KR20060027697A

KR20060027697A - 복수개의 간섭계시스템을 이용한 웨이퍼 정렬 장치

Info

Publication number: KR20060027697A
Application number: KR1020040076611A
Authority: KR
Inventors: 강현우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2006-03-28

Abstract

본 발명은 복수개의 간섭계시스템(multiple interferometer system)을 이용하여 보다 정확하게 웨이퍼를 정렬시키는 웨이퍼 정렬 장치에 관한 것이다.

본 발명은, XY 구동수단에 의해 X축 및 Y축 방향으로 수평 이동가능한 스테이지와 상기 스테이지의 상단에 설치되는 척과 상기 스테이지의 X축과 Y축에 대해 배치되는 복수개의 간섭계시스템 및 상기 간섭계시스템들로부터 스테이지의 위치값을 받아 기준값과 비교하여 보정값을 산출하고 상기 구동수단으로 위치이동값을 출력하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 복수개로 간섭계시스템을 배치함으로써 보다 정확한 웨이퍼의 위치를 측정할 수 있다. 또한 복수개로 설치된 간섭계시스템 중 어느 하나가 파손되더라도 다른 나머지 하나로 웨이퍼 정렬 장치가 구동되도록 함으로써, 유지 보수에 따른 공정 지연을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

반도체, 간섭계, 웨이퍼 정렬 장치

Description

복수개의 간섭계시스템을 이용한 웨이퍼 정렬 장치{Apparatus for Aligning Wafer Using Mutiple Interferometer Systems}

도 1은 종래의 웨이퍼 정렬 장치를 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 장치의 개략도이다.

도 3a와 도 3b는 간섭계시스템을 통한 스테이지의 위치와 방향을 측정하는 원리를 나타내기 위해 도시한 도면이다.

도 4는 제어수단에서의 제어흐름을 나타낸 순서도이다.

< 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 >

11, 111 : 스테이지,

12, 112 : 척,

113 : 제어수단

115, 116, 117, 118 : 간섭계시스템

본 발명은 반도체 제조 및 검사공정에 사용되는 웨이퍼 정렬 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 간섭계시스템(multiple interferometer system)을 이용하여 보다 정확하게 웨이퍼의 위치를 감지하고 웨이퍼를 정렬시키는 웨이퍼 정렬 장치에 관한 것이다.

반도체 공정에 있어서, 포토공정(photo process)이나 검사공정 등에는 웨이퍼(wafer)를 정렬하는 장치가 흔히 사용된다. 웨이퍼의 위치를 측정하고 이를 정렬하는데 사용되는 웨이퍼 정렬 장치는 공정처리 및 검사의 신뢰성 확보를 위해 정확한 웨이퍼의 위치를 제공하는 것이 필수적이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 종래의 웨이퍼 정렬 장치의 예를 살펴보고 그 문제점에 대해 알아보기로 한다.

도 1은 종래의 웨이퍼 정렬 장치를 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면 종래의 웨이퍼 정렬 장치는 XY축으로 수평이동가능한 스테이지(11)와 스테이지 상단에 고정되어 설치되며 웨이퍼(미도시)를 올려놓는 척(12)과 두개의 간섭계 시스템(19, 20)으로 구성되어 있다. X축 방향에 대한 스테이지의 위치를 측정하는 X축 간섭계시스템(19)은 두개의 간섭계(14, 15)와 반사경부(13)로 이루어져 있고, Y축 방향에 대한 스테이지의 위치를 측정하는 Y축 간섭계시스템(20)은 두개의 간섭계(17, 18)와 반사경부(16)로 이루어져 있다. 즉 종래의 웨이퍼 정렬장치에는 스테이지(11)의 X축과 Y축 각각에 대응하는 한쪽 측면에만 간섭계시스템이 설치되어 있다.

종래의 웨이퍼 정렬 장치에 의하면 스테이지(11)의 XY방향 각각 한쪽으로만 간섭계시스템이 배치되어 어느 하나의 간섭계시스템에서 오차가 생길 경우 이를 보상할 기회가 없어 고도의 정밀도가 요구되는 웨이퍼 정렬 장치에 있어 정밀도가 떨 어지는 문제가 있다.

