KR20100019597A - 포토리소그래피 공정을 위한 이중노광장치 및 이를 이용한 이중노광방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 이중노광장치는 소정 파장의 광을 공급하는 광원; 웨이퍼 상에 전사하기 위한 일정한 회로패턴이 형성된 제1 레티클이 안착되는 제1 레티클 스테이지; 웨이퍼 상에 전사하기 위한 일정한 회로패턴이 형성된 제2 레티클이 안착되고, 상기 제1 레티클 스테이지의 상부에 위치되는 제2 레티클 스테이지; 제1 레티클 또는 제2 레티클을 통과한 광을 웨이퍼의 소정 부분에 도달하도록 하는 투영렌즈; 웨이퍼가 위치되는 웨이퍼 스테이지; 상기 제1 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 상호 간의 위치를 정렬하기 위해 상기 제1 레티클 스테이지에 설치되는 제1 정렬 마크; 상기 제1 레티클 스테이지, 제2 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 상호 간의 위치를 정렬하기 위해 상기 제2 레티클 스테이지에 설치되는 제2 정렬 마크; 상기 제1 레티클 스테이지 또는 제2 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지의 위치를 정렬하기 위해 상기 웨이퍼 스테이지에 설치되는 웨이퍼 스테이지 정렬부; 상기 제1 및 제2 레티클 스테이지와 연결되어 상기 제1 및 제2 레티클 스테이지를 원하는 방향으로 이동 가능하게 하는 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이중노광장치, 제1 레티클 스테이지, 제2 레티클 스테이지, 제1 정렬 마크, 제2 정렬 마크, 투영렌즈, 웨이퍼 스테이지 정렬부

Description

포토리소그래피 공정을 위한 이중노광장치 및 이를 이용한 이중노광방법 {Double exposure apparatus for photolithography process and double exposure method using thereof}

본 발명은 포토리소그래피 공정을 위한 이중노광장치 및 이를 이용한 이중노광방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 포토리소그래피(photolithography) 공정, 이온주입공정, 박막증착공정, 에칭공정 등과 같은 다수의 공정들을 반복적으로 거쳐서 제조된다.

이와 같은 공정 중에서 포토리소그래피 공정은 다시 웨이퍼 상에 광화학적 물질인 포토레지스트를 도포하는 포토레지스트 도포공정, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 일정한 회로패턴이 형성된 레티클(reticle)을 서로 정렬시킨 후 소정 파장의 광을 레티클에 통과시켜 웨이퍼 상의 포토레지스트에 레티클의 일정한 회로패턴이 전사되도록 하는 노광공정, 노광공정이 완료된 웨이퍼의 포토레지스트를 현상하여 웨이퍼 상에 회로패턴을 형성하는 현상공정 등으로 구분된다.

최근, 반도체 소자의 집적도가 증가하면서 웨이퍼 상에 형성되는 패턴들의 밀도도 높아지고, 그 결과 패턴의 임계치수(CD; Critical Dimension)도 점점 작아지고 있다. 이로 인해, 포토리소그래피 공정에서 양호한 해상력을 얻는데 있어서 점점 한계점에 도달하고 있는 실정이다. 이와 같은 한계를 극복하기 위하여 최근에는 다양한 해상력 증대방법들을 도입하고 있는데, 그 중 하나가 이중노광방법이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 노광 장치는 소정 파장의 광을 공급하는 광원(1)과, 광원(1)의 하부에 놓여지고 일정 회로패턴이 형성되어 패턴에 해당하는 부분만 광을 통과시키는 레티클(2)과, 레티클(2)을 통과한 광을 웨이퍼의 소정 부분에 도달하도록 하는 투영렌즈(3)와, 웨이퍼를 고정하고 레벨을 조정해주며 공정진행에 따라 웨이퍼를 이동시켜주는 웨이퍼 스테이지(4)를 포함한다.

