KR20060074591A - 포토리소그라피 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포토리소그라피 시스템 및 방법에 관한 것으로, 개시된 포토리소그라피 시스템은, 반도체 기판에 감광액을 도포하기 위한 도포기와 기판의 현상 공정을 위한 현상기를 포함하는 트랙장비와, 기판에 패턴을 형성하는 노광장비와, 두 장비 사이를 연결하여 인터페이스를 포함하는 포토리소그라피 시스템으로서, 인터페이스는, 트랙장비에서 도포가 완료된 후에 노광을 위해 트랙장비로 이송되는 기판에 형성되어진 감광막의 두께를 측정하며, 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 감광막의 두께가 정상인 기판만이 노광장비로 이송되게 하는 두께 측정장치를 포함하며, 포토레지스트 도포, 노광, 현상 등의 인라인 공정 중에 포토레지스트막의 두께를 실시간으로 모니터링하여 포토레지스트막의 두께 불량시 수행되는 재작업에 의한 공정 손실을 최소화함으로써, 반도체 소자의 원가를 절감하고, 생산성을 향상시켜 궁극적으로는 수율을 향상시키는 이점이 있다.
포토리소그라피, 스피너, 스텝퍼, 인터페이스, 두께 측정

Description

포토리소그라피 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PHOTOLITHOGRAPHY}
도 1은 종래 기술에 따른 포토리소그라피 시스템의 개략적인 블록도,
도 2는 종래 기술에 따른 포토리소그라피 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 포토리소그라피 시스템의 개략적인 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 포토리소그라피 시스템에서 두께 측정장치의 블록 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 포토리소그라피 방법을 설명하기 위한 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 스피너 120 : 스텝퍼
130 : 인터페이스 140 : 두께 측정장치
141 : 두께 측정부 142 : 제어부
143 : 경보부 144 : 리젝트 배출부
본 발명은 반도체 제조를 위한 포토리소그라피(Photo Lithography) 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼에 포토레지스트를 도포한 후에 노광 및 현상하는 포토리소그라픽 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 중의 하나인 포토리소그라피 공정은 도포공정, 정렬 및 노광공정, 현상공정, 오버레이 측정공정, 크리티컬 디멘젼 측정공정 등의 순으로 진행된다. 여기서, 코딩공정 및 현상공정은 스피너(트랙장비라 칭하기도 함)에 의해 통상적으로 수행되고, 정렬 및 노광공정은 스텝퍼 또는 스캐너(노광장비라 칭하기도 함)에 의해 통상적으로 수행된다. 두 장비는 대개 인라인(in-line)으로 연결되어 포토리소그라피 공정들을 차례로 수행하므로 통칭 인라인 장비로서도 불려지며, 도포, 정렬 및 노광, 현상공정들은 인라인 공정에 속해있다.
이하 종래 기술에 따른 포토리소그라피 시스템과 그 방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.
종래 기술에 따른 포토리소그라피 시스템은 도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 스피너(10)와 스텝퍼(20) 그리고 이들 사이를 연결하는 인터페이스(30)를 구비하고 있다.
스피너(10)에 웨이퍼가 로딩(S41)되면 스피너(10) 내의 도포기에서 빛에 민감한 물질인 포토레지스트를 웨이퍼 기판 위에 고르게 도포한다(S42).
포토레지스트의 도포가 완료된 웨이퍼는 인터페이스(30)를 통과한 후 스텝퍼(20)로 이송되며(S43), 스텝퍼(20)는 마스크(mask)에 그려진 회로패턴에 빛을 통과시켜 포토레지스트막이 형성된 기판 위에 회로 패턴을 노광(exposure)한다(S44).
노광이 완료된 웨이퍼는 다시 인터페이스(30)를 통과한 후 스피너(10)로 이송되며(S45), 스피너(10) 내의 현상기에서 기판의 표면에서 빛을 받은 부분의 막을 알카리 수용액으로 현상(development)한다(S46).
