KR20050063312A - 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법에 관한 것으로, 반도체 소자 제조 공정 중에 웨이퍼에 이물질이 부착되어 제품에 불량을 야기시킨다는 점을 역이용하여, 의도적으로 이물질이 부착되지 않은 웨이퍼를 노광장치 또는 트랙장치 내로 순환시켜 각 장치내에 존재하는 이물질이 상기 웨이퍼에 부착되도록 하여, 상기 이물질로 인하여 웨이퍼의 평탄도가 불량하게 되어 웨이퍼의 국부 촛점 불일치(Local Defocus)가 유발되는 것을 사전에 방지함으로써, 작업효율 및 그에 따른 반도체 소자의 제조 수율을 크게 향상시킬 수 있는 특징이 있다.

Description

반도체 노광공정의 디포커스 예방방법 { The method for defocus prevention in semiconductor exposure process }

본 발명은 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 노광장치에 있어서 웨이퍼가 고정되는 웨이퍼척에 이물질이 존재함으로 인하여 웨이퍼의 평탄도가 불량하게 되어 웨이퍼의 국부 촛점 불일치(Local Defocus)가 유발된다는 점을 감안하여, 상기 이물질을 비교적 간단하게 사전에 제거할 수 있도록 한 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법에 관한 것이다.

현대 사회에는 라디오, 컴퓨터, 텔레비젼 등의 각종 전자 제품이 매우 다양하게 사용되고 있으며, 상기 전자 제품에는 필수적으로 다이오우드, 트랜지스터, 사이리스터등의 반도체 소자가 포함된다. 위와 같이 현대 사회의 필수품인 반도체 소자는, 산화실리콘(모래)에서 고순도의 실리콘을 추출한 것을 단결정으로 성장시키고 이를 원판 모양으로 잘라서 웨이퍼를 만드는 과정, 상기 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고 필요한 부분을 제거하여 일정한 패턴을 형성하는 과정, 형성된 패턴에 따라 불순물 이온을 도핑하고 금속배선을 통하여 최초 설계된 회로를 구현하며 필요한 소자로 만들기 위한 패키지 공정등이 포함된 일련의 웨이퍼 가공 과정을 통하여 제조된다.

위와 같은 제조 과정에 있어서, 통상 '노광공정'이라 불리는 공정은 웨이퍼 표면에 일정한 패턴을 형성하는 과정과 관련된 것이다. 즉, 노광공정은 사진 기술과 화학적 부식법을 병용한 것으로, 웨이퍼 상에 감광제(photoresist)를 도포한 후, 상기 웨이퍼를 원하는 방향의 빛만 통과시키도록 패턴 정보가 담겨져 있는 마스크(mask)를 투과한 빛에 노출시키면, 상기 감광제는 마스크에 담겨진 패턴에 따라 원하는 영역에서만 감광하게 되므로, 감광된 영역의 감광제를 제거함으로써, 웨이퍼 표면에 원하는 패턴이 형성될 수 있는 것이다.

위와 같은 노광공정을 수행하는 노광장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(10), 투영렌즈(20), 웨이퍼 스테이지(30), 컴퓨터(40) 및 제어기(50)를 포함한다. 상기 광원(10)은 불화크립톤(KrF)광원이 주로 사용되고 있으며, 광원(10)에서 조사된 빛은 마스크(60)로 입사된다. 마스크(60)에 입사된 빛은 마스크(60)의 회절 격자를 통과하면서 0차광, 1차광, 2차광, 3차광 등으로 회절되어 마스크(60)에 담겨진 패턴에 따른 빛 이미지를 형성하고, 이러한 빛 이미지는 투영렌즈(20)에서 축소된 후 웨이퍼(1) 위에 형성된 감광막에 입사된다. 이 때 웨이퍼(1)가 고정될 수 있도록 웨이퍼척(미도시)이 설치되는 웨이퍼 스테이지(30)는, 웨이퍼(1)를 가로, 세로 방향으로 일정한 간격으로 이송시켜 웨이퍼(1) 위에 형성된 감광막에 전체적으로 마스크(60)의 패턴이 형성될 수 있도록 한다. 한편 광원(10) 및 웨이퍼 스테이지의(30) 구동은 제어기(50)에서 컨트롤하며, 이를 위한 정보는 컴퓨터(40)에 입력되어 있다.

