KR20030067815A - 온도보상기능을 갖는 노광설비용 척 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도보상기능을 갖는 노광설비용 척에 관한 것으로서, 웨이퍼를 상면에 안착시키는 척과; 상기 척의 내부에 설치되어 상기 웨이퍼를 소정의 온도로 유지시키는 온도조절수단을 포함하며,

상기 온도조절수단은 상기 척의 내부에 냉각제가 흐르도록 형성된 냉각유로 또는 척의 내부에 설치된 펠티어소자로 구성한다.

상술한 바와 같이 구성하여 척상에 안착되는 웨이퍼의 온도를 효과적으로 냉각시켜 적정의 온도를 유지할 수 있도록 함에 따라 스피너의 칠링플레이트로부터 23℃로 냉각되어 송출되는 웨이퍼가 22℃의 온도를 유지하는 노광설비에 안착되어 그 온도차로 발생되는 웨이퍼 변형에 의해 오버레이 에러가 발생되는 것을 해소시킬 수 있게 된다.

또한, 프리얼라이너의 센서의 발열동작에 의해 에지부가 부피팽창된 웨이퍼를 효과적으로 냉각시켜 적정온도로 유지시킬 수 있게 됨에 따라 또하느 오버레이 에러가 발생하게 되는 것을 해소시킬 수 있게 된다.

Description

온도보상기능을 갖는 노광설비용 척{WAFER HUCK FOR EXPOSURE EQUIPMENT HAVING TEMPERATURE COMPENSATION ABILITY}

본 발명은 노광설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼가 안착되어 노광공정을 실시하는 척에 오버레이에 영향을 주는 온도영향을 해소시키기 위하여 상기 척을 효과적으로 냉각시키도록 구성함으로써 오버레이 에러가 발생하는 것을 극소화시키는 온도보상기능을 갖는 노광설비용 척에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 층간 유전체층과 함께 서로 적층되는 전자소자들, 배선들, 컨택트들 등으로 형성되는 수많은 층들을 포함한다. 이들 적층된 층은 집적회로를 구성한다. 따라서, 반도체 장치를 제조하기 위하여 적층된 층들은 공지된 리소그래피 및 에칭 기술을 사용하여 패터닝하여 원하는 전자소자, 배선 등을 형성한다.

리소그래피 및 에칭기술을 사용하여 반도체 웨이퍼 상 또는 그 위의 가능한 한 근접하게 원하는 미세한 패턴을 특정 층으로 이동시키는 것은 물론 하부 패턴에 상부 패턴을 가능한 한 정확하게 중첩시키는 것이 매우 중요하다. 따라서, 리소그래피 공정에서 에칭 또는 패터닝 될 층(즉, 타켓층)상에 형성되는 레지스트층의 패턴은 타켓층 하부에 위치한 원하는 하부 패턴 상에 높은 정밀도로 얼라인먼트 될 필요가 있다, 특히, 최근 반도체 장치에 제공된 회로들 및 소자들은 급속도로 미세화되고 있기 때문에 패턴의 중첩 정밀도(즉 얼라인먼트 정밀도)를 상승시킬 필요성이 더욱 강해졌다.

통상적으로 전술된 필요성에 부합하기 위하여 얼라인먼트마크는 원하는 회로 및 소자들에 대한 패턴과 함께 형성됨으로써 얼라인먼트마크를 사용하여 얼라인먼트 정밀도를 측정하게 된다.

그러나, 여러 층의 막질을 연속적으로 쌓아가며 소정의 공정과정을 실시하는 동안 웨이퍼의 온도가 상승하여 얼라인먼트 에러로 인한 오버레이 에러(OVERLAY ERROR)가 발생되는 문제점이 발생하고 있고, 상술한 얼라인먼트 에러는 웨이퍼의 온도 상승됨이 한 요인으로 작용하고 있다.

그러한 온도 영향에 관한 연구가 과거 1998년 삼성전자의 기술보고서 HEATING EFFECT 최소화를 통한 스캐너 오버레이 능력 향상 연구 “THE IMPROVEMENT OF SCANNER OVERLAY ABILITY MINIMIZING HEATING EFFECT” 내용에 발표된 바 있다.

그 내용을 살펴보면, 『포토공정에서 오버레이에 영향을 주는 요인은 여러 가지가 있다. 그 중 웨이퍼 온도가 영향을 미치는 것을 EFFECT OF HEATING” 또는 “HEATING EFFECT”라고 한다.

