KR100995881B1 - 웨지 에러 보상기능을 가진 마스크얼라이너장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반구형의 웨지 에러보상장치를 사용할 때 발생할 수 있는 마스크 패턴의 손상을 방지할 수 있는 웨지 에러보상장치를 제공하고 또한 가스를 사용하는 웨지 에러보상장치보다 저렴하고, 정비가 용이한 웨지 에러보상구조를 가진 마스크얼라이너장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적 달성을 위하여, 본 발명은 마스크가 위치하는 마스크 지지대와, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 재치하는 기판 지지대와, 상기 기판 지지대를 지지하는 지지 플레이트와, 상기 지지 플레이트를 상승 또는 하강 시키는 승강장치와, 상기 지지 플레이트에 설치되고 또한 스프링력으로 작동하는 미세 조정장치로 구성된다.

Description

웨지 에러 보상기능을 가진 마스크얼라이너장치{Mask Aliner capable of compensating wedge error}

도 1(a)은 기판상에 감광막이 불균일하게 도포되어 있는 것을 개략적으로 보여주는 도면.

도 1(b)는 불균일하게 도포되어 있는 감광막이 마스크의 패턴과 접촉되어 있는 상태를 보여주는 도면.

도 2(a)는 웨지 에러 보상 기능을 가지는 선행기술 마스크 얼라이너장치를 보여주는 도면.

도 2(c)는 웨지 에러 보상 기능을 가지는 상기 선행기술 마스크 얼라이너장치를 이용하여 이루어진 웨지 에러의 보상을 보여주는 도면.

도 3은 가스압을 이용하는 웨지 에러 보상 기능을 가지는 다른 선행기술 마스크 얼라이너장치를 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따라, 탄성수단을 이용하는 웨지 에러 보상 기능을 가지는 마스크 얼라이너장치를 보여주는 도면.

도 5(a)는 본 발명에 따라 웨지 에러 보상 기능을 수행하는 미세 조정수단의 구성을 보여주는 단면도.

도 5(b)는 미세 조정수단에서 이동부의 세부를 보여주는 도면.

도 5(c)는 미세 조정수단에서 회전부의 세부를 보여주는 도면.

본 발명은 반도체, 멤스(MEMS) 및 바이오, 신 물질 제조시 이용되는 마스크얼라인장치(정렬노광기, 마스크 얼라이너)에 관한 것으로서, 특히, 불균일하게 감광막이 도포되어 있을 경우에 발생하는 웨지 에러를 보상할 수 있는 마스크얼라이너장치에 관한 것이다.

통상적으로 반도체웨이퍼나 유리질의 기판에 감광액을 도포한 후 특정한 형상을 제작하기위해 마스크얼라이너를 사용한다. 이때 일반적으로 감광액의 도포는 스핀코터를 이용한다. 그러나, 도 1(a)에 도시되어 있듯이 반도체 웨이퍼나 유리질 기판(1) 위에 도포된 감광액막(2)이 균일하지 않고 한쪽이 두껍게 도포된 경우, 마스크(3)를 이용하여 노광작업을 하는 경우에, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 마스크(3) 상의 회로 등의 패턴(4)과 감광막 사이의 거리가 막의 두께에 따라 달라진다.

이러한 상태에서 자외선을 조사하게 되면, 마스크(3) 상의 패턴(4)과 감광액막(2) 사이의 거리에 따라 자외선이 회절되는 효과가 각각 다르기 때문에, 감광막이 균일하게 노광되지 않아 균일한 선폭을 얻기 어렵다. 따라서, 기존의 마스크 얼 라이너들은 이러한 막의 불균일한 두께로 인한 거리 편차를 보정하기 위한 구조물들이 장착되어 있는데, 이를 웨지 에러 보상(Wedge Error Compensation) 시스템이라한다.

통상적으로, 암, 수의 반사구조물을 이용하여 두께에 따라 자동으로 회전하여 두께 편차를 보정하거나 원을 따라 120도 위치에 장착된 3개의 공기실린더를 이용하여 두께 편차를 보정하는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 이와 같은 구조물에는 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다.

도 2(a)는 기존에 사용되고 있는, 감광막액의 불균일한 두께의 편차를 보정하기 위한 구조물을 도시한 도면이다.

