KR20190021391A - 엣지 노광 장치 및 방법 - Google Patents

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웬리 탕
강 왕
싱케 랑
지아오젱 젱
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Abstract

엣지 노광 장치 및 방법이 개시된다. 엣지 노광 장치는, 베이스 프레임(1); 상기 베이스 프레임 상에 장착되고, 웨이퍼 상에 엣지 노광 프로세스를 수행하는 엣지 노광 유닛(2); 상기 엣지 노광 프로세스 중 상기 엣지 노광 유닛(2)과 협동하고, 상기 웨이퍼를 센터링 및 배향하기 위한 프리-정렬 유닛(3); 상기 웨이퍼를 저장 및 검출하기 위한 카세트 유닛(4); 상기 웨이퍼를 이송하기 위한 로봇 암(5); 및 상기 유닛들을 제어하기 위한 마스터 제어 유닛(6)을 포함한다. 상기 엣지 노광 유닛(2) 및 상기 프리-정렬 유닛(3)은 공통 작업테이블을 공유하는 엣지 노광 장치. 대안적으로, 프로세스 효율을 향상시키기 위해, 2개의 엣지 노광 유닛(2)들 및 2개의 프리-정렬 유닛(3)들이 포함될 수 있다.

Description

엣지 노광 장치 및 방법
본 발명은 노광 분야에 관항 것이며, 구체적으로는 엣지 노광 장치 및 방법에 관한 것이다.
전기도금은, 양극으로 작용하는 웨이퍼의 엣지와, 음극으로 작용하는 웨이퍼의 센터에 있는 도금 윈도우 사이에 직류가 인가되는, 중요한 백-엔드 IC 패키징 프로세스 중 하나이며, 결과적인 금속 범프들의 높이들은 전류의 크기 및 도금 탱크 내의 도금 용액의 농도를 조정함으로써 제어된다.
포토레지스트(photoresist)의 비전도 특성으로 인해 전기도금 전에 웨이퍼 엣지 근처에서 포토레지스트를 제거해야 한다. 제거될 포토레지스트의 폭은 이전 노광 프로세스의 웨이퍼 엣지 배제(WEE, wafer edge exclusion) 폭에 의존한다. 일반적으로 2개의 그룹들로 나눌 수 있는 많은 전통적인 WEE 방법들이 있다: 화학 WEE 및 엣지 노광. 화학 WEE는 웨이퍼의 포토레지스트 코팅 동안 그 엣지에 용매를 스프레이하여 그 위에 코팅된 포토레지스트를 제거함으로써 수행된다. 이러한 접근법은 긴 프로세스 사이클, 값 비싼 용매로 인한 높은 비용 및 웨이퍼의 중앙 패턴 영역에 분사될 용매의 경향(proneness)과 같은 몇몇 단점들을 가지며, 따라서 패턴 품질을 현저하게 저하시킨다. 엣지 노광 방법에서, 웨이퍼는 회전 테이블 상에 진공 흡수되고, UV 노광 렌즈들의 세트는 웨이퍼의 엣지 위에 배열되고, 각각은 일정한 크기의 균일한 광 스폿을 생성하도록 구성된다. 회전 테이블의 회전은 웨이퍼의 엣지가 노광되게 한다. 화학 WEE에 비해 엣지 노광은 높은 생산성, 낮은 장비 비용 및 쉬운 프로세스 제어와 같은 다양한 이점들을 제공한다.
엣지 노광 동안, 웨이퍼는 랜덤 방식으로 수행되는 이송(transfer) 동안 발생할 수 있는 에러들을 제거하기 위해 회전 테이블 상에 이송된 후에 프리-정렬되며, 웨이퍼의 센터링 및 노치 배향을 달성한다. 센터링은 웨이퍼의 도심(centroid)이 회전 테이블의 도심과 일치하도록 웨이퍼를 이동시키는 프로세스이다. 배향은 웨이퍼의 노치를 미리 결정된 위치에 정렬시키도록 웨이퍼를 회전시키는 프로세스이다. 이러한 프로세스들은 웨이퍼가 고정된 위치에서 노광 테이블 상에 노광되도록 보장한다. 프리-정렬은 엣지 노광 이전에 웨이퍼의 정확한 위치 . 설정이고, 그 정밀도는 전체 웨이퍼 프로세서 장치의 효율에 직접적인 영향을 미친다.
최근에, 프리-정렬 및 엣지 노광에 대한 시장의 요구사항들 및 자동화의 정도들은 점점 더 중요해지고 있다. 프리-정렬 기능들이 스루-홀 웨이퍼들, 뒤틀린 웨이퍼들 및 초박형 웨이퍼들과 같은 다양한 웨이퍼 타입들 뿐만 아니라, 8/12 인치 웨이퍼들을 다루는 데에도 요구된다. 엣지 노광 기능들은, 엣지 노광, 환형 노광, 세그먼트-와이즈(segment-wise) 노광 및 선형 노광과 같은 다중 노광 모드들 뿐만 아니라, 노광 시야(FoV, field of view) 조정 및 노광 에너지 모니터링을 가능하게 한다. 또한, 저가의 웨이퍼 프로세스 장치에 대한 요구가 증가하고 있다.
본 기술분야에서, 웨이퍼 프리-정렬 및 엣지 노광은 일반적으로 넓은 공간을 차지하는 각각의 독립적인 제어 시스템들이 장착된 2개의 개별 장치들을 사용하여 수행된다. 또한, 제어가 필요한 많은 객체들이 있고, 스위칭, 회전, 리프팅 및 센터링 축들을 포함한 모션 축들의 동시 제어가 필요하기 때문에, 관련된 프리-정렬 방법들은 장황하고, 시스템들은 복잡하고, 에너지 소비가 높고, 비용이 많이 든다.
본 발명은 높은 프로세스 효율로 웨이퍼의 프리-정렬 및 엣지 노광이 가능한 구조적으로 컴팩트한 엣지 노광 장치 및 대응하는 엣지 노광 방법을 제공한다.
