KR20070074901A - 웨이퍼 고정척의 파티클 제거를 위한 노광 시스템 및 이를이용한 파티클 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 고정척 표면에 부착된 파티클을 제거할 수 있는 노광 시스템 및 이를 이용한 파티클 제거방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 웨이퍼 노광에 사용되는 노광 시스템을 이용하여 웨이퍼 고정척 표면에 부착되어 있는 파티클을 제거함을 특징으로 한다. 그 결과, 파티클 제거를 위한 별도의 클리닝 툴을 구비할 필요가 없어 생산 비용을 절감할 수 있으며, 파티클 제거 효과 또한 우수하여 로컬 포커싱 문제를 해소할 수 있게 된다.

반도체, 포토리소그라피, 클리닝 툴, 로컬 포커싱

Description

웨이퍼 고정척의 파티클 제거를 위한 노광 시스템 및 이를 이용한 파티클 제거방법{exposure system for particle removing of wafer chuck and method for particle removing thereof}

도 1은 웨이퍼가 로딩되어 있는 통상의 웨이퍼 고정척에 대한 평면도를 나타낸다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 평면도에 대한 A-A`방향으로의 단면도를 나타낸다.

도 3은 본 발명에 적용되는 노광 시스템의 구조를 나타낸다.

도 4는 상기 도 3에 도시되어 있는 노광 시스템중 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 스테이지부에 대한 확대도를 나타낸다.

도 5는 상기 도 3에 도시되어 있는 노광 시스템의 프로젝션부와 웨이퍼 스테이지부간의 연결 관계를 나타내는 블록 구성도이다.

도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 고정척 상부의 파티클 제거 과정을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 노광 시스템 102: 레이져 발생부

104: 빔 스티어링부 106: 빔 딜리버리부

108: 빔 측정부 110: 가변 감쇠기

112: 에너지 센서부 114: 프로젝션부

116: 웨이퍼 스테이지부 118: 웨이퍼 고정척

120: 파티클 감지센서 122: 파티클

124: 레이져

본 발명은 반도체 디바이스 제조 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 고정척의 파티클 제거를 위한 노광 시스템 및 이를 이용한 파티클 제거방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 된다. 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 단위 공정은, 크게 반도체 내부로 3B족 또는 5B족의 불순물 이온을 주입하는 불순물 이온주입 공정, 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 박막 증착(deposition)공정, 상기 물질막을 소정의 패턴으로 형성하는 식각 공정, 그리고 웨이퍼 상부에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 연마하여 단차를 없애는 평탄화(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 비롯하여 불순물 제거를 위한 세정공정등으로 구분할 수 있다.

특히, 상기 식각공정중 포토리소그라피 공정은 포지티브 혹은 네거티브 감광막을 이용하여 마스크 이미지에 따라 웨이퍼 상부에 증착된 물질막에 대해 일정 패턴을 형성시키는 공정이다. 이러한 포토리소그라피 공정은 마스크의 이미지를 얼마나 선명하고 미세하게 형성하는가는 물론 이러한 마스크의 이미지에 따라 웨이퍼 상부에 증착되어 있는 물질막의 패턴을 얼마나 정확한 위치에 양호한 프로파일을 가지도록 패터닝하였는가에 따라 공정능력이 평가되어진다.

이러한 포토리소그라피 공정은 웨이퍼 표면에 묻은 이물질을 제거하는 웨이퍼 세정공정, 감광막이 웨이퍼 표면에 잘 접착되도록 웨이퍼의 표면을 처리하는 표면처리공정, 감광막을 웨이퍼 상부에 원하는 두께로 도포하는 감광막 도포공정, 마스크를 감광막이 도포되어 있는 웨이퍼 위에 위치시키고 마스크 위에서 광을 노광시킴으로써 마스크에 그려진 이미지(회로)가 웨이퍼 상부에 형성되도록 하는 정렬/노광공정, 노광에 의해 변형된 감광막을 세정액을 이용해 제거하는 현상공정으로 구분할 수 있는데, 이 중 정렬 및 노광을 담당하는 반도체 장비를 노광 설비라고 한다. 이러한 노광 설비를 다른 용어로 스테퍼라고도 하는데, 이러한 스테퍼의 노광원리는 사진을 찍는데 사용되는 일반적인 사진기의 원리와 비슷하다. 그리고, 이러한 노광 설비에 있어서, 웨이퍼는 웨이퍼 스테이지내의 웨이퍼 고정척 상부에 로딩되어 정렬된 상태로 포토리소그라피 공정이 진행된다.