HEATING EFFECT와 얼라인먼트간의 관계를 분석함으로써 보다 효율적인 웨이퍼 온도관리로 오버레이 산포를 개선할 수 있었다. 이는 웨이퍼간의 관계를 분석함으로써 SCANNER OVERLAY 능력 향상을 통하여 차세대 공정인 D146에 대응할 수 있게 되었다. 온도 영향을 받은 웨이퍼에 대한 오버레이의 특성에 대한 실험방법은 다음과 같다. 우선 이 실험에서는 스캐너(SCANNER)와 스피너(SPINNER) 설비가 IN-LINE 형식으로 이루어져 노광을 하는 경우로 국한한다. 오버레이 데이터에 영향을 주는 환경적 요인중의 결정적인 것은 노광 전 웨이퍼의 온도이다. 이것은 스캐너 내부의 온도와 스피너 칠링플레이트에서 쿨링된 온도차이에서 오는데 그 온도는 각각 22℃와 23℃이다. 이는 스피너에서 23℃로 송출된 웨이퍼를 스캐너(노광설비)에서 수납하여 노광 전 22℃로 쿨링하는 시간이 매 웨이퍼 마다 차이가 남에 따라 얼라인먼트(ALIGNMENT)에 영향을 끼치게 된다. 이에 웨이퍼 온도에 영향을 주는 단계를 구분하여 E-PIN DELAY, E-CHUCK DELAY, P-CHUCK DELAY, COOLING PLATE 온도 SPLIT 등을 통하여 최적의 방법인 E-CHUCK DELAY를 얻게 되었다.』라는 보고가 있다.

다음, 상술한 바와 같은 온도영향과 더불어 얼라인먼트마크를 측정하기 위한 센서의 발열동작에 의한 온도영향이 지목되고 있다.

그에 대해 설명하면, 노광설비는 상하로 구동하는 테이블상에 위치하는 케리어(CARRIER)로부터 집어내어진 웨이퍼를 예비 정렬시키는 프리얼라인먼트유닛(PRE ALIGNMENT UNIT)의 프리얼라인먼트척(PRE ALIGNMENT CHUCK)과, 상기 프리얼라인먼트유닛을 통해 예비 정렬된 웨이퍼를 이송받아 노광작업을 실시하도록 스테이지(STAGE)상에 안착시키는 익스포저척(EXPOSURE CHUCK)으로 구성되며, 상술한 웨이퍼는 각종 로봇암에 의해 이송되어지도록 구성된다.

상기 프리얼라인먼트척의 일측에는 웨이퍼의 에지측에 마킹된 얼라인먼트마크를 감지하는 센서가 설치되어 웨이퍼의 위치를 감지하게 된다.

이때, 상기 센서의 온도가 34℃이상이고, 실제 웨이퍼를 센서의 하부에 로딩했을 때 웨이퍼의 온도가 국부적으로 26.1℃까지 상승하여 이로 인한 웨이퍼의 국부적인 팽창이 이론적으로 2.6PPM/℃를 기준으로 할 때 1.02㎛가 발생한다. 팽창에 의한 오버레이 풀 샷 결과 에지 센서부의 오버레이 평균값이 웨이퍼 전체의 오버레이 평균값보다 최고 25배(7배~25배)까지 높은 것으로 나타난다.

따라서 24시간 동안 가동되어 있는 센서의 발열로 인해 웨이퍼 내에 국부적으로 오버레이 에러를 발생시키는 것으로 판명되었다.

종래에는 상술한 히팅이펙트(HEATING EFFECT)에 의한 미스얼라인먼트(MISALIGNMENT)를 해결하기 위하여 프리얼라인먼트척 및 익스포저척 상단에 에어샤워(AIR SHOWER)를 장착하여 온도영향을 최소화하려고 노력하였다.

그러나, 공정이 선폭이 넓은 D21, D19 에서는 이상 없이 진행되었으나 선폭이 작은 D117, D146으로 발전하면서 에어 샤워만으로 히팅이펙트(HEATING EFFECT)를 감소시키기에는 문제가 있음이 발견되었다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점들을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼가 안착되는 척에 온도조절수단을 구성하여 척을 소정의 온도로 유지시킴에 따라 웨이퍼가 팽창되는 것을 방지하여 정확한 얼라인먼트가 이루어져 오버레이 에러가 발생하게 되는 것을 방지하는 온도보상기능을 갖는 노광설비용 척을 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 웨이퍼를 상면에 안착시키는 척과; 상기 척의 내부에 설치되어 상기 웨이퍼를 소정의 온도로 유지시키는 온도조절수단을 포함한다.

상기 온도조절수단은 상기 척의 내부에 냉각제가 흐르도록 형성된 냉각유로이고, 상기 냉각유로는 방사형으로 형성된다.

상기 냉각제는 DI(DEIONIZED)워터로 한다.

