KR20030012297A - 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테퍼의 패턴 재현성을 지속적으로 유지하기 위해 광학부의 온도를 일정하게 조절하는 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치에 관한 것으로서, 질소가스 공급원에 질소가스의 압력을 조절하는 압력조절수단이 연결되고, 필터링 수단이 상기 압력조절수단의 후단에 연결되어서 질소가스에 포함된 불순물이 제거된다. 상기 필터링 수단의 후단에는 압력완충수단이 연결되는데, 질소가스의 압력을 일정한 수준으로 유지되도록 완충역할을 수행하며, 온도조절수단이 연결되어서 가열 또는 냉각에 의해 상기 질소가스의 온도를 조절한다. 그 후, 온도 조절된 질소가스가 복수 개의 렌즈들이 구비되어 있는 렌즈부로 공급되어서 렌즈부의 온도가 항상 일정하게 유지되는 것이다.

Description

반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치{Temperature controlling apparatus of lens in the stepper facility manufacturing semiconductor devices}

본 발명은 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 노광이 수행되는 스테퍼에서 패턴 형성을 위한 광 조사시 초점이 흔들리지 않고 정확하게 이루어지도록 렌즈의 온도를 일정하게 유지하기 위한 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치에 관한 것이다.

반도체 장치 제조공정에서 사용되는 설비들 중 스테퍼(Stepper)는 웨이퍼상에 소정의 패턴을 형성하기 위한 사진공정에서 중요하게 사용되는 설비이다. 포토레지스트가 웨이퍼에 도포되고 베이크(Bake) 공정이 진행된 후 상기 스테퍼의 광원에 의해 하나의 칩단위 또는 다수개의 칩단위로 레티클에 형성되어 있는 패턴이 웨이퍼에 전사된다.

이때 패턴이 웨이퍼상의 칩에 정확하게 전사되어 재현성을 높이기 위한 요소로서, 레티클과 웨이퍼의 수평 및 수직위치의 정확한 정렬과 더불어 일정한 세기의 광원 공급이 중요하다. 상기 광원은 일정한 크기의 강도를 가지면서 공급되는데, 이때 광이 투과되는 경로에는 다수의 거울과 렌즈들이 구비되어서 광이 투과, 회절된다. 특히, 광이 투과되는 경로에는 열선이 발생되기 때문에 렌즈의 변형이 일어날 수 있다. 이러한 렌즈의 변형을 예방하기 위해 렌즈가 설치되어 있는 장치의 온도를 일정하게 유지하기 위한 구조가 개발되고 있다.

도 1에는 종래의 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치가 도시되어 있다. 도 1에 의하면, 에어(Air)가 렌즈부(16)의 온도를 조절하기 위한 공급원으로 사용되며, 로터리 펌프(Rotary Pump, 10)에 의해 강제로 흡입되었다. 흡입된 에어는 필터(12)를 통해 에어에 포함되어 있는 불순물이 제거되고, 렌즈부(16)의 열적 상태에 따라 냉각 또는 가열되었다. 이를 위해 에어는 냉각/가열기(14)에 공급되어서 렌즈부(16)의 열적 상태 즉, 기준온도를 유지하기 위한 소정의 제어부(도시하지않음)의 제어동작에 의해 공급되는 에어의 온도와 렌즈부(16)의 온도를 비교하여 냉각/가열기(14)에서 냉각되거나 가열됨으로써 상기 기준온도에 맞춰진 에어는 결국 렌즈부(16)로 공급되었다.

레티클에 형성되어 있는 패턴이 웨이퍼에 축소투영되어 반도체 장치를 위한 패턴으로 형성되고, 상기 패턴에 형성되어 있는 선폭이 근래에는 0.1㎛ 전후의 미소한 크기를 갖는다. 이와 같이 에어의 온도를 조절하여 렌즈부(16)의 온도를 일정하게 유지하는 목적은, 상기한 바와 같이 미소한 선폭을 얻기 위해 렌즈 상태의 변화가 발생되지 않고 광신호가 일정하게 유지되도록 하기 위함이다. 즉, 스테퍼의 렌즈부(16)에 사용되는 광원에는 열선이 포함되어 있으므로 광이 투과되는 부위에는 열이 발생되는데, 이러한 열에 의해 렌즈는 광학적인 특성 변화를 유발하게 되어서 초점을 흐리게 한다.

종래에는 설비의 지속적인 사용으로 인하여 소모성 부품이 손상되면 스테퍼가 정상적으로 동작될 수 없어서 설비를 작동시킬 수 없는 경우가 발생되었다.

즉, 로터리 펌프(10)의 열화에 의해 펌핑이 이루어지지 않으면 냉각 또는 가열을 위한 에어가 렌즈부(16)에 공급되지 않았다. 이 때 상기한 바에 의해 이해되듯이 렌즈부(16)의 온도가 정상상태를 유지하지 못하게 되면 웨이퍼에 전사되는 광 특성에 변화가 발생되므로 패턴이 정확하게 형성되지 못하는 문제점으로 작용하게 되었다.

