KR20100082313A - 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치 Download PDF

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KR20100082313A
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Abstract

외주부를 따라 환형 볼록부로 이루어지는 보강부를 구비한 웨이퍼의 상기 보강부의 내측에 형성된 패턴면을 하향으로 하여 웨이퍼의 외형 이상의 크기를 갖는 웨이퍼 적재면을 구비한 보유 지지 스테이지(1)에 적재하고, 복수개의 가이드 핀을 보강부에 형성된 각 절결에 진입시켜 중심 위치 맞춤을 한다. 그 후, 웨이퍼의 보강부를 흡착 보유 지지한 상태에서 보유 지지 스테이지를 회전시키면서 웨이퍼의 외주에 구비된 위치 결정부를 광 센서로 검출한다.

Description

반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치{ALIGNMENT APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은, 반도체 웨이퍼의 노치 등의 위치 결정용 부위(얼라인먼트 마크)에 기초하여 위치 맞춤을 하는 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치로서는, 다음의 것이 알려져 있다. 예를 들어, 보유 지지 스테이지에 적재되어 흡착 보유 지지된 반도체 웨이퍼(이하, 간단히「웨이퍼」라 함)의 주연 위치를 광학 센서로 측정함으로써, 웨이퍼의 중심 위치와, 웨이퍼 외주의 노치나 오리엔테이션 플랫 등의 위치 결정용 부위의 위치 위상을 산출한다. 또한, 이 결과를 이용하여 보유 지지 스테이지의 중심 위치에 대한 웨이퍼 중심 위치의 X축 좌표 방향의 편차와 Y축 좌표 방향의 편차에 기초하여 보유 지지 스테이지를 X축 좌표 방향 및 Y축 좌표 방향으로 이동 제어한다. 또한, 노치 등의 위치 결정부를 미리 설정된 기준 위상 위치에 위치하도록 보유 지지 스테이지를 회전 제어하도록 한 것이 알려져 있다(일본 특허 제3820278호 공보를 참조).
또한, 고밀도 실장의 요구에 수반하여 웨이퍼 두께를 100㎛ 내지 50㎛, 나아가 그 이하로까지 얇게 하는 경향이 있다. 그로 인해, 웨이퍼 강도가 매우 낮게 되었다. 박형화된 웨이퍼에 대해 강성을 갖게 하기 위해, 웨이퍼의 외주 부분만을 남겨 연삭하고, 상기 외주는 환형 볼록부로 이루어지는 보강부를 형성하고 있다. 이 보강부 내측의 편평 오목부에 회로 패턴을 형성하여 웨이퍼를 취급하고 있다.
웨이퍼 외주에 보강부가 형성된 웨이퍼는 강성을 갖는 이외에 편평 오목부에 회로 패턴이 형성되어 있다. 따라서, 회로 패턴에 표면 보호용 테이프를 부착하지 않아도 회로 패턴을 보호하는 데 유효하게 기능한다.
그러나, 흡착 패드가 구비된 반송 기구에서 웨이퍼를 흡착하여 각 공정에 반송하므로, 회로 패턴면을 하향으로 하여 전체면이 편평한 이면을 흡착하고 있다. 그로 인해, 얼라인먼트 공정에 웨이퍼를 전달할 때, 얼라인먼트 스테이지의 중앙에서 승강하는 흡착 패드가 회로 패턴에 직접적으로 접촉하여 흡착 보유 지지한다.
따라서, 흡착 패드와의 접촉에 의해 회로에 손상을 주는 등의 문제가 발생하고 있다.
본 발명은, 웨이퍼 상의 회로에 손상을 주지 않고 웨이퍼의 위치 결정을 정확하게 행할 수 있는 것을 주된 목적으로 하고 있다.