하기 도 1 및 도 2에는 웨이퍼가 로딩되어 있는 통상의 웨이퍼 고정척에 대한 평면도 및 상기 평면도에 대한 A-A`방향으로의 단면도가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 웨이퍼 고정척(10) 상부에 포토리소그라피 공정이 진행되어질 웨이퍼(W)가 로딩되어 있다. 여기서, 상기 웨이퍼(W)가 로딩되는 웨이퍼 고정척(10)은 진공척으로서, 웨이퍼(W) 흡착을 위한 다수개의 진공홀(12)이 형성되어 있다. 따라서, 웨이퍼 고정척(10) 상부에 로딩된 웨이퍼(W)를 진공으로 흡착하여 고정시키게 된다. 그러나, 이러한 웨이퍼 흡착 과정에서 웨이퍼 뿐만 아니라 웨이퍼 고정척(10) 표면에 존재하는 파티클(14) 또한 진공척 상부에 흡착된다. 이처럼 웨이퍼 고정척(10) 상부에 파티클이 존재할 경우, 노광시 로컬 포커싱(local focusing)이 야기되어 결과적으로 반도체 디바이스의 신뢰성은 물론 수율 또한 크게 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 종래에는 상기와 같은 문제점을 해소하고자, 예컨대 에어건(air gun)과 같은 에어 분사원리를 적용한 별도의 클리닝 툴을 이용하여 웨이퍼 고정척 상부에 존재하는 파티클을 제거하였다. 그러나, 이처럼 별도의 클리닝 툴을 구비함으로 인해 생산 비용이 증가되며, 이러한 생산 비용 증가에 비해 파티클 제거 효과는 그다지 크지 못하였다. 이처럼, 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 고정척(10) 상부의 파티클이 완전히 제거되지 못할 경우, 노광시 로컬 포커싱 문제는 여전히 존재하게 된다. 또한, 웨이퍼 이면에 부착된 파티클이 타 웨이퍼를 오염시키는등의 문제점이 발생하게 되는 바, 웨이퍼 고정척 상부의 파티클을 효과적으로 제거할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 웨이퍼 고정척 상부의 파티클을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 노광 시스템 및 이를 이용한 파티클 제거방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 웨이퍼 고정척 상부의 파티클 제거에 소요되는 생산 비용을 절감할 수 있는 노광 시스템 및 이를 이용한 파티클 제거방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 파티클에 의해 야기되는 로컬 포커싱을 방지할 수 있는 노광 시스템 및 이를 이용한 파티클 제거방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 고정척의 파티클 제거를 위한 노광 시스템은, 노광 공정시 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 고정척; 노광 공정이 완료된 웨이퍼가 제거된 상기 웨이퍼 고정척 표면에 파티클이 존재하는지의 여부를 감지하는 파티클 감지센서부; 상기 웨이퍼 고정척 표면에 존재하는 파티클에 직접 레이져를 조사하는 프로젝션부; 및 상기 파티클 감지센서부를 통해 웨이퍼 고정척 표면에 파티클이 존재하는 것으로 감지될 경우, 상기 프로젝션부를 가동시켜 파티클에 레이져를 조사토록 하는 콘트롤러부를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 고정척의 파티클 제거방법은, 웨이퍼에 대해 노광 공정을 완료된 후, 웨이퍼 고정척으 로부터 웨이퍼를 언로딩하는 단계와; 파티클 감지센서를 이용하여 상기 웨이퍼가 언로딩된 웨이퍼 고정척의 표면에 파티클이 존재하는지의 여부를 센싱하는 단계와; 상기 파티클 감지센서에 파티클이 감지될 경우, 콘트롤러를 통해 상기 프로젝션을 작동시켜 상기 웨이퍼 고정척 표면에 존재하는 파티클에 레이져를 직접 조사하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위내에서 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

