KR100857996B1 - 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치 - Google Patents

노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치 Download PDF

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Abstract

노광 장비의 레티클(reticle) 예비 정렬 장치를 제공한다. 본 발명의 일 관점에 따른 예비 정렬 장치는, 레티클(reticle)을 지지하여 예비 정렬(pre-aligning)될 위치로 이송하는 로봇 암(robot arm), 이송되는 레티클의 표면에 대향되는 평면을 구비한 정렬부, 및 정렬부의 평면에 레티클의 네 측면에 대향될 위치에 구비된 네 개의 광원부, 및 네 광원부에 대향되고 이송될 레티클의 아래의 소정 위치에 구비된 네 개의 수광부를 구비하여 이송된 레티클의 네 측면 위치를 광학적으로 검출하는 광 센서(sensor)부를 포함하여 구성될 수 있다.
노광, 레티클, 예비 정렬, 스캐너, 스테퍼

Description

노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치{Apparatus for prealigning reticle in exposure equipment}
도 1은 종래의 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치의 작동을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 관한 것으로, 특히, 노광(exposure) 장비에서 레티클(reticle)의 예비 정렬(pre-aligning)을 위한 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정에는 패턴(pattern)의 웨이퍼(wafer) 상으로의 전사를 위해서, 노광 장비, 예컨대, 스캐너(scanner) 또는 스테퍼(stepper)가 이용되고 있다. 일반적으로 반도체 소자는, 반도체 소자를 제조할 수 있는 웨이퍼 상에 소정의 막을 형성시킨 후, 소정의 막을 반도체 소자의 특성에 따라 설정된 패턴으로 형성 시킴으로써 제조되고 있다. 여기서 설정된 패턴은 주로 포토리소그래피(photo lithography) 공정을 수행하여 형성시킬 수 있고, 이러한 포토리소그래피 공정은 상기한 바와 같은 노광 장비를 이용하여 수행되고 있다.
이와 같이 형성된 웨이퍼 상의 패턴 상에, 여러 공정을 거쳐가면서 정확한 정밀도를 유지해가며 여러 층들이 적층되어, 하나의 특정 특성을 지닌 반도체 소자가 제조되고 있다. 이러한 층들을 적층할 때마다 회로 패턴이 그려져 있는 레티클을 교환하며 공정 단계 별로 요구되는 포토리소그래피 공정을 진행하는 것이 요구된다.
그런데, 노광 장비에서의 빈번한 레티클의 로딩 및 언로딩(loading/unloading) 시에, 석영 재질의 레티클의 정렬에 에러(error)가 발생되면, 레티클의 파손 또는 레티클과 함께 로딩 및 언로딩되는 페리클(pellicle)에 손상을 일으킬 수 있다. 따라서, 요구되는 레티클의 노광 장비에의 로딩 및 언로딩 절차를 보다 안전하게 개선하고자 하는 필요성이 요구되고 있다.
레티클의 로딩 절차는 일반적으로, 먼저 카세트 라이브러리(cassette library)의 해당 슬롯(slot)에 탑재된 생산용 레티클이나 테스트 레티클(test reticle)은, 레티클 로봇 암(reticle robot arm)에 의해 카세트에서 빼내어진다. 그리고, 레티클은 CX-박스(box)와 같은 예비 정렬 장치에서 대략적인 예비 정렬된다. 연후에 바코드(bar code) 검사를 거쳐 PPD 검사를 위해 PPD 위치로 이동된다.
이러한 예비 정렬의 목적은 레티클의 정밀 정렬(fine alignment of reticle) 이전에, 레티클의 물리적 위치를 정밀 정렬의 검사 영역(search area) 범위 내에 레티클이 정확히 투입될 수 있는 위치로 유도하여, 레티클의 정렬 정도 향상과 정렬에 소모되는 시간을 단축하기 위해서이다.
