KR20070007946A - 간소화된 웨이퍼 얼라이먼트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 툴 내에서 웨이퍼를 얼라이먼트하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 하나 이상의 양상은 웨이퍼 상의, 얼라이먼트 노치와 같은 얼라이먼트 마킹을 빨리 효율적으로 찾아서 웨이퍼가 얼라이먼트 툴 내에서 바람직하게 방향 지어지도록 하는 것에 관련된 것이다. 종래 시스템과는 달리, 노치는 웨이퍼를 단단히 유지하고 돌리거나 회전시킬 필요 없이 위치된다. 고려할 수 있는 후방 오염에 대한 노출은 이로써 완화되어 웨이퍼를 얼라이먼트하는 것에 관련된 복잡성 및/또는 비용이 감소된다.

반도체 제조 툴, 웨이퍼, 노치, 얼라이먼트 마킹, 샤프트, 슬리브, 제어기, 로봇팔, 클램프

Description

간소화된 웨이퍼 얼라이먼트{SIMPLIFIED WAFER ALIGNMENT}

본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것이고 특히 웨이퍼 얼라이먼트(alignment)를 간소화하는 기술에 관한 것이다.

반도체 제조에 사용되는 웨이퍼는 전형적으로 벌크 실리콘과 같은 결정 재료로부터 형성된다. 특히, 볼리스(boules)라 공지된 매우 특정한 유형의 단결정 실리콘은 긴 길이로 자라서 그로부터 얇은 조각(예컨대, 웨이퍼)으로 잘린다. 웨이퍼의 결정 구조는 반도체 디바이스를 형성하는데 유리한데, 그것이 디바이스의 전기적인 특성에 관하여 제어를 용이하게 하고 전체 반도체 재료 도처에 동일한 전기적인 성능을 나타내기 때문이다. 게다가, 디바이스 성능을 감소시키는 불순물이 재료의 원자 구조의 불규칙성에 관하여 수집하도록 의도되기 때문에, 결정 구조의 규칙성이 매우 예측할 수 있는 디바이스 성능 및 수율을 제공한다.

실리콘 웨이퍼 상에 반도체 디바이스를 형성할 때, 웨이퍼는 일반적으로 여러 제조 단계를 거친다. 결과적으로, 웨이퍼는 한번 이상 여러 반도체 프로세싱 툴을 통과한다. 하나의 이런 툴은 이온 주입기이다. 이온 주입기는 선택적으로 도판트(dopant) 재료의 이온으로 웨이퍼 영역에 충격을 가하는데 사용된다. 이온은 웨이퍼에 침투하여 그의 구성을 바꾸므로, 웨이퍼의 영역에 특정한 전기적인 특성을 제공하는데, 이는 트랜지스터와 같은 임의의 반도체 디바이스를 웨이퍼 상에서 만드는데 유용할 수 있다.

프로세싱 툴에 관련된 웨이퍼의 방향 지정(orientation)이 중요할 수 있다는 것이 인식될 수 있다. 이온 주입기에 관하여, 예컨대, 도판트 이온의 빔을 갖는 웨이퍼를 "얼라이먼트"하여 소수의 이온이 웨이퍼의 격자 구조에 부딪힘으로써 웨이퍼나 기판에 상대적으로 깁게 주입되는 것이 바람직할 수 있다. 선택적으로, 웨이퍼가 다소 "얼라이먼트되지 않아서" 몇몇 이온이 격자 구조에 부딪히고 차단됨으로써 느려지거나 반사되는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예에서, 적합하지 않은 얼라이먼트는 희망하지 않는 (예컨대, 너무 적거나 너무 많은) 정도의 채널링(channeling)을 할 수 있다. 게다가, 명목상의 격자 방향으로부터 편향 및 웨이퍼 상에 형성된 디멘션(dimensions)의 특징은 새도우잉(shadowing)에 영향을 미칠 수 있고, 역으로 주입 프로세스 및 결과적인 반도체 디바이스에 충격을 가할 수 있다.

따라서, 웨이퍼는 일반적으로 그들의 격자 구조의 몇몇 표시를 프로세스 한다. 예를 들어, 웨이퍼는 항상 1,0,0과 같은 Miller Index 데이터로 표시되는데, 이는 기계 가공 즉, 웨이퍼의 절단 표면에 관하여 웨이퍼의 명목적인 격자 구조의 표시이다. 웨이퍼는 또한 웨이퍼 결정의 축을 나타내는 특징을 갖는 것이 전형적이다. 이런 특징은 종종 웨이퍼의 외부 경계선을 따라 노치(notch) 또는 편평한 모서리이다. 특징의 수 및 서로 관련된 방향은 웨이퍼의 결정 유형을 나타내는데 사용되고 반도체 장비 및 재료 협회(semiconductor equipment and materials international: SEMI) 사양에 의해 제어된다. 더 큰 웨이퍼 크기(예컨대, 200mm 및 300mm)는 일반적으로 편평한 엣지보다는 노치 상에서 표준화했다.