상기 로터리 펌프(10)가 작동되지 않게 되면 스테퍼 설비 자체의 전원을 오프시킨 상태에서 방치해야 하므로 스테퍼의 주요 부분인 렌즈부(16)를 정상 상태로 되돌리기 위해서는 적어도 3주 이상의 시간이 소요되므로 그에 따른 생산에 차질이 발생된다.

따라서, 상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 렌즈부가 항상 일정한 온도를 갖는 정상상태로 유지되도록 하여 스테퍼 설비의 정상동작에 의한 생산성이 향상되도록 하기 위한 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 온도조절을 위해 스테퍼 설비의 렌즈부에 공급되는 가스를 기존의 설비에 사용되는 소정의 압력을 갖는 가스로 이용함으로써 별도의 펌핑장치가 필요치 않고, 추가적인 설비투자비용을 감축시킬 수 있는 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 렌즈 온도 조절 장치를 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치의 실시예를 나타내는 도면이다.

도 3은 도 2의 실시예에 의한 시간에 따른 초점의 변화를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20 : 질소가스 공급원22 : 레귤레이터

24 : 필터26 : 가스저장탱크

28 : 온도조절장치30 : 렌즈부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치는, 질소가스 공급원과, 상기 질소가스 공급원으로부터 공급되는 질소가스의 압력을 조절하는 압력조절수단과, 상기 압력조절된 상기 질소가스의 온도를 조절하는 온도조절수단, 그리고, 웨이퍼에 패턴을 형성하기 위한 광신호를 출력하는 복수 개의 렌즈들로 이루어지는 렌즈부를 포함하되, 상기 온도조절수단으로부터 온도가 조절된 질소가스에 의해 상기 복수 개의 렌즈들의 온도가 조절되는 것을 특징으로 한다.

상기 압력조절수단의 후단에는 상기 질소가스에 포함된 불순물을 제거하는필터링 수단과, 상기 질소가스의 압력변화를 완충시키기 위한 압력완충수단이 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 목적을 해결하기 위한 본 발명에 의한 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치는, 질소가스 공급원과, 상기 질소가스 공급원으로부터 공급되는 질소가스의 압력을 조절하는 압력조절수단과, 상기 압력조절된 상기 질소가스에 포함된 불순물을 제거하는 필터링 수단과, 상기 필터링된 상기 질소가스의 압력을 완충시키기 위한 압력완충수단과, 상기 질소가스의 온도를 조절하는 온도조절수단, 그리고, 웨이퍼에 패턴을 형성하기 위한 광신호를 출력하는 복수 개의 렌즈들로 이루어지는 렌즈부를 포함하되, 상기 온도조절수단으로부터 온도가 조절된 질소가스에 의해 상기 복수 개의 렌즈들의 온도가 조절되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대한 더욱 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하며, 본 발명의 기술적 사상이 아래에 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이로부터 다양한 변경, 변형 및 수정이 가능함은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백한 것이다.

본 발명에 의한 실시예는, 도 2에 의하면, 질소가스는 1/2 내지 1 인치(inch)의 반경을 갖는 테플론 파이프를 통해 연결되어 있는 질소가스 공급원(20)으로부터 레귤레이터(22)에 공급된다. 필터(24)가 상기 레귤레이터(22)에 연결되며, 상기 질소가스에 포함된 불순물을 포집한다.

가스저장탱크(26)가 필터(24)에 연결되어서 통과한 질소가스를 일정 압력으로 유지되도록 하며, 가스저장탱크(26)를 통해 온도조절장치(28)가 연결되어 있다.그리고, 온도조절장치(28)에 의해 냉각 또는 가열된 질소가스는 결국 렌즈부(30)로 공급되어서 렌즈부(30)를 구성하는 각종 렌즈의 온도가 일정하게 유지되도록 한다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 실시예는, 렌즈부(30)의 온도에 따라 렌즈의 광투과 특성이 달라지게 되고, 조사되는 광의 초점이 달라지게 되므로 렌즈부(30)의 내부 온도를 항상 일정하게 유지하도록 온도와 압력이 일정하게 조절된 질소가스가 공급된다.

구체적으로, 본 발명의 실시예는, 반도체 장치 제조라인에 공급되는 다양한 가스 중 질소가스 공급라인으로부터 분기된 라인 또는 별도의 질소가스가 저장된 탱크 등의 질소가스 공급원(20)으로부터 질소가스가 공급된다. 질소가스 공급원(20)에는 레귤레이터(22)가 설치된다. 이때 레귤레이터(22)는 일정한 압력으로 질소가스가 공급되도록 압력을 조절하게 되는데, 렌즈부(30)의 온도조절을 위해서는 작은 압력으로 질소가스가 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 10 내지 20 psi(pounds per square inch) 범위의 압력 중 특정값을 설정하여 질소가스가 공급되도록 하였다.