이중노광을 수행하기 위해서는, 제1 레티클을 웨이퍼 스테이지(4)와 정렬하여 맞춘 후, 여러 장의 웨이퍼를 차례로 노광한다. 다음에, 제1 레티클을 언로딩(unloading)한 후, 제2 레티클을 웨이퍼 스테이지(4)와 정렬하여 맞추고, 1차 노광이 끝난 웨이퍼를 다시 차례로 2차 노광한다. 그러나, 2차 노광시에 제2 레티클을 로딩한 후 정렬하면서 제1 레티클과 제2 레티클의 정렬 보정치는 달라지고, 이러한 보정치에 따라 오버레이(overlay) 수치가 달라지면, 원하는 대로 패턴이 형성되지 않는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 웨이퍼에 대한 1차 노광과 2차 노광시에 제1 및 제2 레티클의 정렬 오차가 생기는 것을 방지하여 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 정밀하게 노광할 수 있는 포토리소그래피 공정을 위한 이중노광장치 및 이를 이용한 이중노광방법을 제공하고자 함에 목적이 있다.

본 발명의 이중노광장치는 소정 파장의 광을 공급하는 광원; 웨이퍼 상에 전사하기 위한 일정한 회로패턴이 형성된 제1 레티클이 안착되는 제1 레티클 스테이지; 웨이퍼 상에 전사하기 위한 일정한 회로패턴이 형성된 제2 레티클이 안착되고, 상기 제1 레티클 스테이지의 상부에 위치되는 제2 레티클 스테이지; 제1 레티클 또는 제2 레티클을 통과한 광을 웨이퍼의 소정 부분에 도달하도록 하는 투영렌즈; 웨이퍼가 위치되는 웨이퍼 스테이지; 상기 제1 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 상호 간의 위치를 정렬하기 위해 상기 제1 레티클 스테이지에 설치되는 제1 정렬 마크; 상기 제1 레티클 스테이지, 제2 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 상호 간의 위치를 정렬하기 위해 상기 제2 레티클 스테이지에 설치되는 제2 정렬 마크; 상기 제1 레티클 스테이지 또는 제2 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지의 위치를 정렬하기 위해 상기 웨이퍼 스테이지에 설치되는 웨이퍼 스테이지 정렬부; 상기 제1 및 제2 레티클 스테이지와 연결되어 상기 제1 및 제2 레티클 스테이지를 원하는 방향으로 이동 가능하게 하는 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 정렬 마크와 제2 정렬 마크 사이에 위치되어, 제2 정렬 마크를 통과한 광을 집광하여 제1 정렬 마크로 보내기 위한 집광렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 웨이퍼 스테이지의 한 측부에는 1차 노광을 위한 웨이퍼가 적재되는 제1 웨이퍼 로더가, 다른 측부에는 2차 노광을 위한 웨이퍼가 적재되는 제2 웨이퍼 로더가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 웨이퍼 스테이지 정렬부는 투영렌즈로부터 투과된 광을 투과시키는 정렬 개구와, 상기 정렬 개구로 투과된 광을 반사시키는 반사판과, 상기 반사판으로부터 반사된 광의 양을 검출하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이중노광방법은 일정한 회로패턴이 형성된 제1 레티클이 안착되는 제1 레티클 스테이지와, 일정한 회로패턴이 형성된 제2 레티클이 안착되고 상기 제1 레티클 스테이지의 상부에 위치되는 제2 레티클 스테이지와, 상기 제1 레티클 스테이지의 위치를 정렬하기 위해 상기 제1 레티클 스테이지에 설치되는 제1 정렬 마크와, 상기 제2 레티클 스테이지의 위치를 정렬하기 위해 상기 제2 레티클 스테이지에 설치되는 제2 정렬 마크와, 제1 레티클 또는 제2 레티클을 통과한 광을 웨이퍼의 소정 부분에 도달하도록 하는 투영렌즈와, 상기 제1 및 제2 레티클 스테이지와 연결되어 상기 제1 및 제2 레티클 스테이지를 원하는 방향으로 이동 가능하게 하는 이동수단을 포함하는 이중노광장치에서, 제1 레티클이 제1 레티클 스테이지 위에 안착된 상태에서 광원으로부터의 광을 제1 정렬 마크 및 투영렌즈를 통해 투과시켜 상기 제1 레티클 스테이지의 위치를 정렬하는 단계; 광원으로부터의 1차 노광에 의해 제1 레티클 상의 패턴을 복수의 웨이퍼 상에 차례로 전사시키는 단계; 상기 제1 레티클 스테이지 및 제1 정렬 마크가 위치된 상태에서 그 위에 상기 제2 레티클 스테이지 및 제2 정렬 마크를 위치시키는 단계; 제2 레티클이 제2 레티클 스테이지 위에 안착된 상태에서 광원으로부터의 광을 제2 정렬 마크, 제1 정렬 마크 및 투영렌즈를 통해 차례로 투과시켜 상기 제2 레티클 스테이지의 위치를 정렬하는 단계; 상기 이동 수단에 의해 상기 제1 레티클 스테이지를 비노광 위치로 이동시키는 단계; 광원으로부터의 2차 노광에 의해 제2 레티클 상의 패턴을 복수의 웨이퍼 상에 차례로 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 레티클 스테이지의 위치를 정렬하는 단계는 제1 정렬 마크와 제2 정렬 마크 사이에 위치된 집광렌즈를 통해, 상기 제2 정렬 마크를 통과한 광을 집광하여 제1 정렬 마크로 보내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼에 대한 1차 노광과 2차 노광시에 제1 및 제2 레티클의 정렬 오차가 생기는 것을 방지하여 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 정밀하게 노광할 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 이중노광장치(100)의 구성을 도시하는 도면이다.