외주에 환형 볼록부로 이루어지는 보강부를 갖고, 상기 보강부의 내측의 편평 오목부에 회로 패턴이 형성되며, 상기 보강부에 위치 결정부가 절결 형성된 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치이며, 상기 장치는
상기 반도체 웨이퍼의 외형 이상의 크기를 갖는 웨이퍼 적재면을 구비한 회전 가능한 보유 지지 스테이지,
상기 회로 패턴의 면을 하향으로 하여 보유 지지 스테이지에 적재된 반도체 웨이퍼의 외주에 구비된 상기 위치 결정부를 검출하는 광학 센서,
상기 보유 지지 스테이지를 회전시키는 구동 기구, 및
상기 광학 센서의 검출 결과에 기초하여 반도체 웨이퍼의 위치 맞춤을 행하는 제어부를 포함한다.
이 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치에 따르면, 보유 지지 스테이지가 웨이퍼의 외형 이상의 크기를 가지므로, 회로 패턴의 면을 하향으로 하여 웨이퍼를 보유 지지 스테이지에 전달한 경우, 환형 볼록부로 이루어지는 보강부만이 보유 지지 스테이지와 접촉한다. 따라서, 회로 패턴과 보유 지지 스테이지의 직접적인 접촉을 피할 수 있으므로, 회로 패턴에 손상을 주지 않는다.
또한, 보강부에만 보유 지지 스테이지에 보유 지지된 웨이퍼는, 보유 지지 스테이지의 회전에 수반하여 광 센서에 의한 웨이퍼 외주부의 감시가 행해진다. 웨이퍼의 주연 위치가 검지되면, 소정의 연산식에 기초하여 웨이퍼 중심 위치를 산출할 수 있다.
또한, 웨이퍼 둘레부에 형성된 노치 등의 위치 결정부의 위치 검출 결과에 기초하여 보유 지지 스테이지를 회전 이동시킨다. 이 회전에 의해 위치 결정부를 미리 설정되어 있는 기준 위상 위치로 수정할 수 있다.
또한, 상기 장치에 있어서, 보유 지지 스테이지는, 적어도 보강부에 형성된 위치 결정부를 포함하여 외측의 적재 영역을 투명 부재로 구성하고, 광학 센서는, 보유 지지 스테이지의 투명 부위를 사이에 두고 대향 배치된 투광기와 수광기로 구성한다.
이 구성에 따르면, 웨이퍼의 보강부만을 보유 지지하면서도, 보유 지지 스테이지의 투명 부재를 통해 웨이퍼의 주연 위치를 투광기와 수광기로 이루어지는 광 센서로 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 상기 장치에 있어서, 보유 지지 스테이지에 적재된 반도체 웨이퍼를 둘레 방향으로부터 압박하고, 보유 지지 스테이지의 중심에 대해 반도체 웨이퍼의 중심 위치를 맞추는 가이드 부재를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 가이드 부재는 기립 설치된 짧은 원기둥 형상의 가이드 핀인 것이 바람직하다.
가이드 핀은 반도체 웨이퍼와의 접촉면을 반도체 웨이퍼의 외주의 곡률에 맞춘 오목하게 들어간 만곡면을 갖는 것이 더욱 바람직하다.
보유 지지 스테이지 상에 반입된 웨이퍼의 중심과 보유 지지 스테이지의 중심은 반드시 일치하고 있지는 않다. 또한, 웨이퍼 외주에 형성된 노치 등의 위치 결정부의 위상 위치도 일정하지 않다.
그러나, 이 구성에 따르면, 각 가이드 부재가 보유 지지 스테이지의 중심측으로 이동함으로써, 주연이 가이드 부재로 접촉 가압된 웨이퍼는 위치 수정된다. 즉, 웨이퍼의 센터링 처리가 실행된다.
이 센터링 과정에 있어서, 웨이퍼의 주연에 가이드 부재가 직접적으로 접촉하게 된다. 그러나, 웨이퍼의 외주부가 환형의 보강부에 의해 보강된 두께가 두꺼운 상태로 되므로, 가이드 부재와의 접촉에 의해서도 손상되지 않고, 웨이퍼는 보유 지지 스테이지 상을 원활하게 슬라이드 이동된다. 또한, 중심 위치 맞춤을 연산에 의해 구할 필요가 없기 때문에, 웨이퍼의 센터링을 단시간에 행할 수 있고, 처리 사이클의 단축화를 도모할 수 있다. 바꾸어 말하면, 다수의 웨이퍼를 연속 처리할 때의 처리 능률의 향상에 기여한다.
