KR101821339B1 - 마스크 정렬 시스템 및 마스크 정렬 방법 - Google Patents

마스크 정렬 시스템 및 마스크 정렬 방법 Download PDF

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Abstract

마스크 정렬 시스템 및 마스크 정렬 방법이 제공된다. 시스템은 거기에 느슨하게 연결된 복수개의 이온 주입 마스크들을 갖는 마스크 프레임(mask frame)을 포함한다. 마스크 프레임은 복수개의 프레임 정렬 공동들이 제공되고, 및 각각의 마스크는 복수개의 마스크 정렬 공동들이 제공된다. 시스템은 작업물들을 보유하기 위한 플래튼을 더 포함할 수 있다. 플래튼은 개별적으로 마스크 정렬 공동들 및 프레임 정렬 공동들에 맞물리도록 구성된 복수개의 마스크 정렬 핀들 및 프레임 정렬 핀들이 제공될 수 있다. 마스크 프레임은 플래튼 위로 낮추어질 수 있고, 프레임 정렬 공동들은 마스크들 및 작업물들 간에 개략적인 정렬을 제공하기 위해 프레임 정렬 핀들과 정합하도록 움직인다. 마스크 정렬 공동들은 그런다음 마스크 정렬 핀들과 정합하도록 움직여지고, 그렇게 함으로써 각각의 개별 마스크를 개별 작업물과 정밀한 정렬상태로 시프트시킨다. 마스크 정렬 시스템 및 마스크 정렬 방법은 이온 주입 마스크들과 작업물들간의 정확하고 반복적인 정렬을 제공한다.

Description

마스크 정렬 시스템 및 마스크 정렬 방법{MASK ALIGNMENT SYSTEM AND MASK ALIGNMENT METHOD}
본 발명은 전반적으로 반도체 프로세싱 시스템들의 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온 주입기(ion implanter)를 위한 마스크 정렬 시스템에 관한 것이다.
이온 주입(Ion implantation)은 반도체 작업물들로 도전성 변경 불순물(conductivity-altering impurity)들을 도입하기 위한 기술이다. 이온 주입 동안에, 희망하는 불순물 재료(impurity material)는 이온 소스 챔버에서 이온화되고, 이온들은 미리 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하기 위해 가속되고, 그리고 이온 빔은 집속(focus)되고 프로세스 챔버에 위치된 작업물 표면쪽으로 향하게 된다. 이온 빔의 활성 이온들은 작업물 재료의 벌크(bulk)안으로 침투하고 그리고 희망하는 도전성의 영역을 형성하기 위해서 재료의 결정질 격자(crystalline lattice)안에 박힌다.
솔라셀 제조 산업의 2가지 관심사들은 제조 스루풋(manufacturing throughput) 및 솔라 셀 효율성(cell efficiency)이다. 솔라 셀 효율은 솔라 셀이 전기로 전환할 수 있는 솔라에너지의 양의 정도(measure)이고, 솔라 셀이 제조되는 정밀도(precision)에 밀접하게 결부된다. 기술이 발전함에 따라, 더 높은 솔라 셀 효율이 솔라셀 제조 산업에서 경쟁력을 유지하기 위해 요구될 수 있다. 따라서, 제조 스루풋을 유지하거나 또는 개선하면서 동시에 정밀도를 개선하는 것이 매우 바람직하다.
이온 주입은 정밀한 방식으로 솔라 셀들을 도핑하기 위한 실행 가능한 방법으로 입증되었다. 이온 주입의 사용은, 확산노(diffusion furnace)들과 같은 현존하는 기술에 대해 요구되는 프로세스 단계들을 제거한다. 예를 들어, 이온 주입은 단지 희망되는 표면만을 도핑할 것이기 때문에, 노 확산 대신 이온 주입이 사용된다면, 레이저 에지 분리 단계(laser edge isolation step)가 제거될 수 있다. 프로세스 단계들의 제거 외에, 더 높은 셀 효율이 이온 주입을 사용하여 증명되었다. 이온 주입은 또한 솔라셀의 전체 표면의 블랭킷(blanket) 주입 또는 솔라셀의 단지 일부만의 선택적 주입(또는 패터닝(patterned))을 수행하기 위한 능력을 제공한다. 이온 주입을 사용하여 고 스루풋들에서의 선택적 주입은 노 확산에 대해 사용되는 비용 및 시간 소모적인 리소그래피(lithography) 또는 패터닝 단계들을 회피한다. 선택적 주입(selective implantation)은 또한 새로운 솔라 셀 디자인들을 가능하게 한다.
