KR20000033314A - 반도체소자 제조를 위한 포토장치 및 방법 - Google Patents
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- G03F7/70875—Temperature, e.g. temperature control of masks or workpieces via control of stage temperature
Abstract
반도체소자 제조를 위한 포토장치 및 방법이 제공된다. 이에 의하면, 노광장치의 사전 정합부에서 정합된 웨이퍼가 노광부에 투입하기 전의 노광 대기시간동안 냉각부에서 추가로 상온으로 냉각된 후 노광처리된다.
따라서, 웨이퍼의 사전 정합에 의한 광센서의 발열과 기타 원인에 의한 웨이퍼의 열 손상이 웨이퍼의 노광 투입 전에 제거되므로 웨이퍼의 정합이 제대로 이루어져 소자의 특성이 향상된다.
Description
본 발명은 포토기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전체 포토공정의 시간을 연장시키지 않고 웨이퍼를 충분히 냉각시켜 웨이퍼의 부정합 발생을 방지하도록 한 반도체소자 제조를 위한 포토장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 포토공정의 노광 방식은 콘택(contact) 방식과 프로젝션(projection) 방식으로 크게 나누어지는데, 상기 콘택 방식은 현재 반도체소자의 제조에 거의 사용되지 않지만 정합 마진(margin)이 큰 경우에 일부 사용되기도 한다. 또한, 프로젝션 방식은 마스크에 형성된 패턴을 빛을 이용하여 피노광 기판, 즉 웨이퍼 상에 전사시키는 방법으로서 스테퍼(stepper) 방식과 얼라이너(aligner) 방식으로 구분된다.
스테퍼 방식은 1회의 노광 작업을 실시할 때 노광할 수 있는 면적이 투영 렌즈의 유효 내경에 의해 제약을 받기 때문에 레티클의 패턴을 스테이지(stage)를 이동시키면서 반복적으로 노광을 진행하므로 스루풋(through-put)이 저하되는 반면 정합이 향상되는 장점이 있다. 상기 레티클은 주로 석영 판재의 표면에 크롬과 같은 불투광 금속의 패턴이 형성된 것이다.
다음으로, 얼라이너 방식은 기본적으로 마스크와 플레이트의 크기가 1:1의 일정한 광로상을 동시에 스캐닝하여 패턴을 전사하므로 스루풋이 향상되지만 넓은 영역 즉, 광역 얼라인먼트 측면에서는 스테퍼 방식보다는 얼라인먼트 정도가 떨어지는 단점이 있다.
이와 같이 여러 가지 방식으로 노광 공정을 진행하는데 있어서 가장 중요한 점은 마스크와 플레이트를 정확하게 상호 얼라인하는 것이다. 상기 마스크와 플레이트의 얼라인먼트는 마스크와 플레이트에 형성된 얼라인먼트 키를 화상 처리 영역 내에 위치별로 배치하여 수행하게 된다. 얼라인먼트의 정확도는 회로 설계에 따라 다르며, 점차로 패턴의 크기가 작아짐에 따라 대부분의 마스크와 플레이트의 얼라인먼트가 자동으로 수행되어 왔다.
감광막의 코팅과 노광 및 현상을 일렬 진행하는 종래의 인라인(in-line) 시스템에서는 스피너(10)는 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(도시 안됨) 상의 감광막 코팅이 코팅부(11)에서 이루어지고, 웨이퍼가 감광막 경화를 위해 가열부(13)에서 150℃의 온도로 고온 처리된 후 제 1 냉각부(15)에서 냉각되도록 구성된다. 또한, 스테퍼와 같은 노광장치(20)는 냉각된 웨이퍼가 사전 정합부(21)에서 정합되고, 노광부(23)에서 포토마스크(도시 안됨)의 패턴을 웨이퍼 상의 감광막에 전사되도록 구성된다. 노광 처리된 웨이퍼의 감광막은 다시 스피너(10)의 현상부(17)에서 현상 처리된다.
여기서, 웨이퍼의 이송은 이송수단의 하나인 로봇암(도시 안됨)에 의해 이루어진다.