그런데, 현재 노광 장비의 이러한 예비 정렬은 물리적인 접촉 방식에 의해서 수행되고 있어, 이러한 물리적인 접촉에 의해서 석영 그라스(glass) 재질의 레티클 또는/ 및 페리클이 파손된 위험이 매우 큰 상태이다. 또한, 물리적 접촉에 의한 정렬은 물리적 접촉에 따른 것이어서 그 정밀도가 매우 높은 수준은 아닌 상태이다.
도 1은 종래의 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치는, 레티클(10)의 예비 정렬을 위한, 일반적으로 CX 박스로 알려진 노광 장비의 일부 부품을 의미하는, 정렬부(20)를 포함하여 구성된다. 정렬부(200)에는 일반적으로 사각 판형인 레티클(10)의 테두리를 이루는 4 측면을 물리적으로 접촉하여 레티클(10)의 위치를 정하게 해 주는 4 개의 핀(pin:30)이 구비된다. 레티클 로봇 암(40)에 올려진 레티클(10)이 이러한 정렬부(200), 즉, CX 박스로 이동해 오면, 네 개의 핀(30)이 레티클(10)의 네 측면에 접촉함으로써 레티클(10)의 위치 정보가 정해지게 된다.
그런데, 레티클(10)이 이송되어 오기 이전에 위치한 카세트 내에는 약간의 마진(margin)이 존재하기 마련이고, 이러한 마진에 의해서 레티클(10)의 로봇 암(40) 상의 위치는 약간씩 달라지기 마련이다. 즉, 레티클(10)이 로봇 암(40) 상에 탑재될 때, 이러한 마진만큼 오프셋(offset)이 발생된다.
이와 같이 위치에 대한 오프셋이 발생되면, 레티클(10)이 정렬부(20)에 이송 되어 4개의 핀(30)에 의해서 그 위치가 정해질 때, 이러한 오프셋에 의해서 이러한 4개의 핀(30)이 레티클(10) 표면에 접촉되어 매우 고가인 레티클(10) 또는 페리클이 파손되거나 또는 레티클(10)이 정렬부(20)와 로봇 암(40) 사이에 협착되는 불량이 발생될 수 있다. 레티클(10)이 협착될 경우에도 수작업으로 이를 꺼내야 하는 데, 이러한 작업 도중 장갑 등에 의한 오염 및 작업 공간의 협소함에 따른 레티클(10) 또는 페리클의 파손 또는 손상이 용이하게 발생될 수 있다.
이와 같이 레티클(10)에 손상 또는 파손이 발생될 경우, 레티클(10) 자체가 매우 고가여서 발생하는 손해뿐만 아니라, 새로운 레티클(10)의 제작까지 생산이 중단되므로, 이에 따른 생산성 저하 또한 크게 된다. 따라서, 보다 안정되게 레티클(10)의 위치를 예비 정렬하는 장치 또는 정렬 방식이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 노광 장비에 레티클을 장착할 때 레티클의 예비 정렬을 보다 안정되게 할 수 있는 레티클 예비 정렬 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 레티클(reticle)을 지지하여 예비 정렬(pre-aligning)될 위치로 이송하는 로봇 암(robot arm), 상기 이송되는 레티클의 표면에 대향되는 평면을 구비한 정렬부, 및 상기 정렬부의 평면에 상기 레티클의 네 측면에 대향될 위치에 구비된 네 개의 광원부, 및 상기 네 광원부에 대향되고 상기 이송될 레티클의 아래의 소정 위치에 구비된 네 개의 수광부를 구비하여 상기 이송된 레티클의 네 측면 위치를 광학적으로 검출하는 광 센서(sensor)부를 포함하는 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치를 제공한다.
개개의 상기 수광부는 쿼드 셀(quad cell)을 포함하고, 상기 레티클이 정상적 정렬일 때 상기 쿼드 셀의 절반에만 상기 광원부에서 발광되는 광이 입사되고 상기 쿼드 셀의 다른 절반에는 상기 광이 상기 레티클에 의해서 차단되도록 상기 수광부가 배치될 수 있다.
