KR20020078200A - 노광량 조절 시스템 - Google Patents

Abstract

노광량 조절 시스템이 개시된다. 본 발명의 시스템은 광원, 웨이퍼 스테이지, 웨이퍼 스테이지 인근에 설치되어 웨이퍼 수준의 광도를 감지하는 스폿 센서, 스폿 센서에 의해 감도 기준이 조절되며 광원 인근에 설치되는 에너지 센서, 스폿 센서 인근에 탈착 가능하게 설치되며 스폿 센서의 감도 기준을 조절하는 기준 센서가 구비되는 노광 장비에서, 광원 점등 상태에서 스폿 센서와 기준 센서로 광도를 측정하는 기준 측정 단계 및 기준 측정 단계에서 얻은 결과 값을 비교하여 기준 센서의 감도 기준에 따라 스폿 센서의 감도 기준을 조절하는 단계가 프로그램된 일정의 제 1 주기마다 이루어지고, 광원 점등 상태에서 에너지 센서 및 스폿 센서로 광도를 함께 측정하는 단계 및 측정 단계에서 얻은 값을 비교하여 스폿 센서의 감도 기준에 따라 에너지 센서의 감도 기준을 조절하는 단계가 별도의 제 2 주기마다 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광 광량 조절 시스템.

Description

노광량 조절 시스템 {SYSTEM FOR CALIBRATING EXPOSURE}

본 발명은 반도체 제조 장비 가운데 노광 장비의 노광량을 조절하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시간 경과에 따른 노광량의 상태 변화를 주기적으로 파악하여 교정할 수 있도록 하는 노광량 조절 시스템에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조에 있어서, 노광 공정은 식각 공정과 함께 좁은 면적에 다수의 반도체 소자 및 배선을 형성시키는 것을 가능하게 하는 중요한 공정이다. 노광의 원리는 사진과 유사한 것이며, 사용되는 포토레지스트의 특성 및 감도를 고려하여 광원의 종류, 광량 등이 결정된다. 통상 포토레지스트가 빛을 받아 이루어지는 광화학 작용은 빛의 파장 뿐 아니라 광량에도 많은 영향을 받는다. 가장 단순하게 생각할 수 있는 예로서, 광량이 많으면 같은 포토 마스크를 사용하는 경우에도 기판의 포토레지스에서 패턴 주변부에는 회절된 빛에 의해 가교화가 이루어질 수 있다. 따라서, 이 경우, 포토레지스트 패턴의 선폭이 증가한다. 반대로, 광량이 적은 경우, 패턴의 선폭이 부분적으로 가늘어지거나, 단절이 생길 수 있다. 반도체 장치 고집적화에 따라 정확한 패턴 형성의 중요성은 점증하고 있으며, 노광장치에서의 광량의 조절도 엄밀하게 이루어져야 한다.

그런데, 노광장비에서 광원의 상태나 렌즈 시스템 기타 부분의 변이, 오염으로 인하여 노광 공정에서 단위 시간당 웨이퍼 칩에 조사되는 광량도 항상 변동될 수 있다. 그러나, 선폭을 일정하게 관리하기 위해 노광장비에서 웨이퍼 칩에 조사되는 광량을 일정하게 할 필요가 있다. 광량을 일정하게 하기 위해 광량의 변화가 관측될 때마다 광원을 교체하거나 장비의 렌즈 시스템등에서 변동의 원인을 찾아내고 교정할 수는 없으므로 광량을 일정하게 조절하기 위한 다른 방법, 장치가 필요하다.

광을 광입자인 포톤(photon)으로 이루어진다고 볼 때, 유효 광량은 일정 기준 이상의 에너지를 가지는 포톤의 갯수에 비례한다. 단일 파장의 빛을 사용할 경우에는 포톤의 에너지는 동일하고 포토레지스트는 이런 에너지를 고려하여 사용하며, 포톤의 갯수가 광량을 결정한다. 따라서, 노광 장비에서 웨이퍼 칩에 조사되는 단위 시간당 광량의 변이가 발생할 때는 조리개를 통해 광원으로부터의 집광 면적의 크기를 조절하거나, 셔터 속도를 통해 웨이퍼 칩에 빛이 조사되는 시간을 조절하는 것이 포토레지스트가 도포된 웨이퍼에 조사되는 총 광량을 일정하게 유지하는 방법이 될 수 있다.

도1은 종래의 노광장비의 한 예를 광 경로에 따른 일부 구성 요소의 배열을 통해 개략적으로 나타낸 개념도이다.

