KR20060063130A - 웨이퍼 척을 레이저 빔으로 세정하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 척을 레이저 빔으로 세정하는 장치 및 방법을 제시한다. 본 발명에 따르면, 노광을 위한 광원을 웨이퍼 상에 제공하는 렌즈부, 렌즈부 아래로 웨이퍼를 도입하되 웨이퍼의 레벨링을 측정하는 측정부 및 노광이 수행되는 노광부를 포함하는 웨이퍼 스테이지, 웨이퍼 스테이지 상에 올려져 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 척, 및 웨이퍼 척 상에 존재할 파티클에 레이저 빔을 조사하여 제거할 레이저 빔 조사부를 포함하는 노광 설비를 제시한다.
노광, 웨이퍼 스테이지, 레이저 빔, 디포커스, 파티클

Description

웨이퍼 척을 레이저 빔으로 세정하는 장치 및 방법{Apparatus and method for cleaning wafer chuck with laser beam}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노광 설비의 웨이퍼 척을 레이저 빔(laser beam)으로 세정하는 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 노광 설비에서 레이저 빔 조사부의 설치 위치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 반도체 제조 장비에 관한 것으로, 특히, 노광 설비의 웨이퍼 척(wafer chuck)을 레이저 빔(laser beam)을 이용하여 자동 세정(auto cleaning)하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 과정에 사용되는 스캐너(scanner)와 같은 사진(photo) 노광 설비에서 국부적인 포커스(local focus) 불량을 억제하는 것이 매우 중요하게 인식되고 있다. 여러 선행 공정을 거친 웨이퍼 상에 스피너(spinner) 설비를 이용하여 포토레지스트(photoresist) 등을 코팅(coating)한 후, 웨이퍼를 반도체 소자를 제조하는 포토(photo) 공정에 사용되는 노광 설비에 장착하게 된다. 웨이퍼는 노광 설비의 웨이퍼 스테이지(wafer stage)에 안착된 후 노광 과정을 수행받게 된다.
노광 과정은 안착된 웨이퍼 상에 노광할 패턴이 새겨진 레티클(reticle)을 도입하는 과정을 선행하는 데, 이때, 레티클은 레티클 테이블(reticle table)에 얹어 정렬(align)되게 된다. 이후에, 웨이퍼 포커싱(wafer focusing) 및 웨이퍼 레벨링(wafer leveling)을 하면서 최적 포커스 지점을 찾는다. 그런데, 이전의 다른 공정들이 진행될 때 웨이퍼의 백사이드(back side)에는 다양한 파티클(particle)들이 발생된 상태이며, 이러한 파티클들은 노광 설비의 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척을 오염시키게 된다.
파티클이 웨이퍼 척 상에 잔존하게 되면, 그 다음 진행되는 웨이퍼들의 레벨링에 영향을 미치게 된다. 이에 따라 국부적인 포커스 불량 또는 국부적인 디포커스(local defocus)가 유발되게 된다. 국부적인 디포커스가 발생된 부분의 칩(chip)은 반도체 소자로서의 제 성능을 발휘할 수 없을 뿐만 아니라, 리워크(rework)로 인한 작업 손실 및 공정 단축 저하의 원인이 된다.
현재 국부적인 디포커스가 발생에 대해 공정 관리로부터 피드백(feedback) 받거나 FSM(Focus Spot Monitoring)기능을 통해 설비 자체적으로 이러한 디포커스 발생을 검출하면, 웨이퍼 척 상의 파티클을 제거하기 위해 웨이퍼 척 세정(cleaning)을 실시하고 있다. 세정 방식은 웨이퍼 척이 올려진 웨이퍼 스테이지(wafer stage)를 설비 외부로 빼내어(shift out), 빼낸 웨이퍼 척을 세정 툴(cleaning tool)을 사용하여 일반적으로 수동으로 세정하고 있다.
