KR100971322B1 - 반도체 소자 제조용 노광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광공정 진행 중 축소투영렌즈의 초점 및 배율의 변동수치를 실시간으로 측정하여 도출된 데이터를 기입력된 기준수치와 비교판단하여 축소투영렌즈의 초점 및 배율을 보정할 수 있도록 한 반도체 소자 제조용 노광장치에 관한 것이다. 이를 실현하기 위한 본 발명은 웨이퍼 스테이지와, 레티클을 올려놓기 위한 레티클 스테이지와, 상기 레티클에 형성된 회로패턴을 상기 웨이퍼 상에 구현하는 축소투영렌즈를 포함하는 반도체 소자 제조용 노광장치에 있어서, 상기 축소투영렌즈의 상/하측으로 발광소자와 수광소자가 위치되되 상기 발광소자에서 조사된 영상이 상기 축소투영렌즈를 투과한 뒤 반사되어 상기 수광소자에 표시될 수 있도록 복수의 반사거울이 설치되는 영상표시부; 상기 수광소자에 표시된 상기 발광소자 영상의 X, Y 방향의 간격차와 선명도를 기입력된 기준수치와 비교판단하여 상기 축소투영렌즈의 배율과 초점 변동수치를 연산하게 되는 제어부; 상기 제어부에서 연산된 배율 변동수치를 전달받아 상기 축소투영렌즈의 배율을 보정하게 되는 배율보정부; 상기 제어부에서 연산된 초점 변동수치를 전달받아 상기 레티클 스테이지의 위치를 보정하게 되는 초점보정부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

노광장치, 배율, 초점, 변동, 자동보정

Description

반도체 소자 제조용 노광장치{Exposure apparatus for use in fabricating semiconductor device}

본 발명은 반도체 소자 제조용 노광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노광공정 진행 중 축소투영렌즈의 초점 및 배율의 변동수치를 실시간으로 측정하여 도출된 데이터를 기입력된 기준수치와 비교판단하여 축소투영렌즈의 초점 및 배율을 보정할 수 있도록 한 반도체 소자 제조용 노광장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자는 노광공정, 확산공정, 식각공정, 화학기상증착공정 등 다양한 단위공정을 실시함으로써 제조된다. 이러한 단위공정 중 노광공정은 웨이퍼에 형성된 감광막에 레티클 패턴을 전사시켜 감광막 패턴을 형성하기 위한 공정이다.

상기 노광공정을 수행하는 장비가 스텝퍼(stepper)이다. 스텝퍼의 경우 원하는 패턴(pattern)의 마스크(mask)를 축소투영렌즈를 통해 축소 투영하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는데, 이렇게 형성된 패턴 위에 다른 패턴을 올리게 된다.

이와 같은 스탭퍼에서는 축소투영렌즈의 압력 조정과 초점조정부의 조정을 통하여 배율과 초점을 보정하는 기능이 반드시 필요하게 되고, 이러한 축소투영렌 즈의 초점과 배율을 보정하는 방식은 크게 두 가지로 나뉠 수 있다.

첫째는 노광 시간에 따른 축소투영렌즈의 초점과 배율 변동수치에 대한 기준 데이터를 사전에 입력하고 노광시에 상기 데이터를 기준으로 하여 해당장치에 대한 축소투영렌즈의 가열과 냉각에 대한 고유의 비율 즉, 대기압상태, 현재 축소투영렌즈의 압력상태 및 노광조건(일례로, 조명계 조건(lens NA, 조명계 NA), Shot 수, Input dose, 진행시간) 등을 체크하여 초점 및 배율을 보정하는 방식이고, 둘째는 웨이퍼를 직접 노광한 후 별도의 측정장비를 통해 수동으로 오차량을 측정하고 이 오차량에 따라 초점 및 배율을 보정하는 방식이다.

