KR20070014585A - 기판 얼라인 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 얼라인 장치에 있어서, 기판 상에 형성된 얼라인 마크를 검출하기 위하여 상기 기판으로 광을 조사하기 위한 광원부와 상기 기판으로부터 반사된 광으로부터 상기 얼라인 마크를 검출하기 위한 검출부와 상기 기판을 지지하며, 상기 검출부에 의해 검출된 얼라인 마크를 기준으로 상기 기판의 위치를 조절하기 위한 스테이지와 상기 광원으로부터 방출되는 광의 세기를 측정하기 위하여 상기 광원부의 일측에 구비된 센서부와 상기 센서부에서 측정된 광의 세기와 설정된 기준 값을 비교하여 상기 광원부의 상태를 판단하는 제어부를 포함한다. 따라서, 얼라인 마크로 조사되는 광의 이상이 없는 경우에만 얼라인 공정을 수행함으로써, 기판을 정확하게 얼라인 시킬 수 있다.

Description

기판 얼라인 장치{APPARATUS FOR ALIGNING A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE }
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 얼라인 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판 얼라인 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 기판 얼라인 장치 110 : 스테이지
120 : 광원부 130: 검출부
140 : 광 경로 전환부 150: 센서부
150a : 스플리터 150b:검출기
160 : 제어부 160a:디스플레이
본 발명은 기판 얼라인 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 소자를 제조하기 위한 사진 공정 시에 기판을 얼라인하기 위한 장치에 있어서, 광 모니터링 기능을 갖는 기판 얼라인 장치에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.
또한 반도체 산업은 경쟁력 강화를 위한 일환으로 높은 생산 수율을 보장할 수 있는 각각의 단위 공정을 개발하는 방향으로 진행되고 있다. 이와 동시에 각 단위 공정에서의 공정 에러를 측정하는 방법 및 장치도 활발하게 연구되고 있다.
이에 따라, 상기 반도체 장치를 제조하기 위한 반도체 제조 장치도 정밀해진다. 상기 반도체 제조 장치의 상태가 조그만 변화도 상기 반도체 장치에 큰 영향을 미치게 된다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는 고순도의 폴리실리콘(polysilicon)으로 이루어진 다결정 실리콘으로부터 기판을 형성 및 가공하고, 가공된 기판을 선별하는 작업등을 수행한다. 상기 가공을 위해서 사진(photo) 공정, 식각(etching) 공정, 확산 공정, 박막 공정 등의 단위 공정이 반복적으로 실시된다.
이러한 단위 공정 중의 하나인 사진 공정(photo lithographic process)의 경우에도 공정 조건의 변화가 빈번하여 이에 대처할 수 있는 공정 개발과 이를 수행하기 위한 장치 및 이러한 반도체 제조 장치의 상태는 면밀하게 관리할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
사진 공정 시에 고려되어야 하는 문제점 중의 하나는 노광 및 현상에 의해 형성되는 포토레지스트 패턴의 미스얼라인(misalign)이다. 상기 미스얼라인은 반도체 장치의 고집적화에 따른 얼라인 마진(align margin)의 축소 및 기판의 대구경화 등에 따라 정확한 얼라인이 점점 어려워지면서, 더욱 심각한 문제점으로 대두되고 있다. 상기 미스얼라인 불량을 방지하기 위해, 기판을 정확히 얼라인시키는 과정이 필수적으로 요구된다.
일반적인 사진 공정의 순서는 다음과 같다.
먼저, 기판의 상면에 포토레지스트 막을 코팅한다. 이어서, 전 단계의 사진 및 식각 공정에 의하여 기판에 형성된 얼라인 마크(align mark)의 좌표 값을 검출한다. 검출된 얼라인 마크의 좌표 값과 노광 장치에 설정된 기준점의 좌표 값 차이를 산출하고, 산출된 차이 값에 대응하도록 기판의 위치를 보정한다. 이 결과, 레티클(reticle)의 회로 패턴이 기판의 해당 삿(shot) 영역에 정확히 노광된다. 여기서 정확한 노광이란, 레티클의 회로 패턴이 다른 삿 영역에 중첩되지 않도록 노광됨을 의미한다.
