KR19990023653A - 반도체 웨이퍼 처리 방법 및 반도체 웨이퍼 처리툴 - Google Patents

반도체 웨이퍼 처리 방법 및 반도체 웨이퍼 처리툴 Download PDF

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KR19990023653A
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윌리암 마크 하얏트
바바라 바스퀘즈
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Abstract

본 발명은 다중 챔버 툴(500)에서 수행되는 처리 단계 사이에서 반도체 웨이퍼(120)의 이면에 대한 오염을 원위치에서 감시하기 위한 방법을 제공한다. 제 1의 형태에서, 레이저원(220) 및 검출기(210)가 로봇 팔(110, 111) 상에 장착되거나, 또는 반도체 처리 툴(500) 내에 장착된다. 로봇 팔(110)이 처리 캐리어(610-650) 및 챔버(510-540) 사이에서 웨이퍼(120)를 옮길 때 레이저(220) 및 검출기(210)는 로봇 팔(110)을 따라 이동한다. 이송 중에 반도체 웨이퍼(120)의 이면은 레이저 빔(221)에 의해 주사되고, 이것에 의해 오염은 검출기(210)에 의해 검출된다. 레이저(220) 및 검출기(210)는 로봇 팔(110)이 이동 중이거나 또는 로봇 팔(110)이 처리 시퀀서에서 정지 중인 동안 웨이퍼(120)의 이면을 주사한다. 절대 입자 수 및 차분/증가 미립자 수는 챔버마다, 웨이퍼마다 데이터 프로세서(230)를 사용하여 계산된다.

Description

반도체 웨이퍼 처리 방법 및 반도체 웨이퍼 처리 툴
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것으로, 특히 트랙이 웨이퍼의 이면(backside)을 노출시켜 웨이퍼 이면에 대한 원위치에서의(in situ) 입자 검출 액세스를 가능하게 하는 트랙 시스템에서 반도체 웨이퍼를 처리하는 것에 관한 것이다.
발명의 배경
시간이 경과함에 따라 웨이퍼 직경이 증가하고 시간이 경과함에 따라 리소그래픽 배선폭(lithographic feature size)이 감소하게 되어, 반도체 웨이퍼의 이면(backside) 상의 미립자 오염을 제어하는 것이 중요하다. 이러한 더 작은 배선(features)의 제조와 관련된 리소그래픽의 초점 심도(lithographic depth of focus)가 리소그래픽 IC 배선폭(feature sizes)이 감소함에 따라 더 제한적으로 된다는 사실 때문에 이러한 제어가 필요 되어진다. 또한, 이러한 초점 심도 수율 문제(depth of focus yield problem)는 완전하게 편평한 상태로 유지하기 더 힘든 더 큰 웨이퍼에 의해 악화된다. 만약 웨이퍼, 또는 더 명확하게는 웨이퍼의 노출 범위(exposure field)가 웨이퍼 이면의 오염으로 인해 리소그래픽 노출동안 완전하게 편평한 상태로 유지될 수 없으면, 리소그래픽 툴은 전체 웨이퍼를 균일하게 또는 정확하게 노출할 수 없게되어, 다이(die)를 못쓰게 만든다. 따라서, 다가올 수년에 걸쳐 IC 제조를 향상하도록 웨이퍼의 이면 상의 오염이 신속한 검출과 정정을 위해 면밀히 제어될 필요가 있다.
웨이퍼 이면의 오염 문제를 설명하기 위해서, 도 1 및 도 2가 제공된다. 종래 기술의 도 1은 종래의 유기적인 웨이퍼 척(organic wafer chuck)을 사용하여 처리된 후의 반도체 기판(10)(웨이퍼)을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 오염 표시(contamination signature; 14)가 기판(10) 상에 남아있다. 단순히 표준 처리 싸이클동안 웨이퍼(10)를 척(chuck)과 접촉 상태가 되도록 배치함으로써 오염 표시(14)는 반도체 웨이퍼의 이면으로 전송된다. 도 1의 오염은, 잠시동안 처리되었지만 조작자에 의해 검출될 수 있는 가시적인 결함을 여전히 갖지 않는 척이 웨이퍼(10)와 접촉하게 될 때 발생하는 오염이다. 웨이퍼(10) 상에서 오염 표시(14)를 형성하는 개별적인 오염물질/입자(12)는 종래 기술의 원위치에서 벗어난(ex situ) 레이저 입자 시스템에 의해 검출되어 도 1을 제공하게 된다. 반도체 배선폭이 0.25 미크론 이하로 됨에 따라, 반도체 웨이퍼(10) 이면의 개별적인 오염물질(12)은 IC 기술이 진척됨에 따라 초점 심도가 계속해서 증가하기 때문에 리소그래픽 패턴 수율에 대해 더욱 더 큰 영향을 미치게 될 것이다. 웨이퍼 이면의 오염물질이 웨이퍼의 일부를 리소그래픽 노출 처리동안 이러한 초점 심도 외부에 위치시키기 때문에, 이전에는 무해했던 웨이퍼 이면의 오염에 의해 수율은 나쁜 영향을 받게된다.
