KR101127776B1

KR101127776B1 - 통합된 다중-이용 광학 정렬을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101127776B1
Application number: KR1020067002581A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 페리; 로버트 스티거; 닐 벤자민
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2012-03-23
Also published as: KR20060125681A; TWI247880B; JP4642024B2; WO2005028994A3; US20050030524A1; IL173540A0; US6952255B2; JP2007501527A; CN100401465C; IL173540A; WO2005028994A2; TW200530557A; CN1864242A

Abstract

반도체 프로세싱 시스템에서 이용하기 위한 광학 정렬 시스템이 제공된다. 광학 정렬 시스템은 웨이퍼 척의 최상부 표면에 통합된 정렬 피처를 갖는 웨이퍼 척을 포함한다. 또한, 정렬 피처로 광학 신호를 방출할 수 있는 빔-형성 시스템은 웨이퍼 척 보다 위에 배치된다. 또한, 정렬 피처로 방출된 광학 신호의 진폭을 검출할 수 있는 검출기가 포함된다. 일 양태에서, 정렬 피처는 광학 신호의 일부를 빔 검출기로 되 반사시키는 반사 정렬 피처일 수 있다. 또 다른 양태에서, 정렬 피처는, 광학 신호의 일부가 상기 웨이퍼 척을 통해 검출기로 통과하게 할 수 있는 투과율 정렬 피처일 수 있다. 이 양태에서, 검출기는 웨이퍼 척 보다 아래에 배치될 수 있다.

광학 정렬 시스템, 웨이퍼 척, 빔-형성 시스템, 광학 신호

Description

통합된 다중-이용 광학 정렬을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INTEGRATED MULTI-USE OPTICAL ALIGNMENT}

발명의 배경

1. 발명의 기술 분야

본 발명은 일반적으로, 광학 정렬에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 간섭계와 반사계 기반 종단점 (endpoint) 및 광학 계측 시스템을 위한 통합된 다중-이용 광학 정렬에 관한 것이다.

2. 관련 기술의 설명

집적 회로 또는 평판 디스플레이와 같은 반도체 장치의 제조에 있어서, 기판 (예를 들어, 웨이퍼 또는 유리판) 은 플라즈마 프로세싱 챔버에서 프로세싱될 수도 있다. 프로세싱 공정은 기판상의 재료 층의 증착 및 증착된 층(들)의 선택적 에칭을 포함할 수도 있다. 층에 에칭할 준비를 하기 위해, 통상, 기판 표면은 적절한 포토레지스트 또는 하드 마스크로 마스킹된다. 마스크에 의해 보호되지 않는 영역을 통해 에칭하기 위해서 에칭공정 중에, 적절한 에천트 (etchant) 소스 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 에칭공정은, 타겟 층이 에칭되거나 소정의 두께에 도달되었다고 판정되면 종결된다. 이러한 에칭의 종결은, 통상, 에칭의 "종단점" 이라고 지칭된다.

에칭을 종결시킬 때를 판정하기 위해 다양한 기술이 당업계에서 사용되고 있다. 예를 들어, 간섭계에서는, 기판에서 반사된 광 빔이 모니터링되고, 그 반사된 빔의 진폭의 최고점과 최저점을 카운트함으로써 또는 신호의 중단으로부터 에칭 깊이가 결정된다. 광 빔이 기판 표면에서 부분적으로 반사되고 하위 계면에서 부분적으로 반사되기 때문에 보강 간섭 및 상쇄 간섭이 발생한다. 층의 원래의 두께를 알고 있다면, 나머지 두께는 에칭 공정 동안 최고/최저 피크를 카운트함으로써 추정될 수도 있다.

통상적으로, 반도체 프로세싱 툴에 대한 간섭계와 반사계 기반 종단점 및 광학 계측 시스템은 테스트 대상 웨이퍼의 표면에 수직인, 광 방사 (optical radiation) 의 빔의 정확한 정렬에 의존한다. 광학 정렬이 달성되는 경우, 입사 빔은 광학 시스템의 투과/수집 광학계로 되 반사되고 최대 가능한 신호 강도가 달성된다.

이러한 정렬을 달성하기 위하여, 프로세싱 시스템의 전극 상에 기준 웨이퍼를 배치하는 단계 및 되 반사 신호가 최대에 있을 때까지 광학계의 정렬을 조정하는 단계를 포함하는 정렬 절차의 일부 형태가 수행된다. 예를 들어, 도 1 은 광학 종단점 검출 시스템을 이용하는 종래 기술의 에칭 시스템 (100) 을 도시한 도면이다. 에칭 시스템 (100) 은 웨이퍼 척 (104) 및 뷰 포트 (view port; 106) 를 갖는 프로세스 챔버 (102) 를 포함한다. 뷰 포트 (106) 는, 빔-형성 시스템 (108) 을 이용하여 기준 웨이퍼 (112) 의 표면 상에 광학 빔 (110) 이 투과되게 한다.