상기 이중노광장치(100)는 광원(10), 제1 레티클 스테이지(20), 제1 정렬 마 크(22), 제2 레티클 스테이지(30), 제2 정렬 마크(32), 투영렌즈(40), 웨이퍼 스테이지(50), 웨이퍼 스테이지 정렬부(51, 52, 53)를 포함한다.

상기 광원(10)은 웨이퍼를 노광하기 위한 소정 파장의 광을 공급한다.

제1 레티클 스테이지(20) 상에는, 광원(10)으로부터 출사되는 광을 투과시켜 웨이퍼(도시 안됨) 상에 원하는 패턴을 전사할 수 있도록 일정한 회로패턴이 형성되어 있는 제1 레티클(21)이 안착된다.

제1 레티클 스테이지(20)의 상부에는 제2 레티클 스테이지(30)가 위치된다. 상기 제2 레티클 스테이지(30) 상에는, 일정한 회로패턴이 형성되어 있는 제2 레티클(31)이 안착된다.

상기 제1 또는 제2 레티클(21, 31)을 통과한 광은 투영렌즈(40)를 통해 투과되어 웨이퍼 상의 소정 부분에 도달되어 웨이퍼를 노광시킨다. 웨이퍼는 웨이퍼 스테이지(50) 위에 안착되어, 원하는 패턴을 웨이퍼 위에 전사할 수 있도록 정렬된다.

상기 제1 및 제2 레티클 스테이지(20, 30)에는 각각 제1 및 제2 정렬 마크(22, 32)가 설치되어, 제1 레티클 스테이지(20) 또는 제2 레티클 스테이지(30)와 웨이퍼 스테이지(50) 상호 간의 위치를 정렬할 수 있다.

상기 웨이퍼 스테이지(50)에는 상기 제1 레티클 스테이지(20) 또는 제2 레티클 스테이지(30)와 웨이퍼 스테이지(50)의 위치를 정렬하기 위해 웨이퍼 스테이지 정렬부(51, 52, 53)가 설치된다.

또한, 상기 제1 및 제2 레티클 스테이지(20, 30)는 이동수단(35)과 연결되 어, 제1 및 제2 레티클 스테이지(20, 30)가 원하는 방향으로 이동될 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼의 이중노광 방법은 다음과 같다.

먼저, 제1 레티클(21)을 제1 레티클 스테이지(20) 상에 안착시킨다. 다음에, 광원(10)으로부터의 광을 제1 정렬 마크(22) 및 투영렌즈(40)를 통해 투사하여, 웨이퍼 스테이지(50) 상의 정렬 개구(51)를 통해 투과시킨다. 정렬 개구(51)를 통해 투과된 광은 반사판(52)에 의해 반사되어 센서(53)로 들어가고, 상기 센서(53)는 입사된 광량으로부터 제1 레티클(21)의 정렬이 맞게 되었는지를 판단한다. 예를 들어, 제1 레티클 스테이지(20) 또는 웨이퍼 스테이지(50)를 상하 좌우로 움직이면서 센서에 투과된 광량이 가장 많을 때, 제1 레티클 스테이지(20)가 맞게 정렬된 것으로 판단할 수 있다.

