이다.

포토레지스트가 코팅된 웨이퍼는 소정 수량 단위로 캐리어에 실려서 이송되며, 캐리어는 스테퍼 내부의 테이블로 로딩된다. 보통 스테퍼에서 웨이퍼의 노광은 낱장 단위로 이루어지므로 노광이 시작되면 웨이퍼를 한 매씩 꺼내기 위하여 페치아암(Fetch Arm)이 캐리어 내부로 들어가서 웨이퍼를 집게 되고, 이 상태에서 테이블이 한 피치(Pitch) 만큼 다운(Down)됨에 따라서 웨이퍼가 캐리어 밖으로 꺼내어진다. 캐리어 밖으로 웨이퍼가 꺼내어지면 휭슬라이더가 페치아암의 웨이퍼를 받기 위하여 이동되고, 웨이퍼는 횡슬라이더에 실려서 노광을 위한 지점으로 이동된다. 웨이퍼에 소정 패턴을 형성하기 위해 사용되는 스테퍼는 웨이퍼에 각 단위 칩마다 정렬 및 노광을 실시하여 패턴을 형성시킨다.

이러한 노광장치의 웨이퍼 스테이지는 스테이지 상에 웨이퍼를 이송하는 세라믹 척(테이블)과, 이 세라믹 척을 X,Y축으로 이동시키는 구동장치를 갖는다. 웨이퍼 상에 패턴을 노광하기 위해 이송아암은 세라믹 척 위에 웨이퍼를 로딩하고, 노광이 완료되면 이송아암은 세라믹척 상에서 웨이퍼를 언로딩한다.

이러한 동작을 반복할 때 웨이퍼의 이면 또는 챔버 자체내에서 발생되는 파티클이 세라믹 척 위에 쌓이게 되는데 이때 파티클은 웨이퍼 패턴에 디포커스(Defous)를 유발하여 품질불량을 발생한다. 즉, 세라믹 척위에 파티클이 발생하면 현재 진행하던 웨이퍼들의 공정이 끝난 다음 설비를 정지시키고 웨이퍼 스테이지의 환경을 유지시키는 에어와 베큠을 해제시킨 후 다음 웨이퍼 스테이지를 지탱하고 있는 스톤(Stone)을 설비 외부로 꺼낸다음 엔지니어가 직접 세정툴을 이용하여 크리닝하고 있다.

이와 같이 웨이퍼 척이나 웨이퍼 이면(Wafer Back side)에 파티클로 인한 오염으로 디포커스가 유발되는 것을 해결하기 위해 웨이퍼가 재치되는 웨이퍼 척 평 판상의 테이블을 비접촉으로 부상시키고 위치를 결정하는 위치결정장치가 미합중국 특허 5,196,745호에 개시되어 있다. 미합중국 특허 5,196,745호는 웨이퍼가 재치되는 테이블의 상하면에 외측이 N극 및 S극으로 되어 있는 영구자석을 교대로 2차원적으로 배치하고, 그 테이블이 수납되는 고정체측에 영구자석에 대응하는 다상코일 열을 배치하도록 하고 있다.

이러한 비접촉방식의 위치결정장치는 가동체로서 테이블의 상하면에 극성이 교대로 반전하는 복수의 영구자석이 장착되기 때문에 테이블이 대형화되고 중량도 무거워지는 문제가 있었다.

또한 다상코일에 의한 연직방향의 추진력이 상당히 작고, 그 연직방향의 추진력만으로 큰 중량의 테이블을 부상(浮上)시키는 것이 어려운 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 반도체 제조용 스테퍼설비에서 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼를 자기부상하여 패턴을 형성하도록 하는 자기부상형 웨이퍼 스테이지를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼를 자기부상하여 노광할 때 파티클로 인한 로컬포커싱이나 디포커싱의 유발을 방지하는 자기부상형 웨이퍼 스테이지를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 노광설비의 자기부상형 웨이퍼 스테이지는, 스테이지 홈 상부 좌, 우측 끝단부에 대칭으로 설치된 Y축 이동부재와, 상기 좌, 우측에 설치된 Y축 이동부재 사이를 가로지르는 X축 이동부재와, 상기 Y축 이동부재의 왕복 직선 이동의 구동력을 발생시키는 제1 구동 모터와, 상기 X축 이동부재의 왕복 직선 이동의 구동력을 발생시키는 제2구동 모터와, 상기 X축 이동부재 상에 설치되어 반송 로봇으로부터 웨이퍼를 인계 받아 자기부상하도록 하는 테이블로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 테이블의 상부면에는 +극성의 자성체를 갖는 제1코팅막이 형성되어 있고, 상기 웨이퍼의 하부면에는 +극성의 자성체를 갖는 제2코팅막이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 코팅막은 자석필름임을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 양에 따른 자기부상형 웨이퍼 스테이지는, 하부면이 +극성의 자성체를 갖는 웨이퍼와, 반송 로봇으로부터 상기 웨이퍼를 인계 받아 자기부상하도록 하는 웨이퍼 테이블로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼 테이블은 컬럼 및 로우 방향으로 각각 다수의 전자석이 배치됨을 특징으로 한다.