빔-형성 시스템 (108) 으로부터 방출된 광학 빔 (110) 을 적절히 정렬시키기 위하여, 기준 웨이퍼 (112) 가 웨이퍼 척 (104) 상에 배치된다. 그 후, 광학 빔 (110) 이 기준 웨이퍼 (112) 의 표면상에 방출되고, 빔-형성 시스템으로 되돌아가는 반사 신호가 검사된다. 대체로, 빔-형성 시스템 (108) 은, 이용되는 모든 파장에서 반사 신호가 최대화될 때까지 조정된다. 유감스럽게도, 기준 웨이퍼 (112) 가 프로세싱 챔버로 로딩되어야 하기 때문에 이 절차는 정규 프로세스 흐름을 중단한다.

또한, 툴이 제조되거나 서비스되고 있는 동안, 또 다른 유형의 정렬 단계가 요구된다. 웨이퍼를 프로세싱 챔버로 이송하는 로봇 암 (robot arm) 은 챔버내의 전극의 위치에 대하여 정확하게 정렬되어야 한다. 이 정렬 단계는 복잡한 테스트 고정물 및 신중한 측정을 요구한다. 예를 들어, 하나의 프로세스에서, 기준 플레이트가 웨이퍼 척 (104) 상에 배치되고 대응하는 기준 플레이트가 로봇 암 상에 배치된다. 그런 다음, 로봇 암은, 로봇 암이 기준 플레이트에 맞추어 정렬될 때까지 수동으로 조정된다. 그 후에, 로봇이 웨이퍼 척 (104) 의 중심의 위치를 알도록, 최종 좌표가 로봇 암 제어 시스템에 프로그래밍된다. 이러한 동작을 수행하기 위하여, 로봇이 동작하는 이송 모듈 (transport module) 및 프로세스 챔버가, 기준 플레이트를 적절히 위치시키기 위하여 벤팅 (venting) 되어야 한다. 통상적으로, 이것은 시간 소비 프로세스이기 때문에, 웨이퍼가 파손되거나 또는 전극 상에 분명히 잘못 배치되는 경우에만, 로봇 암의 재-정렬이 일반적으로 반복된다.

상술한 점을 고려하여, 정규 프로세스 흐름의 중단을 요구하지 않고 광학 정렬을 허용하는 광학 정렬 시스템이 필요하다. 또한, 그 시스템은 프로세스 챔버와 이송 모듈의 벤팅을 요구하지 않고 적절한 로봇 정렬을 허용해야 한다.

발명의 개요

대체로, 본 발명은 정규 프로세스 흐름을 중단하지 않고 광학 정렬을 허용하는 통합된 다중-이용 광학 정렬 시스템을 제공함으로써 이들 필요성를 처리한다. 일 실시형태에는, 반도체 프로세싱 시스템에서 이용하기 위한 광학 정렬 시스템이 개시되어 있다. 그 광학 정렬 시스템은 웨이퍼 척의 최상부 표면에 통합된 정렬 피처 (feature) 를 갖는 웨이퍼 척을 포함한다. 또한, 정렬 피처에 광학 신호를 방출할 수 있는 빔-형성 시스템이 웨이퍼 척 보다 위에 배치된다. 또한, 정렬 피처에 방출된 광학 신호의 진폭을 검출할 수 있는 검출기가 포함된다. 일 양태에서, 정렬 피처는 검출기로 광학 신호의 일부를 되 반사하는 반사 정렬 피처일 수 있다. 또 다른 양태에서, 정렬 피처는, 광학 신호의 일부가 웨이퍼 척을 통해 검출기로 전달되게 할 수 있는 투과율 정렬 피처일 수 있다. 이 양태에서, 검출기는 웨이퍼 척 보다 아래에 배치될 수 있다.

반도체 프로세싱 시스템에서의 광학 정렬 방법이 본 발명의 또 다른 실시형태에 개시되어 있다. 그 방법은, 웨이퍼 척의 중심에 통합된 정렬 피처로 광학 신호를 방출하는 단계를 포함한다. 정렬 피처에 방출된 광학 신호의 진폭이 검출되고, 검출된 광학 신호의 진폭을 최대화하기 위해 빔-형성 시스템이 조정된다. 상술된 바와 같이, 정렬 피처는, 빔-형성 시스템과 함께 위치될 수 있는 검출기로 광학 신호의 일부를 되 반사하는 반사 정렬 피처, 또는 광학 신호의 일부가 웨이퍼 척을 통해 검출기로 전달되게 하는 투과율 정렬 피처일 수 있다.

또 다른 실시형태에는, 반도체 프로세싱 시스템에서 로봇 암을 정렬시키기 위한 시스템이 개시되어 있다. 그 시스템은 웨이퍼 척의 최상부 표면의 중심에 통합된 정렬 피처를 갖는 웨이퍼 척을 포함한다. 빔-형성 시스템은 웨이퍼 척 보다 위에 배치되고, 정렬 피처로 광학 신호를 방출할 수 있다. 로봇 암을 정렬시키기 위해, 로봇 정렬 웨이퍼의 중앙 위치에 배치된 기준 패턴을 갖는 로봇 정렬 웨이퍼가 로봇 암 상에 배치되고 프로세싱 챔버에 삽입된다. 그 후, 기준 패턴으로 방출된 광학 신호의 진폭을 검출하는 검출기가 로봇 암의 정렬을 결정하기 위해 이용된다. 통상, 기준 패턴은, 로봇 정렬 웨이퍼의 중심이 웨이퍼 척의 중심에 대하여 결정될 수 있도록 광학 신호를 변경한다. 예를 들어, 기준 패턴은, 패턴의 개별 세그먼트에 복수의 대역통과 필터를 포함하는 원형의 스펙트럼 기준 패턴일 수 있다. 이 예에서, 각각의 대역통과 필터는 고유한 파장에 중심을 둔다. 또 다른 예시적인 기준 패턴은, 로봇 암이 로봇 정렬 웨이퍼를 프로세싱 챔버에 삽입할 때, 로봇 암의 이동 방향에 따라 일렬로 된 복수의 원형 개구를 포함하는 선형 개구 패턴일 수 있다. 정확도를 증가시키기 위해, 복수의 선형 개구 패턴을 포함하는 다중-라인 선형 개구 패턴이 이용될 수 있으며, 각각은 고유한 파장에 중심을 둔 대역통과 필터를 더 포함한다. 본 발명의 다른 양태 및 이점은 첨부된 도면과 관련하여 얻어지고 본 발명의 원리를 예로서 설명한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해진다.