그런데, 종래의 스피너의 경우, 웨이퍼가 가열부(13)에서 150℃의 온도로 고온 처리된 후 제 1 냉각부(15)에서 상온으로 냉각되므로 전체 포토공정에 많은 시간이 소요된다.
또한, 상온에서의 웨이퍼에 미치는 조건과 동일한 조건을 갖는 충분한 냉각효과를 기대하기가 어렵다. 게다가, 노광장치(20)의 사전 정합부(21)에서 웨이퍼의 사전 정합에 사용되는 광센서(도시 안됨)의 발열과 기타 다른 원인에 의해 웨이퍼가 열 손상을 받으므로 통상 상온에서의 웨이퍼에 대비하여 ±0.3℃ 정도의 온도차가 발생한다.
이 온도차로 인하여 웨이퍼의 휨이 발생하고 웨이퍼의 휨 정도에 따라 웨이퍼의 열팽창 정도가 달라질 수 있다. 이러한 웨이퍼는 EGA 측정 때 부분적으로 상온에서와 다른 계측 오차가 발생하고 이는 사전 정합부(21)에서 부정합으로 나타난다. 심한 경우, 웨이퍼의 중앙 대비 가장자리의 부정합 정도는 20nm 이상 된다.
예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 글로벌 얼라인먼트(wafer global alignment)를 위한 마크 즉, 정합 키(key)(31)가 웨이퍼(30)의 중심을 기준으로 4방향으로 일정 거리를 두고 위치하고 있을 때, 웨이퍼의 휨이 없는 상온에서 웨이퍼의 정합 정렬상태는 "0"이다.
그러나, 제 1 냉각부(15)에서 웨이퍼의 냉각이 충분히 이루어지지 않으면, 잔류 열팽창 성분에 의해 정합 키(31)가 상온에서의 위치에서 ΔX만큼 이동하여 각 방향의 런아웃(run out)현상처럼 나타난다. 특히, 웨이퍼(30)의 중심과 가장자리에서의 휨 정도에 따라 예측하기 어려운 여러 형태로 나타날 수도 있다. 이로 말미암아, 노광부(23)에서 웨이퍼와 포토마스크와의 부정합이 발생하여 웨이퍼의 원하는 위치에 원하는 패턴이 전사되지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 전체 포토공정의 시간을 연장하지 않고도 웨이퍼의 충분한 냉각을 이룩하여 웨이퍼의 부정합 발생을 방지하도록 한 것이다.
도 1은 종래의 인라인(in-line) 타입 포토장치를 나타낸 구성도.
도 2a 및 도 2b는 종래의 인라인 타입 포토장치에 있어서, 웨이퍼의 열팽창이 없을 때와 있을 때를 각각 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 의한 반도체소자 제조를 위한 포토장치를 나타낸 구성도.
도 4는 도 3의 제 2 냉각부를 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 반도체소자 제조를 위한 포토방법을 나타낸 흐름도.
**** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****
10: 스피너(spinner) 11: 코팅부 13: 가열부 15: 제 1 냉각부 17: 현상부 20: 노광장치 21: 사전 정합부 23: 노광부 40: 노광장치 41: 제 2 냉각부 41a: 제 1 플레이트 41b: 제 2 플레이트 41c: 냉각라인 41d: 전원
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체소자 제조를 위한 포토장치는
웨이퍼에 감광막을 코팅하는 코팅부와, 상기 감광막의 경화를 위해 상기 웨이퍼를 가열하는 가열부와, 상기 가열된 웨이퍼를 냉각하는 제 1 냉각부와, 노광된 웨이퍼의 감광막을 현상하는 현상부를 갖는 스피너; 그리고
상기 냉각된 웨이퍼를 사전 정합하는 사전 정합부와, 상기 사전 정합된 웨이퍼의 감광막에 노광하는 노광부를 갖는 노광장치를 포함하는 포토장치에 있어서,
상기 웨이퍼의 열 손상에 의한 웨이퍼의 부정합이 상기 노광부에서 발생하는 것을 방지하기 위해 상기 사전 정합부에서 처리된 웨이퍼를 냉각하는 제 2 냉각부가 상기 사전 정합부와 상기 노광부 사이에 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체소자 제조를 위한 포토방법은
웨이퍼에 감광막을 스피너의 코팅부에서 코팅하고 상기 감광막의 경화를 위해 상기 웨이퍼를 가열부에서 가열한 후 상기 가열된 웨이퍼를 제 1 냉각부에서 냉각하는 단계;
상기 냉각된 웨이퍼를 노광장치의 사전 정합부에서 사전 정합하고, 상기 사전 정합된 웨이퍼를 제 2 냉각부에서 냉각하는 단계;
상기 냉각된 웨이퍼를 노광부에서 노광하는 단계; 그리고
상기 노광된 웨이퍼의 감광막을 상기 스피너의 현상부에서 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 반도체소자 제조를 위한 포토장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 종래와 부분과 동일한 구성 및 동일한 작용을 하는 부분에는 동일한 부호를 부여한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 노광장치(40)는 사전 정합부(21)와 노광부(23) 사이에 제 2 냉각부(41)가 추가로 설치된 것을 제외하면, 도 1의 노광장치(20)와 동일한 구조로 이루어진다.
