KR102511272B1 - 노광 장치 및 이를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

노광 장치 및 이를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

노광 장치 및 이를 이용한 반도체 제조 방법이 제공된다. 노광 장치는 웨이퍼를 적재하는 스테이지, 제1 광을 생성하는 제1 광원, 상기 제1 광을 제공받아 상기 웨이퍼의 필드 내의 노광 영역으로 노광 광을 조사하는 노광 광학계, 제2 광을 생성하는 제2 광원을 포함하고, 상기 노광 영역으로 상기 제2 광을 제공하여 상기 노광 영역을 가열하는 가열 유닛을 포함한다.

Description

노광 장치 및 이를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법 {EXPOSURE APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 노광 장치 및 이를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 소자는 저전압에서 고속 동작을 할 수 있는 방향으로 발전하고 있으며, 반도체 소자의 제조 공정은 집적도가 향상되는 방향으로 발전되고 있다. 따라서, 고도로 스케일링된 고집적 반도체 소자의 패턴들은 미세한 폭을 가지고 미세한 피치로 이격될 수 있다.
하나의 반도체 소자의 형성을 위해서 수행되는 복수의 노광 공정 사이에 정렬(alignment)을 유지하는 것은 반도체 제조공정의 패턴 정밀도에 큰 영향을 미치는 요인 중에 하나이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 가열 유닛을 포함하여 복수의 노광 공정 사이에 정렬을 유지할 수 있는 노광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 가열 유닛을 포함하여 복수의 노광 공정 사이에 정렬을 유지할 수 있는 노광 장치를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치는, 웨이퍼를 적재하는 스테이지, 제1 광을 생성하는 제1 광원, 상기 제1 광을 제공받아 상기 웨이퍼의 필드 내의 노광 영역으로 노광 광을 조사하는 노광 광학계, 제2 광을 생성하는 제2 광원을 포함하고, 상기 노광 영역으로 상기 제2 광을 제공하여 상기 노광 영역을 가열하는 가열 유닛을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치는, 웨이퍼를 적재하는 스테이지, 제1 파장의 제1 광에 기초하여 상기 웨이퍼의 필드 내의 노광 영역으로 노광 광을 조사하는 노광 광학계, 상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 제2 광에 기초하여 상기 웨이퍼의 필드 내로 가열 광을 조사하는 가열 유닛을 포함하되, 상기 제2 파장은 자외선 영역에 포함된다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지에 로딩하고, 상기 웨이퍼의 필드 내의 노광 영역에 제1 파장의 제1 광에 기초하여 생성된 노광 광을 제공하고, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 제2 광에 기초하여 생성된 가열 광을 상기 필드 내의 노광 영역에 조사하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치에 포함된 가열 유닛의 동작을 설명하기위한 개략도이다.
도 3a은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치에 의해 수행되는 스캐닝 방식의 노광 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3b는 도 3a의 스캐닝 방식의 노광 동작에 의해 발생하는 웨이퍼의 열 분포를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 1의 노광 장치에 의해 수행되는 노광 공정에 의한 웨이퍼의 열 발생 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 1의 노광 장치에 포함된 가열 유닛 컨트롤러를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 도 1의 노광 장치에 의해 수행되는 노광 공정에서의 웨이퍼의 열 분포를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7a 및 7b는 도 5의 가열 유닛 컨트롤러에 의해 생성되는 히팅 맵을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 도 1의 노광 장치에 포함된 가열 유닛의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치에 포함된 가열 유닛의 동작을 설명하기위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치에 포함된 가열 유닛의 동작을 설명하기위한 순서도이다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치는 제1 광원(100), 반사 렌즈(110), 레티클 스테이지(120), 레티클 스테이지 구동부(125), 노광 광학계(130), 가열 유닛(150), 얼라인 센서(160), 레벨 센서(170), 웨이퍼 스테이지(180), 웨이퍼 스테이지 구동부(190) 및 가열 유닛 컨트롤러(200) 등을 포함할 수 있다.
제1 광원(100)은 웨이퍼(W) 상에 노광 공정을 수행하기 위한 제1 광(105)을 생성할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서 제1 광원(100)은 ArF 광을 생성하는 광원이고 제1 광(105)은 193nm의 파장을 갖는 광일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 제1 광원(100)은 EUV(Extreme Ultraviolet) 광원이고 제1 광(105)은 13.5nm의 파장을 갖는 광일 수도 있다.