다수의 상업적인 얼라이너가 사용 가능하고 일반적으로 로봇에 의해 얼라이너 상에 웨이퍼를 위치시킴으로써 동작한다. 웨이퍼가 회전하도록 하는 몇몇 메커니즘에 의해서 웨이퍼가 캡처 (capture)된다. 이런 회전은 여러 유형의 센서를 통해서 웨이퍼의 경계선을 통과하는데 사용되어 노치를 위치시킨다. 웨이퍼를 캡처하는 종래 방법은 웨이퍼 중앙에 위치된 진공 척(vacuum chuck)을 사용하는 것이다. 그러나 대부분의 시스템은 진공에서 동작하기 때문에, 웨이퍼를 진공을 통해 캡처하는 것이 또한 어려울 수 있다. 부가적으로, 하나 이상의 웨이퍼가 제조 프로세스 동안에 동일하거나 다른 툴을 여러 번 통과해야만 할 수 있기 때문에 후방 오염이 문제될 수 있다. 이는 다수의 재얼라이먼트를 요구할 수 있어서 입자와 같은 오염물이 웨이퍼의 후방 및 얼라이너에게 전송될 수 있다. 이런 오염물은 역으로 연속적인 프로세싱에 영향을 미칠 수 있고, 장치 성능을 매우 감소시킬 수 있다.

따라서, 엣지 그립 얼라이너(edge grip aligner)가 또한 사용되고 있다. 엣지 그립 얼라이너는 후방 오염이 감소시키는 이점을 갖지만, 스캔되는 웨이퍼의 에지를 간섭하는 단점이 있다. 몇몇 경우에, 노치를 위치시키는 것은 여러 위치에서 재-클램핑을 필요로 하므로, 처리량을 감소시킨다. 일단, 노치가 위치되면, 웨이퍼는 일반적으로 노치에 관련된 소정의 방향으로 다시 회전된다. 전형적으로, 이런 방향은 얼라이너에 전달되는 값이고, 프로세스 조건에 따라 일괄적으로 변할 수 있다.

종래 얼라이너는 또한 센터링 캐퍼빌러티(centering capability)를 제공할 수 있다. 예컨대, 센터링 링은 웨이퍼가 로봇에 의해 얼라이너 상에 위치된 후에 웨이퍼를 기계적으로 중심에 오도록 조정하도록 작용할 수 있다. 다른 얼라이너는 얼라이먼트 프로세스 동안에 웨이퍼를 중심에 위치시킬 수 있고 확실한 중심 위치를 제공한다. 그럼에도, 노치가 위치되고 웨이퍼가 중심이 발견된 후에, 동일하거나 다른 로봇이 (예컨대, 웨이퍼 중앙인 새로운 위치에서 웨이퍼를 골라잡음으로써) 웨이퍼를 회수하여 그것을 제조 툴로 처리할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 웨이퍼 손상 및 후방 오염, 웨이퍼를 유지하고 처리하는 어려움, 및 웨이퍼를 중신에 오도록 조정하고 노치를 위치시키며 웨이퍼를 다시 방향 지정하는 것에 관련된 긴 순환 횟수가 얼라이먼트 시스템에서 개선을 위해 룸을 떠난다.

다음은 본 발명의 여러 양상에 대한 기본적인 이해를 위해서 본 발명의 간략한 요약이다. 이런 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 이는 본 발명의 핵심 또는 중대한 요소를 확인하도록 의도된 것도 아니고 본 발명의 범위를 서술하도록 의도된 것도 아니다. 오히려 이들의 일차적인 목적은 주로 나중에 보여지는 상세한 설명에 서두로써 간략화된 형태로 본 발명의 하나 이상의 개념을 나타내는 것이다.

본 발명은 반도체 제조 툴 내에서 웨이퍼를 얼라이먼트하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 하나 이상의 양상은 얼라이먼트 노치와 같은 얼라이먼트 마킹(alignment marking)을 웨이퍼 상에서 쉽게 효율적으로 찾는 것에 관련되어 웨이퍼가 얼라이먼트 툴 내에서 적합하게 방향 지어도록 한다. 종래 시스템과는 달리, 노치는 웨이퍼를 단단히 잡고 돌리거나 회전시킬 필요 없이 위치된다. 고려할 수 있는 후방 오염에 대한 노출은 이로써 완화되어 웨이퍼를 얼라이먼트하는 것에 관련된 복잡성 및/또는 비용이 감소된다.

본 발명의 하나 이상의 양상에 따르면, 시스템은 반도체 웨이퍼 상에 얼라이먼트 마킹을 위치시키도록 적응되는 것으로 개시된다. 시스템은 샤프트 및 샤프트 상에 움직일 수 있게 고정된 슬리브를 포함한다. 하나 이상의 지지 핀은 샤프트의 한 단부에 고정되고 그 위에 위치된 웨이퍼를 지지하도록 적응된다. 팔 부재는 슬리브에 동작할 수 있게 연결되고, 웨이퍼가 하나 이상의 지지 핀 상에서 존재할 때 팔 부재의 단부는 웨이퍼를 향하여 신장한다. 팔 부재의 단부는 웨이퍼의 경계선에 의해 교차될 수 있는 빔 방사를 설정하기 위해서 동작할 수 있다. 그러므로 웨이퍼는 웨이퍼의 경계선을 중심으로 팔 부재를 회전함으로써 스캔될 수 있고, 마킹은 웨이퍼를 지나서 전송된 방사양의 변화에 의해 식별될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 다른 양상에 따르면, 반도체 웨이퍼 상에 얼라이먼트 마킹을 위치시키도록 적응된 메커니즘이 개시된다. 메커니즘은 웨이퍼를 잡기 위한 지지 구조를 포함하는데, 상기 지지 구조는 웨이퍼의 후방에 작은 크기의 표면 에어리어를 포함하여 입자 오염을 완화시킨다. 메커니즘은 또한 얼라이먼트 마킹을 검출하기 위해서 웨이퍼에 대해 이동하는 부재를 포함한다.

