KR100690882B1 - 반도체 소자 제조용 노광 장비, 진동 감지 및 위치 측정방법, 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents

반도체 소자 제조용 노광 장비, 진동 감지 및 위치 측정방법, 반도체 소자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

노광 공정시 패터닝 불량을 방지할 수 있는 반도체 소자 제조용 노광 장비, 진동 감지 및 위치 측정 방법, 반도체 소자 제조 방법이 제공된다. 반도체 소자 제조용 노광 장비는 기준 미러가 설치된 외부 프레임, 일측에 제 1 미러가 설치된 투영 렌즈, 일측에 제 2 미러가 설치된 웨이퍼 스테이지, 기준 미러와 제 1 미러를 사용하여 투영 렌즈의 진동을 측정하며, 제 1 및 제 2 미러를 사용하여 투영 렌즈와 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 간섭계 시스템을 포함한다.
투영 렌즈, 제 1 간섭계, 제 2 간섭계, 진동

Description

반도체 소자 제조용 노광 장비, 진동 감지 및 위치 측정 방법, 반도체 소자 제조 방법{Exposing apparatus for manufacturing semiconductor device, method for detecting vibration and measuring position, method for fabricating semiconductor device}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 노광 장비의 개략적인 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 반도체 소자 제조용 노광 장비의 개략적인 일부 확대 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 노광 장비의 개략적인 일부 확대 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법에 대한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
15: 기준 미러 40: 투영 렌즈
42: 제 1 미러 50: 웨이퍼 스테이지
52: 제 2 미러 60: 제 1 간섭계
61: 빔 스플리터 62: 제 3 미러
63, 65, 71: 편광 빔 스플리터 64, 66, 72: 파장 변환기
67: 제 1 검출기 68: 제 2 검출기
69, 74: 반사 미러 70: 제 2 간섭계
80: 제어기 90: 구동기
본 발명은 반도체 소자 제조용 노광 장비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노광 공정시 패터닝 불량을 방지할 수 있는 반도체 소자 제조용 장비, 진동 감지 및 위치 측정 방법, 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 반도체 기판에 사진(photo lithography) 공정, 이온 주입(ion implantation) 공정, 박막 증착(deposition) 공정, 식각(etching) 공정 등을 반복적으로 수행하여 제조된다.
이와 같은 공정들 중 사진 공정이란, 반도체 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 공정으로써, 반도체 기판 상에 포토레지스트(photoresist)를 도포하는 공정, 일정한 미세 패턴이 형성된 레티클(reticle)에 소정 파장의 빛을 통과시켜 포토레지스트가 도포된 반도체 기판 상에 일정한 미세 패턴을 형성하는 노광(exposure) 공정 및 노광 공정 후 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트를 현상하는 현상(develop) 공정이 순차적으로 수행된다.
이 중 노광 공정을 수행하는 노광 장비는 레티클에 형성된 미세 패턴을 반도 체 기판 상에 축소 투영시키는 렌즈가 설치되며, 미세 패턴이 형성된 반도체 기판의 위치를 측정하는 위치 측정 장치가 구비된다. 이 때, 렌즈와 위치 측정 장치는 반도체 기판 상에 형성되는 미세 패턴들을 소정 위치에 정확하게 형성하기 위해 일정 위치에 고정되어 있어야 한다.
그러나, 반도체 기판이 위치하는 반도체 기판 스테이지의 위치를 변경시키기 위한 구동부 또는 외부 요인에 의해 노광 공정 중 렌즈 또는 위치 측정 장치에 진동(vibration)이 발생할 수 있다. 이러한 경우 미세 패턴이 형성되어야 할 위치가 변경될 수 있으며, 적층되어 형성되는 미세 패턴들의 정렬 상태의 불량을 유발한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 소자 제조용 노광 장비에 유발되는 진동으로 인해 반도체 기판에 패터닝 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자 제조용 노광 장비를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 진동 감지 및 위치 측정 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 반도체 소자 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 노광 장비는 기준 미러가 설치된 외부 프레임, 일측에 제 1 미러가 설치된 투영 렌즈, 일측에 제 2 미러가 설치된 웨이퍼 스테이지, 기준 미러와 제 1 미러를 사용하여 투영 렌즈의 진동을 측정하며, 제 1 및 제 2 미러를 사용하여 투영 렌즈와 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 간섭계 시스템을 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 감지 및 위치 측정 방법은 상기 반도체 소자 제조용 노광 장비에서 제 1 빔을 분할하여 기준 미러와 제 1 미러로 제공한 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 검출하여 투영 렌즈의 진동을 감지하는 단계 및 제 2 빔을 분할하여 제 1 미러와 제 2 미러로 제공한 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 측정하여 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 단계를 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법은 상기 반도체 소자 제조용 노광 장비의 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼를 위치시키는 단계, 웨이퍼 상으로 패턴을 투영하는 투영 렌즈의 진동 및 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 간섭계의 진동을 감지하는 단계, 투영 렌즈 및 간섭계의 진동 감지 결과에 따라 투영 렌즈에 대한 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 단계, 패턴이 형성된 레티클 상으로 투영빔을 제공하여 투영빔 단면에 패턴을 부여하는 단계 및 패턴이 형성된 투영빔을 웨이퍼의 소정 위치로 투영하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 노광 장비의 개략적인 부분 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 노광 장비(1)는 조명계(20), 레티클 스테이지(30), 투영 렌즈(40), 웨이퍼 스테이지(50), 제 1 간섭계(60) 및 제 2 간섭계(70)를 포함한다.