X, Y 방향좌표에 대응하여 상기 웨이퍼의 위치를 변위시키기 위한 제어명령을 발생하는 주제어부와, 상기 주제어부의 제어명령을 받아 전자석의 +, -극성결정신호를 출력하는 위치제어부와, 상기 위치제어부로부터 +, -극성결정신호를 받아 상기 다수의 전자석으로 전류를 공급하는 전자석 구동회로를 더 구비하고,

상기 다수의 전자석은 상기 전자석 구동회로로부터 공급되는 전류에 의해 +극성이나 -극성을 유지하여 상기 웨이퍼를 자기부양시키는 동시에 상기 웨이퍼의 위치이동을 시킴을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노광설비 내부에 설치되는 웨이퍼 스테이지의 사시도이고,

장치를 지지하는 스테이지 홈(Stage Home)(110)과, 상기 스테이지 홈(110) 상부 좌, 우측 끝단부에 대칭으로 설치된 Y축 이동부재(120)와, 상기 좌, 우측에 설치된 Y축 이동부재(120) 사이를 가로지르는 X축 이동부재(130)와, 상기 Y축 이동부재(120)의 왕복 직선 이동의 구동력을 발생시키는 제1 구동 모터(122)와, 상기 X축 이동부재(130)의 왕복 직선 이동의 구동력을 발생시키는 제2구동 모터(132)와, 상기 X축 이동부재(130)상에 설치되어 반송 로봇(미도시됨)으로부터 웨이퍼(150)를 인계 받아 자기부상하도록 하는 테이블(140)로 구성되어 있다.

도 2는 도 1의 테이블(140) 상에 웨이퍼(150)가 부양된 상태의 정면도이다.

테이블(140)의 상부면에는 +극성의 자성체를 갖는 제1코팅막(142)이 형성되어 있고, 웨이퍼(150)의 하부면에는 +극성의 자성체를 갖는 제2코팅막(152)이 형성 되어 있다.

도 3a는 제1코팅막(142)이 형성된 테이블(140)의 평면도이고,

도 3b는 제2코팅막(152)이 형성된 웨이퍼(150)의 평면도이다.

웨이퍼(150)의 하부면에는 +극성을 갖는 영역으로 형성되어 있다.

상술한 도 1 내지 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.

웨이퍼 스테이지(100)는 설비를 지지하는 스테이지 홈(110)이 형성되어 있고, 이 스테이지 홈(110)의 상부 좌, 우측 끝단부에 대칭으로 Y축 이동부재(120)가 각각 설치되어 있고, 좌,우측 Y축 이동부재(120) 사이에는 X축 이동부재(130)가 가로질러서 설치되어 있다.

그리고, 상기 Y축 이동부재(120)의 왕복 직선 이동의 구동력을 발생시키는 제1 구동 모터(122)가 상기 Y축 이동부재(120) 상에 설치되어 있고, 상기 X축 이동부재(130)의 왕복 직선 이동의 구동력을 발생시키는 제2구동 모터(132)가 X축 이동부재(130) 상에 설치되어 있다. 상기 웨이퍼 스테이지(100)에는 반송 로봇(미도시됨)으로부터 웨이퍼(150)를 인계 받아 자기부상하도록 하는 테이블(140)이 설치되어있다.

한편, 테이블(140)에는 +극성을 갖는 제1코팅막(142)이 코팅되어 있다. 웨이퍼(150)의 하부면에는 +극성을 갖는 제2코팅막(152)이 코팅되어 있다. 상기 테이블(140)의 상부면과 웨이퍼(150)의 하부면에는 제1 및 제2 코팅막(142, 152)이 코팅되어 있으나, 자성체를 갖는 자석필름을 부착할 수도 있다.

