KR100474590B1 - 리소그래피정렬오차보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 리소그래피의 정렬오차 보정방법에 관한 것으로, 정렬오차에서 야기되는 확대/축소 성분을 보정하기 위하여, 광원에서 펴져 나오는 빛을 제 1 미러를 집속시키도록 하고, 상기 제 1 미러와 입사각이 같도록 제 2 미러를 위치시키도록 미러시스템을 구성하고, 상기 미러시스템에서 나온 빛이 전달되는 마스크를 마스크 스테이지에 설치하고, 상기 마스크를 통과하는 빛으로 노광이 진행되는 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지에 설치되도록 구성되는 마스크 및 웨이퍼 스테이지를 구성하되, 상기 광원과 사이 제 1 미러를 잇는 선에서 상기 미러시스템을 이동시켜서 런아웃을 조작하는 방법으로 수평방향의 확대/축소 성분을 보정하고, 상기 마스크를 통과하는 빛에 대하여 수직으로 상기 마스크와 상기 웨이퍼를 스캐닝하되, 상기 마스크의 스캐닝 속도와 상기 웨이퍼의 스캐닝 속도의 차이를 조절하는 방법으로 수직방향의 확대/축소 성분을 보정하는 리소그래피 장치의 정렬오차 보정방법을 제공하며, 리소그래피 작업시 노광정렬에서 야기되는 정렬오차의 보정을 별도의 장치를 추가하지 않고서도 두 개의 미러를 적절하게 위치시키는 미러 시스템을 구성하고, 웨이퍼와 마스크의 이동속도를 조절하는 마스크 및 웨이퍼 이동시스템을 구성하여 용이하게 진행할 수 있다.

Description

리소그래피 정렬오차 보정방법

본 발명은 리소그래피의 정렬오차 보정방법에 관한 것으로 특히, X-ray 리소그래피 장치의 정렬노광 과정에서 발생하는 정렬오차 중 확대/축소 성분의 보정을 위한 정렬오차 보정방법에 관한 것이다.

리소그래피 공정에서 반도체 노광 공정시 현재 공정과 이전 공정의 정렬은 매우 중요하며 점점 미세화되어 가는 칩의 크기의 영향으로 종래의 정확성을 유지하는 미세정렬 검사패턴이 요구되고 있다.

이때, 현재 노광할 레이어와 이전에 형성된 레이어 사이에 정렬오차가 발생하기 마련이다. 따라서 이러한 정렬 오차를 미리 보정하여 현재 노광할 레이어를 노광한다. 그러나 파장이 짧은 X-ray를 광원으로 사용하는 X-ray 리소그래피에서는 확대/축소 성분이 문제가 되어 이를 보정하는 것이 요구된다. X-ray 리소그래피에서는 굴절형 렌즈를 사용하지 않으므로 기존의 광학 리소그래피 장치를 사용하는 경우에는 정렬오차에 대한 축소/확대 성분을 보정하는 것이 용이하기 않다. 또한, X-ray 리소그래피에서 사용하는 마스크를 목적에 맞게 구성하기 위하여 물리적으로 변화를 가하게 되는 경우 마스크의 파손이 야기된다.

따라서, X-ray 리소그래피에 있어서는 정렬 오차에 대한 확대/축소 성분을 보정하기 위한 별도의 장치 구성이 요구된어진다.

본 발명은 리소그래피 공정시 정렬노광을 하는 과정에서 야기되는 확대/축소 성분을 보정할 수 있는 노광장치의 정렬오차 보정방법을 제공하고자 한다.

