KR20080006948A - 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 장치 및 그 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 에지 영역을 그 기울기 변화에 따라 경사지게 하여 포토리소그래피 공정을 수행한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 에지 영역의 기울기 변화에 관계없이 반도체 웨이퍼를 포커싱하여 포토리소그래피 공정을 수행하는 종래 방법과는 달리, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서 포토리소그래피 공정을 수행하는 장치로서, 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기를 측정하는 레벨링 측정 수단과, 측정된 기울기의 변화에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 레벨링 보정 수단과, 기울기 보정 결과에 따라 에지 영역에 대한 포토리소그래피 공정을 수행하기 위한 제어신호를 제공하는 제어 수단과, 제어 수단으로부터의 제어신호에 따라 포토리소그래피 공정을 수행하는 웨이퍼 노광 수단을 포함하여 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서 그 기울기 변화에 따라 포토리소그래피 공정을 수행함으로써, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 디포커스를 방지할 수 있는 것이다.
포토리소그래피(Photo-lithography) 공정, 디포커스(defocus)

Description

반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 장치 및 그 방법{PHOTO-LITHOGRAPHY APPARATUS AND METHOD OF SEMICONDUCTOR WAFER}
도 1a 내지 도 1e는 종래에 따라 정상적인 경우 및 비정상적인 경우 반도체 웨이퍼의 형태를 나타낸 도면,
도 2는 종래 방법에 따라 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서 포토리소그래피 공정을 수행하는 것을 예시한 도면,
도 3은 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 포토리소그래피 공정을 수행하는데 적합한 리소그래피 장치의 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 포토리소그래피 공정을 수행하는 과정을 도시한 플로우차트,
도 5는 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 포토리소그래피 공정을 수행하는 것을 예시한 도면.
본 발명은 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 공정을 수행하는 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 그 기울기에 따라 포토 리소그래피 공정을 수행하는데 적합한 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 소자의 제조 과정은 증착 공정, 식각 공정 및 이온 주입 공정 등의 공정들을 포함한다.
즉, 반도체 소자는 웨이퍼 상에 다결정막, 산화막, 질화막 및 금속막 등과 같은 여러 층의 박막을 증착한 후에 사진 공정, 식각 공정 및 이온 주입 공정 등을 통해 패턴을 형성하는데, 포토리소그래피(Photo-lithography) 공정은 포토마스크를 이용하여 원하는 반도체 소자의 패턴을 웨이퍼 상에 형성시키는 반도체 제조 과정의 핵심 기술이다.
특히, 반도체 소자의 제조 공정에서 금속층을 형성하기 위해 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 등의 금속 물질이 사용되고, 이베포레이션(evaporation), 스퍼터링 등의 방법으로 주입되며, 금속 배선을 형성하기 위한 포토레지스트의 코팅 공정, 현상 공정 등이 수행된다. 이 후에 포토레지스트 패턴에 따른 식각 공정을 통해 금속층을 선택적으로 제거하게 된다. 여기에서, 금속 배선은 라인과 스페이스로 구성되어 있고, 웨이퍼 상에 고립된 패턴, 조밀한 패턴 등이 다양하게 분포된다.
이러한 포토레지스트 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에서 패턴을 형성한 후 오버레이 장비를 통해 층간의 정렬도를 측정하고, CD SEM 장비를 이용하여 패턴의 임계치수(CD : Critical Dimension)를 측정한다.
한편, 이러한 공정에서 발생하는 디포커스(defocus)는 패턴의 비정상적인 현상으로 나타나 원하는 패턴이 형성되지 못하고 패턴 자체가 비정상적으로 형성되 며, 후속 식각 공정이나 이온주입 공정에서 오류가 야기된다.
특히, 이러한 디포커스는 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서 많이 발생하게 되는데, 반도체 웨이퍼의 에지 영역의 디포커스는 후속 공정이 진행됨에 따라 단차가 발생하여 포토리소그래피 공정에서 WEE(Wafer Edge Exclusion) 및 EBR(Edge Bead Remove) 공정이 수행되고 후속 식각 공정, 증착 공정, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 등이 수행되면 그 단차는 더욱 커지게 된다. 일 예로서, 도 1a는 정상적인 경우의 반도체 웨이퍼 형태(Topology)를 나타낸 도면이고, 도 1b는 비정상적인 경우의 반도체 웨이퍼 형태를 나타낸 도면이며, 도 1c는 정상적인 경우의 다른 반도체 웨이퍼의 형태를 나타낸 도면이고, 도 1 d는 실제 측정된 반도체 웨이퍼의 형태를 나타낸 도면이며, 도 1e는 반도체 웨이퍼 에지 영역에서 디포커스 발생에 따라 디펙트(defect)가 발생하는 것을 나타낸 도면으로, 이러한 도면들을 통해 정상적인 경우와 비정상적인 경우의 반도체 웨이퍼 에지 영역에 대해 알 수 있다.
