KR100856620B1 - 반도체 웨이퍼의 노광 방법 및 이를 적용한 포토리소그라피 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 노광 방법 및 이를 적용한 포토 리소그라피 시스템에 관한 것으로, 개시된 노광 방법은 기 설정된 정보에 의거하여 반도체 웨이퍼의 초기 노광 순서를 결정하여 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼를 노광하는 단계와, 초기 노광 순서에 따라 노광된 후 현상이 완료된 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 측정하는 단계와, 선폭 균일성을 측정한 값에 의거해 초기 노광 순서를 수정하여 수정된 노광 순서에 의거하여 반도체 웨이퍼를 노광하는 단계를 포함하며, 초기에 결정된 노광 순서에 따라 웨이퍼를 노광한 후에 트랙 내의 노광 결과를 노광 장비로 궤환시켜 노광 결과에 의거하여 노광 순서를 새롭게 정함으로써 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성이 향상되는 이점이 있다.

포토 리소그라피, 노광, 선폭 균일성, 노광 순서

Description

반도체 웨이퍼의 노광 방법 및 이를 적용한 포토 리소그라피 시스템{WAFER EXPOSURE METHOD AND PHOTO LITHOGRAPHY SYSTEM USING IT}

도 1은 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 측정한 결과를 보인 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 반도체 웨이퍼의 노광 순서를 보인 도면,

도 3은 본 발명에 따른 포토 리소그라피 시스템의 블록 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 노광 방법을 설명하기 위한 흐름도,

도 5는 본 발명에 따른 포토 리소그라피 시스템에서 초기 노광 순서에 의한 선폭 균일성을 측정한 결과를 보인 도면,

도 6은 본 발명에 따른 포토 리소그라피 시스템에서 수정된 노광 순서를 보인 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 노광 장비

120 : 트랙 장비

130 : 선폭 측정 장치

본 발명은 반도체 웨이퍼의 노광에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선폭(Critical Dimension)의 균일성(uniformity)을 개선하기 위한 반도체 웨이퍼의 노광 방법 및 이를 적용한 포토 리소그라피(photo lithography) 시스템에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 반도체 소자는 다양한 형태의 막(예를 들어, 실리콘막, 산화막, 필드 산화막, 폴리 실리콘막, 금속 배선막 등)이 다층 구조로 적층되는 형태를 갖는 데, 이러한 다층 구조의 반도체를 제조하는 데 있어서는 증착공정, 산화 공정, 포토 리소그라피 공정(포토 레지스트막 도포, 노광, 현상 공정 등) 또는 패터닝 공정, 에칭 공정, 세정 공정, 린스 공정 등과 같은 여러 가지 공정들을 필요로 한다.

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

한편, 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 결정하는 인자는 포토 레지스트의 단계별 베이킹(baking) 시간과 온도, 현상(development) 시간과 트랙(track) 내에서 머무는 시간, 노광 장비의 정렬(Alignment) 특성 등으로 다양하다.

선폭 균일성은 공정 중에서 다음 스텝의 공정을 진행하는데 가장 크게 영향을 주는 인자이므로 반드시 철저한 스펙(Spec.)의 관리가 필요하다.

한편, 노광 장비에서 종래 기술에 따라 노광 순서를 정하는 방법은 장비에 따라 다르지만 노광 장비 자체의 렌즈위치별 포커스를 캘리브레이션(calibration)하여 정하거나 웨이퍼 위에서 아랫 방향, 혹은 오른쪽에서 왼쪽 방향 등으로 노광 순서를 정한다. 예로서, 도 2와 같이 왼쪽에서 오른쪽방향으로 노광하는 스텝(1~4)과 오른쪽에서 왼쪽방향으로 노광하는 스텝(5~10)을 교번으로 수행하기도 한다.

이와 같이 노광 장비에서 종래 기술에 따라 노광 순서는 정하는 것은 트랙의 상황과는 별개로 정하여졌다.