반도체 디바이스의 고집적화 및 미세화가 급속히 진행됨에 따라, 반도체의 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정시 높은 해상도를 가지는 광원이 요구되고 있다. 일반적으로, 해상도는 광원의 파장이 짧을수록 높은 특성을 나타내므로, 본 분야에서는 400nm 이하의 단파장을 지닌 자외선 영역의 파장이 주로 사용되고 있다. 이러한 단파장 광원으로서, 예컨대 248nm 파장의 KrF 엑시머 레이저(excimer laser)가 있다. KrF excimer는 KrF excited dimer의 준말로서, Kr과 F₂ 가스를 이용하는 고출력 레이저를 의미한다. 그리고, 이러한 KrF 엑시머 레이저 이외에도 193nm의 파장을 방출하는 ArF 엑시머 레이저, 157nm의 파장을 방출하는 F₂(불소 다이머: Fluoride Dimer) 레이져 또는 13nm의 파장을 방출하는 EUV(극초자외선: Extreme Ultraviolet)등 보다 짧은 파장의 레이저가 포토리소그래피 공정에 이용되고 있다.

하기 도 3에서는 193nm의 파장을 방출하는 ArF 엑시머 레이저를 조사하는 노광 시스템(100)이 도시되어 있다. 상기 노광 시스템(100)은 웨이퍼 고정척 상부의 파티클 제거 공정에 이용할 수 있는 노광 시스템으로서, 도 3을 참조하여 그 구조를 살펴보기로 하자.

도 3을 참조하면, 상기 노광 시스템(100)은 레이져 발생부(102), 상기 레이져 발생부(102)와는 빔 딜리버리부(beam delivery:106)를 통해 연결되어 있으며, 상기 레이져 발생부(102)에서 발생된 레이져를 포토리소그라피 공정에 적합하도록 조절하는 빔 스티어링부(beam steering unit:104), 상기 빔 스티어링부(104)와 연결되어 있는 빔 측정부(beam measuring unit:108), 가변 감쇠기(variable attenuator:110), 에너지 센서부(energy sensor:112), 레이져를 조사하는 프로젝션부(projection:114) 및 웨이퍼 스테이지부(wafer stage:116)로 구성되어 있다. 그리고, 본 발명에 따른 상기 노광 시스템(100)의 핵심 구성중의 하나로서, 상기 웨이퍼 스테이지부(116), 보다 구체적으로 웨이퍼가 직접적으로 로딩되는 웨이퍼 고정척(하기 도 4에 도시됨) 표면에 존재하는 파티클을 센싱하기 위한 파티클 감지센서(하기 도 4에 도시됨)가 구비된다. 이러한 파티클 감지센서는 웨이퍼 스테이지부(116)의 소정 영역에 하나 또는 그 이상의 복수개로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 파티클 감지센서에 의해 파티클이 감지되었을 경우, 이러한 파티클 감지 결과를 엔지니어에게 인지시키기 위한 목적으로, 알람부(하기 도 5에 도시됨)를 더 구비할 수도 있다. 그리고, 이러한 알람부를 통해 알람 또는 경고 메시지가 송출되도록 한다.

따라서, 통상의 포토리소그라피 공정시에는 상기 웨이퍼 스테이지부(116) 상에 웨이퍼를 로딩한 뒤, 웨이퍼 표면에 레이져를 조사하는 노광 공정을 실시하게 된다. 그러나, 상기 웨이퍼 스테이지(116) 상부, 보다 구체적으로는 웨이퍼가 직접적으로 로딩되는 웨이퍼 고정척 상부에 파티클이 존재할 경우, 이러한 파티클이 웨이퍼 고정척의 표면에 강하게 흡착된다. 이처럼 웨이퍼 고정척의 표면에 파티클이 존재하게 되면 상기 프로젝션(114)을 통한 웨이퍼 노광시 로컬 포커싱이 야기된다. 그리고, 이러한 로컬 포커싱으로 인해 포토리소그라피 공정이 원활히 진행되지 못하여, 결과적으로 반도체 디바이스의 신뢰성은 물론 수율을 크게 저하시키게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해소하고자, 도 3에 도시된 노광 시스템을 웨이퍼 고정척 상부의 파티클 제거에 이용하고 있다. 즉, 상기 프로젝션(114)을 이용하여 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 고정척 표면에 직접 레이져를 조사함으로써, 웨이퍼 고정척 표면의 파티클을 증발시키는 것이다. 하기 도 4 내지 도 6을 참조하여, 이러한 노광 시스템을 이용한 파티클 제거 방법을 보다 상세히 살펴보기로 하자.