이에 따라, 종래에 이러한 디포커스에 따른 단차를 감소시키는 방법으로 복수의 포커스 센서 등을 이용하여 반도체 웨이퍼의 에지 영역을 포커싱하여 이에 대한 포토리소그래피 공정을 수행하게 되는데, 이러한 방법으로도 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 단차 문제를 근본적으로 해결할 수 없는 실정이다. 일 예로서, 도 2는 종래 방법에 따라 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서 포토리소그래피 공정을 수행하는 것을 예시한 도면으로, 종래에 따른 포토리소그래피 공정을 수행하는 방법에 대해 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하여 그 기울기에 따라 포토리소그래피 공정을 수행할 수 있는 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에서 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서 포토리소그래피 공정을 수행하는 장치로서, 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기를 측정하는 레벨링 측정 수단과, 상기 측정된 기울기의 변화에 따라 상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 레벨링 보정 수단과, 상기 기울기 보정 결과에 따라 상기 에지 영역에 대한 포토리소그래피 공정을 수행하기 위한 제어신호를 제공하는 제어 수단과, 상기 제어 수단으로부터의 제어신호에 따라 상기 포토리소그래피 공정을 수행하는 웨이퍼 노광 수단을 포함하는 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에서 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서 포토리소그래피 공정을 수행하는 방법으로서, 웨이퍼 척에 상기 반도체 웨이퍼를 안착시키는 제 1 단계와, 상기 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기를 측정하는 제 2 단계와, 상기 측정된 기울기에 따라 상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 제 3 단계와, 상기 기울기 보정 결과에 따라 상기 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 포토리소그래피 공정을 수행하는 제 4 단계와, 상기 측정된 기울기의 변화에 따라 상기 제 3 단계 및 제 4 단계를 반복 수행하는 제 5 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 핵심 기술요지는, 웨이퍼 척에 반도체 웨이퍼를 안착시키고, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기를 측정한 후에, 측정된 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하며, 기울기 보정 결과에 따라 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 포토리소그래피 공정을 수행하고, 측정된 기울기 변화에 따라 웨이퍼 척의 기울기 보정 및 포토리소그래피 공정을 반복 수행한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 포토리소그래피 공정을 수행하는데 적합한 리소그래피 장치의 블록 구성도로서, 제어부(302), 레벨링 측정부(304), 레벨링 보정부(306) 및 웨이퍼 노광부(308)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 제어부(302)는 반도체 웨이퍼가 웨이퍼 척에 안착되면, 안착된 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기를 측정하기 위한 제어신호를 레벨링 측정부(304)로 제공하고, 측정된 에지 영역의 기울기 변화에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 반복 보정하기 위한 제어신호를 레벨링 보정부(306)로 제공하며, 웨이퍼 척의 기울기 보정 결과에 따라 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 포토리소그래피 공정을 반복 수행하기 위한 제어신호를 웨이퍼 노광부(308)로 제공하는 등의 기능을 수행한다.
그리고, 레벨링 측정부(304)는 제어부(302)로부터 제공되는 제어신호에 따라 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기를 측정한다. 여기에서, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기는, 예를 들어 스텝퍼 등을 이용하여 그 평탄화 정도(Platness)를 측정함으로써 구할 수 있다.
다음에, 레벨링 보정부(304)는 제어부(302)로부터 제공되는 제어신호에 따라 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기 변화에 따라 반도체 웨이퍼가 안착된 웨이퍼 척의 기울기를 반복 보정한다. 여기에서, 웨이퍼 척의 기울기는, 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 그 에지 영역이 수평이 되도록 X축 및 Y축 방향으로 조정될 수 있다.
이어서, 웨이퍼 노광부(308)는 웨이퍼 척의 기울기 보정 결과에 응답하여 제어부(302)로부터 제공되는 제어신호에 따라 수평으로 반복 조정된 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 리소그래피 공정을 각각 수행한다. 일 예로서, 도 5는 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 포토리소그래피 공정을 수행하는 것을 예시한 도면으로, 리소그래피 공정이 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 따라 경사지게 수행됨을 알 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에서는 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정한 후, 리소그래피 공정을 수행하는 것으로 하여 설명하였으나, 이러한 과정은 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 2회 이상 반복 수행할 수 있음은 물론이다.
따라서, 리소그래피 장치에서 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정한 후, 수평이 된 반도체 웨이퍼 에지 영역에 대한 리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 리소그래피 장치에서 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기를 측정하고, 측정된 기울기에 따른 웨이퍼 척의 기울기를 보정한 후, 그에 따라 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 리소그래피 공정을 수행하는 과정에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 포토리소그래피 공정을 수행하는 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 4를 참조하면, 리소그래피 장치에서 리소그래피 공정을 수행하기 위한 반도체 웨이퍼를 웨이퍼 척에 안착시킨다(단계402).