이를 위해, 여기서 제공된 엣지 노광 장치는 이하를 포함한다: 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임 상에 장착되고, 웨이퍼 상에 엣지 노광 프로세스를 수행하는 엣지 노광 유닛; 상기 엣지 노광 프로세스 중 상기 엣지 노광 유닛과 협동하고, 상기 웨이퍼를 센터링 및 배향하기 위한 프리-정렬 유닛; 상기 웨이퍼를 저장 및 검출하기 위한 카세트 유닛; 상기 웨이퍼를 이송하기 위한 로봇 암; 및 상기 유닛들을 제어하기 위한 마스터 제어 유닛을 포함하고, 상기 엣지 노광 유닛 및 상기 프리-정렬 유닛은 공통 작업테이블을 공유함.
바람직하게는, 상기 엣지 노광 유닛은, 광이 전파하는(propagate) 방향을 따라 배치되는 광원, 광 섬유 케이블, 광 균질기 및 노광 어셈블리를 포함한다.
바람직하게는, 상기 노광 어셈블리는 이하를 포함한다:
수평 X방향 및 Y방향으로 운동의 자유도를 갖는 모션 전환/조정 메커니즘;
상기 모션 전환/조정 메커니즘 상에 장착되는 노광 렌즈 -상기 노광 렌즈는 상기 웨이퍼 상에 상기 엣지 노광 프로세스를 수행함-;
상기 모션 전환/조정 메커니즘 상에 장착되는 절대 광 세기 검출 메커니즘 -상기 절대 광 세기 검출 메커니즘은 노광되는 영역에서 광 세기의 검증 및 확인을 위해 구성됨-;
상기 모션 전환/조정 메커니즘 상에 장착되는 노광 양 측정 메커니즘(exposure dose measuring mechanism) -상기 노광 양 측정 메커니즘은 상기 엣지 노광 프로세스 동안 조도를 모니터링함-; 및
상기 노광 렌즈와 위치 대응하게 배치되는 조리개 전환 메커니즘.
상기 모션 전환/조정 메커니즘은 상기 웨이퍼를 노광 모드 및 프리-정렬 모드 사이에서 전환하고, 상기 웨이퍼의 병진 운동(translational movement)을 가능하게 한다.
바람직하게는, 상기 모션 전환/조정 메커니즘은, 모션 모듈 장착부와, 상기 모션 모듈 장착부 상에 장착되는 평면 모션 모듈과, 상기 평면 모션 모듈에 커플링되는 토라인 어셈블리 및 모듈 어댑터 플레이트를 포함하고, 상기 노광 렌즈는 상기 모듈 어댑터 플레이트 상에 장착되고, 상기 모듈 어댑터 플레이트는 수평 X방향 및 Y방향으로 운동의 자유도를 갖는다.
바람직하게는, 상기 절대 광 세기 검출 메커니즘은, 실린더 어댑터, 전환 실린더, 센서 장착부 및 광 세기 센서를 포함하고, 상기 전환 실린더는 상기 실린더 어댑터를 통해 상기 모션 모듈 장착부에 커플링되고, 상기 광 세기 센서는, 상기 센서 장착부를 통해 상기 전환 실린더에 커플링되고, 상기 노광 렌즈의 시야와 정렬된다.
바람직하게는, 상기 노광 양 측정 메커니즘은, 조정/장착 플레이트, 핀홀, 필터 및 조도 센서를 포함하고, 상기 조도 센서는 상기 조정/장착 플레이트를 통해 상기 모듈 어댑터 플레이트에 고정되고, 상기 핀홀 및 상기 필터는 상기 조정/장착 플레이트 및 상기 조도 센서 사이에 배치된다.
바람직하게는, 상기 조리개 전환 메커니즘은, 상기 모듈 어댑터 플레이트에 고정되게 연결되는 선형 모션 모듈과, 상기 선형 모션 모듈 상에 배치되는 가이드 블록과, 상기 가이드 블록에 커플링되는 마스크 조리개를 포함하고, 상기 마스크 조리개는 상기 노광 렌즈 상에 배치된다.
바람직하게는, 상기 프리-정렬 유닛은, 기계 비전 시스템, 회전 테이블 및 센터링(centering)/배향(orienting) 부재를 포함하고, 상기 회전 테이블은, 상기 센터링/배향 부재 상에 배치되고 상기 웨이퍼를 지지하고, 상기 기계 비전 시스템은 상기 회전 테이블에 대응하는 위치에 있다.
바람직하게는, 2개의 엣지 노광 유닛들 및 2개의 프리-정렬 유닛들이 포함된다.
제공된 엣지 노광 방법은 앞서 정의된 엣지 노광 장치를 사용하고, 이하 단계들을 포함한다: 로봇 암에 의해, 카세트 유닛으로부터 웨이퍼를 꺼내고, 상기 웨이퍼를 프리-정렬 유닛 상에 놓는(place) 단계; 상기 프리-정렬 유닛에 의해, 상기 웨이퍼를 센터링 및 배향하는 단계; 엣지 노광 장치에 의해, 센터링 및 배향된 웨이퍼 상에 엣지 노광 프로세스를 수행하는 단계; 및 상기 노광된 웨이퍼를 제거하는 단계.
바람직하게는, 상기 프리-정렬 유닛에 의해, 상기 웨이퍼를 센터링 및 배향하는 단계는 이하 단계들을 포함한다:
피팅에 의해, 상기 웨이퍼의 원주 엣지를 스캐닝 및 샘플링함으로써 상기 웨이퍼의 도심을 얻는 단계;
피팅에 의해, 상기 웨이퍼의 노치를 위치시키고 샘플링하여, 상기 노치의 중심(center)을 얻는 단계;
회전에 의해, 상기 웨이퍼의 도심으로부터 상기 노치의 중심을 향하는 라인은 양의 X방향과 평행하도록 상기 노치를 미리 결정된 위치로 이동시키고, 상기 웨이퍼의 도심의 오프셋을 결정하는 단계; 및
상기 웨이퍼를 조정함으로써, 상기 웨이퍼의 도심의 오프셋을 보상하는 단계.
