KR100791709B1 - 웨이퍼의 노광장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 노광장치 및 방법에 관한 것으로서, 광원 단차 보정이 가능한 광원조절수단을 포함하되 광원조절수단은, 광학계의 단차센서에서 얻어진 검출 정보를 수광하도록 광학계의 상측에 설치되는 제 1 반응렌즈와, 제 1 반응렌즈와 동일 선상에 설치되어 광학계를 통하여 광원을 전달하는 제 2 반응렌즈로 구성되는 것이다. 따라서 본 발명은, 노광장치에 광원 단차 보정이 가능한 광원조절수단을 구비하여 노광량 조절로 측정 재현성을 개선시키는 효과를 가진다.

노광, 광원, 단차, 보정

Description

웨이퍼의 노광장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR EXPOSURE OF WAFER}

도 1a 및 도 1b는 일반적인 웨이퍼의 노광 공정시 풀 샷과 부분 샷을 나타낸 평면도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼의 노광장치의 구성도이고,

도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 제 1, 2 반응렌즈를 보여주는 사진이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제 1, 2 반응렌즈가 균일맵으로 변경되는 것을 보여주는 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광원 2 : 레티클

3 : 광학계 4 : 웨이퍼 스테이지

5 : 웨이퍼 6 : 포토레지스트막

7 : 제 1 반응렌즈 7a : 스텝모터

7b : 검출기 8 : 제 2 반응렌즈

본 발명은 웨이퍼의 노광장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노광조건으로 발생하는 보정 오차를 개선하여 부분 샷(partial shot)간의 단차를 최소화시키고자 하는 웨이퍼의 노광장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 공정 중 포토리소그래픽(photo lithography)의 노광 장비를 가지고 진행하는 공정은 웨이퍼 상에 실제로 필요한 회로를 포토레지스트를 이용하여 그리는 공정으로서, 노광 장비를 이용하여 설계하고자 하는 회로 패턴이 그려진 포토 마스크(photo mask)에 빛을 조사하여 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트를 노광시킴으로써 원하는 패턴을 웨이퍼상에 형성할 수 있게 된다.

위의 공정에서 발생하는 문제점으로 웨이퍼상에 디포커스(defocus)가 발생한다. 이는 패턴의 비정상적인 현상으로 이어져 원하는 패턴이 형성되지 못하고 패턴 자체가 비정상적인 형태로 발생되어 소자 형성 레벨에서 후속되는 식각 공정이나 이온 주입 공정에서 문제점이 제기된다.

이는 특히 웨이퍼의 에지 부분에서 디포커스 현상이 두드러지게 된다. 웨이퍼 안쪽에서 발생되는 것은 웨이퍼 뒷면에 파티클(particle)이 붙어 있다거나 노광 장비내의 웨이퍼를 놓은 스테이지에 파티클이 놓여 있어서 디포커스가 발생된다.

특히, 웨이퍼 에지인 외주를 돌아가며 발생되는 디포커스 현상은 웨이퍼 공정이 진행됨에 따라 자연발생적으로 단차가 발생되어지는데 이것은 복합적인 원인으로 발생되어질 수 있으며, 단적으로 포토에서 진행하는 WEE(Wafer Edge Exclusion) 및 EBR(Edge Bead Remove) 공정이 진행되고 후속되는 식각 및 증착 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 등을 통하면 더욱 차이가 발생된다.

이러한 현상이 발생되면 보통 파티클 유무를 검사하고 이상이 없을 경우는 단차 정도를 확인해야하나 이것 또한 쉽지 않은 문제로 노광 장비에서의 파라미터(parameter)를 변경시켜 적용하여 본 후에 가장 이상적인 방법으로 진행하여 후속되는 공정을 진행한다.

일반적으로 반도체 소자의 집적도의 향상을 위해서 최소 선 폭은 꾸준히 감소되고 있다. 또한, 생산성의 향상을 위해서 웨이퍼(wafer)의 크기 또한 200mm에서 300mm로 전환이 되고 있다.

전술한 바와 같은 소자의 집적도 향상 및 웨이퍼 크기의 전환은 에지 샷(edge shot)의 증가라는 동일한 현상을 유발시킨다.

여기서, 에지 샷이란 샷이 웨이퍼에 에지에 걸리는 것을 의미한다.

포토(photo) 공정에서 마스크(mask)안에는 소자(device)의 크기와 상관이 있지만, 보통 4 다이(die)이상 그려져 있다.