또한 상기의 간섭계시스템 중 어느 하나가 고장 등에 의해 작동 불능이 될 경우 웨이퍼 정렬을 수행할 수 없어 웨이퍼 정렬 장치의 가동이 중단된다. 따라서 이에 대한 유지 보수에 따른 시간만큼 공정 지연의 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 복수개의 간섭계시스템을 각 축에 대해 배치함으로써 보다 정확한 웨이퍼의 위치를 측정하는 웨이퍼 정렬 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한 본 발명은 복수개로로 설치된 간섭계시스템 중 어느 하나가 파손되더라도 다른 나머지 하나로 웨이퍼 정렬 장치가 구동되도록 함으로써, 유지 보수에 따른 공정 지연을 최소화할 수 있는 웨이퍼 정렬 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, XY 구동수단에 의해 X축 및 Y축 방향으로 수평 이동가능한 스테이지와 상기 스테이지의 상단에 설치되는 척과 상기 스테이지의 X축과 Y축에 대해 배치되는 복수개의 간섭계시스템 및 상기 간섭계시스템들로부터 스테이지의 위치값을 받아 기준값과 비교하여 보정값을 산출하고 상기 구동수단으로 위치이동값을 출력하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 간섭계시스템은 스테이지의 중심에 대해 양쪽으로 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제어수단은 상기 복수개의 간섭계시스템으로부터 스테이지의 위치값을 받아 기준값과 비교하여 보정값을 산출한 후, 상기 보정값들이 전부 허용범위내이면 당해 보정값들을 평균하여 스테이지의 위치 이동값을 산출하고, 상기 보정값들 중 하나가 허용범위밖이면 다른 허용범위내의 값으로 스테이지의 위치 이동값을 산출하여, 상기 산출된 위치이동값을 상기 구동수단에 출력하는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예가 이하에서 개시되는 실시예에 한정할 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.

도 2를 참조하면, 본 발명은 XY 구동수단(114)에 의해 X축 및 Y축 방향으로 수평 이동가능한 스테이지(111)와 상기 스테이지의 상단에 설치되는 척(112)과 네개의 간섭계시스템(115, 116, 117, 118) 및 제어수단(113)을 포함한다.

구동수단(114)은 제어수단(113)으로부터 위치이동값을 입력받아 스테이지(111)를 XY 평면으로 수평 이동하도록 함으로써, 보정된 위치로 웨이퍼를 이동 및 회전시킴으로써 웨이퍼를 정밀하게 정렬시키기 위해 사용된다. 도면에 도시되지는 않았지만 구동수단(114)으로는 일반적으로 모터가 사용된다. 또한 구동의 정밀도를 높이기 위해 장행정(long stroke) 모터와 단행정(short stroke) 모터로 구성될 수 있다.

척(112)은 스테이지(111) 상단에 고정되어 설치되며, 척(112)의 상단에는 위치측정 및 정렬을 필요로 하는 웨이퍼(미도시)가 장착된다.

간섭계시스템(115, 116, 117, 118)은 스테이지의 X축과 Y축에 대해 복수개로 배치된다. 즉 스테이지의 각 위치와 기울어짐에 대해 중복된 여러개의 위치측정값을 얻을 수 있도록 간섭계시스템을 배치한다. 본 실시예에서는 간섭계시스템을 스테이지의 중심에 대해 양쪽으로 배치함으로써 모두 네개의 간섭계시스템을 사용하고 있다.

X축 방향에 대한 스테이지의 위치를 측정하는 X축 간섭계시스템은 스테이지(111)의 Y축에 대해 양쪽으로 두개의 간섭계시스템(115, 116)이 배치된다. 일측의 간섭계시스템(115)은 세개의 간섭계(211, 212, 213)와 이에 대응하는 반사경부(214)로 이루어져 있고, 타측의 간섭계시스템(116)도 세개의 간섭계(215, 216, 217)와 이에 대응하는 반사경부(218)로 이루어져 있다.

