KR100606932B1 - 반도체 제조용 노광 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 제조를 위한 노광 공정에 있어, 슬릿을 통과한 빛의 노광량 분포 변화에 따른 임계치수 차이를 방지하는 반도체 제조용 노광 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 슬릿을 이용한 반도체 제조용 노광 장치에 있어서, 상기 슬릿을 통한 노광량 분포를 조절하기 위한 모듈과, 상기 조절된 노광량을 체크하기 위한 센서를 포함하여 구성됨으로써, 웨이퍼를 노광하기에 앞서 여러 가지의 광도 설정에 따라 슬릿 노광량 분포의 최적화가 가능하게 하며, 슬릿의 X 방향으로의 광도차가 줄어들게 되어, 필드내 CD 균일도를 향상시키는 효과가 있다.

반도체, 웨이퍼, 노광, 슬릿, 레티클

Description

반도체 제조용 노광 장치 및 방법{Apparatus of exposure for semiconductor device fabrication and Method of the same}

도 1은 일반적인 반도체 웨이퍼 노광 장치의 구성을 간략히 나타낸 구성도

도 2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 노광 장치의 구성을 나타낸 구성도

도 3은 본 발명에 따른 슬릿 노광량 분포 조절 모듈의 내부 구성을 나타낸 도면

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

100 : 컨덴서 렌즈 200 : 슬릿 노광량 분포 조절 모듈

300 : 레티클 400 : 투사 렌즈계

500 : 웨이퍼 스테이지 600 : 광도 체크 센서

본 발명은 반도체 제조에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼 제조 공정 중 노광 공정에 있어, 슬릿을 통과한 빛의 노광량 분포(slit intensity profile) 변화에 따라 패턴 임계치수(Critical Dimension)의 차이가 발생하는 것을 방지하는 반도체 제조용 노광 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정 중 노광 공정은 반도체 웨이퍼에 감광막(photoresist)을 도포하고, 노광 장치의 광원을 통해 상기 웨이퍼에 선택적으로 노광하여 반도체 웨이퍼상에 특정의 패턴을 형성하는 공정이다. 이러한 반도체 패턴 형성용 노광 장치의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 반도체 웨이퍼 노광 장치의 구성을 간략히 나타낸 구성도이다.

도 1과 같이, 일반적인 반도체 웨이퍼 노광 장치는, 광원(Light source, 미도시)으로부터 방출된 빛을 응집시키는 역활을 하는 컨덴서 렌즈(Condensor Lens)(1)와, 상기 컨덴서 렌즈(1)로부터 방출된 빛을 선택적으로 투과시켜 반도체 웨이퍼에 회로 패턴을 형성하기 위한 레티클(혹은 마스크)(Reticle)(2)과, 상기 레티클(2)을 통과한 빛을 일정 크기로 집속시키는 투사(projection) 렌즈계(3)와, 상기 투사 렌즈계(3) 하부의 패턴을 형성할 반도체 웨이퍼가 위치하는 웨이퍼 스테이지(wafer stage)(4)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 반도체 웨이퍼 노광 장치는, 광원(미도시)에서 발산된 빛이 상기 컨덴서 렌즈(1) 및 레티클(2)을 거쳐 투사 렌즈계(3)를 투과한 후, 감광막이 도포된 반도체 웨이퍼에 노광되고, 이를 통해 상기 레티클(2)에 형성된 회로 패턴이 반도체 웨이퍼에 형성되도록 동작하게 된다.

이러한 반도체 노광 장치에 있어 최근에는, 상기 노광 장치로 구현 가능한 패턴의 임계치수(Critical Dimension, 이하 'CD'라 함)가 작아짐에 따라 실제 패터닝되는 Target CD에 대한 CD 제어 영역(control range) 또한 작아지게 되었다.

이처럼 CD 제어 영역이 작아짐에 따라, 노광 경로상에 일정 크기의 슬릿(slit)(8mm*26mm)을 위치시켜 레티클(마스크)의 허용 영역까지 스캔(scan)하여 노광 영역으로 사용하는 스캐너(scanner)의 경우에 있어, 상기 슬릿을 통과한 빛의 노광량 분포(slit intensity profile)가 CD에 주는 영향이 커지게 되었다. 즉, 상기 스캐너의 경우 X 방향(Slit direction)으로의 노광량 분포가 다르면 이 차이만큼 CD 차이를 유발하게 되는 것이다.