이와 같이 도포, 노광, 현상 등의 인라인 공정이 완료되면 오버레이 계측장비에서 임의의 소자 패턴이 정확하게 정렬되어 있는 지를 체크한다. 오버레이 정확도, 즉 반도체 소자의 중첩 정확도의 측정은 이전의 포토리소그라피 공정에 의해 형성된 소자 패턴과 현재 수행된 포토리소그라피 공정에 의해 형성된 소자 패턴과의 위치 정렬이 제대로 이루어졌는지를 확인하는 것으로서, 설정된 광 빔을 정렬된 웨이퍼 상에 방사하고 그 웨이퍼로부터 반사되는 반사광 빔을 검출함에 의해 이전과 현재의 소자 패턴과의 벗어난 정도를 비교한다(S47).
오버레이 계측 결과, 정상으로 판정되면 크리티컬 디멘젼 측정공정 등과 같은 다음 프로세스를 진행하나(S49), 비정상으로 판정되면 포토레지스트를 스트립(S48)한 후에 포토레지스트 도포, 노광 및 현상 등의 인라인 공정을 재수행한다.
한편, 근래의 반도체 제조 공정에서는 반도체 소자의 집적도 증가에 따라 제조 공정시 사용되는 막의 박막화, 다층화, 패턴의 미세화가 추진되고 있어서 막두께 제어와 구조적 결함이 제품의 특성 등에 커다란 영향을 주고 있다.
특히, 반도체 제조에서 포토레지스트의 두께는 굉장히 중요한 역할을 한다. 만약 타켓보다 두께가 낮으면 오버 식각되어 하부막에 충격이 가해지며 타켓보다 두께가 높으면 언더 식각되어 원하는 패턴을 얻을 수가 없기 때문이다. 따라서 포토레지스트막의 두께를 측정하는 공정이 필수적으로 수반되어야 한다.
그런데, 종래 기술에 의하면 전술한 바와 같은 모든 포토리소그라피 공정을 수행한 후에 별도의 두께 측정장비를 이용하여 두께 측정 공정을 수행하였다.
이와 같이, 실시간 모니터링의 부재로 인하여 포토레지스트막의 두께 불량으로 스트립 후 인라인 공정을 재수행하는 재작업율(Rework rate)이 높아지고, 이로 인해 반도체 소자의 원가가 상승되며, 생산성이 저하되어 수율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 포토레지스트 도포, 노광, 현상 등의 인라인 공정 중에 포토레지스트막의 두께를 실시간으로 모니터링하여 포토레지스트막의 두께 불량시 수행되는 재작업에 의한 공정 손실을 최소화함으로써, 반도체 소자의 원가를 절감하고, 생산성을 향상시켜 궁극적으로는 수율을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 한 견지로서 포토리소그라피 시스템은, 반도체 기판에 감광액을 도포하기 위한 도포기와 기판의 현상 공정을 위한 현상기를 포함하는 트랙장비와, 기판에 패턴을 형성하는 노광장비와, 두 장비 사이를 연결하여 인터페이스를 포함하는 포토리소그라피 시스템으로서, 인터페이스는, 트랙장비에서 도포가 완료된 후에 노광을 위해 트랙장비로 이송되는 기판에 형성되어진 감광막의 두께를 측정하며, 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 감광막의 두께가 정상인 기판만이 노광장비로 이송되게 하는 두께 측정장치를 포함한다.
본 발명의 다른 견지로서 포토리소그라피 방법은, 트랙장비에서 반도체 기판에 감광액을 도포하고 노광장비에서 노광한 후 트랙장비에서 현상하는 포토리소그 라피 방법으로서, 트랙장비에서 반도체 기판 위에 감광액을 도포하는 단계와, 기판에 형성되어진 감광막의 두께를 측정하여 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 정상적인 반도체 기판만을 노광장비로 이송하는 단계와, 트랙장비로부터 이송된 기판 위에 노광장비에서 회로 패턴을 노광하는 단계와, 노광이 완료된 기판에 대해 트랙장비에서 현상하는 단계를 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 포토리소그라피 시스템의 개략적인 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 포토리소그라피 시스템에서 두께 측정장치의 블록 구성도이다.