도면의 간단한 설명

본 발명의 또 다른 이점과 함께 본 발명은, 첨부된 도면과 관련하여 얻어진 다음의 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수도 있다.

도 1 은 광학 종단점 검출 시스템을 이용하는 종래 기술의 에칭 시스템을 도시한 도면이다.

도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반사율에 기초한 통합된 다중-이용 광학 정렬 시스템을 갖는 에칭 시스템을 도시한 도면이다.

도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 투과율에 기초한 통합된 다중-이용 광학 정렬 시스템을 갖는 에칭 시스템을 도시한 도면이다.

도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 통합된 로봇 암 정렬 기능을 갖는 에칭 시스템을 도시한 도면이다.

도 5a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 로봇 정렬 웨이퍼와 함께 이용하기 위한 원형 스펙트럼 기준 패턴을 도시한 도면이다.

도 5b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 로봇 정렬 웨이퍼와 함께 이용하기 위한 선형 개구 패턴을 도시한 도면이다.

도 5c 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 로봇 정렬 웨이퍼와 함께 이용하기 위한 다중-라인 선형 개구 패턴을 도시한 도면이다.

도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반도체 프로세싱 시스템에서의 광학 정렬 방법을 도시한 흐름도이다.

바람직한 실시형태의 상세한 설명

본 발명은 정규 프로세스 흐름이 중단되는 것을 요구하지 않고 광학 정렬을 허용하는 통합된 다중-이용 광학 정렬 시스템에 대해 개시된다. 또한, 본 발명의 실시형태는 프로세스 챔버와 이송 모듈의 벤팅을 요구하지 않고 적절한 로봇 정렬을 허용한다. 다음의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 다양한 상세한 설명이 설명된다. 그러나, 이들 상세한 설명의 일부 또는 전부 없이도 본 발명이 실시될 수도 있다는 것을 당업자는 알고 있다. 다른 경우에, 본 발명을 불필요하게 불명확하게 하지 않기 위하여 널리 공지된 프로세스 단계는 상세히 기술되지 않는다.

도 1 은 종래 기술의 관점에서 기술되었다. 도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반사율에 기초한 통합된 다중-이용 광학 정렬 시스템을 갖는 에칭 시스템 (200) 을 도시한 도면이다. 에칭 시스템 (200) 은 뷰 포트 (206) 및 웨이퍼 척 (204) 을 갖는 프로세스 챔버 (202) 를 포함한다. 웨이퍼 척은, 광학 빔 (210) 의 정렬을 용이하게 하기 위한 도 2 의 반사 정렬 피처 (212) 인 정렬 피처를 포함한다. 뷰 포트 (206) 는 빔-형성 시스템 (208) 을 이용하여 웨이퍼 척 (204) 의 표면에 광학 빔 (210) 이 투과되게 한다.

도 2 의 실시형태에서, 소형의 반사 정렬 피처 (212) 가 웨이퍼 척 (204) 의 중심 영역에 형성된다. 반사 정렬 피처 (212) 는 웨이퍼 척 (204) 의 표면과 평행하며, 따라서, 웨이퍼 척 (204) 상에 웨이퍼를 갖는 효과를 낸다. 반사 정렬 피처 (212) 는 복수의 서로 다른 기술을 이용하여 생성될 수 있다. 일 실시형태에서, 반사 정렬 피처 (212) 는 평활화되도록 웨이퍼 척 (204) 의 표면상의 작은 영역을 폴리싱 (polishing) 함으로써 형성된다. 이 실시형태에서, 반사 정렬 피처 (212) 는, 하나의 연속적인 (contiguous) 영역으로서 또는 서브-영역의 체커보드 패턴 (checkerboard pattern) 으로서 폴리싱될 수 있다. 이러한 방식으로, 이물질이 웨이퍼 척 (204) 의 표면에 부가되지 않기 때문에, 오염 위험이 감소된다. 또한, 웨이퍼 척 표면의 폴리싱 공정은 제조 공정 동안 최소 수의 부가적인 단계를 요구한다. 또한, 척 재료가 광범위하게 테스트되었기 때문에, 반사 정렬 피처 (212) 는 긴 유효 수명을 갖도록 제조될 수 있다.

