KR20030095755A - 반도체 기판을 노광하기 위한 방법 - Google Patents

반도체 기판을 노광하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해 반도체 기판을 노광하는 방법이 개시되어 있다. 광원으로부터 제공된 광은 슬릿을 통해 슬릿광으로 형성되고, 마스크를 통과하면서 패턴 이미지를 형성하고, 축소 투영 렌즈를 통해 반도체 기판으로 조사된다. 이때, 마스크와 반도체 기판은 이미지 스캔을 위해 동시에 이동하며, 제어부는 마스크의 패턴의 선폭 균일도에 따라 슬릿의 폭을 변화시킨다. 따라서, 반도체 기판 상에 스캔되는 패턴 이미지의 선폭이 일정하게 형성되며, 이후의 현상 공정에서 일정한 선폭을 갖는 포토레지스트 패턴이 형성된다.

Description

반도체 기판을 노광하기 위한 방법{Method for exposing a semiconductor substrate}
본 발명은 반도체 기판을 노광하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반도체 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해 마스크를 통해 광을 제공하는 노광 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.
상기 패턴은 막 형성, 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 화학적 기계적 연마(CMP) 등과 같은 단위 공정들의 순차적 또는 반복적인 수행에 의해 형성된다. 상기와 같은 단위 공정들 중에서 포토리소그래피 공정은 반도체 기판 상에 포토레지스트 코팅층을 형성하고, 이를 경화시키는 공정과 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 코팅층을 원하는 포토레지스트 패턴으로 형성하기 위해 소정 부위를 제거하는 노광 공정 및 현상 공정을 포함한다.
상기 노광 공정은 마스크 패턴을 이용하여 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 막을 노광함으로서 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분의 포토레지스트 막을 다중체(polymer)로 형성하거나 다중체를 끊어주는 공정이다. 상기와 같이 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분의 포토레지스트 막이 이후의 현상 공정에서 제거됨으로서 반도체 기판 상에는 목적하는 포토레지스트 패턴이 형성된다.
상기와 같은 노광 공정을 수행하는 장치로서, 최근에는 반도체 장치 선폭의 미세화, 고접적화에 따라 슬릿광을 이용하는 스캔 노광 장치(scanning exposureapparatus)가 사용되고 있다. 상기 스캔 노광 장치에 대한 일 예로서, 미합중국 특허 제5,668,624호(issued to Naraki, et al.)에는 노광 패턴이 형성된 마스크가 장착되는 마스크 스테이지, 기판이 놓여지는 기판 스테이지, 마스크 스테이지와 기판 스테이지를 동시에 구동시키는 구동 유닛, 기판에 광을 제공하기 위한 조명 광학 시스템 및 투영 이미지를 형성하기 위한 투영 광학 시스템을 포함하는 스캔 방식 노광 장치가 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제5,728,495호(issued to Ozawa)에는 반도체 기판의 표면을 스캐닝하기 위해 반도체 기판과 마스크를 동시에 이동시키며, 스캐닝 노광 도중에 마스크에 조사되는 광의 에너지 양을 검출하는 스캐닝 노광 방법 및 장치가 개시되어 있다.
최근 반도체 장치의 고집적화에 따라 요구되는 패턴의 임계 선폭(critical dimension ; CD)은 더욱 미세화되고 있다. 노광 공정에서 미세 패턴의 형성을 위해 고려되어야 할 요소로서 노광량, 포커싱, 오버레이 등이 있으나, 최근의 0.15㎛ 이하의 디자인 룰(design rule)에서는 상기와 같은 요소들 이외에 노광 패턴이 형성되어 있는 마스크 패턴의 선폭 균일도(uniformity)가 중요한 요인으로 대두되고 있다. 즉, 마스크 패턴의 선폭 균일도가 노광 공정을 거치면서 반도체 기판 상에서 증폭되는 정도(mask error enhancement factor ; MEEF)가 노광 공정의 중요한 공정 변수로 대두되고 있다.
