KR20190002102A - 웨이퍼 정렬 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 이온주입 공정에서 노치를 에러 없이 정확하게 감지할 수 있으며 웨이퍼 회전에 따라 웨이퍼가 미끄러져 발생되는 슬리피지 오류를 체크할 수 있어 공정효율을 높일 수 있는 웨이퍼 정렬 장치에 관한 것으로, 적어도 둘 이상의 레이져 발광부 및 그 수광 센서가 구비되며, 웨이퍼가 안착되어 회전하는 웨이퍼 마운트부; 및 상기 웨이퍼 마운트부에서의 웨이퍼 회전 동작을 제어하며 웨이퍼 마운트부에서 웨이퍼의 노치 위치를 센싱한 결과나 슬리피지 오류 정보를 수신받아 웨이퍼의 회전 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 정렬 장치{Wafer Alignment Apparatus}

본 발명은 웨이퍼 정렬 장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 이온주입 공정에서 노치를 에러 없이 정확하게 감지할 수 있으며 웨이퍼 회전에 따라 웨이퍼가 미끄러져 발생되는 슬리피지(slippage) 오류를 체크할 수 있어 공정효율을 높일 수 있는 웨이퍼 정렬 장치에 관한 것이다.

반도체장치의 제조공정은 여러 단계로 구성된다. 그리고 각 단계에는 그 공정을 담당하는 제조설비가 사용된다. 이러한 제조설비의 사용에 있어서, 설비의 동작 하나하나는 웨이퍼의 손상과 관련되어 있으므로 설비를 이용한 웨이퍼의 취급은 상당한 주의를 요한다.

이 같은 반도체장치의 제조공정 중 이온주입 공정은 설비에서 반도체 특성을 가지는 불순물을 이온화하여 주입하는 공정으로 웨이퍼의 정렬은 정확한 이온주입을 위해 정확히 이루어져야 한다.

특히 이온주입 공정은 타 공정에 비해 굉장히 빠른 속도의 프로세스 타임을 가지며 웨이퍼의 무빙 스피드(moving speed) 또한 매우 빨라서 최고 메커니컬 처리속도가 시간 당 400매 정도까지 이르러 웨어퍼의 슬라이딩(sliding) 발생률이 높다.

또한 웨이퍼의 노치(notch)가 틀어지면 이온화된 빔의 입사각이 틀어져 공정 사고를 유발하게 되므로 정렬 공정이 웨이퍼 품질에 지대한 영향을 미친다.

도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 정렬 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼 마운트부(10)는 웨이퍼(W)를 안착시켜 지지하는 수단으로 회전 구동부(도시 않음)에 연결되며, 이 회전 구동부의 회전력에 의해 웨이퍼 마운트부(10) 내의 웨이퍼(W)는 고속으로 수평 회전하게 된다.

이때, 상기 웨이퍼 마운트부(10)에서 웨이퍼(W) 안착위치의 상부 및 하부 프레임(11, 12)에는 웨이퍼(W)의 에지(edge) 부분에 형성된 노치(N)를 센싱하기 위한 LED 방사부(11a)와 광 검출부(12a)가 설치된다.

LED 방사부(11a)와 광 검출부(12a)는 웨이퍼(W)의 에지부분에 형성된 노치(N)를 센싱하기 위해 웨이퍼(W)의 상하부에 각각 구비되며, 광을 방사하는 LED 방사부(11a)와 이 LED 방사부(11a)에서 방사된 광을 수신하는 광 검출부(12a)는 웨이퍼(W)가 수평 회전하면 웨이퍼의 에지에 형성된 노치(N)를 검출하게 된다. 즉, LED 방사부(11a)에서 방사된 광이 웨이퍼(W)의 에지에 직접 입사되는 경우에는 광 검출부(12a)에 광이 수신되지 않고 웨이퍼의 노치(N) 부분을 LED 방사부(11a)에서 방사된 광이 통과하는 경우에는 광 검출부(12a)에 광이 수신되어 웨이퍼가 정해진 위치에 정렬된다.

그리고 제어부(20)는 이 같은 노치(N) 감지 결과를 전달받아 감지신호를 발생시키게 된다.