본 발명의 하나 이상의 다른 양상에 따르면, 웨이퍼 경계에 위치된 얼라이먼트 마킹을 검출하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 웨이퍼의 후방의 작은 크기의 표면 에어리어에 접촉하여 입자 오염물을 완화시키는 지지 구조상에서 웨이퍼를 잡는 것을 포함한다. 방법은 또한 웨이퍼를 중심으로 멤버를 이동시켜 얼라이먼트 마킹을 검출하는 것을 포함한다.

앞에서 언급된 단부를 성취하기 위해서, 다음 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 양상 및 구현을 상세히 설명한다. 본 발명의 하나 이상의 양상이 사용될 수 있는 적지 않은 다양한 방법이 나타내진다. 본 발명의 다른 양상, 이점 및 새로운 특징은 첨부된 도면에 관하여 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도1은 격자 구조의 일부에 대한 예시적인 개략도인데, 여기서 이온 빔은 실질적으로 90도와 같은 각으로 격자 구조를 향한다.

도2는 도1에 도시된 바와 같은 격자 구조 일부에 대한 개략도인데, 여기서 이온 빔은 거의 90도 정도의 다른 각으로 격자 구조를 향한다.

도3은 반도체 기판 또는 웨이퍼의 일부에 대한 횡단면 측면도인데, 그 위에 이온 주입 동안에 각도를 바꾸기 위해서 새도우잉 효과를 경험하고 거리를 바꿈으로써 분리되는 형태를 갖는다.

도4는 본 발명의 하나 이상의 양상을 따르는 얼라이먼트 마크를 식별하기에 적합한 예시적인 시스템을 도시한다.

도5는 웨이퍼의 경계선 주변의 여러 위치에서 웨이퍼 상에 비추는 광선 및 웨이퍼의 예시적인 상부도를 도시한다.

도6은 웨이퍼를 통해 전송된 빛의 양 대 웨이퍼를 향하는 광선의 위치에 대한 그래프를 도시하고 이는 도5에 도시된 예시적인 얼라이먼트에 대응할 수 있다.

도7은 웨이퍼의 경계선 주변의 여러 위치에서 웨이퍼 상에 비추는 광선 및 웨이퍼의 다른 예시적인 상부도를 도시한다.

도8은 웨이퍼를 통해 전송된 빛의 양 대 웨이퍼를 향하는 광선의 위치에 대한 그래프를 도시하고 이는 도7에 도시된 예시적인 얼라이먼트에 대응할 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 양상은 도면을 참조하여 설명되는데 여기서 동일한 번호는 동일한 엘리멘터에 걸쳐 사용되는 것이 일반적이고, 다양한 구조가 꼭 일정한 비율로 도시되지 않는다. 다음 설명에서, 설명의 목적을 위해 다수의 구체적인 세부 사항이 본 발명의 하나 이상의 양상의 완전한 이해를 위해서 설명된다. 그러나 본 발명의 하나 이상의 양상이 이런 구체적인 세부사항의 더 작은 정도로 실행될 수 있다는 것이 당 업자에게 명백할 수 있다. 다른 예에서, 널리 공지된 구조 및 디바이스는 본 발명의 하나 이상의 양상을 설명하기에 유용하기 위해서 블록도의 형태로 도시된다.

본 발명은 반도체 제조 툴 내에서 웨이퍼를 얼라이먼트하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 하나 이상의 양상은 얼라이먼트 노치와 같은 얼라이먼트 마킹을 웨이퍼 상에서 쉽게 효율적으로 찾는 것에 관련되어 웨이퍼가 얼라이먼트 툴 내에서 적합하게 방향 지어도록 한다. 종래 시스템과는 달리, 노치는 웨이퍼를 단단 히 잡고 돌리거나 회전시킬 필요 없이 위치된다. 고려할 수 있는 후방 오염에 대한 노출은 이로써 완화되어 웨이퍼를 얼라이먼트하는 것에 관련된 복잡성 및/또는 비용이 감소된다.

상기 언급된 바와 같이, 일부 예에서, 반도체 프로세싱 툴 내에서 웨이퍼를 바람직하게 얼라이먼트하는 것이 중요하다. 예를 들어, 웨이퍼는 특정한 방법으로 이온 주입기에 얼라이먼트되어 채널링 및/또는 새도우잉의 바람직한 레벨을 성취해야만 할 수 있다. 도1로 가서, 예컨대, 일반적으로 3차원 구성을 갖는 일반적인 격자 구조(100)의 일부가 도시된다. 설명된 예에서, 격자 구조(100)는 27개의 셀(예컨대, 3×3×3)을 갖는데 이들은 모두 일반적으로 3차원 구조이다. 그러나 격자 구조는 다양한 다른 구조로 나타내질 수 있고, 다이아몬드, 피라미드형, 육각형 등의 많은 다양한 형태를 갖는 임의의 수의 셀을 가질 수 있다는 것이 인식된다.

도1에서 도판트 이온의 빔 방향은 실질적으로 격자 구조의 평면에 수직이고, 빔은 격자 구조의 일부가 존재한다 해도 많이 충돌하지 않고 그들 사이를 통과할 수 있다. 그 자체로, 이온이 기판 내에 다소 깊이 주입될 수 있다. 이는 결과적인 전기 특성에 기초하는 것이 바람직할 수 있거나 바람직하지 않을 수 있다. 예컨대, 기판의 비정질화의 정도, 기판의 원자 질량, 빔 내의 이온의 질량 및/또는 에너지인 다른 양상은 또한 채널링에 영향을 끼친다는 것이 인식된다. 예를 들어, 빔(104) 내의 이온의 더 큰 질량 및/또는 에너지는 더 높은 가능성의 이온을 기판에 깊게 주입할 수 있다.