이에 따라, 척 세정이 여러 문제가 고려될 수 있다. 먼저, 웨이퍼 척 세정에 상대적으로 많은 시간이 소요되고 있다. 일반적으로 웨이퍼 척 세정 과정은 다음과 같은 순서로 수행된다. 먼저, 국부적 디포커스 발생이 감지되거나 또는 사전 척 평탄도 검사(chuck flatness check)를 수행하여 척 상에 파티클이 존재하는 여부를 확인한다. 이러한 과정은 실질적으로 시간을 줄일 수 없는 과정들이다.
만일, 파티클이 검출되면, 웨이퍼 스테이지를 설비로부터 분리하여 빼내게 되는 데, 이러한 과정은 대략 15분 정도 소요되고 있다. 그리고, 웨이퍼 척 세정을 실시하게 된다. 그리고, 다시 웨이퍼 스테이지를 조립하게 된다. 이 경우 또한 대략 15분 정도의 작업 시간이 소요된다. 이후 웨이퍼 스테이지의 초기화(initialization)를 수행하는 데, 초기화에 대략 20분 정도의 시간이 소요된다. 그 후 사후 척 평탄도 검사를 수행하게 된다.
이와 같이 수작업으로 웨이퍼 척을 세정할 경우 웨이퍼 스테이지를 분리 조립하고 초기화하는 데 많은 시간, 예컨대, 대략 50분의 시간이 소요되는 데, 이러한 시간은 실질적으로 웨이퍼 스테이지를 설비로부터 분리하기 때문에 소요되는 시간이다. 따라서, 웨이퍼 척을 자동 세정할 경우 이러한 작업 시간은 단축될 것으로 예상된다.
또한, 세정을 위해 웨이퍼 스테이지를 노광 설비의 외부로 빼냄으로써, 척이 팹(FAB) 환경에 바로 노출되게 된다. 이에 따라, 더 많은 파티클들이 웨이퍼 척 상에 유입될 가능성이 상당히 높아지고 있다. 현재, 12 인치(inch) 웨이퍼를 사용하는 라인(line)의 경우 FAB 환경이 상당히 낮은 청정도인 대략 클래스(class) 1000 정도로 유지되고 있으므로, 이러한 파티클 유입 가능성이 상당히 농후하게 된다.
더욱이, 작업자의 수작업에 의해서 웨이퍼 척을 세정함에 따라, 작업자의 실수(miss)에 의해서 웨이퍼 척 주변에 존재하는 각종 정렬 마크(alignment mark) 및 센서(sensor)들이 손상될 위험이 존재한다. 이와 같은 정렬 마크 및 센서들 중 일부가 손상될 경우 상당한 장시간에 걸쳐 노광 설비 자체가 가동중단(down)될 수 있다.
이에 따라, 이러한 작업 시간의 손실 등은 생산성의 저하를 유발하게 되므로, 생산성의 향상을 구현하기 위해서는 이러한 작업 손실 등을 방지할 수 있는 웨이퍼 척 세정 방안의 연구 개발이 크게 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 노광 설비로부터 웨이퍼 스테이지의 분리 없이 노광 설비 내에서 웨이퍼 스테이지 또는/ 및 척 상에 존재하는 파티클을 효과적으로 제거하여 국부적 포커스 불량을 방지할 수 있는 웨이퍼 척 자동 세정 장치를 구비하는 노광 설비를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 노광을 위한 광원을 웨이퍼 상에 제공하는 렌즈부, 상기 렌즈부 아래로 상기 웨이퍼를 도입하되 상기 웨이퍼의 레벨링을 측정하는 측정부 및 상기 노광이 수행되는 노광부를 포함하는 웨이퍼 스테이지, 상기 웨이퍼 스테이지 상에 올려져 상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 척, 및 상기 웨이퍼 척 상에 존재할 파티클에 레이저 빔을 조사하여 제거할 레이저 빔 조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 설비를 제시한다.
여기서, 상기 웨이퍼 스테이지는 상기 레이저 빔이 조사할 위치에 상기 파티클이 위치하도록 상기 웨이퍼 척의 위치를 이동시키는 것일 수 있다.