이를 위한 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 정렬오차 보정방법은 광원에서 퍼져 나오는 빛을 제 1 미러로 집속시키도록 하고, 상기 제 1 미러와 입사각이 같은 곳에 제 2 미러를 위치시키도록 미러시스템을 구성하고,

상기 미러시스템에서 나온 빛이 전달되는 마스크를 마스크 스테이지에 설치하고, 상기 마스크를 통과하는 빛으로 노광이 진행되는 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지에 설치되도록 구성되는 마스크 및 웨이퍼 스테이지를 구성하되,

상기 미러시스템에서 나온 빛이 상기 마스크에 평행하게 도달되도록 조절된 상태에서 상기 광원과 상기 제 1 미러를 잇는 선과 수평으로 상기 미러시스템을 이동시켜 상기 빛을 상기 마스크에 전달하여 정렬오차에서 수평방향으로의 확대/축소 성분을 보정하고,

상기 마스크를 통과하는 빛에 대하여 수직으로 상기 마스크와 상기 웨이퍼를 스캐닝하되, 상기 마스크의 스캐닝 속도와 상기 웨이퍼의 스캐닝 속도의 차이를 조절하는 방법으로 정렬오차에서 수직방향으로의 확대/축소 성분을 보정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수평방향의 확대/축소 성분의 보정은, 상기 미러시스템에서 나온 빛이 상기 마스크에 평행하게 도달되도록 조절된 상태에서 상기 미러시스템을 상기 광원에서 멀어지도록 이동시켜 수렴하는 성질의 빛을 상기 마스크에 전달하여 수평방향의 확대성분을 보정하고, 상기 미러시스템을 상기 광원에서 가까워지도록 이동시켜 발산하는 성질의 빛을 상기 마스크에 전달하여 수평방향의 축소성분을 보정하는 방식으로 이루어지고;

상기 수직방향의 확대/축소 성분의 보정은, 상기 마스크의 중심에서 멀어질수록 상기 마스크 스테이지의 속도가 상기 웨이퍼 스테이지의 속도보다 작게 되도록 조절하여 상기 웨이퍼 상에 상기 마스크의 패턴보다 축소된 이미지를 전달하여 수직방향의 확대성분을 보정하고, 상기 마스크의 중심에서 멀어질수록 상기 마스크 스테이지의 속도가 상기 웨이퍼 스테이지의 속도보다 크게 되도록 조절하여 상기 웨이퍼 상에 상기 마스크의 패턴보다 확대된 이미지를 전달하여 수직방향의 축소성분을 보정하는 방식으로 이루어진다.

본 발명은 정렬오차에서 수평방향의 확대/축소 성분의 보정은 두 개의 미러로 된 미러 시스템으로 런 아웃(run-out)을 조작하여 이루어진다. 그리고, 수직방향의 확대/축소 성분의 보정은 마스크와 웨이퍼의 스캐닝 속도의 차이로 이루어진다.

이를 하기에서 자세히 설명한다.

도 1은 런 아웃의 개념을 설명하기 위한 도면이다.

런 아웃은 광원(10)에서 나온 빛이 비스듬히 입사할 경우 마스크(11)의 패턴이 전달하는 이미지가 실제 전달되어야 하는 위치(A)에서 벗어나는 것을 말한다. 설명 도면부호(12)는 웨이퍼를 나타낸다.

도 2및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 X-ray 리소그래피의 시스템을 개략적으로 나타낸 것으로, 수평 및 수직 방향의 확대/축소 성분을 보정하기 위한 목적을 달성하도록 구성되어 있다.

한편, 도 4는 수평방향의 확대/축소 성분 보정을 위한 미러 시스템의 수평방향 다이아그램을 나타낸 것이다.

본 발명은 수평방향의 확대/축소 성분을 보정하기 위한 두 개의 미러(21)(22)를 사용한 미러 시스템(S1)과, 수직방향의 확대/축소 성분을 보정하기 위하여 미러 시스템(S1)을 통해 마스크에 형성된 수평방향의 고정된 빛 띠에 대해 마스크(23)와 웨이퍼 스테이지(24)를 서로 다른 속도로 스캐닝하는 마스크 및 웨이퍼 스캐닝 시스템(S2)으로 구성된다.