그러나 상기와 같은 방식들을 적용한 노광 장비는 노광 후 확인 과정과 재진행 과정에 따른 불필요한 많은 시간이 소요되고, 입력된 데이터가 실제 렌즈 배율 간의 차이가 큼에 따라 설비의 가동이 중단되게 됨으로써 생산성 향상에 큰 저해요소로 작용되어, 결국 수율을 저하시키는 원인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 노광공정 진행 중 축소투영렌즈의 초점 및 배율의 변동수치를 실시간으로 측정해 도출된 데이터를 기입력된 기준수치와 비교판단하여 축소투영렌즈의 초점 및 배율을 보정할 수 있도록 한 반도체 소자 제조용 노광장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 반도체 소자 제조용 노광장치는, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지와, 레티클을 올려놓기 위한 레티클 스테이지와, 상기 레티클에 형성된 회로패턴을 축소하여 상기 웨이퍼 상에 구현하는 축소투영렌즈를 포함하는 반도체 소자 제조용 노광장치에 있어서, 상기 축소투영렌즈의 상/하측으로 발광소자와 수광소자가 위치되되 상기 발광소자에서 조사된 영상이 상기 축소투영렌즈를 투과한 뒤 반사되어 상기 수광소자에 표시될 수 있도록 복수의 반사거울이 설치되는 영상표시부; 상기 수광소자에 표시된 상기 발광소자 영상의 X, Y 방향의 간격차와 선명도를 기입력된 기준수치와 비교판단하여 상기 축소투영렌즈의 배율과 초점 변동수치를 연산하게 되는 제어부; 상기 제어부에서 연산된 배율 변동수치를 전달받아 상기 축소투영렌즈의 배율을 보정하게 되는 배율보정부; 상기 제어부에서 연산된 초점 변동수치를 전달받아 상기 레티클 스테이지의 위치를 보정하게 되는 초점보정부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이 경우 상기 제어부는 상기 수광소자에 형성된 영상을 피라미드 모양의 패 턴을 통해서 높이 변화에 대한 전압 변동량으로 초점 변동수치를 연산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광소자는 상기 레티클 스테이지의 둘레에 설치되고, 상기 수광소자는 상기 웨이퍼 스테이지의 둘레에 상기 발광소자와 대향되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광소자와 상기 수광소자는 중심축을 기준으로 90°간격으로 이격되게 4개씩 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수광소자는 상기 웨이퍼 스테이지의 측면에 별도로 고정설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배율보정부는 상기 축소투영렌즈의 압력을 조정하는 압력조정기와, 상기 축소투영렌즈의 경사각도를 조정하는 각도조정기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초점보정부는 상기 웨이퍼 스테이지의 높낮이 또는 수평상태를 조절할 수 있도록 상기 웨이퍼 스테이지에 회전가능하게 나사결합된 리드스크류와, 상기 리드스크류를 회전시키는 모터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 노광장치는 축소투영렌즈의 배율 및 초점의 보정을 실시간으로 측정된 데이터에 근거하기 때문에 정확하게 수행할 수 있고, 보정시간 단축으로 인해 반도체 소자의 생산량을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 노광장치를 도시한 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 웨이퍼(W)가 안착되는 웨이퍼 스테이지(11)와, 레티클(R)을 올려놓기 위한 레티클 스테이지(13)와, 상기 레티클(R)에 형성된 회로패턴을 축소하여 웨이퍼(W) 상에 구현할 수 있도록 한 축소투영렌즈(15)의 구성은 종래와 동일하다.

여기서, 상기 축소투영렌즈(15)의 초점 및 배율의 변동수치를 실시간으로 측정하여 보정할 수 있도록 한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 노광장치는 영상표시부(20), 제어부(30), 배율보정부(50) 및 초점보정부(70)를 포함한다.

상기 영상표시부(20)는 축소투영렌즈(15)의 상/하측으로 발광소자(21)와 수광소자(23)가 위치되고, 발광소자(21)에서 발생되어 비스듬하게 조사되는 영상(image)(M1)이 축소투영렌즈(15)를 투과한 뒤 반사되어 수광소자(23)의 상면에 형성된 지표마크(M2) 내에 표시될 수 있도록 복수개 설치되는 반사거울(25)로 이루어진다.

이 경우 상기 발광소자(21)는 레티클 스테이지(13)의 둘레에 설치되고, 수광소자(23)는 발광소자(21)와 대향되도록 웨이퍼 스테이지(11)의 둘레에 설치되되, 상기 발광소자(21)와 수광소자(23; 23a,23b,23c,23d)는 중심축을 기준으로 90°간격으로 이격되게 4개씩 설치된다. 따라서, 상기 축소투영렌즈(15)의 초점 및 배율의 변동수치를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다. 여기서, 상기 수광소자(23)는 승강 가능하게 설치된 웨이퍼 스테이지(11)에 일체형으로 설치되지 않고, 측면에 별도로 고정설치된다.

상기 제어부(30)는 수광소자(23)의 지표마크(M2)에 표시된 영상(M1)의 X, Y 방향의 간격차와 면적 및 선명도 등을 기설정수치와 비교판단하여 축소투영렌즈(15)의 배율과 초점 변동수치를 연산하게 된다.

상기 배율보정부(50)는 제어부(30)에서 연산된 배율의 변동수치를 전달받아 축소투영렌즈(15)의 배율을 보정하게 된다. 이 경우 배율보정부(50)는 축소투영렌즈(15)의 압력을 조정하는 압력조정기(51)와, 축소투영렌즈(15)의 경사각도를 조절하는 각도조정기(53)로 이루어진다.

상기 초점보정부(70)는 제어부(30)에서 연산된 초점 변동수치를 전달받아 레티클 스테이지(13)의 위치를 보정하게 된다. 이러한 초점보정부(70)는 일례로, 웨이퍼 스테이지(11)의 높낮이 또는 수평상태를 조절할 수 있도록 웨이퍼 스테이지(11)의 일측에 회전가능하게 나사결합된 리드스크류(미도시)와, 상기 리드스크류를 회전시키는 모터(미도시)로 이루어질 수 있다.