바람직하게는, 상기 엣지 노광 장치에 의해, 센터링 및 배향된 웨이퍼 상에 엣지 노광 프로세스를 수행하는 단계에서, 상기 웨이퍼의 표면에 인가된 실제 노광 양은 엣지 노광 잔여 광 수집 및 누적 계산(edge exposure residual light collection and cumulative calculation)에 의해 추정되고, 상기 실제 노광 양은, 상기 엣지 노광 프로세스가 이상을 겪었는지 여부를 결정하기 위한 기초로서 작용하고, 만약 그렇다면 경보(alert)가 발생된다.
본 발명은 종래 기술에 비해 다음과 같은 이점을 제공한다.
1.그것은 자동화 방식으로 온라인으로 조정 가능한 노광 폭을 갖는 특정 영역의 선형 노광뿐만 아니라 환형 또는 세그먼트-와이즈 방식으로 일정한 폭을 갖는 웨이퍼의 엣지 부분의 노광을 허용한다.
2.엣지 노광 유닛은 8인치에서 12인치 크기의 웨이퍼를 이송할 수 있고, 그러한 웨이퍼들을 노광하기 위한 대응하는 모드들 사이에서 자유롭게 전환될 수 있다.
3.실시간 노광 양 모니터링 및 온라인 광 세기 검출을 위한 시스템들이 각각 장착되어 있어, 온라인 검출 및 실시간 모니터링이 가능하다.
4.프리-정렬 유닛 및 엣지 노광 유닛은 공통 작업 테이블(즉, 프리-정렬/노광 테이블)을 공유하며, 구조적 컴팩트화를 가능하게 한다.
5.2개의 프리-정렬 유닛들 및 2개의 엣지 노광 유닛들이 프로세스 효율을 높이기 위해 장착될 수 있다.
도 1은 본 발명의 특정 실시 예에 따른 엣지 노광 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 특정 실시 예에 따른 프리-정렬 유닛의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 특정 실시 예에 따른 엣지 노광 유닛의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 특정 실시 예에 따른 노광 어셈블리의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 특정 실시 예에 따른 모션 전환/조정 메커니즘의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 특정 실시 예에 따른 절대 광 세기 검출 메커니즘의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 특정 실시 예에 따른 노광 양 측정 메커니즘의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 특정 실시 예에 따른 엣지 노광 장치의 수직 배치의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 특정 실시 예에 따른 조리개 전환 메커니즘의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 특정 실시 예에 따른 엣지 노광 장치가 노광 프로세스를 수행하는 모습을 도시하는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 특정 실시 예에 따른엣지 노광 장치의 전체적인 수직 배치의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 특정 실시 예에 따른 엣지 노광 장치의 전체적인 수평 배치의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 특정 실시 예에 따른 엣지 노광 모드를 개략적으로 도시한다.
도 14는 본 발명의 특정 실시 예에 따른 환형 노광 모드를 개략적으로 도시한다.
도 15는 본 발명의 특정 실시 예에 따른 세그먼트-와이즈 노광을 개략적으로 도시한다.
도 16은 본 발명의 특정 실시 예에 따른 선형 노광 모드를 개략적으로 도시한다.
도 17은 본 발명의 특정 실시 예에 따른 엣지 노광 장치가 웨이퍼 프리-정렬 프로세스를 수행하는 방법을 도시한다.
도 18은 본 발명의 특정 실시 예에 따른 엣지 노광 장치에 의해 수행되는 프리-정렬 프로세스의 순서도이다.
도 19는 본 발명의 특정 실시 예에 따른 엣지 노광 방법의 순서도이다.
본 발명의 상기 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련하여 기술된 특정 실시 예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해지고 더 잘 이해될 것이다. 이들 도면은 실시 예를 설명할 때 설명의 용이함 및 명확성의 의도만으로, 매우 단순화된 형태로 제공된다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 엣지 노광 장치를 이하를 포함하는 엣지 노광 장치를 포함한다: 베이스 프레임(1); 베이스 프레임(1) 상에 장착되고, 웨이퍼 상에 엣지 노광 프로세스를 수행하는 엣지 노광 유닛(2); 엣지 노광 프로세스 중 엣지 노광 유닛(2)과 협동하고, 웨이퍼를 센터링 및 배향하기 위한 프리-정렬 유닛(3); 웨이퍼를 저장 및 검출하기 위한 카세트 유닛(4); 웨이퍼를 이송하기 위한 로봇 암(5); 및 유닛들을 제어하기 위한 마스터 제어 유닛(6). 엣지 노광 유닛(2)들 및 프리-정렬 유닛(3)들의 수는 모두 2개이다. 엣지 노광 유닛(2)들 및 프리-정렬 유닛(3)들은 공통 작업테이블(worktable)을 공유한다. 즉, 프리-정렬 유닛(3)들에 의해 사용되는 프리-정렬 테이블과, 엣지 노광 유닛(2)들에 의해 사용되는 노광 테이블은 동일한 작업테이블이다. 이는 구조적 소형화 및 높은 프로세스 효율을 가져온다.
베이스 프레임(1)은 보호 프레임 어셈블리와, 보호 프레임 어셈블리 상에 장착되는 보호 패널 어셈블리와, 상기 2개의 어셈블리들에 의해 구획된 공간 내에 배치되는 연결 플레이트 어셈블리를 포함할 수 있다. 보호 프레임 어셈블리는 전체 시스템의 설치 및 보호를 위한 고정 지지부를 제공하고, 보호 패널 어셈블리와 함께 전체 시스템에 대한 보호, 지원 및 유지 보수 기능을 수행하는 전체 시스템을 위한 보호 모듈을 구성한다.
마스터 제어 유닛(6)은 로봇 암(5), 프리-정렬 유닛(3)들, 엣지 노광 유닛(2)들 및 카세트 유닛(4)들을 포함하는 구성 요소들의 전기적인 제어를 위해 구성된다. 바람직하게는, 마스터 제어 유닛(6)은 콘솔 및 로컬 또는 원격 제어를 가능하게 하는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 사용자는 로컬 콘솔의 사용자 인터페이스를 통해 엣지 노광 장치를 작동 또는 제어하거나, 장치가 설치된 공장 지면 상의 인터페이스에 대한 이더넷 연결을 통해 원격으로 액세스 및 제어할 수 있다. 시스템의 비컨(beacon) 및 폴트 버저(fault buzzer)의 제어는 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있으며, 컴퓨터 시스템은 소프트웨어 제어에 필요한 하드웨어 제어 인터페이스를 제공한다.