조명계(20; illuminator)는 광원(미도시)으로부터 제공되는 방사선 빔을 수용하여 레티클(R)(reticle) 표면에 균일하게 투영빔(projection beam; PB)을 조사한다.
광원(미도시)으로는 ArF(193nm) 엑시머 레이저, KrF(248nm) 엑시머 레이저, F2(157nm) 레이저, Ar2(126nm) 레이저 등이 사용될 수 있다.
그리고 조명계(20)는 조정 수단(adjusting means), 인티그레이터(integrator) 및 콘덴서 렌즈(condenser lens) 등의 다양한 구성 요소를 포함한다. 따라서 광원(미도시)으로부터 조사된 방사선 빔은 조명계(20) 내의 조정 수단을 거치면서 빔내의 세기 분포의 외측 반경 및/또는 내측 반경 범위가 설정된다. 조정 수단을 거친 방사선 빔은 인티그레이터로 제공되며, 인티그레이터를 거치면서 균일성이 개선되어 투영빔(PB)이라 하는 컨디셔닝된 방사선 빔을 콘덴서 렌즈로 제공한다. 그리고 콘덴서 렌즈는 투영빔(PB)을 레티클(R) 표면 방향으로 균일하게 집중시키는 역할을 한다.
조명계(20)로부터 제공된 투영빔(PB)은 레티클 스테이지(30) 상에 위치하는 레티클(R) 표면으로 입사되며, 레티클(R) 패턴에 따라 투영빔의 일부가 투영 렌즈(40)로 제공된다.
투영 렌즈(40; projection lens)는 레티클(R)을 통과한 투영빔(PB)을 웨이퍼(W)의 소정 영역에 포커싱하며, 석영이나 형석을 재료로한 굴절 광학 소자로 이루어진 축소 배율(β: 1/4 배 또는 1/5 배 등)의 투영 렌즈(40)이다. 따라서 레티클(R)에 형성된 미세 패턴을 축소하여 웨이퍼 표면에 투영시킨다.
이러한 투영 렌즈(40)는 메인 플레이트(16)에 의하여 고정 지지되고, 일측에는 투영 렌즈(40)의 진동 측정시 또는 투영 렌즈(40)에 대한 웨이퍼 스테이지(50)의 상대적인 위치 측정시 사용되는 제 1 미러(42)가 설치된다. 제 1 미러(42)가 설 치되는 위치에 대해 상세히 설명하면, 제 1 미러(42)는 X축 선상의 일측면과 Y축 선상의 일측면에 각각 설치될 수 있다. 그리고 투영 렌즈(40)를 지지하는 메인 플레이트(16)는 반도체 소자 제조용 노광 장비를 둘러싸는 외부 프레임(14)과 연결되며, 외부 프레임(14)은 지면과 수직으로 지면에 고정되어 설치된다.
웨이퍼 스테이지(50)는 투영 렌즈(40) 하부에 위치하며, 미세 패턴을 형성하기 위한 웨이퍼(W)가 안착된다. 웨이퍼 스테이지(50)는 구동 수단(54)에 의해 노광 공정시 X축과 Y축으로 이동 가능하다. 그리고 웨이퍼 스테이지(50)의 위치를 이동시키는 구동 수단(54)은 지면과 접촉되는 베이스 프레임(12)에 고정된다. 웨이퍼 스테이지(50) 상부에는 웨이퍼 스테이지(50)의 투영 렌즈(40)에 대한 상대적인 위치를 측정하기 위한 제 2 미러(52)가 웨이퍼 스테이지(50)의 X축 또는 Y축에 수직을 이루도록 각각 설치된다. 그리고 웨이퍼 스테이지(50)에 설치되는 제 2 미러(52)는 반사면이 투영 렌즈(40)의 일측에 설치되는 제 1 미러(42)의 반사면이 향하는 방향과 동일하게 설치된다. 따라서 투영 렌즈(40)의 일측에 설치된 제 1 미러(42)를 기준으로, 웨이퍼 스테이지(50)의 ZY면에 실질적으로 평행한 반사면을 가지는 X축 미러, 웨이퍼 스테이지(50)의 ZX면에 실질적으로 평행한 반사면을 가지는 Y축 미러 또는 XY면에 실질적으로 평행한 반사면을 가지는 Z축 미러와의 위치 변화를 측정하여 웨이퍼 스테이지(50)의 좌표를 측정할 수 있다.