이러한 노광 순서에 의거한 노광 후의 선폭 균일성을 측정하여 보면, 도 2와 같이 왼쪽 부분과 중앙 부분 및 오른쪽 부분의 선폭이 균일하게 나타나지 않는 경우가 있다. 예로서, 도 1에서 보는 것과 같이 웨이퍼 내의 선폭 변화(variation)는 왼쪽 부분의 선폭이 중앙 부분에 비해 크고 오른쪽 부분의 선폭이 중앙 부분에 비해 작은 경우 등과 같이 선폭 균일성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 초기에 결정된 노광 순서에 따라 웨이퍼를 노광한 후에 트랙 내의 노광 결과를 노광 장비로 궤환(feedback)시켜 노광 결과에 의거하여 노광 순서를 새롭게 정함으로써, 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 향상시키는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 관점으로서 반도체 웨이퍼의 노광 방법은, 기 설정된 정보에 의거하여 반도체 웨이퍼의 초기 노광 순서를 결정 하여 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼를 노광하는 단계와, 초기 노광 순서에 따라 노광된 후 현상이 완료된 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 측정하는 단계와, 선폭 균일성을 측정한 값에 의거해 초기 노광 순서를 수정하여 수정된 노광 순서에 의거하여 반도체 웨이퍼를 노광하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 목적으로서 반도체 웨이퍼의 포토 리소그라피 시스템은, 반도체 웨이퍼에 감광제를 도포하기 위한 도포기와 반도체 웨이퍼의 현상 공정을 위한 현상기를 포함하는 트랙 장비와, 현상 공정이 수행된 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 측정하여 궤환 신호로 제공하는 선폭 측정 장치와, 기 설정된 정보에 의거하여 반도체 웨이퍼의 초기 노광 순서를 결정하여 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼를 노광하되 궤환 신호에 포함된 선폭 균일성 측정값에 의거하여 반도체 웨이퍼의 노광 순서를 새롭게 정하는 노광 장비를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 노광 방법을 적용한 포토 리소그라피 시스템의 블록 구성도이다.

도 3을 참조하면, 반도체 웨이퍼에 감광제를 도포하기 위한 도포기와 반도체 웨이퍼의 현상 공정을 위한 현상기를 포함하는 트랙 장비(120)와, 현상 공정이 수행된 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 측정하여 궤환 신호로 제공하는 선폭(Critical Dimension; CD) 측정 장치(130)와, 기 설정된 정보에 의거하여 반도체 웨이퍼의 초기 노광 순서를 결정하여 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼를 노광하되 궤환 신호에 포함된 선폭 균일성 측정값에 의거하여 반도체 웨이퍼의 노광 순서를 새롭게 정하는 노광 장비(110)를 포함하여 구성된다.

여기서, 선폭 측정 장치(130)는 전자빔(electron beam)을 이용하여 선폭을 측정하는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM)이나 OCD(Optical Critical Dimension) 측정장치로 구현할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 노광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 기 설정된 정보에 의거하여 반도체 웨이퍼의 초기 노광 순서를 결정하는 단계(S201)와, 결정된 초기 노광 순서에 의거하여 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼를 노광하는 단계(S203)와, 초기 노광 순서에 따라 노광된 후 현상이 완료된 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 측정하는 단계(S205)와, 선폭 균일성 측정값에 의거해 선폭이 큰쪽부터 작은쪽 방향으로 노광 순서를 수정하는 단계(S207)와, 수정된 노광 순서에 의거하여 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼를 노광하는 단계(S209)를 포함한다.

전술한 바와 같은 반도체 웨이퍼의 노광 방법과 이를 적용한 포토 리소그라 피 시스템에 대해 도 3 내지 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 반도체 웨이퍼가 로딩되어 트랙 장비(120)로 이송되면 트랙 장비(120)의 도포기는 반도체 웨이퍼에 소정 두께로 감광제를 도포하며, 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼는 노광 장비(110)로 이송된다.

