KR100854222B1 - 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 웨이퍼를 자동으로 레벨링시켜 재현성 및 생산성을 현저하게 증대시킨 노광장치를 제공한다. 본 발명에 따른 노광장치는 웨이퍼가 장착되는 프레임, 상기 웨이퍼에 전면에 광을 입사하고 반사광을 수집하여 전류 신호로 바꾸는 광학계, 상기 프레임의 저면에 배치되어 상기 프레임의 기울기를 조정하는 레벨링부, 상기 광학계로부터의 전류신호와 기 설정된 웨이퍼 기울기 정보를 비교하여 상기 레벨링부를 구동하는 제어부를 포함한다.
노광장치, 웨이퍼, 레벨링, 자동

Description

노광 장치{EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 노광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노광 공정 진행 시 반도체 웨이퍼를 자동으로 레벨링시키는 노광장치에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조하는 공정 중에는 스테퍼(stepper) 등과 같은 노광장비를 사용하는 공정이 있다. 이때, 웨이퍼의 노광면은 노광 공정의 중요한 요소이다. 즉, 웨이퍼가 노광 광축에 대하여 일정한 각도를 유지하는 공정이 요구된다. 이를 위해서 노광장치에 장착되는 웨이퍼의 노광면 기울기를 조정하는 소위 레벨링(leveling) 공정이 수반된다.
일반적으로 웨이퍼는 노광장치에 로딩된 후 프레임에 위치할 때, 초기 목표 기울기 지점면에 위치한다. 기울기 지점면에 위치한 웨이퍼는 노광 전 측정된 초기 좌표값에서 허용값 이내에서 프레임에 부착되어 있는 마이크로미터를 수작업으로 조작하여 노광면이 노광축에 대하여 수직이 되도록 구동한다.
그러나, 이 방법은 수작업으로 진행됨에 따라 조작하는 사람에 따라 불가피한 편차가 발생한다. 따라서, 재현성 불량에 따른 기준 데이터 값의 혼선을 초래한다. 또한, 웨이퍼 표면의 거칠기 또는 웨이퍼의 휘어짐에 따라 노광면이 노광축 에 대하여 수직이 되지 않는 경우에 웨이퍼 표면이 광축에 대하여 편차가 발생한다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 웨이퍼의 노광면 기울기를 자동으로 조정하여 웨이퍼의 정확한 레벨링이 가능한 노광장치를 제공한다.
본 발명에 따른 노광장치는 웨이퍼가 장착되는 프레임, 상기 웨이퍼에 전면에 광을 입사하고 반사광을 수집하여 전류 신호로 바꾸는 광학계, 상기 프레임의 저면에 배치되어 상기 프레임의 기울기를 조정하는 레벨링부, 및 상기 광학계로부터의 전류신호와 기 설정된 웨이퍼 기울기 정보를 비교하여 상기 레벨링부를 구동하는 제어부를 포함한다.
이때, 상기 광학계는 광을 입사하는 발광부 및 반사된 광을 수집하는 수광부를 포함하고, 상기 발광부의 광원은 레이저를 포함하며, 상기 수광부는 4분할 포토다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 레벨링부는 상기 프레임의 저면에 배치된 레벨링스테이지, 상기 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 캠(cam)부, 상기 캠부의 단부와 연결되어 수평운동을 하는 슬로프부, 및 상기 슬로프부와 연결되어 상기 수평운동의 정도를 측정하는 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 광학계로부터의 전류신호를 전압신호로 변환하는 I/V변압기, 상기 I/V변압기로부터 출력되는 전압신호를 수신받아 디지털신호로 변환시키는 A/D변압기, 상기 디지털신호를 수신받아 상기 기 설정된 웨이퍼 기울기 정보와 비교하여 모터 구동신호를 발생하는 제어기 및 상기 제어기로부터의 구동신호를 아나로그 신호로 변환시켜 출력하는 A/D변환기를 포함할 수 있다.
본 발명은 웨이퍼의 기울기 정보에 따른 레벨링이 자동으로 수행되므로 웨이퍼에 형성되는 감광막 패턴의 불량을 억제할 수 있어 재현성 및 생산성이 현저하게 증대된다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어 들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련 기술 문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세 서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치(1000)는 프레임(100), 광학계(200), 레벨링부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.