일부 경우들에서, 필요한 기하학적 구조 및 허용 오차들을 달성하기 위해서 솔라 셀들의 어떤 유형들의 주입에 대하여 마이크론-레벨(micron-level) 정밀도가 요구될 수 있다. 예를 들어, 선택적 에미터(selective emitter, SE) 및 맞물려진 후면 접촉(interdigitated backside contact, IBC) 솔라 셀들은 불과 몇 ㎛ 떨어진 영역들에 도핑된다. 마스크가 이온 주입 동안에 작업물내 이런 도핑 영역들을 생성하는데 사용된다면, 영역들의 위치들은 마스크의 배치 및 마스크의 치수 및/또는 기하학적 구조에 의해 좌우된다. 따라서, 제조 사양(manufacturing specification)들을 확실하게 충족시키기 위해 마스크는 희망하는 위치의 대략 20-40 ㎛내에 반복적으로 배치될 필요가 있을 수 있다. 그렇지 않으면, 작업물들의 제조에 채용되는 희망하는 또는 후속 프로세스들이 적절하게 정렬되지 않을 수 있기 때문에 작업물(workpiece)들이 제대로 기능하지 않을 수 있다.
솔라 셀들이 제조되는 정밀도, 신뢰성, 및 속도에 대한 임의의 개선들은 전세계적으로 솔라 셀 제조자들에 유익할 것이고 그리고 대안 에너지 소스로서 솔라 셀들의 채용을 가속시킬 수 있다.
본 발명에 따라, 주입될 작업물들과 이온 주입 마스크들의 정밀하고 반복가능한 정렬을 가능하게 하는 마스크 정렬 시스템이 제공된다.
본 발명에 따른 마스크 정렬 시스템의 일 대표적인 실시예는 거기에 느슨하게 연결된 복수개의 이온 주입 마스크들을 갖는 마스크 프레임(mask frame)을 포함할 수 있다. 상기 마스크 프레임은 그 내부에 형성된 복수개의 프레임 정렬 공동들이 제공될 수 있고, 및 각각의 마스크는 그 내부에 형성된 복수개의 마스크 정렬 공동들이 제공될 수 있다. 상기 시스템은 주입될 복수개의 작업물들을 보유하기 위한 플래튼(platen)을 더 포함할 수 있다. 상기 플래튼은 개별적으로 상기 마스크 정렬 공동들 및 상기 프레임 정렬 공동들에 맞물리도록 구성된 복수개의 마스크 정렬 핀들 및 복수개의 프레임 정렬 핀들이 제공될 수 있다. 상기 마스크 프레임은 상기 플래튼 위로 낮추어질 수 있고, 상기 프레임 정렬 공동들은 마스크들 및 작업물들 간에 개략적인 정렬을 제공하기 위해 상기 프레임 정렬 핀들과 정합하도록 움직인다. 상기 마스크 정렬 공동들은 그런다음 상기 마스크 정렬 핀들과 정합하도록 움직여지고, 그렇게 함으로써 각각의 개별 마스크를 개별 작업물과 정밀한 정렬상태로 시프트시킨다.
본 발명에 따른 이온 주입 마스크들을 작업물들과 정렬시키기 위한 대표적인 방법은 복수개의 작업물들을 보유하는 플래튼 위로 복수개의 마스크들을 갖는 마스크 프레임을 낮추는 단계로서, 상기 마스크들은 상기 마스크 프레임에 움직일 수 있게 연결되는, 상기 마스크 프레임을 낮추는 단계, 상기 마스크 프레임의 프레임 정렬 공동들을 상기 플래튼 위 대응하는 프레임 정렬 핀들과 정합(registration)하도록 움직이는 단계로서, 그렇게 함으로써 상기 마스크들을 상기 작업물들과 개략적으로 정렬시키는, 상기 움직이는 단계, 및 상기 마스크들의 마스크 정렬 공동들을 상기 플래튼 위 대응하는 마스크 정렬 핀들과 정합하도록 움직이는 단계로서, 그렇게 함으로써 각각의 마스크를 개별 작업물과 정밀한 정렬상태로 시트프시키는, 상기 마스크 정렬 핀들과 정합하도록 움직이는 단계들을 포함할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 대표적인 마스크 정렬 시스템(mask alignment system)을 섹션(section)의 측면도이다.
도 2 는 본 발명의 마스크 정렬 시스템의 대표적인 플래튼을 예시하는 평면도이다.
도 3 은 본 발명의 마스크 정렬 시스템의 대표적인 마스크를 예시하는 부분적 평면도이다.
도 4 는 본 발명의 마스크 정렬 시스템의 대표적인 마스크 어셈블리를 예시하는 저면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 대표적인 마스크 정렬 시스템을 예시하는 섹션내 다른 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 마스크를 정렬하기 위한 대표적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 이송 디바이스(transfer device)내 대표적인 마스크 프레임을 예시하는 사시도이다.
도 8a-c는 본 발명에 따른 플래튼 위로의 마스크 프레임의 이송을 예시하는 일련의 개략도들이다.
본 발명에 따른 마스크 정렬 시스템 및 방법은 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더욱 완전하게 설명될 것이며, 첨부 도면들에는 시스템 및 방법의 선호 실시예들이 도시된다. 그러나, 시스템 및 방법은 많은 상이한 형태들로 구현될 수도 있으며, 본 명세서에서 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시가 철저하고 그리고 완벽하도록 하기 위해, 그리고 당업자들에게 본 시스템 및 방법의 범위를 충분히 전달되도록 하기 위해 제공된다. 도면들에서, 같은 번호들은 그 전반에 걸쳐 같은 엘리먼트들을 나타낸다.