제 2 냉각부(41)에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(30)를 안착하기 위한 제 1 플레이트(41a)가 열전도성이 우수한 재질, 예를 들어 알루미늄 재질로 이루어지고, 웨이퍼(30)로부터 흡열한 열 전자를 냉각시키기 위하여 제 1 플레이트(41a)의 내부에 냉각수의 순환을 위한 냉각라인(41c)이 형성된다. 제 1 플레이트(41a)는 제 1 자극인 S극을 이루고 그 상에 일정 거리를 두고 제 2 자극인 N극의 제 2 플레이트(41b)가 설치된다. N, S극에 의한 자장은 전원(41d)으로부터 웨이퍼(30)로 공급되는 열전자의 흐름을 촉진한다.
이와 같이 구성되는 반도체소자 제조를 위한 포토장치를 이용한 포토방법을 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
단계(S1)에서는 먼저, 종래와 동일한 방법으로 웨이퍼(30) 상의 감광막 코팅을 코팅부(11)에 의해 실시하고 나서 단계(S2)에서는 감광막 경화를 위해 웨이퍼(30)를 가열부(13)에 의해 150℃의 온도로 고온처리하고 단계(S3)에서는 상기 가열된 웨이퍼를 제 1 냉각부(15)에 의해 냉각시킨다. 제 1 냉각부(15)에서 처리된 후에도 웨이퍼에 열 손상이 일부 남아 있기 마련이다.
단계(S4)에서는 그런 다음, 냉각된 웨이퍼를 노광장치(40)의 사전 정합부(21)에서 광센서를 이용하여 사전 정합시킨다. 물론, 광센서(도시 안됨)의 발열 및 기타 원인에 의해 웨이퍼가 열 손상을 받는다.
단계(S5)에서는 웨이퍼의 사전 정합이 완료되고 나면, 종래에는 노광부(23)로 이송하기 위해 웨이퍼를 사전 정합부(21)에서 일정 시간의 대기시간 동안 대기시켜 왔으나, 본 발명은 기 정합된 웨이퍼(30)를 사전 정합부(21)에서 대기시간동안 대기시키지 않고 제 2 냉각부(41)로 이송하고 상기 대기시간에 해당하는 시간, 예를 들어 20-30초 동안 추가로 냉각시킨다.
이를 좀 더 상세히 언급하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 기 정합된 웨이퍼(30)를 제 1 플레이트(41a) 상에 안착시킨다. 이때, 제 1 플레이트(41a)는 열전도율이 좋은, 알루미늄 재질로 이루어지고 제 1 자극인 S극을 가지고, 제 2 플레이트(41b)는 제 1 플레이트(41a) 상에 일정 거리를 두고 배치되고, 제 2 자극인 N극을 갖는다. 이들 플레이트 사이에 자장이 발생되는데 이는 전원(41d)으로부터 웨이퍼(30)로 공급되는 전자의 흐름을 촉진한다.
또한, 냉각수가 냉각라인(41c)의 입구로부터 유입되고 제 1 플레이트(41a)의 내부를 거쳐 냉각라인(41c)의 출구로 유출되도록 순환 공급된다.