이에 나타낸 바와 같이 본 발명의 포토리소그라피 시스템은, 웨이퍼에 포토레지스트나 현상액을 도포하는 트랙장비인 스피너(110)와, 웨이퍼에 패턴을 형성하는 노광장비인 스텝퍼(120)와, 이들 사이를 연결하는 인터페이스(130)를 가지고 있다.
스피너(110)는 기판이 로딩되고 언로딩되는 포트(111)와, 기판에 감광액을 도포하기 위한 도포기(spin coater; SCW)(112)와, 기판의 현상 공정을 위한 현상기(spin developer; SDW)(113)와, 기판을 가열하기 위한 베이크 유닛(bake unit; BAKE)(114)과, 기판의 원주 부위에 불필요한 감광액을 노광시키기 위한 WEEW(wide expose edge wafer)(115) 등의 유닛들이 공정의 흐름에 맞추어 횡렬로 배치되어 있다.
그리고, 이와 같은 유닛들은 중심의 통로의 양측에 나뉘어져 배치된다. 통로에는 기판의 이송을 위하여 캐리어로 하나의 로봇(116)이 사용되며, 이 로봇(116)은 기판을 포트(111), 인터페이스부(130) 또는 각 공정 유닛으로 이송한다.
인터페이스(130)는 스텝퍼(120) 내로 기판의 출입이 이루어지는 포트이다. 인터페이스(130)는 스텝퍼(120) 측에 제공되는 웨이퍼를 적층 대기시키는 버퍼(132)와, 버퍼(132) 내의 웨이퍼를 스피너(110) 및 스텝퍼(120)에 선택적으로 이동시키는 이송장치(134)를 구비하고 있다.
인터페이스(130)에는 두께 측정장치(140)가 연결 설치된다. 두께 측정장치(140)는 엘립소미터, 스펙트로미터 등과 같은 비파괴 방식의 두께 측정장치로서, 스피너(110)에서 도포가 완료된 후에 노광을 위해 스텝퍼(120)로 이송되는 웨이퍼에 형성되어진 포토레지스트막의 두께를 측정하며, 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 정상적인 웨이퍼는 스텝퍼(120)로 이송되게 하며, 비정상적인 웨이퍼는 리젝트 카세트로 분리 배출한다.
두께 측정장치(140)는 도 4에 도시한 바와 같이, 초음파 등을 이용하여 웨이퍼에 형성된 포토레지스트막의 두께를 비파괴 방식으로 측정하는 두께 측정부(141)와, 두께 측정부(141)에서 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 정상 또는 비정상 제어신호를 출력하는 제어부(142)와, 제어부(142)의 비정상 제어신호에 의거하여 비정상적 두께 상태를 외부로 표시하는 경보부(143)와, 제어부(142)의 비정상 제어신호에 의거하여 비정상적인 웨이퍼를 리젝트 포트를 통해 분리 배출하는 리젝트 배출부(144)를 포함한다.
제어부(142)의 정상 또는 비정상 제어신호는 포토리소그라피 시스템에 의한 모든 공정을 통제하는 포토리소그라피 제어 유닛(1)으로 전달되며, 포토리소그라피 제어 유닛(1)은 정상 제어신호에 의거하여 웨이퍼가 이송장치(134)에 의해 스텝퍼(120)로 이송되도록 제어하고, 비정상 제어신호는 공정 대기신호로 인식하여 포토리소그라피 공정을 대기 상태로 제어한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 포토리소그라피 시스템에 의한 도포, 노광, 현상 등의 인라인 공정을 도 3 내지 도 5를 참조하여 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 스피너(110)에 웨이퍼가 로딩(S201)되면 스피너(110) 내의 도포기(112)에서 빛에 민감한 물질인 포토레지스트를 웨이퍼 기판 위에 고르게 도포한다(S202).