여기서, 노광 장비(110)는 반도체 웨이퍼의 전체 영역에 대한 초기 노광 순서를 결정하는데, 초기 노광 순서의 결정은 기 설정된 정보에 따라 결정한다. 예로서 렌즈위치별 포커스를 캘리브레이션하여 정하거나 반도체 웨이퍼 위에서 아랫 방향, 혹은 오른쪽에서 왼쪽 방향 등으로 노광 순서를 정하거나, 왼쪽에서 오른쪽방향으로 노광하는 스텝과 오른쪽에서 왼쪽방향으로 노광하는 스텝을 교번으로 수행하도록 정할 수 있다(S201).

이처럼 초기 노광 순서가 결정되면 노광 장비(110)는 결정된 초기 노광 순서에 따라 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼를 노광시킨다(S203).

이후, 노광된 반도체 웨이퍼는 다시 트랙 장비(120)로 이송되며, 트랙 장비(120)의 현상기는 노광이 완료된 반도체 웨이퍼에 대한 현상 공정을 수행한다.

트랙 장비(120)에 의한 현상 공정이 완료되면 선폭 측정 장치(130)는 현상 공정이 수행된 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 측정하여 그 선폭 측정값을 노광 장비(110)에게 궤환 신호로 제공한다(S205).

그러면, 노광 장비(110)는 궤환 신호로 포함된 선폭 측정값에 의거하여 반도체 웨이퍼에 대한 노광 순서를 새롭게 결정하여 노광 순서를 수정하는데, 선폭이 큰쪽부터 작은쪽 방향으로 노광 순서를 결정하게 된다(S207).

이후에는, 감광제가 도포된 새로운 반도체 웨이퍼가 노광 장비(110)로 이송되면 노광 장비(110)는 해당 반도체 웨이퍼를 단계 S207에서 수정된 노광 순서에 의거하여 노광 공정을 수행한다(S209).

예로서, 선폭 측정 장치(130)에 의한 선폭 측정값이 도 5와 같이 나타날 경우에는 도 6에 나타낸 바와 같이 1부터 35까지의 노광 순서가 결정되며, 결정된 노광 순서에 따라 반도체 웨이퍼에 대한 노광 공정을 수행하는 것이다.

지금까지 본 발명의 일 실시 예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명은 초기에 결정된 노광 순서에 따라 웨이퍼를 노광한 후에 트랙 내의 노광 결과를 노광 장비로 궤환시켜 노광 결과에 의거하여 노광 순서를 새롭게 정함으로써, 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성이 향상되며, 공정 마진이 넓어지고 수율이 향상됨과 아울러 반도체 웨이퍼의 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 기 설정된 정보에 의거하여 반도체 웨이퍼의 초기 노광 순서를 결정하여 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼를 노광하는 단계와,

   상기 초기 노광 순서에 따라 노광된 후 현상이 완료된 상기 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 측정하는 단계와,

   상기 선폭 균일성을 측정한 값에 의거해 상기 초기 노광 순서를 수정하여 수정된 노광 순서에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼를 노광하는 단계

   를 포함하며,

   상기 수정된 노광 순서에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼를 노광하는 단계는, 상기 선폭 균일성을 측정한 값에 의거해 선폭이 큰쪽부터 작은쪽 방향으로 상기 노광 순서를 수정하는

   반도체 웨이퍼의 노광 방법.
3. 반도체 웨이퍼에 감광제를 도포하기 위한 도포기와 반도체 웨이퍼의 현상 공정을 위한 현상기를 포함하는 트랙 장비와,

   상기 현상 공정이 수행된 상기 반도체 웨이퍼의 선폭 균일성을 측정하여 궤환 신호로 제공하는 선폭 측정 장치와,

   기 설정된 정보에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼의 초기 노광 순서를 결정하 여 상기 감광제가 도포된 반도체 웨이퍼를 노광하되 상기 궤환 신호에 포함된 선폭 균일성 측정값에 의거하여 상기 반도체 웨이퍼의 노광 순서를 새롭게 정하는 노광 장비

   를 포함하는 포토 리소그라피 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 노광 장비는 상기 선폭 균일성 측정값에 의거해 선폭이 큰쪽부터 작은쪽 방향으로 상기 노광 순서를 새롭게 정하는

   포토 리소그라피 시스템.

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