각각의 레티클에는 얼라인 마크가 포함되어 있다. 따라서 일반적으로 레티클의 회로패턴을 노광시킬 경우, 해당 레티클의 얼라인 마크도 기판에 노광되고, 상기 얼라인 마크는 다음 노광 공정에 기판을 얼라인 시키기 위한 용도로 이용된다.
일반적으로 얼라인 마크는 레이저 광을 이용하는 얼라인먼트 장치에 의하여 검출된다. 얼라인먼트 장치는 기판 상에 얼라인 마크가 존재할 것으로 예측되는 지점으로 레이저 광을 조사하고, 산란된 광을 검출하여 얼라인 마크의 존재 여부를 확인한다.
일반적으로 베어(bare) 기판이 반도체 소자로 제조되기까지 상기 기판은 수십 번에 걸쳐 노광 공정에 투입된다. 노광 공정이 진행될수록 기판에는 수많은 얼라인 마크들이 형성되고, 노광 공정이 진행될수록 얼라인 마크를 검출하는 것이 어려워진다. 따라서 정밀도가 높은 얼라인먼트 장치가 요구되지만, 얼라인먼트 장치로부터 레이저 광이 불균하게 방출되거나, 광의 세기가 약해져서 방출되는 경우가 종종 발생하여 이를 구현하는데 상당한 장애가 되고 있다.
상기 반도체 기판의 정렬 오차가 발생할 시, 이후 반도체 장치 제조에서 반도체 기판에 불량이 발생하는 문제점이 발생하며, 이로 인하여 상당한 경제적 시간적 손실이 발생된다. 따라서, 이러한 문제점들이 발생하는 것을 방지하기 위한 방법이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기판을 정확하게 얼라인 할 수 있도록 광 모니터링 기능을 갖는 기판 얼라인 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 당성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 기판 얼라인 장치는, 기판 상에 형성된 얼라인 마크를 검출하기 위하여 상기 기판으로 광을 조사하기 위한 광원부와 상기 기판으로부터 반사된 광으로부터 상기 얼라인 마크를 검출하기 위한 검출부와 상기 기판을 지지하며, 상기 검출부에 의해 검출된 얼라인 마크를 기준으로 상기 기판의 위치를 조절하기 위한 스테이지와 상기 광원으로부터 방출되는 광의 세기를 측정하기 위하여 상기 광원부의 일측에 구비된 센서부와 상기 센서 부에서 측정된 광의 세기와 설정된 기준 값을 비교하여 상기 광원부의 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 센서부는 상기 광원부로부터 방출된 광의 일부를 분할시키기 위한 스플리터와 상기 분할된 광을 검출하여 상기 분할된 광의 세기를 측정하기 위한 검출기를 포함할 수 있으며, 상기 제어부에서 판단된 정보를 표시하기 위한 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광은 헬륨-네온(He-Ne), 아르곤(Ar), KrF, 및 F2 레이저빔으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 얼라인먼트 장치로부터 방출되는 레이저 광을 모니터링하여, 얼라인 마크를 정밀하게 검출할 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 신뢰도 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 얼라인 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 기판 얼라인 장치(100)는 스테이지(110), 광원부(120), 검출부(130), 광 경로 전환부(140), 센서부(150) 및 제어부(160)을 포함한다.
스테이지(110)는 기판(W)을 지지 및 이송한다. 스테이지(110)에는 구동 장치(도시되지 않음)가 내장되어, 기판(W)이 동일 수평면 상에서 X, Y, Z 방향으로 이 송된다. 이 경우, 기판(W) 상에는 얼라인 마크(M)가 형성되어 있다.
상기 스테이지(110)에 인접하게는 광원부(120)이 설치되고, 상기 스테이지(110)와 광원부(120) 사이에는 광 경로 전환부(140)이 배치된다.
상기 광원부(120)는 상기 기판(W) 상에 형성된 상기 얼라인 마크(M)를 검출하기 위한 광을 생성한다. 상기 광원부(120)는 헬륨-네온(He-Ne), 아르곤(Ar), KrF, ArF, F2 레이저 빔 등과 광을 생성할 수 있다.