상기 레이저 빔 조사부로부터 조사될 상기 레이저 빔을 제공하되 상기 노광 설비 외부에 설치된 레이저 발생부, 및 상기 레이저 발생부에서 상기 레이저 빔 조사부로 레이저 빔을 전달하는 레이저 빔 전달계를 상기 노광 설비는 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 노광 설비는, 상기 웨이퍼 스테이지의 측정부에 위치하는 상기 웨이퍼 척의 레벨링을 위한 레벨 센서를 더 포함하고, 상기 레이저 빔 조사부는 상기 레벨 센서 설치 위치와 대등한 위치에 설치된 것일 수 있다.
상기의 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 관점은, 노광을 위한 광원을 웨이퍼 상에 제공하는 렌즈부, 상기 렌즈부 아래로 상기 웨이퍼를 도입하되 상기 웨이퍼의 레벨링을 측정하는 측정부 및 상기 노광이 수행되는 노광부를 포함하는 웨이퍼 스테이지, 상기 웨이퍼 스테이지 상에 올려져 상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 척, 및 상기 웨이퍼 척 상에 존재할 파티클에 레이저 빔을 조사하여 제거할 레이저 빔 조사부를 포함하는 노광 설비에서, 상기 웨이퍼 척 상에 파티클의 존재 유무를 측정하는 단계, 상기 파티클이 존재하는 상기 웨이퍼 척을 상기 웨이퍼 스테이지를 이동하여 상기 파티클의 위치에 상기 레이저 빔이 조사될 수 있게 이동시키는 단계, 상기 레이저 빔을 발진시켜 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 파티클이 제거되게 하는 단계, 및 상기 척의 평탄도를 사후 검사하는 단계를 포 함하는 웨이퍼 척 세정 방법을 제시한다.
본 발명에 따르면, 노광 설비로부터 웨이퍼 스테이지의 분리 없이 노광 설비 내에서 웨이퍼 스테이지 또는/ 및 척 상에 존재하는 파티클을 효과적으로 제거하는 웨이퍼 척 자동 세정을 가능하게 하여, 웨이퍼 척 세정을 위한 작업 시간을 크게 줄일 수 있다. 이에 따라, 생산성의 증대 효과를 구현할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안되며, 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는, 반도체 분야 또는/ 및 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display) 분야의 사진 공정에서 사용되는 노광 설비에서 빈번히 발생하는 국부적 포커스 불량을 효과적으로 제거하기 위해, 별도의 레이저 장치를 웨이퍼 스테이지가 장착되는 부분의 측정부(measurement side)쪽에 설치한 후, 레이저 빔(laser beam)을 이용하여 척 상의 파티클을 제거하는 방법을 제시한다. 즉, 고에너지의 레이저 빔을 국부적 디포커스 발생 부위에 조사함으로써, 척 상의 파티클을 레이저 빔으로 태워 제거하는 방식을 제시한다. 이는 기존에 작업자가 직접 세정을 실시하는 수작업 방식이 아닌 설비 내에서 국부적 디포커스를 제거하는 척 자동 세정 방식이다. 이에 따라, 세정 실시에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있으며, 따라서, 생산성 향상을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노광 설비의 웨이퍼 척을 레이저 빔(laser beam)으로 세정하는 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 노광 설비에서 레이저 빔 조사부의 설치 위치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 상에 패턴을 전사하기 위한 노광 설비는, 노광할 웨이퍼가 장착하여 웨이퍼의 레벨링 및 포커스 등을 수행하는 웨이퍼 스테이지(100)를 포함하여 구성될 수 있다. 웨이퍼 스테이지(100)에는 실질적으로 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 척(200)이 위치하게 된다. 또한, 노광 설비는, 노광에 요구되는 광원(도시되지 않음)을 포함하는 조명계(도시되지 않음)를 포함하여 구성된다. 조명계에서 제공되는 노광을 위한 광을 축소 투영하는 렌즈부(300)를 포함하고, 렌즈부(300)와 조명계 사이에 레티클(reticle: 도시되지 않음)이 도입되게 된다. 따라서, 웨이퍼 척(200) 상으로 조사되는 노광 광은 레티클을 지나 패턴 이미지(pattern image)를 가지는 광이 된다.