반송로봇에 의해 웨이퍼(50)가 이송되어 테이블(140)에 놓여지게 되면 테이블(140)의 제1코팅막(142)의 +극성과 웨이퍼(150)의 코팅막(152)의 +극성 간의 반발력에 의해 웨이퍼(150)가 공중에 부양하게 된다. 이렇게 테이블(140)상에 웨이퍼(150)가 부양된 상태에서 테이블(140)을 X, Y방향으로 이동시키면서 노광패턴공정을 진행하게 된다. 이때 웨이퍼(150)가 테이블(140)상에 부양되는 원리는 테이블(140)의 +극성을 갖는 제1코팅막(142)과 웨이퍼(150)의 +극성을 갖는 제2코팅막(152)이 서로 반발력에 의해 밀어내게되어 테이블(140) 상에 웨이퍼(150)가 부양(浮揚)하게 된다. 이러한 상태에서 웨이퍼(150)를 X, Y방향으로 이동시키고자 할때 테이블(140)을 일정거리 이동시키게 되면 테이블(140) 상에 부양되어 있는 웨이퍼(150)가 따라서 이동된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 웨이퍼 스테이지의 구성도이다.

하부면이 +극성의 자성체를 갖는 웨이퍼(12)와,

반송 로봇(미도시됨)으로부터 상기 웨이퍼(12)를 인계 받아 자기부상하도록 하는 웨이퍼 테이블(10)로 구성되어 있다.

상기 웨이퍼 테이블(10)은 컬럼(COLUMN) 및 로우(ROW) 방향으로 각각 다수의 전자석(a1~j10)이 배치되어 있다.

도 5는 도 4의 웨이퍼 테이블(10)을 구동하는 장치의 구성도이다.

X, Y 방향좌표에 대응하여 웨이퍼(12)의 위치를 변위시키기 위한 제어명령을 발생하는 주제어부(20)와,

상기 주제어부(20)의 제어명령을 받아 전자석의 +, -극성결정신호를 출력하 는 위치제어부(22)와,

상기 위치제어부(22)로부터 +, -극성결정신호를 받아 다수의 전자석(a1~j10)으로 전류를 공급하는 전자석 구동회로(24)와,

상기 전자석 구동회로(24)로부터 공급되는 전류에 의해 +극성이나 -극성을 유지하여 웨이퍼(12)를 자기부양시키는 동시에 웨이퍼(12)의 위치이동을 시키는 다수의 전자석(a1~j10)으로 구성되어 있다.

도 6은 웨이퍼 테이블(10)상에 자기부상된 웨이퍼(12)를 위치이동하기 위한 동작설명의 예시도이다.

상술한 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.

웨이퍼 테이블(10)에는 상부면에 컬럼 및 로우방향으로 다수의 전자석(a1~j1)이 메트릭스 형태로 배치되어 있다. 웨이퍼(12)의 저면에는 +극성을 갖는다. 주제어부(20)는 X, Y 방향좌표에 대응하여 웨이퍼(12)의 위치를 변위시키기 위한 제어명령을 발생한다. 위치제어부(22)는 상기 주제어부(20)의 제어명령을 받아 전자석의 +, -극성결정신호를 전자석 구동회로(24)로 출력한다. 전자석 구동회로(24)는 상기 위치제어부(22)로부터 +, -극성결정신호를 받아 다수의 전자석(a1~j10)으로 전류를 공급한다. 이때 다수의 전자석(a1~j10)은 모두 +극성을 갖도록 전류가 공급된다. 그러면 웨이퍼(12)는 다수의 전자석(a1~j10)으로부터 발생되는 +극성과 웨이퍼(12)의 +극성간의 반발력에 의해 공중에 부양하게 된다.

이러한 상태에서 웨이퍼(12)를 우측방향으로 이동시키고자 할때 도 6과 같이 전자석구동회로(24)에 의해 웨이퍼 테이블(10)의 우측가장자리에 배치된 다수의 전자석(a10, b10, c10, d10, e10, f10, g10, h10, i10, j10)으로 -극성을 갖도록 전류를 일정시간 공급한다. 이때 +극성을 갖는 웨이퍼(12)는 -방향으로 끌려가게 되어 웨이퍼(12)가 부상한 상태에서 우측으로 움직인다.

또한 웨이퍼(12)를 상부방향으로 이동시키고자 할때 도 6과 같이 전자석구동회로(24)에 의해 웨이퍼 테이블(10)의 상부가장자리에 배치된 다수의 전자석(a1, a2, a3, a4, a5, a6 a7, a8, a9, a10)으로 -극성을 갖도록 전류를 일정시간 공급한다. 이때 +극성을 갖는 웨이퍼(12)는 -방향으로 끌려가게 되어 웨이퍼(12)가 부상한 상태에서 상부측으로 움직인다.

