KR102283219B1 - 웨이퍼 위치 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 위치 측정 장치 및 방법에 관한 기술이다. 개시된 웨이퍼 위치 측정 장치는 상부가 개방되며 반응 공간을 형성하기 위한 하부벽 및 내측벽을 구비하는 반응 챔버와, 상기 반응 공간내에 위치되며 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 안착 플레이트를 포함하는 웨이퍼 처리 장치의 웨이퍼 안착 위치를 모니터링하기 위한 위치 측정 장치로서, 상기 반응 챔버 상부에 장착되는 지그 조립체; 상기 지그 조립체에 구비되어 상기 반응 공간 내부를 모니터링하도록 구비되는 복수의 뷰 포트; 및 상기 뷰 포트 각각에 대응되어 설치되고, 상기 웨이퍼의 안착 위치를 측정하도록 복수의 비전 카메라를 포함한다.

Description

웨이퍼 위치 측정 장치 및 방법{System and Method for Measuring Loading Position of Wafer}
본 발명은 반도체 제조 장치 및 그 동작방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반응 챔버내에 로딩된 웨이퍼의 위치를 측정할 수 있는 웨이퍼 위치 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고, 이를 패터닝하여 다양한 회로 구조를 형성함으로써 제조된다. 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 단위 공정은, 크게 반도체 내부로 불순물 이온을 주입하는 불순물 이온 주입 공정, 반도체 기판상에 물질막을 형성하는 박막 증착 공정, 물질막을 소정의 패턴으로 패터닝하는 식각 공정, 및 웨이퍼 상부에 층간 절연막 등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 연마하여 단차를 제거하는 평탄화 공정 등을 포함할 수 있다.
상기와 같은 다양한 공정 진행을 위해, 다양한 공정 조건을 갖는 반응 챔버가 요구된다.
반응 챔버는 반응 공간을 한정하는 챔버 월(wall)과, 반응 공간 내에 위치하며 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 지지대 및, 웨이퍼 지지대 내부에 구비되는 히터를 포함할 수 있다. 또한, 일반적으로 반응 챔버 상부는 리드(lid)에 의해 커버링되어, 챔버 내부 공간의 기밀을 유지할 수 있다.
한편, 웨이퍼는 공정 에러를 줄일 수 있도록 웨이퍼 지지대의 예정된 위치상에 정확히 안착되어야 한다. 현재, 웨이퍼의 위치를 확인하기 위하여, 반응 챔버 상부를 덮는 리드 대신, 뷰 포트(view port)를 구비한 별도의 지그(jig) 조립체를 반응 챔버 상에 장착시켜, 사용자의 육안으로 반응 챔버내의 웨이퍼의 위치를 확인하고 있다.
사용자의 육안에 의존하여, 웨이퍼의 위치를 판단하기 때문에, 웨이퍼가 정확히 안착되었는지 정확하게 판단하기 어렵다.
본 발명은 챔버내에 웨이퍼 안착 정밀도를 개선할 수 있는 웨이퍼 위치 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치 측정 장치는, 상부가 개방되며 반응 공간을 형성하기 위한 하부벽 및 내측벽을 구비하는 반응 챔버와, 상기 반응 공간내에 위치되며 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 안착 플레이트를 포함하는 웨이퍼 처리 장치의 웨이퍼 안착 위치를 측정하기 위한 웨이퍼 위치 측정 장치로서, 상기 반응 챔버 상부에 장착되는 지그 조립체, 상기 지그 조립체에 구비되어 상기 반응 공간 내부를 모니터링하도록 구비되는 복수의 뷰 포트, 및 상기 뷰 포트 각각에 대응되어 설치되고, 상기 웨이퍼의 안착 위치를 측정하는 복수의 비전 카메라를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 위치 측정 방법은, 내부에 웨이퍼 안착 플레이트를 포함하는 반응 챔버와, 상기 웨이퍼 안착 플레이트에 안착되는 웨이퍼의 위치를 검출하기 위해 복수의 비전 카메라가 구비된 지그 조립체를 포함하는 웨이퍼 위치 측정 장치를 이용한 웨이퍼 위치 측정 방법으로서, 상기 반응 챔버 상부에 지그 조립체를 장착하는 단계, 상기 웨이퍼를 상기 반응 챔버 내부의 상기 웨이퍼 안착 플레이트 상에 안착시키는 단계, 상기 복수의 비전 카메라에 대응되는 영역마다 상기 웨이퍼 안착 플레이트의 가장자리로부터 상기 웨이퍼 가장자리까지의 거리 및 상기 거리를 이용하여 상기 웨이퍼의 가장자리 노드들을 설정하는 단계, 상기 웨이퍼의 가장자리의 노드들을 연결하는 가상의 원을 그리는 단계, 상기 가상의 원의 중심점을 산출하는 단계, 및 산출된 상기 가상의 원의 중심점과 기 설정된 상기 웨이퍼 안착 플레이트의 중심점의 차이를 좌표화하여 상기 웨이퍼의 위치 변동 정보를 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 반응 챔버 상에 복수의 비전 카메라를 갖는 웨이퍼 위치 측정 장치를 장착하여, 웨이퍼의 위치 변동 여부를 정확히 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비전 카메라와 웨이퍼 안착 플레이트의 위치 관계를 설명하기 위한 웨이퍼 안착 플레이트의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 비전 카메라에 의한 웨이퍼 위치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 웨이퍼 안착 플레이트의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치 측정 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 웨이퍼 처리 장치(200)는 반응 챔버(100) 및 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)를 포함할 수 있다.