그래서, 샷(shot)기준으로 보면은 웨이퍼의 에지에 걸리지만 4개의 다이 중에 웨이퍼의 안쪽에 노광이 이루어지는 다이가 있을 때에는 그 샷을 노광 하게 되고 그것을 에지 샷이라고 한다.

에지 샷의 경우는 보통의 샷과는 다르게 CD(critical dimension)를 제어하기가 힘들고, 패턴(pattern)의 변형(deformation) 현상이 발생하기 싶다.

웨이퍼의 끝은 사각으로 끝나는 것이 아니라 둥글게 마무리가 되었다. 그래서 프로세스(process)를 거치면서 웨이퍼의 안쪽과 두께가 다르게 된다.

그 결과 CD가 차이가 나게 된다. 웨이퍼의 수율 맵(yield map)을 보면 에지 쪽으로 다이가 많이 죽는 현상이 발생한다.

노광 장비에는 노광 중에 레벨링(leveling)과 자동-포커스(auto-focus)라는 기능 있어 웨이퍼의 표면 단차를 계산하여 보정을 해주면서 찍는 방법이 있다.

도 1a 및 도 1b는 일반적인 웨이퍼의 노광 공정시 풀 샷과 부분 샷을 나타낸 평면도이다.

도 1a에서와 같이, 웨이퍼(100)의 풀 샷(full shot)(101)이 웨이퍼 에지에 걸리지 않는 샷)의 경우에는 전술한 바와 같이 기능이 잘 작동되고, 단차의 차이가 별로 없기 때문에 노광 공정시에 큰 문제가 되지 않는다.

하지만, 도 1b에서와 같이, 웨이퍼(100)의 부분 샷(partial shot)(102)(샷이 웨이퍼 에지에 걸리는 샷)인 경우에는 위 기능이 정확하게 이루어지지 않는다.

부분 샷(102)인 경우에는 웨이퍼(100)에 노광이 이루지는 부분이 샷의 일부분이므로 표면의 정보를 충분하게 얻지 못한 상태에서 노광이 이루어진다.

한편, 노광의 정보가 없는 부분은 전 샷의 정보를 그대로 사용하게 된다. 즉, 잘못된 정보를 가지고 노광이 이루어지는 것이다. 그 결과 웨이퍼(100)의 안쪽의 풀 샷(101)과 부분 샷(102)의 경우에는 CD차이가 발생하게 되는 것이다.

더구나, 소자가 작아지면서 최소 선 폭은 작아지고 있다. 기존의 0.18㎛인 경우에는 CD의 차이가 10nm정도는 공정 마진(margin)에 들어오게 된다.

그러나 0.13㎛인 경우에는 10nm가 타겟(target) CD의 거의 10%를 차지하게 된다. 물론 90nm 밑으로 들어가면 10% 이상이 된다. 선 폭이 작아 질수록 부분 샷의 제어가 수율 향상에 중요한 포인트가 된다.

종래 기술에 의한 웨이퍼의 노광 방법은 부분 샷의 웨이퍼 표면의 단차를 센서(sensor)를 이용하여 측정한 후 보정을 해주는 방법을 택하였다. 하지만, 정보를 충분히 얻지 못하는 경우에는 전 샷의 잘못된 정보를 가지고 노광을 해야만 했다.

또한, 단차가 너무 커서 보정을 해주지 못하는 경우도 발생하게 된다. 그래서 이런 문제점을 보완하기 위해서 노광 에너지(Dose)를 부분 샷(partial shot)인 경우에는 풀 샷(full shot)과 다르게 주어 해결하였다.