그리고, 제어부(302)에서는 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 기울기를 측정하기 위한 제어신호를 생성하여 레벨링 측정부(304)로 제공하고, 이에 따라 레벨링 측정부(304)에서는 반도체 웨이퍼의 형태(Topology)에 따른 에지 영역의 기울기를 측정한다(단계404). 여기에서, 반도체 웨이퍼의 기울기는, 예를 들어 스텝퍼 등을 이용하여 반도체 웨이퍼의 평탄화 정도(Flatness)를 측정함으로써 구할 수 있으며, 이를 통해 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기 또한 구할 수 있음은 물론이다.
다음에, 제어부(302)에서는 측정된 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하기 위한 제어신호를 레벨링 보정부(306)로 제공하고, 이에 따라 레벨링 보정부(306)에서는 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기에 따라 그 에지 영역이 수평이 되도록 웨이퍼 척의 X축 및 Y축 방향으로 조정하여 레벨링 보정을 수행한다(단계406).
이어서, 상기 단계(406)에서의 보정 결과에 응답하여 제어부(302)에서는 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 리소그래피 공정을 수행하기 위한 제어신호를 웨이퍼 노광부(308)로 제공하고, 이에 따라 웨이퍼 노광부(308)에서는 레벨링 보정 결과(즉, 반도체 웨이퍼의 에지 영역의 기울기에 따라 그 에지 영역이 노광 장비의 Z축 방향과 수직이 된 상태)에 따라 반도체 웨이퍼 에지 영역에 대한 리소그래피 공정을 수행한다(단계408). 일 예로서, 도 5는 본 발명에 따라 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 포토리소그래피 공정을 수행하는 것을 예시한 도면으로, 리소그래피 공정이 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 따라 경사지게 수행됨을 알 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에서는 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정한 후, 리소그래피 공정을 수행하는 것으로 하여 설명하였으나, 이러한 과정은 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기의 변화에 따라 2회 이상 반복 수행할 수 있음은 물론이다. 즉, 반도체 웨이퍼의 에지 영역의 기울기가 a, b, c의 값으로 측정될 때, a에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하여 a 값을 갖는 영역에 대한 리소그래피 공정을 수행하고, b에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하여 b값을 갖는 영역에 대한 리소그래피 공정을 수행한 후, c에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하여 c값을 갖는 영역에 대한 리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
따라서, 리소그래피 장치에서 웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼 에지 영역의 기울기를 측정하여 그 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 각각 보정하여 리소그래피 공정을 수행할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 에지 영역의 기울기 변화에 관계없이 반도체 웨이퍼를 포커싱하여 포토리소그래피 공정을 수행하는 종래 방법과는 달리, 웨이퍼 척에 반도체 웨이퍼를 안착시키고, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기를 측정한 후에, 측정된 기울기에 따라 웨이퍼 척의 기울기를 보정하며, 기울기 보정 결과에 따라 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 포토리소그래피 공정을 수행하고, 측정된 기울기 변화에 따라 웨이퍼 척의 기울기 보정 및 포토리소그래피 공정을 반복 수행함으로써, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 디포커스를 방지할 수 있다.
따라서, 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 디포커스를 방지하여 포토리소그래피 공정을 수행함으로써, 후속 공정에서의 단차로 인한 오류를 방지하여 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서 포토리소그래피 공정을 수행하는 장치로서,
    웨이퍼 척에 안착된 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기를 측정하는 레벨링 측정 수단과,
    상기 측정된 기울기의 변화에 따라 상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 레벨링 보정 수단과,
    상기 기울기 보정 결과에 따라 상기 에지 영역에 대한 포토리소그래피 공정을 수행하기 위한 제어신호를 제공하는 제어 수단과,
    상기 제어 수단으로부터의 제어신호에 따라 상기 포토리소그래피 공정을 수행하는 웨이퍼 노광 수단
    을 포함하는 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨링 측정 수단은, 스텝퍼(Stepper)를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼의 평탄화 정도(Flatness)를 측정하여 상기 에지 영역에 대한 기울기를 측정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨링 보정 수단은, 상기 에지 영역의 기울기 변화에 따라 그 에지 영 역이 수평이 되도록 상기 웨이퍼 척의 기울기를 조정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 장치.
  4. 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서 포토리소그래피 공정을 수행하는 방법으로서,
    웨이퍼 척에 상기 반도체 웨이퍼를 안착시키는 제 1 단계와,
    상기 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 기울기를 측정하는 제 2 단계와,
    상기 측정된 기울기에 따라 상기 웨이퍼 척의 기울기를 보정하는 제 3 단계와,
    상기 기울기 보정 결과에 따라 상기 반도체 웨이퍼의 에지 영역에 대한 포토리소그래피 공정을 수행하는 제 4 단계와,
    상기 측정된 기울기의 변화에 따라 상기 제 3 단계 및 제 4 단계를 반복 수행하는 제 5 단계
    를 포함하는 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는, 스텝퍼(Stepper)를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼의 평탄화 정도(Flatness)를 측정하여 상기 에지 영역에 대한 기울기를 측정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는, 상기 에지 영역의 기울기 변화에 따라 그 에지 영역이 수평이 되도록 상기 웨이퍼 척의 기울기를 반복 조정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 포토리소그래피 방법.
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