KR20030090057A - 얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트 및 그 얼라인방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광장치내에서 프리얼라인기능을 하도록 하여 프리얼라인 후 웨이퍼를 노광유니트로 이송하는 과정에서 웨이퍼가 틀어지는 것을 방지할 수 있는 얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트 및 그 얼라인방법에 관한 것이다.

이를 위한 얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트는, 마스크를 통과하면서 형성된 패턴을 웨이퍼에 투영시키는 프로젝션렌즈와, 상기 프로젝션렌즈의 하측에 배치되어 노광될 웨이퍼가 얹히는 웨이퍼스테이지와, 상기 웨이퍼 스테이지에 얹혀진 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전유니트와, 상기 회전유니트로부터 상기 웨이퍼가 회전하는 동안 상기 웨이퍼의 위치를 측정하기 위한 에지센서와, 상기 웨이퍼의 중심이 상기 회전유니트의 중심에 위치하도록 웨이퍼를 이송시키는 센터링유니트와, 상기 에지센서로부터 측정한 결과데이터를 받아 웨이퍼의 플랫에지방향과 상기 웨이퍼의 중심이 상기 회전유니트 중심을 벗어났는지 계산하여 상기 센터링유니트를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트 및 그 얼라인방법{EXPOSE UNIT HAVING ALIGNMENT FUNCTION AND ALIGN METHOD THEREOF}

본 발명은 반도체장치 제조용 스테퍼설비에 관한 것으로서, 특히 노광장치내에서 프리얼라인기능을 하도록 하여 프리얼라인 후 웨이퍼를 노광유니트로 이송하는 과정에서 웨이퍼가 틀어지는 것을 방지할 수 있는 얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트 및 그 얼라인방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 웨이퍼 노광장비는 노광공정을 진행할 웨이퍼를 안착시키기 위한 웨이퍼 스테이지와, 그 웨이퍼 스테이지의 상측에 소정거리를 두고 설치되어 조명계에서 발산하는 광원에 의해 패턴을 웨이퍼에 인식하기 위한 마스크와, 상기 웨이퍼 스테이지에 웨이퍼를 안착시키기 전에 미리 웨이퍼의 정렬 상태를 일정하게 유지해 주는 프리얼라인 스테이지를 포함하여 구성되며, 프리얼라인 스테이지에서 노광하기 위한 웨이퍼를 플랫존을 기준으로 프리얼라인 정렬 후, 웨이퍼스테이지로 이송하여 미세정렬을 실시하여 마스크와의 포커스 조정을 실시한 후 노광공정을 진행하게 된다.

따라서 반도체 소자나 액정 표시 소자 등의 디바이스 제조에서는 노광 장치를 사용하여 포토마스크나 레티클 (이하, 이것을 레티클이라 총칭한다) 에 형성된 미세한 패턴의 이미지를 포토레지스트 등의 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼나 글라스 플레이트 등의 기판 상에 투영 노광하는 것이 반복하여 실시된다. 투영 노광을 실시할 때에는 기판의 위치와 투영되는 레티클에 형성된 패턴 이미지의 위치를 정밀하게 맞출 필요가 있다. 이 위치 맞춤을 실시하기 위하여 노광 장치는 얼라인먼트 장치를 구비하고 있다. 얼라인먼트 장치는 기판에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치를 검출하는 얼라인먼트 센서와, 이 얼라인먼트 센서에 의해 검출된 얼라인먼트 마크의 위치에 근거하여 기판의 위치 맞춤을 실시하는 제어계로 구성된다.

반도체 소자나 액정 표시 소자 등의 제조 과정에서 측정 대상인 기판의 표면 상태 (거칠기 정도) 가 변화하기 때문에 단일의 얼라인먼트 센서에 의해 기판 위치를 정확하게 검출하는 것은 곤란하며, 일반적으로는 기판의 표면 상태에 맞추어다른 센서가 사용된다. 얼라인먼트 센서의 주된 것에는 LSA (Laser Step Alignment) 방식, FIA (Field ImageAlignment) 방식, LIA (Laser Interferometric Alignment) 방식의 것이 있다. 이하, 이들의 얼라인먼트 센서의 개략에 관하여 설명한다.