제1 레티클 스테이지(20)의 위치가 정렬되면, 웨이퍼 스테이지(50) 우측에 위치한 제1 웨이퍼 로더(61)에 적재되어 있던 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지(50) 상에 안착시켜 정렬시킨다. 다음에, 광원(10)으로부터의 1차 노광에 의해 제1 레티클(21) 상의 패턴을 웨이퍼 상에 전사시킨다. 1차 노광이 끝난 웨이퍼는 웨이퍼 스테이지(50) 좌측에 위치한 제2 웨이퍼 로더(62)로 이동된다.

2차 노광을 위해서는, 먼저 제1 레티클(21)이 정렬된 상태에서, 제2 레티클(31)을 상기 제2 레티클 스테이지(30) 위에 안착시킨다. 다음에, 광원(10)으로부터의 광을 제2 정렬 마크(32), 제1 정렬 마크(22) 및 투영렌즈(40)를 통해 차례로 투사하여, 웨이퍼 스테이지(50) 상의 정렬 개구(51)를 통해 투과시킨다. 이때, 제2 정렬 마크(32)를 통과한 빛이 산란된 것은 제1 정렬 마크(22)와 제2 정렬 마크(32) 사이에 위치한 집광 렌즈(25)를 통해 모아져서, 다시 제1 정렬 마크(22)를 통과할 수 있게 한다. 웨이퍼 스테이지(50) 상의 정렬 개구(51)를 통해 투과된 광은 반사판(52)에 의해 반사되어, 센서(53)로 들어가고, 상기 센서(53)는 투과된 광량으로부터 제2 레티클(31)의 정렬이 맞게 되었는지를 판단한다.

제1 레티클(21)과 제2 레티클(31)의 정렬을 실행하기 위한 제1 및 제2 정렬 마크(22, 32)에는 예를 들어, 같은 위치에 동일한 형태의 마크가 형성될 수 있다. 이와 같이, 광원(10)으로부터의 광이 동일한 형태의 제1 및 제2 정렬 마크(22, 32)를 통과하여 센서(53)에 투과된 광량으로부터 제1 및 제2 레티클(21, 31)이 정확하게 정렬되었는지를 판단할 수 있다.

제2 레티클(31)의 정렬이 완료되면, 상기 제1 레티클 스테이지(20)는 이동수단(35)에 의해 비노광 위치로 이동된다. 다음에, 제2 웨이퍼 로더(62)에 적재되어 있던 웨이퍼가 웨이퍼 스테이지(50) 상에 안착되어 정렬된다. 다음에, 광원(10)으로부터의 2차 노광에 의해 제2 레티클(31) 상의 패턴을 웨이퍼 상에 전사시킨다. 2차 노광이 끝난 웨이퍼는 다음 공정을 위해 이동된다.

이와 같이, 본 발명의 제2 레티클(31)은 제1 레티클(21)이 노광 위치에 있는 상태에서 제1 및 제2 정렬 마크(22, 32)를 통해 정렬이 이루어지므로, 종래에 비해 제2 레티클(31)의 정렬이 보다 정확하게 이루어질 수 있다. 따라서, 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 보다 정밀하게 전사할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

도 1은 종래기술의 노광장치의 구성을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 이중노광장치의 구성을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 광원

20 : 제1 레티클 스테이지

21 : 제1 레티클

22 : 제1 정렬 마크

30 : 제2 레티클 스테이지

31 : 제2 레티클

32 : 제2 정렬 마크

35 : 이동 수단

40 : 투영렌즈

50 : 웨이퍼 스테이지

51 : 정렬 개구

52 : 반사판

53 : 센서

61 : 제1 웨이퍼 로더

62 : 제2 웨이퍼 로더

Claims (6)

1. 소정 파장의 광을 공급하는 광원;

   웨이퍼 상에 전사하기 위한 일정한 회로패턴이 형성된 제1 레티클이 안착되는 제1 레티클 스테이지;

   웨이퍼 상에 전사하기 위한 일정한 회로패턴이 형성된 제2 레티클이 안착되고, 상기 제1 레티클 스테이지의 상부에 위치되는 제2 레티클 스테이지;