반도체 기판(10)의 이면의 오염의 양을 감소시키기 위해서, 세라믹 또는 다른 무기성 웨이퍼 척 화합물(inorganic wafer chuck compounds)이 사용된다. 이러한 세라믹 웨이퍼 척의 오염 표시가 도 2에 도시된다. 도 2에 있어서, 반도체 기판(20)은 표준 처리 싸이클동안 세라믹 척에 노출된다. 웨이퍼(20) 상의 오염 측정 이전에 도 2에서 활용되는 세라믹 척에 대해 대략 100 번의 처리 싸이클이 발생한다는 점에서 도 2의 세라믹 척은 상대적으로 새로운 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 표시된 오염 표시(24)는 세라믹 척이 상대적으로 사용되지 않을지라도 웨이퍼(20) 상에 발생하기 시작할 것이다. 즉, 미립자/오염물질(22)은 웨이퍼(20)와 세라믹 척 사이의 단순한 접촉에 의해 웨이퍼(20)의 이면 상에 여전히 침착되어 있다. 세라믹 척이 이면의 오염을 감소시키더라도, 웨이퍼(20)는 도 1의 유기적 척을 사용하여 처리된 웨이퍼(10)와 유사한 방식으로 여전히 오염된다. 웨이퍼 이면의 물리적인 오염뿐만 아니라 후속하는 처리의 결과로서 웨이퍼 이면의 오염이 장치 영역으로 이동하는 것으로 인해, 이것은 초점 심도에 대한 이들의 영향의 결과로서 작은 배선폭의 장치의 형성에 영향을 줄 수 있는데, 웨이퍼 이면의 오염을 제 2도에 도시된 것 이상으로 감소시키려는 노력이 중요하다. 따라서, 수율이 영향을 받거나 교차-오염(cross-contamination)이 발생하기 전에 반도체 기판 상의 이면의 오염을 신속하게 검출하고 정정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 유익하다.
반도체 웨이퍼의 이면의 오염을 점검하기 위한 종래 기술의 방법은 개별적인 웨이퍼의 처리 사이에서 처리 영역의 시각 검사(visual inspection)를 수행한다. 시각 검사동안, 조작자는 웨이퍼 척 상에 가시적인 오염이 존재하는지의 여부를 결정하기 위해서, 웨이퍼 척과, 핸들러, 및 웨이퍼를 오염시킬 수 있는 다른 처리 장소를 직접 점검할 수 있다. 이러한 방법의 명백한 제한점은, 조작자 개개인에 따라 결과가 변하게 되는 아주 주관적인 테스트라는 점이다. 이 테스트의 또 다른 제한점은, 작은 배선폭이 형성될 때, 오염이 문제를 유발하기 이전에 이것이 가시화될 것이라는 것을 오염 검출 능력이 가정한다는 점이다. 수율을 감소시키는 오염이 항상 사람 눈에 가시적인 것은 아니다. 따라서, 최고 수준의 기술에 나쁜 영향을 줄 수 있는 아주 작은 입자는 검출되지 않을 것이다. 예를들면, 0.25 미크론 이하의 작은 배선폭의 장치에서, 0.1 또는 0.2 미크론의 웨이퍼 이면의 오염물질이 수율에 나쁜 영향을 미치기에 충분하도록 초점 필드 심도(depth of focus field)에서 시프트(shift)를 유발하는 것은 가능하다. 또한, 작은 입자가 서로 결합되어, 사실상, 이전에 논의된 오염 문제를 유발하는 큰 입자를 형성하는 점에서 부가적인 영향이 나타난다. 이러한 크기의 입자는 사람 눈에 검출되지 않지만, 여전히 IC 제조에 상당한 재정적 손실을 유발한다.
시각 검사 처리의 마지막 제한점은 처리 척이 실질적으로 조작자에게 가시화되도록 디자인된 처리 툴을 필요로 하는 점이다. 이것은 툴에서의 제한점인데, 사실, 많은 툴이 이러한 시각 검사를 허용하지 않는다. 또한, 일단 단일의 척 또는 웨이퍼가 오염되고 검출되지 않는다면, 이 웨이퍼 또는 척은 많은 다른 웨이퍼 또는 척을 오염시키게 되어 그 결과 더 넓은 범위의 오염을 유발시킨다. 만약 검출되지 않는다면, 작은 영역의 오염이 큰 영역의 오염으로 확장될 것이다(즉, 교차-오염이 발생한다).
오염 검사를 수행하는 제 2의 종래 기술의 방법은 테스트 웨이퍼를 툴 내에서 다수의 처리 단계를 거치게 한다. 각각의 개별적인 처리 단계에서, 웨이퍼는 툴로부터 제거되고, 뒤집어지며, 웨이퍼가 연마된 이면을 갖는다면, 상기 처리에 의해 오염이 유입되었는지를 판정하도록 원위치를 벗어난 레이저 처리를 통해, 웨이퍼 이면에 대한 검사가 행해진다. 오염에 대한 각각의 처리 챔버를 검사하기 위해서, 처리된 각 웨이퍼는 제거되고, 검사되며, 툴에서의 여전히 다른 챔버를 테스트하기 위해서 툴로 재유입되어야 할 것이다. 또한, 각 챔버는 툴에서의 모든 챔버를 검사하기 위해 사용될 수 있는 공지의 오염 레벨을 갖는 전용 웨이퍼를 구비할 수 있다. 이러한 처리의 제한점은 테스트 웨이퍼가 일반적으로 사용되고, 오염을 검출하기 위해 처리 툴로부터 웨이퍼를 제거할 필요가 있다는 점이다. 이러한 처리는 또한 작업 처리량에 역효과를 유발하며 다중 챔버 툴에서 역 오염(adverse contamination)이 확산하는 것을 방지하는 시간 내에 오염을 검출할 수 없을 것이다. 보통의 웨이퍼는 웨이퍼가 입자 주사 툴 척(particle scanning tool chuck)으로 뒤집어질 때 웨이퍼의 활성 표면(active surface)이 통상적으로 손상을 받기 때문에 이러한 방법으로 처리될 수 없다. 전체적으로, 이러한 처리는 현대의 반도체 제조 환경에서 아주 느리고, 비능률적이고, 힘들며 비용이 많이 든다.