따라서 종래 기술에 의한 웨이퍼의 노광 방법은 포커스(focus)의 차이(웨이퍼의 표면 단차에 의해서 발생함)를 센서로 이용하여 측정 후, 상기 센서의 측정 결과에 따라 웨이퍼의 위치를 보정하였지만, 전술한 바와 같이 포토에서 진행하는 WEE(Wafer Edge Exclusion) 및 EBR(Edge Bead Remove) 공정이 진행되고 후속되는 식각 및 증착 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 등을 통하면 더욱 차이가 발생되어 패턴 변형이 발생한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 노광장치에 광원 단차 보정이 가능한 광원조절수단을 구비하여 노광량 조절로 측정 재현성을 개선시킨 웨이퍼의 노광장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광원과, 일정한 패턴이 형성된 레티클과, 광원으로부터 출사되어 레티클을 통과한 광이 노광하고자 하는 웨이퍼의 일정 위치에 조사되도록 초점 거리를 조절하기 위한 광학계와, 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지를 구비하는 웨이퍼의 노광장치에 있어서, 광원 단차 보정이 가능한 광원조절수단을 포함하되 광원조절수단은, 광학계의 단차센서에서 얻어진 검출 정보를 수광하도록 광학계의 상측에 설치되는 제 1 반응렌즈와, 제 1 반응렌즈와 동일 선상에 설치되어 광학계를 통하여 광원을 전달하는 제 2 반응렌즈로 구성되는 웨이퍼의 노광장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 웨이퍼의 노광방법에 있어서, 광학계의 단차센서에서 얻어진 검출 정보를 제 1 반응렌즈에서 수광하여 검출기로부터 반사 정보를 수광하는 단계와, 검출기로부터 얻어진 정보에 따라 제 1 반응렌즈를 구동시켜서 방향성을 결정하고 이에 해당하는 방향으로 균일맵으로 변경하는 단계와, 제 1 반응렌즈로부터 전달된 웨이퍼의 부분샷 또는 한면에서의 음의 초점에 해당하는 부위의 광량을 제 2 반응렌즈로 통과시켜 렌즈의 방향을 결정하고 이동하여 광학계에 광원을 전달하는 단계를 포함하는 웨이퍼의 노광방법을 제공한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼의 노광장치의 구성도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 제 1, 2 반응렌즈를 보여주는 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제 1, 2 반응렌즈가 균일맵으로 변경되는 것을 보여주는 구성도이다.

본 발명에 따른 노광 장비는 도 2에서와 같이 광원(1), 레티클(2), 광학 계(3) 및 웨이퍼 스테이지(4)를 포함하며, 광원 단차 보정이 가능한 광원조절수단을 더 포함한다.

광원(1)은 웨이퍼(5) 상에 형성된 포토레지스트막(6)을 감광시키는 광을 출사하기 위한 것으로서, 자외선을 출사하는 초고압 수은 램프이거나 레이저 광을 출사하는 반도체 레이저이다. 이 광원(1)으로부터 출사되는 광은 셔터(11)에 의해 온/오프된다. 즉, 셔터(11)가 열리면 광원(1)으로부터 출사되는 광이 셔터(11)를 통과하고, 셔터(11)가 닫히면 광원(1)으로부터 출사되는 광은 셔터를 통과하지 못한다.

레티클(2)은 일정한 패턴이 형성된 마스크로서, 이 레티클(2) 상에 형성된 패턴은 웨이퍼(5) 상에 형성된 포토레지스트막(6)에 전사된다. 일반적으로 레티클(2)은 레티클 스테이지(미도시)에 의해 지지되며, 광원(1)으로부터 출사되는 광은 제1 반사경(12)에 의해 반사된 후에 레티클 블라인드(21)를 통과한다. 그리고, 레티클 블라인드(21)를 통과한 광은 제2 반사경(13)에 의해 반사된 후에 레티클(2)로 투사된다. 여기서, 레티클 블라인드(21)는 레티클(2)에 있는 패턴을 웨이퍼(5) 상에 있는 포토레지스트막(6)으로 전달하는데 있어서 불필요한 부분의 영역을 차단하기 위하여 사용되는 블라인드이다.

그리고 광학계(3)는 광원(1)으로부터 출사되어 레티클(2)을 통과한 광이 노광하고자 하는 웨이퍼의 일정 위치에 조사되도록 초점 거리를 조절하기 위한 것으로서, 여러 가지 렌즈들을 포함한다. 일반적으로, 광학계(3)에는 축소 투영 렌즈가 포함되는데, 이 축소 투영 렌즈는 레티클(2) 상에 있는 패턴 이미지를 포토레지스 트막(6)에 전사하는데 있어서 소정 비율로 축소하여 전사하기 위한 것이다.

또한, 광학계(3)에는 부분 샷의 웨이퍼 표면의 단차를 측정할 수 있는 단차센서(3a)가 포함된다.

웨이퍼 스테이지(4)는 웨이퍼를 지지하기 위한 것으로서, X축, Y축으로 이동할 수 있는 스테이지(41)와, 이 스테이지(41) 상에 웨이퍼를 안착할 수 있는 웨이퍼 홀더(42)로 이루어져 있다.

여기서 본 발명의 특징에 따라 광원조절수단은, 광학계(3)의 단차센서(3a)에서 얻어진 검출 정보를 수광하도록 광학계(3)의 상측에 설치되는 제 1 반응렌즈(7)가 설치되며, 제 1 반응렌즈(7)와 동일 선상에 광학계(3)를 통하여 광원을 전달하는 제 2 반응렌즈(8)가 설치된다.