계속해서 도 1을 참조하면, 엣지 노광 장치는 전원 공급 유닛(7)을 더 포함할 수 있다. 전원 공급 유닛(7)은 상기 구성 요소들에 대한 전력을 공급하고 시스템의 기본 환경의 안정성을 최대화하기 위해 개별 누설 전류 프로텍터들을 제공하도록 주로 구성된다.
특히, 도 2를 참조하면, 엣지 노광 프로세스에서 엣지 노광 유닛과 협동하고, 웨이퍼를 센터링 및 배향하기 위한 프리-정렬 유닛(3)들은, 특히, 각각 기계 비전 시스템(31, mechanical vision system), 회전 테이블(32) 및 센터링/배향 부재(33)를 포함한다. 기계 비전 시스템(31)은, 피팅에 의해, 웨이퍼의 원주 엣지를 스캐닝 및 샘플링함으로써 웨이퍼의 도심을 얻기 위해, 노치의 거친 위치(coarse location) 및 미세 샘플링(fine sampling)에 의해 웨이퍼의 노치의 중심을 식별하기 위해, LED 광원 및 선형 CCD를 채용할 수 있다. 회전 테이블(32)은 진공 석션(vacuum suction)에 의해 웨이퍼를 보유하도록 구성될 수 있다. 센터링/배향 부재(33)는 X(수평), Z(수직) 및 Rz(Z를 중심으로 회전) 방향의 운동의 자유도를 가질 수 있다. 회전 테이블(32)은 센터링/배향 부재(33)와 함께 작동하여, 웨이퍼의 노치를 원하는 위치에 배향시키고, 회전 테이블(32)로부터 그 중심의 편심을 보상할 수 있다.
도 3을 참조하면, 각각의 엣지 노광 유닛(2)들은 광이 진행하는 방향을 따라 광원(21), 광섬유 케이블(22), 광 균질기(23, light homogenizer) 및 노광 어셈블리(24)를 필수적으로 포함할 수 있다. 광원(21)은 웨이퍼 엣지 노광 프로세스에 대해 요구되는 파장 및 조명 세기를 갖는 광을 제공하는 역할을 한다. 광원의 전원은 제어부에 의해 웨이퍼 표면 상에 원하는 조도를 제공하는 레벨로 조정될 수 있고, 광은 다운스트림 광섬유 케이블(22)의 개구수(numerical aperture)와 매칭되는 개구수로 출력될 수 있다. 상이한 파장 대역들의 광에 대한 필요성을 해결하기 위해, 광원(21)은 본질적으로 365nm, 405nm 및 436nm의 파장의 광을 방출할 수 있다. 광섬유 케이블(22)은 광원으로부터 방사된 광을 소정의 각도 및 원하는 에너지 레벨로 수집하여 수집된 광을 전송하도록 구성된다. 광 균질기(23)는 광을 균질화하여 웨이퍼 표면 상에 조사함으로써 균일한 에너지 분포를 갖는 광 스폿을 생성하도록 한다. 바람직하게는, 본 발명에 따라, 광 균질기(23)는 석영 막대로 선택될 수 있다. 노광 어셈블리(24)는 웨이퍼 엣지 노광 프로세스를 가능하게 하기 위해 웨이퍼 표면의 원하는 영역 상에 조명된 대상물의 이미지를 형성한다.
특히 도 4를 참조하면, 노광 어셈블리(24)는, 노광 모드 전환 및 병진 모션을 위한 모션 전환/조정 메커니즘(200)과, 모션 전환/조정 메커니즘(200) 상에 배치되는 노광 렌즈(100), 절대 광 세기 검출 메커니즘(300), 노광 양 측정 메커니즘(400) 및 조리개 변환 메커니즘(500)을 포함한다.
특히 도 5를 참조하면, 노광 모드 전환 및 병진 모션을 위한 모션 전환/조정 메커니즘(200)은 본질적으로, 모션 모듈 장착부(204); 모션 모듈 장착부(204) 상에 장착되는 평면 모션 모듈(202); 및 평면 모션 모듈(202)에 각각 커플링되는 토라인 어셈블리(203, towline assembly) 및 모듈 어댑터 플레이트(201)를 포함할 수 있다. 노광 렌즈(100)는 모듈 어댑터 플레이트(201) 상에 장착된다.