이 같은 도 1의 LED 기반 노치 검출 방식에서 광 검출부(12a)에 수신되는 광의 양은 도 2에 도시된 바와 같이 시간에 따라 완만한 사인 곡선을 형성하게 되며 노치(N) 부위에서는 수신되는 광의 양이 급격하게 늘어나게 되어 웨이퍼(W)의 노치(N) 부위를 센싱할 수 있게 된다.

하지만 이 같은 LED 기반 노치 검출 방식은 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면상태나 각각의 포토 레지스트의 반사율 차이 등으로 인해 빛의 산란이 발생하게 되는데 이 같은 빛의 산란(S1, S2)시 광 검출부(12a)에서는 일시적으로 증가된 광을 수신하게 되고 이를 노치(N) 부위로 인식하는 감지 오류를 범하게 된다. 또한 웨이퍼(W)의 고속회전에 따라 웨이퍼의 슬라이딩 발생시에는 웨이퍼가 회전 중심에서 벗어나게 되는데 이 같은 슬라이딩 상태(도 3의 붉은 선)시에는 노치 부위가 검출되지 않으며 수신되는 빛의 양이 커져 정상상태(도 3의 파란 선)에 비해 큰 편차가 발생하게 되지만 LED 기반 노치 검출 방식은 이 같은 웨이퍼의 슬라이딩 상태를 검출할 수는 없었다.

이 같은 빛의 산란에 의한 감지 오류나 웨이퍼의 슬리피지 오류를 제대로 감지하지 못하면 이온화된 빔의 입사각이 틀어져 공정사고를 유발하게 되며 균일한 이온주입을 저해시켜 공정수율이 저하되는 중요한 원인이 되고 있다.

이를 개선하기 위해 도 1의 LED 기반 노치 검출 방식에서 광원을 레이져(Laser)로 변경하는 시도도 있어왔다.

도 4를 참조하면, 레이져 기반 노치 검출 방식에서는 웨이퍼(W)의 에지(edge) 부분에 형성된 노치(N)를 센싱하기 위한 빔 방사부(11b)와 빔 검출부(12b)가 웨이퍼 마운트(10)에 설치된다.

레이져는 LED에 비해 광원의 에너지 밀도가 높아 지향성과 집중도가 우수하고 빛의 산란이 없으며 LED에 비해 좁은 파장을 가지므로 감지 오류가 적다는 장점을 가진다.

이 같은 도 4의 레이져 기반 노치 검출 방식에서도 빔 검출부(12b)에 수신되는 광의 양은 도 5에 도시된 바와 같이 시간에 따라 완만한 사인 곡선을 형성하게 되며 노치(N) 부위에서는 수신되는 빔의 양이 급격하게 늘어나게 되어 웨이퍼(W)의 노치(N) 부위를 센싱할 수 있게 된다.

하지만 이 같은 레이져 기반 노치 검출 방식은 LED 기반 방식과 달리 레이져를 기반으로 동작하기 때문에 빛의 산란으로 인한 노치 감지 오류는 없어졌지만, 도 6에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 슬라이딩에 따른 슬리피지 오류를 제대로 감지하지 못하는 문제점을 여전히 가지고 있었다.