부가적인 설명으로서, 도 2에서 빔(104)의 방향은 실질적으로 격자 구 조(100)의 평면에 수직이 아니다. 그 자체로, 빔(104) 내의 이온 일부는 격자 구조의 일부(106)에 부딪혀서, 에너지를 잃고/잃거나 속도가 느려지거나 반사되거나 화살표(108)가 나타내는 바와 같이 이런 일부분으로부터 떨어져 편향되어 주입된 재료의 샐로우 부분(shallow portion)에서 멈춘다. 그 자체로, 90도가 아닌 각으로 빔이 격자 구조(100)를 향하여, 채널링의 양을 완화시키고 도판트 이온이 기판에 주입되는 깊이를 조절하는 것이 바람직할 수 있다.

주입 툴에서 웨이퍼 얼라이먼트에 대한 다른 고려 사항이 나타난다. 예를 들어, 전자 산업에서 계속되는 경향은 더 작은 전력으로 더 많은 점점 복잡한 기능을 수행할 수 있는 소형이고 또한 더 강한 디바이스를 제조하기 위해서 전자 디바이스를 축소하는 것이다. 이를 성취하기 위해서, 트랜지스터와 같은 반도체 소자 및 그의 형태는 크기가 계속 감소하고 모두 더 가깝게 형성된다. 이런 증가된 "포장"은 새도우잉에 이를 수 있지만 이로써 도핑될 웨이퍼의 일부는 도판트 이온을 거의 수용하지 않거나 어떠한 도판트 이온도 수용하지 않는다. 게다가, 이런 새도우잉은 강조될 수 있는데, 여기서 예컨대 채널링을 줄이기 위해서 주입 각이 증가한다.

도3으로 가서, 예를 들어, 반도체 기판이나 웨이퍼(300)의 일부에 대한 횡단면도는 그 위에 형성된 다수의 형태(302,304,306,308) 및 그 형태들 사이에 한정된 개별적인 간격(310,312,314)을 갖는다. 형태(302,304,306,308)는 모두 실질적으로 동일한 높이를 갖는다. 일부 레지스트 형태(302,304,306,308)는 그러나 다른 것에 비해 모두 가깝게 형성되므로, 그들 사이에 상응하는 간격(310,312,314)은 다른 폭을 갖는다. 간격(310,312,314)에 의해 노출된 기판(300)의 에어리어(320,322,324) 는 주입 툴을 통해 도핑된다.

따라서 하나 이상의 이온 빔(330)은 기판(300)을 향하게 되어 도핑을 수행한다. 빔(330)은 (예컨대, 채널링을 완화시키는) 각으로 향하게 되므로, 형태(302,304,306,308)의 에어리어(예컨대, 코너)에 의해서 이온들의 일부가 차단된다. 그 자체로, 기판 에어리어(320,322,324) 내의 영역(350,352,354)은 도판트 이온의 의도된 양보다 적은 양을 수용한다. 형태(302,304,306,308)는 모두 가깝게 되고 이로써, 개별적인 간격(310,312,314)은 더 좁게 만들어지고, 비효율적으로 도핑된 영역(350,352,354)은 기판 에어리어(320,322,324)의 일부를 점점 더 크게 만든다. 그러므로 주입 툴 내에서 웨이퍼의 적합한 얼라이먼트는 (예컨대, 채널링의 희망하는 레벨이 성취되며 새도우잉이 효율적으로 완화되기 위해서) 스케일링을 계속 함으로써 점점 중요하게 된다.

주입기와 같은 어떤 종류의 반도체 제조 툴은 웨이퍼를 다시 방향 지정하는 능력이 있지만, 웨이퍼는 프로세싱 위치에 있다. 이온 주입기는 예컨대, 여러 주입 단계 사이에서 웨이퍼를 회전시킬 수 있다. 예를 들어, "4개"의 주입이 수행될 수 있어서, 웨이퍼가 반복적으로 회전되고 이온이 주입된다. 이는 형태(302,304,306,308) 사이에 에어리어(320,322,324)를 더 충분히 도핑하고 그렇지 않으면 비효율적이고/이거나 고르지 않게 도핑될 것이다. 프로세싱 툴 내의 모터 축의 부가하면 웨이퍼를 돌리거나 기울어지고 트위스트된 오리엔테이션을 설정하기 위해서 기울어진 두 축을 결합하여 제어함으로써 또한 트위스트된 앵글로 변할 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 양상에 따르면, 얼라이먼트 메커니즘이 구현되는데, 여기서 웨이퍼는 얼라이먼트 노치를 찾기 위해서 회전할 필요가 없다. 웨이퍼는 대신 고정 웨이퍼를 중심으로 이동하는 도구에 의해 스캔된다. 웨이퍼가 움직여야만 하지 않기 때문에, 도구는 (예컨대, 진공을 통해) 적당한 위치에 단단히 고정될 필요가 없다. 오히려, 웨이퍼는 예컨대 소수의 핀에서 멈출 수 있다. 이는 입자 전송 및 후방 오염에 대한 기회를 상당히 완화시킨다. 웨이퍼를 회전시키지 않으면 그중에서도 특히 장비 비용을 감소시킨다. 게다가, 고정 웨이퍼를 스캐닝하는 것은 고속으로 웨이퍼를 돌리는 것에 관련된 구심성 고려사항(centripetal concerns)을 완하시킴으로써 순환 횟수를 매우 증가시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼를 "다시 잡는/잡거나" 다시 방향을 지정해야만 하지 않으면 비용을 완화시키는 것을 돕고 순환 횟수 및 수율을 증가시킨다.