비록 본 발명의 마스크 정렬 시스템은 이온 주입기 및 관련 이온 주입 프로세스와 연계하여 본 출원에서 설명되지만, 마스크 정렬 시스템은 예를 들어, 솔라 셀들 또는 반도체들의 제조에 수반될 수 있는 여러 가지 다른 시스템들 및 프로세스들에서 유사하게 구현될 수 있다는 것이 고려된다. 추가적으로, 본 출원에 개시된 대표적인 이온 주입기는 솔라 셀들의 주입과 관련하여 설명되나, 하지만 이런 개시는 단지 예시적인 용도로 제공되고 그리고 이온 주입기는 한정되는 것은 아니지만, 반도체 웨이퍼들, 발광 다이오드들 (LED들), 실리콘-온-절연체 (SOI : silicon-on-insulator) 웨이퍼들, 및 다른 컴포넌트들을 포함하는 다른 유형들의 작업물들의 주입을 위해 유사하게 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 마스크 정렬 시스템 (100) (이하에서 “시스템 (100)”)의 일 대표적인 실시예의 섹션내 부분적 측면도를 예시한다. 시스템 (100)은 하나 이상의 작업물들 (104) (예를 들어, 솔라 셀들, 웨이퍼들 또는 유사한 것)를 지지하기 위한 플래튼 (102), 플래튼 (102)상에 작업물들 (104)을 적어도 부분적으로 고정(secure) 및/또는 정렬시킬 수 있는 캐리어 (106), 및 작업물들 (104)의 선택적 이온 주입을 가능하게 하는 마스크 어셈블리 (108)를 포함할 수 있다. 마스크 어셈블리 (108)는 이하에서 추가 설명될 마스크 프레임 (112)에 매달린(suspended) 하나 이상의 마스크들 (110)를 포함할 수 있다.
도 2 는 시스템(100)의 플래튼(102)의 평면도를 예시한다. 플래튼 (102)은 복수개의 척들 (114)을 포함할 수 있고, 척들의 각각은 작업물들의 이온 주입 동안에 개별 작업물 (104)을 확실히 클램프(clamp) 또는 보유하도록 구성될 수 있다. 하나의 비 제한적인 대표적인 실시예에서, 척들 (114)은 정전기 척들일 수 있다. 플래튼 (102)은 도 2 에 도시된 바와 같이 정사각형, 4x4 매트릭스의 16 척들 (114) 를 포함할 수 있다. 그러나, 척들(114)의 숫자 및 구성이 본 발명에 벗어남이 없이 변화될 수 있다는 것이 고려된다.
플래튼 (102)은 척들 (114) 둘레에 위치된 복수개의 마스크 정렬 핀들 (116)를 더 포함할 수 있다. 마스크 정렬 핀들 (116)은 이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같이 플래튼 (102) 위 작업물들 (104) 및 개별 척 (114)에 대하여 마스크 어셈블리 (108)의 각각의 마스크 (110)의 정밀한 정렬(precise alignment)을 가능하도록 제공될 수 있다. 예시된 실시예에서, 각각의 척 (114)은 각각의 척 (114)의 제 1 측면에 인접하게 배치된 두개의 마스크 정렬 핀들 (116) 및 각각의 척 (114)의 제 2 측면에 인접하게 배치된 하나의 마스크 정렬 핀 (116)를 갖는 세개의 마스크 정렬 핀들 (116)에 의해 둘러싸인다. 마스크 정렬 핀들 (116)의 수 및 위치들은 본 발명으로부터 벗어남이 없이 예시된 실시예에 도시된 것과 다를 수 있다는 것이 인식될 것이다. 마스크 정렬 핀들 (116)은 예를 들어 실리콘 카바이드 또는 임의의 다른 충분하게 내구성 있는 및 열적으로 내성이 있는 재료로 형성될 수 있다.
플래튼 (102)은 플래튼 (102)의 주변부(periphery)에 인접하여 배치된 몇몇의 프레임 정렬 핀들 (118)를 더 포함할 수 있다. 프레임 정렬 핀들 (118)은 이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같이 플래튼 (102)과 마스크 프레임 (112)의 초기 정렬(initial alignment)을 가능하게 할 수 있다. 예시된 실시예에서 플래튼 (102)는 플래튼 (102)의 세개의 측면들 중 하나에 인접하게 배치된 하나의 프레임 정렬 핀 (118)을 갖는 세개의 프레임 정렬 핀들 (118)를 포함한다. 그러나, 플래튼 (102) 상의 프레임 정렬 핀들 (118)의 수 및 위치들은 본 발명에서 벗어남이 없이 변화될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
도 3 은 마스크 어셈블리 (108)의 마스크들 (110) 중 하나 및 마스크 프레임 (112)의 일부를 예시하는 부분 평면도이다. 도 3 에 도시된 마스크 (110)는 전형적인 것이며, 마스크 어셈블리 (108)의 모든 다른 마스크들 (110) (모든 마스크들 (110)은 도 4 에 도시된다)에 실질적으로 같다는 것이 이해될 것이다. 마스크 프레임 (112) 및 마스크 (110)는 척들 (114) 중 하나 및 그것의 대응하는 마스크 정렬 핀들 (116)을 덮는 것으로 도시되고, 마스크 정렬 핀들은 눈에 띄지 않기 때문에 파선들로 도시된다. 마스크 (110)는 이온 빔이 아래에 있는 척 (114) 위의 작업물 (104)의 선택적, 패터닝된 주입을 위해 거기를 통과하는 것을 허용하는 하나 이상의 개구(aperture)들 (120)이 제공될 수 있다. 예시된 실시예에서 개구들 (120)은 마스크 (110)내 일련의 평행 슬롯들로 도시되었지만, 개구들 (120)의 사이즈 및 형상은 실질적으로 작업물 (104)의 선택적 이온 주입을 위해 임의의 원하는 패턴을 달성하기 위해 변화될 수 있다는 것이 기술 분야에서의 통상의 기술자들에 의해 인식될 것이다.