도1을 참조하면, 빛은 광원(11)을 나와 셔터와 광원측 광 센서인 에너지 센서(15)를 거친다. 단, 셔터는 광경로 상의 어느 다른 위치에도 존재할 수 있다. 그리고, 포토 마스크(17)와 렌즈 시스템(19)을 거쳐 웨이퍼(23)의 포토레지스트에 투입된다. 웨이퍼(23) 주변에는 웨이퍼(23)에 도달하는 직접적 광량을 측정하기 위한 스폿 센서(21)가 있고, 스폿 센서(21)의 측정 정밀도를 검교정하기 위한 도시되지 않은 별도 센서가 스폿 센서(21) 주변에 설치될 수 있다. 이런 종례의 예에 따르면, 빛은 광원에서 나와 광원측 광 센서인 에너지 센서를 거친다. 이때 에너지 센서(15)는 광량을 1차로 측정한다. 노광 장비에서 에너지 센서(15)는 단위 시간당 광량을 측정하며, 일정 광량을 웨이퍼 칩에 조사하기 위해 측정된 단위 시간당 광량에 대한 정보를 콘트롤러에 주어 셔터 속도를 조절함으로써 웨이퍼 칩에 입사되는 총 광량을 일정하게 하는 적산 노광이 실시된다.

그런데, 에너지 센서가 측정하는 광량은 정확히 웨이퍼 칩이 받는 광량이라 할 수 없다. 에너지 센서와 웨이퍼 칩과는 상당 거리가 이격되어 있고, 그 사이에 있는 광 경로 상에서 일부 빛의 반사, 산란 등 소실이 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 통상 에너지 센서는 광을 통과시키면서 광량을 측정하는 방식을 사용하여 그 정확도가 떨어질 수 있다. 따라서 정확한 광량의 측정을 위해 빛이 입사하는 웨이퍼 칩 근방에 조사되는 빛을 직접 받으면서 광량을 측정할 수 있는 스폿 센서가 필요하다. 그러나, 스폿 센서가 광량을 측정할 때는 웨이퍼 칩에 대한 노광을 실시할수 없다. 따라서, 스폿 센서의 광량 측정 결과와 그 때의 에너지 센서의 광량 측정 결과를 비교하여 스폿 센서를 기준으로 웨이퍼 칩 노광에 필요한 광량을 결정하고 에너지 센서의 필요한 노광량 기준을 교정한다. 그리고, 스폿 센서가 광경로에서 비동작 위치로 옮겨진 후 노광 공정을 실시하면서 에너지 센서는 교정된 기준에 따라 단위 시간당 광량을 측정하여 셔터 속도를 조절하게 된다.

그러나, 스폿 센서 역시 그 상태가 변화할 수 있고, 노광 장비마다의 스폿 센서의 감도가 동일한 것이 아니므로 전체 공정의 동일한 기준을 위해 보다 엄밀하게 관리되는 별도의 기준센서가 필요하게 된다. 각 노광 장비에는 스폿 센서와 동일한 조건에서 기준센서가 광량을 측정할 수 있도록 별도로 기준센서를 위한 고정대가 스폿 센서 주변에 주어져 있다. 그리고, 일정 주기를 가지고, 기준센서를 고정대에 설치하여 스폿 센서와 번갈아 광량 측정을 하여 그 차이를 검출하고, 스폿 센서의 기준을 검정하게 된다.

