KR20000050395A - 반사광 검출기를 포함하는 노광장치 및 이를 이용한 노광방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 노광장치는 포토레지스트막이 형성된 웨이퍼를 X축 및 Y축으로 움직일 수 있는 지지대와, 상기 지지대 상부에 위치하여 광원으로부터 나온 광을 반사 및 투과시킬 수 있는 하프 미러와, 상기 하프 미러에서 반사되는 광을 선택적으로 통과시키는 마스크와, 상기 마스크로부터 선택적으로 통과된 광을 상기 웨이퍼에 조사하는 렌즈를 구비한다. 그리고, 본 발명의 노광장치는 상기 하부 미러의 상부에 위치하고 상기 웨이퍼에 조사된 광이 상기 포토레지스트막 하부에 형성된 하부 막질에 따라 반사되는 반사광을 상기 렌즈 및 상기 마스크를 통하여 검출할 수 있는 반사광 검출기와, 상기 반사광 검출기로부터 나오는 반사광을 분석하여 반사광 분포 맵을 얻을 수 있는 반사광 분석장치와, 상기 분석 장치에 분석된 반사광 분포맵에 따라 노광량을 조절하는 노광 조절기를 포함한다. 이에 따라, 본 발명의 노광장치는 하부 막질에서 반사되는 반사광을 검출하여 이를 근거로 노광량을 조절함으로써 하부 막질에 따라 임계 치수가 변하는 현상을 개선할 수 있다.

Description

반사광 검출기를 포함하는 노광장치 및 이를 이용한 노광방법{Exposure apparatus having reflective light detector and exposure method using the same}

본 발명은 반도체 소자의 제조장치 및 그 이용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자의 사진공정에 이용되는 노광장치 및 이를 이용한 노광방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자는 박막 형성 공정, 확산공정, 이온주입공정, 사진 공정 및 식각공정을 반복하여 만들어진다. 상기 박막 형성 공정은 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 공정이며, 확산 공정은 웨이퍼 표면에 주입된 불순물 이온을 웨이퍼 내부로 확산시키는 공정이며, 상기 이온주입공정은 웨이퍼 표면에 불순물 이온을 주입하는 공정이다. 그리고, 상기 사진공정은 웨이퍼 상에 포토레지스트막이 형성된 웨이퍼 상에 노광장치 및 마스크를 이용하여 광을 포토레지스트막에 선택적으로 조사한 후 현상하여 웨이퍼 상에 미세한 포토레지스트 패턴을 만드는 공정이며, 상기 식각 공정은 상기 미세한 포토레지스트 패턴에 따라 하부막질을 식각하는 공정이다.

이중에서 상기 사진공정에 이용되는 노광장치는 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 포토레지스트 패턴의 선폭을 작게 만드는 것이 요구되어 그 중요성이 날로 증가되고 있다. 상기 포토레지스트 패턴의 선폭을 결정하는 요인에는 노광 장치의 노광 에너지(노광량), 노광시 웨이퍼와 렌즈와의 거리, 마스크 선폭, 렌즈의 개구율, 포토레지스트막 하부에 형성된 하부 막질 두께, 포토레지스트막의 두께 등을 들 수 있다.

이러한 요인들 중에서 하부 막질 두께를 제외한 모든 요인은 노광장치를 이용하는 사진공정에 기인하는 것으로 변화가 거의 없는 상수라 볼 수 있다. 그러나, 하부 막질의 두께는 사진공정에 의하지 않고 박막 형성 공정에 의존하기 때문에 하부 막질의 두께는 웨이퍼내(within wafer)에서 및 웨이퍼별(wafer to wafer)로 많은 편차를 가지고 있다. 이에 따라, 동일한 노광장치 및 노광 조건으로 사진공정을 진행하더라도 포토레지스트막 하부에 형성된 하부 막질의 두께가 다르기 때문에 포토레지스트 패턴의 선폭을 균일하게 조절할 수 없다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하부 막질의 두께와 관계없이 포토레지스트 패턴의 선폭을 균일하게 조절할 수 있는 노광장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 노광 장치를 이용한 노광방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 반사광 검출기를 포함하는 본 발명의 노광 장치를 도시한 개략도이고,