Y축 방향에 대한 스테이지의 위치를 측정하는 Y축 간섭계시스템도 마찬가지로 스테이지(111)의 X축에 대해 양쪽으로 두개의 간섭계시스템(117, 118)이 배치된다. 일측의 간섭계시스템(117)은 세개의 간섭계(311, 312, 313)와 이에 대응하는 반사경부(314)로 이루어져 있고, 타측의 간섭계시스템(118)도 세개의 간섭계(315, 316, 317)와 이에 대응하는 반사경부(318)로 이루어져 있다.

간섭계시스템의 구성 및 원리는 모두 동일한 것이 바람직하다. 이하에서는 X축에 대한 일측의 간섭계시스템(115)을 예로 들어 간섭계시스템의 구성 및 원리를 설명한다.

하나의 간섭계시스템(215)은 세개의 간섭계(211, 212, 213)와 반사경부(214)로 구성된다.

세개의 간섭계 중 두개의 간섭계(211, 213)는 XY면에 대해 평행하게 배치하고, 나머지 하나의 간섭계(212)는 상기 XY평면상으로부터 Z 방향으로 이격되어 설치하는 것이 바람직하다. 만약 X축 및 Y축에 대한 스테이지(111)의 기울어짐을 측정할 필요가 없다면 Z축으로 이격된 간섭계(212)를 제거할 수 있다. 세개의 간섭계(211, 212, 213)는 스테이지(111)와 소정 간격으로 이격되어 설치되어야 하며 적어도 스테이지(111)의 이동 거리 이상 이격되는 것이 바람직하다.

각각의 간섭계는 빛이 조사되는 발광부와 빛이 입사되는 수광부로 이루어져 있다. 간섭계의 발광부에서 조사된 빛이 스테이지의 XY평면에 대해 평행하도록 간섭계를 배치하는 것이 바람직하다. 일반적으로 간섭계는 발광부에서 조사된 빛이 반사경부를 통해 반사되어 수광부로 입사되면 그 입사된 방향에 따라서 간섭계와 스테이지간의 거리를 측정한다. 이러한 간섭계의 구조에 대해서는 잘 알려져 있으므로 그 설명은 생략한다.

간섭계의 발광부에서 조사된 빛이 반사되어 수광부로 입사되기 위해 반사경부가 필요하다. 반사경부(214)는 스테이지(111)에 고정되도록 설치하는 것이 바람 직하며, 반사경부(214)의 반사면은 간섭계의 발광부에서 조사된 빛의 방향과 대략 수직인 것이 바람직하다. 본 실시예에서 반사경부(214)는 스테이지(111)의 측면에 배치하였으나 필요에 따라 스테이지(111) 상단에 배치할 수도 있다.

도 3a는 X 방향으로의 거리와 Z축에 대한 기울어짐을 측정하는 원리를 나타낸다. XY 평면상에서 거리 l 만큼 떨어진 두개의 간섭계(211, 213)는 서로 평행하게 빛을 조사하여 간섭계와 반사경부(214) 사이의 거리를 측정한다. 스테이지(111)가 각도

만큼 기울어져 있다면 간섭계(211, 213)의 측정 거리 사이에는 △x 만큼의 차이가 발생한다. 따라서 스테이지의 Z축에 대한 기울어짐

는 다음 식으로 부터 구할 수 있다.

도 3b는 X 방향으로의 거리와 Y축에 대한 기울어짐을 측정하는 원리를 나타낸다. XZ 평면상에서 거리 m 만큼 떨어진 두개의 간섭계 (211, 212)는 서로 평행하게 빛을 조사하여 간섭계와 반사경부(214) 사이의 거리를 측정한다. 스테이지(111)가 각도

만큼 기울어져 있다면 간섭계(211, 212)의 측정 거리 사이에는 △z 만큼 의 차이가 발생한다. 따라서 스테이지의 Y축에 대한 기울어짐

는 다음 식으 로부터 구할 수 있다.

이하에서는 간섭계시스템으로부터 입력된 위치 정보를 이용하여 제어수단을 통하여 웨이퍼 정렬을 수행하는 원리를 설명한다.

제어수단(113)은 상기 간섭계시스템들(115, 116, 117, 118)로부터 스테이지(111)의 위치값을 받아 기준값과 비교하여 보정값을 산출하고 상기 구동수단(114)으로 위치이동값을 출력하는 기능을 수행한다.