마스크 (110)는 복수개의 볼트(bolt)들 (122)에 의해 마스크 프레임 (112)에 결합될 수 있다. 하나의 비 제한적인 대표적인 실시예에서, 볼트들 (122)은 마스크 (110)를 마스크 프레임 (112)로부터 한쪽으로 바이어스(bias)시키고 동시에 또한 바이어스(bias)를 극복하기에 충분한 힘의 인가시에 마스크 (110)를 마스크 프레임 (112) 쪽으로 움직이는 것을 허용하는 스프링-로드 숄더 볼트(spring-loaded shoulder bolt)들일 수 있다. 볼트들 (122)은 마스크 (110)내 개구들 (123)을 패스 스루(pass through)할 수 있다. 개구들 (123)은 그 안에 수용된 개별 볼트들 (122)의 직경들보다 약간 더 큰 직경을 가질 수 있다. 따라서, 이런 식으로 마스크 (110)는 마스크 프레임 (112)에 느슨하게(loosely) 보유될 수 있고 따라서 마스크 프레임 (112)에 대하여 어느 정도의 수평 움직임(movement) 또는 “헐거움(play)”이 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나의 비 제한적인 대표적인 실시예에서, 마스크 (110)는 계속하여 볼트들 (122)에 의해 마스크 프레임에 유지되면서 마스크 프레임 (112)에 대하여 수평으로 (즉, 도 3의 평면도에서 위(up), 아래(down), 왼쪽(left), 또는 오른쪽(right)) 약 0.25 인치 움직일 수 있다. 이 "헐거움(play)"이 이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같이 개별 척 (114) 및 작업물 (104)에 대하여 마스크 어셈블리 (108)의 각각의 마스크 (110)의 정밀한 정렬을 가능하게 할 수 있다.
또한 도 3에 관련하여, 마스크 (110)는 마스크(110)의 밑면(underside)에 형성된 복수개의 마스크 정렬 공동(cavity)들 (124) (파선들로 도시된)를 포함할 수 있다. 이들 마스크 정렬 공동들 (124)은 예컨대 이온 주입과 같은 반도체 프로세싱 동작 동안에 마스크 프레임 (112)이 플래튼 (102) 위에 위치될 때 플래튼 (102)의 (상기에서 설명된) 마스크 정렬 핀들 (116)을 수용하도록 구성되고 사이즈 될 수 있다. 마스크 정렬 공동들 (124)의 수, 위치들 및 구성은 척 (114)을 둘러싸는 마스크 정렬 핀들 (116)의 수, 위치들 및 구성과 동일할 수 있다. 게다가, 각각의 마스크 정렬 공동 (124)은 정렬 핀 (116)이 처음에 그것과 정렬되지 않은 마스크 정렬 공동 (124)으로 진입하여 윤곽진 표면 (126)과 맞물리고 마스크 정렬 핀 (116)이 그 안으로 더 삽입되면서 마스크 정렬 공동 (124)와 정렬을 가이드 하게 되도록 구성된 하나 이상의 윤곽진(contoured) 표면들 (126) (도 5 참조)을 가질 수 있다. 하나의 대표적인 비 제한적인 실시예에서, 마스크 정렬 핀 (116)은 원통형(cylindrical)의 핀일 수 있고, 및 마스크 정렬 공동 (124)은 원뿔의 형상 또는 역전된 V-형상을 가질 수 있어서 마스크 정렬 핀 (116)의 팁은 마스크 정렬 공동 (124)내로의 삽입 동안에, 그것들사이에 희망하는 정렬을 수립하기 위해 마스크 정렬 공동 (124)의 가장 좁은 부분으로 가이드 될 것이다.
일부 실시예들에서 마스크 정렬 공동들 (124)은 마스크 정렬 핀들 (116)이 마스크 (110)의 상단에 부딪치는 이온들에 노출되지 않도록 단지 부분적으로 마스크 (110)를 지나 연장될 수 있다. 대안적으로, 마스크 정렬 공동들 (124)은 완전히 마스크 (110)를 통과하여 연장될 수 있다는 것이 고려된다. 마스크 정렬 공동들 (124)을 정의하는 마스크 (110)의 표면들은 그렇지 않으면 마스크 정렬 핀들 (116)와의 반복된 맞물림으로부터 기인할 수 있는 마모에 저항력 및 내구성을 증가시키기 위해서 실리콘 카바이드(silicon carbide)로 코팅될 수 있다.