반사 렌즈(110)는 제1 광원(100)으로부터 제공된 제1 광(105)의 진행 경로를 변경하여 레티클(R)에 제1 광(105)을 제공할 수 있다. 도 1에서 반사 렌즈(110)는 단일의 렌즈로 구성된 것으로 도시되었으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 반사 렌즈(110)는 복수의 반사 렌즈 또는 빛을 투과시키는 복수의 렌즈 및 복수의 반사 렌즈의 조합으로 구성될 수도 있다.
반사 렌즈(110)에 의해 진행 경로가 변경된 제1 광(105)은 레티클(R)의 일면으로 제공된다. 레티클(R)은 일면에 형성된 패턴 영역을 포함할 수 있다. 패턴 영역은 반사 렌즈(110)로부터 레티클(R)로 제공되는 제1 광(105)의 일부를 차단할 수 있다. 이에 따라 레티클(R)로 입사된 제1 광(105) 중 패턴 영역에 의해 차단되지 않고 남은 제 광(105)이 노광 광학계(130)로 입사될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 레티클(R)은 PTD(Positive Tone Develop)를 위한 레티클일 수 있다. PTD를 위한 레티클(R)은 약 10~30%의 투과율을 가질 수 있으며, 즉 제1 광(105)의 70~90% 에너지가 레티클(R)에 의하여 차단되고 10~30%의 에너지가 노광 광학계(130)로 제공될 수 있다.
상술한 PTD를 위한 레티클(R)은 반도체 장치의 하부 레이어를 제조하기 위한 노광 공정에 사용될 수 있다. 상기 하부 레이어는 예를 들어 액티브 영역, 또는 게이트 등을 형성하기 위한 라인 앤 스페이스(line & space) 공정으로 형성될 수 있다.
다만 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치가 PTD를 위한 레티클만을 이용하는 것은 아니며, 레티클(R)은 NTD(Negative Tone Develop)를 위한 레티클일 수도 있다. NTD를 위한 레티클(R)은 약 70~80%의 투과율을 가질 수 있으며, 즉 제1 광(105)의 20~30)%의 에너지가 레티클(R)에 의하여 차단되고 70~80%의 에너지가 노광 광학계(130)로 제공될 수 있다.
상술한 PTD를 위한 레티클(R)은 반도체 장치의 상부 레이어를 제조하기 위한 노광 공정에 사용될 수 있다. 상기 상부 레이어는 예를 들어 컨택 등을 형성하는 공정에 의해 형성될 수 잇다.
극도의 정밀도를 요구하는 노광 공정은 웨이퍼와 레티클에 형성된 정렬 마크 등을 이용하여 레티클과 웨이퍼의 정렬을 유지한다. 그런데, 동일한 웨이퍼(W)에 대하여 서로 다른 레티클을 사용하여 노광 공정을 수행하는 경우, 서로 다른 레티클 사이의 정렬(alignment) 문제가 발생할 수 있다. 그 이유는, 서로 다른 레티클 사이의 정렬 문제 외에도, 레티클을 이용한 노광 공정 시 레티클, 노광 광학계, 웨이퍼 들이 열 에너지를 흡수함에 따라 열 팽창으로 인한 오정렬(misalignment) 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
즉, PTD를 위한 레티클을 사용하는 제1 노광 공정과, NTD를 위한 레티클을 사용하는 제2 노광 공정을 비교하는 경우, 제1 노광 공정에서 웨이퍼로 제공되는 노광 광의 열 에너지와 제2 노광 공정에서 웨이퍼로 제공되는 노광 광의 열 에너지가 서로 다를 수 있다. 즉 NTD를 위한 레티클의 광 투과율이 높으므로 제2 노광 공정에서 웨이퍼가 노광 광에 의해 제공받는 열 에너지가 높을 수 있다.
예를 들어 실리콘 웨이퍼인 경우, 노광 광에 의해 제공받는 열 에너지에 의해 열 팽창이 발생하며, 상기 제1 노광 공정과 제2 노광 공정에서 웨이퍼에 제공되는 열 에너지가 서로 다르기 때문에 각각의 노광 공정에서 웨이퍼가 팽창되는 정도 도한 서로 다를 수 있다. 이러한 웨이퍼의 열 팽창 정도의 차이는 제1 노광 공정과 제2 노광 공정 사이의 레티클 오정렬을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 노광 장치는 이러한 노광 공정에서 웨이퍼에 열을 가하는 가열 유닛(150)을 포함함으로써 웨이퍼의 열 팽창 정도를 보상할 수 있다. 가열 유닛(150)에 의한 웨이퍼 가열 동작에 관하여 더욱 자세한 설명은 후술한다.