예시적인 메커니즘이 도4에 도시된다. 얼라이먼트 메커니즘(400)은 샤프트(402) 및 상기 샤프트(402)를 중심으로 움직일 수 있게(예컨대, 회전할 수 있게) 고정된 슬리브(404)를 포함한다. 하나 이상의 지지 핀(406)은 또한 샤프트(402)의 한 단부 상에 고정된다. 지지 핀(406)은 그 위에 놓인 웨이퍼를 유지하도록 동작할 수 있다. 팔 부재(410)는 슬리브(404)에 동작할 수 있게 연결되고, 웨이퍼(408)를 향하여 신장한다. 웨이퍼(408)에 근접한 팔 부재(410)의 단부(414)는 그로부터 신장하는 하나 이상의 돌출부(418)를 갖는다. 하나 이상의 돌출부(418)는 그들 사이에 빛이나 다른 유형의 방사물(420)의 빔을 설정하도록 적응되는데 이는 웨이퍼(408)의 경계선에 의해 교차될 수 있다.

웨이퍼(408)를 얼라이먼트하기 위해서, 메커니즘(400)은 웨이퍼(408) 내에서 식별 노치를 위치시키도록 적응된다. 그러나 웨이퍼(408)를 돌리는 것보다, 슬리브(404)는 제어할 수 있는 방법으로 팔(410)이 샤프트(402)를 중심으로 회전하도록 한다. 이는 팔, 특히 광선(420)이 웨이퍼(408)의 경계선을 "스캔"하도록 한다. 한 예에서, 노치(422)는 광선(420)이 더 이상 빔(420)을 교차하는 웨이퍼(408)의 경계선에 의해 전체적이거나 부분적으로 방해되지 않을 때 식별될 수 있다. 팔 부재(410)의 단부(414)는 예컨대, 하나 이상의 피벗 지점(426)(예컨대, 모터(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있음)을 통해서, 웨이퍼(408)로부터 가깝거나 멀게 이동될 수 있다. 이는 팔 부재(410)의 단부(414)가 웨이퍼(408) 상에서 광선을 더욱 신장하도록 하거나 덜 신장하도록 한다. 얼라이먼트 노치(422)의 크기는 설명을 위해서 도면에서 과장되어 있고, 얼라이먼트 노치가 일반적으로 단지 1 밀리미터 정도의 갭을 포함한다는 것이 인식될 것이다.

일단, 얼라이먼트 마크(422)는 웨이퍼(408) 상에서 식별되므로, 로봇 팔(430)이 웨이퍼(408)를 들어올릴 수 있고, 웨이퍼를 이온 주입기와 같은 프로세싱 툴(432)로 이동시킨다. 웨이퍼(408)는 정전 클램프(electrostatic clamp)와 같은 어떤 유형의 클램핑 메커니즘(434) 위에 위치될 수 있어서, 툴(432) 내에 위치되어 유지된다. 툴(432)은 회전할 수 있는 샤프트(438)를 통해 웨이퍼(408)를 트위스트할 뿐만 아니라 어떤 유형의 조종할 수 있는 플랫폼을 통해 웨이퍼(408)를 기울일 수 있다(웨이퍼(408)를 향하는 광선(440)이 웨이퍼(408) 내에 더욱 고르게 주입된 에어리어를 설정하고 새도우잉을 완화하도록 함). 예컨대, Ray에 의한 미합중 국 특허 제 4,975,586호는 매우 더 상세하게 그의 소자 및 예시적인 단부 스테이션을 게시하는데, 여기서 단부 스테이션은 다수의 축에 대해 조정할 수 있는 웨이퍼 지지부 또는 유지부를 갖는다. 그러므로 본원의 전체는 참조에 의해 완전히 통합된다.

제어기 또는 CPU 450은 얼라이먼트 메커니즘(400)의 동작을 제어하도록 포함될 수 있다. 제어기(450)는 메커니즘(400)의 없어서는 안 될 부분일 수 있고/있거나 (예컨대, 배선 및/또는 RF 신호(452)를 통해) 메커니즘에서 동작할 수 있게 연결될 수 있다. 예를 들어 제어기(450)는 팔 부재(410)가 웨이퍼(408)를 중심으로 회전하는 속도 및/또는 (예컨대, 슬리브(404)에서 동작할 수 있게 연결된 모터(도시되지 않음)를 제어함으로써) 웨이퍼(408)에서 팔 부재(410)의 단부(414)에 대한 가까운 정도를 조정할 수 있다.

이런 제어기(450)는 또한 돌출부(418) 내의 센서(도시되지 않음)로부터 판독하여, 예컨대 광선(420)이 웨이퍼(408)의 경계선에 의해 영향을 받는 방법(예컨대, 많은 빛이 "차단"되거나 웨이퍼(408)에 의해서 통과하도록 되는 방법)을 확인할 수 있다. 제어기(450)는 광학 디스플레이(454) 및 로봇 팔(430)에 유사하게 연결되어, 디스플레이 상에 나타내지는 데이터를 제어하고, 핀(406) 상의 웨이퍼의 처음 위치뿐만 아니라 로봇 팔(430)이 웨이퍼(408)를 집어서 툴(432)로 이동시키는 방법 및 시간을 지시할 수 있다.