본 발명의 실시예에 따른 노광 설비, 예컨대, 스캐너 설비의 웨이퍼 스테이지(100)는 일반적으로 측정부(measure side: 103)와 노광부(expose side: 101)로 크게 구성되고 있다. 측정부(103)에서는 웨이퍼의 레벨링 및 정렬을 실시하고, 노광부(101)에서는 노광을 하게 된다. 실질적으로 웨이퍼 스테이지(100)의 상측에는 웨이퍼 스테이지(100)에 대응되게 센서부들을 구비하는 센서부(500)가 도입된다. 센서부(500)는 도 2에 제시된 바와 같이 프레임 몸체에 여러 센서들, 예컨대, 레벨링을 위한 레벨 센서(505) 및 컨피던스 센서(confidence sensor:507) 등이 설치되 고 있다.
이때, 레벨 센서(505)는 웨이퍼 스테이지(100)의 측정부(103) 쪽에 대응되는 센서부(500)의 측정부(503) 쪽에 위치하고, 컨피던스 센서(507)는 노광을 위한 위치인 웨이퍼 스테이지(100)의 노광부(101) 쪽에 대응되는 센서부(500)의 노광부(501) 쪽에 위치한다. 레벨 센서(505)는 레벨링을 위한 광학적 센서를 의미하고, 컨피던스 센서(507)는 X, Y, Z 축에 대한 위치 확인을 위해 사용되는 광학적 센서를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 레벨 센서(505) 및 컨피던스 센서(507)는 현재 노광 설비에서 일반적으로 도입되고 있는 광학적 센서들이다.
일반적인 노광 설비의 경우 웨이퍼 스테이지(100)의 측정부(103) 쪽에 대응되는 센서부(500)의 측정부(503) 쪽에 위치하고, 레벨 센서(505)와 함께 측정을 위한 별도의 컨피던스 센서가 또한 도입되고 있으나, 이러한 측정을 위한 컨피던스 센서는 실질적으로 불필요하므로, 이러한 컨피던스 센서가 위치하는 부분에 레이저 조사부(laser projection part: 400)를 설치한다.
이와 같이 설치된 레이저 조사부(400)는 웨이퍼 스테이지(100)의 측정부(103) 쪽에 위치하는 웨이퍼 척(200) 상에 레이저 빔을 세정 시 조사하는 역할을 한다. 이때, 레이저 조사부(400)에서 조사되는 레이저 빔은 파티클을 태워 제거할 수 있을 정도로 상대적으로 높은 에너지의 레이저 빔일 수 있다. 따라서, 이러한 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부(401)는 실질적으로 노광 설비 외부의 서브 팹(sub FAB)에 설치될 수 있다. 레이저 발생부(401)와 레이저 조사부(400) 사이에는 빔 전달을 위한 여러 미러(mirror)들을 포함하는 레이저 빔 전달계(laser 빔 delivery system)가 도입될 수 있다.
사용될 레이저 빔의 주파수는 제거할 파티클들의 물리적 또는/ 및 화학적 특성을 분석하여 설정할 수 있다. 따라서, 레이저 발생부(401)는 주파수가 가변될 수 있는 가변 레이저 빔을 발생하도록 구성될 수 있다.
이와 같이 레이저 조사부(400)를 웨이퍼 스테이지(100)의 측정부(103) 쪽에 위치하는 웨이퍼 척(200)에 레이저 빔이 조사될 수 있게 설치함으로써, 노광 설비 내에서 웨이퍼 척(200) 상에 파티클 발생 또는 존재가 검출될 때 레이저 빔을 이용하여 파티클을 제거할 수 있다. 이때, 레이저 빔이 조사되는 위치는 고정될 수 있으며, 웨이퍼 스테이지(100)의 이동에 의해서 파티클에 레이저 빔이 조사되도록 할 수 있다.