레티클(R)은 레티클 스테이지(120)에 의하여 지지될 수 있다. 레티클 스테이지(120)는 레티클(R)을 노광 광학계(130) 상에서 지지하는 것 이외에, 경우에 따라 레티클 스테이지 구동부(125)에 의해 레티클(R)을 수평 방향(도 1의 좌우 방향 또는 전후 방향)으로 이동시킬 수도 있다.
노광 광학계(130)는 레티클(R)을 통과한 제1 광(105)을 제공받고, 이로부터 웨이퍼(W)에 제공하기 위한 노광 광(L1)을 생성할 수 있다. 노광 광학계(130)는 예를 들어 복수의 렌즈 또는 거울과, 상기 복수의 렌즈 또는 거울을 둘러싸는 경통으로 구성될 수 있다.
노광 광학계(130)는 웨이퍼(W) 상에 배치될 수 있다. 도 1에는 노광 광학계(130)가 웨이퍼(W)와 상하로 오버랩되는 위치에 배치된 것으로 도시되었으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 노광 광학계(130)는 웨이퍼(W)와 정확히 수직으로 오버랩되지 않은 채 노광 광(L1)을 웨이퍼(W)로 제공할 수도 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치는 스캐닝(scanning) 방식으로 노광을 수행할 수 있다. 따라서 노광 대상이 되는 필드의 일부로 정의된 노광 영역에 대하여 노광 광을 조사하고, 웨이퍼 스테이지(180)를 이동시킴으로 인해 노광 영역을 필드 내에서 이동시켜 필드 전체에 대한 노광을 수행한다. 스캐닝 방식의 노광이 수행될 때 노광 광학계(130)는 고정되고, 웨이퍼 스테이지(180)만이 움직여 노광 광학계(130)에 대한 웨이퍼(W)의 상대적 위치만을 변화시킬 수 있다. 노광 장치에 의한 노광 공정의 자세한 설명은 후술한다.
노광 광학계(130)가 스캐닝 방식의 노광에 사용되는 노광 광(L1)을 출력하기 위해, 노광 광학계(130)의 출력단에는 슬릿(slit)이 배치될 수 있다. 상기 슬릿을 통해 노광 광학계(130)는 도 2의 노광 영역(EA1)으로 조사되는 선형의 노광 광(L1)을 출력할 수 있다.
웨이퍼(W) 상에 가열 유닛(150)이 배치될 수 있다. 가열 유닛(150)은 제2 광원(151)과 광학계(152)를 포함할 수 있다. 가열 유닛(150)은 웨이퍼(W) 상으로 가열 광(L2)을 제공할 수 있다. 상기 가열 광(L2)이 조사된 웨이퍼(W) 상의 영역은 가열될 수 있다.
제2 광원(151)은 예를 들어, UV(Ultraviolet) 레이저 광원일 수 있으며, 제1 광원(100)이 제공하는 제1 광(105)과 서로 다른 파장을 갖는 제2 광을 생성할 수 있다. 예를 들어 제2 광원(151)은 425~800nm 파장의 레이저를 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 광원(151)이 생성하는 광은 펄스 레이저, 또는 CW(Continuous Wave) 레이저일 수 있다.
제2 광원(151)이 생성하는 제2 광은 광학계(152)를 통과하여 가열 광(L2)의 형태로 웨이퍼(W) 상으로 조사될 수 있다. 광학계(152)는 예를 들어 복수의 렌즈 또는 거울과, 상기 복수의 렌즈 또는 거울을 둘러싸는 경통으로 구성될 수 있다.
광학계(152)는 제2 광원(151)이 생성한 제2 광을 제공받아 가열 광(l2)의 형태로 웨이퍼(W)로 조사할 수 있다. 이 때 가열 유닛(150)은 웨이퍼(W) 상으로 도 2의 노광 영역(EA1)으로 조사되는 선형의 가열 광(L2)을 출력할 수 있다. 노광 광(L1)과 마찬가지로 선형으로 조사되는 가열 광(L2)을 형성하기 위하여 광학계(152)는 슬릿을 포함할 수 있다. 노광 광학계(130)와 가열 유닛(150)의 동작과 관련하여 도 2를 참조하여 더욱 자세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치에 포함된 가열 유닛의 동작을 설명하기위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 노광 대상이 되는 웨이퍼(W)의 필드(F) 상으로 노광 광(L1)과 가열 광(L2)이 조사되는 것이 도시된다. 노광 광(L1)과 가열 광(L2)을 조사하는 노광 광학계(130)와 가열 유닛(150)의 도시는 생략되었다.