예시의 방법으로, 팔 부재(410)는 초기 위치(예컨대 0도)에서 웨이퍼를 스캐닝하기 시작하여 웨이퍼(408)를 중심으로 회전하도록 할 수 있다, 일단 노치(422) 가 발견되면, 어디서 노치가 웨이퍼(408)의 초기 위치에 대해 존재(예컨대 138도)하는지 결정할 수 있다. 그러므로 어디에 노치가 위치되는지를 알고 있는 로봇 팔(430)은 웨이퍼(408)를 집어서 툴(432)로 이동시켜 예컨대 축받이(pedestal) 상에 적절하게 위치시킨다. 이런 데이터는 또한 툴(432)로 보내져서 웨이퍼(408)가 (예컨대, 회전할 수 있는 샤프트(438)를 통해서) 그 안에서 바람직하게 방향이 지정될 수 있다. 선택적으로, 제어기(450)가 노치 위치를 알기 때문에, 제어기는 로봇 팔(430)이 클램프(434)의 위치에 대해 웨이퍼(408)를 들어올려서 샤프트에서 거의 회전하지 않거나 회전하지 않을 필요가 없는 방법을 제어할 수 있다.

몇몇 스캐닝 데이터는 하나 이상의 형태로 디스플레이(454) 상에 나타내질 수 있다. 예들 들어, 도5는 메커니즘(400)에서 스캔된 웨이퍼(408)의 상부도를 도시한다. 빔(420)은 웨이퍼(408)의 경계선을 중심으로 몇몇 스캔된 위치에서 도시되는데 즉, 0도, 90도, 180도, 및 270도의 초기 위치에서 도시된다. 예에서, 도시된 빔은 실질적으로 타원형 교차 섹션을 갖는다. 그러나 빔이 임의의 적합한 형태를 가질 수 있다는 것을 인식해야 할 것이다. 게다가, 도시된 예에서, 빔(420)의 전체가 웨이퍼(408)의 경계선에 의해 교차되는 것은 아니다. 빔은 예컨대, 1 센티미터 정도의 폭을 가지는데, 여기서 빔의 거의 1/2이 웨이퍼에 의해 차단되고, 빔의 1/2은 빔 검출기를 통해 통과하도록 허용된다. 그러나 다른 형태 및 장치는 본 발명의 범위 내에 존재하는 바와 같이 사용되고 심사숙고된다.

도6은 웨이퍼(408)를 통해 전송된 빛 대 웨이퍼(408)의 스캔된 위치의 예시적인 겨냥도(600)이다. 겨냥도는 예컨대, 도5에 도시된 상황에 대응할 수 있다. 웨 이퍼(408)의 스캔된 위치는 x-축 상에서 보여지는 반면 웨이퍼(408)를 통해 전송된 빛의 양은 y-축 상에서 보여진다. 전송된 빛의 양은 예컨대, 웨이퍼(408)의 아래나 이로 신장하는 돌출부(418) 상에 위치된 센서에 의해서 검출될 수 있다. 이런 센서는 웨이퍼(408) 위나 아래로 신장하는 대향하는 각각의 돌출부 상에 위치된 빛 방출원에 대향하여 위치될 가능성이 있다.

빛의 거의 50%는 0도의 초기 위치에서 웨이퍼를 통해 전송되고, 빛의 50%는 단지 90도 전까지 웨이퍼를 통해 계속 통과하는 것으로 보여질 수 있다. 90도 스캔 위치 주변에서, 이런 예에서, 전송된 빛의 비율은 거의 100으로 건너뛴다. 90도 위치 이후에, 전송된 빛의 양은 거의 50%로 되돌아가고 웨이퍼(408)의 나머지가 스캔 될 때 이런 레벨에서 유지된다. 이는 도5에 도시된 예에서 일관되는데, 여기서 노치(422)는 거의 90도 위치에 위치되고, 빔이 이런 위치를 스캔할 때 실질적으로는 빔(420)의 전체가 노치된 위치를 통과하도록 허용된다. 그렇지 않으면, 단지 빔의 1/2 정도가 웨이퍼에 의해 통과하는 것이 허용된다.

웨이퍼의 중심은 또한 장치(400)와 함께 결정될 수 있다고 인식될 것이다. 예시의 방법으로, 도7은 메커니즘(400)에서 중심에 오도록 조정되지 않는 웨이퍼(408)의 상부도를 도시한다. 그 자체로, 다른 양의 빔(420)이 웨이퍼의 경계선을 중심으로 여러 위치에서 웨이퍼(408) 상에 존재한다. 예를 들어, 빔(420)의 매우 적은 양은 0도의 처음 위치에서 웨이퍼(408)에 부딪힌다. 얼라이먼트 노치(422) 임에도 불구하고, 스캔이 180도 위치 이상으로 계속될 때 점점 더 많은 빔은 웨이퍼에 의해 차단된다. 그 후에, 스캔이 0도 위치로 되돌아 갈 때 점점 더 적은 빔이 웨이퍼에 의해 차단된다. 메커니즘(400), 특히, 제어기(450) 또는 프로세서가 웨이퍼(408)의 중심을 확인하기 위해서 이런 데이터를 사용할 수 있다. 그래서 로봇 팔(430)은 (예컨대, 웨이퍼(408)를 핀(406) 상에서 중심에 오도록 조절하기 위해서) 희망하는 바와 같이 웨이퍼(408)를 처리할 수 있다. 게다가, 또는 선택적으로, 이런 정보가 제조 툴(432) 상에서 통과될 수 있어서, 웨이퍼(408)가 그 안에서 적절하게 방향이 지정될 수 있다.