도 2는 상기 도 1의 노광장치의 반사광 분석 장치에서 분석한 반사광 분포 맵(map)을 도시한 도면이고,

도 3은 본 발명에 의한 노광 장치로 노광을 실시하기 위하여 준비한 웨이퍼를 도시한 도면이고,

도 4는 도 3의 질화막 두께에 따른 반사율을 도시한 도면이고, 도 5는 도 3의 질화막 두께에 따른 임계 치수(critical dimension)를 도시한 그래프이고,

도 6은 본 발명에 의한 노광 장치로 노광을 실시하기 위하여 준비한 또 다른 웨이퍼를 도시한 도면이고,

도 7은 도 6의 산화막 및 질화막 두께에 따른 반사율을 도시한 도면이고,

도 8은 적정 선폭을 갖도록 도 6의 산화막 두께에 따른 노광 에너지를 도시한 도면이고,

도 9는 본 발명의 노광 장치를 이용한 노광 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 노광장치는 포토레지스트막이 형성된 웨이퍼를 X축 및 Y축으로 움직일 수 있는 지지대와, 상기 지지대 상부에 위치하여 광원으로부터 나온 광을 반사 및 투과시킬 수 있는 하프 미러와, 상기 하프 미러에서 반사되는 광을 선택적으로 통과시키는 마스크와, 상기 마스크로부터 선택적으로 통과된 광을 상기 웨이퍼에 조사하는 렌즈를 구비한다.

그리고, 본 발명의 노광장치는 상기 하부 미러의 상부에 위치하고 상기 웨이퍼에 조사된 광이 상기 포토레지스트막 하부에 형성된 하부 막질에 따라 반사되는 반사광을 상기 렌즈 및 상기 마스크를 통하여 검출할 수 있는 반사광 검출기와, 상기 반사광 검출기로부터 나오는 반사광을 분석하여 반사광 분포 맵을 얻을 수 있는 반사광 분석장치와, 상기 분석 장치에 분석된 반사광 분포맵에 따라 노광량을 조절하는 노광 조절기를 포함한다. 상기 하부 막질은 질화막 또는 산화막과 질화막의 복합막으로 구성할 수 있으며, 상기 지지대는 모타를 이용하여 X축 및 Y축으로 이동할 수 있게 구성할 수 있다.

또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 노광방법은 원하는 마스크를 반사광 검출기가 포함된 노광 장치에 설치한 후, 상기 노광 장치의 지지대에 웨이퍼 랏트(lot) 중에서 첫 번째 웨이퍼를 로딩하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 첫 번째 웨이퍼를 X축 및 Y축으로 구획되게 노광하여 노광시 반사되는 반사광들을 반사광 검출기로 검출한 다음, 상기 반사광 검출기에서 검출된 반사광들을 반사광 분석 장치에서 분석하여 첫 번째 웨이퍼의 반사광 분포 맵을 얻는다. 이어서, 상기 첫 번째 웨이퍼를 언로딩한 후, 상기 지지대에 웨이퍼 랏 중에서 두 번째 웨이퍼를 로딩한다. 다음에, 상기 첫 번째 웨이퍼에서 분석된 반사광 분포 맵에 따라 노광량을 조절하면서 상기 두 번째 웨이퍼를 X축 및 Y축으로 구획되게 노광한다. 다음에, 상기 두 번째 웨이퍼를 언로딩시킨 후 상기 웨이퍼 랏 중에서 세 번째 웨이퍼 내지 마지막 웨이퍼를 상기 두 번째 웨이퍼와 마찬가지로 노광을 실시한다.

상기 하부 막질은 질화막 또는 산화막과 질화막의 복합막으로 형성할 수 있으며, 상기 노광량의 조절은 상기 반사광 분석 장치에 연결된 노광 조절기와 셔터를 이용하여 수행할 수 있다.