여기서 필드(F)는 웨이퍼(W) 상에 노광 공정이 수행되는 하나의 단위일 수 있으며, 예를 들어 하나의 다이(die)가 하나의 필드(F)를 이룰 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
노광 광학계(130)의 슬릿을 통과한 노광 광(L1)은 필드(F)의 노광 영역(EA1)으로 조사된다. 마찬가지로 광학계(152)를 통과한 가열 광(L2)은 필드(F)의 노광 영역(EA1)으로 조사된다. 도 2에 도시된 것과 같이, 노광 영역(EA1)은 필드(F)의 폭 방향으로 길게 연장되도록 정의되고, 노광 광(L1) 및 가열 광(L2) 모두 필드(F)의 폭 방향으로 길게 연장된 광으로써 필드(F)에 조사된다.
상술한 것과 같이 노광 광학계(130)에 의하여 노광 광(L1)이 필드(F)에 제공됨으로써, 노광 광(L1)에 의해 노광 영역(EA1)의 표면 온도가 상승할 수 있다. 또한, 가열 유닛(150)에 의하여 가열 광(L2)이 필드(F)에 제공됨으로써, 노광 영역(EA1)의 표면 온도가 상승할 수 잇다. 가열 유닛(150)은 가열 광(L2)을 이용하여 노광 영역(EA1)의 표면 온도를 보조적으로 상승시킬 수 있다. 따라서 가열 유닛(150)과 노광 광학계(130)는 동시에 노광 영역(EA1)으로 제공되어, 노광 영역(EA1)의 표면 온도를 상승시킬 수 있다.
상술한 것과 같이 노광 장치는 스캐닝 방식으로 노광을 수행하므로, 노광 영역(EA1)은 필드(F) 상에서 A 방향으로 진행하여 노광이 진행될 수 있다. 여기서 A 방향은 필드(F)의 길이 방향일 수 있다.
필드(F)의 가열 또한 A 방향으로 진행될 수 있다. 이 때 노광 영역(EA1)의 이동은 노광 광학계(130) 또는 가열 유닛(150)이 이동하는 것이 아닌 웨이퍼 스테이지 구동부(190)가 웨이퍼 스테이지(180)를 이동시키는 것임은 앞서 설명한 것과 같다. 웨이퍼 스테이지 구동부(190)는 웨이퍼 스테이지(180)를 A의 반대 방향으로 이동할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 가열 유닛(150)은 가열 유닛 컨트롤러(200)에 의하여 제어될 수 있다. 가열 유닛 컨트롤러(200)는 가열 유닛(150)으로부터 제공되는 가열 광(L2)의 도즈(dose), 제2 광원(151)으로부터 생성되는 레이저광의 펄스 진동수, 펄스 주기 등을 제어할 수 있다. 이와 관련된 자세한 설명은 도 5를 이용하여 후술한다.
웨이퍼(W) 상에 얼라인 센서(160) 및 레벨 센서(170) 등이 더 배치될 수 있다. 얼라인 센서(160)는 레티클(R) 상에 존재하는 얼라인 마크와, 웨이퍼 상의 얼라인 마크가 정렬되는지 여부를 감지할 수 있다. 본 발명의 노광 장치는 얼라인 센서(160)가 감지한 웨이퍼(W)와 레티클(R) 사이의 정렬 여부에 따라 웨이퍼 스테이지(180) 또는 레티클 스테이지(120)를 이동시킬 수 있다.
레벨 센서(170)는 웨이퍼(W)의 표면 상에 형성된 포토 레지스트막의 두께를 측정함으로써 노광 장치에 의해 수행되는 노광량을 검출할 수 있다.
웨이퍼 스테이지(180)는 웨이퍼(W)를 적재할 수 있다. 웨이퍼 스테이지(180)는 웨이퍼 스테이지 구동부(190)에 의하여 수평으로 이동될 수 있다. 노광이 진행되는 동안, 웨이퍼 스테이지(180)는 웨이퍼 스테이지 구동부(190)에 의하여 계속적으로 이동될 수 있다. 이러한 웨이퍼 스테이지(180)의 이동 경로는 도 3a에 도시된 노광 영역의 이동 경로에 의하여 설명될 수 있다.
