KR20050098620A - 반도체 소자 제조를 위한 노광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조시 사진식각공정에 사용되는 노광장치에 관한 것으로, 본발명에 따른 노광장치는, 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트 막을 소정 패턴으로 전사하기 위해 소스 패턴이 형성되어 있는 레티클과, 상기 레티클을 통과한 빛을 축소 투영시키기 위한 축소 투영렌즈가 형성된 노광부와, 상기 노광부가 설치되는 스테퍼 챔버와, 웨이퍼가 위치하는 웨이퍼 스테이지와, 상기 스테퍼 챔버 내의 가스를 모니터링 할 수 있는 가스 측정기를 구비한다. 본 발명에 따르면, 가스의 오염정도를 파악하여 공정불량을 예방하거나 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 소자 제조를 위한 노광장치{Exposure apparatus for fabricating semiconductor device}

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사진식각 공정에 이용되는 노광장치에 관한 것이다.

반도체 장치를 제조하는 공정에 있어서, 사진식각 공정은 반도체 기판에 활성 영역과 비활성 영역을 구분하기 위해 필드 산화막을 제조하는 과정에서부터 게이트 패턴, 비트라인, 커패시터 및 소자 영역들간을 서로 접촉시키기 위한 콘택 제조공정에 이르기까지 매우 빈번히 실시되고 있는 주요 공정중의 하나이다.

특히, 0.3㎛이하의 미세 선폭을 형성하기 위해서는 매우 우수한 해상도(resolution) 및 초점심도(DOF : Depth Of Focus)가 요구되므로 약 248nm의 파장을 가지는 DUV(Deep Ultra Violet) 광원이 사용되며, 감광막에 있어서도 상기 DUV에 쉽게 반응되는 화학 증폭형 감광막(Chemical Amplified Resist)이 사용되고 있다. 이러한 화학 증폭형 감광막에는 DUV이 쉽게 통과될 수 있도록 투명성이 좋은 합성제가 사용되고 있으며, 낮은 에너지에 의해서도 쉽게 반응할 수 있도록 증폭현상을 증폭을 유발하는 PAG(Photo Acid Generator)가 포함되어 있다. 즉, 상기 화학 증폭형 감광막을 노광하게 되면 상기 PAG에 의해 산성기를 띠는 이온들, 예컨대 수소 이온들이 발생되며 이와 같이 생성된 수소 이온들은 후속의 PEB(Post Exposure Bake) 공정에서 가교 반응 또는 분해 반응을 연쇄적으로 일으키는 촉매로서 기능하게 된다. 따라서 상기 화학 증폭형 감광막은 포지티브 또는 네거티브의 특성을 나타내게 된다.

이러한 DUV를 이용한 노광 장치에서는 암모니아(NH3) 가스의 농도 관리가 무엇보다도 중요한 문제로 대두되고 있다.

상기 암모니아 가스의 공정영향성은 일반적으로 임계치수 변화(CD-Variation) 및 T-TOP 현상을 들 수 있는 데, 이중 T-TOP 현상은 공기 중 암모니아 가스와 노광시 발생되는 H+(산)와의 중화반응에 의해 감광막 패턴의 프로파일 특성을 저하시키는 현상이다.

도 1은 종래의 노광 공정에서 T-TOP 현상이 일어난 감광막을 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 패턴이 형성된 감광막(16)에 T-TOP 현상(12)이 일어나 있다. 일반적으로 웨이퍼(10) 상부의 노광된 부분이 현상되는 포지티브 타입의 감광막에서(16)에서 중화된 부분(14)이 현상 공정 진행시 방해를 받아 감광막(16)의 하부와 상부 사이에 T-TOP 등의 이상 패턴이 발생된다.

또한, 난반사 코팅을 위해 사용되는 막질(PE-SION 등)에 의해서 나타나는 PR-tail 현상도 있는 데, 이는 노광후 현상 공정 진행시 막질 표면의 질소(N) 성분에 의해 현상공정의 산화 작용이 방해를 받아 감광막 바닥의 임계치수 부분이 역 T-TOP 모양으로 형성되는 현상이다.

이처럼 감광막에 이상 패턴이 유발될 경우, 사진공정시 포커스 마진 및 임계치수가 변화되는 등의 문제점이 발생되고, 클린룸 내에 존재하는 암모니아의 농도치수는 제품의 수율을 저하시키는 원인이 되기도 한다.

도 2는 종래의 노광장치에서 암모니아 가스의 정체시간에 따른 임계치수의 변화를 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 가로 축은 상기 암모니아 가스의 정체시간을 나타내고, 세로축은 임계치수의 변화량을 나타낸다.

일정농도의 암모니아 가스가 정체없이 정상적(normal)으로 진행시에는 공정 불량이 발생되지 않으나, 암모니아 가스의 정체시간이 20분이나 30분 이상 경과되면 임계치수의 타겟(target,18) 값이 상승하고 기준 스펙(spec,20)을 넘어서 불량이 나타남을 알 수 있다.

이러한 문제점 이외에도 암모니아 오염으로 발생되는 문제점으로는 노광장치에 채용되는 렌즈가 오염되는 문제점 또는 레티클 해이즈(reticle haze) 등이 있다.