상기 네 개의 수광부들 각각은 상기 광의 수광에 의해서 전류를 각각 발생시켜 상기 네 수광부에서 각각 발생되는 전류의 값 또는 전류의 값 차이에 의해서 상기 레티클의 위치 및 상기 레티클의 회전(rotation)에 의한 어긋남 정도에 대한 정보를 제공하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 노광 장비에 레티클을 장착할 때 레티클의 예비 정렬을 보다 안정되게 할 수 있는 레티클 예비 정렬 장치를 제공할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안되며, 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는, 물리적 접촉에 의한 예비 정렬 방식에 비하여 정렬 정도가 뛰어나며, 그 원리가 광학식 비접촉 방식에 의해 레티클의 예비 정렬을 구 현하는 장치를 제공한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치의 작동을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 레티클 예비 정렬 장치는, 레티클(100)을 지지하여 예비 정렬될 위치, 예컨대, 노광 장비의 CX 박스 위치로 이송하는 로봇 암(400)을 포함하고, 이송되는 레티클(100)의 표면에 대향되는 평면을 구비한 정렬부(200), 예컨대 CX 박스의 상단부, 및 광 센서부(optical sensor:310, 350)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 광 센서부(310, 350)는, 도 2a에 제시된 바와 같이, 상기 정렬부(200)의 평면에 상기 레티클(100)의 네 측면에 대향될 위치에 구비된 네 개의 광원부(310), 및 상기 네 광원부(310)에 대향되고 상기 이송되는 레티클(100)에 대해서 그 아래의 소정 위치에 구비된 네 개의 수광부(350)를 포함하여 구성된다. 이러한 광 센서부(310, 350)는, 상기 이송된 레티클(100)의 네 측면 위치를 광학적으로 검출하는 역할을 한다.
이러한 광 센서부의 광원부(310)는 레이저 다이오드(laser diode) 등으로 구성될 수 있고, 개개의 상기 수광부(350)는 도 2b에 제시된 바와 같이 쿼드 셀(quad cell) 형태의 광 센서로 구성될 수 있다. 이때, 수광부(350)의 상기 쿼드 셀(350)은 상기 레티클(100)이 정상적 정렬일 때 상기 쿼드 셀(350)의 절반에만 상기 광원부(310)에서 발광되는 광이 입사되고, 상기 쿼드 셀(350)의 다른 절반에는 상기 광이 상기 레티클(100)의 전면 또는 후면에 도입되는 크롬(Cr)층 등과 같은 차광층에 의해서 차단되도록, 상기 수광부(350)들이 배치된다.
이와 같이 수광부를 상기한 바와 같이 배치된 쿼드 셀(350)들로 구성하면, 상기 네 개의 수광부(350)들 각각은, 상기 광의 수광에 의해서 전류를 각각 발생시켜 상기 네 수광부에서 각각 발생되는 전류의 값 또는 전류의 값 차이에 의해서 상기 레티클(100)의 위치 및 상기 레티클의 회전(rotation)에 의한 어긋남 정도에 대한 정보를 제공할 수 있다.
구체적인 예를 들면, 로봇 암(400)에 탑재된 레티클(100)은 광원부(310), 즉, 레이저 다이오드의 레이저 광을 크롬(Cr)면에 의해 투과시키지 않는다. 따라서, 레티클(100)이 정확한 정상 정렬 위치에서 있을 때만, 레이저 광의 일부만, 예컨대, 절반만 수광부(350)에 도달할 수 있도록, 쿼드 셀(350)의 수광부들을 배치하면, 레티클(100)에 대한 다양한 정보를 얻을 수가 있다.
