KR100871747B1 - 웨이퍼의 프리얼라인 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 프리 얼라인 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은, 적어도 n(n은 2보다 큰 정수)개의 홀로 이루어진 노치부를 구비한 웨이퍼가 로딩되며, 웨이퍼 로딩 시 웨이퍼의 노치부가 위치하여 빛이 투과되는 노치 영역을 구비한 스테이지와, 노치 영역의 저면에서 빛을 발광하는 발광부와, 발광되는 빛을 수광하는 수광부와, 수광되는 빛의 광량을 토대로 상기 웨이퍼의 프리얼라인 상태를 감지하는 제어 유니트를 포함한다.

웨이퍼, 프리얼라인(prealign), 서치얼라인(seach align)

Description

웨이퍼의 프리얼라인 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PRE-ALIGNING A WAFER}

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 웨이퍼의 프리얼라인 방법에 관한 도면이며,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 웨이퍼의 구조를 도시한 도면이며,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 웨이퍼의 프리얼라인 장치를 도시한 도면이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

300 : 웨이퍼 300a : 노치부

400 : 프리얼라인 스테이지 402 : 발광부

404 : 수광부 406 : 제어 유니트

408 : 웨이퍼 조정 유니트

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 프리얼라인 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하는 일반적인 방법은 포토 리소그래피(photo lithography) 방법인데, 그 방법은 다음과 같은 단계로 이루어진다.

우선, 웨이퍼의 표면을 세척하여 웨이퍼 표면에 묻어 있는 미립자를 제거한 후, 포토레지스트(photo resist)가 웨이퍼 표면에 잘 붙도록 웨이퍼 표면의 습기를 제거한다.

즉, 웨이퍼를 소수성 상태로 만들고 DCS 용제를 웨이퍼 표면에 도포하여 웨이퍼를 건조 상태로 만들어 접착성을 향상시킨다.

이와 같은 상태에서 스핀 코팅 방법을 이용하여 포토레지스트를 웨이퍼 표면에 코팅한다.

그 다음에 포토레지스트의 용제를 증발시키는 열처리 공정인 소프트 베이킹 공정이 수행되는데, 용제를 증발시키는 이유는 용제가 포토레지스트에 남아 있으면 폴리머의 노광에 의한 화학 반응이 방해를 받으며, 또한 포토레지스트가 웨이퍼 표면에 잘 붙게 하기 위함이다.

이제 웨이퍼 표면에 코딩된 포토레지스트를 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해 웨이퍼를 정확히 정렬시킨 다음 노광시키는 공정이 수행된다.

이러한 노광 공정에서 미세한 패턴을 형성하는데 있어서 주요 제한은 노출 방사원의 파장, 즉 마스크 주변에서의 빛의 회절각이며, 이 회절각에 의해 포토레지스트 패턴이 달라지게 된다.

일반적으로, 노출광으로는 자외선이 사용되며, 이러한 정렬 및 노광 공정 후 에 마스크에 있던 패턴은 포토레지스트에 옮겨지게 되는데, 이때 고분자화가 되지 못한 부분도 존재하므로 화공 약품으로 이를 제거하는 현상 공정이 수행된다.

그 다음에 식각, 포토레지스트 제거, 확산 및 이온 주입 공정, 금속 배선 공정을 거쳐서 원하는 소자가 완전된다.

이러한 리소그래피 공정 중에서, 노광 공정을 실시하기 전에 전술된 바와 같이 웨이퍼를 사전에 정렬시키는 작업이 실시되어야 한다.

상기와 같은 프리 얼라인 작업을 위해서 기존의 웨이퍼에는, 직선 형태의 플랫존인 노치부가 형성되어 있고, 이러한 노치부가 공정 조건에 맞는 위치에 오도록 웨이퍼를 정렬시킨다.