LSA 방식의 얼라인먼트 센서는 레이저광을 기판에 형성된 얼라인먼트 마크에 조사하여 회절 산란된 광을 이용하여 그 얼라인먼트 마크의 위치를 계측하는 얼라인먼트 센서로 종래부터 각종의 제조 공정의 반도체 웨이퍼에 폭넓게 사용되고 있다. FIA 방식의 얼라인먼트 센서는 할로겐 램프 등의 파장대역폭이 넓은 광원을 사용하여 얼라인먼트 마크를 조명하고, 그 결과 얻은 얼라인먼트 마크의 이미지를 화상 처리하여 위치 계측을 실시하는 얼라인먼트 센서로, 알루미늄층이나기판 표면에 형성된 비대칭인 마크의 계측에 효과적이다. LIA 방식의 얼라인먼트 센서는 기판 표면에 형성된 회절 격자형의 얼라인먼트 마크에 아주 조금 파장이 다른 레이저광을 2 방향으로부터 조사하여 그 결과 발생하는 2 개의 회절광을 간섭시켜, 이 간섭광의 위상으로부터 얼라인먼트 마크의 위치 정보를 검출하는 얼라인먼트 센서이다. 이 LIA 방식의 얼라인먼트 센서는 저단차의 얼라인먼트 마크나 기판 표면의 거칠기가 큰 기판에 사용하면 효과적이다.

또, 일반적으로 광학계에는 오토 포커스 기구가 형성되어 있는데 얼라인먼트 센서에서도 피검면을 얼라인먼트 센서로부터 소정의 범위 내에 수렴하기 위한 (이것도 「위치 맞춤」이라 부른다) 오토 포커스 기구가 형성되어 있다. 이 오토 포커스 기구는 계측 대상으로 하는 얼라인먼트 마크 상에 검출용의 광속(光束)을 조사하여 반사광으로부터 그 피검면의 광축 방향의 위치 (포커스 위치) 를 검출하는 오토 포커스 센서와 그 포커스 위치를 미리 구해져 있는 위치에 설정하는 구동 기구로 구성되어 있다.

이어서, 종래의 얼라인먼트 센서에 관하여 대한민국 공개특허공보 1999-69377호에 개시되어 있다. 이와 같은 종래 프리얼라인 스테이지가 도 1에 도시되어 있는 바, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

이에 도시된 바와 같이, 종래 프리얼라인 스테이지(S1)는 웨이퍼 스테이지(S2)의 일측에 위치하며, 그 구성은 노광공정을 실시하기 위해 유입되는 웨이퍼를 다수개 장착하는 인풋 카세트(1)와, 그 인풋 카세트(1)로부터 각각의 웨이퍼를 이동시키기 위한 인풋 로봇암(2)과, 그 인풋 로봇암(2)에 의해 이동된 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지(S2)에 이송하기 전에 미리 정렬상태를 유지시키기 위한 프리얼라인너(3)와, 그 프리얼라인너(3)의 일측에 설치되어 상기 웨이퍼 스테이지(S2)로부터 노광된 웨이퍼를 아웃풋 카세트(6)로 이송시키기 위한 아웃풋 로봇암(5)으로 구성된다.

그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 프리얼라인너(3)의 일측에는 프리얼라인너 조정유니트(4)가 연결 설치되어 상기 프리얼라인너(3)를 상하, 좌우 및 회전 가능하게 조정한다.