또한 좌측이나 하부방향으로 웨이퍼(12)를 이동시키는 것도 이와 동일하게 웨이퍼 테이블(10)의 좌측가장자리에 배치된 다수의 전자석(a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1)이나 하부가장자리에 배치된 전자석(j1, j2, j3, j4, j5, j6, j7, j8, j9, j10)으로 -극성을 갖도록 전류를 일정시간 공급한다.

웨이퍼 스테이지(10)는 전기가 흘러야 하며, 그 재질은 니오븀, 티타늄합금을 사용한다. 웨이퍼 스테이지(10)에 배치된 다수의 자석(a1~j1)은 초전도자석을 사용한다. 초전도현상은 어떤 물질을 절대온도 0도(섭씨 영하 273℃)에 가까운 극저온 상태로 냉각시키면 갑자기 전기저항이 없어지는 물리적 현상을 나타낸다. 초전도 물체는 이상태에서 전류를 거의 무제한으로 흘려줄 수 있게 되어 매우 강력한 자석을 만들거나 전력손실이 없는 송전선을 만드는데 쓰인다. 초전도 자석에 사용된 코일은 전기저항이 거의 0에 가깝다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 웨이퍼 테이블의 상부면과 웨이퍼의 저면 간에 동일한 극성의 자성체를 형성하여 서로간의 반발력에 의해 웨이퍼 테이블 위에 웨이퍼가 자기부상하도록 한후 노광패턴공정을 진행하도록 하여 본 발명을 실시할 수 있는 것이 명백하다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

이상에서, 본 발명에 따른 노광 설비에서의 웨이퍼 스테이지 유닛의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 웨이퍼 테이블의 상부면과 웨이퍼의 저면 간에 동일한 극성의 자성체를 형성하여 서로간의 반발력에 의해 웨이퍼 테이블 위에 웨이퍼가 자기부상하도록 한후 노광패턴공정을 진행하도록 하므로, 전기적 에너지를 이용하여 기계적인 마모등의 원인으로 인한 소모품을 줄여 원가를 절감할 수 있고, 파티클 발생으로 인한 로컬포커싱이나 디포커싱불량 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims

노광설비의 자기부상형 웨이퍼 스테이지에 있어서,

스테이지 홈 상부 좌, 우측 끝단부에 대칭으로 설치된 Y축 이동부재와,

상기 좌, 우측에 설치된 Y축 이동부재 사이를 가로지르는 X축 이동부재와,

상기 Y축 이동부재의 왕복 직선 이동의 구동력을 발생시키는 제1 구동 모터와,

상기 X축 이동부재의 왕복 직선 이동의 구동력을 발생시키는 제2구동 모터와,

상기 X축 이동부재 상에 설치되어 반송 로봇으로부터 웨이퍼를 인계 받아 자기부상하도록 하는 테이블로 구성됨을 특징으로 하는 자기부상형 웨이퍼 스테이지.
제1항에 있어서,

상기 테이블의 상부면에는 +극성의 자성체를 갖는 제1코팅막이 형성되어 있고, 상기 웨이퍼의 하부면에는 +극성의 자성체를 갖는 제2코팅막이 형성됨을 특징으로 하는 자기부상형 웨이퍼 스테이지.
제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 코팅막은 필름자석임을 특징으로 하는 자기부상형 웨이퍼 스테이지.
자기부상형 웨이퍼 스테이지에 있어서,

하부면이 +극성의 자성체를 갖는 웨이퍼와,

반송 로봇으로부터 상기 웨이퍼를 인계 받아 자기부상하도록 하는 웨이퍼 테이블로 구성됨을 특징으로 하는 자기부상형 웨이퍼 스테이지.
제4항에 있어서,

상기 웨이퍼 테이블은 컬럼 및 로우 방향으로 각각 다수의 전자석이 배치됨을 특징으로 하는 자기부상형 웨이퍼 스테이지.
제5항에 있어서,

X, Y 방향좌표에 대응하여 상기 웨이퍼의 위치를 변위시키기 위한 제어명령을 발생하는 주제어부와,

상기 주제어부의 제어명령을 받아 전자석의 +, -극성결정신호를 출력하는 위치제어부와,

상기 위치제어부로부터 +, -극성결정신호를 받아 상기 다수의 전자석으로 전류를 공급하는 전자석 구동회로를 더 구비하고,

상기 다수의 전자석은 상기 전자석 구동회로로부터 공급되는 전류에 의해 +극성이나 -극성을 유지하여 상기 웨이퍼를 자기부양시키는 동시에 상기 웨이퍼의 위치이동을 시킴을 특징으로 하는 자기부상형 웨이퍼 스테이지.