도 4 는 마스크들 (110) 및 마스크 프레임 (112)를 포함하는 마스크 어셈블리 (108)의 저면도를 예시한다. 마스크 어셈블리 (108)는 플래튼 (102) (상기에서 설명된) 위에 4x4 매트릭스 구성의 척(chuck)들 (114)에 실질적으로 유사한 4x4 매트릭스의 16 마스크들 (110)를 포함할 수 있다. 마스크들 (110)은 일 예로서 흑연으로 제조될 수 있지만, 다른 적절한 재료들, 예컨대 실리콘 카바이드가 대안적으로 사용될 수 있다. 마스크 프레임 (112)은 흑연 또는 탄소(carbon)-탄소으로 제조될 수 있지만, 다른 적절한 재료들이 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 마스크 프레임 (112)은 그것의 밑면에 형성된 복수개의 프레임 정렬 공동들 (128)를 포함할 수 있다. 프레임 정렬 공동들 (128)은 예컨대 이온 주입 동작들과 같은 반도체 프로세싱 애플리케이션들 동안에 마스크 프레임 (112)이 플래튼 (102) 위에 위치될 때 플래튼 (102)의 (상기에서 설명된) 프레임 정렬 핀들 (118)을 짝지어져(matingly) 수용하도록 구성되고 사이즈 될 수 있다. 하나의 비 제한적인 대표적인 실시예에서, 마스크 프레임 (112)내 프레임 정렬 공동들 (128)의 수, 위치들, 및 구성은 플래튼 (102) 위 프레임 정렬 핀들 (118)의 수, 위치들, 및 구성 과 동일할 수 있다. 게다가, 각각의 프레임 정렬 공동 (128)은 그 내부에 개별 프레임 정렬 핀 (118)을 수용하기에 적절한 사이즈 및 형상을 가질 수 있다.
마스크들 (110) 및 마스크 프레임 (112)의 느슨한 연결들(loose connection)들은 프레임 정렬 핀들 (118)에 대하여 프레임 정렬 공동들 (128)의 운동학(kinematic) 캡쳐(capture) 범위를 실질적으로 일치시키는 움직임 허용 오차(movement tolerance)를 마스크들 (110)에 제공한다. 따라서, 마스크 프레임 (112)이 도 5 에 도시된 바와 같이 플래튼 (102)위에 마운트될 때, 프레임 정렬 공동들 (128) 및 프레임 정렬 핀들 (118) 간의 상기-설명된 정합이 각각의 마스크 (110) 및 플래튼 (102) 위 그것의 개별 척 (114) 및 작업물 (104)사이에 처음의, 개략적인(rough) 정렬 (예를 들어, 0.25 인치 내)을 수립할 수 있다. 이런 개략적인 정렬은 설사 각각의 마스크 (110)가 정밀한 프로세싱 동작들을 위해 원해질 수 있는 그것의 개별 척 (114) 및 작업물 (104)에 정밀하게 정렬되지 않을지라도 각각의 마스크 (110)의 마스크 정렬 공동들 (124)이 플래튼 (102) 위 그것들의 개별 마스크 정렬 핀들 (116)을 캡쳐하는 것을 허용하기에 충분할 수 있다. 그러나, 마스크 어셈블리 (108)가 플래튼 (102)위로 더 낮추어질 때, 마스크 정렬 핀들 (116)은 그것들의 개별 마스크 정렬 공동들 (124)의 윤곽진 표면들 (126)에 맞물릴 수 있고 및 이런 맞물림 및 계속된 상대적 움직임을 통하여 마스크 정렬 핀들 (116)은 상기에서 논의된 방식으로 마스크 정렬 공동들 (124)과 정밀한 정합상태로 가이드 될 것이다. 따라서, 마스크 프레임 (112)내 각각의 마스크 (110)는 그것의 개별 척 (114) 및 작업물 (104)과의 정밀한 정렬로 자동으로 및 개별적으로 움직여질 수 있고, 작업물들 (104)은 미리 위치되거나, 및 플래튼 (102) 위 개별 마스크 정렬 핀들 (116)과의 맞물림에 의해 적어도 부분적으로 유지되거나 및/또는 정렬된다. 마스크 정렬 핀들 (116)은 따라서 척들 (114) 위에 작업물들 (104)을 정밀하게 위치시키는 역할 뿐만 아니라 마스크들 (110)을 작업물들 (104)에 정밀하게 정렬시키는 역할을 수행한다. 도 5 에 도시된 도면은 전형적인 것이고, 및 따라서 일부 실시예들에서 마스크 정렬 핀 (116) 및 볼트 (122)는 동일한 단면의 평면에 위치되지 않을 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 출원에서 설명된 시스템 (100)은 따라서 마스크 프레임 (112)의 대충의(gross) 운동학 정렬 및 개별 마스크들 (110)의 미세한 운동학 정렬을 가능하게 한다. 예를 들어, 희망하는 위치의 대략 20 ㎛ 내의 전체 정렬이 개시된 배열에 의해 달성될 수 있다. 마스크들 (110)은 마스크 프레임 (112)과 실질적으로 독립적으로 정렬되기 때문에, 예를 들어 마모, 열적 팽창 및 수축, 및/또는 제조 결함들로부터 기인할 수 있는 마스크 프레임 (112)의 기하학적 구조에서의 변형들에도 불구하고 매우 반복가능하고 신뢰할 수 있는 방식으로 마스크들 (110)의 정밀한 정렬이 달성될 수 있다.