상기 온도조절수단은 상기 척의 내부에 설치된 펠티어소자이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의해 척에 온도조절수단이 구성된 상태를 도시한 평면도,

도 2는 상기 도 1의 A-A′를 따른 단면도,

도 3은 상기 도 1의 온도조절수단의 다른 예가 적용된 상태를 도시한 측단면도,

도 4는 상기 도 3에 도시된 펠티어소자의 구성을 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

W : 기판

10 : 척

11 : 웨이퍼안착돌기

20 : 온도조절수단

21 : 냉각유로

23 : 펠티어소자

이하, 첨부된 도면 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대해서 자세히 설명한다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 상면에 웨이퍼(W)를 안착시키는 웨이퍼안착돌기(11)가 돌출 형성된 웨이퍼척(10)이 있다.

상기 웨이퍼척(10)에는 상기 웨이퍼척(10)의 온도를 소정의 온도(예컨대 22℃)로 유지시키는 온도조절수단(20)이 설치된다.

상기 온도조절수단(20)은 상기 웨이퍼척(10)의 내부에 형성된 방사형으로 이루어진 유로(21)이다.

상기 유로(21)를 통해 냉각제가 유입되어 순환됨으로써 상기 웨이퍼척(10)을 소정의 온도로 유지시키게 된다.

상기 웨이퍼척(10)의 온도 유지는 상기 유로(21)를 통해 순환하는 냉각제의온도조절에 의해 이루어지게 된다.

즉, 웨이퍼척(10)의 온도가 소정의 온도보다 높을 경우에는 낮은 온도를 갖는 냉각제를 공급하여 웨이퍼척(10)의 온도를 낮추게 되고, 상기 웨이퍼척(10)의 온도가 소정의 온도보다 낮을 경우에는 높은 온도를 갖는 냉각제를 공급하여 웨이퍼(W)의 온도를 높이는 방식에 의해 재현될 수 있다.

상기 냉각제의 온도조절은 공지된 반도체 제조설비용 칠러와 같은 원리에 의해 구현된다.

즉, 칠러는 일정한 온도의 냉각제(coolant)를 공급 및 순환시켜 전극이 일정한 온도를 유지할 수 있도록 냉각시키는 장치로서, 즉, 히터에 의해 상기 냉각제를 가열하고, 냉동장치의 증발기를 통해 냉각제를 낮추는 구성으로 구현하여, 상기 히터 및 냉동장치의 적절한 가동조건에 의해 냉각제를 소정의 온도로 조절할 수 있게 된다.

상기 냉각제는 DI(DEIONIZED)워터로 한다.

다음, 도 3을 참조하여 온도조절수단(20)의 구성이 다르게 적용된 상태에 대해서 설명한다.

그 기본 구성은 도 1 및 도 2의 구성과 동일하므로 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 명기하며 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

상기 도 3에서 다른 점은 온도유지수단(20)을 펠티어소자(23)로 한 것이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 웨이퍼척(10)의 내부에 서로 다른 두 개의 전기적 양도체(23a,23b)에 직류전원을 가하면 상하에 접점이 각각 냉각되고 가열되며 또 전류의 방향을 바꾸었을 때는 반대로 두 접점이 각각 가열되고 냉각되는 펠티어소자(23)를 사용하여 웨이퍼척(10)의 온도를 냉각시키거나 가열하도록 구성하여 웨이퍼척(10)을 소정의 온도로 유지시키도록 할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성함에 따라 스피너의 칠링플레이트로부터 23℃로 냉각되어 송출되는 웨이퍼의 온도를 22℃를 유지하는 노광설비의 온도로 냉각시킴에 따라 그 온도차로 인해 웨이퍼가 변형이 발생하게 되어 오버레이 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 프리얼라인먼트유닛의 센서 발열에 의해 웨이퍼의 에지부위가 팽창하는 것을 방지하여 웨이퍼를 효과적으로 냉각시켜 줌으로써 웨이퍼 에지부위의 부피팽창에 따른 오버레이 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 웨이퍼를 상면에 안착시키는 척;

   상기 척의 내부에 설치되어 상기 웨이퍼를 소정의 온도로 유지시키는 온도조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도보상기능을 갖는 노광설비용 척.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 온도조절수단은 상기 척의 내부에 냉각제가 흐르도록 형성된 냉각유로인 것을 특징으로 하는 온도보상기능을 갖는 노광설비용 척.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 냉각유로는 방사형으로 형성된 것을 특징으로 하는 온도보상기능을 갖는 노광설비용 척.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 냉각제는 DI(DEIONIZED)워터인 것을 특징으로 하는 온도보상기능을 갖는 노광설비용 척.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 온도조절수단은 상기 척의 내부에 설치된 펠티어소자인 것을 특징으로하는 온도보상기능을 갖는 노광설비용 척.