도 4 및 도 4를 참조하면, 모듈 어댑터 플레이트(201)는 평면 모션 모듈(202)에 의해 구동될 수 있고, X방향 및 Y방향의 운동의 자유도를 가질 수 있다. 구체적으로, 평면 모션 모듈(202)은 모듈 어댑터 플레이터(201)를 구동하여 상이한 크기의 웨이퍼들의 노광에 요구되는 X방향으로의 긴 스트로크 운동들을 수행할 수 있다. 또한, 평면 모션 모듈(202)은 평평한 엣지 노광 및 선형 노광을 가능하게 하기 위해 Y 방향으로의 긴 스트로크를 수행하도록 모듈 어댑터 플레이트(201)를 구동할 수 있다. 특히, 12인치 웨이퍼 노광 모드로부터 8인치 노광 모드로 전환하기 위해, 평면 모션 모듈(202)은 X방향을 따라 소정 위치로 이동하도록 노광 렌즈(100)를 구동할 수 있다. 선형 노광의 경우, 먼저 미리 결정된 시작점으로 이동한 다음 Y방향을 따라 이동하도록 구동될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 절대 광 세기 검출 메커니즘(300)은 실린더 어댑터(304), 스위칭 실린더(303), 센서 장착부(302) 및 광 세기 센서(301)를 포함할 수 있다. 스위칭 실린더(303)는 실린더 어댑터(304)를 통해 모션 모듈 장착부(204)에 커플링된다. 광 세기 센서(301)는 센서 장착부(302)를 통해 전환 실린더(303)에 커플링되어 노광 렌즈(100)의 시야(FoV)와 정렬된다. 광 세기 센서(301)는 상이한 모드들 사이에서 전환하기 위해 스위칭 실린더(303)와 X방향으로 이동할 수 있다. 구체적으로, 노광 모드로부터 검출 모드로 전환하기 위해, 평면 모션 모듈(202)은 노광 렌즈(100)를 미리 결정된 포지션으로 이동시킬 수 있고, 조리개 전환 메커니즘(500)은 마스크 조리개를 최대 FoV에 대응하는 위치로 구동할 수 있다. 전환 실린더(303)는 광 세기 센서(301)를 X방향을 따라 웨이퍼의 타겟 영역 내로 전진시킬 수 있으며, 여기서 광 세기 검증 및 확인을 수행한다. 검출 완료 후, 전환 실린더(303)는 광 세기 센서(301)를 타겟 영역으로부터 X방향으로 비울 수 있고, 노광 렌즈(100)는 X방향 및 Y방향을 따라 평면 모션 모듈(202)을 노광 모드로 다시 전환할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 노광 양 측정 메커니즘(400)은 조정/장착 플레이트(401), 핀홀(402), 필터(403) 및 조도 센서(404)를 포함할 수 있다. 조도 센서(404)는 조정/장착 플레이트(401)를 통해 모듈 어댑터 플레이트(201)에 고정되고, 핀홀(402) 및 필터(403)는 조정/장착 플레이트(401) 및 조도 센서(404) 사이에 배치된다. 노광 양 측정 메커니즘(400)은 노광 렌즈(100)와 함께 이동하여 작은 범위 내에서 조정을 모니터링할 수 있다. 노광 양 측정 메커니즘(400)은 노광 양을 측정하도록 구성되고, 웨이퍼 엣지들과 노광 시야 사이에서(between edges of the wafer and of the exposure field of view) 수평으로 위치한다. 이와 같이, 노광 조도 모니터링은 노광 프로세스 동안 가능하다.
효과적이고 튼튼한 조도 모니터링을 달성하기 위해, 또한 절대 광 세기 측정 메커니즘(300)에 의한 노광 양 측정 메커니즘(400)의 캘리브레이션을 위해서는, 컴퓨터 보상은 통상적으로 노광 양 측정 메커니즘(400)의 측정에도 적용된다. 광 강도 검출 위치(700)를 Z방향의 웨이퍼 노광 위치와 동일 높이로 하기 위해서는, 조도 센서(404)는 광 세기 센서(301) 아래에 배치되어, X방향을 따라 광 세기 센서(301)를 인출한 후, 조도 센서(404)는 여전히 조도 검출 위치에 있으므로, 2개의 측정들이 서로 양립될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 조리개 전환 메커니즘(500)은 모듈 어댑터 플레이트(201)와 고정 연결되는 선형 모션 모듈(503)와, 선형 모션 모듈(503)에 배치된 가이드 블록(502)과, 가이드 블록(502)에 커플링되는 마스크 조리개(501)를 포함할 수 있다. 마스크 조리개(501)는 노광 렌즈(100) 상에 배치된다. 마스크 조리개(501)는 다수의 조리개 구멍(aperture)들을 갖는다. 즉, 본 발명에 따르면, 선형 모션 모듈(503)이 마스크 조리개(501)를 X방향으로 이동시키면, 조리개 구멍들과 노광 렌즈(100)의 시야 사이의 수직 위치 관계가 변화하여, 노광 영역의 크기를 제한하고 맞출 수 있다.
도 10 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 엣지 노광 장치는 8인치 내지 12인치 범위의 상이한 크기의 웨이퍼들의 엣지 노광을 처리하기 위해 노광 영역들 및 이들의 스텝리스 테일러링(stepless tailoring) 사이에서 전환할 수 있다.
도 10, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 8인치 웨이퍼 노광 구성(701)과 12인치 웨이퍼 노광 구성(702) 사이의 전환을 예로 들어 아래에 설명한다.
먼저, 12인치 웨이퍼가 회전 테이블(32) 상에 배치되고, 회전 테이블(32) 상의 12인치 웨이퍼의 프리-정렬을 보장하기 위해, 기계 비전 시스템(31)에 의한 위치 및 검출이 이어진다. 평면 모션 모듈(202)은 12인치 웨이퍼 노광 구성(702)에 대응하는 미리 결정된 위치로 X방향을 따라 노광 렌즈(100)를 전진시킨다. 엣지 노광 시스템은 광원으로부터 광이 광학 시스템에 의해 노광 렌즈(100) 상으로 수직으로 지향되도록 활성화된다. 동시에, 회전 테이블(32)이 회전하여 12인치 웨이퍼의 엣지가 노출된다. 도시된 바와 같이, 노광 렌즈(100)의 FoV는 600으로 표시되고, 12인치 웨이퍼의 엣지의 노광 섹션은 603으로 표시되고, FoV(600) 내의 노광되는 엣지 섹션은 601로 표시되고, 후속하여 노광되는 엣지 섹션은 602로 표시된다. 엣지 노광 프로세스가 완료된 후, 12인치 웨이퍼가 제거된다.
연속적으로, 8인치 웨이퍼는 회전 테이블(32) 상에 놓이고, 평면 모션 모듈은 X방향을 따라 노광 렌즈(100)를 8인치 웨이퍼 노광 구성(701)에 대응하는 위치로 운반한다. 즉, 12인치 웨이퍼 노광 구성(702)은 8인치 웨이퍼 노광 구성(701)으로 전환된다. 그 후, 엣지 노광 시스템이 활성화되고, 회전 테이블(32)이 회전되어 8인치 웨이퍼의 엣지를 노광시킨다.
다음으로 반경 R을 갖는 웨이퍼를 예로 들어, 표 1을 참조하여, 본 발명이 어떻게 선형 노광, 엣지 노광, 환형 노광, 세그먼트-와이즈 노광 등을 포함하는 다중 노광 모드를 가능하게 하는 지에 대한 구체적인 설명이 이어진다.