도 4는 상기 도 3에 도시되어 있는 노광 시스템중 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 스테이지부(116)에 대한 확대도이다. 그리고, 도 5는 상기 도 3에 도시되어 있는 노광 시스템의 프로젝션부와 웨이퍼 스테이지부간의 연결 관계를 나타내는 블록 구성도이다. 그리고, 도 6은 상기 도 3에 도시되어 노광 시스템에 의해 이루어지는 웨이퍼 고정척 상부의 파티클 제거 과정을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 웨이퍼 스테이지(116)의 센터 영역에 웨이퍼가 직접 로딩되는 웨이퍼 고정척(118)이 구비되어 있다. 따라서, 상기 웨이퍼 고정척(118) 상부에 웨이퍼를 로딩하여 노광 공정을 실시하게 된다. 그리고, 낱장의 웨이퍼에 대해 노광 공정을 완료한 후, 상기 웨이퍼 고정척(118)으로부터 웨이퍼를 언로딩한다(S200). 그리고 나서, 파티클 감지센서(120)를 이용하여 상기 웨이퍼가 언로딩된 웨이퍼 고정척(118)의 표면에 파티클이 존재하는지의 여부를 센싱한다(S202). 센싱 결과, 웨이퍼 고정척(118) 표면에 파티클이 존재할 경우, 즉 파티클 감지센서(120)에 파티클이 감지될 경우에는 콘트롤러(126)를 통해 상기 프로젝션(114)을 작동시켜 상기 웨이퍼 고정척(118) 표면에 존재하는 파티클(122)에 레이져(124)를 직접적으로 조사한다(S204). 이처럼, 파티클(122)을 타겟으로 하여 직접 레이져(124)를 조사하게 되면, 상기 레이져(124)가 조사된 파티클(122)은 증발하여 사라지게 된다. 이어서, 파티클(122)에 대하여 레이져(124)를 조사한 후에는, 다시 상기 S202단계로 되돌아가 상기 웨이퍼 고정척(116) 표면에 파티클이 존재하는지의 여부를 감지한다. 그리고, 상기 파티클 감지센서(120)에 의해 파티클이 감지되었을 경우, 이러한 파티클 감지 결과를 엔지니어에게 인지시키기 위한 목적으로, 알람부(128)를 통해 알람 또는 경고 메시지가 송출되도록 할 수도 있다.

한편, S202단계에서의 센싱 결과, 웨이퍼 고정척(116) 표면에 파티클이 존재하지 않는 것으로 판단되면, S206단계로 진행되어 타 웨이퍼에 대한 노광 공정을 실시한다. 그리고, 상기 타 웨이퍼에 대한 노광 공정을 완료한 후에도, 상기 S200 단계 내지 S206단계에서와 같은 파티클 제거 과정을 거치도록 한다.

종래에는, 에어건과 같은 클리닝 툴을 이용하여 웨이퍼 고정척 표면에 존재하는 파티클을 제거하였다. 이러한 클리닝 툴을 이용한 파티클 제거 공정은 웨이퍼 고정척 전체 표면에 대해 러프하게 진행되었다. 따라서, 파티클 제거를 위한 추가적인 클리닝 공정이 진행되는 것에 비하여 파티클 제거 효과가 크지 못했으며, 클리닝 툴 구비로 인해 생산 비용이 증가되는 문제점이 있었다.