또한, 상기 장치에 있어서, 보유 지지 스테이지를 수평면 상에서 종횡 방향으로 수평 이동시키는 수평 구동 기구를 구비하고, 제어부는 CCD 카메라로 이루어지는 광학 센서로 촬상한 화상 정보에 기초하여 반도체 웨이퍼의 위치 맞춤을 행하는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 보유 지지 스테이지를 회전시킬 때에, CCD 카메라로 웨이퍼 주연을 주사함으로써 노치 등의 위상 위치를 검출할 수 있다. 이 검출 결과에 기초하여 웨이퍼에 맞는 수정용 정보로서 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 상의 회로에 손상을 주지 않고 웨이퍼의 위치 결정을 정확하게 행할 수 있다.
도 1은 얼라인먼트 장치의 일부 절결 정면도.
도 2는 보유 지지 스테이지의 주요부를 확대한 종단면도.
도 3은 보유 지지 스테이지의 평면도.
도 4 내지 도 6은 위치 맞춤 작동의 과정을 도시하는 정면도.
도 7은 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼의 일부 절결 사시도.
도 8은 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼를 이면측으로부터 본 사시도.
도 9는 위치 맞춤 처리의 흐름도.
도 10은 얼라인먼트 장치의 블록도.
본 발명을 설명하기 위해 현재의 적합하다고 생각되는 몇 가지의 형태가 도시되어 있지만, 본 발명이 도시된 바와 같은 구성 및 방책에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
도 1에, 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치의 정면도가, 도 2에 그의 평면도가 각각 도시되어 있다.
이 얼라인먼트 장치의 처리 대상이 되는 웨이퍼(W)는, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 이면의 외주부를 남기고 연삭되어 있다. 즉, 이 웨이퍼의 이면 외주부를 따라 두께가 두꺼운 환형 보강부(r)가 웨이퍼(W)에 형성되어 있다. 또한, 이 환형 보강부(r)의 내측의 편평 오목부(c)에 회로 패턴이 형성되어 있다. 웨이퍼(W)는 패턴면을 하향으로 하고, 전체면이 평평한 이면을 상향으로 한 자세에서, 그 상면을 반송용 흡착 패드 등으로 흡착하여 반입ㆍ반출된다.
얼라인먼트 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)를 적재하여 흡착하는 보유 지지 스테이지(1), 웨이퍼(W)의 외주에 위치 결정부로서 형성된 노치(n)의 위상 위치를 검출하는 광 센서(2), 웨이퍼(W)를 중심 맞춤(센터링)하는 가이드 부재로서의 4개의 가이드 핀(3)을 구비하고 있다.
보유 지지 스테이지(1)는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 유리 또는 폴리카보네이트 등의 투명 수지 재료로 이루어지는 경질의 투명 부재로 구성되어 있다. 보유 지지 스테이지(1)의 직경은 웨이퍼의 직경보다 직경이 큰 원판 형상이다. 또한, 보유 지지 스테이지(1)는, 도 10에 도시하는 구동 기구(9)에 의해 보유 지지 스테이지 중심을 지나는 종축심(Z) 둘레로 회전되는 금속제의 기대(基臺)(4)에 동심 상태로 설치되어 있다.
기대(4)의 내부에는 도 10에 도시하는 진공 장치(14)에 연통된 흡인용 유로(5)가 형성되어 있다. 이 유로(5)는 보유 지지 스테이지(1)의 외주 근방에 형성된 복수개의 흡착 구멍(6)과 연통 접속되어 있다. 흡착 구멍(6)은 보유 지지 스테이지(1) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 중심이 보유 지지 스테이지 중심에 합치된 상태에 있어서, 웨이퍼(W)의 환형 보강부(r)에 대향하는 위치에 형성되어 있다.