상기 광원부(120)로부터 생성된 광은 상기 광 경로 전환부(140)을 경유하여 상기 기판(W)상에 조사된다. 상기 광원부(120)으로부터 생성된 광은 상기 기판(W) 상에 소정의 입사각으로 조사되도록 상기 광 경로 전환부(140)에서 원하는 각도로 웨이퍼(W)상으로 입사되도록 입사각을 조절한다. 구체적으로 상기 광 경로 전환부(140)는 상기 기판(W)에 대한 광의 입사각이 약 45 내지 90도를 갖도록 경사지게 입사되도록 한다.
상기 기판(W)에 조사된 광은 입사각과 동일한 반사각으로 반사되거나, 입사각과 상이한 각으로 산란된다. 상기 기판(W)으로부터 반사 또는 산란된 광은 검출부(130)에 수집된다. 상기 검출부(130)는 광이 상기 기판(W)에 입사되는 방향과 대향된 방향으로 복수 개 배치되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 상기 기판(W)상에 형성된 얼라인 마크(M)를 검출하기 위해서는 반사광보다는 산란광을 이용하는 것이 용이하다. 따라서 본 실시예에서도 산란광을 수집하기 용이한 위치에 상기검출부(130)를 배치하지만, 본 발명은 상기 산란광에 국한되는 것은 아니다.
상기 검출부(130)는 상기 기판(W)에 입사되는 광을 기준으로 좌우로 약 135도 지점에 배치된다. 상기 검출부(130)에 수집된 광은 전기 신호로 변환된 후, 디지털 신호로 처리된다.
상기 광원부(120)와 상기 광 경로 전환부(140)사이에는 센서부(150) 배치되어 있다. 상기 센서부(150)은 상기 광원부(120)으로부터 방출된 광의 일부를 분할시키기 위한 스플리터(150a)와 상기 분할된 광을 검출하여 상기 분할된 광의 세기를 측정하기 위한 검출기(150b)를 포함하고 있다.
제어부(160)은 상기 센서부(150)에서 측정된 광의 세기와 설정된 기준 값을 비교하여 상기 광원부(120)이 상태를 판단한다. 또한, 상기 제어부(160)는 판단된 정보를 표시하기 위한 디스플레이(160a)를 더 포함한다. 상기 디스플레이(160a)는 상기 제어부(160)의 이상을 표시하며, 작업자가 이를 용이하게 확인할 수 있다.
상기 광원부(120)로부터 방출된 광은 상기 스플리터(150a)에 의해 분할되어 상기 검출기(150b)에서 광의 세기가 측정된다. 이어서, 상기 검출기(150b)는 측정된 정보를 상기 제어부(160)로 전송한다. 이때 광의 세기가 기 설정된 값보다 높거나 낮으면, 상기 제어부(160)는 후속 공정을 중지하고, 상기 광원부(120)의 상태를 판단하여 경보 신호(warning signal)를 상기 디스플레이(160a)에 나타내어 상기 광원부(120)의 이상을 통보함으로써, 상기 기판(W)을 정확하게 얼라인 할 수 있다.
이때, 상기 광원부(120)과 상기 제어부(140)은 통상적인 근거리 통신망에 의해 연결될 수 있으며, 다양한 신호 전송 방법이 사용될 수 있다. 상기와 같은 네트 워크에 의한 신호 전송 방법들은 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 방법들에 의해 구현될 수 있으며, 전용 프로그램에 의해 구현될 수도 있다.
전술한 바와 같은 얼라인 공정을 수행한 후, 기판 얼라인 장치(100)와 인접하게 배치된 노광 장치(미도시됨)를 이용하여 노광 공정을 수행한다. 보다 자세하게 설명하면, 레이저 빔, 자외선, 전자-빔 또는 X-선과 같은 광을 레티클에 조사하여, 상기 레티클에 형성된 소정의 회로 패턴을 포토레지스트 막이 형성된 기판(W) 상에 투영한다. 계속해서, 현상 공정을 통해 포토레지스트막을 패터닝한 후, 별도의 오버레이 측정장치에서 오버레이 키를 이용하여 현 단계에서 형성하는 패턴이 전 단계에서 형성되었던 패턴과 일치되는지의 여부를 측정한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판 얼라인 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 상기 광원부(120)에서 광이 방출된다.(S10)
상기 광원부(120)는 헬륨-네온(He-Ne), 아르곤(Ar), KrF, ArF, F2 레이저 빔 등과 같은 광을 발생할 수 있으며, 상기 광은 상기 기판(W)상에 형성된 상기 얼라인 마크(M)를 검출하기 위하여 생성된다.