그러나, 상기한 바와 같이, 본 발명에서는 웨이퍼에 대한 노광 공정을 실시하기 위한 목적으로 사용되는 노광 시스템을 이용하여 웨이퍼 고정척 표면에 존재하는 각각의 파티클에 대하여 레이져를 개별적으로 집중 조사한다. 이처럼, 웨이퍼 고정척 표면의 각각의 파티클에 대하여 일일이 레이져를 조사함으로써, 종래에 비해 보다 정확하고 신속하게 파티클을 제거할 수 있게 된다. 그리고, 웨이퍼 고정척 표면의 파티클을 효과적으로 제거함으로써, 로컬 포커싱을 방지할 수 있게 되어 원활한 노광 공정을 진행할 수 있게 된다.

그리고, 종래에는 웨이퍼 고정척 표면에 존재하는 파티클을 제거하기 위하여 에어건과 같은 별도의 클리닝 툴을 구비함으로 인해 생산 비용이 증가되는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명에서와 같이 웨이퍼에 대하여 노광 공정을 실시하기 위한 노광 시스템을 이용할 경우, 파티클 제거에 소요되는 추가적인 생산 비용 증가를 방지할 수 있다. 즉, 웨이퍼에 대하여 노광 공정을 완료한 후, 웨이퍼를 언로딩한다. 그리고 나서, 상기 노광 공정에 이용된 프로젝션을 이용하여 웨이퍼 고정척에 존재하는 파티클에 대하여 직접 레이져를 조사한다. 이처럼 파티클에 직접 레이 져를 조사하게 되면 파티클이 증발되므로, 종래에 비해 보다 신속하고 정확하게 파티클을 제거할 수 있다. 또한, 웨이퍼 노광 공정에 사용되는 노광 시스템을 그대로 이용할 수 있으므로, 파티클 제거를 위한 목적의 별도의 클리닝 툴이 불필요해져 전체적인 생산 비용을 절감할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 웨이퍼 노광에 사용되는 노광 시스템을 이용하여 웨이퍼 고정척 표면에 부착되어 있는 파티클을 제거한다. 그 결과, 파티클 제거를 위한 별도의 클리닝 툴을 구비할 필요가 없어져 생산 비용을 절감할 수 있으며, 파티클 제거 효과 또한 우수하여 반도체 디바이스의 신뢰성 및 수율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 웨이퍼 고정척의 파티클 제거를 위한 노광 시스템에 있어서:

   노광 공정시 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 고정척;

   노광 공정이 완료된 웨이퍼가 제거된 상기 웨이퍼 고정척 표면에 파티클이 존재하는지의 여부를 감지하는 파티클 감지센서부;

   상기 웨이퍼 고정척 표면에 존재하는 파티클에 직접 레이져를 조사하는 프로젝션부; 및

   상기 파티클 감지센서부를 통해 웨이퍼 고정척 표면에 파티클이 존재하는 것으로 감지될 경우, 상기 프로젝션부를 가동시켜 파티클에 레이져를 조사토록 하는 콘트롤러부를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 고정척의 파티클 제거를 위한 노광 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 파티클 감지센서부를 통해 웨이퍼 고정척 표면에 파티클이 존재하는 것으로 감지될 경우, 알람 또는 경고 메시지가 송출되도록 하는 알람부를 더 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 고정척의 파티클 제거를 위한 노광 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 파티클 감지센서부는 하나 또는 복수개로 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 고정척의 파티클 제거를 위한 노광 시스템.
4. 웨이퍼 고정척의 파티클 제거방법에 있어서:

   웨이퍼에 대해 노광 공정을 완료된 후, 웨이퍼 고정척으로부터 웨이퍼를 언로딩하는 단계와;

   파티클 감지센서를 이용하여 상기 웨이퍼가 언로딩된 웨이퍼 고정척의 표면에 파티클이 존재하는지의 여부를 센싱하는 단계와;

   상기 파티클 감지센서에 파티클이 감지될 경우, 콘트롤러를 통해 상기 프로젝션을 작동시켜 상기 웨이퍼 고정척 표면에 존재하는 파티클에 레이져를 직접 조사하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 고정척의 파티클 제거방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 파티클 감지센서부를 통해 웨이퍼 고정척 표면에 파티클이 존재하는 것으로 감지될 경우, 알람 또는 경고 메시지를 송출하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 고정척의 파티클 제거방법.

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