웨이퍼 상에 일정한 패턴을 형성하기 위해서는, 도 1에 도시된 노광장치 이외에도, 도포유닛, 현상유닛, 베이크유닛이 더 필요하며, 최근에는 노광장치를 제외한 도포유닛, 현상유닛, 베이크유닛을 한 장소에 밀집시켜 각 유닛간 이동거리와 시간을 줄여서 공정의 효율을 증대시킬 수 있는 트랙(track)장치가 사용되고 있다. 도 2는 이러한 종래의 트랙장치를 도시한 것으로, 도포유닛(110)은 감광제를 웨이퍼(1) 표면에 도포하는 역할을 수행하며, 현상유닛(120)은 노광장치를 통하여 감광된 패턴을 현상하는 역할을 수행하며, 베이크유닛(130)은 도포, 노광, 현상 등의 각각의 단계 사이에서 웨이퍼(1)를 소정온도로 가열하는 역할을 수행한다. 한편 상기 각 유닛간 또는 트랙장치(200)와 노광장치(100)간 웨이퍼의 이송을 담당하는 로봇(미도시)이 별도로 구비된다.

그런데, 위와 같은 장치를 통하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성함에 있어서 가장 핵심적인 사항은, 마스크의 패턴에 따라 형성된 빛 이미지가 투영렌즈를 통하여 정확하게 웨이퍼의 감광막에 전달될 수 있도록 그 촛점이 정확하게 형성되어 있어야 한다는 점이다. 만약 촛점이 불일치하는 디포커스(defocus) 현상이 발생하게 되면, 웨이퍼 상에 형성되는 패턴이 일정치 않게 되며, 이와 같은 디포커스는 감광막에 패턴이 형성된 후에야 비로서 판별할 수 있고, 디포커스가 발생되었음이 판별된 경우에는 생산을 중단하고 이를 해소해야 하므로, 이는 결과적으로 반도체 소자의 수율을 저하시키는 요인이 된다.

디포커스가 발생되는 주요한 원인은, 노광장치의 웨이퍼척에 이물질이 있기 때문이다. 즉, 웨이퍼척에 존재하는 이물질이 상기 웨이퍼척에 고정되는 웨이퍼의 뒷면에 힘을 가하여 변곡을 일으키고, 이에 따라 웨이퍼의 평탄도가 불량하게 되어 상기 이물질이 있는 부위에서 웨이퍼의 국부 촛점 불일치가 유발되는 것이다. 결국 최선의 디포커스 예방책은 웨이퍼척상에 이물질이 존재하지 않도록 유지하는 것이며, 디포커스가 발생된 경우에는 생산에 최소한의 손실만 생기도록 웨이퍼척상에 존재하는 이물질을 최대한 신속하게 제거하는 것이 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 반도체 소자 생산 중 웨이퍼에 이물질이 부착되어 제품에 불량을 야기시킨다는 점을 역이용하여, 의도적으로 이물질이 부착되지 않은 웨이퍼를 노광장치 또는 트랙장치 내로 순환시켜 각 장치내에 존재하는 이물질이 상기 웨이퍼에 부착되도록 하여 이를 사전에 제거할 수 있는 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법은, 웨이퍼를 노광장치로 반입하는 단계, 상기 반입된 웨이퍼를 웨이퍼척에 로드하고 고정시키는 단계, 노광장치를 작동시키지 않은 채로 상기 웨이퍼를 일정시간 고정된 상태로 유지시키는 단계, 상기 웨이퍼척에 고정된 웨이퍼를 언로드하고 노광장치로부터 반출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 반입되는 웨이퍼는 실리콘 단결정을 성장시켜 잘라낸 상태에서 어떠한 추가 공정도 거치지 않은 것으로, 패턴 형성등이 이루어지는 윗면을 아랫쪽으로 향하도록 하며, 한 번에 5장 내지 15장의 범위에서 이를 연속적으로 진행시킴을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 노광장치에 반입되는 웨이퍼는 통상 노광공정이 진행되는 경로와 동일하게 도포유닛, 현상유닛, 베이크유닛으로 이루어진 트랙장치의 각 유닛을 경유하되 상기 각 유닛은 해당 공정을 진행하지 않도록 하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 진행과정을 도시한 흐름도이다.

본 발명의 핵심은, 웨이퍼에 이물질이 부착되기 용이하다는 점을 역이용하여, 이물질이 부착되지 않은 깨끗한 웨이퍼에 이물질이 부착되도록 하여 각 장치내에 존재하는 이물질을 제거하는 것이다. 따라서 일반적으로 각 공정이 진행되는 대로 웨이퍼를 순환시키되, 각 공정이 진행되는 장치는 실질적으로 공정에 필요한 작동을 하지 않도록 함으로써, 각 장치에 존재하는 이물질을 제거할 수 있는 것이다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 구체적으로 이를 노광공정에 적용하면, 웨이퍼를 이송로봇등을 통하여 노광장치 내로 반입하고, 상기 반입된 웨이퍼를 노광장치내의 웨이퍼척에 고정시킨 후, 통상적인 노광공정에서는 광원을 통하여 상기 웨이퍼에 빛을 조사하도록 이루어지나 이와 같은 실질적인 공정절차는 생략하고 단지 일정시간 웨이퍼가 고정된 상태로 유지한 후, 이를 노광장치로부터 반출하는 것으로 구현된다.