이러한 레이저 빔을 이용한 웨이퍼 척 세정 과정을 순차적인 단계들을 예시하여 설명하면, 먼저, 척 평탄도 검사를 통해 파티클의 위치 및 크기를 파악하게 된다. 예컨대, 레벨 센서(505) 등을 이용하여 웨이퍼의 레벨링을 검사함으로써, 파티클의 위치를 검출할 수 있다. 이후에, 웨이퍼를 인출한 후 발생된 파티클에 해당되는 위치가 레이저 빔의 조사 위치에 오도록 웨이퍼 스테이지(200)를 이동한다. 이후, 레이저 빔을 발진시켜 척(200) 상에 존재하는 파티클을 태워 제거한다. 그리고, 사후 척 평탄도 검사를 통해 척(200) 상에서의 파티클의 존재 유무를 파악한다.
따라서, 종래의 경우와 같이, 웨이퍼 스테이지를 설비로부터 분리하여 빼내게 되는 데 소요되는 대략 15분의 작업 시간 및 다시 웨이퍼 스테이지를 조립하는 데 소요되는 대략 15분 정도의 작업 시간, 이후 웨이퍼 스테이지의 초기화하는 데 소요되는 대략 20분 정도의 작업 시간, 총 대략 50분 정도의 작업 시간이 단축될 수 있다. 이와 같이 척을 세정하는 데 소요되는 작업 시간을 줄일 수 있어, 노광 설비의 가동 효율을 증가시킬 수 있어 생산성의 증대를 구현할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 노광 설비의 웨이퍼 스테이지 또는/ 및 척 상에 존재하는 파티클을 효과적으로 노광 설비 내에서 자동으로 레이저 빔을 이용하여 제거할 수 있다. 또한, 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사부를 레벨 센서와 대등한 위치에 설치하는 것이 가능하여 기존 설비 구성의 큰 변형 없이 레이저 빔을 이용한 세정부를 설치할 수 있다. 이에 따라, 국부적 포커스 불량이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 품질 불량을 최소화할 수 있고, 스테이지 세정을 위한 인적/설비 소모를 효과적으로 방지할 수 있어 생산성의 향상을 구현할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims (5)

  1. 노광을 위한 광원을 웨이퍼 상에 제공하는 렌즈부;
    상기 렌즈부 아래로 상기 웨이퍼를 도입하되 상기 웨이퍼의 레벨링을 측정하 는 측정부 및 상기 노광이 수행되는 노광부를 포함하는 웨이퍼 스테이지;
    상기 웨이퍼 스테이지 상에 올려져 상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 척; 및
    상기 웨이퍼 척 상에 존재할 파티클에 레이저 빔을 조사하여 제거할 레이저 빔 조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 스테이지는 상기 레이저 빔이 조사할 위치에 상기 파티클이 위치하도록 상기 웨이퍼 척의 위치를 이동시키는 것을 특징으로 하는 노광 설비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 빔 조사부로부터 조사될 상기 레이저 빔을 제공하되 상기 노광 설비 외부에 설치된 레이저 발생부; 및
    상기 레이저 발생부에서 상기 레이저 빔 조사부로 레이저 빔을 전달하는 레이저 빔 전달계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 설비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 스테이지의 측정부에 위치하는 상기 웨이퍼 척의 레벨링을 위한 레벨 센서를 더 포함하고,
    상기 레이저 빔 조사부는 상기 레벨 센서 설치 위치와 대등한 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 노광 설비.
  5. 노광을 위한 광원을 웨이퍼 상에 제공하는 렌즈부, 상기 렌즈부 아래로 상기 웨이퍼를 도입하되 상기 웨이퍼의 레벨링을 측정하는 측정부 및 상기 노광이 수행되는 노광부를 포함하는 웨이퍼 스테이지, 상기 웨이퍼 스테이지 상에 올려져 상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 척, 및 상기 웨이퍼 척 상에 존재할 파티클에 레이저 빔을 조사하여 제거할 레이저 빔 조사부를 포함하는 노광 설비에서
    상기 웨이퍼 척 상에 파티클의 존재 유무를 측정하는 단계;
    상기 파티클이 존재하는 상기 웨이퍼 척을 상기 웨이퍼 스테이지를 이동하여 상기 파티클의 위치에 상기 레이저 빔이 조사될 수 있게 이동시키는 단계;
    상기 레이저 빔을 발진시켜 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 파티클이 제거되게 하는 단계; 및
    상기 척의 평탄도를 사후 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 척 세정 방법.
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