본 발명의 노광장치는 반사광 검출기를 구비함으로써 하부 막질에서 반사되는 반사광을 검출하여 이를 근거로 노광량을 조절함으로써 하부 막질에 따라 임계 치수가 변하는 현상을 개선할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 반사광 검출기를 포함하는 본 발명의 노광 장치를 도시한 개략도이고, 도 2는 상기 도 1의 노광장치의 반사광 분석 장치에서 분석한 반사광 분포 맵(map)을 도시한 도면이다.

구체적으로, 본 발명의 노광 장치는 그 위에 포토레지스트막이 형성된 웨이퍼(3)를 X축 및 Y축으로 움직일 수 있는 지지대(1)를 구비한다. 상기 지지대 상부에는 광원(5)으로 나온 광을 반사 및 투과시킬 수 있는 하프 미러(7)가 설치되어 있으며, 상기 하프 미러(7)의 하부에는 상기 하프 미러(7)에서 반사되는 광을 선택적으로 통과시키는 마스크(9)가 설치되어 있고, 상기 마스크(9)의 하부에는 상기 마스크(9)로부터 선택적으로 통과된 광을 상기 웨이퍼에 조사하는 렌즈(11)를 구비한다. 도 1에서, 참조번호 a는 입사광을 나타내며, 참조번호 b는 반사광을 나타낸다.

특히, 본 발명의 노광장치는 상기 하부 미러(7)의 상부에 위치하고 있으면서 상기 웨이퍼(3)에 조사된 광이 상기 포토레지스트막 하부에 형성된 하부 막질에 따라 반사되는 반사광(b)을 상기 렌즈(11) 및 상기 마스크(9)를 통하여 검출할 수 있는 반사광 검출기(13)와, 상기 반사광 검출기(13)에서 검출된 반사광을 분석할 수 있는 반사광 분석 장치(15)와, 상기 반사광 분석 장치(15)에 연결되어 있고 상기 반사광 분석 장치(15)에서 분석된 반사광에 따라 셔터(19)를 이용하여 노광에너지를 조절하는 노광 조절기(17)를 구비한다. 상기 셔터(19)는 노광 조절기(17)에 연결되어 있다. 이에 따라, 본 발명의 노광 장치를 이용할 경우 도 2에 도시한 바와 같이 웨이퍼 상에서 부분적으로 반사율이 다르게 나타낸다.

결과적으로, 본 발명의 노광 장치는 도 2에 도시한 바와 같은 하부 막질에 따른 반사광의 반사율을 고려하여, 상기 노광조절기로 상기 웨이퍼에 조사되는 광 에너지를 조절하여 노광을 실시한다. 즉, 도 2에 도시한 반사율이 0.5%인 경우보다 반사율이 0.6%인 경우의 노광 에너지를 크게 하여 노광을 실시한다. 이렇게 되면, 하부 막질의 두께와 상관없이 웨이퍼 상에 형성되는 포토레지스트 패턴의 선폭을 균일하게 할 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 노광 장치로 노광을 실시하기 위하여 준비한 웨이퍼를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 질화막 두께에 따른 반사율을 도시한 도면이고, 도 5는 도 3의 질화막 두께에 따른 임계 치수(critical dimension)를 도시한 그래프이다.

구체적으로, 본 발명의 노광장치에 적용된 웨이퍼는 도 3에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(21) 상에 하부 막질로써 질화막(23)이 형성되어 있고, 상기 질화막 (23)상에는 포토레지스트막(25)이 형성되어 있다. 이렇게 준비된 웨이퍼를 가지고 노광을 수행하였을 때는 도 4에 도시한 바와 같이 질화막 두께에 따라 반사율이 다르게 나타나고, 도 5에 도시한 바와 같이 질화막 두께(a)에 따라 임계 치수(b)가 변화한다. 즉, 하부 막질인 질화막의 두께(a)에 따라 임계 치수(b)가 일정한 관계를 갖고 다양하게 변화한다. 그러므로, 도 1에 도시한 본 발명의 노광장치를 이용하여 상기 도 4에 도시한 반사율에 따라 노광 에너지(노광량)를 다르게 하면 웨이퍼 상에 균일하게 포토레지스트 패턴을 얻을 수 있다.