또한, 상기 스캐너를 오랫동안 사용하다 보면 투사 렌즈계를 비롯한 여러 광학계(optics)에서 오염이 발생하게 되고, 이러한 광학계의 오염은 스캐너의 슬릿 노광량 분포를 초기의 최적화된 상태에서 변화시키게 되어 다시 슬릿 노광량 분포를 최적화해야 했다.

따라서, 종래에는 이러한 슬릿 노광량 분포를 보정하기 위해, 노광 장치의 셋업(set up) 초기에 상기 슬릿 노광량 분포를 체크하여 최적화하고, 일정기간이 지난 후 다시 보정하는 방법을 사용하였다.

하지만, 이러한 방법은 일정 기간이 지난 후에는 CD 균일도(uniformity)가 나빠지는 것을 피할 수 없고, 다시 슬릿 노광량 분포를 최적화하기 위한 시간이 소요되므로 생산성이 저하되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 반도체 제조 공정에 있어 웨이퍼 노광 전에 슬릿을 통과한 빛의 노광량 분포를 보정하는 장치 및 방법을 제안하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조용 노광 장치는, 슬릿을 이용한 반도체 제조용 노광 장치에 있어서, 상기 슬릿을 통한 노광량 분포를 조절하기 위한 모듈과, 상기 조절된 노광량을 체크하기 위한 센서를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반도체 제조용 노광 방법은, 슬릿을 이용한 반도체 웨이퍼 노광 방법에 있어서, 상기 웨이퍼의 노광 전 슬릿 노광량 분포를 체크하는 단계와, 상기 체크된 노광량이 기설정된 광도가 아닌 경우에 상기 슬릿 노광량을 서로 다른 빛 투과율을 갖는 적어도 두 개 이상의 광학계를 이용하여 상기 기설정된 광도로 조절하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 노광 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.

도 2와 같이, 본 발명에 따른 스캐너 방식의 반도체 웨이퍼 노광 장치는, 광원(Light source, 미도시)으로부터 방출된 빛을 응집시키는 역활을 하는 컨덴서 렌즈(Condensor Lens)(100)와, 상기 컨덴서 렌즈(100)로부터 응집되어 방출되는 빛의 광도를 조절하기 위한 슬릿 노광량 분포 조절 모듈(Slit intensity Profile optimization module)(200)과, 상기 모듈(200)로부터 방출된 빛을 선택적으로 투과시켜 반도체 웨이퍼에 회로 패턴을 형성하기 위한 레티클(혹은 마스크)(Reticle or mask)(300)과, 상기 레티클(300)을 통과한 빛을 일정 크기로 집속시키는 투사(projection) 렌즈계(400)와, 상기 투사 렌즈계(400) 하부 패턴을 형성할 반도체 웨이퍼가 위치하는 웨이퍼 스테이지(wafer stage)(500) 및 상기 웨이퍼 스테이지(500)의 소정 영역에 부착되어 광도를 체크하는 광도 체크 센서(intensity check sensor)(600)를 포함하여 구성된다.

관련하여 미도시하였지만, 상기 컨덴서 렌즈(100)와 슬릿 노광량 분포 조절 모듈(200) 사이 또는 상기 슬릿 노광량 분포 조절 모듈(200)과 레티클(300) 사이에는 상기 레티클(300)의 허용 영역까지 스캔하기 위한 슬릿(slit)이 존재하게 된다. 상기 슬릿은 보통 8mm * 26mm 크기를 갖게 되며, 상기 레티클(300)과 웨이퍼가 일정한 속도 비율을 갖고 움직이면서 노광하도록 함으로써 실질적인 노광 면적을 26mm * 33mm가 되도록 한다. 이처럼, 상기 슬릿을 사용하게 되면 단지 26mm 길이의 렌즈만을 이용하게 됨으로 렌즈 수차의 영향이 적고 개구수의 설계가 용이해지며, 스캔 방식의 노광으로 인해 노광 면적도 종래의 스태퍼(Stepper)에 비해 넓은 영역에 걸쳐 노광 가능하게 되는 장점이 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 스캔너 방식의 반도체 웨이퍼 노광 장치의 동작 관계를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 광원(미도시)으로부터 생성된 빛은 상기 컨덴서 렌즈(100)를 통해 응집되어 출사된다. 상기 컨덴서 렌즈(100)는 두 개 이상의 컨덴서 렌즈로 구성되고 그 사이에 빛의 균일도를 향상 시키기 위한 플라이 아이 렌즈(Fly's Eye Lens)가 있어 균일하게 응집된 광이 출사되게 된다.