도 3a은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치에 의해 수행되는 스캐닝 방식의 노광 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3a를 참조하면, 웨이퍼(W) 상에 정의된 복수의 필드(F)에 대하여 노광 공정이 개시되는 것이 도시된다. 도 3a의 웨이퍼(W) 상단에 배치된 필드(F)에서 노광 공정이 시작되고, 이를 시작점(SP)로 표시하였다. 시작점(SP)에서 시작된 스캐닝은 필드(F) 내에서 일 방향으로 이동한 후, 도 2의 노광 영역(EA2)과 같이 하나의 필드(F)의 마지막에 다다른 경우 인접한 필드(F)로 이동하여 다시 스캐닝을 개시한다.
도 3a는 웨이퍼(W)에 정의된 복수의 필드(F)에 대하여 연속적으로 스캐닝에 의한 노광 공정의 경로(ER)를 화살표로 표시하였으며, 이는 종료점(EP)에서 종료된다.
도 3b는 도 3a의 스캐닝 방식의 노광 동작에 의해 발생하는 웨이퍼의 열 분포를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3b를 참조하면, 상술한 것과 같이 세 개의 필드(F)에서 노광 공정이 각각 위, 아래, 위로 진행되는 것으로 표시된 노광 경로(ER)가 도시된다. 그런데, 노광이 진행됨에 따라, 하나의 필드(F) 내에서도 노광 광(L1)에 의하여 가열되는 정도가 다를 수 있으며, 이는 도 3b와 같이 필드(F) 내에서 노광 경로(ER)의 마지막에 위치할수록 높은 온도를 갖는 것으로 나타날 수 있다.
도 3b에서 저온 영역(LT)은 스캐닝의 시작점에 해당하고, 고온 영역(HT)은 스캐닝의 끝점에 해당한다. 또한 필드(F) 내에서 연속적으로 변화하는 웨이퍼(W)의 온도 분포를 표현하기 위해 짙은 음영으로 도시된 영역은 상대적으로 표면이 고온이고, 옅은 음영으로 도시된 영역은 상대적으로 표면이 저온인 것을 의미한다.
이러한 웨이퍼(W) 표면 온도의 측정 결과는 웨이퍼(W)에 대한 노광 공정을 진행하면서 온도 센서에 의한 측정으로 얻어질 수 있다. 또는 웨이퍼(W)에 대한 열역학적 모델링(thermomechanical modeling)을 이용한 시뮬레이션을 통해서도 도 3b의 온도 분포 모델이 얻어질 수 있다.
도 4는 도 1의 노광 장치에 의해 수행되는 노광 공정에 의한 웨이퍼의 열 발생 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
한편, 두 개 이상의 레이어에 대한 노광 공정을 수행하는 경우 웨이퍼(W) 내의 동일한 필드(F)가 제공받는 에너지의 차이를 보상해줘야 할 필요성이 발생한다.
즉, 도 4에서 곡선 P1은 제1 레이어를 형성하기 위해 제1 레티클을 이용한 제1 노광 공정을 수행할 때 스캐닝 방향에 따른 필드(F) 내의 온도 변화를 나타낸 것이다. 노광 영역(EA1)과 노광 영역(EA2)은 도 2에서 예시적으로 설명한 것과 같이 하나의 필드(F) 내에서 노광의 시작 지점과 종료 지점을 나타낸 것이다. 제1 레티클은 예를 들어 PTD를 위한 레티클일 수 있다.
곡선 P2는 제2 레이어를 형성하기 위해 제2 레티클을 이용한 제2 노광 공정을 수행할 때 스캐닝 방향에 따른 필드(F) 내의 온도 변화를 나타낸 것이다. 제2 레티클은 제1 레티클보다 투과율이 더 높으며, 예를 들어 NTD를 위한 레티클일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 노광 공정과 제2 노광 공정 사이에서, 필드(F) 내 동일한 지점이 제공받는 에너지의 차이가 곡선 P2와 곡선 P1 사이의 온도 차이(d)와 같이 나타날 수 있다.
필드(F) 내 동일한 영역에서 제1 노광 공정과 제2 노광 공정에서 제공받는 에너지가 다를 경우, 웨이퍼(W)의 팽창 정도가 제1 노광 공정과 제2 노광 공정 사이에서 서로 다를 수 있다. 이 경우 시간적으로 뒤에 수행되는 제2 노광 공정에서 레티클 정렬에 영향을 미칠 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치는 서로 다른 노광 공정에서 필드(F) 내 동일한 지점이 제공받는 에너지 차이를 보상하기 위해 가열 유닛(150)에 의한 가열 공정을 수행할 수 있다.