도 4는 제어수단에서의 제어흐름을 나타낸 순서도이다.

각각의 간섭계시스템(115, 116, 117, 118)은 각 축에 대한 스테이지와의 거리와 기울어짐을 측정하여 위치정보를 제어수단(113)에 입력한다.(S1) Y축에 대칭으로 설치된 간섭계시스템(115, 116)은 각각 X 방향에 대한 거리, Z축에 대한 기울어짐, Y축에 대한 기울어짐을 측정한다. X축에 대칭으로 설치된 간섭계시스템(117, 118)은 각각 Y 방향의 거리, Z 축에 대한 기울어짐, X 축에 대한 기울어짐을 측정한다.

제어수단(113)은 상기 입력값을 기준값과 비교하여 스테이지의 위치 보정값을 산출하고(S2), 상기 산출된 위치 보정값이 허용범위내인지 판단한다.(S3)

판단결과 상기 보정값들이 전부 허용범위내이면 상기 입력값들은 간섭계시스템이 정상적으로 작동하여 측정한 값이므로 당해 보정값들을 평균하여 스테이지의 위치 이동값을 산출한다.(S4)

판단결과 상기 보정값들 중 하나가 허용범위밖이면 간섭계시스템이 고장 내지 오류로 인하여 잘못된 값을 측정한 것이므로 이 값을 버리고 다른 허용범위내의 값으로 스테이지의 위치 이동값을 산출한다.(S5)

마지막으로 상기 산출된 위치 보정값으로 구동수단(114)에 위치이동값을 출력하여 스테이지(111)를 이동시킨다.(S6)

즉, 본 발명에 의하면 X축과 Y축에 대해 복수개로 간섭계시스템을 설치함으로써 스테이지의 위치와 기울어짐에 대해 복수개의 값을 얻는다. 측정 오차를 고려할 때 각 값은 동일하지는 않을 것이므로, 제어수단에서 이를 평균함으로써 측정 오차를 최소화할 수 있으며, 이렇게 구해진 값을 이용하여 스테이지를 구동하면 보다 정확하게 원하는 위치에 웨이퍼를 정렬시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 간섭계시스템이 스테이지 양쪽에 복수개로 설치되어 있으므로, 어느 한쪽의 간섭계시스템이 작동 불능이 되더라도 다른 쪽의 간섭계시스템에 의해 스테이지의 위치와 기울어짐을 측정할 수 있으므로 웨이퍼 정렬 장치를 계속 가동할 수 있다. 따라서 유지 보수에 따른 공정지연의 방지와 작업의 편의를 도모할 수 있다.

본 발명에 의하면, 복수개로 간섭계시스템을 배치함으로써 보다 정확한 웨이퍼의 위치를 측정할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 복수개로 설치된 간섭계시스템 중 어느 하나가 파손 되더라도 다른 나머지 하나로 웨이퍼 정렬 장치가 구동되도록 함으로써, 유지 보수에 따른 공정 지연을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims

XY 구동수단에 의해 X축 및 Y축 방향으로 수평 이동가능한 스테이지;

상기 스테이지의 상단에 설치되는 척;

상기 스테이지의 X축과 Y축에 대해 배치되는 복수개의 간섭계시스템; 및

상기 간섭계시스템들로부터 스테이지의 위치값을 받아 기준값과 비교하여 보정값을 산출하고 상기 구동수단으로 위치이동값을 출력하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치
제 1항에 있어서,

상기 간섭계시스템은 스테이지의 중심에 대해 양쪽으로 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치
제 1항에 있어서,

상기 제어수단은 상기 복수개의 간섭계시스템으로부터 스테이지의 위치값을 받아 기준값과 비교하여 보정값을 산출한 후,

상기 보정값들이 전부 허용범위내이면 당해 보정값들을 평균하여 스테이지의 위치 이동값을 산출하고,

상기 보정값들 중 하나가 허용범위밖이면 다른 허용범위내의 값으로 스테이지의 위치 이동값을 산출하여,

상기 산출된 위치이동값을 상기 구동수단에 출력하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬 장치