도 6은 본 발명에 의한 노광 장치로 노광을 실시하기 위하여 준비한 또 다른 웨이퍼를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 산화막 및 질화막 두께에 따른 반사율을 도시한 도면이고, 도 8은 적정 선폭을 갖도록 도 6의 산화막 두께에 따른 노광 에너지를 도시한 도면이다.

구체적으로, 본 발명의 노광장치에 적용된 웨이퍼는 도 6에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(31) 상에 하부 막질로써 텅스텐막(33), 산화막(35) 및 질화막(37)이 형성되어 있고, 상기 질화막(37) 상에는 포토레지스트막(39)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는 텅스텐막이 형성되어 있으나, 형성하지 않을 수 도 있다.

이렇게 준비된 웨이퍼를 가지고 노광을 수행하였을 때는 도 7에 도시한 바와 같이 질화막 및 산화막 두께에 따라 반사율이 다르게 나타난다. 예컨대, 질화막이 250Å인 경우 산화막 두께를 1850에서 1950Å까지 변화되면 반사율은 0.1에서 0.17로 상승한다. 도 7에서, 참조번호 a,b,c, d는 각각 산화막 두께가 1850Å,1900Å,1950Å 및 2000Å인 경우의 반사율을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 노광장치를 이용하여 상기 반사율에 따라 노광 에너지를 다르게 하여야 한다. 즉, 적정 선폭값을 얻기 위하여는 노광에너지가 변경되어야 한다. 예컨대, 질화막이 250Å인 경우 도 8에 도시한 바와 같이 산화막 두께를 1850에서 1950Å가 증가할수록 반사율이 커지기 때문에 적정 선폭값을 얻기 위해서는 노광 에너지를 증가시켜야 한다. 도 8에서 a는 노광 에너지를 나타내며, b는 산화막 두께를 나타낸다.

도 9는 본 발명의 노광 장치를 이용한 노광 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.

먼저, 원하는 마스크를 반사광 검출기가 포함된 노광 장치에 설치한다 (스텝 100). 다음에, 노광장치의 지지대에 25 내지 50매로 구성된 웨이퍼 랏(lot) 중에서 첫 번째 웨이퍼를 로딩한다(스텝 102). 상기 웨이퍼 상에는 하부 막질이 이미 형성되어 있고, 상기 하부 막질 상에는 포토레지트막이 도포되어 있다. 상기 하부 막질은 질화막일 수 도 있고, 산화막과 질화막의 복합막일 수 도 있다.

이어서, 첫 번째 웨이퍼를 상기 지지대에 연결된 모타를 이용하여 X축 및 Y축으로 순차적으로 이동하면서 구획되게 40 내지 60번 노광하여 상기 첫 번째 웨이퍼로부터 반사되는 반사광들을 반사광 검출기로 검출한다(스텝 104). 다음에, 상기 반사광 검출기에서 검출된 반사광을 반사광 분석 장치에서 분석하여 첫 번째 웨이퍼의 반사광에 대한 반사광 분포 맵을 얻는다(스텝 106).

다음에, 상기 첫 번째 웨이퍼를 언로딩한다(스텝 108). 이어서, 상기 지지대에 웨이퍼 랏 중에서 두 번째 웨이퍼를 로딩한다(스텝 110). 두 번째 웨이퍼 역시 첫 번째 웨이퍼와 마찬가지로 웨이퍼 상에는 이미 하부 막질이 형성되어 있고, 상기 하부 막질 상에는 포토레지스트막이 형성되어 있다.