구체적으로, 서로 다른 노광 공정에서 필드(F) 내 제1 지점이 제공받는 에너지 차이가 큰 경우 가열 유닛(150)은 제1 지점에 높은 에너지로 가열하여 상술한 에너지 차이를 보상할 수 있다. 반면에 서로 다른 노광 공정에서 필드(F) 내 제2 지점이 제공받는 에너지 차이가 작은 경우 가열 유닛(150)은 제2 지점을 적은 에너지로 가열하여 상술한 에너지 차이를 보상할 수 있다.
도 5는 도 1의 노광 장치에 포함된 가열 유닛 컨트롤러를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 가열 유닛 컨트롤러(200)는 히팅 맵 생성기(210), 히팅 맵 스토리지(220), 광원 컨트롤러(230) 등을 포함할 수 있다. 이러한 가열 유닛 컨트롤러(200)의 구성은 예시적인 것으로 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 5에 도시된 가열 유닛 컨트롤러(200)는 노광 공정 수행 시 웨이퍼(W) 표면의 온도와 관련된 데이터를 제공받고, 상기 온도 데이터에 기초하여 웨이퍼(W)의 히팅 맵을 생성할 수 있다. 여기서 웨이퍼(W)의 히팅 맵은 서로 다른 레티클을 사용한 노광 공정 수행 시의 웨이퍼(W)에 가열 유닛(150)에 의해 보상되어야 할 에너지의 정보를 포함하는 맵으로 정의할 수 있다.
구체적으로, 히팅 맵 생성기(210)는 제1 레티클을 이용한 제1 노광 공정에서의 웨이퍼 표면의 온도와 관련된 데이터와, 제2 레티클을 이용한 제2 노광 공정에서의 웨이퍼 표면의 온도와 관련된 데이터를 제공받을 수 있다. 이러한 웨이퍼 표면의 온도와 관련된 데이터는 외부의 온도 센서 등에 의해 제공될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
히팅 맵 생성기(210)는 서로 다른 제1 레티클과 제2 레티클을 이용한 노광 공정에서의 웨이퍼 표면의 온도 차이에 기초하여 히팅 맵을 생성할 수 있다. 서로 다른 제1 레티클과 제2 레티클을 이용한 노광 공정에서의 웨이퍼 표면의 온도 차이에 관한 데이터는 도 6에서와 같이 예시적으로 나타낼 수 있다.
도 6은 도 1의 노광 장치에 의해 수행되는 노광 공정에서의 웨이퍼의 열 분포를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6을 참조하면, 제1 레티클을 이용한 제1 노광 공정에서의 웨이퍼 표면의 온도와 관련된 데이터와, 제2 레티클을 이용한 제2 노광 공정에서의 웨이퍼 표면의 온도와 관련된 데이터에 기초한 웨이퍼의 열 분포가 도시된다. 도 6의 데이터는 예를 들어 제2 레티클을 이용한 제2 노광 공정에서의 웨이퍼 표면의 온도로부터 제1 레티클을 이용한 제1 노광 공정에서의 웨이퍼 표면의 온도의 차이로부터 생성된 것일 수 있다.
또한 필드(F) 내에서 연속적으로 변화하는 웨이퍼(W)의 온도 분포를 표현하기 위해 짙은 음영으로 도시된 영역은 해당 영역에서의 제1 노광 공정과 제2 노광 공정의 온도 차이가 크고, 옅은 음영으로 도시된 영역은 온도 차이가 상대적으로 적은 것을 의미한다.
히팅 맵 생성기(210)는 상기 데이터를 기초하여 가열 유닛(150)을 제어하기 위한 히팅 맵을 생성할 수 있다.
도 7a 및 7b는 도 5의 가열 유닛 컨트롤러에 의해 생성되는 히팅 맵을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7a와 7b를 참조하면, 히팅 맵 생성기(210)가 생성한 예시적인 히팅 맵(HM)이 도시된다. 구체적으로 도 7a에서, 하나의 필드에 대한 예시적인 히팅 맵이 도시된다. 앞에서 설명한 것과 같이, 제1 노광 공정과 제2 노광 공정 사이에서 동일한 영역에 대한 웨이퍼(W)의 표면 온도의 차이는 스캐닝 방향으로 진행할수록 증가하는 경향을 가지는 것으로 가정한다. 이 때 상기 온도의 차이를 보상하기 위하여 가열 유닛(150)이 필드(F)에 가하는 에너지를 데이터의 형태로 나타낸 것이 히팅 맵(HM)일 수 있다.