이어서 센서부(150)의 스플리터(150a)는 상기 광원부(120)에서 방출된 광의 일부를 분할한다.(S20)
구체적으로, 상기 광원부(120)과 상기 광 경로 전환부(140)사이에는, 상기 광원부(120)으로부터 방출된 광의 일부를 분할시키는 스플리터(150a)와 상기 분할된 관을 검출하여 상기 분할된 광의 세기를 측정하기 위한 검출기를 (150b)를 포함 하고 있는 센서부(150)가 배치되어 있다. 상기 광은 상기 스플리터(150a)에 의해 분할된다.
이때, 분할되지 않은 광은 상기 광 경로 전환부(140)의 각도 조절을 통해 상기 광의 진행 방향이 변경되어, 상기 기판(W)상에 형성된 상기 얼라인 마크(M)에 대해 특정 각을 갖도록 경사지게 입사되도록 한다. 상기 얼라인 마크(M)에 조사된 광은 입사광과 동일한 반사각으로 반사되거나, 입사각과 상이한 각으로 산란되어, 상기 검출부(130)에 의해 수집된다.
이어서, 상기 분할된 광을 검출하여 상기 분할된 광의 세기가 상기 검출기(150b)에 의해 검출된다.(S30)
상기 검출기(150b)는 검출된 광의 세기에 대한 정보를 수집하여, 제어부(160)로 전송한다.
다음으로 상기 제어부(160)에서 상기 광원부(120)의 이상 유무를 확인한다.(S40)
상기 제어부(160)는 상기 센서부(150)에서 측정된 광의 세기와 설정된 기준값을 비교하여, 상기 측정된 광의 세기가 기 설정된 값보다 높거나 낮으면, 상기 제어부(160)는 후속 공정을 중지하고, 상기 광원부(120)의 상태를 판단하여 경보 신호를 상기 디스플레이(160a)에 나타내어 상기 광원부(120)의 이상을 통보한다.
즉, 상기 광원부(120)에서 방출되는 광의 세기가 기 설정값보다 높거나 낮으면, 상기 광원부의 이상을 통보함으로써, 균일한 세기의 광을 후속으로 이어지는 얼라인 공정에 적용시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 얼라인 마크로 조사되는 광의 이상이 없는 경우에만 얼라인 공정을 수행함으로써, 기판을 정확하게 얼라인 시킬 수 있으며, 나아가 기판을 정확하게 가공할 수 있다. 최종적으로 고집적 고성능의 반도체 장치를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 기판 상에 형성된 얼라인 마크를 검출하기 위하여 상기 기판으로 광을 조사하기 위한 광원부;
    상기 기판으로부터 반사된 광으로부터 상기 얼라인 마크를 검출하기 위한 검출부;
    상기 기판을 지지하며, 상기 검출부에 의해 검출된 얼라인 마크를 기준으로 상기 기판의 위치를 조절하기 위한 스테이지;
    상기 광원으로부터 방출되는 광의 세기를 측정하기 위하여 상기 광원부의 일측에 구비된 센서부; 및
    상기 센서부에서 측정된 광의 세기와 설정된 기준 값을 비교하여 상기 광원부의 상태를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모니터링 기능을 갖는 기판 얼라인 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서부는 상기 광원부로부터 방출된 광의 일부를 분할시키기 위한 스플리터와 상기 분할된 광을 검출하여 상기 분할된 광의 세기를 측정하기 위한 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 얼라인 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부에서 판단된 정보를 표시하기 위한 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 얼라인 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광은 헬륨-네온(He-Ne), 아르곤(Ar), KrF, 및 F2 레이저빔으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 얼라인 장치.
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