그러면, 이상과 같은 본 발명에 따른 배율 및 초점의 보정과정을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 영상표시부의 수광소자에서 관측되는 영상을 도시한 평면도이다.

발광소자(21)에서 발생되는 영상(M1)은 축소투영렌즈(15)를 통과한 후 반사거울(25)에 의해 반사되면서 수광소자(23)의 상면에 형성된 정사각형 형상의 지표마크(M2) 내에 표시되게 된다. 이 경우 제어부(30)에서는 1차로 상기 4개의 지표마크(M2)에 표시된 영상(M1)의 간격차(A,B)를 측정한 수치를 가지고 배율을 계산하게 되고, 2차로 상기 1차로 계산된 배율수치와 기입력된 기준수치와 비교판단하여 배율의 변동수치를 연산하게 된다. 그 후, 배율보정부(50)에서는 제어부(30)에서 연산된 배율 변동수치를 바탕으로 축소투영렌즈(15)의 압력과 경사각도를 수정해줌으로써 배율을 보정해주게 된다.

도 3은 영상표시부에서 관측된 영상에 따른 전압량의 변동과 이를 초점값으로 변환한 도면이다.

제어부(30)에서는 수광소자(23)는 발광소자(21)로 부터 표시되는 영상(M1)의 면적과 선명도를 기준으로 초점에 대한 변동수치를 측정하게 되며, 이를 기입력된 기준수치와 비교판단하게 된다. 다시 말해서, 수광소자(23)에서 측정된 피라미드 모양의 패턴을 통해서 높이(H) 변화에 대한 전압 변동량으로 초점의 변동수치를 측정하게 되고, 초점보정부(70)에서는 제어부(30)에서 연산된 초점의 변동수치를 바탕으로 웨이퍼 스테이지(11)를 승강시킴으로써 초점을 보정해주게 된다.

이와 같이, 제어부(30)에서는 기입력된 기준수치와 영상표시부(20)를 통해 측정된 변동수치를 연산하게 되고, 이 연산된 값에 의해 배율보정부(50) 및 초점보정부(70)가 구동되어 배율 및 초점변화에 대한 보정이 자동으로 이루어지게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조용 노광장치를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 영상표시부의 수광소자에서 관측되는 영상을 도시한 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 영상표시부에서 관측된 영상에 따른 전압량의 변동과 이를 초점값으로 변환한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 웨이퍼 스테이지 13 : 레티클 스테이지

15 : 축소투영렌즈 20 : 영상표시부

21 : 발광소자 23 : 수광소자

25 : 반사거울 30 : 제어부

50 : 배율보정부 51 : 압력조정기

53 : 각도조정기 70 : 초점보정부

M1 : 영상(image) M2 : 지표마크

Claims (7)

1. 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지와, 레티클을 올려놓기 위한 레티클 스테이지와, 상기 레티클에 형성된 회로패턴을 축소하여 상기 웨이퍼 상에 구현하는 축소투영렌즈를 포함하는 반도체 소자 제조용 노광장치에 있어서,

   상기 축소투영렌즈의 상/하측으로 발광소자와 수광소자가 위치되되 상기 발광소자에서 조사된 영상이 상기 축소투영렌즈를 투과한 뒤 반사되어 상기 수광소자에 표시될 수 있도록 복수의 반사거울이 설치되는 영상표시부;

   상기 수광소자에 표시된 상기 발광소자 영상의 X, Y 방향의 간격차와 선명도를 기입력된 기준수치와 비교판단하여 상기 축소투영렌즈의 배율과 초점 변동수치를 연산하게 되는 제어부;

   상기 제어부에서 연산된 배율 변동수치를 전달받아 상기 축소투영렌즈의 배율을 보정하게 되는 배율보정부;

   상기 제어부에서 연산된 초점 변동수치를 전달받아 상기 레티클 스테이지의 위치를 보정하게 되는 초점보정부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 노광장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 수광소자에 형성된 영상을 피라미드 모양의 패턴을 통해서 높이 변화에 대한 전압 변동량으로 초점 변동수치를 연산하는 것을 특징으로 하 는 반도체 소자 제조용 노광장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 발광소자는 상기 레티클 스테이지의 둘레에 설치되고, 상기 수광소자는 상기 웨이퍼 스테이지의 둘레에 상기 발광소자와 대향되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 노광장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 발광소자와 상기 수광소자는 중심축을 기준으로 90°간격으로 이격되게 4개씩 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 노광장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 수광소자는 상기 웨이퍼 스테이지의 측면에 별도로 고정설치된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 노광장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 배율보정부는 상기 축소투영렌즈의 압력을 조정하는 압력조정기와, 상기 축소투영렌즈의 경사각도를 조정하는 각도조정기로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 노광장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 초점보정부는 상기 웨이퍼 스테이지의 높낮이 또는 수평상태를 조절할 수 있도록 상기 웨이퍼 스테이지에 회전가능하게 나사결합된 리드스크류와, 상기 리드스크류를 회전시키는 모터로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 노광장치.

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