또 다른 실시형태에서, 반사 정렬 피처 (212) 는 사파이어와 같은 투명 광학 재료의 소형 원통일 수 있다. 그 원통은, 예를 들어, 반도체 그레이드 접착제 (semiconductor grade adhesive) 를 이용하여, 웨이퍼 척 (204) 의 중심에 뚫린 홈 (recess) 에 끼워 넣어지며, 원통의 하부 면은 알루미늄 코팅될 수 있다. 접착제와 사파이어는 플라즈마에 의한 공격으로부터 알루미늄 코팅을 보호하도록 기능하며 알루미늄이 프로세싱 챔버에 들어가지 않음을 보장한다. 금속성 코팅의 이용을 피하기 위하여, 사파이어는 알루미늄 없이도 이용될 수 있는데, 그 이유는 사파이어의 굴절률이 상당한 표면 반사를 생성하기에 충분히 높기 때문이다. 또한, 원통의 하부 면이, 역반사체 (retroreflector) 를 생성하기 위해 비스듬히 잘릴 수 있다.

빔-형성 시스템 (208) 으로부터 방출된 광학 빔 (210) 을 적절히 정렬시키기 위하여, 광학 빔 (210) 은 웨이퍼 척 (204) 의 표면상의 반사 정렬 피처 (212) 로 방출되며, 빔-형성 시스템으로 되 반사된 신호가 검사된다. 통상의 빔-형성 시스템 (208) 은 광원 및 광 검출 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 광섬유가 빔-형성 시스템에 광을 제공하기 위해 이용될 수 있으며, 또 다른 광섬유가 반사 정렬 피처 (212) 로부터 반사된 광을 수신하고 그 수신된 광을 광 검출기에 제공하기 위해 이용될 수 있다. 그 후, 빔-형성 시스템 (208) 은, 반사된 광 신호가 이용되는 모든 파장에서 최대화될 때까지 조정된다.

이러한 방식으로, 빔-형성 시스템 (208) 의 정렬은, 에칭 시스템 (200) 이 웨이퍼들 사이 또는 웨이퍼가 없는 세정 동작 (clean operation) 동안과 같은 유휴 상태인 때 언제든지 시작될 수 있다. 시간에 따라, 빔-형성 시스템 (208) 의 정렬은 프로세스 챔버의 진동 및 가열/냉각 동작의 결과로서 드리프팅될 수 있다. 반사 정렬 피처 (212) 가 웨이퍼 척 (204) 에 빌트인되기 때문에, 빔-형성 시스템 (208) 의 정렬은, 예를 들어, 웨이퍼가 언로딩될 때마다 체크될 수 있다. 즉, 웨이퍼가 프로세스 챔버 (202) 로부터 언로딩될 때마다, 웨이퍼 척 (204) 은 빈 상태에 있으며, 따라서, 반사 정렬 피처 (212) 가 빔-형성 시스템 (208) 을 정렬시키기 위해 이용될 수 있다. 또한, 정렬이 웨이퍼 에칭 동작들 사이에서 발생할 수 있기 때문에, 빔-형성 시스템은 정규 프로세스 흐름을 중단하지 않고 정렬될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서, 투과율 기반 정렬 피처가 이용될 수 있다. 도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 투과율에 기초한 통합된 다중-이용 광학 정렬 시스템을 갖는 에칭 시스템 (300) 을 도시한 도면이다. 도 2 의 시스템과 유사하게, 에칭 시스템 (300) 은 뷰 포트 (206) 및 웨이퍼 척 (302) 을 갖는 프로세스 챔버 (202) 를 포함한다. 그러나, 도 3 의 실시형태에서, 웨이퍼 척 (302) 은 광학 빔 (210) 의 정렬을 용이하게 하기 위해 투과율 정렬 피처 (304) 를 포함한다. 상술된 바와 같이, 뷰 포트 (206) 는 빔-형성 시스템 (208) 을 이용하여 웨이퍼 척 (302) 의 표면에 광학 빔 (210) 이 투과되게 한다.

도 3 의 실시형태에서, 소형의 투과율 정렬 피처 (304) 는 웨이퍼 척 (302) 의 중심 영역에 형성된다. 일 실시형태에서, 투과율 정렬 피처 (304) 는 웨이퍼 척 (302) 의 표면과 평행하며, 따라서, 웨이퍼 척 (302) 상에 웨이퍼를 갖는 효과를 낸다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 투과율 정렬 피처 (304) 의 축은 웨이퍼 척 (302) 의 최상부 표면에 수직이다. 또한, 광 검출기 (306) 는 광섬유 (308) 를 경유하여 투과율 정렬 피처 (304) 에 커플링된다. 투과율 정렬 피처 (304) 는, 빔-형성 시스템 (208) 이 적절히 정렬될 때, 웨이퍼 척 (302) 을 통해 광을 투과시키는 투명한, 진공 기밀의, 높은 애스펙트비 (aspect ratio) 의 피처이다.

투과율 정렬 피처 (304) 를 통해 광섬유 (308) 를 경유하여 광 검출기 (306) 로 광을 전송하기 위해, 높은 애스펙트비는 광학 빔 (210) 을 웨이퍼 척 (302) 의 표면에 본질적으로 수직이 되게 한다. 따라서, 빔-형성 시스템 (208) 으로부터 방출된 광학 빔 (210) 을 적절히 정렬시키기 위해, 광학 빔 (210) 은 웨이퍼 척 (302) 의 표면상의 투과율 정렬 피처 (304) 로 방출된다. 광 신호는 투과율 정렬 피처 (304) 를 통해 투과되고, 그 후, 웨이퍼 척 (302) 을 통해 광 검출기 (306) 로 전송된다. 그 후, 빔-형성 시스템 (208) 은, 이용되는 모든 파장에서 투과율 정렬 피처 (304) 를 통해 투과된 광이 최대화될 때까지 조정된다.