또한, 상기 프리얼라인너(3)의 저면에는 다수개의 발광센서(7a)가 설치되어 있고, 그 발광센서(7a)의 소정 거리 하측에는 발광센서(7a)와 동일 위치의 프리얼라인 스테이지(S1)에 수광센서(7b)가 설치되어 상기 발광센서(7a)로부터 나온 조도를 감지하여 웨이퍼의 정렬 위치를 파악할 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 종래 기술에 의한 프리얼라인장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

인풋 카세트(1)에서 인풋 로봇암(2)에 의해 웨이퍼(W)가 인출되어 프리얼라인너(3)의 하측에 위치하게 되면, 상기 프리얼라인너(3)에 형성된 다수개의 발광센서(7a)에서 빛을 발광하게 되고, 상기 발광센서(7a)에서 발광된 빛이 웨이퍼(W)의 에지(EDGE)에 반씩 가려진 상태로 수광센서(7b)에 감지된 정렬 상태가 이루어지면 그 프리얼라인된 웨이퍼(W)는 웨이퍼 스테이지(S2)로 유입되어 마스크로부터의 패턴 인식을 받는 노광공정을 실시하며, 노광공정이 완료된 웨이퍼(W)는 아웃풋로봇암(5)에 의해 아웃풋 카세트(6)로 유입되어 다음 공정으로 이동된다.

상기와 같은 종래의 스테퍼장치는 프리얼라인장치에서 얼라인하여 노광유니트로 이동하기 때문에 로스시간이 길고 프리얼라인장치에서 노광유니트로 이동할 때 웨이퍼가 틀어져 노광유니트로 이송되어 미스얼라인이 발생하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 프리얼라인과 노광을 동시에 할 수 있는 얼라인먼트 기능을 갖는 노광유니트 및 그 얼라인방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 노광유니트에서 프리얼라인기능을 하여 웨이퍼 이송 중에 얼라인이 틀어지는 것을 방지할 수 있는 얼라인먼트 기능을 갖는 노광유니트 및 그 얼라인방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 프리얼라인 스테이지

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 얼라인먼트 기능을 갖는 노광유니트의 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 인풋카세트 2: 인풋로봇암

3: 프리얼라인너 4: 프리얼라인너 조정유니트

5: 아웃풋 로봇암 6: 아웃풋 카세트

7a: 발광센서 7b: 수광센서

10: 프로젝션렌즈 12: 스테이지

14: 회전유니트 16: 에지센서

18: 센터링유니트 20: 웨이퍼

22: 제어부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트는, 마스크를 통과하면서 형성된 패턴을 웨이퍼에 투영시키는 프로젝션렌즈와, 상기 프로젝션렌즈의 하측에 배치되어 노광될 웨이퍼가 얹히는 웨이퍼스테이지와, 상기 웨이퍼 스테이지에 얹혀진 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전유니트와, 상기 회전유니트로부터 상기 웨이퍼가 회전하는 동안 상기 웨이퍼의 위치를 측정하기 위한 에지센서와, 상기 웨이퍼의 중심이 상기 회전유니트의 중심에 위치하도록 웨이퍼를 이송시키는 센터링유니트와, 상기 에지센서로부터 측정한 결과데이터를 받아 웨이퍼의 플랫에지방향과 상기 웨이퍼의 중심이 상기 회전유니트 중심을 벗어났는지 계산하여 상기 센터링유니트를 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 얼라인먼트 기능을 갖는 노광유니트의 구성도로서,

마스크를 통과하면서 형성된 패턴을 웨이퍼에 투영시키는 프로젝션렌즈(10)와, 상기 프로젝션렌즈(10)의 하측에 배치되어 노광될 웨이퍼((20)가 얹히는 웨이퍼스테이지(12)와, 상기 웨이퍼 스테이지(12)에 얹혀진 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전유니트(14)와, 상기 회전유니트(14)로부터 웨이퍼(20)가 회전하는 동안 웨이퍼의 위치를 측정하기 위한 에지센서(16)와, 상기 웨이퍼(20)의 중심이 회전유니트(14)의 중심에 위치하도록 웨이퍼를 이송시키는 센터링유니트(18)와, 상기 에지센서로부터 측정한 결과데이터를 받아 웨이퍼의 플랫에지방향과 상기 웨이퍼(20)의 중심이 상기 회전유니트 중심을 벗어났는지 계산하여 센터링유니트(18)를 제어하는 제어부(22)로 구성되어 있다.