통상적으로, 웨이퍼 정렬은 웨이퍼의 프리 얼라인(prealign)과 웨이퍼의 종횡(X, Y) 좌표를 결정하는 서치 얼라인(search align) 및 서치 얼라인이 완료된 후 단계 반복 노광을 수행하기 위하여 정밀 정렬이 진행된다.

상기 정밀 정렬에는 지정된 몇 개의 점의 계측에 의한 확장 전역 정렬(EGA, Enhanced Global Alignment) 방식과 각 샷(Shot) 마다 정렬을 행하는 다이별 정렬(Dye By Dye Alignment) 방식이 있으며, 공정 시간을 줄이기 위하여 확장 전역 정렬 방식이 주로 사용된다.

이중 웨이퍼의 프리얼라인 방법에 대해 예시하면, 반도체 웨이퍼 노광 장비는 노광 공정을 진행할 웨이퍼를 안착시키기 위한 웨이퍼 스테이지와, 그 웨이퍼 스테이지의 상측에 소정 거리를 두고 설치되어 조명계에서 발산하는 광원에 의해 패턴을 웨이퍼에 이식하기 위한 마스크와, 상기 웨이퍼 스테이지에 웨이퍼를 안착시키기 전에 미리 웨이퍼의 정렬 상태를 일정하게 유지해주는 프리얼라인 스테이지를 포함하여 구성되며, 프리얼라인 스테이지에서 노광하기 위한 웨이퍼를 노치부를 기준으로 프리얼라인 정렬 후, 웨이퍼 스테이지로 이송하여 미세정렬을 실시하여 마스크와의 포커스 조정을 실시한 후 노광 공정을 진행하게 된다.

이와 같은 종래의 프리 얼라인 스테이지가 도 1에 도시되어 있는 바, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 프리얼라인 스테이지(S1)는 웨이퍼 스테이지(S2)의 일측에 위치하며, 그 구성은 노광 공정을 실시하기 위해 유입되는 웨이퍼를 다수개의 장착하는 인풋 카세트(1)와, 그 인풋 카세트(1)로부터 각각의 웨이퍼를 이동시키기 위한 인풋 로봇암(2)과, 그 인풋 로봇암(2)에 의해 이동된 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지(S2)에 이송하기 전에 미리 정렬 상태를 유지시키기 위한 프리얼라인너(3)와, 그 프리얼라인너(3)의 일측에 설치되어 상기 웨이퍼 스테이지(S2)로부터 노광된 웨이퍼를 아웃풋 카세트(6)로 이송시키기 위한 아웃풋 로봇암(5)으로 구성된다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 프리얼라인너(3)의 일측에는 프리얼라인너 조정 유니트(4)가 연결 설치되어 상기 프리얼라인너(3)를 상하, 좌우 및 회전 가능하게 조정한다.

또한, 상기 프리얼라인너(3)의 저면에는 다수개의 발광센서(7a)가 설치되어 있고, 그 발광 센서(7a)의 소정 거리 하측에는 발광 센서(7a)와 동일 위치의 프리얼라인 스테이지(S1)에 수광 센서(7b)가 설치되어 상기 발광 센서(7a)로부터 나온 조도를 감지하여 웨이퍼의 정렬 위치를 파악할 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 기술에 의한 프리얼라인 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

인풋 카세트(1)에서 인풋 로봇암(2)에 의해 웨이퍼(W)가 인출되어 프리얼라인너(3)의 하측에 위치하게 되면, 프리얼라인너(3)에 의해 형성된 다수 개의 발광 센서(7a)에서 빛을 발광하게 되고, 상기 발광 센서(7a)에서 발광된 빛이 웨이퍼(W)의 에지에 의해 반씩 가려진 상태로 수광 센서(7b)에 감지된 정렬 상태가 이루어지면 그 프리얼라인된 웨이퍼(W)는 웨이퍼 스테이지(S2)로 유입되어 마스크로부터의 패턴 이식을 받는 노광 공정을 실시하며, 노광 공정이 완료된 웨이퍼(W)는 아웃풋 로봇암(5)에 의해 아웃풋 카세트(6)로 유입되어 다음 공정으로 이동된다.