도 2(a)에 도시되어 있듯이,기존에 사용하고 있는 웨지 에러 보상 마스크얼라이너 시스템(100)을 개략적으로 살펴보면, 웨이퍼 등이 올려지고 또한 반구형으로 구성되는 웨이퍼 지지대(10)와, 상기 웨이퍼 지지대를 밀착되게 수용하기 위한 반원형의 홈이 형성되어 있는 몸체부(20)와 그리고 마스크가 설치되는 마스크부(30)로 구성된다. 상기 웨이퍼지지대(10)와 몸체부(20)는 마찰력이 적은 소재로 구성되거나 또는 지지대(10)와 몸체부(20) 사이에 소정의 윤활제가 사용된다.

이와 같이 구성된 마스크 얼라이너시스템(100)을 사용하여 도 1(a)에 도시된 것과 같은, 불균일한 두께의 감광막(2)이 도포된 웨이퍼를 노광하는 경우에, 처음에는 도 2(a)에 도시된 것과 같이 두껍게 도포된 감광막(2)의 부분과 마스크 패턴(4)이 접촉을 하게 되지만, 아래쪽에서 몸체부(20)를 마스크쪽으로 화살표 방향으로 소정의 힘으로 밀침으로써, 지지대(10)가 회전을 하게 되어 도 2(b)에 도시된 것과 같이 마스크와 감광막(2)이 마스크 패턴(4)과 완전 밀착 접촉을 하게 된다.

그러나, 지지대(10)와 몸체부(20) 간의 정지마찰계수가 큰 경우에, 지지대(10)에 많은 힘을 가해 지지대(10)를 움직이기 때문에 감광막(2)에 손상을 줄 수 있으며 또한, 지지대를 움직이는 순간에, 지지대가 급작스럽게 회전을 하게 되면서 기판(1)이 순간적으로 슬립될 수 있다(도면에서는 도면의 우측으로). 따라서, 기판 상의 감광막(2)이 떨어져 마스크(3)에 묻어날 수 있다. 그러므로, 마스크(3)에 패턴(4) 이외의 다른 패턴, 즉 마스크에 묻어난 감광막이 형성되게 된다. 따라서, 마스크(3)의 세척주기가 짧아져 마스크 상의 패턴(4)에 악영향을 줄 수 있다. 또한 감광막이 단단하게 마스크 상에 붙게 되는 경우, 단순하게 제거할 수 있는 것이 아니고, 소정의 화학물질을 이용한 세정을 통해서만 제거할 수가 있다. 그러나, 화학물질을 이용하여 감광막을 제거하는 경우에, 패턴에도 손상을 줄 수가 있게 된다. 이에 따라, 새로운 마스크 패턴을 제작하여 사용하여야만 한다. 그러나, 마스크 패턴의 제작에는 상당한 비용이 소요되므로, 이는 반도체 제작에서 치명적인 에러가 될 수가 있다.

상기에서 설명한, 반구형이 형성된 몸체부(20)와 반구형의 지지대(10)를 사용하는 마스크 얼라이너에서 발생하는 단점을 제거하기 위하여 도 3에 도시된 것과 같은 마스크 얼라이너가 제안되었다.

도 3을 참조하여 장치(200)를 살펴보면, 마스크(3)가 설치되는 마스크부(30)와, 포토공정을 행하고자 하는 웨이퍼 등의 기판(1)이 재치되는 지지대(210)와, 기판 지지대를 지지하는 지지판(220)과, 상기 지지판(220)을 상승 또는 하강시키는 지지판 이동수단(240)과, 상기 지지판 내에 설치되어 상기 지지대를 미세하게 독립적으로 조정하는 지지대 미세 조정수단(230 및 230a)고 구성된다. 상기 미세 조정수단은 가스를 이용하는 것으로서, 적적량의 가스가 공급되는 몸통부(230)와, 가스압에 의해 몸통부(230)에서부터 외부로 신장되는 이동부(230a)와, 몸통부에 공급되는 가스압 조정을 위한 게이지(230b)로 이루어진다.