오늘날, 종래의 원위치에서 벗어난(ex situ) 웨이퍼 이면의 입자 검출은 효과적 또는 효율적이지 못하다. 웨이퍼 이면 오염은 신속한 검출 및 정정(correction)의 부재로 인해 큰 웨이퍼 및/또는 작은 리소그래픽 크기에서 집적 회로 장치 수율을 감소시킬 위험이 있다. 원위치에서의(in situ) 오염의 방법은 다중 챔버 툴 내에서 오염이 확산하는 것을 방지하도록 발전되지 못했다. 다중 챔버 툴에서, 원위치에서 벗어난(ex situ) 기술을 사용하여 하나의 문제의 챔버(problem chamber)를 식별하는 것은 효율적이지 못하거나 또는 정확하지 못하다. 일반적으로 일단 테스트 웨이퍼가 처리 툴로부터 오염을 검출하면, 처리된 웨이퍼에 대한 잠재적인 수율 손상은 이미 이루어진 것이다. 이러한 문제점을 방지하기 위해서, 쉽게 검출될 수 없는 오염 문제를 방지하도록 빈번한 간격으로 많은 제조 설비는 종종 제조 장치를 비활성화시키고 여러 챔버를 직접 세척한다. 웨이퍼 이면의 오염 문제를 방지하기 위한 시스템의 이러한 과도한 유지(over-maintenance)는 비용이 많이 들고 제조 설비의 작업 산출량을 감소시킨다. 또한, 정정 동작이 취해지더라도, 현재로선 공정을 재개하지 않으면서 정정이 이루어졌음을 확인할 수 있는 메커니즘은 존재하지 않는다.
따라서, 처리 툴 내에서 웨이퍼 이면의 오염을 효율적으로 검출하고 정정할 수 있는 자동화된 방법론이 유익할 것이다.
설명의 간략성과 명백성을 위해서 도면에 도시된 소자가 실척으로 도시되진 않았다. 예를들면, 몇 몇 소자의 크기는 명백성을 위해 다른 소자에 비해 과장되었다. 또한, 대응하는 또는 유사한 소자에 대한 도면 부호는 반복되어 표기되었다.
도 1 및 도 2는 반도체 웨이퍼 이면의 오염 표시를 나타내는 도면.
도 3은 반도체 기판을 지지하고 있는 로봇 팔(robotic arm)의 평면도.
도 4는 반도체 기판을 전송하기 위한 로봇 시스템(robotic system)의 단면도.
도 5는 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 툴의 평면도.
도 6은 도 5의 툴의 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예를 구현하는 순서도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예를 구현하는 순서도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10, 20 : 반도체 기판 12, 22 : 오염물질/입자
14, 24 : 오염 표시(contamination signature)
110 : 로봇 팔 112 : 핀
114 : 링 부분 210 : 검출기
220 : 에너지원 230 : 제어기
일반적으로, 본 발명은 다중 챔버 툴 내에서 수행되는 처리 단계 사이에서 반도체 웨이퍼의 이면을 원위치에서(in situ) 검사하기 위한 방법에 관한 것이다. 첫 번째 형태에서, 레이저 소스 및 검출기는 반도체 처리 툴의 로봇 팔 또는 트랙에 장착된다. 로봇 팔이 처리 툴 사이에서 웨이퍼를 옮길 때 레이저 및 검출기는 로봇 팔을 따라 이동한다. 챔버 사이에서 운송 중에, 반도체 웨이퍼의 이면은 로봇 팔에 위치한 레이저빔에 의해 주사되고 이것에 의한 레이저 산란은 로봇 팔에 위치한 검출기에 의해 검출된다. 로봇 팔이 운송 중이거나 또는 로봇 팔이 처리 시퀀서에서 정지하고 있는 동안 레이저 및 검출기는 이때 웨이퍼 이면의 입자를 주사한다. 절대 입자 수(absolute particle count) 및 차분/증가(differential/incremental) 미립자 수가 챔버마다, 웨이퍼마다, 또는 전송마다 이전 데이터로부터 계산된다.
웨이퍼가 새로운 툴로 들어가고 나올 때, 웨이퍼를 점검함으로써, 오염 레벨이 감시될 수 있다. 이러한 오염 또는 미립자 데이터는 기억되고 컴퓨터를 통해 처리되어 교차-오염이 발생하기 전에 그리고 IC 수율이 영향을 받기 전에 문제가 되는 웨이퍼를 신속하게 식별하기 위해 사용될 수 있다. 본원에 교시된 원위치에서의 검출은 또한 오염원(즉, 처리를 위해 사용되었던 직전의 챔버)을 신속하게 판정한다. 일단 오염이 신속하게 검출되면, 웨이퍼의 이면의 오염은, 종래 기술에서 교시된 원위치를 벗어난 처리와는 달리, 세척에 의해 또는 재실행(redo) 처리를 통해 정정될 수 있다. 또한, 웨이퍼가 오염된 것으로 판정되는 경우, 오염을 유발하는 챔버(들)는 계속되는 오염을 방지하기 위해 세척되어야만 한다. 본원에서 교시된 공정은 빠르고, 효율적이고, 수율을 향상시키고, 툴의 작업 산출량에 나쁜 영향을 주지 않으며, 장치의 휴지 시간(down-time)을 감소시키며, 감소된 배선폭으로의 향상을 꾀하게 하며 웨이퍼 크기가 더 커지는 것을 가능하게 한다.