그런데, 기준센서는 공장내의 별도의 위치에서 관리되며 보관되므로 기준센서를 통한 스폿 센서의 검정이 빈번하게 이루어지지 못하고, 가령, 한달에 한번 정도 이루어진다. 그런데, 노광 장비에서 광원이나 기타 장비 셋팅 조건, 오염 등의 변이 요인은 통상 발생하게 되는 것이므로 검정 주기가 길어지면 이에 따른 스폿 센서 기준 변동량 및 그에 따른 에너지 센서의 기준 변동량이 커지고, 실제 공정에서 웨이퍼 칩에 조사되는 광량 즉, 에너지량이 크게 변동된다. 그리고, 노광장비는 매우 민감한 장비이므로 이러한 에너지 변동폭이 클수록 오차의 유발이 많아지고, 공정에 대한 충격이 커진다. 이런 충격은 공정이 다시 안정화될 때까지 공정상 불량 발생이 높아지는 등의 손실을 가져오는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 별도의 기준센서를 통한 각 노광장비의 스폿 센서 등에 대한 검교정 주기가 길어지면서 오는 공정 충격을 없애기 위한 것으로, 노광장비 자체적으로 짧은 주기를 가지고 센서 및 장비의 교정을 실시할 수 있는 노광량 조절 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 노광장비의 교정으로 인한 공정 충격을 완화하여 공정 불량을 줄일 수 있는 노광량 조절 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 노광장비의 한 예를 광 경로에 따른 일부 구성 요소의 배열을 통해 개략적으로 나타낸 개념도이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에서 별도의 기준 센서가 스폿 센서 주변의 고정대에 상시적으로 부착된 것을 나타내기 위한 개략적 구성도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광량 조절 시스템은 설비적으로 우선 광원, 웨이퍼 스테이지, 웨이퍼 스테이지 인근에 설치되어 웨이퍼 수준의 광도를 감지하는 스폿 센서, 스폿 센서에 의해 감도 기준이 조절되며 광원 인근에 설치되는 에너지 센서, 스폿 센서 인근에 탈착 가능하게 설치되며 스폿 센서의 감도 기준을 조절하는 기준 센서가 갖추어진 노광 장비를 가진다.

그리고 이런 노광 장비에서, 광원 점등 상태에서 스폿 센서와 기준 센서로 광도를 측정하는 기준 측정 단계 및 기준 측정 단계에서 얻은 결과 값을 비교하여 기준 센서의 감도 기준에 따라 상기 스폿 센서의 감도 기준을 조절하는 단계가 프로그램된 일정 주기마다 이루어진다. 또한, 광원 점등 상태에서 에너지 센서 및 스폿 센서로 광도를 함께 측정하는 단계 및 이 측정 단계에서 얻은 값을 비교하여 스폿 센서의 감도 기준에 따라 에너지 센서의 감도 기준을 조절하는 단계가 별도의주기마다 이루어진다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에서 별도의 기준 센서가 스폿 센서 주변의 고정대에 상시적으로 부착된 것을 나타내기 위한 개략적 구성도이다.

본 예의 시스템에서도 종래의 예와 같이 노광장비에는 광원(11), 도시되지 않은 웨이퍼 스테이지에 놓이는 웨이퍼(23), 웨이퍼 스테이지 인근에 설치되어 웨이퍼의 칩이 공정 중에 받는 수준의 광도를 감지하는 스폿 센서(21), 스폿 센서(21)에 의해 감도 기준이 조절되며 광원 인근에 설치되는 에너지 센서(15)가 구비된다. 이에 더하여 스폿 센서(21) 인근의 고정대에 탈착 가능하지만 상시적으로 설치되는 기준 센서(25)가 구비된다. 기준 센서(25)는 스폿 센서(21)의 감도 기준을 조절하는 역할을 한다. 셔터(13)와 셔터(13)의 속도를 조절하는 박스로 도시된 콘트롤러가 있다. 콘트롤러는 에너지 센서(15)의 정보를 받을 수 있도록 신호선으로 에너지 센서(15)와 연결되어 있다.

이런 노광 장비에서, 노광 공정을 실시하기 전에 스폿 센서(21)를 기준으로 하는 에너지 센서(15) 기준의 교정이 이루어진다. 광원(11)이 점등된 상태에서 광원 주위에 설치된 에너지 센서(15)는 빛이 지나게 하면서 지나는 빛의 단위시간당 광량을 측정하게 된다. 에너지 센서(15)의 측정은 노광 공정 중에도 상시적으로 이루어진다. 그리고, 일정한 주기(제 2 주기)로 스폿 센서(21)를 측정 위치에 놓아 웨이퍼 위치에서의 단위시간당 광량을 측정한다. 스폿 센서(21)의 측정이 이루어지는 동안 웨이퍼(23)는 가려지므로 노광 공정은 이루어지지 않는다.

일정한 주기마다 함께 측정된 광량값을 비교하여 스폿 센서(21)를 기준으로 에너지 센서(15)의 감도 기준값을 조절하게 된다. 에너지 센서(15)의 기준값은 이후 노광 공정이 이루어지는 동안에 콘트롤러를 통해 셔터(13)의 속도를 조절하는 기준이 된다.