도 1은 종래의 노광 공정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 광원(110)으로부터 제공되는 광은 슬릿(112a)이 형성되어 있는 슬릿판(112)을 통해 슬릿광(130)으로 형성되고, 슬릿광(130)은 콘덴서렌즈(114)를 통해 평행하게 형성되며, 반사판(116)으로 조사된다. 반사판(116)에 의해 반사된 슬릿광(130)은 마스크 스테이지(118)에 놓여진 마스크(120)와 축소 투영 렌즈(122)를 통해 반도체 기판(10)으로 조사된다. 이때, 마스크 스테이지(118)와 반도체 기판(10)을 지지하는 반도체 기판 스테이지(124)는 각각 반대 방향으로 동시에 이동되며, 상기 이동에 의해 마스크(120)의 패턴(120a)이 반도체 기판(10) 상에 전사된다. 이때, 마스크(120)에 형성되어 있는 노광 패턴(120a)의 선폭 균일도가 불량한 경우 이는 반도체 기판(10)에 형성되는 패턴에 영향을 주게 된다. 즉, 마스크(120)에 형성된 패턴(120a) 선폭의 균일도는 반도체 기판(10) 상에서 일정 비율로 나타나며, 최근의 미세화된 패턴 형성에 큰 영향으로 작용한다.
상기와 같이 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 패턴이 불균일한 경우 후속 공정의 식각, 금속 배선 등의 공정에서 공정 불량으로 이어져 반도체 장치의 성능을 저하시키며, 포토레지스트 패턴의 불균일이 심각한 경우 형성된 포토레지스트 패턴을 제거하는 리워크(rework) 공정을 수행해야 하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 노광 공정의 진행시 마스크의 패턴 선폭의 균일도에 의해 반도체 기판 상에 발생하는 패턴의 불균일을 보상할 수 있는 반도체 기판의 노광 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 노광 공정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판을 노광하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 노광 방법을 수행하기 위한 노광 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판200 : 노광 장치
212 : 광원220 : 슬릿판
228 : 콘덴서 렌즈230 : 반사판
240 : 마스크 스테이지242 : 마스크
260 : 반도체 기판 스테이지270 : 차폐판
280 : 제어부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 노광을 통하여 반도체 기판 상에 전사하기 위한 마스크 패턴의 선폭 균일도를 측정하는 단계와, 상기 반도체 기판을반도체 기판 스테이지에 배치하는 단계와, 상기 반도체 기판을 노광하기 위한 광을 제공하는 단계와, 슬릿을 통과시켜 상기 광을 슬릿광으로 형성하는 단계와, 상기 슬릿광이 반도체 기판을 스캔하도록 상기 마스크와 상기 반도체 기판을 이동시키는 동안, 측정된 마스크 패턴의 선폭 균일도에 따라 상기 슬릿의 폭을 변화시켜 상기 슬릿광의 광량을 변화시키는 단계와, 상기 광량이 변화된 슬릿광을 반도체 기판의 표면으로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 노광 방법을 제공한다.
따라서, 반도체 기판을 스캔하는 슬릿광은 반도체 기판 및 마스크가 이동하는 동안 마스크 패턴의 선폭 균일도에 따라 광량이 변화되므로, 반도체 기판 상에 형성되는 포토레지스트 패턴의 균일도가 보장된다. 즉, 마스크 패턴의 선폭이 큰 경우 반도체 기판을 스캔하는 슬릿광의 광량이 작아지도록 슬릿의 폭을 감소시키고, 마스크 패턴의 선폭이 작은 경우 반도체 기판을 스캔하는 슬릿광의 광량이 커지도록 슬릿의 폭을 증가시킴으로서 반도체 기판 상에 균일한 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 노광 방법을 설며하기 위한 흐름도이다
도 2를 참조하면, 먼저, 마스크에 형성되어 있는 패턴의 선폭 균일도를 측정하여 노광 장치의 제어부에 입력시킨다.(S100)
이어서, 반도체 기판을 반도체 스테이지 상에 배치시킨다.(S200) 이때, 반도체 기판은 에지 센서와 얼라인 마크 센서를 구비하는 반도체 기판 예비정렬 시스템에 의해 예비정렬되어 있는 상태에서 반도체 스테이지 상으로 이송된다. 반도체 기판 스테이지에는 반도체 기판의 정렬을 위한 다양한 센서들이 구비되며, 상기 센서들의 신호에 따라 반도체 기판 스테이지는 반도체 기판의 정렬을 위해 구동된다. 반도체 기판 스테이지에는 직교 좌표계에 따라 반도체 기판 스테이지를 이동시키기 위한 제1구동부와 반도체 기판 스테이지를 회전시키기 위한 제2구동부가 연결되어 있다.