다른 실시예는 웨이퍼 이면의 입자 검출을 위해 사용되는 다중 챔버 툴 내에 특정 영역을 디자인하는 것이다. 이 영역은 상기 논의된 바와 같이 로봇 팔에 부착되지 않는데, 여기서 입자 검출 영역이 고정되고 로봇 팔이 다중 챔버 툴 내의 입자 검출 영역으로 웨이퍼를 가져가야만 한다. 로봇 팔은 웨이퍼를 챔버로부터 가져와서, 지정된 입자 검출 영역에서 웨이퍼 이면의 입자 검출을 수행하고 그 후 웨이퍼를 처리를 위해 다음 챔버로 전송한다. 이 실시예는 로봇 팔을 방해하지 않고 또는 로봇 인터페이스를 더 크게 하지는 않지만, 부가된 로봇 팔 운행 시간으로 인해 산출량을 약간 감소시킬 것이다. 또한, 본원에서 교시된 원위치에서의 입자 주사 방법은 웨이퍼 이면의 지정된 영역만을 주사하도록 주문 생산될 수 있는데, 여기서 이 지정된 영역은 특정 처리 툴에 의해 오염되기 쉬운 영역이다. 또한, 이전의 정성의(qualitative) 입자 검사 공정은 이제 정량적으로 될 수 있으며, 이것은 향상된 공정 제어를 허용하고 사람의 주관적인 면을 제거하도록 한다. 웨이퍼 이면의 입자 검출에서 수치 데이터 처리는 종래 기술을 사용하여서는 가능하지 않았다. 따라서, 이제 컴퓨터는 입자 주사 데이터로부터 웨이퍼 이면의 오염이 언제 명세 사항(specification)을 초과하는 지를 결정하여 특정하게 문제가 되는 챔버를 통해 웨이퍼의 처리를 중지하고, 정정 동작을 자동적으로 개시한다. 또한, 정정 동작이 성공적이었음의 자동 검증이 또한 가능하다.
본 발명은 도 3 내지 도 7을 참조로 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 3은 로봇 팔(110)을 도시한다. 로봇 팔(110)은 링 부분(114)을 구비하고 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 링 부분(114)은 상기 팔의 전면부에 개구(opening)를 구비하고 있으며, 이것에 의해 개별적인 반도체 웨이퍼가 집어 올려져서 자동적으로 상기 팔에 복귀될 수 있다. 로봇 팔(110)은 또한 상기 링 부분(114)의 바닥에 핀(112)을 구비하는데, 이것은 중력이 사용을 통해 반도체 기판(120)을 물리적으로 유지/지지하기 위해 사용된다. 상기 반도체 기판(120)의 이면이 개방되어 하부의 물체에 노출되도록 로봇 팔(110)이 디자인되는 점이 중요하다. 웨이퍼(120)와 핀(112)의 작게 중첩하는 부분만이 이면의 주사/처리에 유효하지 않을 것이다. 따라서, 중첩의 최소화는 최대의 웨이퍼 이면의 영역이 주사되도록 한다. 도 3은 웨이퍼(120)의 이면을 도시하는데, 웨이퍼 이면의 반대 면은 활성(active) IC 회로가 형성되는 웨이퍼의 활성 영역이다. 따라서, 핀(112)은 반도체 웨이퍼(120)의 둘레에서 3㎜ 에지의 제외 영역 내로 연장하는 것으로 도시되었다. 본원에서 처리된 웨이퍼는 바람직하게는 300㎜의 웨이퍼이지만 임의 크기의 반도체 웨이퍼 또는 평면 디스플레이(flat panel display)도 될 수 있다.
도 4는 이면 계측 시스템(backside metrology system; BMS) 또는 로봇 팔 시스템의 측면도이다. 측면 계측 시스템은 도 3의 로봇 팔에 지지되고 있는 반도체 웨이퍼 이면의, 입자와 같은, 오염을 검출하기 위해 사용된다. 이면 계측 시스템은 에너지원(220)(바람직하게는 레이저원), 검출기(210), 및 제어기(230)를 포함한다.
동작에 있어서, 레이저(220)는 반도체 기판의 일부에 집속되는 레이저 빔(221)을 발생한다. 레이저가 웨이퍼에 집속되는 각(q)은 입사각으로 알려져 있고, 웨이퍼 표면상에서 오염의 최적의 레이저-광-산란 검출을 허용하기 위해 선정되어 있다. 검출기(210)는 반사되거나 산란된 레이저 빔(223)이 수신되는 검출부(216)를 구비한다. 검출기(210)에 의해 검출되는 레이저의 반사 패턴에 기초해서, 제어기(230)는 레이저빔이 집속된 위치에 오염 위치가 존재하는지의 여부를 판정할 수 있다.
레이저빔은 임의의 한 순간에 단일 위치에 집속되고 데이터는 2차원 표면(웨이퍼 상의 한 지점이 아님)에 대해 필요 되어지기 때문에, 큰 웨이퍼 표면에 걸쳐 오염을 검출하기 위해서 레이저 및 검출기 시스템을 반도체 웨이퍼에 대해 이동하는 것이 필요할 것이다. 일 실시예에 있어서, 이러한 레이저 이동은 반도체 기판(120)을 되도록 정지되어 있는 검출기 및 레이저에 대해 이동함으로써 실현될 것이다. 이러한 레이저의 래스터 스캔은 반도체 기판(120)을 검출기 및 레이저에 대해 X 및 Y 축에서 이동하고, 반도체 웨이퍼를 회전시키고, 반도체 웨이퍼의 수직 성분 도는 Z축을 조정함으로써 달성될 수 있다. 이러한 형태의 래스터 스캔은 실질적으로 모든 웨이퍼 이면에 대한 오염을 검사한다. 기술적인 분야에서 능숙한 자는 반도체 기판뿐만 아니라 검출기 및 레이저를 이동하거나, 또는 공간상에서 기판이 정지 상태로 유지된 채 레이저 및 검출기만을 회전하는 것이 가능함을 알 수 있을 것이다.
검출기 및 레이저가 래스트 스캔을 수행하고/수행하거나 레이저 빔(221)의 정확한 입사각의 변경 가능한 배치를 필요로 하는 일 실시예에 있어서, 모터 제어부(212 및 222)는 각각 제어기/컴퓨터(230)에 접속된 것으로 도시된다. 역으로, 일 실시예에서 검출기 및 레이저가 도 3의 로봇 팔(110)에 물리적으로 접속되지 않은 경우, 레이저 및 검출기에 대한 반도체 기판(120) 표면의 제어를 위해서 제어기(230)는 로봇 팔(110)에 접속되는 것으로 도시된다. 또한, 연결부(214 및 224)는 검출기 및 레이저 둘 다에 연결되는데, 다른 실시예에서, 상기 검출기(210) 및 레이저(220)는 도 3의 로봇 팔에 실제로 단단히 지지되거나 물리적으로 연결될 것이다. 검출기(210), 레이저(220) 및 로봇 팔(110)이 정적으로 연결된 이 실시예는 하기에서 더욱 상세히 논의 될 것이다.