제 1 간섭계(60; interferometer system)는 레티클(R) 또는 웨이퍼를 정확한 위치에 위치시키기 위해 투영 렌즈(40)에 대한 웨이퍼 스테이지(50)의 상대적인 위치를 측정한다. 이러한 제 1 간섭계(60)는 웨이퍼(W) 표면에 형성될 미세 패턴의 위치를 결정하기 위해 수 nm의 분해능을 갖는다. 그리고 제 1 간섭계(60)는 웨이퍼 스테이지(50)의 각 축의 연장선과 평행한 위치에 각각 설치되고, 기준 경로로 제공된 광과 측정 경로로 제공된 광에 의해 형성되는 간섭 패턴을 측정하여 웨이퍼 스테이지(50)의 X축 좌표, Y축 좌표 또는 Z축 좌표에 대해 각각 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제 1 간섭계(60)는 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 스테이지(50)의 X축 좌표를 측정하는 간섭계인 것으로 설명한다. 상세히 설명하면, 제 1 간섭계(60)의 일측은 투영 렌즈(40)의 일측에 설치된 제 1 미러(42) 또는 웨이퍼 스테이지(50)에 설치된 제 2 미러(52)의 반사면과 대향하며, 반대편 타측은 외부 프레임(14)에 설치되는 기준 미러(15)와 대향하도록 설치된다. 그리고 기준 미러(15)에 대향하는 제 1 간섭계(60)의 일측에는 제 1 간섭계(60)에 발생되는 진동을 감지시 사용되는 제 3 미러(62)가 설치된다.
이와 같이 설치된 제 1 간섭계(60)는 웨이퍼 스테이지(50)의 X축 좌표를 측정하는 것뿐만 아니라, 노광 공정시 투영 렌즈(40)에 유발되는 진동을 감지할 수 있다. 이에 따라 투영 렌즈(40)에 유발되는 진동에 의해 웨이퍼 스테이지(50)의 위치 측정 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제 2 간섭계(70)는 제 3 미러(62)가 설치된 제 1 간섭계(60)와 기준 미러(15)가 설치된 외부 프레임(14) 사이에 설치되어, 제 1 간섭계(60)의 진동 발생을 감지한다. 이 때, 제 2 간섭계(70)는 기준 경로와 측정 경로를 따라 전파되는 광 사이에 발생하는 간섭 현상을 이용하여 제 1 간섭계(60)에 유발되는 진동을 감지한다. 따라서 제 1 간섭계(60)에 유발된 진동으로 인해 웨이퍼 스테이지(50)의 위치 측정 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 제 1 간섭계 및 제 2 간섭계의 구조 및 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 반도체 소자 제조용 노광 장비의 개략적인 일부 확대 부분 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 간섭계(60)는 제 1 편광 빔 스플리터(63), 제 1 검출기(67), 제 2 편광 빔 스플리터(65), 제 2 검출기(68), 다수의 파장 변환기(64a, 64b, 66a, 66b) 및 다수의 반사 미러(69a, 69b, 69c)를 포함한다. 그리고 제 2 간섭계(70)는 제 3 편광 빔 스플리터(71), 제 3 검출기(73), 파장 변환기(72) 및 반사 미러(74)를 포함한다.
제 1 간섭계(60)는 제 1 빔(110)이 기준 미러(15)와 제 1 미러(42)로 분할하여 제공된 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴과, 제 2 빔(120)이 제 1 미러(42)와 제 2 미러(52)로 분할하여 제공된 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 측정한다. 이 때, 제 1 빔(110)은 투영 렌즈(40)의 진동을 감지하는데 이용되며, 제 2 빔(120)은 투영 렌즈(40)에 대한 웨이퍼 스테이지(50)의 상대적인 위치를 측정하는데 이용된다.
이러한 제 1 빔(110)과 제 2 빔(120)은 제 1 간섭계(60)의 내부 또는 외부에 설치되는 광원(17)으로부터 조사되며, 광원(17)에서 조사되는 빔은 헬륨(He)-네온(Ne) 레이저 빔이 사용된다. 경우에 따라서는 광원(17)은 제 1 간섭계(60) 내부에 설치될 수 있다.
이와 같이, 광원(17)에서 조사된 레이저 빔(100)으로부터 제 1 빔(110)과 제 2 빔(120)을 제공하기 위해 빔 스플리터(61)가 광원에서 조사된 레이저 빔(100)이 통과하는 경로에 설치된다. 따라서 광원(17)에서 조사된 레이저 빔(100)이 빔 스플리터(61)를 통과하면서 제 1 빔(110)과 제 2 빔(120)으로 분할된다.
만일, 제 1 빔(110)을 조사하는 광원과 제 2 빔(120)을 조사하는 광원이 각각 설치된다면 빔 스플리터(61)는 생략될 수 있다.
그리고 광원(17)에서 조사되는 제 1 빔(110)과 제 2 빔(120)은 각 성분별로 다르게 편광된 빔으로써 각각 제 1 편광 빔 스플리터(63) 및 제 2 편광 빔 스플리터(65)로 입사된다. 제 1 편광 빔 스플리터(63) 및 제 2 편광 빔 스플리터(65)로 입사된 제 1 및 제 2 빔(110, 12)은 각각 제 1 편광 빔 스플리터(63)와 제 2 편광 빔 스플리터(65)에 의해 투과 및 반사되어 분할된다.
제 1 편광 빔 스플리터(63)는 광원(17)과 제 1 미러(42) 사이에 위치하며, 광원(17)으로부터 입사되는 제 1 빔(110)을 외부 프레임(14)에 고정되어 있는 기준 미러(15)로 제공되는 제 1 입사빔(111a)과, 투영 렌즈(40)의 일측에 설치되어 있는 제 1 미러(42)로 제공되는 제 2 입사빔(112a)으로 분할한다. 이 때, 제 1 편광 빔 스플리터(63)에 의해 분할되는 제 1 빔(110) 중 제 1 입사빔(111a)은 제 1 편광 빔 스플리터(63)를 반사없이 통과하도록 선형 편광된 빔이며, 제 2 입사빔(112a)은 제 1 편광 빔 스플리터(63)의 편광면에 수직 반사되도록 선형 편광된 빔이다.