계속해서, 광원으로부터 반도체 기판을 노광하기 위한 광이 제공된다.(S300) 상기 광은 반사경, 콘덴서 렌즈 등을 통해 평행광으로 형성된다. 이때, 광원으로부터 제공된 광은 다양한 광학 부품들을 통해 제공되지만, 이는 널리 공지되어 있는 방법이므로 기재를 생략한다.
상기 평행광은 슬릿이 형성되어 있는 슬릿판으로 제공되고, 상기 슬릿을 통해 슬릿광으로 형성된다.(S400)
이어서, 상기 슬릿광이 반도체 기판을 스캔하도록 반도체 기판이 놓여진 반도체 기판 스테이지와 마스크가 구비되는 마스크 스테이지를 이동시키는 동안 제어부는 기 입력된 마스크 패턴의 선폭 균일도에 따라 슬릿의 폭을 조절한다. 상기 슬릿의 폭 조절에 의해 슬릿을 통과하는 슬릿광의 광량이 변화된다.(S500)
이때, 제어부는 반도체 기판 스테이지의 이동 속도와 이동 방향 조절 및 마스크 스테이지의 이동 속도와 이동 방향 조절을 위해 반도체 기판 스테이지를 이동시키는 제1구동부와 마스크 스테이지를 이동시키기 위한 제3구동부의 동작을 제어한다.
한편, 슬릿이 형성되어 있는 슬릿판의 상부면에는 슬릿의 폭을 조절하기 위한 다수개의 차폐판이 상기 슬릿의 길이 방향으로 구비되며, 상기 슬릿의 폭 방향으로 구동된다. 상기 차폐판에는 제어부의 제어 신호에 따라 동작하는 다수개의 제4구동부들이 연결되어 있으며, 제어부에 의해 동작이 제어된다. 즉, 차폐판들의 이동에 의해 슬릿의 폭은 차폐판들이 구비되는 각각의 부위별로 변화되며, 폭이 변화된 슬릿을 통과하여 형성되는 슬릿광의 광량이 조절된다.
상기와 같이 광량이 조절된 슬릿광은 이동하는 반도체 기판의 표면을 스캔한다.(S600) 이때, 반도체 기판 상에는 포토레지스트 막이 형성되어 있으며, 상기 슬릿광이 제공되는 부위의 포토레지스트 막은 다중체화 되거나 다중체가 끊어지는 광 반응이 일어난다.
여기서, 슬릿광의 광량은 마스크 패턴의 선폭 균일도에 의해 조절되므로 반도체 기판 상에는 균일한 선폭을 갖는 이미지 패턴이 형성되고, 이후의 현상 공정에서 균일한 포토레지스트 패턴이 형성된다.
도 3은 도 2에 도시한 반도체 기판의 노광 방법을 수행하기 위한 노광 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 노광 장치(200)는 광을 제공하는 광원(212)과 광원으로부터 제공된 광을 슬릿광으로 형성하는 슬릿판(220)을 포함하는 조명 광학 시스템(210)과, 마스크(242)를 지지하는 마스크 스테이지(240)와, 마스크(242)를 통과한 광을 축소시켜 반도체 기판(10)으로 제공하는 축소 투영 렌즈(250)와, 반도체 기판(10)을 지지하는 반도체 기판 스테이지(260)와, 반도체 기판 스테이지(260)를 이동 및 회전시키기 위한 제1구동부(262) 및 제2구동부(264)와, 마스크 스테이지(240)를 이동시키기 위한 제3구동부(244)와, 슬릿(220a)의 폭을 조절하기 위한 차폐판(270)들을 이동시키기 위한 제4구동부(272)들과, 노광 공정을 제어하기 위한 제어부(280)를 포함한다.