반도체 산업에서 일반적으로 반도체 웨이퍼가 점점 더 커지고 있기 때문에, 테스트되는 반도체 기판에서 일정량의 휨(bowing)이 발생하는 것이 예상될 것이다. 제어기를 사용하여 이러한 휨에 대한 보상을 하는 것이 필요할 것이다. 일반적으로, 휨은 특성될 수 있고 선정된 성분을 가지는데, 이것에 의해 테스트되는 반도체 기판의 특정 지점에 기초해서, 로봇 팔은 입사각과 반사가 검출기(210)에 의해 적절하게 검출되도록 조정될 수 있다.
종래 기술의 도 1 및 도 2를 참조로 상기 논의된 바와 같이, 반도체 기판을 유지하는 척은 반복 가능한 오염 표시를 가질 것이다. 따라서, 본 발명은 개별적인 처리 툴의 결과로서 웨이퍼의 이면 오염을 또한 예상한다. 일단 척의 오염 표시가 판정되면, 수정된 데이터 획득을 수행하는 것이 가능한데, 이것에 의해 오염 표시의 부분으로 공지된 데이터 지점 또는 표면 영역만이 오염에 대해 실제 검사될 것이다. 이렇게 함으로써, 이면 계측 시스템의 전체 산출량은 크게 향상되고, 더 정확하게 될 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 이면 계측 서브시스템를 포함하는 반도체 처리 스테이션(semiconductor processing station; 500)의 평면도이다. 특히, 로봇 메커니즘(110)은 도 5의 트랙(550) 상에 존재하는 것으로 도시되어 있다. 도 5는 가능한 두 실시예를 도시하고 있다. 제 1의 실시예는 이면 계측 서브시스템이 로봇 메커니즘(110) 상에 장착되고 상기 메커니즘(110)에 대해 이동 가능하다. 제 2의 실시예는 이면 계측 서브시스템이 스테이션(200)에서 고정되어 있고 상기 메커니즘(110)은 처리동안 특정 저점에 관한 입자 검출을 수행하기 위해서 챔버 사이에서 스테이션(200)을 이동시켜야만 한다.
트랙의 한 끝에서, 이면 계측 시스템에 대한 스테이션(200)은 제 2의 실시예에 대해 도시되어 있다. 이 제 2의 실시예에 있어서, 처리 챔버(510, 520, 530, 또는 540)에 의해 반도체 기판이 제거될 때, 반도체 기판은 로봇 팔(110)에 의해 트랙을 따라 이면의 오염 분석을 위해 정지하고 있은 이면 계측 스테이션(200)으로 전송될 것이다. 제 3의 실시예에 있어서, 이면 계측 서브시스템(100)은 처리 챔버(510-540)의 한 챔버의 위치에 또는 위치 내에 실제 존재할 것이다. 예를들면, 챔버(540)는 도 5의 이면 계측 스테이션과 실제 동일할 것이다. 제 1의 실시예에 있어서, 로봇 시스템(100)은 접속부(214 및 224), 및 제어기(230)를 포함하는 도 4의 의 시스템인데, 이것에 의해 이면 계측 서브시스템은 챔버 사이에서 로봇 시스템(110)으로 이동 가능하다. 이러한 구성에 있어서, 입자 검출 및 컴퓨터 입자 데이터 기억은 웨이퍼가 상이한 처리 챔버(510-540) 사이에서 전송되는 동안 수행되는데 이것에 의해 잠재적으로 처리량을 증가시킨다.
도 5는 그 자신의 로봇 시스템(111)을 갖는 입력 또는 웨이퍼 캐리어 부(wafer carrier section; 600)를 도시하는데, 상기 로봇 시스템(111)은 시스템(111)이 상기 논의된 3 개의 실시예 중 한 실시예를 사용하여 이면 계측 서브시스템에 또한 액세스할 것이라는 점에서 로봇 시스템(110)과 유사하다. 로봇 시스템(111)은 웨이퍼 캐리어 입력 영역(wafer carrier input regions; 610-650)에서 챔버(510-540)를 포함하는 처리 챔버 환경으로 웨이퍼를 이동한다.
도 5는 또한 상기 시스템(110 및 111)과는 상이한 자신의 고유한 로봇 시스템을 포함하는 리소그래픽 노출 챔버(505)를 도시한다. 로봇 시스템(110) 및 시스템(505) 사이에서의 교환은 개구부 영역(path-through region; 502)을 통해 일어나는데, 이것에 의해 로봇 제어는 한 시스템에서 다른 시스템으로 변경된다. 따라서, 웨이퍼를 리소그래픽적으로 처리하기 위한 다중 챔버 툴을 도시하는 도 5의 시스템은 원위치에서의 입자 검출과 컴퓨터 처리 및 오염 데이터의 기억을 수행할 수 있다.