이와 같이, 제 1 편광 빔 스플리터(63)로부터 분할되어 기준 미러(15)와 제 1 미러(42)로 각각 제공되는 제 1 입사빔(111a)과 제 2 입사빔(112a)은 각각 기준 미러(15)와 제 1 미러(42)로부터 반사되어 제 1 반사빔(111b)과 제 2 반사빔(112b)으로 다시 제 1 편광 빔 스플리터(63)로 입사된다.
이 때, 제 1 입사빔(111a)과 제 1 반사빔(111b)의 경로 및 제 2 입사빔(112a)과 제 2 반사빔(112b)의 경로 상에는 각각 파장 변환기(64a, 64b)가 설치된다. 또한, 기준 미러(15)로 제공되는 제 1 입사빔(111a)의 경로 상에는 제 1 입사빔(111a)을 기준 미러(15)로 안내하기 위한 반사 미러(69b)가 설치될 수 있다.
파장 변환기(64a, 64b)는 파장 변환기(64a, 64b)를 통과하는 각 빔성분의 편광 방향에 45°각도로 회전시키는 λ/4 플레이트이다. 그러므로 제 1 편광 빔 스플리터(63)에서 제공되는 제 1 입사빔(111a)과 제 2 입사빔(112a)은 각각 파장 변환기(64a, 64b)를 통과함으로써 각각 45°로 회전된다. 그리고 제 1 입사빔(111a)이 기준 미러(15)에 반사된 다음 제 1 편광 빔 스플리터(63)로 돌아오는 제 1 반사빔(111b)은 제 1 편광 빔 스플리터(63)로 돌아오면서 다시 한번 파장 변환기(64a)를 통과하게 되어 제 1 입사빔(111a)의 원편광 방향에 90°로 회전된다. 따라서 제 1 편광 빔 스플리터(63)로 입사되는 제 1 반사빔(111b)은 제 1 편광 빔 스플리터(63)를 투과하게 된다.
이와 같은 원리로 제 2 입사빔(112a)이 제 1 미러(42)에 반사되어 돌아오는 제 2 반사빔(112b)은 파장 변환기(64b)를 통과함으로써 제 1 편광 빔 스플리터(63)로부터 반사된다.
따라서, 제 1 반사빔(111b)과 제 2 반사빔(112b)은 제 1 편광 빔 스플리터(63)에 의해 제 1 검출기(67)로 제공된다.
이 때, 외부 프레임(14)에 고정되어 있는 기준 미러(15)로부터 반사된 제 1 반사빔(111b)은 기준빔으로 이용되며, 투영 렌즈(40)의 일측에 설치되어 있는 제 1 미러(42)로부터 반사된 제 2 반사빔(112b)은 측정빔으로 이용된다. 따라서 제 1 편광 빔 스플리터(63)에서 제 1 검출기(67)로 제공되는 제 1 반사빔(111b)과 제 2 반사빔(112b)에 의해 간섭 패턴이 형성된다.
제 1 검출기(67)는 제 1 편광 빔 스플리터(63)을 통해 입사되는 제 1 반사빔(111b)과 제 2 반사빔(112b)에 의해 형성되는 간섭 패턴을 검출한다. 이러한 제 1 검출기(67)는 간섭 패턴에 따른 광 신호를 전기적인 신호(82)로 변환하여 제어기(80)로 제공한다.
제어기(80)에는 제 1 반사빔(111b)과 투영 렌즈(40)에 진동이 없을 때 측정된 제 2 반사빔(112b)에 의해 형성된 기준 간섭 패턴에 의한 기준 신호가 저장되어 있다. 따라서, 제 1 검출기(67)에서 전달받은 신호(즉, 노광 공정시 제 1 반사빔(111b)과 제 2 반사빔(112b)에 의해 형성되는 간섭 패턴을 전기적인 신호로 변환한 신호(82))와 기준 신호가 동일한지 실시간으로 비교한다.
이 때, 제 1 검출기(67)에서 전달된 신호(82)와 기준 신호가 동일하지 않는 경우, 제어기(80)에서는 투영 렌즈(40)에 진동이 발생한 것으로 판단한다. 이와 동시에 제어기(80)에서는 투영 렌즈(40)의 진동 발생 신호가 발생된다. 따라서, 투영 렌즈(40)의 진동 발생 신호 발생시 노광 공정의 수행을 잠시 중단시키거나 진동 원인을 제거하도록 한다. 그러므로 투영 렌즈(40)의 진동으로 인해 웨이퍼 상에 미세 패턴이 정확한 위치에 형성되지 않는 패터닝 불량을 방지할 수 있다.
제 2 편광 빔 스플리터(65)는 웨이퍼 스테이지(50)에 설치된 제 2 미러(52)와 광학적으로 정렬되는 위치에 설치되며, 광원(17)에서 제공된 레이저 빔(100)에서 분할되는 제 2 빔(120)을 빔 스플리터(61)로부터 제공받는다. 이 때, 제 2 빔(120)을 빔 스플리터(61)에서 제 2 편광 빔 스플리터(65)로 안내하기 위해 제 2 빔(120)을 수직으로 반사시키는 반사 미러(69a)가 설치될 수 있다.