다음에, 상기 첫 번째 웨이퍼에서 분석된 반사광 분포 맵에 따라 노광 조절기에서 노광량을 조절하고 상기 두 번째 웨이퍼를 상기 지지대에 연결된 모타를 이용하여 X축 및 Y축으로 순차적으로 이동하면서 구획되게 40 내지 60번 노광한다(스텝 112). 다음에, 상기 두 번째 웨이퍼를 언로딩시킨 다음 세 번째 웨이퍼 내지 마지막 웨이퍼를 상기 두 번째 웨이퍼와 마찬가지로 반사광 분포맵에 따라 노광량을 조절하면서 노광을 실시함으로써 하나의 웨이퍼 랏의 노광을 완료한다(스텝 114).

본 실시예에서는 하나의 웨이퍼 랏을 노광하는 것을 설명하였으나, 제조공장에서 많은 웨이퍼 랏을 노광할 경우, 개개의 웨이퍼 랏에서 임의의 웨이퍼를 선정하여 반사광 분포 맵을 자주 미세 조정(calibration)하면서 이를 전체적인 웨이퍼 랏에 적용할 수도 있다.

이상, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식으로 그 변형이나 개량이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 노광장치는 반사광 검출기를 더 구비함으로써 하부 막질에서 반사되는 반사광을 검출하여 이를 근거로 노광량을 조절함으로써 하부 막질에 따라 임계 치수가 변하는 현상을 개선할 수 있다.

Claims (6)

1. 그 위에 포토레지스트막이 형성된 웨이퍼를 X축 및 Y축으로 움직일 수 있는 지지대와, 상기 지지대 상부에 위치하여 광원으로부터 나온 광을 반사 및 투과시킬 수 있는 하프 미러와, 상기 하프 미러에서 반사되는 광을 선택적으로 통과시키는 마스크와, 상기 마스크로부터 선택적으로 통과된 광을 상기 웨이퍼에 조사하는 렌즈를 구비하는 노광장치에 있어서,

   상기 하부 미러의 상부에 위치하고 상기 웨이퍼에 조사된 광이 상기 포토레지스트막 하부에 형성된 하부 막질에 따라 반사되는 반사광을 상기 렌즈 및 상기 마스크를 통하여 검출할 수 있는 반사광 검출기와, 상기 반사광 검출기로부터 나오는 반사광을 분석하여 반사광 분포 맵을 얻을 수 있는 반사광 분석장치와, 상기 분석 장치에 분석된 반사광 분포맵에 따라 노광량을 조절하는 노광 조절기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 하부 막질은 질화막 또는 산화막과 질화막의 복합막인 것을 특징으로 하는 노광장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 지지대는 모타를 이용하여 X축 및 Y축으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
4. 원하는 마스크를 반사광 검출기가 포함된 노광 장치에 설치하는 단계;

   상기 노광 장치의 지지대에 웨이퍼 랏트(lot) 중에서 첫 번째 웨이퍼를 로딩하는 단계;

   상기 첫 번째 웨이퍼를 X축 및 Y축으로 구획되게 노광하여 노광시 반사되는 반사광들을 반사광 검출기로 검출하는 단계;

   상기 반사광 검출기에서 검출된 반사광들을 반사광 분석 장치에서 분석하여 첫 번째 웨이퍼의 반사광 분포 맵을 얻는 단계;

   상기 첫 번째 웨이퍼를 언로딩하는 단계;

   상기 지지대에 웨이퍼 랏 중에서 두 번째 웨이퍼를 로딩하는 단계;

   상기 첫 번째 웨이퍼에서 분석된 반사광 분포 맵에 따라 노광량을 조절하면서 상기 두 번째 웨이퍼를 X축 및 Y축으로 구획되게 노광하는 단계;

   상기 두 번째 웨이퍼를 언로딩시키는 단계; 및

   상기 웨이퍼 랏 중에서 세 번째 웨이퍼 내지 마지막 웨이퍼를 상기 두 번째 웨이퍼와 마찬가지로 노광을 실시하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 하부 막질은 질화막 또는 산화막과 질화막의 복합막인 것을 특징으로 하는 노광방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 노광량의 조절은 상기 반사광 분석 장치에 연결된 노광 조절기와 셔터를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 노광방법.