한국특허등록 제10-1141521호

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 웨이퍼의 이온주입 공정에서 노치를 빛의 산란에 의한 감지 오류 없이 정확하게 감지할 수 있도록 하는 웨이퍼 정렬 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 웨이퍼 회전에 따라 웨이퍼가 미끄러져 발생되는 슬리피지 오류도 체크할 수 있는 웨이퍼 정렬 장치를 제공하는데 그 부수적인 목적이 있다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로, 적어도 둘 이상의 레이져 발광부 및 그 수광 센서가 구비되며, 웨이퍼가 안착되어 회전하는 웨이퍼 마운트부; 및 상기 웨이퍼 마운트부에서의 웨이퍼 회전 동작을 제어하며 웨이퍼 마운트부에서 웨이퍼의 노치 위치를 센싱한 결과나 슬리피지 오류 정보를 수신받아 웨이퍼의 회전 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 웨이퍼 마운트부는 상부의 상부 프레임과 하부의 하부 프레임을 구비하며, 상기 상부 프레임의 하측면에는 제 1 레이져 발광부와 제 2 레이져 발광부가 빔 방사 방향이 하측을 항하도록 이격되어 형성되고, 상기 하부 프레임의 하측면에는 제 1 수광 센서와 제 2 수광 센서가 수광 방향이 상측을 항하도록 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제 1 레이져 발광부는 상부 프레임에서 웨이퍼 에지 부위의 수직 상부에 형성되고 빔 방사 방향이 웨이퍼 에지 부위으로 정렬되며, 상기 제 1 수광 센서는 하부 프레임에서 웨이퍼 에지 부위의 수직 하부에 형성되고 수광 방향이 웨이퍼 에지 부위으로 정렬되며, 상기 제 1 수광 센서는 상기 제 1 레이져 발광부로부터 방사된 레이져 빔을 수광하여 웨이퍼의 에지 부분에 형성된 노치를 센싱하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제 2 레이져 발광부는 상부 프레임에서 웨이퍼가 없는 위치의 수직 상부에 형성되고 빔 방사 방향이 웨이퍼 외곽 바깥의 비어있는 부분으로 정렬되며, 상기 제 2 수광 센서는 하부 프레임에서 웨이퍼가 없는 위치의 수직 하부에 형성되고 수광 방향이 웨이퍼 외곽 바깥의 비어있는 부분으로 정렬되며, 상기 제 2 수광 센서는 상기 제 2 레이져 발광부로부터 방사된 레이져 빔을 수광하여 웨이퍼의 슬리피지 오류를 센싱하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼의 이온주입 공정에서 노치를 에러 없이 정확하게 감지할 수 있으며, 이와 동시에 웨이퍼 회전에 따라 웨이퍼가 미끄러져 발생되는 슬리피지 오류를 체크할 수 있어 웨이퍼 품질을 향상시키고 공정효율을 높일 수 있게되는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 종래 LED 기반 노치 검출 방식의 공정도와 이에 따른 감지 신호를 설명하는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 종래 레이져 기반 노치 검출 방식의 공정도와 이에 따른 감지 신호를 설명하는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 장치와 이에 따른 감지 신호를 설명하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 장치는, 웨이퍼(W)가 안착되어 회전하는 웨이퍼 마운트부(100) 및 상기 웨이퍼 마운트부(100)에서의 웨이퍼 회전 동작을 제어하며 웨이퍼 마운트부(100)에서 웨이퍼의 노치 위치를 센싱한 결과나 슬리피지 오류 정보를 수신받아 웨이퍼의 회전 동작을 제어하는 제어부(200)를 포함한다.

상기 웨이퍼 마운트부(100)는 상부의 상부 프레임(110)과 하부의 하부 프레임(120)을 구비하며, 상기 상부 프레임(110)과 하부 프레임(120)의 사이에서 회전 구동부(도시 않음)에 웨이퍼(W)를 안착시켜 회전 구동부의 회전력에 의해 웨이퍼(W)를 고속으로 수평 회전시키게 된다.

여기에서 상기 웨이퍼 마운트부(100)는 반도체 공정의 이온주입 설비에 사용되는 것을 예로 하여 설명될 것이나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 웨이퍼(W)의 회전이 필요한 다양한 반도체 공정에서 활용가능하다.

상기 상부 프레임(110)의 하측면에는 제 1 레이져 발광부(111)와 제 2 레이져 발광부(112)가 빔 방사 방향이 하측을 항하도록 형성된다. 이 제 1 레이져 발광부(111)와 제 2 레이져 발광부(112)는 서로 일정 간격 이격된다.

상기 제 1 레이져 발광부(111)는 웨이퍼(W)의 에지(edge) 부분에 형성된 노치(N)를 센싱하기 위한 레이져 빔을 하부로 방사하게 되며, 이를 위해 상부 프레임(110)에서 웨이퍼(W) 에지 부위의 수직 상부에 형성되며 빔 방사 방향은 웨이퍼(W) 에지 부위으로 정렬된다. 여기에서 웨이퍼(W)의 에지 부위에는 노치(N)가 존재하게 된다.