제 2 빔(120)을 제공받은 제 2 편광 빔 스플리터(65)는 제 2 빔(120)을 투영 렌즈(40)의 일측에 설치된 제 1 미러(42)로 제공되는 제 3 입사빔(123a)과 웨이퍼 스테이지에 설치된 제 2 미러(52)로 제공되는 제 4 입사빔(124a)으로 분할한다.
제 3 입사빔(123a)과 제 4 입사빔(124a)으로 분할되는 제 2 빔(120)은 제 1 빔(110)과 마찬가지로 성분별로 각각 편광된 빔이다. 이 때, 제 3 입사빔(123a)이 제 2 편광 빔 스플리터(65)에 의해 반사되는 편광 성분을 가지며, 제 4 입사빔(124a)이 제 2 편광 빔 스플리터(65)를 투과하는 편광 성분을 가질 수 있다.
이와 같이 분할된 제 3 입사빔(123a)과 제 4 입사빔(124a)은 각각 제 1 미러(42)와 제 2 미러(52)로부터 반사되어 제 3 반사빔(123b)과 제 4 반사빔(124b)으로 다시 제 2 편광 빔 스플리터(65)로 입사된다.
이 때, 제 3 입사빔(123a)과 제 3 반사빔(123b)의 경로와, 제 4 입사빔(124a)과 제 4 반사빔(124b)의 경로 상에는 각각 파장 변환기(66a, 66b)가 설치된다. 그리고 제 2 편광 빔 스플리터(65)에서 반사된 제 3 입사빔(123a)을 제 1 미러(42)로 안내하기 위해 반사 미러(69c)가 설치될 수 있다.
제 3 입사빔(123a)과 제 3 반사빔(123b)의 경로와, 제 4 입사빔(124a)과 제 4 반사빔(124b)의 경로 상에 각각 설치되는 파장 변환기(66a, 66b)는 상기에서 설명한 λ/4 플레이트와 동일하다.
따라서, 제 3 반사빔(123b)은 제 2 편광 빔 스플리터(65)에서 제공되는 제 3 입사빔(123a)의 편광 방향에 대해 90° 회전되어 제 2 편광 빔 스플리터(65)로 입사되므로 제 2 편광 빔 스플리터(65)를 투과한다. 그리고 제 4 반사빔(124b)은 제 2 편광 빔 스플리터(65)에서 제공되는 제 3 입사빔(123a)의 편광 방향에 대해 90° 회전되어 제 2 편광 빔 스플리터(65)로 입사되므로 제 2 편광 빔 스플리터(65)로부터 반사된다.
그러므로 제 3 반사빔(123b)과 제 4 반사빔(124b)은 제 2 편광 빔 스플리터(65)에 의해 제 2 검출기(68)로 제공된다. 이 때, 제 2 검출기(68)로 제공되는 제 3 반사빔(123b)과 제 4 반사빔(124b)에 의해 간섭 패턴이 형성되며, 이를 제 2 검출기(68)에서 검출한다. 이 때, 제 2 검출기(68)에서는 제 1 미러(42)로부터 반사된 제 3 반사빔(123b)을 기준빔으로 이용하며, 제 2 미러(52)로부터 반사된 제 4 반사빔(124b)을 측정빔으로 이용한다. 그리고 제 2 검출기(68)에서는 검출되는 간섭 패턴에 따른 광 신호를 전기적인 신호(84)로 변환하여 제어기(80)에 제공한다.
제어기(80)는 제 2 간섭계(70)로부터 제공받은 신호(84)에 따라 투영 렌즈(40)에 대한 웨이퍼 스테이지(50)의 상대적인 위치를 계산한다. 이 때, 제 3 반사빔(123b)을 기준으로 제 4 반사빔(124b)의 변화를 측정함으로써 투영 렌즈(40)에 대한 웨이퍼 스테이지(50)의 상대적인 위치를 측정할 수 있다. 즉, 투영 렌즈(40)의 위치를 기준으로 웨이퍼 스테이지(50)의 위치 변화를 측정하게 된다.
이상, 상기에서 상술한 제 1 간섭계(60)에서는 하나의 광원(17)을 이용하여 투영 렌즈(40)의 진동 감지 및 웨이퍼 스테이지(50)의 위치를 측정하는 것으로 설명하였다. 그러나, 각 기능에 따라 제 1 간섭계를 분리할 수도 있을 것이다.
다음으로, 제 2 간섭계(70)는 제 3 빔(130)을 기준 미러(15)와 제 3 미러(62)로 분할하여 제공한 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 측정하여 제 1 간섭계(60)의 진동 발생을 감지한다. 이 때, 제 3 빔(130)은 제 2 간섭계(70)의 외부에 설치되는 광원(18)에 의해 조사된다. 물론, 광원(18)은 제 2 간섭계(70)의 내부에 설치될 수도 있다. 그리고 제 3 빔(130)으로는 제 1 빔(110) 또는 제 2 빔(120)과 마찬가지로 헬륨-네온 레이저가 이용된다. 제 3 빔(130)은 제 3 편광 빔 스플리터(71)로 입사되며, 제 3 편광 빔 스플리터(71)에 의해 투과 및 반사되어 분할된다.