상술된 바와 같이, 빔-형성 시스템 (208) 의 정렬은, 에칭 시스템 (300) 이 유휴 상태일 때 언제든지 시작될 수 있다. 투과율 정렬 피처 (304) 가 웨이퍼 척 (302) 에 빌트인되기 때문에, 빔-형성 시스템 (208) 의 정렬은, 예를 들어, 웨이퍼가 언로딩될 때마다 체크될 수 있다. 따라서, 반사 정렬 피처에서와 같이, 정렬이 웨이퍼 에칭 동작들 사이에서 발생할 수 있기 때문에, 투과율 정렬 피처 (304) 는 정규 프로세스 흐름을 중단하지 않고 빔-형성 시스템 (208) 이 정렬되게 한다.

빔-형성 시스템의 정렬을 용이하게 하는 것 외에, 투과율 정렬 피처 (304) 는 제조 웨이퍼를 통해 투과율 측정치를 획득하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 적외선 스펙트럼이 웨이퍼의 온도를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 광학 빔 (210) 의 파장 범위가 적외선 스펙트럼을 포함한다면, 투과율 정렬 피처 (304) 는 광섬유 (308) 를 경유하여 검출기 (306) 로 적외선 신호를 전송하기 위해 이용될 수 있다. 그 후, 적외선 신호는 웨이퍼의 온도를 결정하기 위해 분석될 수 있다.

또한, 웨이퍼 척의 통합된 정렬 피처는 로봇 암이 웨이퍼 척의 중심에 대하여 어디에 위치되는지를 결정하는 계측기로서 빔-형성 시스템이 이용되게 한다. 도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 통합된 로봇 암 정렬 기능을 갖는 에칭 시스템 (400) 을 도시한 도면이다. 에칭 시스템 (400) 은 웨이퍼 척 (204) 의 중심에 위치되는 통합된 정렬 피처 (402) 를 갖는 웨이퍼 척 (204) 을 포함한다. 상술된 바와 같이, 통합된 정렬 피처 (402) 는 도 2 를 참조하여 기술된 반사율 정렬 피처 또는 도 3 을 참조하여 기술된 투과율 정렬 피처일 수 있다. 어느 경우나, 통합된 정렬 피처 (402) 는, 방출된 광학 빔이 웨이퍼 척 (204) 의 표면에 수직 입사하도록 빔-형성 시스템을 정렬시키는데 이용된다. 기준 패턴 (406) 을 갖는 로봇 정렬 웨이퍼 (404) 는, 로봇 암 (408) 의 정렬을 용이하게 하기 위해 로봇 암 (408) 상에 배치된다. 통상, 기준 패턴 (406) 은 로봇 정렬 웨이퍼 (404) 의 중앙 영역에 형성된다. 일 실시형태에서, 로봇 정렬 웨이퍼 (404) 는 웨이퍼 카세트로 로딩될 수 있다. 웨이퍼 카세트로부터 로봇 정렬 웨이퍼 (404) 를 회수한 이후에, 로봇 암은 프로세싱 챔버 (202) 로 삽입된다.

에칭 시스템에서, 웨이퍼 척 (204) 은 프로세싱 환경의 중심을 정의한다. 본 발명의 실시형태의 통합된 정렬 피처 (402) 가 웨이퍼 척 (204) 의 중심에 형성되기 때문에, 웨이퍼 척 (204) 의 중심의 좌표는 웨이퍼 프로세싱 시스템에 알려 진다. 일단 광학 빔이 웨이퍼 척 (204) 의 표면상의 통합된 정렬 피처 (402) 에 맞추어 정렬되면, 웨이퍼 척 (204) 의 중심에 대한 로봇 정렬 웨이퍼 (404) 상의 기준 패턴 (406) 의 위치를 검출하기 위해 광학 빔이 이용될 수 있다. 특히, 로봇 정렬 웨이퍼 (404) 상의 기준 패턴 (406) 은 시스템으로 하여금 기준 패턴 (406) 의 중심, 및 그에 따른 로봇 정렬 웨이퍼 (404) 의 중심이 웨이퍼 척 (204) 의 중심에 대하여 어디에 위치하는지를 계산하게 하는 광학 빔의 변동을 발생시킨다.

도 5a 및 도 5b 는 로봇 정렬 웨이퍼 (404) 상에서 이용될 수 있는 다양한 기준 패턴을 도시한 것이다. 도 5a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 로봇 정렬 웨이퍼와 함께 이용하기 위한 원형 스펙트럼 기준 패턴 (406a) 을 도시한 도면이다. 원형 스펙트럼 기준 패턴 (406a) 은 4개의 4분원 (500a 내지 500d) 을 포함하며, 각각은 고유한 파장에 중심을 둔 광학 대역통과 필터를 갖는다. 원형 스펙트럼 기준 패턴 (406a) 이 4개의 4분원을 이용하여 도시되지만, 원형 스펙트럼 기준 패턴 (406a) 은, 각각의 세그먼트가 고유한 파장에 중심을 둔 광학 대역통과 필터를 갖는 임의의 수의 세그먼트로 분할될 수 있다.