프레임(100)은 웨이퍼(50)를 안착시키기 위한 가이드 부재로서 레티클(미도시)를 통과한 빛 이미지가 웨이퍼(50)에 입사되도록 레티클의 하부에 배치된다.
광학계(200)는 광을 입사하는 발광부(210) 및 반사된 광을 수집하는 수광부(220)로 이루어진다. 발광부(210)는 다시 빛을 발광하는 발광원(211)과 발광된 광을 평형광으로 변환시키는 콜리메이트렌즈(215)로 구성된다. 발광원(211)은 일반적으로 할로겐 램프를 이용할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치(1000)는 발광원(211)으로 레이저를 이용할 수 있다. 더욱 상세하게 발광원(211)으로 He-Ne 레이저를 이용할 수 있다. 따라서, 후술할 위치검출기(225)의 정밀도를 더욱 향상할 수 있다.
수광부(220)는 발광부(210)에서 입사된 광이 웨이퍼(50) 표면에서 반사된 반사광을 집광하는 집광렌즈(225) 및 집광된 광을 감지하는 센서를 가지는 위치검출기(221)를 포함한다. 집광렌즈(225)에서 집속된 광은 다시 위치검출기(221)에 집속되는데, 웨이퍼(50)의 기울기가 적합한 경우에는 집속된 광이 위치검출기(221)의 중심에 집속된다. 위치검출기(221)의 센서는 4분된 광센서를 이용하여 집속된 반사광의 세기를 검출하여 광의 세기에 따른 전류의 차이를 발생시켜 위치 신호를 발 생시킨다. 더욱 상세하게 위치검출기(221)는 4분할 포토다이오드로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치(1000)는 발광부(210)가 웨이퍼(50)의 전면에 광을 입사한다. 한편, 도 1에서는 편의상 광이 입사되는 소위 레벨링검출면(51)과 웨이퍼(50)의 면적이 다른 것으로 도시하였으나, 본 실시예에서는 레벨링검출면(51)의 면적을 실질적으로 웨이퍼(50)의 상부 면적과 동일하게 형성할 수 있다. 즉, 발광원(211)과 콜리메이트렌즈(215)와의 거리를 조절하여 레벨링검출면(51)의 크기를 조절할 수 있다. 따라서, 샷의 크기에 따라 보다 정확한 레벨링이 수행될 수 있다.
레벨링부(300)는 레벨링스테이지(310) 및 슬로프부(330)를 포함하여 이루어진다. 레벨링스테이지(310)는 웨이퍼(50)가 안착된 프레임(100)의 하부에 배치되어 슬로프부(330)의 수평운동에 따라 샤프트(320)를 상하로 이동시켜 레벨링을 수행한다. 한편, 도면에서는 샤프트(320)를 4개로 형성하였으나, 이에 한정되지 않으며 레벨링스테이지(310)의형상에 따라 다양한 개수로 형성할 수 있다. 레벨링부의 더욱 자세한 구성은 후술한다.
제어부(400)는 I/V변압기(410), A/D변압기(430), 제어기(440) 및 A/D변환기(450)를 포함하여 이루어진다. 또한, 제어부(400)는 도시한 바와 같이 멀티플렉스(420)를 더 포함할 수 있다.
I/V변압기(410)는 전술한 위치검출기(221)가 검출한위치에 대한 전류신호를 전압신호로 변환한다. 변환된 전압신호는 멀티플레스(420)를 거쳐 A/D변압기(430) 가 디지털신호로 변환한다. 제어기(440)는 이 디지털신호를 바탕으로 프레임(100)이 안착된 레벨링스테이지(310)의 기울기를 판단하고, 이 기울기가 미리 설정된 웨이퍼(50)의 기울기와 다른 경우, 레벨링스테이지(310)를 구동하도록 판단 및 명령한다. 제어기(440)는 일례로 개인용 컴퓨터 단말기로 이루어질 수 있다.
이때, 제어기(440)의 구동명령은 D/A변환기(450)가 다시 아날로그 신호로 변환하고, 아날로그 신호는 모터구동부(460)를 구동하여 슬로프부(330)를 이동시켜 레벨렝스테이지(310)의 해당 부분을 상하 이동 시켜 레벨링을 수행한다. 한편, 슬로프부(330)는 후술한 센서(도 2의 참조부호 350, 이하 동일)와 연결되어 레벨링을 수행한 경우의 위치 이동정보가 다시 제어기(440)로 입력되므로 레벨링의 정밀한 피드백이 가능하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치(1000)에서 레벨링부(300)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치의 레벨링부를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 레벨링부(300)는 전술한 슬로프부(330)에 캠부(340) 및 센서(350)가 더욱 포함된다.