예컨대, 어느 상호 인접하는 양쪽 수광부(350)들에서 발생되는 전류가 같아질 때까지 로봇 암(450)의 좌, 우 구동을 실시하며 좌, 우 전류가 같아지면 구동을 멈추고 그 위치를 정렬 원점으로 설정하게 된다.
쿼드 셀(350)은 일종의 광 센서로서 셀 부분에 빛을 받게 되면, 저항이 감소하고 전류가 증가하게 된다. 따라서, 도 2b에 제시된 바와 같이, 각 셀(350)의 입사하는 레이저 광의 광량에 따른 전류 증감에 의해, 현재 레티클(100)의 위치, 회전 정보를 파악할 수 있고, 이 위치 정보를 계산하여 정확한 레티클 예비 정렬을 실시할 수 있다. 즉, 각 쿼드 셀(350)에 입사될 수 있는 광의 광량은 결국 레티클(100)이 광 경로를 가려주는 정도에 의존하므로, 결국, 전류 증감 정도 또는 전류 값들 사이의 차이는 레티클(100)의 위치 또는/ 및 회전 정도에 대한 정보를 알려주는 지침이 될 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
상술한 본 발명에 따르면, 비접촉식의 광학적으로 레티클의 위치 또는 회전 정도에 대한 정보를 얻어, 이를 레티클 예비 정렬에 이용함으로써, 레티클 또는/ 및 페리클을 보다 안정되게 핸들링(handling)할 수 있는 이점을 구현할 수 있다. 이에 따라, 예비 정렬 장치, 예컨대, CX 박스와 로봇 암 사이에 레티클이 협착되어 파손 또는 2차 오염되는 등의 불량 발생이 효과적으로 방지될 수 있다.
또한, 종래의 기계적 물리적 접촉 방식에 의한 예비 정렬 방식에 비해, 정렬 정도를 높일 수 있다. 이에 따라, 노광 장비에의 레티클 장착 절차에 따라 예비 정렬 단계 다음인 바코드 검사나 PPD 검사에서 위치 이상에서 정렬 오류(align error)의 발생을 원천적으로 해결할 수 있다.
이와 같이 레티클 에러 감소로 인해 생산성 향상 및 노광 장비 가동률을 제고할 수 있다.
또한, 종래의 경우 생산 로트(lot)에 치명적인 레티클 회전에 대한 정보를 얻기는 불가능하였으나, 본 발명의 실시예에서는 네 수광부들 사이의 전류 차이를 이용해 정확한 레티클 회전 정보를 알 수 있고, 얻어진 값은 로봇 암 쎄타(theta) 구동에 의해 보정되도록 허용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 레티클(reticle)을 지지하여 예비 정렬(pre-aligning)될 위치로 이송하는 로봇 암(robot arm);
    상기 레티클의 표면에 대향되는 평면을 구비한 정렬부; 및
    상기 정렬부의 평면에 상기 레티클의 네 측면에 대향될 위치에 구비된 네 개의 광원부, 및 상기 네개의 광원부에 대향되고 상기 레티클의 아래의 구비된 네개의 수광부를 구비하여 상기 레티클의 네 측면 위치를 광학적으로 검출하는 광 센서(sensor)부를 포함하며,
    개개의 상기 수광부는 쿼드 셀(quad cell)을 포함하고
    상기 레티클이 정상적 정렬일 때 상기 쿼드 셀의 절반에만 상기 광원부에서 발광되는 광이 입사되고 상기 쿼드 셀의 다른 절반에는 상기 광이 상기 레티클에 의해서 차단되도록 상기 수광부가 배치된 것을 특징으로 하는 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 네 개의 수광부들 각각은 상기 광의 수광에 의해서 전류를 각각 발생시켜 상기 네 수광부에서 각각 발생되는 전류의 값 또는 전류의 값 차이에 의해서 상기 레티클의 위치 및 상기 레티클의 회전(rotation)에 의한 어긋남 정도에 대한 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 노광 장비의 레티클 예비 정렬 장치.
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