반응 챔버(100)는 상부가 개방되며, 반응 공간(110)을 한정하기 위한 하부벽(112) 및 내측벽(113)을 구비할 수 있다.
반응 챔버(100)는 웨이퍼를 지지하기 위한 지지 어셈블리(supporting assembly: 120)를 포함할 수 있다. 지지 어셈블리(120)는 웨이퍼 안착 플레이트(121), 지지축(123) 및 구동부(125)를 포함할 수 있다.
웨이퍼 안착 플레이트(121)는 그 표면에 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 지지대일 수 있다. 웨이퍼 안착 플레이트(121) 내부에 웨이퍼(w)를 가열하는 히터(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이와 같이 내부에 상기 히터를 구비한 지지 어셈블리(120)를 서셉터(susceptor)라 칭할 수 있다. 또한, 웨이퍼 안착 플레이트(121)상면에 웨이퍼(w)를 수용하는 포켓부(121a)가 더 구비될 수 있다.
지지축(123)은 웨이퍼 안착 플레이트(121) 하부에 위치되어, 웨이퍼 안착 플레이트(121)를 지지한다.
구동부(125)는 지지축(123)과 연결되어, 상기 지지축(123)을 상하 이동시키기 위한 동력을 제공할 수 있다.
상부가 개방된 반응 챔버(100) 상에 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)가 장착될 수 있다. 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)는 반응 챔버(100) 상에 장착되는 지그 조립체(115)를 포함한다. 지그 조립체(115)는 상기 반응 공간(110) 내부를 모니터링할 수 있도록 구비된 복수의 뷰 포트(115a)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 뷰 포트(115a)는 투명 창(window)로 구성될 수 있다.
또한, 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지그 조립체(115)에 설치된 복수의 비전 카메라(150a,150b)를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 비전 카메라(150a,150b)는 상기 복수의 뷰 포트(115a) 각각에 대응되어 기계적으로 체결될 수 있다. 도 2는 단면도이기 때문에 2개의 비전 카메라(150a, 150b)만이 보여졌으나, 더 많은 수의 비전 카메라가 설치될 수 있는 것은 자명하다. 본 실시예에서 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)는 3개의 비전 카메라(150a,150b,150c)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 3개의 비전 카메라(150a,150b,150c)가 구비되는 경우, 웨이퍼 가장자리의 3 영역을 촬상할 수 있도록 예를 들어, 120°를 이루도록 등각 배치될 수 있다.
또한, 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)는 상기 웨이퍼의 위치 측정 시, 상기 반응 챔버(100) 내부의 공정 조건을 실제 박막이 증착되는 공정 조건과 동일한 조건으로 만들기 위해, 상기 반응 공간(110) 내부로 가스를 공급하는 가스 공급관(115b)을 더 포함할 수 있다. 상기 가스 공급관(115b)는 상기 지그 조립체(115)내에 구비될 수 있다.
또한, 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)는 상기 복수의 비전 카메라(150a,150b)에 의해 촬상된 정보로부터 웨이퍼의 위치 정보를 판단하는 판단 블록(115c)을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 복수의 비전 카메라(150a,150b,150c)를 구비한 지그 조립체(115)는 웨이퍼 위치 측정 장치 자체(1150)로 해석될 수도 있고, 혹은 반응 챔버(100)의 리드 플레이트로서 해석될 수 있다.