수평방향의 확대/축소 성분의 보정을 위한 두 개의 미러로 이루어진 미러시스템(S1)에서 제 1 미러(21)는 x-ray 광원(29)에서 퍼져 나오는 빛을 모으기 위한 집속렌즈를 나타낸다. 제 2 미러(22)는 제 1 미러(21)와 입사각이 같게 설치되어 빛을 마스크(23)까지 전달해주는 역할을 한다. 그리고 이 미러 시스템(S1)은 광원(29)에서 제 1 미러(21)까지 연결하는 광선을 도면에 보인 바와 같이 수평으로 이동할 수 있게 한다. 따라서, 미러 시스템(S1)에 입사되는 광선은 입사된 그대로의 방향으로 미러 시스템(S2)을 나오게 된다.

수직방향의 확대/축소 성분을 보정하기 위해서는 미러 시스템(S1)에 의해 마스크(23)에 전달된 가로 방향의 좁은 빛 띠를 중심으로 수직방향으로 도면에 보인 바와 같이, 마스크(23)와 웨이퍼 스테이지(24)를 스캐닝하여 전체 필드 크기의 노광을 할 수 있도록 한다. 이 때, 마스크(23)와 웨이퍼(25)의 스캐닝 속도의 차이로 수직 방향의 확대/축소 성분을 보정할 수 있다.

이하에서 본 발명에 따른 x-ray 리소그래피 시스템에 의하여 진행되는 확대/축소 성분 보정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 수평 방향으로의 확대/축소 성분 보정을 설명한다.

본 발명에서의 미러 시스템(S1)은 광원(29)에서부터 마스크(23)까지 빛을 전달하는 역할을 한다. x-ray 영역에서는 x-ray의 흡수특성 때문에 집광수단으로 그레이징 입사 미러 (grazing incidence mirror)를 사용하고 있으며, x-ray 리소그래피에서는 노광 리소그래피시 이미지(image)를 모아주는 대물렌즈(objective lens)가 사용되지 않고 일대일로 그림자를 전사하는 방식을 취하고 있다.

미러 시스템(S1)에서 제 1 미러(21)는 광원(29)에서 나오는 x-ray를 모아주는 집속 미러(condensing mirror)의 역할을 하고 제 2 미러(22)는 제 1 미러(21)를 통과한 x-ray를 마스크(23)로 전달해주는 역할을 한다.

두 개의 미러(21)(22)를 적절한 조합으로 설치하여 수평방향으로 마스크의 패턴을 확대/축소 없이 그대로 웨이퍼에 전사하기 위해서는, 도 4에 보인 바와 같이, 수평방향으로 평행하게 되는 빔(collimated beam)이 되도록하여 마스크에 전달하한다. 이 상태에서 미러 시스템(S1)을 광원(29)과 제 1 미러(21)를 잇는 선에 수평으로 이동하면, 미러 시스템(S1)이 광원에서 가까워지거나 멀어지게 된다. 미러 시스템(S1)이 광원(29)에서 멀어지게 되는 경우에는 도 4에 보인 바와 같이 수렴하는 성질의 빛을 마스크(27)에 전달하게 된다. 미러시스템(S1)을 광원(29)에서 멀어지게 함으로써 빛이 발산하는 경우에는 웨이퍼(25)에 원래의 마스크(27)의 상보다 확대된 이미지를 형성하게 된다.

또한, 미러 시스템(S1)이 광원(29)에서 가까워지게 되는 경우에는 발산하는 성질의 빛을 마스크(27)에 전달하게 된다. 미러 시스템(S1)을 광원(29)에서 가까워지게 함으로써 빛이 수렴하는 경우에는 웨이퍼(25)에 원래의 마스크(27)의 상보다 축소된 이미지를 형성하게 된다. 두 경우 모두 x-ray 빔의 수직방향의 프로파일은 가능한 작게 되도록 하는 것이 좋다.

본 발명에서는 언급한 바와 같이, 특히 제 1 미러(21)와 제 2 미러(22)를 입사각이 같도록 설치하여 구성되는 미러 시스템(S1)을 광원(29)과 제 1 미러(21)를 잇는 선과 수평으로 움직이도록 함으로써, 이미지 패턴의 수평방향으로의 확대/축소 성분을 보정한다. 마스크에서는 항상 같은 위치에서 x-ray 빔이 도달하도록 하여 미러 시스템(S1)의 이동에 따른 추가적인 미러들의 정렬을 필요없게 한다.