한편, 노광 장비에서 제 2 주기보다 통상 더 긴 기간을 제 1 주기로, 스폿 센서(21)와 기준 센서(25)로 광도를 측정하는 기준 측정 단계가 이루어진다. 스폿 센서(21)와 기준 센서(25)는 동일한 방식의 광량 측정이 이루어질 수 있다. 이 경우, 각 센서가 광량을 측정할 때 광경로를 가로지르게 되므로 동시적 광량 측정은 이루어지지 않는다. 또한, 노광 공정도 중지된다. 두 센서의 비교를 위해 가령 에너지 센서 같은 제 3의 센서가 매개 기준으로 사용될 수 있다. 기준 측정 단계에서 얻은 결과 값을 비교하여 기준 센서(25)의 감도 기준에 따라 스폿 센서(21)의 감도 기준을 조절하게 된다.

본 실시예에서는 노광량을 조절하기 위한 방법은 웨이퍼 노광 공정을 실시하면서 에너지 센서(15)가 광원에서 조사되는 빛의 단위시간당 광량을 측정하고 측정한 값에 따라 셔터(13)의 속도를 조절하는 형태로 이루어진다. 이 외에 광원에서 나온 빛을 포집하는 집광 면적을 별도의 조리개를 통해 조절함으로써 빛의 단위시간당 웨이퍼 칩에 조사되는 광량을 조절할 수 있다.

그리고, 본 실시예의 장비에서는 이들 과정이 자동적으로 이루어지는 것으로 한다. 즉, 노광 장비 전체를 조절하는 콘트롤러를 작동시키는 프로그램에 제 1 주기 및 제 2 주기를 입력시키면 노광 공정을 실시하면서 프로그램된 일정 주기에 의해 에너지 센서와 스폿 센서의 비교 및 교정, 스폿 센서와 기준 센서의 비교 및 교정이 이루어진다. 이때 제 1 주기는 적어도 1주일 보다 같거나 작은 것이 공정 충격을 줄이기 위해 바람직하다. 또한, 기준 센서도 별도로 정해진 일정 주기마다 검교정되거나 검교정된 타 기준 센서로 교체되는 것이 공정의 정확성을 유지하기 위해 바람직하다.

본 발명에 따르면, 기준 센서를 노광 장비에 상시 배치하고, 정확한 기준을 유지하도록 하면서, 스폿 센서의 감도 기준을 항상 정확하게 유지할 수 있다. 따라서, 장기간을 주기로 스폿 센서의 기준을 변경하고 그에 따라 에너지 센서 및 셔터 노광 시간을 변경하는 것에서 오는 충격을 방지할 수 있으며, 프로그램을 통해 이런 기준값 유지가 자동적으로 이루어질 수 있다.

Claims (5)

1. 광원, 웨이퍼 스테이지, 상기 웨이퍼 스테이지 인근에 설치되어 웨이퍼 수준의 광도를 감지하는 스폿 센서, 상기 스폿 센서에 의해 감도 기준이 조절되며 상기 광원 인근에 설치되는 에너지 센서, 상기 스폿 센서 인근에 탈착 가능하게 설치되며 상기 스폿 센서의 감도 기준을 조절하는 기준 센서가 구비되는 노광 장비에서,

   상기 광원 점등 상태에서 상기 스폿 센서와 상기 기준 센서로 광도를 측정하는 기준 측정 단계 및

   상기 기준 측정 단계에서 얻은 결과 값을 비교하여 상기 기준 센서의 감도 기준에 따라 상기 스폿 센서의 감도 기준을 조절하는 단계가 프로그램된 일정의 제 1 주기마다 이루어지고,

   상기 광원 점등 상태에서 상기 에너지 센서 및 상기 스폿 센서로 광도를 함께 측정하는 단계 및

   상기 측정 단계에서 얻은 값을 비교하여 상기 스폿 센서의 감도 기준에 따라 상기 에너지 센서의 감도 기준을 조절하는 단계가 별도의 제 2 주기마다 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광량 조절 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   웨이퍼 노광 공정을 실시하면서 상시적으로 상기 에너지 센서가 상기 광원에서 조사되는 빛의 광도를 측정하는 단계 및

   상기 에너지 센서가 측정한 광도에 따라 상기 셔터의 속도를 조절하는 단계가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 노광량 조절 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 주기는 적어도 1주일 보다 작은 것을 특징으로 하는 노광량 조절 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 기준 센서는 제 3 주기마다 검교정되거나 검교정된 타 기준 센서로 교체되는 것을 특징으로 하는 노광량 조절 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 측정, 상기 비교, 상기 스폿 센서의 감도 기준 조절, 상기 에너지 센서의 감도 기준 조절은 상기 노광 장비의 콘트롤러에 내장된 프로그램에 따라 자동적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광량 조절 시스템.