도 6은 이면 계측 서브시스템을 포함하는 처리 시스템의 단면도를 도시한다. 제 1의 실시예는 이면 계측 서브시스템을 앞서 논의한 바와 같이 이동 가능한 로봇 시스템/팔(110 및 111)에 부착(attach)한다. 도 6은 제 2의 실시예에서 사용되는 전체 시스템(500)의 하부(lower portion)에 존재하는 이면 계측 서브시스템(200)을 도시한다. 제 3의 실시예에서, 전체 챔버(510-540)가 원위치에서 계측 챔버로서 단독으로 사용될 것이다. 전체 시스템의 하부에 시스템(200)을 제공하는 한 이유는 산광(diffused light)이 레이저 장치의 오염 판독에 영향을 줄 수 있기 때문에, 이면 계측 서브시스템에 도달할 산광의 양을 제한하는 것이 유익하다. 사실, 툴 내에서의 이면 계측 서브시스템으로 이루어진 서브시스템의 위치에 관계없이, 툴에 대한 산광의 양을 제한하는 것이 중요하다. 이것은 종래기술이 가시적인 검사가 일어나도록 조작자에 의해 접근 가능하고 조작자에 가시적인 챔버 시스템, 또는 로봇 시스템을 제공하는 특정하게 디자인된 툴을 필요로 하는 점에서, 종래 기술보다 유익하다. 이것은 종래 기술과는 반대로 보다 더 많이 처리에 집중된 유사한 디자인의 툴을 허용하는데, 종래기술에서는 가시적인 검사를 지지하는 조작자에게 친숙한 특성이 중요하다.
도 7은 본 발명에서 사용하기 위한 순서도(700)를 도시한다. 특히, 순서도(700)의 단계(710)에서, 재료(예를들면, 웨이퍼 기판)는 웨이퍼 캐리어를 사용하여 툴(500)과 같은 툴로 전달될 것이다. 로봇 팔은 단계(712)에서 반도체 기판/웨이퍼와 함께 로드될 것이다. 일 실시예에 있어서, 처리 챔버로 유입되기 전에, 초기의 오염 지점을 얻기 위해 들어가는 시점에서 반도체 기판이 오염되었는지의 여부를 판정하는 것이 유익할 것이다. 따라서, 단계(714)에서, 반도체 기판은 이면 계측 시스템으로 유입될 것이다. 여기서 계측 시스템은 로봇 시스템(robotics)이 계측 시스템을 따라 움직여야 하는 고정된 스테이션일 수 있고 또는 계측 시스템은 이전에 논의된 바와 같이 로봇 시스템(robotics)의 일부가 될 수 있다.
처리 툴에 의해 구현되는 특정 처리에 기초해서, 몇 몇 이벤트(event) 중 하나가 이면 오염이 검출될 때 발생할 수 있다. 순서도 경로(730)를 따라, 이면 오염 상태가 검출되는 경우 웨이퍼에 대한 몇 몇 내부 처리의 재실행 처리가 발생할 것이다. 즉, 포토레지스트 회전 단계가 과도한 이면 오염으로 나타나면, 웨이퍼는 세척되고 더 양호한 이면 오염 결과를 기대하면서 동일한 단계를 통해 재처리(재실행)된다. 또한, 특정의 문제 챔버는 성공적인 재실행의 가능성을 증가시키기 위해 재실행이 수행되기 전에 세척을 위해 폐쇄된다. 상기 세척은 일반적으로 직접적인 세척 단계(manual cleaning step)일 것이다. 이러한 재실행 조건은 이면의 용매 스트립(solvent strip)을 포함하고 그 후 재실행이 성공적이었는지 아닌지를 판정하기 위한 재검증 단계(예를들면, 원위치에서 수행되는 더 많은 입자 검출)가 후속된다. 통상적인 첫 번째 통과 재실행은 처리 툴 내에 하나 이상의 탈이온수(deionized water; DI water) 헹굼, 또는 유기적 용매 스프레이(organic solvent spray) 또는 용액(bath)을 포함한다.
내부 처리 단계의 재실행(730)이 이러한 문제점을 해결할 수 없는 경우, 더 강한 세척 단계(예를들면, 원위치를 벗어난 메가소닉(ex situ megasonic) 세척, 대략 120℃로 가열된 H2O2및 H2SO4를 사용하는 피라냐(piranha) 세척, 또는 대략 90℃로 가열된 알칼리-아민 용액(alkali-amine clean solvent) 세척)가 발생할 것이다. 이러한 보다 강한 세척이 대안으로서, 웨이퍼는 순서도 경로(732)를 따라 처리될 수 있는데, 이것은 호스트 시스템 및 조작자에게 통지되고 단계(726)에서 응답을 기다린다. 응답(726)은 챔버 세척 처리 또는 챔버를 명세사항(specification)으로 가져가는데 필요한 몇 몇 다른 종류의 유지보수일 것이다. 웨이퍼가 양호한 것으로 검출되면(즉, 이면의 오염이 수용가능한 임계 내에 있는 경우), 웨이퍼는 경로(733)를 따라 진행되어 후속하는 처리 단계를 위해 처리 챔버로 로드된다. 단계(718)에서 재료의 처리 후에, 웨이퍼는 단계(712)에서 로봇 툴의 팔로 다시 로드될 것이다. 단계(714)에서 이면 상태의 검증을 반복함으로써, 이전의 처리가 완료된 후 웨이퍼 이면의 상태가 양호한지 아닌지에 대한 다른 판정이 행해질 것이다. 상태가 양호하다면, 처리는 다른 챔버에서 계속되거나 또는 처리 흐름은 경로(731)를 따라 진행되어 처리가 완료되었음을 나타내게 된다.
도 8은 포토리소그래픽 처리(800)를 위해 본 발명을 활용하는 특정 방법을 나타내고 있다. 순서도(800)는 재료가 외부 소스로부터 처리 툴로 전달되는 단계(810)에서 시작한다. 일반적으로, 재료는 개개의 처리될 반도체 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 전송 장치(wafer carrying device)를 포함할 것이다. 다음으로, 단계(811)에서, 단계(810)에서 툴로 전달된 기판은 로봇 시스템에 의해 로봇 팔로 로드된다. 다음으로, 단계(812)에서, 로봇 팔은 웨이퍼의 이면 상태를 검증하기 위한 위치로 이동한다. 다음으로, 단계(813)에서, 반도체 기판은 탈수 베이크(dehydration bake) 및 고착 모듈(adhesion module)로 로드된다. 단계(813)에 후속해서, 로봇 팔은 반도체 웨이퍼를 다시 한 번 로드하고 이면의 오염이 발생하였는지를 검증하기 위해 처리 툴로 이동한다.