이 때 상기 노광장치로 반입되는 웨이퍼는, 실리콘의 단결정을 성장시킨 기둥 모양의 봉을 원판 모양으로 얇게 잘라서 제조된 후 어떠한 추가 공정도 거치지 않은 상태이다. 즉, 상기 웨이퍼는 단지 이물질을 제거하기 위한 용도로만 사용되는 것이므로 산화막 형성등의 추가 공정은 불필요하며 비용적인 면에서 손해가 된다. 아울러 단순히 1장의 웨이퍼를 사용하는 것 만으로는, 충분하게 이물질 제거 효과를 볼 수 없으므로 가능하면 여러장을 연속적으로 사용하는 것이 좋다. 다만 경제적인 측면을 고려해야 하므로, 이물질 제거 효율과 비용적인 면을 동시에 고려하여 적정수인 5 ~ 15 장을 한번에 연속적으로 사용함이 바람직하다. 한편 웨이퍼를 웨이퍼척에 고정시킴에 있어서는, 일반적인 노광공정과는 달리 패턴 형성등이 이루어지는 윗면을 아랫쪽으로 향하도록 배치한다. 이는 웨이퍼의 윗면은 막이 형성되고 패턴이 형성되는 등 대부분의 공정이 이루어지기 때문에, 아랫면에 비해 평탄도가 높도록 제조되고, 평탄도가 높은면인 경우에는 노광장치 에서 접촉면적이 넓어져서 이물질이 부착될 가능성이 높기 때문이다.

본 발명은 단순히 노광장치에 한정되어 적용되는 것은 아니다. 앞서 살펴 본 바와 같이, 노광공정을 진행하기 위해서는 웨이퍼가 트랙장치를 경유하게 되는데, 이를 구체적으로 살펴보면, 트랙장치에 로드된 웨이퍼는, 베이크유닛에서 프리베이크(Pre-Bake) 단계가 진행되고, 도포유닛에서 감광제가 도포되며, 다시 베이크유닛에서 소프트베이크(Soft-Bake) 단계를 거친 후, 노광장치로 반입되어 빛에 의해 감광되고, 다시 트랙장치의 베이크유닛에서 노광후베이크(PEB; Post-Exposure-Bake) 단계를 거쳐 현상유닛에서 패턴을 현상한 후, 베이크유닛에서 하드베이크(Hard-Bake) 단계가 진행된다. 만약 트랙장치로 로드된 웨이퍼에 해당 유닛이나 각 유닛간 이송로봇 등에서 이물질이 부착된다면, 이와 같이 이물질이 부착된 웨이퍼가 노광장치로 반입된 경우에도 디포커스가 발생된다. 따라서 노광장치 뿐만아니라 트랙장치에서도 불필요한 이물질의 제거가 필수적인데, 이와 같은 경우에도 본 발명을 적용하여 최초 트랙장치로 공정을 거치지 않은 웨이퍼를 로드시켜, 위와 같은 일련의 단계를 거치도록 순환시키되 해당 유닛에서 실질적인 공정을 진행하지 않는다면, 트랙장치 내의 각 유닛이나 이송로봇 등에서 불필요한 이물질을 제거할 수 있게된다.

도 4는 본 발명이 적용된 경우의 디포커스 처리과정을 도시한 흐름도이다.

도 4(a)에 도시된 것과 같이, 본 발명이 적용된 경우에는 웨이퍼를 생산하여 노광장치 또는 트랙장치 등에서 해당 공정을 진행하다가, 생산 대기 시간과 같이 각 장치에서 실질적인 공정이 진행되지 않는 시간을 활용하여 웨이퍼 5 ~ 15 장 정도를 연속적으로 노광공정이 수행되는 단계대로 순환시킴으로써, 각 장치내의 이물질을 사전에 제거하여 노광공정시 디포커스가 발생되는 것을 방지할 수 있게된다. 이와 반대로, 본 발명이 적용되지 않은 상태에서는 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 생산하여 각 공정을 진행하다 디포커스가 발생하는 경우에, 장치의 가동을 중지시킨 상태에서 이물질을 찾아서 진공장치로 이를 흡입하거나 이소프로필알콜(IPA, IsoPropyl Alcohol) 을 천에 묻혀서 닦아낸 후, 평탄도를 측정하여 이물질이 없다는 것이 확인된 상태에서 다시 장치를 재가동하게 된다. 이와 같은 과정은 작업자의 기능 숙련 정도에 따라 장치 가동을 중단하는 시간이 달라지지만, 숙련자의 경우에도 최소한 약 3시간 정도의 시간을 소비한다.