제 3 편광 빔 스플리터(71)는 광원(18)과 제 3 미러(62) 사이에 위치하며, 제 3 빔(130)을, 외부 프레임(14)에 고정되어 있는 기준 미러(15)로 제공되는 제 5 입사빔(135a)과 제 1 간섭계(60)의 일측에 설치되어 있는 제 3 미러(62)로 제공되는 제 6 입사빔(136a)으로 분할한다.
이 때, 제 5 입사빔(135a)은 제 3 편광 빔 스플리터(71)에 의해 반사되는 편광 성분을 가지며, 제 6 입사빔(136a)은 제 3 편광 빔 스플리터(71)를 투과하는 편광 성분을 갖는다. 그리고, 제 3 편광 빔 스플리터(71)에서 분할된 제 5 입사빔(135a)을 기준 미러(15)로 안내하기 위한 반사 미러(74a)가 설치될 수 있다.
이와 같이, 제 3 편광 빔 스플리터(71)에 의해 분할되어 기준 미러(15)로 입 사되는 제 5 입사빔(135a)과 제 3 미러(62)로 입사되는 제 6 입사빔(136a)은 기준 미러(15)와 제 3 미러(62)로부터 각각 반사되어 제 3 편광 빔 스플리터(71)로 제 5 반사빔(135b)과 제 6 반사빔(136b)으로 입사된다. 이 때, 제 5 입사빔(135a)과 제 5 반사빔(135b)의 경로와, 제 6 입사빔(136a)과 제 6 반사빔(136b)의 경로에 각각 파장 변환기(72a, 72b)가 설치된다. 파장 변환기(72a, 72b)는 상기에서 설명한 바와 같은 λ/4 플레이트이다. 따라서, 기준 미러(15)와 제 3 미러(62)에서 반사되어 제 3 편광 빔 스플리터(71)로 입사되는 제 5 반사빔(135b)과 제 6 반사빔(136b)은 제 5 입사빔(135a)과 제 6 입사빔(136a) 각각의 편광 방향에 대해 90°회전되어 입사된다.
그러므로 제 3 편광 빔 스플리터(71)로 입사된 제 5 반사빔(135b)은 제 3 편광 빔 스플리터(71)를 투과하게 되고 제 6 입사빔(136a)은 제 3 편광 빔 스플리터(71)로부터 반사된다. 따라서 제 5 반사빔(135b)과 제 6 반사빔(136b)이 제 3 검출기(73)로 제공된다. 이 때, 기준 미러(15)로부터 반사된 제 5 반사빔(135b)과 제 3 미러(62)로부터 반사된 제 6 반사빔(136b)에 의해 간섭 패턴이 형성되며 이를 제 3 검출기(73)에서 검출한다.
이 때, 제 3 검출기(73)에서는 제 5 반사빔(135b)을 기준빔으로 이용하며, 제 6 반사빔(136b)은 측정빔으로 이용한다. 그리고 제 3 검출기(68)에서는 제 5 반사빔(135b)과 제 6 반사빔(136b)에 의해 형성된 간섭 패턴에 따른 광 신호를 전기적인 신호(86)로 변환하여 제어기(80)에 제공한다.
제어기(80)는 제 3 검출기(73)로부터 간섭 패턴에 따른 전기 신호(86)를 제 공받아 제 1 간섭계(60)의 진동 발생을 감지한다. 이러한 제어기(80) 내에는 제 1 간섭계(60)가 고정되어 있을 때 제 5 반사빔(135b)과 제 6 반사빔(136b)에 의해 형성된 기준 간섭 패턴을 전기 신호(86)로 변환한 기준 신호를 저장하고 있다. 따라서 노광 공정 수행시 측정되는 제 5 반사빔(135b)과 제 6 반사빔(136b)에 의해 형성된 간섭 패턴에 따른 전기 신호(86)와 기준 신호를 실시간으로 비교한다.
이 때, 제 1 간섭계(60)에 진동이 발생하게 되면, 제 3 검출기(73)에서 제공받은 신호(86)와 제어기(80)에 저장되어 있는 기준 신호가 동일하지 않으므로 제 1 간섭계(60)의 진동 발생 신호를 발생시킨다. 따라서, 제 1 간섭계(60)의 진동 발생 신호 발생시 노광 공정의 수행을 잠시 중단시키거나 진동 원인을 제거하도록 한다. 그러므로 제 1 간섭계(60)의 진동으로 인해 웨이퍼 스테이지의 위치가 부정확하게 측정되어 웨이퍼(W) 상에 미세 패턴이 정확한 위치에 형성되지 않는 패터닝 불량을 방지할 수 있다.
이상, 상기에서 상술한 제어기(80)는 제 1 검출기(67), 제 2 검출기(68) 및 제 3 검출기(73)와 연결되어 있다. 그리고 제어기는 웨이퍼 스테이지를 구동시키는 구동기(90)와 연결되어 있다. 따라서, 제어기(80)에서 발생하는 신호에 따라 구동기(90)가 제어된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에서는 하나의 제어기(90)를 사용하여 제 1 검출기(67), 제 2 검출기(68) 및 제 3 검출기(73) 각각에서 검출된 각 간섭 패턴에 따른 신호를 계산한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 각 검출기에 각각 대응하는 제어기를 연결하여 사용할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 노광 장비의 개략적인 일부 확대 부분 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 간섭계(60)와 제 2 간섭계(70)에 이용되는 광원(17)으로는 하나의 공통된 광원(17)을 이용할 수 있다. 즉, 광원(17)으로부터 레이저 빔(10)이 조사되며, 레이저 빔(10)이 조사되는 경로 상에 설치되는 빔 스플리터(19)에 의해 제 1 간섭계(60)로 제공되는 빔(100)과 제 2 간섭계(70)로 제공되는 빔(130)으로 분할된다.