이면의 오염을 판정하는 단계(814)에 후속해서, 로봇 팔은 반도체 기판을 다른 처리 챔버로 로드하고 단계(815)에서 포토레지스트 코팅이 행해진다. 다음으로, 단계(816)에서, 로봇 팔은 단계(815)의 코팅 챔버로부터 기판을 로드하여 이면 오염이 발생하였는지에 대해 다시 한 번 검증한다. 이면 오염이 발생하였는지를 판정 또는 검증하는 각 단계(812, 814, 816, 818, 820, 822, 824 및 826)는 컴퓨터 또는 제어기와 같은 데이터 처리 시스템에 의한 데이터 수집을 포함하는데, 이러한 처리 시스템은 이러한 정보를 기억하고 이것을 이전의 정보 및 기준 정보와 비교하여 오염이 발생하였는지를 판정한다. 다음으로, 단계(817)에서, 로봇 팔은 소프트 베이크 처리(soft bake process)를 위한 챔버로 반도체 웨이퍼를 로드한다. 계속해서, 단계(818)에서, 반도체 기판은 로봇 팔로 로드되고 반도체 기판의 이면이 오염되었는지에 대한 판정이 수행된다. 다음으로, 단계(819)에서, 기판은 기판을 특정 사진 영상(photographic images)에 노출시키기 위해 다시 한 번 로봇 팔에 의해 전송된다. 계속해서, 단계(820)에서, 로봇 메커니즘은 단계(819)에서 이면 오염이 발생하였는지를 판정하기 위한 전송을 위해 기판을 로드할 것이다. 다음으로, 단계(821)에서, 반도체 기판은 후노출 베이크(post-exposure bake)를 수행하기 위해 처리 챔버로 전송된다. 다음으로, 단계(822)에서, 반도체 기판은 후노출 베이크 처리 챔버로부터 제거되어 이면 오염이 발생하였는지를 판정하기 위해 또 다시 전송된다. 단계(823)에서, 반도체 기판은 현상 챔버로 전송된다. 단계(824)에서, 반도체 기판은 현상 챔버로부터 제거되어 이면 오염이 발생하였는지를 판정하기 n이해 전송된다. 단계(825)에서, 반도체 기판은 하드 베이크 처리 챔버(hard bake processing chamber)로 전송된다. 계속해서, 단계(826)에서, 반도체 기판은 로봇 팔에 의해 로드되어 이면 오염이 발생하였는지를 판정하기 위해 또 다시 전송된다. 마지막 단계(827)에서, 로봇 팔은 반도체 기판을 전송하여 처리 툴로부터 완전히 빼낸다(off load).
상기 순서도(800)에서, 도 7을 참조로 논의된 종류의 다수의 판정 단계가 존재하는데, 도 8의 순서도의 이면 오염 검증 단계 중 하나에 의해 오염이 검출되는지에 따라 처리 흐름이 중단됨을 알 수 있다.
처리 챔버마다 실시간의 오염 검출을 허용하는 점에서 이것은 종래 기술보다 유익함을 주지해야 한다. 즉, 특정 처리 챔버가 웨이퍼를 오염시키기 시작하는 경우, 오염이 일찍 검출되어, 오염원으로서의 챔버를 식별할 수 있다. 주기적인 세척이 예방 조치로서 임의적으로 수행되는 종래 기술에 비해 이것은 유익하다. 본 발명은 웨이퍼 및 챔버 오염을 감시하는 판정 방법을 제공하며, 오염된 챔버에서 처리되는 것을 방지함으로써 오염되는 웨이퍼의 수를 감소하며, 오염된 세척용 챔버를 식별할 수 있다. 개개의 웨이퍼 및 챔버의 오염 레벨에 대한 데이터베이스를 유지함으로써, 웨이퍼 및 챔버의 질을 보장하기 위해 사용될 수 있는 연혁(history)이 생성된다.
본 발명이 특정 실시예를 참조로 설명되었지만, 기술적인 분야에서 능숙한 자는 또 다른 수정예 및 변형예를 고안할 수 있을 것이다. 예를들면, 입자 외에, 예를들면 원소 및 분자 오염을 포함하는 화학적 오염과 같은 다른 종류의 오염이 검출될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상술된 특정 용례에 제한되는 것이 아니며 첨부된 특허청구 범위는 본 발명의 취지 및 영역을 벗어나지 않는 모든 변형 예를 포괄하도록 의도된 것임을 알 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 반도체 처리 툴을 사용하여 반도체 웨이퍼(10)를 처리하기 위한 방법에 있어서,
    반도체 웨이퍼(10)를 반도체 웨이퍼 처리 툴(500)의 로봇 팔(110)에 위치시키는 단계와;
    상기 로봇 팔(110)을 처리 챔버로 이동함으로써 반도체 처리 툴의 처리 챔버 속으로 반도체 웨이퍼(10)를 위치시키는 단계와;
    상기 반도체 웨이퍼(10)를 처리 챔버 내에서 처리하는 단계와;
    로봇 팔(110)을 사용하여 처리 챔버로부터 반도체 웨이퍼를 제거하고, 상기 반도체 웨이퍼(10)가 로봇 팔(110)에 위치되는 경우 상기 로봇팔(110)이 반도체 웨이퍼(10)의 이면 부분을 노출시키는 단계; 및
    에너지원(220)으로 상기 반도체 웨이퍼(10)의 이면 부분을 주사(scanning)함으로써 반도체 처리 툴(500) 내에서 반도체 웨이퍼(10)의 이면 부분을 오염 주사하는 단계로서, 상기 오염 주사는 처리 동안 처리 챔버 내에서 반도체 웨이퍼(10)의 이면 부분이 오염되었는지를 판정하기 위해 사용되는, 오염 주사 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼(10) 이면 부분의 오염이 명세사항 밖에(out-of-specification)있는지를 판정하는 단계; 및
    상기 반도체 웨이퍼(10)의 이면 부분이 명세사항 밖에 있는 경우 상기 반도체 웨이퍼(10)를 세척하는 단계를 더 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 방법.