캠부(340)는 전술한 모터구동부(460)의 구동에 따라 회전되는 모터(미도시)와 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 캠(미도시)을 포함하여 이루어진다. 캠부(340)의 직선운동에 따라 슬로프부(330)가 수평운동을 하게 되므로 이에 연결된 샤프트(320)가 수평운동을 하여 레벨링부(310)의 레벨링이 이루어진다. 또한, 센서(350)는 슬로프부(330)의 직선운동에 따른 저항의 변화를 측정한다. 센서는 가변저항(VR)으로 구성되는데, 이러한 가변저항의 변화는 전술한 제어기(440)가수신받는다. 따라서, 슬로프부(330)의 이동변위를 제어기(440)가 산출하게 되므로 레벨링부(310)의 기울기변화량을 감지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치의 레벨링 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨링 스테이지(310)가 기울어지는 정도에 따라 레벨링을 수행되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
점선은 기판이 기울어지지 않은 경우의 빛의 경로이고, 실선은 기판이 기울어진 경우의 빛의 경로이다. 레벨링 스테이지(310)가 X축에 대하여 θ만큼 기울어졌을 때, 발광부(210)에 의해입사되어 웨이퍼의 의해 반사된 광은 수광부(220)에 입사된다. 이때, 수광부(220)에 입사되는 광은 기울어지지 않은 경우에 비해 거리 d만큼 이격되어 입사된다. l을 레벨링 스테이지(310) 상에 위치한 웨이퍼(50)의 표면에서 수광부(220)까지의 거리라고 하면 기울어짐 θ는 아래의 수학식1로 표현할 수 있다.
θ = 1/2 tan-1(d/l)
이는 X축에 대한 기울어짐을 나타내나, Y축에 대한 기울어짐도 이 식에 의해 구할 수 있다. 이러한 기울어진 정도에 대한 정보를 전술한 제어기(440)로 보내고 제어기(440)는 이를 기 설정된 기울기 값으로 보정하기 위해 레벨링부(300)를 구동 한다.
이상과 같이 본 실시예에 따른 노광장치는 웨이퍼의 기울기 정보에 따라 레벨링이 자동으로 수행되므로 재현성 및 생산성이 효과적으로 증대될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 노광장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치의 레벨링부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨링 스테이지가 기울어지는 정도에 따라 레벨링을 수행되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.

Claims (4)

  1. 웨이퍼가 장착되는 프레임,
    상기 웨이퍼의 전면에 광을 입사하고 반사광을 수집하여 전류 신호로 바꾸는 광학계,
    상기 프레임의 저면에 배치되어 상기 프레임의 기울기를 조정하는 레벨링부, 및
    상기 광학계로부터의 전류신호와 기 설정된 웨이퍼 기울기 정보를 비교하여 상기 레벨링부를 구동하는 제어부
    를 포함하는 노광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는 광을 입사하는 발광부 및 반사된 광을 수집하는 수광부를 포함하고, 상기 발광부의 광원은 레이저를 포함하며, 상기 수광부는 4분할 포토다이오드를 포함하는 노광장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레벨링부는,
    상기 프레임의 저면에 배치된 레벨링 스테이지,
    상기 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 캠(cam)부,
    상기 캠부의 단부와 연결되어 수평운동을 하는 슬로프부, 및
    상기 슬로프부와 연결되어 상기 수평운동의 정도를 측정하는 센서
    를 포함하는 노광장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 광학계로부터의 전류신호를 전압신호로 변환하는 I/V변압기,
    상기 I/V변압기로부터 출력되는 전압신호를 수신받아 디지털신호로 변환시키는 A/D변압기,
    상기 디지털신호를 수신받아 상기 기 설정된 웨이퍼 기울기 정보와 비교하여 모터 구동신호를 발생하는 제어기, 및
    상기 제어기로부터의 구동신호를 아나로그 신호로 변환시켜 출력하는 A/D변환기
    를 포함하는 노광장치.
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