[표 1]다양한 노광 모드들
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도 13은 표 1과 관련하여, 평면 모션 모듈(202)이 노광 렌즈(100)를 X방향을 따라 노광 렌즈(100) 및 웨이퍼 엣지 사이에서 제어된 거리에 대응하는 미리 결정된 포지션으로 이동시켜, 웨이퍼 엣지가 원하는 폭으로 노광되게 하는 엣지 노광 모드를 도시한다.
도 14는 평면 모션 모듈(202)이 노광 렌즈(100) 및 웨이퍼 센터 사이에 제어된 거리에 대응하여 미리 결정된 위치로 X방향을 따라 노광 렌즈(100)를 구동시키고(즉, 위치 조정), 선형 모션 모듈(503)이 마스크 조리개(501)를 구동하여 적절한 조리개 구멍들 중 하나를 선택하도록(즉, 폭 조정) 하는 환형 노광 모드를 도시한다.
도 15는 평면 모션 모듈(202)이 노광 렌즈(100)를 X방향으로 노광 렌즈(100) 및 웨이퍼 중심 사이에 제어된 거리에 대응한 미리 결정된 위치로 이동시키도록 구동하고(즉, 포지션 조정), 선형 모션 모듈(503)에 의해 마스크 조리개(501)를 이동시킴으로써 조리개 구멍들 중 적절한 하나를 선택하는(즉, 폭 조정) 세그먼트-와이즈 노광 모드를 도시한다. 노광 동안, 회전 테이블(32)은 제어된 각도만큼 웨이퍼를 회전시키고, 광원에 대한 제어부는 노광 시간 제어를 수행한다.
도 16은 평면 모션 모듈(202)이 선형 노광 프로세스를 위한 시작 포인트로 노광 렌즈(100)를 X방향 및 Y방향으로 이동시키고, 선형 모션 모듈(503)에 의해 마스크 조리개(501)를 이동시킴으로써 조리개 구멍들 중 적절한 하나를 선택하는(즉, 폭 조정) 선형 노광 모드를 도시한다. 선형 노관 프로세스가 수행되고, 평면 모션 모듈(202)은 노광 렌즈(100)를 Y방향으로 이동시킨다. 이 선형 노광 모드는 평평한-엣지 노광을 허용한다.
특히, 도 10 내지 도 12를 참조하면, 위에서 보았을 때, 웨이퍼의 엣지들과 노광 시야 사이에서 조도 검출이 수행되어, 노광 프로세스의 실시간 조도 모니터링이 가능해진다. 종래의 시스템들과 비교하여 본 발명에 따라 부가적으로 사용되는 노광 양 측정 메커니즘(400)은 통상의 노광 작동을 보증하고, 작동 동안 조도 조건들의 실시간 검출을 가능하게 한다.
또한, 모듈 어댑터 플레이트(201)는 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 상부 플레이트로부터 수직 방향으로 이격된 계단형 구조이다. 하부 플레이트는 평면 모션 모듈(202)에 고정되고, 상부 플레이트는 노광 렌즈(100), 노광 양 측정 메커니즘(400) 및 조리개 전환 메커니즘(500)이 장착되는 플랫폼을 제공한다. 이는 구조적 단순화와 재료 절감을 가져온다. 조도 센서(404)를 광 세기 센서(301)의 아래에 배치함으로써, 조도 센서(404)에 의한 모니터링에 영향을 미치지 않으면서, 광 세기 검출 포지션을 Z방향으로 웨이퍼 노광 위치에 일치시킬 수 있다. 그 결과, 합리적인 공간 활용이 달성되어 웨이퍼와 관련된 이동 및 노광이 촉진된다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, 본 발명은 엣지 노광 방법을 제공한다. 엣지 노광 방법은 이하 단계들을 포함할 수 있다:
로봇 암(5)에 의해, 카세트 유닛(4)으로부터 웨이퍼를 꺼내고, 웨이퍼를 프리-정렬 유닛(3)의 회전 테이블(32) 상에 놓는 단계;
도 17 및 도 18에 도시된 것처럼, 프리-정렬 유닛(3)에 의해, 웨이퍼를 센터링 및 배향하는 단계 -이 단계는 기계 비전 시스템(31)으로 웨이퍼의 원주 엣지를 스캐닝 및 샘플링함으로써 웨이퍼의 도심(centroid)를 찾는 단계; 기계 비전 시스템(31)으로 웨이퍼의 노치를 미리 위치시키고 미세하게 샘플링하여 노치의 중심을 식별하는 단계; 회전 테이블(32)에 의해, 웨이퍼의 도심으로부터 노치의 중심을 향하는 라인이 X방향을 정의하도록 미리 결정된 위치로 노치를 배향시키는 단계; 및 회전 테이블의 도심으로부터 웨이퍼의 중심의 오프셋들(Δx 및 Δy)를 결정하는 단계를 포함함-;
회전 테이블(32)에 의해 센터링/배향 부재(33)를 Y방향으로 이동시켜 오프셋(Δy)을 보상하는 단계; 및
로봇 암(5)에 의해, 웨이퍼를 픽업하고 이를 X방향으로 이동시켜 오프셋(Δx)을 보상하는 단계.
특히, 로봇 암(5)에 의한 오프셋(Δx)을 보상하는 단계는 이하 단계들을 포함할 수 있다: 오프셋(Δx)을 로봇 암(5)에 통신하는 단계; 및 로봇 암(5)에 의해, 웨이퍼를 거리(m+Δx 또는 m-Δx)만큼 이동시키고 회전 테이블(32) 상에 놓는 단계를 포함하고, 여기서 m은 로봇 암(5)이 웨이퍼를 회전 테이블(32)(즉, 노광 테이블)로 인도하기 전에 규칙적으로 이동해야 하는 일정 거리를 나타낸다.
다음으로, 엣지 노광 유닛(2)은 센터링되고 배향된 웨이퍼에 대해 엣지 노광 프로세스를 수행하고, 노광된 웨이퍼는 로봇 암에 의해 제거된다. 물론, 엣지 노광 프로세스는 웨이퍼가 프리-정렬 유닛에 의해 프리-정렬된 동일한 프리-정렬 테이블(회전 테이블(32)) 상에서 수행된다.