그러나, 종래 직선 형태의 플랫존인 노치부를 이용한 프리얼라인 방식에서는 발광 센서(7a)에서 발광된 빛이 단순히 웨이퍼(W)의 에지에 의해 반씩 가려진 상태와 가려지지 않은 상태로만 프리얼라인을 실시하기 때문에 노광 장비를 지속적으로 사용할 경우 프리얼라인 스테이지(S1)의 위치가 미세하게 변경될 경우 웨이퍼(W)의 정렬 상태를 정확히 알 수 있는 방법이 없는 단점이 있다. 이로 인하여, 웨이퍼(W)에 노광 공정 시 노광 불량이 발생되어 최종적으로 반도체 수율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웨이퍼에 형성된 3개 이상의 홀을 이루어진 노치부에 빛을 발광한 후 수광부에서 입사되는 빛의 광량을 토대로 웨이퍼를 회전시킴으로서, 웨이퍼가 프리얼라인 스테이지에 로딩된 정확한 위치를 판단하여 웨이퍼의 정렬 상태를 정확히 판단할 수 있는 웨이퍼의 프리얼라인 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 적어도 n(n은 2보다 큰 정수)개의 홀로 이루어진 노치부를 구비한 웨이퍼가 로딩되고, 일측 가장자리에 상기 웨이퍼 로딩 시 상기 웨이퍼의 노치부가 위치하며, 소정의 빛이 투과되는 노치 영역을 구비한 스테이지와, 상기 노치 영역의 저면에 설치되어 빛을 발광하는 발광부와, 상기 발광부에서 발광되는 빛을 수광하는 수광부와, 상기 수광부에서 수광되는 빛의 광량을 토대로 상기 웨이퍼의 프리얼라인 상태를 감지하는 제어 유니트를 포함한다.

또한, 본 발명의 프리얼라인 장치는, 상기 스테이지에 로딩된 웨이퍼를 회전시키는 웨이퍼 조정 유니트를 더 포함하며, 상기 제어 유니트는 상기 웨이퍼의 프리얼라인 상태에 따라 상기 웨이퍼 조정 유니트에 소정 제어 신호를 제공하여 상기 웨이퍼를 프리얼라인시키는 것을 특징으로 한다.

다른 견지에서의 본 발명에 따른 웨이퍼의 프리얼라인 방법은, 적어도 n(n은 2보다 큰 정수)개의 홀로 이루어진 노치부를 구비한 웨이퍼를 제공하는 단계와, 상기 웨이퍼의 노치부가 스테이지의 노치 영역 상에 위치되도록 상기 웨이퍼를 상기 스테이지에 로딩시키는 단계와, 상기 노치 영역의 저면에서 빛이 발광하면 상기 발광되는 빛을 수광부를 통해 수광하는 단계와, 상기 수광부에서 수광되는 빛의 광량을 토대로 상기 웨이퍼의 프리얼라인 상태를 감지하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 상기 프리얼라인 방법은, 상기 감지된 웨이퍼 상태를 토대로 상기 스테이지에 로딩된 웨이퍼를 회전시켜 상기 웨이퍼를 프리얼라인시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 스테이지의 노치 영역에는, 상기 웨이퍼의 노치부에 형성된 홀에 대응되는 홀이 형성되어 있거나 상기 웨이퍼의 노치부에 대응되는 크기를 갖는 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 웨이퍼의 프리얼라인 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 웨이퍼를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 웨이퍼의 프리얼라인 장치를 도시한 도면이다.

웨이퍼(300)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 홀을 구비한 노치부(300a)를 포함하고 있다. 이러한 노치부(300a)에 해당되는 4개의 홀에는 외부로부터 방출되는 빛이 투과된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 프리얼라인 장치는 프리얼라인 스테이지(400), 발광부(402), 수광부(404), 제어 유니트(406) 및 웨이퍼 조정 유니트(408)를 포함한다.