여기서 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 시스템 (100)을 동작시키기 위한 대표적인 방법을 예시하는 흐름도가 도시된다. 방법은 도면들 1-5에 도시된 시스템 (100)의 개략적인 표현들과 함께 이제 설명될 것이다.
대표적인 방법의 제 1 단계(10)에서, 프로세스될 복수개의 작업물들 (104)이 플래튼 (102)의 개별 척들 (114) 위에 위치될 수 있고, 이는 각각의 작업물 (104)을 캐리어 (106)내에 배치시키는 것을 포함할 수 있다. 단계( 20)에서, 각각의 작업물 (104)은 복수개의 개별 마스크 정렬 핀들 (116)과 맞물리도록 이동될 수 있고, 그렇게 함으로써 각각의 작업물 (104)을 미리 결정된 위치 및 방위(orientation)에 고정(securing) 및/또는 정렬된다.
단계(30)에서, 마스크 어셈블리 (108)가 작업물들 (104) 위 위치로 이동될 수 있다. 단계(40)에서, 마스크 어셈블리 (108)는 플래튼 (102) 위로 낮추어질 수 있다. 마스크 어셈블리 (108)가 플래튼 (102) 위로 낮추어질 때, 프레임마스크 프레임 (112)내 프레임 정렬 공동들 (128)은 단계 (50)에서, 플래튼 (102) 위 프레임 정렬 핀들 (118)과의 정합하도록 이동될 수 있다. 이런 정합은 플래튼 (102)에 대하여 마스크 프레임 (112)을 위치시킬 수 있어서 마스크 프레임 (112) 위 마스크들 (110)은 플래튼 (102) 위 그것들의 개별 척들 (114) 및 작업물들 (104)과 개략적으로 정렬된다(예를 들어, 0.25 인치 내).
마스크 어셈블리 (108)가 플래튼 (102) 위로 더 낮추어질 때, 프레임 마스크 프레임 (112)내 마스크 정렬 공동들 (124)은 단계 (60)에서, 플래튼 (102)의 마스크 정렬 핀들 (116)과의 초기 정합(initial registration)으로 이동될 수 있고, 이런 초기 정합은 단계(50)에서 프레임 정렬 핀들 (118)과 프레임 정렬 공동들 (128)의 정합에 의해 만들어지는 개략적인 정렬로 가능하게 된다. 마스크 어셈블리 (108)가 플래튼 (102)위로 추가로 더 낮추어질 때, 마스크 정렬 핀들 (116)은 단계(70)에서 마스크 정렬 공동들 (124)의 윤곽진 표면들 (126)에 맞물릴 수 있고, 이것들은 마스크 정렬 핀들 (116)을 정밀하게 위치되는 그것과의 최종 정합으로 가이드 할 수 있다. 각각의 마스크 (110)는 그렇게 함으로써 마스크 프레임 (112)의 기하학적 구조 변형들 또는 결함들에 관계없이 개별적으로 및 정밀하게 그것의 개별 척 (114) 및 작업물 (104)에 정렬될 수 있다. 하나 이상의 반도체 프로세싱 단계들이 그런 다음에 예컨대 작업물들 (104)의 선택적 이온 주입이 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서 본 발명의 마스크 프레임 (112)은 선형 정렬 특징부(feature)들의 인터섹션(intersection)들에 열적 팽창 포인트(thermal expansion point)들을 포함할 수 있다. 이것은 마스크들 (110) 및 선택적으로 주입될 작업물들 (104) 사이의 열적 팽창 오정렬(thermal expansion misalignment)의 영향을 최소화하는데 도움이 될 수 있다. 이들 열적 팽창 포인트들은 마스크 프레임 (112)내에 위치될 수 있다. 마스크 프레임 (112)이 가열됨에 따라, 예를 들어, 불노우즈 핀들(bullnose pins)은 마스크 프레임 (112)의 중심이 동일한 위치에 잔존하도록 팽창 가능하게 할 수 있다. 따라서, 마스크 프레임 (112)이 중심으로부터의 임의의 열적 팽창 “성장(grows)”은 오정렬을 최소화한다. 따라서 불노우즈 핀들 디자인들은 마스크 프레임 (112)의 중심에서의 교차 라인들의 움직임을 가질 수 있다. 마스크들 (110)은 마스크 프레임 (112)내 마스크들 (110)을 유지시키는 임의의 공동들 또는 볼트들로부터 바깥쪽으로 성장한다. 마스크들 (110)은 마스크 프레임 (112)과 유사한 비율에서 성장할 수 있다. 마스크들 (110) 및 마스크 프레임 (112)의 성장 방향 때문에, 이들 컴포넌트들은 열적 팽창 동안에 서로에 관하여 동일한 전체 위치들에 잔존할 수 있다.