도 19는 엣지 노광 프로세스의 순서도이다.
먼저, 원하는 노광 모드에 대한 원하는 노광 시야를 야기할 수 있는 조리개 구멍들 중 하나가 선택된다.
웨이퍼가 프리-정렬되었는지가 결정된다. 그렇지 않은 경우, 웨이퍼는 프리-정렬된다. 그렇지 않으면, 웨이퍼는 노광 위치로 이송된다.
조도 최적화 및 노광 파리미터들의 계산이 수행된다.
그 후, 웨이퍼의 모든 필요한 세그먼트들이 각각의 사이클에서 노광된다. 물론 이 프로세스의 시작과 끝에서, 노광 제어부의 셔터는 회전 샤프트의 회전과 동기화(synchronization)하여 개폐되도록 각각 제어된다.
그 다음에 노광 렌즈가 앞으로 나아가고, 조도가 원래 수준으로 되돌려져서 노광 과정이 완료된다.
본 발명의 엣지 노광 장치에 의해 수행된 엣지 노광 프로세스에서, 노광 양 제어는 조도, 스캐닝 속도, FoV 및 웨이퍼 크기에 의존한다는 것을 주목해야 한다. 주어진 양은 이하에 따라 파라미터들을 설정하여 얻을 수 있다.
본 발명의 엣지 노광 장치에 의해 수행된 엣지 노광 프로세스에서, 노광 양 제어는 조도, 스캐닝 속도, FoV 및 웨이퍼 크기에 의존한다는 것을 주목해야 한다. 주어진 양은 이하에 따라 파라미터들을 설정하여 얻을 수 있다.
Figure pct00002
여기서, I는 조도를 나타낸다; dl은 FoV 크기를 나타낸다; v는 스캐닝 속도를 나타낸다; W는 웨이퍼 둘레를 나타낸다.
명백하게, 주어진 파라미터들 중에서, 주어진 dDose에 추가하여 , 웨이퍼 크기가 알려져 있고, FoV 크기 l은 일정하다. 따라서, 조도(I)(광원은 여러 레벨들에서 광원의 조도를 감쇠시킬 수 있는 감쇠기들의 세트를 통합함) 및 스캐닝 속도(v)만이 제어 가능한 변수들이다.
실용적인 엣지 노광 프로세스는, 주어진 타겟 양과 일치하는 지 여부와 안정적인지 여부를 액세스하기 위해 웨이퍼 표면 상에 인가된 실제 양을 검출한다. 본 발명의 엣지 노광 장치에 의해 센터링되고 배향된 웨이퍼 상에서 수행되는 엣지 노광 프로세스에서, 노광 경로로부터 스프레이되는 광은 누적적으로 수집될 수 있고, 실제 노광 양을 계산하고 따라서 현재 노광 프로세스가 이상을 겪었는지 여부를 결정하기 위한 기초로서 작용할 수 있다. 그렇다면 경보가 발생할 수 있다. 일반적으로, 동일한 프로세스에 의해 처리된 웨이퍼들의 상이한 배치(batch)들에 대해, 스프레이의 양과 실제 노광 양은 일정하다.
따라서, 임의의 웨이퍼에 대해, 실제 노광 양이 측정될 수 있고, 노광 프로세스 이후에, 실제 및 타겟 양들이 소프트웨어에 의해 비교되어 노광 프로세스가 이상을 겪었는지 여부를 결정할 수 있다. 그렇다면 신속하게 생산 위험을 최소화하기 위해 경보를 발생시킬 수 있다.
또한, 엣지 노광, 세그먼트-와이즈 노광, 환형 노광 또는 선형 노광 모드에서 수행되는 프로세스에서, 노광 제어부에서 셔트의 개폐 중에 딜레이가 발생하기 쉽고, 이는 노광 공정의 시작 또는 종료시에 불충분하거나 과도한 노광을 초래할 수 있다. 노광 프로세스의 개시 및 종료 시에 노광 제어부의 셔터의 개폐와 회전 샤프트의 회전의 동기화(synchronization)를 최대로 하기 위해서는, 다음을 포함하는 노광 제어 방법이 또한 제공된다:
미리 결정된 포인트의 노광 전에, 셔터_온_3_시그마 값(shutter-on 3-sigma value)들을 포함하는 셔터_온_딜레이 기간(shutte_on_delay duration)에서 셔터_온_이네이블 신호(shutter_on_enable signal)를 발하여(issue), 미리 결정된 포인트의 노광의 개시 시 셔터가 확실하게 개방되도록 보장하는 단계; 및 (셔터_온_딜레이 기간 + 노광 기간 -셔터_오프_딜레이 기간)과 동일한 시간의 주기에서 셔터_오프_이네이블 신호를 발하여, 노광 작동의 종료 시 셔터가 확실하게 개방되도록 보장하는 단계;
특히, 다음 단계들이 수행될 수 있다:
1. 초기화 동안 오프셋을 설정하는 단계;
2. 엣지 노광 동안, 셔터가 셔터_온_이네이블 신호에 의해 개방을 시작하도록 트리거되면 노광 양 평가(exposure dose assessment)를 시작하는 단계; 및
3. 셔터가 폐쇄된 후, 노광 양 평가를 종료하고, 이전 주기의 노광 양을 얻는 단계;
이러한 방식으로 모든 노광 주기에 대해 정확한 노광 양을 얻을 수 있다.
당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변경 및 변형을 행할 수 있음은 자명하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 모든 그러한 수정 및 변형을 포함하고자 한다.