예를 들어 도 7a의 히팅 맵에 기준할 때, 상대적으로 음영이 옅은 영역(D1)은 서로 다른 노광 공정으로 인한 웨이퍼의 온도 차가 적은 영역에 해당하여 가열 유닛(150)이 제공하는 에너지가 그만큼 적을 수 있다.
반대로 상대적으로 음영이 짙은 영역(D2)은 서로 다른 노광 공정으로 인한 웨이퍼의 온도 차가 적은 영역에 해당하여 가열 유닛(150)이 제공하는 에너지가 그만큼 클 수 있다.
도 7b의 히팅 맵은 복수의 필드에 대하여 도 7a의 히팅 맵과 함께 노광 경로(ER)를 표시한 도면이다. 본 발명의 노광 장치가 노광 경로를 따라 필드에 대한 노광을 수행하는 것과 함께, 가열 유닛(150)은 노광이 진행되는 영역을 동시에 가열할 수 있다.
이상에서 히팅 맵 생성기(210)가 제1 레티클을 이용한 제1 노광 공정에서의 웨이퍼 표면의 온도와 관련된 데이터와, 제2 레티클을 이용한 제2 노광 공정에서의 웨이퍼 표면의 온도와 관련된 데이터로부터 히팅 맵(HM)을 생성하는 것을 예시적으로 설명하였다. 다만 본 발명이 이러한 가열 유닛 컨트롤러(200)의 구현에 제한되는 것은 아니며, 가열 유닛 컨트롤러(200)는 히팅 맵 생성기(210)를 포함하지 않고, 이미 측정되어 생성된 히팅 맵을 히팅 맵 스토리지(220) 등에 저장하고 상기 히팅 맵에 기초하여 가열 유닛 컨트롤러(230)가 가열 유닛(150)을 제어할 수도 있다.
도 8은 도 1의 노광 장치에 포함된 가열 유닛의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 가열 유닛(150)에 포함된 제2 광원(151)은 다양한 방식으로 레이저 광을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 광원(151)은 3W의 출력으로 10Hz의 주기를 갖고 10ns 동안 지속되는 펄스 레이저를 생성할 수 있다. 또는, 제2 광원(151)은 20W의 출력으로 20kHz의 주기를 갖고 100ns 동안 지속되는 펄스 레이저를 생성할 수 있다. 또는, 제2 광원(151)은 50W의 출력으로 연속적인 CW(Continuous Wave) 레이저를 생성할 수도 있다.
가열 유닛 컨트롤러(200)는 제2 광원(151)이 생성하는 레이저의 도즈를 변경시키기 위하여 상술한 방법과 같이 제2 광원(151)의 레이저의 동작을 제어할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치에 포함된 가열 유닛의 동작을 설명하기위한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치에 의한 노광 방법은 웨이퍼(W)를 웨이퍼 스테이지(180)에 로딩하고(S110), 웨이퍼(W)의 히팅 맵(HM)을 가열 유닛 컨트롤러(200)에 제공하고(S120), 히팅 맵에 기초하여 제1 광원(100)으로 웨이퍼의 노광 영역(EA)을 노광하고 제2 광원(151)으로 웨이퍼의 노광 영역을 가열하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치에 포함된 가열 유닛의 동작을 설명하기위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치에 의한 노광 방법은 웨이퍼(W)를 웨이퍼 스테이지(180)에 로딩하고(S210), 제1 광원(100)과 제1 레티클을 이용하여 웨이퍼의 노광 영역에 대한 제1 노광 공정을 수행하고, 제2 광원(151)으로 노광 영역을 가열하고(S220), 제1 노광이 완료된 웨이퍼에 대하여 현상, 식각, 증착 공정을 수행하여 제1 레이어를 형성하고(S230), 제1 레이어가 형성된 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지(180)에 로딩하고(S240), 제1 광원(100)과 제2 레티클을 이용하여 웨이퍼의 노광 영역에 대한 제2 노광을 수행하고 제2 광원으로 노광 영역을 가열하고(S250), 제2 노광이 완료된 웨이퍼에 대하여 현상, 식각, 증착 공정을 수행하여 제2 레이어를 형성하는 단계(S260)를 포함할 수 있다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 노광 장치의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11a을 먼저 참조하면, 앞서 설명한 실시예에 따른 노광 장치에서 가열 유닛(150)이 노광 영역(EA)과 동일한 영역에 대해 가열을 수행하였다면, 본 실시예에서는 가열 유닛(150)은 별도의 가열 영역(HA1)에 대하여 가열을 수행할 수 있다.