도8은 예컨대, 도7에 도시된 상황에 대응할 수 있는 전송된 빛의 예시적인 겨냥도(800)이다. 도6에서와 같이, 웨이퍼(408)의 스캔된 위치가 x-축에서 보여지는 반면, 웨이퍼(408)를 통해 전송된 빛의 양은 y-축에서 보여진다. 0도의 초기 위치에서, 대략 모든 빛이 웨이퍼(408)에 의해 통과한다. 그러나 스캔을 계속함에 따라, 전송된 빛의 비율이 점진적으로 감소하기 시작한다. 거의 90도의 위치에서, 전송된 빛의 비율은 거의 50%에서 100%로 뛰어오르는데, 이는 노치(422)에 부딪히는 빔(420)을 나타낸다. 그 후에 스캔이 180도 위치에 접근할 때 전송된 빛의 양은 다시 0으로 점차 떨어진다. 스캔이 270도 위치상으로 이동하고 실질적으로 0도 또는 360도의 처음 위치로 되돌아 갈 때 점점 더 많은 빛이 웨이퍼에 의해 통과하도록 허용된다.

그러므로 본 발명의 하나 이상의 양상은 위해서 반도체 제조 툴이 획득된 정보 및 데이터를 사용하도록 하여, 회전하거나 그렇지 않으면 얼라이너가 웨이퍼를 회전하도록 요구하는 것보다 존재하는 하드웨어에 기초하여 프로세스 위치에서 웨이퍼를 처리한다. 얼라이너에서 웨이퍼를 물리적으로 회전하기 위한 요구 사항을 제거하기 위해서, 매우 단순한 메커니즘이 가능하다. 웨이퍼는 더 이상 이동하지 않기 때문에, 얼라이먼트 메커니즘(400)(예컨대, 팔 부재(410) 내에서 회전 속도가 매우 빠르고 입자 오염에 비해 데이터 획득 및 모터 구동에 의해서 제한된다.

게다가, 스탠드 또는 핀 상에 웨이퍼를 위치시키는 것은 입자 오염을 완화시키는데, 웨이퍼를 돌릴 때, 어떠한 힘도 적당한 위치에 웨이퍼를 유지하기 위해 필요로 되지 않기 때문이다. 판독은 또한 웨이퍼의 중심을 결정하기 위해서 사용될 수 있고, 이런 정보는 툴에 제공되어 로봇이 정확히 중심에 오도록 조정된 웨이퍼를 회수할 수 있다. 이런 시스템은 프로세스 위치 또는 얼라이너 및 프로세스 스테이션 사이의 중간 위치에서 웨이퍼의 방향을 개별적으로 지정하도록 설정하도록 하는 툴 유형을 응용한다. 그러므로 본 발명의 하나 이상의 양상은 종래 시스템에 비해 다른 것들 중에서도 낮은 가격, 낮은 후방 입자 오염 및 빠른 순환 횟수를 갖는 웨이퍼 얼라이먼트 기능을 제공한다.

본 발명이 하나 이상의 구현에 대해 도시되고 설명되었을지라도, 동일한 대체 및 수정이 본원 및 첨부된 도면을 판독하여 이해하는 것에 기초하여 당업자에게 발생할 것이다. 본 발명은 모든 이런 수정 및 대체를 포함하고, 다음의 청구항의 범위 내에서만 제한된다. 특히 상술된 구성 요소(어셈블, 디바이스, 회로 등)에 의해서 수행되는 다양한 기능에 대해서, 이런 구성 요소를 설명하기 위해서 사용되는 어휘("의미하다(means)"를 참조하는 것을 포함)들은 볼 발명의 도시된 예시적인 구현에서 기능을 수행하는 개시된 구조에 구조적으로 동일하지 않을지라도, 설명된 구성 요소(즉, 기능적으로 동일함)의 특정 기능을 수행하는 임의의 구성 요소에 대 응한다. 게다가, 본 발명의 두드러진 특징은 여러 구현 중에서 단지 하나에 관하여 개시될 수 있는데, 이런 특징은 임의의 주어지거나 특정한 애플리케이션에 대해 유리하고 희망할 수 있는 다른 구현의 하나 이상의 다른 특징과 결합 될 수 있다. 게다가, "includes(포함하다)", "가지는(having)", "갖다(has)", "함께(with)", 또는 그의 변화가 상세한 설명이나 청구항에 사용된다는 점에서, 이런 어휘가 "포함하는(comprising)"과 유사한 방법으로 포함하도록 의도된다. 또한, 여기서 사용되는 "예시적인(exemplary)"이라는 어휘가 최상이라기 보단 간단한 예시적인 수단에 사용된다.

Claims (25)

1. 반도체 웨이퍼 상에 얼라이먼트 마킹을 위치시키도록 적응된 시스템에 있어서,

   샤프트;

   상기 샤프트 상에 움직일 수 있게 고정된 슬리브;