이 때, 제 1 간섭계(60)로 제공되는 빔(100)은 빔의 경로 상에 위치하는 또 다른 빔 스플리터(61)에 의해 다시 제 1 빔(110)과 제 2 빔(130)으로 분할된다. 그리고 제 2 간섭계(70)로 제공되는 빔(130)은 빔(130)의 경로상에 반사 미러(75)가 설치되어 제 2 간섭계(70) 내부의 제 3 편광 빔 스플리터(71)로 입사된다. 이하, 제 1 간섭계 및 제 2 간섭계의 구조 및 동작은 상기에서의 설명과 중복됨으로 생략한다.
이상, 본 발명에서 설명한 제 1 간섭계와 제 2 간섭계 내부에 포함된 구성 요소들은 광원의 위치 또는 제 1 간섭계와 제 2 간섭계가 설치되는 위치에 따라 위치 및 방향이 변경될 수 있다.
이하, 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하여 상기에서 설명한 반도체 소자 제조용 노광 장비를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼를 위치시킨다.(S10) 웨이퍼 스테이지 상에 위치하는 웨이퍼 상에는 감광막이 형성되어 있다. 다음으로 노광 공정시 웨이퍼 표면으로 패턴을 투영하는 투영 렌즈와 투영 렌즈에 대한 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 간섭계 시스템의 진동을 감지한다.(S20)
투영 렌즈 및 간섭계 시스템의 진동 감지 결과 진동이 발생하지 않는 경우, 투영 렌즈에 대한 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정한다.(S30) 웨이퍼 스테이지의 위치에 따라 웨이퍼 스테이지 상에 위치한 웨이퍼 표면에 형성되는 패턴의 소정 위치가 결정된다.
그리고 진동 감지 단계(S20)에서 투영 렌즈 또는 간섭계 시스템에 진동이 발생한 경우에는 진동의 발생 원인을 제거(S40)한 다음 다시 투영 렌즈 및 간섭계 시스템의 진동을 감지한다.(S20)
웨이퍼 스테이지의 위치 측정(S30)에 따라 패턴이 형성될 소정 위치에 웨이퍼를 위치시키고 나면, 조명계를 이용하여 패턴이 형성된 레티클 상으로 투영빔을 제공한다.(S50) 투영빔이 레티클을 통과하고 나면 투영빔의 단면에는 패턴이 부여된다.(S60) 그리고 나서, 패턴이 부여된 투영빔을 패턴이 형성될 웨이퍼의 소정 위치에 투영시킨다.(S70) 따라서 웨이퍼 상에 형성된 감광막 표면에 패턴이 형성된다.
이와 같은 반도체 소자 제조 방법에서 투영 렌즈 및 간섭계 시스템의 진동을 감지하는 단계(S20)는 웨이퍼 스테이지의 위치 측정(S30) 전 단계뿐만 아니라 노광 공정 전반에 걸쳐 계속 수행되는 것이 바람직할 것이다.
상기의 반도체 소자 제조 과정을 반복함으로써 웨이퍼 상에 정확하게 정렬된 패턴들을 갖는 반도체 소자가 제조된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 노광 장비에 따르면 투영 렌즈와 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 투영 렌즈의 진동 및 투영 렌즈와 웨이퍼의 상대적인 위치를 측정하는 간섭계의 진동도 측정할 수 있다.
따라서, 웨이퍼 상의 원하는 위치에 정확하게 정렬된 패턴을 형성하여 신뢰도 높은 반도체 소자를 제조할 수 있다.