또한, 본 실시예의 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)는 위치 조정부(155)를 포함할 수 있다. 위치 조정부(155)에 의해 상기 비전 카메라(150a,150b)는 웨이퍼(w) 표면에 대해 수평 방향(H1, H2), 수직 방향(H3), 및 시계 방향 또는 반시계 방향(H4)으로, 직선 이동 및 소정 각도(θ)만큼 회전 이동될 수 있다. 위치 조정부(155)는 상기 비전 카메라(150a,150b)와 지그 조립체(115)의 상부면까지의 간격은 물론, 상기 비전 카메라(150a,150b)와 웨이퍼(w)간의 간격 역시 조절할 수 있으며, 나아가 비전 카메라(150a,150b)의 틀어짐 정도를 보정할 수 있다.
위치 조정부(155)에 의해 비전 카메라(150a,150b)의 수직 이동 거리(H3 방향 으로의 이동 거리) 조절이 가능함에 따라, 반응 챔버(100)에 지그 조립체(115)를 장착하기 전, 사전에 비전 카메라(150a,150b)의 초점 거리를 확보할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비전 카메라와 웨이퍼 안착 플레이트의 위치 관계를 설명하기 위한 웨이퍼 안착 플레이트의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 비전 카메라를 이용하여 웨이퍼 위치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 웨이퍼 안착 플레이트의 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치 측정 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)는 웨이퍼의 안착 위치를 확인하기 위하여, 뷰 포트에 대응되어, 비전 카메라가 설치될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)는 적어도 3개의 뷰 포트 및 상기 적어도 3개의 뷰 포트와 각각 대응되는 3개의 비전 카메라 (150a,150b,150c)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 3개의 비전 카메라(150a,150b,150c)는 웨이퍼 안착 플레이트(121)의 가장자리 부분을 촬영하면서, 120°간격으로 등각 배치될 수 있다. 보다 자세하게, 3개의 비전 카메라(150a,150b,150c)는 웨이퍼 안착 플레이트(121)의 중심점(C)과 비전 카메라(150a,150b,150c)가 위치하는 지점을 연결한 선(r1,r2,r3)들간의 간격이 실질적으로 120°를 이루도록 설치될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)를 반응 챔버(100) 상에 설치함에 따라, 웨이퍼 안착 플레이트(121) 상에서 로딩되는 웨이퍼의 상하 방향 및 좌우 방향으로 위치 변동 정보를 정확히 측정 및 판단할 수 있다. 도 2에서 "w0"는 이상적으로 웨이퍼가 안착되는 위치, 즉 웨이퍼의 포켓부(125a)에 해당될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 3개의 비전 카메라(150a,150b,150c)는 웨이퍼 안착 플레이트(121)의 가장자리 부분과 웨이퍼(w) 가장자리 부분을 촬상한다(S1). 이에 따라, 비전 카메라(150a,150b,150c)에 의해 촬상된 정보에 따라, 상기 판단 블록(115c)는 웨이퍼 플레이트(121)의 가장자리로부터 웨이퍼 가장자리까지의 거리(L1,L2,L3)를 측정하고, 상기 거리(L1,L2,L3) 측정 지점에 해당하는 웨이퍼의 가장자리 부분을 가장자리 노드(a1,a2,a3)로 설정한다(S2).
이어서, 웨이퍼 위치 측정 장치(1150), 예컨대, 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)내에 구비된 판단 블록(115c)는 상기 거리(L1,L2,L3)를 통해 얻어진 웨이퍼 가장자리의 노드(a1,a2,a3)간을 연결하는 가상의 원(w1)을 그린다(S3). 여기서, 가상의 원(w1)은 실제 웨이퍼의 안착 위치에 해당할 수 있다.
그 후, 가상의 원(w1)으로부터 그것의 중심점(C1)을 산출한 다음, 기 설정된 웨이퍼 안착 플레이트(121)의 중심점(C)과 가상의 원(w1)의 중심점(C1)과의 차이를 좌표화한다(S5).
이와 같은 방식으로 얻어진 좌표 정보를 통해, 웨이퍼가 안착 시, 어느 정도 위치 이동이 일어났는지 확인할 수 있다.
여기서, L1은 제 1 비전 카메라(150a)에 의해 측정된 상기 웨이퍼(w1) 가장자리 노드(a1)로부터 웨이퍼 안착 플레이트(121)의 가장자리까지의 거리를 나타내고, L2는 제 2 비전 카메라(150b)에 의해 측정된 상기 웨이퍼(w1) 가장자리 노드(a2)로부터 웨이퍼 안착 플레이트(121)의 가장자리까지의 거리를 나타내고, L3은 제 3 비전 카메라(150c)에 의해 측정된 상기 웨이퍼(w1) 가장자리 노드(a3)로부터 웨이퍼 안착 플레이트(121)의 가장자리까지의 거리를 나타낼 수 있다.