그 후, 이용 시, 각각의 4분원 (500a 내지 500d) 은 광의 스펙트럼의 다른 부분을 투과시키는데, 이는 다음에 웨이퍼 척 상의 정렬 피처로부터 반사되거나 그 정렬 피처를 통해 투과된다. 광학 빔에서 검출된 광의 스펙트럼 밸런스가 각각의 대역통과 필터로부터 동일한 양을 나타낼 경우, 원형 스펙트럼 기준 패턴 (406a) 의 중심은 웨이퍼 척의 중심 바로 위에 있다. 그렇지 않으면, 광학 빔에서 검출된 광의 스펙트럼 밸런스는 웨이퍼 척의 중심에 대한 원형 스펙트럼 기준 패턴 (406a) 의 중심의 오프셋을 나타낸다.

도 5b 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 로봇 정렬 웨이퍼와 함께 이용하기 위한 선형 개구 패턴 (406b) 을 도시한 도면이다. 선형 개구 패턴 (406b) 은, 로봇 정렬 웨이퍼를 프로세싱 챔버로 삽입할 때, 로봇 암의 이동 방향에 따라 일렬로 된 일련의 원형 개구 (502) 를 포함한다. 로봇 정렬 웨이퍼가 프로세싱 챔버에 삽입됨에 따라, 광학 빔은 각각의 원형 개구 (502) 를 통해 통과하고, 반사율 정렬 피처를 이용할 경우에는 검출기로 되 반사되거나, 투과율 정렬 피처를 이용할 경우에는 투과율 실린더와 광섬유를 경유하여 검출기로 이동된다.

어느 경우나, 각각의 원형 개구 (502) 가 정렬 피처 위로 통과되면서 검출기는 광학 빔 신호의 피크를 검출한다. 검출된 피크의 진폭은, 원형 개구 (502) 의 중심이 정렬 피처 위로 통과할 때 더 높고, 원형 개구 (502) 의 에지가 정렬 피처 위로 통과할 때 더 낮다. 결과적으로, 로봇 정렬 시스템은 광학 빔 신호의 진폭 변조로부터 2개의 방향에서 로봇 정렬 웨이퍼의 위치를 계산할 수 있다. 로봇 암을 정렬시키는데 있어서 정확도를 증가시키기 위해, 도 5c 를 참조하여 다음에 기술되는 바와 같이, 다수의 라인의 선형 개구 패턴이 이용될 수 있다.

도 5c 는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 로봇 정렬 웨이퍼와 함께 이용하기 위한 다중-라인 선형 개구 패턴 (406c) 을 도시한 도면이다. 다중-라인 선형 개구 패턴 (406c) 은 복수의 선형 개구 패턴 (504a 내지 504c) 을 포함하며, 각각은, 프로세싱 챔버에 로봇 정렬 웨이퍼를 삽입할 때 로봇 암의 이동 방향에 따라 일렬로 된 일련의 원형 개구 (502) 를 포함한다. 또한, 각각의 선형 개구 패턴 (504a 내지 504c) 은 고유한 파장에 중심을 둔 광학 대역통과 필터로 커버링된다.

상술된 바와 같이, 각각의 원형 개구 (502) 가 정렬 피처 위로 통과되면서 검출기는 광학 빔 신호의 피크를 검출한다. 검출된 피크의 진폭은, 원형 개구 (502) 의 중심이 정렬 피처 위로 통과할 때 더 높고, 원형 개구 (502) 의 에지가 정렬 피처 위로 통과할 때 더 낮다. 결과적으로, 로봇 정렬 시스템은, 광학 빔 신호의 진폭 변조로부터 2개의 방향에서 로봇 정렬 웨이퍼의 위치를 계산할 수 있다.

또한, 각각의 선형 개구 패턴 (504a 내지 504c) 을 커버링하는 대역통과 필터는, 로봇 정렬 웨이퍼를 프로세싱 챔버에 삽입할 때, 로봇 암의 이동 방향에 따라 기준 패턴 (406c) 의 중앙에 위치된 중심 선형 개구 패턴 (504b) 에 대하여 우측 및 좌측 오프셋을 계산하기 위해 이용될 수 있다. 각 대역통과 필터는 광 스펙트럼의 다른 부분을 투과시키는데, 이는 다음에 웨이퍼 척 상의 정렬 피처로부터 반사되거나 그 정렬 피처를 통해 투과된다. 따라서, 광학 빔에서 검출된 광의 스펙트럼 밸런스는 웨이퍼 척의 중심에 대한 기준 패턴 (406c) 의 중심의 오프셋을 나타낸다.

또 다른 실시형태에서, 기준 패턴은, 로봇 정렬 웨이퍼를 프로세싱 챔버에 삽입할 때, 로봇 암의 이동 방향에 수직인 복수의 슬릿 (slit) 을 포함할 수 있다. 하나의 에지로부터 다른 에지로 연속적으로 투과 파장을 변경시키는 연속적인 광학 필터는 복수의 슬릿을 커버한다. 슬릿이 웨이퍼 척 상의 정렬 피처에 교차함에 따라, 광학 신호는, 슬릿과 필터를 통해 통과하고 정렬 피처에 도달하는 광학 신호의 파장에 대해서만 변조된다. 이러한 방식으로, 파장 상한 및 하한은 좌측 및 우측에 대한 오프셋을 계산하기 위해 이용될 수 있다. 바람직하게, 이러한 기준 패턴은 광학 빔 균일도에 상관없이 이용될 수 있다.