즉, 가열 유닛(150)이 필드(F)의 일부에 대한 가열을 먼저 수행하고, 이어서 노광 공정이 수행될 수 있다. 노광 영역(EA)은 가열 영역(HA1)과 연속적으로 배치될 수 있다. 도 11a에서는 가열 영역(HA1)과 노광 영역(EA)이 스캐닝에 의해 A 방향으로 진행되는 것이 도시된다.
도 11b를 참조하면, 노광 영역(EA)에 대한 노광 공정이 먼저 수행되고 가열 유닛(150)이 가열 영역(HA2)에 대한 가열을 수행하는 것이 도시된다. 가열 영역(HA2)은 노광 영역(EA)과 연속적으로 배치될 수 있다. 도 11b에서는 가열 영역(HA2)과 노광 영역(EA)이 스캐닝에 의해 A 방향으로 진행되는 것이 도시된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 제1 광원 110: 반사 렌즈
120: 레티클 스테이지 130: 노광 광학계
150: 가열 유닛 160: 얼라인 센서
170: 레벨 센서 180: 웨이퍼 스테이지
200: 가열 유닛 컨트롤러

Claims (10)

  1. 웨이퍼를 적재하는 스테이지;
    제1 광을 생성하는 제1 광원;
    상기 제1 광을 제공받아 상기 웨이퍼의 필드 내의 노광 영역으로 노광 광을 조사하는 노광 광학계;
    제2 광을 생성하는 제2 광원을 포함하고, 상기 노광 영역으로 상기 제2 광을 제공하여 상기 노광 영역을 가열하는 가열 유닛; 및
    상기 가열 유닛을 제어하는 가열 유닛 컨트롤러를 포함하고,
    상기 가열 유닛 컨트롤러는 제1 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 노광할 때의 웨이퍼 표면 온도 데이터와,
    제2 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 노광할 때의 웨이퍼 표면 온도 데이터로부터 생성된 히팅 맵에 기초하여 상기 가열 유닛을 제어하고,
    상기 히팅 맵은, 상기 제1 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 노광할 때와 상기 제2 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 노광할 때, 상기 웨이퍼에 상기 가열 유닛에 의해 보상되어야 할 에너지의 정보를 포함하는 노광 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 유닛은 상기 노광 광학계가 상기 노광 광을 조사하는 것과 동시에 상기 노광 영역을 가열하는 노광 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 노광 광학계는 상기 필드 내에서 일 방향으로 상기 노광 영역을 이동하여 상기 노광 광을 조사하고,
    상기 가열 유닛은 상기 일 방향으로 이동된 노광 영역을 가열하는 노광 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 유닛은 상기 노광 광학계가 상기 노광 광의 조사가 완료된 노광 영역을 가열하는 노광 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광과 상기 제2 광의 파장은 서로 다른 노광 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 레티클의 투과율은 상기 제2 레티클의 투과율보다 낮은 노광 장치.
  8. 웨이퍼를 적재하는 스테이지;
    제1 파장의 제1 광에 기초하여 상기 웨이퍼의 필드 내의 노광 영역으로 노광 광을 조사하는 노광 광학계;
    상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 제2 광에 기초하여 상기 웨이퍼의 필드 내로 가열 광을 조사하는 가열 유닛; 및
    상기 가열 유닛을 제어하는 가열 유닛 컨트롤러를 포함하고,
    상기 가열 유닛 컨트롤러는,
    제1 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 노광할 때의 웨이퍼 표면 온도 데이터와, 제2 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 노광할 때의 웨이퍼 표면 온도 데이터로부터 생성된 히팅 맵에 기초하여 상기 가열 유닛을 제어하고,
    상기 히팅 맵은,
    상기 제1 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 노광할 때와 상기 제2 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 노광할 때, 상기 웨이퍼에 상기 가열 유닛에 의해 보상되어야 할 에너지의 정보를 포함하고,
    상기 제2 파장은 자외선 영역에 포함되는 노광 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 가열 유닛은 상기 노광 광학계가 상기 노광 영역으로 상기 노광 광을 조사하는 것과 동시에 상기 노광 영역으로 가열 광을 조사하는 노광 장치.
  10. 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지에 로딩하고,
    상기 웨이퍼의 필드 내의 노광 영역에 제1 파장의 노광 광을 제공하고,
    제1 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 노광할 때의 웨이퍼 표면 온도 데이터와, 제2 레티클을 이용하여 상기 웨이퍼를 노광할 때의 웨이퍼 표면 온도 데이터로부터 생성된 히팅 맵에 기초하여, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 가열 광을 상기 필드 내의 상기 노광 영역에 조사하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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