경우에 따라, 본 발명의 웨이퍼 위치 측정 장치(1150)는 반응 챔버(100)상에 장착되기 전에, 자체적으로 비전 카메라들(150a,150b,150c)의 성능을 검사하는 점검 단계를 경우에 따라 수행할 수 있다. 상기 점검 단계는 상기 비전 카메라(150a,150b,150c)의 위치 보정 단계 및 광학 기능 보정 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반응 챔버 상에 복수의 비전 카메라를 갖는 웨이퍼 위치 측정 장치를 장착하여, 웨이퍼의 위치 변동 여부를 정확히 검출할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
1150 : 웨이퍼 위치 측정 장치 115 : 지그 조립체
115a : 뷰 포트 115c : 판단블록
125 : 웨이퍼 안착 플레이트 150a,150b,150c : 비전 카메라

Claims (6)

  1. 상부가 개방되며 반응 공간을 형성하기 위한 하부벽 및 내측벽을 구비하는 반응 챔버와, 상기 반응 공간내에 위치되며 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 안착 플레이트를 포함하는 웨이퍼 처리 장치의 웨이퍼 안착 위치를 측정하기 위한 웨이퍼 위치 측정 장치로서,
    상기 반응 챔버 상부에 장착되는 지그 조립체;
    상기 지그 조립체에 구비되어 상기 반응 공간 내부를 모니터링하도록 구비되는 복수의 뷰 포트;
    상기 뷰 포트 각각에 대응되어 설치되고, 상기 웨이퍼의 안착 위치를 측정하는 복수의 비전 카메라; 및
    상기 웨이퍼의 위치를 모니터링하도록 구성되는 판단 블록을 포함하며,
    상기 판단 블록은 상기 웨이퍼 가장자리로부터 상기 웨이퍼 안착 플레이트의 가장자리까지의 거리를 측정하고,
    상기 측정 거리로부터 상기 웨이퍼의 안착 위치 및 상기 웨이퍼 안착 위치에 따른 중심점을 산출하고, 상기 안착된 웨이퍼의 중심점과 기 설정된 웨이퍼 안착 플레이트의 중심점 간의 위치 비교를 통해 상기 웨이퍼의 위치를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 위치 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비전 카메라의 위치를 조정하는 위치 조정부를 더 포함하는 웨이퍼 위치 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 위치 조정부는 상기 비전 카메라를 상기 웨이퍼 표면에 대해 수직인 방향, 수평인 방향 및 시계 방향(혹은 반시계 방향)으로 직선 또는 회전 이동 가능하도록 구성되는 웨이퍼 위치 측정 장치
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 뷰 포트 및 상기 비전 카메라는 적어도 3개가 구비되며,
    상기 비전 카메라는 상기 웨이퍼 안착 플레이트의 적어도 3 영역을 측정하되, 120° 간격으로 등각 배치되는 웨이퍼 위치 측정 장치.
  6. 내부에 웨이퍼 안착 플레이트를 포함하는 반응 챔버와, 상기 웨이퍼 안착 플레이트에 안착되는 웨이퍼의 위치를 검출하기 위해 복수의 비전 카메라가 구비된 지그 조립체를 포함하는 웨이퍼 위치 측정 장치를 이용한 웨이퍼 위치 측정 방법으로서,
    상기 반응 챔버 상부에 지그 조립체를 장착하는 단계;
    상기 웨이퍼를 상기 반응 챔버 내부의 상기 웨이퍼 안착 플레이트 상에 안착시키는 단계;
    상기 복수의 비전 카메라에 대응되는 영역마다 상기 웨이퍼 안착 플레이트의 가장자리로부터 상기 웨이퍼 가장자리까지의 거리 및 상기 거리를 이용하여 상기 웨이퍼의 가장자리 노드들을 설정하는 단계;
    상기 웨이퍼의 가장자리의 노드들을 연결하는 가상의 원을 그리는 단계;
    상기 가상의 원의 중심점을 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 가상의 원의 중심점과 기 설정된 상기 웨이퍼 안착 플레이트의 중심점의 차이를 좌표화하여, 상기 웨이퍼의 위치 변동 정보를 측정하는 단계를 포함하는 웨이퍼 위치 측정 방법.
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