  3. 반도체 처리 툴을 사용하여 반도체 웨이퍼(10)를 처리하기 위한 방법에 있어서,
    상기 반도체 처리 툴에 부착된 반도체 웨이퍼 캐리어로부터 상기 반도체 웨이퍼(10)를 제거하는 단계와;
    상기 반도체 웨이퍼(10)를 상기 반도체 툴의 제 1의 처리 챔버로 위치시켜 상기 반도체 웨이퍼(10)를 상기 제 1의 반도체 처리 챔버 내에서 감광 물질(photo-sensitive material)로 코팅하는 단계와;
    로봇 시스템을 사용하여 상기 반도체 웨이퍼(10)를 상기 제 1의 챔버로부터 제거하는 단계; 및
    로봇 시스템을 사용하여 상기 반도체 웨이퍼(10)의 노출된 이면에 대한 원위치에서의(in situ) 오염 검사를 수행하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 방법.
  4. 반도체 웨이퍼 처리 툴(500)에 있어서,
    다수의 처리 챔버와;
    반도체 웨이퍼 캐리어 영역과;
    로봇 팔(110)과;
    상기 로봇 팔(110)에 연결된 반도체 웨이퍼(10)를 지지하기 위한 수단과;
    상기 로봇 팔(110)이 다수의 처리 챔버의 챔버 사이에서 이동할 때 레이저가 로봇 팔을 따르도록 상기 로봇 팔(110)에 연결되고, 반도체 웨이퍼(10)가 지지 수단에 의해 지지될 때 반도체 웨이퍼(10) 이면에 레이저 빔을 조사하도록 적응되는 레이저와;
    지지 수단에 의해 지지되는 반도체 웨이퍼(10)의 이면을 따라 레이저를 주사하도록 상기 레이저를 이동시키기 위한 레이저 이동 수단; 및
    상기 로봇 팔(110)이 다수의 처리 챔버의 챔버 사이에서 이동할 때 상기 로봇 팔(110)을 따르도록 상기 로봇 팔에 연결되고, 반도체 웨이퍼(10)가 지지 수단에 의해 지지될 때 상기 반도체 웨이퍼(10)의 이면으로부터의 레이저 반사를 수신하도록 적응된 검출기(210)를 포함하는 적어도 하나의 로봇 이동 유닛을 구비하며, 상기 다수의 처리 챔버와 반도체 웨이퍼 캐리어 영역 사이에서 반도체 웨이퍼(10)를 전송하기 위한 로봇 시스템; 및
    상기 반도체 웨이퍼 처리 툴(500)에 연결되어 상기 검출기(210)에 의해 검출된 반도체 웨이퍼(10) 오염 데이터를 기억하고 처리하기 위한 컴퓨터 수단을 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 툴.
  5. 반도체 처리 툴을 사용하여 반도체 웨이퍼(10)를 처리하기 위한 방법에 있어서,
    상기 반도체 처리 툴에 부착된 반도체 웨이퍼 캐리어로부터 상기 반도체 웨이퍼(10)를 제거하는 단계와;
    로봇 시스템을 사용하여 상기 반도체 웨이퍼(10)의 노출된 이면에 대한 원위치에서의(in situ) 오염 검출을 수행하는 단계와;
    상기 반도체 웨이퍼(10)를 상기 반도체 처리 툴의 제 1의 처리 챔버로 위치시키고, 상기 제 1의 처리 챔버 내에서 상기 반도체 웨이퍼를 부착 촉진 물질(adhesion-promoting) 물질로 코팅하는 단계와;
    로봇 시스템을 사용하여 상기 제 1의 처리 챔버로부터 상기 반도체 웨이퍼(10)를 제거하는 단계와;
    로봇 시스템을 사용하여 상기 반도체 웨이퍼(10)의 노출된 이면에 대한 원위치에서의 오염 검출을 수행하는 단계와;
    상기 반도체 웨이퍼(10)를 상기 반도체 처리 툴의 제 2의 처리 챔버로 위치시키고, 상기 제 2의 처리 챔버 내에서 상기 반도체 웨이퍼(10)를 감광 물질로 코팅하는 단계와;
    로봇 시스템을 사용하여 상기 제 2의 처리 챔버로부터 상기 반도체 웨이퍼(10)를 제거하는 단계와;
    로봇 시스템을 사용하여 상기 반도체 웨이퍼(10)의 노출된 이면에 대한 원위치에서의 오염 검출을 수행하는 단계와;
    상기 반도체 웨이퍼(10)를 상기 반도체 처리 툴의 제 3의 처리 챔버로 위치시키고, 상기 제 3의 처리 챔버 내에서 상기 반도체 웨이퍼(10)를 굽는(bake) 단계와;
    로봇 시스템을 사용하여 상기 제 3의 처리 챔버로부터 상기 반도체 웨이퍼(10)를 제거하는 단계와;
    로봇 시스템을 사용하여 상기 반도체 웨이퍼(10)의 노출된 이면에 대한 원위치에서의 오염 검출을 수행하는 단계와;
    상기 반도체 웨이퍼(10)를 상기 반도체 처리 툴의 제 4의 처리 챔버로 위치시키고, 상기 제 4의 처리 챔버 내에서 상기 반도체 웨이퍼(10)를 리소그래픽적으로 노출시키는 단계와;
    로봇 시스템을 사용하여 상기 제 3의 처리 챔버로부터 상기 반도체 웨이퍼(10)를 제거하는 단계; 및
    로봇 시스템을 사용하여 상기 반도체 웨이퍼(10)의 노출된 이면에 대한 원위치에서의 오염 검출을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼 처리 방법.
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