이러한 특성을 가지는 미러의 조합 예를 들어보면, 제 1 미러(21)로 트로이덜 미러 (toroidal mirror)를 사용하고, 제 2 mirror(22)로 평면미러를 사용할 수 있는데,이 경우에는 토로이덜 미러(toroidal mirror)의 수평방향 초점 거리와 같은 거리에 광원을 두면 제 1 미러(21)를 지난 x-ray 빔은, 도에 보인 바와 같이, 수평방향으로 평행하게 되고, 이 후 평면인 제 2 미러(22)를 지나더라도 마스크상에 수평방향으로 평행하게 되는 빔이 도달하게 된다. 이 후, 확대 보정을 위해서 발산하는 빛을 얻기 위하여 광원에 가까워지는 방향으로 미러 시스템을 이동시키고, 축소 보정을 위해서 수렴하는 빛을 얻기 위하여 광원에서 멀어지는 방향으로 미러 시스템을 이동시키면 된다.

본 발명은 미러 시스템에서 나온 빛이 상기 마스크에 평행하게 도달되도록 조절된 상태에서 미러 시스템을 광원에서 멀어지도록 이동시켜 수렴하는 성질의 빛을 상기 마스크에 전달하여 수평방향의 확대성분을 보정하고, 미러 시스템을 광원에서 가까워지도록 이동시켜 발산하는 성질의 빛을 상기 마스크에 전달하여 수평방향의 축소성분을 보정하는 방식으로 수평방향의 확대/축소 성분을 보정한다.

다음, 수직 방향으로의 확대/축소 성분 보정을 설명한다.

수직방향의 확대/축소 성분의 보정을 위해서는 미러 시스템(S1)에 의해 마스크 (27) 상에 전달된 전체 필드(field)보다 높이가 작은 가로방향의 빛 띠에 대해 마스크 스테이지(23)와 웨이퍼 스테이지(24)를 동시에 같은 방향으로 움직여서 전체 필드(field) 크기의 노광을 한다. 즉, 고정된 빛 띠에 대하여 마스크(27)와 웨이퍼(25)를 동시에 이동하여 전체 필드 크기를 노광한다. 이 때, 마스크 스테이지(23)와 웨이퍼 스테이지(24)의 이동속도가 동일하면, 마스크(27)의 패턴이 확대/축소 없이 그대로 웨이퍼(26)에 전달된다.

웨이퍼(26) 상에 원래 마스크(27)의 패턴보다 축소된 이미지를 전달하기 위해서는 마스크(27)의 중심에서 멀어질수록 마스크 스테이지(23)의 속도가 웨이퍼 스테이지(24)의 속도보다 작게 되도록 조절한다. 그리고, 웨이퍼(26) 상에 원래 마스크(27)의 패턴보다 확대된 이미지를 전달하기 위해서는 마스크(27)의 중심에서 멀어질수록 마스크 스테이지(23)의 속도가 웨이퍼 스테이지(24)의 속도보다 크게 되도록 조절한다.

본 발명은 마스크의 중심에서 멀어질수록 마스크 스테이지의 속도가 웨이퍼 스테이지의 속도보다 작게 되도록 조절하여 웨이퍼 상에 마스크의 패턴보다 축소된 이미지를 전달하여 수직방향의 확대성분을 보정하고, 마스크의 중심에서 멀어질수록 마스크 스테이지의 속도가 웨이퍼 스테이지의 속도보다 크게 되도록 조절하여 웨이퍼 상에 마스크의 패턴보다 확대된 이미지를 전달하여 수직방향의 축소성분을 보정한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 노광정렬시 야기되는 확대/축소 성분을 보정하기 위하여 두 개의 미러로 된 미러 시스템에서 그 구성을 런 아웃에 의하여 조절함으로써 수평방향의 보정을 하고, 마스크와 웨이퍼를 빔에 대하여 수직으로 스캐닝하여 전체 필드를 노광하며 그 이동속도의 차이를 조정하여 수직방향의 보정을 한다.