프리얼라인 스테이지(400)에는 도 3에 도시된 바와 같은 웨이퍼(300)가 로딩되며, 프리얼라인 스테이지(400)의 일측 가장자리에는 로딩 시 웨이퍼(300)의 노치부(300a)가 위치하는 노치 영역(400a)이 형성되어 있다. 이때 노치 영역(400a)에 는 웨이퍼(300)의 노치부(300a)와 동일한 형태, 예컨대 4개의 홀이 존재하거나 노치 영역(400a)에 대응되는 크기의 홀이 존재할 수 있다.

발광부(402)는 노치 영역(400a)의 저면에 설치되어 있으며, 통상적으로 발광 센서를 그 예로 들 수 있다.

수광부(404)는 발광부(402)의 상측, 프리얼라인 스테이지(400)의 상측에 설치되며, 발광부(402)에서 발광되어 노치부(300a)의 4개의 홀을 통해 입사되는 빛을 수광하게 된다. 이때, 수광부(404)는 웨이퍼(300)의 노치부(300a)에 형성된 4개 홀을 투과한 빛을 수광하여 각 홀을 투과한 빛의 광량을 제어 유니트(406)에 제공하는 4분할된 수광 수단으로, 그 예로 4 분할 포토다이오드를 들 수 있다.

제어 유니트(406)는 수광부(404)에서 수광된 빛의 량을 토대로 웨이퍼(300)의 프리얼라인 상태를 판단하고, 웨이퍼(300)의 프리얼라인 상태에 따라 소정 제어 신호를 발생시켜 웨이퍼 조정 유니트(408)에 제공한다. 즉, 제어 유니트(406)는 수광부(404)에서 4개의 홀 각각에 대한 빛의 광량을 제공받아 각 빛의 광량들과 이에 대응되는 기준치들간의 비교를 통해 웨이퍼(300)의 프리얼라인 상태를 판단한다.

또한, 제어 유니트(406)는 웨이퍼(300)가 프리얼라인 스테이지(400)에 로딩됨에 따라 발광부(402)를 구동시키기 위한 구동 신호를 발광부(402)에 제공한다.

웨이퍼 조정 유니트(408)는 제어 유니트(406)로부터 제공받은 소정 제어 신호에 의거하여 프리얼라인 스테이지(400)에 로딩된 웨이퍼(300)를 회전시켜 웨이퍼를 프리얼라인시킨다.

상기와 같은 구성을 갖는 프리얼라인 장치를 이용하여 웨이퍼를 프리얼라인하는 과정에 대해 설명하면 아래와 같다.

먼저, 웨이퍼(300)가 임의의 로봇암(도시 생략됨)에 의해 이송되어 프리얼라인 스테이지(400)에 로딩되는데, 이때 임의의 로봇암은 웨이퍼(300)의 노치부(300a)가 프리얼라인 스테이지(400)의 노치 영역(400a)에 위치되도록 웨이퍼(300)를 이송시켜 프리얼라인 스테이지(400)에 로딩시킨다.

이와 같이, 웨이퍼(300)가 프리얼라인 스테이지(400)에 로딩됨에 따라 제어 유니트(406)는 소정의 구동신호를 발광부(402)에 제공하며, 이에 따라 발광부(402)는 소정의 빛을 발생시킨다.

이에 수광부(404)에는 발광부(402)에서 발광되어 웨이퍼(300)의 노치부(300a)에 형성된 각 홀을 투과한 빛이 입사되며, 입사되는 각 홀별 빛을 광량을 제어 유니트(406)에 제공한다.

제어 유니트(406)는 수광부(404)로부터 제공받은 각 홀별 빛의 광량이 소정의 기준치 이하이거나 초과하는 경우에 이에 대한 제어 신호를 발생시켜 웨이퍼 조정 유니트(408)에 제공한다.