이의 동작을 살펴보면, 먼저 포토공정을 행하고자 하는 웨이퍼 등의 기판을 지지대(210)위에 재치한 후에, 이동수단(240)을 상승시켜 지지대 위의 기판을 마스크(30)에 밀착시킨다. 만일 기판(1) 상의 감광막(2)이 도 1(a)에 도시된 것과 같이 불균일하게 도포되어 한쪽 부분이 마스크(3)의 패턴(4)과 완전히 밀착하지 않는다 면, 마스크의 패턴과 완전하게 밀착되지 않는 부분의 미세 조정수단의 몸통부(230) 내측으로 적정량의 가스를 주입함으로써, 이동부(230a)가 가스압에 의해 몸통부 외부, 즉 마스크쪽 방향으로 이동하여 기판을 마스크쪽으로 밀치게 된다. 따라서, 불균일하게 도포된 감광막이 마스크의 패턴의 완전하게 밀착되어 완전하고 안전한 포토공정이 이루어질 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같이 가스압을 이용하여 웨지 에러를 보상하는 경우에, 장치의 제작비용이 비싸지게 되고, 또한 복잡하게 되어 유지보수에 어려움을 겪을 수가 있게 된다.

따라서, 본 발명의 목적의 반구형의 웨지 에러보상장치를 사용할 때 발생할 수 있는 마스크 패턴의 손상을 방지할 수 있는 웨지 에러보상장치를 제공하고 또한 가스를 사용하는 웨지 에러보상장치보다 저렴하고, 정비가 용이한 웨지 에러보상구조를 가진 마스크얼라이너장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적 달성을 위하여, 본 발명은 마스크가 위치하는 마스크 지지대와, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 재치하는 기판 지지대와, 상기 기판 지지대를 지지하는 지지 플레이트와, 상기 지지 플레이트를 상승 또는 하강 시키는 승강장치와, 상기 지지 플레이트에 설치되고 또한 스프링력으로 작동하는 미세 조정장치로 구성된다.

이하 도 4를 참조하여 본 발명의 장치를 설명한다.

도 4를 참조하면, 본원 발명의 장치는, 포토공정에 필요한 패턴이 형성되어 있는 마스크(3)를 지지하는 마스크부(30)와, 포토공정을 행하여야 하는 반도체 웨이퍼 등의 기판(1)이 재치되는 웨이퍼 지지대(310), 상기 웨이퍼 지지대를 지지하는 지지 플레이트(320)와, 상기 지지 플레이트를 위쪽 및 아래쪽으로 상승, 하강 이동시키는 이동수단(340)과, 상기 이동수단에 의해 지지 플레이트와 웨이퍼 지지대가 위쪽을 상승하여 웨이퍼가 마스크와 밀착 접촉된 후에 미세한 조정을 수행하며 지지 플레이트에 설치되는, 스프링력으로 구동하는 미세 조정수단(330)으로 구성된다.

미세 조정을 수행하는, 스프링력으로 구동하는 미세 조정수단(330)의 구성이 도 5(a), 5(b) 및 5(c)에 도시되어 있다.

도 5(a)는 미세 조정수단의 단면을 보여주는 것으로서, 미세 조정수단(330)은 일단부가 밀폐되고 또한 타단부가 개방된 원통형의 상측부(331)와, 상기 상측부와 미끄러지게 접촉도록 상기 상측부의 직경보다 크고 또한 일단부는 완전 개방되고 또한 타단부에는 소정 직경의 관통구가 형성되어 있는 하측부(332)와, 한쪽 끝에 내측부에 나사산이 소정 거리로 형성된 원통형의 하측부(332)와, 상기 하측부 내측에 하측부와 미끄럼 가능하게 접촉하며 또한 내측부에 나사산이 형성되어 나사운동에 의해 이동하는 이동부(333)와, 상기 상측부와 하측부 내측에 설치된 스프링 등의 탄성수단(334)과, 나사가 형성되어 상기 이동부와 나사산과 나사결합되고 또한 회전으로 상기 이동부를 이동시키는 회전부(335)로 구성된다. 상기 상측부의 개방된 단부는 외방으로 돌출형성되고, 또한 하측부의 개방된 단부는 내측으로 돌출형성되어, 상기 상측부와 하측부를 결합하였을 때, 상측부와 하측부는 상기 돌출부들에 의해 분리되지 않는다. 또한, 상기 상측부의 밀폐된 단부 내측에는 소정의 원기둥 형상의 구조물이 형성되는데, 이는 탄성수단의 일단부를 흔들림이 없도록 고정하기 위한 것이다.

