KR20010083591A

KR20010083591A - 스텝퍼의 파티클 제거 장치

Info

Publication number: KR20010083591A
Application number: KR1020000007445A
Authority: KR
Inventors: 하정혁; 백정헌
Original assignee: 황인길; 아남반도체 주식회사
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2001-09-01

Abstract

본 발명은 반도체 제조에 사용되는 스텝퍼에서 웨이퍼 스테이지 위의 먼지 입자를 검출, 제거하기 위한 파티클 제거 장치에 관한 것으로, 반도체 노광 공정에서 파티클에 의한 패턴불량이 발생될 경우 종래에는 공정이 수행된 후 웨이퍼를 검사하는 과정에서 결함으로 발견됨으로써 비용 손실 및 생산성 저하의 문제점이 있었다.

본 발명은 발광수단(20)과, 발광수단에서 발생된 광을 평행광으로 변환시켜 웨이퍼 스테이지로 보내는 콜리메이터 렌즈(30)와, 콜리메이터 렌즈를 통해 조사된 광을 반사하는 웨이퍼 스테이지(40)와, 웨이퍼 스테이지에서 반사된 광을 집광하는 수광렌즈(50)와, 수광렌즈에서 집광된 광을 받아 웨이퍼 스테이지 윗면의 파티클을 검출하는 이미지센서(60)와, 이미지센서의 검출 결과에 따라 웨이퍼 스테이지면에 선택적으로 개스를 분사하는 송풍장치를 구비하여, 노광전 웨이퍼 스테이지 위를 검사하고 파티클이 발견될 경우 자동적으로 이를 제거할 수 있게 함으로써, 패턴 불량으로 인한 결함을 줄일 수 있게 하였다.

Description

스텝퍼의 파티클 제거 장치{REMOVAL PARTICLE SYSTEM IN STEPPER}

본 발명은 반도체 공정에 사용되는 스텝퍼(Stepper)에서 웨이퍼가 놓여지는 웨이퍼 스테이지에 부착된 먼지 입자 등을 제거하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 노광 공정시 웨이퍼 스테이지 위의 파티클(Particle)을 검출하고 이를 제거함으로써 파티클로 인한 초점 불량 및 결함 발생을 방지하고 마스크의 패턴을웨이퍼 상에 정확하게 옮길 수 있게 하기 위한 것이다.

반도체 웨이퍼 제조 공정은 로트(Lot) 단위의 매 반도체 웨이퍼의 표면에 여러 종류의 막을 형성시키고, 패턴 마스크를 이용하여 반도체 웨이퍼의 특정 부분을 선택적으로 깎아내는 작업을 되풀이함으로써 웨이퍼 전면의 각 칩에 동일한 패턴을 갖는 전자회로를 구성해 나가는 전 과정을 의미한다.

반도체 웨이퍼 가공 과정에서 광 리소그래피 공정(Opitcal lithography process)은 스텝퍼로부터 평행광을 발생시켜 패턴 마스크(Pattern mask)에 그려진 회로패턴을 반도체 웨이퍼 표면에 전사해 주는 공정을 말하는 것으로, 이러한 공정을 반복함으로써 반도체 소자의 회로가 완성된다.

광 리소그래피 공정에서는 크롬이나 산화철 등의 물질에 의해 투명 또는 불투명 패턴이 형성된 레티클(Reticle) 또는 마스크를 사용한다. 이를 위해서는 웨이퍼 위에 감광막을 얇게 입히고 미리 제작한 레티클을 웨이퍼 위에 올려놓고 빛을 투과시키면 레티클 패턴에 따라 빛을 받은 부분과 받지 않는 부분이 생기고, 이를 현상액(Developer)으로 처리하면 현상액의 특성에 따라 양성(Positive-type)이면 감광된 부분이, 음성이면 감광되지 않은 부분이 제거된다. 이와 같은 과정으로 레티클의 패턴이 감광막으로 옮겨지면 이를 이용하여 식각이나 불순물 도핑을 선택적으로 할 수 있게 된다.

광 리소그래피 공정에서 레티클과 웨이퍼를 정렬하고 광노출(Exposure)하는 공정은 스텝퍼에 의해 이루어진다.

도 1에는 마스크의 패턴을 웨이퍼에 옮기기 위해 웨이퍼를 이동시키면서 일정 크기의 패턴을 반복해서 투사하는 투사 반복형 스텝퍼가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 투사 반복형 스테퍼는 축소투영 광학계(1), 조명 광학계(2) 오토 포커스부(3), 레티클 정렬부(4), XY 스테이지부(5), 웨이퍼 로더부(6), 방진대부(7), 웨이퍼 스테이지(10) 등으로 구성되어 있다.