다른 실시예들에서, 마스크 프레임 (112) 및 마스크들 (110)은 희망하는 것보다 더 작게 기계로 만들어질 수 있다. 이것은 마스크 프레임 (112) 및 마스크 (110)을 이온 빔에 노출시킨 후에 프로세싱 온도에서의 희망하는 사이즈로 확장시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 7 은 이송 디바이스 (500)를 이용하여 대표적인 마스크 프레임 (200)을 임의 위치로 움직이기 위한 장치의 사시도이다. 복수개의 개별 마스크들 (201)을 수용하는 마스크 프레임 (200)은 이송 디바이스 (500)에 결합될 수 있다. 이 이송 디바이스 (500)는 액추에이터를 이용하여 마스크 프레임 (200)을 세개의 차원에서 움직일 수 있다. 예를 들어, 이송 디바이스 (500)는 플래튼 (예컨대 도면들 8a-8c에서의 플래튼 (101)) 위로의 Z 방향에서 또는 이온 빔의 경로로부터 마스크 프레임 (200)을 제거하기 위해 X 방향에서 마스크 프레임 (200)을 움직일 수 있다. 자기 클램핑(clamping), 기계적인 클램핑, 또는 다른 시스템들이 이송 디바이스 (500) 위에서 마스크 프레임 (200)를 지지하기 위해 사용될 수 있다. 비록 이송 디바이스 (500)가 블럭으로 예시되었지만, 그것은 프레임 또는 다른 형상들일 수 있다는 것이 인식될 것이다.
도면들 8a-c은 이송 디바이스 (500)를 이용하여 대표적인 마스크 프레임 (200) 이송의 대표적인 스테이지(stage)들을 예시한다. 예를 들어, 마스크 프레임 (200)은 이송 디바이스 (500)를 이용하여 플래튼 (101)로부터 및 플래튼으로 전송된다. 도 8a에서, 마스크 프레임을 플래튼 (101)에 근접하여 위치시키기 위해서 마스크 프레임 (200)과 맞물려진 이송 디바이스 (500)가 도시된다. 이것은 이송 디바이스 (500)의 위치를 조작 또는 전송하기 위해 액추에이터 (미도시)의 사용을 포함할 수 있다. 도 8b에서, 마스크 프레임 (200)은 이송 디바이스 (500)에 의해 Z 방향으로 이동된 후에 플래튼 (101)위에 놓여진다. 도 8c에서, 마스크 프레임 (200)은 이송 디바이스 (500)로부터 릴리즈(release)되고 플래튼 (101)과 맞물려진다. 마스크 프레임 (200)은 플래튼 (101)에 정렬될 수 있고 및 마스크 프레임 (200)내 마스크들 (예를 들어, 마스크들 (201) (도 7))은 앞에서 논의된 바와 같이 플래튼 (101) 위 작업물들 (미 도시된)에 정렬될 수 있다.
연결된 때, 마스크 프레임 (200)은 플래튼 (101)에 정렬되고 마스크들 (201)은 플래튼 (101) 위 작업물들에 정렬된다. 플래튼 (101)으로의 마스크 프레임 (200)의 이 연결은 단일 단계로 또는 두개 이상의 단계들로 일어날 수 있다. 추가하여, 마스크 프레임 (200)이 플래튼 (101)과의 맞물림상태로 이동되는 속도(즉, Z 방향에서의 움직임)는 일정할 수 있고, 또는 그것은 단일의 연속적인 단계의 과정 동안에 변할 수 있거나 또는 그것은 두개의 단계들로 일어날 수 있다.
플래튼 (101)으로부터의 마스크 프레임 (200)의 제거는 마스크 프레임 (200)을 이송 디바이스 (500)에 연결함으로써 그리고 두개를 플래튼 (101)에 반대 Z 방향으로 움직임으로써 수행될 수 있다. 사용하지 않을 때, 마스크 프레임 (200)은 순환적 열적 팽창(cyclic thermal expansion)을 피하기 위해 히터에 근접하여 저장될 수 있다.
본 출원에서 사용되는, 워드 “a” 또는 “an”과 진행되는 단수로 나열된 엘리먼트 또는 단계는 배제가 명백하게 나열되지 않는 한 복수 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않은 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 본 발명의 “일 실시예”에 대한 언급은 또한 나열된 특징부들을 통합하는 추가의 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다.