그 후, 로봇 정렬 웨이퍼 상의 기준 패턴을 이용하여 계산된 정보는 로봇 제어 시스템에 정렬 좌표를 송신하기 위해 이용된다. 예를 들어, 기준 패턴은 좌측에서 4분의 1 밀리미터에 있는 로봇을 나타낼 수 있다. 그 후, 정정 좌표가 발생되어 로봇 제어 시스템에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 로봇 암의 정렬은 이송 모듈이나 프로세스 챔버를 벤팅하지 않고 수행될 수 있다.

도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반도체 프로세싱 시스템에서의 광학 정렬 방법 (600) 을 도시한 흐름도이다. 초기 동작 602 에서, 전처리 동작이 수행된다. 전처리 동작은, 예를 들어, 정렬 피처를 웨이퍼 척에 끼워 넣는 단계, 및 본 개시물의 신중한 판독 이후에 당업자에게 명백한 다른 전처리 동작을 포함할 수 있다.

동작 604 에서, 광학 빔은 웨이퍼 척의 중심에 위치된 정렬 피처로 방출된다. 상술된 바와 같이, 정렬 피처는 반사 정렬 피처 또는 투과율 정렬 피처일 수 있다. 반사 정렬 피처는 웨이퍼 척의 표면과 평행하게 형성되며, 따라서, 웨이퍼 척 상에 웨이퍼를 갖는 효과를 낸다. 도 2 를 참조하여 기술된 바와 같이, 반사 정렬 피처는 평활화되도록 웨이퍼 척의 표면상의 작은 영역을 폴리싱함으로써 형성될 수 있고, 또는, 사파이어와 같은 투명 광학 재료의 소형 원통일 수 있다.

또한, 일 실시형태에서, 투과율 정렬 피처가 웨이퍼 척의 표면과 평행하게 형성되며, 이로 인해, 웨이퍼 척 상에 웨이퍼를 갖는 효과를 낸다. 투과율 정렬 피처의 축은 웨이퍼 척의 최상부 표면에 수직이다. 또한, 광 검출기가 광섬유를 경유하여 투과율 정렬 피처에 커플링된다. 투과율 정렬 피처는, 빔-형성 시스템이 적절히 정렬될 때, 웨이퍼 척을 통해 광이 투과되게 하는 투명한, 진공 기밀의, 높은 애스펙트비의 피처이다.

동작 606 에서, 정렬 피처로 방출된 광의 파장이 검출된다. 반사 정렬 피처를 이용할 경우, 광학 빔은 반사 정렬 피처로부터 빔-형성 시스템으로 되 반사된다. 이 실시형태에서, 빔-형성 시스템은 통상, 광원 및 광 검출 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 광섬유는 광을 빔-형성 시스템에 제공하기 위해 이용될 수 있고, 또 다른 광섬유는 반사 정렬 피처로부터 반사된 광을 수신하고 수신된 광을 광 검출기에 제공하기 위해 이용될 수 있다. 투과율 정렬 피처를 이용할 경우, 투과율 정렬 피처를 통해 광섬유를 경유하여 광 검출기에 광을 전송하기 위해, 높은 애스펙트비는 광학 빔이 웨이퍼 척의 표면에 본질적으로 수직이 되게 한다. 따라서, 광 신호는 투과율 정렬 피처를 통해 투과되고, 그 후, 웨이퍼 척을 통해 광 검출기에 전송된다.

그 후, 동작 608 에서, 빔-형성 시스템은 검출된 모든 파장의 진폭을 최대화하기 위해 조정된다. 빔-형성 시스템이 조정될 때, 검출된 파장의 진폭은, 광학 빔이 웨이퍼 척에 수직 입사에 가까워짐에 따라 증가한다. 결과적으로, 검출된 파장의 진폭이 최대화될 때, 광학 빔은 웨이퍼 척의 표면에 수직 입사하고 빔-형성 시스템은 적절히 정렬된다.

동작 610 에서 후처리 동작이 수행된다. 후처리 동작은, 예를 들어, 추가 웨이퍼 프로세싱 공정, 로봇 암 정렬, 및 당업자에게 명백한 다른 후처리 동작을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명의 실시형태는, 빔-형성 시스템의 정렬을 에칭 시스템이 웨이퍼들 사이 또는 웨이퍼가 없는 세정 동작 동안과 같은 유휴 상태인 때 언제든지 시작되게 한다. 정렬 피처가 웨이퍼 척에 빌트인되기 때문에, 빔-형성 시스템의 정렬은 예를 들어, 웨이퍼가 언로딩될 때마다 체크될 수 있다. 따라서, 정렬이 웨이퍼 에칭 동작들 사이에서 발생할 수 있기 때문에, 빔-형성 시스템은 정규 프로세스 흐름을 중단하지 않고 정렬될 수 있다.