웨이퍼 조정 유니트(408)는 제어 신호에 응답하여 웨이퍼(300)가 정확하게 프리얼라인되도록 웨이퍼(300)를 회전시킨다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서는 4개의 홀을 구비한 노치부(300a)가 웨이퍼(300)에 형성되어 있는 것으로 설명하였지만, 3개 또는 그 이상의 홀을 구비한 노치부(300a)를 구비한 웨이퍼(300)를 이용할 수 있으며, 이에 따라 프리얼라인 스 테이지(400)의 노치 영역(400a)에는 3개 또는 그 이상의 홀을 구비한다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼(300)에 형성된 3개 이상의 홀을 이루어진 노치부(300a)에 빛을 발광한 후 수광부(404)에서 입사되는 빛의 광량을 토대로 웨이퍼(300)를 회전시킴으로서, 웨이퍼(300)가 프리얼라인 스테이지(400)에 로딩된 정확한 위치를 판단할 수 있어 정확한 프리얼라인을 수행할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼에 형성된 3개 이상의 홀을 이루어진 노치부에 빛을 발광한 후 수광부에서 입사되는 빛의 광량을 토대로 웨이퍼를 회전시킴으로서, 웨이퍼가 프리얼라인 스테이지에 로딩된 정확한 위치를 판단할 수 있기 때문에 웨이퍼의 프리얼라인 작업의 정확도를 향상시켜 노광 공정 불량률을 줄일 수 있는 잇점이 있다.

Claims (7)

1. 적어도 n(n은 2보다 큰 정수)개의 홀로 이루어진 노치부를 구비한 웨이퍼가 로딩되고, 일측 가장자리에 상기 웨이퍼 로딩 시 상기 웨이퍼의 노치부가 위치하며, 소정의 빛이 투과되는 노치 영역을 구비한 스테이지와,

   상기 노치 영역의 저면에 설치되어 빛을 발광하는 발광부와,

   상기 발광부에서 발광되는 빛을 수광하는 수광부와,

   상기 수광부에서 수광되는 빛의 광량을 토대로 상기 웨이퍼의 프리얼라인 상태를 감지하는 제어 유니트

   를 포함하는 웨이퍼의 프리얼라인 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 프리얼라인 장치는,

   상기 스테이지에 로딩된 웨이퍼를 회전시키는 웨이퍼 조정 유니트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 프리얼라인 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제어 유니트는,

   상기 웨이퍼의 프리얼라인 상태에 따라 상기 웨이퍼 조정 유니트에 소정 제어 신호를 제공하여 상기 웨이퍼를 프리얼라인시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 프리얼라인 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 스테이지의 노치 영역에는,

   상기 웨이퍼의 노치부에 형성된 홀에 대응되는 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 프리얼라인 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 스테이지의 노치 영역에는,

   상기 웨이퍼의 노치부에 대응되는 크기를 갖는 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 프리얼라인 장치.
6. 적어도 n(n은 2보다 큰 정수)개의 홀로 이루어진 노치부를 구비한 웨이퍼를 제공하는 단계와,

   상기 웨이퍼의 노치부가 스테이지의 노치 영역 상에 위치되도록 상기 웨이퍼를 상기 스테이지에 로딩시키는 단계와,

   상기 노치 영역의 저면에서 빛이 발광하면 상기 발광되는 빛을 수광부를 통해 수광하는 단계와,

   상기 수광부에서 수광되는 빛의 광량을 토대로 상기 웨이퍼의 프리얼라인 상태를 감지하는 단계

   를 포함하는 웨이퍼의 프리얼라인 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 프리얼라인 방법은,

   상기 감지된 웨이퍼 상태를 토대로 상기 스테이지에 로딩된 웨이퍼를 회전시켜 상기 웨이퍼를 프리얼라인시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 프리얼라인 방법.

Images