본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 의해 그 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서에 기술된 이러한 실시예들에 더하여, 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 변형들이 당업자들에게 전술한 설명 및 첨부된 도면들로부터 명백해질 것이다. 이런 다른 실시예들 및 변형예들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명이 본 명세서에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현의 맥락에서 기술되었으나, 당업자들은 본 발명의 유용성이 그에 한정되지 한고, 본 발명이 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들 내에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 제시되는 청구항들은 본 명세서에 기술된 바와 같은 본 발명의 완전한 폭 넓음과 사상의 관점에서 이해되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 마스크 정렬 시스템에 있어서,
    그 내부에 형성된 복수개의 프레임 정렬 공동(cavity)들을 갖는 마스크 프레임(mask frame);
    상기 마스크 프레임에 움직일 수 있게 연결된 이온 주입 마스크(mask)로서, 상기 마스크는 그 내부에 형성된 복수개의 마스크 정렬 공동들을 갖는, 상기 이온 주입 마스크; 및
    거기로부터 연장되는 복수개의 마스크 정렬 핀들을 갖는 플래튼(platen)으로서, 상기 복수개의 마스크 정렬 핀들은 상기 마스크 정렬 공동들과 맞물리도록(engage) 구성되고, 상기 플래튼은 거기로부터 연장되는 복수개의 프레임 정렬 핀들을 더 가지며, 상기 복수개의 프레임 정렬 핀들은 상기 프레임 정렬 공동들과 맞물리도록 구성되는, 상기 플래튼을 포함하되,
    상기 이온 주입 마스크는 상기 마스크 프레임과 상기 플래튼 사이에 배치되고, 상기 플래튼에 맞물리도록 구성되는, 마스크 정렬 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 작업물(workpiece)를 보유하기 위해 상기 플래튼 상에 배치되는 척(chuck)을 더 포함하는, 마스크 정렬 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 척 위에 상기 작업물을 위치시키기 위해 상기 플래튼상에 배치되는 캐리어(carrier)를 더 포함하는, 마스크 정렬 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 마스크 정렬 공동들 중 적어도 하나는 개별 마스크 정렬 핀을 상기 마스크 정렬 공동에 대하여 희망하는 위치로 가이드하도록 구성된 윤곽진 표면(contoured surface)를 갖는, 마스크 정렬 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 적어도 하나의 마스크 정렬 공동은 원뿔 모양인, 마스크 정렬 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서, 적어도 하나의 마스크 정렬 공동은 V-형상인, 마스크 정렬 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 이온 주입 마스크는 상기 이온 주입 마스크에 느슨하게(loosely) 맞물리는 복수개의 볼트들에 의해 상기 마스크 프레임에 연결되는, 마스크 정렬 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 이온 주입 마스크는 상기 적어도 하나의 스프링에 의해 상기 마스크 프레임으로부터 한쪽으로 바이어스(bias)되는, 마스크 정렬 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 마스크 정렬 핀들은 상기 플래튼 위에 작업물을 위치시키는 것을 가능하게 하도록 구성되는, 마스크 정렬 시스템.
  10. 마스크 정렬 방법에 있어서,
    복수개의 작업물들을 보유하는 플래튼 위로 복수개의 이온 주입 마스크들을 갖는 마스크 프레임을 낮추는 단계로서, 상기 이온 주입 마스크들은 상기 마스크 프레임과 상기 플래튼 사이에 배치되고, 상기 마스크 프레임에 움직일 수 있게 연결되는, 상기 마스크 프레임을 낮추는 단계;
    상기 마스크 프레임의 프레임 정렬 공동들을 상기 플래튼 위에 대응하는 프레임 정렬 핀들과 정합(registration)하도록 움직이는 단계로서, 그렇게 함으로써 상기 이온 주입 마스크들을 상기 작업물들과 개략적으로 정렬시키는, 상기 프레임 정렬 핀들과 정합하도록 움직이는 단계; 및
    상기 이온 주입 마스크들의 마스크 정렬 공동들을 상기 플래튼 위에 대응하는 마스크 정렬 핀들과 정합하도록 움직이는 단계로서, 그렇게 함으로써 각각의 이온 주입 마스크를 개별 작업물과 정밀한 정렬상태로 시트프(shift)시키는, 상기 마스크 정렬 핀들과 정합하도록 움직이는 단계를 포함하는, 마스크 정렬 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 플래튼 위에 상기 작업물들을 고정시키기 위해 각각의 작업물을 상기 플래튼 위 개별 척 상에 놓는 단계를 더 포함하는, 마스크 정렬 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 작업물들을 상기 플래튼 위에 위치시키고 그리고 정렬시키기 위해 복수개의 상기 마스크 정렬 핀들과 맞물리도록 각각의 작업물을 움직이는 단계를 더 포함하는, 마스크 정렬 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 작업물을 위치시키기 위해서 상기 플래튼 위 개별 캐리어 상에 각각의 작업물을 놓는 단계를 더 포함하는, 마스크 정렬 방법.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 마스크 정렬 공동들은 윤곽진 표면(contoured surface)에 의해 정의되고, 상기 플래튼 위에 대응하는 상기 마스크 정렬 핀들과 정합하도록 상기 이온 주입 마스크들의 마스크 정렬 공동들을 움직이는 단계는 상기 마스크 정렬 핀들을 개별 마스크 정렬 공동들의 상기 윤곽진 표면들과 맞물림 상태에 이르게 하는 단계를 포함하고, 그에 의해 상기 마스크 정렬 핀들은 상기 개별 마스크 정렬 공동들과 정밀하게-위치되는 정합으로 가이드되는, 마스크 정렬 방법.

  15. 삭제
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