그리고 도 3a를 참고로 하여 제 1 반응렌즈(7)는, 수광된 정보를 바탕으로 일정 간격 구동하여 상기 제 1 반응렌즈의 방향성을 결정하여 이에 해당하는 방향으로 균일맵으로 변경하는 것이며, 그 구동은 스텝모터(7a)에 의해 이루어진다. 또한, 제 1 반응렌즈(7)에는 검출기(7b)가 더 구비된다.

도 3b의 제 2 반응렌즈(8)는, 웨이퍼의 부분샷 또는 한면에서의 음의 초점에 해당하는 부위의 광량이 통과될 수 있는 균일맵으로 형성되는 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 노광 장치로부터 이루어지는 노광방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 광학계(3)의 단차센서(3a)에서 얻어진 검출 정보를 제 1 반응렌즈(7)에서 수광하여 검출기(7b)로부터 반사 정보를 수광하게 된다.

그리고 이렇게 검출기(7b)로부터 얻어진 정보에 따라 제 1 반응렌즈(7)를 스텝모터(7a)로 하여 일정 간격으로 구동시켜서 방향성을 결정하고 이에 해당하는 방향으로 균일맵으로 변경하게 된다.

이어서 제 1 반응렌즈(7)와 동일 선상에 위치되는 제 2 반응렌즈(8)에서는 제 1 반응렌즈(7)로부터 전달된 웨이퍼의 부분샷 또는 한면에서의 음의 초점에 해당하는 부위의 광량을 더 많이 통과시켜서 렌즈의 방향을 결정하고 이동하여 광학계(3)에 광원을 전달하게 된다.

그러므로, 본 발명에서는 광원조절수단을 통하여 마크 검출 신호를 조절함으로써, 광원 소스를 균일하게 웨이퍼에 조사시키고 웨이퍼내 쇼트간의 단차를 개선시키게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 웨이퍼의 노광장치 및 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 웨이퍼의 노광장치 및 방법은, 노광장치에 광원 단차 보정이 가능한 광원조절수단을 구비하여 노광량 조절로 측정 재현성을 개선시키는 효과를 가진다.

Claims (6)

1. 광원과, 일정한 패턴이 형성된 레티클과, 상기 광원으로부터 출사되어 상기 레티클을 통과한 광이 노광하고자 하는 웨이퍼의 일정 위치에 조사되도록 초점 거리를 조절하기 위한 광학계와, 상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지를 구비하는 웨이퍼의 노광장치에 있어서,

   광원 단차 보정이 가능한 광원조절수단을 포함하되,

   상기 광원조절수단은,

   상기 광학계의 단차센서에서 얻어진 검출 정보를 수광하도록 상기 광학계의 상측에 설치되는 제 1 반응렌즈와,

   상기 제 1 반응렌즈와 동일 선상에 설치되어 상기 광학계를 통하여 광원을 전달하는 제 2 반응렌즈,

   로 구성되는 웨이퍼의 노광장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 반응렌즈는,

   수광된 정보를 바탕으로 일정 간격 구동하여 상기 제 1 반응렌즈의 방향성을 결정하여 이에 해당하는 방향으로 균일맵으로 변경하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 노광장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 반응렌즈는,

   스텝모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 노광장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 반응렌즈에는,

   검출기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 노광장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 반응렌즈는,

   상기 웨이퍼의 부분샷 또는 한면에서의 음의 초점에 해당하는 부위의 광량이 통과될 수 있는 균일맵으로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 노광장치.
6. 웨이퍼의 노광방법에 있어서,

   광학계의 단차센서에서 얻어진 검출 정보를 제 1 반응렌즈에서 수광하여 검출기로부터 반사 정보를 수광하는 단계와,

   상기 검출기로부터 얻어진 정보에 따라 상기 제 1 반응렌즈를 구동시켜서 방향성을 결정하고 이에 해당하는 방향으로 균일맵으로 변경하는 단계와,

   상기 제 1 반응렌즈로부터 전달된 웨이퍼의 부분샷 또는 한면에서의 음의 초점에 해당하는 부위의 광량을 제 2 반응렌즈로 통과시켜 렌즈의 방향을 결정하고 이동하여 상기 광학계에 광원을 전달하는 단계,

   를 포함하는 웨이퍼의 노광방법.

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