   상기 샤프트의 한 단부에 고정되어 그들 상에 위치된 웨이퍼를 지지하도록 적응된 하나 이상의 지지 핀; 및

   상기 슬리브에 동작할 수 있게 연결된 팔 부재를 포함하는데, 상기 웨이퍼가 상기 하나 이상의 지지 핀 상에 존재할 때 상기 팔 부재의 단부는 상기 웨이퍼를 향하여 위로 신장하고, 상기 웨이퍼의 경계선에 의해 교차될 수 있는 빔 방사를 설정하기 위해서 동작하는데, 여기서 상기 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 경계선을 중심으로 상기 팔 부재를 회전시킴으로써 스캔될 수 있고, 상기 마킹은 상기 웨이퍼를 통해 전송된 방사물의 양의 변화에 의해서 식별될 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 팔 부재의 움직임을 조정하고 상기 웨이퍼 주변의 다양한 위치에서 상기 웨이퍼를 통해 전송된 상기 방사물의 양에 부합된 하나 이상의 센서로부터 스캔 데이터를 획득하도록 상기 팔 부재에 동작할 수 있게 연결된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제어기는 또한 상기 웨이퍼를 상기 핀 상에 위치시키고 상기 웨이퍼를 핀으로부터 제거하며, 상기 웨이퍼를 반도체 프로세싱 툴로 전송하도록 적응된 로봇 팔에 동작할 수 있게 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제어기는 또한 데이터를 상기 제어기로 전송하기 위해서 상기 프로세싱 툴에 동작할 수 있게 연결되는데, 상기 프로세싱 툴은 상기 로봇 팔로부터 웨이퍼의 방향 및 스캔 데이터에 대응하여 상기 웨이퍼를 적합하게 방향을 지정할 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   스캔 데이터를 사용자에게 나타내도록 적응된 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 웨이퍼의 중심이 또한 상기 웨이퍼 주변의 여러 위치에서 상기 웨이퍼를 통해 전송된 방사물의 양의 단계적인 변화를 발견함으로써 식별될 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 빔 방사가 1 센티미터 정도의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 빔 방사가 실질적으로 타원형 교차 섹션을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제 2항에 있어서,

   상기 빔 방사가 상기 웨이퍼의 위나 아래에 위치되고, 상기 팔 부재의 단부로부터 나온 돌출부 상에 위치된 방사물 방출원으로부터 설정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 웨이퍼 아래나 위에 위치되고, 상기 팔 부재의 단부로부터 나온 다른 돌출부 내에 상기 하나 이상의 센서가 위치되고 상기 방사물 방출원을 포함하는 상기 돌출부에 대향하는 것을 특징으로 하는 시스템.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 팔 부재 및 상기 슬리브 사이에 하나 이상의 피벗 지점을 더 포함하는데, 이는 상기 팔 부재의 단부가 상기 웨이퍼로부터 가깝거나 멀게 움직일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 핀이 입자 오염을 완화시키기 위해서 상기 웨이퍼의 후방의 작은 크기의 표면 에어리어에 접촉하는 것을 특징으로 하는 시스템.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 얼라이먼트 마킹이 상기 웨이퍼의 경계선 내에 노치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 반도체 웨이퍼 상에 얼라이먼트 마킹을 위치시키도록 적응된 메커니즘에 있어서,

    입자 오염을 완화시키기 위해서 상기 웨이퍼의 후방의 작은 크기의 표면 에어리어에 접촉하는, 상기 웨이퍼를 지지하는 지지 구조; 및

    상기 얼라이먼트 마킹을 검출하기 위해서 상기 웨이퍼에 관하여 움직이는 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니즘.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 웨이퍼의 중심이 또한 상기 웨이퍼 주변의 여러 위치에서 상기 웨이퍼를 통해 전송된 방사물의 양의 단계적인 변화를 발견함으로써 식별될 수 있는 것을 특징으로 하는 메커니즘.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 빔 방사가 1 센티미터 정도의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 메커니즘.
17. 제 15항에 있어서,

    상기 빔 방사가 실질적으로 타원형 교차 섹션을 갖는 것을 특징으로 하는 메커니즘.
18. 제 15항에 있어서,

    상기 빔 방사가 실질적으로 타원형 교차 섹션을 갖는 것을 특징으로 하는 메커니즘.
19. 웨이퍼의 경계선에 위치된 얼라이먼트 노치를 검출하는 방법에 있어서,

    입자 오염을 완화시키기 위해서 상기 웨이퍼의 후방의 작은 크기의 표면 에어리어에 접촉하는 지지 구조상에서 웨이퍼를 지지하는 단계; 및

    상기 얼라이먼트 마킹을 검출하기 위해서 상기 웨이퍼를 중심으로 부재를 움직이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라이먼트 노치 검출 방법.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 웨이퍼의 경계선에서 빔 방사를 검출하는 단계 및 상기 웨이퍼를 통해 전송된 방사물의 양이 변할 때, 상기 마킹을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라이먼트 노치 검출 방법.
21. 웨이퍼 얼라이먼트 방법에 있어서,

    상기 웨이퍼가 프로세싱 스테이션 내에서 존재하지는 않지만 상기 웨이퍼의 경계선 상에 얼라이먼트 노치를 위치시키는 단계; 및

    얼라이먼트 노치의 위치가 제공된 프로세스 스테이션 내에서 상기 웨이퍼를 바람직하게 방향을 지정하기 위해서 프로세스 스테이션 내에서 회전 축을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 얼라이먼트 방법.
22. 제 21항에 있어서,

    상기 얼라이먼트 노치의 위치에 관한 위치 데이터를 상기 프로세스 스테이션에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 얼라이먼트 방법.
23. 제 22항에 있어서,

    상기 웨이퍼의 중심에 대해 센터링 데이터를 획득하는 단계; 및

    상기 프로세스 스테이션 내에서 상기 웨이퍼를 바람직하게 방향을 지정하는 데 상기 센터링 데이터를 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 얼라이먼트 방법.
24. 제 23항에 있어서,

    상기 웨이퍼의 경계선에서 빔 방사를 지시하는 단계;

    상기 웨이퍼를 중심으로 상기 빔 방사를 회전하는 단계; 및

    상기 얼라이먼트 노치를 위치시킬 때 상기 웨이퍼를 통해 전송된 방사물의 양의 변화를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 얼라이먼트 방법.
25. 제 24항에 있어서,

    상기 센터링 데이터를 획득할 때, 상기 웨이퍼 주변에 다양한 위치에서 상기 웨이퍼를 통해 전송된 방사물의 양의 단계적인 변화를 발견하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 얼라이먼트 방법.

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