   제1 레티클 또는 제2 레티클을 통과한 광을 웨이퍼의 소정 부분에 도달하도록 하는 투영렌즈;

   웨이퍼가 위치되는 웨이퍼 스테이지;

   상기 제1 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 상호 간의 위치를 정렬하기 위해 상기 제1 레티클 스테이지에 설치되는 제1 정렬 마크;

   상기 제1 레티클 스테이지, 제2 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 상호 간의 위치를 정렬하기 위해 상기 제2 레티클 스테이지에 설치되는 제2 정렬 마크;

   상기 제1 레티클 스테이지 또는 제2 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지의 위치를 정렬하기 위해 상기 웨이퍼 스테이지에 설치되는 웨이퍼 스테이지 정렬부;

   상기 제1 및 제2 레티클 스테이지와 연결되어 상기 제1 및 제2 레티클 스테이지를 원하는 방향으로 이동 가능하게 하는 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중노광장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 정렬 마크와 제2 정렬 마크 사이에 위치되어, 제2 정렬 마크를 통과한 광을 집광하여 제1 정렬 마크로 보내기 위한 집광렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중노광장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 웨이퍼 스테이지의 한 측부에는 1차 노광을 위한 웨이퍼가 적재되는 제1 웨이퍼 로더가, 다른 측부에는 2차 노광을 위한 웨이퍼가 적재되는 제2 웨이퍼 로더가 구비된 것을 특징으로 하는 이중노광장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨이퍼 스테이지 정렬부는 투영렌즈로부터 투과된 광을 투과시키는 정렬 개구와, 상기 정렬 개구로 투과된 광을 반사시키는 반사판과, 상기 반사판으로부터 반사된 광의 양을 검출하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중노광장치.
5. 일정한 회로패턴이 형성된 제1 레티클이 안착되는 제1 레티클 스테이지와, 일정한 회로패턴이 형성된 제2 레티클이 안착되고 상기 제1 레티클 스테이지의 상부에 위치되는 제2 레티클 스테이지와, 상기 제1 레티클 스테이지의 위치를 정렬하기 위해 상기 제1 레티클 스테이지에 설치되는 제1 정렬 마크와, 상기 제2 레티클 스테이지의 위치를 정렬하기 위해 상기 제2 레티클 스테이지에 설치되는 제2 정렬 마크와, 제1 레티클 또는 제2 레티클을 통과한 광을 웨이퍼의 소정 부분에 도달하도록 하는 투영렌즈와, 상기 제1 및 제2 레티클 스테이지와 연결되어 상기 제1 및 제2 레티클 스테이지를 원하는 방향으로 이동 가능하게 하는 이동수단을 포함하는 이중노광장치에서의 이중노광방법에 있어서,

   제1 레티클이 제1 레티클 스테이지 위에 안착된 상태에서 광원으로부터의 광을 제1 정렬 마크 및 투영렌즈를 통해 투과시켜 상기 제1 레티클 스테이지의 위치를 정렬하는 단계;

   광원으로부터의 1차 노광에 의해 제1 레티클 상의 패턴을 복수의 웨이퍼 상에 차례로 전사시키는 단계;

   상기 제1 레티클 스테이지 및 제1 정렬 마크가 위치된 상태에서 그 위에 상기 제2 레티클 스테이지 및 제2 정렬 마크를 위치시키는 단계;

   제2 레티클이 제2 레티클 스테이지 위에 안착된 상태에서 광원으로부터의 광을 제2 정렬 마크, 제1 정렬 마크 및 투영렌즈를 통해 차례로 투과시켜 상기 제2 레티클 스테이지의 위치를 정렬하는 단계;

   상기 이동 수단에 의해 상기 제1 레티클 스테이지를 비노광 위치로 이동시키는 단계;

   광원으로부터의 2차 노광에 의해 제2 레티클 상의 패턴을 복수의 웨이퍼 상에 차례로 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중노광방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제2 레티클 스테이지의 위치를 정렬하는 단계는 제1 정렬 마크와 제2 정렬 마크 사이에 위치된 집광렌즈를 통해, 상기 제2 정렬 마크를 통과한 광을 집광하여 제1 정렬 마크로 보내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중노광방법.

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