상기 컨덴서 렌즈(100)로부터 출사된 빛은 본 발명에 따른 슬릿 노광량 분포 조절 모듈(200)을 통해 광도가 조절되어 출사되고, 상기 출사된 빛은 회로 패턴이 설계된 레티클(300)과 투사 렌즈계(400)를 투과한 후, 웨이퍼 스테이지(500) 상단의 감광막(Photoresist)이 도포된 웨이퍼(미도시)를 상기 레티클(300)에 설계된 회로 패턴에 따라 노광시키게 된다.

이때, 본 발명에 따르면 웨이퍼의 배치(Batch, 25매의 웨이퍼) 단위로, 매 배치의 웨이퍼를 노광하기 전에 웨이퍼 스테이지(500)에 부착된 광도 체크 센서(600)를 통해 최적의 슬릿 노광량 분포를 찾은 후에 노광하도록 한다.

이를 위해 상기 슬릿 노광량 분포 조절 모듈(200)에는 적어도 두개 이상의 서로 다른 빛 투과율을 갖는 광학계들을 설치함으로써 광도를 조절하게 되는데, 이를 첨부한 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 슬릿 노광량 분포 조절 모듈의 내부 구성을 나타낸 도면이다.

도 3과 같이, 슬릿 노광량 분포 조절 모듈(200) 내부에는 적어도 2개 이상의 서로 다른 빛 투과율을 갖는 광학계를 설치함으로써 광도를 조절하게 된다. 즉, 도 3의 경우는 투과율이 다른 5개의 광학계들을 조합한 경우를 나타낸 것이다.

따라서, 노광해야 할 광도 설정(Illumination setting)에 따라 웨이퍼 스테이지(500)에 부착된 광도 체크 센서(600)를 이용하여, 상기 슬릿 노광량 분포 조절 모듈(200) 내부의 투과율이 다른 두개 이상의 광학계를 조합함으로써, 웨이퍼의 매 배치 단위로 최적의 슬릿 노광량 분포를 만든 후에 웨이퍼 노광을 실시하게 된다.

즉, 웨이퍼의 매 배치 단위로, 상기 광도 체크 센서(600)를 통해 측정된 광 도가 설정된 광도가 아닌 경우, 상기 슬릿 노광량 분포 조절 모듈(200)을 통해 노광량을 조절하여 웨이퍼 노광을 실시하는 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 스캐너 방식의 반도체 제조용 노광 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 웨이퍼를 노광하기에 앞서 여러 가지의 광도 설정에 따라 슬릿 노광량 분포의 최적화가 가능하게 되는 효과가 있다.

둘째, 슬릿의 X 방향으로의 광도차가 줄어들게 되어, 필드내 CD 균일도를 향상시키는 효과가 있다.

셋째, 일정 기간마다 슬릿 노광량 분포의 최적화를 위해 고가의 장비를 사용하지 않아도 되므로 생산성 향상을 가져오는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (7)

1. 슬릿을 이용한 반도체 제조용 노광 장치에 있어서,

   상기 슬릿을 통한 노광량 분포를 조절하기 위한 모듈과,

   상기 조절된 노광량을 체크하기 위한 센서를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반도체 제조용 노광 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 모듈은 적어도 두 개 이상의 서로 다른 빛 투과율을 갖는 광학계로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 노광 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 모듈은 상기 반도체 제조용 노광 장치의 컨덴서 렌즈와 레티클 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 노광 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 노광량 체크 센서는 상기 반도체 제조용 노광 장치의 웨이퍼 스테이지에 부착된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 노광 장치.
5. 슬릿을 이용한 반도체 웨이퍼 노광 방법에 있어서,

   상기 웨이퍼의 노광 전 슬릿 노광량 분포를 체크하는 단계와,

   상기 체크된 노광량이 기설정된 광도가 아닌 경우에 상기 슬릿 노광량을 서로 다른 빛 투과율을 갖는 적어도 두 개 이상의 광학계를 이용하여 상기 기설정된 광도로 조절하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 제조용 노광 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 슬릿 노광량 분포 체크 및 노광량 조절은 웨이퍼의 매 배치(Batch) 단위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 노광 방법.
7. 삭제

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