축소투영 광학계(1)는 레티클에 그려진 회로 패턴을 축소투영 렌즈를 통해 정확하게 웨이퍼상에 노광한다. 조명 광학계(2)는 초고압 수은등을 광원으로하여 노광에 필요한 광을 발생한다. 오토 포커스부(3)는 웨이퍼의 휨, 일그러짐, 요철에 의한 고저차를 점검하고 웨이퍼 표면에 대하여 자동적으로 초점을 정렬한다. 레티클 정렬부(4)는 본체에 대해 레티클이 바른 위치에 있는지의 여부를 검사한다. XY 스테이지부(5)는 웨이퍼를 정확한 위치로 이동시킨다. 웨이퍼 로더부(6)와 레티클 테이블부(9)는 웨이퍼와 레티클을 각각의 스테이지로 자동 반송하며, 방진대부(7)는 외부로부터의 진동을 흡수한다. 레이저 간섭계부(8)는 레이저를 이용한 거리계로서 웨이퍼 스테이지 및 레티클 스테이지의 좌표를 고정도로 읽는다.

한편, 스텝퍼를 이용한 노광 공정에서는 축소투영 렌즈를 통해 투과되는 마스크 패턴의 초점이 웨이퍼 표면에 정확하게 일치되어야 한다. 도 2를 보면, 웨이퍼(11)는 웨이퍼 스테이지(10)로 자동 반송된 후 웨이퍼 스테이지(10) 위에 흡착 고정되는 구조로 되어 있으나, 파티클이 있을 경우 이로 인해 웨이퍼의 휘어짐 또는 비틀림이 발생하게 되어 노광면이 노광 광축에 대해 수직을 유지하지 못하고 초점 불량(Defocus)이 발생하게 된다. 이러한 경우, 원하는 패턴을 웨이퍼 상에 정확하게 전사할 수 없게 되고, 노광 공정이 진행된 후 웨이퍼를 검사하는 과정에서 결함으로 발견되어 재 작업을 필요로 하게 됨으로써 비용 손실을 유발하는 문제점이 있다.

또한, 이와 같이 파티클에 의한 초점 불량이 발생한 경우, 종래에는 작업자가 직접 웨이퍼 스테이지의 파티클을 제거하였으나 수작업에 의한 만큼 번거롭고 효율이 떨어지며, 장비의 가동 중단에 따른 시간 손실이 큰 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명은 노광 공정이 진행되기 전에 웨이퍼가 반송되는 웨이퍼 스테이지 윗면을 검사한 뒤, 파티클이 발견될 경우 자동적으로 이를 제거할 수 있는 스텝퍼의 파티클 제거 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발광수단과, 발광수단에서 발생된 광을 평행광으로 변환시켜 웨이퍼 스테이지로 보내는 콜리메이터 렌즈와, 콜리메이터 렌즈를 통해 조사된 광을 반사하는 웨이퍼 스테이지와, 웨이퍼 스테이지에서 반사된 광을 집광하는 수광렌즈와, 수광렌즈에서 집광된 광을 받아 웨이퍼 스테이지 윗면의 파티클을 검출하는 이미지센서와, 이미지센서의 검출 결과에 따라 웨이퍼 스테이지면에 선택적으로 개스를 분사하는 송풍장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 공정이 진행되기 전 웨이퍼 스테이지 윗면의 파티클 존재유무를 검사하고 파티클이 발견된 경우 자동적으로 송풍을 실시하여 파티클을 제거하게 된다.

따라서, 파티클에 의한 웨이퍼의 휨 또는 비틀림을 방지할 수 있게 됨으로써 패턴 불량으로 인한 제품 결함을 줄일 수 있게 된다.

도 1은 반도체 제조 공정에 사용되는 일반적인 투사반복형 스텝퍼의 구성도,

도 2는 기존의 스텝퍼에서 파티클에 의한 초점 불량을 나타내는 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 파티클 제거 장치의 구성도,

도 4는 본 발명의 파티클 제거 장치를 적용한 동작 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 ; 발광수단 30 ; 콜리메이터 렌즈(Collimate lens)

40 ; 웨이퍼 스테이지(Wafer stage) 50 ; 수광렌즈

60 ; 이미지센서(Image sensor)

이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 파티클 제거 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것으로, 본 발명에 의하면 웨이퍼가 놓여지는 웨이퍼 스테이지(40) 윗면에 광원을 조사하고, 웨이퍼 스테이지(40)의 반사광을 이미지센서(60)에서 수광하여 이를 통해 웨이퍼 스테이지(40) 윗면의 파티클 존재유무를 검사한 뒤, 그 결과에 따라 웨이퍼 스테이지(40) 윗면에 송풍을 실시하게 된다.