수은 증기 램프(mercury vapor lamp)와 같은 광원(212)으로부터 제공된 광은 광원(212)을 둘러싸도록 구비되는 타원형 미러(214)에 의해 입력 렌즈(input lens, 216)로 조사된다. 상기 광은 입력 렌즈(216)에 의해 평행광으로 형성되고, 입력 렌즈(216)에 의해 형성된 평행광은 플라이 아이 렌즈(fly eye lens, 218)에 의해 균일한 분포를 갖는다. 플라이 아이 렌즈(218)를 통과한 평행광은 슬릿(220a)이 형성된 슬릿판(220)을 통과하면서 슬릿광으로 형성된다. 슬릿판(220)을 통과한 슬릿광은 출력 렌즈(output lens, 222)를 통해 평행하게 되고, 필드 스톱(field stop, 224)을 통과하여 릴레이 렌즈(relay lens, 226)로 조사된다. 릴레이 렌즈(226)를 통과한 슬릿광은 콘덴서 렌즈(condenser lens, 228)를 통해 평행하게 되어 반사판(230)으로 조사된다. 반사판(230)에 의해 반사된 슬릿광은 마스크 스테이지(240) 상에 지지된 마스크(242)로 조사된다. 상기와 같이 마스크(242)를 통과한 광은 패턴 이미지를 형성하게 되고, 축소 투영 렌즈(250)를 통해 반도체 기판(10)에 조사된다.
여기서, 상기와 같이 반도체 기판(10) 상에 조사되는 슬릿광이 반도체기판(10)을 스캔하도록 마스크 스테이지(240)와 반도체 기판 스테이지(260)는 제1구동부(262) 및 제3구동부(244)에 의해 서로 반대 방향으로 이동된다. 상기와 같이 마스크(242)와 반도체 기판(10)이 서로 반대 방향으로 이동되는 동안 슬릿판(220)의 일측에 구비되는 다수개의 차폐판(270)은 제어부(280)의 제어 신호에 따라 슬릿(220a)의 폭을 조절하게 된다. 즉, 제어부(280)는 제1구동부(262)와 제3구동부(244)의 동작을 제어하는 한편, 차폐판(270)의 이동시키는 제4구동부(272)를 제어함으로서 슬릿광의 광량을 제어한다. 상세히 설명하면, 제어부(280)는 기 입력된 마스크(242)의 패턴 선폭 균일도와 마스크(242) 및 반도체 기판(10)의 이동 속도에 따라 제4구동부(272)의 동작을 제어함으로서 슬릿(220a)의 폭을 조절하여 반도체 기판(10)에 조사되는 슬릿광의 광량을 조절한다.
따라서, 마스크(242)의 패턴 선폭이 불균일하더라도 패턴 선폭의 균일도에 따라 슬릿(220a)의 폭을 조절함으로서, 반도체 기판(10) 상에 조사되는 슬릿광의 광량은 항상 일정하게 된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 광원으로부터 제공된 광은 슬릿판에 형성된 슬릿을 통해 슬릿광으로 형성되고, 콘덴서 렌즈를 통해 마스크 스테이지 상에 지지된 마스크로 조사된다. 마스크를 통과한 슬릿광은 패턴 이미지를 형성하며, 축소 투영 렌즈를 통해 반도체 기판 상으로 조사된다. 이때, 제어부는 마스크 및 반도체 기판의 이동 속도 및 기 입력된 마스크의 패턴 선폭 균일도에 따라 슬릿의 폭을 변화시킨다.
따라서, 폭이 조절되는 슬릿을 통과하는 슬릿광은 마스크의 패턴 선폭 균일도에 따라 광량이 변화된다. 이에 따라, 반도체 기판의 표면에 전사되는 패턴 이미지가 균일하게 형성되고, 이후의 현상 공정에서 균일한 선폭을 갖는 포토레지스트 패턴이 형성된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

  1. 노광을 통하여 반도체 기판 상에 전사하기 위한 마스크 패턴의 선폭 균일도를 측정하는 단계;
    상기 반도체 기판을 반도체 기판 스테이지에 배치하는 단계;
    상기 반도체 기판을 노광하기 위한 광을 제공하는 단계;
    슬릿을 통과시켜 상기 광을 슬릿광으로 형성하는 단계;
    상기 슬릿광이 반도체 기판을 스캔하도록 상기 마스크와 상기 반도체 기판을 이동시키는 동안, 측정된 마스크 패턴의 선폭 균일도에 따라 상기 슬릿의 폭을 변화시켜 상기 슬릿광의 광량을 변화시키는 단계; 및
    상기 광량이 변화된 슬릿광을 반도체 기판의 표면으로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 노광 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬릿을 통과하는 광의 일부를 차단하여 상기 슬릿광의 광량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 노광 방법.
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