본 발명은 리소그래피 작업시 노광정렬에서 야기되는 정렬오차의 보정을 별도의 장치를 추가하지 않고서도 두 개의 미러를 적절하게 위치시키는 미러 시스템을 구성하고, 웨이퍼와 마스크의 이동속도를 조절하는 마스크 및 웨이퍼 이동시스템을 구성하여 용이하게 진행할 수 있다. 특히 수평방향의 보정을 위한 미러시스템의 경우에는 두 미러의 입사각을 동일하게 하도록 구성하기 때문에 미러 시스템의 복잡한 정렬작업을 추가하지 않고서도 수평방향의 단순한 이동만으로 수평방향의 보정이 가능하다는 잇점이 있다.

도 1은 run-out를 설명하기 위한 도면

도 2및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 X-ray 리소그래피 시스템

도 4는 수평방향의 확대/축소 성분 보정을 위한 미러 시스템의 수평방향 다이아그램.

Claims (3)

1. 리소그래피 장치의 정렬오차 보정방법에 있어서,

   광원에서 퍼져 나오는 빛을 제 1 미러로 집속시키도록 하고, 상기 제 1 미러와 입사각이 같은 곳에 제 2 미러를 위치시키도록 미러시스템을 구성하고,

   상기 미러시스템에서 나온 빛이 전달되는 마스크를 마스크 스테이지에 설치하고, 상기 마스크를 통과하는 빛으로 노광이 진행되는 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지에 설치되도록 구성되는 마스크 및 웨이퍼 스테이지를 구성하되,

   상기 미러시스템에서 나온 빛이 상기 마스크에 평행하게 도달되도록 조절된 상태에서 상기 광원과 상기 제 1 미러를 잇는 선과 수평으로 상기 미러시스템을 이동시켜 상기 빛을 상기 마스크에 전달하여 정렬오차에서 수평방향으로의 확대/축소 성분을 보정하고,

   상기 마스크를 통과하는 빛에 대하여 수직으로 상기 마스크와 상기 웨이퍼를 스캐닝하되, 상기 마스크의 스캐닝 속도와 상기 웨이퍼의 스캐닝 속도의 차이를 조절하는 방법으로 정렬오차에서 수직방향으로의 확대/축소 성분을 보정하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치의 정렬오차 보정방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 수평방향의 확대/축소 성분의 보정은,

   상기 미러시스템에서 나온 빛이 상기 마스크에 평행하게 도달되도록 조절된 상태에서 상기 미러시스템을 상기 광원에서 멀어지도록 이동시켜 수렴하는 성질의 빛을 상기 마스크에 전달하여 수평방향의 확대성분을 보정하고, 상기 미러시스템을 상기 광원에서 가까워지도록 이동시켜 발산하는 성질의 빛을 상기 마스크에 전달하여 수평방향의 축소성분을 보정하는 방식으로 이루어지는 리소그래피 장치의 정렬오차 보정방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 수직방향의 확대/축소 성분의 보정은,

   상기 마스크의 중심에서 멀어질수록 상기 마스크 스테이지의 속도가 상기 웨이퍼 스테이지의 속도보다 작게 되도록 조절하여 상기 웨이퍼 상에 상기 마스크의 패턴보다 축소된 이미지를 전달하여 수직방향의 확대성분을 보정하고, 상기 마스크의 중심에서 멀어질수록 상기 마스크 스테이지의 속도가 상기 웨이퍼 스테이지의 속도보다 크게 되도록 조절하여 상기 웨이퍼 상에 상기 마스크의 패턴보다 확대된 이미지를 전달하여 수직방향의 축소성분을 보정하는 방식으로 이루어지는 리소그래피 장치의 정렬오차 보정방법.