도 5(b)는 이동부(333)를 나타낸 것으로서, 이동부의 직경(D)은 하측부의 내측과 미끄럼 접촉이 가능할 정도로 작다. 또한 이동부의 내측에는, 하측부 내측에서 이동부의 이동을 위한 암나사산(333a)이 형성되어 있으며, 이동부의 상측에는 스프링(334)의 안정된 고정을 위한 돌출부(333b)가 형성되어 있다. 상기 돌출부의 직경의 스프링의 내경보다 작다.

도 5(c)는 회전부를 나타낸 것으로서, 회전부(335)에는 상기 이동부(333)의 암나사산(333a)과의 나사 체결을 위한 숫나사산(335a)이 형성되고 또한 원통형의 하측부(332)에 형성되어 있는 관통구에 회전가능하도록 밀착 삽입되는 네크부(335b)가 형성된다. 사람이 상기 회전부를 회전시킬 수 있도록 하기 위한 노 브(335c)가 네크부에 설치된다. 필요시, 회전부의 분리와 설치를 용이하게 하기 위하여, 네크부에 노브부를 일체로 형성하기 보다는 네크부의 중앙부에 암나사 구멍을 형성하고 또한 노브부에 나사 관통을 위한 구멍을 형성하여, 상기 구멍을 통해 숫나사를 삽입하여 네크부의 중앙부에 형성된 암나사 구멍에 나사 체결함으로써 네크부에 노브부를 고정시키게 된다. 이때, 이동부의 이동을 위해 노브를 회전 시키는 방향(통상적으로 오른쪽 방향)에 반대방향으로 나사산을 형성하여 사용중에 고정용 나사가 풀어지는 것을 방지한다. 또한, 회전부를 하측부(332)에 설치할 때, 네크부(335b)에 링을 설치하여 네크부의 흔들림 또는 이동을 방지한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 미세 조정수단(330)의 구동력으로 스프링력을 사용하고 또한 회전부를 회전시켜 이동부를 이동시킴으로써 스프링력의 탄성력을 조절할 수 있게 된다.

이상과 구성된 본원 발명의 미세 조정수단(330)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 1(a)에 도시된 것과 같이, 기판(1) 상에 감광막(2)이 불균일하게 도포된경우에, 기판을 도 4에 도시된 것과 같이 웨이퍼 지지대(310) 위에 재치한 후에 이동수단(340)을 상방으로 상승시켜 기판을 마스크(3)와 접촉을 시키게 되면, 도 2(a)에 도시된 것과 같이 감광막(2)이 두껍게 형성된 부분은 마스크(3)의 패턴(4) 과 접촉을 하게 되지만, 상대적으로 얇게 형성된 감광막의 부분은 두꺼운 부분과의 차이만큼 간격을 두고서 마스크의 패턴과 떨어져 있게 된다. 이 상태에서 이동수단(340)을 상방으로 더 이동을 시키게 되면, 마스크의 패턴과 접촉되어 있는 상기 두꺼운 감광막부분쪽에 있는 본원 발명의 미세 조정수단(330)의 내측부에 있는 탄성수단(334)이 수축을 하게 되면서 상측부(331)가 하측부(332)쪽을 이동을 하게 된다. 한편, 마스크의 패턴과 떨어져 있는 상기 얇은 감광막부분쪽에 있는 미세 조정수단(330)의 탄성수단이 수축하는 일이 없이, 이동수단(340)에 의해 미세 조정수단이 웨이퍼 지지대(310)을 위쪽으로 밀쳐져 얇은 감광막부분쪽이 마스크(3)의 패턴(4)과 접촉을 하게 되어 도 2(b)에 도시된 것과 같은 상태가 된다. 따라서, 감광막과 패턴이 밀착을 하게 되어, 바람직한 작업을 수행할 수 있게 된다.