상술한 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.

인풋로봇암(도시하지 않음)이 인풋카세트로부터 웨이퍼를 파지하여 웨이퍼 스테이지(12)로 전달하면 제어부(22)는 회전유니트(22)를 제어하여 웨이퍼(20)를 회전시킨다. 이때 에지센서(18)는 웨이퍼(20)가 회전하는 동안에 웨이퍼(20)의 위치를 측정하게 되는데, 웨이퍼의 반경 및 웨이퍼(20)의 기하학적 중심과 회전유니

트(14)의 중심에 대한 웨이퍼 중심의 편차값을 측정한다. 이때 제어부(22)에서는 에지센서(16)로부터 측정한 결과데이터를 받아 웨이퍼의 플랫에지(FLAG EDGE)방향과 웨이퍼(20)의 중심이 회전유니트(14)의 중심을 벗어났는지 계산한다. 그런 후 제어부(22)는 센터링유니트(18)를 제어하여 웨이퍼(20)의 중심이 회전유니트(14)의 중심에 위치하도록 웨이퍼(20)를 이동시킨다. 상기 회전유니트(14)는 제어부(22)의 제어에 의해 에지센서(16)에서 플랫에지가 감지될 때까지 계속해서 웨이퍼(20)을 회전시킨다. 이렇게 하여 웨이퍼(20)가 회전유니트(14)의 중심에 위치되어 에지센서(16)로부터 플랫에지가 감지되면 제어부(22)는 노광을 하도록 제어한다. 이때 프로젝션렌즈(10)는 마스크를 통과하면서 형성된 패턴을 웨이퍼에 투영시켜 노광을 하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 별도의 프리얼라인유니트를 구비하지 않고 노광장치내에 프리얼라인기능을 하도록 하여 프리얼라인 후 웨이퍼를 노광유니트로 이송하는 과정에서 웨이퍼가 틀어지는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (4)

1. 얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트에 있어서,

   마스크를 통과하면서 형성된 패턴을 웨이퍼에 투영시키는 프로젝션렌즈와,

   상기 프로젝션렌즈의 하측에 배치되어 노광될 웨이퍼가 얹히는 웨이퍼스테이지와,

   상기 웨이퍼 스테이지에 얹혀진 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전유니트와,

   상기 회전유니트로부터 상기 웨이퍼가 회전하는 동안 상기 웨이퍼의 위치를 측정하기 위한 에지센서와,

   상기 웨이퍼의 중심이 상기 회전유니트의 중심에 위치하도록 웨이퍼를 이송시키는 센터링유니트와,

   상기 에지센서로부터 측정한 결과데이터를 받아 웨이퍼의 플랫에지방향과 상기 웨이퍼의 중심이 상기 회전유니트 중심을 벗어났는지 계산하여 상기 센터링유니트를 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 에지센서는 웨이퍼의 반경 및 기하학적 중심과 상기 회전유니트의 중심에 대한 웨이퍼 중심의 편차값을 측정함을 특징으로 하는 얼라인먼트기능을 갖는노광유니트.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 회전유니트는 상기 에지센서로부터 플랫에지가 감지될 때 까지 상기 웨이퍼를 회전함을 특징으로 하는 얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트.
4. 얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트의 얼라인방법에 있어서,

   인풋로봇암이 인풋카세트로부터 웨이퍼를 파지하여 웨이퍼 스테이지로 전달하면 상기 웨이퍼 스테이지에 전달된 웨이퍼를 회전시키는 과정과,

   상기 웨이퍼가 회전하는 동안 웨이퍼의 위치를 측정하는 과정과,

   상기 측정한 위치 데이터를 기준으로 웨이퍼의 플랫에지방향과 상기 웨이퍼의 중심이 회전유니트의 중심을 벗어났는지 계산하는 과정과,

   상기 회전유니트의 중심을 벗어날 시 상기 웨이퍼의 중심이 상기 회전유니트의 중심에 위치하도록 웨이퍼를 이동시키는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 얼라인먼트기능을 갖는 노광유니트.