또한, 기대(4)는 웨이퍼(W)의 반경으로부터 노치(n)의 깊이를 뺀, 웨이퍼(W)의 반경보다도 직경이 작은 원판 형상으로 구성되어 있다. 이 보유 지지 스테이지 상에 적재된 웨이퍼(W)의 중심이 보유 지지 스테이지(1)의 중심에 합치된 상태에 있어서, 웨이퍼(W)의 노치(n)가 기대(4)로부터 외측에 위치하도록 설정되어 있다.
보유 지지 스테이지(1)의 외주의 4군데에는, 가이드 핀(3)의 진퇴를 허용하는 절결부(7)가 스테이지 중심[종축심(Z)]에 대해 점대칭이 되도록 보유 지지 스테이지 중심을 향하는 방사형으로 절입 형성되어 있다. 각 절결부(7)는 보유 지지 스테이지(1)의 중심에 웨이퍼 중심이 합치된 웨이퍼(W)의 외연 위치와 접하도록 그 깊이가 설정되어 있다.
가이드 핀(3)은 보유 지지 스테이지(1)의 상하로 돌출하는 짧은 원기둥 형상으로 형성되어 있고, 가동 아암(8)의 선단에 기립 설치되어 있다. 가동 아암(8)은 도 10에 도시하는 구동 기구(10)에 의해 수평으로 직선 왕복 구동된다. 이 구동에 수반하여 각 가이드 핀(3)이 각각의 절결부(7)를 따라 진입 및 퇴출하도록 되어 있다.
광 센서(2)는 투광기(2a)와 수광기(2b)가 보유 지지 스테이지(1)를 사이에 두고 대향하는 투과형의 것이 사용되고 있다. 즉, 보유 지지 스테이지(1)에 적재된 웨이퍼(W)의 외주부가 광 센서(2)의 검출 영역에 위치하도록 배치되어 있다. 또한, 광 센서(2)는 본 발명의 광학 센서에 상당한다.
다음에, 상기 구성의 웨이퍼(W)의 얼라인먼트 장치를 사용하여 웨이퍼(W)의 위치 맞춤 처리를 도 4 내지 도 6 및 도 7에 나타내는 흐름도에 기초하여 설명한다.
우선, 도 4에 도시한 바와 같이, 전체면이 편평한 이면을 상향으로 한 자세의 웨이퍼(W)가 반송용 흡착 패드에 의해 그 이면이 흡착 보유 지지되어 보유 지지 스테이지(1)에 반입 및 이동 적재된다(스텝 S1). 이때, 웨이퍼(W)의 중심과 보유 지지 스테이지(1)의 중심은 반드시 일치하고 있지는 않고, 또한 웨이퍼 외주의 노치(n)의 위상 위치도 일정하지 않다.
다음에, 도 5에 도시한 바와 같이, 각 가이드 핀(3)이 각 절결부(7)를 향해 이동하여, 절결부(7)의 안쪽 단부에 도달한다. 이 상태에서 웨이퍼(W)의 중심이 보유 지지 스테이지(1)의 중심에 맞추어지고, 또한 흡착 구멍(6)에 음압이 인가된다. 중심 맞춤된 웨이퍼(W)는 환형 보강부(r)가 흡착되어, 보유 지지 스테이지 상면에서 보유 지지된다(스텝 S2).
웨이퍼(W)의 센터링 및 흡착 보유 지지가 이루어지면, 각 가이드 핀(3)이 절결부(7)로부터 후퇴한다(스텝 S3). 그 후, 도 6에 도시한 바와 같이, 보유 지지 스테이지(1)가 소정 방향으로 1회전된다(스텝 S4). 이 회전 과정에서 웨이퍼 외주부에 투광기(2a)로부터의 검출광이 조사된다. 보유 지지 스테이지(1)를 투과한 검출광은 수광기(2b)에서 수광된다. 그 동안에 웨이퍼 외주의 노치(n)의 위상 위치가 검출된다(스텝 S5). 그 검출 정보가 제어부(11)에 구비된 기억부로서의 메모리(12)에 기억된다.