포토레지스트의 도포가 완료된 웨이퍼는 인터페이스(130)로 진입되며, 인터페이스(130)의 두께 측정장치(140)는 웨이퍼에 형성되어진 포토레지스트막의 두께를 측정하며(S203), 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 정상적인 웨이퍼는 스텝퍼(120)로 이송되게 하고(S211), 비정상적인 웨이퍼는 리젝트 포트를 통해 분리 배출한다.
이와 같은 두께 측정장치(140)의 동작을 상술하면, 두께 측정부(141)는 초음파 등을 이용하여 웨이퍼에 형성된 포토레지스트막의 두께를 비파괴 방식으로 측정하여 그 측정 두께값을 제어부(142)로 제공하며, 제어부(142)는 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 정상 또는 비정상 여부를 판정 한다. 포토레지스트막의 두께가 기준값보다 더 높거나 낮을 경우에는 이후 식각 공정에서 언더 식각 또는 오버 식각이 발생되므로 이 경우에 제어부(142)는 비정상 제어신호를 출력한다.
그러면, 포토리소그라피 시스템에 의한 모든 공정을 통제하는 포토리소그라피 제어 유닛(1)은 제어부(142)의 비정상 제어신호를 공정 대기신호로 인식하여 포토리소그라피 공정을 대기 상태로 제어한다(S221). 그리고 제어부(142)의 비정상 제어신호에 의거하여 경보부(143)는 포토레지스트막의 비정상적 두께 상태를 경보등 또는 경보음을 통해 외부에 표시한다(S223). 또한 리젝트 배출부(144)는 제어부(142)의 비정상 제어신호에 의거하여 비정상적인 웨이퍼를 리젝트 포트를 통해 분리 배출한다(S224). 그리고 리젝트된 웨이퍼는 포토레지스트를 스트립(S231)한 후에 포토레지스트 도포, 노광 및 현상 등의 인라인 공정을 재수행한다.
단계 S211에서 정상적인 웨이퍼가 이송되면 스텝퍼(120)는 마스크에 그려진 회로패턴에 빛을 통과시켜 포토레지스트막이 형성된 기판 위에 회로 패턴을 노광한다(S212).
노광이 완료된 웨이퍼는 다시 인터페이스(130)를 통과한 후 스피너(110)로 이송되며(S213), 스피너(110) 내의 현상기(113)에서 기판의 표면에서 빛을 받은 부분의 막을 알카리 수용액으로 현상한다(S214).
이와 같이 도포, 노광, 현상 등의 인라인 공정이 완료되면 오버레이 계측장비에서 임의의 소자 패턴이 정확하게 정렬되어 있는 지를 체크한다. 오버레이 정확도, 즉 반도체 소자의 중첩 정확도의 측정은 이전의 포토리소그라피 공정에 의해 형성된 소자 패턴과 현재 수행된 포토리소그라피 공정에 의해 형성된 소자 패턴과의 위치 정렬이 제대로 이루어졌는지를 확인하는 것으로서, 설정된 광 빔을 정렬된 웨이퍼 상에 방사하고 그 웨이퍼로부터 반사되는 반사광 빔을 검출함에 의해 이전과 현재의 소자 패턴과의 벗어난 정도를 비교한다(S215).
오버레이 계측 결과, 정상으로 판정되면 크리티컬 디멘젼 측정공정 등과 같은 다음 프로세스를 진행하나(S241), 비정상으로 판정되면 포토레지스트를 스트립(S231)한 후에 포토레지스트 도포, 노광 및 현상 등의 인라인 공정을 재수행한다.