따라서 본 발명을 적용하여 장치 내에 이물질을 미연에 제거하여 디포커스의 발생을 방지하는 경우와 비교하면, 본 발명은 생산 대기 시간을 활용할 수 있으므로 실질적으로 소요되는 시간은 거의 없다고 볼 수 있는데 비해서, 종래에는 디포커스가 발생되는 경우에만 이를 식별할 수 있고 식별된 경우에 이를 처리하는데 최소 3시간 이상 장치의 가동을 중단해야 한다는 점과, 본 발명에 있어서는 특별히 작업자의 숙련도를 요하지 않는다는 점을 감안하면, 작업효율 및 그에 따른 반도체 소자의 제조 수율의 면에서 본 발명이 훨씬 효과적임을 알 수 있다.

본 발명은 주로 노광공정과 관련하여 노광장치 또는 트랙장치 내의 이물질을 사전에 제거함으로써, 노광공정상에 디포커스를 예방하는 것에 관한 것이지만, 해당분야의 통상의 지식을 가진 업자라면 본 발명을 다양하게 응용할 수 있음은 자명한 것이다.

가령 반도체 소자 제조에 있어서, 각각의 단위 공정은 정밀한 조작을 필요로 하므로 이를 진행하는 장치에는 불필요한 이물질이 적어질수록 제조되는 반도체 소자의 불량율을 낮출 수 있으며, 이와 같은 경우에도 본 발명을 적용하여 각 장치를 실질적으로 가동하지 않은 상태에서 웨이퍼를 공정의 순서대로 해당 장치에서 순환시킴으로써, 각 장치나 장치간 웨이퍼를 이송하는 이송로봇에 있어서 웨이퍼가 접촉하는 부분에서 간편하게 이물질을 제거할 수 있게된다.

또한 노광공정을 포함하여 해당 공정에 있어서 이물질에 의한 문제가 발생된 경우에, 이를 작업자의 수작업으로 직접 제거하는데 많은 시간이 소요될 수 있는데 비해서 본 발명을 응용하면, 이물질에 의해 발생되는 공정상의 문제를 치유하는데에도 적용될 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법에 의하면, 의도적으로 이물질이 부착되지 않은 깨끗한 웨이퍼를 노광장치 또는 트랙장치 내로 순환시켜 각 장치내에 존재하는 이물질이 상기 웨이퍼에 부착되도록 함으로써, 반도체 노광공정에 있어서 상기 이물질에 의하여 유발되는 디포커스 현상을 사전에 간단하게 예방할 수 있어, 작업효율 및 그에 따른 반도체 소자의 제조 수율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 반도체 소자 제조용 노광장치의 개략적인 도면,

도 2는 일반적인 반도체 소자 제조용 트랙장치의 개략적인 도면,

도 3은 본 발명의 진행과정을 도시한 흐름도,

도 4는 본 발명이 적용된 경우의 디포커스 처리과정을 도시한 흐름도이다.

〈 도면의 주요부분에 대한 설명 〉

1 : 웨이퍼 10 : 광원

20 : 투영렌즈 30 : 웨이퍼 스테이지

40 : 컴퓨터 50 : 제어기

60 : 마스크 100: 노광장치

110: 도포유닛 120: 현상유닛

130: 베이크유닛 200: 트랙장치

Claims (5)

1. 웨이퍼를 노광장치로 반입하는 단계, 상기 반입된 웨이퍼를 웨이퍼척에 로드하고 고정시키는 단계, 노광장치를 작동시키지 않은 채로 상기 웨이퍼를 일정시간 고정된 상태로 유지시키는 단계, 상기 웨이퍼척에 고정된 웨이퍼를 언로드하고 노광장치로부터 반출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반입되는 웨이퍼는 실리콘 단결정을 성장시켜 잘라낸 상태에서 어떠한 추가 공정도 거치지 않은 것을 특징으로 하는 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 반입되는 웨이퍼는 패턴 형성등이 이루어지는 윗면을 아랫쪽으로 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 반입되는 웨이퍼는 5장 내지 15장의 범위에서 이를 연속적으로 진행시킴을 특징으로 하는 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법.
5. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노광장치에 반입되는 웨이퍼는 통상 노광공정이 진행되는 경로와 동일하게 도포유닛, 현상유닛, 베이크유닛으로 이루어진 트랙장치의 각 유닛을 경유하되 상기 각 유닛은 해당 공정을 진행하지 않도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 반도체 노광공정의 디포커스 예방방법.