전술한 발명이 이해를 명확히 하기 위해 일부 상세히 설명되었지만, 일정한 변형 및 변경이 첨부된 청구항의 범위 내에서 실시될 수도 있다. 따라서, 본 실시형태는 제한적이지 않고 예시적인 것으로서 간주되며, 본 발명은 여기에서 주어진 설명에 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항의 범위 및 등가물 내에서 변경될 수도 있다.

Claims

반도체 프로세싱 시스템에서 이용하기 위한 광학 정렬 시스템으로서,

웨이퍼 척의 최상부 표면의 중심 위치에 통합된 (integrated) 정렬 피처를 갖는 상기 웨이퍼 척;

상기 웨이퍼 척 보다 위에 배치되며, 상기 정렬 피처로 광학 신호를 방출할 수 있는 빔-형성 시스템; 및

상기 정렬 피처로 방출된 상기 광학 신호의 진폭을 검출할 수 있는 검출기를 포함하며,

상기 빔-형성 시스템은, 상기 정렬 피처로부터 검출된 광학 신호의 진폭이 최대가 되도록 조정된, 광학 정렬 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 정렬 피처는 상기 광학 신호의 일부를 상기 검출기로 반사시킬 수 있는 반사 정렬 피처인, 광학 정렬 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 반사 정렬 피처는 상기 웨이퍼 척의 상기 최상부 표면의 폴리싱된 영역인, 광학 정렬 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 폴리싱된 영역은 연속적인 (contiguous) , 광학 정렬 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 폴리싱된 영역은 폴리싱된 서브-영역의 패턴인, 광학 정렬 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 정렬 피처는, 상기 광학 신호의 일부가 상기 웨이퍼 척을 통해 상기 검출기로 전달되게 할 수 있는 투과율 정렬 피처인, 광학 정렬 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 검출기는 상기 웨이퍼 척 보다 아래에 배치되는, 광학 정렬 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 투과율 정렬 피처는 투명한, 광학 정렬 시스템.
반도체 프로세싱 시스템에서의 광학 정렬 방법으로서,

웨이퍼 척에 통합 (integrated) 되며 상기 웨이퍼 척의 중심에 위치되는 정렬 피처로 광학 신호를 방출하는 동작;

상기 정렬 피처로 방출된 상기 광학 신호의 진폭을 검출하는 동작; 및

상기 검출된 광학 신호의 진폭을 최대화하기 위해, 상기 광학 신호를 발생시키는 빔-형성 시스템을 조정하는 동작을 포함하는, 광학 정렬 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 정렬 피처는, 상기 빔-형성 시스템과 함께 위치된 검출기로 상기 광학 신호의 일부를 반사시키는 반사 정렬 피처인, 광학 정렬 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 반사 정렬 피처는 상기 웨이퍼 척의 최상부 표면의 폴리싱된 영역인, 광학 정렬 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 폴리싱된 영역은 연속적인, 광학 정렬 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 폴리싱된 영역은 폴리싱된 서브-영역의 패턴인, 광학 정렬 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 정렬 피처는, 상기 광학 신호의 일부가 상기 웨이퍼 척을 통해 검출기로 전달되게 할 수 있는 투과율 정렬 피처인, 광학 정렬 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 검출기는 상기 웨이퍼 척 보다 아래에 배치되는, 광학 정렬 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 투과율 정렬 피처는 투명한, 광학 정렬 방법.
반도체 프로세싱 시스템에서 이용하기 위한 로봇 암을 정렬시키는 시스템으로서,

웨이퍼 척의 최상부 표면에 통합 (integrated) 되며 상기 웨이퍼 척의 상기 최상부 표면의 중심 위치에 위치되는 정렬 피처를 갖는 상기 웨이퍼 척;

상기 웨이퍼 척 보다 위에 배치되며, 상기 정렬 피처로 광학 신호를 방출할 수 있는 빔-형성 시스템;

로봇 정렬 웨이퍼의 중심 위치에 배치되는 기준 패턴을 가지며, 로봇 암 상에 배치되어 있는 상기 로봇 정렬 웨이퍼; 및

상기 기준 패턴에 방출된 상기 광학 신호의 진폭을 검출할 수 있는 검출기를 포함하는, 로봇 암의 정렬 시스템.
제 17 항에 있어서,

상기 기준 패턴은, 상기 로봇 정렬 웨이퍼의 중심이 상기 웨이퍼 척의 중심에 대하여 결정될 수 있도록 상기 광학 신호를 변경하는, 로봇 암의 정렬 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 기준 패턴은 원형 스펙트럼 기준 패턴의 개별 세그먼트에 복수의 대역통과 필터를 갖는 상기 원형 스펙트럼 기준 패턴이며,

각각의 대역통과 필터는 고유한 파장에 중심을 두는, 로봇 암의 정렬 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 기준 패턴은, 상기 로봇 암이 프로세싱 챔버에 상기 로봇 정렬 웨이퍼를 삽입할 때, 상기 로봇 암의 이동 방향에 따라 일렬로 된 복수의 원형 개구를 갖는 선형 개구 패턴인, 로봇 암의 정렬 시스템.
제 20 항에 있어서,

상기 기준 패턴은 복수의 선형 개구 패턴을 갖는 다중-라인 선형 개구 패턴이며,

각각의 선형 개구 패턴은 고유한 파장에 중심을 둔 대역통과 필터를 더 포함하는, 로봇 암의 정렬 시스템.