상기 제 2 레이져 발광부(112)는 웨이퍼(W)의 슬리피지 오류를 센싱하기 위한 레이져 빔을 하부로 방사하게 되며, 이를 위해 상부 프레임(110)에서 웨이퍼(W)가 없는 위치의 수직 상부에 형성되며 빔 방사 방향은 웨이퍼(W) 외곽 바깥의 비어있는 부분으로 정렬된다. 여기에서 제 2 레이져 발광부(112)의 빔 방사 방향은 웨이퍼(W) 외곽 바깥의 비어있는 부분 중에서 웨이퍼(W)와 가장 가까운 위치로 향하는 것이 바람직하다.

상기 하부 프레임(120)의 하측면에는 제 1 수광 센서(121)와 제 2 수광 센서(122)가 수광 방향이 상측을 항하도록 형성된다. 이 제 1 수광 센서(121)와 제 2 수광 센서(122)는 서로 일정 간격 이격된다.

상기 제 1 수광 센서(121)는 상기 제 1 레이져 발광부(111)로부터 방사된 레이져 빔을 수광하여 웨이퍼(W)의 에지 부분에 형성된 노치(N)를 센싱하게 되며, 이를 위해 하부 프레임(120)에서 웨이퍼(W) 에지 부위의 수직 하부에 형성되며 수광 방향은 웨이퍼(W) 에지 부위으로 정렬된다.

상기 제 2 수광 센서(122)는 상기 제 2 레이져 발광부(112)로부터 방사된 레이져 빔을 수광하여 웨이퍼(W)의 슬리피지 오류를 센싱하게 되며, 이를 위해 하부 프레임(120)에서 웨이퍼(W)가 없는 위치의 수직 하부에 형성되며 수광 방향은 웨이퍼(W) 외곽 바깥의 비어있는 부분으로 정렬된다.

상기 제 1 레이져 발광부(111)와 제 2 레이져 발광부(112) 그리고 제 1 수광 센서(121)와 제 2 수광 센서(122)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 웨이퍼 마운트부(100)에는 웨이퍼(W)가 장착되어 고속으로 수평 회전을 하고 있는 상태이다.

이에 따라 상기 제 1 레이져 발광부(111)에서 방사된 레이져 빔은 웨이퍼(W)의 에지 부위에 방사될 것이다. 이렇게 방사된 제 1 레이져 발광부(111)의 레이져 빔이 웨이퍼(W)의 에지에 직접 입사되는 경우에는 제 1 수광 센서(121)에 레이져 빔이 수신되지 않게 된다. 그리고 제 1 레이져 발광부(111)의 레이져 빔이 웨이퍼의 노치(N) 부위에서 통과되면 제 1 수광 센서(121)에 레이져 빔이 수신되며 제어부(20)가 이 같은 노치(N) 감지 결과를 전달받아 노치 감지신호를 발생시키게 된다.

이러한 제 1 레이져 발광부(111)와 제 1 수광 센서(121)에 의한 노치(N) 감지는 종래 LED 기반 노치 검출 방식에서 흔히 발생하는 빛의 산란에 의한 감지 오류(도 3 참조)를 차단할 수 있게 된다. 이는 레이져가 LED에 비해 광원의 에너지 밀도가 높아 지향성과 집중도가 우수하고 빛의 산란이 없으며 LED에 비해 좁은 파장을 가지기 때문이다.

또한 상기 제 2 레이져 발광부(112)에서 방사된 레이져 빔은 웨이퍼(W) 외곽 바깥의 비어있는 부분에 방사될 것이다. 이렇게 방사된 제 2 레이져 발광부(112)의 레이져 빔은 정상 위치에서 웨이퍼(W)가 회전할 때에는 그대로 제 2 수광 센서(122)에 수광될 것이다. 그리고 웨이퍼(W)의 고속회전에 따라 웨이퍼의 슬라이딩 발생시에는 웨이퍼가 회전 중심에서 벗어나 내측(제 2 레이져 발광부(112)측)으로 이동하여 회전하게 되는데 이때에는 제 2 레이져 발광부(112)의 레이져 빔이 제 2 수광 센서(122)에 수광되지 않게 되며 제어부(20)가 이 같은 웨이퍼의 슬라이딩에 따른 슬리피지 오류 감지 결과를 전달받아 슬리피지 오류 신호를 발생시키게 된다.