일정 압력으로 조절된 질소가스는 자체에 포함되어 있는 불순물이 제거되도록 하기 위해 필터(24)를 통하게 되는데, 상기 필터(24)는 나인식스 레벨, 즉 질소가스가 99.9999% 정도의 순도를 유지할 수 있도록 걸러준다. 이렇게 고순도의 질소가스를 공급하는 목적은, 광이 투과되는 렌즈의 표면은 미세한 불순물에 의해 웨이퍼상에 형성되는 패턴에 치명적인 오류를 불러올 수 있기 때문이다.

그리고, 가스저장탱크(26)로 질소가스가 공급되는데, 여기에서는레귤레이터(22)에서 조절된 질소가스의 압력이 다시 감압된다. 이렇게 감압처리를 하는 것은 온도가 변동되는 것을 사전에 방지하여 온도 조정이 안정적으로 이루어지도록 하기 위함이다.

충분히 감압된 질소가스는 온도조절장치(28)에 공급되어서 렌즈부(30)에서 필요로 하는 기준온도로 조절되도록 냉각 또는 가열된다. 상기 기준온도는 렌즈부(30)에 설치되어 있는 히터블록(Heater Block)(도시하지 않음)에서 감지하여 컨트롤러에 그 감지신호를 공급하게 된다. 이때 렌즈부(30) 내부의 온도가 상기 기준온도보다 낮아지면, 공급되는 질소가스는 온도조절장치(28)에서의 가열에 의해 온도가 상승되도록 하고, 렌즈부(30) 내부의 온도가 상기 기준온도보다 높으면 공급되는 질소가스를 온조조절장치(28)에 의하여 냉각시켜서 냉각된 질소가스가 렌즈부(30)로 공급되도록 함으로써 항상 일정한 온도를 유지할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 의해 측정된 렌즈의 시간에 따른 포커스(Focus) 측정 결과가 도 3에 도시되어 있다. 웨이퍼상에 패턴을 형성하는 공정을 수행하면서 일정한 시간을 두고 측정한 렌즈의 초점 측정결과가 거의 일정한 분포를 가짐을 확인할 수 있다. 측정값의 편차는 0.1 범위 이내에서 안정적인 값을 보임으로서 신뢰할만한 오차 범위를 갖게 되었다. 즉, 렌즈부(30)의 온도 조절이 질소가스의 공급에 의해서도 안정적인 초점분포를 갖음으로써 스테퍼 설비의 사용에 적합한 결과를 얻게 된 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 스테퍼 설비에서 렌즈부의 온도조절이 반도체 장치 제조공정에서 일반적으로 사용되는 질소가스에 의해 이루어지며, 렌즈부가 일정한 온도를 갖는 정상상태가 항상 유지되어 생산성이 향상되는 효과가 있다.

그리고, 별도의 가압이나 펌핑수단이 필요치 않아서 설비의 제작비용이 절감되고, 유지보수가 편리한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 질소가스 공급원과;

   상기 질소가스 공급원으로부터 공급되는 질소가스의 압력을 조절하는 압력조절수단과;

   상기 압력조절된 상기 질소가스의 온도를 조절하는 온도조절수단; 그리고,

   웨이퍼에 패턴을 형성하기 위한 광신호를 출력하는 복수 개의 렌즈들로 이루어지는 렌즈부를 포함하되,

   상기 온도조절수단으로부터 온도가 조절된 질소가스에 의해 상기 복수 개의 렌즈들의 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압력조절수단의 후단에는 상기 질소가스에 포함된 불순물을 제거하는 필터링 수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 압력조절수단의 후단에는 상기 질소가스의 압력변화를 완충시키기 위한 압력완충수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 압력완충수단은 유입구와 유출구가 구비된 가스저장탱크인 것을 특징으로 하는 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치.
5. 질소가스 공급원과;

   상기 질소가스 공급원으로부터 공급되는 질소가스의 압력을 조절하는 압력조절수단과;

   상기 압력조절된 상기 질소가스에 포함된 불순물을 제거하는 필터링 수단과;

   상기 필터링된 상기 질소가스의 압력을 완충시키기 위한 압력완충수단과;

   상기 질소가스의 온도를 조절하는 온도조절수단; 그리고,

   웨이퍼에 패턴을 형성하기 위한 광신호를 출력하는 복수 개의 렌즈들로 이루어지는 렌즈부를 포함하되,

   상기 온도조절수단으로부터 온도가 조절된 질소가스에 의해 상기 복수 개의 렌즈들의 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체 스테퍼 설비의 렌즈 온도 조절 장치.