제어부(11)에서는, 그 내부에 구비된 연산 처리부(13)가 메모리(12)에 기억되어 있는 노치(n)의 검출 정보와, 미리 설정되어 있는 기준 위상 위치를 판독하고, 양 정보의 비교 연산으로부터 노치(n)의 편차를 각도로 환산하여 산출한다(스텝 S6).
그 후, 구해진 편차에 기초하여 보유 지지 스테이지(1)가 회전 제어되고, 노치(n)가 기준 위상 위치로 이동 수정된다(스텝 S7).
이상에서 얼라인먼트 처리가 완료되고, 얼라인먼트된 웨이퍼(W)는 반송용 흡착 패드에 의해 상면으로부터 흡착 보유 지지되어 보유 지지 스테이지(1)로부터 반출된다.
상기 실시예 장치에 따르면, 보유 지지 스테이지(1)가 웨이퍼(W)의 외형 이상의 크기를 가지므로, 회로 패턴면을 하향으로 하여 웨이퍼(W)를 보유 지지 스테이지(1)에 전달해도 환형 보강부(r)만이 보유 지지 스테이지(1)와 접촉한다. 따라서, 편평 오목부(c)의 회로 패턴과 보유 지지 스테이지(1)의 직접적인 접촉을 피할 수 있으므로, 회로 패턴에 손상을 주는 일이 없다.
본 발명은 상술한 실시예의 것에 한정되지 않고, 다음과 같이 변형하여 실시할 수도 있다.
(1) 상기 실시예 장치에서는, 보유 지지 스테이지(1)와 기대(4)를 개별 부재로 구성하고 있었지만, 기대(4)를 생략하고 투명 부재로 이루어지는 보유 지지 스테이지(1)만으로 구성해도 된다.
(2) 상기 실시예 장치에 있어서, 보유 지지 스테이지(1)의 하방에 반사형의 광 센서(2)를 배치하고, 투명한 보유 지지 스테이지(1)를 통해 웨이퍼 외주부를 하방으로부터 감시하는 형태이어도 된다.
(3) 상기 실시예 장치에 있어서, 보유 지지 스테이지(1)의 상방에 반사형의 광 센서(2)를 배치하여 실시할 수도 있다. 이 구성의 경우, 보유 지지 스테이지(1)는 투명 부재가 아니어도 된다.
(4) 대향하는 가이드 핀(3)을 서로 평행하게 배반 왕복 이동시킴으로써 웨이퍼(W)의 센터링을 행할 수도 있다.
(5) 가이드 부재로서의 가이드 핀(3)의 웨이퍼 접촉면을 웨이퍼 외주에 접하는 평탄면, 평탄면에 가까운 만곡면, 웨이퍼 외주의 곡률에 맞추어 오목하게 들어간 만곡면으로 해도 된다. 이 구성의 경우, 원호 형상의 가이드 핀의 점 접촉보다도 넓은 면적에서 웨이퍼 외주에 접촉시킬 수 있으므로, 접촉시의 충격이나 접촉 응력의 집중을 한층 저감시킬 수 있다.
(6) 상기 실시예 장치는, 웨이퍼 외주에 위치 결정부로서 오리엔테이션 플랫을 절결 형성한 보강부를 갖는 웨이퍼(W)를 처리 대상으로 할 수도 있다.
(7) 상기 실시예 장치에서는, 보유 지지 스테이지(1)에 적재 보유 지지된 웨이퍼(W)를 CCD 카메라로 촬상하고, 취득한 화상 정보로부터 웨이퍼(W)의 위치 정보(좌표)를 구하여 보유 지지 스테이지(1)에 대한 중심 위치 맞춤을 행해도 된다. 이 경우, 보유 지지 스테이지(1)를 직교하는 2방향으로 수평 이동 가능하게 구성함으로써, 중심 위치 맞춤을 행할 수 있다.