이러한 제 2 레이져 발광부(112)와 제 2 수광 센서(122)에 의한 슬리피지 오류 감지는 종래 LED 기반이나 레이져 기반의 노치 검출 방식에서 흔히 발생하는 웨이퍼(W)의 슬라이딩 상태(도 3의 붉은 선)를 정확하게 감지하여 웨이퍼(W)의 틀어짐을 즉각 인식할 수 있게 된다.

이 같은 제 1 레이져 발광부(111)와 제 2 레이져 발광부(112) 그리고 제 1 수광 센서(121)와 제 2 수광 센서(122)의 동작을 그래프로 살펴보면 도 8과 같다.

도 8에 도시된 바와 같이 제 1 수광 센서(121)에 수신되는 광의 양은 시간에 따라 완만한 사인 곡선을 형성하게 되며 노치(N) 부위에서는 수신되는 광의 양이 급격하게 늘어나게 되어 웨이퍼(W)의 노치(N) 부위를 센싱할 수 있게 된다. 이때 종래 LED 기반 노치 검출 방식에서 흔히 발생하는 빛의 산란에 의한 감지 오류(도 3 참조)는 발생되지 않는다.

또한 제 2 수광 센서(122)에서 수신되는 광(도 8 그래프의 파란 점선(Outside Laser))은 정상 위치에서 웨이퍼(W)가 회전할 때에는 그대로 제 2 수광 센서(122)에 수광될 것이나, 웨이퍼(W)의 고속회전에 따라 웨이퍼의 슬라이딩 발생시(도 8 그래프의 붉은 선)에는 노치 부위가 검출되지 않으며 수신되는 빛의 양이 커지게 되는데 이를 제 2 수광 센서(122)에서 광이 수신되지 않는 상태로 감지해낼 수 있게 된다. 따라서 웨이퍼(W)의 틀어짐은 즉각 인지될 수 있다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예정 가격 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 웨이퍼 마운트 110 : 상부 프레임
111 : 제 1 레이져 발광부 112 : 제 2 레이져 발광부
120 : 하부 프레임 121 : 제 1 수광 센서
122 : 제 2 수광 센서

Claims (4)

1. 적어도 둘 이상의 레이져 발광부 및 그 수광 센서가 구비되며, 웨이퍼가 안착되어 회전하는 웨이퍼 마운트부; 및
   상기 웨이퍼 마운트부에서의 웨이퍼 회전 동작을 제어하며 웨이퍼 마운트부에서 웨이퍼의 노치 위치를 센싱한 결과나 슬리피지 오류 정보를 수신받아 웨이퍼의 회전 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 웨이퍼 마운트부는 상부의 상부 프레임과 하부의 하부 프레임을 구비하며,
   상기 상부 프레임의 하측면에는 제 1 레이져 발광부와 제 2 레이져 발광부가 빔 방사 방향이 하측을 항하도록 이격되어 형성되고,
   상기 하부 프레임의 하측면에는 제 1 수광 센서와 제 2 수광 센서가 수광 방향이 상측을 항하도록 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제 1 레이져 발광부는 상부 프레임에서 웨이퍼 에지 부위의 수직 상부에 형성되고 빔 방사 방향이 웨이퍼 에지 부위으로 정렬되며,
   상기 제 1 수광 센서는 하부 프레임에서 웨이퍼 에지 부위의 수직 하부에 형성되고 수광 방향이 웨이퍼 에지 부위으로 정렬되며,
   상기 제 1 수광 센서는 상기 제 1 레이져 발광부로부터 방사된 레이져 빔을 수광하여 웨이퍼의 에지 부분에 형성된 노치를 센싱하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 제 2 레이져 발광부는 상부 프레임에서 웨이퍼가 없는 위치의 수직 상부에 형성되고 빔 방사 방향이 웨이퍼 외곽 바깥의 비어있는 부분으로 정렬되며,
   상기 제 2 수광 센서는 하부 프레임에서 웨이퍼가 없는 위치의 수직 하부에 형성되고 수광 방향이 웨이퍼 외곽 바깥의 비어있는 부분으로 정렬되며,
   상기 제 2 수광 센서는 상기 제 2 레이져 발광부로부터 방사된 레이져 빔을 수광하여 웨이퍼의 슬리피지 오류를 센싱하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치.
   

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