따라서, 웨이퍼(30)는 상온에 가까운 온도로 냉각되고 웨이퍼의 휨이 노광 전에 충분히 억제되기 때문에 사전 정합부(21)와 가열부(13)에서의 열 영향에 의한 웨이퍼의 부정합이 노광부(23)에서 거의 발생하지 않는다.
단계(S6)에서는 웨이퍼의 냉각 처리가 완료되고 나면, 웨이퍼를 노광부(23)로 이송하고 종래와 동일하게 포토마스크(도시 안됨)와 웨이퍼를 정합시키고 포토마스크의 패턴을 웨이퍼 상의 감광막에 전사한 후 단계(S7)에서는 노광 처리된 감광막을 스피너(10)의 현상부(17)에서 현상 처리한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 노광장치의 사전 정합부에서 정합된 웨이퍼가 노광부에 투입하기 전의 노광 대기시간동안 제 2 냉각부에서 추가로 상온으로 냉각된 후 노광 처리된다.
따라서, 웨이퍼의 사전 정합에 의한 광센서의 발열과 기타 원인에 의한 웨이퍼의 열 손상이 웨이퍼의 노광 투입 전에 제거되므로 웨이퍼의 부정합 발생이 억제되고 반도체소자의 특성이 향상된다.
한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.
Claims (6)
- 웨이퍼에 감광막을 코팅하는 코팅부와, 상기 감광막의 경화를 위해 상기 웨이퍼를 가열하는 가열부와, 상기 가열된 웨이퍼를 냉각하는 제 1 냉각부와, 노광된 웨이퍼의 감광막을 현상하는 현상부를 갖는 스피너; 그리고상기 냉각된 웨이퍼를 사전 정합하는 사전 정합부와, 상기 사전 정합된 웨이퍼의 감광막에 노광하는 노광부를 갖는 노광장치를 포함하는 포토장치에 있어서,상기 웨이퍼의 열 손상에 의한 웨이퍼의 부정합이 상기 노광부에서 발생하는 것을 방지하기 위해 상기 사전 정합부에서 처리된 웨이퍼를 냉각하는 제 2 냉각부가 상기 사전 정합부와 상기 노광부 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 포토장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 냉각부는 상기 웨이퍼를 노광 대기시간동안 냉각시키는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 포토장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 냉각부는 상기 웨이퍼를 안착하고 상기 웨이퍼로부터 열 전자를 흡열하는 제 1 자극의 제 1 플레이트와, 상기 제 1 플레이트의 상측에 일정 거리 이격하여 설치되어 자장에 의해 전자의 흐름을 촉진하는, 제 1 자극과 반대되는 제 2 자극의 제 2 플레이트와, 상기 제 1 플레이트 내에 설치되어 상기 흡열된 열 전자를 냉각시키는 냉각수의 흐름을 위한 냉각라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 포토장치.
- 웨이퍼에 감광막을 스피너의 코팅부에서 코팅하고 상기 감광막의 경화를 위해 상기 웨이퍼를 가열부에서 가열한 후 상기 가열된 웨이퍼를 제 1 냉각부에서 냉각하는 단계;상기 냉각된 웨이퍼를 노광장치의 사전 정합부에서 사전 정합하고, 상기 사전 정합된 웨이퍼를 제 2 냉각부에서 냉각하는 단계;상기 냉각된 웨이퍼를 노광부에서 노광하는 단계; 그리고상기 노광된 웨이퍼의 감광막을 상기 스피너의 현상부에서 현상하는 단계를 포함하는 반도체소자 제조를 위한 포토방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 냉각부에서 상기 웨이퍼를 노광 대기시간 동안 냉각시키는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 포토방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 자극의 제 1 플레이트의 상측에 일정 거리 이격하여 제 2 자극의 제 2 플레이트가 위치한 상태에서 상기 제 1 플레이트에 웨이퍼를 안착하고 상기 제 1 플레이트에 전원의 전자를 공급하여 상기 웨이퍼의 열전자의 흐름을 촉진하고 상기 제 1 플레이트의 내부에 설치된 냉각라인을 거쳐 냉각수를 순환시켜 상기 웨이퍼로부터 흡열된 열 전자를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조를 위한 포토방법.
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