만일, 탄성수단(334)의 탄성력을 조절할 필요가 있으면 회전부(335)의 노브(335c)를 회전시키면 된다. 탄성력을 증가시킬 필요가 있을 경우에는, 노브(335c)를 왼쪽(반시계방향)으로 회전시키고, 이때 회전부(335)의 나사결합되어 있는 이동부(333)가 위쪽, 즉 상측부(331)의 방향으로 이동을 하면서 탄성수단(334)을 수축시켜 탄성수단을 탄성력을 높인다. 반대로 탄성력을 줄일 필요가 있을 경우에, 노브(335c)를 오른쪽(시계방향)으로 회전시키면, 이동부(3330가 아래쪽, 즉 하측부(332) 방향으로 이동을 하여 탄성수단(334)의 탄성력을 줄이게 된다.

이상에서 설명하였듯이, 반도체, 멤스 및 바이오 신물질 제조시에 사용하는 마스크 얼라이닝에서 불균일한 감광막의 도포로 발생할 수 있는 웨지 에러를 보상할 수 있는 구조물을 제공함으로써, 정확한 마스크 얼라이닝이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 웨지 에러를 보상할 수 있는 구조물로서 미세 조정장치를 제공하고, 또한 미세 조정장치를 탄성수단을 이용하여 구동함으로써, 선행기술에서 사용하는 가스압 방식에 비해 제작이 용이하고, 유지, 수선이 편리하며, 제작비용이 저렴하다는 효과가 있다.

또한, 미세 조정장치에 탄성수단의 탄성력을 조정할 수 있는 수단을 제공하여 탄성수단의 탄성력을 조정할 수 있도록 함으로써, 과도한 탄성력에 의한 마스크의 손상을 방지하여 생산성을 향상시킨다는 효과도 있다.

Claims (5)

1. 마스크를 지지하는 마스크부(30)와, 기판을 지지하는 웨이퍼 지지대(310)와, 웨이퍼 지지대를 지지하는 지지 플레이트(320)와, 상기 지지 플레이트를 상승 및 하강 이동시키는 이동수단(340)과, 상기 지지 플레이트에 설치되어 웨지 에러를 보상하는 미세 조정수단(330)으로 구성된 마스크 얼라이너장치에 있어서, 상기 미세 조정수단(330)은,

   일단부가 밀폐되고 타단부가 개방되며, 개방된 상기 타단부의 단부가 외측으로 돌출하는 상측부(331)와,

   상기 상측부의 직경보다는 크고, 일단부는 완전개방되고 또한 타단부에는 소정 직경의 관통구가 형성되어 있으며, 상기 일단부의 단부는 내측을 돌출하는 하측부(332)와,

   상기 하측부(332)의 내측부와 미끄럼 가능하게 접촉하며, 일단부는 폐쇄되고 타단부는 개방되며, 그 내측에 암나사산(333a)이 형성되며 또한 상기 일단부의 외측에 소정 길이의 원기둥형의 돌출부가 형성되는 이동부(333)와,

   상기 상측부(331)와 상기 이동부(333)의 상기 일단부 사이에서 상기 상측부와 상기 하측부(332) 내측에 설치되는 탄성수단(334)과,

   상기 이동부의 암나사산(333a)과 나사 결합을 위한 숫나사산(335a)이 형성되고, 또한 상기 하측부(332)의 상기 타단부에 형성된 상기 관통구에 회전 가능하게 삽입되는 네크부(335b)와 노브(335c)를 포함하는 회전부(335),

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨지 에러 보상기능을 가진 마스크얼라이너장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성수단(334)이 스프링인 것을 특징으로 하는 마스크얼라이너장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 회전부(335)의 노브(335c)를 회전시켜 숫나사산(335a)을 회전시키면, 나사 결합되어 있는 이동부(333)의 암나사산(333a)이 같이 회전하여 이동부가 이동됨으로써, 상기 탄성수단(334)을 수축 또는 이완시켜 탄성을 조정하는 것을 특징으로 하는 마스크얼라이너장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 미세 조정수단(330)이 세 개이고, 또한 서로간에 120도의 간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 마스크얼라이너장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 미세 조정수단(330)이 네 개 이상인 것을 특징으로 하는 마스크얼라이너장치.

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