또한, 노치(n)에 기초하는 위치 맞춤은, 우선 취득한 화상과 미리 취득하고 있는 기준 화상의 패턴 매칭을 행하여 양 화상의 편차량과 그 방향을 구한다. 이들 편차량 등에 기초하여 웨이퍼(W)의 위치를 기준 화상의 위치에 맞추어 넣도록 이동 수정하면 된다.
또한, 보유 지지 스테이지(1)를 수평 이동시키는 구성으로서, 예를 들어 보유 지지 스테이지(1)를 상하 2단의 가동대 상에 배치하고, 이들 가동대가 서로 직교하는 가이드 레일을 따라 이동하도록 구성한다. 즉, 각 가동대는 모터 등의 구동 장치에 연결된 나사 이송 기구에 의해 왕복 이동 가능하게 구성한다.
(8) 상기 실시예 장치에서는, 처리 대상인 웨이퍼(W)의 패턴면이 노출되어 있었지만, 패턴면에 보호 테이프를 부착한 것에도 적용할 수 있다.
본 발명은, 그 사상 또는 본질로부터 일탈하지 않는 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있고, 따라서 본 발명의 범위를 나타내는 것으로서, 이상의 설명이 아닌, 부가된 클레임을 참조해야 한다.
W: 웨이퍼
r: 환형 보강부
c: 편평 오목부
1: 보유 지지 스테이지
2: 광 센서
2a: 투광기
2b: 수광기
3: 가이드 핀
4: 기대
5: 유로
6: 흡착 구멍
7: 절결부
8: 가동 아암
9: 구동 기구
10: 구동 기구
11: 제어부
12: 메모리
13: 연산 처리부
14: 진공 장치

Claims (6)

  1. 외주에 환형 볼록부로 이루어지는 보강부를 갖고, 상기 보강부의 내측의 편평 오목부에 회로 패턴이 형성되며, 상기 보강부에 위치 결정부가 절결 형성된 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치이며,
    상기 반도체 웨이퍼의 외형 이상의 크기를 갖는 웨이퍼 적재면을 구비한 회전 가능한 보유 지지 스테이지,
    상기 회로 패턴의 면을 하향으로 하여 보유 지지 스테이지에 적재된 반도체 웨이퍼의 외주에 구비된 상기 위치 결정부를 검출하는 광학 센서,
    상기 보유 지지 스테이지를 회전시키는 구동 기구, 및
    상기 광학 센서의 검출 결과에 기초하여 반도체 웨이퍼의 위치 맞춤을 행하는 제어부를 포함하는, 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보유 지지 스테이지는, 적어도 상기 보강부에 형성된 위치 결정부를 포함하여 외측의 적재 영역이 투명 부재로 구성되고,
    상기 광학 센서는, 상기 보유 지지 스테이지의 투명 부위를 사이에 두고 대향 배치된 투광기와 수광기로 구성되는, 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보유 지지 스테이지에 적재된 반도체 웨이퍼를 둘레 방향으로부터 압박하고, 보유 지지 스테이지의 중심에 대해 반도체 웨이퍼의 중심 위치를 맞추는 가이드 부재를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가이드 부재는 기립 설치된 짧은 원기둥 형상의 가이드 핀인, 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 가이드 핀은, 상기 반도체 웨이퍼와의 접촉면을 반도체 웨이퍼의 외주의 곡률에 맞춘 오목하게 들어간 만곡면을 갖는, 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보유 지지 스테이지를 수평면 상에서 종횡 방향으로 수평 이동시키는 수평 구동 기구를 구비하고,
    상기 제어부는 CCD 카메라로 이루어지는 광학 센서로 촬상한 화상 정보에 기초하여 반도체 웨이퍼의 위치 맞춤을 행하는, 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치.
KR1020100001133A 2009-01-08 2010-01-07 반도체 웨이퍼의 얼라인먼트 장치 KR101623398B1 (ko)

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