지금까지의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예에 국한하여 설명하였으나, 이하의 특허청구범위에 기재된 기술사상의 범위 내에서 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 수 있음이 자명하다.
전술한 바와 같이 본 발명은 포토레지스트 도포, 노광, 현상 등의 인라인 공정 중에 포토레지스트막의 두께를 실시간으로 모니터링하여 포토레지스트막의 두께 불량시 수행되는 재작업에 의한 공정 손실을 최소화함으로써, 반도체 소자의 원가를 절감하고, 생산성을 향상시켜 궁극적으로는 수율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 반도체 기판에 감광액을 도포하기 위한 도포기와 상기 기판의 현상 공정을 위한 현상기를 포함하는 트랙장비와, 상기 기판에 패턴을 형성하는 노광장비와, 상기 두 장비 사이를 연결하여 인터페이스를 포함하는 포토리소그라피 시스템으로서,
    상기 인터페이스는,
    상기 트랙장비에서 도포가 완료된 후에 노광을 위해 상기 트랙장비로 이송되는 상기 기판에 형성되어진 감광막의 두께를 측정하며, 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 감광막의 두께가 정상인 상기 기판만이 상기 노광장비로 이송되게 하는 두께 측정장치
    를 포함하는 포토리소그라피 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 두께 측정장치는, 상기 기판에 형성된 감광막의 두께를 비파괴 방식으로 측정하는 두께 측정부와, 상기 두께 측정부에서 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 정상 또는 비정상 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 비정상 제어신호에 의거하여 비정상적 두께 상태를 외부로 표시하는 경보부
    를 포함하는 포토리소그라피 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 두께 측정장치는, 상기 기판에 형성된 감광막의 두께를 비파괴 방식으로 측정하는 두께 측정부와, 상기 두께 측정부에서 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 정상 또는 비정상 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 비정상 제어신호에 의거하여 비정상적인 웨이퍼를 리젝트 포트를 통해 분리 배출하는 리젝트 배출부
    를 포함하는 포토리소그라피 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 두께 측정장치는, 상기 기판에 형성된 감광막의 두께를 비파괴 방식으로 측정하는 두께 측정부와, 상기 두께 측정부에서 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 정상 또는 비정상 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하며,
    상기 포토리소그라피 시스템의 모든 공정을 통제하는 포토리소그라피 제어 유닛은 상기 비정상 제어신호를 공정 대기신호로 인식하여 포토리소그라피 공정을 대기 상태로 제어하는 것
    을 특징으로 한 포토리소그라피 시스템.
  5. 트랙장비에서 반도체 기판에 감광액을 도포하고 노광장비에서 노광한 후 상기 트랙장비에서 현상하는 포토리소그라피 방법으로서,
    상기 트랙장비에서 상기 반도체 기판 위에 감광액을 도포하는 단계와,
    상기 기판에 형성되어진 감광막의 두께를 측정하여 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 정상적인 반도체 기판만을 상기 노광장비로 이송하는 단계와,
    상기 트랙장비로부터 이송된 상기 기판 위에 상기 노광장비에서 회로 패턴을 노광하는 단계와,
    상기 노광이 완료된 상기 기판에 대해 상기 트랙장비에서 현상하는 단계
    를 포함하는 포토리소그라피 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 포토리소그라피 방법은, 상기 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 비정상적 두께 상태를 외부로 표시하는 단계
    를 더 포함하는 포토리소그라피 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 포토리소그라피 방법은, 상기 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 비정상적인 웨이퍼를 리젝트 포트를 통해 분리 배출하는 단계
    를 더 포함하는 포토리소그라피 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 포토리소그라피 방법은, 상기 측정된 두께값과 기 설정된 기준값을 비교하여 그 비교 결과에 따라 포토리소그라피 공정을 대기 상태로 제어하는 것
    을 특징으로 한 포토리소그라피 방법.
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