Claims (20)

  1. 기준 미러가 설치된 외부 프레임;
    일측에 제 1 미러가 설치된 투영 렌즈;
    일측에 제 2 미러가 설치된 웨이퍼 스테이지;
    상기 기준 미러와 상기 제 1 미러를 사용하여 상기 투영 렌즈의 진동을 측정하며, 상기 제 1 및 제 2 미러를 사용하여 상기 투영 렌즈와 상기 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 간섭계 시스템을 포함하는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭계 시스템은 상기 기준 미러와 상기 제 1 미러로 제 1 빔을 분할하여 제공한 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 측정하여 상기 투영 렌즈의 진동을 감지하고, 상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러로 제 2 빔을 분할하여 제공한 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 측정하여 상기 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 간섭계를 포함하는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 간섭계 시스템은 상기 간섭계의 일측에 설치된 제 3 미러; 및
    상기 기준 미러와 상기 제 3 미러로 제 3 빔을 분할하여 제공한 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 측정하여 상기 간섭계의 진동을 감지하는 다른 간섭계를 더 포함하는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 빔, 상기 제 2 빔 및 상기 제 3 빔은 각 성분별로 편광된 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 간섭계는,
    상기 제 1 빔을 상기 기준 미러로 제공되는 제 1 입사빔과 상기 제 1 미러로 제공되는 제 2 입사빔으로 분할시키는 제 1 편광 빔 스플리터;
    상기 기준 미러로부터 반사된 제 1 반사빔과 상기 제 1 미러로부터 반사된 제 2 반사빔에 의해 형성된 상기 간섭 패턴을 검출하는 제 1 검출기;
    상기 제 2 빔을 상기 제 1 미러로 제공되는 제 3 입사빔과 상기 제 2 미러로 제공되는 제 4 입사빔으로 분할시키는 제 2 편광 빔 스플리터; 및
    상기 제 1 미러로부터 반사된 제 3 반사빔과 상기 제 2 미러로부터 반사된 제 4 반사빔에 의해 형성된 상기 간섭 패턴을 검출하는 제 2 검출기를 포함하는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 반사빔 및 제 3 반사빔은 기준빔으로 이용되고, 상기 제 2 반사빔 및 상기 제 4 반사빔은 측정빔으로 이용되는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 검출기에서 검출된 상기 간섭 패턴이 기준 간섭 패턴과 다를 경우, 상기 투영 렌즈 진동 발생 신호를 발생시키는 제어기를 더 포함하는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 검출기에서 검출된 상기 간섭 패턴을 사용하여 상기 투영 렌즈와 상기 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 계산하여 상기 웨이퍼 스테이지를 이동하도록 하는 제어기를 더 포함하는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 간섭계는 상기 제 1 입사빔과 상기 제 1 반사빔, 상기 제 2 입사빔과 상기 제 2 반사빔, 상기 제 3 입사빔과 상기 제 3 반사빔 및 상기 제 4 입사빔과 상기 제 4 반사빔들의 경로 상에 각각 설치되는 파장 변환기를 더 포함하는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 다른 간섭계는,
    상기 제 3 빔을 상기 기준 미러로 제공되는 제 5 입사빔과 상기 제 3 미러로 제공되는 제 6 입사빔으로 분할시키는 제 3 편광 빔 스플리터 및 상기 기준 미러에 반사된 상기 제 5 반사빔과 상기 제 3 미러에 반사된 상기 제 6 반사빔에 의해 형성된 상기 간섭 패턴을 검출하는 제 3 검출기를 포함하는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 5 반사빔은 기준빔으로 이용되고 상기 제 6 반사빔은 측정빔으로 이용되는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 3 검출기에서 검출된 상기 간섭 패턴이 기준 간섭 패턴과 다를 경우, 간섭계 진동 발생 신호를 발생시키는 제어기를 더 포함하는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 다른 간섭계는 상기 제 5 입사빔과 상기 제 5 반사빔 및 상기 제 6 입사빔과 상기 제 6 반사빔의 경로 상에 각각 설치되는 파장 변환기를 더 포함하는 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 빔, 상기 제 2 빔 또는 상기 제 3 빔은 헬륨-네온 레이저인 반도체 소자 제조용 노광 장비.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 반도체 소자 제조용 노광 장비에서 제 1 빔을 분할하여 상기 기준 미러와 상기 제 1 미러로 제공한 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 검출하여 투영 렌즈의 진동을 감지하는 단계; 및
    제 2 빔을 분할하여 상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러로 제공한 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 측정하여 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 단계를 포함하는 진동 감지 및 위치 측정 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 투영 렌즈의 진동을 감지하는 단계는,
    상기 기준 미러와 상기 제 1 미러로 제공되는 상기 제 1 빔을 분할하는 단계;
    상기 제 1 빔이 상기 기준 미러와 상기 제 1 미러에 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 검출하는 단계; 및
    상기 간섭 패턴을 기준 간섭 패턴과 비교하여 상기 투영 렌즈의 진동을 감지하는 단계를 포함하는 진동 감지 및 위치 측정 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 단계는,
    상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러로 제공되는 상기 제 2 빔을 분할하는 단계;
    상기 제 2 빔이 상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러에 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 검출하는 단계; 및
    상기 간섭 패턴을 이용하여 상기 투영 렌즈에 대한 상기 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 계산하는 단계를 포함하는 진동 감지 및 위치 측정 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    제 3 빔을 분할하여 상기 기준 미러와 제 3 미러로 제공한 다음 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 검출하여 상기 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 간섭계의 진동을 감지하는 단계를 더 포함하는 진동 감지 및 위치 측정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 간섭계의 진동을 측정하는 단계는,
    상기 기준 미러와 상기 제 3 미러로 제공되는 상기 제 3 빔을 분할하는 단계;
    상기 제 3 빔이 상기 기준 미러와 상기 제 3 미러에 반사되면서 형성하는 간섭 패턴을 검출하는 단계; 및
    상기 간섭 패턴을 또 다른 기준 간섭 패턴과 비교하여 상기 간섭계의 진동을 감지하는 단계를 포함하는 진동 감지 및 위치 측정 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 반도체 소자 제조용 노광 장비의 상기 웨이퍼 스테이지 상에 웨이퍼를 위치시키는 단계;
    상기 웨이퍼 상으로 패턴을 투영하는 투영 렌즈의 진동 및 상기 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 간섭계의 진동을 감지하는 단계;
    상기 투영 렌즈 및 상기 간섭계의 진동 감지 결과에 따라 상기 투영 렌즈에 대한 웨이퍼 스테이지의 상대적인 위치를 측정하는 단계;
    패턴이 형성된 레티클 상으로 투영빔을 제공하여 상기 투영빔 단면에 패턴을 부여하는 단계; 및
    상기 패턴이 형성된 투영빔을 상기 웨이퍼의 소정 위치로 투영하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
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