이러한 암모니아 오염으로 인한 문제점에도 불구하고 노광장치 내부가 암모니아로 오염되었을 경우에 공정 불량 및 설비 이상 발생 시에만 암모니아의 오염을 측정하는 실정에 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 극복할 수 있는 반도체 소자 제조를 위한 노광장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 암모니아 등의 가스에 의한 오염에 의해 발생될 수 있는 공정불량을 방지 또는 최소화 할 수 있는 반도체소자 제조를 위한 노광장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 감광막의 이상패턴 현상이나 임계치수의 변화 등의 문제점을 유발시키지 않는 반도체소자 제조를 위한 노광장치를 제공하는 데 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 양상(aspect)에 따라, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조를 위한 노광장치는, 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트 막을 소정 패턴으로 전사하기 위해 소스 패턴이 형성되어 있는 레티클과, 상기 레티클을 통과한 빛을 축소 투영시키기 위한 축소 투영렌즈가 형성된 노광부와, 상기 노광부가 설치되는 스테퍼 챔버와, 웨이퍼가 위치하는 웨이퍼 스테이지와, 상기 스테퍼 챔버 내의 가스를 모니터링 할 수 있는 가스 측정기를 구비함을 특징으로 한다.

상기 가스 측정기를 통하여 상기 레티클 및 상기 노광부를 구성하는 렌즈의 오염을 모니터링할 수 있는 모니터링 장치를 더 구비할 수 있으며, 상기 모니터링 장치는 암모니아 농도를 측정하여 오염정도를 판단하며, 상기 모니터링 장치를 통해 측정되는 오염정도가 측정기준을 벗어났을 경우에 에러 메시지를 나타내게 할 수 있다.

본 발명의 장치적 구성에 따르면, 암모니아 가스 등에 의한 오염 정도를 미리 알수 있어 공정 불량을 방지 또는 최소화 할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 도 3을 참조로 설명되어질 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조를 위한 노광장치의 개략적 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치는 스테퍼 챔버(미도시), 웨이퍼에 노광을 진행시키는 노광부(122), 웨이터 스테이지(126) 및 레티클(116) 및 가스 측정기(미도시) 등으로 구성된다.

상기 스테퍼 챔버는 상기 노광부(122)가 설치되는 곳이다.

상기 노광부(122)는 레티클을 통과한 빛을 축소 투영시키기 위한 축소 투영렌즈가 형성된다.

웨이퍼 스테이지(126)는 웨이퍼가 위치하는 곳으로 웨이퍼를 노광에 정확한 위치로 이동시킨다.

상기 레티클(116)은 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트 막을 소정 패턴으로 전사하기 위해 소스 패턴이 형성되어 있다.

상기 가스 측정기는 상기 노광부(122)의 상부 및 하부에는 상부렌즈(114)와 하부렌즈(124)의 오염을 측정하도록 상기 노광장치에 설치될 수 있다. 또한 상기 가스 측정기에서 측정된 값에 따라 기준 스펙(spec)을 벗어나는 경우 에러메시지가 나타나도록 할 수 있다.

그리고, 상기 가스 측정기를 통하여, 상기 레티클 및 상기 노광부를 구성하는 렌즈의 오염을 모니터링할 수 있는 모니터링 장치가 더 구비될 수 있다.

상기 가스 측정기 또는 모니터링 장치는 암모니아 가스(NH₃)의 농도를 측정하여 오염정도를 판단할 수 있다. 또한, 상기 가스 측정기는 상기 스테퍼 챔버 내의 가스를 모니터링 할 수 있는 있도록 설치될 수도 있다.

상기의 노광장치는, 반도체 소자의 패턴이 형성되어 있는 레티클(116)의 상부에 있는 광원(118)에서 상기 레티클(116)로 빛을 조사하여 노광을 진행시킨다. 상기 레티클(116)을 통과한 빛은 상기 노광부(122)의 축소 투영렌즈를 통하여 축소 투영되어 웨이퍼 스테이지(126)에 안착된 웨이퍼에 조사되어 웨이퍼에 패턴을 형성한다.

미설명된 부호(112,128)는 상하 균형을 위한 교정핀(112)과 상기 웨이퍼와 외부와의 격리를 위한 격리시스템(128)이 있다.

상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치는 노광장치 내부의 가스의 농도 정도 또는 레티클이나 상하부 렌즈 등의 오염상태를 알 수 있도록 측정장치 또는 모니터링 장치를 설치함에 의하여 공정불량을 방지 또는 최소화 할 수 있다.

상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 노광장치에서 오염원이 되는 가스의 농도를 모니터링하기 위한 장치를 설치함으로써, 이러한 오염으로 인하여 발생될 수 있는 공정 불량 등의 문제점을 방지 또는 최소화할 수 있다.

도 1은 종래의 노광장치에서 발생되는 T-TOP 현상을 나타낸 도면

도 2는 종래의 노광장치에서의 암모니아의 정체시간에 따른 임계치수의 변화를 나타낸 그래프

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치의 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

114 : 상부렌즈 116 : 레티클

118 : 광원 122 : 노광부

124 : 하부렌즈 126 : 웨이퍼 스테이지

Claims (4)

1. 반도체 소자 제조를 위한 노광장치에 있어서:

   웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트 막을 소정 패턴으로 전사하기 위해 소스 패턴이 형성되어 있는 레티클과;

   상기 레티클을 통과한 빛을 축소 투영시키기 위한 축소 투영렌즈가 형성된 노광부와;

   상기 노광부가 설치되는 스테퍼 챔버와;

   웨이퍼가 위치하는 웨이퍼 스테이지와;

   상기 스테퍼 챔버 내의 가스를 모니터링 할 수 있는 가스 측정기를 구비함을 특징으로 하는 노광장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가스 측정기를 통하여, 상기 레티클 및 상기 노광부를 구성하는 렌즈의 오염을 모니터링할 수 있는 모니터링 장치를 더 구비함을 특징으로 하는 노광장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 모니터링 장치는 암모니아 농도를 측정하여 오염정도를 판단함을 특징으로 하는 노광장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 모니터링 장치를 통해 측정되는 오염정도가 측정기준을 벗어났을 경우에 에러 메시지를 나타내는 것을 특징으로 하는 노광장치.