Claims (12)

  1. 베이스 프레임;
    상기 베이스 프레임 상에 장착되고, 웨이퍼 상에 엣지 노광 프로세스를 수행하는 엣지 노광 유닛;
    상기 엣지 노광 프로세스 중 상기 엣지 노광 유닛과 협동하고, 상기 웨이퍼를 센터링 및 배향하기 위한 프리-정렬 유닛;
    상기 웨이퍼를 저장 및 검출하기 위한 카세트 유닛;
    상기 웨이퍼를 이송하기 위한 로봇 암; 및
    상기 유닛들을 제어하기 위한 마스터 제어 유닛;
    을 포함하고,
    상기 엣지 노광 유닛 및 상기 프리-정렬 유닛은 공통 작업테이블을 공유하는 엣지 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엣지 노광 유닛은, 광이 전파하는 방향을 따라 배치되는 광원, 광 섬유 케이블, 광 균질기 및 노광 어셈블리를 포함하는 엣지 노광 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 노광 어셈블리는,
    수평 X방향 및 Y방향으로 운동의 자유도를 갖는 모션 전환/조정 메커니즘;
    상기 모션 전환/조정 메커니즘 상에 장착되는 노광 렌즈 -상기 노광 렌즈는 상기 웨이퍼 상에 상기 엣지 노광 프로세스를 수행함-;
    상기 모션 전환/조정 메커니즘 상에 장착되는 절대 광 세기 검출 메커니즘 -상기 절대 광 세기 검출 메커니즘은 노광되는 영역에서 광 세기의 검증 및 확인을 위해 구성됨-;
    상기 모션 전환/조정 메커니즘 상에 장착되는 노광 양 측정 메커니즘 -상기 노광 양 측정 메커니즘은 상기 엣지 노광 프로세스 동안 조도를 모니터링함-; 및
    상기 노광 렌즈와 위치 대응하게 배치되는 조리개 전환 메커니즘;
    을 포함하고,
    상기 모션 전환/조정 메커니즘은 상기 웨이퍼를 노광 모드 및 프리-정렬 모드 사이에서 전환하고, 상기 웨이퍼의 병진 운동을 가능하게 하는 엣지 노광 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모션 전환/조정 메커니즘은, 모션 모듈 장착부와, 상기 모션 모듈 장착부 상에 장착되는 평면 모션 모듈과, 상기 평면 모션 모듈에 커플링되는 토라인 어셈블리 및 모듈 어댑터 플레이트를 포함하고,
    상기 노광 렌즈는 상기 모듈 어댑터 플레이트 상에 장착되고,
    상기 모듈 어댑터 플레이트는 수평 X방향 및 Y방향으로 운동의 자유도를 갖는 엣지 노광 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 절대 광 세기 검출 메커니즘은, 실린더 어댑터, 전환 실린더, 센서 장착부 및 광 세기 센서를 포함하고,
    상기 전환 실린더는 상기 실린더 어댑터를 통해 상기 모션 모듈 장착부에 커플링되고,
    상기 광 세기 센서는, 상기 센서 장착부를 통해 상기 전환 실린더에 커플링되고, 상기 노광 렌즈의 시야와 정렬되는 엣지 노광 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 노광 양 측정 메커니즘은, 조정/장착 플레이트, 핀홀, 필터 및 조도 센서를 포함하고,
    상기 조도 센서는 상기 조정/장착 플레이트를 통해 상기 모듈 어댑터 플레이트에 고정되고,
    상기 핀홀 및 상기 필터는 상기 조정/장착 플레이트 및 상기 조도 센서 사이에 배치되는 엣지 노광 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 조리개 전환 메커니즘은, 상기 모듈 어댑터 플레이트에 고정되게 연결되는 선형 모션 모듈과, 상기 선형 모션 모듈 상에 배치되는 가이드 블록과, 상기 가이드 블록에 커플링되는 마스크 조리개를 포함하고,
    상기 마스크 조리개는 상기 노광 렌즈 상에 배치되는 엣지 노광 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리-정렬 유닛은, 기계 비전 시스템, 회전 테이블 및 센터링/배향 부재를 포함하고,
    상기 회전 테이블은, 상기 센터링/배향 부재 상에 배치되고 상기 웨이퍼를 지지하고,
    상기 기계 비전 시스템은 상기 회전 테이블에 대응하는 위치에 있는 엣지 노광 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    2개의 엣지 노광 유닛들 및 2개의 프리-정렬 유닛들을 포함하는 엣지 노광 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 엣지 노광 장치를 사용하는 엣지 노광 방법에 있어서,
    로봇 암에 의해, 카세트 유닛으로부터 웨이퍼를 꺼내고, 상기 웨이퍼를 프리-정렬 유닛 상에 놓는 단계;
    상기 프리-정렬 유닛에 의해, 상기 웨이퍼를 센터링 및 배향하는 단계;
    엣지 노광 장치에 의해, 센터링 및 배향된 웨이퍼 상에 엣지 노광 프로세스를 수행하는 단계; 및
    상기 노광된 웨이퍼를 제거하는 단계;
    를 포함하는 엣지 노광 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프리-정렬 유닛에 의해, 상기 웨이퍼를 센터링 및 배향하는 단계는,
    피팅에 의해, 상기 웨이퍼의 원주 엣지를 스캐닝 및 샘플링함으로써 상기 웨이퍼의 도심을 얻는 단계;
    피팅에 의해, 상기 웨이퍼의 노치를 위치시키고 샘플링하여, 상기 노치의 중심을 얻는 단계;
    회전에 의해, 상기 웨이퍼의 도심으로부터 상기 노치의 중심을 향하는 라인은 양의 X방향과 평행하도록 상기 노치를 미리 결정된 위치로 이동시키고, 상기 웨이퍼의 도심의 오프셋을 결정하는 단계; 및
    상기 웨이퍼를 조정함으로써, 상기 웨이퍼의 도심의 오프셋을 보상하는 단계;
    를 포함하는 엣지 노광 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 엣지 노광 장치에 의해, 센터링 및 배향된 웨이퍼 상에 엣지 노광 프로세스를 수행하는 단계에서,
    상기 웨이퍼의 표면에 인가된 실제 노광 양은 엣지 노광 잔여 광 수집 및 누적 계산에 의해 추정되고,
    상기 실제 노광 양은, 상기 엣지 노광 프로세스가 이상을 겪었는지 여부를 결정하기 위한 기초로서 작용하고, 만약 그렇다면 경보가 발생되는 엣지 노광 방법.
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