여기서, 광원으로는 조도균일성이 우수한 레이저광을 이용하는 것이 바람직하며, 이를 위해서는 발광수단(20)으로 레이저 다이오드(Laser diode)가 사용되고 이 레이저광을 반사할 수 있는 재질로 웨이퍼 스테이지(40)의 표면이 구성된다.

또한, 발광수단(20)에서 발생된 광을 평행광으로 변환시켜 웨이퍼 스테이지(40)로 보내는 콜리메이터 렌즈(30)와, 웨이퍼 스테이지(40)에서 반사된 광을 집광하는 수광렌즈(50), 수광렌즈(50)에서 집광된 광을 수광하여 웨이퍼 스테이지(40) 윗면의 파티클을 검출하는 이미지센서(60)와, 파티클의 존재 유무에 따라 웨이퍼 스테이지(40)면에 선택적으로 개스를 분사하는 송풍장치(도시안됨)가 구비된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 발광수단(20)인 레이저 다이오드에서 발생된레이저광은 콜리메이터 렌즈(30)에 의해 평행광으로 되며, 웨이퍼 스테이지(40) 윗면에 조사된다. 웨이퍼 스테이지(40)에 의해 반사된 광은 수광렌즈(50)에 의해 이미지센서(60)로 투영되고, 이미지센서(60)에서는 파티클의 크기를 전압으로 변환하여 위치를 파악한 뒤, 이를 제어기(도시안됨)에 전송하게 된다. 제어기에서는 검출 결과에 따라 송풍장치에 구동전압을 인가하게 된다.

송풍장치는 개스 공급용 탱크와, 공급관, 노즐을 구비하는 통상의 구성으로, 공기 또는 N₂개스를 일정압으로 웨이퍼 스테이지(40) 윗면에 분사하여 파티클을 제거하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 파티클 제거 장치가 적용된 스텝퍼에서의 동작 순서도를 나타낸 것으로, 전술한 바와 같은 과정으로 웨이퍼 스테이지의 파티클을 제거한 뒤, 파티클 체크를 하고 여기서 파티클이 발견되지 않을 경우 웨이퍼 로딩 시스템에 의해 웨이퍼 이송 공정이 수행되어 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지로 이송시키게 된다.

웨이퍼 스테이지에서는 이송된 웨이퍼의 기울기 또는 경사도를 측정하여 이상이 없을 경우 노광 공정을 수행하고, 공정을 마친 후에는 프로세스 챔버에서 현상 및 식각 공정을 수행한 뒤 웨이퍼를 검사하고 종료하게 된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 웨이퍼 스테이지면을 검사하고 파티클이 있을 경우 이를 제거한 뒤 노광 공정이 수행되므로 파티클로 인해 웨이퍼가 휘거나 비틀리는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 웨이퍼의 휨 또는 비틀림으로 인한 마스크 패턴의 초점불량에 의해 패턴 후 나타나는 반복적인 결함을 줄일 수 있게 된다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 파티클 제거 장치는, 노광전 미리 웨이퍼 스테이지 위를 검사하고 파티클이 발견될 경우 이를 제거하여 초점불량에 의한 결함 발생을 미연에 방지할 수 있게 함으로써, 비용 절감 및 생산성 향상의 효과를 기대할 수 있다.

또한, 파티클 제거 방법에 있어서도 기존의 수작업에 의한 번거로움을 줄이고 효율적인 작업이 가능한 효과가 있다.

Claims

웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 윗면에 이송시킨 뒤, 웨이퍼 표면에 축소투영 렌즈를 통해 마스크의 패턴을 투사하는 스텝퍼에 있어서,

발광수단(20)과,

상기 발광수단(20)에서 발생된 광을 평행광으로 변환시켜 웨이퍼 스테이지(40)로 보내는 콜리메이터 렌즈(30)와,

상기 콜리메이터 렌즈(30)를 통해 조사된 광을 반사하는 웨이퍼 스테이지(40)와,

상기 웨이퍼 스테이지(40)에서 반사된 광을 집광하는 수광렌즈(50)와,

상기 수광렌즈(50)에서 집광된 광을 받아 상기 웨이퍼 스테이지(40) 윗면의 파티클을 검출하는 이미지센서(60)와,

상기 이미지센서(60)의 검출 결과에 따라 상기 웨이퍼 스테이지(40)면에 선택적으로 개스를 분사하는 송풍장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스텝퍼의 파티클 제거 장치.
제 1항에 있어서, 상기 발광수단(20)은 레이저광을 발생하는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 스텝퍼의 파티클 제거 장치.